(57)【要約】      （修正有）【課題】ポンプと水車を一体で構成することにより小形、省スペースの機器を提供する。【解決手段】一つの主軸１にポンプ遠心羽根車２と水車遠心羽根車３を有し、前記二つの羽根車はハブ側が相対するように配置されており、前記羽根車の間に前記主軸１を支える水中軸受け４が設けられ、前記ポンプ遠心羽根車２を内包するポンプ渦巻ケーシング５と前記水車遠心羽根車３を内包する水車渦巻ケーシング６を有し、水車渦巻ケーシング６には吐出しケーシング７が取り付けられ、前記主軸１は水車側が延長され前記吐出しケーシング７を貫通しており、前記吐出しケーシング７に取り付けられた軸受箱８の軸受９に支えられており、軸端にカップリング１０が取り付けられており、カップリング１０を介して電動機が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの主軸にポンプ遠心羽根車と水車遠心羽根車を有し、前記ポンプ遠心羽根車と前記水車遠心羽根車はハブ側が相対するように配置されており、前記ポンプ遠心羽根車と前記水車遠心羽根車の間には、前記主軸を支える水中軸受けが設けられ、前記ポンプ遠心羽根車を内包するポンプ渦巻ケーシングと前記水車遠心羽根車を内包する水車渦巻ケーシングを有し、水車渦巻ケーシングには吐出しケーシングが取り付けられ、前記主軸は水車側が延長され前記吐出しケーシングを貫通して前記吐出しケーシングに取り付けられた軸受に支えられており、軸端にカップリングが取り付けられていることを特徴とする水車一体型ポンプ。
【請求項２】
前記水車渦巻ケーシングは、可動式の舌部を備え、前記舌部の形状を変えることにより水車の運転状態を変更することを特徴とする請求項１記載の水車一体型ポンプ。
【請求項３】
前記水中軸受の両側にラビリンスシールを設けたことを特徴とする請求項１または２記載の水車一体型ポンプ。
【請求項４】
前記水車遠心羽根車の流量比速度は前記ポンプ遠心羽根車の流量比速度よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水車一体型ポンプ。
【請求項５】
温水槽と、冷水槽と、クーリングタワーと、一つの主軸にポンプ遠心羽根車と水車遠心羽根車を有し、前記ポンプ遠心羽根車と前記水車遠心羽根車はハブ側が相対するように配置された水車一体型ポンプと、を備える水蓄熱空調設備であって、
前記水車一体型ポンプは、前記ポンプ遠心羽根車により前記温水槽から温水を前記クーリングタワーに送水し、前記クーリングタワーにおいて冷却された冷水は、前記水車一体型ポンプの前記水車遠心羽根車を通過して前記冷却槽に戻ることを特徴とする水蓄熱空調設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷温水を循環させて機器冷却、空調を行うポンプに係り、還水の位置エネルギーにより水車を駆動し、得られるトルクをポンプ駆動力として活用することにより、ポンプ軸動力を低減するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプは冷温水を循環させて機器冷却、空調を行うことが主要な用途の一つである。近年、地球温暖化を防止する観点よりポンプの省エネが求められている。クーリングタワーを用いる冷温水循環設備では一般的にクーリングタワーがビルの屋上に設置され、還水は位置エネルギーを持っている。この位置エネルギーを省エネに有効活用する先行技術として特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2004-325045号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，特許文献１はポンプと水車が同軸であるがそれぞれは別に設けられ、水車と電動機の間にクラッチを設けているため、機器が大形になるとともに大きな設置スペースが必要となる問題があった。
【０００５】
本発明の課題は，ポンプと水車を一体で構成することにより小形、省スペースの機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
課題を解決するため本発明は，一つの主軸にポンプ遠心羽根車と水車遠心羽根車を有し、前記二つの羽根車はハブ側が相対するように配置されており、前記羽根車の間に前記主軸を支える水中軸受けが設けられ、前記ポンプ遠心羽根車を内包するポンプ渦巻ケーシングと前記水車遠心羽根車を内包する水車渦巻ケーシングを有し、水車渦巻ケーシングには吐出しケーシングが取り付けられ、前記主軸は水車側が延長され前記吐出しケーシングを貫通しており、前記吐出しケーシングに取り付けられた軸受箱の軸受に支えられており、軸端にカップリングが取り付けられており、カップリングを介して電動機が設けられている。
【０００７】
水車渦巻ケーシングは舌部の形状を変えることができるように作られており、舌部の形状を変えることにより水車の運転状態を変更できるようになっている。
【０００８】
水中軸受の両側にはラビリンスシールを設けており、ポンプ渦巻ケーシングから水車渦巻ケーシングへの漏れ水量が適切になるように作られている。
【０００９】
さらに水車遠心羽根車の流量比速度は前記ポンプ遠心羽根車の流量比速度よりも大きく設定されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ポンプと水車が一体で構成されるので機器を小形化できる。
【００１１】
また、水車渦巻ケーシング舌部の形状を変えることにより水車の運転状態を変更できるので、ポンプの運転状態に対する水車の運転状態を最適にすることができ、機器の効率が向上する。
【００１２】
さらに、ポンプ羽根車と水車羽根車の間に配置された水中軸受の両側にラビリンスシールが設けられているので、相対的に圧力が高いポンプ渦巻ケーシングから水車渦巻ケーシングへの漏れ水量が適切になるので、水中軸受の潤滑が維持され軸受の信頼性が向上する。
【００１３】
また、本発明では機器の性能に関してポンプと水車のマッチングが重要であるが、水車遠心羽根車の流量比速度をポンプ遠心羽根車の流量比速度よりも大きく設定することで、マッチングを最適にすることができ機器の性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のクーリングタワーポンプ断面図
【図２】本発明の水車渦巻ケーシング断面図
【図３】水流制御を示す図
【図４】本発明の水中軸受とラビリンスシール断面図
【図５】本発明の水蓄熱空調設備
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に本発明の水車一体型ポンプを示す。主軸1にポンプ遠心羽根車２と水車遠心羽根車３を有し、前記二つの羽根車はハブ側が相対するように配置されており、前記羽根車の間に前記主軸を支える水中軸受４が設けられ、前記ポンプ遠心羽根車を内包するポンプ渦巻ケーシング５と前記水車遠心羽根車を内包する水車渦巻ケーシング６を有し、水車渦巻ケーシング３には吐出しケーシング７が取り付けられ、前記主軸１は水車側が延長され前記吐出しケーシング７を貫通しており、前記吐出しケーシング７に取り付けられた軸受箱８の軸受９に支えられており、軸端にカップリング１０が取り付けられている。
【００１６】
水流はポンプ渦巻ケーシング５の吸込ノズル５ａより流入する。水流はポンプ遠心羽根車２で昇圧されポンプ渦巻ケーシング５からクーリングタワーへ送水される。クーリングタワーからの還水は水車渦巻ケーシング６に導かれて水車遠心羽根車３へ流入する。還水の位置エネルギーは水車遠心羽根車３を通過するときにトルクに変換され、ポンプと同じ回転方向に主軸１を回転させる。これによりポンプ軸動力は水車遠心羽根車３による駆動トルク分低減されるので省エネが達成される。水車遠心羽根車３を通過した水流は吐出しケーシング７により排水路へ導かれる。
【００１７】
ここで水流のエネルギー変化について説明する。ポンプ渦巻ケーシング５の吸込ノズル５ａに流入するときの圧力をＰ１とする。ポンプ遠心羽根車２により圧力はＰ２に昇圧される。Ｐ２は水流をポンプからクーリングタワーの高さまで送水するための位置エネルギーと、水流が配管を流れるときに生ずる配管損失により失うエネルギーの合計に等しい圧力である。一方、水車遠心羽根車３に流入する水流の圧力Ｐ３は、クーリングタワーの高さから水車までの位置エネルギーから配管損失により失うエネルギーを差し引いたエネルギーに等しい圧力である。したがって、Ｐ２とＰ３を比べると配管圧力損失分、Ｐ３はＰ２より小さい。即ち、Ｐ２−Ｐ３＝配管圧力損失の関係になる。従って、水車遠心羽根車の流量比速度はポンプ遠心羽根車の流量比速度よりも大きくなる。ここで、一般的に配管損失はクーリングタワーまでの位置エネルギーに比べ十分小さい。水車遠心羽根車３を流出した水流の圧力Ｐ４は、水車遠心羽根車３で位置エネルギーが主軸１を駆動するトルクに変換されるのでＰ１と同等になる。このような圧力分布により、ポンプ遠心羽根車２には、ハブからシュラウドヘ向かう軸方向のスラスト力が作用する。一方、水車遠心羽根車３にもハブからシュラウドへ向かうスラスト力が作用する。本発明では、ポンプ遠心羽根車２と水車遠心羽根車３がハブ側を相対して配置されているので、二つの羽根車に作用するスラスト力の方向が反対になるから、お互いのスラスト力は相殺される。Ｐ２＞Ｐ３の関係からスラストの合力は水車からポンプへ作用するが、アンギュラー軸受で十分耐えることができる。その結果、軸受寿命を長くすることができる。  また、本発明の構造により主軸がケーシングを貫通する場所が吐出しケーシング７になるので、水流の圧力Ｐ４は大気圧レベルになることから、軸シール１１は低圧力タイプのものが使用できるので、機器のコストを低減できるとともに、漏水事故の危険も低減できる。
【００１８】
図２に本発明の水車渦巻ケーシング６を示す。舌部６ａが可動することにより舌部６ａの形状を変えることができる。これにより水車遠心羽根車３へ流入する流れ状態が変化するので水車の運転状態をポンプの運転状態に合わせて調整することができるので機器の効率を向上できる。
【００１９】
図３は、舌部６ａを可動させることによる水流制御の方法を示す。ケーシング内の流れは舌部とケーシング間の最小流路幅の形状により決まることが分かった。例えば舌部６ａが短い状態のとき（６ａ実線参照）は、最小流路幅Ｃ１は図示するようになり、流れは、最小流路幅Ｃ１が接している舌部とケーシング壁面の中間角度で流れることになる。一方、舌部６ａが長い状態のとき（６ａ点線参照）は、最小流路幅Ｃ２は図示するようになり、流れは、最小流路幅Ｃ２が接している舌部とケーシング壁面の中間角度で流れることになる。
【００２０】
これらの流れ角度は図示するようにΔαの差がある。これにより水車羽根車に対する流入角度を変えることができる。例えば、水流の流量が小さい場合は、舌部６ａを長い状態とすることで、羽根車に対する水流の速度を大きくすることができる。一方、水流の流量が大きい場合は、舌部６ａが短い状態とすることで、水流の速度をあまり上げずに効率よく羽根車を回すことができる。
【００２１】
図４に本発明の水中軸受とラビリンスシールを示す。水中軸受４の周りの圧力はポンプ側がＰ２であり、水車側がＰ３である。Ｐ２＞Ｐ３の関係から水中軸受４の摺動面すきまを流れる漏れ水量が生じる。これは水中軸受４の摺動面の潤滑を促進するので必要な流れであるが、漏れ水量が大きすぎる場合は機器の効率低下になる。本発明では漏れ水量を適切にするため水中軸受４のポンプ側および水車側にラビリンスシール１２を設けているので、漏れ水量を適切な量に維持できるので機器の効率が低下しない。また、水中軸受４の潤滑に必要な水量が確保されるので軸受損傷の危険を低下することができる。
【００２２】
図５には、本発明の水車一体型ポンプを使用した水蓄熱空調設備を示す。ポンプＰ１は温水層にある温水をクーリングタワー１３へ送水する。送水された温水はクーリングタワー１３にて冷却され、冷水槽へ落下する。クーリングタワー１３からの戻り配管において水車Ｔが設けられている。ポンプＰ１と水車Ｔは、図１にて説明したように主軸を共有する水車一体型ポンプ１４として構成され、モータＭにより駆動される。
【００２３】
ポンプ２は冷水をエアーハンドリングユニット（A.H.U.）１５へ送水する。エアーハンドリングユニットは室内の空気を冷却する。エアーハンドリングユニットにて温まった温水は温水槽へ戻る。
【００２４】
このような構成とすることで、クーリングタワー１３にある冷水の位置エネルギーを省スペースで効率よく水車一体型ポンプにて利用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  主軸
２  ポンプ遠心羽根車
３  水車遠心羽根車
４  水中軸受
５  ポンプ渦巻ケーシング
５ａ  ポンプ渦巻ケーシング吸込ノズル
６  水車渦巻ケーシング
６ａ  水車渦巻ケーシング舌部
７  吐出しケーシング
８  軸受箱
９  軸受
１０  カップリング
１１  軸シール
１２  ラビリンスシール
１３  クーリングタワー
１４  水車一体型ポンプ
１５  エアーハンドリングユニット
【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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