JP2019143509A - 立軸ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】設置される排水機場が枯渇状態であっても管理運転点検が可能な立軸ポンプを提供する。【解決手段】下方に開口した吸込口からポンプ上部の側方を向いた吐出口に水を導く立軸ポンプであって、吸込管部と、前記吸込管の上部と接続されるベンド管部と、前記ベンド管の上部に位置するモータ部と、を備え、前記吸込管部は、水を吸い込む吸込管と、前記吸込管内にほぼ鉛直方向に延びる主軸と、前記主軸に固定されたインペラと、前記主軸を支持する軸受部と、を有し、前記ベンド管部は、前記吸込管に接続している接続管部と、前記接続管部の側方を向いた吐出管と、を有し、前記モータ部は、内部にモータが設けられたハウジングと、前記ハウジング下部に設けられた熱交換器と、前記熱交換器を通って前記主軸に連結される出力軸と、を有し、前記吸込管から水を吸い上げない場合であっても前記モータ部を冷却することが可能な冷却部をさらに備える、立軸ポンプが提供される。【選択図】図６Ｂ

Description

本発明は、モータが搭載された立軸ポンプに関する。

ポンプは、モータなどの駆動機でインペラを回転させることにより、水槽から揚水する。そのため、ポンプ運転中に駆動機は継続的に発熱する。そこで、ポンプ運転時には駆動機を冷却する必要がある。例えば、特許文献１に開示された立軸ポンプは、吸込水槽から吸い上げた揚水を利用してモータを冷却している。

特開２０１３−８３２４２号公報 特開２０１５−１４６７１６号公報 特開２０１５−１４６７１７号公報

特許文献１の立軸ポンプの場合、吸込水槽の水位がポンプ運転が適切でない低水位であったり、吸込水槽が枯渇したりしているとモータを十分に冷却できない。一般に、公共の揚排水機場では、ポンプで排水することが困難な水位条件でも定期的な管理運転による運転や各部の点検を行うことが要求されることが多い。ここで、管理運転とは、たとえば「揚排水ポンプ設備技術指針 平成２６年３月 国土交通省」に記載されている管理運転を指す。維持管理を確実に行うために管理運転が可能な設備として信頼性を確保することを設計の基本事項と定められている。そして管理運転は定期点検時に行い、通常の排水運転に近い負荷状態での運転が望ましいが、水位条件等により困難な場合は、各機器をできる限り排水運転に近い状態で運転できるよう検討することと定められている。

よって吸込水槽の水位がポンプの運転が困難な低水位であったり、吸込水槽内の水が枯渇状態であったりした場合、特許文献１の立軸ポンプの管理運転では、冷却水として利用する吸込水槽内の水を揚水することができず、モータに代表される熱を発生する機器を冷却できないため、実際にポンプ設備を動かすことはできず、電気的な動作確認しかできない。これは上記の指針の観点からは最も実排水運転から遠い状態の点検となる。

特許文献２，３では、ポンプの通常運転時の耐水モータの冷却は、空気を冷却媒体として用い、回転軸と回転する外扇により行う構造としているが、気体の対流熱伝達率は、諸条件によるが概して液体と比較すると１０の１乗程度低く、十分な熱交換が出来ない課題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、設置される排水機場が枯渇状態であっても管理運転や各部の点検が可能な立軸ポンプを提供することである。

本発明の一態様によれば、下方に開口した吸込口からポンプ上部の側方を向いた吐出口に水を導く立軸ポンプであって、吸込管部と、前記吸込管の上部と接続されるベンド管部と、前記ベンド管の上部に位置するモータ部と、を備え、前記吸込管部は、水を吸い込む吸込管と、前記吸込管内にほぼ鉛直方向に延びる主軸と、前記主軸に固定されたインペラと、前記主軸を支持する軸受部と、を有し、前記ベンド管部は、前記吸込管に接続している接続管部と、前記接続管部の側方を向いた吐出管と、を有し、前記モータ部は、内部にモータが設けられたハウジングと、前記ハウジング下部に設けられた熱交換器と、前記熱交換器を通って前記主軸に連結される出力軸と、を有し、前記吸込管から水を吸い上げない場合であっても前記モータ部を冷却することが可能な冷却部をさらに備える、立軸ポンプが提供される。
吸込管から水を吸い上げない場合であってもモータ部を冷却できるため、設置される排水機場が枯渇状態であっても管理運転や各部の点検ができる。

望ましくは、前記冷却部は、前記熱交換器とは別に前記ハウジングに設けられ、２次冷却液が流れる流路を含む。

具体的には、前記流路は、前記ハウジングの外周面に巻き付けられたパイプであってもよい。
あるいは、前記流路は、前記ハウジングの内側の１次冷却液が流れる流路内に配設されたパイプであってもよい。

あるいは、前記流路は、前記ハウジング内をほぼ鉛直方向に貫通する穴であってもよい。

また、前記ハウジングは、内側ハウジングと、その外側に設けられた外側ハウジングと、を含み、前記流路は、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとの間に設けられた複数のリブによって形成された、ほぼ鉛直方向に延びる複数の空間であってもよい。

この場合、前記内側ハウジングの内側を１次冷却液が循環しており、前記内側ハウジングの内側のある箇所では、１次冷却液が上向きに流れており、その箇所の外側に位置する前記空間では、前記２次冷却液が下向きに流れ、前記ハウジング内の別の箇所では、１次冷却液が下向きに流れており、その箇所の外側に位置する前記空間では、前記２次冷却液が上向きに流れるのがよい。

そして、一部が前記内側ハウジングの外面に固定され、一部が前記外側ハウジングの内面に固定された熱伝導部材が配置されるのが望ましい。

望ましくは、前記ハウジングの内側を１次冷却液が循環しており、前記冷却部は、前記ハウジングの外部に設けられ、前記１次冷却液を冷却する。

また、別の形態では、前記冷却部は、前記１次冷却液を外部に取り出す第１配管と、前記第１配管からの１次冷却液を冷却可能な冷却設備と、前記冷却設備からの１次冷却液を前記ハウジング内に戻す第２配管と、前記冷却設備による冷却を行うか否かを切り替える切り替え手段と、を有してもよい。

この場合、前記切り替え手段は、前記１次冷却液の温度に応じて、前記冷却設備による冷却を行うか否かを切り替えるのが望ましい。

また、前記冷却設備は、前記モータの負荷および前記モータの温度の少なくとも一方に応じて前記第１配管からの１次冷却液を冷却するのが望ましい。

吸込管から水を吸い上げない場合であってもモータ部を冷却できるため、設置される排水機場が枯渇状態であっても管理運転や各部の点検ができる。
また、通常運転時に熱交換器伝熱面に空気溜りや異物が付着し、ポンプで汲み上げた揚水による熱交換器での十分な熱交換ができなくなった場合に、モータ部や１次冷却液流路などに取り付けた温度センサやモータ制御ユニットからの信号によってモータ部の温度異常上昇を検知し、２次冷却液による冷却を開始したり、１次冷却液の冷却設備を使用したりすることで、熱交換器とは別にハウジングに設けられた冷却部でモータを冷却できるため、連続運転ができる。そのため豪雨という非常時に運転する排水用ポンプに有効である。

第１実施形態に係るポンプ概要図。 図１に示すポンプの変形例。 第１実施形態に係るポンプ主要部。 モータ部５の水平方向断面図。 図３のＡ−Ａ断面図。 図３のＢ−Ｂ断面図。 第１の実施形態に係るモータ部５の水平方向断面図。 第１の実施形態に係るモータ部５の垂直方向断面図。 第１の実施形態に係る変形例であるモータ部５の垂直方向断面図。 第２の実施形態に係るモータ部５の鉛直方向断面図。 図７におけるハウジングのＣ−Ｃ断面図。 図７におけるハウジングのＤ−Ｄ断面図。 図８の変形例を示す断面図。 図９の変形例を示す断面図。 図８のまた別の変形例を示す断面図。 図９のまた別の変形例を示す断面図。 第３の実施形態に係るモータ部５の鉛直方向断面図。 図１４のＥ−Ｅ断面図。 第４の実施形態に係る１次冷却液の流路を説明する模式図。 冷却部６０の具体的な第１構成例を示す図。 冷却部６０の具体的な第２構成例を示す図。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１実施形態に係るポンプ概要図であり、図２は、第１実施形態に係るポンプ主要部である。このポンプは、下方に開口した吸込口１からポンプ上部の側方を向いた吐出口２に水を導く立軸ポンプであり、例えば排水機場に配置される。このポンプは、吸込管部３と、吸込管部３上部と接続されるベンド管部４と、ベンド管部４上部に位置するモータ部５と、チャンバ部６とで構成される。

吸込管部３は、水を吸い込む吸込管１２と、吸込管１２下部に開口した吸込口１を有するベル部７と、吸込管部３内にほぼ鉛直方向に延びる主軸（回転）軸８と、主軸８に固定されたインペラ９と、主軸８を支持する軸受部１０と、ガイドベーン１１とを有している。

ベンド管部４は、吸込管１２に接続している接続管部１３と、接続管部１３の側方に向いた吐出し管１４と、吐出しカバー１６と、前記吸込口１の上方に位置するフランジ１７とを有する。なお、吐出しカバー１６は無くても良い。

モータ部５は、内部に耐水型のモータが設けられたハウジング１８と、ハウジング１８下部に設けられた熱交換器１９と、熱交換器１９を通って主軸８に連結される出力軸２１とを有する。ハウジング１８下部のフランジ２０と、ベンド管部４のフランジ１７とが固定される。モータが回転することで出力軸２１が回転し、これによって吸込管部３内の主軸８が回転する。この際、モータから発熱する。そのため、モータ部５は後述する冷却システムを有する。

チャンバ部６は、ベンド管部４のフランジ１７と、モータ部５のフランジ２０と、チャンバカバー２３と、チャンバ部６内に開口を有する排水管２４とで構成される。

モータ部５におけるモータを回転させることによって、インペラ９が回転する。これにより、吸込口１から水が吸い上げられ、吐出口２から排水される。このとき、吸込口１から吸い上げられた水（揚水）の一部は熱交換器１９の下面に達する。その後、この水はフランジ１７および／またはフランジ２０に設けられた排水手段２２（例えば溝）を介してチャンバ部６内に導かれ、ハウジング１８などモータ部５の少なくとも一部を冷却する。チャンバ部６内に導かれた水は、最終的には吸込水槽あるいは吐出水槽に排水される。

図１Ａは、図１および図２に示すポンプの変形例である。このポンプでは、ベンド管部４におけるフランジ１７と、モータ部５に設けられたフランジ２０との間は一部が水密状態となっておらず、水が外部へ流出可能となっている。より具体的には、吸込口１から吸い上げられた水の一部は、熱交換器１９の下面に達し、フランジ１７に設けられた溝（排水手段）２２を通り、溝の先端に接続された排水管２４から排水される。

その他、ポンプの基本的な形状等は適宜変形可能であり、特に制限はない。例えば、特開２０１３−８３２４２号公報の図１に記載されたポンプを適用してもよい。

図３は、モータ部５の水平方向断面図である。また、図４および図５は、それぞれ図３のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図４に示すように、モータ部５のハウジング１８のほぼ中央に出力軸２１が通っている。出力軸２１は、軸受３１によって支持され、軸シール３２によってシールされている。また、ハウジング１８内において、モータを構成するコイル３３が主な熱発生源である。さらに、出力軸２１には１または複数段の羽根車３４が取り付けられており、出力軸２１とともに回転する。

ハウジング１８内には、コイル３３の外側に流路３５ａ，３５ｂが形成されている。この流路３５ａ，３５ｂは冷却液（以下、１次冷却液と呼ぶ）で満たされており、羽根車３４が回転することによって昇圧され、ハウジング１８内を循環する。
より詳しくは、図３および図５に示すように、ハウジング１８内には複数（これらの図では２つ）の隔壁３６ａ，３６ｂが設けられている。１次冷却液は、隔壁３６ａ，３６ｂで区切られた１つの流路３５ａにおいて上向きに流れ、その後、ハウジング１８内の上部を水平方向に流れて隔壁３６ａ，３６ｂで区切られた他の流路３５ｂに達し、下向きに流れる。

なお、隔壁の数に制限はなく、より多くの隔壁を設け、より多くの流路をハウジング１８内に形成してもよい。金属は線膨張係数が異なるため、軸曲がりを防止するため、熱交換器で冷却された１次冷却液を複数に分流し、均等に配置された流路に流すようにするのが望ましい。この場合、コイル近傍の部材を冷却し、昇温した１次冷却液の戻り流路も均等に配置されている。そのため、流路は冷えた１次冷却液の流路（往路）が２つ、温められた１次冷却液の流路（復路）が２つの計４つ以上の流路が配設されるのが望ましい。

１次冷却液がコイル３３近傍を通過する際に、１次冷却液がコイル３３近傍の部材を冷却し（したがって、間接的にコイル３３が冷却され）、１次冷却液は昇温する。このような１次冷却液は、羽根車３４によって昇圧され、熱交換器１９の上面側に達する。図示はしないが、図４において羽根車３４の吸込口を下側に配設して、羽根車３４によって昇圧した１次冷却液をコイル３３近傍の部材周りに流し、部材を介しコイル３３を冷却したあと、熱交換器１９の上面側に達せさせる逆の循環の流れとしても良い。

ここで、ポンプが稼動して吸込管１２から水が吸い上げられる場合、吸い上げられた水（揚水）が熱交換器１９の下面に達する。これにより、コイル３３を冷却することによって昇温した１次冷却液と、揚水とで熱交換が熱交換器１９において行われ、１次冷却液が冷却される。

なお、冷却性能を上げるべく、ハウジング１８内の流路３５ａ，３５ｂ中にコイル３３を配置し、１次冷却液で直接コイル３３を冷却してもよい。この場合、１次冷却液を絶縁性の液体とするか、コイル３３の絶縁性を十分確保しておけばよい。
１次冷却液には水溶性の防腐剤・防錆剤・消泡剤・潤滑剤等を混入した水のほかに油も使用することが出来る。絶縁性を有する油類では、前述のように直接コイルを冷やすことが出来る。また、使用環境によっては不凍液を用いる場合もある。たとえば、殺菌効果、不凍効果のあるプロピレングリコール水溶液などを使用することも出来、回転部のシール部材にメカニカルシールを用いた場合には、その潤滑効果によってシール部材の長寿命化も図ることが出来る。

上述した説明から分かるように、このような１次冷却液によってモータ部５（の特にコイル３３）を冷却できるのは、揚水がある場合に限られる。揚水がない場合には、熱交換器１９による１次冷却液の冷却が行われないためである。例えば、本ポンプが配置された排水機場における吸込水槽が枯渇した状態で管理運転や各部の点検を行う場合には、モータ部５を冷却できない。

そこで、第1の実施形態におけるポンプは、揚水がない場合であってもモータ部５を冷却可能な冷却部として、ハウジング１８に設けられ、冷却液（以下、２次冷却液と呼ぶ）が通過する流路を備える。より具体的には、第1の実施形態における流路はハウジング１８の外周面に巻き付けられたパイプである。

図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ第１の実施形態に係るモータ部５の水平方向断面図および垂直方向断面図である。２次冷却液はパイプ４１の一端（例えば上側）から供給される。２次冷却液の供給元は、用水であってもよいし、強制冷却設備（不図示）であってもよい。パイプ４１内を流れた２次冷却液は、他端から排出されるか、強制冷却装置（不図示）に戻される。なお、２次冷却液が流れる方向はどちらでもよい。パイプ４１内を２次冷却系が流れることにより、ハウジング１８を冷却でき、結果としてコイル３３その他のモータ部５全体を冷却できる。

なお、パイプ４１は１本でなくてもよい。例えば、ハウジング１８の外周面に、互いに平行（例えば、いずれも水平方向）な複数のパイプ４１を巻き付けてもよい。

このように、第１の実施形態では、水が流れるパイプ４１をハウジング１８の外周面に巻き付ける。そのため、揚水がなく、ハウジング１８内の１次冷却液を熱交換器１９で十分に冷却できない場合であっても、パイプ４１を流れる水によってモータ部５を冷却できる。したがって、このようなポンプが設置される排水機場が枯渇した場合であっても、枯渇した状態で管理運転や各部の点検ができる。

図６Ｃは、変形例であるモータ部５の垂直方向断面図である。図示のように、水が流れるパイプ４１をハウジング１８の内側の１次冷却液の流路３５ａ，３５ｂ内に配設してもよい。ハウジング１８の外周面に巻き付けた場合はハウジング１８を介して１次冷却液を冷却することになるが、パイプ４１を流路３５ａ，３５ｂ内に配設することにより、１次冷却液を直接冷却できるため冷却性能面で優れる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態は、ハウジング１８の外側にパイプを設けて冷却用の流路を形成するものであった。これに対し、第２の実施形態は、ハウジング１８に穴を開ける等によりハウジング内部に流路を形成するものである。

図７は、第２の実施形態に係るモータ部５の鉛直方向断面図である。ハウジング１８を上部から下部にかけてほぼ鉛直方向に貫通する複数の穴４２が形成されている。これらの穴４２は、キリ穴でもよいし、鋳物の場合はイヌキで形成してもよい。穴４２を形成できるようハウジング１８をある程度分厚くする必要があるが、それによってモータ部５の外殻の強度が向上するというメリットもある。

ハウジング１８の材料は、銅やアルミニウム合金など、熱伝導率が大きいものが望ましい。また、ハウジング１８の外周面にフィンを設けることで、例えば穴４２に２次冷却液を流す必要が無く空洞である場合に、ハウジングの内側の熱はフィンにより外気へ効率的に熱を放熱できる。例えばモータ部が水没した際には冷却効率が向上する。

ハウジング１８の上蓋１８ａには、１つの穴４２と位置合わせされた開口が設けられている。開口の上部はテーパーねじが設けられ、２次冷却液を供給するための管４３が接続される。そして、この管４３から穴４２に下向きに供給される。

図８および図９は、それぞれ図７におけるハウジングのＣ−Ｃ断面図およびＤ−Ｄ断面図である。これらの図では、８個の穴４２１〜４２８がハウジング１８にほぼ等間隔に設けられる例を示している。図７の管４３から穴４２に２次冷却液が供給される。また、図８に示すように、ハウジング１８内部上方において、穴４２２と穴４２３とを連結する流路４４１、穴４２４と穴４２５とを連結する流路４４２、穴４２６と穴４２７とを連結する流路４４３が設けられる。一方、図９に示すように、ハウジング１８内部下方において、穴４２１と穴４２２とを連結する流路４５１と、穴４２３と穴４２４とを連結する流路４５２と、穴４２５と穴４２６とを連結する流路４５３と、穴４２７と穴４２８とを連結する流路４５４が設けられる。

穴４２１の上部から供給された２次冷却液は下向きに流れ、穴４２１の下部で流路４５１（図９）を介して穴４２２に達し、次いで穴４２２を上向きに流れる。この２次冷却液は、穴４２２の上部で流路４４１（図８）を介して穴４２３に達し、次いで穴４２３を下向きに流れる。以降、水は同様に穴４２４〜４２７を流れ、最後に穴４２８を上向きに流れた後、排出される。

図１０および図１１は、それぞれ図８および図９の変形例を示す断面図である。図１０に示すように、穴４２１と穴４２２とを連結する流路４４１’等を、ハウジング１８外部上方に設けてもよい。そして、図１１に示すように、穴４２２と穴４２３とを連結する配管４５１’等を、ハウジング１８外部下方に設けてもよい。

図１２および図１３は、それぞれ図８および図９のまた別の変形例を示す断面図である。この変形例は、全ての穴４２１〜４２８において、２次冷却液が下向きに流れるものである。図１２に示すように、穴４２１〜４２８を上部で接続する円環状の流路４４０がハウジング１８内部上方に設けられる。また、図１３に示すように、穴４２１〜４２８を下部で接続する円環状の流路４５０がハウジング１８内部下方に設けられる。

管４３（図７）から供給された２次冷却液は流路４４０を介して穴４２１〜４２８に達し、穴４２１〜４２８を下向きに流れ、流路４５０から排出される。なお、２次冷却液が流れる方向はどちらでもよい。

このように、第２の実施形態では、ハウジング１８に穴４２，４２１〜４２８を形成し、これらの穴４２，４２１〜４２８に２次冷却液を通す。そのため、揚水がなく、ハウジング１８内の１次冷却液を熱交換器１９で十分に冷却できない場合であっても、穴４２，４２１〜４２８を流れる２次冷却液によって１次冷却液を冷却できるようになり、モータ部５を冷却できる。
なお、ハウジング１８を垂直方向に貫通する穴は多ければ多いほど、２次冷却液がハウジングに接液する面積（伝熱面積）は増すため、１次冷却液を冷却する効率が上がる。

（第３の実施形態）
上述した第２の実施形態は、ハウジング１８を鉛直方向に貫通する穴４２，４２１〜４２８を形成して流路とするものであった。これに対し、第３の実施形態は、ハウジング１８を二重構造とし、その間に流路を形成するものである。

図１４は、第３の実施形態に係るモータ部５の鉛直方向断面図である。図示のように、ハウジング１８は、ともに円筒状の内側ハウジング１８ａおよび外側ハウジング１８ｂから構成される。１次冷却液は内側ハウジング１８ａの内側の流路３５ａ，３５ｂを流れている。内側ハウジング１８ａとは空間を隔てた外側に、外側ハウジング１８ｂが設けられる。

図１５は、図１４のＥ−Ｅ断面図である。なお、同図では、内側ハウジング１８ａ内に４つの隔壁３６１〜３６４が設けられ、１次冷却液が流れる４つの流路３５１〜３５４が形成されている。そして、流路３５１，３５３内において１次冷却液が上向きに流れ、流路３５２，３５４内において１次冷却液が下向きに流れる。

図１５に示すように、内側ハウジング１８ａと外側ハウジング１８ｂとの間に４つのリブ５１１〜５１４が設けられる。リブ５１１は隔壁３６１〜３６４をそれぞれ外周方向に延ばした位置にあるのが望ましい。これら４つのリブ５１１〜５１４によって区切られた４つの空間が内側ハウジング１８ａの外面と外側ハウジング１８ｂの内面との間に形成され、これらの空間が流路５２１〜５２４となる。これらの流路５２１〜５２４が、第２の実施形態で説明した穴４２と同様に機能する。

すなわち、２次冷却液は流路５２１の上方から供給され、流路５２１内を下向きに流れる。流路５２１と流路５２２は下方で連結されており、２次冷却液は流路５２１から流路５２２に移って流路５２２を上向きに流れる。流路５２２と流路５２３は上方で連結されており、２次冷却液は流路５２２から流路５２３に移って流路５２３を下向きに流れる。流路５２３と流路５２４は下方で連結されており、２次冷却液は流路５２３から流路５２４に移って流路５２４を上向きに流れる。そして、流路５２４の上方から排水される。

ここで、流路５２２，５２４内を上向きに２次冷却液が流れており、これらの流路５２２，５２４と隣接する流路５２１，５２３内では２次冷却液が下向きに流れる。また、流路３５１，３５３では１次冷却液が上向きに流れるが、その外側に位置する流路５２１，５２３では２次冷却液が下向きに流れる。一方、流路３５２，３５４では１次冷却液が下向きに流れるが、その外側に位置する流路では２次冷却液が上向きに流れる。このように、向流型熱交換になるような方向に１次冷却液と２次冷却液を流すことで、冷却性能が向上する。なお、必ずしもこの方向でなくてもよい。

また、内側ハウジング１８ａと外側ハウジング１８ｂとの間には、銅やアルミニウム合金など熱伝導率が高い熱伝導部材５３を配置するのが望ましい。熱伝導部材５３の一部は内側ハウジング１８ａの外面に固定され、一部は外側ハウジング１８ｂの内面に固定される。これにより、外側ハウジング１８ｂは熱伝導部材５３がリブとなり、内側ハウジング１８ａへ強固に固定される。また、流路５２１、５２２、５２３および５２４に２次冷却液を流す必要が無く空洞である場合に、内側ハウジング１８ａの熱が外側ハウジング１８ｂに効率よく伝わり、外気へ効率的に熱を放熱できる。また例えばモータ部が水没した際には冷却性能がより向上する。さらに、外側ハウジング１８ｂの外面にはフィン５４を設けるのが望ましい。

このように、第３の実施形態では、内側ハウジング１８ａと外側ハウジング１８ｂとの間に複数の空間を形成して流路５２１〜５２４とし、この空間に２次冷却液を流す。そのため、揚水がなく、ハウジング１８内の１次冷却液を熱交換器１９で十分に冷却できない場合であっても、流路５２１〜５２４を流れる２次冷却液によってモータ部５を冷却できる。

なお、リブ５１１〜５１４の数に制限はないが、複数あればよく、２次冷却液が上向きに流れる空間と下向きに流れる空間とをペアで形成するためには偶数個であるのが望ましい。

（第４の実施形態）
上述した第１の実施形態は、ハウジング外周面にパイプを巻き付けて、１次冷却液とは異なる２次冷却液をパイプに流すことでモータ部を冷却するものであった。また上述した第２〜第３の実施形態は、ハウジングに流路を形成し、１次冷却液とは異なる２次冷却液を流路に流すことでモータ部５を冷却するものであった。これに対し、次に説明する第４の実施形態は、１次冷却液をモータ部から取出して外部の冷却設備を使って冷却するものである。

図１６は、第４の実施形態に係る１次冷却液の流路を説明する模式図である。揚水があって熱交換器１９でハウジング１８内の１次冷却液を冷却できる場合、モータ部５のコイル３３などを冷却した１次冷却液は弁６１ａを通って熱交換器１９で冷却され、羽根車３４に戻される、というサイクルを形成する。

一方、熱交換器１９でハウジング１８内の１次冷却液を冷却できない場合、コイル３３などを冷却した１次冷却液は弁６１ｂを通って外部の冷却設備６２に導かれる。１次冷却液は冷却設備６２によって冷却された後、羽根車３４に戻される。

図１７は、冷却部６０の具体的な第１構成例を示す図である。冷却部６０は、配管７１a，７１ｂと、温度調節三方弁７２と、冷却設備６２と、逆止弁７３と、温度センサ７４と、制御ユニット７５とを有する。なお、本実施形態では、ハウジング１８内に水平方向の隔壁７０が設けられており、ハウジング１８内の流路３５ｂが上部と下部とに分断されている。

配管７１ａは一端がハウジング１８の上部側に形成された開口に接続され、ハウジング１８内の１次冷却液が外部に取り出される。配管７１ｂは一端がハウジング１８の下部側に形成された開口に接続され、外部に取り出された１次冷却液をハウジング１８内に戻す。

温度調節三方弁７２は、入口７２ａが配管７１aに連結され、第１出口７２ｂが冷却設備６２に連結され、第２出口７２ｃが配管７１ｂに連結される。温度調節三方弁７２は、制御ユニット７５からの制御に応じて、配管７１ａからの水を冷却設備６２に導くか、配管７１ｂに導くかを切り替える。温度調節三方弁７２は、電気、エアー圧、水圧、オイル圧などの流体圧で遠隔駆動でき、かつ、防水型であることが望ましいが、それらの動力を使用せず、温度を検出する機構を持ち機械的に弁体の開閉を行う温度調整弁やワックス式温度調整弁を採用しても良い。この場合は温度センサ７４と制御ユニット７５は不要となる。三方弁７２は図１６の弁６１ａ，６１ｂに相当する。

冷却設備６２はハウジング１８外に設けられ、三方弁７２からの１次冷却液を冷却する。冷却設備６２は、例えばチラーユニットであり、空冷式冷凍機、水冷式冷凍機、密閉系循環方式、開放系循環方式などであってよい。冷却設備６２も防水型であるのが望ましい。
例えば冷却設備６２の用途がポンプの管理運転時のみに限られる場合、定められた点検運転時間だけポンプを運転できればよく、冷却設備６２はその運転の間にモータ部から発生する熱量を吸熱できる十分な水量を貯水した単なる冷却プールでもよい。

逆止弁７３は冷却設備６２からの１次冷却液を配管７１ｂに向かって流し、逆流しないようにする。例えば三方弁７２の第１出口７２ｂが開状態である時、第２出口７２ｃが閉状態となる、またはその逆で第２出口７２ｃが開状態である時、第１出口７２ｂが閉状態となるような三方弁を選定する場合は、逆流の恐れはないため、逆止弁７３は不要である。

温度センサ７４は配管７１ａに設置され、１次冷却液の温度を検知する。なお、温度センサ７４は１次冷却液の温度を検知すればよく、三方弁７２よりハウジング１８側であれば設置位置は特に問わない。検知結果は制御ユニット７５に取り込まれる。

制御ユニット７５は、温度センサ７４の検知結果、すなわち、１次冷却液の温度に応じて三方弁７２および冷却設備６２を制御する。より具体的には、１次冷却液の温度が所定の閾値以下の場合、配管７１ａからの１次冷却液が冷却設備６２に向かわず直接配管７１ｂに向かうよう、制御ユニット７５は三方弁７２の第２出口７２ｃ側を開くとともに、冷却設備６２をオフとする。一方、１次冷却液の温度が所定の閾値より高い場合、配管７１ａからの水が冷却設備６２に向かうよう、制御ユニット７５は三方弁７２の第１出口７２ｂ側を開くとともに、冷却設備６２を稼動させる。

揚水があって熱交換器１９で１次冷却液を十分に冷却できている場合、１次冷却液の温度は低い。よって、配管７１ａからハウジング１８の外側に取り出された１次冷却液は、冷却設備６２を介することなく、ハウジング１８の内側に戻される。よって、冷却設備６２を稼動させる必要がない。

一方、揚水がなく熱交換器１９で１次冷却液を十分に冷却できていない場合、１次冷却液の温度は高い。よって、配管７１ａからハウジング１８の外側に取り出された１次冷却液は、冷却設備６２によって冷却された後、ハウジング１８の内側に戻される。よって、揚水がない場合でもモータ部５を冷却できる。

図１８は、冷却部６０の具体的な第２構成例を示す図である。図１７との相違点として、冷却部６０は、温度調整三方弁８１および配管８２ａ，８２ｂを有し、これらがハウジング１８に内包される。また、冷却部はモータ制御ユニット７６を有する。

温度調整三方弁８１はハウジング１８に内包されており、この温度調整三方弁８１を制御するユニットは不要である。温度調整三方弁８１の入口には配管８２ａが連結され、流路３５ｂの上部から１次冷却液が入る。温度調整三方弁８１の第１出口は配管７１ａに連結され、第２出口は配管８２ｂに連結されている。配管８２ｂはハウジング１８内の隔壁７０を貫通している。なお、温度調整三方弁８１は図１６の弁６１ａ，６１ｂに相当する。

温度調整三方弁８１は、所定温度以上であれば入口からの１次冷却液を第１出口から配管７１ａ側に導き、所定温度未満であれば入口からの１次冷却液を第２出口から配管８２ｂ側に導く。

モータ制御ユニット７６はモータ温度あるいはモータ負荷を検知する。冷却設備６２は、モータ制御ユニット７６からモータ温度あるいはモータ負荷を取得し、１次冷却液の冷却が必要と判断すると１次冷却液が適切な温度となるように冷却する。なお、温度調整三方弁８１のハンチングが発生しないよう、冷却設備６２は急激な温度調整を行わないのが望ましい。

このように、第４の実施形態では、ハウジング１８の外部に冷却設備６２を設け、１次冷却液を冷却可能とする。そのため、揚水がなく、ハウジング１８内の１次冷却液を熱交換器１９で十分に冷却できない場合であっても、冷却設備６２によって１次冷却液を冷却でき、その結果モータ部５を冷却できる。

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ことである。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とすべきである。

１ 吸込口
２ 吐出し口
３ 吸込管部
４ ベンド管部
５ モータ部
６ チャンバ部
７ ベル部
８ 主軸
９ インペラ
１０ 軸受け部
１１ ガイドベーン
１２ 吸込管
１３ 接続管部
１４ 吐出し管
１６ 吐出しカバー
１７ フランジ
１８ ハウジング
１９ 熱交換器
２０ フランジ
２１ 出力軸
２２ 排水手段
２４ 排水管
３１ 軸受
３２ 軸シール
３３ コイル
３４ 羽根車
３５ａ，３５ｂ，３５１〜３５４ 流路
３６ａ，３６ｂ，３６１〜３６４ 隔壁
４１ パイプ
４２，４２１〜４２８ 穴
４３ 管
４４０，４４２〜４４３，４５０，４５２〜４５４ 配管
４４１，４５１，４４１’，４５１’ 流路
５１１〜５１４ リブ
５２１〜５２４ 流路
５３ 熱伝導部材
５４ フィン
６０ 冷却部
６１，６１ａ，６１ｂ 弁
６２ 冷却設備
７１ａ，７１ｂ 配管
７２ 三方弁
７３ 逆止弁
７４ 温度センサ
７５ 制御ユニット
７６ モータ制御ユニット
８１ 温度調整三方弁
８２ａ，８２ｂ 配管

Claims (12)

1. 下方に開口した吸込口からポンプ上部の側方を向いた吐出口に水を導く立軸ポンプであって、
   吸込管部と、前記吸込管の上部と接続されるベンド管部と、前記ベンド管の上部に位置するモータ部と、を備え、
   前記吸込管部は、水を吸い込む吸込管と、前記吸込管内にほぼ鉛直方向に延びる主軸と、前記主軸に固定されたインペラと、前記主軸を支持する軸受部と、を有し、
   前記ベンド管部は、前記吸込管に接続している接続管部と、前記接続管部の側方を向いた吐出管と、を有し、
   前記モータ部は、内部にモータが設けられたハウジングと、前記ハウジング下部に設けられた熱交換器と、前記熱交換器を通って前記主軸に連結される出力軸と、を有し、
   前記吸込管から水を吸い上げない場合であっても前記モータ部を冷却することが可能な冷却部をさらに備える、立軸ポンプ。
2. 前記冷却部は、前記熱交換器とは別に前記ハウジングに設けられ、２次冷却液が流れる流路を含む、請求項１に記載の立軸ポンプ。
3. 前記流路は、前記ハウジングの外周面に巻き付けられたパイプである、請求項２に記載の立軸ポンプ。
4. 前記流路は、前記ハウジング内側の１次冷却液の流路内に配設されたパイプである、請求項２に記載の立軸ポンプ。
5. 前記流路は、前記ハウジング内をほぼ鉛直方向に貫通する穴である、請求項２に記載の立軸ポンプ。
6. 前記ハウジングは、内側ハウジングと、その外側に設けられた外側ハウジングと、を含み、
   前記流路は、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとの間に設けられた複数のリブによって形成された、ほぼ鉛直方向に延びる複数の空間である、請求項２に記載の立軸ポンプ。
7. 前記内側ハウジングの内側を１次冷却液が循環しており、
   前記内側ハウジングの内側のある箇所では、１次冷却液が上向きに流れており、その箇所の外側に位置する前記空間では、前記２次冷却液が下向きに流れ、
   前記ハウジング内の別の箇所では、１次冷却液が下向きに流れており、その箇所の外側に位置する前記空間では、前記２次冷却液が上向きに流れる、請求項６に記載の立軸ポンプ。
8. 一部が前記内側ハウジングの外面に固定され、一部が前記外側ハウジングの内面に固定された熱伝導部材が配置される、請求項６または７に記載の立軸ポンプ。
9. 前記ハウジングの内側を１次冷却液が循環しており、
   前記冷却部は、前記ハウジングの外部に設けられ、前記１次冷却液を冷却する、請求項１に記載の立軸ポンプ。
10. 前記冷却部は、
    前記１次冷却液を外部に取り出す第１配管と、
    前記第１配管からの１次冷却液を冷却可能な冷却設備と、
    前記冷却設備からの１次冷却液を前記ハウジング内に戻す第２配管と、
    前記冷却設備による冷却を行うか否かを切り替える切り替え手段と、を有する、請求項９に記載の立軸ポンプ。
11. 前記切り替え手段は、前記１次冷却液の温度に応じて、前記冷却設備による冷却を行うか否かを切り替える、請求項１０に記載の立軸ポンプ。
12. 前記冷却設備は、前記モータの負荷および前記モータの温度の少なくとも一方に応じて前記第１配管からの１次冷却液を冷却する、請求項１０または１１に記載の立軸ポンプ。