TWI532916B - 幫浦裝置 - Google Patents

Description

幫浦裝置

本發明是關於一種可用來作為例如升壓鼓風機或升壓幫浦的幫浦裝置。

就用來使燃料氣體或氧氣等氣體上升至所希望之壓力的機器而言，有一種稱為升壓鼓風機或升壓幫浦的幫浦裝置已廣為人知。這種幫浦裝置是使用魯氏幫浦或隔膜幫浦等，在例如以下專利文獻1中，記載有一種燃料電池系統中被用來作為燃料氣體之升壓鼓風機的隔膜幫浦。

隔膜的材料一般是使用橡膠等彈性材料。因此，有時隔膜容易彈性變化，以致裝置的特性改變。因此，專利文獻2記載有一種為了使隔膜的特性穩定化而埋設有基布的隔膜。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2009-47084號公報專利文獻2：日本特開平10-132077號公報

專利文獻2中，隔膜的外周部在藉由沖壓鉚接時會受到夾壓而彈性變化，為了抑制過度的露出，埋設有基布。然而，隔膜幫浦中，隔膜是進行以下的往返運動。也就是，隔膜的周緣是支持在幫浦主體，但一部分是連接於驅動構 件，該驅動構件會因為驅動機構而運動，因而隔膜會進行伴隨伸展的一定的往返運動，使幫浦室的容積改變。亦即，當隔膜幫浦長時間運轉時，在隔膜之容易伸長的特定部位就會劣化、疲勞，並且可能發生局部性切斷的故障。

有鑑於如以上的情況，本發明之目的在於提供一種可使隔膜之性能穩定的幫浦裝置。

為了達成上述目的，本發明之一形態的幫浦裝置具有：主體、隔膜、及驅動部。

上述主體是形成用以將流體吸入、排出的幫浦室。

上述隔膜包含：基材、基布、及指標部。上述基材是由彈性材料所形成，且具有：與上述幫浦室在第1軸方向相對向的第1面；上述第1面之相反側的第2面；以及支持在上述主體的周緣區域。上述基布是埋設在上述基材，並且至少具有朝向與上述第1軸方向正交之第2軸方向延伸的第1纖維。上述指標部是設在上述基材，並且標示上述第2軸方向。

上述驅動部包含：驅動機構、以及具有與上述第2面連結之第1端部及與上述驅動機構連接之第2端部的驅動構件，上述驅動機構是一面使上述驅動構件朝上述第2軸方向搖動，一面使其在上述第1軸方向往返移動。

本發明之一實施形態的幫浦裝置具備：主體、隔膜、及驅動部。

上述主體是形成用來將流體吸入、排出的幫浦室。

上述隔膜包含：基材、基布、及指標部。上述基材是由彈性材料所形成，且具有：與上述幫浦室在第1軸方向相對向的第1面、上述第1面之相反側的第2面、以及支持在上述主體的周緣區域。上述基布是埋設在上述基材，並且至少具有朝向與上述第1軸方向正交之第2軸方向延伸的第1纖維。上述指標部是設在上述基材，並且標示上述第2軸方向。

上述驅動部包含：驅動機構、以及具有與上述第2面連結之第1端部及與上述驅動機構連接之第2端部的驅動構件，上述驅動機構是一面使上述驅動構件朝上述第2軸方向搖動，一面使其在上述第1軸方向往返移動。

在上述幫浦裝置中，隔膜具有由彈性材料所形成的基材，在基材埋設有基布(補強布)。隔膜是在將周緣區域支持於主體的狀態下，藉由所連結的驅動構件而進行往復運動。藉由該運動，隔膜會使幫浦室的容積產生週期性的變化，並交互地進行流體之往幫浦室的吸入以及流體從幫浦室的排出。

驅動構件的一端是連接於隔膜，另一端是連接於驅動機構。驅動機構是例如作為驅動源的電動機、以及從其驅動軸偏心的軸。驅動構件之驅動機構側的一端是藉由驅動機構，反覆進行第1軸方向的往返運動以及第2軸方向的搖動。與此連動，隔膜側的一端是在第1軸方向進行往返運動。因此，隔膜在容易伸長的方向，例如進行搖動的第 2軸方向會有容易劣化、切斷的問題。

上述幫浦裝置中，藉由將具有朝第2軸方向延伸之纖維的基布埋設在隔膜，即可提高第2軸方向的強度，使耐久性提升。而且，藉由將可管理第2軸方向之伸展的基布埋設在隔膜，隔膜的性能會穩定，而且幫浦室的容積變動也會穩定，因此可使幫浦的性能穩定。

而且，藉由設置用來標示第2軸方向的指標部，即可判別埋設在隔膜內的基布之纖維的延伸方向，在組裝幫浦裝置時，也較容易將上述隔膜以所希望的方向設置在幫浦主體。

上述驅動構件亦可復具有固定具，該固定具包含：與上述第1面相對向的支持面、以及形成在上述支持面，並且貫穿上述基材而與上述第1端部結合的軸部。又，上述指標部亦可形成在供上述軸部貫穿的開口部。

上述指標部亦可為形成上述開口部的一部分，並且相對於上述第2軸方向垂直或平行的直線部。

上述指標部亦可為在相對於上述第2軸方向垂直或平行的方向與上述開口部連接的缺口部。

由於隔膜的指標部是形成在上述開口部，因此要將隔膜設置在幫浦主體時，可一面確認所希望的方向一面進行作業。而且，指標部的形成亦可容易地進行。

以下，一面參照圖式，一面說明本發明之實施形態。

第1圖是本發明之一實施形態的幫浦裝置3之構造的剖面圖。本實施形態的幫浦裝置3是由隔膜幫浦所構成。 此外，第1圖中的Z軸(第1軸)係表示鉛直方向(重力方向)，X軸(第2軸)及Y軸係表示平面方向。

主體10具有：外殼11、幫浦壓頭12、以及幫浦壓頭蓋板13。

幫浦壓頭12具有吸入口101及送出口102，並且配置在環狀底座110的上表面。底座110是安裝在外殼11之上部的開口端部，並且與幫浦壓頭12一同夾住隔膜20的周緣部。幫浦壓頭12是在與隔膜20之間形成幫浦室100。

幫浦壓頭12分別具有：用來聯絡吸入口101與幫浦室100之間的吸入通路T1；以及用來連絡幫浦室100與送出口102之間的送出通路T2。幫浦室100可經由吸入通路T1及送出通路T2，分別與吸入口101及送出口102連通。在吸入通路T1及送出通路T2分別安裝有吸入閥103及送出閥104。

幫浦壓頭蓋板13是安裝在幫浦壓頭12的上部。吸入通路T1及送出通路T2是藉由將幫浦壓頭12及幫浦壓頭蓋板13予以組合而分別形成。外殼11、幫浦壓頭12及幫浦壓頭蓋板13是利用複數根螺絲構件B固定成一體。

外殼11是在主體10的內部形成用來收容連接桿32、軸承33、及偏心凸輪34的動作空間105。

第2圖(A)是顯示隔膜20的要部之剖面圖。此外，第2圖中也顯示出表示鉛直方向的Z軸、及表示水平方向的X軸及Y軸。隔膜20具有：本身具有上表面201及下表面203，並且由彈性材料所形成的基材200；以及埋設在基材 200的補強布202。上表面201及下表面203的周緣部是被夾在底座110與幫浦壓頭12之間。此外，第2圖(A)省略了底座110及幫浦壓頭12。

上表面201及下表面203是分別由合成橡膠所形成，例如可使用丁腈橡膠(NBR)、氫化丁腈橡膠(HNBR)、氟橡膠(FKM)等，對於甲烷或丙烷等的碳化氫氣體具有耐性的橡膠材料。補強布202是由例如尼龍(聚醯胺)等的合成纖維所形成。又，補強布202與上表面201、下表面203是藉由加硫接著等而一體化。

第2圖(B)是顯示隔膜20的要部之平面圖。此外，為了說明，第2圖(B)是去除基材200的一部分，使補強布202露出。補強布202包含與X軸平行的纖維群F1。再者，如圖所示，亦可包含與纖維群F1交叉的纖維群F2。

此外，補強布202雖係形成在隔膜20的整面，但是並不限定於此。補強布202的形狀並不限於圓形，亦可為例如相對於通過隔膜20之中心的X軸對稱的形狀。纖維群F1的長度也沒有特別的限定，只要是可使X軸方向之強度充分提高的長度即可。

隔膜20具有用來標示X軸方向的指標M。典型的指標M是可藉由視覺、觸覺等以人的五官來判別的樣態者，但除此以外，只要是可利用電氣、光學等的手法來判別X軸方向的樣態即可。又，設置有指標M的部位係只要是要將隔膜20設置在主體10時，作業員可判別指標M的部位即可，並無特別限定。在本實施形態的第2圖(B)中，指標M 是具有包含與X軸方向垂直之直線部L的「D」型形狀的開口部204。亦即，本實施形態中，作業員會辨識出與直線部L垂直的方向就是隔膜20的X軸方向。此外，並不限於該例，直線部L亦可形成為與X軸方向平行。

驅動部30具有：固定具31、連接桿32、軸承33、偏心凸輪34、及驅動源35。

連接桿32包含與隔膜20之下表面203相接的第1支持面，並且固定在下表面203的中央部。另一方面，固定具31具有：與上表面201相接的第2支持面、以及嵌合在隔膜20之開口部204的凸部310。凸部310亦可具有對應於開口部204之形狀的平面形狀。固定具31及連接桿32是安裝成從上下夾住隔膜20，並且經由例如螺絲320而一體化。藉此，固定具31、連接桿32便構成使隔膜20上下驅動的驅動構件300。此外，固定具31亦可不具有凸部310，而是使螺絲320嵌合在開口部204。

驅動源35是由具有沿著Y軸方向延伸的旋轉軸350的電動機等所構成。旋轉軸350的前端部是安裝在偏心凸輪34的旋轉中心。連接桿32之與第1支持面為相反側的端部是經由軸承33與偏心凸輪34的周面連結。偏心凸輪34是使其旋轉中心相對於軸承33的內環偏心地形成，其偏心量就是隔膜20的往返移動量(衝程量)。

第3圖是從Y軸方向觀看的隔膜幫浦3的要部剖面圖，且顯示驅動部30的典型動作。此外，此時的幫浦壓頭12的詳細與實際情況有所差異，但是為了容易理解，幫浦 壓頭12的構成是以與第1圖同樣的方式描繪。

當旋轉軸350藉由驅動源35而旋轉時，與偏心凸輪34連結的驅動構件300的一端會進行伴隨朝X軸方向之搖動的朝Z軸方向的往返運動。同時，與隔膜20連結的驅動構件300的一端會在Z軸方向往返運動，因此隔膜20也會在Z軸方向往返運動。

第3圖(A)是顯示旋轉軸350與偏心凸輪34的中心朝Z軸方向並排成一行，且幫浦室100之容積為最小的例子(排氣步驟)。第3圖(B)是顯示旋轉軸350與偏心凸輪34的中心朝X軸方向並排成一行，且驅動構件300傾斜並且朝Z軸方向下降的例子(吸氣步驟)。隔膜20也會與此連動而朝Z軸方向下降，比起第3圖(A)，幫浦室100的容積會變大。如此，隔膜20朝Z軸方向移動，幫浦室100的容積就會改變。而且，如第3圖(B)所示，當幫浦室100的容積變大時，吸入閥103會打開，同時送出閥104會關閉，藉此進行氣體的抽吸。另一方面，如第3圖(A)所示，當幫浦室100的容積變小時，吸入閥103會關閉，同時送出閥104會打開，藉此進行氣體的壓縮運送。

隔膜20係在容易伴隨以上的往返運動而伸展的部位，會產生疲勞或是劣化。第4圖(A)、(B)是分別對應於第3圖(A)、(B)的隔膜20之形狀的示意圖。第4圖是將隔膜20分成X1至X5之五個區域來說明。此外，X1、X5分別是支持於主體10的區域，X2、X4是會伴隨彈性變形的區域，X3是藉由驅動構件300之一端而支持的區域。區域 X1、X5是屬於隔膜20上共通的環狀區域，區域X2、X4也是屬於隔膜20上共通的環狀區域。

第4圖(A)中，X3相對於X1、X5是朝Z軸方向上升，且X2、X4間會伸展。第4圖(B)中，X3相對於X1、X5是朝Z軸方向下降，而且，X2、X4間會伸展，且在X2與X3之間還發生歪斜。這是因為如第3圖(B)所示，由於驅動構件300傾斜而施加有應力的緣故。如以上所述，隔膜20的X軸方向容易因為第3圖所示的運動而伸展。因此，藉由將包含朝X軸方向延伸之纖維群F1的補強布202埋設在隔膜20，隔膜20的強度會提高，且可使耐久性提升。又，藉由管理隔膜20的伸展，隔膜的性能就會穩定，而且幫浦室100的容積變動也會穩定，因此也可使幫浦的性能穩定。

就與X軸平行之纖維群F1延伸的布的織法例而言，可列舉第5圖所示的平織法。平織法是將直角方向的纖維群f2相對於平行排列的一群纖維群f1交互組合者。藉由使用這種平織的補強布202，X軸方向的強度會提高，且可使耐久性提升。又，各纖維間的距離、也就是織目的疏密度並沒有特別的限定，只要有充分的強度即可。

另一方面，典型的隔膜具有圓盤形狀，因此要將隔膜20設置在主體10時，有可能無法判別所埋設的補強布202之纖維的延伸方向。因此，藉由使用具有用來標示X軸方向的指標M的隔膜20，即可判別埋設在隔膜20的補強布20之纖維的延伸方向，而可容易地將隔膜20以所希望的方向設置在主體10。例如，要將具有本實施形態所說明之 直線部L之指標M的隔膜20設置在主體10時，只要將直線部L設置成與旋轉軸350之延伸方向(第1圖的Y軸方向)平行即可。再者，補強布202具有與纖維群F1正交的纖維群F2的情況時，亦可將直線部L設置成與旋轉軸350的延伸方向平行或垂直。

以上，已針對本發明之實施形態加以說明，但是本發明並不僅限於以上的實施形態，當然可在不脫離本發明之要旨的範圍內施加各種變更。

例如，以上之實施形態的指標M是具有與X軸方向垂直之直線部L的「D」型形狀的開口部204，但是亦可如第6圖所示，以形成有與X軸方向平行連接之缺口部R的開口部204作為指標M。缺口部R是只要可標示X軸方向，則其形狀就沒有特別的限制，例如亦可與X軸方向垂直連接。並且，所形成的部位是只要在開口部204內即可。

又，本發明之實施形態的幫浦裝置所使用的流體並不限於氣體，亦可為液體。

3‧‧‧幫浦裝置

10‧‧‧主體

11‧‧‧外殼

12‧‧‧幫浦壓頭

13‧‧‧幫浦壓頭蓋板

20‧‧‧隔膜

30‧‧‧驅動部

31‧‧‧固定具

32‧‧‧連接桿

33‧‧‧軸承

34‧‧‧偏心凸輪

35‧‧‧驅動源

100‧‧‧幫浦室

101‧‧‧吸入口

102‧‧‧送出口

103‧‧‧吸入閥

104‧‧‧送出閥

105‧‧‧動作空間

110‧‧‧底座

200‧‧‧基材

201‧‧‧上表面

202‧‧‧補強布

203‧‧‧下表面

204‧‧‧開口部

300‧‧‧驅動構件

310‧‧‧凸部

320‧‧‧螺絲

350‧‧‧旋轉軸

B‧‧‧螺絲構件

f1、f2‧‧‧纖維群

F1、F2‧‧‧纖維群

L‧‧‧直線部

M‧‧‧指標

R‧‧‧缺口部

T1‧‧‧吸入通路

T2‧‧‧送出通路

第1圖是顯示本發明之一實施形態的幫浦裝置之構成的剖面圖。

第2圖是顯示隔膜的要部構成之圖，(A)是剖面圖，(B)是平面圖。

第3圖是用來說明本發明實施形態的隔膜幫浦之作用的要部剖面圖。

第4圖是用來說明分別對應於第3圖(A)、(B)的隔膜 之狀態的要部剖面圖。

第5圖是平織布之一例的說明圖。

第6圖是顯示本發明之其他實施形態所使用的指標部之形狀的隔膜的平面圖。

20‧‧‧隔膜

200‧‧‧基材

201‧‧‧上表面

202‧‧‧補強布

203‧‧‧下表面

204‧‧‧開口部

F1、F2‧‧‧纖維群

L‧‧‧直線部

M‧‧‧指標

Claims (5)

1. 一種幫浦裝置，係包括：主體，形成有用來將流體吸入、排出的幫浦室；隔膜，包含基材、基布及指標部，該基材係具有與前述幫浦室在第1軸方向相對向的第1面、前述第1面之相反側的第2面、以及支持在前述主體的周緣區域，且由彈性材料所形成；基布係埋設在前述基材，並且至少具有朝向與前述第1軸方向正交之第2軸方向延伸的第1纖維；指標部係設在前述基材，並且標示前述第2軸方向；以及驅動部，包含驅動機構、以及具有與前述第2面連結之第1端部及與前述驅動機構連接之第2端部的驅動構件，前述驅動機構係一面使前述驅動構件朝前述第2軸方向搖動，一面使其在前述第1軸方向往返移動；前述指標部是形成在貫穿前述基材而形成的開口部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之幫浦裝置，其中，前述驅動構件復具有固定具，該固定具包含：與前述第1面相對向的支持面、以及形成在前述支持面並且貫穿前述開口部而與前述第1端部結合的軸部。
3. 如申請專利範圍第1項所述之幫浦裝置，其中，前述指標部是形成前述開口部的一部分，並且相對於前述第2軸方向垂直或平行的直線部。
4. 如申請專利範圍第1項所述之幫浦裝置，其中， 前述指標部是在相對於前述第2軸方向垂直或平行的方向與前述開口部連接的缺口部。
5. 如申請專利範圍1項所述之幫浦裝置，其中，前述基布復具有：在前述第1面內朝向與前述第2軸方向交叉之第3軸方向延伸的第2纖維。