JP2015136671A

JP2015136671A - 均質化装置

Info

Publication number: JP2015136671A
Application number: JP2014010505A
Authority: JP
Inventors: 太志吉田; Futoshi Yoshida
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: JP6209453B2

Abstract

【課題】メンテナンスを簡素化できる均質化装置を提供すること。
【解決手段】水を加圧して供給する加圧水供給源１１と、加圧された水で駆動し、原料を供給する原料供給装置２２と、加圧された水で駆動し、原料供給装置２２から供給された原料を所定圧に昇圧し、昇圧された原料を吐出する原料昇圧装置２７と、原料昇圧装置２７から吐出された原料を均質化する均質化バルブ２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、食品や医薬品等の原料の均質化を行う均質化装置に関するものである。

従来の均質化装置として、原料を昇圧する昇圧ポンプを電動モータにより駆動し、空気圧を利用して均質化バルブの微小隙間を調整するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１７６２３号公報

しかしながら、このような従来の均質化装置にあっては、昇圧ポンプが電気駆動である一方、均質化バルブの隙間の調整は空気圧により行われているため、電気と空気圧といった複数の駆動源が混在することとなり、メンテナンスが煩雑になるという問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、メンテナンスを簡素化できる均質化装置を提供することを目的とする。

本発明は、作動流体を加圧して供給する加圧作動流体供給源と、加圧された前記作動流体で駆動し、原料を供給する原料供給装置と、加圧された前記作動流体で駆動し、前記原料供給装置から供給された原料を所定圧に昇圧し、昇圧された原料を吐出する原料昇圧装置と、前記原料昇圧装置から吐出された前記原料を微小隙間から噴出することにより前記原料を均質化する均質化バルブと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、均質化装置を駆動する駆動源を統一したので、メンテナンスを簡素化することができる。

本発明の実施形態に係る均質化装置を示す構造図である。本発明の実施形態に係る均質化装置の均質化バルブと微小隙間調整機構を示す構造図である。

以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る均質化装置１００について説明する。

均質化装置１００は、食品や医薬品等の原料を微細化する均質化を行う装置である。後述のように、均質化装置１００を駆動するための各駆動源には、共通の作動流体が供給される。以下の実施形態では、作動流体として水を採用した場合について説明する。なお、作動流体としては、水以外に、オイル等の非圧縮性の流体を用いることができる。

均質化装置１００は、原料を昇圧して供給する原料供給機構１と、原料供給機構１から供給された原料を微小隙間５１から噴出することにより原料を均質化する均質化バルブ２と、均質化バルブ２の微小隙間５１の間隔を調整する微小隙間調整機構３と、原料供給機構１と微小隙間調整機構３の作動を制御する制御装置４と、を備える。

まず、図１を参照して、原料供給機構１について説明する。

原料供給機構１は、原料を貯蔵する原料タンク２１と、原料を送出する原料供給装置２２と、原料供給装置２２から供給された原料を所定圧に昇圧し均質化バルブ２へ供給する原料昇圧装置２７と、原料供給装置２２と原料昇圧装置２７を駆動するための作動流体である水を加圧して供給する加圧作動流体供給源としての加圧水供給源１１と、を備える。

加圧水供給源１１は、高圧蒸気を生成する蒸気発生器１２と、高圧蒸気で作動する蒸気タービン１３と、水タンク１４と、蒸気タービン１３を駆動源とし加圧水を供給する水ポンプ１５と、水ポンプ１５から供給される加圧水の圧力を調整する圧力調整弁１６と、を備える。

蒸気タービン１３は、高圧蒸気ライン１７を通じて蒸気発生器１２と連通しており、蒸気発生器１２から供給された高圧蒸気により回転する。蒸気タービン１３から排出された低圧蒸気は、低圧蒸気ライン１８を通じて排出される。蒸気タービン１３の回転軸は、水ポンプ１５の駆動軸と連結している。

水ポンプ１５は、蒸気タービン１３が回転することで駆動する。水ポンプ１５から吐出された加圧水は、吐出通路１９を通じて原料供給装置２２と原料昇圧装置２７と微小隙間調整機構３へ供給される。

圧力調整弁１６は、吐出通路１９から分岐した流路に配置され、水ポンプ１５から供給される加圧水の圧力が所定の圧力に達した場合に、タンク通路２０を通じて加圧水の一部を水タンク１４へ戻す。

原料供給装置２２は、原料タンク２１内の原料を原料昇圧装置２７へ送出するものである。原料供給装置２２は、水ポンプ１５から供給された加圧水で駆動する水圧モータ２３と、水圧モータ２３により駆動される原料ポンプ２４と、水ポンプ１５から水圧モータ２３への加圧水の供給を制御する原料供給制御弁２５と、を備える。

水圧モータ２３には、吐出通路１９とタンク通路２０とが接続される。吐出通路１９における水ポンプ１５と水圧モータ２３の間には、制御装置４によって制御される原料供給制御弁２５が配置されており、原料供給制御弁２５が開位置に切り換えられると、吐出通路１９を通じて水ポンプ１５から水圧モータ２３へ加圧水が供給され、水圧モータ２３は回転する。

水圧モータ２３の回転軸は、原料ポンプ２４の駆動軸と連結している。原料ポンプ２４は、水圧モータ２３の回転に伴い、原料タンク２１から原料を吸入し、原料吸入ライン２６を通じて原料昇圧装置２７へ原料を送出する。

原料昇圧装置２７は、水ポンプ１５から供給される加圧水で駆動し原料供給装置２２から供給された原料を昇圧する原料昇圧シリンダ２８と、原料昇圧シリンダ２８に対する加圧水の給排を制御する昇圧制御弁３７と、原料昇圧シリンダ２８の吐出圧力を検出する吐出圧検出器４３と、を備える。

原料昇圧シリンダ２８は、中央に円筒状に形成された加圧水室３１と、加圧水室３１の両側に隔壁３４を挟んで形成された殺菌室３２と、殺菌室３２の加圧水室３１と反対側に隔壁３５を挟んで形成された昇圧室３０と、を有する。

加圧水室３１内には昇圧ピストン３３ａが摺動自在に配置されており、加圧水室３１は、昇圧ピストン３３ａによって第１加圧水室３１ａと第２加圧水室３１ｂとに区画される。昇圧ピストン３３ａの両側には、先端側が殺菌室３２内を貫通して昇圧室３０内に至り、各隔壁３４，３５に設けられた摺動孔３６よって摺動自在に支持される昇圧ロッド３３ｂがそれぞれ結合される。昇圧ピストン３３ａ及び昇圧ロッド３３ｂがピストンロッドに該当する。

第１加圧水室３１ａと第２加圧水室３１ｂとには、それぞれ、第１給排通路４２ａと第２給排通路４２ｂとが接続されており、これらの給排通路を通じて加圧水が給排される。

殺菌室３２には、蒸気タービン１３から排出された低圧の蒸気が流通する低圧蒸気ライン１８と、殺菌室３２内に流入した余剰の蒸気を排出する蒸気排出ライン３８と、が接続される。殺菌室３２内には、低圧蒸気ライン１８を通じて蒸気タービン１３から排出された蒸気が常に供給されるので、殺菌室３２内に露出している昇圧ロッド３３ｂの表面は蒸気により殺菌される。殺菌室３２へは蒸気に代えて、オゾン水などの殺菌作用を有する液体を供給する構成としてもよい。この場合、殺菌室３２内にオゾン水を供給するために、低圧蒸気ライン１８を通じて殺菌室３２へオゾン水を供給する装置を別途追加してもよいし、または、作動流体としてオゾン水を採用し、吐出通路１９から分岐した通路を通じてオゾン水を殺菌室３２へ供給し、低圧蒸気ライン１８を不要とした構成としてもよい。

昇圧室３０には、原料供給装置２２から供給される原料が流通する原料吸入ライン２６と、昇圧室３０から吐出された原料を均質化バルブ２へ導く原料吐出ライン３９と、が接続されている。原料吸入ライン２６には、原料ポンプ２４から昇圧室３０への原料の供給を許容し、その逆流を阻止する吸入弁４０が設けられる。原料吐出ライン３９には、昇圧室３０から均質化バルブ２への原料の供給を許容し、その逆流を阻止する吐出弁４１が設けられる。

吸入弁４０と昇圧室３０との間の原料吸入ライン２６と、吐出弁４１と昇圧室３０との間の原料吐出ライン３９は昇圧室３０に至る前に接続されている。これに代えて、原料吸入ライン２６と原料吐出ライン３９とを昇圧室３０までそれぞれ独立させた構成としてもよい。

昇圧制御弁３７は、吐出通路１９を通じて水ポンプ１５と連通する供給ポート、タンク通路２０を通じて水タンク１４と連通する排出ポート、第１給排通路４２ａを通じて第１加圧水室３１ａと連通する第１給排ポート、及び第２給排通路４２ｂを通じて第２加圧水室３１ｂと連通する第２給排ポート、の４ポートを有する。また、昇圧制御弁３７は、給排を遮断する中立位置３７ａと、第１加圧水室３１ａに加圧水を供給し、第２加圧水室３１ｂの容積が減少する方向に昇圧ピストン３３ａ及び昇圧ロッド３３ｂを移動させる第１位置３７ｂと、第２加圧水室３１ｂに加圧水を供給し、第１加圧水室３１ａの容積が減少する方向に昇圧ピストン３３ａ及び昇圧ロッド３３ｂを移動させる第２位置３７ｃと、の３位置を有する電磁弁である。

吐出圧検出器４３は、昇圧室３０内の圧力を測定できる箇所に設置され、その検出値は、制御装置４に入力される。

制御装置４は、原料供給制御弁２５の動作を制御するとともに、吐出圧検出器４３の検出値に基づいて、原料昇圧シリンダ２８から吐出された原料の圧力または流量が予め定められた所定の吐出圧力または吐出流量となるように昇圧制御弁３７の切り換え速度や切り換え頻度を制御する。

次に、図２を参照して、均質化バルブ２と微小隙間調整機構３について説明する。

均質化バルブ２は、微小隙間５１へ原料を供給する原料供給路５３が形成されたシート部材５２と、シート部材５２とともに微小隙間５１を画定するバルブ部材５４と、微小隙間５１を通過した原料が衝突するブレーカリング５５と、均質化された原料を排出する原料排出路５７が形成されたハウジング５６と、を備える。

シート部材５２はハウジング５６に固定され、シート部材５２には、原料供給路５３が形成される。原料供給路５３の一端には、原料昇圧シリンダ２８の昇圧室３０と連通する原料吐出ライン３９が接続される。原料昇圧装置２７によって昇圧された原料は、原料供給路５３の一端から供給され他端から流出する。シート部材５２から原料が流出する側には微小隙間５１を画定するための端面５２ａが形成される。

バルブ部材５４は、シート部材５２の端面５２ａに対抗して配置される隙間形成部５４ａと、ハウジング５６に形成された摺動孔５８に摺動自在に支持される摺動部５４ｂとを有する。隙間形成部５４ａのシート部材５２側の端面５４ｃとシート部材５２の端面５２ａとにより微小隙間５１が画定される。バルブ部材５４は、ハウジング５６に対して摺動する摺動部５４ｂを有しているので、微小隙間５１の間隔が変化する方向に移動可能である。

シート部材５２の端面５２ａとバルブ部材５４の隙間形成部５４ａの端面５４ｃは共に平面であり、微小隙間５１は原料供給路５３の軸方向に対して垂直に形成されている。なお、微小隙間５１を画定する端面の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、原料供給路５３の軸方向に対して端面が傾斜しているものや端面に凹凸があるものなど、端面同士が対抗して配置され、原料が通過する隙間が形成されればどのような形状でもよい。

ブレーカリング５５は、原料の微細化を促進するものであり、微小隙間５１を通過した原料が衝突する位置に配置される。

ハウジング５６には、バルブ部材５４の摺動部５４ｂを支持する摺動孔５８と、この摺動孔５８と連通し、摺動孔５８よりも大径のシリンダ室５９が形成される。シリンダ室５９内には伝達ピストン６２ａが摺動自在に配置されており、シリンダ室５９は伝達ピストン６２ａによって圧力伝達室５９ａとスプリング室５９ｂとに区画される。

伝達ピストン６２ａには、先端側が摺動孔５８内に摺動自在に挿入される伝達ロッド６２ｂが結合される。伝達ロッド６２ｂの先端は摺動孔５８内でバルブ部材５４の摺動部５４ｂの端面に当接している。

圧力伝達室５９ａには、微小隙間調整機構３で増圧された水圧が作用しており、この圧力は、伝達ピストン６２ａ及び伝達ロッド６２ｂを介してバルブ部材５４に作用する。

スプリング室５９ｂは、ハウジング５６に形成された呼吸孔６１を通じて大気に開放されており、その内部には伝達ピストン６２ａを圧力伝達室５９ａの容積が減少する方向に付勢するスプリング６３が配置されている。スプリング室５９ｂ内には呼吸孔６１を通じて空気が自由に出入りするので、伝達ピストン６２ａが移動することによりスプリング室５９ｂの容積が変化しても、スプリング室５９ｂ内の空気が伝達ピストン６２ａの動きを妨げることはない。

本実施形態では、圧力伝達室５９ａ内の水圧をバルブ部材５４に伝達するために伝達ピストン６２ａ及び伝達ロッド６２ｂを設けている。これに代えて、伝達ピストン６２ａ及び伝達ロッド６２ｂを介さずに圧力伝達室５９ａ内の水圧をバルブ部材５４の摺動部５４ｂの端面に直接作用させる構成としてもよい。その場合、スプリング室５９ｂ、スプリング６３、呼吸孔６１は設けられず、摺動孔５８に連通する圧力伝達室５９ａのみが設けられ、圧力伝達室５９ａ内の水圧が摺動孔５８を通じてバルブ部材５４の摺動部５４ｂの端面に作用することになる。

微小隙間調整機構３は、加圧水が供給されることで圧力伝達室５９ａに密閉された水を増圧する増圧シリンダ７３と、増圧シリンダ７３に対する加圧水の給排を制御する増圧制御弁７１と、圧力伝達室５９ａへの加圧水の供給を制御する給水制御弁８０と、圧力伝達室５９ａから水タンク１４への水の排水を制御する排水制御弁８２と、微小隙間５１の間隔に関連する値を検出する検出器としてのバルブ部材位置センサ８３と、を備える。

増圧シリンダ７３は、増圧室７４と加圧水室７５とが形成されたシリンダ部材７６と、加圧水室７５内に摺動自在に挿入され、加圧水室７５を第１加圧水室７５ａと第２加圧水室７５ｂとに仕切る増圧ピストン７７ａと、一端が増圧ピストン７７ａに結合され他端側が増圧室７４内に摺動自在に挿入される増圧ロッド７７ｂと、を備える。

増圧室７４は、均質化バルブ２のハウジング５６内に形成された圧力伝達室５９ａと連通路７８を通じて連通している。連通路７８を通じて連通した形態に代えて、増圧室７４と圧力伝達室５９ａとを一体的に形成してこれらを一つの圧力室とした形態としてもよい。

増圧制御弁７１は、吐出通路１９を通じて水ポンプ１５と連通する供給ポート、タンク通路２０を通じて水タンク１４と連通する排出ポート、第１給排通路７２ａを通じて第１加圧水室７５ａと連通する第１給排ポート、及び第２給排通路７２ｂを通じて第２加圧水室７５ｂと連通する第２給排ポート、の４ポートを有する。また、増圧制御弁７１は、給排を遮断する中立位置７１ａと、増圧室７４内の圧力を上昇させる方向に増圧ピストン７７ａを移動する第１位置７１ｂと、増圧室７４内の圧力を低下させる方向に増圧ピストン７７ａを移動する第２位置７１ｃとの３位置を有する電磁弁である。

給水制御弁８０は、圧力伝達室５９ａ、増圧室７４及び連通路７８からなる密閉空間と吐出通路１９とを連通する給水流路７９に設けられる。制御装置４により給水制御弁８０が開位置に切り換えられると給水流路７９を通じて密閉空間へ加圧水が供給される。

排水制御弁８２は、圧力伝達室５９ａ、増圧室７４及び連通路７８からなる密閉空間とタンク通路２０とを連通する排水流路８１に設けられる。制御装置４により排水制御弁８２が開位置に切り換えられると密閉空間内の水が排水流路８１及びタンク通路２０を通じて水タンクへ戻る。

圧力伝達室５９ａ、増圧室７４及び連通路７８からなる密閉空間には、その内部圧力を検出する増圧圧力センサ８４が取り付けられる。シリンダ部材７６には、増圧ピストン７７ａの位置を検出する増圧ピストン位置センサ８５が取り付けられる。増圧圧力センサ８４及び増圧ピストン位置センサ８５の検出値は制御装置４に入力される。

バルブ部材位置センサ８３は、均質化バルブ２のハウジング５６に取り付けられる。バルブ部材位置センサ８３は、ハウジング５６に対するバルブ部材５４の位置を検出するものであり、バルブ部材５４の隙間形成部５４ａとハウジング５６との間の距離を検出している。これに代えて、バルブ部材５４の他の部分とハウジング５６との間の距離を検出するセンサや、バルブ部材５４とシート部材５２との間の距離である微小隙間５１の間隔を直接検出するセンサを採用してもよい。

制御装置４は、バルブ部材位置センサ８３の検出値に基づいて微小隙間５１の間隔を算出し、算出された微小隙間５１の間隔が予め定められた所定の間隔となるように増圧制御弁７１を制御する。

均質化装置１００内の摺動する部材には、原料や高圧水、増圧水の漏れや混合を防止するために、図示しないシール部材が設けられる。

次に、図１及び図２を参照して均質化装置１００による原料の均質化について説明する。

蒸気発生器１２から蒸気タービン１３へ高圧蒸気が供給されると、蒸気タービン１３が回転し、それに伴い水ポンプ１５が駆動する。水ポンプ１５から吐出された加圧水は、吐出通路１９を通じて原料供給装置２２と原料昇圧装置２７に供給される。

この状態で制御装置４により原料供給制御弁２５が開位置に切り換えられると、水圧モータ２３に加圧水が供給され、水圧モータ２３が回転する。これに伴って原料ポンプ２４が駆動し、原料タンク２１内の原料が原料ポンプ２４によって送出される。送出された原料は、吸入弁４０及び原料吸入ライン２６を通じて原料昇圧シリンダ２８の昇圧室３０へ供給される。

昇圧室３０に供給された原料は、水ポンプ１５から第１加圧水室３１ａ及び第２加圧水室３１ｂへの加圧水の給排を制御することにより昇圧される。

具体的には、制御装置４により昇圧制御弁３７が第１位置３７ｂに切り換えられると、第１加圧水室３１ａと吐出通路１９とが連通し、第２加圧水室３１ｂとタンク通路２０とが連通するので、第１加圧水室３１ａ内の圧力が第２加圧水室３１ｂ内の圧力よりも高くなる。このため、昇圧ピストン３３ａ及び昇圧ロッド３３ｂは、第２加圧水室３１ｂの容積を減少する方向（図１における右方向）に移動することになる。昇圧ロッド３３ｂが移動したことにより容積が減少する昇圧室３０（図１における右側）からは原料が吐出され、容積が増加した昇圧室３０（図１における左側）には原料が吸入される。この後、制御装置４により昇圧制御弁３７が第２位置３７ｃに切り換えられると、昇圧ピストン３３ａ及び昇圧ロッド３３ｂは、反対方向に移動する。このとき、原料を吐出した昇圧室３０には原料吸入ライン２６を通じて原料が新たに吸入され、原料を吸入していた昇圧室３０からは原料が吐出される。この動作を繰り返すことにより、昇圧ピストン３３ａ及び昇圧ロッド３３ｂは往復動し、昇圧室３０に供給された原料は昇圧され、吐出弁４１及び原料吐出ライン３９を通じて均質化バルブ２へ供給される。

原料昇圧装置２７によって昇圧され、均質化バルブ２に供給された原料は、原料供給路５３を通じて微小隙間５１に導かれ、微小隙間５１から噴出した原料は、ブレーカリング５５に衝突する。この過程を経て微細化された原料は、原料排出路５７を通じて、均質化バルブ２の外に排出され、図示しない原料回収タンクに回収される。

一方で、蒸気タービン１３から排出された低圧の蒸気は、低圧蒸気ライン１８を通じて殺菌室３２に供給される。殺菌室３２内に供給された蒸気は、殺菌室３２内に露出した昇圧ロッド３３ｂの周囲を通過し、蒸気排出ライン３８を通じて排出される。この過程で昇圧ロッド３３ｂの表面は、蒸気により殺菌される。このため、昇圧ロッド３３ｂが昇圧室３０と殺菌室３２とを行き来しても昇圧室３０内の原料へ雑菌等が侵入することを防止することができる。殺菌に用いられる蒸気は、水ポンプ１５を駆動するために用いられた蒸気を再利用するので、殺菌室３２に蒸気を供給する装置を別途設ける必要がなくなり、装置の製造コスト及びランニングコストを低減することができる。

次に、微小隙間調整機構３による微小隙間５１の調整方法について説明する。

制御装置４は、微小隙間５１を調整する前に、増圧圧力センサ８４および増圧ピストン位置センサ８５の検出値に基づいて、圧力伝達室５９ａ、増圧室７４及び連通路７８からなる密閉空間に十分な水が注入されているか否かを判断する。増圧圧力センサ８４の検出値が所定の圧力以上であり、かつ、増圧ピストン位置センサ８５により増圧ピストン７７ａの位置が所定の範囲内にあることが検出されれば、十分な水が注入されていると判断し、増圧圧力センサ８４の検出値が所定の圧力未満であるか、または、増圧ピストン位置センサ８５により増圧ピストン７７ａの位置が所定の範囲内にないことが検出されれば、十分な水が注入されていないと判断する。十分な水が注入されていないと判断された場合には、給水制御弁８０を開位置に切り換え、密閉空間内に加圧水を補充する。なお、増圧圧力センサ８４および増圧ピストン位置センサ８５の検出値に関わらず、微小隙間５１を調整する前に必ず給水制御弁８０を開位置に切り換えて密閉空間内へ加圧水を補充するようにしてもよい。

密閉空間内に十分な水が注入されていると判断された場合、制御装置４は、バルブ部材位置センサ８３の検出値に基づいて、微小隙間５１の間隔が予め定められた所定の間隔となるように増圧制御弁７１を制御する。

具体的には、バルブ部材位置センサ８３の検出値から微小隙間５１の間隔を算出し、算出された微小隙間５１の間隔が所定の間隔よりも大きいと判定された場合、制御装置４は、水ポンプ１５から供給される加圧水が第１加圧水室７５ａに供給され、第２加圧水室７５ｂ内の水が水タンク１４へ戻るように増圧制御弁７１の位置を第１位置７１ｂに切り換える。

第１加圧水室７５ａの圧力が第２加圧水室７５ｂの圧力よりも高くなることで、増圧ピストン７７ａ及び増圧ロッド７７ｂは、増圧室７４内に密閉された水を加圧する方向（図１における左方向）に移動する。増圧室７４の圧力が上昇すると、増圧室７４と連通している圧力伝達室５９ａ内の圧力も上昇するため、圧力伝達室５９ａ内の圧力が作用する伝達ピストン６２ａ及び伝達ロッド６２ｂは、スプリング６３の付勢力に抗してスプリング６３を圧縮する方向（図１における左方向）に移動する。

伝達ロッド６２ｂはバルブ部材５４と当接しているので、伝達ピストン６２ａ及び伝達ロッド６２ｂが移動することによりバルブ部材５４も同じ方向に移動する。この結果、バルブ部材５４の端面５４ｃとシート部材５２の端面５２ａとで画定される微小隙間５１の間隔は狭くなる。

一方、算出された微小隙間５１の間隔が所定の間隔よりも小さいと判定された場合、制御装置４は、第２加圧水室７５ｂに加圧水が供給され、第１加圧水室７５ａ内の水が水タンク１４へ戻るように増圧制御弁７１の位置を第２位置７１ｃに切り換える。

第２加圧水室７５ｂの圧力が第１加圧水室７５ａの圧力よりも高くなることで、増圧ピストン７７ａ及び増圧ロッド７７ｂは、増圧室７４内に密閉された水を減圧する方向（図１における右方向）に移動する。増圧室７４の圧力が下がると、増圧室７４と連通している圧力伝達室５９ａ内の圧力も下がるため、圧力伝達室５９ａ内の圧力が作用する伝達ピストン６２ａ及び伝達ロッド６２ｂは、スプリング６３の付勢力により圧力伝達室５９ａの容積を減少させる方向（図１における右方向）に移動する。

伝達ロッド６２ｂとバルブ部材５４とは当接しており、バルブ部材５４の隙間形成部５４ａの端面５４ｃには、原料の供給圧力が作用しているのでバルブ部材５４は伝達ピストン６２ａ及び伝達ロッド６２ｂと同じ方向に移動する。この結果、バルブ部材５４の端面５４ｃとシート部材５２の端面５２ａとで画定される微小隙間５１の間隔は広がる。

このようにして、制御装置４は微小隙間５１が所定の間隔となるように増圧制御弁７１を制御する。増圧制御弁７１の制御は、上述のように単に増圧制御弁７１の位置を切り換える以外に、バルブ部材位置センサ８３の検出値の大きさに応じて、増圧制御弁７１を比例的に制御し、第１加圧水室７５ａ及び第２加圧水室７５ｂに流出入する加圧水の流量及び圧力を調節するようにしてもよい。また、所定の間隔は、制御装置４に予め記憶させておいてもよく、または、外部から入力してもよい。

また、制御装置４は、均質化装置１００による原料の均質化を終了した後、排水制御弁８２を開位置に制御することにより、圧力伝達室５９ａ、増圧室７４及び連通路７８からなる密閉空間内の水を水タンクへ戻す。この制御は、均質化の終了の都度ではなく、所定のメンテナンス期間毎に行ってもよい。

本実施形態では、微小隙間５１の間隔に関連する値を検出する検出器としてバルブ部材位置センサ８３を用いているが、これに代えて、圧力伝達室５９ａ、増圧室７４及び連通路７８からなる密閉空間内の圧力を検出する増圧圧力センサ８４、均質化バルブ２の上流側の原料圧力と下流側の原料圧力の圧力差を検出する図示しない差圧センサ、均質化バルブ２に供給される原料の圧力を検出する図示しない原料供給圧力センサを用いてもよい。

増圧圧力センサ８４を用いる場合には、圧力伝達室５９ａ、増圧室７４及び連通路７８からなる密閉空間内の圧力の増減に応じて伝達ピストン６２ａの受圧面に作用する力と、スプリング６３の付勢力と、のバランスにより微小隙間５１の間隔は変化することから、制御装置４にこれらの相関を示すマップを格納しておく。制御装置４は、増圧圧力センサ８４の検出値に基づいて、微小隙間５１の間隔をマップから求め、この間隔が予め定められた所定の間隔となるように増圧制御弁７１を制御する。制御方法はこれに限定されず、増圧圧力センサ８４の検出値が所定の目標値となるようにフィードバック制御を行うなど、目標値に収束させる公知の制御方法を用いてもよい。

差圧センサを用いる場合には、微小隙間５１の間隔が小さくなると原料の流路抵抗が増加するため、均質化バルブ２の上流側の原料圧力と下流側の原料圧力の圧力差は大きくなり、微小隙間５１の間隔が大きくなると原料の流路抵抗が低下するため、均質化バルブ２の上流側の原料圧力と下流側の原料圧力の圧力差は小さくなることから、制御装置４にこれらの相関を示すマップを格納しておく。制御装置４は、差圧センサの検出値に基づいて、微小隙間５１の間隔をマップから求め、この間隔が予め定められた所定の間隔となるように増圧制御弁７１を制御する。制御方法はこれに限定されず、差圧センサの検出値が所定の目標値となるようにフィードバック制御を行うなど、目標値に収束させる公知の制御方法を用いてもよい。

原料供給圧力センサを用いる場合には、微小隙間５１の間隔が小さくなると原料の流路抵抗が増加するため、原料の供給圧力が上昇し、微小隙間５１の間隔が大きくなると原料の流路抵抗が低下するため、原料の供給圧力が低下することから、制御装置４にこれらの相関を示すマップを格納しておく。制御装置４は、原料供給圧力センサの検出値に基づいて、微小隙間５１の間隔をマップから求め、この間隔が予め定められた所定の間隔となるように増圧制御弁７１を制御する。制御方法はこれに限定されず、原料供給圧力センサの検出値が所定の目標値となるようにフィードバック制御を行うなど、目標値に収束させる公知の制御方法を用いてもよい。

微小隙間５１の間隔に関連する値を検出する検出器としては、微小隙間５１の間隔に関連する値を検出するものであればどのようなセンサでもよく、上述のセンサに限定されるものではない。また、これらのセンサを複数組み合わせて用いてもよく、その場合、微小隙間５１の間隔を精度よく求めることができる。

以上の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

均質化装置１００を駆動する駆動源を一つに統一したので、電気や空気圧、油圧といった駆動源を複合的に使用する装置に比べて装置の管理や保守といったメンテナンスが簡素化されるとともに、メンテナンスにかかる費用が削減されるためランニングコストを抑えることができる。

また、作動流体として水を用いた場合には、均質化装置１００をクリーンルーム内で使用した場合であっても、作動流体が水であるため、安価に入手が可能で、漏れや飛散が生じても清掃や排水が容易であり、高い衛生性を保つことができる。さらに、水を用いた場合は、加熱して蒸気として利用することも可能であるとともに、他の作動流体と比較し、蒸気となった場合でも安全性が高い。

また、空気と比べて圧縮性の影響の少ない水を作動流体として用いて微小隙間５１の間隔を制御した場合、バルブ部材５４の端面５４ｃに作用する原料供給圧力が変化した場合でも微小隙間５１の間隔が変動することがない。このため、安定した原料の均質化を実現することができる。

また、微小隙間５１を調整する前に、圧力伝達室５９ａ、増圧室７４、及び連通路７８からなる密閉空間内の圧力に応じて、密閉空間内へ加圧水を補充し、均質化装置１００による原料の均質化を終了した後、密閉空間内の水を排水するので、注水及び排水作業が不要になるなどメンテナンスを簡素化することができる。

また、原料昇圧装置２７に殺菌室３２を設け、殺菌室３２内に露出する昇圧ロッド３３ｂの表面を蒸気により殺菌しているので、原料を昇圧する昇圧室３０内への雑菌等の侵入を防止することができる。

また、殺菌に用いられる蒸気は、水ポンプ１５を駆動するために用いられた蒸気を再利用するので、殺菌室３２に蒸気を供給する装置を別途設ける必要がなくなり、装置の製造コスト及びランニングコストを低減することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明に係る均質化装置は、食品や医薬品等の原料を微細化する均質化を行う装置として用いることができる。

１００均質化装置
１原料供給機構
２均質化バルブ
３微小隙間調整機構
４制御装置
１１加圧水供給源（加圧作動流体供給源）
１９吐出通路
２０タンク通路
２１原料タンク
２２原料供給装置
２７原料昇圧装置
２８原料昇圧シリンダ
３３ａ昇圧ピストン
３３ｂ昇圧ロッド
３７昇圧制御弁
５１微小隙間
５４バルブ部材
５９ａ圧力伝達室
７１増圧制御弁
７３増圧シリンダ
８３バルブ部材位置センサ（検出器）

Claims

作動流体を加圧して供給する加圧作動流体供給源と、
加圧された前記作動流体で駆動し、原料を供給する原料供給装置と、
加圧された前記作動流体で駆動し、前記原料供給装置から供給された原料を所定圧に昇圧し、昇圧された原料を吐出する原料昇圧装置と、
前記原料昇圧装置から吐出された前記原料を微小隙間から噴出することにより前記原料を均質化する均質化バルブと、を備えることを特徴とする均質化装置。
前記原料昇圧装置は、
加圧された前記作動流体が流出入する圧力室と、前記圧力室の両側に配置され、前記原料を昇圧する昇圧室と、が形成されたシリンダと、
前記シリンダ内に摺動自在に配置され、前記圧力室への加圧された前記作動流体の給排に応じて一方の前記昇圧室の容積を減少させて前記原料を昇圧するとともに、他方の前記昇圧室の容積を増加させて前記原料を吸入するように移動するピストンロッドと、
前記圧力室への加圧された前記作動流体の給排を制御して、前記ピストンロッドの往復動を制御する昇圧制御弁と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の均質化装置。
前記シリンダは、
前記圧力室と前記昇圧室との間に前記ピストンロッドの一部が露出する殺菌室をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の均質化装置。
蒸気を発生させる蒸気発生器をさらに備え、
前記殺菌室には、前記蒸気が供給されることを特徴とする請求項３に記載の均質化装置。
前記加圧作動流体供給源は、前記蒸気により駆動されることを特徴とする請求項４に記載の均質化装置。
前記均質化バルブの前記微小隙間の間隔を調整する微小隙間調整機構をさらに備え、
前記均質化バルブは、
前記原料を前記微小隙間へ供給する原料供給路と、
前記原料供給路に対抗して配置され、前記微小隙間を画定する隙間形成部が一端に形成され、前記微小隙間の間隔が変化する方向に移動可能に支持されるバルブ部材と、
前記バルブ部材の前記一端と反対側の他端に対して加圧された前記作動流体の圧力を作用させる圧力伝達室と、を有し、
前記微小隙間調整機構は、
加圧された前記作動流体が供給されることで前記圧力伝達室に密閉された作動流体を増圧する増圧シリンダと、
前記増圧シリンダに対する加圧された前記作動流体の給排を制御する増圧制御弁と、
前記微小隙間の間隔に関連する値を検出する検出器と、
前記検出器の検出値に基づいて前記微小隙間の間隔が予め定められた所定の間隔となるように前記増圧制御弁を制御する制御装置と、を有することを特徴とする請求項１から５の何れか１つに記載の均質化装置。
前記作動流体は水であることを特徴とする請求項１から６の何れか１つに記載の均質化装置。