JP2008533360A - 混合室および一方向弁を備えた液体添加剤注入ポンプ - Google Patents

Abstract

一次流体の流れに所定量の二次流体を注入する液体添加剤注入ポンプに関する。ポンプ・ハウジング・アセンブリ内に流体混合室が配置される。ポンプ・アセンブリ要素と混合室との間に１つ以上の一方向弁を有するガスケットが配置されることによって、一次流体がポンプ・アセンブリを通じ、二次流体の導かれる混合室へ流れることが可能となる。次いで、混合された流体は出口を通じて排出される。一方向弁ガスケット・アセンブリは、混合された流体、二次流体、またはその両方がガスケット・アセンブリの上流を通り、ポンプ・アセンブリへ流れることを防止するように作用する。

Description

本発明は、一次流体の流れに所定量の二次流体を注入する液体添加剤注入ポンプに関する。このポンプは流体作動モータによって駆動される。より詳細には、本発明は、一方向弁ガスケット・アセンブリによって流体作動モータ要素から分離した外部混合室を有する液体添加剤注入ポンプに関する。

流体添加剤源に接続された添加剤注入ポンプを駆動する流体作動モータは、圧力下の一次流体を含んだラインに典型的には設置される。一次流体は、流体モータのハウジング内におけるピストン・アセンブリの往復運動を生じさせる。今度は、流体モータが添加剤注入ポンプのシリンダ内でピストンを往復運動させ、ある量の二次流体を一次流体に引き込む。そのような装置は、家禽および家畜用の飲料水に薬物を加えること、添加剤で水を処理すること、高濃度肥料を潅漑用水に加えること、潤滑剤あるいは清浄剤を水に加えることに適用されている。特許文献１に示されるような液体添加剤注入ポンプにおいて、ピストン・アセンブリの往復運動は、差圧を発生させるように操作可能な弁機構によって生成される。詳細には、ピストン・アセンブリの上昇行程位置および下降行程位置に同期した弁機構の開閉によって、その往復サイクルを通じてピストンを移動させる差圧が生じる。ピストン・アセンブリがその上昇行程位置および下降行程位置の端部に到達するのと一致して作動されるオーバーセンタ機構によって、弁機構の開閉がピストン・アセンブリと同期される。オーバーセンタ機構はスプリングによって付勢されており、ピストン・アセンブリに担持された作動軸がその上昇行程および下降行程の軌跡の端部を形成するストッパに係合するときに、弁機構を開および閉に切り換えるように作用する。
米国特許第４，５５８，７１５号明細書

しかしながら、一定の流体は非常に腐食性であり、さらに他の流体は、二次流体と混合されるときに、腐食その他の激しい化学反応を引き起こすことがある。腐食性流体および激しい化学反応によって、ポンプ要素が損傷を受けることがある。したがって、ポンプ／計測要素の下流に分離した混合室を有する差圧ピストン式流体注入ポンプの必要性が存在する。さらに、分離した混合室からポンプ／計測要素への逆流を防止するための単純な機構の必要性が存在する。

上述の目的において、本発明は、一次流体の流れへ所定量の二次流体を注入する装置およびシステムである。液体添加剤注入ポンプは、一次流体の流れによって駆動される流体作動モータによって駆動され、必要に応じて、オン／オフ切換機構によって選択的に一時停止されることが可能である。また、流体作動モータのポンプ要素を含むポンプ・ハウジングは、ポンプ要素とは別に混合室を備える。

本発明の好適な実施形態では、流体作動モータは、上昇行程位置と下降行程位置との間でハウジング内を移動可能なピストンを有する差圧ピストン・アセンブリを囲むハウジングと、ピストンの移動を生じさせるためにハウジング内に差圧を発生させる弁機構と、開位置と閉位置との間で弁機構を切り換えるために弁機構に結合されたオーバーセンタ機構と、オーバーセンタ機構に結合された作動軸と、作動軸はピストンの通常の往復運動中にピストンの上昇行程位置で弁機構を切り換えさせるピストン上昇ストッパを含むことと、ポンプ排出口と流体連通し、流体作動モータから分離している混合室と、二次流体と混合
するために一次流体が混合室へ流れることを可能としつつ、混合室内の二次流体、混合された流体、またはその両方がガスケットの上流からポンプ・ハウジングへ流れることを防止する１つ以上の一方向弁を有するガスケットと、を含む。

図１〜図６ｆに示すように、本発明の好適な実施形態を本明細書に開示する。
図１は、好適な実施形態におけるポンプ全体の側面図であり、図２は、図１に示したポンプの側断面図である。図１，２には、流体作動モータ１０を示す。ハウジング１２はカバー１２Ａおよび下側本体１２Ｂを備え、流体作動モータ要素を囲んでいる。カバー１２Ａおよび下側本体１２Ｂは、それらのインタフェース１２Ｃにて一体に固定され、一方向弁ガスケットによって内部で分離されている。入口導管１４は、一次流体の流れを受け入れるために設けられ、出口導管１６は、一次流体の流れを排出する。流体作動モータ１０に結合されているのは、液体添加剤注入ポンプ１８である。接続部２０を有する入口導管は、液体添加剤を受け入れるために設けられている。液体添加剤は、付加的な貯蔵場所（図示せず）からポンプ１８に引き込まれ、一次流体の流れに注入される。液体添加剤の計測は、比率調節スリーブ２２によって調整可能である。液体添加剤注入ポンプ１８は用量ピストン２３を備える。用量ピストン２３は、連結ピストンロッド２７によって内側シリンダ２５Ａおよび外側シリンダ２５Ｂ内を移動可能である。流体作動モータ１０は、液体添加剤注入ポンプを駆動するために連結ピストンロッド２７に結合されている。

ハウジング１２内の流体作動モータ１０の内部要素は、ピストン・アセンブリ２４を含む。弁機構２６は、ピストン・アセンブリ２４上に担持されており、４つのポペット弁２６を含む。ポペット弁２６は、着座し、４つの各々のピストン上端チャネル５４を閉じるように示されている。ピストン自体は、大径の上部５２および小径の下部５８を有する。ピストン下部５８は、ハウジング下側本体１２の内側シリンダ壁６２内に正確に、かつ、滑動可能に嵌合している。同様に、ピストン上部５２は、ハウジング・カバー１２Ａ内に正確に、かつ、滑動可能に嵌合している。作動軸２８は、ピストン・アセンブリ２４を通じて延びており、弁機構２６を作動させるオーバーセンタ機構４２に結合されている。ピストンの上昇行程位置および下降行程位置での弁機構２６の開閉によって、ピストン・アセンブリ２４の往復運動を生じるのに有効なハウジング１２内の差圧が生じる。流体作動モータ１０の内部要素は「差圧往復運動ピストン・アセンブリ」と称するものを構成する。

ハウジング１２の上端にあるのは、オン／オフ切換機構３２である。スリーブ３４はハウジング１２の上端から延びている。インサート３６（図示せず）は、ハンドル４０を使用するカム機構３８の作動によってスリーブ３４に対して軸方向に移動可能である。ハンドルは、切換機構３２の「オン」および「オフ」位置間で横方向に動かせるように、１８０度の円弧を通じて回転する。図１，２においては、切換機構３２を「オン」位置で示す。切換機構の「オン」位置において、インサート３６は、完全にスリーブ３４内にある。インサート３６は、ハウジング・カバー１２Ａに対する軸の垂直方向位置を確立させるように作動軸２８に結合される。図には示したが、必要に応じてオン／オフ切換は省略されることがある。

さらに図１，２に示したのは、インサート３６への作動軸２８の結合である。図示の実施形態では、作動軸２８およびインサート３６は、単一のユニットとして一体に形成されている。キャップ４４は、インサート３６上に着座する。切換機構が「オフ」位置にあるとき、ハウジング・カバー１２Ａから作動軸２８が突出することによって、切換機構の状態が「オフ」であるという視覚的な指標（ｖｉｓｕａｌ ｉｎｄｉｃｉａ）が提供される。ハウジング・カバー１２Ａから突出する作動軸２８の部分は、切換機構の状態の視覚的な指標を提供するのを支援するために着色されてもよい。

図２に示すように、作動軸２８は周囲肩部４６を備える。周囲肩部４６は、環状拡張部４８によってピストン・アセンブリ２４に係合されるように位置決めされる。理解されるように、ピストン・アセンブリ２４が上昇行程軌跡を移動するとき、内側の環状拡張部４８は、肩部４６に係合する。環状拡張部４８が肩部４６に係合するとき、弁機構２６は、閉位置に移動され、オーバーセンタ機構４２は、弁機構の閉止を維持する位置に切り換わるように作動される。弁機構の閉止に際して、ピストン・アセンブリをその往復サイクルの下降行程軌跡部分で移動させ始める差圧が生成される。図１，２に示す作動軸２８の位置では、その上昇行程の端部へのピストン・アセンブリの移動範囲は、オーバーセンタ機構が完全に切り換えられることを可能とする。さらに理解されるように、オーバーセンタ機構は、弁機構を開位置および閉位置で交互に確立させる双安定装置を形成する。作動軸２８が「オン」位置にある場合、ピストン・アセンブリ２４の往復運動を提供する通常動作が継続することが可能である。

オン／オフ切換機構３２のハンドルが「オフ」位置に移動されるとき、インサート３６および付随する作動軸２８は、オフセット位置へ移動される。理解されるように、ピストン・アセンブリ２４が上昇行程軌跡を移動するとき、外側の環状拡張部５０は早い時間にハウジング・カバー１２Ａの上端に係合するので、内側の環状拡張部４８が肩部４６に係合することは不可能である。結果として、弁機構２６は、ピストン・アセンブリ２４をその往復サイクルの下降行程軌跡部分で移動させるのに必要なハウジング１２内の差圧を生成するようには閉じない。さらに、オーバーセンタ機構４２は部分的に移動されるが、完全には切り換えられない。ピストン・アセンブリ２４の通常の往復運動動作は継続せず、もはや液体添加剤は一次流体の流れに注入されない。しかしながら、ハンドル４０が「オン」位置へ移動すると、内側の環状拡張部４８は作動軸２８上の肩部４６に係合する。弁機構は閉じ、オーバーセンタ機構は切換を完了する。ピストン・アセンブリ２４の往復運動に必要な差圧がハウジング１２内に再び発生され、通常動作が再開する。

図３は、好適な実施形態においてハウジング・カバー１２Ａと下側本体１２Ｂとの間で着脱可能に固定される一方向弁ガスケット１００を備えたポンプ・ハウジングの上半部および下半部（ハウジング・カバー１２Ａおよび下側本体１２Ｂ）の斜視図である。図４は、アセンブリおよび分離した流体混合室を示すポンプの側断面図である。図５は、図４に示したポンプの別の側断面図である。図６ａ〜図６ｆは、好適な実施形態における一方向弁ガスケット・アセンブリの５つの異なる図である。

図３〜図６Ｆを参照すると、下側本体１２Ｂは、ハウジング・カバー１２Ａと螺合するねじの切られたカラー１２Ｃを有する。ハウジング・カバー１２Ａは、その底の内部周囲の周辺に、対応するねじ部を有する。下側本体１２Ｂは、一次流体出口１６に続く、下側の円筒状の出口チャネル／容積６８（または「分離室」）を形成する、外側シリンダ壁６０および内側シリンダ壁６２を有する。内側シリンダ壁６２は、ピストン５８（図２に示される）の下部を収容し、一次流体が一次流体入口１４から入る可変サイズの下側キャビティ６４（ピストン位置によってその容積が変化する）を囲んでいる。一次流体は、図２に示したピストン・アセンブリ２４を通じて進んだ後、可変サイズの上側キャビティ６６（ピストン位置によってその容積が変化する）に入る。ピストン・アセンブリ２４が下降すると（図２に示したように）、上側キャビティ６６内、かつ、ピストン５２の大径部分より下にある計測された容積の一次流体は、一方向弁ガスケット１００を通じて下方に、ガスケット後の、下側の円筒状の出口チャネル／容積６８内へ押され、次いで一次流体はポンプ出口１６を通じて外へ導かれる。次いで、ピストン・アセンブリ２４が上昇すると（図２に示したように）、液体添加剤注入ポンプ１８（図２に示した）は計測された容積の流体添加剤をガスケット後のチャネル６８または外部の混合室のうちの所望される方へ押し込み、出ていく一次流体と混合する。例えば、液体添加剤注入ポンプ１８（図２に示
した）からポートを通じてガスケット後のチャネル６８内へ流体添加剤を送ることによって、実際のポンプ要素と接触させずに一次流体および添加剤流体をポンプ内で混合することが可能である。一方向弁ガスケット１００は、流体添加剤がハウジング上部へと上流に流れることを防止する。これに代えて、分離した混合室がポンプ排出１６の後に設けられ、計測された容積の一次流体および流体添加剤をそのような分離した混合室に導くことが可能である。この場合にも、一方向弁ガスケット１００は流体添加剤がハウジング上部へと上流に流れることを防止する。いずれの場合にも、分離した混合室、ガスケット後のチャネル、またはその両方は、ポンプの他の部分もしくは要素を必ずしも保護する必要なく、耐腐食性材料もしくは腐食緩和性材料で内側が覆われるか、または保護されることが可能である。これは、ポンプ全体を通じて耐腐食性材料または腐食緩和性材料を使用することがコスト的に不可能である場合、機械的に不可能である場合、その他、実現可能でない場合、特に有益である。

図６Ａ〜６Ｆには、より詳細に、好適な実施形態における一方向弁ガスケット１００の様々な図を示す。一方向弁ガスケット１００は、リングから下方へ延びた幾つかの湾曲したニップル式弁１０８を除き、非透過性の僅かに柔軟な材料から極めて柔軟な材料からなる、ほぼ平坦なリングを備える。上面１０２および下面１０４は、ハウジング・カバー１２Ａの段付き（またはフランジ付き）底面（図１に示す）と、下側ハウジング本体１２の段付き（またはフランジ付き）上面（図２に示す）との間にガスケット１００が面一に置かれることが可能であるように、ガスケットの外周において平坦である。ニップル式弁１０８はガスケット・リング１００の対応する間隙１０６から下方に延びており、弁が下向きのとき、一次流体は上方でなく下方に通過することが可能である。ニップル式弁１０８を適切に動作させるには、その角度付き端部１０９が通常のピストンポンプ圧送流体圧力で開き、また予測可能な圧力の流体の逆流に対して閉じたままであるような厚さおよび柔軟性の材料から、ニップル式弁１０８を製作する必要がある。さらに、ガスケット１００は、ガスケット・リング１００から延び、かつ、ガスケット・リング１００に直角である幾つかの放射状の支持フィン１１０を有する。これらの支持フィン１１０は、下側本体１２Ｂの外側シリンダ壁６０と内側シリンダ壁６２との間の円筒状チャネル／容積６８を横切って放射状に合致して嵌合する（図３に示すように）。

好適な実施形態におけるポンプ全体の側面図。 好適な実施形態におけるポンプ全体の側断面図。 好適な実施形態における一方向弁ガスケットを備えたポンプ・ハウジングの上半部および下半部の斜視図。 分離した混合室を備えたポンプ・ハウジングの側断面図。 図４に示したポンプの別の側断面図。 好適な実施形態における一方向弁ガスケットの図。 好適な実施形態における一方向弁ガスケットの図。 好適な実施形態における一方向弁ガスケットの図。 好適な実施形態における一方向弁ガスケットの図。 好適な実施形態における一方向弁ガスケットの図。 好適な実施形態における一方向弁ガスケットの図。

Claims (12)

1. 一次流体へ二次流体を導く装置であって、
   一次流体の流れによって駆動される流体作動モータと、
   流体作動モータによって駆動される液体添加剤注入ポンプと、
   ハウジング・カバーに固定された下側ハウジング本体と、
   下側ハウジング本体は流体混合室を形成する外側シリンダ壁および内側シリンダ壁を備えることと、からなる装置。
2. ハウジング・カバーと下側ハウジング本体との間に１つ以上の一方向弁が配置されたガスケットと、該一方向弁ガスケットは一次流体の流れが流体混合室へ流れることを可能とすることと、を含む請求項１に記載の装置。
3. 上昇行程位置と下降行程位置との間で移動可能であり、内側シリンダ壁、ガスケット、およびハウジング・カバーによって形成されるピストン・アセンブリ空間内に囲まれたピストンを含む請求項２に記載の装置。
4. ピストンの移動を生じさせるために前記ハウジング内に差圧を発生させる弁機構を含む請求項１に記載の装置。
5. 開位置と閉位置との間で弁機構を切り換えるために弁機構に結合されたオーバーセンタ機構を含む請求項２に記載の装置。
6. オーバーセンタ機構に結合された作動軸と、同作動軸はピストンの通常の往復運動中にピストンの上昇行程位置で弁機構を切り換えさせるピストン上昇ストッパを含むことと、を含む請求項１に記載の装置。
7. ピストン・アセンブリ空間へ直接供給する一次流体入口と、混合室と流体連通する流体排出出口と、を含む請求項１に記載の装置。
8. 一方向弁ガスケットは１つ以上のニップル式一方向弁を含む請求項２に記載の装置。
9. 一方向弁ガスケットは、ゴム、ＶＩＴＯＮ（登録商標）、またはポリウレタンのうちの１つからなる請求項２に記載の装置。
10. 一次流体の流れへ二次流体を導く方法であって、
    一次流体を流体ポンプ・アセンブリへ導く工程と、
    １つ以上の一方向弁を介して流体混合室に一次流体を送る工程と、
    流体混合室に二次流体を注入する工程と、からなる方法。
11. ポンプ・アセンブリから混合室への流体の流れが方向を反転するとき、一方向弁は閉位置に移動する請求項１０に記載の方法。
12. 混合室の流体の圧力がポンプ・アセンブリの流体の圧力を超えるとき、一方向弁は閉位置に移動する請求項１０に記載の方法。

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