SE0900233A1 - Membranpumphuvud för en homogenisator - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser ett membranpumphuvud (1) för en homogenisator. Membranpumphuvudet (1) innefattar åtminstone ett pumphuvud (1) inneslutet i ett pumphus (2). Membranpumphuvudet (1) innefattar också et produktkammare (3) med inlopp (5) och utlopp (7) för produkten, samt en hydraulkammare (4) i vilken en kolv (9) är anordnad att verka. Produktkammaren (3) och hydraulkammaren (4) skiljs åt av ett dubbelt membran (5). Membranet (5) är orienterat 15-75° i förhållande till kolvens (9) längdriktning.Fig. 2

Description

15 20 25 30 35 tätningsproblem som kolvpumparna. Detta är beroende på att kolvtätningarna på de kolvar som pumpar hydraulvätskan, kan tillåtas ha ett mindre, kontrollerat läckage av hydraulvätska, som smörjer tätning och kolv, eftersom hydraulvätskan är åtskild från produkten med ett dubbelt membran. Ett dylikt tätningskoncept ger en nästan obegränsad kolvtätningslivslängd.

Membranpumphuvuden kan normalt inte appliceras på en homogenisator, eftersom membranets diameter måste vara mycket stor för att korrespondera med den befintliga kolvens slagvolym, vilket gör att en kolvpump med membranpumphuvuden kräver ett betydligt större centrumavstånd mellan kolvarna än en konventionell kolvmaskin har.

Membranet i ett membranpumphuvud, som är tryckbalanserat eftersom man har samma tryck på båda sidor om det samma, delar huvudet i en produktkammare och en hydraulkammare. Membranet utsätts därför inte för den tryckskillnad som en normal kolvtätning utsätts för och kan därför tillverkas i material som annars inte skulle klara de höga tryck som förekommer. Ett membranpumphuvud klarar därför också betydligt högre tryck än vad en konventionell kolvpump gör.

En anordning för att använda en membrankolvpump för homogenisering finns beskriven iden amerikanska patentskriften US 6,174,144. Här har ett antal pumphuvuden placerats parallellt, så att hydraulkamrar och produktkamrar bildas och där en produktkammare och en hydraulkammare respektive är åtskiljd av ett membran.

I respektive hydraulkammare verkar en kolv och membranen är orienterade så att de är parallella med kolvarna. Pumpblocken i detta utförande blir betydligt större och dyrare om man skall få plats med membran av den diameter som kolvens slagvolym kräver.

Detta eftersom pumpblockets tvärsnitt mäste vara lika stort som membranets diameter, plus det utrymme som krävs för membranets infästning. Likaså ger detta utförande en relativt ogynnsam trycksättning av membranen och förhållandevis stora strömningsförluster.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att erhålla ett membranpumphuvud för en homogenisator som har alla membranpumpen fördelar utan att pumpblocken blir omfattande i storlek.

Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är a pumpblocken blir mycket enklare att tillverka och därmed mycket billigare.

Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att man får en gynnsam trycksättning av membranen.

Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att strömningsförlusterna mellan kolv och membran minimeras.

Ytterligare ett änndamål med föreliggande uppfinning är att ett membranpumphuvud kan monteras på en konventionell kolvpump, med bibehållet centrumavstånd mellan kolvarna. 10 15 20 25 30 35 Dessa och andra ändamål har enligt uppfinningen uppnåtts genom att membranpumphuvudet av den inledningsvis beskrivna typen getts kännetecknen av att membranet är orienterat 15-75° i förhållande till kolvens längdriktning.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen har vidare getts de av underkraven framgående kännetecknen.

En föredragen utföringsform av uppfinningen kommer nu närmare att beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar av vilka: Fig. 1 visar en principskiss av ett membranpumphuvud Fig. 2 visar, delvis i sektion, en planvy av ett pumpblock enligt uppfinningen Fig.3 visar, delvis i sektion, en sidovy av ett pumpblock enligt uppfinningen.

Ritningarna visar endast de för förståelsen av uppfinningen väsentliga detaljerna och pumpblockets placering i en homogenisator, vilken är välkänd av fackmannen visas ej.

Fig. 1 visarett membranpumphuvud 1, såsom det principiellt kan se ut.

Membranpumphuvudet 1 innefattar ett pumphus 2 som innesluter en produktkammare 3 och en hydraulkammare 4. Produktkammaren 3 och hydraulkammaren 4 är skilda åt medelst ett membran 5.

Produktkammaren 3 är anslutet till ett produktinlopp 5. Produktinloppet 5 är försedd med en ventil 6. Produktkammaren 3 är också anslutet till ett produktutlopp 7.

Produktutloppet 7 är försett med en ventil 8.

I hydraulkammaren 4 som är fylld med en hydraulvätska, företrädesvis olja, verkar en kolv 9. Kolven 9 är avtätad mot pumphuset 2 med en tätning 10. Tätningen 10 är av en typ som tål höga tryck och den smörjs hela tiden med hydraulvätskan. Överflödet av hydraulvätska leds via röret 11 till en hydraulvätskebehållare 12 som vid behov fyller på hydraulvätska i hydraulkammaren 4 genom röret 13 och backventilen 14.

Membranet 5 är vanligen tillverkat av en termoplast, såsom PTFE (PolyTetraFluorEten) eller annat livsmedelsgodkänt material. Ett dylikt membran 5 har normalt en livslängd på 8000 timmar. Eftersom membranet 5 är hydrauliskt understött och tryckbalanserat, dvs. det har samma tryck på båda sidor, så utsätts det inte för så stora krafter och påkänningar. Eftersom membranet 5 används i en utrustning för livsmedelsproduktion, så använder man ett dubbelt membran 5. Mellan de båda membranen 5 är det vakuum. Ena sidan på vakuumutrymmet är anslutet till en backventil 15 och den andra sidan till ett kapillärrör 16 som i sin tur är anslutet till en tryckavkännare 17. Skulle ett läckage uppstå genom att ett av membranen 5 går sönder, stiger trycket i kapillärröret 16 och tryckavkännaren 17 ger larm om att membranet 5 är trasigt.

Membranet 5 kan av materialtekniska skäl bara röra sig ca en tiondedel av sin diameter och det är därför membranets 5 diameter som bestämmer pumphuvudets 1 10 15 20 25 30 35 Slagvolym, dvs. kolvens 9 förflyttning. Eftersom homogeniseringsprocessen kräver en viss slagvolym erfordras en membrandiameter som ger samma slaglängd för kolven 9 som en konventionell kolvpump.

För att få plats med membranpumphuvuden 1 i en befintlig homogenisator har membranen 5 orienterats 15-75° i förhållande till kolvarnas 9 längdriktning, vilket framgår av Fig. 2. Företrädesvis är membranen 5 orienterade 45° i förhållande till kolvarna 5 längdriktning. Genom att orientera membranen 5, 15-75° och företrädesvis 45° iförhållande till kolvarna 5 längdriktning så minimerar man pumphusets 2 storlek.

Exempelvis kan man i ett motsvarande pumphus 2, ha ett membran 5 med en ca 30 % större diameter än om membranen 5 var orienterade 90° mot kolvarnas 9 längdriktning.

Membranen 5 är enligt uppfinningen arrangerade på ett sådant sätt att det inte påverkar hela maskinens storlek. Eftersom membranen 5 har en fysikalisk rörelsebegränsning i sin rörelseriktning, medför detta normalt en nödvändig större diameter med tillkommande area för ett bultförband.

Genom att membranen 5 är orienterade 15-75°, företrädesvis 45° i förhållande till kolvarna 5 längdriktning så får man en gynnsammare trycksättning av membranen 5 eftersom strömningsvinkeln relativt membranen 5 blir mycket fördelaktigare. Pga. den fördelaktiga strömningsvinkeln får man dessutom lägre strömningsförluster mellan kolv 9 och membran 5, vilket minskar homogenisatorns totala energiförbrukning.

Ett pumpblock 17 består av de antal pumphus 2 som ingår i homogenisatorn. I Fig. 2 är tre pumphus 2 illustrerade och sammanfogade till ett pumpblock 17. Varje pumphus 2 stöttas av nästkommande pumphus 2, vilket möjliggör pumphus 2 som är mindre än de pumphus som används i konventionella kolv- eller membranpumpar.

Endast de båda yttersta delarna i pumpblocket 17 behöver vara förstärkta. Genom att bygga samman pumphusen 2 enligt uppfinningen frigör man sig från kravet att varje pumphus 2 måste vara tillräckligt styvt för att inte ge upphov till läckage när det trycksätts.

Uppfinningen medger att pumpblocket 17 kan hållas samman medelst dragstänger 18, vilket ger erforderliga fjädringsegenskaper i förbandet, samtidigt som ett dylikt förband tar ett mindre utrymme. Genom att orientera membranen 5, 15-75°, företrädesvis 45° i förhållande till kolvarnas 9 längdriktning, får man när membranen 5 är utsatta för tryck, ca 30 % lägre krafter på de dragstänger 18 som håller samman pumpblocket 17. Dessa dragstänger 18 verkar tillsammans med de dragstänger (ej visade i bild) som fäster pumpblocket i vevmekanismen, på membranets 5 tätningsyta och tätar detsamma. 30 % lägre krafter på dragstängerna 18 ger en lägre materialförbrukning och möjliggör mindre dimensioner både på dragstängerna 18 och på pumpblocket 17.

Uppfinningen möjliggör att antalet dragstänger 18 eller sammanfogningsbultar blir färre och att pumpblockets 17 yttermått blir betydligt mindre än för ett konventionellt, 10 15 20 25 30 35 cirkulärt membranpumphuvud 1, där ett stort antal bultar med tillhörande cirkulär spännarea krävs för att membranpumphuvudet 1 skall bli tätt. Uppfinningen möjligör också att man kan använda dragstänger 18 i stället för bultar för sammanfogningen av pumpblocket 17. På så sätt får man också de tjädringsegenskaper som behövs i förbandet. Genom att uppfinningen möjliggör färre antal nödvändiga bultar eller dragstänger 18, får man också plats att integrera erforderliga hydrauliska vätskekanaler i pumpblocket 17.

Då kolven 9 i en membranpump rör sig bakåt, så ökar hydraulkammarens 4 utrymme. Detta i sin tur får membranet 5 att röra sig i samma riktning som kolven 9.

Ventilen 6 på produktinloppet 5 öppnas och produkt sugs in i produktkammaren 3. Då kolven 9 i en membranpump rör sig framåt, så minskar hydraulkammarens 4 utrymme.

Detta i sin tur får membranet 5 att röra sig i samma riktning som kolven 9. Ventilen 7 på produktutloppet 8 öppnas och produkten lämnar produktkammaren 3 genom produktutloppet 7.

Eftersom produkten och hydraulvätskan är hermetiskt åtskiljda genom ett dubbelt membran 5, behöver man i fortsättningen inte tillverka speciella aseptiska homogenisatorer. Inga delar av kolven 9 kommer i beröring med produkten, som på de aseptiska maskinerna. Kolven 9 behöver inte steriliseras och hela homogenisatorns steriliseringstid kan minskas. De aseptiska homogenisatornas ångförbrukning minimeras därmed.

Dagens kolvpumpar i en homogenisator har oftast vattenkylda kolvar 9, då dessa kontinuerligt spolas med vatten för att kyla och smörja och därmed öka tätningarnas 10 livslängd. Genom att ersätta en konventionell kolvpump med en membranpump, bortfaller behovet av Vattenkylning och homogenisatorernas Vattenförbrukning kan minskas radikalt.

Eftersom ett membranpumphuvud 1 enligt uppfinningen har dubbla membran 5 är sannolikheten för att båda membranen 5 skall gå sönder samtidigt obefintlig. Man behöver därför inte stoppa produktionen vid ett larm som indikerar att ett membran 5 är trasigt, utan membranen 5 kan byts ut vid ett normalt produktionsstopp. Rutinmässigt bör naturligtvis membranen 5 bytas efter ett visst, förutbestämt antal timmar.

En konventionell homogenisator arbetar oftast med ett tryck på 250 bar. En homogenisator med ett membranpumphuvud 1 kan arbeta med betydligt högre tryck, speciellt om membranen 5 tillverkas av en metall. Det är därför möjligt att i framtiden tillverka homogenisatorer som arbetar med ett väsentligt högre tryck än dagens homogenisatorer.

Som framgått av ovanstående beskrivning åstadkommes med föreliggande uppfinning ett membranpumphuvud för en homogenisator som har alla membranpumpens fördelar och som kan monteras i befintliga homogenisatorer. Genom att membranen är vinklade i förhållande till kolvarnas längdriktning får man ett mindre pumpblock än befintliga membranpumpar har. Pumpblocken blir dessutom enklare att tillverka och därmed billigare, samtidigt som man får en mindre miljöbelastning vid tillverkningen. Membranpumphuvudet enligt uppfinningen har vidare en gynnsam trycksättning av membranen och strömningsförlusterna minskas, vilket ger en lägre total energiförbrukning för homogenisatorn.

Claims (6)

10 15 20 25 30 PATENTKRAV

1. Membranpumphuvud (1) för en homogenisator, innefattande åtminstone ett pumphuvud (1) inneslutet i ett pumphus (2), membranpumhuvudet (1) innefattar vidare en produktkammare (3) med inlopp (5) och utlopp (7) för produkten och en hydraulkammare (4), ivilken en kolv (9) är anordnad att verka, samt att produktkammaren (3) och hydraulkammaren (4) skiljs åt av ett dubbelt membran (5) kännetecknad därav att membranet (5) är orienterat 15-75° i förhållande till kolvens (9) längdriktning.

2. Membranpumphuvud (1) i enlighet med patentkravet 1, kännetecknad därav att membranet (5) är orienterat 45° i förhållande till kolvens (9) längdriktning.

3. Membranpumphuvud (1) i enlighet med patentkravet 1, kännetecknad därav att ett antal pumphus (2) bildar ett pumpblock (17), vilket pumpblock (17) hålles samman medelst dragstänger (18).

4. Membranpumphuvud (1) i enlighet med patentkravet 1, kännetecknad därav att membranet (5) är tillverkat av en termoplast.

5. Membranpumphuvud (1) i enlighet med patentkravet 4, kännetecknad därav att membranet (5) är tillverkat av polytetrafluoreten.

6. Membranpumphuvud i enlighet med patentkravet 1, kännetecknad därav att membranet (5) är tillverkat av en metall.