DK173322B1 - Homogenisator og homogenisatorhus - Google Patents

Description

i DK 173322 B1

Den foreliggende opfindelse angår homogenisering af en væske såsom mælk, og mere præcist præpareringen af små mængder af en væske, som skal analyseres, især mælk og mejeriprodukter, for analyse i udstyr til test af mælkens kvalitet for at styre produktionen af mejeriprodukter. Den foreliggende homogenisafor er ikke beregnet til almindelig behandling af 5 mælk (Dermed menes til homogenisering af konsummælk). Den er beregnet til præparering af prøver af mælk og mejeriprodukter, som skal analyseres.

Kendt teknik

Homogenisering er traditionelt blevet udført ved brug af homogenlsatorer af Gaulirvtypen, for 10 eksempel som beskrevet i The milk fat globule" af H. Mulder and P. Walstra, Centre for Agricultural Publishing and Documentation Wageningen, the Netherlands 1974. Andre homogeniseringmetoder kan være "partiel homogenisering" , "klarifixation", "blanding", eller "ultralyd”, der også nævnes af H. Mulder og P. Walstra. Som det er velkendt udføres kendt traditionel homogenisering I stor skala på råmælk for at levere et delikat mælkeprodukt, som det 15 foretrækkes af mange.

Fra den europæiske patentansøgning nr. EP 0 034 675 kendes en fremgangsmåde og et apparat til at homogenisere en væske. Homogenlsatoren er udformet således, at væsken ved højt tryk fra ventilen 26 ledes gennem en snæver passage i form af en rundtgående slids med en knivskarp 20 kant, Ventilen sørger for at der opretholdes et bagtryk på udgangssiden af den begrænsede passage (se spalte 2 linje 63 - spalte 3, linje 49). Fra WO 94/21110 A2 er det kendt at bruge hårde sten, monokrystallinske oxider i homogenlsatorer.

Kort beskrivelse af opfindelsen.

25 Formålet med den foreliggende opfindelse er at levere en billig, pålidelig homogenisator til små mængder af en sammensat, inhomogen væske, såsom mælk og mælkeprodukter. Dette opnås ved at tilvejebringe en homogenisator, omfattende mindst en begrænset passage og med midler til at opretholde et trykfald tværs over den begrænsede passage, og den begrænsede passage omfatter mindst en snæver i hovedsagen rørformet passage, såsom en dyse, og at 30 homogenlsatoren omfatter midler til at opretholde et bagtryk i et kammer på udgangssiden af den begrænsede passage, som er ejendommelig ved at den begrænsede passage omfatter en anden dyse anbragt i serie med og tæt op ad den første dyse, Idet de to dyser normalt er en lille smule forskudt (indbyrdes) således at det resulterende gennemstrømningsareal er begrænset til en værdi, der er mindre end åbningsarealet af en enkelt dyse, og hvor mindst én af dyserne er 35 anbragt fjederbelastet, og forskydelig (så den kan glide).

tr

Med dette arrangement kan tværsnitsarealet af den begrænsede passage varieres. Arrangementet løser et problem, som har tendens til at opstå hyppigt, når man behandler mælk. Diameteren af den begrænsede passage, dvs. dysen, skal være så lille som mulig for at 40 forbedre homogeniseringsvirkningen. Meget små dyser har dog en tendens til at blive DK 173322 B1 2 tilstoppede. Det foreslåede arrangement med en forskydelig dyses løser tilstopningsproblemet. I tilfælde af tilstopning af passagen kan de to dyser bringes til at ligge på linie, hvorved tilstopningen - proppen’ vil kunne passere, og sætte homogenlsatoren i stand til at fungere Igen.

5 Den begrænsede, i hovedsagen rørformede passage har fortrinsvis et cirkulært, ovalt eller elliptisk tværsnit, eller er sammensat af et antal cirkel-afsnit - (med andre ord er I det væsentlige omsluttet af en på det nærmeste simpel lukket kurve.) Den begrænsede I hovedsagen rørformede passage kan også være en tynd slids. Det er væsentlig for homogeniseringsfunktionen at opretholde et bagtryk i kammeret på udgangssiden af den 10 begrænsede passage.

Bagtrykket overstiger fortrinsvis mindst 500000 Pa, fortrinsvis mindst 1000000 eller 1500000 Pa og helst mindst 2000000-2500000 Pa, såsom 3000000 Pa. Trykfaldet tværs over den begrænsede passage kan være fra 3000000 til 40000000 Pa, fortrinsvis fra 7000000-35000000 15 Pa, og hellere fra 15000000 - 25000000 Pa og helst fra 19000000-23000000 Pa.

Den optimale diameter af åbningen i indgangsdysen afhænger af den væske, som skal homogeniseres. Når det er mælk der skal homogeniseres kan diameteren være fra ca. 0,1 til 0,4 mm og fortrinsvis fra ca. 0,15 til ca. 0.35 og helst fra ca. 0,18 til 0,3 mm. I tilfældet af viskøse 20 væsker, som det gælder for mange mælkeprodukter, fx yoghurt, må diameteren ikke være for lille for at undgå tilstopning.

Indløbsdysen er fortrinsvis en i hovedsagen cirkulær del med en diameter på ca. 1-4 mm for eks.

2 mm og en højde op ca. 0,2-1 mm, f. eks. 0,6 mm forsynet med et gennemgående hul med en 25 diameter på 0,1 - 0,4 mm, f. eks. 0,15 mm. Delen bør fremstilles af et hård, slidstærkt, og holdbart materiale, fx. sten, såsom ursten, fremstillet af fx. safir, rubin, diamant osv.. Fortrinsvis monteres stenen i en holder, der også danner i hvert fald en del af bagtrykskammeret.

Den nye homogenisator er særlig fordelagtig ved at den begrænsede passage kan fremstilles i et 30 hårdt slidstærkt og holdbart materiale, såsom en sten af safir eller rubin. Yderligere er der under normal drift ingen bevægelige dele og intet slid på grund af bevægelser. Dermed vil den ny homogenisator have en lang levetid. I udførelsesformen med kun én sten er der slet ingen bevægelige dele i selve homogenisatoren. Denne udførelsesform kan fremstilles meget simpelt.

35 Kort beskrivelse af tegningerne

Fig. 1 viser skematisk et forstørret snit gennem en homogenisator ifølge opfindelsen.

Fig. 2 viser et forstørret snit gennem en foretrukken udførelsesform af en homogenisator ifølge opfindelsen.

Fig. 3 viser et yderligere forstørret snit af stenene og stenholdeme i udførelsesformen i fig. 2 40 Fig. 4 viser homogenisatorhuset i udførelsesformen i figur 2 forstørret.

DK 173322 B1 3

Fig. 5 viser det samme hus set fra oven (dvs. i en lodret projektion af samme)

Fig. 6 viser en første stenholder I udførelsesformen i figur 2, forstørret.

F.g.7 viser stenholderen i fig. 6 set fra bunden.

Fig. 8 viser en anden stenholder i udførelsesformen i figur 2 , forstørret.

5 Fig. 9 viser stenholderen i fig. 8, set fra enden og forstørret.

Fig. 10 viser en udgangsport i udførelsesformen i fig. 2 forstørret.

Fig. 11 viser udgangsporten i figur 10 set fra enden.

Fig. 12 viser en detalje af figur 1 yderligere forstøjTet.

10 Detaljeret beskrivelse af opfindelsen 1 det følgende gives en detaljeret beskrivelse af eksempler på foretrukne udføretsesformer i følge den nærværende opfindelse. En første udførelsesform, en meget enkel mælke homogenisator 10 er vist skematisk og forstørret i figur 1. Homogenlsatoren omfatter et indløb 12, en i hovedsagen rørformet, begrænset passage 14 i en første væg 16 i et kammer 18 og en udgangsåbning 22 i en 15 anden væg i kammeret 18. Passagen 14 er snæver, som en dyse. Udgangen 22 kan være placeret i en sidevæg eller en bundvæg. Indløbet 12 er forbundet til en mælkeforsyning gennem en højtrykspumpe, der giver et tryk på 20000000 - 40000000 Pa på indgangen og derved tvinger en tynd stråle af mælk gennem dysen 14. En bagtryksventil (som ikke er vist eftersom den kan være af velkendt type) er anbragt nedenfor (i strømningsretningen) kammeret 18 for at sikre et bestemt 20 bagtryk på fortrinsvis 0-3000000 Pa indvendig i kammeret 18.

Funktion.

Figur 1 og 12 viser teorien for funktionen af den nye homogenisator. For tiden foretrækkes de følgende betingelser/forhold, dvs. de har vist sig at være passende til at ud føre homogeniseringen 25 effektivt: Et tryk på ca. 20000000-30000000 Pa, fx 25000000 Pa og en strømningshastighed på ca.

3,6 m/s på indløbet, et bagtryk på ca. 3000000 Pa på udløbet, en huldiameter på ca. 0,15 · 0,20 mm i en sten, såsom en ursten. Fortrinsvis er temperaturen af mælken og kammeret ca 40-50 °C.

Under de ovennævnte forhold antages følgende strømningsbetingelser at opstå: område A: 30 turbulent strømning; område B: laminar strømning, strømningshastighed typisk 200 m/s; område C: kavitation ledsaget af en hørbar lyd, størrelseri af området C og lydfrekvensen afhænger af bagtrykket; område D: turbulent strømning, deacceleration zone; område E: langsomme hvirvler, der bevæger sig langsomt omkring udenfor området D.

35 Homogeniseringen menes at opstå, når en tynd stråle af mælk i hurtig bevægelse fra områderne A,

„ B, C (i hurtig bevægelse på grund af trykfaldet tværs over den begrænsede passage) i området D

rammer den langsomme, næsten stationærle mælk fra det bageste (område E) af bagtrykskammeret. Hvad end årsagen kan være, har erfaringen (understøttet af grundige målinger udført på udgangsproduktet) vist, at det er en vel homogeniseret mælk, der forlader kammeret 18 DK 173322 B1 4 gennem udgangen 22. Som det ses af figur 1 kan en homogenisator ifølge opfindelsen være meget enkel.

Dysen i indgangs-åbningspassagen 14 er meget udsat for slid. I en foretrukken udførelsesform er S den fremstillet af en sten 24,. De I øjeblikket foretrukne sten er safirer og rubiner. Stenen kan være ca. 1 - 4 mm, fx 2mm i diameter og fra ca. 0,2 til 1 mm høj eller tyk fx 0,35 mm tyk. I den foretrukne udførelsesfomn har stenen et gennemgående hul (14) med en indvendig diameter på 0,1 - 0,4 mm fortrinsvis ca. 0,15 mm. Stenen 24 er fortrinsvis monteret i en holder 20, såsom en fatning eller ramme, som er let at udskifte, når den er slidt. Fortrinsvis Indbefatter stenholderen 20 10 bagtrykskammeret 18.

Figur 2 viser en i øjeblikket foretrukket udførelsesform af homogenisatoren. Et hus 30 (vist i figur 4 og 5) har en tværgående gennemgang for væskeindløbet 32 og væskeudløbet 34 og et aftrappet borehul 36 i midten rummer en første stenholder 40 med en første sten 42. Den første stenholder 15 er vist detaljeret i figur 6 og 7. Den første stenholder 40 omfatter et cylindrisk hoved 41 og en flad midterstilk 43. Den første sten 42 er monteret i et gennemgående hul 44 i stilken 43. Det aftrappede borehul 36 har tre trin, der danner en første reces til tætningsorganer 92 og en anden reces, som hovedet 41 kan støde op mod.

20 En aftrappet justeringsprop 80 er anbragt i et aftrappet borehul 38 i midten af bunden af huset 30. Justerfngsproppen 80 indbefatter en flangedel 85, en justeringsskrue 82 og en tap 84. Tappen 84 understøtter den nedre ende af den første stenholder 40. Flangedelen 85 anvendes til fast montering af proppen 80 på huset 30, fx indbefatter flangedelen 85 organer til at fastgøre proppen 80 til huset 30, fx to eller fire borehuller i flangedelen 85 så vel som to eller fire gevindhuller i huset 25 30 og to eller fire gevindskruer. På grund af det høje tryk på indgangen er en omhyggelig montering af stenholder og propper væsentlig. Sådanne monteringer er velkendte og vil ikke blive forklaret i detaljer.

En cylindrisk muffe 47 med en flangedel 45 er monteret oven på huset 30. fx. boltet i gevindhuller 30 35 (figur 5). Muffen 47 styrer en del 46, der efterfølgens af en fjeder 48 og en gevindprop 49. Ved en passende justering af proppen 49 vil fjederen 48 sikre et forudbestemt tryk på delen 46 og dermed på den første stenholder 40. Det fomdbestemte fjedertryk skal være fx 1000000-5000000 Pa større end homogeniseringstrykket (Det høje tryk på Indgangen 63). Dette arrangement kan dog realiseres på mange måder.

35

Et væsentlig træk ifølge opfindelsen er, at den første sten 42 er anbragt, så den kan glide eller bevæge sig, (forskydelig) langs sidefladen af en anden sten 52 i en anden stenholder 50, vist detaljeret i figur 8 og 9. Den anden sten 52 er i det væsentlige magen til og anbragt ved siden af den første sten 42. Arrangementet er vist i detaljer i figur 3. Hver af stenholdeme danner en holder 40 eller fatning for stenen, idet ydersiden af stenen går glat over i overfladen af holderen. Den anden DK 173322 B1 5 stenholder 50 (figur 8 og 9) omfatter en cylinder 54, der er optaget i en udgangsåbning 34 af huset 30. Stenen 52 er monteret i en åbning i bunden af cylinderen 54, som det fremgår af figur 3. Yderenden af den anden stenholder 50 omfatter en flange 55. Flangen 55 anvendes til at fastgøre stenholderen på huset 30, fx boltet gennem hulier 51, 53 (figur 8 og 9). Den anden stenholder 50 5 Indeholder bagtrykkammeret 18. Bagtrykkammeret er anbragt indvendig i cylinderen 54 mellem endevæggen 56 (figur 3,8) og en udgangsprop 70.

De to huller i stenene 42, 52 har i det væsentlige samme størrelse, fx. med en diameter på 0,4 mm men er normalt forskudt indbyrdes, således at den resulterende passagen er snævrere (fx 0,15 10 mm) end passagen gennem en enkelt hul.

Mælkeindløbet er Indrettet gennem åbningen I eller borehullet 32, som er vinkelret på borehullet 36 til holderen 40 for den første sten 42. Fortrinsvis fortsætter indløbsåbningen 32 (bore hullet) gennem huset 30 og går direkte over i udløbsarrangementet. Indløbet omfatter en indløbsprop eller 15 et forbindelsesstykke, såsom et rørstykke 60, med et gennemgående borehul 63, med gevind Indrettet til at blive forbundet til mælketilførselsorganer såsom en slange. Indløbsproppen 60 omfatter en cylindrisk del 61, som er optaget i indløbsåbningen 32 så vel som en flangedel 62, indrettet til at blive fast monteret på huset 30. En fjeder 64 er indrettet mellem enden af cylinderdelen 61 og den første stenholder 40. Fjederen 64 sikrer, at stenholderen 40 holder en 20 position, der sikrer tæt samvirken mellem de to sten 42 og 52, dvs. at de to sten til stadighed ligger tæt op mod hinanden.

En udløbsport udgøres af en yderligere prop eller rørende 70 med en cylinderdel 65 inden i en cylindrisk holder 50.1 en i øjeblikket foretrukken udførelsesform er udløbet fra bagtrykskammeret 25 18 indrettet gennem riller eller furer 67,69 i endén af cyllnderdelen 65 af proppen 70 (vist i detaljer i figur 10 og 11). Rillerne 67,69 står igen i forbindelse med radiære kanaler 68, der udmunder I en langsgående midterkanal 66. En flangedel 71 er Indrettet til al blive fastgjort til flangedelen 55 på den anden stenholder 50. En rille 74 modtager en tætningsring eller pakning. Udløbet kan dog være Indrettet på mange måder, fx. ligesom indløbsproppen 60. Det er klart, at delene 30,47, 50, 30 60, 70, 80 skal samles tæt. Dette kan gøres på mange måder. For at forenkle tegningen er de aktuelle fastgørelsesorganer (som er af kendt art) ikke vist i alle detaljer, kun nævnt lejlighedsvis som gevindbolte, huller 51, 53, gevindhuller og tætningsorganer, såsom tætningsringe 91, 92, 93, 94 (kun vist i figur 2) i recesser eller riller såsom 74 (vist i figur 10.) 35 Som beskrevet før med henvisning til figur 1 finder homogeniseringen sted på bagsiden af stenparret 42, 52 inde i bagirykskammeret 18 i stenholderen 50. Funktionen er den samme som beskrevet med henvisning til figur 1. I det foretrukne arrangement er huldiameteren 0,4 mm og under normal drift er middelbredden af passagen gennem de forskudte sten ca 0,1 - 0,15 mm. På denne måde kan gennemløbsarealet være ganske lille, væsentlig mindre end gennemløbsarealet 40 for et enkelt hul.

DK 173322 B1 6

Formålet med dette arrangement forklares nedenfor: For at opnå en god homogenisering er det væsentlig, at hullet er lille, hvorved der skabes en høj strømningshastighed gennem hullet. Et meget lille hul giver imidlertid anledning til et problem: tilstopning. Råmælk er en sammensætning, S som kan indeholde urenheder og agglomerationer, som kan tilstoppe det lille hul. I den kendte tekniks homogenisatorer, der anvender ventilsæder, er dette ikke noget problem, da ventilsædeme normalt er fjederbelastede og derfor vil åbne, hvis de bliver tilstoppet af noget.

Udførelsesformen i figur 2, der har den fjederbelastede stenholder 40 løser dette problem ved den 10 nye homogenisator.

Funktion:

Homogeniseringen foregår på samme måde som forklaret tidligere med henvisning til figur 1. Udførelsesformen i figur 2 er fordelagtig ved at tilstopning kan undgås. Hvis passagen gennem 1S stenhullerne bliver tilstoppet vil trykket på højtrykssiden af stenene (venstre side i figur 1 og 2) stige.

Det forøgede tryk vil virke på holderen 40 og løfte den nogle få tiendedele af en mm lige netop nok til at passagen gennem åbningen forøges til den fulde huldiameter på fx 0,4 mm.

Dermed vil tilstopningen af passagen blive udløst/frigjort, det forøgede tryk udløses, og holderen 40 20 vil igen bevæge sig nedad, og Igen begrænse passagen. Med disse midler bliver homogenisatoren "selvrensende". I tilfælde af, at holderen ikke selv bevæger sig opad alene aktiveret af det forøgede tryk kan en opadrettet bevægelse sikres ved at dreje på justeringsskruen 82 og dermed manuelt løfte stilken 43.

25 Som det ses af den foregående beskrivelse er der tilvejebragt en ny simpel homogenisator. Homogenisatoren er især egnet til præparering af mælkeprøver af mejeriprodukter, som skal analyseres, men kan ligeledes anvendes til præparering af prøver af andre inhomogene væsker.

Claims (9)

1. Homogenisator (10), omfattende mindst en begrænset passage (14) med en første dyse, og med organer til at opretholde et trykfald over den begrænsede passage (14), og hvor homogenisatoren 5 (10) omfatter organer til at opretholde et bagtryk i et kammer (18) på udgangssiden af den begrænsede passage (14) kendetegnet ved, at den begrænsede passage (14) omfatter en anden dyse indrettet i serie med og stødende op til den første dyse, og at de to dyser normalt er let forskudt, således at det resulterende gennemstrømningsareal er begrænset til en værdi, der er mindre end åbningsarealet for en enkelt dyse, og at mindst en af dyserne er anbragt fjederbelastet og 10 således at den kan glide (forskydelig).

2. Homogenisator (10) ifølge krav 1,kendetegnet ved, at den begrænsede passage (14) har et tværsnit, der er sammensat af et antal cirkelafsnit.

3. Homogenisator (10) ifølge krav 2, kendetegnet ved, at tværsnittet er sammensat af to i hovedsagen identiske cirkelafsnit.

4. Homogenisator (10) ifølge krav 1, kendetegnet ved, at diameteren af den begrænsede passage (14) er ca. 0,1 til 0,4 mm og fortrinsvis fra ca. 0,15 til 0,35 mm og helst ca. 0,18 - 0,3 mm. 20

5. Homogenisator (10) ifølge krav 4, hvor den begrænsede passage (14) er forsynet med en I hovedsagen cirkulær sten (24), såsom en safir øller en rubin, kendetegnet ved. at stenen (24) har en diameter på ca. 1 - 3 mm fortrinsvis ca. 2 mm og en højde på ca. 0,3 mm forsynet med et gennemgående hul med en diameter på 0,1 tH 0,5 mm fortrinsvis fra 0,15 - 0,4 mm. 25

6. Homogenisator (10) ifølge et af kravene 1-5, kendetegnet ved, at mindst en sten (52) er monteret i en holder (20,50), der også udgør i hvert fald en del af bagtrykskammeret (18).

7. Homogenisator (10) ifølge et af kravene 1 - 8, til mælk eller mælkeprodukter, kendetegnet 30 ved, at bagtrykket i bagtrykskammeret (18) er fra 0 til 5000000 Pa, fortrinsvis overskrider mindst 500000 Pa, fortrinsvis mindst 1000000 eller 1500000 Pa og helst mindst 2000000 - 2500000 Pa, såsom 3000000 Pa.

8. Homogenisator (10) ifølge et af kravene 1-6, til mælk eller mælkeprodukter, kendetegnet 35 ved, at trykfaldet over den begrænsede passage er fra 3000000 til 40000000 Pa, fortrinsvis fra 7000000-35000000 Pa. hellere fra 15000000-25000000 Pa og helst ca. 19000000-23000000 Pa.

9. Homogenisatorhus (30) til en homogenisator ifølge et af kravene 1-8, kendetegnet ved, at det omfatter to indbyrdes vinkelrette kanaler, dvs. en lodret kanal (36, 38) til forskydning af den 40 glidende (forskydelige) stenholder (40), og en vandret kanal (32. 34) til væskestrømmen fra Indgang til udgang.