JP2017048768A - Canned motor pump - Google Patents

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史朗 山崎
Shiro Yamazaki
史朗 山崎
幸三 真武
Kozo Matake
幸三 真武
加藤 弘之
Hiroyuki Kato
弘之 加藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively cool a motor stator, which is an important issue in downsizing a motor.SOLUTION: A canned motor pump comprises: a pump part 19 that includes an impeller 20; a motor part 10 that rotates the impeller 20; a motor pressure-proof casing 3 that houses the motor part 10; a can 7 that houses a motor rotor 6 of the motor part 10; and an interior type heat exchanger 14 in contact with an outer peripheral surface of a stator core 4 of the motor part 10. The interior type heat exchanger 14 is arranged in the motor pressure-proof casing 3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、モータ回転子がキャンに収容されたキャンドモータポンプに関し、特にモータステータを冷却する熱交換器を備えたキャンドモータポンプに関する。   The present invention relates to a canned motor pump in which a motor rotor is housed in a can, and more particularly to a canned motor pump including a heat exchanger that cools a motor stator.

図8に一般的なキャンドモータポンプの一形態を示す。ポンプ部19は、羽根車20とポンプケーシング21で構成されており、流体はポンプケーシング21の吸込口23から羽根車20に吸引され、羽根車20の回転により昇圧されて、ポンプケーシング21の吐出口25からポンプ外部に圧送される。羽根車20は、モータ部10によって回転される。モータ部10は、モータ回転子6と、モータステータ1とを有している。羽根車20は、モータ回転子6が固定されている回転軸28に結合されている。この回転軸28は、モータ耐圧ケーシング3に設けられているスラスト軸受31、ラジアル軸受32,33で回転可能に支承されている。   FIG. 8 shows an embodiment of a general canned motor pump. The pump unit 19 includes an impeller 20 and a pump casing 21, and fluid is sucked into the impeller 20 from the suction port 23 of the pump casing 21, and the pressure is increased by the rotation of the impeller 20. It is pumped from the outlet 25 to the outside of the pump. The impeller 20 is rotated by the motor unit 10. The motor unit 10 includes a motor rotor 6 and a motor stator 1. The impeller 20 is coupled to a rotating shaft 28 to which the motor rotor 6 is fixed. The rotary shaft 28 is rotatably supported by a thrust bearing 31 and radial bearings 32 and 33 provided in the motor pressure-resistant casing 3.

モータ回転子6は、モータ耐圧ケーシング3の内部に設けられているモータステータ1が発生する電磁気的な作用により回転力を発生している。モータステータ1は、多数の軸方向スロットを有するステータコア4と、これら軸方向スロットの内部に収められたモータコイル2を有している。モータコイル2に外部から電力が供給されることで、モータステータ1は回転磁界を発生する。   The motor rotor 6 generates a rotational force by an electromagnetic action generated by the motor stator 1 provided inside the motor pressure-resistant casing 3. The motor stator 1 has a stator core 4 having a large number of axial slots and a motor coil 2 housed in the axial slots. The motor stator 1 generates a rotating magnetic field by supplying electric power to the motor coil 2 from the outside.

モータ回転子6とモータステータ1の間には、非磁性かつ比抵抗の大きな薄肉円筒状の金属製キャン7が設けてある。モータ回転子6はキャン7の内部に配置されており、モータ回転子6はモータ冷却流体中に浸漬される。このモータ冷却流体は、ポンプ部19によって昇圧された流体の一部を冷却することによって生成される。具体的には、ポンプ部19によって昇圧された流体の一部は、外部熱交換器35に導入され、この外部熱交換器35を流れる外部冷却水によって冷却される。外部熱交換器35を出た流体は、モータ冷却流体としてキャン7の内部に導入される。モータ冷却流体は、スラスト軸受31およびラジアル軸受32を通り抜けてキャン7の内部に流入し、さらにキャン7の内部およびラジアル軸受33を通り抜けてポンプ部19に戻される。   A thin cylindrical metal can 7 is provided between the motor rotor 6 and the motor stator 1. The motor rotor 6 is disposed inside the can 7 and the motor rotor 6 is immersed in the motor cooling fluid. The motor cooling fluid is generated by cooling a part of the fluid pressurized by the pump unit 19. Specifically, a part of the fluid pressurized by the pump unit 19 is introduced into the external heat exchanger 35 and cooled by external cooling water flowing through the external heat exchanger 35. The fluid exiting the external heat exchanger 35 is introduced into the can 7 as a motor cooling fluid. The motor cooling fluid passes through the thrust bearing 31 and the radial bearing 32 and flows into the can 7, and further passes through the inside of the can 7 and the radial bearing 33 to be returned to the pump unit 19.

キャン7とモータ耐圧ケーシング3との間には密閉空間が形成されており、モータステータ1はこの密閉空間内に配置される。隔壁として機能するキャン7をモータステータ1の内側に設けることで、モータ冷却流体のモータステータ1への浸入を防止している。万が一キャン7が破損してモータステータ1がモータ冷却流体に浸漬されても、モータ冷却流体がポンプの外部に漏出しないよう、モータ耐圧ケーシング3はモータ冷却流体の圧力に耐えることができる耐圧容器として設計されている。   A sealed space is formed between the can 7 and the motor pressure-resistant casing 3, and the motor stator 1 is disposed in this sealed space. By providing the can 7 functioning as a partition inside the motor stator 1, intrusion of the motor cooling fluid into the motor stator 1 is prevented. Even if the can 7 is broken and the motor stator 1 is immersed in the motor cooling fluid, the motor pressure-resistant casing 3 is a pressure-resistant container that can withstand the pressure of the motor cooling fluid so that the motor cooling fluid does not leak out of the pump. Designed.

キャンドモータポンプは、モータ回転子6が、モータ冷却流体に浸漬された状態で回転するため、モータ冷却流体とモータ回転子6との間で摩擦損失が発生すること、モータステータ1が発生する回転磁界が金属製キャン7を横切る時に渦電流損が発生することなどから、ポンプとしての効率は一般的なメカニカルシール型ポンプと比較して劣る。そのため、キャンドモータポンプは危険液体など特にその外部への漏出を嫌う場合や、羽根車20で昇圧された流体の圧力が高くメカニカルシールの適用が困難な場合など特殊な用途に用いられることが多い。   Since the canned motor pump rotates with the motor rotor 6 immersed in the motor cooling fluid, friction loss occurs between the motor cooling fluid and the motor rotor 6, and the rotation generated by the motor stator 1 occurs. Since eddy current loss occurs when the magnetic field crosses the metal can 7, the efficiency as a pump is inferior to that of a general mechanical seal type pump. Therefore, the canned motor pump is often used for special purposes such as when hazardous liquids such as dangerous liquids are particularly disliked or when the pressure of the fluid pressurized by the impeller 20 is high and it is difficult to apply a mechanical seal. .

特開2002−257075号公報JP 2002-257075 A

キャンドモータポンプでは、モータ回転子6、軸受31,32,33、キャン7等で発生する機械的、電磁気的損失は、モータ回転子6の周囲のモータ冷却流体に伝達されるため、モータ冷却流体の温度上昇を抑制するための冷却機構が設けられるのが一般的である。図8の例では羽根車20で加圧された流体の一部をポンプ外部に設けた外部熱交換器35に導き、外部冷却水で適温に冷却された後、モータエンドカバー5のモータ冷却流体注入孔5bに導いている。   In the canned motor pump, mechanical and electromagnetic losses generated in the motor rotor 6, the bearings 31, 32, 33, the can 7 and the like are transmitted to the motor cooling fluid around the motor rotor 6. Generally, a cooling mechanism is provided to suppress the temperature rise. In the example of FIG. 8, a part of the fluid pressurized by the impeller 20 is led to an external heat exchanger 35 provided outside the pump, cooled to an appropriate temperature with external cooling water, and then the motor cooling fluid of the motor end cover 5. It leads to the injection hole 5b.

モータ冷却流体は、モータ回転子6のスラスト軸受31およびラジアル軸受32を冷却した後、モータ回転子6とキャン7の内周面との隙間を通過する時にその部分の発生熱を取り去り、もう一つのラジアル軸受33を通過して最終的にポンプケーシング21に戻される。モータステータ1、モータコイル2で発生した電気損失に起因する発熱の一部は、その内側に配置されたキャン7を介してモータ冷却流体で冷却されるが、残りの熱はモータ耐圧ケーシング3から周りの雰囲気に放出されなければならない。この時、周囲雰囲気への自然対流による放熱で除熱できない場合は、モータ耐圧ケーシング3の周壁3aの外周面にジャケット冷却器36を設けてモータ耐圧ケーシング3を冷却する場合もある(例えば特許文献1参照)。   After cooling the thrust bearing 31 and the radial bearing 32 of the motor rotor 6, the motor cooling fluid removes the generated heat when passing through the gap between the motor rotor 6 and the inner peripheral surface of the can 7. The two radial bearings 33 are finally passed back to the pump casing 21. A part of the heat generated due to the electric loss generated in the motor stator 1 and the motor coil 2 is cooled by the motor cooling fluid via the can 7 arranged inside thereof, but the remaining heat is supplied from the motor pressure-resistant casing 3. Must be released to the surrounding atmosphere. At this time, if heat cannot be removed by heat radiation by natural convection to the surrounding atmosphere, a jacket cooler 36 may be provided on the outer peripheral surface of the peripheral wall 3a of the motor pressure-resistant casing 3 to cool the motor pressure-resistant casing 3 (for example, Patent Documents). 1).

しかしながら、キャンドモータポンプのモータ耐圧ケーシング3は、上述したように、モータ冷却流体が漏洩した場合でもその圧力に耐えることができる耐圧容器として設計されているため、モータ耐圧ケーシング3の周壁3aは厚く形成されている。このため、ジャケット冷却器36によって効率よくモータステータ1を冷却することが難しかった。特に、モータ部10の両端にあるコイルエンド部2aは絶縁材料で覆われており、絶縁材料の耐熱温度以下にまでコイルエンド部2aを冷却するためには、大型のジャケット冷却器を設ける必要があり、結果としてモータ全体が大型となっていた。   However, since the motor pressure-resistant casing 3 of the canned motor pump is designed as a pressure-resistant container that can withstand the pressure even when the motor cooling fluid leaks as described above, the peripheral wall 3a of the motor pressure-resistant casing 3 is thick. Is formed. For this reason, it is difficult to efficiently cool the motor stator 1 by the jacket cooler 36. In particular, the coil end portions 2a at both ends of the motor portion 10 are covered with an insulating material, and in order to cool the coil end portion 2a to a temperature lower than the heat resistance temperature of the insulating material, it is necessary to provide a large jacket cooler. As a result, the entire motor was large.

以上のように、キャンドモータポンプの場合、モータ発生熱の冷却はコイル絶縁材料の耐熱温度制限上の観点から技術的に最重要課題の一つとなっており、このことがモータを小型化する上での律則条件になっている。   As described above, in the case of a canned motor pump, the cooling of the heat generated by the motor is one of the most important technical issues from the viewpoint of limiting the heat-resistant temperature of the coil insulating material. It is a rule condition in

本発明は、上述したキャンドモータポンプのモータ冷却に関するもので、特にモータを小型化する上で重要な課題であるモータステータの冷却を効率的に行うことを目的としたものである。   The present invention relates to motor cooling of the above-described canned motor pump, and particularly aims to efficiently cool the motor stator, which is an important issue in miniaturizing the motor.

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、羽根車を有するポンプ部と、前記羽根車を回転させるモータ部と、前記モータ部を収容するモータ耐圧ケーシングと、前記モータ部のモータ回転子を収容するキャンと、前記モータ部のステータコアの外周面に接する内装型熱交換器とを備え、前記内装型熱交換器は、前記モータ耐圧ケーシング内に配置されていることを特徴とするキャンドモータポンプである。   In order to achieve the above-described object, one aspect of the present invention provides a pump unit having an impeller, a motor unit that rotates the impeller, a motor pressure-resistant casing that houses the motor unit, and a motor of the motor unit. A can for housing a rotor and an internal heat exchanger in contact with an outer peripheral surface of a stator core of the motor unit, wherein the internal heat exchanger is disposed in the motor pressure-resistant casing. It is a canned motor pump.

本発明の好ましい態様は、前記内装型熱交換器は、前記モータ耐圧ケーシングの周壁の内周面に接触していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記内装型熱交換器は、前記ステータコアの外周面に接触する内壁を有しており、前記内装型熱交換器の内壁は、前記モータ耐圧ケーシングの周壁よりも薄いことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記内装型熱交換器は、前記モータ部の両端部にあるコイルエンド部と相対する位置まで延びていることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the internal heat exchanger is in contact with an inner peripheral surface of a peripheral wall of the motor pressure-resistant casing.
In a preferred aspect of the present invention, the internal heat exchanger has an inner wall contacting the outer peripheral surface of the stator core, and the inner wall of the internal heat exchanger is thinner than the peripheral wall of the motor pressure-resistant casing. It is characterized by.
In a preferred aspect of the present invention, the internal heat exchanger extends to positions opposed to coil end portions at both end portions of the motor portion.

本発明の好ましい態様は、前記モータ部は、前記ステータコアを軸方向に貫通する複数の内側導風通路および複数の外側導風通路を有しており、前記内側導風通路は前記モータ部のモータコイル付近に位置しており、前記外側導風通路は前記ステータコアの外周面に形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記内装型熱交換器は、冷却液が流れる流路を有しており、前記流路は複数のリブの間に形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記流路は螺旋状に延びることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the motor unit includes a plurality of inner air guide passages and a plurality of outer air guide passages that penetrate the stator core in the axial direction, and the inner air guide passage is a motor of the motor unit. It is located near the coil, and the outer air guide passage is formed on the outer peripheral surface of the stator core.
In a preferred aspect of the present invention, the internal heat exchanger has a flow path through which a coolant flows, and the flow path is formed between a plurality of ribs.
In a preferred aspect of the present invention, the flow path extends in a spiral shape.

本発明の好ましい態様は、前記モータ部のコイルエンド部が収容されるコイルエンド室内には、乾燥された不活性ガスが充填されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記モータ部のコイルエンド部が収容されるコイルエンド室内には、液状の不活性冷媒が充填されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記不活性冷媒は、フロリナートであることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the coil end chamber in which the coil end portion of the motor unit is accommodated is filled with a dried inert gas.
In a preferred aspect of the present invention, the coil end chamber in which the coil end portion of the motor unit is accommodated is filled with a liquid inert refrigerant.
In a preferred aspect of the present invention, the inert refrigerant is fluorinate.

内装型熱交換器はモータ耐圧ケーシング内に収容されているので、内装型熱交換器自体を耐圧容器として構成する必要がない。したがって、内装型熱交換器の内壁を非常に薄くできるので、内装型熱交換器は、その内部を流れる冷却液により効率よくモータステータを冷却することができる。しかも、内装型熱交換器は、モータ耐圧ケーシング内に形成された密閉空間であるコイルエンド室内の気体に直接接触し、気体の自然対流を発生させ、モータコイルのコイルエンド部を効率よく冷却することができる。   Since the internal heat exchanger is accommodated in the motor pressure-resistant casing, it is not necessary to configure the internal heat exchanger itself as a pressure-resistant container. Therefore, since the inner wall of the internal heat exchanger can be made very thin, the internal heat exchanger can cool the motor stator efficiently by the coolant flowing through the internal heat exchanger. Moreover, the internal heat exchanger directly contacts the gas in the coil end chamber, which is a sealed space formed in the motor pressure-resistant casing, generates natural convection of the gas, and efficiently cools the coil end portion of the motor coil. be able to.

本発明に係るキャンドモータポンプの第1の実施形態を示す図である。It is a figure showing a 1st embodiment of a canned motor pump concerning the present invention. 図1のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 内装型熱交換器の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of an interior type heat exchanger. 図3に示す流路を示す展開図である。It is an expanded view which shows the flow path shown in FIG. 本発明に係るキャンドモータポンプの第2の実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the canned motor pump which concerns on this invention. 図5のB−B線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line B-B in FIG. 5. 本発明に係るキャンドモータポンプの第3の実施形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment of the canned motor pump which concerns on this invention. 一般的なキャンドモータポンプの一形態を示す図である。It is a figure which shows one form of a common canned motor pump.

以下に本発明の実施形態を図に従って説明する。特に説明しない本実施形態の構成は、図8に示すキャンドモータポンプの構成と同じであるので、同一または対応する要素には同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Since the configuration of the present embodiment not specifically described is the same as the configuration of the canned motor pump shown in FIG. 8, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.

図1は、本発明に係るキャンドモータポンプの第1の実施形態を示す図であり、図2は、図2は、図1のA−A線断面図である。モータステータ1を収容するモータ耐圧ケーシング3の内部には、内装型熱交換器14が設けられている。この内装型熱交換器14は、その内部に冷却液が導通する流路15を有し、直接的にモータステータ1を冷却するものである。図2に示すように、内装型熱交換器14は、冷却液が流れる複数の流路15をその内部に有している。これら流路15は、複数のリブ16の間に形成されており、リブ16は、内装型熱交換器14の内壁17と外壁18との間に設けられている。内壁17と外壁18は円筒状である。   FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a canned motor pump according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. An internal heat exchanger 14 is provided inside the motor pressure-resistant casing 3 that houses the motor stator 1. This internal heat exchanger 14 has a flow path 15 through which a coolant flows, and directly cools the motor stator 1. As shown in FIG. 2, the internal heat exchanger 14 has a plurality of flow paths 15 through which the coolant flows. These flow paths 15 are formed between a plurality of ribs 16, and the ribs 16 are provided between the inner wall 17 and the outer wall 18 of the internal heat exchanger 14. The inner wall 17 and the outer wall 18 are cylindrical.

内装型熱交換器14は、ステータコア4の外周面に直接的に接触しており、図8のジャケット冷却器36のようにモータ耐圧ケーシング3の周壁3aを介して冷却する場合と比較して冷却効率を高くすることができる。内装型熱交換器14は、モータ耐圧ケーシング3内にモータステータ1とともに配置されている。   The internal heat exchanger 14 is in direct contact with the outer peripheral surface of the stator core 4 and is cooled as compared with the case where it is cooled via the peripheral wall 3a of the motor pressure-resistant casing 3 like the jacket cooler 36 of FIG. Efficiency can be increased. The internal heat exchanger 14 is disposed with the motor stator 1 in the motor pressure-resistant casing 3.

内装型熱交換器14は円筒形状を有している。内装型熱交換器14の内周面(すなわち内壁17の内周面)は、ステータコア4の外周面に接触しており、内装型熱交換器14の外周面(すなわち外壁18の外周面)は、モータ耐圧ケーシング3の周壁3aの内周面に接触している。キャン7の外周面はステータコア4の内面に接触している。したがって、キャン7の内部を流れるモータ冷却流体の圧力は、キャン7、ステータコア4、および内装型熱交換器14を伝ってモータ耐圧ケーシング3の周壁3aに支持される。   The internal heat exchanger 14 has a cylindrical shape. The inner peripheral surface of the internal heat exchanger 14 (that is, the inner peripheral surface of the inner wall 17) is in contact with the outer peripheral surface of the stator core 4, and the outer peripheral surface of the internal heat exchanger 14 (that is, the outer peripheral surface of the outer wall 18) is The motor pressure-resistant casing 3 is in contact with the inner peripheral surface of the peripheral wall 3a. The outer peripheral surface of the can 7 is in contact with the inner surface of the stator core 4. Therefore, the pressure of the motor cooling fluid flowing inside the can 7 is supported by the peripheral wall 3 a of the motor pressure-resistant casing 3 through the can 7, the stator core 4, and the internal heat exchanger 14.

ここで、モータ耐圧ケーシング3の周壁3aの厚さをTm、内圧をP、モータ耐圧ケーシング3の内径をD、モータ耐圧ケーシング3の材料の許容応力をSとすると、モータ耐圧ケーシング3の周壁3aの厚さTmは、式Tm=P×D/(2S)で表すことができる。例えば、P=10MPa、D=1000mm、S=100MPaとすれば、モータ耐圧ケーシング3の周壁3aの厚さTmは50mmとなる。   Here, if the thickness of the peripheral wall 3a of the motor pressure-resistant casing 3 is Tm, the internal pressure is P, the inner diameter of the motor pressure-resistant casing 3 is D, and the allowable stress of the material of the motor pressure-resistant casing 3 is S, the peripheral wall 3a of the motor pressure-resistant casing 3 The thickness Tm can be expressed by the formula Tm = P × D / (2S). For example, if P = 10 MPa, D = 1000 mm, and S = 100 MPa, the thickness Tm of the peripheral wall 3a of the motor pressure-resistant casing 3 is 50 mm.

内装型熱交換器14は、その外周面がモータ耐圧ケーシング3の周壁3aの内周面で支えられているため、流路15間のリブ16の個数が十分ある場合、内装型熱交換器14の内壁17は非常に薄くできる。例えば、上記の条件の場合には、内装型熱交換器14の内壁17の厚さtcは3mm〜5mm程度で十分である。   Since the outer peripheral surface of the internal heat exchanger 14 is supported by the inner peripheral surface of the peripheral wall 3a of the motor pressure-resistant casing 3, when the number of ribs 16 between the flow paths 15 is sufficient, the internal heat exchanger 14 The inner wall 17 can be very thin. For example, in the case of the above conditions, it is sufficient that the thickness tc of the inner wall 17 of the internal heat exchanger 14 is about 3 mm to 5 mm.

公知のフーリエの伝熱式によれば、熱交換器の除熱量は、壁の厚さに概ね反比例する。図8に示すジャケット冷却器36の除熱量をQj、内装型熱交換器14の除熱量をQiとすれば、Qi/Qj∝Tm/tcとなる。上記の例に従ってモータ耐圧ケーシング3の周壁3aの厚さTmを50mmとし、内装型熱交換器14の内壁17の厚さtcを3mm〜5mmとすると、Tm/tc≧10となり、交換熱量比は10倍以上となる。   According to the well-known Fourier heat transfer equation, the heat removal amount of the heat exchanger is approximately inversely proportional to the wall thickness. If the heat removal amount of the jacket cooler 36 shown in FIG. 8 is Qj and the heat removal amount of the internal heat exchanger 14 is Qi, then Qi / Qj∝Tm / tc. According to the above example, when the thickness Tm of the peripheral wall 3a of the motor pressure-resistant casing 3 is 50 mm and the thickness tc of the inner wall 17 of the internal heat exchanger 14 is 3 mm to 5 mm, Tm / tc ≧ 10, and the heat exchange ratio is 10 times or more.

このように、内装型熱交換器14の内壁17の厚さtcを、モータ耐圧ケーシング3の周壁3aの厚さTmよりも非常に小さくできるので、内装型熱交換器14の除熱量Qiはジャケット冷却器36の除熱量Qjよりもはるかに大きくできる。すなわち、内装型熱交換器14は、図8に示すジャケット冷却器36よりもモータステータ1を強力に冷却することができるため、その分モータの小型化が可能である。   Thus, since the thickness tc of the inner wall 17 of the internal heat exchanger 14 can be made much smaller than the thickness Tm of the peripheral wall 3a of the motor pressure-resistant casing 3, the heat removal amount Qi of the internal heat exchanger 14 is equal to the jacket. The heat removal amount Qj of the cooler 36 can be made much larger. That is, since the internal heat exchanger 14 can cool the motor stator 1 more strongly than the jacket cooler 36 shown in FIG. 8, the motor can be downsized accordingly.

内装型熱交換器14の冷却液が流れる流路15を、軸方向に延びる多数の流路、あるいは一条以上の螺旋流路で構成することにより、内装型熱交換器14の周方向冷却分布を均一化するとともに、流路15間のリブ16の補強効果により必要な機械的強度を持たせることができる。図3は、内装型熱交換器14の断面を示す模式図であり、図4は、図3に示す流路15を示す展開図である。図3および図4は、内装型熱交換器14の流路15を説明するために模式的に示しており、図1および図2の寸法とは異なる。   By configuring the flow path 15 through which the cooling liquid of the internal heat exchanger 14 flows in a number of axially extending flow paths or one or more spiral flow paths, the circumferential cooling distribution of the internal heat exchanger 14 is increased. In addition to being uniform, the necessary mechanical strength can be provided by the reinforcing effect of the ribs 16 between the flow paths 15. FIG. 3 is a schematic view showing a cross section of the internal heat exchanger 14, and FIG. 4 is a development view showing the flow path 15 shown in FIG. 3 and 4 schematically show the flow path 15 of the internal heat exchanger 14 and are different from the dimensions in FIGS. 1 and 2.

図3および図4に示すように、複数の流路15は、螺旋状に延びている。各流路15の両端は入口側ヘッダー41と出口側ヘッダー42にそれぞれ接続されている。入口側ヘッダー41は、冷却液の入口43に接続され、出口側ヘッダー42は、冷却液の出口44に接続されている。冷却液は、入口43を通じて入口側ヘッダー41に流入し、さらに入口側ヘッダー41から螺旋状の各流路15を流れる。それぞれの流路15を流れた冷却液は、出口側ヘッダー42内で合流し、出口44を通って内装型熱交換器14の外部に排出される。複数の螺旋状の流路15に代えて、一条の螺旋状の流路15を形成してもよい。   As shown in FIGS. 3 and 4, the plurality of flow paths 15 extend in a spiral shape. Both ends of each flow path 15 are connected to an inlet side header 41 and an outlet side header 42, respectively. The inlet-side header 41 is connected to the coolant inlet 43, and the outlet-side header 42 is connected to the coolant outlet 44. The coolant flows into the inlet side header 41 through the inlet 43, and further flows through the spiral flow paths 15 from the inlet side header 41. The coolant that has flowed through the respective flow paths 15 merges in the outlet-side header 42, passes through the outlet 44, and is discharged to the outside of the internal heat exchanger 14. Instead of the plurality of spiral channels 15, a single spiral channel 15 may be formed.

内装型熱交換器14を採用することによる効果の一つとして挙げられることは、これまで冷却が困難でモータの耐熱絶縁等級決定上の律則になっていたモータコイル2のコイルエンド部2aの冷却を可能にすることである。即ち、内装型熱交換器14は、モータステータ1の両端にあるコイルエンド部2aに相対する位置まで延びている。このように構成することで、高温のコイルエンド部2aで加熱されたコイルエンド室8内の気体が上昇し、モータ耐圧ケーシング3の内面を伝って内装型熱交換器14に至り、そこで冷却されて下降し、再びコイルエンド部2aに戻る。このような循環する気体による自然対流冷却をコイルエンド室8内に積極的に生じせしめることで、コイルエンド部2aの温度上昇を抑制することが可能となる。   One of the effects of adopting the internal heat exchanger 14 is that the coil end portion 2a of the motor coil 2 that has been difficult to cool so far and has become a rule for determining the heat-resistant insulation grade of the motor. To allow cooling. That is, the internal heat exchanger 14 extends to a position facing the coil end portions 2 a at both ends of the motor stator 1. With this configuration, the gas in the coil end chamber 8 heated by the high temperature coil end portion 2a rises, travels along the inner surface of the motor pressure-resistant casing 3, reaches the internal heat exchanger 14, and is cooled there. And return to the coil end portion 2a again. It is possible to suppress the temperature rise of the coil end portion 2a by positively generating such convection cooling by the circulating gas in the coil end chamber 8.

図5は、本発明に係るキャンドモータポンプの第2の実施形態を示す図であり、図6は、図5のB−B線断面図である。発熱源であるモータコイル2付近のステータコア4には、複数の内側導風通路51が設けられている。また、ステータコア4の外周面、すなわちステータコア4が内装型熱交換器14と接する部分には、複数の外側導風通路52が形成されている。内側導風通路51および外側導風通路52は、モータ部10の軸方向に延びており、ステータコア4を貫通している。内側導風通路51および外側導風通路52は、丸穴でもよいし、多角穴でもよい。   FIG. 5 is a view showing a second embodiment of the canned motor pump according to the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. A plurality of inner air guide passages 51 are provided in the stator core 4 near the motor coil 2 that is a heat source. A plurality of outer air guide passages 52 are formed on the outer peripheral surface of the stator core 4, that is, on the portion where the stator core 4 is in contact with the internal heat exchanger 14. The inner air guide passage 51 and the outer air guide passage 52 extend in the axial direction of the motor unit 10 and penetrate the stator core 4. The inner air guide passage 51 and the outer air guide passage 52 may be round holes or polygon holes.

一方のコイルエンド室8と他方のコイルエンド室8は内側導風通路51および外側導風通路52で接続される。したがって、キャンドモータポンプが鉛直に設置される場合は、高温のモータコイル2付近の内側導風通路51には上昇流が、低温の内装型熱交換器14付近の外側導風通路52には下降流が生じるため、図5の矢印で示すように、下方のコイルエンド室8と上方のコイルエンド室8との間を循環する気体の循環流が形成される。この気体の循環流により、モータステータ1、モータコイル2、およびコイルエンド部2aをさらに効率よく冷却できる。   One coil end chamber 8 and the other coil end chamber 8 are connected by an inner air guide passage 51 and an outer air guide passage 52. Therefore, when the canned motor pump is installed vertically, an upward flow is generated in the inner air guide passage 51 in the vicinity of the high-temperature motor coil 2 and a lower flow is generated in the outer air guide passage 52 in the vicinity of the low-temperature internal heat exchanger 14. Since a flow is generated, as shown by an arrow in FIG. 5, a gas circulation flow that circulates between the lower coil end chamber 8 and the upper coil end chamber 8 is formed. The motor stator 1, the motor coil 2, and the coil end portion 2 a can be further efficiently cooled by this gas circulation flow.

コイルエンド室8内に充填される気体は、一般的には空気であるが、湿気を有する空気の場合、モータステータ1で加熱された後、内装型熱交換器14で冷却されると結露が生じるおそれがあるため、乾燥空気あるいはより好ましくは窒素、アルゴンなどの乾燥した不活性ガスが好ましい。また、気体の代わりにフロリナート等の常温・常圧では液体で、コイルエンド部2aを覆う絶縁材料の耐熱温度以下の適切な温度で蒸発する性質を有する不活性冷媒をコイルエンド室8内に充填してもよい。不活性冷媒は、モータステータ1に設けられた内側導風通路51内で加熱されて蒸発するときに蒸発潜熱分を除熱できるため、冷却効果をさらに高めることができる。蒸発した不活性冷媒は、内装型熱交換器14で冷却され再び液体に戻ることで、ループ型サーモサイフォン式冷却サイクルが持続される。   The gas filled in the coil end chamber 8 is generally air. However, in the case of air having moisture, condensation occurs when heated by the motor stator 1 and then cooled by the internal heat exchanger 14. Dry air or, more preferably, a dry inert gas such as nitrogen or argon is preferred because it may occur. In addition, the coil end chamber 8 is filled with an inert refrigerant having a property of evaporating at an appropriate temperature lower than the heat resistance temperature of the insulating material covering the coil end portion 2a, which is liquid at room temperature and normal pressure such as florinate instead of gas. May be. Since the inert refrigerant can remove the latent heat of vaporization when heated and evaporated in the inner air guide passage 51 provided in the motor stator 1, the cooling effect can be further enhanced. The evaporated inert refrigerant is cooled by the internal heat exchanger 14 and returned to the liquid again, so that the loop thermosyphon cooling cycle is maintained.

内装型熱交換器14はモータ耐圧ケーシング3内に収容されているので、内装型熱交換器14自体を耐圧容器として構成する必要がない。したがって、内装型熱交換器14の流路15を形成する壁17を非常に薄くできるので、内装型熱交換器14は、その内部を流れる冷却液により効率よくモータステータ1を冷却することができる。しかも、内装型熱交換器14は、モータ耐圧ケーシング3内に形成された密閉空間であるコイルエンド室8内の気体に直接接触し、気体の自然対流を発生させ、モータコイル2のコイルエンド部2aを効率よく冷却することができる。   Since the internal heat exchanger 14 is accommodated in the motor pressure-resistant casing 3, it is not necessary to configure the internal heat exchanger 14 itself as a pressure vessel. Therefore, since the wall 17 forming the flow path 15 of the internal heat exchanger 14 can be made very thin, the internal heat exchanger 14 can efficiently cool the motor stator 1 by the coolant flowing inside. . Moreover, the internal heat exchanger 14 directly contacts the gas in the coil end chamber 8 that is a sealed space formed in the motor pressure-resistant casing 3 to generate natural convection of the gas, and the coil end portion of the motor coil 2. 2a can be efficiently cooled.

図7は、本発明に係るキャンドモータポンプの第3の実施形態を示す図である。本実施形態では、内装型熱交換器14の両端部は、半径方向内側に突出しており、コイルエンド部2aに近づけられている。したがって、内装型熱交換器14は、より効率的にコイルエンド部2aを冷却することができる。   FIG. 7 is a view showing a third embodiment of the canned motor pump according to the present invention. In the present embodiment, both end portions of the internal heat exchanger 14 protrude inward in the radial direction and are brought close to the coil end portion 2a. Therefore, the internal heat exchanger 14 can cool the coil end portion 2a more efficiently.

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。   The embodiment described above is described for the purpose of enabling the person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be construed in the widest scope according to the technical idea defined by the claims.

1 モータステータ
2 モータコイル
2a コイルエンド部
3 モータ耐圧ケーシング
3a 周壁
4 ステータコア
5 モータエンドカバー
5b モータ冷却流体注入孔
6 モータ回転子
7 キャン
8 コイルエンド室
10 モータ部
14 内装型熱交換器
15 流路
16 リブ
17 内壁
18 外壁
19 ポンプ部
20 羽根車
21 ポンプケーシング
23 吸込口
25 吐出口
28 回転軸
31 スラスト軸受
32,33 ラジアル軸受
35 外部熱交換器
36 ジャケット冷却器
41 入口側ヘッダー
42 出口側ヘッダー
43 入口
44 出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor stator 2 Motor coil 2a Coil end part 3 Motor pressure | voltage resistant casing 3a Perimeter wall 4 Stator core 5 Motor end cover 5b Motor cooling fluid injection hole 6 Motor rotor 7 Can 8 Coil end chamber 10 Motor part 14 Interior type heat exchanger 15 Flow path 16 Rib 17 Inner wall 18 Outer wall 19 Pump part 20 Impeller 21 Pump casing 23 Suction port 25 Discharge port 28 Rotating shaft 31 Thrust bearing 32, 33 Radial bearing 35 External heat exchanger 36 Jacket cooler 41 Inlet side header 42 Outlet side header 43 Entrance 44 Exit

Claims (10)

羽根車を有するポンプ部と、
前記羽根車を回転させるモータ部と、
前記モータ部を収容するモータ耐圧ケーシングと、
前記モータ部のモータ回転子を収容するキャンと、
前記モータ部のステータコアの外周面に接する内装型熱交換器とを備え、
前記内装型熱交換器は、前記モータ耐圧ケーシング内に配置されていることを特徴とするキャンドモータポンプ。
A pump unit having an impeller;
A motor unit for rotating the impeller;
A motor pressure-resistant casing for housing the motor unit;
A can for accommodating a motor rotor of the motor unit;
An internal heat exchanger in contact with the outer peripheral surface of the stator core of the motor unit,
The canned motor pump, wherein the internal heat exchanger is disposed in the motor pressure-resistant casing.
前記内装型熱交換器は、前記モータ耐圧ケーシングの周壁の内周面に接触していることを特徴とする請求項1に記載のキャンドモータポンプ。   The canned motor pump according to claim 1, wherein the internal heat exchanger is in contact with an inner peripheral surface of a peripheral wall of the motor pressure-resistant casing. 前記内装型熱交換器は、前記ステータコアの外周面に接触する内壁を有しており、前記内装型熱交換器の内壁は、前記モータ耐圧ケーシングの周壁よりも薄いことを特徴とする請求項1または2に記載のキャンドモータポンプ。   The internal heat exchanger has an inner wall that contacts an outer peripheral surface of the stator core, and the inner wall of the internal heat exchanger is thinner than the peripheral wall of the motor pressure-resistant casing. Or the canned motor pump of 2. 前記内装型熱交換器は、前記モータ部の両端部にあるコイルエンド部と相対する位置まで延びていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のキャンドモータポンプ。   The canned motor pump according to any one of claims 1 to 3, wherein the internal heat exchanger extends to a position opposite to coil end portions at both ends of the motor portion. 前記モータ部は、前記ステータコアを軸方向に貫通する複数の内側導風通路および複数の外側導風通路を有しており、前記内側導風通路は前記モータ部のモータコイル付近に位置しており、前記外側導風通路は前記ステータコアの外周面に形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のキャンドモータポンプ。   The motor unit has a plurality of inner air guide passages and a plurality of outer air guide passages that pass through the stator core in the axial direction, and the inner air guide passages are located near the motor coil of the motor unit. The canned motor pump according to any one of claims 1 to 4, wherein the outer air guide passage is formed on an outer peripheral surface of the stator core. 前記内装型熱交換器は、冷却液が流れる流路を有しており、前記流路は複数のリブの間に形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のキャンドモータポンプ。   5. The internal heat exchanger has a flow path through which a cooling liquid flows, and the flow path is formed between a plurality of ribs. The described canned motor pump. 前記流路は螺旋状に延びることを特徴とする請求項6に記載のキャンドモータポンプ。   The canned motor pump according to claim 6, wherein the flow path extends in a spiral shape. 前記モータ部のコイルエンド部が収容されるコイルエンド室内には、乾燥された不活性ガスが充填されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のキャンドモータポンプ。   The canned motor pump according to any one of claims 1 to 7, wherein the coil end chamber in which the coil end portion of the motor unit is accommodated is filled with a dried inert gas. 前記モータ部のコイルエンド部が収容されるコイルエンド室内には、液状の不活性冷媒が充填されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のキャンドモータポンプ。   The canned motor pump according to any one of claims 1 to 7, wherein the coil end chamber in which the coil end portion of the motor unit is accommodated is filled with a liquid inert refrigerant. 前記不活性冷媒は、フロリナートであることを特徴とする請求項9に記載のキャンドモータポンプ。   The canned motor pump according to claim 9, wherein the inert refrigerant is Fluorinert.
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