JPH031062Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、乳濁液や分散液（以下単に液体と
呼ぶ）を高圧下で弁部から強制噴出させることに
より液体成分を破砕して微細化し、均質化をはか
る均質装置の均質バルブおよび均質バルブシート
に関するものである。

（従来の技術） 均質装置により液体を均質化する主な用途は、
牛乳の脂肪球を微細化して浮上クリーム化するの
を防止または遅延させるのに使用され、その他顔
料や薬品等を含む分散液を処理するのに使用され
る。

均質化するのに一般に行われている方法は、高
圧ポンプによつて100〜210Kg／cm²の強い圧力を加
えられた液体を弁細隙から噴出させ、噴出した液
体をさらに壁面に衝突させるものであつた。

均質化の作用は理論的には不明な点もあるが、
液体が弁細隙を通過する時に液体成分に働く強大
な剪断力と、弁細隙の出口で急に広い場所に噴射
するときに液体が受ける急激な変化、すなわちキ
ヤビテーシヨンと、壁面に衝突するときの衝撃的
破壊とによつて液体成分を微細化し、均質化を果
たすものと思われる。

従来の均質装置は、円形端面を持つ均質バルブ
シートと均質バルブを、円形端面を当節させて積
み重ねたものを油圧等により加圧し、端面同志を
圧接して形成した弁部に、均質バルブシートの中
心に設けた液体通路から送られる高圧の液体が液
圧により弁部を僅かに押し開いて形成する弁細隙
を通つて外周方向に噴出した液体が、弁部の外側
に設けた衝突壁に衝突するように構成したものが
一般に多く使用されている。

この弁部で形成される弁細隙は、狭くて通過長
さが長い程抵抗は大きいが均質効果は高まるもの
であり、弁細隙は弁部の面圧が高い程小さくなる
が、通過長さを長くするには端面の直径を大きく
する必要があり、直径を大きくすると装置全体が
大型となり、高価となるため、弁部となる両端面
に同心円状の山部と谷部を連続して形成し、両端
面の山部と谷部が互いに噛み合つた状態として液
体を山部と谷部を越えて蛇行して通すことにより
通過長さを長くすることが行われていた。

（考案が解決しようとする問題点） 前記した従来の均質装置は、弁細隙を長くする
ことにより均質効果を高めようとするものである
が、そのために通過抵抗が大きくなり、液体を高
圧とする必要があつて、大きな動力を要するとい
つた弊害が生じるもので、この弊害が問題となら
ないだけの均質効果が得られるか否かに疑問が残
るといつた問題点があつた。

この考案は、上記した問題点を解決して、均質
効果を一層高めることのできる均質装置の均質バ
ルブおよび均質バルブシートを提供することを目
的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達するためのこの考案は、均質バ
ルブおよび均質バルブシートの両端面に、同心円
状に交互に連続した山部と谷部を形成し、該両端
面の山部と谷部を互に噛み合わせて弁部を形成し
た均質装置において、上記山部の頂部と谷部の底
部との合致部の全部または一部に小空隙を形成し
た、均質装置の均質バルブまたは均質バルブシー
トである。

（作用） 均質バルブまたは均質バルブシートの中心部か
ら半径方向に流れる液体は弁部を圧力で押し開い
て形成される弁細隙を通るに当たつて、強い抵抗
を受けて液圧が高まり、高速で弁細隙を通過する
際に液体成分に強大な剪断力が働いて、この液体
成分を分解した後、弁部の中途に設けた小空隙に
噴出するときキヤビテーシヨンを起こして重ねて
液体成分が分解され、この小空隙に噴出時に、こ
の小空隙を形成する谷部の壁面に衝突して分子が
衝撃破壊することを、小空隙の数だけ繰り返し
て、最後に弁部の外周に噴出するもので、この間
に数回にわたつて剪断と、キヤビテーシヨンと、
衝撃破壊とによる三重の均質作用が繰り返される
ことにより液体成分が極めて微細に分解されて、
優れた均質効果が得られるものである。

（実施例） 以下、この考案の一実施例を図面にもとづいて
詳細説明する。

第１図は本考案均質装置の一例を示す要部縦断
面図であつて、１はハウジングで、内部をくり抜
いて均質室２とし、この均質室２に通じる液体入
口３を下方に設け、さらに液体入口３にはプラン
ジヤポンプ出口４が連結される。

上記均質室２には、円筒状の均質筒５を、均質
バルブシート６を底に嵌めてともに内蔵され、こ
の均質筒５内には円筒状の均質バルブ７が６個
（６個以外の数でもよい）均質バルブシート６上
に直列に積み重なつて内装され、この均質バルブ
シート６と６個の均質バルブ７の中心を貫通して
液体入口３に連通する液体通路８が設けてある。

さらに均質筒５内には均質バルブ７の最上端
に、円柱状の上部均質バルブ９が重なつて内装さ
れている。

こうして均質バルブシート６の上端面と、均質
バルブ７の上下両端面と、上部均質バルブ９の下
端面との互に対接する端面同志で７箇所の弁部１
０が形成され、この弁部１０を形成する両端面に
は第４図および第５図に示す如く、同心円状の山
部１１と谷部１２が連続して設けられ、両端面の
山部１１と谷部１２とは1/2ピツチずれていて、
一方の端面の山部１１は他方の端面の谷部１２に
一致して、山部１１と谷部１２が互いに噛み合う
ように形成されており、両端面の山部１１の頂点
近傍を第６図、第７図および第８図に示す如く斜
辺に添つて削り落として谷部１２との間にＶ字形
の小空隙１３を形成し、この小空隙１３はＶ字形
の２辺のうち上流側の１辺を、たとえば間隙T1
＝0.01〜0.025mm、長さL1＝0.4〜0.6mmの狭隙部１
３ａとし、下流側の１辺をたとえば間隙T2＝
0.025〜0.1mm、長さL2＝0.4〜0.6mmの広隙部１３
ｂとしてある。

こゝに第６図および第７図は弁部１０の例を示
す２種類の拡大図で、第６図では対接する両端面
の全部の山部１１の頂部を削り落として合計12箇
所の小空隙１３を設けたもの、第７図では対接す
る一方の端面の山部１１のみの頂部を削り落とし
て、合計６箇所の小空隙１３を設けたものを示し
たもので、当然小空隙１３の数の多い第６図の方
が均質効果に優れている。

また、均質バルブ７と、上部均質バルブ９の外
周には周溝７ａ，９ａがそれぞれ設けられ、この
周溝７ａ，９ａに、一方の端面から通じる、縦溝
７ｂ，９ｂが、円周を等分した４箇所（４箇所以
外の数でもよい）に、軸心に平行し、適当な幅を
持たせて設けてあり、さらに周溝７ａ，９ａに対
応する均質筒５の内周面に、内周溝５ａが設けら
れ、この内周溝５ａと周溝７ａ，９ａとがそれぞ
れ一致して通液周路を形成し、さらに均質筒５の
外周を上下端を残して削り落として、ハウジング
１の内壁との間に形成された円筒状の集液室１４
に、内周溝５ａから、均質筒５を貫通して通液穴
５ｂが円周を等分した４箇所（４箇所以外の数で
もよい）に穿設されている。

１５はハウジング塞ぎ蓋で、ハウジング１の上
部で均質室２を塞ぎ、このハウジング塞ぎ蓋１５
の上側には加圧シリンダ１６が取り付けられ、ピ
ストン１７が、上部均質バルブ９の上端を加圧
し、この加圧力を調整することにより弁部１０の
面圧を加減して、液圧によつて押し開かれる弁細
隙の大きさが調整されるものである。

１８は取出口で、ハウジング１に取り付けら
れ、集液室１４に通じて均質生成液を取り出す。

この均質装置は高圧の液体が流れるため、液漏
れのおそれのある部分にはＯリングパツキン１９
を設けてある。

以上の構成からなるこの考案に係る均質装置を
牛乳の均質化に使用する場合について説明する。

牛乳の均質化とは、牛乳に含まれている脂肪球
を破壊して細分化することであり、この脂肪球は
直径１〜16μの範囲のものが多く、この脂肪球は
比重が低いのでSTOKESの法則に従つて脂肪球
がその大きさに比例した早さで浮上して、牛乳の
表面にクリーム層を形成するものであり、脂肪球
が2μ以下の場合、粘性摩擦が浮力よりも強くな
つて、脂肪球は浮上しにくくなるものである。

従つて牛乳を均質化する目的は、脂肪球を2μ
以下にできるだけ微細に破壊して、表面にクリー
ム層が形成されるのを防止することにある。

第１図において、プランジヤポンプ（図示省
略）より送られた牛乳を、プランジヤポンプ出口
４から液体入口３を通つて液体通路８に入つた牛
乳が、液圧によりピストン１７の加圧力に抗し
て、７箇所の弁部１０を極く僅かに押し開いて形
成される数μの弁細隙１０ａを、半径方向に山部
と谷部を蛇行しながら流出する間に、弁細隙１０
ａで流速を高めて液体成分を剪断破壊するととも
に、弁部１０に設けた複数箇所の小空隙１３にお
いてキヤビテーシヨンと衝撃破壊を繰り返して、
脂肪球をより微細化するものである。

この小空隙１３における作用は、弁細隙１０ａ
から先づ狭隙部１３ａに噴出して軽いキヤビテー
シヨンを起こして脂肪球を分解し、かつやや拡散
して、谷部１２側の壁面に衝突し、広隙部１３ｂ
内に飛散させて脂肪球をさらに衝撃破壊するもの
である。

斯くして均質バルブ７および上部均質バルブ９
の外周に達した牛乳は、縦溝７ｂ，９ｂに噴出し
て低圧となり、本格的にキヤビテーシヨンを起こ
して脂肪球を分解し、さらに均質筒５の内壁面に
勢いよく衝突し、最後の脂肪球破壊を終えて均質
生成牛乳となり、周溝７ａ，９ａと内周溝５ａか
らなる通液周路に出て、通液穴５ｂから均質室２
を経て取出口１８から機外に取り出されるもので
ある。

上記の牛乳の流れにおいて、液体通路８から弁
部１０を半径方向に流れる流速は、かりに外周が
全部開放されているとするならば、外周に向かう
に従つて円周長さが長くなるため流速は低下する
ことになる。

こうして流速が低下することは、弁細隙１０ａ
を通る抵抗も小さくなつて、脂肪球の剪断効果も
低下し、さらに小空隙１３や外周に噴出時のキヤ
ビテーシヨン効果および衝撃破壊効果も低下し
て、満足な均質効果が得られなくなる。

従つて弁部１０の外周に行くにつれての流速低
下を防止するために、均質バルブ７および上部均
質バルブ９の外周の４箇所に縦溝７ｂ，９ｂを設
けて、この縦溝７ｂ，９ｂ部のみに流出し、他の
円周部分は均質筒５の内周面に密接して塞がれて
いて流出できないようにし、外周での流出口を狭
めて必要な流速を保ち、均質効果を良好ならしめ
るものである。

第９図は本考案装置と従来装置との性能を脂肪
球の平均径で比較したグラフであつて、イは本考
案装置、ロは従来装置の試験結果を示す。

この試験に使用した本考案装置は第１図に示す
構造で、弁部１０を第６図に示す構成とし、半径
方向に12箇所の小空隙１３を持ち、この小空隙の
寸法を第８図においてT1＝0.025mm、T2＝0.075
mm、L1＝L2＝0.5mmとし、均質バルブの直径60
mm、処理能力20000／Ｈのものとし、一方の従
来装置は第１０図に示す弁部を持ち、半径方向に
山部と谷部の合致部を４箇所設けたもので、均質
バルブの直径50mm、処理能力10000／Ｈのもの
を使用した。

第９図のグラフにおいて、本考案装置のイでは
均質液圧80Kg／cm²で平均脂肪球の直径は1μであ
り、均質液圧を増すとさらに脂肪球は細分化して
160Kg／cm²以上となると平均脂肪球は0.6〜0.7μと
なり、殆ど変化はなくなる。

これに対し従来装置のロでは、均質液圧が高い
程脂肪球は小さくなるが、180Kg／cm²以上になら
ないと2μ以下とならまいことを示しており、こ
れによつて本考案装置が従来装置に比べて格段に
優れた均質能力を持つていることが知られる。

従つて本考案装置によれば140Kg／cm²の均質液
圧以上で脂肪球の極めて小さい良質のロングライ
フ牛乳が得られ、一般牛乳は140Kg／cm²以下の均
質液圧で得られるものである。

（考案の効果） 以上説明した、この考案に係る均質装置の均質
バルブおよび均質バルブシートによれば、弁部の
半径方向の流れの途中の山部と谷部の合致点に小
空隙を設けたことにより、この小空隙部でキヤビ
テーシヨンと衝撃破壊を受けて液体成分の微細化
を小空隙の数だけ繰り返し受けることにより優れ
た均質効果が得られ、高度の均質化を要求される
ロングライフ牛乳用としても好適な能力を持つた
均質装置が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の均質バルブおよび均質バ
ルブシートを組み込んだ均質装置の一例を示す要
部縦断面図、第２図は第１図−線断面図、第
３図は同じく第１図−線断面図、第４図は均
質バルブの一部切断側面図、第５図は、第４図を
Ｑ矢の方向に見た図、第６図および第７図は、第
１図Ａ部を拡大した弁部の詳細図で、第６図と第
７図は構成の異なつた例を示す図、第８図は第６
図Ｂ部拡大詳細図、第９図はこの考案による均質
装置と従来の均質装置との性能比較試験結果をグ
ラフで示した図、第１０図は従来の均質装置の弁
部の縦断面図である。 １……ハウジング、２……均質室、３……液体
入口、４……プランジヤポンプ出口、５……均質
筒、６……均質バルブシート、７……均質バル
ブ、８……液体通路、９……上部均質バルブ、１
０……弁部、１１……山部、１２……谷部、１３
……小空隙。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 均質バルブおよび均質バルブシートの相対面す
   る両端面に、同心円状に交互に連続した山部と谷
   部を形成し、該両端面の山部と谷部を互に噛み合
   わせて弁部を形成した均質装置において、上記山
   部の頂部と谷部の底部との合致部の全部または一
   部に小空隙を形成したことを特徴とする、均質装
   置の均質バルブまたは均質バルブシート。