(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のポンプを使用して貯留タンク(12)中の流体を送り出すポンプシステムにおいて、
前記貯留タンク(12)から導出した第１管体(42)に接続して、該タンク(12)からの流体の送り出しを行なう送出用ギアポンプ(20)と、
前記貯留タンク(12)から導出した第２管体(48)に接続すると共に、前記送出用ギアポンプ(20)の吐出口(29)に接続するバイパス管(44)に吸込口(38)を接続させて、該送出用ギアポンプ(20)からの流体を該貯留タンク(12)へ送り戻す送戻用ギアポンプ(30)と、
前記バイパス管(44)から分岐して外部の流体機器に接続され、該流体機器に必要量の流体を供給する第３管体(46)と、
前記バイパス管(44)と第３管体(46)との分岐部(49)に設けられ、前記送出用ギアポンプ(20)から送り出した流体を一時的に貯留可能な所要の大きさの貯留部(50)とを備え、
前記送出用ギアポンプ(20)を用いて前記貯留タンク(12)からバイパス管(44)へ流体を圧力下に送出させて前記貯留部(50)に一時貯留し、該貯留部(50)に一時貯留された流体から前記第３管体(46)へ送出に必要な量を差し引いた量の流体を前記送戻用ギアポンプ(30)を介して該貯留タンク(12)に送り戻すことで、少量の流体を安定状態で前記流体機器へ供給し得るよう構成した
ことを特徴とするポンプシステム。
【請求項２】
前記第３管体(46)の内径は、前記バイパス管(44)の内径より小さく設定される請求項１記載のポンプシステム。
【請求項３】
前記流体の粘度は、１００Ｐａ・ｓ以下である請求項１または２記載のポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ポンプシステムに関し、更に詳しくは、複数のギアポンプを使用することで、低流量での流体供給を安定的に行ない得るポンプシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように各種製品の製造ラインにおいては、流体である原料を貯留してある貯留タンクから混合装置その他各種流体機器に供給する手段として、各種ポンプが使用されている。殊に所定量の流体を安定的かつ所定圧力下に連続供給するポンプとして、複数のギアを噛合させることで流体を送出する、所謂ギアポンプが好適に使用されている。
【０００３】
前記流体を安定的に、かつ所定圧力下に連続供給する必要があるものとして、例えばポリーオール、ポリイソシアネート、触媒、架橋剤および整泡剤等の各種流体を混合してポリウレタンを得る製造装置が挙げられる。この製造装置は、基本的に図４に示すように、ポリーオール、ポリイソシアネート、触媒、架橋剤および整泡剤等の貯留した貯留タンク１２から、送出用ギアポンプ２０により流体をミキサ等に対して送出するポンプシステム１０を多数備えている。このような多数の化学原料流体を混合させて化学反応により生成物を得る場合、該化学原料流体の量的なバランスが該生成物の各種物性および収率に対して多大な影響を与えることが知られている。このため前記送出用ギアポンプ２０としては、前述した特徴を有するギアポンプが好適である。また前記ギアポンプは、その構成が簡単でかつ安価であるという利点も有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前述したポリウレタンの原料流体の一つであるポリイソシアネート等のように腐食性が強い物質の場合、前記送出用ギアポンプ２０の各稼働部分を密閉して稼働時に原料流体が漏出するのを防止するためのシール材が腐食され、例えば原料流体中に異物が混入する問題等が発生し得るので、通常シール材の配設されていないノンシールタイプのギヤポンプ(以下ノンシールギヤポンプと云う)が使用されている。ところがこのノンシールギアポンプ６０は、図５に示す如く、噛合し合うことで原料流体を圧送する複数の歯車６４同士や、この歯車６４の駆動用の回転軸６６や、本体ケース６２といった稼働部材同士を、その構造上非接触とする必要があり、このため該歯車６４間、該歯車６４と回転軸６６との間、該歯車６４と本体ケース６２との間等といった稼働部材間に、僅かな隙間６８ができてしまっていた。
【０００５】
前記流体の粘度が高い場合や、粘度が低い場合であっても前記歯車６４回転速度が速い場合には、前述した隙間６８から該流体が漏出する畏れは殆ど考えられない。または漏出があったとしても、その量は一定的であり、その結果として安定的な送出が可能となる。しかし前記流体の粘度が低く、かつ前記歯車６４の回転速度が遅く送出量が少ない場合には、該歯車６４が圧送される流体量に対する漏出してしまう流体量の比率が高くなったり、漏出流体量の変動幅が大きくなり、結果として安定した流量で該流体を送出し得なくなってしまう。すなわち前述したポリウレタンの製造においては、各原料流体間の量的バランスが安定せず、得られる生成物の各種物性および収率が大きく変動し、該生成物の歩留まりおよび品質等が大きく悪化してしまう欠点が指摘される。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、前記従来の技術に内在している前記欠点に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、複数のポンプを使用することで、少量の流体を安定的に送出し得るポンプシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係るポンプシステムは、複数のポンプを使用して貯留タンク中の流体を送り出すポンプシステムにおいて、
前記貯留タンクから導出した第１管体に接続して、該タンクからの流体の送り出しを行なう送出用ギアポンプと、
前記貯留タンクから導出した第２管体に接続すると共に、前記送出用ギアポンプの吐出口に接続するバイパス管に吸込口を接続させて、該送出用ギアポンプからの流体を該貯留タンクへ送り戻す送戻用ギアポンプと、
前記バイパス管から分岐して外部の流体機器に接続され、該流体機器に必要量の流体を供給する第３管体と、
前記バイパス管と第３管体との分岐部に設けられ、前記送出用ギアポンプから送り出した流体を一時的に貯留可能な所要の大きさの貯留部とを備え、
前記送出用ギアポンプを用いて前記貯留タンクからバイパス管へ流体を圧力下に送出させて前記貯留部に一時貯留し、該貯留部に一時貯留された流体から前記第３管体へ送出に必要な量を差し引いた量の流体を前記送戻用ギアポンプを介して該貯留タンクに送り戻すことで、少量の流体を安定状態で前記流体機器へ供給し得るよう構成したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るポンプシステムについて、好適な実施例および参考例を挙げて、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。本願の発明者は、低流量での使用においてその送出量変動し易く不安定なギアポンプを、該ギアポンプの吐出を安定的に行ない得る状態、すなわち所定以上の吐出量として複数使用し、必要とされる安定的かつ最終的な送出を、送出用ギアポンプおよび送戻用ギアポンプの夫々の送出の差により実現し得ることを知見したものである。なお以下の説明において、全ての原料は流体である。
【０００９】
(参考例)
図１および図２は、参考例に係るポンプシステムを示している。参考例のポンプシステム１０は、図１に示すように、例えばポリウレタンの製造装置に好適に使用されるものであり、イソシアネート等の原料を貯留する貯留タンク１２と、送出用ギアポンプ２０および送戻用ギアポンプ３０と、これら各構成機器１２,２０,３０を連結する所要径のパイプ等からなる第１管体４２、バイパス管４４、第３管体４６および第２管体４８とから基本的に構成されている。
【００１０】
前記送出用ギアポンプ２０および送戻用ギアポンプ３０は、腐食性を有するイソシアネート等の前記ポリウレタン原料を取り扱い得るノンシールギアポンプで構成されている。前記送出用ギアポンプ２０および送戻用ギアポンプ３０の概略構造は基本的に同一であるので、以下に該送出用ギアポンプ２０(括弧内に送戻用ギアポンプ３０の参照番号も合わせて附す)を用いて説明する。
【００１１】
前記送出用ギアポンプ２０(３０)は、図２に示す如く、同径の駆動軸２６(３６)および従動軸２７(３７)により回転可能に軸支された駆動歯車２４(３４)および従動歯車２５(３５)が、互いに噛み合った状態で本体ケース２２(３２)内に配置されている。また前記両歯車２４(３４)および２５(３５)の大きさは、該歯車２４(３４)および２５(３５)における歯先端部２４ａ(３４ａ)および２５ａ(３５ａ)が、前記本体ケース２２(３２)の内壁２２ａ(３２ａ)に対して、摺動等して回転運動を阻害しない範囲で極力近接する大きさに設定されている。なお前記送出用ギアポンプ２０(３０)内で原料と接触する箇所、例えば駆動歯車２４(３４)と駆動軸２６(３６)との間や、従動歯車２５(３５)と従動軸２７(３７)との間等についても同様に、シール材を付与せず各部材間を略密着状態として気密性を確保する構成となっている。
【００１２】
ここで前記駆動歯車２４(３４)の駆動軸２６(３６)は、前記本体ケース２２(３２)の側面に穿設された通孔を貫通して外方に延出し、電動機等の回転駆動源に連結されている(図示せず)。そして前記駆動歯車２４(３４)は、回転駆動源の回転力が前記駆動軸２６(３６)を介して伝達されることで回転し、この回転運動に連動して前記従動歯車２５(３５)が該駆動歯車２４(３４)の回転方向と逆方向に回転する。この連動的な回転運動により、前記駆動歯車２４(３４)および従動歯車２５(３４)は、そして前記本体ケース２２(３２)において、前記駆動歯車２４(３４)および従動歯車２５(３５)が噛合して回転することで生じる吸引力により吸込口２８(３８)から原料が吸引され、吐出口２９(３９)から吐出される。
【００１３】
そして前記送出用ギアポンプ２０における吸込口２８と、前記貯留タンク１２とは第１管体４２で接続され、該送出用ギアポンプ２０における吐出口２９には、前記送戻用ギアポンプ３０に原料を圧送するバイパス管４４に接続されている。そしてこのバイパス管４４は経路途中で二股に分岐する分岐部４９が設けられ、一方がミキサー等の各種流体機器の原料の最終供給先に、他方が前記送戻用ギアポンプ３０の吸込口３８に夫々接続している。そして前記送戻用ギアポンプ３０の吐出口３９は、第２管体４８を介して前記貯留タンク１２に接続されている。
【００１４】
前記第１管体４２、バイパス管４４、第３管体４６および第２管体４８については、前述の通り所要径のパイプ等が使用されるが、夫々の内径については流される単位時間当りの流量等に合わせて適宜設定される。例えば前記第１管体４２はバイパス管４４より大きく、該バイパス管４４は第３管体４６より大きく設定される。この内径の設定により、最終供給先に対する原料の供給をより良好に行なえる。参考例においては、第１管体４２、バイパス管４４、第３管体４６および第２管体４８の内径は、夫々φ８、φ６、φ４およびφ４に設定されている。
【００１５】
なお通常の使用に供される市販のギアポンプの場合、サクション(吸込)側は圧力が低くまた吐出側は圧力が高くなるため、このような状態に対応すべく該吐出側にはシール等の圧力対策がなされ、反対に該サクション側には何ら圧力対策はなされていない。従って参考例に係るポンプシステム１０において、前記送戻用ギアポンプ３０として市販ギアポンプを流用する場合には、吸込口３８に圧力が掛かっているバイパス管４４が接続されていることを考え、前述の点を考慮して取り付け方向を逆に、すなわち通常使用における吸込側を吐出側に、吐出側を吸込側とすると共に、該送戻用ギアポンプ３０を逆回転させて対応する必要がある。
【００１６】
次に、前述のように構成された参考例に係るポンプシステムの作用について説明する。なお前記ポンプシステムには、運転に必要な原料が既に前記貯留タンク１２内に充分貯留され、前記送出用ギアポンプ２０および送戻用ギアポンプ３０は既に運転を開始して全ポンプシステム１０内に該原料が満たされると共に、その吐出先には該原料の供給を受ける所定の流体機器(図示せず)が接続されているものとする。また前記送出用ギアポンプ２０および送戻用ギアポンプ３０については、夫々安定的に吐出し得る吐出量が設定され、その設定量については、送出用ギアポンプ２０(ここでは２Ｘとする)＞送戻用ギアポンプ３０(ここではＸとする)とされているものとする。
【００１７】
イソシアネート等の腐食性を有する原料は、前記送出用ギアポンプ２０の作動により発生する負圧(吸引力)により、該原料が貯留された貯留タンク１２から第１管体４２を介して吸込口２８へ供給される。前記送出用ギアポンプ２０内に供給された原料は、駆動歯車２４および従動歯車２５の回転により吐出口２９を介してバイパス管４４に吐出・圧送されることになる。
【００１８】
なお前記バイパス管４４は、前記送出用ギアポンプ２０から送戻用ギアポンプ３０へ圧力下に原料を圧送するための経路であり、該原料は本バイパス管４４を介して該送戻用ギアポンプ３０の吸込口３８に所定の圧力をもって送られる。この時、前記送出用ギアポンプ２０により圧送される原料の量は２Ｘであるが、前記送戻用ギアポンプ３０の吐出設定量、すなわち送出許容量はＸであり、その結果前記バイパス管４４内には単位時間当り２Ｘ−Ｘ＝Ｘの原料が余剰となってくる。
【００１９】
一方、前述したように前記バイパス管４４の経路途中からは、各種流体機器等の原料の最終供給先へ接続している第３管体４６が分岐しているので、前述の余剰となったＸの原料は、該第３管体４６に対して圧送されることになる。この最終供給先への原料の圧送量は、単純に前記送出用ギアポンプ２０の吐出量−送戻用ギアポンプ３０の吐出量で計算される。
【００２０】
すなわち前記送出用ギアポンプ２０を用いて、安定的に送出し得る多量の原料を送り出し、この送り出した量の原料より少量であり、かつ安定的に送出し得る原料を送戻用ギアポンプ３０により貯留タンク１２に送り戻す。このように、前記送出用ギアポンプ２０および送戻用ギアポンプ３０を使用するに当たり、両ギアポンプ２０および３０の吐出量を最適吐出量範囲内に設定することで、ギアポンプの構造上回避できない各部材間の隙間から原料の漏出を抑えまたは該漏出の変動を低減させて、その漏出量を一定として送出量を安定化させ得る。その結果、送り出すべき量の少ない場合であっても、安定的な供給が可能となり、製造される製品品質のばらつきの低減や、歩留まりの向上がなされる。
【００２１】
更に種々の隙間から漏出しやすい低粘性の流体(例えば水やアルコール)の場合、該漏出の度合いは該流体の粘度に反比例して増大することが分かっており、その粘度によっては、数倍から数十倍から漏れ易い状態となってしまう。しかし、参考例に係るポンプシステムの場合、流体の漏出量ではなく、該漏出量の変動に着目し、該漏出量が大きい値であっても安定したものであれば、結果として量的に安定した供給が可能である。具体的には、前記流体の粘度が１００Ｐａ・ｓ程度以下の低粘性原料であっても、少量の原料の安定供給が可能である。
【００２２】
また、参考例ではギアポンプにシール材が施されていないギアポンプを使用してポンプシステムを構成した例を示したが、シール材を有するギアポンプを使用した場合であっても同様に高精度かつ安定した供給が可能である。
【００２３】
【実施例】
図３は、実施例に係るポンプシステムを示している。前述した参考例では、バイパス管４４の途中に第３管体４６を分岐する分岐部４９が存在し、圧力下に供給される流体および該バイパス管４４と第３管体４６との内径の違いにより、前記送り戻すギアポンプ３０に対して優先的に流体が供給され、該送り戻すギアポンプ３０で貯留タンク１２に対して送り戻されなかった分が該第３管体４６に圧送されるよう構成していたが、実施例のポンプシステムは、図３に示す如く、該分岐部４９に流体を貯留する貯留部５０を設け、より効率的に流体の分岐を行なうようになっている。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明に係るポンプシステムによれば、流体を安定的に送出し得る状態で複数のポンプを使用することで、少量の流体を安定的に供給し、該流体の供給誤差による製品品質への悪影響を低減させ、製品品質の向上および歩留まり等を向上させることができる。更に殊に低流量下での誤差が顕著となる低粘性の流体であっても同様に少量の流体を安定して供給し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例に係るポンプシステムの概略構成を示す構成図である。
【図２】  参考例に係るギアポンプを概略的に示す断面図である。
【図３】  実施例に係るポンプシステムの概略構成を示す構成図である。
【図４】  従来の技術に係るポンプシステムの概略構成を示す構成図である。
【図５】  従来の技術に係るギアポンプを概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１２  貯留タンク
２０  送出用ギアポンプ
３０  送戻用ギアポンプ
４２  第１管体
４４  バイパス管
４６  第３管体
４８  第２管体
４９  分岐部
５０  貯留部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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