JPH057511Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は外部から何らの機械的駆動を用いる事
なく液体を加熱するでけで液体を加熱と同時に圧
送するポンプに関するものである。

従来、モーター、コンプレツサー等外部動力を
必要とせず、液体を加熱するだけでポンプ作用を
生じさせるものとして熱駆動ポンプが知られてい
る（雑誌ソーダーと塩素1983、２号頁64〜頁77
「熱駆動ポンプについて」参照）。しかしこの熱駆
動ポンプでは、ポンプ始動時等加熱量（単位時間
あたりの加熱量）が小さい場合うまく動作しない
欠点が知られている。又、加熱量に対するポンプ
の動作範囲を拡大する為に加熱部に加熱管２本を
上下に配置しなくてはならず構造的に複雑で設置
にあたつても天地の制限を受ける。この様な欠点
を解消する目的で提案された“特願昭59−153441
号熱駆動ポンプ”は僅かな加熱量でも確実にポン
プ作用を行うことができ、設置にあたり天地の制
限も受けなくなつた。この熱駆動ポンプの実施に
あたつては加熱部の材質と管の材質を違える事で
加熱部と管の間に大きな温度差を生じさせ、ポン
プ作用を継続させている。しかし乍ら、加熱部と
管の結合部に材質の熱膨張率の違いによる熱応力
が発生しこの力を適当に逃がしてやらないと結合
部にヒビが入いり作動流体がもれてしまう。

本考案は加熱部と管との間の大きな温度差は保
ちつつ上記の熱応力を発生させない様にした結合
部を持つ熱駆動ポンプを提供するものである。

本考案によれば熱駆動ポンプは管の内径及び加
熱部の肉厚より薄い肉厚を持つ一対の管の間に管
と同一材料で作られ、内部に凹部を持つ加熱部を
連結し、前記管の各々の端に逆止弁を設け前記加
熱部に隣接して管内に吸込部を配設して成る事を
特徴とする。

以下考案の実施例を添付図面を参照して説明す
る。第１図において、加熱部は銅のような熱の伝
わりやすい材料で作られ内部に円錐型の凹部Ｐを
持ち、凹部全体が均一に加熱される様に適当な肉
厚を持つている。凹部Ｐの立体角は使用する液体
と凹部Ｐの材料とのヌレ角度より小さくなつてい
る。又変形例として凹部Ｐの頂点に逆に円錐形に
広がる空洞Ｒを持つものでも良い（図２）。

管G₁，G₂は加熱部と同一材料で作られ、その
肉厚は管の内径や加熱部の肉厚より十分に薄く作
つてあり、加熱部からの管への熱伝導量を加熱部
凹部から内部の液体への熱伝導量より十分に小さ
くしている。そして加熱部と管との結合は管の端
にフランジ等を設けそこで加熱部と熔接やロウ付
で行なわれる。また管のもう一方の両端には逆止
弁CV₁，CV₂が取付けてある。又管G₁と加熱部Ｂ
の間には、使用する液体を良くヌラし、何んらか
の方法で熱を伝えにくくして、液体に対し管G₁
よりも大きな毛細管力が働くように作られた吸込
部Ｉが管G₁内において取付てある。この例では
吸込部は熱伝導率の低い材料で作られた先細の孔
からなる。変形例として第３図及び第４図に示す
様に十字形片で作られた分割孔を有するものでも
良い。使用する作動流体は水、各種冷媒（Ｒ−
11、Ｒ−12、アンモニア等）液体金属、低融金属
等、蒸発してあとに固形物を残さないものなら何
んでも良い。

次に第５図乃至第１０図の動作説明を参照して
本考案のポンプの動作を説明する。

先ずポンプに使用する液体を満たす。この時凹
部Ｐの立体角が凹部の材料と液体との接触角より
小さくなつている為、液体は凹部Ｐを完全にヌラ
す事ができず加熱部Ｂの凹部Ｐの先端に気泡核Ｎ
が残る（第５図）。次に加熱部Ｂを加熱すると凹
部は一様に加熱されるが、凹部は円錐形をしてい
る為、先端に行く程断面積が小さくなるので、そ
の部分にある液体の昇温スピードは他の部分より
早く、したがつて気泡核Ｎの上を覆う液体が最も
早く昇温し、気泡核内部の圧力における飽和温度
を上回ると気泡核・液体の界面で液体側から気泡
側へ蒸発が起こり、気泡核Ｎは成長を始める（第
６図）するとポンプ内の圧力が逆止弁CV₂の外側
よりわずかに上昇し逆止弁CV₂は開となる。そし
て逆止弁CV₁は閉となる。気泡の成長とともにそ
の容積分の液体逆止弁CV₂を通し外部へ圧送され
る。気泡の成長スピードは早い。これは凹部先端
のほんのわずかな量の液体の蒸発と凹部を上昇す
る気・液界面の後にひきづられるきわめて薄い液
体膜の蒸発により気泡ができあがつている為でこ
の微量の液体を蒸発させるに必要なエネルギーは
わずかである。素早い気泡の成長はさらに加熱部
内にあつて蒸発できない大部分の液体を素早く加
熱部外へ排出させ、加熱部内での温度上昇による
エネルギーロスを防いでいる。

一方管G₁，G₂内の液体は加熱部からの熱を管
G₁，G₂を通して伝えられるがその量は薄肉管の
使う事で、加熱部内で液体に伝えられる熱より十
分少なくさらに上述の様に素早い気泡の成長によ
り管G₂内の液体はあまり昇温せずに逆止弁CV₂
を通り外に排出される。したがつて気泡は冷えた
管G₂内に拡がつてゆき管G₂内壁で冷やされて凝
縮を始める。そして加熱部での蒸発量とこの凝縮
量がバランスした時気泡の成長は止まる（第７
図）。この状態は不安定でやがて凝縮量が上回り
気泡は収縮を始めポンプ内は少し負圧になる。す
ると逆止弁CV₂が閉じ逆止弁CV₁が開く。この時
吸込部Ｉは液体を良くぬらす材質でしかも加熱部
側に向つて内径が小さくなる様な孔を持つている
ために気・液界面を毛細管力により加熱部側に吸
込むポンプ作用が働き界面が加熱部の入口まで来
るとその付近で冷やされて、気泡の収縮が進む
（第８図）。この時も管G₁を伝わつて加熱部から
来る熱はG₁が薄肉である為に少ない。そしてG₁
内の液体はあまり昇温せず、吸込部により吸込ま
れ加熱部の入口付近を冷やす場合に有効である。
やがて気泡温度の低下により強い負圧が生じ逆止
弁CV₁を通して外部から冷たい液体が大量にポン
プ内に流入する（第９図）。この過程は気泡の凝
縮→負圧の発生→冷たい液体がG₁から流入→気
泡の温度を下げる→気泡の凝縮という循環で一瞬
にして気泡はつぶれ、その容積に相当する量の液
体が外部より補給される。又液体の加熱は、気・
液界面や、気泡の凝縮の際に行なわれる。

以上の様な作動原理で働く為管G₁，G₂と加熱
部の間には大きな温度差を生じる。特に気・液界
面の前後では大きな温度差があり、特に気泡が成
長過程の間管G₁内吸込部にこの界面が存在して
いて温度差に基づく熱応力が発生する。この部分
（加熱部と管G₂との結合部の含む）は従来の考え
では熱伝導率が大きく異なり、熱膨張率が同じ
で、熔接等の結合がしやすい２つの材料を選ぶ必
要があり、問題がある。本考案では同一材料を使
い、それぞれの肉厚を大きく違える事で熱伝導量
を違え上述の問題を解決している。

以上のような熱駆動ポンプは従来のものとくら
べ次の特長がある。小さな投入エネルギーでも作
動し、投入エネルギーのポンプ作用に変換される
率が高い。また、加熱部を含む一本の管と逆止弁
から成り構造が簡単であり、設置にあたつても天
地の制限を受けない。

本考案の逆止弁は圧力感度の高いものが必要で
あり、フラツパ式、タツクビル式、アンブレラ式
等が良い。

本ポンプは加熱された蒸気泡への加熱による蒸
発により液体と押出し気泡の凝縮により外部から
液体を導入しポンプとして働いているが外部の負
荷が大きくなると、（たとえば水位差など）気泡
成長に十分な過熱度が必要になり気泡はG₂内い
つぱいに成長する様になり管G₂を加熱し、収縮
過程に入いりにくくなる。これを改善する為に第
１１図に示す様に熱伝導率の高い材料で作つた熱
交換器EXを管G₂の間と逆止弁CV₁に連結される
液体導入管G₀の間に入れると良い。この構成で
は、管G₂内を成長してきた気泡は液体導入管G₀
内の外部の液体で十分に冷えた熱交換器EXに触
れると熱をうばわれ、そこで気泡が凝縮し、収縮
過程に強制的に引き込むことができ、従つてポン
プの作動範囲と安定性を増すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はポンプ熱駆動ポンプの長さ方向断面
図、第２図は別の形の形態の吸込部をもつ加熱部
の断面図、第３図はその横断面図、第４図は第３
図の左側からみた側面図、第５〜１０図は本考案
のポンプの動作説明、第１１図は本考案のポンプ
の変形例を示す断面図。 G₁，G₂……管、CV₁，CV₂……逆止弁、Ｂ…
…加熱部、Ｐ……円錐型の凹部、Ｉ……吸込部、
EX……熱交換器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 管の内径及び加熱部の肉厚より薄い肉厚を持つ
   一対の管の間に管と同一材料で作られ、内部に凹
   部を持つ加熱部を連結し、前記管の各々の端に逆
   止弁を設け前記加熱部に隣接して管内に吸込部を
   配設して成る事を特徴とする熱駆動ポンプ。