(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水の供給をなす温水ポンプであって、前記温水の温度に対応して、温水ポンプの吐出圧力ー吐出流量特性を変化させるポンプ特性変更手段を備え、このポンプ特性変更手段は、温水の吐出口内に配設されるとともに、前記吐出口内の流路面積を変化させる絞り部材と、前記温水の温度を感知して前記絞り部材を作動させる駆動部材とによって構成されていることを特徴とする温水ポンプ。
【請求項２】
前記駆動部材が、バイメタルであることを特徴とする請求項１に記載の温水ポンプ。
【請求項３】
前記駆動部材が、形状記憶合金であることを特徴とする請求項１に記載の温水ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、暖房設備等に用いられて、暖房用の温水を供給するようにした温水ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば、暖房設備には、熱源機において加熱生成された暖房用の温水を、前記熱源機から室内等に設置されている放熱器へ送り込むための温水ポンプが設けられている。
【０００３】
図８は、家屋等に設置される暖房設備のシステム構成図で、この図において符号１で示す暖房設備は、暖房水を加熱する熱源機２と、室内等に設置されるとともに、前記熱源機２に接続された温水マット３や暖房用の室内機４等の放熱器とによって構成されている。
【０００４】
前記熱源機２は、ケーシング５と、このケーシング５内に設置された熱交換器６と、この熱交換器６から前記室内機４へ暖房用水を供給する高温水供給管７と、この高温水供給管７から供給される暖房用水を複数の室内機４へ分配する高温水供給ヘッダ８と、前記室内機４や温水マット３において熱交換を終えた低温の暖房用水が貯留される暖房用水タンク９と、この暖房用水タンク９を前記温水マット３や室内機４とに集合ヘッダ１０を介して接続する暖房用水戻し管１１と、前記暖房用水タンク９と前記熱交換器６とを接続するとともに、暖房用水タンク９に貯留されている暖房用水を前記熱交換器６へ送り込む接続管１２と、この接続管１２の途中に設けられて、前記暖房用水の循環をなす温水ポンプ１３と、前記接続管１２の途中で前記温水ポンプ１３よりも下流側に接続され、前記暖房用水タンク９から吸引された低温の暖房用水を前記温水マット３へ供給する低温水供給管１４と、この低温水供給管１４の下流側の端部に設けられ、前記温水マット３等の低温水を使用する機器が接続されることにより、これらの機器に前記低温の暖房用水を分配供給する低温水供給ヘッダ１５と、前記暖房用水タンク９に、外部の水道管から補給水を供給する補水管１６と、この補水管１６の途中に設けられて、前記暖房用水タンク９内の暖房用水の貯留量の検出結果に基づき作動させられて、前記補給水の補給量を制御する電磁弁１７とを備えている。
【０００５】
さらに詳述すれば、前記熱交換器６は、前記高温水供給管７と前記接続管１２とを連通状態で接続するとともに、表面に伝熱フィン１８ａが多数設けられた伝熱管１８と、この伝熱管１８の下方に対向配置されて前記伝熱管１８を加熱するガスバーナ等のバーナ１９と、このバーナ１９に接続されて燃焼用ガスを供給するガス供給管２０と、前記伝熱管１８およびバーナ１９を取り囲んで設けられたバーナケース２１と、このバーナケース２１の下方に形成され吸気通路２１ａ内に設置された吸気ファン２２と、前記バーナケース２１の上壁に連設されるとともに、前記ケーシング５の上端部を貫通して外部へ突出させられた排気筒２３とによって構成されている。
【０００６】
また、前記暖房用水タンク９は、その内部に、内部を上下に２分割するように隔壁２４が設けられており、この隔壁２４は中央部が上方へ突出するように略円錐状に形成され、その頂部に貫通孔２４ａが形成されている。
【０００７】
さらに、側壁の上部には、暖房用水タンク９の内部を前記ケーシング５の外部へ連通するドレン管２５が接続されているとともに、暖房用水タンク９の内部に突出させられて、その内部に貯留される暖房用水の上限量と下限量とを検出する一対の水位計２６が設けられ、また、上部を覆う天板２７には、前記補水管１６が接続されてその先端部が前記暖房用水タンク９の上部空間部へ開放されている。
【０００８】
また、前記ケーシング５の上壁面には、ケーシング５内に外気を引き込むための吸気筒２８が設けられている。
【０００９】
このように構成された暖房設備１においては、温水ポンプ１３が起動させられると、暖房用水タンク９内に貯留されている暖房用水が、接続管１２から熱交換器６の伝熱管１８、高温水供給管７、室内機４、および、暖房用水戻し管１１を経て再び暖房用水タンク９へ戻る経路で循環させられるとともに、前記接続管１２を介して熱交換器６へ送り込まれる低温の暖房用水の一部が、前記接続管１２に接続されている低温水供給管１４によって分岐されて温水マット３へ供給された後に、この温水マット３から前記暖房用水戻し管１１を経て暖房用水温水タンク９へ戻されるようにして循環させられる。
【００１０】
そして、このような暖房用水の循環が開始させられた後に、熱交換器６のバーナ１９が点火されることにより、前述したように伝熱管１８内を流れる暖房用水が加熱され、高温となされた暖房用水が室内機４へ供給されて室内の暖房に用いられるとともに、暖房によって温度の低下した暖房用水が暖房用水タンク９へ戻され、また、この低温の暖房用水の一部が前記温水マット３に供給されて、温水マット３の直接的な加熱が行われるようになっている。
【００１１】
また、暖房用水タンク９においては、暖房用水が一時貯留させられることによって、その内部に混入している空気が貫通孔２４ａを経て上方へ移動させられるとともに、この貫通孔２４ａが形成されている隔壁２４によって前記空気の下方への移動が拘束されることにより、前記暖房用水の脱気が行われ、さらに、熱交換器６における加熱や温水マット３や室内機４における熱交換による温度変化に起因した体積変化が、前記暖房用水タンク９において吸収されるようになっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の暖房設備１においては、たとえば、設備の設置直後における試運転時や、シーズン初期における運転再開時等において、暖房用水循環系の多数の配管内に暖房用水を充満させ、また、これらの配管内に残存する空気を排出する初期運転が行われ、このような水張りや空気の排除操作を行った後に本運転に移行するようにしている。
【００１３】
そして、前述した初期運転においては、配管内に確実に暖房用水を充満させることと残存する空気の排除を確実に行うために、流量よりも高圧力の暖房用水を送り込む必要があり、また、本運転時においては、必要な供給熱量の関係から圧力よりも多くの流量が必要となる。
【００１４】
しかしながら、前述した従来の暖房設備１においては、ポンプ特性が一定である１機の温水ポンプ１３によって前述した暖房用水の循環を行うようにしていることから、運転条件に応じて温水ポンプ１３の圧力ー流量特性を変化させることができず、前述した初期運転や本運転に応じたポンプ特性の設定が行えないといった問題点がある。
【００１５】
本発明は、前述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、温水循環系の運転状態に応じたポンプ特性を得ることのできる温水ポンプを提供することを解決すべき課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の温水ポンプは、前述した課題を解決するために、温水の供給をなす温水ポンプであって、前記温水の温度に対応して、温水ポンプの吐出圧力ー吐出流量特性を変化させるポンプ特性変更手段を備え、このポンプ特性変更手段は、温水の吐出口内に配設されるとともに、前記吐出口内の流路面積を変化させる絞り部材と、前記温水の温度を感知して前記絞り部材を作動させる駆動部材とによって構成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項２に記載の温水ポンプは、請求項１における駆動部材がバイメタルであることを特徴としている。
【００２０】
さらに、本発明の請求項３に記載の温水ポンプは、請求項１における駆動部材が形状記憶合金であることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の温水ポンプを図８に示す従来の暖房設備１に適用した第１の実施形態について図１および図２を参照して説明する。なお、暖房設備１の主要構成部材については同一であるため、同一符号を用いて説明を簡略化する。
【００２２】
図１中符号３０は、本実施形態に係わる温水ポンプを示し、この温水ポンプ３０は、ポンプケーシング３１と、このポンプケーシング３１の内部に回転自在に装着された羽根車３２と、前記ポンプケーシング３１に形成されている吐出口３１ａ内に装着されて、前記ポンプケーシング３１内に吸引される温水の温度に対応して、温水ポンプ３０の吐出圧力ー吐出流量特性を変化させるポンプ特性変更手段３３とによって構成されている。
【００２３】
さらに詳述すれば、前記ポンプケーシング３１は前記羽根車３２の回転中心部に対向させられる位置に、温水の吸入口（図示略）が形成されており、この吸入口と反対側には、前記羽根車３２が直接的な接続、あるいは、マグネット等による磁力を利用した間接的な接続によって接続されて、前記羽根車３２を回転駆動する電動モータ（図示略）が設けられている。
【００２４】
また、前記ポンプケーシング３１に形成されている吐出口３１ａは、その内面の断面形状が矩形となされており、その内部に前記ポンプ特性変更手段３３が装着されている。
【００２５】
前記ポンプ特性変更手段３３は、前記吐出口３１ａの内面に圧着される矩形状に屈曲された環状の基部３３ａと、この基部３３ａの一対の平行な辺から前記吐出口３１ａの軸線方向に沿って突設された一対の板状の作動片３３ｂとによって構成されており、本実施例においては、前記作動片３３ｂがバイメタルとなされている。
【００２６】
そして、前記作動片３３ｂには、前記吐出口３１ａ内を流れる温水が接触させられるとともに、接触させられる前記温水の温度が高い場合には、図１の実線および図２（ａ）に示すように、前記吐出口３１ａの内面に沿って位置され、また、前記温水温度の下降に伴い、各作動片３３ｂが前記吐出口３１ａの内面から離間して相互に接近するように変形させられて、前記吐出口３１ａの流路面積を減少させるようになっている（図１の一点鎖線、および、図２（ｂ）参照）。
【００２７】
したがって、本実施形態においては、前記一対の作動片３３ｂが前記吐出口３１ａの流路面積を変化させる絞り部材となされているとともに、バイメタル構造とすることにより、絞り部材を作動させるための駆動部材としての機能が与えられている。
【００２８】
ついで、このように構成された本実施形態に係わる温水ポンプ３０の作用について説明すれば、この温水ポンプ３０は、たとえば、図８に示す暖房設備１の温水ポンプ１３に代えて設置される。
【００２９】
そして、暖房設備１の施工後における試運転時や運転再開時等において、暖房配管系の水張りや脱気を行う場合には、熱交換器６の作動を停止した状態で温水ポンプ３０を起動して、暖房用水タンク９内の暖房用水を前記配管系へ循環させることにより、この配管系内に前記暖房用水が充満させられるとともに、この循環させられる暖房用水により、配管系内に存在する空気が前記暖房用水タンク９まで搬送されたのちに、この暖房用水タンク９において暖房用水から分離除去される。
【００３０】
この時、前述したように熱交換器６の作動が停止させられており、前記配管系内を循環させられる暖房用水の温度が低く抑さえられていることから、温水ポンプ３０に取り付けられているポンプ特性変更手段３３の一対の作動片３３ｂが、相互に接近する方向に変形させられて（図１の一点鎖線および図２（ｂ）参照）、前記吐出口３１ａの流路が狭められ、この結果、図３に示すように、前記吐出口３１ａから吐出される暖房用水の圧力が高められる（吐出量が減少させられる）。
【００３１】
したがって、高い圧力の暖房用水が配管系内に循環させられることにより、その内部への水張りが確実に行われるとともに、配管系内に残存する空気の追い出しが確実に行われる。
【００３２】
一方、暖房を行う場合には、前述したように暖房用水を循環させた後に、熱交換器６のバーナ１９を点火する。
【００３３】
これによって、伝熱管１８内を流れる暖房用水が加熱された後に、室内機４や温水マット３へ送り込まれるとともに、暖房水タンク９を経て前記温水ポンプ３０へと循環させられるが、この加熱された暖房用水が温水ポンプ３０によって再循環させられる際に、温水ポンプ３０の吐出口３１ａ内に設けられている各作動片３３ｂへ接触することにより、これらの作動片３３ｂが加熱される。
【００３４】
このようにして各作動片３３ｂが加熱されると、各作動片３３ｂが相互に離間する方向に変形し、温水ポンプ３０の吐出口３１ａの流路面積が拡大され、図３に示すように、前記吐出口３１ａから吐出される暖房用水の吐出量が増加させられる（吐出圧力が低下する）。
【００３５】
したがって、暖房時に温水マット３や室内機４へ供給される暖房用水の供給量が増加させられることにより、暖房に必要な温水マット３や室内機４における放熱量が確保される。
【００３６】
このように、本実施形態に係わる温水ポンプ１３によれば、１機であるのにも拘わらず、暖房設備１の運転開始時等における暖房用水循環用の配管系への水張りや脱気操作に際して、高い圧力での暖房用水の供給が可能であるとともに、暖房運転時において暖房用水の循環量を多くして、温水マット３や室内機４へ供給される熱量の確保が可能となる。
【００３７】
ついで、本発明の第２の実施形態について、図４および図５に基づき説明する。
【００３８】
図４および図５において符号４０で示す本実施形態に係わる温水ポンプは、前記第１の実施形態において示したポンプ特性変更手段３３に変更を加えたもので、本実施形態に示すポンプ特性変更手段４１は、ポンプケーシング３１の吐出口３１ａの内周面に沿って配設された環状のオリフィス部材４２と、このオリフィス部材４２の中心部に、支持部材４３を介して摺動可能に取り付けられた作動部材４４と、この作動部材４４と前記支持部材４３との間に介装されて両者を連結するとともに、前記吐出口３１ａ内を流れる暖房用水の温度に応じて、前記作動部材４４を吐出口３１ａの長さ方向に沿って摺動させる形状記憶合金からなる駆動部材４５とによって構成されている。
【００３９】
詳述すれば、前記オリフィス部材４２は、前記吐出口３１ａの内部に形成された大径部３１ｂ内に嵌合させられて、この大径部３１ｂの終端部に形成されている段部３１ｃへ当接させられることによってその位置決めがなされているとともに、前記大径部３１ｂに挿入される押さえリング４６によって前記段部３１ｃへ押圧されることによって固定されている。
【００４０】
また、前記作動部材４４は、前記オリフィス部材４２の軸線に沿って配設されるとともに前記支持部材４３に摺動自在に嵌挿された摺動ロッド４７と、この摺動ロッド４７の一端に固定された弁体４８とによって構成されており、前記弁体４８は、前記オリフィス部材４２の最小内径よりも若干小さな最大外径を有する卵型に形成されており、本実施形態においては、前記オリフィス部材４２と前記弁体４８とによって絞り部材が構成されている。
【００４１】
さらに、前記駆動部材４５は、螺旋状に形成されて前記摺動ロッド４７の外周に被嵌されており、その一端部が前記支持部材４３に固定されているとともに、他端部が前記弁体４８に固定され、かつ、高温時に、図４に示すように伸張して前記弁体４８を前記オリフィス部材４２から離間する方向に移動させ、また、低温時に、図５に示すように収縮して、前記弁体４８をオリフィス部材４２の内側に引き込むようになっている。
【００４２】
このように構成された本実施形態の温水ポンプ４０においては、前述した第１の実施形態と同様にして暖房設備１内に暖房用水を循環させるが、この暖房設備１の運転開始時等における配管系の水張りや脱気操作に際して、温度の低い暖房用水が温水ポンプ４０を通過させられることにより、吐出口３１ａ内に設置されているポンプ特性変更手段４１を構成する駆動部材４５が収縮させられて、この駆動部材４５が接続されている弁体４８が、図５に示すように、オリフィス部材４２の内側に引き込まれる。
【００４３】
これによって、前記吐出口３１ａ内の流路面積が減少させられて、吐出される暖房用水の圧力が高められ、前述した水張りや脱気操作に十分な圧力が得られる。
【００４４】
また、暖房運転時においては、高温の暖房用水が駆動部材４５に接触させられて、この駆動部材４５が、図４に示すように、伸張させられることにより、前記弁体４８がオリフィス部材４２から離間するように移動させられて吐出口３１ａの流路が大きく開放される。
【００４５】
これによって、高温の暖房用水の流量が増加させられて、温水マット３や室内機４において必要とされる熱量が十分に確保される。
【００４６】
さらに、本発明の第３の実施形態について、図６および図７に基づき説明する。
【００４７】
これらの図において符号５０で示す本実施形態の温水ポンプは、ポンプケーシング３１の吐出口３１ａの内壁の一部に、前記吐出口３１ａの内部に半径方向から開口する凹部５１を形成しておき、この凹部５１内に、前記吐出口３１ａを流れる暖房用水の温度に応じて、この吐出口３１ａの流路面積を変化させるポンプ特性変更手段５２を装着した構成となっている。
【００４８】
詳述すれば、前記凹部５１には、この凹部５１を吐出口３１ａの内部へ連通させる一対の誘導路５３・５４が形成されており、これらの誘導路５３・５４によって前記吐出口３１ａ内を流れる暖房用水の一部が前記凹部５１内に導かれた後に、再度前記吐出口３１ａへ戻されるようになっている。
【００４９】
前記ポンプ特性変更手段５２は、前記凹部５１に摺動自在に装着された絞り部材としての作動部材５５と、前記吐出口３１ａ内を流れる暖房用水の温度によって伸縮させられることにより、前記作動部材５５を前記凹部５１内に後退させた収納位置と、前記吐出口３１ａ内に突出させた作動位置との２位置間で往復移動させる駆動部材５６とによって構成されており、この駆動部材５６は、形状記憶合金によって螺旋状に形成され、その一端部が前記凹部５１の底部に固定され、かつ、他端部が前記作動部材５５に固定されている。
【００５０】
このように構成された本実施形態に係わる温水ポンプ５０は、吐出口３１ａ内を流れる暖房用水の一部が前記誘導路５３・５４によって凹部５１内に導かれることにより、この暖房用水の温度が前記駆動部材５６へ伝達される。
【００５１】
そして、前記暖房用水の温度が低い場合には、前記駆動部材５６が伸張させられることにより、前記作動部材５５が、図７に示すように、前記吐出口３１ａ内に突出させられて、吐出口３１ａの流路面積が小さく押さえられる。
【００５２】
これによって、暖房設備１の配管系に送り込まれる暖房用水の圧力が高められて、水張りや脱気操作が円滑に行われる。
【００５３】
また、前記暖房用水の温度が高い場合には、その熱によって前記駆動部材５６が収縮させられることにより、前記作動部材５５が凹部５１内に引き込まれて、前記吐出口３１ａの流路が大きく開放され、前記暖房設備１内を循環させられる暖房用水の循環量が増加させられる。
【００５４】
したがって、暖房運転時に温水マット３や室内機４において必要とされる熱量が十分に供給される。
【００５５】
なお、前記各実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係わる温水ポンプによれば、ポンプ特性変更手段により、供給する温水の温度に応じて、温水ポンプの吐出圧力ー吐出流量特性が自動的に変更されることにより、単一の温水ポンプで多種類の温水の供給条件を設定することができるのは勿論のこと、温水の温度に応じて吐出口の流路面積を変化させるという簡便な構成により、温水の供給圧力を高めるたり、あるいは、温水の供給量を増加させるといった、温水の供給条件を確実に変更することができる。そのため、暖房設備の暖房用水循環系にこの温水ポンプを用いた場合、暖房用水循環系内の水張りや脱気操作に際しては高い圧力の暖房用水を供給でき、水張りや脱気操作が確実に行われ、また、暖房運転時においては、暖房用水の循環量を増加させて、暖房に必要な十分な熱量を供給することができる。
【００５９】
また、本発明の請求項２に係わる温水ポンプは、流路面積を変更するための絞り部材の駆動に、バイメタルからなる駆動部材を用いることにより、複雑な駆動機構を用いることなく確実な作動を確保することができる。
【００６０】
さらに、本発明の請求項３に係わる温水ポンプは、流路面積を変更するための絞り部材の駆動に、形状記憶合金を用いることにより、絞り部材の駆動開始温度を明確にして、温水の供給条件の切り替えを明確にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示すもので温水ポンプの吐出口の正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示すもので、温水ポンプのポンプ特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示すもので要部の縦断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示すもので要部の縦断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示すもので要部の縦断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示すもので要部の縦断面図である。
【図８】従来の温水ポンプが適用された暖房設備のシステム構成図である。
【符号の説明】
３０・４０・５０  温水ポンプ
３１ａ  吐出口
３３・４１・５２  ポンプ特性変更手段
３３ｂ  作動片（絞り部材）
４４・５５  作動部材（絞り部材）
４５・５６  駆動部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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