JPS63192998A - 流体揚水装置 - 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〕 本発明は流体ダイオードで構成される流体揚水装置に係
り、特に一定の流量を供給、揚水するに好適な制御装置
を有する流体揚水装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、流体ダイオードで構成される流体揚水装置は可動
部分を含まないので、保守点検の必要度が他の形式と流
体揚水装置より低く、核燃料再処理プラントや化学プラ
ントにおいて、放射性溶液とか高危険度溶液の揚水に採
用されてきた。これらに関しては、ニュークリアエネル
ギ、２３．第４号（１９８４年３月）第２２７頁から第
２３５頁（ＮｕｃＱ　、Ｅｎｅｒｇｙ、　２３　、８１
４　（１９８４Ａｕｇｕｓｔ）ＰＰ２２７−２３５）や
、日本機械学会パワーフルイディクス分科会成果報告書
（昭５９年３月）第１０４頁から第１０５頁において論
じられている。

流体ダイオードで構成される流体揚水装置は流）体ダイ
オードの正流と逆流に対する大きな抵抗の違いを利用し
ている。そして、それは主に制御器。

ガスピストン、ダイオードから構成される。制御器はさ
らに、ガスピストン内を２系統の圧縮空気によって加圧
減圧する役目をもつ主にジェットポンプから成る一次制
御器と前記した２系統の圧縮空気を通気あるいは遮断す
る弁装置及びその弁装置に開閉の指示を与える中央制御
部とから成る二次制御器とで構成される。上記した揚水
装置はガスピストンを中心にしてみた以下の３行程を繰
返してポンプ作用を行う、ここでは給液タンクとガスピ
ストン間に給液タンクからガスピストン方向への流れを
正流とするダイオードＤ１を含み、ガスピストンと吐出
管の間に吐出管方向への流れを正流とするダイオードＤ
２を含む代表的揚水装置を例に挙げて説明する。（１）
吸入行程：吐出行程用弁Ａを閉じたまま吸入行程用弁Ｂ
を開け、吸入行程用すなわち減圧用ジェットポンプを作
用させる。ガスピストン内部は減圧されるので給液タン
クの溶液及び吐出管内に残留していた溶液がガスピスト
ン内に引き込まれる。その結果、ガスピストン液位は上
昇する。このときダイオードＤ１を通過する流れ、すな
わち、給液タンクからの流れは正流であり、流れ易い、
一方、ダイオードＤａを通過する流れ、すなわち、吐出
管からの流れは逆流で流れにくい、（２）吐出行程：吸
入行程用弁Ｂを閉じ、吐出行程用弁Ａを開け、吐出行程
用すなわち加圧用ジェットポンプを作用させる。

ガスピストン内部は加圧されるのでガスピストン内の溶
液は強制的に吐出管、給液タンクへ押し出される。その
結果、ガスピストン内の液位は低下する。このとき、ダ
イオードＤ１を通過する流れ、すなわち、給液タンクへ
の流れは逆流であり、流れにくい、逆に、ダイオードＤ
２を通過する流れ、すなわち、吐出管への流れは正流で
流れ易い。

（３）膨張行程：ガスピストン内液位が所定の最低液位
に達した後、吐出行程用弁Ａを閉じる。管路は大気圧状
態となり各所の液位は大気圧下での平衡状態に戻る動き
をする。すなわち、吐出管内の溶液はガスピストンや給
液タンク方向に微量ながら流れる０本行程は吐出行程と
吸入行程の中間にあって、急減圧によるガスピストン内
溶液の蒸発や飛沫の発生を防止している。また、ガスピ
ストン液位の変化方向を基準にしてみれば吸入行程の一
部ともみなせる０以上、説明したように１本揚水装置は
一種の往復動ポンプである。

従来、各行程は運転前に間隔一定のタイマーでセットさ
れたり、一定のガスビストンストローク、すなわち、一
定のガスピストンの押し込み量にセットされ、運転途中
でこれらのセツティングは変更されることはなかった。

なお、この種の装置として関連する特許は、例えば特開
昭６０−２２８８００号、特開昭５９−２２９０９７号
。

米国特許４０２１１４６号（英国特許１４８０４８４号
と同じ）。

英国特許２１２２２６２Ａ号等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は時間と共に変化する運転条件への配慮は
なされていなかった。すなわち、ここで述べる運転条件
とは給液タンクの液位変化である。

外部から給液タンクへの液の供給が無い場合、流体揚水
装置の起動時と任意時間経過時では明らかに揚水された
分だけ給液タンクの液位は低下している。したがって、
吐出管高さは一定であるので、吐出管高さと給液タンク
液位との差、すなわち、揚程が時々刻々上昇しているこ
とになる。流体ダイオードを用いた揚水装置の揚程−揚
水量特性は一般に揚程が増加するに従い、ガスピストン
の押し込み量を一定にして運転した場合には単位時間当
りの平均揚水量は減少するという問題を生じる。

本発明の目的は吐出側への揚水量を一定に保持すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、揚程Ｈの増減に従い、前述したようにガス
ピストンの押込み量を増減、例えば吸入行程あるいは吐
出行程時間を増減することにより達成される。

〔作用〕

上記した各行程時間のガスピストンの押し込み量の制御
（増減）は実質的にガスピストン液位の最大と最小の差
、すなわち、ガスピストンのストロークの増減によって
行なわれる。この点について第２図及び第３図により説
明する。第２図及び第３図は各ガスビストンストローク
ごとの揚水特性模式図である。ガスビストンストローク
を増加させると特性は大Ｈ２大Ｑ側へ移行する特性を示
す、また、第３図は流量Ｑ＝ｑ同一時、すなわち第２図
のａ、ｂ、ｃ、ｄにおける吸込行程あるいは吐出行程所
用時間であり、ガスビストンストロークの増大に伴い各
所要時間が増加していることがわかる。そこで、所定の
流量ｑを得るには第２図及び第３図に示す特性に基づい
てガスピストン駆動制御装置に給液タンク液位の初期値
及び時系列の各行程所要時間を予めセットしておき、そ
の制御装置の指示によって運転を行えばよい。又は、各
行程所要時間の代りにガスピストンの時系列のストロー
クをセットしておいてもよい。

給液タンクの溶液は揚水装置の運転に伴い移送されるの
で、その液位は起動直前の初期値から除徐に低下してく
る６本発明によるガスピストンは中央制御部からの信号
によって、運転時間経過と共にそのストロークを増加し
ていくように動作する。それによって揚水量Ｑは一定に
保たれるので、時間経過と共に揚水量Ｑが減少すること
がなく、−電場水量の運転が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。ただ
し、流体ダイオード１５ａ、１５ｂとしては第４図にそ
の詳細を示す渦流形ダイオードを用いている。渦流形ダ
イオードにおける流れは第４図に示すように正流の場合
には旋回流は発生せずダイオードの抵抗は小さい、一方
、逆流の場合には旋回流を発生させ抵抗大として作用す
る。流体ダイオード１５ａは給液タンク１とガスピスト
ン２との間の管路に、また、流体ダイオード１５ｂはガ
スピストン２と吐出管３との間の管路に設置されている
。ガスピストン２は空気連通管４と連結している。運転
は一次制御器８と二次制御器１１とからなる複式制御装
置によって制御される。−次制御器８は２ジェット示ン
プ即ち加圧用ジェットポンプ８ａ、減圧用ジェットポン
プ８ｂから成っている。また、保射能レベルの高い溶液
を移送するので、−次制御器８は給液タンク１やガスピ
ストン２．流体ダイオード１５などと共に、遮蔽壁１６
によって外部と隔離されている。

電磁弁１１ａ、ｌｌｂを有する二次制御器は遮蔽壁１６
の外側に置かれている。流体ダイオードで構成される揚
水装置での揚水方法については前述したが、本実施例に
ついての揚水方法の概略について述べると、ガスピスト
ン駆動制御装置１１ｃからの信号で電磁弁１１ａを閉じ
た状態で電磁弁１１ｂを開き、圧縮空気を管１４．管１
３．電磁弁１１ｂ、管９を介して吸入行程用、すなわち
、減圧用ジェットポンプ８ｂに導入し、吸引作用を行な
わせ、ガスピストン内に給液タンク１内の溶液及び吐出
管３内の溶液を引き込む、減圧用ジェットポンプ８ｂか
らの排出空気は管５を経て工場排気管７へと流出する。

排気管７はまた。給液タンク１の空気抜き管６と連通し
ている６次に、ガスピストン駆動制御装置１１ｃからの
信号で電磁弁１１ｂを閉じ、電磁弁１１ａを開き、圧縮
空気を管１４．管１３．電磁弁１１ａ、管１０を介して
吐出行程用すなわち加圧用ジェットポンプ８ａに導入す
る。加圧空気は更に管４を経てガスピストン２に至り、
ガスピストン内を加圧する。ガスピストン内の溶液の大
部分は吐出管３へ、また、一部は給液タンクへ押し出さ
れる。その結果ガスピストンの液位は低下する。さらに
、ガスピストン駆動制御装置１１ｃからの信号で電磁弁
１１ａを閉じ、管路圧を大気圧の平衡状態に戻す。これ
を繰り返して移送作用を行う。以上述べた電磁弁の開閉
順序や開閉時間すなわちガスピストンの加圧、減圧時間
はガスピストン駆動制御装置１！ｌｌｃによって制御さ
れるが、その加圧、減圧の制御状態を第１図（ｂ）に示
す。これはガスピストンの加圧、減圧状態を時系列で示
したものであり、加圧、減圧時間を徐々に長くする制御
を行っている。

本実施例によれば上記のように時間経過と共に加圧、減
圧時間を長くしている。すなわち、ガスビストンストロ
ークを時間と共に大きく、つまり、ガスピストンの押し
込み量を大きくしているので。

揚程が変化しても揚水量が一定の揚水特性を得ることが
できる。

第５図は他の実施例を示すもので、吐出揚程１０ｍ、給
液タンク液位６ｍの初期状態の下に。

次の運転条件にて揚水を実施した。

運転条件 ガスピストン径　：０．１６ｍ 配管径　　　　　：０．０２５ｍ 流体ダイオード比：３０ ガスピストン圧カニ 加圧時　９．８　Ｘ　１０’ｐａ 減圧時−４，９Ｘ　Ｌ　０８ｐａ 尚、比較のために、ストロークを変更しないデータを破
線で示した。揚水量Ｑは同一ストロークのもとでは時間
経過と共に低下するが１本実施例は規定揚水量、すなわ
ち初期揚水量より０．５　　％の低下量でストロークを
変えることにより立ち直らせている。０．５　％の変化
量は微小であり、はぼ一定とみなせる。

第６図（ａ）は本発明の他の実施例であり、揚程Ｈの初
期値に対して予め電磁弁開閉時間をセットする第１図に
示す実施例とは異なり、給液タンク１の液位検出器２０
によって逐次変位を検出し、ガスピストン駆動制御装置
１１ｃにて揚程Ｈを算出し、それに見合ったガスビスト
ンストロークを決定、指示する機構を有する例である。

さらに、ガスピストン２の液位検出器２１を併設し、電
磁弁１１ａ、ｌｌｂの開閉を時間主導形の制御からガス
ピストン液位主導形の制御としている。すなわち、ガス
ピストン駆動制御装置１１ｃは液位検出器２１からの信
号を受けて電磁弁１１　ａ　、　ｌｌｂの開閉を行い、
ガスビストンストロークを決定シている。本実施例では
揚水量よりも過多の外部からの給液タンクへの液の供給
があった場合５．すなわち、給液タンク液位が上昇する
場合でも、給液タンクの液位を検出器２０にて検出して
おり、それにて揚程Ｈを算出し、それに見合ったストロ
ークを指示できるので揚水量が一定の運転が可能である
。さらに、本例では溶液の噴き出しなどを防止するため
に異常液位検出器２２，２３．２４を設置し、二次制御
器１１に接続しである。ここで述べた液位検出器は静電
容量形、電磁流量計形。

超音波流量計形、圧力変換器形などの中から最適な機種
を選択すればよい、また、上記したガスピストン液位検
出器の設置は安全運転の監視上非常に有効である。すな
わち、電磁弁１１ａ、ｌｌｂの開閉を時間主導形で実施
した場合に確実に液位が所定の液位となっているかを確
認できる。ガスピストンの制御特性を一例として第６図
（ｂ）に示す。

〔発明の効果〕

本発明によれば流体ダイオードによって構成される流体
揚水装置において、揚水量を一定に保持できるので、吐
出側以下下流のプラントプロセスフローを平準化できる
。また、安定流量を得るために必要とされる一時貯留槽
などの流量安定化のための構成要素が不要となる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になる揚水装置を示す揚水装
置を示すもので、（ａ）は流体揚水装置の概略構成を、
（ｂ）はその制御特性を示す図、第２図及び第８図はガ
スビストンストロークと流体揚水特性の関係を示す図、
第４図（ａ）及び（ｂ）は渦流形ダイオードの斜視図、
第５図は本発明の他の実施例になる流体揚水装置の制御
及び揚水特性を示す図、第６図（ａ）は本発明の他の実
施例になる流体揚水装置の概略構成図及び第６図（ｂ）
はその制御を示す模式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、揚水すべき流体を貯蔵する給液タンクと、前記給液
   タンクに接続された流体移送管、前記流体移送管に設け
   られ、かつ流れ特性が同一となるように設けられた２個
   の流体ダイオード、前記２個の流体ダイオード間の流体
   移送管に接続された揚水用ガスピストン、前記ガスピス
   トンの後段側の流体ダイオードの吐出側に接続された吐
   出管とを含む流体揚水装置において、前記給液タンクの
   液位の変化による揚程の変化量に追随して前記ガスピス
   トンの押し込み量を加減して揚水量を一定にするための
   ガスピストン駆動制御装置を設けたことを特徴とする流
   体揚水装置。 ２、給液タンク内液位の低下に応じて、前記ガスピスト
   ンのストロークを増加する制御機構を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の流体揚水装置。 ３、前記流体ダイオードが渦流形ダイオードであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の流
   体揚水装置。 ４、前記ガスピストン駆動制御装置は液位計によって揚
   程の変化量を検出するように構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の流体揚
   水装置。 ５、前記ガスピストン駆動制御装置は揚程の変化量が既
   知の場合にコンピュータに予め組み込まれたプログラム
   に従つて制御するように構成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の流体揚水装
   置。