JP2004218460A

JP2004218460A - ヒートパイプ冷却式水中モータポンプ

Info

Publication number: JP2004218460A
Application number: JP2003004135A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Fukahori; 賢久深堀; Sunao Miyauchi; 直宮内; Akihiro Takahashi; 晃裕高橋
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】部品点数を削減して、構造を簡略化するとともに、高い冷却効果を得ることができるヒートパイプ冷却式水中モータポンプを提供する。
【解決手段】ヒートパイプ冷却式水中モータポンプ１は、立軸水中モータ２と、この水中モータ２によって駆動されるポンプ３とを備えて吸込水槽４内に設置されている。モータフレ−ム１０の外周は、金属製のリング１１によって取り囲まれ、この金属製のリング１１に複数本のヒートパイプ１２，１２…それぞれの吸熱部１２Ａが円周方向に所定の間隔を隔てて上端から下向きに嵌合されている。また、ヒートパイプ１２，１２…それぞれの放熱部１２Ｂが所定の間隔を隔てて下側から上向きで、かつ水密にカバー１４に挿入されて揚水管９の内部に通じている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、ヒートパイプを具備したヒートパイプ冷却式水中モータポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水中モータと、この水中モータによって駆動されるポンプとを備えた水中モータポンプにおいて、水中モータによって回転駆動されるポンプの羽根車により揚水された水またはその一部でモータフレームを冷却するようにした水中モータがある。この水中モータは、図５に示すように、ポンプケーシング５０に羽根車５１が回転自在に収容され、羽根車５１の後面シュラウド部５１ａで昇圧された冷却水が、中間ケーシング５２の複数の通水路の一部５２ａと冷却パイプ５３を通りモータフレーム５４と水冷ジャケット５５で形成される水冷室５６に導かれる。水冷室５６内の冷却水は、モータフレーム５４を介してコア室５７の熱を吸収し、再び中間ケーシング５２を通って羽根車５１の後面シュラウド部５１ａに戻る。また、この循環される冷却水の一部は、水冷ジャケット５５上部の吐き出しパイプ５８から外部に排出され、ポンプ揚水と一部置換することにより冷却水の温度上昇を防止している。
【０００３】
一方、羽根車５１の後面シュラウド部５１ａで昇圧された冷却水は、中間ケーシング５２の別の通水路５２ｂを通り、冷却管５９ａを通過してラジエータ６０に導かれる。ラジエータ６０を通過する冷却水はコア室５７の熱を吸収し、再び冷却管５９ｂと中間ケーシング５２を通って羽根車５１の後面シュラウド部５１ａに戻る。
【０００４】
ところが、図５の水中モータポンプでは、ラジエータ６０への冷却水にポンプ揚水を使用している。通常の水中モータポンプは、雨水、下水、汚水などを取り扱うため、冷却水に使用される揚水の汚れがラジエータ６０の内面に付着して冷却効果を低下させたり、冷却管５９ａ，５９ｂの内面にこびり付いて冷却水の流れを妨げるおそれがあった。
【０００５】
そこで、図６および図７に示すように、モータ上部で主軸６１の反ポンプ側軸端に、主軸６１に固定された駆動側マグネット６２ａと従動軸６２ｂに固定された従動側マグネット６２ｃとからなるマグネット軸継手６２を設け、従動軸６２ｂの先端に羽根車６３を固定し、この羽根車６３を取り囲むようにケーシング６４を設け、羽根車６３とケーシング６４とによりポンプ６５を構成する。そして、ケーシング６４は吸込管６６ａを介して冷却管５９ｂに接続するとともに、吐出管６６ｂを介してラジエータ６０に接続することで、ラジエータ６０、冷却管５９ａ，５９ｂ、ケーシング６４、吸込管６６ａおよび吐出管６６ｂによって清水を循環させる閉ループを形成した水中モータが提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この水中モータの回転駆動により、羽根車５１が回転駆動され、羽根車５１の後面シュラウド部５１ａで昇圧された冷却水は中間ケーシング５２の複数の通水路５２ａを通過して水冷室５６に導かれる。水冷室５６内の冷却水は、モータコア６７，６８およびコイルで発生した熱を吸収し、その後、再び中間ケーシング５２を通って羽根車５１の後面シュラウド部５１ａに戻る。
【０００７】
羽根車５１の回転駆動とともに、マグネット軸継手６２を介してポンプ６５が回転駆動されるため、ラジエータ６０に冷却水が強制的に循環する。そして、ポンプ６５とラジエータ６０を接続する冷却管５９ａ，５９ｂは、モータフレーム５４と水冷ジャケット５５で形成される水冷室５６内の冷却水で冷却され、ラジエータ６０で奪い取ったコイルエンドおよびロータなどの熱はモータ外部に放出される。このように、モータ・コイルエンドの近傍にラジエータ６０に接続されるポンプ６５を設け、ポンプ６５とラジエータ６０とを水冷室５６を通る冷却管５９ａ，５９ｂにより接続したため、ラジエータ６０に供給する冷却水としてポンプの自揚水でなく清水を使用することができる。したがって、揚水の汚れがラジエータ６０の内面に付着して冷却効果を低下させたり、冷却管５９ａ，５９ｂの内面にこびり付いて冷却水の流れを妨げるような不都合の発生は回避することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−２９４２５０号公報（図１，図２，図３）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水中モータの主な構成要素である主軸６１、ステータコア６７、ステータコイルおよびロータコア６８以外に、モータフレーム５４と水冷ジャケット５５で形成される水冷室５６、羽根車５１の後面シュラウド部５１ａで昇圧された自揚水を水冷室５６に導く通水路５２ａなどの自揚水冷却系が必要であるばかりか、ラジエータ６０、冷却管５９ａ，５９ｂ、ケーシング６４、吸込管６６ａおよび吐出管６６ｂによって清水を循環させる閉ループを形成し、マグネット軸継手６２を介して主軸６１ととも回転駆動されるポンプ６５によってラジエータ６０に清水からなる冷却水を強制的に循環させる清水冷却系が必要であるため、部品点数が多くなって構造を複雑にしているため、故障が発生し易いおそれを有している。
【００１０】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、部品点数を削減して、構造を簡略化するとともに、高い冷却効果を得ることができるヒートパイプ冷却式水中モータポンプを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係るヒートパイプ冷却式水中モータポンプは、水中モータと、この水中モータによって駆動されるポンプとを備え、ヒートパイプの吸熱部が前記水中モータに吸熱可能に取付けられ、ヒートパイプの放熱部が前記吸熱部のレベル以上のレベルで前記ポンプの揚水管内に臨んで取付けられていることを特徴としている。
【００１２】
また、前記ヒートパイプ冷却式水中モータポンプが吸込水槽外部の気中に設置されたインライン型であってもよい。なお、前記の「インライン型」とは、水中モータポンプが吸込配管系と吐出配管系とからなるパイプラインに介設されている型式をいう。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、ヒートパイプの吸熱部で水中モータの熱により加熱されて蒸発（気化）する作動液の気化熱によって水中モータの熱を吸収する。蒸発した作動液の密度は小さくなる。このため、作動液は吸熱部のレベル以上のレベルにある放熱部に移動し、ここでポンプの自揚水により冷却されて放熱し凝縮（液化）する。凝縮した作動液の密度は大きくなる。これにより、作動液は放熱部のレベル以下のレベルにある吸熱部に還流される。このようなサイクルが繰り返されることにより、水中モータが冷却される。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、水中モータの空冷設備や水冷設備などを別途設ける必要がない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は請求項１に記載の発明の一実施の形態を一部破断して示す側面、図２は図１のＡ−Ａ線拡大断面図であり、これらの図において、ヒートパイプ冷却式水中モータポンプ１は、立軸水中モータ２と、この水中モータ２によって駆動されるポンプ３とを備えて吸込水槽４内に設置されている。そして、水中モータ２の回転によりポンプ３の羽根車（図示省略）が回転駆動されて、吸込水槽４内の水が吸込口５からケーシング６に吸い込まれ、吐出口７から吐出曲管８、揚水管９の経路で揚水される。
【００１６】
立軸水中モータ２の外周、つまりモータフレ−ム１０の外周は、金属製のリング１１によって隙間なく取り囲まれており、この金属製のリング１１には、複数本のヒートパイプ１２，１２…それぞれの吸熱部１２Ａが円周方向に所定の間隔を隔てて上側から下向きに嵌合されている。
【００１７】
一方、揚水管９における金属製のリング１１の上端よりも少し高い位置、つまりヒートパイプ１２の吸熱部１２Ａよりも少し高い位置に、立軸水中モータ２の中心軸線Ｃの方向に片寄って内部が揚水管９の内部に通じる張り出し部１３を設け、この張り出し部１３を椀型のカバー１４によって水密かつ着脱可能に塞いである。そして、このカバー１４には、図３に示すように、ヒートパイプ１２，１２…それぞれの放熱部１２Ｂが所定の間隔を隔てて下側から上向きで、かつ水密に挿入されて揚水管９の内部に通じており、保持板１５を介して揺動不能にカバー１４に保持されている。吸熱部１２Ａと断熱部１２Ｃは横方向の屈曲部を介して連続し、断熱部１２Ｃと放熱部１２Ｂは縦方向の屈曲部を介して連続している。
【００１８】
このような構成であれば、ヒートパイプ１２，１２…それぞれの吸熱部１２Ａで水中モータ２の熱により加熱されて蒸発（気化）する水や代替えフロンなどの作動液の気化熱によって水中モータの熱を吸収する。蒸発した作動液の密度は小さくなる。このため、作動液は吸熱部１２Ａよりも少し高い位置にある放熱部１２Ｂに移動し、ここでポンプ３の自揚水、つまり揚水管９内の自揚水に晒され冷却されて放熱し凝縮（液化）する。凝縮した作動液の密度は大きくなる。これにより、作動液は放熱部１２Ｂよりも少し低い位置にある吸熱部１２Ａに還流される。このようなサイクルが繰り返されることにより、水中モータ２が冷却される。
【００１９】
すなわち、水中モータ２の冷却が複数本のヒートパイプ１２，１２…によって行われるので、図５〜図７の従来例と比較して、部品点数を大幅に削減して、構造を簡略化することができるとともに、ヒートパイプ１２，１２…保有の優れた熱交換特性によって高度な冷却効果を得ることができる。
【００２０】
また、揚水管９には、立軸水中モータ２の中心軸線Ｃの方向に片寄って内部が揚水管９の内部に通じる張り出し部１３を設け、この張り出し部１３を塞ぐカバー１４にヒートパイプ１２，１２…それぞれの放熱部１２Ｂを挿入して、放熱部１２Ｂを揚水管９の揚水通過断面部から退避させてあるので、放熱部１２Ｂによって揚水管９の断面積が縮小されて、揚水管９管内抵抗が増大するような不都合は生じない。しかも、立軸水中モータ２の中心軸線Ｃから張り出し部１３とカバー１４との合わせ面１４Ａまでの寸法Ｌを、中心軸線Ｃからポンプ３の吐出口７と吐出曲管８との合わせ面１６までの寸法Ｌ以下に短縮することができるので、吸込水槽４における天井部（図示省略）の搬入孔（図示省略）から容易にヒートパイプ冷却式水中モータポンプ１を出し入れすることができる。
【００２１】
一方、図４に示すように、吸込水槽４の近傍にドライピット１７を設け、このドライピット１７に図１〜図３で説明したヒートパイプ冷却式水中モータポンプ１を設置し、ポンプ３の吸込口５は吸込配管系１８を介して吸込水槽４の内部に連通させた構成、すなわち、ヒートパイプ冷却式水中モータポンプ１が吸込水槽４外部のドライピット１７内で大気中に設置された状態で、前記吸込配管系１８と、吐出曲管８および揚水管９を備えた吐出配管系１９とからなるパイプラインに介設されたインライン型であっても、前記実施の形態と同様に、ヒートパイプ１２，１２…保有の優れた熱交換特性によって高い冷却効果を得ることができるので、水中モータ２をドライピット１７内で冷却するフアンなどの空冷設備や、ポンプ３の自揚水が循環する水冷室などの水冷設備を別途設ける必要がない。しかも、非常時において雨水などがドライピット１７に流れ込んで、水中モータ２を水没させたとしても、何等の影響を受けることなく、ヒートパイプ１２，１２…保有の優れた熱交換特性によって高い冷却効果を発揮することができる。
【００２２】
なお、前記実施の形態では、吸熱部１２Ａよりも少し高い位置に放熱部１２Ｂを位置決めした構成で説明しているが、放熱部１２Ｂの位置は吸熱部１２Ａと水平以上の位置であれば前記実施の形態と同様の作用・効果を奏することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のヒートパイプ冷却式水中モータポンプは構成されているので、以下のような格別な効果を奏する。
【００２４】
請求項１に記載の発明によれば、水中モータの冷却がヒートパイプによって行われるので、従来例と比較して、部品点数を大幅に削減して、構造を簡略化することができるとともに、ヒートパイプ保有の優れた熱交換特性によって高い冷却効果を得ることができる。
【００２５】
請求項２に記載の発明によれば、水中モータを冷却するフアンなどの空冷設備や、ポンプの自揚水が循環する水冷室などの水冷設備を別途設ける必要がない。しかも、非常時において水中モータが水没しても、何等の影響を受けることなく、ヒートパイプ保有の優れた熱交換特性によって高い冷却効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載の発明の一実施の形態を一部破断して示す側面である。
【図２】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【図４】請求項２に記載の発明の一実施の形態を示す側面図である。
【図５】第１従来例の断面図である。
【図６】第２従来例の断面図である。
【図７】第２従来例の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１ヒートパイプ冷却式水中モータポンプ
２水中モータ
３ポンプ
４吸込水槽
９揚水管
１２ヒートパイプ
１２Ａヒートパイプの吸熱部
１２Ｂヒートパイプの放熱部

Claims

水中モータと、この水中モータによって駆動されるポンプとを備え、ヒートパイプの吸熱部が前記水中モータに吸熱可能に取付けられ、ヒートパイプの放熱部が前記吸熱部のレベル以上のレベルで前記ポンプの揚水管内に臨んで取付けられていることを特徴とするヒートパイプ冷却式水中モータポンプ。
前記ヒートパイプ冷却式水中モータポンプが吸込水槽外部の気中に設置されたインライン型である請求項１に記載のヒートパイプ冷却式水中モータポンプ。