特開 2015-232297 流体用ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-232297(P2015-232297A)

(43)【公開日】2015年12月24日

(54)【発明の名称】流体用ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/22 20060101AFI20151201BHJP

   F04D 7/02 20060101ALI20151201BHJP

   F04D 1/08 20060101ALI20151201BHJP

   F04D 13/06 20060101ALI20151201BHJP

   F04D 29/18 20060101ALI20151201BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/22 E

   F04D7/02 A

   F04D1/08 Z

   F04D13/06 J

   F04D29/18 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-119428(P2014-119428)

(22)【出願日】2014年6月10日

(71)【出願人】

【識別番号】000126115

【氏名又は名称】エア・ウォーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109472

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 直之

(72)【発明者】

【氏名】河原 伸哉

(72)【発明者】

【氏名】城地 勇人

(72)【発明者】

【氏名】首藤 智仁

(72)【発明者】

【氏名】吉野 明

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA06

3H130AA23

3H130AA24

3H130AA30

3H130AA32

3H130AB13

3H130AB22

3H130AB42

3H130AB48

3H130AB62

3H130AB65

3H130AB69

3H130AC01

3H130BA22A

3H130BA22D

3H130BA72A

3H130BA72D

3H130BA74A

3H130BA74D

3H130BA97A

3H130BA97D

3H130CA13

3H130DA02Z

3H130DA04X

3H130DD04Z

3H130EB02D

(57)【要約】      （修正有）

【課題】部材の厚肉化を避けながら高い楊程を得やすい流体用ポンプを提供する。
【解決手段】回転することにより流体の圧力を上昇させるインペラ２Ａ，２Ｂと、インペラ２Ａ，２Ｂを回転させるためのモータ１と、モータ１の回転をインペラ２Ａ，２Ｂに伝達する回転伝達部材３と、インペラ２Ａ，２Ｂと回転伝達部材３とモータ１がそれぞれ流体とともに存在する空間１４と、回転伝達部材３に設けられて、インペラ２Ａ，２Ｂの導入側である一次側の空間１４と、その反対側である二次側の空間１４を連通させる連通路１１とを備える。一次側から導入された流体が高圧で二次側に流れるとき、その一部が二次側から連通路１１を通って一次側に還流され、二次側の圧力上昇が抑制される。二次側の構成部材を厚肉化しなくても、高い楊程を得やすい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転することにより流体の圧力を上昇させるインペラと、
上記インペラを回転させるためのモータと、
上記モータの回転を上記インペラに伝達する回転伝達部材と、
上記インペラと上記回転伝達部材と上記モータがそれぞれ上記流体とともに存在する空間と、
上記回転伝達部材に設けられて、上記インペラの導入側である一次側の上記空間と、その反対側である二次側の上記空間を連通させる連通路とを備えた
ことを特徴とする流体用ポンプ。

【請求項2】

上記回転伝達部材が軸シールによって軸支され、上記軸シールは上記連通路の上記二次側における開口と上記インペラの間に配置されている
請求項１記載の流体用ポンプ。

【請求項3】

上記インペラが、上記回転伝達部材に沿って複数配置されている
請求項１または２記載の流体用ポンプ。

【請求項4】

上記流体が液化ガスである
請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体用ポンプ。

【請求項5】

上記液化ガスが可燃性ガスである
請求項４記載の流体用ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体を移送するための流体用ポンプに関するものである。

【背景技術】

【0002】

配管を通して液体を移送する際には、主として遠心式ポンプが使用される。移送する液体のなかには液化ガスもある。上記液化ガスには、沸点が−１５０℃以下になるものもある。たとえば、液体窒素、液体酸素、液体アルゴン、液化天然ガス（ＬＮＧ）などである。

【0003】

一般に、低温液化ガス用の遠心式ポンプとしては、例えばつぎのようなものがある。
（１）軸シールポンプ（例えば下記の非特許文献１）
（２）サブマージドポンプ（例えば下記の特許文献１）
（３）マグネットカップリング駆動シールレスポンプ（例えば下記の特許文献２）

【0004】

上記（１）軸シールポンプ、（２）サブマージドポンプ、（３）マグネットカップリング駆動シールレスポンプには、つぎのような問題があった。
（１）軸シールポンプ
軸シールが摩耗により消耗すると、軸シール部から低温液化ガスが漏れやすくなる。
（２）サブマージドポンプ
モータと軸受けが低温液化ガス中にある。このため、特殊な潤滑剤を使用した軸受けが必要となる。また、モータの予冷時間が長く、その間に液化ガスが気化し、ロスが多い。また、運転中もモータと軸受けの発熱によって液化ガスが気化し、ロスが多い。
（３）マグネットカップリング駆動シールレスポンプ
マグネットカップリングと軸受けが低温液化ガス中にある。このため、特殊な潤滑剤を使用した軸受けが必要となる。また、マグネットカップリングの予冷時間が長く、その間に液化ガスが気化し、ロスが多い。また、運転中もマグネットカップリングと軸受けの発熱によって液化ガスが気化し、ロスが多い。

【0005】

下記の特許文献３には、つぎのような（４）遠心式竪型シールレスポンプが開示されている。
モータが上側にインペラが下側になるようモータとインペラが配置され、それらの間で回転駆動を伝達する回転伝達手段で連結され、
上記モータ、回転伝達手段およびインペラが、それぞれ互いに連通して低温液化ガスが導入される密閉空間内に存在し、
上記モータによってインペラが回転駆動されることにより、低温液化ガスに圧力差を与えてポンプ移送する低温液化ガス用ポンプ。

【0006】

上記特許文献３に開示された（４）遠心式竪型シールレスポンプは、上記モータ、回転伝達手段およびインペラをそれぞれ互いに連通して低温液化ガスが導入される密閉空間内に存在させている。これにより、上述した（１）のポンプような低温液化ガスの漏れがない。また、（２）（３）のポンプに比べて予冷時間を短縮する。したがって、液化ガスのロスを少なくしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平６−２８８３８２号公報

【特許文献2】特表２００１−５１４３６０号公報

【特許文献3】特開２０１２−９２８１３号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Ｃｒｙｏｓｔａｒ社インターネットカタログ 型式ＧＢＳＤ（http://www.cryostar.com/pdf/data-sheet/en/gbsd.pdf）

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ここで、例えば都市ガスや鉄鋼所などでは、低温液化ガスを長距離にわたって配管を通して移送するニーズが存在する。配管で移送できなければ、ボンベを使用して移送することになり、移送の効率は一気に低下する。配管による移送では、液体を高圧で吐出するポンプが必要になる。

【0010】

しかしながら、上記各先行技術文献に記載のポンプでは、液体を高圧で吐出させる手段についてはなんら提案されていない。特に、例えば部材を厚肉化するなどの大幅な設計変更を避けながら、高い楊程を得る手段についてはなんの言及もない。

【0011】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、つぎの目的を有する。
例えば部材を厚肉化するなどの大幅な設計変更を避けながら、高い楊程を得やすくなる流体用ポンプを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

請求項１記載の流体用ポンプは、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
回転することにより流体の圧力を上昇させるインペラと、
上記インペラを回転させるためのモータと、
上記モータの回転を上記インペラに伝達する回転伝達部材と、
上記インペラと上記回転伝達部材と上記モータがそれぞれ上記流体とともに存在する空間と、
上記回転伝達部材に設けられて、上記インペラの導入側である一次側の上記空間と、その反対側である二次側の上記空間を連通させる連通路とを備えた。

【0013】

請求項２記載の流体用ポンプは、請求項１に記載した構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記回転伝達部材が軸シールによって軸支され、上記軸シールは上記連通路の上記二次側における開口と上記インペラの間に配置されている。

【0014】

請求項３記載の流体用ポンプは、請求項１または２に記載した構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記インペラが、上記回転伝達部材に沿って複数配置されている。

【0015】

請求項４記載の流体用ポンプは、請求項１〜３のいずれか一項に記載した構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記流体が液化ガスである。

【0016】

請求項５記載の流体用ポンプは、請求項４に記載した構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記液化ガスが可燃性ガスである。

【発明の効果】

【0017】

請求項１記載の流体用ポンプは、上記モータの回転が回転伝達部材によってインペラに伝達され、インペラの回転によって流体の圧力が上昇する。上記インペラと上記回転伝達部材と上記モータは、それぞれ上記流体とともに上記空間内に存在している。そして、上記回転伝達部材には、上記インペラの導入側である一次側の上記空間と、その反対側である二次側の上記空間を連通させる連通路が設けられている。
上記連通路は、上記二次側の上記空間の圧力上昇が抑制される。つまり、インペラの一次側から導入された流体は、インペラの回転によって圧力が高くなり、インペラの二次側に流れる。高圧になった流体の大部分は、吐出部から吐出される。このとき、高圧になった流体の一部が、二次側の上記空間から上記連通路を通って一次側に還流される。この連通路を介した流体の還流により、上記二次側の上記空間の圧力上昇が抑制される。このような作用により、本発明の流体用ポンプは、上記二次側の上記空間を構成する部材を厚肉化するなどの設計変更を行わなくても、高い楊程を得やすくなる。また、内圧の異常上昇による不具合や故障を防ぎ、メンテナンス性も向上する。

【0018】

請求項２記載の流体用ポンプは、上記回転伝達部材が軸シールによって軸支されている。そして、上記軸シールは上記連通路の上記二次側における開口と上記インペラの間に配置されている。
このため、上記インペラで圧力が上昇した流体は、上記軸シールに遮られて上記二次側の上記空間に流れ込みにくい。したがって、本発明の流体用ポンプでは、上記二次側の上記空間の圧力上昇が抑制される。このような作用により、本発明の流体用ポンプは、上記二次側の上記空間を構成する部材を厚肉化するなどの設計変更を行わなくても、高い楊程を得やすくなる。

【0019】

請求項３記載の流体用ポンプは、上記インペラが、上記回転伝達部材に沿って複数配置されている。
このため、上記回転伝達部材に沿って複数配置されたインペラにより上記二次側の上記空間の圧力が上昇しやすいところ、本発明の流体用ポンプでは、上記二次側の上記空間の圧力上昇が抑制される。このような作用により、本発明の流体用ポンプは、上記二次側の上記空間を構成する部材を厚肉化するなどの設計変更を行わなくても、高い楊程を得やすくなる。

【0020】

請求項４記載の流体用ポンプは、上記流体が液化ガスである。
上記液化ガスはモータの発熱等により気化しやすい。上記空間内で液化ガスが気化すると、上記空間内の圧力が上昇し、耐圧性の設計にする必要がでてくる。本発明の流体用ポンプでは、上記二次側の上記空間の圧力上昇が抑制される。このような作用により、本発明の流体用ポンプは、上記二次側の上記空間を構成する部材を厚肉化するなどの設計変更を行わなくても、高い楊程を得やすくなる。

【0021】

請求項５記載の流体用ポンプは、上記液化ガスが可燃性ガスである。
上記可燃性ガスがモータの発熱等により上記空間内で気化すると、上記空間内の圧力が上昇し、爆発や燃焼の危険性が高くなる。本発明の流体用ポンプでは、上記二次側の上記空間の圧力上昇が抑制される。このような作用により、本発明の流体用ポンプは、上記二次側の上記空間を構成する部材を厚肉化するなどの設計変更を行わなくても、高い楊程を得やすくなる。それとともに、爆発や燃焼の危険性を低下させる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第１実施形態の流体用ポンプの全体構成を示す図である。

【図2】連通路の各種の態様例を示す図である。

【図3】一次側と二次側の圧力変動をプロットした試験例（穴径３．０ｍｍ）を示す。

【図4】一次側と二次側の圧力変動をプロットした試験例（穴径１．５ｍｍ）を示す。

【図5】本発明の第２実施形態の流体用ポンプの全体構成を示す図である。

【図6】本発明の第３実施形態の流体用ポンプの全体構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

つぎに、本発明を実施するための形態を説明する。

【0024】

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の流体用ポンプの第１実施形態を示す概略図である。

【0025】

〔基本構造〕
この装置は、モータ１によってインペラ２Ａ，２Ｂを回転させ、流体の圧力を上昇させてポンプ移送する流体用ポンプである。回転することにより流体の圧力を上昇させるインペラ２Ａ，２Ｂと、上記インペラ２Ａ，２Ｂを回転させるためのモータ１と、上記モータ１の回転を上記インペラ２Ａ，２Ｂに伝達する回転伝達部材３とを備えている。

【0026】

上記モータ１が耐圧壁４Ａ，４Ｂに囲まれてモータ部２０を構成している。上記インペラ２Ａ，２Ｂがボリュートハウジング７に収容されてポンプ部１９を構成している。この例では、上記モータ１が上側に、上記インペラ２Ａ，２Ｂが下側になるよう配置され、これらが上記回転伝達部材３で連結されている。

【0027】

上記モータ１の回転を回転伝達部材３でインペラ２Ａ，２Ｂに伝達する。インペラ２Ａ，２Ｂが回転することにより、ボリュートハウジング７の下部に形成された導入部６から流体が導入される。導入された流体はインペラ２Ａ，２Ｂで圧力が上昇し、ボリュートハウジング７の上部側面に形成された吐出部８から吐出される。

【0028】

本発明では、流体の導入部６が設けられた導入側を一次側という。また、上記導入側の反対側を二次側という。本実施形態では、上記導入側すなわち一次側は下側である。また、上記反対側すなわち二次側は上側である。

【0029】

〔流体〕
上記流体としては、主として水、油、液化ガスなどの液体が適用される。以下の説明では、上記流体が低温液化ガスである例を説明する。低温液化ガスは、図示した系内においてポンプ移送される液体の一部が気化し、気体となって存在する場合がある。本発明はこのようなポンプを含む趣旨である。液化ガスとしては、例えば液化窒素、液化酸素、液化炭酸ガス等、各種の低温液化ガスを含む趣旨である。また、上記液化ガスとしては、液化天然ガス、液化石油ガス等、各種の液化した可燃性ガスを含む趣旨である。

【0030】

〔モータ部〕
上記モータ１が耐圧壁４Ａ，４Ｂに囲まれてモータ部２０を構成している。

【0031】

上記モータ１は、例えば、直流モータ、三相誘導モータなど一般的な構造のモータをベースとして製作することができる。その他にＰＭモータ（永久磁石モータ）を使用することによりエネルギー効率のよいポンプとすることができる。

【0032】

この例では、上記モータ１は、耐圧壁４Ａ，４Ｂで外側が囲われた空間内に収容されている。耐圧壁４Ａ，４Ｂの内側の空間が、上記モータ１が収容されるモータ用空間５である。上記耐圧壁４Ａ，４Ｂおよびモータ１を含んでモータ部２０が形成される。

【0033】

〔ポンプ部〕
上記インペラ２Ａ，２Ｂがボリュートハウジング７に収容されてポンプ部１９を構成している。

【0034】

上記インペラ２Ａ，２Ｂは、ボリュートハウジング７内に配置されて回転駆動される。上記ボリュートハウジング７は、低温液化ガスを導入する導入部６に連通する。インペラ２Ａ，２Ｂがボリュートハウジング７内で回転することにより、導入部６から導入された低温液化ガスに遠心力によって圧力を上昇させる。圧力の上がった低温液化ガスが、ボリュートハウジング７の外周部に設けられた吐出部８から吐出される。上記ボリュートハウジング７内の空間が、上記インペラ２Ａ，２Ｂが収容されるインペラ用空間９である。

【0035】

上記インペラ２Ａ，２Ｂは、上記回転伝達部材３に沿って複数配置されている。この例では２つである。導入部６に近い導入側に１段目のインペラ２Ａが配置され、導入部６の反対側に２段目のインペラ２Ｂが配置されている。

【0036】

図において符号１０は、低温液化ガスの流動を助けるインデューサ１０である。上記インデューサ１０は、上記回転伝達部材３における導入部６側の端部に取り付けられている。上記インペラ２Ａ，２Ｂ、ボリュートハウジング７、インデューサ１０を含んでポンプ部１９が形成されている。
〔回転伝達部材〕

【0037】

上記モータ１とインペラ２Ａ，２Ｂは、それらの間で回転駆動を伝達する回転伝達部材３によって連結されている。

【0038】

上記回転伝達部材３は、この例では、モータ１の回転軸とインペラ２Ａ，２Ｂの回転軸の双方に共通した１本のシャフトが使用されている。上記回転伝達部材３は、モータ１の回転軸とインペラ２Ａ，２Ｂの回転軸の双方に同軸である。上記回転伝達部材３は、モータ１とインペラ２Ａ，２Ｂに共通した一体のものに限らず、モータ１用シャフトとインペラ２Ａ，２Ｂ用シャフトを別体とし、両者をカップリング等で連結したものを用いることもできる。つまり、上記回転伝達部材３は、モータ１の回転軸とインペラ２Ａ，２Ｂの回転軸の双方に対して同軸状の１または２以上のシャフトを含んで構成することができる。

【0039】

〔空間〕
上記インペラ２Ａ，２Ｂと上記回転伝達部材３と上記モータ１は、それぞれ上記低温液化ガスとともに空間１４内に存在する。上記空間１４は、モータ用空間５、インペラ用空間９およびシャフト用空間１３とが互いに連通して形成されている。つまり、モータ用空間５、インペラ用空間９およびシャフト用空間１３は、それぞれ上記空間１４の一部をなしている。すなわち、ボリュートハウジング７、シャフトカバー１２およびモータ１の耐圧壁４Ａ，４Ｂにより、互いに連通した１つの耐圧性の空間１４を作っている。

【0040】

上記空間１４のうち、ポンプ部１９よりも上側の二次側に存在するシャフト用空間１３とモータ用空間５は、低温液化ガスの出口がない耐圧性の密閉空間である。具体的には、モータ部２０の耐圧壁４Ａ，４Ｂ、ボリュートハウジング７、シャフトカバー１２のそれぞれの接合部には、ガスケット、Ｏ−リングなどのシール材を使用し、フランジなどをボルトで締め込むか、またはねじ構造として締め込むことにより密閉構造としている。

【0041】

上記モータ１とインペラ２Ａ，２Ｂの間は、ある程度の間隙が確保され、上記回転伝達部材３の上記間隙を通過する部分は、シャフトカバー１２で覆われている。上記シャフトカバー１２の内側が回転伝達部材３の一部が収容されるシャフト用空間１３である。

【0042】

そして、上記モータ１とインペラ２Ａ，２Ｂの間は、熱調整部として機能する。この熱調整部は、低温液化ガスの液相内にインペラ２Ａ，２Ｂを存在させるよう保つとともに、低温液化ガスの気相内にモータ１を存在させるよう保つ。上記熱調整部として機能するのは、上記シャフト用空間１３と、その内部に存在する回転伝達部材３の一部と、シャフトカバー１２とを含んで構成される部分である。

【0043】

上記熱調整部の存在により、下部のポンプ部１９を低温部とし、中間の熱調整部を低温ないし常温とし、上部のモータ部２０を常温とする。つまり、冷気は下がり暖気は上がる性質により、温度範囲が分けられる。したがって、液相で満たされる部分は、一次側の導入部６からポンプ部１９までである。二次側のモータ用空間５は気相で満たされている。

【0044】

上記回転伝達部材３は、上記空間１４内の気相に存在させた軸受け１６で軸支される。このように、本実施形態は、ポンプシャフトとモータシャフトを１本の回転伝達部材３で共用している。また、上記軸受け１６は、モータ１の軸受けをポンプ軸受けと共用している。軸受け１６が気相に存在することから、固体潤滑剤によらず、グリス等の潤滑剤を使用することができる。

【0045】

〔ポンプ機能〕
このような構造により、低温液化ガスは、上記インデューサ１０によって導入部６からポンプ部１９の内部に引き込まれる。引きこまれた低温液化ガスは、インペラ２Ａ，２Ｂによって圧力が上昇して動力が与えられ、吐出部８から吐出される。

【0046】

このとき、ポンプ部１９の内部に入った低温液化ガスは、基本的には吐出部８しか出口がなく、その大部分は吐出部８から吐出される。低温液化ガスの一部は、密閉空間であるシャフト用空間１３とモータ用空間５の方に侵入しようとするが、モータ用空間５が行き止まりとなっているため、モータ１の方までは入って行かない。ところが、インペラ２Ａ，２Ｂで高圧となった低温液化ガスの一部がシャフト用空間１３とモータ用空間５の方に侵入しようとすることにより、シャフト用空間１３とモータ用空間５内の圧力が上昇しようとする。

【0047】

特に、高楊程化により高圧で吐出するポンプにおいて、上述したシャフト用空間１３とモータ用空間５内の圧力上昇は顕著になる。

【0048】

〔高楊程化〕
一般に、遠心式のポンプにおいて高圧の吐出を行なう場合、つぎの（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す手法を検討することができる。
（ａ）インペラ径の増大
インペラ径を大きくすることにより、遠心力を上げ、ポンプの揚程を高くすることができる。構造が複雑化しない点がメリットである。
（ｂ）回転数の増加
インペラの回転数を増加させることにより、遠心力を上げ、ポンプの揚程を高くすることができる。
（ｃ）インペラの多段化
インペラの多段化を行うことにより、ポンプの揚程を高くすることができる。小さなインペラにより低回転で高圧化を実現できるメリットがある。また、構造的には一段ポンプを直列に接続した状態であるため、段数を重ねれば任意の揚程まで上げることができる。さらに、一段あたりのインペラを流量に合わせて自由に設計できる。

【0049】

図１では、上述したポンプを高楊程化する３通りの手法のうち（ｃ）インペラの多段化を採用した例を示している。

【0050】

ところが、インペラの二次側に密閉空間が存在するポンプにおいて、楊程を上げようとすると、高圧になった流体が密閉空間に流れ込んで、密閉空間が異常な高圧になってしまう。

【0051】

図１のように、例えばインペラ２Ａ，２Ｂを２段にすると、一次側のインデューサ部１０から引き込まれた液化ガスは、１段目のインペラ２Ａによって動力が与えられ、２段目のインペラ２Ｂでさらに動力が与えられる。２段のインペラ２Ａ，２Ｂで高圧となった流体の大部分は、吐出部８から吐出される。２段のインペラ２Ａ，２Ｂで高圧となった流体の一部は、吐出部８より上側つまり二次側にあるシャフト用空間１３およびモータ用空間５に流入しようとする。その結果、二次側の密閉空間であるシャフト用空間１３およびモータ用空間５が高圧になる。

【0052】

このように二次側の密閉空間であるシャフト用空間１３およびモータ用空間５が高圧になる構造では、その対策として、シャフト用空間１３およびモータ用空間５を構成する部品の耐圧強度を上げなければならない。つまり、シャフトカバー１２や耐圧壁４Ａ，４Ｂを厚肉化する等の措置である。このように部材を厚肉化すると、コストアップが避けられず、モータ部２０自体の重量が増加する。

【0053】

また、上述した多段インペラの構造において二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５が高圧になるのを防止する策として、つぎの方法が考えられる。例えば、インペラに穴をあければ、インペラの導入側と二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力差を小さくすることができる。ところが、２段インペラ２Ａ，２Ｂのポンプで２段目のインペラ２Ｂに穴をあけた構造では、２段目のインペラ２Ｂの導入側の圧力が上部のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力となる。これは１段目のインペラ２Ａの吐出側の圧力であり、単段型のポンプと比べ、依然として二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力が高圧となる。一方、１段目のインペラ２Ａに穴をあけた場合、設計によって、二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力を下げられなかったり、充分な楊程が得られなかったりする。結局、インペラ２Ａ，２Ｂに穴をあけるという方法では、問題を解決できない。

【0054】

〔二次側の高圧化防止構造〕
そこで、本実施形態では、上記回転伝達部材３に、上記インペラ２Ａ，２Ｂの導入側である一次側の上記空間１４と、その反対側である二次側の上記空間１４を連通させる連通路１１を設けた。

【0055】

また、上記回転伝達部材３は、軸シール１５によって軸支されている。上記軸シール１５は、上記連通路１１の上記二次側における二次側開口１７Ｂと上記インペラ２Ａ，２Ｂの間に配置されている。

【0056】

具体的には、上記連通路１１は、一次側のインペラ用空間９と、二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５を連通させている。この例では、上記連通路１１は、縦流路１１Ａと横流路１１Ｂとが互いに連通して形成されている。上記縦流路１１Ａは、シャフト状の回転伝達部材３の軸心付近に長手方向に沿って形成されている。上記縦流路１１Ａは、回転伝達部材３の一次側の端部に一次側開口１７Ａを形成する。上記横流路１１Ｂは、回転伝達部材３の径方向に形成されている。上記横流路１１Ｂは、回転伝達部材３の外周面に２つの二次側開口１７Ｂを形成する。

【0057】

このような構造により、インペラ２Ａ，２Ｂの一次側から導入された低温液化ガスは、インペラ２Ａ，２Ｂの回転によって圧力が高くなり、インペラ２Ａ，２Ｂの二次側に流れる。高圧になった低温液化ガスの大部分は吐出部８から吐出される。このとき、高圧になった低温液化ガスの一部が、二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５から上記連通路１１を通って一次側に還流される。この連通路１１を介した低温液化ガスの還流により、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力上昇が抑制される。

【0058】

上記軸シール１５は、回転部材と固定部材のあいだをシールするものである。上記軸シール１５は、インペラ用空間９とシャフト用空間１３の間に設けられ、上記回転伝達部材３の外周部をシールしている。つまり、上記回転伝達部材３の外周部において、インペラ用空間９とシャフト用空間１３の間の低温液化ガスの流通を防止している。この例では、上記軸シール１５は、シャフトカバー１２におけるシャフト用空間１３の一次側の開口部に設けられている。

【0059】

そして、上記連通路１１の横流路１１Ｂは、上記軸シール１５よりも二次側に二次側開口部１７Ｂを形成するよう設けられている。したがって、上記連通路１１の一次側開口１７Ａは上記軸シール１５よりも一次側に形成され、上記連通路１１の二次側開口１７Ｂは上記軸シール１５よりも二次側に形成されている。

【0060】

このような構造により、上記インペラ２Ａ，２Ｂで圧力が上昇した低温液化ガスは、上記軸シール１５に遮られて上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５に流れ込みにくい。したがって、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力上昇が抑制される。

【0061】

つまり、ポンプの運転中に発生する回転部材と固定部材のあいだの漏れを、上記軸シール１５によってできるだけ少なくしている。二次側の密閉空間であるシャフト用空間１３およびモータ用空間５は、軸シール１５のわずかな隙間を洩れて侵入する低温液化ガスによって高圧となる。軸シール１５を洩れて侵入した低温液化ガスを連通路１１を通して一時側に還流させる。これにより、二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５内の圧力を、ポンプ内でもっとも圧力の低い一次側の導入圧力と均圧化することができる。

【0062】

〔連通路の態様例〕
図２は、上記連通路１１の各種の態様例を示す。
（Ａ）は、図１と同様の態様である。（Ｄ）は、その横流路１１Ｂを軸方向に見た図である。上記縦流路１１Ａが、シャフト状の回転伝達部材３の軸心付近に長手方向に沿って形成されている。上記縦流路１１Ａは、回転伝達部材３の一次側の端部に一次側開口１７Ａを形成している。上記横流路１１Ｂは、回転伝達部材３の径方向に形成されている。上記横流路１１Ｂは、回転伝達部材３の外周面に２つの二次側開口１７Ｂを形成する。

【0063】

（Ｂ）は、上記横流路１１Ｂが、軸方向において段違い状に形成された例である。
（Ｃ）は、上記縦流路１１Ａと横流路１１Ｂが、Ｙ字状において形成された例である。

【0064】

（Ｄ）は、上記横流路１１Ｂが、回転伝達部材３の径方向に貫通するように形成されている。回転伝達部材３の外周面に２つの二次側開口１７Ｂが形成されている。
（Ｅ）は、上記横流路１１Ｂが、回転伝達部材３の径方向に３本放射状に形成されている。回転伝達部材３の外周面に３つの二次側開口１７Ｂが形成されている。
（Ｆ）は、上記横流路１１Ｂが、回転伝達部材３の径方向に４本放射状に形成されている。回転伝達部材３の外周面に４つの二次側開口１７Ｂが形成されている。

【0065】

これらの例では、縦流路１１Ａの穴径が大きく、横流路１１Ｂの穴径が縦流路１１Ａより小さくなるように設定されている。また、１つの縦流路１１Ａに対して複数の横流路１１Ｂが設けられている。

【0066】

〔連通路の穴径〕
上記連通路１１の穴径は、一次側のインペラ用空間９から二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５へ、上記軸シール１５を洩れて侵入する低温液化ガスの量に応じて決定する。
軸シール１５を洩れて侵入する低温液化ガスを二次側の空間にとどめることなく、一次側へと逃がす。二次側の空間内の圧力を一次側の空間内の圧力に戻される。上記連通路１１の穴径を決定することにより、モータ部２０内の圧力をポンプ部１９の導入圧力とほぼ同等の値とする。モータ部２０の二次側の圧力と、ポンプ部１９の一次側の導入圧力との差は、低温液化ガスやそれが気化したガスが連通路１１を通過する摩擦抵抗と同等である。

【0067】

上述したように、上述した例では、縦流路１１Ａの穴径を横流路１１Ｂの穴径よりも大きくしている。また、１つの縦流路１１Ａに対して複数の横流路１１Ｂを設けている。
低温液化ガスやそれが気化したガスが連通路１１を通過する際に、氷や不純物などによって詰まりが生じるときでも、複数設けた穴径の小さな横流路１１Ｂで詰まりを発生させる。穴径の大きな縦流路１１Ａを詰まらせず、詰まりの生じていない他の横流路１１Ｂで流通を確保することができる。これにより、たちまち二次側の圧力が上昇することを防止する。

【0068】

また、液中に含まれる不純物や氷等は、ポンプの吸入配管部に横流路１１Ｂより十分小さな網目をもったストレーナを設けることにより、ポンプ内部への侵入を防ぐことができる。万一、何らかの原因で連通路１１が詰まったときも、二次側の圧力変動を記録することによって不具合を検知し、対処することができる。

【0069】

〔試験例〕
図２（Ａ）（Ｄ）に示すＴ字状の連通路１１を適用した流体用ポンプにより、一次側の圧力と二次側の圧力の差を測定した。

【0070】

縦流路１１Ａの穴径の一部をφ１．５ｍｍにしたものと、φ３．０ｍｍにしたものと２種類を準備した。これらの穴径は、低温液化ガスが液体窒素で、軸シール１５からの漏れ量が５Ｌ／ｍｉｎであるとしたときに、差圧が０．０１ＭＰａ以下になる条件から導出した。

【0071】

図１に示すポンプを運転し、運転開始から停止までの二次側の圧力と一次側の導入圧力をそれぞれ測定した。測定の条件はつぎのとおりである。
流体 ：液体窒素（−１９６℃）
軸シール：ガスシール（イーグルブルグマンジャパン株式会社）
圧力計 ：圧力トランスミッタ ＧＣ６１（長野計器株式会社）
記録 ：ポータブルマルチロガー ＺＲ−ＲＸ４０（オムロン株式会社）

【0072】

図３は縦流路１１Ａの穴径の一部がφ３．０ｍｍの測定結果である。
図４は縦流路１１Ａの穴径の一部がφ１．５ｍｍの測定結果である。

【0073】

縦流路１１Ａの穴径の一部がφ３．０（ｍｍ）では、二次側圧力であるモータ内圧と一次側の導入圧力が０．０６ＭＰａ近傍でほぼ同等となった。
縦流路１１Ａの穴径の一部がφ１．５（ｍｍ）では、一次側の導入圧力がほぼ一定で推移しているのに対し、二次側圧力であるモータ内圧が高下している。一次側の導入圧力は０．０６ＭＰａ近傍でほぼ一定である。二次側圧力であるモータ内圧は、運転開始時に０．０６ＭＰａ近傍であり、その後、１０分後に０．１６ＭＰａまで上昇した。また、５０分経過後も、モータ内圧は導入圧力より少し高い値で推移している。これは、運転開始から２０分程度のあいだ、軸シールのシール性が安定せず、低温液化ガスの漏れ量が変化したものである。つまり、運転時の漏れ量の変化によって、二次側圧力が増加してしまうことが明らかとなった。

【0074】

以上の結果から、連通路１１の穴径として適正な値を選択することにより、二次側の圧力上昇を防止し、一次側と二次側の圧力差を均一化できることがわかる。したがって、インペラの二次側に密閉空間を形成するポンプにおいて、密閉空間へ高い圧力がかかることなく運転が可能となる。

【0075】

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態を示す。
この例は、モータ部２０として、耐圧壁４Ａ，４Ｂを有しないものとした例である。すなわち、モータ１は、耐圧構造でない外壁２１Ａ，２１Ｂに覆われてモータ部２０が構成され、モータ部２０の外側を、別の耐圧壁２２で覆ったものである。
それ以外は、上記第１実施形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この例でも、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0076】

〔第３実施形態〕
図６は、本発明の第３実施形態を示す。
この例は、連通路１１が、シャフト状の回転伝達部材３を貫通する貫通流路１１Ｃと、モータ部２を構成する耐圧壁４Ｂに形成された壁流路１１Ｄとから構成されている。
上記貫通流路１１Ｃは、回転伝達部材３の軸心付近に長手方向に沿って貫通している。上記壁流路１１Ｄは、上記回転伝達部材３の上端に対応して存在する上側の耐圧壁４Ｂにおいて、上記貫通流路１１Ｃとモータ用空間５を連通させている。
それ以外は、上記第１および第２実施形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この例でも、上記第１および第２実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0077】

〔各実施形態の効果〕
上記各実施形態は、つぎの効果を奏する。

【0078】

上記連通路１１は、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力上昇が抑制される。つまり、インペラ２Ａ，２Ｂの一次側から導入された低温液化ガスは、インペラ２Ａ，２Ｂの回転によって圧力が高くなり、インペラ２Ａ，２Ｂの二次側に流れる。高圧になった低温液化ガスの大部分は、吐出部８から吐出される。このとき、高圧になった低温液化ガスの一部が、二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５から上記連通路１１を通って一次側に還流される。この連通路１１を介した低温液化ガスの還流により、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力上昇が抑制される。このような作用により、本実施形態の流体用ポンプは、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５を構成する部材を厚肉化するなどの設計変更を行わなくても、高い楊程を得やすくなる。また、内圧の異常上昇による不具合や故障を防ぎ、メンテナンス性も向上する。

【0079】

上記インペラ２Ａ，２Ｂで圧力が上昇した低温液化ガスは、上記軸シール１５に遮られて上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５に流れ込みにくい。したがって、本実施形態の流体用ポンプでは、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力上昇が抑制される。このような作用により、本実施形態の流体用ポンプは、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５を構成する部材を厚肉化するなどの設計変更を行わなくても、高い楊程を得やすくなる。

【0080】

上記回転伝達部材３に沿って複数配置されたインペラ２Ａ，２Ｂにより上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力が上昇しやすいところ、本実施形態の流体用ポンプでは、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力上昇が抑制される。このような作用により、本実施形態の流体用ポンプは、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５を構成する部材を厚肉化するなどの設計変更を行わなくても、高い楊程を得やすくなる。

【0081】

上記液化ガスはモータの発熱等により気化しやすい。上記空間１４内で液化ガスが気化すると、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５内の圧力が上昇し、耐圧性の設計にする必要がでてくる。本実施形態の流体用ポンプでは、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力上昇が抑制される。このような作用により、本実施形態の流体用ポンプは、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５を構成する部材を厚肉化するなどの設計変更を行わなくても、高い楊程を得やすくなる。

【0082】

上記可燃性ガスがモータの発熱等により上記空間１４内で気化すると、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５内の圧力が上昇し、爆発や燃焼の危険性が高くなる。本実施形態の流体用ポンプでは、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５の圧力上昇が抑制される。このような作用により、本実施形態の流体用ポンプは、上記二次側のシャフト用空間１３およびモータ用空間５を構成する部材を厚肉化するなどの設計変更を行わなくても、高い楊程を得やすくなる。それとともに、爆発や燃焼の危険性を低下させる。

【0083】

〔適用範囲〕
上記各実施形態は、インペラの二次側に密閉空間が存在するポンプにおいて、多段型で楊程を上げる場合を中心にして説明した。複数段のインペラで高圧になった流体が二次側の密閉空間に流れ込んで、密閉空間が異常な高圧になるからである。

【0084】

また、遠心式ポンプで高楊程を得る場合、３つの高楊程の手法のうち、（ｃ）インペラの多段化が採用されるケースが多いという事情も存在するからである。なぜなら、（ａ）インペラ径の増大、（ｂ）回転数の増加という手法は、対応できるケースが限られていることによる。
つまり、（ａ）インペラ径の増大は、ポンプのハウジングが大きくなるデメリットがある。また、目指す揚程と流量によっては、インペラの設計に無理が生じることがある。つまり、条件しだいでインペラの比速度が低くなり、キャビテーションが発生してしまう等の問題が生じることがある。また、（ｂ）回転数の増加は、回転数を増加させるためには、インバータモータや増速機を使用しなければならない。つまり、回転装置のアッセンブルについて制限が生じる。また、回転速度が増加するとシャフト強度に問題が起こりやすく、構造設計の変更も必要となる。また、回転速度を高くするほどキャビテーションが生じやすく、構造的な危険もあるため、回転数を増加させるにも限度がある。
このように、これらは、インペラの設計に制限があり、上述したようにキャビテーションを起こしやすいからである。

【0085】

しかしながら、本発明は、（ｃ）インペラの多段化だけでなく、（ａ）インペラ径の増大、（ｂ）回転数の増加によって高楊程を得るポンプに対する適用を妨げない趣旨である。

【0086】

〔その他の変形例〕
上記各実施形態では、回転伝達手段としては、１本もしくは２本のシャフトを用いる例を説明したが、これに限定するものではなく、モータ１の回転をインペラ２Ａ，２Ｂに伝達しうるものであれば、他の手段を用いることもできる。例えば、モータ１用シャフトと、インペラ２Ａ，２Ｂ用シャフトとの間をギヤ、チェーン、ベルト等を用いて連結して回転を伝達するようにしてもよい。

【0087】

また、以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。

【符号の説明】

【0088】

１：モータ
２Ａ：インペラ
２Ｂ：インペラ
３：回転伝達部材
４Ａ：耐圧壁
４Ｂ：耐圧壁
５：モータ用空間
６：導入部
７：ボリュートハウジング
８：吐出部
９：インペラ用空間
１０：インデューサ
１１：連通路
１１Ａ：縦流路
１１Ｂ：横流路
１１Ｃ：貫通流路
１１Ｄ：壁流路
１２：シャフトカバー
１３：シャフト用空間
１４：空間
１５：軸シール
１６：軸受け
１７Ａ：一次側開口
１７Ｂ：二次側開口
１９：ポンプ部
２０：モータ部
２１Ａ：外壁
２１Ｂ：外壁
２２：耐圧壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】