JP2009019574A - キャンドポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】キャンドポンプにおいて、キャンの内部に流入した水が凍結すると、キャンやバックケーシングの破損及びロータの凍結による運転エラーが発生する。
【解決手段】ロータ１３とステータ１４とコイル１５と回転軸１０等から構成される駆動モータ部と、回転軸１０の大部分とロータ１３を収容するキャン４と、キャン４の端部を閉塞するバックケーシング３と、バックケーシング３に固着されるポンプケーシング５と、バックケーシング３とポンプケーシング５の間の空間に配設され且つ回転軸１０に固定されたインペラ７とを有するキャンドポンプ１において、前記キャン４は、一方が閉塞された円筒状の本体筒部４ａと、本体筒部４ａの開放側で外向きに広がる鍔部４ｃとを備え、前記鍔部４ｃに電気ヒータ１６が付設された。
【選択図】 図１

Description

本発明は、キャンドポンプにおいて、特にロータの凍結防止のためキャンの鍔部にヒータを付設したものに関する。

従来のキャンドポンプにおいては、その交流モータのステータとコイルが、モータケーシングとキャンとの間の環状空間に配設され、ロータと回転軸がキャン内に配設され、キャンの端部を塞ぐバックケーシングとポンプケーシングとの間の作動室に回転軸に連結されたインペラが配設され、ポンプケーシングのうちの作動室の外周側部分に吸入口と吐出口が形成され、吸入口から吸入した水をインペラにより加圧して吐出口より吐出させるように構成されている。

ところで、回転軸のインペラ側端部は、バックケーシングに設けられた軸受けで回転自在に支持されているため、回転軸と上記の軸受けとの間の摺動隙間を通ってキャン内に水が徐々に溜まる。そのキャン内に滞留した水が凍結した場合、その凍結時の体積膨張によりキャンの薄い周壁部やバックケーシングが変形することで破損し、キャンドポンプが故障して正常に機能しなくなる虞がある。

最近では、給湯器の追焚き循環用ポンプや暖房用ポンプの凍結防止として、メカニカルシールポンプやマグネットポンプには、その構造上ポンプケーシング及びバックケーシングから形成されるポンプ室にのみ水が流入するため、ポンプケーシング表面にヒータをテープ等で貼り付け、ポンプケーシングを介してポンプ室内の水を加熱することにより凍結防止が図られている。

また、特許文献１に記載のＬＮＧブロワー軸シール装置には、インペラが停止しパージガスの流入が停止した時のＬＮＧの漏洩を防止する停止時漏洩防止装置が設けられ、この停止時漏洩防止装置がＬＮＧの外気温度への伝熱により凍結するのを防止するため、回転軸の外周部付近に電気ヒータ加熱装置が設けられ、所定温度に回転軸を加熱することで凍結を防止している。
特開平６−２０７５９９

しかしながら、キャンドポンプは、ポンプ室だけでなく、キャン内部にも水が滞留する構造のため、ポンプケーシング表面にヒータを付設するだけでは、ヒータ熱がキャン内部まで及ばず、キャン内の水の凍結によるロータの固着及び凍結時の水の体積膨張によるキャンやバックケーシングの破損などが生じる虞がある。

そのため、キャンドポンプは、メカニカルシールポンプやマグネットポンプと比較すると凍結により運転出来なくなる可能性が高くなってしまう。また、特許文献１の発明でも、回転軸周辺を加熱するだけでは、ヒータ熱を内部まで伝熱することが出来ない構造である。キャンドポンプにロータの凍結防止の為のヒータを設ける技術は何ら開示示唆されていない。

本発明は、キャンドポンプにおいて、電気ヒータを適切な位置に貼り付けて効率良く凍結防止を図ると共に、組み立て部品数を削減する方法を提案することである。

請求項１のキャンドポンプは、回転軸の大部分とロータを収容するキャンと、キャンの端部を閉塞するバックケーシングと、バックケーシングに固着されるポンプケーシングと、バックケーシングとポンプケーシングの間の空間に配設され且つ回転軸に固定されたインペラとを有するキャンドポンプにおいて、前記キャンは、一方が閉塞された円筒状の本体筒部と、本体筒部の開放側で外向きに広がる鍔部とを備え、前記鍔部に電気ヒータが付設されていることを特徴とする。

前記キャンの鍔部に電気ヒータが付設されたため、バックケーシングを介してポンプ室内の水が加熱されると共に、前記鍔部を電気ヒータにより加熱すると、鍔部から本体筒部への熱伝導が生じて本体筒部も加熱される。この加熱された本体筒部を介してキャン内部に滞留した水が加熱され、キャン内の水の凍結が防止される。

請求項２のキャンドポンプは、請求項１の発明において、前記電気ヒータの電熱線が、前記キャンの鍔部のうちのバックケーシングと反対側の端面に付設されたことを特徴とする。

請求項３のキャンドポンプは、請求項１又は２の発明において、前記電気ヒータの電熱線が、前記鍔部の略全周に付設されたことを特徴とする。

請求項４のキャンドポンプは、請求項１〜３の発明において、前記電気ヒータは、絶縁テープで前記鍔部に貼り付けられていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、キャンの鍔部に電気ヒータが付設されたので、ポンプ室内の水だけでなくキャン内部に滞留した水も加熱することが出来る。また、伝熱性に優れるキャンに直接電気ヒータを付設するので、キャン内の水を効率良く加熱することが出来る。そのため、キャン内の水の凍結によるキャンやバックケーシングの破損及びロータの凍結による運転エラーを防止することが出来る。

請求項２の発明によれば、キャンの鍔部のうちバックケーシングと反対側の端面に電気ヒータの電熱線が付設されるだけの構造なので、容易にキャンに電気ヒータを付設することが出来る。

請求項３の発明によれば、鍔部の略全周に電気ヒータが付設されるので、効率良くキャン内部の水を加熱することが出来る。

請求項４の発明によれば、電気ヒータを絶縁テープで貼り付けるので、鍔部側のインシュレータを省くことが出来、部品点数を削減し、製造コストを抑制することが出来る。

本発明のキャンドポンプは、ロータの凍結防止のためキャンの鍔部に電気ヒータを絶縁テープで付設したことを特徴とするものである。

以下、本発明の実施例１について図面に基づいて説明する。尚、図１における上下左右を上下左右として説明する。
図１に示すように、キャンドポンプ１は、例えば給湯装置の追焚き循環用ポンプや暖房用ポンプ等に組み込まれて水やお湯を圧送するポンプである。このキャンドポンプ１は、ポンプ室２、バックケーシング３、キャン４、ポンプケーシング５、インペラ７、回転軸１０、１対の軸受け１１ａ，１１ｂ、ロータ１３、ステータ１４及びコイル１５等を備えている。

ポンプ室２は、バックケーシング３とポンプケーシング５から構成され、このポンプ室２内にはインペラ７が鉛直姿勢に配設されている。バックケーシング３は、中心側のボス部３ａとテーパ部３ｂと平板部３ｃとを合成樹脂材料で一体形成したものである。

キャン４は、回転軸１０の大部分とロータ１３を収容するため、非磁性のステンレス鋼板で断面ハット形状に構成されている。キャン４は、本体筒部４ａと、その左端を塞ぐ端壁部４ｂと、本体筒部４ｂの右端部から外向きに広がる鍔部４ｃとを一体形成したものである。

ポンプケーシング５は合成樹脂製のもので、ポンプケーシング５の左端部には合成樹脂製のモータケーシング６の右端部が複数のボルト又は接着等により固着されている。モータケーシング６には、キャン４と、回転軸１０とロータ１３とステータ１４とコイル１５等からなる駆動モータ部が収容されている。

ポンプケーシング５の上端部には吸入口５ａと吐出口５ｂが形成され、内部には水の流れを整流する整流板５ｃが設けられている。ポンプケーシング５の左端筒部５ｄに環状のＯリング８を介して、キャン４の鍔部４ｃと、この鍔部４ｃに環状のＯリング９を介して密着させてパックケーシング３の平板部３ｃが内嵌されて固着されている。ポンプケーシング５とバックケーシング３の内部のポンプ室２には、合成樹脂製のインペラ７が鉛直姿勢に配設され、回転軸１０の右端部がインペラ７の中心部に嵌合固着されている。

回転軸１０は耐磨耗性に優れるセラミック材料製のもので、ロータ１３に貫通固着した状態にしてキャン４の内部空間に水平姿勢に配設され、その右端部分がポンプ室２内まで延びてインペラ７に固着されている。回転軸１０の右端寄り部位は、バックケーシング３のボス部３ａに内嵌固定された合成樹脂の軸受け１１ａで回転自在に支持されている。回転軸１０の左端部はキャン４の端壁部４ｂの内面に固定されたセラミック製の軸受け１１ｂで回転自在に支持されている。

図２に示すように、電気ヒータ１６は、ニクロム線等から形成される電熱線１６ａと外部に通じるコネクタ１６ｂとを有し、キャン４の鍔部４ｃのうちのバックケーシング３との反対側の端面に、鍔部４ｃの略全周にわたるように設けられ、後述する絶縁テープ１７により鍔部４ｃに固定されている。電気ヒータ１６には、水温或いは給湯器等の設置場所の雰囲気温度が予め設定された温度（例えば、３度）以下に低下した場合に、電熱線１６ａを所定の温度（例えば１５０度）に加熱する為、キャンドポンプ１外部のコネクタ１６ｂを介して直流電流又は交流電流が電熱線１６ａに印加される。

次に、キャンドポンプ１の駆動モータ部について説明する。この駆動モータ部は、回転軸１０とロータ１３とステータ１４とコイル１５等で構成されている。
図１に示すように、ロータ１３は、硅素鋼板（電磁鋼板）の薄板を複数枚積層した硅素鋼板積層体のコア部１３ａと、コア部１３ａを貫通する複数のスロット１３ｂと、複数のスロット１３ｂに挿通される複数の導体棒１３ｃと、複数の導体棒１３ｃの両端を短絡する短絡環１３ｄとを有する。ロータ１３には、その表面を水密にモールドする合成樹脂製の表面被覆層１３ｅが形成され、その中心部に貫通されて固着された回転軸１０でもって回転自在に支持されている。

複数のスロット１３ｂは、回転軸１０の軸心と３次元的に交差するように傾斜した状態に形成されても良く、これら傾斜したスロット１３ｂに導体棒１３ｃを挿通させ両端を短絡環１３ｄで結合させることが望ましく、その構造にすると駆動中の振動や騒音を和らげる効果がある。導体棒１３ｃと短絡環１３ｄは、アルミニウム材料製のものである。

ステータ１４は、ロータ１５と同様に環状の硅素鋼板積層体で構成され、キャン４とモータケーシング６の間の筒状空間に配設され、キャン４を隔ててロータ１３の外周面に対向する状態に配設され、ステータ１４はモータケーシング６の内周面に固着されている。このステータ１４には、例えば８組又は１６組のコイル１５が巻かれ、それらコイル １５には位相の異なる交流電圧を印加することにより回転磁界を発生させてロータ１３を回転駆動する。

絶縁テープ１７は、電気ヒータ１６をキャン４の鍔部４ｃに貼り付けると共に、キャン４の本体筒部４ａの略全周にも貼り付けられているため、手前面側のコイル１５ａとキャン４とが接触することなく、キャン４内の水への漏電を防止する事が出来る。絶縁テープ１７は、エポキシフィルム、ポリイミドフィルムやポリエステルフィルム及びガラス繊維テープ等、キャン４の本体筒部４ａ及び鍔部４ｃとコイル１５ａとの間が絶縁される非導電性のテープが採用される。

一方、モータケーシング６の奥端面側のコイル１５ｂと、キャン４の本体筒部４ａ及びモータケーシング６の奥端面の間には、環状のインシュレータ１８が設けられている。インシュレータ１８は、合成樹脂製のもので、円筒状の筒部１８ａと、筒部１８ａの端部から外側に広がる鍔部１８ｂとが一体形成されている。キャン４とコイル１５ｂとの間を絶縁する為に、筒部１８ａがステータ１４に当接するまで本体筒部４ａに左方から挿入固定され、鍔部１８ｂはコイル１５ｂとモータケーシング６の間に配置される。

次に、以上説明したキャンドポンプ１の作用、効果について説明する。
このキャンドポンプ１が給湯装置の追焚き循環用ポンプや暖房用ポンプ等に採用され、ポンプ室２に水が充填されている状態においては、外部からコイル１５に交流電圧を印加してステータ１４の内側に回転磁界を発生させると、この回転磁界の回転方向と同方向にロータ１３と回転軸１０とが回転し、回転軸１０と一体的にインペラ７が回転し、インペラ７の回転によって吸入口５ａから水が吸入され、整流板５ｃによってインペラ７に案内され、加圧された水が吐出口５ｂから吐出される。

このキャンドポンプ１は、その構成上ポンプ室２に水が充填されている状態では、回転軸１０とインペラ７側の軸受け１１ａとの間の摺動隙間を通ってキャン４内に水が徐々に溜まる。つまり、キャンドポンプ１が駆動中は、常時キャン４内に水が滞留されている状態になる。この滞留した水により、回転軸１０と軸受け１１ａ，１１ｂとの摺動摩擦による発熱を効果的に冷却するため、製品の性能を長期間維持することができる。

ここで、キャン４内の水温或いは給湯器等の設置場所の雰囲気温度が予め設定された温度（例えば、３度）以下に低下すると、水の凍結によるロータ１３の固着及び水の体積膨張によるキャン４の破損等を防止する為に、外部から鍔部４ｃに付設された電気ヒータ１６の電熱線１６ａに交流電流或いは直流電流を印加する。電熱線１６ａの発熱によりポンプ室２内の水が加熱されると共に、鍔部４ｃから本体筒部４ａへの熱伝導が生じ、キャン４内部に滞留した水も加熱することが出来るので、効果的にキャンドポンプ１の凍結防止を図ることが出来る。

さらに、伝熱性に優れるキャン４の鍔部４ｃに直接電気ヒータ１６を付設するので、キャン４内部の水を効率良く加熱することが出来るうえ、鍔部４ｃのうちバックケーシング５と反対側の端面に電気ヒータ１６の電熱線１６ａを絶縁テープ１７で貼り付けるだけの構造なので、容易にキャン４に電気ヒータ１６を付設することが出来る。

以上の構成により、電気ヒータ１６をキャン４に付設することで、凍結によるキャン４やバックケーシング５の破損及びロータ１３の凍結による運転エラーを防止することが出来る。また、電気ヒータ１６を絶縁テープ１７で貼り付けるので、インペラ７側のインシュレータを省く事が出来、部品点数を削減し、製造コストを抑制することが出来る。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変更形態について説明をする。
１）バックケーシング５に１又は複数の連通孔を設け、ポンプ室２とキャン４内部とを連通させ、キャン４内に容易に水を流入させたり流出させたりすることで、効率良く水を加熱循環させる構成にしても良い。
２）ロータ１３のインペラ７側及びキャン４奥端側端壁に羽根部材を夫々設け、キャン内部の水を容易に攪拌出来る構造にしても良い。
３）本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施することができ、本発明はそれらの変更形態も包含するものである。

本発明の実施例１に係るキャンドポンプの縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

符号の説明

１ キャンドポンプ
３ バックケーシング
４ キャン
４ａ 本体筒部
４ｃ 鍔部
５ ポンプケーシング
７ インペラ
１０ 回転軸
１３ ロータ
１４ ステータ
１６ 電気ヒータ
１７ 絶縁テープ

Claims (4)

1. 回転軸の大部分とロータを収容するキャンと、キャンの端部を閉塞するバックケーシングと、バックケーシングに固着されるポンプケーシングと、バックケーシングとポンプケーシングの間の空間に配設され且つ回転軸に固定されたインペラとを有するキャンドポンプにおいて、
   前記キャンは、一方が閉塞された円筒状の本体筒部と、本体筒部の開放側で外向きに広がる鍔部とを備え、
   前記鍔部に電気ヒータが付設されていることを特徴とするキャンドポンプ。
2. 前記電気ヒータの電熱線が、前記キャンの鍔部のうちのバックケーシングと反対側の端面に付設されたことを特徴とする請求項１に記載のキャンドポンプ。
3. 前記電気ヒータの電熱線が、前記鍔部の略全周に付設されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のキャンドポンプ。
4. 前記電気ヒータは、絶縁テープで前記鍔部に貼り付けられていることを特徴とする請求項１〜３に記載のキャンドポンプ。