JP3660688B2 - 搾乳機における真空レベル調節方法および搾乳機 - Google Patents

Description

技術分野および従来技術
本発明は、真空ポンプと、搾乳対象動物に装着するための少なくとも１つの搾乳手段を備えた搾乳装置と、流れを送るためおよび真空ポンプの吸引側に前記搾乳装置を連結するための導管とを有する搾乳機における真空レベル調節方法に関する。さらにまた、本発明は、真空ポンプと、搾乳対象動物に装着するための少なくとも１つの搾乳手段を備えた搾乳装置と、真空ポンプの吸引側に前記搾乳装置を連結し前記搾乳装置から流れを送るようにされた導管とからなる搾乳機に関する。
真空ポンプに関しては、主に２つの形式がある。ひとつの形式は容積式ポンプであり、この容積式ポンプは、限られた気体量を連続して形成することにより、そしてまた、これらの気体量を圧力増大下でポンプ内を通して送ることにより作動するようになっている。もうひとつの形式はダイナミック式ポンプであり、このダイナミック式ポンプにあっては、気体が加速され、この後にこの気体の運動エネルギーが圧力へと変化するようになっている。
従来、容積式ポンプは、牛乳搬送用の導管に連結された真空導管の中で真空を作り出すための真空ポンプとして、搾乳機に用いられている。牛乳は、搾乳対象の乳牛から搾乳され、これらの搬送用の導管を通って容器に送られる。乳牛にとっての快適性と乳房の健康に関して大切なことは、乳牛の乳頭における真空レベルを、比較的一定の、予め定められた目標値に維持することである。この真空レベルは真空導管の真空レベルに依存しており、そしてこれにより同じく大切なことは、後者の真空レベル（搾乳システムにおける真空レベル）が可能な限り一定であることである。この理由から、容積式ポンプは、搾乳装置内でのリークに備えるため、あるいは、例えばティートカップ（teatcup）が乳牛の乳頭から外れることにより導管を通して突発的に空気の流れが発生し、それによって真空レベルは減少しないが目標値において比較的一定のままでなくなるのに備えることを目的として、ある程度の過剰容量を持つように大きさが設定されている。このことは、次のことを意味している。すなわち、搾乳機に十分な余力を与えるため、ポンプ出力の100％に対して、通常の搾乳時には容積式ポンプの能力の50％のみが利用されるということである。通常は約50kPaであるこの目標真空レベルは、真空導管内に適当な空気の流れを通す真空レギュレータによって維持される。真空レベルを調節するようなこの従来方法の短所は、容積式ポンプが常に最大出力で動作するため、通常必要とされるよりも多くのエネルギーを消費することである。
さらに、容積式ポンプの回転速度を制御することにより真空レベルを調節し、これによってエネルギー消費を低く抑えることは適当でない。その理由は、このような制御は緩慢すぎるとともに、望ましくない真空変動を招くことになるからである。
発明の概要
本発明の目的は、搾乳機におけるエネルギー消費を低く抑えることにある。
この目的は、冒頭で定義したような方法によって達成されるものであり、そしてまた、次のことを特徴とする。すなわち、真空ポンプがダイナミック式ポンプであることと、導管内における実際の真空レベルを検出することと、真空レベルを目的値に調整するため、検出した真空レベルに応じて、導管を通る流れの大きさを調節することとを特徴とする。
ダイナミック式ポンプは、次のように設計することができる。すなわち、少なくとも所定の流れ間隔内において、圧力比はこの流れ間隔内において実質的に一定であるのに対し、真空ポンプを通る流れが減少するに伴って出力の供給が減少するように設計することができる。従って、搾乳機用にこのようなダイナミック式の真空ポンプを選択することで、搾乳機の真空レベルを調節することの可能性が改善される。好ましくは、この調節は、例えば、入口を絞ることなどによる入口と出口との間の圧力比のわずかな増加によって実施され、これにより、真空ポンプを通る流れが減少して供給される出力が減少し、結果的に低いエネルギー消費となる。
一実施形態では、導管の自由流れ領域を調整することにより、流れの大きさの調節を行うようにしてもよい。これは、好ましくは、自明な絞り弁を用いることにより達成することができる。
他の実施形態では、真空ポンプの入り口における流れの方向を制御することにより、流れのサイズを調節するようにしてもよい。これは、案内羽根を用いることによって達成できる。後者の実施形態は、真空ポンプについての圧力比がより小さいため、より有効な出力減少が得られる。
さらに他の実施形態では、導管および真空ポンプへさらに流れを供給することにより、真空レベルを調節するようにしてもよい。この場合、その調節は、次のようにして行われることが好ましい。すなわち、流れの大きさが最小レベルに調節されているにもかかわらず、真空レベルが目標値を超えている場合、さらに流れの供給が増大されるように行われることが好ましい。このようにして、すなわち、真空ポンプに送られる流れを絞ることが、真空レベルを目標レベルに保つのに十分でない場合には、例えば空気を外部から導管へ供給することにより、システムの確実性を高めるようにしている。
上述の目的は、冒頭で定義するとともに次にような点に特徴を有する搾乳機によっても達成される。すなわち、真空ポンプがダイナミック式ポンプであるという点、および、搾乳機が、真空レベルを目的値に保つための制御装置を備えている点である。
この搾乳機の優れた実施形態は、特許請求の範囲第７項から第15項に規定されている。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付の図面で示す別の実施例を参照してさらに詳細に説明される。
図１は、搾乳機の概略図である。
図２は、本発明で使用される真空ポンプの流れに係る、真空レベルと軸出力のグラフである。
実施の形態の詳細な説明
図１には、吸引側２と加圧側３を有する真空ポンプ１を有する搾乳機が部分的に示されている。加圧側３は、油分離器および消音器（図示せず）を介して、外部とつながる出口４に接続可能である。真空ポンプ１はダイナミック式であり、好ましくは、いわゆる遠心圧縮機である。このポンプは、羽根板や案内部材により、吸引側２において入って来る空気を放射状に外へ出し、これにより、遠心力を用いて半径方向に空気を加速するようになっている。その後、空気に残っている運動エネルギーは、デフューザによって圧力に変換され、真空ポンプ１の加圧側３と吸引側２の間における圧力比が、約1.7〜2.7の間、好ましくは約2.0となる。この圧力比を得るためには、真空ポンプ１が１または１以上の圧縮ステップを備えるようにしてもよい。ダイナミック式ポンプは、例えば軸流コンプレッサのような、他の形式のものを用いるようにしてもよい。
真空ポンプ１の吸引側２は、真空導管５を介して搾乳装置６に接続されている。搾乳装置６は、牛乳用チューブ8,9および脈動チューブ10,11を介して、搾乳対象の乳牛のような動物の乳頭に取り付けるための２つのティートカップ12,13に接続されたクロー７を備えている。搾乳装置６は、１個以上のクロー７を備えていてもよいことはもちろんであり、また、各クロー７は、２個よりも多いティートカップ12,13に接続されてもよく、乳牛の場合には４個のティートカップ12,13でもよい。このクロー７からは、牛乳用チューブ14によって容器15に牛乳が送られる。この容器15は、真空チューブ16を介して、真空導管５に接続されて液体が真空導管５内に導入されることを防ぐ分離手段17に接続されている。この分離手段17は、分離された液体を断続的に取り除くための排出手段18を備えている。さらに、クロー７は、脈動チューブ19を介して、真空導管21を介して真空導管５に接続される脈動器（pulsator）20に接続されている。
これにより、真空ポンプ１は、真空導管５および分離手段17を介して搾乳装置６から空気の流れを吸引する。真空導管21と脈動器20を介し、脈動する補助圧が、公知の方法により、各ティートカップ12,13の脈動チャンバ（図示せず）内で生成される。この脈動する補助圧は、１つの脈動サイクルの間に、例えば外気圧と約50kPaとの間で変化する。つまり、脈動する真空の最大真空レベルは50kPaである。補助圧は、真空チューブ16を介して、容器15内、牛乳用チューブ14内、および各ティートカップ12,13の乳頭受入れ用内部空間内で生成される。この補助圧は、例えば約50kPaである。すなわち、ティートカップ12,13の内部空間内、クロー７内、牛乳用チューブ14内、および容器15内では、真空レベルが約50kPaの搾乳用真空となっている。この搾乳用真空により、乳頭から容器15へ牛乳が吸引される。
搾乳用真空を、例えば50kPaのような一定の目的レベルに維持するように調節するため、そしてまた脈動真空を各脈動サイクルにおける最大脈動真空が例えば50kPaのような目的レベルになるように調節するために、真空導管５に調節弁22が備えられている。調節弁22は、真空導管５と真空ポンプ１を通る流れの大きさについての制御を、多くの異なる公知の方法で行うように設計してもよい。本実施形態では、自由流れ領域を減少させることにより真空導管５および真空ポンプ１を通る流れを絞る絞り弁として設計されている。しかし、調節弁22は速動式、すなわち、非常に短い時間内に自由流れ領域を最小から最大まで調節できるように、およびこの逆の調節を行えるようになっていなければならない。この流れによって、時間単位あたりに真空導管５と真空ポンプ１を通る空気の総量が示される。調節弁22は、真空導管５、または真空ポンプ１の入り口における真空ポンプ１の吸引側に備えるようにしてもよい。さらに、真空導管５内における圧力または真空レベルを検出するための圧力センサ23が備えられている。圧力センサ23は、引き続き調節弁22につながる電子制御ユニット24に接続されており、この電子制御ユニット24は、検出された真空レベルに応じて調節弁22の開口率を制御するようになっている。さらに、レギュレータ25が真空導管５に備えられており、このレギュレータは、真空ポンプ１を通る流れを増大させるために、外部から真空導管５へさらに流れを供給する。レギュレータ25も電子制御ユニット24に接続されている。レギュレータ25は、真空ポンプ１を通る空気の流れが真空ポンプ１の動作範囲を下回らない程度に空気を通すよう制御される必要がある。
別の実施形態では、調節弁22に代えて、電子制御ユニット24により調整可能な案内羽根を真空ポンプ１の入り口に備えるようにしてもよく、これにより、ロータに向かう流れの方向が制御され、結果的に、真空導管５を通る流れの大きさに影響を与えるようになっている。
ダイナミック式の真空ポンプ１は、図２のグラフに示された特性を有すものであり、横軸は、流れＱをリットル／分で表し、左側の縦軸は、真空レベルＶをkPaで表し、右側の縦軸は、軸出力ＰをkWで表すものである。上側の曲線26は、流れＱの関数として真空ポンプ１の入り口における真空レベルＶを示すものであり、また、下側の曲線27は、流れＱの関数として軸出力Ｐを表している。曲線28は、真空導管５内の真空レベルを表す。このグラフで示すように、真空導管５内の真空レベルは、約1300〜2400l/minの流れ間隔で、約1kPaから目的レベルの約50kPaまでの範囲内において、比較的一定に維持される。これにより、真空ポンプ１を通る流れが2400l/minから1300l/minへ減少する場合には、真空ポンプ１が必要とする出力もまた、4.7kWから3kWへと減少していることがわかる。このダイナミック式の真空ポンプ１におけるこの特性は、次のように利用してもよい。すなわち、約1300l/minの比較的低い能力で、そしてまた、相応する比較的低い出力とエネルギー消費でポンプが動作するように、通常の環境下で真空ポンプ１への流れを絞り込むようにしてもよい。このことは、通常の環境下ではレギュレータ25が実質的に閉鎖されるかあるいは非常に少ない流れをさらに真空導管５へ通すのみであるということを意味しており、そしてまた、真空レベルにおける小さな脈動が、調節弁22により補正されるということを意味している。
何らかの理由により搾乳機のどこかで空気が漏れた場合には、圧力センサ23がこれを検出し、電子制御ユニット24は、最初の調節ステップでレギュレータ25を完全に閉鎖する。このようにしても漏れの手当てが十分でない場合、電子制御ユニット24は、第２の調節ステップで調節弁22の開口率を増大させ、これによりダイナミック式の真空ポンプ１の能力を増大させる。
調節弁22がすでに最小の開口率に調節され真空レベルが目的レベルを超えている場合、この真空レベルは圧力センサによって検出され、そして、真空導管５への流れの供給がされに増大するように、レギュレータ25を電子制御ユニット24が調節する。
この結果、図２のグラフに示すように、46％の能力減少である2400l/minから流れを絞ることにより、出力消費が1.7kWまたは36％に減少することになる。搾乳機における真空ポンプは、多くの場合、実質的に一昼夜にわたって使用されるため、この出力の減少は、エネルギーを有効に節約することにつながる。

Claims (14)

1. 真空ポンプと、搾乳を行う動物に装着させられる少なくとも１つの搾乳手段を備えている搾乳装置と、流れを送り、かつ前記搾乳装置を前記真空ポンプの吸引側に連結する導管とを有する搾乳機の真空レベル調節方法において、
   前記真空ポンプはダイナミック型のものであることと、前記導管内における実際の真空レベルを検出することと、前記導管を通る前記流れの量を、前記真空レベルを目標値に調節するために、検出された前記真空レベルに応答して調節することとを特徴とする、搾乳機の真空レベル調節方法。
2. 前記流れの量を、前記導管の自由流動領域を調節することによって調節することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記流れの量を、前記真空ポンプの入り口における案内羽根で前記流れの方向を制御することによって調節することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記真空レベルはまた、他の流れを前記導管および前記真空ポンプへ供給することによって調節されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記流れの量が最小値に調節されているにもかかわらず前記真空レベルが前記目標値を超えている場合には、前記他の流れの供給を増加させることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 真空ポンプ（１）と、搾乳を行う動物に装着させられるように設けられた少なくとも１つの搾乳手段（7,12,13）を備えている搾乳装置（６）と、前記搾乳装置（６）を前記真空ポンプ（１）の吸引側（２）に連結し、かつ前記搾乳装置（６）からの流れを送るようになっている導管（５）とを有している搾乳機において、
   前記真空ポンプ（１）はダイナミック型のものであり、前記搾乳機は真空レベルを目標値に保つために設けられた制御装置（22）を有しており、
   前記制御装置（22）は、実際の真空レベルを検出する手 段（23）と、検出された真空レベルに応答して、前記導 管（５）および前記真空ポンプ（１）を通る前記流れの 量を調節することによって前記真空レベルを目標値に制 御するようになっている第１の調節手段（22）とを有し ていることを特徴とする搾乳機。
7. 前記第１の調節手段（22）は、少なくとも１つの位置で前記導管（５）の自由流動領域を調節することによって前記流れの量を調節するようになっていることを特徴とする、請求項６に記載の搾乳機。
8. 前記第１の調節手段（22）は絞り弁を有していることを特徴とする、請求項７に記載の搾乳機。
9. 前記第１の調節手段は、前記真空ポンプ（１）内へ向かう前記流れの方向を制御することによって前記流れの量を調節するようになっていることを特徴とする、請求項６に記載の搾乳機。
10. 前記第１の調節手段は、前記真空ポンプ（１）の入り口に案内羽根を有していることを特徴とする、請求項９に記載の搾乳機。
11. 前記制御装置は、検出された真空レベルに応じて前記導管（５）および前記真空ポンプ（１）を通る他の流れの供給の増加と減少とをそれぞれ行うようになっている第２の調節手段（25）を有していることを特徴とする、請求項６から10のいずれか１項に記載の搾乳機。
12. 前記制御装置は、前記検出する手段（23）に接続されるとともに、前記第１および第２の調節手段（22,25）に接続され、前記流れの量が最小値に調節されているにもかかわらず前記真空レベルが目標値を超えている場合に前記他の流れの供給を増加させるように設けられている制御ユニット（24）を有していることを特徴とする、請求項11に記載の搾乳機。
13. 前記検出する手段（23）は、前記導管（５）内の前記真空レベルを検出するようになっているとともに、前記制御ユニット（24）に接続されている圧力センサを有していることを特徴とする、請求項６から12のいずれか１項に記載の搾乳機。
14. 前記ダイナミック型の真空ポンプ（１）は遠心圧縮機であることを特徴とする、請求項６から13のいずれか１項に記載の搾乳機。

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