JP2018525285A - 流体を混合する装置 - Google Patents

Abstract

流体を混合する装置（１）は、第１の弁手段（４）がそれに沿って配置されている第１の流体の第１の供給ライン（３）であって、第１の弁手段（４）の開閉を命令可能な第１の制御手段（５）が設けられている第１の供給ライン（３）と、第２の弁手段（７）がそれに沿って配置されている第２の流体の第２の供給ライン（６）であって、第２の弁手段（７）の開閉を命令可能な第２の制御手段（８）が設けられている少なくとも第２の供給ライン（６）と、第１の弁手段（４）及び／または第２の弁手段（７）をインパルス開期間（Ｔ−ｏｎ）の間開き、第１の弁手段（４）及び／または第２の弁手段（７）をインパルス閉期間（Ｔ−ｏｆｆ）の間閉じることができるパルスによるインパルス駆動信号（２３）の生成手段（２１、２２）を有している制御手段（５、８）の駆動手段（２０）とを有しており、パルスの各々のインパルス開期間（Ｔ−ｏｎ）とインパルス閉期間（Ｔ−ｏｆｆ）との間の比率は一定であって、パルスは可変の繰り返し周波数を有している。【選択図】 図３，４

Description

本発明は、流体を混合する装置に関する。

今日まで、例えば、所望の飲料を得るために、シロップまたはジュースの濃縮液を水などの希釈液と混合する必要がある飲料の準備に使用される、流体を混合する数種類の装置が知られている。

これらの装置は、第１の流体の第１の供給ラインであって、第１の流体自体の流量を制御するように適合している第１の弁手段がそれに沿って配置されている第１の供給ライン、シロップやジュースなどの第２の流体の第２の供給ラインであって、第２の流体自体の流量を制御するように適合している第２の弁手段がそれに沿って配置されている第２の供給ライン、及び２個の流体を混合する混合手段を一般的に有している。

時間が経過してもできるだけ再現可能な飲料の芳香を得るために、調合する流体の間の比率を実質的に一定に維持しなければならない。

流体を混合するいくつかの機械が、２、３例を挙げるだけでも、特許文献１、２、及び３から知られている。

特に、特許文献１は、供給ラインの各々に沿って、関連している常時開の弁が配置されており、これらの下流には、検出された流量が所定の値を超えたときに弁を閉じるようにプログラムされている関連している制御手段に信号を送るように適合している流量計が存在していると記述している。従うべき流体の間の所望の比率がいったん得られると、制御手段は以前に閉じた弁を再度開く。

それから特許文献１に記載されている装置は、流体の流量の離散型式の制御を実施する、つまり、２個の流体の一方の流量が関連している基準値に到達した瞬間に、それらの間の比率が必要な値に到達するまで、他方の流体の供給を作動状態に維持したまたその供給を中断する。

そのため、流体の流量は、対応する弁に作用し、弁を閉じることによって調整される。

特許文献２は、圧力センサ及び温度センサによってシロップの流量を計測し、流量センサによって水の流量を計測する飲料を供給するシステムを記述しており、その信号は、供給された流体の流量の間の必要な比率を得るために関連している弁を操作するように適合している制御装置に送信される。

特に、制御装置は、弁コイル内を流れている電流を変更し、検出された流量及び予め設定されている比率に従って磁界及び弁シャッターの位置を変更するパルス幅変調（ＰＷＭ）型式の弁の変調を実施する。

特許文献３は、流体供給ラインと混合手段との間に配置されており、両方の流体の供給を調整するように適合している１個のピストンを提供する飲料を供給する装置を記述している。

特に、そのような装置は、両方の流体の流量の検出及びシロップと水との間の所定の比率を得るためのシロップの計測された流量に従った前述のピストンによる水の流量のフィードバック制御を提供する。

米国特許第５８６８２７９号明細書 米国特許出願公開第２００４／００８４４７５号明細書 米国特許第６４５０３６９号明細書

これらの既知の装置には、いくつかの欠点がある。

それらは、実際、流体の流量の正確で素早いフィードバック制御を可能にしない。より詳細には、関連しているシャッターの応答時間のせいでもあるが、関連している弁の開期間を調整することによって実施される流量制御によって、流体の流量の効果的なフィードバック制御を実行することはできない。

既知の型式の装置のこの限界は、供給される飲料の芳香の経時による再現性の低下に一般的につながり、そのためこれは、消費者の評価に影響する可能性がある。

一般的に、動作圧力及び供給される流体の粘性が増加すると、欠点がより明らかになる。

これに対して、既知の型式の装置は、流体自体の圧力及び温度の変化に対して、２個の流体の流量を調整し、所望の混合比率を維持する性能がゼロではないにしても低いという事実も付け加えなければならない。

本発明の主な狙いは、流体の流量のフィードバック制御を効果的に実施できる流体を混合する装置を提供することである。

この狙いにおいて、本発明の１つの目的は、実質的に連続している態様で供給される流体の流量及びそれらの比率を制御することである。

本発明の他の目的は、流体に気体が充填されている時に、乱流及び炭酸飽充の損失を抑制するために弁手段を通過中に流体の損失水頭を減少させることである。

また他の目的は、素早く正確な作動を有する弁手段を提供し、シロップ中に含まれているあらゆる砂糖成分が関連しているシャッターの移動を妨げる残留物が長期間に形成されるのを同時に回避することである。

本発明のさらなる目的は、
所定の範囲に流体の流量を設定すること；
装置の上流に位置している供給システムによって課される様々な圧力での流量を不変に維持すること；
温度が変化しても流体の混合物として飲料を維持し再提供すること、
が可能な流体を混合する装置を提供することである。

本発明の他の目的は、簡素で、合理的で、容易で、使用が効果的で、手頃な解決策の範囲において、従来技術の前述の欠点を克服可能な流体を混合する装置を提供することである。

前述の目的は、請求項１による流体を混合する本装置によって達成される。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面において例示的ではあるが非限定的な例として示している流体を混合する装置の好適な、しかし排他的ではない実施形態の説明から、より明らかになることであろう。

図１は、本発明の装置の不等角投影図である。 図２は、本発明の装置の上面図である。 図３は、図２の平面III−IIIに沿った断面図である。 図４は、図２の平面IV−IVに沿った断面図である。 図５は、他の角度からの一部分解されている本発明の装置の不等角投影図である。 図６は、本発明の装置内の弁手段の第１の実施形態を示している拡大されている断面図である。 図７は、本発明の装置内の弁手段の第１の実施形態を示している拡大されている断面図である。 図８は、本発明の装置内の弁手段の第２の実施形態を示している拡大されており、一部が分解されている不等角投影図である。 図９は、本発明の装置内の弁手段の第２の実施形態を示している拡大されており、一部が分解されている不等角投影図である。 図１０は、本発明の装置の制御ロジックを示している図である。 図１１は、本発明の装置の弁手段の開閉のサイクルの考え得る手順を示しているグラフである。

そのような図を特に参照すると、全体を通して参照番号１で示しているのは、特に飲料等の製造用の流体を混合する装置である。

装置１は、例えば、既知の型式であるため詳細には図示していない飲料供給装置の内部に取り付け可能なベースフレーム２を有している。

ベースフレーム２上には、以下を定めるように、１つに組み立てられている一連の構成要素が取り付けられている。
少なくとも第１の弁手段４がそれに沿って配置されている、第１の流体の少なくとも第１の供給ライン３であって、第１の流体の流量を調整するように、第１の弁手段４の開閉を命令するように適合している第１の制御手段５が設けられている第１の供給ライン３；
少なくとも第２の弁手段７がそれに沿って配置されている、第２の流体の少なくとも第２の供給ライン６であって、第２の流体の流量を調整するように、第２の弁手段７の開閉を命令するように適合している第２の制御手段８が設けられている第２の供給ライン６；
第１の供給ライン３及び第２の供給ライン６と連通している第１の流体及び第２の流体の混合手段９。混合手段９は、第１の供給ラインと第２の供給ライン６の両方が終端する例えば共通の出口に存在している。

第１の流体は、例えば、必要に応じて二酸化炭素が追加されている水からなる。

第２の流体は、例えば、水と混合されると飲料となるシロップまたはジュースの濃縮液からなる。

第１の弁手段４及び第２の弁手段７の少なくとも一方、好ましくは両方が、少なくとも１個の入口ポート１２及び少なくとも１個の出口ポート１３を有している関連している流体の受け入れ室１１を定めている胴体１０を有している。

受け入れ室１１の内部には、入口ポート１２及び出口ポート１３を互いに連通させる／遮断するように移動可能な少なくとも１個のシャッター１４が配置されている。

シャッター１４は、実質的に環状の形状を備えており、流体の流れを塞ぐように出口ポート１３の位置で胴体１０の上に置かれるように適合している当接表面を有している。

図６及び７に詳細を示している弁手段４、７の第１の実施形態において、出口ポート１３は実質的に円形の形状を有しており、当接表面は、出口ポート自体の周辺の縁の位置で胴体１０上に置かれるように適合している。

図８及び９に詳細を示している弁手段４、７の第２の実施形態においては、その代わりに、出口ポート１３は実質的に環状の形状を有しており、例えば輪の状態に正確に配置されている一連の曲線のスロットによって定められている。

この第２の実施形態において、シャッター１４の当接表面は、出口ポート自体の位置で当接するように適合しており、シャッター１４は、カップ形状であって、内部が空洞で、関連している流体が貫通して流れるように少なくとも１個の開口１５を有していることが有用である；シャッター１４が出口ポート１３から離れるように移動しているときには、このように、関連している流体の流れは、弁手段４、７を通して容易になる。

胴体１０は、出口ポート１３から延びており、ベンチュリ管に実質的に形作られている流体の少なくとも１個の出口チャネル１６を定めているのが有利である。

第１の弁手段４及び第２の弁手段７の少なくとも一方、好ましくは両方が、関連している制御手段５及び８を、関連している受け入れ室１１から油圧的に動作する態様で分離し、したがって流体が受け入れ室１１から流出して制御手段を濡らすのを防止するように適合している少なくとも密封要素１７を有している。

この点で、制御手段５及び８は電子型式であって、したがって乾燥した状態に維持しなければならないことが指定されている。

特に、第１の制御手段５及び第２の制御手段８少なくとも一方、好ましくは両方が、少なくとも１個の命令コイル１８を有している。

命令コイル１８のおかげで、制御手段５及び８は、磁界を生成してシャッター１４を開位置に向けて引きつけることができる作動構成及び磁界を中断する休止構成との間で命令することが可能で、シャッター１４自体の関連している開位置に向けた移動に対抗するように適合しているばね等の型式の戻し手段１９を有している。

装置１は、第１の制御手段５及び第２の制御手段８の少なくとも一方を駆動し、関連している供給ライン３及び６に沿った第１の流体の流量と第２の流体の流量との間の少なくとも所定の比率を維持するように適合している駆動手段２０を有している。

駆動手段２０は、第１の弁手段４及び／または第２の弁手段７をインパルス開期間Ｔ−ｏｎの間開き、第１の弁手段４及び／または第２の弁手段７をインパルス閉期間Ｔ−ｏｆｆの間閉じるように適合しているパルスによるインパルス駆動信号２３の生成手段２１及び２２を有しており、パルスの各々のインパルス開期間Ｔ−ｏｎとインパルス閉期間Ｔ−ｏｆｆとの比率は一定であって、パルスは可変の繰り返し周波数を有している。

実際に弁手段４及び７の各開閉サイクルで、インパルス開期間Ｔ−ｏｎの継続期間及びインパルス閉期間Ｔ−ｏｎの継続期間は変化するかもしれないが、常に比例して変化する。

言い換えれば、インパルス開期間Ｔ−ｏｎが変化すると、インパルス閉期間Ｔ−ｏｆｆも比例して変化する。

そのようなパターンを図１１に図示しており、第１の動作時期では、パルスは、かなり低い反復周波数で繰り返されるかなり長いインパルス開期間Ｔ−ｏｎおよびインパルス閉期間Ｔ−ｏｆｆによって特徴付けられるのに対して、第２の動作時期では、パルスは、かなり低い反復周波数で繰り返されるかなり短いインパルス開期間Ｔ−ｏｎおよびインパルス閉期間Ｔ−ｏｆｆによって特徴付けられるが、第１の開時期及び第２の開時期共に、Ｔ−ｏｎ／Ｔ−ｏｆｆ比率は固定されており、変化しないことがわかる。

インパルス駆動信号２３は、ＰＦＭ（パルス周波数変調）型式の信号で構成されているので有用であって、実際に、パルスの継続期間、つまり正確に意図したＴ−ｏｎ／Ｔ−ｏｆｆ比率が固定され、反復周波数が変化する。

ＰＦＭ周波数は、フィードバック積分制御誤差及び基準フィードフォワード制御の組み合わされている作動に本質的に基づいてシステムによって定められる。

特に、生成手段２１、２２は、変調される所定の制御信号２４を入力の位置で受信し、インパルス駆動信号２３を出力の位置で返信するように適合しているパルス周波数変調（ＰＦＭ）ユニット２１を少なくとも有している。

生成手段２１、２２は、周波数変調ユニット２１の上流に接続されており、少なくとも基準の流れの値２５を入力の位置で受信するように適合しており、管理ユニットを備えており、制御信号２４を出力の位置で生成可能な少なくとも制御回路２２も有している。

駆動手段２０は、第１の弁手段４及び／または第２の弁手段７のそれぞれ上流に、第１の供給ライン３及び／または第２の供給ライン６に沿って配置されており、供給ライン３及び６内の流体の流量に対応している少なくとも１個の流れの値２８を計測するように適合している少なくとも１個の流量センサ２６、２７も有している。

制御回路２２は、流量センサ２６及び２７に接続されており、制御回路２２が入力の位置で基準の流れの値２５だけでなく、流量センサ２６及び２７によって計測された流れの値２８も受信することができるようにする少なくとも１個のフィードバック線２９を有している。

制御回路２２は、基準の流れの値２５及び流量センサ２６及び２７によって計測された流れの値２８を比較し、両者の差として制御誤差を計算し、必要に応じてそれを積分器によって積分する。

積分された制御誤差及び基準の流れの値２５から、制御回路２２は、出力の位置で変調される制御信号２４を提供し、それはフィードフォワード制御に他ならない。

制御信号２４は、周波数変調ユニット２１によって受信され、周波数変調ユニット２１は、制御信号２４の大きさに比例的に依存しているパルス周波数ＰＦＭを有しているインパルス駆動信号２３を出力の位置で返信する。

このようにして得られたインパルス駆動信号２３は、弁手段４及び７の開閉を命令する。

この点について、制御手段５及び８の命令コイル１８は、生成手段２１及び２２の出力及び第１及び第２の弁手段４及び７の少なくとも一方に連動していることに注意しなければならない。

命令コイル１８は、インパルス駆動信号２３の各パルスの位置で第１及び第２の弁手段４及び７の少なくとも一方を作動させるようにも適合している。

１個が第１の制御手段５用で１個が第２の制御手段８用の２個の命令コイル１８が存在することが有利である。

同様に、第１の流量センサ２６が第１の供給ライン３に沿って配置されており、第２の流量センサ２７が第２の供給ライン６に沿って配置されている２個の流量センサ２６及び２７が存在している。

流量センサ２６及び２７は、動かない型式であることが好ましい。

Claims (14)

1. 少なくとも第１の弁手段（４）がそれに沿って配置されている、第１の流体の少なくとも第１の供給ライン（３）であって、第１の流体の流量を調整するように、前記第１の弁手段（４）の開閉を命令可能な第１の制御手段（５）が設けられている第１の供給ライン（３）と、
   少なくとも第２の弁手段（７）がそれに沿って配置されている、第２の流体の少なくとも第２の供給ライン（６）であって、第２の流体の流量を調整するように、前記第２の弁手段（７）の開閉を命令可能な第２の制御手段（８）が設けられている第２の供給ライン（６）と、
   前記第１の流体の流量と前記第２の流体の流量との間の少なくとも所定の比率を維持可能な前記第１及び第２の制御手段（５、８）の少なくとも１個の駆動手段（２０）と、
   前記第１及び第２の供給ライン（３、６）と連通している前記第１及び第２の流体の混合手段（９）と、
   を有し、
   前記駆動手段（２０）は、前記第１の弁手段（４）及び／または前記第２の弁手段（７）をインパルス開期間（Ｔ−ｏｎ）の間開き、前記第１の弁手段（４）及び／または前記第２の弁手段（７）をインパルス閉期間（Ｔ−ｏｆｆ）の間閉じることができるパルスによるインパルス駆動信号（２３）の生成手段（２１、２２）を有しており、前記パルスの各々の前記インパルス開期間（Ｔ−ｏｎ）と前記インパルス閉期間（Ｔ−ｏｆｆ）との間の比率は一定であって、前記パルスは可変の繰り返し周波数を有していることを特徴とする、流体を混合する装置（１）。
2. 前記インパルス駆動信号（２３）は、ＰＦＭ（パルス周波数変調）型式の信号から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記生成手段（２１、２２）は、変調される所定の制御信号（２４）を入力の位置で受信可能で、前記インパルス駆動信号（２３）を出力の位置で返信可能な少なくともパルス周波数変調（ＰＦＭ）ユニット（２１）を有することを特徴とする、請求項２に記載の装置（１）。
4. 前記生成手段（２１、２２）は、前記周波数変調ユニット（２１）の上流に接続されており、少なくとも基準の流れの値（２５）を入力の位置で受信可能で、前記制御信号（２４）を出力の位置で生成可能な制御回路（２２）を少なくとも有していることを特徴とする、請求項３に記載の装置（１）。
5. 前記駆動手段（２０）は、前記第１の弁手段（４）及び／または前記第２の弁手段（７）のそれぞれ上流に、前記第１の供給ライン（３）及び／または前記第２の供給ライン（６）に沿って配置されており、少なくとも１個の流れの値（２８）を計測可能な少なくとも１個の流量センサ（２６、２７）を有しており、
   前記制御回路（２２）は、前記流量センサ（２６、２７）に接続されている少なくとも１個のフィードバック線（２９）を有している、
   ことを特徴とする、請求項４に記載の装置（１）。
6. 前記流量センサ（２６、２７）は、移動しない型式であることを特徴とする、請求項５に記載の装置（１）。
7. 前記第１及び第２の制御手段（５、８）の少なくとも１個は、前記生成手段（２１、２２）の出力と、少なくとも１個の前記第１及び第２の弁手段（４、７）とに連動している少なくとも１個の命令コイル（１８）を有し、前記少なくとも１個の命令コイル（１８）は、前記インパルス駆動信号（２３）の各パルスの位置で前記第１及び第２の弁手段（４、７）の一方を作動させることができることを特徴とする、請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の装置（１）。
8. 少なくとも１個の前記第１及び第２の弁手段（４、７）は、少なくとも１個の入口ポート（１２）と少なくとも１個の出口ポート（１３）とを有している関連している受け入れ室（１１）を定めている胴体（１０）を有しており、
   前記入口ポート（１２）と前記出口ポート（１３）とを互いに連通させる／遮断するように移動可能な少なくとも１個のシャッター（１４）を有している、ことを特徴とする、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の装置（１）。
9. 前記シャッター（１４）は、実質的に環状の形状を備えており、流体の流れを塞ぐように前記出口ポート（１３）の位置で前記胴体（１０）の上に置くことができる当接表面を有していることを特徴とする、請求項８に記載の装置（１）。
10. 前記出口ポート（１３）は、実質的に円形であって、
    前記当接表面は、出口ポート（１３）自体の周辺の縁の位置で前記胴体（１０）上に置くことができる、
    ことを特徴とする、請求項９に記載の装置（１）。
11. 前記出口ポート（１３）は、実質的に環状であって、前記当接表面は、出口ポート（１３）自体の位置で当接可能であって、
    前記シャッター（１４）は、内部が空洞であって、関連している流体の貫通する流れのための少なくとも１個の開口（１５）を有している、
    ことを特徴とする、請求項９に記載の装置（１）。
12. 前記胴体（１０）は、前記出口ポート（１３）から延びており、ベンチュリ管に実質的に形作られている流体の少なくとも１個の出口チャネル（１６）を定めていることを特徴とする、請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載の装置（１）。
13. 前記第１及び第２の弁手段（４、７）の少なくとも１個は、関連している制御手段（５、８）を関連している受け入れ室（１１）から、油圧動作する態様で、分離可能な密封要素（１７）を少なくとも有していることを特徴とする、請求項１から１２のうちのいずれか一項に記載の装置（１）。
14. 前記制御手段（５、８）は、磁界を発生して前記シャッター（１４）を開位置に向けて引きつけることができる作動構成と前記磁界を中断する休止構成との間で命令されてもよく、シャッター（１４）自体の関連している開位置に向けた移動に逆らうように作動可能な戻し手段（１９）を有していることを特徴とする、請求項１から１３のうちのいずれか一項に記載の装置（１）。

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