JP4393592B2 - 均質化弁 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は均質化弁に関し、この弁は、加圧された、運動可能の弁円錐体と、弁座と、前記円錐体と弁座とを収容する弁ハウジングとからなり、前記円錐体と弁座とはそれらの間に均質化空隙を構成する絞りが形成されるように配置されている。
背景技術
均質化は長い間使用されてきた工業プロセス、例えば牛乳のような脂肪乳状液においてより大きな脂肪小球体をより小さな脂肪小球体に分割し、そのような手段によって脂肪乳状液を安定化するようにするプロセスである。例えば、牛乳については、このことはクリームの沈殿が阻止されること、かつ今日の全ての消費者牛乳の大部分が均質化されていることを意味する。
均質化は通常機械的な処理によって行われ、高度の入力圧がかけられた脂肪乳状液が極めて緊密な空隙を通して高速で強制的に通過するようにされ、そこで高速のため発生する乱流と、液体中で破裂するキャビテーションした泡によって乳状液の脂肪小球体が分裂される。このプロセスは極めて短時間に行われ、この時間の間に発生することといえば通過中の脂肪乳状液の速度が増加し、一方、圧力が低下することであり、その結果液体は沸騰する。
均質化装置は基本的に、高圧を発生させる大型のピストンポンプと、均質化自体が行われる逆圧装置とから構成される。逆圧装置、すなわち均質化弁の方は、加圧された弾性の弁円錐体と、弁座と、ウエアリングと（wearring）、前記弁円錐体と弁座とを囲む弁ハウジングとから構成される。弁円錐体と弁座とは通常回転対称形であり、これら二つの部材の間に均質化空隙を構成する半径方向の絞りが形成されるように配置されている。前記空隙の高さと、幅と、長さとは均質化が行われる容積を規定する。この容積は効率的な均質化を行なうために出来る限り小さくあるべきである。前記空隙の高さは、均質化すべき液体の圧力がより高いと低くされ、同時に流量がより大きいと空隙の高さが増加したことを意味する。
ＵＨＴ処理牛乳と比較して、特に殺菌された牛乳の均質化においては、流量を大きくする意図であると同時により低い圧力が使用される。このことは、均質化弁は大型化する必要があり、そのため圧力を低くして、流量を増加する中で完全な均質化を得るために空隙の高さは低くされることを意味する。しかしながら、既存の十分機能している均質化弁を大型化することは実際には必ずしも満足に作動するとは限らないことが判明している。より大きな加圧された面が得られれば得られる程、発生する力はより大きくなり、均質化弁は更に大型にする必要がある。同時に、そのような均質化弁のコストは数種の要素によって増加する。
問題を解決する別の方法は多数の均質化空隙を平行に接続することであり、そのような手段によって空隙の長さを延長することが可能で、そのため空隙の高さを低下させる。しかしながら、平行に接続した均質化空隙を備えたこのタイプの均質化弁は固定された空隙高さと変わりなく、不均一で調整不能な形で摩耗を蒙るという欠点があり、これは均質化の結果にマイナスに影響する。
スエーデン特許出願第ＳＥ−9600792―7号は空隙の長さを延長しうる別の方法を開示しており、均質化空隙は半径方向の絞りに亘って波状形とされている。
発明の目的
本発明の一つの目的は、均質化空隙の高さが低いが、圧力と流量とが変動すると変更しうる均質化弁を実現することである。
本発明の別の目的は、標準タイプの既存均質化弁に改装しうるが、可成り長い空隙長さを有し、そのため可成り大型の弁であればかかるであろう大きなコストがかかることなく、はるかに大きな流量に対して使用しうるような弁座を構成することである。
本発明の更に別の目的は、均質化弁が効率的な洗浄を可能とし、あるいは食品の取り扱いに課せられる極めて高度の要件を満足する均質化弁を提供することである。
解決方法
前記およびその他の目的は、序論において説明したタイプの均質化弁が均質化空隙が絞りに沿って同心状に配置されるという特徴を与えることで本発明によって達成される。
本発明の好適実施例には更に、請求の範囲の従属項に記載の特徴が付与されている。
添付図面の簡単な説明
本発明の一好適実施例を、添付図面を参照して以下詳細に説明する。
図１は本発明による装置を部分的に断面で示す側面図、
図２は図１のＡで囲った細部の部分的に断面で示す拡大図、
図３は弁円錐体の一部の上面図、
図４は弁座の上面図である。
図面は本発明の理解に必要な細部のみを示しており、当該技術分野の専門家には周知である均質化装置に均質化弁を位置させることは省略している。
好適実施例の説明
図１に示す本発明による均質化弁１は実質的に、均質化すべき液体のための入り口３および出口４を備えた弁ハウジング２と、弁円錐体５と弁座６とから構成されている。弁円錐体５と弁座６とは、それらの間で均質化空隙７が形成されるように配置されている。
好適実施例において、弁座６は回転対称形であり、均質化すべき液体のための中央の貫通した流路８を有しており、均質化弁１の入り口３の延長部分を構成している。中央平面９に対して、弁座６は該中央平面９の両側で同一となるように構成され、従って、弁ハウジング２において反転可能であり、このことは弁座６の寿命が倍になることを意味する。弁座６はその周囲に向って、最外側において、カラー１０が設けられており、これは従来の均質化弁におけるウエアリングと同じ機能を行い、そのためこの部材と代替する。
カラー１０の内部において、弁座６は２つから５つの間の小高い部分１１を有している。これらの小高い部分１１は均質化空隙７の境界部を構成している。図４に示すように、小高い部分１１は貫通した流路８の周りで同心状に配置され、好適実施例においてはその数は３個である。小高い部分１１は、カラー１０に最も近接した高さ部分１１ａがカラー１０と完全に隣接した弁座の部分１２に位置するように配置されている。小高い部分１１ｂおよび１１ｃは、狭くて相互に接続するブリッジ１４を介してのみ部分１２に連がった部分１３に位置している。部分１２と１３との間には、均質化すべき液体の部分に対する流路１５が提供される。
小高い部分１１は好適実施例に示すように、かつ図２において詳細を示すように構成することが可能で僅かに上方の平面が周りの面に対してある角度を付けている。これに代えて、小高い部分１１は上面がより広くし、周りの面に対して真直の境界を備えるよう構成可能である。
これも回転対称形である弁円錐体５は油圧あるいは空気圧ピストン２６によって通常加圧されるが、同様にばねを介して止めねじによって加圧することが出来る。弁円錐体５はまた、例えば均質化すべき液体において発生する急速な流量変動を吸収するためにシリンダにおける油によって運動可能である。このような弾性は自然にピントンポンプにおいて発生する流量変動に対処する上で必要である。
弁円錐体５は、高さｈの同心状で配置された均質化空隙７が弁円錐体５と弁座６の小高い部分１１との間で形成されるように、弁ハウジング２に位置されている。弁座６に向って面している弁円錐体５の側は、均質化空隙７の第２の境界形成物を構成している。均質化空隙７の高さｈは弁円錐体５が弁座６に向って近く、あるいは弁座６から離れるよう運動するという点において圧力と流量との変動と共に変動可能である。好適実施例において、弁座６は３つの同心状に配置された均質化空隙７を有している。
好適実施例において、弁円錐体５は、弁座６に向って面している下側部分が個別のユニット１６から構成されており、該ユニットは弁円錐体５の中央部分１７に固定されている。ユニット１６は、例えば図１に示すように、ねじ１８によって固定することが出来る。中央平面１９から、ユニット１６は、中央平面１９の両側において同一であり、従って反転可能であるように構成されており、これは弁円錐体５のユニット１６の寿命が２倍になることを意味する。
図３に示すように、弁円錐体５のユニット１６は全体の中央部分２０と、該中央部分２０を同心状に囲み、狭い相互接続のブリッジ２２を介してのみ中央部分２０と連がっている部分２１とを有するように構成されている。これらの部分２０と２１との間には、均質化された液体のための流路２３が形成される。
通常は牛乳である均質化すべき液体は均質化装置中へ導入され、そこで約１０―２５Ｍｐａまで加圧される。通常牛乳は０．５−３．５％の脂肪含有分を有し、温度は５５―８０℃である。
液体は入り口３を介して図２において矢印で示すように導入され、弁座６に達すると、液体は部分的に貫通流路８を、部分的に流路１５を介して分割される。その後、液体は３つの均質化空隙７のうちの一つを通過し、この空隙において均質化が行われ、その後、液体は部分的に流路２３と、部分的に弁円錐体５と弁座６のカラー１０との間に形成された流路２４とを通して分配される。液体は常に最も簡単なルートを追従しようとするので、３つの均質化空隙７を通して液体は比較的均等に分配される。均質化の後、液体は出口４を通して均質化弁１から出て行く。
空隙の高さは通常５０―２００μｍである。通過時、０Ｍｐａまでの極めて急速な圧力低下があり、同時に液体の流速は増加し、その結果液体は沸騰し始める。液体が空隙７を出て行くとき、その速度は減速し、圧力は再び増加する。液体は沸騰を停止し、液体中の蒸気の泡が破裂する。全体のプロセスは数分の一秒の間に行われ、高速のため乱流やキャビテーションを発生させるような激しいプロセスにおいては、液体中の脂肪の粒子は小さい粒子、すなわち小球体に分割される。
３つの均質化空隙７の間で液体が均等に分配され、また液体が空隙７に対して直角に分配されることにより、空隙の長さの増大を極めて効率的に利用することが可能で、本発明による均質化弁１を備えた均質化装置は従来の均質化弁のだいたい３倍の流量を取り扱うことが出来る。従来の均質化弁において同じ流量を取り扱うためには重量と容積とに関して約９倍にスケールアップする必要があり、そのような均質化装置のためのコストは１０倍以上となる。
弁座６と弁円錐体５のユニット１６とが弁ハウジング２および部分１７のそれぞれに対して衛生的なシール２５を提供するとすれば、食品産業の要件を満足し、従来の設備を使用して洗浄が可能な衛生的な均質化弁１が得られる。
前述の説明から明らかなように、本発明は既存の均質化装置において改装するために採用可能で、対応する従来の均質化弁の大雑把に３倍多い流量を取り扱うことの出来る均質化弁１を達成する。

Claims (8)

1. 加圧された、運動可能な弁円錐体（５）と、弁座（６）と、前記円錐体（５）および弁座（６）を囲む弁ハウジング（２）とからなり、前記円錐体（５）と前記弁座（６）とがそれらの間で、均質化空隙（７）を構成する絞りを形成するように配置される均質化弁（１）において、前記均質化空隙（７）が前記絞りに亘って同心状に半径方向に配置され、前記均質化空隙（７）が少なくとも２つの同心状の空隙（７）から構成されていることを特徴とする均質化弁（１）。
2. 請求項１に記載の弁において、前記弁円錐体（５）と弁座（６）とが回転対称形である、均質化弁（１）。
3. 請求項１または２に記載の弁において、前記弁座（６）がカラー（１０）と、前記カラー（１０）と隣接した部分（１２）と、前記部分（１２）との間で流路（１５）を形成するよう狭い相互接続のブリッジ（１４）を介して前記部分（１２）に連がる部分（１３）とから構成される、均質化弁（１）。
4. 請求項３に記載の弁において、前記弁座（６）の前記部分（１２，１３）が、１個の小高い部分（１１ａ）が前記部分（１２）に位置し、２個の小高い部分（１１ｂ，１１ｃ）が前記部分（１３）に位置しているような小高い部分（１１）を有し、前記小高い部分（１１）が均質化空隙（７）の１つの境界形成物を構成している、均質化弁（１）。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の弁において、前記弁座（６）は中央平面（９）から見て、該中央平面（９）の両側が同一であるように構成されている、均質化弁（１）。
6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の弁において、前記弁円錐体（５）が中央部分（１７）とユニット（１６）とから構成され、前記ユニット（１６）が前記弁座（６）を向いた前記中央部分（１７）の側においてねじ（１８）によって固定されている、均質化弁（１）。
7. 請求項６に記載の弁において、前記弁円錐体（５）のユニット（１６）が中央部分（２０）と、前記中央部分（２０）を同心状で囲み前記部分（２０）との間で流路（２４）を形成するよう狭い相互接続のブリッジ（２２）によって前記中央部分（２０）に連がっている部分（２１）とから構成されている、均質化弁（１）。
8. 請求項６または７に記載の弁において、前記弁円錐体（５）は中央平面（１９）から見て、該中央平面（１９）の両側で同一となるように構成されている、均質化弁（１）。

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