(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心ポンプ装置の電気駆動モータの外部冷却装置であって、
モータ周囲を少なくとも部分的に包囲し、
モータ側面およびポンプ側面に対する壁面がモータおよび遠心ポンプと熱伝導的に面接触する密封状態の中空体を熱伝導媒体として含み、
この中空体は、モータ熱を伝導し、モータ熱により循環性対流を起こす流体で満たされており、当該中空体の内部に、内側部分と外側部分とを含む循環対流の流路を画定するための壁体が設けられていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
熱伝導流体は、異なる蒸気圧曲線を示す混合物であり、その混合物の、より沸点が低い物質の気化熱が、沸点が高い物質の気化熱よりも低い請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
混合物は水とアルコールとからなり、その気化および凝縮相の差違によって対流を増大させる請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
中空体の流体充填が中空体容積の９５％までである請求項１〜３のいずれか１項記載の冷却装置。
【請求項５】
中空体における流体で満たされない空間は、空気を抜いてあり、ここに中空体中の流体の蒸気を含有する請求項４記載の冷却装置。
【請求項６】
中空体がモータの全長にわたって延びている請求項１〜５のいずれか１項記載の冷却装置。
【請求項７】
冷却装置は、遠心ポンプ装置に外部的に取り付けることができる別個の構成単位として形成されている請求項１〜６のいずれか１項記載の冷却装置。
【請求項８】
冷却装置は、遠心ポンプ装置のハウジングの一体部分である請求項１〜６のいずれか１項記載の冷却装置。
【請求項９】
中空体に外部リブが設けられている請求項１〜８のいずれか１項記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、遠心ポンプ装置の電気駆動モータの外部冷却装置に関する。
たとえば廃水を溝路、溜め井などに送り出すためなどに用いられる遠心ポンプ装置に関してである。これらの遠心ポンプ装置においては、電気駆動モータは、乾燥状態で作動するため、放散熱はモータ外面を介して周囲媒体の中に除去される。遠心ポンプ装置は、原則的にはポンプの上にモータを備え、溝路または溜め井の中に組み付けられている。このためモータは、送り出しの開始時には廃水の中に完全に浸っているが、ある程度運転した後は、具体的には水位が相応に下がると、モータは廃水から突出する。遠心ポンプ装置はオンオフ切り換え動作で駆動されるため、通常、短い運転時間では放散熱に関する問題は生じない。
しかし、遠心ポンプ装置を乾燥状態で据え付けなければならない場合、すなわち没した状態で運転してはならない場合、状況は異なる。たとえば耐爆圧性の理由のため密閉されたモータの場合がある。このときモータ冷却面積は寸法の２乗で増大するが、モータの仕事率は３乗で増大するため、これらの遠心ポンプ装置は、放散される熱を除去して周囲の空気に排出するだけでは、あっという間にその使用限界に達してしまう。
これに対して、駆動モータの外側に距離を置いてそれを包囲するジャケットを設け、それによって形成される中空体にポンプ送り出し流体の一部を流すことが公知であり、これはいわゆる「フード冷却」と呼ばれている。しかしこの冷却方法では、送り出し流体が、ほこり成分、他の微細な混入物もしくは不純物を含まない場合にしか適さない。そうでなければポンプ側の流れの入口および出口が閉塞し、そのせいでフード冷却の効果がなくなるからである。
発明の概要
本発明の目的は、遠心ポンプ装置の駆動モータの外部冷却装置であって、モータが比較的長時間、送り出し媒体の外に突出する場合でも、駆動モータの外部冷却を保証する冷却装置を提供することにある。
本発明は、フード冷却装置を改良させたもので、冷却装置がモータの周囲を少なくとも部分的に包囲し、モータ側面およびポンプ側面上のその壁面がモータおよび遠心ポンプと熱伝導的に面接触し、熱伝導材媒体として密閉状態の中空体を含むことと、この中空体は、モータ熱を伝導し、モータ熱により自然の循環性対流を起こす流体で実質的に満たされていることとを特徴とする。
これにより、遠心ポンプ装置の作動中に駆動モータが比較的長い期間または恒久的に液状送り出し媒体の外に位置する場合でも、特に廃水を送り出するための遠心ポンプ装置の駆動モータの外部冷却を向上することができる。駆動モータの固定子によって発生する熱は、片側が周囲のモータ壁に当接する中空体中の流体にさらに伝導され、その中空体中で液体の循環を生じさせる。有利な環状の中空体は、その下端の面がポンプ壁と熱伝導的に接続しており、ポンプには、はるかに低温の送り出し流体が供給されるものである。そのため中空間中の流体からの熱は、大部分がポンプ中のより低温の送り出し流体に入り、その熱は除去される。中空体中の流体の熱の残り部分は、この中空体の外側自由面を介して駆動モータの周囲の空気に放出する。さらに本発明の冷却装置は、送り出し媒体の粒子状の混入物が中空体に入り込むことはないため、それらが中空体の冷却効果に不利な影響を与えない利点がある。
中空体中の流体は、水と、水よりも低い沸点を有する別の流体との混合物であることが好ましい。そのような流体は、たとえばアルコールがある。そのような流体混合物を用いると、中空体中の対流を増大させることができる。これはモータから中空空間中の冷却液に伝導される熱が、冷却液中に小さな蒸気泡を発生させ、その蒸気泡が急速に上昇することにより、中空体中の混合物の循環速度を増すものである。そしてこの上昇した蒸気泡は、中空体中の流体で満たされていない上部領域で再び凝縮する。
中空体のうち、固定子から遠いほうの壁領域で、中空体中に下降流が生じるが、遠心ポンプの上方にポンプが据え付けられているときは、流体混合物がポンプの方向へと下降することとなる。ここでモータの放散熱の大部分を送り出し流体に伝達するために、ポンプにおいて送り出し流体への熱の通過が起こる。そして流体混合物は再び中空本体中の固定子に近いほうの壁に達し、上述したように、循環流動および熱伝導が繰り返される。
中空体中の流体または流体混合物の対流の循環をさらによくするため、中空体の流体充填がその容積の約９５％以下となるようにし、中空体の残り空間から空気を抜くことを考えることができる。これにより流体充填物の沸点が相当に下がり、その結果、流動を促進する蒸気泡形成が相当早く起こりはじめる。
一態様によれば、中空体中に循環流の流路を画定するために、中空体中に隔壁が設けられている。そのため熱伝導流体充填物の上昇流と下降流との分離が達成され、さらに、すべての加熱流体がポンプに導かれる。
本発明の冷却装置の他の態様によれば、冷却装置を別個の構成単位として形成することができ、その結果、後で遠心ポンプ装置のモータに組み付けられることが可能となる。あるいはまた、本発明の冷却装置を遠心ポンプ装置の完全なハウジングの一体部分として提供することも可能である。
【図面の簡単な説明】
以下、添付図面に表す実施例によって本発明をより詳細に説明する。図には、実施例を一つの軸方向断面で示す。
発明の実施の形態
図示する実施形態のように、遠心ポンプ１はインペラ２と電気駆動モータ３とを備えており、この電気駆動モータは固定子４と、回転子６に組み付けられた軸５とから成っている。モータの軸５には、通常どおり、ポンプ１のインペラ２が取り付けられている。本例の装置は、使用の場所で、すなわち廃水用の溝路または溜め井の中で、組み立てることができ、例えば、ポンプ１の上方に直立する軸５を介して電気駆動モータ３が配されている。
図示する実施形態では、モータ３のハウジング７は、冷却装置８に包囲されており、別ユニットの気密形状を形成する。ここで熱伝導媒体（heat-condactive material）としての中空体９は環状となっている。これにより中空体は、その内壁面がモータハウジング７に当接するだけでなく、その下壁面がポンプ１のハウジング１０に当接する。その結果、モータハウジング７およびポンプハウジング１０ならびに中空体９の、互いに当接する壁面の間に熱伝導性の面接触が生じる。この中空体９中には、モータ３からポンプハウジング１０中の送り出し流体１２に熱を伝導するための流体１１が入れられている。
できるだけ多量の熱を除去するために、中空体９はモータ３の全長にわたって延びている。環状の中空体９はある程度の高さ有しており、図示する中空体の軸方向断面を見るならば、ある種の円筒形の環として見える。この円筒形の環状空間である中空体９中には、モータ３の固定子４の長さにわたってほぼ延びるような高さの円筒形の壁体１３が配置されている。このように中空体９の中に円筒形の壁体１３を設けることにより、熱伝導流体１１の垂直循環対流のための循環流路１４が画定される。循環流路１４は、加熱された流体１１が上方に流れる内側部分１５と、流体が下方に流れる外側部分１６と、これら長い部分１５および１６を互いにつなぐための短い下横断方向部分１７および短い上横断方向部分１８とを含む。
中空体９には、より小さな中空空間１９が存在するように、熱伝導流体１１を満している。充填の程度は、中空体９の容積の約９０％までであり、これは図中の符号２０で示されている。いずれにしても、流路１５〜１８を形成するための内側壁体１３を適用した場合の充填は、流体が隔壁１３の上端を越えて流れるように設計されている。したがって、中空体９の上方にある環状の中空空間１９は、空気で充填されるか、または空気を抜かれている。これは加熱され、上方に流動している流体１１内で、蒸気泡形成させるためである。特に空気が抜かれている場合は、蒸気泡の形成が簡単になる。
中空体９の中で使用される流体は水が考えられる。また水と水よりも低い沸点を有する別の流体との混合物であってもよい。これにより流体１１中の蒸気泡は発生し易くなり、さらには循環流路１４の内側流通部１５中で形成される蒸気泡により、流体１１は速く流れ、ひいてはより速い熱の除去が実現される。
ここで低い沸点を有する流体としては、アルコールを用いるのが好ましい。このような混合物中では、混入されたアルコールは、大気圧下で、混合比に応じて約８０℃で沸騰する。アルコールの気化熱は水の気化熱の半分しかないため、熱がモータの固定子４から中空体９中の流体１１へ伝導するとき、蒸気泡形成が比較的早く起こり、対流が活性する。さらには、アルコールは、冷却流体の凍結防止を保証する。
流体に水を使用する代わりに、アルコールだけを選択してもよい。また混合物として水を用いる場合、水の混合相手に、アルコールと同様の性質を有する別の流体を選択することも可能である。このような混合物は同じ圧力で異なる蒸気圧曲線を示し、且つより低い温度で沸騰する相手の気化熱が、より高い温度で沸騰する相手の気化熱よりも低くなるようにしさえすればよい。
上述した遠心ポンプ装置を有するモータの冷却手順は次のようになる。特に固定子４によって加熱されたモータ３が、その放散熱を、円筒形のモータハウジング７および中空体９の内壁を介して、循環流路１４の内側部分１５にある流体１１へと横方向に伝導する。熱伝導の結果として、流体１１は加熱され、内側部分１５で上昇流を生む。特に流体がアルコールを含有する場合、蒸気泡が形成し、それが部分１５の中を上昇し、それにより、流体の上昇流を加速させる。この急速な動きは、当然、循環流路１４の下向き流動部１６に伝達され、循環流路全体を通じて循環速度が増大する。循環流路１４中の流れのコースを矢印２２によって示す。蒸気泡２１は、流体境界２０よりも上に到達すると、再び凝縮する。したがって、循環流路１４の外側流動部１６では、流体は下にしか流動しないことが保証される。
下に達した加熱された流体１１がポンプハウジング１０を過ぎながら半径方向内側に流れると、ただちにこの領域で、矢印２３によって示すように、熱が、中空体９のポンプ側の壁およびポンプハウジングを介してポンプ１中の送り出し流体１２に伝わる。そして、送り出し流体１２によってこの放散熱が除去される。このようにして除去される熱は、放散熱全体の約７０％である。放散熱の残り約３０％は、加熱された流体が外側流動部分１６にあるとき、矢印２４で示すように、実質的に中空体９の外壁を介して周囲、空気または水に除去される。
冷却装置８は、ポンプ１とモータ３とから成る遠心ポンプ装置に、外側から取り付けることができる別個の構成単位として形成することができるだけでなく、遠心ポンプ装置全体のハウジングの一体部分として形成することもできる。さらに、冷却装置の中空体９には、ここで起こる熱除去を増大するために外部リブ２５を設けてもよい。
さらなる態様では、ハウジング９は、図示する環以外の形を有することもできる。たとえば、円弧形の断面を有することもでき、そのような円弧形ハウジング１個以上をモータの周囲に配置することができる。たとえば、そのような円弧形ハウジングを半シェルとして形成し、そのような半シェル２個でモータを包囲してもよい。いくつかの用途の場合には、モータが、熱伝導流体を充填された中空体によってその円周を部分的に包囲されているだけで十分である、すなわち、たとえば半シェルまたは円弧形ハウジングが１個しか要らないかもしれない。各中空体そのものが、記載した熱伝導循環路を有する閉鎖系を形成する。
さらには、上述したように、垂直または実質的に垂直のモータ作動位置が非常に有利であるが、これ以外にモータの配置を選択することもできる。構成要素は幾らか斜めの、または傾いた作動位置でも、遠心ポンプ１の送り出し流体へのモータ３の放散熱の良好な除去が達成される。
以上述べたように、とりわけ、ポンプ１とモータ３かとら成る遠心ポンプ装置のモータ３が、送り出される流体、特に廃水の外に位置する場合でも、ポンプ１の送り出し流体１２を介してきわめて効果的な冷却が得られる。また、中空体９中の熱伝導流体１１が比較的高速で循環するとき、モータ３の冷却効果は特に強い。さらに循環流路１４の内側流通部分１５における蒸気泡の形成が、冷却効果を高めるように働く。
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