JP2015108327A - 冷媒ポンプ及び当該冷媒ポンプを用いたバイナリ発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】モータ効率を改善して、液化された冷媒を安定的に送り出すことのできる小型の冷媒ポンプ及び当該冷媒ポンプを用いたバイナリ発電システムを提供する。【解決手段】冷媒ポンプ６は、液化された冷媒を昇圧して送り出すポンプ部４０と、ポンプ部を駆動するモータ部３１と、モータ部で生み出された回転駆動力をポンプ部に伝達する駆動軸３０と、ポンプ部及びモータ部をそれぞれ密閉状態で収容するポンプ室６０及びモータ室７０を有するケーシング２０と、を備え、ポンプ部が、駆動軸の端部に設けられた内接歯車ポンプであり、駆動軸は、ポンプ室とモータ室とを連通する連通穴５０，５１を有し、モータ室においてポンプ室と反対側に位置する反ポンプ側空間６４が前記バイナリ発電システムの低圧ライン５ｄに接続されている。【選択図】図２

Description

この発明は、凝縮器によって液化された冷媒（作動媒体）を昇圧して蒸発器に送り出す冷媒ポンプ及び当該冷媒ポンプを用いたバイナリ発電システムに関する。

近年、省エネルギーの観点から、工場、船舶、車両、作業機械等の各種設備、装置、機器等より排出される低温の廃熱や、その他の低位熱エネルギーを回収し、その回収された廃熱のエネルギーを利用した発電システムへのニーズが高まっている。

廃熱を利用した発電システムとして、例えば、冷媒（作動媒体）を蒸発させる蒸発器と、冷媒蒸気に膨張仕事をさせる膨張機と、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器と、冷媒を循環させる冷媒ポンプと、を直列に接続した閉ループ内で冷媒を循環させて熱サイクルを構成させ、膨張機で発電機を駆動するように構成したバイナリ発電システムが知られている。

このようなバイナリ発電システムにおいて、冷媒を閉ループ内で循環させるには、閉ループに冷媒ポンプを介設する必要があり、当該冷媒ポンプとしては、種々のタイプのものが適用可能であるが、例えば、キャンドモータによるポンプがある。

上記キャンドモータのポンプとして、例えば特許文献１のようなものが知られている。当該キャンドモータのポンプでは、羽根車がポンプケーシング内に収納され、ポンプを駆動するモータの回転子が、固定子のキャンの内周側に形成される圧力液体室内に収納され、当該圧力液体室がポンプ取扱い液（作動媒体）で満たされている。当該圧力液体室内には、ポンプの吐出側からポンプ取扱い液の一部が導かれ、このポンプ取扱い液によって圧力液体室内の回転子やすべり軸受などの潤滑や冷却が行われる。羽根車を駆動するモータのシャフトに貫通穴が形成され、ポンプ取扱い液が、貫通穴を通じて、圧力液体室内からポンプの吸込側に戻され、新たなポンプ取扱い液と共に、再びポンプの吐出側に送られる。

特開２００７−１２７１３５号公報

特許文献１に開示されたキャンドモータポンプでは、回転子と固定子との間にはキャンという隔壁が存在し、この回転子と固定子との間のキャンによって回転子と固定子との間の距離が長くなるため、モータ効率が良くない。モータ効率を良くするためにキャンの厚みを薄くしようとすると、次のような問題がある。すなわち、ポンプで昇圧されたポンプ取扱い液によって固定子のキャンの回転子側である圧力液体室内では高圧になるのに対して、圧力液体室内とは固定子のキャンを挟んで反対側では大略大気圧になっている。そのため、固定子のキャンを隔てて大きな圧力差が生じているので、固定子のキャンの厚みを薄くすることは現実的には困難であり、回転子と固定子との間の距離を短くしてモータ効率を向上させることが困難であるという問題がある。また、特許文献１に開示された構成では、回転子及び固定子がキャンで覆われているためにポンプ取扱い液による回転子及び固定子への冷却作用が弱いので、モータ効率が良くないという問題がある。

また、特許文献１のキャンドモータポンプは羽根車を用いる遠心ポンプであるため、ポンプ部分が大きくなってポンプの小型化が難しいという問題もある。また、キャンを薄くすることが困難であり、キャン設置スペースが必要であるため、モータ部分が大きくなるという問題もある。

さらに、ポンプ取扱い液を、貫通穴を通じて、圧力液体室からポンプ内の吸込側に直接に戻す構成においては、ポンプ取扱い液が低沸点の冷媒である場合、ポンプ取扱い液でモータを冷却した結果として、ポンプ取扱い液が温められ、温められたポンプ取扱い液がキャビテーションを生じやすくなるため、ポンプ内で気泡が生じることによってポンプがポンプ取扱い液を安定的に送り出すことが困難になる等の問題もある。

したがって、この発明の解決すべき技術的課題は、モータ効率を改善して、液化された冷媒を安定的に送り出すことのできる小型の冷媒ポンプ及び当該冷媒ポンプを用いたバイナリ発電システムを提供することである。

上記技術的課題を解決するために、この発明によれば、以下の冷媒ポンプが提供される。

すなわち、この発明の請求項１に係る冷媒ポンプでは、
バイナリ発電システムに使用される冷媒ポンプであって、当該冷媒ポンプは、
液化された冷媒を昇圧して送り出すポンプ部と、
前記ポンプ部を駆動するモータ部と、
前記モータ部で生み出された回転駆動力を前記ポンプ部に伝達する駆動軸と、
前記ポンプ部及び前記モータ部をそれぞれ密閉状態で収容するポンプ室及びモータ室を有するケーシングと、を備え、
前記ポンプ部が、前記駆動軸の端部に設けられた内接歯車ポンプであり、
前記駆動軸は、前記ポンプ室と前記モータ室とを連通する連通穴を有し、
前記モータ室において前記ポンプ室と反対側に位置する反ポンプ側空間が前記バイナリ発電システムの低圧ラインに接続されていることを特徴とする。

この発明の請求項２に係る冷媒ポンプでは、
バイナリ発電システムに使用される冷媒ポンプであって、当該冷媒ポンプは、
液化された冷媒を昇圧して送り出すポンプ部と、
前記ポンプ部を駆動するモータ部と、
前記モータ部で生み出された回転駆動力を前記ポンプ部に伝達する駆動軸と、
前記ポンプ部を密閉状態で収容するポンプ室及び前記モータ部を密閉状態で収容するモータ室を有するケーシングと、を備え、
前記ポンプ部が、前記駆動軸の端部に設けられた内接歯車ポンプであり、
前記駆動軸は、前記ポンプ室と前記モータ室とを連通する連通穴を有し、
前記モータ室は、前記モータ部によって隔てられ、前記ポンプ室側に位置するポンプ側空間と前記ポンプ室と反対側に位置する反ポンプ側空間とを有し、
前記連通穴は、前記ポンプ側空間および前記反ポンプ側空間の一方に連通する開口部を有し、
前記ケーシングは、前記ポンプ側空間および前記反ポンプ側空間の他方を前記バイナリ発電システムの低圧ラインに接続する排出流路を有していることを特徴とする。

この発明の請求項３に係る冷媒ポンプでは、前記連通穴が、前記駆動軸の外周面に開口部を有していることを特徴とする。

この発明の請求項４に係る冷媒ポンプでは、前記反ポンプ側空間が接続される前記バイナリ発電システムの低圧ラインが、前記バイナリ発電システムでの凝縮器の直前であることを特徴とする。

この発明の請求項５に係る冷媒ポンプでは、前記駆動軸を軸支する軸受に対して給油するための給油流路を備えることを特徴とする。

この発明の請求項６に係るバイナリ発電システムでは、
液化された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で生成された冷媒蒸気の膨張を利用して発電を行う発電機と、前記発電機で利用された冷媒蒸気を液状の冷媒に凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で液化された冷媒を昇圧して送り出して循環させる冷媒ポンプと、を備えるバイナリ発電システムであって、
前記冷媒ポンプは、
液化された冷媒を昇圧して送り出すポンプ部と、
前記ポンプ部を駆動するモータ部と、
前記モータ部で生み出された回転駆動力を前記ポンプ部に伝達する駆動軸と、
前記ポンプ部及び前記モータ部をそれぞれ密閉状態で収容するポンプ室及びモータ室を有するケーシングと、を備え、
前記ポンプ部が、前記駆動軸の端部に設けられた内接歯車ポンプであり、
前記駆動軸は、前記ポンプ室と前記モータ室とを連通する連通穴を有し、
前記モータ室において前記ポンプ室と反対側に位置する反ポンプ側空間が前記バイナリ発電システムの低圧ラインに接続されていることを特徴とする。

この発明の請求項７に係るバイナリ発電システムでは、
液化された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で生成された冷媒蒸気の膨張を利用して発電を行う発電機と、前記発電機で利用された冷媒蒸気を液状の冷媒に凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で液化された冷媒を昇圧して送り出して循環させる冷媒ポンプと、を備えるバイナリ発電システムであって、
前記冷媒ポンプは、
液化された冷媒を昇圧して送り出すポンプ部と、
前記ポンプ部を駆動するモータ部と、
前記モータ部で生み出された回転駆動力を前記ポンプ部に伝達する駆動軸と、
前記ポンプ部を密閉状態で収容するポンプ室及び前記モータ部を密閉状態で収容するモータ室を有するケーシングと、を備え、
前記ポンプ部が、前記駆動軸の端部に設けられた内接歯車ポンプであり、
前記駆動軸は、前記ポンプ室と前記モータ室とを連通する連通穴を有し、
前記モータ室は、前記モータ部によって隔てられ、前記ポンプ室側に位置するポンプ側空間と前記ポンプ室と反対側に位置する反ポンプ側空間とを有し、
前記ケーシングは、前記ポンプ側空間および前記反ポンプ側空間の他方を前記バイナリ発電システムの低圧ラインに接続する排出流路を有していることを特徴とする。

この発明の請求項８に係るバイナリ発電システムでは、前記連通穴が、前記駆動軸の外周面に開口部を有していることを特徴とする。

この発明の請求項９に係るバイナリ発電システムでは、前記反ポンプ側空間が接続される前記バイナリ発電システムの低圧ラインが、前記凝縮器の直前であることを特徴とする。

この発明の請求項１０に係るバイナリ発電システムでは、前記駆動軸を軸支する軸受に対して給油するための給油流路を備えることを特徴とする。

第１の発明では、ポンプ部を、駆動軸の端部に設けられた内接歯車ポンプとすることにより、ポンプ部の小型化を実現することができる。ケーシングのポンプ室及びモータ室をそれぞれ密閉状態にすることにより、冷媒漏れを防止するので、モータ部における回転子と固定子とを隔てるキャンのような隔壁が不要となる。これにより、回転子と固定子との間の距離を短くでき、回転子及び固定子を直接冷却することもできるので、モータ効率を向上させることができ、モータ部の小型化を実現することができる。駆動軸に設けられた連通穴によって、外部配管を用いることなく、ポンプ室とモータ室とをつなぐことができる。モータ室をバイナリ発電システムの低圧ラインに接続することにより、別途のポンプを用いることなく、駆動軸に設けられた連通穴を介して、ポンプ室からモータ室へ冷媒が供給される。したがって、第１の発明では、モータ効率を改善した小型の冷媒ポンプ、及び、その冷媒ポンプを用いることで全体として効率の向上したバイナリ発電システムが提供されるという効果を奏する。

第２の発明では、ポンプ側空間に位置するよう開口している連通穴とすることにより、ポンプ側空間に供給された冷媒が反ポンプ側空間から排出されるまでに確実にモータ部を通過することができる。また、第２の発明では、連通穴を反ポンプ側空間に位置するよう開口し、ポンプ側空間をバイナリ発電システムの低圧ラインに接続してもよい。これにより、反ポンプ側空間に供給された冷媒がポンプ側空間から排出されるまでに確実にモータ部を通過することができる。

第３の発明では、回転軸である駆動軸の外周面に連通穴が開口していることにより、冷媒が反ポンプ側空間の径方向全周に亘ってムラなく供給できる。そのため、第３の発明では、モータ部を全体的にムラなく冷却することができるという効果を奏する。

モータ室に供給される冷媒においては、条件によってはその一部が蒸気となる恐れがあり、冷媒の蒸気がポンプ部に導入されると圧縮不良を起こす恐れがある。第４の発明では、モータ部から排出される冷媒がバイナリ発電システムでの凝縮器の直前に供給されることで、ポンプ部への導入前に確実に液状の冷媒に戻しておくことができる。そのため、第４の発明では、液状の冷媒を安定的に送り出すことのできる冷媒ポンプ、及び、その冷媒ポンプを用いることで全体として信頼性を向上したバイナリ発電システムが提供されるという効果を奏する。

バイナリ発電システムで使用される冷媒においては、その粘度が一般的に低いため、冷媒だけの潤滑では軸受が破損する恐れがある。そのため、第５の発明では、軸受に給油することによって、冷媒だけによる潤滑性不足を補うこと、換言すると冷媒潤滑の際の潤滑性を向上させることができるという効果を奏する。

この発明の一実施形態に係るバイナリ発電システムの概略図である。 図１に示したバイナリ発電システムで使用される一実施形態に係る冷媒ポンプの縦断面図である。 図２に示した冷媒ポンプにおける内接歯車ポンプの軸垂直方向断面図である。 変形例に係る冷媒ポンプの縦断面図である。

以下に、この発明の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この明細書において、駆動軸３０の軸方向に関して、相対的に内接歯車ポンプ４０の側をポンプ側と呼び、相対的にモータ部３１の側あるいは内接歯車ポンプ４０と反対側をモータ側あるいは反ポンプ側と呼ぶ。

図１は、一実施形態に係るバイナリ発電システム１の構成を示す概略図である。バイナリ発電システム１は、水よりも沸点の低い冷媒を利用して、低温の廃熱からエネルギーを回収するように構成されていて、水よりも沸点の低い冷媒は、例えば、Ｒ２４５ｆａのような代替フロンである。バイナリ発電システム１は、冷媒が循環する冷媒循環ライン５上に、蒸発器７と、発電装置２と、凝縮器８と、冷媒ポンプ６と、を備える。

凝縮器８で液化された冷媒は、ポンプ入口側ライン５ａを通じて、冷媒ポンプ６に送られる。冷媒ポンプ６は、凝縮器８で液化された冷媒を所定の圧力まで昇圧して蒸発器７に送り出すためのものである。冷媒ポンプ６の詳細は、後ほど説明する。

蒸発器７は、液状の冷媒から冷媒蒸気を生成する。蒸発器７は、冷媒循環ライン５のポンプ出口側ライン５ｂを通じて、冷媒ポンプ６で圧送された冷媒を廃熱を利用することにより蒸発させる。蒸発器７は、廃熱によって温められた温熱流体が流れる温熱流体流路１７を有する。温熱流体は、工場等から排出される温排水や加熱空気や排蒸気、あるいは地下から湧き出る温水等、冷媒の沸点よりも高い温度を有する流体であればよく、その流体により加熱された中間熱媒体であってもよい。蒸発器７は、温熱流体と冷媒との間で熱交換を行わせることで、液状の冷媒を蒸発させる。この蒸発器７で生成された冷媒蒸気は、膨張機入口側ライン５ｃを通じて、発電装置２の膨張機３に送られる。

発電装置２は、蒸発器７から供給された冷媒蒸気を利用して発電を行う。発電装置２は、スクリュ式の膨張機３と、発電機４とを有しており、スクリュ式の膨張機３が冷媒蒸気の膨張力、すなわち膨張前後の圧力差により回転駆動されるのに伴い発電機４が回転することで発電を行う。発電装置２で発電に利用された冷媒蒸気は、膨張機出口側ライン５ｄを通じて、凝縮器８に送られる。

凝縮器８は、発電装置２から供給された冷媒蒸気を冷却して、冷媒蒸気を液化（凝縮）させる。凝縮器８は、冷却水流路１８の中を流れる低温の冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせることで、冷媒蒸気を冷却して液化（凝縮）させる。凝縮器８から排出される液状の冷媒は、凝縮器８と蒸発器７との間に設けられた冷媒ポンプ６により、凝縮器８から蒸発器７へ圧送される。蒸発器７へ圧送された液状の冷媒は、再び蒸発器７で蒸発される。

上記実施形態のバイナリ発電システム１では、冷媒が、冷媒循環ライン５を通じて蒸発器７から発電装置２に供給され、発電装置２から凝縮器８に供給され、その後、凝縮器８から冷媒ポンプ６を介して蒸発器７に戻るという冷媒の循環経路が構成されている。そして、バイナリ発電システム１では、水よりも沸点の低い冷媒が循環回路を循環することで、工場等の各種設備等より排出される低温の廃熱から電気エネルギーを生成し、冷媒の蒸発サイクルと凝縮サイクルという２つの熱サイクルを併用して発電を行っている。

次に、図２及び３を参照しながら、一実施形態に係る冷媒ポンプ６を詳細に説明する。図２は、冷媒ポンプ６の縦断面図であり、図３は、冷媒ポンプ６における内接歯車ポンプ４０の軸垂直方向断面図である。本実施形態では、内接歯車ポンプ４０としてトロコイドポンプ（トロコイド（登録商標））を示す。

冷媒ポンプ６は、液状の冷媒を吸い込んだあと昇圧された液状の冷媒を吐出する内接歯車ポンプ（ポンプ部）４０と、内接歯車ポンプ４０を駆動するモータ部３１と、内接歯車ポンプ４０及びモータ部３１を密閉状態で収容するケーシング２０と、を備える。内接歯車ポンプ４０は駆動軸３０のポンプ側の端部に設けられている。

冷媒ポンプ６のケーシング２０は、大略筒状のモータケーシング２１と、大略有底筒状であるポンプケーシング２２及びエンドカバー２３と、によって構成されている。そして、ポンプケーシング２２がモータケーシング２１のポンプ側の側面に対して密閉状態で取り付けられ、エンドカバー２３がモータケーシング２１の反ポンプ側の側面に対して密閉状態で取り付けられている。モータケーシング２１とエンドカバー２３とによって形成される内部空間であるモータ室７０には、モータ部３１が密閉状態で収容される。モータ室７０には、モータ部３１よりもポンプ側の第１モータ室（ポンプ側空間）６２と，モータ部３１に対応する第２モータ室６３と，モータ部３１よりも反ポンプ側の第３モータ室（反ポンプ側空間）６４とが、形成されている。ポンプケーシング２２と隔壁２８とで囲まれた内部空間であるポンプ室６０には、内接歯車ポンプ４０が密閉状態で収容される。ポンプケーシング２２におけるポンプ室６０は、内接歯車ポンプ４０を収容する大径の第１空間６８と、駆動軸３０のポンプ側の軸端部を収容する小径の第２空間６９と、からなる２段階凹部によって構成されている。モータケーシング２１及びポンプケーシング２２は、モータケーシング２１のポンプ側端部に嵌入された隔壁２８で仕切られている。隔壁２８には、軸挿通穴が形成されていて、当該軸挿通穴は、駆動軸３０のポンプ側の部分が挿通可能であるように開口し且つ内接歯車ポンプ４０のインナーロータ４１の外歯歯車の歯底円の直径よりも小径であるように寸法構成されている。

図３に示すように、内接歯車ポンプ４０は、内歯歯車を有するアウターロータ４２の内側に対して、内歯歯車よりも歯数が１つ少ない外歯歯車を有するインナーロータ４１が取り付けられた構造をしている。インナーロータ４１の外歯歯車とアウターロータ４２の内歯歯車とが噛合することによって噛合隙間が形成されている。アウターロータ４２の外周面は、ポンプ室６０の円筒状内周面に案内されて回転可能となっている。インナーロータ４１の挿通穴には、駆動軸３０のポンプ側の軸端部が挿通されており、軸端部が挿通穴に対してキー部材で回り止めされた状態で固定されている。当該構成によれば、駆動軸３０にインナーロータ４１が直付けされることで部品点数を削減し、モータ部３１の構造を小型化・簡略化することができる。

ポンプケーシング２２には、第１空間６８に面した平面部からなりポンプ室６０の側面を構成する端面に、図３において斜線部で示すような形状の吸込ポート４３及び吐出ポート４４が形成されている。吸込ポート４３及び吐出ポート４４は、それぞれポンプ室の外部へ通じる流路を有している。図２に示すように、吸込ポート４３は、流路４３を介してポンプ入口側ライン５ａに連通されて、凝縮器８によって液化された冷媒をポンプ内に導き入れるようになっている。吐出ポート４４は、流路４４を介してポンプ出口側ライン５ｂに連通されて、昇圧された液状の冷媒を蒸発器７に送り出すようになっている。

内接歯車ポンプ４０では、インナーロータ４１の回転中心Ｏ１とアウターロータ４２の回転中心Ｏ２とが偏心しているとともにインナーロータ４１とアウターロータ４２との間での歯数が異なるように構成されている。当該構成により、インナーロータ４１が回転駆動されると、アウターロータ４２が回転し、インナーロータ４１及びアウターロータ４２の回転位置によって、噛合隙間の容積が増加又は減少するように変化するところが出現する。噛合隙間の容積が増加するように変化するところでは液状の冷媒が吸込ポート４３から吸い込まれ、吸い込まれた液状の冷媒は、噛合隙間に閉じ込められたあと、インナーロータ４１及びアウターロータ４２の回転によって、噛合隙間の容積が減少するように変化するところに運ばれる。インナーロータ４１及びアウターロータ４２が回転するにしたがって、噛合隙間の容積が小さくなるため、噛合隙間に閉じ込められた液状の冷媒が昇圧される。そして、昇圧された液状の冷媒は、吐出ポート４４から吐出される。内接歯車ポンプ４０によって昇圧された液状の冷媒は、ポンプ出口側ライン５ｂを通じて、蒸発器７に送り出される。

図２に戻って、内接歯車ポンプ４０を回転駆動するモータ部３１について説明する。

モータ部３１で生み出された回転駆動力を内接歯車ポンプ４０のインナーロータ４１に伝達する駆動軸３０は、軸受２５，２６によって回動自在に支持されている。ポンプ側の軸受２５は、モータケーシング２１のポンプ側に形成された軸受室６１に嵌挿されて、外輪が軸受支持体２７Ａ（例えば、ＪＩＳ Ｂ２８０４で規定される穴用Ｃ形止め輪）で固定され、内輪が駆動軸３０に軸受支持体２７Ｂ（例えば、ＪＩＳ Ｂ２８０４で規定される軸用Ｃ形止め輪）で固定されている。反ポンプ側の軸受２６は、エンドカバー２３の反ポンプ側の軸受室６５に嵌挿されて、内輪が駆動軸３０のモータ側の軸端に取り付けられた軸受支持体２７Ｃ（例えば、ＪＩＳ Ｂ１５５４で規定される軸受用ナット）で固定されている。ポンプ側の軸受２５によって支持されている駆動軸３０は、軸受２５及び隔壁２８を介してポンプケーシング２２の側へ延出している。

モータケーシング２１における第１モータ室６２及び第２モータ室６３と、エンドカバー２３での第３モータ室６４と、によって形成されるモータ室７０には、モータ部３１が配設されている。モータ部３１は、モータケーシング２１における第２モータ室６３の内周面に固定される固定子３３と、その固定子３３の径方向内側に離間配置された回転子３２と、を備えている。回転子３２は駆動軸３０に固定されている。回転子３２は永久磁石から構成され、固定子３３は金属の導線を巻線したコイルから構成されている。固定子３３と回転子３２との間には、キャンドモータに在るようなキャンを介していない。そのため、固定子３３は、微小な隙間３５を持って、回転子３２の外周面から径方向に離間するように配置されている。したがって、回転子３２と固定子３３との間の離間距離が短いので、モータ効率が向上する。また、モータ部３１によって隔てられた第１モータ室６２及び第３モータ室６４は、モータ部３１に形成された隙間３５を介して連通しているので、第１モータ室６２に流入した液状の冷媒が、隙間３５を通り、第３モータ室６４に流入することができる。

駆動軸３０は、一体物のシャフトの中ほどでモータ部３１の回転子３２を固定するとともに一端側で内接歯車ポンプ４０のインナーロータ４１を固定する構成に、あるいは、内接歯車ポンプ４０のインナーロータ４１が固定された第１シャフトと、モータ部３１の回転子３２が固定された第２シャフトという２つの別体のシャフトを連結して１つのシャフトにする構成にしてもよい。

駆動軸３０のポンプ側の部分において、軸方向に延びる軸方向連通穴５０（連通穴）と、軸直交方向（径方向）に延びる径方向連通穴５１（連通穴）と、が内部に形成されている。軸方向連通穴５０は、ポンプ側の軸端部から、軸受２５と回転子３２とによって挟まれて第１モータ室６２に対面する領域まで延在し、ポンプ側の軸端部に形成された開口部を有する。ポンプ室 ６０においては、ポンプケーシング２２に形成されたポンプ室の駆動軸方向端面と、これと対向する内接歯車ポンプ４０のインナーロータ４１の端面との間で、吸込ポート４３および吐出ポート４４（図３にハッチングで示すような範囲に設けられる）の形成されていない所に、必然的に微小な隙間ができてしまう。そのため、ポンプ室６０における当該隙間は、吐出量に対して少量漏れ出た液状の冷媒が流通することのできる流路になる。図３に示すように、軸方向連通穴５０のポンプ側の開口部は、吸込ポート４３と吐出ポート４４との間の位置に、換言すると、内接歯車ポンプ４０のポンプ室６０内において吸込圧と吐出圧との間の中間的な圧力となるような位置に開口している。径方向連通穴５１は、軸方向連通穴５０に連通していて、駆動軸３０の外周面まで延在し、駆動軸３０の外周面に形成された開口部を有する。したがって、ポンプ室６０及び第１モータ室６２は、駆動軸３０に形成された軸方向連通穴５０及び径方向連通穴５１を介して、連通している。以上のことから、ポンプ室６０及び第３モータ室６４は、軸方向連通穴５０、径方向連通穴５１、第１モータ室６２及び隙間３５を介して、連通している。したがって、ポンプ室６０に導入された液状の冷媒の一部分は、駆動軸３０の軸方向連通穴５０及び径方向連通穴５１を通ったあと、第１モータ室６２に流入することができる。

ポンプ室６０においては、隔壁２８のポンプ側端面と、これと対向する内接歯車ポンプ４０のインナーロータ４１のモータ側端面との間には、必然的に微小な隙間ができてしまうため、当該隙間は、吐出量に対して少量漏れ出た液状の冷媒が流通することのできる流路になる。したがって、ポンプ室６０に導入された液状の冷媒の一部分は、当該隙間及び隔壁２８の軸挿通穴を通ったあと、軸受２５を通り、第１モータ室６２に流入することができる。

モータケーシング２１のポンプ側の上部には、軸受２５に潤滑油を給油するための給油流路５２が設けられ、エンドカバー２３の反ポンプ側の側面には軸受２６に潤滑油を給油するための給油流路５３が設けられている。また、エンドカバー２３のポンプ側の下部には、モータ部３１を冷却した後の液状の冷媒を排出するための排出流路５４が設けられている。

排出流路５４は、図１に示すように、戻しライン５ｅを介して、バイナリ発電システム１での低圧ラインに、好適には、膨張機出口側ライン５ｄでの凝集器８の直前部分に、接続されている。したがって、モータ室７０に流入した冷媒と潤滑油は、モータ室７０内に流入した冷媒よりも低圧の冷媒が流れるバイナリ発電システム１での低圧ラインへと流通させることができる。

軸受２５，２６に潤滑油を給油する場合、モータ部３１を冷却した後の液状の冷媒と一緒に潤滑油が、排出流路５４から排出された後、バイナリ発電システム１での冷媒循環ライン５を流通することになるが、蒸発器７によって液状の冷媒から冷媒蒸気を生成する過程で、潤滑油の大部分が蒸気にされることはない。しかしながら、冷媒蒸気中に含まれる潤滑油をより確実に分離・除去するために、例えば、膨張機３の直前又は直後に油分離器（図示しない）を配設することができる。

以上のように構成されたバイナリ発電システム１及び冷媒ポンプ６では、凝縮器８で液化された冷媒は、吸込ポート４３を通じて、ポンプ室６０に収容されている内接歯車ポンプ４０に供給される。内接歯車ポンプ４０によって、液状の冷媒が昇圧される。液状の冷媒の大部分は、吐出ポート４４を通じて吐出されて、蒸発器７に送り出される。蒸発器７に送り出された液状の冷媒は、蒸発器７で冷媒蒸気にされたあと、冷媒蒸気が発電装置２に供給されて、冷媒蒸気によって発電が行われる。発電装置２に使用された冷媒蒸気は、凝縮器８に供給されて、液化される。したがって、バイナリ発電システム１では、冷媒の大部分が冷媒ポンプ６で冷媒循環ライン５を循環することによって、発電を行っている。

その一方で、冷媒の一部分が、冷媒ポンプ６において、モータ部３１の冷却と軸受２５，２６の潤滑とに用いられている。

冷媒ポンプ６では、ポンプ室６０に導入された液状の冷媒の一部分が、隔壁２８と内接歯車ポンプ４０とによって形成される隙間及び隔壁２８の軸挿通穴を通ったあと、軸受２５を通り、第１モータ室６２に流入するとともに、駆動軸３０の軸方向連通穴５０及び径方向連通穴５１を通ったあと、第１モータ室６２に流入する。ここで、液状の冷媒は、軸受２５を通るとともに軸受２６も通り、軸受２５，２６を通る過程で、軸受２５，２６を潤滑する。特に、軸受２５，２６に潤滑油が給油される場合、液状の冷媒に含まれる潤滑油は、軸受２５，２６に対して効果的に潤滑する。

モータ室７０においては、ポンプ室６０と連通している第１モータ室６２が高圧であるとともに、モータ部３１及び隙間３５を介して隔てられ、低圧ラインである膨張機出口側ライン５ｄと連通している第３モータ室６４が低圧であるため、第１モータ室６２と第３モータ室６４との間には圧力差が形成されている。当該圧力差によって、第１モータ室６２に流入した液状の冷媒は、隙間３５を通って、第３モータ室６４に流入したあと、排出流路５４から排出することができる。液状の冷媒は、モータ室７０を通過する過程で、回転子３２及び固定子３３の表面に接することにより、回転子３２及び固定子３３を直接的に冷却することができる。

排出流路５４から排出された液状の冷媒は、戻しライン５ｅを通じて凝集器８の直前部分に送られる。高圧のポンプ室６０から相対的に低圧のモータ室７０に導入された液状の冷媒は、減圧によって、ないしは、モータ部３１との熱交換による加熱によって、すなわち回転子３２及び固定子３３の冷却で液状の冷媒が温められることによって、蒸気を生じてしまう恐れがある。したがって、液状の冷媒に一部蒸気が生じていても悪影響を及ぼさない場所、例えば凝集器８の直前部分に対して、排出流路５４から排出された液状の冷媒が送られる。

次に、冷媒ポンプ６の変形例を図４を参照しながら詳細に説明するが、上記実施形態と共通する構成に関する説明を省略して、上記実施形態との相違点を中心に説明する。

図４に示すように、変形例に係る冷媒ポンプ６は、上記実施形態との比較で、内接歯車ポンプ４０とポンプ側の軸受２５とを収容するケーシング２０の構成が相違している。モータケーシング２１は、モータ室７０側から軸受２５を嵌挿するように構成された軸受室６１と、ポンプ側から内接歯車ポンプ４０を収容するように構成された大径の第１空間６８と、をポンプ側の端部に備えている。軸受室６１において嵌挿された軸受２５は、モータ室７０側から挿入される軸受支持体２７Ａで外輪が固定されている。軸受室６１及びポンプ室６０の第１空間６８は、隔壁部２９によって隔てられており、隔壁部２９には、軸挿通穴が形成されている。隔壁部２９の軸挿通穴は、駆動軸３０のポンプ側の部分が挿通可能であるように開口し且つ内接歯車ポンプ４０のインナーロータ４１の外歯歯車の歯底円の直径よりも小径であるように寸法構成されている。

他方、ポンプケーシング２２は、第１空間６８に面した平面部である端面がロータ室６０の駆動軸方向の側面を形成しており、第１空間６８と対向する当該端面において、駆動軸３０のポンプ側の軸端部を収容する小径の第２空間６９を備えている。ポンプケーシング２２は、モータ側に突出する凸部を有し、当該凸部が、モータケーシング２１の第１空間６８に嵌入されている。第２空間６９の開口径は、駆動軸３０のポンプ側の部分が挿通可能であるように開口し且つ内接歯車ポンプ４０のインナーロータ４１の外歯歯車の歯底円の直径よりも小径であるように寸法構成されている。

変形例に係る冷媒ポンプ６では、モータケーシング２１において形成された大径の第１空間６８と、ポンプケーシング２２において形成された小径の第２空間６９とによって、ポンプ室６０が構成されている。そして、ポンプケーシング２２がモータケーシング２１のポンプ側の側面に対して密閉状態で取り付けられ、エンドカバー２３がモータケーシング２１の反ポンプ側の側面に対して密閉状態で取り付けられていることにより、内接歯車ポンプ４０及びモータ部３１が、密閉状態でケーシング２０内に収容されている。

本発明は、上記実施の形態に限定されることなく様々な変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、駆動軸３０の内部に形成された連通穴は、ポンプ側の軸端部から第１モータ室６２に対面する領域まで軸方向に延在する軸方向連通穴５０と、軸方向連通穴５０から駆動軸３０の外周面の開口部まで延在して軸直交方向に延びる径方向連通穴５１と、からなるものを示しているが、これに限らない。例えば、連通穴は、ポンプ側の軸端部の開口部から第３モータ室６４に対面する領域まで軸方向に延在する軸方向連通穴と、軸方向連通穴から駆動軸３０の外周面の開口部まで延在して軸直交方向に延びる径方向連通穴と、からなるものでもよい。また、連通穴は、ポンプ側の軸端部の開口部からモータ側の軸受室６５に連通する開口部まで軸方向に延在する軸方向連通穴からなり、軸受室６５及び軸受２６を介して第３モータ室６４に接続するものであってもよい。このように連通穴が第３モータ室６４に接続されるものである場合、バイナリ発電システム１での低圧ラインに接続される排出流路５４は、第１モータ室６２に接続するようにすればよい。

１：バイナリ発電システム
２：発電装置
３：膨張機
４：発電機
５：冷媒循環ライン
５ａ：ポンプ入口側ライン
５ｂ：ポンプ出口側ライン
５ｃ：膨張機入口側ライン
５ｄ：膨張機出口側ライン（低圧ライン）
５ｅ：戻しライン
６：冷媒ポンプ
７：蒸発器
８：凝縮器
１７：温熱流体流路
１８：冷却水流路
２０：ケーシング
２１：モータケーシング
２２：ポンプケーシング
２３：エンドカバー
２５：軸受
２６：軸受
２７Ａ：軸受支持体
２７Ｂ：軸受支持体
２７Ｃ：軸受支持体
２８：隔壁
２９：隔壁部
３０：駆動軸
３１：モータ部
３２：回転子
３３：固定子
３５：隙間
４０：内接歯車ポンプ（ポンプ部）
４１：インナーロータ
４２：アウターロータ
４３：吸込ポート
４４：吐出ポート
５０：軸方向連通穴（連通穴）
５１：径方向連通穴（連通穴）
５２：給油流路
５３：給油流路
５４：排出流路
６０：ポンプ室
６１：軸受室
６２：第１モータ室（モータ室でのポンプ側空間）
６３：第２モータ室
６４：第３モータ室（モータ室での反ポンプ側空間）
６５：軸受室
６８：第１空間
６９：第２空間
７０：モータ室
Ｏ１：インナーロータの回転中心
Ｏ２：アウターロータの回転中心

Claims (10)

1. バイナリ発電システムに使用される冷媒ポンプであって、当該冷媒ポンプは、
   液化された冷媒を昇圧して送り出すポンプ部と、
   前記ポンプ部を駆動するモータ部と、
   前記モータ部で生み出された回転駆動力を前記ポンプ部に伝達する駆動軸と、
   前記ポンプ部及び前記モータ部をそれぞれ密閉状態で収容するポンプ室及びモータ室を有するケーシングと、を備え、
   前記ポンプ部が、前記駆動軸の端部に設けられた内接歯車ポンプであり、
   前記駆動軸は、前記ポンプ室と前記モータ室とを連通する連通穴を有し、
   前記モータ室において前記ポンプ室と反対側に位置する反ポンプ側空間が前記バイナリ発電システムの低圧ラインに接続されている、冷媒ポンプ。
2. バイナリ発電システムに使用される冷媒ポンプであって、当該冷媒ポンプは、
   液化された冷媒を昇圧して送り出すポンプ部と、
   前記ポンプ部を駆動するモータ部と、
   前記モータ部で生み出された回転駆動力を前記ポンプ部に伝達する駆動軸と、
   前記ポンプ部を密閉状態で収容するポンプ室及び前記モータ部を密閉状態で収容するモータ室を有するケーシングと、を備え、
   前記ポンプ部が、前記駆動軸の端部に設けられた内接歯車ポンプであり、
   前記駆動軸は、前記ポンプ室と前記モータ室とを連通する連通穴を有し、
   前記モータ室は、前記モータ部によって隔てられ、前記ポンプ室側に位置するポンプ側空間と前記ポンプ室と反対側に位置する反ポンプ側空間とを有し、
   前記連通穴は、前記ポンプ側空間および前記反ポンプ側空間の一方に連通する開口部を有し、
   前記ケーシングは、前記ポンプ側空間および前記反ポンプ側空間の他方を前記バイナリ発電システムの低圧ラインに接続する排出流路を有している、冷媒ポンプ。
3. 請求項１又は２に記載の冷媒ポンプにおいて、
   前記連通穴が、前記駆動軸の外周面に開口部を有している、冷媒ポンプ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷媒ポンプにおいて、
   前記反ポンプ側空間が接続される前記バイナリ発電システムの低圧ラインが、前記バイナリ発電システムでの凝縮器の直前である、冷媒ポンプ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷媒ポンプにおいて、
   前記駆動軸を軸支する軸受に対して給油するための給油流路を備える、冷媒ポンプ。
6. 液化された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で生成された冷媒蒸気の膨張を利用して発電を行う発電機と、前記発電機で利用された冷媒蒸気を液状の冷媒に凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で液化された冷媒を昇圧して送り出して循環させる冷媒ポンプと、を備えるバイナリ発電システムであって、
   前記冷媒ポンプは、
   液化された冷媒を昇圧して送り出すポンプ部と、
   前記ポンプ部を駆動するモータ部と、
   前記モータ部で生み出された回転駆動力を前記ポンプ部に伝達する駆動軸と、
   前記ポンプ部及び前記モータ部をそれぞれ密閉状態で収容するポンプ室及びモータ室を有するケーシングと、を備え、
   前記ポンプ部が、前記駆動軸の端部に設けられた内接歯車ポンプであり、
   前記駆動軸は、前記ポンプ室と前記モータ室とを連通する連通穴を有し、
   前記モータ室において前記ポンプ室と反対側に位置する反ポンプ側空間が前記バイナリ発電システムの低圧ラインに接続されている、バイナリ発電システム。
7. 液化された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で生成された冷媒蒸気の膨張を利用して発電を行う発電機と、前記発電機で利用された冷媒蒸気を液状の冷媒に凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で液化された冷媒を昇圧して送り出して循環させる冷媒ポンプと、を備えるバイナリ発電システムであって、
   前記冷媒ポンプは、
   液化された冷媒を昇圧して送り出すポンプ部と、
   前記ポンプ部を駆動するモータ部と、
   前記モータ部で生み出された回転駆動力を前記ポンプ部に伝達する駆動軸と、
   前記ポンプ部を密閉状態で収容するポンプ室及び前記モータ部を密閉状態で収容するモータ室を有するケーシングと、を備え、
   前記ポンプ部が、前記駆動軸の端部に設けられた内接歯車ポンプであり、
   前記駆動軸は、前記ポンプ室と前記モータ室とを連通する連通穴を有し、
   前記モータ室は、前記モータ部によって隔てられ、前記ポンプ室側に位置するポンプ側空間と前記ポンプ室と反対側に位置する反ポンプ側空間とを有し、
   前記連通穴は、前記ポンプ側空間および前記反ポンプ側空間の一方に連通する開口部を有し、
   前記ケーシングは、前記ポンプ側空間および前記反ポンプ側空間の他方を前記バイナリ発電システムの低圧ラインに接続する排出流路を有している、バイナリ発電システム。
8. 請求項６又は７に記載のバイナリ発電システムにおいて、
   前記連通穴が、前記駆動軸の外周面に開口部を有している、バイナリ発電システム。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載のバイナリ発電システムにおいて、
   前記反ポンプ側空間が接続される前記バイナリ発電システムの低圧ラインが、前記凝縮器の直前である、バイナリ発電システム。
10. 請求項６乃至９のいずれか１項に記載のバイナリ発電システムにおいて、
    前記駆動軸を軸支する軸受に対して給油するための給油流路を備える、バイナリ発電システム。

Images