JP2004502256A - 流体の流れ内に添加剤を導入するための流量調節ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は液体の主流Ｐ内の添加剤Ａの適用量を変える装置に係わる。この場合の比率は主流により駆動されるポンプ１により得られる。このポンプ１は、主流のための第１の入口２と、添加剤のための第２の入口３と、流量調整された混合物のための出口４とを備える。主流の枝管５は、第１の入口２の上流側に位置する領域６と、出口４の下流側に位置する領域７との間に設けられ平行流が添加剤を含まないようにしてある。枝管５と、ポンプ１の第１の入口２とに対する周期的に制御する手段Ｃは又、各制御周期が枝管５は開き第１の入口２は閉じる少なくとも或る位相Ｕｄ１と、枝管５は閉じるが第１の入口２は開く別の位相Ｕｄ２とから成るようにしてある。

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液体の主流に対する第１の入口（ｉｎｌｅｔ）と、添加剤に対する第２の入口（ｉｎｌｅｔ）と、流量調節された添加剤混合物（ｍｅｔｅｒｅｄ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｏｆ　ａｄｄｉｔｉｖｅ）に対する出口（ｏｕｔｌｅｔ）とを備え主流液体により駆動されるポンプによって主流液体内への添加剤の流量調節（ｍｅｔｅｒｉｎｇ）を変える装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１種類又は複数種類の互いに異なる生成物の流量の制御を行うシステムは一般的なものである。全部の場合にこれ等の各流量の比率を一定値又は処理に適した値に保持することが目標になっている。
【０００３】
これ等のシステムは一般に、重力が不充分なときに少なくとも１種類の生成物の流れを添加剤により加圧し又は強制的に送る手段を備える。従って補助エネルギー源を備える必要がある。これは、たとえば電気式又は熱的の遠心ポンプ又は容積式ポンプの場合である。さらに種種の流量をこれ等の流量の比率を所望の値に合致するように監視し調節する手段を備えることが必要である。これ等の手段は又大体多くの場合電気的なただし一層少ない動力で済むエネルギー源を必要とする。
【０００４】
米国特許第５，９５７，１５３号明細書には、添加剤を噴射する複数個のソレノイド弁を備えたしステムについて記載してある。各ソレノイド弁を作動する電気エネルギー源がない場合には添加剤を注入することができない。
【０００５】
比例流量調節装置（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　ｍｅｔｅｒｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ）はたとえば、仏国特許第２，６０２，２８２号、仏国特許第２，６８１，６４５号又は仏国特許第２，６８１，６４６号の各特許明細書からよく知られている。これ等の特許明細書によればエネルギーの観点から独立した利点がある。これ等の装置はたまたま、これ等が構造上容積形であるから主液体流により駆動されるポンプと流れを制御する手段とである。
【０００６】
しかし市場は種種の操作の管理及び監視の方に向かっている。処理の複雑さの増加は現在、自動的に制御できる流量調節比率（ｍｅｔｅｒｉｎｇ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ）を変える手段が求められていることを意味する。
【０００７】
仏国特許第２，６８１，６４５号又は仏国特許第２，６８１，６４６号の明細書による形式の計量装置によれば、流量調節を手動により調節する可能性を示している。流量調節（ｍｅｔｅｒｉｎｇ）を調節しようとするときは、流量調節行程（ｍｅｔｅｒｉｎｇ　ｓｔｒｏｋｅ）を変えて噴出する又は取入れる添加剤の量を変える必要がある。機械的手段を使いこの手動調節を自動化し又は自動的に制御することが考えられる。このような解決法は、各部品が一般に手により操作するように作られ従って機械式又は電気機械式の手段による自動操作には適していないからあまり満足が得られるとは考えられない。さらに流量調節の精度は一般に、ピストンの行程長さと共に変り短い行程に対応する少量の流量調節量に対しては低下する。
【０００８】
又流量調節された数量が或る与えられたピストン行程に対し一定のままである一定流量調節装置（ｆｉｘｅｄ　ｍｅｔｅｒｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ）がある。又このような一定流量調節装置の流量調整を変えられることが望ましい。
【０００９】
本発明の目的は従ってとくに、簡単で有効な構造を持ち流量調節装置、とくに一定流量調節装置に直接取付けることができ、これと同時に流量調節された混合物の良好な流量調節精度及び良好な均質性が得られる。
【００１０】
本発明によれば、液体の主流（Ｐ）への添加剤（Ａ）の流量調節を変える装置において、
前記流量調節を、前記液体の主流によって駆動されるポンプ（１）によって実行し、このポンプに、
（イ）前記主流のための第１の入口（２）であって、この入口（２）の上流側に在る領域（６）が通ずる枝管を持つ第１の入口（２）と、（ロ）この枝管に設けた制御手段と、（ハ）前記添加剤のための第２の入口（３）と、（ニ）流量調節した混合物のための出口（４）とを設けて成る装置において、
前記第１の入口（２）の上流側に在る前記領域（６）と、前記出口（４）に接続のできる特定の長さの管（１０）の前記出口（４）の下流側に在る領域（７）との間で前記主流をわき道にそらせて、前記添加剤を含まない平行流を生じさせるようにし、
前記制御手段が、前記ポンプ（１）の前記第１の入口（２）の枝管（５）を周期的に制御する手段（Ｃ）から成り、前記制御手段（Ｃ）を、各制御周期が、前記枝管（５）は開き、前記第１の入口（２）は閉じる少なくとも１つの位相（Ｕｄ１）と、前記枝管（５）は閉じるが前記第１の入口（２）は開く別の位相（Ｕｄ２）とから成るように設計して成る、
ことを特徴とする装置にある。
【００１１】
周期的に制御する手段は各位相の持続時間を調整できるように設計するのが有利である。
【００１２】
周期的に制御する回数は、出口における添加剤の均質な混合が確実になるのに十分なだけ高くなるように選定するのがよい。
【００１３】
周期的に制御する手段は、
枝管を開閉する第１の弁手段と、
ポンプの第１の入口を開閉する第２の弁手段と、
調整できる周波数及び持続時間を持つパルスを使い、一方では前記第１の弁手段を開き、これと同時に前記第２の弁手段を閉じ、他方では前記第１の弁手段を閉じこれと同時に前記第２の弁手段を開く制御手段と、
を包含する。
【００１４】
各弁手段は、ソレノイド弁により構成し、制御手段はソレノイド弁を制御する電気パルス発生器により構成するのが有利である。
【００１５】
第１及び第２の弁手段は単一の三方弁とくに三方ソレノイド弁に組合せる。
【００１６】
ポンプは、一定の設定を行った流量調節装置でよい。流量調節装置は、一定の設定（ｆｉｘｅｄ　ｓｅｔｔｉｎｇ）に対応する最高値と実際上零の値との間の流量調節を変えることができるようにする。
【００１７】
流量調節（ｍｅｔｅｒｉｎｇ）の精度は全部の設定値に対し保持される。
【００１８】
本発明は又、前記したように流量調節される比率を変える装置を備えた流量調節ポンプと、ポンプ及び前記のような装置を備えた流量調節設備とに関する。
【００１９】
本発明によるソレノイド弁装置は極めてわずかなエネルギーを消費するだけで、又各ソレノイド弁は電池又は蓄電池を使って作動することができる。このことはこのアセンブリを容易に移動させ運ぶことができることを意味する。
【００２０】
本発明は、前記した構成のほかに、限定するものではないが添付図面により実施例について若干の他の構成を以下に詳しく述べる。
【００２１】
【実施例】
図１には液体の主流Ｐ内の添加剤Ａの流量調節を変える装置Ｒを示してある。
【００２２】
この流量調節は、縦方向軸線を持ち液体主流により駆動するポンプ１によって行う。ポンプ１は、主流に対する第１の入口２と添加剤（ａｄｄｉｔｉｖｅ）Ａに対する第２の入口３と計量混合物に対する出口４とを備える。ポンプ１は、エネルギーの見地から独立していて作動のための電力供給を必要としない。
【００２３】
ポンプ１はたとえば仏国特許第２，６８１，６４６号明細書に記載してある形式のものでよい。この形式のポンプ１では流量調節を手動で調節することができ又は一定流量調節型のものでよい。この一定流量調節型では流量調節の手動調節はできない。
【００２４】
実際のポンプ本体は、ケーシングの一層小さい直径の下部部分内に位置させこのケーシングの大きい方の直径の上部部分１ｂ内に位置させた流体圧原動機によって作動する。この流体圧原動機（図面には示してない）は、部分１ｂ内で上下方向に往復運動する差動ピストンを備える。この往復運動の逆転は、電気式制御装置又はとくにソレノイド弁を設けないで機械的にそして／又は流体圧により制御する。実際のポンプ本体は、上下方向に往復動できるプランジャ・ピストンを備え、原動機の差動ピストンに機械的に接続してある。このようなアセンブリは、とくに仏国特許第２，６０２，２８２号明細書からよく知られている。この明細書の内容は本説明に参照されなお詳しく述べる。
【００２５】
装置Ｒは、第１入口２の上流側に在る領域６と、出口４の下流側に在る領域７との間に主流の枝管（ｂｒａｎｃｈ）５を備える。枝管５は、領域６及び領域７の間にバイパスを形成する単一の管から成る。
【００２６】
装置Ｒは、主流の入口２及び管９の間に接続できる特定の長さの管（ａ　ｌｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｐｉｐｅ）８を備える。領域６はこの管８上に在る。下流側領域７は、流量調節された混合物を排出するように出口４と別の管１１とに接続できる特定の長さの管（ａ　ｌｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｐｉｐｅ）１０上に在る。
【００２７】
枝管５及び第１の入口２を周期的に制御する手段Ｃを設けてある。
【００２８】
この実施例によれば制御する手段Ｃは、領域６の下流側で枝管５に取付けた第１のソレノイド弁１２とポンプ１の入口２を制御するように管部分８に取付けた第２のソレノイド弁１３とを備える。パルス発生器１４は、各電線１５、１６により各ソレノイド弁１２、１３に接続した２個の出口端子を備える。
【００２９】
パルス発生器１４からの制御信号は、周期的であり一方の位相中に枝管５は開き第１の入口２は閉じ又別の位相中に枝管５は閉じ入口２は開くようにしてある。
【００３０】
枝管５が開く（そして入口２が閉じる）位相は図１に方形波により示した方形波制御信号Ｕｄ１に対応し、又入口２が開く（そして枝管５が閉じる）他の位相は、又図１に方形波により示した信号Ｕｄ２に対応する。
【００３１】
図３は又ｘ軸（時間軸）に沿う方形波Ｕｄ１、Ｕｄ２を示すが、ｙ軸は、各方形波Ｕｄ２に対応する各作動ステップに対しポンプ１により主流Ｐに導入する比率又は％量ｆ％の添加剤を示す。
【００３２】
図２は、２個のソレノイド弁１２、１３の代りに、電線１５ａを持つパルス発生器１４により制御する三方ソレノイド弁１２ａを設けた変型を示す。ソレノイド弁１２ａは２個の弁１２、１３の場合に前記したのと同じ機能を果す。
【００３３】
領域７の下流側に流量調節された混合物に対し調節できるのを有利とする流量調節器１７を設けてある。
【００３４】
各方形波Ｕｄ１、Ｕｄ２の持続時間は、たとえば水晶時計及び／又はタイマにより極めて精密に調節することができるから得られる流量調節値を設定値になるようにする必要がない。
【００３５】
方形波Ｕｄ１、Ｕｄ２の周波数は、振動を避けるようにしたソレノイド弁１２、１３によりできるだけ高くなるように選定する。この周波数は１０Ｈｚより高くとくに５０Ｈｚの程度にするのがよい。
【００３６】
試験では、液体（ポンプ１を駆動する流体である）の主流Ｐの遮断によりポンプ１の作動に振動も乱れも生じないことを十分に示している。このポンプ１は一般に直線往復運動で動くピストンを備える。方形波Ｕｄ１、Ｕｄ２のの周波数は、ポンプ１のピストンの往復運動の平均回数の少なくとも１０倍に等しくなるように選定するのが有利である。
【００３７】
添加剤及び主液体の均質な混合物は流出管１１で得られる。
【００３８】
本発明の装置及び設備の作動方式をさらに詳しく後述する。
【００３９】
添加剤を注入する液体の流れは流れＱｍである。この流れＱｍは、ソレノイド弁１３を開きソレノイド弁１２を閉じたときにポンプ１を流通する流れである。ソレノイド弁１２を開くと共にソレノイド弁１３を閉じたときに添加剤が注入されないわき道にそらせた液体（ｌｉｑｕｉｄ ｂｒａｎｃｈｅｄ ｏｆｆ）の流れは流れＱｂである。
【００４０】
領域６から境域７にポンプ１を通る径路と枝管５を通る径路とに従って圧力低下は必ずしも同じではないから、各流れＱｍ、Ｑｂは一般に互いに同じではない。
【００４１】
比率Ｑｂ／ＱｍはＲｑでありすなわちＲｑ＝Ｑｂ／Ｑｍである。
【００４２】
Ｒｄは又Ｕｄ１／Ｕｄ２に等しくなるように設定する。
【００４３】
方形波Ｕｄ１、Ｕｄ２の周波数をＮとすることによりＮの方形波Ｕｄ２があり従って単位時間当たりたとえば１秒ごとにＮ回の注入がある。
【００４４】
各方形波Ｕｄ２ごとにポンプから出る液体に体積はポンプ１により定まる１００分率ｆ％に対応する１００分率の添加剤を含む。
【００４５】
混合物の実際の１００分率Ｒ％は、Ｕｄ１が零の場合多くてもｆ％の値を持ち又Ｕｄ１が零でないときはｆ％より少ない値を持つ。
【００４６】
管１１内で出口における混合物の流量Ｑｐは単位時間当たりの処理済み体積及び未処理体積の和に等しい。
【００４７】
或る時間単位で注入の全持続時間はＮ・Ｕｄ２に等しい。従って処理体積はＱｍ・Ｎ・Ｕｄ２である。
【００４８】
同様な１連の論証では、単位時間当たりの未処理体積がＱｂ・Ｎ・Ｕｄ１に等しいことを示す。
【００４９】
添加剤の実際の１００分率Ｒ％は、処理体積中に含まれる添加剤の量の全体積に対する比率に等しい。
【００５０】
処理体積中に含まれる添加剤の量はｆ％・Ｑｍ・Ｎ・Ｕｄ２に等しい。
【００５１】
単位時間当たりの全体積は、
Ｑｂ・Ｎ・Ｕｄ１＋Ｑｍ・Ｎ・Ｕｄ２＝Ｎ（Ｑｂ・Ｕｄ１＋Ｑｍ・Ｕｄ２）に等しい。
【００５２】
従って、
Ｒ％＝（ｆ％・Ｑｍ・Ｎ・Ｕｄ２）／Ｎ（Ｑｂ・Ｕｄ１＋Ｑｍ・Ｕｄ２）
そして簡略化して
Ｒ％＝（ｆ％・Ｑｍ・Ｎ・Ｕｄ２）／（Ｑｂ・Ｕｄ１＋Ｑｍ・Ｕｄ２）
そして又簡略化して
Ｒ％＝ｆ％／［（Ｑｂ・Ｕｄ１／Ｑｍ・Ｕｄ２）＋１〕
この場合Ｑｂ・Ｕｄ１／Ｑｍ・Ｕｄ２＝（Ｑｂ／Ｑｍ）・（Ｕｄ１／Ｕｄ２）＝Ｒｑ・Ｒｄ＝Ｒｄ・Ｒｑ
【００５３】
この結果として、Ｒ％＝ｆ％／（１＋Ｒｄ・Ｒｑ）
【００５４】
本発明によれば、Ｒｄ＝Ｕｄ１／Ｕｄ２を零から無限大に変えることによって流量調節Ｒ％をｆ％に対応する最高値から零値に変えこれと同時に或る時間にわたり一様な注入の分布を保持酢することができる。このことはピストンの行程を変えるときのような場合ではない。
【００５５】
計量装置のポンプ１が作動している時限Ｕｄ２を変えることにより、処理流れパルスＱｍと未処理の流れパルスＱｂとの中に主流Ｑｐを取入れる。一定流量調節装置ポンプ１によって流量調節を変えることができる。
【００５６】
各流量の比率Ｑｂ／Ｑｍは、弁かノズル形の制御手段又はその他任意の調節手段により一定に定められ或は変えることができる。この場合普通の自動制御法を使い持続時間の比率を調整することによってこれ等の変動を多少補償する必要がある。
【００５７】
ポンプ１を駆動する力は水流である。パルス発生器１４による電子制御すなわちデジタル制御だけが電力駆動に必要である。このことは蓄電池を使って容易に行われる。本装置は移動装置に容易に作り付けることができる。
【００５８】
ポンプ１は、満足の得られる精度を持つ一定の流量調節された設定を持つように選定する。一定計流量調節設定（ｆｉｘｅｄ ｍｅｔｅｒｅｄ ｓｅｔｔｉｎｇ）の精度は本発明装置では低下しなくてこの場合高い精度を得ることができる。
【００５９】
多く適用例が可能である。
【００６０】
１つの有利な適用例は、建設工業で建設場所にコンクリートを調合するのに使う水に入れる添加剤又は着色材の流量調節に係わる。
【００６１】
その他の限定しない的用例はとくに、洗浄液体又は消毒液体への洗浄剤の注入と、農業における液体肥料の注入と、飲用トラフへの動物用液体医薬品の注入とに係わる。
【図面の簡単な説明】
【図１】添加剤の流量調節を変える本発明装置の線図である。
【図２】図１の装置の一部に三方弁を設けた変型の線図である。
【図３】添加剤の注入の分布をｘ軸に沿う時間の関数として示す線図である。
【符号の説明】
１　　　ポンプ
２　　　第１の入口
３　　　第２の入口
４　　　出口
５　　　枝管
６、７　領域
１０　　管
Ｐ　　　液体の主流

Claims (10)

1. 液体の主流（Ｐ）への添加剤（Ａ）の流量調節を変える装置において、
   前記流量調節を、前記液体の主流によって駆動されるポンプ（１）によって実行し、このポンプに、
   （イ）前記主流のための第１の入口（２）であって、この入口（２）の上流側に在る領域（６）が通ずる枝管を持つ第１の入口（２）と、（ロ）この枝管に設けた制御手段と、（ハ）前記添加剤のための第２の入口（３）と、（ニ）流量調節した混合物のための出口（４）とを設けて成る装置において、
   前記第１の入口（２）の上流側に在る前記領域（６）と、前記出口（４）に接続のできる特定の長さの管（１０）の前記出口（４）の下流側に在る領域（７）との間で前記主流をわき道にそらせて、前記添加剤を含まない平行流を生じさせるようにし、
   前記制御手段が、前記ポンプ（１）の前記第１の入口（２）の枝管（５）を周期的に制御する手段（Ｃ）から成り、前記制御手段（Ｃ）を、各制御周期が、前記枝管（５）は開き、前記第１の入口（２）は閉じる少なくとも１つの位相（Ｕｄ１）と、前記枝管（５）は閉じるが前記第１の入口（２）は開く別の位相（Ｕｄ２）とから成るように設計して成る、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記周期的に制御する手段（Ｃ）を、各位相（Ｕｄ１）、（Ｕｄ２）の持続時間が調整できるように設計したことを特徴とする請求項１の装置。
3. 周期的制御周波数（Ｎ）を、前記出口における添加剤の均質な混合が確実にできるのに十分なだけ高くなるように選定したことを特徴とする請求項１又は２の装置。
4. 前記周期的制御周波数（Ｎ）を、少なくとも１０Ｈｚ、とくに５０Ｈｚの程度にしたことを特徴とする請求項１又は２の装置。
5. 前記周期的に制御する手段（Ｃ）に、
   前記枝管（５）を開閉する第１の弁手段（１２）と、
   前記ポンプの前記第１の入口（２）を開閉する第２の弁手段（１３）と、
   調整できる周波数（Ｎ）及び持続時間（Ｕｄ１）、（Ｕｄ２）を持つパルスを使用し、一方では前記第１の弁手段（１２）を開き、これと同時に前記第２の弁手段（１３）を閉じ、他方では前記第１の弁手段（１２）を閉じ、これと同時に前記第２の弁手段（１３）を開く制御手段（１４）と、
   を設けたことを特徴とする前記請求項１ないし４のいずれか１つの装置。
6. 前記各弁手段（１２）、（１３）をソレノイド弁により構成し、前記制御手段を、前記ソレノイド弁を制御する電気パルス発生器（１４）により構成したことを特徴とする請求項５の装置。
7. 前記第１及び第２の弁手段（１２）、（１３）を単一の三方ソレノイド弁（１２ａ）に組合せたことを特徴とする請求項６の装置。
8. 前記出口（４）の下流側に在る領域（７）の下流側に、なるべくは調節できる流量調節器（１７）を設けたことを特徴とする前記請求項１ないし７のいずれか１つの装置。
9. とくに一定の流量調節設定を持ち、液体の主流（Ｐ）によって駆動され、この主流（Ｐ）内への添加剤（Ａ）の流量調節をするための流量調節ポンプにおいて、前記主流のための第１の入口（２）と、前記添加剤のための第２の入口（３）と、流量調節された混合物のための出口（４）とを備え、流量調節比率を変えるために、請求項１ないし８のいずれかの装置を設けた流量調節ポンプ。
10. 液体の主流（Ｐ）内への添加剤（Ａ）の流量調節をする設備において、前記液体の主流（Ｐ）によって駆動され、とくに一定の流量調節設定を持つ流量調節ポンプ（１）を備え、この流量調節ポンプに、前記主流のための第１の入口（２）と、前記添加剤のための第２の入口（３）と、流量調節された混合物のための出口（４）とを設け、前記流量調節ポンプは、流量調節される比率を変えるように、前記請求項１ないし８のいずれかの装置を備えたことを特徴とする設備。