JP5567385B2 - 容積形ポンプにおける搬送流量の均一化方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、容積形ポンプにおける搬送流量を均一化する方法及び装置に関する。

容積形ポンプの作用における基本的な重要事項は、搬送流量を大量で一定にすることである。これは、不都合な現象が吐出管及び／又は搬送管に生じるときに問題となる。そのような不都合な現象とは、例えば、吐出行程中の搬送管に脈動が生じることであり、その脈動は、システム全体のラインに否定的な影響を与え、その結果別途のパルス・ダンパーのような手段により抑制又は停止しなければならない。

このように、容積形ポンプにおいて、大量かつ一定の搬送流量を得るために、例えば、単動式のポンプではなく、一定の偏心オフセットを有する少なくとも３連式のポンプを用いることは公知である。その結果、搬送流体の合流により、搬送流量の脈動は、シリンダー数の増加にともなって減少する。しかし、多くの場合、脈動を減衰させるための付加手段が必要になることから、十分ではないし、構成上の出費も少なくない。

また、容積形ポンプの搬送流量を適切な値に設定するために、容積形ポンプの駆動軸を使用することも知られている（特許文献１）。この方法は、搬送流量を適切な値に設定するために、駆動軸の回転運動を揺動（枢軸）運動に変換する、またその逆に変換する。この種の方法は実用化されているが、ポンプの吸入行程の間は、それが如何に短時間であっても、流体を搬送することができず、搬送流の連続性が阻害されることから、全ての流体について搬送流量を均一又は一定の連続的な流れとすることはできない。

ＤＥ １９８ ４９ ７５８ Ｃ１（ドイツ国特開公報）

本発明は、上記問題点を解消し、比較的経済的な費用で単純な構造的手段によって、搬送流量を均一又は一定にすることを目的とする。

本発明に係る搬送流量の均一化方法は、搬送管に生じる流体流が少なくとも２つの容積形ポンプによって行われ、搬送管に生じた総搬送流量が均一又は一定になるように、ポンプの駆動モータが制御することを含む。

本発明に係る搬送流量の均一化装置は、総搬送流量を主として均一又は一定にするために、機械的な連結をすることなく、電子的同期化によって作用し得る駆動モータを有する少なくとも２つの容積形ポンプと、該ポンプの吐出管がそれぞれの搬送流量を合流させるために共通に接続された搬送管とを含む。

本発明に係る方法は、事実上、無脈動の均一化した搬送流量（体積流量）が１つの共通する搬送管に生じるように、容積形ポンプを電子的に同期化して作動させることを含むことができる。

本発明に係る方法は、容積形ポンプの複数の搬送流量が大量でかつ連続的な総搬送流量になるように、各容積形ポンプの駆動モータの回転速度を変化させる方法によって、効果的に機能する。

総搬送流量の連続性を達成するために、各容積形ポンプの駆動モータ軸が適切な回転運動を行えば、格別の効果が生ずる。

各容積形ポンプの駆動は、極めて動的なもの、例えばサーボモータ、より正確には、永久励起式の三相同期サーボモータによってもよい。また、容積形ポンプはダイアフラムポンプであってもよい。

本発明によれば、少なくとも２つの独立したポンプによる搬送流が合流されて連続的で大量の搬送流量を得ることができ、その結果パルス・ダンパーなしに、共通の搬送管における脈動を回避することができる。これは、機械的な連結のない容積形ポンプの正確な電子的同期化によって生じさせることができる。

搬送流量の望ましい連続性が達成されたか否かを確認するために、様々な方法が公知となっており（ＤＥ ３５ ４６ １８９ Ｃ２）、例えば、ポンプ・シリンダにおける圧力プロファイルが圧力センサによって計測される方法や、実際に搬送されたポンプの体積流量がポンプピストン運動の運動学的手法を介して検出された測定値から計算される方法がある。

総搬送流量を均一化するために、機械的な連結のない２つの容積形ポンプを用いた本発明に係るポンプの一実施例を示す図である。 １００％のポンプ吐出効率の場合において、一定流速でかつ均一の搬送流量が達成されることを明らかにするために、時間ｔに対するポンプの各種測定値を示す図である。 約９０％のポンプ吐出効率の場合において、時間ｔに対し対応するポンプの各種測定値を示す図である。

図１を参照するに、本発明に係る方法を実施するためのポンプの典型的な実施例においては、２つの容積形ポンプがダイアフラムポンプ１，２の形式で用いられている。それらダイアフラムポンプ１及び２の吐出管３及び４は、１つの共通する搬送管５に接続されている。

機械的に連結されていないダイアフラムポンプ１及び２は、それぞれ、駆動モータ６及び７を極めて動的な駆動源として用いている。各モータは、サーボモータ、正確には、特に、１つの永久励起式（例えば、永久磁石を用いた）三相同期サーボモータとすることができる。

２つのダイアフラムポンプ１，２の駆動モータ６，７は、一定の又は連続的な大量の総搬送流量が共通の搬送管５に得られるように、正確な電子的同期によって作動される。

本発明の方法による手順を図２（ａ）〜（ｄ）に示す。図２において、各ポンプの吐出効率は１００％である。図２においては、便宜上、ダイアフラムポンプ１，２の吐出行程のみが示されている。図２（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて、左側は、ダイアフラムポンプ１の吐出行程の間の、関連する計測値プロファイルを実線で示し、対応する右側は、ダイアフラムポンプ２の吐出行程の間の測定値プロファイルを破線で示す。

図２（ａ）は、両ダイアフラムポンプ１，２において時間ｔに対するピストン行程のプロファイルを示す。図２（ａ）に示す例は、従来技術と異なり、また２つのダイアフラムポンプ１，２の駆動モータ６，７の特別な作用の結果として、図２ｂに示す一定の連続的なピストン速度を得ることができる。

上記の結果、時間ｔに関して示す、ダイアフラムポンプ１，２の偏心軸の角（運動）速度が図２（ｃ）のプロファイル、すなわち、従来技術とは対照的に、各ケースにおいて始動速度及び終止速度の高速化にともなって、これら２つのベンチマーク値の間に一定速度の期間が存在するプロファイルが得られる。

図２（ｄ）は、時間ｔに関して示す一定の連続的な流量速度が本発明によってもたらされることを示す。図２（ｄ）は、直接的な結果として搬送管５における搬送流量が連続的で一定になることを示している。

図３（ａ）〜（ｃ）は、ダイアフラムポンプ１（実線）及びダイアフラムポンプ２（破線）の異なる計測値を示す。すなわち、各ケースにおけるダイアフラムポンプ１，２が約９０％に減じた吐出効率であるときの計測値を示す。図３（ａ）は、各ケースにおける吐出行程開始時に生じる“死圧縮行程ｈＫ”の結果としての損失を補填しない、時間ｔに対する流体速度を示す。しかし、この流体速度の損失は、従来技術に比べ、極めて小さく、ごく僅かである。

それにもかかわらず、この損失値が補填されるならば、図３（ｂ）に示す、時間ｔに対する流速を得ることができる。図３（ｂ）においては、吐出効率が補填されている。吐出行程の開始時において生ずる“死圧縮行程ｈＫ”は公知であり、または、自明のことである。これに対応する方法は、例えば、ＤＥ.３５ ４６ １８９ Ｃ２により公知である。

上記点に関し、図３（ｃ）に示すように、ポンプピストンは、吸入行程の終了後、実際の吐出行程の開始前に、死圧縮行程ｈＫの位置において動き始める。その後、ピストン行程は死圧縮行程ｈＫで開始しており、すなわち流体は吐出管に直ちに移送される。

“死圧縮行程”という表現を理解するために、各容積形ポンプには搬送サイクルがある、という公知事実が想定される。この搬送サイクルは、流体がポンプ室に吸入される誘導期、吸入された流体に吐出圧がかけられる圧縮期、圧縮された流体の一部がポンプ室から放出される吐出期、及びポンプ室に留まる流体に再度誘導圧がかけられる減圧期又は拡張期から構成される。ここで、吸入圧から吐出圧への流体の圧縮のために、各容積形ポンプは、既定の小さなピストン行程が要求されるが、死圧縮行程ｈＫとして知られているのは、その吸入圧から吐出圧への圧縮時におけるものである。

本発明は、上記実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された趣旨を逸脱しない限り、種々に変更することができる。

１ ダイアフラムポンプ
２ ダイアフラムポンプ
３ 吐出管
４ 吐出管
５ 搬送管
６ 駆動モータ
７ 駆動モータ

Claims (6)

1. 駆動モータによって偏心軸を回転させて駆動する容積形ポンプにおける搬送流量を均一化する方法であって、
   搬送管（５）における総搬送流量が均一又は一定になるように制御される駆動モータ（６，７）を有する少なくとも２つの容積形ポンプ（１，２）を用いて、該少なくとも２つの容積形ポンプの各々について一定のピストン速度になるように、各容積形ポンプの吐出行程の間に前記少なくとも２つの容積形ポンプ（１，２）の各々を駆動する偏心軸の角速度を変化させることによって、搬送管（５）に流体の搬送流量を生成することを含む方法。
2. 前記容積形ポンプ（１，２）を機械的な連結なしに他の組み合わせによって作用させる、請求項１に記載の方法。
3. 事実上脈動のない一定の搬送流量（体積流量）が共通の搬送管（５）において生成されるように、前記容積形ポンプ（１，２）を電子的に同期化させる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 均一又は一定の搬送総量を達成するために機械的な連結をすることなく、電子的同期化によって作用し得ると共に偏心軸を介して接続された駆動モータ（６，７）を各々が有する少なくとも２つの容積形ポンプ（１，２）と、該ポンプの吐出管（３，４）がそれぞれの搬送流量を合流させるために共通に接続された搬送管（５）とを含み、該少なくとも２つの容積形ポンプの各々について一定のピストン速度になるように、各容積形ポンプの吐出行程の間に前記少なくとも２つの容積形ポンプ（１，２）の各々を駆動する偏心軸の角速度を変化させることによって、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法を行う装置。
5. 各容積形ポンプ（１，２）の駆動モータ（６，７）は、高度に動的に駆動されるモータであって、永久励起式の三相同期サーボモータを含む、請求項４に記載の装置。
6. 容積形ポンプ（１，２）はダイアフラムポンプを含む、請求項４又は５に記載の装置。

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