JP6002139B2 - 補助液体を主液体に計量供給する比例計量計 - Google Patents

Description

本発明は、補助液体を主液体に計量供給する以下のような種類の比例計量計（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｄｏｓｉｍｅｔｅｒ）に関する。計量計は、主液体の入口および出口を有する計量計本体、ならびに本体に収容され主液体で駆動されプランジャ・ピストンに連結されてそれを往復直線運動で駆動する液圧モータを備える。プランジャ・ピストンは、液圧モータから離れた第１の端部で開口し第２の端部で主液体を収容する計量計本体の内部容積に開口する第１のチャンバ内で移動し、チャンバの第１の端部から離れるように移動する往行程の間、吸込段階を実施し、往行程の終点で第１のチャンバから離れることができる。計量計は、さらに、復行程の間、第１のチャンバ内において特定の圧力を超えると液体が本体の内部容積に流入できるように設けられる弁を備える。

このタイプの比例計量計は、特に、特許ＥＰ０２５５７９１Ｂ１から既知である。このような比例計量計は、電力なしで動作し、主液体だけで作動され、補助液体を構成する製品の一般的に吸込圧力が比較的低い水である主液体への注入が可能である。

非常に多くの既知の比例計量計は、計量計本体の送出オリフィスが混合物を供給するように、計量計の本体内で主液体と補助液体を混合する。いくつかの場合、特に、補助液体が計量計本体内にある要素に有害であるとき、または計量供給製品と動力製品（ｍｏｔｉｖｅ ｐｒｏｄｕｃｔ）の間の反応が、計量計に時期尚早な摩耗を引き起こす恐れがある石炭化を招く応用例の場合、補助液体の計量計本体へのいかなる侵入も回避し、計量計本体の下流での混合を実施することが望まれる。

本出願会社名の特許ＥＰ０８８５３５７Ｂ１では、拡張するベローズを含むこの問題の解決策が提案されている。この解決策は、効果的であるが、計量ポンプに大きな変更を加える必要がある。

本発明の特別な目的は、モジュール方式の助けにより簡単な適合を可能にするように従来の計量計に対して簡単な変更を使用して、補助液体が計量計の本体に入るのを回避し、計量計の下流にある出口で２つの液体の混合を実施する、比例計量計を提供することである。さらに、下流にある出口での混合を実施すると同時に、計量される量の調節を可能にする比例計量計が望まれている。

本発明によれば、上文で明確に述べた種類の比例計量計は、容量可変の第２のチャンバを備えることを特徴とする。第２のチャンバは、第１のチャンバ内における圧力を受ける薄膜によって境界が定められ、補助液体用の吸込オリフィスおよび補助液体用の送出オリフィスを備える。この送出オリフィスは、管路を介して計量計本体の出口の下流に位置する注入チャンバに連結され、それによって補助液体と流れている主液体との混合が可能になる。

計量計は、有利には、計量計本体の内部容積内の圧力が、注入チャンバ内の圧力と、第２のチャンバと注入チャンバの間の連結部における水頭損失の合計よりも大きくなるように構成される。

参考のため、絞り部材は、水頭損失、具体的には、吸込段階の終点、特にプランジャ・ピストンが往行程の終点で第１のチャンバから離れるときに薄膜を押し戻すのに十分な水頭損失を引き起こすために、計量計の出口の下流かつ注入チャンバの上流に設けられる。

計量計本体の内部容積が出口と直接連通しているポンプ構成の場合、圧力は本体の内部容積と出口で実質的に同じになり、絞り部材によって引き起こされる水頭損失によって、計量計本体の内部容積と注入チャンバの間における十分な圧力差が確実になり得る。

計量計本体の内部容積が計量計の入口と直接連通しているポンプ構成の場合、計量計本体の内部容積と出口の間におけるモータによる水頭損失は、第２のチャンバと注入チャンバの間の連結部における水頭損失よりも大きければ、薄膜の押し戻しに十分となり得る。

第２のチャンバは、吸込弁および送出弁を装備する。これらの弁および絞り部材は、計量計の正確な動作を確実にするように調節される。

有利には、薄膜は、第２のチャンバの反対側に、第１のチャンバの第１の端部と連通する空間の境界を定める。

参考のため、第２のチャンバは、互いに組み付けられる第１のカップおよび第２のカップの対向する凹部によって境界が定められる容積内に位置し、薄膜の周縁は、２つの互いに組み付けられるカップの間に流体密封にするような方法でクランプ締めされる。第１のカップは、計量計本体の第１のチャンバの第１の端部まわりに取り付けられ、第２のカップは、吸込オリフィスと送出オリフィスを装備する。第２のチャンバは、このように薄膜と第２のカップの凹部の間に形成される。薄膜は、第１のカップの凹部または第２のカップの凹部に押し付けられ得る。

有利には、薄膜の中央部分は、軸方向ロッドに固定される剛性円板に固定される。軸方向ロッドは、第２のチャンバから離れた方を向き、液体の通路を出る間、計量計本体の案内ボア内を滑動することができる。そうした案内は任意選択にすぎない。

参考のため、プランジャ・ピストンが内部を移動する円筒形の第１のチャンバの境界を画定するスリーブの軸方向位置は、回転リングを使用して調節可能である。

計量計本体の出口の下流に位置する絞り部材は、計量計本体の出口に連結されるユニオンの吸込オリフィスに取り付けられる、少なくとも１つの特に長手方向のスロットを有する円筒形のスカートが付いたプラグから構成され得る。絞り部材の軸方向位置は調節可能である。

復行程の間第１のチャンバ内の圧力が特定の圧力を超えると液体が本体の内部容積に流入できるように設けられる弁は、プランジャの端部に設けられるチャンバ内に取り付けられる予荷重が加えられた弁であってよい。

一代替実施形態によれば、計量計本体の内部容積は、計量計の入口と直接連通し、それによって計量計本体の内部容積と出口の間におけるモータによる水頭損失が薄膜の押し戻しをもたらすようになる。計量計本体の内部容積と出口の間のモータによる水頭損失は、第２のチャンバと注入チャンバの間の連結部における水頭損失よりも大きければ、薄膜を押し戻すのに十分であり、その場合絞り部材を省くことができる。

上文で明確に記載した定義（ｐｒｏｖｉｓｉｏｎ）とは別に、本発明は、添付の図面を参照して説明されるいくつかの例示的な実施形態に関連して本明細書において以下により明確に考慮されるいくつかの他の定義に存するが、それらに多少なりとも限定されるものではない。図面は以下のとおりである。

補助液体が流入可能な上昇行程段階にある、本発明による比例計量計の、いくつかの部分が外観図で示されている軸方向縦断面図である。 補助液体を注入する下降行程段階にある計量計の図１と同様の図である。 本発明による計量計のより小さいスケールの外観斜視図である。 下降行程段階にある、本発明による計量計の代替形態の、いくつかの部分が外観図で示されている軸方向縦断面図である。 図４の領域Ｖの拡大詳細図である。 水入口が計量計本体と直接連通している、計量計の他の代替形態の、いくつかの部分が外観図で示されている軸方向縦断面図である。

図面、特に図１を参照すると、補助液体を主液体に計量供給する比例計量計Ｄが示されている。比例計量計Ｄは、全体的に２つの部分すなわち基部１ａおよびこの基部にねじで取り付けられるキャップ１ｂからなり、主液体の入口２および出口３を有する、計量計本体１を備える。本体１内には液圧モータ４が収容され、図にはその下側部分が見える。本体１の幾何学的軸は、概ね垂直方向に位置し、モータ４は、本質的に、キャップ１ｂ内部に位置する。モータ４は、主液体によって作動され、一般的に、運動の方向を逆転させるために往行程および復行程の終点で切り替えを行う液圧手段を有する差動ピストンを備える。このタイプのモータは、本出願会社から販売されている。そうしたモータの一例は、本出願会社名の特許ＥＰ１９７１７７４Ｂ１に記載されている。

液圧モータ４は、図１のレイアウトでは垂直であるプランジャ・ピストン５に連結され、それを往復直線運動で駆動する。プランジャ・ピストン５は、液圧モータ４から離れた第１の端部７で開口しているスリーブ６ａによって境界が画成される円筒形の第１のチャンバ６の内部を移動する。チャンバ６は、第２の端部８で、主液体を収容する計量計本体の内部容積９に開口している。

プランジャ・ピストン５は、その下方端部近くに、プランジャ・ピストンを囲繞し溝１１内に収容される、弁として働くシーリング・リング１０を装備する。ピストン５の送出行程（下降行程）の間、特定の圧力を超えると液体がチャンバ６から空間９に流入できるようにするために、溝１１によってシーリング・リング１０はある程度偏位することができる。

プランジャ・ピストン５は、それをチャンバの第１の端部７から遠ざかるように動かす往行程にされると、吸込段階になり、前記第１の端部７の方に向かう復行程にされると、ピストン５によってチャンバ６内の圧力の増大が引き起こされる。

本発明によれば、計量計Ｄは、第１のチャンバ６内における液体圧力を受ける薄膜Ｍによって境界が定められる容量可変の第２のチャンバ１２を備える。薄膜Ｍは、可撓性であり変形可能である。第２のチャンバ１２は、有利には、互いに分解可能に組み付けられる２つの中空カップ１３、１４の対向する凹部によって境界が定められる容積内に位置する。図１の描写では上側カップであるカップ１３は、スリーブ６ａおよびチャンバ６が内部に存在する計量計本体のポスト１５の下側端部に固定される。薄膜Ｍの中央部分は、チャンバ６の方に向く軸方向ロッド１７にそれに対して直交するように固定される剛性円板１６に取り付けられる。ロッド１７は、液体が通過できる十分な径方向のクリアランスがあるかたちで、ポスト１５の下側部分に設けられる端部嵌合部１９のボア１８に嵌合される。ロッド１７は、ディスク１６と薄膜をそれらが動く間案内するのに十分な長さである。薄膜の周縁は、２つのカップ１３、１４の間に流体密封にするような方法でクランプ締めされ、良好な密封を促進するより厚いリップを有することができる。

第２のチャンバ１２は、図１の描写では下側カップであるカップ１４に設けられる吸込オリフィス２０を備える。補助液体は、オリフィス２０に装着されるカップリング２１に管を介して連結されるリザーバ（図示せず）から供給され得る。このオリフィス２０にはさらに吸込弁２２が設けられ、それによって補助液体がチャンバ１２に流入可能になり、またそこからの補助液体の送出が防止され得るようになる。

カップ１４は、チャンバ１２と連通する送出オリフィス２３をさらに備える。送出オリフィス２３には、送出弁２４が装備され、さらに可撓性パイプ２６が連結されるカップリング２５が装備される。送出カップリング２４は、チャンバ１２内の圧力が上昇すると開き、それによって液体がパイプ２６に流入できるようになる。この送出弁２４は、補助液体が流入しているとき閉じる。

可撓性パイプ２６は、カップリング２７によって、出口３下流にある注入チャンバＳの境界を画定するユニオン２８に連結される。Ｔ字形ユニオン２８は、カップリング２７が嵌合される横方向オリフィス、出口３と同じ側にある軸方向オリフィス２９、および反対側にあるもう１つの軸方向オリフィス３０を有する。オリフィス２９には、計量計からの出口３にカップリング３１が装着される。

ユニオン２８、カップリング２７および補助液体入口が全て計量計の出口３の下流に位置するので、補助液体が計量計の内部容積９に入ることはない。補助液体と主液体の混合は、出口３の下流で行われ、その混合物は、矢印Ｆで示されるようにオリフィス３０を通って排出される。

薄膜Ｍは、第２のチャンバ１２の反対側に、ボア１８を介して第１のチャンバ６と連通する空間Ｅ（図２参照）の境界を画定する。空間Ｅは、カップ１３の凹部の底部によってさらに境界が定められる。

絞り部材３２は、計量計本体の出口側において、カップリング２７および補助液体注入部の上流に設けられる。この絞り部材３２は、下流端と上流に位置する内部容積９の間の水頭損失が十分になるように設計される。したがって、容積９と注入チャンバＳの間に生じる圧力差は、パイプ２６と弁２５、２７を備える送出ラインの水頭損失（第２のチャンバと注入チャンバの間のカップリングにおける水頭損失）よりも高い値に設定され、それによって薄膜Ｍが吸込段階の終点で押し戻され得るようになる。容積９とチャンバＳの圧力差は、少なくとも０．２ｂａｒであるのが有利である。絞り部材３２は、一般的に、予荷重が加えられた逆止め弁から構成され、それによって製品が計量計本体に戻らないようになる。

絞り部材３２は、ある程度の弾性を与える少なくとも１つのスロット３４、特に長手方向スロットを有する円筒形スカート３３があるプラグから構成され得る。オリフィス２９内における部材３２の長手方向位置は調節することができ、それによって水頭損失を変えることができる。部材３２は、両端それぞれに肩部を有し、それによってオリフィス２９内で保持されるようになっている。部材３２を所望の絞り位置の方に戻すようにばねを設けてもよい。

計量計は以下のように動作する。

吸込段階は、図１によって、液圧モータ４およびプランジャ・ピストン５の上昇行程すなわち往行程に相当し、それによって第１のチャンバ６が減圧される。この減圧によって薄膜Ｍが上方に動かされ、それに対応してチャンバ１２の容積が増大する。薄膜Ｍ自体によってチャンバ１２が減圧され、それによって吸込弁２２が上げられ、補助液体がチャンバ１２に入り、その間送出弁２４は閉じた状態にある。

プランジャ・ピストン５が往行程の終点でチャンバ６から離れると、計量計本体の内部容積９と注入チャンバＳの間の圧力差によって薄膜Ｍが押し戻され、それによって弁２４が開けられることによる送出、ならびにパイプ２６およびチャンバＳへの注入の開始が引き起こされ得るようになる。

参考のため、チャンバ６の長手方向位置は、特に、回すことでスリーブ６ａの軸方向位置を調節することができその壁部が本体内部を滑動することができるリングＢを使用して調節することができる。ＦＲ２６８１６４６に開示されるような手段もそうした調節を可能にするのに設置することができる。

吸込弁２２、送出弁２４、プランジャ・ピストンのシーリング・リング１０および絞り部材３２は、計量計の正確な動作を確実にするように寸法設定され調節される。

図２に相当する送出段階の間、ピストン５は、チャンバ６内を下方に移動し、それによって、弁として働くシーリング・リング１０にわたる水頭損失により計量計Ｂの本体内の圧力が若干上昇する。ピストン５の下方移動は、注入チャンバＳへの送出を引き起こすのには十分でない。送出は、内部容積９内の圧力が連結ライン２５、２６、２７における水頭損失よりも大きくなることにより実施される。このようにして薄膜Ｍが完全に動かされ、弁２４は開いたままになる。

薄膜Ｍが下方に動かされると、吸込弁２２が閉じ、その間送出弁２４が開いて補助液体がチャンバＳに注入される。薄膜Ｍは、カップ１４の凹面の壁部に押し付けられる。

プランジャ５の可動シーリング・リング１０は、安全弁のように働き、チャンバ６、１２内の圧力の過度の上昇を防ぐ。

図４、５には、プランジャ５．１に上昇行程および下降行程の間密閉する固定シーリング・リング１０．１ならびに予荷重が加えられた安全弁３５が装着される計量計本体１．１を有する実施形態の代替形態が示されている。前の図面に関連してすでに説明した要素と同一または類似するものは、同じ参照番号によって示され、再度説明は行わない。

弁３５は、ボール式およびばね式のものが有利であり、プランジャ５．１の端部に設けられその端部で開口するチャンバ３６内に取り付けられる。チャンバ３６は、管路３７を介して、計量計本体の容積９と同じ側にある、シーリング・リング１０．１の奥に位置する空間と連通する。弁３５は、プランジャ５．１の下降行程の間、チャンバ６の下側部分の圧力が弁の予荷重によって設定される限界を超えると開くことができる。プランジャ５．１の上昇行程の間、弁３５は閉じた状態にある。

図４、５の代替形態の動作方法は、図１〜３の計量計と類似している。しかし、弁機能３５によって、薄膜が押し戻されるような開口圧力の設定が可能になる。

図４、５の代替形態の利点は、予荷重が加えられた弁３５を使用して設定開口圧力が掛けられることである。その一方で、浮動シーリング・リングを使用する従来の実施形態は、流速が低いとき、著しく低い水頭損失を伴う。

図１〜３は、計量計本体の内部容積９が出口３と直接連通し、本体の内部容積内の圧力と出口の圧力が実質的に同じであり、絞り部材３２により生じる水頭損失によって確実に計量計本体の内部容積９と注入チャンバＳの間に十分な圧力差が生じ得るようになるポンプ構造に該当する。

図６には、計量計本体の内部容積９．２が計量計の入口２．２と直接連通するポンプ構造が示されている。計量計本体の内部容積９．２と出口３．２の間のモータによる水頭損失は、第２のチャンバ１２．２と注入チャンバＳ．２の間の連結部における水頭損失よりも大きければ、薄膜を押し戻すのに十分であり、その場合絞り部材３２を省くことができる。

本発明による比例計量計によって、効果的かつ経済的なやり方で、計量計本体への補助液体のあらゆる侵入が回避され得るようになり、一方それと同時に、標準的な吸込弁を取り付けが簡単なキットと交換することによって、従来の計量計本体および液圧モータを使用することが可能になる。

薄膜Ｍは、一般的に動力水である主液体、および計量供給プランジャ・ピストン５を使用して制御される。それによって全体の構築が簡単になる。プランジャ・ピストン５を使用した直接制御は、介在流体を用いて液圧により制御される電気ポンプに必要な圧力を均等化するある種のシステムが必要ないことを意味する。送出弁２４の下流にあるライン２６が詰まった場合、プランジャ・ピストン５のシーリング・リング１０が安全弁としての機能を果たす。

Claims (11)

1. 補助液体を主液体に計量供給する比例計量計であって、主液体の入口（２、２．２）および主液体の出口（３、３．２）を有する計量計本体（１）と、前記計量計本体に収容され前記主液体で駆動されプランジャ・ピストン（５、５．１）に連結されてそれを往復直線運動で駆動する液圧モータ（４）とを備え、前記プランジャ・ピストン（５、５．１）が、前記液圧モータ（４）から離れた第１の端部（７）で開口し、第２の端部（８）で主液体を収容する前記計量計本体（１）の内部容積（９、９．２）に開口する第１のチャンバ（６）内で移動し、前記チャンバ（６）の前記第１の端部（７）から離れるように移動する往行程の間吸込段階を実施し、前記往行程の終点で前記第１のチャンバ内に残ることができ、前記比例計量計は、復行程の間前記第１のチャンバ（６）において特定の圧力を超えるときは前記主液体が前記第１のチャンバ（６）から前記本体の前記内部容積（９、９．２）に流入することができるように設けられる弁手段（１０、３５）をさらに備える、比例流量計において、
   前記第１のチャンバ（６）内に存在する圧力を受ける薄膜（Ｍ）によって境界が定められる容量可変の第２のチャンバ（１２）を備え、前記第２のチャンバ（１２）が前記補助液体用の吸込オリフィス（２０）および前記補助液体用の送出オリフィス（２３）を有し、前記送出オリフィスが、パイプ（２６）によって前記計量計本体の前記出口の下流に位置する注入チャンバ（Ｓ）に連結され、それによって前記補助液体と流れている前記主液体との混合が可能になることを特徴とする比例計量計。
2. 前記計量計本体の前記内部容積（９、９．２）内の圧力が、前記注入チャンバ（Ｓ）内の圧力と、前記第２のチャンバ（１２）と前記注入チャンバ（Ｓ）の間の連結部における水頭損失の合計よりも大きくなるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の比例計量計。
3. 絞り部材（３２）が、水頭損失を引き起こすために、前記計量計の前記出口（３）の下流かつ前記注入チャンバ（Ｓ）の上流に設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の比例計量計。
4. 前記第２のチャンバ（１２）が、吸込弁（２０）と送出弁（２３）を装備することを特徴とする、前記請求項１ないし３のいずれか一項に記載の比例計量計。
5. 前記薄膜（Ｍ）が、前記第２のチャンバ（１２）の反対側に、前記第１のチャンバ（６）の前記第１の端部（７）と連通する空間（Ｅ）の境界を定めることを特徴とする、前記請求項１ないし４のいずれか一項に記載の比例計量計。
6. 前記第２のチャンバ（１２）が、互いに組み付けられる第１のカップ（１３）および第２のカップ（１４）の対向する凹部によって境界が定められる容積内に位置し、前記薄膜（Ｍ）の周縁が、２つの前記互いに組み付けられるカップの間に流体密封にするような方法でクランプ締めされ、前記第１のカップ（１３）が、前記計量計本体（１）の前記第１のチャンバの前記第１の端部（７）まわりに取り付けられ、前記第２のカップが、前記吸込オリフィス（２０）と前記送出オリフィス（２３）を装備することを特徴とする、前記請求項１ないし５のいずれか一項に記載の比例計量計。
7. 前記薄膜（Ｍ）の中央部分が、軸方向ロッド（１７）に固定される剛性ディスク（１６）自体に固定され、前記軸方向ロッド（１７）が、前記第２のチャンバ（１２）から離れる方を向き、前記第１のチャンバ（６）内へのまた前記チャンバ（６）からの前記主液体の通路を出る間、前記軸方向ロッド（１７）が前記計量計本体の案内ボア（１８）内を滑動することができることを特徴とする、請求項６に記載の比例計量計。
8. 前記プランジャ・ピストンが内部を移動する円筒形の前記第１のチャンバ（６）の境界を画定するスリーブ（６ａ）の軸方向位置が、回転リングを使用して調節され得ることを特徴とする、前記請求項１ないし７のいずれか一項に記載の比例計量計。
9. 前記計量計本体の前記出口（３）の下流に位置する前記絞り部材（３２）が、前記計量計本体の前記出口に連結されるユニオン（２８）の吸込オリフィスに取り付けられる、少なくとも１つのスロット（３４）を有する円筒形のスカート（３３）が付いたプラグから構成されることを特徴とする、前記請求項１ないし８のいずれか一項に記載の比例計量計。
10. 前記復行程の間前記第１のチャンバ（６）内の圧力が特定の圧力を超えると前記液体が前記本体の前記内部容積（９）に流入することができるように設けられる前記弁が、前記プランジャ（５．１）の端部に設けられるチャンバ（３６）内に取り付けられる予荷重が加えられた弁（３５）であることを特徴とする、前記請求項１ないし９のいずれか一項に記載の比例計量計。
11. 前記計量計本体の前記内部容積（９．２）が、前記計量計の前記入口（２．２）と直接連通し、それによって前記計量計本体の前記内部容積（９．２）と前記前記出口（３．２）の間における前記モータによる水頭損失が前記薄膜の押し戻しをもたらすことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の比例計量計。
    

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