JP2016053336A - 固形物混在液用圧送装置および固形物混在液の定量圧送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粒状の固形物と液体とが混在する固形物混在液を一定比率で定量圧送する。
【解決手段】この固形物混在液用圧送装置は、ステータ回転型の一軸偏心ねじポンプ１０を軸線を縦に配置し、回転中のステータ上部の吸込口８に、定量フィーダ２０で固形物Ｋを定量供給するとともに定量ポンプ３０で液体Ｌを定量供給し、その個別に定量供給された固形物Ｋと液体Ｌとが混在してなる固形物混在液ＬＫを一軸偏心ねじポンプ１０で定量圧送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、食料原料や化学原料などの液を圧送する圧送装置に係り、特に、粒状の固形物と液体とが混在する固形物混在液を定量圧送する固形物混在液用圧送装置、および固形物混在液の定量圧送方法に関する。

食料原料や化学原料などの液を定量圧送する圧送装置としては、例えば一軸偏心ねじポンプが知られている。一軸偏心ねじポンプは、ロータリーポンプに比べて圧送時の脈動が少なく、定量精度に優れることから定量圧送の用途に多用されている。
この種の一軸偏心ねじポンプとしては、図４に示すように、雌ねじ状の内面をもつ固定されたステータ１０４に雄ねじ状のロータ１０２を内装し、そのロータ１０２を、ユニバーサルジョイント１００を介して駆動軸１０３に連結したものが知られている（例えば特許文献１参照）。
ステータ固定型の一軸偏心ねじポンプによれば、駆動軸１０３を回転させることにより、ユニバーサルジョイント１００を介してロータ１０２が回転しつつステータ１０４の軸心に対して偏心運動を行うことによって、圧送液を吸入側Ｕから吐出側Ｄへ定量圧送することができる。

特開２０１１−２５６９１０号公報

ところで、炊飯などのように、食料原料として、米（粒状の固形物）と水（低粘性液）とを一定比率で混ぜ合わせた固形物混在液を連続的に調理する場合、米と水とは搬送時に瞬時に分離してしまうので、バッチ式調理設備と違い、連続調理設備に投入する前段での固形物混在液の搬送において、一定比率を維持した定量圧送が困難であるという問題がある。そのため、食料原料用固形物混在液の連続調理設備においては、一定比率で混ぜ合わせた固形物混在液を安定した比率で定量圧送する技術が要求されている。

例えば図４に示すように、ステータ固定型の一軸偏心ねじポンプの軸線を水平に設置して、粒状の固形物（例えば米）と液体（例えば水）とを定比率で予め混ぜ合わせた固形物混在液を定量圧送する場合、ユニバーサルジョイント１００が設置されたポンプハウジング１０７の底面部１０７ｂに粒状の固形物Ｋが沈降してしまい、固形物混在液ＬＫから液体Ｌのみが分離して圧送され（以下、「分離圧送状態」ともいう）、粒状の固形物Ｋと液体Ｌとを定比率で定量圧送することが困難であった。
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、粒状の固形物と液体とが混在する固形物混在液を一定比率で定量圧送することができる固形物混在液用圧送装置およびその運転方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上述のような分離圧送状態を改善するために、図３に示すように、ステータ固定型の一軸偏心ねじポンプの軸線を縦に設置するとともに、吸入側Ｕと吐出側Ｄとを逆の配置にして定量圧送を試みた。その結果、ポンプの軸線を縦に設置した場合、ポンプハウジング１０７の底面部への固形物Ｋの沈降は防げるものの、ステータ固定型の一軸偏心ねじポンプであると、ステータ１０４が固定されているため、ステータ上部１０４ｅのデッドスペースに固形物Ｋが停滞してしまう現象が生じた。また、ユニバーサルジョイント下部１００ｂのデッドスペースにも固形物Ｋが沈降堆積して、固形物混在液ＬＫから液体Ｌのみが分離して圧送されてしまい、固形物混在液ＬＫを定比率で定量圧送することが困難であることがわかった。

次に、本発明者らは、図２に示すように、ステータ回転型の一軸偏心ねじポンプを用いて同様の実験を試みた。つまり、ステータ４を回転可能に支承するとともに、駆動軸３に固定したロータ２を回転軸線がステータ４の軸線から所定距離偏心するように構成し、ステータ４がロータ２の回転に従属回転する一軸偏心ねじポンプを用いて定量圧送を行った。その結果、ステータ回転型の一軸偏心ねじポンプの軸線を縦に配置して固形物混在液ＬＫを圧送する場合、ステータ４がロータ２の回転に従属回転するため、ステータ上部４ｅにデッドスペースが生じることがなく、ステータ上部４ｅでの固形物の停滞問題が改善されることを確認した。

しかし、ステータ回転型の一軸偏心ねじポンプを用いた場合であっても、ステータ入口部４ｕにおいて固形物Ｋの塊を吸い込んだ状態が発生し、ロータ２とステータ４間での固形物Ｋの塊の噛みこみによる過負荷および固形物Ｋの損傷が見られ、固形物Ｋと液体Ｌとを定比率で定量供給する上で未だ改善の余地があることが判明した。
そこで、本発明者らは、ステータ入口部での噛みこみ状態の改良について鋭意取り組んだ結果、本発明を完成するに至った。

すなわち、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る固形物混在液の定量圧送方法は、粒状の固形物と液体とが混在する固形物混在液を定量圧送する方法であって、ステータがロータの回転に従属回転するとともに軸線が縦に配置された一軸偏心ねじポンプと、前記固形物を定量供給する定量フィーダと、前記液体を定量圧送する定量ポンプとを用い、前記定量フィーダにより、回転中のステータ上部の吸込口に前記固形物を定量供給し、前記定量ポンプにより、回転中のステータ上部の吸込口に前記液体を定量供給し、前記一軸偏心ねじポンプにより、前記定量フィーダおよび前記定量ポンプから個別に定量供給された前記固形物と前記液体とが混在してなる固形物混在液を定量圧送することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る固形物混在液用圧送装置は、粒状の固形物と液体とが混在する固形物混在液を定量圧送する固形物混在液用圧送装置であって、ステータがロータの回転に従属回転するとともに軸線が縦に配置された一軸偏心ねじポンプと、前記固形物を定量供給する定量フィーダと、前記液体を定量圧送する定量ポンプとを備え、前記定量フィーダは、回転中のステータ上部の吸込口に前記固形物を定量供給するように構成され、前記定量ポンプは、回転中のステータ上部の吸込口に前記液体を定量供給するように構成され、前記一軸偏心ねじポンプは、前記定量フィーダおよび前記定量ポンプから個別に定量供給された前記固形物と前記液体とが混在してなる固形物混在液を定量圧送するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ステータ回転型の一軸偏心ねじポンプを軸線を縦に配置し、回転中のステータ上部の吸込口に、粒状の固形物を定量フィーダで定量供給するとともに液体を定量ポンプで定量供給し、その個別に定量供給された固形物と液体とが混在してなる固形物混在液を一軸偏心ねじポンプで定量圧送するので、回転中の吸込口に、固形物と液体とをそれぞれ個別に定量供給しつつ、縦置きの一軸偏心ねじポンプにより定量圧送することができる。

これにより、粒状の固形物と液体とを一定比率で予め混ぜ合わせた固形物混在液をポンプに供給する場合と比べて、回転中の吸込口に対して固形物と液体とが常に一定比率で定量供給される。そのため、吸込口の開口部自体が回転吸引する吸引効果との協働によって、ロータとステータで形成されるキャビティ空間に、固形物と液体とを一定比率でスムーズに吸引することができる。さらに、ステータ回転型の一軸偏心ねじポンプを縦に配置したことにより、固形物混在液の落下方向とキャビティ空間の進行方向が一致しているため、固形物がロータとステータ間に噛みこむ現象を防止または低減することができ、固形物と液体とを一定比率で安定して定量圧送することが可能となる。
例えば、粒状の固形物が米などの穀物であって、その形状をできるだけ破損させずに水とともに定量圧送しなければならない用途であっても、本発明によれば、ロータとステータ間に固形物を噛みこむおそれが少なく、原料損傷の少ない状態で固形物混在液の定量圧送が可能となる。

上述のように、本発明によれば、粒状の固形物と液体とが混在する固形物混在液を一定比率で定量圧送することができる。

本発明の一態様に係る固形物混在液用圧送装置の説明図であり、同図では、要部を軸線に沿った断面にて示している。 ステータ回転型の一軸偏心ねじポンプを縦に配置して固形物混在液を圧送した場合の説明図である。 ステータ固定型の一軸偏心ねじポンプを縦に配置して固形物混在液を圧送した場合の説明図である。 ステータ固定型の一軸偏心ねじポンプで固形物混在液を圧送した場合の説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、本実施形態は、炊飯などのように、粒状の固形物（例えば米（但し、浸漬吸水させたものを含む））と、液体として低粘性液（例えば水）とを一定比率で混ぜ合わせた固形物混在液を、連続式調理器（例えばロタサーム（登録商標））に連続的に導入する前段設備として用いる例である。

この圧送装置は、図１に示すように、ステータ回転型の一軸偏心ねじポンプ１０と、固形物のみを定量供給する定量フィーダ２０と、低粘性液のみを定量圧送する定量ポンプ３０とを備えている。この圧送装置は、一軸偏心ねじポンプ１０の軸線を縦に配置し、定量フィーダ２０と定量ポンプ３０とを、一軸偏心ねじポンプ１０よりも高い位置に設置している。そして、この圧送装置は、一軸偏心ねじポンプ１０の上部に、定量フィーダ２０で固形物を連続的に定量供給するとともに、同時に、定量ポンプ３０で低粘性液Ｌを連続的に定量供給し、その個別に定量供給された固形物Ｋと低粘性液Ｌとが混在してなる固形物混在液ＬＫを一軸偏心ねじポンプ１０で後段設備（不図示）に定量圧送するようになっている。

詳しくは、定量フィーダ２０は、スクリューフィーダー本体２１を有し、スクリューフィーダー本体２１の上部には、粒状の固形物Ｋを一時貯留するホッパ１８がへルールクランプ１５によって着脱可能に装着されている。スクリューフィーダー本体２１は、内部に設けられたらせん型のスクリュー２２の軸線を水平にして配置され、スクリューフィーダー本体２１の後方端部には、スクリュー２２を回転させるモータ２３が付設されている。スクリューフィーダー本体２１の先端部２４は、一軸偏心ねじポンプ１０の供給ホッパ１７の上部開口に臨んで配置されている。

定量フィーダ２０は、モータ２３が駆動されると、スクリュー２２が回転してホッパ１８内部の粒状の固形物Ｋが順次に下流へと導びかれ、先端部２４の開口から供給ホッパ１７に固形物Ｋが定量供給されるようになっている。なお、切り出し精度について、固形物Ｋの供給量の調節は、固形物Ｋの流れが一定していれば、送り量一定としてスクリュー２２の回転時間に基づいて供給量を制御してもよいし、また、供給した固形物Ｋの重量をロードセルで計量し、供給した固形物Ｋの重量に基づいて供給量を制御してもよい。

定量ポンプ３０は、下部にベースブラケット３１を有し、ベースブラケット３１上に、定量ポンプ本体３２が固定されている。定量ポンプ本体３２の上部には、給水用のホッパ１９がポンプ内への流入路（不図示）に接続され、ポンプ内部に水を導入可能に装着されている。定量ポンプ本体３２の側部には、水の流出路３３が接続されており、流出路３３の先端部３４は、一軸偏心ねじポンプ１０の供給ホッパ１７の上部開口に臨んで配置され、先端部３４の開口から供給ホッパ１７に水が定量供給されるようになっている。

定量ポンプ３０は、上記定量フィーダ２０の供給量と同期して吐出流量が一定になるように、随時の吐出流量を不図示の流量計で計測し、フィードバック制御により、固形物Ｋの供給量に対して一定比率になるように、水の吐出流量を制御している。なお、この定量ポンプとしては、水の吐出流量を制御し得て、固形物Ｋの供給量に対して一定比率になるように水を供給可能なものであれば、種々のポンプ（例えば、一軸偏心ねじポンプの他、ロータリーポンプ、ダイアフラムポンプ等）を用いることができるが、固形物Ｋの供給に対して脈動の無い水の供給が好ましく、低脈動の圧送が可能な一軸偏心ねじポンプが最も適する。

一軸偏心ねじポンプ１０は、下部に駆動部１３を有し、駆動部１３には、その一方の側面にモータブラケット１２を介してモータ１が軸を水平に装着されている。さらに、駆動部１３の上部には、ハウジングブラケット１４が載置固定されている。そして、ハウジングブラケット１４上には、吐出部ハウジング１６が固定され、更に吐出部ハウジング１６上に、円筒状の本体ハウジング７が固定されている。

吐出部ハウジング１６は、内部に略Ｌ字状の吐出管路１６ａを有し、この吐出管路１６ａのうち、水平方向を向く管路が吐出口９に連通しており、垂直方向を向く管路が本体ハウジング７内に連通している。また、吐出管路１６ａの垂直方向を向く管路に対し、その下部から上方に向けて駆動軸３が挿通されている。ここで、駆動部１３は、内部に不図示の直交歯車機構を有し、駆動軸３は、水平に配置されたモータ１の出力軸（不図示）に対して直交歯車機構を介することで、モータ１の出力軸に対して駆動軸３が直交し且つ垂直方向を向くように連結されている。

さらに、この一軸偏心ねじポンプ１０は、上記本体ハウジング７内に、雄ねじ状のロータ２と、雌ねじ状の内面をもつステータ４とが、軸線が垂直方向を向くように縦置きに配置されている。そして、本体ハウジング７は、その上部の開口部が固形物混在液の吸込口８になっており、この吸込口８に対し、本体ハウジング７の上部に、固形物混在液を導入する導入配管１１が接続され、この導入配管１１の上部に、漏斗状のホッパ１７が固定されている。なお、ハウジングブラケット１４上部、吐出部ハウジング１６の上下、本体ハウジング７の上下、導入配管１１の上下、ホッパ１７下部相互の接続は、へルールクランプ１５によって着脱可能に固定されている。

ロータ２は、その先端側の螺旋部２ａと、直線状の基端部２ｂとを有する。基端部２ｂは、ユニバーサルジョイントを用いることなく下方の駆動軸３の先端に同軸に直結されている。一方、螺旋部２ａは、自身の回転軸線に対して偏心した長円形断面を有し、この螺旋部２ａが、雌ねじ状の内面を形成したステータ４に内装されている。ステータ４は、その上下の端部が軸受を介して本体ハウジング７内に回転可能に支承されている。そして、このステータ４の回転軸線に対して、上記ロータ２の回転軸線は、所定の偏心量だけ偏心するように配置されている。なお、ステータ４の雌ねじ状のピッチは螺旋部２ａの２倍である。

この一軸偏心ねじポンプ１０は、モータ１を駆動すると、駆動部１３の直交歯車機構を介して駆動軸３がモータ１の出力軸とは直交方向且つ垂直軸まわりに回転する。そして、この駆動軸３によってこれと同軸のロータ２が垂直軸まわりに回転すると、ロータ２はその回転軸線を中心として回転する。さらに、ロータ２の螺旋部２ａの動きに伴ってステータ４もその回転軸線を中心としてロータ２の回転と同期して従動回転する。これにより、固形物と低粘性液とが個別に導入されたホッパ１７内の固形物混在液を、導入配管１１を介して本体ハウジング７のロータ２とステータ４で形成されるキャビティ空間に一定比率で導入し、本体ハウジング７上方の吸込口８から下方の吐出口９へと固形物混在液を圧送可能になっている。

次に、上述の圧送装置の作用・効果について説明する。
この圧送装置を用いて固形物混在液を連続的に定量圧送する際は、定量フィーダ２０により、回転中のステータ上部の吸込口８に固形物Ｋのみを連続的に定量供給するとともに、同時に、定量ポンプ３０により、回転中のステータ上部の吸込口８に低粘性液Ｌのみを連続的に定量供給する。さらに、定量フィーダ２０および定量ポンプ３０による供給に同期して、同時に、一軸偏心ねじポンプ１０により、定量フィーダ２０および定量ポンプ３０から個別に定量供給された固形物Ｋと低粘性液Ｌとが混在してなる固形物混在液ＫＬを定量圧送する。なお、定量フィーダ２０、定量ポンプ３０および一軸偏心ねじポンプ１０相互の同期は、専用のコントローラにより集中的に管理してもよいし、各装置の供給量の安定度が必要十分であれば、個別のコントローラで管理してもよいし、また、個別のコントローラで管理しつつ、相互間のデータの授受によりフィードバックをかけて定量供給制御を行うようにしてもよい。

この圧送装置によれば、軸線が縦に配置された一軸偏心ねじポンプ１０に対し、回転中のステータ上部の吸込口８に、定量フィーダ２０で固形物Ｋを定量供給するとともに定量ポンプ３０で低粘性液Ｌを定量供給するので、本体ハウジング７上方の、回転中の吸込口８からステータ４内に個別に定量供給された固形物Ｋと低粘性液Ｌとを直接吸引しつつ、個別に定量供給された固形物Ｋと低粘性液Ｌとが混在してなる固形物混在液ＬＫを一軸偏心ねじポンプ１０で遅滞なく定量圧送することができる。

これにより、回転中の吸込口８に対して固形物Ｋと低粘性液Ｌとが常に一定比率で定量供給されるため、吸込口８の開口部自体が回転吸引する吸引効果との協働によって、ロータ２とステータ４で形成されるキャビティ空間に、固形物Ｋと低粘性液Ｌとを一定比率でスムーズに吸引することができる。さらに、ロータ２とステータ４で形成されるキャビティ空間の進行方向に対して固形物混在液ＬＫの落下方向を一致させて、上方から下方への流線としているため、固形物混在液ＬＫに対する圧送抵抗と液溜りを可及的に抑制可能である。また、固形物混在液ＬＫの吸引抵抗となるユニバーサルジョイントが無いので、ホッパ１７から導かれた吸込口８近傍の固形物混在液ＬＫを、吐出口９に向けて抵抗無く吸引することができる。

さらに、固形物混在液ＬＫの落下方向とキャビティ空間の進行方向が一致しているため、固形物Ｋがロータ２とステータ４間に噛みこむ現象を防止または低減することができ、固形物Ｋと低粘性液Ｌとを一定比率で安定して定量圧送することが可能となる。したがって、粒状の固形物が米などの穀物であって、その形状をできるだけ破損させずに水とともに定量圧送しなければならない用途であっても、この圧送装置によれば、ロータとステータ間に固形物を噛みこむおそれが少なく、原料損傷の少ない状態で固形物混在液の定量圧送が可能となる。

以下、上記実施形態の圧送装置を用いて固形物混在液を定量圧送した実施例を示す。
［実施例１］
粒状の固形物Ｋとして、うるち米１０ｋｇを常温で２時間水に浸漬して吸水させたものに対し、低粘性液Ｌとして、５倍量の水５０ｋｇを用意した。図１に示した定量フィーダ２０および定量ポンプ３０を用い、所定の比率（１：５）を維持しながら、軸線を縦に配置した一軸偏心ねじポンプ１０に対し、固形物混在液ＬＫを連続的に供給すべく、回転中のステータ上部の吸込口８に、定量フィーダ２０で固形物Ｋを連続的に定量供給するとともに定量ポンプ３０で低粘性液Ｌを連続的に定量供給し、その個別に定量供給された固形物Ｋと低粘性液Ｌとが混在してなる固形物混在液ＬＫを一軸偏心ねじポンプ１０により、流量６０ｋｇ／ｈで１時間の定量圧送を行った。その際、定量圧送後の固形物混在液ＬＫを１０分毎に１００ｇを採取し、うるち米と水の比率を計量すると同時に、目視にてうるち米の破砕状況を確認した。結果を表１に示す。

表１に示すように、うるち米と水との比率は、所期の比率１：５で常時一定に定量圧送されていた。また、目視でのうるち米の破砕状況についても、破砕は見られなかった。さらに、定量圧送テストの終了後、一軸偏心ねじポンプ１０を分解し、ロータ２とステータ４へのうるち米の付着状態を目視にて観察したところ、全く付着はみられず、噛みこみなく連続して定量圧送されたことを確認した。

［実施例２］
粒状の固形物Ｋとして、北海道産の小粒小豆（粒径約５ｍｍ）を１０ｋｇに対し、低粘性液Ｌとして、等量の水１０ｋｇを用意した。図１に示した定量フィーダ２０および定量ポンプ３０を用い、所定の比率（１：１）を維持しながら、軸線を縦に配置した一軸偏心ねじポンプ１０に対し、固形物混在液ＬＫを連続的に供給すべく、定量フィーダ２０で固形物Ｋを連続的に定量供給するとともに定量ポンプ３０で低粘性液Ｌを連続的に定量供給し、その個別に定量供給された固形物Ｋと低粘性液Ｌとが混在してなる固形物混在液ＬＫを一軸偏心ねじポンプ１０により、流量５０ｋｇ／ｈで２４分間の定量圧送を行った。その際、定量圧送後の固形物混在液ＬＫを５分間毎に１００ｇを採取し、小豆と水の比率を計量すると同時に、目視にて小豆の粉砕状況、および皮向け等の外観状況を確認した。結果を表２に示す。

表２に示すように、小豆と水の比率は、所期の比率１：１で常時一定に定量圧送されていた。また、目視での小豆の破砕状況についても、破砕は見られず、外観観察による小豆の皮向け等のダメージも全く見られなかった。さらに、定量圧送テストの終了後、一軸偏心ねじポンプ１０を分解し、ロータ２とステータ４への小豆の付着状態を目視にて観察したところ、全く付着はみられず、噛みこみなく連続して定量圧送されたことを確認した。
なお、本発明に係る固形物混在液用圧送装置および固形物混在液の定量圧送方法は、上記実施形態ないし実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。

１ モータ
２ ロータ
３ 駆動軸
４ ステータ
７ 本体ハウジング
８ 吸込口
９ 吐出口
１０ 一軸偏心ねじポンプ
１１ 導入配管
１２ モータブラケット
１３ 駆動部
１４ ハウジングブラケット
１５ へルールクランプ
１６ 吐出部ハウジング
１７、１８、１９ ホッパ
２０ 定量フィーダ
３０ 定量ポンプ
Ｌ 水（液体、低粘性液）
Ｋ 米（粒状の固形物）
固形物混在液ＬＫ

Claims (2)

1. 粒状の固形物と液体とが混在する固形物混在液を定量圧送する方法であって、
   ステータがロータの回転に従属回転するとともに軸線が縦に配置された一軸偏心ねじポンプと、前記固形物を定量供給する定量フィーダと、前記液体を定量圧送する定量ポンプとを用い、
   前記定量フィーダにより、回転中のステータ上部の吸込口に前記固形物を定量供給し、
   前記定量ポンプにより、回転中のステータ上部の吸込口に前記液体を定量供給し、
   前記一軸偏心ねじポンプにより、前記定量フィーダおよび前記定量ポンプから個別に定量供給された前記固形物と前記液体とが混在してなる固形物混在液を定量圧送することを特徴とする固形物混在液の定量圧送方法。
2. 粒状の固形物と液体とが混在する固形物混在液を定量圧送する圧送装置であって、
   ステータがロータの回転に従属回転するとともに軸線が縦に配置された一軸偏心ねじポンプと、前記固形物を定量供給する定量フィーダと、前記液体を定量圧送する定量ポンプとを備え、
   前記定量フィーダは、回転中のステータ上部の吸込口に前記固形物を定量供給するように構成され、
   前記定量ポンプは、回転中のステータ上部の吸込口に前記液体を定量供給するように構成され、
   前記一軸偏心ねじポンプは、前記定量フィーダおよび前記定量ポンプから個別に定量供給された前記固形物と前記液体とが混在してなる固形物混在液を定量圧送するように構成されていることを特徴とする固形物混在液用圧送装置。

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