(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-31
(54)【発明の名称】熱分離効果を有する結合ユニット
(51)【国際特許分類】
F04D 29/58 20060101AFI20231024BHJP
F04D 7/06 20060101ALI20231024BHJP
F04B 53/08 20060101ALI20231024BHJP
【ＦＩ】
F04D29/58 Z
F04D7/06 A
F04B53/08 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023523299
(86)(22)【出願日】2021-10-14
(85)【翻訳文提出日】2023-04-17
(86)【国際出願番号】 EP2021078401
(87)【国際公開番号】W WO2022079147
(87)【国際公開日】2022-04-21
(31)【優先権主張番号】102020006363.2
(32)【優先日】2020-10-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(31)【優先権主張番号】102021005120.3
(32)【優先日】2021-10-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】591040649
【氏名又は名称】カーエスベー ソシエタス ヨーロピア ウント コンパニー コマンディート ゲゼルシャフト アウフ アクチェン
【氏名又は名称原語表記】ＫＳＢ ＳＥ ＆ Ｃｏ． ＫＧａＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100125380
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 綾子
(74)【代理人】
【識別番号】100142996
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 聡二
(74)【代理人】
【識別番号】100166268
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 祐
(74)【代理人】
【識別番号】100169018
【弁理士】
【氏名又は名称】網屋 美湖
(72)【発明者】
【氏名】シュンク，アクセル
【テーマコード（参考）】
3H071
3H130
【Ｆターム（参考）】
3H071BB02
3H071BB03
3H071CC03
3H071EE01
3H071EE11
3H130AA20
3H130AA22
3H130AB12
3H130AB22
3H130AB42
3H130AB60
3H130AC30
3H130BA34A
3H130BA98A
3H130CA22
3H130EA02A
3H130EA04A
3H130EA08A
3H130EB01A
3H130EB05A
3H130EC02A
3H130EC13A
3H130EC14A
3H130EC16A
(57)【要約】
本発明は、結合ユニット（１）を有するポンプアセンブリに関する。結合ユニット（１）はポンプケーシング（３）を電動機ケーシング（７）に接続する。少なくとも１つの熱障壁（１２）が結合ユニット（１）内に配置されている。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポンプハウジング（３）および電動機ハウジング（７）を互いに接続する結合ユニット（１）を有するポンプ構造であって、少なくとも１つの熱伝導障壁（１２）が前記結合ユニット（１）の内側に配置されていることを特徴とする、ポンプ構造。
【請求項2】
少なくとも１つの熱伝導障壁（１２）がすべての軸方向セクションに配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ構造。
【請求項3】
前記熱伝導障壁（１２）が材料の凹部として設計されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のポンプ構造。
【請求項4】
前記結合ユニット（１）が前記ポンプハウジング（３）および前記電動機ハウジング（７）を直接接続していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ構造。
【請求項5】
前記結合ユニット（１）が円筒状および／またはトランペット漏斗状および／または円錐状に構築され、および／または前記結合ユニット（１）が多角形ベース面を有する本体として設計されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のポンプ構造。
【請求項6】
前記結合ユニット（１）が前記ポンプハウジング（３）の電動機側圧力カバー（５）と一体で構築されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のポンプ構造。
【請求項7】
前記結合ユニット（１）がポンプ側電動機カバー（６）と一体で構築されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のポンプ構造。
【請求項8】
結合ユニット材料の熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋ未満、好ましくは３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満、とりわけ２５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、および／または１０Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、好ましくは２０Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、とりわけ３０Ｗ／ｍ・Ｋより大きいことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のポンプ構造。
【請求項9】
前記熱伝導障壁（１２）の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ未満、好ましくは１５Ｗ／ｍ・Ｋ未満、とりわけ１０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、および／または０．００２Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、好ましくは０．０５Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、とりわけ０．１Ｗ／ｍ・Ｋより大きいことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載のポンプ構造。
【請求項10】
前記材料の凹部の幅が０．５ｍｍより大きく、好ましくは１ｍｍより大きく、とりわけ１．５ｍｍより大きく、および／または３０ｍｍ未満、好ましくは２５ｍｍ未満、とりわけ２０ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載のポンプ構造。
【請求項11】
前記結合ユニット（１）の材料厚さが１ｍｍより厚く、好ましくは２ｍｍより厚く、とりわけ３ｍｍより厚く、および／または１４ｍｍ未満、好ましくは１２ｍｍ未満、とりわけ１０ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載のポンプ構造。
【請求項12】
前記結合ユニット（１）が圧力カバーとしてポンプ側に構築され、および／または軸受キャリアとして電動機側に構築されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載のポンプ構造。
【請求項13】
熱伝導の経路が、軸方向の反対側の経路を有する少なくとも１つの部分による半径方向の偏向を越えて延在していることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載のポンプ構造。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポンプハウジングおよび電動機ハウジングを互いに接続する結合ユニットを有するポンプ構造に関する。
【背景技術】
【0002】
このようなポンプ構造は、例えば遠心ポンプ構造であってもよい。遠心ポンプは、インペラを一定回転させることによってそのインペラを通って流れる流体にトルクがもたらされ、そのトルクによって生じるねじれの変化によって流体にエネルギーが伝達される動作原理に基づいている。
【0003】
多くの場合、遠心ポンプは電動機によって駆動される。遠心ポンプ技術では、この電気駆動に加えて、ピストン力機械が駆動機構として同じく使用されている。この実例では電動機は一定のトルクを生成している。電動機は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械エネルギー変換器である。電気エネルギーを利用することができる形態に応じて、直流電動機、交流電動機または三相電流電動機が使用される。この実例では、通常、電気エネルギーは回転運動に変換されている。
【0004】
遠心ポンプを駆動する電動機は、ほとんどの場合、結合ユニットによって特定の間隔でポンプに接続される。電動機駆動シャフトは、この実例では、電動機およびポンプハウジングに固着するための２つのフランジまたはカバーの中の開口の中心を通って延在している。結合ユニットは、通常、鋳造によって製造される。
【0005】
このような結合ユニットおよび対応する製造方法は、例えばＥＰ１０３８６１１Ａ２に記載されている。記載されている接続ウェブのタイプおよび数は、結合ユニットのとりわけ安定した実施形態を可能にしている。
【0006】
高温の流体を運ぶために使用されるポンプ構造では、ポンプハウジングから電動機へ向かう方向の高い熱入力が生じ得る。この高い熱入力は、電動機に関わるいくつかの問題をもたらし得る。高温はエネルギー変換の効率の程度を低下させる。電動機の構成要素、とりわけ固定子および回転子の巻線に熱負荷がかかり、そのためにそれらの寿命が短くなり得る。電動機制御は、潜在的に、電動機の過熱を防止するために電力消費を少なくし、また、速度を遅くすることになり、したがってポンプを所望の動作範囲でもはや動作させることができないことになり得る。
【発明の概要】
【0007】
本発明の目的は、ポンプハウジングと駆動電動機の間の接続要素として結合ユニットを提供することである。この接続要素は、熱い流体をポンプハウジングから電動機へ向かう方向に運ぶ際に放出される熱の伝導を可能な限り小さくしなければならない。さらに、接続要素は、コンパクトな構造タイプを特徴としなければならない。交換構成要素の取換えは接続要素の構造によって喚起されなければならない。接続要素は、単純で、かつ、費用有効性が高い方法で製造することができなければならない。
【0008】
この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する結合ユニットを有するポンプ構造によって達成される。好ましい変形態様は、従属請求項、説明および図面から導かれる。
【0009】
本発明によれば、少なくとも１つの熱伝導障壁が結合ユニットの内側に配置される。このような熱伝導障壁は、熱い流体が通って流れるポンプハウジングを駆動電動機から熱的に切り離すためにとりわけ有利である。この熱伝導障壁は、とりわけ電動機および電動機の中に取り付けられている構成要素を保護し、また、所望の動作範囲におけるポンプの動作を達成する。
【0010】
理想的には、少なくとも１つの熱伝導障壁がすべての中央軸方向セクションに配置される。そのようにすることにより、ハウジング同士の間の軸方向の直接接続を介して熱を伝達することができないため、電動機ハウジングからのポンプハウジングの熱的切離しが達成される。
【0011】
有利には、このような熱伝導障壁は材料の凹部として設計されている。材料の凹部の空間は、通常、とりわけ良好な絶縁体であることが知られている空気を取り込み、したがって熱伝導に対する障壁を構成する。本発明の代替変形態様では、このような熱伝導障壁は、例えばセラミック材料に基づく材料などのとりわけ熱伝導性の低い材料の形態であってもよい。
【0012】
本発明によれば、結合ユニットはポンプハウジングおよび電動機ハウジングを直接接続する。原理的には、この接続をもたらすための他の構成要素は不要である。製造コストを削減するためには、構成要素の数の低減はほとんどの場合に有利である。
【0013】
結合ユニットは円筒状および／またはトランペット漏斗状に構築されることが好ましい。この空間構造は、電動機ファンによってもたらされる冷却空気流による結合ユニットの追加冷却を達成するためにはとりわけ有利である。本発明の代替変形態様では、結合ユニットは円錐状および／または平行六面体に構築することも可能である。
【0014】
本発明の変形態様では、結合ユニットは、ポンプハウジングの電動機側圧力カバーと一体で構築され、および／またはポンプ側電動機カバーと一体で構築される。有利には、その結果として結合ユニットをとりわけコンパクトな方式で構成することができ、また、空間関係が限られている設置場所で同じく使用することができる寸法を有するポンプ構造を実現できる。
【0015】
本発明によれば、結合ユニット材料の熱伝導率は４００Ｗ／ｍ・Ｋ未満、好ましくは３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満、とりわけ２５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、および／または１０Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、好ましくは２０Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、とりわけ３０Ｗ／ｍ・Ｋより大きい。結合ユニットは、鋳造方法を使用してねずみ鋳鉄またはアルミニウムから製造されることが好ましい。
【0016】
理想的には、熱伝導障壁の熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋ未満、好ましくは１５Ｗ／ｍ・Ｋ未満、とりわけ１０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、および／または０．００２Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、好ましくは０．０５Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、とりわけ０．１Ｗ／ｍ・Ｋより大きい。
【0017】
本発明によれば、材料の凹部の幅は０．５ｍｍより大きく、好ましくは１ｍｍより大きく、とりわけ１．５ｍｍより大きく、および／または３０ｍｍ未満、好ましくは２５ｍｍ未満、とりわけ２０ｍｍ未満である。有利には、結合ユニットの材料厚さは１ｍｍより厚く、好ましくは２ｍｍより厚く、とりわけ３ｍｍより厚く、および／または１４ｍｍ未満、好ましくは１２ｍｍ未満、とりわけ１０ｍｍ未満である。本発明による結合ユニットは、取扱いが容易な材料を使用したスリムな構造のタイプであり、また、それと同時に、安定した耐振動性の構造を特徴としている。
【0018】
本発明によれば、結合ユニットは、軸受キャリアとしてポンプ側および／または電動機側に構築される。そのようにすることにより、結合ユニットのとりわけコンパクトな構造が得られ、また、それと同時に、構成要素の数が少なくなって組立の複雑さが軽減される。
【0019】
本発明による結合ユニットは、熱伝導経路全体が材料の凹部の挿入によって延長されたコンパクトな軸方向構造タイプを特徴としている。
【0020】
本発明の他の特徴および利点は、図面を参照してなされる実施形態についての説明から、および図面自体から認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】遠心ポンプユニットの断面を示す図である。
【図2】結合ユニットの斜視図である。
【図3】別の結合ユニット構造の斜視図である。
【図4】第３の結合ユニット構造の斜視図である。
【図5】別の結合ユニット構造の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
図１は、ポンプハウジング３および電動機（電動モータ）ハウジング７を互いに接続する結合ユニット１を有するポンプ構造を示したものである。この実施形態に示されている遠心ポンプは、いくつかの状況の下では高温を有し得る流体を運ぶために使用される。
【0023】
流体は、吸込みノズル２を通って遠心ポンプのポンプハウジング３に流入する。インペラ４はポンプハウジング３の内側に配置されている。インペラ４は流体に運動エネルギーを伝達し、流体は、図１には示されていない圧力ノズルを介して遠心ポンプから流出する。流体およびインペラ４が収容される空間は、ポンプハウジング３およびハウジングカバー５によって範囲が定められている。インペラ４は、回転固着方式でシャフト９に接続されており、シャフト９は電動機構造１３によってインペラ４を駆動する。電動機構造１３は、回転子１０、固定子８、シャフト９、ポンプ側電動機カバー６および電動機ハウジング７を備えている。軸受１１を担持する軸受キャリアは電動機カバー６の中に配置されている。
【0024】
図１における結合ユニット１の図解を参照すると、ポンプハウジング３と電動機ハウジング７の間の軸方向の中央部分全体に熱伝導障壁１２が設けられていることが明確に分かる。このような熱伝導障壁１２は、軸方向の直接接続がハウジング構成要素同士の間に存在しないような形態になっており、これによりハウジング３および７をより強力に熱的に切り離している。この有利な方法によれば、熱伝導経路は、もっぱら半径方向に延在し、結合ユニット１の軸方向の構造的な長さが長くなることはない。
【0025】
図２は結合ユニット１の斜視図を示したものである。この実例には示されていない電動機カバー６に接続するための接続プレート１５は、ポンプハウジング３のハウジングカバー５（図示されていない）に接続するために、接続ウェブ（Verbindungsstege）１４によって接続プレート１６に接続されている。結合ユニット１は、この実施形態では材料が凹んだ凹部として設計されている複数の熱伝導障壁１２を有している。代替変形態様では、熱伝導障壁は貧弱な熱伝導率を有する材料の形態であってもよい。接続ウェブ１４は回転シャフト９における係合を防止している。接続ウェブ１４の構造的な構成は、可能な限り短い軸方向の構造空間で、極めて長い周方向の熱伝導経路を提供する結合ユニット１をもたらしている。図示されていない電動機ファンによってもたらされ、電動機ハウジング７の冷却リブを介して結合ユニット１に向かう方向に流れる冷却空気流は、熱伝導障壁１２に加えて、接続ウェブ１４によって伝達される熱をポンプハウジング３から放出させることができ、したがって極めて小さい熱入力が電動機カバー６に到達する。結合ユニット１のとりわけ有利な構造の結果として、ポンプハウジング３および電動機構造１３がより強力に熱的に切り離される。
【0026】
図３は、結合ユニット１の別の実施形態の斜視図を示したものである。この実例には示されていない電動機カバー６に接続するための接続プレート１５は、ポンプハウジング３のハウジングカバー５（同じく図示されていない）に接続するための接続プレート１６に接続ウェブ１４によって接続されている。結合ユニット１は、この実施形態では材料の凹部の形態である複数の熱伝導障壁１２を有している。本発明のこの変形態様では接続ウェブ１４は円筒状構成要素の形態であり、それぞれが４つの小さな接続要素を介して接続プレート１５および１６と一体で構築される。材料の凹部は、小さい接続要素同士の間、および円筒状構成要素と接続プレート１６との間、ならびに円筒状構成要素と接続プレート１５との間にそれぞれ配置される。有利には接続ユニット１のこの変形態様により、電動機構造１３がポンプハウジング３から熱的に切り離され、また、それと同時に、結合ユニット１はとりわけ安定した耐振動性方式で構成される。
【0027】
図４は、本発明による結合ユニット１の第３の変形態様の斜視図を示したものである。ここでは示されていない電動機カバー６に接続するための接続プレート１５は、ポンプハウジング３のハウジングカバー５（同じく図示されていない）に接続するための接続プレート１６に接続ウェブ１４によって接続されている。結合ユニット１は、この実施形態では材料の凹部の形態である多くの熱伝導障壁１２を有している。図４の結合ユニット１は図３の結合ユニット１に対応している。この実例では、さらに、円筒状構成要素は、材料の凹部の形態の、軸方向に配置された追加の熱伝導障壁１２を備えている。したがって結合ユニット１の軸方向の長さが長くなることなく、ポンプハウジング３から電動機構造１３の方向への熱伝導の半径方向および／または軸方向の距離が延長される。
【0028】
この実例では、結合ユニット材料の熱伝導率は４００Ｗ／ｍ・Ｋ未満、好ましくは３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満、とりわけ２５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、および／または１０Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、好ましくは２０Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、とりわけ３０Ｗ／ｍ・Ｋより大きい。熱伝導障壁１２の熱伝導率は、この実例では２０Ｗ／ｍ・Ｋ未満、好ましくは１５Ｗ／ｍ・Ｋ未満、とりわけ１０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、および／または０．００２Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、好ましくは０．０５Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、とりわけ０．１Ｗ／ｍ・Ｋより大きい。
【0029】
この実施形態では材料の凹部の形態である熱伝導障壁１２の幅は０．５ｍｍより大きく、好ましくは１ｍｍより大きく、とりわけ１．５ｍｍより大きく、および／または３０ｍｍ未満、好ましくは２５ｍｍ未満、とりわけ２０ｍｍ未満である。結合ユニット１の材料厚さは１ｍｍより厚く、好ましくは２ｍｍより厚く、とりわけ３ｍｍより厚く、および／または１４ｍｍ未満、好ましくは１２ｍｍ未満、とりわけ１０ｍｍ未満である。
【0030】
図５は結合ユニット１の斜視図を示したものである。ここでは示されていない電動機カバー６に接続するための接続プレート１５は、接続ウェブ１４によって、中空円筒状スリーブ１７および追加接続ウェブ１４を介して、ポンプハウジング３のハウジングカバー５（同じく図示されていない）に接続するための接続プレート１６に接続されている。
【0031】
接続ユニット１は、この実施形態では材料の凹部の形態である複数の熱伝導障壁１２を有している。代替変形態様では、熱伝導障壁も熱伝導率の低い材料からできていてもよい。接続ウェブ１４および中空円筒状スリーブ１７は回転シャフト９における係合を防止し、また、電動機構造１３の質量を介して作用する力を電動機ハウジング７からポンプのベースへ導いている。そのために、中空円筒状スリーブ１７は、示されている実施形態では２つの凹所１８の周りが追加補強されている。
【0032】
接続ウェブ１４の近傍に配置されている熱伝導障壁１２は、熱伝導を最小に制限し、また、とりわけ接続ウェブ１４が半径方向内側に延在していることによって、接続プレート１６から接続プレート１５の方向の熱伝導経路を延長している。
【0033】
平行六面体接続プレート１６は丸い縁を使用して構築されており、接続ウェブ１４は、それぞれ中心から始まり、支柱のように半径方向内側に向かって延在している。中空円筒状スリーブ１７は、材料の凹部の形態の追加の熱伝導障壁１２を有しており、これらの追加熱伝導障壁１２は熱伝導経路を延長し、したがって事実上、ポンプハウジング３および電動機ハウジング７を熱的に切り離している。
【0034】
図示されていない電動機ファンによってもたらされ、電動機ハウジング７の冷却リブを介して結合ユニット１に向かう方向に流れる冷却空気流は、熱伝導障壁１２に加えて、接続ウェブ１４によって伝達される熱をポンプハウジング３から放出させることができ、したがって極めて小さい熱入力が電動機カバー６に到達する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】