DE60030290T2 - Homogenisierungsventil - Google Patents

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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • B01F25/44Mixers in which the components are pressed through slits
    • B01F25/441Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits
    • B01F25/4412Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits the slits being formed between opposed planar surfaces, e.g. pushed again each other by springs

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Homogenisierungsventil, das nutzbringend, jedoch nicht ausschließlich, für die Homogenisierung von Milch verwendet werden kann.
  • Homogenisierer sind seit einiger Zeit bekannt und werden zur Homogenisierung von Emulsionen und Suspensionen eingesetzt. Kurz gesagt bestehen sie aus einer Pumpe, die das zu behandelnde Produkt durch die schmale Öffnung des Homogenisierungsventils treibt. Die Homogenisierung eines Produkts, beispielsweise Milch, besteht im Wesentlichen in der feinen Aufteilung der Fettzellen und ihrer homogenen Dispersion in der Masse der Flüssigkeit.
  • Der Verschluss des Ventils ist hohem Druck ausgesetzt, der das Ventil schließen und den Durchfluss des Produkts durch das Ventil blockieren soll.
  • Dementsprechend ist das Produkt am Ventileinlass ebenfalls hohem Druck ausgesetzt, damit es den Druck, der das Ventil schließen soll, übertreffen kann.
  • Wie bereits bekannt, ist die Homogenisierung des Produkts eine Folge verschiedener Ursachen, darunter die Beschleunigung und der Durchfluss des Produkts durch die schmale Ventilöffnung, ein Aufprall gegen einen speziellen Ring, der am Auslass des Ventils angebracht ist, Blasenkavitation mit einer daraus folgenden Freisetzung von Hochfrequenz-Schwingungen und Verwirbelung der Flüssigkeit, die am Auslass des Ventils bewirkt aufgrund des hohen Abfalls von Druck und Geschwindigkeit, dem das Produkt ausgesetzt ist, bewirkt wird.
  • Die Leistung eines Homogenisierungsventils hängt unter anderem vom Aufbau des Ventils ab, der eine ausreichende Durchflussmenge des Produkts sowie hohe Beschleunigungswerte und einen Druckabfall ermöglichen muss, damit das durchfließende Produkt ordnungsgemäß behandelt werden kann. Der Verschluss darf jedoch keinen übermäßigen Krafteinwirkungen ausgesetzt sein, die zu Problemen im Hinblick auf Schwierigkeiten bei der Einstellung des Ventils und dessen mögliche Instabilität führen könnten.
  • Ein Beispiel für ein Homogenisierungsventil der bekannten Art ist durch das in 1 abgebildete Ventil dargestellt. Bei diesem Ventil wird das Produkt, das bei I unter Druck eintritt, durch die Ventilöffnung, d.h. die zwischen dem Sitz S und dem Verschluss O des Ventils befindliche ringförmige Krone, getrieben. Die Breite der Ventilöffnung ist äußerst schmal; das Produkt ist daher starker Beschleunigung ausgesetzt und durchfließt die Ventilöffnung, wonach eine plötzliche Druckänderung und ein Anschlag bei Hochgeschwindigkeit gegen einen Ring A am Auslass der Ventildurchgangsöffnung erfolgen. Dies sind die Faktoren, die zur Homogenisierung des Produkts führen.
  • Bei dieser Art von Ventil mit relativ einfachem Aufbau ist ein Gestaltungskompromiss mit einer nach dem Produkteingangsdruck vorgenommenen Berechnung erforderlich. Auf der einen Seite besteht das Bedürfnis nach einem Durchmesser (und somit einer Länge des äußeren Umfangs, d.h. der Auslassdurchgangsöffnung), der groß genug ist, damit eine gute Durchflussmenge der Flüssigkeit erzielt wird, während es auf der anderen Seite notwendig ist, sowohl die Kraft, die am Ventilverschluss freigesetzt wird, als auch die Breite der ringförmigen Krone der Auslassdurchgangsöffnung einzuschränken. Die Gesamtleistung des Ventils ist daher beträchtlich eingeschränkt.
  • Zur Steigerung der Leistung der Ventile wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen. Bei dem Ventil nach US 4352573 beispielsweise gibt es mehrere Auslassdurchgangsöffnungen, die übereinander angeordnet sind; das in EP 0810025 dargestellte Ventil weist auf der anderen Seite eine Auslassdurchgangsöffnung mit beträchtlicher Länge und geringer Breite auf, die mit einem angrenzenden Produkteinlass erzielt wird und eine Ventilverschlusskonstruktion aufweist, die einen teilweisen Ausgleich der darauf freigesetzten Kräfte ermöglicht. Abgesehen davon, dass diese Arten von Ventilen größer sind als normale Ventile, sind sie in ihrem Aufbau ziemlich kompliziert und weisen einige Schwierigkeiten bei der Einstellung auf.
  • US 1.551.672 offenbart ein Gerät für die Homogenisierung von Flüssigkeiten, das in Kombination eine Homogenisierungsdüse, eine der Düse zugewandte Membrane, einen Spalt zwischen der Düse und der genannten Membrane, eine mittige Aussparung und ringförmige Kerben in den Oberflächen der Düse und der dem Spalt zugewandten Membrane enthält, die so aufgeteilt sind, dass die Flüssigkeit unter Druck aus einer Vielzahl von Homogenisierungsspalten, die in einem festen Verhältnis zueinander stehen, zum Auslassbereich des Geräts fließen kann. Bei diesem Gerät presst sich das Produkt, das durch den Spalt austritt und intern zur mittigen Aussparung fließt, gegenseitig in der mittigen Aussparung zusammen.
  • Hauptzweck dieser Erfindung ist es, ein Homogenisierungsventil zur Verfügung zu stellen, das in seinem Aufbau ziemlich einfach ist und gleichzeitig hohe Leistung nach Anspruch 1 bietet.
  • Ein Vorteil dieser Erfindung liegt darin, dass sie ein Ventil in etwa derselben Größe der traditionellen Ventile liefert, das daher anstelle dieser Ventile nach dem Stand der Technik in Homogenisierern eingesetzt werden kann.
  • Diese Zwecke und Vorteile und noch weitere werden alle von dieser Erfindung laut ihrer Kennzeichnung in den nachfolgenden Ansprüchen erzielt.
  • Weitere Eigenschaften und Vorteile dieser Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsform der Erfindung hervor, die als reines Beispiel in den beiliegenden Figuren der Zeichnungen dargestellt ist, wobei:
  • 1 einen Querschnitt einer bereits bekannten Art von Homogenisierungsventil zeigt;
  • 2 einen Querschnitt eines Homogenisierungsventils der Erfindung zeigt;
  • 3 eine Explosionszeichnung mit einigen Teilen im Querschnitt und mit der Größe der Öffnung des Ventils, die vergrößert gezeigt wird, von einigen Teilen darstellt, die miteinander verbunden werden, um das Ventil der Erfindung herzustellen.
  • Das Homogenisierungsventil der Erfindung, das in Homogenisierern der bekannten Art verwendet wird und nicht in den Figuren der Zeichnungen dargestellt ist, zeigt eine Einlassleitung 1 für das zu homogenisierende Produkt und einen Auslassbereich 5 für das homogenisierte Produkt, wobei Einlass und Auslass jeweils stromaufwärts bzw. stromabwärts der Auslassöffnung 2 des Ventils angeordnet sind. Das Ventil enthält einen Sitz 3, der im Ventilkörper 11 fixiert ist, auf dem ein Verschluss 4 bei einem vorgegebenen Druck angetrieben wird, sodass; wenn die zu homogenisierende Flüssigkeit durch das Ventil gepumpt wird und gegen den Verschluss drückt, eine Auslassöffnung 2 des Ventils gebildet wird. Wie bei Ventilen der bekannten Art wird der Abstand zwischen den einander zugewandten Flächen des Sitzes und des Verschlusses, d.h. die Breite der Ventilauslassöffnung, durch das Gleichgewicht zwischen den Kräften bestimmt, die auf den Verschluss einwirken.
  • Der Sitz 3 und der Verschluss 4 liegen einander zugewandt an einer ringförmigen Fläche entlang einem äußeren Umfang 2a und einem inneren Umfang 2b, an der sich die Auslassöffnung 2 des Ventils erstreckt.
  • Mehrere Leitungen 6 sind im Innenraum des Sitzes 3 ausgebildet, wobei jede der Leitungen 6 mit einem ihrer Enden an die Einlassleitung 1 der zu homogenisierenden Flüssigkeit angeschlossen ist. Die anderen Enden 6a der Leitungen münden in der Mitte zwischen dem inneren und dem äußeren Umfang der ringförmigen Fläche, wo der Sitz 3 und der Ventilverschluss 4 einander zugewandt liegen; die Enden 6a der Leitungen 6 weisen einen gleichmäßigen Winkelabstand voneinander auf.
  • Der Sitz 3 und der Verschluss 4 des Ventils bilden auch in dessen Innenraum einen Hohlraum 7, in den die Ventilauslassöffnung 2 (die sich entlang dem inneren Umfang 2b der ringförmigen Fläche erstreckt) mündet; dieser Hohlraum 7 ist an den Auslassbereich des homogenisierten Produkts 5 durch mehrere Bohrungen 8 angeschlossen, die im Verschluss 4 des Ventils ausgebildet sind. Die Auslassenden 8a der Bohrungen münden auf der äußeren seitlichen Fläche des Verschlusses 4, wobei sich die Fläche entlang dem äußeren Umfang des Verschlusses 4 in einem Bereich erstreckt, der dicht an der Auslassöffnung 2 des Ventils liegt.
  • Ein Vorsprung 9 ist oft innerhalb des Hohlraums 7 enthalten und fest mit dem Sitz 3 des Ventils verbunden sowie konzentrisch zum inneren Umfang 2b und so angeordnet, dass die den inneren Umfang 2b enthaltende Fläche geschnitten wird.
  • 3 zeigt deutlich, dass sowohl der Sitz 3 als auch der Verschluss 4 des Ventils sich fest verbunden miteinander drehen und koaxial zueinander angeordnet sind.
  • Abgesehen von einer höheren Leistung durch verschiedene Faktoren, die unten beschrieben werden, entspricht die Funktionsweise des Homogenisierungsventils allgemein ziemlich der Funktionsweise von Homogenisierungsventilen der bekannten Art.
  • Kurz gesagt erreicht das Produkt den Ventileinlass bei Hochdruck und hebt den Verschluss des Ventils, der ebenso einem hohen Druck ausgesetzt ist, der das Ventil schließen soll. Das flüssige Produkt tritt daher durch die schmale Ventilöffnung aus, die durch das Anheben des Verschlusses entstanden ist. Wie bei bekannten Ventilen werden die Durchflussmenge und die Leistung des Ventils vom Gleichgewicht der betreffenden Druckwerte beeinflusst (Produkteinlassdruck – Druck beim Verschließen des Verschlusses).
  • Wie oben erwähnt, hat das Ventil den Hauptvorteil, dass es dieselbe Gesamtgröße wie ein Ventil der bekannten Art aufweist, was bedeutet, dass es anstelle eines traditionellen Ventils verwendet werden kann, ohne dass Konstruktionsänderungen des Homogenisierers notwendig sind, der bereits mit bekannten Ventilen ausgestattet ist.
  • In einem direkten Vergleich bei gleichen Druckwerten bietet die Erfindung außerdem eine höhere Ventildurchflussmenge dank des speziellen Ventilaufbaus, der eine mehr oder weniger doppelte Länge der Auslassöffnung im Vergleich zu Ventilen der bekannten Art bietet; die Breite der Auslassöffnung ist jedoch praktisch halbiert im Vergleich zum Stand der Technik, was zu einem nahezu sofortigen Druckabfall für das Produkt, das durch das Ventil fließt, führt und zu einem beträchtlichen Blasenkavitationseffekt im Produkt, das von der Auslassöffnung des Ventils austritt. All diese Vorteile werden erzielt, ohne die vom einfließenden Produkt auf den Verschluss übertragene Kraft erhöhen zu müssen (die Summe der Bereiche der Enden 6a der Leitung 6 kann dem Bereich der Auslassöffnung eines Ventils der bekannten Art entsprechen).
  • Eine Steigerung bei der Verwirbelung in der Flüssigkeit und daher wahrscheinlich der Leistung des Ventils wird durch den Kontakt zwischen dem aus den Auslassenden 8a der Bohrungen 8 austretenden Produkt und dem aus der Ventilauslassöffnung, die sich entlang dem äußeren Umfang 2a erstreckt, austretenden Produkt erzeugt. Der im Hohlraum 7 ausgebildete Vorsprung 9, der als Anschlagring für das aus der Ventilöffnung entlang dem inneren Umfang 2b austretende Produkt dient, könnte beseitigt werden, um einen Aufprall zwischen den aus der Ventilauslassöffnung, die sich entlang dem inneren Umfang 2b erstreckt, austretenden Produktpartikeln zu erzielen. Dieser Aufprall zwischen Partikeln kann in einigen Fällen eine bessere Wirkung auf die Leistung des Ventils haben als jener, der durch den Aufprall des Produkts auf den Vorsprung 9 erzielt wird.

Claims (3)

  1. Homogenisierungsventil, enthaltend einen Sitz (3) und einen Verschluss (4), die einander zugewandte Oberflachen haben, welche so voneinander abstehend sind, dass sie eine Ventilauslassöffnung (2) beschreiben; eine Einlassleitung (1) für das zu homogenisierende Produkt und einen Auslassbereich (5) für das Produkt, wenn es homogenisiert ist, wobei die Einlassleitung (1) stromaufwärts und der Auslassbereich (5) stromabwärts der Auslassöffnung (2) des Ventils angeordnet sind; wobei der Sitz (3) und der Verschluss (4) an einer ringförmigen Fläche einander zugewandt sind, innerhalb welcher ringförmigen Fläche die Enden (6a) einer Anzahl von Leitungen (6) munden, von welchen jede Leitung (6) mit der Einlassleitung (1) verbunden ist; wobei sich die Auslassöffnung (2) des Ventils entlang einem äusseren Umfang (2a) wie auch einem inneren Umfang (2b) der ringförmigen Fläche erstreckt; wobei der Sitz (3) und der Verschluss (4) des Ventils zusammen einen Hohlraum (7) beschreiben, in welchen die sich entlang dem inneren Umfang (2b) erstreckende Auslassöffnung (2) mundet; und wobei die Auslassöffnung (2) mit Hilfe einer Anzahl von Bohrungen (8) an den Auslassbereich (5) für das homogenisierte Produkt angeschlossen ist; dadurch gekennzeichnet, dass es einen Vorsprung (9) enthalt, welcher im Inneren des Hohlraums (7) in einer konzentrischen Position im Verhältnis zu dem inneren Umfang (2b) angeordnet ist und die den inneren Umfang (2b) enthaltende Ebene schneidet.
  2. Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Bohrungen (8) in dem Verschluss (4) aufgewiesen ist und Auslassöffnungen (8a) hat, welche sich an einer seitlichen äusseren Oberflache des Verschlusses (4) in einem Bereich offnen, der dicht an der sich entlang dem äusseren Umfang (2a) erstreckenden Auslassöffnung (2) des Ventils liegt.
  3. Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Leitungen (6) in den Sitz (3) des Ventils eingearbeitet ist, und die Enden (6a) der Leitungen (6) an einem mittleren Umfang der ringförmigen Fläche münden und einen gleichmassigen Winkelabstand voneinander haben.
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