循環ポンプ
【課題】設備構築費用を低減可能な正立式とし、この正立式で生じる水の置換現象による問題を解消する。
【解決手段】回転軸３６の回転により、インペラ３９を回転させて熱水をポンプケーシング３２内に吸い込んで吐出する一方、モータケーシング１０内の冷却水を循環冷却機構４５によって冷却しながら循環させるようにした循環ポンプであって、下端がヒートバリア２１の軸貫通部２４と連通し上端がモータケーシング１０を越えて上方に延びる第１配管部５１と、上端が第１配管部５１の上端に連通し下端がモータケーシング１０の上端に連通する第２配管部５２と、この第２配管部５２に介設され内部の熱水を冷却する熱交換器とを備え、ヒートバリア２１の軸貫通部２４内に位置する熱水または軸貫通部２４に流入する熱水を熱交換器で冷却してモータケーシング１０の上端に循環注水する循環冷却注水機構５０を設けた構成としている。
【解決手段】回転軸３６の回転により、インペラ３９を回転させて熱水をポンプケーシング３２内に吸い込んで吐出する一方、モータケーシング１０内の冷却水を循環冷却機構４５によって冷却しながら循環させるようにした循環ポンプであって、下端がヒートバリア２１の軸貫通部２４と連通し上端がモータケーシング１０を越えて上方に延びる第１配管部５１と、上端が第１配管部５１の上端に連通し下端がモータケーシング１０の上端に連通する第２配管部５２と、この第２配管部５２に介設され内部の熱水を冷却する熱交換器とを備え、ヒートバリア２１の軸貫通部２４内に位置する熱水または軸貫通部２４に流入する熱水を熱交換器で冷却してモータケーシング１０の上端に循環注水する循環冷却注水機構５０を設けた構成としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電設備や原子力発電設備などにおいてボイラに熱水を循環供給するための循環ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の循環ポンプは、上部にポンプケーシングが設けられ、下部にモータケーシングが設けられている。これらケーシングには１本の回転軸が貫通され、ポンプケーシング内に位置する上端にインペラが配設されている。そして、循環ポンプは、回転軸が回転されることにより、熱水をポンプケーシングの吸込部から吸い込んで吐出部から吐出する。また、モータケーシング内では、回転軸の回転による熱を冷却するための冷却水が、循環冷却機構によって冷却されながら循環される（特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この循環ポンプは、ポンプケーシングの配設スペースの下部に、モータケーシングを配設するためのスペースと、循環冷却機構を配設するためのスペースとが更に必要である。そのため、設備の構築費用が極めて高くなるうえ、メンテナンス作業も極めて煩雑である。即ち、ポンプケーシングを地面上に位置するように設置する場合には、モータケーシングおよび循環冷却機構を配設するためのスペースを確保するために、機場を大きく掘り起こす必要がある。逆に、モータケーシングおよび循環冷却機構を地面上に位置するように設置する場合には、モータケーシングおよびモータケーシングに接続する接続管等を地上の高い位置に設置するための基礎や建屋を設ける必要がある。そのため、設備の構築費用が極めて高くなる。
【０００４】
この問題を解消するには、ポンプケーシングがモータケーシングの下側に位置するように設置（正立式）することが考えられる。このようにすれば、大掛かりな基礎や建屋が不要となるため、構築費用を低減できる。
【０００５】
しかしながら、循環ポンプを正立配置した場合には、回転軸の回転を停止した暖待機中に、下方のポンプケーシング内の熱水と、上方のモータケーシング内の冷却水が、中間に位置するヒートバリアの軸貫通部を通して自然対流する。これにより、モータケーシング内にはポンプケーシング側の熱水が浸入する一方、ポンプケーシング内にはモータケーシング側の冷却水が浸入する。その結果、この水の置換現象により、モータケーシング内の冷却水の水温が上昇し、モータ機構が過熱されるという問題（モータ絶縁物の熱的損傷）が生じる。また、ポンプケーシング内の熱水（缶水）が冷却されるという問題（ボイラ熱量の損失）が生じる。なお、この問題は、ポンプケーシングをモータケーシングの上部に位置させて倒立配置した場合には生じない。また、正立式および倒立式のいずれでも、回転軸を回転させた稼働中には、循環冷却機構によって冷却水が循環される水流により生じない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３８２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、設備構築費用を低減可能な正立式とし、この正立式で生じる水の置換現象による問題を解消できる循環ポンプを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の循環ポンプは、上端に位置するモータケーシングからヒートバリアの軸貫通部を通して下端に位置するポンプケーシングにかけて配設した回転軸の回転により、前記ポンプケーシング内に配設したインペラを回転させて熱水を前記ポンプケーシングの吸込部から吸い込んで吐出部から吐出する一方、前記モータケーシング内の冷却水を循環冷却機構によって冷却しながら循環させるようにした循環ポンプであって、下端が前記ヒートバリアの軸貫通部と連通し上端が前記モータケーシングを越えて上方に延びる第１配管部と、上端が前記第１配管部の上端に連通し下端が前記モータケーシングの上端に連通する第２配管部と、この第２配管部に介設され内部の熱水を冷却する熱交換器とを備え、前記ヒートバリアの軸貫通部内に位置する熱水または軸貫通部に流入する熱水を前記熱交換器で冷却して前記モータケーシングの上端に循環注水する循環冷却注水機構を設けた構成としている。
【０００９】
この循環ポンプは、モータケーシングの下部にポンプケーシングを位置させた正立式のものである。そのため、設備の構築時には、モータケーシングおよび循環冷却機構を配設するための大掛かりな基礎や建屋が不要であるため、設備構築費用を低減できる。また、ヒートバリアの軸貫通部と連通する第１配管部と、熱交換器を配設した第２配管部とを備えた循環冷却注水機構により、暖待機中にヒートバリアの軸貫通部中の昇温水を冷却してモータケーシングの上部に循環注水する水流を付与できる。
【００１０】
具体的には、第１配管部の下端には、モータケーシング内を通過することにより昇温するとともに、ポンプケーシング内の熱水により昇温した昇温水が位置し、この昇温水が第１および第２配管部内に充満される。そして、第２配管部内の昇温水からなる第２水柱は、熱交換器により冷却されるため、第１配管部に形成された第１水柱より密度が高くなる。そのため、これらの水柱は、同一水頭であるが静的圧力が異なる。よって、この圧力差が駆動力となって、ヒートバリアの軸貫通部内からモータケーシングの上端へ向かう水流を付与できる。これにより、ヒートバリアの軸貫通部を通してポンプケーシングからモータケーシングへ流入しようとする昇温水は、この循環冷却注水機構により十分に冷却された冷却水としてモータケーシングの上端に注入される。
【００１１】
このように、本発明の循環ポンプは、循環冷却注水機構によって暖待機中にもモータケーシングの下端から上端へ冷却水を循環供給する水流を形成できる。よって、ヒートバリアの軸貫通部を通して、ポンプケーシング内の熱水がモータケーシング内に流入することはないうえ、モータケーシング内の冷却水がポンプケーシング内に流入することはない。その結果、モータケーシング内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できる。また、ポンプケーシング内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【００１２】
この循環ポンプでは、下端が前記第１配管部の上端に連通し、上端が前記ポンプケーシングの吸込部へ熱水を供給する吸込側ボイラ配管に連通する第３配管部を更に備えることが好ましい。このようにすれば、モータケーシング内にて、経時的に自然発生する可能性がある気体の１つである溶解ガスをモータケーシングの外部に排出できるため、回転軸が空運転状態となることによる損傷を防止できる。
この場合、前記第３配管部に、前記モータケーシング内の気体または前記注水配管内の気体を外部に排出するガス抜き弁を配設することが好ましい。
【００１３】
また、前記第２配管部に、前記モータケーシング内へ液体を供給するポンプを配設することが好ましい。このようにすれば、予期せぬ圧力変動が生じても確実にヒートバリアの軸貫通部からモータケーシングの上端へ向かう水流を付与できるとともに、モータケーシング内の冷却水が外部に流出することを防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の循環ポンプは、モータケーシングの下部にポンプケーシングを位置させた正立式のものであるため、モータケーシングおよび循環冷却機構を配設するために大掛かりな基礎や建屋が不要であり、設備構築費用を低減できる。また、循環冷却注水機構により、ヒートバリアの軸貫通部から昇温した昇温水を冷却してモータケーシングの上端へ供給するため、ポンプケーシング内の熱水がモータケーシング内に流入することを抑制できるとともに、モータケーシング内の冷却水がポンプケーシング内に流入することを抑制できる。よって、モータケーシング内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できるうえ、ポンプケーシング内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る第１実施形態の循環ポンプを示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】図２の要部断面図である。
【図４】第１実施形態の循環ポンプの稼働中の水流および圧力分布を示す断面図である。
【図５】第１実施形態の循環ポンプの暖待機中の水流、温度分布および密度分布を示す断面図である。
【図６】第２実施形態の循環ポンプを示す要部拡大断面図である。
【図７】第３実施形態の循環ポンプを示す断面図である。
【図８】図７の要部断面図である。
【図９】第３実施形態の循環ポンプの稼働中の水流および圧力分布を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態の循環ポンプの暖待機中の水流、温度分布および密度分布を示す断面図である。
【図１１】第４実施形態の循環ポンプを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１乃至図５は、本発明の第１実施形態に係る循環ポンプを示す。この循環ポンプは、上側に位置するモータケーシング１０と、モータケーシング１０の下部に位置するヒートバリア２１と、ヒートバリア２１の下部に位置するポンプケーシング３２とを備えている。そして、これらの内部には回転軸３６が回転可能に支持され、その下端にインペラ３９が配設されるとともに、上端に冷却水循環用インペラ４４が配設されている。また、モータケーシング１０には、内部の冷却水を冷却して循環させる循環冷却機構４５が接続されている。そして、本実施形態では、ヒートバリア２１に、昇温した冷却水を冷却してモータケーシング１０の上端に循環注水する循環冷却注水機構５０を更に設けたものである。
【００１８】
モータケーシング１０は、略円筒状をなすモータケーシング本体１１の上端を冷却水用インペラケース１５によって塞いたものである。モータケーシング本体１１は、上端閉塞部の中心に軸方向に沿って貫通する回転軸支持部１２が設けられている。この回転軸支持部１２は、モータケーシング本体１１内に向けて延びる円筒状をなし、その内周部には上側スリーブ１３が配設されている。また、モータケーシング本体１１には、内部中間位置にモータステータ１４が配設されている。このモータステータ１４は、コアの周囲にコイルが巻回されたものである。
【００１９】
冷却水用インペラケース１５は略円錐筒形状をなし、その下端開口部に冷却水用インペラ配設部１６が形成されている。この冷却水用インペラ配設部１６の上部には、略円柱状をなす空間からなる注水ポケット１７が形成されている。この注水ポケット１７の外周部には、循環冷却機構４５の接続管４６を接続する第１注水口１８が設けられている。この冷却水用インペラケース１５の上端開口は、モータカバー１９により塞がれている。このモータカバー１９には、循環冷却注水機構５０の第２配管部５２を接続する第２注水口２０が設けられている。
【００２０】
ヒートバリア２１は、モータケーシング１０の下部に水密状態で配設されている。図２に示すように、ヒートバリア２１は、内部に断熱空間部２２を備えている。この断熱空間部２２は、外周部から径方向内向きに窪む凹部からなり、その外周の開口部がカバー２３により閉塞されている。ヒートバリア２１には、中心に位置するように軸方向に貫通する孔からなる軸貫通部２４が設けられている。この軸貫通部２４の上部は、拡径された回転軸支持部２５とされている。この回転軸支持部２５の内部には、回転軸３６の下部を回転可能に支持する下側スリーブ２６が配設されている。また、ヒートバリア２１には、外周部から回転軸支持部２５にかけて径方向に貫通する高圧冷却水路２７が設けられている。この高圧冷却水路２７の外側端部は、循環冷却機構４５の接続管４６を接続する注出口を構成する。
【００２１】
さらに、ヒートバリア２１には、断熱空間部２２の上側に位置するように、低圧冷却水路２８が設けられている。この低圧冷却水路２８は、図３に示すように、軸貫通部２４および高圧冷却水路２７と交差することなく、軸貫通部２４の外周に位置するように穿設した複数（本実施形態では４本）の直線的な貫通孔２９ａ〜２９ｄにより構成される。例えば、第１の貫通孔２９ａの一端を流入口とし、他端を閉塞する。また、第１の貫通孔２９ａと交差するように第２の貫通孔２９ｂを形成し、その両端を閉塞する。さらに、第２の貫通孔２９ｂと交差するように第３の貫通孔２９ｃを形成し、その両端を閉塞する。そして、第３の貫通孔２９ｃと交差するように第４の貫通孔２９ｄを形成し、その一端を閉塞し、他端を流出口とする。これにより、第１の貫通孔２９ａの一端の流入口から第４の貫通孔２９ｄの他端の流出口にかけて連通した水路を形成する。そして、この水路に図示しない低圧冷却水供給機構からの低圧冷却水を通水することにより、モータケーシング１０の側とポンプケーシング３２の側との遮熱を図る構成としている。なお、図１および図２は、高圧冷却水路２７および低圧冷却水路２８を図示するために、形式的に対向位置に配置したものである。
【００２２】
そして、本実施形態のヒートバリア２１には、図２に示すように、インペラ３９との間に軸貫通部２４と連通するバランス室４２を形成するための第１バランスリング３０が円環状をなすように設けられている。また、ヒートバリア２１には、断熱空間部２２から第１バランスリング３０内に貫通する注出孔３１が設けられている。
【００２３】
ポンプケーシング３２は、略半球形状をなす中空状のもので、ヒートバリア２１の下部に水密状態で配設されている。このポンプケーシング３２には、モータケーシング１０の軸方向に沿って突出する円筒状の吸込部３３が設けられるとともに、この吸込部３３の軸方向に対して交差するように径方向外向きに突出する円筒状の吐出部３４が設けられている。ポンプケーシング３２の内部は、吸込部３３から吸い込んだ熱水を吐出部３４へ案内するためのガイドベーン３５により区画されている。
【００２４】
回転軸３６は、中空状をなすモータケーシング１０内からポンプケーシング３２内にかけて、ヒートバリア２１の軸貫通部２４を貫通させて配設されたものである。本実施形態では、モータケーシング本体１１内に配設される回転軸本体３７と、ポンプケーシング３２内に配設されるインペラ３９に形成した軸部３９ａと、冷却水用インペラケース１５内に配設される冷却水循環用インペラ４４に形成した軸部４４ａとを、一体的に連結することにより１本の回転軸３６を構成している。回転軸本体３７の下部には、ヒートバリア２１の軸貫通部２４を貫通する貫通軸部３７ａが設けられ、その下端にインペラ３９を貫通して固定する固定軸部３７ｂが設けられている。なお、インペラ３９および冷却水循環用インペラ４４の軸部３９ａ，４４ａは、回転軸本体３７と一体成形することも可能である。
【００２５】
この回転軸３６は、上側スリーブ１３とモータステータ１４と下側スリーブ２６とで、回転可能に支持されている。また、回転軸３６には、モータステータ１４に対して径方向内側に位置するようにモータロータ３８が設けられている。このモータロータ３８は、磁石（図示せず）を内蔵しており、モータケーシング１０の外部に位置する磁石（図示せず）の回転により、回転軸３６を一体的に回転させるものである。
【００２６】
インペラ３９は、ポンプケーシング３２のガイドベーン３５内に配設されている。このインペラ３９には、円板状をなす主板から回転軸本体３７に連結される軸部３９ａが突設されるとともに、固定軸部３７ａを貫通する貫通孔が設けられている。インペラ３９の主板の下面側にはインペラ羽根４０が設けられ、このインペラ羽根４０により、ポンプケーシング３２の吸込部３３から吸い込んだ熱水を吐出部３４から吐出する。そして、本実施形態のインペラ３９には、主板の上端面から環状をなすように上向きに突出し、ヒートバリア２１の第１バランスリング３０の内面に摺接する第２バランスリング４１が設けられている。これにより、ヒートバリア２１とインペラ３９との間には、軸貫通部２４と連通するバランス室４２が形成される。また、インペラ３９の主板には、インペラ羽根４０を設けた下側面から第２バランスリング４１内（バランス室４２内）に位置するように上端面にかけて貫通する熱水通水孔４３が設けられている。
【００２７】
冷却水循環用インペラ４４は、回転軸３６を回転させた稼働中に、モータケーシング１０内の冷却水を循環供給する循環冷却機構４５の一部を構成するもので、図１に示すように、モータケーシング１０の冷却水用インペラケース１５内に配設されている。この冷却水循環用インペラ４４には、円板状をなす主板から回転軸本体３７に連結される軸部４４ａが突設されている。この冷却水循環用インペラ４４は、注水ポケット１７内を臨むように開口した吸込流路と、この吸込流路の下端から放射状をなすように径方向外向きに延びる吐出流路とが形成されている。この流路により冷却水循環用インペラ４４は、上方の注水ポケット１７内の冷却水を下向きに吸い込んで径方向外向きに吐出することにより、回転軸支持部１２を通してモータケーシング本体１１内で下向きの水流を付与する。
【００２８】
循環冷却機構４５は、モータケーシング１０の上部である注水ポケット１７の第１注水口１８と、モータケーシング１０の下部であるヒートバリア２１の注出口とを、迂回するように接続する接続管４６を備えている。この接続管４６には、上向きに延びる部分にモータクーラ４７が配設されている。このモータクーラ４７は、低圧冷却水入口４８と低圧冷却水出口４９を備え、図示しない低圧冷却水供給機構から低圧冷却水が供給されることにより、接続管４６内を流動する昇温した冷却水を冷却する熱交換器である。
【００２９】
循環冷却注水機構５０は、モータケーシング１０を通過することにより昇温するとともに、ポンプケーシング３２内の熱水により昇温した冷却水（以下「昇温水」という。）を、圧力差によってモータケーシング１０の上端に自然循環（自己注水）するものである。この循環冷却注水機構５０は、モータケーシング１０の外側で上下方向に延びるように配管される第１配管部５１を備えている。この第１配管部５１は、下端がヒートバリア２１の断熱空間部２２のカバー２３を貫通し、内部に位置する注出孔３１に接続される。これにより第１配管部５１は、注出孔３１およびバランス室４２を介して軸貫通部２４に連通する。また、第１配管部５１は、その上端がモータケーシング１０の上端を越えて上方に位置するように延びている。この第１配管部５１の上端には、モータケーシング１０に循環注水するための第２配管部５２が接続されている。この第２配管部５２は、上端が第１配管部５１に接続（連通）され、モータケーシング１０の上方に向けて下向きに傾斜する傾斜管部５３と、この傾斜部から垂下するように屈曲して下端がモータケーシング１０の第２注水口２０に接続（連通）される垂直管部５４とを備えている。
【００３０】
そして、この第２配管部５２の垂直管部５４には、注水クーラ５５とオリフィス５８とが配設されている。注水クーラ５５は、循環冷却機構４５のモータクーラ４７と同様に、低圧冷却水入口５６と低圧冷却水出口５７を備え、図示しない低圧冷却水供給機構から低圧冷却水が供給されることにより、第２配管部５２内の昇温水を冷却する熱交換器である。オリフィス５８は、第２配管部５２からモータケーシング１０内へ注水する流体量を安定的に微量に維持するものである。
【００３１】
また、本実施形態の循環ポンプには、モータケーシング１０の内部で発生した気体、および、循環冷却注水機構５０内またはバランス室４２内で発生した気体を、外部に排出するためのガス排出機構５９が更に設けられている。このガス排出機構５９は、第１配管部５１の上端に、下端を接続（連通）した第３配管部６０を備えている。即ち、本実施形態では、第１配管部５１の上端に、第２配管部５２と第３配管部６０とが略Ｔ字形状をなすように分岐接続されている。そして、第２配管部５２は、昇温水を冷却してモータケーシング１０内に冷却水を循環注水するための注水管と、モータケーシング１０内のガスを排出するための排出管の役割をなす。第３配管部６０は、第１配管部５１の上端から更に上向きに傾斜して延び、その上端がポンプケーシング３２の吸込部３３へ熱水を供給する吸込側ボイラ配管６３に接続（連通）されている。そして、この第３配管部６０には、ガス抜き弁６１とオリフィス６２とが介設されている。ガス抜き弁６１は、常時全閉とした仕切弁であり、モータケーシング１０への初期冷却水充填時や、使用によってモータケーシング１０内にガスが滞留した際に、一時的に微開状態とすることにより、ガスを外部に排出するものである。オリフィス６２は、第３配管部６０内を流動する流体量が微量になるように抵抗を付与し、吸込側ボイラ配管６３内の熱水がモータケーシング１０内へ直接流入することを防止するものである。
【００３２】
このように構成した循環ポンプは、ポンプケーシング３２の吸込部３３に吸込側ボイラ配管６３が接続され、ポンプケーシング３２の吐出部３４に吐出側ボイラ配管６４が接続される。なお、吸込側ボイラ配管６３は、上端が循環ポンプの上端を越えて上方に延びるように配管されている。本実施形態の循環ポンプの使用例の１つである発電設備では、吐出側ボイラ配管６４が水を過熱して蒸気を生成するボイラに接続され、吸込側ボイラ配管６３が蒸気を高温の熱水とする復水器に接続される。そして、発電設備は、ボイラで生成された蒸気で、発電機に連結したタービンを回転させる。タービンを回転させた蒸気は、復水器によって高温の熱水に戻される。この熱水を本実施形態の循環ポンプにより循環供給する。
【００３３】
次に、第１実施形態の循環ポンプの動作について具体的に説明する。
【００３４】
まず、ヒートバリア２１の低圧冷却水路２８、循環冷却機構４５のモータクーラ４７、および、循環冷却注水機構５０の注水クーラ５５には、低圧冷却水供給機構から低圧冷却水が常に供給されている。
【００３５】
そして、稼働中には、回転軸３６の回転により、インペラ３９と冷却水循環用インペラ４４が回転する。これにより、ポンプケーシング３２では、インペラ３９の回転により、吸込側ボイラ配管６３を介して復水器から熱水を吸い込んで、ボイラへ循環供給する。また、モータケーシング１０内では、冷却水循環用インペラ４４の回転により、冷却水がモータケーシング１０内で下向きに流動する水流が付与される。そして、モータケーシング１０の下部の冷却水は、冷却水循環用インペラ４４による送水作用により接続管４６に吸い込まれ、モータクーラ４７にて冷却されて注水ポケット１７に循環供給される。
【００３６】
この際、循環冷却注水機構５０では、冷却水循環用インペラ４４の送水作用によって、昇温した昇温水を冷却してモータケーシング１０の上端に注水する。即ち、この循環ポンプでは、冷却水循環用インペラ４４が回転すると、その送水作用によって循環冷却注水機構５０のバランス室４２の内圧が、注水ポケット１７の内圧およびポンプケーシング３２の内圧より高くなる。これにより、モータケーシング１０内を通過することにより昇温するとともに、ポンプケーシング３２内の熱水により昇温したバランス室４２内の昇温水が、第１配管部５１および第２配管部５２を通り、注水クーラ５５にて冷却されてモータケーシング１０の上端の注水ポケット１７に注水される。その結果、ポンプケーシング３２内の熱水がバランス室４２内に流入することを防止できる。また、オリフィス５８によりモータケーシング１０内への注入量を調整できるため、バランス室４２内の昇温水がポンプケーシング３２内に流入することを抑制できる。
【００３７】
具体的には、図４に実線で示すように、冷却水循環用インペラ４４を通過したポンプケーシング３２内では、出口であるヒートバリア２１の軸貫通部２４の容積（開口面積）が小さいため、圧力が急激に高くなる。その後、軸貫通部２４より容積が大きいバランス室４２に至るまでに、徐々に圧力が低下する。そして、循環冷却機構４５では、破線で示すように、接続管４６を通して上方の注水ポケット１７に向かうに従って更に圧力が徐々に低くなる。一方、循環冷却注水機構５０では、軸貫通部２４を通過してバランス室４２に至ると、モータケーシング１０内より急勾配で圧力が低下する。しかし、注出孔３１の開口部では、注水ポケット１７より高圧となるように構成されている。そして、第１配管部５１では、上方に進むにつれて徐々に圧力が低くなる。但し、この状態での圧力は、バランス室４２内の圧力より低い。その後、第２配管部５２の注水クーラ５５を通過する間に圧力が徐々に低下し、注水クーラ５５の通過後にはオリフィス５８を通過するまで略定圧に維持される。オリフィス５８を通過して容積が大きい注水ポケット１７に至ると、急激に圧力が低下した後、冷却水循環用インペラ４４を通過する。なお、第１配管部５１の上端より更に上方に延びる第３配管部６０では、オリフィス６２を通過するまで更に圧力が徐々に低下し、オリフィス６２を通過すると急激に低下する。
【００３８】
このように、循環ポンプの稼働中には、循環冷却機構４５および循環冷却注水機構５０によって、モータケーシング１０内の冷却水を下部から上部へ循環供給することができる。そのため、インペラ３９の熱水通水孔４３を通してバランス室４２内に流入しようとする熱水は、その通水作用によってバランス室４２内への流入が防止される。よって、ヒートバリア２１の軸貫通部２４を通して、ポンプケーシング３２内の熱水がモータケーシング１０内に流入することはないうえ、モータケーシング１０内の冷却水がポンプケーシング３２内に流入することはない。その結果、モータケーシング１０内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できる。また、ポンプケーシング３２内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【００３９】
一方、暖待機中には、回転軸３６が停止されるため、インペラ３９と冷却水循環用インペラ４４が停止している。これにより、ポンプケーシング３２では、熱水の循環供給が停止される。また、モータケーシング１０では、冷却水循環用インペラ４４による冷却水の水流（循環）が停止される。よって、従来では、この暖待機状態でモータケーシング１０およびポンプケーシング３２の間で水の置換現象が生じる。しかし、本実施形態では、暖待機中にも循環冷却注水機構５０によって循環注水が行われるため、水の置換現象を防止できる。
【００４０】
即ち、この暖待機中には、モータケーシング１０内の通過により昇温するとともに、ポンプケーシング３２内の熱水により昇温したバランス室４２内の昇温水が、第１配管部５１の上端の分岐点まで充満している。同様に、分岐点より下流側の第２配管部５２内にも昇温水が充満するが、この第２配管部５２では昇温水が注水クーラ５５にて冷却される。そのため、第１配管部５１内の第１水柱の密度と第２配管部５２内（垂直管部５４内）の第２水柱の密度とを比較すると、第２水柱の密度が高くなる。よって、これらの水柱は、同一水頭であっても静的圧力が異なる。その結果、この圧力差が駆動力となって、ヒートバリア２１の軸貫通部２４内から下方に降り、バランス室４２を通って第１配管部５１を上昇し、モータケーシング１０の上端へ向かう水流（自然循環流）が付与される。
【００４１】
具体的には、図５に示すように、第１配管部５１から第２配管部５２の注水クーラ５５の低圧冷却水入口５６に至るまでの水温は同一であり、密度も同一である。一方、注水クーラ５５に流入した昇温水は、低圧冷却水によって徐々にかつ十分に冷却され、それに伴って密度が徐々に高くなる。このような両水柱の熱的各平衡における各温度分布の相違に基づく静的圧力差が、循環回路の注水の流れによる総圧力損失と平衡するような自然循環流（流体の密度流）を形成する。そして、モータケーシング１０内に第２水柱を構成する冷却水が注入されると、モータケーシング１０内および循環冷却機構４５の接続管４６内を下向きに流動する。ついで、出口であるヒートバリア２１の軸貫通部２４に至ると、熱水との置換作用によりバランス室４２に至るまでに水温が徐々に上がり、それに従って密度が徐々に低下する。その結果、バランス室４２内の昇温水が、モータケーシング１０の上端からの注入作用により、第１配管部５１内を介して、第２配管部５２の注水クーラ５５に流入して冷却される自己注水流を形成する。
【００４２】
このように、本発明の循環ポンプでは、暖待機中においても循環冷却注水機構５０によって、モータケーシング１０内の冷却水を下部へ降ろして第１配管部５１を介してモータケーシング１０の上部へ循環供給することができる。そのため、インペラ３９の熱水通水孔４３を通してバランス室４２内に流入しようとする熱水は、その通水作用によってバランス室４２内への流入が防止される。よって、ヒートバリア２１の軸貫通部２４を通して、ポンプケーシング３２内の熱水がモータケーシング１０内に流入することはないうえ、モータケーシング１０内の冷却水がポンプケーシング３２内に流入することはない。その結果、モータケーシング１０内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できる。また、ポンプケーシング３２内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【００４３】
なお、モータケーシング１０内では、気体の１つである溶解ガスが経時的に自然発生することがある。そして、このガスは、稼働時に回転軸３６を空運転現象を生じさせる。このモータケーシング１０内で発生したガスは、モータケーシング１０の上端である注水ポケット１７に溜まる。しかし、本実施形態では、モータケーシング１０の上端に第２配管部５２を接続している。そのため、稼働中および暖待機中のいずれの状態でも、ガス抜き弁６１を一時的に開放することにより、高圧なモータケーシング１０内のガスを外部に排出することができる。
【００４４】
具体的には、稼働中には、冷却水循環用インペラ４４の回転により、ポンプケーシング３２の内圧よりバランス室４２の内圧が高い。同様に、吸込側ボイラ配管６３の流れによる圧力損失は小さいため、吸込側ボイラ配管６３と第３配管部６０との分岐接続部の圧力より、バランス室４２の圧力が高くなる。したがって、この稼働中にガス抜き弁６１を一時的に開操作した場合は、圧力差によって第１配管部５１を経由して、バランス室４２の熱水が、吸込側ボイラ配管６３に流出する。この熱水の流出に伴い、配管部５１，５２，６０内やモータケーシング１０の上部に溜まったガスを吸込側ボイラ配管６３へ排出できる。
【００４５】
一方、暖待機中には、熱水の循環供給による流れがないため、ポンプケーシング３２内とバランス室４２は同一圧力である。また、吸込側ボイラ配管６３でも流れが無いため、吸込側ボイラ配管６３と第３配管部６０の分岐接続点とバランス室４２も同一圧力である。この状態で、ガス抜き弁６１を一時的に開操作すると、配管部５１，５２，６０内やモータケーシング１０の上部に溜まったガスが、吸込側ボイラ配管６３に向かって移動する。但し、暖待機状態でのガス抜きは、注水クーラ５５およびモータクーラ４７で構成される冷水柱と、これに相当する高さの吸込側ボイラ配管６３の熱水柱の間で、吸込側ボイラ配管６３からモータケーシング１０へ向けた水流が発生する。しかし、その流速は極めて小さく、モータケーシング１０内のガスが連続的または気泡状に吸込側ボイラ配管側へ逃げ去ることを妨げるものでない。
【００４６】
そして、これら稼働中および暖待機中のガス抜きによる双方向の流体移動量は、オリフィス６２による流体抵抗を調整することで調整できる。なお、使用中にモータケーシング１０内にガスが溜まると、上部が気相となるため、注水クーラ５５の冷却機能が不足する。よって、このガスの発生状況は、モータケーシング１０内の冷却水温度を検出するための温度センサを配設することにより、検出することができる。そのため、温度センサの検出値が、予め設定したしきい値を越えると、ガス抜き弁６１を短時間開操作することにより、ガス排出処理を手動または自動で実行するように構成することが好ましい。
【００４７】
このように、本発明の循環ポンプでは、ヒートバリア２１の軸貫通部２４と連通する第１配管部５１と、注水クーラ５５を配設した第２配管部５２とを備えた循環冷却注水機構５０により、稼働中および暖待機中のいずれの状態でも、ヒートバリア２１の軸貫通部中の昇温水を冷却してモータケーシング１０の上部に循環注水する水流を付与できる。よって、ヒートバリア２１の軸貫通部２４を通して、ポンプケーシング３２内の熱水がモータケーシング１０内に流入することはないうえ、モータケーシング１０内の冷却水がポンプケーシング３２内に流入することはない。その結果、モータケーシング１０内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できる。また、ポンプケーシング３２内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【００４８】
また、循環冷却注水機構５０による自己注水量は、第２配管部５２に介設したオリフィス５８により調整できる。即ち、このオリフィス５８による流体抵抗を調整することにより、循環冷却注水機構５０による強制循環量を調整（削減）できる。その結果、稼働中には、冷却水循環用インペラ４４の軸動力を削減し、注水クーラ５５での昇温水の熱除去（熱損失）を削減できる。また、暖待機中には、自己注水量に比例するポンプケーシング３２内の熱水の熱量損失を削減し、注水クーラ５５での除去熱量を削減できる。そして、冷却水から熱水までの温度範囲に対して、適切な自己注水量を調整および設定することにより、ヒートバリア２１の軸貫通部２４の隙間に一定の下向き流速を与え、ポンプケーシング３２内の熱水がモータケーシング１０内に浸入することを効果的に防止できる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、第１配管部５１の上端に吸込側ボイラ配管６３に連通する第３配管部６０を更に設けるとともに、第３配管部６０にガス抜き弁６１を介設しているため、モータケーシング１０内にて、経時的に自然発生した気体をモータケーシング１０の外部に排出できる。よって、稼働中に回転軸３６が空運転状態となることによる損傷を防止できる。
【００５０】
そして、本発明の循環ポンプは、モータケーシング１０の下部にポンプケーシング３２を位置させた正立式のものであるため、設備の構築時には、モータケーシング１０および循環冷却機構４５を配設するための大掛かりな基礎や建屋が不要であるため、設備構築費用を低減できる。
【００５１】
（第２実施形態）
図６は第２実施形態の循環ポンプを示す。この第２実施形態では、第１配管部５１を軸貫通部２４の中間位置に接続した点で、第１実施形態と相違する。具体的には、第２実施形態では、ヒートバリア２１における軸貫通部２４の下部に、径方向外向きに広がったバッファ室６５が設けられている。そして、ヒートバリア２１には、このバッファ室６５内に開口するように、第１配管部５１を接続する注出孔３１が設けられている。
【００５２】
また、バッファ室６５には、バランス室４２の側に連通する下端開口部にスロットルブッシュ６６が設けられている。また、回転軸３６を構成する回転軸本体３７の貫通軸部３７ａには、スロットルブッシュ６６の径方向内側に位置するようにスロットルリング６７が配設されている。そして、これらスロットルブッシュ６６とスロットルリング６７の間の隙間の設定により、モータケーシング１０からバッファ室６５内に流入する冷却水量、および、ポンプケーシング３２からモータケーシング１０へ流入しようとする熱水量を調整している。
【００５３】
このように構成した第２実施形態の循環ポンプは、回転軸３６を回転させた稼働中、および、回転軸３６の回転を停止した暖待機中のいずれの状態でも、第１実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【００５４】
（第３実施形態）
図７乃至図１０は第３実施形態の循環ポンプを示す。この第３実施形態では、図７に示すように、第１配管部５１を軸貫通部２４の上部に接続した点で、第１実施形態と相違する。具体的には、第３実施形態では、図８に示すように、高圧冷却水路２７と平行に位置するように、注出孔３１を設け、この注出孔３１、軸貫通部２４および高圧冷却水路２７と交差しないように、低圧冷却水路２８を構成する貫通孔２９ａ〜２９ｄを形成している。なお、図７，９，１０では、高圧冷却水路２７および注出孔３１を図示するために、形式的に対向位置に配置したものである。
【００５５】
このように構成した第３実施形態では、循環冷却注水機構５０は、第１実施形態と比較してヒートバリア２１の軸貫通部２４を通過する前に、モータケーシング１０へ冷却水を循環供給する。そのため、図９に示すように、ヒートバリア２１の軸貫通部２４およびバランス室４２を通過することによる圧力変動を削減できる。よって、稼働時の循環冷却注水機構５０による自己循環流を容易に設定できる。
【００５６】
また、暖待機中には、図１０に示すように、冷却水がポンプケーシング３２内の熱水で昇温することを抑制できる。そのため、モータケーシング１０内の冷却水として使用可能な温度帯まで冷却する温度差が小さいため、注水クーラ５５での除熱冷却量が小さくなり、熱水の熱量損失も小さくできる。また、モータケーシング１０内の冷却水の水質は、熱水と比較してマグネタイト粒子やスケール成分が少ないため、上側スリーブ１３、モータステータ１４および下側スリーブ２６などの軸受けや合成樹脂絶縁物などの摩耗を抑制できる。
【００５７】
（第４実施形態）
図１１は第４実施形態の循環ポンプを示す。この第４実施形態では、第２配管部５２に、注水クーラ５５によって冷却した冷却水をモータケーシング１０内へ強制的に供給するポンプ６８を配設した点で、第１実施形態と相違している。このポンプ６８は、循環冷却注水機構５０の第２配管部５２において、注水クーラ５５の下流側に介設したキャンドモータ式ポンプからなる。このキャンドモータ式のポンプ６８は、モータのコイルを缶（キャン）に収めて防水し、水中でも使用できるようにしたものである。
【００５８】
このように構成した第４実施形態は、回転軸３６を回転させた稼働中には、冷却水循環用インペラ４４の駆動により、注出孔３１での圧力が第２注水口２０の圧力より高くなることはない。よって、ポンプ６８を駆動しなくても確実に循環冷却注水機構５０による循環注水流を形成することができる。よって、第１実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【００５９】
一方、回転軸３６の回転を停止した暖待機中には、ガス抜き弁６１の一時的な開操作時や、この循環ポンプを接続した設備の予期しない故障時などに、吸込側ボイラ配管６３内の圧力や、水温に急激な変動が生じた場合、自己注入（密度）流が減少、中断または逆流する可能性がある。しかし、本実施形態では、暖待機中にポンプ６８を駆動させることにより、予期せぬ圧力変動などが生じても確実にヒートバリア２１の軸貫通部２４からモータケーシング１０の上端へ向かう水流を付与できるとともに、モータケーシング１０内の冷却水が外部に流出することを防止できる。よって、確実にモータケーシング１０内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できる。
【００６０】
また、モータケーシング１０内のガスを排出する際には、ポンプ６８を停止した状態でガス抜き弁６１を一時的に開操作することにより、各実施形態と同様に、ガスを排出できる。
【００６１】
なお、本発明の循環ポンプは、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００６２】
例えば、各実施形態では、稼働中に循環冷却機構４５と循環冷却注水機構５０の２つの閉回路にて冷却水を循環供給する構成としたが、稼働中は循環冷却機構４５による循環冷却作用で十分な機能を果たすことができる。よって、循環冷却注水機構５０の第１配管部５１または第２配管部５２に閉止弁を配設し、暖待機中のみ開状態として循環注水作用を行うようにしてもよい。
【００６３】
また、第４実施形態では、ポンプ６８を第２配管部５２に介設したが、第１配管部５１に介設してもよい。また、第４実施形態では、第１実施形態に示す循環ポンプに強制循環用のポンプ６８を配設したが、第２または第３実施形態に示す循環ポンプに強制循環用のポンプ６８を配設してもよい。
【００６４】
そして、前記実施形態では、本発明の循環ポンプを発電設備に使用する例を挙げて説明したが、使用用途は発電設備に限られるものではない。
【符号の説明】
【００６５】
１０…モータケーシング
１７…注水ポケット
２１…ヒートバリア
２４…軸貫通部
３１…注出孔
３２…ポンプケーシング
３３…吸込部
３４…吐出部
３６…回転軸
３９…インペラ
４２…バランス室
４４…冷却水循環用インペラ
４５…循環冷却機構
４６…接続管
４７…モータクーラ
５０…循環冷却注水機構
５１…第１配管部
５２…第２配管部
５５…注水クーラ
５８…オリフィス
５９…ガス排出機構
６０…第３配管部
６１…ガス抜き弁
６３…吸込側ボイラ配管
６４…吐出側ボイラ配管
６５…バッファ室
６８…ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電設備や原子力発電設備などにおいてボイラに熱水を循環供給するための循環ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の循環ポンプは、上部にポンプケーシングが設けられ、下部にモータケーシングが設けられている。これらケーシングには１本の回転軸が貫通され、ポンプケーシング内に位置する上端にインペラが配設されている。そして、循環ポンプは、回転軸が回転されることにより、熱水をポンプケーシングの吸込部から吸い込んで吐出部から吐出する。また、モータケーシング内では、回転軸の回転による熱を冷却するための冷却水が、循環冷却機構によって冷却されながら循環される（特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この循環ポンプは、ポンプケーシングの配設スペースの下部に、モータケーシングを配設するためのスペースと、循環冷却機構を配設するためのスペースとが更に必要である。そのため、設備の構築費用が極めて高くなるうえ、メンテナンス作業も極めて煩雑である。即ち、ポンプケーシングを地面上に位置するように設置する場合には、モータケーシングおよび循環冷却機構を配設するためのスペースを確保するために、機場を大きく掘り起こす必要がある。逆に、モータケーシングおよび循環冷却機構を地面上に位置するように設置する場合には、モータケーシングおよびモータケーシングに接続する接続管等を地上の高い位置に設置するための基礎や建屋を設ける必要がある。そのため、設備の構築費用が極めて高くなる。
【０００４】
この問題を解消するには、ポンプケーシングがモータケーシングの下側に位置するように設置（正立式）することが考えられる。このようにすれば、大掛かりな基礎や建屋が不要となるため、構築費用を低減できる。
【０００５】
しかしながら、循環ポンプを正立配置した場合には、回転軸の回転を停止した暖待機中に、下方のポンプケーシング内の熱水と、上方のモータケーシング内の冷却水が、中間に位置するヒートバリアの軸貫通部を通して自然対流する。これにより、モータケーシング内にはポンプケーシング側の熱水が浸入する一方、ポンプケーシング内にはモータケーシング側の冷却水が浸入する。その結果、この水の置換現象により、モータケーシング内の冷却水の水温が上昇し、モータ機構が過熱されるという問題（モータ絶縁物の熱的損傷）が生じる。また、ポンプケーシング内の熱水（缶水）が冷却されるという問題（ボイラ熱量の損失）が生じる。なお、この問題は、ポンプケーシングをモータケーシングの上部に位置させて倒立配置した場合には生じない。また、正立式および倒立式のいずれでも、回転軸を回転させた稼働中には、循環冷却機構によって冷却水が循環される水流により生じない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３８２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、設備構築費用を低減可能な正立式とし、この正立式で生じる水の置換現象による問題を解消できる循環ポンプを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の循環ポンプは、上端に位置するモータケーシングからヒートバリアの軸貫通部を通して下端に位置するポンプケーシングにかけて配設した回転軸の回転により、前記ポンプケーシング内に配設したインペラを回転させて熱水を前記ポンプケーシングの吸込部から吸い込んで吐出部から吐出する一方、前記モータケーシング内の冷却水を循環冷却機構によって冷却しながら循環させるようにした循環ポンプであって、下端が前記ヒートバリアの軸貫通部と連通し上端が前記モータケーシングを越えて上方に延びる第１配管部と、上端が前記第１配管部の上端に連通し下端が前記モータケーシングの上端に連通する第２配管部と、この第２配管部に介設され内部の熱水を冷却する熱交換器とを備え、前記ヒートバリアの軸貫通部内に位置する熱水または軸貫通部に流入する熱水を前記熱交換器で冷却して前記モータケーシングの上端に循環注水する循環冷却注水機構を設けた構成としている。
【０００９】
この循環ポンプは、モータケーシングの下部にポンプケーシングを位置させた正立式のものである。そのため、設備の構築時には、モータケーシングおよび循環冷却機構を配設するための大掛かりな基礎や建屋が不要であるため、設備構築費用を低減できる。また、ヒートバリアの軸貫通部と連通する第１配管部と、熱交換器を配設した第２配管部とを備えた循環冷却注水機構により、暖待機中にヒートバリアの軸貫通部中の昇温水を冷却してモータケーシングの上部に循環注水する水流を付与できる。
【００１０】
具体的には、第１配管部の下端には、モータケーシング内を通過することにより昇温するとともに、ポンプケーシング内の熱水により昇温した昇温水が位置し、この昇温水が第１および第２配管部内に充満される。そして、第２配管部内の昇温水からなる第２水柱は、熱交換器により冷却されるため、第１配管部に形成された第１水柱より密度が高くなる。そのため、これらの水柱は、同一水頭であるが静的圧力が異なる。よって、この圧力差が駆動力となって、ヒートバリアの軸貫通部内からモータケーシングの上端へ向かう水流を付与できる。これにより、ヒートバリアの軸貫通部を通してポンプケーシングからモータケーシングへ流入しようとする昇温水は、この循環冷却注水機構により十分に冷却された冷却水としてモータケーシングの上端に注入される。
【００１１】
このように、本発明の循環ポンプは、循環冷却注水機構によって暖待機中にもモータケーシングの下端から上端へ冷却水を循環供給する水流を形成できる。よって、ヒートバリアの軸貫通部を通して、ポンプケーシング内の熱水がモータケーシング内に流入することはないうえ、モータケーシング内の冷却水がポンプケーシング内に流入することはない。その結果、モータケーシング内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できる。また、ポンプケーシング内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【００１２】
この循環ポンプでは、下端が前記第１配管部の上端に連通し、上端が前記ポンプケーシングの吸込部へ熱水を供給する吸込側ボイラ配管に連通する第３配管部を更に備えることが好ましい。このようにすれば、モータケーシング内にて、経時的に自然発生する可能性がある気体の１つである溶解ガスをモータケーシングの外部に排出できるため、回転軸が空運転状態となることによる損傷を防止できる。
この場合、前記第３配管部に、前記モータケーシング内の気体または前記注水配管内の気体を外部に排出するガス抜き弁を配設することが好ましい。
【００１３】
また、前記第２配管部に、前記モータケーシング内へ液体を供給するポンプを配設することが好ましい。このようにすれば、予期せぬ圧力変動が生じても確実にヒートバリアの軸貫通部からモータケーシングの上端へ向かう水流を付与できるとともに、モータケーシング内の冷却水が外部に流出することを防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の循環ポンプは、モータケーシングの下部にポンプケーシングを位置させた正立式のものであるため、モータケーシングおよび循環冷却機構を配設するために大掛かりな基礎や建屋が不要であり、設備構築費用を低減できる。また、循環冷却注水機構により、ヒートバリアの軸貫通部から昇温した昇温水を冷却してモータケーシングの上端へ供給するため、ポンプケーシング内の熱水がモータケーシング内に流入することを抑制できるとともに、モータケーシング内の冷却水がポンプケーシング内に流入することを抑制できる。よって、モータケーシング内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できるうえ、ポンプケーシング内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る第１実施形態の循環ポンプを示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】図２の要部断面図である。
【図４】第１実施形態の循環ポンプの稼働中の水流および圧力分布を示す断面図である。
【図５】第１実施形態の循環ポンプの暖待機中の水流、温度分布および密度分布を示す断面図である。
【図６】第２実施形態の循環ポンプを示す要部拡大断面図である。
【図７】第３実施形態の循環ポンプを示す断面図である。
【図８】図７の要部断面図である。
【図９】第３実施形態の循環ポンプの稼働中の水流および圧力分布を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態の循環ポンプの暖待機中の水流、温度分布および密度分布を示す断面図である。
【図１１】第４実施形態の循環ポンプを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１乃至図５は、本発明の第１実施形態に係る循環ポンプを示す。この循環ポンプは、上側に位置するモータケーシング１０と、モータケーシング１０の下部に位置するヒートバリア２１と、ヒートバリア２１の下部に位置するポンプケーシング３２とを備えている。そして、これらの内部には回転軸３６が回転可能に支持され、その下端にインペラ３９が配設されるとともに、上端に冷却水循環用インペラ４４が配設されている。また、モータケーシング１０には、内部の冷却水を冷却して循環させる循環冷却機構４５が接続されている。そして、本実施形態では、ヒートバリア２１に、昇温した冷却水を冷却してモータケーシング１０の上端に循環注水する循環冷却注水機構５０を更に設けたものである。
【００１８】
モータケーシング１０は、略円筒状をなすモータケーシング本体１１の上端を冷却水用インペラケース１５によって塞いたものである。モータケーシング本体１１は、上端閉塞部の中心に軸方向に沿って貫通する回転軸支持部１２が設けられている。この回転軸支持部１２は、モータケーシング本体１１内に向けて延びる円筒状をなし、その内周部には上側スリーブ１３が配設されている。また、モータケーシング本体１１には、内部中間位置にモータステータ１４が配設されている。このモータステータ１４は、コアの周囲にコイルが巻回されたものである。
【００１９】
冷却水用インペラケース１５は略円錐筒形状をなし、その下端開口部に冷却水用インペラ配設部１６が形成されている。この冷却水用インペラ配設部１６の上部には、略円柱状をなす空間からなる注水ポケット１７が形成されている。この注水ポケット１７の外周部には、循環冷却機構４５の接続管４６を接続する第１注水口１８が設けられている。この冷却水用インペラケース１５の上端開口は、モータカバー１９により塞がれている。このモータカバー１９には、循環冷却注水機構５０の第２配管部５２を接続する第２注水口２０が設けられている。
【００２０】
ヒートバリア２１は、モータケーシング１０の下部に水密状態で配設されている。図２に示すように、ヒートバリア２１は、内部に断熱空間部２２を備えている。この断熱空間部２２は、外周部から径方向内向きに窪む凹部からなり、その外周の開口部がカバー２３により閉塞されている。ヒートバリア２１には、中心に位置するように軸方向に貫通する孔からなる軸貫通部２４が設けられている。この軸貫通部２４の上部は、拡径された回転軸支持部２５とされている。この回転軸支持部２５の内部には、回転軸３６の下部を回転可能に支持する下側スリーブ２６が配設されている。また、ヒートバリア２１には、外周部から回転軸支持部２５にかけて径方向に貫通する高圧冷却水路２７が設けられている。この高圧冷却水路２７の外側端部は、循環冷却機構４５の接続管４６を接続する注出口を構成する。
【００２１】
さらに、ヒートバリア２１には、断熱空間部２２の上側に位置するように、低圧冷却水路２８が設けられている。この低圧冷却水路２８は、図３に示すように、軸貫通部２４および高圧冷却水路２７と交差することなく、軸貫通部２４の外周に位置するように穿設した複数（本実施形態では４本）の直線的な貫通孔２９ａ〜２９ｄにより構成される。例えば、第１の貫通孔２９ａの一端を流入口とし、他端を閉塞する。また、第１の貫通孔２９ａと交差するように第２の貫通孔２９ｂを形成し、その両端を閉塞する。さらに、第２の貫通孔２９ｂと交差するように第３の貫通孔２９ｃを形成し、その両端を閉塞する。そして、第３の貫通孔２９ｃと交差するように第４の貫通孔２９ｄを形成し、その一端を閉塞し、他端を流出口とする。これにより、第１の貫通孔２９ａの一端の流入口から第４の貫通孔２９ｄの他端の流出口にかけて連通した水路を形成する。そして、この水路に図示しない低圧冷却水供給機構からの低圧冷却水を通水することにより、モータケーシング１０の側とポンプケーシング３２の側との遮熱を図る構成としている。なお、図１および図２は、高圧冷却水路２７および低圧冷却水路２８を図示するために、形式的に対向位置に配置したものである。
【００２２】
そして、本実施形態のヒートバリア２１には、図２に示すように、インペラ３９との間に軸貫通部２４と連通するバランス室４２を形成するための第１バランスリング３０が円環状をなすように設けられている。また、ヒートバリア２１には、断熱空間部２２から第１バランスリング３０内に貫通する注出孔３１が設けられている。
【００２３】
ポンプケーシング３２は、略半球形状をなす中空状のもので、ヒートバリア２１の下部に水密状態で配設されている。このポンプケーシング３２には、モータケーシング１０の軸方向に沿って突出する円筒状の吸込部３３が設けられるとともに、この吸込部３３の軸方向に対して交差するように径方向外向きに突出する円筒状の吐出部３４が設けられている。ポンプケーシング３２の内部は、吸込部３３から吸い込んだ熱水を吐出部３４へ案内するためのガイドベーン３５により区画されている。
【００２４】
回転軸３６は、中空状をなすモータケーシング１０内からポンプケーシング３２内にかけて、ヒートバリア２１の軸貫通部２４を貫通させて配設されたものである。本実施形態では、モータケーシング本体１１内に配設される回転軸本体３７と、ポンプケーシング３２内に配設されるインペラ３９に形成した軸部３９ａと、冷却水用インペラケース１５内に配設される冷却水循環用インペラ４４に形成した軸部４４ａとを、一体的に連結することにより１本の回転軸３６を構成している。回転軸本体３７の下部には、ヒートバリア２１の軸貫通部２４を貫通する貫通軸部３７ａが設けられ、その下端にインペラ３９を貫通して固定する固定軸部３７ｂが設けられている。なお、インペラ３９および冷却水循環用インペラ４４の軸部３９ａ，４４ａは、回転軸本体３７と一体成形することも可能である。
【００２５】
この回転軸３６は、上側スリーブ１３とモータステータ１４と下側スリーブ２６とで、回転可能に支持されている。また、回転軸３６には、モータステータ１４に対して径方向内側に位置するようにモータロータ３８が設けられている。このモータロータ３８は、磁石（図示せず）を内蔵しており、モータケーシング１０の外部に位置する磁石（図示せず）の回転により、回転軸３６を一体的に回転させるものである。
【００２６】
インペラ３９は、ポンプケーシング３２のガイドベーン３５内に配設されている。このインペラ３９には、円板状をなす主板から回転軸本体３７に連結される軸部３９ａが突設されるとともに、固定軸部３７ａを貫通する貫通孔が設けられている。インペラ３９の主板の下面側にはインペラ羽根４０が設けられ、このインペラ羽根４０により、ポンプケーシング３２の吸込部３３から吸い込んだ熱水を吐出部３４から吐出する。そして、本実施形態のインペラ３９には、主板の上端面から環状をなすように上向きに突出し、ヒートバリア２１の第１バランスリング３０の内面に摺接する第２バランスリング４１が設けられている。これにより、ヒートバリア２１とインペラ３９との間には、軸貫通部２４と連通するバランス室４２が形成される。また、インペラ３９の主板には、インペラ羽根４０を設けた下側面から第２バランスリング４１内（バランス室４２内）に位置するように上端面にかけて貫通する熱水通水孔４３が設けられている。
【００２７】
冷却水循環用インペラ４４は、回転軸３６を回転させた稼働中に、モータケーシング１０内の冷却水を循環供給する循環冷却機構４５の一部を構成するもので、図１に示すように、モータケーシング１０の冷却水用インペラケース１５内に配設されている。この冷却水循環用インペラ４４には、円板状をなす主板から回転軸本体３７に連結される軸部４４ａが突設されている。この冷却水循環用インペラ４４は、注水ポケット１７内を臨むように開口した吸込流路と、この吸込流路の下端から放射状をなすように径方向外向きに延びる吐出流路とが形成されている。この流路により冷却水循環用インペラ４４は、上方の注水ポケット１７内の冷却水を下向きに吸い込んで径方向外向きに吐出することにより、回転軸支持部１２を通してモータケーシング本体１１内で下向きの水流を付与する。
【００２８】
循環冷却機構４５は、モータケーシング１０の上部である注水ポケット１７の第１注水口１８と、モータケーシング１０の下部であるヒートバリア２１の注出口とを、迂回するように接続する接続管４６を備えている。この接続管４６には、上向きに延びる部分にモータクーラ４７が配設されている。このモータクーラ４７は、低圧冷却水入口４８と低圧冷却水出口４９を備え、図示しない低圧冷却水供給機構から低圧冷却水が供給されることにより、接続管４６内を流動する昇温した冷却水を冷却する熱交換器である。
【００２９】
循環冷却注水機構５０は、モータケーシング１０を通過することにより昇温するとともに、ポンプケーシング３２内の熱水により昇温した冷却水（以下「昇温水」という。）を、圧力差によってモータケーシング１０の上端に自然循環（自己注水）するものである。この循環冷却注水機構５０は、モータケーシング１０の外側で上下方向に延びるように配管される第１配管部５１を備えている。この第１配管部５１は、下端がヒートバリア２１の断熱空間部２２のカバー２３を貫通し、内部に位置する注出孔３１に接続される。これにより第１配管部５１は、注出孔３１およびバランス室４２を介して軸貫通部２４に連通する。また、第１配管部５１は、その上端がモータケーシング１０の上端を越えて上方に位置するように延びている。この第１配管部５１の上端には、モータケーシング１０に循環注水するための第２配管部５２が接続されている。この第２配管部５２は、上端が第１配管部５１に接続（連通）され、モータケーシング１０の上方に向けて下向きに傾斜する傾斜管部５３と、この傾斜部から垂下するように屈曲して下端がモータケーシング１０の第２注水口２０に接続（連通）される垂直管部５４とを備えている。
【００３０】
そして、この第２配管部５２の垂直管部５４には、注水クーラ５５とオリフィス５８とが配設されている。注水クーラ５５は、循環冷却機構４５のモータクーラ４７と同様に、低圧冷却水入口５６と低圧冷却水出口５７を備え、図示しない低圧冷却水供給機構から低圧冷却水が供給されることにより、第２配管部５２内の昇温水を冷却する熱交換器である。オリフィス５８は、第２配管部５２からモータケーシング１０内へ注水する流体量を安定的に微量に維持するものである。
【００３１】
また、本実施形態の循環ポンプには、モータケーシング１０の内部で発生した気体、および、循環冷却注水機構５０内またはバランス室４２内で発生した気体を、外部に排出するためのガス排出機構５９が更に設けられている。このガス排出機構５９は、第１配管部５１の上端に、下端を接続（連通）した第３配管部６０を備えている。即ち、本実施形態では、第１配管部５１の上端に、第２配管部５２と第３配管部６０とが略Ｔ字形状をなすように分岐接続されている。そして、第２配管部５２は、昇温水を冷却してモータケーシング１０内に冷却水を循環注水するための注水管と、モータケーシング１０内のガスを排出するための排出管の役割をなす。第３配管部６０は、第１配管部５１の上端から更に上向きに傾斜して延び、その上端がポンプケーシング３２の吸込部３３へ熱水を供給する吸込側ボイラ配管６３に接続（連通）されている。そして、この第３配管部６０には、ガス抜き弁６１とオリフィス６２とが介設されている。ガス抜き弁６１は、常時全閉とした仕切弁であり、モータケーシング１０への初期冷却水充填時や、使用によってモータケーシング１０内にガスが滞留した際に、一時的に微開状態とすることにより、ガスを外部に排出するものである。オリフィス６２は、第３配管部６０内を流動する流体量が微量になるように抵抗を付与し、吸込側ボイラ配管６３内の熱水がモータケーシング１０内へ直接流入することを防止するものである。
【００３２】
このように構成した循環ポンプは、ポンプケーシング３２の吸込部３３に吸込側ボイラ配管６３が接続され、ポンプケーシング３２の吐出部３４に吐出側ボイラ配管６４が接続される。なお、吸込側ボイラ配管６３は、上端が循環ポンプの上端を越えて上方に延びるように配管されている。本実施形態の循環ポンプの使用例の１つである発電設備では、吐出側ボイラ配管６４が水を過熱して蒸気を生成するボイラに接続され、吸込側ボイラ配管６３が蒸気を高温の熱水とする復水器に接続される。そして、発電設備は、ボイラで生成された蒸気で、発電機に連結したタービンを回転させる。タービンを回転させた蒸気は、復水器によって高温の熱水に戻される。この熱水を本実施形態の循環ポンプにより循環供給する。
【００３３】
次に、第１実施形態の循環ポンプの動作について具体的に説明する。
【００３４】
まず、ヒートバリア２１の低圧冷却水路２８、循環冷却機構４５のモータクーラ４７、および、循環冷却注水機構５０の注水クーラ５５には、低圧冷却水供給機構から低圧冷却水が常に供給されている。
【００３５】
そして、稼働中には、回転軸３６の回転により、インペラ３９と冷却水循環用インペラ４４が回転する。これにより、ポンプケーシング３２では、インペラ３９の回転により、吸込側ボイラ配管６３を介して復水器から熱水を吸い込んで、ボイラへ循環供給する。また、モータケーシング１０内では、冷却水循環用インペラ４４の回転により、冷却水がモータケーシング１０内で下向きに流動する水流が付与される。そして、モータケーシング１０の下部の冷却水は、冷却水循環用インペラ４４による送水作用により接続管４６に吸い込まれ、モータクーラ４７にて冷却されて注水ポケット１７に循環供給される。
【００３６】
この際、循環冷却注水機構５０では、冷却水循環用インペラ４４の送水作用によって、昇温した昇温水を冷却してモータケーシング１０の上端に注水する。即ち、この循環ポンプでは、冷却水循環用インペラ４４が回転すると、その送水作用によって循環冷却注水機構５０のバランス室４２の内圧が、注水ポケット１７の内圧およびポンプケーシング３２の内圧より高くなる。これにより、モータケーシング１０内を通過することにより昇温するとともに、ポンプケーシング３２内の熱水により昇温したバランス室４２内の昇温水が、第１配管部５１および第２配管部５２を通り、注水クーラ５５にて冷却されてモータケーシング１０の上端の注水ポケット１７に注水される。その結果、ポンプケーシング３２内の熱水がバランス室４２内に流入することを防止できる。また、オリフィス５８によりモータケーシング１０内への注入量を調整できるため、バランス室４２内の昇温水がポンプケーシング３２内に流入することを抑制できる。
【００３７】
具体的には、図４に実線で示すように、冷却水循環用インペラ４４を通過したポンプケーシング３２内では、出口であるヒートバリア２１の軸貫通部２４の容積（開口面積）が小さいため、圧力が急激に高くなる。その後、軸貫通部２４より容積が大きいバランス室４２に至るまでに、徐々に圧力が低下する。そして、循環冷却機構４５では、破線で示すように、接続管４６を通して上方の注水ポケット１７に向かうに従って更に圧力が徐々に低くなる。一方、循環冷却注水機構５０では、軸貫通部２４を通過してバランス室４２に至ると、モータケーシング１０内より急勾配で圧力が低下する。しかし、注出孔３１の開口部では、注水ポケット１７より高圧となるように構成されている。そして、第１配管部５１では、上方に進むにつれて徐々に圧力が低くなる。但し、この状態での圧力は、バランス室４２内の圧力より低い。その後、第２配管部５２の注水クーラ５５を通過する間に圧力が徐々に低下し、注水クーラ５５の通過後にはオリフィス５８を通過するまで略定圧に維持される。オリフィス５８を通過して容積が大きい注水ポケット１７に至ると、急激に圧力が低下した後、冷却水循環用インペラ４４を通過する。なお、第１配管部５１の上端より更に上方に延びる第３配管部６０では、オリフィス６２を通過するまで更に圧力が徐々に低下し、オリフィス６２を通過すると急激に低下する。
【００３８】
このように、循環ポンプの稼働中には、循環冷却機構４５および循環冷却注水機構５０によって、モータケーシング１０内の冷却水を下部から上部へ循環供給することができる。そのため、インペラ３９の熱水通水孔４３を通してバランス室４２内に流入しようとする熱水は、その通水作用によってバランス室４２内への流入が防止される。よって、ヒートバリア２１の軸貫通部２４を通して、ポンプケーシング３２内の熱水がモータケーシング１０内に流入することはないうえ、モータケーシング１０内の冷却水がポンプケーシング３２内に流入することはない。その結果、モータケーシング１０内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できる。また、ポンプケーシング３２内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【００３９】
一方、暖待機中には、回転軸３６が停止されるため、インペラ３９と冷却水循環用インペラ４４が停止している。これにより、ポンプケーシング３２では、熱水の循環供給が停止される。また、モータケーシング１０では、冷却水循環用インペラ４４による冷却水の水流（循環）が停止される。よって、従来では、この暖待機状態でモータケーシング１０およびポンプケーシング３２の間で水の置換現象が生じる。しかし、本実施形態では、暖待機中にも循環冷却注水機構５０によって循環注水が行われるため、水の置換現象を防止できる。
【００４０】
即ち、この暖待機中には、モータケーシング１０内の通過により昇温するとともに、ポンプケーシング３２内の熱水により昇温したバランス室４２内の昇温水が、第１配管部５１の上端の分岐点まで充満している。同様に、分岐点より下流側の第２配管部５２内にも昇温水が充満するが、この第２配管部５２では昇温水が注水クーラ５５にて冷却される。そのため、第１配管部５１内の第１水柱の密度と第２配管部５２内（垂直管部５４内）の第２水柱の密度とを比較すると、第２水柱の密度が高くなる。よって、これらの水柱は、同一水頭であっても静的圧力が異なる。その結果、この圧力差が駆動力となって、ヒートバリア２１の軸貫通部２４内から下方に降り、バランス室４２を通って第１配管部５１を上昇し、モータケーシング１０の上端へ向かう水流（自然循環流）が付与される。
【００４１】
具体的には、図５に示すように、第１配管部５１から第２配管部５２の注水クーラ５５の低圧冷却水入口５６に至るまでの水温は同一であり、密度も同一である。一方、注水クーラ５５に流入した昇温水は、低圧冷却水によって徐々にかつ十分に冷却され、それに伴って密度が徐々に高くなる。このような両水柱の熱的各平衡における各温度分布の相違に基づく静的圧力差が、循環回路の注水の流れによる総圧力損失と平衡するような自然循環流（流体の密度流）を形成する。そして、モータケーシング１０内に第２水柱を構成する冷却水が注入されると、モータケーシング１０内および循環冷却機構４５の接続管４６内を下向きに流動する。ついで、出口であるヒートバリア２１の軸貫通部２４に至ると、熱水との置換作用によりバランス室４２に至るまでに水温が徐々に上がり、それに従って密度が徐々に低下する。その結果、バランス室４２内の昇温水が、モータケーシング１０の上端からの注入作用により、第１配管部５１内を介して、第２配管部５２の注水クーラ５５に流入して冷却される自己注水流を形成する。
【００４２】
このように、本発明の循環ポンプでは、暖待機中においても循環冷却注水機構５０によって、モータケーシング１０内の冷却水を下部へ降ろして第１配管部５１を介してモータケーシング１０の上部へ循環供給することができる。そのため、インペラ３９の熱水通水孔４３を通してバランス室４２内に流入しようとする熱水は、その通水作用によってバランス室４２内への流入が防止される。よって、ヒートバリア２１の軸貫通部２４を通して、ポンプケーシング３２内の熱水がモータケーシング１０内に流入することはないうえ、モータケーシング１０内の冷却水がポンプケーシング３２内に流入することはない。その結果、モータケーシング１０内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できる。また、ポンプケーシング３２内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【００４３】
なお、モータケーシング１０内では、気体の１つである溶解ガスが経時的に自然発生することがある。そして、このガスは、稼働時に回転軸３６を空運転現象を生じさせる。このモータケーシング１０内で発生したガスは、モータケーシング１０の上端である注水ポケット１７に溜まる。しかし、本実施形態では、モータケーシング１０の上端に第２配管部５２を接続している。そのため、稼働中および暖待機中のいずれの状態でも、ガス抜き弁６１を一時的に開放することにより、高圧なモータケーシング１０内のガスを外部に排出することができる。
【００４４】
具体的には、稼働中には、冷却水循環用インペラ４４の回転により、ポンプケーシング３２の内圧よりバランス室４２の内圧が高い。同様に、吸込側ボイラ配管６３の流れによる圧力損失は小さいため、吸込側ボイラ配管６３と第３配管部６０との分岐接続部の圧力より、バランス室４２の圧力が高くなる。したがって、この稼働中にガス抜き弁６１を一時的に開操作した場合は、圧力差によって第１配管部５１を経由して、バランス室４２の熱水が、吸込側ボイラ配管６３に流出する。この熱水の流出に伴い、配管部５１，５２，６０内やモータケーシング１０の上部に溜まったガスを吸込側ボイラ配管６３へ排出できる。
【００４５】
一方、暖待機中には、熱水の循環供給による流れがないため、ポンプケーシング３２内とバランス室４２は同一圧力である。また、吸込側ボイラ配管６３でも流れが無いため、吸込側ボイラ配管６３と第３配管部６０の分岐接続点とバランス室４２も同一圧力である。この状態で、ガス抜き弁６１を一時的に開操作すると、配管部５１，５２，６０内やモータケーシング１０の上部に溜まったガスが、吸込側ボイラ配管６３に向かって移動する。但し、暖待機状態でのガス抜きは、注水クーラ５５およびモータクーラ４７で構成される冷水柱と、これに相当する高さの吸込側ボイラ配管６３の熱水柱の間で、吸込側ボイラ配管６３からモータケーシング１０へ向けた水流が発生する。しかし、その流速は極めて小さく、モータケーシング１０内のガスが連続的または気泡状に吸込側ボイラ配管側へ逃げ去ることを妨げるものでない。
【００４６】
そして、これら稼働中および暖待機中のガス抜きによる双方向の流体移動量は、オリフィス６２による流体抵抗を調整することで調整できる。なお、使用中にモータケーシング１０内にガスが溜まると、上部が気相となるため、注水クーラ５５の冷却機能が不足する。よって、このガスの発生状況は、モータケーシング１０内の冷却水温度を検出するための温度センサを配設することにより、検出することができる。そのため、温度センサの検出値が、予め設定したしきい値を越えると、ガス抜き弁６１を短時間開操作することにより、ガス排出処理を手動または自動で実行するように構成することが好ましい。
【００４７】
このように、本発明の循環ポンプでは、ヒートバリア２１の軸貫通部２４と連通する第１配管部５１と、注水クーラ５５を配設した第２配管部５２とを備えた循環冷却注水機構５０により、稼働中および暖待機中のいずれの状態でも、ヒートバリア２１の軸貫通部中の昇温水を冷却してモータケーシング１０の上部に循環注水する水流を付与できる。よって、ヒートバリア２１の軸貫通部２４を通して、ポンプケーシング３２内の熱水がモータケーシング１０内に流入することはないうえ、モータケーシング１０内の冷却水がポンプケーシング３２内に流入することはない。その結果、モータケーシング１０内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できる。また、ポンプケーシング３２内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【００４８】
また、循環冷却注水機構５０による自己注水量は、第２配管部５２に介設したオリフィス５８により調整できる。即ち、このオリフィス５８による流体抵抗を調整することにより、循環冷却注水機構５０による強制循環量を調整（削減）できる。その結果、稼働中には、冷却水循環用インペラ４４の軸動力を削減し、注水クーラ５５での昇温水の熱除去（熱損失）を削減できる。また、暖待機中には、自己注水量に比例するポンプケーシング３２内の熱水の熱量損失を削減し、注水クーラ５５での除去熱量を削減できる。そして、冷却水から熱水までの温度範囲に対して、適切な自己注水量を調整および設定することにより、ヒートバリア２１の軸貫通部２４の隙間に一定の下向き流速を与え、ポンプケーシング３２内の熱水がモータケーシング１０内に浸入することを効果的に防止できる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、第１配管部５１の上端に吸込側ボイラ配管６３に連通する第３配管部６０を更に設けるとともに、第３配管部６０にガス抜き弁６１を介設しているため、モータケーシング１０内にて、経時的に自然発生した気体をモータケーシング１０の外部に排出できる。よって、稼働中に回転軸３６が空運転状態となることによる損傷を防止できる。
【００５０】
そして、本発明の循環ポンプは、モータケーシング１０の下部にポンプケーシング３２を位置させた正立式のものであるため、設備の構築時には、モータケーシング１０および循環冷却機構４５を配設するための大掛かりな基礎や建屋が不要であるため、設備構築費用を低減できる。
【００５１】
（第２実施形態）
図６は第２実施形態の循環ポンプを示す。この第２実施形態では、第１配管部５１を軸貫通部２４の中間位置に接続した点で、第１実施形態と相違する。具体的には、第２実施形態では、ヒートバリア２１における軸貫通部２４の下部に、径方向外向きに広がったバッファ室６５が設けられている。そして、ヒートバリア２１には、このバッファ室６５内に開口するように、第１配管部５１を接続する注出孔３１が設けられている。
【００５２】
また、バッファ室６５には、バランス室４２の側に連通する下端開口部にスロットルブッシュ６６が設けられている。また、回転軸３６を構成する回転軸本体３７の貫通軸部３７ａには、スロットルブッシュ６６の径方向内側に位置するようにスロットルリング６７が配設されている。そして、これらスロットルブッシュ６６とスロットルリング６７の間の隙間の設定により、モータケーシング１０からバッファ室６５内に流入する冷却水量、および、ポンプケーシング３２からモータケーシング１０へ流入しようとする熱水量を調整している。
【００５３】
このように構成した第２実施形態の循環ポンプは、回転軸３６を回転させた稼働中、および、回転軸３６の回転を停止した暖待機中のいずれの状態でも、第１実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【００５４】
（第３実施形態）
図７乃至図１０は第３実施形態の循環ポンプを示す。この第３実施形態では、図７に示すように、第１配管部５１を軸貫通部２４の上部に接続した点で、第１実施形態と相違する。具体的には、第３実施形態では、図８に示すように、高圧冷却水路２７と平行に位置するように、注出孔３１を設け、この注出孔３１、軸貫通部２４および高圧冷却水路２７と交差しないように、低圧冷却水路２８を構成する貫通孔２９ａ〜２９ｄを形成している。なお、図７，９，１０では、高圧冷却水路２７および注出孔３１を図示するために、形式的に対向位置に配置したものである。
【００５５】
このように構成した第３実施形態では、循環冷却注水機構５０は、第１実施形態と比較してヒートバリア２１の軸貫通部２４を通過する前に、モータケーシング１０へ冷却水を循環供給する。そのため、図９に示すように、ヒートバリア２１の軸貫通部２４およびバランス室４２を通過することによる圧力変動を削減できる。よって、稼働時の循環冷却注水機構５０による自己循環流を容易に設定できる。
【００５６】
また、暖待機中には、図１０に示すように、冷却水がポンプケーシング３２内の熱水で昇温することを抑制できる。そのため、モータケーシング１０内の冷却水として使用可能な温度帯まで冷却する温度差が小さいため、注水クーラ５５での除熱冷却量が小さくなり、熱水の熱量損失も小さくできる。また、モータケーシング１０内の冷却水の水質は、熱水と比較してマグネタイト粒子やスケール成分が少ないため、上側スリーブ１３、モータステータ１４および下側スリーブ２６などの軸受けや合成樹脂絶縁物などの摩耗を抑制できる。
【００５７】
（第４実施形態）
図１１は第４実施形態の循環ポンプを示す。この第４実施形態では、第２配管部５２に、注水クーラ５５によって冷却した冷却水をモータケーシング１０内へ強制的に供給するポンプ６８を配設した点で、第１実施形態と相違している。このポンプ６８は、循環冷却注水機構５０の第２配管部５２において、注水クーラ５５の下流側に介設したキャンドモータ式ポンプからなる。このキャンドモータ式のポンプ６８は、モータのコイルを缶（キャン）に収めて防水し、水中でも使用できるようにしたものである。
【００５８】
このように構成した第４実施形態は、回転軸３６を回転させた稼働中には、冷却水循環用インペラ４４の駆動により、注出孔３１での圧力が第２注水口２０の圧力より高くなることはない。よって、ポンプ６８を駆動しなくても確実に循環冷却注水機構５０による循環注水流を形成することができる。よって、第１実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【００５９】
一方、回転軸３６の回転を停止した暖待機中には、ガス抜き弁６１の一時的な開操作時や、この循環ポンプを接続した設備の予期しない故障時などに、吸込側ボイラ配管６３内の圧力や、水温に急激な変動が生じた場合、自己注入（密度）流が減少、中断または逆流する可能性がある。しかし、本実施形態では、暖待機中にポンプ６８を駆動させることにより、予期せぬ圧力変動などが生じても確実にヒートバリア２１の軸貫通部２４からモータケーシング１０の上端へ向かう水流を付与できるとともに、モータケーシング１０内の冷却水が外部に流出することを防止できる。よって、確実にモータケーシング１０内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できる。
【００６０】
また、モータケーシング１０内のガスを排出する際には、ポンプ６８を停止した状態でガス抜き弁６１を一時的に開操作することにより、各実施形態と同様に、ガスを排出できる。
【００６１】
なお、本発明の循環ポンプは、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００６２】
例えば、各実施形態では、稼働中に循環冷却機構４５と循環冷却注水機構５０の２つの閉回路にて冷却水を循環供給する構成としたが、稼働中は循環冷却機構４５による循環冷却作用で十分な機能を果たすことができる。よって、循環冷却注水機構５０の第１配管部５１または第２配管部５２に閉止弁を配設し、暖待機中のみ開状態として循環注水作用を行うようにしてもよい。
【００６３】
また、第４実施形態では、ポンプ６８を第２配管部５２に介設したが、第１配管部５１に介設してもよい。また、第４実施形態では、第１実施形態に示す循環ポンプに強制循環用のポンプ６８を配設したが、第２または第３実施形態に示す循環ポンプに強制循環用のポンプ６８を配設してもよい。
【００６４】
そして、前記実施形態では、本発明の循環ポンプを発電設備に使用する例を挙げて説明したが、使用用途は発電設備に限られるものではない。
【符号の説明】
【００６５】
１０…モータケーシング
１７…注水ポケット
２１…ヒートバリア
２４…軸貫通部
３１…注出孔
３２…ポンプケーシング
３３…吸込部
３４…吐出部
３６…回転軸
３９…インペラ
４２…バランス室
４４…冷却水循環用インペラ
４５…循環冷却機構
４６…接続管
４７…モータクーラ
５０…循環冷却注水機構
５１…第１配管部
５２…第２配管部
５５…注水クーラ
５８…オリフィス
５９…ガス排出機構
６０…第３配管部
６１…ガス抜き弁
６３…吸込側ボイラ配管
６４…吐出側ボイラ配管
６５…バッファ室
６８…ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端に位置するモータケーシングからヒートバリアの軸貫通部を通して下端に位置するポンプケーシングにかけて配設した回転軸の回転により、前記ポンプケーシング内に配設したインペラを回転させて熱水を前記ポンプケーシングの吸込部から吸い込んで吐出部から吐出する一方、前記モータケーシング内の冷却水を循環冷却機構によって冷却しながら循環させるようにした循環ポンプであって、
下端が前記ヒートバリアの軸貫通部と連通し上端が前記モータケーシングを越えて上方に延びる第１配管部と、上端が前記第１配管部の上端に連通し下端が前記モータケーシングの上端に連通する第２配管部と、この第２配管部に介設され内部の熱水を冷却する熱交換器とを備え、前記ヒートバリアの軸貫通部内に位置する熱水または軸貫通部に流入する熱水を前記熱交換器で冷却して前記モータケーシングの上端に循環注水する循環冷却注水機構を設けたことを特徴とする循環ポンプ。
【請求項２】
下端が前記第１配管部の上端に連通し、上端が前記ポンプケーシングの吸込部へ熱水を供給する吸込側ボイラ配管に連通する第３配管部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の循環ポンプ。
【請求項３】
前記第３配管部に、前記モータケーシング内の気体または前記注水配管内の気体を外部に排出するガス抜き弁を配設したことを特徴とする請求項２に記載の循環ポンプ。
【請求項４】
前記第２配管部に、前記モータケーシング内へ液体を供給するポンプを配設したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の循環ポンプ。
【請求項１】
上端に位置するモータケーシングからヒートバリアの軸貫通部を通して下端に位置するポンプケーシングにかけて配設した回転軸の回転により、前記ポンプケーシング内に配設したインペラを回転させて熱水を前記ポンプケーシングの吸込部から吸い込んで吐出部から吐出する一方、前記モータケーシング内の冷却水を循環冷却機構によって冷却しながら循環させるようにした循環ポンプであって、
下端が前記ヒートバリアの軸貫通部と連通し上端が前記モータケーシングを越えて上方に延びる第１配管部と、上端が前記第１配管部の上端に連通し下端が前記モータケーシングの上端に連通する第２配管部と、この第２配管部に介設され内部の熱水を冷却する熱交換器とを備え、前記ヒートバリアの軸貫通部内に位置する熱水または軸貫通部に流入する熱水を前記熱交換器で冷却して前記モータケーシングの上端に循環注水する循環冷却注水機構を設けたことを特徴とする循環ポンプ。
【請求項２】
下端が前記第１配管部の上端に連通し、上端が前記ポンプケーシングの吸込部へ熱水を供給する吸込側ボイラ配管に連通する第３配管部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の循環ポンプ。
【請求項３】
前記第３配管部に、前記モータケーシング内の気体または前記注水配管内の気体を外部に排出するガス抜き弁を配設したことを特徴とする請求項２に記載の循環ポンプ。
【請求項４】
前記第２配管部に、前記モータケーシング内へ液体を供給するポンプを配設したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の循環ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１５３５３３（Ｐ２０１１−１５３５３３Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４２０７（Ｐ２０１０−１４２０７）
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００１５２１７０）株式会社酉島製作所 (89)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００１５２１７０）株式会社酉島製作所 (89)
【Ｆターム（参考）】
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