JP2009502466A - 空気に基づく液体の工業的消泡用マクロ音波発生器 - Google Patents
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Abstract
Description
1)N.ウエノ、Y.ニシ、T.サクライ、「超音波波動による脱気方法及びこれを使用する装置」、米国特許第6106590号(2000年)、
2)H.K.ラトクリフ、「回転性の音波エネルギー波動」、米国特許第3761732号(1972年);「液体の消泡装置」、米国特許第1075100号(1966年)、
3)F.シューアイ、「超音波による消泡性タンク」、ヨーロッパ特許EP10020253(1998年)、
4)J.A.ガレゴ−ユアレス、「高出力超音波」、ウィレイ・エンサイクロペジア・オブ・エレクトリカル・アンド・エレクトロニックス・エンジニアリング、第9巻、第49頁〜第59頁(1999年)
1)T.G.ライトン、「音響泡」、アカデミック・プレス、ロンドン、1994年、
2)L.ブジョルノ、「高性能超音波:理論と応用」、第13回音響国際会議(ベルグラード、1989年)の紀要、第77頁〜第89頁。
図1は、指向性発振面と集束性発振面において不均一な断面を有するプレート状発振子の模式図であり、該発振子は、J.A.ガレゴ−フアレスらによるスペイン国特許第8903371号(1989年;発明の名称:気体中及び界面において高い音波/超音波強度を発生させるための電気音響装置)によるものである。
図2は、集束/指向性発振子における振動振幅の分布を示すグラフであり、該グラフは、J.A.ガレゴ−フアレスらによるスペイン国特許第8903371号(1989年;発明の名称:気体中及び界面において高い音波/超音波強度を発生させるための電気音響装置)によるものである。
図4は、本発明の基準に従って設計された電力式発振子における振動振幅の分布を示すグラフである。
図7は、本発明による音波発生用電子システムのブロック線図を示す。
a)音波発生器のパラメーターには、スイッチを入れるときの手動調整は不要であり、該発生器は、専門的技術を必要とすることなく、いずれの作業者によっても起動させることができる。
b)共振点における該システムの機能は非常に安定であり、振動を放射する発振子を配置させる媒体の特性の変化及びシステムの経時的変化によってもたらされる共振振動数と電気的インピーダンスの変化に対して、操作時の監視を必要とすることなく正確に適応する。
c)音波発生器は個々の変換器の特性に対して自動的に適応するので、変換器の交換の度毎の調整は不要である。
d)電子装置の製造には、高精度の部品の使用は不要である。
e)該音波発生器は大きな保護性と良好な制御性を有するので、完全なシステムの信頼性の増大と寿命の延長がもたらされる。
f)該音波発生器は遠隔監視能と遠隔測定能を有するので、自動化された日常的な保全作業が可能となる。
g)厄介な環境条件が伴う工業的状況に適応させることができる。
1)変換器の非励振キャパシタンスに対する補償リアクタンス(L1)。
2)変換器のインピーダンスを下記の伝送線の特性インピーダンスの値まで低下させるインピーダンス適応変圧器(T1)。
3)変換器、変圧器(T1)及びリアクタンス(L1)のアレーを増幅器と制御システムのアレーへ接続するための共通伝送線(C1)。
4)伝送線(C1)の特性インピーダンスを下記の電力増幅器からの出力インピーダンスへ適応させるインピーダンス変圧器(T2)。
5)変換器へ必要な電力を供給するために適合する電力増幅器(A1)。
6)変圧器(T2)の二次側における電流信号のサンプルを受け取るためのチャネル。
7)伝送線(C1)へ印加される電圧のサンプルを受け取るためのチャネル。
9)変換器の共振振動数と等しい振動数を有する電力増幅器の励振器信号を発生させるためのPLL(位相同期ループ)回路。
10)振動数と位相を補正するためのアナログ型加算器(SM1)及びプログラム可能な電圧ユニット(UV1)。
11)アナログ/ディジタル型コンバーター(AD1)及びマルチプレクサー(M1)。
12)作動条件の演算、位相、電力及び作動振動数帯の安定性制御、完全な電気音響システムの監視、変数とパラメーターの監視、及び遠隔コンプータ若しくは遠隔装置との通信に関する測定を実行するためのプロセッサー(P1)。
13)マイクロプロセッサー(M1)を遠隔コンピュータへ接続させるための通信インターフェース(I1)。
1)補償リアクタンスは、非励振電気キャパシタンスを有する変換器の作動振動数において共振し、該変換器によって導入される有害な位相差を補償する。
a)変換器の基本的パラメーターの測定と計算:i)伝送線(L1)へ印加される電圧の測定、ii)伝送線(L1)における電流の大きさの測定及び電圧と比較した位相の計算、iii)変換器へ供給される瞬時電力の測定、及びiv)上記の電圧と電流の測定から出発する位相とモジュラスにおける変換器のインピーダンスの計算。
b)位相、振動数マージン及び電力に関する制御/安定ループの維持。
c)システムの総括管理、監視及びモニタリング;PA増幅器の状況、変換器の状況;変換器に対して有害な振動数における共振モード、電流インピーダンス及び励振のマージン;異なる事象を解決するためのアルゴリズム;重大な故障を防止するための対策。
d)冷状態からの起動と順調な起動。
f)データの可視化メニューの取扱、キーボードからのパラメーターの導入と記憶。
g)外部(PC及びその他の装置)との通信手順の取扱により、データ、パラメーター及び内部状況のモニタリング、及び変換器の機能条件(例えば、作動電力、作動振動数及び励振準位(ボルト))を改修する命令の送信が可能となる。
a)エミッターの共振振動数において発生することがあるドリフチングに適応させるために、自動的に振動数の値を修正する変換システムの最適振動数に振動数が等しくなるときに信号を発生する。
b)作動条件の変化に適応させるために、該装置の電力が一定となり、励振電圧の値を自動的に修正する該装置の配置時に存在する基準電力に等しくなったときに信号を発生する。
c)専門オペレータの介入を必要とすることなく、自律方式で自動的に機能する。
d)システムの調整されるべきパラメーターを用いることなく、特定の共振振動数の特性、帯域幅及び電気抵抗に関係なく、該装置に接続されたいずれかの変換器を用いて随意に機能する。
f)新たな変換器の完全な特性決定がおこなわれたならば、該装置は、新たな変換器の最適振動数とその時の電力における励振を開始する。
g)変換器の作動環境条件に関して、特性値の完全な変更をもたらすような大幅な変化が発生する場合には、いわば新たな変換器の完全な特性決定を自動的に進行させる。
h)通信インターフェースを用いることにより、変換器のパラメーターと作動条件を登録するために、該装置を遠隔コンピュータによって監視することができる。
ことができ、あるいは、該装置を停止させるか、又は該装置の作動を開始させることができる。あるいは、異なる機能と安全性に関するパラメーターを伴う該装置に結合された変換器の完全な特性決定操作を開始させることができる。
j)通信インターフェースを用いることにより、該装置の監視と該装置への命令は遠隔コンピュータによっておこなうことができる。この場合、他の同等の装置(該装置の監視と該装置への命令も該コンピュータによっておこなうことができる)と共有されるデータラインが使用される。
l)該装置は、一組のパラメーターに従って、結合システムである電子的励振発生器/超音波変換器の総括管理と監視をおこなう。該パラメーターとしては次のものが例示される:作動インピーダンスの範囲、作動振動数の範囲、許容される最大位相差、達成可能な最小位相差、最大電流、最大励振、励振方式又は一定電力、特性決定過程中の励振準位、電圧の供給状況、最大エネルギー効率を得るための種々の対策の採択。
m)該装置はシステムを全体として保護し、変換器にとって極端に又は過度に不都合な条件下での作動を防止する。該変換器は、時々このような条件下で作動するようなことがあっても、妥協的な長寿命を発揮し、全体的な信頼性に影響を及ぼす。
2 変換素子(圧電型又は磁歪型の積層/機械的増幅器)
3 最大出力を得るための厚さ分布を有する発振プレート面
4 集束振動を得るための断面を有する面
Claims (17)
- 工業上発生する泡を構成する高粘性気泡を機械的に破壊するための空気によるマクロ音波発生器であって、電気音響的電力変換器及び制御下での励振用電子発振器を具備する該マクロ音波発生器において、
i)該電気音響的電力変換器が広範囲に振動可能な圧電変換素子又は磁歪変換素子から成り、該素子が、集束音響場の発生における入力を最大にするため及び/又はチタン発振子の重量を低減させるために設計された不均一な断面を有するプレート形態の発振子の励振器として作用し、
ii)該電子発振器が、該電気音響的電力変換器の共振振動数を制御して監視すると共に、該電気音響的電力変換器へ供給される電力を一定に維持するための装置と手順をもたらすことを特徴とする該マクロ音波発生器。 - 発振子が、不均一な厚さと大面積を有するプレートであって、曲げ振動方式の1種で振動するプレートである請求項1記載のマクロ音波発生器。
- プレートの発振面の断面が、波節間領域を相対的に変位させることによって集束場が得られるように設計され、焦点に対するこれらの波節間領域の距離が、発振が同位相で到達するように設定される請求項1又は2記載のマクロ音波発生器。
- 発振性プレートの非放射面の断面形態が、周縁部の波節間領域の厚さが小さくなり、中央部領域の波節間領域の厚さの維持及び/又は僅かの修正がおこなわれるように設計され、最大変位の分布が均一化され、周縁部領域では最大となり、中央部領域では中程度となる請求項1から3いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 規定される振動の振動数と方式に対して発振性プレートが最小の体積で最大の入力を保有する請求項1から4いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 電子発振器が、その振動数が変換システムの最適振動数に等しくなったときに信号を発生し、放射体の共振振動数において発生することがあるドリフチングに適応させるために、自動的に該振動数の値を修正する請求項1から5いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 電子発振器が、その電力が一定となり、その配置時に存在する基準電力と等しくなったときに信号を発生し、その作動条件の変化に適応させるために変換器の励振電圧の値を自動的に修正する請求項1から6いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 電子発振器が、専門オペレータの介入を必要とすることなく、自律方式で自動的に機能する請求項1から7いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 電子発振器が、調整されるべきシステムのパラメーターを用いることなく、かつ、特定の共振振動数の特性、帯域幅及び電気抵抗に左右されず、これに接続されるいずれかの変換器を用いて最適に機能する請求項1から8いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 電子発振器が、これに接続される最後の変換器の特性値を記憶し、該変換器がそれ以前の特性値と同じ特性値を有しているかどうかを自動的に検知し、否定的な場合には、該変換器は新たな変換器の完全な特性決定を進行させる請求項1から8いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 電子発振器が、新たな変換器の完全な特性決定がおこなわれたならば、新たな変換器の最適振動数とその時の電力において励振を開始する請求項1から10いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 電子発振器が、変換器の作動環境条件に関して特性値の完全な変更をもたらすような大幅な変化が発生する場合には、新たな変換器の完全な特性決定を自動的に進行させる請求項1から11いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 電子発振器が、通信インターフェースを用いることにより、変換器のパラメーターと作動条件を登録するために、該装置を遠隔コンピュータによって監視されることができる請求項1から12いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 電子発振器が、通信インターフェースを用いることにより、遠隔コンピュータから命令を受けることができ、該命令に従って、変換器の電力、電気的励振及び作動振動数を変化させることができ、あるいは、該発振器を停止させるか、若しくは該発振器の作動を開始させることができ、又は異なる機能と安全性に関するパラメーターを伴う該発振器に接続された変換器の完全な特性決定操作を開始させることができる請求項1から13いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 電子発振器が、通信インターフェースを用いることにより、監視と命令を受ける他の同等の装置と共有されるデータラインを使用する遠隔コンプイータによる監視と命令を受けることができる請求項1から14いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 電子発振器がPLL(位相同期ループ)回路を具備し、該回路が、電圧制御発振器及び位相比較器と低域フィルターとして機能する4つの四分区間倍率器を具有し、該倍率器が、プロセッサーによって作動する3つの制御ループを具有し、1つの制御ループが出力電力を制御し、別の制御ループが作動振動数帯域を制御し、さらに別の制御ループが出力電流と出力電圧との間の位相を制御する請求項1から15いずれかに記載のマクロ音波発生器。
- 電子発振器が、一組のパラメーター(例えば、作動インピーダンスの範囲、作動振動数の範囲、許容される最大位相差、達成可能な最小位相差、最大電流、最大励振、励振方式又は一定電力、特性決定過程中の励振準位、電圧の供給状況、最大エネルギー効率を得るための種々の対策の採択)に従って、結合システムである電子励振発振器/超音波変換器の総括管理と監視をおこない、また、該電子発振器が該システムを全体として保護し、変換器にとって極端に又は過度に不都合な条件下での作動を防止し、該変換器が、このような条件下で作動するようなことが時々あっても、妥協的な長寿命を発揮して全体的な信頼性に影響を及ぼす請求項1から16いずれかに記載のマクロ音波発生器。
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