JP2675067B2 - 乾燥装置のための温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、輻射加熱手段とマイクロ波加熱手段とによ
つて被乾燥物を乾燥させる乾燥装置のための温度制御装
置に関し、たとえば、食品、医薬品および工業用素材の
乾燥、真空乾燥および真空凍結乾燥などに用いることが
でき、特に凍結食品の真空凍結乾燥のために有利に実施
することができる乾燥装置のための温度制御装置に関す
る。

従来の技術 典型的な先行技術は、たとえば特開昭56−22085およ
び特公昭62−24232などに開示されている。この先行技
術は、第７図に示すように真空の乾燥室に設けられた凍
結している被乾燥物の表面の温度を温度検出器１によつ
て検出する。この表面温度の予め定める値は、設定器２
によつて設定する。調節計３は、温度検出器１によつて
検出される温度と、設定器２によつて設定される温度設
定値との偏差が零となるように、ライン４から電気信号
を導出して、輻射加熱を行うための電気ヒータ５を構成
するとともに、マイクロ波加熱手段６を付勢する。

発明が解決すべき課題 このような先行技術では、温度検出器１によつて検出
される被乾燥物の表面温度が設定器２によつて設定され
る値となるように、被乾燥物が輻射加熱およびマイクロ
波加熱される。電気ヒータ５は被乾燥物の表面を主とし
て加熱し、これに対して、マイクロ波加熱手段６は、被
乾燥物の内部を主として誘電加熱する。したがつて被乾
燥物の表面温度は前述のように予め定める温度に保たれ
ていても、その被乾燥物の内部の温度は、誘電加熱によ
つて異常に高い温度となり、こげを生じて品質が劣化す
るおそれがある。

本発明の目的は、被乾燥物の乾燥を高品質で達成する
ことができるようにした乾燥装置のための温度制御装置
を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、輻射加熱手段と、マイクロ波加熱手段とに
よつて被乾燥物を乾燥させる乾燥装置のための温度制御
装置において、 被乾燥物の表面の温度を検出する第１の温度検出器
と、 被乾燥物の内部の温度を検出する第２の温度検出器
と、 第１温度検出器と第２温度検出器との出力に応答し、
第１温度検出器と第２温度検出器とによる各検出温度の
うち、高い方の温度と、予め定める表面温度設定値との
偏差がなくなるように輻射加熱手段を構成し、前記高い
方の温度と予め定める内部温度設定値との偏差がなくな
るようにマイクロ波加熱手段を付勢する手段とを含むこ
とを特徴とする乾燥装置のための温度制御装置である。

また本発明は、輻射加熱手段とマイクロ波加熱手段と
によつて被乾燥物を乾燥させる乾燥装置のための温度制
御装置において、 被乾燥物の表面の温度を検出する第１温度検出器と、 第１温度検出器の出力に応答し、その検出温度と、予
め定める表面温度設定値との偏差がなくなるように、輻
射加熱手段を付勢する制御手段と、 被乾燥物の内部の温度を検出する第２の温度検出器
と、 第２温度検出器の出力に応答し、その検出温度と、予
め定める内部温度設定値との偏差がなくなるようにマイ
クロ波加熱手段を付勢する制御手段とを含むことを特徴
とする乾燥装置のための温度制御装置である。

作 用 本発明に従えば、第１温度検出器によつて検出される
被乾燥物の表面温度と、第２温度検出器によつて検出さ
れる被乾燥物の内部温度とのうち、高い方の温度と表面
温度設定値との偏差がなくなるように輻射加熱手段を付
勢し、また前記高い方の温度と内部温度設定値との偏差
がなくなるようにマイクロ波加熱手段を付勢するので、
輻射エネルギの制御とマイクロ波エネルギの制御とを個
別に行うことができ、したがつて被乾燥物が、前記表面
温度設定値および前記内部温度設定値を超えて加熱され
ることがない。したがつて被乾燥物を高品質で乾燥する
ことが可能になる。

さらにまた本発明に従えば、表面温度検出器の出力に
基づいて、その表面温度が、表面温度設定値になるよう
に輻射加熱手段を付勢し、また内部温度の検出した値が
内部温度設定値となるようにマイクロ波加熱手段を付勢
するので、このことによつてもまた被乾燥物の温度が前
記各設定値を超えることはなく、高品質で乾燥を行うこ
とができる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の全体のブロツク図であ
る。凍結食品物などの被乾燥物を、真空凍結乾燥するた
めに、輻射加熱手段としての電気ヒータ11のマイクロ波
加熱手段を構成するスロツトアレイアンテナ12とが設け
られる。

第２図は、第１図に示された実施例の構成を示す断面
図である。ハウジング13内に形成された乾燥室14には、
複数の漏洩導波管であるスロツトアレイアンテナ12が配
置されてこのスロツトアレイアンテナ12の近傍には電気
ヒータ11が配置される。スロツトアレイアンテナ12に
は、マイクロ波発振器17から導波管18を介して、たとえ
ば2450MHzのマイクロ波電力が供給される。スロツトア
レイアンテナ12および電気ヒータ16によつて、それらの
下方に配置されている被乾燥物19が輻射加熱および誘電
加熱されて乾燥される。乾燥室14は、真空ポンプ20に接
続され、乾燥室14が減圧される。

被乾燥物19の表面温度は、たとえば赤外線温度計など
のような第１温度検出器21によつて検出される。また被
乾燥物の内部の温度は、第２温度検出器22によつて検出
される。この第２温度検出器22は、たとえば熱電対が金
属製シールド筒内に収納される構成を有し、このシール
ド筒によつて、マイクロ波による熱電対への悪影響が防
がれ、被乾燥物19の内部に挿入される。第１および第２
温度検出器21,22の出力は、比較回路23に与えられる。
この比較回路23は、第１温度検出器21によつて検出され
る表面温度と、第２温度検出器22によつて検出される内
部温度のうち、高い方の温度を表わす信号をライン24に
導出する。この比較回路23の出力は、いわゆる２設定形
調節計25に備えられている減算器26,27にそれぞれ与え
られる。一方の減算器26には、被乾燥物の予め定める表
面温度設定値を表わす信号が第１設定回路28から与えら
れる。他方の減算器27には、もう１つの第２設定回路29
から、内部温度設定値を表わす電気信号が与えられる。
減算器26は、比較回路御23から出力される電気信号を表
わす温度と第１設定回路28から出力される表面温度設定
値との偏差を表わす電気信号を、ライン30から制御回路
31に与える。制御回路31は、比例、積分および微分制御
を行い、ライン30の電気信号を表わす偏差が零となるよ
うに電気ヒータ11を付勢する。減算器27は、比較回路23
の出力を表わす温度と第２設定回路29において設定され
ている内部温度設定値との偏差を表わす電気信号を、ラ
イン32を介して制御回路33に与える。この制御回路33は
マイクロ波発振器17を付勢して、ライン32の電気信号が
表わす偏差が零となるようにする。

なお乾燥室14において導波管15および電気ヒータ11の
近傍に、温度検出器34を設け、この温度検出器34によつ
て検出される温度が、予め定める上限値、たとえば120
℃以上になつたとき、制御回路33による電気ヒータ11の
電力付勢を停止するように構成してもよい。これによつ
てアンテナ12の熱変形を防ぐことができる。

第３図は、被乾燥物19を電気ヒータ11によつて輻射加
熱しまたはアンテナ12によつて誘電加熱するときの制御
系を示すブロツク図である。被乾燥物19は、ｓをラプラ
ス演算するとき伝達関数G11（ｓ）で表わされるように
電気ヒータ11によつて加熱され、またアンテナ12からの
マイクロ波によつて伝達関数G21（ｓ）で示されるよう
にして加熱され、表面温度が上昇する。また被乾燥物19
は伝達関数G12（ｓ）で示されるように電気ヒータ11に
よつて加熱されまた伝達関数G22（ｓ）で示されるよう
にマイクロ波加熱手段12によつて加熱されて、内部温度
が上昇する。

こうして被乾燥物19が真空の乾燥室14内で凍結された
状態で乾燥されるにあたり、電気ヒータ11およびマイク
ロ波によつて加熱され、第１および第２温度検出器21,2
2によつて検出される温度のうち、高い方の温度と第１
設定回路28によつて設定される表面温度設定値との偏差
が零となるように電気ヒータ11が付勢され、また前記高
い方の温度と第２設定回路29によつて設定される内部温
度設定値との偏差が零となるようにマイクロ波発振手段
17が付勢される。したがつて被乾燥物19の表面温度また
は内部温度が、第１およひ第２設定回路28,29によつて
設定した値を超えることはない。第１および第２設定回
路28,29において設定される表面温度設定値および内部
温度設定値は、たとえば50℃であつてもよい。このよう
にして被乾燥物が過熱されることが防がれるので、高品
質で乾燥を行うことができる。

第４図は、本件発明者の実験結果を示す。第１図〜第
３図に示された実施例において被乾燥物19として、＃８
番うどん6kgを用い、電気ヒータ11によつて、温度検出
器34の検出温度が第４図において棚温度として示される
ように、120℃となるようにしてまたマイクロ波加熱手
段12の出力が450Wとなるようにして乾燥動作を９時間行
つたとき、被乾燥物19の表面温度は50℃に保たれ、その
内部温度は48℃に保たれ、これによつて乾燥が高品質で
行われることが確認された。

第５図は、本発明の他の実施例のブロツク図である。
この実施例は前述の実施例に類似し、対応する部分には
同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施例では、第
１調節計35は、第１温度検出器21によつて検出される表
面温度を表わす電気信号と、第１設定回路28において設
定される表面温度との偏差が例となるように電気ヒータ
11を付勢する。また第２温度検出器22によつて検出され
る被乾燥物19の内部温度と第２設定回路29において設定
される内部温度設定値との偏差が零となるように、調節
計36はマイクロ波発振器17を付勢する。こうして被乾燥
物19の表面温度は前記表面温度設定値に保たれ、また内
部温度は前記内部温度設定値に保たれた状態で乾燥が行
われ、高品質の乾燥が達成される。

第１図〜第３図に示される実施例では、２設定型調節
計25を用いているので、構成が簡略化されるという利点
がある。

第６図は、第５図に示された実施例の制御計を示すブ
ロツク図である。調節計35においては、演算器37と、そ
の減算器37の出力を受信して電気ヒータ11を付勢する制
御回路38とが備えられる。また調節計36は、減算器39
と、その減算器39の出力を受信してマイクロ波発振器17
を付勢する制御回路40が備えられる。

本発明は凍結乾燥だけでなく、凍結を行わないで加熱
して乾燥を行うためにもまた関連して実施することがで
きる。電気ヒータ11に代えて、ガスバーナなどを用いる
輻射加熱手段が用いられてもよい。

効 果 以上のように本発明によれば、被乾燥物が過熱される
ことが防がれ、高品質の乾燥を行うことができ、被乾燥
物のやけ、こげなどを生じることが防がれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロツク図、第２図は第１
図に示された実施例の断面図、第３図は第１図および第
２図に示される実施例の制御系を示すブロツク図、第４
図は第１図〜第３図に示される実施例の本件発明者によ
る実験結果を示すグラフ、第５図は本発明の他の実施例
のブロツク図、第６図は第５図に示される実施例の制御
系を示すブロツク図、第７図は先行技術のブロツク図で
ある。 11……電気ヒータ、12……マイクロ波加熱手段を構成す
るスロツトアレイアンテナ、14……乾燥室、15……スロ
ツトアレイアンテナ、19……被乾燥物、21……第１温度
検出器、22……第２温度検出器、23……比較回路、25…
…２設定形調節計、26,27,37,39……減算器、28……第
１設定回路、29……第２設定回路、31,33,38,40……制
御回路、35,36……調節計

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】輻射加熱手段と、マイクロ波加熱手段とに
   よつて被乾燥物を乾燥させる乾燥装置のための温度制御
   装置において、 被乾燥物の表面の温度を検出する第１の温度検出器と、 被乾燥物の内部の温度を検出する第２の温度検出器と、 第１温度検出器と第２温度検出器との出力に応答し、第
   １温度検出器と第２温度検出器とによる各検出温度のう
   ち、高い方の温度と、予め定める表面温度設定値との偏
   差がなくなるように輻射加熱手段を構成し、前記高い方
   の温度と予め定める内部温度設定値との偏差がなくなる
   ようにマイクロ波加熱手段を付勢する手段とを含むこと
   を特徴とする乾燥装置のための温度制御装置。
2. 【請求項２】輻射加熱手段とマイクロ波加熱手段とによ
   つて被乾燥物を乾燥させる乾燥装置のための温度制御装
   置において、 被乾燥物の表面の温度を検出する第１温度検出器と、 第１温度検出器の出力に応答し、その検出温度と、予め
   定める表面温度設定値との偏差がなくなるように、輻射
   加熱手段を付勢する制御手段と、 被乾燥物の内部の温度を検出する第２の温度検出器と、 第２温度検出器の出力に応答し、その検出温度と、予め
   定める内部温度設定値との偏差がなくなるようにマイク
   ロ波加熱手段を付勢する制御手段とを含むことを特徴と
   する乾燥装置のための温度制御装置。