JP2006052736A - ウェットロータ型サーキュレータ - Google Patents
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Abstract
【課題】 ロータに汚染物が堆積しないウェットロータ型サーキュレータを提供する。
【解決手段】 一定量の制御流体がロータチャンバ内にシールされており、ロータチャンバは、循環するシステム流体が流入しないようにシールされている。
【選択図】 図2
【解決手段】 一定量の制御流体がロータチャンバ内にシールされており、ロータチャンバは、循環するシステム流体が流入しないようにシールされている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、例えば循環水式の加熱(暖房)システムに用いるためのウェットロータ型サーキュレータに関する。
サーキュレータは、温水又はエチレングリコール溶液を、循環水式の加熱システム内で循環させるために一般に用いられている。このようなサーキュレータは、概して、ロータから成るモータにより駆動されるインペラを含み、ロータは、ロータを取り囲むステータにより発生される磁界に応答して回転する。サーキュレータのタイプの1つに、いわゆる「ウェットロータ型サーキュレータ」(wet rotor circulator)があり、このサーキュレータにおいて、ロータがロータチャンバ内に支持され、ロータチャンバ内に、循環している流体(「システム流体」(都ystem fluid煤j)が入ることが許容されている。ロータチャンバは、周囲のステータ内に支持されたロータスリーブを含む。ステータは、ロータチャンバ内を循環するシステム流体からシールされている。典型的に、ロータシャフトは1対のロータベアリングにより支持され、ロータベアリングの一方はロータより上に配置され、他方はロータより下に配置されている。
米国特許第3716309号明細書
米国特許第3850550号明細書
米国特許第3969040号明細書
米国特許第4404483号明細書
米国特許第4516915号明細書
米国特許第4549849号明細書
米国特許第4773822号明細書
米国特許第5028218号明細書
米国特許第5332369号明細書
米国特許第5356266号明細書
米国特許第5407331号明細書
米国特許第5613845号明細書
米国特許第5624244号明細書
米国特許第5941695号明細書
米国特許第6022196号明細書
米国特許第6140725号明細書
米国特許第6577035 B2号明細書
システム流体は、ロータベアリングの潤滑化に役立ち、また、モータにより発生される騒音を減衰させる。しかし、システム流体は、石灰及び他の鉱物、例えば酸化鉄などの汚染物をしばしば運び、これらの汚染物は、熱いロータシャフト及びロータベアリングレースの上に堆積し易い。
本発明は、ロータチャンバがシステム流体からシールされたウェットロータ型サーキュレータであって、ロータチャンバが或る量の密閉された制御液体を収容しているサーキュレータを特徴とする。概して、制御液体は、ロータシャフト上に堆積するであろう汚染物質を実質的に含まない。従って、潤滑化と騒音減衰が、ロータ又はモータの他の部品を腐食及び損傷せずに行われる。
本発明は、一態様において、流体を循環水式の加熱又は冷却システム内で循環させるための、ウェットロータ型サーキュレータモータを備えたサーキュレータであって、前記モータが、(a)モータハウジングと、(b)モータハウジング内に配置され、且つ循環流体からシールされたステータと、(c)ステータ内に配置されたロータチャンバであって、循環流体がロータチャンバに入らないように循環流体からシールされたロータチャンバと、(d)ロータチャンバ内に密閉された制御流体と、(e)ロータチャンバ内に配置され、且つ制御流体と接触するロータと、(f)ロータの一端に取り付けられたインペラとを含み、前記ステータと前記ロータが、互いに対して、ステータが励起されるとロータが回転されるように構成されたサーキュレータを特徴とする。サーキュレータは、また、モータハウジングに固定されたポンプケーシングを備え、ポンプケーシングは、ポンプケーシングに流入する循環流体を受け入れるための、循環水式加熱システムのパイプに取り付けられるように構成された入口端と、インペラがモータからその内部に延在するケーシングボリュートであって、ポンプケーシングの入口と流体連通しているケーシングボリュートと、ポンプケーシングから流れる循環流体を排出させるための、循環水式加熱システムのパイプに取り付けられるように構成された出口端とを含む。
幾つかの実施形態が以下の特徴の1以上を含む。ロータチャンバは、均圧化シールにより循環流体からシールされ得る。均圧化シールはダイヤフラムシールを含み得る。或いは、均圧化シールは、ベローズシール又は動的ピストンシールを含み得る。ロータチャンバは、また、循環流体から、回転部品及び静止部品を含む機械的シールによりシールされ得る。この場合、回転部品は、ロータのシャフト部周囲にプレス嵌めされるように構成されることができ、静止部品は、モータハウジングの受け入れ部にプレス嵌めされるように構成され得る。機械的シールは、スラストベアリングとして作用するように構成されることができ、ロータがインペラに向かって軸方向移動することを防止する。別の実施形態において、ロータチャンバは、循環流体から、V字状シール及びリップシールから成る群から選択される動的シールによりシールされ得る。サーキュレータは、さらに、ロータブッシュ/スラストワッシャ組立体を含み、この組立体は、ロータを、ロータの、インペラが取り付けられた端部に対して反対側の端部にて支持するように配置及び構成されている。ロータブッシュは、例えば、加工されたポリマーから形成され得る。
別の態様において、本発明は、上記の特徴のいずれかを有するウェットロータ型サーキュレータのモータを特徴とする。
本発明は、また、ウェットロータ型サーキュレータのモータであって、(a)モータハウジングと、(b)モータハウジング内に配置され、且つ循環流体からシールされたステータと、(c)ステータ内に配置されたロータチャンバと、(d)ロータチャンバ内に配置されたロータと、(e)ロータシャフトをロータの第1の側にてシールするために配置された動的シールであって、ロータが第1の方向に軸方向移動することを防止するように構成された動的シールと、(f)ロータシャフトの周囲に、ロータの第2の側にて配置されたロータブッシュ/スラストワッシャ組立体であって、ロータが第2の方向に軸方向移動することを防止するように構成されたロータブッシュ/スラストワッシャ組立体と、(g)ロータシャフトの一端に取り付けられたインペラとを含み、ステータとロータが、互いに対して、ステータが励起されるとロータが回転されるように構成されているウェットロータ型サーキュレータのモータを特徴とする。本発明は、また、このようなモータを含むサーキュレータを特徴とする。
本発明は、また、ウェットロータ型サーキュレータのモータであって、(a)モータハウジングと、(b)モータハウジング内に配置され、且つ循環流体からシールされたステータと、(c)ステータ内に配置されたロータチャンバと、(d)ロータチャンバ内に配置されたロータと、(e)ロータシャフトをロータの第1の側にてシールするために配置された動的シールであって、ロータが第1の方向に軸方向移動することを防止するように構成された動的シールと、(f)ロータシャフトの周囲に、ロータの第2の側にて配置されたロータブッシュ/スラストワッシャ組立体であって、ロータが第2の方向に軸方向移動することを防止するように構成されたロータブッシュ/スラストワッシャ組立体と、(g)ロータシャフトの一端に取り付けられたインペラとを含み、ステータとロータが、互いに対して、ステータが励起されるとロータが回転されるように構成されているウェットロータ型サーキュレータのモータを特徴とする。本発明は、また、このようなモータを含むサーキュレータを特徴とする。
さらに別の態様において、本発明は、循環水式の加熱又は冷却システム内で流体を循環させるためのサーキュレータであって、ウェットロータ型サーキュレータのモータとポンプケーシングとを備えるサーキュレータを特徴とする。ウェットロータ型サーキュレータのモータは、モータハウジングと、モータハウジング内に配置されたステータと、ステー
タ内に配置されたロータチャンバと、ロータチャンバ内に配置されたロータと、ロータの一端に取り付けられたインペラとを含み、ステータとロータが、互いに対して、ステータが励起されるとロータが回転されるように構成されている。ポンプケーシングはモータハウジングに固定されており、ポンプケーシングに流入する循環流体を受け入れるための、循環水式加熱システムのパイプに取り付けられるように構成された入口端と、インペラがモータからその内部に延在するケーシングボリュートであって、ポンプケーシングの入口と流体連通しているケーシングボリュートと、ポンプケーシングから流れる循環流体を排出させるための、循環水式加熱システムのパイプに取り付けられるように構成された出口端とを含む。モータハウジングとポンプケーシングは、ポンプケーシグをモータハウジングに対して回転させることによりポンプケーシングがモータハウジングに固定され得るように構成されている。
タ内に配置されたロータチャンバと、ロータチャンバ内に配置されたロータと、ロータの一端に取り付けられたインペラとを含み、ステータとロータが、互いに対して、ステータが励起されるとロータが回転されるように構成されている。ポンプケーシングはモータハウジングに固定されており、ポンプケーシングに流入する循環流体を受け入れるための、循環水式加熱システムのパイプに取り付けられるように構成された入口端と、インペラがモータからその内部に延在するケーシングボリュートであって、ポンプケーシングの入口と流体連通しているケーシングボリュートと、ポンプケーシングから流れる循環流体を排出させるための、循環水式加熱システムのパイプに取り付けられるように構成された出口端とを含む。モータハウジングとポンプケーシングは、ポンプケーシグをモータハウジングに対して回転させることによりポンプケーシングがモータハウジングに固定され得るように構成されている。
例えば、モータハウジングとポンプケーシングとは、直角回転により連結され得るように構成され得る。ピンと溝との取り付けシステム、例えば、モータハウジング上のピンと、ポンプケーシング上の対応する溝、又は、モータハウジング上の溝と、ポンプケーシング上の対応するピンを、モータハウジングとポンプケーシングを連結するために用い得る。モータハウジングとポンプケーシングを回転係合により連結することにより、これらの部品を、ボルト又は他の固定具を必要とせずに容易に組み立て、また、サーキュレータの整備のために容易に分解することが可能となる。
本発明の1以上の実施形態を添付図面に記載し、且つ下に説明する。本発明の他の特徴及び利点が、詳細な説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
図1を参照すると、ウェットロータ型サーキュレータ100が、モータ(図2に示し、以下に説明する)を収容しているモータハウジング101と、ポンプケーシング300(ボリュートととも称する)とを含む。ポンプケーシング300は、入口310、インペラ128(図2)を収容しているケーシングボリュート320、及び、出口330を画成している。モータが作動されると、流体が入口端310に流入し、ケーシングボリュート320を通過する。流体はインペラ128の中央に流入し、回転して外側に吐出され、ポンプケーシングから、出口端330を通って出る。サーキュレータは、コントローラ(図示せず)を含み得る。適切なコントローラは、例えば、米国特許第5,443,207号に記載されており、この特許の完全な開示を援用して本文の記載の一部とする。動作において、サーモスタット(図示せず)が、サーキュレータが備えられているビルディングの領域の温度変化により閉じるとき、コントローラは、線間電圧をサーキュレータ100に流してポンプを作動させ、これにより、流体が、循環水式の加熱又は冷却システム内で循環される。
図2を参照すると、サーキュレータ100は、ロータチャンバ132を画成するロータスリーブ122を含み、ロータスリーブ内に、ロータ102、ロータシャフト120、及び、ロータを支持するベアリングとして共に作用するスラスト減衰ワッシャ118とロータブッシュ121から成るロータ組立体が収容されている。ロータスリーブ122は、モータハウジング101内に収容されたステータ124の中央に配置されている。インペラ128はロータシャフトの一端130に取り付けられ、ポンプケーシング300内に突出し、ポンプ作用を行う。ステータの巻線が電気的に励起すると、発生した磁界がロータの巻線と相互作用し、ロータ102及びシャフト120を回転させる。この回転がインペラ128を回転させ、循環流体、すなわちシステム流体を、ケーシングボリュート320内に流通させる。
発明の背景にて先に論じたように、システム流体の一部がロータチャンバを通過し、ロ
ータ及びロータチャンバ内の他の部品を汚染物質に露出させ、こうして、腐食及び損傷が生じる可能性がある。ロータをシステム流体中の汚染物質から保護するために、ウェットロータ型サーキュレータ10において、ロータチャンバ132はシステム流体からシールされている。制御流体がこのチャンバ内に密閉されている。制御流体は、以下の目的を含む幾つかの目的を満たす。すなわち、(a)ロータを支持するベアリング(すなわち、ロータブッシュ及びスラスト減衰ワッシャ)を潤滑化し、これにより、過剰な磨耗を防止する;(b)ロータを冷却し;(c)騒音を減衰させる。ロータスリーブ122の外面と、ステータを収容しているモータハウジング101の内面と、上側キャップ136との間に画成されたステータチャンバ133が、全ての流体、すなわち、システム流体及び制御流体の両方からシールされて、ステータを保護する。
ータ及びロータチャンバ内の他の部品を汚染物質に露出させ、こうして、腐食及び損傷が生じる可能性がある。ロータをシステム流体中の汚染物質から保護するために、ウェットロータ型サーキュレータ10において、ロータチャンバ132はシステム流体からシールされている。制御流体がこのチャンバ内に密閉されている。制御流体は、以下の目的を含む幾つかの目的を満たす。すなわち、(a)ロータを支持するベアリング(すなわち、ロータブッシュ及びスラスト減衰ワッシャ)を潤滑化し、これにより、過剰な磨耗を防止する;(b)ロータを冷却し;(c)騒音を減衰させる。ロータスリーブ122の外面と、ステータを収容しているモータハウジング101の内面と、上側キャップ136との間に画成されたステータチャンバ133が、全ての流体、すなわち、システム流体及び制御流体の両方からシールされて、ステータを保護する。
ロータチャンバ132は、システム流体から、2つのシールによりシールされる。シールの1つは、2部品から成る、ばね付勢リップシール134である。リップシール134は、ロータシャフトが上側キャップ136を通って上方に延在しているロータシャフト上端の周囲をシールする。もう1つは、温度の変動中にロータチャンバ132とケーシングボリュート320間の圧力を均等化するように働くダイヤフラムシール140である。ダイヤフラムシール140はプレスリング142により所定位置に保持される。これらのシールの両方に関し、以下により詳細に説明する。リップシールが、システム流体をロータチャンバ内に、ほとんど又は全く漏出させないことが概して重要である。システム流体がロータチャンバに侵入することにより、ダイヤフラムシールが、ダイヤフラムシールの設計限界を超えて膨張し、且つ/又は、制御流体の不都合な汚染を生じることがあるからである。
制御流体はロータチャンバ132内に、これらのシールにより密閉され、そしてまた、ロータスリーブ122の上側周囲及び下側周囲をシールする1対の固定用シールによりシールされている。この1対のシールは、上側周囲におけるスリーブシール144と、下側周囲にて下側キャップ601に取り付けられたOリング146とである。
ステータチャンバ133は、先に論じたシールにより制御流体に対してシールされ、システム流体に対して、液圧ケーシングOリング148によりシールされる。Oリング148は、ポンプケーシング300と上側キャップ136の間にシールをもたらす。
ダイヤフラムシール140が、図3〜図3Cに詳細に示されている。ダイヤフラムシール140は、システム流体とロータチャンバ間の圧力を均一化するように設計され、好ましくは、極く僅かの圧力差(例えば、2psi未満、好ましくは0.5psi未満、より好ましくは0)を、温度が約149℃(300°F)まで変化する間、例えば、約−12℃〜149℃(約10°F〜300°F)の温度循環の間維持する。このような温度循環は、典型的に、モータが始動又は停止されるときに生じ、システム流体を熱膨張させる。わずかな(好ましくは0)圧力差を維持することが、リップシールの寿命を延ばすことに役立ち、また、リップシールを回転させるために必要な回転力を低くすることにより、概して動力消費量を低減する。ダイヤフラムは、室温より低温(例えば、約21℃〜−12℃(約70°F〜10°F))への冷却に適応するように設計された第1の部分141、及び、室温より高温(例えば、約21℃〜149℃(約70°F〜300°F))への加熱に適応するように設計された、より大きい部分143を含む。ダイヤフラムシール140が所定位置に、例えば、図2に示した位置にあるとき、室温状態で、第1部分141が上方に膨らみ、第2部分143が下方に膨らむ。ダイヤフラムシールの第1部分及び第2部分の壁厚及び柔軟性は、予測される温度循環状態にて低い又はゼロの望ましい圧力差をもたらすように選択される。壁厚は、例えば、約0.381mm〜0.762mm(約0.015インチ〜0.030インチ)である。ダイヤフラムシールに用いるのに適した材料の例は、過酸化物加硫エチレン・プロピレン・ジエン・ターポリマー(EPDM)ゴム
である。他の適切な材料は、望ましい時効硬化特性を有する(すなわち、製品の予測寿命中(7年〜10年程度の間)に、脆化又はひび割れによりシール特性を失なわない)他のエラストマを含む。適切な材料は、柔軟で弾性であり、且つ、約50〜70のショアA硬度を有し得る。
である。他の適切な材料は、望ましい時効硬化特性を有する(すなわち、製品の予測寿命中(7年〜10年程度の間)に、脆化又はひび割れによりシール特性を失なわない)他のエラストマを含む。適切な材料は、柔軟で弾性であり、且つ、約50〜70のショアA硬度を有し得る。
ダイヤフラムを所定位置にシールし且つ保持するプレスリング142が図4〜図4Aに示されている。プレスリングは、ダイヤフラムシールを所定位置に締り嵌めにより保持する寸法につくられる。ダイヤフラムシールのリム145(図3C)をプレスリングの周囲で伸張させ、次いでプレスリングを上側キャップ136の受け入れ部に押し込む。このようにプレスリングを上側キャップに押し込むことが、ゴム弾性のダイヤフラムシールを圧縮し、システム流体と制御流体の間に静的シールをもたらす。概して、プレスリングは、腐食しない材料から、例えば、ステンレス鋼などの非鉄材料から形成される。
ばね荷重式リップシール134が図5に詳細に示されている。リップシール134はエラストマ製本体610を含み、本体610は、ほぼ円筒状の外壁614を画成する外側スカート612を含み、また、リム部616、及び、リム部616より大きい壁厚を有するベース部618を含む。外側スカート612は、上側キャップ136の受け入れ穴にプレス嵌めされて(図2)、固定用シールをもたらす。支持部材620(例えばステンレス鋼からつくられた)がベース部618に埋め込まれて、外側スカートに寸法安定性をもたらし、リップシールが穴から外されることを防止する。支持部材620は、図示されているように、断面がほぼL字状である。外側スカート612は、支持部材620の一部が埋め込まれているウェブ624により、内側の動的(運動用)シール部622に接続されている。ウェブ624及び支持部材620が、外側スカートと内側の運動用シール部とを、所望の間隔を有する関係に維持する。内側の動的シール部622は、サーキュレータ使用中の回転ロータシャフト120(図2)に対する動的シールを形成する内側壁626を画成している。円筒壁626の内径は、ロータシャフトの直径よりもわずかに(例えば0.6〜0.7mm)小さく、こうして水密シールが形成される。このシールは、コイルばね628(例えばステンレス鋼ばね)により加えられる圧力により増強される。コイルばね628は、圧縮圧力を、内壁626に隣接したシール部622の外面630に加える。これが、動的シールを、長期間にわたって、例えば、エラストマ材料が伸張及び/又は時効硬化しても維持することを補助する。
本発明にて用いられるロータブッシュ/ワッシャ組立体及びスラスト減衰ワッシャが、それぞれ図6及び図6Aに詳細に示されている。図6Aを参照すると、スラスト減衰ワッシャ118はエラストマ部117を含み、エラストマ部117は、剛性ワッシャ119、例えば打抜きステンレス鋼ワッシャ上にオーバーモールドされている。エラストマ部は、EPDM又は他の適切な弾性材料から形成されることができ、好ましくは、騒音および振動を減衰させるための十分な厚さ、例えば約1mm〜2mmを有する。良好な減衰のためには、比較的柔軟なエラストマ、例えば、70ショアAより小さい硬度、より好ましくは、約40ショアA〜60ショアA硬度を有するエラストマが選択される。
ロータ102は、ロータブッシュ121及びスラスト減衰ワッシャ118により下から支持される。リップシール134は、スラストベアリングとして作用するように構成されず、従って、スラストベアリング606及びスラスト減衰ワッシャ118Aが、図2に示されているように、概してロータより上に設けられる。スラスト減衰ワッシャ118Aの構造は、スラスト減衰ワッシャ118の構造とほぼ類似である。スラストベアリング606は、概して、低摩擦加工ポリマー、又は、良好な耐久性及び潤滑性を有する他の材料から形成され、これらの材料は、スラストベアリングが、スラスト減衰ワッシャ118Aのステンレス鋼部とリップシール134との間に潤滑な境界面をもたらすことを可能にする。この潤滑な境界面は、リップシールへの損傷を防止し、騒音を最小限にする。スラスト
ベアリング606、スラスト減衰ワッシャ118A、及び、ロータブッシュ/ワッシャ組立体121/118を、上側スリーブベアリング及び下側スリーブベアリングの代わりに用いることにより、サーキュレータの組立が容易になり、また、位置合わせの問題を最小化し得る。
ベアリング606、スラスト減衰ワッシャ118A、及び、ロータブッシュ/ワッシャ組立体121/118を、上側スリーブベアリング及び下側スリーブベアリングの代わりに用いることにより、サーキュレータの組立が容易になり、また、位置合わせの問題を最小化し得る。
図6を参照すると、剛性ワッシャ119はロータブッシュ121と接触し、摩擦係数の低い動的スラストベアリングをもたらしてトルクを最小化し、それにより動力消費量を最小化し、良好なポンプ効率をもたらす。ロータブッシュ121は、好ましくは、単一の一体的部品であり、スリーブ部123及びスラスト部125を含む。ロータブッシュは、例えば、湿潤環境にて良好に機能する低摩擦加工ポリマーから形成され得る。ブッシュは、また、アルミナセラミック又はカーボンから形成され得る。ロータブッシュが形成される材料は、スラスト部が過度に摩耗せずに予測荷重に耐えることを可能にするように、概して、十分に高い圧力速度基準を有する。幾つかの用途に関し、ロータブッシュは、約12.2kg(27ポンド)までの軸方向荷重に、製品寿命を通じて、例えば、少なくとも7年間の断続使用(すなわち、7年間で平均25,000時間/年動作し、7年間で始動及び停止を85,000回〜90,000回行う)にて耐えられるべきである。幾つかの好ましいサーキュレータは、このような荷重に、10年間の断続使用を通じて耐えられるロータブッシュを含む。
適切な制御流体は、サーキュレータの予測使用環境、例えば、サーキュレータが露出されることが予測される温度及び圧力範囲に耐えることができる。好ましい制御流体は、ロータ及び/又はベアリング面の腐食又は損傷を生じ得る汚染物質、例えば石灰及び酸化鉄を、実質的に含まない。適切な制御流体は、脱イオン水、誘電流体、グリコール(例えば、エチレン及び/又はプロピレングリコール)、脱イオン水溶液及びグリコール溶液を含む。制御流体は、1以上の添加剤、例えば腐食防止剤を含み得る。システム流体が、入浴及び/又は飲用に用いられることがあるならば、制御流体がロータチャンバから万一漏出した場合のことを考慮して、制御流体が食品グレードの流体であることが望ましいであろう。概して、制御流体が、制御流体と接触するであろう部品に用いられている材料に適合していることが必要である。多くの用途に関し、制御流体が、約−3.9℃〜149℃(約25°F〜300°F)の範囲の温度で動作可能であることが好ましい。
サーキュレータを組み立てるためのプロセスが、図7〜図7Hに図式的に示されている。最初に、ロータスリーブの下方周囲をシールする下側キャップ601及びOリング146をモータハウジング101内に配置し(図7)、次いで、ステータ124、ロータスリーブ122、及びロータブッシュ121を配置する(図7A)。次に、ロータ102、ロータシャフト120、スラストベアリング606、並びにスラスト減衰ワッシャ118及び118Aを、部分組立品(サブアセンブリ)として組み立て(図7B)、それをモータハウジング101内に配置する(図7C)。これと同じステップにて、上側スリーブシール144をロータスリーブ122に取り付ける(図7C)。上側キャップ136、ダイヤフラムシール140、プレスリング142及びリップシール134を部分組立品として組み立て(図7D)、モータハウジング内に配置する(図7E)。次いで、インペラ128をロータシャフト120の端部130に取り付け(図7F)、Oリング148をポンプケーシング300内に取り付け(図7G)、ポンプケーシング300をモータハウジング101に固定する(図7H)。ポンプケーシング300はモータハウジングに、モータハウジングのフランジ642上のピン640(図7F)を、ポンプケーシング300上の対応するロック溝644(図7G)に係合させることにより、直角回転により、容易に且つ迅速に固定され得る。
ロータチャンバ132に、十分な量の制御流体を、ロータ及び他の部品を挿入したときにロータチャンバが完全に流体で満たされるように充填する。制御流体は、ロータの挿入
前、挿入中、及び/又は挿入後に、一度に、又は幾つかの段階に分けて加えられ得る。残存空気は全てロータチャンバから排出され、従って、サーキュレータが動作中に加圧されるときに、圧縮される空気は存在しないことになる。制御流体は、概して周囲の製造温度(典型的に、約15.6℃〜32.2℃(60°F〜90°F))にて加えられる。
前、挿入中、及び/又は挿入後に、一度に、又は幾つかの段階に分けて加えられ得る。残存空気は全てロータチャンバから排出され、従って、サーキュレータが動作中に加圧されるときに、圧縮される空気は存在しないことになる。制御流体は、概して周囲の製造温度(典型的に、約15.6℃〜32.2℃(60°F〜90°F))にて加えられる。
本発明の多くの実施形態を記載してきた。しかし、様々な変更が、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに成され得ることが理解されるであろう。
例えば、先に述べたようにサーキュレータが単一のベアリングを含むことが概して好ましいが、必要であれば、2つのベアリングを用い得る。図8を参照すると、サーキュレータ500が、ロータ506を支持する1対の上側スリーブベアリング502及び下側スリーブベアリング504とを含む。
例えば、先に述べたようにサーキュレータが単一のベアリングを含むことが概して好ましいが、必要であれば、2つのベアリングを用い得る。図8を参照すると、サーキュレータ500が、ロータ506を支持する1対の上側スリーブベアリング502及び下側スリーブベアリング504とを含む。
また、先に論じたダイヤフラムシールの代わりに、他のタイプの均圧化シールを用い得る。例えば、均圧化シールはベローズシールであってよく、このシールは、例えば、予測される熱サイクル状態下で材料疲労による故障なしに機能できるエラストマ材料又は非鉄金属から形成され得る。適切な均圧化シールの別の例は、熱膨張に適応するために軸方向に移動するように構成された動的ピストンシールである。
さらに、図2及び図5に示したリップシールを、類似の動的シール機能をもたらす他のタイプのシールに替えてもよい。例えば、シールは、図8に示されているようなvリングシール508であってよい。他の適切な動的シールは、ばね荷重式及び非ばね荷重式の、単一、2重、及び3重のリップシールを含む。
また、リップシールを、図9に示されているような、2部品構成の機械的シールに代えることもできる。2部品構成の適切な機械的シール334が図10に詳細に示されている。図10に示されているように、機械的シール334は、静止部品150及び回転部品152を含む。静止部品は、エラストマブート154(例えば、EPDMゴム、又は、時効硬化に耐える他の弾性材料から形成される)、及び、剛性の静的シール156を含む。好ましくは、剛性シールは、磨耗環境にて良好に機能する材料、例えば、炭化ケイ素から形成される。静止部品150は、上側キャップ136の受け入れ部にプレス嵌めされ、エラストマブートを圧縮して静的シールを形成する。回転部品152は金属カラー158を含み、カラー158内に、圧縮ばね160、回転する主要シャフトシール162、及び、エラストマ製の第2シャフトシール164を含む。主要シャフトシール162は静的剛性シール156に対して回転し、それにより、これらの2つの剛性部品の間に動的な回転境界面をもたらす。第2シャフトシール164はロータシャフト上にプレス嵌めされ、シャフトに対する固定シールをもたらす。圧縮ばね160は、回転部品152を静止部品150に対して付勢し、且つ、この機械的シールがロータの軸方向上方への移動を防止する振動緩衝体(動的スラストベアリング)として作用することを可能にする。好ましくは、カラー及びばねは、腐食防止のためにステンレス鋼から形成され、主要シャフトシールは、磨耗環境にて良好に機能する材料、例えば、炭化ケイ素から形成される。第2シャフトシールは、EPDM又は他の適切なエラストマ材料から形成され得る。
また、本発明のサーキュレータが異なるタイプのモータを含んでもよい。例えば、モータは、永久磁石又はかご形ロータを有するACモータ又はDCモータのいずれのタイプであってもよく、巻線要素、積層ロータ又は鉄芯を有するモータ;隈取モータ;スイッチリラクタンスモータ及びステッパモータを含むが、これらに限定されない。モータは、同期モータであっても非同期モータであってもよい。
他の実施形態は特許請求の範囲内にある。
Claims (17)
- 循環水式の加熱又は冷却システム内で流体を循環させるためのサーキュレータであって、
(a)ウェットロータ型サーキュレータのモータを備え、前記モータが、
モータハウジングと、
モータハウジング内に配置され、且つ循環流体からシールされたステータと、
ステータ内に配置されたロータチャンバであって、循環流体がロータチャンバ内に入らないように循環流体からシールされたロータチャンバと、
ロータチャンバ内に密閉された制御流体と、
ロータチャンバ内に配置され、且つ制御流体と接触するロータと、
ロータの一端に取り付けられたインペラとを含み、前記ステータと前記ロータが、互いに対して、ステータが励起されるとロータが回転されるように構成されており、
前記サーキュレータが、さらに、
(b)モータハウジングに固定されたポンプケーシングを備え、前記ポンプケーシングが、
ポンプケーシングに流入する循環流体を受け入れるための、循環水式加熱システムのパイプに取り付けられるように構成された入口端と、
インペラがモータからその内部に延在するケーシングボリュートであって、ポンプケーシングの入口と流体連通しているケーシングボリュートと、
ポンプケーシングから流れる循環流体を排出させるための、循環水式加熱システムのパイプに取り付けられるように構成された出口端とを含むサーキュレータ。 - ロータチャンバが、均圧化シールにより循環流体からシールされている請求項1に記載のサーキュレータ。
- 均圧化シールがダイヤフラムシールを含む請求項2に記載のサーキュレータ。
- 均圧化シールが、ベローズシール又は動的ピストンシールを含む請求項2に記載のサーキュレータ。
- ロータチャンバが、循環流体から、リップシール及びVリングシールから成る群から選択される動的シールによりシールされる請求項1又は2に記載のサーキュレータ。
- 動的シールが、ばね付勢式の、単一のリップシール、2重リップシール及び3重リップシールから群から選択される請求項5に記載のサーキュレータ。
- ロータチャンバが、循環流体から、回転要素及び静止要素を含む機械的シールによりシールされる請求項1又は2に記載のサーキュレータ。
- 回転要素が、ロータのシャフト部の周囲にプレス嵌めされるように構成されている請求項7に記載のサーキュレータ。
- 静止要素が、モータハウジングの受け入れ部にプレス嵌めされるように構成されている請求項8に記載のサーキュレータ。
- 前記機械的シールが、スラストベアリングとして作用するように構成され、ロータがインペラに向かって軸方向移動することを防止する請求項7に記載のサーキュレータ。
- さらに、ロータブッシュ/スラストワッシャ組立体が、ロータの、インペラが取り付けられた端部に対して反対側の端部に、ロータを支持するように配置及び構成されている請求
項1に記載のサーキュレータ。 - ロータブッシュが、加工されたポリマーを含む請求項11に記載のサーキュレータ。
- ウェットロータ型サーキュレータのモータであって、
モータハウジングと、
モータハウジング内に配置され、且つ循環流体からシールされたステータと、
ステータ内に配置されたロータチャンバであって、循環流体がロータチャンバ内に入らないように循環流体からシールされたロータチャンバと、
ロータチャンバ内に密閉された制御流体と、
ロータチャンバ内に配置され、且つ制御流体と接触するロータと、
ロータの一端に取り付けられたインペラとを含み、前記ステータと前記ロータが、互いに対して、ステータが励起されるとロータが回転されるように構成されているモータ。 - 循環水式の加熱又は冷却システム内で流体を循環させるためのサーキュレータであって、
(a)ウェットロータ型サーキュレータのモータを備え、前記モータが、
モータハウジングと、
モータハウジング内に配置され、且つ循環流体からシールされたステータと、
ステータ内に配置されたロータチャンバと、
ロータチャンバ内に配置され、且つロータシャフトを含むロータと、
ロータシャフトを、ロータの第1の側にてシールするために配置された動的シールであって、ロータが第1の方向に軸方向移動することを防止するように構成された動的シールと、
ロータの第2の側にてロータシャフトの周囲に配置されたロータブッシュ/スラストワッシャ組立体であって、ロータが第2の方向に軸方向移動することを防止するように構成されたロータブッシュ/スラストワッシャ組立体と、
ロータシャフトの一端に取り付けられたインペラとを含み、前記ステータと前記ロータが、互いに対して、ステータが励起されるとロータが回転されるように構成されており、前記サーキュレータが、さらに、
(b)モータハウジングに固定されたポンプケーシングを備え、前記ポンプケーシングが、
ポンプケーシングに流入する循環流体を受け入れるための、循環水式加熱システムのパイプに取り付けられるように構成された入口端と、
インペラがモータからその内部に延在するケーシングボリュートであって、ポンプケーシングの入口と流体連通しているケーシングボリュートと、
ポンプケーシングから流れる循環流体を排出させるための、循環水式加熱システムのパイプに取り付けられるように構成された出口端とを含むサーキュレータ。 - 循環水式の加熱又は冷却システム内で流体を循環させるためのサーキュレータであって、
(a)ウェットロータ型サーキュレータのモータを備え、前記モータが、
モータハウジングと、
モータハウジング内に配置されたステータと、
ステータ内に配置されたロータチャンバと、
ロータチャンバ内に配置されたロータと、
ロータの一端に取り付けられたインペラとを含み、
ステータとロータが、互いに対して、ステータが励起されるとロータが回転されるように構成されており、
前記サーキュレータが、さらに、
(b)モータハウジングに固定されたポンプケーシングを備え、前記ポンプケーシングが、
ポンプケーシングに流入する循環流体を受け入れるための、循環水式加熱システムのパイプに取り付けられるように構成された入口端と、
インペラがモータからその内部に延在するケーシングボリュートであって、ポンプケーシングの入口と流体連通しているケーシングボリュートと、
ポンプケーシングから流れる循環流体を排出させるための、循環水式加熱システムのパイプに取り付けられるように構成された出口端とを含み、
モータハウジングとポンプケーシングが、ポンプケーシングをモータハウジングに対して回転させることによりポンプケーシングがモータハウジングに固定され得るように構成されているサーキュレータ。 - モータハウジングとポンプケーシングが、直角回転により連結され得るように構成されている請求項15に記載のサーキュレータ。
- モータハウジングとポンプケーシングが、ピンと溝との取り付けシステムを含む請求項15に記載のサーキュレータ。
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