JP2003265896A - マイクロ波乾燥機およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】縮みやすい衣類を縮ませずに短時間で乾燥させ
る。 【解決手段】水分を含んだ衣類を２Ｅ４Ｐａ以下７Ｅ２
Ｐａ以上の真空環境でマイクロ波により加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波乾燥機および
その使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空乾燥法には様々な技術が提案
されてきた。特公昭５４−４３２１９において、ヒルズ
ブラザースコーヒーは１５分で冷凍できるよう０．１５
〜１．２７ｃｍ厚さの薄い層にして連続的に冷凍し、約
８０％を４メッシュ以下の粒度に破砕してエネルギーを
与え氷を水蒸気に昇華させてコーヒー、ジュース、血
液、生物学的活性物質を冷凍乾燥する方法を提案してい
る。特公昭５４−３２１８０において、協和真空技術
は、乾燥対象物を呼び凍結して加熱棚段へ居そうし、冷
却棚段は水蒸気凝縮器として作動させつつ真空凍結乾燥
することで冷却効率を著しく増大させる技術を提案して
いる。凍結乾燥に関しては、特公昭５６−２４８４７
（ネッスル）、特公昭５５−５６２８（雪印乳業）、特
公昭５６−２６７８５（塩野義製薬）、特公昭５６−１
４９４８（日本真空技術）、特公昭６２−１８８３０
（日本酸素）などが挙げられる。いずれも食品や薬品等
を凍結させて凍結した試料の固形水分（すなわち氷）を
液体状態（水）の状態を介さずに直接気体（水蒸気）に
昇華させる技術に関する発明である。凍結乾燥を行う真
空度は水の平衡水蒸気圧と気圧との相関から３Ｅ２Ｐａ
以下であることが必要である。このようにフリーズドラ
イと呼ばれる凍結乾燥は３Ｅ２Ｐａ以下の比較的よい
（すなわち高真空）真空を用いることが特徴である。試
料を０℃以上に維持して真空中で乾燥させる技術として
は特公平２−２３７９７において日阪製作所が、特公平
７−５６４２７において松井製作所が、特許２７６４０
７において三菱化工機が提案している。試料の加熱方法
にマイクロ波を用いる技術は特公昭６２−４８７９１
（ハウス食品）、特公平２−２３７９７（日阪製作
所）、特公平７−５６４２７（松井製作所）、特許７０
７８１０（松下電器産業）で提案されている。尚、一部
重複して特許を紹介している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の真空乾燥法は食
品や薬品の乾燥のための技術が大半であり、凍結乾燥法
を中心とした従来の真空乾燥法で衣類を乾燥しようとす
ると、凍結による素材の損傷が激しいので使用できな
い。試料を凍結させずに乾燥させる真空乾燥領域の技術
も上記した通りいくつか提案されているが、減圧下で熱
風を吹き付ける等、いかに短時間に試料を乾燥させるか
という技術であるので、試料の素材が縮むことの対策を
施したものはなかった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波乾燥
機の使用方法は、真空中に保持した衣類にマイクロ波を
印加する工程を含むことを第１の特徴とし、第２に、水
分を含んだ衣類を２Ｅ４Ｐａ以下７Ｅ２Ｐａ以上の真空
環境でマイクロ波により加熱することを、第３に、第２
の特徴に加えて、前記衣類の含水率が２０％以上の状態
では２Ｅ４Ｐａ未満７Ｅ２Ｐａ以上の真空状態で加熱す
ることを、第４に、第２の特徴に加えて、前記衣類の含
水率が２０％以上の状態では２Ｅ４Ｐａ未満１Ｅ４Ｐａ
以上の真空状態で加熱することを、第５に、第３または
第４の特徴に加えて、衣類の含水率が２０％未満の状態
においては真空度を２Ｅ４Ｐａ以上にすることを、第６
に、第５の特徴に加えて、含水率が２０％未満において
オゾン雰囲気で衣類を加熱することを特徴とし、本発明
のマイクロ波乾燥機は、第１から第６の特徴を備えた使
用方法を行うことを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のマイクロ波乾燥機の使用
方法において、真空中に保持した衣類にマイクロ波を印
加する工程を含む第１の特徴を備える場合には、洗濯後
で水分を含んだ衣類の乾燥のために真空中でマイクロ波
によって乾燥させる。第２に、水分を含んだ衣類を２Ｅ
４Ｐａ以下７Ｅ２Ｐａ以上の真空環境でマイクロ波によ
り加熱する場合には、水分の平衡場合には、水分の平衡
水蒸気圧温度が６０℃以下で０℃以上になる気圧である
２Ｅ４Ｐａ以下７Ｅ２Ｐａ以上に保つことで、衣類の最
高温度を６０℃以下に、そして、蒸発潜熱によって冷却
された場合の最低温度を０℃以上になるように制限して
いる。気圧を２Ｅ４Ｐａに近く高めに設定するとマイク
ロ波印加で加熱された場合の衣類の温度は６０℃に近づ
き、気圧を７Ｅ２Ｐａ近く低めに設定した場合には衣類
の温度は０℃に近づく。６０℃以下の温度で乾燥させる
ことで衣類の縮みを抑制できる。０℃以上の温度である
ので衣類が凍結することによる損傷も防げる。特に皮製
品の衣類ではこの温度領域での乾燥が大事である。第３
に、第２の特徴に加えて、前記衣類の含水率が２０％以
上の状態では２Ｅ４Ｐａ未満７Ｅ２Ｐａ以上の真空状態
で加熱する特徴を備える場合には、衣類が縮みやすい含
水率２０％以上の状態に限って上記気圧範囲を堅持する
ように制御する。上記の通り含水率によって気圧管理を
明確に分けることで衣類を縮ませないことと短時間で関
す尾させることを両立できる。含水率２０％未満におい
ては上記０℃から６０℃の範囲に制御する必要がないの
で短時間での乾燥または低コストでの乾燥を最適化でき
る。第４に、第２の特徴に加えて、前記衣類の含水率が
２０％以上の状態では２Ｅ４Ｐａ未満１Ｅ４Ｐａ以上の
真空状態で加熱する特徴を備える場合には、含水率が高
く縮みやすい状態において６０℃以上の温度にならない
ように気圧を２Ｅ４Ｐａに制限することと、短時間に乾
燥するために気圧を１Ｅ４Ｐａ以上に維持して衣類の中
での脱水経路を活性化しておく。第５に、第３または第
４の特徴に加えて、衣類の含水率が２０％未満の状態に
おいては真空度を２Ｅ４Ｐａ以上にする特徴を備える場
合には、衣類が縮む懸念が少ない含水率になった場合
に、真空度を２Ｅ４Ｐａ（６０℃の沸点状態）よりも高
気圧にして沸点を上昇させて衣類の温度を上層させる。
こうすることで衣類内部に含有している水分を効率よく
排出して短時間で乾燥させられる。第６に、第５の特徴
に加えて、含水率が２０％未満においてオゾン雰囲気で
衣類を加熱することを特徴とする場合には、衣類の縮み
の懸念が少ない含水率状態において、オゾン雰囲気で衣
類を処理することで衣類の殺菌を行える。本発明のマイ
クロ波乾燥機では、上記第１から第６の特徴を備えた使
用方法を行うことを特徴としている。上記機能を満たす
ために、排気装置、水分トラップ、衣類を収納するメイ
ンの処理容器、衣類の乾燥具合を測定するための重量
計、真空計などを備えている。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例１について説明する。図１は
水および氷の平衡水蒸気圧特性である。大気圧は約１Ｅ
５Ｐａであり、この時の平衡水蒸気圧温度は１００℃で
ある。気圧が下がると平衡水蒸気圧温度は低下してい
く。２Ｅ４Ｐａすなわち大気圧の約１／５の気圧におい
ては平衡水蒸気圧温度は６０℃、７Ｅ２Ｐａにおいては
０℃である。平衡水蒸気圧温度で水は沸騰すると考えて
よいので、大気圧では１００℃、２Ｅ４Ｐａでは６０
℃、７Ｅ２Ｐａでは０℃で水は沸騰して水蒸気になる。
各沸騰温度以上には水温は上昇しない。７Ｅ２Ｐａ以下
の気圧では液体の水の状態ではなく、固体の氷の状態か
ら液体を経由しないで水蒸気になる昇華という過程で相
変化する。つまり、７Ｅ２Ｐａ以下では昇華によって試
料の乾燥を行う凍結乾燥となる。凍結乾燥を行う場合に
は、実用上は７Ｅ２Ｐａよりも低気圧、例えば３Ｅ２Ｐ
ａ程度以下に気圧を下げた環境で試料にエネルギーを付
与して乾燥させる。本発明は皮のコートなどの衣類を洗
濯後に乾燥する過程で衣類から水分が抜ける過程で縮み
が発生しない条件でしかも短時間に乾燥する条件を示
す。７Ｅ２Ｐａ以上２Ｅ４Ｐａ以下の気圧に維持した真
空容器内に衣類を保持して、この衣類にマイクロ波印加
によりエネルギーを付与すれば縮むことなく高速に乾燥
できる。皮のコートの縮みは皮の素材の内部と表面付近
との間の水分含有量の違いが原因の１つである。皮のコ
ートは水分を含んだ状態では膨潤している。大気中（１
Ｅ５Ｐａ気圧）で赤外線加熱などにより皮のコートを加
熱すると表面付近の水分が急速に抜けて表面は膨潤状態
から元の乾燥状態に戻るので縮み、内部はまだ水分を含
んだ膨潤状態であるので、このように表面だけを急速に
乾燥させると皮の素材の表面付近と内部との間で膨張具
合が異なり素材に歪が生じる。その歪を抱えた状態で乾
燥してしまうと素材にしわができてその分だけ素材が縮
みことになる。このしわによる縮みはその後復旧するこ
とはないのでそのコートは最悪の場合使い物にならなく
なる。本発明では皮の素材の内部の水分含有率が均一に
減るように工夫してある。マイクロ波で素材の内部の水
分の分子を振動させる方式（水の分子と共鳴する周波数
で付与）でエネルギーを付与しているので、水分が比較
的多い素材の内部に効率的にエネルギーを付与できる。
乾燥した部分にはエネルギーは付与されない。一方で素
材の表面と接する部分の気圧は大気圧よりも低下させて
いるので素材表面付近の水分は積極的に排除している。
つまり、素材内部の水分には積極的にエネルギーを付与
して拡散を促進して、表面付近の水分は減圧によってす
ばやく取り除いている。この作用を７Ｅ２Ｐａから２Ｅ
４Ｐａの気圧範囲で行うことによって凍結しない０℃以
上の温度でかつ素材を傷めない６０℃以下の温度で行
う。この６０℃以下の温度を使用するという結論は、実
験を積み重ねて得たものである。これ以上の温度（例え
ば７０℃）を許容する気圧である３Ｅ４Ｐａの環境にお
いてマイクロ波加熱乾燥を行った場合には２時間以内に
乾燥させる条件において皮のコートを縮ませずに乾燥す
ることは出来なかった。２Ｅ４Ｐａ以下７Ｅ２Ｐａ以上
の気圧においては２ｋｇの皮のコートに３ｋｇの水分を
含ませた試料を２ｋＷから５ｋＷのマイクロ波エネルギ
ー付与の範囲で２時間以内に縮みなく乾燥させることが
できた。その実験結果を図２に示す。１ｋＷのマイクロ
波では１２０分（２時間）経過後にまだ２００ｇ程度の
水分が残存しているが、１２０分経過後の試料を観察し
た結果、縮みは発生していない。また、手触りや外観は
乾燥していると感じられる。この１ｋＷ１２０分マイク
ロ波処理を施した試料を大気中における赤外線加熱で急
速乾燥させた結果、１０分の処理で完全に乾燥してかつ
縮みは発生しなかった。２ｋｇの素材に対して２００ｇ
（１０％）の水分含有量まで乾燥させた後は赤外線加熱
や温風加熱によって急速乾燥させても縮みが発生しな
い。実験を積み重ねた結果、水分含有量が２０％を超え
なければ加熱方法に因らず縮みが発生しないことがわか
った。

【０００７】本発明の実施例２を説明する。試料の重量
変化の傾向から、試料の乾燥状態での重量（Ａ）と２０
％の含水率になる経過時間を求める方法を示す例であ
る。図３に、実験の内容を示す。この実験は２ｋｇの皮
のコートに３ｋｇの水分を含ませて合計５ｋｇにした試
料を２Ｅ４Ｐａの気圧において１ｋＷのマイクロ波を印
加した場合に、重量がどのように変化したか（右下がり
の曲線）、そしてその曲線から算出した各経過時間にお
ける乾燥状態での重量（Ａ）と重量減衰時定数（τ）を
求めたものである。全体の重量（Ｃ）はＣ（ｔ）＝Ａ＋
Ｂ＊ｅｘｐ（−ｔ／τ）で表される。ここでＡは乾燥状
態の皮コートの重量（ｋｇ）、Ｂはコートに含ませた水
分の初期値（ｋｇ）、ｔはマイクロ波印加の経過時間
（分）、τは減衰時定数（分）である。１分毎に重量変
化を記録していくとすると、０分、１分、２分の記録は
それぞれＣ（０）＝Ａ＋Ｂ−−−、Ｃ（１）＝Ａ＋Ｂ
＊ｅｘｐ（−１／τ）−−−、Ｃ（２）＝Ａ＋Ｂ＊ｅ
ｘｐ（−２／τ）−−−の値と対応する。Ａ、Ｂ、τ
の３つの未知数に対して３本の連立方程式が与えられる
ので各値は求められる。尚、式の展開においてはｘ＾２
−ｙ＾２＝（ｘ−ｙ）＊（ｘ＋ｙ）の関係を利用する。
実際の重量Ｃ（ｔ）から求めた時定数は図３に示す通り
である。２０％含水率まで水分量を減少させるには約８
４分かかることが乾燥の初期から予測されている。重量
の測定は真空容器内に吊るしたハンガーに重量計を取り
付けておき測定をする。予めハンガー等の自重を測定し
ておくことで試料の正味の重量を知ることができる。

【０００８】本発明の実施例３について説明する。図４
と図５を用いて説明する。上記と同様に２ｋｇの皮コー
トに３ｋｇの水分を含ませておいて２Ｅ４Ｐａの気圧で
２ｋＷのマイクロ波を前記皮コートに印加して乾燥させ
る。３５分までの時間で水分が６００ｇにまで減ってい
る。２ｋｇの皮コートに対しては３０％の含水率にな
る。この段階で大気に開放すると重量減衰速度が大きく
なる。４０分経過時にはマイクロ波を２ｋＷから４ｋＷ
に上昇させた。この変化でさらに重量減衰が加速した。
６０分経過時には５０ｇ以下の水分しか残存していな
い。この一連の処理で皮コートの温度変化は図５の通り
である。この実験では２３℃の温度から約１０分間で６
０℃に達してその後３５分までは６０℃を維持してい
る。気圧を大気圧に上昇すると１００℃まで上昇してそ
の後は一定温度に維持される。この実施例の特徴は皮コ
ートを３０％水分までは６０℃に維持して乾燥させてそ
れ以下の含水率では気圧を大気圧に上昇させていること
である。縮まない２０％含水率よりも高い含水率で気圧
を上昇させているが２ｋｇの皮コートに２ｋＷのエネル
ギー印加という条件では上記処理でも縮まないことが確
認できた。マイクロ波のエネルギーを４ｋＷで同様の実
験を行ったら縮んでしまった。

【０００９】本発明の実施例４について説明する。実施
例３において大気開放の替わりにオゾンを流入する方法
である。オゾン環境下でマイクロ波印加することで殺菌
効果がある。

【００１０】本発明の実施例５について説明する。実施
例４を実現する真空乾燥機を組み上げたことについて説
明する。マイクロ波は金属に対して集中的にエネルギー
を付与する性質がある。そこで、皮コートを吊り下げる
ハンガーは金属を排除して陶器で作ってある。

【００１１】

【発明の効果】本発明のマイクロ波乾燥機とその使用方
法を用いると、縮みやすい皮コートを縮ませずに短時間
で乾燥させることができる。この装置および方法は皮コ
ートに限らず、木綿や毛糸の衣類に対しても同様に有効
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す関係図である。

【図２】本発明の実施例１における結果を示す関係図で
ある。

【図３】本発明の実施例２を示す関係図である。

【図４】本発明の実施例３を示す重量変化結果図であ
る。

【図５】本発明の実施例３を示す温度変化結果図であ
る。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空中に保持した衣類にマイクロ波を印加
   する工程を含むマイクロ波乾燥機の使用方法。
2. 【請求項２】水分を含んだ衣類を２Ｅ４Ｐａ以下７Ｅ２
   Ｐａ以上の真空環境でマイクロ波により加熱することを
   特徴とするマイクロ波乾燥機の使用方法。
3. 【請求項３】請求項２のマイクロ波乾燥機の使用方法に
   おいて、前記衣類の含水率が２０％以上の状態では２Ｅ
   ４Ｐａ未満７Ｅ２Ｐａ以上の真空状態で加熱することを
   特徴とするマイクロ波乾燥機の使用方法。
4. 【請求項４】請求項２のマイクロ波乾燥機の使用方法に
   おいて、前記衣類の含水率が２０％以上の状態では２Ｅ
   ４Ｐａ未満１Ｅ４Ｐａ以上の真空状態で加熱することを
   特徴とするマイクロ波乾燥機の使用方法。
5. 【請求項５】請求項３または４のマイクロ波乾燥機の使
   用方法において、衣類の含水率が２０％未満の状態にお
   いては真空度を２Ｅ４Ｐａ以上にすることを特徴とする
   マイクロ波乾燥機の使用方法。
6. 【請求項６】請求項５のマイクロ波乾燥機の使用方法に
   おいて、含水率が２０％未満においてオゾン雰囲気で衣
   類を加熱することを特徴とするマイクロ波乾燥機の使用
   方法。
7. 【請求項７】請求項１から６の使用方法を行うマイクロ
   波乾燥機。