JP3674915B2 - 都市ガス等供給昇圧マイクロポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、都市ガス、ＬＰガス等の供給システムにおける流通路内の圧力変化に対する昇圧用の都市ガス等供給昇圧マイクロポンプに関する。特に、流体の流量を直線状に制御する流量制御機構を内蔵する都市ガス等供給昇圧マイクロポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ガスやＬＰガスを家庭等に供給する供給システムにおいて、給送する管路中に下流側の２次圧力が所定圧力となるように圧力を制御している。一般家庭用ガス器具の入口圧力は、各ガス種によって最高圧力、標準圧力及び最低圧力が規定され、ガス器具は安全な燃焼のために入口圧力が最高圧力以下・標準圧力以上で所定の能力が発揮できるように製作されている。都市ガス供給一定区域内において急激にガスの使用量が増加し、ガス流量、ガス整圧器や導管などの供給設備の能力以上に増加すると圧力損失が増加し、各家庭におけるガス器具入口圧力が効率的な燃焼をする標準圧力以下未満に低下し、効率が低下する。
【０００３】
この圧力低下に際して昇圧のための種々の対策が提案されている。例えば、この圧力制御装置としてはボンベなどの一次圧力を予め設定されたパイロット圧に調整するパイロット弁と、この弁の弁駆動部にパイロット弁からパイロット圧が供給される圧力制御弁とを有している。この１次圧力と２次圧力との圧力差が大きい場合にはこの圧力差により弁駆動部が破損するおそれがあり、２次圧力を非常に低く設定したいときには圧力制御弁の弁駆動部は、パイロット圧と１次圧力との差により弁体を開閉に駆動されるようにし、２次圧力を所定の設定圧に保つようにしている。
【０００４】
このように従来は供給路に圧力制御弁とは別に遮断弁を設けなければならず、そのため設置スペースが大きくなり、構成も複雑化して製造コストがかかっていた。また、これら２箇所の弁機構のメンテナンス作業しなければならなかった。
また、レイノルド式ガス整圧器においては、ガス使用時の時刻に合わせて二次圧力を自動的に増減するようにしたもの等がある。
従って、流入流体である都市ガスやＬＰガスの流入量の制御は別途に供給管に配設された電力を利用する流量調節装置、例えば、マスフローによって制御されていた。
【０００５】
また、図１４に示されるように昇圧マイクロポンプの接続管３０内に流入口３１を閉塞するボール３２を常時塞ぐ方向にばね部材３３で付勢し、圧力の変化によりボール３３が移動して流入口３１を開閉して流体の流通をオン・オフしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の昇圧マイクロポンプでは流体の流通量のオン、オフのみの制御しかできず、図１４に示されるものでは直線状の流量調節の制御は出来なかった。また、このマイクロポンプと別途に設けた直線状に流量を制御する流量調節装置は高価であり、これを供給管システム内に配置したときは消費電力を多く必要としていた。
また、レイノルド式整圧器は時刻調節であるから時間帯が規定されいつでも的確な調整が出来なかった。
この発明の課題は、流入流体の供給通路内の流量調節装置を配置することなく、直線状に流量を調節することができる都市ガス等供給昇圧マイクロポンプを提供することである。
また、他の課題は、簡易な機構によって流入量を直線状に調節できるシステム全体の消費電力の少ない安価な都市ガス等供給昇圧マイクロポンプを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の発明の課題を達成するために、この発明に係る都市ガス等供給昇圧マイクロポンプは、電動モータを内蔵し、この回転軸に固着した偏心カムにより吸気・排気弁を備えたダイヤフラムを作動して連続的に流体を給送する昇圧マイクロポンプにおいて、装置本体に流体の流入接続管又は流出接続管を着脱可能に配設し、これら流入接続管又は流出接続管の接続管口に密接嵌合し、これら接続管内で通過する流体を遮蔽する円錐形コマと、この円錐形コマを常時閉塞位置に付勢する調節部材とを内蔵した流量制御機構を前記流入接続管または前記流出接続管の継手部内に配置し、前記ダイヤフラムの動作による吸気圧または排気圧の制御により前記接続管内の前記円錐形コマの位置を前記調節部材の遮蔽力に抗して変化させて前記円錐形コマと前記各接続管の口との間隙を調節して流体の流量を間隙幅に比例して直線状に制御してなる都市ガス等供給昇圧マイクロポンプの構成とした。
【０００９】
更に、前記課題は、前記流入接続管口及び前記流出接続管口に前記円錐形コマの傾斜面を受ける斜面を備えたコマ受部材を配置してある構成、又は前記流量制御機構が前記ダイヤフラムの排気弁の開度を調節するように調節部材を配置し、前記ダイヤフラムのストロークを一定にし、このダイヤフラムの排気弁の開度を制御して流体の流量を開度の大きさに比例して直線状に制御してなる構成によって達成できる。
【００１０】
この発明の前記課題は、前記円錐形コマ又は前記ダイヤフラムの排気弁を流体の流通が常時遮断される方向に付勢する前記調節部材がコイルばねのような弾性部材であることを特徴とする構成、または前記調節部材が前記弾性部材に代え磁力によって調節可能な磁性部材である構成によって達成することができる。
【００１１】
この発明の都市ガス等供給昇圧マイクロポンプは、流量を直線状に調節することができるから、供給システム内に高価な流量調節装置を配置する必要がない。従って、供給システム全体の消費電力を低減することができる。また、流入接続管口または流出接続管口に密接嵌合する円錐形コマを使用するから簡易な機構により、流体の流量を直線状に調節することができる。しかも、この円錐形コマを受けるコマ受部材を配置してあるから圧力変化に対して直線状の流量制御が確実にできる。
この発明の流量調節装置は流入接続管または流出接続管のどちらか一方に配置すればよく、両方に配置する必要はない。また、この流入接続管の出口にコマ受を配置し、装置本体内に円錐形コマと弾性部材を配置してもよい。
【００１２】
更に、この発明の都市ガス等供給昇圧マイクロポンプは、ダイヤフラムの排気弁の開度を調節する調節部材を配置してあるから流量制御を直線状に変化させることができる。しかも、この排気弁の開度を調節するのに弾性部材を使用するので流量制御が簡易である。
この発明の都市ガス等供給昇圧マイクロポンプにおいて、円錐形コマ又は排気弁を調節する調節部材として弾性部材に代えて磁石と鉄や電磁石を配置することにより、弁の動作を円滑にすることができる。
【００１３】
この発明に使用する円錐形コマは、流入接続管や流出接続管の材質と密接に接触する開閉弁機能を発揮するものであればよく、軽量なものがよい。特に、やや弾力性を有し、耐薬品性、耐久性に優れる材質で形成することができる。例えば、合成ゴム、フッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン、ポリフロロアセテート、またはアルミニュームなどで製造したものを使用できる。コマ受部材に同様の材質で形成することができる。また、調節部材についても耐薬品性に優れるものがよい。流入接続管などについては通常の配管が使用することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る都市ガス等供給昇圧マイクロポンプの実施の形態について図面を参照して説明する。
図１はこの発明に係る昇圧マイクロポンプの１実施の形態を示す断面図である。図２は図１の流入接続管内に流量調節機構を内蔵する１実施形態の分解斜視図である。図３は図１に示す流出接続管内に流量調節機構を内蔵する１実施形態の分解斜視図である。図４はこの発明の図２の流入接続管の継手部内の作動状態を示す断面図で、（ａ）はマイクロポンプが停止しているときの閉止状態を示す。（ｂ）はマイクロポンプ作動中の開き状態を示す。（ｃ）はマイクロポンプ作動中における最大開放状態を示す。図５はこの発明の流入接続管内に傾斜角度６０度の円錐形コマを配置した断面図である。
【００１５】
図６はこの発明の昇圧マイクロポンプの両（２）軸型モータを使用した２ヘッドタイプを使用した第１の実施形態の説明図で、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）は側面図である。（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図。図７はこの発明の１軸型のモータを使用した２ヘッドタイプの第２の実施形態の説明図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、図８は図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図１０は第４の実施の形態を示す説明図で、（ａ）は外観を示す側面図、（Ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１１は第５の実施形態の説明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。図１２は図１１の（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図１３はダイヤフラムの排気弁の動作を示す拡大断面図で、（ａ）はマイクロポンプが停止しているときの閉止状態を示す。（ｂ）はマイクロポンプ作動中の排気弁の開き状態を示す。（ｃ）はマイクロポンプ作動中に最大開放状態を示す。図１４は従来の昇圧マイクロポンプの開閉弁機構を示す説明図である。
【００１６】
この発明の都市ガス等供給昇圧マイクロポンプについて図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
装置本体１内に電動モータＭの回転軸Ｒに固着した偏心カム７、この偏心カム７に嵌合してある操作杆８、この操作杆８に連結したダイヤフラム９、吸気室１０、排気室１１が配置してある。この吸気室１０に流入接続管２の継手部２aが螺着してあり、排気室１１には流出接続管６の継手部６ａが螺着してある。吸気室１０と排気室１１とダイヤフラム９との間に吸気弁１０ａ、排気弁１１ａが設けられている。
【００１７】
流入接続管２の継手部２ａ内で、傾斜面が流入接続管２口に密接嵌合する円錐形コマ３を配置するとともにこの円錐形コマ３が流入接続管２口を常時閉塞する位置に付勢する調節部材である弾性部材５が継手部２ａ内に配置してある。この弾性部材５は図面に示されるコイルばねに限らず、板ばねでもよく、円錐形コマ３とコマ受４との間隙を調節することにより流量変化を直線的に制御するものである。このコイルばねの弾性部材５に代えて磁性材料を配置することもできる。図面に示す実施の形態ではこの流入接続管２口には円錐形コマ３に密接するコマ受４が固設してある。この円錐形コマ３の傾斜角度は使用する都市ガスの制止ガス圧によって変更することになる。例えば、ガス圧が高いときは円錐形コマの傾斜角度を小さくし（密接面積を大きく）、ガス圧が低いときは傾斜角度を大きくする。この傾斜角度としては、３０度,４５度,６０度ものが使用できる。
【００１８】
この発明昇圧マイクロポンプの流量調節機構について説明する。
電動モータ（図示せず）停止しているときは図４に示されるように流入接続管２の継手部２ａ内に嵌装してあるコマ受４に円錐形コマ３が弾性部材５によって圧接し、閉止状態が維持されている（図４ａ）。
電動モータが駆動されたときはダイヤフラム９の上下動により吸気室１０が減圧され、流入接続管２の円錐形コマ３が弾性部材５の弾力に抗して移動して流入接続管２が開口することによって流体が吸気される。
【００１９】
この流体の流量は円錐形コマ３の移動位置、すなわち円錐形コマ３とコマ受４との間隙によって決定される。この間隙を通過する流体の流量は前記円錐形コマ３の傾斜角度のみならず、調節部材であるコイルばねの定数、ばねストロークなどによって変化するが、流量は直線状に変化する。
【００２０】
図６に示す第１の実施形態について説明する。
この第１の実施形態は電動モータの左右の回転軸Ｒに偏心カム７，７を配置した両（２）軸型のモータを使用した２ヘッドタイプの昇圧マイクロポンプである。この装置本体１の吸気室１０および排気室１１の側面に流入接続管２および流出接続管６の継手部２ａ，６ａが接続してある。この流入接続管２の継手部２ａ内にコマ受4、円錐形コマ３および弾性部材５が配置してある。電動モータ（図示せず）の駆動によりダイヤフラム９が上下動して図６（ｃ）矢印のように流体が流入接続管２から吸引され、吸気弁１０ａ，１０ａを経て排気室１１へ吸気されて流出接続管６から排出される。この流出接続管６は従来の接続管である。
【００２１】
図７に示す第２の実施形態は、１軸型モータを使用した２ヘッドタイプであって、一個の電動モータＭの回転軸Ｒに固定した二枚の偏心カム7，７のそれぞれにダイヤフラム９，９の操作杆８，８を嵌装してある２ヘッドタイプのマイクロポンプである。この流入接続管２の継手部２ａ内に装填したものである。
【００２２】
図１０に示す第４の実施形態は、２ヘッドタイプの昇圧マイクロポンプにおける流出接続管６の継手部６ａ内に図３に示す流量調節機構である円錐形コマ３を配置した実施例である。流入接続管２は従来の接続管である。
【００２３】
図１１に示す第５の実施形態は、両軸タイプの２ヘッドタイプにおける排気室１１内に排気弁１１ａの開度を調節する当板１２ｂ、調節部材である弾性材料５が配設してあり、ダイヤフラム９の圧力によって調節部材の弾性部材５の弾力に抗して排気弁１１ａの開度が調節され、これによって通過する流体の流量は制御できる。
【００２４】
図１１に示すように第５の実施形態の排気室１１内において、昇圧マイクロポンプが停止しているとき排気室１１の排気弁１１ａは弾性部材５の押圧力によって閉止している（図１３ａ）。ダイヤフラム９が動作しているときは排気圧が増加し、排気弁１１ａが弾性部材５の弾力に抗して押し上げられ、排気室１１に流体が流入し、流出接続管６から排気する（図１３ｂ）。排気量を増加するときはダイヤフラム９の振幅を増加して排気弁１１ａの開度を最大にして流量を変化させる（図１３ｃ）。
【００２５】
このようにこの第５の実施形態は装置本体に接続した流入接続管や流出接続管内に流量制御機構を配置することなく、従来の接続管を使用し、ダイヤフラム機構の排気室内の排気弁に調節部材を介在させて排気弁開度を調節するようにして通過する流体の流量を容易に直線状に調節できる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明に係る都市ガス等供給昇圧マイクロポンプは、ダイヤフラムを電動モータにより駆動する昇圧マイクロポンプにおいて電動モータの停止中は流体の流通を完全に遮断でき、昇圧に際しては、電動モータの回転数によってダイヤフラムの往復動を制御して流体流量を直線状に制御することが出来る。
また、この発明の昇圧マイクロポンプは装置本体内に流体の流通をオン・オフする共に流量を制御する簡易な機構を内蔵することができ、別途に流量調節部材や圧力調節用の切り替え弁などを必要とせず、システム全体の消費電力の少ない昇圧ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る都市ガス等供給昇圧マイクロポンプの実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１の流入接続管内に流量調節機構を内蔵する実施形態の分解斜視図である。
【図３】図１の流出接続管内に流量調節機構を内蔵する実施形態の分解斜視図である。
【図４】この発明の図２の流入接続管の作動状態を示す断面図で、
（ａ）はマイクロポンプが停止しているときの閉止状態を示す。
（ｂ）はマイクロポンプ作動中の流入接続管内の開放状態を示す。
（ｃ）はマイクロポンプ作動中に最大圧開放状態を示す。
【図５】この発明の図１の流入接続管内に傾斜角度６０度の円錐形コマを配置した断面図である。
【図６】この発明の昇圧マイクロポンプの両（２）軸型のモータを使用した２ヘッドタイプ弁を使用した第１の実施形態の説明図で、
（ａ）は外観を示す斜視図、
（ｂ）は側面図である。
（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図、
【図７】この発明の１軸型のモータを使用した２ヘッドタイプの第２の実施形態の説明図で、
（ａ）は外観斜視図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、
【図８】図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】第４の実施の形態を示す説明図で、
（ａ）は外観を示す側面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１１】第５の実施形態の説明図で、
（ａ）は側面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、
【図１２】図１１の（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図１３】ダイヤフラムの排気弁の動作を示す拡大断面図で、
（ａ）はマイクロポンプが停止しているときの閉止状態を示す。
（ｂ）はマイクロポンプ作動中の排気弁の開き状態を示す。
（ｃ）はマイクロポンプ作動中に最大開放状態を示す。
【図１４】従来の昇圧マイクロポンプの開閉弁機構を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｍ 電動モータ
Ｒ 回転軸
１ 装置本体
２ 流入接続管
２ａ 継手部
３ 円錐形コマ
４ コマ受
５ 弾性部材
６ 流出接続管
６ａ 継手部
７ 偏心カム
８ 操作粁
９ ダイヤフラム
１０ 吸気室
１０ａ 吸気弁
１１ 排気室
１１ａ 排気弁
１２ 当板

Claims (5)

1. 電動モータを内蔵し、この回転軸に固着した偏心カムにより吸気・排気弁を備えたダイヤフラムを作動して連続的に流体を給送する昇圧マイクロポンプにおいて、
   装置本体に流体の流入接続管又は流出接続管を着脱可能に配設し、これら流入接続管又は流出接続管の接続管口に密接嵌合し、これら接続管内で通過する流体を遮蔽する円錐形コマと、この円錐形コマを常時閉塞位置に付勢する調節部材とを内蔵した流量制御機構を前記流入接続管または前記流出接続管の継手部内に配置し、前記ダイヤフラムの動作による吸気圧または排気圧の制御により前記接続管内の前記円錐形コマの位置を前記調節部材の遮蔽力に抗して変化させて前記円錐形コマと前記各接続管の口との間隙を調節して流体の流量を間隙幅に比例して直線状に制御してなることを特徴とする都市ガス等供給昇圧マイクロポンプ。
2. 前記流入接続管の口又は前記流出管の口に、前記円錐形コマの傾斜面を受ける斜面を備えたコマ受部材を配置してあることを特徴とする請求項１に記載の都市ガス等供給昇圧マイクロポンプ。
3. 前記流量制御機構が前記ダイヤフラムの排気弁の開度を調節するように調節部材を配置し、前記ダイヤフラムのストロークを一定にし、このダイヤフラムの排気弁の開度を制御して流体の流量を開度の大きさに比例して直線状に制御してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の都市ガス等供給昇圧マイクロポンプ。
4. 前記円錐形コマ又は前記ダイヤフラムの排気弁を流体の流通が常時遮蔽される方向に付勢する前記調節部材が弾性部材であることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のいずれか一つである都市ガス等供給昇圧マイクロポンプ。
5. 前記調節部材による制御が前記弾性部材に換え磁性部材によって調節可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のいずれか一つである都市ガス等供給昇圧マイクロポンプ。

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