JP2003343427A

JP2003343427A - 往復動ポンプ

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Publication number: JP2003343427A
Application number: JP2002150872A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Horiguchi; 雅之堀口; Hideaki Sato; 秀明佐藤; Yoshiaki Konishi; 義昭小西
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: JP3893322B2

Abstract

(57)【要約】【課題】固液混合流体を取り扱う往復動ポンプにおい
て、ポンプ停止時の流体の個体成分堆積により再起動不
能となることを防止する。【解決手段】大小二つの逆止弁を連ねた２連逆止弁３
８，４０を往復動ポンプの逆止手段として用いる。大き
い逆止弁４４を下流に、小さい逆止弁４２を上流に配置
する。小さい逆止弁４２によりポンプ性能を確保する。
大きい逆止弁４４は、ポンプ停止時に配管に残留し、重
力により沈降してくる個体成分を受け、小さい逆止弁４
２に堆積することを防止する。大きい逆止弁４４は、個
体成分の堆積に対して耐性が高く、再起動不能が防止さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体回路に設けら
れ、流体の流れを一方向のみ許容する装置およびこれを
用いた往復動ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】流体回路中において、流体の逆流を防止
するために逆止弁が用いられる。この回路を流れる流体
が、沈降性のスラリ（固液混合流体）である場合、装置
の運転が停止され、流体が流れなくなると、逆止弁上方
のスラリ中の固体成分が逆止弁付近につもり、高濃度と
なる。この状態で、装置を再起動すると、逆止弁近傍に
おいて流路が閉塞するなどの問題を生じる。これを防止
するために、装置の停止前に、スラリの母液などの清澄
な液を送り、固体成分を除去するなどの作業が必要とな
る。

【０００３】また、往復動要素の往復運動によってポン
プ室内の容積変化を生じさせ取扱い流体を送り出す往復
動ポンプが知られている。往復動ポンプの吸込管、吐出
管には流れの方向を規制するための逆止弁が設けられ
る。このような逆止弁を用いる往復動ポンプにおいてス
ラリを取り扱う場合、この逆止弁についても前述したの
と同様の問題が生じる。すなわち、吸込側、吐出側に設
けられた逆止弁に配管中やポンプ内のスラリ中の固体成
分が沈降、堆積し、再始動時の吐出不良の原因となる。
また、ポンプ内に固定成分が沈降して、ポンプの可動部
分の運動を阻害する場合もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のようにスラリを
取り扱う場合、停止前に、固体成分洗浄のための運転を
行う必要があった。また、洗浄を行った後の再始動時に
おいては、流体回路中の流体が所定の成分のスラリとな
るまで準備運転をしなければならないという問題もあ
る。

【０００５】本発明は、前述の問題点を考慮してなされ
たものであり、逆止弁へのスラリの固体成分の沈降を少
なくする、または沈降の影響を受けにくくすることを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明に係る往復動ポンプは、往復動要素の往復
運動により容積変化が生じるポンプ室内につながる吸込
管と吐出管を有し、これらには、取扱い流体の流れを一
方向のみ許容する逆止手段が設けられている。すなわ
ち、吸込管にはポンプ室に向かう流れのみ許容する吸込
側逆止手段、吐出管にはポンプ室から送り出される流れ
のみ許容する吐出側逆止手段が設けられている。これら
の逆止手段のうち、少なくとも一方は、重力を利用して
流路を閉止する、大小二つの逆止弁を直列に組み合わせ
て構成され、取扱い流体の流れの下流側に大きい方の逆
止弁が配置される。

【０００７】重力を利用する形式の逆止弁は、流路の所
定範囲を移動可能な閉止片が移動範囲の下方にて流路を
閉塞するように、流路の形状を定めて構成される。この
閉止片の大きさ、閉止片周囲の形状は、ポンプの効率
や、取り扱う流体の性状に基づいてなされる。閉止片の
大きさを大きくすると、流れの向きが変わるときの漏れ
が大きくなるなど、ポンプの効率が低下する傾向があ
る。したがって、ポンプの吐出性能については、小さい
逆止弁を用いることが好ましい。しかし、小さい逆止弁
においては、閉止片周辺の流路断面積も小さく、取扱い
流体中に含まれる固体成分によるつまりが発生しやすい
傾向がある。そこで、本発明においては、下流側、すな
わち重力を利用して流路を閉止する逆止弁を用いる場合
においては、上側に配置される逆止弁には、つまりが発
生しにくい大きなものを用い、固定成分の沈降をここで
くい止めるようにする。

【０００８】また、逆止手段の直後の配管を曲げ、配管
内の固体成分が逆止手段に堆積しないようにすることも
できる。前述のように重力を利用して流路を閉止する逆
止弁を用いる場合、逆止手段が設けられた部分の配管
は、鉛直方向に配置されることが多い。逆止手段以降の
配管がそのまま鉛直上方に延びていると、鉛直に延びて
いる部分の配管内の固形成分が逆止手段に沈降、堆積す
る。つまり、逆止手段から鉛直に延びる配管の長さを短
くすることにより、逆止手段に堆積する固形成分の量を
減少させることができる。配管を曲げて、配管の管壁に
固形成分が沈降するようにすれば、逆止手段への堆積量
を減少させることができる。

【０００９】また、往復動ポンプを停止する際に、往復
動要素を上死点位置、つまりポンプ室の容積が最小とな
る位置にて停止させるようにすることができる。これに
よって、ポンプ室内の個体成分の量を減少させることが
でき、堆積する量を抑えることができる。また、ポンプ
室内に個体成分が堆積したとしても、堆積した場所は、
往復動要素の可動範囲の外となるので、再始動後の往復
動要素の運動を妨げることがない。

【００１０】また、前述した、大小二つの逆止弁を直列
に配置した逆止手段を、往復動ポンプの吸込管、吐出管
に限らず、流体回路の他の配管に配置することも好適で
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、
往復動ポンプの一例としてのダイアフラムポンプ１０の
概略構成図である。ダイアフラムポンプ１０は、シリン
ダヘッド１２とシリンダブロック１４に囲まれたダイア
フラム室１６内に配置されるダイアフラム１８の往復運
動によっって取扱い流体を送り出す往復動ポンプであ
る。ダイアフラム１８は、ダイアフラム室１６を二つの
部分、すなわち取扱い流体で満たされるポンプ室２０
と、後述するピストンの往復運動を伝達する作動流体で
満たされる作動流体室２２に、分離している。

【００１２】作動流体室２２は、ピストン２４が配置さ
れるシリンダ２６内のシリンダ室２８に連通している。
ピストン２４は、クランク機構３０を介してモータ３２
により駆動され、ピストン２４の外周面とシリンダ２６
の内周面とが接した状態で往復運動する。この運動がシ
リンダ室２８内に満たされた作動流体を介してダイアフ
ラム１８に伝達される。ダイアフラム１８は、柔軟な材
料で構成され、その周縁はシリンダブロック１４とシリ
ンダヘッド１２により固定されるが内側部分はたわんで
往復運動を行い、ポンプ室２０の容積変化を生じさせる
往復動要素として機能する。

【００１３】ポンプ室２０には、吸込管３４、吐出管３
６が接続され、それぞれの管には、取扱い流体の流れを
一方向のみとする逆止手段として、２連逆止弁３８，４
０が設けられている。吸込側の２連逆止弁３８は、ポン
プ室２０へ向かう流体の流れを許容し、反対向きの流れ
を阻止する。また、吐出側の２連逆止弁４０は、ポンプ
室２０から吐出される流体の流れを許容し、反対向きの
流れを阻止する。これによりダイアフラム１８が後退
し、ポンプ室２０が拡大するとき、吸込管３４より取扱
い流体がポンプ室２０に供給され、逆にダイアフラムが
進出し、ポンプ室２０が縮小するときに吐出管３６より
取扱い流体が吐出される。

【００１４】吸込側、吐出側双方の２連逆止弁３８，４
０は、図示されるように、大小二つの逆止弁を直列に配
置して構成されている。双方とも、取扱い流体の流れに
対して下流側に大きな逆止弁が配置されている。二つの
２連逆止弁３８，４０の構造は、共通であり、以下、吸
込側の２連逆止弁３８について構造の説明を行い、吐出
側の２連逆止弁４０については説明を省略する。

【００１５】前述のように、２連逆止弁３８は、大小二
つの逆止弁４２，４４を直列に配置して構成される。小
さい逆止弁４２が流れの上流側、大きい逆止弁４４が流
れの下流側に位置する。それぞれの逆止弁４２，４４
は、流路を閉止する閉止片としてのボール４６，４８を
有している。ボールを閉止片とする逆止弁の大きさは、
そのボールの直径により定められており、よって下流側
に位置する逆止弁４４のボール４８が、もう一方のボー
ル４６より大きな直径を有している。ボール４６，４８
は、流れがないときには重力によって下がり、それぞれ
の逆止弁４２，４４の下端に配置された閉止リング５
０，５２に当接し、流路を閉止する。

【００１６】ボール４６，４８の側方は、ボールガイド
５４，５６によりガイドされている。図２に示すよう
に、ボールガイド５４は、三方より突起５８によってボ
ール４６をガイドし、突起５８の間は、取扱流体の流れ
る側方流路６０となっている。ボール４６と３個の突起
５８の先端との間は所定のクリアランスが確保されてい
る。大きい逆止弁４４に関しても、ボール４８とボール
ガイド５６の構成は、小さい逆止弁４２とほぼ同様であ
り、そのサイズのみが異なっている。すなわち、ボール
の直径が大きくなっているのに合わせて、突起先端とボ
ールとのクリアランスが大きくなっている。

【００１７】このクリアランスは、このダイアフラムポ
ンプ１０の取り扱う流体の性状により決定されている。
ダイアフラムポンプ１０が、固液混合流体、例えばスラ
リを取扱い流体とする場合、小さい逆止弁４２のクリア
ランスは、スラリの個体成分の最大粒子径の２倍程度と
されている。クリアランスが大きいと、ダイアフラム１
８の運動方向が反転するのに伴って流れの向きが変った
ときの、ボール４６の閉止リング５０への着座が遅れる
場合があり、ポンプ効率の低下を招く。一方で、クリア
ランスが小さいと、個体成分の粒子が、ここに詰まっ
て、ボール４６の動きが固着され、逆止弁４２の動作不
良の原因となりうる。したがって、個体成分の詰まりに
よる動作不良を起こさない範囲でクリアランスは小さく
することが好ましい。本実施形態においては、小さい逆
止弁４２のクリアランスは、スラリ個体成分の最大粒子
径の２倍としている。小さい逆止弁４２により、ポンプ
効率などポンプ特性は確保されるので、もう一方の逆止
弁４４は、クリアランスをより大きくすることができ
る。本実施形態においては、クリアランスが個体成分の
最大粒子径の３〜４倍となるようなサイズのボール径の
逆止弁４４を選択している。このクリアランスについ
て、吐出側の２連逆止弁４０についても同様の構成とな
っている。

【００１８】ポンプ１０が停止されてスラリが滞留する
と、個体成分が沈降する。前述のように吸込側の２連逆
止弁３８は、鉛直方向に配置されており、逆止弁３８の
下流側すなわち上方の配管中のスラリ個体成分は、上方
に位置する大きい方の逆止弁４４に沈降する。ポンプ１
０は停止しているので、ボール４８は流路を閉止してお
り、これによって、配管から大きい逆止弁４４に沈降す
る固形成分は、ここでせき止められて、小さい逆止弁４
２上に堆積することが防止される。個体成分が堆積する
大きい逆止弁４４は、クリアランスが大きく、個体成分
が詰まってボールの動きを妨げて発生する吐出不良に対
して耐性を高める。一方、ポンプ効率などのポンプの運
転面に係る性能は、小さな逆止弁４２にて確保される。
この２連逆止弁の作用は、吸込側、吐出側において同様
である。

【００１９】吸込管３４および吐出管３６は、吸込側お
よび吐出側の２連逆止弁３８，４０の直後において、屈
曲している。前述のように２連逆止弁３８，４０は、重
力を利用して流路を閉止する構成を有し、よってこの部
分の流路は鉛直方向に配置されることが好ましい。そし
て、吸込管３４、吐出管３６ともに、この鉛直部分３４
a，３６ａに続いて水平方向に延びる水平部分３４ｂ，
３６ｂを有している。鉛直部分と水平部分の双方の軸線
の交点Ｃ（図中吐出側のみ示す）と、２連逆止弁の上端
までの距離は、短いほうが好ましく、本実施形態におい
ては管径ｄの１〜２倍の値が選定されている。２連逆止
弁の直近の鉛直部分３４ａ，３６ａを短くすることによ
って、この部分のスラリ固形成分の量を減少させること
ができる。これにより、２連逆止弁３８，４０に沈降す
る固形成分の量を減少させることができ、この面からも
逆止弁の動作不良が防止される。吸込管、吐出管の水平
部分３４ｂ，３６ｂは、この部分の管壁に沈降した固形
成分が、ここに留まり、２連逆止弁へと流れることがな
ければ、必ずしも水平に配置される必要はない。すなわ
ち、上流に向けて下りの傾斜を付けることがある程度は
許容される。また、下流に向けて傾斜をつけることも可
能である。

【００２０】本実施形態においては、さらにポンプ１０
の停止時において、ポンプ室２０の容積が最小となるよ
うに制御を行なっている。すなわち、ピストン２４また
はダイアフラム１８が上死点で停止するようにモータ３
２の制御を行なっている。このために、上死点を検出す
るための上死点検出センサが設けられている。このセン
サは、例えば、ピストン２４とクランク機構３０をつな
ぐピストンロッド６２に設けられた検出片６４の接近を
検出する近接スイッチ６６を設けて構成することができ
る。近接スイッチ６６がピストン２４の上死点を検出す
ると、その信号が制御部６８に送られ、ここからモータ
３２を停止制御する。また、上死点は、クランクまたは
モータの回転角度に基づき算出することもできる。

【００２１】上死点でダイアフラム１８を停止させるこ
とにより、ポンプ室２０の容積は最小となりポンプ室内
のスラリ固形成分量も最小となる。これにより、ポンプ
室内２０への固形成分沈降量を減少させることができ
る。また、ダイアフラム１８の可動範囲には、固形成分
が沈降しないので、堆積した固形成分がダイアフラム１
８の動きを妨げることがない。

【００２２】以上、本実施形態においてはピストン２４
の動きを作動流体を介して往復動要素であるダイアフラ
ム１８に伝達したが、ダイアフラムをなくし、いわゆる
プランジャポンプの構成とし、ピストンまたはプランジ
ャにより直接ポンプ室の容積変化を生じさせることもで
きる。

【００２３】また、本実施形態においては、ピストン２
４を往復運動させるのにクランク機構３０を用いている
が、カムとプッシュロッドにより駆動するようにもでき
る。この場合、駆動用のプッシュロッドとは別に、停止
時にピストンを押して上死点まで移動させるロッドを採
用することも可能である。

【００２４】また、本実施形態の２連逆止弁は、往復動
ポンプに組合せて用いるだけではなく、往復動ポンプか
ら独立して、流体回路の逆流を防止する逆止弁として、
特に個体成分を含む混合流体を扱う回路に用いることが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のダイアフラムポンプの概略構成
を示す図である。

【図２】逆止弁のボール周囲の軸直交断面図である。

【符号の説明】

１０ダイアフラムポンプ、１８ダイアフラム、２０
ポンプ室、３４吸込管、３６吐出管、３８，４０
２連逆止弁、４２，４４逆止弁、４６，４８ボー
ル、６６近接スイッチ、６８制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小西義昭東京都渋谷区恵比寿３丁目43番２号日機装株式会社内Ｆターム(参考） 3H045 AA02 AA12 AA22 BA07 BA41 CA10 DA04 EA20 EA26 3H075 AA12 BB04 BB14 CC05 CC06 DA09 DB03 DB29 EE08 EE12 3H077 AA14 CC02 CC09 DD02 DD12 EE32 FF12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】往復動要素の往復運動により生じるポン
プ室内の容積変化によって取扱い流体を上方に向けて送
り出す往復動ポンプであって、前記ポンプ室につながる吸込管に設けられ、前記ポンプ
室への流入のみを許容する吸込側逆止手段と、前記ポンプ室につながる吐出管に設けられ、前記ポンプ
室からの流出のみを許容する吐出側逆止手段と、を有
し、前記吸込側逆止手段と前記吐出側逆止手段の少なくとも
一方は、重力を利用して流路を閉止する、大小二つの逆
止弁を直列に組み合わせて構成され、取扱い流体の流れ
の下流側の逆止弁が大きいものである、往復動ポンプ。
【請求項２】請求項１に記載の往復動ポンプであっ
て、少なくとも前記吐出管は、前記吐出側逆止手段が設けら
れた位置において、略鉛直方向に配置され、前記吐出側
逆止手段の下流側の直後で当該吐出管が略直角またはそ
れ以上の角度で曲げられている、往復動ポンプ。
【請求項３】請求項２に記載の往復動ポンプであっ
て、前記吐出管の曲げられている部分の、管の中心軸の屈曲
点が、前記吐出側逆止手段の後端より、管の内径の１〜
２倍の位置にある、往復動ポンプ。
【請求項４】請求項１に記載の往復動ポンプであっ
て、前記吸込側逆止手段と前記吐出側逆止手段の双方が、重
力を利用して流路を閉止する、大小二つの逆止弁を直列
に組み合わせて構成され、取扱い流体の流れの下流側の
逆止弁が大きいものであり、前記吸込管は、前記吸込側逆止手段が設けられた位置に
おいて略鉛直方向に配置され、前記吸込側逆止手段の下
流側の直後で当該吸込管が略直角または、それ以上の角
度で曲げられている、前記吐出管は、前記吐出側逆止手段が設けられた位置に
おいて略鉛直方向に配置され、前記吐出側逆止手段の下
流側の直後で当該吐出管が略直角または、それ以上の角
度で曲げられている、往復動ポンプ。
【請求項５】請求項１から３のいずれか１項に記載の
往復動ポンプであって、当該往復動ポンプ停止時におい
て、前記往復動要素を上死点付近にて停止させる上死点
停止手段を有する、往復動ポンプ。
【請求項６】請求項５に記載の往復動ポンプであっ
て、前記往復動要素を往復運動させるためのクランク機構を
有し、前記上死点停止手段は、前記クランク機構の角度位置を
検出するクランク角検出手段と、前記クランク角検出手
段により検出された角度位置に基づき上死点位置を判断
しクランクの回転を停止させる制御を行う制御手段と、
を含む、往復動ポンプ。
【請求項７】請求項１から６のいずれか１項に記載の
往復動ポンプであって、当該往復動ポンプが取り扱う流
体は固液混合流体である、往復動ポンプ。
【請求項８】流体回路に設けられ、この回路に流れる
流体の流れを一方向のみ許容する逆止装置であって、前記逆止装置は、流体回路の、流体が上に向いて流れる部分に設けられ、重力を利用して流路を閉止する大小二つの逆止弁を直列
に組み合わせて構成され、流体の流れの下流側の逆止弁が大きいものである、逆止
装置。
【請求項９】往復動要素の往復運動により生じるポン
プ室内の容積変化によって固液混合流体を送り出す往復
動ポンプの制御方法であって、当該往復動ポンプを停止
するときに、前記ポンプ室内の容積を最小とするように
制御を行う往復動ポンプの制御方法。