JP6209452B2

JP6209452B2 - 均質化装置

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Publication number: JP6209452B2
Application number: JP2014010500A
Authority: JP
Inventors: 太志吉田
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: JP2015136670A

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。

均質化装置は、高圧化した原料を噴出する微小隙間が形成された均質化バルブを備えている。この微小隙間の間隔を調整する装置として、油圧で調整する装置（特許文献１参照）、空気圧で調整する装置（特許文献２参照）が知られている。

特開２００４−２０１５６７号公報特開２０１０−１７６２３号公報

しかしながら、油圧を用いた調整装置にあっては、微小隙間の間隔を安定的に制御できるものの、油漏れのおそれがあるなど衛生面に問題点があった。また、空気圧を用いた調整装置にあっては、衛生的ではあるが、圧縮性がある空気を用いるため微小隙間の間隔を安定して制御できない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、高い衛生性と安定的な制御を両立する均質化装置を提供することを目的とする。

本発明は、均質化装置であって、微小隙間から原料を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、前記微小隙間の間隔を調整する微小隙間調整機構と、を備え、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向して配置され、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水圧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、加圧水を供給する加圧水供給源と、前記加圧水が供給されることで前記圧力伝達室に密閉された水を増圧する増圧シリンダと、前記増圧シリンダに対する前記加圧水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。

本発明によれば、均質化バルブの微小隙間の調整は作動流体として水圧を用いて行われるため、作動流体の漏れや飛散が生じた場合でも高い衛生性を保つことができるとともに、圧縮性の影響の少ない水が用いられるため、安定した制御を実現することができる。よって、高い衛生性と安定的な制御を両立することができる。

本発明の実施形態に係る均質化装置を示す構成図である。

以下、図１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り、装置内で用いられる作動流体として水を採用している。

均質化装置１００は、微小隙間１１から原料を噴出することにより原料を均質化する均質化バルブ１０と、微小隙間１１の間隔を調整する微小隙間調整機構３０と、を備える。

均質化バルブ１０は、微小隙間１１へ原料を供給する原料供給路１３が形成されたシート部材１２と、シート部材１２とともに微小隙間１１を画定するバルブ部材１４と、微小隙間１１を通過した原料が衝突するブレーカリング１５と、均質化された原料を排出する原料排出路１７が形成されたハウジング１６と、を備える。

シート部材１２はハウジング１６に固定され、シート部材１２には、原料供給路１３が形成される。原料供給路１３の一端には、図示しない原料昇圧装置と連通する原料流入ラインが接続される。図示しない原料昇圧装置によって昇圧された原料は、原料供給路１３の一端から供給され他端から流出する。シート部材１２から原料が流出する側には微小隙間１１を画定するための端面１２ａが形成される。

バルブ部材１４は、シート部材１２の端面１２ａに対抗して配置される隙間形成部１４ａと、ハウジング１６に形成された摺動孔１８に摺動自在に支持される摺動部１４ｂと、を有する。隙間形成部１４ａのシート部材１２側の端面１４ｃとシート部材１２の端面１２ａとにより微小隙間１１が画定される。バルブ部材１４は、ハウジング１６に対して摺動する摺動部１４ｂを有しているので、微小隙間１１の間隔が変化する方向に移動可能である。

シート部材１２の端面１２ａとバルブ部材１４の隙間形成部１４ａの端面１４ｃは共に平面であり、微小隙間１１は原料供給路１３の軸方向に対して垂直に形成されている。なお、微小隙間１１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１３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１５は、原料の微細化を促進するものであり、微小隙間１１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１６には、バルブ部材１４の摺動部１４ｂを支持する摺動孔１８と、この摺動孔１８と連通し、摺動孔１８よりも大径のシリンダ室１９が形成される。シリンダ室１９内には伝達ピストン２２ａが摺動自在に配置されており、シリンダ室１９は伝達ピストン２２ａによって圧力伝達室１９ａとスプリング室１９ｂとに区画される。

伝達ピストン２２ａには、先端側が摺動孔１８内に摺動自在に挿入される伝達ロッド２２ｂが結合される。伝達ロッド２２ｂの先端は摺動孔１８内でバルブ部材１４の摺動部１４ｂの端面に当接している。

圧力伝達室１９ａには、微小隙間調整機構３０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２２ａ及び伝達ロッド２２ｂを介してバルブ部材１４に作用する。

スプリング室１９ｂは、ハウジング１６に形成された呼吸孔２１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２２ａを圧力伝達室１９ａの容積が減少する方向に付勢するスプリング２３が配置されている。スプリング室１９ｂ内には呼吸孔２１を通じて空気が自由に出入りするので、伝達ピストン２２ａが移動することによりスプリング室１９ｂの容積が変化しても、スプリング室１９ｂ内の空気が伝達ピストン２２ａの動きを妨げることはない。

本実施形態では、圧力伝達室１９ａ内の水圧をバルブ部材１４に伝達するために伝達ピストン２２ａ及び伝達ロッド２２ｂを設けている。これに代えて、伝達ピストン２２ａ及び伝達ロッド２２ｂを介さずに圧力伝達室１９ａ内の水圧をバルブ部材１４の摺動部１４ｂ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１９ｂ、スプリング２３、呼吸孔２１は設けられず、摺動孔１８に連通する圧力伝達室１９ａのみが設けられ、圧力伝達室１９ａ内の水圧が摺動孔１８を通じてバルブ部材１４の摺動部１４ｂの端面に作用することになる。

微小隙間調整機構３０は、作動流体となる水を貯留する水タンク３１と、加圧水を供給する加圧水供給源としての加圧ポンプ３２と、加圧ポンプ３２から供給される加圧水の圧力を調整する圧力調整弁４３と、加圧水が供給されることで圧力伝達室１９ａに密閉された水を増圧する増圧シリンダ３６と、増圧シリンダ３６に対する加圧水の給排を制御する増圧制御弁３４と、加圧ポンプ３２から圧力伝達室１９ａへの加圧水の供給を制御する給水制御弁４５と、圧力伝達室１９ａから水タンク３１への水の排水を制御する排水制御弁４７と、微小隙間１１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４９と、バルブ部材位置センサ４９の検出値に基づいて微小隙間１１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３４を制御する制御装置４８と、を備える。

加圧ポンプ３２は、吐出通路３３を通じて増圧シリンダ３６へ加圧水を供給する。加圧ポンプ３２は、電動モータにより駆動される。これに代えて、水蒸気により駆動されるポンプやその他の媒体により駆動されるポンプを用いてもよい。

圧力調整弁４３は、吐出通路３３から分岐した流路に配置され、加圧ポンプ３２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４２を通じて加圧水の一部を水タンク３１へ戻す。

増圧シリンダ３６は、増圧室３７と加圧水室３８とが形成されたシリンダ部材３９と、加圧水室３８内に摺動自在に挿入され、加圧水室３８を第１加圧水室３８ａと第２加圧水室３８ｂとに仕切る増圧ピストン４０ａと、一端が増圧ピストン４０ａに結合され他端側が増圧室３７内に摺動自在に挿入される増圧ロッド４０ｂと、を備える。

増圧室３７は、均質化バルブ１０のハウジング１６内に形成された圧力伝達室１９ａと連通路４１を通じて連通している。連通路４１を通じて連通した形態に代えて、増圧室３７と圧力伝達室１９ａ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３４は、吐出通路３３を通じて加圧ポンプ３２と連通する供給ポート、タンク通路４２を通じて水タンク３１と連通する排出ポート、第１給排通路３５ａを通じて第１加圧水室３８ａと連通する第１給排ポート、及び第２給排通路３５ｂを通じて第２加圧水室３８ｂ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３４は、給排を遮断する中立位置３４ａと、増圧室３７内の圧力を上昇させる方向に増圧ピストン４０ａを移動する第１位置３４ｂと、増圧室３７内の圧力を低下させる方向に増圧ピストン４０ａを移動する第２位置３４ｃとの３位置を有する電磁弁である。

給水制御弁４５は、圧力伝達室１９ａ、増圧室３７及び連通路４１からなる密閉空間と吐出通路３３とを連通する給水流路４４に設けられる。制御装置４８により給水制御弁４５が開位置に切り換えられると給水流路４４を通じて密閉空間へ加圧水が供給される。

排水制御弁４７は、圧力伝達室１９ａ、増圧室３７及び連通路４１からなる密閉空間と水タンク３１とを連通する排水流路４６に設けられる。制御装置４８により排水制御弁４７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４６を通じて水タンクへ戻る。

圧力伝達室１９ａ、増圧室３７及び連通路４１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５０が取り付けられる。シリンダ部材３９には、増圧ピストン４０ａの位置を検出する増圧ピストン位置センサ５１が取り付けられる。増圧圧力センサ５０及び増圧ピストン位置センサ５１の検出値はそれぞれ制御装置４８に入力される。

バルブ部材位置センサ４９は、均質化バルブ１０のハウジング１６に取り付けられる。バルブ部材位置センサ４９は、ハウジング１６に対するバルブ部材１４の位置を検出するものであり、バルブ部材１４の隙間形成部１４ａとハウジング１６との間の距離を検出している。これに代えて、バルブ部材１４の他の部分とハウジング１６との間の距離を検出するセンサや、バルブ部材１４とシート部材１２との間の距離である微小隙間１１の間隔を直接検出するセンサを採用してもよい。

バルブ部材位置センサ４９の検出値は制御装置４８に入力され、制御装置４８において、この検出値に基づいて微小隙間１１の間隔が算出される。制御装置４８は、算出された微小隙間１１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３４を制御する。制御装置４８は、均質化バルブ１０に昇圧された原料を供給する、図示しない原料昇圧装置も制御している。

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を参照して均質化装置１００の動作について説明する。

図示しない原料昇圧装置によって昇圧され、均質化バルブ１０に供給された原料は、原料供給路１３を通じて微小隙間１１に導かれ、微小隙間１１から噴出した原料は、ブレーカリング１５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１７を通じて、均質化バルブ１０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。

次に、微小隙間調整機構３０による微小隙間１１の調整方法について説明する。

制御装置４８は、微小隙間１１を調整する前に、増圧圧力センサ５０および増圧ピストン位置センサ５１の検出値に基づいて、圧力伝達室１９ａ、増圧室３７及び連通路４１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５０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５１により増圧ピストン４０ａ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５０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５１により増圧ピストン４０ａ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４５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５０および増圧ピストン位置センサ５１の検出値に関わらず、微小隙間１１を調整する前に必ず給水制御弁４５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４８は、バルブ部材位置センサ４９の検出値に基づいて、微小隙間１１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３４を制御する。

具体的には、バルブ部材位置センサ４９の検出値から微小隙間１１の間隔を算出し、算出された微小隙間１１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４８は、加圧ポンプ３２から供給される加圧水が第１加圧水室３８ａに供給され、第２加圧水室３８ｂ内の水が水タンク３１へ戻るように増圧制御弁３４の位置を第１位置３４ｂに切り換える。

第１加圧水室３８ａの圧力が第２加圧水室３８ｂの圧力よりも高くなることで、増圧ピストン４０ａ及び増圧ロッド４０ｂは、増圧室３７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３７の圧力が上昇すると、増圧室３７と連通している圧力伝達室１９ａ内の圧力も上昇するため、圧力伝達室１９ａ内の圧力が作用する伝達ピストン２２ａ及び伝達ロッド２２ｂは、スプリング２３の付勢力に抗してスプリング２３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２２ｂはバルブ部材１４と当接しているので、伝達ピストン２２ａ及び伝達ロッド２２ｂが移動することによりバルブ部材１４も同じ方向に移動する。この結果、バルブ部材１４の端面１４ｃとシート部材１２の端面１２ａとで画定される微小隙間１１の間隔は狭くなる。

一方、算出された微小隙間１１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４８は、第２加圧水室３８ｂに加圧水が供給され、第１加圧水室３８ａ内の水が水タンク３１へ戻るように増圧制御弁３４の位置を第２位置３４ｃに切り換える。

第２加圧水室３８ｂの圧力が第１加圧水室３８ａの圧力よりも高くなることで、増圧ピストン４０ａ及び増圧ロッド４０ｂは、増圧室３７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３７の圧力が下がると、増圧室３７と連通している圧力伝達室１９ａ内の圧力も下がるため、圧力伝達室１９ａ内の圧力が作用する伝達ピストン２２ａ及び伝達ロッド２２ｂは、スプリング２３の付勢力により圧力伝達室１９ａ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２２ｂとバルブ部材１４とは当接しており、バルブ部材１４の隙間形成部１４ａの端面１４ｃには、原料の供給圧力が作用しているのでバルブ部材１４は伝達ピストン２２ａ及び伝達ロッド２２ｂと同じ方向に移動する。この結果、バルブ部材１４の端面１４ｃとシート部材１２の端面１２ａとで画定される微小隙間１１の間隔は広がる。

このようにして、制御装置４８は、微小隙間１１が所定の間隔となるように増圧制御弁３４を制御する。増圧制御弁３４の制御は、上述のように単に増圧制御弁３４の位置を切り換える以外に、バルブ部材位置センサ４９の検出値の大きさに応じて、増圧制御弁３４を比例的に制御し、第１加圧水室３８ａ及び第２加圧水室３８ｂ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４８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４８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４７を開位置に制御することにより、圧力伝達室１９ａ、増圧室３７及び連通路４１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１１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４９を用いているが、これに代えて、圧力伝達室１９ａ、増圧室３７及び連通路４１からなる密閉空間内の圧力を検出する増圧圧力センサ５０、均質化バルブ１０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１０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５０を用いる場合には、圧力伝達室１９ａ、増圧室３７及び連通路４１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２２ａの受圧面に作用する力と、スプリング２３の付勢力と、のバランスにより微小隙間１１の間隔は変化することから、制御装置４８にこれらの相関を示すマップを格納しておく。制御装置４８は、増圧圧力センサ５０の検出値に基づいて、微小隙間１１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３４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５０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１１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１０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１１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１０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４８にこれらの相関を示すマップを格納しておく。制御装置４８は、差圧センサの検出値に基づいて、微小隙間１１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３４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１１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１１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４８にこれらの相関を示すマップを格納しておく。制御装置４８は、原料供給圧力センサの検出値に基づいて、微小隙間１１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３４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１１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１１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１１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。

作動流体として水圧を用いて均質化バルブ１０の微小隙間１１の調整を行っているため、均質化装置１００をクリーンルーム内で使用した場合、作動流体の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。

また、圧縮性の影響の少ない水を作動流体として微小隙間１１の間隔を制御しているので、バルブ部材１４の端面１４ｃに作用する原料供給圧力が変化した場合でも微小隙間１１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１１を調整する前に、圧力伝達室１９ａ、増圧室３７、及び連通路４１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。

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
１０均質化バルブ
１１微小隙間
１２シート部材
１２ａ端面
１４バルブ部材
１４ｃ端面
１５ブレーカリング
１９ａ圧力伝達室
２２ａ伝達ピストン
２２ｂ伝達ロッド
３０微小隙間調整機構
３１水タンク
３２加圧ポンプ（加圧水供給源）
３４増圧制御弁
３６増圧シリンダ
３７増圧室
３８加圧水室
４０ａ増圧ピストン
４０ｂ増圧ロッド
４３圧力調整弁
４５給水制御弁
４７排水制御弁
４８制御装置
４９バルブ部材位置センサ（検出器）
５０増圧圧力センサ

Claims

微小隙間から原料を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、
前記微小隙間の間隔を調整する微小隙間調整機構と、を備え、
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向して配置され、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水圧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、
加圧水を供給する加圧水供給源と、
前記加圧水が供給されることで前記圧力伝達室に密閉された水を増圧する増圧シリンダと、
前記増圧シリンダに対する前記加圧水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均質化装置。
前記検出器は、
前記バルブ部材の位置を検出する位置検出器、前記圧力伝達室の圧力を検出する圧力検出器、前記均質化バルブの上流側の原料の圧力と下流側の原料の圧力の圧力差を検出する差圧検出器、または、前記均質化バルブに供給される原料の圧力を検出する原料供給圧力検出器であることを特徴とする請求項１に記載の均質化装置。
前記微小隙間調整機構は、
前記加圧水供給源と前記圧力伝達室とを連通する給水流路と、
前記給水流路に設けられ、前記加圧水供給源から前記圧力伝達室への加圧水の供給を制御する給水制御弁と、をさらに有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の均質化装置。