CZ2010635A3 - Homogenizacní ventil - Google Patents

Abstract

Homogenizacní ventil (1) sestávající z tlakového, posunovatelného ventilového kužele (5), ventilového sedla (6) a krytu (2) ventilu obklopujícího ventilový kužel (5) a ventilové sedlo (6), kde ventilový kužel (5) a ventilové sedlo (6) jsou usporádány tak, že se mezi nimi vytvárí prívera, vytvárející homogenizacní šterbinu (7), obsahuje nejméne dva ventilové kužele (5) umístené nad sebou a nejméne dve ventilová sedla (6) umístená nad sebou, takže vytvárí nejméne dve homogenizacní šterbiny (7). Homogenizacní ventil je urcen pro homogenizátory na homogenizaci kapalin napríklad mléka.

Description

HOMOGENIZAČNÍ VENTIL

Oblast techniky

Vynález se týká homogenizačního ventilu sestávajícímu z tlakového, posunovatelného ventilového kužele, ventilového sedla a krytu ventilu, obklopujícího ventilový kužel a ventilové sedlo, kdy uvedený ventilový kužel a uvedené ventilové sedlo jsou uspořádány tak, že je mezi nimi přívéra, která tvoří homogenizační štěrbinu.

Dosavadní stav techniky

Homogenizace je průmyslový proces, který je používán značně dlouhou dobou a jeho účelem je stabilizovat tukovou emulzi jakou je např. mléko rozštěpením největší tukových kuliček na menší tukové kuličky. Například pro mléko to znamená, že je zabráněno shromážďování smetany a velká většina je všech dnešních spotřebních mlék homogenizována.

Homogenizace se běžně provádí mechanickým zpracováním tak, že tuková emulze, která má vysoký vstupní tlak, je protlačena vysokou rychlostí skrz velmi úzkou štěrbinu, kde jsou výsledkem turbulence, která se vyskytuje při vysokých rychlostech, a pomocí kavitačních bublin, které implodují v kapalině, rozbity tukové kuličky tukové emulze. Proces probíhá během extrémně krátké doby a během této doby se zvyšuje rychlost průchodu tukové emulze za současného poklesu tlaku, což má za následek, že se kapalina začíná vařit.

Homogenizátor sestává v podstatě z velkého pístového čerpadla, které zajišťuje vysoký tlak a z protitlakového zařízení, kde probíhá vlastni homogenizace. Protitlakové zařízení, nebo homogenizační ventil, sestává postupně z tlakového, pružného ventilového kužele, ventilového sedla a z pístního kroužku nebo těsnícího kroužku a krytu ventilu obklopujícího ventilový kužel a ventilové sedlo. Ventilový kužel a ventilové sedlo jsou běžně rotačně symetrické a jsou uspořádány tak, že se mezi těmito dvěma částmi vyskytuje radiální přívěra, která vytváří homogenizační štěrbinu. Výška, šířka a délka štěrbiny určují objem, při kterém probíhá homogenizace. K získání účinné homogenizace musí být tento objem dostatečně malý. Pň vyšším tlaku na kapalinu, která má být homogenizována je výška štěrbiny je snížena a jakmile je zaznamenán větší průtok je výška štěrbiny zvýšena.

Především pň homogenizaci pasteurizovaného mléka,ve srovnání s mlékem ošetřeným UHT (Ultra vysokou teplotou), je použito nižšího tlaku po stejnou dobu se záměrem zvýšit kvantitu průtoku. Z toho vyplývá, že k dosažení dobré hladiny homogenizace pň tomto nižším tlaku a zvýšeném průtoku by bylo potřeba zvětšit homogenizační ventil tak, že výška štěrbiny je snížena. Přesto je prokázáno, že zvětšení existujícíh dobře fungujících ventilů homogenizátoru nefunguje v praxi vždy uspokojivě. Čím větší je povrch, který je pod tlakem, tím větší budou síly, které zdvihají větší ventil homogenizátoru. Současné se podle několika faktorů zvyšují ceny za takové homogenizační ventily.

Dalším způsobem řešení problému je paralelní spojení počtu homogenizačních štěrbin, jak je uvedeno popisu evropského patentu EP 034 675. Těmito prostředky, bude dosaženo prodloužení délky štěrbiny a tím redukci výšky štěrbiny. Tento typ homogenizačního ventilu s paralelné spojenými homogenizačními štěrbinami má přesto, pevnou výšku štěrbiny. To umožňuje pouze jeden průtok a jeden homogenizační tlak bez dalšího nastavení. Tento typ ventilu též trpí nevýhodou opotřebování nerovnoměrným a nekontrolovaným způsobem, které škodlivé ovlivňuje výsledek homogenizace.

Popis švédského patentu SE 509 103 uvádí ještě další řešení prodloužení délky štěrbiny až trojnásobně. To se provádí navržením ventilového sedla a ventilového kuželu tak, že se vyskytuje množství soustředných homogenizačních štěrbin. Tento homogenizační ventil může být regulován pro různé průtoky .

Jedním z cílů předmětného vynálezu je vytvoření homogenizačního ventilu, který poskytuje velké možnosti regulace délky štěrbiny současně, při dosažení nižší výšky štěrbiny. Homogenizační štěrbina má nepatrnou výšku při vysoké kapacitě a nízkém homogenizačním tlaku.

Dalším účelem předmětného vynálezu je, že výška štěrbiny může být regulována za různých tlaků a průtoků.

Ještě dalším účelem předmětného vynálezu je, že výroba homogenizačního ventilu je ekonomicky výhodná a že homogenizační ventil vykazuje zlepšené vlastnosti s ohledem na opotřebení ve srovnání s řešením ventilů známých ze stavu techniky.

Dále dalším cílem předmětného vynálezu je možnost snadného nastavení homogenizačního tlaku dokonce po určitém opotřebení.

Dále dalším cílem předmětného vynálezu je, že homogenizační ventil umožňuje efektivní čištění a jinak vyhovuje extrémně přísným požadavkům na zacházení s potravinami.

Podstata vynálezu

Uvedené cíle byly dosaženy homogenizačním ventilem sestávajícím z tlakového, posunovatelného ventilového kuželu, ventilového sedla a krytu ventilu obklopujícího ventilový kužel a ventilové sedlo , kde uvedený ventilový kužel a uvedené ventilové sedlo jsou uspořádány tak, že se mezi nimi vyskytuje přívěra, vytvářející homogenizační štěrbinu,podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že nejméně dva ventilové kužele jsou umístěny nad sebou; a že nejméně dvě ventilová sedla jsou umístěna nad sebou, tak že vytváří nejméně dvě homogenizační štěrbiny.

Ventilové kužele a ventilová sedla jsou rotačně symetrická.

Homogenizační štěrbiny jsou umístěny v úhlu ve vztahu k horizontální rovině.

Ve výhodném provedení jsou homogenizační štěrbiny umístěny v úhlu 20 - 45° ve vztahu k horizontální rovině, ve výhodnějším provedení jsou umístěny v úhlu 30° ve vztahu k horizontální rovině.

Ventilové kužele našroubovány na závitovou tyč umístěnou ve středu krytu ventilu.

Ventilové kužele jsou uspořádány tak, že jsou společně se závitovou tyčí ovládány prostřednictvím pístu, tak že všechny homogenizační štěrbiny mají vždy stejnou výšku štěrbiny h.

Ventilová sedla jsou připevněna ke krytu ventilu.

Přehled obrázků na výkresech

Jedno z výhodných provedení předmětného vynálezu je dále objasněno podrobněji, na výkresech, kde Obr. 1 znázorňuje, svislý řez homogenizačním ventilem podle vynálezu, Obr. 1A znázorňuje detail A z Obr. 1; Obr. 1B znázorňuje více zvětšený detail A z Obr. 1 a Obr. 2 je perspektivní pohled na detail B části ventilu v řezu. Výkresy ukazují pouze detaily nezbytné k pochopení předmětného vynálezu, přičemž je vynecháno umístění homogenizačního ventilu v homogenizátoru, které je dobře známo odborníkovi v oboru.

Příklady provedení vynálezu

Homogenizační ventil 1 podle předmětného vynálezu, jak je zobrazeno v Obr. 1, sestává z krytu ventilu 2 se vstupem 3 a výstupem 4 pro kapalinu, která má být homogenizována, a z několika ventilových kuželů 5 a z několika ventilových sedel 6. Ventilové kužele 5 a ventilová sedla 6 jsou umístěna tak, že se mezi nimi vyskytují přívěry, homogenizační štěrbiny 7.

Ve výhodném provedení jsou ventilová sedla 6 rotačně symetrická a mají středový průtočný kanál 8 pro kapalinu, která má být homogenizována, vytvářející prodloužení vstupu 3 homogenizační ventilu 1. Ventilová sedla 6 jsou umístěna navzájem nad sebou a jsou připevněna ke krytu ventilu 2.

Ventilová sedla 6 dále vykazují úhel zkoseni 12. Úhel zkosení 12 je otočen směrem ke středu homogenizačního ventilu 1. Úhel zkosení 12 je otočen směrem od vstupu 3 homogenizačního ventilu 1. Úhel zkosení je mezi 20 a 45 °, s výhodou 30° vzhledem k horizontální rovině. Ventilová sedla 6 jsou v výhodou vyráběna z povrchové upravené nerezové oceli, ale mohou se vyskytovat další materiály schválené pro užití pro potraviny.

Ventilové kužele 5. které jsou též rotačně symetrické, mají závitovou plochu 9 směrem ke středu homogenizačního ventilu 1. Ve středu homogenizačního ventilu 1 je umístěna závitová tyč 10, jejíž závity zapadají do závitových ploch 9 na ventilových kuželech 5. Síťovité části jsou od produktu, který prochází středovým průtokovým kanálem 8 odblokovány prostřednictvím hygienických uzávěrů 14 typu O kroužku. Závitová tyč 10 má odvzdušňovací otvory 15 sousedící s uzávěry 14. Odvzdušňovací otvory 15 kromě toho, že fungují jako odvzdušňovací cesta, mohou být navíc použity k indikaci netěsnosti pokud dojde k poškození uzávěrů 14. Pokud jsou uzávěry 14 hygienické, bude vytvořen hygienický homogenizační ventil 1 , který vyhovuje požadavkům potravinářského průmyslu a který může být čištěn za pomoci běžného vybavení.

Ventilové kužele 5 mají úhel zkosení 13 k centru homogenizačního ventilu 1. Úhel zkosení 13 je otočen směrem ke vstupu 3 homogenizačního ventilu 1. Úhel zkosení je mezi 20 a

45°, s výhodou 30° vzhledem k horizontální rovině. Ventilové kužele 5 jsou s výhodou vyrobeny z povrchově ošetřené nerezové oceli, ale mohou se též objevit další materiály schválené pro potraviny.

Ventilové kužele 5, našroubované na závitovou tyč 10, jsou tlakovány prostřednictvím hydraulického nebo pneumatického pístu 11 , ale mohou být v jednodušších verzích tlakovány seřizovacím šroubem nebo závitovým svorníkem, které pracují prostřednictvím lanka. Ventilové kužele 5 jsou též posunovatelné, např. prostřednictvím oleje ve válci , aby byly schopny se přizpůsobit rychlým rozdílům průtoku, které se vyskytují v kapalině, která má být homogenizována. Tato elasticita je nezbytná ke splnění odlišností průtoku, které se přirozeně vyskytují v pístových čerpadlech.

Ventilové kužele 5 a závitová tyč 10 jsou umístěny v krytu 2 ventilu tak, že se mezi úhlovým zkosením 13 ventilových kuželů 5 a úhlovým zkosením 12 ventilových sedel, vyskytují homogenizační štěrbiny 7 o výšce h. Výška homogenizační štěrbiny 7 se může lišit s odlišným tlakem a průtokem tak, že se ventilové kužele 5 pohybují blíže k nebo vzdáleněji od ventilových sedel 6. Tím, že jsou ventilové kužele 5 našroubovány na závitovou tyč 10, je možno dosáhnout přesně stejné výšky h všech homogenizačních štěrbin 7 v homogenizačním ventilu 1.

Úhel zkosení 13 ventilových kuželů 5 je většího rozsahu než úhel zkosení 12 ventilových sedel 6. Ventilové kužele 5 jsou umístěny proti ventilovým sedlům 6 tak, že vytvářejí vyčnívající povrchy o úhlu zkosení 13 na obou stranách úhlového zkoseni 12. Homogenizační štěrbina 7 by neměla být příliš krátká, protože by to mohlo mít za následek zvýšené opotřebování. Krátká homogenizační štěrbina 7 může též způsobit vibrace a rušivý hluk.

V krytu 2 ventilu homogenizační ventilu 1 je umístěno několik ventilových kuželů 5 a několik ventilových sedel 6. Na Obr. 1 je znázorněno šest ventilových kuželů 5 a šest ventilových sedel 6. Jako výsledek je získáno šest homogenizačních štěrbin 7 umístěných nad sebou. Homogenizační ventil 1 podle předmětného vynálezu může obsahovat více i méně ventilových kuželů 5 a ventilových sedel 6, v závislosti na požadované kapacitě a praktickém použití. Výrobou krytů 2 ventilu po částech, je možné jednoduchým způsobem smontovat více nebo méně ventilových kuželů 5 respektive ventilových sedel 6.

Kapalina, která má být homogenizována, především mléko, je vedena do homogenizátoru , kde je natlakována na přibližně 10 -25 MPa. Mléko má zpravidla obsah tuku 0,5-3,5 % a teplotu 55 - 80° C.

Kapalina je vedena přes vstup 3 a prochází pres průtočný kanál 8. Poté kapalina prochází jednou z různých homogenizačnich štěrbin 7, kde dochází k homogenizaci. Kapalina je zde potom shromažďována v kanálku 16. Protože se kapalina vždy snaží postupovat nejjednodušší cestou, dojde k relativně rovnoměrné distribuci kapaliny v různých homogenizačnich štěrbinách 7. Po homogenizaci prochází kapalina výstupem 4 ven z homogenizačního ventilu 1. Tím, že jsou homogenizační štěrbiny 7 zkoseny při úhlu 20-45° , s výhodou 30 ⁰ , vzhledem k horizontální rovině, bude dosaženo rovnoměrnějšího průtoku produktu a snížení ztrát na vstupu při homogenizaci.

Výška štěrbiny h je zpravidla 50-200 pm. Při průchodu je dosaženo extrémně rychlého poklesu tlaku až k 0 MPa, ve stejnou dobu se zvyšuje rychlost průtoku, což má za následek, že se kapalina začíná vařit. Když kapalina opouští štěrbinu 7, je průtoková rychlost snížena a tlak se opět zvýší. Kapalina se přestává vařit a bublinky páry v kapalině implodují. Celý proces probíhá v několika málo zlomcích sekundy, kde v prudkém procesu budou tukové kuličky obsažené v kapalině rozděleny na menší částečky působením vysoké průtokové rychlosti, která způsobuje nárůst turbulence a kavitace.

Získáním rovnoměrné distribuce kapaliny mezi různými homogenizačními štěrbinami 7, vznikne optimální využití zvýšené délky štěrbiny a homogenizátor s homogenizačním ventilem 1 podle vynálezu může zvládnout několikrát vyšší průtok než homogenizátor s běžným ventilem. Ve stejnou dobu je homogenizační ventil regulovatelný pro odchylky v průtoku produktu tím, že píst 11 může posunout ventilové kužele 5 vzhledem k ventilovým sedlům 6 a tím uskutečnit různou výšku homogenizační štěrbiny 7. Tím, že jsou ventilové kužele 5 našroubovány na závitovou tyč 10, budou mít všechny homogenizační štěrbiny 7 stejnou výšku štěrbiny h. Všechny ventilové kužele 5, stejně tak jako závitová tyč 10, jsou ovládány jako jednotka tak, že všechny homogenizační štěrbiny 7 mají vždy stejnou výšku štěrbiny h.

Jak je zřejmé z předchozího popisu, předmětný vynález představuje homogenizační ventil, který může být použit pro dodatečnou montáž do existuj leh homogenizátorů, ale který může zvládnout několikrát větší průtok než odpovídající běžný homogenizační ventil. Homogenizační ventil může být současně regulován pro okamžité odchylky v průtoku, a též vykazuje kvalitnější vlastnosti ve vztahu k opotřebení než dřívější ventily podle stavu techniky. Výroba ventilu homogenizátorů je díky designu i relativné ekonomicky výhodná.

Předmětný vynález může být dále modifikován, aniž by se vybočovalo z rozsahu připojených nároků.

Průmyslová využitelnost

Homogenizační ventil podle vynálezu je určen k použití v existujících homogenizátorech a je vyráběn zejména k dosažení účinné homogenizace kapalin zpracovávaných za nízkého tlaku a většího průtoku, jako je například mléko.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Homogenizační ventil (1) sestávající z tlakového, posunovatelného ventilového kužele (5), ventilového sedla (6) a krytu (2) ventilu obklopujícího ventilový kužel (5) a ventilové sedlo (6), kde ventilový kužel (5) a ventilové sedlo (6) jsou uspořádány tak, že je mezi nimi přívěra, vytvářející homogenizační štěrbinu (7), vyznačující se tím, že nejméně dva ventilové kužele (5) jsou umístěny nad sebou; a že nejméně dvě ventilová sedla (6) jsou umístěna nad sebou, tak že vytváří nejméně dvě homogenizační štěrbiny (7).
2. 2, Homogenizační ventil (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že ventilové kužele (5) a ventilová sedla (6) jsou rotačně symetrická.
3. 3. Homogenizační ventil (1) podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že homogenizační štěrbiny (7) jsou umístěny v úhlu ve vztahu k horizontální rovině.
4. 4. Homogenizační ventil (1) podle nároku 3, vyznačující setím, že homogenizační štěrbiny (7) jsou umístěny v úhlu 20 - 45° ve vztahu k horizontální rovině.
5. 5. Homogenizační ventil (1) podle nároku 4, vyznačující se tím, že homogenizační štěrbiny (7) jsou umístěny v úhlu 30° ve vztahu k horizontální rovině.
6. 6. Homogenizační ventil (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že ventilové kužele (5) našroubovány na závitovou tyč (10) umístěnou ve středu krytu (2) ventilu.
7. 7. Homogenizační ventil (1) podle nároku 6, vyznačující se tím, že ventilové kužele(5) jsou uspořádány tak,že jsou společně se závitovou tyčí (10) ovládány prostřednictvím pístu (11), tak že všechny homogenizační štěrbiny (7) mají vždy stejnou výšku štěrbiny h.
8. 8. Homogenizační ventil (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že ventilová sedla (6) jsou připevněna ke krytu (2) ventilu.