JP6138046B2 - 液体計量ポンプ、およびそのようなポンプのための圧力の変動を検出するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、作用チャンバと連通する取入れ弁を備えた吸込みノズルを備える種類の液体計量ポンプ（ｌｉｑｕｉｄ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｐｕｍｐ）であって、作用チャンバ（ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｈａｍｂｅｒ）内でピストンが往復運動で移動することができ、ピストンがノズルから遠ざかるとき、取入れ弁が開くにつれて吸引力が生成され、ピストンがノズルに近づくとき、取入れ弁（ｉｎｔａｋｅ ｖａｌｖｅ）が閉じて出口弁を通って液体が出るにつれて、吐出し（ｄｅｌｉｖｅｒｙ）が生成される、ポンプに関する。

この種の計量ポンプは、とりわけ出願人の会社名義の仏国特許第２８４７９５０号から知られている。

そのようなポンプは満足なものではあるが、とりわけポンプの構成部品の故障など問題を診断し、またリアルタイムでの用量（ｄｏｓａｇｅ）、計量装置が使用されていた時間の長さ、化学製品の消費量、機能停止の数の計算など、ポンプがどのように挙動しているかを詳細に示すデータを収集することができるように、ポンプの動作に関する改善された情報を得ることが望ましい。

この問題に対処するために、本発明によれば、上記で定義した種の液体計量ポンプが、取入れ弁と作用チャンバの間に圧力変動検出装置を備え、圧力変動検出装置が、一方では、作用チャンバの一端に接続され、その他端に取入れ弁を備えるダクトと、他方では、ダクト内の圧力を感知可能であり、ダクトの壁内に装着された手段とを備えることを特徴とする。

ダクト内の圧力を感知可能な手段は、ダクトの壁の一部分に設置され作用チャンバから生じる圧力を受ける膜と、圧力の変動に起因する膜の動きを検出する検出手段とを備えることができる。

有利には、膜は、ダクトの内側表面からセットバックされた空洞内に配置され、この空洞は、横断方向のオリフィスを介してダクトと連通する。

膜の動きを検出する手段は、膜に接続されたフィンガによって作動される、特にフィーラ（ｆｅｅｌｅｒ）、光センサからなる機械的手段とすることができる。

代替として、膜の動きを検出する手段は、誘導タイプの変位センサ、特にホール効果センサを含むことができる。

ダクト内の圧力を感知可能な手段は、作用チャンバ内の圧力変動を示す電気信号を供給するために、トランスデューサ、特にダクトの壁に装着されたひずみゲージを含むことができる。

ダクト内の圧力を感知可能な手段は、ポンプの動作を解析するために、検出された圧力変動を利用する手段に接続されることが有利である。

圧力変動を利用する手段は、リアルタイムでの用量、計量装置が使用されていた時間、取り入れた化学製品の消費量、機能停止の数を計算するためなど、様々な動作パラメータを決定するようにプログラムされる電子計算手段を含むことができる。

また、利用する手段は、計量ポンプのサイクルを可視化し、ポンピングが停止した場合に警報を発し、取入れシステムに伴う故障を検出し、任意選択として取入れが行われている液体の蓄積の終了を検出するように設計されることが有利である。

望むなら、圧力変動検出装置は、作用チャンバに分離可能に接続される。

また、本発明は、上記で定義されたポンプ用の圧力変動検出装置であって、一方では、ポンプの作用チャンバの一端に分離可能に接続させることができ、その他端に取入れ弁を備えることができるダクトと、他方では、ダクト内の圧力を感知可能であり、ダクトの壁内に装着された手段とを備えることを特徴とする圧力変動検出装置に関する。

上述の条項の他に、本発明は、添付の、しかし全体的に非限定的な図面を参照して述べるいくつかの例示的な実施形態に関して、以下、より完全にカバーされることになるいくつかの他の条項に存する。

本発明による計量ポンプの、各部が外観図で示されている部分図であり、その下部が、圧力変動検出装置を備え、垂直軸方向断面で示されている。 その軸が実質的に水平な検出装置の代替形態の、より大きな縮尺の軸方向断面での斜視図である。 利用する手段が電子コンピュータで形成されている、図２による検出装置を備える計量ポンプの、より小さな縮尺の側面図での一般的な構成である。

図面、とりわけ図１を参照すると、図１は、その下部だけが図１に見える作用チャンバ４と連通する取入れ弁３を有する取入れノズル２を備える液体計量ポンプ１を示す。あまり詳細に示されていないピストン５が作用チャンバ内で往復並進運動で移動することができ、ピストン５がノズル２から遠ざかるとき、弁３が開くにつれて吸引力が生成され、一方、ピストン５がノズル２に近づくとき、取入れ弁３が閉じて出口弁６を通って液体が出るにつれて、吐出しが生成される。

ピストン５の往復並進運動は、ポンプ１内に含まれる、またポンプの本体１ａに設けられた入口オリフィス７によってポンプ１に通される加圧された液体によって作動される液圧モータ（図示せず）によって引き起こされることが有利である。本体１ａは、概してプラスチック製であり、キャップ１ｂ（図３）が、とりわけねじ込みによってこの本体に分離可能に取り付けられている。

図示しない容器内に入っている添加液（ｌｉｑｕｉｄ ａｄｄｉｔｉｖｅ）を、添加液容器（ｌｉｑｕｉｄ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）内の一端を介して浸漬され、その他端で取入れノズル２に接続されたパイプ（図示せず）を使用して吸い上げることができる。添加液は、ポンプ本体１ａ内で、オリフィス７を介して入る主要液と混合され、計量された混合物が、直径方向でオリフィス７の反対側にある出口オリフィス８を介して離れる。

従来技術によれば、取入れノズル２は、作用チャンバ４の下端に設けられ、作用チャンバ４が接続手段９、とりわけねじ接続手段を備え、ノズルをチャンバ４の端部で分離可能に設置することを可能にする。

本発明によれば、計量ポンプ１は、作用チャンバ４内の圧力の変動を検出する装置Ｄを備える。この装置Ｄは、取入れ弁３とチャンバ４の間に設置される。装置Ｄは、一端でスリーブＭおよび接続手段９を介してチャンバ４に接続されたダクト１０を備える。ダクト１０は、その他端で、取入れ弁３およびノズル２を備える。

装置Ｄは、ダクト１０内の圧力、したがってこのダクトに接続されたチャンバ４内の圧力を感知可能な手段１１をさらに備える。検出された圧力変動を利用する手段１２（図３）が用意されることが有利であり、ポンプの動作を解析するために圧力を感知可能な手段１１に接続される。

図１に示されている実施形態によれば、圧力を感知可能な手段１１は、ダクト１０の円筒形の外壁内に設けられた空洞の端壁１４に接して液密に配置された可撓性の膜１３を備える。膜１３は、ダクト１０の壁内に設けられたチャンバ１５の変形可能な隔壁を構成する。チャンバ１５は、横断方向のオリフィス１６を介して、取入れ弁３とチャンバ４に対する接続手段９との間に含まれる領域内のダクト１０の内部空間１０ａと連通する。オリフィス１６のところで成り立つ圧力は、チャンバ４内で成り立つ圧力と実質的に同じである。

膜１３は、可撓性材料、とりわけエラストマー性材料製であり、周辺ロール（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｒｏｌｌ）を有する膜の外側プロファイルにその内側プロファイルが一致するキャップ１７によって、端壁１４に接して保持される。図の実施形態によれば、膜１３は、内部空間１０ａの反対側に、周辺ロールの内側に半径方向で位置する円形リブをさらに備える。

キャップ１７は、その軸がダクト１０の軸に対して直交するフィンガ１８を通して案内するための中央開口を備える。オリフィス１６に向かって面するフィンガ１８の端部は、膜によって覆われたニードル弁（ｖａｌｖｅ ｎｅｅｄｌｅ）１８ａの形態で製作され、減圧の効果を受けてオリフィス１６に入ることができる。図１では、膜１３は、キャップ１７に対してしっかり押圧されて示されており、チャンバ１５の最大容積に、またチャンバ４内およびダクト１０内の圧力のある相（ａ ｐｈａｓｅ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）に対応する。

フィンガ１８は、ニードル弁１８ａに対するその反対側の端部で、とりわけ光センサ２０の回転レバー１９aからなるフィーラ１９に対して作用することができる。フィンガ１８とフィーラ１９の間の接続は、連節によって実現される。レバー１９ａの回転装着は、図１の平面に対して直交し、レバー１９ａの長さに沿って実質的に中間に位置し、光センサ内に設けられた軸受けによって支持されたピン１９ｂによって行われる。フィンガ１８から離れたレバーの端部１９ｃは、フィンガ１８によって決まる位置に応じてセンサ２０の光ビームを横切り、したがって膜１３の位置を示す電気信号をトリガすることができる。

キャップ１７、フィンガ１８、および光センサ２０を備えるアセンブリは、それ自体ダクト１０に接して固定されたケーシング２１内で保持される。ケーシング２１は、接点２０に接続される１つまたは複数のケーブル（図１には示されていない）を引き出すエンド・ピース２２を備える。

本発明による計量ポンプ用の検出装置Ｄの実施形態の代替形態を、軸方向で実質的に水平に示す図２を参照する。図１を参照してすでに述べた要素と同一である図２の要素は、同じ符号によって示されており、その要素に修正が加えられているときには、おそらくはアポストロフィ「’」がそれに続く。同一の要素については再度述べない。

膜１３’は、チャンバ１５の反対側に、半径方向に突出する円筒形部分１３’ａを備え、この部分は、フィンガ１８’の一部分を液密に囲む。ニードル弁１８’ａは、ダクト１０ａに向かって面しチャンバ１５内に突出する、このフィンガの端部を形成する。ニードル弁１８’ａは、膜１３’が、図２に示されているようにキャップ１７’に接して押圧されたとき、オリフィス１６内で依然として部分的に係合している。取入れ段階中には、膜１３’は、キャップ１７’から遠ざかり、チャンバ１５の他方の壁にしっかり押圧される。

ニードル弁１８’ａのその反対側の端部を介して、フィンガ１８’は、ケーシング２１’内に収容された電気接点２０’のフィーラに対して作用することができる。図３に示されているように、２本のケーブル２３ａ、２３ｂが接点２０’から引き出され、電気信号の形態の情報を、とりわけ電子コンピュータ１２からなる利用手段に送信する。

その長手軸がダクト１０’の長手軸と一致する実質的に楕円体の形状の壁２４が、このダクトを囲み、横断方向の隔壁２５によってダクトに固定される。キャップ１７’は、壁２４内のハウジング内に挿入され、一方、ケーシング２１’は、キャップ１７’を覆い、壁２４に分離可能に取り付けられる。この壁は、ノズル２から最も遠いその端部に、接続手段９の外ねじ付きエンド・ピース上にねじ込むことができる内ねじ付きスリーブ２４ａを備える。

このような場合として、本発明による計量ポンプの機能の仕方は、以下の通りである。この機能については、図１を参照して述べるが、この説明は、図２の代替形態に直ちに当てはまる。

作用チャンバ４内に吸い込む取入れ段階中には、ダクト１０内に減圧が生み出され、これにより弁３が開き、液体がダクト１０およびチャンバ４内に吸い込まれる。

この取入れ段階中には、膜１３が減圧を受け、図１の構成によれば右に移動し、減圧の強さに応じて、空洞１５の端壁に近づくか、またはこの端壁に接して押圧する。フィンガ１８は、膜１３と共に右に移動し、光センサ２０のフィーラ１９を引き連れ、それにより取入れ段階を示す電気信号の形態の情報が送られる。

ピストン５が下降し、液体を送出するとき、弁３が閉じ、一方、出口弁６が開く。作用チャンバ４内、ならびにダクト１０内で圧力が増大し、図１に示されているように、膜１３がキャップ１７にしっかり押圧され、フィンガ１８を左に押す。それに応じて、センサ２０のフィーラ１９が移動され、対応する電気信号が動作解析手段に送信される。

光センサ２０は、オン／オフ・タイプのものであってよい。代替として、光センサ２０または等価の検出手段は、信号、とりわけアナログ信号を送ることができ、信号の振幅は、フィーラ１９の変位によって決まり、特にニードル弁１８の変位に比例することになる。

作用チャンバ４の下、および計量装置の取入れ弁２の上方で接続された、本発明によるポンプの圧力の変動を検出するためのシステムは、以下の現象から利点をもたらすことを可能にする。
− 取入れ中の減圧段階
− 吐出し中の圧力段階

本発明は、計量ポンプの動作サイクル内に入ることになるこれらの２つの連続する段階を、プッシュ・ロッド・フィンガ１８、１８’の機械的な並進運動を生成するために利用することを可能にする。

この結果は、十分に感度があり、減圧および圧力の作用下で動く、またフィンガ１８、１８’の交互並進運動を生成する膜１３、１３’を介在させることによって達成される。この運動は、電気的接触を生み出すために捕捉され、この電気的接触は、当該の例では、電気接触器２０、２０’を用いた機械的な性質ものとなり、または代替として、（ホール効果を使用する）誘導性のものであってもよい。

代替として、圧力変動検出器は、ダクト１０の外部壁に接して配置されたひずみゲージからなることができる。

検出システムは、周波数約０．００３Ｈｚで低い計量ポンプ流量に関してさえ機能する。

検出システムの動作は、膜システムにより、計量される製品の物理的性質に対してかなり不感である（粘度／高負荷製品（ｌａｄｅｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ））。

使用される材料の選択は、化学応用分野に、また計量装置によって汲み上げられる添加液の性質に突き合わされる。

入口７を介して到達し、出口８を介して離れる主要液の圧力の範囲は、０．０５〜６バールとすることができる。

ポンプの動作周波数は、０．００３Ｈｚ〜１．５Ｈｚとすることができる。

寿命は、５百万サイクルと同程度とすることができる。

本発明は、以下の機能を実施することによって、ポンプの動作に関する診断情報を提供することを可能にする。
− 計量ポンプのサイクルを可視化すること
− ポンプを駆動するモータが停止したとき警報を発すること
− 取入れシステムの故障を検出すること
− 任意選択として、取入れ弁を通って汲み上げられる添加液を含む蓄積の終了を検出すること

電子コンピュータ１２に結合することにより、検出器によって供給される信号を、様々な形態で解釈することができ、ある量の情報にアクセスすることができる。
− リアルタイムで計量計算するため
− 計量装置が使用されていた時間
− 取入れ弁を通して取り入れた化学製品の消費量
− 機能停止があればその数、または動作に関する他の情報

圧力変動検出装置Ｄは、元からの機器として新しいポンプに装備することも、すでに使用されているポンプに容易にレトロフィットすることもできる。

Claims (5)

1. 作用チャンバと連通する取入れ弁を備えた吸込みノズルを備え、前記作用チャンバ内でピストンが往復運動で移動し、前記ピストンが前記ノズルから遠ざかるとき、前記取入れ弁が開くにつれて吸引力が生成され、前記ピストンが前記ノズルに近づくとき、前記取入れ弁が閉じて出口弁を通って液体が出るにつれて、吐出しが生成される、添加液を計量し吐出する液体計量ポンプであって、
   前記取入れ弁（３）と前記作用チャンバ（４）との間に圧力変動検出装置（Ｄ）を備え、前記圧力変動検出装置が、前記作用チャンバ（４）の一端に接続されるとともに他端に前記取入れ弁（３）を備えるダクト（１０、１０’）と、前記ダクト内の圧力を感知可能であり、前記ダクトの壁内に装着された手段（１１）とを備え、
   前記ダクト内の圧力を感知可能な前記手段（１１）が、電子計算手段（１２）に接続され、この電子計算手段が前記液体計量ポンプにより供給される添加液のリアルタイムでの用量、液体計量ポンプが使用されていた時間の長さ、添加液の消費量のすべてをカウントし、
   前記ダクト内の圧力を感知可能な前記手段（１１）が、前記ダクト（１０、１０’）の壁の一部分に設置され前記作用チャンバ（４）から生じる圧力を受ける膜（１３、１３’）と、圧力の変動に起因する前記膜の動きを検出する検出手段（１８、１９、２０；１８’、２０’）とを備え、
   前記膜（１３、１３’）が、前記ダクト（１０、１０’）の内側表面からセットバックされた空洞内に配置され、前記空洞が、横断方向のオリフィス（１６）を介して前記ダクトと連通することを特徴とする液体計量ポンプ。
2. 前記膜の動きを検出する前記検出手段が、前記膜に接続されたフィンガ（１８）によって作動される、フィーラ（１９）を備えた機械的手段であることを特徴とする請求項１に記載の液体計量ポンプ。
3. 前記圧力変動検出装置（Ｄ）が、前記作用チャンバ内の圧力の変動を感知して電気信号を出力するためのトランスデューサ（２０、２０’）を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の液体計量ポンプ。
4. 前記圧力変動検出装置（Ｄ）が、前記作用チャンバ（４）に分離可能に接続されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の液体計量ポンプ。
5. 添加液を計量し吐出するポンプ用の圧力変換検出装置において、
   前記ポンプは、作用チャンバと連通する取入れ弁を備えた吸込みノズルを備え、前記作用チャンバ内でピストンが往復運動で移動する前記請求項１ないし４のいずれか一項に記載のポンプであって、
   前記圧力変換検出装置は、前記ポンプの作用チャンバ（４）の一端部に分離可能に連結されるとともに他端に取入れ弁（３）を有するダクト（１０、１０’）を備え、かつ、前記ダクト（１０、１０’）の壁部に取り付けられ、前記ダクトの圧力に感知可能な手段（１１）を備え、
   前記ダクト内の圧力に感知可能な手段（１１）は、電子計算手段（１２）に接続され、この電子計算手段が前記液体計量ポンプにより供給される添加液のリアルタイムでの用量、液体計量ポンプが使用されていた時間の長さ、添加液の消費量のすべてをカウントすることを特徴とする圧力変換検出装置。

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