JP2018127924A - 流体用ポンプ及びランキンサイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機から容器の外部への漏れ電流を低減させるための技術を提供する。【解決手段】本開示の流体用ポンプ（１００）は、互いに隔てられた第１空間（１８）及び第２空間（１９）を内部に有する容器（１０）と、容器（１０）に取り付けられ、第１空間（１８）に連通している吸入管（２０）と、容器（１０）の第１空間（１８）に配置された電動機（１１）と、電動機（１１）の下方に配置され、第１空間（１８）に連通している吸入孔（２２）と第２空間（１９）に連通している吐出孔（２３）とを有するポンプ機構（１２）とを備えている。【選択図】図１

Description

本開示は、流体用ポンプ及びランキンサイクル装置に関する。

昨今、太陽光などの自然エネルギー又は各種排熱を利用するエネルギーシステムが注目されている。そのようなエネルギーシステムの１つは、ランキンサイクルシステムである。ランキンサイクルシステムは、作動流体から取り出した動力によって電力を生成する。高温高圧の作動流体は、ポンプ及び熱源（太陽熱、地熱、自動車の排熱などの熱源）によって生成される。

図５に示すように、特許文献１には、液体用ポンプ３００が記載されている。液体用ポンプ３００は、容器３１０、電動機３１１及びギアポンプ機構３１２を備えている。電動機３１１及びギアポンプ機構３１２は、容器３１０の内部に配置されている。容器３１０の内部空間は、吐出空間３１８及び吸入空間３１９を含む。電動機３１１が駆動されると、吸入管３２１、吸入空間３１９及び吸入口３２２を通じて、液体がギアポンプ機構３１２に吸入される。液体は、吐出口３２３、吐出空間３１８及び吐出管３２０を通じて、ギアポンプ機構３１２から容器３１０の外部へと吐出される。吐出空間３１８は、ギアポンプ機構３１２から吐出された高圧の液体によって満たされている。つまり、電動機３１１の周囲の空間は、高圧の液体によって満たされている。

特開２０１５−２００３０５号公報

図５に示す構造には、電動機の周囲の空間を満たす液体を通じて電動機から容器の外部に電流が漏れやすいという課題がある。

本開示の目的は、電動機から容器の外部への漏れ電流を低減するための技術を提供することにある。

すなわち、本開示は、
互いに隔てられた第１空間及び第２空間を内部に有する容器と、
前記容器に取り付けられ、前記第１空間に連通している吸入管と、
前記容器の前記第１空間に配置された電動機と、
前記電動機の下方に配置され、前記第１空間に連通している吸入孔と前記第２空間に連通している吐出孔とを有するポンプ機構と、
を備えた、流体用ポンプを提供する。

本開示の技術によれば、電動機から容器の外部への漏れ電流を低減することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係るポンプの縦断面図である。 図２は、図１に示すポンプのII-II線に沿った横断面図である。 図３は、変形例に係るポンプの縦断面図である。 図４は、本開示の一実施形態に係るランキンサイクル装置の構成図である。 図５は、従来の液体用ポンプの縦断面図である。

（本開示の基礎となった知見）
高圧の液体の誘電率は、低圧の液体の誘電率よりも高い。高い誘電率を有する液体は電気を通しやすい。電動機の周囲の空間を低圧の作動流体で満たすことによって、電動機から容器の外部への漏れ電流を低減することができる。

本開示の第１態様に係る流体用ポンプは、
互いに隔てられた第１空間及び第２空間を内部に有する容器と、
前記容器に取り付けられ、前記第１空間に連通している吸入管と、
前記容器の前記第１空間に配置された電動機と、
前記電動機の下方に配置され、前記第１空間に連通している吸入孔と前記第２空間に連通している吐出孔とを有するポンプ機構と、
を備えたものである。

第１態様によれば、電動機の周囲の空間は、ポンプ機構で加圧される前の低圧の作動流体によって満たされる。低圧の作動流体の誘電率は、ポンプ機構で加圧された後の高圧の作動流体の誘電率よりも低い。そのため、作動流体を介して、電動機から容器の外部に電流が漏れにくい。

本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかる流体用ポンプは、前記電動機と前記ポンプ機構とを連結しているシャフトをさらに備え、前記吸入管は、前記シャフトの長手方向において前記電動機と前記ポンプ機構の前記吸入孔との間に位置している開口部を有する。このような位置関係によれば、作動流体は、電動機を避けて、吸入管からポンプ機構に速やかに供給されうる。

本開示の第３態様において、例えば、第２態様にかかる流体用ポンプは、前記シャフトの前記長手方向において前記電動機と前記吸入管の前記開口部との間に配置された仕切り部材をさらに備えている。仕切り部材は、電動機への液相の作動流体の接触を妨げる。電動機の周囲の空間は、常時、気相の作動流体で満たされる。その結果、漏れ電流がさらに低減されうる。

本開示の第４態様において、例えば、第３態様にかかる流体用ポンプの前記仕切り部材は、前記第１空間を上部第１空間と下部第１空間とに仕切っており、前記上部第１空間に前記電動機が配置され、前記下部第１空間に前記吸入管の前記開口部が位置している。第４態様によれば、電動機への液相の作動流体の接触を確実に防ぐことができる。

本開示の第５態様において、例えば、第４態様にかかる流体用ポンプは、前記上部第１空間と前記下部第１空間とを連通させる連通路をさらに備えている。上部第１空間から液相の作動流体を排出することによって、電動機の周囲の空間を気相の作動流体で満たすことができる。その結果、漏れ電流がより効果的に低減されうる。

本開示の第６態様において、例えば、第５態様にかかる流体用ポンプの前記連通路が前記仕切り部材に設けられている。このような構造によれば、追加の部材を使用することなく、連通路を容易に確保することができる。

本開示の第７態様において、例えば、第５又は第６態様にかかる流体用ポンプは、前記連通路に配置され、前記上部第１空間から前記下部第１空間への作動流体の流れを許容し、前記下部第１空間から前記上部第１空間への前記作動流体の流れを禁止する方向制御弁をさらに備えている。ポンプの停止時など、吸入圧力が高い場合においても、電動機の周囲の空間が気相の作動流体で満たされるので、漏れ電流がより効果的に低減されうる。

本開示の第８態様において、例えば、第４〜第７態様のいずれか１つにかかる流体用ポンプは、前記第２空間から前記上部第１空間まで延びている流路をさらに備えている。流路を通じて、吸入圧力よりも高い圧力（吐出圧力）の作動流体が第２空間から上部第１空間に少しずつ供給される。すると、上部第１空間の圧力が下部第１空間の圧力をわずかに上回るため、上部第１空間の下部に貯まった液相の作動流体が上部第１空間から排出される。

本開示の第９態様において、例えば、第８態様にかかる流体用ポンプは、前記シャフトを支持する軸受をさらに備え、前記流路は、前記シャフトと前記軸受との間の軸受すき間を含む。第９態様によれば、上部第１空間の圧力を少し上昇させるために特別な構造を必要としない。

本開示の第１０態様にかかるランキンサイクル装置は、
作動流体を加圧するポンプと、
前記ポンプから吐出された前記作動流体を加熱する蒸発器と、
前記作動流体を膨張させる膨張機と、
前記膨張機から吐出された前記作動流体を冷却する凝縮器と、
を備え、
前記ポンプが第１〜第９態様のいずれか１つの流体用ポンプを含む。

第１０態様によれば、ポンプの漏れ電流が少ないので、ランキンサイクル装置の効率及び安全性が高まる。

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。

図１に示すように、流体用ポンプ１００（以下、単に「ポンプ１００」と称する）は、容器１０、電動機１１、ポンプ機構１２、吸入管２０及び吐出管２１を備えている。電動機１１及びポンプ機構１２が共通の１つの容器１０に収められている。電動機１１は、シャフト１３によってポンプ機構１２に連結されている。シャフト１３は、鉛直方向に平行に延びている。吸入管２０及び吐出管２１は、それぞれ、容器１０に取り付けられている。ポンプ１００は、作動流体の漏れを防止するための軸シールを有さないシールレスポンプでもある。作動流体は、例えば、冷媒である。

電動機１１を駆動すると、シャフト１３が回転してポンプ機構１２が駆動される。吸入管２０を通じて、容器１０の外部からポンプ機構１２に液相の作動流体が吸い込まれる。加圧された作動流体は、吐出管２１を通じて、ポンプ機構１２から容器１０の外部に吐出される。電動機１１の周囲の空間は、ポンプ機構１２で加圧される前の低圧の作動流体によって満たされている。低圧の作動流体の誘電率は、ポンプ機構１２で加圧された後の高圧の作動流体の誘電率よりも低い。そのため、作動流体を介して、電動機１１から容器１０の外部に電流が漏れにくい。

ポンプ１００の構造を詳しく説明する。

容器１０は、筒状の胴部１０ａ及び２つの蓋部１０ｂを有する。胴部１０ａの両端のそれぞれが蓋部１０ｂで閉じられている。吸入管２０は、胴部１０ａを貫通し、容器１０の内部から外部まで延びている。吐出管２１も胴部１０ａを貫通し、容器１０の内部から外部まで延びている。

容器１０は、鋳鉄、ステンレス鋼などの金属材料で作られており、十分な耐圧性を有する。容器１０は、吸入空間１８（第１空間）及び吐出空間１９（第２空間）を内部に有する。吸入空間１８と吐出空間１９とは互いに隔てられている。吸入空間１８には、ポンプ機構１２で加圧される前の作動流体が一時的に貯められる。吐出空間１９には、ポンプ機構１２で加圧された後の作動流体が一時的に貯められる。ポンプ１００は密閉型のポンプである。容器１０の内部空間は、吸入管２０及び吐出管２１のみを通じて容器１０の外部に連通している。

電動機１１は、容器１０の吸入空間１８に配置されている。鉛直方向において、電動機１１は、ポンプ機構１２の上方に位置している。電動機１１は、ステータ１１ａ及びロータ１１ｂを備えている。ロータ１１ｂがシャフト１３に固定されている。ステータ１１ａは、容器１０の内周面に固定されている。容器１０には、電動機１１に電力を供給するための端子１７が設けられている。端子１７は、容器１０の上部に設けられている。

容器１０の内部において、ポンプ機構１２は、電動機１１の下方に配置されている。ポンプ機構１２は、吸入孔２２及び吐出孔２３を有する。吸入孔２２は、作動流体を吸入するための孔であり、吸入空間１８に連通している。本実施形態では、吸入孔２２は、吸入空間１８に向かって開口している。吸入孔２２は、吸入空間１８の最下部に位置している。吐出孔２３は、作動流体を吐出するための孔であり、吐出空間１９に連通している。本実施形態では、吐出孔２３は、吐出空間１９に向かって開口している。

ポンプ機構１２は、上軸受部材１４、ポンプケース１５及び下軸受部材１６を備えている。ポンプケース１５は、上軸受部材１４と下軸受部材１６との間に配置されている。上軸受部材１４に吸入孔２２が設けられている。下軸受部材１６に吐出孔２３が設けられている。

ポンプ機構１２は、例えば、内接式のギアポンプの構造を有する。図２に示すように、ポンプケース１５の内部には、アウターギア２４及びインナーギア２５が配置されている。シャフト１３は、下軸受部材１６の中央で下軸受部材１６を貫通している。シャフト１３は、上軸受部材１４の中央で上軸受部材１４を貫通している。アウターギア２４はインナーギア２５の外側に配置されている。アウターギア２４の歯とインナーギア２５の歯とが噛みあっている。インナーギア２５は、シャフト１３に固定されている。インナーギア２５の回転軸線は、シャフト１３の回転軸線Ｏに一致する。アウターギア２４は、アウターギア２４の回転軸線がシャフト１３の回転軸線Ｏからオフセットされるように、配置されている。アウターギア２４は、シャフト１３によるインナーギア２５の回転に伴いインナーギア２５の歯によって押され、インナーギア２５とともに回転する。

上軸受部材１４、下軸受部材１６、アウターギア２４及びインナーギア２５によってポンプ機構１２には複数の作動室２６が形成されている。アウターギア２４及びインナーギア２５が回転することによって、ポンプ機構１２は、吸入工程と吐出工程とを繰り返す。すなわち、アウターギア２４及びインナーギア２５の回転によって、作動室２６は、吸入室２６ａの状態から吐出室２６ｃの状態へ移行する。あるいは、作動室２６は、吐出室２６ｃの状態から吸入室２６ａの状態へ移行する。吸入室２６ａは、吸入孔２２を通じて吸入空間１８に連通している状態の作動室２６を意味する。吐出室２６ｃは、吐出孔２３を通じて吐出空間１９に連通している状態の作動室２６を意味する。吸入工程において、シャフト１３の回転とともに吸入室２６ａの容積が拡大する。吸入孔２２が閉ざされて吸入室２６ａが吸入空間１８から隔離されると、吸入工程が終了する。シャフト１３がさらに回転すると、吐出孔２３を通じて作動室２６が吐出空間１９に連通し、作動室２６が吐出室２６ｃに移行する。シャフト１３の回転とともに吐出室２６ｃの容積が減少する。吐出孔２３が閉ざされ吐出室２６ｃが吐出空間１９から隔離されると吐出工程が終了する。作動流体は、吸入孔２２を通じてポンプ機構１２に吸入され、吐出孔２３を通じてポンプ機構１２から吐出される。

ポンプ機構１２の上軸受部材１４は、例えば、容器１０の内周面に溶接されている。ポンプ機構１２が容器１０に固定されている。吸入空間１８及び吐出空間１９は、上軸受部材１４によって互いに隔てられている。吸入空間１８及び吐出空間１９は、ポンプケース１５又は下軸受部材１６によって互いに隔てられていてもよい。容器１０の内周面は、空間を形成するための部分として、吸入空間１８を形成するための部分及び吐出空間１９を形成するための部分のみを有する。吸入空間１８及び吐出空間１９によって、ポンプ機構１２における作動流体の吸入又は作動流体の吐出に伴う脈動がポンプ１００の外部に伝播することを抑制できる。

吸入管２０は、容器１０の外部から容器１０の内部へと作動流体を導くための管であり、吸入空間１８に連通している。本実施形態では、吸入管２０は、吸入空間１８に向かって開口している。吸入空間１８を介して、吸入管２０がポンプ機構１２の吸入孔２２に連通している。吐出管２１は、容器１０の内部から容器１０の外部へと作動流体を導くための管であり、吐出空間１９に連通している。本実施形態では、吐出管２１は、吐出空間１９に向かって開口している。吐出空間１９を介して、ポンプ機構１２の吐出孔２３が吐出管２１に連通している。

吸入管２０が吸入孔２２に直接接続されていてもよい。この場合、例えば、吸入管２０と吸入空間１８とを連通させるための孔が吸入管２０に設けられる。吐出管２１が吐出孔２３に直接接続されていてもよい。この場合、例えば、吐出管２１と吐出空間１９とを連通させるための孔が吐出管２１に設けられる。

シャフト１３の長手方向において、吸入管２０は、上軸受部材１４の上方かつ電動機１１の下方に位置している。詳細には、吸入管２０は、シャフト１３の長手方向において電動機１１とポンプ機構１２の吸入孔２２との間に位置している開口部２０ａを有する。このような位置関係によれば、作動流体は、電動機１１を避けて、吸入管２０からポンプ機構１２に速やかに供給されうる。望ましくは、作動流体は、電動機１１の周囲を通過せず、吸入管２０からポンプ機構１２に導かれる。

本実施形態によれば、作動流体が気液二相の場合、吸入空間１８の上部に気相の作動流体が保持され、吸入空間１８の下部に液相の作動流体が保持される。電動機１１の周囲の空間が気相の作動流体で満たされ、電動機１１に液相の作動流体が接触すること防止できる。端子１７に液相の作動流体が接触することも防止できる。気相の作動流体の誘電率は、液相の作動流体の誘電率よりも遥かに低いので、本実施形態によれば、漏れ電流をより効果的に低減することができる。

また、電動機１１の発熱によって作動流体の気化が促進され、電動機１１の周囲の空間が気相の作動流体によって満たされる。電動機１１の周囲の空間が小さい誘電率の気相の作動流体で満たされるので、漏れ電流をさらに低減することができる。

シャフト１３の長手方向において、吐出管２１は、ポンプ機構１２の下方に位置している。詳細には、吐出管２１は、シャフト１３の長手方向においてポンプ機構１２の吐出孔２３と容器１０の内側の底面との間に位置している開口部２１ａを有する。このような位置関係によれば、作動流体は、ポンプ機構１２から吐出管２１にスムーズに導かれる。

図２に示すように、シャフト１３の周方向において、吸入管２０の開口部２０ａは、ポンプ機構１２の吸入孔２２と同じ角度範囲に位置している。詳細には、シャフト１３の回転軸線Ｏに垂直な平面にポンプ機構１２を投影することによって得られる投影図において、回転軸線Ｏ及び開口部２０ａを通る任意の直線が吸入孔２２に重なる。このような位置関係によれば、作動流体は、吸入管２０からポンプ機構１２に速やかに供給されうる。シャフト１３の周方向において、吐出管２１の開口部２１ａは、ポンプ機構１２の吐出孔２３と同じ角度範囲に位置している。詳細には、上記した投影図において、回転軸線Ｏ及び開口部２１ａを通る任意の直線が吐出孔２３に重なる。このような位置関係によれば、作動流体は、ポンプ機構１２から吐出管２１に速やかに供給されうる。

ポンプ１００は、例えば、ランキンサイクル装置に使用されうる。飽和液又は小さい過冷却度を有する過冷却液がポンプ１００に供給されると、ランキンサイクルの効率を高めることができる。しかし、飽和液又は小さい過冷却度を有する過冷却液は、僅かな圧力低下又は僅かな加熱によって気液二相状態に変化する。そのため、気液二相状態の作動流体が吸入管２０を通じて吸入空間１８に導かれる可能性がある。この場合、電動機１１の周囲の空間が気相の作動流体で満たされる。その結果、漏れ電流がより効果的に低減される。ランキンサイクルの効率も向上する。

（変形例）
図３に示すように、変形例に係るポンプ１０２は、仕切り板３３を備えている。先に説明したポンプ１００と本変形例のポンプ１０２とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。ポンプ１００に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、ポンプ１０２にも適用される。

図３に示すように、仕切り板３３（仕切り部材）は、シャフト１３の長手方向において電動機１１と吸入管２０の開口部２０ａとの間に配置されている。ポンプ機構１２（詳細には、ポンプ機構１２の上軸受部材１４）と仕切り板３３との間の空間に作動流体が一時的に貯められる。仕切り板３３は、電動機１１への液相の作動流体の接触を妨げる。電動機１１の周囲の空間は、常時、気相の作動流体で満たされる。その結果、漏れ電流がさらに低減されうる。

仕切り板３３は、吸入空間１８を上部吸入空間１８ａ（上部第１空間）と下部吸入空間１８ｂ（下部第１空間）とに仕切っている。電動機１１は、上部吸入空間１８ａに配置されている。吸入管２０の開口部２０ａは、下部吸入空間１８ｂに位置している。このような構造によれば、電動機１１への液相の作動流体の接触を確実に防ぐことができる。作動流体は、下部吸入空間１８ｂに一時的に貯められ、吸入孔２２を通じてポンプ機構１２に吸入される。

仕切り板３３は、平面視で円形の形状を有する。シャフト１３は、仕切り板３３の中央で仕切り板３３を貫通している。本変形例において、仕切り板３３は、中心孔３３ｐを有する。ポンプ機構１２の上軸受部材１４は、シャフト１３の長手方向に沿って上方に延びる軸受本体１４１を有する。軸受本体１４１は、軸受孔を有し、シャフト１３を支持している。軸受本体１４１が仕切り板３３の中心孔３３ｐに嵌められている。仕切り板３３は、例えば、容器１０の内周面に溶接されている。これにより、仕切り板３３が容器１０に固定されている。仕切り板３３は、上軸受部材１４の軸受本体１４１に固定されていてもよい。軸受本体１４１と仕切り板３３との間にはすき間が無い。ただし、軸受本体１４１と仕切り板３３との間に狭いすき間が確保されていてもよい。

ポンプ１０２は、上部吸入空間１８ａと下部吸入空間１８ｂとを連通させる連通路３４をさらに備えている。連通路３４は、上部吸入空間１８ａから下部吸入空間１８ｂへと液相の作動流体が移動することを許容する。上部吸入空間１８ａから液相の作動流体を排出することによって、電動機１１の周囲の空間を気相の作動流体で満たすことができる。その結果、漏れ電流がより効果的に低減されうる。

本変形例において、連通路３４は、仕切り板３３に設けられている。詳細には、連通路３４は、仕切り板３３に設けられている。より詳細には、連通路３４は、仕切り板３３に設けられた貫通孔を含む。このような構造によれば、追加の部材を使用することなく、連通路３４を容易に確保することができる。ポンプ１０２は、連通路３４を１つのみ有していてもよいし、複数の連通路３４を有していてもよい。

ポンプ１０２は、一方向弁３５をさらに備えている。一方向弁３５は、連通路３４に配置されている。一方向弁３５は方向制御弁であり、上部吸入空間１８ａから下部吸入空間１８ｂへの作動流体の流れを許容し、下部吸入空間１８ｂから上部吸入空間１８ａへの作動流体の流れを禁止する。液相の作動流体は、連通路３４を通じて、上部吸入空間１８ａから下部吸入空間１８ｂへと排出される。上部吸入空間１８ａへの液相の作動流体の侵入を防ぐことができる。ポンプ１０２の停止時など、吸入圧力が高い場合においても、電動機１１の周囲の空間が気相の作動流体で満たされるので、漏れ電流がより効果的に低減されうる。

ポンプ機構１２の下軸受部材１６は、シャフト１３の長手方向に沿って下方に延びる軸受本体１６１を有する。軸受本体１６１は、軸受孔を有し、シャフト１３を支持している。下軸受部材１６の軸受本体１６１とシャフト１３との間には、潤滑及び冷却用の作動流体を流すことができる流路３１（微小流路）が形成されている。上軸受部材１４の軸受本体１４１とシャフト１３との間には、潤滑及び冷却用の作動流体を流すことができる流路３２（微小流路）が形成されている。流路３１は、流路３２に連通している。つまり、流路３１及び３２を含む流路３０が吐出空間１９から上部吸入空間１８ａまで延びている。流路３０を通じて、吸入圧力よりも高い圧力（吐出圧力）の作動流体が吐出空間１９から上部吸入空間１８ａに少しずつ供給される。すると、上部吸入空間１８ａの圧力が下部吸入空間１８ｂの圧力をわずかに上回るため、上部吸入空間１８ａの下部に貯まった液相の作動流体が上部吸入空間１８ａから排出される。例えば、長期にわたる運転停止の後、電動機１１の周囲の空間に液相の作動流体が貯まっていたとしても、ポンプ１０２の起動後、液相の作動流体は、上部吸入空間１８ａから下部吸入空間１８ｂへと速やかに排出される。その結果、電動機１１の周囲の空間が気体の作動流体で満たされるので、漏れ電流が効果的に低減されうる。

本変形例において、流路３１は、シャフト１３と軸受本体１６１との間の軸受すき間である。流路３２は、シャフト１３と軸受本体１４１との間の軸受すき間である。流路３０は、これらの軸受すき間を含む。つまり、軸受本体１４１及び１６１の潤滑及び冷却のための構造は、上部吸入空間１８ａの圧力を少し上昇させるための構造に兼用されている。本変形例は、上部吸入空間１８ａの圧力を少し上昇させるために特別な構造を必要としない。

本変形例のポンプ１０２によれば、吸入管２０を通じて容器１０の外部から容器１０の内部に作動流体が供給される。作動流体は、下部吸入空間１８ｂに一時的に貯められ、吸入孔２２を通じてポンプ機構１２に吸入される。仕切り板３３の働きによって、上部吸入空間１８ａへの作動流体の流入が阻止される。上部吸入空間１８ａは連通路３４によって下部吸入空間１８ｂと連通している。電動機１１の発熱によって、上部吸入空間１８ａの作動流体の気化が促進され、電動機１１の周囲の空間が気相の作動流体によって満たされる。電動機１１の周囲の空間が小さい誘電率の気相の作動流体で満たされるので、漏れ電流が低減されうる。

連通路３４は、上部吸入空間１８ａから下部吸入空間１８ｂへの液相の作動流体の排出を許容する。長期にわたってポンプ１０２を停止させたとき、一方向弁３５の微小な漏れによって上部吸入空間１８ａに液相の作動流体が貯まる可能性がある。しかし、連通路３４を通じて、上部吸入空間１８ａから液相の作動流体を排出することができるので、上部吸入空間１８ａが気相の作動流体で満たされる。その結果、漏れ電流が低減されうる。

一方向弁３５は、下部吸入空間１８ｂから上部吸入空間１８ａへの液相の作動流体の侵入を防ぐ。例えば、ポンプ１０２を停止させる際、吸入圧力が一時的に上昇することがある。吸入圧力が一時的に上昇した場合においても、下部吸入空間１８ｂから上部吸入空間１８ａへの液相の作動流体の逆流が防止される。電動機１１の周囲の空間は気相の作動流体で満たされる。その結果、漏れ電流が低減されうる。

軸受本体１４１及び１６１には、流路３１及び３２を通じて、吐出空間１９から高圧かつ液相の作動流体が供給される。液相の作動流体によって、軸受本体１４１及び１６１が冷却及び潤滑される。高圧の作動流体は、流路３１及び３２を通じて、上部吸入空間１８ａに流入し、上部吸入空間１８ａの下部に貯まる。高圧かつ液相の作動流体の流入によって、上部吸入空間１８ａの圧力は、吸入圧力を少し上回る。そのため、液相の作動流体は、連通路３４を通じて、下部吸入空間１８ｂに速やかに排出される。電動機１１の周囲の空間は、常に、気相の作動流体で満たされる。その結果、漏れ電流が低減されうる。

（その他の変形例）
本開示において、ポンプ機構１２の構造は、内接式のギアポンプに限定されない。ポンプ機構１２は、内接式のギアポンプ以外のギアポンプ、ピストンポンプ、ベーンポンプ、ロータリポンプなどの容積型ポンプの構造を有していてもよい。ポンプ機構１２は、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプなどの速度型ポンプの構造を有していてもよい。

（ランキンサイクル装置の実施形態）
図４に示すように、本実施形態のランキンサイクル装置２００は、ポンプ１００、加熱器２、膨張機３、放熱器４及び流路６ａ〜流路６ｄを備えている。流路６ａ〜６ｄによって、ポンプ１００、加熱器２、膨張機３及び放熱器４がこの順番で環状に接続されている。流路６ａは、ポンプ１００の出口と加熱器２の入口とを接続している。ポンプ１００の吐出管２１（図１）は、流路６ａの少なくとも一部を形成している。流路６ｂは、加熱器２の出口と膨張機３の入口とを接続している。流路６ｃは、膨張機３の出口と放熱器４の入口とを接続している。流路６ｄは、放熱器４の出口とポンプ１００の入口とを接続している。ポンプ１００の吸入管２０は、流路６ｄの少なくとも一部を形成している。流路６ａ〜６ｄは、それぞれ、少なくとも１つの配管を含む。ポンプ１００に代えて、変形例のポンプ１０２も使用されうる。

ランキンサイクル装置２００の作動流体は特に制限されない。作動流体として、有機作動流体が使用されうる。有機作動流体は、例えば、ハロゲン化炭化水素、炭化水素、アルコールなどの有機化合物である。ハロゲン化炭化水素は、例えば、Ｒ−１２３、Ｒ３６５ｍｆｃ又はＲ−２４５ｆａである。炭化水素は、例えば、プロパン、ブタン、ペンタン、イソペンタンなどのアルカンである。アルコールは、例えば、エタノールである。これらの有機作動流体は単独で使用されてもよいし、これらの有機作動流体の二種類以上が混合されて使用されてもよい。作動流体として、水、二酸化炭素、アンモニウムなどの無機作動流体を使用してもよい。

加熱器２は、作動流体を加熱する。加熱器２は、例えば、地熱によって得られる温水、ボイラー若しくは燃焼炉の燃焼ガス又はその排気ガスなどの熱媒体から熱エネルギーを吸収し、その吸収した熱エネルギーによって作動流体を加熱して蒸発させる。加熱器２には、熱媒体の流路２ａが接続されている。熱媒体が温水などの液体である場合、加熱器２として、プレート式熱交換器又は二重管式熱交換器が望ましく使用される。熱媒体が燃焼ガス又は排気ガスなどの気体の場合、加熱器２として、フィンチューブ熱交換器が望ましく使用される。図４において、実線の矢印は作動流体の流れ方向を示し、破線の矢印は熱媒体の流れ方向を示している。

膨張機３は、加熱器２によって加熱された作動流体を膨張させるための流体機械である。ランキンサイクル装置２００は、発電機５をさらに備えている。発電機５は、膨張機３に接続されている。膨張機３における作動流体の膨張によって膨張機３は回転動力を得る。この回転動力が発電機５によって電気に変換される。膨張機３は、例えば、容積型又は速度型の膨張機である。容積型の膨張機の型式としては、ロータリ型、スクリュー型、往復型及びスクロール型を挙げることができる。速度型の膨張機の型式としては、遠心型又は軸流型を挙げることができる。

放熱器４は、膨張機３によって膨張した作動流体の有する熱を放熱する。放熱器４において、作動流体が冷却媒体と熱交換することによって、作動流体が冷却され、冷却媒体が加熱される。放熱器４には、冷却媒体の流路４ａが接続されている。図４において、一点鎖線の矢印は、冷却媒体の流れの方向を示している。放熱器４としては、プレート式熱交換器、二重管式熱交換器、フィンチューブ熱交換器などの公知の熱交換器を使用できる。放熱器４の種類は、冷却媒体の種類に応じて適切に選択される。冷却媒体が水などの液体である場合、プレート式熱交換器又は二重管式熱交換器が望ましく使用される。冷却媒体が空気などの気体である場合、フィンチューブ熱交換器が望ましく使用される。

放熱器４から流出した作動流体は、液相状態である。すなわち、放熱器４から流出した液相の作動流体が吸入管２０を通じて容器１０の内部に導かれる。ポンプ１００は、液相の作動流体を吸入し、加熱器２に向かって吐出する。ポンプ１００によって作動流体が加圧され、加圧された作動流体が流路６ｄを通じて加熱器２に供給される。

本開示の流体用ポンプは、ランキンサイクル、ヒートポンプサイクルなどの熱力学サイクルに有用である。

１０ 容器
１１ 電動機
１２ ポンプ機構
１３ シャフト
１４ 上軸受部材
１６ 下軸受部材
１８ 吸入空間（第１空間）
１８ａ 上部吸入空間（上部第１空間）
１８ｂ 下部吸入空間（下部第１空間）
１９ 吐出空間（第２空間）
２０ 吐出管
２０ａ 開口部
２１ 吸入管
２１ａ 開口部
２２ 吸入孔
２３ 吐出孔
３０，３１，３２ 流路
３３ 仕切り板（仕切り部材）
３４ 連通路
３５ 一方向弁（方向制御弁）
１００，１０２ 流体用ポンプ
１４１，１６１ 軸受本体
２００ ランキンサイクル装置

Claims (10)

1. 互いに隔てられた第１空間及び第２空間を内部に有する容器と、
   前記容器に取り付けられ、前記第１空間に連通している吸入管と、
   前記容器の前記第１空間に配置された電動機と、
   前記電動機の下方に配置され、前記第１空間に連通している吸入孔と前記第２空間に連通している吐出孔とを有するポンプ機構と、
   を備えた、流体用ポンプ。
2. 前記電動機と前記ポンプ機構とを連結しているシャフトをさらに備え、
   前記吸入管は、前記シャフトの長手方向において前記電動機と前記ポンプ機構の前記吸入孔との間に位置している開口部を有する、請求項１に記載の流体用ポンプ。
3. 前記シャフトの前記長手方向において前記電動機と前記吸入管の前記開口部との間に配置された仕切り部材をさらに備えた、請求項２に記載の流体用ポンプ。
4. 前記仕切り部材は、前記第１空間を上部第１空間と下部第１空間とに仕切っており、
   前記上部第１空間に前記電動機が配置され、
   前記下部第１空間に前記吸入管の前記開口部が位置している、請求項３に記載の流体用ポンプ。
5. 前記上部第１空間と前記下部第１空間とを連通させる連通路をさらに備えた、請求項４に記載の流体用ポンプ。
6. 前記連通路が前記仕切り部材に設けられている、請求項５に記載の流体用ポンプ。
7. 前記連通路に配置され、前記上部第１空間から前記下部第１空間への作動流体の流れを許容し、前記下部第１空間から前記上部第１空間への前記作動流体の流れを禁止する方向制御弁をさらに備えた、請求項５又は６に記載の流体用ポンプ。
8. 前記第２空間から前記上部第１空間まで延びている流路をさらに備えた、請求項４〜７のいずれか１項に記載の流体用ポンプ。
9. 前記シャフトを支持する軸受をさらに備え、
   前記流路は、前記シャフトと前記軸受との間の軸受すき間を含む、請求項８に記載の流体用ポンプ。
10. 作動流体を加圧するポンプと、
    前記ポンプから吐出された前記作動流体を加熱する蒸発器と、
    前記作動流体を膨張させる膨張機と、
    前記膨張機から吐出された前記作動流体を冷却する凝縮器と、
    を備え、
    前記ポンプが請求項１〜９のいずれか１項に記載の流体用ポンプを含む、ランキンサイクル装置。

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