JPH08509811A - 衛生処理のための圧力分離組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 分離ダイヤフラム（１３）は、周期的な高圧洗浄に持ちこたえるように形成されて支持部材（１６Ａ）に結合される。前記分離ダイヤフラム（１３）は平坦支持部（２６）の面に接合された周囲壁部分を有し、中央領域（３８）を有するように形成される。前記周囲壁および中央領域（３８）は該中央領域を境界付けする円錐状の傾斜壁（２６）に会合する。前記支持部材（１６Ａ）はダイヤフラムの円錐状壁（２８）を支持する傾斜環状壁（３０）に対応する形状の窪み（３２）を有している。ダイヤフラム（１３）の中央部（３８）の主なダイヤフラム撓み点はダイヤフラムの周囲から離れて前記傾斜壁（２８）および中央領域（３８）の会合部の近傍へ転移する。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 衛生処理のための圧力分離組立体 発明の分野 本発明は圧力測定装置に結合される圧力感知組立体に関する。特に、該組立体 は、適当な配管で当該分離組立体および圧力伝送器間に封じ込まれた流体を通じ て、衛生的な飲料または食物の処理プロセスにおける衛生処理媒体からの圧力を 受けてこれを伝送する。 発明の背景 処理（プロセス：process）媒体の圧力を感知する周知の方法では、圧力伝送 ハウジング内に配置された変換器に結合された薄い分離隔膜（ダイヤフラム）を 使用する。プロセス媒体の特性を遠隔測定する必要がある処理状態では、遠隔ま たは間接（remote）封止手段つまり分離装置組立体は、間接分離装置組立体から 圧力伝送器内のセンサまで延長された適当な細管内を搬送される非圧縮性流体を 介して圧力を伝送するプロセス媒体に対して開放された可撓性の分離ダイヤフラ ムを含む。食物および飲料加工産業では、衛生的なプロセス状態が要求され、分 離ダイヤフラムおよび配管の充満流体は 人に対して有害であってはならない。したがって、もしダイヤフラムが破壊して も、人に対して有害となるいかなる材料もプロセス媒体に接触してはならない。 もちろん、米国連邦農業省のＣＦＲ第２１章によって安全が概ね認められている 周知の流体はいずれも適当な充満流体となることができる。 間接分離ダイヤフラムと結合された圧力伝送器は、信頼できるプロセス圧力の 測定手段を提供すると同時に、内部の伝送器ダイヤフラムにプロセス媒体が接触 するのを防止する。こうして、間接分離ダイヤフラムは腐食性プロセス媒体、浮 遊固形物を含むプロセス媒体、粘性プロセス媒体、極限温度のプロセス媒体、衛 生的なつまり無菌のプロセス状態、ならびにプロセスバッチ間のラインおよび装 置から流出させなければならない媒体などの圧力特性を感知する。衛生プロセス 装置はたいていタンク側壁内面に介在された分離ダイヤフラムを有するプロセス タンクを具備する。こうして、前記分離ダイヤフラムはプロセス媒体に接触し、 適当な充満配管を経由して手動で操作（アクセス）可能な圧力伝送器へ圧力信号 を伝送する。 プロセス媒体の汚染を回避しなければならない衛生プロセスへの適用において は、強烈な洗浄溶液の噴霧で、媒体に露 出している分離ダイヤフラムの表面を含むプロセス媒体容器を定期的に洗い流し ており、ときどき前記分離ダイヤフラムの故障を引き起こしている。使用中、移 動噴霧の力は前記露出している分離ダイヤフラム表面に衝撃を与え、そのために 、接続部つまりダイヤフラムおよびダイヤフラム支持部材間の封止部（シール） の方へ充満流体を付勢する。ダイヤフラム封止接続部のこのような応力は金属疲 労を引き起こし、そして、この状態は衛生分離ダイヤフラムにおいて、他のダイ ヤフラム組立体よりもより高い可能性で現れる。その理由は、ほとんどの圧力感 知アプリケーションは可撓性ダイヤフラムの表面全体にかかる実質的に均一な圧 力傾度を含むからである。このように、衛生プロセス産業で使用される洗浄シス テムは分離ダイヤフラムの性能を低下させ、該ダイヤフラムの実効寿命を短縮さ せる。 衛生プロセスに使用されるクリーン・イン・プレース（Clean-In-Place：ＣＩ Ｐ）システムと呼ばれる自動洗浄システム、および手動洗浄システムはいずれも 分離ダイヤフラム組立体の同様の性能低下をもたらす。ＣＩＰおよび手動洗浄シ ステムは、高温高圧のもとでの、ノズルからの洗浄溶液の指向性のある流れによ って動作する。ＣＩＰシステムの噴 霧ジェットは、露出しているプロセス表面全体にわたって、制御された状態で周 期的に規則正しく動き、そうして分離ダイヤフラムを変形させる。このような厳 しいデューティ（duty）が、従来技術によるダイヤフラムを用いる場合の保守サ ービスの必要性を増加させる。 発明の概要 本発明は、加熱され、集中され、衛生的シールの表面に向かって指向させられ た高圧流体の流れの使用を含む周期的ＣＩＰ手順に耐える前記衛生的シールを有 する分離装置組立体からなる。本発明の前記分離装置組立体は、窪みの周りで第 １の高さにある、境界決め用の平坦支持面を有する支持部材に結合されたダイヤ フラム部材を使用する。かつ前記支持面は前記窪みの底部面へ導かれる環状の傾 斜面につながる。前記底部面は第２の高さにある。前記境界決め用の面は、前記 傾斜面と会合してこれを覆う表面部を有するダイヤフラムを支持する。前記ダイ ヤフラムは前記支持部材内の窪みに架けわたされて該窪みを横断する流体空洞を 規定し、該空洞には実質的に非圧縮性の流体が充満される。前記ダイヤフラムの 露出面上に作用する圧力は、前記ダイヤフラムが前記境界決め用の面で前記支持 部材に接合されたところでではなく、 前記傾斜面の下部エッジで主ダイヤフラムヒンジポイントの辺りでダイヤフラム を偏向させる。ダイヤフラムが支持されているところの前記エッジ形状の調節は 、特に、圧力のかかった流体の集中された流れが露出された分離ダイヤフラム表 面に衝撃を与えるときに、ダイヤフラムのひずみおよび変形を低減するだけでな くダイヤフラムの封止部の応力を制限する。 図面の簡単な説明 図１は一般的な差圧伝送器に装着された双パンケーキ形式の間接（遠隔）分離 ダイヤフラム組立体を示す斜視図である。 図２は従来技術の間接分離シールダイヤフラム組立体の部分側面断面図である 。 図３は局部的な圧力勾配を適用したときの、従来技術の間接分離シールダイヤ フラム組立体の部分側面断面図である。 図４は本発明に係る間接分離組立体の部分側面断面図である。 図５は集中応力を適用した場合の本発明に係る分離ダイヤフラムの変形を示す 部分側面断面図である。 図６は本発明に係る間接分離組立体のエッジ部のさらに拡大した部分側面断面 図である。 実施例の詳細な説明 添付図面に示した各要素は一定の縮尺では描かれておらず、むしろ、それらは その主要部の顕著な特徴は強調させて誇張してある。さらに、参照を容易にする ため各数字は図面に含まれる類似の要素を示す。 図面において、図１は、圧力検知用の分離ダイヤフラム１０の露出面９をそれ ぞれ有する同一構造の間接シール分離組立体１２を示す。図２に示したように、 それぞれのダイヤフラム１０の外周縁は支持部材１６の縁上を封止し、その間に 空洞２１を形成している。流体の導管１５は、ダイヤフラム１０によって形成さ れて流体が充満された空洞またはチャンバを適当な圧力伝送器１４に接続する。 前記分離圧力伝送器１４は分離組立体１２に直接的に結合されるか、または図１ に示したように適当な配管によって間接的に結合される。両方の場合において、 ダイヤフラム１０の変位は、ダイヤフラム１０およびその支持部材１６の間の空 洞を占有し、かつ導管１５を満たしている充満流体の動きを介して、間接分離ダ イヤフラムから、圧力伝送器１４内に設けられた感知ダイヤフラムへ圧力信号を 伝達する。 図２は、支持部材１６の周囲にあって支持部材面２２と実 質的に同じ面に位置する封止ラインに沿って、符号１８で示すように装着された 従来技術の間接シール分離ダイヤフラム１０を表す。図示した装着封止ライン１ ８は流体充満空洞２１の周縁部におけるダイヤフラム１０液密封止を提供する従 来のタングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接部からなる。 図３は矢印１７で指示されたノズルからの局部的に高強度の噴霧が注がれてい るときの、従来技術による間接封止分離組立体の断面を図示したものである。ダ イヤフラム１０の歪みは、ダイヤフラム１０および支持部材１６の表面間の空洞 ２１内に位置する実質的に非圧縮性である分離充満流体の変位の結果として引き 起こされる。したがって、ダイヤフラム１０の前記歪みはダイヤフラム１０の縁 の符号１８の位置での装着部近傍に主たるダイヤフラムヒンジライン１９を発生 させ、前記ダイヤフラムは、膨張した流体がダイヤフラム１０を変形させたとき に高度の応力を受ける。前記噴霧１７は脈動し、かつ異なる場所へ移動してダイ ヤフラム１０の疲労負荷をもたらす。 図４は本発明に係る間接封止組立体２３を示す。接合媒体つまり材料２４は、 可撓性分離ダイヤフラム１３の周縁部を、支持部材１６Ａ上の比較的大きい環状 接合支持面２６の上で 支持部材１６Ａに固着する。支持面２６の内側の縁２７は環状（部分円錐）傾斜 面３０につながる。傾斜面３０は下方に傾斜して第２の中央面２９につながる。 前記第２の中央面２９は第２の高さ位置にあり、支持部材１６Ａの窪み３２の底 部を形成する。前記中央面２９はダイヤフラム１３で覆われている。ダイヤフラ ム１３および第２の面２９は所望量の非圧縮性流体で満たされた分離チャンバ３ ４を形成する。ダイヤフラム１３は、輪郭および形状において環状傾斜面３０と 類似する環状傾斜壁面２８を含み、中央内部の可撓性部分３８（プロセス媒体に 露出している）は該環状傾斜壁面２８に一体的につながる。支持部材１６Ａに形 成された面３０は、図５に示すように、断面では直線であり、好ましくは支持面 ２６と平行な面から約３５度傾斜している。換言すれば、この部分円錐面は支持 面２６に垂直な軸から約５５度の円錐角を形成している。 好ましい態様では、接合材料２４は支持面２６およびダイヤフラム１３の周縁 部間に液密ろう付け接合部を形成するろう材からなる。支持部材１６Ａに形成さ れて支持面２６に開口している環状溝３１は、図６において点線で示すように、 材料の接合前に、予備成型された線状ろう材を受け入れる。 前記ダイヤフラム１３が面２６の上に配置されてダイヤフラムおよび支持部材１ ６Ａが加熱された時、溝３１内のろう材料は該溝３１からダイヤフラム１３の対 向表面における接合面２６に移動して、実質的に接合面２６の全体の領域にわた って液密封止部を形成する。前記支持部材１６Ａは加熱中に上下を反転すること ができる。好ましいろう材は線形に予備成型された約８２％の金および１８％の ニッケルの合金からなるが、セ氏１０００度以下の接合温度を示す適当なろう合 金は本発明において利用可能である。 図５は矢印３３で指示された高圧洗浄溶液（例えばＣＩＰシステム）を注いで いる間の本発明の間接封止組立体２３の力学的挙動を表したものであり、該溶液 は普通はノズルによって注がれる。通常、ノズルから放出され、矢印３３で示さ れた圧力流体は、表面を衛生洗浄するための角度でダイヤフラム１３の一部分に 衝撃を与え、非圧縮性流体を空洞３４の一方側へ押しやるように作用する。好ま しい態様では、ダイヤフラム１３の環状壁部分２８は、接合支持面２６に関して 壁３０の角度と等しい鋭角に形成する。 好ましい態様ではさらに、図６の矢印４０で示すように、前記面２９は実質上 平坦な支持面２６に関して約０．０３０ ないし０．０５０インチ（０．７６ｍｍ〜１．２７ｍｍ）の窪みつまりオフセッ トを有している。好ましい態様において、偏向が生じている間の前記ダイヤフラ ムの主たるヒンジラインは環状傾斜壁部分２８の下方縁および中央内部壁３８の 会合部におけるライン３５に沿っているので、矢印３３で示すような局部的な高 圧噴霧力がかかった状態では、ダイヤフラム１３が歪み、本質的にダイヤフラム １３のヒンジ領域における面３０の方に動いてこれと接触する。中央内側部分３ ８は、図６に点線で示すように膨張する。中央内側部分３８の前記ヒンジライン ３５は傾斜壁部分２８の底部近くにあり、ダイヤフラム１３の周囲位置や接合領 域２６の内側縁２７位置にはない。ダイヤフラムは変位つまり移動してヒンジラ イン３５近傍の面３０に接近し、壁３０の縁のスペースを制限して空洞３４内の 流体が面３０およびダイヤフラム部分２８の間に流入することがないようにする 。したがって、空洞３４内の実質的に非圧縮性の充満流体が接合媒体２４に近接 するダイヤフラムの膨張や撓みを引き起こすことはない。高圧洗浄噴霧３３によ って引き起こされる応力は支持部材１６Ａの環状傾斜面３０の下方端に集中する 。本発明は、可撓性ダイヤフラム１３の露出面を横切って移動する実質的に 不均一な圧力勾配をもたらす、ＣＩＰまたは手動洗浄システムが採用されるアプ リケーションにおいて最も有用である。 好ましい接合手順は、実質的な平面であるダイヤフラム部材１３から始まる。 初めに、ダイヤフラム部材が支持面２６の平面に沿って広がっているので、ろう 付けのための加熱の間、ろう材が面２６とダイヤフラム１３の対向面との間に流 れまたは移動するが、支持部材１６Ａの傾斜面によって形成された比較的大きく て切り立った開口による内部縁２７で停止する。そして、ろう付けされた組立体 が冷却した後、ダイヤフラム１３の表面にほぼ垂直に圧力が加えられると、ダイ ヤフラム１３は窪み３２の面２９に対して変形し、支持部材１６Ａの面２９およ び３０の外形に密接する。接合段階に続いて、支持部材１６Ａとダイヤフラム１ ３との間の液密空洞３４は実質的に非圧縮性の充満流体で満たされる。前記面２ ９および成型されたダイヤフラム１３は、図示のように環状の波形を有する。 本発明は好ましい実施例を参照して説明したが、当業者は本発明の精神と範囲 を逸脱することなく外観および細部の変更がなされ得ることを認識できるであろ う。例えば、本発明は、個々のアプリケーションの必要に応じて適当な圧力伝達 器に間接的または直接的に結合されるパンケーキ、フランジ付きマウント、延長 されたダイヤフラム、およびねじ付きシール態様において同様の有用性を提供す る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 平坦外周領域、それとの間に環状傾斜面を有する窪んだ内部表面部分、お よび前記窪んだ内部表面部分に形成された開口を有する分離ダイヤフラム支持部 材と、 前記支持部材の平坦面に封止接合された周縁部分を有し、さらに窪んだ可撓性 内側部分および前記支持部材の窪んだ内部表面部分の上に横たわった内側部分と 前記周縁部分との間の環状傾斜部を有する薄い可撓性分離ダイヤフラムと、 前記開口に結合されて圧力センサに導かれ、前記ダイヤフラムおよび支持部材 の窪み領域内の窪んだ内部表面部分の間に閉塞された液密空洞を形成する管と、 前記結合された圧力センサに、前記管を介してダイヤフラムの動きを伝達する ための、前記液密空洞内の非圧縮性流体とを具備した、高強度流体洗浄システム が適用される衛生プロセスアプリケーションで使用される圧力感知間接分離ダイ ヤフラム組立体。 ２． 前記環状傾斜面が円錐形であり、断面形状は直線である請求の範囲１の組 立体。 ３． 前記傾斜面は前記支持部材の平坦外周領域に関して実質的に３５度で鋭角 に傾斜している請求の範囲２の組立体。 ４． 前記支持部材の前記窪み領域および前記分離ダイヤフラムの窪んだ内部表 面部分に形成された実質的に同一の環状隆起部を含む請求の範囲２の組立体。 ５． 前記管が細い配管である請求の範囲１の組立体。 ６． 前記ダイヤフラムの内部表面部分が前記ダイヤフラムの周縁部分から実質 的に０．０３０インチないし０．０５０インチ（０．７６ｍｍないし１．２７ｍ ｍ）だけ窪んでいる請求の範囲６の組立体。 ７． ダイヤフラムを支持するための、高く位置した平坦環状領域および該平坦 環状領域から偏倚した中央面からなる窪み領域を有し、かつ前記環状領域および 偏倚中央面の間の傾斜面を有する支持部材と、 全体的に前記支持部材の窪み領域と一致するように、窪んだ内部表面領域、高 く位置した環状平坦周囲領域ならびに該平坦周囲領域および前記内部表面領域の 間の傾斜壁部分を有する可撓性ダイヤフラムと、 支持部材の、高く位置した平坦環状領域を、該支持部材の高く位置した平坦環 状領域の実質上全面にわたって前記ダイヤフラムの環状周囲領域に固着すること により、前記ダイヤフラムと支持部材の窪み中央面および傾斜面との間の液密空 洞を形成する接合材料と、 前記可撓性ダイヤフラムの偏向に起因する圧力変化を伝送するために、前記液 密空洞内に封入された流体であって、一般に衛生プロセス産業において安全が認 められている流体材料からなる非圧縮性流体と、 ダイヤフラムの窪んだ内部表面が偏向している間、圧力センサへ前記流体を導 くための封止された通路とを具備した、クリーン・イン・プレース圧力洗浄シス テムが適用されるプロセス媒体の衛生プロセスに使用される圧力応答間接封止装 置。 ８． ダイヤフラム上にかかる力が、主として前記傾斜壁面およびダイヤフラム の内部表面領域の間の会合部で該ダイヤフラムに撓みを生じさせるような角度で 形成された傾斜面を含む請求の範囲７の組立体。 ９． ダイヤフラムの窪んだ内部表面領域が非圧縮性流体を前記傾斜面の方へ強 制するように偏向したとき、ダイヤフラムの窪んた内部表面領域および傾斜壁部 分の間の会合部が前記支持部材の傾斜面の方へ付勢されて、前記傾斜面に沿って 平坦環状領域の方へ向かう流体の通路を制限するように、前記傾斜面および傾斜 壁部分が前記窪んだ内部表面に対して角 度設定されている請求の範囲７の組立体。 １０． 中央面から偏倚した平坦環状面を有する部分で境界付けされた空洞を提 供し、かつ該平坦環状面および中央面をつなぐ傾斜側面を備えた支持部材を形成 し、 前記支持部材の平坦環状面部分内に環状溝を形成し、 予備成型されたある長さのろう材を前記環状溝内へ配置し、 環状平坦面部分に接触するように、薄い可撓性ダイヤフラムの外側平坦周縁部 を配置し、 環状溝から前記ろう材が流出して、前記傾斜側面および平坦環状面の会合部と ダイヤフラムの外周縁との間で、ダイヤフラムに接触するように前記支持部材お よびダイヤフラムを加熱し、 前記ダイヤフラムおよび中央面間の空洞内に予定量の非圧縮性流体を満たす、 支持部材に薄いダイヤフラムを結合する方法。 １１． 前記ダイヤフラムに圧力をかけて、該ダイヤフラムを前記中央面および 傾斜側面に対して前記空洞内へ変形させる段階をさらに具備した請求の範囲１０ の方法。 １２． 前記圧力をかける段階が前記加熱段階の後に続く請求項１０の方法。 １３． 接合手段がろう材からなる請求の範囲１の組立体。 １４． 前記支持部材が、該支持部材内に形成されて平坦外周面に開口した環状 溝、および該環状溝内に配置されたろう材料部分を含む請求の範囲１３の組立体 。