DK164793B - Indretning til kompensering af en vaeskes variationer i tryk og stroemningsmaengde i et cirkulationsnet for vaesken - Google Patents

Description

i

DK 164793 B

Opfindelsen angår en indretning til kompensering af en væskes variationer i tryk og strømningsmængde i et cirkulationsnet for væsken, specielt i et sterili-serbart net, som indeholder en stempelpumpe.

5 Stempelpumper har den ulempe, at de frembringer strømningsvariationer. Sådanne strømningsvariationer giver, specielt ved høje tryk, i nærheden af pumperne kraftige pulseringer i suge- og trykrørene. Overvågnings- og kontrolsystemer, eksempelvis til temperatur 10 og tryk, bliver skadet af sådanne fænomener,og på lang sigt kan de føre til brud på rørene.

Ved højtrykshomogenisering bør homogeniseringsventilernes åbning være valgt som en funktion af strømningsmængden, så der i homogeniseringsåbningerne 15 opnås optimale og konstante tryk- og strømningsbetingelser, hvilket i praksis er umuligt at opnå med en stempelpumpe. Det vil sige, at strømningens pulserende natur, i dette tilfælde er specielt til gene.

Det er kendt at trykvariationerne frembragt af 20 stempelpumper, specielt sådanne, som virker ved højt tryk, eksempelvis homogenisatorer, ved hjælp af dæmpningsmidler af ekspansionsbeholder eller ekspansionselementtypen kan blive kompenseret.

Når sådanne pumper er installeret i cirkulations-25 net, der fungerer ved sterile betingelser, er det vigtigt at have sikkerhed for, at dæmperne er ude af stand til at blive sæde for infektioner. Dette betyder, at de helst uden at skulle demonteres let kan rengøres og steriliseres perfekt.

30 Hovedparten af kendte kompensationsindretninger tilfredsstiller ikke disse krav.

Almindeligvis er de monteret i nettets forgreninger. De kan derfor hverken gennemskylles af kemiske rensnings- og steriliseringsmidler eller steriliseres 35 ved hjælp af cirkulering af overophedet vand i nettet, hvorved der anvendes den almindeligt brugte fremgangs- 2

DK 164793 B

måde for produktion under aseptiske betingelser. Der eksisterer en ekspansionsbeholderindretning af denne type, der er forsynet med en dobbelt kappe, som under sterilisationsprocessen opvarmes med damp. Dette arran-5 gement kræver, at opvarmningskredsløbet reguleres separat, og det er kompliceret at afmontere ekspansionsbeholderen for rensning.

I GB patentskrifter nr. 1 474 655 og 1 550 080 er beskrevet ekspansionsindretninger, der er seriefor-10 bundet med nettet, og som består af kamre, der indeholder ekspansionselementer af elastisk materiale (i første tilfælde en blære og i andet tilfælde en blære eller en manchet. Blæren ifølge GB patentskrift nr. 1 474 655 er ikke tilgængelig for rengørings- og steriliseringsmid-15 lerne, og indretningen kan ikke steriliseres. I modsætning hertil kan rengørings- og steriliseringsmidlerne, der gennemstrømmer nettet, som krævet strømme i-gennem og rundt om manchetten eller blæren ifølge GB-patentskrift nr. 1 550 080. Indretningen er dog vanskelig 20 at sterilisere, idet der på trods af rengøringen kan restere små produktmængder i samlingen mellem ekspansionselementet og kammeret, og disse udgør en risiko for permanent infektion.

Fra FR tillægspatent nr. 67.285 kendes en indret-25 ning af den i krav 1's indledning angivne art. I denne kan rummet over stemplet ikke steriliseres på den ovenfor beskrevne måde ved cirkulation af overophedet t vand, formentlig fordi den tørre luftart i rummet over stemplet skal opvarmes til en væsentlig højere temperatur 30 end den i praksis anvendte før sterilisationseffekten indtræder.

I CH patentskrift nr. 510 842 er beskrevet en ekspansionsindretning med en deformerbar membran tilpasset til kravene for funktion i aseptiske betingelser.

35 Den er let at rengøre og sterilisere uden afmontering, idet den er udført uden døde vinkler, og idet fraværet 3

DK 164793 B

af elastiske samlinger muliggør, at midlerne kan nå alle de dele, der har været i kontakt med produktet.

En ulempe ved denne indretning og de øvrige ovennævnte ekspansionsindretninger er, at når ekspansionselementet 5 udsættes for sterilisationstemperaturer på op til 140° og for almindelige rensningsmidler, har det en relativ kort levetid.

Indretningen ifølge opfindelsen adskiller sig fra den indledningsvis beskrevne indretning ved, at 10 stemplet i overfladen, som .vender mod det gasfyldte volumen, er udført med et hulrum, som indeholder et vandigt medium. Herved opnås, at væsken i hulrummet i stemplets overside fordamper under cirkulationen af overophedet vand omkring dæmpningselementet, og det har vist 15 sig, at den atmosfære af mættet damp, der herved dannes i volumenet over stemplet har en meget større sterilisationsevne end den tørre luftart ved den sædvanligvis anvendte temperatur af det overophedede vand.

Indretningen ifølge foreliggende opfindelse har 20 således ingen af de kendte indretningers ulemper og tilfredsstiller kravene for funktion i aseptiske forhold.

Såfremt den er placeret mellem en homoginisators højtryksstempelpumpe og en homogeniseringsventil, muliggør den en forbedring af homogeniseringen.

25 Yderligere fordelagtige udførelsesformer fremgår af krav 2-4.

Forskellige udførelsesformer for indretningen ifølge opfindelsen er efterfølgende beskrevet mere detaljeret med henvisning til tegningen, hvor 30 fig. 1 viser et skematisk længdesnit gennem en første udførelsesform, og fig. 2 et skematisk længdesnit gennem en anden udførelsesform for indretningen.

I figurerne henviser samme numre til samme ele- 35 menter.

Fig. 1 viser en indretning, som er udført for montering i et rør, gennem hvilket en væske cirkulerer med en variabel strømninqsmænqde ved et tryk, der ikke

DK 164793 B

4 2 overstiger en værdi på ca. 981 kPa (10 kg/cm ). Det indeholder en stivvægget dæmpningscylinder 1, som ved sin øvre ende er lukket og ved sin nedre ende er åben. Cylinderen er inden væsken cirkulerer udfyldt med en 5 luftart, eksempelvis luft eller nitrogen.

Cylinderen er monteret koaksialt med røret, som danner et kammer 2 serieforbundet med nettet ved hjælp af rørene 4a, 4b. Tværsnitsarealet af det ringformede rum 3 bør være af samme størrelse som tværsnittet af I® rørene 4a, 4b, således at væskens strømningsmængde før og efter kompenseringsindretningen svarer til strømningsmængden inden i denne. Dæmperens stive detaljer kan være af et materiale af samme type som rørene, eksempelvis rustfrit stål ved behandling af fødevarer. Dæmperen er 1^ foretrukket monteret vinkelret på indløbsrøret 4a*s retning for at lette dens installation og montering, eksempelvis ved at den påskrues en med gevind forsynet ende af kammeret 2.

Når væsken cirkulerer gennem indretningen i ret- 20 ningen vist ved pilene, løber den,ind i kammeret 2 gennem indløbsrøret 4a og løber ud gennem udløbsrøret 4b.

Idet cylinderens nedre ende er i forbindelse med kammeret 2 er den delvis fyldt med væske. Når væskens tryk stiger i nettet, stiger dens niveau i cylinderen ind-25 til luftarten i et volumen 5 er komprimeret, til dens tryk svarer til væsketrykket.

Visse produkter, såsom væsker, der endnu ikke er mættet med en luftart, eksempelvis væsker, der er blevet afgassede, er ved langvarige produktionsforløb i stand til at optage en luftart, og som et resultat opblandes luftarten indeholdt i dampningscylinderen gradvist, og denne kan da ikke længere udføre sin funktion. For at forhindre dette indeholder indretningen et med en pakning 7 forsynet stempel 6, der er giideligt monteret 35 inden i cylinderen 1. Det af luftarten udfyldte volumen 5 er således adskilt ra væsken på en væsketæt måde.

På den overflade, der vender mod volumenet 5, indehol- 5

DK 164793 B

der stemplet et hulrum 8, hvori der er ifyldt et vandigt medium, eksempelvis vand. Vandmængden i hulrummet 8 er afmålt, således at der ved sterilisationstemperaturen er opnået en atmosfære af mættet damp, så de ne-5 denfor beskrevne fordele er opnås. Et ringformet anslag 9 forhindrer stemplet i at falde ud af cylinderen 1. Idet trykkene altid er de samme på hver side af stemplet, er pakningen 7 ikke udsat for nogen mekanisk udmattelse under de forskellige sterilisations-, produkti-10 ons- og rengøringsstadier.

Væsken, som cirkulerer i nettet, kan være steril.

I dette tilfælde skal hele installationen inden væskecirkulationen være i stand til at steriliseres perfekt. Dette er foretrukket opnået ved i et tidsrum af 15 til 30 15 minutter gennem nettet at cirkulere overophedet vand, eksempelvis ved temperaturer fra 120 til 140°C. Fordi det overophedede vand cirkulerer rundt om og delvist inden i cylinderen 1, opvarmer det også cylinderen 1 og den luftart, som den indeholder i volumenet 5. I vo-20 lumenet 5 er etableret en atmosfære med mættet damp ved den samme temperatur som det overophedede vand. Denne atmosfære har meget større sterilisationsevne end en tør luftart. For i den samme tidsperiode at opnå den samme sterilisationseffekt som med damp ved 125°C, skal tem-25 peraturen af den tørre luftart, eksempelvis luft, være 210°C.

Efter sterilisationen med overophedet vand bliver vandet opstrøms for indretningen afkølet, og det afkølede vand omgiver cylinderen og afkøler den til arbejds-3Q temperaturen. Når arbejdstemperaturen er nået, kan det steriliserende vand blive pumpet ud af den sterile væske, eksempelvis mælk, og produktionen kan begynde under aseptiske betingelser.

Når produktionsforløbet er tilendebragt, skal net-23 tet rengøres. Dette kan, eksempelvis i fødevareindustrien, gøre ved hjælp af rensning med vand, der først indeholder en opløsning af alkali og derefter en opløsning af syre. På grund af strømningens pulserende natur sti- 6

DK 164793 B

ger og falder væskeniveauet i dæmpningscylinderen med hver pulsering, og væskeresterne i cylinderens nedre del under stemplet 6 erstattes fremadskridende af rengø-ringsopløshingerne. Dette betyder i de fleste tilfælde, 5 at rengøringsmidlerne også er i stand til at væde den nedre cylinderdels vægge og derved sikre fejlfri rengøring.

Udførelsesformen vist i fig. 2 er tilpasset net, •hvor der forekommer høje tryk >981 kPa (10 kg/cm ), 10 eksempelvis i størrelsesordenen fra 14,7 til 54 MPa 2 (150 til 550 kg/cm ) , hvilket er- tilfældet mellem en homoge-nisators højtryksstempelpumpe og homogeniseringsventil.

Det er i dette tilfælde vigtigt at sikre, at dæmpningscylinderen kan modstå disse forhold.

Både af·mekaniske styrkegrunde og af kompaktheds-grunde er det foretrukket at dens dimensioner er valgt så små som mulig, hvor de optimale værdier og dens vægtykkelse er bestemt som en funktion af trykket, antallet af pumpestempler samt disses bevægelsesfrekvens.

20 For at cylinderen kan udføre sin dæmpningsfunktion på trods af sine små dimensioner, er det fordelagtigt ved hjælp af en luftart at forbelaste den, inden den er bragt i operation. Det fremherskende tryk i volumenet 5 samt rumfanget af dette kan ved hjælp af analogi med kendte 25 dæmpere af blæretypen blive bestemt som en funktion af arbejdstrykket, rumfanget af det cirkulerende produkt og rengøringsfrekvensen. Ved de normale produktionsbrugsbetingelser vil volumenet 5 udfyldt af luftarten repræsentere fra 20 til 50% og helst omkring 1/3 af cylinde-30 rens indre rumfang.

Cylinderen 1 er, førend nettet er bragt i operation, fyldt med en luftart fra en kilde (ikke vist) ved hjælp af åbning af en ventil ' 10 og en ventil 11 indtil trykket, som er observeret ved aflæsning af et 35 manometer 12, er opnået. Et anslag 13 kan holde stemp-

Claims (4)

1. Indretning til kompensering af en væskes varia-20 tioner i tryk og strømningsmængde i et cirkulationsnet for væsken, specielt i et steriliserbart net, som indeholder en stempelpumpe, hvilken indretning omfatter et kammer med et indløb og et udløb til serieforbindelse med nettet, samt et hydropneumatisk dæmpningselement med 25 stive vægge indeholdende en luftart og væsken, hvilket dæmpningselement er placeret inden i kammeret, således at det er'helt omgivet af væsken, hvor væsken i dæmpningselementet står i forbindelse med væsken i kammeret gennem en åbning i dæmpningselementet, og hvor det vo-30 lumen i dæmpningselementet, der er udfyldt med luftarten, på en væsketæt måde ved hjælp af et stempel med lodret slag er adskilt fra volumenet, som er udfyldt med væsken, kendetegnet ved, at stemplet i overfladen, som vender mod det gasfyldte volumen, er udført med et 35 hulrum, som indeholder et vandigt medium. DK 164793 B

2.Indretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det har organer til at sætte luftarten under tryk, inden gennemløbet af væsken.

3. Indretning ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at kammeret og dæmpningselementet er cylinderformede og placeret koaksialt.

4. Indretning ifølge krav 3, kendetegnet ved, at tværsnitsarealet af den ringformede væskepassage mellem dæmpningselementet og kammervæggene har samme størrelse som tværsnitsarealet af kammerets indløbs- og udløbsåbninger.