JP3893322B2 - 往復動ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体回路に設けられ、流体の流れを一方向のみ許容する装置およびこれを用いた往復動ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体回路中において、流体の逆流を防止するために逆止弁が用いられる。この回路を流れる流体が、沈降性のスラリ（固液混合流体）である場合、装置の運転が停止され、流体が流れなくなると、逆止弁上方のスラリ中の固体成分が逆止弁付近につもり、高濃度となる。この状態で、装置を再起動すると、逆止弁近傍において流路が閉塞するなどの問題を生じる。これを防止するために、装置の停止前に、スラリの母液などの清澄な液を送り、固体成分を除去するなどの作業が必要となる。
【０００３】
また、往復動要素の往復運動によってポンプ室内の容積変化を生じさせ取扱い流体を送り出す往復動ポンプが知られている。往復動ポンプの吸込管、吐出管には流れの方向を規制するための逆止弁が設けられる。このような逆止弁を用いる往復動ポンプにおいてスラリを取り扱う場合、この逆止弁についても前述したのと同様の問題が生じる。すなわち、吸込側、吐出側に設けられた逆止弁に配管中やポンプ内のスラリ中の固体成分が沈降、堆積し、再始動時の吐出不良の原因となる。また、ポンプ内に固定成分が沈降して、ポンプの可動部分の運動を阻害する場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようにスラリを取り扱う場合、停止前に、固体成分洗浄のための運転を行う必要があった。また、洗浄を行った後の再始動時においては、流体回路中の流体が所定の成分のスラリとなるまで準備運転をしなければならないという問題もある。
【０００５】
本発明は、前述の問題点を考慮してなされたものであり、逆止弁へのスラリの固体成分の沈降を少なくする、または沈降の影響を受けにくくすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明に係る往復動ポンプは、往復動要素の往復運動により容積変化が生じるポンプ室内につながる吸込管と吐出管を有し、これらには、取扱い流体の流れを一方向のみ許容する逆止手段が設けられている。すなわち、吸込管にはポンプ室に向かう流れのみ許容する吸込側逆止手段、吐出管にはポンプ室から送り出される流れのみ許容する吐出側逆止手段が設けられている。これらの逆止手段のうち、少なくとも一方は、重力を利用して流路を閉止する、大小二つの逆止弁を直列に組み合わせて構成され、取扱い流体の流れの下流側に大きい方の逆止弁が配置される。
【０００７】
重力を利用する形式の逆止弁は、流路の所定範囲を移動可能な閉止片が移動範囲の下方にて流路を閉塞するように、流路の形状を定めて構成される。この閉止片の大きさ、閉止片周囲の形状は、ポンプの効率や、取り扱う流体の性状に基づいてなされる。閉止片の大きさを大きくすると、流れの向きが変わるときの漏れが大きくなるなど、ポンプの効率が低下する傾向がある。したがって、ポンプの吐出性能については、小さい逆止弁を用いることが好ましい。しかし、小さい逆止弁においては、閉止片周辺の流路断面積も小さく、取扱い流体中に含まれる固体成分によるつまりが発生しやすい傾向がある。そこで、本発明においては、下流側、すなわち重力を利用して流路を閉止する逆止弁を用いる場合においては、上側に配置される逆止弁には、つまりが発生しにくい大きなものを用い、固定成分の沈降をここでくい止めるようにする。
【０００８】
また、逆止手段の直後の配管を曲げ、配管内の固体成分が逆止手段に堆積しないようにすることもできる。前述のように重力を利用して流路を閉止する逆止弁を用いる場合、逆止手段が設けられた部分の配管は、鉛直方向に配置されることが多い。逆止手段以降の配管がそのまま鉛直上方に延びていると、鉛直に延びている部分の配管内の固形成分が逆止手段に沈降、堆積する。つまり、逆止手段から鉛直に延びる配管の長さを短くすることにより、逆止手段に堆積する固形成分の量を減少させることができる。配管を曲げて、配管の管壁に固形成分が沈降するようにすれば、逆止手段への堆積量を減少させることができる。
【０００９】
また、往復動ポンプを停止する際に、往復動要素を上死点位置、つまりポンプ室の容積が最小となる位置にて停止させるようにすることができる。これによって、ポンプ室内の個体成分の量を減少させることができ、堆積する量を抑えることができる。また、ポンプ室内に個体成分が堆積したとしても、堆積した場所は、往復動要素の可動範囲の外となるので、再始動後の往復動要素の運動を妨げることがない。
【００１０】
また、前述した、大小二つの逆止弁を直列に配置した逆止手段を、往復動ポンプの吸込管、吐出管に限らず、流体回路の他の配管に配置することも好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、往復動ポンプの一例としてのダイアフラムポンプ１０の概略構成図である。ダイアフラムポンプ１０は、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１４に囲まれたダイアフラム室１６内に配置されるダイアフラム１８の往復運動によっって取扱い流体を送り出す往復動ポンプである。ダイアフラム１８は、ダイアフラム室１６を二つの部分、すなわち取扱い流体で満たされるポンプ室２０と、後述するピストンの往復運動を伝達する作動流体で満たされる作動流体室２２に、分離している。
【００１２】
作動流体室２２は、ピストン２４が配置されるシリンダ２６内のシリンダ室２８に連通している。ピストン２４は、クランク機構３０を介してモータ３２により駆動され、ピストン２４の外周面とシリンダ２６の内周面とが接した状態で往復運動する。この運動がシリンダ室２８内に満たされた作動流体を介してダイアフラム１８に伝達される。ダイアフラム１８は、柔軟な材料で構成され、その周縁はシリンダブロック１４とシリンダヘッド１２により固定されるが内側部分はたわんで往復運動を行い、ポンプ室２０の容積変化を生じさせる往復動要素として機能する。
【００１３】
ポンプ室２０には、吸込管３４、吐出管３６が接続され、それぞれの管には、取扱い流体の流れを一方向のみとする逆止手段として、２連逆止弁３８，４０が設けられている。吸込側の２連逆止弁３８は、ポンプ室２０へ向かう流体の流れを許容し、反対向きの流れを阻止する。また、吐出側の２連逆止弁４０は、ポンプ室２０から吐出される流体の流れを許容し、反対向きの流れを阻止する。これによりダイアフラム１８が後退し、ポンプ室２０が拡大するとき、吸込管３４より取扱い流体がポンプ室２０に供給され、逆にダイアフラムが進出し、ポンプ室２０が縮小するときに吐出管３６より取扱い流体が吐出される。
【００１４】
吸込側、吐出側双方の２連逆止弁３８，４０は、図示されるように、大小二つの逆止弁を直列に配置して構成されている。双方とも、取扱い流体の流れに対して下流側に大きな逆止弁が配置されている。二つの２連逆止弁３８，４０の構造は、共通であり、以下、吸込側の２連逆止弁３８について構造の説明を行い、吐出側の２連逆止弁４０については説明を省略する。
【００１５】
前述のように、２連逆止弁３８は、大小二つの逆止弁４２，４４を直列に配置して構成される。小さい逆止弁４２が流れの上流側、大きい逆止弁４４が流れの下流側に位置する。それぞれの逆止弁４２，４４は、流路を閉止する閉止片としてのボール４６，４８を有している。ボールを閉止片とする逆止弁の大きさは、そのボールの直径により定められており、よって下流側に位置する逆止弁４４のボール４８が、もう一方のボール４６より大きな直径を有している。ボール４６，４８は、流れがないときには重力によって下がり、それぞれの逆止弁４２，４４の下端に配置された閉止リング５０，５２に当接し、流路を閉止する。
【００１６】
ボール４６，４８の側方は、ボールガイド５４，５６によりガイドされている。図２に示すように、ボールガイド５４は、三方より突起５８によってボール４６をガイドし、突起５８の間は、取扱流体の流れる側方流路６０となっている。ボール４６と３個の突起５８の先端との間は所定のクリアランスが確保されている。大きい逆止弁４４に関しても、ボール４８とボールガイド５６の構成は、小さい逆止弁４２とほぼ同様であり、そのサイズのみが異なっている。すなわち、ボールの直径が大きくなっているのに合わせて、突起先端とボールとのクリアランスが大きくなっている。
【００１７】
このクリアランスは、このダイアフラムポンプ１０の取り扱う流体の性状により決定されている。ダイアフラムポンプ１０が、固液混合流体、例えばスラリを取扱い流体とする場合、小さい逆止弁４２のクリアランスは、スラリの個体成分の最大粒子径の２倍程度とされている。クリアランスが大きいと、ダイアフラム１８の運動方向が反転するのに伴って流れの向きが変ったときの、ボール４６の閉止リング５０への着座が遅れる場合があり、ポンプ効率の低下を招く。一方で、クリアランスが小さいと、個体成分の粒子が、ここに詰まって、ボール４６の動きが固着され、逆止弁４２の動作不良の原因となりうる。したがって、個体成分の詰まりによる動作不良を起こさない範囲でクリアランスは小さくすることが好ましい。本実施形態においては、小さい逆止弁４２のクリアランスは、スラリ個体成分の最大粒子径の２倍としている。小さい逆止弁４２により、ポンプ効率などポンプ特性は確保されるので、もう一方の逆止弁４４は、クリアランスをより大きくすることができる。本実施形態においては、クリアランスが個体成分の最大粒子径の３〜４倍となるようなサイズのボール径の逆止弁４４を選択している。このクリアランスについて、吐出側の２連逆止弁４０についても同様の構成となっている。
【００１８】
ポンプ１０が停止されてスラリが滞留すると、個体成分が沈降する。前述のように吸込側の２連逆止弁３８は、鉛直方向に配置されており、逆止弁３８の下流側すなわち上方の配管中のスラリ個体成分は、上方に位置する大きい方の逆止弁４４に沈降する。ポンプ１０は停止しているので、ボール４８は流路を閉止しており、これによって、配管から大きい逆止弁４４に沈降する固形成分は、ここでせき止められて、小さい逆止弁４２上に堆積することが防止される。個体成分が堆積する大きい逆止弁４４は、クリアランスが大きく、個体成分が詰まってボールの動きを妨げて発生する吐出不良に対して耐性を高める。一方、ポンプ効率などのポンプの運転面に係る性能は、小さな逆止弁４２にて確保される。この２連逆止弁の作用は、吸込側、吐出側において同様である。
【００１９】
吸込管３４および吐出管３６は、吸込側および吐出側の２連逆止弁３８，４０の直後において、屈曲している。前述のように２連逆止弁３８，４０は、重力を利用して流路を閉止する構成を有し、よってこの部分の流路は鉛直方向に配置されることが好ましい。そして、吸込管３４、吐出管３６ともに、この鉛直部分３４a，３６ａに続いて水平方向に延びる水平部分３４ｂ，３６ｂを有している。鉛直部分と水平部分の双方の軸線の交点Ｃ（図中吐出側のみ示す）と、２連逆止弁の上端までの距離は、短いほうが好ましく、本実施形態においては管径ｄの１〜２倍の値が選定されている。２連逆止弁の直近の鉛直部分３４ａ，３６ａを短くすることによって、この部分のスラリ固形成分の量を減少させることができる。これにより、２連逆止弁３８，４０に沈降する固形成分の量を減少させることができ、この面からも逆止弁の動作不良が防止される。吸込管、吐出管の水平部分３４ｂ，３６ｂは、この部分の管壁に沈降した固形成分が、ここに留まり、２連逆止弁へと流れることがなければ、必ずしも水平に配置される必要はない。すなわち、上流に向けて下りの傾斜を付けることがある程度は許容される。また、下流に向けて傾斜をつけることも可能である。
【００２０】
本実施形態においては、さらにポンプ１０の停止時において、ポンプ室２０の容積が最小となるように制御を行なっている。すなわち、ピストン２４またはダイアフラム１８が上死点で停止するようにモータ３２の制御を行なっている。このために、上死点を検出するための上死点検出センサが設けられている。このセンサは、例えば、ピストン２４とクランク機構３０をつなぐピストンロッド６２に設けられた検出片６４の接近を検出する近接スイッチ６６を設けて構成することができる。近接スイッチ６６がピストン２４の上死点を検出すると、その信号が制御部６８に送られ、ここからモータ３２を停止制御する。また、上死点は、クランクまたはモータの回転角度に基づき算出することもできる。
【００２１】
上死点でダイアフラム１８を停止させることにより、ポンプ室２０の容積は最小となりポンプ室内のスラリ固形成分量も最小となる。これにより、ポンプ室内２０への固形成分沈降量を減少させることができる。また、ダイアフラム１８の可動範囲には、固形成分が沈降しないので、堆積した固形成分がダイアフラム１８の動きを妨げることがない。
【００２２】
以上、本実施形態においてはピストン２４の動きを作動流体を介して往復動要素であるダイアフラム１８に伝達したが、ダイアフラムをなくし、いわゆるプランジャポンプの構成とし、ピストンまたはプランジャにより直接ポンプ室の容積変化を生じさせることもできる。
【００２３】
また、本実施形態においては、ピストン２４を往復運動させるのにクランク機構３０を用いているが、カムとプッシュロッドにより駆動するようにもできる。この場合、駆動用のプッシュロッドとは別に、停止時にピストンを押して上死点まで移動させるロッドを採用することも可能である。
【００２４】
また、本実施形態の２連逆止弁は、往復動ポンプに組合せて用いるだけではなく、往復動ポンプから独立して、流体回路の逆流を防止する逆止弁として、特に個体成分を含む混合流体を扱う回路に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態のダイアフラムポンプの概略構成を示す図である。
【図２】 逆止弁のボール周囲の軸直交断面図である。
【符号の説明】
１０ ダイアフラムポンプ、１８ ダイアフラム、２０ ポンプ室、３４ 吸込管、３６ 吐出管、３８，４０ ２連逆止弁、４２，４４ 逆止弁、４６，４８ ボール、６６ 近接スイッチ、６８ 制御部。

Claims (7)

1. 往復動要素の往復運動により生じるポンプ室内の容積変化によって、固液混合流体である取扱い流体を上方に向けて送り出す往復動ポンプであって、
   前記ポンプ室につながる吸込管に設けられ、前記ポンプ室への流入のみを許容する吸込側逆止手段と、
   前記ポンプ室につながる吐出管に設けられ、前記ポンプ室からの流出のみを許容する吐出側逆止手段と、
   を有し、
   前記吸込側逆止手段と前記吐出側逆止手段の少なくとも一方は、重力を利用して流路を閉止する、大小二つの逆止弁を直列に組み合わせて構成され、取扱い流体の流れの下流側の逆止弁が大きいものである、
   往復動ポンプ。
2. 請求項１に記載の往復動ポンプであって、
   少なくとも前記吐出管は、前記吐出側逆止手段が設けられた位置において、略鉛直方向に配置され、前記吐出側逆止手段の下流側の直後で当該吐出管が略直角またはそれ以上の角度で曲げられている、
   往復動ポンプ。
3. 請求項２に記載の往復動ポンプであって、
   前記吐出管の曲げられている部分の、管の中心軸の屈曲点が、前記吐出側逆止手段の後端より、管の内径の１〜２倍の位置にある、
   往復動ポンプ。
4. 請求項１に記載の往復動ポンプであって、
   前記吸込側逆止手段と前記吐出側逆止手段の双方が、重力を利用して流路を閉止する、大小二つの逆止弁を直列に組み合わせて構成され、取扱い流体の流れの下流側の逆止弁が大きいものであり、
   前記吸込管は、前記吸込側逆止手段が設けられた位置において略鉛直方向に配置され、前記吸込側逆止手段の下流側の直後で当該吸込管が略直角または、それ以上の角度で曲げられており、
   前記吐出管は、前記吐出側逆止手段が設けられた位置において略鉛直方向に配置され、前記吐出側逆止手段の下流側の直後で当該吐出管が略直角または、それ以上の角度で曲げられている、
   往復動ポンプ。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の往復動ポンプであって、当該往復動ポンプ停止時において、前記往復動要素を上死点付近にて停止させる上死点停止手段を有する、往復動ポンプ。
6. 請求項５に記載の往復動ポンプであって、
   前記往復動要素を往復運動させるためのクランク機構を有し、
   前記上死点停止手段は、前記クランク機構の角度位置を検出するクランク角検出手段と、前記クランク角検出手段により検出された角度位置に基づき上死点位置を判断しクランクの回転を停止させる制御を行う制御手段と、を含む、
   往復動ポンプ。
7. 固液混合流体が流れる流体回路に設けられ、この回路に流れる流体の流れを一方向のみ許容する逆止装置であって、
   前記逆止装置は、
   流体回路の、流体が上に向いて流れる部分に設けられ、
   重力を利用して流路を閉止する大小二つの逆止弁を直列に組み合わせて構成され、
   流体の流れの下流側の逆止弁が大きいものである、
   逆止装置。

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