JP3963126B2 - 液体原料の凍結機構を具えた真空乾燥機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体原料を凍結させた状態で乾燥することにより粉粒体状あるいは薄膜状の固体材料を得る装置に関するものであって、特にコンタミネーションの発生を防止するとともに品質劣化を引き起こすことがなく、更に製造効率を向上することのできる液体原料の凍結機構を具えた真空乾燥機に係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
従来より、食品、医薬品、農薬、飼料、化学薬品等の粉粒体の加工において、液状原料を凍結させた状態で真空乾燥することにより粉粒体等を得る装置としては、凍結室と乾燥室とを組み合わせるとともに、この乾燥室内にコンベヤを具えた乾燥機（例えば特公昭４２−９７１９号）等が用いられている。しかしながらこのタイプの乾燥機を用いて液状原料を乾燥処理するにあたっては、以下に示すような問題点があった。
【０００３】
すなわち前記特公昭４２−９７１９号に開示された装置は、図９に示すように、液体原料Ｌ噴霧用のノズル５０″は凍結部５″内の下部に上向き状態で具えられているため、凍結物Ｇが付着しやすい。この結果噴霧される液滴の大きさが不揃いになってしまい、更に付着物が成長して乾燥室１０″内に落ち込んだ場合には乾燥ムラを引き起こしてしまう。
また凍結部５″を、凍結凝縮コイルを用いた強制冷却を行うものとしたため、凍結部５″が複雑化、大型化してコスト上昇を招くとともに、設置スペースを広く取ってしまっている。
更にまた乾燥室１０″内にバイブレーションコンベヤが位置するためサニタリー性も不充分であり、このため異なる種類の液体原料を続けて処理するのには不向きであった。
【０００４】
また液状原料Ｌを凍結させた状態で真空乾燥することにより粉粒体を得る装置としては、図１０に示すタイプのものもある。この装置は乾燥室１０′内に、適宜の冷却手段によって冷却されるドラムを具え、このドラム表面に液体原料Ｌを噴霧して薄膜状に凍結させた後、この凍結物Ｇをスクレーパによって掻き取り、その後乾燥室１０′内において真空乾燥するものである。
そしてこのタイプの装置にあっても、冷却手段を具える必要があるため、装置の大型化、コスト上昇を招いてしまうといった問題があり、更にはスクレーパ及びドラムの磨耗を避けることはできないため、磨耗粉によりコンタミネーションが発生してしまったり、保守点検及び部品交換を含めたランニングコストの上昇を招いてしまう。
【０００５】
【解決を試みた技術課題】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、液体原料を凍結シート上において貯留させた状態で自己凍結させることにより、装置の大型化を招いてしまうことなく、乾燥ムラや、コンタミネーションの発生、及びコストの上昇を回避することのできる、新規な液体原料の凍結機構を具えた真空乾燥機の開発を技術課題としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の液体原料の付着防止機能を具えた真空乾燥機は、内部空間を乾燥室とした筐体を具え、この筐体に乾燥室内を減圧するための真空発生装置を連通状態に接続し、前記乾燥室内に投入された液体原料を自己凍結させて得られた凍結物を真空乾燥して粉粒体状あるいは薄膜状の固体材料を得る装置において、前記筐体には、液体原料を凍結させて凍結物を得るための凍結部を具えるものであり、この凍結部は、熱容量の小さな断熱材を素材とした凍結シートを展張状態に具えるとともに、この展張状態の凍結シートを伸縮あるいは変形させるための機構を具えて成り、前記凍結シートの上方に液体原料供給用のノズルを具え、このノズルから凍結シート上に供給された液体原料を自己凍結させ、その後、凍結シートを伸縮あるいは変形させて凍結物を剥離した後、この凍結物を真空乾燥できるように構成されていることを特徴として成るものである。
この発明によれば、ノズルから凍結シートに向けて噴霧した液体原料を、この凍結シート上において貯留しながら自己凍結させることができるため、特に自己凍結時間が数秒かかるような液体原料であっても、噴霧液滴が凍結するために必要な飛散空間を設ける必要がない。また凍結部に強制冷却手段を具える必要がないため、装置の小型化を図ることができる。
【０００７】
更にまた請求項２記載の液体原料の付着防止機能を具えた真空乾燥機は、前記要件に加え、前記凍結シートが展張状態に具えられるにあたっては、羽根を具えた回転軸を囲繞し、且つ羽根の先端が凍結シート内側面と接触した状態で具えられるものであり、隣接する二枚の羽根の間に液体原料の貯留部を形成することを特徴として成るものである。
この発明によれば、回転軸を回転させて羽根の移動を行うことにより、隣接する二枚の羽根の間に展張状態で形成される貯留部を変形することができるため、凍結シートの伸縮及び羽根の作用によって、凍結物を容易に凍結シートから剥離することができる。
【０００８】
更にまた請求項３記載の液体原料の付着防止機能を具えた真空乾燥機は、前記請求項２記載の要件に加え、前記凍結部における回転軸は、連続的な回転を行うもの、あるいは一定角度の回転を間欠的に行うものであることを特徴として成るものである。
この発明によれば、凍結シートに形成される貯留部を確実に水平状態として、液体原料の流出を防止することができる。
【０００９】
更にまた請求項４記載の液体原料の付着防止機能を具えた真空乾燥機は、前記要件に加え、前記凍結部を、乾燥室内に具えたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、ノズルから凍結シートに向けて噴霧した液体原料を、この凍結シート上において貯留しながら乾燥室内において自己凍結させることができるため、特に凍結のためだけに用いる空間を設ける必要がない。また凍結部に強制冷却手段を具える必要がない。このため、装置の小型化を図ることができる。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の液体原料の凍結機能を具えた真空乾燥機について説明するものであり、まず真空乾燥機Ｄの構成について説明した後、この装置の作動態様について説明する。なお真空乾燥機Ｄについては、この実施の形態では一例として真空振動乾燥機を採用する。
図１、２中符号Ｄで示すものが本発明の真空乾燥機であり、このものは内部空間を乾燥室１０とした筐体１を弾性体２を介在させて状態で基台Ｂに載置するとともに、筐体１に取り付けたマウントブラケット３に対してバイブレータユニット４を具えて成る。また真空乾燥機Ｄは、前記乾燥室１０内に凍結機構たる凍結部５を具え、更に周辺機器として、コンデンサ、真空ポンプ等を具えて成る真空発生装置６及び熱媒循環機７を具えるものであり、前記乾燥室１０内を真空にするとともに間接加熱するように構成される。
このように構成される真空乾燥機Ｄは、ノズル５０から凍結部５に向けて噴霧した液体原料Ｌ（以下噴霧液滴Ｍと呼ぶ）を、この凍結部５における貯留部５１ａにおいて自己凍結させて薄膜状の凍結物Ｇとし、続いてこの凍結物Ｇを乾燥室１０内に導き、前記バイブレータユニット４によって筐体１を加振することにより流動させながら凍結物Ｇの乾燥処理を行い、粉粒体状あるいは薄膜状の固体材料を得るものである。
【００１１】
以下真空乾燥機Ｄを構成する諸部材について詳しく説明する。
まず前記基台Ｂについて説明すると、このものは一例として図１、２に示すように、鋼材を適宜組み合わせて構成したものであり、この基台Ｂに対して四本の支持柱Ｃが立設される。
また前記弾性体２は、バネ、防振ゴム等の弾性部材によって一例として柱状に形成された部材である。
【００１２】
次に前記筐体１について説明すると、このものは内部空間を乾燥室１０とした横置き円筒状の部材であり、筐体１の側周に固定脚１１を四脚形成し、また円筒両開口部に側板１２を開閉自在に具える。
またこれら筐体１及び側板１２の内側にはジャケット内板１３を設け、更に熱媒ノズル１４を取り付けるとともに、この熱媒ノズル１４に温水等の熱媒循環機７を接続する。
【００１３】
更に前記筐体１の側周部には投入口１５を形成し、その逆側に位置する側板１２に排出口１６を形成し、更に筐体１のほぼ中央に排気口１７を形成するとともに、この排気口１７にフレキシブルパイプＦ等を用いて真空発生装置６を接続する。また前記筐体１の適宜の個所に測定口１８を形成するものであり、この測定口１８には温度センサ、湿度センサ等が取り付けられ、図示しない適宜の制御盤に接続される。
【００１４】
なお前記排出口１６は蓋体１６ａによって開閉されるものであり、この蓋体１６ａはダクト１６ｂに具えたハンドル１６ｃの操作によって排出口１６に接近離反するものである。もちろん蓋体１６ａの開閉を、適宜モータを用いる等して人手を要さないように構成することもできる。
また筐体１の下部にはドレン口１９が形成される。なおこの実施の形態では、乾燥室１０を、排出口１６側を水平線に対して１〜２°下方に傾斜させて基台Ｂ上に設置した。
【００１５】
そして筐体１における投入口１５の下方、すなわち乾燥室１０内に凍結部５を具えるものであり、この凍結部５は側板１２に対して取り付けられる。
また前記凍結部５の上部には、一例としてスプレーノズル等を適用したノズル５０を具えるものであり、この実施の形態では前記ノズル５０を噴出口が下向きになるように乾燥室１０内に設置した。なおノズル５０には管路が接続されるものであり、この管路に対して原料タンク５０ａ、ポンプ５０ｂ及びバルブ５０ｃを具えることにより、原料タンク５０ａに投入された液体原料Ｌを凍結部５に向けて噴霧できるように構成した。更にノズル５０の材質としてフッ素樹脂を用いた場合や、ノズル５０にフッ素樹脂をコーティング等した場合には、液体原料Ｌの付着防止に効果的である。
【００１６】
ここで前記凍結部５について詳しく説明すると、このものは図３に示すように側面視逆Ｕ字型に形成した支持枠５３の両側端に側板５２を接続するとともに、この側板５２に具えた軸受５２ａに、軸方向に沿って羽根５６を具えた回転軸５５を軸支して成る。また回転軸５５は、適宜電動機、ギヤボックス等を具えて成る駆動ユニット５Ｍによって回転駆動される。
そして前記支持枠５３の外側面に対して凍結シート５１を配するとともに、押え枠５４によりこの凍結シート５１を支持枠５３に対して固定する。この凍結シート５１は、熱容量の小さな断熱材を素材として成るものであり、この実施の形態では一例としてフッ素樹脂シートが採用するが、ビニール、ナイロン、シリコン、ポリエステル等のシートを採用することもできる。
なお前記支持枠５３及び押え枠５４にはそれぞれ開口部５３ａ、開口部５４ａが形成されるものであり、前記凍結シート５１の外側面は、乾燥室１０内において露出した状態となる。
【００１７】
上述したように前記凍結部５を構成することにより、前記凍結シート５１は、羽根５６を具えた回転軸５５を囲繞し、且つ羽根５６の先端が凍結シート５１の内側面と接触した状態となるものである。
そして凍結シート５１の一部は、隣接する二枚の羽根５６によって展張された状態となるものであり、この個所の表面部分を貯留部５１ａとする。
なおこの実施の形態では、図３に示すように前記羽根５６の数を四枚としたが、この数に関しては得ようとする凍結物Ｇの大きさに応じて適宜選択することが可能であって、図５には一例として羽根５６を六枚とした実施の形態を示した。この場合には、貯留部５１ａの幅が羽根５６を四枚とした場合よりも狭くなるため、得られる凍結物Ｇは小さなものとなる。
【００１８】
また前記筐体１の外周下部には、図１に示すようにマウントブラケット３を固着するとともに、このマウントブラケット３に対して偏芯錘を具えたバイブレータユニット４を固定する。
【００１９】
本発明の真空乾燥機Ｄは一例として上述のようにして構成されるものであって、以下この真空乾燥機Ｄの作動態様について説明する。
（１）装置のセッティング
まず真空乾燥機Ｄの運転操作に先立ち、側板１２によって筐体１の両開口部を閉鎖するとともに、排出口１６を蓋体１６ａによって閉鎖する。また乾燥室１０内に供給される凍結物Ｇの形状、重量等に応じて、バイブレータユニット４の回転数を決定し、振動周期、振幅の設定を行う。この実施の形態では一例として回転数を１８００ｒｐｍとした。
更に真空発生装置６によって調節される乾燥室１０内の圧力を設定し、熱媒循環機７によって循環する熱媒の温度及び流量を設定する。
また凍結部５の状態を次のように設定しておくものであり、図３（ａ）に示すように、隣接する二枚の羽根５６の先端を同一水平面内に位置させることにより、これら二枚の羽根５６によって展張された状態となる凍結シート５１の一部を水平状態にしておく。なお実際には、この凍結シート５１の水平部分は自重によって撓むものであり、この個所の表面部分が貯留部５１ａとなる。
【００２０】
（２）液状原料の自己凍結
そして前記真空発生装置６を起動して乾燥室１０内を真空状態とし、また熱媒循環機７を起動して熱媒の循環供給を開始する。
続いてポンプ５０ｂを起動するとともに、バルブ５０ｃの開度を適宜調節して、所定量の液体原料Ｌをノズル５０から凍結部５に向けて噴霧するものであり、霧状となった噴霧液滴Ｍは、図３（ａ）に示すように凍結シート５１における貯留部５１ａに滞留し、やがて時間の経過（数秒間）とともに温度が低下して薄膜状の凍結物Ｇとなる。
【００２１】
なお前記ノズル５０として、フラットノズル等を用いることにより、凍結シート５１の長手方向全域に狭い幅で均等に噴霧液滴Ｍを供給することが可能となるものであり、更には乾燥室１０の内壁への噴霧液滴Ｍの付着を回避することができるものである。
【００２２】
（３）凍結物の剥離
そして噴霧液滴Ｍが充分に凍結した時点で、このものを凍結シート５１から剥離する。具体的には駆動ユニット５Ｍを起動して回転軸５５を一定角度間欠的に、あるいは連続的に回転させるものであり、図３に示した四枚の羽根５６を具えた回転軸５５の場合には９０°回転させ、図５に示した六枚の羽根５６を具えた回転軸５５の場合には６０°回転させる。この際、凍結シート５１の裏面における羽根５６との接触個所は変移するものであり、図４（ｂ）に示すように貯留部５１ａが変形するため、凍結部Ｇは凍結シート５１から剥離されて落下し、乾燥室１０内に供給されることとなる。
【００２３】
（４）乾燥動作
乾燥室１０内に至った凍結物Ｇは、バイブレーションユニット４からの振動力を受けて流動しながら乾燥室１０の長手方向広域に分布し、この状態で熱媒からの熱を間接的に受けて昇華乾燥する。
またこの際に生じた水蒸気は排気口１７から真空発生装置６に至り、適宜外部に放出される。
【００２４】
（５）排出動作
やがて凍結物Ｇの水分値が所望のものとなったことを、温度センサ等によって検知した時点で、あるいはあらかじめ設定しておいた処理時間が経過した時点で、排出口１６を開放し、所望の乾燥状態となった粉粒体状あるいは薄膜状の固体材料として外部に排出する。
【００２５】
（６）洗浄作業
なお、異なる種類の液体原料Ｌを続けて処理する場合には、真空乾燥機Ｄの洗浄が必要となるが、この実施の形態で示した真空乾燥機Ｄは、乾燥室１０の内部構造がシンプルであり水洗洗浄を行うことが可能であるため、またノズル５０から凍結シート５１に向けて洗浄水を噴出してこのものを水洗洗浄することができるため、異なる種類の液体原料Ｌを続けて処理することが容易に行えるものである。
【００２６】
上述したように本発明の真空乾燥機Ｄによれば、ノズル５０から噴霧された噴霧液滴Ｍは、凍結部５内における貯留部５１ａにおいて自己凍結し、厚さ０．５〜２ｍｍ程度の薄膜状の凍結物Ｇとなる。その後、この凍結物Ｇは乾燥室１０内に確実に落ち込むため、乾燥ムラやコンタミネーションの発生等を回避することができる。
【００２７】
【他の実施の形態】
本発明は上述した実施の形態を基本となる実施の形態とするものであるが、本発明の技術的思想に基づいて以下に示すような実施の形態を採ることもできる。
まず凍結部５における凍結シート５１を伸縮あるいは変形させるための機構について他の実施の形態を説明する。
すなわち上述した基本となる実施の形態は、回転軸５５に具えた羽根５６によって凍結シート５１の変形を行うようにしたものであり、凍結シート５１の裏面における羽根５６との接触個所が変移するため、凍結シート５１から凍結物Ｇを確実に剥離することができるものであった。
しかしながら凍結シート５１を適宜フッ素樹脂でコーティングする等して剥離性を高めた場合には、図６に示すようなシリンダ５８や適宜のリンク機構等を用いて凍結シート５１の変形を行うような簡素な構成であっても凍結物Ｇを剥離することが可能である。
【００２８】
また本発明の真空乾燥機Ｄは、内部空間を乾燥室１０とした筐体１を具え、この筐体１に乾燥室１０内を減圧するための真空発生装置６を連通状態に接続し、前記乾燥室１０内に投入された液体原料Ｌを自己凍結させて得られた凍結物Ｇを真空乾燥して粉粒体状の固体材料を得る装置であり、前記筐体１には、液体原料Ｌを凍結させて凍結物を得るための凍結部５を具えるものであり、この凍結部５は、熱容量の小さな断熱材を素材とした凍結シート５１を具えるとともに、この凍結シート５１を伸縮あるいは変形させるための機構を具えて成り、前記凍結シート５１の上方に液体原料供給用のノズル５０を具えて成るものである。
従って前記乾燥機の構成についてはいわゆる真空乾燥機のカテゴリーに属するものであれば、種々の形態のものを採ることができるものである。以下二種類の真空乾燥機を例に挙げて説明を行う。
【００２９】
〔円錐型リボン真空乾燥機〕
まず図７に示すように、真空乾燥機Ｄをいわゆる円錐型リボン真空乾燥機タイプのものとすることができる。このものは筐体１の一部または全てを逆円錐状に形成し、更にこの筐体１の内側にジャケット内板１３を具えるとともに、筐体１とジャケット内板１３との間の空間に加熱媒体を通過させることにより、乾燥室１０内に投入した被処理物の乾燥を図る装置である。
なお前記筐体１及びジャケット内板１３の上部開口部を天板１ｂによって閉鎖することにより、筐体１の内部空間を乾燥室１０とするものであり、この天板１ｂに乾燥室１０内を減圧するための真空発生装置６を連通する。
【００３０】
また前記筐体１内には回転軸１００に取りつけた回転翼１０１を具備するものであり、この回転翼１０１によって被処理物をジャケット内板１３の内壁に沿って上昇させ、この上昇された被処理物を再度乾燥室１０下部に落下させることを繰り返し行いながら、被処理物の乾燥促進を図るものである。
更に前記天板１ｂに形成した投入口１５に対して凍結塔５７を連通状態に具えるとともに、この凍結塔５７内に凍結部５を具え、更にこの凍結部５の上部にノズル５０を具るものである。ここで前記凍結塔５７は、乾燥室１０と連通状態となり、真空発生装置６の作用によって真空となる個所であるため、実質的に乾燥室１０の一部を構成するものとしてとらえることができるものである。
【００３１】
このように本発明を円錐型リボン真空乾燥機タイプの真空乾燥機Ｄとして構成した場合にも、ノズル５０から噴霧された噴霧液滴Ｍは、凍結シート５１における貯留部５１ａ上で自己凍結し、薄膜状の凍結物Ｇとなる。その後、この凍結物Ｇは投入口１５を通じて乾燥室１０内に落ち込むため、乾燥ムラや、凍結塔５７と乾燥室１０との連通部を閉鎖してしまうこと等を回避することができる。
【００３２】
〔ベルト式連続真空乾燥機〕
更にまた図８に示すように、真空乾燥機Ｄをいわゆるベルト式連続真空乾燥機タイプのものとすることができる。このものは両端を閉鎖した円筒状の筐体１を横置きし、この筐体１内に実質的に構成される乾燥室１０の長手方向に沿ってベルトコンベヤ１０３を具えて成るものであり、このベルトコンベヤ１０３による搬送過程に蒸気加熱工程、温水加熱工程及び冷却工程を具えて被処理物の乾燥を図るものである。
そして前記乾燥室１０に対して内部を減圧するための真空発生装置６を連通するように接続し、前記乾燥室１０における投入口１５に対して凍結塔５７を連通状態に具えるとともに、この凍結塔５７内に凍結部５を具え、更にこの凍結部５の上部にノズル５０を具るものである。ここで前記凍結塔５７は、乾燥室１０と連通状態となり、真空発生装置６の作用によって真空となる個所であるため、実質的に乾燥室１０の一部を構成するものとしてとらえることができるものである。
【００３３】
このように本発明をベルト式連続真空乾燥機タイプの真空乾燥機Ｄとして構成した場合にも、ノズル５０から噴霧された噴霧液滴Ｍは、凍結シート５１における貯留部５１ａ上で自己凍結し、薄膜状の凍結物Ｇとなる。その後、この凍結物Ｇは投入口１５を通じて乾燥室１０内におけるベルトコンベヤ１０３上に落ち込むため、乾燥ムラや、凍結塔５７と乾燥室１０との連通部を閉鎖してしまうこと等を回避することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、液体原料Ｌを凍結シート５１上において貯留させた状態で自己凍結させることにより、装置の大型化を招いてしまうことなく、乾燥ムラや、コンタミネーションが発生、及びコストの上昇を回避することができ、液体原料Ｌの乾燥、粉粒体の製造を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の真空乾燥機を一部破断して示す正面図である。
【図２】 同上右側面図及び左側面図である。
【図３】 液体原料を貯留させたときの凍結部を示す正面図及び縦断側面図である。
【図４】 凍結物を剥離するときの凍結部を示す正面図及び縦断側面図である。
【図５】 羽根を六枚具えた凍結部を示す縦断側面図である。
【図６】 凍結シートを変形させる機構としてシリンダを用いた実施の形態を示す縦断側面図である。
【図７】 他の実施の形態で示した円錐型リボン真空乾燥機タイプの真空乾燥機を示す正面図である。
【図８】 他の実施の形態で示したベルト式連続真空乾燥機タイプの真空乾燥機を示す正面図である。
【図９】 発明の背景で述べた真空乾燥機を示す正面図である。
【図１０】 発明の背景で述べた真空乾燥機を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 筐体
１０ 乾燥室
１１ 固定脚
１２ 側板
１３ ジャケット内板
１４ 熱媒ノズル
１５ 投入口
１６ 排出口
１６ａ 蓋体
１６ｂ ダクト
１６ｃ ハンドル
１７ 排気口
１８ 測定口
１９ ドレン口
１００ 回転軸
１０１ 回転翼
１０２ 攪拌翼
１０３ ベルトコンベヤ
１０４ シリンダ
１０４ａ アーム
１０５ 加熱プレート
１０６ 落下口
２ 弾性体
３ マウントブラケット
４ バイブレータユニット
５ 凍結部
５Ｍ 駆動ユニット
５０ ノズル
５０ａ 原料タンク
５０ｂ ポンプ
５０ｃ バルブ
５１ 凍結シート
５１ａ 貯留部
５２ 側板
５２ａ 軸受
５３ 支持枠
５３ａ 開口部
５４ 押え枠
５４ａ 開口部
５５ 回転軸
５６ 羽根
５７ 凍結塔
５８ シリンダ
６ 真空発生装置
７ 熱媒循環機
８ マイクロ波発生装置
８０ 導波管
Ｂ 基台
Ｃ 支持柱
Ｄ 真空乾燥機
Ｆ フレキシブルパイプ
Ｇ 凍結物
Ｌ 液体原料
Ｍ 噴霧液滴
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体原料を凍結させた状態で乾燥することにより粉粒体状あるいは薄膜状の固体材料を得る装置に関するものであって、特にコンタミネーションの発生を防止するとともに品質劣化を引き起こすことがなく、更に製造効率を向上することのできる液体原料の凍結機構を具えた真空乾燥機に係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
従来より、食品、医薬品、農薬、飼料、化学薬品等の粉粒体の加工において、液状原料を凍結させた状態で真空乾燥することにより粉粒体等を得る装置としては、凍結室と乾燥室とを組み合わせるとともに、この乾燥室内にコンベヤを具えた乾燥機（例えば特公昭４２−９７１９号）等が用いられている。しかしながらこのタイプの乾燥機を用いて液状原料を乾燥処理するにあたっては、以下に示すような問題点があった。
【０００３】
すなわち前記特公昭４２−９７１９号に開示された装置は、図９に示すように、液体原料Ｌ噴霧用のノズル５０″は凍結部５″内の下部に上向き状態で具えられているため、凍結物Ｇが付着しやすい。この結果噴霧される液滴の大きさが不揃いになってしまい、更に付着物が成長して乾燥室１０″内に落ち込んだ場合には乾燥ムラを引き起こしてしまう。
また凍結部５″を、凍結凝縮コイルを用いた強制冷却を行うものとしたため、凍結部５″が複雑化、大型化してコスト上昇を招くとともに、設置スペースを広く取ってしまっている。
更にまた乾燥室１０″内にバイブレーションコンベヤが位置するためサニタリー性も不充分であり、このため異なる種類の液体原料を続けて処理するのには不向きであった。
【０００４】
また液状原料Ｌを凍結させた状態で真空乾燥することにより粉粒体を得る装置としては、図１０に示すタイプのものもある。この装置は乾燥室１０′内に、適宜の冷却手段によって冷却されるドラムを具え、このドラム表面に液体原料Ｌを噴霧して薄膜状に凍結させた後、この凍結物Ｇをスクレーパによって掻き取り、その後乾燥室１０′内において真空乾燥するものである。
そしてこのタイプの装置にあっても、冷却手段を具える必要があるため、装置の大型化、コスト上昇を招いてしまうといった問題があり、更にはスクレーパ及びドラムの磨耗を避けることはできないため、磨耗粉によりコンタミネーションが発生してしまったり、保守点検及び部品交換を含めたランニングコストの上昇を招いてしまう。
【０００５】
【解決を試みた技術課題】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、液体原料を凍結シート上において貯留させた状態で自己凍結させることにより、装置の大型化を招いてしまうことなく、乾燥ムラや、コンタミネーションの発生、及びコストの上昇を回避することのできる、新規な液体原料の凍結機構を具えた真空乾燥機の開発を技術課題としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の液体原料の付着防止機能を具えた真空乾燥機は、内部空間を乾燥室とした筐体を具え、この筐体に乾燥室内を減圧するための真空発生装置を連通状態に接続し、前記乾燥室内に投入された液体原料を自己凍結させて得られた凍結物を真空乾燥して粉粒体状あるいは薄膜状の固体材料を得る装置において、前記筐体には、液体原料を凍結させて凍結物を得るための凍結部を具えるものであり、この凍結部は、熱容量の小さな断熱材を素材とした凍結シートを展張状態に具えるとともに、この展張状態の凍結シートを伸縮あるいは変形させるための機構を具えて成り、前記凍結シートの上方に液体原料供給用のノズルを具え、このノズルから凍結シート上に供給された液体原料を自己凍結させ、その後、凍結シートを伸縮あるいは変形させて凍結物を剥離した後、この凍結物を真空乾燥できるように構成されていることを特徴として成るものである。
この発明によれば、ノズルから凍結シートに向けて噴霧した液体原料を、この凍結シート上において貯留しながら自己凍結させることができるため、特に自己凍結時間が数秒かかるような液体原料であっても、噴霧液滴が凍結するために必要な飛散空間を設ける必要がない。また凍結部に強制冷却手段を具える必要がないため、装置の小型化を図ることができる。
【０００７】
更にまた請求項２記載の液体原料の付着防止機能を具えた真空乾燥機は、前記要件に加え、前記凍結シートが展張状態に具えられるにあたっては、羽根を具えた回転軸を囲繞し、且つ羽根の先端が凍結シート内側面と接触した状態で具えられるものであり、隣接する二枚の羽根の間に液体原料の貯留部を形成することを特徴として成るものである。
この発明によれば、回転軸を回転させて羽根の移動を行うことにより、隣接する二枚の羽根の間に展張状態で形成される貯留部を変形することができるため、凍結シートの伸縮及び羽根の作用によって、凍結物を容易に凍結シートから剥離することができる。
【０００８】
更にまた請求項３記載の液体原料の付着防止機能を具えた真空乾燥機は、前記請求項２記載の要件に加え、前記凍結部における回転軸は、連続的な回転を行うもの、あるいは一定角度の回転を間欠的に行うものであることを特徴として成るものである。
この発明によれば、凍結シートに形成される貯留部を確実に水平状態として、液体原料の流出を防止することができる。
【０００９】
更にまた請求項４記載の液体原料の付着防止機能を具えた真空乾燥機は、前記要件に加え、前記凍結部を、乾燥室内に具えたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、ノズルから凍結シートに向けて噴霧した液体原料を、この凍結シート上において貯留しながら乾燥室内において自己凍結させることができるため、特に凍結のためだけに用いる空間を設ける必要がない。また凍結部に強制冷却手段を具える必要がない。このため、装置の小型化を図ることができる。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の液体原料の凍結機能を具えた真空乾燥機について説明するものであり、まず真空乾燥機Ｄの構成について説明した後、この装置の作動態様について説明する。なお真空乾燥機Ｄについては、この実施の形態では一例として真空振動乾燥機を採用する。
図１、２中符号Ｄで示すものが本発明の真空乾燥機であり、このものは内部空間を乾燥室１０とした筐体１を弾性体２を介在させて状態で基台Ｂに載置するとともに、筐体１に取り付けたマウントブラケット３に対してバイブレータユニット４を具えて成る。また真空乾燥機Ｄは、前記乾燥室１０内に凍結機構たる凍結部５を具え、更に周辺機器として、コンデンサ、真空ポンプ等を具えて成る真空発生装置６及び熱媒循環機７を具えるものであり、前記乾燥室１０内を真空にするとともに間接加熱するように構成される。
このように構成される真空乾燥機Ｄは、ノズル５０から凍結部５に向けて噴霧した液体原料Ｌ（以下噴霧液滴Ｍと呼ぶ）を、この凍結部５における貯留部５１ａにおいて自己凍結させて薄膜状の凍結物Ｇとし、続いてこの凍結物Ｇを乾燥室１０内に導き、前記バイブレータユニット４によって筐体１を加振することにより流動させながら凍結物Ｇの乾燥処理を行い、粉粒体状あるいは薄膜状の固体材料を得るものである。
【００１１】
以下真空乾燥機Ｄを構成する諸部材について詳しく説明する。
まず前記基台Ｂについて説明すると、このものは一例として図１、２に示すように、鋼材を適宜組み合わせて構成したものであり、この基台Ｂに対して四本の支持柱Ｃが立設される。
また前記弾性体２は、バネ、防振ゴム等の弾性部材によって一例として柱状に形成された部材である。
【００１２】
次に前記筐体１について説明すると、このものは内部空間を乾燥室１０とした横置き円筒状の部材であり、筐体１の側周に固定脚１１を四脚形成し、また円筒両開口部に側板１２を開閉自在に具える。
またこれら筐体１及び側板１２の内側にはジャケット内板１３を設け、更に熱媒ノズル１４を取り付けるとともに、この熱媒ノズル１４に温水等の熱媒循環機７を接続する。
【００１３】
更に前記筐体１の側周部には投入口１５を形成し、その逆側に位置する側板１２に排出口１６を形成し、更に筐体１のほぼ中央に排気口１７を形成するとともに、この排気口１７にフレキシブルパイプＦ等を用いて真空発生装置６を接続する。また前記筐体１の適宜の個所に測定口１８を形成するものであり、この測定口１８には温度センサ、湿度センサ等が取り付けられ、図示しない適宜の制御盤に接続される。
【００１４】
なお前記排出口１６は蓋体１６ａによって開閉されるものであり、この蓋体１６ａはダクト１６ｂに具えたハンドル１６ｃの操作によって排出口１６に接近離反するものである。もちろん蓋体１６ａの開閉を、適宜モータを用いる等して人手を要さないように構成することもできる。
また筐体１の下部にはドレン口１９が形成される。なおこの実施の形態では、乾燥室１０を、排出口１６側を水平線に対して１〜２°下方に傾斜させて基台Ｂ上に設置した。
【００１５】
そして筐体１における投入口１５の下方、すなわち乾燥室１０内に凍結部５を具えるものであり、この凍結部５は側板１２に対して取り付けられる。
また前記凍結部５の上部には、一例としてスプレーノズル等を適用したノズル５０を具えるものであり、この実施の形態では前記ノズル５０を噴出口が下向きになるように乾燥室１０内に設置した。なおノズル５０には管路が接続されるものであり、この管路に対して原料タンク５０ａ、ポンプ５０ｂ及びバルブ５０ｃを具えることにより、原料タンク５０ａに投入された液体原料Ｌを凍結部５に向けて噴霧できるように構成した。更にノズル５０の材質としてフッ素樹脂を用いた場合や、ノズル５０にフッ素樹脂をコーティング等した場合には、液体原料Ｌの付着防止に効果的である。
【００１６】
ここで前記凍結部５について詳しく説明すると、このものは図３に示すように側面視逆Ｕ字型に形成した支持枠５３の両側端に側板５２を接続するとともに、この側板５２に具えた軸受５２ａに、軸方向に沿って羽根５６を具えた回転軸５５を軸支して成る。また回転軸５５は、適宜電動機、ギヤボックス等を具えて成る駆動ユニット５Ｍによって回転駆動される。
そして前記支持枠５３の外側面に対して凍結シート５１を配するとともに、押え枠５４によりこの凍結シート５１を支持枠５３に対して固定する。この凍結シート５１は、熱容量の小さな断熱材を素材として成るものであり、この実施の形態では一例としてフッ素樹脂シートが採用するが、ビニール、ナイロン、シリコン、ポリエステル等のシートを採用することもできる。
なお前記支持枠５３及び押え枠５４にはそれぞれ開口部５３ａ、開口部５４ａが形成されるものであり、前記凍結シート５１の外側面は、乾燥室１０内において露出した状態となる。
【００１７】
上述したように前記凍結部５を構成することにより、前記凍結シート５１は、羽根５６を具えた回転軸５５を囲繞し、且つ羽根５６の先端が凍結シート５１の内側面と接触した状態となるものである。
そして凍結シート５１の一部は、隣接する二枚の羽根５６によって展張された状態となるものであり、この個所の表面部分を貯留部５１ａとする。
なおこの実施の形態では、図３に示すように前記羽根５６の数を四枚としたが、この数に関しては得ようとする凍結物Ｇの大きさに応じて適宜選択することが可能であって、図５には一例として羽根５６を六枚とした実施の形態を示した。この場合には、貯留部５１ａの幅が羽根５６を四枚とした場合よりも狭くなるため、得られる凍結物Ｇは小さなものとなる。
【００１８】
また前記筐体１の外周下部には、図１に示すようにマウントブラケット３を固着するとともに、このマウントブラケット３に対して偏芯錘を具えたバイブレータユニット４を固定する。
【００１９】
本発明の真空乾燥機Ｄは一例として上述のようにして構成されるものであって、以下この真空乾燥機Ｄの作動態様について説明する。
（１）装置のセッティング
まず真空乾燥機Ｄの運転操作に先立ち、側板１２によって筐体１の両開口部を閉鎖するとともに、排出口１６を蓋体１６ａによって閉鎖する。また乾燥室１０内に供給される凍結物Ｇの形状、重量等に応じて、バイブレータユニット４の回転数を決定し、振動周期、振幅の設定を行う。この実施の形態では一例として回転数を１８００ｒｐｍとした。
更に真空発生装置６によって調節される乾燥室１０内の圧力を設定し、熱媒循環機７によって循環する熱媒の温度及び流量を設定する。
また凍結部５の状態を次のように設定しておくものであり、図３（ａ）に示すように、隣接する二枚の羽根５６の先端を同一水平面内に位置させることにより、これら二枚の羽根５６によって展張された状態となる凍結シート５１の一部を水平状態にしておく。なお実際には、この凍結シート５１の水平部分は自重によって撓むものであり、この個所の表面部分が貯留部５１ａとなる。
【００２０】
（２）液状原料の自己凍結
そして前記真空発生装置６を起動して乾燥室１０内を真空状態とし、また熱媒循環機７を起動して熱媒の循環供給を開始する。
続いてポンプ５０ｂを起動するとともに、バルブ５０ｃの開度を適宜調節して、所定量の液体原料Ｌをノズル５０から凍結部５に向けて噴霧するものであり、霧状となった噴霧液滴Ｍは、図３（ａ）に示すように凍結シート５１における貯留部５１ａに滞留し、やがて時間の経過（数秒間）とともに温度が低下して薄膜状の凍結物Ｇとなる。
【００２１】
なお前記ノズル５０として、フラットノズル等を用いることにより、凍結シート５１の長手方向全域に狭い幅で均等に噴霧液滴Ｍを供給することが可能となるものであり、更には乾燥室１０の内壁への噴霧液滴Ｍの付着を回避することができるものである。
【００２２】
（３）凍結物の剥離
そして噴霧液滴Ｍが充分に凍結した時点で、このものを凍結シート５１から剥離する。具体的には駆動ユニット５Ｍを起動して回転軸５５を一定角度間欠的に、あるいは連続的に回転させるものであり、図３に示した四枚の羽根５６を具えた回転軸５５の場合には９０°回転させ、図５に示した六枚の羽根５６を具えた回転軸５５の場合には６０°回転させる。この際、凍結シート５１の裏面における羽根５６との接触個所は変移するものであり、図４（ｂ）に示すように貯留部５１ａが変形するため、凍結部Ｇは凍結シート５１から剥離されて落下し、乾燥室１０内に供給されることとなる。
【００２３】
（４）乾燥動作
乾燥室１０内に至った凍結物Ｇは、バイブレーションユニット４からの振動力を受けて流動しながら乾燥室１０の長手方向広域に分布し、この状態で熱媒からの熱を間接的に受けて昇華乾燥する。
またこの際に生じた水蒸気は排気口１７から真空発生装置６に至り、適宜外部に放出される。
【００２４】
（５）排出動作
やがて凍結物Ｇの水分値が所望のものとなったことを、温度センサ等によって検知した時点で、あるいはあらかじめ設定しておいた処理時間が経過した時点で、排出口１６を開放し、所望の乾燥状態となった粉粒体状あるいは薄膜状の固体材料として外部に排出する。
【００２５】
（６）洗浄作業
なお、異なる種類の液体原料Ｌを続けて処理する場合には、真空乾燥機Ｄの洗浄が必要となるが、この実施の形態で示した真空乾燥機Ｄは、乾燥室１０の内部構造がシンプルであり水洗洗浄を行うことが可能であるため、またノズル５０から凍結シート５１に向けて洗浄水を噴出してこのものを水洗洗浄することができるため、異なる種類の液体原料Ｌを続けて処理することが容易に行えるものである。
【００２６】
上述したように本発明の真空乾燥機Ｄによれば、ノズル５０から噴霧された噴霧液滴Ｍは、凍結部５内における貯留部５１ａにおいて自己凍結し、厚さ０．５〜２ｍｍ程度の薄膜状の凍結物Ｇとなる。その後、この凍結物Ｇは乾燥室１０内に確実に落ち込むため、乾燥ムラやコンタミネーションの発生等を回避することができる。
【００２７】
【他の実施の形態】
本発明は上述した実施の形態を基本となる実施の形態とするものであるが、本発明の技術的思想に基づいて以下に示すような実施の形態を採ることもできる。
まず凍結部５における凍結シート５１を伸縮あるいは変形させるための機構について他の実施の形態を説明する。
すなわち上述した基本となる実施の形態は、回転軸５５に具えた羽根５６によって凍結シート５１の変形を行うようにしたものであり、凍結シート５１の裏面における羽根５６との接触個所が変移するため、凍結シート５１から凍結物Ｇを確実に剥離することができるものであった。
しかしながら凍結シート５１を適宜フッ素樹脂でコーティングする等して剥離性を高めた場合には、図６に示すようなシリンダ５８や適宜のリンク機構等を用いて凍結シート５１の変形を行うような簡素な構成であっても凍結物Ｇを剥離することが可能である。
【００２８】
また本発明の真空乾燥機Ｄは、内部空間を乾燥室１０とした筐体１を具え、この筐体１に乾燥室１０内を減圧するための真空発生装置６を連通状態に接続し、前記乾燥室１０内に投入された液体原料Ｌを自己凍結させて得られた凍結物Ｇを真空乾燥して粉粒体状の固体材料を得る装置であり、前記筐体１には、液体原料Ｌを凍結させて凍結物を得るための凍結部５を具えるものであり、この凍結部５は、熱容量の小さな断熱材を素材とした凍結シート５１を具えるとともに、この凍結シート５１を伸縮あるいは変形させるための機構を具えて成り、前記凍結シート５１の上方に液体原料供給用のノズル５０を具えて成るものである。
従って前記乾燥機の構成についてはいわゆる真空乾燥機のカテゴリーに属するものであれば、種々の形態のものを採ることができるものである。以下二種類の真空乾燥機を例に挙げて説明を行う。
【００２９】
〔円錐型リボン真空乾燥機〕
まず図７に示すように、真空乾燥機Ｄをいわゆる円錐型リボン真空乾燥機タイプのものとすることができる。このものは筐体１の一部または全てを逆円錐状に形成し、更にこの筐体１の内側にジャケット内板１３を具えるとともに、筐体１とジャケット内板１３との間の空間に加熱媒体を通過させることにより、乾燥室１０内に投入した被処理物の乾燥を図る装置である。
なお前記筐体１及びジャケット内板１３の上部開口部を天板１ｂによって閉鎖することにより、筐体１の内部空間を乾燥室１０とするものであり、この天板１ｂに乾燥室１０内を減圧するための真空発生装置６を連通する。
【００３０】
また前記筐体１内には回転軸１００に取りつけた回転翼１０１を具備するものであり、この回転翼１０１によって被処理物をジャケット内板１３の内壁に沿って上昇させ、この上昇された被処理物を再度乾燥室１０下部に落下させることを繰り返し行いながら、被処理物の乾燥促進を図るものである。
更に前記天板１ｂに形成した投入口１５に対して凍結塔５７を連通状態に具えるとともに、この凍結塔５７内に凍結部５を具え、更にこの凍結部５の上部にノズル５０を具るものである。ここで前記凍結塔５７は、乾燥室１０と連通状態となり、真空発生装置６の作用によって真空となる個所であるため、実質的に乾燥室１０の一部を構成するものとしてとらえることができるものである。
【００３１】
このように本発明を円錐型リボン真空乾燥機タイプの真空乾燥機Ｄとして構成した場合にも、ノズル５０から噴霧された噴霧液滴Ｍは、凍結シート５１における貯留部５１ａ上で自己凍結し、薄膜状の凍結物Ｇとなる。その後、この凍結物Ｇは投入口１５を通じて乾燥室１０内に落ち込むため、乾燥ムラや、凍結塔５７と乾燥室１０との連通部を閉鎖してしまうこと等を回避することができる。
【００３２】
〔ベルト式連続真空乾燥機〕
更にまた図８に示すように、真空乾燥機Ｄをいわゆるベルト式連続真空乾燥機タイプのものとすることができる。このものは両端を閉鎖した円筒状の筐体１を横置きし、この筐体１内に実質的に構成される乾燥室１０の長手方向に沿ってベルトコンベヤ１０３を具えて成るものであり、このベルトコンベヤ１０３による搬送過程に蒸気加熱工程、温水加熱工程及び冷却工程を具えて被処理物の乾燥を図るものである。
そして前記乾燥室１０に対して内部を減圧するための真空発生装置６を連通するように接続し、前記乾燥室１０における投入口１５に対して凍結塔５７を連通状態に具えるとともに、この凍結塔５７内に凍結部５を具え、更にこの凍結部５の上部にノズル５０を具るものである。ここで前記凍結塔５７は、乾燥室１０と連通状態となり、真空発生装置６の作用によって真空となる個所であるため、実質的に乾燥室１０の一部を構成するものとしてとらえることができるものである。
【００３３】
このように本発明をベルト式連続真空乾燥機タイプの真空乾燥機Ｄとして構成した場合にも、ノズル５０から噴霧された噴霧液滴Ｍは、凍結シート５１における貯留部５１ａ上で自己凍結し、薄膜状の凍結物Ｇとなる。その後、この凍結物Ｇは投入口１５を通じて乾燥室１０内におけるベルトコンベヤ１０３上に落ち込むため、乾燥ムラや、凍結塔５７と乾燥室１０との連通部を閉鎖してしまうこと等を回避することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、液体原料Ｌを凍結シート５１上において貯留させた状態で自己凍結させることにより、装置の大型化を招いてしまうことなく、乾燥ムラや、コンタミネーションが発生、及びコストの上昇を回避することができ、液体原料Ｌの乾燥、粉粒体の製造を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の真空乾燥機を一部破断して示す正面図である。
【図２】 同上右側面図及び左側面図である。
【図３】 液体原料を貯留させたときの凍結部を示す正面図及び縦断側面図である。
【図４】 凍結物を剥離するときの凍結部を示す正面図及び縦断側面図である。
【図５】 羽根を六枚具えた凍結部を示す縦断側面図である。
【図６】 凍結シートを変形させる機構としてシリンダを用いた実施の形態を示す縦断側面図である。
【図７】 他の実施の形態で示した円錐型リボン真空乾燥機タイプの真空乾燥機を示す正面図である。
【図８】 他の実施の形態で示したベルト式連続真空乾燥機タイプの真空乾燥機を示す正面図である。
【図９】 発明の背景で述べた真空乾燥機を示す正面図である。
【図１０】 発明の背景で述べた真空乾燥機を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 筐体
１０ 乾燥室
１１ 固定脚
１２ 側板
１３ ジャケット内板
１４ 熱媒ノズル
１５ 投入口
１６ 排出口
１６ａ 蓋体
１６ｂ ダクト
１６ｃ ハンドル
１７ 排気口
１８ 測定口
１９ ドレン口
１００ 回転軸
１０１ 回転翼
１０２ 攪拌翼
１０３ ベルトコンベヤ
１０４ シリンダ
１０４ａ アーム
１０５ 加熱プレート
１０６ 落下口
２ 弾性体
３ マウントブラケット
４ バイブレータユニット
５ 凍結部
５Ｍ 駆動ユニット
５０ ノズル
５０ａ 原料タンク
５０ｂ ポンプ
５０ｃ バルブ
５１ 凍結シート
５１ａ 貯留部
５２ 側板
５２ａ 軸受
５３ 支持枠
５３ａ 開口部
５４ 押え枠
５４ａ 開口部
５５ 回転軸
５６ 羽根
５７ 凍結塔
５８ シリンダ
６ 真空発生装置
７ 熱媒循環機
８ マイクロ波発生装置
８０ 導波管
Ｂ 基台
Ｃ 支持柱
Ｄ 真空乾燥機
Ｆ フレキシブルパイプ
Ｇ 凍結物
Ｌ 液体原料
Ｍ 噴霧液滴
Claims (4)
- 内部空間を乾燥室とした筐体を具え、この筐体に乾燥室内を減圧するための真空発生装置を連通状態に接続し、前記乾燥室内に投入された液体原料を自己凍結させて得られた凍結物を真空乾燥して粉粒体状あるいは薄膜状の固体材料を得る装置において、前記筐体には、液体原料を凍結させて凍結物を得るための凍結部を具えるものであり、この凍結部は、熱容量の小さな断熱材を素材とした凍結シートを展張状態に具えるとともに、この展張状態の凍結シートを伸縮あるいは変形させるための機構を具えて成り、前記凍結シートの上方に液体原料供給用のノズルを具え、このノズルから凍結シート上に供給された液体原料を自己凍結させ、その後、凍結シートを伸縮あるいは変形させて凍結物を剥離した後、この凍結物を真空乾燥できるように構成されていることを特徴とする液体原料の凍結機構を具えた真空乾燥機。
- 前記凍結シートが展張状態に具えられるにあたっては、羽根を具えた回転軸を囲繞し、且つ羽根の先端が凍結シート内側面と接触した状態で具えられるものであり、隣接する二枚の羽根の間に液体原料の貯留部を形成することを特徴とする請求項１記載の液体原料の凍結機構を具えた真空乾燥機。
- 前記凍結部における回転軸は、連続的な回転を行うもの、あるいは一定角度の回転を間欠的に行うものであることを特徴とする請求項２記載の液体原料の凍結機構を具えた真空乾燥機。
- 前記凍結部を、乾燥室内に具えたことを特徴とする請求項１、２または３記載の液体原料の凍結機構を具えた真空乾燥機。
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