JP2005516779A - 加圧された流体の温度を変化させるための方法および装置 - Google Patents

Abstract

超高圧管を通って流れる超高圧流体の温度を変更するためのアセンブリは、複数の熱伝導性ブロックを備える。各ブロックは、超高圧管が通る第１の穿孔、および加熱または冷却源を含む第２の穿孔を有する。あるいは、電極を管の外面に結合することによって、超高圧流体の温度を上昇させるために抵抗加熱が用いられる。超高圧流体は、加圧された後に加熱または冷却され、その後、選択された温度で超高圧管から排出されて使用される。例えば、選択された温度の超高圧流体は、ノズルを通じて排出されて、超高圧流体噴射を形成し、任意の所望の面または物体を切断または洗浄し得、あるいは、この超高圧流体は、圧力容器に排出されて物質を加圧処理し得る。

Description

（技術分野）
本発明は、制御された温度条件下での超高圧流体の生成および使用に関し、より詳細には、加圧された流体の温度を変化させるためのシステムに関する。

（発明の背景）
超高圧流体は、多くの用途を有する。たとえば、超高圧ポンプで生成される超高圧流体は、超高圧流体ジェットを形成するノズルをによって方向付けられ得る。超高圧流体ジェットは、研磨材料と混合されてもされなくてもよい。超高圧流体ジェットの特性に依存して、ジェットは、当該技術において理解されるように、種々の表面および物体を切断または洗浄するために使用され得る。超高圧流体はまた、物質を加圧処理するために圧力管に方向付けられ得る。例えば、物質（例えば、食物）中の病原体および微生物は、高圧にその物質をさらすことによって不活性化され得る。このことは当該分野において公知である。周囲の温度の流体を有する超高圧流体ジェットを生成することは、多くのアプリケーションに受け入れ可能な結果を提供するが、出願人は、選択された温度（その上下周辺）で使用するために加圧流体を提供することが、いくつかの状況において望ましいであろうと考える。したがって、本発明は、超高圧流体を選択的に加熱または冷却することに関する。

（発明の要旨）
手短に言えば、本発明は、超高圧流体を使用することを必要とする任意のアプリケーションで使用するために選択された温度で超高圧流体を提供する。好適な実施形態において、流体が加圧された後に、その流体は、加熱または冷却される。このことは、（特に極端な温度で超高圧ポンプの性能に否定的な影響を及ぼし得ると出願人が考える）加圧の前に流体を加熱または冷却することとは対照的である。

第一の好適な実施形態において、高圧流体は、高圧流体源（例えば、高圧ポンプ）から超高圧管を介して使用するポイントに流れる。超高圧管は、熱伝導性のある複数のブロックを通る。各ブロックは、管が通る第一の穿孔を有する。熱伝導性のある各ブロックには第二の穿孔があり、そこへ加熱源または冷却源が配置される。例えば、カートリッジヒータが第二の穿孔に挿入され得、選択された温度に設定され得る。あるいは、選択された温度の流体は、第二の穿孔を通って循環され得る。この様態において、熱的に伝導性のある各ブロックは、熱交換機として動作し、超高圧管を横切る熱流束を生成する。これにより、所望されるように、超高圧流体の温度を上昇または低下させる。好適な実施形態において、熱電対は、各ブロックで提供され、ブロックおよび／または超高圧管の外側表面の温度を検出し、制御ループに対するフィードバックを提供して、加熱源または冷却源の温度を次々に調節する。

別の好適な実施形態において、電気抵抗は、流体が超高圧管を通って流れるので超高圧流体を加熱するために使用される。より詳細には、複数の電極が、超高圧管の外側表面および電流源に接続される。好適には、低電圧における高電流は、電気ショックの尤度を低下させるために使用される。管を通って大電流を流すことによって、管の全体の横断面は、効率的に熱源となる。任意の方法で本発明を制限することなく、本発明は、高温まで加熱することを所望される用途に特によく適し得る。

使用されるブロックの数およびブロックの配列がデザインパラメータおよび手での仕事に基づいて選択されることが理解される。例えば、好適な実施形態において、ブロックの数および各ブロックの温度は、使用ポイントでの超高圧流体の所望の温度および管を通る流速に基づいて選択される。
（発明の詳細な説明）
上述されたように、本発明は、選択される温度で超高圧流体を提供する。好適な実施形態において、流体の温度は、所望の圧力まで流体が加圧された後に周囲温度から変化され、超高圧管を通って圧力源２０から放出される。好適な実施形態において、図１に示されるように、超高圧管の温度を変化させる装置１０は、熱伝導性材料のブロック１２を備える。任意の熱伝導性材料が使用され得るが、好適な実施形態では、ブロック１２は、アルミから作られる。ブロック１２は、第１の穿孔が提供される。この第１の穿孔を通って超高圧管１１が通過する。ブロック１２は、第二の穿孔１４をさらに提供される。第二の穿孔は、加熱源および冷却源を提供される。加熱源および冷却源が使用されるが、好適な実施形態において、カートリッジヒータ１６は、第二の穿孔１４に配置される。任意のカートリッジヒータが使用されるが、適切なカートリッジヒータ１６の例がＯｍｅｇａによって商品ＣＩＲ−５０６９／２４０が製造される。あるいは、図２に示されるように、選択される温度での流体１５は、第二の穿孔１４を通る回路に配置される管１７を介して循環される。

超高圧管１１は、厚い壁で囲まれ、一般的にスチールから作られることが理解されている。超高圧流体が所望の温度に到達することを保証するための必要条件として、超高圧流体が流れる管１１を横切る所望の熱流束を得るために、システムをモニタし、ブロックの温度を調節することが所望され得る。このことは、種々の方法で達成され得るが、好適な実施形態において、熱電対などの温度センサ１８は、ブロック１２に配置されて、ブロックおよび／または超高圧管の外表面の温度を検出し、制御ループ１９にフィードバックを提供する。フィードバック制御ループ１９は、例えば、カートリッジヒーターへの電圧供給源を調節することによって、加熱源および冷却源の温度を次々に調節し得る。あるいは、温度センサは、流体自体の温度を検出して、したがってシステムにフィードバックを提供するように配置され得る。ブロックおよび／または超高圧管の外側表面の温度をモニタリングすることはまた、管の完全性を譲歩しないことを保証するために役に立ち得る。例えば、ステンレススチール３１６超高圧管は、オートクレーブ工学（Ａｕｔｏｃｌａｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ）に利用可能であり、３／８インチの外径と１／８インチの内径を有し、その疲労寿命の約１０％の損失で約４５０°Ｆに引き上げられ得る。従って、この特定の超高圧管が用いられる場合、管の外表面の温度が４５０°Ｆを越えないことを保証することがシステムの目的になる。

代替的な実施形態において、図３に示されるように、超高圧流体が抵抗熱を用いて超高圧管１１を介して流れるにつれて、超高圧流体は、加熱される。より詳細には、図３に示されるように、電極２３は、超高圧管１１の外表面に位置し、電流源に接続される。管１１を通して大電流を流すことによって、全体の断面は、効率的に熱源になる。電気ショックの危険を排除するために、低電圧高電流が使用される。例えば、１６ボルト、３０００アンペアで４８ｋＷの加熱システムを提供する。管の中心に正電極を、管のいずれかの側面に接地された負の端子を配置することによって、電気ショックの危険がさらに低減される。所望のレベルで電流を提供するために、従来の変換が使用され得る。

好適な実施形態において、図４に示すように、複数のブロック１２は、超高圧管１１の長さに沿って提供される。各ブロック１２は、上述のような構成および動作を有する。ブロックの正確な数および数のレイアウトは、特定の用途に基づいて選択され得る。好適な実施形態において、ブロック１２は、絶縁体２２と共にボックス２１にマウントされる。

したがって、例えば、図４に概略的に示される超高圧ポンプ２４を通って、動作する際に、流体の量が加圧される。超高圧ポンプは、例えば、本発明の譲受人であるＦｌｏｗ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから商業的に利用可能である。加圧された流体が超高圧管１１を通って流れるために、加圧された流体は、加熱源または冷却源がアクティブにされる複数の熱伝導性ブロック１２を通過する。超高圧流体が超高圧管１１のアウトレット２６に到達する時までに、超高圧流体は所望の温度になる。選択された温度の超高圧流体が、所望で用いられる。超高圧流体は、例えば、図４で概略的に示されるノズル２５を通して放出され得る。選択された温度の超高圧流体が（例えば、Ｆｌｏｗ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎで製造される）超高圧ジェットを形成する任意の商業的に利用可能なシステムに放出され得ることは理解される。用途に応じて、選択された温度の超高圧流体ジェットは、カットまたはクリーンするために使用され得、所望の用途に応じて、研磨をさらに伴出し得る。あるいは、選択された温度の超高圧流体は、圧力管に含まれる物質を加圧するために圧力管に放出され得る。「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ Ｕｎｄｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」と称された、同時係続中の特許出願第＿＿＿＿＿号に記載されて、示されるように、加熱された圧力媒体によって食料等の物質を加圧処理することが望まれ得る。この同時係続中の出願は、本発明の譲受人であるＦｌｏｗ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって所有され、同出願は、本出願に参照として援用される。

上述のように、好適な実施形態において、一つ以上の超高圧管１１、熱伝導性ブロック１２、または、加圧された流体の温度が測定され、加熱源または冷却源の温度は、超高圧流体の温度を上昇または低下させるために必要に応じて調節される。好適な実施形態において、熱伝導性ブロックは、超高圧管１１を通る加圧流体の流速、および、超高圧流体の温度の所望の変化の関数として決定された選択される温度に加熱または冷却される。たとえば、図４に示されたシステムでは、三相電源が使用される。これにより、１８個の熱伝導性ブロックと二つのブランクが格子状に配列される。４ブロックのシステムから得られるテストデータを外挿すると、出願人は、超高圧流体の温度上昇が以下の式で定義され得る事と考える。

温度上昇＝（−．３Ｂ＋４１）ｑ＋．８６Ｂ−１０２
ここで、大文字ＢはＦａｈｒｅｎｈｅｉｔ度のブロック温度であり、ｑはガロン／分の超高圧管を通る流速である。図４に示されるシステムおよび上記の式が本発明にしたがって構成され得る数多くのシステムの単なる図示であり、任意の数のブロックを使用して本発明に従ってアセンブリが構成され得ることが理解される。

上記から、本発明の特定の実施形態が図示の目的のために本明細書に示されたが、本発明の意図および範囲から逸脱することなく様々な改変がなされ得ることが理解される。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲以外によって制限されない。

図１は、本発明の好適な実施形態による超高圧管内の流体を加熱または冷却するためのデバイスの概略的な断面図である。 図２は、本発明により提供される加熱および冷却のための代替的デバイスの概略的な断面図である。 図３は、本発明により提供される代替的デバイスの概略的正面図である。 図４は、本発明による超高圧管ないの流体を加熱または冷却するためのアセンブリの平面図である。

Claims (19)

1. 超高圧管内の加圧流体の温度を変更する装置であって、
   熱伝導性であり、かつ、所定の長さの超高圧管が通る第１の穿孔を備えるブロックを備え、該ブロックは、加熱または冷却源を含む第２の穿孔を備える、装置。
2. 前記第２の穿孔にカートリッジヒータが配置される、請求項１に記載の装置。
3. 選択された温度の流体は、前記第２の穿孔を通って循環される、請求項１に記載の装置。
4. 前記１つ以上のブロックに接続された温度センサ、前記所定の長さの超高圧管、および加圧流体をさらに含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記温度センサは、フィードバック制御ループに結合され、前記加熱源または冷却源の温度をレギュレートする、請求項４に記載の装置。
6. 前記ブロックは、アルミニウムを含む、請求項１に記載の装置。
7. 超高圧管内の加圧流体の温度を変更する装置であって、
   加圧流体源と流体をやり取りする所定の長さの超高圧管であって、所定の体積の加圧流体は、該超高圧管を通って流れることが選択的に可能にされる、所定の長さの超高圧管と、
   該所定の長さの超高圧管に沿って配置された複数の熱伝導性ブロックであって、各熱伝導性ブロックは、該超高圧管を通る第１の穿孔、および加熱または冷却源を含む第２の穿孔を有する、ブロックと
   を備える、装置。
8. 各熱伝導性ブロックの前記第２の穿孔内にカートリッジヒータが配置される、請求項７に記載の装置。
9. 選択された温度の流体は、各熱伝導性ブロックの前記第２の穿孔を通って循環される、請求項７に記載の装置。
10. 前記１つ以上のブロック、前記超高圧管、および前記加圧流体の温度を感知するように配置された温度センサであって、制御フィードバックループに接続された、温度センサをさらに備える、請求項７に記載の装置。
11. 前記熱伝導性ブロックの近傍に大量の絶縁材料が配置される、請求項７に記載の装置。
12. 超高圧管内の加圧流体の温度を変更する装置であって、
    加圧流体源と流体をやり取りする所定の長さの超高圧管であって、所定の体積の加圧流体は、該超高圧管を通って流れることが選択的に可能にされている、超高圧管と、
    該管の外面および電流源に接続された複数の電極と、
    を備える、装置。
13. 超高圧管内の加圧流体の温度を変更する方法であって、
    所定の長さの超高圧管を複数の熱伝導性ブロックに通す工程と、
    該熱伝導性ブロック内の加熱源または冷却源を作動させる工程と、
    加圧流体が該超高圧管を通って流れることを可能にする工程と、
    を包含する、方法。
14. 前記１つ以上の熱伝導性ブロック、前記超高圧管、または前記加圧流体の温度を測定する工程と、
    該熱伝導性ブロック内の前記加熱源または冷却源の温度を必要に応じて調整して、該超高圧流体の温度を上昇または低下させる工程と
    をさらに包含する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記熱伝導性ブロックを選択された温度に加熱または冷却する工程であって、該温度は、前記超高圧管を通る加圧流体の流量、および該超高圧流体の温度の所望の変化の関数として決定される、工程をさらに包含する、請求項１３に記載の方法。
16. 超高圧アセンブリであって、
    超高圧流体を生成するように動作可能である流体源に接続された超高圧ポンプと、
    該超高圧ポンプに接続された所定の長さの超高圧管であって、所定の体積の超高圧流体は、該超高圧管を通って該超高圧管の流出口に流れることを選択的に可能にする、超高圧管と、
    該所定の長さの超高圧管に沿って配置された複数の熱伝導性ブロックであって、各熱伝導性ブロックは、該超高圧管が通って伸びる第１の穿孔、および加熱源または冷却源を含む第２の穿孔を有する、複数の熱伝導性ブロックと
    を備える、超高圧アセンブリ。
17. 前記超高圧管の前記流出口と流体をやり取りするノズルをさらに備える、請求項１６に記載のアセンブリ。
18. 超高圧流体噴射を用いて切断および洗浄する方法であって、
    超高圧ポンプを用いて所定の体積の流体に加圧して、所定の体積の超高圧流体を生成する工程と、
    該超高圧流体を該超高圧ポンプから超高圧管に排出する工程と、
    該超高圧管を１つ以上の熱伝導性ブロックに通す工程と、
    該熱伝導性ブロックにおいて加熱源または冷却源を作動させ、これにより、該超高圧管内の該超高圧流体の温度を所望の温度に変更する工程と、
    該所望の温度の該超高圧流体をノズルを通じて排出して超高圧流体噴射を形成する工程と
    を包含する、方法。
19. 選択された温度の超高圧流体を用いて圧力容器の内容物に加圧する方法であって、
    超高圧ポンプを用いて所定の体積の流体に加圧して、所定の体積の超高圧流体を生成する工程と、
    該超高圧流体を該超高圧ポンプから超高圧管に排出する工程と、
    該超高圧管を１つ以上の熱伝導性ブロックに通す工程と、
    該熱伝導性ブロックにおいて加熱源または冷却源を作動させ、これにより、該超高圧管内の該超高圧流体の温度を所望の温度に変更する工程と、
    該所望の温度の該超高圧流体を圧力容器に排出する工程と
    を包含する、方法。

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