(57)【要約】【課題】  管路の平均的な圧力が負側あるいは正側に偏っている場合にも、サージチューブの脈動減衰作用を効果的にすること【解決手段】  流れや圧力の脈動を減衰させるためのバッファーであるサージチューブ５の中間の位置に、表面を滑らかにしたリングをサージチューブ５の膜の受膜環として単数または複数固定して配置し、サージチューブの伸縮可能な膜をこれに接するようにして、管路３の平均圧力が環境大気圧力よりも負側に偏っているときに膜の内側から、膜の圧力を中間リング１０によって支えて、実用状態において膜内部の可変有効容積変化量を中間リング１０を装着しない場合よりも大きくできるようにした【選択図】  図１
2005188681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路の中の流体の流速や圧力の脈動を減衰させるバッファーとして用いるサージチューブの中間の位置に、表面を滑らかにしたリングをサージチューブの伸縮膜の受膜環として単数または複数固定して配置し、伸縮可能な前記膜をこれに接するようにして、管路の平均圧力が環境大気圧力よりも負側に偏っているときに膜の内側から膜の圧力を中間リングによって支えて、実用状態において膜内部の有効可変容積量を中間リングを装着しない場合よりも大きくできるようにした中間リング付きサージチューブによる脈動減衰部の構成。
【請求項２】
管路の中の流体の流速や圧力の脈動を減衰させるバッファーとして用いるサージチューブの中間の位置に、表面を滑らかにしたリングをサージチューブのゴム膜の受膜環として単数または複数固定して配置し、伸縮可能な前記膜をこれに接するようにして、管路の平均圧力が環境大気圧力よりも正側に偏っているときに膜の外側から膜の圧力を中間リングによって支えて、実用状態において膜内部の有効可変容積量を中間リングを装着しない場合よりも大きくできるようにした中間リング付きサージチューブによる脈動減衰部の構成。
【請求項３】
一個のサージチューブについて脈動の一周期の変動流量が当該一個のサージチューブの許容量を超えるとき複数のサージチューブを並列または直列に組み合わせて用いて容量を増加させることができるが、その脈動の圧力範囲が負側または正側に偏っているときにも充分な脈動減衰効果を生じるように請求項１または請求項２に記載のサージチューブを必要な個数だけ並列または直列に組み合わせて管路に挿入するようにした中間リング付きサージチューブによる脈動減衰部の構成。
【請求項４】
流速や圧力に脈動のある管路に挿入するサージチューブにおいて管路の管壁に流体が自由に出入りできる通路の孔を一個以上設けて、前記管路を内包して伸縮可能な円筒状膜で構成する両端を気密に機械的にも確実に保持して内外差圧により膜が伸縮して内容積を変化させる空間が脈動減衰部を形成するとき、伸縮できる膜の両端部の中間に位置して膜に接する表面が滑らかで曲率が一定な中間リングで膜を内側または外側から自由度をもって受圧する構造の中間リング付きサージチューブによる脈動減衰部の構成。
【請求項５】
前記中間リングは円筒状膜を固定する両端のフランジ部を装着した後に取り付け組立て可能なように２片以上に分割して組立て可能な構造とし、リングの直径など形状寸法により圧力と容積の関係すなわち脈動減衰特性を適切に選択できるようにし、またリングとして膜と接して大きな力を受けるときも十分な強度と平衡性を持ち、これを支持する部材は中間リングの位置を定めるもので管路あるいは保護管には過大な力を伝達しない構造をもつ中間リング付きサージチューブによる脈動減衰部の構成。
【請求項６】
前記複数のサージチューブの組み合わせにおいて、脈動減衰の特性を中間リングの挿入位置及び形状寸法により異なるものとして、組み合わせ脈動減衰特性を適切に設定できるようにした請求項３記載の中間リング付きサージチューブによる脈動減衰部の構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は容積型ポンプなどを利用する流体工学の広い産業分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体の管路における脈動を減衰させるためには普通にはサージタンクを利用するが、これに代わる大きな等価容量をもつサージチューブがバッファーとして用いられることがある。サージチューブは管路の圧力や流速の脈動を抑制するための部材で、適切な容積を持ちかつ適切な弾性と強度及び耐熱性を有するゴム膜など伸縮性のある材質で構成した膜をもつチューブまたはベローズであって、圧力や流速に大きな振幅の脈動のある気体の管路系の中で、適当な長さの一部の管路側壁面に気体が自由に出入りできる適切な断面積を持つ孔を一個以上設けて、当該部分の外周にサージチューブを配置し、サージチューブの側面などが内外差圧により伸縮して容積変化する構造の管路を構成して、等価容量の大きなサージ・タンクに対応するようにし、ゴム膜などの伸縮膜の伸縮による容積変化によって管路系の脈動を抑制・緩和するものである。このようなサージチューブは実用新案登録第３０８５９６０号公報及び特開２００３−２６９６８５号公報に示されている。しかるに、このサージチューブを使用した脈動減衰部では、管路の平均圧力が環境大気の圧力に近くて変動振幅の大きい場合に極めて大きな減衰作用があるが、管路の平均圧力が環境大気の圧力に比して負側或いは正側にある程度大きな偏りがある場合にはやや効果が少なくなることがあった。また、単に従来のサージチューブを複数個並列または直列に組み合わせて利用しても、同一特性で容量が増加するだけで必ずしも圧力特性の偏りに適切に対応できるとは言えなかった。
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第３０８５９６０号公報
【特許文献２】特開２００３−２６９６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
管路の平均的な圧力が負側あるいは正側に偏っている場合にも、サージチューブの脈動減衰作用を効果的にすることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題に対応して、管路の圧力すなわちサージチューブの膜内部の圧力が例えば殆ど負側にあるような条件で使用される時には、膜の内容積の変化容量を平均圧力からさらに大きく確保できるように、膜内部に表面が滑らかな適当な大きさの中間リングを配置して膜を外側に押し広げるような手段を講じる。この場合円筒形の膜の軸方向について距離をほぼ等分する位置に中間リングを配置して、圧力が平均値よりも負側に増大するときに生じる内容積の変化範囲を中間リングがないときよりも効果的に大きくする。中間リングは膜から内側方向に大きな力を受けるが、この力はリング自体でほぼバランスできるので、適当な複数の支持部材でサージチューブの中心管路に容易に固定される。
【０００６】
膜内部の圧力が殆ど正側のときは膜の外側から同様に滑らかな適当な大きさの中間リングによって膜を外側から均一に押して、平均圧力より正側にさらに増大するときに生じる内容積の変化範囲を中間リングがないときよりも効果的に大きくする。中間リングでは膜から外側方向に大きな力を受けるが、この力はリング自体でほぼバランスできる。さらに適当な複数の支持部材でサージチューブの外側の保護管に固定される。
【０００７】
膜内部の容積変化量には大きさによる限界があり、サージチューブが２Ｌ程度の場合、等価容量としては１００Ｌのサージタンクと同等以上の脈動減衰効果がある場合もあるが、一周期の脈動流量が２Ｌを超える場合は効果は限定される。このために複数個のサージチューブを並列または直列にして流量容量を増すことができるが、この場合特性の異なる中間リング付きのサージチューブを組み合わせることにより、脈動の圧力特性の偏りなどに対応できるようになる。
【発明の効果】
【０００８】
中間リング付きサージチューブの利用によって、実用状態においてサージチューブの膜内部の可変有効容積の変化量を大きくして、管路の脈動流が負側あるいは正側に平均圧力が偏っている場合にも、単独または複数のサージチューブの組み合わせ利用により、効果的に脈動を減衰させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の詳細について中間リングをサージチューブの膜の内部に配置した場合と外部に配置した場合の二つの実施例をそれぞれの縦断面図とそれらの効果を示す膜内部・外部（環境大気）の圧力差と容積変化の関係を示す図面によって説明する。また複数のサージチューブの組み合わせの構成は図３に例示する。
【００１０】
サージチューブ５は前述の通り、管路の圧力や流速の脈動を抑制するための部材で、図５に示すように、適切な容積を持ちかつ適切な弾性と強度及び耐熱性を有するゴム膜など伸縮性のある材質の伸縮膜１２で構成したチューブまたはベローズであって、圧力や流速に大きな振幅の脈動のある気体の管路系の中で、適当な長さの一部の管路側壁面に気体が自由に出入りできる適切な断面積を持つ孔を一個以上設けて、当該部分の外周にサージチューブを配置し、サージチューブの側面などが内外差圧により伸縮して容積変化する構造の管路を構成して、等価容量の大きなサージ・タンクに対応するようにし、ゴム膜などの伸縮による容積変化によって管路系の脈動を抑制・緩和するものである。このようなサージチューブは実用新案登録第３０８５９６０号公報及び特開２００３−２６９６８５号公報に示されている。
【００１１】
図１において、サージチューブ５のゴム膜等の伸縮膜１２は管路３の外側に管路３を内包して配置される。
【００１２】
図１の例の中間リング付きサージチューブによる脈動減衰部１は管路系１６の管路３の内部２の圧力が大気圧力に比して負側に偏っている場合に、バッファーであるサージチューブ５の伸縮膜１２の内部に接して表面が滑らかで適切な大きさの中間リング１０を配置して、サージチューブ内部圧力が大気圧に等しい条件において内部容積をある程度大きく確保できるようにした状態を伸縮膜１２（実線）で示している。内部圧力が負側に大きく変化したときは伸縮膜１２は点線８のように変形して内部容積を減じる。一点鎖線９で示した伸縮膜１２の状態は中間リング１０を配置しなかった場合を比較のために示す。
【００１３】
伸縮膜１２の両端部はフランジ６、７及びＯ−リング２１（図５参照）で気密性を保ち、ねじで締め付けられて強固に支持される。管路３とサージチューブ５の内部は１個以上の通気孔４で圧力差なく、気体が自由に流通できるようになっている。
【００１４】
サージチューブ５の内部圧力が大気圧力よりも低い場合に用いる図１に示す中間リング１０はスポーク状の支持部材１１など複数で中心の管路３に対して一定位置を保ち、かつ外周からの大きな内側への力に耐えられるようにする。中間リング１０は２分割または複数分割できる構造とし、サージチューブの両端を気密性を保ちながら保持するフランジ６、７の外径よりも大きい直径の場合でも装脱着可能な構造にする。
【００１５】
図２の例は逆に管路３の内部２の圧力が大気圧力に比して正側に偏っている場合に、サージチューブ５の外面に接して表面が滑らかな中間リング２０を配置して、サージチューブ５の内部圧力が大気圧に等しい条件において内部容積をある程度小さくした状態をサージチューブ５の伸縮膜１２（実線）として示している。内部圧力が正側に大きく変化したときは伸縮膜１２は点線８のように変形して内部容積を増大させる。一点鎖線９は中間リング２０を配置しなかった場合の伸縮膜１２の状態を比較のために示す。
【００１６】
サージチューブ５の内部圧力が大気圧力よりも高い場合に用いる中間リング２０は図２に示すように、サージチューブ５の外側に固定された保護管２２にスポーク状等の適当な複数の支持部材２７などで一定位置に保たれるが、サージチューブ５の伸縮膜１２から受ける大きな外側への力は中間リング２０自体で平衡して受け止めるような張力に対する強度を有し、２分割または複数分割できて装脱着可能な構造とする。サージチューブ５の両端部はフランジ６、７の滑らかなテーパー部で締め付けリング２３、２４でネジなどにより強固に締め付けられ、気密性と強度を保てるようにしてある。
【００１７】
一つの管路系１６で複数のサージチューブ５を用いることは、同じ圧力変動に対応する容積変化の量を増大させるので、脈動減衰にそれだけの効果がある。並列あるいは直列のいずれも可能で類似した効果があるが、直列の場合は圧力波の伝播に音速に対応した位相的な差が僅かではあるが生じる。並列にサージチューブ５を配置する場合に、図３の例のように管路３から分岐して２つのサージチューブ５はそれぞれの分岐管路１４、１５に取り付ける。一方は中間リング１０をサージチューブ５の伸縮膜１２の内側に配置した図１のような管路３の負圧に対応するのに適した構成ｂで、他方は逆に中間リング２０をサージチューブのゴム膜の外側に配置して管路３内の正圧に適するようにした図２の構成ｃを組み合せることができる。
【００１８】
サージチューブを組み合わせて利用するとき、中間リングのない構成ａ，外側中間リングの構成ｂ，内側中間リングの構成ｃの３種類の特性にそれぞれ特徴があるので、単に一周期の体積流量の容量を増加できるだけでなく、平均的な圧力範囲が負側あるいは正側に偏って変動する場合にも効果的に対応できる。必要に応じてどのような組み合わせも可能であり、一周期の流量と圧力波動特性に適した脈動減衰システムを構成することが出来る。
（発明の効果の説明）
本発明を用いた場合の静的なサージチューブ内部圧力（ゲージ圧）と静的なサージチューブ容積変化の関係を図４に示す。図４において、中間に中間リングを配置しない場合には普通には曲線Ａのようにサージチューブ内部圧力が大気圧に極めて近い範囲では、圧力変化が少なくても容積変化の大きい領域Ｘがある。中間リング１０をサージチューブの膜内部の中央位置に配置して、管路２の内部圧力が主として負側にある条件に対応させた場合には、内部圧力と容積変化の関係は概して図４の曲線Ｂのようになる。さらに、中間リング２０を膜外部の中央位置に配置して、管路２の内部圧力が主として正側にある条件に対応させた場合には、内部圧力と容積変化の関係は概して図４の曲線Ｃのようになる。
【００１９】
内部圧力と容積変化の関係を示す各曲線Ａ，Ｂ，Ｃから判るように、中間リングを配置して用いる時にはゲージ圧が大気圧に近い条件での圧力不感帯に類似した容積変化があっても圧力変化が殆どない範囲Ｘがほぼ無くなり、傾斜は緩くても容積変化に対応する圧力変化がはっきり見られるようになる。
【００２０】
図４に示した平均圧力が負側に偏ったｍ１の場合に、さらに圧力のパルス変動で負側に例えば１ｋＰａまでも達するとしてＡ曲線とＢ曲線に沿って比較するとＡ曲線ではＸ１の容積変化が対応し、Ｂ曲線ではＸ２の容積変化が対応する。Ｘ２がＸ１より大きいだけより大きな変動流量に対処できる能力があるといえる。
【００２１】
同様に、平均圧力が正側に偏り平均圧力がｍ２で、Ａ曲線とＣ曲線に沿って比較すると、Ｙ１とＹ２の容積変化が対応し、Ｙ２がＹ１よりも大きいだけ流量変動に対する能力が大きくなる。この説明例のように中間リングをサージチューブの膜の内側あるいは外側に配置して偏った圧力変動に対応させると、それぞれの場合に応じて脈動吸収・減衰の容量が効果的に増大できる。
【００２２】
更に単純に説明すると、図４のＢ曲線の場合平均圧力の位置からさらに負側に可能な変化容積が、例えば−２ｋＰａまでとすれば、Ａ曲線の場合の２倍程度になる。同様に正圧側でもＣ曲線とＡ曲線を平均圧力の点から容積変化（増加）の限界まで比較するとＣ曲線の方が遥かに大きいことが明白である。
【００２３】
図３に例示したサージチューブの組み合わせは中間リングの配置によって容積変化と圧力の静的特性を変えて同じ特性のサージチューブを組み合わせるよりも広い脈動の流量範囲を拡大できるもので、圧力範囲が偏った場合にとくに効果が大きいといえる。
【００２４】
以上説明したように、本発明による中間リング付きサージチューブの利用によって、実用状態においてサージチューブのゴム膜内部の可変有効容積の変化量を大きくして、管路の脈動流が負側あるいは正側に平均圧力が偏っている場合にも、単独または複数のサージチューブの組み合わせ利用により、効果的に脈動を減衰させることができる。
（発明の他の実施の形態）
この発明は次のような他の実施の形態を採ることができる。
【００２５】
（１）流れや圧力の脈動を減衰させるためのバッファーであるサージチューブの中間の位置に、表面を滑らかにしたリングをサージチューブの膜の受膜環として単数または複数固定して配置し、伸縮可能な前記膜をこれに接するようにして、管路の平均圧力が環境大気圧力よりも負側に偏っているときに膜の内側から、膜の圧力を中間リングによって支えて、実用状態において膜内部の可変有効容積変化量を中間リングを装着しない場合よりも大きくできるようにした中間リング付きサージチューブ式脈動減衰部の構成。
【００２６】
（２）流れや圧力の脈動を減衰させるためのバッファーであるサージチューブの中間の位置に、表面を滑らかにしたリングをサージチューブの膜の受膜環として単数または複数固定して配置し、伸縮可能な前記膜をこれに接するようにして、管路の平均圧力が環境大気圧力よりも正側に偏っているときに膜の外側から、膜の圧力を中間リングによって支えて、実用状態において膜内部の可変有効容積変化量を中間リングを装着しない場合よりも大きくできるようにした中間リング付きサージチューブ式脈動減衰部の構成。
【００２７】
（３）複数のサージチューブを並列または直列に組み合わせて用い、管路の脈動の一周期の体積流量が一個のサージチューブの許容流量を超えるときにも、また脈動の圧力範囲が負側あるいは正側に偏っているときにも充分な脈動減衰の効果を生じるように組み合わせた（１）または（２）に記載の中間リング付きサージチューブ式脈動減衰部の構成。
【００２８】
（４）圧力や流量に脈動のある管路系の中の前記脈動を減衰させるための脈動減衰部において、前記脈動減衰部の管路の管壁に気体が出入りできる孔を一個以上設けて、前記管路の外側に前記管路を内包してバッファー部材であるサージチューブを配置した脈動減衰部であって、
前記サージチューブは気体を収容可能な容積を有し伸縮性のある材料で構成されてチューブまたはベローズの構造をなして内外差圧により伸縮して容積変化する構造であり、
前記サージチューブの両端と前記管路とを気密にシールし前記両端の間の中間部分に前記サージチューブを内側もしくは外側から支える中間リングを配置してなることを特徴とする中間リング付きサージチューブ式脈動減衰部の構成。
【００２９】
（５）前記サージチューブは弾性、強度、及び耐熱性を有するゴムまたはプラスチック製であることを特徴とする（４）に記載の中間リング付きサージチューブ式脈動減衰部の構成。
【００３０】
（６）前記中間リングは前記サージチューブの軸方向に一個または間隔をおいて複数個配置してなることを特徴とする（４）に記載の中間リング付きサージチューブ式脈動減衰部の構成。
【００３１】
（７）前記中間リングの表面のうち、前記サージチューブと接触する部分は滑らかに形成されていることを特徴とする（４）に記載の中間リング付きサージチューブ式脈動減衰部の構成。
【００３２】
（８）前記中間リングの少なくとも一個は複数の中間リング部材を円周方向に組み合わせて構成されていることを特徴とする（４）に記載のリング付きサージチューブ式脈動減衰部の構成。
【００３３】
（９）前記サージチューブの外側に配置された中間リングは前記サージチューブの外側に配置された支持体に支持されており、前記サージチューブの内側に配置された中間リングは前記管路に支持されていることを特徴とする（４）に記載の中間リング付きサージチューブ式脈動減衰部の構成。
【００３４】
（１０）前記脈動減衰部の複数を直列に、または並列に配置して前記管路系に設けることを特徴とする（４）に記載の中間リング付きサージチューブ式脈動減衰部の構成。
【００３５】
（１１）前記複数の脈動減衰部のいくつかは他の脈動減衰部と異なる構造をなすことを特徴とする（４）に記載の中間リング付きサージチューブ式脈動減衰部の構成。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の負圧用中間リング付きサージチューブの縦断面図。
【図２】本発明の正圧用中間リング付きサージチューブの縦断面図。
【図３】本発明の中間リング付きサージチューブの並列組み合わせ使用例。
【図４】本発明の中間リング付きサージチューブの容積変化と圧力の関係を示した図解例。
【図５】サージチューブを示す斜視説明図。
【符号の説明】
【００３７】
１    脈動減衰部
２    内部（管路３の）
３    管路
４    通気孔
５    サージチューブ
６    フランジ
７    フランジ
１０  中間リング
１１  支持部材
１２  伸縮膜
１４  分岐管路
１５  分岐管路
１６  管路系
２０  中間リング
２１  Ｏ−リング
２２  保護管
２３  締め付けリング
２４  締め付けリング
２７  支持部材
【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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