JP4395554B2

JP4395554B2 - 流体圧送装置

Info

Publication number: JP4395554B2
Application number: JP34038199A
Authority: JP
Inventors: 章佐々木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2001153061A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体圧送装置に関し、特には温度変化に対して粘度が変化する流体を圧送する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料、塗料、インク、接着剤、シーリング用充填剤等のように温度変化に対し粘度が変化する流体、特に液体の圧送装置においては、配管の長さや径が同一であっても、流体の温度変化により圧送抵抗が変化するため、一定の吐出量を保持しポンプを無駄なく運転するには、流体の温度変化による粘度変化に対応したポンプ圧力等の調整が必要であった。特に、高粘度の流体は２〜３℃の温度変化に対しても粘度が大きく変化するため、温度変化に対応したポンプ圧力等の調整は必要不可欠となっている。
【０００３】
前記したような温度に起因する粘度変化による圧送抵抗の変化を軽減するため、配管保温等によって流体の温度を一定にすることが行われているが、やや高い温度での保温となるため、流体の種類によっては硬化等が発生するという問題がある。また、高粘度の流体は、配管を流れる間に流体自体及び配管の管壁との間における摩擦によって温度が上昇するため、流体の温度調節は容易ではなかった。
【０００４】
そこで、流体温度等を検出して圧送圧力を自動的に補正することにより流体の吐出量を制御することが考えられているが、これには、温度センサー、制御回路、電気−エアー圧力変換装置の３つの機械要素が必要となるため、装置が大型となり大きな設置スペースを必要とし、また設備費が嵩むという不具合があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、前記の点に鑑みなされたもので、温度変化に起因して吐出量が変化する流体の圧送に際し、簡単な構造で吐出量を自動的に温度補正でき、ポンプの省エネ運転も行え、しかも大きな設置スペースを必要とせず、経済的な流体圧送装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１の発明は、圧送ポンプによって流体を圧送して吐出する流体圧送装置において、前記圧送ポンプによって圧送された流体が通る配管経路に流体温度を検出して制御用エアーの圧力調整を行うセンサーを配置し、前記センサーで圧力調整された制御用エアーを圧送ポンプのレギュレータ装置に供給して行う圧送圧力調整または前記センサーで圧力調整された制御用エアーを前記レギュレータ装置及び前記配管経路に設けられた圧力調整弁の両方に供給して行う圧送圧力調整のいずれかを行うことにより、流体の圧送圧力を流体の温度に応じて自動的に制御し、前記圧送圧力と対応する流体の吐出量を自動補正することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の発明は、圧送ポンプによって流体を圧送して吐出する流体圧送装置において、前記圧送装置の周りの雰囲気温度を検出して制御用エアーの圧力調整を行うセンサーを配置し、前記センサーで圧力調整された制御用エアーを圧送ポンプのレギュレータ装置に供給して行う圧送圧力調整または前記センサーで圧力調整された制御用エアーを前記レギュレータ装置及び前記圧送ポンプによって圧送された流体が通る配管経路に設けられた圧力調整弁の両方に供給して行う圧送圧力調整のいずれかを行うことにより、流体の圧送圧力を雰囲気温度に応じて自動的に制御し、前記圧送圧力と対応する流体の吐出量を自動補正することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、前記センサーが、制御用エアー流入口と、排出口と、前記流入口の開閉量を調整する弁体を作動させるダイヤフラムと、該ダイヤフラムを作動させる熱応動体とを有し、配管経路を通過する流体の温度又は圧送装置の周りの雰囲気温度で前記熱応動体が作動する構造となっていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、前記熱応動体に皿バネ状のバイメタルを使用することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面に従ってこの発明を詳細に説明する。
図１は流体圧送装置の概略図、図２は圧送ポンプを制御用エアーで制御する場合における流体圧送装置の概略図、図３は流体圧送装置のセンサーを示す拡大断面図、図４は他の実施例に係る流体圧送装置のセンサーを示す拡大断面図である。
【００１１】
図１に示す流体圧送装置１０は、タンク１１内の流体Ｒを圧送ポンプ１２で圧送して吐出口１３から吐出させるものである。
【００１２】
この例の圧送装置１０では、前記圧送ポンプ１２から圧送された流体Ｒが通る配管経路１４に、圧力調整弁１５とセンサー２０が設けられ、配管経路１４先端には前記吐出口１３が設けられている。なお、流体Ｒとしては、塗料等の液体が好適である。
【００１３】
前記圧送ポンプ１２は、タンク１１内の流体Ｒを配管経路１４に圧送する公知のもので、エアー供給管１６が接続されている。また、圧力調整弁１５は、配管経路１４を流れる流体Ｒの圧力を、制御用エアーによって調整する公知のものであり、この例では、エアーによってシリンダーが駆動する制御シリンダー装置（セントラル工業社製、品番：ＮＴ０７０）と、前記シリンダーの駆動によって作動する高圧レギュレータ（グラコ社製、品番：２０６−６６１）との組合せからなる。
【００１４】
センサー２０は、配管経路１４を流れる流体Ｒの温度を検出して制御用エアーの圧力調整を行うもので、その圧力調整後のエアーが前記圧力調整弁１５に供給されるようになっている。符号１８は圧力調整後の制御用エアーをセンサー２０から圧力調整弁１５へ供給するためのエアー配管であり、符号１９はセンサー２０へ制御用エアーを供給するためのエアー配管である。
【００１５】
なお、前記圧送ポンプ１２を圧力調整後の制御用エアーで制御する場合には、前記圧力調整後の制御用エアーを圧力調整弁１５に供給するのに代えて、あるいはそれに加えて、図２に図示する実施例のような、圧送ポンプ１２のレギュレータ装置Ｒへ供給するようにすればよい。前記レギュレータ装置Ｒは、例えばエアー供給管１６の途中に設けられ、前記圧力調整後の制御用エアーによって圧送ポンプ１２に供給される動力エアーを調整するものである。なお、このレギュレータ装置Ｒの例として、セントラル工業社製、品番：ＮＲＡ１５を挙げる。
【００１６】
この実施例のセンサー２０は、流体Ｒが通る配管経路１４に取り付けられており、前記流体Ｒの温度がセンサー２０に直接伝わるようになっている。図３に示すように、前記センサー２０の構造は、ケーシング２１に、圧力調節ネジ７０、バルブロッド８０、ダイヤフラムＤ、熱応動体９０等が取り付けられたものからなる。
【００１７】
前記ケーシング２１は、熱伝導性の良好な材質、例えば銅やアルミニウム等の金属からなり、前記配管経路１４の流体Ｒを導入する流体導入部３０と、該流体導入部３０と接して設けられた作動部４０とよりなる。
【００１８】
前記流体導入部３０は、前記配管経路１４から流体Ｒを導入する流体入口３１と流体Ｒを配管経路１４に戻す流体出口３２と、前記流体入口３１と出口３２間を貫通する流体通路３３とよりなり、前記流体入口３１が配管経路１４途中の上流側に、前記流体出口３２が配管経路１４の下流側に接続される。なお、前記流体通路３３は中央部が環状にされて、その環状部内側に圧力調節ネジ挿通孔３４が形成されている。
【００１９】
前記作動部４０の外面は、一端側４１外面が前記流体導入部３０との接触面とされ、他端側４２が制御用エアー流入口４３となっている。作動部４０の内部には前記制御用エアー流入口４３と通じる作動室４４が形成されている。
【００２０】
前記作動室４４は、前記流体導入部３０側の熱応動体用空間５０と、制御用エアー流入口４３側の制御エアー用空間６０とに、ダイヤフラムＤによって仕切られるようになっている。前記熱応動体用空間５０側には、その端壁５１に前記圧力調節ネジ挿通孔３４と連通する挿通孔５２が形成され、側壁５３に給排気孔５４が形成されている。前記挿通孔３４，５２には、外周にネジの刻設された圧力調節ネジ７０が、螺合することなく挿通され、摺動可能となっている。
【００２１】
また、前記制御エアー用空間６０側には、前記制御用エアー流入口４３の内奥に段状にくびれて形成された吸気弁口６１と、側壁６２に形成された制御用エアー排出口６３とを有する。前記制御用エアー流入口４３にはバルブロッド８０が挿通され、内端８１がダイヤフラムＤと当接し、ダイヤフラムＤと連動するようになっている。このバルブロッド８０は、外端が前記吸気弁口６１を開閉できる弁体の役割をする拡大部８２となっており、前記制御用エアー流入口４３内に収容されたスプリングＳによって前記拡大部８２が吸気弁口６１を閉じるように付勢されている。なお、前記制御用エアー流入口４３はエアー配管１９を介してエアー供給装置（図示せず）と接続され、前記制御用エアー排出口６３は、エアー配管１８を介して前記圧力調整弁１５あるいは、圧送ポンプ１２のレギュレータ装置Ｒに接続される。
【００２２】
ダイヤフラムＤは、公知の弾性膜部材からなり、前記ケーシング２１の作動室４４の所定位置に張設されて、前記作動室４４を熱応動体用空間５０と制御エアー用空間６０とに仕切っている。このダイヤフラムＤの中央は、前記圧力調節ネジ７０の内端７１及びバルブロッド８０の内端８１との当接面となっている。なお、符号Ｈは排気弁口である。
【００２３】
熱応動体９０は、温度低下によって全長が伸び、温度上昇によって全長が縮むものが用いられる。この例では、略ドーナツ板状であらかじめ一方向にある程度強制的に湾曲変形してあるバイメタルが湾曲変形の方向が交互になるように複数枚重合配設され、その中心部を前記圧力調節ネジ７０が貫通している。このバイメタルは、所望の温度で作動するように、所要の材質の積層品からなり、温度上昇によってバイメタル各々が傘の開くように外方へ拡がり、それによってバイメタル全体の厚みが小、すなわち全長が縮み、温度低下によってバイメタル各々が傘を閉じるようにすぼみ、それによってバイメタル全体の厚みが大、すなわち、全長が伸びるようになっている。前記バイメタルの材質として、バイメタルの作動温度が−１０〜＋５０℃の場合、湾曲内面側を２０％Ｎｉ―Ｍｏ―Ｆｅとし、外面側を３６％Ｎｉ−Ｆｅとする例を示す。
【００２４】
図における熱応動体９０の下側には、前記圧力調節ネジ７０に螺着された押え板９１が設けられており、この押え板９１と作動室４４の熱応動体用空間５０の端壁５１とで熱応動体９０が挟持されている。
【００２５】
そして、前記押さえ板９１と圧力調節ネジ７０が互いに螺合しているため、圧力調節ネジ７０の回転により該圧力調節ネジ７０内端７１が作動室４４内を上下するようになる。その際、圧力調節ネジ７０の内端７１とバルブロッド８０の内端８１とがダイヤフラムＤを介して接しており、しかもバルブロッド８０がスプリングＳによってダイヤフラムＤ側へ付勢されているため、例えば、圧力調節ネジ７０が下降する場合、押さえ板９１が上部端壁５１側へ移動して端壁５１と押さえ板９１間の間隔を縮めながらも、圧力調節ネジ７０が下降してダイヤフラムＤ及びバルブロッド８０を押すことになる。その結果前記スプリングＳによりバブルロッド８０を吸気弁口６１に押しつける力が弱くなり、バルブロッド８０の拡大部８２を吸気弁口６１から離すのが弱い圧力で行えるようになる。それと反対に、圧力調節ネジ７０が上昇する場合には、前記スプリングＳによりバブルロッド８０の拡大部８２が吸気弁口６１に強く押しつけられ、吸気弁口６１を開くのに大なる圧力が必要となる。このように、前記圧力調節ネジ７０によって、吸気弁口６１の開閉具合を設定することができる。
【００２６】
次に前記流体圧送装置１０の作動の一例について説明する。まず、タンク１１から圧送ポンプ１２で配管経路１４を圧送されてきた流体Ｒがセンサー２０の流体通路３３を通過する際に、流体Ｒの温度がセンサー２０内部の熱応動体９０に伝えられる。そして、前記流体Ｒの温度が変化すると、熱応動体９０が湾曲変形して、熱応動体９０の下側で熱応動体９０を支えている押え板９１に螺着している圧力調節ネジ７０が上下方向に移動する。この実施例の熱応動体９０は、温度が上昇すると縮み方向に変形し、温度が低下すると伸び方向に変形する性質を有しているため、例えば温度低下を検出すると、熱応動体９０が伸び方向に変形して、それに連動して圧力調節ネジ７０が下方向に移動する。
【００２７】
これにより、ダイヤフラムＤにかかる圧力が大きくなるため、ダイヤフラムＤの中心部分が下方向に移動する。すると、ダイヤフラムＤの動きに連動してバルブロッド８０が下方向に摺動する。そして、バルブロッド８０が下方向に摺動することによって、吸気弁口６１の開口度が大きくなり、制御用エアー流入口４３からの制御用エアー流入量が増す。このとき、バルブロッド８０はスプリングＳによって上方向に押圧されているため、吸気弁口６１の開口度はダイヤフラムＤによる下方向への圧力とスプリングＳによる上方向への押圧力の拮抗作用によって決定される。
【００２８】
前記センサー２０によって圧力調整された制御用エアーは、前記圧力調整弁１５または圧送ポンプ１２のレギュレータ装置Ｒに送られて、配管経路１４内の流体Ｒの圧送圧力を高め、前記流体Ｒの温度低下に起因する粘度増大で生じる流量低下を圧送圧力の増大により補正し、吐出口１３からの吐出量を自動的に補正する。
【００２９】
逆に流体Ｒの温度が上昇すると、熱応動体９０が縮み方向に変形して、それに連動して圧力調節ネジ７０が上方向に移動する。これにより、ダイヤフラムＤにかかる圧力が小さくなるため、バルブロッド８０にかかるスプリングＳによる押圧力がダイヤフラムＤによる下方向への圧力よりも相対的に大きくなり、バルブロッド８０が上方向に摺動し、これに連動してダイヤフラムＤの中心部分が上方向に移動する。そして、ダイヤフラムＤによる下方向への圧力とスプリングＳの押圧力が再び拮抗したところで、バルブロッド８０の上方向への摺動が停止する。このようにして、吸気弁口６１の開口度を所要量小さくし、流入口４３からの制御用エアー流入量を減らす。
【００３０】
そして、前記流入量の減少で圧力が低下した制御用エアーにより圧力調整弁１５または圧送ポンプ１２が配管経路１４内の流体圧送圧力を下げ、前記流体Ｒの温度上昇に起因する粘度低下で生じる流量増大を圧送圧力の低下により補正し、吐出口１３からの吐出量を自動的に補正する。なお、流体の種類を変える等によって流体の粘度特性が変わる等の場合には、前記のように圧力調節ネジ７０の回転によって、吸気弁口６１の開閉具合を調整することによって対応できる。
【００３１】
次に、他の実施例における流体圧送装置について説明する。図４に示すものは、前記実施例の流体圧送装置のセンサー２０とは異なる構造のセンサー２０ａである。なお、流体圧送装置におけるセンサー以外のタンク、圧送ポンプ、吐出口、配管経路、圧力調整弁等の構成については前記実施例と同じであり、前記実施例と同様のものについては同じ符号を付す。
【００３２】
この実施例のセンサー２０ａは、流体Ｒが通る配管経路１４に接して取り付けられて、ケーシング２１ａを介して配管経路１４を流れる流体Ｒの温度を検出するようになっている。また、センサー２０ａ内の上部には、ワックスやアルコール等の熱膨張材料で構成される熱応動体９０ａが収容されている。符号２２ａは熱応動体９０ａの注入口である。熱応動体９０ａの下部には、熱応動体９０ａの伸縮に連動して上下動するピストン２３ａ、ピストン２３ａの下部に位置し後述するバルブコントロールロッド８０ａの上方端部８１ａに当接する制御スプリングＳａが設けられている。
【００３３】
また、センサー２０ａの側壁には、制御用エアー流入口４３ａと制御用エアー排出口６３ａが設けられ、エアー流入口４３ａとセンサー内部の間には、中心部分に貫通口ＢｋのあるバルブシートＢｓ及び前記貫通口Ｂｋを塞ぐことのできる大きさのバルブボールＢｂからなる吸気弁Ｂが設けられている。さらに、センサー２０ａ内の下部にはダイヤフラムＤａが張設されており、該ダイヤフラムＤａの中心部分は調圧スプリングＳｂで上方向に押圧されて、圧力調節ネジ７０ａによって圧力設定の調節ができるようになっている。
【００３４】
センサー２０ａ内の中央部付近には、断面視略コ字形状のバルブコントロールロッド８０ａが設けられており、その上方端部８１ａが前記制御スプリングＳａ及びバルブボールＢｂに当接し、下方端部８２ａが前記ダイヤフラムＤａの中心部分と連結されている。そして、このバルブコントロールロッド８０ａは、上方から熱応動体９０ａによって下方向に押圧され、下方から調圧スプリングＳｂにより押圧されたダイヤフラムＤａによって上方向に押圧されて、双方の作用が拮抗した位置で停止して、吸気弁Ｂの開閉を制御している。
【００３５】
次に、前記センサー２０ａを用いた流体圧送装置の作動の一例について説明する。まず、タンク１１から圧送ポンプ１２で配管経路１４を圧送されてきた流体Ｒの温度が、センサー２０ａのケーシング２１ａを介して熱応動体９０ａに伝わる。ここで検出される温度が変化すると、熱応動体９０ａの体積が変化し、これによりピストン２３ａが上下方向に移動する。例えば、温度上昇を検出すると、熱応動体９０ａが膨張してピストン２３ａを押圧し、それによってピストン２３ａが下方向に移動する。
【００３６】
すると、制御スプリングＳａを介してバルブコントロールロッド８０ａが下方向に押圧され、ダイヤフラムＤａにかかる圧力が大きくなる。このバルブコントロールロッド８０ａの下方向への圧力と、ダイヤフラムＤａにおける調圧スプリングＳｂによる下方からの押圧力が、再び拮抗する位置までバルブコントロールロッド８０ａが下方向に移動し、これによりバルブコントロールロッド８０ａがバルブボールＢｂを押圧して制御用エアー流入量を少なくする。
【００３７】
前記センサー２０ａによって圧力調整された制御用エアーは、前記実施例と同様に、前記圧力調整弁１５または圧送ポンプ１２のレギュレータ装置Ｒに送られて、配管経路１４内の流体Ｒの圧送圧力を下げ、前記流体Ｒの温度上昇に起因する粘度低下で生じる流量増大を圧送圧力の低下により補正し、吐出口１３からの吐出量を自動的に補正する。
【００３８】
逆に温度低下を検出すると、熱応動体９０ａが収縮して、制御スプリングＳａに上方向に押圧されているピストン２３ａが上方向に移動する。すると、バルブコントロールロッド８０ａの下方向への圧力が小さくなるため、バルブコントロールロッド８０ａが再び圧力が拮抗する位置まで上方向に移動する。これにより、バルブボールＢｂへの押圧力が小さくなり、制御用エアー流入量が増加する。
【００３９】
そして、前記流入量の増大で圧力が上昇した制御用エアーにより圧力調整弁１５または圧送ポンプ１２が配管経路１４内の流体圧送圧力を高め、前記流体Ｒの温度低下に起因する粘度増大で生じる流量低下を圧送圧力の増大により補正し、吐出口１３からの吐出量を自動的に補正する。なお、流体の種類を変える等によって流体の粘度特性が変わる等の場合には、前記圧力調節ネジ７０ａによって、調圧スプリングＳｂによるダイヤフラムＤａへの押圧力を調節することによって対応できる。
【００４０】
なお、センサーの構成も含めて流体圧送装置の構成は前記したものに限らず、適宜の構成とすればよい。また、センサーは流体の温度変化を検知するものに限らず、流体が周りの温度の影響を受けやすいものであるときなどは、配管経路に直接接することなく設けられ、圧送装置の周りの温度（雰囲気温度）を検知するものであっても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上図示し説明したように、この発明における流体圧送装置によれば、流体が通る配管経路に流体温度を検出して制御用エアーの圧力をコントロールするセンサーを配置し、あるいは流体圧送装置の周囲雰囲気温度を検出して制御用エアーの圧力をコントロールするセンサーを配置し、該コントロールされた制御用エアーによって流体の流動圧力を調整するため、簡単な装置で経済的に流量を制御でき、かつ、圧送装置の設置スペースを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る流体圧送装置の概略図である。
【図２】圧送ポンプを制御用エアーで制御する場合における流体圧送装置の概略図である。
【図３】流体圧送装置のセンサーを示す拡大断面図である。
【図４】他の実施例に係る流体圧送装置のセンサーを示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０流体圧送装置
１２圧送ポンプ
１４配管経路
１５圧力調整弁
２０，２０ａセンサー
４３，４３ａ制御用エアー流入口
６３，６３ａ制御用エアー排出口
９０，９０ａ熱応動体
Ｄ，Ｄａダイヤフラム
Ｒ流体

Claims

圧送ポンプによって流体を圧送して吐出する流体圧送装置において、
前記圧送ポンプによって圧送された流体が通る配管経路に流体温度を検出して制御用エアーの圧力調整を行うセンサーを配置し、前記センサーで圧力調整された制御用エアーを圧送ポンプのレギュレータ装置に供給して行う圧送圧力調整または前記センサーで圧力調整された制御用エアーを前記レギュレータ装置及び前記配管経路に設けられた圧力調整弁の両方に供給して行う圧送圧力調整のいずれかを行うことにより、流体の圧送圧力を流体の温度に応じて自動的に制御し、前記圧送圧力と対応する流体の吐出量を自動補正することを特徴とする流体圧送装置。
圧送ポンプによって流体を圧送して吐出する流体圧送装置において、
前記圧送装置の周りの雰囲気温度を検出して制御用エアーの圧力調整を行うセンサーを配置し、前記センサーで圧力調整された制御用エアーを圧送ポンプのレギュレータ装置に供給して行う圧送圧力調整または前記センサーで圧力調整された制御用エアーを前記レギュレータ装置及び前記圧送ポンプによって圧送された流体が通る配管経路に設けられた圧力調整弁の両方に供給して行う圧送圧力調整のいずれかを行うことにより、流体の圧送圧力を雰囲気温度に応じて自動的に制御し、前記圧送圧力と対応する流体の吐出量を自動補正することを特徴とする流体圧送装置。
センサーが、制御用エアー流入口と、排出口と、前記流入口の開閉量を調整する弁体を作動させるダイヤフラムと、該ダイヤフラムを作動させる熱応動体とを有し、配管経路を通過する流体の温度又は圧送装置の周りの雰囲気温度で前記熱応動体が作動する構造となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体圧送装置。
熱応動体に皿バネ状のバイメタルを使用することを特徴とする請求項３記載の流体圧送装置。