JP2004522044A5 - - Google Patents

Description

振動型の容積式ポンプ

本発明は、液状のまたはガス状の圧送媒体のための振動型の容積式ポンプ、特にダイヤフラムによって形成された圧送エレメントを備えたダイヤフラムポンプであって、圧送室が設けられており、該圧送室が、一方ではポンプヘッドによって仕切られていて、他方では圧送エレメントによって仕切られており、該圧送エレメントが、行程駆動装置に駆動結合されており、圧送室に、入口管片に接続された入口弁と、出口管片に接続された出口弁とが接続されており、当該ポンプが、少なくとも吐出し側に脈動減衰器を有していて、吐出し側と吸込み側との間に過圧制限装置を有している形式のものに関する。

液体ポンプとしても、ガスポンプとしても使用されるダイヤフラムポンプは、振動型の容積式ポンプの原理により作業する。当然ながら、この原理は、吸込み側だけでなく吐出し側にも脈動を生ぜしめる。

吸込み側における脈動は、ダイヤフラムポンプおよび特に迅速運転型のダイヤフラムポンプでは、キャビテーション、圧力衝撃および振動を生ぜしめ得る。

液体ポンプにおけるキャビテーションによる損害は知られている。さらに、キャビテーションは騒音を生ぜしめ、不安定な圧送量を招く。

圧力衝撃は、吸込み管路内に取り付けられた機器に損傷を与え得るかまたはその機能に影響を与え得る。振動は騒音を生ぜしめ、周辺機器または全ての機器に伝達される。

吐出し側における脈動は、ダイヤフラムポンプでは、圧力衝撃および振動を生ぜしめる。その影響は吸込み側と同じではあるものの、一層過激である。なぜならば、吐出し側では、吸込み側と異なり、圧力ピークがかなり高く上昇し得るからである。

システムが閉じられているかまたは塞がれている場合には、チェーンにおける最も弱いリンクが崩壊するまで、ダイヤフラム式の液体ポンプが液体を圧縮する。これによって、このエレメントが損なわれる。

アメリカ合衆国特許第２４０５４６６号明細書に基づき、冒頭で述べた形式のポンプが公知である。この公知のポンプは吸込み側の減衰器と吐出し側の減衰器とを有している。両減衰器には、それぞれ空気充填体を備えた減衰チャンバが設けられている。この減衰チャンバと入口チャンバもしくは出口チャンバとの間には、１つまたはそれ以上の開口を備えたディスクまたは多孔質の材料から成るディスクが設けられている。空気充填体と、入口チャンバ内のもしくは出口チャンバ内の液状の圧送媒体との間のこの部分透過性のディスクは、減衰エアクッションが液体流によって裂開されることを阻止するようになっている。

このような減衰装置は、ポンプの、減衰チャンバが上方に位置している使用位置でしか作業することができない。さらに、公知のポンプは、液体を圧送するためだけにしか設けられておらず、さらに、減衰チャンバが十分な減衰のためにまだ比較的大きな容積を有している。

本発明の課題は、容積式ポンプ、特に液状のまたはガス状の圧送媒体のためのダイヤフラムポンプを改良して、吸込み側だけでなく吐出し側でも圧力ピークが回避され、ダイヤフラムポンプが、高められた安全要求をも満たしているにもかかわらず、さらに、コンパクトな構造を有しているようにすることである。

この課題を解決するためには、ポンプヘッドの一部として形成された接続ブロックが設けられており、該接続ブロックに少なくとも脈動減衰器と過圧制限装置とが組み込まれており、液体ポンプとしての使用時にポンプヘッドの吸込み側の部分に振動チャンバが組み込まれており、接続ブロックが、入口管片と出口管片とを有しており、脈動減衰器が、少なくとも１つの減衰チャンバを有しており、該減衰チャンバが、分離ダイヤフラムによって、減衰エレメントのための収容室と、圧送媒体を案内する領域とに分割されており、減衰チャンバの内部に、ばね弾性的な材料から成る減衰エレメントが配置されており、吐出し側の脈動減衰器が、出口絞り機構を介して出口に接続されており、該出口自体が、出口管片を形成する吐出し側の管路接続部に接続されており、当該ポンプの吐出し側と吸込み側との間に接続された過圧制限装置が、その吐出し側で吐出し側の管路接続部に接続されていることが提案される。

脈動減衰および過圧制限のために設けられた全ての装置をポンプヘッドの接続ブロックに組み込むことによって、特にコンパクトな構造が得られる。複数の装置を離して配置する場合に恐らく必要となる接続管路は回避される。さらに、このような接続ブロックは個々の装置の最適な配置も許容しており、１つまたは別の装置を必要な場合にのみ設けることができ、これによって、種々異なる使用事例に対する適合を考慮することができ、使用されない装置を、たとえば盲カバーによって作動させないことができる。これによって、製造も簡単となる。

減衰チャンバが、分離ダイヤフラムによって、減衰エレメントのための収容室と、圧送媒体を案内する領域とに分割された吐出し側の脈動減衰器によって、減衰エレメントは圧送媒体に接続され得ないので、使用される減衰エレメントを、要求された減衰特性に専ら調和させることができ、各圧送媒体に対する耐性は不要となる。これによって、侵食性の圧送媒体も問題なく分離ダイヤフラムの適宜な材料選択で使用することができる。さらに、さらに、ポンプは、減衰エレメントのための収容室と、圧送媒体を案内する領域との間の分離ダイヤフラムによって位置無関係に運転することができる。

液体ポンプとしての使用時にポンプヘッドの吸込み側の部分に組み込まれた振動チャンバが、振動ダイヤフラムを有しており、該振動ダイヤフラムが、振動チャンバを、吸込み側に接続されたチャンバ部分と、開口を介して周辺空気に接続されたチャンバ部分とに分割している。液体の圧送時には、この吸込み側の脈動減衰によって、液体流入が入口弁の閉鎖時に急激に停止されず、この場合に変位する振動ダイヤフラムによって、まだほぼ「流れ状態」に保持され得る。これによって、吸込み側における脈動を有効に低減させることができ、特に迅速運転型のダイヤフラムポンプにおいて、キャビテーション、圧力衝撃および振動を回避することができる。さらに、騒音が減衰され、不安定な圧送量が回避される。

過圧制限装置によって圧力監視または圧力制限が行われており、圧力が、閉じられたシステムまたは塞がれたシステムによって上昇する場合には、ポンプが損傷に対して防護されている。

ポンプヘッドの吐出し側と吸込み側との間に設けられた過圧制限装置は、ポンプの吐出し側における最大限に許容可能な圧力を調整するために働くかまたは通流量とは無関係にポンプの吐出し側におけるコンスタントな圧力を維持するために働く。

したがって、本発明は、吸込み側および吐出し側における圧力ピークを低下させ、過圧制限装置によって吐出し側における圧力上昇を、設定可能な値に制限する。

吐出し側の脈動減衰器をその出口絞り機構で過圧制限装置の吐出し側の接続部の前方に配置することによって、過圧制限装置をすでに滑らかな圧力に調整することができるので、圧力ピークがもはや考慮される必要はない。過圧制限装置には、圧力ピークが、減衰された形でしか到達しないので、これによって、過圧制限装置を一層敏感にかつ一層正確に調整することができ、特にこの調整を運転圧の極めて近くで行うことができる。

これによって、ポンプのより小さな可能な構造による構造上の利点も得られる。なぜならば、過圧制限装置を介した圧送媒体の逆流が著しく僅かとなるかまたは決して生ぜしめられず、したがって、十分な圧送量も有効に提供されるからである。

アメリカ合衆国特許第２４０５４６６号明細書に相応の公知先行技術の事例に当てはまるように、過圧制限装置の吐出し側が、実際に減衰されていない圧力で負荷されると、比較的高い逆流ひいては減じられた効果的なポンプ出力が生ぜしめられる恐れがある。これに相応して、このようなポンプは、所望の効果的な圧送流を発生させるために、より高い圧送量に対して設計されなければならない。しかし、これによって、ポンプが大きくなると同時に高価となる。

特に運転圧がほんの僅かだけ上回られてよく、したがって、過圧制限装置の圧力調整が運転圧の近くに位置する使用事例では、生ぜしめられた圧力ピークによって、過圧制限装置が応答し、圧送流の一部を吐出し側から吸込み側に戻すので、これに相応して、より僅かな効率が圧送量に関して生ぜしめられる。

これらの欠点は、本発明によるポンプにおいて回避される。

さらに、吐出し側の脈動減衰器をその出口絞り機構で過圧制限装置の吐出し側の接続部の前方に配置することによって、本発明によるポンプでは、有利には、減衰作用が、ポンプに組み込まれた絞りによって正確に予め規定されており、過圧制限装置の正確な調整がポンプの引渡し前にかつ周辺の機器への接続前に可能となる。

ポンプヘッドが、ほぼ直方体状のポンプヘッドハウジングを有しており、該ポンプヘッドハウジングが、弁を有する中間プレートのための接続面と、該接続面とは反対の側に過圧制限装置とを備えており、その他の４つの周面に、互いに向かい合って位置するように、入口管片および出口管片ならびに吐出し側の脈動減衰器および場合によって吸込み側の振動チャンバが設けられていると有利である。これによって、ポンプヘッドの組込み部材または組付け部材（過圧制限装置、脈動減衰器、振動チャンバ）が互いに無関係に接近可能となり、これによって、特に容易に組付け可能となると共に取外し可能となる。

本発明の有利な構成では、吐出し側の脈動減衰器が、直列に接続された少なくとも２つの減衰チャンバをポンプヘッドの内部にまたはポンプヘッドに所属する減衰器ハウジングの内部に有しており、このために、入口に接続された管路区分が、第１の減衰チャンバに通じる接続通路を有していて、入口絞り機構を介して、出口絞り機構を介して出口に接続された第２の減衰チャンバに接続されている。

複数の減衰器段の直列接続によって、減衰器段の数と共に指数的に上昇する高い減衰作用が達成される。減衰チャンバとの接続部に設けられた絞り機構は減衰部材を形成している。この減衰部材は、圧力変動の発生時に圧送媒体を一時的にとどめることができ、再び放出することができる。絞り機構によって、圧力衝撃の間、動圧が形成される。この動圧によって、圧力段階に続く圧力減少段階における減衰部材の圧力過給および圧送媒体の絞られた放出が可能となる。

本発明の付加的な構成はその他の従属請求項に記載してある。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図面に示したポンプＰはポンプハウジング１を有している。このポンプハウジング１には側方でモータ５０がフランジ接続されている。ポンプダイヤフラム６のためのクランク駆動装置は、２つのクランクシャフト軸受け２と、１つの偏心体３と、１つのコネクティングロッド軸受け４とを有している。コネクティングロッド５は接続箇所１５を有している。この接続箇所１５を介して、コネクティングロッド５がポンプダイヤフラム６に結合可能となる。クランク駆動装置の回転時には、ポンプダイヤフラム６が行程運動にもたらされる。

ポンプハウジング１には中間プレート７が組み付けられる。この中間プレート７とポンプダイヤフラム６との間には圧送室が形成されている。中間プレート７は弁プレート８の載着時に入口弁と出口弁とを有している。中間プレート７と、この中間プレート７に接続された接続ブロック９とは、主として、ポンプヘッドを形成している。

ポンプヘッドの一部として形成された接続ブロック９は、本実施例では、ほぼ直方体状に形成されている。６つの面の１つは中間プレート７のための接続面を形成している。

反対の側には、過圧制限装置２７の機能部材が図示してある。この過圧制限装置２７は、ポンプＰの吐出し側における最大限に許容可能な圧力を調整するために働き、このために、吐出し側と吸込み側との間の流れ接続部を有している。この流れ接続部は、ノーマル運転事例では、オーバフロー弁によって閉鎖されている。

本実施例では、圧力調整ダイヤフラム２０が接続ブロック９の内側凹部に係合していて、そこで、吸込み側に接続された開口２８に密に接触している。圧力調整ダイヤフラム２０はばね２１によって圧力負荷されている。この場合、この圧力負荷は調整ねじ２３によって調節可能である。座金２５を備えたロックナット２４は調整ねじ２３のその都度の調整を確保するために働く。

組付け位置では、接続ブロック９の内側凹部が、圧力調整ダイヤフラム２０およびこれに類するものを収容するために圧力カバー２２によって閉鎖されている。この圧力カバー２２はねじ２６によって保持されている。切欠きの内部には、さらに、吐出し側に接続された開口２９が認知可能である。

接続ブロック９の残りの４つの面の２つには、互いに反対の側に位置するように、一方で管路接続部１４（入口管片）がかつ他方で管路接続部１２（出口管片）が位置している。

接続ブロック９の残りの両周面は、一方では吐出し側に接続された脈動減衰器４５を有していて、他方では振動チャンバ１６を有している。

脈動減衰器４５は大きな減衰エレメント４０と小さな減衰エレメント４１とを有している。両減衰エレメント４０，４１は、分離された減衰器チャンバ内に位置している。減衰エレメント４０，４１はその質量および／または体積に関して互いに異なっていてよい。

所属の両減衰チャンバは管路区分を介して互いに接続されている（図示せず）。この管路区分は、第１の減衰チャンバに通じる接続通路を備えた吐出し側の入口を有している。入口絞り機構を介して管路区分が第２の減衰チャンバに接続されている。この第２の減衰チャンバ自体は出口絞り機構を介して出口に接続されている。この出口自体は吐出し側の管路接続部１２に接続されている。

減衰チャンバの内部に位置する減衰エレメント４０，４１はばね弾性的な材料から成っている。

吐出し側の脈動減衰器４５の減衰チャンバは分離ダイヤフラム４２によって、減衰エレメント４０，４１のための収容室と、圧送媒体を案内する領域とに分割されている。

本実施例では、脈動減衰器４５の外側の閉鎖手段として減衰器カバー４３が設けられている。この減衰器カバー４３は、ここでは、減衰チャンバの一部を有していてもよいし、減衰チャンバの全容積を有していてもよい。しかし、他方では、減衰チャンバが完全に接続ブロック９に組み込まれている可能性もある。ねじ４４によって減衰器カバー４３が接続ブロック９に保持される。

脈動減衰器４５と反対の側には振動チャンバ１６が位置している。この振動チャンバ１６は、吸込み側に接続された、接続ブロック９に設けられた内側凹部を有している。振動ダイヤフラム１０は振動チャンバ１６を、吸込み側に接続されたチャンバ部分と、開口１７を介して周辺に接続されたチャンバ部分とに分割している。

振動ダイヤフラム１０を保持するためにかつ振動チャンバ１６の閉鎖手段として閉鎖カバー１１が使用される。この閉鎖カバー１１はねじ１３によって接続ブロック９に保持されている。

振動チャンバ１６によって吸込み側の脈動減衰器が形成されている。振動ダイヤフラム１０の直径・厚さ比の種々異なる選択によって、振動減衰を各圧送媒体に関連して最適化することもできる。

さらに、一点鎖線で示したように、ポンプヘッドもしくは接続ブロック９に加熱装置が組み込まれていてよい。この加熱装置は、詳しく図示していないように、ケーブル接続部を含む加熱プレート３０と、場合によって熱分配プレート３１と、場合によって流込み材料３２とを有することができる（図示せず）。これによって、適宜な圧力および温度比率でポンプヘッドの凍結を回避することができるかまたはポンプヘッドの凍結時にこのポンプヘッドを解凍することができる。

本発明によるダイヤフラムポンプの分解図である。

符号の説明

１ ポンプハウジング、 ２ クランクシャフト軸受け、 ３ 偏心体、 ４ コネクティングロッド軸受け、 ５ コネクティングロッド、 ６ ポンプダイヤフラム、 ７ 中間プレート、 ８ 弁プレート、 ９ 接続ブロック、 １０ 振動ダイヤフラム、 １１ 閉鎖カバー、 １２ 管路接続部、 １３ ねじ、 １４ 管路接続部、 １５ 接続箇所、 １６ 振動チャンバ、 １７ 開口、 ２０ 圧力調整ダイヤフラム、 ２１ ばね、 ２２ 圧力カバー、 ２３ 調整ねじ、 ２４ ロックナット、 ２５ 座金、 ２６ ねじ、 ２７ 過圧制限装置、 ２８ 開口、 ２９ 開口、 ３０ 加熱プレート、 ３１ 熱分配プレート、 ３２ 流込み材料、 ４０ 減衰エレメント、 ４１ 減衰エレメント、 ４２ 分離ダイヤフラム、 ４３ 減衰器カバー、 ４４ ねじ、 ４５ 脈動減衰器、 ５０ モータ、 Ｐ ポンプ

Claims (12)

1. 液状のまたはガス状の圧送媒体のための振動型の容積式ポンプ、特にダイヤフラムによって形成された圧送エレメントを備えたダイヤフラムポンプであって、圧送室が設けられており、該圧送室が、一方ではポンプヘッドによって仕切られていて、他方では圧送エレメントによって仕切られており、該圧送エレメントが、行程駆動装置に駆動結合されており、圧送室に、入口管片に接続された入口弁と、出口管片に接続された出口弁とが接続されており、当該ポンプ（Ｐ）が、少なくとも吐出し側に脈動減衰器（４５）を有していて、吐出し側と吸込み側との間に過圧制限装置（２７）を有している形式のものにおいて、ポンプヘッドの一部として形成された接続ブロックが設けられており、該接続ブロックに少なくとも脈動減衰器（４５）と過圧制限装置（２７）とが組み込まれており、液体ポンプとしての使用時にポンプヘッドの吸込み側の部分に振動チャンバ（１６）が組み込まれており、接続ブロックが、入口管片と出口管片とを有しており、脈動減衰器（４５）が、少なくとも１つの減衰チャンバを有しており、該減衰チャンバが、分離ダイヤフラムによって、減衰エレメント（４０，４１）のための収容室と、圧送媒体を案内する領域とに分割されており、減衰チャンバの内部に、ばね弾性的な材料から成る減衰エレメント（４０，４１）が配置されており、吐出し側の脈動減衰器（４５）が、出口絞り機構を介して出口に接続されており、該出口自体が、出口管片を形成する吐出し側の管路接続部（１２）に接続されており、当該ポンプの吐出し側と吸込み側との間に接続された過圧制限装置（２７）が、その吐出し側で吐出し側の管路接続部（１２）に接続されていることを特徴とする、振動型の容積式ポンプ。
2. 当該ポンプの吐出し側と吸込み側との間の過圧制限装置（２７）が、当該ポンプの吐出し側における最大限に許容可能な圧力を調整するために調節可能である、請求項１記載のポンプ。
3. 過圧制限装置（２７）が、当該ポンプの吐出し側と吸込み側との間の接続部を有しており、該接続部内に、有利には応答圧に関して調節可能なオーバフロー弁（２０，２８）が挿入されている、請求項１または２記載のポンプ。
4. 過圧制限装置（２７）の、調節可能なオーバフロー弁が、ばね負荷された圧力調整ダイヤフラム（２０）を有しており、該圧力調整ダイヤフラム（２０）のばね負荷が、調整ねじ（２３）によって調節可能である、請求項３記載のポンプ。
5. ポンプヘッドが、ほぼ直方体状のポンプヘッドハウジング（接続ブロック９）を有しており、該ポンプヘッドハウジング（９）が、弁を有する中間プレート（７）のための接続面と、該接続面とは反対の側に過圧制限装置（２７）とを備えており、その他の４つの周面に、互いに向かい合って位置するように、入口管片（１４）および出口管片（１２）ならびに吐出し側の脈動減衰器（４５）および場合によって吸込み側の振動チャンバ（１６）が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のポンプ。
6. 吐出し側の脈動減衰器（４５）が、質量または材料に関して種々異なる少なくとも２つの減衰エレメント（４０，４１）および／または容積に関して種々異なる少なくとも２つの減衰チャンバを有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のポンプ。
7. 吐出し側の脈動減衰器（４５）が、直列に接続された少なくとも２つの減衰チャンバをポンプヘッドの内部にまたはポンプヘッドに所属する減衰器ハウジング（４３）の内部に有しており、このために、入口に接続された管路区分が、第１の減衰チャンバに通じる接続通路を有していて、入口絞り機構を介して、出口絞り機構を介して出口に接続された第２の減衰チャンバに接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のポンプ。
8. ダイヤフラムポンプのヘッドカバーが、接続部材として形成されており、これによって、構成要素（オーバフロー弁、振動チャンバ）の機能チャンバが、接続部材に組み込まれている、請求項１から７までのいずれか１項記載のポンプ。
9. 吐出し側の脈動減衰器（４５）の脈動減衰チャンバが、当該ポンプのヘッドカバーとしてだけでなく、振動チャンバおよびオーバフロー弁に対する接続部材としても形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のポンプ。
10. 吸込み側の振動チャンバ（１６）が、振動ダイヤフラム（１０）を有しており、該振動ダイヤフラム（１０）が、振動チャンバを、吸込み側に接続されたチャンバ部分と、開口（１７）を介して周辺空気に接続されたチャンバ部分とに分割している、請求項１から９までのいずれか１項記載のポンプ。
11. 吸込み側の振動チャンバの振動ダイヤフラム（１０）が、その直径・厚さ比に関して、振動減衰を最適化するために、各圧送媒体に調和されている、請求項１０記載のポンプ。
12. ポンプヘッドに加熱装置（３０，３１，３２）が組み込まれている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のポンプ。