KR20210035091A - 고압 균질기 - Google Patents

Abstract

고압 균질기(100)는 복수의 펌핑 피스톤(10)을 포함하는 용적형 피스톤 펌프(1); 상기 용적형 피스톤 펌프(1) 하류에 배치되어 있는 균질화 밸브(20); 상기 피스톤(10) 상에 작동 가능하게 기능하는 선형 모션 트랜스미션 수단(5); 각각의 피스톤(10)이 다른 피스톤(10)의 운동 법칙과는 독립된 미리-설정된 운동 법칙에 따라 교호성 운동을 하는 방식으로 상기 선형 모션 트랜스미션 수단(5)을 구동하게 구성된 제어 유닛(40)을 포함한다.

Description

고압 균질기

본 발명은 고압 균질기에 관한 것으로, 특히 유제품 분야에 사용하기 위한 고압 균질기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 화학 또는 의약 산업에서도 그 용도를 찾을 수 있다.

주지되어 있는 바와 같이, 유체를 균질화 하는 장치는 입자를 분쇄하여 입자들의 크기를 균일하게 하여, 입자들의 평균 크기와 크기 분포의 변동을 감소시킨다.

지금까지 다양한 실시형태로 알려져 있는 이들 균질화 장치는 고압 펌프 및 균질화 밸브를 포함한다.

시장에서 이용할 수 있는 다양한 해법들에서, 고압 펌프는 크랭크샤프트(또는 캠샤프트)를 통해 360도/n(여기서, n은 피스톤의 수임)의 각도로 서로 위상-변이되어 동시에 왕복 운동하는 피스톤을 구비하는 용적형 펌프이다. 공지된 해법에 의하면, 피스톤 펌프 하류에 위치하는 균질화 밸브는 펌프 운송부로부터 고압의 유체를 받아들이는 제1 챔버 및 유출되는 균질화된 유체를 저압에서 공급할 수 있는 제2 챔버를 포함한다. 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 제공되어 있는 크기가 감소된 사이공간을 유체가 통과하도록 압박함으로써 균질화가 달성된다.

구동력은 기어 리듀서 및 적당한 동역학 감소 체인을 통해 크랭크샤프트를 구동시키는 전기 모터에 의해 획득된다.

크랭크샤프트는 고정된 상대 각도로 구현되기 때문에, 피스톤들의 위상들 사이의 위상 변이도 고정되어 있다.

최근, 본 출원인은 각 피스톤이 유압식 회로를 구비하는 대응 올레오다이나믹 실린더와 연계되어 있는, 고압 균질기를 개발하였다. 전자 제어 유닛은 각 피스톤에 운동 법칙을 부과하는 각 실린더 회로의 비례 밸브를 독립적으로 규제한다.

이 해법이 국제공개공보 WO2014/097075호에 기재되어 있다.

이 맥락에서, 본 발명의 목적은 균질 효율성을 더 증가시킨 고압 균질기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 공지의 해법에 비해 유속 및 압력 측면에서 유연성의 정도가 더 큰 고압 균질기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 예를 들어 다양한 적용분야에서 시간에 따라 변하는 사양에 따라 변형되고 그에 맞추어 구성될 수 있는 고압 균질기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 공지의 해법과 관련하여 유지보수가 더 용이한 고압 균질기를 제공하는 것이다.

항공 산업과 같이 총체적으로 다양한 분야에서, (일반적으로 EHA로 약칭되는) 전자-정유압 액추에이터 즉 전기 모터-펌프 시스템에 의해 직접 제어되는 유압식 액추에이터는 공지되어 있다. 플랩 같은 항공기 외면의 위치를 제어하기 위한 EHA 액추에이터의 용도의 일 예가 US2018/0087547호에 기재되어 있다.

"전자-정유압 액추에이터(electro-hydrostatic actuator)"란 용어는 Moog 같이 일부 제조업자에 의해 사용지만, 다른 제조업자들은 (일반적으로 SHA로 약칭되는) 서보-유압식 액추에이터 또는 더 일반적으로는 브러시리스 모터에 의해 구동되는 유압 시스템을 사용한다.

기재되어 있는 기술적 과제 및 특정 목적은,

복수의 펌핑 피스톤을 포함하는 용적형 피스톤 펌프;

상기 용적형 피스톤 펌프 하류에 배치되어 있는 균질화 밸브;

상기 피스톤 상에 작동 가능하게 기능하는 선형 모션 트랜스미션 수단;

각각의 피스톤이 다른 피스톤의 운동 법칙과는 독립된 미리-설정된 운동 법칙에 따라 교호성 운동을 하는 방식으로 상기 선형 모션 트랜스미션 수단을 구동하게 구성된 제어 유닛을 포함하는 고압 균질기에 있어서,

상기 선형 모션 트랜스미션 수단은 전자-정유압식 즉 전기 모터 및 상기 전기 모터에 의해 직접 구동되어 상기 피스톤 상에 작동 가능하게 기능하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 균질기에 의해 실질적으로 달성된다.

특히, 전기 모터는 브러시리스 모터이다.

상기 미리-설정된 운동 법칙은 일정 유속에서 스러스트 프로파일을 정의한다.

펌프는, 전기 모터로부터 수신한 펄스에 따라 시계 또는 반시계 회전 방향으로 구동된다.

본 발명의 추가의 특징과 이점들은 도면에 도시된 바와 같이 고압 균질기의 바람직하지만 배타적이지 않은 실시형태의 지시적이고 이에 따라 비-제한적인 설명으로부터 명확하게 나타날 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 고압 균질기를 2개의 다른 사시도를 도시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b의 균질화기의 피스톤에 적용되는 선형 모션 트랜스미션의 일 실시형태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고압 균질기의 블록 다이어그램이다.
도 4와 도 5는 2개의 펌핑 피스톤과 3개의 펌핑 피스톤을 지시하는 유속 차트이다.
도 6은 본 발명에 따른 고압 균질기에 사용할 수 있는 독립된 펌핑 모듈의 일부를 사시도로 도시한 도면이다.
도 7은 복수의 독립된 펌핑 모듈(1)을 포함하는, 본 발명에 따른 고압 균질기의 블록 다이어그램이다.

도면들을 참고하면, 도면부호 100은 고압 균질기를 지시하며, 고압 균질기는,

- 복수의 펌핑 피스톤(10)을 포함하는 용적형 피스톤 펌프;

- 용적형 피스톤 펌프 하류에 배치되어 있는 균질화 밸브(20);

- 상기 피스톤(10) 상에 작동가능하게 기능하는 선형 모션 트랜스미션 수단(5);

- 각 피스톤(10)에 왕복 운동이 부과되도록 하되, 다른 피스톤(10)의 운동 법칙과는 독립적이고 미리 설정된 운동 법칙에 따라 각 피스톤(10)에 왕복 운동이 부과되도록 선형 모션 트랜스미션 수단(5)을 제어하게 구성된 제어 유닛(40)을 포함한다.

선형 트랜스미션 수단은 선형 운동학적 체인을 통해 피스톤을 제어하는 수단으로 의도된다. 즉, 선형 트랜스미션 수단은 모터의 회전 운동을 기계적인 시스템을 통해 선형 운동으로 변환하는 수단으로 의도된다.

특히, 일정한 유속에서 총체적인 스러스트 프로파일을 정의하도록, 대응하는 미리-설정된 운동 법칙이 각 피스톤(10)에 부과된다. 제품 특성, 압력, 유속 및 다른 관심 파라미터에 기초하여 실질적인 캠 프로파일이 확립되는 것이 바람직하다.

용적형 피스톤 펌프는,

- 유체의 흡입 매니폴드(2);

- 흡입 매니폴드(2) 하류에 위치하며, 피스톤(10)에 의해 그리고 대응하는 올레오다이나믹 실린더(11)에 의해 형성되는 압축 헤드(3);

- 압축 헤드(3)의 하류에 위치하는 유체의 운송 매니폴드(도시되어 있지 않음)를 포함한다.

선형 모션 트랜스미션 수단(5)은 전자-정유압 즉 선형 모션 트랜스미션 수단(5)은 피스톤(10) 상에서 작동 가능하게 기능하는 전기 모터(6) 및 그 전기 모터(6)에 의해 직접 제어되는 펌프(7)를 포함하는 것이 유리하다.

특히 전기 모터(6)는 브러시리스 타입이다. 브러시리스 모터(6)는 모터가 수신하는 펄스 유형에 따라 펌프(7)를 한 방향으로 또는 다른 방향으로 회전하게 하고, 이는 피스톤(10)에 작용하고 이에 따라 대응하는 올레오다이나믹 실린더(11)의 전방 챔버나 후방 챔버에 압력을 가한다.

전자-정유압 트랜스미션 수단은 올레오다이나믹 실린더(11)에 전달되는 오일의 압력과 유동을 규제하고, 이에 따라 비례 밸브를 사용할 필요가 없이도 대응하는 피스톤(10)의 스러스트 및 전진 속도를 규제한다. 이는, 국제공개공보 WO2014/097075호에서 제안된 각 올레오다이나믹 실린더에 대해 비례 밸브가 있는 해법과 다르다.

균질화 밸브(20)는 공지되어 있는 유형이므로 더 상세하게 설명하지 않는다.

균질기(100)는 운송 매니폴드에 작동 가능하게 기능하는 압력 트랜스듀서를 포함하는 것이 바람직하다. 제어 유닛(40)은 압력 트랜스듀서에 의해 검출되는 압력 신호에 따라 유입 설정 압력을 교정하게 구성된 피드백 제어 유닛인 것이 바람직하다. 제어 유닛(40)은 설명되어 있는 기능을 적절하게 수행하게 프로그램 되어, 프로그램 된 모듈에 속하는 다양한 하드웨어 및/또는 루틴 소프트웨어 엔티티에 대응할 수 있는 전자 모듈로 구성될 수 있다.

이와는 다르게 또는 이에 부가하여, 복수의 분산된 전자 모듈에 의해 이러한 기능이 수행될 수 있다.

제어 유닛(40)은 또한 메모리 모듈에 포함되어 있는 실행 명령을 위한 하나 또는 그 이상의 프로세서 자체를 이용할 수 있다.

도 4 및 도 5는 일부 피스톤(10)의 펄스 추세를 도시하고 있다. 유속 차트는 국제공개공보 WO2014/097075호에 제안되어 있는 것과 유사하다.

도 6은 용적형 피스톤 펌프의 일 실시형태를 도시하고 있다. 도면부호 1로 지시되어 있는 독립형 펌핑 모듈 파트는,

- 흡입 매니폴드(2);

- 압축 헤드(3);

- 운송 매니폴드(4)를 포함한다.

도 6에서, 압축 헤드(3)는 대응하는 올레오다이나믹 실린더(11)와 연계된 단일 피스톤(10)을 포함하지만, 압축 헤드(3)는 또한 각각이 대응하는 올레오다이나믹 실린더(11)에 연계되어 있는 멀티 피스톤(10)을 포함할 수도 있다. 올레오다이나믹 실린더(11)는 대응하는 올레오다이나믹 회로를 포함한다. 피스톤(10)은 왕복운동 방식으로 이동하는데, 이는 독립형 펌핑 모듈(1) 상에서 선형 모션 트랜스미션 수단(5)에 의해 제어된다.

선형 모션 트랜스미션 수단(5)은 전술한 바와 같이 전자-정유압식이면 유리하다.

전자-정유압 액추에이터와는 다르게, 다음의 선형 모션 트랜스미션 수단(5) 중에서 선택할 수도 있다.

- 기계식 액추에이터;

- 전자기계식 액추에이터;

- 유압식 액추에이터;

- 전자자기식 액추에이터.

예를 들어, 선형 기계식 액추에이터는 피니언-랙 시스템으로 대표된다. 다른 선형 기계식 액추에이터는 각 모듈에 대해 샤프트를 구비하는 크랭크샤프트로 대표된다.

선형 전자기계식 액추에이터는 모터의 회전 운동을 기계식 시스템을 통해 선형 운동을 변환하는 액추에이터로 의도된다. 기계식 시스템에는 운동을 제어할 수 있는 전기 모터가 추가되어 있다. 예를 들어, 전기 모터는 브러시리스 타입이고, 회전하는 무한 스크류로 운동을 전달하며, 왕복식 볼 또는 유성 롤러 시스템을 통해 모터의 회전 운동을 선형 운동으로 변환한다.

선형 유압식 액추에이터는 압축 공기를 사용하여 로드를 회전하게 하는 액추에이터로 의도된다. 예를 들어, 선형 유압식 액추에이터는 왕복 운동하는 압축 공기를 액추에이터의 한 쪽 그리고 다른 쪽으로 보낸다.

선형 전자자기식 액추에이터는 전기 케이블 코일들로 구성된 액추에이터로 의도된다. 이들 코일은, 전류가 흐를 때 액추에이터가 왕복 운동하게 하는 전자기장을 생성하도록 배치되어 있다.

균질기(100)는 복수의 동일한 독립형 펌핑 모듈(1)을 포함할 수 있으며, 초기 독립형 펌핑 모듈(전방-단부로도 호칭됨)은 몇몇 추가 컴포넌트를 포함한다.

특히 전방-단부 펌핑 모듈은 마노미터 및 안전 밸브를 포함한다.

독립형 펌핑 모듈(1)의 피스톤(10)에 부과되는 운동 법칙은 설치된 펌핑 모듈의 수와 유형에 따라 달라진다. 이들 운동 법칙(즉 실질적인 캠 프로파일)은 제어 유닛(40) 내에 로딩되어 있는 소프트웨어 안에 규정된다. 운동 법칙의 총합(유속 관련)은 일정한 유속에서 스러스트 프로파일을 정의한다.

도 7은 복수의 독립형 펌핑 모듈(1)을 포함하는 고압 균질기(100)의 블록 다이어그램이다.

본 발명에 따른 고압 균질기의 특징과 이점은 위의 발명의 설명으로부터 명확하게 드러난다.

특히, 본 명세서에 제안되어 있는 균질기는, 전자-정유압 트랜스미션의 사용에 의해, 국제공개공보 WO2014/097075호에 제안된 해법보다 더 효율적이다.

또한, 선형 액추에이터를 구비하는 독립형 펌핑 모듈은 생산 능력과 균질기가 사용되는 균질기 압력의 작동 측면에서 유연성을 크게 한다.

사실, 시간에 따라 변할 수 있는 특정 니즈에 맞춰 설계된 펌핑 모듈을 추가함으로써 균질기는 쉽게 크기가 확장될 수 있다. 예를 들어, 변화하는 생산 수요에 대응하기 위해, 추가적인 펌핑 모듈을 추가함으로써 균질기를 확장하는 것을 고려한다.

모듈식 구조는 또한 오작동이 발생한 펌핑 모듈에 직접 작용하기 위해 때때로 유지보수 작업을 단순화할 수 있다.

또한, 모듈들의 표준화를 통해 고객의 요구에 신속하고 효과적으로 대응할 수 있으며, 복수의 유형의 표준 모듈을 특정 수량만큼 조합하여, 어떠한 고객의 요청을 충족시키고 재고 물류를 단순화할 수 있다.

Claims (5)

1. 복수의 펌핑 피스톤(10)을 포함하는 용적형 피스톤 펌프(1);
   상기 용적형 피스톤 펌프(1) 하류에 배치되어 있는 균질화 밸브(20);
   상기 피스톤(10) 상에 작동 가능하게 기능하는 선형 모션 트랜스미션 수단(5);
   각각의 피스톤(10)이 다른 피스톤(10)의 운동 법칙과는 독립된 미리-설정된 운동 법칙에 따라 교호성 운동을 하는 방식으로 상기 선형 모션 트랜스미션 수단(5)을 구동하게 구성된 제어 유닛(40)을 포함하는 고압 균질기(100)에 있어서,
   상기 선형 모션 트랜스미션 수단(5)은 전자-정유압식 즉 전기 모터(6) 및 상기 전기 모터(6)에 의해 직접 구동되어 상기 피스톤(10) 상에 작동 가능하게 기능하는 펌프(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 균질기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전기 모터(6)는 브러시리스 모터인 것을 특징으로 하는 고압 균질기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 펌프(7)는, 상기 전기 모터(6)로부터 수신한 펄스에 따라 시계 또는 반시계 회전 방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 고압 균질기.
4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
   각 피스톤(10)에 대해 올레오다이나믹 실린더(11)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 균질기.
5. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 미리-설정된 운동 법칙은 일정 유속에서 스러스트 프로파일을 정의하는 것을 특징으로 하는 고압 균질기.

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