JP2013501882A - ダイヤフラム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、少なくとも２個の油圧駆動ダイヤフラムを有する多気筒ダイヤフラム装置に関連する。
【解決手段】 本装置は、ダイヤフラムを駆動するための少なくとも２つの脈動する油圧流体の流れを生成する駆動ユニット（１）と、配送媒体を配送するための少なくとも２つのポンプ室を有する配送ユニット（２）とからなり、そのポンプ室の容量は各ダイヤフラムの移動によって可変で、各配送ユニットは圧力弁によって圧力ラインに接続されると共に吸引弁によって吸引ラインに接続される。陳述された不利益をなくすか、少なくとも減少させる多気筒ダイヤフラム装置、即ち、非常にコンパクトであるので空間と材料を節約する設計で、エネルギー効率が高く、設置個所の条件に高度に柔軟な対応が可能であると同時に、個々のダイヤフラム及び弁の取り付け及び取り外しが容易である多気筒ダイヤフラム装置を提供するため、本発明によると、配送ユニットが圧力ライン及び吸引ラインを配置したダイヤフラム本体と少なくとも２個の油圧本体とからなり、各油圧本体は駆動ユニットに接続され、各油圧本体と前記ダイヤフラム本体との間にはダイヤフラムの一方が配置される空隙が形成され、前記脈動する油圧流体の流れの生成の結果、ダイヤフラムが空隙内を移動し、配送媒体は定期的に吸引ラインから圧力ラインへと搬送されることが提案される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、少なくとも２個の油圧駆動ダイヤフラムを有する多気筒ダイヤフラム装置に関し、このダイヤフラム装置は、ダイヤフラムを駆動するための少なくとも２つの脈動する油圧流体の流れを生成する駆動ユニットと、配送媒体を配送するための少なくとも２つの配送室を有する配送ユニットとからなり、該配送室の容積はそれぞれのダイヤフラムの移動によって可変で、各配送室は圧力弁によって圧力ラインへ接続されると共に吸引弁によって吸引ラインへ接続されている。

多気筒ダイヤフラム装置、特に産業用処理工学に関わる産業用のプロセスダイヤフラムポンプ及びダイヤフラムコンプレッサの重要性は、生産施設の汚染物質放出の減少を進めなければならないため近年非常に高まっている。この要求は産業用処理工学に用いられる多くのポンプ及びコンプレッサに当て嵌まる。その発電ユニットが大きくなり、搬送される流体の汚染が多くなるほど、その漏れや処理の問題を管理することが困難になる。そのため近年、大型発電ユニット向けの漏れのない処理装置の開発を進める努力が続けられてきた。

特に、化学工業処理工学における反応成分として配送或いは移送される多くの流体について、最大許容可能放出値（ＭＡＫ値）は、立法者によって非常に低レベルに設定されているため、漏れのない装置が絶対必要である。その結果、特に高圧処理工程において、従来のピストン装置はダイヤフラム装置に替えざるを得なくなった。今日、ダイヤフラム装置においても危険の少ない流体がますます利用されるようになっている。特に、ダイヤフラム装置には次のような利点がある。
・殆んど摩耗のない油圧ピストン密閉配置、長いダイヤフラム耐用年数、漏れのない信頼出来るダイヤフラム破断シグナリング、及び圧力過多と圧力不足に対する一体的且つ総合的な安全策によるピストン装置よりも優れた運用信頼性及び可用性。
・低いメンテナンス費用及び低いエネルギー必要量の結果としての低運用コスト。即ち、例えば、油圧油におけるピストン密閉配置によって摩擦と漏れが非常に低くなるため、ダイヤフラムポンプのエネルギー効率は周知の全種類のポンプの中で最も高くなる。
・このような特性の結果、設置に係る投資計画の観点からダイヤフラムポンプを好む決定がますます多くなっている。他の構造に比べて購入価格が高価であっても、可用性の高さ、即ち設置のための停止期間が最少であることと有利な運用費用のため短い運用期間後に償却されることが多い。

古いピストン装置は、特に、例えば液体ガス、一体軸受流体又は腐蝕性流体等の搬送が困難な構成部品を含む場合、費用のかかる運転停止期間やメンテナンス及び修理費用を減らし、許容範囲を超える漏れをなくすため、既存施設の近代化によってダイヤフラム装置に切り替えられることが多い。一般的に、大型ダイヤフラム装置は多気筒装置として構築され、その場合、個々のダイヤフラムヘッドは一般に揺動動作するクランク駆動機構によって駆動される。この場合、駆動機構および個々のダイヤフラムヘッドは構造ユニットを形成し、ここではクランク駆動機構は一体鋳造型或いはモジュール構造である。

この構成の不利な点は、例えば利用可能な空間や許容可能な重量等の局所的条件に十分柔軟に対応できない一方、それぞれ別体である個々のダイヤフラムヘッドを接続するために吸引圧力側に高価な集合ラインを必要とすることである。

この従来の構造の更に不利な点は、運用状況において、ダイヤフラムにアクセスするのが困難であることである。ダイヤフラムの変更時や弁の交換の際、配送する流体で濡れている吸引側及び圧力側の導管をダイヤフラムヘッドから解放して、ダイヤフラムや弁等の取り替えるべき摩耗部品にアクセス可能にしなければならない。特に、大型高圧ダイヤフラム装置の場合、これはかなり複雑であり費用がかかる。

これを考えると、周知構造の不利益は実質的に次のようになる。
・大量の空間が必要である。
・大重量である。
・材料を多く消費する。
・局所的条件に適合し難い。
・運用し難い。
・高価である。
・エネルギー効率を最大限にする可能性を完全活用していない。

このような多気筒ダイヤフラム装置の例は、特許文献１及び特許文献２に示される。

独国特許出願公開第３９４２９８１号明細書 米国特許第５３６８４５１号明細書

上述の技術水準を基本的出発点として、本発明の目的は、特定の不利益を避けるか少なくとも緩和することが出来、非常にコンパクトであるために、空間と材料を節約してエネルギー効率を高めて設置個所の条件に対して高度に柔軟な対応が可能であると同時に、個々のダイヤフラム及び弁の取り付け及び取り外しが容易である多気筒ダイヤフラム装置を提供することである。

本発明によると、この目的は、本明細書の冒頭に記述する種類の多気筒ダイヤフラム装置によって達成されるが、ここでは、配送ユニットが圧力ライン及び吸引ラインが配置されたダイヤフラム本体と少なくとも２個の油圧本体とからなり、各油圧本体は駆動ユニットに接続され、各油圧本体とダイヤフラム本体との間にはダイヤフラムの一方が配置される空隙が形成され、脈動する油圧流体の流れの生成によりダイヤフラムが空隙内を移動し、配送媒体が定期的に吸引ラインから圧力ラインに転送されることを特徴とする。

上述の問題及び不利な点は、駆動ユニットと配送ユニットとが明確に分かれるため、２つのユニットのそれぞれを互いから独立してその構造において最適化出来るので、本発明による多気筒ダイヤフラム装置によって簡単な方法で除かれる。この２つのユニットは、油圧ドライブ、即ち駆動ユニットによって生成された脈動する油圧流体の流れをダイヤフラム本体によりダイヤフラム装置の配送ユニットに転送する接続ラインによって連結されている。

この構成により、一般に高品質で高価な材料からなると共に配送される流体によって濡れる配送ユニットの構成部品の材料と空間を節約することが出来る非常にコンパクトな形を与えることが出来る。

更に、配送ユニットは、ダイヤフラムの変更の際、配送中の流体によって濡れる他の構成部品を何ら取り外すことを必要としないよう設計可能で、吸引側及び圧力側の個々のダイヤフラムヘッドを相互接続する高価な収集導管を大幅に減少させるか、全くなくすことが出来る。駆動ユニットは、例えば全てのピストンロッドを１つの共通面に配設することを可能にする偏心摺動ユニット駆動機構の形にすることが出来、これによって偏心軸の曲げモーメントと三気筒装置の場合の耐力を、インライン構造の従来のクランク駆動機構における値の３分の１に減少させる。このようにして構造的サイズを大幅に減少させることが出来る。

偏心摺動ガイド駆動機構の更なる利点は、これが非常に高いエネルギー効率を有するため、エネルギー節約に貢献することである。

本発明による配送ユニットの配置は、実質的に中心配置のダイヤフラム本体と、これに固定された油圧本体とからなり、その間に空隙を形成してダイヤフラムの一方を配置し、ダイヤフラムが空隙を更に脈動する油圧流体の流れに接続された油圧室と配送室とに細分する。

好ましくは、油圧本体をダイヤフラム本体の外側に配置して、油圧本体をダイヤフラム本体から取り外すことによってダイヤフラムにアクセス可能にし、ダイヤフラムの交換も出来るようにする。

好適な実施形態において、ダイヤフラム本体は中央ブロックを形成し、ここでダイヤフラム本体は１つの部品又は接続部と共に中央ブロックを形成する複数の部品からなる。後者は当然ながらやや高価で製造が複雑であるが、配送される媒体と接触するために特別な要件を満たさなければならないダイヤフラム本体の他の部分よりも安価な材料から中央ブロックを作ることが出来るという利点がある。

別の好適な実施例においては、ダイヤフラム装置を制御及び監視するために設けられた例えば圧制限弁、連続脱気弁、漏れ補給弁又は油圧流体貯蔵室等の構成部品が駆動ユニットに配置される。これらの構成部品が駆動ユニットに一体化されるほど、配送ユニットが対応してよりコンパクトになる。

好適な実施例では更に、ダイヤフラム本体内又はダイヤフラム本体上の全ての吸引ライン及び全ての圧力ラインが好ましくは集合部でそれぞれ一緒に接続される。これにより、ダイヤフラム本体が１つの圧力ラインのみと1つの吸引ラインのみとにより外部に接続されるようになる。その結果、吸引ライン及び圧力ラインを設けるための費用が減少される。そのため、例えば配送ユニットは、頂部、底部、及び周囲に延びる側面を有し、油圧本体は周囲に延びる側面に配置され、１つ以上の集合部は頂部又は底部に配置することが出来る。

一般に、多気筒ダイヤフラム装置は、同等の強度の脈動する油圧流体の流れがダイヤフラムに送られ、ここで脈動する油圧流体の流れが互いに位相変位して、駆動ユニット内に存在する駆動ピストンのあらゆる位置において有意な配送が行われるような設計構成になっている。

更なる好適な実施形態においては、配送ユニットは２段階ダイヤフラムコンプレッサの形式にされ、両段階は共通のダイヤフラム本体を有し、好ましくは弁が第1段階の圧力弁と第２段階の吸引弁の両方として作用する。

更なる好適な実施例では、駆動ユニットは配送ユニットの上、即ち測地学的により高い地点に配置される。

更に、油圧本体を、油圧本体から駆動ユニットへの油圧ラインが出来るだけ短く、且つ出来るだけ同じ長さであるように配置することが、ラインへの影響を出来るだけ低く出来るだけ均一に保つために基本的に有利である。

更なる利点、特徴、及び可能な使用法は、例として関連する図に示す以下の実施形態の説明から明らかになる。

本発明に係る多気筒ダイヤフラム装置を示す。 配送ユニットの断面を示す。 配送ユニットの上から見た図を示す。 コンパクトな配送ユニットの各種実施例を示す。 ２段階ダイヤフラムコンプレッサの配送ユニットの実施例を示す。 従来のダイヤフラムポンプと本発明に係るダイヤフラムポンプの実施例との間の同じ縮尺でのサイズ比較を示す。

図１は、駆動ユニット１と、配送ユニット２と、前記配送ユニットと前記駆動ユニットとを接続する油圧ラインとからなる本発明に係る多気筒ダイヤフラム装置の実施例を示す。前記配送ユニット２は、配送される流体と接触するダイヤフラム本体４と、複数の油圧本体５と、複数のダイヤフラム６とからなる。油圧本体５はダイヤフラム本体４の外面に取り付けられる。油圧本体とダイヤフラム本体とは共にそれぞれ凹部を有し、油圧本体をダイヤフラム本体に嵌合した時、ダイヤフラム本体と油圧本体５との間に空隙が出来るようにしている。この空隙に嵌合されたダイヤフラム６は、空隙を２つの室１６、即ち、配送室と油圧室とに細分する。配送室がこのように実質的にダイヤフラムとダイヤフラム本体の凹部とから形成される一方で、油圧室は油圧本体に形成された凹部とダイヤフラムとから形成される。このとき、駆動ユニット１の動作により油圧ライン３内の圧力を上げることで油圧室の圧力を増加すると、ダイヤフラム６は曲がり、油圧室はより大きくなり、配送室はより小さくなる。配送室の配送媒体はここで大部分が圧力弁を通って圧力ライン内へと配送される。油圧媒体内の圧力が再び下がると、ダイヤフラムは反対方向に変形し、配送室の容積が大きくなる。更に、配送媒体は吸引弁を通って吸引ラインから配送室内へ運ばれる。

駆動ユニット１は、通常は配送ユニット２に一体化される構成部品を含み、図示の例では、これらは圧制限弁７、連続脱気弁８、漏れ補給弁９、及び油圧流体供給室１０である。

これは、配送ユニットを非常にコンパクトに出来ることを意味する。特定の用途において必要とされるならば、仮令、配送ユニットの寸法を再び増加させることになったとしても、特定の構成部品の一部をも配送ユニットに一体化することが可能であると理解される。

図２及び図３の２つの断面図で配送ユニットを拡大して再び示す。配送される流体が接触する構成部品は全てダイヤフラム本体ブロック４内に配置されていることが判る。油圧本体５は、ダイヤフラム６を複雑さや費用を僅かな程度に抑えながら、即ち流体に接触する構成部品を取り外すことなく交換可能なように、その周囲に配置される。

吸引弁１１と圧力弁１２とはそれぞれ集合部１３によってダイヤフラム本体に接続され、通常は費用のかかる集合導管を省略することが出来、弁に対して容易にアクセス可能である。

図４は配送ユニットの各種構成を断面図で示し、ここでダイヤフラム本体ブロック４は１つの部品（図４の左側の上３例の実施例参照）又は接続部１５によって組み立てられてブロックをなす独立した部品１４から構成される。

これら全ての実施形態において、個々の油圧本体５をその周囲に配置する中心が存在する。そのため、油圧本体は全て一平面内にある。

更なる変形例として、図５は、ダイヤフラムコンプレッサを意図する構造を示し、ダイヤフラム本体４が２段階弁を構成するが、ここで、第１ダイヤフラム本体要素２１から形成される第１段階の圧力弁と、第２ダイヤフラム本体要素２２から形成される第２段階の吸引弁とは、単一の弁１７によって結合される。通常の構造に比べ、これによって材料と重量を節約すると共にダイヤフラム本体４の配送室内の有害空間を最小にすることが出来る特にコンパクトな構造を実施することが出来る。

本発明の利点を明確に示すため、図６に、クランク駆動機構１９を有する従来のダイヤフラムポンプ（図６の左側）と、同一駆動要素出力の偏心摺動ユニット駆動機構を有する本発明に係るダイヤフラムポンプ２０（図６の右側）とを同じ縮尺で比較して示す。配送ユニットがよりコンパクトであることが明らかであるため、関係する空間の量が少ない場合でも用いることが出来る。そして駆動ユニットは油圧ラインによって別途配置することが出来る。

一般に、駆動ユニットにより配送される脈動する油圧流体の流れは、ダイヤフラム本体の全ての圧力室において同一になり、作動室は同じ容量になる。

使用状況に関わらず、ポンプ室の容量が異なり、強度の異なる油圧流体の流れで作動することが好ましい。

また、配送ユニット２と駆動ユニット１の間の接続導管を油圧室５の測地的最高位置に配置することが好ましい。

また、駆動ユニット１に配置された漏れ補給弁９は、パイプ又はホース１８によって配送ユニット２の油圧室５に接続されることが好ましい。

１ 駆動ユニット
２ 配送ユニット
３ 油圧ライン
４ ダイヤフラム本体
５ 油圧本体
６ ダイヤフラム
７ 圧制限弁
８ 連続脱気弁
９ 漏れ補給弁
１０ 油圧流体供給室
１１ 吸引弁
１２ 圧力弁
１３ 集合部
１４ 独立した部品
１５ 接続部
１６ 室
１７ 弁
１８ ホース
１９ クランク駆動機構
２０ ダイヤフラムポンプ
２１ 第１ダイヤフラム本体要素
２２ 第２ダイヤフラム本体要素
２３ 第１段階の吸引弁
２４ 第２段階の吸引弁

Claims (8)

1. 少なくとも２個の油圧駆動ダイヤフラムを有する多気筒ダイヤフラム装置であって、ダイヤフラムを駆動するための少なくとも２つの脈動する油圧流体の流れを生成する駆動ユニット（１）と、配送媒体を配送するための少なくとも２つのポンプ室を有する配送ユニット（２）とからなり、該ポンプ室の容量は各ダイヤフラムの移動によって可変で、各配送室は圧力弁によって圧力ラインに接続されると共に吸引弁によって吸引ラインに接続され、前記配送ユニットは、前記圧力ラインおよび吸引ラインを配置したダイヤフラム本体と少なくとも２個の油圧本体とからなり、各油圧本体は前記駆動ユニットに接続され、各油圧本体と前記ダイヤフラム本体との間には前記ダイヤフラムの一方が配置される空隙が形成され、前記脈動する油圧流体の流れの生成により前記ダイヤフラムが前記空隙内を移動し、配送媒体は定期的に前記吸引ラインから前記圧力ラインへと転送されることを特徴とする多気筒ダイヤフラム装置。
2. 前記油圧本体は、前記ダイヤフラム本体から該油圧本体を取り外すことによって前記ダイヤフラムにアクセス可能にすると共に前記ダイヤフラムを任意に交換可能にするように前記ダイヤフラム本体の外側に配置されることを特徴とする請求項１記載の多気筒ダイヤフラム装置。
3. 前記ダイヤフラム本体が中央ブロックを形成し、前記ダイヤフラム本体が１つの部品又は接続部と共に中央ブロックを形成する複数の部品（１４）からなることを特徴とする請求項１又は２記載の多気筒ダイヤフラム装置。
4. 前記ダイヤフラム装置を制御及び監視するために設けられた例えば圧制限弁、連続脱気弁、漏れ補給弁または油圧流体貯蔵室等の構成部品が前記駆動ユニットに配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒ダイヤフラム装置。
5. 前記ダイヤフラム本体内又はダイヤフラム本体上の全ての吸引ライン及び全ての圧力ラインが好ましくは集合部でそれぞれ一緒に接続され、該ダイヤフラム本体が１つの圧力ラインのみと1つの吸引ラインのみとにより外部に接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多気筒ダイヤフラム装置。
6. 前記駆動ユニットは、強度の異なる脈動する油圧流体の流れが前記ダイヤフラムに送られる構造であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多気筒ダイヤフラム装置。
7. 前記配送ユニットが２段階ダイヤフラムコンプレッサの形式であり、両段階は共通のダイヤフラム本体を有し、好ましくは弁が第1段階の前記圧力弁と第２段階の前記吸引弁の両方として作用することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の多気筒ダイヤフラム装置。
8. 前記配送ユニットは頂部、底部、および周囲に延びる側面を有し、前記油圧本体が周囲に延びる側面に配置され、望ましくは、前記駆動ユニットが前記配送ユニットの上に配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多気筒ダイヤフラム装置。

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