(57)【要約】【課題】揚水がない場合でもモータを冷却できる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、下部に前記吸込口が設けられ、水を吸い込む吸込管部と、前記吸込管部から分岐して側方を向いたベンド管部と、前記吸込管部の上方に設けられ、上部に第１フランジが設けられた副流路管部と、前記吸込管部および副流路管部内をほぼ鉛直方向に延びる主軸と、前記吸込管部内の下部において前記主軸に固定されたインペラと、前記第１フランジ上に配置される第２フランジを有するハウジングと、前記ハウジングに収容されて前記主軸を回転させるためのモータと、を有するモータ部と、前記モータ部の下部に設けられた熱交換器と、前記副流路管部内において、一部が開口した仕切部材と、前記熱交換器と前記仕切部材との間に水を供給可能なポンプと、を備える立軸ポンプが提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
下部に前記吸込口が設けられ、水を吸い込む吸込管部と、
前記吸込管部から分岐して側方を向いたベンド管部と、
前記吸込管部の上方に設けられ、上部に第１フランジが設けられた副流路管部と、
前記吸込管部および副流路管部内をほぼ鉛直方向に延びる主軸と、
前記吸込管部内の下部において前記主軸に固定されたインペラと、
前記第１フランジ上に配置される第２フランジを有するハウジングと、前記ハウジングに収容されて前記主軸を回転させるためのモータと、を有するモータ部と、
前記モータ部の下部に設けられた熱交換器と、
前記副流路管部内において、一部が開口した仕切部材と、
前記熱交換器と前記仕切部材との間に水を供給可能なポンプと、を備える立軸ポンプ。
【請求項２】
前記吸込管部は、吸込水槽から水を吸い込み、
前記ポンプは、前記吸込水槽からの水を前記熱交換器と前記仕切部材との間に供給する、請求項１に記載の立軸ポンプ。
【請求項３】
前記開口を開閉する開閉手段を備える、請求項１または２に記載の立軸ポンプ。
【請求項４】
前記吸込管部から水を吸い込む場合、前記開閉手段は前記開口を開く、請求項３に記載の立軸ポンプ。
【請求項５】
前記開閉手段は、前記吸込管部から吸い込まれた水の圧力によって前記開口を開く逆止弁またはフラップ弁である、請求項４に記載の立軸ポンプ。
【請求項６】
前記ポンプが前記熱交換器と前記仕切部材との間に水を供給する場合、前記開閉手段は前記開口を閉じる、請求項３乃至５のいずれかに記載の立軸ポンプ。
【請求項７】
前記熱交換器と前記仕切部材との間の水を外部に排出可能な排水管を備え、
前記ポンプからの水は、前記副流路管部において前記排水管の取付位置とは出力軸を挟んで反対側から供給される、請求項１乃至６のいずれかに記載の立軸ポンプ。
【請求項８】
前記吸込管部から水を吸い込む場合、この水が前記仕切部材の開口を介して熱交換器に達することで前記モータ部を冷却し、
前記吸込管部から水を吸い込まない場合、前記ポンプが前記熱交換器と前記仕切部材との間に水を供給することで前記モータ部を冷却する、請求項１乃至７のいずれかに記載の立軸ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータが搭載された立軸ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６４２１２０号公報
【特許文献２】特開２０１５−１４６７１６号公報
【特許文献３】特開２０１５−１４６７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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可能水位以下であったり、吸込水槽が枯渇したりしていると水を汲み上げることができないため、モータを冷却できない。一般に、公共の排水機場では、吸込水槽の水位がポンプ運転可能水位以下であったり、吸込水槽が枯渇状態であったりしても定期的な管理運転点検を行うことが要求されることが多く、特許文献１に記載の立軸ポンプを適用するのは難しい。
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。
【０００５】
また、都市部などに設置される先行待機型の立軸ポンプは、揚水しない気中運転を行うこともある。気中運転の場合もモータの冷却困難であるため、やはり特許文献１に記載の立軸ポンプを適用するのは難しい。
【０００６】
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、揚水がない場合でもモータを冷却できる立軸ポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、下部に前記吸込口が設けられ、水を吸い込む吸込管部と、前記吸込管部から分岐して側方を向いたベンド管部と、前記吸込管部の上方に設けられ、上部に第１フランジが設けられた副流路管部と、前記吸込管部および副流路管部内をほぼ鉛直方向に延びる主軸と、前記吸込管部内の下部において前記主軸に固定されたインペラと、前記第１フランジ上に配置される第２フランジを有するハウジングと、前記ハウジングに収容されて前記主軸を回転させるためのモータと、を有するモータ部と、前記モータ部の下部に設けられた熱交換器と、前記副流路管部内において、一部が開口した仕切部材と、前記熱交換器と前記仕切部材との間に水を供給可能なポンプと、を備える立軸ポンプが提供される。
熱交換器と仕切部材との間に水を供給できるため、揚水がない場合であってもモータ部を冷却できる。
【０００８】
前記吸込管部は、吸込水槽から水を吸い込み、前記ポンプは、前記吸込水槽からの水を前記熱交換器と前記仕切部材との間に供給するのが望ましい。
【０００９】
前記開口を開閉する開閉手段を備えていてもよい。
【００１０】
この場合、前記吸込管部から水を吸い込む場合、前記開閉手段は前記開口を開くのが望ましい。
【００１１】
また、前記開閉手段は、前記吸込管部から吸い込まれた水の圧力によって前記開口を開く逆止弁またはフラップ弁であるのが望ましい。
【００１２】
前記ポンプが前記熱交換器と前記仕切部材との間に水を供給する場合、前記開閉手段は前記開口を閉じるのが望ましい。
【００１３】
前記熱交換器と前記仕切部材との間の水を外部に排出可能な排水管を備え、前記ポンプからの水は、前記副流路管部において前記排水管の取付位置とは出力軸を挟んで反対側から供給されるのが望ましい。
【００１４】
前記吸込管部から水を吸い込む場合、この水が前記仕切部材の開口を介して熱交換器に達することで前記モータ部を冷却し、前記吸込管部から水を吸い込まない場合、前記ポンプが前記熱交換器と前記仕切部材との間に水を供給することで前記モータ部を冷却する、のが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
揚水がない場合でもモータを冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る立軸ポンプを示す垂直断面図。
【図２Ａ】仕切部材７の一例を示す上面図。
【図２Ｂ】仕切部材７の別の例を示す上面図。
【図３Ａ】図１の変形例である立軸ポンプを示す垂直断面図。
【図３Ｂ】図１の別の変形例である立軸ポンプを示す垂直断面図。
【図４】図１のまた別の変形例である立軸ポンプを示す垂直断面図。
【図５】第２実施形態に係る立軸ポンプを示す垂直断面図。
【図６Ａ】仕切部材７および弁７２を上から見た図。
【図６Ｂ】仕切部材７および弁７２を下から見た図。
【図７Ａ】図５の変形例である立軸ポンプを示す垂直断面図。
【図７Ｂ】図５の別の変形例である立軸ポンプを示す垂直断面図。
【図８】第３の実施形態に係るポンプを示す垂直断面図。
【図９】仕切部材７およびダンパ７３を上から見た図。
【図１０】図８の変形例である立軸ポンプを示す垂直断面図。
【図１１】変形例である立軸ポンプを示す垂直断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、第１実施形態に係る立軸ポンプを示す垂直断面図である。この立軸ポンプは例えば排水機場に配置される。立軸ポンプは、ポンプケーシング１と、主軸２と、インペラ３と、モータ部４と、熱交換器５と、排水管６と、仕切部材７と、給水機構８とを備えている。
【００１９】
ポンプケーシング１は、吸込管部１１、ベンド管部１２および副流路管部１３から構成される。吸込管部１１は、下部に設けられた吸込口１１ａから上方に延びており、吸込水槽１００からの水を吸い込む。ベンド管部１２は、吸込管部１１から分岐して側方（同図の例では水平方向）に向かって湾曲しており、先端には吐出口１２ａが設けられる。副流路管部１３は、吸込管部１１の上方に設けられてほぼ鉛直方向に延びており、上部にフランジ１３ａが設けられる。
【００２０】
主軸２は吸込管部１１および副流路管部１３をほぼ鉛直方向に延びており、吸込管部１１の下部にインペラ３が固定されている。
【００２１】
モータ部４は、耐水型のモータ４１と、これを収容したハウジング４２と、主軸２と連結される出力軸４３とを有する。ハウジング４２の下部のフランジ４２ａと、ポンプケーシング１のフランジ１３ａとが固定される。モータ４１が回転することで出力軸４３が回転し、これによって吸込管部１１内の主軸２が回転する。この際、モータ４１から発熱する。そのため、吸込管部１１から吸い上げた水（揚水）を利用してモータ部４が冷却されるようになっている（後述）。
【００２２】
熱交換器５はモータ部４の下部に設けられる。熱交換器５は中央が開口した円盤状であり、その開口を出力軸４３が回転可能に貫通している。また、熱交換器５における出力軸４３が貫通する部分には適宜の軸封装置、例えばメカニカルシールが設けられていて、副流路管部１３からの水がモータ部４内に侵入しないようになっている。
【００２３】
熱交換器５の上面はモータ部４からの熱を受ける。一方、熱交換器５の下面には吸込水槽１００からの揚水が接する。そのため、熱交換器５は、モータ部４と、吸込水槽１００からの揚水との間で熱交換を行い、モータ部４を冷却できる。モータ４１は、熱交換器５により直接冷却されてもよいし、モータ部４に内蔵された冷却水循環用羽根車等の適宜の方法でモータ４１の周囲に冷却水を循環させることにより、間接的に冷却されてもよい。
【００２４】
ここで、副流路管部１３のフランジ１３ａとモータ部４のフランジ４２ａとの間は一部が水密状態となっておらず、副流路管部１３内の水が外部へ流出可能となっている。より具体的には、水が通過可能な溝１４をフランジ１３ａ（またはフランジ４２ａ）に設け、その先端に排水管６が接続される。排水管６は途中で湾曲し、先端は吸込水槽１００上方で大気開放されている。排水管６にはバルブ６１が設けられている。
【００２５】
上述した説明から分かるように、揚水がない場合には、熱交換器５による熱交換が行われないため、モータ部４を冷却できない。例えば、本立軸ポンプが配置された排水機場における吸込水槽１００が枯渇した状態で管理運転点検を行う場合には、モータ部４を冷却できない。また、本立軸ポンプが先行待機型ポンプであって、揚水しない気中運転時にはモータ部４を冷却できない。
【００２６】
そこで、本実施形態では、副流路管部１３内において熱交換器５の下部に仕切部材７を設け、外部から仕切部材７の上面と熱交換器５の下面との間に給水できるようにする。
【００２７】
図２Ａおよび図２Ｂは、仕切部材７の例を示す上面図である。図示のように、本実施形態における仕切部材７は板状であり、外郭が円形である。そして、仕切部材７のほぼ中央を出力軸４３が貫通可能な穴があり、かつ、一部に開口７１が設けられている。なお、開口７１の形状や数に特に制限はない。
【００２８】
図１に戻り、給水機構８は、流路８１と、貯水タンク８２と、バルブ８３ａ，８３ｂと、ポンプ８４とを有する。流路８１の一端はバルブ６１よりフランジ１３ａ側で排水管６と連結される。流路８１の他端は貯水タンク８２と連結される。流路上には、バルブ８３ａ、ポンプ８４およびバルブ８３ｂが順に設けられる。バルブ８３ｂはポンプ８４をメンテナンスする際のみ閉じる点検用のバルブであり、常時は開けておく。
【００２９】
揚水がある場合には排水管６のバルブ６１を開き、流路８１のバルブ８３ａを閉じる。吸込管部１１から水が吸い上げられた水は仕切部材７の開口７１を通って熱交換器５の下面に達し、モータ部４を冷却する。その後、揚水は排水管６から排水される。
【００３０】
一方、揚水がない場合には、バルブ６１を閉じ、バルブ８３ａを開く。そして、ポンプ８４を作動させることで貯水タンク８２からの水が熱交換器５と仕切部材７との間に供給される。この水が熱交換器５の下面に接することでモータ部４が冷却される。この水は仕切部材７の開口７１を介してポンプケーシング１内に排水される。仕切部材７と熱交換器５との間に水を滞留させることなく、開口７１から排水しつつ給水を行うことで、効率よくモータ部４を冷却できる。
【００３１】
ここで、給水機構８のポンプ８４は排水管６をフラッシングするためにも利用できる。溝１４の入口（副流路管部１３）や溝１４内に異物等が詰まった場合、バルブ６１を閉じ、バルブ８３ａを開き、ポンプ８４を作動させる。これにより、貯水タンク８２からの水が排水管６の一部を介して溝１４に供給される。溝１４の入口（副流路管部１３）や溝１４内に詰まった異物等は、ポンプ８４からの水流により、ポンプケーシング１の中に戻される。
【００３２】
なお、仕切部材７と熱交換器５との間に水を供給するためのポンプ８４とは別にフラッシング用のポンプを設けてもよい。いずれかのポンプの故障時やメンテナンス時のバックアップとして他のポンプが機能する。
【００３３】
また、ポンプ８４として、陸上ポンプを選択する場合はいかなる場合も水没しないよう高い位置に設置するか、耐水タイプのポンプとすることが好ましい。あるいは、吸込水槽１００の水位が立軸ポンプで揚水できない低水位であっても吸込水槽内に一定量水が存在する機場ではポンプ８４として、水中ポンプを選択し、吸込水槽１００の中に設置してもよい。この場合、吸込水槽１００の水をポンプケーシング１内に供給するため、バルブ８３ｂおよび貯水タンク８２を設ける必要はなくなる。この場合、異物吸込みによる水中ポンプのトラブルやポンプから排水管６に異物等が送り込まれないよう、ポンプ８４にストレーナを設けてもよい。
【００３４】
なお、仕切部材７の形状は種々考えられる。例えば、図３Ａに示すように、仕切部材７は副流路管部への流入口を覆うものであり、ベンド管部１２からポンプケーシング１の内側に向かって延びたものであって開口７１が吸込口側にあるものであってもよい。また、図３Ｂに示すように、仕切部材７は、下面がベンド管部１２から延びており上面が熱交換器５と対向する立体的な構造であってもよい。
【００３５】
また、図１では、排水管６の一部に給水機構８の流路８１を接続したが、図４に示すように、給水機構８の流路８１が直接フランジ１３ａに接続され、排水管６は給水機構８の流路８１とは周方向に異なる位置に配置されてもよい。またそれらが複数あってもよい。
【００３６】
このように、第１の実施形態では、熱交換器５の下方に仕切部材７を設け、仕切部材７と熱交換器５との間に水を供給できるようにする。そのため、揚水がない場合であってもモータ部４を冷却できる。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に説明する第２の実施形態は、仕切部材７に弁を設けるものである。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００３８】
図５は、第２実施形態に係る立軸ポンプを示す垂直断面図である。本立軸ポンプは弁７２を備える。この弁７２は仕切部材７の開口７１を開閉する開閉手段として機能する。弁７２は電動弁でもよいが、没水し得るものであるから、故障回避の観点から揚水の圧力で持ち上がる逆止弁またはフラップ弁であるのが望ましい。
【００３９】
図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ、仕切部材７および弁７２を上から見た図および下から見た図である。仕切部材７の上面（熱交換器５側）に弁７２が設けられる。弁７２は、弁軸７２ａと、弁軸７２ａを中心として上側に回転可能な弁体７２ｂとから構成される。弁体７２ｂが開口７１の上方を覆っている。
【００４０】
揚水がある場合、その圧力で弁体７２ｂが上側に回転し、開口７１が開く。その結果、揚水は仕切部材７の開口７１を通って熱交換器５の下面に達することができる。一方、揚水がない場合、弁７２は自重により閉となる。この状態で給水機構８から供給された水は、排水管６を通って排出される。供給された水が熱交換器５の下面に触れて熱交換を行った後に排水するのが望ましいことから、排水管６は給水機構８における流路８１の反対側（正確には、出力軸４３を挟んで反対側）に設けられ、給水機構８からの水は排水管６とは反対側から供給されるのが望ましい。
【００４１】
なお、図７Ａに示すように、ベンド管部１２からポンプケーシング１の内側に向かって延びる仕切部材７（図３Ａ）に弁７２を設けてもよい。この場合、仕切部材７に弁軸７２ａを設けてもよいし、副流路管部１３の内面側に弁軸７２ａを設けてもよい。また、図７Ｂに示すように、仕切部材７が立体的な構造である場合、上面側に弁７２を設けるのがよい。
さらに副流路管部１３には、開口７１や弁７２をメンテナンス可能にする点検口や点検窓を設けておくことが望ましい。
【００４２】
このように、第２の実施形態では、熱交換器５の下方に仕切部材７を設け、仕切部材７と熱交換器５との間に水を供給できるようにする。そのため、揚水がない場合であってもモータ部４を冷却できる。
【００４３】
（第３の実施形態）
吸込管部１１から吸い込む水には異物が含まれることもある。その場合、異物が仕切部材７の開口７１を通って仕切部材７上に堆積することもある。そこで、次に説明する第３の実施形態は、仕切部材７にダンパを設け、このような異物を除去可能とするものである。以下、第１および第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４４】
図８は、第３の実施形態に係る立軸ポンプを示す垂直断面図である。本立軸ポンプにおける仕切部材７の一部に１または複数のダンパ７３が設けられる。
【００４５】
図９は、仕切部材７およびダンパ７３を上から見た図である。仕切部材７にはダンパ用の開口７４が設けられる。そして、ダンパ７３は、仕切部材７の上面に設けられたダンパ軸７３ａと、ダンパ軸７３ａを中心として回転可能であって開口７４に嵌まるダンパ本体７３ｂとから構成される。
【００４６】
外部から手動、電動、油圧あるいは水圧によってダンパ軸７３ａを動かすことができる。ダンパ本体７３ｂが水平状態となると、仕切部材７の開口７４は閉じる。ダンパ本体７３ｂが傾斜したり鉛直方向に立った状態となったりすると、仕切部材７の開口７４が開く。このように、ダンパ７３は仕切部材７の開口７４を開閉する開閉手段として機能する。
【００４７】
仕切部材７の開口７４が閉じると、仕切部材７は他の実施形態と同様に機能する。仕切部材７の開口７４が開くと、仕切部材７上に堆積した異物等をポンプケーシング１内に落とすことができる。これにより立軸ポンプのメンテナンス性が向上する。
【００４８】
なお、図１０に示すように、ベンド管部１２からポンプケーシング１の内側に向かって延びる仕切部材７（図３Ａ）にダンパ７３を設けてもよい。この場合、仕切部材７を傾斜した平面状とすればよい。
【００４９】
このように、第３の実施形態では、仕切部材７にダンパ７３を設ける。そのため、仕切部材７上に堆積した異物等を容易に除去できる。
【００５０】
図１１は、上述した第１〜第３の実施形態の変形例である立軸ポンプを示す垂直断面図である。本立軸ポンプは、チャンバ部９を備えている。チャンバ部９は、副流路管部１３のフランジ１３ａと、モータ部４のフランジ４２ａと、チャンバカバー９１と、チャンバ部９内に開口を有する排水管９２とで構成される。
【００５１】
吸込管部１１から吸い上げられた水の一部は熱交換器５の下面に達する。その後、この水はフランジ１３ａおよび／またはフランジ４２ａに設けられた排水手段９３（例えば溝）を介してチャンバ部９内に導かれ、ハウジング４２などモータ部４の少なくとも一部を冷却する。チャンバ部９内に導かれた水は排水管９２から排水される。
【００５２】
また、給水機構８から仕切部材７と熱交換器５との間に供給された水は、仕切部材７の開口７１からポンプケーシング１内に排水されてもよいし、排水手段９３を介してチャンバ部９内に導かれるようにしてもよい。
なお、図１１では図１に示す立軸ポンプにおける仕切部材７を描いているが、図３Ａ等他の図に示す立軸ポンプに対して、図１１に示すようなチャンバ部９を適用してもよい。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
１  ポンプケーシング
１１  吸込管部
１１ａ  吸込口
１２  ベンド管部
１２ａ  吐出口
１３  副流路管部
１３ａ  フランジ
１４  溝
２  主軸
３  インペラ
４  モータ部
４１  モータ
４２  ハウジング
４２ａ  フランジ
４３  出力軸
５  熱交換器
６  排水管
７  仕切部材
７１  開口
７２  弁
７２ａ  弁軸
７２ｂ  弁体
７３  ダンパ
７３ａ  ダンパ軸
７３ｂ  ダンパ本体
７４  開口
８  給水機構
８１  流路
８２  貯水タンク
８３ａ，８３ｂ  バルブ
９  チャンバ部
９１  チャンバカバー
９２  排水管
９３  排水手段
１００  吸込水槽
【図１】
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【図２Ａ】
2019078222.tif 000004
【図２Ｂ】
2019078222.tif 000005
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2019078222.tif 000007
【図４】
2019078222.tif 000008
【図５】
2019078222.tif 000009
【図６Ａ】
2019078222.tif 000010
【図６Ｂ】
2019078222.tif 000011
【図７Ａ】
2019078222.tif 000012
【図７Ｂ】
2019078222.tif 000013
【図８】
2019078222.tif 000014
【図９】
2019078222.tif 000015
【図１０】
2019078222.tif 000016
【図１１】
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