JP6377126B2 - 調節可能な空調空気流を用いた乾燥機 - Google Patents

Description

本出願は、２０１３年３月１５日に出願された、「Ａ ＭＵＬＴＩ−ＣＨＡＭＢＥＲ ＤＲＹＥＲ ＵＳＩＮＧ ＡＤＪＵＳＴＡＢＬＥ ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＥＤ ＡＩＲ ＦＬＯＷ（調節可能な空調空気流を用いたマルチチャンバ乾燥機）」という名称の米国仮特許出願第６１／７９１，９３９号の利益および優先権を主張する。該出願は、引用により本明細書に組み込まれる。

（分野）
本開示は、一般に、製品の乾燥に関する。特に、本開示は、調節可能な空調空(conditioned air)気流を用いたマルチチャンバ乾燥機に関する。

（背景）
従来の乾燥システムでは、乾燥すべき製品を、温水本体の表面に浮かぶ連続ベルトに載置する。熱は、高分子膜のベルトを介して循環温水から製品に直接伝導して伝わる。温水を所定温度で維持することで、製品を最適に乾燥することができる。

しかしながら、従来の乾燥システムは、製品の乾燥処理中に放出された水蒸気を除去するために大量の周囲空気を利用する。乾燥機内で周囲空気の湿度や温度が制御されていないと、乾燥機の性能や製品の品質が大きく変動してしまう。例えば、乾燥気候で動作する乾燥機は、湿潤気候では異なって動作する。同様に、乾燥機の性能は、寒冷気候および高温気候で変化し、同じ場所でも季節ごとに変化する。

さらに、従来の乾燥システムは、乾燥ベルトを介して温水本体から伝わる熱エネルギーによって製品温度を高くすることで、製品内の水蒸気圧を高める。しかしながら、従来の乾燥システムは、水蒸気圧を減らしたり、乾燥機内の空気の温度を高めたり、あるいは乾燥機内の空気の湿度を下げたりしないが、これらは全て、乾燥機の性能を改善し得るものである。

（概要）
調節可能な空調空気流を用いたマルチチャンバ乾燥機を開示する。一実施形態によれば、装置は、乾燥すべき製品を、その第１の表面上に受け入れるように構成された乾燥ベルトと、乾燥ベルトの第２の表面と接触している熱媒体とを含む。熱媒体は、製品を加熱するように構成され、所定温度で維持される。装置は、乾燥ベルトの上方に位置しているマニホールドをさらに含み、マニホールドは、乾燥ベルトの幅にわたって横方向に空調空気を注入して製品から蒸発水を除去する１つ以上のオリフィスを含む。

次に、実装および要素の組み合わせの様々な新規詳細を含む、上記特徴および他の好ましい特徴を、添付の図面を参照してより具体的に説明し、請求項に記載する。本明細書に記載された特定のシステムおよび方法は、例示目的のみに示すものであり、本発明を限定するものではないことが理解されるであろう。当業者には理解されるであろうように、本開示の要旨の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された原理および特徴を多種多様な実施形態に用いることが可能である。

（図面の簡単な説明）
本明細書の一部として含まれる添付図面は、本明細書で開示されたシステムおよび方法の様々な実施形態を示し、上記の概要ならびに下記の実施形態の詳細な説明とともに、本明細書に記載された原理を説明および教示するのに役立つ。

一実施形態による、高圧力マニホールドを用いた例示的な乾燥機の断面図を示す。

一実施形態による、高圧力マニホールドを用いた例示的な乾燥機の拡大断面図を示す。

一実施形態による、例示的な乾燥機の上面図を示す。

一実施形態による、低圧力マニホールドを用いた例示的な乾燥機の断面図を示す。

一実施形態による、低圧力マニホールドを用いた例示的な乾燥機の拡大断面図を示す。

一実施形態による、例示的な乾燥機の側面図を示す。

一実施形態による、例示的な乾燥機の別の側面図を示す。

一実施形態による、製品を乾燥する例示的な処理を示す。

留意すべきは、図面は必ずしも一律の縮尺に従わずに描かれており、類似した構造または機能の要素は一般に、図面全体にわたって図示するために同様の参照番号により表される。図面は、本明細書で説明される様々な実施形態の説明を容易にすることのみが意図されている。図面は、本明細書で開示された教示のあらゆる態様を必ずしも説明しておらず、特許請求の範囲を制限しない。

調節可能な空調空気流を用いたマルチチャンバ乾燥機を開示する。一実施形態によれば、装置は、乾燥すべき製品を、その第１の表面上に受け入れるように構成された乾燥ベルトと、乾燥ベルトの第２の表面と接触している熱媒体とを含む。熱媒体は、製品を加熱するように構成され、所定温度で維持される。装置は、乾燥ベルトの上方に位置しているマニホールドをさらに含み、マニホールドは、乾燥ベルトの幅にわたって横方向に空調空気を注入して製品から蒸発水を除去する１つ以上のオリフィスを含む。

本明細書で開示された特徴および教示の各々は、他の特徴および教示と別々に、または他の特徴および教示と組み合わせて利用され、調節可能な空調空気流を用いたマルチチャンバ乾燥機を提供する。別個におよび組み合わせての両方で多くのこれらのさらなる特徴および教示を利用する代表的な実施例は、添付図面を参照してさらに詳細に説明される。この詳細な説明は、当業者に、本教示の態様を実施するためのさらなる詳細を教示することを単に意図し、特許請求の範囲を制限することは意図されない。従って、上記の詳細な説明で開示される特徴の組み合わせは、最も広い意味で本教示を実施するために必ずしも必要でなくてもよく、その代わり、本教示の代表的な実施例を詳細に記載することが単に教示されている。

以下の説明では、単に説明の目的で、特定の用語体系が、本開示の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、これらの具体的な詳細が本開示の教示を実施するために必須ではないことが、当業者には明らかであろう。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、製品の表面にわたって横方向に空調空気を適切に方向付けることで、連続乾燥ベルトに載置した液体製品またはスラリー製品を乾燥させる。本乾燥システムは、空調空気を方向付けるための一連の空気分配マニホールドと、製品の供給および除去を改善するための装置とを含む。一実施形態では、オリフィスを介して高圧空気を分配し、乾燥機の長さに沿って乾燥処理を最適にする。別の実施形態において、調節可能なスロットまたはエアーナイフを介して低圧空気を分配し、乾燥機の長さに沿って乾燥条件を制御する。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、乾燥機内で空気を除湿することで空気を調整し、乾燥速度を上げ、乾燥機の空気要件を減らす。本乾燥システムが、空調空気の湿度、温度、および速度を制御することで、乾燥機は、一貫した製品の品質を確保することができる。一実施形態によれば、乾燥機に供給される空気は、食品等級規格または医薬品規格を満たすように除湿され、濾過される。低背型乾燥機を用いて乾燥に必要な空気容量を減らすことで、加工コストを低減しつつ、本乾燥システムの空気入口サブシステムおよび空気排出サブシステムを簡素化する。本乾燥システムは、空気分配マニホールドの反対側の乾燥ベルトにわたる排気を捕捉し、乾燥機から排出する。

本乾燥システムは、定常運転で乾燥機の処理量を増加させ改善させる。本乾燥システムは、乾燥ベルト上の製品表面から水分をより速く除去することで熱伝導を改善し、簡素かつ安価な空気処理システムを使用し、より一貫した乾燥性で乾燥製品の品質を改善する。

一般的な乾燥機の運転の説明
一実施形態によれば、本乾燥機は、水温、空気流量、湿度、および温度を単独制御する一連の乾燥チャンバを含む。乾燥ベルト上の乾燥すべき製品が本乾燥機の第１のチャンバに入ると、製品温度が最初に上昇し、製品が本乾燥機に入った数秒後に水分蒸発が始まる。本乾燥システムが第１の乾燥チャンバの空気流を調節することで、製品温度を所望の蒸発温度に到達させ、製品から容易に蒸発する遊離水を除去することができる。製品（例えば、自然の産物）の細胞構造内で結合水を蒸発させるには、製品の乾燥時間の大半を要する。

一実施形態によれば、本乾燥機は、第１のチャンバよりも乾燥ベルトの入口から離れている１つ以上の後続の乾燥チャンバを含み得る。一実施形態によれば、第２の乾燥チャンバは、通常、第１のチャンバと比較して低い空気流を用いる。これにより、空調空気の気流速度が下がり、製品温度が上がる。この時点で、製品からの遊離水の大部分は蒸発している。製品内の結合水や細胞水分は、細胞壁を通過するのにより多くの時間を要する。空気流を減少させることで、製品の内部温度が上昇し、なおかつ蒸気圧も上昇する。本乾燥システムにより、製品が、水蒸気の通り道に抗する自然の傾向に対して十分な蒸気圧を生成することができる。

本乾燥システムは、温水（例えば、６０℃〜１００℃）の槽に浮いたまたは該槽に乗る移動乾燥ベルトを含む。一実施形態では、乾燥ベルトは、熱伝導流体（例えば、１２５℃までの塗布用）の槽に浮かび得る。本乾燥システムは、液体製品またはスラリー製品を液体の薄（例えば、５ｍｍ厚未満）層として乾燥ベルトに塗布する。高分子膜の乾燥ベルトを介して循環温水（または熱伝導流体）から製品に熱が直接伝導して伝わり、製品から水を蒸発させる。温水または熱伝導流体を所定温度に維持することで、製品を最適に乾燥することができる。一実施形態によれば、乾燥ベルトは、熱エネルギーの迅速な伝達を確保するために３ｍｍ厚以下である。

伝導は、従来の乾燥システムで一般に用いられる対流と比較して、迅速かつ効率的なモードの熱伝導である。伝導により、乾燥ベルト上の製品は所望の蒸発温度に均一に加熱される。製品の水蒸気圧が周囲空気の水蒸気圧を超えると蒸発が起こる。

乾燥機の空調
一実施形態によれば、本乾燥システムは、含水量を減少および制御する（即ち、除湿する）ことのみならず、気温を制御することで空気を調整する。これにより、乾燥機の運転条件を制御し、乾燥機のまわりの周囲条件にかかわらず、一貫して高品質の乾燥性を持つ乾燥製品を生産することができる。

製品乾燥における蒸発速度は、製品の表面での飽和水蒸気圧と製品上方の空気の水蒸気圧との差により決定される。蒸発速度は、製品の水蒸気圧を上げるか、製品上方の空気の水蒸気圧を下げるか、もしくは両方の組み合わせのいずれかにより増すことができる。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、乾燥機の空気の水蒸気圧を下げる。本乾燥システムは、乾燥ベルト上の製品と接触している、乾燥機内の空気を除湿する。本乾燥システムにより、除湿空気の連続流が、製品の表面に隣接している蒸発水を確実に置き換える。本乾燥システムは、乾燥機に除湿空気を補充し、製品の乾燥表面にわたって、かつ、乾燥ベルトの長さに沿って蒸発速度を維持し、制御する。

相対湿度は、空気中に存在する水分含量と空気の温度との関数である。水分を保つための空気の容量は、温度と共に増す。空気が加熱されると、相対湿度が下がる。一実施形態によれば、本乾燥システムは、相対湿度を下げるかまたは空気を除湿することで乾燥機内の空気を調整する。これは、空気中の含水量を下げるか、空気の温度を上げるか、もしくは両方の組み合わせにより達成される。これら２つのパラメータの組み合わせにより、乾燥機の蒸発速度が上がる。空気中の含水量は、以下：（ａ）凝縮した水蒸気を除去する冷却機；（ｂ）固体吸収剤（例えば、シリカゲル、活性アルミナ）；（ｃ）水分を凝縮させるコンプレッサ；および（ｄ）当業者に周知の任意の他の標準技術の１つまたは複数を用いることで減らすことができる。一実施形態では、本乾燥システムは、除湿空気を所望の温度に加熱し、加熱された除湿空気を乾燥機に導入する。

国家環境大気質基準（４０ＣＦＲ、環境保護、第Ｉ章、第５０部、第５０．３節、１９９８年）に基づいて、周囲空気は、温度２５℃で相対湿度７７％の空気として定義される。空気中の水蒸気量は混合比と呼ばれ、単位は水のグラム／乾燥空気のキログラム（ｇ_ｗ／ｋｇ_ｄａ）である。周囲空気の混合比は、おおよそ１８ｇ_ｗ／ｋｇ_ｄａである。一実施形態によれば、本乾燥システムは、乾燥機に流入する空気を除湿し、混合比を１０ｇ_ｗ／ｋｇ_ｄａ以下（５ｇ_ｗ／ｋｇ_ｄａ以下であるのが好ましい）に下げる。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、水を凝縮し除去する際に、冷却機に空気を通過させて空気の温度を露点以下の温度に下げることで、乾燥機に流入する空気を除湿する。本乾燥システムは、冷凍システムを用いて空気を冷却する。冷凍システムの蒸発サイクルおよび凝縮サイクルを用いて、所望の空調を達成する。冷凍システムの蒸発器である熱交換器にわたって空気を冷やす。露点の凝縮水を除去し、空気中の含水量を減らす。次いで、冷凍システムの凝縮サイクルで冷気を加熱し、除湿空気を生成する。その後、本乾燥システムは、加熱された除湿空気を乾燥機に導入する前に、追加熱源で除湿空気を加熱してもよい。本乾燥システムは、蒸発器および復水器からコールドループおよびホットループをそれぞれ用いて、空気を冷却し再加熱してもよい。

別の実施形態によれば、本乾燥システムは、固体吸収剤（例えば、シリカゲル、活性アルミナ）を用いて、乾燥機に流入する空気を除湿する。シリカゲルは加熱により容易に再生成されるため、本乾燥システムは、シリカゲルを用いてもよい。本乾燥システムは、シリカゲルのチャンバに空気を通過させる。より小さい粒径のシリカゲルは、より高い表面積により流入空気内に存在する水蒸気をより効率的に捕捉するため、通常用いられる。一実施形態では、本乾燥システムは、２０〜４０メッシュサイズのシリカゲルを用いる。周囲温度の空気がシリカゲルを通過し、除湿される。本乾燥システムはさらに、加熱された除湿空気を乾燥機に導入する前に、熱源で除湿空気を所望の温度に加熱してもよい。除湿空気が乾燥機の乾燥ベルトを通り過ぎた後、水分を多く含んだ空気が乾燥機から排出される。一実施形態によれば、本乾燥システムは、空気を予熱してシリカゲルを再生成するために高温の排気を用いることで、エネルギー効率を改善する。本乾燥システムは、外部熱エネルギー源（例えば、蒸気）によりシリカゲルを再生成してもよい。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、空気コンプレッサを用いて乾燥機に流入する空気を除湿する。空気の保水容量は、圧力の増加とともに減少する。圧縮サイクル中、圧縮空気内の水は飽和点を超え、凝縮物として凝結し、その後、コンプレッサから除去される。一実施形態では、本乾燥システムは、１バール超の圧力、好ましくは５バール超の圧力、さらに好ましくは６〜８バールの圧力に空気を圧縮する。システムが空気をそれぞれ８バールおよび３６℃に圧縮し加熱すると、空気の混合比は、１８ｇ_ｗ／ｋｇ_ｄａから約４．６ｇ_ｗ／ｋｇ_ｄａに減少する。かかる条件下で、圧縮空気が飽和し（即ち、相対湿度１００％）、露点を超えた水蒸気が液体として凝縮する。本乾燥システムはさらに、オリフィスまたは減圧弁を介して圧縮空気を膨張させ、圧縮空気を約２８℃で大気圧に戻す。混合比は４．６ｇ_ｗ／ｋｇ_ｄａのままであるが、相対湿度は約２０％に減少する。本乾燥システムはさらに、乾燥ベルト上に加熱された除湿空気を通過させる前に、除湿空気を所望の乾燥温度に加熱してもよい。

空気中の絶対含水量を減らすことに加え、本乾燥システムは、除湿空気の温度を上げて、飽和水蒸気圧と製品水蒸気圧との差を増やす。除湿空気を約３０℃〜１２０℃、好ましくは約４０℃〜６０℃の温度に加熱してもよい。製品から放出された蒸発水を吸収する空気は、より高い混合比を有し、乾燥機から排出される。一実施形態では、本乾燥システムは、除湿した後除湿空気を乾燥機に再導入することで、排出空気を再利用する。

一実施形態によれば、本乾燥システムはさらに、少なくとも９９．９７％の濾過効率を持つＨＥＰＡフィルターに空気を通過させることで、除湿空気を調整する。浄化され空調された空気は、ＩＳＯクラス８仕様を満たし、乾燥無菌製品に使用するのに適している。本乾燥システムの乾燥機は、排出ダンパーを用いて周辺領域よりもわずかに高い圧力を維持し、汚染物質が、浄化された空調空気に侵入して混ざることで、最終乾燥製品の品質および組成に影響を与えることを防ぐ。一実施形態では、乾燥機から排出される空気は、乾燥機からのいずれの製品も環境に放出されないように濾過される。

乾燥機空気流
本乾燥システムは、乾燥ベルトにわたって横方向に空調空気の連続流を提供し、空気が決して飽和しない（相対湿度５０％未満）ことを確保することで、乾燥ベルトにわたる高速の水分蒸発を持続する。本乾燥システムは、製品の表面にわたる空気流を最適にし、製品の表面と接触している空気の平均水蒸気圧を低く維持する。

乾燥ベルトにわたる空調空気流の速度は、蒸発速度、目標平均混合比、および相対湿度に基づいて決定される。乾燥ベルトの長さに沿って製品を乾燥させると、蒸発速度が変化し、空調空気の速度も比例的に変化する。一実施形態によれば、目標相対混合比は、１０ｇ_ｗ／ｋｇ_ｄａ未満であり、５ｇ_ｗ／ｋｇ_ｄａ〜８ｇ_ｗ／ｋｇ_ｄａであるのが好ましい。一実施形態によれば、気流速度は、０．１ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓであり、２．０ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓであるのが好ましい。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、乾燥すべき製品の種類、製品の水分含量、および／または乾燥機構成に基づいて、所望の圧力および／または所望の空気容量でマニホールドを提供する。例えば、本乾燥システムは、水分含量の少ない製品よりも水分含量が高い製品に対して相対的に高い圧力で空調空気を注入するマニホールドを提供する。

別の例では、乾燥ベルトの入口に近い第１の乾燥チャンバは、水分のほとんどを製品から蒸発させる。第１の乾燥チャンバは、第１の乾燥チャンバよりも乾燥ベルトの入口から遠い第２の乾燥チャンバのマニホールドよりも高い圧力で空調空気を注入するマニホールドを含む。第２の乾燥チャンバはさらに、第１の乾燥チャンバよりも少ない容量の空調空気を注入するマニホールドを含み得る。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、マニホールドの設計に基づいて、空調空気を所望の圧力で提供する。例えば、オリフィスが小さいマニホールドは、オリフィスが大きいマニホールドよりも高い圧力で空調空気を注入する。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、高圧力（例えば、５０ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）超）マニホールドまたは低圧力（例えば、５ｐｓｉｇ未満）マニホールドのいずれかを用いて、空調空気を乾燥機に導入する。図１は、一実施形態による、高圧力マニホールドを用いた例示的な乾燥機の断面図を示す。乾燥機１００は、乾燥機１００用の乾燥ベルト１０４の上方にカバー及びヘッドスペースを提供するポリカーボネート製カバー１０１と、空調空気１０７を乾燥機１００に導入する圧縮空気入口分配マニホールド１０２と、加熱媒体１０３と、空気吹出口１０５とを含む。乾燥ベルト１０４は、加熱媒体１０３の上に浮かぶ。加熱媒体１０３は、温水または当業界において周知の他の形態の熱伝導流体を含み得る。加熱媒体１０３内の温水または他の熱伝導流体の温度は、所定温度に維持される。乾燥機１００は、液体製品またはスラリー製品を乾燥ベルト１０４に塗布する。乾燥ベルト１０４上を流れる製品の方向は、空調空気１０７の空気流の方向に対して垂直である。

図２は、一実施形態による、高圧力マニホールドを用いた例示的な乾燥機の拡大断面図を示す。乾燥機２００は、図１に示す乾燥機１００の拡大断面図である。圧縮空気入口分配マニホールド１０２は、空調空気１０７を乾燥機２００に放出する吸入空気オリフィス２０１を含む。図２には吸入空気オリフィス２０１を１つしか示していないが、圧縮空気入口分配マニホールド１０２は、任意の数の吸入空気オリフィスを含み得る。

図３は、一実施形態による、例示的な乾燥機の上面図を示す。乾燥機３００は、Ｕ字領域３０１と、高圧または低圧の空調空気のいずれかを提供する空気入口マニホールド３０２と、キースロット３０３と、空気フィッティング３０４と、空気バッフル３０５と、カバー支持部３０６と、ブラケット３０７とを含む。図３に示すように、空気入口マニホールド３０２からの空調空気流の方向は、乾燥コンベアベルト上を移動する乾燥すべき製品の方向に対して垂直である。

図４は、一実施形態による、低圧力マニホールドを用いた例示的な乾燥機の断面図を示す。乾燥機４００は、乾燥機４００用の乾燥ベルト４０４の上方にカバー及びヘッドスペースを提供するポリカーボネート製カバー４０１と、空調空気４０７を乾燥機４００に導入する低圧空気入口分配マニホールド４０２と、加熱媒体４０３と、空気吹出口４０５とを含む。乾燥ベルト４０４は、加熱媒体４０３の上に浮かぶ。加熱媒体４０３は、温水または当業界において周知の他の形態の熱伝導流体を含み得る。加熱媒体４０３内の温水または他の熱伝導流体の温度は、所定温度に維持される。乾燥機４００は、液体製品またはスラリー製品を乾燥ベルト４０４に塗布する。乾燥ベルト４０４上を流れる製品の方向は、空調空気４０７の空気流の方向に対して垂直である。

図５は、一実施形態による、低圧力マニホールドを用いた例示的な乾燥機の拡大断面図を示す。乾燥機５００は、図４に示す乾燥機４００の拡大断面図である。低圧空気入口分配マニホールド４０２は、空調空気４０７を乾燥機５００に放出する吸入空気オリフィス５０１を含む。図５には吸入空気オリフィス５０１を１つしか示していないが、低圧空気入口分配マニホールド４０２は、任意の数の吸入空気オリフィスを含み得る。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、乾燥ベルトの上方かつ乾燥機の屋根の下方のヘッドスペースを調節することで、乾燥機に注入される空気の量を制御する。ヘッドスペースの容量を小さくすることで、所望の気流速度で単位時間あたりに調整する必要がある空気の量を減らす。ヘッドスペースの縮小は、乾燥ベルト上の製品を運搬するのに必要な実用スペースにより制限される。一実施形態によれば、乾燥機の屋根は、乾燥ベルトの上方８００ｍｍ未満であり、乾燥ベルトの上方１０ｍｍ〜１００ｍｍであるのが好ましい。一実施形態によれば、乾燥機の屋根に、視認性およびサンプリングを可能にする透明材料を取り付けてもよい。

図６は、一実施形態による、例示的な乾燥機アセンブリの側面図を示す。乾燥機アセンブリ６００は、空気マニホールド６０１と、空気フィッティング６０２と、ポリカーボネート製カバー６０３と、空気圧ゲージ用のポート６０４と、キースロット６０５と、空気バッフル６０６と、Ｕ字領域６０７とを含む。

図７は、一実施形態による、例示的な乾燥機アセンブリの別の側面図を示す。乾燥機アセンブリ７００は、１つ以上のキースロット７０１を持つカバー支持部７０２と、ポリカーボネート製カバー７０３と、ブラケット７０４と、ポリカーボネート製カバー７０３内の乾燥機７０５と、乾燥ベルト７０６とを含む。ポリカーボネート製カバー７０３は、乾燥機アセンブリの一部を形成し、かつ、乾燥機アセンブリ７００の上面を覆うマルチウォールポリカーボネートパネルを含む。ポリカーボネート製カバー７０３の縁部は、空気分配マニホールドと蒸気排出側における製品のパネル支持構造との間の構造的連携を提供する空気棚カバーサポート７０２により支持される。ポリカーボネート製カバー７０３により、望ましくない汚染物質を導入し得る周囲空気の侵入を防ぐ。ポリカーボネート製カバー７０３は、空気分配マニホールドから乾燥ベルト７０６上の乾燥製品にわたる空調空気の制御を助ける。一実施形態によれば、乾燥機７０５内の圧力は、乾燥機アセンブリ７００のまわりの周辺領域の圧力を上回る少なくとも１６パスカル（Ｐａ）の陽圧で維持される。

乾燥機空気分配システム
一実施形態によれば、高圧空気は、共通のマニホールドにあるオリフィスを介して乾燥機に向けられる。図２を参照すると、圧縮空気入口分配マニホールド１０２は、ポリカーボネート製カバー１０１と乾燥ベルト１０４との間の乾燥機２００に高圧空気を注入する吸入空気オリフィス２０１を含む。乾燥ベルト１０４を通過する高速空気により、製品の乾燥表面上方の空気流の有効高さが低くなる。

吸入空気オリフィス２０１からの注入空気は、製品の乾燥表面にわたって横方向に流れる。空気流量、湿度、および温度は、オリフィスの数およびライン圧力を変化させることで、製品の液体マトリクス（例えば、低固形濃縮物、高固形ピューレ）に応じて各マニホールドで調整してもよい。

一実施形態によれば、乾燥機の長さに沿って載置された共通のマニホールドに連結した一連のオリフィスを介して、空調空気を乾燥機に導入する。共通のマニホールドは、空気流を制御するいくつかの可変オリフィスを有する。

一実施形態では、オリフィスを開口したり閉口したりし、かつ、マニホールドの空気圧力を調節することで気流速度を制御する。空調空気の速度および容量は、乾燥機内の乾燥機チャンバごとに調整することができる。オリフィスは、開口のサイズを変更することができ、その結果、乾燥機の長さに沿ったいかなる点でも空気流の全体量を制御するように設計されている。

別の実施形態において、摺動スクリーンを用いて、オリフィス点を部分的もしくは完全に覆うことで空気流を調整してもよい。空気流パターンは、マニホールドに永久的に組み込まれた所定のサイズ、形状、および振動数を持つオリフィスの所定パターンに制御してもよい。一実施形態によれば、マニホールド内の空気は、１０ｐｓｉ〜１５０ｐｓｉ、好ましくは、１５ｐｓｉ〜６０ｐｓｉの圧力であってもよい。

一実施形態によれば、オリフィスは、鋭利な縁部が無いように設計されている。鋭利な縁部を持つオリフィスは、乾燥ベルトの表面に近い空気流をかき乱す渦を生成し、気流全体の有効高さを増加させやすい。図２を参照すると、一実施形態によれば、吸入空気オリフィス２０１は、乾燥ベルト１０４の上の気流の入射角が４０°以上になるように設計されている。別の実施形態によれば、効果的な乾燥に適した入射角の範囲は、４０°〜８５°、好ましくは、６０°〜８０°である。

オリフィスからの空調空気流ジェットは、乾燥ベルトの位置または乾燥ベルトの下を循環している温水をかき乱す傾向を有する場合がある。本乾燥システムは、オリフィスの下に載置され、かつ乾燥ベルトの縁部を越えて延びているスクリーンを含めることで、乾燥ベルトの位置および温水をかき乱すのを回避する。このスクリーンは、乾燥ベルトの下の水または乾燥ベルト自身の位置のいずれかを空調空気がかき乱すのを防ぎながら、オリフィスからの空調空気の流れを案内する。空調空気が製品表面にわたって横方向に向けられると、低圧力の空調気流により乾燥ベルトが持ち上がる原因となり得る。過剰な気流速度や誤った方向の空気流は両方とも、乾燥機ベルトが持ち上がる問題の原因となり得る。

オリフィスにより注入される空調空気は、乾燥ベルトの幅にわたる排気端に到達した際に、水分を捕捉する。一実施形態によれば、本乾燥システムは、ダクトシステムを用いて、水分を多く含んだ空気を排出する。いくつかの分岐ダクトは、空気注入マニホールドの反対側の乾燥機の長さに沿って始まっている。これらの分岐ダクトは、遠心ブロワーの吸引端に連結した主排気ダクトに連結している。各チャンバでの空気流制御ダンパーは、乾燥機にわたる空気流のバランスを取る。排気は、いずれの製品も大気中に放出されないように、少なくとも５ミクロンサイズのフィルタを介して濾過される。

吸入空気マニホールド内のオリフィスの開口の程度および空気排出分岐ダクト内のダンパーの位置を制御することで、乾燥機にわたって所望の設定点に空気流を調整することができる。ブロワーとダンパーとのバランスを取ることにより、乾燥機を大気圧に対してわずかに陽圧に維持することができる。これにより、汚染物質が乾燥機に侵入して、浄化され空調された乾燥機の空気と混ざらないことが保証される。

一実施形態によれば、乾燥機の長さに沿った空気流は、乾燥機の長さに沿って載置された一連の低圧力ダクトを介して分配される。空調空気は、一方側から乾燥機に導入され、製品表面にわたって横方向に流れることで反対側に排出される。空気は、乾燥機の長さに沿って走る主ダクトから乾燥機に送られる。分岐ダクトは、主ダクトから乾燥機の長さに沿っていくつかの段階で引き出されている。各ダクトは、各チャンバへの空気流の量を制御するための１つ以上のダンパーを含む。

乾燥機に空気を供給する中央ダクトに連結する前に、空調システムに空気を通過させて、所望の含水量および所望の気温を達成する。また、ＨＥＰＡフィルタを介して空気を濾過し、乾燥機に汚染物質が侵入しないようにする。

チャンバの反対側には、製品の乾燥表面から生じた湿った空気を捕捉するための対応排気ダクトが含まれる。これらの排気ダクトは、乾燥機からの空気流の速度を制御するための１つ以上の空気制御ダンパーも含む。排気は、いずれの製品も大気中に放出されないように、少なくとも５ミクロンサイズのフィルタを介して濾過される。

空気の入口および排出分岐ダクト内のダンパーの位置を制御することで、乾燥表面にわたる空気の速度を所望の設定点に調整することができる。ブロワーとダンパーとのバランスを取ることにより、乾燥機を大気圧に対してわずかに陽圧に維持することができる。これにより、汚染物質が乾燥機に侵入して、浄化され空調された乾燥機の空気と混ざらないことが保証される。

乾燥ベルト上への製品の塗布
表面張力は、液体の分子を一緒に引きつける凝集力の尺度であり、表面上に液滴の形成を引き起こす。この凝集力は、液体と接触している空気または固体表面に応じて変化する。本乾燥システムは、液体−空気界面および液体−固体界面での表面張力の差を利用して、どのように液体が乾燥ベルトに接着するかを決定する。

一実施形態によれば、乾燥ベルトが製品塗布側に戻ると、乾燥ベルトの垂直部分が起き上がり、乾燥機に再び入り、トラフに含まれる液体製品プールと接触する。トラフはベルトに押圧されているため、開口側は乾燥ベルトと直接接触する。乾燥ベルトが起き上がり、乾燥機に入る前に水平旋回すると、液体と固体との間の凝集力が、乾燥ベルト上に薄い製品層を形成する。形成された層は、乾燥ベルトの幅にわたって厚さが均一である。

製品と乾燥ベルトとの間の凝集力が過剰である場合、製品は、乾燥性能に悪影響を及ぼし得る厚層として塗布される。本乾燥システムは、ベルトが乾燥機に入る前に、ナイフの刃または制限を用いて製品の厚さを所望の厚さに制御もしくは減少させる。過剰な製品は、制限により均一に広げてもよいし、あるいはナイフの刃を用いて除去してもよく、それにより、所望の厚さの製品層が乾燥機に入る。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、乾燥ベルトが乾燥機に入る直前に、液体製品プールを乾燥ベルトの水平部分の上に密閉することで、乾燥ベルトの表面への接着強度が弱い製品を塗布する。液体製品プールは、その底側が移動乾燥ベルトに対するシールとして機能する乾燥ベルトの幅にわたって延びる供給容器に保持される。ベルトは、底部の平坦面と供給容器の四方の壁との間で押圧される。一実施形態では、供給容器は、乾燥ベルトの焼入れ性指標以下の焼入れ性指標を持つポリマーからなることで、乾燥ベルトが底部平坦面と供給容器との間を通過する際に、乾燥ベルトが切断されたりあるいは傷ついたりしないことが保証される。

残りの三方の側壁よりもわずかに短いトラフの下流側の壁の高さを調節することで、製品を乾燥ベルトに塗布する。これにより、本乾燥システムは、所定の厚さなおかつ乾燥ベルトの幅にわたって均一に分散した所定量の製品を乾燥ベルトに送ることができる。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、乾燥ベルトの幅にわたって延びる堰または開口から製品を所望の速度でゆっくりと流し込むことで、流動特性が低くかつ乾燥ベルト表面への接着強度が弱い製品を塗布する。乾燥ベルトが移動する速度および乾燥ベルト上に製品を塗布する速度により、製品の層の厚さが決まる。

乾燥ベルトからの製品の除去
一実施形態によれば、本乾燥システムは、製品を乾燥ベルトに塗布する。乾燥ベルト上の製品は、一連の乾燥チャンバを介して乾燥機の長さを移動する。乾燥ベルトの下を循環している温水が、製品を加熱する。製品から蒸発した水は、乾燥ベルト上の製品の表面にわたる空調空気の連続流により除去される。乾燥製品は、乾燥ベルトの表面に接着する。乾燥製品がベルトの上に接着する程度は、乾燥ベルトと乾燥製品との間の凝集力による。いくつかの製品はベルトへの接着が弱いが、他の製品はベルトへの接着が強く、除去しにくい。本乾燥システムは、移動乾燥ベルトの方向に対して斜めに力を加えることで、乾燥ベルトから乾燥製品を除去する。除去力は、乾燥ベルトの幅にわたって均一に加わる。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、一方の側に鋭利な縁部を持つ（非接触面上の）乾燥ベルト下の長円形もしくは矩形ロッドを用いて乾燥製品を除去する。ロッドは、乾燥ベルトを傷つけないように、乾燥ベルトの材料よりも低い焼入れ性指標を持つポリマーからなっていてもよい。丸みのある縁端は、乾燥製品を除去するために力を加えた際に著しい変形をしない材料からなっていてもよい。乾燥ベルトを支持する表面の剛性により、全表面にわたる製品に同じ応力がかかることが保証され、乾燥ベルトに沿って均一な力がかかる。これにより、除去力が示すシフト抵抗下において、乾燥ベルトが左右に摺動し始めないことが保証される。一実施形態では、本乾燥システムは、単一のロッド、または、乾燥ベルトの幅を覆うために横並びに設置された一連の複数のロッドを含む。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、乾燥処理の最終段階で乾燥ベルトを冷やすことで、乾燥ベルトからの乾燥製品の解放を改善する。乾燥製品と乾燥ベルトとの間の熱膨張の係数差により、２つの表面間の接着力が破壊される。冷やすことで乾燥ベルトから乾燥製品を緩めて、乾燥ベルトから乾燥製品を効率的に除去することができる。

一実施形態によれば、乾燥ベルトおよび乾燥製品を冷却するのに用いる冷水の温度は、乾燥製品および乾燥ベルトの平均乾燥温度よりも少なくとも３０℃低い。本乾燥システムはさらに、乾燥ベルトおよび乾燥製品を３０℃以下の温度、好ましくは、０℃〜１０℃の温度に冷却してもよい。

一実施形態によれば、本乾燥システムは、低容量の高湿度空気を乾燥機から直接排出するための１つ以上の高容量低圧ファンを含む。ファンは、ダクトする必要性を排除し、建物の外壁で適切に配向している乾燥機に取り付けられる。

図８は、一実施形態による、製品を乾燥する例示的な処理を示す。８０１で、本乾燥システムは、乾燥すべき製品を乾燥コンベアベルトの入口に塗布する。８０２で、本乾燥システムは、乾燥ベルトの下で乾燥ベルトと接触している槽に保持される温水または熱伝導流体を循環させることで製品を加熱する。８０３で、本乾燥システムは、乾燥ベルトに沿った製品を乾燥機の第１の乾燥チャンバに向ける。８０４で、本乾燥システムは、空気を除湿し、加熱し、濾過することで空調空気を提供する。８０５で、本乾燥システムは、マニホールド内の１つ以上のオリフィスを介して、製品表面にわたって横方向に空調空気を注入する。本乾燥システムがオリフィスを介して乾燥ベルトの幅にわたって空調空気を注入するように、マニホールドは、乾燥ベルトの上方に位置しており、乾燥ベルトの第１の長さに平行である。

８０６で、本乾燥システムは、チャンバ内の空調空気の気流速度を制御する。８０７で、本乾燥システムは、水分を多く含んだ空調空気を、マニホールドの反対側に、即ち、乾燥ベルトの第２の長さに沿って排出する。８０８で、本乾燥システムは、製品が所望の乾燥度に達しているかどうか判断する。製品が所望の乾燥度に達している場合、８０９で、本乾燥システムは、乾燥ベルトに沿った製品を、乾燥機の後続チャンバに方向付け続ける。一実施形態によれば、後続チャンバ内の空調空気の気流速度は、第１のチャンバ内の空調空気の気流速度よりも遅い。製品が所望の乾燥度に達している場合、８１０で、本乾燥システムは、乾燥ベルトから乾燥製品を除去する。一実施形態によれば、本乾燥システムは、乾燥ベルトの下のロッドを用いて乾燥製品を除去し、ここで、ロッドは、一方の側に鋭利な縁部を持ち、移動乾燥ベルトの方向に対して斜めに力を加える。

一実施形態によれば、本乾燥システムの構成部材は、通常の食品加工化学物質を用いてクリーニングし、水道水ですすいでもよい材料を含む。本乾燥システムのこれらの構成部材は、ユーザにより操作することができるキースロットまたはスタッドに取り付けられるので、乾燥機から容易に除去され得る。空調空気分配マニホールドへの空気連結は、取り付けおよび取り外しが容易な迅速分離型である。

調節可能な空調空気流を用いたマルチチャンバ乾燥機を実施する様々な実施形態を示すために本明細書に上述された上記の例示実施形態を開示した。当業者には種々の変形および開示された例示実施形態からの逸脱が想起されるであろう。本開示の範囲内であることを意図している本主題は、添付の特許請求の範囲に記載される。

Claims (20)

1. 乾燥すべき製品を、その第１の表面上に受け入れるように構成された乾燥ベルト；
   前記乾燥ベルトの第２の表面と接触している熱媒体であって、前記製品を加熱するように構成され、かつ、所定温度で維持される、前記熱媒体；
   前記乾燥ベルトの上方に位置しているマニホールドであって、前記乾燥ベルトの幅にわたって横方向に空調空気を注入して前記製品から蒸発水を除去する１つ以上のオリフィスを含む、前記マニホールド、
   を備え、
   前記乾燥ベルトの上方の調節可能なヘッドスペースを覆い、該スペースを提供するカバーをさらに含み、前記マニホールドが、前記カバーと前記乾燥ベルトとの間に位置している、装置。
2. 前記マニホールドが、前記乾燥ベルトの長さに平行であり、前記マニホールドが、前記乾燥ベルトの第１の側面に隣接している、請求項１に記載の装置。
3. 空気を除湿して前記空調空気を提供するための冷却機と、固体吸収剤と、コンプレッサとのうちの１つ以上をさらに含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記除湿空気を濾過し前記空調空気を提供する粒子エアフィルタをさらに含む、請求項３に記載の装置。
5. 空調空気を排出する１つ以上のダクトをさらに含み、
   前記１つ以上のダクトが、前記乾燥ベルトの長さに平行であり、前記乾燥ベルトの第２の側面に隣接している、請求項２に記載の装置。
6. 前記カバーと前記乾燥ベルトとの間に１つ以上の乾燥チャンバをさらに含み、
   前記１つ以上の乾燥チャンバの各々が、単独制御される水温、単独制御される気流速度、単独制御される湿度、および単独制御される気温のうちの１つ以上を提供する、請求項１に記載の装置。
7. 前記１つ以上の乾燥チャンバが、第１の乾燥チャンバと第２の乾燥チャンバとを含み、前記第１の乾燥チャンバが、前記第２の乾燥チャンバよりも前記乾燥ベルトの入口に近く、気流速度が、前記第２の乾燥チャンバ内よりも前記第１の乾燥チャンバ内の方が高い、請求項６に記載の装置。
8. 前記カバーが、マルチウォールポリカーボネートパネルを含む、請求項１に記載の装置。
9. 前記１つ以上のオリフィスが、前記乾燥ベルトの前記第１の表面から少なくとも４０°の前記注入空調空気の入射角を提供する、請求項１に記載の装置。
10. 前記１つ以上のオリフィスが、前記製品の種類、前記製品の水分含量、および乾燥機構成のうちの１つ以上に基づいて、１以上の所望の圧力で、かつ所望の空気容量で、前記空調空気を注入する、請求項１に記載の装置。
11. 乾燥すべき製品を乾燥ベルトの第１の表面上に載置することと；
    前記乾燥ベルトの第２の表面と接触している熱媒体を用いて前記製品を乾燥すること（ここで、前記熱媒体は、所定温度で維持される。）と；
    マニホールド中の１つ以上のオリフィスを介して前記乾燥ベルトの幅にわたって横方向に空調空気を注入し、前記乾燥された製品から蒸発水を除去することと、
    を含み、
    カバーと前記乾燥ベルトとの間のヘッドスペースを調節し、前記注入空調空気の量を制御することをさらに含む、方法。
12. 空気を除湿することと、前記除湿空気を加熱することと、前記加熱空気を濾過することとのうちの１つ以上によって空調空気を提供することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 空気を除湿することが、冷却機、固体吸収剤、およびコンプレッサのうちの１つ以上を用いることに基づいている、請求項１２に記載の方法。
14. 前記加熱空気を濾過することが、粒子エアフィルタを用いることに基づいている、請求項１２に記載の方法。
15. １つ以上のダクトを用いて前記注入空気を排出することをさらに含み、
    前記１つ以上のダクトが、前記乾燥ベルトの長さに平行であり、前記乾燥ベルトの側面に隣接している、請求項１１に記載の方法。
16. １つ以上の乾燥チャンバの各々内で、前記注入空調空気の水温、気流速度、湿度、および気温のうちの１つ以上を独立制御することをさらに含み、
    前記１つ以上の乾燥チャンバが、前記カバーおよび前記乾燥ベルトの内側にある、請求項１１に記載の方法。
17. 前記注入空調空気の前記気流速度を制御することが、オリフィスを開口することと、前記オリフィスを閉口することと、前記オリフィスの開口径を変化させることのうちの１つ以上を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記注入空調空気の前記気流速度が、第２の乾燥チャンバ内よりも第１の乾燥チャンバ内の方が高く、前記第１の乾燥チャンバが、前記第２の乾燥チャンバよりも前記乾燥ベルトの入口に近い、請求項１７に記載の方法。
19. 前記乾燥ベルトの前記第１の表面から少なくとも４０°の前記注入空調空気の入射角を前記１つ以上のオリフィスを介して提供することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
20. 前記製品の種類、前記製品の水分含量、および乾燥機構成のうちの１つ以上に基づいて、１以上の所望の圧力で、かつ所望の空気容量で、前記空調空気を注入することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

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