(57)【要約】【課題】水中ポンプの質量を低減して可搬性を向上させること。【解決手段】モータの回転軸を一方側に延在させ、この回転軸の延在した部分に羽根車を取り付け、前記モータおよび羽根車をケーシング内に収納した水中ポンプにおいてモータの回転軸内に水中ポンプ吐出方向からモータ部にかけて冷却水用配管を構成し、水中ポンプの吸込み側に排水口を設けたことを特徴とする。【選択図】図２
2008291669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転軸を一方側に延在させ、この回転軸の延在した部分に羽根車を取り付け、前記モータ及び羽根車をケーシングに収納し、このケーシングに吸込み口と吐出口を設けた水中ポンプにおいて、前記モータの回転軸の内部に冷却用配管を形成し、この冷却用配管の一方に前記吐出口側に臨ませた冷却水入り口を設け、他方に前記吸込み口側に臨ませた冷却水出口を設けたことを特徴とする水中ポンプ。
【請求項２】
前記モータの回転軸の内部に形成した冷却用配管は、一方が水中ポンプの吐出口側に開口し他方が前記モータ側に延びる中空孔と、この中空孔内に配置された小径のパイプからなり、このパイプの内外に連通した空間を冷却水流路とした請求項１に記載の水中ポンプ。
【請求項３】
モータの回転軸を一方側に延在させ、この回転軸の延在した部分に羽根車を取り付け、前記モータ及び羽根車をケーシングに収納し、このケーシングに吸込み口と吐出口を設けた水中ポンプにおいて、前記モータの回転軸の内部に冷却用のヒートパイプを設けたことを特徴とする水中ポンプ。
【請求項４】
前記ヒートパイプは前記モータで発生した熱を放散するフィンを有し、このフィンを水中ポンプの吐出口側に備えたことを特徴とする請求項３に記載の水中ポンプ。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれかに記載の水中ポンプによる排水方法において、水中ポンプの吸込み口が吐出口より低い位置となる姿勢にして排水することを特徴とする水中ポンプによる排水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中ポンプおよび水中ポンプによる排水方法に係り、特に排水ポンプ車に搭載するのに好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年頻発する局地的な大雨による河川の氾濫に敏速に対応するために、機動性に優れた排水ポンプ車による排水の優位性が認識されている。この場合、ポンプ車に水中ポンプを含む排水設備一式を搭載して、河川の氾濫による洪水現場まで出動する。そして洪水現場では速やかに水中ポンプを洪水を起こしている河川に投入して水を汲み上げ排水する。
【０００３】
この様子を図６を用いて説明する。排水ポンプ車７は、水中ポンプ６と排水作業に最低限必要な機材を搭載している。すなわち、排水ポンプ車７には、このポンプ車７で発生した動力を取り出すための動力取り出し装置（ＰＴＯ）１、このＰＴＯ１が取り出した動力で駆動する発電機２、発電機２から供給された電力で排水する水中ポンプ６（図６では水中ポンプの吊り下げ浮き輪が見えている。）、水中ポンプ６を駆動するときの回転速度を制御するインバータ盤４、インバータ盤４と発電機２の間に配置した操作盤３、水中ポンプ６から吐出される水を排水用の河川まで導く排水ホース５とが搭載されている。
【０００４】
洪水現場では、排水ポンプ車７を水際まで走行させる。そして排水ポンプ車７の動力をＰＴＯ１から取り出し、この動力で排水ポンプ車７に搭載した発電機２を駆動する。発電機２から供給された電力はインバータ盤４を介して、水中ポンプ６に供給する。インバータ盤４と水中ポンプ６は電線ケーブル８で接続されている。水中ポンプ６には排水ホース５が接続されており、水中に投下されたあと排水ホース５を介して氾濫水が排水用の河川側に排水される。
【０００５】
ところで、排水ポンプ車から水中ポンプを水中に投入するのに、クレーン等の機械手段によるものと人手によるものに大別される。中小河川に関しては後者の場合が多く、人手により容易に河川に投入できることが望まれている。ここで中小河川の氾濫に敏速に対応すべく、搬送や投入を容易にする上で水中ポンプの重量が問題となる。
【０００６】
従来のこの対策の一例として特許文献１に、ポンプケーシングのほぼ全周にわたって吸込み口が形成され、この吸込み口は軸を含む断面において流入する流体の流線の中心と電動機側の軸をなす角を７５°以下にして、ポンプケーシング内の流体損失を小さくしていものが記載されている。また、樹脂製ポンプの例として特許文献２に、樹脂製のセミオープン羽根車を備え、所望の出力を得る形状を容易に確認できるように、羽根オープン側に主板と平行な部分を形成しているものが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１１５９８５号公報
【特許文献２】特開平７−２４３３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１の水中ポンプでは、ポンプ効率を改善して軽量化を図っているが、ポンプ効率の改善による軽量化には限界があり、水中ポンプを大容量化する場合は新たな手法による軽量化が必要となっている。特許文献２では、羽根車およびポンプケーシングを合成樹脂で製作して軽量化を図っている。しかしポンプを軽量化するにはモータ自身の軽量化（小型化）も必要であり、モータ出力を維持しながら小型化すると、モータ部の放熱面積が減少するため、モータ部の温度上昇によりトリップしてしまう問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の不具合に鑑みてなされたものであり、その目的はモータ自身の小型・軽量化によりポンプの質量を低減して可搬性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、モータの回転軸を一方側に延在させ、この回転軸の延在した部分に羽根車を取り付け、前記モータ及び羽根車をケーシングに収納し、このケーシングに吸込み口と吐出口を設けた水中ポンプにおいて、前記モータの回転軸の内部に冷却用配管を形成し、この冷却用配管の一方に前記吐出口側に臨ませた冷却水入り口を設け、他方に前記吸込み口側に臨ませた冷却水出口を設けたことを特徴とする。
【００１１】
ここで冷却用配管は、一方が水中ポンプの吐出口側に開口し他方が前記モータ側に延びる中空孔とこの中空孔内に配置された小径のパイプからなり、このパイプの内外に連通した空間を冷却水流路としても良い。また、冷却用配管は冷却用のヒートパイプで構成しても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、モータ部を小型・軽量化したのでポンプ重量が低減して水中ポンプの可搬性が向上する。モータ部の小型・軽量化に伴う発熱量の増大は回転軸での冷却効果により効果的に温度上昇を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施例１）
図１に冷却構造を有する水中ポンプの一実施例の断面図を示す。本実施例に示すポンプは、ケーシング外周吸い込みで軸方向吐出型のポンプである。モータ１８のロータ１８ｂを構成する回転軸１５は右側に大きく延在しており、この延在部に羽根車１７が取り付けられている。モータ１８の回転軸１５は中間部および左端側を、軸受１６ａ、１６ｂが回転自在に支持される。ロータ１８ｂと共にモータ１８を構成するステータ１８ａは、円筒状のモータケーシング１３内に保持されている。モータケーシング１３の左端側面は、軸受１６ｂを保持する軸受保持部が形成されたエンドカバー１４で覆われている。エンドカバー１４には、モータ１８に電力を供給する端子やポンプの各種測定信号を伝送する端子が形成されている。
【００１４】
モータケーシング１３の右端側面には、軸受１６ａを保持する軸受保持部が形成されたベアリングハウジング１２が取り付けられている。ベアリングハウジング１２の右側面には、ベアリングハウジング１２およびモータケーシング１３と外径がほぼ同じに形成された吸込みケーシング１１が取り付けられている。
【００１５】
吸込みケーシング１１は図で左側に位置する内筒１１ｂと、図で右側に位置する外筒１１ａとを有し、内筒１１ｂと外筒１１ａ間を周方向に間隔をおいて複数配置されたリブ２０で接続している。吸込みケーシング１１の外周のほぼ全域にわたって、外周吸込みを可能にするために開口した、吸込み口２４が形成されている。吸込み口２４の外周部は、ごみ等がポンプ内部に侵入するのを防止するために、ストレーナ２２で覆われている。
【００１６】
内筒１１ｂの軸芯部は軸方向に延びた円筒状であり、回転軸１５に隙間を有して嵌合する。内筒１１ｂのベアリングハウジング１２への取付部と軸芯部間は、吸込み流路を形成するようにラッパ状になっている。回転軸１５の内筒１１ｂの背面側に位置する部分には、メカニカルシール１９が取り付けられており、モータ１８側に水等が浸入するのを防止する。外筒１１ａには縦断面形状がＵ字型に形成されており、左側の部分が内筒１１ｂと共に吸込み流路を形成し、その右側の部分が羽根車１７の流路の壁面を形成する。さらに右端部はフランジ状に形成されており、ほぼ円筒に形成された吐出ケーシング１０の外筒１０ａのフランジ部と係合する。
【００１７】
モータ１８の回転軸１５は、吸込みケーシング１１の内筒１１ｂからさらに右側に延在しており、この延在部に斜流羽根車１７を嵌合させ、回転軸１５の端部に形状したボルトにナットを係合して固定している。羽根車１７はオープンタイプの羽根車で、上述したように吸込みケーシング１１の外筒１１ａが流路壁面を形成する。
【００１８】
羽根車１７のボス部に隣り合って、吐出ケーシング１０の内筒１０ｂが配置されている。この内筒１０ｂは円筒部とドーム部とを有しており、円筒部の外周には複数枚の静翼２１が周方向に間隔をおいて配置される。静翼２１の外径側は吐出ケーシング１０の外筒１０ａの内面に固定されている。吐出ケーシング１０の外筒１０ａのフランジ部には、排水ホースを取り付けるためのホース取付部２３ａが取り付けられており、吐出口２５を形成する。ホース取付部２３ａにはホース金具２３ｂを介して排水ホース２３ｃが取り付けられる。
【００１９】
このように構成した本実施例に示す水中ポンプ６では、羽根車７が回転すると吸込み口２4からストレーナ２２を通って矢印２６に示すように斜めに水が水中ポンプ６の内部に吸い込まれる。そして、羽根車１７で昇圧されて矢印２７に示すように右側に移動し、静翼２１および吐出ケーシング１０を経由して吐出口２５から排水ホース２３ｃへ流出する。
【００２０】
モータ１８から右側に延在された回転軸１５内部には冷却用配管３０が形成されている。冷却用配管３０は、図２に示すように回転軸１５の回転中心に軸方向に延びる中空孔３０ａと、この中空孔３０ａ内に同心円となるように配置された小径のパイプ３０ｂから構成される。パイプ３０ｂは両端が開口しており、その一方はポンプの吐出側の冷却水入口３０ｃとなり、他方は中空孔３０ａのモータ側の底面３０ｅと対抗状態に離間して配置される。この底面３０ｅの部分でパイプ３０ｂの内外が連通され、冷却水の折り返し領域が形成されて、冷却水の流路となる。パイプ３０ｂの冷却水入口３０ｃの先端には、スポンジまたはメッシュフィルタ３１が設けられており、冷却水用配管３０に異物が混入しない構造になっている。また、中空孔３０ａの中央付近には、ポンプの吸込み口２４側に貫通する冷却水出口３０ｄが形成される。この冷却水出口３０ｄの内径は、冷却水の流路となるパイプ３０ｂの内径、及びパイプ３０ｂの外周と中空孔３０ａの内周との間隔より大きく設定されており、万が一流路に入り込んだ異物が冷却水出口３０ｄに引っかかることなく、確実に排出できるようにしている。
上記構成においてポンプを運転すると、ケーシングの吸込み口２４から河川の水が吸い込まれるのでこの付近の圧力が低下し、吐出口２５から吐き出されるのでこの付近の圧力が上昇する。従って、冷却水入口３０ｃから河川の水が冷却水として入り込み（図２、矢印３２）、中空孔の底面３０ｅの折り返し領域を通ってパイプ３０ｂの内外壁に沿って流れ、中空孔３０ａの冷却水出口３０ｄから吸い出される（図２、矢印３３）。モータ１８の発生熱はロータ１８ｂを介して回転軸１５に伝達されるので、中空孔３０ａの内壁を流れる冷却水との熱交換作用により放散される。
【００２１】
本実施例によれば、パイプ３０ｂが冷却水のガイドとして作用するので、中空孔３０ａ内の冷却水が停滞することなくスムーズに流れ、放熱効果が大きい。また、スポンジまたはメッシュフィルタ３１が回転軸１５と共に回転するので、水との摩擦により付着した異物を剥離させる作用を果たして目詰まりを起こしにくく、冷却に重大な悪影響を与えることが少ない。更に、冷却水出口３０ｄの孔径を、冷却水流路となるパイプ３０ｂの内径、及びパイプ３０ｂの外周と中空孔３０ａの内周との間隔より大きく設定しているので、万が一流路に入り込んだ異物が冷却水出口３０ｄに引っ掛かることなく、冷却に重大な悪影響を与えることが少ない。
（実施例２）
図３にモータの回転軸を垂直に立てて排水作業を行う縦軸水中ポンプの例を示す。この
縦軸水中ポンプは、実施例１からパイプ３０ｂを除いたもので、冷却用配水管３０が中空孔３０ａのみからなり、一方にポンプの吐出側の冷却水入口３０ｃが設けられ、中央付近にはポンプの吸込み口２４側に貫通する冷却水出口３０ｄが形成される。図３では中空孔３０ａが上下方向となり、冷却水入口３０ｃが上位、冷却水出口３０ｄが中央、底面３０ｅが下位にそれぞれ配置される。
【００２２】
ポンプの運転状態では、冷却水入口３０ｃから冷却水が入り込み（図３、矢印３２）、冷却水出口３０ｄから吸い出される（図３、矢印３３）。この際、縦向きの中空孔３０ａ内の水のうちロータ１８ｂ付近の水が熱せられるので、温水上昇による自然対流が起こり、中空孔３０ａの内壁面に沿って上昇する（図３、矢印３４）。このため、中空孔３０ａ内の冷却水は、冷却水入口３０ｃから中空孔３０ａの軸中心付近を層流で下降して底面３０ｅに至り、底面３０ｅでＵターンして上昇し、さらに対流作用で内壁面に沿って層流で上昇して冷却水出口３０ｄから排出される。従って、縦軸水中ポンプの実施例では自然対流効果で放熱効果を上げることができる。なお、実施例１と同様に、冷却水出口３０ｄの内径は、冷却水の流路となる中空孔３０ａの内径より大きく設定しており、万が一流路に入り込んだ異物が冷却水出口３０ｄに引っかかることなく、確実に排出できるようにしている。
【００２３】
また、中空孔３０ａ内で冷却水が乱流を起こす場合は、熱交換時間が長くなるので、層流に比べて冷却効果が高いことが一般に知られている。実際に排水ポンプ車に使用する水中ポンプは使用点での楊程が６ｍ以上であるものが多い。楊程が最も低い６ｍの場合で考えても、実施例１のパイプ３０ｂや実施例２の中空孔３０ａの径を２ｍｍ以上にすれば、中を通過する冷却水は流速２．５ｍ／ｓ以上で流れるのでレイノルズ数が５００以上となり十分に乱流の状態となる。
（実施例３）
図４に冷却水用配管としてヒートパイプ３５を用いた例を示す。ヒートパイプ３５は熱量を素早く高温側から低温側に移動させる効果があり、モータ１８で発生した熱量を吐出ケーシング１０の内筒１０ｂ内部に設置されたフィン３６に移動させ、そこから内筒１０ｂ内部に入り込んだ河川水に放熱させる。これによりモータ１８を冷却することが可能となる。なお、フィン３６も回転軸と共に回転するので内筒１０ｂ内部が水が掻き回され、熱交換効率が上がる。
【００２４】
ヒートパイプ３５は減圧した状態で作動用液体を封入したパイプであり、ヒートパイプ３５内の作動用液体は沸点が２７℃なので常温で作動する状態にある。一端と他端に温度差が生ずれば作動用液体が沸騰し、このとき蒸発熱として熱量を発熱から奪い取る。この時、蒸発部と低温部では微小の圧力差が生じるので、蒸気流は低温部へ流れ、低温部にきた蒸気は熱量を放出しながら凝縮する。凝縮された作動用液体は毛細管現象或いは重力の影響により、ヒートパイプ３５内壁に設置された流体還流用ウイックを通って蒸発部へ戻る。
【００２５】
ヒートパイプ３５の特性は上記の通りなので、蒸発部側すなわち発熱側が少しでも低温部に比べて高い位置に配置すると、作動液体水が十分に循環できず、また蒸気流の移動速度もスムーズでなくなるので、熱伝達効率が悪化する問題がある。従って、発熱部であるモータ１８を下方に置いて運転させる立軸水中ポンプでは問題ないが、横軸水中ポンプでは図５で示すような、モータ１８を下にして傾斜した対流が起きる状態で使用するのが好ましい。
【００２６】
排水作業する場合は、ポンプの吊り上げ具３８によって水中ポンプをフロート３７に連結させることにより、水中ポンプを河川に係留させる。この時、水中ポンプの吐出ケーシング１０とフロート３７を連結するポンプ吊り下げ具３８の長さを、モータ１８とフロート３７を連結する吊り下げ具よりも短くすることにより、常に発熱部であるモータ１８を下に保つことが可能となり、横軸水中ポンプとして使用する際でもヒートパイプ３５の熱伝達効率が良い状態を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る水中ポンプの一実施例の縦断面図。
【図２】本発明に係る水中ポンプの一実施例の要部の縦断面図。
【図３】本発明に係る水中ポンプの変形例の要部の縦断面図。
【図４】本発明に係る水中ポンプの他の実施例の要部の縦断面図。
【図５】本発明に係る水中ポンプの使用形態を示す図。
【図６】排水ポンプ車の使用状態を説明する図。
【符号の説明】
【００２８】
６…水中ポンプ、１０…吐出ケーシング、１１…吸込ケーシング、１３…モータケーシング、１５…回転軸、１７…羽根車、１８…モータ、２４…吸込み口、２５…吐出口、３０…冷却用配管、３０ａ…中空孔、３０ｂ…パイプ、３０ｃ…冷却水入口、３０ｄ…冷却水出口、３５…ヒートパイプ、３６…フィン。
【図１】
2008291669.tif 000003
【図２】
2008291669.tif 000004
【図３】
2008291669.tif 000005
【図４】
2008291669.tif 000006
【図５】
2008291669.tif 000007
【図６】
2008291669.tif 000008