JP2002061567A - 熱駆動ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が簡易で、ボイラーへの給水に適したポ
ンプを得ることを課題とする。 【解決手段】 流体流路１に加熱部２と、この加熱部２
を挟む非加熱部３を設けて流力発生部４を構成し、前記
流力発生部４への流体の流入口には流体の流入のみを許
容する逆止弁６を設け、流力発生部からの流体の排出口
には流体の排出のみを許容する逆止弁８を設け、前記加
熱部において流体を加熱することにより生じる圧力変化
によって、流体が排出口から排出され、流入口から流入
するようにして熱駆動ポンプを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、外部からの動力エネ
ルギーの供給なしに駆動することのできる、熱駆動ポン
プに関するものであり、ボイラーへの水の供給に好適な
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ボイラーなど蒸気又は温水を生産し、そ
の熱エネルギーを利用しようとする装置においては、水
（アンモニア、フロンなどの媒流体を含む）を供給する
ためのポンプが不可欠である。従来、小型で簡易的なボ
イラー用給水装置として、インジェクターと呼ばれる装
置が提案されている。この装置は、ボイラーで発生した
蒸気の流速を変えてジェット流とし、その噴射力で給水
するものである。この装置は小型で取り扱いが容易であ
るものの、ボイラーで発生した蒸気を利用するために、
ボイラーの始動時には蒸気がなく、駆動させることがで
きない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、機械的な
構成部分を最小限にして簡単な構成で小型、軽量、廉価
なポンプを得ることを第一の課題とし、第二の課題とし
てボイラーへの給水に使用するポンプにおける上記イン
ジェクターの問題点を解決し、ボイラーの始動時から駆
動可能とすることを課題とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明の熱駆動ポンプ
は、流体流路に加熱部と、この加熱部を挟む非加熱部を
設けて流力発生部を構成し、前記流力発生部への流体の
流入口には流体の流入のみを許容する逆止弁を設け、流
力発生部からの流体の排出口には流体の排出のみを許容
する逆止弁を設け、前記加熱部において流体を加熱する
ことにより生じる圧力変化によって、流体が排出口から
排出され、流入口から流入するようにしたものである。
前記加熱部は、適宜の熱源により流体流路内の流体を加
熱する部位であり、前記非加熱部は加熱しない部位であ
り、放熱フィンなどの冷却装置を伴うものとしてもよ
い。前記加熱部は１カ所でも複数箇所に設けてもよい
(請求項２)。前記流力発生部は、流入口と排出口との間
に貯水室を設け、この貯水室から流力発生部を構成する
流体流路を分岐させた構成とすることが好ましく（請求
項３）、前記貯水室には空気抜き用バルブを設けること
が好ましい（請求項４）。

【０００５】

【作用】この発明の装置の作用を、図１ないし図３を参
照しつつ説明すると以下の通りである。図において、流
体流路１に加熱部２と、この加熱部２を挟んで非加熱部
３を設けて流力発生部４を構成し、前記流力発生部４へ
の流体の流入口５には流体の流入のみを許容する逆止弁
６を設け、流力発生部４からの流体の排出口７には流体
の排出のみを許容する逆止弁８を設けてある。前記流体
流路１に流体（例えば水）を充填した状態で加熱部２に
おいて流体を加熱すると、加熱部近傍の流体が沸騰して
蒸気Ｓが発生し、膨張に伴う蒸気圧力によって非加熱部
３に位置する沸騰に至らない状態の流体は外部に向かっ
て押し出される（図２）。ここで、前記流入口５には逆
止弁８が設けてあるので流れ方向が制御され、流体は排
出口７のみから排出される。流体の排出及び前記沸騰し
た流体の冷却により流体流路１内が減圧されると、流入
口５から新たな流体が流体流路内へ流入し（図３）、図
１の状態に戻る。この繰り返しにより、流体は間欠的に
圧送される。

【０００６】

【発明の実施の形態１】図４において、貯水室９の一端
に流入口６，他端に排出口７が設けてあり、前記流入口
６には流体の流入のみを許容する逆止弁６が、排出口７
には流体の排出のみを許容する逆止弁８が設けてある。
前記貯水室９にはパイプをＵ字状に屈曲して構成した流
体流路１の両端が連設してある。前記流体流路１の屈曲
部はボイラー（図示しない）の熱源を導入した火炎流路
１０に臨ませて加熱部２とし、流体流路１の両端部側は
冷却水路１１に臨ませて非加熱部３（排出口側の非加熱
部を３ａ、流入口側の非加熱部を３ｂとする。）とし、
前記流体流路１，加熱部２，非加熱部３で流力発生部４
を構成している。なお、前記流体流路１は屈曲部側を下
方に向けて屈曲させてある。

【０００７】上記実施形態において、流体流路１及び貯
水室９に水を充填し、火炎流路１０に熱源を導入し、冷
却水路１１に冷却水を流すと、火炎流路１０に臨む加熱
部２において水が加熱されて沸騰する。水が沸騰して蒸
気が発生すると、蒸気圧によって非加熱部３の水が加圧
され、排出口７側の非加熱部３ａに位置する水の全部又
は一部が流体流路１から押し出され、排出口７から排出
される。流体流路１内の水が排出されると、沸騰した水
は非加熱部３ａ側へ移動し、冷却水により急速に冷却さ
れて収縮するので、流体流路内の圧力が低下する。圧力
の低下により、貯水室９内の水が流体流路１へ流入し、
これに伴い貯水室９に流入口５から新たな水が流入す
る。

【０００８】上記実施形態においては貯水室９を設け、
ここから流体流路１を分岐した構成としてある。これは
安定した運転状態を得るためである。すなわち、図１に
示すように１本の流体流路１に直接流入口５と排出口７
を設けて構成する場合、流体流路１からポンプ作用によ
って水が排出された後、例えば流入口の逆止弁６の一時
的な作動不都合などによって水の流入が阻害されて流体
流路１内に減圧空間（流体排出後流入弁の動きが不十分
な場合、減圧されることにより流体の飽和蒸気温度が低
下するために、予熱された未排出の温水が蒸発してでき
る飽和蒸気空間）が発生したり、空気が混入して気泡が
残ったりすると僅かな時間の間に加熱部位は引き続き供
給されている熱により温度が上昇し、又はその現象がな
くとも加熱部位の供給熱量が過大になったとき、若しく
は冷却部位での冷却不十分などで予定した蒸発、冷却各
熱量のバランスが崩れたりして、局部的にも過度の加熱
部分があると、その後仮に低温水が供給されても、いわ
ゆる膜沸騰の状態が発生するし、そこに存在する低温水
が蒸気でパイプと隔離、熱絶縁された状態となり、熱伝
導が低下して必要な分量の沸騰が起こらず、所期のポン
プ作用が行われないまま水温が上昇して過過熱状態とな
り、ついには停止してしまう場合がある。このような状
態になると、そのままでは定常状態に自力で復帰するこ
とができず、加熱を停止して冷却を待つか、新しい水を
流入口から強制的に導入して冷却しなければならない。

【０００９】このような問題点は、上記実施形態に示す
ように貯水室９を設けることにより以下のように改善さ
れる。第一に、貯水室９を介して水が流体流路１へ流入
するので、逆止弁の不都合などが生じて流入口５からの
水の流入が一時的に停止した場合であっても、加熱水路
自体の出入り口には逆止弁が存在せずただの管路だけな
ので、貯水室の非加熱水が容易に流体流路１へ流入する
ので、過加熱状態が生じることが少ない。したがって、
前記加熱と冷却の熱バランスが崩れにくく、供給する熱
の制御（管理）も簡単になる。第二に、貯水室に流入し
た冷たい水は加熱水路から出た熱水と混合して暖まるの
で、加熱水路での受熱作用に有利となり、より低熱量で
の運転が可能となる。また、上記実施形態に示すよう
に、流体流路を屈曲部側を下方に向けて屈曲させること
により、流入口５より気泡が流入した場合、その気泡は
浮力によって加熱流路を通ることなく直接に排出口へ向
かい、滞留したところで加熱水路の蒸気圧力によって排
出水と共に排出されるので、前記気泡による加熱水路で
の障害も防止できる。

【００１０】

【発明の実施の形態２】図５は上記実施形態１の変形で
あり、異なる構成のみ説明する。この実施形態において
は、流体流路１に熱伝導体１２を当接させて加熱部２を
構成し、非加熱部３は自然冷却として格別の装置を設け
ていない。なお、非加熱部３に冷却フィンを設けること
もできる。そして、貯水室９にはバルブ１３を設けて、
このバルブ１３を閉じることにより貯水室９が流入口側
と排出口側との２室に二分できるようにしてある。この
バルブにより貯水室を二分すると、流入口５から流体流
路１を経て排出口７までが分岐のない１本の系をなすの
で、気泡抜き作業が容易である。運転に当たっては、バ
ルブ１３を閉じて気泡抜きの作業を行った後、バルブ１
３を開放して運転を行う。

【００１１】この発明のポンプは、供給する熱量、ポン
プに掛かる圧力、作用させる流体の流入温度などの変化
によって、飽和蒸気温度又は蒸発量が異なるために、そ
のサイクル（加熱・気化・吐出・吸い込み）の周期や量
的な関係が変化して不規則となることがある。安定した
作用を得るためには複数の加熱部や冷却部を設けたり
（図６参照）、この発明のポンプを複数台用いる（直
列、並列、これらの混合配置）ことが考えられる。

【００１２】

【発明の効果】この発明によれば、流体流路に導いた流
体の一部を加熱し、その膨張（蒸気圧）と収縮をエネル
ギーとして流体を排出し、流入させることができる。し
たがって、これをボイラーへの給水ポンプとして利用す
れば、ボイラー用の熱（余熱も可）を利用して給水する
ことができ、熱エネルギーを効率よく利用することがで
きる。また、この発明のポンプから排出される流体は一
度加熱されているので、少なからずエンタルピーをもっ
ており、ボイラーの熱効率向上にも寄与することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の原理を説明する断面図

【図２】 同じく排出時の状態を示す断面図。

【図３】 同じく流体流入時の状態を示す断面図。

【図４】 この発明の実施形態１の断面図。

【図５】 この発明の実施形態２の断面図。

【図６】 加熱部を複数設けた場合の概念図。

【符号の説明】

１ 流体流路 ２ 加熱部 ３ 非加熱部 ４ 流力発生部 ５ 流入口 ６ 逆止弁 ７ 排出口 ８ 逆止弁 ９ 貯水室 １０ 火炎流路 １１ 冷却水路 １２ 熱伝導体 １３ バルブ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体流路に加熱部と、この加熱部を挟む
   非加熱部を設けて流力発生部を構成し、前記流力発生部
   への流体の流入口には流体の流入のみを許容する逆止弁
   を設け、流力発生部からの流体の排出口には流体の排出
   のみを許容する逆止弁を設け、前記加熱部において流体
   を加熱することにより生じる圧力変化によって、流体が
   排出口から排出され、流入口から流入するようにした、
   熱駆動ポンプ
2. 【請求項２】 流力発生部を構成する流体流路には複数
   の加熱部を設けた、請求項１に記載の熱駆動ポンプ
3. 【請求項３】 流入口と排出口との間に貯水室を設け、
   この貯水室から流力発生部を構成する流体流路を分岐さ
   せた、請求項１又は２に記載の熱駆動ポンプ
4. 【請求項４】 貯水室には空気抜き用バルブを設けた、
   請求項３に記載の熱駆動ポンプ