JP4963076B2 - ピストン、ピストンポンプ、および、スラリー供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、スラリーの注入・排出を繰り返し行うためにシリンダー内をスムーズに往復運動させることができるピストン、および、そのピストンを備えるピストンポンプ、および、そのピストンポンプを備えるスラリー供給装置に関する。

従来、シリンダーの内周面あるいはピストンの外周面に液密にかつ摺動可能に接するようにピストンの外周あるいはシリンダーの内周にパッキンを配置させて、ピストンの外周面とシリンダーの内周面との間からの液漏れを防止した、シリンダー内をピストンが往復運動することにより液体を搬送するピストンポンプが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１６２６４６号公報

しかしながら、ピストン本体の先端外周に設けた溝に上述のパッキンを装着して、パッキンがシリンダーの内周面に密にかつ摺動可能に接するように、パッキン固定具でパッキンをピストン本体の先端部側から圧接しながら、ピストン本体の先端部にパッキン固定具を固定したピストンを用いて、シリンダー内を往復運動させてスラリーの注入・排出を繰り返し行うと、ピストンの動きが鈍くなったり、ピストンが動かなくなったりしてピストンの往復運動が妨げられる場合がある。

そこで、本発明は、スラリーの注入・排出を繰り返し行うためにシリンダー内をスムーズに往復運動させることができるピストン、および、そのピストンを備えるピストンポンプ、および、そのピストンポンプを備えるスラリー供給装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、上記ピストンと上記パッキン固定具との間にスラリー中の固形分が浸入することにより、ピストンの往復運動が妨げられることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係るピストンは、スラリーの注入・排出を繰り返し行うためにシリンダー内を往復運動させるものであって、先端外周に溝を有するピストン本体と、前記溝に装着されるパッキンと、前記パッキンが前記シリンダーの内周面に密にかつ摺動可能に接するように、前記パッキンを前記ピストン本体の先端部側から圧接しながら、前記ピストン本体の先端部に固定するパッキン固定具と、前記ピストン本体の先端部と前記パッキン固定具との間に配置されるフィルタ繊維と、を備える。

本発明に係るピストンは、前記ピストン本体の外周にさらに設けられた１または複数の溝にそれぞれ装着され、前記シリンダー内周面に密に接して摺動する１または複数のパッキンをさらに備えてもよい。

本発明に係るピストンポンプは、上述のピストンを備えることを特徴とする。本発明に係るピストンポンプは、液体を注入・排出する液体注入／排出口と、スラリーを注入・排出するスラリー注入／排出口と、を有するシリンダーをさらに備え、前記ピストンは、前記液体と前記スラリーとを仕切るように前記シリンダー内に配置され、前記シリンダー内に注入した前記液体の圧力によって前記スラリーを前記シリンダー内から押し出して排出し、前記シリンダー内から前記液体を吸引して排出することにより前記スラリーを前記シリンダー内に吸引して注入してもよい。なお、前記シリンダーは前記スラリーを攪拌する攪拌機をさらに有してもよい。また、本発明に係るピストンポンプは、前記ピストンと前記攪拌機との接触を防止する接触防止手段をさらに備えてもよい。

さらに、本発明に係るピストンポンプは、前記液体が注入される前記シリンダー内の液体注入部の圧力を測定する圧力測定器と、前記液体注入部に前記液体を注入する液体注入装置と、前記液体注入部から前記液体を吸引して排出する液体排出装置と、をさらに備え、前記圧力測定器が測定した圧力が所定値以上である場合に、前記液体注入装置は前記液体注入部への液体注入を中止して、前記液体排出装置は前記液体注入部からの液体排出を開始するように制御し、前記圧力測定器が測定した圧力が所定値以下である場合に、前記液体排出装置は前記液体注入部からの液体排出を中止して、前記液体注入装置は前記液体注入部への液体注入を開始するように制御してもよい。

本発明に係るスラリー供給装置は、上述のピストンポンプを複数備えることを特徴とする。

本発明によれば、スラリーの注入・排出を繰り返し行うためにシリンダー内をスムーズに往復運動させることができるピストン、および、そのピストンを備えるピストンポンプ、および、そのピストンポンプを備えるスラリー供給装置を提供することができる。

以下、好ましい実施の形態につき、添付図面を用いて詳細に説明する。

＝＝本発明に係るピストン及びピストンポンプ＝＝
図１は、本発明の一実施形態において、起動時の、あるいは、スラリー槽２００から注入したスラリーを全て排出した時の、ピストンポンプ１００の概略構成を示す。また、図２は、本発明の一実施形態において、スラリー槽２００からスラリーを注入している時のピストンポンプ１００の概略構成を示す。

図１および図２に示すように、本発明に係るピストンポンプ１００は、ピストン１０、ピストン軸２０、シリンダー（ケーシング）３０、プラグ４０などを備える。ピストン軸２０の先端に設けられたピストン１０は、シリンダー３０内を往復運動する。プラグ４０は、ピストン軸２０が挿入できる穴を有し、シリンダー３０の内側後端に詰められている。

本発明に係るピストンポンプ１００は、ピストン１０、シリンダー３０、およびプラグ４０に囲まれた液体注入部３６に液体注入口３７を介して液体を注入したり、液体注入部３６に注入した液体を液体排出口３８を介して吸引して排出したりする操作を交互に行うことにより、ピストン１０をシリンダー３０内で往復運動させることができる。この往復運動により、本発明に係るピストンポンプ１００は、シリンダー３０内（ピストン１０の先端部とシリンダー３０に囲まれた部分）に注入した液体の圧力により、スラリー槽２００から注入したスラリーをスラリー注入／排出口３５を介してシリンダー３０から押し出して排出（外部に供給）したり、シリンダー３０内から液体を吸引して排出することにより、スラリー槽２００中のスラリーをスラリー注入／排出口３５を介して吸引し、シリンダー３０内に注入したりすることができる。なお、上述の記載からも明らかなように、ピストン１０は、シリンダー３０内に注入される液体とスラリーとを仕切るようにして、シリンダー３０内に配置されている。

シリンダー３０の先端には、ピストン１０の往復運動により、スラリー槽２００からスラリーを受け入れ、攪拌機３２で攪拌することによりスラリーの濃度を一定に保持する攪拌槽３１が設けられている。

本実施の形態においては、図１および図２に示すように、シリンダー３０には、ピストン１０と攪拌機３２との接触を防止するために、ストッパー３３などの接触防止手段が設けられており、ストッパー３３より攪拌機３２の方へピストン１０が移動できないようになっている。また、ピストン１０がシリンダー３０の最下部にある時に、すなわち、ピストン１０がストッパー３３に接触している時に、六角穴付ボルト１７の頭部の空間に溜まったガスを吸引ポンプ５１により吸引して除去できるようにエア抜きパイプ３４が設けられている。

シリンダー３０内の液体注入部３６への液体の注入は、液体注入口３７を介して高圧ポンプ５２により行われる。また、液体注入部３６における液体の排出は、液体排出口３８を介して液体注入部３６の液体を吸引ポンプ５３によって吸引することにより行われる。従って、高圧ポンプ５２および吸引ポンプ５３を交互に起動させることにより、ピストン１０をシリンダー３０内で往復運動させることができる。

なお、本実施の形態においては、攪拌槽３１にスラリーの注入／排出口３５を１つ設け、その口３５に接続した配管上に三方弁６１を設けてスラリーの通路（流れ）を切り替え、スラリー槽２００からシリンダー３０内へのスラリーの注入、および、シリンダー３０内に注入したスラリーの排出を行っているが、スラリーの注入口と排出口を別々に設け、それぞれの口に接続した配管上に、弁の開閉によって液体の逆流を防止することができるバルブ（例えば、逆流防止弁、電磁弁など）を設けて、スラリー槽２００からのスラリーの注入、および、注入したスラリーの排出をそれぞれ行ってもよい。

プラグ４０は、液体注入部３６から液体が漏れるのを防止するための充填材である。プラグ４０にはピストン軸２０が挿入できる穴が設けられている。その穴の内周には、ピストン軸２０を摺動できるように、ピストン軸２０の外周面に密に接するパッキン（シールパッキン）４３を装着するための溝４１が設けられている。このように、プラグ４０の穴に設けた溝４１にパッキン４３を装着することにより、ピストン軸２０の外周面とプラグ４０の穴の内周面との間から液体注入部３６の液体が漏れ出すのを防止し、液体注入部３６の密封性を高めることができる。

また、プラグ４０の外周には、プラグ４０の外周面とシリンダー３０の内周面との間から液体注入部３６の液体が漏れ出すのを防止し、液体注入部３６の密封性を高めるためのパッキン（シールパッキン）４４を装着する溝４２が設けられている。なお、前記パッキン４３，４４としては、例えば、Ｖパッキン、Ｕパッキン、Ｌパッキン、Ｊパッキン、Ｏリングなどの既存のパッキンを用いることができ、これらのパッキンとバックアップリングとを組み合わせて使用してもよい。

プラグ４０には、高圧ポンプ５２が液体注入部３６に液体を注入するための配管４５と、吸引ポンプ５３が液体注入部３６から液体を吸引して外部に排出するための配管４６が設けられている。これらの配管４５，４６には、弁の開閉によって液体の逆流を防止することができるバルブ６２，６３が設けられている。前記バルブ６２，６３は、例えば、逆流防止弁、電磁弁などである。

なお、本実施の形態においては、２つの配管４５，４６を別々に設け、高圧ポンプ５２による液体注入部３６への液体の注入と、吸引ポンプ５３による液体注入部３６からの液体の吸引とを別々の配管４５，４６を介して行っているが、三方弁を設けて液体の通路（流れ）を切り替え、高圧ポンプ５２による液体注入部３６への液体注入と、吸引ポンプ５３による液体注入部３６からの液体吸引とを１つの配管を介して行ってもよい。

ピストン１０は、ピストン本体１１、ディスク１２などを備える。ピストン本体１１の先端外周には、シリンダー３０の内周面に密にかつ摺動可能に接するパッキン１３を装着するための溝１５が設けられている。また、ピストン本体１１の先端以外の部分の外周には、シリンダー３０の内周面に密にかつ摺動可能に接する、１または複数のパッキン（例えばパッキン１４）をそれぞれ装着するための、１または複数の溝（例えば溝１６）が設けられている。ディスク１２は、パッキン１３がシリンダー３０の内周面に密にかつ摺動可能に接するように、パッキン１３をピストン本体１１の先端部側から圧接しながら、ピストン本体１１の先端部に固定するパッキン固定具である。ディスク１２とピストン本体１１の先端部とが接触する部分には、ピストン本体１１の先端部と同形状のフィルタ繊維が設けられている。なお、ディスク１２をピストン本体１１の先端部に固定する方法としては、特に制限されるものではないが、例えば、螺子やボルトなどの固定具によって固定する方法を挙げることができる。

本実施の形態においては、図１および図２に示すように、ピストン本体１１の先端中央部およびディスク１２の中央部は、六角穴付ボルト１７の頭部を収納するための凹み部と、六角穴付ボルト１７の雄螺子を装着するための雌螺子を有する。また、ピストン本体１１のリング状の先端部とディスク１２との接触部分には、ピストン本体１１の先端部と同形状のフィルタ繊維１８が設けられている。

以上のように、ピストン本体１１の先端部とディスク１２との間にフィルタ繊維を設けることによって、ピストン本体１１の先端部とディスク１２との間に、シリンダー３０内に注入されたスラリー中の固形分が浸入するのを防止することができ、これによりピストン１０の往復運動が妨げられるのを防止することができる。

従って、本発明に係るピストン１０を用いることにより、シリンダー３０内をスムーズに往復運動させることが可能となり、スラリーを効率よく搬送できるようになる。

また、上述のようにピストン本体１１に設けた溝１５，１６にパッキン１３，１４を装着することにより、ピストン１０の外周面とシリンダー３０の内周面との間から、スラリーが液体注入部３５の方へ漏れたり、液体が攪拌槽３１の方へ漏れたりするのを防止することができる。

なお、前記パッキン１３，１４としては、例えば、Ｖパッキン、Ｕパッキン、Ｌパッキン、Ｊパッキン、Ｏリングなどの既存のパッキンを用いることができ、これらのパッキンとバックアップリングとを組み合わせて使用してもよいが、ピストン本体１１の先端外周に設けられた溝１５に装着するパッキン１３としては、圧力の大きさに応じて複数個重ねて使用することができるＶパッキンを用いることが好ましい。

また、前記フィルタ繊維としては、例えば、カオウール、綿、活性炭素繊維、ロックウール、麻などの、スラリー中の固形分の通過を少なくとも防止することができる繊維を用いることができる。

なお、本実施の形態においては、ピストンポンプ１００に、液体注入部３６内の圧力を測定するための圧力測定器７１，７２と、通信線８１を介して圧力測定器７１，７２から圧力のデータを受信し、その圧力データに基づいて、高圧ポンプ５２および吸引ポンプ５３の運転や停止、並びに、各バルブ（電磁弁）６１，６２，６３の開閉を制御線８２を介して制御する制御部８０と、をさらに備えてもよい。

具体的には、制御部８０が、圧力測定器７１から受信した圧力のデータが所定値以上であると判断した場合には、バルブ６２を閉鎖するように制御するとともに、高圧ポンプ５２の運転を停止して液体注入部３６への液体の注入を中止する。その後、制御部８０は、スラリー槽２００からスラリーをシリンダー３０内に注入できるようにバルブ６１を切り替えるとともにバルブ６３を開放するように制御し、吸引ポンプ５３を運転させて液体注入部３６から液体の吸引・排出を開始する。

また、制御部８０が、圧力測定器７２から受信した圧力のデータが所定値以下であると判断した場合には、バルブ６３を閉鎖するように制御するとともに、吸引ポンプ５３の運転を停止して液体注入部３６から液体の吸引・排出を中止する。その後、制御部８０は、シリンダー３０内に注入したスラリーを排出できるようにバルブ６１を切り替えるとともにバルブ６２を開放するように制御し、高圧ポンプ５２を運転させて液体注入部３６への液体の注入を開始する。以上のように、圧力測定器７１，７２と、制御部８０とをピストンポンプ１００に設けることにより、外部へのスラリーの供給を自動で行うことができるようになる。なお、上述の制御部８０は、例えば、ＣＰＵやメモリなどを備えるコンピュータ等の装置である。

以上のように、本発明に係るピストンポンプ１００は、シリンダー３０内をスムーズに往復運動できるピストン１０を備えることにより、スラリーを効率よく搬送できるようになる。このようなピストンポンプ１００を複数備えるスラリー供給装置は、各ピストンポンプ１００がシリンダー３０内にスラリーを順次注入し、注入したスラリーを対象物に対して順次供給することができるので、スラリーの連続供給が可能となる。

本発明の一実施形態において、起動時の、あるいは、スラリー槽から注入したスラリーを全て排出した時の、ピストンポンプの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態において、スラリー槽からスラリーを注入している時のピストンポンプの概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ ピストン １１ ピストン本体
１２ ディスク １３，１４ パッキン
１５，１６ 溝 １７ 六角穴付ボルト
１８ フィルタ繊維 ２０ ピストン軸
３０ シリンダー ３１ 攪拌槽
３２ 攪拌機 ３３ ストッパー
３４ エア抜きパイプ ３５ スラリー注入／排出口
３６ 液体注入部 ３７ 液体注入口
３８ 液体排出口 ４０ プラグ
４１，４２ 溝 ４３，４４ パッキン
４５，４６ 配管 ５１ 吸引ポンプ
５２ 高圧ポンプ ５３ 吸引ポンプ
６１，６２，６３ バルブ ７１，７２ 圧力測定器
８０ 制御部 ８１ 通信線
８２ 制御線 １００ ピストンポンプ
２００ スラリー槽

Claims (8)

1. スラリーの注入・排出を繰り返し行うためにシリンダー内を往復運動させるピストンであって、
   先端外周に溝を有するピストン本体と、
   前記溝に装着されるパッキンと、
   前記パッキンが前記シリンダーの内周面に密にかつ摺動可能に接するように、前記パッキンを前記ピストン本体の先端部側から圧接しながら、前記ピストン本体の先端部に固定するパッキン固定具と、
   前記ピストン本体の先端部と前記パッキン固定具との間に配置されるフィルタ繊維と、
   を備えることを特徴とするピストン。
2. 前記ピストン本体の外周にさらに設けられた１または複数の溝にそれぞれ装着され、前記シリンダー内周面に密に接して摺動する１または複数のパッキンをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のピストン。
3. 請求項１または２に記載のピストンを備えることを特徴とするピストンポンプ。
4. 液体を注入・排出する液体注入／排出口と、スラリーを注入・排出するスラリー注入／排出口と、を有するシリンダーを備え、
   前記ピストンは、前記液体と前記スラリーとを仕切るように前記シリンダー内に配置され、前記シリンダー内に注入した前記液体の圧力によって前記スラリーを前記シリンダー内から押し出して排出し、前記シリンダー内から前記液体を吸引して排出することにより前記スラリーを前記シリンダー内に吸引して注入することを特徴とする請求項３に記載のピストンポンプ。
5. 前記シリンダーは前記スラリーを攪拌する攪拌機をさらに有することを特徴とする請求項４に記載のピストンポンプ。
6. 前記ピストンと前記攪拌機との接触を防止する接触防止手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のピストンポンプ。
7. 前記液体が注入される前記シリンダー内の液体注入部の圧力を測定する圧力測定器と、
   前記液体注入部に前記液体を注入する液体注入装置と、
   前記液体注入部から前記液体を吸引して排出する液体排出装置と、
   をさらに備え、
   前記圧力測定器が測定した圧力が所定値以上である場合に、前記液体注入装置は前記液体注入部への液体注入を中止して、前記液体排出装置は前記液体注入部からの液体排出を開始するように制御し、
   前記圧力測定器が測定した圧力が所定値以下である場合に、前記液体排出装置は前記液体注入部からの液体排出を中止して、前記液体注入装置は前記液体注入部への液体注入を開始するように制御することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のピストンポンプ。
8. 請求項３〜７のいずれかに記載のピストンポンプを複数備えることを特徴とするスラリー供給装置。