JP2009529120A - 較正曲線を含むポンプ・システム - Google Patents

Abstract

粘度が異なる多数の流体の中から１つの流体をポンピングするためのポンプ・システム。ポンプ・システムは、容積式ポンプと、容積式ポンプを作動するための制御装置とを含むことができる。制御装置は、粘度補償データを有することができる。粘度補償データは、制御装置が、容積式ポンプに流体の粘度に基づいて動作するように指示するように、流体のうちの少なくとも１つに関連する。
【選択図】図３

Description

本出願は、概して、ポンプ・システムに関し、特に、ポンプ較正曲線を使用する容積式ポンプ・システムに関する。

一般的に、容積式ポンプは、ポンプ動作の各サイクル毎に一定量の液体を送出する。理想的な容積式ポンプ内で流量に影響を与える唯一の要因は、ポンプ速度である。ポンプが動作している全システムの流量の特性は、そこを通る流量に影響を与えてはならない。

実際には、主として、ポンプの容積効率、ポンプの滑り（出口から入口への内部流体のバイパス）、システムの圧力、及び流体粘度により、理論流量と実際の流量との間には違いができる。個々の各ポンプは、これらの変数及び他の変動により異なる性能特性を有することができる。

それ故、粘度が異なり、容積効率が異なる流体といった異なる影響に適応することができるポンプが求められている。より詳細には、ポンプ・システムは、異なる流体特性及びシステム自身内の変動に適応しなければならない。

それ故、本出願は、粘度が異なる多数の流体の中から１つの流体をポンピングするためのポンプ・システムに関する。このポンプ・システムは、容積式ポンプと、容積式ポンプを作動するための制御装置とを含むことができる。制御装置は、粘度補償データを有することができる。粘度補償データは、流体の少なくとも１つに関しており、制御装置が、容積式ポンプが流体の粘度に基づいて動作するように指示するする。

ポンプ・システムは、さらに、多数の流体のための多数の流体容器を含むことができる。流体容器は、当該流体容器上に配置される識別子を含むことができる。識別子は、無線周波識別タグを含むことができる。ポンプ・システムは、さらに、識別子を読み取ることができる流体源識別装置を含むことができる。

粘度補償データは、所与の流量でのポンプ出力に関するデータを含むことができる。粘度補償データは、多数の粘度補償チャートを含むことができる。粘度補償データは、容積式ポンプに関する容積効率データを含むことができる。

本願は、さらに、粘度が異なる多数の流体のうちの１つを含む容積式ポンプを動作するための方法に関する。この方法は、所与の流量で多数の異なる流体のそれぞれに対する容積式ポンプの滑り率を決定することと、多数の異なる各流体の補償率を決定することと、多数の流体のうちの１つをポンプに連通することと、補償率に基づいて所与の流量で多数の流体のうちの１つをポンピングすることと、を含む。

補償率に基づいて所与の流量で流体をポンピングするステップは、容積式ポンプのストローク、サイクル、ステップ又はパルス幅変調を変化することを含むことができる。このステップは、また、容積式ポンプの速度を増大すること、又は容積式ポンプが動作する時間の長さを増大することを含むことができる。異なる各流体に対する補償率を決定するステップは、容積式ポンプに関する容積効率データを含むことができる。

本願は、さらに、飲料ディスペンサについて説明する。飲料ディスペンサは、異なる粘度の多数の流体を含む多数の流体源と、分配弁と、流体源から流体のうちの１つを分配弁にポンピングするための容積式ポンプと、分配弁に応じて容積式ポンプを作動するための制御装置とを含むことができる。制御装置は、容積式ポンプが動作中流体の粘度を補償するように、多数の流体に関連する補償データを含むことができる。

補償データは、多数の粘度補償チャートを含むことができる。補償データは、容積式ポンプが容積式ポンプの容積効率を補償するように、容積式ポンプに関する容積効率データを含むことができる。

流体源は、多数の流体容器を含むことができる。流体容器は、その上に配置される識別子を含むことができる。識別子は、無線周波識別タグを含むことができる。飲料ディスペンサは、識別子を読み取ることができる流体源識別装置を含むことができる。

ここで、数枚の図面を通して類似の参照番号が類似の要素を示している図面について説明するが、図１は、本明細書に記載する容積式ポンプ１００のための較正チャート１０である。すでに説明したように、理想的なポンプは、システムがどんな影響を受けても変位が変わらない。しかし、実際には、変位は、システムの変数により流量域全体にわたって変化する場合がある。ポンプの変位が変化する１つの理由は、流体の粘度によるものである。例えば、図１は、シロップのような中粘度流体の変動チャート１０である。図２は、これとは異なる水の粘度に類似した低粘度の流体の滑りチャート２０である。図に示すように、この流体を使用すると、変動がもっと大きくなる。既知のポンプ１００は、変動を考慮に入れるように較正することができるが、この較正は、通常、所与の状態の所与の流体に対してだけ正確なものになる。多くの既知のポンプも、３パーセント（％）程度までのメーカの許容範囲を有することができる。

図３は、ポンプ・システム１１０を示す。この例の場合には、ポンプ・システム１１０は、飲料ディスペンサ１１５であってもよいが、本明細書においては、任意のタイプのポンプ装置を使用することができる。飲料ディスペンサ１１５は、異なるタイプの粘度を有する異なるタイプの流体に適応することができる。それ故、例えば、飲料ディスペンサ１１５は、炭酸ソフトドリンク、スポーツ飲料、ジュース、水、コーヒー、お茶、フレーバー、添加物又は任意の他のタイプの流体を分配することができる。これらの各流体は、異なる粘度を有することができる。

ポンプ１００は、任意のタイプの容積式ポンプであってもよい。例えば、ポンプ１００は、電磁ポンプ、ギヤ・ポンプ、環状ポンプ、蠕動ポンプ、シリンジ・ポンプ、圧電ポンプ、又は各ポンプ・サイクル毎に一定の変位をポンピングするための任意の他のタイプの容積式装置であってもよい。ポンプ１００は、電気、圧力又は他の方法のような任意の従来の方法で動作することができる。例えば、ポンプ１００は、パルス幅変調により作動する直流モータを含むことができる。すなわち、モータ（及びそれ故、ポンプ１００）は、パルスがもっと長い場合にはより高速で動作する。所与の数のパルスで動作するステップモータのような他の動作手段も使用することができる。ポンプ１００の圧力源は、水源又は圧縮ガスからのものであってもよい。本明細書においては、任意のタイプのポンプ作動手段を使用することができ、それに適応することができる。

飲料ディスペンサ・システム１１５は、ポンプ１００と連通している多数の流体源１２０を含むことができる。流体源１２０は、従来のバッグインボックス型容器、従来の通水部、又は任意の他のタイプの流体貯蔵、供給又は送出装置であってもよい。ポンプ１００及び流体源１２０は、簡便な低圧、若干の負圧、又は非加圧的方法で接続することができる。飲料ディスペンサ・システム１１５は、所望の流体源を選択するための選択装置を有することができる。

飲料ディスペンサ・システム１１５は、さらに、ポンプ１００と連通している分配弁１３０を含むことができる。分配弁１３０は、従来の設計のものであってもよい。分配弁１３０は、所与の流体を分配することができ、又は、弁１３０は、例えば、シロップ又は濃縮物、及び水から炭酸ソフトドリンクを作るために多数の流体を混合することができる。ポンプ１００及び分配弁１３０は、任意の簡便な方法で接続することができる。

飲料ディスペンサ１１５は、さらに、制御装置１４０を含むことができる。制御装置１４０は、従来のマイクロプロセッサ、又は任意の他のタイプの従来の制御システムであってもよい。制御装置１４０は、従来のメモリ１５０又はそれと関連する他のタイプのデータ記憶装置を有することができる。別の方法としては、メモリ１５０を、フラッシュ・メモリ又は類似の構造の形をしているポンプ１００と関連付けることができる。制御装置１４０は、ポンプ１００専用にすることもできるし、又は、制御装置１４０は、飲料ディスペンサ１１５全体を作動することができる。より詳細には、制御装置１４０は、ポンプ１００及び分配弁１３０と連通することができる。制御装置１４０は、遠隔に設置することもできるし、及び／又はポンプ１００に指示を与えるために遠隔からコマンドを送ることもできる。リモート・コマンドは、無線によるものであっても、及び／又は光学的なものであってもよい。制御装置１４０は、情報を交換及び更新するために、連続的に又は間欠的にネットワークと連通することができる。

制御装置１４０は、また、流体源１２０付近に配置される流体源識別装置１６０と連通することができる。例えば、各流体源１２０は、その上に配置される無線周波識別（ＲＦＩＤ）タグ１７０又は類似のタイプの装置を有することができる。同様に、任意のタイプの無線通信プロトコルを使用することができる。バーコード・タグ、二次元タグ、又は他のタイプの視覚的識別子を使用することができる。さらに、他の識別子は、密度／比重、ｐＨ等を含むことができる（それ故、タグ１７０という用語は、これらすべての識別子を意味する）。タグ１７０は、その中の流体の性質を識別する。流体源識別装置１６０は、タグ１７０を読み取ることができ、制御装置１４０に流体の性質を知らせることができる。別の方法としては、制御装置１４０は、流体の性質を決定するために他のタイプのデータ入力手段を有することができる。ポンプ１００及び／又は制御装置１４０は、また一組のスイッチ、ジャンパ、又は他のタイプの電子的又は光学的識別子を有することもできる。

所与のポンプ１００の多数の較正曲線１０、２０をメモリ１５０内に格納することができる。較正曲線１０、２０は、所望の流量で所与の流体に対する個々のポンプ１００の滑り及び他の要因に適応することができる。ポンプ１００は、異なる粘度を有する多数の異なる流体に対して較正することができる。

使用中、分配弁１３０は、作動した場合、所定の流量で流体源１２０から流体をポンピングするようにポンプ１００に指示する。ポンプ１００がアナログ信号用に構成されている場合には、制御装置１４０は、その信号を解釈し、流量に信号を相関付け、所与の流体に対する較正曲線１０、２０に基づいて流量を較正し、必要に応じて、ポンプ１００にコマンドを送る。同様に、分配弁１３０が、データ・パケット・コマンドを供給する場合には、制御装置１４０は、そのデータ・パケットを解釈し、流量を較正曲線１０、２０と相関付け、ポンプに適切に指令する。

例えば、分配弁１３０は、所与の流量で飲料を分配した場合には、制御装置１４０は、所与の流体の較正曲線１０を考慮に入れる。それ故、制御装置１４０は、例えば、モータ速度又は他の変数を増大するようにポンプ１００に指示し、それ故、追加のポンプ・サイクルを供給するか、又はポンプ１００に追加の時間の長さの間動作するように指示する。より詳細には、定量電磁ポンプの場合には、オン／オフ・サイクルの長さを変化させることができ、ステップモータの場合には、ステップの数又はレートを変化させることができ、圧電ポンプの場合には、サイクルのプロファイルを変化させることができ、直流ポンプの場合には、ポンプ速度を変化させることができる。他のものも使用することができる。いずれの場合でも、流体の正確な量が分配される。

図１に示すように、シロップのような中粘度の理論値からのズレは、流量が、毎秒約０．４ｃｃから約０．６ｃｃに増大すると、パルス（又はストローク又は他の変数）毎に、約０．０３０１ｃｃの逆Ｋ係数から約０．０３０２ｃｃ（立方センチメートル）に増大する。次に、流量が引き続き毎秒約０．８ｃｃ以上である場合には、パルス当たり約０．０３００ｃｃに再び低減する。対照のための図２の場合には、低粘度流体のズレは、流量が増大するにつれて着実に増大する。図に示すように、ズレは、毎秒約０．０４５ｃｃの流量においてパルス当たり約０．０２９７ｃｃの逆Ｋ係数から、毎秒約０．８０ｃｃにおいてパルス当たり０．０３０４ｃｃ以上に増大する。（Ｋ係数は、容積処理能力の表示である。）図１は、単に例示としてのものに過ぎない。異なるポンプ及び異なる流体は異なる曲線を有する。

決定が行われると、較正係数を適用することができる。例えば、所与の流体を含む電磁ポンプの所望の流量が毎秒１０ｃｃであり、流量に依存しない較正係数がポンプ・ストローク当たり０．１ｃｃである場合には、必要なストローク数は、１００、すなわち、１０ｃｃ／ｓを０．１ｃｃ／ストロークで割ったものである。（サイクル、ステップ、又は電圧の値も使用することができる。）

同様に、較正係数は、流量に依存するものであってもよい。例えば、この場合も、所望の流量が毎秒１０ｃｃであり、流体が水のような低粘度流体である場合には、０．１ｃｃ／ストローク−０．００１ｓ／ストローク＊流量（ｃｃ／ｓ）である。必要なストローク数は、１１１．１、すなわち、１０ｃｃ／ｓ（０．１ｃｃ／ストローク−０．００１ｓ／ストローク＊１０ｃｃ／ｓ）、又は１０ｃｃ／ｓ／（０．０９ｃｃ／ストローク）である。流体粘度がもっと大きい（約２５〜５０センチポアズ）場合には、較正係数は、０．１ｃｃ／ストローク−０．００５ｓ／ストローク＊流量（ｃｃ／ｓ）である。必要なストローク数は、２００、すなわち、１０ｃｃ／ｓ／（０．１ｃｃ／ストローク−０．００５ｓ／ストローク＊１０ｃｃ／ｓ）又は１０ｃｃ／ｓ／（０．０５０ｃｃ／ストローク）である。

これらの例は単に説明のためだけのものである。任意の数の他の変数も使用することができる。例えば、チャートは、同じポンプ１００に接続している低圧、若干の負圧又は非加圧源又は複数の源を補償することができる。チャートは、またそれが変位した場合に、既知の流体タンクから送られる材料の量を視覚的に観察することにより作成することができる。

飲料ディスペンサ１１５、ポンプ１００及び制御装置１４０は、また、温度、漏洩検出、圧力、汚染検出、重量測定装置、レベル・センサ、クロック、他のタイミング装置、年数（貯蔵期間）及び任意の他の動作パラメータを考慮に入れることができる。例えば、流体の粘度が較正範囲からはみ出している場合には、システム１１５は、加熱又は冷却を行うことができる。ポンプ１００は、また、非液体成分をポンピングすることもできる。

ポンプ変位較正チャートである。 別のポンプ変位較正チャートである。 本明細書に記載するポンプ・システムの概略図である。

Claims (20)

1. 粘度が異なる多数の流体の中から１つの流体をポンピングするためのポンプ・システムであって、
   容積式ポンプと、
   前記容積式ポンプを作動するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、粘度補償データを有し、
   前記粘度補償データは、前記多数の流体のうちの少なくとも１つに関連しており、前記制御装置は、前記容積式ポンプが前記多数の流体のうちの前記１つの流体の粘度に基づいて動作するように指示するポンプ・システム。
2. 前記多数の流体のための複数の流体容器をさらに備える、請求項１に記載のポンプ・システム。
3. 前記複数の流体容器が、当該流体容器上に配置される識別子を備える、請求項２に記載のポンプ・システム。
4. 前記識別子が、無線周波識別タグを含む、請求項３に記載のポンプ・システム。
5. 前記識別子を読み取ることができる流体源識別装置をさらに含む、請求項３に記載のポンプ・システム。
6. 前記粘度補償データが、所与の流量でのポンプ出力に関連するデータを含む、請求項１に記載のポンプ・システム。
7. 前記粘度補償データが、複数の粘度補償チャートを含む、請求項１に記載のポンプ・システム。
8. 前記粘度補償データが、前記容積式ポンプに関する容積効率データを含む、請求項１に記載のポンプ・システム。
9. 粘度が異なる多数の流体のうちの１つを含む容積式ポンプを動作するための方法であって、
   所与の流量で多数の異なる流体のそれぞれに対する前記容積式ポンプの滑り率を決定するステップと、
   前記多数の異なる各流体の補償率を決定するステップと、
   前記多数の流体のうちの１つを前記ポンプと連通するステップと、
   前記補償率に基づいて前記所与の流量で前記多数の流体のうちの１つをポンピングするステップと、
   を含む方法。
10. 前記補償率に基づいて前記所与の流量で前記多数の流体のうちの１つをポンピングするステップが、前記容積式ポンプのストローク、サイクル、ステップ又はパルス幅変調のレートを変化させるステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記補償率に基づいて前記所与の流量で前記多数の流体のうちの１つをポンピングするステップが、前記容積式ポンプの速度を増大することを含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記補償率に基づいて前記所与の流量で前記多数の流体のうちの１つをポンピングするステップが、前記容積式ポンプが動作する時間の長さを増大することを含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記多数の異なる流体それぞれに対する前記補償率を決定するステップが、前記容積式ポンプに関する容積効率データを含む、請求項９に記載の方法。
14. 飲料ディスペンサであって、
    異なる粘度の複数の流体を含む複数の流体源と、
    分配弁と、
    前記複数の流体源から前記複数の流体のうちの１つを前記分配弁にポンピングするための容積式ポンプと、
    前記分配弁に応じて前記容積式ポンプを作動するための制御装置とを含み、
    前記制御装置は、前記複数の流体のうちの１つに関連する補償データを含んでおり、前記容積式ポンプは、動作中に前記複数の流体のうちの前記１つの流体の粘度を補償する飲料ディスペンサ。
15. 前記補償データが、複数の粘度補償チャートを含む、請求項１４に記載の飲料ディスペンサ。
16. 前記補償データが、前記容積式ポンプに関する容積効率データを含んでおり、前記容積式ポンプが、前記容積式ポンプの前記容積効率を補償する、請求項１４に記載の飲料ディスペンサ。
17. 前記複数の流体源が、複数の流体容器を含む、請求項１４に記載の飲料ディスペンサ。
18. 前記複数の流体容器が、当該流体容器上に配置される識別子を含む、請求項１７に記載の飲料ディスペンサ。
19. 前記識別子が、無線周波識別タグを含む、請求項１８に記載の飲料ディスペンサ。
20. 前記識別子を読み取ることができる流体源識別装置をさらに含む、請求項１８に記載の飲料ディスペンサ。

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