JP2001289558A

JP2001289558A - 真空乾燥装置

Info

Publication number: JP2001289558A
Application number: JP2000101173A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Mito; 清水戸; Yoshitsugu Hirai; 好嗣平井; Shinji Masuoka; 真二増岡; Katsuhisa Ota; 勝久太田
Original assignee: Sharp Corp; Sharp Manufacturing Systems Corp
Current assignee: Sharp Corp; Sharp Manufacturing Systems Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】装置の大型化および製造費の増加を伴わず
に、水分の多い被乾燥物であっても効率的に乾燥できる
真空乾燥装置を提供する。【解決手段】被乾燥物を収容する密閉可能な乾燥容器
と、該乾燥容器内の気体を排出する排気手段と、該乾燥
容器内を加熱する加熱手段とを有する真空乾燥装置にお
いて、前記排気手段としてエジェクタ式真空ポンプを用
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空乾燥装置に関
し、より詳細には水分の多い被乾燥物の乾燥に優れた真
空乾燥装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】物の乾燥法としては、例えば簡便法であ
る熱風乾燥法がある。この方法は熱風の持つ熱エネルギ
ーを利用して乾燥させる方法であるが、被乾燥物が変色
したり、あるいは香味成分までも飛ばしてしまうといっ
た問題があった。また被乾燥物が粉粒状物である場合に
は、熱風と共に微粉が浮遊して機外に排出されたり、排
気経路のフィルタの目詰まりが生じるなどの不具合が生
じていた。このような不具合対策として、サイクロンな
どの微粉分離回収装置の装備が考えられるが、建設費用
の増大および設備の大型化を招き望ましい対策とはいえ
ない。

【０００３】一方エネルギー効率などの点から物の乾燥
法として真空乾燥法が近年広く用いられるようになって
きた。この真空乾燥法は、被乾燥物を入れた乾燥容器を
真空近くまで減圧して沸点を下げるとともに、ヒートポ
ンプシステムなどの加熱手段を用いて被乾燥物を加熱し
乾燥させる方法である。この方法において乾燥容器を減
圧する手段として、油回転ポンプやルーツブロアポンプ
などが従来広く用いられていた。しかし、これらのポン
プは水分によって内部機構や可動部が腐食しやすく、ま
た潤滑油が変質して十分な性能が発揮できないことがあ
るので、水分を多く含んだ被乾燥物の乾燥には適してい
ない。加えて引火性ガスや腐食性ガスに対して使用する
場合には爆発・火災の危険性があるので万全の安全対策
をとらなければならず、生産効率が悪くなり製造コスト
が上がる。

【０００４】そこで水分を多く含む被乾燥物を乾燥する
場合の減圧手段としては、水封式ポンプが一般に用いら
れている。水封式ポンプは、円形ケーシングと、このケ
ーシングから偏心した位置に配設された羽根車とを有
し、ケーシング内に適当量の封止水を注入し羽根車を回
転させると、遠心力により封止水はケーシング内壁に沿
って同心円のリング状となる。羽根車が回転することに
より、リング状の封止水と羽根車の羽根によって囲まれ
た空間の容積が変化する。この容積変化を利用して水封
式ポンプは、羽根車に形成された吸・排気口を介した気
体の吸入・圧縮・排気を連続して行うのである。このよ
うに水封式ポンプでは介在物が水であるため、水蒸気や
水滴を多く含んだ気体の排気にもまったく支障無く使用
でき、また引火性ガスや腐食性ガスの排気にも使用する
ことができる。

【０００５】図４に、水封式ポンプを用いた代表的な真
空乾燥装置の概略構成図を示す。この真空乾燥装置は、
被乾燥物を投入する乾燥容器１と、乾燥容器内の気体を
排出する排気部２と、乾燥容器内を加熱する加熱部３を
有している。

【０００６】乾燥容器内には、乾燥容器下部に配設され
たモータ１１に軸支された撹拌部材（不図示）が設けら
れており、モータ１１を動力源として撹拌部材は被乾燥
物を乾燥処理中撹拌し乾燥を促進させる。

【０００７】排気部２は第１の凝集器２０１と水封式ポ
ンプ２０２とを備える。乾燥容器内の気体は、乾燥容器
上部から管１０１を通って第１の凝縮器２０１に至り、
さらに管１０２を通って水封式ポンプ２０２に至る。途
中の第１の凝縮器２０１では、後述するヒートポンプシ
ステムの冷却部により、吸引された気体が冷却されて、
気体中の水分の大部分が取り除かれる。除去された水分
は第１の凝縮器２０１の下部に貯留される。貯留量が一
定水位になると水位検知器２０３が信号を発し、この信
号を受けて電磁弁２０５が開となり、第１の凝縮器下部
の貯留水は排水ポンプ２０４を介して外部へ排水され
る。一方、大部分の水分が除去された気体は水封式ポン
プ２０２へ導かれる。水封式ポンプ２０２には封止水槽
２０６から循環ポンプ２０７により封止水が送られ循環
している。水封式ポンプ２０２の排気口から排出された
気体は封止水と共に封止水槽２０６へ送られて、封止水
槽２０６の貯留水中をバブリングして微粉や有機物質が
除去された後外部へ排出される。封止水槽２０６の封止
水が排気気体により加熱されて水温が上昇すると、水蒸
気圧も上昇して水封式ポンプ２０２の性能が低下するの
で、封止水の水温を検知器２０８で検知し、所定温度以
上となったときには、電磁弁２０９を開として後述する
ヒートポンプシステムの冷却部により封止水を冷却す
る。

【０００８】加熱部３は、ヒートポンプシステムを用い
ている。ヒートポンプシステムは、圧縮機３０１、第２
の凝縮器３０２、膨張弁３０３、蒸発器３０４とを備
え、媒体としてフロンなどの冷媒を用いている。圧縮機
３０１で圧縮された媒体は第２の凝集器３０２で乾燥容
器加熱用媒体に熱を放出した後、膨張弁３０３を通って
膨張しその温度を低下させ液体となる。続く蒸発器３０
４で媒体は、第１の凝縮器２０１において気体を冷却す
る気体冷却用媒体から熱を奪って湿り蒸気となり、また
圧縮機３０１で圧縮されるというサイクルを繰り返す。
ヒートポンプシステムではこのように乾燥容器加熱用媒
体を加熱すると同時に、気体冷却用媒体を冷却してい
る。

【０００９】第２の凝集器３０２で加熱された乾燥容器
加熱用媒体は、第２の凝縮器３０２から乾燥容器ジャケ
ットの入口へ管１０４を通って送られ、乾燥容器１を加
熱した後、乾燥容器ジャケットの出口から、膨張タンク
３０５、ポンプ３０６及びファンクーリングユニット３
０７を介して第２の凝集器３０２へと戻ってくる。

【００１０】他方ヒートポンプで冷却された気体冷却用
媒体は、蒸発器３０４から第１の凝集器２０１の冷却部
へ管１０６を通って送られ、またその一部は管１０７を
通って電磁弁２０９を介して封止水槽２０６の冷却部へ
も送られる。第１の凝集器２０１で気体を冷却し、また
必要により封止水槽２０６で封止水を冷却した気体冷却
用媒体は、管１０８を通って膨張タンク３０８、ポンプ
３０９を介して蒸発器３０４へと戻ってくる。

【００１１】このような従来の真空乾燥装置による乾燥
処理について説明すると、乾燥容器１に被乾燥物を入
れ、乾燥容器１を密閉した後、まず水封式ポンプ２０２
を作動させて、乾燥容器内の水分を含んだ気体を乾燥容
器１から管１０１、第１の凝縮器２０１、水封式ポンプ
２０２そして封止水槽２０６を経て外部へ排出する。こ
れにより乾燥容器内は減圧状態となって沸点が下がり被
乾燥物から水分が蒸発しやすい状態となる。なお乾燥処
理が始まると乾燥容器内に設けられた撹拌翼（不図示）
が回転し被乾燥物を撹拌する。ここで前記真空化処理と
同時に乾燥容器のジャケットに加熱媒体を循環供給し、
乾燥容器１を加熱して被乾燥物を乾燥させていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで前記水封式ポ
ンプは、運転している間は封止水を常時供給する必要が
ある。封止水の供給方法には大別して２つあり、その一
つはいわゆる垂れ流し方式である。この方式は、水封式
ポンプに一回通水した封止水をそのまま棄てる方式で、
エネルギーコスト的に引き合わず一般には使用されてい
ない。また仮にこの方式を用いるとした場合には封止水
（３ｌ／ｍｉｎ程度）を棄てるための廃水処理設備が必
要となるので、装置が大型化すると共に製造費が増加す
る。

【００１３】もう一つの方法は前記図４で示した循環方
式である。この方式は、水封式ポンプに供給した封止水
を循環させて再利用する方式で、この方式が一般的に用
いられている。しかしこの方式の場合、ポンプ中を通過
する排出気体により封止水の水温が上昇する問題があ
る。封止水の水温が上昇すると、水蒸気圧も上昇して水
封式ポンプの能力が著しく低下する。この結果、乾燥容
器内が十分に減圧されず乾燥がすすまないという不具合
が生じる。このような不具合を防止するためには封止水
の循環経路に貯槽や冷却手段を設けて封止水を冷却する
必要があるが、このような冷却設備を設けると装置が大
型化し製造費が増加する。

【００１４】本発明はこのような従来の問題に鑑みてな
されたものであり、装置の大型化および製造費の増加を
伴わずに、水分の多い被乾燥物であっても効率的に乾燥
できる真空乾燥装置を提供することをその目的とするも
のである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、被乾燥
物を収容する密閉可能な乾燥容器と、該乾燥容器内の気
体を排出する排気手段と、該乾燥容器内を加熱する加熱
手段とを有する真空乾燥装置において、前記排気手段と
してエジェクタ式真空ポンプを用いることを特徴とする
真空乾燥装置が提供される。

【００１６】このとき、真空ポンプが突発的に停止した
場合に、排気管路を通って乾燥容器へ気体が逆流するの
を防ぐため、前記乾燥容器と前記エジェクタ式真空ポン
プとをつなぐ管路に逆止弁を設けておくことが推奨され
る。

【００１７】また乾燥容器内の気体を急激に排気すると
被乾燥物が飛散するので、前記乾燥容器と前記エジェク
タ式真空ポンプとをつなぐ排気管路中に、弁が配設され
た少なくとも１つの分配管を設けて、前記乾燥容器から
の排気速度を調整するようにするのが望ましい。

【００１８】さらに、乾燥終了後に乾燥容器内圧を大気
圧まで急激に戻すと乾燥物が飛散するので、前記乾燥容
器に吸気用管路を設け、該吸気用管路中に弁が配設され
た少なくとも１つの分配管を設けて前記乾燥容器への吸
気速度を調整することが望ましい。

【００１９】そして排気気体中の臭気や微粉を除去する
観点から、前記乾燥容器と前記エジェクタ式真空ポンプ
とを結ぶ経路中に凝縮器を設け、該凝縮器内に貯まった
貯留液に前記乾燥容器からの排出気体をバブリングさせ
るのが好ましい。このときバブリングする排気気体によ
り貯留液の液温が上昇すると、水蒸気圧も大きくなって
排気気体の含有水分量が多くなるから、これを防止する
ために前記凝集器内の貯留液を冷却する冷却手段をさら
に設けるのが好ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明者等は、真空乾燥装置の大
型化および製造費の増加を伴わずに、水分の多い被乾燥
物であっても効率的に乾燥させることができないか鋭意
検討を重ねた結果、排気する気体やその中に含まれる水
分によって腐食したりせず、また取り扱いが簡便でしか
も小型であるエジェクタ式真空ポンプに着目し本発明を
成すに至った。

【００２１】本発明で使用できるエジェクタ式真空ポン
プとしては、特に制限はなく従来公知のものが使用でき
る。エジェクタ式真空ポンプは、圧縮空気をノズルから
噴出させて、そのときに生じる負圧で周囲の気体を引き
込んで一緒に排気する機構のポンプである。当該ポンプ
による真空度は供給する圧縮空気の圧力やノズルの径な
どにより調整することができ、高い真空度を必要とする
場合にはノズルを直列に複数個設けてもよい。最高で−
８５〜−９０ｋＰａ程度の真空度まで吸引できるものが
実用上特に望ましい。このようなエジェクタ式真空ポン
プで市販されているものとしては、例えばフォーゲルジ
ャパン社製の「ＭＵＬＴＩＪＥＣＴＯＲ」（登録商
標）、日本空圧システム社製の「３段エジェクタ」など
が挙げられる。

【００２２】本発明で使用する加熱手段としては特に制
限はなく従来公知のものが使用できる。例えば蒸気や電
気、都市ガス、ＬＰＧ、灯油、重油などを用いた加熱あ
るいはヒートポンプシステムによるもの等が挙げられ
る。加熱手段は被乾燥物の種類や処理量、処理温度など
を考慮して適宜決定すればよい。

【００２３】以下本発明の真空乾燥装置を図に基づいて
説明する。なお、本発明はこれら図に決して限定される
ものではない。図１に、本発明の真空乾燥装置の一実施
態様である概略構成図を示す。なお図４と同じ部品およ
び部材は同一の符号を付している。ヒートポンプシステ
ムを用いた加熱手段および乾燥容器については図４の真
空乾燥装置のものと同じであるので、ここでは説明を省
略し、主に排気手段について以下説明する。乾燥容器１
の上部と第１の凝集器２０１とは管１０１でつながって
いる。また凝集管２０１とエジェクタ式真空ポンプ２１
０は、フィルタ２１７、逆止弁２１６、電磁弁２１４，
２１５を介して管１０２によりつながっている。

【００２４】エジェクタ式真空ポンプ２１０において、
弁２１１を開とすると所定圧を有する圧縮空気がフィル
タ２１２でゴミなどを取り除かれた後、真空ポンプ２１
０の供給口に供給され、この図では３段のエジェクタに
より吸引が開始される。また排気気体を含んだ圧縮空気
はサイレンサ２１３を通って外部に排出される。

【００２５】このような真空ポンプ２１０による吸引が
開始されると、乾燥容器１の気体は容器上部から管１０
１を通って第１の凝集器２０１へ達し、ここでヒートポ
ンプシステムの冷却部により冷却されて、水などの気体
中の低沸点成分は液体とされて気体中から除去される。
大部分の低沸点成分が除去された気体はさらに管１０２
を通ってフィルタ２１７に達し、ここで微粉やゴミなど
の固体成分が除去された後、逆止弁２１６及び電磁弁２
１４、２１５を介して真空ポンプ２１０の吸引口へ導か
れる。なお排気管１０１，１０２の内径は、排気抵抗を
極力抑えるためできる限り大きくするのがよい。

【００２６】ここで乾燥容器内の気体の排出を急激に行
うと、乾燥容器内において被乾燥物の飛散が生じること
があるので、気体の排出当初は電磁弁２１５を開、電磁
弁２１４を閉として径の小さい管を用いてゆっくりと排
気し、ある程度排気できた段階で電磁弁２１５を閉、電
磁弁２１４を開として径の大きい管を用いて排気するよ
うにする。

【００２７】また逆止弁２１６は、真空ポンプ２１０の
故障やフィルタ２１７の閉塞、空気圧縮機（不図示）の
故障などの際に、真空ポンプ２１０から大気が逆流して
乾燥容器内に侵入することを防止する。

【００２８】前記乾燥容器内の排気に合わせて、ヒート
ポンプシステムで加熱された乾燥容器加熱用媒体を乾燥
容器のジャケットに循環させて、乾燥容器内の加熱を行
う。乾燥容器内の圧力を−８５〜−９０ｋＰａにすれ
ば、４８〜５５℃程度の温度で水分を蒸発させることが
できる。しかし、水分蒸発に伴う蒸発潜熱に見合う熱エ
ネルギー補給が被乾燥物に円滑に行われないと、被乾燥
物の温度が低下し十分な乾燥ができないあるいは乾燥処
理に長時間を要するといったことが起こる。そこで、乾
燥容器内に設けられた撹拌翼（不図示）の中にも前記加
熱用媒体を循環させるのが望ましい。撹拌翼に前記加熱
用媒体を循環させると、撹拌翼と被乾燥物との間でも熱
交換が行われ加熱能力が大幅に増加する。このような加
熱能力の増加は処理条件に裕度を与える。例えば被乾燥
物の性状や粒径の違いやバラツキを考慮して加熱温度・
時間などの処理条件を広く調整することが可能となり、
製品品質の安定化につながる。

【００２９】乾燥処理の終了は、被乾燥物の温度上昇な
どに基づいて判断すればよい。乾燥処理が終了すると、
電磁弁２１４，２１５を閉とし、真空ポンプ２１０を停
止する。そして、乾燥容器内に大気又は所定の気体を導
入し、乾燥容器内を大気圧に戻す。その際乾燥容器内に
外気を急激に導入すると被乾燥物が飛散するのでゆっく
りと外気を導入する必要がある。具体的には図１におい
て、フィルタ１３でゴミなどを除去した外気を、電磁弁
１２を閉、電磁弁１４を開として径の小さい管を通して
初期は容器内に導入し、所定圧に達したら電磁弁１２を
開、電磁弁１４を閉として径の大きい管を通して外気を
容器内に導入する。乾燥容器内が大気圧となったら被乾
燥物を容器外へ取り出し、一連の乾燥処理を終了する。

【００３０】図１の真空乾燥装置において第１の凝集器
２０１を図２に示すものとしてもよい。図２は第１の凝
集器２０１の他の態様を示す図である。乾燥容器１の上
部に接続された管１０１の他端を、第１の凝集器２０１
の下部に貯まった貯留水中に差し込み、乾燥容器内から
吸引された気体をバブリングさせる。このような構成に
すると、排気気体中に含まれる臭気成分や微粉を除去で
き、また水蒸気成分をも凝集させることができる。

【００３１】このとき排水ポンプ２０４へ至る管に接続
する、第１の凝集器２０１の底面に設けられた排出口
に、底面から数ｃｍ程の外周壁を設けておけば、沈殿し
た微粉や異物が直ちにフィルタ２１８へ流れ出るのを防
止でき、フィルタ２１８の清掃・交換頻度を少なくする
ことができる。

【００３２】なお上記のように排出気体をバブリングさ
せると、貯留水の温度が上昇して水蒸気圧が大きくな
り、貯留水からの蒸発量が増えるので、図３に示すよう
にヒートポンプシステムの冷却部により第１の凝集器の
貯留水を冷却するようにしてもよい。

【００３３】本発明の真空乾燥装置は、厨房や食品工場
などで生成される水分を多く含む食品製造副産物などの
乾燥に好適に用いることができる。もちろん通常の水分
量を含む物の乾燥にも用いることができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の真空乾燥装置では、該乾燥容器
内の気体を排出する排気手段としてエジェクタ式真空ポ
ンプを用いたので、装置の大型化および製造費の増加を
伴わずに、水分の多い被乾燥物であっても効率的に乾燥
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空乾燥装置の一実施態様を示す図
である。

【図２】凝集器の他の実施態様を示す図である。

【図３】凝集器のさらに他の実施態様を示す図であ
る。

【図４】従来の真空乾燥装置を示す図である。

【符号の説明】

１乾燥容器２排気手段３加熱手段２１０エジェクタ式真空ポンプ２１６逆止弁２０１第１の凝集器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平井好嗣大阪府八尾市跡部本町４丁目１番33号シャープマニファクチャリングシステム株式会社内 (72)発明者増岡真二大阪府八尾市跡部本町４丁目１番33号シャープマニファクチャリングシステム株式会社内 (72)発明者太田勝久大阪府八尾市跡部本町４丁目１番33号シャープマニファクチャリングシステム株式会社内Ｆターム(参考） 3L113 AB05 AC15 AC22 AC24 AC50 AC58 AC64 AC83 AC87 BA02 BA39 DA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被乾燥物を収容する密閉可能な乾燥容器
と、該乾燥容器内の気体を排出する排気手段と、該乾燥
容器内を加熱する加熱手段とを有する真空乾燥装置にお
いて、前記排気手段としてエジェクタ式真空ポンプを用いるこ
とを特徴とする真空乾燥装置。
【請求項２】前記乾燥容器と前記エジェクタ式真空ポ
ンプとをつなぐ管路に逆止弁を設けた請求項１記載の真
空乾燥装置。
【請求項３】前記乾燥容器と前記エジェクタ式真空ポ
ンプとをつなぐ管路中に、弁が配設された少なくとも１
つの分配管を設けて、前記乾燥容器からの排気速度を調
整する請求項１又は２記載の真空乾燥装置。
【請求項４】前記乾燥容器に吸気用管路を設け、該吸
気用管路中に弁が配設された少なくとも１つの分配管を
設けて前記乾燥容器への吸気速度を調整する請求項１〜
３のいずれかに記載の真空乾燥装置。
【請求項５】前記乾燥容器と前記エジェクタ式真空ポ
ンプとをつなぐ管路に凝縮器を設け、該凝縮器内に貯ま
った貯留液に前記乾燥容器からの排出気体をバブリング
させる請求項１〜４のいずれかに記載の真空乾燥装置。
【請求項６】前記凝集器内の貯留液を冷却する冷却手
段を設けた請求項５記載の真空乾燥装置。