JP7316065B2 - 減圧乾燥装置 - Google Patents

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Description

本発明は、容器に供給した被処理物を大気圧よりも減圧した状態で乾燥させるための減圧乾燥装置に関する。
上記減圧乾燥装置は、回転軸回りに回転駆動可能に軸支された容器と、一端部が前記容器の周面に備える接続部に接続され該容器の内部の気体を吸引して該内部を減圧するための真空配管と、前記容器の内部に供給された被処理物が前記真空配管の内部に吸引されないようにするためのフィルタと、を備えている。そして、前記フィルタが、平面形状に構成され、前記接続部の吸引孔を覆うように配置されている(例えば、特許文献1参照)。
特許第5820653号公報
上記特許文献1の装置を用いることで減圧乾燥処理を確実に行うことができる。このような装置では、効率よく減圧して容器の内部の圧力を効率よく下げることで乾燥効率を上げるようにしているところ、本願発明者は、乾燥効率にフィルタの構造が関係しているとの知見を得た。
そこで、本発明はかかる知見に鑑みてなされたものであって、容器の内部の圧力を効率よく下げることができる減圧乾燥装置を提供することにある。
即ち、本発明の減圧乾燥装置は、前述の課題解決のために、回転軸回りに回転駆動可能に軸支された容器と、一端部が前記容器の周面に備える接続部に接続され該容器の内部の気体を吸引して該内部を減圧するための真空配管と、前記容器の内部に供給された被処理物が前記真空配管の内部に吸引されないように前記接続部を覆うフィルタと、を備え、前記フィルタは、前記接続部から前記容器の内部側へ突出する少なくとも一部に通気性を有する縦壁部を備えていることを特徴としている。
上記のように、フィルタが接続部から容器の内部側へ突出する少なくとも一部に通気性を有する縦壁部を備えているので、縦壁部を通して吸引することによって、気体の通気面積を増大させることができる。これにより、容器の内部の圧力を効率よく下げて、乾燥効率を上げることができる。
また、本発明の減圧乾燥装置は、前記フィルタの縦壁部が、前記容器の回転により該容器の内部の被処理物が移動しながら乾燥処理される処理空間内まで延びていてもよい。
上記のように、フィルタの縦壁部が、容器の回転により容器の内部の被処理物が移動しながら乾燥処理される処理空間内まで延びていれば、容器が駆動回転されている間にフィルタが、被処理物で覆われることがあっても、フィルタの縦壁部の延出端部側(容器の内部側の端部)が早めに露出することができるので、吸気効率を上げることができる。
また、本発明の減圧乾燥装置は、前記容器が、内部空間を画定する本体壁を備え、該本体壁は、前記接続部に接続される接続端部を備え、前記フィルタの縦壁部が、前記本体壁の接続端部よりも前記容器の内部側へ延びていてもよい。
上記構成によれば、フィルタの縦壁部が、本体壁の接続端部よりも前記容器の内部側へ延びていれば、容器が駆動回転されている間にフィルタが、被処理物で覆われることがあっても、フィルタの縦壁部の延出端部側(容器の内部側の端部)が早めに露出することができるので、吸気効率を上げることができる。
また、本発明の減圧乾燥装置は、前記縦壁部が、全域に亘って通気性を有するように構成されていてもよい。
上記構成によれば、縦壁部が、全域に亘って通気性を有するように構成されていれば、より一層吸気効率を上げることができる。
また、本発明の減圧乾燥装置は、前記縦壁部の延出端を覆うカバー部を備え、該カバー部が全域に亘って通気性を有するように構成されていてもよい。
上記構成によれば、カバー部が全域に亘って通気性を有するように構成されていれば、より一層吸気効率を上げることができる。
また、本発明の減圧乾燥装置は、前記容器の全容量の少なくとも1%容量の被処理物を該容器内に収容して乾燥処理する場合に、前記縦壁部の少なくとも一部が被処理物により覆われることなく被処理物から露出していることが好ましい。
また、本発明の減圧乾燥装置は、被処理物の乾燥処理が終了した時の被処理物量が前記容器の全容量の少なくとも0.1%である場合に、前記縦壁部の少なくとも一部が被処理物により覆われることなく被処理物から露出していることが好ましい。
本発明によれば、フィルタが、真空配管の接続部から容器の内部側へ突出する少なくとも一部に通気性を有する縦壁部を備えているので、容器の内部の圧力を効率よく下げることができる減圧乾燥装置を提供することができる。
本発明に係る減圧乾燥装置の側面図である。 同減圧乾燥装置の平面図である。 同減圧乾燥装置に備えるフィルタの取付部分の拡大図である。 同減圧乾燥装置の容器を180度回転させた状態を示す側面図である。 同減圧乾燥装置に備えるフィルタのフィルタ部を支持する支持枠の正面図である。 同枠体の平面図である。 同枠体の底面図である。 図5におけるVIII-VIII線断面図である。 図6におけるIX-IX線断面図である。 同減圧乾燥装置に備えるフィルタのフィルタ部の正面図である。 図10のフィルタの要部の縦断面図である。 (a)~(e)はフィルタの別の形態を示す概略図である。
以下、本発明に係る減圧乾燥装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。この実施形態では、凍結した被処理物を減圧状態(真空状態ともいう)で乾燥させる凍結乾燥装置について説明するが、凍結していない被処理物を減圧状態で乾燥させる減圧乾燥装置においても本発明は適用できる。
図1及び図2に示すように、凍結乾燥装置1は、被処理物が供給され回転可能に支持された容器2と、容器2の内部の気体を吸引して内部を減圧状態にするための真空配管3と、容器2の内部に供給された被処理物が真空配管3内に吸引されることを防止するためのフィルタ4と、を備えている。
前記凍結乾燥装置1は、凍結した被処理物が供給された容器2を減圧状態にしつつ、容器2を回転させることによって、被処理物に含まれる固体(氷)を気体(水蒸気)へ状態変化(昇華)させることで被処理物を乾燥させるようにしている。容器2の回転は、被処理物の状態に応じて間欠的に回転させる又は連続して回転させることになるが、場合によっては、正回転と逆回転とを繰り返すように回転させてもよい。
容器2は、内部空間を画定する本体壁21と、本体壁21の上端を開閉する蓋22と、を備えている。本体壁21は、被処理物を収容できるように略ダブルコーン型(外形が略8角形)に構成されている。この本体壁21の外側を覆うように本体壁21の外側に隙間を空けてジャケット23が配置されている。
本体壁21の上端部には、本体壁21の上端とジャケット23の上端との隙間を閉じるとともに供給される被処理物を受け取るための開口24Kが形成された円筒状の接続端部24を備えている。接続端部24の上端の径方向内側に、後述するフィルタ部41のフランジ部41Fを載置するための断面がL字状で円環状の段部24Dが形成されている。
また、接続端部24の下端面24Aは、下方側ほど外拡がりとなるテーパー面に構成され、そのテーパー面の角度を本体壁21の内面のテーパー面21Aと面一になるように同一角度にしている。
蓋22は、真空配管3を貫通接続するための円形の貫通孔22Aを備えており、真空配管3を接続するための接続部を構成している。この接続部(蓋22)を接続端部24に上方から押し付けて該接続端部24を閉じることで容器2内が密閉された状態になる。なお、蓋22は、手動操作力により開閉できるように構成されていてもよいし、電動モータ等のアクチュエータ(図示せず)の動力を用いて開閉可能に構成されていてもよい。
また、容器2の下端部に乾燥処理された被処理物を排出するための開閉可能な排出部25を備えている。蓋22と排出部25とが上下方向で対向する位置に配置されている。
本体壁21とジャケット23との隙間に加熱手段(図示せず)により加熱された熱媒が熱媒供給用ホース5から供給されて容器2が加熱されるように構成されており、被処理物の乾燥をより促進することができる。なお、供給された熱媒は、熱媒回収用ホース6で回収されて前記加熱手段により設定温度まで加熱された後に熱媒供給用ホース5を通して容器2に供給されるように構成されている。熱媒としては温水、熱媒油、ブライン(冷媒)等の液体を用いているが、加熱された気体であってもよいし、加熱手段であるヒータにより容器2を直接加熱する構成であってもよい。
容器2のジャケット23の相対向する両横側面に、中空の回転軸部7,8が取り付けられている。これら回転軸部7,8は、一対の軸受台9,10の上端に取り付けられた軸受装置11,12に回転自在に支持されている。なお、図1において左側の回転軸部7の基端側(容器2側)には、ボックス13が取り付けられている。また、一対の軸受台9,10の下端は、床等に配置される架台14に支持されている。そして、図1の右側の軸受台10に取り付けられているモータ15により容器2が真空配管3及び一対の回転軸部7,8と一緒に水平軸芯X回りに回転する。図4に、容器2を図1の状態から180度回転させた状態を示している。
真空配管3は、アーチ形状に構成され、前記蓋22に一端部(下端部)が貫通して取り付けられる直線状の第1管31と、第1管31の他端部(上端部)に突き合わした状態で一端部(下端部)が連結される円弧状の第2管32と、第2管32の他端部(左端部)に突き合わした状態で一端部が連結されるフレキシブルホース33と、フレキシブルホース33の他端部(左端部)に突き合わした状態で一端部が連結される略L字状の第3管34と、第3管34の他端部(下端部)に突き合わした状態で連結される直線状の第4管35と、を備えている。フレキシブルホース33を設けることによって、蓋22の開閉時に発生する真空配管3の長さ変化を吸収することができるようにしている。
第4管35の他端部(下端部)は、前記左側の回転軸部7に貫通して取り付けられる。前記左側の回転軸部7の左端部は、減圧真空配管16Fを備えた直線状の管16の一端部に連通した状態で連結されている。なお、第5管16は、左側の軸受台9に固定されている。したがって、減圧真空配管16Fに接続されている減圧装置(図示せず)を作動させることによって、減圧真空配管16F、管16、真空配管3を通して容器2内の気体を吸引して、容器2内を減圧状態にする。
フィルタ4は、フィルタ部41(図10及び図11参照)と、フィルタ部41を支持する支持枠42(図5~図9参照)と、を備えている。
フィルタ部41は、図10及び図11に示すように、縫製された複数枚(ここでは2枚)の網状体41A,41Bと、前記蓋22を閉塞した時にシールするためのシール材としての2枚のリング状で板状のシールガスケット41C,41Dと、これらシールガスケット41C,41D間に挟まれる合成樹脂製(例えばポリプロピレン)のリング状で板状の円板41Eと、を備えている。なお、前記網状体41A,41Bは、全域に亘って通気性を有しており、より一層吸気効率を上げることができる。この網状体41A,41Bは、不織布から構成されてもよい。
網状体41A,41Bは、下端が開放された縦壁部を構成する第1の網状体41Aと、開放された下端を覆うカバー部としての横壁部を構成する第2の網状体41Bと、を備えている。この第2の網状体41Bの外周縁を上方側へ折り曲げて第1の網状体41Aの下端部に縫い付けることで両網状体41A,41Bを連結している。また、第1の網状体41Aの上端縁を外折りにし、その外折した部分41aで上下方向中間に円板41Eを挟んだ上下一対のシールガスケット41C,41Dを包むように内側に折り返し、折り返した先端部を第1の網状体41Aの横側部に縫い付けることにより、上端にシールガスケット41C,41Dを有するフランジ部41Fを有する有底筒状(鍔付きハット形状)のフィルタ部41が構成される。
支持枠42は、図5~図9に示すように、下端に位置して底部を形成する多数の開口42aが形成された円形で合成樹脂製(金属製でもよい)の多孔板42Aと、上端に位置して円形のフランジ部42bを形成するリング状で合成樹脂製(金属製でもよい)の上側リング部材42Bと、上側リング部材42Bと多孔板42Aとを上下方向で連結するための複数本(16本)の丸棒42Cと、丸棒42Cの上下方向略中央部に取り付けられる中心部が開口42dされた中間リング部材42Dと、中間リング部材42Dと多孔板42Aとの間でかつ周方向において一つ置きの丸棒42Cの内側から中心に向かうように取り付けられる縦長状の複数枚(8枚)の補強板42Eと、丸棒42Cの上端部の外周面に装着されて厚み分だけ外側に少し張り出す合成樹脂製(金属製でもよい)で板状のリング状の張り板42Fと、を備えている。
支持枠42は、フィルタ部41よりも僅かに小さな径寸法を有する有底筒状(鍔付きハット形状)に構成されている。したがって、支持枠42にフィルタ部41を下方から被せることによって、一体化することができる(図3参照)。このように支持枠42とフィルタ部41とが一体化された支持枠42のフランジ部42bの下方に位置するフィルタ部41のフランジ部41Fを、接続端部24の段部24Dに載置させる。この状態で蓋22を上方から押圧することで容器2内を密閉状態にしている。
前述したようにフィルタ4が、接続部(蓋22)から容器2の内部側へ突出する縦壁部を構成する第1の網状体41Aを備えているので、横壁部を構成する第2の網状体41B及び縦壁部を構成する第1の網状体41Aを通して吸引することによって、気体の通気面積を増大させることができる。これにより、容器の内部の圧力を効率よく下げて、乾燥効率を上げることができる。
具体的には、フィルタ4の縦壁部(第1の網状体41A)の延出端(図では下端)が、本体壁21の接続端部24の最下端24Eよりも容器2の内部側へ延びている。このように、フィルタ4の縦壁部(第1の網状体41A)の延出端が、本体壁21の接続端部24の最下端24Eよりも容器2の内部側へ延びていれば、容器2が駆動回転されている間にフィルタ4が、被処理物で覆われることがあっても、フィルタ4の縦壁部(第1の網状体41A)の延出端部側が早めに露出することができるので、吸気効率を上げることができる。この実施形態では、フィルタ4の縦壁部(第1の網状体41A)の延出端(図では下端)が、本体壁21の接続端部24の最下端24Eよりも容器2の内部側へ延びているが、被処理物が乾燥処理される処理空間G内であればどの位置にあってもよい。処理空間Gは、容器2の回転により容器2の内部の被処理物が移動しながら乾燥処理される空間であり、本体壁21の接続端部24の内側面とフィルタ4の縦壁部(第1の網状体41A)の外面との隙間Sも含む。したがって、接続部である蓋22の下面から接続端部24の段部24Dよりも下方で、かつ、接続端部24の上側の下端24Fまでの間にフィルタ4の縦壁部(第1の網状体41A)の延出端(図では下端)が位置するようにフィルタ4を構成してもよいし、接続端部24の上側の下端24Fから最下端24Eまでの間にフィルタ4の縦壁部(第1の網状体41A)の延出端(図では下端)が位置するようにフィルタ4を構成してもよい。なお、前記隙間Sをシール性を有する部材で埋めて実施してもよい。この場合、接続端部24の上側の下端24Fから下方が処理空間Gとなる。例えば、図1に示す容器2に被処理物Dを供給した時の被処理物Dの上面ラインを第1ラインR1に設定すると、図4に示す容器2を180度回転させたときには、被処理物の上面ラインが第2ラインR2となる。つまり図4に示す第2ラインR2では、フィルタ4の一部(ここでは、延出端4T及び縦壁部(第1の網状体41A)の一部(延出端部))が露出する。このような被処理物の供給量に設定すると、フィルタ4の延出端4Tを延出方向(図1では下方向)に更に延ばすことも可能である。つまり、図1において、被処理物の第2ラインR2から水平軸芯Xまでの第1上下高さLで形成される容器2の第1処理空間内の任意の上下位置及び水平軸芯Xから更に下方へ第1上下高さLで形成される容器2の第2処理空間内の任意の上下位置までフィルタ4の延出端4Tを延出方向(図1では下方向)に延ばすことができる。図1では、最大でフィルタ4を延出端4T1まで延ばした場合を破線で示し、このように伸ばしても、図1に示すように供給された被処理物の第1ラインR1に当接することがなく、しかも図4に示す容器2を180度回転させた場合でも、縦壁部(第1の網状体41A)の少なくとも一部が被処理物により覆われることがない。この容器2では、水平軸芯Xを挟んで上側の処理空間に対して、下側の処理空間が第2上下高さl分だけ長く設定されているため、フィルタ4の延出端4Tを図1において水平軸芯Xから第1上下高さLに第2上下高さl分を足した高さまでフィルタ4を延ばすことができる。図1では、最大でフィルタ4を延出端4T2まで延ばした場合を示し、このように延ばしても、図1に示すように供給された被処理物の第1ラインR1に当接することがなく、しかも図4に示す容器2を180度回転させた場合でも、縦壁部(第1の網状体41A)の少なくとも一部が被処理物により覆われることがない。
例えば、前記構成のフィルタ4を備える容器2に収容可能な全容量の1%~80%容量(好ましくは、1%~65%、より好ましくは1%~45%)の被処理物を容器2内に収容して容器2を回転させながら乾燥処理する場合(特に、図4に示す容器2を180度回転させた場合)に、縦壁部(第1の網状体41A)の少なくとも一部が被処理物により覆われることなく被処理物から露出するように該縦壁部を形成することが好ましい。このように縦壁部を形成することにより、露出した縦壁部の一部からも吸引して吸気効率を上げることができる。前記容量を1%~80%にした場合(容量が多い場合)には、容量を1%~65%や1%~45%にした場合に比べてフィルタ4の高さを高くしなければならないため、吸気効率を高めることができる反面、フィルタ4の高さが高くなる分、フィルタ4にかかるコストや強度面(耐久面)において不利になる。また、前記構成のフィルタ4を備える容器2を回転させながら被処理物の乾燥処理が終了した時の被処理物量が前記容器の全容量の0.1%~80%(好ましくは、0.1%~65%、より好ましくは0.1%~45%、更に好ましくは0.1%~10%)である場合に、縦壁部(第1の網状体41A)の少なくとも一部が被処理物により覆われることなく被処理物から露出するように該縦壁部を形成することが好ましい。このように縦壁部を形成することにより、露出した縦壁部の一部からも吸引して吸気効率を上げることができる。この場合も同様に、被処理物の乾燥処理が終了した時の被処理物量が前記容器の全容量の0.1%~80%にした場合(被処理物量が多い場合)には、被処理物量が前記容器の全容量の0.1%~65%や0.1%~45%にした場合に比べてフィルタ4の高さを高くしなければならないため、吸気効率を高めることができる反面、フィルタ4の高さが高くなる分、フィルタ4にかかるコストや強度面(耐久面)において不利になる。
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
前記実施形態では、容器2が開閉自在な蓋22を備えていたが、容器2内に被処理物を外部から供給するための開口を容器2の周面に設けて実施することができる。この場合、開口が接続部を構成する。
また、前記実施形態では、フィルタ4を鍔付きのハット形状に構成したが、図12(a)~(e)のような形状であってもよい。なお、図ではフィルタ部41を示し、支持枠42は図示していない。図12(a)では、縦壁部である第1の網状体41Aの延出端(図では下端)を覆うカバー部である第2の網状体41Bを、中心部側ほど下方に突出する円錐状に構成している。図12(b)では、縦壁部である第1の網状体41Aの延出端を覆うカバー部である第2の網状体41Bを、中心部側ほど上方に凹んだ逆円錐状に構成している。図12(c)では、縦壁部である第1の網状体41Aを下方に向かうほど内側に位置する先窄まり形状にし、第1の網状体41Aの延出端を覆うカバー部である第2の網状体41Bを、中心部側ほど下方に突出する円錐状に構成している。図12(d)では、縦壁部である第1の網状体41Aを下方に向かうほど外側に位置する拡張形状に構成し、第1の網状体41Aの延出端を覆うカバー部である第2の網状体41Bを水平面形状にしている。図12(e)では、カバー部の無い縦壁部である第1の網状体41Aのみで構成されている。具体的には、である第1の網状体41Aが6つの面41Hを有する椀形状に構成されている。このように、フィルタ部41の形状又は構成は自由に変更できる。また、フィルタ部41は、複数の襞を備えたプリーツ構造を有したものであってもよい。
また、前記実施形態では、フィルタ4を、フィルタ部41と、支持枠42と、を備えた場合を示したが、保形強度を有するフィルタ部41のみでフィルタ4を構成してもよい。
また、前記実施形態では、縦壁部である第1の網状体41Aを全域に亘って通気性を有する構成としたが、一部にのみ通気性を有する構成としてもよい。また、第1の網状体41Aの延出端を覆うカバー部である第2の網状体41Bを、全域に亘って通気性を有する構成としたが、一部にのみ通気性を有する構成としてもよい。
1…凍結乾燥装置、2…容器、3…真空配管、4…フィルタ、5…熱媒供給用ホース、6…熱媒回収用ホース、7,8…回転軸部、9,10…軸受台、11,12…軸受装置、13…ボックス、14…架台、15…モータ、16…管、16F…減圧真空配管、21…本体壁、21A…テーパー面、22…蓋、22…接続部、22A…貫通孔、23…ジャケット、24…接続端部、24A…下端面、24D…段部、24E…最下端、24F…上側の下端、24K…開口、25…排出部、33…フレキシブルホース、41…フィルタ部、41A…第1の網状体(縦壁部)41B…第2の網状体(横壁部)、41C,41D…シールガスケット、41E…円板、41F…フランジ部、41H…6つの面、41a…外折した部分、42…支持枠、42A…多孔板、42B…上側リング部材、42C…丸棒、42D…中間リング部材、42E…補強板、42F…張り板、42a…開口、42b…フランジ部、42d…開口、G…処理空間、S…隙間、X…水平軸芯

Claims (7)

  1. 回転軸回りに回転駆動可能に軸支された容器と、一端部が前記容器の周面に備える接続部に接続され該容器の内部の気体を吸引して該内部を減圧するための真空配管と、前記容器の内部に供給された被処理物が前記真空配管の内部に吸引されないように前記接続部を覆うフィルタと、を備え、
    前記フィルタは、前記接続部から前記容器の内部側へ突出する少なくとも一部に通気性を有する縦壁部と、該縦壁部の延出端とは反対側に位置するフランジ部と、を備え、
    前記容器は、内部空間を画定する本体壁と、
    該本体壁の開口を形成する接続端部と、
    前記開口を開閉する前記接続部としての蓋と、を備え、
    前記フィルタは、前記フランジ部が前記開口を閉じた状態の前記蓋と前記接続端部の間に挟み込まれることで固定されることを特徴とする減圧乾燥装置。
  2. 前記フィルタの縦壁部は、前記容器の回転により該容器の内部の被処理物が移動しながら乾燥処理される処理空間内まで延びていることを特徴とする請求項に記載の減圧乾燥装置。
  3. 前記フィルタの縦壁部が、前記本体壁の接続端部よりも前記容器の内部側へ延びていることを特徴とする請求項に記載の減圧乾燥装置。
  4. 前記縦壁部が、全域に亘って通気性を有するように構成されていることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の減圧乾燥装置。
  5. 前記縦壁部は、延出端側が開放されており、前記縦壁部の延出端を覆うカバー部を備え、該カバー部が全域に亘って通気性を有するように構成されていることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の減圧乾燥装置。
  6. 前記容器の全容量の1%容量の被処理物を該容器内に収容して乾燥処理する場合に、前記縦壁部の少なくとも一部が被処理物により覆われることなく被処理物から露出していることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の減圧乾燥装置。
  7. 被処理物の乾燥処理が終了した時の被処理物量が前記容器の全容量の0.1%である場合に、前記縦壁部の少なくとも一部が被処理物により覆われることなく被処理物から露出していることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の減圧乾燥装置。
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