JP6143741B2 - ダイアフラムポンプおよびダイアフラムポンプを用いる微粉末を搬送するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダイアフラムポンプを用いる微粉末の搬送方法に関する。本発明のダイアフラムポンプは、作動体積を取り囲む搬送チャンバーと、吸引位置および圧力位置の間に導入され得る、湾曲可能な少なくとも１つの隔膜と、を含む。本発明のダイアフラムポンプは、更に、吸引側に配置した導入バルブと、圧力側に配置した排出バルブと、を含む。

微粉末を搬送する方法は、例えば、プラズマコーティング法において、投与量の微粉末を搬送するために、必要とされている。搬送経路中および前記ポンプ中に、粉末が堆積および凝集することは、粉末の搬送を停止することに繋がるため、回避しなければならない。

１５０μｍ未満の粒径の微粉末の搬送は、公知のポンプでは、殆ど行うことができない。この粒径未満では、粉末粒子間の凝集力が著しく増大する。粒子の表面積は、該粒子の体積と比較して、急激に増大する。一辺の長さが１ｃｍの立方体は、０．００６ｍ^２の表面積を有する。しかし、一辺が５ナノメーターの粒子で充填した（前記立方体と）同体積は、２４００ｍ^２の表面積を有する。表面吸着力の著しい増大は、このような微細粒子の搬送を阻害する。粉末中に連続的にエネルギーを加えることによって、特に、ガス又は空気の高い消費量に繋がる高い流速を維持することによって、粉末／ガス混合物の凝集を避けることができる。しかし、例えば、プラズマコーティング法またはレーザーコーティング法の、多くの連続する作業プロセスでは、ガスの高い体積流は不利となる。更に、ガスの速い体積流は、粉末の搬送のために、より高いエネルギーの供給を必要とする。

特許文献１は、棒状の長い形状の物体をスプレーコーティングするための粉末ポンプを開示している。前記粉末ポンプは、その前面に、粉末吸引開口を有し、該吸引開口を経由して、粉末が、上部が開口された粉末容器から吸引される。粉末は、次に粉末ポンプの内部チューブを経由して、消費者に搬送される。前記の粉末の搬送自体は、粉末ポンプ内に真空を発生させることによって、駆動される。真空は、粉末の吸引開口の付近に配置された注入ノズルを用いて発生させる。

更に、気体及び液体を搬送するためのダイアフラムポンプは、公知技術として知られている。作動スペースは、ポンプの駆動によって湾曲させることのできる隔膜によって、分離されている。こうして分離されているために、前記ポンプの駆動は、搬送される媒体から受ける有害な影響から保護されている。繰り返される吸引を通じて、吸引位置に完全に湾曲している間、前記隔膜の周期的な湾曲は、搬送チャンバーの作動体積を増加し、同様に、圧力位置に完全に湾曲している間、前記搬送チャンバーの作動体積は減少する。前記隔膜の湾曲は、油圧、空気圧、又は機械的な各作用によって、駆動される。ダイアフラムポンプの吸引側には、導入バルブが配置され、それは搬送される媒体によって作動される。ダイアフラムポンプの圧力側には、排出バルブが配置され、同様に、それは搬送される媒体によって作動される。前記隔膜が吸引側に湾曲している間に、搬送される媒体は、吸引バルブを経由して吸引される。一方、前記隔膜が圧力側に湾曲している間に、搬送される媒体は、排出バルブを経由して排出される。

粉末／ガス混合物の搬送用にダイアフラムポンプを使用する場合、特に、微粉末を含む場合には、ダイアフラムポンプの搬送チャンバーの作動体積中の流速は、排出バルブを通過して粉末の全量を排出するには、一般に不十分である。

したがって、ダイアフラムポンプを駆動し続けていくと、ダイアフラムポンプの搬出チャンバー内に形成される粉末の堆積が増加し、このために、ダイアフラムポンプの吸引力は低下し、いずれはダイアフラムポンプの駆動を不可能にする結果になる。特に、非常に微細な粉末の場合、粉末の凝集物が形成され、それは粉末の搬送を妨害するか、又は、ダイアフラムポンプの駆動を不可能にする。ダイアフラムポンプの閉塞は、ポンプの力を増大することによっては、回避することができない。ダイアフラムポンプの閉塞を回避するためには、その代わりに、搬送チャンバーの開放と、障害物（堆積した粉末）の除去が必要である。

堆積物の形成に関する別の影響因子は、搬送チャンバーの幾何学的な形状である。粉末の堆積は、特に、粉末／ガス混合物の流速が低い領域に形成される。微細な粉末を搬送する間に、排出バルブの領域に障害物が生じることも又、判明している。所定の作動領域を有するダイアフラムポンプの流速を高めることによっても、搬送チャンバー内のこれらの「問題のある領域」の緩和は、吸引側の特に負圧から、圧力側の特に正圧において、容易にはなし得ない。

ドイツ国特許出願公開 第ＤＥ４４２３１９７Ａ１号公報

上記の先行技術に基づいて、本発明の課題は、微粉末、特に０．０１μｍから１００μｍの粒径を有する非流動性粉末を搬送するためにも好適なダイアフラムポンプを提供することである。本発明は又、これらの粉末を搬送するための方法に関する。

本発明の課題は、上述のタイプのダイアフラムポンプを用いて達成することができる。該ダイアフラムポンプには、該搬送チャンバー内にガスを導入するための、ガス供給源が更に配置されている。

同様に、本発明の課題は、請求項９から１５の特徴的構成を含む方法によって達成される。

前記ダイアフラムポンプの導入バルブは、供給ガス、特に空気が、前記ダイアフラムポンプの搬送方向のみに排出できるような排出バルブなどの、逆止弁として作動する。連続したガスの更なる導入によって、前記ダイアフラムポンプによる理想的な流動条件を確実にし、前記搬送チャンバー内に粉末が堆積することを回避することができる。

追加的に導入するガスの最大量は、吸引のストローク（吸引のための隔膜の往復運動）中のダイアフラムポンプの吸引力によって制限される。前記最大量が許容範囲外の場合、前記ダイアフラムポンプは、もはや粉末、又は、粉末／ガス混合物を圧力制御された導入バルブ及び閉じられたままの導入バルブを経由して吸引できない。

前記搬送チャンバー内へのガスの導入の効果は、導入バルブをより早期に閉じ、作動スペース内の粉末又は粉末／ガス混合物を追加的に導入したガスと一緒に搬送チャンバー内へ導入し、排出バルブを通過させて完全に排出できることである。

これに続く連続プロセスのための低周波の粉末供給は、ガスの一定体積流を発生させるためのコンプレッサーにガスを供給することによって、達成される。

供給ガスを用いる搬送チャンバーの特に効果的な堆積した粉末の除去は、ガスの供給が、ガスのパルス体積流を発生するためのコンプレッサーを含む場合に、達成される。

続く圧力制御プロセスとしては、前記ガスの供給は、好ましくは、一定圧力の供給ガスを発生させるためのコンプレーサーを含む。

前記ガスは、ガス導入口を通してガス導入口の先にある搬送チャンバーの壁面に吹きつけることが好ましい。前記導入口は、壁中の通路またはノズルとして、設計することができる。

特に、ノズルとして具現化された導入口は、流動条件によっては、搬送される粉末が堆積物として形成されやすくなる搬送チャンバーの領域にガスを吹き当てるように配置するのが好適である。

本発明によるダイアフラムポンプは、極めて微細な粉末の搬送のために、特に好適である。濃縮物含有ガスの搬送にも又、有利に用いることができる。

次に、本発明によるダイアフラムポンプを図１に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明のダイアフラムポンプの略図、及び、本発明の方法を図示したものである。

前記ダイアフラムポンプは、作動体積Ｖ１及びＶ２のそれぞれを取り囲む搬送チャンバー２を有する。該搬送チャンバー２の一面は、湾曲可能な隔膜３によって画定されている。隔膜３は、吸引位置４と圧力位置５との間で（往復）運動できる。図１では、隔膜３は、吸引位置４にあり、実線で描いてある。隔膜の周期的な往復運動６は、電気的モーター及びドライブロッド（駆動棒）８を含む偏心ドライブを用いて駆動される。

ダイアフラムポンプ１の吸引側には、導入バルブ１１が配置され、ダイアフラムポンプの圧力側には、排出バルブ１２が配置される。導入バルブ１１及び排出バルブ１２の両方とも、ダイアフラムポンプ１１によって搬送される粉末／ガス混合物１３の圧力によって制御され、作動される。隔膜３が吸引位置４に向かって運動する吸引ストロークの間、導入バルブ１１は開き、圧縮ストロークの後、隔膜３が圧力位置５にくると、導入バルブ１１は閉じる。反対に、隔膜３が吸気ストロークの間、排出バルブ１２は閉じ、隔膜３が圧縮ストロークの間、排出バルブ１２は開く。

ガス１６、とりわけ空気を搬送チャンバー２中に導入するためのガス供給源１５は、搬送チャンバー２の１つの壁１４に配置される。ガス供給源１５は、壁１４を貫通しているノズル１７によって具現化されたインジェクターを含む。このインジェクターによって、ガス１６が粉末の堆積物を解砕するように照準を定めて、ガス１６の追加量を粉末／ガス混合物１３に導入するようにして、搬送チャンバー２中に導入する。ガス供給源１５は、更に、図示されたコンプレッサー１８を含み、該コンプレッサー１８は、配管を経由してノズル１７に接続されている。搬送される粉末／ガス混合物１３の組成に依存して、及び／又は、引き続いて行われる下流の工程に依存して、コンプレッサー１８は、ガス１６の一定圧力１９、ガス１６の一定体積流２０、又は、ガス１６の脈動体積流２１を発生し、又は、ノズル１７を経由して、搬送チャンバー２中へ導入される。

微細な粒状粉末の少量を搬送するために、ガス１６が、１ｌ／ｍｉｎから５０ｌ／ｍｉｎの範囲の体積流量で、搬送チャンバー２中へ導入される。微粉末を搬送するための隔膜３の振動周波数は、０．１ｍｌから２０ｍｌの範囲の最大作動体積において、１０Ｈｚから２００Ｈｚの範囲であることが好ましい。

高い周波数でダイアフラムポンプ１を駆動することは、少量の微粉末の連続的な搬送を促進する。ダイアフラムポンプ１のそれぞれが、粉末貯蔵室から粉末を吸引するための吸引手段に、出来る限り短い吸引配管を経由して、その吸引側９に接続されていることが、微粉末の連続的かつ低周波脈動の排出には、有利である。吸引配管の好ましい長さは、０．０１ｍから１ｍの範囲、好ましくは０．０１ｍから０．５ｍの範囲であることがわかっており、一方、低周波脈動の搬送のための圧力配管の長さは、吸引配管の長さと比較して、少なくとも１０倍である。内径が２．５ｍｍの吸引配管及び圧力配管を用いた試験では、長さが３ｍの圧力配管では、低周波脈動の微粉末の搬送はできなかった。しかし、長さが１０ｍを越える圧力配管では、低周波脈動の微粉末の搬送を行うことができた。これらの結果から、ダイアフラムポンプが圧力配管を経て圧力側１０に接続され、かつ、前記圧力配管の長さがその直径と比較して少なくとも２０００倍を越える長さである場合には、微粉末の均一で低周波脈動の排出が達成されることが判明した。

搬送チャンバー２中へのガス１６の導入と、ノズル１７の前記配置によって、搬送チャンバー２の作動スペースＶ１及びＶ２がそれぞれ、流動条件を最適であるように達成され、これによって、搬送チャンバー２中での目詰まりや究極的にはダイアフラムポンプ１の故障を引き起こすような粉末の堆積を確実に回避できる。

１ ダイアフラムポンプ
２ 搬送チャンバー
３ 隔膜
４ 吸引位置
５ 圧力位置
６ 隔膜の湾曲運動
７ 電気モーター
８ ドライブロッド（駆動棒）
９ 吸引側
１０ 圧力側
１１ 導入バルブ
１２ 排出バルブ
１３ 粉末／ガス混合物
１４ 壁
１５ ガス供給源
１６ ガス
１７ ノズル
１８ コンプレッサー
１９ 一定圧力
２０ 一定体積流
２１ 脈動体積流

Claims (7)

1. 作動体積（Ｖ１，Ｖ２）を取り囲む搬送チャンバー（２）、吸引位置（４）と圧力位置（５）で運動することのできる少なくとも１つの湾曲可能な隔膜（３）、ダイアフラムポンプ（１）の吸引側（９）に配置した粉末／ガス混合物（１３）のための導入バルブ（１１）、前記ダイアフラムポンプ（１）の圧力側（１０）に配置した前記粉末／ガス混合物（１３）のための排出バルブ（１２）、及び、導入口を経由して前記搬送チャンバー（２）中へガス（１６）を導入するためのガス供給源（１５）、を備えるダイアフラムポンプ（１）であって、
   前記湾曲可能な隔膜（３）の振動周波数が、１０Ｈｚから２００Ｈｚであり、
   前記搬送チャンバー（２）の一面は、前記湾曲可能な隔膜（３）によって画定されており、
   搬送される粉末の堆積が形成される可能性のある前記搬送チャンバー（２）の領域上に前記ガス（１６）を吹き当てられるように前記導入口が配置されており、
   前記吸引側（９）は、長さ０．０１ｍから１ｍの範囲の吸引配管を含み、
   前記圧力側（１０）は、前記吸引配管の長さに対して１０倍以上の長さを有する圧力配管を含み、
   前記圧力配管の長さが、前記圧力配管の直径と比較して、２０００倍を越える長さであり、
   前記ガス供給源（１５）が、前記ガス（１６）の一定体積流（２０）を発生させるコンプレッサー（１８）を備え、
   前記搬送される粉末の粒径が、０．０１μｍから１００μｍの範囲である
   ことを特徴とするダイアフラムポンプ（１）。
2. 請求項１に記載のダイアフラムポンプ（１）であって、
   前記吸引側（９）が、粉末供給口または前記粉末／ガス混合物（１３）の前記導入口に接続されている
   ことを特徴とするダイアフラムポンプ（１）。
3. 請求項１または２に記載のダイアフラムポンプ（１）であって、前記導入口が前記搬送チャンバー（２）の壁（１４）に配置されている
   ことを特徴とするダイアフラムポンプ（１）。
4. 請求項３に記載のダイアフラムポンプ（１）であって、
   前記導入口が、ノズル（１７）、又は、前記搬送チャンバー（２）の前記壁（１４）に設けられた通路である
   ことを特徴とするダイアフラムポンプ（１）。
5. 作動体積（Ｖ１，Ｖ２）を取り囲む搬送チャンバー（２）、前記搬送チャンバー（２）の１つの側を制限し吸引位置（４）と圧力位置（５）との間で運動する湾曲可能な隔膜（３）とを備えたダイアフラムポンプ（１）を用いる粉末／ガス混合物（１３）の搬送方法であって、
   前記湾曲可能な隔膜（３）の振動周波数が、１０Ｈｚから２００Ｈｚであり、
   導入バルブ（１１）が、前記ダイアフラムポンプ（１）の吸引側（９）に配置され、
   排出バルブ（１２）が、前記ダイアフラムポンプ（１）の圧力側（１０）に配置され、
   前記吸引側（９）は、長さ０．０１ｍから１ｍの範囲の吸引配管を含み、
   前記圧力側（１０）は、前記吸引配管の長さに対して１０倍以上の長さを有する圧力配管を含み、
   前記圧力配管の長さが、前記圧力配管の直径と比較して、２０００倍を越える長さであり、
   搬送される粉末の堆積が形成される可能性のある前記搬送チャンバー（２）の領域にガス（１６）を吹き当てるようにして、ガス供給源（１５）を経由して前記搬送チャンバー（２）中へ前記ガス（１６）が導入され、
   前記ガス（１６）が、前記搬送チャンバー（２）中へ一定体積流（２０）で導入され、
   前記搬送される粉末の粒径が、０．０１μｍから１００μｍの範囲である
   ことを特徴とする粉末／ガス混合物（１３）の搬送方法。
6. 請求項５に記載の粉末／ガス混合物（１３）の搬送方法であって、
   粉末、又は、粉末／ガス混合物（１３）が、前記ダイアフラムポンプ（１）の前記吸引側（９）において、吸引される
   ことを特徴とする粉末／ガス混合物（１３）の搬送方法。
7. 請求項５または６に記載の粉末／ガス混合物（１３）の搬送方法であって、
   前記ガス（１６）が、１ｌ／ｍｉｎから５０ｌ／ｍｉｎの範囲の体積流で導入される
   ことを特徴とする粉末／ガス混合物（１３）の搬送方法。

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