JP2020014472A - オリフィス内にベンチュリ効果を引き起こすためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製品の線維を引き伸ばし、整列することができ、エネルギー損失が最小化される線維配向技術に関する装置および方法を提供する。【解決手段】装置は、ベンチュリ効果を引き起こす円筒部分１４に通じる球形部分１２から構成されたオリフィス１０または管を含む。ベンチュリによって、大きい方のオリフィスから小さい方のオリフィスへの滑らかな移行が可能になり、これにより流れ移行部は最小化され、それによりシステムの制限は低減される。移行部によりエネルギー損失は最小化され、および線維の整列が支持される。【選択図】図１

Description

関連出願
本出願は、全て２０１１年９月１２日に出願された米国特許出願第１３／１９９，９１０号の一部継続である、２０１１年１２月２９日に出願された係属中の米国特許出願第１３／３７４，４４１号、２０１１年１２月２７日に出願された係属中の米国特許出願第１３／３７４，４１７号、２０１１年１２月２７日に出願された係属中の米国特許出願第１３／３７４，４２２号、２０１１年１２月２７日に出願された係属中の米国特許出願第１３／３７４，４２１号および２０１１年１２月２７日に出願された係属中の米国特許出願第１３／３７４，４２３号の一部継続である。

発明の分野
本発明は、オリフィス内にベンチュリ効果を引き起こすための装置および方法に関する。

発明の背景
今現在ある食品成形技術は、高い圧力、速度および複雑な材料流路に依存し、それらにより品質を欠いた製品が製造される。高い圧力は肉の細胞に作用し、圧力が高くなるほど肉細胞はより揉まれる、または絞られる。複雑な流路と組み合わされた高い速度は、肉製品を揉み、肉製品に作用し、細胞からミオシン／アクチンを分離し、筋線維を結合させ、収縮させる（タンパク質結合）。

液体および気体に方向を変えることを要求する油圧機械および銃などの先行技術の装置は、エネルギー損失に関する問題を抱えている。

発明の概要
本発明は、ベンチュリ効果を生じさせる装置および方法に関する。装置および方法が、固体、液体および気体とともに使用されることが本発明の目的である。ベンチュリ効果が製品の加速を増大すること、および製品の圧力を低減することが本発明の目的である。ベンチュリ効果が加速を低減すること、および圧力を増大することが本発明の目的である。ベンチュリ効果がオリフィスによって引き起こされることが本発明の目的である。ベンチュリ効果が管の中で引き起こされることが本発明の目的である。オリフィスのベンチュリ効果が製品の線維を引き伸ばし、整列することが本発明の目的である。穴またはオリフィスが垂直または凹側でより大きい直径からより小さい直径まで寸法を変えることが本発明の目的である。前記の側が鋭い縁部を有することが本発明の目的である。原理はベンチュリに類似した設計を有する。それは、オリフィスを通して対応する圧力低下を有する製品加速をもたらすノズル、ベンチュリ、オリフィス、または流れ制限部とよばれる。

物質が通過する管の直径を低減することによって速度は増大される。これは質量保存の法則である。速度が増大すると、物質の圧力は低下する。これはエネルギー保存の法則である。

液体ごとに、断面積（Ｃ）と断面積（ｃ）の間の比率があり、それによって速度は温度を下げるか圧力を上げることによって初めて増大することができる。この同じ概念がひき肉にあてはまる。有限長さを有するオリフィスと小オリフィスとの間の移行部がない限り、チョーク流を得ることは不可能である。

ベンチュリによって、大きい方のオリフィスから小さい方のオリフィスへの滑らかな移行部が可能になる。この移行部により流れ移行部は最小化され、それによりシステムの制限は低減される。移行部によりエネルギー損失は最小化され、および線維の整列が支持される。

ベンチュリの移行部は、生産用具環境において作ることが極めて困難である。結果として、球形または類似の形状の幾何学的特性を用いて、標準的な製造方法を使用して多くのベンチュリ効果特性を得る能力が可能になる。

球形部の全ての地点は、固定点から同じ距離である。球形部の外径および面部分は円形である。球形部は同じ幅および周囲寸法を有する。球形部は最少表面積を有する最大容積を有する。上記特性の全てにより製品は最少の中断で流れることができる。静止領域および不動領域はない。円筒部分が球形部と何度で交差しようが、断面は常に完全な円である。

製品速度を増大して線状に線維を整列させることが本発明の目的である。

空気流は、円筒サイズを低減するシステムを使用することによって加速することができる。ベルヌーイの法則からの方程式Ａ_１Ｖ_１＝Ａ_２Ｖ_２を用いると、速度は断面積を低減することによって増大される。

これを満たす典型的な方法は、ベンチュリノズルの使用である。しかしながら、ベンチュリは漸進的な面積の低減と有限長さのスロート部とを必要とする。ほとんどの機械部片の厚さの制限を考慮すると、そのような装置の部片にベンチュリを置くことは実行可能ではない。

しかしながら、球形部の特性を利用すると、円筒部をより大きい直径の球形部と交差させることによって、空気は加速することができる。

球形部では、圧力は全ての方向において等しい。従って、球形部が円筒部によって交差されると、空気は高速で円筒部と同軸の方向に移動する。

球形部を円筒部の穴に形成することによって穴にベンチュリ効果を提供することが本発明の目的である。これによりベンチュリ効果またはベンチュリポンプが生じる。これにより穴を通る製品は加速される。これにより自己浄化式の穴またはオリフィスがもたらされることが本発明の目的である。球形状の切断により全ての方向において等しい圧力が生じる。使用される液体ガスまたは固体のチョーク流以下である接続された円筒部分の直径比率に対する直径比率を球形半球または湾曲構造が有することが本発明の目的である。球形形状または湾曲構造の直径が、接続された円筒部分の直径より大きいことが本発明の目的である。球形半球または湾曲構造が、それと交差する円筒部分より１．１〜２．５倍大きい直径を有することが本発明の目的である。縁部から穴までより鋭い縁部を有することが好ましい。

本発明の一例は、食肉パティ機械の通気プレート内の穴にベンチュリ効果を使用することである。通気プレートは、少なくとも１つの空気圧放出通路を含み、複数の小さい通気穴により成形プレートのキャビティはこの通路と流体連通することができる。空気通路により、機械がキャビティに満杯の肉を送り込むとき、キャビティ内の空気を逃がすことができる。今現在ある通気プレートの場合、穴は円筒状であり、穴の数および直径を変える。

ベンチュリ効果を有する穴の使用の別の例は、挽き機の挽き機プレートまたはオリフィスプレートである。本発明のオリフィスを有する挽き機プレートを使用することにより線維の整列が改善される。

ベンチュリ効果を有するオリフィスの使用の別の例は、充填プレートを貫通する通路を画定する充填オリフィスを有する充填プレートであり、通路のいくつかはそれぞれ、成形プレートの充填側に対して斜めに傾斜したまたは垂直な通路部分を有する。経路は球形交差部または湾曲構造を含む。ストリッパプレートと接触する充填プレートの側が、使用される液体ガスまたは固体のチョーク流以下でありかつ接続された円筒部分の直径以上である直径を有する球形形状または湾曲構造を含む。および成形プレートの長手方向の垂直面から測定される際、垂直あるいは約＋／−７５度、もしくは好ましい実施形態では約＋／−４５度以下の角度で成形プレートの上側と交差する。直径の低減により「ベンチュリ」状態が引き起こされる。球形部分または湾曲構造を使用することによって、円筒部分と球形または湾曲構造との間の交差部が、その形状がベンチュリ式システムに近づくように製造可能である移行部を形成する。縁部から穴までより鋭い縁部を有することが好ましい。縁部を研磨機でより鋭くすることが本発明の目的である。全ての充填通路が、垂直面から約＋／−７５度および好ましくは垂直面から約＋／−４５度以下の角度で円筒形状部によって交差される半球形状部からなることが本発明の目的である。

改善された細胞構造を維持する肉の流れの状態を作り出すために、球形形状部を、円筒交差部、および約１．１〜２．５である円筒部の領域で割った球形部の直径の比率とともに使用することが本発明の目的である。

不規則な形状は直径を有さないが、それらは面積を有する。線形品の所与の比率に関して、比率は線形比率（linear ratio）の二乗になる。湾曲および不規則形状に関して、初期面積と低減面積の比率は、約１．２〜６．２５である。

本発明のさらなる目的は、油圧式装置にベンチュリ効果を使用することである。球形構造およびベンチュリ効果の使用により低減される油圧装置のコーナー部分によって作り出される摩擦がある。これを液体とともに使用することが本発明の目的である。

気体にベンチュリ効果を使用することが本発明の目的である。ベンチュリ効果が減速および圧力の増大をもたらすことが本発明の目的である。球形部分の角度を制御することが本発明の目的である。筒ばね銃（muzzle break gun）にベンチュリ効果を使用することが本発明の目的である。

図面の簡単な説明
本発明の装置内に適所に配備された本技術の上面図を示す。 本発明の装置の拡大断面図を示す。 先行技術の設計の図面を示す。 本発明の装置のある実施形態で使用される技術を示す。 本発明の技術を使用する装置の側面図を示す。 本発明の装置のある実施形態における技術を示す。 本発明の装置のある実施形態における技術の側面図である。 本発明の拡大された装置を示す概略図である。 本発明の装置のある実施形態の上面図を示す。 本発明の装置のある実施形態の拡大上面図である。 本発明の装置のある実施形態の側面図である。 本発明の装置のある実施形態の拡大側面図である。 本発明の装置のある実施形態の側断面図である。 本発明の装置のある実施形態の上面図である。 本発明の油圧式継手の実施形態の図である。 請求項１３の油圧式継手の実施形態の破断図を示す。 本発明の筒ばね（muzzle break）の実施形態の側面図を示す。 本発明の筒ばねの実施形態の破断図を示す。 本発明の装置のある実施形態の断面図を示す。 図１７の拡大図を示す。

詳細な説明
図１は、球形部分１２と円筒部分１４とを有するオリフィス１０を示す。

図２は、球形部分１２と円筒部分１４とを有するオリフィス１０を示す装置の側面図を示す。図２はさらに、球形部分および円筒部分内の製品１６を示している。

図３は、直径２２傾斜移行部２４、スロート長さ２６および放出部２８を含む先行技術のベンチュリ２０を示す。

図４は、充填プレート３０、ストリッパプレート３２、および上側プレート３４の分解図を示す。

図５は、ストリッパプレートスペーサおよび締め具４６、円筒部分４８および湾曲部分５０をさらに含む、充填プレート４０、ストリッパプレート４２および上側プレート４４の組立図を示す。

図６は、通気プレート６０のオリフィス６２および６４を有するプレート６０を示す。

図７はオリフィス７２および７４を有する通気プレート７０を示す。チャネルが、円筒部分７８と交差する球形部分７６から構成されている。

図８は、球形部分７６および円筒部分７８を有するオリフィス７４をさらに示す。

図９はオリフィス１１０を有する挽き機プレート１００を示す。

図１０は、球形部分１１２および円筒部分１１４を有する、オリフィス１１０を示す挽き機プレート１００の拡大図を示す。

図１１は、オリフィス１１０を有する挽き機プレート１００を示す。球形部分１１２および円筒部分１１４を含むオリフィス。

図１２は、球形部分１１２および円筒部分１１４を有するオリフィス１１０の拡大図を示す。

図１２Ａは、排出管１１６と、排出オーガ１１７と、球形部１２１および円筒部１１９から構成されたＦＯＴ骨抽出インサート１１８とから構成された骨収集管１１６を示す。

図１２Ｂは、骨収集スロット１４２と、球形直径１４６および円筒直径１４８から構成されたオリフィス１４４とを有する挽き機プレート１４０を示し、矢印１５０は肉の流れの方向を示す。

図１３および１４は、Ｌ字継手１２２を有する油圧式継手１２０を示し、２つの円筒管１２４および１２６がそれぞれ球形部分１２８および１３０に入る。

図１５は、円筒部分１３２および球形部分１３４を有する筒ばね１３０を示す。

図１６は、空気流の方向１３６を示す筒ばね１３０、ならびに円筒部分１３２および球形部分１３４の断面を示す。

図１７は、球形部１６４と円筒部１６６とを有する充填プレート１６０およびストリッパプレート１６２を示し、ベンチュリ装置に入るとき不規則な線維１６８、およびその後の、整列された線維１７０を示す。

図１８は図１７の拡大図を示す。

本発明は、線維配向技術に関する。線維配向技術は、充填プレートを通して圧力を低下させ、生じる筋線維の収縮が選択方向にあるように、肉の線維を整列させる。線維配向技術は、より広い開口を使用して製品流れに対するより低い抵抗を実現する。

線維配向技術は、よりきれいな切断のための、より良いせん断面を提供する。線維配向技術は、せん断作用が筋細胞を可能な限り中断しないように、穴の線維を整列する。線維配向技術は、肉の流れを遮断する金属製プレートの全体面積を低減し、肉を動かす製品の方向変化をより少なくする。線維配向技術は、ベンチュリ効果の原理を使用して肉の線維を充填穴を通して押す代わりに引く。

これら線維配向技術の特徴の全てにより、ミオシンのアクチンとの分離および混合が低減され、その正味の効果は、線維の制御された配向、より少ないミオシンの活動である。

成形プレートのすぐ隣で充填通路に介在される充填プレートは、成形プレートが充填位置にあるときに成形キャビティと整列されるある領域にわたって所定のパターンで分布された多数の充填オリフィスを有する。充填オリフィスは充填プレートを貫通する通路を画定し、通路のいくつかはそれぞれ、成形プレートの充填側に対して斜めに傾斜したまたは垂直な経路部分を有する。経路は球形交差部または湾曲構造からなる。ストリッパと接触する充填プレートの側は、使用される液体ガスまたは固体のチョーク流以下でありかつ接続された円筒部分の直径以上である直径を有する球形半球または湾曲構造からなり、成形プレートの長手方向の垂直面から測定される際、垂直または約＋／−７５度もしくは好ましい実施形態では約＋／−４５度以下の角度で成形プレートの上側と交差する。断面積の低減により「ベンチュリ」状態が生じる。球形部分または湾曲構造を使用することによって、円筒部分と球形または湾曲構造との間の交差部が、その形状がベンチュリ式システムに近づくように製造可能である移行部を形成する。全ての充填通路が、垂直面から約＋／−７５度および好ましくは垂直面から約＋／−４５度以下の角度で円筒形状部によって交差される半球形状部からなる。

球形形状部の、円筒交差部、および約１．１〜２．５である円筒部の領域で割った球形部の直径の比率と一緒の使用により、改善された細胞構造を維持する肉の流れの状態が生みだされる。

上の図では、流体は管の左側端部に入る。質量保存およびエネルギー保存の法則を用いると、容積流量はシステムの全ての地点で等しい。（ｐ_１Ａ_１Ｖ_１）＝（ｐ_２Ａ_２Ｖ_２）。ｐは定数のため、速度は断面積の反比例である。またベンチュリは、ある有限距離の傾斜部と、同じく有限距離を有するスロート部を必要とする。

環状断面に補給する球形形状は、肉のより一定の圧力を維持しながら、製品速度の上昇を生む。球形部は以下の特性を有する。
・球形部の全ての地点は固定点から同じ距離である。
・球形部の外径および面部分は円形である。
・球形部は同じ幅および周囲寸法を有する。
・球形部は最少表面積を有する最大容積を有する。
・これら特性により肉は最少の中断で流れることができる。静止領域および不動領域はない。
・何度で円筒部分が球形部と交差しようが、断面は常に完全な円である。
・球形部の内側の圧力は、全ての方向で均一である。

製品が球形部の環状断面を通過するとき、圧力が球形部内で均一であるという事実により、球形部と同軸である力が生成される。面積を低減することで円筒部分を通る製品は加速される。加速により製品内の線維が流れの主方向において整列されることが実験的に分かっている。従って線維の配向がある。

Claims (20)

1. ベンチュリ効果を引き起こす円筒部分に通じる球形部分から構成されたオリフィスまたは管を含む装置。
2. 前記ベンチュリ効果により、前記オリフィスを通して配置される材料の線維が配向および/または整列される、請求項１に記載の装置。
3. 前記ベンチュリ効果により、前記オリフィスを通して引かれる材料が引き伸ばされる、請求項１に記載の装置。
4. 前記オリフィスにより、前記オリフィスを通過する材料の最小断面が形成される、請求項１に記載の装置。
5. 前記オリフィスが通路を画定し、複数の前記通路のそれぞれが、オリフィス垂直軸の中心から約０〜７５度の角度で出口通路部分を有する、請求項１に記載の装置。
6. 前記オリフィスが通路を画定し、複数の前記通路のそれぞれが、オリフィス垂直軸の中心から約０〜４５度の角度で出口通路部分を有する、請求項１に記載の装置。
7. 前記オリフィスが、使用される液体、ガスまたは固体のチョーク流以下でありかつ前記接続された円筒部分の直径以上である直径を有する球形半球または湾曲構造を有する、請求項１に記載の装置。
8. 球形領域の直径対円筒領域の前記直径の比率が約１．１〜２．５であるように前記オリフィスが直径を有する、請求項１に記載の装置。
9. 前記オリフィスが、ベンチュリ効果を表す断面を形成するために、球形部分の円筒部との交差を利用する、請求項１に記載の装置。
10. 多数のオリフィスを含む装置であって、
    前記オリフィスが、円筒部分と交差する球形部分を含み、
    前記球形部分の直径と前記円筒部分の直径の比率は、製品が前記オリフィスを通過するときに製品のチョーク流効果に一致する比率である、
    装置。
11. 前記オリフィスが、鋭い縁部を有する垂直または凹側でより大きい断面積からより小さい断面積へ寸法を変える、請求項１０に記載の装置。
12. 前記オリフィスを通して対応する圧力低下を有する製品加速をもたらすノズル、ベンチュリ、または流れ制限部を含む多数のオリフィスを含む装置。
13. 前記装置が固体製品とともに使用される、請求項１に記載の装置。
14. 前記装置が液体製品に使用される、請求項１に記載の装置。
15. 前記装置が気体製品に使用される、請求項１に記載の装置。
16. 前記装置が油圧式Ｌ字継手に配置される、請求項１に記載の装置。
17. 前記装置が砲口で使用される、請求項１に記載の装置。
18. 前記ベンチュリ効果により加速の増大および圧力の低減がもたらされる、請求項１に記載の装置。
19. 前記ベンチュリ効果により加速の低減および圧力の増大がもたらされる、請求項１に記載の装置。
20. 球形部または球形部分から円筒部へ、あるいは円筒部から球形部または球形部分へ製品を流すステップと、
    前記製品にベンチュリ効果を引き起こすステップと
    を含む、ベンチュリ効果を引き起こす方法。