JP2567088B2

JP2567088B2 - 水溶性粒状物質を凝集させるための方法

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Publication number: JP2567088B2
Application number: JP1090527A
Authority: JP
Inventors: スシェング―シアング
Original assignee: Nestle SA
Current assignee: Nestle SA
Priority date: 1988-04-11
Filing date: 1989-04-10
Publication date: 1996-12-25
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: NO891060L; BR8901683A; GR3003222T3; CN1036912A; US4840809A; KR890015679A; NO172471C; AU3095189A; AU615410B2; MX164781B; DE68900464D1; EP0337094B1; EP0337094A1; AU5707690A; PT90237B; NO172471B; CN1023381C; PT90237A; ATE69737T1; AU602843B2

Description

【発明の詳細な説明】イ．技術分野本発明は、粉末の水溶性粒状物質の凝集に関する。

水溶性製品、特に可溶性コーヒーを含む食料品の凝集
に対しては、多くの種々の方法及び装置が使用され、提
案されている。食料品に対して、凝集技術は、風味を害
することなく粒子サイズ、嵩密度及びその他の製品特性
を調整することを追及する。

ロ．従来技術機械的圧縮力によつて凝集を行い、それによつて凝集
すべき材料を、例えば、シートに形成し、次にそのシー
トを細分して凝集物を作る多くの方法が知られている。
これらの方法には、例えば、米国特許2,400,292及び4,3
08,288、並びに英国特許明細書743,150に開示されてい
るような手順がある。このテーマの変形は、ドイツ公開
出願2402446にあり、それは凝集すべき粒状物質に給湿
し、次にこの湿つた物質に２枚の板の間で熱と圧力を加
え、次にこの圧縮した物質を下板から剥し、細分して凝
集物を得る。

米国特許3,615,670は、凝集すべき粒子を湿らせ、中
実表面のキヤリア上に拡げ、それを熱領域に通して粒子
の温度をその融点まで上げ、この溶融した粒子を乾燥す
るプロセス及び装置を開示している。次に、シートの形
である、これらの溶融した粒子を第２領域に移し、そこ
でそれらを急速に冷やし、それから冷却したシートを細
分して凝集物を得る。

水溶性材料の凝集も、粒状物質の空中移動粒子を乱流
の環境で蒸気と接触させるために塔と関連する装置を使
い、その環境が凝集を達成するために湿つた粒子間の接
触を密にするという、当業者にはよく知られた方法及び
装置で長い間行われて来た。そのようなプロセスでは、
蒸気の形の、かなりの量のエネルギー及び水分を要し、
典型的には、滑かで丸い形の凝集物を特徴とする１種類
の製品しか得られない。又、使用する水分と熱のため
に、一般に、風味にいくらか悪影響を及ぼす。

更に、従来の空中移動乱流を使う蒸気塔による凝集プ
ロセスは、典型的には、凝集すべき粒子が約20μから約
50μの範囲の平均粒子サイズであることを要する。それ
で、その凝集プロセスを、この技術分野では普通である
ように、噴霧乾燥によつて作つた材料で行うときは、一
般に、この凝集プロセスの前にこの噴霧乾燥した粒子の
サイズを小さくするという第１ステツプが必要である。
それは、従来の噴霧乾燥法は、典型的には約75μから約
100μの範囲の平均粒子サイズの粒子を作るからであ
る。

フレークの形をしたコーヒー粒子の小さな空中移動流
を凝集するために蒸気に噴流を使う他の方法は、米国特
許3,652,293に開示されている。この特許が教えるよう
に、凝集の前に、これらのフレークをコーヒー粒子の機
械的圧縮によつて得る。ぴかぴか光る表面とユニークな
外観を有する凝集した製品はこの凝集ステツプから生ず
ることが開示されている。エネルギーと装置コストを減
じるため及び、風味の劣化を最少にしながら、密度並び
に可溶性コーヒーを凝集するときの焙り且つひいた外観
を含む粒子形状及び外観の多様性を得るために、更なる
空中移動凝集プロセスが米国特許4,640,839に開示され
ている。このプロセスは、凝集すべき粒状物質の流れを
凝集を達成するために、水性ガスをこの物質の流れの中
及び周に非乱流で拡散するための手段を有する装置に通
すことを含む。

最後に、ヨーロツパ公開出願0204256は、最少量の水
分及びエネルギーを使し、それによつて風味の劣化を最
少にしながら、特に可溶性コーヒーの場合、焙り且つひ
いたコーヒー及び凍結乾燥の外観を含む外観の多様性を
得るための水溶性材料の凝集法を開示する。このプロセ
スと装置では、水溶性粒状物質の流れの粒子の表面は、
この凝集すべき粒子に流動性の粘着被膜を作るため、加
熱し給湿される。この加熱し給湿した粒子は次に、これ
らの粒子の形状及び形態に実質的に影響することなく粒
子を相互に接着するために粒子を集め、合体し且つ固め
るため、二つの無端表面の間隙に、この無端表面から粒
子に実質的な圧力を加えることなく、通される。

ハ．発明の要約本発明によれば、水溶性粒状物質から、最少量の水分
及びエネルギーを使うだけで機械的圧縮力を使うことな
くこの物質の粒子を溶融することによつて凝集物が作ら
れる。本質的に凝集することを望むどのような水溶性粒
状物質も、その物質が給湿及び／又は加熱したとき少な
くともいくらか流動的になり且つ少なくともその表面が
べとべと、ねばねば、又は軟かになる特性をもつ種類で
ある限り、本発明によつて処理することができる。

本発明の方法は、フレークから鋭角顆粒まで更にはス
ポンジ状粒子まで変動する形状をもつ凝集物の形成に備
えている。特に本発明によつて噴霧乾燥可溶性コーヒー
を処理する場合、凍結乾燥と類似の外観及び質感の凝集
物を容易に作ることができる。本発明の実施は、多くの
場合、最初従来の噴霧乾燥法で処理した材料のサイズを
減少するステツプを必ずしも必要としないことも重要で
ある。

本発明の方法は、水溶性物質の粒子の層を多孔質面に
乗せて運搬すること、加熱湿り空気の層流をこの運搬さ
れている粒子の層の方に向けること及びこれらの粒子の
表面間の空隙にある湿気の凝結を実質的に避けながら粒
子の表面の間の接触点でこの層の粒子の溶融をするため
に十分な時間、この加熱湿り空気を運搬された粒状物質
の粒子と接触させるためにこの加熱湿り空気をこの物質
の層へ引くためにこの多孔質面の下から減圧、即ち、大
気圧より低い圧力を加えることを特徴とする。凝集物は
この溶融した物質を細分することによつて得られ、且つ
この凝集物は、例えば、篩にによつてサイズ選別しても
よい。更に、この溶融した物質を多孔質面から除去して
後に、この方法は、この溶融した物質の粒子の表面の間
の空隙にある湿気の凝結を実質的に避けながらこれらの
粒子の表面の間の接触点でこれらの粒子を溶融するため
にこの溶融した物質、特にこの物質の多孔質面に最も近
い側の面を加熱湿り空気と接触させるためこの加熱湿り
空気を向けることによつて、一般にシートの形をした溶
融物質を補強することを含んでもよい。

このようにして、本発明の方法によつて操業すると
き、湿気の毛管凝結が、ミクロンからサブムクロンの範
囲の大きさに近い微孔が作られる粒子の表面間の接触点
で生ずる。これらの微孔、即ち粒子間の空隙の中の、粒
子の表面から離れた粒子の表面上の湿気の凝結は、実質
的に避けられる。

この説明と特許請求の範囲のために、“粒子間の空
隙”という用語は、隣接する粒子の表面が接触していな
い場所、即ち、隣接する粒子の接触点の間の空間と意味
するつもりである。本発明によれば、粒子の周囲の大気
は湿気で飽和してはいず、従つて粒子の溶融、即ち凝集
は、粒子の表面間の接触点での微孔の中の毛管凝結によ
つて起こる。それで、これは主として粒子の表面上及び
／又はこの粒状物質の粒子間の空隙での湿気凝結及び集
結に帰する、種々の先行技術の方法とは著しい対照をな
す。

本発明の方法の好ましい実施例は、多孔質コンベヤ面
が回転ドラムの表面を形成すること及び減圧がこのドラ
ムの中から、少なくともこの物質の層をこのドラムの多
孔質面の上に維持するために十分な量で加えられること
を特徴とする。この実施例で、この粒状物質の層をこの
ドラムの表面上にその回転中維持するために十分な減圧
は、この層の粒子をこれらの粒子の表面間の接触点で溶
融するためにこの加熱湿り空気をこの物質のベツド層へ
引くために十分であること分かつている。

この開示した方法を実行するための装置は、粒状物質
の層を運搬するための、多孔質面を有する手段、加熱湿
り空気の層流をこの運搬手段上のこの物質の層の方に向
けるための手段、及びこの物質の粒子の表面間の空隙に
ある湿気の凝結を実質的に避けながら粒子の表面間の接
触点でこれらの粒子を溶融するための十分な時間、この
加熱湿り空気を粒状物質の層と接触させるためにこの加
熱湿り空気を運搬された物質の層の方へ引くためにこの
多孔質面の下から減圧、即ち大気圧以下の圧力を加える
ための手段を含む。この溶融した物質を細分するための
手段が含まれ、そして、もし望むなら、この細分した凝
集物のサイズを選別するための手段が設けられる。更
に、溶融した物質、特にこの溶融した物質の多孔質面に
最も近い側の面を加熱湿り空気と接触させることによつ
て、一般にシートの形をした溶融物質を補強するための
手段を設けてもよい。それで、この実施例は、この溶融
した物質の粒子の表面の間の空隙にある湿気の凝結を実
質的に避けながら、これらの粒子の表面の間の接触点で
これらの粒子を溶融するために加熱湿り空気を溶融した
物質に向けるための手段を含む。

この好ましい装置は、粒状物質の層を運搬するための
手段が多孔質面をもつ回転ドラムであること、及びこの
ドラム内の圧力を減ずるための手段がこのドラムと関連
していることを特徴とする。このドラム内に加えられる
減圧は、この粒状物質の層をこのドラムの回転中ドラム
の表面上に維持するために十分なものである。

更に、本発明の方法に於いて、この粒状物質の層は、
凝集すべき材料を運搬面上に堆積し、次にこの堆積した
材料をその滑かな上面を形成するように成形することに
よつて多孔質面上に作られる。それで、本発明を実施例
するための装置は、更に、上に説明したものと組合せ
て、この材料を運搬手段の多孔質面上に堆積するための
手段及びこの材料層の滑かな上面を形成するためにこの
堆積した材料を成形するための手段を含む装置を含む。
この上面は平坦であるように成形されるか又は種々の表
面形状に成形されてもよい。この表面は、滑かな波形で
あるのが好ましい。

本発明の実施に関して重要なことは、湿気の凝結が、
粒子の溶融に対し毛管作のために、粒子間の接触点に作
られる微孔にしか起きないことである。従つて、この目
的を達成するため、これらの粒子の温度に対する加熱湿
り空気の層流の温度及び湿度並びにこの加熱湿り空気の
粒子との接触時間は、所望の毛管凝結だけを得るために
制御される。これらの粒子の温度に対する空気の温度及
び湿度は、殆んど潮解点にもつてこられてもよいが、潮
解、即ち粒子の表面間の空隙での過飽和及び凝結による
水分子の核形成は、それは過凝集及び、一般に望ましい
密度を生ずる結果となるので、実質的に避けるべきであ
る。

当業者には分かるように、粒子の層が加熱湿り空気と
接触する滞留時間は、加熱湿り空気の層流を向けるため
の手段の物理的寸法及び運搬される粒状物質の移動速度
に影響されるだろう。これも当業者には分かるように、
ベツド充填、即ち、ベツドの粒子の密度は、主として多
孔質面の下に加えられ、維持される減圧の量にだけでな
く、平均粒子サイズ及び粒子の表面の粗さにも関係す
る。粒子間の微孔の大きさがサブミクロンの範囲に近づ
くにつれ、毛管凝結の効果が強められるようになるが、
更に当業者には分かるように、粒子サイズが小さければ
小さい程、及び／又は圧力が減少すればするほど、それ
は接触点がより多くなることに帰し、一般に、粒状物質
のベツドはより圧縮され且つ密になり、従つて凝集物の
密度は一般により大きくなるだろう。しかし、この開示
の教訓を手中にして、当業者は所望の、最適の製品を得
るためにそのような変数を容易に調整できるだろう。

これらやその他の特徴及び利点は、更に図面の説明及
び実施例の説明に関連して明らかとなろう。

ニ．実施例本発明の実施に際し、都合よく凝集されるべきこの粒
状材料の粒子サイズは、約40μから約150μに及ぶ平均
粒子サイズを含む広範囲のサイズに広がつてもよい。平
均粒子サイズは当業者によく知られた種々の方法で決め
てもよい。ここでの全ての測定に対し、平均粒子サイズ
は、リーズアンドノースラツプインスツルメント
社から入手できるような、MICROTRAC粒子サイズ分析器
を使つて決定する。

本発明によつて操業するとき、粒状材料のサイズの相
違は、一般に質感、外観、形及び物理的性質が異なる凝
集に帰着することが分かつている。例えば、平均粒子サ
イズが約40μ乃至約50μのオーダの噴霧乾燥した可溶性
コーヒーは、薄いフレークの外観を呈する凝集した粒子
を与えることが分かつている。粒子サイズが約50μから
約80μまでのオーダの噴霧乾燥した可溶性コーヒーに対
しては、凍結乾燥した可溶性コーヒーと非常によく似
た、滑かな表面と質感の凝集物を生ずる。平均粒子サイ
ズが80μを超えても、まだ凍結乾燥の質感と外観が得ら
れるだろうが、噴霧乾燥可溶性コーヒーのサイズが約10
0μの平均粒子サイズに近づき且つ超えると、表面の外
観があれる傾向にあり、且つ凝集した粒子は、上記の空
中浮揚乱流蒸気型凝集法及び装置で得られたものにいく
らか似た外観及び質感を呈する傾向がある。

本発明の実施に用いられる運搬手段は直線状表面でも
よいが、第１図に全体を参照数字10で示す装置の組合せ
の好ましい実施例は、全体をドラム12として示す回転ド
ラムを含む。回転ドラム12は、多孔質表面14を備え、且
つ原料供給手段16から水溶性粒状物質を受ける。ドラム
表面14を支持するため及びこのドラム内を減圧、即ち大
気圧以下にするための手段は、全体を参照数字18で示
す。

多孔質の表面をもち、減圧で作用する回転ドラムは、
1870年代頃のスラリー濾過で、スラリーを満したバツト
の中に一部浸したドラムを回転してこのドラムの内から
多孔質表面に加えた減圧によつてこの多孔質面にスラリ
ー材料を拾い上げたので、知られている。バツトからス
ラリーを拾い上げてから、このドラム内の減圧によつて
この多孔質面を介して濾過が達成し、濾液を集めてドラ
ムの中から排水し、このドラム表面に集められた濾過材
料をスクレーパで除去する。例えば、コムリン・サンダ
ーソン社から入手できるような、この技術で知られたド
ラムを本発明に使つてもよい。本発明にとつて重要なド
ラムの特徴は、多孔質面の材料の組成、気孔の大きさ、
及び多孔度である。

多孔性ドラム表面14は、凝集される材料とは反応しな
い材料で作るべきであつて、ポリエチレン又はポリプロ
ピレン等のような高分子材料が好ましい。このドラム表
面の気孔の大きさは、凝集されるべき粒状物質の大きさ
より実質的に小さいように選ぶ。この気孔の大きさは均
一である必要はないが、このドラムの内部へ及び減圧を
作り且つ適用するこのシステムの中へ粒状物質が入るの
を避けるため、処理すべき材料の粒子サイズが小さけれ
ば小さい程、この多孔質面の気孔の大きさは小さくなけ
ればならない。一般に、気孔の大きさは凝集されるべき
粒状物質の平均粒子サイズの約1/10を超えないオーダで
あるべきで、好ましくは、凝集されるべき材料の平均粒
子サイズの約1/10乃至1/40のオーダであるべきである。
前記の平均粒子サイズの凝集されるべき材料で本発明を
実施する際は、約２μから約５μの範囲の気孔の大きさ
が全く満足であることが分かつている。

多孔度に関しては、それは気孔の大きさと気孔の分布
に依る。気孔は運搬面全体に分布すべきである。多孔度
は、回転真空ドラムの技術の分野で知られているよう
に、風量を測定するためのこの多孔性表面材料のサンプ
ルの2.5cm平方の部分を約3.5kPaの圧力で流れる空気の
量で決めることができる。約0.4×10^-3m³／秒乃至約0.5
×10^-3m³／秒のオーダの多孔度が満足である。

原料供給手段16の材料供給堆積手段20は、ドラム12の
多孔質表面14の最も効率的供給及び利用に適合し且つそ
れができる寸法を有するように構成されている。それ
で、好ましくは、供給堆積手段20は、材料をドラム12の
多孔質14の幅ほぼ全体に供給するための長い供給ホツパ
として設けられてもよい。当業者には良く知られている
ように、このドラム表面に供給する材料の量で制御する
ために、適当な流量制御装置が設けられている。

多孔質面14上に凝集すべき粒状物質を堆積すると、上
面24を作るようにシエーパ26によつて材料層22を滑かに
し且つ成形する。成形のため好ましい手段は、第２図に
示すように設けられ、この図でシエーパ26は、全体をま
とめて参照数字28で示す鋸歯型縁のために波形を有する
ように描かれている。材料を単に滑か且つ平坦にするだ
けの直線縁シエーパが十分満足であることは伴つている
が、波形又は鋸歯形形状のシエーパは、山と谷を形成す
るために、平坦な表面の層が有するより大きな表面積を
有する粒状物質の層を提供する。

始動したとき、多孔質ドラム面14の上に材料はない。
材料は、多孔質面14上に堆積するために原料供給手段16
及び堆積手段20を介して供給する。シエーパ26は、ドラ
ム12上に材料が堆積してから層22の上面を形成する。ド
ラム12の内の圧力を、成形し、堆積した粒状物質がドラ
ム12の全回転中多孔質面14に付着させられる程に減ず
る。当該技術の通常の知識を有する者には容易に判かる
ように、この材料は、主としてこの粒状物質のベツドを
通してドラム12の内部へ引かれる空気の力によつて付着
し、その力がこの粒状物質に対する引張力を生じ、それ
が粒状物質をドラムの回転中ドラムの表面に付着できる
ようにするのである。

この材料が運搬手段、即ちここで描くように回転ドラ
ム12で運搬されるとき、この粒状物質と、加熱湿り空気
の流れを層22の方へ向ける指向手段30からの加熱湿り空
気の層流との間に接触がなされる。加熱湿り空気の層流
とドラム面内の減圧のために、この向けられた加熱湿り
空気は、層22の表面22を貫通するが、この表面を判かる
程には乱さず、それでこの層の形状を、波形の場合で
も、容易に維持する。

この加熱湿り空気の層流は、手段30によつて材料層22
へ、約340×10^-3m／秒以下の表面速度で、好ましくは約
22×10^-3m／秒から200×10^-3m／秒の表面速度で、そし
て最も好ましくは約45×10^-3m／秒から約130×10^-3m／
秒の表面速度で向けられる。よく知られているように、
気体の表面速度は空パイプの流速を基に計算する値で、
流れが層流か乱流かは次の式によつて計算するレイノル
ズ数に関係するかもしれない。即ち、 R_E＝ｄρu/μ 但し、ｄは管径、ρは流体密度、ｕは流体速度、及びμ
は流体の粘度である。この場合、流体は空気で、従つて
一般にレイノルズ数が2,100以下では空気の流れは層流
で、2,100以上約4,000までは流れは過渡領域で、レイノ
ルズ数が4,000に接近し且つ超えると流れが乱流である
ことが認められている。

上記の表面速度の層流加熱湿り空気の流れは、それぞ
れレイノルズ数約2,100以下、約150から約1,400まで、
及び約310から約900までに対応する。

このドラム内に適用され且つ維持される減圧は、約0.
829気圧から約0.996気圧まで、好ましくは約0.934気圧
から約0.993気圧まで、且つ最も好ましくは約0.947気圧
から約0.984気圧までのオーダである。当業者には分か
るように、表面の多孔度、粒子サイズ、粒子の物理的形
状、及びベツドの厚さは、このドラム内に適用され且つ
維持されるなどの特定の減圧に対してもこの材料の充填
密度に影響するだろう。しかし、一般に0.4乃至0.5×10
^-3m³／秒のオーダの表面多孔度に対して、これらの減圧
は、ドラム上に30mmまで且つそれをいくらか超えるベツ
ド深さを有する、40μから150μの範囲の粒子サイズの
材料の層を維持するのに十分満足である。

このドラム内の減圧の結果として、向けられた層流加
熱湿り空気の流れは粒状物質の層の方に引かれる。それ
で、層流加熱湿り空気の流れを向ける手段30の長さ及び
幅は、ドラムの内からの減圧の吸引と組合せて、多孔質
表面14上の層の幅全体にわたる接触を行うための大きさ
及び形状でなければならない。減圧を吸引するために、
この指向手段の長さは必ずしもこの運搬手段の全幅を含
む必要がなく、従つてこの指向手段の長さと幅は、例え
ば1:4乃至1:2の比でもよい。指向手段の幅は、滞留時間
に影響するだろうから、滞留時間を変えるために変えて
もよい。それで、加熱湿り空気指向手段の幅は、運搬さ
れる材料の移動速度及びこの材料が加熱湿り空気と接触
している滞留時間の量の関係で考慮すべき変数である。

本発明で、凝集されるべき粒状物質は、処理するとき
便宜的に周囲温度であつてもよいが、それである必要は
ない。この粒状物質がほぼ周囲温度であるとき、加熱湿
り空気は、約40℃乃至約100℃、好ましくは約60℃乃至
約90℃の温度をもつべきである。この加熱湿り空気は、
絶対基準で表現して、水約0.1kg/空気1kgから水約0.8kg
/空気1kgまで、好ましくは水約0.3kg/空気1kgから水0.4
kg/空気1kgまでの湿度範囲をもつべきである。

本発明の所望の結果を達成するため、この材料の運搬
速度は、この材料が加熱湿り空気との接触領域内に、粒
子の表面の間の空隙での凝縮を実質的に避けながら、粒
子の表面の間の接触点に作られた微孔で粒子を溶融する
に十分な期間維持するような速度である。当業者には分
かるように、もしこの粒状物質が周囲温度にないなら、
加熱湿り空気の層流の温度及び湿度、又は接触時間の調
整を、粒子の表面の間の空隙での凝縮を避けながら粒子
の表面の間の接触点に作られた微孔の凝縮を達成するた
めになすべきである。

上に示した条件によれば、加熱湿り空気と運搬された
粒状物質との間の接触領域の滞留時間は、水約0.8kg/空
気1kgに近い比較的高い湿度の加熱湿り空気に対する約
１秒から、水0.1kg/空気1kgに近い比較的低い湿度の加
熱湿り空気に対する約６秒までを使用する。それで、そ
のような滞留時間を、加熱湿り空気を向ける手段30の構
成及び寸法、並び運搬される材料の外周又は直線速度に
関して達成する。

一般に、図示のように、回転真空ドラムで操業すると
き、層22はこの層22の上層部32だけが溶融するような厚
さであるのが好ましい。実際に、可溶性コーヒーに対
し、例えばベツド深さ厚さ約15mmから約30mmの初期層
で、溶融するベツド深さの厚さは、一般に、上記の条件
で操業するとき、厚さ約3mmから約6mmである。溶融した
材料層32を溶融しない層34から除去し、ドラムが溶融し
ない層34を減圧によつて表面14に付着させて回転を続け
ると、新しい材料が原料供給手段20によつて層34の上に
堆積され、溶融した層32となるものを連続的に形成す
る。

溶融した層32がシートとして溶融しない材料から容易
に剥離する傾向があることは分かつているが、この溶融
した層をドラムから、排出ナイフ36、即ち、例えばドク
ターブレードのような手段の支援で都合よく除去するこ
とが好ましい。この排出ナイフは、ほぼ溶融した材料の
層だけを下部の溶融しない層部34から除去するように配
置され、その下部層はドラム内の減圧によつてこのドラ
ムの回転中この回転するドラム上にとどまる。溶融しな
い層34は、ドラム内の減圧を除くだけでこの回転するド
ラムから容易に排出することができる。

代つて、このプロセスは、回転ドラム上への新しい材
料の堆積を間欠的に行うバツチ式に実施してもよい。こ
のように、溶融した材料がドラムから除去されるので、
溶融しない層の厚さは次第に小さくなる。それで、特に
バツチ式実施に対し、特にその密度に関して溶融した製
品の均一性を保証するために、残つているベツド層の溶
融しない材料のより密度の高いベツド充填による望まな
い密度の増加を避けるために層の厚さを減ずるので、ド
ラム内に適用され且つ維持される減圧の量を調整するの
が得策である。

直線無端コンベヤ手段で操業するとき、このコンベヤ
の表面上の材料をその無端コース全体を通じて保持する
ために、減圧をこのコンベヤの全長及びその戻り通路に
対して維持するのでなければ、最も有利に選んだベツド
深さは、本質的にベツド深さ全体が溶融するようなもの
であることも注意すべきである。勿論、回転ドラムに利
用するベツド深さも本質的にベツド深さ全体が溶融する
ような深さでもよい。

このドラム又はコンベヤから除去してから、この溶融
した材料を凝集物に細分してもよく、且つもし次にこれ
らの凝集物をサイズによつて選別するなら、過小サイズ
の粒子物は原料供給手段16の中の原料に組み入れ、過大
粒子物は更に分割してもよい。

更に、この溶融した材料をドラムから除去すると、通
常いくらかの溶融しない粒子が溶融した材料層32の下面
38に付着しているだろう。この溶融した材料の下面38に
くつついた溶融しない粒子材料を分離するため、それを
篩分け手段40の上に通してもよい。この回収した溶融し
ない粒子は、第１図のブロツク線図部に示すように、供
給装置へ再循環させる。このようにして、第１図に示す
ように、細分手段42が篩分け手段40に続き、この細分手
段にサイズ選別手段44が続く。このシート上の応力を減
じ、細分手段に達する前にシートが割れ又は破断するの
に避けるため固体スライド46を使つて篩分け手段40と細
分手段42を相互結合してもよい。この篩とスライド、従
つて溶融した材料の移動路は、この溶融した材料の移動
方向に下方に傾斜しているのが好ましい。第１図のブロ
ツク線図部に更に示すように、過小サイズの粒子物は原
料供給手段20へ再循環され、過大サイズの粒子物はより
多くの製品を得るために更に細分されてもよく、それが
更なる過小サイズの粒子物を形成することにもなるだろ
う。

第２図に示すような波形表面層シエーパを使用すると
き、加熱湿り空気は均一なベツド深さに加湿する傾向が
あるので、谷にある材料は溶融するかもしれないが、多
孔質面から同じ距離の山にある材料は溶融しないかもし
れないことにも注意すべきである。それで、山と谷の溶
融した材料を排出ナイフで除去するとき、山の下の溶融
されない材料も除去されるだろう。従つて、上記の篩分
けが特に有用になる。

篩分け手段40は、当業者にはよく知られているよう
に、FMC社販売のLINK-BELT篩のような、振動篩であるの
が好ましい。分離の程度は、振動の程度、メツシユサイ
ズ及びこの篩上の移動長さに依る。それで、当業者には
分かるように、篩は溶融した材料が不当に応力を受け破
断する程度に振動すべきでない。

更に当業者には分かるように、材料の温度及び含水率
は、このプロセス中に増加するだろう。初期に周囲温度
で処理したとき約３％の含水率を有する可溶性コーヒー
を凝集するため上記の条件内で操業するとき、一般に、
溶融した粒状物質が約周囲温度以上約35℃までの範囲の
温度及び溶融したとき約4.5％から約６％までのオーダ
の含水率を有することが判かつている。それで、一般
に、当業者は乾燥工程を、好ましくは凝集物の破断後、
最も好ましくは凝集物のサイズ選別後に利用することを
望むだろう。例えば、可溶性コーヒーの場合、この乾燥
工程は、製品の重量を基準にして、重量で約３％乃至約
４％のオーダの含水率をもつ製品を与えるだろう。

溶融した材料の、多孔質面に最も近い下面38から溶融
しない材料を除去するために篩分けを行つても行わなく
ても、随意に、この材料シートの強度を増すため下面38
を例えばこのシートを加熱湿り空気と接触させることに
よつて補強してもよい。これを達成するための特別の実
施例を第３図と第５図に示す。再び、このシートを加熱
湿り空気で補強するとき、粒子表面の間の空隙での湿気
の凝結及び溶融を実質的に避けるべきである。

第３図に示すように、このシートを補強し強度を増す
ために利用できる一つの手法は、それがまだ柔軟な状態
である間に、溶融した材料シート32の下面38を加熱湿り
空気と接触させることを含む。図示のように、この補強
手段は全体を参照数字50で示す。振動篩40及びスライド
46を離れてから、シート32は湾曲した多孔質スライド52
上を垂直方向に曲げられ、そのスライドを通して、周囲
状態でもよい空気がこの湾曲したスライド上の摩擦を最
小にするための空気クツシヨンを提供するに十分な圧力
で与えられ、それによつてこのシート上の応力を最小に
する。気孔サイズ約10μ及び約2kPaのオーダの空気圧力
で十分である。垂直方向に曲げられてから、このシート
は、拡散性蒸気の形で供給される加熱湿り空気に当てら
れ、この加熱湿り空気とシートの接触はそれをエアカー
テンで閉じ込めることによつて強化される。

この具体例でシートを補強するために求められる主な
判定基準は、このシートと接触するために平均湿度、水
約0.05kg/空気1kgから水約0.2kg/空気1kgまで、好まし
くは水約0.1kg/空気1kgの加熱湿り空気を提供すること
である。これは、全体を参照数字54で示し、シートに供
給される蒸気を拡散するためにシートの下面と平行な多
孔質壁又は板56を有する囲いに、温度約100℃の蒸気を
約1kPaから約5kPaの低い圧力で供給することによつて容
易に達成できるかもしれない。多孔質板56の気孔の大き
さは、約２μから約20μ、好ましくは約10μのオーダ
が、所望の湿度を得るために上記の圧力で供給される蒸
気を拡散するに十分である。

過剰な蒸気は、シート32の縁の周りから排気手段58に
よつて排出してもよい。この加熱湿り空気を閉じ込め、
それが空気膜スライドの方へシートを上るのを防ぐた
め、及び結果を強めるため、少なくとも一つのエアカー
テン放出装置を使うのが好ましい。60及び62で示すよう
に、二つの放出装置が好ましい。これらの放出装置は、
加熱湿り空気を、特に下面38に対して閉じ込め、それを
シート32の移動路に沿つて下方に押しやる。この加熱湿
り空気を閉じ込めるための放出装置の例を第４図に示
し、そこで放出装置60は空気入口64及び出口66を有し、
その出口は空気をシートの側面の方に下方へ向ける援助
をするために角度をもつて傾斜した側面68を有する。

利用される空気は、高い温度であるのが好ましく、且
つ粒子の表面の間の空隙で水分が凝集するのを実質的に
避ける支援をする。約38℃から約94℃の範囲の空気温度
が満足である。放出装置によつて押し出されるエアカー
テンの速度は、例えば約8m/秒から約10m/秒の範囲でよ
い。それで、上に開示した条件によれば、加熱湿り空気
のシートとの接触時間は、一般に約１秒から約５秒、好
ましくは約３秒である。補強されたシートは、次に個々
の凝集物を得るために細分装置に通してもよく、その凝
集物は次に、もし望むなら、第１図に関連して上に開示
したように、且つ第３図のブロツク線図部に示すよう
に、サイズ選別してもよい。

可溶性コーヒーを凝集するためにこの補強技術を実施
する際に、元の凝集しない材料の粒子サイズが重要な役
割を演ずることが判つている。一般に、凝集されるべき
可溶性コーヒーの粒子サイズが約80μ以上であるとき、
結果として生ずる溶融したシートは、所望の垂直方向を
とるため湾曲した空気スライド52の上を曲がるに十分柔
軟ではない。約50μから約80μの間の粒子サイズが満足
に実行することが判つているが、約40μから約50μまで
の粒子サイズは、この柔軟な溶融したシートの強度が空
気スライド上を容易に曲がり、所望の垂直方向をとるに
十分であるので、最良の結果を与える。

第５図に示すように、全体を参照数字70で示す、シー
トを補強するための更なる手段は、全体をノズル72とし
て指し、且つこれも第６図に詳しく示されている“拘束
ワニ”ノズルを使用する。“ワニ”ノズルは、この技術
分野では、矩形開口をもつ管を本質的に含むとして知ら
れている。ここで使用するような、“拘束ワニ”ノズル
は、開口部76を有するワニノズル部74並びにワニノズル
部74の上に作られた、開口部82を有する追加のノズル部
78及び80を有する。開口部82の面積に対する開口部76の
面積の比は、10:1から約200:1に及んでもよく、好まし
くは約50:1である。蒸気ジヤケツト84は、温度のより大
きな制御を保証するためこのノズルを囲んでもよい。

振動篩40及びスライド46を使つても使わなくても、溶
融したシート32を、まだ柔軟な状態にある間に、この溶
融した材料シートの下面38を加熱湿り空気と接触させる
め、再に好ましくは下方に傾斜した移動路を、拘束ワニ
ノズル72を通過して動かされ、そこで低速蒸気はノズル
部74を経て開口部76に供給され、高速蒸気は加熱湿り空
気をシート32の下側38に与えるためノズル部78及び80を
経て開口部82に供給され、その蒸気は約100℃である。
この低速蒸気は、約0.5m/秒から約2m/秒で、好ましくは
約0.75m/秒から約1.25m/秒の速度で向けられ、且つ高速
蒸気は、約40m/秒から約80m/秒、好ましくは約55m/秒か
ら約65m/秒の速度で向けられる。低速流れの蒸気と高速
流れの蒸気の組合せのために、高速蒸気は低速蒸気をシ
ートの方へ案内し、且つ例えば蒸気がシートに沿つて篩
40の方へ上るのを防ぐ。

目的は、粒子の毛管溶融のためにシートを短期間加熱
湿り空気と接触させることであるので、前の代替案の補
強具体例と同様に、主な判定基準は、拘束ワニ流れのた
めに特定の絶対湿度の空気を得ることであり、且つこの
場合、それは水約0.5kg/空気1kgから水約1.5kg/空気1k
g、好ましくは水約1.1kg/空気1kgである。この補強具体
例と先の具体例の間の湿度の差は、この具体例では加熱
湿り空気のシートとの接触時間が実質的に短いことであ
る。

囲い86が、下面38の加熱湿り空気との接触を容易にす
るために、ノズル72及び溶融したシートの外周を取り囲
み、囲い込むのが好ましく且つ有利である。この加熱湿
り空気は排気だけによつて排出され得るが、囲い86がこ
の囲いからの湿り空気の漏れを調節するため約0.9992気
圧から約0.9995気圧のわずかな減圧に維持するのが好ま
しい。

この具体例を実施する際に、補強したシートの移動方
向に下流の囲い86の壁88は、都合よくこのシートを最初
に細分するために利用される。従つてこの囲いの底部
は、例えば、細分した材料を更なる細分手段に供給する
ためのホツパーの形に設計すると有利で、その更なる細
分の後に、もし望むなら製品のサイズ選別してもよい。

本発明の溶融した材料をこれらの補強手法で処理する
ことは、一般に約５％から約８％の含水率を有する製品
に帰するだろうし、この材料は約３％から約４％の含水
率に乾燥すべきである。

この溶融した材料の細分は、種々の装置で行うことが
できる。しかし、溶融した材料がシート又はシート状片
の形をしているので、特にこのシートが上記のように補
強されているとき、例えばローテツクス社製のROTEX装
置のようなある種の従来の細分装置では、シートがROTE
X装置のような装置の一部をなす篩面の上を滑る傾向が
あり、そのような装置は、例えば粗い凝集物を作る従来
の空中浮揚乱流凝集法で作る凝集物に対するほど有用で
はないことに気付くだろう。それで、細分すべき材料の
性質と形のために、少なくとも溶融した材料をもみ且つ
破断させるための手段をもつ装置が最も有利である。

最善の結果は、鋭い針の束を使つてシートを篩に押し
つけ且つ砕く手による細分によつて得ている。これらの
機能を行うために機械化した手段を採用する。例えば、
シート又はシート片を二つのあごの間に通し、その下あ
ごが篩であり、上あごはこの篩の上でシート片を砕くた
めに突出する針を有するように修正した、改良ジヨー
クラツシヤを使つてもよい。又、クオドロエンジニヤ
リング社製のQUADRO COMIL装置のような内部回転アンカ
ーをもつ孔あきバスケツトを有する細分装置が満足であ
ることも判つた。

以下の例は、本発明の更なる実例である。全ての部及
びパーセントは、他に指定がなければ、重量による。

例Ｉ本発明の方法の具体化を実施するためにこの例で使用
する装置の組合せは、第１図に一般的に示すように、供
給装置、シエーパ、回転真空ドラム、排出ナイフ及び細
分装置、並びにサイズ選別装置を含む。本発明の方法及
び装置によつて凝集すべき材料は粉末の噴霧乾燥コーヒ
ーである。この噴霧乾燥コーヒーの平均粒径は約72μ
で、その嵩密度は約340g/lで、含水率は約3.3重量％で
ある。

この回転ドラムの幅は約0.3mで、使用面積は約0.9m²
である。このドラム面の気孔は約２μ乃至約５μの大き
さで、多孔度約0.47×10^-3m³／秒である。このドラムは
周速約50×10^-3m／秒で回転される。このドラム内は約
0.983気圧に減圧され、維持される。材料はホツパーか
らこのドラム上に置かれ、そのホツパーの長さは、約0.
3mのドラム面の幅にわたる。長さ約0.3mの平面シエーパ
をこのドラムの幅にわたつて使用する。この材料を連続
的に供給するために流れ制御装置を使い、表面シエーパ
による成形後、このシエーパの後のドラム上に25mmの材
料層が堆積する。

加熱湿り空気をこのドラム上の材料に向けるためのノ
ズルは、このドラムの幅にわたる長さ約0.1mに約0.25m
の断面を有する矩形空気ダクトである。このノズルによ
つてドラム上の成形した材料層に向けられる加熱湿り空
気の温度は約88℃で、この空気の湿度は約水0.32kg/空
気1kgである。このノズルを通して材料層に向けられる
加熱湿り空気の速度は約90×10^-3m／秒で、それはレイ
ノズル数約620に相当する。このドラムの回転速度のた
めに、材料がこの加熱湿り空気と接触する滞留時間は約
２秒である。

このシステムは上記の条件で連続的に操業し、定常状
態に達すると、厚さ約4mmの溶融層が排出ナイフによつ
てドラムから連続的に除去される。次にこのシートはRO
TEX細分装置の中へ放出され、約2.4mmと0.7mmの孔をも
つ篩で分類される。

この2.4mmと0.7mmの間の製品は、凍結乾燥の外観、密
度240g/l及び乾燥前含水率約4.3％を有する。過大サイ
ズの凝集物は、細分装置に戻されて更に処理され、2.4m
mと0.7mmの間の更なる製品を得、過小サイズの凝集物は
再循環される。

例II 本発明の方法の他の具体化を実施するために使用する
装置の組合せは、第３図に示すような装置を含み、溶融
した材料が篩分けされ、次に空気膜スライドを通過して
から補強される。

凝集すべき材料は、噴霧乾燥コーヒー粉末で、平均粒
径約41μ、嵩密度455g/l及び含水率約３重量％である。
ドラムの中の減圧は例Ｉと同じである。材料をドラム上
に置くための手段及び加熱湿り空気の流れをドラム上に
置かれ且つ成形された材料の層に向けるための手段は、
例Ｉの場合と同じである。

波付シエーパを使つてドラム上に滑かな波付表面層を
形成する。このシエーパは、谷で22mm、山で25mmのベツ
ド深さを与えるように設定されている。このドラム上の
材料層に向けられる加熱湿り空気の温度は、約88℃に維
持され、空気の湿度は水約0.36kg/空気1kgに維持され
る。この加熱湿り空気の表面速度は、例Ｉと同様に、約
90×10^-3m／秒である。

ドラムは周速50×10^-3m／秒で回転し、定常状態に達
すると、この加熱湿り空気の中に約２秒の滞留時間を経
験する溶融層が排出ドクターブレードナイフによつてシ
ートの形で剥離され、そのシートは厚さが谷での約2mm
から山での約5mmまで変動し、溶融しない材料を溶融し
た材料から分離するために傾斜振動篩の上を動かされ
る。

次にこのシートは、支持スライドによつて、空気膜ス
ライドの上を通るように向けられて、垂直に配置され
る。この空気膜スライドは、約10μの大きさの気孔を有
する。2kPaの空気圧がこのスライドの多孔質面に供給さ
れる。この空気膜を移動し、垂直に配置されてから、シ
ートは、前記の第３図の説明に従つて、エアカーテンを
供給する手段と、このシートの下面を補強するために加
熱湿り空気を供給するために拡散蒸気を提供するための
手段との間を通る。この蒸気は、4kPaの圧力で拡散蒸気
囲いに供給される。水約0.1kg/空気1kgの絶対湿度が得
られ、この加熱湿り空気が約３秒間このシートの下面と
効果的に接触する。このエアカーテンからの空気は、約
9m/秒の速度を有する。

この補強されたシートはすぐれた機械的強度を有す
る。

手で細分され、約2.4mmと0.8mmの孔をもつ篩の間でサ
イズ分けされてから、この補強されたシートは、そのサ
イズ範囲で歩留り約31.5％、密度約320g/l及び含水率約
5.7％の製品を与える。

例III 原料粉末は、例Ｉに示したのと同じである。例IIと同
様に波付シエーパを使用する。

このドラムの表面幅にわたつて長さは同じであるが幅
は約0.1mだけ先の例で使用したものより広いノズルが、
加熱湿り空気を材料層の方へ向ける。ドラムの回転速度
は先の例と同じである。これは材料に約４秒の加熱湿り
空気と接触する滞留時間を与える。この加熱湿り空気の
温度は約86℃で湿度は約水0.4kg/空気1kgである。ドラ
ム内に加えられる減圧は、先の例の約0.98気圧に比べ
て、約0.95気圧である。定常状態でのドラム上の材料層
は、谷と山でそれぞれ厚さ約22mm乃至約25mmである。

谷で約2mm、山で約5mmの厚さの溶融した材料層がドラ
ム上の溶融しない層から剥離され、例IIと同様に振動篩
上に通される。この振動篩と支持スライドの後に、溶融
した材料のシートの下面は、囲いの中で第５図及び６図
の具体形である拘束ワニノズルからの絶対湿度約水1.1k
g/空気1kgの加熱湿り空気と接触する。この低速ワニノ
ズル蒸気の速度は1m/秒で、高速蒸気の速度は60m/秒で
ある。このシートと湿り空気との接触は囲いの中で行わ
れ、そこには温度80℃の熱風が囲いの底に導入され、空
気と蒸気が約0.9994気圧の負圧を維持するためにこの囲
いの上部から排気される。

この実施例で、シート片は部分的にこの囲いの壁で破
断され、この囲いの底から収集され、それから約2.4mm
と0.8mmの孔をもつ篩でのサイズ分けによつて決められ
る所望の粒子サイズに手で細分される。

この方法は、所望のサイズの製品の歩留り37％をもた
らす。この製品の密度は228g/l、含水率6.1％である。

上記から、当該技術の通常の知識を有する者には、前
記の特許請求の範囲に定義する本発明の範囲及び精神か
ら逸脱することなく、説明し且つ図示した本発明の目的
を達するために種々の実施例を利用することができるこ
とは明白だろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を実施する装置の好まし実施例
の側面図である。第２図は、多孔質運搬面上の材料層を滑かにするために
好ましいシエーパの透視図である。第３図は、第１図の更なる実施例の側面図で、溶融した
材料の、多孔質面に最も近い側が補強される。第４図は、第３図の補強実施例で加熱湿り空気を囲うた
めのエアカーテンを供給するための手段の側面図であ
る。第５図は、第１図の更なる実施例の側面図で、溶融材料
を補強するための代替案を示す。第６図は、第５図の実施例用に補強する加熱湿り空気を
供給するための手段の側面図である。 12……運搬手段（回転ドラム） 14……多孔質面 18……減圧手段 22……粒子層 30……指向手段 38……下面 42……細分手段 50……補強手段。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水溶性粒状物質の粒子を凝集させるための
方法であって、水溶性粒状物質の粒子の層を多孔質面に
乗せて運搬すること、加熱湿り空気の層流をこの運搬さ
れている粒子の層の方に向けること及びこれらの粒子の
表面間の空隙にある湿気の凝結を実質的に避けながら粒
子の表面の間の接触点でこの層の粒子を溶融するための
十分な時間、この加熱湿り空気を運搬された粒状物質の
粒子と接触させるためにこの加熱湿り空気をこの物質の
層へ引くためにこの多孔質面の下から減圧を加えること
を含む方法。
【請求項２】物質を凝集させ、それから凝集物を得るた
めの請求項１記載の方法であって、更に溶融した層を多
孔質面から除去すること及びこの溶融した層を細分する
ことを含む方法。
【請求項３】請求項１記載の方法に於いて、多孔質面が
回転ドラムの表面であり、且つ減圧がこのドラムの中か
ら少なくともこの物質の層をドラムの多孔質面の上にこ
のドラムの完全回転中維持するために十分な量で加えら
れる方法。
【請求項４】請求項１から３までのいずれか１つに記載
の方法に於いて、溶融した層がシートの形をし、更に、
このシートを補強するためこのシートの粒子の表面の間
の空隙にある湿気の凝結を実質的に避けながらこれらの
粒子の表面の間の接触点でこれらの粒子を溶融するため
に加熱湿り空気をこのシートへこのシートの多孔質面に
最も近い側に向けることを含む方法。
【請求項５】請求項１又は２記載の方法に於いて、加熱
湿り空気の層流が、温度約40℃乃至約100℃、絶対湿度
約水0.1kg/空気1kg乃至約水0.8kg/空気1kgで、この層に
約340×10^-3m／秒以下の表面速度で向けられ、減圧が約
0.829気圧乃至約0.996気圧であり、且つ加熱湿り空気が
運搬れた粒子の層と約１秒乃至約６秒間接触する方法。