JPH07259749A - 吸収式ヒートポンプ用溶液ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸収式のヒートポンプの作動溶液の搬送に用
いるポンプ方式および駆動方式に関するもので、腐食性
の高い液体に対してのシール性を確保し、高効率でコン
パクトな溶液ポンプを提供する。 【構成】 １は直流ブラシレスモータであり固定子２の
内側に挿入されたライナー３で回転子４と気密に分離さ
れる。容積型ポンプ部５はボディー６の前方に一体に構
成されている。容積型ポンプ部５は回転子４に圧入され
た主軸７により駆動されるトロコイド型ポンプであり、
２段で昇圧する構成を有している。容積型ポンプ部５の
主要部材はボディー６の前方に設けられた空洞６ａの中
に圧入し、積層構造で容積型ポンプ部５を構成する。ポ
ンプ部５は直流モータで駆動されるため制御性が非常に
よく回転数制御をするのでポンプの循環量制御を確実に
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は吸収式のヒートポンプの
作動溶液の搬送に用いる溶液ポンプのポンプ方式および
駆動方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の吸収式、特にアンモニア水溶液を
作動媒体とするヒートポンプに用いられている溶液ポン
プは、一般に油圧ポンプ駆動形のダイアフラムポンプが
用いられてきた。この方式のポンプの構成は、粘度の高
い作動油を用いることで高いポンプ効率を確保できるピ
ストン型の油圧ポンプと、この油圧ポンプで発生する油
圧により、全面駆動されるダイアフラム型の低粘性流体
ポンプからなる。これはアンモニアなどの冷媒が低粘度
でしかも腐食性が高いことから、ダイアフラムで媒体と
ポンプ機構部が分離し、かつポンプ効率とポンプの信頼
性を確保した方式であった。

【０００３】またこの間接的なポンプ駆動方式を採ら
ず、容積型ポンプを外部への流体の漏洩の心配のないキ
ャンシール型のモータで駆動したものがある。この方式
はポンプ部の小型化を狙いとしたものであり、一般の交
流モータを駆動源としたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、まず油圧ポンプ駆動形のダイアフラムポン
プを用いる場合には、ポンプが２種類必要で、機器の小
型化およびコストの面で欠点があった。またこの種のポ
ンプが用いられる吸収式のシステムは、現在業務用が主
流でメンテナンスすることを前提としており、定期的な
メンテナンスが必要な、ダイアフラムおよび作動油を有
するポンプであった。

【０００５】この従来のダイアフラムポンプに代えて、
直接駆動型のポンプとした回転型の容積ポンプでは、容
積型ポンプを通常の交流のモータで駆動した、外部への
流体の漏洩の心配のないキャンドモータポンプ型のもの
があった。キャンドモータポンプ型はモータ固定子の内
側に円筒型のライナーを挿入してあるためそれだけ磁気
ギャップが広くなり、しかも交流モータを用いているこ
とからモータ効率が低く、したがってモータ形状が大き
くなるという欠点があり、また交流モータであるため制
御性が悪いなど多くの課題を有していた。

【０００６】また、モータ部を小型化するには、モータ
の発熱は大きな課題であった。通常のモータ部を冷却せ
ず自然放熱とする場合、モータ巻線の耐熱温度からモー
タの形状は決まってしまい小型化するには大きな障害で
あった。

【０００７】さらに吸収式の溶液ポンプでは運転条件に
よってはポンプ吸入側での溶液の過冷却度が十分にとれ
ない場合があり極端な場合には２相での“ガスがみ”状
態となる。このとき容積型のポンプではポンプ能力が大
幅に低下し、また振動や騒音が大きくなるという欠点が
あった。

【０００８】本発明は上記欠点を解決するもので、腐食
性の高い液体に対してのシール性を確保し、高効率でコ
ンパクトな吸収式ヒートポンプ用の溶液ポンプを提供す
ることを目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の技術手段は第１の手段として直流ブラシレ
スモータと前記直流ブラシレスモータで駆動された回転
型の容積型ポンプ部を有し、前記直流ブラシレスモータ
および容積型ポンプを一体のキャンドモータポンプの構
成としたものである。

【００１０】第２の手段として直流ブラシレスモータと
前記直流ブラシレスモータで駆動された過流型のポンプ
部を有し、前記直流ブラシレスモータおよび過流型のポ
ンプ部を一体のキャンドモータポンプの構成としたもの
である。

【００１１】第３の手段として直流ブラシレスモータと
前記直流ブラシレスモータで駆動された過流型のポンプ
部、および前記過流型のポンプ部と直列に接続された容
積型のポンプ部を有し、前記過流型のポンプ部を前記容
積型のポンプ部の前段に設けるとともに、前記直流ブラ
シレスモータと前記直流ブラシレスモータで駆動された
前記過流型のポンプ部、および前記過流型のポンプ部と
直列に接続された容積型のポンプ部を一体のキャンドモ
ータポンプの構成としたものである。

【００１２】第４の手段として直流ブラシレスモータの
回転子と固定子のライナーの隙間をポンプ吐出流量全量
が経過する構成としたものである。

【００１３】第５の手段として直流ブラシレスモータの
駆動回路は電源電圧を直接スイッチングし前記直流ブラ
シレスモータのモータ巻線に供給する回路を有するもの
である。

【００１４】

【作用】本発明は上記した構成により、まず直流ブラシ
レスモータと前記直流ブラシレスモータで駆動された容
積型のポンプ部を有し、これらをキャンドモータポンプ
型で構成しているため、キャンド部で生ずる電磁的な損
失を含めても直流モータのモータ効率は交流モータと比
較して十分に高く確保することができるとともに、ポン
プ効率も容積型ポンプであるため十分に高い値に設定す
ることが可能である。また吸収式ヒートポンプにおいて
は、熱負荷に応じて２元流体の循環量を正確に制御する
ことがシステム動作の安定化を図る上で必須の要件であ
り、本発明による溶液ポンプは直流モータで駆動されて
いるため制御性が非常によく、回転数制御をすることで
ポンプの循環量制御を確実に行うことができる。

【００１５】また渦流型のポンプ部は、吸収式ヒートポ
ンプの実負荷運転時に生ずる可能性のある“ガスがみ”
運転状態に対して有効性を発揮し、“ガスがみ”運転時
のポンプ能力の低下、ポンプ騒音の発生を押さえること
ができる。

【００１６】この渦流型のポンプを１段目に、容積型の
ポンプを２段目に配置することで、１段目の渦流型ポン
プで与圧を生じさせ、２段目の容積型ポンプの吸入側で
過冷却度を確保してポンプ効率を維持するよう構成する
こともできる。

【００１７】また直流ブラシレスモータの回転子と固定
子に挿入してあるライナーの隙間にポンプの全循環流量
を通過させているため、固定子に挿入してあるライナー
の表面の熱伝達率が非常に高くなり、モータ巻線温度を
ほぼ通過する流体の温度と同程度にまで抑えることがで
きる。さらに直流ブラシレスモータの駆動回路は電源電
圧をそのまま直流に変換し、これをモータドライブ回路
でスイッチングしモータ巻線に供給する構成としたもの
で、通常の直流ブラシレスモータで用いられている電源
電圧を低電圧に変換する、電圧調整用のスイッチング電
源が不要であり、直流ブラシレスモータの駆動回路をコ
ンパクト、低コストに構成することができる。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を図面にもとづいて説明す
る。図１〜図７において、１は直流ブラシレスモータで
あり固定子２の内側に挿入されたライナー３で回転子４
と気密に分離される。容積型ポンプ部５はボディー６の
前方に一体に構成されている。容積型ポンプ部５は回転
子４に圧入された主軸７により駆動されるトロコイド型
ポンプであり、２段で昇圧する構成を有している。容積
型ポンプ部５の主要部材はボデイー６の前方に設けられ
た空洞６ａの中に圧入し、積層構造で容積型ポンプ部５
を構成する。積層されるポンプの主要部材のうち最も底
面に位置するのが、側板Ａ８であり、中央に軸受け８ａ
を有し直流ブラシレスモータ１の主軸７の軸受け機能も
果たす。側板Ａ８に積み重ねられるのが、偏心リングＡ
９である。偏心リングＡ９はトロコイド形状のアウター
ギアＡ１０をインナーギアＡ１１と適正な偏心量を保持
しながら回転自在に保持する。また、偏心リングＡ９は
アウターギアＡ１０およびインナーギアＡ１１の厚さ方
向のクリアランスを適正な値に保持する機能を有する。
主軸７とインナーギアＡ１１とはＤカット７ａにより固
定されている。中間スペーサ１２の側板Ａ８側にはポン
プの吸入口１３と連通する切り欠き１４があり、中間ス
ペーサ１２に設けた吸入溝１５とも連通しており、また
吐出溝１６には吐出孔１７があいている。中間スペーサ
１２にさらに積み重ねられるのが偏心リングＢ１８であ
り、偏心リングＢ１８の偏心方向は偏心リングＡ９と１
８０度反転させた方向に設定される。中間スペーサ１２
の偏心リングＢ１８側の面にも中間スペーサ１２の偏心
リングＡ９側と同様な吸入溝１９と吐出溝２０が設けて
あるが、角度は１８０度ずらした位置に設定してある。
中間スペーサ１２の偏心リングＡ９側に設けた吐出溝１
６の吐出孔１７は偏心リングＢ１８側の面に設けた吸入
溝１９と連通している。偏心リングＢ２１はトロコイド
形状のアウターギアＢ２２をインナーギアＢ２３と適正
な偏心量を保持しながら回転自在に保持し、また偏心リ
ングＢ１８はアウターギアＢ２２およびインナーギアＢ
２３の厚さ方向のクリアランスを適正な値に保持する機
能を有する。主軸７とインナーギアＢ２３とはＤカット
７ａにより固定されている。さらに偏心リングＢ１８に
は側板Ｂ２４が積み重ねられる。側板Ｂ２４には中間ス
ペーサ１２の吐出溝２０に対応する位置に吐出ポート２
５が設けられている。ポンプの主要部材はこのように積
層されてポンプ主要部を構成する。ボデイー６の前方に
設けられた空洞６ａはポンプ蓋２６により密閉される。
ボデイー６には流路Ａ２７が設けられており、側板Ｂ２
４の吐出ポート２５より吐出された溶液は、流路Ａ２７
を通り、固定子２の内側に挿入されたライナー３と回転
子４との隙間を通過し、さらに回転子４を回転自在に支
持する軸受け２８を固定する軸受けスリーブ２９に設け
た流路Ｂ３０を通過して吐出口３１に至りシステム系に
流出する。この直流ブラシレスモータ１の駆動は、商用
電源である単相ＡＣ１００Ｖを直接に整流器３２で整流
しトランジスター３３〜３８でスイッチング動作させる
ことで行っている。

【００１９】上記構成において動作を説明する。直流ブ
ラシレスモータ１の回転子４が回転すると、回転子４に
圧入してある主軸７が回転する。主軸７が回転すると主
軸７に固定されたインナーギアＡ１１、インナーギアＢ
２３が回転し、これらのギアと各々噛み合うアウターギ
アＡ１０、アウターギアＢ２２は従動ギアとして回転
し、トロコイドポンプとしてのポンプ動作を行う。ポン
プ動作は直列に２段で行われインナーギアＡ１１とアウ
ターギアＡ１０でポンプ作用が行われる１段目と、イン
ナーギアＢ２３とアウターギアＢ２２でポンプ作用が行
われる２段目とで昇圧作用が分割される。また、側板Ｂ
２４の吐出ポート２５より吐出された流体は、流路Ａ２
７を通り、固定子２の内側に挿入されたライナー３と回
転子４との隙間を通過し、さらに回転子４を回転自在に
支持する軸受け２８を固定する軸受けスリーブ２９に設
けた流路Ｂ３０を通過して吐出口３１に至りシステム系
に流出するが、固定子２の内側に挿入されたライナー３
と回転子４との隙間では、流路面積が狭く流れが速くな
りまた回転子４の回転による旋回流とでライナー３と回
転子４との隙間を通過する流れは熱伝達の良好な流れと
なる。また、この直流ブラシレスモータ１の駆動は商用
電源である単相ＡＣ１００Ｖを直接に整流器３２で整流
しトランジスター３３〜３８のベースにマイコンなど
（図示せず）などで信号を与えてスイッチング動作をさ
せることで行っている。

【００２０】上記した構成により、まず直流ブラシレス
モータ１とこの直流ブラシレスモータ１で駆動された容
積型のポンプ部を有し、これらをキャンドモータポンプ
型で構成しているため、キャンド部で生ずる電磁的な損
失を含めても直流モータのモータ効率は交流モータと比
較して十分に高く確保することができる。また、ポンプ
効率も容積型ポンプであるため十分に高い値に設定する
ことが可能である。また直流ブラシレスモータの回転子
と固定子に挿入してあるライナーの隙間はモータ効率を
確保するため通常０．５mm程度ど非常に狭く設定してあ
り、一般のキャンドモータポンプではこの隙間を流体が
通過する時の圧力損失が大きすぎるためこの部分に流体
を流さないか、あるいはバイパスさせるなどの手段をと
っており冷却の効果はあまりない。吸収式ヒートポンプ
に用いる溶液ポンプはポンプ圧力差が２０kg/cm²で流量
が１ｌ/min程度と高圧力差で低流量であるため、ポンプ
の全流量をモータの回転子と固定子に挿入してあるライ
ナーの隙間を通過させても問題はなく、むしろ固定子に
挿入してあるライナーの表面の熱伝達率が流体が高速で
通過するため非常に高くなり、モータ巻線温度をほぼ通
過する流体の温度と同程度にまで抑えることができる。
また、吸収式ヒートポンプにおいては、熱負荷に応じて
２元流体の循環量を正確に制御することがシステム動作
の安定化を図る上で必須の要件であり、本発明による溶
液ポンプは直流ブラシレスモータで駆動されているた
め、制御性が非常によく、回転数制御をすることでポン
プの循環量制御を確実に行うことができる。さらに、直
流モータは交流モータをインバータ制御したものと比較
し出力を絞った状態でのモータ効率が高く、ヒートポン
プとして通常使われる頻度の高い、室温が定常状態に移
行した時の消費電力を低減する上で効果がある。

【００２１】次に本発明の他の実施例を図１０〜図１２
を用いて説明する。本実施例は先の実施例のポンプ部を
容積型のポンプを渦流型のポンプとしたものであり同一
構成部分には同一番号を付しており、同一構成部分につ
いては説明を省略する。渦流型ポンプ部４０は回転子４
に圧入された主軸７により駆動される渦流型ポンプであ
り、２段で昇圧する構成を有している。渦流型ポンプ部
４０の主要部材はボデイー６の前方に設けられた空洞６
ａの中に圧入し、積層構造で渦流型ポンプ部４０を構成
する。４１は偏心カムＡであり羽根Ａ４２の外周と一定
の距離を保ち、加圧流路Ａ４３を形成する機能を有す
る。４４は偏心カムＢであり羽根Ｂ４５の外周と一定の
距離を保ち、加圧流路Ｂ４６を形成する機能を有する。

【００２２】上記構成において動作を説明する。直流ブ
ラシレスモータ１の回転子４が回転すると、回転子４に
圧入してある主軸７が回転する。主軸７が回転すると主
軸７に固定された羽根Ａ４２が回転し、加圧流路Ａ４３
で１段目の昇圧が行われ、さらに羽根Ｂ４５も同時に回
転して加圧流路Ｂ４６で２段目の昇圧が行われる。

【００２３】上記した構成により、ポンプ部にガスがみ
運転に強い渦流型ポンプ部４０を採用しているため、吸
収式のシステム動作上発生するポンプの吸入口付近で二
相流が発生しても安定したポンプ運転を続けることが可
能である。

【００２４】次に本発明の他の実施例を図１３〜図１５
を用いて説明する。本実施例は先の実施例のポンプ部を
１段目を渦流型のポンプ、２段目を容積型のポンプとし
たものであり同一構成部分には同一番号を付しており、
同一構成部分については説明を省略する。

【００２５】複合型のポンプ部５０は回転子４に圧入さ
れた主軸７により駆動される複合型ポンプであり、２段
で昇圧する構成を有している。複合型ポンプ部５０の主
要部材はボデイー６の前方に設けられた空洞６ａの中に
圧入し、積層構造で複合型ポンプ部５０を構成する。１
段目のポンプは渦流型のポンプで構成され５１は偏心カ
ムＡであり羽根Ａ５２の外周と一定の距離を保ち、加圧
流路Ａ５３を形成する機能を有する。２段目のポンプは
容積型のポンプで構成され偏心リングＢ５４はトロコイ
ド形状のアウターギアＢ５５をインナーギアＢ５６と適
正な偏心量を保持しながら回転自在に保持し、また偏心
リングＢ５４はアウターギアＢ５５およびインナーギア
Ｂ５６の厚さ方向のクリアランスを適正な値に保持する
機能を有する。主軸７とインナーギアＢ５６とはＤカッ
ト７ａにより固定されている。

【００２６】上記構成において動作を説明する。直流ブ
ラシレスモータ１の回転子４が回転すると、回転子４に
圧入してある主軸７が回転する。主軸７が回転すると主
軸７に固定された羽根Ａ５２が回転し、加圧流路Ａ５３
で１段目の昇圧が行われ、つぎにインナーギアＢ５６も
同時に回転して従動側のアウターギアＢ５５が回転し２
段目の昇圧が行われる。

【００２７】上記した構成により、ポンプ部の１段目に
ガスがみ運転に強い渦流型ポンプを採用し渦流型ポンプ
で与圧して２段目の容積型ポンプに流入させているた
め、吸収式のシステム動作上発生するポンプの吸入口付
近で二相流が発生しても安定したポンプ運転を続けるこ
とができるとともに、容積型ポンプ部でポンプ効率が確
保できるため、高効率で安定したポンプ動作が可能であ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明の吸収式ヒートポン
プ用溶液ポンプによれば、次の効果が得られる。

【００２９】（１）直流ブラシレスモータと前記直流ブ
ラシレスモータで駆動された容積型のポンプ部を有し、
これらをキャンドモータポンプ型で構成しているため、
シール性と、ポンプ効率を高いレベルで実現できる。ま
た直流ブラシレスモータで駆動されているため制御性が
非常によく、回転数制御をすることでポンプの循環量制
御を確実に行うことができる。

【００３０】（２）渦流型のポンプ部は、吸収式ヒート
ポンプの実負荷運転時に生ずる可能性のあるガスがみ運
転状態に対して有効性を発揮し、ガスがみ運転時のポン
プ能力の低下、ポンプ騒音の発生を押さえることができ
る。

【００３１】（３）ポンプ部の１段目にガスがみ運転に
強い渦流型ポンプを採用し渦流型ポンプで与圧して２段
目の容積型ポンプに流入させているため、吸収式のシス
テム動作上発生するポンプの吸入口付近で二相流が発生
しても安定したポンプ運転を続けることができるととも
に、容積型ポンプ部でポンプ効率が確保できるため、高
効率で安定したポンプ動作が可能である。

【００３２】（４）直流ブラシレスモータの回転子と固
定子に挿入してあるライナーの隙間にポンプの全循環流
量を通過させているため、固定子に挿入してあるライナ
ーの表面の熱伝達率が非常に高くなり、モータ巻線効果
的に冷却することができ、モータ部の小型化に効果を発
揮する。

【００３３】（５）直流ブラシレスモータの駆動回路は
電源電圧をそのまま直流に変換し、これをモータドライ
ブ回路でスイッチングしモータ巻線に供給する構成とし
たもので、通常の直流ブラシレスモータで用いられてい
る電源電圧を低電圧に変換する、電圧調整用のスイッチ
ング電源が不要であり、直流ブラシレスモータの駆動回
路をコンパクト、低コストに構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例における吸収式ヒートポ
ンプ用溶液ポンプの概略断面図

【図２】同溶液ポンプの１段目の要部断面図

【図３】同中間スペーサの断面図

【図４】同中間スペーサの側板Ａ側端面の平面図

【図５】同中間スペーサの側板Ｂ側端面の平面図

【図６】同溶液ポンプの２段目の要部断面図

【図７】同溶液ポンプのポンプ蓋を取り除いた状態での
部分要部平面図

【図８】同軸受けおよびスリーブの平面図

【図９】同直流ブラシレスモータの駆動回路図

【図１０】本発明の第二の実施例における吸収式ヒート
ポンプ用溶液ポンプの概略断面図

【図１１】同溶液ポンプの１段目の要部断面図

【図１２】同溶液ポンプの２段目の要部断面図

【図１３】本発明の第三の実施例における吸収式ヒート
ポンプ用溶液ポンプの概略断面図

【図１４】同溶液ポンプの１段目の要部断面図

【図１５】同溶液ポンプの２段目の要部断面図

【符号の説明】

１ 直流ブラシレスモータ ２ 固定子 ３ ランナ ４ 回転子 ５ 容積型ポンプ部 ４０ 渦流型ポンプ部

フロントページの続き (72)発明者 伊藤 勝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 石井 隆仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 河本 恭宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 近藤 保広 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流ブラシレスモータと前記直流ブラシレ
   スモータで駆動された回転型の容積型ポンプ部を有し、
   前記直流ブラシレスモータおよび容積型ポンプ部を一体
   のキャンドモータポンプの構成とした、吸収式ヒートポ
   ンプ用溶液ポンプ。
2. 【請求項２】直流ブラシレスモータと前記直流ブラシレ
   スモータで駆動された渦流型のポンプ部を有し、前記直
   流ブラシレスモータおよび渦流型のポンプ部を一体のキ
   ャンドモータポンプの構成とした、吸収式ヒートポンプ
   用溶液ポンプ。
3. 【請求項３】直流ブラシレスモータと前記直流ブラシレ
   スモータで駆動された渦流型のポンプ部、および前記渦
   流型のポンプ部と直列に接続された容積型のポンプ部を
   有し、前記渦流型のポンプ部を前記容積型のポンプ部の
   前段に設けるとともに、前記直流ブラシレスモータと前
   記直流ブラシレスモータで駆動された前記渦流型のポン
   プ部、および前記渦流型のポンプ部と直列に接続された
   容積型のポンプ部を一体のキャンドモータポンプの構成
   とした、吸収式ヒートポンプ用溶液ポンプ。
4. 【請求項４】直流ブラシレスモータの回転子と固定子の
   ライナーの隙間をポンプ吐出流量全量が通過する構成と
   した請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３記載の
   吸収式ヒートポンプ用溶液ポンプ。
5. 【請求項５】直流ブラシレスモータの駆動回路は電源電
   圧を直接スイッチングし前記直流ブラシレスモータのモ
   ータ巻線に供給する回路を有する請求項１あるいは請求
   項２あるいは請求項３記載の吸収式ヒートポンプ用溶液
   ポンプ。