JP2012017696A - 液体用容積型ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】吸込工程と吐出工程との切り換え時における圧力上昇を可及的に抑制してウォータハンマの発生を防止しうる液体用容積型ポンプを提供することを目的とするものである。
【解決手段】液体用容積ポンプ１ａ，１ｂはベローズポンプであり、ベローズ２ａ，２ｂで囲繞形成されるポンプ室３ａ，３ｂには、所定量の気体１４を封入した状態で液体１５が貯留された密閉容器９ａ，９ｂが連通接続されている。各密閉容器９ａ，９ｂの内部は液相領域１５ａ，１５ｂとその液面上に形成された気相領域１４ａ，１４ｂとからなる気液２相領域に構成されている。ポンプ室３ａ，３ｂの容積拡大動作による吸込工程からポンプ室３ａ，３ｂの容積縮小動作による吐出工程への切り換え時における圧力上昇は、ポンプ室９ａ，９ｂ内の圧力の一部が密閉容器９ａ，９ｂに逃されることにより、低減されることになり、ウォータハンマの発生が防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ室の容積を拡縮させることにより吸込口からポンプ室への給液とポンプ室から吐出口への送液とを交互に行うように構成されたベローズポンプ等の液体用容積型ポンプに関するものである。

従来の液体用容積型ポンプとして、一般に、伸縮可能なベローズで囲繞形成して容積を拡縮動作可能に構成されたポンプ室と、ポンプ室の吸込口に設けられた逆止弁であってポンプ室の容積が拡大する吸込工程において吸込口からポンプ室への給液のみを許容する給液用逆止弁と、ポンプ室の吐出口に設けられた逆止弁であってポンプ室の容積が縮小する吐出工程においてポンプ室から吐出口への送液のみを許容する送液用逆止弁とを具備して、ベローズを伸縮動作させることによりポンプ室の容積を拡縮させて、吸込工程と吐出工程とを交互に行うことにより液体を送液させるように構成されたベローズポンプ等が周知である（例えば、特許文献１を参照）。

特開平０９−１７０５５９号公報

しかし、ベローズポンプ等の容積型ポンプにあっては、吸込工程から吐出工程への切り換え時において液体の流動が急停止して瞬間的に大きく圧力上昇することになり、かかる急激な圧力上昇によりポンプラインにウォータハンマ（水撃作用）が発生することになる。このようなウォータハンマが発生すると、ポンプラインに接続された液体機器に振動や衝撃が伝播して、種々のトラブルが生じることになる。特に、厳格なコンタミネーション回避が要求される半導体製造分野等において使用される液体機器（例えば、半導体洗浄機器）では、水撃作用による振動や衝撃によってパーティクルが発生してコンタミネーションが回避できなかったり、極端な場合には機器部品等の破損を招く虞れがあった。

本発明は、このような点に鑑みて、吸込工程と吐出工程との切り換え時における圧力上昇を可及的に抑制してウォータハンマの発生を防止しうる液体用容積型ポンプを提供することを目的とするものである。

本発明は、ポンプ室の容積を拡縮させることにより吸込口からポンプ室への給液とポンプ室から吐出口への送液とを交互に行うように構成された液体用容積型ポンプにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、気体を封入した状態でポンプ室内の液体と同一の液体を充填した密閉容器を、その液相領域においてポンプ室に連通接続させておくことを提案するものである。

本発明の液体用容積型ポンプにあっては、吸込工程から吐出工程への切り換え時にポンプ室に発生した圧力上昇により、ポンプ室内の液体の一部が密閉容器へとこれに封入された気体を圧縮しつつ圧入されることになり、つまりポンプ室内の圧力はその一部が密閉容器に逃されることになり、ポンプ室から吐出口への送液圧力は当該気体の圧縮量に応じて低減されることになるから、吸込工程から吐出工程への切り換え時における急激な圧力上昇が緩和，抑制されてウォータハンマの発生が可及的に防止される。したがって、本発明によれば、ウォータハンマによるトラブルを未然に回避することができ、厳格なコンタミネーション回避が要求される半導体製造分野等における液体機器の相液手段としても好適に使用することができる極めて実用的価値の高い液体用容積型ポンプを提供することができる。

図１は本発明に係る液体用容積型ポンプを備えた送液ポンプの一例を示す系統図である。

本発明を実施するための形態を、図１に基づいて、具体的に説明する。

図１は本発明に係る液体用容積型ポンプを備えた送液ポンプの一例を示す系統図であり、この送液ポンプは、図１に示す如く、１対の液体用容積型ポンプ１ａ，１ｂを並列配置してなる多連型往復動ポンプである。各液体用容積ポンプ１ａ，１ｂは、図１に示す如く、伸縮自在なベローズ２ａ，２ｂによって囲繞形成されたポンプ室３ａ，３ｂと、ポンプ室３ａ，３ｂの容積を拡縮動作させる動作手段４ａ，４ｂと、ポンプ室３ａ，３ｂに設けられた吸込口５ａ，５ｂと、吸込口５ａ，５ｂに設けられた給液用逆止弁６ａ，６ｂと、ポンプ室３ａ，３ｂに設けられた吐出口７ａ，７ｂと、吐出口７ａ，７ｂに設けれられた送液用逆止弁８ａ，８ｂと、ポンプ室３ａ，３ｂに連通接続された密閉容器９ａ，９ｂとを具備して、ポンプ室３ａ，３ｂの容積を拡縮させることにより、吸込口５ａ，５ｂからポンプ室３ａ，３ｂへと給液する吸込工程とポンプ室３ａ，３ｂから吐出口７ａ，７ｂへと送液する吐出工程とを交互に行うように構成されたベローズポンプ（ベローズ型往復動ポンプ）である。

各動作手段４ａ，４ｂは、ベローズ２ａ，２ｂを伸縮させるべく往復駆動されるもの（ピストン・シリンダ機構やクランク機構等）で、往動によりベローズ２ａ，２ｂを縮小させてポンプ室３ａ，３ｂの容積を縮小させ、復動によりベローズ２ａ，２ｂを伸張させてポンプ室３ａ，３ｂの容積を拡大させるものであり、各ポンプ１ａ，１ｂの吸込工程と吐出工程とを交互に行わしめるものである。而して、両動作手段４ａ，４ｂは逆方向に動作するように連動されており、一方の動作手段が往動するときは他方の動作手段が復動するようになっている。すなわち、一方のポンプ（以下「第１ポンプ」という）１ａの動作手段４ａがベローズ２ａを縮小させるべく往動する（吐出工程）ときは、図１（Ａ）に示す如く、他方のポンプ（以下「第２ポンプ」という）１ｂの動作手段４ｂがベローズ２ｂを伸張させるべく復動し（吸込工程）、逆に、第１ポンプ１ａの動作手段４ａがベローズ２ａを伸張させるべく復動する（吸込工程）ときは、同図（Ｂ）に示す如く、第２ポンプ１ｂの動作手段４ｂがベローズ２ｂを縮小させるべく往動する（吐出工程）ようになっている。

両吸込口５ａ，５ｂは給液源（図示せず）から導かれた吸込ライン１１に接続されており、両吐出口７ａ，７ｂは半導体洗浄部等の液体使用部（図示せず）へと導かれた吐出ライン１２に接続されている。

各給液用逆止弁６ａ，６ｂは、ポンプ室３ａ，３ｂの容積が拡大動作される吸込工程において吸込口５ａ，５ｂを開放して、吸込ライン１１からポンプ室３ａ，３ｂへの給液を許容し、ポンプ室３ａ，３ｂの容積が縮小動作される吐出工程においては吸込口５ａ，５ｂを閉塞して、ポンプ室３ａ，３ｂから吸込ライン１１への逆流を阻止するものである。

各送液用逆止弁８ａ，８ｂは、ポンプ室３ａ，３ｂの容積が縮小動作される吐出工程において吐出口７ａ，７ｂを開放して、ポンプ室３ａ，３ｂから吐出ライン１２への送液を許容し、ポンプ室３ａ，３ｂの容積が拡大動作される吸込工程においては吐出口７ａ，７ｂを閉塞して、吐出ライン１２からポンプ室３ａ，３ｂへの逆流を阻止するものである。

以上の構成は周知の多連型往復動ポンプと同様であり、当該多連型往復動ポンプと同様に、第１ポンプ１ａによる吐出工程と第２ポンプ１ｂによる吐出工程とが連続して行われ、液体１３を吐出ライン１２へと連続的に送液することができるが、上記した送液ポンプにあっては、本発明に従って、各ポンプ１ａ，１ｂに次のような密閉容器９ａ，９ｂを連通接続させておくことによって、冒頭で述べたようなウォータハンマの発生を可及的に防止するように工夫されている。

すなわち、各ポンプ室３ａ，３ｂに連通接続された密閉容器９ａ，９ｂには、図１に示す如く、所定量の気体１４を封入した状態で液体１５が貯留されており、各密閉容器９ａ，９ｂ内部を液相領域１５ａ，１５ｂとその液面上に形成された気相領域１４ａ，１４ｂとからなる気液２相領域に構成してある。気体１４としては空気，窒素ガス等を任意に使用することができ、一般には空気が使用される。液体１５としては、ポンプ１ａ，１ｂにより吐出すべき液体１３と同一のものが使用される。各密閉容器９ａ，９ｂは、その液相領域１５ａ，１５ｂにおいて接続路１６ａ，１６ｂを介して各ポンプ室３ａ，３ｂに連通接続されている。

而して、各ポンプ１ａ，１ｂを、ポンプ室３ａ，３ｂに上記した密閉容器９ａ，９ｂを連通接続１６ａ，１６ｂさせておくと、第１ポンプ１ａによる吸込工程から吐出工程への切り換え時においては図１（Ａ）に示す如く、また第２ポンプ１ｂによる吸込工程から吐出工程への切り換え時においては同図（Ｂ）に示す如く、ポンプ室３ａ，３ｂに発生した圧力上昇により、ポンプ室３ａ，３ｂ内の液体１３の一部が密閉容器９ａ，９ｂへとこれに封入された気体１４を圧縮しつつ（気相領域１４ａ，１４ｂの容積を減少させつつ）圧入されることになる。つまりポンプ室９ａ，９ｂ内の圧力はその一部が密閉容器９ａ，９ｂに逃されることになり、ポンプ室９ａ，９ｂから吐出口への送液圧力は気相領域１４ａ，１４ｂの減容量に応じて低減されることになる。したがって、吸込工程から吐出工程への切り換え時における圧力上昇量を考慮して気相領域１４ａ，１４ｂの容積をボイルの法則に基づいて適宜に決定しておくことにより、吸込工程から吐出工程への切り換え時における圧力上昇によるウォータハンマの発生を確実に防止することができる。なお、気体１４としては、一般に、空気を使用するのが便利であるが、ポンプ１ａ，１ｂの使用条件（例えば温度条件等）によっては、熱膨張率や圧縮率を考慮して気体１４の種類を決定しておくことが好ましい。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変更することができる。例えば、本発明は、ベローズポンプの他、ダイヤフラムポンプ，ピストンポンプ，プランジャンプ等の往復動ポンプや、その他、吸込工程から吐出工程への切り換え時に瞬間的に大きな圧力上昇が発生することによりウォータハンマが生じる各種の液体用容積型ポンプにも好適に適用することができる。

１ａ ベローズポンプ（液体用容積型ポンプ）
１ｂ ベローズポンプ（液体用容積型ポンプ）
３ａ ポンプ室
３ｂ ポンプ室
５ａ 吸込口
５ｂ 吸込口
７ａ 吐出口
７ｂ 吐出口
９ａ 密閉容器
９ｂ 密閉容器
１１ 吸込ライン
１２ 吐出ライン
１３ 液体
１４ 密閉容器に封入された気体
１４ａ 気相領域
１４ｂ 気相領域
１５ 密閉容器に貯留された液体
１５ａ 液相領域
１５ｂ 液相領域
１６ａ 連通路
１６ｂ 連通路

Claims (1)

1. ポンプ室の容積を拡縮させることにより吸込口からポンプ室への給液とポンプ室から吐出口への送液とを交互に行うように構成された液体用容積型ポンプにおいて、
   気体を封入した状態でポンプ室内の液体と同一の液体を充填した密閉容器を、その液相領域においてポンプ室に連通接続させてあることを特徴とする液体用容積型ポンプ。