(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ駆動用の乾式モータと、モータの軸貫通部に装着した上部軸封装置及び上部軸封装置の潤滑用の油を収納したオイルボックスからなる乾式水中モータとポンプとを一体化した乾式水中モータポンプに於いて、モータフレームの外側にウォータージャケットを設け、且つ前記オイルボックスとポンプケーシング間に熱交換器を配置すると共に、この熱交換器を前記ウォータージャケットに連通し、該熱交換器の１次冷媒として熱伝導率の高い冷却水を封入し、且つ揚液を２次冷媒とし、更に前記冷却水と揚液の間をシールするための下部軸封装置と、前記冷却水を循環させる冷却用羽根車を熱交換器内に設けたことを特徴とする乾式水中モータポンプ。
【請求項２】
熱交換器の１次冷媒として、清水又は清水と防腐剤の混合液を用いたことを特徴とする請求項１記載の乾式水中モータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物その他の設備から生じる汚水、雑排水を処理する設備排水用乾式水中モータポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
設備排水用として一般に広く使用されている、モータ室の内部に空気を入れた乾式モータとポンプを一体化した外装形水中モータポンプは、ＪＩＳ  Ｂ  ８３２５「設備排水用水中モータポンプ」で構造が定義されている。
【０００３】
図１は外装形水中モータポンプの縦断面図を示すもので、モータ部が揚液中に没して運転される場合、モータのステータ６、ロータ７、上部軸受３及び下部軸受９で発生した熱は、主として、モータフレーム５を通して揚液に伝達される。これにより、モータは冷却され、過熱することがなく、長時間運転することが出来るように構成されている。
【０００４】
ところが、液面が低下し、モータ部が気中に露出すると、モータの内部で発生した熱は空気へ伝達されることになり、モータの冷却能が著しく低下する。従って、この状態のまゝ長時間連続運転すると、モータが過熱し、遂には焼損に至る。これを防止するために、現在レベルスイッチあるいは温度検出器を取付け、液面あるいはモータの温度が許容出来ない値になると、レベルスイッチあるいは温度検出器を動作させ、ポンプの運転を停止させている。
【０００５】
しかしながら、ポンプが設置されるピットの容積、処理液のピットへの流入量、ピットからの排出量等により、モータ部が気中に完全に露出した状態で、長時間連続運転しなければならない場合がある。
【０００６】
このような場合や、陸上ポンプの代替として水中モータポンプを使用する場合等で、ポンプをピットの外に設置して、気中で連続運転する場合は、図２に示す様にウォータージャケット４を取付け、ポンプの揚液の一部を冷却液としてウォータージャケット４に送り込み、モータの内部で発生した熱をモータフレーム５から取り去り、冷却液を再びポンプケーシング１７内に戻す構造のウォータージャケット付水中モータポンプが、一般に使用されている。
【０００７】
しかしながら、図２に示す様な、ウォータージャケット付水中モータポンプに於いては、冷却液としてポンプの揚液を使用しているため、揚液中に多量の土砂、ヘドロ等が含まれている場合は、長時間の運転により、土砂、ヘドロ等がウォータージャケット４内に堆積して来る。
【０００８】
土砂、ヘドロ等の堆積量が多くなって来ると、ウォータージャケット４内を流れる冷却液の量が減少するため、ウォータージャケット４の冷却能が低下する。従って、この様な状態で、モータを気中で連続運転すると、モータが過熱し、その結果、巻線、軸受の寿命が低下し、遂には、焼損に至る。
【０００９】
これを避けるためには、定期的に、あるいは、モータに温度検出器を取付け、温度が許容値を超えると、ポンプを停止し、オーバーホールを行い、ウォータージャケット４内に堆積した土砂、ヘドロ等を除去すればよい。
【００１０】
しかしながら、揚液中に含まれる土砂、ヘドロ等の量が多い場合は、短期間でウォータージャケット４内の堆積量が多くなり、オーバーホールを頻繁に行わなければならないため、保守の点で問題となっていた。
【００１１】
この問題を解決するために、図３に示すようなオイルボックス上１１ａと冷却エレメント１４及びオイルボックス下１１ｂで構成されるオイルボックス内に収納された軸封装置の潤滑用の油を冷却液としてウォータージャケット４内を循環させる構造の熱交換器付水中モータポンプが採用されている。
【００１２】
しかしながら、この構造の熱交換器付水中モータポンプに於いては、冷却液として軸封装置の潤滑用の油を兼用出来るという利点はあるが、水に比べて油の熱伝導率が低いため、冷却能が低い。従って、冷却能を高くするために熱交換器の寸法及びモータの体格を大きくして、モータの発生熱量を低く抑える必要があった。
【００１３】
また、油の温度が高くなると、油の劣化が早くなり、短期間で冷却液兼用潤滑用の油を交換する必要があった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、揚液に含まれる土砂、ヘドロ等の如何に拘らず、無保守で、長時間に亘って、安定した気中連続運転が可能な、且つコンパクトな体格の乾式水中モータポンプを提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、ポンプ駆動用の乾式モータと、モータの軸貫通部に装着した上部軸封装置及び上部軸封装置の潤滑用の油を収納したオイルボックスからなる乾式水中モータとポンプとを一体化した乾式水中モータポンプに於いて、モータフレームの外側にウォータージャケットを設け、且つ前記オイルボックスとポンプケーシング間に熱交換器を配置すると共に、この熱交換器を前記ウォータージャケットに連通し、該熱交換器の１次冷媒として熱伝導率の高い水を封入し、且つ揚液を２次冷媒とし、更に前記冷却水と揚液の間をシールするための下部軸封装置と、前記冷却水を循環させる冷却用羽根車を熱交換器内に設けたことを特徴とする乾式水中モータポンプである。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
【００１７】
図４は、本発明による冷却水封入形熱交換器付乾式水中モータポンプの縦断面図で、図５は、熱交換器の冷却水及び揚液の流れを示す図４下部の拡大図、図６〜図８には、それぞれ、熱交換器の冷却エレメントの縦断面図、冷却水側平面図、揚液側平面図を示す。
【００１８】
図４に於いて、モータのステータ６、ロータ７、上部軸受３及び下部軸受９で発生した熱は、モータフレーム５を介して、ウォータージャケット４及び熱交換器１２内を循環する冷却水２０へ伝達される。
【００１９】
モータ内部で発生した熱を吸収し、温度が上昇した冷却水２０は、冷却水ボックス１３及び、冷却エレメント１４からなる熱交換器１２の内部の、モータ軸８にマウントされた冷却用羽根車１５のポンプ作用によって、オイルボックス上１１ａ及び冷却水ボックス１３に設けられた循環孔２１ａ及び２２ａを通って、冷却水入口２２ｃから熱交換器１２の内部に導かれる。
【００２０】
熱交換器１２の内部に導かれた冷却水２０は、熱交換器１２の内径側から、図６〜図８に示す冷却エレメント１４の冷却水側に設けられた冷却水通路形成用フイン１４ａと冷却水ボックス１３で仕切られた蛇行通路を通って、冷却水通路形成用フィン１４ａの外径側へ導かれ、冷却水ボックス１３に設けられた冷却水出口２２ｄから、冷却水ボックス１３及びオイルボックス上１１ａに設けられた循環孔２２ｂ及び２１ｂ、更にウォータージャケット４内に取付けられた冷却水吐出パイプ２３を通って、ウォータージャケット４内に吐出される。
【００２１】
一方、ポンプ揚液の一部を２次冷媒として、図６〜図８に示す冷却エレメント１４の揚液側に設けられた冷却フィン１４ｂ側に導く。
【００２２】
１次冷媒である冷却水２０に吸収された、モータ内部で発生した熱は、冷却エレメント１４の冷却水通路形成用フィン１４ａから、揚液側冷却フィン１４ｂに、更に２次冷媒である揚液に伝達されることにより熱交換が行われ、モータが冷却される。
【００２３】
ウォータージャケット４及び熱交換器１２の内部には、１次冷媒として、水が封入され、ポンプ揚液とは遮断されているため、ウォータージャケット４及び熱交換器１２の内部に異物が堆積することがない。
【００２４】
従って、ウォータージャケット４の必要な冷却能が維持されるため、無保守で長期に亘ってポンプを気中連続運転することが出来る。
【００２５】
また、熱交換器の１次冷媒として熱伝導率の高い水を使用しているため、熱交換器の冷却能が高い。これによって、熱交換器がコンパクトになると共に、モータの発生熱量を抑えるために、モータの体格を大きくする必要もない。尚、一般に、冷却水が循環する通路内で錆の発生が少ない場合は清水が、錆の発生が予測される場合には清水と防腐剤の混合液が使用される。
【００２６】
尚、冷却エレメント１４の揚液側冷却フィン１４ｂのフィン高さ、フィン間隔等は揚液に含まれる土砂、ヘドロ等で冷却フィン間が閉塞されない寸法にする必要がある。場合によっては、熱交換器の冷却能は低下するが、冷却フィン１４ｂを設けず、冷却エレメントの揚液側を平滑にする必要がある。図５、図６、図７及び図８に示した熱交換器１２の構造は、一つの実施例を示すもので、モータ内部の発生熱量、冷却用羽根車の性能等に適した熱交換器を設計しなければならない。またモータ冷却水側冷却フィン及び揚液側冷却フィンの形状及び配置は、図７及び図８に示したもののみに限定されるものではなく、例えば冷却水入口及び冷却水出口を複数個所にしたり、また冷却フィンを渦巻状、放射状あるいはフィンなしとしてもよい。
【００２７】
図４において、上部軸封装置１０は、従来形の設備排水用水中モータポンプに広く採用されている軸封装置と同一のもので、モータ室とオイルボックス上１１ａ及びオイルボックス１１ｂで構成され、油が封入されたオイルボックスの間をシールするシール面と、オイルボックスと熱交換器１２の間をシールするシール面の二つのシール面を持った、二重軸封装置である。
【００２８】
一方、下部軸封装置１６は、本発明による冷却水封入形熱交換器付水中モータポンプに不可欠なもので、熱交換器１２とポンプ揚液間をシールする軸封装置である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明による冷却水封入形熱交換器付水中モータポンプでは、モータの内部で発生した熱は、ウォータージャケット内に封入した一次冷媒である清浄な冷却水に伝達され、ポンプの揚液を二次冷媒とした熱交換器により外部へ放熱されるため、揚液に含まれる土砂、ヘドロ等がウォータージャケット内に堆積することがない。
【００３０】
従って、無保守で、長期間安定したポンプの気中連続運転が可能となる。更に熱伝導率の良い水を熱交換器に封入するため、軸封装置の潤滑油を一次冷媒として利用する構造と比べて熱交換器がコンパクトになると共に、モータの体格を小さくすることができ、全体的にコンパクト化を図ることが出来る。
【００３１】
また、水の熱膨張係数が小さいため、冷却水の温度上昇が高くなければ、ダイヤフラム等の均圧装置を取付ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＪＩＳ  Ｂ  ８３２５「設備排水用水中モータポンプ」に準拠した従来の外装形水中モータポンプの縦断面図。
【図２】  外装形水中モータポンプを気中連続運転する場合に、一般に使用されているウォータージャケット付水中モータポンプの縦断面図。
【図３】  軸封装置の潤滑用の油を冷却液としてウォータージャケット内を循環させる構造の従来の熱交換器付水中モーターポンプの縦断面図。
【図４】  本発明の実施例の縦断面図。
【図５】  熱交換器の冷却水及び揚液の流れを示す図４下部の拡大図。
【図６】  熱交換器の冷却エレメントの縦断面図。
【図７】  熱交換器の冷却エレメントの冷却水側平面図。
【図８】  熱交換器の冷却エレメントの揚液側平面図。
【符号の説明】
１      キャブタイヤケーブル
２      上部ケーシング
３      上部軸受
４      ウォータージャケット
５      モータフレーム
６      ステータ
７      ロータ
８      軸
９      下部軸受
１０      上部軸封装置
１１ａ      オイルボックス上
１１ｂ      オイルボックス下
１２      熱交換器
１３      冷却水ボックス
１４      冷却エレメント
１４ａ      モータ冷却水通路形成用フィン
１４ｂ      揚液側冷却フィン
１５        冷却用羽根車
１６      下部軸封装置
１７      ポンプケーシング
１８      羽根車
１９      底板
２０      冷却水
２１ａ，２１ｂ  循環孔
２２ａ，２２ｂ  循環孔
２２ｃ      冷却水入口
２２ｄ      冷却水出口
２３      冷却水吐出パイプ
２４      支脚
【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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【図８】
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