JP7048031B2 - 真空乾燥装置 - Google Patents

Description

本開示は、駆動軸の回転運動をシリンダ内のピストンの直線往復運動に変換するロータリ式シリンダ装置を用いて真空乾燥容器内に収納された被乾燥物を乾燥する真空乾燥装置に関する。

食品廃棄物（生ごみ・食品残渣等）、洗濯物、各種素材の含水量を低減させ減容する目的で乾燥装置が工場、事業所、病院、食堂等で利用されている。乾燥装置の乾燥方式としては、自然乾燥や薬品乾燥によるものを除き、熱風乾燥方式又は真空乾燥方式に大別される。一般的に熱風乾燥方式は、乾燥コストが高く、乾燥装置そのものが大型化・複雑化する傾向にある。そこで以下では乾燥コストが安価な真空乾燥装置について説明する。

一般家庭や中小規模の食品事業者などにおいて発生する生ごみや食品残渣は、数日ごとに地方自治体の可燃ごみとして回収されて焼却処分される。可燃ごみは夏季等の高温時には焼却処分前の段階で腐敗が進んで悪臭を放つことから都市部のアパートやマンション等では深刻な問題となりまた含水量が多いことから焼却処分時の燃焼消費量が増大するという問題がある。しかしながら、生ごみや食品残渣を乾燥減容する真空乾燥装置は、一般家庭や中小規模の食品事業者などにおいて普及していないのが現実である。その理由としては、初期投資を含めた乾燥コストが高いこと、乾燥時間が長いこと、乾燥装置の設置面積が大きくなり置き場がないこと、運転音が大きいこと等が考えられる。

工業用に用いられる大型の真空乾燥装置を除く、中小型の真空乾燥装置の主流は、ダイヤフラム式真空ポンプ若しくは油回転式真空ポンプ（ベーン方式）の２種類である。
ダイヤフラム式真空ポンプは、ロータが回転することによりコネクティングロッドを通じてダイヤフラムを変形させてポンプ室の容積を拡縮させる際に吸気と排気を行うようになっている（特許文献１：特開２０１５－２０３３１０号公報参照）。

油回転式真空ポンプは、シリンダ内に偏心して回転可能に設けられたロータに、シリンダ室を仕切る複数のベーンが組み付けられている。ロータが回転すると複数のベーンがシリンダ内壁に当接したまま摺動し、吸気口より吸気された気体はシリンダ室の容積変化に応じて圧縮され、排気弁から排気されるようになっている。真空ポンプ油をシリンダ内壁面に給油してベーンの摺動を滑らかにしている（特許文献２：特開２００６－２００５０６号公報，特許文献３：特開２０１２－１９３７２７１号公報参照）。

特開２０１５－２０３３１０号公報 特開２００６－２００５０６号公報 特開２０１２－１９３７２７１号公報

上述した各方式の真空乾燥装置の欠点を定性的に説明すると、先ずダイヤフラム式真空ポンプ（特許文献１）は、消費電力が極端に大きく吸引容量が少なくい。またゴム製のダイヤフラムの寿命が短く（運転時間３０００時間で交換が必要）、ピストン往復による機械的損失に起因する運転音が大きい。

また、油回転式真空ポンプ（特許文献２，３）は、ポンプ本体内に給油された油に水分が混入してポンプ性能を劣化させる。この劣化を少なくするため、圧縮室に適量の外気を入れるためのガスバラストバルブが必要になり、真空ポンプの吸引性能が低下する。また、シリンダ内に供給された油に入り込む水分を少なくするため、ポンプ本体温度を７０℃程度に昇温させる必要がある。また、ポンプ本体内の油に混入した水分を取り除くため、定期的にポンプの空運転が必要になる。更には真空乾燥で回収された水分には若干の油が混入するので、分別回収するための環境対策が必要になる。特に乾燥容器内で被乾燥物の水分が蒸発するとき、乾燥容器内の潜熱が奪われ温度が低下するため、被乾燥物の乾燥に時間がかかり、エネルギーコスト（電力消費量、燃費等）が嵩む。
いずれの方式においても乾燥時間を含めた乾燥コスト、装置の小型化、運転時の振動及び騒音の発生、真空ポンプより回収される水分のオイルレス化による環境対策が必要になるため、一般家庭や中小規模の食品事業者等には普及し難いというのが実情である。

以下に述べるいくつかの実施形態に適用される開示は、上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、乾燥時間を短縮して乾燥コストを低減し、装置の小型化を図ると共に運転時の振動及び騒音を低減して一般家庭等でも使用可能な真空乾燥装置を提供することにある。

以下に述べるいくつかの実施形態に関する開示は、少なくとも次の構成を備える。駆動源により回転駆動される駆動軸の回転を内サイクロイドの原理に従い、偏心カムに対して直交配置された一対の両頭ピストン組の往復運動に変換されるロータリ式シリンダ装置を収容したケース本体と被乾燥物が収納された真空乾燥容器が配管接続された真空乾燥装置であって、前記一対の両頭ピストン組が摺動可能に挿入される前記ケース本体に設けられた複数のシリンダのうち少なくとも１のシリンダは被乾燥物が収納された前記真空乾燥容器に接続されて真空引きする真空引き用シリンダとして用いられ、残りのシリンダは前記ケース本体内外の圧力差を発生させ当該ケース本体内外を流れる気流を形成する圧力差発生用シリンダとして用いられ、前記真空乾燥容器内には容器内の温度を検出する温度検出部が設けられ、前記真空乾燥容器外面には、被乾燥物を加温する加熱手段が設けられており、容器内温度が所定温度となるように前記加熱手段により加熱が行われることを特徴とする。

このように、真空乾燥容器に接続された真空引き用シリンダにより真空引きすると、容器内が減圧されて沸点が低下することで、被乾燥物の水分が蒸発する。水分が蒸発するとき、容器内の潜熱が奪われ温度が低下するため、被乾燥物の乾燥に時間がかかる。このため、真空乾燥容器内に設けられた温度検出部により容器内温度を検出して所定温度より低下すると真空乾燥容器外面に設けられた加熱手段によって加熱して容器内に温度を一定に保つことで被乾燥物を効率よく乾燥することができ、乾燥時間を短縮して乾燥コスト（エネルギーコスト）を低減することができる。尚、加熱手段は、常時加熱しなくともよく、真空乾燥容器内の温度が所定温度より低下したときに加熱するようになっていればよい。
また、ロータリ式シリンダ装置は、駆動軸の回転を内サイクロイドの原理に従い、偏心カムに対して直交配置された一対の両頭ピストン組の往復運動に変換される複数のシリンダのうち少なくとも一のシリンダを真空乾燥容器に接続された真空引き用シリンダとして用いることで、真空引きするポンプ装置の小型化を図ると共に両頭ピストン組の往復運動で発生する機械的損失が少なく振動及び騒音を低減することができる。

前記真空乾燥容器内には、被乾燥物を駆動源により攪拌する攪拌部材が設けられていてもよい。これにより、真空乾燥容器に接続された真空引き用シリンダにより真空引きすると容器内が減圧されて被乾燥物の乾燥が進むが、表面のみの乾燥が進行し内部の乾燥が進まずむらが生じるおそれがある。よって、攪拌部材により被乾燥物を攪拌することで短時間でむらなく均一に乾燥することができる。

上述した真空乾燥装置を用いれば、乾燥時間を短縮して乾燥コストを低減し、装置の小型化を図ると共に運転時の振動及び騒音を低減して一般家庭等でも使用可能となる。

真空乾燥装置の上方斜視図である。 図１の真空乾燥装置の駆動伝達機構を示す下方斜視図である。 ロータリ式シリンダ装置の外観斜視図である。 図３のロータリ式シリンダ装置のケース本体を取り外した軸方向平面図、ピストンヘッドに装着されるシールカップの正面図、斜視図及び矢印Ｙ－Ｙ断面図である。 図３のロータリ式シリンダ装置の分解斜視図である。 ロータリ式シリンダ装置の平面図、矢印Ｘ－Ｘ断面図、正面図、Ｚ部拡大断面図である。 シリンダヘッド部及びヘッドカバーの正面図である。 従来の真空引きシリンダの正面図、矢印Ｙ－Ｙ断面図及び部分拡大断面図である。 水蒸気圧曲線を示すグラフ図である。 駆動軸を中心とする第一クランク軸の回転軌道、第一クランク軸を中心とする第二クランク軸の回転軌道と両頭ピストン組の直線往復運動の関係を示す模式図である。 真空乾燥容器の構成図と制御系を示すブロック構成図である。

以下、発明を実施するための一実施形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。先ず、図１乃至図８を参照して一例として真空乾燥装置について説明する。真空乾燥装置１は、モータＭ１（駆動源）により回転駆動される駆動軸２ａの回転を内サイクロイドの原理に従い、偏心カム２２に対して直交配置された一対の両頭ピストン組２３，２４の往復運動に変換されるロータリ式シリンダ装置２を備えている（図５参照）。また、ロータリ式シリンダ装置２のケース本体３と被乾燥物Ｗが収納される真空乾燥容器４は配管接続されている（図１参照）。

以下の説明は、真空乾燥装置１に設けられる真空引きシリンダを２個にした実施例について説明する。一対の両頭ピストン組２３，２４が摺動可能に挿入された複数のシリンダが組み付けられたケース本体３において、少なくとも一のシリンダは被乾燥物Ｗが収納された真空乾燥容器４と接続された真空引き用シリンダ５として用いられる。本実施例では、図１においてケース本体３の前後方向に組み付けられた一対のシリンダが真空引き用シリンダ５として用いられる。また、ケース本体３の左右方向に組み付けられた一対のシリンダがケース本体３内外の圧力差を発生させる圧力差発生用シリンダ６として用いられる。

図１において、装置ベース部７は、両側脚部７ａにて設置面より水平に支持されている。図２に示すように装置ベース部７上にはモータＭ１がモータ軸８を水平面に対して直交する方向に配置されるように支持固定されている。また、装置ベース部７上にはロータリ式シリンダ装置２の駆動軸２ａが水平面に対して直交する方向に配置されるように支持固定されている。

図２において、モータ軸８にはモータプーリ８ａが組み付けられている。また、駆動軸２ａには駆動プーリ２ｂが組み付けられている。モータプーリ８ａと駆動プーリ２ｂには無端状のタイミングべルト９が架設されている。

図１において、ロータリ式シリンダ装置２に設けられた配管接続構造について説明する。ロータリ式シリンダ装置２（真空引きシリンダ５）と真空乾燥容器４とは吸引管１０により接続されている。具体的には、真空乾燥容器４は蓋部４Ａと容器本体４Ｂを備え、蓋部４Ａには一対の管継手４ａが設けられている。また、真空引き用シリンダ５のシリンダヘッド部３７を覆うヘッドカバー３９には管継手３９ａが各々設けられている。一対の管継手４ａと管継手３９ａとは、吸引管１０により各々配管接続されている。また、ヘッドカバー３９には管継手３９ｂが設けられており、管継手３９ｂには吐出管１１が垂直下方に向けて接続されている。

圧力差発生用シリンダ６のシリンダヘッド部３２を覆うヘッドカバー３４には管継手３４ａが各々設けられている。一対の管継手３４ａと吸気管１２に接続する一対の管継手１３ａとは、吸引管１４により各々配管接続されている。また、ヘッドカバー３４には管継手３４ｂが各々設けられており、各管継手３４ｂは一対の管継手１５ａと連結管１６により各々配管接続されている。一対の管継手１５ａは、ケース本体３の天面部に設けられた管継手３ａと連結管１７により配管接続されている。またケース本体３のいずれかの側面には吐出孔３ｂが単数若しくは複数箇所に穿孔されている。圧力差発生用シリンダ６から連結管１６、管継手１５ａ、連結管１７及び管継手３ａを介してケース本体３内に吹き込まれた外気は、ケース本体３内部から吐出孔３ｂを通じて外部へ排気されるようになっている。

次に真空乾燥容器４の構成について説明する。図１に示すように、真空乾燥容器４は金属製（例えばＳＵＳ等）の筒状容器であって蓋部４Ａと容器本体４Ｂにより被乾燥物Ｗを収納して密閉するようになっている。蓋部４Ａには、一対の管継手４ａが設けられている。この一対の管継手４ａには吸引管１０が各々接続されている。

真空乾燥容器４の一例について、図１１Ａを参照して説明する。
蓋部４Ａには、被乾燥物Wの投入口４Ｃが設けられ、容器本体４Ｂには乾燥物の排出口４Ｄが各々設けられている。投入口４Ｃ及び排出口４Ｄには各々蓋体が開閉可能に設けられている。容器本体４Ｂ内には容器内の温度を検出する温度センサ４Ｅ（温度検出部）が設けられている。容器本体４Ｂは、熱伝導性の良い鉄系の金属材（例えばＳＵＳ等）が用いられ、その外周面には被乾燥物Ｗを加温するヒータ４Ｆ（加熱手段）が周回して設けられている。ヒータ４Ｆとしては様々なものが用いられるが、例えば面状発熱体を用いた面状ヒータ（例えばシリコンラバーヒータ、スペースヒータ、ポリイミド面状ヒータ等）が好適に用いられる。
真空乾燥容器４に接続された真空引き用シリンダ５により真空引きされると、容器内が減圧されて沸点が低下することで、被乾燥物Ｗの水分が蒸発する。水分が蒸発するとき、容器内の潜熱が奪われ温度が低下するため、被乾燥物Ｗの乾燥に時間がかかる。このため、真空乾燥容器４内に設けられた温度センサ４Ｅにより容器内温度を検出して真空乾燥容器外面に設けられたヒータ４Ｆを発熱させて容器内温度を一定に保つことで被乾燥物Ｗを効率よく乾燥することができ、乾燥コストを低減することができる。尚、ヒータ４Ｆは、常時加熱しなくともよく、真空乾燥容器４内の温度が所定温度より低下したときに加熱するようになっていればよい。

また、真空乾燥容器４内には、被乾燥物ＷをモータＭ２（駆動源）により攪拌する攪拌部材４ｃが設けられていてもよい。攪拌部材４ｃは、様々な形態のものが用いられるが、例えばシャフト４ｄの周囲にスクリュー羽根４ｅが設けられたものが用いられる。モータＭ２は、所定方向に回転するものでも、正逆回転駆動するものであってもいずれでもよい。これにより、真空乾燥容器４に接続された真空引き用シリンダ５により真空引きすると容器内が減圧されて被乾燥物Ｗの乾燥が進むが、表面のみの乾燥が進行し内部の乾燥が進まずむらが生じるおそれがある。よって、攪拌部材４ｃにより被乾燥物Ｗを攪拌することで、被乾燥物Ｗを短時間でむらなく均一に乾燥することができる。

図１１Bは、真空乾燥装置１の制御系を示すブロック構成図である。制御部４５は、中央処理装置（ＣＰＵ）を備え、真空乾燥装置１及び真空乾燥容器４の動作を制御する。制御部４５には所定動作プログラムを記憶したＲＯＭが内蔵されるとともに、一時記憶装置（例えばＲＡＭ）等を備えている。
制御部４５には、操作スイッチ４６からの操作信号が入力され、温度センサ４Ｅから容器内の温度検出信号が入力される。また、制御部４５からは、真空乾燥装置１のモータＭ１に対する駆動信号、真空乾燥容器４に備えたモータＭ２に対する駆動信号、ヒータ４Ｆに対する駆動信号などが出力される。尚、操作スイッチ４６に代えて、外部入力端末（リモコン）を設けてもよい。

ここで真空乾燥の原理について説明する。水は大気圧（１気圧）の下では１００℃で沸騰するが、気圧を下げれば、沸騰温度も低下する。具体的な事例で説明すると、図８に示す水蒸気圧曲線を示すグラフ図において、例えば大気圧から０．２５気圧まで減圧すれば、沸騰温度は約６０℃となる。このような原理を乾燥に応用したものを真空乾燥という。真空乾燥において留意すべき点は、水は沸騰する際に気体から潜熱を奪い容器内の温度を低下させるため、容器内の温度を一定に保つため温熱の供給が必要になる。このため、真空乾燥容器４内に設けられた温度センサ４Ｅにより容器内温度を検出して所定温度より低下すると真空乾燥容器外面に設けられたヒータ４Ｆによって加熱して容器内に温度を一定に保つことで被乾燥物Ｗを効率よく乾燥することができ、乾燥時間を短縮して乾燥コストを低減することができる。尚、ヒータ４Ｆは、常時加熱しなくともよく、真空乾燥容器４内の温度が所定温度より低下したときに加熱するようになっていればよい。

また、真空乾燥容器４内に収納された被乾燥物Wの乾燥動作開始時に、ロータリ式シリンダ装置２に吸引される空気は相対湿度が略１００％となるので、真空引き用シリンダ５内では、真空乾燥容器４から吸引した空気を吐出するモードのときに水滴が発生するおそれがある。

具体的には、図８Ｂに示す従来の真空ポンプ用のシリンダ５１内には、ピストン５２が挿入されている。ピストンヘッド５２ａには、環状のシールカップ５３が重ね合わせられ、シールカップ押さえ５４によってねじ止めされて組み付けられている。図８Ａ，Ｂに示すようにシリンダ５１にはシリンダヘッド部５５及びヘッドカバー５６が重ね合わせて組み付けられている。シリンダヘッド部５５及びヘッドカバー５６には、シリンダ５１内へ空気を吸引する吸込み流路５７ａ及びシリンダ５１から空気を吐出する吐出流路５７ｂが各々形成されている。ヘッドカバー５６には、吸込み流路５７ａ及び吐出流路５７ｂに対応する管継手５８ａ，５８ｂが各々接続されている。図８Ｃに示すようにシリンダ５１内に吸込まれた空気を吐出流路５７ｂからリードバルブ５９を経て管継手５８ｂから吐出する際に、シリンダ５１内に発生した水滴６０が、シールカップ５３の排水時の水圧による変形で隙間からケース本体内に流入することがある。この結果としてピストン５２が相対回転する偏心軸回りに設けられた軸受６１（図７Ｂ参照）等の寿命を極端に縮める結果となる。

そこで、後述するように、真空引き用シリンダ５内を往復動する第二両頭ピストン組２４のピストンヘッド部２４ｂには正圧若しくは負圧のいずれの方向に対しても当該ピストンヘッド部２４ｂの端面（受圧面）に対して起立するシールカップ２４ｃ１，２４ｃ２が設けられている。これにより、図８に示す従来の真空ポンプに使用されていたシールカップ５３では実現できなかったシリンダ内に発生した水滴がケース本体内に流入するのを防止することができる。

以下、ロータリ式シリンダ装置２の概略構成について図４Ａの軸方向平面図及び図５の分解斜視図、図６Ａ～Ｃを参照して説明する。図６Ａ～Ｃに示すように、ケース本体３内には、モータＭ１（図１参照）により回転駆動される駆動軸２ａの回転を内サイクロイドの原理に従い、偏心カム２２に対して直交配置された一対の両頭ピストン組２３，２４（図４Ａ参照）の往復運動に変換するピストンユニットＰが相対回転可能に組み付けられる。尚、両頭ピストン組とは、両頭ピストン単体のピストンヘッド部にシールカップ及びシールカップ押さえ部材やピストンリングなどのシール材が一体に組み付けられたものを言う。以下、具体的に説明する。

図５において、第一クランク軸２５ａを中心に相対回転可能な筒状の偏心カム２２、該偏心カム２２に対して第一両頭ピストン組２３及び第二両頭ピストン組２４（ピストンユニットＰ）が各々相対回転可能に組み付けられる。第一両頭ピストン組２３のピストン本体２３ａの長手方向両端部にはピストンヘッド部２３ｂが各々形成されている。各ピストンヘッド部２３ｂには、環状のシールカップ２３ｃ及びシールカップ押さえ２３ｄが重ね合わせられ、ねじ２３ｅにより一体に組み付けられる。
第二両頭ピストン組２４のピストン本体２４ａの長手方向両端部にはピストンヘッド部２４ｂが各々形成されている。各ピストンヘッド部２４ｂには、環状のシールカップ２４ｃ１，２４ｃ２及びシールカップ押さえ２４ｄが重ね合わせられ、ねじ２４ｅにより一体に組み付けられる。

偏心カム２２の筒体２２ａの外周に軸受２６ａ，２６ｂを介して第一両頭ピストン組２３、第二両頭ピストン組２４が各々組み付けられる。偏心カム２２の筒孔には軸受を介して第一クランク軸２５ａが嵌め込まれ、その両側軸端部に第一バランスウェイト２７ａと第一駆動軸２ａ１、第二バランスウェイト２７ｂと第二駆動軸２ａ２を嵌め合わせる。そしてピン２８ａ，２８ｂを第一バランスウェイト２７ａ，第二バランスウェイト２７ｂを貫通し第一クランク軸２５ａの軸端部に各々挿入してこれらを位置合わせする。この状態で、第一バランスウェイト２７ａに対してピン２８ａと固定ねじ２９ａが、第二バランスウェイト２７ｂに対してピン２８ｂと固定ねじ２９ｂが各々直交するようにねじ篏合させて一体に組み付けられる。

ピストンユニットＰは、第一ケース体３Ａに保持された軸受３０ａに第一駆動軸２ａ１を嵌め込み、第二ケース体３Ｂに保持された軸受３０ｂに第二駆動軸２ａ２を嵌め込んで回転可能に支持される。本実施形態では、駆動軸２ａは、第一駆動軸２ａ１と第二駆動軸２ａ２に分割され、第一駆動軸２ａ１と第一バランスウェイト２７ａ、第二駆動軸２ａ２と第二バランスウェイト２７ｂが各々一体に組み付けられている。

図６Ａ～Ｃに示すように、ケース本体３の対向する側面には、一対の真空引きシリンダ５と一対の圧力差発生用シリンダ６が各々挿入して組み付けられる。図５に示すように、圧力差発生シリンダ６には、シール材３１を介してシリンダヘッド部３２、シール材３３を介してヘッドカバー３４を重ね合わせて、固定ねじ３５によって、ケース本体３の対向する側面に組み付けられる。シリンダヘッド部３２には、各シリンダ室から流体の流路への出入り（吸込み及び吐出）を切り替えるリードバルブ３２ａ，３２ｂが組み付けられる。真空引きシリンダ５には、シール材３６を介してシリンダヘッド部３７、シール材３８を介してヘッドカバー３９を重ね合わせて、固定ねじ４０によって、ケース本体３の対向する側面に組み付けられる。シリンダヘッド部３７には、各シリンダ室から流体の流路への出入り（吸込み及び吐出）を切り替えるリードバルブ３７ａ，３７ｂが組み付けられる。

図７Ａに示すように、真空引きシリンダ５に設けられるシリンダヘッド部３７には吸込み側のリードバルブ３７ａ及び吐出側のリードバルブ３７ｂが各々設けられる。吸込み側のリードバルブ３７ａは、真空引きシリンダ５内が負圧になって管継手３９ａより矢印方向に空気を吸込む際に開弁する。吐出側のリードバルブ３７ｂは、真空引きシリンダ５内が正圧になって管継手３９ｂより矢印方向に空気を吐出する際に開弁する。

図７Ａに示すように、吸込み側のリードバルブ３７ａはシリンダヘッド部３７の径方向内面側にねじ３７ｃにより片持ち状に組み付けられ、吐出側のリードバルブ３７ｂはシリンダヘッド部３７の径方向外面側にねじ３７ｄにより片持ち状に組み付けられる。また、図７Ｂに示すように、ヘッドカバー３９には、管継手３９ａ，３９ｂがねじ篏合して組み付けられるねじ孔３９ｃ，３９ｄが穿孔されている。
尚、圧力差発生用シリンダ６に設けられるシリンダヘッド部３２に設けられる吸込み側のリードバルブ３２ａ及び吐出側のリードバルブ３２ｂの構造やヘッドカバー３４の構造も、上述した吸込み側のリードバルブ３７ａ及び吐出側のリードバルブ３７ｂ並びにヘッドカバー３９と同様である。

第一両頭ピストン組２３は、圧力差発生シリンダ６に挿入して組み付けられ（図５参照）、第二両頭ピストン組２４は、真空引きシリンダ５に挿入して組み付けられる（図６Ｂ参照）。第一ケース体３Ａと第二ケース体３Ｂとは、真空引きシリンダ５及び圧力差発生シリンダ６を挟み込んで組付けられ、固定ねじ２１を第一ケース体３Ａと第二ケース体３Ｂの対応するねじ孔にねじ嵌合させてケース本体３が一体に組み付けられる（図５参照）。

図４Ｂ～Ｄに示すように、真空引き用シリンダ５内を往復動する第二両頭ピストン組２４のピストン本体２４ａの長手方向両端部にはピストンヘッド部２４ｂが各々形成されている。ピストンヘッド部２４ｂには正圧若しくは負圧のいずれの方向に対しても当該ピストンヘッド部２４ｂの端面に対して起立するシールカップ２４ｃ１，２４ｃ２が重ねて組み付けられている。

図４Ｂ～Ｄに示すように、シールカップ２４ｃ１，２４ｃ２は各々環状に形成されており、シール面Ｌ１とシール面Ｌ２が直交した径方向断面がＬ字状に形成されている。このシールカップ２４ｃ１，２４ｃ２を各ピストンヘッド部２４ｂの各端面（受圧面）に対してシール面Ｌ１どうしが平行になるように重ね合わせ、シール面Ｌ２どうしは径方向内側と径方向外向きに起立するように配置される（図６Ｄ参照）。この状態でシールカップ押さえ２４ｄが重ね合わせられ、ねじ２４ｅにより一体に組み付けられる（図５参照）。尚、シールカップ２４ｃ１，２４ｃ２は、２部品を重ね合わせて形成されているが、一体形成されていてもよい。シールカップ２４ｃ１，２４ｃ２としては例えばシリンダとの高い摺動性を有し耐摩耗性の高いＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）材等の樹脂材が用いられる。

このように、真空引き用シリンダ５内を往復動するピストンヘッド部２４ｂには正圧若しくは負圧のいずれの方向に対しても当該ピストンヘッド部２４ｂの端面に対して起立するシールカップ２４ｃ１，２４ｃ２が設けられているので、従来の真空ポンプに使用されていたシールカップでは実現できなかったシリンダ内に発生した水滴がケース本体３内に流入するのを防止することができる。また、駆動軸２ａ（第一駆動軸２ａ１，第二駆動軸２ａ２）の回転を内サイクロイドの原理に従い、偏心カム２２に対して直交配置された一対の両頭ピストン組２３，２４の往復運動に変換されるロータリ式シリンダ装置２の複数のシリンダのうち少なくとも一のシリンダを真空乾燥容器４に接続された真空引き用シリンダ５として用いることで、真空引きするポンプ装置の小型化を図ると共に両頭ピストン組の往復運動で発生する機械的損失が少なく振動及び騒音を低減することができる。

ここで、駆動軸２ａ（第一駆動軸２ａ１，第二駆動軸２ａ２）を中心Ｏとする第一クランク軸２５ａ、第二クランク軸２５ｂ，２５ｃ（仮想軸であり、偏心カム２２に形成された一対の筒体２２ａの筒孔中心）の回転運動と第一両頭ピストン組２３，第二両頭ピストン組２４の直線往復運動（内サイクロイド運動）の原理の概要について図１０Ａ～図１０Ｄを参照して説明する。図１０Ａ～図１０Ｄは、駆動軸２ａの回転にしたがって第一クランク軸２５ａが中心Ｏ（第一駆動軸２ａ１，第二駆動軸２ａ２）の周りを反時計回り方向に９０°ずつ回転した状態を模式的に示したものである。駆動軸２ａの回転により第一クランク軸２５ａが中心Ｏ（第一駆動軸２ａ１，第二駆動軸２ａ２）の周りを回転すると、第二クランク軸２５ｂは仮想円４２の転がり円４３の直径Ｒ１上を往復移動し、第二クランク軸２５ｃは転がり円４３の直径Ｒ２上を往復移動する。

即ち、第一駆動軸２ａ１及び第二駆動軸２ａ２の軸心（中心Ｏ）を中心とした半径ｒの反時計回り方向の回転軌道４４に沿った第一クランク軸２５ａ及び偏心カム２２（図５参照）の回転運動にともなって、第二クランク軸２５ｂ，２５ｃを軸心に有する偏心カム２２と連繋するピストン組のうち、第一両頭ピストン組２３が軸受２６ａ（図６Ｂ，Ｄ参照）を介して相対的に回転しながら半径２ｒの転がり円４３（軸心Ｏを中心とする同心円）の直径Ｒ１上で往復動を繰り返し、第二両頭ピストン組２４が軸受２６ｂ（図６Ｂ，Ｄ参照）を介して相対的に回転しながら半径２ｒの転がり円４３の直径Ｒ２上で往復運動を繰り返すことになる。実際の装置では、偏心カム２２は第一クランク軸２５ａを中心に軸受２５ｄ，２５ｅを介して相対回転し（図６Ｂ参照）、第一両頭ピストン組２３及び第二両頭ピストン組２４は軸受２６ａ，２６ｂを介して相対回転しながら直交配置された真空引き用シリンダ５及び圧力差発生用シリンダ６内を各々往復運動する。

圧力差発生用シリンダ６は、第一両頭ピストン組２３の往復動により正圧状態又は負圧状態を各々形成して、ケース本体３の内外で圧力差を作り出し、当該ケース本体３内外を流れる気流を形成することが好ましい。図１に示すように、吸気管１２から取り込まれた空気は、一対の管継手１３ａを介して吸引管１４により一対の管継手３４ａを介して圧力発生用シリンダ６内に吸気される。圧力差発生用シリンダ６から連結管１６、管継手１５ａ、連結管１７及び管継手３ａを介してケース本体３内に吹き込まれた空気は、ケース本体３内部から吐出孔３ｂを通じて外部へ排気される。

これにより、真空引き用シリンダ５の内壁面に存在するわずかな凹凸を通じてピストンヘッド部２４ｂに設けられたシールカップ２４ｃ１，２４ｃ２を通過して水滴が仮に真空乾燥容器４側からケース本体３内に侵入したとしても、少なくとも１か所又は複数箇所に設けられた吐出孔３ｂ（図１，図３参照）が形成されているため、ケース本体３内外を流れる気流により水分を蒸発させてケース本体３の外部に排出することができる。

尚、上記実施形態では圧力差発生用シリンダ６によりケース本体３内外を流れる気流を形成しているが、例えば、図３の矢印に示すようにケース本体３の天面部に設けられた管継手３ｃに吸引管４１を設け、該吸引管４１に対して図示しないファンにより温風をケース本体３内に吹き込んでもよいし、図示しないコンプレッサ等により圧縮された温風を吹き込んでもよい。ケース本体３内に吹き込まれた温風は、ケース本体３の天面若しくは側面に単数若しくは複数箇所に設けられた吐出孔３ｂより排気される。

図６Ｄに示すように、真空引き用シリンダ５のシリンダ室が設けられたシリンダ開口部５ｂを覆うようにシリンダヘッド部３７が組み付けられる。このシリンダヘッド部３７に設けられる吐出口３７ｅはシリンダ室と接続し、シリンダ開口部５ｂの重力方向下端縁を含むように設けられている。尚、管継手３９ｂの水平方向の管孔部も同様な配置とすることが望ましい。
これにより、真空乾燥容器４から真空引きした真空引き用シリンダ５に吸引した空気に含まれる水分が水滴化して当該真空引き用シリンダ５のシリンダ開口部５ｂの重力方向下端縁に流下しても吐出口３７ｅより確実に排出することができ、水滴化した水が真空引き用シリンダ５内に残留するのを最少化する（可及的に減らす）ことができる。

図１に示す真空乾燥容器４は所定温度で保温され、当該容器４内に取り込まれる外気は温風であることが望ましい。これにより、水は沸騰する際に潜熱を奪うが真空乾燥容器４が所定温度で保温されていれば、容器４内の温度低下を防いで、乾燥効率が低下することは無くなる。また、真空引き用シリンダ５の吸気に伴う真空乾燥容器４内の空気の対流を促すために取り込まれる外気は温風であると、結露したり容器４内の温度が低下したりするのを防ぐことができる。

以上説明したように、本実施形態に示す真空乾燥装置１を用いれば、真空乾燥容器４内に設けられた温度センサ４Ｅにより容器内温度を検出して所定温度より低下すると真空乾燥容器４外面に設けられたヒータ４Ｆによって加熱して容器内に温度を一定に保つことで被乾燥物Ｗを効率よく乾燥することができ、乾燥時間を短縮して乾燥コスト（エネルギーコスト）を低減することができる。また、装置の小型化を図ると共に運転時の振動騒音を低減し、ロータリ式シリンダ装置２に回収される水分のオイルレス化により環境負荷を軽減して一般家庭や中小規模の食品事業者等でも使用可能となる。本実施形態に開示した真空乾燥装置１は、例えば生ごみや食品残渣を乾燥減容する用途に好適に用いられるが、果実や野菜を真空乾燥させて食するドライフーズ生成用として使用してもよい等、家庭用若しくは業務用に使用可能な真空乾燥装置１として幅広い利用が見込まれる。

尚、上述した実施例においては、真空引き用シリンダ５と圧力差発生用シリンダ６はケース本体３の対向位置に各々設けたが、これに限定されるものではない。また、駆動源として用いられるモータＭ１、Ｍ２は、ブラシレスモータ、ブラシ付きモータのいずれでもよく、直流モータ、交流モータのいずれであってもよい。

１ 真空乾燥装置 ２ ロータリ式シリンダ装置 ２ａ 駆動軸 ２ａ１ 第一駆動軸 ２ａ２ 第二駆動軸 ２ｂ 駆動プーリ ３ ケース本体 ３Ａ 第一ケース体 ３Ｂ 第二ケース体 ３ａ，３ｃ，４ａ，４ｂ，１３ａ，１５ａ，３４ａ，３４ｂ，３９ａ，３９ｂ 管継手 ３ｂ 吐出孔 ４ 真空乾燥容器 ４Ａ 蓋部 ４Ｂ 容器本体 ４Ｃ 投入口 ４Ｄ 排出口 ４Ｅ 温度センサ ４Ｆ ヒータ ４ｃ 攪拌部材 ４ｄ シャフト ４ｅ スクリュー羽根 Ｗ 被乾燥物 ５ 真空引き用シリンダ ５ｂ シリンダ開口部 ６ 圧力差発生用シリンダ ７ 装置ベース部 ７ａ 脚部 ８ モータ軸 ８ａ モータプーリ ９ タイミングベルト １０，１４，４１ 吸引管 １１ 吐出管 １２ 吸気管 １６，１７ 連結管 ２１，２９ａ，２９ｂ，３５，４０ 固定ねじ ２２ 偏心カム ２２ａ 筒体 ２３ 第一両頭ピストン組 ２３ａ，２４ａ ピストン本体 ２３ｂ，２４ｂ ピストンヘッド部 ２３ｃ，２４ｃ１，２４ｃ２ シールカップ ２３ｄ，２４ｄ シールカップ押さえ ２３ｅ，２４ｅ ねじ ２４ 第二両頭ピストン組 Ｐ ピストンユニット ２５ａ 第一クランク軸 ２５ｂ，２５ｃ 第二クランク軸 ２５ｄ，２５ｅ，２６ａ，２６ｂ，３０ａ、３０ｂ 軸受 Ｍ１，Ｍ２ モータ ２７ａ 第一バランスウェイト ２７ｂ 第二バランスウェイト ２８ａ，２８ｂ ピン ３１，３３，３６，３８ シール材 ３２，３７ シリンダヘッド部 ３２ａ，３２ｂ，３７ａ，３７ｂ リードバルブ ３７ｃ，３７ｄ ねじ ３７ｅ 吐出口 ３４，３９ ヘッドカバー ４２ 仮想円 ４３ 転がり円 ４４ 回転軌道 ４５ 制御部 ４６ 操作スイッチ

Claims (2)

1. 駆動源により回転駆動される駆動軸の回転を内サイクロイドの原理に従い、偏心カムに対して直交配置された一対の両頭ピストン組の往復運動に変換されるロータリ式シリンダ装置を収容したケース本体と被乾燥物が収納された真空乾燥容器が配管接続された真空乾燥装置であって、
   前記一対の両頭ピストン組が摺動可能に挿入される前記ケース本体に設けられた複数のシリンダのうち少なくとも１のシリンダは被乾燥物が収納された前記真空乾燥容器に接続されて真空引きする真空引き用シリンダとして用いられ、残りのシリンダは前記ケース本体内外の圧力差を発生させ当該ケース本体内外を流れる気流を形成する圧力差発生用シリンダとして用いられ、
   前記真空乾燥容器内には容器内の温度を検出する温度検出部が設けられ、前記真空乾燥容器外面には、被乾燥物を加温する加熱手段が設けられており、容器内温度が所定温度となるように前記加熱手段により加熱が行われることを特徴とする真空乾燥装置。
2. 前記真空乾燥容器内には、被乾燥物を駆動源により攪拌する攪拌部材が設けられている請求項１記載の真空乾燥装置。

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