JP2018127926A - 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（２７）及び第２空間（２９）を内部に有する容器（１０）と、容器（１０）の第１空間（２７）に配置された電動機（１１）と、電動機（１１）の下方に配置されたポンプ機構（１２）と、電動機（１１）とポンプ機構（１２）とを連結しているシャフト（１３）と、容器（１０）に取り付けられ、ポンプ機構（１２）に作動流体を導くための吸入管（２０）と、容器（１０）に取り付けられて第２空間（２９）に連通しており、ポンプ機構（１２）から吐出された作動流体を容器（１０）の外部に導くための吐出管（２１）と、第１空間（２７）と第２空間（２９）とを連通させる第１連通路（３０）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６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６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たポンプ機構と、
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と、
前記容器に取り付けられ、前記ポンプ機構に作動流体を導くための吸入管と、
前記容器に取り付けられて前記第２空間に連通しており、前記ポンプ機構から吐出された前記作動流体を前記容器の外部に導くための吐出管と、
前記第１空間と前記第２空間とを連通させる第１連通路と、
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、他の変形例に係るポンプの縦断面図である。 図５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６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）
特許文献１に記載された液体用ポンプによれば、ポンプ機構から吐出された高圧の液体は、電動機の周囲の空間に一時的に貯留され、その後、吐出管を通じて容器の外部に吐出される。電動機の周囲の空間は、ポンプ機構から吐出された高圧の液体で満たされる。高圧の液体は、気体又は低圧の液体に比べて、高い誘電率を有する。誘電率が高いと電気が流れやすいので、電動機の固定子に電流が流れると、電流の一部が液体を介して容器の外部へ漏れやすい。

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たポンプ機構と、
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と、
前記容器に取り付けられ、前記ポンプ機構に作動流体を導くための吸入管と、
前記容器に取り付けられて前記第２空間に連通しており、前記ポンプ機構から吐出された前記作動流体を前記容器の外部に導くための吐出管と、
前記第１空間と前記第２空間とを連通させる第１連通路と、
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、ポンプ機構から吐出された作動流体の圧力よりも低い中間圧力を有する作動流体で満たされる。中間圧力を有する作動流体は、電動機の発熱によって加熱される。電動機の周囲の空間は、気相の作動流体で満たされる。気相の作動流体の誘電率は低いので、電動機から容器の外部への漏れ電流が低減される。

本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る流体用ポンプの前記第１連通路が減圧手段を構成している。第２態様によれば、電動機の周囲の空間の圧力が確実に中間圧力に維持される。

本開示の第３態様において、例えば、第１又は２態様に係る流体用ポンプの前記第１連通路は、前記シャフトに沿って前記第２空間から前記第１空間まで延びている。第３態様によれば、第２空間から第１空間に作動流体がスムーズに導かれる。

本開示の第４態様において、例えば、第１〜第３態様のいずれか１つに係る流体用ポンプは、前記シャフトを支持する軸受をさらに備え、前記第１連通路は、前記シャフトと前記軸受との間の軸受すき間を含む。第４態様によれば、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５態様において、例えば、第１〜第４態様のいずれか１つに係る流体用ポンプの前記容器は、前記第１空間及び前記第２空間の両方から隔てられた第３空間をさらに有し、前記吸入管が前記第３空間に連通している。第５態様によれば、第３空間から第１空間に作動流体が流入することを阻止できる。

本開示の第６態様において、例えば、第５態様に係る流体用ポンプは、前記第１空間と前記第３空間とを連通させる第２連通路をさらに備えている。第６態様によれば、第２連通路を通じて、第１空間から第３空間へと液相の作動流体がスムーズに排出されうる。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７態様において、例えば、第６態様に係る流体用ポンプは、前記第２連通路に配置され、前記第１空間から前記第３空間への前記作動流体の流れを許容し、前記第３空間から前記第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。第７態様によれば、第１空間への液相の作動流体の侵入を防ぐことができる。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１〜第７態様のいずれか１つに係る流体用ポンプは、前記容器の外部から供給された熱によって前記第１空間に存在する前記作動流体を加熱する加熱機構をさらに備えた。第８態様によれば、第１空間の作動流体の気化が促進され、電動機の周囲の空間が気相の作動流体によって満たされる。

本開示の第９態様において、例えば、第８態様に係る流体用ポンプの前記加熱機構は、前記容器の外周面上に配置されている。第９態様によれば、加熱機構によって容器を効率的に加熱することができる。

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、中間圧力を有する気相の作動流体によって満たされている。中間圧力を有する気相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かつ液相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、中間圧空間２７（第１空間）、吸入空間２８（第３空間）及び吐出空間２９（第２空間）を内部に有する。中間圧空間２７、吸入空間２８及び吐出空間２９は、シャフト１３の長手方向に沿ってこの順番に並んでいる。中間圧空間２７、吸入空間２８及び吐出空間２９は、互いに隔てられている。吸入空間２８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２９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の中間圧空間２７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の上部に取り付けられている。

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２８に連通している。本実施形態では、吸入孔２２は、吸入空間２８に向かって開口している。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２９に連通している。本実施形態では、吐出孔２３は、吐出空間２９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。下軸受部材１６に吸入孔２２及び吐出孔２３が設けられている。上軸受部材１４と下軸受部材１６との間に吸入空間２８が形成されている。吸入空間２８は、上軸受部材１４の下面、下軸受部材１６の上面、ポンプケース１５の側面及び容器１０の内周面によって囲まれた環状の空間である。

上軸受部材１４は、軸受本体１４１を有する。軸受本体１４１は、軸受孔を有する部分であり、シャフト１３を支持している。軸受本体１４１は、シャフト１３の長手方向に沿って上方に延びている。下軸受部材１６は、軸受本体１６１を有する。軸受本体１６１は、軸受孔を有する部分であり、シャフト１３を支持している。

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２８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２９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２８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２９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２９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。下軸受部材１６は、例えば、嵌め合いによって容器１０の内周面に固定されている。これにより、ポンプ機構１２が容器１０に固定されている。中間圧空間２７及び吸入空間２８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２８及び吐出空間２９は、下軸受部材１６によって互いに隔てられている。容器１０の内周面は、空間を形成するための部分として、中間圧空間２７を形成するための部分、吸入空間２８を形成するための部分及び吐出空間２９を形成するための部分のみを有する。吸入空間２８及び吐出空間２９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。吸入空間２８及び吐出空間２９は、ポンプケース１５によって互いに隔てられていてもよい。

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２８に連通している。本実施形態では、吸入管２０は、吸入空間２８に向かって開口している。吸入空間２８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２９に連通している。本実施形態では、吐出管２１は、吐出空間２９に向かって開口している。吐出空間２９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。本実施形態によれば、ポンプ機構１２の側方から作動流体がポンプ機構１２に吸入され、ポンプ機構１２の下方に作動流体が吐出される。吸入空間２８から中間圧空間２７に作動流体が流入することも阻止される。

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２８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２９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の下方かつ下軸受部材１６の上方に位置している。詳細には、吸入管２０は、シャフト１３の長手方向において上軸受部材１４と下軸受部材１６との間に位置している開口部２０ａを有する。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。

ポンプ１００は、さらに、中間圧空間２７と吐出空間２９とを連通させる第１連通路３０を備えている。第１連通路３０は、流路３１及び流路３２を含む。流路３１は、潤滑及び冷却用の作動流体が流れる微小流路であって、下軸受部材１６の軸受本体１６１とシャフト１３との間に形成されている。流路３２は、潤滑及び冷却用の作動流体が流れる微小流路であって、上軸受部材１４の軸受本体１４１とシャフト１３との間に形成されている。流路３１は、流路３２に連通している。中間圧空間２７は、第１連通路３０（流路３１及び３２）を介して、吐出空間２９に連通している。

吐出空間２９には、ポンプ機構１２で昇圧された高圧の作動流体が貯められる。高圧の作動流体は、第１連通路３０を通ることによって減圧され、中間圧空間２７に流入する。中間圧空間２７に流入した作動流体の一部は、例えば、上軸受部材１４と容器１０との間の微小隙間から吸入空間２８に流出する。中間圧空間２７は、ポンプ機構１２に吸入されるべき作動流体の圧力とポンプ機構１２から吐出された作動流体の圧力との間の中間圧力を有する作動流体で満たされる。電動機１１が中間圧空間２７に配置されているので、電動機１１の周囲の空間は、中間圧力を有する作動流体で満たされる。電動機１１の周囲の空間は、中間圧力を有する気相の作動流体によって満たされる。中間圧力を有する気相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かつ液相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。

第１連通路３０は、シャフト１３に沿って吐出空間２９から中間圧空間２７まで延びている。このような構造によれば、吐出空間２９から中間圧空間２７に作動流体がスムーズに導かれる。第１連通路３０は、減圧手段を構成している。第１連通路３０を通じて、吐出空間２９から中間圧空間２７に作動流体が導かれるとき、作動流体は第１連通路３０において減圧される。これにより、電動機１１の周囲の空間の圧力が確実に中間圧力に維持される。減圧手段としての連通路は、第１連通路３０に限定されない。他の小径の流路も減圧手段として採用されうる。他の小径の流路は、例えば、シャフト１３の内部に設けられていてもよいし、小径管によって構成されていてもよい。小径管は、吐出空間２９と中間圧空間２７とを連通するように、容器１０の内部に設けられていてもよいし、容器１０の外部を通っていてもよい。小径管は、オリフィスを含んでいてもよい。

本実施形態において、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。第１連通路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、中間圧空間２７の圧力を少し上昇させるための構造に兼用されている。本実施形態は、中間圧空間２７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。流路３１及び３２としての軸受すき間は、シャフト１３の半径方向に関して、例えば、５〜２０μｍの広さを有する。

また、電動機１１の発熱によって、電動機１１の周囲に存在する作動流体が加熱される。作動流体は、減圧されるとともに、その一部又は全部が気化する。電動機１１の周囲の空間は、気液二相又は気相の作動流体で満たされる。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小さい。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。

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。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。電動機１１の周囲の空間を満たす作動流体は、減圧され、加熱されることによって気化しやすい。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。

以下、いくつかの変形例について説明する。先に説明したポンプ１００と変形例のポンプ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、変形例のポンプにも適用される。

（変形例１）
図３に示すように、変形例に係るポンプ１０２は、中間圧空間２７と吸入空間２８とを連通させる第２連通路３４をさらに備えている。第２連通路３４は、中間圧空間２７から吸入空間２８へと液相の作動流体が移動することを許容する。第２連通路３４を通じて、中間圧空間２７から吸入空間２８へと液相の作動流体がスムーズに排出されうる。中間圧空間２７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、第２連通路３４は、上軸受部材１４に設けられている。詳細には、第２連通路３４は、上軸受部材１４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、第２連通路３４を容易に確保することができる。ポンプ１０２は、第２連通路３４を１つのみ有していてもよいし、複数の第２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、中間圧空間２７から吸入空間２８への作動流体の流れを許容し、吸入空間２８から中間圧空間２７への作動流体の流れを禁止する。液相の作動流体は、第２連通路３４を通じて、中間圧空間２７から吸入空間２８へと排出される。中間圧空間２７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。

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、吸入空間２８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。上軸受部材１４の働きによって、中間圧空間２７への作動流体の流入が阻止される。中間圧空間２７は、第２連通路３４によって吸入空間２８と連通している。電動機１１の発熱によって、中間圧空間２７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。

第２連通路３４は、中間圧空間２７から吸入空間２８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中間圧空間２７に液相の作動流体が貯まる可能性がある。しかし、第２連通路３４を通じて、中間圧空間２７から液相の作動流体を排出することができるので、中間圧空間２７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、吸入空間２８から中間圧空間２７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、吸入空間２８から中間圧空間２７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。

本変形例においても、軸受本体１４１及び１６１には、第１連通路３０を通じて、吐出空間２９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、第１連通路３０を通じて、中間圧空間２７に流入し、中間圧空間２７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、中間圧空間２７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、第２連通路３４を通じて、中間圧空間２７から吸入空間２８へと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。

（変形例２）
図４に示すように、変形例に係るポンプ１０４は、加熱機構３６をさらに備えている。加熱機構３６は、容器１０の外部から供給された熱によって中間圧空間２７に存在する作動流体を加熱する。中間圧空間２７に存在する作動流体を加熱機構３６によって加熱すると、中間圧空間２７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る。特に、本変形例によれば、電動機１１の発熱量が小さい場合、ポンプ１０４が停止している場合などにおいても、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、より安定的に漏れ電流が低減されうる。

本変形例において、加熱機構３６は、容器１０の外周面上に配置されている。このような構造によれば、加熱機構３６によって容器１０を効率的に加熱することができる。詳細には、容器１０は、中間圧空間２７を形成している部分（胴部１０ａの一部）を有し、その部分に加熱機構３６が配置されている。本変形例において、加熱機構３６は、高温の加熱媒体を流すことができる配管である。加熱機構３６としての配管が容器１０に巻き付けられている。加熱機構３６に加熱媒体を流すことによって、容器１０、ひいては中間圧空間２７に存在する作動流体を加熱することができる。

加熱媒体は、例えば、水、オイルなどの液相の流体である。ポンプ１０４がランキンサイクル装置に適用された場合、加熱媒体の温度を上げるための熱源として、ランキンサイクルの熱源（太陽熱、地熱、排熱など）を使用してもよい。また、加熱媒体として、ランキンサイクルの作動流体を使用してもよい。さらに、加熱媒体として、ランキンサイクルから熱を回収することによって得られた流体（例えば、温水）を使用してもよい。

加熱機構３６は、加熱媒体が流れる配管に限定されない。加熱機構３６の他の例は、電気ヒータである。

（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
２０ 吐出管
２１ 吸入管
２７ 中間圧空間（第１空間）
２８ 吸入空間（第２空間）
２９ 吐出空間（第３空間）
３０ 第１連通路
３４ 第２連通路
３５ 方向制御弁
３６ 加熱機構
１００，１０２，１０４ 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たポンプ機構と、
   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と、
   前記容器に取り付けられ、前記ポンプ機構に作動流体を導くための吸入管と、
   前記容器に取り付けられて前記第２空間に連通しており、前記ポンプ機構から吐出された前記作動流体を前記容器の外部に導くための吐出管と、
   前記第１空間と前記第２空間とを連通させる第１連通路と、
   を備えた、流体用ポンプ。
2. 前記第１連通路が減圧手段を構成する、請求項１に記載の液体用ポンプ。
3. 前記第１連通路は、前記シャフトに沿って前記第２空間から前記第１空間まで延びている、請求項１又は２に記載の流体用ポンプ。
4. 前記シャフトを支持する軸受をさらに備え、
   前記第１連通路は、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１〜３のいずれか１項に記載の流体用ポンプ。
5. 前記容器は、前記第１空間及び前記第２空間の両方から隔てられた第３空間をさらに有し、
   前記吸入管が前記第３空間に連通している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体用ポンプ。
6. 前記第１空間と前記第３空間とを連通させる第２連通路をさらに備えた、請求項５に記載の流体用ポンプ。
7. 前記第２連通路に配置され、前記第１空間から前記第３空間への前記作動流体の流れを許容し、前記第３空間から前記第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６に記載の流体用ポンプ。
8. 前記容器の外部から供給された熱によって前記第１空間に存在する前記作動流体を加熱する加熱機構をさらに備えた、請求項１〜７のいずれか１項に記載の流体用ポンプ。
9. 前記加熱機構は、前記容器の外周面上に配置されている、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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