JP2008101545A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 噛み込んだ固形物質をすぐに排出することで、長期に亘ってシール性を確保することができるポンプを提供する。
【解決手段】 ポンプ作用室７ｃと、ポンプ作用室に開口する流出入ポート２２と、ポンプ作用室内で往復動するプランジャ９と、プランジャ外周に洗浄液を供給するための洗浄空間１８ａとを備え、プランジャがｘ方向に摺動したとき、ポンプ作用室内に流体を吸入し、プランジャがｙ方向に摺動したとき、ポンプ作用室内の流体を吐出するポンプ装置において、ポンプ作用室と洗浄空間との間にはシール部材２３を設け、プランジャが流体を吐出するとき、ポンプ作用室の高圧が作用してポンプ作用室と洗浄空間とを遮断し、プランジャが流体を吸入するとき、ポンプ作用室の負圧が作用して洗浄空間からポンプ作用室への洗浄液の流通を許容する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、特に固形物質が含有される流体に有効なポンプ装置に関する。

この種のポンプ装置として、特許文献１に示すものが従来知られているが、この従来のポンプ装置について図３を用いて説明する。
図３に示すように、シリンダ１０１には、ポンプ作用室１０２と、このポンプ作用室１０２に開口する流出入ポート１０３とを設けている。上記シリンダ１０１内には、プランジャ１０４を軸方向に往復移動可能に設けるとともに、このプランジャ１０４の外周をシールするシール１０５を設けて、シリンダ１０１内を上記ポンプ作用室１０２と洗浄空間１０６とに区画している。
そして、洗浄空間１０６には循環通路１０７を連通させるとともに、洗浄液供給手段１０８によって、洗浄空間１０６内に洗浄液を循環させている。

上記の構成からなるポンプ装置によれば、プランジャ１０４を図中右側の吸入方向に摺動させると、ポンプ作用室１０２内が負圧となって流出入ポート１０３から流体が吸入される。一方、ポンプ作用室１０２内に流体が吸入された状態で、プランジャ１０４を図中左側の吐出方向に摺動させると、ポンプ作用室１０２内が高圧となって、ポンプ作用室１０２内の流体が流出入ポート１０３から吐出する。したがって、プランジャ１０４を往復移動させれば、流出入ポート１０３から流体を吸入したり、あるいは吐出したりすることができる。

また、プランジャ１０４は、流体を吸入および吐出する際に、ポンプ作用室１０２と洗浄空間１０６とに亘って往復移動することになる。上記したように、洗浄空間１０６内には、洗浄液が循環しているため、プランジャ１０４が洗浄空間１０６に進入すると、循環する洗浄液によってプランジャ１０４の外周が洗浄される。
したがって、例えば、ポンプ装置がスラリーを吐出する場合には、ポンプ作用室１０２内でプランジャ１０４外周に固形物質が付着することになるが、固形物質が付着したとしても、往復動する過程でプランジャ１０４外周の固形物質を除去することができる。
そして、このように往復動する過程で常にプランジャ１０４外周を洗浄すれば、プランジャ１０４に固形物質がこびり付いて取れなくなってしまうこともない。
特開２００１−２４１３８５号公報

上記従来のポンプ装置によれば、洗浄空間１０６でプランジャ１０４外周を洗浄することはできるが、シール１０５の摺動接触部分にいったん噛み込んだ固形物質までも除去することはできない。
つまり、プランジャ１０４が、ポンプ作用室１０２側から図中右側の吸入方向に移動すると、スラリー中の固形物質が、プランジャ１０４の移動に伴って、どうしてもシール１０５内に噛み込んでしまう。
これに対して、プランジャ１０４を図中左側の吐出方向に移動させる場合には、ポンプ作用室１０２内が高圧になっているため、シール１０５の摺動接触部分に噛み込んだ固形物質が、プランジャ１０４とともにポンプ作用室１０２側になかなか排出されない。

このように、シール１０５の摺動接触部分に固形物質が一度噛み込んでしまうと、当該固形物質がなかなか排出されなくなってしまい、プランジャ１０４やシール１０５が傷ついてシール性が悪化したり、あるいはシールの摩耗劣化が早くなってしまったりするという問題があった。

この発明の目的は、シールに固形物質が噛み込んでも、当該固形物質をすぐに排出することで、長期に亘ってシール性を確保することができるポンプ装置を提供することである。

第１の発明は、シリンダに形成したポンプ作用室と、このポンプ作用室に開口する流出入ポートと、上記ポンプ作用室内で往復動するプランジャと、上記ポンプ作用室に隣接して設けるとともに上記プランジャ外周に洗浄液を供給するための洗浄空間とを備え、上記プランジャが吸入方向に摺動したとき、流出入ポートからポンプ作用室内に流体を吸入する一方、上記プランジャが吐出方向に摺動したとき、ポンプ作用室内の流体を流出入ポートから吐出するポンプ装置において、上記ポンプ作用室と洗浄空間との間には、プランジャ外周をシールするシール部材を設けるとともに、このシール部材は、上記プランジャが流体を吐出するとき、ポンプ作用室の高圧が作用してポンプ作用室と洗浄空間とを遮断する一方、プランジャが流体を吸入するとき、ポンプ作用室の負圧が作用して洗浄空間からポンプ作用室への洗浄液の流通を許容する点に特徴を有する。

第２の発明は、プランジャ外周には補助シール部材を設けるとともに、この補助シール部材と上記シール部材との間に洗浄空間を位置させた点に特徴を有する。
第３の発明は、洗浄空間と洗浄液タンクとの間に連通開度を調整する可変絞りを介在させ、この可変絞りを制御して洗浄空間からポンプ作用室へ流通する洗浄液の流量を調整可能にした点に特徴を有する。

第１の発明によれば、シール部材は、プランジャが流体を吐出するとき、ポンプ作用室と洗浄空間とを遮断し、プランジャが流体を吸入するとき、ポンプ作用室と洗浄空間とを連通させる。したがって、流体の吐出時にはポンプ作用室を高圧に保って、流出入ポートから確実に流体を吐出することができ、流体の吸入時には洗浄空間からポンプ作用室へ洗浄液が流通し、シール部材の摺動接触部を洗浄することができる。
このように、流体の吸入時に洗浄空間からポンプ作用室へ洗浄液を流通させるので、シール部材に固形物質が噛み込んだとしても、当該固形物質を確実に排出することができ、シール性を確保することができる。
また、固形物質の噛み込みによるシールの摩耗劣化を低減して、シール性を長期に亘って確保することができる。
しかも、洗浄空間に供給する洗浄液によって、プランジャを冷却することもできるので、プランジャが高温になって、シールが変形するおそれがない。

第２の発明によれば、シール部材と補助シール部材との間に洗浄空間を位置させたので、流体吸入時に、洗浄液を確実にポンプ作用室側へ導くことができる。
また、補助シール部材を設けたので、洗浄液の供給圧を高めてもシール部材以外の場所から洗浄液が漏れない。したがって、シール部材に噛み込んだ固形物質を取り除くために、洗浄液の供給圧を高めれば、当該固形物質を確実にポンプ作用室へ導くことができる。

第３の発明によれば、洗浄空間と洗浄液タンクとの間に可変絞りを設けたので、ポンプ作用室側へ導く洗浄液の流量を調整することができる。したがって、流出入ポートから吸入および吐出する流体が、固形物質をほとんど含んでいない場合、すなわち、シール部材を洗浄する必要がない場合には、可変絞りの開度を大きくして、ポンプ作用室側へ導く洗浄液の流量を減らすことができる。
また、流出入ポートから吸入および吐出する流体が、固形物質を多く含んでいる場合には、可変絞りの開度を小さくして、ポンプ作用室側へ排出される洗浄液の流量を増やし、固形物質がシール部材に噛み込むのを確実に防ぐことができる。

図１，２を用いて、この発明の実施形態について説明する。
この発明のポンプ装置は、機械装置全般に広く用いることができるが、特に固形物質を含有するスラリーが流通する機械装置においてその機能を発揮するものである。したがって、この実施形態では、スラリーが流通する湿式酸化装置にこの発明のポンプを用いた場合について説明することとする。

図１は、湿式酸化装置の簡略的な回路図であるが、まず、この図を用いて湿式酸化装置について説明する。貯留槽１は、焼酎粕等の有機物と水とを混合したスラリーを貯留するタンクであり、フィードポンプ２によって、この貯留槽１に貯留されたスラリーを原料タンク３に供給している。この原料タンク３には、モータＭによって駆動する攪拌手段４を設け、固形物質が沈殿しないように掻き混ぜるようにしている。
原料タンク３で攪拌されたスラリーは、通路５，６を介して反応機構Ａに供給されるが、原料タンク３から反応機構Ａへスラリーを供給するのがポンプ装置ＰＰである。

このポンプ装置ＰＰは複動シリンダ型のポンプであり、シリンダ７内に形成した一対の圧力室７ａ，７ｂ、および、圧力室７ａ，７ｂの外側において隣接するとともにシリンダ７内に形成した一対のポンプ作用室７ｃ，７ｄを備えてなる。上記一対の圧力室７ａ，７ｂは、シリンダ内に摺動自在に設けたピストン８によって区画形成される。
上記ピストン８には、その両端にプランジャ９を設けるとともに、このプランジャ９を圧力室７ａ，７ｂから突出させて、その先端を、上記一対のポンプ作用室７ｃ，７ｄ内に臨ませている。

上記圧力室７ａ，７ｂには、コントロールバルブ１０を介して油圧ポンプＰを接続し、この油圧ポンプＰから吐出する作動油を、圧力室７ａ，７ｂのいずれか一方の室に導くとともに、いずれか他方の室からの戻り油をタンクＴに導くようにしている。
したがって、コントロールバルブ１０を切り換えれば、油圧ポンプＰから圧力室７ａ，７ｂに導かれる作動油によってピストン８が摺動するとともに、このピストン８と一体的にプランジャ９が摺動する。なお、上記コントロールバルブ１０は、図示しないコントローラによって連続的に切り換わるようにしており、圧力室７ａ，７ｂに交互に作動油が導かれて、ピストン８およびプランジャ９を連続的に往復動させるようにしている。

そして、プランジャ９が一対のポンプ作用室７ｃ，７ｄ内で往復動すると、ポンプ作用室７ｃ，７ｄにおいて吸入工程と吐出工程とが繰り返し行われる。つまり、プランジャ９が図中下方に移動すると、原料タンク３からチェック弁Ｃ_１を介してスラリーがポンプ作用室７ｃに吸入される。一方、プランジャ９が図中上方に移動すると、ポンプ作用室７ｃに吸入されたスラリーが、再び通路５に吐出されるとともに、チェック弁Ｃ_２を押し開いて後述する反応機構Ａに導かれる。また、ポンプ作用室７ｃにおいてスラリーの吸入、吐出がされると同時に、ポンプ作用室７ｄにおいても、通路６およびチェック弁Ｃ_３、Ｃ_４を介して上記ポンプ作用室７ｃと同様の吸入、吐出が連続的に行われる。ただし、ポンプ装置ＰＰの構成上、ポンプ作用室７ｃが吸入工程にあるときには、ポンプ作用室７ｄが吐出工程にあり、ポンプ作用室７ｃが吐出工程にあるときには、ポンプ作用室７ｄが吸入工程にある。したがって、ポンプ装置ＰＰ全体で見れば、吸入工程および吐出工程の双方が連続的に行われていることになる。
なお、ポンプ装置ＰＰの具体的な構成については、後述することとする。

上記ポンプ装置ＰＰから吐出されたスラリーは、反応機構Ａに導かれるとともに、この反応機構Ａにおいてスラリー中の有機物が酸化処理される。反応機構Ａは、第１反応塔１１〜第３反応塔１３を直列に接続しており、ポンプ装置ＰＰから吐出されたスラリーが、各反応塔１１〜１３を順次通過するようにしている。また、上記各反応塔１１〜１３にはエア供給手段１４を接続し、スラリーとともに所定の温度に調節されたエアまたは酸素等からなる酸素含有ガスを供給している。そして、このエア等が各反応塔１１〜１３内でスラリー中の有機物に接触するとともに、当該有機物を化学反応させて酸化処理するのである。
上記のように反応機構Ａにおいて酸化処理されたスラリーは、処理流体として第３反応塔１３から排出手段１５を介して気液分離器１６に導かれ、この気液分離器１６において水と二酸化炭素とに分離される。

次に、図２を用いて、この発明のポンプ装置ＰＰの具体的な構成について説明する。
このポンプ装置ＰＰは、上記したようにピストン８によってシリンダ７内を一対の圧力室７ａ，７ｂに区画するとともに、これら圧力室７ａ，７ｂに隣接した一対のポンプ作用室７ｃ，７ｄを備えている。
上記ピストン８にはプランジャ９が一体的に設けられており、このプランジャ９を、圧力室７ａ，７ｂから突出させて、上記ポンプ作用室７ｃ，７ｄに臨ませている。
なお、ポンプ作用室７ｃ，７ｄはどちらも同一の構成であるため、以下では一方のポンプ作用室７ｃについて説明する。

ポンプ作用室７ｃには、ベアリング１７を設けるとともに、このベアリング１７によってプランジャ９を摺動自在に支持している。
また、上記ポンプ作用室７ｃには洗浄室区画部材１８を設けるとともに、この洗浄室区画部材１８にプランジャ９を貫通させている。そして、上記洗浄室区画部材１８には、洗浄空間１８ａを形成するとともに、この洗浄空間１８ａをプランジャ９が貫通するようにしている。
上記洗浄空間１８ａは、洗浄通路１９を介して洗浄液供給手段２０に接続するとともに、この洗浄液供給手段２０から洗浄空間１８ａに洗浄液を供給している。そして、洗浄空間１８ａと洗浄液タンクｔとの連通過程には可変絞り２１を接続し、洗浄空間１８ａと洗浄液タンクｔとの連通開度を調整するようにしている。したがって、この可変絞り２１を調節すれば、洗浄空間１８ａに供給される洗浄液を、流量制御しながら洗浄液タンクｔに排出することができる。

また、上記ポンプ作用室７ｃ，７ｄには流出入ポート２２を形成している。この流出入ポート２２は、上記湿式酸化装置の通路５，６を接続する部分であり、この流出入ポート２２を介して通路５，６からスラリーを吸入したり、通路５，６にスラリーを吐出したりする。
そして、この流出入ポート２２と上記洗浄空間１８ａ（洗浄室区画部材１８）との間には、Ｕパッキンまたはリップシールからなるシール部材２３を設けている。このシール部材２３は、プランジャ９の外周をシールするものであるが、流出入ポート２２側が高圧となった場合にその高圧の作用を受けてそのリップ部が押し開かれてシール機能を発揮し、ポンプ作用室７ｃ，７ｄと洗浄空間１８ａとの連通を遮断する。しかし、ポンプ作用室７ｃ，７ｄよりも洗浄空間１８ａの方が相対的に高圧になったときには、シール部材２３はシール機能を発揮しない。言い換えれば、洗浄空間１８ａ側が相対的に高圧になったときには、洗浄空間１８ａからポンプ作用室７ｃ，７ｄへの流体の流通を許容することになる。
また、プランジャ９の外周をシールするために、補助シール部材２４を設けているが、この補助シール部材２４と、上記シール部材２３との間に洗浄空間１８ａが位置するようにしている。
なお、図中符号２５はポンプ作用室７ｃ,７ｄに設けたスペーサー、２６，２７は圧力室７ａ，７ｂと油圧ポンプＰあるいはタンクＴとを連通する孔である。

次に、上記の構成からなるポンプ装置ＰＰの作用について説明する。
いま、コントロールバルブ１０を切り換えて、油圧ポンプＰから圧力室７ａに作動油を供給したとする。すると、この作動油によってピストン８およびプランジャ９が、ポンプ作用室７ｃにおける吸入方向（図中ｘ方向）に摺動する。ポンプ作用室７ｃにおいてプランジャ９が図中ｘ方向に摺動すると、ポンプ作用室７ｃが負圧となって、通路５からポンプ作用室７ｃ内にスラリーが吸入される。
この状態で、再びコントロールバルブ１０を切り換えて、圧力室７ｂに作動油を供給すると、ピストン８およびプランジャ９が、ポンプ作用室７ｃにおける吐出方向（図中ｙ方向）に摺動する。ポンプ作用室７ｃにおいてプランジャ９が図中ｙ方向に摺動すると、ポンプ作用室７ｃおよび流出入ポート２２が高圧となって、ポンプ作用室７ｃ内のスラリーが通路５に吐出される。

このとき、洗浄空間１８ａには洗浄液供給手段２０から洗浄液が供給されており、プランジャ９が往復動することによって、洗浄空間１８ａに臨むプランジャ９外周部分が洗浄される。
また、プランジャ９が図中ｙ方向に摺動すると、ポンプ作用室７ｃが高圧となる。すると、この高圧がシール部材２３に作用するとともに、シール部材２３のリップ部がプランジャ９外周に密着するように押し開かれて、洗浄空間１８ａと流出入ポート２２とが遮断される。
したがって、ポンプ作用室７ｃ内のスラリーが洗浄空間１８ａに浸入することなく、確実に流出入ポート２２から吐出される。

一方、プランジャ９が図中ｘ方向に摺動すると、ポンプ作用室７ｃが負圧となる。すると、シール部材２３に負圧が作用するので、シール部材２３がシール機能を発揮しなくなり、洗浄空間１８ａと流出入ポート２２とが連通することになる。したがって、ポンプ作用室７ｃにスラリーを吸入する際には、洗浄空間１８ａから流出入ポート２２へ洗浄液が流通する。
このように、スラリーを吸入する際に、洗浄空間１８ａからポンプ作用室７ｃへ洗浄液が流通すれば、シール部材２３に固形物質が噛み込まれたとしても、その固形物質をポンプ作用室７ｃ側に洗い流すことができる。したがって、シール部材２３に、たとえ固形物が噛み込まれたとしても、そのシール性が損なわれたりしない。

なお、洗浄液供給手段２０から供給する洗浄液の量および圧力は適宜決定すればよい。例えば、供給量を多くするとともに供給圧を高めれば、より多くの洗浄液をポンプ作用室７ｃ側へ導くことができ、噛み込んだ固形物質を確実に洗い流すことができる。しかも、洗浄空間１８ａは、補助シール部材２４によってシールされているので、洗浄空間１８ａから圧力室７ａ，７ｂ側に洗浄液が漏れることはない。
また、洗浄空間１８ａに可変絞り２１を設けたので、洗浄空間１８ａから洗浄液タンクｔへ排出される洗浄液の排出量を調節することができる。したがって、上記可変絞り２１を制御することで、洗浄空間１８ａからポンプ作用室７ｃへ導く洗浄液の流量を調整することができる。

例えば、流出入ポート２２から吸入および吐出する流体が、固形物質をほとんど含有しない場合には、シール部材２３を洗浄する必要がほとんどないので、可変絞り２１の開度を大きくして、洗浄空間１８ａから直接洗浄液タンクｔに洗浄液を戻すようにしてもよい。このようにすれば、ポンプ作用室７ｃへ導く洗浄液の流量を減らすことができる。
一方、流出入ポート２２から吸入および吐出する流体が、固形物質を多く含有する場合には、可変絞り２１の開度を小さくして、ポンプ作用室７ｃへ導く洗浄液の流量を増やせば、固形物質がシール部材２３に噛み込むのを確実に防ぐことができる。

なお、上記実施形態においては、ポンプ作用室７ｃについて説明したが、ポンプ作用室７ｄにおいても全く同様の効果を得ることができること当然である。ただし、上記実施形態では、一対のポンプ作用室７ｃ，７ｄを有するとともに、吸入および吐出を連続的に行う複動型のポンプを用いて説明したが、この発明は複動型のポンプに限らない。
また、シール部材２３は、Ｕパッキンまたはリップシールで構成しているが、補助シール部材２４は、上記Ｕパッキン等に限らず、シール機能を発揮するものであれば、特にその構造等限定されるものではない。

この発明のポンプを用いた湿式酸化装置の簡略図である。 この発明のポンプを示す図である。 従来のポンプ装置を示す図である。

符号の説明

７ｃ，７ｄ ポンプ作用室
９ プランジャ
１８ａ 洗浄空間
２１ 可変絞り
２２ 流出入ポート
２３ シール部材
２４ 補助シール部材
ｘ 吸入方向
ｙ 吐出方向
ＰＰ この発明のポンプであるポンプ装置

Claims (3)

1. シリンダに形成したポンプ作用室と、このポンプ作用室に開口する流出入ポートと、上記ポンプ作用室内で往復動するプランジャと、上記ポンプ作用室に隣接して設けるとともに上記プランジャ外周に洗浄液を供給するための洗浄空間とを備え、上記プランジャが吸入方向に摺動したとき、流出入ポートからポンプ作用室内に流体を吸入する一方、上記プランジャが吐出方向に摺動したとき、ポンプ作用室内の流体を流出入ポートから吐出するポンプ装置において、上記ポンプ作用室と洗浄空間との間には、プランジャ外周をシールするシール部材を設けるとともに、このシール部材は、上記プランジャが流体を吐出するとき、ポンプ作用室の高圧が作用してポンプ作用室と洗浄空間とを遮断する一方、プランジャが流体を吸入するとき、ポンプ作用室の負圧が作用して洗浄空間からポンプ作用室への洗浄液の流通を許容する構成にしたポンプ装置。
2. プランジャ外周には補助シール部材を設けるとともに、この補助シール部材と上記シール部材との間に洗浄空間を位置させた請求項１記載のポンプ装置。
3. 上記洗浄空間と洗浄液タンクとの間に連通開度を調整する可変絞りを介在させ、この可変絞りを制御して洗浄空間からポンプ作用室へ流通する洗浄液の流量を調整可能にした請求項１記載のポンプ装置。

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