最適化された入口及び出口を有するロータリーピストンポンプ

本発明は,液体を給送するための,更には固形分を含有する液体を給送するためのロータリーピストンポンプに関する。ロータリーピストンポンプは,入口及び出口を設けたポンプハウジングを備える。ポンプハウジングは,ライニングを備える。ポンプハウジング内又はライニング内に,対向回転する少なくとも2個のロータリーピストンが配置されている。これらロータリーピストンは,その回転の間にポンプ室を形成する。ロータリーピストンは互いに,そしてポンプハウジング及びライニングに対してシールされる。

特許文献1(独国特許出願公開第102006041633号明細書)は,互いに交差する2個の円筒状部分で構成されるハウジングを備え,入口開口及び出口開口が互いに対応する側に設けられたポンプを開示している。各円筒状部分内にはロータが,その長手方向中心軸周りで回転可能に配置されている。ロータは,その長軸が少なくとも1回の移動フェーズの間に互いにほぼ直交し,互いにシール状態で,そしてハウジング内に対してもシール状態で転動する。長軸に先行する各ロータの表面輪郭は,それぞれの長手方向中心軸に対して傾斜する,互いに逆の方向に回転する。各ロータは2つの葉辺状部分を備え,これらの部分はその狭い端部において絞り部により互いに結合されている。2つのロータの長軸が互いに直交していれば,一方の葉辺状部分が他方の葉辺状部分に対し,その絞り部においてシール状態で係合する。回転運動の各段階で2個のロータは,均一に増加する吸い込み容積を入口開口の手前に形成し,均一に減少する吐出容積を出口開口の手前に形成する。ポンプの吐出量を増加すると共に安定性を高めるため,シール線として機能する表面輪郭は正弦波状に構成されている。

特許文献2(独国登録実用新案第202009012158号明細書は,固形分を含有する流体を送給するためのロータリーピストンポンプを開示している。このポンプは,2個のロータリーピストンと,これらのロータリーピストンを納めたハウジングとを備えている。これら2個のロータリーピストンは,互いに係合するベーンと,それぞれの回転軸及び外周部とを有し,それぞれの回転軸が互いに平行に離間しており,かつ,それぞれの外周部が部分的に交わる構成とされている。更に,ハウジングは,入口開口部,出口開口部,内壁及び外壁を有し,内壁はそれぞれのロータリーピストンの外周部の一部を包囲する構成とされている。このロータリーピストンポンプは,媒体を入口開口部から出口開口部に向かう送給方向に送給するよう構成されている。

特許文献3(独国登録実用新案第202006020113号明細書)は,固形分を含有する流体を送給するためのロータリーピストンポンプを開示している。その考案の課題は,固形分を含有する流体を,ポンプの損傷,特にロータリーピストンの損傷を伴わずに送給することである。そして,この課題を,入口を最適化するよう特別に設計された少なくとも1つの斜面により解決するものである。入口を最適化することにより固形分を,ロータリーピストンポンプにおける特定の部位においてポンプ室内に導入可能とする。更に,特別に設計された斜面をロータリーピストンポンプの入口及び出口領域に設けることにより,キャブテーションを低減することができる。キャブテーションを低減するためには,いわゆる入口角度を増加させることが絶対条件とされている。しかし,この考案では,下側ハウジング部分のみが90°を超えるハウジング角度を有すれば十分である。

特許文献4(独国特許第94751号明細書)は,2つのピストンを対向回転させて空気を圧縮し,かつ出口に送風する容積型ブロワを開示している。このブロワは,2個の特殊な単歯ローラCが設けられ,各ローラはそれぞれ送給ピストンと係合し,送給ピストンの各ベーンがローラCによる緊密な遮閉下で通過を許容し,これによりローラCが後続のギャップ内に転入し,ベーンが出口を圧力室に対して開放するまで空気を圧縮する。

独国特許出願公開第102006041633号明細書

独国登録実用新案第202009012158号明細書

独国登録実用新案第202006020113号明細書

独国特許第94751号明細書

本発明の解決しようとする課題は,可能な限り脈動を伴わずに流体を給送することのできるロータリーピストンポンプを提供することである。

この課題は,請求項1に記載した特徴を有するロータリーピストンポンプにより解決される。更に有利な実施形態は,従属請求項に記載した特徴から導かれる。

本明細書は,液体を給送するための,更には固形分を含有する液体を給送するためのロータリーピストンポンプを開示する。このロータリーピストンポンプは,入口と出口を設けたポンプハウジングを備える。ポンプハウジングは,ライニングを備える。ポンプハウジング内又はライニング内には,対向回転する少なくとも2個のロータリーピストンが配置されている。これらロータリーピストンは,その回転の間にポンプ室を形成する。ロータリーピストンは互いに,そしてポンプハウジング及びライニングに対してシールされる。各ポンプ室内において,少なくとも2つの凹部がポンプハウジング内及び/又はライニング内に設けられている。これらの凹部は,入口及び/又は出口に近接して配置されるものである。入口領域及び出口領域において,ポンプハウジング及び/又はライニングは,補強部を有することにより断面を減少させている。これらの補強部は,20°〜160°の角度,好適には45°〜135°の角度に設計されている。入口及び出口は,補強部からそれぞれの端部まで拡大するよう配置されている。補強部は,好適には180°を超える巻き付き角を有する。

特定の実施形態においては,各ポンプ室内に4つの凹部が設けられ,これらの凹部はそれぞれ対として配置されている。更なる実施形態においては,各ポンプ室内に6つの凹部が設けられ,これらの凹部はそれぞれ3個1組として配置されている。上記の構成が本発明の確定的な限定条件に該当するものでないことは,当業者にとって自明である。複数の凹部を各ポンプ室内に配置することが可能である。更に,2つのポンプ室内に異なる個数の凹部を配置することも想定可能である。なお,「ポンプ室」とは,ロータリーピストンポンプ内におけるロータリーピストンの回転により画成されるスペースを指す。このポンプ室(単複を問わず。)は,ロータリーピストンとポンプハウジングとの間に形成されるものである。

ロータリーピストンによる凹部の開閉によって,ロータリーピストンポンプにおける脈動が防止される。更に,凹部の開閉によりポンプ室内,入口領域及び/又は出口領域における圧力条件を変更することが可能である。これらの圧力変化により,脈動に基づいて入口領域及び/又は出口領域で生じる衝撃を低減し,又は完全に防止することが可能である。

入口及び出口の端部における拡大により,送給媒体の流れを最適化することができ,その最適化された流れが凹部と相まって脈動を更に低減する。凹部と補強部とは,最適化された流れがロータリーピストンポンプの作動中に生じ,送給の間のエネルギ損失と,ロータリーピストンポンプ内部のデッドスペースをほぼ完全に防止できるように組み合わせる。

凹部と入口及び/又は出口との間の距離は,例えば凹部断面寸法の2倍〜5倍である。凹部は,互いに異なる断面を有することができる。凹部相互間には,間隙を設けることができる。凹部の深さは,例えばライニングの肉厚の少なくとも10%〜30%である。凹部は,互いに異なる深さを有することができる。また,凹部は,入口領域及び出口領域において,更には多重配置において互いに異なる断面及び深さを有することができる。上記の構成が本発明の確定的な限定条件に該当するものでなく,本発明の好適な実施形態を記述するに過ぎないことは,当業者にとって自明である。凹部の個数及び形態を異ならせれば,ポンプにおける圧力特性を変更可能とし,従って流れの最適化と脈動の防止を達成することが可能である。

以下,添付図面を参照しつつ,本発明の好適な実施形態及び更なる利点について詳述する。図中,各構成要素の相互の寸法比は,必ずしも実際の寸法比に対応するものではない。明瞭性の見地から,一部の構成要素は簡略表示され,一部の構成要素は他の構成要素に対して誇張表示されているからである。

本発明に係るロータリーピストンポンプを,ポンプハウジングの開放状態で示す説明図である。

ポンプハウジングのライニングに接するロータリーピストンを第1作動位置で示す説明図である。

ポンプハウジングのライニングに接するロータリーピストンを第2作動位置で示す説明図である。

ポンプハウジングのライニングに接するロータリーピストンを第3作動位置で示す説明図である。

本発明に係るロータリーピストンポンプ用として,12の凹部を有するライニングを示す説明図である。

図1は,本発明に係るロータリーピストンポンプ10を,ポンプハウジング12の開放状態で示す説明図である。ロータリーピストンポンプ10は,ポンプハウジング12に入口14及び出口16が設けられている。ライニング18がポンプハウジング12内に導入されている。ライニング18には凹部24a, 24b, 24c及び24dが設けられている。更に,ライニング18は,入口14及び出口16の領域内に補強部26が設けられている。ポンプハウジング12の内部にはロータリーピストン20a及び20bが配置されており,これらのロータリーピストンにより送給媒体が入口14から出口16に向けて圧送される。凹部24a, 24b, 24c, 24dは全てが開放されている。ロータリーピストンの図示位置において,送給媒体は凹部24a, 24c内に流入可能であり,かつ凹部24b, 24d内より流出可能である。

図2〜4は,ポンプハウジング(図示せず)のライニング18と接触するロータリーピストン20a及び20bの異なる位置を示す。とりわけ,図2は,ロータリーピストン20a及び20bが互いに平行となる位置を示す。ポンプ室22a及び22bは,いずれも開放している。即ち,ポンプ室22aは入口14に向けて解放しているので,送給媒体はロータリーピストンポンプ内に流入可能である。また,ポンプ室22bは入口16に向けて解放しているので,送給媒体はロータリーピストンポンプ内から流出可能である。補強部16は20°〜160°の角度w,好適には45°〜135°の角度に亘る半径rを有する。この角度wのため,送給媒体のロータリーピストンポンプ内への入口流及びロータリーピストンポンプからの出口流を改善することが可能である。補強部26を設けた結果,入口14及び出口16の断面が減少する。入口14及び出口16は端部28に向けて拡大する。その拡大の結果,送給媒体のロータリーピストンポンプ内への供給,並びにロータリーピストンポンプからの圧送を改善することが可能である。

図3は,ポンプハウジング(図示せず)のライニング18内におけるロータリーピストン20a及び20bの第2位置を示す。説明を簡略化するため,ロータリーピストンポンプにおけるポンプ室22aが配置されている上側領域のみに焦点を絞って説明する。しかしながら,ポンプ室22bが配置されている領域についてもプロセス及び作動態様は同様である。ポンプ室22aは,ロータリーピストン20aにより入口14に向けて,そして出口16に向けて閉じられている。凹部24aは開放しており,送給媒体を受け入れ可能である。凹部24bは,ロータリーピストン20aにより閉じられている。凹部24bがロータリーピストン20aにより閉じられる際,送給媒体は凹部24aから出口16に向かう方向に搬送される。

図4は,ポンプハウジング(図示せず)のライニング18と接触するロータリーピストン20a及び20bの第3位置を示す。第3位置において,ロータリーピストン20aは,垂直位置にあるロータリーピストン20b上で水平位置を占めている。第3位置において,ポンプ室20aは入口14及び出口16に対して閉じられている。2個の凹部24a, 24bはポンプ室20aに向けて開放している。凹部24bがポンプ室22aに向けて開放すると,送給媒体が凹部24bからポンプ室22a内に流入可能である。その結果,ポンプ室22a内の圧力が増加する。引き続いて,ポンプ室22aが出口16に対して完全に開放すると,均圧流が一層小さくなる。これは,ポンプ室22a及び出口16の間の差圧が既に相当に減少しているからである。

図5は,本発明に係るロータリーピストンポンプ用の,12個の凹部24を設けたライニング18を示す。これら12個の凹部24は,2つのポンプ室22a及び22bに亘って配分されている。凹部24は4組に区分され,各組はそれぞれ3個の凹部24で構成される。追加的な凹部24を設けたことにより,ポンプ室22a内の圧力を段階的に増減することが可能である。この手順により,脈動を変化させることができる。凹部24がロータリーピストン20a及び20bにより相互に開閉するので,その都度,圧力を段階的に変化させることが可能である。

以上の記載は,本発明の好適実施形態を例示的に説明するものである。

10 ロータリーピストンポンプ 12 ポンプハウジング 14 入口 16 出口 18 ライニング 20, 20a, 20b ロータリーピストン 22, 22a, 22b ポンプ室 24, 24a-24d 凹部 26 補強部 28 端部 w 角度