液体の移送：直接液体移送と液面圧移送
液体を移送する必要がある場合、直接液体移送と液体上圧移送という異なるアプローチが考えられます。ではその違いと潜在的な制限は何でしょうか？
液体の移送を必要とする場合、エンジニアは液体ポンプを用いて流体を直接移送する方法を選択できます。あまり知られていない手法としてガスポンプで生み出した圧力差を利用して間接的に液体を移送する方法があります。アプリケーションに最適な方法を選択するためには両移送方式の違い、利点、制限を理解することが重要です。吸引が必要な場合には液体上真空方式が選択肢となり得ます。
直接液体移送はどのように機能するのか？
直接液体移送方式ではポンプが吸込側で供給容器から液体を吸い上げ、吐出側で受容器に排出します。安定した運転によりこの移送方法は正確で均一な流量を実現できます。
直接液体移送システムの使用メリット
直接液体移送システムは採用されるポンプ技術に大きく影響される数多くの利点を提供します。主なメリットは以下の通りです：
- 迅速かつ効果的な液体の移動
- 安定かつ途切れない流れ
- シンプルなシステム構成
- 流量に対する精密かつ迅速な制御
一部のポンプ技術は最小限のメンテナンスしか必要としません。アプリケーションに応じて、追加のポンプの利点には以下が含まれます：
- 強力な化学薬品に対する耐性
- 自己プライミング機能
- 空運転時でも安全な作動
- 信頼性の高い性能と長寿命
この移送方法に適したポンプを選定するにはアプリケーションの具体的なニーズを理解することが重要です。直接液体方式を採用するシステムは様々な液体の移送、計量、サンプリング作業に特に適しています。使用例としてはインクジェットプリンターでのインク移送、医療診断アプリケーション、あるいは繊維洗浄などにおける洗浄剤の取り扱いなどが挙げられます。
直接液体移送の課題
直接液体移送は液体の移送に広く用いられているがいくつかの欠点があります。液体がポンプを直接通過するためポンプ部品との接触は避けられません。これは以下の液体を扱う際に問題となる可能性があります：
- 繊維質を含む液体（ポンプを詰まらせる恐れがあります）
- 内部部品を摩耗させる研磨性物質
高い衛生基準や頻繁な洗浄が求められるアプリケーションではこの方法は不十分となる場合があります。これらのシステムで使用されるポンプは残留物を残さずに徹底的かつ容易に滅菌または消毒できないことが多くあります。さらに複数の流体流を必要とする複雑な構成では各流路に専用のポンプが必要となるため煩雑で高コストになり得ます。直接液体移送法では流量をより迅速に調節できますが特定のアプリケーションでは圧力脈動が問題となる可能性があります。
ダイアフラム式液体ポンプが直接液体移送に優れる理由
ダイアフラムポンプは直接液体移送アプリケーションに特に適しています。安定した正確な流量を供給し、最大16 bar（相対）の圧力に対応可能です。自己吸気機能により事前充填なしで運転を開始でき空運転時も安全に作動するよう設計されています。特定の化学物質や運用要件に合わせてカスタマイズ可能なため高い適応性と信頼性を備えています。ダイアフラムは動的シールとして機能しリークを防ぎコンタミリスクを低減します。これは特に敏感な液体や腐食性液体の移送において重要です。
低脈動が要求されるシステム向けにKNFのジェントルフロー技術は効果的なソリューションを提供します。ダンパーの統合や位相シフトされた複数のダイアフラムの使用によりこの革新技術は圧力ピークを大幅に低減します。一例としてFP 1.7ジェントルフローポンプは統合型減衰ダイアフラムを搭載し、脈動・振動・騒音を最小限に抑え、直接液体移送システムにおける安定した性能保証します。
液体圧送方式の仕組み
液体圧送システムではガスポンプにより大気中の空気を供給容器に送り込み、圧力を発生させます。この加圧された空気が配管とバルブで接続された受容器へと液体を押し流すために使用されます。
液体上圧移送には様々なポンプタイプが利用可能です。これには理想的なソリューションであるダイアフラムポンプとより高い圧力向けのスイングピストンポンプが含まれます。液体上圧アプリケーション用ポンプとして使用する場合、ダイアフラムポンプは他のポンプタイプに比べて以下の利点を提供します：
- オイルフリー運転
- カスタマイズされた適合性
- 防爆規格や食品グレード対応を含む幅広い認証を取得可能
- 高い信頼性
- 内部摩耗のないクリーンな運転
液体圧送方式の利点
液体上圧転送方式を採用することで単一のポンプで複数のポンプラインを運用可能です。これにより複雑な液体システムの簡素化が図れます。液体上圧転送方式を採用したシステムでは移送液がポンプ内部を直接通過しないため複数の利点があります。粘性や研磨性の液体、あるいは粒子や繊維を含む流体の移送が可能となります。これらはポンプを詰まらせる心配がないためです。またポンプ内部を清潔に保つためシステムの洗浄が容易になり交差汚染を防止します。空気加圧容器を使用することでガス圧が低下した時のみポンプを作動させるためエネルギー消費と騒音を低減できます。さらに液体上圧送法は脈動がほとんどない極めて滑らかな流れを実現します。
液体圧送方式の限界
液体圧送システムではポンプの作動は移送される液体と直接連動していません。液体を移送するために加えられる圧力は変動する可能性があります。これにより直接液体移送方式と比較して、流量の安定性が低下し流量精度が低下する可能性があります。1台のダイアフラムポンプまたはスイングピストンポンプで複数のラインに供給できます。流量調整と圧力制御にはバルブ及びバルブ制御装置の導入が必要となりシステム複雑性や保守時間・コストの増加要因となります。ポンプが目標圧力を調整するのに時間を要する場合があるためサブタンク内の圧力制御が遅延する可能性があります。圧力式システムのもう一つの欠点はまず空気を圧縮してから液体を移動させる必要があるため効率が低下する点であります。システム設計によっては摩擦損失がさらにシステム効率を低下させる可能性があります。
液体上圧送用ガスポンプ
液体上圧送アプリケーションに使用されるガスポンプは効率的かつ確実に空気を圧縮する必要があります。さらにオイルフリーかつ低メンテナンスまたはメンテナンスフリーの運転が不可欠です。一部のシステムでは極めてコンパクトなポンプソリューションが大きな利点となります。これらの要件からダイアフラムポンプ技術が理想的な選択肢となります。必要な流量と圧力に応じてダブルヘッド式ダイアフラムポンプを使用できます。マイクロガスポンプNMP 830.1.2 HPは高効率・コンパクト・信頼性を兼ね備えた液体上圧送ソリューションとして有力な選択肢です。
信頼性の高い流量・圧力制御を実現するためKNFはパラメータ設定可能なBLDCモータを含む幅広いモータオプションを提供しています。これにより最大・最小速度範囲の設定や固定値の設定が可能となり強力かつ安定した流量を実現します。さらにマイクロガスポンプは低脈動・低騒音を実現します。ダイアフラムポンプの代替としてスイングピストン式ガスポンプは液体上圧アプリケーションに適した選択肢となります。コンパクトな設置面積で優れた圧力と流量を実現します。全てのKNFポンプと同様に特定の移送プロセス要件に合わせてカスタマイズが可能です。
直接液体移送と液圧式移送の選択方法
どちらのアプローチを選択するかは移送する流体、システム内のライン数、システムの清浄度要件など様々な要因によって決まります。ダイアフラムポンプは両方のアプローチに最適です。なぜならすべての利点を一つのソリューションに統合しているからです。KNFのエンジニアはお客様のアプリケーションに最適なアプローチを見つけるお手伝いをします。最適な選択を支援しお客様の特定のニーズに合わせてポンプソリューションをカスタマイズします。
