(57)【要約】【課題】脈動ダイアフラムポンプのエネルギー消費を低減させ且つ性能を向上させることにより、脈動ダイアフラムポンプの使用状況を最適化する脈動ダイアフラムポンプの動作方法および脈動ダイアフラムポンプ動作システムを提供すること。【解決手段】本発明は、脈動ダイアフラム７と、所与の周波数および／または電圧にしたがって電力を供給されて脈動ダイアフラム７を振動および脈動させる脈動ダイアフラム７の作動手段９とを有する脈動ダイアフラムポンプ２の動作方法に関し、この方法は、予め決定された脈動ダイアフラムポンプ２の少なくとも１つの動作パラメータに応じて、作動手段９の電力供給周波数および／または電圧を変更することを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脈動ダイアフラムポンプ（２）の動作方法であって、前記脈動ダイアフラムポンプ（２）は、少なくとも１つの脈動ダイアフラム（７）と、所与の周波数および／または電圧にしたがった電力を供給されて前記脈動ダイアフラム（７）を振動および脈動させる前記脈動ダイアフラム（７）の作動手段（９）とを有している、動作方法において、
予め決定された前記脈動ダイアフラムポンプ（２）の少なくとも１つの動作パラメータに応じて、前記作動手段（９）の前記電力供給周波数および／または電圧を変更することを特徴とする、脈動ダイアフラムポンプ（２）の動作方法。
【請求項２】
前記脈動ダイアフラムポンプ（２）の動作パラメータを決定するステップ（Ａ）と、
前記決定した動作パラメータが所定の目標値に達したか否かを検証するステップ（Ｂ）と、
前記決定した動作パラメータが前記所定の目標値に達していない場合に、前記決定した動作パラメータが前記所定の目標値に達するまで、前記作動手段（９）の前記電力供給周波数および／または電圧を変化させるステップ（Ｃ）と
を含む、請求項１に記載の動作方法。
【請求項３】
前記所定の目標値が、最大値または最小値に相当する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記決定した動作パラメータが前記所定の目標値に達したか否かを検証するステップ（Ｂ）は、前記決定した動作パラメータが所定の値の範囲内にあるか否かを検証することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記決定した動作パラメータは、前記作動手段（９）に印加される電圧および／または電流から構成される、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記決定した動作パラメータは、前記作動手段（９）に印加される前記電流と前記電圧との間の位相ずれから構成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記決定した動作パラメータは、前記脈動ダイアフラムポンプ（２）の出力パワーから構成される、請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記決定した動作パラメータは、前記脈動ダイアフラムポンプ（２）の消費電力から構成される、請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記決定した動作パラメータは、前記脈動ダイアフラムポンプ（２）の出力圧力から構成される、請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
脈動ダイアフラムポンプ（２）の動作システム（１）であって、前記動作システム（１）は脈動ダイアフラムポンプ（２）を有し、前記脈動ダイアフラムポンプ（２）は、脈動ダイアフラム（７）と、所与の周波数および／または電圧にしたがって電源（１０）により電力を供給されて前記脈動ダイアフラム（７）を振動および脈動させる前記脈動ダイアフラム（７）の作動手段（９）とを有している、動作システム（１）において、
予め決定された前記脈動ダイアフラムポンプ（２）の少なくとも１つの動作パラメータに応じて前記作動手段（９）を制御可能な制御ユニット（１４）を有することを特徴とする、脈動ダイアフラムポンプ（２）の動作システム。
【請求項１１】
前記制御ユニット（１４）が、前記電源（１０）と前記作動手段（９）との間に配置された電力供給周波数および／または電圧調整手段（１５）を有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記脈動ダイアフラムポンプ（２）の少なくとも１つの動作パラメータの少なくとも１つの測定値を前記調整部（１５）に送信可能な測定手段（１７）を有する、請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈動ダイアフラムポンプの技術分野に関し、特に、脈動ダイアフラムポンプの動作方法および脈動ダイアフラムポンプの動作システムに関する。
【０００２】
本発明は、脈動ダイアフラムポンプが使用される全ての分野に適用可能であるが、例えば、航空機内の化粧室における排水管理システムの保水タンクに収容される廃水を排出させるため、または航空機内で燃料を循環させるために脈動ダイアフラムポンプが使用され得る航空分野において好適に適用される。
【背景技術】
【０００３】
従来、入口管および出口管が通じるチャンバを画成するポンブ本体を一般に備える脈動ダイアフラムポンプが知られている。脈動ダイアフラムポンプは、脈動ダイアフラムポンプの上記チャンバ内の特に脈動ダイアフラムポンプの下側端板と上側端板との間に延在し且つ中央開口を有し得る脈動ダイアフラムを備える。脈動ダイアフラムポンプは、所定の周波数の電圧により電力を供給されて、脈動ダイアフラムを作動可能とする作動手段を含む。
【０００４】
この作動手段は、特に、脈動ダイアフラムを振動および脈動させる。これにより、脈動ダイアフラムは、作動手段の電力供給周波数と同等の周波数で、脈動ダイアフラムポンプの下側端板と上側端板との間を移動できる。
【０００５】
作動手段が直流電力によって動く場合、所定の周波数の周期的な交流電源を生成するためにインバータが配置される。
【０００６】
よって、作動手段に作動されて、脈動ダイアフラムは、一方では入口管から脈動ダイアフラムポンプのチャンバに圧送される流体を圧送し、他方では脈動ダイアフラムポンプのチャンバから出口管に圧送される流体を排出させる波面を伝搬するように振動および脈動する。
【０００７】
この種の脈動ダイアフラムポンプは、メンテナンスが軽減され、空洞化現象の影響を受けず、圧送する流体の中に存在し得る廃物や異物の量やサイズの影響も受けないという点においては完全に満足のいくものである。
【０００８】
しかしながら、既知の脈動ダイアフラムポンプの使用状況は、最適ではない。脈動ダイアフラムポンプは、特にエネルギー消費および性能の点で、さらなる改善の余地がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
よって、本発明の目的の１つは、特に脈動ダイアフラムポンプのエネルギー消費を低減させ且つ脈動ダイアフラムポンプの性能を向上させることにより、脈動ダイアフラムポンプの使用状況を最適化する脈動ダイアフラムポンプの動作方法および脈動ダイアフラムポンプの動作システムを提供することにある。さらに、これの代わりに、またはこれと併せて、特に対象となる用途に応じて脈動ダイアフラムポンプの動作パラメータの全てを改善させることを提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的で、少なくとも１つの脈動ダイアフラムと、任意の電力供給周波数および／または電力供給電圧に応じて電力を供給されて脈動ダイアフラムを振動および脈動させる脈動ダイアフラム作動手段とを備える脈動ダイアフラムポンプの動作方法が開発された。
【００１１】
本発明によれば、上記方法は、予め決定された前記脈動ダイアフラムポンプの少なくとも１つの動作パラメータに応じて、作動手段の電力供給周波数および／または電力供給電圧を変更することを備える。
【００１２】
このようにして、脈動ダイアフラムポンプが最適に動作するように、対象となる用途に応じて脈動ダイアフラムポンプの少なくとも１つの動作パラメータを変化させるために、脈動ダイアフラムポンプの使用状況に応じて脈動ダイアフラム作動手段の電力供給周波数および／または電力供給電圧を変更することができる。例えば、脈動ダイアフラムポンプの動作は、最大性能を発揮しながらもエネルギー消費が最低限であるとき、最適である。脈動ダイアフラム作動手段の電力供給周波数および／または電力供給電圧を変更することにより、脈動ダイアフラムポンプを所望の動作レベルで動作させることも可能であり得る。
【００１３】
実際に、効果的且つ高性能とするには、脈動ダイアフラムの振動周波数は、例えば、脈動ダイアフラムポンプおよび圧送する流体の内部の特徴によって定められる共振周波数と同等であるべきである。
【００１４】
脈動ダイアフラムポンプが航空機に組み込まれる場合には、脈動ダイアフラムの振動周波数は、航空機の電気ネットワークの電力供給周波数によって決まる。しかし、実際には、脈動ダイアフラムポンプを構成する各部の性質により、任意の電力供給周波数と全く同じ共振周波数をもつ脈動ダイアフラムポンプを製造することは難しい。
【００１５】
実際には、所望の周波数と異なる共振周波数が観測されることが一般的である。このような場合に、本発明に係る動作方法は、例えば脈動ダイアフラム作動手段の電力供給周波数および／または電力供給電圧を変更して、脈動ダイアフラムの振動周波数を、上述のように圧送する流体によっても決まる脈動ダイアフラム固有の共振周波数に達するように変化させる。
【００１６】
脈動ダイアフラムポンプの使用状況によっては、所定のパラメータが、脈動ダイアフラムポンプの所望の使用状況を反映しているか否かを検証する必要があり得る。本発明に係る動作方法の特定の実施形態の例によれば、この動作方法は、
脈動ダイアフラムポンプの動作パラメータを決定するステップと、
決定した動作パラメータが所定の目標値に達したか否かを検証するステップと、
決定した動作パラメータが所定の目標値に達していない場合に、決定した動作パラメータが所定の目標値に達するまで、作動手段の電力供給周波数および／または電力供給電圧を変化させるステップと
を含む。
【００１７】
特定の実施形態によれば、決定した動作パラメータが所定の目標値に達したか否かを検証するステップにおいて、決定した動作パラメータが所定の値の範囲内にあるか否かを検証してもよい。
【００１８】
決定されたパラメータの挙動法則は直線的ではないため、決定した動作パラメータが所定の目標値に達したか否かを検証するステップにおいて、決定した動作パラメータが最大値または最小値に達したか否かを決定するために、電力供給周波数および／または電力供給電圧を連続的に増加または減少させて、決定した動作パラメータが最大値または最小値に達したか否かを検証してもよい。
【００１９】
別の実施形態によれば、電力供給周波数および／または電力供給電圧は、決定した動作パラメータによって決まる制御論理にしたがって変化させてよい。
【００２０】
本発明は、脈動ダイアフラムポンプの動作システムにも関する。脈動ダイアフラムポンプ動作システムは特に、脈動ダイアフラムと、任意の電力供給周波数および／または電力供給電圧に応じて電源により電力を供給されて脈動ダイアフラムを振動および脈動させる脈動ダイアフラム作動手段とを備えるポンプを備える。
【００２１】
本発明によれば、脈動ダイアフラムポンプ動作システムは、予め決定された前記脈動ダイアフラムポンプの少なくとも１つの動作パラメータに応じて作動手段を制御可能な制御ユニットを備える。
【００２２】
特定の実施形態によれば、制御ユニットは、電源と作動手段との間に配置された電力供給周波数および／または電力供給電圧調整部を備える。
【００２３】
例えば電力供給電圧、電力供給周波数、電力などの動作パラメータは、制御ユニットが直接的に決定してよく、特に算出してよい。しかし、決定する動作パラメータによっては、脈動ダイアフラムポンプ動作システムは、脈動ダイアフラムポンプの少なくとも１つの動作パラメータの少なくとも１つの測定値を調整部に送信可能な測定手段を備えてもよい。
【００２４】
勿論、本発明の様々な特徴、変形、および／または実施形態を、これらが互いに矛盾したり互いに排他的であったりしない限り、種々に組み合わせてよい。
【００２５】
同様に、添付の図面を参照して例として以下に提供される実施形態を含む詳細の説明を読むことにより、本発明はよりよく理解され、他の特徴や利点が明らかとなるであろう。非限定的な例として提示される添付の図面は、本発明の理解および本発明の実施形態の説明を完全なものとするために用いられ、適宜、本発明の定義を与える。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る脈動ダイアフラムポンプの動作システムの概略図を示す。
【図２】一実施形態に係る脈動ダイアフラムポンプ内部を側面視で概略的に示す。
【図３】本発明に係る脈動ダイアフラムポンプの動作方法の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図面を通して、様々な実施形態で共通の構造的および／または機能的要素には、同一の符号を付してあることに留意されたい。よって、特記しない限り、そのような要素は、同一の構造的、寸法的、および材質的要素を有する。
【００２８】
図１を参照して、本発明は、例えば圧送特性の実際のニーズに応じて動作するように使用状況が最適化された脈動ダイアフラムポンプ２の動作システム１に関する。よって、対象となる用途に応じて、脈動ダイアフラムポンプ２のエネルギー消費の低減、および／または脈動ダイアフラムポンプ２の性能の向上、および／または脈動ダイアフラムポンプ２の動作パラメータの改善が可能である。
【００２９】
脈動ダイアフラムポンプ２の実施形態の一例を示す図２を参照して、脈動ダイアフラムポンプ２は、入口管５および出口管６が通じるチャンバ４を画成するポンプ本体３を備える。脈動ダイアフラムポンプ２は、チャンバ４内に延在する脈動ダイアフラム７であって、特にその中央に円形の開口８を有する円盤状の脈動ダイアフラム７を備える。脈動ダイアフラム７は、例えばシリコーン・エラストマーやそれに似た、変形可能な材料により得られる。好適には、脈動ダイアフラム７は下側端板と上側端板との間に配置される。
【００３０】
脈動ダイアフラムポンプ２は、脈動ダイアフラム７を振動および脈動させて、そのような圧送動作を可能とする作動手段９を備える。
【００３１】
作動手段９は、所定の電力供給電圧および／または電力供給周波数を出力する電源１０によって電力を供給される。作動手段９は、電源１０により提供される電気エネルギーを、交互運動、好適には直線交互運動に変換できる。この交互運動により、脈動ダイアフラム７を振動運動および脈動運動させる。
【００３２】
より具体的には、図２を参照して、脈動ダイアフラム７は、可動磁石１３を備える電磁石１２の形態の作動手段９に接続された可動構造１１に固定される。よって、電源１０により電磁石１２に電力供給されると、可動磁石１３が振動して可動構造１１を振動させ、それにより脈動ダイアフラム７が振動および脈動する。脈動ダイアフラム７の振動および脈動により波面が生じ、ダイアフラムポンプ２を通って圧送される流体の循環を生じさせる。同様に円盤状である可動構造１１には、脈動ダイアフラム７を保護する役割もある。
【００３３】
本発明によれば、図１を参照して、脈動ダイアフラムポンプ２の動作システム１は、信号を取得して稼働状態を定めるための、電子コンピュータなどの制御ユニット１４を備える。制御ユニット１４は、作動手段９と電源１０との間に配置される。すなわち、制御ユニット１４は、電力供給を受けて、脈動ダイアフラムポンプ２の作動手段９への電力供給を制御する。
【００３４】
制御ユニット１４は、脈動ダイアフラムポンプ２の電気的／電子的インターフェースを管理する。さらに、制御ユニット１４は、出力信号１８、特に、脈動ダイアフラムポンプ２の脈動ダイアフラム７の作動手段９に送信され得る電力信号を作成させることができる。
【００３５】
より正確には、制御ユニット１４は、調整部（調整装置）１５を備える。調整部１５は、作動手段９の電力供給周波数および／または電力供給電圧を、変更および／または調整できる。好適には、ソフトウェアおよび／またはオプションのプログラマブル論理回路によって、作動手段９の電力供給周波数および／または電力供給電圧の調整部１５が構成される。調整部１５は、入力側において、例えば航空機の電気ネットワークからの、例えば４００Ｈｚなどの入力信号１９、特に電力供給入力電圧および／または入力周波数を受信する。調整部１５は、出力として、脈動ダイアフラム７の作動手段９に供給する出力信号１８、特に出力周波数および／または出力電圧、好ましくは調整された出力周波数および／または出力電圧を出力する。調整部１５は、脈動ダイアフラムポンプ２の、特に、予め測定または算出した少なくとも１つの所定動作パラメータに応じて、作動手段９の電力供給周波数および／または電力供給電圧を調整する。
【００３６】
例えば、調整部１５は、１または複数の決定された動作パラメータが達すべき１または複数の決定された目標値に応じて作動手段９の電力供給周波数および／または電力供給電圧を変化させ得る。これに代えて、またはこれと併せて、調整部１５は、測定または算出されたパラメータがあるべき許容値範囲に応じて、電力供給周波数および／または電力供給電圧を変化させ得る。調整部１５は、制御論理を遵守するように電力供給周波数および／または電力供給電圧を調整してもよい。
【００３７】
図示の実施形態の例では、電源１０が出力する入力電圧は、直流である。よって、制御ユニット１４は、脈動ダイアフラム７の作動手段９に供給する周期的な交流出力電圧を生成するために、直流／交流インバータ１６を含んでもよい。
【００３８】
特定の実施形態によれば、測定手段１７も、調整部１５、場合によっては直流／交流インバータ１６、または直接的に脈動ダイアフラムポンプ２に接続される。測定手段１７は、脈動ダイアフラムポンプ２の動作パラメータだけでなく、調整部１５および／または直流／交流インバータ１６の出力信号１８も測定できる。これにより制御ユニット１４は、特に調整部１５内で、出力信号１８を入力信号１９と比較することができる。測定手段１７は、測定するパラメータによって異なる種類であってよい。測定手段１７は、例えば、圧力センサ、流量センサ、温度センサなどのセンサを備え得る。
【００３９】
図３を参照して、本発明に係る脈動ダイアフラムポンプ２の動作システム１の動作中、決定ステップＡにおいて、脈動ダイアフラムポンプ２の少なくとも１つの動作パラメータを、制御ユニット１４が算出、または測定手段１７が測定する。いくつかの動作パラメータが測定または算出された場合は、これらは、個別に、または組み合わせて扱われてよい。
【００４０】
例として、測定または算出される動作パラメータは、
−  作動手段９に印加される電圧および／または電流、
−  作動手段９に印加される電力供給電流と電力供給電圧との間の位相ずれ、
−  脈動ダイアフラムポンプ２の出力パワー、
−  脈動ダイアフラムポンプ２の消費電力、
−  脈動ダイアフラムポンプ２の出力圧力、
−  または、温度、圧力、流量、性能などのその他の任意の動作パラメータ
を含むことができる。
【００４１】
情報送信ステップにおいて、制御ユニット１４または測定手段１７は、算出または測定された動作パラメータの値を調整部１５に送信する。
【００４２】
検証ステップＢにおいて、調整部１５は、１または複数の測定された動作パラメータがそれぞれの所定の目標値に達したか否かを判定する検証を行う。
【００４３】
１または複数の所定の目標値は、異なる種類のものであってよい。例として、所定の目標値は、測定または算出された動作パラメータの１つが、特定の値に達したか否か、あるいは、特に測定または算出された動作パラメータの許容値の範囲を定める多数の目標値に達したか否かを検証するための値であってよい。
【００４４】
この判定の結果が否定的である場合、すなわち、測定または算出された動作パラメータが所定の目標値に達していないと調整部１５が判定した場合、適応ステップＣにおいて、調整部１５は入力信号１９、特に作動手段９の電力供給周波数および／または電力供給電圧を変化させる。そして、上述の測定または算出ステップＡにしたがって新たに動作パラメータを測定または算出し、上述の検証ステップＢにしたがって新たに検証を行う。
【００４５】
脈動ダイアフラム７の振動周波数が脈動ダイアフラムポンプ２の流量に影響する一方で、電力供給電圧は脈動ダイアフラム７の振動振幅に影響するので、電力供給電圧により、脈動ダイアフラムポンプ２の出力を変化させることができる。脈動ダイアフラムポンプ２の流量および動作出力は一定でない。よって、本発明は、脈動ダイアフラムポンプ２が常に最適な状態で機能するように、脈動ダイアフラムポンプ２の稼働を最適化することができる。
【００４６】
したがって本発明は、実際のニーズおよび対象となる用途に応じて脈動ダイアフラムポンプ２への電力供給を調整することにより脈動ダイアフラムポンプ２の使用状況を最適化することが可能な脈動ダイアフラムポンプ２の動作方法、および脈動ダイアフラムポンプ２の動作システム１を提供する。
【００４７】
よって本発明は、脈動ダイアフラムポンプ２のエネルギー消費を調整できるとともに、性能および任意の算出または測定可能なパラメータを最適化できる。
【００４８】
本発明が、ほんの一例として挙げた上述の実施形態に限定されないことは、明らかである。本発明は、本発明の範囲内において当業者が想到し得る様々な変更、代替形態、およびその他の変形、ならびに、特に上述の様々な動作態様の全ての組み合わせを含み、これらは、別々にまたは組み合わせとして用いられ得る。
【図１】
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【図２】
2018021552.tif 000004
【図３】
2018021552.tif 000005
【外国語明細書】
2018021552000001.pdf