JP5401152B2 - 回転型処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理物を筒状体（円筒状体）の容器内で移動させながら、加熱，乾燥，焙煎，水蒸気加熱，水蒸気蒸留，水蒸気抽出等の各種の処理を、いわゆるバッチ処理方式によって行う際に好適に利用可能な回転型処理装置に関するものである。

従来、加熱された円筒体を回転させることにより、この円筒体内に供給された被処理物に対して熱処理を行う回転型処理装置（回転レトルト炉）が知られている（例えば、特許文献１〜５参照）。これらのうち、例えば特許文献１に示される装置は、水平方向に挿設した炉芯管の外周面が耐熱部材で被覆され、上記炉芯管をモータ駆動してなる回転レトルト炉であって、上記炉芯管の内部には炉芯管の内径より小さい翼片を放射状に形成したビーター部材を挿脱可能に遊嵌して設けたことを特徴とする回転レトルト炉の加熱促進装置である。

この装置は、従来の回転レトルト炉における被処理物の炉芯管内面への付着に起因する処理の均一性の低下という問題を解消するために提案されたものであり、前述の特許文献２〜５に示される装置と同様に、この装置においても、被処理物の乾燥処理を行う場合には、乾燥処理で発生した水蒸気を効率よく装置外に排出する必要があるものであって、上記水蒸気が被処理物と接触してしまうと、乾燥効率が低下してしまうとともに、水蒸気による結露によって円筒体内における被処理物の移動（流動）が妨げられてしまう。

特開昭５９−８４０７７号公報 特開昭６２−１９０３８３号公報 特開昭６４−５８９８２号公報 特開昭６４−５８９８３号公報 特開昭６４−５８９８４号公報

このような回転レトルト炉については、種々の処理への適用性の検証などのため、研究開発段階において使用したいという希望も存在しているのであるが、上記特許文献１〜５に記載の装置は、連続処理を前提とした、いわば商業的に利用するのに適した製造設備を提案しているものであって、研究開発段階において使用するには、その規模（大きさ），使用方法等の点で、適性を有するものであるとはいえないものであった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、前記従来技術に基づく問題点を解消した、被処理物を容器内で移動させながら、加熱，乾燥，焙煎，水蒸気加熱，水蒸気蒸留，水蒸気抽出等の各種の処理を、いわゆるバッチ処理方式によって行う際に好適に利用可能な、研究開発段階において使用するに好適な、回転型処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る回転型処理装置は、被処理物の供給・取出し部を有し、前記被処理物を保持する回転可能な筒状体と、前記筒状体に収容され、前記筒状体の内壁に摺接する、３枚のブレードから構成される１つ以上のブレードブロックと、前記ブレードブロックを含む筒状体を外部から加熱する加熱手段と、前記ブレードブロックを含む筒状体内に、過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気発生・供給手段と、前記筒状体を回転可能に支持するベースとを備え、前記ブレードブロックを含む筒状体は、その回転軸に沿う一端部が回転駆動部に接続されており、他端部には前記被処理物の供給・取出しのための開閉可能な蓋部を有し、前記ベース上の１点を中心として垂直面内で揺動可能であることを特徴とする。

また、前記ブレードブロックを含む筒状体内に過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気発生・供給手段は、電磁誘導加熱により発生させた過熱水蒸気を、前記ブレードブロックを含む筒状体の一端部の、前記回転駆動部との接続部に設けられた挿通管を介して供給するものであることが好ましい。

また、前記蓋部には、排出量が調整可能な排出口が設けられており、さらにこの排出口の近傍には排出気体を回収するための、吸引手段に接続される回収手段が設けられていることが好ましい。
またさらに、前記回収手段は、前記ブレードブロックを含む筒状体の揺動に対応可能に構成されていることが好ましい。

本発明によれば、被処理物を容器内で移動させながら、加熱，乾燥，焙煎，水蒸気加熱，水蒸気蒸留，水蒸気抽出等の各種の処理を、いわゆるバッチ処理方式によって行う際に好適に利用可能な回転型処理装置を実現できるという顕著な効果を奏する。

より具体的には、上述のような各種の処理を、材料や処理条件等を任意に変更しながら、少量の材料により、比較試験するというような、研究開発段階において使用するのに好適な回転型処理装置を実現できるという顕著な効果を奏するものである。

本発明の一実施形態に係る回転型処理装置（ロータリーキルン）のブロック構成を示す図である。 実施形態の装置要部の一部断面側面図である。 （ａ）は同装置の筒状体の端部側面図、（ｂ）は同蓋部の内面の正面図である。 （ａ），（ｂ）は同装置の筒状体と蓋部との係止機構を説明するための斜視図である。

以下、図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る回転型処理装置の一実施形態としての、バッチ式熱処理機（以下、ロータリーキルンという）１０の概略構成を示すブロック図である。
図１において、１２は本実施形態に係るロータリーキルン１０の基体となる筒状体、１４はその駆動機構部、１６は上記筒状体１２の加熱機構部、１８は過熱水蒸気の発生・供給機構部、２０は本ロータリーキルン１０の全体的な制御を行う制御部を示している。

図２は、上記ロータリーキルン１０の要部概略構成を示す一部断面側面図である。
筒状体１２は、図の左方が封止されている筒状体で構成されており、この封止部を介して、後述する駆動機構部１４と接続されている。すなわち、封止部を構成する筒状体１２の底板１２Ｂには、内部に導通口１２Ｄを有する駆動用シャフト１２Ｃが固定されており、この駆動用シャフト１２ＣはベースＲ上に、軸受けｍ，ｍ’により片持ち方式で支持されている。

また、駆動用シャフト１２Ｃ上の、上記軸受けｍ，ｍ’の筒状体１２とは反対の側、すなわち図の左方には、駆動機構部１４に設けられているモータ１４Ｍとの間に掛け渡されたベルト１４Ｂにより接続されるプーリ１４Ｐが取り付けられている。
上記構成により、筒状体１２は、駆動機構部１４のモータ１４Ｍの回転に従って、ベルト駆動方式により回転駆動される。いうまでもなく、この回転駆動の回転数等は、前記制御部２０からの指示により、任意に調整することができる。

また、筒状体１２は、前記制御部２０からの指示に基づいて、加熱機構部１６により加熱制御される。すなわち、加熱機構部１６は、上記筒状体１２の周囲に配置されている電磁誘導加熱手段１６Ａ（いわゆる、ＩＨヒータ）のコイルへの供給電力を調整することにより、被処理物の内部組織を均一に加熱することができ、また、その温度を任意に制御可能に構成されているものである。
ここで、筒状体１２は、電磁波を効率的に吸収し、なおかつ錆び難いような材質（具体的には、例えばＳＵＳ４３０など）により構成することが好ましい。

次に、過熱水蒸気の発生・供給機構部１８について説明する。過熱水蒸気の発生・供給機構部１８は、水を通すコイル状配管１８Ｂの周囲に配置されている、上記筒状体１２の周囲に配置されているのと同様のＩＨヒータのコイル１８Ａへの供給電力を調整することにより、水を蒸発させてそれをさらに加熱して、過熱水蒸気とする際の温度を任意に制御可能に構成されているものである。
ここで、原料となる水は、タンクＴからポンプＰにより、制御部２０を介して指示することにより、任意の流量で供給することが可能である。

過熱水蒸気の発生・供給機構部１８で発生させた過熱水蒸気は、配管を介して、上記筒状体１２の駆動用シャフト１２Ｃの内部に形成されている導通口１２Ｄに導かれ、ここから、上記筒状体１２の内部に導入される。
このようにして、上記筒状体１２の内部において、筒状体１２自体のＩＨヒータによる加熱作用、外部から供給される過熱水蒸気（場合によっては、飽和水蒸気）による加熱ないしは乾燥作用が実現される。

なお、ここでの各部の制御は、マイクロコンピュータと記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ）から構成される制御部２０により実施される。いうまでもなく、制御部２０には、本実施形態に係るロータリーキルン１０のオペレータによる入力，オペレータへの出力のための、公知の入出力手段が備えられている。

ところで、上記筒状体１２には、図３（ａ）に示すように、前記筒状体１２内に収容され、その内壁に摺接する、３枚のブレード１２Ｆから構成されるブレードブロック（ビーターとも呼ばれる）１２Ｅが１つ配置されている。このブレードブロック（ビーター）１２Ｅは、筒状体１２の内径よりもやや小さい径を有するように構成されており、筒状体１２の回転に従って、間欠的に回動して筒状体１２の内壁を叩いて振動させることにより、筒状体１２の内壁への被処理物の付着、並びに被処理物相互の付着を防止する機能を有するものである。

また、上記筒状体１２の駆動部側とは反対の側（すなわち、図の右方）には、被処理物を上記筒状体１２の内部に供給・取出しするための着脱可能な蓋部１２Ａが設けられている。この蓋部１２Ａは、回転駆動される上記筒状体１２の停止位置に影響されることのないように、ここでは３本のピン１２Ａａ（図３（ｂ）並びに図４（ａ）参照）とこれが嵌合する、筒状体１２の端面に設けられた、いわゆる「鍵穴型」の係合穴（図３（ａ）並びに図４（ａ）参照）とにより、蓋部１２Ａの３本のピン１２Ａａを、筒状体１２の係合穴１２ａに嵌合し回動させて係止することにより、蓋部１２Ａを着脱（開閉）するように構成されている。

以下に、上記蓋部１２Ａの筒状体１２の端面への着脱時の動作のうちの取付け時の動作を、図４（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
蓋部１２Ａに設けられているピン１２Ａａは、図４（ａ）に示すように、首部１２Ａ１と頭部１２Ａ２から構成されており、また、筒状体１２の端面に設けられている係合孔１２ａは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、上記ピン１２Ａａの頭部１２Ａ２を図中の矢印ａ方向に挿入した後、上記頭部１２Ａ２を図中の矢印ｂ方向にスライド（実際には、蓋部１２Ａを回動させる）させることで、係合させるものである。
あるいは筒状体１２の開口部の内周に雌ネジを設け、一方、蓋部１２Ａの外周部に雄ネジを設けて、これら二者を螺合させて係止する構成としてもよい。

次に、上記筒状体１２の揺動機構について説明する。
前述のように、上記筒状体１２は、その回転軸上の１点を中心として垂直面内で揺動可能に構成されている。この揺動機構は、例えばベースＲの中央部をピン３０Ｐにより回動自在に支承しておき、上記ベースＲの他端の近傍等に、サーボモータにより駆動されるシリンダータイプのアクチュエータ３２を配して、上記シリンダーのロッドを適宜の長さとし、上記筒状体１２の上記他端を上下動させて、筒状体１２を水平に維持したり、または傾斜したままとすることにより、上記筒状体１２を上述のように揺動させるものである。

筒状体１２の内部の温度分布は、その長手方向に必ずしも一様なものとはならないことがあるが、上記揺動機構を用いれば、被処理物を図２の左右方向に移動させることができ、これにより被処理物の処理度合いの偏りを無くすことができる。
揺動のパターンとしては、例えば、筒状体１２を右下方へ５度傾斜させて所定時間回転させ、次に筒状体１２を水平に戻して所定時間回転、その後、筒状体１２を左下方へ５度傾斜させて所定時間回転させるといったサイクルを繰り返すものが挙げられる。

なお、この揺動機構は、上記筒状体１２内に被処理物を供給する際には、筒状体１２の開口部をある程度上向きに傾けるために用いることができ、逆に、処理の終了した被処理物を、上記筒状体１２から取出す際には、筒状体１２の開口部をある程度下向きに傾けるために用いることができるものである。筒状体１２を回転させながら被処理物を取出すと、被処理物の残留がなくきれいに取出すことができる。
これらの操作を行う際においては、制御部２０を介してその指示を行うことにより、上述の動作を実行させることも可能である。

次に、上記筒状体１２の開口部に設ける排出口１２Ｇについて説明する。
ここで、排出口１２Ｇには、２とおりの設置方式があり、１つ目は筒状体１２の開口部の蓋部１２Ａに直接取り付ける方式、２つ目は上記蓋部１２Ａから離れた位置に設ける方式である。
なお、この排出口１２Ｇを設ける目的としては、吸排気のバランスをとる以外に、排気中の必要成分を利用するために回収するという目的や、排出した場合に有害物質となる成分を処分するために回収（除去）するという目的がある。

以下では、上記１つ目の方式について、簡単に説明する。
この場合には、筒状体１２の開口部の蓋部１２Ａに排出用のパイプを取り付けておき、必要に応じて、このパイプにホースなどの配管を接続し、その先を吸引装置に接続する。
これにより、筒状体１２の開口部からの排出物を確実に回収することが可能になる。

排出物の回収をそれほど厳密に行う必要がない場合には、上記２つ目の方式によっても、実際上、問題が発生することはない。
この場合には、例えば、上記筒状体１２の開口部の蓋部１２Ａに取り付けられている排出用のパイプの近傍に、これよりやや広い口径を有する吸気配管を用意し、その先を、吸引装置に接続するのがよい。

以下に、上述のように構成される本実施形態に係るロータリーキルンを用いて、被処理物の加熱処理を行った実施例を説明する。
ここでは、穀物の１種であるとうもろこしを、焦がさずに目的含水率まで乾燥（焙煎）する場合を説明する。

〔実施例〕
まず、被処理物に対する今回の処理条件を、制御部２０に記憶させる。ここで設定する条件としては、ロータリーキルン１０の加熱条件（昇温や降温等の温度パターン），回転条件（回転速度やその上下パターン），揺動条件（傾斜角度，時間，サイクル等），過熱水蒸気を使用する場合は、その温度並びに供給量（速度），処理時間などを挙げることができる。
また、水蒸気を発生させるための水を、過熱水蒸気の発生・供給機構部１８の保持タンク内に供給する。
排出口１２Ｇへの排出パイプ（ホース）の取り付け等の準備状況を確認し、問題がなければ、全体の動作を起動し、処理条件が実現されるのを待つ。

処理条件が満たされた（設定値に達した）ら、ロータリーキルン１０の筒状体１２を所定角度だけ揺動させて、その筒状体１２の開口部の蓋部１２Ａが所定角度だけ上向になるような位置に停止させる。
次いで、筒状体１２の開口部の蓋部１２Ａを開き、所定量のとうもろこしを筒状体１２内に供給する。
その後、筒状体１２の開口部の蓋部１２Ａを閉じて、被処理物の加熱処理を開始する。

所定時間の被処理物の加熱処理が終了すると、ロータリーキルン１０は自動停止する。次いで、筒状体１２の開口部の蓋部１２Ａを開け、その後、ロータリーキルン１０を再度所定角度だけ揺動させて、その筒状体１２の開口部が所定角度だけ下方に向くような位置に停止させ、処理済みの被処理物をロータリーキルン１０から取出す。上述したように、筒状体１２を回転させながら被処理物を取出すと、被処理物の残留がなくきれいに取出すことができる。

この実施例の場合には、処理条件の設定がほぼ適切であったので、回収した被処理物の計測の結果、目的とする「焦がさずに目的含水率まで乾燥する」ことができた。
また、基準となる条件に適合する被処理物の回収率（回収量／供給量）は、含水率の変化を考慮して、ほぼ９０％程度であることが確認できた。

以下に、本実施形態に係るロータリーキルン１０を用いて、茶葉「べにふうき（茶農林４４号）」を加熱処理した例を示す。「べにふうき」は、抗アレルギー作用を持つと言われるメチル化カテキンを多く含む緑茶であり、花粉症の緩和に効果があると着目されている。しかしながら、常法で調製された「べにふうき」茶葉を熱水抽出（いわゆる、お茶を淹れる）して飲用すると、その苦味、渋味が強く感じられるため、茶葉から苦味成分、渋味成分を除去する必要がある。その最も効果的な方法は加熱処理であるが、上記メチル化カテキンは熱に弱いという性質があり、加熱による苦味成分、渋味成分の除去の代償として、メチル化カテキンの減少を伴うという問題がある。

本実施形態に係るロータリーキルン１０を用いて、「べにふうき」茶葉について過熱水蒸気を用いた加湿加熱処理を行った。筒状体１２の設定温度（焙煎温度）、筒状体１２内に供給する過熱水蒸気に関する条件を、表１に示すとおり様々に変えて処理を行い、表中のデータを得た。なお、筒状体１２の容積は２．３Ｌであり、１回のべにふうき茶葉投入量は２００ｇとした。

表１中のEGCG3"Meはメチル化エピガロカテキンガレート、ECG3"Meはメチル化エピカテキンガレートを指している。
この結果を、例えばテストＮo.７，８，９について見ると、筒状体１２の設定温度が１５０〜１６０℃、過熱水蒸気の設定温度が１６０〜１７０℃の場合、とても飲みよい茶葉が調製されており、その際のメチル化カテキン合計量は、無処理のもの（テストＮo.１）と比較しても八十数％と高い比率を維持していることが分かる。つまり、本実施形態に係るロータリーキルン１０を用いて加湿加熱処理を行うと、一般に熱に弱いとされているメチル化カテキンを殆ど壊すことなく、茶葉を美味しく加工することができるという優れた効果を発揮することがわかる。

また、本実施形態に係るロータリーキルン１０を用いた場合、各テストの茶葉について、いずれも筒状体１２内への処理済み茶葉の付着といった現象は発生せず、本実施形態に係るロータリーキルン１０の操作性が優れていることも実証されている。

上述のような優れた特徴を有する上記実施形態並びに実施例は、本発明の一例を示したものであり、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更や改良を行ってもよいことはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、ロータリーキルン１０の筒状体１２内にセットされるブレードブロック（ビーター）１２Ｅを一体構成のものとしたが、装置の大きさによっては、これを複数個に分割して、取り扱いを容易にすることも好ましい。

また、いうまでもなく、ロータリーキルン１０の筒状体１２内の温度の設定のパターンは、前述の制御部２０により広範に変更することができ、種々の試料についての種々の条件下での高効率・高精度での加湿加熱処理が可能である。

１０ ロータリーキルン
１２ 筒状体
１２ａ 係合孔
１２Ａ 筒状体の蓋部
１２Ａａ ピン
１２Ａ１ 首部
１２Ａ２ 頭部
１２Ｂ 筒状体の底板
１２Ｃ 駆動用シャフト
１２Ｄ 導通口
１２Ｅ ブレードブロック（ビーター）
１２Ｆ ブレード
１２Ｇ 排出口
１４ 駆動機構部
ｍ，ｍ’ 軸受け
１４Ｍ モータ
１４Ｂ ベルト
１４Ｐ プーリ
１６ 加熱機構部
１６Ａ 電磁誘導加熱手段（ＩＨヒータ）
１８ 過熱水蒸気の発生・供給機構部
Ｔ 水タンク
Ｐ ポンプ
１８Ａ ＩＨヒータのコイル
１８Ｂ 水を通すコイル状配管
２０ 制御部
３０Ｐ ピン
３２ シリンダータイプのアクチュエータ
Ｒ ベース

Claims (4)

1. 被処理物の供給・取出し部を有し、前記被処理物を保持する回転可能な筒状体と、
   前記筒状体に収容され、前記筒状体の内壁に摺接する、３枚のブレードから構成される１つ以上のブレードブロックと、
   前記ブレードブロックを含む筒状体を外部から加熱する加熱手段と、
   前記ブレードブロックを含む筒状体内に、過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気発生・供給手段と、
   前記筒状体を回転可能に支持するベースとを備え、
   前記ブレードブロックを含む筒状体は、その回転軸に沿う一端部が回転駆動部に接続されており、他端部には前記被処理物の供給・取出しのための開閉可能な蓋部を有し、前記ベース上の１点を中心として垂直面内で揺動可能であることを特徴とする回転型処理装置。
2. 前記ブレードブロックを含む筒状体内に過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気発生・供給手段は、電磁誘導加熱により発生させた過熱水蒸気を、前記ブレードブロックを含む筒状体の一端部の、前記回転駆動部との接続部に設けられた挿通管を介して供給するものである、請求項１に記載の回転型処理装置。
3. 前記蓋部には、排出量が調整可能な排出口が設けられており、さらにこの排出口の近傍には排出気体を回収するための、吸引手段に接続される回収手段が設けられている、請求項１または２に記載の回転型処理装置。
4. 前記回収手段は、前記ブレードブロックを含む筒状体の揺動に対応可能に構成されている、請求項３に記載の回転型処理装置。

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