JP2022515785A - ポンプシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも２つの噴霧ノズルを備える噴霧ノズルシステムのための、特に電気流体力学的噴霧器のためのポンプシステム、及び電気流体力学的噴霧器の操作方法に関し、ポンプシステムは、少なくとも１つのチューブアセンブリと、ペリスタルティックポンプの回転領域を形成するための少なくとも１つのポンプロータ（７）及び少なくとも１つの回転体（６）と、を備え、チューブアセンブリは、噴霧ノズルの数と同数のチューブ流路を有し、それぞれのチューブ流路は噴霧ノズルと関連し、それを回転領域に接続する。

Description

発明の詳細な説明

流体の電気流体力学的噴霧は、コーティング方法の分野において重要性が高まっている。例えば、ＰＣＴ／ＥＰ２０１８／０６０１１７は、例えば日焼け止めなどの例えばケア製品を人の体に塗布するために電気流体力学的噴霧を用いる装置を開示する。

先行技術は同様に、回転ポンプまたはチューブポンプと呼ばれる一般的なペリスタルティックポンプを既に開示している。これに関連して、流体は、チューブ部の機械的な変形を介する吐出ポンプの原理に従って前方に押し進められ、それゆえに、ポンプ方式で送出される。

このようなポンプはまた、噴霧化される流体を噴霧ノズルに供給するために上述の装置にて用いられ、流体はその後電気流体力学的噴霧をもたらすために噴霧ノズルにて高電圧に晒される。

しかしながら、流体、特に例えば日焼け止めクリームなどのケア製品の電気流体力学的噴霧の間に個々のノズルが閉塞することがあり、その結果として、ポンプを通る余剰の体積流量が、さらに残りの開いているノズルに適用されるといった問題が生じる。

本発明の目的は、それゆえに、要求される品質の電気流体力学的噴霧を可能にするために、複数のノズルに対して１つの流体タンクから開始して、ノズルの閉塞を回避することである。

この目的は、請求項１に記載のポンプシステムを用いて実現される。有利な発展及び適切な改良は従属請求項にて開示される。
本発明は、少なくとも２つの噴霧ノズルを備える噴霧ノズルシステムのための、特に電気流体力学的噴霧器のためのポンプシステムに関し、ポンプシステムは、ペリスタルティックポンプの回転領域を形成するための少なくとも１つのポンプロータ、少なくとも１つの回転体、及び少なくとも１つのチューブアセンブリを備える。ポンプシステムは、チューブアセンブリが、噴霧ノズルの数と少なくとも同数のチューブ流路、好ましくは少なくとも２つ、特に３つのチューブ流路を有し、それぞれのチューブ流路が、噴霧ノズルコネクタに割り当てられ、それを回転領域に接続する、ことを特徴とする。

それぞれの個別の噴霧ノズルに別個のチューブ流路を供給することは、それぞれの個別の噴霧ノズルを通る体積流量を生じさせ、その結果、閉塞が生じ始めた場合に、その後送出される流体の体積が強制的に閉塞栓を押し出し、それによりノズルを通る流体の流れを常に保証する。

複数のチューブ流路を有するチューブアセンブリの使用は、ここで、装置におけるチューブアセンブリの共通の案内が、個別のチューブが案内される必要なく容易にもたらされうるといった利点をもたらす。

１つの好適な実施形態は、それぞれのチューブ流路が、回転領域を通って流体タンクを噴霧ノズルに直接接続することをもたらす。
流体タンクから噴霧ノズルまでの個別のチューブ流路の形成の結果として、それぞれのノズルは、生じうる個別の輸送経路における例えば流路間の圧力均等化、または結果として生じる体積流量などの流体連通／流体の相互作用なく、流体タンクから直接流体の供給を受ける。結果として、予め定められた体積流量がそれぞれの個別の噴霧ノズルに強制的に供給され、このことはプロセス信頼性のある電気流体力学的噴霧を生じさせる。

あるいは、一実施形態は、チューブ流路が、流体タンクから回転領域の上流点に達し、回転領域の上流には、少なくとも２つ、好ましくは３つ以上のチューブ流路への分配が形成され、これらのチューブ流路が、回転領域を通ってそれぞれのチューブ流路に割り当てられた何れも１つの噴霧ノズルに達するように配置されることをもたらす。

流体タンクから回転領域の上流点への１つのチューブ流路の使用は、一方では流体タンクのバルブシステムへの接続を容易にし、他方では、より少ないチューブ材料が流体タンクと回転領域との間に設けられなければならないので、設置スペース及びコストに関して節約となる。別個のチューブ流路が、その後、個別の噴霧ノズルに作用する吐出圧力が生成される回転領域に設けられなければならず、そのため、分配が、例えばＹ要素などによって予め行われる。

１つの有利な実施形態はまた、少なくとも１つの噴霧ノズルが、少なくとも２つのチューブ流路に接続されることをもたらす。
噴霧ノズル毎に複数のチューブ流路を使用することにより、それぞれのチューブ流路は、それ自体に規定された流体量を送出し、比較的小さな断面が用いられうると共に冗長性が実現されうるので、電気流体力学的噴霧の間のプロセス信頼性のさらなる増大及び故障の回避が実現されうる。比較的小さなチューブ径の使用を通して、例えばハウジング内により小さい曲げ半径を実現することが可能であり、このことは装置構造の設計に関する柔軟性を向上させる。

さらなる適切な改良において、少なくとも２つ、好ましくは３つ、特に４つの回転体がポンプシステムに形成され、それぞれの回転体は、少なくとも１つのチューブ流路に個別に割り当てられる。

それぞれのチャネル流路に対する個別の回転体または、個別の回転体群、ここで回転体群は複数の回転体を備える、の使用を通して、均一な流体の流れを生成し、特に脈動効果を低減するために、個別の回転体群がポンプロータ上に例えば角度オフセットを有して配置されることでチューブ流路間の回転運動のオフセットがもたらされうる。回転体をチューブ流路の形状に適合させること、及び／または噴霧器のハウジング内の配置を設置スペース及び人間工学に関して最適化することもまた可能である。

さらなる適切な実施形態は、少なくとも２つ、好ましくは３つのポンプロータが形成されることをもたらし、それぞれのポンプロータは、少なくとも１つの回転体または少なくとも１つの回転体群を動作させ、少なくとも１つのチューブ流路に割り当てられる。

共通のモータを用いて、あるいは別個のモータまたはモータ群を用いて駆動される個別のポンプロータの使用は、ポンプシステムの動力の改善された制御を可能にする。
さらには、ここで、ポンプロータをチューブ流路の形状またはチューブ流路の外形に適合させること、及び／または噴霧器のハウジング内の配置を設置スペース及び人間工学に関して最適化することもまた可能である。

本発明はまた、電気流体力学的噴霧器の操作方法を提供し、噴霧器は少なくとも１つ、特に２つ、好ましくは３つ以上の噴霧ノズルを備え、上述の本発明によるポンプシステムが含まれ、流体の規定の体積流量が、ポンプシステムを介してそれぞれの噴霧ノズルに課せられる。

電気流体力学的噴霧は、帯電性の流体、特に、強力な不均一電場における高電圧下で十分に導電性のある流体の不安定性に基づく。流体は、ここで高電圧に晒される。流体は、ここで細い噴流が放出される先端から円錐形状を形成するように変形し、噴流はその後微細に分散した液滴からなる噴霧に直接分解される。テイラー円錐モードにおける特定の条件下で、液滴は狭いサイズ分布を有する。流体の流れの強制的な流体圧供給との相互作用の結果として、噴霧効果のさらなる改善が可能となる。

本方法の適切な発展は、流体圧によって生成される流体柱状の自由噴流が、噴霧ノズルの出口にて生成され、電気流体力学的相互作用の結果として自由噴流領域の後でのみ噴霧をもたらすことを特徴とする。

生成された自由噴流の結果として、電気流体力学的相互作用は、より多くの自由度を生み出すことができ、それにより、より微細な噴霧が、予め形状的に規定されるノズル流路の外側にもたらされる。

１つの好適な実施形態において、噴霧ノズルの開口が、０．１ｍｍから０．３ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍの直径を有し、且つ／または噴霧ノズルの流体流路が、好ましくは絶縁体の領域内に３ｍｍから１５ｍｍの長さを有するとき、１０ｍｍから１５ｍｍの自由噴流が生成される。

これに関連して、流体はノズル開口のかなり上流に供給され、噴霧プロセスは、環境に対して自由に形成することができ、噴霧の方向は、一般運動学によって、特に流体の流れの流体圧出力によって予め定められる。

本発明によるチューブアセンブリは、ペリスタルティックポンプ（回転ポンプ）にて用いられうるチューブのあらゆる集合であると理解される。ここで、チューブアセンブリが、共に押出された多重流路チューブとして具体化されるか、または個別のチューブの組み合わせとして具体化されるかは重要でない。

本発明によるポンプシステムは、実際のポンプアセンブリだけでなく、必要なチューブも備える。ペリスタルティックポンプ（回転ポンプ）での吐出量は、その中に含まれる流体量を回転体の上流に移動させるために回転体によって処理されるチューブ部によって与えられるからである。

本発明は、以下の例示的な実施形態を参照してより詳細に説明されるであろう。しかしながら、本発明の主題は、図示される実施形態に限定されるものではない。

ペリスタルティックポンプの分解図を示す。 回転領域を視認可能なペリスタルティックポンプの平面図を示す。 チューブアセンブリの断面を示す。 ノズル開口からの自由噴流の概略図を示す。 円筒形の噴霧ノズルからの自由噴流の概略図を示す。 円錐形の噴霧ノズルからの自由噴流の概略図を示す。

詳細には、図１は周知のペリスタルティックポンプの構造を示す。これに関連して、モータ３は上ハウジング部１及び下ハウジング部２で構成されるポンプハウジング内に配置される。モータ３の出力軸は、ここに図示される回転体群５を駆動する伝動装置４を備える。回転体群５は、ここで、回転可能に取付可能な方法でポンプロータ７上に配置される４つの回転体６を備える。このようなペリスタルティックポンプ／チューブポンプは、従来技術から個別のチューブと共に用いることで周知である。

図２は、対応するペリスタルティックポンプ１０を平面図で示し、上ハウジング部１及び伝動装置４は省略されている。
ポンプロータ７上に配置される回転体６は、流体をポンプ方式で送出するために、回転領域２１内でチューブ流路２２（概略的に線で図示される）を変形させる。チューブ流路２２は、ここでポンプ入口２３を通ってハウジング１，２に達し、回転領域２１（点線によって図示される）を通ってポンプ出口２４に達する。チューブ流路２２は、ポンプ出口２４から、それに割り当てられた噴霧ノズル（図示なし）の方向に達する。ポンプ入口２３において、チューブ流路２２は流体タンク（図示なし）の方向に通じ、そこで個別のチューブ流路２２が流体まで延びるか、または複数のチューブ流路が１つの流体タンクチューブ（図示なし）を形成するように結合される。

複数のチューブ流路を回転領域２１に案内するために、チューブガイド２５及び２６が好ましくは設けられ、チューブガイド２５及び２６は、ここで下ハウジング部２に配置され、チューブ流路２２のためのチューブガイド（図示なし）は、上ハウジング部１に配置されうる。

複数のチューブ流路は、その後ポンプ出口２４にて共に外に案内されうるか、または対応する複数のチューブガイド（図示なし）が個別のチューブ流路に対して形成される。
図３は、本発明によるポンプシステムにて用いられうるようなチューブアセンブリ３０を示す。チューブアセンブリ３０は、ここで、接続ウェブ３４を介してここで互いに連結される第１チューブ流路３１、第２チューブ流路３２、及び第３チューブ流路３３を有する。このようなチューブアセンブリ３０は、例えば押出方法を用いて製造され、またもちろんさらなるチューブ流路を有してもよく、または他の形状、例えば三角形または四角形のチューブ流路が配置されてもよい。

例示的な寸法は以下のように規定することができ、この寸法は用途及び／または設置スペース、及び、輸送される流体に応じて変化されうる。
一例として、チューブ流路３１，３２及び３３は、０．７ｍｍの断面の直径を有し、０．６ｍｍの壁厚を有する。次にウェブ３４は、チューブ間の距離として０．２ｍｍの幅を有し、０．２ｍｍの厚さも有する。

図４ａから４ｃは、噴霧ノズルの前方で流体圧によって生成される自由噴流の構成の様々な変形例を示す。
図４ａは、噴霧ノズルがノズル本体４１のノズル開口４０によって形成されている概略図を示す。流体４２は、本発明によるポンプシステムの流体ポンプ圧によって、ノズル開口４０の中心軸４３周りに対称的なノズル開口４０を通って、円柱状の自由噴流４４として出現するであろう。自由噴流４４は、自由噴流長４５にわたって流体柱として実質的に出現し、電気流体力学的噴霧器の噴霧効果４７は距離４６からのみ開始する。

図４ｂにおいて、円筒形ノズルアタッチメント５２が、噴霧ノズル５０を形成するためにノズル本体５１に設けられる。円筒形ノズルアタッチメント５２の端部に、中心軸５３周りに対称的に形成されるノズル開口５４が設けられる。流体圧によって送出される流体５５は、ノズル本体５１、円筒形ノズルアタッチメント５２を通って流れ、自由噴流長５６にわたって自由噴流５７を形成する。この実施形態において、噴霧５９もまた距離５８の後に開始する。

噴霧ノズルは、それゆえに円筒形ノズルアタッチメント５２の長さ６１及び自由噴流の長さ５６からなる流体圧部６０を有する。電気流体力学的噴霧を生成するために、円筒形ノズルアタッチメント５２の入口に結合されるように高電圧６２がもたらされる。しかしながら、電気流体力学的噴霧を実現するために、別の場所に高電圧が導入されることも基本的に考えられる。

実施形態の好適な寸法は、ここでノズル開口の直径として０．２ｍｍ、ノズルの内部の流路として５．７ｍｍからおよそ１４ｍｍまでであり、１０ｍｍから１５ｍｍの自由噴流長を有する自由噴流が結果として生成される。

図４ｃによるさらなる実施形態において、円錐形ノズルアタッチメント７２が、噴霧ノズル７０を形成するためにノズル本体７１に設けられる。円錐形ノズルアタッチメント７２の端部に、中心軸７３周りに対称的に形成されるノズル開口７４が設けられる。流体圧によって送出される流体７５は、ノズル本体７１、円筒形ノズルアタッチメント７２を通って流れ、自由噴流長７６にわたって自由噴流７７を形成する。この実施形態において、噴霧７９もまた距離７８の後に開始する。

図４ｃによる噴霧ノズルは、同様に、円錐形ノズルアタッチメント７２の長さ８１及び自由噴流の長さ７６が構成される円錐形流体圧部８０を有する。電気流体力学的噴霧を生成するために、円錐形ノズルアタッチメント７２の入口に結合されるように高電圧８２がもたらされる。しかしながら、電気流体力学的噴霧を実現するために、別の場所に高電圧が導入されることも基本的に考えられる。

本発明は、ここで図示された例示的な実施形態に限定されるものではない。本発明は、電気流体力学的噴霧器の操作方法による使用もまた特許請求し、ここで噴霧効果は自由噴流の流体圧生成によって改善され、具体的には、噴霧効果はノズル開口から出現した後、自由噴流長４５，５６，７６の後でのみ開始する。

１…ハウジング部、２…ハウジング部、３…モータ、４…伝動装置、４ａ…噴霧ノズルの前方で流体圧によって生成される自由噴流の構成の変形例１、４ｂ…噴霧ノズルの前方で流体圧によって生成される自由噴流の構成の変形例２、４ｃ…噴霧ノズルの前方で流体圧によって生成される自由噴流の構成の変形例３、５…回転体群、６…回転体、７…ポンプロータ、１０…ペリスタルティックポンプ、２１…回転領域、２２…チューブ流路、２３…ポンプ入口、２４…ポンプ出口、２５…チューブガイド、２６…チューブガイド、３０…チューブアセンブリ、３１…チューブ流路、３２…チューブ流路、３３…チューブ流路、３４…接続ウェブ、４０…ノズル開口、４１…ノズル本体、４２…流体、４３…中心軸、４４…自由噴流、４５…自由噴流長、４６…距離、４７…噴霧効果、５１…ノズル本体、５２…ノズルアタッチメント、５３…中心軸、５４…ノズル開口、５５…流体、５６…自由噴流長、５７…自由噴流、５８…距離、５９…噴霧、６０…部、６１…ノズルアタッチメント長、６２…高電圧、７０…噴霧ノズル、７１…ノズル本体、７２…ノズルアタッチメント、７３…中心軸、７４…ノズル開口、７５…流体、７６…自由噴流長、７７…自由噴流、７８…距離、７９…噴霧、８０…流体圧部、８１…ノズルアタッチメント長、８２…高電圧。

Claims (9)

1. 少なくとも２つの噴霧ノズルを備える噴霧ノズルシステムのための、特に電気流体力学的噴霧器のためのポンプシステムであって、
   当該ポンプシステムは、ペリスタルティックポンプの回転領域（２１）を形成するための少なくとも１つのポンプロータ（７）、少なくとも１つの回転体（６）、及び少なくとも１つのチューブアセンブリ（３０）を備え、
   前記チューブアセンブリ（３０）は、噴霧ノズル（７０）の数と少なくとも同数のチューブ流路（２２）を有し、それぞれの前記チューブ流路（２２）は、前記噴霧ノズル（７０）に割り当てられ、それを前記回転領域（２１）に接続する、
   ことを特徴とするポンプシステム。
2. 請求項１に記載のポンプシステムであって、それぞれの前記チューブ流路（２２）は、前記回転領域（２１）を通って流体タンクを前記噴霧ノズル（７０）に直接接続する、ことを特徴とするポンプシステム。
3. 請求項１に記載のポンプシステムであって、前記チューブ流路（２２）は、流体タンクから前記回転領域（２１）の上流点に達し、前記回転領域（２１）の上流には、少なくとも２つ、好ましくは３つ以上の前記チューブ流路（２２）への分配が形成され、これらの前記チューブ流路（２２）は、それらが前記回転領域（２１）を通ってそれぞれの前記チューブ流路（２２）に割り当てられた何れも１つの噴霧ノズル（７０）に達するように配置される、ことを特徴とするポンプシステム。
4. 先行する請求項のうちの何れか１つに記載のポンプシステムであって、少なくとも１つの前記噴霧ノズル（７０）は、少なくとも２つの前記チューブ流路（２２）に接続される、ことを特徴とするポンプシステム。
5. 先行する請求項のうちの何れか１つに記載のポンプシステムであって、少なくとも２つ、好ましくは４つの前記回転体（６）が形成され、それぞれの前記回転体（６）は、少なくとも１つの前記チューブ流路（２２）に割り当てられる、ことを特徴とするポンプシステム。
6. 先行する請求項のうちの何れか１つに記載のポンプシステムであって、少なくとも２つ、好ましくは３つの前記ポンプロータ（７）が形成され、前記それぞれのポンプロータ（７）は、少なくとも１つの前記回転体（６）を動作させ、少なくとも１つのチューブ流路（２２）に割り当てられる、ことを特徴とするポンプシステム。
7. 電気流体力学的噴霧器の操作方法であって、前記噴霧器は少なくとも１つ、好ましくは３つ以上の噴霧ノズル（７０）を備え、
   先行する請求項のうちの１つに記載のポンプシステムが含まれ、流体（４２，７５，５５）の規定の体積流量は、前記ポンプシステムを介してそれぞれの前記噴霧ノズル（７０）に課せられる、ことを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、流体圧によって生成される流体柱状の自由噴流（４４，５７，７７）は、前記噴霧ノズル（７０）の出口にて生成され、電気流体力学的相互作用の結果として自由噴流領域の後でのみ噴霧（７９）をもたらす、ことを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、前記噴霧ノズル（７０）の開口が、０．１ｍｍから０．３ｍｍの直径を有し、且つ／または前記噴霧ノズル（７０）の流体流路が、３ｍｍから１５ｍｍの長さを有するとき、１０ｍｍから１５ｍｍの前記自由噴流（４４，５７，７７）が生成される、ことを特徴とする方法。

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