KR20160018320A

KR20160018320A - 기류분쇄설비 및 이것을 사용한 저온분쇄방법

Info

Publication number: KR20160018320A
Application number: KR1020150009739A
Authority: KR
Inventors: 쓰토무 미나미가와
Original assignee: 미나미산교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2016-02-17
Also published as: JP2016036764A; JP6446655B2; CN105855010A

Abstract

(과제) 본 발명은, 대두와 같은 곡물을 열변성을 발생시키지 않고 소정의 입도로 미세하게 분쇄할 수 있는 기류분쇄설비 및 이것을 사용한 저온분쇄방법을 제공한다.
(해결수단) 본 발명의 기류분쇄설비는, 원통모양 본체(7)와 테이퍼모양 앞뚜껑(8)으로 이루어지는 케이싱(9)의 내부에, 고속회전하는 2매의 회전날개(15, 16)를 설치한 기류분쇄기와, 원통모양 본체의 배면측으로부터 원료를 연속적으로 공급하는 원료공급기와, 테이퍼모양 앞뚜껑의 전부로부터 분쇄물을 흡인하여 회수하는 흡인장치를 구비한다. 케이싱에는, 분쇄온도를 55℃ 이하로 억제할 수 있는 냉각수단을 설치한다. 냉각수단은 예를 들면 냉각액을 순환시키는 냉각수 유로이다.

Description

기류분쇄설비 및 이것을 사용한 저온분쇄방법{AIRSTREAM GRINDING FACILITIES AND LOW TEMPERATURE GRINDING METHOD UTILIZING THE SAME}

본 발명은, 대두(大豆) 기타의 곡류(穀類)를 분쇄하는 것에 적합한 기류분쇄설비(氣流粉碎設備) 및 이것을 사용한 저온분쇄방법(低溫粉碎方法)에 관한 것이다.

예를 들면 대두로부터 음료용의 두유(豆乳)를 제조하기 위해서는, 대두를 분쇄하여 온수(溫水) 중에 투입함으로써 대두단백(大豆蛋白) 등의 영양분을 용출(溶出)시키고 있다. 두유음료에서 가루의 티가 나거나 거친 느낌을 없애기 위해서는, 대두를 소정의 입도(粒度) 이하로 미세하게 분쇄하는 것이 필요하다.

종래로부터 대두 기타의 곡류의 분쇄에는, 핀 밀(pin mill), 해머 밀(hammer mill), 축류 밀(軸流 mill) 등이 일반적으로 사용되어 왔다. 그러나 이들 분쇄기에 따라서는, 거친 입자가 적은 정밀한 입도 분포의 분쇄물을 얻는 것은 어려웠다. 또한 이들 분쇄기에 의하여 생대두와 같은 지방질을 많이 함유하는 원료를 미세하게 분쇄하는 것은 거의 불가능하였다.

입자를 미세화하는 장치로서는, 고압의 압축공기나 증기를 이용한 제트 밀(jet mill) 등의 기류분쇄기(氣流粉碎機)(예를 들면 특허문헌1)가 개발되어 있다. 제트 밀에서는 고압의 공기나 증기를 이용하여 입자를 충돌시킴으로써 미세화시키고 있다. 이와 같은 기류분쇄기는 의약품이나 토너(toner)의 미세화에 활용되고 있다. 그러나 고압의 공기 등이 대량으로 필요하기 때문에 대형고압압축기 등의 설비가 필요하고 또한 분쇄능력이 작기 때문에 분쇄비용이 상대적으로 높아진다. 따라서 의약품과 같은 고가품의 분쇄에는 적합하지만, 일반적인 식품원료의 분쇄에는 적합하지 않다.

그래서 식품원료의 분쇄에 적합한 분쇄기로서, 고속회전하는 2매의 회전날개를 케이싱(casing)의 내부에 설치한 기류분쇄기(예를 들면 특허문헌2)가 개발되어 있다. 이 구조의 기류분쇄기는 2매의 회전날개 사이에서 강한 원심기류(遠心氣流)를 발생시키고, 이 기류에 의하여 분쇄물 상호간을 격렬하게 충돌시켜서 미세하게 분쇄를 하여, 분쇄물을 케이싱의 전단(前端)으로부터 흡인하여 꺼내도록 되어 있다.

그러나 두유의 거친 느낌을 없애기 위하여 평균입경(平均粒徑)이 20∼40μm, 100μm 95% 패스(구경(口徑)이 100μm인 체(sieve)를 95%가 통과) 정도까지 대두를 미세하게 분쇄하기 위해서는, 회전날개의 회전속도를 높여서 상당히 격렬하게 입자 상호간을 충돌시킬 필요가 있다. 이 때문에 충돌에 의한 마찰열이 발생하여 분쇄온도가 상승하는 것은 피할 수 없다. 특히 대두와 같은 지방질이 많은 곡류를 미세 분말화 하려고 하는 경우에는, 온도상승에 의하여 지방질의 번짐이 발생하여 분쇄가 곤란하게 됨과 아울러, 단백질의 용해성이 저하되어 점도(粘度)가 상승하여 가루와 같은 풍미(風味)로 되어 버리는 등의 문제가 있었다.

또 생대두(生大豆) 등은 지방질 외에 수분(水分)을 함유하고 있기 때문에, 분쇄 시에 수분이 증발하여 증발잠열(蒸發潛熱)에 의하여 케이싱 내부가 냉각된다. 그러나 대두의 함수율(含水率)이나 분쇄 시의 기온·습도에 의하여 증발잠열도 크게 변동되기 때문에, 분쇄물의 품질을 안정시키는 것은 용이하지 않았다.

또한 대두 등은 품종에 따라 성분이 다르고 또한 동일한 품종이더라도 입자의 크기나 함유성분의 불균일이 있다. 특히 지방질이나 당질의 불균일은 파쇄조건에 크게 영향을 주기 때문에, 안정한 입도 분포가 되도록 미세하게 분쇄하는 것은 매우 곤란하였다.

: 일본국 공개특허 특개평1-124361호 공보 : 일본국 공개특허 특개2011-206621호 공보

따라서 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하여, 대두와 같은 곡물을 열변성(熱變性)을 발생시키지 않고 소정의 입도로 미세하게 분쇄할 수 있는 기류분쇄설비 및 이것을 사용한 저온분쇄방법을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 청구항1의 기류분쇄설비는, 원통모양 본체와 테이퍼모양 앞뚜껑으로 이루어지는 케이싱의 내부에, 고속회전하는 2매의 회전날개를 설치한 기류분쇄기와, 원통모양 본체의 배면측으로부터 원료를 연속적으로 공급하는 원료공급기와, 테이퍼모양 앞뚜껑의 전부로부터 분쇄물을 흡인하여 회수하는 흡인덕트를 구비한 기류분쇄설비로서, 상기 케이싱은, 분쇄온도를 55℃ 이하로 억제할 수 있는 냉각수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다. 또 청구항2와 같이 냉각수단을, 냉각액을 순환시키는 냉각수 유로로 할 수 있다.

또 상기의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 청구항3의 저온분쇄방법은, 청구항1 또는 2에 기재되어 있는 기류분쇄설비를 사용하여, 기류분쇄기의 동력모터의 전류값을 파라미터로 하여 원료공급기의 공급량을 피드백 제어하면서 분쇄하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또 청구항4의 저온분쇄방법은, 청구항1 또는 2에 기재되어 있는 기류분쇄설비를 사용하여, 케이싱의 내부온도를 파라미터로 하여 원료공급기의 공급량을 피드백 제어하면서 분쇄하는 것을 특징으로 하는 것이다. 또 청구항5의 저온분쇄방법은, 청구항1 또는 2에 기재되어 있는 기류분쇄설비를 사용하여, 원료와 함께 냉풍 또는 제습공기를 공급하면서 분쇄하는 것을 특징으로 하는 것이다. 또 청구항6에 기재한 바와 같이 흡인덕트의 흡인풍량이 일정하게 되도록 피드백 제어를 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 기류분쇄설비는, 분쇄온도를 55℃ 이하로 억제할 수 있는 냉각수단을 케이싱에 설치하였기 때문에, 대두와 같은 곡물을 열변성을 발생시키지 않고 소정의 입도로 미세하게 분쇄할 수 있다. 특히 청구항2와 같이 냉각수단으로서 냉각액을 순환시키는 냉각수 유로를 사용하여 예를 들면 10℃ 이하의 냉각수나 부동액을 순환시킴으로써 열변성을 효과적으로 억제할 수 있다.

또 본 발명의 저온분쇄방법은, 분쇄온도를 55℃ 이하로 억제할 수 있는 냉각수단을 케이싱에 설치한 기류분쇄기를 사용함과 아울러, 기류분쇄기의 동력모터의 전류값을 파라미터로 하거나 혹은 케이싱의 내부온도를 파라미터로 하여 원료공급기의 공급량을 피드백 제어한다. 이 제어에 의하여 분쇄 시의 마찰열의 발생량을 억제하여 열변성을 더 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 최적량의 원료를 공급함으로써 분쇄효율을 향상시킬 수 있다.

또 청구항5와 같이 원료와 함께 냉풍 또는 제습공기를 공급하면서 분쇄를 함으로써, 외기온도의 영향을 받지 않고 원료를 저온에서 분쇄할 수 있다. 어떤 경우에도 흡인덕트의 흡인풍량이 일정하게 되도록 피드백 제어를 함으로써 분쇄입도를 일정하게 할 수 있다.

도1은, 본 발명의 제1실시형태를 나타내는 전체 도면이다.
도2는, 기류분쇄기의 수평 단면도이다.
도3은, 본 발명의 제2실시형태를 나타내는 전체 도면이다.
도4는, 본 발명의 제3실시형태를 나타내는 전체 도면이다.

이하에서는 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도1은 본 발명의 제1실시형태의 설명도로서, 1은 원료호퍼(原料hopper), 2는 원료공급기(原料供給機), 3은 기류분쇄기(氣流粉碎機), 4는 흡인덕트(吸引duct), 5는 분쇄물 회수호퍼(粉碎物回收hopper)이다. 또 각 실시형태에서 사용한 원료는 대두(大豆)이지만, 소두(小豆), 쌀 등 그 이외의 곡류이더라도 좋다.

원료인 대두는 원료호퍼(1)로부터 그 하방에 설치된 원료공급기(2)에 투입되고 또한 기류분쇄기(3)에 공급된다. 원료공급기(2)는 진동식의 정량공급장치(定量供給裝置)로서, 후술하는 바와 같이 그 원료공급량은 제어장치(制御裝置)(6)에 의하여 제어되고 있다.

도2에 기류분쇄기(3)의 상세를 나타낸다. 이 기류분쇄기(3)는, 원통모양 본체(7)와 테이퍼모양 앞뚜껑(8)으로 이루어지는 케이싱(casing)(9)을 구비하고 있다. 케이싱(9)의 내부에는 외팔보 구조의 회전축(回轉軸)(10)이 설치되어 있고, 그 단부(端部)에는 풀리(pulley)(11)가 고정되어 있다. 12는 동력모터(動力motor)이며, 그 출력축에 고정된 구동풀리(驅動pulley)(13)와 풀리(11)의 사이에 벨트(belt)(14)를 감아서 걸음으로써 회전축(10)을 구동시키고 있다.

이 회전축(10)에는 2매의 회전날개가 부착되어 있다. 제1회전날개(15)는 케이싱(9)의 원통모양 본체(7)의 내부에 배치되어 있고, 제2회전날개(16)는 케이싱(9)의 테이퍼모양 앞뚜껑(8)의 내부에 배치되어 있다. 도2에 나타내는 바와 같이 제2회전날개(16)의 선단면(先端面)은 테이퍼모양 앞뚜껑(8)의 테이퍼부(18)와 동일한 각도의 경사면으로 되어 있다. 또 이들 회전날개(15, 16)는 모두 선단측이 원주방향으로 분할된 분할날개이며, 그 분할 수는 3∼8이 바람직하다.

원통모양 본체(7)의 측벽(側壁)에는 원료공급구(原料供給口)(19)가 형성되어 있어, 원료공급기(2)의 출구측에 배치된 소호퍼(小hopper)(20)로부터 원료가 케이싱(9)의 내부로 공급된다. 원료는 3000∼8000rpm으로 고속회전하는 제1회전날개(15)에 의하여 거칠게 분쇄되어, 제1회전날개(15)와 제2회전날개(16)의 사이에 있는 공간(21)으로 들어간다. 이 공간(21)에는 강한 원심기류(遠心氣流)가 형성되어 있어, 거칠게 분쇄된 입자는 서로 격렬하게 충돌하여 기류분쇄가 이루어진다. 그 결과 입자는 미세한 분말로 되어, 제2회전날개(16)와 테이퍼모양 앞뚜껑(8)의 간극으로부터 테이퍼모양 앞뚜껑(8)의 내부로 이동한다. 도1에 나타내는 바와 같이 테이퍼모양 앞뚜껑(8)의 선단에는 흡인덕트(4)가 접속되어 있어, 미세한 분말은 흡인덕트(4)를 통하여 흡인되어 분쇄물 회수호퍼(5)에서 회수된다.

또 제2회전날개(16)와 테이퍼모양 앞뚜껑(8)의 내주면과의 간극을 변경하면 분급(分級) 성능을 조정할 수 있다.

본 발명에서는 저온분쇄를 하기 위하여 기류분쇄기(3)에 이하의 연구가 추가되어 있다.

우선 케이싱(9)은 분쇄온도를 55℃ 이하로 억제할 수 있는 냉각수단(冷却手段)을 구비하고 있다. 즉 케이싱(9)에는 냉각수 유로(冷却水流路)(22)가 형성되고, 그 내부에는 각각 냉각액이 순환된다. 냉각액은 10℃ 이하의 물을 사용할 수 있지만, 냉각액의 온도를 0℃ 이하로 하고 싶은 경우에는 부동액(不凍液)을 사용하는 것으로 한다. 이와 같은 구성으로 함으로써 케이싱(9) 내의 분쇄온도를 55℃ 이하로 유지한다. 이 온도가 55℃를 넘으면 대두의 열변성(熱變性)이 시작되기 때문에 바람직하지 못하다. 케이싱(9)의 내부온도는 온도센서(溫度sensor)(25)에 의하여 측정되어, 냉각액의 순환량을 피드백 제어(feedback 制御)하고 있다.

또 냉각수 유로(22)에 의한 열의 방출은 케이싱(9)의 벽면을 통하여 이루어지기 때문에, 벽면의 열전도율(熱傳導率) 및 열전달율(熱傳達率)이 냉각효과에 영향을 미친다. 이 때문에 냉각수 유로(22) 근방의 케이싱(9)을 열전도율이 큰 금속으로 형성할 수 있다. 또한 케이싱(9)의 내면에 분쇄된 미세한 분말이 부착되어 단열층(斷熱層)을 형성하는 것을 피하기 위하여, 정기적으로 진동이나 에어 제트(air jet) 등을 가하여 부착물을 제거할 수도 있다. 또한 소정 시간 운전하였을 때에는 운전을 정지하고 테이퍼모양 앞뚜껑(8)을 열어서, 그 내면의 부착물을 주걱 등으로 긁어서 수거하는 것이 바람직하다.

도1에 나타내는 제1실시형태에 있어서는, 기류분쇄기(3)의 동력모터(12)의 전류값을 제어반(制御盤)(23)으로부터 취득하고, 제어장치(6)는 이 전류값을 파라미터(parameter)로 하여 원료공급기(2)의 공급량을 피드백 제어하고 있다. 즉 원료의 성분, 수분함유율, 분쇄온도 등의 변동은 분쇄의 부하변동이 되고, 이 부하변동은 동력모터(12)의 전류값의 변동으로서 나타난다. 이 때문에 상기한 바와 같이 케이싱(9) 내의 분쇄온도를 55℃ 이하로 유지할 뿐만 아니라, 전류값이 증가하였을 때에는 원료공급기(2)의 공급량을 감소시켜서 분쇄의 부하를 감소시키는 제어를 함으로써 안정된 저온분쇄가 가능하게 된다.

도3에 나타내는 제2실시형태에서는, 온도센서(25)에 의하여 측정된 케이싱(9)의 내부온도를 파라미터로 하여 원료공급기(2)의 공급량을 피드백 제어하고 있다. 즉 온도센서(25)에 의하여 측정된 케이싱(9)의 내부온도가 설정값을 넘었을 때에는, 냉각액의 순환량을 피드백 제어할 뿐만 아니라 원료공급기(2)의 공급량도 피드백 제어함으로써 원료공급량을 최적량이 되도록 하고 있다. 이 제2실시형태는 제1실시형태와 조합시켜서 실시할 수 있다.

도4에 나타내는 제3실시형태에서는, 원료와 함께 냉풍(冷風) 또는 제습공기(除濕空氣)를 기류분쇄기(3)에 공급하면서 분쇄를 한다. 도4에서는 냉풍발생기(冷風發生器)(24)로부터 공급된 냉풍 또는 제습공기를 원료호퍼(1)와 원료공급기(2)에 공급하고 있지만, 원료공급기(2)의 출구측에 배치된 소호퍼(20)로부터 공급할 수도 있다. 이에 따라 저온분위기(低溫雰圍器) 중에서의 분쇄가 가능하게 된다. 이 제3실시형태도 제1실시형태나 제2실시형태와 조합시켜서 실시할 수 있다. 또 냉풍으로서는 기류분쇄기(3)가 설치된 실내의 온도보다 10℃ 이상 저온의 공기를 사용하는 것이 바람직하다. 또 냉풍을 대신하여 제습된 공기를 사용하는 것도 가능하다. 제습된 공기를 케이싱(9)의 내부에 공급하면, 증발잠열에 의한 냉각효과를 안정시킬 수 있다.

또 기류분쇄기(3)의 분급 성능은 흡인덕트(4)의 흡인조건에 의하여 좌우된다. 이 때문에 모든 실시형태에 있어서도, 도4에 나타내는 바와 같이 분쇄물 회수호퍼(5)에 접속된 흡인용 블로워(吸引用 blower)(26)의 전방에 풍량계(風量計) 또는 풍압계(風壓計)(27)를 배치하여 풍량의 변동을 검출함으로써, 풍량제어기(風量制御器)(28)에 의하여 흡인풍량이 일정하게 되도록 흡인용 블로워(26)를 피드백 제어하는 것이 바람직하다. 또 도4에서는 분쇄물 회수호퍼(5)의 내부에 백필터(bag filter)(29)가 설치되어 있고, 그 상측실(上側室)과 흡인용 블로워(26)를 연결하는 덕트(30)의 내부에 풍량계 또는 풍압계(27)를 배치하고 있다. 이와 같은 배치로 하면, 풍량계나 덕트(30) 내에 미세한 분말이 부착되는 것도 없이, 분쇄된 미세한 분말을 하방의 용기(31)에서 회수할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 기류분쇄설비 및 이것을 사용한 저온분쇄방법에 의하면, 대두와 같은 곡물을 열변성을 발생시키지 않고 소정의 입도(粒度)로 미세하게 분쇄할 수 있다. 구체적으로는 예를 들면 생대두를 메디언 지름(median diameter)이 20∼40μm, 입경(粒徑)이 100μm 이하인 비율이 95% 이상이 되도록 효율적으로 미세하게 분쇄할 수 있다.

1 : 원료호퍼
2 : 원료공급기
3 : 기류분쇄기
4 : 흡인덕트
5 : 분쇄물 회수호퍼
6 : 제어장치
7 : 원통모양 본체
8 : 테이퍼모양 앞뚜껑
9 : 케이싱
10 : 회전축
11 : 풀리
12 : 동력모터
13 : 구동풀리
14 : 벨트
15 : 제1회전날개
16 : 제2회전날개
18 : 테이퍼부
19 : 원료공급구
20 : 소호퍼
21 : 공간
22 : 냉각수 유로
23 : 제어반
24 : 냉풍발생기
25 : 온도센서
26 : 흡인용 블로워
27 : 풍량계 또는 풍압계
28 : 풍량제어기
29 : 백필터
30 : 덕트
31 : 용기

Claims

원통모양 본체와 테이퍼모양 앞뚜껑으로 이루어지는 케이싱(casing)의 내부에, 고속회전하는 2매의 회전날개를 설치한 기류분쇄기(氣流粉碎機)와,
원통모양 본체의 배면측으로부터 원료를 연속적으로 공급하는 원료공급기(原料供給機)와,
테이퍼모양 앞뚜껑의 전부(前部)로부터 분쇄물(粉碎物)을 흡인하여 회수하는 흡인덕트(吸引duct)를
구비한 기류분쇄설비(氣流粉碎設備)로서,
상기 케이싱은, 분쇄온도를 55℃ 이하로 억제할 수 있는 냉각수단(冷却手段)을 구비한 것을 특징으로 하는 기류분쇄설비.
제1항에 있어서,
냉각수단이, 냉각액을 순환시키는 냉각수 유로인 것을 특징으로 하는 기류분쇄설비.
제1항의 기류분쇄설비를 사용하여, 기류분쇄기의 동력모터(動力motor)의 전류값을 파라미터(parameter)로 하여 원료공급기의 공급량을 피드백 제어(feedback 制御)하면서 분쇄하는 것을 특징으로 하는 저온분쇄방법(低溫粉碎方法).
제1항의 기류분쇄설비를 사용하여, 케이싱의 내부온도를 파라미터로 하여 원료공급기의 공급량을 피드백 제어하면서 분쇄하는 것을 특징으로 하는 저온분쇄방법.
제1항의 기류분쇄설비를 사용하여, 원료와 함께 냉풍(冷風) 또는 제습공기(除濕空氣)를 공급하면서 분쇄하는 것을 특징으로 하는 저온분쇄방법.
제3항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
흡인덕트의 흡인풍량(吸引風量)이 일정하게 되도록 피드백 제어를 하는 것을 특징으로 하는 저온분쇄방법.