JPH057512Y2 - - 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、コンプレツサーなど外部動力
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。実施に際しては、加熱部と管
の間の結合部には大きな温度差を生じさせる為加
熱部と管は別々の材料で、熱伝導率が大きく異な
り、熱膨張率が同一で互いに熔接が可能という条
件を満す必要がある。しかし実際にはかかる条件
を満す材料の選択が困難なために加熱部と管との
結合部の間に別の干渉材を入れたり、管の形状を
工夫したりしなくてはならず、部品数が増加し、
組立の手間がかかり、ポンプの信頼性も悪くなつ
てしまう問題があつた。

本考案は加熱部と管との間の大きな温度差は保
ちつつ従来のものより簡単に組立てられ、信頼性
の高い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一本の管の一部
を内側より外側へ突き出させた加熱部を持ち、管
の両端にそれぞれ逆止弁を設け、前記加熱部に隣
接して管内に吸込部を配設して成ることを特徴と
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、加熱部は管の一部を内側よ
り外側へ突き出させ円錐型の凹部Ｐとする。凹部
の肉厚は外部より加えられる熱が良く伝わる様に
管のそれより薄くなつている。また凹部の立体角
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。管G₁，G₂は加熱部と一体で
作られていて、その両端に逆止弁CV₁，CV₂が取
付けてある。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を持つものでもよい（第２
図）。管の材質としてはガラス、のような熱を伝
えにくい物質が良いがセラミツクス、プラスチツ
ク等でも良い。又管G₁と加熱部Ｂの間には、使
用する液体を良くヌラし、熱が伝わりにくくし
て、液体に対して管G₁よりも大きな毛細管力が
作用するように作られた吸込部Ｉが管G₁内にお
いて取付けてある。又は変形例として管G₁と一
体で作つても良い。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。別の変
形例として、第３図第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、結合は凹部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を均一に加熱す
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
はわずかで良い。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管がガラ
ス等でできている為少ない。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が熱不良導体
の為に少ない。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がこの部分
（加熱部と管G₂の間も含む）は管と一体で結合部
が無い為簡単で問題が無い。また加熱部を均一に
加熱するには加熱部（凹部の所）を加熱流体（た
とえば燃焼ガス、高温排水等）中に置くことで可
能になる。

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、加熱部と管が一体でできている
ので丈夫で構造が簡単になる。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. 一本の管の一部を内側より外側へ突き出させた
   加熱部を持ち、管の両端にそれぞれ逆止弁を設
   け、前記加熱部に隣接して管内に吸込部を配設し
   て成ることを特徴とする熱駆動ポンプ。