JPH06185489A - 流体駆動ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 集合住宅等の住棟セントラル給湯、暖房方式
のように各住戸に強制循環される熱媒を動力源とする循
環ポンプに関し、安全性が高く安価なポンプを得る。 【構成】 強制循環される一次側流体の熱媒を回転力の
駆動源とする駆動羽根車２１と、二次側流体を循環させ
るポンプ羽根車２３と、一次側流体と二次側流体を気密
に分離する隔壁２８と、駆動羽根車２１に取付られた駆
動側マグネット２５とポンプ羽根車２３に取付られたポ
ンプ側マクネット２７とを隔壁２８を介して対向させて
磁気結合したマグネットカップリング２９を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集合住宅等の住棟セント
ラル給湯あるいは暖房方式のように各住戸に強制循環さ
れる高温の熱媒を動力源として利用する循環ポンプに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の流体を駆動源とするポンプとし
て、例えば特開平３−２７９５２１号公報に示されるよ
うに図９の構成がある。

【０００３】図９は河川から河川水を取水し、河川水の
流れを利用して揚水するポンプで、軸流ランナ１を有す
る横軸チューブラ型の水車２と単段インペラ３を備えた
横軸斜流型のポンプ４とが増速機５を介して一軸上に結
合され、ケーシング６内に収納されている。

【０００４】この構成において、取水路上流の河川水は
その落差により吸込管７から流入して水車２を稼動させ
るとともに増速機５を介して水車２で駆動されるポンプ
４によってその一部が加圧され送水管８を経て送水さ
れ、水車２を稼動させた河川水の大部分は取水路下流へ
放出されて河川下流へ流出する。

【０００５】また、従来の流体を駆動源とするポンプの
他の例として、実開昭５８−１９５６４４号公報に示さ
れるように図１０の構成がある。

【０００６】図１０は配管系統を流れる流体の力で水車
を回わしてローラポンプ等の定量吐出装置を駆動し、微
量の薬液を吸引吐出して上記配管系統に注入するポンプ
で、配管系統９内を流れる流体の流量に比例した回転力
を得る羽根車群１０で構成した水車の出力軸１１を配管
系統外へ貫通突出させてポンプ部１２の駆動軸１３とを
連結したもので、出力軸１１はベアリング１４，１５で
支持されると共にオイルシール１６でシールを行なって
いる。

【０００７】この構成において、配管系統９内を流れる
流体の力で羽根車群１０を流体の流量に比例して回転さ
せて水車を稼動させ、出力軸１１を介して直結されたポ
ンプ部１２を駆動し、薬液タンク１７より薬液１８をチ
ューブ１９を通して吸引し配管系統内に吐出注入するも
のである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示した従来例では水車の回転数が低く水車自身でポンプ
駆動に要求される回転数が得られないため途中に増速機
を設ける必要があり、イニシャルコストが高価で一般家
庭用に使用できるものではなく、また水車駆動流体とポ
ンプにより搬送される流体は分離されておらず全く同一
であり、集合住宅等の住棟セントラル給湯等に利用する
には安全、衛生上の課題があった。

【０００９】また、図１０に示した従来例では駆動側流
体とポンプで搬送される流体はポンプ部で軸シール部材
で仕切られて構成されるものの、住棟セントラル給湯等
に利用するには万一の時の駆動側とポンプ側の流体の混
入防止が不確実であり信頼性上の課題があり、さらに軸
シール部材のため水車の出力軸の回転抵抗が大きく、住
棟セントラル給湯あるいは暖房等に利用するにはポンプ
側の流量が過少であり流量特性上の課題があった。

【００１０】本発明は上記課題を解決するもので、住棟
セントラル給湯あるいは暖房等に利用でき、安全性が高
くイニシャルコストの安価な循環ポンプを提供すること
を目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、強制循環される一次側流体の熱媒を回転力
の駆動源とする駆動羽根車と、二次側流体を循環させる
ポンプ羽根車と、前記一次側流体と二次側流体を気密に
分離する隔壁と、前記駆動羽根車に取付られた駆動側マ
グネットと前記ポンプ羽根車に取付られたポンプ側マグ
ネットとを前記隔壁を介して対向させて磁気結合したマ
グネットカップリングを有する構成としている。

【００１２】また、駆動羽根車は、遠心式羽根車とする
と共に、一次側流体流入口を前記駆動羽根車の外周部に
設けた構成としている。

【００１３】また、駆動羽根車およびポンプ羽根車は同
一形状かつ同一寸法とした構成としている。

【００１４】

【作用】本発明は上記構成により、請求項１では強制循
環される一次側流体の熱媒を駆動羽根車に流動させて駆
動羽根車を回転させ、一次側流体と二次側流体を気密に
分離する隔壁を介してマグネットカップリングで駆動羽
根車と磁気結合されるポンプ羽根車が駆動羽根車の回転
と同期して回転して二次側流体を搬送するポンプ作用が
行なわれ、かつ回転抵抗の増大をもたらす軸シール部を
設けないため高い運転効率でポンプが動作し、かつ隔壁
による一次、二次両流体の完全分離が可能となり両流体
の混入を防止して流体駆動がなされる。

【００１５】また、請求項２ではポンプ用の遠心式羽根
車を駆動羽根車に使用してイニシャルコストのより一層
の低減を図り、かつ駆動羽根車への流体流入口を羽根車
の外周部に設けてあるので流体による駆動トルクが増大
できポンプは高速で回転し、強いポンプ圧力を発生す
る。

【００１６】また、請求項３では駆動羽根車およびポン
プ羽根車は同一形状かつ同一寸法として互換性を持た
せ、部品種類の低減と使用数の増加によりイニシャルコ
ストの低減を図るものである。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を図で説明する。図１は
本発明請求項１の実施例であり、２１は一次側流体が流
れる駆動流体通路２２に設けた駆動羽根車であり、２３
は二次側流体が流れる被動流体通路２４に設けたポンプ
羽根車である。２５は駆動羽根車２１に保持具２６を介
して一体的に取付られた円筒状の駆動側マグネット、２
７は駆動側マグネット２５に対向する位置に設けられる
とともにポンプ羽根車２３に一体的に取付られた円筒状
のポンプ側マグネット、２８は駆動側マグネット２５と
ポンプ側マグネット２７の間を仕切るとともに一次側流
体が流れる駆動流体通路２２と二次側流体が流れる被動
流体通路２４の間を気密に分離する隔壁である。

【００１８】２９は円筒状の駆動側マグネット２５の内
面側と円筒状のポンプ側マグネット２７の外面側とが磁
力によって吸引し合い磁気結合するマグネットカップリ
ングである。

【００１９】３０は駆動羽根車２１を回転自在にする駆
動回転軸であり、一端は隔壁２８の凹部に設けた軸受３
１に、他端は駆動側ケーシング３２に設けた軸受３３に
支えられている。３４はポンプ羽根車２３を回転自在に
するポンプ回転軸であり、その一端は隔壁２８の凹部に
設けた軸受３５に、他端はポンプ側ケーシング３６に設
けた軸受３７に支えられている。

【００２０】駆動羽根車２１とポンプ羽根車２３はマグ
ネットカップリング２９により動力伝達可能に連結され
ている。

【００２１】３８および３９は駆動流体通路２２の入口
側および出口側に設けた駆動流体入口および駆動流体出
口である。４０および４１は被動流体通路２４の入口側
および出口側に設けた被動流体入口および被動流体出口
である。４２は駆動羽根車２１の上流の駆動流体通路２
２に設けた噴出孔である。

【００２２】４３は保持具２６の外面に隔壁２８に向け
て突出させた環状突起４４と隔壁２８により通路隙間を
縮少して形成されている流入抵抗部で、駆動流体通路２
２を流れる駆動流体が駆動側マグネット２５へ循環流動
するのを防止する。

【００２３】図２は上記構成の流体駆動ポンプ４５を集
合住宅等の住棟セントラルの給湯装置に応用した例であ
る。図２において、一次側流体である住棟セントラル給
湯用の熱媒を加熱昇温する熱媒加熱器４６に住棟の各階
および各住戸に向けて熱媒往管４７が配管されると共
に、熱媒往管４７の端部と熱媒加熱器４６とを連結する
熱媒復管４８が配管されて熱媒循環路４９が形成され、
この熱媒循環路４９に熱媒循環ポンプ５０を設けてい
る。５１，５１’は各住戸内の給湯装置であり、給湯用
熱交換器５２および湯と水を任意に混ぜて出湯する湯水
混合栓５３，５３’を有している。この給湯用熱交換器
５２の一次側流路５４の一端は熱媒往管４７に連結さ
れ、他端は流体駆動ポンプ４５の駆動流体通路２２を介
して熱媒復管４８に連結されている。また、一次側流路
５４と熱交換関係にある二次側流路５５の一端は給湯往
管５６によって湯水混合栓５３，５３’の給湯口５３
ａ，５３ａ’に接続され、他端は給湯復管５７によって
流体駆動ポンプ４５の被動流体通路２４を介して上記給
湯往管５６の端部に接続されて給湯循環路５８が形成さ
れている。５９は給湯復管５７および湯水混合栓５３，
５３’の給水口５３ｂ，５３ｂ’に接続され水を供給す
る給水管、６０は給湯復管５７に設けた逆止弁、５３
ｃ，５３ｃ’は湯水混合栓５３，５３’の出湯口であ
る。

【００２４】この住棟セントラルの給湯装置は熱媒加熱
器４６にて高温湯（７０〜８５℃）を作り、この熱媒を
熱媒循環ポンプ５０にて住棟全体の各住戸に白抜き矢印
方向に強制循環させ、各住戸で熱媒と給水を熱交換して
給湯利用するもので、流体駆動ポンプ４５は給湯循環路
５８内の湯水を実線矢印方向に循環させて給湯用熱交換
器５２で熱媒と熱交換して昇温させた湯を給湯往管５６
内に確保し、湯水混合栓５３および５３’を開栓した時
に待ち時間なしに湯が出湯口５３ｃ，５３ｃ’から出る
即湯性を得るためのものである。

【００２５】次に上記実施例における流体駆動ポンプの
作用を説明する。強制循環される一次側流体の熱媒を駆
動流体入口３８より駆動流体通路２２に導入し、この熱
媒を噴出口４２を通して駆動羽根車２１に向って噴出さ
せ、駆動羽根車２１を回転させたあと駆動流体出口３９
より流出する。駆動羽根車２１の回転により保持具２６
で一体的に取付られた駆動側マグネット２５が回転し、
隔壁２８で気密に分離されると共に磁力により駆動側マ
グネット２５に結合されているポンプ側マグネット２７
が回転するため、ポンプ側マグネット２７に一体的に取
付られるポンプ羽根車２３が回転する。すなわち、一次
側流体である熱媒の流動する力で流体駆動ポンプ４５の
ポンプ羽根車２３を駆動し回転させるもので、このポン
プ羽根車２３の回転によりポンプ作用を発生させる。図
２の給湯装置では放熱により冷めた給湯循環路５８内の
給湯水を循環させて給湯用熱交換器５２に送り、高温の
熱媒によって加熱昇温して給湯往管５６内に加温された
給湯水を確保する。

【００２６】また、流入抵抗部４３により駆動流体通路
２２を流れる一次側流体である熱媒が駆動マグネット２
５側へ循環流動するのが防止されるため、駆動マグネッ
ト２５の周囲の温度は二次側流体の温度に接近させるこ
とができ、図２に示した給湯装置のように一次側流体の
熱媒温度を７０〜８５℃としても駆動側マグネット２５
の温度は１５〜２０℃の常温に近い値にできる。図３は
駆動マグネット２５あるいはポンプマグネット２７を形
成する永久磁石の磁力と温度の関係を示したもので、温
度が高くなるにつれて磁力が低下し、安価な磁石ほどこ
の傾向が大きい。

【００２７】以上の磁石の特性のため、熱媒側の駆動側
マグネット２５の周囲温度を低く保てることは、磁力の
低下を防止できることを意味し、設計上でマグネットの
小型化あるいは低コスト化ができる。なお、保持具２６
を樹脂等の熱伝導性の低い材料で形成すれば駆動側マグ
ネット２５の温度上昇防止により効果的である。

【００２８】以上のように、隔壁２８で一次側流体と二
次側流体を気密に分離できるため、両流体の混合が防止
でき、特に給湯装置などのように二次側流体を飲用に利
用する場合は衛生および安全性が向上する。

【００２９】また、一次側および二次側の両流体を仕切
る壁を貫通する軸と軸シールを持たないので、軸シール
による回転抵抗が生じないため、わずかな駆動力で高速
回転ができるようになり、ポンプ流量の高流量化による
ポンプ特性の向上と、回転抵抗の低減による一次側流体
の駆動力低減による省エネルギー化と、動力として利用
する利用端末側の利用数増による利用価値と利便性の向
上が図れる。

【００３０】さらに、マグネットの温度を低温側流体の
温度に近い値にできるため、高温化による磁力の低下を
防止でき、マグネットの小型化による流体駆動ポンプの
小型化と低コスト化ができ、また磁力の向上による連結
トルクの増大ができる。

【００３１】次に、図４、図５および図６で本発明請求
項２の実施例について説明する。なお、図１で示した本
発明請求項１の実施例と同一部材、同一機能のところは
同一符号を付与し詳細な説明は省略する。６１は一次側
流体が流れる駆動流体通路６２に設けた駆動羽根車であ
り、前壁６１ａと接近して設けた後壁６１ｂおよび複数
の仕切壁６１ｃで囲まれると共に、外周部に開孔する外
周開孔６１ｄと内周部で前壁６１ａ側に開孔する内周開
孔６１ｅから成る狭少の隙間を持つ駆動羽根車通路６３
を有している。

【００３２】この駆動羽根車６１は、前壁６１ａおよび
後壁６１ｂを回転軸に対して垂直あるいはほぼ垂直に設
けると共に、複数の仕切壁６１ｃ，６１ｃ…を前壁６１
ａ側から見て図５のように渦巻状に後壁６１ｂに成形し
たいわゆるポンプ用の遠心式羽根車として使用できる形
状とし、形状の簡素化および組立工程の後述するポンプ
羽根車との共通化を図っている。

【００３３】６４は駆動羽根車６１の外周部に設けた駆
動流体入口、６５は駆動羽根車６１の中心部側に設けた
駆動流体出口である。

【００３４】６６は二次側流体が流れる被動流体通路２
４に設けた遠心式羽根車構成のポンプ羽根車であり、前
壁６６ａ、後壁６６ｂ、および複数の仕切壁６６ｃで囲
まれると共に、外周部に開孔する外周開孔６６ｄと内周
部で前壁６６ａ側に開孔する内周開孔６６ｅから成るポ
ンプ羽根車通路６７を有し、この仕切壁６６ｃは前壁６
６ａ側から見て図６のように駆動羽根車６１と同方向の
渦巻状に形成されている。このポンプ羽根車６６はその
後壁６６ｂが駆動羽根車６１の後壁６１ｂと背中合せに
なる方向に反転して設置したものであり、円筒状のポン
プ側マグネット２７が一体的に取付られている。

【００３５】次に上記実施例における流体駆動ポンプの
作用を説明する。強制循環される一次側流体の熱媒を外
周部に設けた駆動流体入口６４より駆動流体通路６２に
設けた駆動羽根車６１に図５白抜き矢印のようにその接
線方向から流入させ、狭少の隙間で形成される駆動羽根
車通路６３を外周部の外周開孔６１ｄから内周部の内周
開孔６１ｅに向って白抜き矢印の方向へ流動させると共
に、駆動流体出口６５より流出させる。この時接線方向
でかつ狭少の隙間に流入した少量の熱媒の流体力により
駆動羽根車６１は破線矢印の方向に高速に回転する。こ
の方向に回転する駆動羽根車６１は反転して設置したポ
ンプ羽根車６６を図６に示す実線矢印の方向にマグネッ
トカップリング２９を介して高速に回転させる。

【００３６】このポンプ羽根車６６の回転方向は遠心力
によるポンプ作用を発生させる回転方向と同一であり、
二次側流体はポンプ羽根車通路６７を図６で白抜き矢印
で示すように外周開孔６６ｄ側へ流動し、図４で実線矢
印で示したように軸方向の被動流体入口４０から周方向
の被動流体出口４１に貫流する。

【００３７】以上のように、回転軸にほぼ垂直な狭少な
隙間をもつ渦巻状の駆動羽根車通路に外周部から一次側
流体を流入させることによって、ポンプ作用に必要な高
速回転を少ない一次側流体流量で得ることができ、この
流体駆動ポンプ自身の小型化や、一次側流体を循環させ
る機器の小型化もできる。

【００３８】さらに、駆動羽根車はポンプ用の遠心式羽
根車として使用できる形状として形状の簡素化および組
立性を向上させ、イニシャルコストの一層の低減ができ
る。

【００３９】次に、図７で本発明請求項３の実施例につ
いて説明する。なお、本発明請求項１および請求項２の
実施例と同一部材、同一機能のところは同一符号を付与
し詳細な説明は省略する。６８は一次側流体が流れる駆
動流体通路６９に設けた駆動羽根車、７０は二次側流体
が流れる被動流体通路７１に設けたポンプ羽根車であ
り、この駆動羽根車６８とポンプ羽根車７０は全く同一
形状かつ同一寸法のものを反転して設置したものであ
る。

【００４０】この駆動羽根車６８およびポンプ羽根車７
０の構成をポンプ羽根車７０で説明する。ポンプ羽根車
７０は前壁７２と接近して設けた後壁７３により形成す
る狭少の隙間を複数の仕切壁７４で区切ると共に、外周
部に開孔する外周開孔７５と内周部で前壁７２側に開孔
する内周開孔７６から成る羽根車通路７７を有してい
る。

【００４１】また、前壁７２および後壁７３は回転軸に
対して垂直あるいはほぼ垂直に設けられると共に、仕切
壁７４は後壁７３から突出させて一体成形されると共に
前壁７２側から見て図８のように外周側へ向うに従って
弧を描く渦巻状に形成された遠心式の羽根車である。

【００４２】７８は後壁７３に設けた複数の連結凹部
で、マグネットカップリング用のマグネットと連結する
ためのものである。

【００４３】７９はポンプ側マグネット２７を接合保持
する保持具８０の外面に隔壁２８に向けて突出させた環
状突起８１と隔壁２８により通路隙間を縮少して形成さ
れる二次流体側の流入抵抗部で、一次流体側の流入抵抗
部４３が一次側流体が駆動側マグネット２５へ循環流動
するのを防止するように、二次流体側の流入抵抗部７９
は二次側流体がポンプ側マグネット２７へ循環流動する
のを防止し、二次側流体が高温の場合でもマグネットカ
ップリング２９の連結磁力の低下を防止する。

【００４４】８２は一次流体側の保持具２６あるいは二
次流体側の保持具８０に設けた複数の連結凸部で、駆動
羽根車６８あるいはポンプ羽根車７０を構成する羽根車
の連結凹部７８とこの連結凸部８２をハメ合せて連結す
るものである。

【００４５】上記実施例における流体駆動ポンプの駆動
側およびポンプ側の主動作は前記請求項２の説明と同じ
であるため省略する。

【００４６】以上のように、羽根車を駆動側とポンプ側
とに共用使用して部品点数の削減および１台当りの使用
数を増やすため、イニシャルコストの一層の低減が図れ
る。

【００４７】さらに、一次流体側および二次流体側に同
一の羽根車を使用するため、一次側流体を駆動側とする
場合だけでなく、二次流体側を駆動側に切替えても優れ
た特性を維持して運転でき、可逆運転性が付与できるた
めこの流体駆動ポンプの用途拡大および利便性が向上で
きる。

【００４８】特に、二次流体側にも流入抵抗部７９を有
しているので高温の二次側流体に対してもマグネットカ
ップリングの連結磁力の確保およびマグネットの小型化
による流体駆動ポンプの小型化ができる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明の流体駆動ポンプは
次の効果が得られる。

【００５０】（１）一次側流体を駆動源とする駆動羽根
と二次側流体を循環させるポンプ羽根車を気密の隔壁を
介してマグネットカップリングにより磁気結合している
ので、一次側および二次側の両流体の混合防止に対する
信頼性が向上できる。

【００５１】（２）両流体を仕切る壁を貫通する部分の
軸と軸シールを持たないため軸シールでの回転抵抗が発
生せず、一次側流体の駆動力低減による省エネルギー性
が向上できる。

【００５２】（３）一次側流体の駆動力低減により、動
力として利用する利用端末側の利用数を増加でき利用価
値の向上と利便性の向上ができる。

【００５３】（４）ポンプ用の遠心式羽根車を駆動羽根
車としてその外周部から一次側流体を羽根車に流入させ
るので、狭少な隙間をもつ駆動羽根車の外周部から少量
の一次側流体を流入させて高速回転を得ることができ、
この流体駆動ポンプ自体に加えて一次側流体を循環させ
る機器の小型化ができる。

【００５４】（５）駆動羽根車は形状が簡素化され、組
立性が良くなるため、イニシャルコストの一層の低減が
できる。

【００５５】（６）同一形状かつ同一寸法の駆動羽根車
とポンプ羽根車とを気密の隔壁を介してマグネットカッ
プリングにより磁気結合しているので、羽根車を駆動側
とポンプ側とに共用して部品点数の削減を図りイニシャ
ルコストがより一層低減できる。

【００５６】（７）効果（６）と同じ理由により二次流
体側を駆動側とする逆運転でも優れた特性を維持できる
可逆運転性が付与できるため、この流体駆動ポンプの用
途拡大および利便性が向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明請求項１の実施例における流体駆動ポン
プの断面図

【図２】同ポンプの給湯装置への応用例を示すシステム
構成図

【図３】同ポンプのマグネット磁力の温度特性図

【図４】本発明請求項２の実施例における流体駆動ポン
プの断面図

【図５】同ポンプにおける駆動羽根車の横断面図

【図６】同ポンプにおけるポンプ羽根車の横断面図

【図７】本発明請求項３の実施例における流体駆動ポン
プの断面図

【図８】同ポンプにおける駆動羽根車およびポンプ羽根
車の横断面図

【図９】従来の流体を駆動源とするポンプの構成図

【図１０】従来の流体を駆動源とする他のポンプの断面
図

【符号の説明】

２１ 駆動羽根車 ２３ ポンプ羽根車 ２５ 駆動側マグネット ２７ ポンプ側マグネット ２８ 隔壁 ２９ マグネットカップリング ６４ 一次側流体入口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】強制循環される一次側流体の熱媒を回転力
   の駆動源とする駆動羽根車と、二次側流体を循環させる
   ポンプ羽根車と、前記一次側流体と二次側流体を気密に
   分離する隔壁と、前記駆動羽根車に取付られた駆動側マ
   グネットと前記ポンプ羽根車に取付られたポンプ側マグ
   ネットとを前記隔壁を介して対向させて磁気結合したマ
   グネットカップリングを有する流体駆動ポンプ。
2. 【請求項２】駆動羽根車は、遠心式羽根車とすると共
   に、一次側流体流入口を前記駆動用羽根車の外周部に設
   けた請求項１記載の流体駆動ポンプ。
3. 【請求項３】駆動羽根車およびポンプ羽根車は同一形状
   かつ同一寸法とした請求項１記載の流体駆動ポンプ。