JPH07112521B2 - 液原料の乾燥方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．産業上の利用分野 本発明は乾燥方法に係る。

ロ．従来の技術 一般に微粒子材は噴霧乾燥で形成される。液を噴霧化せ
しめ小滴を形成し、これら小滴粒を高温空気などの乾燥
ガスにさらす。小滴粒の液成分が蒸発し、乾燥した原料
の粒子が残る。食品飲料品産業においては、この工程を
用いて可溶性コーヒ粉末や乾燥ミルクならびに乾燥ミル
ク代用品などの生産品を製作する。

典型的には噴霧乾燥は、大型の垂直に長いチヤンバ又は
「塔」内部で噴霧化した液を高温空気に接触せしめるこ
とにより実施される。産業プロセスのための十分な能力
をもつ塔型式の乾燥機は高さが20mで直径が6mのもので
ある。かかる大型装置は製作上高価につく。

噴霧乾燥における原料の加熱により普通乾燥産品の品質
が損なわれる。乾燥機内における空気の再循環なるもの
により乾燥機内に乾燥粒子が長時間留置される事態が生
じ、加熱にもとづく損害が激化することが有り得る。こ
れらの困難性は、食品及び飲料物産業の場合多くの食品
原料には加熱により減失や劣化を蒙りやすい香料成分が
入つているので特に重要なものとなる。

米国特許第3,038,533号には、比較的高速度でノズルを
通し高温の噴霧化空気又は「第一の」空気を放出する噴
霧乾燥プロセスの実施例が記載されている。乾燥される
べき液がノズル通過の際第一の空気により微小滴粒に噴
霧工程で形成される。微小滴粒は第一の空気の噴射流の
下流を通過しノズルから出て急速に乾燥する。

第一の空気の噴射流によりその近傍に一部真空の領域が
発生し易く、従つて周囲の空気の再循環が形成されがち
である。かかる再循環を避けるため、上記特許では噴射
流を筒状チヤンバの軸線にそつた方向に向け、更にこの
噴射流と同じ方向に流れる追加の空気又は「第二の」空
気を室内に吹き込み、噴射流を第二空気流で囲むように
する工程が提案されている。

この特許に開示された噴射流噴霧乾燥技術により従来の
噴霧乾燥における若干の困難性は解決されたように思わ
れる。而しながら、かかるジエツト噴霧乾燥技術には固
有の欠点がともなつている。乾燥された原料は筒状室の
壁に蓄積し易い。その上、高濃縮の飲料品エキスなどの
原料の処理にはジエツト噴射流乾燥技術は適していな
い。従つて、噴霧乾燥方法及び装置の改良に対する顕著
な必要性が認められている。

ハ．発明の要約 本発明は、液原料を乾燥する方法にして、 イ．液原料を噴霧化ノズルを通過させて70ミクロン未満
の平均直径の小滴に噴霧化して、該噴霧化ノズルの直下
に配置された管状の多孔性拡散具の軸線方向の通路を通
して下流方向に小滴の流れを射出する段階と、 ロ．前記下流方向を横切る方向に該小滴の流れに向け
て、前記多孔性拡散具の壁を通して攪流状態の乾燥ガス
を射出する段階とを含み、これにより、前記乾燥ガスは
前記小滴の流れの全長に沿って分配されていて、該小滴
の流れが、周囲の乾燥ガスの内方への流れの間を通過す
るようにされており、前記多孔性拡散具の壁は前記小滴
の平均直径の0.1倍から10倍までの寸法の孔を有して、
前記孔を出る前記乾燥ガスに形成される攪流渦が前記小
滴の平均直径に近い寸法を有するようにされており、も
って、前記小滴が下流に移動する際に、前記乾燥ガスが
該小滴と混合し、小滴の再循環を最小限にして、前記小
滴を乾燥させることを特徴とする。

推進ガスのジエツト流を使用する場合、ジエツトの全長
の少なくとも上流部分にわたり内方に向け流れる乾燥ガ
スですつかり包囲されるよう乾燥ガスを投入射出するこ
とが好ましい。従つて、ジエツトによるガスの混入によ
りジエツト近傍に局所的な真空の領域が発生することは
不可能である。従つて、かかる局所的真空域に関連する
ガス及び乾燥原料の再循環は実質上無くなる。その上、
内方に向け流れる乾燥ガスによりジエツト流が拡散気味
となり、更に再循環の形成を抑制する。

このように乾燥ガスは撹流を誘発すると再循環を抑制す
るものである。撹流は再循環とは異なる。本文におい
て、「再循環」なる用語は安定にしてかなりの時間にわ
たりほぼ一定位置にとどまるようなうず巻きの作用を指
している。又、「撹流」なる用語は大型の包囲ガス流内
に囲まれその大型流れと共に移動するようなうず巻きの
作用を意味している。肉眼に見える限りにおいて撹流は
ガス中に混入される原料の動きには影響を及ぼさず乾燥
機を通ずる原料の反復通過を促進するものではない。

本発明の他の特徴によれば、流れの全長即ち上流より下
流にいたる距離にそつたそれぞれの地点における乾燥域
の温度が随意にコントロールすることができる。乾燥ガ
スが流れの全長にわたり分布され流れを横切る方向に向
けられるので、流れの全長にそうそれぞれの地点におい
て噴霧状の原料はその地点に向けられる乾燥ガスの温度
と共に変わる温度においてガスにさらされる。流れのさ
まざまな領域に対しさまざまな温度で乾燥ガスを送るこ
とにより原料が下流に下降するにつれその噴霧流は所定
の順序でさまざまな温度にさらされる。例えば、比較的
高温の乾燥ガスを上流域に又比較的低温の乾燥ガスを下
流域へ送ることにより、下流域の温度を制限し乾燥機出
口における製品温度をコントロールすることができ同時
に上流域できわめて高い温度を維持し急速乾燥を促進す
る。

乾燥は又液の微細噴霧化により促進される。而しなが
ら、本発明による方法の場合、先行技術によるジエツト
噴射流乾燥法に一般に用いられるものより大きな小滴で
効果的かつ急速な乾燥が得られる。従つて、粘性のある
もしくはきわめて微細な噴霧化に抵抗性を示すような原
料を効果的に乾燥できる。本発明の好適実施例で達成さ
れる改良された混合及び所望ガス温度はこの有利な結果
に寄与している。

本発明のその他諸目的や特徴及び利点については添付図
面参照の下における下記実施例の詳細説明より明かにさ
れる。

ニ．実施例の詳細な説明 本発明の方法を実施するための装置（以下、「本発明の
実施例による装置」ともいう）には、細長く延びた筒状
外殻12の形態をした多孔性拡散器の上流端に取付けたノ
ズル組立体10が含まれる。このノズル組立体は下流端に
円錐形の過渡部16（第２図参照）を有するガス管14を有
する。この過渡部の下流端にノズル18が取付けられてい
る。ノズルの内面は中心軸線を中心にした回転面でノズ
ルの最下流端で絞り又は最小幅部分24にせばめられてい
る。

ガス管内にハウジング26が中心決めネジ27により支持さ
れ、このハウジングにノズルの上流で切れている。送り
管28がハウジングに取付けられ、送り管の下流端はノズ
ル内に延びノズルの絞り24の僅か上流で延び終わつてい
る。熱絶縁材がハウジング内で送り管を包囲している。
心決めネジ27によりハウジング従つて送り管の下流端が
ノズルと同軸状に維持される。

ノズル組立体は、ノズル18が外殻12と同軸状におかれノ
ズルの最下流端が外殻12の上流端に整列するように装着
されている。端壁29はノズルと外殻の壁との間に延び端
壁にはノズルの最下流端と同じ面を形成する平面状下流
面30が形成されている。

外殻12の壁はノズルに近接して設けられた切頭円錐形上
流カラー31と、この上流カラーと同軸状の円筒形下流カ
ラー32（第１図参照）を形成している。各カラー部材は
多孔性焼結金属より作られその表面全体に微小孔が均等
に分布形成されている。上流カラー部材31は第１ハウジ
ング34内におかれカラーをめぐりかつその外面に対向す
る環状チヤネル又はスペース36を画成している。下流カ
ラー部材32は同様なハウジング内におかれ、更に別の環
状チヤネル40を画成し、これらチヤネル36、40は壁41で
互いに分離している。カラー38の下流端は出口管42を介
して普通のサイクロン型セパレータ44に接続する。

ノズル組立体の送り管28は乾燥さるべき液を送り込むた
めの供給源46に接続しており、この供給源は普通の貯蔵
タンク、ポンプ及び計量装置を含む。ガス管14は、所定
圧力の下でコントロールできる温度でガスを供給するた
めの供給源48に接続し、チヤネル36と40はそれぞれ同じ
様に別々にコントロールのできるガス供給源50と52に接
続されている。このガス供給源は普通のコンプレツサー
やレギユレータ、熱交換器及び流量測定器を有してい
る。

本発明による一つの方法において、供給源48より管14を
介して送り込められる推進ガスは高速でノズル18を通
る。乾燥さるべき液が供給源46により送り管28を介して
押し出される。この液が送り管の下流端から出る際、ノ
ズル18を通過する推進ガスに乗せられガスがノズルの絞
り24を通過する際噴霧化されその結果小滴流が推進ガス
と共にノズルから投げ出される。この小滴を混入した推
進ガスは、ノズル軸線22と合致し従つて拡散器又は外殻
12の縦軸に合致する上流から下流へかけての軸線を有す
るほぼ円錐形のジエツト噴流54としてノズルから下方に
流れる。

供給源50により乾燥ガスの第１の部分が環状チヤネル36
に送られる。チヤネル36は流れ抵抗が殆どないのでチヤ
ネル内の圧力はほぼ均等である。カラー31の外面はその
全面にわたりほぼ均一なガス圧力を受ける。カラー31の
壁の全面にはほぼ均一な小孔が形成され、乾燥ガスがカ
ラーの全円周面で単位壁面積当たり均一な比率でカラー
壁を通過する。カラー壁の孔は微細で互いに密接して形
成され、隣接する孔から出るガス流は、この乾燥ガスが
ジエツト噴流にぶつかる前にカラーの内面から微小距離
の所で互いに一緒になる。従つて、ジエツト流の上流域
は、第３図に矢印で示す如くジエツト流の外からジエツ
トの軸線に向かつて半径方向内方に流れる乾燥ガスの連
続流に囲まれる。乾燥ガスは又軸線と平行の下流方向へ
の低速度をもつている。

供給源52より送られる第２の乾燥ガスの部分はチヤネル
40と下流カラー32の壁を通り、ジエツト流の下流域は同
様な乾燥ガスの連続流に囲まれる。２個のカラー部材の
接続部近くの境界壁41では上記流れは両方のカラーに送
られる乾燥ガスが含有される。

乾燥ガスは推進ガスと小滴と共に下流に送られる。小滴
が下流へ送られる際小滴内の湿気が蒸発しそれにより小
滴群は出口管42に到達する前に乾燥粒子に変換する。こ
れらの粒子及びガスは出口管を通りセパレータ44に送ら
れここで粒子はガスから分離され装置より取り出され
る。

外殻壁を貫通して送られる乾燥ガスはジエツト流中に入
り込みジエツト流中の推進ガスと混合する。更に、ジエ
ツト噴流の軸線へ向かう乾燥ガスの流れによりジエツト
中に乱流が促進され、軸線近くのジエツト流の中心即ち
核部分と軸線より遠い外周域との間におけるガスの交換
が活発になる。かかる乾燥ガスの徹底的混合及び連続添
加により、乾燥中の原料からガスに連続的に水分が移る
のにも拘らずジエツト噴流の全領域においてガスが所望
の低水分に維持される。

乾燥ガスのそれぞれの部分の温度と推進ガスの温度とは
別々にこれをコントロールすることができる。上流カラ
ー31に送られる乾燥ガスの第１部分はノズル近傍で推進
ガス及び上流域で乾燥中の原料と混合し、他方下流カラ
ー32に送られる乾燥ガスの第２部分は下流領域における
その他ガス及び原料と混ざり合う。このように乾燥機の
各領域に対する熱入力従つて原料が下流に送られる際さ
らされるガス温度のパターンを随意にコントロールする
ことができる。

多くの場合、原料を上流域では比較的高いガス温度に下
流域では比較的低いガス温度にさらすことが望ましい。
上流域では原料は比較的高い水分含有量を有し水分を蒸
気に転換するのに大量の熱が費やされる。下流域では、
原料は比較的乾燥しており、そのため蒸発に要する水分
が少ない。その結果、下流域では蒸発に要する熱は少な
くて済む。推進ガス及び乾燥ガスを上流域に比較的高温
で送り込み下流域に乾燥ガスを比較的低温で送り込むこ
とにより乾燥機の各領域において熱入力が熱要求量に正
確にマツチする。従つて、ガス中に送られる熱は浪費さ
れるのではなく所望の蒸発達成のため有効に使用され
る。

その上、乾燥ガスをジエツト噴流の全長にわたり異なれ
る温度で送り込むことにより乾燥中の原料の温度を好適
限度を超えて上昇せしめることなしに効果的な乾燥を達
成することができる。原料がかなりの水分含有量を有し
かつ蒸発にかなりの熱量が費やされる上流域において、
小滴の温度は周囲ガスの温度よりかなり低い。従つて、
上流域におけるガスは比較的高温度に維持され乾燥中の
原料の温度を不当に上昇せしめることなく蒸発を促進す
る。原料が下流に送られ次第に乾燥してくると、蒸発率
が増加する。ガスから乾燥中の原料へ引続き熱が移るの
で原料の温度は周囲ガスの温度に近づく。下流域におけ
るガスの温度は原料の過熱のないように制限されるべき
である。原料の流れの全長にそい異なれる温度でガスを
供給することにより高いガス温度を上流域に維持し他方
下流域に低いガス温度を維持する。

若し下流域に送られる乾燥ガスの温度が十分低いと、下
流域における混合ガスの温度が乾燥中の原料の温度より
低いことが有り得る。この場合、熱は乾燥中の原料から
ガスに移る。従つて乾燥された原料は回収される前に流
れ内で冷却される。原料の流れの方向を横切つて乾燥ガ
スを射出することにより達成される原料のガスに対する
完全な露出により効果的にしてかつ迅速な冷却が得られ
る。「乾燥ガス」なる用語は便宜上原料の流れを横切る
方向に射出するガスを示すよう用いられているが、原料
の冷却に用いる乾燥ガスの一部又は全部は原料が既に乾
燥し終つた後にも原料と接触する点理解せねばならぬ。
冷却に用いる乾燥ガスの一部もしくは全部は原料がその
最終の水分含有量に達する流れの全長にそつた地点の下
流に射出することができる。

原料が回収前に流れ内で冷却すると、乾燥に要する時間
だけ高温にさらされる。対照的に普通の噴霧乾燥プロセ
スの場合乾燥した原料を回収前に冷却することは通常実
施不可能である。在来のプロセスの場合、乾燥原料は普
通高温で回収され従つて回収後熱による劣化を蒙り易
い。

上述の如き実施例において、乾燥ガスの２つの部分が２
つの異なつた温度で使用されている。流れの全長にそう
異なれる領域に異なれる温度で乾燥ガスを送り込むこと
により達成する所望の効果は、乾燥ガスを２つ以上の部
分にして２つ以上の領域に送り込むことにより増大でき
る。例えば、乾燥ガスの３つの部分を高温中間温度及び
低温で送り込んでも良い。

その他のガス温度のパターンも使用できる。従つて、若
し推進ガスが流れの上流域に向け射出される乾燥ガスよ
り低い温度で送り込められる場合、混合ガスの温度はノ
ズルのすぐ傍では低く上流域内で下流方向に漸次増加す
る。従つて、噴霧化された原料の温度は乾燥プロセスの
最初の部分中きわめて低い。この効果は乾燥ガスを最上
流域に低温度で送り込み次の領域には高温度で送り込む
ことにより増加する。最初の乾燥相の間における低温
は、水分がある時には熱に対し特に敏感なるも乾燥する
に従つて敏感性が劣るような原料には役立つ。例えば、
コーヒ及び茶のエキスは乾燥するに従い加熱時揮発性香
りの損失を受けづらくなるものと信じられている。

上述の構成の場合、乾燥ガスの流れはジエツト噴流の軸
線を中心にして対称形である。拡散器又は外殻壁のそれ
ぞれの部分からの乾燥ガスの内方への流れは壁の直径方
向反対の個所から反対方向に進む同様な内向きの流れに
よりつり合いがとれる。この乾燥ガスの対向流は軸線か
ら噴霧状原料を片寄らせはしない。而しながら、第３図
で最も明かに判るように乾燥ガスにより噴霧状原料は殻
体壁から離れて保たれる傾向をもつ。外殻壁の方に外方
に動く小滴や粒子はすべて内向きに流れるガスに出合い
軸線の方に戻る。

ガスのジエツト流に周囲ガスは乗り易く従つてジエツト
噴流の上流端近くに局所的真空の形成が行われ易い。こ
の局所的真空により周囲ガスがジエツト噴流の外側で上
流に流れる。内向に流れる乾燥ガスによりかかる再循環
が阻止される。

ジエツト噴流は、その軸線近くの中心域では高速で軸線
から遠く離れた外周域では低速の独特のガス速度の輪郭
をその特徴としている。このジエツト流に関連する独特
の速度輪郭が拡散するにつれ、周囲からのガスに乗る要
求又は傾向従つて再循環を引き起こす傾向も又消失す
る。乾燥ガスにより誘起される徹底的な混合によりジエ
ツト流の中心域とその外周との間におけるモーメントタ
ムの移送が促進される。このように乾燥ガスによりジエ
ツト流の速度プロフイルの消滅が促され従つてその飛沫
同伴要求が減少する。

その上、外殻壁を貫いて送り込められる内向きに流れる
乾燥ガスはジエツト噴流の残りの飛沫同伴要求を満た
す。外殻の上流端近くの単位軸方向長さ当たりの外殻壁
を貫く乾燥ガスの流量は単位長さ当たりのジエツト流の
飛沫同伴要求率を超過するのが好ましい。従つて、ジエ
ツト流の外側では若干の乾燥ガスの下降流がある。若し
外殻壁の下流域を通ずる軸方向単位長さ当たりの乾燥ガ
スの流量がジエツト噴流の飛沫同伴要求率より少ない場
合には下流に流れる余分の乾燥ガスがこの不足を補うこ
とができる。上流域に乾燥ガスが不足し下流域で過剰に
なる逆の情勢は好ましくはない。ジエツト流の外にガス
の上昇流が発生し再循環を引き起こす。換言すれば、ジ
エツト流の全長にそう任意の地点より上流のジエツト流
の部分に向け射出される乾燥ガスの全量従つてその任意
地点の上流の外殻壁を貫く全乾燥ガス流量がジエツト流
のその部分に対する全飛沫同伴要求度に等しいかもしく
はこれを超えるのが好ましい。

内向きに射出された乾燥ガスの影響を受け衰えつつある
ジエツトの実際の飛沫同伴要求度なるものは簡単には計
算できるものではない。而しながら、一定のノズルを介
し一定の推進ガスの流量により発生するジエツト噴流に
対し、実際の飛沫同伴要求率は対応するフリージエツト
即ち同流量で同じノズルから内向き射出の乾燥ガスなし
に無限の空間中に射出される推進ガスのジエツト噴流の
飛沫同伴要求度より小さい。かかるフリージエツト流の
単位長さＥ当たりの飛沫同伴要求度は次の式で近似的に
与えられる。

ここで、M₀はノズルを通る推進ガスの総流量、Ｄはノズ
ル絞りの直径を表わす。

本文に用いる「理論上の飛沫同伴要求度」は上記式によ
り計算される対応フリージエツト流に対する飛沫同伴要
求度のことである。若し内向きの乾燥ガス流がジエツト
の理論上の飛沫同伴要求度に等しいかもしくはこれを超
えるような場合には乾燥ガス流はジエツトの実際の飛沫
同伴要求度を超える。

好ましい関係は次式で表わせる。

ここに、Ｒは外殻壁の軸方向単位長さ当たりの乾燥ガス
の貫通流量、ｘはノズルの絞りからの下流側の距離、ｑ
は任意の数値を示す。

上述の飛沫同伴要求度と乾燥ガス流量との間の関係は、
ノズルのすぐそばの領域でノズル径の10倍かそれ以上の
軸方向距離即ちゼロと10Dとの間のｑの値に対し維持さ
れるのが好ましい。その領域でジエツト噴流が目に見え
て衰えるのでそれ以上下流側で上記関係を維持するのは
さして重要ではない。而しながら、ノズル径の10倍通常
約30倍〜60倍より大きい距離に対する上記関係の維持に
より再循環問題に対する一段と大きな保証が得られる。

本発明の好適実施例による乾燥工程において、若干の要
因の連動作用により乾燥中の原料の乾燥室壁に対する付
着が抑制されるものと信じられている。粘着は普通湿性
原料のチヤンバ壁に対する衝突に帰因し、乾いた原料は
通常壁に粘着することはない。本発明により達成される
改善された混合ならびに所望のガス温度分布により急速
冷却が促進され従つて原料が壁に衝突する前に冷却され
るのが促進される。再循環により、乾燥中の原料は外方
にチヤンバ壁に向かつて運ばれ易くそのため衝突及び粘
着が促進される。従つて、乾燥ガスによる再循環の抑制
により粘着が抑制される。又、内向きに流れる乾燥ガス
により乾燥中の原料がチヤンバ壁から遠ざかるように内
方に吹き飛ばされ、更に原料の壁に対する粘着を抑制す
る。

外殻壁への湿性原料の衝突を最小におさえるため、上流
域の外殻壁をジエツト流の外側境界面より外部に配置す
るのが好ましい。ジエツト流は一般にはつきりした具体
的な境界をもたす、ジエツトの軸線から次第に遠ざかる
につれ下流方向のガスの速度は減少し、ジエツトとその
周りとの間における不連続性がはつきりしなくなる。内
向きに流れるガスによる妨げのないフリージエツトの外
側境界は、普通ノズルの絞り部から外方に拡がり約23.5
゜の夾角を有する理論的切頭円錐形として表わされるも
のである。実際のジエツトは乾燥ガスの働きによりその
拡がり角度は小さくなるけれど、本発明による乾燥装置
の設計にはフリージエツトによる概算が用いられる。従
つて、外殻壁の上流域が上述の切頭円錐体の外側に横た
わるよう外殻壁が構成される。噴霧化された原料がほぼ
乾燥しておりかつ外殻壁に対する原料の衝突が重要では
ないような下流域においては、外殻壁に理論的切頭円錐
内に配置しても良い。

外殻壁は外殻の縦軸線と平行かもしくは約3 1/2゜又は
未満の角度で軸線から外れて拡がるように構成するのが
好ましい。従つて、切頭円錐形外殻壁は約７゜未満の夾
角をもつのが好ましい。若し外殻壁が切頭円錐形ではな
くその他の回転面の形態をもつ場合にはかかる表面の母
線は縦軸線より約3 1/2゜より大きい角度に外れてはな
らぬ。

乾燥ガスと小滴との間における最良の相互作用を得、装
置容積を最小に抑えるため、外殻壁又は拡散器壁は上述
の諸点を考慮の上出来るだけ縦軸線に近接して配置せね
ばならぬ。本発明はいかなる作動理論によつても制限さ
れるものではないが、乾燥ガスが拡散器壁の孔を貫通す
る際乱流渦巻きが発生し、これらの渦巻きが乾燥ガスと
小滴との間の相互作用に役立つものと信じられている。
更に、これらの渦巻きは乾燥ガスと一緒に内方に移動す
るにつれ衰えるものと信じられている。拡散壁と噴霧状
原料の流れとの近接並置により原料の渦巻きに対するよ
り良き露出が得られるものと信じられている。好適に
は、拡散壁の少なくとも一部が流れの中心から約25cmの
範囲内に配置され流れの中心への渦巻きの効果的伝はが
得られる。これら渦巻きと分散原料との間におけるもつ
とも効果的な相互作用は外殻又は拡散器の壁近くに行わ
れるものと信じられている。従つて、壁に近づく小滴群
がもつとも迅速に乾燥され、従つてそれ以上の噴霧状原
料の壁への粘着が抑制される。

又、孔のサイズも重要であると信じられている。乾燥ガ
スが孔から出る際発生する渦巻きのサイズは孔のサイズ
に直接関連するものである。渦巻きと噴霧状の原料との
間における最適の相互作用は渦巻きのサイズが小滴のサ
イズにほぼ等しくなつた時発生する。この関係の達成に
は、個々の孔のサイズは主として噴霧段階で発生する小
滴の平均径の約0.1倍から約10倍好適には約1.0倍ないし
約5.0倍であらねばならぬ。ここに、孔の「サイズ」と
は孔を貫通する最大の剛性の球状粒子の直径を意味して
いる。

第４図に示す本発明のほかの実施例によれば、装置に
は、細長い矩形状の開口を有するノズル60とノズル内に
配置せる矩形状の出口を有する送り管62が用いられてい
る。ノズルはほぼ矩形断面の筒状多孔性外殻64内に向け
られ、外殻の壁は外殻の下流端の方に外方に張り出して
いる。ノズル60に送り込められる推進ガスに送り管62に
送り込められる液が乗せられ噴霧化される。ガスはノズ
ルよりほぼ矩形断面のジエツト噴流として流出し、それ
と一緒に小滴の流れを運ぶ。外殻64の幅の大きい側及び
小さい側の両方を貫いて乾燥ガスが供給される。第１図
から第３図について説明せる上記実施例の場合における
如く、ジエツト噴流は多孔性外殻から中心に向かつて射
出された乾燥ガスにすつかり包囲され、噴霧状原料は乾
燥ガスの対向する内向きの流れの間を通過する。

ジエツト流の飛沫同伴要求度と外殻を貫通する乾燥ガス
流量との間における上述の関係は非円形断面のノズルを
用いた第４図の如き構成にも適用される。矩形状ノズル
の場合、ノズルの幅の小さい寸法はノズルの直径と見做
されねばならぬ。矩形状のノズルから流出するジエツト
噴流は円形ノズルより流出するジエツトと殆ど同じよう
に外方に拡がる。中心に向かつて流れるガスの影響を受
けない矩形状ノズルから流出するフリージエツトの理論
上の側部境界はノズルのへりから延びる側面を有し、対
向側面は約23.5゜の夾角を形成するようなオベリスク型
の形状をしている。この場合も、ジエツト流は乾燥ガス
により若干せばめられるが、理論上のフリージエツトの
境界を外殻の最初の設計に用いても良い。

第５図に示す装置には複数個の切頭円錐形の多孔性外殻
66と関連ガス送り管68が設けられている。それぞれのガ
ス送り管はノズルを介し関連する外殻内に推進ガスを放
出するよう構成され、乾燥すべき液原料は各ガス管内の
送り管（図示省略）を通じて送り込められる。外殻体を
かこむチヤンバ（図示省略）を介して供給される乾燥ガ
スは外殻を通じて射出される。従つて、各外殻は第１図
から第３図について述べた乾燥室の上流部分と同じ要領
で作動し、各ノズルから流出するジエツト噴流はその全
長の上流部分にわたり中心に向け射出される乾燥ガスに
よりすつかり囲まれている。外殻の下流端は一対の対向
する多孔性のプレート72の間におかれ、追加の乾燥ガス
が室70より多孔性プレート70を介して送り込められる。

外殻より流出するガス及び噴霧化された原料が第５図の
矢印で示したように多孔性プレートから射出する対向す
る乾燥ガスの内向きの流れの間を通る。プレートから出
る乾燥ガスは、噴霧状原料と乱流状態で混合し外殻から
流出するガスと混ざり合う。外殻から流出するガス及び
噴霧化された原料の流れはプレートの間を通る際完全に
は内向きに射出された乾燥ガスにより囲まれることはな
い。隣接流間の領域における再循環の可能性を最小限に
抑えるため、それぞれのノズルから出るジエツトが関連
外殻内でほぼ消滅するように外殻66の形状ならびに乾燥
ガス流を構成する。従つて、それぞれの外殻は関連ノズ
ルからノズル径の少なくとも10倍の距離にわたり下流に
向かつて延び、乾燥ガスはそれぞれの外殻を介してジエ
ツトの理論上の飛沫同伴要求度に少なくとも等しい割合
で送り込められるのが好ましい。

上述の実施例において、原料は推進ガスのジエツト内に
投入される。而しながら、原料は推進ガスを使用せずに
噴霧化し射出しても良い。第６図に示す装置には、上流
端及び側部を閉じた乾燥室74が含まれる。乾燥室の２つ
の対向する側部は多孔性拡散プレート76により形成され
ている。それぞれの多孔性プレートはガス供給源に接続
するチヤンバ78と連通している。噴霧化ノズル80が室の
上流壁に取付けられている。それぞれの噴霧化ノズルに
は室内に対して開口する複数個の微小オリフイスが設け
られている。噴霧化ノズルは高圧ポンプ82に接続されて
いる。

乾燥さるべき液原料はポンプ82でノズル80を介して送ら
れ各ノズルから微細小滴流が下流に流れる。室78を介し
て送り込まれる乾燥ガスは多孔性プレート76を通じ小滴
流に向け射出される。流れはその全長にわたり分布する
対向状の乾燥ガスの内向きの流れの間を通り分散された
液は乱流状態の下で乾燥ガスに効果的にさらされる。好
適には多孔性プレート76従つて対向状に内向きに流れる
乾燥ガスは原料がほぼ乾燥している地点を超えて更に下
流に延びる。

チヤンバの上流端は閉じているので、チヤンバに連続的
に流入する乾燥ガスの流れにより内部の乾燥ガスは下流
に押しやられる。乾燥された原料はチヤンバの下流端に
接続するセパレータ（図示省略）内で回収される。

推進ガスのジエツト流がないのでかかるジエツトで誘動
される再循環を防ぐよう乾燥ガス流を構成する必要が全
くない。従つて、小滴の流れは内向きに射出される乾燥
ガスで完全に囲まれることは無い。又、乾燥に要する熱
は完全に乾燥ガスにより供給される。所望の噴霧度を提
供できる液噴霧ノズルはどんなものでも使用しても良
い。その他の点においては、乾燥作業に既述の場合と同
じである。

噴霧方法には係り無く必要乾燥時間は小滴の直径につれ
著しく変動し、大粒の小滴は乾燥に時間がかかる。従つ
て、約70ミクロン又はそれ未満の平均小滴サイズに噴霧
化するのが好ましい。比較的ゆつくり乾燥する大粒の小
滴が乾燥機の壁に衝突し同時に依然水分を含み従つて壁
に粘着することがある。普通、きわめて大型の小滴の割
合は小滴直径分布におけるバラツキ度合いに直接伴つて
変動し又平均の小滴径にも直接伴つて変動する。従つ
て、小滴サイズ分布が均一になればなる程大きな平均小
滴径のものが粘着を伴うことなしに得られる。約63ミク
ロンの平均小滴径、212ミクロン以上の径の小滴が３％
で12.2％が150ミクロンから212ミクロンの範囲に噴霧化
するのが良好な結果をあげる。乾燥プロセスに関する限
り、小滴径には下限値はない。本文にあげる小滴径なる
ものは乾燥された粒子の径が噴霧段階で生産される小滴
の径に等しいものとして乾燥ずみ粒子の直径を測定する
ことにより決められる。

約40％固形含有率又はそれ以上の水性食品原料などの粘
性のあるもしくはその他噴霧化困難なる液状原料の場
合、液を推進ガスに乗せ推進ガスを第１図から第５図に
ついて述べた如くオリフイスを貫通せしめることにより
最も良好に噴霧化することができる。普通、推進ガスが
ノズル絞り部で音速近く又は音速に達した時もつとも効
果的な噴霧化工程が達成される。

推進ガス及び乾燥ガスは通常空気なるもその他のガスも
使用できる。乾燥プロセスには普通水分の蒸発を伴うも
のであるが水以外の液体を含有する原料も同様に乾燥で
きる。砂糖の水溶液、峰密ならびに糖みつなどの砂糖を
ベースにした原料は乾燥により粘性にして非結晶状態に
なり乾燥完了後相当な時間にわたりその状態に保たれ
る。かかる原料の処理工程における粘着問題を避けるた
め、その他の原料を砂糖ベースの原料と混合し核形成位
置を提供し結晶化を促進せしめる。

本発明は、ミルクやコーヒ、きくじしや、茶の水性エキ
ス、かかるエキスの混合物ならびに砂糖、糖みつ又は峰
みつの入つたエキスを含む組成物などの食料液の乾燥に
特に適している。本発明による迅速乾燥、乾燥機内の再
循環の無発生及び調節可能の製品温度により製品の香り
が保たれるものと信じられている。

水性の食品液の乾燥のための本発明の典型的実施例の場
合、ノズル上流における推進ガス温度は約500℃又は未
満であり、乾燥ガスは約120℃から約210℃の温度で上流
域に送り込められ下流域には約80℃未満の温度で送り込
められる。乾燥ガスの全流量は推進ガスの全流量の約10
倍〜20倍が普通である。この状態の下では、乾燥機内の
原料の滞在時間を約50ミリ秒又はそれ以下に抑えた状態
で普通の食品液を産業規模の量で効果的に乾燥させるこ
とができる。かかるプロセスのための外殻又は乾燥室は
長さが1m〜2mで直径が1m以下のものである。

次の例には本発明の特徴が示されている。この例に述べ
られた固形物含有量及び水分含有量の％は重量当りの％
である。

〔例１〕 第１図から第３図に示したのと同じ装置が用いられてい
る。ノズルに18mm径の絞り部が形成されている。外殻は
長さ約1m、上流端における内径約7cm、下流端における
内径約33cmの切頭円錐形をしている。外殻の平均孔サイ
ズは約30ミクロンである、約45％の固形分を含む水性コ
ーヒエキスが約70kg/hrの割合で送り管を通じて注入さ
れる。267kg/hrの推進ガスが約410℃でノズルに供給さ
れ、このガスがノズルを通る際膨張により約310℃に冷
却される。1662kg/hrの乾燥空気が約160℃で外殻の上流
部半分に送り込められ、1948kg/hrの乾燥空気が約42℃
で外殻の下流半分を通して送り込められる。空気及び乾
燥原料は外殻の下流端より約80℃で流出する。コーヒの
エキスは約20〜30ミクロン、約５％水分の粒子に乾燥さ
れる。

外殻壁上には検出できるような原料の堆積が発生しな
い。乾燥製品より得られる飲料品は、目かくしテストに
おいて同一のエキスに対する普通の塔噴霧乾燥により得
られる粒末より製造した飲料品より味覚鑑定者により優
れたものとして好まれた。

〔例２〜６〕 使用された装置は例１と同じものだが、ただ上流端で約
22cmの内径、下流端で約32cmの内径の断面をもつ切頭円
錐形の上流部分と、内径約32cmの円筒形下流部分よりな
る外殻のものである。両方の部分には約30ミクロンの平
均サイズの孔が形成されている。空気の流量は室温大気
圧の下で空気が装置に入る際加熱及び圧縮前に測定され
る。推進ガスの圧力及び温度はノズルのすぐ上流の個所
で測定される。出口温度は、外殻の下流端から約1mの所
で測定した出口管内のガス及び乾燥製品の混合物の温度
である。いずれの場合においても、約28,000の乾燥ガ
スが毎分外殻の各部分を通過する。各例におけるその他
パラメータは次の表にあげられている。

〔例７〕 44％の固形物を含有する茶エキスを例２〜６におけるの
と同じ装置を用い115kg/hrの液送り量で乾燥し、推進ガ
ス及び乾燥ガスとして空気を用いた。推進空気流量は31
7kg/hrで、全乾燥ガス流量は2860kg/hrで多孔性外殻の
上流及び下流の両部分に均等に振り分けた。ノズルのす
ぐ上流域において推進ガスは93℃で、ノズルを通過する
と約28℃に冷却された。乾燥空気が外殻の上流部分に24
6℃で送り込められ、下流部分には93℃で送り込められ
た。従つて、噴霧状エキスは混合ガスに対し低温高温中
間温度の順でさらされる。出口温度は約85℃である。製
品は約3.5％の水分含有率である。

〔例８〕 約48％の固形成分にあらかじめ濃縮したミルクを例７と
同じ方法及び装置を用いて乾燥した。但し液送り量は17
0kg/hrで、推進空気流量は476kg/hrであつた。出口温度
は約65℃で製品の水分含有率は約５％である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による装置の概略一部断面の
図、 第２図は第１図の装置の一部分を示す断片的概略断面拡
大図、 第３図は第１図の線３−３による概略断面図、 第４図は本発明の他の実施例による装置の一部分を示す
概略断面図、 第５図及び第６図は本発明の更に他の実施例による装置
を示す断片的概略斜視図である。 10……ノズル、12……外殻、14……送り管、18……ノズ
ル、24……絞り部、26……ハウジング、28……送り管、
31……上流カラー、32……下流カラー、34,38……ハウ
ジング、36,40……環状チヤネル、42……出口管、44…
…セパレータ、50,52……乾燥ガス供給源、46……液原
料供給源、54……ジエツト噴流。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液原料を乾燥する方法にして、 イ．液原料を噴霧化ノズルを通過させて70ミクロン未満
   の平均直径の小滴に噴霧化して、該噴霧化ノズルの直下
   に配置された管状の多孔性拡散具の軸線方向の通路を通
   して下流方向に小滴の流れを射出する段階と、 ロ．前記下流方向を横切る方向に該小滴の流れに向け
   て、前記多孔性拡散具の壁を通して攪流状態の乾燥ガス
   を射出する段階とを含み、これにより、前記乾燥ガスは
   前記小滴の流れの全長に沿って分配されていて、該小滴
   の流れが、周囲の乾燥ガスの内方への流れの間を通過す
   るようにされており、前記多孔性拡散具の壁は前記小滴
   の平均直径の0.1倍から10倍までの寸法の孔を有して、
   前記孔を出る前記乾燥ガスに形成される攪流渦が前記小
   滴の平均直径に近い寸法を有するようにされており、も
   って、前記小滴が下流に移動する際に、前記乾燥ガスが
   該小滴と混合し、小滴の再循環を最小限にして、前記小
   滴を乾燥させることを特徴とする液原料の乾燥方法。
2. 【請求項２】液原料は、下流に射出され、推進ガスを音
   速で噴霧化ノズルに通し且つ該噴霧化ノズルの絞り部の
   上流で推進ガス中に液原料を同伴させることによって噴
   霧化され、液原料は、前記噴霧化ノズルを通過する際に
   推進ガスによって噴霧化され、推進ガスは該噴霧化ノズ
   ルから下流にジェット流で流れ、このジェット流に前記
   小滴の流れが同伴せしめられる特許請求の範囲第１項に
   よる方法。
3. 【請求項３】乾燥ガスは、ノズルとノズル径の10倍だけ
   下流との間に置ける任意の地点に対しノズルと前記任意
   の地点との間に置けるジェット流の部分に向け射出され
   る乾燥ガスの全量はノズルと前記任意の地点との間にお
   けるジェット流の部分の全理論的飛沫同伴要求度に等し
   いかもしくはこれを超えるように射出される特許請求の
   範囲第２項による方法。
4. 【請求項４】異なれる温度で乾燥ガスが原料の流れの全
   長にそう異なれる領域に向け射出される特許請求の範囲
   第１項から第３項のいずれか一つの項による方法。
5. 【請求項５】上流域に向け射出される乾燥ガスは下流域
   に向け射出される乾燥ガスより高濃度である特許請求の
   範囲第４項による方法。
6. 【請求項６】乾燥原料は前記下流域に向け射出される乾
   燥ガスにより冷却される特許請求の範囲第５項による方
   法。
7. 【請求項７】液原料は、ミルク、コーヒエキス、チュリ
   エキス、茶エキス及びこれらの混合物もしくは砂糖、糖
   みつ又ははちみつを含むこれら単体又は混合物の群より
   選ばれる水性食品原料である特許請求の範囲第１項から
   第６項のいずれか一つの項による方法。