JP2015232405A

JP2015232405A - スプレードライヤ

Info

Publication number: JP2015232405A
Application number: JP2014118355A
Authority: JP
Inventors: 修造藤本; Shuzo Fujimoto; 清勝柴田; Kiyokatsu Shibata
Original assignee: Tokyo Rikakikai Co Ltd
Current assignee: Tokyo Rikakikai Co Ltd
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2015-12-24

Abstract

【課題】原料液を乾燥室に供給する噴霧ユニットに加熱用ガスが直接当たることを防止し、良好な作動を維持することができるスプレードライヤを提供する。【解決手段】スプレードライヤ１１を、空気を加熱する加熱器１２と、噴霧ユニット１３を介して噴霧される原料液を、加熱器１２から供給される加熱用ガスに接触させて粉体化させる乾燥室１４と、乾燥室１４で生成した粉体を分離して回収する粉体分離器１５と、粉体分離器１５を通過した加熱用ガスを冷却して乾燥させる冷却器１６と、冷却器１６で冷却された加熱用ガスを加熱器１２に循環させる循環ポンプ１７とを備えている。乾燥室１４は、円筒状に形成された本体部１４ｂの上部に噴霧ユニット１３を設けるとともに、本体部１２ｂの噴霧ユニット１３よりも下方に、加熱用ガスを本体部内に供給する加熱用ガス供給孔１４ｈを周方向に等間隔で複数形成している。【選択図】図１

Description

本発明は、スプレードライヤに関し、詳しくは、薬剤や香料、食品や飼料等が溶解した原料液を噴霧して加熱乾燥させることによって、前記薬剤や香料、食品や飼料等の粉末を得るためのスプレードライヤに関する。

原料液を噴霧して乾燥させることにより粉末を得るスプレードライヤは、加熱用ガスが導入されている乾燥室内に原料液を噴霧することにより、原料液を加熱して液成分を瞬時に蒸発させ、原料液中の固形物を粉体として得るようにしたもので、通常、乾燥室（乾燥チャンバー）の上部に、原料液を噴霧するための噴霧ノズルと、加熱用ガスの供給部とを設けるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

実公平７−１０７２４号公報

しかし、上述の特許文献１のものでは、乾燥室の上部に、噴霧ノズルと、加熱用ガスの供給部とを設けているため、導入された加熱用ガスによって噴霧ノズルが加熱され、噴霧ノズルが損傷したり、噴霧ノズルの部分で原料液の液成分が蒸発してしまい、生成した固形物によって噴霧ノズルが目詰まりしたりするなどの虞があった。

そこで本発明は、原料液を乾燥室内に噴霧する噴霧ノズルに加熱用ガスが直接当たることを防止し、良好な作動を維持することができるスプレードライヤを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のスプレードライヤは、噴霧された原料液を加熱用ガスで乾燥させて粉体を得るスプレードライヤにおいて、加熱用ガスを加熱する加熱器と、噴霧ユニットを介して噴霧される前記原料液を、前記加熱器から供給される加熱用ガスに接触させて粉体化させる乾燥室と、該乾燥室で生成した前記粉体を前記加熱用ガスから分離して回収する粉体分離器とを備え、前記乾燥室は、円筒状に形成された本体部の上部に前記噴霧ユニットを設けるとともに、前記本体部の下方に、前記加熱用ガスを本体部内に供給する加熱用ガス供給孔を周方向に等間隔で複数形成したことを特徴としている。

また、本発明のスプレードライヤにおいて、前記噴霧ユニットは、前記原料液を吐出する吐出ノズルと、該吐出ノズルから吐出される原料液を霧状に噴霧するスプレー素子と、該スプレー素子を超音波周波数で振動させる振動部とを備えていることが好ましい。さらに、前記乾燥室は、前記本体部の中央部外周を覆う外筒部を備え、該外筒部の下方に前記加熱器で加熱された加熱用ガスの導入部が設けられ、前記外筒部の上方に対応する前記本体部に、前記加熱用ガス供給孔が形成されていることが好ましい。また、前記粉体分離器は、上方と下方の２箇所に、前記粉体を回収するフィルタがそれぞれ設けられていることが好ましい。加えて、前記粉体分離器を通過した加熱用ガスを前記加熱器に循環させる循環ポンプを備えていること、特に、前記粉体分離器と前記循環ポンプとの間に、前記加熱用ガスを冷却する冷却器が設けられていることが好ましい。

本発明のスプレードライヤによれば、乾燥室の本体部の上部に設けられた噴霧ユニットよりも下方に、加熱用ガスを本体部内に供給する加熱用ガス供給孔を形成していることから、噴霧ユニットに加熱用ガスが直接当たることがなく、噴霧ユニットが熱で損傷するおそれがなく、噴霧ユニットの乾燥による目詰まりを防止することができる。さらに、加熱用ガス供給孔を乾燥室の周方向に等間隔で複数形成していることから、噴霧された原料液に加熱用ガスを均等に接触させることができ、乾燥処理を効率よく行うことができる。

また、噴霧ユニットとして、原料液を吐出する吐出ノズルと、吐出ノズルから吐出された原料液を霧状に噴霧するスプレー素子と、スプレー素子を超音波周波数で振動させる振動部とを備えた噴霧ユニットを使用することにより、ばらつきの少ない微細液滴のミストを発生させることができ、６μｍ以下の微細な粉末を得ることができる。また、このような微細液滴のミストは、瞬時に乾燥させることができることから、加熱用ガスの温度を下げても原料液を良好に乾燥させることができ、熱に敏感な生体試料の原料液であっても、良好な粉末を得ることができ、少量の原料液でも良好に粉末を得ることができる。さらに、微細な粉末は、乾燥室の内壁に付着することがないことから、乾燥室を小型化することができる。

また、乾燥室は、本体部の中央部外周を覆う外筒部を備え、該外筒部の下方に加熱器で加熱された加熱用ガスの導入部が設けられ、外筒部の上方に対応する前記本体部に、加熱用ガス供給孔が形成されることにより、加熱用ガスを乾燥室の本体内に良好に供給することができる。さらに、粉体分離器の上下２箇所に粉体を回収するフィルタを設けることにより、生成した粉体を確実に捕集することができる。また、加熱用ガスを循環させることにより、加熱用ガスの使用量を低減でき、冷却、乾燥させて循環させることにより、加熱用ガスを長時間にわたって使用することができる。

本発明の一形態例を示すスプレードライヤの構成図である。

本形態例のスプレードライヤ１１は、インシュリンやタンパク質抗体や酵素等の粉体を製造するもので、図１に示されるように、加熱用ガスを加熱する加熱器１２と、噴霧ユニット１３を介して噴霧される原料液を、加熱器１２から供給される加熱用ガスに接触させて、原料液の液成分を蒸発させて原料液中の固形物を粉体化させる乾燥室１４と、乾燥室１４で生成した粉体を、原料液から蒸発した蒸気を含む加熱用ガスから分離して製品となる粉体を回収する粉体分離器１５と、粉体分離器１５を通過した加熱用ガスを冷却して水分や原料の溶媒を凝縮分離することによって加熱用ガスを乾燥させる冷却器１６と、冷却器１６で乾燥状態となった加熱用ガスを加熱器１２に循環させる循環ポンプ１７とを備えている。また、加熱器１２と乾燥室１４、粉体分離器１５と冷却器１６、冷却器１６と循環ポンプ１７、循環ポンプ１７と加熱器１２とは、それぞれ配管１８によって接続されている。

加熱器１２は、円筒状に形成されたケーシング１２ａの内部にヒーター１２ｂを設けたもので、ケーシング１２ａの上部には、循環ポンプ１７から供給される加熱用ガスを導入する加熱用ガス導入口１２ｃが、下方にはヒーター１２ｂで加熱された加熱用ガスを導出する加熱用ガス導出口１２ｄがそれぞれ設けられている。また、加熱用ガス導出口１２ｄの近傍には、温度センサ１２ｅが配置されている。

乾燥室１４は、下方が縮径した円錐部１４ａと、円錐部１４ａの上部に連続する円筒状の本体部１４ｂと、本体部１４ｂの中央部外周を覆う外筒部１４ｃとを備えている。外筒部１４ｃの下部には、加熱器１２の加熱用ガス導出口１２ｄからの加熱用ガスを導入する加熱用ガス導入部１４ｄが設けられ、上部には、乾燥室１４内の圧力が所定圧力以上に上昇した際に、乾燥室１４内の空気を逃がすための安全キャップ１４ｅが取り付けられている。本体部１４ｂの上部開口には、前記噴霧ユニット１３が取り付けられ、下部には粉体分離器１５への連結部１４ｆが設けられている。この連結部１４ｆには、温度センサ１４ｇが配置されている。また、外筒部１４ｃの上部に対応する本体部１４ｂの上下方向中央部には、外筒部１４ｃに導入された加熱用ガスを本体部１４ｂ内に供給する複数の加熱用ガス供給孔１４ｈが周方向に等間隔で複数形成されている。円錐部１４ａの下端部には、粉体回収用の試験管１４ｉが着脱可能に取り付けられている。

噴霧ユニット１３は、原料液を貯蔵する原料容器１３ａと、乾燥室１４の上部に設けられる吐出ノズル１３ｂと、原料容器１３ａから吐出ノズル１３ｂへ原料液を送る送液管１３ｃと、吐出ノズル１３ｂから原料容器１３ａへ原料液を戻す戻し管１３ｄと、送液管１３ｃと戻し管１３ｄの途中に設けられる送液ポンプ１３ｅと、吐出ノズル１３ｂから吐出された原料液を霧状に噴霧するスプレー素子１３ｆと、スプレー素子１３ｆを超音波周波数で振動させる振動部１３ｇとを備えている。スプレー素子１３ｆは、円板状の板材に微細な貫通孔を多数形成したもので、振動部１３ｇによって振動させることにより、スプレー素子１３ｆを通過する原料液を微細な霧状にする。また、送液ポンプ１３ｅは、液面センサ（図示せず）で測定したスプレー素子１３ｆの上部の液面に応じて制御し、液面を一定に保つことにより、噴霧量を一定にすることができ、液滴の大きさのバラツキも少なくすることができる。前記スプレー素子１３ｆとしては、原料液を微細粒子、例えば６μｍ以下の微細粒子にできるものを用いることが好ましく、例えば、特許第４９０６７２８号公報に記載された超音波霧化装置が好適である。

粉体分離器１５は、下方が縮径した円錐部１５ａと、円錐部１５ａの上部に連続する円筒部１５ｂと、円筒部１５ｂの上部に着脱可能に連続されるフレキシブル耐熱ホース１５ｃとを備え、円錐部１５ａの下部には予備フィルタ１５ｄが設けられ、円筒部１５ｂには前記連結部１４ｆに連結される接続管１５ｅが設けられている。フレキシブル耐熱ホース１５ｃの内部には、連結部１４ｆから接続管１５ｅを経て導入される加熱用ガス中の粉体を捕捉分離するフィルタ部材１５ｆが設けられ、上端部には、粉体分離後の加熱用ガスを導出する導出管１５ｇが連結されている。フィルタ部材１５ｆの交換、捕集した粉体の回収は、フレキシブル耐熱ホース１５ｃを取り外すことによって容易に行うことができる。

冷却器１６は、周知のもので、前記導出管１５ｇからの加熱用ガスを冷却器本体１６ａに導入する導入管１６ｂと、冷却器本体１６ａで冷却された加熱用ガスを冷却器本体１６ａから導出する導出管１６ｃとを備え、導出管１６ｃから導出された加熱用ガスは、循環ポンプ１７によって前記加熱器１２の加熱用ガス導入口１２ｃに送り込まれる。

次に、このように形成したスプレードライヤ１１を使用して原料液から製品粉体を得る手順を説明する。まず、加熱器１２のヒーター１２ｂを作動させるとともに、循環ポンプ１７を作動させ、加熱器１２の加熱用ガス導入口１２ｃから加熱用ガスを加熱器１２内に導入する。加熱器１２内に導入された加熱用ガスは、設定された温度、例えば８０℃程度までヒーター１２ｂで加熱され、所定温度の加熱用ガスとなって加熱用ガス導出口１２ｄから導出され、乾燥室１４の加熱用ガス導入部１４ｄから、乾燥室１４の外筒部１４ｃに導入される。

乾燥室１４の外筒部１４ｃに導入された加熱用ガスは、外筒部１４ｃ内を上昇し、複数の加熱用ガス供給孔１４ｈを介して本体部１４ｂの内部に導入される。乾燥室１４が所定の温度に上昇した状態で、噴霧ユニット１３の送液ポンプ１３ｅを作動させるとともに、振動部１３ｇを作動させてスプレー素子１３ｆを超音波周波数で振動させ、スプレー素子１３ｆから乾燥室１４内に原料液を噴霧する。スプレー素子１３ｆから噴霧される原料液は、超音波振動の作用によって微細な液滴のミストとなり、各加熱用ガス供給孔１４ｈから供給されて乾燥室１４の下方に向けて流れる加熱用ガスと接触することにより加熱されて液成分が蒸発し、微細な粉体、例えば直径５μｍ〜０．１μｍの球状の粉体となる。乾燥室１４を下降して連結部１４ｆに向かって流れる加熱用ガスは、原料液の液成分の蒸発によって４０℃近くまで温度が低下した状態となる。また、万が一、大きな粉体が生成した場合、大きな粉体は、乾燥室１４内を落下し、下端部に設けられた試験管１４ｉに回収される。

乾燥室１４で生成した粉体は、蒸発した液成分を含む加熱用ガスに同伴されて連結部１４ｆ及び接続管１５ｅを介して粉体分離器１５へ導入される。粉体分離器１５に導入された粉体は、大部分が加熱用ガスと共にフィルタ部材１５ｆ内を上昇してフィルタ部材１５ｆに捕捉され、落下した粉体は、下方の予備フィルタ１５ｄによって回収される。フィルタ部材１５ｆを上方に通過した加熱用ガスは、冷却器１６に導入されて冷却され、水分や液成分蒸気が凝縮することにより、乾燥状態の加熱用ガスとなって導出管１６ｃに導出され、循環ポンプ１７によって加熱用ガス導入口１２ｃを介して加熱器１２に循環導入される。

上述のように、本形態例の乾燥室１４は、上部に設けられた噴霧ユニット１３よりも下方、すなわち、噴霧された原料液の流れ方向下流側に、加熱用ガスを本体部１４ｂの内部に導入する加熱用ガス供給孔１４ｈを形成していることから、噴霧ユニット１３のスプレー素子１３ｆに加熱用ガスが直接当たることがなく、スプレー素子１３ｆが乾燥によって目詰まりしたりすることを防止できる。さらに、加熱用ガス供給孔１４ｈは、乾燥室１４の本体部１４ｂの周方向に等間隔で複数形成されていることから、噴霧された原料液に加熱用ガスを均等に接触させることができる。

また、噴霧ユニット１３のスプレー素子１３ｆより上方の原料液の液面を一定に保った状態で、振動部１３ｇにより超音波周波数でスプレー素子１３ｆを振動させるので、ばらつきの少ない微細液滴のミストを発生させることができる。これにより、直径６μｍ以下の粒径分布がシャープな粉末を得ることができる。また、このような微細液滴のミストは、瞬時に乾燥させることができることから、加熱用ガスの温度を１００℃以下、好ましくは８０℃以下に下げても原料液を良好に乾燥させることができ、熱に敏感な生体試料であっても、確実に粉体化することができる。さらに、少量の原料液からでも容易に粉末を得ることができる。また、乾燥後の微細な粉末は、乾燥室１４の内壁にほとんど付着しないので、乾燥室１４を小型化することができる。また、粉体分離器１５は上下の２箇所で粉体を回収することができるので、生成した粉体を確実に捕集して回収することができる。

なお、加熱器や粉体分離器、冷却器の形式は任意であり、原料液の噴霧量や風量などの条件に応じて適宜に選択することができる。また、予備フィルタに代えて試験管を使用することもできる。さらに、少量の資料を粉体化する際には、加熱用ガスを冷却、乾燥させずに循環させることもできる。また、加熱用ガスを循環させることなく、粉体分離器から導出した加熱用ガスを放出し、加熱器に新たな加熱用ガスを供給するようにしてもよい。

１１…スプレードライヤ、１２…加熱器、１２ａ…ケーシング、１２ｂ…ヒーター、１２ｃ…加熱用ガス導入口、１２ｄ…加熱用ガス導出口、１３…噴霧ユニット、１３ａ…原料容器、１３ｂ…吐出ノズル、１３ｃ…送液管、１３ｄ…戻し管、１３ｅ…送液ポンプ、１３ｆ…スプレー素子、１３ｇ…振動部、１４…乾燥室、１４ａ…円錐部、１４ｂ…本体部、１４ｃ…外筒部、１４ｄ…加熱用ガス導入部、１４ｅ…安全キャップ、１４ｆ…連結部、１４ｇ…温度センサ、１４ｈ…加熱用ガス供給孔、１４ｉ…試験管、１５…粉体分離器、１５ａ…円錐部、１５ｂ…円筒部、１５ｃ…フレキシブル耐熱ホース、１５ｄ…予備フィルタ、１５ｅ…接続管、１５ｆ…フィルタ部材、１５ｇ…導出管、１６…冷却器、１６ａ…冷却器本体、１６ｂ…導入管、１６ｃ…導出管、１７…循環ポンプ、１８…配管

Claims

噴霧された原料液を加熱用ガスで乾燥させて粉体を得るスプレードライヤにおいて、加熱用ガスを加熱する加熱器と、噴霧ユニットを介して噴霧される前記原料液を、前記加熱器から供給される加熱用ガスに接触させて粉体化させる乾燥室と、該乾燥室で生成した前記粉体を前記加熱用ガスから分離して回収する粉体分離器とを備え、前記乾燥室は、円筒状に形成された本体部の上部に前記噴霧ユニットを設けるとともに、前記本体部の下方に、前記加熱用ガスを本体部内に供給する加熱用ガス供給孔を周方向に等間隔で複数形成したことを特徴とするスプレードライヤ。
前記噴霧ユニットは、前記原料液を吐出する吐出ノズルと、該吐出ノズルから吐出される原料液を霧状に噴霧するスプレー素子と、該スプレー素子を超音波周波数で振動させる振動部とを備えていることを特徴とする請求項１記載のスプレードライヤ。
前記乾燥室は、前記本体部の中央部外周を覆う外筒部を備え、該外筒部の下方に前記加熱器で加熱された加熱用ガスの導入部が設けられ、前記外筒部の上方に対応する前記本体部に、前記加熱用ガス供給孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のスプレードライヤ。
前記粉体分離器は、上方と下方の２箇所に、前記粉体を回収するフィルタがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のスプレードライヤ。
前記粉体分離器を通過した加熱用ガスを前記加熱器に循環させる循環ポンプを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のスプレードライヤ。
前記粉体分離器と前記循環ポンプとの間に、前記加熱用ガスを冷却する冷却器が設けられていることを特徴とする請求項５記載のスプレードライヤ。