019265 B1 019265 B1 (11) 019265

Евразийское
патентное
ведомство
(19)
(11)
019265
(13)
B1
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45)
Дата публикации и выдачи патента
2014.02.28
(21)
(51) Int. Cl. A01J 11/16 (2006.01)
B01F 5/08 (2006.01)
Номер заявки
201070901
(22)
Дата подачи заявки
2008.12.09
(54)
КЛАПАН ГОМОГЕНИЗАТОРА
B1
(72)
Изобретатель:
(74)
Представитель:
(57)
Клапан (1) гомогенизатора, содержащий находящийся под давлением, подвижный клапанный
конус (5), клапанное седло (6) и клапанный корпус (2), окружающий клапанный конус (5) и
клапанное седло (6), причем указанный клапанный конус (5) и указанное клапанное седло (6)
расположены так, что между ними возникает сужение, образующее гомогенизирующую щель
(7). Два или более клапанных конуса (5) наложены один на другой, и два или более клапанных
седла (6) наложены одно на другое так, что возникают две или более гомогенизирующие щели
(7), причем указанные два или более клапанных конуса (5) наложены один на другой на другом
расстоянии от оси клапана (1) гомогенизатора, чем где указанные два или более клапанных
седла наложены одно на другое, так что при установке клапанных конусов возможна регулировка
высоты (h) каждой гомогенизирующей щели. Клапан (1) гомогенизатора предназначен для
использования в существующих гомогенизаторах и, в частности, для эффективной гомогенизации
жидкостей, перерабатываемых при низком давлении и с большим расходом, таких как, например,
пастеризованное молоко.
Мальмберг Рольф, Валенкук Йозо
(SE)
Медведев В.Н. (RU)
B1
019265
(56) US-A-5749650
US-A-4585357
JP-A-61028429
US-B1-6238080
SE-C2-5091035
US-B1-6705755
019265
(31) 0800208-1
(32) 2008.01.29
(33) SE
(43) 2011.02.28
(86) PCT/SE2008/000688
(87) WO 2009/096825 2009.08.06
(71)(73) Заявитель и патентовладелец:
ТЕТРА ЛАВАЛЬ ХОЛДИНГЗ ЭНД
ФАЙНЭНС С.А. (CH)
019265
Область техники
Настоящее изобретение относится к клапану гомогенизатора, содержащему находящийся под давлением подвижный клапанный конус, клапанное седло и клапанный корпус, окружающий клапанный
конус и клапанное седло, причем указанный клапанный конус и указанное клапанное седло расположены
таким образом, что между ними возникает сужение, при этом сужение представляет собой гомогенизирующую щель.
Уровень техники
Гомогенизация представляет собой промышленный процесс, который используется на протяжении
значительного промежутка времени, и его цель состоит в том, чтобы в жировой эмульсии, такой как, например, молоко, расщеплять наиболее крупные жировые шарики на более мелкие жировые шарики и
посредством этого стабилизировать жировую эмульсию. Для молока, например, это означает, что предотвращается отстаивание сливок, и подавляющее большинство всего молока для потребителей в настоящее время гомогенизировано.
Гомогенизация обычно происходит с помощью механической переработки, так что жировая эмульсия, которая имеет высокое давление всасывания, проталкивается с высокой скоростью для прохождения
через очень узкую щель, где жировые шарики жировой эмульсии разбиваются в результате турбулентности, которая возникает при больших скоростях, и через кавитационные пузырьки, которые взрываются в
жидкости. Процесс происходит в течение необычайно короткого периода времени и в течение данного
периода времени происходит то, что скорость жировой эмульсии в пути следования увеличивается, тогда
как давление уменьшается, в результате чего жидкость начинает кипеть.
Гомогенизатор состоит, по существу, из большого поршневого насоса, который создает высокое
давление, а также устройства с противодавлением, где происходит собственная гомогенизация. Устройство с противодавлением, или клапан гомогенизатора, в свою очередь, состоит из находящегося под давлением упругого клапанного конуса, клапанного седла, а также кольца или прокладки для компенсации
износа и клапанного корпуса, окружающего клапанный конус и клапанное седло. Клапанный конус и
клапанное седло обычно являются поворотно-симметричными и расположены таким образом, что между
данными двумя частями возникает радиальное сужение, которое составляет гомогенизирующую щель.
Высота, ширина и длина щели определяют тот объем, в котором происходит гомогенизация. Данный
объем должен быть достаточно небольшим для получения эффективной гомогенизации. Высоту щели
уменьшают при более высоком давлении на жидкость, которую необходимо гомогенизировать, в то время как больший расход влечет за собой увеличение высоты щели.
Прежде всего, при гомогенизации пастеризованного молока, по сравнению с обработкой молока
УВТ (ультравысокой температурой), используют более низкое давление с одновременным намерением
увеличить параметр расхода. Это подразумевает, что клапан гомогенизатора необходимо делать больше,
так что высоту щели уменьшают для того, чтобы получить хороший уровень гомогенизации при данном
более низком давлении и повышенном расходе. Однако доказано, что укрупнение существующих, хорошо функционирующих клапанов гомогенизаторов не всегда удовлетворительно работает на практике.
Чем больше находящаяся под давлением поверхность, тем больше будут усилия, которые поднимают
больший клапан гомогенизатора. Одновременно, цены на подобный клапан гомогенизатора увеличиваются за счет нескольких факторов.
Еще один способ решения проблемы состоит в том, чтобы связать параллельно ряд щелей гомогенизатора, как показано в Европейской патентной спецификации ЕР 034675. Посредством этого будет
получено расширение длины щели и за счет этого уменьшение высоты щели. Данный тип клапана гомогенизатора с гомогенизирующими щелями, связанными параллельно, имеет, однако, по существу, фиксированную высоту щели. Это допускает только один расход и одно гомогенизирующее давление без
обратного структурирования. Недостатком его также является изнашивание неравномерным и неуправляемым образом, что неблагоприятно действует на результат гомогенизации.
В описании патента Швеции SE 509103 раскрыто дополнительное решение, как длина щели может
быть расширена до трехкратной величины. Это происходит за счет конструирования клапанного седла и
клапанного конуса, так что возникает множество концентрических гомогенизирующих щелей. Данный
клапан гомогенизатора можно регулировать для различных расходов.
Задачи изобретения
Задача изобретения состоит в том, чтобы внедрить клапан гомогенизатора, который предлагает
большие возможности для регулирования длины щели с достижением в то же самое время уменьшения
высоты щели. Гомогенизирующая щель имеет незначительную высоту щели с высокой емкостью и низким гомогенизирующим давлением.
Другая задача изобретения состоит в том, что высоту щели можно регулировать при изменении
давления и расхода.
Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы клапан гомогенизатора был более экономичным
в изготовлении и чтобы он демонстрировал улучшенные свойства в отношении изнашиваемости по сравнению с решениями клапанов предыдущего уровня техники.
Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы гомогенизирующее давление можно было легко
-1-
019265
регулировать даже при определенном износе.
Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы клапан гомогенизатора допускал эффективную
очистку и иным образом удовлетворял необычайно строгим требованиям переработки пищевых продуктов.
Решение поставленных задач
Указанные и другие задачи решаются в настоящем изобретении посредством клапана гомогенизатора типа, описанного во введении, в котором два или более клапанных конуса наложены один на другой, и два или более клапанных седла наложены одно на другое так, что возникают две или более гомогенизирующие щели, причем указанные два или более клапанных конуса наложены один на другой на
другом расстоянии от оси клапана гомогенизатора, чем где указанные два или более клапанных седла
наложены одно на другое, так что при установке клапанных конусов возможна регулировка высоты каждой гомогенизирующей щели.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения имеют дополнительные отличительные признаки, которые изложены в приложенных зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание сопроводительных чертежей
Ниже в данном изобретении более подробно будет описан один предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
фиг. 1 показывает частично в сечении боковую проекцию устройства согласно изобретению;
фиг. 1А показывает частично в сечении увеличенную часть фиг. 1;
фиг. 1В показывает частично в сечении еще дополнительно увеличенную часть фиг. 1;
фиг. 2 представляет собой перспективное изображение части устройства согласно изобретению.
Чертежи показывают только те детали, которые являются существенными для понимания настоящего изобретения и позиционирования клапана гомогенизатора в хорошо известном гомогенизаторе,
которые поэтому не описаны.
Клапан 1 гомогенизатора по изобретению, который проиллюстрирован на фиг. 1, состоит, по существу, из клапанного корпуса 2 с впускным отверстием 3 и выпускным отверстием 4 для жидкости, которую необходимо гомогенизировать, а также множества клапанных конусов 5 и множества клапанных
седел 6. Клапанные конусы 5 и клапанные седла 6 расположены таким образом, что между ними возникают сужения, образующие гомогенизирующие щели 7, причем клапанные конусы 5 наложены один на
другой на другом расстоянии от оси клапана 1 гомогенизатора, чем где клапанные седла наложены одно
на другое.
В предпочтительном варианте осуществления клапанные седла 6 являются поворотносимметричными и имеют центральный сквозной проток 8 для жидкости, которую необходимо гомогенизировать, составляющий расширение впускного отверстия 3 гомогенизирующего клапана 1. Клапанные
седла 6 наложены один на другой, и они прикреплены к клапанному корпусу 2.
Клапанные седла 6 дополнительно демонстрируют скос 12. Скос 12 обращен в сторону центра клапана 1 гомогенизатора. Скос 12 обращен от впускного отверстия 3 гомогенизирующего клапана 1. Скос
составляет между 20 и 45°, предпочтительно 30° относительно горизонтальной плоскости. Клапанные
седла 6 предпочтительно изготовлены из нержавеющей стали с обработанной поверхностью, но могут
встречаться другие апробированные для пищевых продуктов материалы.
Клапанные конусы 5, которые также являются поворотно-симметричными, имеют резьбовую поверхность 9 в направлении центра гомогенизирующего клапана 1. В центре клапана 1 гомогенизатора
расположен резьбовой стержень 10, шаги резьбы которого входят в зацепление с резьбовыми поверхностями 9 на клапанных конусах 5. Находящиеся в сцеплении участки заделывают посредством гигиеничных уплотнителей 14 типа уплотнительного кольца от продукта, который проходит через центральный
сквозной проток 8. Резьбовой стержень 10 имеет рядом с уплотнителями 14 вентиляционные отверстия
15. Вентиляционные отверстия 15 могут в дополнение к использованию в качестве вентиляционного пути также использоваться для контрольного просачивания, если возникает опасность для уплотнителей
14. За счет того что уплотнители 14 являются гигиеничными, будет создаваться гигиеничный клапан 1
гомогенизатора, который удовлетворяет требованиям пищевой промышленности и который можно чистить с использованием общепризнанного оборудования.
Клапанные конусы 5 имеют скос 13 в сторону центра клапана 1 гомогенизатора. Скос 13 обращен в
направлении впускного отверстия 3 клапана 1 гомогенизатора. Скос составляет между 20 и 45°, предпочтительно 30° относительно горизонтальной плоскости. Клапанные конусы 5 предпочтительно изготавливают из нержавеющей стали с обработанной поверхностью, но также могут встречаться другие апробированные для пищевых продуктов материалы.
Клапанные конусы 5, скрученные вместе с резьбовым стержнем 10, находятся под давлением,
обычно посредством гидравлического или пневматического поршня 11, но могут, в более простых вариантах, находиться под давлением за счет установочного винта или резьбового штифта, который действует за счет пружины. Клапанные конусы 5 также подвижны, например, за счет масла в цилиндре для того,
чтобы была возможность принимать быстрые изменения расхода, возникающие в жидкости, которую
необходимо гомогенизировать. Такая упругость необходима для того, чтобы соответствовать изменени-2-
019265
ям расхода, которые естественным образом возникают в поршневых насосах.
Клапанные конусы 5 и резьбовой стержень 10 располагают в клапанном корпусе 2 таким образом,
что между скосом 13 клапанных конусов 5 и скосом 12 клапанных седел 6 возникают гомогенизирующие
щели 7 высоты h. Высоту h гомогенизирующей щели 7 можно изменять с изменением давления и расхода за счет того, что клапанные конусы 5 перемещают более близко к клапанным седлам 6 или более далеко от них. За счет того что клапанные конусы 5 навинчивают на резьбовой стержень 10, появляется
возможность получить точно одинаковую высоту h всех гомогенизирующих щелей 7 в клапане гомогенизатора 1.
Скос 13 на клапанных конусах 5 имеет больший размер, чем скос 12 на клапанных седлах 6. Клапанные конусы 5 помещают напротив клапанных седел 6 таким образом, что будут получены выступающие поверхности скоса 13 на обеих сторонах скоса 12. Гомогенизирующая щель 7 не должна быть
очень короткой, поскольку результатом этого может являться повышенный износ. Короткая гомогенизирующая щель 7 может также являться причиной вибрации и оглушительного шума.
В клапанном корпусе 2 клапана 1 гомогенизатора располагают ряд клапанных конусов 5 и ряд клапанных седел 6. Фиг. 1 показывает шесть клапанных конусов 5 и шесть клапанных седел 6. В результате,
будет получено шесть гомогенизирующих щелей 7, расположенных друг над другом. Клапан 1 гомогенизатора по изобретению может иметь в своем составе как больше, так и меньше клапанных конусов 5 и
клапанных седел 6, в зависимости от желаемой емкости и практического применения. Изготавливая клапанный корпус 2 по частям, возможно простым образом собрать больше или меньше клапанных конусов
5 и клапанных седел 6 соответственно.
Жидкость, обычно молоко, которую необходимо гомогенизировать, направляют в гомогенизатор,
где она находится под давлением до приблизительно 10-25 МПа. Молоко обычно имеет содержание жира 0,5-3,5% и находится при температуре, равной 55-80°С.
Жидкость направляют через впускное отверстие 3 и пропускают через сквозной проток 8. После
этого, жидкость проходит одну из различных гомогенизирующих щелей 7, где происходит гомогенизация. После этого, жидкость накапливают в каналах 16. Поскольку жидкость всегда стремится выбрать
наиболее простой путь, будет относительно однородное распределение жидкости по разным гомогенизирующим щелям 7. После гомогенизации жидкость выходит из клапана 1 гомогенизатора через выпускное
отверстие 4. За счет того что гомогенизирующие щели 7 находятся под углом 20-45°, предпочтительно
30° относительно горизонтальной плоскости, будет достигнут более однородный расход продукта, а также уменьшены потери при входе на гомогенизацию.
Высота щели h обычно составляет 50-200 мкм. При прохождении самое быстрое падение давление
происходит до 0 МПа, в то время когда увеличивается скорость расхода жидкости, что приводит к началу закипания жидкости. Когда жидкость проходит щель 7, скорость расхода уменьшается и давление
снова увеличивается. Кипение жидкости прекращается и пузырьки пара в жидкости лопаются. Весь процесс происходит в течение нескольких долей секунд и во время интенсивного процесса, где высокая скорость расхода поднимается до турбулентности и кавитации, жировые шарики, которые находятся в жидкости, будут расщепляться на более мелкие частицы.
За счет получения равномерного распределения жидкости между разными гомогенизирующими
щелями 7, будет оптимально использоваться увеличенная длина щели, а гомогенизатор с клапаном 1 гомогенизатора по изобретению можно загружать потоком в несколько раз больше по сравнению с общепринятым клапаном гомогенизатора. За одно и то же время клапан гомогенизатора поддается регулированию при различиях в расходе продукта за счет того, что поршень 11 может перемещать клапанные конусы 5 относительно клапанных седел 6 и устанавливать посредством этого разную высоту h гомогенизирующей щели 7. За счет того что клапанные конусы 5 навинчивают на резьбовой стержень 10, все гомогенизирующие щели 7 будут иметь одинаковую высоту щели h. Все клапанные конусы 5, а также
резьбовой стержень 10, регулируют как одно целое, так что все гомогенизирующие щели 7 всегда имеют
одинаковую высоту щели h.
Как будет понятно из изложенного выше описания, настоящее изобретение предоставляет клапан
гомогенизатора, который может быть использован для переоборудования существующих гомогенизаторов, но который можно загружать потоком в несколько раз больше, чем соответствующий общепринятый клапан гомогенизатора. В то же время клапан гомогенизатора можно регулировать для мгновенных
изменений давления и расхода. За счет того что клапан гомогенизатора можно регулировать, также демонстрируются превосходные свойства по сравнению с клапанами гомогенизаторов предыдущего уровня техники. В результате конструкции клапана гомогенизатора он также является относительно экономичным в производстве.
Настоящее изобретение может быть дополнительно модифицировано без выхода за пределы объема
правовых притязаний приложенной формулы изобретения.
-3-
019265
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Клапан (1) гомогенизатора, содержащий находящийся под давлением подвижный клапанный конус (5), клапанное седло (6) и клапанный корпус (2), окружающий клапанный конус (5) и клапанное седло (6), причем указанный клапанный конус (5) и указанное клапанное седло (6) расположены так, что
между ними возникает сужение, образующее гомогенизирующую щель (7), отличающийся тем, что два
или более клапанных конуса (5) наложены один на другой; два или более клапанных седла (6) наложены
одно на другое, так что возникают две или более гомогенизирующие щели (7); причем указанные два или
более клапанных конуса (5) наложены один на другой на другом расстоянии от оси клапана (1) гомогенизатора, чем где указанные два или более клапанных седла наложены одно на другое, так что при установке клапанных конусов возможна регулировка высоты (h) каждой гомогенизирующей щели.
2. Клапан (1) гомогенизатора по п.1, отличающийся тем, что клапанные конусы (5) и клапанные
седла (6) являются вращательно-симметричными.
3. Клапан (1) гомогенизатора по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что гомогенизирующие щели (7) расположены под углом относительно горизонтальной плоскости.
4. Клапан (1) гомогенизатора по п.3, отличающийся тем, что гомогенизирующие щели (7) расположены под углом 20-45° относительно горизонтальной плоскости.
5. Клапан (1) гомогенизатора по п.4, отличающийся тем, что гомогенизирующие щели (7) расположены под углом 30° относительно горизонтальной плоскости.
6. Клапан (1) гомогенизатора по п.1, отличающийся тем, что клапанные конусы (5) навинчены на
резьбовой стержень (10), расположенный по центру в клапанном корпусе (2).
7. Клапан (1) гомогенизатора по п.6, отличающийся тем, что клапанные конусы (5) расположены с
возможностью совместной регулировки резьбовым стержнем (10) посредством поршня (11), так что все
гомогенизирующие щели (7) всегда имеют одинаковую высоту щели h.
8. Клапан (1) гомогенизатора по п.1, отличающийся тем, что клапанные седла (6) прикреплены к
клапанному корпусу (2).
Фиг. 1
-4-
019265
Фиг. 1А
Фиг. 1В
Фиг. 2
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
-5-