(57)【要約】【課題】モータポンプにおいて、バランスディスクの性能を向上させながら、モータ室における取扱液の量を増加することである。【解決手段】モータポンプ１０は、ポンプ部４０、補助ポンプ部６０、バランスドラム部８０、モータ部２０が回転軸２２に沿って同軸に配置され、バランスドラム部８０とモータ室２８とを隔離するために仕切り部８６が設けられる。バランスドラム部８０には、取扱液吸引口１２−ポンプ部４０−補助ポンプ部６０−昇圧吐出室６４−バランスドラム８２−軸受２１−仕切り空間８４−循環戻し流路９０−取扱液吸引口１２の経路で取扱液が循環して流れる。また、バランスドラム部８０において、バランスドラム８２を経由せず、むしろバランスドラム８２と軸受２１を迂回して設けられるモータ室向け流路９２が設けられる。【選択図】図１
2011047301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有する回転子と回転子の周囲に配置される固定子とを含むモータ室と、
回転軸に固定されたインペラを有し、インペラを回転させることによって取扱液の吸引と吐出とを行うポンプ室と、
ポンプ室から吐出された取扱液である吐出取扱液の大部分を吐出口に導く主吐出流路と、
ポンプ室から吐出された取扱液である吐出取扱液の少なくとも一部を昇圧して昇圧吐出液として吐出する補助ポンプ室と、
補助ポンプ室から吐出された昇圧吐出液の少なくとも一部を、回転軸のスラストバランスをとるためのバランスドラム室を介してポンプ室の吸引口に戻す循環流通手段と、
補助ポンプ室から吐出された昇圧吐出液の少なくとも一部を、バランスドラム室を介さずにモータ室内に流通させ、その後に主流通流路の吐出取扱液と合流させるモータ室流通手段と、
を備え、
循環流通手段は、
バランスドラム室の下流側低圧部からポンプ室の吸入口に至る循環路と、昇圧吐出液が流通するモータ室内とを隔離する仕切り手段を有することを特徴とするモータポンプ。  
【請求項２】
請求項１に記載のモータポンプにおいて、
ポンプ室の吐出部と主吐出流路との間に設けられ、主吐出流路に導かれる吐出取扱液の割合を調整する主吐出絞り部を備えることを特徴とするモータポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載のモータポンプにおいて、
モータ室と主流通流路との間に設けられ、モータ室内を流通する昇圧吐出液の割合を調整するモータ室絞り部を備えることを特徴とするモータポンプ。
【請求項４】
請求項１に記載のモータポンプにおいて、
ポンプ室は、重合性液体を取扱液として吸引と吐出とを行うことを特徴とするモータポンプ。
【請求項５】
請求項４に記載のモータポンプにおいて、
取扱液は、液化ブタンであることを特徴とするモータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータポンプに係り、特に、モータ室とポンプ室とを有し、ポンプ室から吐出される取扱液モータ室にも流通させるモータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータポンプは、液体等を吸引し吐出するポンプと、ポンプを駆動するモータとを同軸に配置して一体化したものである。例えば、特許文献１には、液化ガス用のサブマージドポンプが述べられている。サブマージドポンプは、液化ガス等の取扱液が収納される容器の中にそのまま漬けて、その取扱液の吸引と吐出を行うものである。なお、−１６０℃程度の極低温の取扱液用のモータポンプは、クライオジェニックポンプと呼ばれることがある。例えば、ブタンを主成分とする極低温液化天然ガス用等にクライオジェニックポンプが用いられる。
【０００３】
なお、特許文献１には、サブマージドポンプを停止すると、モータ室内部の圧力が急激に低下して、モータ室内の取扱液が急激に気化するため、モータ室にガス抜き弁を設けることが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、ポンプ部とモータ部とをアダプタを介し接続し、モータのロータ部分に取扱液を流通させるキャンドモータポンプであるが、モータ部の前部ロータ室とアダプタとの間に補助ポンプ室を設ける構成が開示されている。ここでは、ポンプ部よりポンプ取扱液の一部を補助ポンプ室へ案内し、モータ部の後部ロータ室とポンプ部の吐出管とを循環管により連通させてポンプ取扱液の一部をポンプ部の吐出管に還流させている。これによって、液のガス化防止と滞留による変質防止が達成されると述べられている。
【０００５】
特許文献３には、自己循環型キャンドモータポンプにおいて、ポンプ運転中に内部循環液が加熱されて重合物が発生する易重合性液体を移送する方法として、キャンドモータポンプに導入される易重合性液体の温度と、発熱前に冷却された直後の内部循環液の温度との関係を規定することが開示されている。
【０００６】
また、本発明に関連する技術として、特許文献４には、片吸込型多段ポンプのスラストバランスをとる機構として、バランスディスクを用いる構成が述べられている。ここでは、バランスディスクとその周囲の壁面との間の隙間である絞りを介して区画される上流側高圧バランス室と下流側低圧バランス室において、絞りによる圧力降下を介して、両バランス室の間に発生するバランススラスト力が、ポンプスラスト力とバランスするように構成されている。なお、バランスディスクは、バランスドラムと呼ばれることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２３００７９号公報
【特許文献２】特開昭５４−１５８７０３号公報
【特許文献３】特開２００７−１３２１９５号公報
【特許文献４】特開平７−３５０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術のように、モータポンプにおいて取扱液の一部をモータ室に流通することで、モータの冷却を行うことができる。ところで、取扱液が発熱するモータの周辺で重合することが生じると、ポンプの運転ができなくなることが起こる。つまり、重合しやすい取扱液の場合は、冷却のために十分な量であっても、重合を防止するには不十分な量である場合がある。
【０００９】
そこで、特許文献２に述べられている補助ポンプを利用して、モータ室に流通する取扱液の量を多くすることが考えられるが、そのようにすると、モータ室の取扱液の圧力が高くなる。モータ室の取扱液の圧力が高くなると、特許文献４で述べられているようなバランスドラム技術をそのままでは利用できなくなる。すなわち、特許文献４のバランスディスクをそのまま補助ポンプ室とモータ室の間に設けると、補助ポンプから吐出された液が降圧されたバランスディスクの下流側低圧バランス室の圧力よりも、補助ポンプから吐出された液が直接供給されるモータ室の圧力が高くなることになることが生じ得る。これによってバランスディスクの性能が低下し、バランスディスクの大型化、大動力化につながる。
【００１０】
本発明の目的は、バランスディスクの性能を向上させながら、モータ室における取扱液の量を増加できるモータポンプを提供することである。他の目的は、バランスディスクの性能を向上させながら、モータ室における取扱液の重合を抑制できるモータポンプを提供することである。以下の手段は、上記目的の少なくとも１つに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るモータポンプは、回転軸を有する回転子と回転子の周囲に配置される固定子とを含むモータ室と、回転軸に固定されたインペラを有し、インペラを回転させることによって取扱液の吸引と吐出とを行うポンプ室と、ポンプ室から吐出された取扱液である吐出取扱液の大部分を吐出口に導く主吐出流路と、ポンプ室から吐出された取扱液である吐出取扱液の少なくとも一部を昇圧して昇圧吐出液として吐出する補助ポンプ室と、補助ポンプ室から吐出された昇圧吐出液の少なくとも一部を、回転軸のスラストバランスをとるためのバランスドラム室を介してポンプ室の吸引口に戻す循環流通手段と、補助ポンプ室から吐出された昇圧吐出液の少なくとも一部を、バランスドラム室を介さずにモータ室内に流通させ、その後に主流通流路の吐出取扱液と合流させるモータ室流通手段と、を備え、循環流通手段は、バランスドラム室の下流側低圧部からポンプ室の吸入口に至る循環路と、昇圧吐出液が流通するモータ室内とを隔離する仕切り手段を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るモータポンプにおいて、ポンプ室の吐出部と主吐出流路との間に設けられ、主吐出流路に導かれる吐出取扱液の割合を調整する主吐出絞り部を備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係るモータポンプにおいて、モータ室と主流通流路との間に設けられ、モータ室内を流通する昇圧吐出液の割合を調整するモータ室絞り部を備えることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係るモータポンプにおいて、ポンプ室は、重合性液体を取扱液として吸引と吐出とを行うことが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係るモータポンプにおいて、取扱液は、液化ブタンであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、モータポンプは、ポンプ室と補助ポンプ室とモータ室とを備える。ここでは、ポンプ室から吐出された取扱液である吐出取扱液の大部分を吐出口に導き、循環流通手段によって、補助ポンプ室から吐出された昇圧吐出液の少なくとも一部を、回転軸のスラストバランスをとるためのバランスドラム室を介してポンプ室の吸引口に戻し、モータ室流通手段によって、補助ポンプ室から吐出された昇圧吐出液の少なくとも一部を、バランスドラム室を介さずにモータ室内に流通させ、その後に主流通流路の吐出取扱液と合流させる。そして、循環流通手段は、バランスドラム室の下流側低圧部からポンプ室の吸入口に至る循環路と、昇圧吐出液が流通するモータ室内とを隔離する仕切り手段を有する。
【００１７】
補助ポンプの機能によってモータ室に十分な量の取扱液を流通できる。また、仕切り手段によって、バランスドラム室の下流低圧部とポンプ室とが隔離されるので、下流低圧部の圧力を十分な低圧に維持でき、また、上流低圧部の圧力が十分な高圧にでき、バランスディスクの効率が向上する。これによって、バランスディスクの性能を向上させながら、モータ室における取扱液の量を増加できる。
【００１８】
また、モータポンプにおいて、ポンプ室の吐出部と主吐出流路との間に、主吐出流路に導かれる吐出取扱液の割合を調整する主吐出絞り部が設けられるので、実際に取扱液を吸引・吐出する状況に応じ、主吐出流路に導かれる吐出取扱液と、モータ室に導かれあるいはバランスドラムに供給される取扱液との割合を適切に調整できる。
【００１９】
また、モータポンプにおいて、モータ室と主流通流路との間に、モータ室内を流通する昇圧吐出液の割合を調整するモータ室絞り部が設けられるので、モータ室内を流通する昇圧吐出液の量を、モータ室内の冷却、取扱液重合抑制に適するように調整できる。
【００２０】
また、モータポンプにおいて、ポンプ室は、重合性液体を取扱液として吸引と吐出とを行う。したがって、重合性液体の重合を抑制しながら、モータの冷却を行うことができる。
【００２１】
また、モータポンプにおいて、取扱液は、液化ブタンである。したがって、液化ブタンの重合を抑制しながら、モータの冷却を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る実施の形態におけるモータポンプの構成を説明する図である。
【図２】図１の部分拡大詳細図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、主吐出流の様子を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、モータ周り流の様子を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、循環流の様子を説明する図である。
【図６】従来技術におけるモータポンプにおいて、取扱液の流れの様子を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、モータ周り流れの量の改善の様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、モータポンプとして、ブタンを主成分とした混合液を取扱液とするクライオジェニックポンプを説明するが、ブタン以外を主成分とする取扱液であってもよい。また、以下において、ポンプ室は２段インペラとし、補助ポンプ室は１段インペラとしたが、モータポンプの使用に応じてインペラの段数を適当に変更できる。また、以下の取扱液の流れ方は１例であって、主吐出流と、循環流と、モータ周り流とがあればよく、それぞれの具体的な流れ方は、モータポンプの詳細仕様に応じて適宜変更が可能である。また、以下で述べる材質、形状、寸法等は説明のための例示であり、モータポンプの仕様等に適合するように適宜変更が可能である。
【００２４】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２５】
図１は、モータポンプ１０の構成を示す断面図である。ここでは、内部構造が理解しやすいように、長手軸を境に上下で断面の様子を一部異ならせて示してある。モータポンプ１０は、ブタンを主成分とする混合液を取扱液とし、例えば、取扱液が収納される容器の中にモータポンプ１０をそのまま漬けて、その取扱液の吸引と吐出を行うもので、いわゆるクライオジェニックポンプと呼ばれるものである。
【００２６】
モータポンプ１０は、モータ部２０とポンプ部４０とが回転軸２２に沿って同軸に配置され、ポンプ部４０とモータ部２０との側に補助ポンプ部６０とバランスドラム部８０とが配置される。図２は、補助ポンプ部６０とバランスドラム部８０の周辺の部分拡大詳細図である。
【００２７】
モータポンプ１０は、モータ部２０の駆動によって回転軸を回転させ、これによってポンプ部４０のインペラ４２を回転させ、ポンプ部４０のポンプ部４０の一端側の取扱液吸引口１２から取扱液を吸引し、モータ部２０の他端側の取扱液吐出口１４から取扱液を吐出取扱液として吐出する機能を有する。このように取扱液吸引口１２から取扱液吐出口１４に向かって移送することがモータポンプ１０の最も基本的な機能である。
【００２８】
また、モータポンプ１０は、補助ポンプ部６０によって、ポンプ部４０から吐出された取扱液である吐出取扱液の少なくとも一部を昇圧して昇圧吐出液として吐出し、この一部をモータ部２０に流通させてモータ部２０を冷却する機能を有する。これがモータポンプ１０のモータ自己冷却機能である。また、モータポンプ１０は、昇圧吐出液の一部についてバランスドラム部８０を介してポンプ部４０の取扱液吸引口１２に戻し、回転軸２２についてのスラストバランスを図る機能を有する。これがモータポンプ１０のスラストバランス機能である。
【００２９】
モータ部２０は、回転軸２２を有する回転子２４と、回転子２４の周囲に配置される固定子２６とを含んで構成される。モータ部２０は、その内部に冷却用の取扱液が流れるように、周囲に液体が漏れない構造となっている。その意味で、冷却用の取扱液が流れる空間をモータ室２８と呼ぶことができる。モータ室２８を構成する密閉ケースの内側には、回転軸２２、回転子２４、固定子２６が配置されることになる。
【００３０】
モータ室２８を構成する密閉ケースの外側に設けられる主吐出流路３０は、ポンプ部４０によって吐出される取扱液の大部分を流すための流路である。主吐出流路３０は、ポンプ部４０において後述する吐出室４４から絞り部４６を通して吐出取扱液が導入される導入口から、モータ室２８を構成する密閉ケースの外周の最も下流側である取扱液吐出口１４までに渡って設けられる。
【００３１】
ポンプ部４０から吐出される吐出取扱液は、この主吐出流路３０を流れる部分と、後述するように補助ポンプ部６０を介してバランスドラム部８０に流れる部分とに分けられるが、主吐出流路３０の流路抵抗は、バランスドラム部８０等の流路抵抗に比較して小さいので、ポンプ部４０から吐出される吐出取扱液の大部分はこの主吐出流路３０を流れることになる。
【００３２】
また、モータ室２８を構成する密閉ケースの最も下流側、すなわち、その外周における取扱液吐出口１４の近傍に設けられる絞り部３２は、モータ室２８内を流通する昇圧吐出液の割合を調整する機能を有する絞り装置である。すなわち、この絞り部３２は、モータ室２８の内部と、その外側の主吐出流路３０との間に設けられ、モータ室２８内を流通する昇圧吐出液を主吐出流路３０に戻すときの戻し量を調整する機能を有する。これによって、モータ室２８内を流通する昇圧吐出液量を調整して、モータ室２８内の冷却能力と、取扱液の重合の抑制とを適切に行うことができる。
【００３３】
ポンプ部４０は、取扱液吸引口１２と、回転軸２２に固定された２段のインペラ４２と、後段のインペラ４２の下流側に設けられる吐出室４４を含んで構成される。各インペラ４２は、インペラ翼とディフーザとで構成することができる。ポンプ部４０は、モータ部２０の駆動によって回転される回転軸２２に取り付けられているインペラが回転することで、取扱液吸引口１２から取扱液を吸引し、加圧された吐出取扱液として吐出室に吐出する機能を有する。ポンプ部４０も、その内部を取扱液が流れるように、周囲に液体が漏れない構造となっている。その意味で、取扱液が流れる空間をポンプ室と呼ぶことができる。ポンプ室を構成する密閉ケースの内側には、回転軸２２、２段のインペラ４２が配置されることになる。
【００３４】
吐出室４４と主吐出流路３０との間に設けられる絞り部４６は、吐出室４４から主吐出流路３０に導かれる吐出取扱液の量を調整する機能を有する絞り装置である。モータポンプ１０が設置される状況は、実際に取扱液を吸引・吐出する現場によってかなり異なり、吸引圧、吐出圧も異なってくる。絞り部４６は、主吐出流路を流れる吐出取扱液の量を、現場の状況に合わせて適切なものに調整する機能を有する。すなわち、モータポンプ１０の設置条件に合わせて、絞り部４６の仕様を選択し、適切な仕様の絞り部４６に交換することで、主吐出流路を流れる吐出取扱液の量を、現場の状況に合わせて適切なものに調整できる。
【００３５】
吐出室４４の下流側に接続して設けられる補助ポンプ部６０は、回転軸２２に固定された１段のインペラ６２とその下流側に設けられる昇圧吐出室６４を含んで構成される。このインペラ６２もインペラ翼とディフーザとで構成することができる。補助ポンプ部６０は、ポンプ部４０から吐出された吐出取扱液の一部を昇圧して昇圧吐出液として吐出する機能を有する。図２の詳細図に示されるように、昇圧吐出室６４は、インペラ６２によって吐出室４４の圧力からさらに昇圧された昇圧吐出液が吐出される空間である。補助ポンプ部６０も、その内部を吐出取扱液が流れるように、周囲に液体が漏れない構造となっている。その意味で、吐出取扱液が流れる空間を補助ポンプ室と呼ぶことができる。補助ポンプ室を構成する密閉ケースは、ポンプ室を構成する密閉ケースと一体構造である。この密閉ケースの内側には、回転軸２２、１段のインペラ６２が配置されることになる。
【００３６】
このように、吐出室４４の吐出取扱液は、絞り部４６を経由して主吐出流路３０を流れる部分と、補助ポンプ部６０に供給される部分とに分けられる。
【００３７】
昇圧吐出室６４の下流側に接続され、回転軸２２を支持する軸受２１の上流側に配置されるバランスドラム部８０は、バランスドラム８２と、バランスドラム８２を収納する空間であるバランスドラム室を含み、バランスドラム室内でバランスドラム８２の周囲に昇圧吐出液を循環させることで、回転軸２２のスラストをバランスさせる機能を有する。すなわち、図１におけるポンプ部４０は、取扱液を取扱液吸引口１２から取扱液吐出口１４に向かって一方向に移送する機能を有するので、回転軸２２に対しその反力として、取扱液吐出口１４から取扱液吸引口１２に向かうポンプスラスト力を与える。このポンプスラスト力と逆方向にバランススラスト力を発生する機能をバランスドラム８２は有する。
【００３８】
図２の詳細図に示されるように、バランスドラム８２においては、バランスドラム８２とバランスドラム室の内壁面との間の隙間が絞りとして機能するようになっており、バランスドラム８２とその隙間を介して、バランスドラム室は、上流側のバランス室と下流側のバランス室に区画される。そして、隙間の絞り効果による圧力降下を介して、上流側バランス室の圧力が高圧側となり、下流側のバランス室が低圧側となる。このように、バランスドラム８２の上流側のバランス室の高圧と下流側のバランス室の低圧との差によって、回転軸２２に取り付けられるバランスドラム８２には、取扱液吸引口１２から取扱液吐出口１４に向かう方向のバランススラスト力が発生する。このバランススラスト力を、先ほどのポンプスラスト力と釣り合わせるように、バランスドラム８２と絞り等が設計される。
【００３９】
バランスドラム８２の下流側の低圧バランス室は、上記のように回転軸２２を支持する軸受２１に向かい合って配置される。軸受２１が配置されるところは、ポンプ室、補助ポンプ室、バランスドラム室を内部に含む一体型の密閉ケースと、モータ室２８を形成する密閉ケースとが接続する箇所である。換言すれば、軸受２１の隙間は、ポンプ室、補助ポンプ室、バランスドラム室を内部に含む一体型の密閉ケースと、モータ室２８を形成する密閉ケースとの間にある隙間である。
【００４０】
したがって、バランスドラム８２の低圧バランス室の取扱液は、この軸受２１の隙間を通って流れ出すことになる。この軸受２１の下流側に設けられる仕切り空間８４は、バランスドラム８２の低圧バランス室から軸受２１の隙間を介して流れ出す取扱液を受け止めるための空間である。
【００４１】
仕切り部８６は、仕切り空間８４を形成するために、軸受２１の隙間を塞ぎ、バランスドラム室と、モータ室２８とを隔離する仕切り手段である。これによって、仕切り空間８４における圧力は、モータ室２８の圧力と無関係とすることができる。例えば、モータ室２８の圧力が仕切り空間８４の圧力より高くても、そのことで仕切り空間８４の圧力が変動することはない。
【００４２】
仕切り空間８４から取扱液吸引口１２に向かって設けられる循環戻し流路９０は、仕切り空間８４に流れ出す取扱液を取扱液吸引口１２に戻し、これによってバランスドラム部８０を流れる取扱液を循環させる機能を有する流路である。すなわち、バランスドラム部８０には、取扱液吸引口１２−ポンプ部４０−補助ポンプ部６０−昇圧吐出室６４−バランスドラム８２−軸受２１−仕切り空間８４−循環戻し流路９０−取扱液吸引口１２の経路で取扱液が循環して流れることになる。この循環経路を形成する各要素が、取扱液をバランスドラム８２の周りに循環させるための循環流通手段に相当する。
【００４３】
バランスドラム部８０において、バランスドラム８２を経由せず、むしろバランスドラム８２と軸受２１を迂回して設けられるモータ室向け流路９２は、昇圧吐出室６４とモータ室２８とを接続し、昇圧取扱液をモータ冷却用としてモータ室２８に供給する機能を有する流路である。すなわち、モータ室２８には、取扱液吸引口１２−ポンプ部４０−補助ポンプ部６０−昇圧吐出室６４−モータ室向け流路９２を介して、取扱液が供給される。この経路を形成する各要素が、取扱液をモータ室２８に供給するためのモータ室流通手段に相当する。
【００４４】
このようにしてモータ室２８に供給された取扱液は、ポンプ部４０から吐出された吐出取扱液を補助ポンプ部６０によってさらに昇圧した昇圧取扱液である。この昇圧取扱液は、モータ室２８において、回転子２４と固定子２６との間の隙間等を流れ、軸受２３の隙間等を通って、モータ室２８の外に流れ出し、主吐出流路３０を流れてきた取扱液と合流し、取扱液吐出口１４に至る。なお、軸受２３の隙間以外に、絞り部３２を経由して取扱液吐出口１４に至る流れがあり、その機能については既に説明した。
【００４５】
次に、上記構成における取扱液の流れについて、図３、図４、図５を用いて説明する。図３は、モータポンプ１０の基本的機能である取扱液の移送に関する取扱液の流れである主吐出流１００を示す図である。図４は、モータポンプ１０のモータ自己冷却機能に関する取扱液の流れであるモータ周り流１０２，１０３を示す図である。図５は、モータポンプのスラストバランス機能に関する取扱液の流れである循環流１０４を示す図である。
【００４６】
図３には、モータポンプ１０における取扱液の移送に関する取扱液の流れである主吐出流１００が示されている。主吐出流１００は、取扱液吸引口１２−ポンプ部４０のインペラ４２−吐出室４４−絞り部４６−主吐出流路３０−取扱液吐出口１４の経路の流れである。絞り部４６は、上記のように、吐出室４４から主吐出流路３０に導かれる吐出取扱液の量を調整する機能を有する絞り装置である。なお、絞り部４６は、モータ室２８と主吐出流路３０の間に設けられる絞り部３２と区別するために主吐出絞り部と呼ぶことができる。
【００４７】
図４には、モータポンプ１０におけるモータ自己冷却に関する取扱液の流れであるモータ周り流１０２が示されている。モータ周り流１０２は、モータ室内を流通する取扱液の流れであり、その意味でモータ室流通流れと呼ぶこともできる。モータ周り流１０２は、取扱液吸引口１２−ポンプ部４０−補助ポンプ部６０−昇圧吐出室６４−モータ室向け流路９２−モータ室２８−回転子２４及び固定子２６の周り−軸受２３−取扱液吐出口１４の経路の流れである。このように、モータ室２８には、ポンプ部４０の２段インペラ４２によって加圧された吐出取扱液が補助ポンプ部６０のインペラ６２によってさらに昇圧された昇圧取扱液が供給される。
【００４８】
モータ周り流１０２の一部は、絞り部３２を経由するモータ周り流１０３となる。絞り部３２は、上記のように、モータ室２８内を流通する昇圧吐出液の割合を調整する機能を有する絞り装置である。なお、絞り部３２は、吐出室４４と主吐出流路３０の間に設けられる絞り部４６と区別するときは、モータ室絞り部と呼ぶことができる。
【００４９】
図５には、モータポンプ１０におけるスラストバランス関する取扱液の流れである循環流１０４が示されている。循環流１０４は、取扱液吸引口１２−ポンプ部４０−補助ポンプ部６０−昇圧吐出室６４−バランスドラム８２−軸受２１−仕切り空間８４−循環戻し流路９０−取扱液吸引口１２の経路の流れである。この流れは、仕切り部８６によって仕切り空間８４とモータ室２８とが隔離されることで、モータ室２８を経由せず、循環戻し流路９０を経て取扱液吸引口１２に戻される。
【００５０】
上記構成の作用効果を、従来技術と比較して説明する。図６は、補助ポンプ部６０、仕切り部８６、絞り部３２，４６を備えない従来技術のモータポンプ１１０の構成の例を示す図である。このモータポンプ１１０においては、モータ部２０とポンプ部４０とが回転軸２２に沿って同軸に配置され、ポンプ部４０とモータ部２０との側にバランスドラム部１１２が配置される。このモータポンプ１１０も、取扱液の移送機能と、モータ冷却機能と、スラストバランス機能を有している。
【００５１】
このモータポンプ１１０における取扱液の流れは２つである。すなわち、取扱液の移送機能に関する主吐出流１００と、モータ冷却とスラストバランスを兼ねた機能に関する循環流１１４である。主吐出流１００は、絞り部４６を備えていないことを除けば、図３で説明した内容と同様である。すなわち、吐出室４４から主吐出流路３０に導かれる吐出取扱液の量を調整する機能を有していないことを除けば、図３で説明したのと同様の機能を有する流れである。
【００５２】
このモータポンプ１１０では、モータ室２８内には、ポンプ部４０で加圧された取扱液についてバランスドラム部１１２を介して低圧化された取扱液が供給され、一方で、主吐出流路３０を通ってモータ部２０の外側の取扱液吐出口１４に到達する取扱液はポンプ部４０で加圧された圧力に近い。その圧力差で、モータ室２８を形成する密閉ケースの隙間からモータ室２８に加圧取扱液が侵入する。絞り部１１４は、その侵入を適度に抑制するために設けられるオリフィス等の絞り装置である。図６では白抜矢印で、絞り部１１４と軸受２３を介してモータ室２８内に流れる取扱液の流れが示されている。
【００５３】
循環流１１４は、取扱液吸引口１２−ポンプ部４０−バランスドラム８２−軸受２１−モータ室２８−回転子２４及び固定子２６の周り−循環戻し流路１２０−取扱液吐出口１４の経路の流れである。ここでは、ポンプ部４０のインペラ４２によって加圧された取扱液がバランスドラム８２の周りを流れて低圧化されることでスラストバランスが取られる。そして、バランスドラム８２によって低圧化された取扱液が軸受２１を介してモータ室２８内に供給され、モータを冷却し、その後、循環戻し流路１２０を経て取扱液吐出口１４に戻される。このようにして、循環流１１４によって、スラストバランスとともにモータ冷却が行われる。
【００５４】
図６の従来技術を参考にして、図１の構成のモータポンプ１０は以下の作用効果を有する。
【００５５】
モータ室２８内に供給する取扱液の圧力を高くでき、これによりモータ室２８内に供給する取扱液の流量を増加することができる。この作用は、補助ポンプ部６０が設けられたことによるものである。
【００５６】
例えば、従来技術の図６においては、モータ室２８内の取扱液の圧力は、最も高いところでバランスドラム部１１２によって低圧化された圧力であり、最も低いところで、取扱液吸引口１２における圧力である。これに対し、図１の構成では、ポンプ部４０の２段インペラ４２によって加圧された上に、さらに補助ポンプ部６０のインペラ６２によって昇圧された圧力を有する取扱液がモータ室２８に供給される。
【００５７】
このように、モータ室２８内の取扱液の圧力を高くすることができるので、モータ室２８内における取扱液の気化を抑制できる。また、取扱液の気化による各部品の損傷を抑制でき、ポンプ性能の低下を抑制できる。また、モータ室２８内への取扱液の量を大きくできるので、モータ冷却能力を向上させることができ、流量の増大とあいまって、取扱液の重合を抑制することができる。
【００５８】
図７は、モータ周り流の取扱液流量の増加の様子の一例を示す図である。図７の横軸はモータパワーの大きさ、縦軸はモータ周り流の流量である。実線は図１の構成の場合、破線が従来技術である図６の構成の場合である。図７に示されるように、図１の構成においては、モータ室２８内に供給される取扱液の流量を、従来技術に比較して、数１０％増加させることができる。
【００５９】
次に、バランスドラム８２の上流側圧力と下流側圧力の差である差圧を大きくできる。この作用は、補助ポンプ部６０を設けたことと、仕切り部８６によって仕切り空間８４を設け、この仕切り空間８４から循環戻し流路９０を介して取扱液吸引口１２に取扱液を戻すようにした構成による。
【００６０】
例えば、従来技術の図６においては、バランスドラム８２の上流側の取扱液の圧力は、ポンプ部４０の２段インペラ４２によって加圧された圧力であり、バランスドラム８２の下流側の取扱液の圧力は、モータ室２８内の取扱液の圧力である。モータ室２８内の取扱液の圧力の最低値は、取扱液吸引口１２における圧力である。これに対し、図１の構成では、バランスドラム８２の上流側の取扱液の圧力は、ポンプ部４０の２段インペラ４２によって加圧された圧力についてさらに補助ポンプ部６０によって昇圧された圧力であり、バランスドラム８２の下流側の取扱液の圧力は、取扱液吸引口１２における圧力である。
【００６１】
このように、バランスドラム８２の上流側圧力と下流側圧力との差である差圧を大きくできるので、バランスドラム８２の性能が向上し、小型のバランスドラム８２でも十分なスラストバランス能力を発揮できる。これにより、バランスドラム８２のコスト低下、バランスドラム８２に費やされる動力を低減できる。
【００６２】
さらに、軸受２３のところにおける圧力を高くできる。これは、補助ポンプ部６０を備え、モータ室２８にはバランスドラム８２を経由しないで取扱液が供給されることによってモータ室２８内の圧力が高くできることに基くものである。例えば、従来技術の図６においては、軸受２３における取扱液の圧力は、主吐出流路３０側からモータ室２８に侵入する取扱液によるものとなるので、ポンプ部４０の２段インペラ４２により加圧された圧力から絞り部１１４における圧力降下を差し引いた大きさとなる。これに対し、図１の構成では、モータ室２８内の圧力の方が主吐出流路３０における圧力より高いので、軸受２３における取扱液の圧力は、ポンプ部４０の２段インペラ４２によって加圧された圧力についてさらに補助ポンプ部６０によって昇圧された圧力となる。
【００６３】
このように、軸受２３のところにおける取扱液の圧力を高くでき、また、上記のように、モータ周り流１０２の流量も大きくできるので、取扱液による軸受２３の冷却効果を向上させることができ、軸受２３を長寿命化できる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係るモータポンプは、モータ室とポンプ室とを有し、ポンプ室から吐出される取扱液モータ室にも流通させるモータポンプに利用できる。例えば、クライオジェニックポンプ、サブマージドポンプ、キャンドポンプ等に利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１０，１１０  モータポンプ、１２  取扱液吸引口、１４  取扱液吐出口、２０  モータ部、２１，２３  軸受、２２  回転軸、２４  回転子、２６  固定子、２８  モータ室、３０  主吐出流路、３２，４６，１１４  絞り部、４０  ポンプ部、４２，６２  インペラ、４４  吐出室、６０  補助ポンプ部、６４  昇圧吐出室、８０，１１２  バランスドラム部、８２  バランスドラム、８４  仕切り空間、８６  仕切り部、９０，１２０  循環戻し流路、９２  モータ室向け流路、１００  主吐出流、１０２，１０３  モータ周り流、１０４，１１４  循環流。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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