JP4217764B2 - 衣類乾燥方法及び前記方法に使用するマイクロ波乾燥機 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は衣類乾燥方法及び前記方法に使用するマイクロ波乾燥機に関する。
【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、乾燥対象物を予備凍結して加熱棚段へ移送し、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５６−１４９４８（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。凍結乾燥を行う圧力は水の平衡水蒸気圧と気圧との相関から３×１０ ^２ Ｐａ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３×１０ ^２ Ｐａ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２７６４０７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７０７８１０（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】
本発明の衣類乾燥方法は、処理容器内に収容した衣類にマイクロ波を印加して前記衣類の水分を蒸発する工程を含み、この工程において前記衣類の含水率が２０％以上であるとき、前記処理容器内の圧力を２×１０ ^４ Ｐａ以下７×１０ ^２ Ｐａ以上、好ましくは２×１０ ^４ Ｐａ以下１×１０ ^４ Ｐａ以上に保つことで、衣類の温度を０℃以上６０℃以下に制御して衣類を乾燥することを第１の特徴とする。
【０００５】
前記方法による乾燥により衣類の含水率が２０％未満となった後には、前記処理容器内の圧力を２×１０ ^４ Ｐａ以上にして乾燥温度を上昇させても良く、この圧力上昇は処理容器を大気開放することにより、又は処理容器内にオゾンを流入することにより行っても良い。
【０００６】
また、衣類の含水率が２０％未満となった後には、前述の圧力上昇と共に衣類に印加するマイクロ波の出力を上昇して乾燥速度を上昇させても良く、さらにはマイクロ波による乾燥に代えて赤外線加熱又は温風加熱による急速加熱を行うものとしても良い。
【０００７】
なお、本発明のマイクロ波乾燥機は、前記各乾燥方法を行うための手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の衣類乾燥方法は、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み、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。衣類の含水率が２０％以上であるとき、処理容器内の圧力を２×１０ ^４ Ｐａ以下７×１０ ^２ Ｐａ以上の真空環境としてマイクロ波により加熱する。このように、処理容器内の圧力を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２×１０ ^４ Ｐａ以下７×１０ ^２ Ｐａ以上に保つことで、衣類が縮みやすい含水率２０％以上の状態において衣類の最高温度を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２×１０ ^４ Ｐａ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７×１０ ^２ Ｐａ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。一方、衣類の含水率が２０％未満となった後には、前記処理容器内を２×１０ ^４ Ｐａ（６０℃の沸点状態）よりも高い圧力にし、衣類に印加するマイクロ波の出力を上昇し、さらにはマイクロ波による乾燥に代えて赤外線加熱又は温風加熱を採用するなどして、乾燥速度を速める等、上記の通り含水率によって気圧管理等の処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乾燥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。また、前記衣類の含水率が２０％以上の状態では２×１０ ^４ Ｐａ以下１×１０ ^４ Ｐａ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２×１０ ^４ Ｐａに制限することと、短時間に乾燥するために気圧を１×１０ ^４ Ｐａ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。なお、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、上記各乾燥方法を行うための手段を備える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。
【０００９】
【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１×１０ ^５ Ｐａ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。２×１０ ^４ Ｐａ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℃、７×１０ ^２ Ｐａ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℃、２×１０ ^４ Ｐａでは６０℃、７×１０ ^２ Ｐａ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。７×１０ ^２ Ｐａ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、７×１０ ^２ Ｐａ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７×１０ ^２ Ｐａよりも低気圧、例えば３×１０ ^２ Ｐａ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。７×１０ ^２ Ｐａ以上２×１０ ^４ Ｐａ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（１×１０ ^５ Ｐａ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むことになる。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７×１０ ^２ Ｐａから２×１０ ^４ Ｐａ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３×１０ ^４ Ｐａ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。２×１０ ^４ Ｐａ以下７×１０ ^２ Ｐａ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。
【００１０】
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２×１０ ^４ Ｐａ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−−−〔１〕、Ｃ（１）＝Ａ＋Ｂ＊ｅｘｐ（−１／τ）−−−〔２〕、Ｃ（２）＝Ａ＋Ｂ＊ｅｘｐ（−２／τ）−−−〔３〕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８４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。
【００１１】
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２×１０ ^４ Ｐａ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６０℃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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
【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)

1. 処理容器内に収容した衣類にマイクロ波を印加して前記衣類の水分を蒸発する工程を含み、
   前記衣類の含水率が２０％以上のとき、前記工程における前記処理容器内の圧力を２×１０ ^４ Ｐａ以下７×１０ ^２ Ｐａ以上に保つことで、衣類の温度を０℃以上６０℃以下に制御することを特徴とする衣類乾燥方法。
2. 前記処理容器内の圧力を２×１０ ^４ Ｐａ以下１×１０ ^４ Ｐａ以上にすることを特徴とする請求項１記載の衣類の乾燥方法。
3. 前記衣類の含水率が２０％未満となった後、前記処理容器内を２×１０ ^４ Ｐａよりも高い圧力にすることを特徴とする請求項１又は２記載の衣類乾燥方法。
4. 前記処理容器内の圧力上昇をオゾンの流入により行うことを特徴とする請求項３記載の衣類の乾燥方法。
5. 前記衣類の含水率が２０％未満となった後、前記マイクロ波の出力を上昇することを特徴とする請求項３又は４記載の衣類乾燥方法。
6. 前記衣類の含水率が２０％未満となった後、前記衣類に赤外線加熱又は温風加熱を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の衣類乾燥方法。
7. 請求項１から６いずれか１項記載の衣類乾燥方法を行うための手段を備えたマイクロ波乾燥機。

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