JPS60206984A

JPS60206984A - 加圧ポンプ

Info

Publication number: JPS60206984A
Application number: JP59064537A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Murao; 村尾　良男; Kunihiko Takasaki; 邦彦高崎; Soichiro Tsujimoto; 聡一郎辻本; Yoshio Imamura; 今村　嘉男; Yoichi Mizuno; 陽一水野; Masataka Shichiri; 雅隆七里; Koichi Yanai; 柳井　紘一
Original assignee: Taiyo Steel Co Ltd; Kubota Corp; Toyobo Co Ltd
Current assignee: Taiyo Steel Co Ltd; Kubota Corp; Toyobo Co Ltd
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1985-10-18
Also published as: JPH0235158B2

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】本発明はピストン式の加圧ポンプに関するもので、気体
の膨張仕事を効率良く定圧仕事に変換するために利用さ
れる。

各種の流体を昇圧し、一定の高圧流体にして回収するた
めのエネルギー源として気体の有する圧力を利用するこ
とが多く行われている。その一方法として気体の膨張仕
事を利用する方法があり、本発明の発明者らは、エネル
ギー効率面で無駄をすることなく気体の膨張仕事を定圧
仕事に変換する方法を、先に特願昭５８−１９４５３８
号出願として提案した。これは、シリンダ内に導入され
た圧力気体によりピストンを作動し、ピストンロンドを
介して液体を昇圧すると共に一定圧の高圧流体として回
収するに当たり、前記圧力気体を前記シリンダ内で膨張
させて前記ピストンを該気体の膨張仕事に見合う位置ま
で上昇させた後、前記ピストンを自重によって自然降下
させる点に要旨を有するものであり、該気体の有するエ
ネルギーを最大限有効利用すると共に一定圧の高圧流体
を確実に回収することができる様にしたものである。

本発明は、」二連の方法を実施するに好適なポンプ装置
を折供するものであり、圧力気体の膨張仕事をピストン
の位置エネルギーに変換した後これから一定圧の高圧流
体を得ることを目的としたものである。

本発明は上述の目的を達成するために、次の技術手段を
有している。ずなわら、上下方向に移動可能な重錘ピス
トンと該重錘ピストンを圧力気体により押圧して上昇さ
せるための膨張室とを有する大径シリンダと、前記膨張
室と前記大径シリンダの外方とを連通ずる連通孔と被処
理流体の加圧室とを有する小径シリンダとを備え、前記
重錘ピストンのビス（ンロソドは前記加圧室に嵌入され
てなるものである。

以下、本発明を実施例に基づき、図面を参照しながら説
明する。

第１図は、気体の膨張仕事を定圧仕事に変換するための
装置を示すもので、本発明の実施例による加圧ポンプ１
に、高圧気体を供給するためのバルブ装置２等を取付け
たものである。

加圧ポンプ１は、大径シリンダ３の内部に小径シリンダ
４が下方から突入した状態に構成されている。大径シリ
ンダ３は、外筒３ａの上下端が天板３ｃ及び底板３ｂに
より閉塞されており、底板３ｂを貫いて小径シリンダ４
が立設されている。ピストン５は、その自重により小径
シリンダ４内を加圧する程度に大きな重量を有するもの
で、外筒３ａ内を上下方向に移動可能であると共に、小
径シリンダ４の内筒４ａの外周面に外嵌合して摺動する
ようになっている。ピストン５の中央に一体的に設けら
れたピストンロッド６は、小径シリンダ４の加圧室であ
る中空部４ｂに嵌入され、内筒４ａの中空部４ｂ内を移
動して中空部４ｂ内の被処理流体を加圧するようになっ
ている。また、ピストンロッド６の先端は、周面がテー
パ状に形成されて細径部６ａとなっている。

ピストン５には、大径シリンダ３の上部空間Ｓ１と小径
シリンダ４の外周にある下部空間Ｓ２とを連通ずる穴５
ａが設けられている。内筒４ａの肉厚部には、中空部４
ｂの上端近辺において中空部４ｂと内筒４ａの下面外方
とを連通ずる穴４ｄが設けられると共に、圧力気体によ
りピストン５を押圧して上昇させるための膨張室である
ピストン５と内筒４ａとで囲まれる空間Ｓ８と、内筒４
ａの下面外方とを連通ずる連通孔４ｃが設けられている
。なお、７ａ＋　７ｂ＋７６は０リング又はＵ形パツキ
ン等のシール部材、８はピストン５と外筒３ａとの摺動
を滑らかにするためのウェアリングである。

ピストン５の上方には、ピストン５よりも小径のクッシ
ョンボス５ｂが設けられ、これに対応して大径シリンダ
３の天板３ｃにはクッション穴９が設けられている。ク
ッション穴９の底部分と天＄ｉ３ｃの下面との間に、細
径の通路１０が形成されており、この通路１０は、図示
は省略したが外部から絞り調整が可能なようになってい
る。クッションボス５ｂはクッション穴９内にほぼ気密
に嵌入するようになっており、これによってクッション
穴９内の気体が閉じこめられ、クッション作用を行うよ
うになっている。なお実際には、クッション穴９内にク
ッションボス５ｂの径に応じたクンジョンパツキンが装
着されているが、図示を省略した。ピストン５の上下方
向位置に対するピストンロッド６と穴４ｄとの関係を説
明すると、ピストン５がクッション穴９内へのクソショ
ン工程に突入する前の位置においては、ピストンロッド
６の真直部が下方のシール部材７ｂよりも下方にあって
中空部４ｂの上部は密閉状態であり、ピストン５がクッ
ション工程内に入って天板３ｃに当接するか又は極く接
近するような位置においては、ピストンロッド６の真直
部は下方のシール部材７ｂの上方で且つ上方のシール部
材７ａの下方にあって、しかも細径部６ａが下方のシー
ル部材７ｂの位置にあり、このとき中空部４ｂば穴４ｄ
と連通するようになっている。

底板３ｂにば、内筒４ａの外周面を取り囲むような環状
溝１１と、この環状溝１１と下部空間Ｓ２とを連通ずる
連通孔１１ａとが設けられている。一方、内筒４ａには
、第２図に示されるように底面から上述の環状溝１１に
連通する穴１２が設けられており、従って内筒４ａの下
面には、第３図で示されるように中空部４ｂ、穴４ｃ、
穴４ｄ及び穴１２がそれぞれ開口しており、それぞれの
周囲に０リング装着用の環状溝１３・・・が形成されて
いる。４ｅ・・・は、後述するバルブ装置２の取付は用
のねし孔である。なお、第１図は第３図におけるＡ−Ｂ
線による断面を示したものであり、第２図は第３図にお
けるＡ−Ｃ線による断面の一部を示したものである。

次にバルブ装置２について説明する。バルブ装置２は、
バイロフトチェック弁等を含んだマニホルドブロック２
ａと、主として高圧気体の流通を制御するだめのパルプ
ブロック２ｂとより成っており、これらはねじ孔４ｅ・
・・等と適当なボルトを利用して、内筒４ａの下面に気
密に取付けられている。第４図は、マニホルドブロック
２ａ、パルプブロック２ｂ。

これらに接続される流体機器等、及び加圧ポンプ１との
接続部分を流体回路図によって示したもので、以下この
図をも参照にしながら説明する。

マニホルドブロック２ａは、加圧ポンプｌと、パルプブ
ロック２ｂ及び液体回路との接続を行うと共に、孔１２
と孔４Ｃとの間に、孔１２から孔４Ｃに向かって自由流
となるパイロットチェック弁１４、及びこのパイロット
回路１４ａを開閉する切換弁１５を備えてなるものであ
る。すなわちマニホルドブロック２ａにおいて、中空部
４ｂに連通し且つ互に対向する両側面に開口する流路１
６には、タンク１７内の液体がポンプ１８及びチェック
弁１９を介して流入するように、また切換弁２０を介し
て流出するように、それぞれ接続されている。孔４ｄに
連通し且つ一側面に開口する流路２１には、ドレン排出
用のラインＬ５等が接続されている。孔１２又は孔４Ｃ
にそれぞれ連通してパルプブロック２ｂに接続するため
下面に開口する流路２２ａ、２３ａには、これらの間に
前述したようにパイロットチェック弁１４が接続されて
いる。パイロットチェック弁１４のバイロフト回路１４
ａは、切換弁１５を介して高圧側又は低圧側の気体に選
択的に接続されるようになっている。なお、第１図にお
いては、これらパイロットチェック弁１４及び切換弁１
５等の一部又は全部を省略した。

パルプブロック２ｂには、流路２２ａ及び孔４ｃに接続
される流路２２ｂに、第１開閉弁２４及び第２開閉弁２
５が直列に接続された状態で設けられており、その上流
側は高圧気体タンク２８に接続されζいる。

第１開閉弁２４及び第２開閉弁２５は、いずれもパイロ
ット作動方式のポペット弁が使用されており、そのパイ
ロット回路２４ａ、２５ａは、第１切換弁２６又は第２
すＪ換弁２７によっ゛Ｃ，流路２２ｂの上流側又は流路
２３ｂに選択的に接続されるようになっている。流路２
３ｂの一端には低圧気体タンク２９が接続され°ζいる
。なお、上述のパイ日ソ１−回路の一部は、外部配管に
よって接続されている。

切換弁１５、第１切換弁２６及び第２切換弁２７はいず
れもソレノイド１５ａ、２Ｇａ、２７ａを有する電磁作
動方式のものであり、これらは次のように制御されるよ
うに配線されている。なお、流路２２ａ。

２２ｂを含む比較的高圧の気体の流路を高圧ラインＬＬ
、流路２３ａ、２３ｂを含む比較的低圧の気体の流路を
低圧ラインＬ２と言い、またポンプ１８及び流路１６を
含む流路をラインＬ８、切換弁２０及び流路１６を含む
流路をラインＬ４と言う。ソレノイド１５ａば常時オフ
であって、ピストン５を下降させるときにオンしバイロ
フトチェック弁１４を開くようにされている。ソレノイ
ド２６　ａ、　２７　ａは、第１開閉弁２４及び第２開
閉弁２５が共働して一定の時間のみ高圧ラインＬｌを連
通状態にするようにし、高圧気体タンク２８内の高圧気
体を孔４Ｃを経てピストン５内の空間Ｓ８に流入させる
ようになっている。すなわち、第１開閉弁２４が開かれ
ており且つ第２開閉弁２５が閉じられた初期状態におい
て、第２開閉弁２５が開き、この瞬間よりある定められ
た時間Ｔが経過した後第１開閉弁２４が閉じるようにな
っており、その後高圧ラインＬ１が連通しないような経
過をたどって上述の初期状態に戻る。この時間Ｔの間の
み、高圧ラインＬ１ば連通状態となり、一定量の高圧気
体が加圧ポンプ１内に流入してピストン５を上昇せさる
。

ところで、加圧ポンプ１のいわゆる装置容積効率を一定
にするためには、ピストン５の上昇高さが一定でなけれ
ばならない。しかし、高圧気体タンク２８内および低圧
気体タンク２９内の気体の圧力が変化する場合には、そ
の変化に応じて加圧ポンプ１への供給呈を正確に増減す
るように制御しなければならない。このため、気体導入
の時間Ｔ。

と高圧気体タンク２８内および低圧気体タンク２９内の
気体圧力との関係を予めめておき、高圧ラインＬ１の連
通時間を正確に制御するようにしなければならない。こ
の時間Ｔｏは、両気体タンク２８゜２９の圧力差が大き
い場合、非席に短時間となり、例えば１０ｍ　ｓｅｃ程
度となる場合があり、このような極短時間内に一つのバ
ルブで開動作と閉動作を両方共正確に行わせることはバ
ルブの性能からして極めて困難であるところ、上述の実
施例では、第１開閉弁２４が閉動作専用、第２開閉弁２
５が開動作専用として働くので、要求される時間１゛ｏ
に対して高圧ラインＬ１が実際に連通している時間Ｔを
、非電に小さな誤差内に制御することが可能となる。上
述の時間Ｔｏは、例えば高圧気体タンク２８内および低
圧気体タンク２９内の圧力を検出してマイクロコンピュ
ータによりリアルタイムでめ、これに応じた制御信号に
よってソレノイド２６ａ。

２７ａを作動させるようにするとよい。切換弁２０のソ
レノイド２０ａは、常時オフであって、ピストン５を下
降させるときにオンとなるように制御される。

次に、上述のように構成された装置の作用を説明する。

まずポンプ１８を運転し、タンク１７内の液体を極く低
圧でラインＬ８内に送り込むようにしておく。この装置
の始動時においては、高圧ライン１．１を時間Ｔよりも
充分多い時間連通させて多量の高圧気体を加圧ポンプ１
へ送り込む。これによって、ピストン５及びピストンロ
ッド６は上昇するとともに、タンク１７内の液体が中空
部４ｂ内に流入する。しかし、中空部４ｂ内には、当初
は空気等の気体が入り込んだ状態であるため、このまま
ではこれらの気体が排出されず、従ってピストンロッド
６による以降の液体の加圧が充分行われず、高圧液体を
得ることが不可能となる。このため、上述の実施例にお
いては特別の工夫がなされており、ピストン５が上昇し
てクッションボス５ｂがクッション穴９内へ嵌入してク
ソション工程に入った後も低速で」１昇を続り、やがて
ピストンロッド６の真直部は穴４ｄよりも上方まで移動
し、中空部４ｂと穴４ｄとが連通ずる。従ってこの状態
において、中空部４ｂ内の気体は穴４ｄから排出され、
中空部４ｂ内は液体により満たされることとなる。

次に、高圧ラインＬ１が閉じられた状態で、切換弁１５
の作動によってパイロットチェック弁１４が強制的に開
かれ、これと同時に切換弁２ｏが作動することによって
、ピストン５ば自重で下降するとともに、中空部４ｂ内
の液体はピストンロッド６によって加圧され、ラインＬ
４から高圧液体として取り出すことができる。このとき
、空間ｓｌ、ｓ２＋ＳＲ内の高圧又は低圧の気体の余剰
分は、低圧ラインＬ２を経て低圧気体タンク２９内へ排
出される。

運転開始後は、第１切換弁２６及び第２切換弁２７を前
述のように制御して高圧ラインＬ１を時間Ｔの間連通さ
せ、ピストン５を上昇加速させ、高圧ラインＬ１が閉じ
られた後もピストン５がその慣性力でクソション工程に
入る寸前の位置まで上昇させる。この過程において、ピ
ストン５の上昇により空間Ｓ８内の圧力が空間Ｓ１の圧
力まで低下し、更に慣性力によって該ピストン５が上昇
しかけるが、パイロットチェック弁１４があるため空間
Ｓ８内の気体の不足分が低圧ラインＬ２から供給され、
雨空間ｓ１．ｓ、が均圧化される。従ってその慣性力に
より上昇を続け、該ピストン５の有する運動エネルギー
が全て位置エネルギーに変換された時点で上昇は止まる
。従ってピストン５の最高上昇位置の低下を防止でき、
それだけ膨張仕事効率が高まるので定圧仕事へのエネル
ギー変換効率が向上する。その後、第１回目と同様にピ
ストン５を下降させると、ラインＬ４から高圧液体が取
り出される。第２回目以降において、ピストン５の上昇
高さが万が一子定より越えようとしても、クッションボ
ス５ｂとクッション穴９によるクッション装置を有する
ので、ピストン５はこれによって急速に減速されてほぼ
一定の上昇位置に保たれると共に、ピストン５と天板３
Ｃとの衝突が避けられて破壊に至ることがない。

上述の実施例においては、中空部４ｂとピストンロッド
６との間のシール部材７ａ、　７ｂとして０リング等を
用いているが、これら以外のシール部月を用いてもよく
、その個数も限定されるものではない。ピストン５に設
げた穴５ａに代えて、ピストン５の周面軸方向に適当数
のスリットを設けるようにしてもよい。クッションボス
５ｂ及びクッション穴９によるクッション装置は、これ
以外にも種々の方式形状のものを採用することができ、
またクッション装置を省略することも可能である。外筒
３ａを非磁性＋Ａ料により作製すると共に、ピストン５
に永久磁石を取付ければ、外筒３ａの外方からピストン
５の位置を磁気的に検出することができる。

このような目的に用いられる検出機器は、例えばリード
スイッチ、ポール素子等を応用したものでよく、これら
による検出信号を適宜利用することによって、この装置
の運転の自動化や異富検出による危険防止等を図ること
ができる。

上述の実施例においては、小径シリンダ４を大径シリン
ダ３の内部に設ける構成としたので、ピストン５の可動
部分シールが万一破損した場合も、気体が外部に漏れる
ことはなく、加圧ピストン６ａの可動部分シールが破損
した場合においても、ドレン排出用のラインＬ５によっ
て安全な所に導くことができるため、供給された気体が
外部へ漏れる危険性は非常に少な（なる。従って、後述
の使用例において述べるように気体として水素を用いて
も、引火による爆発の危険性がなく安全である。

また、ピストン５の軸方向寸法を長くして大重量のもの
を製作し易いので、加圧ポンプ１を小型にすることがで
きる。しかし、必ずしもこのように構成する必要はなく
、使用目的に応じて適宜変更することは可能である。例
えば大径シリンダ３と小径シリンダ４とを別個独立に設
けると共に、ピストン５の下降移動によってピストンロ
ッド６が中空部４ｂ内で液体を加圧するように連結して
おくこととしてもよい。

上述の実施例においては、バルブ装置２をブロック化し
て加圧ポンプｌに直接取付けたため、配管の手数が省＆
）ると共に管路の容積及び抵抗が非常に少なくなり、気
体のエネルギーを最大限有効に利用することができてそ
れだけ定圧仕事へのエネルギー変換効率が高い。しかし
、適当な配管部材によって配管することを妨げるもので
はない。

第１開閉弁２４及び第２ｒＳｒＪ閉弁２５ば、これらの
開閉作動が実施例とは互に逆になるように制御してもよ
く、またこれらには、電磁式のもの、ポペット式以外の
もの、禽閉型のもの、または比例制御形のもの等を用い
ることもできる。バイロフトチェック弁１４をマニホル
ドブロック２ａ内に設けたので、加圧ポンプ１の構造が
節ｉｌになると共に制御が行い易い。しかし、このよう
なチェック弁をピストン５内に設け、パイロットチェッ
ク弁１４に代えてその位置に適当な開閉弁を設けるよう
にすることも可能である。

上述の実施例において、使用する気体及び液体の種類に
ついては説明しなかったが、液体として海水を用い、こ
の海水を加圧してその一部を逆浸透膜に接触させ、淡水
を製造するための装置として用いることができる。この
場合に、気体として水素を用いることとして、高圧気体
タンク２８及び低圧気体タンク２９内に水素吸蔵合金を
収容し、これらを熱媒供給装置又は冷媒供給装置により
加熱又は冷却することができる。そして、これら高圧気
体タンク２８及び低圧気体タンク２９と、高圧ラインＬ
１及びＬ２との接続を、適当な切換弁によって切換るこ
とによって、高圧ラインＬ１へ連続的に高圧水素を供給
すると共に低圧水素を外部へ放出することなく低圧ライ
ンＬ２から回収することができる。

このとき、高圧気体タンク２８および低圧気体タンク２
９の水素ガス圧力は、熱媒供給装置からの熱媒供給量の
変化、両気体タンク２８．２９内合金固有の物理化学的
平衡反応の変化その他種々の要因により増加又は減少す
るが、前述した様に圧力の増加、減少に応じて高圧ライ
ンＬ１の連通時間を短縮又は延長することができるので
、加圧ポンプ１に導入された水素ガスの膨張仕事は常に
一定に維持され、ピストン５の高さは一定となる。こう
して海水の淡水化処理は安定して行われる。なお、加圧
ポンプｌを２台設置し、１台の加圧ポンプで加圧・排出
を行う間に、残りの加圧ポンプで海水の吸引導入を行う
ように交互に切換運転するようにすれば、海水の加圧は
連続的に行うことができる。

以」二のように、本発明の加圧ポンプによると、圧力気
体の膨張仕事をピストンの位置エネルギーに効率良く変
換して一定の高圧流体を得ることができ、適当な気体供
給装置及び液体供給装置と組合セることによって、気体
の有するエネルギーを最大限有効利用すると共に、一定
圧の高圧液体を確実に回収することができるものである
。

【図面の簡単な説明】

図面ば本発明の実施例を示すものであって、第１図は加
圧ポンプの断面図、第２図は加圧ポンプの他の部分を断
面して示した部分断面図、第３図は第１図のｘｉ−ｍ線
断面図、第４図は加圧ポンプの適用例である気体の膨張
仕事を定圧仕事に変換する装置の流体回路図である。Ｓ８・・・空間（膨張室）、１・・・加圧ポンプ、３・
・・大径シリンダ、４・・・小径シリンダ、４ｂ・・・
中空部（加圧室）、４ｃ・・・連通孔、４ｄ・・・孔（
連通孔）、５・・・ピストン（ｆｆｉ錘ピ大ピストン５
ｂ・・・クッションボス（クッション装置）、６・・・
ピストンロンド。出願人　東洋紡績株式会社同　久保田鉄工株式会社同　太陽鉄工株式会社第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、上下方向に移動可能な重錘ピストンと該重錘ピ
ストンを圧力気体により押圧して上昇させるための膨張
室とを有する大径シリンダと、前記膨張室と前記大径シ
リンダの外方とを連通ずる連通孔と被処理流体の加圧室
とを有する小径シリンダとを備え、前記重錘ピストンの
ピストンロンドは前記加圧室に嵌入されてなる加圧ポン
プ。
（２）、前記小径シリンダには、前記ピストン口・ノド
の上昇端近辺において前記加圧室から前記小径シリンダ
の外方へ連通する連通孔が設けられてなる特許請求の範
囲第（１１項記載の加圧ポンプ。
（３）、前記大径シリンダには、前記重錘ピストンの上
昇端側にクッション装置が設けられてなる特許請求の範
囲第（１１項又は第（２）項のいずれかに記載の加圧ポ
ンプ。
（４）、前記重錘ピストンが前記クッション装置による
クッション工程内にあるときのみ、前記加圧室と前記連
通孔とが連通ずるように構成されてなる特許請求の範囲
第（３）項記載の加圧ポンプ。