KR940008383B1 - 입상물의 응집 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 장치의 개략 다이어그램.
제2도는 제1도에서 예시된 장치를 확대하여 부분적으로 나타낸 개략 단면도.
제3도는 본 발명의 제2실시예에 따른 장치를 부분적으로 나타낸 개략도.
제4도는 본 발명의 제3실시예에 따른 장치를 부분적으로 나타낸 개략 사시도.
제5도는 본 발명의 제4실시예에 따른 장치를 부분적으로 나타낸 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 공기 유동식 운송 시스템 14 : 열 교환기
18 : 공급 장치 24 : 오거(auger)
30 : 노즐 조립체 31 : 건조실
38 : 환상틈 42 : 스팀원(steam source)
44 : 압력 조절 밸브 46 : 확산기 조립체
50 : 습윤실 62 : 애스퍼레이터 링(aspirator ring)
64 : 슬롯 68 : 조절기
70 : 압축 공기원 100 : 분말 포집기
112 : 분쇄기 232 : 공급관
233 : 공급 오리피스 242 : 스팀 다기관(manifolds)
252 : 스팀 노즐 또는 오리피스 258 : 틈
274 : 다공판 300 : 환상 셸
304 : 날개(vane) 306 : 입구
본 발명은 입상물의 처리에 관한 것이다.
가용성 혹은 "인스탄트" 커피 같은 입상 식료품 재료는 입자의 크기와 부피밀도 및 다른 성질들을 조절하기 위해 보통 응집시킨다. 응집될 재료는 대체로 강력한 스팀제트에 노출된다. 스팀이 응축되면서, 상기 입자들을 가열하고 습윤화함으로써 그 입자들은 연하고 젖은 물질의 끈적 끈적한 피막으로 덮혀진다. 피복된 입자들은 난류 환경에서 서로 접촉할 때, 이들은 서로 접착하고, 접촉하는 입자들상의 피막은 합체된다. 건조시에, 상기 합체된 피막은 고형화 되고, 근접한 입자들 간에 접착이 이루어진다. 이런 종류의 방법은, 보통 매끄럽고 둥근 모서리와 해면성 조직을 갖는 응집물을 생산한다. 일반적으로 충분한 응집을 제공하기 위해서는 입자의 표면이 스팀에 의해 완전히 축축해져야 된다. 그렇게 완전히 습윤화하는 것은 생산품의 색상에 있어서 대체로 균일한 효과와 특성을 갖게 한다. 커피의 경우에, 상기 응집물은 대체로 균일한 어두운색을 갖는다. 그런 생산품은 배소 연마(roast and ground)된 커피와 다르게 보인다. 배소 연마된 커피는 얼룩진 색상, 즉 본래는 어둡지만 약간 밝은 반점도 있는 모난 모서리의 조각으로 이루어진다. 소비자들은 배소 연마된 커피의 외관을 향미 품질과 관련시킨다. 따라서, 가용성 커피 및 다른 생산품들의 응집물에서 입자 형태와 외관을 개선할 필요성이 있었다.
또한 종래의 응집 과정은 대체로 많은 양의 스팀을 소모하고, 이것은 응집물에서 날아가기 쉬운 향미 성분의 손실을 유발한다. 따라서, 이러한 단점을 경감시킬 방법과 장치가 필요했다.
본 발명은 이러한 필요성에 부응하는 방법과 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 방법에서 입상물은 습윤화 구역을 통해서 흐름에 투입된다. 상기 흐름의 중심부를 향하여 안쪽방향으로 흐르는 수성 가스가 상기 흐름을 에워싸도록, 흐름의 외주의 외부로부터 상기 흐름쪽으로 향한다. "수성 가스"라는 용어는, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 스팀 또는 타 가스내에 분산된 깨끗한 물방울들의 스팀 및 에어졸(aerosols)을 포함한다. 수성 가스는 입자표면에 액상 또는 준 액상(quasilquid phase)을 형성하여 입자들을 습윤화한다. 충돌 도는 접촉하는 입자들은 각 액상 또는 준 액상의 합체에 의하여, 상호 결합되고, 이로 인하여 응집물이 형성된다. 그 후 상기 응집물은 합체된 상들을 고형화하기 위해 건조되며 그리고 이는 원하는 크기로 분쇄된다.
비록 본 발명은 어떠한 작용 이론에도 제한을 받지 않으나, 안쪽으로 흐르는 수성 가스는 비교적 적은 체적내에서 입상물의 흐름을 제한하는 경향이 있고, 이로 인하여 흐름에 있어서 단위 체적당 입자들의 수 또는 "입자수 밀도"는 최대가 된다. 상기 흐름을 지배하는 비교적 높은 입자수 밀도는 습윤화 구역에서 입자들간의 접촉 가능을 증가시키고, 그리하여 입자들간의 합체 가능성도 증가된다. 안쪽방향으로 흐르는 수성가스는 바람직하게도 낮은 속도를 가지며, 그리고 심한 남류를 생성하지 않는다. 습윤화 구역을 지배하는 비교적 무활동인 상태하에서는, 입자들은 저속인 상대 속도로 접촉하여, 합체 가능성을 더 증가시킨다고 여겨진다. 바람직하게도, 적어도 대부분의 수성 가스가 입자 경로에 평행한 방향으로 영(zero)의 성분 속도를 가지고 습윤화 구역내로 들어온다. 수성 가스는 입자들을 경로에 따라 조금도 가속되지 않기 때문에, 습윤화 구역에서 입자들의 체류 시간은 최대로 되어, 입자들의 합체를 더 촉진시킨다.
본 발명의 진전된 양상에 따라, 입자들은 입상물을 빽빽이 함으로써, 습윤화 단계전에 덩어리를 형성하게끔 서로 결합되어진다. 상기 덩어리는 입상물 흐름내로 투입되어 습윤화 구역 내에서 수성 가스와 접촉된다. 습윤화 구역을 지배하는 비교적 무활동인 상태하에서, 덩어리들은 개개의 입자들로 완전히 분쇄되지 않는다. 오히려, 적어도 몇 개의 원래의 덩어리 구조물이 습윤화 단계에서 잔존한다. 각각의 잔존하는 덩어리내의 입자들은 습윤화 단계를 통해 서로 접촉한 채로 되고, 그리고 응집물을 형성하기 위해 습윤화 되는 즉시 효율적으로 합체된다.
습윤화 단계에서의 공정 조건은 각 덩어리 내의 모든 입자들을 완전히 적시고, 그리하여 균일한 암화 효과를 제공하거나, 도는 덩어리 외면의 입자들은 완전히 적셔지나 내측에 있는 입자들은 불완전하게 적셔지도록 선정되어진다. 이러한 불균일한 습윤화는 응집물이 외부는 검고 내부는 밝게 되도록 한다. 그후 분쇄과정을 통해 밝은 내부 부분이 노출되고, 그리고 배소 연마된 커피의 입자와 유사한 밝은 입자들을 형성한다.
습윤화 단계중 덩어리 구조물의 유지는 맛을 계속 유지하는데 도움을 준다고 여겨진다. 비록 본 발명은 어떠한 작용 이론에 제한을 받지 않으나, 덩어리 각각의 내부 입자들로부터 맛과 손실은 주위를 에워싸는 입자들의 방패 효과로 인해 최소로 된다고 여겨진다.
본 발명에 따른 바람직한 응집 방법은 생산물 조직 또는 입자 모양, 색깔 및 밀도 등을 광범위하게 소망하는 대로 실질적으로 결합할 수 있도록 이들 특성들을 조절하는 것이 가능하다. 이러한 가용성 커피는 배소 연마된 커피 입자들과 유사한 모난 과립 또는 검정색 계통의 엷은 황갈색(tan)에서 암갈색에 이르는 어떠한 색깔, 그리고 체적 밀도가 약 17[gm/dl]에서 약 [30gm/이]까지인 재래식의 응집된 생산물과 유사한 해면질 입자들을 제공하도록 응집되어진다. 더구나, 만약 스팀이 수성 가스로서 이용된다면, 본 발명에 따른 응집 방법은 지금까지 사용된 스팀 분사식 방법 보다 더 낮은 비율의 스팀 적용으로 입상물을 전형적으로 응집할 수 있다. 이러한 낮은 스팀 비율은 입상물로부터 다양한 향미와 방향(芳香) 성분의 손실을 최소화 하는 경향이 있다.
처리된 입상물의 입자크기는 달성되는 결과에 상당한 영향을 끼친다. 약 50미크론 보다 더 작은 입자들은 습윤화 이전에 덩어리 형성을 용이하게 한다. 본 방법에 의한 이러한 미립자들의 처리는, 초기의 덩어리 형성 단계가 있건 없건, 응집된 생산물에 모난 과립 조직을 제공하려 한다. 200미크론까지의 큰 입자들은 해면질 조직을 제공하려 한다. 보다 큰 입자들로는, 응집도가 현저히 떨어진다. 매우 큰 입자들은 본 방법에 따라 다소의 응집없이 검게 처리되어진다.
본 발명은 입상물 처리용의 개량된 장치를 아울러 제공한다. 본 발명의 이러한 양상에 따른 장치는 입상물의 흐름을 하류 방향으로 경로를 따라 투입시키는 수단, 경로를 향해 안쪽상향으로 흐르는 수성 가스가 상기 흐름을 에워싸도록 수성 가스를 공급하는 수단, 그리고 상기 입상물을 건조시키는 수단을 포함한다. 본 장치는 입자들이 서로 결합하여 덩어리를 형성토록 하는 수단 및 습윤화 후 입상물을 분쇄하는 수단들을 아울러 포함한다.
본 발명의 전술한 그리고 다른 목적, 특색 및 잇점은 첨부한 도면과 연관하여 아래에 제시될 바람직한 실시예의 상세한 기술로부터 충분히 명백해질 것이다.
제1도에 설명된 장치는 공기 유동식 운송 장치(12)와 열 교환기 (14)를 통해 미분기(pulverizer)(16)에 연결된 공급 호퍼(hopper)(10)를 포함하며 이것은 순차적으로 공급 장치(18)에 연결된다. 이 장치는 그 배출구 단부에 있는 오리피스(orifice)(22)와 케이싱(casing) 내에서 회전하도록 장착된 스크류형 오거(screw-like auger)(24)를 구비하는 관형 케이싱(20)을 포함한다. 상기 오거(24)는 가변 속도 모터(26)에 연결된다.
오리피스(22)는 건조실(31)의 상부 부분에 장착된 노즐 조립체(30)의 공급 입구 호퍼(feed inlet hopper)(28)에 연결된다. 제2도에 도시된 바와 같이, 노늘 조립체(30)는 상기 호퍼(28)의 밑바닥과 그 하류 단부에 있는 원형 공급 오리피스(34)를 갖는 공급 튜브에 연결된 원통형 공급 튜브(32)를 포함한다. 상기 호퍼(28)의 상부 부위는 대기중에 개방되어 있다.
복수개의 노즐링(36)이 공급 튜브와 동축으로 장착되어 공급 튜브의 하단부를 에워싸고, 공급 오리피스(34)의 약간 하류로 연장한다. 가장 내부의 노즐링과 공급 튜브의 벽은 대기로 개방되어 있는 환상 갭(annular gap)(38)을 정의한다. 상기 노즐링은 협력하여 조절 압력 조절 밸브(44)를 경유하여 스팀원(42)에 연결된 한쌍의 환상의 스팀 오리피스(40)를 정의한다. 다른 적절한 장치(도시되지 않았음)는 또한 오리피스에 공급된 스팀의 온도와 압력 및 유량을 모니터 및 제어하고, 스팀에 의한 응결물을 제거하기 위해 제공된다.
확산기 조립체(46)는 노즐링과 공급 튜브 밑에 장착된다. 이 조립체는 공급 튜브 밑에 습윤실(50)을 형성하며, 공급 튜브(32)와 동축이고 소결된 스테인레스 강으로 된 다공의 원통형 셸(shell) 또는 칼라 (48)를 포함한다.
이 칼라는 굉장히 많은 수의 미세한 구멍을 갖고 있으며 이 구멍을 통해 연장되며 이 구멍은 칼라의 표면에 규칙적으로 분포되어 있다. 벽체(wall structure)(52)는 칼라의 전체 영역에서 칼라의 외부면과 마주 대하고 칼라를 에워싸는 환상 채널(54)을 형성한다. 환상 채널은 조정식 조절 밸브(56)를 경유하여 스팀원(42)에 연결되고, 부가적인 모니터 수단 및 제어 수단(도시되지 않았음)은, 환상 채널내에 있는 스팀 상태를 제어하고 스팀에 의한 응결물을 제거하기 위해 제공된다. 상부벽(60)은 제일 바깥의 노즐링(36)과 벽체(52)를 연결하므로써, 습윤실(50)의 상부 또는 상단부는 공급 튜브, 환상 갭 및 스팀 오리피스를 제외하고는 밀폐된다.
애스퍼레이터(aspirator) 링(62)은 벽체(52) 바로 밑에 장착된다. 애스퍼레이터 링에 있는 환상 슬롯(salot)(64)은 내부 및 하부로 향한 좁은 환상 애스퍼레이터 노즐(66)에 연결되고 이 노즐은 칼라(48)의 하부 또는 하단부에 근접해 있으며, 환상 노즐은 칼라와 동축으로 된다. 슬롯(64)은 조절기(68)를 경유하여 압축 공기원(70)에 연결된다.
노즐 조립체(30)는 건조실(31)의 상부에 장착되고 건조실의 상부벽에 있는 개구부 위에 배치되고, 노늘 조립체의 바깥과 개구부의 가장자리 사이에 빈틈(72)이 있다. 상기 건조실은 상품화되어 상부-입구 건조기(top-inlet dryer)로 알려진 종래의 건조기의 건조실일 수도 있다. 이런 건조기는, 공기를 가열하고 가열된 공기를 건조실을 통하여 인출하기 위해 건조실에 연결된 적절한 종래의 장비(도시되지 않았음)를 포함한다. 공기 취급(handling) 장비는 건조실의 내부를 대기압 보다 약간 낮게 유지하기 위해 장치된다. 생산품 배출구(96)(제1도)는 건조실의 밑바닥에 인접하게 배치되어 있다. 분말 포집기(duat collector)(100)는 건조실에서 배출된 공기로부터 미세한 입자들을 포집하고 포집된 입자들을 유동식 운반 시스템(12)에 공급하기 위해 장치된다.
건조실의 생산품 배출구(96)는 종래의 스크린 장치 또는 분류기(102)에 연결되며, 이 분류기는 들어온 입상물을 크기별로 분리하기 위해 장치된다. 분류기는 규격 이상의 입자의 방출을 위한 과대 입자 배출구(104)와 규격 이하의 입자의 방출을 위한 규격 이하 입자 배출구(106)와 소망하는 규격 범위에 있는 입상물의 방출을 위한 생산품 배출구(108)를 갖는다. 유동층 접촉기(fluidized bed contactor)(도시되지 않았음)를 방출된 생산품을 냉각하기 위해 생산품 배출구에 연결할 수도 있다. 규격 이하 입자 배출구(106)는 운송 시스템(12)에 연결된다. 규격 이상 입자 배출구는 승강 컨베이어(110)를 경유하여 분쇄기(112)에 연결되며, 이것은 순서대로 분리기의 입구로 재방출하기 위해 배열된다. 분쇄기는 한쌍의 대면하는 평행한 축을 포함하며, 각각은 축상에 장착된 복수개의 디스크형으로 날이 선 칼날을 갖는다. 그리고 각 축상에 있는 이 칼날들은 대면된 축상의 칼날들 간에 뻗어 있다. 적절한 구동장치(도시되지 않았음)가 축을 회전시키기 위해 제공됨으로써 분쇄기에 들어온 재료는 대면된 축상에 있는 칼날들 사이에 투입된다.
본 발명에 따른 한 방법에 있어서, 배소 커피의 정제액을 분무건조법에 의해 건조시킴으로서 형성된 입자들은 공급 호퍼(10)로부터 열 교환기(14)를 거쳐 미분기(16)에 투입된다. 미세한 입자들은 미분기로부터 공급 장치(18)로 공급된다. 오거(24)는 모터(26)에 의해 회전됨으로써 입자들을 오리피스(22)를 통해 하류로 보낸다.
입상물은 오리피스(22)로부터 공급 입구 호퍼(28)를 통해 노즐 조립체(30)(제2도)의 공급 튜브(32)에 하류로 투입되고, 공급 오리피스(34)를 통해 튜브의 밑바닥에 떨어진다. 그래서, 단면이 원형이며, 그 직경이 공급 오리피스(34)와 거의 같은 입상물의 흐름(stream)은 공급 오리피스로부터 공급 튜브의 연장된 축(114)을 따라 수직 통로로 하류 방향으로 투입된다. 스팀원(42)과 조절 장치(56)는 환상 채널 (54)을 소정의 스팀 압력 상태로 유지한다. 스팀은 칼라(48)의 벽을 통해 확산되고, 축 (114)을 향하여 안쪽 방향으로 흘러 들어가서, 습윤실(50)에서 연무(cloud)를 형성한다. 입자들이 스팀과 마주치면서 스팀의 일부는 입자들상에 응축된다.
환상 채널(54)은 스팀의 유동에 대한 다소의 저항도 제공하지 않고, 그리고 환상 채널은 원주 전반에 걸쳐 칼라(collar)와 맞닿아 있기 때문에, 칼라는 원주 전반에 걸쳐 실질적으로 균일한 스팀 압력에 노출된다. 상기 칼라는 실질적으로 균일한 다공성이므로, 스팀은 칼라 원주 전반에 걸쳐 실질상 일정률로 칼라를 통해 확산되고, 그리고 축(114)을 향하여 반경 방향으로 일정하고, 낮은 속도로 습윤실(50)로 들어간다. 칼라를 통과하는 스팀은 칼라 표면으로부터 칼라 표면과 수직인 방향으로 흐르기 때문에 축에 평행한 상류 내지 하류 방향으로는 실질적으로 영(zero)의 속도를 갖는다.
조절 장치(44)를 경유하여 매우 낮은 압력 상태로 오리피스(40)에 공급되는 스팀은 오리피스로부터 입자들의 흐름에 근접하는 음속보다는 낮은 속도로 하류로 흐르며, 연무와 섞여서, 입자들을 습윤화 하기 위해 추가의 수분을 공급한다.
스팀 오리피스들로부터 나온 스팀은 연무가 상류로 살포되는 것을 방지하고 또한, 또 환상갭(38)과 상부가 열린 호퍼(28)와 공급 튜브(32)를 통해서 비교적 차가운 대기가 하류로 흐르도록 한다. 상기 공기는 공급 튜브를 냉각하고 스팀이 공급 튜브에 들어오는 것을 방지한다. 이것은 또한 공급 튜브에 있는 재료가 튜브의 벽에 부착되는 것을 방지한다. 찬 공기가 스팀 연무로 하류로 들어감에 따라 입자상에 스팀의 응축을 촉진하다.
압축된 공기는 환상 슬롯(64)으로부터 환상 노즐(66)을 통해서 애스퍼레이터를 통과하고, 상당한 속도로 축(114)과 평행하게 하류로 이동한다. 상기 공기가 축을 중심으로 전 범위에 걸쳐 일정한 비율로 방출됨으로써, 공기는 입자들이 축을 횡단하여 한쪽으로 쏠리지 않게 한다. 환상 노즐로부터 하류로의 공기 흐름은 습윤실(50)의 하부 가장자리에 근접한 입자들과 가스들을 빨아 들이고, 그들을 건조실(31) 내부 하류로 몰아 넣는다.
입자들이 습윤실을 통하여 하류로 흐르기 때문에, 입자상에 응축된 수분이 입자들과 섞여서 입자 표면에서 고체를 녹인다. 동시에, 스팀에서 입자로 옮겨진 열은 재료의 온도를 증가시킨다. 이 두가지 효과는 입자 표면의 액체 또는 준액체 유동상(quasi-liquid flowable phase) 형성에 기여한다. 입자들이 서로 충돌하기 때문에, 충돌입자의 표면상의 유동상들은 서로 합체되어, 그로 인해 입자들은 응집물로 융합된다.
응집물이 건조실(31)에 들어감으로써 그것들은 틈새(72)를 통해서 건조실로 유입된 대기와 건조실에 포함된 에어 조절 장치에 의해 공급된 뜨겁고 건조한 공기와의 혼합물과 만나게 된다. 응집물들은 유동상에서 수분이 제거 되고, 유동상으로부터 고형물에 의해 서로 접착된 각각의 응집물로 된 입자로 남게된다. 건조된 응집물들은 배출구(96)(제1도)를 통하여 건조실로부터 유출되어 분류기(102)에 보내진다. 규격 이상의 응집물들은 엘리베이터(110)를 통해 분쇄기(112)로 보내져서 조직으로 분쇄된다. 그 분쇄된 조작들은 다시 분류기(102)로 되돌아 간다. 소망하는 크기 범위 내의 응집물과 분쇄된 조작들은 시스템으로부터 생산품 배출구(108)를 통해 배출된다. 규격 이하의 응집물과 분쇄된 조직들은 컨베이어(12)로 되돌려져, 여기에서 새로 공급된 입상물과 함께 공정9process)에 재투입된다. 건조기에서 나온 공기로부터 포집기(100)에 의해 재포집된 미립자들은 공정을 다시 지나기 위해 컨베이어(12)에 재공급된다.
응집 공정은, 습윤실로 입상물이 들어가기 전에, 초기 단게에서 전부 또는 일부의 입자들이 덩어리를 형성하도록 서로 결합시킴으로써 공정을 향싱시킬 수 있다. 상기 덩어리 형성은 대체로 입자들이 서로 융합(fusion)되는 것이 아니라 미립자들이 서로 접착하려는 자연스러운 성향에 의한 것이다. 이 접착하려는 성향은 입자의 크기가 감소할수록 증가한다. 즉, 크기가 약 100미크론(micron) 보다 작은 입자, 보다 바람직하게는 크론 보다 작은 입자들이 초기의 덩어리 형성을 가장 만족시킨다.
초기의 덩어리 형성은 입상물이 습윤실에 공급되기 전에 입상물을 밀집시키는 것 및/또는 축축하게 함으로서 촉진될 수 있다. 그래서 공급 장치(18)(제1도)의 한정된 오리피스(22)의 직경과 입상물의 유량은 입상물이 오리피스를 통과할 때 밀집되도록 선택된다.
덩어리 형성을 촉진하기 위한 입상물의 습윤화는 바람직하기로는 액체물(liquid water)이나 수성 가스에 입자의 노출을 요하지는 않는다. 입상물의 수분 함유량을 맞추기 위해 상대 습도가 약 60~80중량%인 공기를, 입상물에 접촉시켜도 된다. 바람직하게는 입자들이 덩어리로 형성되었을 때 약 2~8%중량 사이의 습도를 갖는다. 3 1/2 ~ 4 1/2%는 보다 더 바람직하며, 약 4%의 습도면 가장 바람직하다. 특히, 입자의 크기와 습도가 덩어리 형성을 촉진한다면, 일반적인 조정 및 운송 동작에서 밀집시켜주지 않고도 덩어리를 형성할 수 있다.
습윤화 단계 이전에 형성된 덩어리는 입상물의 흐름에서 습윤실로 들어가서 습윤실에 있는 스팀에 의해 습윤화 된다. 각 덩어리를 구성하고 있는 입자들은 이미 서로 접촉되어 있다. 습윤화 과정에서 유동상이 각 덩어리의 입자들 사이에 있는 틈새에 형성되어서, 그로 인해 각 덩어리에 있는 입자들은 응집물로 융합된다. 덩어리들은 상호 융합될 수도 있고, 개개의 입자들 그리고 개개의 입자들로부터 이전에 형성된 응집물들과도 융합될 수 있다.
융합에 앞서 덩어리들이 약간 마멸될 수도 있다. 그러나, 습윤실의 전반에 걸쳐진 상대적 부동 상태는 마찰을 최소화 하는 경향이 있다. 덩어리 형성을 촉진시키는 조건들 즉, 입자의 소규모화, 압축 그리고 습윤화는 또한 마찰에 저항하는 더 강한 덩어리를 공급하는 경향이 있다. 바람직하기로는, 덩어리 구조물의 적어도 일부가 잔존하도록, 즉, 덩어리에서 상호 결합된 입자들의 적어도 일부가 습윤화 단계를 거치고도 결합된 채로 남아 있고 그래서 건조실에 들어갈 응집물도 상호 결합되도록 상기 공정조건이 선택된다.
덩어리들이 습윤화 단계 이전에 생성되든, 이후에 생성되든 간에, 미세 생산품의 외관과 밀도는 수성 가스의 연무(cloud)를 통과하는 동안 이루어진 습윤화의 정도에 따라 변한다. 습윤화 정도가 높을수록 색상이 더 짙고, 밀도가 약간 더 높은 생산품을 생산하는 경향이 있다. 그러나, 초기의 덩어리 형성은 상품의 외관을 제어할 수 있는 부가적인 기회를 부여한다. 상대적으로, 습윤화 정도가 높으면 덩어리에 있는 모든 입자 표면들은 축축해지고, 그로 인해 생산품은 균일하게 검게되어 진다. 한정된 습윤화는 각 덩어리를 불균일하게 젖게 하여서, 덩어리들의 내부에 있는 입자의 표면은 더 젖게 하고, 그로 인해 색상에 있어서도, 덩어리의 외부에 있는 입자들의 표면들 보다 밝게 된다. 밝은 색상을 띤 내부들은 분쇄에 의해 노출된다. 그래서, 인하여 불균일한 얼룩진 외관을 갖는 생산품을 생산한다.
습윤화 정도는 연무에 상기 덩어리가 노출된 기간에 정비례하여 변하고, 연무의 수분량도 정비례하여 변한다.
연무의 수분량은 연무에 공급된 스팀의 흐름에 정비례하고, 이는 대개 확산기를 지나는 스팀 유량에 의해 제어된다. 확산기 또는 칼라(collar)를 지나는 스팀 유량은 확산기 표면의 평방 미터당 약 100[kg/min]에 달하면 바람직하다. 그리고, 확산기 표면의 평방 미터 당 5~50[kg/min]이면 더 좋다. 단위 면적당 그런 비교적 낮은 유량으로 습윤실에 들어온 스팀은 실질적인 교란운동을 일으킬 수 없다. 가용성 커피일 경우, 확산기를 지나는 총 스팀 유량은 대체로 습윤실 체적의 1리터 당 약 0.9 ~2.4[kg/min]이며, 처리된 입상물의 kg당 약 0.25 ~ 0.50[kg]이다.
노출기간은 연무를 통과하는 입자의 경로 길이에 따라 정비례하여 변한다. 즉 그 경로에 평행한 방향으로 습윤실의 길이에 따라 변한다. 그 길이가 약 2.5 ~20[cm]이고 그 직경이 5~25[cm]인 습윤실이 바람직하다.
노출기간은 습윤실에 있는 가스 속도의 하류성분에 반비례하여 변한다. 상기 속도의 하류 성분은 공급 오리피스를 에워싸고 있는 환상 틈과 스팀 오리피스를 통해 들어오는 공기와 상기 스팀의 결합효과에 의존하다.
스팀 오리피스를 통해 공급되는 스팀은 상기 덩어리들의 하류를 가속시킨다. 그로 인해 얻어진 습윤화의 정도가 감소된다. 또한, 과다한 스팀 속도는 바라지 않는 교란 운동과 덩어리의 과다한 마멸을 일으킬 수 있다. 따라서 스팀 연무가 상류에 있는 공급 오리피스로 살포되는 것을 방지하기 위해 필요한 최소의 속도로 오리피스를 통해 스팀을 공급하는 것이 좋다. 10[m/sec]정도의 속도면 사용될 수 있다. 그렇게 낮은 속도, 즉 임계치 이하의 스팀 유동은, 습윤실의 압력보다 약 9[kPa]미만, 보다 바람직하게는 4[kPa] 미만의 압력으로 오리피스에 스팀을 공급함으로써 실현될 수 있다. 대체로 습윤실의 압력은 대기압에 가깝다.
공급 튜브를 통해 습윤실 안으로의 공기 흐름은 공급 튜브를 차갑고 건조한 상태를 유지하기 위해 요구되는 최소한의 것이 좋다. 대체로 공급 튜브를 에워싸고 있는 환상 갭을 지나는 공기 속도는 약 1[m/sec]이면 좋다. 대개 공급 튜브를 지나는 공기 속도는 환상 갭을 지나는 공기 속도 보다 작다.
다공성의 확산기 또는 칼라를 통과하는 스팀은 하류 속도 성분에 조금도 영향을 주지 않는다. 그러므로 칼라를 통과하는 스팀 유량은 입자들이 습윤실에 체류하는 시간을 다소 변경하지 않고도 조절할 수 있다. 습윤실 내의 수증기 농도 또는 습도, 칼라를 지나는 스팀 유량을 변경함으로써 입자들을 원하는 정도를 습윤화 되도록 조절될 수 있다. 확산기를 통과하는 스팀 유동은 동작의 어떤 다른 면을 불리하게 변경함이 없이 변화시킬 수 있다. 그래서, 확산기를 통해 공급되는 스팀은 공기를 동반하지 않는다. 확산기를 통과하는 스팀 유량이 얼마이든 간에 습윤실로 유입되는 유일한 공기는 공급 오리피스를 통해 그 주변에 신중히 유입될 것이다. 이것은 과도한 공기가 스팀 연무의 습윤활동을 방해하므로 중요한 장점이 된다.
확산기를 통해 습윤실에 유입되는 스팀은 흐름의 축방향으로 안쪽으로 향해진 방사상(radial)의 속도 성분을 갖는다. 따라서, 습윤실에 최소 인접한 주위에서도 하류의 유동 뿐만 아니라 내부로의 유동이 존재한다. 그래서, 공급 오리피스로부터 유입하는 입자들의 흐름은 그 흐름의 주변 외부로부터 그 흐름의 중심부를 향해, 안쪽으로 유동하는 스팀에 의해 둘러 싸인다. 스팀의 내부로의 유동은 입자들을 한정하고, 축을 밀접하게 에워싸는 입자들의 비교적 좁은 흐름이 유지되도록 하는 경향이 있다. 그러한 한정은 입자들을 칼라로부터 멀리 떨어져 있도록 하고, 칼라상에 고형물의 응집을 방지한다. 입자들을 좁은 흐름 내부로 한정하는 것은 단위 체적당 입자의 수 또는 스트림내의 입자 밀도를 비교적 높게 유지하는 경향이 있다. 그로인해, 흐름내의 입자들 간에 충돌할 확률을 높이고, 응집을 촉진하다. 만약 덩어리가 초기 단계에서 형성되어 흐름내에 존재할 경우, 덩어리간의 충돌 가능성과 개별 입자와 덩어리 사이의 충돌 가능성도 또한 증가하며, 그래서 더 이상의 응집을 촉진한다.
배소 연마된 커피를 닮은 과립상 조직을 가졌거나 전형적인 냉동 건조된 가용성 커피 구조를 닮은 생산품을 원할 경우, 공정중에 사용되는 입자는 약 40미크론의 평균 크기 보다 더 작아야 한다. 현격한 변이는 40~50미크론 영역에서 일어나며, 50미크론 이상의 입자에서는, 생산품이 통상의 방법에 의해 응집된 재료의 것과 유사한 스폰지 조직을 갖는 경향이 있다. 40미크론 보다 더 작은 입자에서는, 생산품이 과립상의 조직을 가지며 물로 축이거나 건조할 때는 부드러운 표면을 가진 응집체가 형성되며, 분쇄시에는 모서리가 날카로운 과립으로 부서진다. 본 발명이 어떠한 조작 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 안쪽으로 유동하는 수성 가스가 부드러운 표면의 응집체를 형성하는데 기여하는 것으로 믿어진다.
상기 입자 크기는 마이크로 트랙(MICROTRATM)의 입자 크기 분석기를 사용하여 빛 산란 기술(lightscattering technique)에 의해 결정된 입상물의 평균 입자크기이다. 그리고 상기 분석기는 제너럴 시그날 코퍼레이션(General Signal corporation)의 리즈 앤드 노드럽 계기 장치(the Leeds & Northrup Instruments unit) 또는 비슷한 특성을 갖는 또 다른 계기로 판매되고 있다. 소망하는 크기의 입자들은 대체로 큰 입자들을 연마하거나 분쇄하여 얻는다.
상기에서 언급된 공정 조건은 많은 상이한 생산품 성질의 조합을 제공할 수 있도록 조절될 수 있다. 따라서, 저밀도의 암화 생산품은 비교적 큰 입자들을 거의 밀집시키지 않고, 또 비교적 습윤화 정도를 높게 함으로써 만들어질 수 있다. 고밀도의 비교적 밝은 색상의 생산품은 작은 규격의 입자의 결합과, 고도의 밀집과 저도의 습윤화로 덩어리를 형성함으로서 만들어진다. 반면, 짙은색의 고밀도 생산품은 같은 규격의 입자와 고도의 밀집 및 습윤화를 보다 높이므로써 만들어진다. 가용성 커피에 있어서, 본 방법은 시판용의 냉동 건조된 과립 또는 배소 연마된 커피 입자들 도는 약 17[gm/dl] ~30[gm/dl] 사이의 소망하는 체적밀도를 갖는 종래의 응집된 커피를 닮은 생산품을 공급할 수 있다. 보통 이런 다양한 생산품들은 장치의 어떤 변경없이도 생산될 수 있다.
본 발명의 추가 실시예에 따른 장치에 있어서, 제3도에서 부분적으로 설명되었으며, 미분기(16')는 다공성 판(122)을 갖는 홈통(trohgh)(120)으로 공급한다. 공기 조절 장치(124)에 의해 판(122) 아래 있는 실(126)에 공급된 압력을 받고 있는 습기찬 공기는 다공성의 판을 통과해서 윗쪽으로 바람이 인다. 진동 발생기는 홈통을 서서히 흔들므로 미분기로 부터 홈통에 유입한 입상물이 다공성의 판을 따라 움직인다. 움직이는 입자들은 습기찬 공기와 마주치고 또한 상호 결합하여 덩어리를 형성하며, 상기 덩어리는 공급호퍼(28')로 들어간다. 그 후, 위에서 설명된 방법을 거치기 위해 건조기 (31')와 노즐 조립체 (30')로 들어 간다. 그래서 운송 및 습윤화 장치는 밀집시키지 않고 덩어리를 형성한다. 상기 방법에서 공급된 공급입상물이 적절한 습도를 가진다면, 습윤화 장치 없이도 보통의 운송 장치는 적절한 결속을 제공할 수 있다. 진동이 이런 방식으로 덩어리를 형성하는데 사용되긴 해도, 극단적으로 큰 진동은 그 반대의 효과를 일으킬 수 있으며, 즉 덩어리가 분해되는 원인이 될 수 있다는 사실에 주목해야 한다. 또 다른 변형으로서, 습윤화 및 운송 장치는 밀집 장치와 결합할 수도 있다. 그래서, 제3도에 설명된 습윤화 진동식 컨베이어는 제1도에서 설명된 장치의 미분기(16)와 오거형 장치(18)의 입구사이에 삽입할 수도 있다.
상술한 장치 및 방법은 본 발명을 벗어남이 없이 여러가지로 변형될 수 있다. 예를들면 분류 및 분쇄 작업을 생략할 수 있고, 제품을 건조기출구에서 직접 취할 수도 있다. 분류 작업으로 부터의 미립자를 전술한 바와 같이 재순환시킬 필요는 없으나 대신에 다른 방법으로 사용될 수도 있다.
또 다른 변형으로서, 동일 건조기가 상기 응집 공정용으로 그리고 액체 물질 건조용으로 동시에 사용될 수도 있다. 응집될 물질이 노즐 조립체(30)(제1도)를 통하여 공급되는 반면에, 액체 물질의 소적(fien droplet)은 종래의 분무 건조 노즐(130)을 통하여 건조기 내부로 투사될 수 있다. 그러한 액체로 부터 형성된 분무 건조 입자는 응집물 보다 상당히 더 작은 것이 보통이다. 건조기내에서 분무 건조입자의 상당 부분이 유동 공기에 동반되어, 분말 포집기(100)에 의해 포착되어 운송 시스템(12)에 공급된다. 분류기(102)에서 또 다른 분무 건조 입자가 건조덩어리로 부터 분리되어 배출구(106)를 통과하여 운송 시스템으로 반송된다. 그래서, 분무 건조된 입자는 미분기(16)를 경유하여 응집공정에 도입된다. 또 다른 변형으로서, 배출구(108)를 통하여 출력되는 최종 제품에 건조된 덩어리와 함께 약간의 분무 건조된 입자를 보유하도록 분류기를 배치하여, 서로 다른 입자 크기와 조직의 혼합물로 된 제품을 제공한다.
상기의 장치는 원형 단면을 갖는 입자 흐름을 제공하기 위한 원형 공급 오리피스와, 흐름축을 향하여 수성가스의 방사상 흐름을 제공하기 위한 공급 오리피스와 일직선인 축 부근에 회전 표면형의 확산기를 포함한다. 원형 입자 흐름과 방사상 가스 유동의 조합은 안쪽으로 흐르는 스팀에 의해 입상물 흐름의 최적 한계를 제공한다. 그러나 다른 형태도 사용할 수 있다. 제4도에 보인 노즐 조립체는 연장된 슬롯(slot)형 공급 오리피스(233)를 정의하는 직사각형 단면의 공급관(232)을 포함한다. 입상물의 커튼형 흐름이 면 (234)의 통로를 따라 하류 방향으로 방출된다. 각각 연장된 슬롯형 스팀 노즐 또는 오리피스(252)를 갖는 한쌍의 연장된 스팀 매니포울드(242)가 공급 오리피스의 양 대면상에 그 장축과 평행하게 연장된다. 이들 오리피스를 통해 방출되는 스팀은 하류 방향으로 통과하고, 노즐과 공급관 사이의 한쌍의 연장된 갭(258)을 통하여 냉각 공기를 끌어들인다.
확산기는 면(234)의 양대면 상에 배치된 한 쌍의 긴 평평한 다공판(274)과 그의 대면된 말단에 긴 판 사이에 연장된 한쌍의 짧은 다공판(275)(1개만 도시됨)을 포함한다. 다공판 들은 협력하여 모든 측면상에 입자 통로를 둘러싼 직사각형과 정의한다. 긴 판들을 통하여 방출되는 스팀은 입자 흐름의 넓은 면을 향하여 내부로 흐루고, 반면에, 짧은 판들을 통하여 방출되는 스팀은 흐름의 여지를 향하여 내부로 흐른다.
확산기는 상술한 바와 같이 현미경적 기공 또는 천공을 가질 필요는 없다. 만족스럽지만 덜 바람직한 확산기는 불연속적인 가시성 천공을 갖는다. 본 설명에 있어서 '확산기'라 함은 너무 가깝게 배치된 기공 또는 천공을 통하여 발산하는 스팀이 장치의 표면에 인접하여 표면에 직각 방향으로 이동하는 실질적으로 연속적인 흐름으로 합체되게 하는 장치를 말한다. 만족스런 확산기는 미세한 짜임의 와이어 매시(mesh)로 제작된다.
습윤실에 공급되는 스팀은 포화스팀이 바람직하다. 과열 스팀은 습윤 효과가 떨어지므로 덜 바람직하다. 포화스팀중 미세수적(fine water droplet)의 연무인 습윤 스팀이 사용될 수 있다. 스팀 이외의 가스중에 분산된 현미경적 수적의 연무로 구성된 기타 수성 가스도 사용될 수 있다. 적절한 도관을 통하여 연무를 습윤실로 항하게 하여, 연무를 소망하는 유동 형태로 습윤실로 공급할 수 있다. 예를들면, 제5도에 도시한 장치는 축(302)과 복수의 방사상 연장 날개(304)를 갖는 환상 셸(300)을 포함한다. 입상물의 흐름이 축(302)을 따라 습윤실로 도입된다. 입구(306)를 통하여 주변에 인접한 셸에 도입되는 연무는 날개들 사이에 내부 방사상으로 통과하여, 축(304)을 향하여 내부 방사상으로 흐른다. 그래서, 입상물의 흐름은 축을 향하여 내부로 흐르는 연무 또는 수성가스에 의하여 포위된다.
커피 이외의 수용성 입상물은 본 발명에 따른 방법에 의하여 응집될 수 있다. 본 설명에 있어서 "수용성 입상물"이라 함은 습윤시에 유동상을 형성하는 입상물질을 말하고, 상기 유동사이 참용액이건, 물질의 모든 성분을 포함하는지에 대해서는 관계없다. 응집될 수 있는 물질중에 가용성차, 가용성 차거리분말, 가용성 보리분말, 탈지분유 및 코코아계 음료 익스가 있다. 그러한 물질들의 조합도 응집될 수 있다.
상술한 장치는 상술한 물질 및 기타 흡습성 분쇄물을 크게 응집하지 않고 어둡게 할 수 있다. 그러한 물질의 고체, 단일의 과립을 노즐 조립체의 공급관에 통과시키고 스팀연무에 노출시킴으로써 각 과립의 외부 표면을 습윤 및 어둡게 한다. 그리고 습윤된 과립을 건조시킨다. 이런 방식으로 처리된 과립은 상술한 응집법에서 융합된 미립자 보다 훨씬 더 큰 것이 보통이다. 참으로 이 과립이 응집법으로 부터 생성되는 응집물일 수 있다.
본 발명의 이러한 면에 따른 암화법은 소망하는 암화(darkening)효과를 달성하는데 있어서, 스팀 또는 기타 수성 가스를 효율적으로 사용한다. 입자 통로에 정지 연무를 형성하는 수성가스는 그 연무를 통하여 투사되는 과립에 특별한 속도를 부과하지 않는다. 따라서, 수성가스의 공급과 이에 따른 연무의 수분함량은 연무내의 과립의 체류시간에 영향을 주지 않고, 원하는 정도의 암화를 달성하기 위해서는 필요에 따라 증가 된다. 반면에, 단지 노즐로 부터의 스팀 제트만을 사용한 방법으로는 제한된 암화 효과만이 달성된다. 그러한 제트에 있어서, 스팀 흐름을 증가시켜서 암화 효과를 증가시키는 시도는 자멸적이다. 증가된 스팀 유동은 과립을 더 큰 속도로 추진시키고, 따라서 스팀중 과립의 체류시간을 감소시킨다.
본 발명의 한 구현예로서 상술한 응집법은 융합된 그러나 비교적 밝은 색깔의 응집물을 제조하도록 조절된다. 그러한 응집물의 일부는 상술한 암화 작업을 통과하여 밝은 색깔의 응집물과 재혼합되어 얼룩이 모양의 제품을 제공한다. 응집 및 암화 작업에 사용되는 노즐 조립체는 동일한 건조실에 공급할 수 있다. 그래서 건조실을 나가는 물질은 암화된 응집물과 암화되지 않은 응집물의 혼합일 것이다. 분쇄기의 출구가 암화 노즐 조립체에 연결되어 있어 과대하게 큰 응집물의 분쇄로 부터 수득되는 조각만이 암화 작업에 재공급되도록 한다. 과대한 응집물은 응집 작업에서만 생산되고 암화작업에서는 생산되지 않으므로 암화 작업에 재순환되는 물질은 사전에 암화된 물질을 포함하지 않는다.
다음 실시예에 의하여 본 발명을 설명한다 :
[실시예 1]
분무건조된 커피 추출 분말을 24미크론 평균 입자크기로 미분쇄하고, 공기중에서 사이클론 포집기로 운송하고, 사이클론 포집기로 부터 오거 공급기로 운반한다. 오거는 오리피스 단면적 ㎠당 약 0.35[kg/분]의 비율로 오리피스를 통하여 분말을 추진한다. 분말은 고체 흐름의 형태로 오리피스로부터 유출하여 응집노즐 조립체의 공급관에 떨어지면서 덩어리로 분쇄된다.
노즐 조립체는 제2도에 보인 것과 유사하지만 환상 스팀 오리피스와 공급관간에 갭이 없어서, 내부 환상 스팀 오리피스가 즉시 공급관을 포위하도록 되어 있다. 또한 애스퍼레이터(aspirator)링이 생략된다. 확산기는 1미크론 기공을 갖는 다공성 칼라(collar)이다. 환상 스팀 오리피스를 통하여 약750~1500Pa 압하의 스팀이 오리피스면적 ㎡당 약 1.28×103~ 2.1×103[㎏/분]의 비율로 공급된다. 다공성 칼라의 외부에 약17kPa 압하의 스팀이 가해지고, 이를 통하여 확산기 면적 ㎡당 약 13.3[kg/분]의 비율로 확산된다.
덩어리가 칼라내의 스팀 연무를 통과하면서 응집물로 전환된다. 상기 응집물이 최초의 건조실을 통과하면서 따뜻한 건조공기와 마주쳐서, 그들의 표면에 인접하여 부분적으로 건조된다. 이 응집물이 건조실로 부터 유동층을 통과하면서 더욱 건조되어 최종 수분 함량이 약 3.2% 된다. 상기 건조된 응집물은 1.68[mm] 상층 스크린과 595미크론 바닥 스크린을 갖춘 체(sifter)를 통과한다. 과대하게 큰 응집물은 분쇄기를 거쳐 체로 회송되고, 너무 작은 조각은 미분기로 재순환된다.
상층 및 바닥 스크린 사이에 회수되는 제품은 배소연마된 커피의 입자와 유사한 형상을 갖는 모서리가 날카로운 조각으로 주로 구성된다. 이 제품은 그 형상이 배소 연마된 커피에서 발견되는 밝은 색깔의 얼룩과 같이 외형이 유사한 밝은 색깔의 얼룩을 갖는 만족스런 어두운 색깔을 갖는다.
[실시예2]
실시예 1의 방법에서, 다공성 칼라에 가해지는 스팀 압력이 7[kPa]로 점차 감소하고, 이에 상응하여 다공성 칼라를 통한 스팀 흐름이 확산기 면적 ㎡당 약 6.7[kg/분]으로 감소함에 따라, 제품이 점차로 더 밝아지고 제품 밀도가 점차 감소하여 점차 더 낮은 정도의 숩윤을 보여준다. 다공성 칼라에 가해지는 스팀 압력이 약 21[kPa]로 점차 증가하여 다공성 칼라를 통한 스팀 유동이 확산기 면적 ㎡당 19[kg/분]으로 점차 증가함에 따라, 제품은 점차 더 어두워지고, 밀도가 증가하며, 입자는 더 날카로운 모서리를 가지고 더 큰 습윤화의 결과를 보여준다.
[실시예3]
분말을 약50미크론 평균 입자 크기로 미분쇄한 점만을 제외하고, 실시예 1의 방법에 따라서 분무건조된 가용성 커피를 가공한다. 상기 제품은 해면성의 균일하게 암화된 형상을 보인다. 이 제품은 모서리가 날카로운 얇은 조각형의 형상을 갖지 않는다.
[실시예4]
치커리(chicory) 추출 혼합물을 건조구 온도 약 370˚C에서 공기와 동시에 건조탑내에 분무시켜서 분말형으로 건조시킨다. 상기 건조된 분말을 모아서 평균입자 크기 약 40미크론으로 미분쇄시킨다. 상기 미분쇄된 분말을 무제한 방출하는 오거형 공급기를 통하여 진동형 공급기에 공급한다. 이 분말은 진동형 공급기로부터 제2도에 보인 것과 유사한 응집노즐을 통과하여, 액체 추출물 건조에 사용되는 것과 동일한 건조실로 회송되어, 응집물과 분무된 액체 추출물이 동시에 건조되도록 한다. 확산기는 명목상 5미크론의 기공 개구를 갖는 다공성 칼라이다. 스팀은 약3[kPa]의 압력하에서 환상 오리피스에 공급되고, 약 37[kPa]의 압력으로 다공성 칼라에 공급된다. 다공성 칼라의 하류에 배치된 애스퍼레이터 링을 통하여 공기가 약 0.04[㎥/분]으로 공급된다.
건조기에서 유출하는 건조 응집물과 분말 입자의 혼합물은 2.38[mm] 상층 스크린과 707미크론 바닥 스크린을 갖춘 체로 운송된다. 이 체에는 과대하게 큰 응집물이 상층 스크린을 통과할때까지 이들을 분쇄하기 위한 내부 분쇄기가 장치되어 있다. 미세 조각과 분무 건조 작업으로부터의 분말 입자는 양 스크린을 통과하여 미분기로 반송된다. 상층과 바닥 스크린 사이의 제품은 배소연마된 커피입자와 유사한 모서리가 날카로은 얇은 조각형의 형상을 갖고, 약간의 밝은 색깔 부분을 갖는 어두운 색깔이고, 부피밀도는 25.0[gm/dl]이다.
[실시예 5]
크기가 약 2[mm]인 냉동 건조된 가용성 커피의 단일 과립을 애스퍼레이터 링이 생략된 점을 제외하고는 제2도에 보인 것과 유사한 노즐 조립체를 통하여 건조실로 통과시킨다. 다공성 칼라를 통하여, 스팀은 확산기 면적 ㎡당 약 2.1[kg/분]의 비율로 내부로 확산한다. 공급관을 에워싸는 환상 오리피스를 통하여 추가 스팀이 하류로 유동한다. 과립은 초기에 담갈색이고, 약 23.2[gm/dl]의 부피 밀도를 갖는다. 노즐 조립체와 건조기를 통과한 후, 이 과립은 종래의 가장 어두운 배소에 커피분말에 상응하는 극히 어두운 갈색을 띠고, 부피밀도는 약 25.5[gm/dl]이다. 암화 작업중 총 스팀 소비량은 처리된 과립 kg당 스팀 0.42[kg]이다.
[실시예 6]
분무 건조된 커피 추출분말을 31미크론 평균 입자 크기로 미분쇄하고, 무제한 방출을 갖는 스크류 공급기 및 진동형 공급기를 경유하여 응집노즐의 공급관에 통과시킨다. 이 분말은 응집노즐에 들어가기 전에는 다소의 덩어리를 형성하지 않는다.
노즐 조립체는 애스퍼레이터 링이 생략된 점을 제외하고는 제2도에 보인 것과 유사하다. 확산기는 명목상 5미크론의 기공 개구부를 갖는다. 공급관을 둘러싼 환상 스팀 오리피스를 통하여 약 1[kPa]압력하의 스팀이 오리피스 면적 ㎡당 약 2.0×103[kg/분]으로 공급된다. 약 33[kPa]압력하의 스팀이 확산기의 외부에 공급되어, 확산이 면적 m2당 45[kg/분]의 비율로 이를 통과한다.
분말이 확산기내에서 스팀 연무를 통과하면서 응집된다. 상기 응집물은 건조된 후에, 2.38[mm]상층 스크린과 707미크론 바닥 스크린을 갖춘 체로 통과한다. 과대하게 큰 응집물은 분쇄되어 체로 반송되고, 너무 작은 물질은 미분기로 반송된다. 상층과 바닥 스크린 사이에 회수되는 제품은 냉동 건조된 인스탄트 커피를 닮은 모서리가 날카로운 얇은 조각형 형상을 갖는다.
[실시예 7]
[비교예]
다공성 칼라를 생략한 점을 제외하고는 동일한 분말과 동일한 응집노즐을 사용하여 실시예 6의 방법을 반복한다. 스팀은 환상 스팀 오리피스만을 통하여 오리피스 면적 ㎡당 2.0×103[kg/분]의 비율로 가해진다. 그래서 이 응집 방법은 본 발명에 따른 것이 아니다.
제품은 실시예 6에서 수득된 모서리가 날카로운 얇은 조각형 형상이라기 보다는 해면성의 균일하게 암화된 형상을 갖는다. 실시예 6과 동일한 분말 공급 비율에서, 제품 생산량은 실시예 6의 약 절반에 불과하고, 실시예 6보다 더 적은 비율의 분말이 소망하는 크기 범위의 응집물로 전환된다.
[실시예 8]
분무 건조된 차 추출물을 약40미크론 평균 입자 크기로 미분쇄하고, 실시예 6과 동일한 장치를 사용하여 응집한다. 응집노즐에 대한 분말 공급비율은 실시예 6의 약 65%이다. 스팀압력을 조절하여 오리피스 면적㎡당 약 1.6×103[kg/분]의 유량과 확산기 면적 ㎡당 약 26[kg/분]의 유량을 제공케 한다. 다른 면에 있어서, 이 방법은 실시예 6과 동일하다. 제품은 모서리가 날카로운 얇은 조각형의 형상이고, 부피 밀도는 21[gm/dl]이다.
[실시예 9]
코코아 분말, 설탕, 레시틴 및 향미의 혼합물을 약 3[mm] 직경의 천공을 갖는 방출 스크린을 갖춘 해머밀(hammer mill)로 미분쇄한다. 이 미분쇄 물질은 넓은 입자크기 분포를 갖고, 코코아 미립자와 특징적인 밝은 색을 갖는 설탕의 큰 입자를 포함한다. 미분쇄된 물질을 실시예 6에서의 분말 공급 비율의 약 65% 응집노즐에 공급한다. 오리피스 면적 ㎡당 약 2.9×103[kg/분]의 유량을 유량과 확산기 면적 m2당 약 36[kg/분]의 제공하도록 스팀 압력을 선택한다. 체(sifter)는 1.19[mm]개구를 갖는 상층 스크린을 가지며, 바닥 스크린은 없다. 상층 스크린을 통과하는 모든 물질은 제품으로서 상기 장치에서 제거된다. 다른 면에 있어서, 이 방법은 실시예 6과 동일하다. 상기 제품은 매우 어두운 색깔을 띤다. 밝은 색의 설탕입자는 코코아로 피복되어, 미세 코코아 압자가 설탕입자와 응집되었음을 보여준다.
[실시예 10]
분무건조된 보리 추출물 분말을 약 35미크론 평균 입자크기로 미분쇄하여, 1개의 환상 스팀 오리피스만을 갖고, 스팀 오리피스와 공급 오리피스간에는 환상 갭이 없고, 기공이 1 미크론이고 애스퍼레이터 링이 없는 실린더형 확산기를 갖는 응집 노즐조립체를 통해 공급한다. 습윤단계 이전에는 다소의 덩어리가 형성되지 않는다. 습윤 단계에 있어서는, 오리피스 면적 ㎡ 약 4.5×당 103[kg/분]의 유량과 확산기 면적 ㎡당 약 15.6[kg/분]의 스팀 유량이 사용된다. 습윤 단계에서 제조되는 응집물을 건조시키고, 2.38[mm]상층 스크린과 707미크론 바닥 스크린을 사용하여 체질한다. 과대하게 큰 조각은 분쇄하기 보다 폐기하고, 너무 작은 입자도 폐기한다. 상층과 바닥 스크린 사이에 수집된 제품은 모서리가 날카로운 얇은 조각형 형상을 갖는다.
[실시예 11]
에스퍼레이터 링이 없고, 5미크론의 기공을 갖는 확산기를 갖춘 제2도의 것과 유사한 응집노즐 조립체에, 평균 입자 크기가 약35미크론인 탈지분유를 다소의 예비 덩어리를 형성하지 않고 공급한다.
환상 오리피스에 약 1.5[kPa]의 압력으로, 그리고 다공성 칼라에 약 42[kPa]의 압력으로 스팀이 공급된다. 노즐 조립체에서 형성된 응집물을 건조시키고, 3.36[mm] 상층 스크린과 707 미크론의 바닥 스크린으로 체질한다.
과대하게 큰 응집물은 체로 반송되어 그곳에서 분쇄되고, 너무 작은 입자는 재작업을 위하여 분리된다. 스크린들 사이의 제품은 불규칙형의 조각들로 구성되고, 19[gm/dl]의 부피밀도를 갖고, 고온수에서 쉽게 분산된다.
Claims (19)
- 수용성 입상물을 응집하는 방법에 있어서, (a)습윤실의 단면폭보다 작은 단면폭을 가지는 입상물의 입자의 흐름을 제한된 습윤실을 통하여 수직통로를 따라 하류방향으로 투입하는 단계 (34,50,114) ; (b) 상기 습윤실 경계의 외주 및 외부로부터 입자의 흐름을 향하여, 안쪽 수평방향으로 수성가스를 확산시켜, 상기 수성가스가 상기 입자의 흐름을 향하며, 에워싸고, 상기 입자의 흐름을 상기 습윤실을 거쳐 그의 통로를 통하여 비교적 무활동 상태로 제한하여 상기 입자들을 습윤화 및 융합시키는 단계 (48,54,42,56) ; 그 다음 (c) 상기 습윤화되고, 융합된 입상물을 건조시키는 단계(31)를 포함하는 수용성 입상물의 응집방법.
- 제1항에 있어서, 상기 입상물은 보통 원형 단면인 흐름에 투입되고, 상기 수성가스가 상기 흐름의 축(114)방향으로 흐르고, 그런 흐름의 비가 상기 흐름의 주변에 대해서 실질적으로 일정함을 특징으로 하는 입상물의 응집방법.
- 제1항에 있어서, 상기 수성가스는 스팀이고, 상기 스팀은 상기 흐름의 주변으로 연장되는 확산기 (48)를 관통하여 향함을 특징으로 하는 입상물의 응집방법.
- 제1항에 있어서, 상기 입상물은 습윤화 구역(50)의 상류단부의 공급 오리피스(34)를 통해 투입되고, 상기 공급 오리피스에 근접해 있는 스팀 오리피스(40)로,부터 상기 흐름에 근접하는 스팀을 음속에 가까운 속도로 하류로 투입하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 입상물의 응집방법.
- 제1항에 있어서, 상기 입상물은 습윤화 구역의 상류단부의 공급 오리피스 (34)를 통해 투입되고, 상기 공급 오리피스의 외부주변에 음속에 가까운 속도로 냉각가스를 하류로 공급하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 입상물의 응집방법.
- 제1항에 있어서, 상기 건조된 입상물의 적어도 일부를 분쇄하는 단계(112)를 추가로 포함함을 특징으로 하는 입상물의 응집방법.
- 제1항에 있어서, 상기 입자들의 일부를 상호 결합시켜 덩어리를 형성하도록 하는 단계와, 상기 덩어리를 상기 흐름에 투입하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 입상물의 응집방법.
- 제7항에 있어서, 상기 습윤화 단계(42,48,54,56)는 상기 덩어리 구조물의 적어도 일부가 상기 습윤화 단계의 후까지 남아 있는 상태하에서 수행됨을 특징으로 하는 입상물의 응집방법.
- 제8항에 있어서, 상기 습윤화 단계가 적어도 일부 덩어리들의 중심부가 상기 덩어리들의 외부의 표면부위보다 적게 습윤화되도록 수행되고, 이로 인해 건조시에 상기 덩어리들로부터 형성된 응집물의 중심부는 그것의 표면부위와는 다른 외관을 가지며, 적어도 그런 중심부의 일부를 노출시키기 위해 상기 응집물들을 분쇄하는 단계(112)를 추가로 포함함을 특징으로 하는 입상물의 응집방법.
- 제1항에 있어서, 상기 입상물이 가용성 커피임을 특징으로 하는 입상물의 응집방법.
- 제1항 또는 제10항에 있어서, 상기 입상물의 평균 입자크기가 40미크론보다 작음을 특징으로 하는 입상물의 응집방법.
- 수용성 입상물의 입자를 응집하기 위한 장치에 있어서, (a) 습윤실 경계의 폭보다 작은 단면폭의 입구와 상기 입구로부터 수직으로 배치된 출구를 가지는 수직으로 연장된 제한된 습윤실(50) ; (b) 입상물의 흐름을 상기 습윤실에서 상기 출구로 투입하기 위하여 상기 입구에 결합된 수단(34) ; (c) 상기 습윤실의 입구에서 출구로 투입되는 입상물의 흐름을 에워싸고, 비교적 무활동 상태로 제한하기 위하여 습윤실의 수직경계의 외주 및 외부로부터 안쪽 수평방향으로 수성가스를 확산시키는 수단(48) ; (d) 상기 습윤실의 출구로 부터 입상물을 수용하고, 건조시키기 위하여 출구에 결합된 수단(31)을 포함하는 응집 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 습윤실이 외부벽체(52)에 의해 제한되고, 수성가스를 확산시키는 수단은 실질적으로 균일한 구멍을 갖는 수직으로 연장된 다공성의 관형셀(48)이며, 상기 셀은 상기 벽체와 셀 사이에 환상채널(54)을 정의하기 위하여 상기 벽체로부터 배치됨을 특징으로 하는 응집장치.
- 제13항에 있어서, 상기 셀의 주변에 실질적으로 균일한 압력으로 상기 관형셀의 외부 표면에 수성가스를 공급하기 위한 수단(42,56)을 추가로 포함함을 특징으로 하는 응집장치.
- 제12항에 있어서, 투입된 입상물의 흐름주변 및 그에 인접하여 스팀을 투입하기 위하여 입상물을 투입하는 수단(34)의 외주부근 및 그에 인접한 상기 입구에 결합된 수단(40)을 추가로 포함하는 응집장치.
- 제12항에 있어서, 투입된 입상물 흐름의 외주주변 및 그에 인접하여 냉각가스를 투입하기 위하여, 입상물을 투입하기 위한 수단의 외주부근 및 그에 인접한 상기 입구에 결합된 수단(40)을 추가로 포함함을 특징으로 하는 응집장치.
- 제12항에 있어서, 상기 입상물의 입자가 덩어리로 형성되어 입상물 흐름으로서 투입됨을 특징으로 하는 응집장치.
- 제12항 또는 제17항에 있어서, 상기 건조수단(31) 이후에 위치하는 상기 건조된 입상물의 적어도 일부를 분쇄하는 수단(112)을 추가로 포함함을 특징으로 하는 응집장치.
- 제15항에 있어서, 입상물을 투입하는 수단은 상기 입구에 결합된 오리피스(34)를 포함하며, 스팀을 투입하는 수단은 상기 입상물 투입 오리피스를 에워싸며, 그것에 인접하는 상기 입구에 결합된 오리피스(40)를 포함함을 특징으로 하는 응집장치.
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