JPH0763187A - 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高温の熱媒を動力源と
するポンプに関し、熱媒の流体力と熱を利用して熱媒の
利用度が高く、一次側、二次側の流体の混合を防止し安
全性の高いポンプを得る。 【構成】 強制循環される一次側流体と回転力の駆動源
とする駆動羽根車２１と、この駆動羽根車２１と動力伝
達可能に連結された二次側流体を搬送するポンプ羽根車
２３と、一次側流体と二次側流体を気密に分離する隔壁
２９と、一次側流体と二次側流体とを熱交換させる熱交
換部４７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て、
例えば特開平３−２７９５２１号公報に示されるように
図７の構成がある。

【０００３】図７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を稼働させ
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を稼働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
他の例をして、実開昭５８−１９５６４４号公報に示さ
れるように図８の構成がある。

【０００６】図８は配管系統を流れる流体の力で水車を
回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
せて水車を稼働させ、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７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８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を回転力の駆
動源とする駆動羽根車と、この駆動羽根車と動力伝達可
能に連結され二次側流体を搬送するポンプ羽根車と、前
記一次側流体と二次側流体とを熱交換させる熱交換部を
有する構成としている。

【００１２】また、熱交換部は、隔壁に伝熱促進部を設
けて形成した構成としている。また、熱交換部は、隔壁
に伝熱促進部を設けて形成し駆動羽根車およびポンプ羽
根車の少なくとも一方には熱交換部での流体の動きを増
大させる撹拌促進部を設けた構成としている。

【００１３】

【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を駆動羽根車に流動させて駆動羽
根車を回転させ、駆動羽根車に動力伝達可能に連結され
た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、かつ一次
側流体と二次側流体を熱交換部で熱交換させて一次側流
体のエネルギーをポンプ作用の動力として利用するだけ
でなく熱として二次側流体に利用して一次側流体の利用
度を高めてポンプが動作し、かつ隔壁による一次側、二
次側の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。

【００１４】また、請求項２では隔壁に伝熱促進部を設
けて熱交換部として構造の簡素化と小型化により流体の
通路抵抗を低減してより強いポンプ作用を発生する。

【００１５】また、請求項３では駆動羽根車あるいはポ
ンプ羽根車に撹拌促進部を設けて熱交換部での流体に強
い撹拌流を発生させてより一層の伝熱促進が可能とな
り、熱交換量を高めた流体駆動がなされる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例を図で説明する。図１は
請求項１の一実施例であり、２１は一時側流体が流れる
駆動流体通路２２に設けた駆動羽根車であり、２３は二
次側流体が流れる二次側流体通路２４に設けたポンプ羽
根車である。２５は駆動羽根車２１に第一保持具２６を
介して一時的に取付られた中空円板状の駆動側マグネッ
ト、２７は駆動側マグネットに対向する位置に設けられ
ポンプ羽根車２３に第二保持具２８と介して一体的に取
付けられた中空円板状のポンプ側マグネット、２９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
次的流体が流れる二次側流体通路２４の間を気密に分離
する隔壁である。

【００１７】３０は隔壁側マグネット２５とポンプ側マ
グネット２７とが対向し磁力によって動力伝達可能に連
結されたマグネットカップリングである。

【００１８】３１は駆動羽根車２１を回転自在に支持す
る駆動側の回転軸であり、一端は隔壁２９の凹部に他端
は駆動側ケーシング３２に設けた支持部３３に支えられ
ている。３４はポンプ羽根車２３を回転自在に支持する
ポンプ側の回転軸であり、その一端は隔壁２９の凹部に
他端はポンプ側ケーシング３５に設けた支持部３６に支
えられている。

【００１９】３７、３８は駆動羽根車２１およびポンプ
羽根車２３に設けた軸受、３９、４０は駆動羽根車２１
およびポンプ羽根車２３の隔壁２９側に設けたスペー
サ、４１、４２は支持部３３および３６側のスペーサで
ある。

【００２０】４３および４４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部および駆動流体
出口部であり、４５および４６は二次側流体通路２４の
入口側および出口側に設けた二次側流体入口部および二
次側流体出口部である。

【００２１】４７は一次側流体と二次側流体を伝熱関係
にする熱交換部であり、ここでは駆動流体入口部４３に
設けた伝熱体４８と二次側流体出口部に設けた伝熱体４
９と熱的に連結して熱交換部４７を形成している。

【００２２】図２は上記構成の流体駆動ポンプ５０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５１に住棟の各階
および各住戸に向けて熱媒往関５２が配管されるととも
に、熱媒往管５２の端部と熱媒加熱器５１とを連結する
熱媒復管５３が配管されて熱媒循環路５４が形成され、
この熱媒循環路５４に熱媒循環ポンプ５５を設けてい
る。

【００２３】５６ａ、５６ｂは各住戸内の給湯装置であ
り、給湯用熱交換器５７および湯を水を任意に混ぜて出
湯する湯水混合栓５８、５９を有している。給湯用熱交
換器５７の一次側流路６０の一端は熱媒往管５２に連結
され、他端は熱媒復管５３に連結されている。この一次
側流路６０と熱交換関係にある二次側流路６１の一端は
給湯往管６２により湯水混合栓５８、５９の給湯口５８
ａ、５９ａに接続され、他端は給湯復管６３により流体
駆動ポンプ５０の二次側流体通路２４を介して上記給湯
往管６２の端部に接続されて給湯循環路６４が形成され
ている。６５は給湯復管６３および湯水混合栓５８、５
９の給水口５８ｂ、５９ｂに接続され水を供給する給水
管、６６は給水復管６３に設けた逆止弁、５８ｃ、５９
ｃは湯水混合栓５８、５９の出湯口である。

【００２４】流体駆動ポンプ５０の駆動流体路２２は制
御弁６７を介して給湯用熱交換器５７の一次側流路６０
と並列に接続されている。６８は湯水混合栓５８、５９
での出湯動作を検知する給湯検知器である。

【００２５】この住棟セントラルの給湯装置は熱媒加熱
器５１にて高温湯（７０〜８５℃）を作り、この熱媒を
熱媒循環ポンプ５５にて住棟の各住戸に白抜き矢印方向
に強制循環させ、各住戸内の給湯装置５６ａ、５６ｂ・
・・で熱媒と給水を熱交換させて給湯利用する。ここで
各住戸内の流体駆動ポンプ５０は給湯循環路６４内の温
水を太実線矢印方向に循環させるとともに熱交換部４７
において熱媒で加熱昇温させ、湯水混合栓５８、５９を
開栓した時に待ち時間なしに湯が出湯口５８ｃ、５９ｃ
から出る即湯性を得るためのものである。

【００２６】次にこの実施例における流体駆動ポンプ５
０の動作を説明する。熱媒循環ポンプ５５により強制循
環される一次側流体の熱媒を制御弁６７を流体駆動ポン
プ５０側と熱媒往管５２側を連通させて駆動流体入口４
３より駆動流体通路２２に導入し、この熱媒の流体力に
より駆動羽根車２１を回転させて駆動流体出口部４４よ
り流出させる。駆動羽根車２１の回転により第一保持具
２６で一体的に取付けられた駆動側マグネット２５が回
転し、隔壁２９で気密に分離されるとともに磁力により
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も回転し、このポンプ側マグネット２７に第二
保持具２８で一体的に取付けられているポンプ羽根車２
３が駆動羽根車２１と同期して回転する。すなわち、一
次側流体である熱媒の流動する力でポンプ羽根車２３を
回転させてポンプ作用を発生させ、二次側流体である給
湯循環路６４内の水を循環駆動する。

【００２７】さらに、熱媒で二次側流体を駆動すると同
時に循環駆動した二次側流体は一次側の熱媒と熱交換部
４７で熱交換し加熱昇温されるものである。

【００２８】湯水混合栓５８、５９での開栓により出湯
動作を給湯検知器６８で検知すると、制御弁６７を一次
側流路６０と熱媒往管５２側を連通させて給湯用熱交換
器５７に熱媒を供給し、給水管６５の給水圧力により二
次側流路６１に送り込まれた給水を加熱昇温して給湯利
用する。

【００２９】以上のように、一次側流体の流動力で二次
側流体を駆動すると同時に両流体間の熱交換ができるた
め、新たな熱交換器を別に設ける必要がなく機器の低コ
スト化ができ、また熱交換器と一体型のポンプのため機
器の小型化が促進できる。

【００３０】さらに、二次側流体の循環駆動に対して各
住戸において電気モータ駆動ポンプで必要な電気が不要
とできるため電気工事を省くことができ、省施工化でき
る。

【００３１】そのうえ、一次側流体と二次側流体を隔壁
で分離するため、両流体の混合防止の信頼性が得られ、
特に給湯などのように二次側流体を飲用に利用する場合
は衛生及び安全性が向上する。

【００３２】次に、図３および図４で請求項２の一実施
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。図３において、６９は
隔壁２９の駆動流体通路２２側に設けた伝熱促進部７０
と二次側流体通路２４側に設けた伝熱促進部７１とを有
する熱交換部である。７２は駆動羽根車２１の外周部に
開孔する外周７３と内周部で駆動流体出口部４４側に開
孔する内周開孔７４をもつ駆動羽根車通路であり、隔壁
２９側と駆動流体出口部４４側を連通させるため駆動羽
根車２１に設けた一次側連通項７５が駆動羽根車通路７
２の内周寄りに設けられている。

【００３３】７６はポンプ羽根車２３の外周部に開孔す
る外周開孔７７と内周部で二次側流体入口部４５側に開
孔する内周開孔７８をもつポンプ羽根車通路であり、隔
壁２９側と二次側流体入口部４５側を連通させるためポ
ンプ羽根車２３に設けた二次側連通孔７９がポンプ羽根
車通路７６の内周寄りに設けられている。図４は熱交換
部６９の実施例を示したもので、駆動流体通路２２側の
伝熱促進部７０および二次側流体通路２４側の伝熱促進
部７１はそれぞれ隔壁２９に設けた突起８０、８１によ
る拡大伝熱面で形成されている。

【００３４】次にこの実施例における動作を説明する。
強制循環される一次側流体によりポンプ羽根車２３が回
転して二次側流体が循環駆動されるのは請求項１の場合
であるため省略し、ここでは熱交換部６９での動作を説
明する。駆動流体入口部４３から流入した一次側流体は
駆動羽根車２１を回転させるとともに駆動羽根車通路７
２を通って駆動流体出口部４４に流出するが、その一部
は駆動羽根車２１と隔壁２９の隙間を通り熱交換部６９
で熱交換して一次側連通孔７５を経て流出する。また、
二次側流体入口部４５から流入した二次側流体はポンプ
羽根車通路７６を通って二次側流出出口部４６に流出す
るが、その一部は二次側連通孔７９を通りポンプ羽根車
２３と隔壁２９の隙間へ抜け熱交換部６９で熱交換して
流出する。

【００３５】このようにして一次側流体により二次側流
体が搬送されると同時に、一次側流体と二次側流体の熱
交換が行なわれる。

【００３６】以上のように、熱交換部６９を隔壁２９に
設けているため熱交換器一体型の流体駆動ポンプの一層
の小型化と、機器の低コスト化ができる。

【００３７】さらに、回転する駆動羽根車およびポンプ
羽根車の近傍に熱交換部が配置されるため流体に乱流が
生じて熱伝達が促進され、伝熱性能が向上できる。

【００３８】また、熱交換部を隔壁に一体化し、各流体
の一部を熱交換部に流すため、熱交換部での流路抵抗の
低減により両流体の流体駆動ポンプでの圧力損失が少な
くなり、より一層強いポンプ作用が発揮できる。

【００３９】次に、図５および図６で請求項３の一実施
例について説明する。なお、図１および図３で示した請
求項１および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。

【００４０】図５において、８２は駆動羽根車２１の隔
壁２９側に設けた撹拌促進部、８３はポンプ羽根車２３
の隔壁２９側に設けた撹拌促進部である。

【００４１】図６は撹拌促進部８２、８３の一実施例と
して両流体側ともに同じ形状とした場合であり、隔壁２
９側から見たポンプ羽根車２３を示し、第二保持具に渦
巻状の突起である撹拌突起８３ａを複数形成して撹拌促
進部８３を構成している。

【００４２】駆動羽根車２１側の撹拌促進部８２も同様
に第一保持具２６に渦巻状の突起である撹拌突起８２ａ
を複数形成して構成している。

【００４３】次にこの実施例における動作を説明する。
駆動流体入口部４３から流入した一次側流体は駆動羽根
車２１を回転させるとともに駆動羽根車通路７２を通っ
て駆動流体出口部４４に流出するが、その一部は撹拌促
進部８２の図６の破線矢印方向の回転により生じる吸引
力により強制的に熱交換部６９の伝熱促進部７０に流入
させるとともに、伝熱促進部７０で一次側流体が撹拌促
進部８２により強く撹拌され、乱流効果と高流速化によ
り伝熱が促進され熱交換し、一次側連通孔７５を経て流
出する。

【００４４】また、ポンプ羽根車２３の回転によるポン
プ作用により二次側流体入口部４５から流入した二次側
流体はポンプ羽根車通路７６を通って二次側流体出口部
４６に流出するが、その一部は撹拌促進部８３の図６の
実線矢印方向の回転により生じるポンプ作用により強制
的に熱交換部６９の伝熱促進部７１に流入するととも
に、伝熱促進部７１で二次側流体が撹拌促進部８３によ
り強く撹拌され、乱流効果と高流速化により伝熱が促進
されて熱交換し、二次側連通孔７９を経て流出する。

【００４５】このようにして一次側流体により二次側流
体が搬送されると同時に、一次側流体および二次側流体
がそれぞれ撹拌促進部により強制的に熱交換部に送り込
まれ、強く伝熱促進されて熱交換が行なわれる。

【００４６】以上のように、隔壁に設けた伝熱促進部を
もつ熱交換部と、羽根車に設けた撹拌促進部により、一
層の伝熱促進が可能となり、熱交換部の大能力化および
流体駆動ポンプの一層の小型化が図れる。

【００４７】また、撹拌促進部が駆動力あるいはポンプ
力を高める流体作用を生じるため、流体駆動ポンプのポ
ンプ特性向上を図ることができる。

【００４８】さらに、駆動羽根車側およびポンプ羽根車
側の撹拌促進部を全く同一の形状とすることで、金型費
の削減、部品の共用化等が図れ、低コスト化が一層向上
できる。

【００４９】なお、以上は駆動羽根車側とポンプ羽根車
側を同一形状の撹拌促進部とする実施例を示したが、よ
り一層の特性向上のためそれぞれの撹拌促進部を互いに
最適形状化してその形状を違えても良いのは当然であ
る。

【００５０】

【発明の効果】以上のように請求項１の流体駆動ポンプ
によれば次の効果が得られる。

【００５１】（１）新たな熱交換器を別に設けなくてよ
く機器の低コスト化ができ、熱交換器一体型のため機器
の小型化が促進できる。

【００５２】（２）電気工事を省くことができ、省施工
化できる。 （３）一次側、二次側の両流体の混合防止の信頼性が得
られ飲用に利用する場合は衛生および安全性が向上す
る。

【００５３】また、請求項２の流体駆動ポンプによれば
次の効果が得られる。 （１）熱交換部を隔壁に設けるため一層の小型化と機器
の低コスト化ができる。

【００５４】（２）隔壁近傍の羽根車の回転により乱流
が生じ、熱伝達が促進され伝熱性能が向上する。

【００５５】（３）熱交換部での流路抵抗の低減により
圧力損失が少なくなり、より一層強いポンプ作用が発揮
できる。

【００５６】また、請求項３の流体駆動ポンプによれば
次の効果が得られる。 （１）隔壁に設けた伝熱促進部と、羽根車に設けた撹拌
促進部により、一層の伝熱促進による熱交換部の大能力
化および流体駆動ポンプの一層の小型化ができる。

【００５７】（２）撹拌促進部の流体作用によりポンプ
特性向上ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１の一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】本発明の請求項２の一実施例における流体駆動
ポンプの断面図

【図４】同ポンプにおける熱交換部の断面図

【図５】本発明の請求項３の一実施例における流体駆動
ポンプの断面図

【図６】同ポンプにおける撹拌促進部の構成図

【図７】従来の流体を駆動源とするポンプの構成図

【図８】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 ２９ 隔壁 ４７、６９ 熱交換部 ７０、７１ 伝熱促進部 ８２、８３ 撹拌促進部

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を回転力の駆動
   源とする駆動羽根車と、この駆動羽根車と動力伝達可能
   に連結され二次側流体を搬送するポンプ羽根車と、前記
   一次的流体と前記二次側流体を気密に分離する隔壁と、
   前記一次側流体と二次側流体とを熱交換させる熱交換部
   を有する流体駆動ポンプ。
2. 【請求項２】熱交換部は、隔壁に伝熱促進部を設けて形
   成した請求項１記載の流体駆動ポンプ。
3. 【請求項３】熱交換部は、隔壁に伝熱促進部を設けて形
   成するとともに、駆動羽根車およびポンプ羽根車の少な
   くとも一方には熱交換部での流体の動きを増大させる撹
   拌促進部を設けた請求項１記載の流体駆動ポンプ。