在流体产品的均质装置中使用的双隔膜泵以及用于检测所述泵中的泄漏的方法与流程

[0001]
本发明涉及一种在流体产品的均质装置中使用的双隔膜泵以及用于检测该泵中的泄漏的方法。


背景技术：

[0002]
本文中提出的本发明用于食品工业，特别用于乳制品领域。本发明还可用于化学、制药或化妆品工业。
[0003]
即使在不同的当前已知的实施例中，均质装置也包括高压泵和均质阀，该高压泵和均质阀作用于包含颗粒的流体产品上，以便：
[0004]-压碎颗粒以使其尺寸均匀，减小平均尺寸和分布差异，以使产品稳定并在乳剂的情形中增加其保藏期；
[0005]-在制药应用的情形中，打破细胞膜以促进活性成分的提取；
[0006]-在化学应用和纤维素的情形中，修改颗粒的结构；
[0007]
在该背景下，注意力集中在泵送系统上。
[0008]
使用隔膜(或膜片)泵是已知的，该泵采用了柔性构件(精确地称为“隔膜”或“膜片”)，用以将脉冲力传递到要均质化的流体，从而确保流体本身相对于(污染的)外部环境分开。
[0009]
例如，文献us 2012/0011998示出了一种隔膜泵，其中，柔性构件用作在要均质化的流体的包含腔室与包含油且活塞容纳于其中的液压腔室之间的分隔器元件。
[0010]
us 2012/0011998的柔性构件优选地由两个隔膜形成，这两个隔膜布置成限定中间腔室。这些隔膜与由两个隔膜之一的破裂或损坏导致的泄漏的检测系统相关联，该系统包括能够检测与这些泄漏相关联的压力变化的压力传感器。
[0011]
上述用于检测泄漏的方法不允许识别实际上损坏的隔膜。由于与油接触的隔膜损坏，因此，用于检测泄漏的系统会发送信号，该信号触发机器停止。在该情形中，可以避免机器停止，这是因为“产品侧”隔膜仍然完好，并确保与污染区域分开。


技术实现要素：

[0012]
在该背景下，本发明所基于的技术任务在于，提供一种在流体产品的均质装置中使用的双隔膜泵以及一种用于检测该泵中的泄漏的方法，其消除了上述现有技术的缺点。
[0013]
特别地，本发明的目的在于，提出一种在流体产品的均质装置中使用的双隔膜泵，其中，可以检测一个或另一个隔膜的损坏并仅在确实必要时才停止均质装置。
[0014]
本发明的另一目的在于，提出一种用于检测双隔膜泵中的泄漏的方法，该方法准确地定位泄漏而无需拆卸泵。
[0015]
所提到的技术任务和指定的目的基本上通过一种在流体产品的均质装置中使用的双隔膜泵来实现，该双隔膜泵包括：
[0016]-泵主体；
[0017]-第一容纳腔室，所述第一容纳腔室容纳要均质化的所述流体产品，所述第一腔室在所述泵主体中获得；
[0018]-第二容纳腔室，所述第二容纳腔室容纳液压流体，所述第二容纳腔室在所述泵主体中获得；
[0019]-第一隔膜和第二隔膜，所述第一隔膜和所述第二隔膜相互间隔开，从而限定包含作业流体的中间腔室，所述中间腔室在所述泵主体中获得，所述第一隔膜插设于所述第一腔室与所述中间腔室之间以将它们分开，所述第二隔膜插设于所述中间腔室与所述第二腔室之间以将它们分开；
[0020]-活塞，所述活塞部分地容纳在所述第二腔室中并且可滑动地安装在所述第二腔室中；
[0021]-用于检测通过至少一个所述隔膜的泄漏的设备，
[0022]
其特征在于，用于检测泄漏的所述设备包括：
[0023]-至少一个第一传感器，所述第一传感器配置成检测代表存在于所述中间腔室中的流体的特性的物理量；
[0024]-控制模块，所述控制模块配置成确定由所述第一传感器所检测到的物理量是否与指示所述作业流体与所述流体产品混合的第一条件相关联，或者检测到的物理量是否与指示所述作业流体与所述液压流体混合的第二条件相关联，或者检测到的物理量是否与指示所述作业流体与所述流体产品和所述液压流体两者混合的第三条件相关联。
[0025]
根据一个实施例，用于检测泄漏的设备还包括存储器，所述存储器配置成存储：
[0026]-与所述第一条件相关联的物理量的第一值区间；
[0027]-与所述第二条件相关联的物理量的第二值区间；
[0028]-与所述第三条件相关联的物理量(s)的第三值区间。
[0029]
所述第一值区间、所述第二值区间和所述第三值区间是不同的且不重叠。
[0030]
在该实施例中，所述控制模块配置成确定由所述第一传感器检测到的物理量是否落在所述第一值区间内或落在所述第二值区间内或落在所述第三值区间内。
[0031]
根据另一实施例，用于检测泄漏的设备包括存储器，所述存储器配置成存储：
[0032]-物理量的第一阈值，所述第一阈值与所述第一条件相关联；
[0033]-所述物理量的第二阈值，所述第二阈值与所述第二条件相关联；
[0034]-所述物理量的第三阈值，所述第三阈值与所述第三条件相关联。
[0035]
所述第一阈值、所述第二阈值和所述第三阈值是不同的。
[0036]
在该实施例中，所述控制模块配置成确定由所述第一传感器检测到的物理量是否低于阈值中的仅一个、两个或全部三个。
[0037]
优选地，所述控制模块还配置成将由所述第一传感器检测到的物理量与指示纯净状态下的所述作业流体的参考值进行比较，并且所述控制模块响应于与所述参考值的高于预先确定的公差的差异而配置成生成警告信号和/或电流信号。
[0038]
例如，所述警告信号是声音和/或发光类型的。
[0039]
优选地，所述双隔膜泵还包括位于所述泵主体外部的测量腔室。所述测量腔室与所述中间腔室流体连通。
[0040]
根据一个实施例，所述第一传感器布置在界定所述测量腔室的第一壁上或至少部分地浸入包含于所述测量腔室中的流体中。
[0041]
在称为“脉冲回波”的配置中，用于检测泄漏的设备还包括反射器，该反射器布置在界定所述测量腔室的第二壁(与所述第一壁相对)上。
[0042]
所述第一传感器是配置成生成具有在20khz至100mhz之间的频率的声波并且接收由所述反射器反射回的声波的超声传感器。
[0043]
因此，物理量是声波的特征性物理量，例如，选自以下各项：包含在所述测量腔室中的流体中声波的速度、包含在所述测量腔室中的流体的声阻抗、声波的传播时间、包含在所述测量腔室中的流体中声波的衰减、反射声波的频谱、反射波的振幅。
[0044]
在称为“通过传输”的配置中，用于检测泄漏的设备包括第二传感器(而不是反射器)，所述第二传感器布置在界定所述测量腔室的第二壁(与所述第一壁相对)上或至少部分浸入包含在测量腔室中的流体中。
[0045]
第二传感器是配置成生成具有包括在20khz至100mhz之间的频率的声波的超声传感器。因此，第一传感器是配置成接收这些声波的超声传感器。
[0046]
同样地，此处，物理量是声波的特征性物理量，例如，选自以下各项：包含在所述测量腔室中的流体中声波的速度、包含在所述测量腔室中的流体的声阻抗、声波的传播时间、包含在所述测量腔室中的流体中声波的衰减、谐振频率。
[0047]
优选地，在所有提出的实施例中，用于检测泄漏的设备包括温度传感器。
[0048]
所提到的技术任务和指定的目的基本上通过一种用于检测包含在两个隔膜内的作业流体泄漏的方法来实现，这两个隔膜将包含液压流体的液压部段与包含要在双隔膜泵中均质化的流体产品的工作部段分开，该方法包括以下步骤：
[0049]-检测代表所述隔膜内所包含的流体特性的物理量；
[0050]-确定检测到的物理量是否与指示所述作业流体与所述流体产品混合的第一条件相关联，或者其是否与指示所述作业流体与所述液压流体混合的第二条件相关联，或者其是否与指示所述作业流体与所述流体产品和所述液压流体两者混合的第三条件相关联。
[0051]
根据一个实施例，确定检测到的物理量是否与所述第一条件或所述第二条件或所述第三条件相关联的步骤包括：验证所述物理量是否落在与所述第一条件相关联的第一值区间内或落在与所述第二条件相关联的第二值区间内或落在与所述第三条件相关联的第三值区间内。
[0052]
所述第一值区间、所述第二值区间和所述第三值区间是不同的且不重叠。
[0053]
优选地，该方法还包括以下步骤：将检测到的物理量与指示纯净状态下的所述作业流体的参考值进行比较，以及以下步骤：响应于与所述参考值的高于预先确定的公差的差异而生成警告信号和/或电流信号。
[0054]
优选地，所述方法还包括以下步骤：
[0055]-生成具有在20khz至100mhz之间的频率的第一声波，并将所述第一声波发送到所述作业流体；
[0056]-在所述第一声波已经穿过所述作业流体之后接收所述第一声波，所述物理量是所述第一声波的特征性物理量，以便通过在所述第一声波已经穿过所述作业流体之后测量在接收到的所述第一声波中所述物理量而执行检测所述物理量的步骤。
[0057]
根据一个实施例，通过两个不同的超声传感器来执行所述第一声波的生成和在所述第一声波已经穿过所述作业流体之后对所述第一声波的接收。
[0058]
例如，物理量选自：所述作业流体中的声波速度、所述作业流体的声阻抗、所述声波的传播时间、所述作业流体中声波的衰减、谐振频率。
[0059]
根据另一实施例，所述第一声波由第一超声传感器生成，被反射器反射回去，并且被所述第一超声传感器接收。
[0060]
在该情形中，物理量选自：所述作业流体中的声波速度、所述作业流体的声阻抗、所述声波的传播时间、所述作业流体中声波的衰减、所反射的声波的频谱、所反射信号的振幅。
[0061]
根据另外的实施例，所述方法还包括以下步骤：
[0062]-生成在红外或近红外频谱中的第一光辐射并将所述第一光辐射发送到所述作业流体；
[0063]-在所述第一光辐射已经穿过所述作业流体之后接收所述第一光辐射。
[0064]
在该实施例中，物理量是所述第一光辐射的特征性物理量，通过在所述第一光辐射已经穿过所述作业流体之后测量在接收到的所述第一光辐射中的所述物理量而针对这些特征性物理量执行检测所述物理量的步骤。
附图说明
[0065]
从对流体产品的均质装置和用于检测泵中的泄漏的方法的优选的但非排他的实施例的示意性并因此非限制性的描述中，本发明的另外的特征和优点将变得更加明显，如附图中所示，其中，图1和2分别示意性地示出了根据本发明的在流体产品的均质装置中使用的双隔膜泵的第一实施例和第二实施例。
具体实施方式
[0066]
参考附图，附图标记1表示双隔膜泵，特别是在流体产品p1的均质装置中使用的双隔膜泵。
[0067]
双隔膜泵包括泵主体2，在该泵主体2得到三个不同的腔室：
[0068]-第一腔室3，其容纳要均质化的流体产品p1；
[0069]-第二腔室4，其容纳液压流体p2；
[0070]-中间腔室5，其容纳作业流体p3。
[0071]
中间腔室5插设于第一腔室3与第二腔室4之间，并且通过两个隔膜6、16而与第一腔室3和第二腔室4分开。两个隔膜6、16相互间隔开以限定中间腔室5。
[0072]
具体地，第一隔膜6将中间腔室5与第一腔室3分开，第二隔膜16将中间腔室5与第二腔室4分开。
[0073]
活塞7部分地容纳在第二腔室4中。双隔膜泵1包括运动装置(未示出)，其操作地作用在活塞7上以使其在第二腔室4内线性滑动。特别地，活塞7相对于界定第二腔室4的内壁可滑动地安装。
[0074]
双隔膜泵1还包括用于检测通过两个隔膜6、16中的至少一个的泄漏的设备10。特别地，如果两个隔膜6、16中的一个被损坏，则作业流体p3被存在于相邻腔室(第一腔室3和/
或第二腔室4)中的流体中的一者或两者污染。
[0075]
有利地，用于检测泄漏的设备10包括：
[0076]-至少一个第一传感器11，其配置成检测代表存在于中间腔室5中的流体的特性的物理量s；
[0077]-控制模块12，其配置成确定由第一传感器11所检测到的物理量s是否与指示作业流体p3与流体产品p1混合的第一条件相关联，或者是否与指示作业流体p3与液压流体p2混合的第二条件相关联，或者是否与指示作业流体p3与流体产品p1和液压流体p2两者混合的第三条件相关联。
[0078]
用于检测泄漏的设备10还包括存储器13，其配置成存储：
[0079]-与第一条件相关联的物理量s的第一值区间i1；
[0080]-与第二条件相关联的物理量s的第二值区间i2；
[0081]-与第三条件相关联的物理量s的第三值区间i3。
[0082]
第一值区间i1、第二值区间i2和第三值区间i3是不同的且不重叠。
[0083]
控制模块12配置成确定由第一传感器11检测到的物理量s是否落在第一值区间i1内或落在第二值区间i2内或落在第三值区间i3内。
[0084]
替代地，存储器13配置成存储：
[0085]-与第一条件相关联的物理量s的第一阈值th1；
[0086]-与第二条件相关联的物理量s的第二阈值th2；
[0087]-与第三条件相关联的物理量s的第三阈值th3。
[0088]
第一阈值th1、第二阈值th2和第三阈值th3是不同的。
[0089]
在该情形中，控制模块12配置成确定由第一传感器11检测到的物理量s是否低于仅单个阈值、两个阈值或三个。
[0090]
优选地，用于检测泄漏的设备10还包括温度传感器(未示出)。例如，温度传感器布置成检测存在于测量腔室14中的流体的温度。
[0091]
有利地，双隔膜泵1还包括泵主体2外部的测量腔室14。
[0092]
测量腔室14与中间腔室5流体连通，以便接收作业流体p3。例如，测量腔室14通过在泵主体2中获得的导管15与中间腔室5流体连通。
[0093]
在最佳条件下(完好的隔膜6、16，即未损坏)，测量腔室14中充填有作业流体p3。
[0094]
优选地，第一传感器11布置在界定测量腔室14的第一壁14a上，如图1和2中所示。
[0095]
根据作业流体p3的类型和待检测的物理量s，选择第一传感器11在第一壁14a上的位置和倾斜度。
[0096]
根据图1中示出的第一实施例，用于检测泄漏的设备10还包括反射器17，该反射器17布置在界定测量腔室14且与第一壁14a相对的第二壁14b上。
[0097]
在该情形中，第一传感器11是配置成生成具有在20khz至100mhz之间的频率的声波并且接收由反射器17反射回的声波的超声传感器。
[0098]
换言之，反射器17相对于充填测量腔室14的流体位于与第一传感器11相反的一侧上。
[0099]
在未示出的替代实施例中，第一传感器11至少部分地浸入包含于测量腔室14中的流体中。在该情形中，第一传感器11通过在界定测量腔室14的壁中获得的贯通狭槽或开口
被引入测量腔室14中。
[0100]
在本文中，术语“反射器”是指具有反射特性的任何物体。例如，钢板要被理解为一种反射器。
[0101]
例如，第二壁14b可以由钢制成，从而自身构成反射器17。
[0102]
因此，在第一实施例中，第一传感器11借助于简易反射器17执行信号(这里是声波)的发射器和接收器的功能。该配置在本领域中被称为“脉冲回波”。
[0103]
因此，由第一传感器11检测到的物理量s是声波的特征性物理量。
[0104]
例如，在第一实施例中，物理量s选自：流体中的声波速度、流体的声阻抗、声波的传播时间、流体中声波的衰减、所反射的声波的频谱、所反射信号的振幅。
[0105]
物理量s的选择与所考虑的流体、即要均质化的流体产品p1、作业流体p3和液压流体p2有关。
[0106]
在未示出的“脉冲回波”配置的变型中，设置成使用多个第一传感器11，其安装在第一壁14a上或部分浸入容纳在测量腔室14中的流体中，每个传感器配置成检测声波的不同特征性物理量s。
[0107]
每个第一传感器11可以与对应的反射器17联接。替代地，通过用钢来制作第二壁14b，第二壁14b充当所有第一传感器11的单个反射器17。
[0108]
根据图2中所示的第二实施例，设有两个传感器：一个用于发射声波，另一个用于接收声波。
[0109]
因此，在本领域中称为“通过传输”的该配置提供了至少一对传感器(发射器－接收器)，在它们之间插设有作业流体p3。
[0110]
第一传感器11是配置成接收具有包括在20khz至100mhz之间的频率的声波的超声传感器。在下文中，第一传感器11被称为“接收器”。
[0111]
下文中被称为“发射器”的第二超声传感器21替代地配置成生成具有包括在20khz至100mhz之间的频率的声波。
[0112]
在图2中，第一传感器11布置在测量腔室14的第一壁14a上，而第二传感器21布置在与第一壁14a相对的第二壁14b上。
[0113]
在未示出的替代实施例中，第一传感器11和第二传感器12两者都至少部分地浸入包含于测量腔室14中的流体中。在该情形中，第一传感器11和第二传感器21通过在界定测量腔室14的壁中获得的贯通狭槽或开口被引入测量腔室14中。
[0114]
例如，在第二实施例中，物理量s选自：流体中的声波速度、流体的声阻抗、声波的传播时间、流体中声波的衰减、谐振频率。
[0115]
根据作业流体p3的特征和要检测的物理量s，选择发射器与接收器之间的距离、它们的位置和它们的相互倾斜度。
[0116]
物理量s的选择与所考虑的流体、即要均质化的流体产品p1、作业流体p3和液压流体p2有关。
[0117]
在未示出的“通过传输”配置的一个变型中，设置成使用多个第一传感器11和第二传感器21，其分别安装在第一壁14a上和第二壁14b上(或部分浸入存在于测量腔室14中的流体中)，每个传感器配置成检测/发射声波的不同特征性物理量s。
[0118]
在所描述的所有实施例中，控制模块12配置成设定声波的各种参数，比如：发射窗
口、声波的放大或衰减、在其内检测声波的特征性物理量的时间窗口。
[0119]
优选地，在第一实施例和第二实施例两者中，控制模块12还配置成将第一传感器11检测到的物理量s与指示纯净状态下的、即未与要均质化的流体产品p1和/或未与液压流体p2混合的作业流体p3的参考值s
rif
进行比较。响应于与参考值s
rif
(相比)的高于预先确定的公差δ的差异，控制模块12生成声音和/或发光类型的警告信号。
[0120]
替代地或附加地，控制模块12生成可以在屏幕上(例如在plc上)查看的4－20ma的电流信号。
[0121]
优选地，控制模块12包括电子模块，该电子模块被适当地编程以执行上述的功能，其可以对应于属于被编程模块的不同硬件和/或常规软件实体。
[0122]
作为对以上参考各种实施例描述的超声技术的替代，还可以使用光学技术，例如光学显微镜或nir技术(“近红外(near infra red)”的首字母缩略词)。
[0123]
在光学显微镜技术的情形中，第一传感器11是光学传感器，并且所检测的物理量是由光源发出的光信号。采集存在于中间腔室5中的流体的图像，对其的分析提供了关于流体产品p1(因此适用“第一条件”)、或液压流体p2(因此适用“第二条件”)、或流体产品p1的一部分与液压流体p2的一部分两者(因此适用“第三条件”)对作业流体p3污染的信息。
[0124]
在nir技术的情形中，替代地执行对作业流体p3的分光光度分析。
[0125]
nir分光光度计包括光源(例如钨－卤素灯)、单色仪、采样器或用于呈现样品的接口以及用于测量反射率和透射率的检测器(例如硫酸铅、硅以及砷化铟和砷化镓)。
[0126]
从以上描述中可以清楚根据本发明的在流体产品的均质装置中使用的双隔膜泵以及用于检测所述泵中的泄漏的方法的特征及其优点。
[0127]
特别地，用于检测中间腔室中的泄漏的设备允许区分这种泄漏与“产品侧”隔膜或“活塞侧”膜或两者的损坏/破损相关联。
[0128]
实际上，通过对分别被要均质化的流体产品或活塞浸没于其中的液压流体或被这两种流体污染的包含于各隔膜之间的作业流体的特征性特性的检测，控制模块能够确定这种损坏/破损是否涉及第一隔膜(产品侧)或第二隔膜(活塞侧)或两者。
[0129]
实际上，在第一情形中，要均质化的流体产品与作业流体混合，从而污染了作业流体，并导致通过测量所选的物理量可检测到的“第一状态”。
[0130]
由于损坏意味着“产品侧”污染，因此均质装置可以随之停止。
[0131]
而在第二情形中，作业流体被液压流体污染(“第二条件”)，只要保护“产品侧”不受污染，就可以无需停止均质装置。
[0132]
在第三情形中，作业流体的污染在“产品侧”和“活塞侧”都发生，因此均质装置随之停止。
[0133]
选择物理量的不同且不重叠的值区间(或阈值)，可以分辨哪个隔膜损坏/破裂，以及可以在采用双隔膜泵的均质装置上执行某些(多种)动作。
[0134]
所提出的方案允许提前确定哪个隔膜损坏/破裂，从而避免了在非必要时停止系统并移除零件。
[0135]
此外，检测不同物理量的能力允许对各种被处理的流体产品使用所提出的方法。