An apparatus and method for controlling the concentration of the pumped substances

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はポンピングされる（ポンプで取出される）物質の濃度を制御する装置及び方法に関し、特に、ポンピングされている物質の濃度を実質上一定に維持する制御装置及び方法に関する。

本明細書で使用する「濃度」なる用語は、ポンピングされている物質の構成粒子の運動又は分離に対する堅固な度合いすなわち抵抗度を言うものとし、「粘度」を含み、この粘度よりは幾分広義の意味を有する。 本発明で用いる「ポンピングされる物質」は、液体や固体混合物を含む流体、または懸濁した状態又は懸濁された状態の流体（従って、スラリーやコロイド等を含む）を包含するが、これらの流体のみに限定されるものではない。

〔従来の技術〕

ポンピングされる物質の濃度を制御することは種々の処理作業においてかなり重要であり、例えば、大型の水溶性にかわ固形物をにかわタンク内へ周期的に投入して水に溶かすような、ケースの製造等におけるにかわ付け作業に関しては特に重要である。 水とにかわとの比率を正確に制御できない場合または開口したにかわタンクからの蒸発損失が大きい場合には、液状にかわの濃度は急速に変化してしまう。 このような蒸発損失は、特に、液状にかわが塗布ロールからにかわ供給リザーバへ戻るように循環する場合に生じる。 例えば、液状にかわを約14
0゜F（約60℃）に維持した通常の作業においては、通常の室温状態での溶剤の蒸発率は典型的には、およそ30分毎にシンナーを補充しなければならないようなものである。 液状にかわの濃度が変化すれば、塗布装置により塗布されるにかわの供給量が多過ぎたり少な過ぎたり、またポンプ装置に目詰まりが生じ、にかわの適正な流れを回復するまで作業を中断しなければならない。

ポンピングされる流体の濃度を制御するための種々の装置が開発されてきた。 例えば、米国特許第1,374,286
号明細書はチューブを介してリザーバへ送られる「スタッフ」（即ち紙パルプスラリー）の流れを制御する技術を開示しており、リザーバから溢れた流れは枢動槽へ収容されるようになっている。 パルプの粘度が高過ぎた場合には、パルプは枢動槽に蓄積されるようになり、枢動槽内のパルプの重量が増加すると、弁が作動して希釈水をスラリータンク内へ補充する。

米国特許第1,669,412号明細書は、パルプ流れ内への希釈水の入口地点の上流側及び下流側に装着した一対の円錐状フロートを使用してパルプの濃度を制御する装置を開示している。 濃度の高い流れと濃度の低い流れにそれぞれ応答する２つのフロートの異なる反応により、装置への液状スラリーを制御している。

米国特許第2,773,507号明細書は、回転可能素子上の粘度による牽引力に比例するトルクを測定し、測定したトルクを使用してシンナーの流れを制御する技術を開示している。

米国特許第3,493,345号明細書は、ポンピングされているポリマーの粘度を制御し、ポンプに使用する電力の関数たる電気信号に応じて添加剤の流れを決定する技術を開示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来技術は流体の制御を達成するが、これらの制御は著しく不正確であり、また極めて複雑な器具を必要としていた。

また、米国特許第1,881,200号明細書は、温度調整により濃度を制御する技術を開示しており、これを改良して補助ヒータを備えたものが米国特許第2,042,860号明細書に開示されている。 しかし、これらの温度制御装置は、濃度を制御すべき物質が種々異なるプロセス（処理）温度の複数の環境中を連続して通過しなければならない場合やポンピングされている物質の粘度が温度に応じてあまり変化しない場合は、役に立たない。

それ故、ポンピングされている物質中への濃度変更物質の導入を制御することにより、他の処理装置へポンピングされているにかわの如き物質の濃度を制御する、単純ではあるが信頼性の極めて高い装置及び方法を提供するのが望ましい。

従って、本発明は、数個の工程から成り、１以上の工程が互いに関連する方法、及びこれらの工程を実施するに適した構成、素子の組合せ及び部品の配列を利用した装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記その他の目的を達成するため、本発明は、シンナー、シックナー、溶剤等の濃度変更物質（本明細書では、「変質剤」という）を導入することにより、ポンピングされている物質の濃度を制御する装置及び方法を提供する。 本発明の装置は、所定のレベルの力を加えてリザーバから所定の流量で物質をポンピングする好適にはダイアフラム型ポンプの形をした容積式ポンプから成るポンプ手段と、ポンプを駆動する手段とを有する。 ポンピングされた物質を動かすために駆動ポンプにより当該物質に加えられた力の変化を感知する手段と、物質内への変質剤の導入を制御する弁手段と、物質をポンピングするに要する力の変化の感知に応答して弁手段の作動を制御する手段も設けてある。

〔実施例〕

添付図面には、本発明の方法を実施する装置を示し、
この装置は、容積式ポンプ好適にはダイアフラム型ポンプ20から成るポンプ手段を有する。 周知のように、ダイアフラム型ポンプは一般に、弾性のダイアフラム（図示せず）と、吸入パイプ22に接続した吸入弁21と、排出パイプ24に接続した排出弁23とを有する。 吸入パイプ22は供給リザーバ26内に位置したポンピングされるべき物質
25に通じている。 往復ピストン型ポンプ、ギヤポンプ、
ローブポンプ等の他の型式の容積式ポンプを使用してもよいことは言うまでもない。

本発明におけるポンプ手段はポンプ２を駆動する駆動手段をも備え、この駆動手段はダイアフラムを往復駆動するためにピストンロッド29の如き連接棒を介してポンプ20のダイアフラムに連結されたモータ28から成る。 好適な実施例においては、モータ28は既知の複動空気シリンダであり、モータ内のピストン（図示せず）はその両側の空気圧を変えることにより往復駆動せしめられる。
もちろん、ピストンロッド29はピストンに連結してある。

圧縮ガス源（図示せず）は、手動操作可能なボール弁
31を介して主供給ライン30に接続され、このラインに設けた調整器32はライン30を通して伝達される圧縮ガスの圧力を制御する。 このようにして制御された圧力はポンプの駆動速度、従ってポンプを通る流体の容積を制御する。 必要なら、ライン30内に圧力計34を配置してもよい。

本発明の装置は更に、モータ28を往復駆動し、従ってポンプ20を駆動するための、空気弁36の如き手段を具備する。 弁36は好適には既知のパイロット作動式の２位置４方向弁であって、一対の出口ポート38、40と、弁36へ圧縮ガスを供給するためのライン30に接続した入口ポート41と、好適にはマフラー付きの排出ポート39と、普通の内部可動流れ方向制御子（図示せず）とを有する。 弁
36内の流れ方向制御子は空気で作動せしめられるので、
第１制御空気入口ライン42及び第２制御空気入口ライン
43を設けて、流れ方向制御子を操縦するためのガス流を提供し、ライン46、47を介してライン30をそれぞれ接続した対応するパイロット弁44、45からの供給ガスを吸引する。 図示の例においては、パイロット弁はフレーム48
に装着され、その機械的な弁アクチュエータ50、51が同一軸線に沿って互いに対面するように位置している。 ロッド29に装着されたアーム52は２つの終端位置間でロッド29と一緒に動くことができ、終端位置においては、アームは一方のアクチュエータ50、51に接触してパイロット弁を作動させる。 パイロット弁44、45は典型的には、
アクチュエータ50、51との接触により開弁しない限り、
閉位置に維持されるようにばね偏倚されている。 代りに、弁36を機械的又は電気的に作動させてもよく、その場合、アーム52は機械的なリンク又は必要な電気接点を作動させる役目を果す。

ポンピングされている物質の濃度が変化した場合、例えばポンピングに対する抵抗が大きく又は小さくなるが、当該物質について同一のポンピング量を維持するためには、ポンプに加える力も濃度の変化に応じて変化させなければならないことは当業者にとって明白である。
もちろん、ポンプに加えられた力はモータにも作用する。 従って、ポンプに加えられた力における変化の発生を感知する手段を設けることは重要である。 この感知手段は、弁36のポート38、40とモータ28のシリンダの各端部とをそれぞれ接続するライン内に位置した空気式流れ制御弁54、56を有し、各制御弁54、56はシリンダ内のピストンの対応する側（上下側）と空気弁36の対応する出口ポート（38、40）との間に圧力差を確立するように作用する。 力の変化の発生を感知する手段は便宜的には、
モータ28の装着部により構成でき、この装着部な装着したモータ28のフレーム48に関する拘束された運動を許容する機械的なリンク機構の形をしている。 この目的のため、リンク機構はモータ28に固定した係止アーム58を備え、このアーム58は例えばピボットにより細長いリンク
60、61の第１端部に枢着され、リンク60、61の第２端部はフレーム48に枢着されている。 リンク60、61、アーム
58、モータ28及びフレーム48は、例えばロッド29の長手軸線に実質上沿ってポンプ20から離れる方向へ制限された量だけ運動できる状態でモータ28を支持するように配列、配置されている。 アーム58の一端はモータ28をポンプ20の方へ通常偏倚している圧縮バネ62を介してフレーム48の上方部分に接続している。 バネ62の偏倚力は調整ネジ（ロッド）64を手動操作することにより調整できる。 代りに、ポンプ20に関する同様な相対運動を許容した状態でモータ28を装着する他の任意の手段を使用できることは言うまでもない。 例えば、フレームに設けたレール上で摺動する一対のスライダにモータ28を固定し、
スライダをポンプの方へバネ偏倚してもよい。

アーム58の他端には、モータ28の運動経路に対して実質上直角に突出したフィンガ66を設ける。 フレーム48には希釈弁68を装着し、そのアクチュエータボタン67は、
モータ28がポンプ20から離れる方向へ所定距離だけ運動したときにフィンガ66と接触するように、フィンガの運動経路内に配置してある。 弁68は入口ライン70と出口ライン72との間での変質剤（例えば水）の流れを制御するように接続され、出口ライン72はリザーバ26に通じている。 モータ28が運動しない位置にあるときには、フィンガ66は停止ブロック69に当接していて、ポンプ20の方へのリンク60、61、アーム58及びモータ28の運動を阻止する。

作動において、弁31及び調整器32を通してライン30へ導入された空気の如きガスは弁36によりいずれかのポート38又は40へ供給される。 ライン30からポート38又は40
へ供給された空気の圧力（例えば、60ポンド即ち約27k
g）は制御弁54又は56により例えば30ポンド（約13.6k
g）まで減圧される。 減圧された圧力はモータ28内のピストンの一側に供給されて、アーム52がパイロット弁44
と45のアクチュエータ50又は51に接触するまでピストンを一方向へ動かし、アクチュエータが作動すると、弁36
内の空気の流れが逆転してモータ28内でのピストンの運動方向を逆転させる。 周知のように、モータ28内でピストンが往復運動すると、ポンプ20内のダイアフラムはその平面に実質上垂直に撓み、一方向に撓んだときには、
リザーバ26からの物質25（説明上、以下「にかわ」という）が吸入弁21を介してポンプ20の内部室内へ吸引され、反対方向に撓んだときには、にかわはポンプの内部室から排出弁23を通して出口パイプ24内へ押し出される。 空気シリンダモータ28、ダイアフラム型ポンプ20及びパイロット作動式の２位置４方向弁36のこの作動は当業界で既知のものである。

にかわにおける一定の濃度に対して及び弁54、56により通常提供される所定の圧力差に対しては、バネ62の圧縮力は、ポンピング期間中モータ28がフレーム48に関して実質上一定の位置を維持するように設定できる。 バネ
62に作用する力はにかわをポンピングするために作用する力と同じであり反対方向に作用するからである。

前述のように、にかわの濃度が変化した場合でも、ポンピングされる物質の量を一定に維持するためには、にかわに加えられる力も濃度の変化に応じて変化させねばならない。 従って、例えばにかわの濃度が高くなった場合は、ポンピング時のにかわの抵抗も増大する。 にかわの抵抗が増大すると、モータ28の作動速度が遅くなり、
モータ28におけるシリンダ内の空気流体の圧力が弁36の出口ポートで提供される60ポンド（約27kg）の出力値に近付くように増大する。 従って、弁54、56により提供される圧力差は小さくなる。 モータ28のシリンダ内の圧力が増大すると、一層大きくなった抵抗のにかわを駆動するようにモータのピストンを押圧するのみならず、バネ力とポンピング力との間の予め設定された平衡状態を阻害し、その結果、モータは、バネ62がこれらの力を再度平衡させるに十分なだけ圧縮されるまで、ポンプ20から離れる方向へ駆動せしめられる。 バネ62の偏倚力に抗してモータ28が運動すると、フィンガ66が弁68のアクチュエータボタン67に接触して弁68を開き、変質剤（この場合、水）を物質25内へ導入する。 好適には、既知の混合装置がリザーバ内に設けてあり、変質剤が導入されたときに、この変質剤をリザーバ26内の物質25と直ちに混合させ、物質25を実質上均一の濃度に保つ。

もちろん、リザーバ26から濃度の低いにかわがポンプ
20内へ吸引された場合には、ポンピングに対する抵抗が小さくなるから、モータ28の速度が増大する。 このため、弁54、56を通る気体の通過時間が短くなり、弁54、
56により提供される圧力差が増大し、バネ力とポンピング力との平衡が失われる。 その結果、これらの力を再度平衡させるに十分なだけバネ62の圧縮力が減少するまで、モータ28がポンプ20の方へ駆動せしめられる。 バネ
62の偏倚力によるモータ28のこの運動により、フィンガ
66と弁68のアクチュエータボタン67との接触が断たれ、
弁68が閉じてリザーバ26内への変質剤の導入を阻止する。

本発明の要旨を逸脱することなく種々の変形が可能であるから、以上説明し図示した実施例は単なる例示にすぎず、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の方法を実施する装置の部分断面概略構成図である。 〔主要部分の符号の説明〕 20……ポンプ、25……物質 26……リザーバ、28……モータ 29……ピストンロッド、36……空気弁 44、45……パイロット弁 48……フレーム、54、56……流れ制御弁 58……係止アーム、62……バネ 66……フィンガ 67……アクチュエータボタン 68……希釈弁