CN103917290B - 喷雾干燥的方法及用于喷雾干燥的设备 - Google Patents

Abstract

一种对例如包括食物产品的高粘度流体进行喷雾干燥的方法。该方法包括提供其内设置有至少一个喷嘴的喷嘴板，所述喷嘴板具有内主表面和外主表面。该方法包括在与至少一个喷嘴流体连通的储存器中提供高粘度流体。该方法包括对储存器中的高粘度流体进行加压，其中，流体由于所述加压而朝向喷嘴板流动，由此在至少一个喷嘴上产生压差，使得流体从至少一个喷嘴流出，从而使流体在通过内主表面之后通过外主表面。至少一个喷嘴的在内主表面中的截面面积超过所述至少一个喷嘴的在外主表面中的截面面积。

Description

喷雾干燥的方法及用于喷雾干燥的设备

技术领域

本发明涉及一种对高粘度流体进行喷雾干燥的方法。本发明还涉及用于一种对高粘度流体进行喷雾干燥的设备。本发明还涉及一种产品。

背景技术

通过至少一个喷嘴对高粘度流体产品进行喷雾干燥可用于生产诸如粉末形式的食物产品之类的产品。待喷雾干燥的流体可以包括产品在溶剂——例如，诸如水之类的液体——中的分散液和/或溶液。流体从流体储存器通过喷嘴被进给。在流体流出喷嘴之后，流体可例如根据瑞利分裂原理分裂成液滴。可使用诸如空气之类的干燥介质干燥流出或射出的液滴。当去除液体时，可在干燥液滴之后保留形成粉末的颗粒。粉末产品例如可包括粉末食物产品，其含有蛋白质、碳水化合物、脂肪或它们的组合物的食品或饮料成分，更具体地，例如，乳制品、液体香料混合物等。

通常可能存在对于产品的高生产率的需求。为此，喷嘴上相对较高的压差可能是益的。然而，这种高的压差可能对用于喷雾干燥的设备提出要求。例如，包括喷嘴的喷嘴板应足够坚固以承受压差。为此，喷嘴板可以制得相对较厚。然而，为了承受喷嘴板上特定的压差而使用较厚的喷嘴板，可以预计会减小通过喷嘴的流速，这是由于较厚的喷嘴板通常造成较长的喷嘴。然而流速的这种减小与初始增加喷嘴上压差的原因是相违背的。因此，至少部分地、可能很大部分上会损失增加压力的效果。

因此，存在对至少部分地遇到上述问题的用于对高粘度流体进行喷雾干燥的方法和设备进行改进的需要。

发明内容

因此，根据本发明的方面，提供了一种对例如包括食物产品的高粘度流体进行喷雾干燥的方法，该方法包括：提供喷嘴板，在该喷嘴板中设置有至少一个喷嘴，所述喷嘴板具有内主表面和外主表面，至少一个喷嘴从内主表面穿过喷嘴板延伸到外主表面；在与至少一个喷嘴流体连通的储存器中提供高粘度流体；对储存器中的高粘度流体进行加压，其中，流体由于所述加压而朝向喷嘴板流动，由此在至少一个喷嘴上产生压差，使得流体从至少一个喷嘴流出，从而使流体在通过内主表面之后通过外主表面；以及在诸如空气的干燥介质中至少部分地干燥液滴以使其变成颗粒；其中，至少一个喷嘴的在内主表面中的截面面积超过所述至少一个喷嘴的在外主表面中的截面面积。

至少一个喷嘴的在内主表面中的截面面积大于至少一个喷嘴的在外主表面中的截面面积的技术效果可以是至少一个喷嘴上的压差能够相对较低。因此，在至少一个喷嘴上相对较低的压差下可以达到通过至少一个喷嘴的期望流速以及因此达到期望的生产率。因此，喷嘴板可设计为相对较薄的且/或喷嘴板中的若干个喷嘴可以相对较高。因此，所述生产率可以相对较高。

由此，发明者意识到如下的创造性想法：在对喷嘴板的强度和产生的液滴体积仅造成有限影响的情况下，调节至少一个喷嘴的形状可被用于减小至少一个喷嘴上所需用于喷射高粘度流体的压差和/或增加至少一个喷嘴的生产率。另外的优点和/或技术效果可包括：更坚固的喷嘴、减小所需压力、和/或喷雾干燥相对较高粘度流体的可能性。

高粘度流体——或者，换言之，粘性流体——可具有大于0.1帕斯卡·秒、优选地大于0.2帕斯卡·秒、更优选地大于1帕斯卡·秒的剪切粘度。所述粘度可在1s^-1的剪切速率和20摄氏度的温度下使用椎板流变仪确定。

优选地，在加压期间，至少一个喷嘴上的压差保持在至多15巴、优选保持在至多12巴。相反地，WO2008/069639涉及一种对高粘度流体进行喷雾干燥的方法。根据WO2008/069639，为了迫使流体流出喷嘴，喷嘴上的压降大于15巴。于是，可从流出喷嘴的流体产生基本单分散性的液滴流。借助于至少一个喷嘴，甚至在至少一个喷嘴上的压差保持在低于15巴、或者甚至低于12巴时，也可以从流出喷嘴的流体产生基本单分散性的液滴流。应当理解的是，与WO2008/069639的已知的喷雾干燥的方法相比，通过当前公开的喷嘴设计降低了所需的压差。替代性地，可使用相同的压力——例如也在15巴或更高——对更高粘度的流体进行喷雾干燥。

优选地，该方法包括在流体通过外主表面之后干燥流体。优选地，方法包括收集干燥的食物产品，由此获得粉末形式的食物产品。

根据本发明的另外的方面，提供了一种用于对例如包括食物产品的高粘度流体进行喷雾干燥的设备，该设备包括：用于容纳高粘度流体的储存器；以及与储存器流体连通的喷嘴板，该喷嘴板具有内主表面和外主表面，并且喷嘴板设置有至少一个喷嘴，至少一个喷嘴从内主表面穿过喷嘴板延伸到外主表面；以及干燥装置，其用于引起和/或允许液滴干燥而变成颗粒；该设备布置为用于对储存器中的流体进行加压，使得在使用中流体朝向喷嘴板流动，由此在至少一个喷嘴上产生压差，使得流体从至少一个喷嘴流出，从而使流体在通过内主表面之后通过外主表面，其中，至少一个喷嘴的在内主表面中的截面面积超过所述至少一个喷嘴的在外主表面中的截面面积。

优选地，该设备包括加压装置，其用于对储存器中的流体进行加压，使得流体朝向喷嘴板流动且/或使流体抵靠喷嘴板加压并且从至少一个喷嘴流出，从而使流体在通过内主表面之后通过外主表面。优选地，加压装置布置为用于将至少一个喷嘴上的压力保持在至多15巴、优选保持在至多12巴。另外，至少一个喷嘴上较低的压差——例如，至多15巴或至多12巴——可导致流体上和设备相对脆弱的部分上的较低应变。

优选地，该设备布置为用于执行根据本发明的方法。

在所述方面和所述另外的方面，优选地，面积比等于至少一个喷嘴的在内主表面中的截面面积除以所述至少一个喷嘴的在外主表面中的截面面积，该面积比为至少五且/或至多五十。

在所述方面和所述另外的方面，优选地，至少一个喷嘴包括从外主表面延伸出的基本未加宽——例如圆筒形——的部分，并且包括从基本未加宽的部分延伸至内主表面的基本加宽——例如，渐缩的，可选是截头圆锥形——的部分。可选地，至少一个喷嘴为基本喇叭形的。

在所述方面和所述另外的方面，优选地，在使用中，压差比等于基本加宽的部分上的压差除以基本未加宽的部分上的压差，所述压差比为至多1、优选地为至多0.5、更优选地为至多0.3、例如为至多0.2。

在所述方面和所述另外的方面，优选地，沿着高粘度流体通过所述未加宽部分流出的方向测量的至少一个喷嘴的基本未加宽的部分的长度至少等于至少一个喷嘴的在外主表面中的直径、优选地为至少一个喷嘴的在外主表面中的直径的三倍。因此，可通过从至少一个喷嘴14流出的流体获得相对稳定的射流和/或液滴形成。例如，在实施方式中，基本未加宽的部分的长度为至少60微米——优选地为180微米——且/或至多250微米。

在所述方面和所述另外的方面，优选地，至少一个喷嘴从外主表面向内主表面逐渐加宽。

在所述方面和所述另外的方面，优选地，喷嘴板的宽度、长度以及厚度、喷嘴板的组成、以及喷嘴板中喷嘴的尺寸、数量、以及分布被布置为用于承受至少12巴、优选地至少15巴的至少一个喷嘴上的压差。

本发明还提供一种借助于根据本发明的方法和/或根据本发明的设备来生产的食物产品。

附图说明

现在将参照附图对本发明的实施方式进行描述，在附图中，对应的附图标记指示对应的部分，并且其中：

图1示出了在根据本发明的第一实施方式中的用于对高粘度流体进行喷雾干燥的设备的示意性截面；

图2示意性地示出了在根据本发明的设备的第二实施方式中的设置有至少一个喷嘴的喷嘴板的截面；

图3示意性地示出了在根据本发明的设备的第三实施方式中的设置有至少一个喷嘴的喷嘴板的截面；

图4A示意性地示出了在根据本发明的设备的第四实施方式中的设置有多个喷嘴的喷嘴板的正视图；以及

图4B示意性地示出了在根据本发明的设备的第五实施方式中的设置有多个喷嘴的喷嘴板的正视图；

图5A示出了压力改变装置的实施方式的侧视图；

图5B示出了图5A的俯视图；

图6A示出了另一实施方式的侧视图；

图6B示出了图6A的俯视图；

图7A示出了另一实施方式的侧视图；

图7B示出了图7A的俯视图；

具体实施方式

图1示出了在根据本发明的第一实施方式中的用于对高粘度流体4进行喷雾干燥的设备2的示意性截面。设备2可包括用于容纳高粘度流体4的储存器6。设备还可包括喷嘴板8。喷嘴板8可与储存器6流体连通。喷嘴板8可具有内主表面10和外主表面12，该内主表面10与流体4接触且/或与流体4连通。喷嘴板可设置有至少一个喷嘴14、优选地多个喷嘴14，该喷嘴14从内主表面10穿过喷嘴板8延伸到外主表面12。

更通常地，术语“喷嘴板”可被广义地理解。喷嘴板可包括多个部分。所述部分可相互附接由此形成设置有喷嘴的结构。术语“喷嘴”可指穿过喷嘴板的开口，其中流体可从该开口喷出。喷嘴板8的厚度D可在垂直于内主表面10和/或外主表面12的方向上测量。喷嘴板中除喷嘴外的所述厚度D可为均匀的，即，变化幅度至多是喷嘴板的最大厚度的10%。替代性地，喷嘴板的厚度D可为非均匀的，即，沿喷嘴板的变化幅度大于喷嘴板最大厚度的10%。因此，所述结构可在横向于喷嘴板的方向上变化，例如，除喷嘴外还可设置有凹部或凹腔和/或突部。可选地，形成喷嘴的管的盘形端部、或可选地彼此隔开的多个所述盘形端部可被视为喷嘴板。然而，在其它变型中，术语“喷嘴板”可被理解为更加狭义地。因此，喷嘴板可包括设置有至少一个喷嘴的板结构，其优选地一体制成。所述板结构可具有比板结构的最大厚度更大的长度L和宽度W（参见图4A），例如比最大厚度大至少五倍或至少十倍。所述厚度D可在与板结构的所述长度L和所述宽度W分别测量的方向相垂直的方向上测量。

设备2可布置为用于对储存器6中的流体进行加压。为此，设备2可包括加压装置和/或另外的压力改变装置50，该加压装置比如为用于对储存器6中的流体进行加压的泵16，该压力改变装置50用于改变喷嘴板中喷嘴附近的压力以刺激所喷出的流体射流受控分裂。由于所述加压，在使用中，流体可朝向喷嘴板8流动。因此，所述加压可在至少一个喷嘴上产生压差，使得流体从至少一个喷嘴流出并且因此从至少一个喷嘴喷射出。从而，流体在通过内主表面之后通过外主表面。因此，流体可从储存器6流出。因此，可从喷嘴14形成射流和/或液滴18。

一旦从喷嘴14喷出，液滴18可使用诸如空气之类的干燥介质被至少部分地干燥以去除诸如水或其它溶解介质之类的液体溶剂。干燥介质可被加热用于加速液体溶剂的蒸发过程。以此方式，液滴可变成干燥的食物产品的颗粒和/或粉末。干燥介质可例如通过诸如气体供应、加热器、和/或风扇之类的干燥装置（未示出）提供，用于引起和/或允许液滴18干燥而变成干燥的食物产品的颗粒。替代性地，干燥装置可简单地由从喷嘴喷出的位置与目标位置——例如输送机20上的目标位置——之间的空气提供。

加压装置可大体上包括泵16和/或例如介电元件的振动元件50。借助于泵16，可产生基础压力。借助于介电元件50，可产生基础压力上的变化。这种变化可用于控制由从喷嘴流出的流体形成液滴。

有利地，至少一个喷嘴的在内主表面中的截面面积超过所述至少一个喷嘴的在外主表面中的截面面积。参照附图2至图4B对至少一个喷嘴的实施方式和变型的其它细节进行描述。

优选地，加压装置布置为用于将至少一个喷嘴上的压差保持在至多15巴、优选保持在至多12巴。所述压差可等于储存器中邻近至少一个喷嘴的压力减去至少一个喷嘴的环境中的压力，其中储存器中的该压力例如为至少一个喷嘴的内主表面中的截面区域（中心）处的压力，至少一个喷嘴的环境中的压力例如为至少一个喷嘴的在外主表面中的截面区域（中心）处的压力。

在第一实施方式的变型中，根据本发明的设备2可设置有输送器20。该设备还可设置成与基板22组装。输送器20可布置为用于使基板20相对于至少一个喷嘴移动和/或使至少一个喷嘴相对于基板20移动。为此，输送器可设置有滚轮26。基板的这种运动例如由箭头24指示。滚轮26的可能的旋转方向由箭头30指示。基板可相对于至少一个喷嘴定位，用于接收射流和/或液滴。在干燥液滴之后，可从基板22收集干燥的食物产品。因此，可获得干燥形式——例如粉末形式——的食物产品。

在另一实施方式中，输送器可以使粉末进一步干燥，例如当液滴落在输送器上之前仅部分干燥时。例如，输送器可设置有用于进一步蒸发液滴中任何剩余液体的加热装置。

替代性地，输送器可包括沿输送方向24吹动半干液滴的空气风机。在另一示例中，输送器可由空气气垫形成，该空气气垫具有用以抬升颗粒的上升流和用以使颗粒沿输送方向24移动的侧向流。空气气垫还可设置有用于进一步刺激液体蒸发的加热空气。

图2示意性地示出了在根据本发明的设备2的第二实施方式中的设置有至少一个喷嘴14的喷嘴板8的截面。图2还示出了储存器6。在变型中，图1中指示的细节I可对应于（转动的）图2中示出的喷嘴板8的部分。然而，图1的第一实施方式中的喷嘴14可替代性地为不同的形状。

图2示出了至少一个喷嘴14的在内主表面10中的截面面积A₁（也称为第一截面面积A₁）。图2还示出了至少一个喷嘴14的在外主表面12中的截面面积A₂（也称为第二截面面积A₂）。至少一个喷嘴14的在内主表面10中的第一截面面积A₁超过至少一个喷嘴14的在外主表面12中的第二截面面积A₂。

至少一个喷嘴14可包括基本未加宽的部分32。所述基本未加宽的部分可为圆筒形的形状。基本未加宽的部分可从外主表面12沿朝向内主表面10的方向延伸而未到达内主表面。至少一个喷嘴还包括基本加宽的部分34。所述基本加宽的部分34可为截头圆锥形的形状。基本加宽的部分34可从基本未加宽的部分延伸到内主表面10。通过所述延伸，基本加宽的部分34可到达内主表面10。在实施方式中，在基本未加宽的部分中，流体的剪切速率在使用中通常在5·10⁵s^-1到5·10¹⁰s^-1的范围。这种剪切速率可以当至少一个喷嘴14上的压差保持在至多12巴时达到。

在实施方式中，基本加宽的部分34——例如截头圆锥形的部分——的角度α可在30度到60度的范围，例如大约45度。所述角度α可在基本加宽的部分34的表面35与高粘度流体通过所述基本未加宽的部分32的流出方向36或至少一个喷嘴的对称轴线37之间测量。

在典型的实施方式中，喷嘴几何结构包括薄板中的渐缩的和/或圆筒形的通道，例如使用激光切割技术在250微米厚的不锈钢板中制造的通道。圆筒形孔设置有50微米的直径和X=80微米的长度。这将上游（即，在内主表面10一侧）连接至渐缩锥形，即截头圆锥形的形状，渐缩锥形具有90度的顶角（即α=45度）和480微米的直径。这造成通道的具有50微米直径的圆筒形部分和具有Y=200微米长度的锥形部分。在单个薄板中，这些通道中的多个通道——优选地多于500个——可平行地设置。通常的截面面积A₁可例如在0.1-5mm²的范围内，而通常的截面面积A₂可在0.001-1mm²的范围内。

在实施方式中，喷雾干燥设备或方法可包括压力改变装置50。有利地，例如包括振动元件的压力改变装置50在流体中产生波形或动态的压力变化。压力波可传播通过喷嘴并且引起从喷嘴14喷出的流体射流受控分裂。这种受控分裂与在诸如高压喷雾清洁设备之类的设备——在这些设备中液滴的多分散性是不重要的——中采用的混乱无序的分裂过程形成对照。

压力改变装置50可由布置为用于控制压力改变装置的频率和/或振幅的控制器（未示出）以使得喷出的流体射流发生受控的瑞利分裂的方式来控制。频率可选择为例如接近所喷出的流体射流变成液滴的固有分裂频率。以这种方式，可产生基本单分散性的颗粒射流，即，颗粒的尺寸和/或体积在相对窄的范围分布。由于流体中的压力可保持为低的，因此压力改变装置50可以比在压力变化被更大程度地衰减的相应高压流体定位在离喷嘴更远的距离处。压力改变装置50可定位在例如离喷嘴r=2-1000μm、例如大约r=40μm的距离处。压力改变装置通常的致动频率可在500-200000Hz范围内，该频率可对应于液滴从喷嘴喷出的频率。压力改变可在1–15bar的范围内。

在实施方式中，设备的特征在于压力改变装置包括诸如控制销之类的可动的压力集中构件，该控制销可沿纵向方向朝向/远离喷嘴14的流出开口运动使得控制销的端部可安置在离流出开口预定的距离处——例如为2-1000μm的距离间隔——用于改变流出开口附近的压力。在实施方式中，压力集中构件安置为端部在离流出开口预定的距离处，例如2-1000μm的距离间隔，并且压力集中构件和/或喷嘴板布置为用于相对于彼此振动以改变流出开口附近的压力。在使用中，控制销以期望的致动频率振动用于改变流出开口附近的压力，从而使喷出的流体流实现受控的瑞利分裂机理。控制销位于例如流体储存器中优选地基本上垂直于喷嘴板指引的纵向方向。鉴于相对较小的距离以及为产生流体的期望瑞利分裂，对成一定距离间隔的控制销的控制优选地通过相对精确压力的调节机构来进行。控制销操作性地调节的精确频率和距离间隔可取决于流体的粘度。优选地，控制销的端部具有例如1-5mm²的相对较小的表面积，其优选地仍大于表面积A1。因此，通过控制销上高达例如30-150N的相对较小的驱动力，可以实现例如15巴的相对较大的压力改变。适当的振动元件50可例如包括压电的、声学的和/或电磁的致动装置，用于在喷嘴14附近致动振动元件50。替代性地或相结合地，例如喷嘴板10本身可由诸如压电元件之类的振动元件致动。替代性地或相结合地，流体储存器的与流体接触的后部板可被致动。诸如压电元件之类的振动致动器可限制于具体的压力可操作范围。特别地，该压力不可以过高。有利地，当前的喷嘴设计可允许流体储存器中的较低压力，因此提供例如与压电振动元件的协同结合。

在实施方式中，喷嘴板8可由例如0.25mm厚度的薄金属箔制成。有利地，喷嘴板8还可设置有支撑喷嘴板8的可选的支撑板51，使得喷嘴板在储存器中受高压不会坍塌。支撑板51设置有位于与流出开口14相对位置的开口52。开口52的直径可为例如大于流出开口14的直径的量级以便不会干扰流出的流体射流。

图3示意性地示出了在根据本发明的设备2的第三实施方式中的设置有至少一个喷嘴14的喷嘴板8的截面。图3示出了至少一个喷嘴14的在内主表面10中的截面面积A₁（也称为第一截面面积A₁）。图3还示出了至少一个喷嘴14的在外主表面12中的截面面积A₂（也称为第二截面面积A₂）。图3还示出了储存器6的一部分。可以清楚的是设置在设备中与至少一个喷嘴14相邻并且流体连通的通道可认为形成储存器6的至少一部分。

至少一个喷嘴14可为基本上喇叭形的形状，如图3中示意性地示出的。至少一个喷嘴14可为基本未加宽的部分32和基本加宽的部分34。基本未加宽的部分可限定为至少一个喷嘴14的一部分，其中，至少一个喷嘴的截面面积至多为至少一个喷嘴14的所述部分的最小截面面积的1.2倍。因此，在所述基本未加宽的部分中，A_nw,max可大约等于在该情况中等于A2的最小截面面积A_nw,min的1.2倍。所述最小截面面积A_nw,min可例如等于第二截面面积A₂。

更通常地，对于图2和图3中示出的喷嘴14并且可选地对于其他喷嘴，可理解至少下面六个方面。

第一，面积比等于至少一个喷嘴的在内主表面10中的第一截面面积A₁除以至少一个喷嘴的在外主表面12中的第二截面面积A₂，该面积比至少为五、优选地至少为十、更优选地至少十五。因此，与基本未加宽的部分32上的压差相比，可获得基本加宽的部分34上压差的有效降低。另外或替代性地，面积比为至多五十、优选地至多三十、更优选地至多二十。面积比的这种最大值可使得能够将喷嘴相对紧密地定位在一起。因此，可增加生产率。

第二，在实施方式中，沿着高粘度流体通过所述基本未加宽的部分的流出方向36测量的至少一个喷嘴14的未加宽部分32的长度X可至少等于至少一个喷嘴在外主表面12中的直径、优选地为至少一个喷嘴在外主表面12中的直径的至少三倍。例如在实施方式中，其中喷嘴具有40微米的直径，基本未加宽的部分的长度为至少40微米、优选地至少120微米。因此，通过从至少一个喷嘴14流出的流体可获得相对稳定的射流和/或液滴形成。替代性地或另外地，所述长度X可以为喷嘴直径的至多五倍、优选地为喷嘴直径的至多四倍…因此，基本未加宽的部分32上的压差可被限制。由此，所述长度X可以在从40微米到120微米的范围内、优选地在从40微米到100微米的范围内或在从60微米到120微米的范围内、更加优选地在从60微米到100微米的范围内。所述长度X例如可为大约50微米或大约80微米。

第三，在实施方式中，沿着高粘度流体通过所述基本加宽的部分的流出方向36测量的至少一个喷嘴14的基本加宽的部分34的长度Y可为至少100微米、优选地至少150微米。替代性地或另外地，所述长度Y可为至多300微米、优选地至多250微米。所述长度Y例如可为大约200微米。

第四，压差比等于基本加宽的部分上的压差除以基本未加宽的部分上的压差，该压差比为至多1、优选地至多0.5、更优选地至多0.3、例如为至多0.2。这种压力比可通过调整至少一个喷嘴的形状和面积比来获得。通过选择这种压力比，可在不过度降低生产率的情况下增加喷嘴板的厚度。未加宽的部分上的压差可等于基本加宽的部分与基本未加宽的部分之间的过渡面38（的中心）处的压力减去至少一个喷嘴的环境40中的压力，环境中的压力例如为在至少一个喷嘴14在外主表面中的截面区域（的中心）中的压力。基本加宽的部分上的压差可等于储存器中邻近至少一个喷嘴的压力——例如至少一个喷嘴14的在内主表面中的截面区域（中心）中的压力——减去基本加宽的部分与基本未加宽的部分之间的过渡面38（的中心）处的压力。

第五，至少一个喷嘴可从外主表面向内主表面逐渐加宽。由此，至少一个喷嘴的截面面积从外主表面朝向内主表面连续地增加。

第六，至少一个喷嘴14可适于产生基本单分散性的液滴流。这可例如通过诸如图2所讨论的振动元件50进一步辅助。在这种基本单分散性的流中，所产生的、由在使用中从至少一个喷嘴流出（即，从至少一个喷嘴喷射出）的流体形成的液滴具有如下尺寸：其尺寸在所产生的液滴的平均液滴体积的0.01%到10%内、优选地在1%内。由此，可达到优于传统喷雾喷嘴的优点。使用这种传统喷雾喷嘴通常造成多分散性喷射的液滴。应当理解的是，由于根据本发明的成形的至少一个喷嘴，因此可产生基本单分散性的液滴流的同时将至少一个喷嘴上的压差保持为至多12巴。产生基本单分散性的液滴流通常比产生多分散性的液滴流耗费更少的能量。

通常，在喷嘴板中制造至少一个喷嘴的方法例如可以包括激光切割。借助于激光切割，可在喷嘴板中切出至少一个喷嘴。喷嘴板8的喷嘴板厚度D可例如在从200微米到300微米的范围内、典型地为大约250微米。所述喷嘴板可基本由钢制成。例如，用于生产期望喷嘴形状的方法可包括使用电火花。此方法的优点是可精确地确定喷嘴形状。除钢之外的其它材料可为铜、钛以及钼。替代性的方法可采用蚀刻技术，例如在硅中蚀刻。另外替代性地，可使用激光——例如通过激光烧蚀——在金属材料或者陶瓷材料中切出喷嘴。与金属相比陶瓷材料的优点可以是喷嘴的更长使用寿命和/或耐用性。

图4A示意性地示出了在根据本发明的设备2的第四实施方式中的设置有至少一个喷嘴14的喷嘴板8的正视图。

图4B示意性地示出了在根据本发明的设备2的第五实施方式中的设置有至少一个喷嘴14的喷嘴板8的正视图。

在图4A和图4B的喷嘴板中，喷嘴板8的宽度W、长度L、以及厚度D（参见图2和图3）、喷嘴板的组成、以及喷嘴板中喷嘴的尺寸、数量和分布可布置为用于承受至少一个喷嘴上的至少12巴、优选地至少15巴的压差。

在示例中，喷嘴板的宽度W在从5mm到25mm的范围内且/或喷嘴板的长度L在从5mm到250mm的范围内。喷嘴板8可具有基本上矩形的形状。然而，其它形状也是可以的。喷嘴板的厚度D可在从150微米到400微米的范围内。喷嘴板中喷嘴的数量可大于或等于500。喷嘴板中喷嘴的密度可以为使得喷嘴中心到中心的距离优选地大于喷嘴直径的两倍、优选地大于喷嘴直径的三倍。因此，从喷嘴喷出的射流可隔开足够远而不会干扰彼此。喷嘴板可以例如基本由钢或硅制成。喷嘴板14的尺寸——例如直径Z——可在从10微米到200微米的范围内，通常为大约80微米。

在实施方式中，喷嘴在喷嘴板中的分布可为均匀的，即，喷嘴可以均匀地分布在喷嘴板上。这种均匀的分布在图4A中示出。替代性地，喷嘴在喷嘴板中的分布可为非均匀的。例如，喷嘴板的包括至少三个喷嘴并且具有最小边界Bc的中心区域Rc可大于包括与中心区域Rc相同数量的喷嘴并且具有最小边界Bs的周边区域Rs。由此，喷嘴板中心区域中的喷嘴密度可小于喷嘴板周边区域中的喷嘴密度。喷嘴板的所述周边区域可比喷嘴板8的中心区域更靠近于喷嘴板8的边缘44。应当理解的是，当中心区域中的喷嘴密度相对较低时，此区域中的喷嘴板上的负荷可相对较高。因此，可以实现生产率——例如喷嘴板中的喷嘴数量或整个喷嘴板上的平均喷嘴密度——与喷嘴板强度之间的优化。

根据本发明的设备——例如上述实施方式或变型中的一者的设备——可在根据本发明的对包括食物产品的高粘度流体进行喷雾干燥的方法的第一实施方式（第一方法）中使用。第一方法可包括提供其内设置有至少一个喷嘴14的喷嘴板8，所述喷嘴板具有内主表面10和外主表面12。至少一个喷嘴14可从内主表面10穿过喷嘴板8延伸至外主表面12。第一方法还可包括在与至少一个喷嘴14流体连通的储存器6中提供高粘度流体。

第一方法可包括例如借助泵对储存器6中的高粘度流体进行加压。在第一方法的有利变型中，在加压期间，至少一个喷嘴上的压差保持在至多15巴、优选保持在至多12巴。由于所述加压，流体朝向喷嘴板流动，由此在至少一个喷嘴上产生压差，使得流体从至少一个喷嘴流出。通过这种从至少一个喷嘴的流出，流体在通过内主表面之后通过外主表面。

至少一个喷嘴的在内主表面中的截面面积超过至少一个喷嘴的在外主表面中的截面面积。这种情况例如为参照图2和图3描述的。

第一方法还可包括在流体已经通过外主表面之后对流体进行干燥。为此，可以朝向流体可喷射到其上的基板引导空气。另外，第一方法可包括收集经干燥的食物产品。这可以例如通过从基板刮擦和/或吹动干燥的食物产品来实现。由此，可获得粉末形式的食物产品。因此，可获得根据本发明的食物产品。

图5A示出了压力改变装置50的实施方式的侧视图，该压力改变装置布置为用于加压多个喷嘴14的单个（压力）集中构件。替代性地，压力改变装置50可布置为如图1中所示：其中每个集中构件布置为用于加压单个喷嘴。

图5B示出了沿图5A中指示的V-V视图方向的俯视图。在俯视图中，示出了要被喷射通过喷嘴14的流体如何经由流动55而被带至喷嘴14的一侧，其中，流动55设置在对一排喷嘴14进行加压的（长形的）压力改变装置50之间。在实施方式中，压力改变装置优选地在端部更宽以提供更加均匀的到喷嘴14的流动。

图6A示出了喷嘴板8中的喷嘴14的实施方式的侧视图，其中喷嘴14的在喷嘴板8的内主表面10中的截面面积超过喷嘴的在喷嘴板8的外主表面12中的截面面积。喷嘴包括基本加宽的部分34和基本未加宽的部分32。

图6B示出了沿视图方向VI-VI的图6A的俯视图。如该俯视图中所示，在喷嘴的该实施方式中，基本加宽的部分34的形状类似截断的四棱锥。具有直边而非圆边的棱锥形状的优点可以是其更易于制造，例如使用蚀刻技术。作为示出的四棱锥的替代方式，例如，其它棱锥或形状也是可以的，例如三棱锥、圆锥状图形或它们的组合。

图7A示出了喷嘴板8中的喷嘴14的另一实施方式的侧视图。图7B示出了沿视图方向VII-VII的图7A的俯视图。如这些附图7A和7B所示，该实施方式的喷嘴14包括两个基本未加宽的部分32a和32b，其中，位于喷嘴板8的内主表面10上的部分32a具有比位于喷嘴板8的外部上的部分32b更大的直径。喷嘴14的当前实施方式的优点可以是比具有斜边的喷嘴更易于制造。然而，斜边——例如图6A中所示的加宽部中的斜边——的优点可以是喷嘴14或喷嘴板8上的有利的压力分布或力分布。作为具有两个部分32a和32b的替代方式，喷嘴14可在这两个部分32a和32b之间包括具有中间直径的附加部分，例如喷嘴可包括具有不同直径的三个台阶的未加宽部分。优点是可以提高整个喷嘴14上的压降相对于喷嘴板8承受压差的强度的可调节性。替代性地，具有不同直径和/或斜度的数个加宽部和/或未加宽部的组合是可行的。

在不受理论束缚的情况下，本喷嘴设计的技术效果可理解为如下方面。对于喷嘴上给定的压差，特定粘度的流体通过喷嘴的流动速率与喷嘴的流动阻力相关，该流动阻力又与喷嘴的长度和截面相关。一般来说，长的且/或窄的喷嘴可具有比短的且/或宽的喷嘴更高的流动阻力。为了实现在相同压差下较高的流动速率或在较低压差下相同的流动速率，因此可缩短和/或加宽喷嘴。然而，较短的喷嘴通常对应于较薄的喷嘴板，这意味着喷嘴板可处理较低的压力，而较低压力又对应于较低的流动速率。另一方面，就从较宽的喷嘴流出的射流而言，较宽的喷嘴可导致不期望的特性，例如较大的颗粒尺寸。

在本喷嘴设计的方面，与具有相等的输入截面和输出截面的直的喷嘴相比，通过维持喷嘴的输出截面以维持期望的射流特性并通过加宽输入截面从而减小喷嘴的总体流动阻力而至少部分地解决了上述问题。这进而可导致在给定的压差和粘度下增加流体通过喷嘴的流动速率；和/或在给定的粘度和期望的流体流动速率下减小流体所需的压差；和/或在给定流动速率和压差下喷雾干燥更高粘度流体的能力。其它效果可包括与具有相等流动阻力的直的喷嘴的（较薄）喷嘴板相比更坚固的喷嘴板。

因此，应当理解，对于给定的至少一个喷嘴的在外主表面中的截面面积，至少一个喷嘴的在内主表面的超出的截面面积与通过至少一个喷嘴的流动速率呈正相关且/或与至少一个喷嘴上的所需的压差呈负相关且/或与能够通过至少一个喷嘴被喷雾干燥的流体的粘度呈正相关。换言之，与直的喷嘴——即，在内主表面和外主表面处具有相同的截面面积的喷嘴——相比，当内主表面的截面面积相对于外主表面的截面面积增加时，通过喷嘴的流动速率可增加且/或喷嘴上所需的压差可减小且/或可被喷雾干燥的流体的粘度可增加。增加流动速率可产生要被喷雾干燥材料的提高的生产率。生产率也可通过增加流体中待喷雾干燥的材料密度——这对应于增加流体粘度——而增加。

如所讨论和所示出的实施方式的各种元件提供了例如用于喷雾干燥食物产品的某些优点。当然，应当理解的是，上述任何一个实施方式或过程可与一个或多个其它实施方式或过程结合，以在对设计和优点进行发现及匹配方面提供更进一步的改进。本发明的实施方式不限于前述描述和附图。例如，可使用当前提出的喷嘴来喷雾干燥的合适产品包括高粘度流体，例如包括食物产品、药剂产品、化肥／肥料产品等。

此外，本发明的教导可发现其他高粘度流体喷雾应用中的另外应用。

示例性实施方式的描述旨在结合附图阅读，附图应认为是整个书面描述的一部分。在描述中，相关术语及其衍生语应解释为指的是讨论中的之后描述或附图所示的定向。除非明确指示或根据通常的考虑显然的，否则这些相关术语是为了便于描述而不需要设备以特定的定向构造或操作。除非另有明确描述，否则诸如“连接”和“互连”之类的涉及附接、联接等的术语指的是结构直接地或通过居间结构间接地固定或附接至彼此的关系以及都可动的附接或刚性的附接或关系。应指出的是，具有与所述实施方式相似功能的运动倒置也认为是本公开的一部分。像“优选地”、“特别地”、“具体地”、“典型地”等表述的使用可涉及可选的特征。术语“包括”并不排除其他元件或步骤。不定冠词“一”或“一种”并不排除多个。未具体或未明确描述或要求的特征可附加地包括在根据本发明的结构中而不脱离其范围。除非另有具体声明，否则所公开的任何装置或其部分可结合在一起或分成另外的部分。数个“装置”可由相同或不同的部件或实施结构或功能代表。除非具体指出，否则不意于需要动作或步骤的具体顺序；并且除非具体指出，否则不意于需要元件的具体次序。

Claims (22)

1.一种使用喷雾设备对高粘度流体(4)进行喷雾干燥的方法，所述方法包括如下步骤：

-提供喷嘴板(8)，在所述喷嘴板(8)中设置有至少一个喷嘴(14)，所述喷嘴板(8)具有内主表面(10)和外主表面(12)，所述至少一个喷嘴(14)从所述内主表面穿过所述喷嘴板(8)延伸到所述外主表面；

-在与所述至少一个喷嘴(14)流体连通的储存器(6)中提供所述高粘度流体(4)，

-对所述储存器(6)中的所述高粘度流体(4)进行加压，其中，所述高粘度流体(4)由于所述加压而朝向所述喷嘴板(8)流动，由此在所述至少一个喷嘴(14)上产生压差，使得所述高粘度流体(4)从所述至少一个喷嘴(14)流出，从而使所述高粘度流体(4)在通过所述内主表面(10)之后通过所述外主表面(12)；其中，从所述至少一个喷嘴(14)流出的所述高粘度流体形成分裂为液滴(18)的射流；以及

-在干燥介质中至少部分地干燥所述液滴(18)，以使所述液滴变成颗粒；

-其中，所述至少一个喷嘴(14)的在所述内主表面(10)中的截面面积(A₁)超过所述至少一个喷嘴(14)的在所述外主表面(12)中的截面面积(A₂)，从而降低用于喷射所述高粘度流体所需的所述至少一个喷嘴上的压差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述干燥介质为空气。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，面积比等于所述至少一个喷嘴的在所述内主表面中的所述截面面积除以所述至少一个喷嘴的在所述外主表面中的所述截面面积，所述面积比为至少五且/或至多五十。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个喷嘴包括从所述外主表面延伸出的基本未加宽的部分，并且所述至少一个喷嘴包括从所述基本未加宽的部分延伸至所述内主表面的基本加宽的部分。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述基本未加宽的部分为圆筒形的部分，并且所述基本加宽的部分为截头圆锥形的部分。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，压差比等于所述基本加宽的部分上的压差除以所述基本未加宽的部分上的压差，所述压差比为至多1。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述压差比为至多0.5。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述压差比为至多0.3。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述压差比为至多0.2。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，在加压期间，所述至少一个喷嘴上的所述压差保持在至多15巴。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在加压期间，所述至少一个喷嘴上的所述压差保持在至多12巴。

12.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，还包括在所述至少一个喷嘴(14)附近的所述高粘度流体(4)中产生动态压力变化的步骤，所述动态压力变化传播通过所述至少一个喷嘴(14)并且引起从所述至少一个喷嘴(14)流出的流体射流受控分裂，分裂的所述流体射流形成基本单分散性的液滴(18)。

13.一种用于对高粘度流体(4)进行喷雾干燥的设备，所述设备包括：

-储存器(6)，所述储存器(6)用于容纳所述高粘度流体(4)；

-喷嘴板(8)，所述喷嘴板(8)与所述储存器(6)流体连通，所述喷嘴板(8)具有内主表面(10)和外主表面(12)，并且所述喷嘴板(8)设置有至少一个喷嘴(14)，所述至少一个喷嘴(14)从所述内主表面(10)穿过所述喷嘴板(8)延伸到所述外主表面(12)；以及

-干燥装置；

-所述设备布置为用于对所述储存器(6)中的所述高粘度流体(4)进行加压，使得在使用中所述高粘度流体(4)朝向所述喷嘴板(8)流动，由此在所述至少一个喷嘴(14)上产生压差，使得所述高粘度流体(4)从所述至少一个喷嘴(14)流出，从而使所述高粘度流体(4)在通过所述内主表面(10)之后通过所述外主表面(12)；其中，从所述至少一个喷嘴(14)流出的所述高粘度流体形成分裂为液滴(18)的射流；其中，所述干燥装置布置为用于引起和/或允许所述液滴(18)干燥而变成颗粒；

-其中，所述至少一个喷嘴(14)的在所述内主表面(10)中的截面面积(A₁)超过所述至少一个喷嘴(14)的在所述外主表面(12)中的截面面积(A₂)，从而降低用于喷射所述高粘度流体所需的所述至少一个喷嘴上的压差。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，面积比等于所述至少一个喷嘴的在所述内主表面中的所述截面面积除以所述至少一个喷嘴的在所述外主表面中的所述截面面积，所述面积比为至少五且/或至多五十。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述至少一个喷嘴包括从所述外主表面延伸出的基本未加宽的部分，并且所述至少一个喷嘴包括从所述基本未加宽的部分延伸至所述内主表面的基本加宽的部分。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述基本未加宽的部分为圆筒形的部分，并且所述基本加宽的部分为截头圆锥形的部分。

17.根据权利要求15所述的设备，其中，沿着所述高粘度流体通过所述基本未加宽的部分流出的方向测量的所述至少一个喷嘴的所述基本未加宽的部分的长度至少等于所述至少一个喷嘴的在所述外主表面(12)中的直径的三倍。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的设备，包括加压装置，所述加压装置用于对所述储存器中的所述高粘度流体进行加压，使得所述高粘度流体朝向所述喷嘴板流动并且从所述至少一个喷嘴流出，从而使所述高粘度流体在通过所述内主表面之后通过所述外主表面。

19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述加压装置布置为用于将所述至少一个喷嘴上的压差保持在至多15巴。

20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述加压装置布置为用于将所述至少一个喷嘴上的压差保持在至多12巴。

21.根据权利要求13至17中任一项所述的设备，还包括在所述至少一个喷嘴附近的所述高粘度流体(4)中的压力改变装置(50)，所述压力改变装置布置为用于在所述至少一个喷嘴(14)附近的所述高粘度流体(4)中产生动态压力变化，所述动态压力变化传播通过所述至少一个喷嘴(14)并且引起从所述至少一个喷嘴(14)流出的流体射流受控分裂，分裂的所述流体射流形成基本单分散性的液滴(18)。

22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述压力改变装置(50)包括压力集中构件，所述压力集中构件布置为使得所述压力集中构件的面向所述至少一个喷嘴(14)的端部安置在离流出开口2μm至1000μm的距离处，并且其中，所述压力集中构件和所述喷嘴板布置为用于相对于彼此振动从而用于改变邻近所述流出开口的压力。