JP2011514237A - ホモジナイザ・バルブ - Google Patents

Abstract

本発明は、２つ以上の加圧された可動バルブ・コーン５、２つ以上のバルブ・シート６、並びにバルブ・コーン５及びバルブ・シート６を取り囲むバルブ・ハウジング２を含むホモジナイザ・バルブ１に関する。バルブ・コーン５、及びバルブ・シート６は、それらの間に間隙の高さｈを有する均質化間隙７を構成するスロットルが生成されるように配置される。均質化間隙７は、水平面に対して角度を付けて配置される。ホモジナイザ・バルブ１は現存のホモジナイザで使用されることが意図されており、特に液体の効率的な均質化を得ることができるように製造され、例えば低温殺菌牛乳など、液体が低圧力でより大きい流量で処理される。

Description

本発明は、加圧された可動バルブ・コーン、バルブ・シート、並びに、バルブ・コーン及びバルブ・シートを取り囲むバルブ・ハウジングを備え、前記バルブ・コーン及び前記バルブ・シートが、それらの間にスロットルが生成されるように配置され、スロットルが均質化間隙を構成する、ホモジナイザ・バルブに関する。

均質化は、かなり長い間使用されている工業工程であり、その目的は、例えば、牛乳など脂肪乳剤中の最大の脂肪球を比較的小さい脂肪球に分割し、それによって脂肪乳剤を安定させることである。例えば牛乳ではクリームの凝固を防止することであり、今日の消費者の牛乳の大部分は均質化されている。

均質化は、通常、機械的な処理によって行われ、高い入力圧力を有する脂肪乳剤が高速で押され、非常に狭い間隙を通過し、脂肪乳剤の脂肪球が、速い速度で液体中で破裂するキャビテーション気泡により生じる渦によって分割される。この工程は非常に短時間で行われ、その時間中に、流路の脂肪乳剤の速度が上昇する一方で圧力低下が生じ、その結果、液体が沸騰し始める。

ホモジナイザは、本質的に、高圧を与える大きいピストン・ポンプ、並びに適切な均質化が行われる対向圧力デバイスで構成される。対向圧力デバイス、又はホモジナイザ・バルブは、加圧された弾性バルブ・コーン、バルブ・シート、並びに摩耗リング又はガスケット、及びバルブ・コーンとバルブ・シートを取り囲むバルブ・ハウジングで構成される。通常、バルブ・コーンとバルブ・シートは回転対称であり、この２つの部品の間に均質化間隙を構成する半径方向のスロットルが生成されるように配置される。間隙の高さ、幅、及び長さが、均質化が行われる容積を決定する。この容積は、有効な均質化が得られるように十分小さくなければならない。間隙の高さを低くすると、均質化すべき液体に加えられる圧力が高くなるが、流量をより多くするには、間隙の高さを高くすることを必要とする。

とりわけ低温殺菌牛乳の均質化では、ＵＨＴ（超高温）処理牛乳と比較して、低い圧力が使用され、同時に流量の増加が意図される。これは、この低圧力、及び増加した流量で、良好なレベルの均質化を得るには、ホモジナイザ・バルブを大きく作成する必要があることを意味し、その結果、間隙の高さは低くなる。しかし、現存の良好に機能するホモジナイザ・バルブを大きくすると、実際に必ずしもうまく機能しないことが判明した。加圧面が大きくなるに従って、生じる力が大きくなり、ホモジナイザ・バルブが大きくなる。同時に、幾つかの要因によって、こうしたホモジナイザ・バルブのコストが上がる。

問題を解決する他の方法は、欧州特許第０３４ ６７５号明細書に示されているように、幾つかの均質化間隙を並列に結合することである。それによって、間隙の長さを延長することができ、従って、間隙の高さを低くすることができる。しかし、並列に結合された均質化間隙を有するこのタイプのホモジナイザ・バルブの良さは、間隙の高さが一定の場合と同じ程度である。レトロストラクチャリング（ｒｅｔｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ）がない、１つの流れ、及び１つの均質化圧力しか可能でない。均質化の結果に有害な影響を与える、不均一で制御不能に摩耗する欠点もある。

スウェーデン特許第５０９ １０３号明細書には、間隙の長さを３倍に増大することができる他の解決法が開示されている。これは、複数の同心の均質化間隙が生成されるように、バルブ・シート及びバルブ・コーンを設計することによって行われる。このホモジナイザ・バルブを様々な流れに対して調整することができる。

欧州特許第０３４ ６７５号 スウェーデン特許第５０９ １０３号

本発明の目的は、低い間隙の高さを得ると同時に、間隙の長さを調整する大きい可能性を与えるホモジナイザ・バルブを実現することである。均質化間隙は、大容量及び低均質化圧力で僅かな間隙の高さを有する。

本発明の他の目的は、圧力及び流量が変わる時に間隙の高さを調整できるようにすることである。

本発明の他の目的は、ホモジナイザ・バルブをより経済的に製造し、摩耗に関して従来技術のバルブの解決法よりも改善された特性を示すことである。

本発明の他の目的は、或る程度の摩耗の後でも均質化圧力を容易に調整できるようにすることである。

本発明の他の目的は、ホモジナイザ・バルブを効率よく洗浄することができ、さもなければ食品取り扱いの非常に厳しい要件を満たすことができるようにすることである。

本発明によれば、上記その他の目的は、序論に記載したタイプのホモジナイザ・バルブに、２つ以上のバルブ・コーンが互いに重ねられる、また２つ以上のバルブ・シートが互いに重ねられて、２つ以上の均質化間隙が生成されるという特徴により達成される。

本発明の好ましい実施例は、さらに、添付の下位クレームに記載された特徴を有する。

次に、添付の図面を参照して、本発明の１つの好ましい実施例を詳細に記載する。

本発明による装置の一部を断面図で示す側面図である。 図１の部分断面図の一部を拡大して示す図である。 図１の部分断面図の一部をさらに拡大して示す図である。 本発明による装置の一部を示す斜視図である。

図面は、単に、本発明の理解に必須の詳細を示すものであり、ホモジナイザ内のホモジナイザ・バルブの位置は、当業者である本明細書の読者に周知であり、省略されている。

図１で示したように、本発明によるホモジナイザ・バルブ１は、本質的に、均質化すべき液体用の入口３、及び出口４、並びに複数のバルブ・コーン５、及び複数のバルブ・シート６を有するバルブ・ハウジング２で構成される。バルブ・コーン５とバルブ・シート６は、それらの間にスロットル、均質化間隙７が生成されるように配置される。

好ましい実施例では、バルブ・シート６は回転対称であり、ホモジナイザ・バルブ１の入口３の延長部を構成する均質化すべき液体用の中央貫流チャネル８を有する。バルブ・シート６は互いに重ねられ、バルブ・ハウジング２に固定される。

バルブ・シート６はさらに斜面１２を示す。斜面１２は、ホモジナイザ・バルブ１の中心の方向に面する。斜面１２は、ホモジナイザ・バルブ１の入口３から離れる方向に面する。斜面は、水平面に対して２０から４５°であり、好ましくは３０°である。バルブ・シート６は、好ましくは、表面処理されたステンレス鋼から製造されるが、他の食品認可された材料でもよい。

バルブ・コーン５も回転対称であり、ホモジナイザ・バルブ１の中心の方向に面するねじ付きの表面９を有する。ホモジナイザ・バルブ１の中心には、ねじ付きのロッド１０が配置され、そのねじはバルブ・コーン５のねじ付きの表面９と噛み合う。噛み合い部分は、Ｏリング型の衛生シール１４によって、中心貫流チャネル８を通過する製品からシールされる。ねじ付きのロッド１０は、シール１４に隣接する空気抜き孔１５を有する。空気抜き孔１５は、空気抜き経路として使用される他に、シール１４に損傷が生じた場合に、漏れを示すために使用することもできる。シール１４が衛生的である点で、食品産業の基準を満たし、従来の装置を使用して洗浄することができる衛生的なホモジナイザ・バルブ１が作成される。

バルブ・コーン５は、ホモジナイザ・バルブ１の中心の方向に面する斜面１３を有する。斜面１３はホモジナイザ・バルブ１の入口３の方向に面する。斜面は、水平面に対して２０から４５°の角度であり、好ましくは３０°の角度である。バルブ・コーン５は、好ましくは、表面処理されたステンレス鋼から製造されるが、他の食品認可された材料でもよい。

バルブ・コーン５はねじ付きのロッド１０と共にねじ込まれ、通常は油圧又は空気ピストン１１によって加圧されるが、比較的簡単な代替例として、ばねで作用する止めねじ、又はグラブねじによって加圧することもできる。バルブ・コーン５は、例えば、シリンダ内の油を媒介としても可動であり、均質化すべき液体中に起きる速い流れの変化を吸収することができる。この伸縮性は、ピストン・ポンプ内に自然に起きる流れの変化に対応するために必要とされる。

バルブ・コーン５とねじ付きのロッド１０は、バルブ・コーン５の斜面１３とバルブ・シート６の斜面１２の間に高さｈの均質化間隙７が生成されるように、バルブ・ハウジング２内に配置される。バルブ・コーン５がバルブ・シート６に対してより近位に、又はそれからより遠位に移動すると、均質化間隙７の高さｈを圧力及び流量と共に変化する。バルブ・コーン５をねじ付きのロッド１０にねじ込むことにより、ホモジナイザ・バルブ１内の全ての均質化間隙７の高さｈを正確に同じ高さにすることができる。

バルブ・コーン５上の斜面１３は、バルブ・シート６上の斜面１２よりも広い。バルブ・コーン５はバルブ・シート６に対して、斜面１３の表面が斜面１２の両側に突き出るように配置される。均質化間隙７を過剰に短くしてはならない。そうすると、摩耗が増加するからである。短い均質化間隙７は振動及び破壊的騒音を起こす恐れもある。

ホモジナイザ・バルブ１のバルブ・ハウジング２内に、幾つかのバルブ・コーン５、及び幾つかのバルブ・シート６が配置される。図１は、６つのバルブ・コーン５、及び６つのバルブ・シート６を示している。その結果、互いに重ねられた６つの均質化間隙７が得られる。本発明によるホモジナイザ・バルブ１は、所望の容量、及び実際の適用に応じて、バルブ・コーン５及びバルブ・シート６の数をより多く、又はより少なくすることができる。バルブ・ハウジング２を部品として製造することによって、より多い、又は少ないバルブ・コーン５、及びバルブ・シート６を簡単に組み立てることができる。

均質化すべき液体は、通常は牛乳であり、ホモジナイザに導入され、約１０〜２５Ｍｐａに加圧される。通常、牛乳は脂肪含量が０．５〜３．５％であり、温度が５５〜８０℃である。

液体は入口３を通して導入され、貫流チャネル８を通過する。その後、液体は、異なる均質化間隙７のうちの１つを通過し、そこで均質化が行われる。その後、液体はチャネル１６内に蓄積される。液体は常に最も単純な経路に流れようとするため、各均質化間隙７を通って液体が比較的一様に分布する。均質化後、液体は、出口４を通ってホモジナイザ・バルブ１から排出される。均質化間隙７に、水平面に対して２０〜４５°、好ましくは３０°の角度を付けることにより、さらに製品の均一な流れが得られる他に、均質化の入口損失が低減される。

間隙の高さｈは、通常、５０〜２００μｍである。通路では、流体の圧力が０Ｍｐａに向かって非常に速く降下し、同時に液体の速度が増加し、その結果、液体が沸騰し始める。液体が間隙７を出ると、速度が減少し、圧力が再び上昇する。液体の沸騰が終わり、液体中の蒸気泡が破裂する。全プロセスがコンマ数秒で行われるが、高流速により渦及びキャビテーションが発生し、液体中に存在する脂肪球がより小さい粒子に分割される激しい工程である。

異なる均質化間隙７の間で液体の一様の分布を得ることによって、増大した間隙の長さが最適に使用されることによって、本発明によるホモジナイザ・バルブ１を有するホモジナイザで従来のホモジナイザ・バルブの数倍の流量を処理することができる。同時に、ホモジナイザ・バルブは、ピストン１１がバルブ・コーン５をバルブ・シート６に対して変位させ、それによって様々な高さｈの均質化間隙７を実現することができる点で、製品の流れの変化を制御することができる。バルブ・コーン５がねじ付きのロッド１０にねじ込まれることにより、全ての均質化間隙７が同じ間隙の高さｈを有する。全てのバルブ・コーン５、並びにねじ付きのロッド１０がユニットとして調整されて、全ての均質化間隙７が常に同じ間隙の高さｈを有するようになされる。

上記から明らかなように、本発明は、現存のホモジナイザの改造に使用することができるが、対応する従来のホモジナイザ・バルブの数倍大きい流量を処理することができるホモジナイザ・バルブを実現するものである。同時に、ホモジナイザ・バルブを圧力及び流量の瞬間的な変化に対して調整することができる。ホモジナイザ・バルブを調整することができる点で、摩耗に関して従来技術のホモジナイザ・バルブよりも優れた特性を示すこともできる。ホモジナイザ・バルブの構造の結果、比較的経済的に製造することもできる。

添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、本発明をさらに変更することができる。

Claims (8)

1. 加圧された可動バルブ・コーン（５）、バルブ・シート（６）、並びに前記バルブ・コーン（５）及び前記バルブ・シート（６）を取り囲むバルブ・ハウジング（２）を備え、前記バルブ・コーン（５）及び前記バルブ・シート（６）が、それらの間に均質化間隙（７）を構成するスロットルが生成されるように配置されるホモジナイザ・バルブ（１）であって、２つ以上のバルブ・コーン（５）が互いに重ねられること、及び２つ以上のバルブ・シート（６）が互いに重ねられて、２つ以上の均質化間隙（７）が生成されることを特徴とする、ホモジナイザ・バルブ（１）。
2. バルブ・コーン（５）とバルブ・シート（６）が回転対称であることを特徴とする、請求項１に記載のホモジナイザ・バルブ（１）。
3. 前記均質化間隙（７）が水平面に対して角度を付けて配置されることを特徴とする、請求項１から２のいずれかに記載のホモジナイザ・バルブ（１）。
4. 前記均質化間隙（７）が水平面に対して２０〜４５°の角度に配置されることを特徴とする、請求項３に記載のホモジナイザ・バルブ（１）。
5. 前記均質化間隙（７）が水平面に対して３０°の角度に配置されることを特徴とする、請求項４に記載のホモジナイザ・バルブ（１）。
6. 前記バルブ・コーン（５）が前記バルブ・ハウジング（２）内の中心に配置されたねじ付きのロッド（１０）にねじ込まれることを特徴とする、請求項１に記載のホモジナイザ・バルブ（１）。
7. 前記バルブ・コーン（５）が、全ての均質化間隙（７）が常に同じ間隙の高さｈを有するように、ピストン（１１）によって前記ねじ付きのロッド（１０）と共に調整されるように配置されることを特徴とする、請求項６に記載のホモジナイザ・バルブ（１）。
8. 前記バルブ・シート（６）が前記バルブ・ハウジング（２）に固定されることを特徴とする、請求項１に記載のホモジナイザ・バルブ（１）。

Images