JP6058672B2 - 流体混合送達システム - Google Patents

Description

優先権
本願は、２０１１年９月１日に出願された米国特許出願第１３／２２３，５７６号の優先権を主張するものであり、同出願の全文を参照によって本願に援用する。

本発明は、流体を正確に計量して可変的混合比で混合し、その結果として得られた流体混合物を、選択されたいずれの混合比についても、同じ、実質的に一定の流量で送達するシステムに関する。このシステムは、この用途に限定されないが、液体飲料濃縮物と希釈液との混合物にとって特に有益であり、その１つの具体例は、各種の茶の濃縮物と水との混合物である。

流体を正確に計量して混合し、それによって得られた流体混合物を実質的に一定の流量で送達する周知のシステムは、米国特許第７，３１１，２２５号において開示されている。しかしながら、このようなシステムでは、流体の混合比を変えることができない。

概して、本発明の主な目的は、上記の欠点を是正するために、広い調整範囲で混合比を徐々に変化させ、選択されたいずれの混合比についても、送達される流体混合物の量が実質的に同じ、かつ実質的に一定のままであるようにするための、単純でありながら実効性の高い手段を提供することである。

本発明の１つの実施形態によるシステムの概略図である。 本発明によるシステムの他の実施形態の概略図である。 一般的なＣＦ弁の断面図である。 各種の動作状態にあるＣＦ弁の内部構成要素の部分図である。 各種の動作状態にあるＣＦ弁の内部構成要素の部分図である。 各種の動作状態にあるＣＦ弁の内部構成要素の部分図である。

まず図１に関して、本発明によるシステムの１つの実施形態は混合室１０を含む。第一の流体成分、たとえば希釈剤としての水が上水道から導管１２を介して受けら取られ、第一の供給管路１４を介して混合室に供給される。第一の供給管路は、第一のＣＦ弁１６と、選択的に変化可能な大きさの第一の制量穴１８を提供する下流のニードル弁と、混合室からの流体の逆流を防止する、所望に応じて設置可能な逆止弁２０と、を含む。

本明細書で使用されている「ＣＦ弁」という用語は、たとえば米国特許第７，６１７，８３９号に記載され、図３により詳しく示されているタイプの流量制御弁を意味する。ＣＦ弁は、組み付けられた外部構成要素２２、２４から形成される筐体を含む。筐体の内部は隔壁２６により、入口３０を有する上部２８と、下部と、に分割され、下部は調節アセンブリ３４によって、流体室３６と、そこから分離されたばね室３８と、にさらに分割される。

調節アセンブリ３４は柔軟なダイアフラム４０を含み、これによって支持され、これは隔壁２６のポート４４を通って突出するステム４２を有する。ステム４２の端には、他の部分より大径の頭部４６があり、そのテーパの付いた下面４８の周囲には隔壁のテーパ面５０が位置付けられる。ばね５２が調節アセンブリ３４を隔壁２６に向かって付勢する。

弁入口３０は導管１２に接続されるようになされ、弁出口５４は流体室３６と連通し、そこから離れたシステム構成要素、すなわち今説明中のシステムでは混合室１０、に接続されるようになされている。弁入口３０と出口５４はそれぞれ、軸Ａ１、Ａ２の上にあり、これらは相互に関して９０°に配置される。ポート４４は、弁上部２８を流体室３６に接続する。上部と流体室内の入口流体圧力が閾値より低いと、ばね５２の閉鎖力に打ち勝つには不十分であり、その結果、図４Ａに示されるように、ダイアフラムが隔壁のシーリングリングと当接する閉鎖位置に保持され、それゆえ、流体は流体室３６を通って弁出口５４から出られない。

図３と４Ｂに示されるように、入口圧力が閾値より高くなると、ばね５２の閉鎖力に打ち勝ち、それによって調節アセンブリ３４とそのダイアフラム４０が流体室３６内の動作圧の上昇に伴って隔壁２６から離れるように移動する。流体が流体室から出ると、下流の制量穴１８が流量を制限し、これが背圧を生じさせ、それが入口圧力に加わって流体室３６内の全動作圧となる。

入口圧力が低下すると、ばね５２の力が調節アセンブリ３４を隔壁２６に向かって付勢し、それゆえ、テーパ付の面４８、５０間のギャップが大きくなり、流体室３６内への流体の流量が増大して、動作圧が実質的に一定に保たれる。

背圧の低下も同じ効果を有し、調節アセンブリを隔壁に向かって移動させて、ポート４４を通過する流量を動作圧がその以前のレベルに回復するのに十分なだけ増大させる。

逆に、背圧が上昇すると流体室３６の中の動作圧が上昇し、それによって調節アセンブリが隔壁から離れるように移動し、テーパ付の面４８、５０間のギャップが小さくなって、流体室３６への、およびそこを通る流体の流量が減少する。

図４Ｃに示されるように、背圧によって流体室３６内の動作圧が十分に高いレベルまで上昇すると、調節アセンブリが隔壁から離れるように、テーパ付の面４８、５０間のギャップを閉じるのに十分なだけ移動し、それゆえ、流れはそれ以上、弁を通過できない。

再び図１を参照すると、第二の流体成分、たとえば茶の濃縮液が導管５６を介して受け取られ、第二の供給管路６０を介して混合室１０に供給される。導管５６は、第二の流体成分の加圧供給源に接続されており、その非限定的な一例がポンプ５８である。第二の供給管路は、第二のＣＦ弁６２と、一定の大きさの下流の第二の制量穴６４と、所望により設置可能な別の逆止弁６６と、を含む。第二のＣＦ弁は、たとえば米国特許第６，０２６，８５０号または第６，２０９，５７８号に記載されているような「ストレートスルー」型であってもよく、この場合、弁の入口と出口が同じ軸上にある。第一と第二のＣＦ弁１６、２２は、導管１２、５６内の入力圧力の変動が弁の閾値より高くても、第一と第二の流体成分を混合室１０に、実質的に一定の流量と圧力で供給する役割を果たす。

第一と第二の流体成分は混合室内で混ぜ合わされて流体混合物が生成され、その混合比は、第一の制量穴１８の可変的大きさの中から選択された大きさと第二の制量穴６４の一定の大きさによって決まる。

図には示されていないが、当然のことながら、第一と第二の制量穴１８、６４の位置は逆であってもよく、その場合、調節可能な制測穴１８が第二の供給管路６０内に配置され、一定の制量穴が第一の供給管路１４内に設置される。あるいは、第一と第二の供給管路１４、６０の両方に調節可能な穴を設けてもよい。

排出管路６８が混合室１０から出ており、それを通って流体混合物が吐出弁７０に送達される。第三の制量穴７２が排出管路内に設置される。図では、第三の制量穴７２は吐出弁より上流にあり、そこから離れている。あるいは、第三の制測穴は吐出弁と一体の構成要素として含められてもよい。

吐出弁が開くと、排出管路６８の最高流量は第一と第二のＣＦ弁１６、６２の合算最低流量より低く、それゆえ、それぞれのＣＦ弁の下流にある第一と第二の供給管路１４、６０内に背圧が発生する。この背圧はＣＦ弁にかかる入口圧力に加わり、弁を図３と４Ｂに示される動作位置に保持し、それによって混合室に送達される第一と第二の流体成分の圧力と流量が実質的に一定に保たれる。

第一の制量穴１８の大きさを調節すると常に、混合室１０への第一の流体成分の流量が変化する。それにより、混合室内および第二のＣＦ弁６２の下流の第二の供給管路６０内の背圧が変化し、その結果、第二のＣＦ弁を通って混合室に送達される第二の流体成分の流量に付随的な逆変化が生じ、ひいては混合室から吐出弁７０へと排出される混合物の混合比が変化する。混合比が変化しても、吐出される流体混合物の流量は実質的に同じに、かつ実質的に一定のままとなる。

吐出弁７０が閉じると、それぞれのＣＦ弁１６、６２の下流にある第一と第二の供給管路１４、６０の背圧が上昇し、弁は図４Ｃに示されるように閉鎖状態となる。

図２に示されるシステムの実施形態では、第三の供給管路７４が第一の供給管路１４から第二の混合室７６へとつながっている。第三の供給管路７４は、別の調節可能な制量穴７８を含む。第二の混合室７６には、他の流体成分、たとえば違う種類の茶の濃縮物が、第二の供給管路６０と同じ構成要素を有する第四の供給管路８０を介して供給される。流体混合物は混合室７６から出て、制測穴８６を有する排出管路８４を介して別の吐出弁８２へと至る。

吐出弁７０、８２は選択的に開閉でき、ＣＦ弁１６は供給管路６０、７４のいずれかまたは両方のＣＦ弁６２と協働して、混合室１０、７６の一方または両方から出る選択された混合比を、同じ、実質的に一定の量に保つ役割を果たす。

Claims (4)

1. 流体を正確に計量して可変的混合比で混合し、その結果として得られた流体混合物を、同じ、実質的に一定の流量で送達するシステムにおいて、
   混合室と、
   第一の流体成分を第一の流体制御弁および下流の第一の制量穴を介して前記混合室に供給する第一の供給管路と、
   前記第一の流体成分と前記混合室の中で混ぜ合わされて流体混合物を生成する第二の流体成分を第二の流体制御弁および下流の第二の制量穴を介して前記混合室に供給する第二の供給管路と、
   前記混合室から出て、そこを通って流体混合物が吐出弁に送達される排出管路と、
   を含み、
   前記排出管路は、前記吐出弁が開いている時に、その最大流量が第一と第二の流体制御弁の合算最低流量より低く、それによって前記混合室内と、それぞれの第一と第二の流体制御弁の下流の前記第一と第二の供給管路内に流体背圧が発生し、
   前記第一の制量穴の大きさは調節可能であり、前記混合室に供給される第一の流体成分の流量を変化させることができ、それによって前記混合室と前記第一の供給管路内の流体背圧が変化し、前記第二の流体制御弁を通って送達される第二の流体成分の流量に付随的な逆変化が生じる、
   ことを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記第二の制量穴の大きさは一定であることを特徴とするシステム。
3. 請求項１または２に記載のシステムにおいて、
   前記排出管路内の、前記吐出弁と前記混合物の間に第三の制量穴（ｊ）をさらに含み、前記第三の制量穴の大きさが一定であることを特徴とするシステム。
4. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記第一の供給管路から出て第二の混合室につながる第三の供給管路であって、調節可能な大きさの第三の制量穴を有する第三の供給管路と、
   前記第二の供給管路と同じであり、第三の流体成分を前記第二の混合室に供給する第四の供給管路と、
   前記排出管路と同じであり、前記第二の混合室から第二の吐出弁へとつながる第二の排出管路と、
   をさらに含むことを特徴とするシステム。
   
   

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