JP2022510533A - 高圧ホモジナイザ - Google Patents

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Abstract

高圧ホモジナイザ(100)であって、複数のポンプピストン(10)を備える容積式ピストンポンプ(1)と、容積式ピストンポンプ(1)の下流に配置された均質化弁(20)と、電気静油圧タイプであり且つ電気モータ(6)および電気モータ(6)によって直接駆動されるポンプ(7)を備える直線運動伝達手段(5)であって、ポンプ(7)が複数のピストン(10)に動作可能に作用する、直線運動伝達手段(5)と、各ピストン(10)が他のピストン(10)の運動法則から独立した事前に確立された運動法則に従って交互に運動を受けるように、直線運動伝達手段(5)を駆動するように構成された制御ユニット(40)と、を備える。

Description

本発明は、高圧ホモジナイザに関し、特に乳製品部門で使用するための高圧ホモジナイザに関する。本発明はまた、化学または製薬産業において使用を見出すことができる。
知られているように、流体を均質化するための装置は、粒子を粉砕してそれらの寸法を均一にし、それにより、粒子寸法分布の分散および平均寸法を低減する。
これらの均質化装置は、これまでに知られている種々の実施形態においても、高圧ポンプおよび均質化弁を含む。
市場で入手可能な様々な解決策を超えて、高圧ポンプはピストンを備えた容積式ポンプであり、当該ピストンは、360°/nの角度だけ互いに位相シフトし且つ同期して、クランクシャフト(またはカムシャフト)を介して、往復運動で移動する。ここで、nはピストンの数である。
既知の解決策によれば、ピストンポンプの下流に配置された均質化弁は、ポンプ供給から高圧で流体を受け取る第1のチャンバと、出て行く均質化された流体を低圧で供給することができる第2のチャンバとを備える。均質化作用は、流体を、第1のチャンバと第2のチャンバとの間に設けられた小さな寸法の空間を通過させることによって得られる。
駆動は、ギア減速機と適切な運動学的減速チェーンを介してクランクシャフトを駆動する電気モータによって得られる。
クランクシャフトは一定の相対角度で実現されるため、ピストンのパルス間の位相シフトも一定である。
最近、出願人は、各ピストンが油圧回路を備えた対応するオレオダイナミック(oleodynamic)シリンダに関連付けられている高圧ホモジナイザを開発した。電子制御ユニットは、各シリンダの回路の比例弁を独立して調整し、個々のピストンに運動法則を課す。
この解決策は、WO2014/097075に記載されている。
これに関連して、本発明の目的は、均質化効率をさらに高める高圧ホモジナイザを提案することである。
本発明の別の目的は、既知の解決策と比較して、流量および圧力に関してより大きな柔軟性を有する高圧ホモジナイザを提案することである。
本発明の別の目的は、例えば、異なる用途のために、時間の経過とともに変化する仕様に応じて構成および適合させることができる高圧ホモジナイザを提案することである。
本発明の別の目的は、既知の解決策に対してより保守が容易な高圧ホモジナイザを提案することである。
航空宇宙部門などの全く異なる部門では、電気静油圧アクチュエータ(electro-hydrostatic actuators)(一般に頭字語EHAで示される)が、すなわち、電気モータポンプシステムによって直接制御される油圧アクチュエータが知られている。フラップなどの航空機表面の位置を制御するためのEHAアクチュエータの使用例がUS2018/0087547に示されている。
「電気静油圧アクチュエータ」という用語は、ムーグなどの一部のメーカによって使用されているが、他のメーカは、サーボ油圧アクチュエータ(一般に頭字語SHAで示される)という用語、またはより一般的には、ブラシレスモータによって駆動される油圧システムという用語を使用していることに留意すべきである。
記載された技術的課題および特定された目的は、
複数のポンプピストンを備える容積式ピストンポンプと、
容積式ピストンポンプの下流に配置された均質化弁と、
上記複数のピストンに動作可能に作用する直線運動伝達手段と、
他のピストンの運動法則から独立して且つ事前に確立された運動法則に従って往復運動が各ピストンに課されるように、直線運動伝達手段を制御するように構成された制御ユニットと、を備える高圧ホモジナイザであって、
直線運動伝達手段が電気静油圧タイプである、すなわち、電気モータと、電気モータによって直接制御されるポンプとを備え、前記ポンプは、上記複数のピストンに動作可能に作用する、高圧ホモジナイザによって実質的に達成される。
特に、電気モータはブラシレスモータである。
前記事前に確立された運動法則は、一定の流量での推力プロファイルを規定する。
ポンプは、電気モータから受け取ったパルスへの応答として、時計回りまたは反時計回りの回転方向に従って駆動される。
本発明のさらなる特徴および利点は、図面に示されるように、高圧ホモジナイザの好ましいが排他的ではない実施形態の暗示的、したがって非限定的な説明からより明確に現れるであろう。
本発明による高圧ホモジナイザを2つの異なる斜視図で示す。 図1a-1bのホモジナイザのピストンに適用される直線運動伝達手段の一実施形態を概略的に示す。 本発明による高圧ホモジナイザのブロック図を示す。 それぞれ2つのポンプピストンおよび3つのポンプピストンを参照する流量チャートである。 本発明による高圧ホモジナイザで使用可能なスタンドアロンのポンプモジュールの一部を斜視図で示す。 複数のスタンドアロンのポンプモジュール1を備える、本発明による高圧ホモジナイザのブロック図を示す。
図を参照すると、数字100は、高圧ホモジナイザを示す。高圧ホモジナイザは、
複数のポンプピストン10を備える容積式ピストンポンプと、
容積式ピストンポンプの下流に配置された均質化弁20と、
複数のピストン10に動作可能に作用する直線運動伝達手段5と、
他のピストン10の運動法則から独立して且つ事前に確立された運動法則に従って往復運動が各ピストン10に課されるように、直線運動伝達手段5を制御するように構成された制御ユニット40と、を備える。
直線伝達手段は、直線運動学的チェーンを介して各ピストンを制御する手段、すなわち、モータの回転運動を機械システムを介して直線運動に変換する手段として意図されている。
特に、総和が一定の流量での推力プロファイルを規定するように、対応する事前に確立された運動法則が各ピストン10に課される。
実際には、制御ユニット40は、他のピストン10のプロファイルから独立した仮想カムプロファイルを各ピストン10に課すように構成される。
好ましくは、仮想カムプロファイルは、製品の特性、圧力、流量、およびその他の関連のあるパラメータに基づいて確立される。
容積式ピストンポンプは、
流体の吸引マニホルド2と、
各ピストン10および対応するオレオダイナミックシリンダ11によって形成された、吸引マニホルド2の下流に配置された圧縮ヘッド3と、
圧縮ヘッドの下流に配置された、流体の供給マニホルド(図示せず)と、を備える。
有利なことに、直線運動伝達手段5は、電気静油圧タイプであり、すなわち、電気モータ6と、ピストン10に動作可能に作用する、電気モータ6によって直接制御されるポンプ7とを備える。
特に、電気モータ6は、ブラシレスタイプである。ブラシレスモータ6は、ポンプ7を回転させ、ポンプ7は、それが受け取るパルスのタイプに応答して、一方向または他方向に回転し、ピストン10に作用し、したがって、対応するオレオダイナミックシリンダ11の前方チャンバまたは後方チャンバに圧力をかけることができる。
電気静油圧伝達手段は、比例弁を使用する必要なしに、オレオダイナミックシリンダ11に供給される油の圧力および流量を調整し、したがって、対応するピストン10の推力および前進速度を調整する。これは、代わりに各オレオダイナミックシリンダに比例弁があるWO2014/097075で提案された解決策とは異なる。
均質化弁20は既知のタイプであり、これ以上説明されない。
好ましくは、ホモジナイザ100は、供給マニホルドに動作可能に作用する圧力変換器を備える。制御ユニット40は、好ましくは、圧力変換器によって検出された圧力信号に応じて入口設定点圧力を補正するように構成されたフィードバック制御ユニットである。制御ユニット40は、説明された機能を実行するように適切にプログラムされた電子モジュールからなり得、電子モジュールは、プログラムされたモジュールに属する異なるハードウェアおよび/またはルーチンソフトウェアエンティティに対応し得る。
代替的に、または追加的に、そのような機能は、複数の分散型電子モジュールによって実行され得る。
制御ユニット40はさらに、メモリモジュールに含まれる命令を実行するための1つまたは複数のプロセッサを利用することができる。
図4-5は、いくつかのピストン10のパルスの傾向を示す。流量チャートは、文書WO2014/097075で提案されたものと同様である。
図6は、容積式ピストンポンプの実施形態を示す。それは、数字1で示されるスタンドアロンのポンプモジュールの一部であり、
吸引マニホルド2と、
圧縮ヘッド3と、
供給マニホルド4と、を備える。
図6では、圧縮ヘッド3は、対応するオレオダイナミックシリンダ11に関連付けられた単一のピストン10を備えるが、各々が対応するオレオダイナミック回路を備える対応するオレオダイナミックシリンダ11に関連付けられた複数のピストン10を備えることもできる。ピストン10は、スタンドアロンのポンプモジュール1の直線運動伝達手段5によって制御されて、往復運動する。
有利なことに、直線運動伝達手段5は、上記のように、電気静油圧タイプのものである。
電気静油圧アクチュエータの代わりに、以下の直線運動伝達手段5の中から選択することも可能である。すなわち、
機械式アクチュエータ、
電気機械式アクチュエータ、
空気圧アクチュエータ、
電磁アクチュエータ、の中から選択することも可能である。
例えば、直線機械式クチュエータは、ピニオンラックシステムで表される。別の直線機械式アクチュエータは、各モジュールのためのシャフトを備えたクランクシャフトで表される。
直線電気機械式アクチュエータは、運動制御を可能にする電気モータが追加された機械システムを介して、モータの回転運動を直線運動に変換するアクチュエータとして意図されている。例えば、電気モータはブラシレスタイプであり、回転し且つ再循環ボールまたは遊星ローラシステムを介してモータの回転運動を直線運動に変換するエンドレススクリューに運動を伝達する。
直線空気圧アクチュエータは、加圧空気を使用してロッドを動かすアクチュエータとして意図されている。例えば、アクチュエータの片側および反対側に往復運動で加圧空気を送る。
直線電磁アクチュエータは、電気ケーブルのコイルで構成されるアクチュエータとして意図されている。これらのコイルは、電流が流れるとアクチュエータを往復運動させる電磁場を生成するように配置されている。
ホモジナイザ100は、複数の同一のスタンドアロンのポンプモジュール1を備えることができ、一方、最初のスタンドアロンのポンプモジュール(フロントエンドとも呼ばれる)は、いくつかの追加の構成要素を備える。
特に、フロントエンドのポンプモジュールは、マノメータおよび安全弁を備える。
スタンドアロンのポンプモジュール1の各ピストン10に課せられる運動法則は、取り付けられているポンプモジュールの数およびタイプに依存する。
これらの運動法則(すなわち、仮想カムプロファイル)は、制御ユニット40にロードされたソフトウェア内で規定される。運動法則(流量の観点から)の総和は、一定の流量での推力プロファイルを規定する。
図7は、複数のスタンドアロンのポンプモジュール1を備える高圧ホモジナイザ100のブロック図を示す。
本発明による高圧ホモジナイザの特徴は、利点と同様に、上記の説明から明確に現れる。
特に、ここで提案されたホモジナイザは、電気静油圧伝達手段の使用のおかげで、WO2014/097075で提案された解決策よりも効率的である。
さらに、直線アクチュエータを備えたスタンドアロンのポンプモジュールは、それが使用されるホモジナイザの生産能力と動作圧力に関して高い柔軟性を可能にする。
実際、ホモジナイザは、時間の経過とともに変化する可能性がある特定のニーズに応じて設計されたポンプモジュールを追加することで簡単に拡張できる。
例えば、変化する生産ニーズに対応するために、追加のポンプモジュールを追加してホモジナイザを拡張する必要性を考えられたい。
モジュール構造により、保守作業を簡素化して、誤動作が発生したポンプモジュールに時折直接作用することを可能にする。
加えて、モジュールの標準化により、顧客のニーズにより迅速且つ効果的に対応できる。数種類の標準モジュールを一定数組み合わせることで、顧客の要望に応え且つ在庫管理を簡素化することができる。
WO2014/097075 US2018/0087547
本発明は、高圧ホモジナイザに関し、特に乳製品部門で使用するための高圧ホモジナイザに関する。本発明はまた、化学または製薬産業において使用を見出すことができる。
知られているように、流体を均質化するための装置は、粒子を粉砕してそれらの寸法を均一にし、それにより、粒子寸法分布の分散および平均寸法を低減する。
これらの均質化装置は、これまでに知られている種々の実施形態においても、高圧ポンプおよび均質化弁を含む。
市場で入手可能な様々な解決策を超えて、高圧ポンプはピストンを備えた容積式ポンプであり、当該ピストンは、360°/nの角度だけ互いに位相シフトし且つ同期して、クランクシャフト(またはカムシャフト)を介して、往復運動で移動する。ここで、nはピストンの数である。
既知の解決策によれば、ピストンポンプの下流に配置された均質化弁は、ポンプ供給から高圧で流体を受け取る第1のチャンバと、出て行く均質化された流体を低圧で供給することができる第2のチャンバとを備える。均質化作用は、流体を、第1のチャンバと第2のチャンバとの間に設けられた小さな寸法の空間を通過させることによって得られる。
駆動は、ギア減速機と適切な運動学的減速チェーンを介してクランクシャフトを駆動する電気モータによって得られる。
クランクシャフトは一定の相対角度で実現されるため、ピストンのパルス間の位相シフトも一定である。
最近、出願人は、各ピストンが油圧回路を備えた対応するオレオダイナミック(oleodynamic)シリンダに関連付けられている高圧ホモジナイザを開発した。電子制御ユニットは、各シリンダの回路の比例弁を独立して調整し、個々のピストンに運動法則を課す。
この解決策は、WO2014/097075に記載されている。
文書US6827479B1から、油圧システムによって駆動される一対のシリンダポンプを有する高圧ホモジナイザが知られており、油圧システムは、各シリンダポンプ用の2つの別個の部分的に重複した構成を含む。油圧システムは、各油圧シリンダーと連通する方向制御弁を備えた一対の油圧シリンダを使用する。制御弁は、オフ位置と、反対の往復シーケンスで各シリンダを作動させる2つの相対する方向位置とを有する、4方向摺動ボビンタイプである。
これに関連して、本発明の目的は、均質化効率をさらに高める高圧ホモジナイザを提案することである。
本発明の別の目的は、既知の解決策と比較して、流量および圧力に関してより大きな柔軟性を有する高圧ホモジナイザを提案することである。
本発明の別の目的は、例えば、異なる用途のために、時間の経過とともに変化する仕様に応じて構成および適合させることができる高圧ホモジナイザを提案することである。
本発明の別の目的は、既知の解決策に対してより保守が容易な高圧ホモジナイザを提案することである。
航空宇宙部門などの全く異なる部門では、電気静油圧アクチュエータ(electro-hydrostatic actuators)(一般に頭字語EHAで示される)が、すなわち、電気モータポンプシステムによって直接制御される油圧アクチュエータが知られている。フラップなどの航空機表面の位置を制御するためのEHAアクチュエータの使用例がUS2018/0087547に示されている。
「電気静油圧アクチュエータ」という用語は、ムーグなどの一部のメーカによって使用されているが、他のメーカは、サーボ油圧アクチュエータ(一般に頭字語SHAで示される)という用語、またはより一般的には、ブラシレスモータによって駆動される油圧システムという用語を使用していることに留意すべきである。
記載された技術的課題および特定された目的は、
高圧ホモジナイザであって、
複数のポンプピストンを備える容積式ピストンポンプと、
各ピストンのためのオレオダイナミックシリンダと、
容積式ピストンポンプの下流に配置された均質化弁と、
上記複数のピストンに動作可能に作用する直線運動伝達手段と、
各ピストンが他のピストンの運動法則から独立し事前に確立された運動法則に従って交互に運動を受けるように、直線運動伝達手段を駆動するように構成された制御ユニットと、を備え
直線運動伝達手段が電気静油圧アクチュエータであブラシレス電気モータと、ブラシレス電気モータから受信されたパルスに応答して時計回りまたは反時計回りの回転方向に従って直接駆動されるポンプとを備え、前記ポンプは、上記複数のピストンに動作可能に作用したがって、対応するオレオダイナミックシリンダの前方チャンバまたは後方チャンバに圧力をかける、高圧ホモジナイザによって実質的に達成される。
本発明のさらなる特徴および利点は、図面に示されるように、高圧ホモジナイザの好ましいが排他的ではない実施形態の暗示的、したがって非限定的な説明からより明確に現れるであろう。
本発明による高圧ホモジナイザを2つの異なる斜視図で示す。 図1a-1bのホモジナイザのピストンに適用される直線運動伝達手段の一実施形態を概略的に示す。 本発明による高圧ホモジナイザのブロック図を示す。 それぞれ2つのポンプピストンおよび3つのポンプピストンを参照する流量チャートである。 本発明による高圧ホモジナイザで使用可能なスタンドアロンのポンプモジュールの一部を斜視図で示す。 複数のスタンドアロンのポンプモジュール1を備える、本発明による高圧ホモジナイザのブロック図を示す。
図を参照すると、数字100は、高圧ホモジナイザを示す。高圧ホモジナイザは、
複数のポンプピストン10を備える容積式ピストンポンプと、
容積式ピストンポンプの下流に配置された均質化弁20と、
複数のピストン10に動作可能に作用する直線運動伝達手段5と、
他のピストン10の運動法則から独立して且つ事前に確立された運動法則に従って往復運動が各ピストン10に課されるように、直線運動伝達手段5を制御するように構成された制御ユニット40と、を備える。
直線伝達手段は、直線運動学的チェーンを介して各ピストンを制御する手段、すなわち、モータの回転運動を機械システムを介して直線運動に変換する手段として意図されている。
特に、総和が一定の流量での推力プロファイルを規定するように、対応する事前に確立された運動法則が各ピストン10に課される。
実際には、制御ユニット40は、他のピストン10のプロファイルから独立した仮想カムプロファイルを各ピストン10に課すように構成される。
好ましくは、仮想カムプロファイルは、製品の特性、圧力、流量、およびその他の関連のあるパラメータに基づいて確立される。
容積式ピストンポンプは、
流体の吸引マニホルド2と、
各ピストン10および対応するオレオダイナミックシリンダ11によって形成された、吸引マニホルド2の下流に配置された圧縮ヘッド3と、
圧縮ヘッドの下流に配置された、流体の供給マニホルド(図示せず)と、を備える。
直線運動伝達手段5は、電気静油圧タイプであり、すなわち、電気モータ6と、ピストン10に動作可能に作用する、電気モータ6によって直接制御されるポンプ7とを備える。
電気モータ6は、ブラシレスタイプである。ブラシレスモータ6は、ポンプ7を回転させ、ポンプ7は、それが受け取るパルスのタイプに応答して、一方向または他方向に回転し、ピストン10に作用し、したがって、対応するオレオダイナミックシリンダ11の前方チャンバまたは後方チャンバに圧力をかけることができる。
電気静油圧伝達手段は、比例弁を使用する必要なしに、オレオダイナミックシリンダ11に供給される油の圧力および流量を調整し、したがって、対応するピストン10の推力および前進速度を調整する。これは、代わりに各オレオダイナミックシリンダに比例弁があるWO2014/097075で提案された解決策とは異なる。
均質化弁20は既知のタイプであり、これ以上説明されない。
好ましくは、ホモジナイザ100は、供給マニホルドに動作可能に作用する圧力変換器を備える。制御ユニット40は、好ましくは、圧力変換器によって検出された圧力信号に応じて入口設定点圧力を補正するように構成されたフィードバック制御ユニットである。制御ユニット40は、説明された機能を実行するように適切にプログラムされた電子モジュールからなり得、電子モジュールは、プログラムされたモジュールに属する異なるハードウェアおよび/またはルーチンソフトウェアエンティティに対応し得る。
代替的に、または追加的に、そのような機能は、複数の分散型電子モジュールによって実行され得る。
制御ユニット40はさらに、メモリモジュールに含まれる命令を実行するための1つまたは複数のプロセッサを利用することができる。
図4-5は、いくつかのピストン10のパルスの傾向を示す。流量チャートは、文書WO2014/097075で提案されたものと同様である。
図6は、容積式ピストンポンプの実施形態を示す。それは、数字1で示されるスタンドアロンのポンプモジュールの一部であり、
吸引マニホルド2と、
圧縮ヘッド3と、
供給マニホルド4と、を備える。
図6では、圧縮ヘッド3は、対応するオレオダイナミックシリンダ11に関連付けられた単一のピストン10を備えるが、各々が対応するオレオダイナミック回路を備える対応するオレオダイナミックシリンダ11に関連付けられた複数のピストン10を備えることもできる。ピストン10は、スタンドアロンのポンプモジュール1の直線運動伝達手段5によって制御されて、往復運動する。
直線運動伝達手段5は、上記のように、電気静油圧タイプのものである。
ホモジナイザ100は、複数の同一のスタンドアロンのポンプモジュール1を備えることができ、一方、最初のスタンドアロンのポンプモジュール(フロントエンドとも呼ばれる)は、いくつかの追加の構成要素を備える。
特に、フロントエンドのポンプモジュールは、マノメータおよび安全弁を備える。
スタンドアロンのポンプモジュール1の各ピストン10に課せられる運動法則は、取り付けられているポンプモジュールの数およびタイプに依存する。
これらの運動法則(すなわち、仮想カムプロファイル)は、制御ユニット40にロードされたソフトウェア内で規定される。運動法則(流量の観点から)の総和は、一定の流量での推力プロファイルを規定する。
図7は、複数のスタンドアロンのポンプモジュール1を備える高圧ホモジナイザ100のブロック図を示す。
本発明による高圧ホモジナイザの特徴は、利点と同様に、上記の説明から明確に現れる。
特に、ここで提案されたホモジナイザは、電気静油圧伝達手段の使用のおかげで、WO2014/097075で提案された解決策よりも効率的である。
さらに、直線アクチュエータを備えたスタンドアロンのポンプモジュールは、それが使用されるホモジナイザの生産能力と動作圧力に関して高い柔軟性を可能にする。
実際、ホモジナイザは、時間の経過とともに変化する可能性がある特定のニーズに応じて設計されたポンプモジュールを追加することで簡単に拡張できる。
例えば、変化する生産ニーズに対応するために、追加のポンプモジュールを追加してホモジナイザを拡張する必要性を考えられたい。
モジュール構造により、保守作業を簡素化して、誤動作が発生したポンプモジュールに時折直接作用することを可能にする。
加えて、モジュールの標準化により、顧客のニーズにより迅速且つ効果的に対応できる。数種類の標準モジュールを一定数組み合わせることで、顧客の要望に応え且つ在庫管理を簡素化することができる。
WO2014/097075 US2018/0087547 US6827479B1

Claims (5)

  1. 高圧ホモジナイザ(100)であって、
    複数のポンプピストン(10)を備える容積式ピストンポンプ(1)と、
    前記容積式ピストンポンプ(1)の下流に配置された均質化弁(20)と、
    前記複数のピストン(10)に動作可能に作用する直線運動伝達手段(5)と、
    各ピストン(10)が他のピストン(10)の運動法則から独立した事前に確立された運動法則に従って交互に運動を受けるように、前記直線運動伝達手段(5)を駆動するように構成された制御ユニット(40)と、を備え、
    前記直線運動伝達手段(5)が電気静油圧タイプである、すなわち、電気モータ(6)および前記電気モータ(6)によって直接駆動されるポンプ(7)を備え、前記ポンプ(7)は、前記複数のピストン(10)に動作可能に作用する、高圧ホモジナイザ(100)。
  2. 前記電気モータ(6)がブラシレスモータである、請求項1に記載の高圧ホモジナイザ(100)。
  3. 前記ポンプ(7)が、前記電気モータ(6)から受信されたパルスに応答して時計回りまたは反時計回りの回転方向に従って駆動される、請求項1または2に記載の高圧ホモジナイザ(100)。
  4. 各ピストン(10)のためのオレオダイナミックシリンダ(11)をさらに備える、請求項1から3のいずれか1項に記載の高圧ホモジナイザ(100)。
  5. 前記事前に確立された運動法則は、一定の流量での推力プロファイルを規定する、請求項1から4のいずれか1項に記載の高圧ホモジナイザ(100)。
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