JP5119256B2 - 液体ポンプの構成部分から熱を排出するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体ポンプの構成部分から熱を排出するための方法、並びに該方法を実施するための装置、及び該装置の使用に関するものである。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３４７３０２Ａ１号明細書には、渦巻ポンプのための二部構造の渦巻ケーシングを開示してあり、該ポンプケーシングは流体技術的に最適に構成されている。渦巻ポンプは一般的に電動モータによって駆動されるようになっており、電動モータのステータは乾式スペースに配置されており、ロータは、湿式スペースに回転可能に配置されており、湿式スペースの周囲は圧送すべき流れる媒体（流動媒体）によって洗われるようになっている。液体ポンプにおいては一般的に、運転中に熱せれられる構成部分から熱を排出する必要がある。このために適当な冷却装置を設けるようになっているものの、該冷却装置は流体ポンプのための構成スペースを増大して不都合である。

本発明の課題は、少ないスペースで液体ポンプの構成部分の熱を排出するための新規な方法を提供することである。さらに本発明は、前記方法の実施のための装置、並びに該装置の適切な使用を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明では、液体ポンプの構成部分から熱を排出するための方法において、前記液体ポンプはケーシング内に、圧送すべき媒体のための流入部を備えた吸込み口側及び、圧送すべき媒体のための流出部に通じる吐出し口側を有しており、この場合に前記吸込み口側と前記吐出し口側とは、駆動可能な羽根車を介して互いに接続されており、前記吐出し口側の流過断面の領域で、前記媒体の一部分を分流し、かつ前記構成部分と熱的に接続されている少なくとも１つの通路によって前記構成部分に導き、前記媒体の分流された前記一部分を該構成部分の領域で少なくも部分的に気化若しくは蒸発させ、該構成部分から熱を気化冷却により排出するようにしてある。ポンプ内を流れる圧送すべき媒体としては、液体を用いてあり若しくは液体の混合物を用いてある。液体ポンプとしては、アキシャルポンプ若しくは軸流ポンプを用いることができる。吸込み側に対して流体技術的に羽根車によって隔てられている吐出し側、つまり吸込み側（吸込み領域）に羽根車を介して接続されている吐出し側（吐出し領域）は、流れ方向で見て羽根車の下流側に接続されている。通路内の流れは、部分的に気化して流れる媒体によって維持される。多くの使用目的（使用例）にとって、構成部分と熱的に接続されている唯一の通路を設けるだけで十分である。通路を構成部分と熱的に接続（熱接続）することは、通路が、構成部分の領域に次のように配置され、つまり該領域で熱交換を行うように配置され、換言すれば構成部分の領域に該構成部分から熱を受け取るように配置（接続）されていることを意味している。本発明の上記手段により、構成部分に生じる熱を、気化冷却に基づき簡単に排出できるようになっており、この場合に付加的な大きな構成スペースをほぼ不要にしており、それというのは、少なくとも１つの通路のためのわずかなスペースを設けるだけでよいからである。液体ポンプ内を流れる媒体の一部分を分流（分岐）させる通路のために必要なわずかなスペースは、液体ポンプの全所要スペースにとってほとんど問題にならないものである。通路は、種々の構造で形成して実施されるものである。通路は例えば、液体ポンプ内に組み込まれていて該液体ポンプを駆動する電動モータの周囲に沿って環状に画成された空間として形成されていてよい。通路の構成は、熱排出が構成部分の近傍での気化冷却によって実施されるように行われている。付加的な冷媒を不要にしていることは有利である。

本発明の有利な実施態様では、熱の排出は、液体ポンプの運転のための電子的な構成部分として配置されている構成部分における気化冷却によって行われるようになっている。
液体ポンプは、一般的に電動モータによって駆動されるようになっており、電動モータは電動モータの運転及び制御のために必要な電子的な構成部分を含んでおり、該電子的な構成部分は、運転時に発熱するものである。本発明に基づく前記方法は、電子的な構成部分から熱を、媒体の分流された一部分内に直接に放出するものであり、分流された一部分は、液体通路内を連続的に流れて、電子的な構成部分の熱によって部分的に蒸発若しくは気化される。この場合に生じる気化冷却は、電子的な構成部分の保護に極めて効果的に役立つものである。

本発明の実施態様では、圧送すべき媒体の一部分の流入及び流出（供給及び搬出）は、少なくとも１つの通路内で少なくとも部分的に対流で行われる。媒体の分流された一部分の対流は、通路内で互いに逆向きの流れを意味し、つまり通路内で電子的な構成部分に向かって流れる流れと、電子的な構成部分から戻る流れを意味する。一方の流れ方向では、媒体の分流された一部分は、冷却すべき構成部分へ送り搬送され、他方の流れ方向では、媒体の分流された一部分は、構成部分から引き続き搬送され、つまり戻り搬送されて、再び液体ポンプの吐出し側に達するようになっている。このような作用に基づき、本発明は管路として形成された通路を用いて実施され、その結果、必要なスペースは最小になっている。

本発明の別の実施態様では、液体ポンプとして配置された渦巻ポンプの構成部分からの熱の排出を気化冷却により行うようになっており、この場合に吐出し口側Ｄの流過断面の領域で、圧送すべき媒体の一部分は、ケーシングとして配置された渦巻ケーシングから分流される。多くの使用目的にとって流体ポンプとして渦巻ポンプが用いられている。渦巻ケーシング内の流過断面（横断面）は羽根車から媒体の流出部に向かって連続的に増大しているので、渦巻ケーシング内には異なる流過断面間には連続的な圧力差が生じている。このような事実に基づき、少なくとも１つの通路を簡単に配置して、本発明の方法は容易に実施されるものである。

本発明の前記方法を実施するため装置は、本発明の構成では、液体ポンプのケーシングを含んでおり、該ケーシングは、圧送すべき媒体のための流入部を備えた吸込み口側及び、圧送すべき媒体のための流出部に通じる吐出し口側を有しており、前記吸込み口側と前記吐出し口側とは、駆動可能な羽根車を介して互いに接続されており、前記ケーシングは、前記吐出し口側の流過断面の領域に、前記圧送すべき媒体の分流される一部分のための少なくとも１つの開口部を有し、若しくは前記圧送すべき媒体の分流される一部分のための少なくとも１つの開口部（流入開口部）及び前記媒体の前記一部分のための別の少なくとも１つの開口部（流出開口部）を有しており、この場合に、前記少なくとも１つの開口部は、若しくは前記少なくとも１つの開口部及び前記別の少なくとも１つの開口部は、少なくとも１つの閉じた通路に接続されており、該通路は少なくとも部分的に前記構成部分と熱的に接続されている。吸込み側に羽根車を介して接続されている吐出し側は、流れ方向で見て羽根車の下流側に接続されている。多くの使用目的にとって、媒体の分流される一部分のための１つの開口部（流入開口部若しくは吐出し側開口部又は高圧側開口部）及び必要に応じて別の１つの開口部（流出開口部若しくは吸込み側開口部又は低圧側開口部）を設けるだけで十分であり、該開口部は、閉じている唯一の通路に接続されている。閉じている通路は、媒体の分流される一部分のための開口部との接続部以外、周囲が閉じられている通路を意味している。通路をケーシングに直接に接続するようになっていることにより、気化冷却の実施のために極めてわずかなスペースしか必要としないようになっている。

本発明の実施態様では、ケーシングは吐出し側の流過断面の領域に、媒体の一部分の流入並びに流出のために用いられる１つの開口部だけしか有していない。有利な実施態様では通路は、構造的に唯一の管路の形で形成されおり、これにより必要なスペースは最小になっている。

本発明の別の実施態様では、ケーシングは渦巻ポンプの渦巻ケーシングである。渦巻ポンプは、コンパクトな構造に基づき多くの使用目的にとって液体ポンプ若しくは流体ポンプとして用いられている。ケーシングとして渦巻ポンプの渦巻ケーシングを用いることは、多くの使用目的にとって特に有利である。

本発明の別の実施態様では、媒体の分流される一部分のための少なくとも１つ通路は、渦巻ポンプの駆動のための電動モータを包囲したケーシング部分に配置されている。この場合に、構成部分に蓄積した熱を気化冷却により排出するために、渦巻ポンプの外側には付加的なスペースを必要とすることがなく有利である。

さらに本発明により、ポンプの構成部分から熱を排出するための装置は、自動車の冷却水用ポンプの構成部分から熱を排出するための冷却装置として使用される。本発明に基づく前記使用方法により、自動車の冷却水用ポンプの機能は長時間にわたって申し分なく保証されるようになっており、それというのは電子的な構成部分の損傷若しくは故障が、適切な熱排出によって避けられるようになっているからである。つまり、本発明に基づく流体ポンプを自動車の冷却水用ポンプとして用いることは、極めて有利である。

次に本発明を図１に示す参考例及び図２に示す実施例に基づき詳細に説明する。

２つの開口部、つまり１つの流入開口部及び１つの流出開口部を備えた液体ポンプの縦断面図である。 流入及び流出に用いられる１つの開口部を備える液体ポンプの縦断面図である。

図１には、液体ポンプとして用いられる渦巻ポンプを縦断面して示してある。液体ポンプは、運転時に熱せられる構成部分３を備えており、該構成部分の熱は運転時に連続的に排出されねばならない。液体ポンプはケーシング１内に、圧送すべき媒体のための流入部を備えた吸込み口側Ｓ及び、圧送すべき媒体のための流出部に通じる吐出し口側Ｄを有しており、この場合に吸込み口側Ｓと吐出し口側Ｄとは、媒体が吸込み口側から吐出し口側へ送られるように駆動可能な羽根車４を介して互いに接続されている。液体ポンプの構成部分３から熱を排出するための方法において、吐出し口側Ｄの流過断面ＩＩの領域で、圧送すべき媒体の一部分は分流されて、少なくとも１つの通路２を介して構成部分３に向けて導かれるようになっている。通路２は、構成部分３に熱的に接続されている。圧送（搬送）すべき媒体の一部分を分流させる流過断面ＩＩは、流体力学に基づき選ばれる。一般的に吐出し口側Ｄは、互いに異なる流過断面を有している。つまり流過断面ＩＩは流過断面Ｉよりも大きく形成されている。吐出し口側Ｄ内で生じる圧力は、流過断面の大きいところで、流過断面の小さいところでよりも高くなっている。圧送すべき媒体の一部分は、構成部分３の領域では少なくとも部分的に気化される。このようにして、効果的な気化冷却作用を生ぜしめ、該気化冷却作用により、構成部分３に蓄積された熱は排出される。図１に示す参考例において、熱の排出は、液体ポンプの運転のための電子的な構成部分として設けられた構成部分３での気化冷却に基づき行われるようになっている。この場合に、圧送すべき媒体の一部分は、図１に示す参考例では面積の大きい方の流過断面ＩＩの領域（流過断面ＩＩを区画する壁面）で１つの開口部１ａを経て流入し、かつ別の１つの開口部１ｂを経て流出するようになっており、該開口部は、閉じた１つの通路２によって互いに接続されている。この場合に、圧送すべき媒体の分岐された一部分は、各開口部１ａ，１ｂの領域ではそれぞれ１つの流れ方向で流れている。圧送すべき媒体の、開口部１ａから通路２内へ分流した一部分は、通路２の、構成部分３の領域に位置する部分において対流で流れており、このような流れは、構成部分３の領域での媒体の部分的な気化によって維持される。開口部１ａ，１ｂの構造的な構成は、顧客の所望の構成条件に応じて種々に実施されるものである。媒体の分流される一部分のための開口部は、適切な構成部分（若しくは構成要素）により、例えば衝突板又はじゃま板若しくは転向部材等を用いて形成されるものである。このような構成部分は、通路２内の破線の矢印で示してある流れを最適に生ぜしめるように用いられている。通路２は有利には、液体ポンプの駆動のため、この例では渦巻ポンプの駆動のための電動モータ６を包囲したケーシング部分５に配置されている。図１から明らかであるように、液体ポンプの外側には、液体ポンプの構成部分３から熱を排出する方法の実施のための追加的な構成スペースは不要である。この場合に熱の排出は、流入部Ｚを経て矢印方向に液体ポンプへ流れる媒体の一部分によって行われるので特に有利である。付加的な冷媒は不要である。

図２には、本発明の実施例の液体ポンプを縦断面で示してある。同じく渦巻ポンプとして形成された該液体ポンプは、図１の液体ポンプと異なり、流過断面ＩＩの領域（流過断面ＩＩを区画する壁面）に１つの開口部１ａしか有しておらず、該開口部は、圧送すべき媒体の一部分の流入開口部及び流出開口部として用いられるようになっている。この場合に特に有利には、通路２は管路として形成されており、通路２内での、媒体の一部分の供給及び搬出は、破線の矢印で示すように対流で行われる。この場合にも通路２内での流れは、もっぱら構成部分３における媒体の一部分の気化に基づき維持される。通路２は構造的な種々の構成によって実施されるものである。通路は常に、構成部分３の領域で気化冷却を生ぜしめるように工学的に構成されている。このことは、流体ポンプを冷却水用ポンプとして自動車内に配置する場合に有利である。

１ ケーシング、 １ａ，１ｂ 開口部、 ２ 通路、 ３ 構成部分、 ４ 羽根車、 ５ ケーシング部分、 ６ 電動モータ

Claims (3)

1. 液体ポンプの構成部分（３）から熱を排出するための装置において、該装置は液体ポンプのケーシング（１）を含んでおり、該ケーシングは、圧送すべき媒体のための流入部Ｚを備えた吸込み口側Ｓ及び、圧送すべき媒体のための流出部に通じる吐出し口側Ｄを有しており、前記吸込み口側Ｓと前記吐出し口側Ｄとは、駆動可能な羽根車（４）を介して互いに接続されており、前記ケーシング（１）は、前記吐出し口側Ｄの流過断面ＩＩを区画する壁面に、前記圧送すべき媒体の分流される一部分のための開口部（１ａ）を有し、この場合に、前記開口部（１ａ）は、閉じた通路（２）に接続されており、該通路は少なくとも部分的に前記構成部分（３）と熱的に接続されており、前記ケーシング（１）は流過断面ＩＩを区画する前記壁面に、前記媒体の前記一部分の流入並びに流出のために用いられる１つの前記開口部（１ａ）だけを有しており、前記通路（２）内での、媒体の一部分の供給及び搬出は対流で行われることを特徴とする液体ポンプの構成部分から熱を排出するための装置。
2. 前記ケーシング（１）は、渦巻ポンプの渦巻ケーシングである請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つ通路（２）は、渦巻ポンプの駆動のための電動モータ（６）を包囲したケーシング部分（５）に配置されている請求項２に記載の装置。

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