JPH03124979A - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、概略、ポンプに関するものである。

特に、本発明は高圧揚水の適用に対して特に有益なダイ
ヤフラムポンプに関するものである。

［従来の技術］ この分野では、低圧揚水の適用に使用する種々のダイヤ
フラムポンプか知られている。一般に、これらのダイヤ
フラムポンプは、ダイヤフラムの位置を替えることで過
渡流体を移動させる。ダイヤフラムの移動が、ポンプ室
への過渡流体の吸い込みと、ポンプ室からの前記過渡流
体の吐き出しを交互に行う。ダイヤフラムを移動させる
ために用いられる一つの公知手段に、ボンピングプラン
ジャを使用したものがある。このボンピングプランジャ
は、一部かモータ室に挿入され、往１４運動させられる
。ボンピングプランジャの移動は、モータ室の作動流体
により発揮される圧力を交互に増加、減少させる。ダイ
ヤフラムはモータ室を部分的に構成しているので、作動
流体により発揮される圧力変化によってダイヤフラムが
位置を替える。

〔発明が解決しようとする課題〕

これまで、ダイヤフラムポンプは、高圧揚水の適用に十
分適していることが知られていなかった。

高圧揚水の適用に対してボンピングプランジャを組み入
れたダイヤフラムポンプを使用することの１つの障害は
、モータ室の圧力か相当量突然に損失することである。

この損失はモータ室からブラシジャシールまわりに作動
流体が７居れることにより生じる。この漏れは、ダイヤ
フラム上の過渡流体により発揮される対抗する圧力に打
ち勝つべく、モータ室の作動流体か高圧縮されたときに
生じる。

モータ室で発生した高圧力により作動流体が無理やりブ
ラシジャシールに通過させられる。モータ室から十分な
量の作動流体が漏れると、ポンプはモータ室を能率的な
運転に必要な圧力まで上げることができない。

従来、当業者辻は、シール、シールのデザイン、又はポ
ンプのデザインを変更することで漏れの問題を解決する
試みをしてきた。しかし、これらの変更はいずれも効率
、価格、信頼の配慮に基づいた完全に満足のできるもの
であるとは証明はされていない。

〔課題を解決するための手段〕

発明者はここに高圧揚水の適用においてダイヤフラムポ
ンプの使用を可能にする新規な手段を開示するものであ
る。発明者は、直面する問題に対する解決は、漏れを補
償する手段を利用するものであって、漏れを防止する手
段を利用するものではないと認識している。

そして、本発明は、過渡流体を移動するダイヤフラムポ
ンプに、作動流体を有するモータ室と、ポンプ室と、過
ＶＡ体に対してポンプ室への入り口及びポンプ室からの
出口を提供する手段と、一部がモータ室の境界を定め、
また一部がポンプ室の境界を定めるダイヤフラムと、モ
ータ室の中で高流体圧を生成しまた高流体圧のモータ室
を解放し、高流体圧が解放されたとき過渡流体をポンプ
室に吸い込んでポンプ室の大きさを増加し、高流体圧が
生成されたとき過δツ流体をポンプ室から吐き出すため
にポンプ室の大きさを減少するポンプ手段と、モータ室
から蓄積ガスと補充の作動流体を除去するための排出手
段と、ポンプ手段の一部を囲む第１１第２の収容手段と
、ポンプ手段と第１の収容手段との間に配置された第１
のシール手段と、高流体圧が生成されたとき、モータ室
から排出手段を通過して出るまたモータ室から第１のシ
ール手段を通って届れる作動流体の実質上すべてを集め
るための回収手段と、回収手段に回収された作動流体の
実質上すべてが、第２のシール手段を辿って回収手段か
ら削れるのを防止するために、ポンプ手段と第２の収容
手段との間に配置された第２のシール手段と、高流体圧
が解放されたとき補充の作動流体をモータ室に注入し、
それによって高流体圧が生成されたときにモータ室から
漏れる作動流体の実質上すべてが入れ替えられる手段と
、を備えたものである。

〔作用〕

この開示されたポンプは、モータ室の作動流体により発
揮される圧力に従って移動させられるダイヤフラムを使
用するものである。ダイヤフラムの移動は、交互に、第
１のチエ’７クバルブを通りポンプ室の中に過渡流体を
吸引し、第２のチエ’／クバルブを通りポンプ室の外に
過渡流体を吐き出す。モータ室に一部か位置するポンピ
ングプランジャの往復動作か、ダイヤフラム上の作動流
体により発揮される圧力を増加及び制御する。シールは
、プランジャかモータ室に入る間際でポンピングプラン
ジャを包囲している。モータ室で生成された高圧により
作動流体が無理やりプランジャ／−ルを通過させられる
。再循環手段の使用によって、プランジャシールを通過
して漏れる作動流体がモータ室に戻される。その再循環
手段によって、モータ室に所望量の作動流体が常時保持
される。

そして、ポンプは、モータ室からの作動流体の漏れにも
かかわらず、能率的な運転に必要なモータ室の圧力を生
成することかできる。

〔実施例〕

第１図に関して、ポンプは、スプリング１６により付勢
されたピストンヘッド１２とピストンシャフト１４とを
有するピストンを内蔵したシリンダ１０を備えている。

制御装置２４により、流体は周期的に管２２を経てピス
トン室１８に通され、それによってピストン、そしてポ
ンプか所望の割合で往復動作される。好適な制御装置が
カリフォルニア、バーンニアのウィリアムズ　インスッ
ルメントＧｏ、、Ｉｎｃ、により製造され、”Ｏｓｃ　
ｉ　Ｉ　Ｉｍａｔ　ｉｃ”の商標の下で販売されている
。

ピストンシャフトに連結されているのは往復動プランジ
ャ１５である。プランジャの動きは、後述するように、
モータ室６３に収容されている作動流体によって発揮さ
れる圧力に影響を及ぼす。

プランジャはプランジャフランジ３０の中に収容されて
おり、第１の／−ル３２と第２のシール３４でシールさ
れている。ストローク調整装置２８により、各ポンピン
グサイクルの間にポンプにより送られる過渡流体の体積
が正確に予め決められた値になるように、プランジャス
トロークの長さが調整できる。

モータ室の中でモータ室の境界を部分的に定めるのは、
円筒フランジ４３に連結された２つのエンドキャップ４
２の間に配置されたダイヤフラム４０である。第１図で
使用されているダイヤフラムは、概略管形状を有し、こ
のタイプのダイヤフラムは本明細書中で絞り（ｓｑｕｅ
ｅｚｅ）ダイヤフラムという。組立の間に絞りダイヤフ
ラムがねじれるのを防止するために、２つのエンドキャ
ップの一方は、フランジにねじ込むものよりもフランジ
にボルト締めするものか好ましい。絞りダイヤフラムは
実質的にポンプ室４８を形成する。２つのチェックバル
ブはポンプ室に接続されている。

各ポンピングサイクルの間、過渡流体は第１のチエ、ク
バルブ４４を通りポンプ室に吸い込まれ、また第２のチ
ェックバルブ４６を通りポンプ室から吐き出される。

第１図は実質的にポンピングサイクル開始時のポンプの
状態を示す。ポンピングサイクルの最初の半周期の間、
プランジャが作動流体を加圧するためにモータ室に押し
込まれる。絞りダイヤフラム上の作動流体により発揮さ
れる圧力が、ポンプ室において対抗する過渡流体の圧力
を超えると、絞りダイヤフラムか潰れて過渡流体がポン
プ室から吐き出される。絞りダイヤフラムか潰れると、
第２図に示す状態が実質上適切なものとなる。

作動流体により発揮される高圧は、高圧過渡流体に打ち
勝つために、一般に、作動流体を無理やり第１シールを
通過させようとする。この作動流体は通路６０に入り、
後述するように再循環される。通路６０の圧力は相対的
に低いので、一般に作動流体か第２のシールを通って＝
ｉれることはない。通路６０は作動流体の貯蔵容器６２
に接続されている。貯蔵容器はモータ室の上方に位置さ
せておくのが望ましく、そのようにすると重力によって
作動流体がモータ室に送られる。貯蔵容器には、補給す
ることなく長期間ポンプか運転できるように、作動流体
の予備か収容されている。追加の浦は満タン位置の出入
口６９を使って貯蔵容器に追加される。

通路６０はまたチェックバルブ７２に接続されている。

チェックバルブはまた管７４に接続されている。チェッ
クバルブは、流体が通路６０から管７４に通過できるが
、管７４から通路６０には通過できないように設計され
ている。発明者は、チェックバルブに働く重力が意図す
る目的に適するように決定した。スプリングで付勢され
たチェックバルブの他の実施例か第３図に示してあり、
そこでは符号７２よりむしろ符号７３で示されている。

そのチェックバルブはポンピングサイクルの実質上最初
の半周期の間常時閉じられている。

モータ室は管７４と管６４に接続されている。

管６４はまた排出弁６６に接続されている。排出弁はま
た管６８に接続されている。排出弁はポンピングサイク
ルの開始時に管６４から管６８に少量の流体か通過でき
るように設計されている。もし、本発明の装置か正しく
配置され、排出弁がモータ室の上に設置されると、υＬ
出弁はモータ室の外にガスを吐出する手段を提供する。

ガスは、各ポンピングサイクルのスタート時に排出弁の
ステム６７が僅かに動いて吐出される。

ポンピングサイクルの次の１周Ｊｔｌｌの間、フランシ
ャがモータ室から引っ込み、それにより作動流体を減圧
する。絞りダイヤフラムはそれがくずれていない普通の
状態に回復し、過渡流体がポンプ室に吸い込まれる。モ
ータ室の作動流体で発揮される圧力が通路６０て発生す
る一定の圧力以下に低下すると、チェックバルブ７２又
は７３が開き、追加の作動流体かモータ室に強制的に送
られる。

最後に、重力によってυＬ出弁のステムが降下すると排
出弁がリセットされる。

第３図は第１図に示すものに代る別のダイヤフラム組立
部品を示す。このものでは、モータ室６３に隣接するダ
イヤフラム８２は、概略平坦な円形をしている。このタ
イプのダイヤフラムは本明細書中では振動（ｏｓｃｉｌ
ｌａｔｉｎｇ）ダイヤフラムという。加えて、ポンプ室
４８は、ダイヤフラム、キャップフランジ８４、及びポ
ンプ室フランジ４７で形成されている。

プランジャの動き、モータ室の作動流体により発揮され
る圧力、ポンプ室の過渡流体により発揮される圧力に一
致して、振動ダイヤフラムがプランジャフランジ３０と
いくつかの通路８６を有するキャップフランジとの間で
前後に動く。それにより、過渡流体はチェックバルブ４
４と４６を通り、交互に、ポンプ室に吸い込まれ、また
そこから吐き出されることによりくみ上げられる。

第４図は第３図の４−４線に沿った部分断面における振
動ダイヤフラムに並列なプランジャフランジ３０の端部
を示す。その好適な実施例において、プランジャフラン
ジ３６の端部はプランジャポンプのシリンダ８５と交差
する溝８３を有し、その溝８３は管７４から排出弁６６
への入口まで延びており、それによって室３６を通って
流体を排出スる流れと、ポンピングストロークのスター
ト時にダイヤフラムの前面を溝切る作動流体の分散を保
証している。

本発明の代表的な型を述べたが、本発明はここで説明し
た詳細な記述に限定されるものではないものと理解され
る。当業者が添付の請求の範囲の精神の中にあり、又、
そこに含まれる資格のある多数の変形や等価なものを認
識することが期待される。−例として、モータ室やポン
プ室が、モータ室が加圧されたときに、絞り弁がつぶれ
るよりもむしろ拡がるように形を変えることかできる。

〔発明の効果〕

本発明に係るダイヤフラムポンプは、単純で、効率良く
、安価で、しかも信頼できるものである。

また、モータ室から漏れた作動流体は再循環されてモー
タ室に戻されるので、ポンプは最小限のメンテナンスを
必要とするだけである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、モータ室を減圧したとき、過渡流体が第１の
チェックバルブを通りポンプ室に吸い込まれた後のポン
プの断面図である。 第２図は、モータ室か加圧されたとき過渡流体が第２の
チェックバルブを通りポンプ室から吐き出された後の第
１図に示すポンプの断面図である。 第３図は、第１図に示すポンプへのダイヤフラムアッセ
イとチェックバルブアッセイとの別実施例を示すポンプ
の断面図である。 第４図は第３図における４−４線に沿ったダイヤフラム
室の部分６Ｘｉ図である。 １０・・・シリンダ、１２・・・ピストンシャフト、１
４・ピストンシャフト、１５・・・プランジャ、１８・
・ピストン室、２４・・・制御装置、３２・・・第１シ
ール、３４・・・第２７−ル、４０・・・ダイヤフラム
、４３円筒フランジ、４４・・・第１チェックバルブ、
４６・・・第２チェックバルブ、４８・・・ポンプ室、
６０・・通路、６２・・・貯蔵容器、６３・・・モータ
室、６６・・・排出弁、７２・・・チｘ　’７クパルブ
。 特許出〃ｎ人　ジェームス　フランクリンウィリアムズ 代　理　人　弁理士　前出　葆　はか１名月−あ’ａ、
ｉ？′ｉｌｉ旧ニア１２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕過渡流体を移動するダイヤフラムポンプに、 （ａ）作動流体を有するモータ室と、 （ｂ）ポンプ室と、 （ｃ）過渡流体に対してポンプ室への入り口及びポンプ
   室からの出口を提供する手段と、（ｄ）一部がモータ室
   の境界を定め、また一部がポンプ室の境界を定めるダイ
   ヤフラムと、 （ｅ）モータ室の中で高流体圧を生成しまた高流体圧の
   モータ室を解放し、高流体圧が解放されたとき過渡流体
   をポンプ室に吸い込んでポンプ室の大きさを増加し、高
   流体圧が生成されたとき過渡流体をポンプ室から吐き出
   すためにポンプ室の大きさを減少するポンプ手段と、 （ｆ）モータ室から蓄積ガスと補充の作動流体を除去す
   るための排出手段と、 （ｇ）ポンプ手段の一部を囲む第１、第２の収容手段と
   、 （ｈ）ポンプ手段と第１の収容手段との間に配置された
   第１のシール手段と、 （ｉ）高流体圧が生成されたとき、モータ室から排出手
   段を通過して出るまたモータ室から第１のシール手段を
   通って漏れる作動流体の実質上すべてを集めるための回
   収手段と、（ｊ）回収手段に回収された作動流体の実質
   上すべてが、第２のシール手段を通って回収手段から漏
   れるのを防止するために、ポンプ手段と第２の収容手段
   との間に配置された第２のシール手段と、 （ｋ）高流体圧が解放されたとき補充の作動流体をモー
   タ室に注入し、それによって高流体圧が生成されたとき
   にモータ室から漏れる作動流体の実質上すべてが入れ替
   えられる手段と、を備えたことを特徴とするダイヤフラ
   ムポンプ。 〔２〕ダイヤフラムが絞りダイヤフラムであることを特
   徴とする請求項１のダイヤフラムポンプ。 〔３〕 （ａ）ピストン室の境界を定めるシリンダであって、そ
   の中にピストンを含むシリンダと、 （ｂ）ピストンを動かす手段と、 （ｃ）一部がモータ室に位置し、そこで第１のシール手
   段によって所定の位置に置かれ、プランジャの動きがピ
   ストンの動きによって制御され、またプランジャの動き
   がモータ室の中に収容されている作動流体を加圧・減圧
   する往復動プランジャと、 （ｄ）一部がモータ室との境界を定めるダイヤフラムで
   あって、そのダイヤフラムの動きが作動流体により発揮
   される圧力により制御されるダイヤフラムと、 （ｅ）ダイヤフラムによって一部の境界が定められたポ
   ンプ室であって、そのポンプ室の大きさがダイヤフラム
   の動きによって部分的に決定され、それにより過渡流体
   が移動するポンプ室と、 （ｆ）モータ室から蓄積ガスと補充の作動流体を排出す
   る排出弁と、 （ｇ）モータ室が加圧されたとき、排出弁を通りモータ
   室から出るまた第１のシールを通って漏れる作動流体を
   回収する回収手段と、 （ｈ）プランジャを囲み、回収された作動流体が回収手
   段から漏れるのを実質的に防止する第２のシールと、 （ｉ）回収された作動流体をモータ室に再循環させる手
   段と、 を備えたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。 〔４〕ダイヤフラムが実質的に管形状であることを特徴
   とする請求項３のダイヤフラムポンプ。 〔５〕ダイヤフラムが実質的に平坦形状であることを特
   徴とする請求項３のダイヤフラムポンプ。 〔６〕過渡流体を動かすダイヤフラムポンプに、 （ａ）ダイヤフラムと、 （ｂ）ダイヤフラムを支持するハウジング構造であって
   、このハウジング構造とダイヤフラムが、ダイヤフラム
   の一方の側において作動流体を有するモータ室の少なく
   とも一部の境界を定め、前記ハウジング構造とダイヤフ
   ラムが、ダイヤフラムの他方の側においてポンプ室の少
   なくとも一部の境界を定めるハウジング構造と、 （ｃ）ダイヤフラムの位置を替えるポンプ手段と、 （ｄ）ポンプ手段を囲む第１、第２のシール手段と、 （ｅ）ダイヤフラムの移動がポンプ室の大きさを増加さ
   せるとき、過渡流体に対してポンプ室への入り口を提供
   し、ダイヤフラムの移動がポンプ室の大きさを減少させ
   るとき、過渡流体に対してポンプ室からの出口を提供す
   る手段と、 （ｆ）モータ室から蓄積ガスと補充の作動流体を排出す
   るための排出手段と、 （ｇ）排出手段を通りモータ室から出る、また第１のシ
   ール手段を通りモータ室から漏れるが第２のシール手段
   を通り漏れることのない作動流体の少なくとも一部を回
   収するための回収手段と、 （ｈ）回収された作動流体の一部を再循環してモータ室
   に戻す手段と、 を備えたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。 〔７〕ダイヤフラムが実質的に管形状であることを特徴
   とする請求項６のダイヤフラムポンプ。 〔８〕作動流体を再循環する手段が、重力により動作さ
   れるチェックバルブを含むことを特徴とする請求項６の
   ダイヤフラムポンプ。 〔９〕高圧の過渡流体を動かすダイヤフラムを有する装
   置を、 （ａ）ダイヤフラムによって一部の境界が定まり、過渡
   流体の入り口と出口を有するポンプ室と、 （ｂ）ダイヤフラムによって一部の境界が定まり、作動
   流体を有するモータ室と、 （ｃ）過渡流体により発揮される対向する高圧に打ち勝
   つように、作動流体に作用してこの作動流体中に、ダイ
   ヤフラム上で交互に高圧を発揮させ、解放させる往復動
   手段と、 （ｄ）モータ室から蓄積ガスと補充の作動流体を排出す
   る排出手段と、 （ｅ）作動流体が高圧を発揮するとき、モータ室から排
   出手段を通過して出る、またモータ室から往復動エレメ
   ントを囲む第１のシールを通過して漏れる作動流体の少
   なくとも幾らかを回収する回収手段と、 （ｆ）往復動手段を囲み、少なくとも幾らかの作動流体
   が回収手段から第２のシールを通過して漏れるのを防止
   する第２のシール手段と、 （ｇ）作動流体が高圧を解放したとき、モータ室から漏
   れた作動流体の少なくとも幾らかをモータ室に再び戻す
   再循環するための手段と、 を備えたことを特徴とする装置。 〔１０〕ダイヤフラムが実質的に管形状であることを特
   徴とする請求項９の装置。 〔１１〕ダイヤフラムが実質的に平坦形状であることを
   特徴とする請求項９の装置。 〔１２〕ポンプ室を通り高圧を発揮する過渡流体を動か
   す装置が、 （ａ）ハウジング構造と、 （ｂ）少なくとも一部が前記ハウジング構造の中に位置
   しする実質的に管形状のダイヤフラムと、 （ｃ）少なくとも一部が前記ハウジング構造により境界
   が定められ、またダイヤフラムによってポンプ室から分
   離されたモータ室であって、内部に作動流体を含むモー
   タ室と、 （ｄ）作動流体にダイヤフラム上で高圧を周期的に発揮
   させ、それによりダイヤフラム上の過渡流体により発揮
   される対抗する高圧が圧倒されてポンプ室を通って過渡
   流体を移動させるポンプ手段と、 （ｅ）ポンプ手段の一部を囲む収容手段と、 （ｆ）前記収容手段とポンプ手段との間に位置する第１
   のシール手段であって、ダイヤフラム上に高圧が発揮さ
   れたとき、ポンプ手段と前記収容手段との間で第１のシ
   ール手段を通過して作動流体が漏れるようにした第１の
   シール手段と、 （ｇ）モータ室から蓄積ガスと補充の作動流体を排出す
   る排出手段と、 （ｈ）モータ室から排出手段を通って出る、またモータ
   室から漏れる作動流体の少なくとも幾らかを捕獲する回
   収手段と、 （ｉ）捕獲された作動流体が回収手段の外へ実質的に漏
   れるのを防止すべくポンプ手段を囲む第２のシール手段
   と、 （ｊ）前記回収手段により捕獲された作動流体の少なく
   とも幾らかをモータ室に加える再循環手段と、 を備えたことを特徴とする装置。 〔１３〕作動流体を有するモータ室とポンプ室からダイ
   ヤフラムで分離されたダイヤフラムポンプと、 モータ室における作動流体の圧力変化に従ってポンプ室
   の大きさを減少・増加させるようにモータ室の作動流体
   を交互に加圧・減圧する手段と、ポンプ室の大きさが増
   加したとき過渡流体にポンプ室への入り口を提供する第
   １の弁と、 モータ室から蓄積ガスと補充の過渡流体を排出させる排
   出手段と、 ポンプ室の大きさが減少したとき過渡流体にポンプ室か
   らの出口を提供する第２の弁と、モータ室の作動流体が
   加圧されたとき、排出手段を通りモータ室から出る、ま
   たポンプ手段を囲む第１のシール手段を無理やり通過し
   て押し出される作動流体の実質上すべてを回収する回収
   手段と、 ポンプ手段を囲み、回収手段から回収された作動流体の
   漏れを実質的に防止する第２のシール手段と、 モータ室における作動流体が減圧されたとき、補給の作
   動流体を再循環させてモータ室に戻す手段と、 を備えた高圧下で作動流体を動かすダイヤフラムポンプ
   。 〔１４〕ダイヤフラムが実質的に管形状であることを特
   徴とする請求項１３のダイヤフラムポンプ。