JP2007262998A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ装置のメカニカルシールの耐久性向上や良好なシール性の維持が可能となるように、メカニカルシールの冷却効率を高めることができるポンプ装置を実現し、提供する。
【解決手段】本発明のポンプ装置では、メカニカルシール８のモータ側の摺動部８９ａおよび主ポンプ側の摺動部８９ｂは、これらを冷却ポンプ用の冷却液７の通路に臨ませるように構成され、摺動部８９ａにおいて冷却ポンプ１０が駆動されることに因る冷却液の流れを促進させるためのモータ側の冷却液案内手段６３が装備され、摺動部８９ｂにおいて冷却ポンプ１０が駆動されることに因る冷却液７の流れを促進させるための主ポンプ側の冷却液案内手段６４が装備されている。
【選択図】図３

Description

本発明はポンプ装置に係り、詳しくは、主軸を介してモータで駆動される流体吐出用の主ポンプと、モータと主ポンプとの間の主軸に設けられるメカニカルシールを収容するシール室と、モータを冷却すべく主軸によって駆動自在な状態でシール室に装備される冷却ポンプと、を有して成るポンプ装置に関する。

従来のポンプ装置は、特許文献１において開示されたもののように、装置下端部に配置される主ポンプが主軸を介して装置上部に配置されるモータで駆動される構造とされ、モータと主ポンプとの間には主軸を囲繞する状態のシール室が設けられている。シール室には、吐出流体がポンプ圧によってモータ側に及ぶのを阻止するためのメカニカルシールが収容されている。また、シール室には、モータを冷却するための冷却液を強制循環させる冷却ポンプが主軸によって駆動自在な状態で装備されている。前記特許文献１に示されたポンプ装置では、冷却ポンプの上下それぞれにメカニカルシールが装備されている。

実開昭５９−４３６９５号公報

メカニカルシールは回転環と静止環とを圧接させながら相対回転させる構造のシールであり、ほぼ完全に流体の漏れを阻止することが可能となるシール性に優れたものである。上記従来のポンプ装置においては、下側のメカニカルシールは主ポンプとシール室との間をシールし、上側のメカニカルシールはシール室とモータ室との間をシールするために装備されている。

前記特許文献１の第１図に示されるポンプ装置では、冷却ポンプの上下２ヶ所にメカニカルシールを備え、各メカニカルシールが冷却ポンプ用の冷却液に触れ得る状態で配置されている。しかしながら、各メカニカルシールは冷却液の主流からは離れた位置にあって、メカニカルシール部位では冷却液が淀んだ状態になるから、冷却液によるメカニカルシールの冷却効率は芳しいものではない。

従って、冷却液によるメカニカルシールの冷却が不十分になり、メカニカルシールの耐久性低下を招き易い問題が懸念される。また、その過熱状態での連続運転によってシール摺動面が荒れ、その荒れに起因してシール性が低下するというおそれもある。

本発明は、メカニカルシールの耐久性向上や良好なシール性の維持が可能となるように、メカニカルシールの冷却効率を高めることができるポンプ装置を実現し、提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、主軸を介してモータで駆動される流体吐出用の主ポンプと、前記モータと前記主ポンプとの間の前記主軸に設けられるメカニカルシールを収容するシール室と、前記モータを冷却すべく前記主軸によって駆動自在な状態で前記シール室に装備される冷却ポンプと、を有して成るポンプ装置であって、前記メカニカルシールの摺動部を、前記冷却ポンプ用の冷却液の通路に臨ませるとともに、前記冷却ポンプが駆動されることに因る冷却液の流れを前記摺動部の周囲において促進させるための冷却液案内手段が装備されることにより、上記目的が達成される。

請求項２に係る発明は、請求項１の発明において、前記冷却液の通路が、前記シール室に形成される前記冷却ポンプに対する吸込み空間であり、前記冷却液案内手段は、前記冷却ポンプに戻ってくる戻り冷却液を前記摺動部又はその付近を通してから前記冷却ポンプの吸込み口に向かわせる迂回路を形成するための仕切部材で構成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のポンプ装置において、前記仕切部材は、前記メカニカルシールの外径側に形成される前記吸い込み空間を、戻り冷却液が前記摺動部又はその付近を通らずに前記吸込み口に向う直行路と前記迂回路とに仕切る板材で構成されるとともに、前記直行路と前記迂回路との冷却液の流量比率を可変設定するための流量比調節機構が装備されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のポンプ装置において、前記流量比調節機構は、前記吸込み空間において前記板材の取付け位置を可変設定できる位置調整機構によって構成されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載のポンプ装置において、前記冷却ポンプは、前記主軸に一体回転状態で設けられ、かつ、主ポンプ側の前記吸込み空間に臨む主ポンプ側吸込み口と、モータ側の前記吸込み空間に臨むモータ側吸込み口とを備えた遠心羽根を有する両吸込み型のものに構成されるとともに、前記摺動部が前記主ポンプ側の前記吸込み空間に臨む状態で前記主ポンプと前記冷却ポンプとの間をシールすべく形成される主ポンプ側の前記メカニカルシールと、摺動部が前記モータ側の前記吸込み空間に臨む状態で前記モータと前記冷却ポンプとの間をシールすべく形成されるモータ側の前記メカニカルシールとが装備されており、前記冷却液案内手段は、前記主ポンプ側及び前記モータ側の吸込み空間の夫々に装備されていることを特徴とするものである。

請求項１に係る発明では、冷却ポンプ用の冷却液の通路にメカニカルシールの摺動部を臨ませる構成とし、かつ、冷却液案内手段が冷却液の流れをメカニカルシールの摺動部の周囲において促進させるので、冷却液が確実に摺動部を冷却する。その結果、十分にメカニカルシールの耐久性向上や良好なシール性の維持が可能となる改善されたポンプ装置を実現し、提供することができる。

請求項２に係る発明によれば、次のような作用、効果がある。冷却ポンプに対する吸込み空間は、冷却用配管等の他の冷却液の通路に比べて容積が大きく流れが遅くなる傾向があり、従ってその吸込み空間に摺動部が臨むメカニカルシールは、前記他の冷却液の通路に臨む場合よりも冷却の点では不利な状況にある。しかし、本請求項に係る発明によれば、その冷却液流れの遅い吸込み空間に、戻り冷却液を摺動部又はその付近を通すための迂回路を形成する仕切部材によって冷却液案内手段とするものであるから、摺動部又はその付近を通る冷却液流れを増速し、メカニカルシールの冷却効率を向上させることができ、請求項１の発明による効果を強化可能なポンプ装置を提供することができる。

請求項３に係る発明よれば、吸い込み空間における冷却液案内手段として、戻り冷却液が摺動部又はその付近を通らずに吸込み口に向う直行路と迂回路とに仕切る板材を設けるものであり、冷却液流量比率を可変設定できる流量比調節機構が装備されているので、次のような作用、効果がある。

冷却ポンプの単位時間当りの吐出量や、冷却液の流路断面積、長さといったモータ冷却システムにおける各種の諸元は、当然ながら設計時においてモータ出力（発熱）や主ポンプの出力等に応じた最適なものに設定されて製作されるのであるが、実際に組み上がって製品とされた状態では、寸法誤差や設計誤差等の要因により、定格運転時における冷却性能が過剰になったり過少になったりすることがある。また使用条件に応じてその諸元を変更する必要が生じたりする。そして冷却過剰になるとモータの効率を低下させることになり、また過少になるとモータが過熱され不具合を生じるおそれが高くなるので、適切に冷却特性を調整することが要求される場合がある。

そのため、一般的には、例えばモータを囲繞する冷却管の途中部分に流量調節弁を設けるといった具合に、冷却液の戻り経路に別部品であるバルブを設け、製品完成後にバルブを操作して冷却液の単位時間当り流量を微調整し、所望の冷却性能が得られるようにする手段が採られる。従って、製品出荷前に１回だけ行う流量微調整のためだけに、独立した部品であるバルブ、及びそれを冷却システム中に組み込むための接続構造等が必要であって、それによるコスト増加を招いているという問題があった。

そこで、本請求項３に係る発明によれば、直行路と迂回路との冷却液流量比率を調節することにより、メカニカルシールの摺動部の潤滑状態の調整ができるだけでなく、吸込み空間に戻ってくる冷却液の単位時間当りの流量自体も調節することが可能になる。従って、モータ冷却システムとして必要となる前記流量微調整のための構成を、冷却液案内手段と兼用化することができ、専用のバルブやその付属構造を不要として機能低下無くコストダウンすることができるようになった。

請求項４に係る発明では、流量比調節機構を、前記板材の取付位置を可変設定できる位置調整機構によって構成するので、構造が簡単であり、廉価に構成することができる利点がある。また、形状やサイズの変更にも対応し易いので、生産数量の多い少ないに拘らずに機種変更や仕様変更にも柔軟に対応できる便利さもある。

請求項５に係る発明では、主ポンプ側及びモータ側の吸い込み空間の夫々に冷却液案内手段が装備されるので、主ポンプ側のメカニカルシールの摺動部及びモータ側のメカニカルシールの摺動部についてそれぞれの冷却液の流れを促進して冷却作用を強化でき、請求項１〜４の発明による前記効果を夫々のメカニカルシールにおいて発揮させることができるようになる。

また、モータ側のメカニカルシールにおいては、摺動部の周囲に冷却液を積極的に流すことによって摺動部における冷却液を正圧（大気圧以上の圧）に維持することが可能になり、モータ室からシール室に空気が漏れ入る不都合を防止して、冷却液切れによる冷却不足や潤滑不足が解消される。主ポンプ側のメカニカルシールにおいては、摺動部に冷却液を積極的に流すことによって摺動部における冷却液圧を高め、ポンプ吐出圧との圧力差を少なくして主ポンプ側からシール室への流体漏れをより確実に防止することが可能である。尚、請求項１から請求項４の発明においても、摺動部の周囲に冷却液を積極的に流すことによって、摺動部における冷却液の圧力を高くすることができるのは言うまでもない。

以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明にする。
図１は本実施形態であるポンプ装置の一例を示す縦断面図であり、図２は本実施形態であるポンプ装置のシール室およびその周辺の拡大断面図であり、図３は、本実施形態であるポンプ装置のメカニカルシールを説明する拡大断面図である。

本実施形態のポンプ装置は、図１，図２に示すように、主軸６を介してモータ１で駆動される流体吐出用の主ポンプ４と、モータ１と主ポンプ４との間の主軸６に設けられるメカニカルシール８を収容するシール室３と、モータ１を冷却すべく主軸６によって駆動自在な状態でシール室３に装備される冷却ポンプ１０とを有し、メカニカルシール８のモータ側の摺動部８９ａおよび主ポンプ側の摺動部８９ｂは、これらを冷却ポンプ用の冷却液７（例えば潤滑油または清水、蒸留水、あるいは有機酸からなる生物解性の不凍液など）の通路に臨ませることによって冷却可能に構成され、摺動部８９ａにおいて冷却ポンプ１０が駆動されることに因る冷却液の流れを促進させるためのモータ側の冷却液案内手段６３が装備され、摺動部８９ｂにおいて冷却ポンプ１０が駆動されることに因る冷却液７の流れを促進させるための主ポンプ側の冷却液案内手段６４が装備されている。

主ポンプ４を駆動するモータ１はモータフレーム２に密封されており、このモータフレーム２の外周は冷却筒部１４に取り囲まれている。主軸６はモータ１によって駆動される上下向きの立軸線Ｐを有している。主ポンプ４は、主軸６の下端部に取付けられた羽根車５と、羽根車５を収納し、かつシール室３の下側に位置するポンプケーシング４ａとを有し、ポンピング対象流体Ｗをポンプケーシング４ａの下部に設けられた吸い込み口４５から吸い込み、ポンプケーシング４ａの側部に設けられた吐出管４１から吐出するように構成されている。

シール室３は、図２，図３に示すように、その外周部が上体部３０と下体部３１とからなり、上体部３０には下向きに開口した環状の上部室３０ａが形成され、環状の上部室３０ａの下端開口部は環状仕切部９によって塞がれている。シール室３は、上部室３０ａより冷却ポンプ１０のモータ側において上部室３０ａと区画壁３２によって区画されたモータ側吸込み空間６１と、冷却ポンプ１０の主ポンプ側に形成された主ポンプ側吸込み空間６２とからなる。

モータ側吸込み空間６１および主ポンプ側吸込み空間６２の夫々には、冷却液案内手段６３，６４が、冷却ポンプ１０に戻ってくる戻り冷却液を摺動部８９ａ，８９ｂ又はその付近を通してから冷却ポンプ１０の吸込み口２１ａ，２１ｂに向かわせる迂回路６１ｂ，６２ｂが形成されるための仕切部材６３ａ，６４ａを設けて構成されている。冷却液案内手段６３，６４が冷却液の流れをメカニカルシール８の摺動部８９ａ，８９ｂ又はその周囲において促進させるので、冷却液が確実に摺動部８９ａ，８９ｂを冷却し潤滑する。仕切部材６３ａ，６４ａは、メカニカルシール８の外径側に形成されるモータ側吸込み空間６１および主ポンプ側吸込み空間６２の夫々を、戻り冷却液が摺動部８９ａ，８９ｂ又はその付近を通らずに吸込み口に向う直行路６１ａ，６２ａと迂回路６１ｂ，６２ｂとに仕切る板材６３ａ，６４ａで構成されるとともに、直行路と迂回路との冷却液の流量比率を可変設定できるように、板材６３ａ，６４ａを吸い込み空間６１，６２において位置調整自在に設けることによる流量比調節機構６３ｂ，６４ｂが装備されている。

流量比調節機構６３ｂ，６４ｂは、板材６３ａ，６４ａを、これらのシール室３に対する取付け位置が可変設定できる状態に螺着する構造によって構成されている。板材６３ａ，６４ａは、ポンプ装置組立時において、具体的には次のように取付け位置に設定される。板材６３ａ，６４ａは円環状で、板面に設けられた複数の挿通孔６３ｃ，６４ｃを有する。モータ側の吸込み空間６１を直行路６１ａと迂回路６１ｂとに仕切る板材６３ａは、各挿通孔６３ｃにモータ側吸込み空間６１の天井壁３ｂに上下方向に打ち込まれた打ち込みネジ部材６３ｄをナット部材６３ｅおよび座金６３ｆを外嵌させてから挿通させ、次いで、板材６３ａの下面からネジ部材６３ｄに座金６３ｇおよびナット部材６３ｈを順次外嵌させることにより、シール室３に対して所望の取付け高さ位置に設定される。また、主ポンプ側の吸込み空間６２を直行路６２ａと迂回路６２ｂとに仕切る板材６４は、各挿通孔６４ｃに、六角ネジ部材６４ｄを座金６４ｅを外嵌させてから上向きに挿通させ、六角ネジ部材６４ｄを環状溝９０と対向する環状仕切部９の下面９ａに上下方向に螺入させることにより、シール室３に対して所望の取付け高さ位置に設定される。板材６３ａ，６４ａのシール室３に対する取付け高さ位置は座金の数量を変更することによって調整可能である。ただし、螺着構造による位置の可変設定に限定されるものではなく、適宜選定できることは言うまでもない。また流量調整機構は上記のような仕切板材の位置調整による機構に限定されるものではなく、冷却液の流動抵抗を増大させるじゃま板の設置による方法など適宜変更することができる。

モータ側吸込み空間６１の天井壁３ｂはシール室３の最上部になるように形成され、このシール室３の最上部に主軸６の立軸線Ｐを挟んで両側の２箇所に、低温流路部であるモータ側吸込み空間６１から高温流路部である上部室３０ａへと連通する上下向きの通気孔９４が形成されている（高温流路部および低温流路部については後述する）。通気孔９４の径寸法は、空気がその浮力によって移動できるに足りる値であれば良く、通気孔の径は空気の排気性と冷却特性を考慮して選定する。図２のようにモータ側冷却吸込み空間６１の天井壁３ｂの外径側端となる位置に設けることが望ましい。また通気孔の断面は円形に限定されるものではない。

環状の上部室３０ａの下端開口部を塞いだ環状仕切部９は、環状の上部室３０ａと下体部３１に設けた上向きに開口する下部室３１ａとを上下方向で区画している。また、環状仕切部９の内周面には環状溝９０が形成されているとともに、環状の上部室３０ａと下部室３１ａとを連通させる第１連通路９１が軸方向に貫通して設けられており、該第１連通路９１の内周側には、モータ側吸込み空間６１と連通するように第２連通路９２を軸方向に貫通して設けてある。また、環状仕切部９を半径方向に貫通して環状溝９０に連通する冷却液吐出通路９３が形成されている。

シール室３の外周部の下体部３１は、中心孔３１Ａを設けて階段状に軸方向下向きにのび、かつ、半径方向に拡径されるボス部３１Ｂと、このボス部３１Ｂの下端部に連設されて半径方向外側に向けて羽根車５の外周部までのびる放熱隔壁３１Ｃと、この放熱隔壁３１Ｃの外周縁部から立ち上がる周壁部３１Ｄおよび該周壁部３１Ｄの上端部から半径方向外側に張り出すフランジ部３１Ｅとを有し、このフランジ部３１Ｅと上体部３０の下端部に設けた半径方向外側に張り出すフランジ部３０Ａとが結合されているとともに、下体部３１におけるフランジ部３１Ｅの下側にポンプケーシング４ａの上端周縁部が結合されている。また、放熱隔壁３１Ｃの上面には、円環突条からなる伝熱促進部３１Ｆが形成されている。

メカニカルシール８は、図２，図３に示すように、ダブル型と称されるもので、モータ側のメカニカルシール８の摺動部８９ａがモータ側の吸込み空間６１に臨む状態で、モータ１と冷却ポンプ１０との間をシールすべく形成され、主ポンプ側のメカニカルシール８の摺動部８９ｂが主ポンプ側の吸込み空間６２に臨む状態で、主ポンプ４と冷却ポンプ１０との間をシールすべく形成されている。メカニカルシール８は、シール室３の天井面３ａに上向きに凹入形成された装着用円形凹み部３ｃに内嵌される円環状の支持リング８５ａ、シール室３内の主軸６に遊外嵌され、かつ支持リング８５ａに上下スライド可能に内嵌された上側固定環８０、シール室３内において主軸６と遊外嵌され、環状の受座３３上側に円環状の支持リング８５ｂによって内嵌された下側固定環８１、シール室３内の主軸６に一体回転状態に外嵌され、かつ上側固定環８０の下面に摺接してモータ側の摺動部８９ａを形成するようにコイルスプリング８４によって上向きに押圧付勢される上側回転環８２、シール室３内の主軸６に一体回転状態に外嵌され、かつ下側固定環８１の上面に摺接して主ポンプ側の摺動部８９ｂを形成するようにコイルスプリング８４によって下向きに押圧付勢される下側回転環８３などを備える。

支持リング８５ａは装着用円形凹み部３ｃに非接触の状態で、支持リング８５ａに外嵌したＯリング８７ａを介して装着用円形凹み部３ｃに内嵌して支持されている。また支持リング８５ｂは環状の受座３３に非接触な状態でありながら、支持リング８５ｂに外嵌したＯリング８７ｂを介して受座３３に内嵌して支持されている。このように支持リング８５ａ，８５ｂを非接触状態で固定支持する構成により、上体部３０および下体部３１の加工において支持リング８５ａ，８５ｂに装着用円形凹み部３ｃおよび環状の受座３３を密嵌させるような厳密な加工精度を要求しなくとも、支持リング８５ａは上側固定環８０を固定し、支持リング８５ｂは下側固定環８１を固定できる。このため、上体部３０および下体部３１の加工に上記加工精度を要求しなくとも、メカニカルシール８のシール面（即ち上側固定環８０と上側回転環８２との摺動面および下側固定環８１と下側回転環８３との摺動面）を平坦維持することが可能になる。また摺動による発熱の熱膨張を吸収できるため、シール性が向上する。

上記環状の受座３３はシール室３における下体部３１のボス部３１Ｂに設けた中心孔３１Ａに取付けられている。また、上記支持リング８５ａは、シール室３の天井面３ａにおける装着用円形凹み部３ｃの周縁部下面３ｄに止着されるリング状の押え部材８６によって支持されている。また、シール室３の天井面３ａにおける装着用円形凹み部３ｃの周縁部下面３ｄの高さ位置は、周縁部下面３ｄの外径側に隣合せて形成されるモータ側吸込み空間６１の天井壁３ｂの高さ位置よりも低く設定されている。

冷却ポンプ１０は、主軸６に一体回転状態で設けられた遠心羽根（以下、冷却液循環羽根）１０ａを有する両吸込み型のものに構成されている。冷却液遠心羽根１０ａは、シール室３内の主ポンプ側の吸込み空間６１に臨む主ポンプ側吸込み口２１ａと、シール室３内のモータ側に形成されたモータ側の吸込み空間に臨むモータ側吸込み口２１ｂとを備える。冷却液循環羽根１０ａは、図３に示されるように、環状の互いに等しい２つの面板１０ｂ，１０ｃと、これら２つの面板１０ｂ，１０ｃの外周端どうしを液密状に連結し複数の吐出孔２２を有する筒状の側周壁１０ｄと、吸込み口２１ａ，２１ｂと吐出孔２２とを互いに連通する断面横倒しＴ字状の冷却液流路１０ｅとを有している。この冷却液循環羽根１０ａは、冷却液流路１０ｅを介して吐出孔２２から吐出された冷却液７が環状仕切部９の内周面の環状溝９０に流れ込むように配置されている。なお冷却液流路は横倒しＴ字状に限定されるものではなく、横倒しＹ字状であってもよく、一方の面板の吸込み口と他方の面板の吸込み口とを連通する面板間流路と、面板間流路から分岐し、前記吐出孔とを連通する吐出流路を有しておれば良い。またスラスト荷重を抑制するために上下対称であることが望ましい。

一方、図２に示すように、シール室３の外周部の下部体３１における下部室３１ａには区画部材１１が設けられている。この区画部材１１は、所定の間隔を隔てて下部室３１ａの階段状のボス部３１Ｂを取り囲む階段状の筒部１１ａと、この階段状の筒部１１ａの下端部に連設されて半径方向外側に張り出すとともに、小さい間隔を隔てて放熱隔壁３１Ｃの上側で対向するフランジ部１１ｂとを備え、その上端部は環状仕切部９の下面に取付けられている。これにより、フランジ部１１ｂの下面と放熱隔壁３１Ｃ（熱交換手段の一例）の上面（表面）との間に放熱隔壁３１Ｃに沿った通路断面積の小さい冷却液流路１２が形成され、この冷却液流路１２は、階段状のボス部３１Ｂの表面と階段状の筒部１１ａの内面とで囲まれる階段状の冷却液流路１５を介して、冷却液循環羽根１０ａの主ポンプ側吸込み空間６２および環状仕切部９の第２連通路９２に連通している。

シール室３およびその外周部は、冷却筒部１４を通過した後の温度上昇した冷却液７が流れる上部室３０ａと第１連通路９１から冷却通路１２に至るまでの下部室３１ａとから構成される高温流路部と、熱交換後の冷却液７が流れる冷却液流路１５と第２連通路９２と冷却液循環羽根１０ａのモータ側吸込み空間６１および主ポンプ側吸込み空間６２と環状溝９０と冷却液吐出通路９３とから構成される低温流路部とを有することなり、高温流路部と低温流路部とは、上体部３０において上部室３０ａとモータ側吸込み空間６１とを区画する区画壁３２と、環状仕切部９において第１連通路９１と第２連通路９２とを区画する区画壁３４とで区画され、下体部３１においては、区画部材１１によって区画されている。

シール室３内に封入されている冷却液７は、冷却液循環羽根１０ａの回転によって冷却液循環系１３を循環してモータ１を冷却する。すなわち、潤滑液循環系１３は、環状仕切部９に設けた冷却液吐出通路９３と、この冷却液吐出通路９３とモータフレーム２の外周を取り囲んで設けた冷却筒部１４とを互いに連通させる第１経路１３Ａと、冷却筒部１４と上体部３０における環状の上部室３０ａとを、上体部３０に設けた導入通路３０ｂを介して互いに連通させる第２経路１３Ｂとを備えている。なお、図１中の１６はドレイン管を示す。

冷却液循環羽根１０ａにおける冷却液７の流れを詳しく説明する。主軸６の回転により、メカニカルシール８の上側回転環８２と下側回転環８３および冷却液循環羽根１０ａが連動して回転する。冷却液循環羽根１０ａが回転すると、その上下の各面板１０ａ，１０ｂの吸込み口２１から冷却液７が吸い込まれ、冷却液流路１０ｅを通り、側周壁１０ｄの吐出孔２２から環状仕切部９の環状溝９０内へと吐出されるのである。つまり、本ポンプ装置においては、冷却液循環羽根１０ａの上方に位置するモータ側吸込み空間６１、及び下方に位置する主ポンプ側吸込み空間６２の双方から冷却液７が吸込まれ、外径方向に吐出される構造の遠心ポンプに構成されている。

環状仕切部９の環状溝９０内へと吐出された冷却液７は、環状仕切部９の環状溝９０→環状仕切部９に設けた冷却液吐出通路９３→第１経路１３Ａ→冷却筒部１４→第２経路１３Ｂ→導入通路３０ｂ→上体部３０の環状の上部室３０ａ→環状仕切部９の第１連通路９１→下体部３１の下部室３１ａ→冷却液流路１２→階段状の冷却液流路１５→主ポンプ側吸込み空間６２の直行路６２ａあるいは迂回路６２ｂ→冷却液循環羽根１０ｂの面板１０ｃまたは階段状の通路１５→第２連通路９２→モータ側吸込み空間６１の直行路６１ａあるいは迂回路６１ｂ→冷却液循環羽根１０ａの面板１０ｂの順路で循環して、モータフレーム２を取り囲んでいる冷却筒部１４を通過する過程でモータフレーム２を冷却し、冷却されたモータフレーム２を介してモータ１を冷却する。

なお、冷却筒部１４を流れる冷却液は、モータ１の上側軸受周辺を冷却するように配置され、冷却液７が冷却筒部１４を通過することによってモータ１上側の軸受周辺が冷却されるように構成することが望ましい。また、モータフレーム２の上部を取り囲む冷却筒部１４上側には空気収容空間（図示せず）が、冷却液７から生じた空気を収容でき、さらには冷却液７が温度上昇に伴って体積膨張した場合でも冷却液７を収容できるように形成されている。さらに冷却液をポンプ装置に充填する際に必ず空気収容空間が形成されるように冷却筒部の天井面より下に冷却液注入口１０２と空気抜き口１０３を設けることが望ましい。

前述のように、主軸６と連動して回転する冷却液循環羽根１０ａによって冷却液流路１２を循環するシール室３内の冷却液７は、その循環の過程で放熱隔壁３１Ｃを介してポンプケーシング４ａ内のポンピング対象流体Ｗとの間で熱交換がなされて冷却される。しかも、冷却液流路１２の通路断面積が小さく設定されていることによって、冷却液流路１２を通過する冷却液７の流速が速くなる。つまり、冷却液流路１２を循環する放熱隔壁３１Ｃ近傍の冷却液７の流速が増すことになり、冷却液７と放熱隔壁３１Ｃの間の熱伝達率が大きくなり、冷却液７とポンピング対象流体Ｗとの熱交換効率が向上し、効果的にモータ１を冷却することができる。

また、冷却液循環羽根１０ａが冷却液流路１２よりもモータフレーム２側に配置されていることによって、冷却液循環羽根１０ａの物理的な制限（すなわち上下方向の幅寸法）に影響されることなく、区画部材１１のフランジ部１１ｂを放熱隔壁３１Ｃに接近させて、冷却液流路１２の流路断面積をより一層小さく設定することができる。このため、放熱隔壁３１Ｃ近傍における冷却液７の流速を大幅に増大させて、冷却液７と放熱隔壁３１Ｃの間の熱伝達率が大きくなり、冷却液７とポンピング対象流体水Ｗとの熱交換効率を一層高くして、モータ１を効果的に冷却することができる。

さらに、冷却液循環羽根１０ａがメカニカルシール８の外周部に構成される構造となっているので、メカニカルシール８と冷却液循環羽根１０ａとを軸線方向に並べて配置されるような構成に比べて、冷却液循環羽根１０ａの設置によるポンプ軸方向の寸法を増大させることなく、配置することができる。

一方、放熱隔壁３１Ｃの冷却液流路１２側表面に、円環突条からなる伝熱促進部３１Ｆが形成されているので、伝熱促進部３１Ｆによって冷却液流路１２を循環する冷却液７の流れを乱して、冷却液７と放熱隔壁３１Ｃの間の熱伝達率をさらに大きくし、冷却液７とポンピング対象流体Ｗとの熱交換効率を高くして、モータ１を効果的に冷却するのに寄与することができる。

また、下体部３１における下部室３１ａの階段状のボス部３１Ｂを区画部材１１の階段状の筒部１１ａで取り囲むことで、冷却液流路１２に連続して階段状の冷却液流路１５を形成していることにより、該階段状の冷却液流路１５を循環する冷却液７の流れを乱して、冷却液７と放熱隔壁３１Ｃへ向けて熱が流れる階段状のボス部３１Ｂの間の熱伝達率を大きくし、冷却液７と階段状のボス部３１Ｂの間の熱交換を促進して、モータ１を効果的に冷却するのに寄与することができる。

上記実施形態において、冷却ポンプは、主ポンプ側の吸込み空間に臨む主ポンプ側吸込み口と、モータ側の吸込み空間に臨むモータ側吸込み口とを備えた遠心羽根を有する両吸込み型のものに構成されているが、図４に示すような片吸込み型のもので構成されても良く、従って、冷却液案内手段がモータ側のメカニカルシールにのみ適用される構成でも、主ポンプ側のメカニカルシールにのみ適用される構成でも良い。例えば図４のポンプ装置では次のように主ポンプ側のメカニカルシール８ａにのみ冷却液案内手段６４が適用される。上記実施形態の参照符号と同一である図４の参照符号は上記実施形態の構成要素と機能が同一である構成要素を示す。図４のポンプ装置では、主ポンプ側吸込み空間６２において、冷却液案内手段６４を、冷却ポンプ１０に戻ってくる戻り冷却液を主ポンプ側のメカニカルシール８ａの摺動部又はその付近を通してから冷却ポンプ１０の吸込み口２１ｂに向かわせる迂回路６２ｂが形成されるための仕切部材６４ａを設けて構成する。図４の仕切板６４aの外周部は折り曲げられ、主ポンプ側吸込み空間６２の天井壁段差部６５に沿うように折り曲げ加工されている。冷却液案内手段６４が冷却液の流れをメカニカルシール８ａの摺動部又の周囲において促進させるので、冷却液が確実に摺動部を冷却し潤滑する。

本実施形態であるポンプ装置の一例を示す縦断面図である。 図１のポンプ装置のシール室およびその周辺の拡大断面図である。 図１のポンプ装置のメカニカルシールを説明する拡大断面図である。 本実施形態であるポンプ装置の他の実施例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ モータ
４ 主ポンプ
６ 主軸
７ 冷却液
８ メカニカルシール
１０ 冷却ポンプ
１０ａ 遠心羽根（冷却液循環羽根）
６１ モータ側吸込み空間
６１ａ 直行路
６１ｂ 迂回路
６２ 主ポンプ側吸込み空間
６２ａ 直行路
６２ｂ 迂回路
６３ モータ側の冷却液案内手段
６３ａ 仕切部材（板材）
６３ｂ 流量比調整機構
６４ 主ポンプ側の冷却液案内手段
６４ａ 仕切部材（板材）
６４ｂ 流量比調整機構
８９ａ モータ側の摺動部
８９ｂ 主ポンプ側の摺動部

Claims (5)

1. 主軸を介してモータで駆動される流体吐出用の主ポンプと、前記モータと前記主ポンプとの間の前記主軸に設けられるメカニカルシールを収容するシール室と、前記モータを冷却すべく前記主軸によって駆動自在な状態で前記シール室に装備される冷却ポンプと、を有して成るポンプ装置であって、
   前記メカニカルシールの摺動部を、前記冷却ポンプ用の冷却液の通路に臨ませるとともに、前記冷却ポンプが駆動されることに因る冷却液の流れを前記摺動部の周囲において促進させるための冷却液案内手段が装備されているポンプ装置。
2. 前記冷却液の通路が、前記シール室に形成される前記冷却ポンプに対する吸込み空間であり、前記冷却液案内手段は、前記冷却ポンプに戻ってくる戻り冷却液を前記摺動部又はその付近を通してから前記冷却ポンプの吸込み口に向かわせる迂回路を形成するための仕切部材で構成されている請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記仕切部材は、前記メカニカルシールの外径側に形成される前記吸い込み空間を、戻り冷却液が前記摺動部又はその付近を通らずに前記吸込み口に向う直行路と前記迂回路とに仕切る板材で構成されるとともに、前記直行路と前記迂回路との冷却液の流量比率を可変設定するための流量比調節機構が装備されている請求項２に記載のポンプ装置。
4. 前記流量比調節機構は、前記吸込み空間において前記板材の取付け位置を可変設定できる位置調整機構によって構成されている請求項３に記載のポンプ装置。
5. 前記冷却ポンプは、前記主軸に一体回転状態で設けられ、かつ、主ポンプ側の前記吸込み空間に臨む主ポンプ側吸込み口と、モータ側の前記吸込み空間に臨むモータ側吸込み口とを備えた遠心羽根を有する両吸込み型のものに構成されるとともに、
   前記摺動部が前記主ポンプ側の前記吸込み空間に臨む状態で前記主ポンプと前記冷却ポンプとの間をシールすべく形成される主ポンプ側の前記メカニカルシールと、
   摺動部が前記モータ側の前記吸込み空間に臨む状態で前記モータと前記冷却ポンプとの間をシールすべく形成されるモータ側の前記メカニカルシールとが装備されており、
   前記冷却液案内手段は、前記主ポンプ側及び前記モータ側の吸込み空間の夫々に装備されている請求項１〜４の何れか一項に記載のポンプ装置。
   
   

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