JP2005291598A

JP2005291598A - 減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置

Info

Publication number: JP2005291598A
Application number: JP2004105625A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Noda; 勝嗣野田; Yuji Tatsumoto; 雄治立元; Toru Terada; 融寺田; Nobuyuki Komatsu; 伸行小松
Original assignee: Terada Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Terada Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【目的】本発明は、乾燥能力が高く、小型の設備で対応でき、農作物，食品および医薬品原料，産業廃棄物の食品残さ等に対して低温度でありながら短時間で乾燥させることができると共に、殺菌が良好にできる減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置に関する。【構成】装置内を減圧させる真空ポンプＤと、該真空ポンプＤの動作にて減圧した中で蒸気を生成する蒸気タンクＡと、減圧蒸気を加熱して減圧過熱蒸気とする加熱ヒ−タＢと、被乾燥物を乾燥させる流動層乾燥装置本体Ｃとからなること。前記減圧過熱蒸気を前記流動層乾燥装置本体Ｃ内に流入させて減圧過熱蒸気にて被乾燥物ａを流動状態にて乾燥させてなること。
【選択図】図１

Description

本発明は、乾燥能力が高く、小型の設備で対応でき、農作物，食品および医薬品原料，産業廃棄物や食品残渣等に対して、低温度でありながら短時間で乾燥させることができると共に、殺菌が良好にできる減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置に関する。

従来より効率の良い乾燥方法として、熱風温度を上げて、被乾燥物温度との温度差を稼ぐ方法や、過熱蒸気を用いる方法が知られている。過熱蒸気は、熱風を用いるのに比べ、乾燥速度が大きいのが特長であるが、その効果を発揮するのに大気圧下では、１７０℃以上にする必要がある。

また、真空乾燥方式も存在する。この方式で原料を真空乾燥すると、空気は無くなった状態であり、熱をどのように伝えるかというと、通常はプレ−ト上に載せて伝える直接伝熱方式である。この場合のプレ−トは大型化せざるを得ない欠点があった。また、他の真空乾燥方式として、真空凍結乾燥 (フリーズドライ) 方法があるが、前記真空乾燥と比べて、凍結工程が追加されるため、乾燥時間が更にかかり、設備が大型化する上、低温下で殺菌できないという問題があった。また、特許文献１には、流動層乾燥装置は存在するが、乾燥及び殺菌ができる減圧過熱蒸気を用いたものは存在しなかった。
特開平１０−２８５２９号

しかしながら、特に、農作物，食品および医薬品原料，産業廃棄物や食品残渣（被乾燥物）に対して、低温度でありながら短時間で乾燥させることができ、しかも殺菌ができることが要望されている。このため、本発明が解決しようとする課題（技術的課題又は目的等）は、被乾燥物を短時間で乾燥させることができると共に、殺菌ができ、さらに小型の設備で対応することである。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、本発明を、装置内を減圧させる真空ポンプと、該真空ポンプの動作にて減圧した中で蒸気を生成する蒸気タンクと、減圧蒸気を加熱して減圧過熱蒸気とする加熱ヒ−タと、被乾燥物を乾燥させる流動層乾燥装置本体とからなり、前記減圧過熱蒸気を前記乾燥装置本体内に流入させて減圧過熱蒸気にて被乾燥物を流動状態にて乾燥させてなることを特徴とする減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置としたことにより、前記課題を解決した。

また、前記構成において、前記流動層乾燥装置本体内には、ガス分散板を備え、該ガス分散板上で前記被乾燥物のみが流動状態となって乾燥させてなることを特徴とする減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置としたことにより、前記課題を解決した。また、前記構成において、前記流動層乾燥装置本体内には、ガス分散板と流動化粒子を備え、前記ガス分散板上で前記流動化粒子と前記被乾燥物との混合層又は前記流動化粒子のみが流動状態となって乾燥させてなることを特徴とする減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置としたことにより、前記課題を解決した。

また、前記構成において、前記減圧過熱蒸気を約５０℃乃至約２００℃としてなることを特徴とする減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置としたことにより、前記課題を解決した。また、前記構成において、前記流動層乾燥装置本体と前記真空ポンプとの間に前記減圧過熱蒸気の一部を結露させる冷却コンデンサを設けてなることを特徴とする減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置としたことにより、前記課題を解決した。さらに、前記構成において、前記流動層乾燥装置本体と前記真空ポンプとの間に前記減圧過熱蒸気の一部を結露させる冷却コンデンサ及び冷却ユニットを設けてなることを特徴とする減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置としたことにより、前記課題を解決したものである。

請求項１の発明においては、被乾燥物を短時間で乾燥させることができると共に、殺菌ができ、さらに小型の設備で対応できるという効果を奏する。また、請求項２の発明においては、請求項１の発明と同等の効果を奏する。また、請求項２の発明においては、乾燥時間を短縮できるとともに特に請求項１において被乾燥物の適用範囲を広げることができる。さらに、請求項４の発明では、所定の温度で乾燥且つ殺菌ができる。また、請求項５、６の発明では、一層小型の設備で対応できる利点がある。

以下、本発明の第１実施形態について図面に基づいて説明すると、図１は本発明の構成図であって、主に、蒸気タンクＡと、加熱ヒ−タＢと、流動層乾燥装置本体Ｃと、真空ポンプＤと、冷却コンデンサＥと、冷却ユニットＦとから構成されている。さらに、最小限の構成としては、蒸気タンクＡと、加熱ヒ−タＢと、流動層乾燥装置本体Ｃと、真空ポンプＤとからなる。基本的には、流動層乾燥装置本体Ｃ中に、減圧過熱蒸気を流入させ、それを熱源にして、流動層乾燥装置本体Ｃ内での被乾燥物ａを乾燥及び殺菌させるものである。

前記蒸気タンクＡには、タンク本体１の周囲にスチームジャケット２が設けられ、加熱されている。前記タンク本体１には、蒸気として使用する不純物が入っていない水（例えば、イオン交換水、純水など）を蓄水した供給水タンク３が設けられている。前記蒸気タンクＡからは、真空ポンプＤの動作にて減圧した中で蒸気が減圧蒸気として生成される。また、前記蒸気タンクＡと前記流動層乾燥装置本体Ｃとの間には、減圧蒸気供給配管４が設けられている。具体的には、減圧蒸気供給配管４の途中に加熱ヒ−タＢ（電気ヒータ、蒸気ヒータ、オイルヒータなど）が介在し、前記蒸気タンクＡと加熱ヒ−タＢとの間を第１減圧蒸気供給配管４ａといい、前記加熱ヒ−タＢと前記流動層乾燥装置本体Ｃとの間の減圧蒸気供給配管４は、途中で分岐し、前記加熱ヒ−タＢ側を第２減圧蒸気供給配管４ｂと、前記流動層乾燥装置本体Ｃ側を第３減圧蒸気供給配管４ｃとそれぞれいう。

また、前記流動層乾燥装置本体Ｃと真空ポンプＤとの間には、減圧蒸気吸引配管５が設けられている。具体的には、減圧蒸気吸引配管５の途中に冷却コンデンサＥが介在している。前記流動層乾燥装置本体Ｃと冷却コンデンサＥとの間の減圧蒸気吸引配管５は、途中で分岐し、前記流動層乾燥装置本体Ｃ側を第１減圧蒸気吸引配管５ａと、前記冷却コンデンサＥ側を第２減圧蒸気吸引配管５ｂという。さらに、前記冷却コンデンサＥと前記真空ポンプＤとの間を第３減圧蒸気吸引配管５ｃという。

また、前記減圧蒸気供給配管４の分岐箇所及び前記減圧蒸気吸引配管５の分岐箇所には、それぞれ切換弁Ｖ₁、Ｖ₂が設けられている。その相互の分岐箇所間には、減圧蒸気逃がし配管６が設けられている。前記冷却コンデンサＥには、冷却ユニットＦが備えられ、冷却水供給配管７及び冷却水戻り配管８が設けられている。また、前記冷却コンデンサＥには前記冷却ユニットＦが設けられないこともある。９は前記真空ポンプＤの排気管である。１０は結露水ドレンタンクである。

前記流動層乾燥装置本体Ｃは、図３に示すように、ガス分散板２２の上の粒子を流動化させ（固体粒子を液体のように振る舞わせること）、反応、混合、乾燥等に用いる装置である。基本的には、前記ガス分散板２２と、本体内に均一な流速を与える整流部（流入室２１）と、粒子流動層部分（流動化粒子２５＋被乾燥物ａ）とからなっている。具体的には、乾燥筐体２０の下方側に、前記第３減圧蒸気供給配管４ｃを介して減圧過熱蒸気を内部に流入させる流入室２１が形成され、該流入室２１の上に、金網又はガラスフィルタ等のガス分散板２２が前記乾燥筐体２０の断面一杯に横設されている。また、前記乾燥筐体２０の上方側には、被乾燥物ａ及び後述する流動化粒子２５の飛散防止のためのストレーナ２３等が設けられつつ、第１減圧蒸気吸引配管５ａに連続している。さらに、前記乾燥筐体２０にあって、前記ガス分散板２２上が乾燥室２４として構成され、該乾燥室２４内には、流動化粒子２５が所定量充填されている。該流動化粒子２５としては、ガラスビーズ、アルミナビーズ等である。

そして、乾燥させる被乾燥物ａは前記流動化粒子２５と混合した際に流動化が可能な材料が好ましい。前記被乾燥物ａと前記流動化粒子２５とが混ざりあって流動化する。また、流動化粒子２５中に、例えば大きすぎるために流動化が不可能な材料を投入して乾燥させる方法がある。これも流動層乾燥である。前記流動化粒子２５を使用する場合には、該流動化粒子２５を流動化させる必要があるため、ある程度以上のガスを流入させる必要がある。また、あまり高いガス速度では、前記流動化粒子２５が層上部から流出してしまう。このため、ガスの流入速度は、流動化粒子２５層の最小流動化速度（流動化粒子２５層が流動化する最小のガス速度）から粒子の終末速度（流動化粒子２５が飛び出す最小のガス速度）までの間だとする必要がある。この場合でも、流動化粒子２５層の出口側には飛び出した該流動化粒子２５を乾燥筐体２０内にストレーナ２３又はサイクロン等の設備にて戻される。このようなガス速度は、実用化されている通気乾燥に比べるとかなり低く、低いガス速度でも短時間で乾燥を行うことができる。特に、同一ガス速度で乾燥させると、乾燥時間は、流動化粒子２５がある場合の方が極めて短いものである。

また、減圧状態とした場合においても、流動化粒子２５の流動化は可能であり、１ｋＰａ以下の圧力でも運転（流動化）が可能であることが知られている。流動層を用いる場合には、流動化粒子２５の被乾燥物ａへの衝突によって熱が伝わりやすくなり、また、流動化粒子２５そのものからの伝導伝熱を被乾燥物ａに与えることができる。流動化粒子２５層そのものは、前記乾燥筐体２０にヒータ２６を巻きつけるなどすれば容易に予備加熱ができる。これは、壁と流動化粒子２５層の間の熱伝達速度が高いためである。流動層を用いた場合には、流動化粒子２５層内の温度分布が均一となるため、乾燥時の温度制御が容易となる。

また、乾燥が終了した後、被乾燥物ａと流動化粒子２５を分離させる必要がある。このためには例えば、目開き（メッシュ径）を被乾燥物ａの径よりも小さく、且つ流動化粒子２５よりも大きい金網製の被乾燥物ホルダ２７（ステンテス製ふるいかご）を使用し、ふるいわけによって分離させることができる。また、被乾燥物ａが非常に小さい場合には気流に同伴させて乾燥室２４から飛び出させて回収することもできる。図３では、該被乾燥物ホルダ２７の出し入れについては、説明は省略するが、前記乾燥筐体２０に対して簡易且つ迅速にできるものである。また、図中２８ａは流動化粒子用投入口、２８ｂは流動化粒子用排出口である。また、被乾燥物ａが、流動化（固体粒子を液体のように振る舞わせること）し易いものの場合、流動化粒子２５を用いない流動層乾燥装置本体Ｃとすることもある。この場合の被乾燥物ａの例としては、玄米（発芽玄米），種等の食品等がある。

該流動層乾燥装置本体Ｃは、前述のような構成をなし、前記乾燥筐体２０の下方側の流入室２１からの減圧過熱蒸気がガス分散板２２を介して乾燥室２４内に流入し、そこで収納された被乾燥物ホルダ２７内の被乾燥物ａと流動化粒子２５とに減圧過熱蒸気がまんべんなく接触するように構成されている。前記被乾燥物ａは、前記減圧過熱蒸気を熱源にして、乾燥及び殺菌されるものである。

本発明の作用について説明する。まず、蒸気タンクＡから、真空ポンプＤの動作にて減圧した中で蒸気が減圧蒸気として生成される。このとき、減圧蒸気として使用する不純物が入っていない水（例えば、イオン交換水、純水など）は蒸気タンクＡに流入させる。該蒸気タンクＡからの減圧蒸気（例えば、約３８℃）は、減圧（例えば、−９５ｋＰａ）されている。そして、減圧蒸気は加熱ヒ−タＢにて加熱され（例えば、約７５℃）、減圧過熱蒸気となる。この減圧された過熱蒸気である点が大きな特徴である。

図２（Ａ）に示すように、切換弁Ｖ₁、Ｖ₂を通常運転タイプに切換え、第３減圧蒸気供給配管４ｃ、流動層乾燥装置本体Ｃ内、第１減圧蒸気吸引配管５ａを流通するようにし、その減圧過熱蒸気（例えば、約７５℃）を、流動層乾燥装置本体Ｃ内の食品等の被乾燥物ａに接触させて、該被乾燥物ａを乾燥及び殺菌する。この乾燥状態は、流動層乾燥である。すなわち、流動層乾燥とは、装置下部より流入させた気体（減圧過熱蒸気）によって被乾燥物ａを流動的に（浮遊運動）させつつ乾燥を行うものである。このような流動層乾燥を行い、被乾燥物ａから蒸発させて水分を伴った減圧過熱蒸気（例えば、約６７℃）は、前記冷却コンデンサＥにて冷却され（例えば、約２５℃）、水分は結露し結露水ドレンタンク１０内に入る。さらに、前記冷却コンデンサＥからの減圧過熱蒸気は前記真空ポンプＤから排気管９を介して排気される。

また、図２（Ｂ）に示すように、切換弁Ｖ₁、Ｖ₂を運転休止タイプに切換え、その減圧過熱蒸気が、前記流動層乾燥装置本体Ｃ内を通過することなく、減圧蒸気逃がし配管６を介して、冷却コンデンサＥを通り、前記真空ポンプＤから、排気管９を介して排気される。前記流動層乾燥装置本体Ｃ内の食品等の被乾燥物ａが乾燥が完了した場合に、被乾燥物ホルダ２７を引き出して被乾燥物ａを取り出す。

また、乾燥度合いを測定するのに、一実施形態ではあるが、被乾燥物ａを入れた被乾燥物ホルダ２７及び流動層乾燥装置本体Ｃ全体を、乾燥の前後で計量機１５にて計量し、原料の重量を把握し、乾燥具合をチェックすることもある。そして、新たな被乾燥物ａを被乾燥物ホルダ２７を入れて、該被乾燥物ホルダ２７を前記流動層乾燥装置本体Ｃ内に収納する。この状態から、切換弁Ｖ₁、Ｖ₂を通常運転タイプに切換えて乾燥・殺菌を行う。

以上のように、本発明では、流動層乾燥であるがゆえに、被乾燥物ａへの乾燥能力が極めて高く、小型の設備で対応できる。これは真空乾燥する場合と比較したものである。真空乾燥では、プレ−ト上に載せて伝える直接伝熱方式であり、乾燥能力が低い。このため、本発明では、設備費用を比較的割安にできる。また、大気圧下での過熱蒸気（約１７０℃程度）に比べると、品温が低い温度で加熱できるため、乾燥効率を高くできる。さらに、低い温度であっても約５０℃〜約２００℃にての乾燥のため殺菌作用も得られる。

図４は、本発明の実験装置の概略図である。すなわち、ガラスの円筒容器（高さ５００mm、内径６５mm）としての乾燥筐体２０内に、ガラスフィルタとしてのガス分散板２２を配置し、該ガス分散板２２上にガラスビーズ（径０．１２mm、密度２５００kg／ｍ³）と
しての流動化粒子２５を２００mmの高さになるように充填した。流動層容器としての乾燥筐体２０上部に設けた排気口の先に圧力調節バルブ３４及び真空ポンプＤを設置し、流動層乾燥装置本体Ｃにおける乾燥筐体２０内部を減圧した。また、流動層容器としての乾燥筐体２０内の圧力は絶対圧トランスデューサとしての圧力計３３にて測定し、圧力コントローラ３５および前記圧力調節バルブ３４にて調節した。流動層容器としての乾燥筐体２０はヒータ２６で覆い、蒸気の凝縮を防ぐとともに乾燥筐体２０内の温度を調節した。また、液送ポンプ３０で５ml/minの水を３００℃に加熱した電気管状炉３２としての蒸気タンクＡに供給して完全に蒸発させ、その後マントルヒータ及びリボンヒータとしての加熱ヒ−タＢにて所定温度（１５０℃）に過熱した。

なお、水の供給速度は、バルブ付流量計３１にて調節した。被乾燥物ａなるレンガ球を用い、水分３ｇを含ませた後に、流動化粒子２５なる流動層の中心部に挿入（固定）し、被乾燥物ａの中心温度を熱電対（Ｋ型）で測定し、また、所定の時間ごとに被乾燥物ａを取り出して電子天秤にて質量を測定した。図５は実施例１によるデータであって、流動層容器としての乾燥筐体２０内の圧力を２０ｋＰａおよび１０１ｋＰａ（大気圧）とした場合の被乾燥物ａなるレンガ球中心温度および含水率の経時変化を示す。図５から分かるように、２０ｋＰａの場合の乾燥終了時間（含水率が０になるまでの時間）は８分程度であり、大気圧の１１分と比べて短くなった。また、乾燥時のレンガ球中心温度は２０ｋＰａの場合に約６３℃であり、大気圧下での１００℃と比べて低く、低温度での乾燥が可能となった。

＜比較例１＞
実施例２では、流動層を形成させるガラスビーズなる流動化粒子２５を用いないこと以外は実施例１と同じとして、被乾燥物ａなるレンガ球の乾燥を行った。この図６は、実施例２と実施例１との比較データであって、レンガ球の中心温度と含水率の経過時間変化を実施例１の結果とともに示す。流動化粒子ａなるガラスビーズ（流動層）を用いる場合に比べて用いない場合には２０ｋＰａの場合に乾燥時間が４０分、大気圧下では８３分となり、流動化粒子２５なるガラスビーズで流動層を形成させた場合に比べて乾燥時間がかなり長くなった。なお、乾燥時のレンガ球温度は、流動層を用いた場合と用いない場合で同一圧力であれば殆ど変わらなかった。

＜比較例２＞
実施例３であるが、これは、実施例１と同様の方法において乾燥室内の圧力を種々に変化させてレンガ球の乾燥を行った場合である。つまり、図７に、実施例１の圧力を種々に変化させた比較データであって、レンガ球の中心温度および含水率の経過時間変化を示す。圧力が低くなるほど乾燥時間が短くなり、また、中心温度は減少した（７ｋＰａでは約５０℃）ことが分かる。

従来技術の真空乾燥と、従来技術の過熱蒸気流動層乾燥とを結合した構成であるが、特に顕著な効果を奏する発明である。すなわち、真空乾燥と比較して、流動層乾燥であり、乾燥能力が格段と高く、小型の設備で対応できるし、真空乾燥では、プレ−ト上に載せて伝える直接伝熱方式であり、乾燥能力が低いが、本発明では、設備費用を比較的割安にしつつ乾燥能力を著しく高められる。さらに、約５０℃〜約２００℃にての乾燥のため殺菌作用も得られるという多くの利点があり、産業上の利用可能性は極めて大きい。

本発明の構成図である。（Ａ）は通常運転状態とした切換弁関連の主要部材の作用状態を示す構成図、（Ｂ）は運転休止状態とした切換弁関連の主要部材の作用状態を示す構成図である。流動層乾燥装置本体の一部断面とした側面図である。本発明の実施例１の概略図である。本発明の実施例１による乾燥時の被乾燥物（レンガ球）の中心温度と含水率の経時変化のグラフである。本発明の実施例２と実施例１との、乾燥時の被乾燥物（レンガ球）の中心温度の経時変化について比較したグラフである。本発明の別の実施例であって、圧力を種々に変化させた場合の乾燥時の被乾燥物（レンガ球）の中心温度の経時変化について比較したグラフである。

符号の説明

Ａ…蒸気タンク、Ｂ…加熱ヒ−タ、Ｃ…流動層乾燥装置本体、Ｄ…真空ポンプ、
Ｅ…冷却コンデンサ、Ｆ…冷却ユニット、２２…ガス分散板、２５…流動化粒子。

Claims

装置内を減圧させる真空ポンプと、該真空ポンプの動作にて減圧した中で蒸気を生成する蒸気タンクと、減圧蒸気を加熱して減圧過熱蒸気とする加熱ヒ−タと、被乾燥物を乾燥させる流動層乾燥装置本体とからなり、前記減圧過熱蒸気を前記流動層乾燥装置本体内に流入させて減圧過熱蒸気にて被乾燥物を流動状態にて乾燥させてなることを特徴とする減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置。
請求項１において、前記流動層乾燥装置本体内には、ガス分散板を備え、該ガス分散板上で前記被乾燥物のみが流動状態となって乾燥させてなることを特徴とする減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置。
請求項１において、前記流動層乾燥装置本体内には、ガス分散板と流動化粒子を備え、前記ガス分散板上で前記流動化粒子と前記被乾燥物との混合層又は前記流動化粒子のみが流動状態となって乾燥させてなることを特徴とする減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置。
請求項１，２又は３において、前記減圧過熱蒸気を約５０℃乃至約２００℃としてなることを特徴とする減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置。
請求項１，２，３又は４において、前記流動層乾燥装置本体と前記真空ポンプとの間に前記減圧過熱蒸気の一部を結露させる冷却コンデンサを設けてなることを特徴とする減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置。
請求項１，２，３又は４において、前記流動層乾燥装置本体と前記真空ポンプとの間に前記減圧過熱蒸気の一部を結露させる冷却コンデンサ及び冷却ユニットを設けてなることを特徴とする減圧過熱蒸気を用いた流動層乾燥殺菌装置。