JP7370428B2 - プロセスコンポーネント - Google Patents

Description

本発明は、第１請求項の前提部に記載のプロセスコンポーネント（Ｐｒｏｚｅｓｓｋｏｍｐｏｎｅｎｔｅ）に関する。

食品産業、生物工学、及び薬剤学において、生産設備及び生産設備のプロセスコンポーネントの清潔性、清掃性、及び閉鎖性に極めて高い要求が課せられる。

一種のプロセスコンポーネントでは、その内部において調整体が２つの終端位置間で動かされ、例えばバルブでは、閉鎖要素が開位置と閉位置との間で動かされる。そのため衛生状況及び無菌状況を確立するために、プロセスコンポーネントの内部を外部空間に対して封止保持すること、及び同時に内部の調整体の動きを外部空間から生ぜしめることが課題となる。

これについて弁工学では、駆動装置と閉鎖要素とを互いに接続する切替棒の弁ハウジングへの通り抜け（Ｄｕｒｃｈｔｒｉｔｔ）をベローズ（特許文献１）（ＡＳＧ）又はダイヤフラム（特許文献２）（２０６ｅｒ）によって封止することが知られている。しかしこれらのシール要素は機械的負荷に弱い。

閉鎖要素の運動を接触することなしに、かつ切替棒を用いずに行うことがより有利であろう。このことは、例えば瓶及び缶を充填するためのいわゆる充填弁の領域において知られている。

特許文献３は、磁気コイルに配置され、磁気コイルによって動かされる磁芯として閉鎖要素を形成することを提案する。開位置において、閉鎖要素の外面全体の周りを媒体が流れる。

特許文献４は、針状の閉鎖要素を有するバルブを提案する。閉鎖要素はそれぞれ１つの永久磁石アセンブリの力によって開位置及び閉位置に保持される。各永久磁石アセンブリは、これらの位置の１つに割り当てられている。これに加えて、各位置に電気コイルが設けられ、この電気コイルによって、それぞれ他方の位置の永久磁石アセンブリの保持力に抗して閉鎖要素を動かすことができる。

欧州特許第９４５６５８号明細書 国際公開第２０１３／１７０９３１号 独国特許出願公開１６００７１７号明細書 独国特許出願公表第６００２１０６２Ｔ２号明細書

上記解決策は、部分的に数十年前から知られており、比較的少ない流体流のために使用される。しかしこれらの解決策は、これまで例えば５０ｍｍ～２００ｍｍの直径範囲の比較的大きい配管断面用にはまだ一度も使用されていない。

したがって、本発明の課題は、大きい配管断面用にスケーラブル（ｓｋａｌｉｅｒｂａｒ）な、磁石アセンブリを有するプロセスコンポーネントを提供することである。

上記課題は、第１請求項の特徴を有するプロセスコンポーネントによって解決される。従属請求項２～従属請求項９は、これらのプロセスコンポーネントの有利な展開形態を示す。

プロセスコンポーネントは、ハウジングと、第１終端位置と第２終端位置とに移動可能な調整体と、調整体を軸方向に沿って第１終端位置から第２終端位置へ、かつその逆に移動可能である調節アセンブリとを備える。この調節アセンブリは、第１電気コイルと第２電気コイルとを具備し、かつ調整体に配置された第１永久磁石アセンブリと協働する。第１終端位置において調整体が第１機械的ストッパに当接する。ハウジングには、第１永久磁石アセンブリと協働する第２永久磁石アセンブリが設けられている。調節アセンブリは、プロセスコンポーネントの第１接続部と第２接続部との間に配置され、プロセスコンポーネントは、第１接続部と第２接続部との間の調整体の少なくとも１つの位置において一貫した流体接続を有する。スケーラビリティ（Ｓｋａｌｉｅｒｂａｒｋｅｉｔ）は、第１電気コイルが、通電時に、第１位置において第１永久磁石アセンブリと第２永久磁石アセンブリとの間に生じる磁界を補償するように設定されており、第２電気コイルが、第１コイルの通電時に調整体の運動を軸方向に生ぜしめるように設定されていることにより達成される。この第１電気コイルは、例えばその巻線の数などの設計及び通電が、第１永久磁石アセンブリと第２永久磁石アセンブリとの間の磁界を第１電気コイルが補償するようにされていさえすればよい。このことは、コイルの製造時の材料投入量及び運転のためのエネルギー消費量を低減する。それにより、配管直径が大きい場合でもプロセスコンポーネントを安価に製造すること、及び運転することが可能にされる。この利点は、第１終端位置における位置決めを機械的に支援することを提供する第１機械的ストッパによって支援される。

一展開形態では、第２終端位置も第２機械的ストッパによって固定され、それにより上記の利点が強められる。

上記の利点は、特に、プロセスコンポーネントが弁として形成されており、ハウジングが弁座を備え、かつ調整体に、第１終端位置において弁座と封止して協働する閉鎖要素が配置されているならば効果を発揮する。弁における流体流、特に液体流は、閉鎖要素に作用する大きい力をもたらす。本発明による実施形態は、食品工学の構造サイズに弁をスケーリング（Ｓｋａｌｉｅｒｕｎｇ）する場合も、この力を安価に操作することを可能にする。

コスト低減を伴うさらに別の構造上の簡素化は、第１機械的ストッパが弁座を備えることにより達成される。

実施例をもとにして本発明を説明し、利点について説明する。

プロセスコンポーネントの縦断面図である。 第１展開形態によるプロセスコンポーネントの縦断面図である。 線Ａ－Ａに沿う第１展開形態によるプロセスコンポーネントの横断面図である。 第２展開形態によるプロセスコンポーネントの縦断面図である。

図１において、ハウジング２を有するプロセスコンポーネント１の長手軸線Ｌに沿う断面が示されている。ハウジングは第１接続部３及び第２接続部４を具備し、第１接続部及び第２接続部によってプロセスコンポーネント１をプロセス設備に組み込むことが可能である。第１接続部３及び第２接続部４は、ハウジング２内の内部空間５への流体接続を形成する。

内部空間５内には、調整体６が可動に、特に長手軸線Ｌに沿って第１終端位置から第２終端位置へ移動可能に配置されている。第１機械的ストッパ７がハウジング２の内部空間５内に設けられており、第１終端位置において、調整体６が第１機械的ストッパに当接することになる。第２終端位置は、第１終端位置から長手軸線Ｌに沿って距離をおいたところにある。第２終端位置において調整体６が当接する第２機械的ストッパ８が設けられていてもよい。

プロセスコンポーネント１のハウジング２には、内部空間５の外側に、第１電気コイル９と第２電気コイル１０とを備える調節アセンブリが設けられている。

第１永久磁石アセンブリ１１が調整体に配置され、第１永久磁石アセンブリは、流体に対してカプセル封止して（ｇｅｋａｐｓｅｌｔ）形成されていることが有利である。ハウジング２に第２永久磁石アセンブリ１２が設けられている。有利には、第２永久磁石アセンブリが第１機械的ストッパ８に空間的に（ｒａｕｍｌｉｃｈ）に割り当てられており、それにより第１永久磁石アセンブリ及び第２永久磁石アセンブリ１１、１２は、調整体６が第１終端位置にある場合に互いにわずかな距離を有する。永久磁石アセンブリ１１及び１２は、調整体が永久磁石１１及び１２の引力によって第１終端位置に固定されるように設計されている。

調節アセンブリの第１電気コイル９は、通電が設計及び配置に相応に適合された場合に磁界を生成し、この磁界が永久磁石アセンブリ１１及び１２間の磁界を補償し、それにより第１終端位置における調整体６の固定が解消されるように設計及び配置されている。

調節アセンブリの第２電気コイル１０は、長手軸線Ｌに沿って軸方向に距離をおいて配置されている。第２電気コイルは、設計及び配置に相応である場合に通電時に調整体６に作用する磁界を生成するように設計及び配置されている。この磁界は、第１電気コイル９に通電され、永久磁石アセンブリ１１及び１２の保持力が補償される場合に、第１終端位置から長手軸線Ｌに沿って調整体６の運動を生ぜしめるように量定されている。

調整体６は中空チャネル１３を有し、中空チャネルは、第１終端位置及び第２終端位置のうちの少なくとも１つにおいてプロセスコンポーネント１の第１接続部３と第２接続部４との間に流体接続を提供し、それによりこれらの位置のうちの少なくとも１つにおいて流体、特に液体がプロセスコンポーネント１を貫流することが可能である。中空チャネル１３は、長手軸線Ｌに沿って調整体の中心に形成されていてもよい。

プロセスコンポーネント１の第１展開形態が図２及び図３に示されている。その際、図２には長手軸線Ｌに沿う断面が示されているのに対して、図３は、長手軸線Ｌに対して横向きの切断線Ａ－Ａに沿う断面を示す。

この展開形態では、プロセスコンポーネント１がバルブとして形成されている。

プロセスコンポーネント１の内部空間５は、第１部分チャンバ１４と第２部分チャンバ１５とに分割されている。部分チャンバ１４及び１５は、通路１６を使用して流体接続されている。通路１６に弁座１７が形成されていてもよい。第１部分チャンバ１４は第１接続部３に割り当てられ、第２部分チャンバ１５は第２接続部４に割り当てられている。それによって、第１接続部３から第１部分チャンバ１４と、この第１部分チャンバに続いて通路１６と、これに続いて第２部分チャンバ１５とを介して第２接続部４への流体路が形成されている。

調整体６は、第１部分チャンバ１４に配置されている閉鎖要素として機能する皿１８を有する。調節アセンブリによって皿を弁座１７と接触させることができる。皿１８には、殊にシール１９が設けられていてもよく、シールは、皿１８が弁座１７上に着座した場合に通路１６の液密の閉鎖を保証するべく弁座１７と協働する。

調整体は、皿１８が取り付けられた支持体２０を有する。殊に、支持体は、円筒形体として形成され、かつ第２部分チャンバ１５に配置されていて、そこで支持体を長手軸線Ｌが通る。支持体２０から、直線的又は曲線的に少なくとも１つのホルダ２１が径方向に延在し、ホルダの径方向外側の端にゴンドラ（Ｇｏｎｄｅｌ）２２が取り付けられており、ゴンドラの内部には第１永久磁石アセンブリ１１が配置されている。この例では、第１永久磁石アセンブリ１１は、長手軸線Ｌによって定義された軸方向に積み重ねられていて、それによって磁界強化がもたらされる複数の永久磁石を具備する。ゴンドラ２２は、永久磁石アセンブリ１１を液密に包囲して形成されている。ゴンドラ２２は、その長手方向延在が円筒形に形成されていてもよい。このことは、ゴンドラ２２とハウジング２との間の線状の隙間、又はハウジング２によるゴンドラ２２への線状の接触をもたらす。

第２部分チャンバ１５を取り囲むハウジング２の部分の外側には調節アセンブリが配置されている。調節アセンブリは、調整体６の第１終端位置に空間的に割り当てられている第１電気コイル９を備える。このことは、第１電気コイル９の巻線がハウジング２の周りに巻回され、軸方向で第２永久磁石アセンブリ１２の高さに位置することにより達成されてもよい。この第２永久磁石アセンブリ１２は、液密のケーシング（Ｅｉｎｈａｕｓｕｎｇ）２３に入っている。第１電気コイル９は、調整体６が第１終端位置にある場合に第１永久磁石アセンブリ１１とのオーバーラップ（Ｕｂｅｒｌａｐｐ）をなす軸方向延在を具備することが有利である。この第１終端位置において、殊にゴンドラ２２とケーシング２３との間に隙間Ｓが生じ、その一方で、同時に第１機械的ストッパが弁座によって提供され、第１終端位置において、皿１８がこの弁座と直接接触するか、又はシール１９によって間接的に接触する。第１終端位置にあるゴンドラ２２が図２に破線で示されている。

第１電気コイル９は、第１終端位置において第１永久磁石アセンブリ１１と第２永久磁石アセンブリ１２との間に形成される磁界を補償する磁界を生成するように設計されている。

軸方向で第１電気コイル９の、弁座１７に向いた側には第２電気コイル１０が設けられている。第２電気コイルの巻線は、殊にハウジング２を取り囲んで形成されており、かつ第１永久磁石アセンブリ及び第２永久磁石アセンブリ１１、１２間の磁界が通電された第１電気コイル９によって補償される場合に、第２電気コイル１０に通電することによって長手軸線Ｌに沿う調整体６の動きがもたらされるように設計されている。

調節アセンブリは第３電気コイル２４を有する。第３電気コイルは、長手軸線Ｌに沿って、調整体６が第２終端位置にある高さに配置されている。リング２５が設けられており、リングにはゴンドラ２２が第２終端位置において当接することになり、したがってリングが第２の機械的ストッパをなす。ゴンドラ２２内の第１永久磁石アセンブリ１１と協働するとともに、調整体６を第２終端位置に保持する永久磁石がリング２５に設けられていてもよい。これに代えて、リング２５は磁化可能な材料から作られてもよく、第１永久磁石アセンブリ１１がこの材料と相互作用し、第２終端位置での固定をもたらす。リング２５は、周方向に配分された複数のセグメントから構成されていてもよい。調整体６は、磁力によって第２終端位置に保持され、その場合、電気コイル９、１０、２４のうちの１つに通電する必要がない。第３電気コイル２４は、通電時に、第１永久磁石アセンブリ１１の作用が補償されるように寸法設定されている。

これらの複数のコイルの追加の利点は、第２電気コイル１０に通電することによって調整体を第１終端位置と第２終端位置との間のポジションに保持することが可能なことである。この位置はバルブを清掃することを可能にする。

図３は、リング２５の有利な形態を線Ａ－Ａに沿う横断面で示す。調整体６及びリング２５は、調整体６を図示された例では４５°である角度Ｗの分だけ回動させることによって、調整体を長手軸線Ｌに沿ってリング２５に挿通可能であるポジションに移動させるように形成されている。この例では、リング２５が切欠き２６を具備し、この切欠きの形状がリング２５をゴンドラ２２が通り抜けることを可能にすることによりこの成形が解決される。これに加えて、リング２５は、中心開口２７を具備し、この中心開口に支持体２０及びホルダ２１を挿通可能である。

図４は、プロセスコンポーネント１の別の実施例を示す。このプロセスコンポーネントは、バルブとして形成されている。調整体６は閉鎖体２８を有し、閉鎖体を弁座１７と直接、又はシール１９が存在する場合には間接的に封止接触（ｄｉｃｈｔｅｎｄｅｎ Ｋｏｎｔａｋｔ）させることが可能であり、閉鎖体はシールで第１ストッパ３を閉鎖する。

閉鎖体２８の周囲には、少なくとも１つのウイング２９が設けられており、このウイングは、閉鎖体２８が弁座１７から持ち上げられた場合に、閉鎖体２８が、プロセスコンポーネント１の壁に対して周囲の流れが可能な距離をおいて設けられるようにするために、プロセスコンポーネント１のハウジング２内の閉鎖体２８のガイド及びセンタリングをもたらす。その場合、バルブの貫流が可能である。

第１永久磁石アセンブリ１１は閉鎖体２８内に配置されており、閉鎖体によって液密に包囲されている。第１永久磁石アセンブリ１１の作用を支援する第３永久磁石アセンブリ３０がウイング２９に設けられていてもよい。

調整体６は、第１終端位置と第２終端位置との間で長手軸線Ｌに沿って移動可能である。このために、ハウジング２に調節アセンブリが設けられている。調節アセンブリは、第１電気コイル９を備え、第１電気コイル９の巻線がハウジング２を取り囲む。コイル９は、閉鎖体が弁座上に着座した場合に、第１永久磁石アセンブリ１１と第２永久磁石アセンブリ１２との間に形成される磁界を補償する磁界を生成するように設定されている。調整体６のこのポジションは、運動の第１終端位置である。弁座１７は、調整体の運動のための機械的ストッパをなす。

内部空間５の、軸方向Ｌで弁座の向かい側に位置する側では、ハウジング２に相手座（Ｇｅｇｅｎｓｉｔｚ）３１が形成されており、第２終端位置においてウイング２９がこの相手座に当接することになる。相手座３１には第４永久磁石アセンブリ３２が設けられていてもよく、この第４永久磁石アセンブリは、第１永久磁石アセンブリ１１と協働することによって調整体６をバルブの開位置を意味する第２終端位置に固定する。

第２電気コイル１０は、ハウジング２の周りに案内される巻線を有する。第２電気コイルは長手軸線Ｌに沿って、これが第２終端位置に割り当てられるように配置されている。

調整体６が第１終端位置にあり、かつ閉鎖体２８が第１接続部３を閉鎖する場合、第１永久磁石アセンブリ及び第２永久磁石アセンブリ１１、１２が磁気的に閉鎖力を生成するので、バルブは無電流で閉じられている。開くために、第１電気コイル９に通電され、閉鎖力を生成する磁界が補償される。その場合、第２電気コイル１０の付加的通電が、第２終端位置まで行われていてもよい長手軸線Ｌに沿う調整体６の移動をもたらす。第２終端位置において、調整体は、第１永久磁石アセンブリ１１の作用によって保持され、その場合、バルブが無電流で開かれている。この位置において、磁界及び磁力は、第３永久磁石アセンブリ及び第４永久磁石アセンブリ３０、３２によって支援可能である。バルブを閉じるために、まず、第２電気コイル１０に通電され、それにより保持する磁界が補償される。第１電気コイル９の付加的通電は、調整体６をバルブの閉位置の第１終端位置の方向に動かす。

第１電気コイル及び第２電気コイル９、１０に適切に同時に通電することによって、調整体は、図４に示されるような中間ポジションで保持され得る。このことは、所望による第３永久磁石アセンブリ３０によって高い磁界強度を容易に達成できることから簡単になるだろう。

１ プロセスコンポーネント
２ ハウジング
３ 第１接続部
４ 第２接続部
５ 内部空間
６ 調整体
７ 第１機械的ストッパ
８ 第２機械的ストッパ
９ 第１電気コイル
１０ 第２電気コイル
１１ 第１永久磁石アセンブリ
１２ 第２永久磁石アセンブリ
１３ 中空チャネル
１４ 第１部分チャンバ
１５ 第２部分チャンバ
１６ 通路
１７ 弁座
１８ 皿
１９ シール
２０ 支持体
２１ ホルダ
２２ ゴンドラ
２３ ケーシング
２４ 第３電気コイル
２５ リング
２６ 切欠き
２７ 中心開口
２８ 閉鎖体
２９ ウイング
３０ 第３永久磁石アセンブリ
３１ 相手座
３２ 第４永久磁石アセンブリ
Ｌ 長手軸線
Ｓ 隙間
Ｗ 角度

Claims (4)

1. ハウジング（２）と、第１終端位置と第２終端位置とに移動可能な調整体（６）と、前記調整体を軸方向（Ｌ）に沿って前記第１終端位置から前記第２終端位置へ、かつその逆に移動可能である調節アセンブリとを備えるプロセスコンポーネントであって、
   前記調節アセンブリは、第１電気コイル（９）と第２電気コイル（１０）とを備え、
   かつ、当該調節アセンブリは、前記調整体（６）に配置された第１永久磁石アセンブリ（１１）と協働し、前記第１終端位置において前記調整体（６）を第１機械的ストッパに当接させ、
   前記ハウジング（２）に、前記第１永久磁石アセンブリ（１１）と協働する第２永久磁石アセンブリ（１２）が設けられ、
   前記調節アセンブリは、前記プロセスコンポーネントの第１接続部（３）と第２接続部（４）との間に配置され、
   前記プロセスコンポーネントは、第１接続部（３）と第２接続部（４）との間の前記調整体（６）の少なくとも１つの位置において一貫した流体接続を有する、プロセスコンポーネントにおいて、
   前記第１電気コイル（９）は、通電した場合に、第１終端位置において第１永久磁石アセンブリ（１１）と第２永久磁石アセンブリ（１２）との間に生じる磁界を補償するように設定されており、前記第２電気コイル（１０）は、前記第１電気コイル（９）に通電した場合に前記調整体（６）の運動を軸方向に生ぜしめるように設定され、
   第２機械的ストッパは、前記第２終端位置における前記調整体（６）のポジションを定義し、
   前記ハウジング（２）は弁座（１７）を備え、前記第１終端位置において前記弁座（１７）と封止して協働する閉鎖体（２８）が前記調整体（６）に配置され、
   前記第１永久磁石アセンブリ（１１）が前記閉鎖体（２８）に配置されており、運動方向に延在する少なくとも１つのウイング（２９）が前記閉鎖体（２８）に設けられていることを特徴とする、プロセスコンポーネント。
2. 前記第１機械的ストッパは、前記弁座（１７）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のプロセスコンポーネント。
3. 前記ウイング（２９）は、前記第２永久磁石アセンブリ（１２）と協働する第３永久磁石アセンブリ（３０）を備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のプロセスコンポーネント。
4. 前記第２機械的ストッパは、前記第２終端位置において前記第１永久磁石アセンブリ（１１）と協働する永久磁石（３２）を備えることを特徴とする、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のプロセスコンポーネント。