JP7438574B1 - Microwave extraction device with highly flexible control - Google Patents
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Abstract
【課題】処理対象物の種類に係わらず含水率が減少しても焦げ付かないように調整し、抽出率を高めることのできるマイクロ波抽出装置を提供すること。【解決手段】本発明は、タンク、冷却凝縮器、回収器、制御装置を含む抽出装置であって、制御装置は、タンクへの外気の流入を許容又は遮断するための電動バルブ、タンク内圧力を減圧するように構成された真空ポンプ、タンク内の処理対象物を加熱するマイクロ波発生装置、タンク内で処理対象物を撹拌する撹拌機を制御するプログラムが書き込まれた記憶媒体を備えており、この制御装置が、運転途中において、撹拌機の回転数と回転の向き及びマイクロ波発生装置の出力を、処理対象物の温度あるいは処理対象物の蒸気温度によって任意の値に変更できるように構成されてなる自由度の高い制御を有するマイクロ波抽出装置に係る。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a microwave extraction device that can adjust the extraction rate so that it does not burn even if the water content decreases regardless of the type of the object to be processed. The present invention is an extraction device including a tank, a cooling condenser, a recovery device, and a control device, the control device including an electric valve for allowing or blocking the inflow of outside air into the tank, and a tank internal pressure. It is equipped with a vacuum pump configured to reduce the pressure, a microwave generator that heats the object to be processed in the tank, and a storage medium in which a program is written to control the stirrer that stirs the object to be processed in the tank. , this control device is configured to be able to change the rotation speed and rotation direction of the stirrer and the output of the microwave generator to arbitrary values depending on the temperature of the object to be treated or the steam temperature of the object to be treated during operation. The present invention relates to a microwave extraction device having a high degree of freedom of control. [Selection diagram] Figure 1
Description
本発明は、自由度の高い制御を有するマイクロ波抽出装置に関する。 The present invention relates to a microwave extraction device with a high degree of freedom of control.
従来より、農作物の残渣等からなるバイオマスを有効利用しようとする試みが数多くなされており、その一例としてバイオマスから精油等の有用成分を抽出する方法が実施されている。バイオマスから精油等の有用成分を抽出する方法として、近年、マイクロ波を利用してバイオマスから精油等の有用成分を抽出する装置が提案されている。 Conventionally, many attempts have been made to effectively utilize biomass consisting of agricultural crop residues, and one example is a method of extracting useful components such as essential oils from biomass. As a method for extracting useful components such as essential oils from biomass, in recent years, devices have been proposed that utilize microwaves to extract useful components such as essential oils from biomass.
特許文献1に記載された発明は、マイクロ波を利用した抽出装置において、バイオマスの昇温に偏りが生じることによる抽出物の品質低下と、マイクロ波のエネルギーをタンク内のバイオマスに導く際にエネルギーロスが生じることと、抽出物を回収する際の回収効率低下と、バイオマスの焦げ付きによる抽出物の品質劣化とを、解決する装置を提案している。
The invention described in
特許文献1のマイクロ波を利用した抽出装置は、タンクに接続されたバルブを開閉することにより、抽出時にタンク内に外気又は不活性ガスを流入させる場合と流入させない場合とを使い分けることができる。当該抽出装置では、減圧が不要な高温(約90~100℃)での抽出時にはバルブを開放し、減圧が必要な低温(約40~60℃)での抽出時にはバルブを閉鎖する。これにより、当該抽出装置は、高温抽出時(例えば、処理対象物がスギやヒノキ等の針葉樹の葉や生姜の根茎等である場合)と、低温抽出時(例えば、処理対象物が柚子、文旦、スダチ等の柑橘類の果皮である場合)のいずれにも対応することが可能であり、1つの装置で様々な処理対象物への適用が可能な、優れた汎用性を有している。
The extraction device using microwaves in
しかしながら当該抽出装置は、抽出装置の運転途中にマイクロ波の出力や撹拌機の回転について制御設定を変更することはできなかった。そのため、例えば芳香蒸留水を抽出する場合など、抽出が進むにつれて処理対象物含水率が減少すると焦げ付きが生じ、抽出限界があった。 However, with this extraction device, it was not possible to change the control settings regarding the microwave output or the rotation of the stirrer while the extraction device was in operation. Therefore, when extracting aromatic distilled water, for example, when the water content of the object to be treated decreases as extraction progresses, burning occurs, and there is a limit to extraction.
本発明は、抽出装置の運転途中において、処理対象物の温度あるいは処理対象物の蒸気温度によって、撹拌機の回転数と回転の向き及びマイクロ波発生装置の出力を、任意の値に変更できるようにすることで、特定の処理対象物に限らず多様な処理対象物について、自由度の高い制御によって、有効に処理することができるように構成された抽出装置を提供することを目的とする。すなわち、例えば芳香蒸留水を抽出する場合など、処理対象物の種類に係わらず含水率が減少しても焦げ付かないように調整し、抽出率を高めることのできる自由度の高い制御を有するマイクロ波抽出装置の提供を目的とする。 The present invention is capable of changing the rotational speed and rotational direction of the stirrer and the output of the microwave generator to arbitrary values depending on the temperature of the object to be treated or the steam temperature of the object to be treated during the operation of the extraction device. By doing so, it is an object of the present invention to provide an extraction device configured to be able to effectively process not only a specific processing object but also various processing objects through highly flexible control. In other words, when extracting aromatic distilled water, for example, a microcontroller with a high degree of freedom can be used to adjust the extraction rate so that it does not burn even if the water content decreases, regardless of the type of the target material. The purpose is to provide a wave extraction device.
請求項1に係る発明は、処理対象物が収容されるタンクと、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波を前記タンクに導くための導波手段及びマイクロ波透過手段と、
前記マイクロ波による加熱により前記タンクから蒸発した前記処理対象物の、蒸気を冷却凝縮するための冷却凝縮器と、
前記冷却凝縮器により凝縮された成分を回収する回収器と、
前記タンク内の圧力を自動制御する制御装置と、
を含む抽出装置であって、
前記制御装置は、前記タンクへの外気の流入を許容又は遮断するための電動バルブと、
前記タンク内の圧力を減圧するように構成された真空ポンプと、前記マイクロ波発生装置と、前記タンク内に収容された該タンク内の前記処理対象物を撹拌する撹拌機と、を制御するプログラムが書き込まれた記憶媒体を備えており、
前記制御装置が、運転途中において、前記撹拌機の回転数と回転の向き及び前記マイクロ波発生装置の出力を、前記処理対象物の温度あるいは前記処理対象物の蒸気温度によって任意の値に変更できるように構成されてなることを特徴とする自由度の高い制御を有するマイクロ波抽出装置に関する。
The invention according to
a microwave generator that generates microwaves;
a waveguide means and a microwave transmission means for guiding the microwave to the tank;
a cooling condenser for cooling and condensing the vapor of the object to be treated that has evaporated from the tank due to heating by the microwave;
a recovery device that recovers the components condensed by the cooling condenser;
a control device that automatically controls the pressure in the tank;
An extraction device comprising:
The control device includes an electric valve for allowing or blocking outside air from flowing into the tank;
A program that controls a vacuum pump configured to reduce the pressure in the tank, the microwave generator, and a stirrer that stirs the object to be processed in the tank. It is equipped with a storage medium written with
The control device can change the rotation speed and direction of rotation of the stirrer and the output of the microwave generator to arbitrary values depending on the temperature of the object to be treated or the steam temperature of the object to be treated during operation. The present invention relates to a microwave extraction device having a high degree of freedom of control and characterized by being configured as follows.
請求項2に係る発明は、前記回収器に回収された成分の量を測定する回収量測定手段と、前記タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記タンク内の蒸気温度及び前記処理対象物の温度を検出する温度検出手段を有する、請求項1に記載の自由度の高い制御を有するマイクロ波抽出装置に関する。
The invention according to
請求項3に係る発明は、前記制御装置は、前記記憶媒体として、不揮発性メモリと揮発性メモリを有しており、前記揮発性メモリは、前記マイクロ波抽出装置の運転経過時間または前記冷却凝縮器により凝縮された成分の回収量に応じて、前記マイクロ波発生装置のマイクロ波出力、発振/停止、パルス照射及びその発振時間/停止時間、前記撹拌機の撹拌の回転数、回転の向き及びその正転時間/反転時間、前記処理対象物の蒸留温度(沸点)設定値をあらかじめ設定できるように構成されてなる、請求項1に記載の自由度の高い制御を有するマイクロ波抽出装置に関する。
In the invention according to
請求項4に係る発明は、前記制御装置は、前記タンク内の圧力を蒸留温度(沸点)設定値に対応した目的値に制御するため、
前記真空ポンプをPID制御によって回転数制御するとともに、
前記電動バルブをPD制御によって開閉制御する、請求項1に記載の自由度の高い制御を有するマイクロ波抽出装置に関する。
In the invention according to
Controlling the rotation speed of the vacuum pump by PID control,
The present invention relates to a microwave extraction device having a highly flexible control according to
請求項5に係る発明は、前記制御装置は、前記撹拌機の回転数と回転の向き(正転/反転)の時間と、前記タンク内の前記処理対象物を加熱するマイクロ波の出力、パルス照射の発振時間/停止時間、蒸留温度(沸点)設定値とを、Ramp制御する、請求項1乃至4に記載の自由度の高い制御を有するマイクロ波抽出装置に関する。
In the invention according to
請求項1に係る発明によれば、抽出装置の運転途中において、撹拌機の回転数と回転の向き及びマイクロ波発生装置の出力を、処理対象物の温度あるいは処理対象物の蒸気温度によって任意の値に変更できるように構成されているので、タンク内の処理対象物の温度あるいは処理対象物の蒸気温度に応じて、撹拌機の回転数と回転の向き及びマイクロ波の出力を、抽出装置の運転途中でも変更することができ、すなわち処理対象物の温度が上がりすぎた時に焦げ付きを防ぐことができ、結果的に処理対象物の量に比して回収量を高めることができるという効果を奏する。
According to the invention according to
請求項2に係る発明によれば、運転途中に測定したタンク内圧力、蒸気温度、処理対象物温度及び抽出成分の回収量から、抽出装置の自動制御が記憶媒体に書き込まれたプログラム通り動いているか確認できるという効果を奏する。
According to the invention according to
請求項3に係る発明によれば、制御装置は、記憶媒体として、不揮発性メモリと揮発性メモリを有しており、揮発性メモリは、マイクロ波抽出装置の運転経過時間または冷却凝縮器により凝縮された成分の回収量に応じて、マイクロ波発生装置のマイクロ波出力、発振/停止、パルス照射及びその発振時間/停止時間、撹拌機の撹拌の回転数、回転の向き及びその正転時間/反転時間、処理対象物の蒸留温度(沸点)設定値をあらかじめ設定できるように構成されているので、処理対象物の種類に応じて、タンク内の圧力が制御され、処理対象物を希望の温度で蒸留できるよう減圧される。また、運転時間、抽出物の回収量、蒸気温度、処理対象物温度に応じて撹拌機の回転数と回転の向き及びマイクロ波の出力を変更するプログラムを設定することもできるという効果を奏する。
According to the invention according to
請求項4に係る発明によれば、制御装置は、タンク内の圧力を蒸留温度(沸点)設定値に対応した目的値に制御するため、真空ポンプをPID制御によって回転数制御するとともに、電動バルブをPD制御によって開閉制御する。これにより、タンク内の圧力が自動で制御され、目的とする蒸留温度で抽出が行われるという効果を奏する。
According to the invention according to
請求項5に係る発明によれば、撹拌機の回転数と回転の向き(正転/反転)の時間と、タンク内の処理対象物を加熱するマイクロ波の出力、パルス照射の発振時間/停止時間、蒸留温度(沸点)設定値とを、Ramp制御する。これにより、例えば、処理対象物から水分が蒸発していく状態及び/または温度上昇に合わせながら、撹拌機の回転数、回転の向き(正転/反転)の時間、マイクロ波の出力、パルス照射の発振時間/停止時間を徐々に変化させることができる。すなわち、徐々に変化させることができない場合と比較して、より細やかな撹拌が可能となり、また、マイクロ波を効率的に照射できるため、抽出時間を短縮することができるという効果を奏する。
また、例えば、殺菌のために一度処理対象物の温度を上げた後、低い温度での蒸留を行う場合、タンク内を高温にした後、タンク内圧力を下げて蒸留温度(沸点)を下げると処理対象物が高温のため突沸が起き、処理対象物が冷却凝縮器や回収器に混入してしまう場合があった。請求項5に係る発明によれば、タンク内圧力を徐々に下げ、蒸留温度(沸点)を徐々に下げることで、突沸の発生を抑えながら蒸留することができるという効果を奏する。
According to the invention according to
Also, for example, when distilling at a lower temperature after raising the temperature of the object for sterilization, it is possible to raise the temperature inside the tank and then lower the pressure inside the tank to lower the distillation temperature (boiling point). Due to the high temperature of the object to be treated, bumping may occur, resulting in the object being mixed into the cooling condenser or recovery device. According to the invention according to
<実施形態>
本発明に係る減圧型マイクロ波抽出装置(以下、単に「抽出装置」ともいう。)の好適な実施形態について、添付図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る抽出装置(1)の全体構成図である
本実施形態に係る抽出装置(1)は、処理対象物(S)が収容されるタンク(T)と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置(2)と、マイクロ波による加熱によりタンク(T)から蒸発した処理対象物(S)の蒸気を冷却凝縮する冷却凝縮器(3)と、冷却凝縮器(3)により凝縮された成分(E)を回収する回収器(4)と、タンク(T)内の圧力を自動制御する制御装置(5)と、を備えている。
タンク(T)の材質は特定のものに限定されないが、例えば、耐食性の観点からステンレスなどが好適に採用される。また、タンク(T)の容量も限定されないが、例えば、15L、100L、150L、400Lが採用され得る。
マイクロ波をタンク(T)に導く導波手段は導波管であり、ブランチ(分波装置)、スキャン(切替装置)、スタブ(突起物)などを用いても良い。また、導かれたマイクロ波をタンク(T)内に透過する透過手段としては限定されないが、例えば、セラミック、テフロン(登録商標)、ガラス、石英などで構成された透過材が挙げられる。
冷却凝縮器(3)は、空冷方式、あるいは水冷方式のいずれかに限定されるものではないが、水冷方式が効率の観点から好ましい。
制御装置(5)は、タンク(T)への外気の流入を許容又は遮断するための電動バルブ(6)と、タンク(T)内の圧力を減圧するように構成された真空ポンプ(7)と、マイクロ波発生装置(2)と、タンク(T)内に収容された処理対象物(S)を撹拌する撹拌機(8)と、を制御するプログラムが書き込まれた記憶媒体(5M)を備えている。
電動バルブ(6)は、特定のバルブに限定されないが、本実施形態では開状態/閉状態が分かれば、その状態で補正を掛けることで、ずれを補正し、指令の積算時間より、開度を換算して制御するプログラムを備えている。
この制御装置(5)は抽出装置(1)の運転途中において、処理対象物の温度あるいは処理対象物の蒸気温度によって、撹拌機(8)の回転数と回転の向き、及びマイクロ発生装置(2)の出力、発振/停止、パルス照射及びその発振時間/停止時間、を任意の値に変更できる。
<Embodiment>
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of a reduced pressure microwave extraction device (hereinafter also simply referred to as an “extraction device”) according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an extraction device (1) according to the present embodiment. a cooling condenser (3) that cools and condenses the vapor of the object to be treated (S) evaporated from the tank (T) by heating with the microwave; The tank (T) includes a recovery device (4) that recovers the component (E) condensed therein, and a control device (5) that automatically controls the pressure inside the tank (T).
Although the material of the tank (T) is not limited to a specific material, for example, stainless steel is preferably used from the viewpoint of corrosion resistance. Furthermore, the capacity of the tank (T) is not limited, but may be, for example, 15L, 100L, 150L, or 400L.
The waveguide means for guiding the microwave to the tank (T) is a waveguide, and a branch (branching device), scan (switching device), stub (protrusion), etc. may also be used. Further, the transmitting means for transmitting the guided microwaves into the tank (T) is not limited, but examples thereof include a transmitting material made of ceramic, Teflon (registered trademark), glass, quartz, or the like.
The cooling condenser (3) is not limited to either an air-cooled type or a water-cooled type, but a water-cooled type is preferable from the viewpoint of efficiency.
The control device (5) includes an electric valve (6) for allowing or blocking the inflow of outside air into the tank (T), and a vacuum pump (7) configured to reduce the pressure inside the tank (T). A storage medium (5M) in which a program for controlling the microwave generator (2) and the stirrer (8) that stirs the object to be treated (S) housed in the tank (T) is written. We are prepared.
The electric valve (6) is not limited to a specific valve, but in this embodiment, if the open/closed state is known, the deviation is corrected by applying correction in that state, and the opening degree is determined based on the cumulative time of the command. Equipped with a program to convert and control.
During the operation of the extraction device (1), this control device (5) controls the rotation speed and rotation direction of the stirrer (8) and the micro generator (2) depending on the temperature of the object to be treated or the steam temperature of the object to be treated. ) output, oscillation/stop, pulse irradiation, and oscillation time/stop time can be changed to arbitrary values.
制御装置(5)は、前述の記憶媒体(5M)として、不揮発性メモリ(5a)(例えば、ROM)と、揮発性メモリ(5b)(例えば、RAM)を有しており、図2に示したように、ユーザーがあらかじめ目標値を随意に設定し、レシピとして登録したり、登録し直したりできる。これにより、ユーザーがレシピを考案したり、改良したりして、ユーザー自身が商品を独自に開発する事ができる。
ユーザーがレシピとしてプログラムに登録できるものは、運転経過時間または回収量に応じた、マイクロ波出力、発振/停止、パルス照射及びその発振時間/停止時間、撹拌の回転数、回転の向き及びその正転時間/反転時間、蒸留温度(沸点)設定値、などであり、撹拌機(8)の回転数と回転の向き(正転/反転)の時間と、マイクロ波の出力、パルス照射の発振時間/停止時間、蒸留温度(沸点)設定値についてはStep制御だけで無くRamp制御の設定が登録できる。
また、マイクロ波のパルス照射に関して、マイクロ波透過口(図示されず)が複数個、例えばNo.1~No.4の4個ある場合、それぞれのパルス照射開始タイミングをずらすことで(オフセット値をそれぞれ設定することで)、例えば、No.1とNo.3を発振し、No.2とNo.4を停止した後、No.1とNo.3を停止し、No.2とNo.4を発振し、以下交互に繰り返しとすることもできるし、No.1を発振し、No.2~No.4を停止した後、No.2を発振し、No.1, No.3, No.4を停止し、次にNo.3を発振し、No.1, No.2, No.4を停止し、その後No.4を発振し、No.1~No.3を停止し、以下順に繰り返すというような照射も可能である。パルス照射の開始タイミングを同じにすれば、No.1~No.4が同時に発振し、同時に停止するパルス照射となる。
The control device (5) has a non-volatile memory (5a) (for example, ROM) and a volatile memory (5b) (for example, RAM) as the storage medium (5M), as shown in FIG. As mentioned above, users can set target values in advance and register or re-register them as recipes. This allows users to create and improve recipes and develop their own products.
The items that the user can register in the program as recipes include microwave output, oscillation/stop, pulse irradiation and oscillation time/stop time, stirring rotation speed, rotation direction, and its correctness according to the elapsed operation time or collection amount. These include rotation time/inversion time, distillation temperature (boiling point) set value, etc., the rotation speed and direction of rotation (forward rotation/reversal) of the stirrer (8), microwave output, and pulse irradiation oscillation time. /Regarding stop time and distillation temperature (boiling point) setting values, not only Step control but also Ramp control settings can be registered.
Regarding microwave pulse irradiation, if there are multiple microwave transmission ports (not shown), for example four, No. 1 to No. 4, by shifting the pulse irradiation start timing of each (offset value). For example, after oscillating No.1 and No.3 and stopping No.2 and No.4, stopping No.1 and No.3, and then oscillating No.2 and No.4 It is also possible to oscillate and repeat the following alternately, or to oscillate No.1, stop No.2 to No.4, then oscillate No.2, then No.1, No.3, No. Stop .4, then oscillate No.3, stop No.1, No.2, No.4, then oscillate No.4, stop No.1 to No.3, and the following It is also possible to repeat the irradiation sequentially. If the start timing of pulse irradiation is the same, No. 1 to No. 4 will oscillate at the same time and stop at the same time.
図3にブロック線図で示したように、制御装置(5)は、タンク(T)内の圧力を目的値に制御するため、真空ポンプ(7)をPID(比例・積分・微分)制御によって回転数制御し、電動バルブ(6)をPD(比例・微分)制御によって開閉制御する機能を有する。
<偏差>
PID制御はフィードバック制御であり、実測値をフィードバックし目標値と照らし合わせてその差異を算出してアクションをおこす。
そこで、まず目標値と実測値の引き算が行われ、引き算の結果を偏差としてP(比例)制御、I(積分)制御,D(微分)制御に用いる。
<P制御>
P制御は、目標値との差に比例して出力値を制御する。例えばモーターの位置情報などを入力値とし、目標値との差分から出力値を算出する。
P制御の比例ゲインであるKpが大きいほど出力値が目標値に近づく時間が早くなる。
しかしながら、P制御には、目標値に近づくと安定し、目標値と出力値に偏差(ズレ)が生じてしまうという問題点がある。
<PI制御>
I制御では、偏差を時間で積分することで、P制御の偏差を埋める。
P制御で生じた目標値との偏差を時間で積分して得られた操作量を、P制御で得られた操作量に加算することによって偏差を解消することができる。
P制御にI制御が加えられることからPI制御といわれる。
しかしながら、実際にはPI制御のみだとオーバーシュートが発生することがある。目標値に高速に近づけるために、Pを大きくしすぎると、このオーバーシュートが発生しやすくなる。
<PID制御>
PI制御において発生するオーバーシュートを抑えるために、負成分を追加する。この負成分がD制御である。
PI制御では、時間と共に偏差は減るので、この偏差を微分すると出力は負の値になる。つまり、急速に偏差が減るほど負成分は強く働く。P、I、Dの3つの制御の組み合わせにより、安定して素早く目標値に達するシステムを構築できる。
本実施形態では、圧力偏差によって真空ポンプ(7)の回転数をPID制御、電動バルブ(6)の開度をPD制御している。
As shown in the block diagram in Fig. 3, the control device (5) controls the vacuum pump (7) by PID (proportional, integral, differential) control in order to control the pressure in the tank (T) to the target value. It has the function of controlling the rotation speed and opening/closing the electric valve (6) using PD (proportional/derivative) control.
<Deviation>
PID control is feedback control, in which the actual measured value is fed back, compared with the target value, the difference is calculated, and an action is taken.
Therefore, first, the target value and the measured value are subtracted, and the result of the subtraction is used as a deviation for P (proportional) control, I (integral) control, and D (differential) control.
<P control>
P control controls the output value in proportion to the difference from the target value. For example, the input value is motor position information, and the output value is calculated from the difference from the target value.
The larger Kp, which is the proportional gain of P control, the faster the output value approaches the target value.
However, P control has a problem in that it becomes stable when it approaches the target value, and a deviation occurs between the target value and the output value.
<PI control>
In I control, the deviation in P control is compensated for by integrating the deviation over time.
The deviation can be eliminated by adding the manipulated variable obtained by integrating the deviation from the target value caused by the P control over time to the manipulated variable obtained by the P control.
It is called PI control because I control is added to P control.
However, in reality, overshoot may occur if only PI control is used. If P is made too large in order to quickly approach the target value, this overshoot is likely to occur.
<PID control>
A negative component is added to suppress overshoot occurring in PI control. This negative component is D control.
In PI control, the deviation decreases with time, so when this deviation is differentiated, the output becomes a negative value. In other words, the more rapidly the deviation decreases, the stronger the negative component acts. By combining the three controls, P, I, and D, it is possible to construct a system that stably and quickly reaches the target value.
In this embodiment, the rotation speed of the vacuum pump (7) is controlled by PID, and the opening degree of the electric valve (6) is controlled by PD based on the pressure deviation.
真空ポンプ(7)のPID制御は以下に示す計算式によって行われ、電動バルブ(6)のPD制御はこの計算式から積分項を無くした式を用いる。
<計算式>
操作量=Kp×偏差+Ki×偏差の累積値+Kd×前回偏差との差
比例項:Kp×偏差
積分項:Ki×偏差の累積値
微分項:Kd×前回偏差との差
K(ゲイン)については、固定値を用いても、偏差に応じたアクティブゲインとしても良い。
PID control of the vacuum pump (7) is performed using the calculation formula shown below, and PD control of the electric valve (6) uses a formula obtained by eliminating the integral term from this calculation formula.
<Calculation formula>
Manipulated amount = Kp x deviation + Ki x cumulative value of deviation + Kd x difference from previous deviation Proportional term: Kp x deviation Integral term: Ki x cumulative value of deviation Differential term: Kd x difference from previous deviation Regarding K (gain) , a fixed value may be used, or an active gain may be used depending on the deviation.
撹拌機(8)の翼1枚の長手方向の長さは、限定されないが、例えば32cm~120cm、ピッチ角は、限定されないが、例えば、30度~35度を挙げることができる。 The length of one blade of the agitator (8) in the longitudinal direction is, for example, 32 cm to 120 cm, although not limited, and the pitch angle is, for example, 30 degrees to 35 degrees, although not limited.
上述したように、制御装置(5)は、撹拌機(8)の回転数と回転の向き(正転/反転)の時間と、タンク(T)内の処理対象物(S)を加熱するマイクロ波の出力、パルス照射の発振時間/停止時間、蒸留温度(沸点)設定値出力変更、発振/停止、パルス照射及びその発振/停止、とをON/OFF操作によりStep制御する機能と、Ramp制御する機能を有している。
<Ramp制御>
Ramp制御とは、時間に対して特定のパラメータ(温度・圧力・回転数など)を線形(一次関数的)に増加/減少させる制御をいう。グラフで表すと横軸を時間t[sec]、縦軸を例えば電圧V[V]としたときに一次関数の波形となる。
Ramp制御を用いることで、初期出力を低く抑え、徐々に全出力まで上げていくという出力ができる。ソフトスタートを採用し始動時の初期出力を低く抑え,徐々に全出力に近づけることで,始動時の加熱を抑え、処理されるべきパラメータへの負担を低くすることができる。
図4にRamp制御のあり/なしを設定したタッチパネル画面と、マイクロ波出力のタイムチャート図を並べて示す。
As described above, the control device (5) controls the rotation speed and rotation direction (normal rotation/reverse rotation) of the agitator (8), and the microcontroller that heats the object (S) in the tank (T). Function to control wave output, oscillation time/stop time of pulse irradiation, distillation temperature (boiling point) set value output change, oscillation/stop, pulse irradiation and its oscillation/stop by ON/OFF operation, and ramp control. It has the function of
<Ramp control>
Ramp control refers to control that linearly (linearly functions) increases/decreases specific parameters (temperature, pressure, rotation speed, etc.) with respect to time. When expressed in a graph, the horizontal axis represents time t [sec] and the vertical axis represents, for example, voltage V [V], resulting in a waveform of a linear function.
By using Ramp control, it is possible to suppress the initial output to a low level and gradually increase the output to the full output. By using soft start to keep the initial output low at startup and gradually bring it closer to full output, it is possible to suppress heating during startup and reduce the burden on the parameters that need to be processed.
FIG. 4 shows a touch panel screen with/without Ramp control set and a time chart of microwave output side by side.
予め設定したプログラムで処理対象物を減圧下蒸留しようとしても、処理対象物の状態が異なるため(例えば厚み、大きさ、含水量など)、予め設定したプログラムでは、温度が上がって焦げ付いたり、充分処理しきれない場合がある。そこで、本発明は、抽出装置の運転途中であっても、処理対象物の温度あるいは処理対象物の蒸気温度によって、撹拌機(8)の回転数と回転の向き、マイクロ波の出力、発振/停止やパルス照射を操作することにより、処理対象物の温度が上がりすぎた時に焦げ付きを防ぐことができ、結果的に処理対象物の量に比して回収量を高められる。
本実施形態においては、従来のようにユーザーが処理対象物(S)の状況を監視しながら操作をせずとも、時間経過や抽出物回収量に伴い、マイクロ波出力を徐々に下げたり、撹拌機(8)の回転数を上げたり、回転の向きを変えるなど、独自にプログラムを詳細に設定し、自動運転することで、処理対象物(S)の含水率が減少しすぎて焦げ付く、という事態を回避し、抽出をし切ることができる。
また、例えば、蒸留水を多くとりたい場合やできるだけ濃縮したい場合などにおいて、水分の蒸発が進み処理対象物(S)の温度が上昇する。この時、例えば、温度がある一定値を超えたときにマイクロ波の出力を下げたり、発振を停止したりする制御ができる。
これにより、処理対象物(S)の温度を下げ、最大限の蒸留又は濃縮ができたり、原料と照射口への焦げ付きを防止したりすることができる。
Even if you try to distill the object to be processed under reduced pressure using a preset program, the condition of the object to be processed is different (for example, thickness, size, water content, etc.) It may not be possible to process it. Therefore, the present invention has the advantage that even during the operation of the extraction device, the rotation speed and rotation direction of the stirrer (8), the output of the microwave, the oscillation/ By operating the stop and pulse irradiation, it is possible to prevent burning when the temperature of the object to be processed rises too much, and as a result, the amount of recovery can be increased compared to the amount of the object to be processed.
In this embodiment, the microwave output can be gradually lowered or stirred as time passes or the amount of extract recovered, without the user having to operate while monitoring the status of the material to be treated (S) as in the past. By setting a unique program in detail, such as increasing the rotation speed of the machine (8) and changing the direction of rotation, and running it automatically, the moisture content of the material to be processed (S) decreases too much and it burns. You can avoid the situation and complete the extraction.
Further, for example, when it is desired to take a large amount of distilled water or to concentrate it as much as possible, the evaporation of water progresses and the temperature of the object to be treated (S) rises. At this time, for example, when the temperature exceeds a certain value, the microwave output can be lowered or the oscillation can be stopped.
Thereby, the temperature of the object to be processed (S) can be lowered, maximum distillation or concentration can be achieved, and burning of the raw material and the irradiation port can be prevented.
本発明によれば、抽出装置の運転途中において、様々な処理対象物の温度あるいは処理対象物の蒸気温度によって、撹拌機の回転数と回転の向き及びマイクロ波発生装置の出力を、任意の値に変更できるようにすることで、特定の処理対象物に限らず多様な処理対象物の温度の上がりすぎと焦げ付きを防ぎ、有効に処理することができるように構成された抽出装置を提供することができる。すなわち、例えば芳香蒸留水を抽出する場合など、処理対象物の種類に係わらず含水率が減少しても焦げ付かないように調整し、抽出率を高めることのできる自由度の高い制御を有するマイクロ波抽出装置を提供することができる。 According to the present invention, during the operation of the extraction device, the rotation speed and rotation direction of the stirrer and the output of the microwave generator can be set to arbitrary values depending on the temperature of various objects to be treated or the steam temperature of the objects to be treated. To provide an extraction device configured to prevent not only a specific object but also various objects to be processed from overheating and burning, and to effectively process the object. I can do it. In other words, when extracting aromatic distilled water, for example, a microcontroller with a high degree of freedom can be used to adjust the extraction rate so that it does not burn even if the water content decreases, regardless of the type of the target material. A wave extraction device can be provided.
1 マイクロ波抽出装置
2 マイクロ波発生装置
3 冷却凝縮器
4 回収器
5 制御装置
5a 不揮発性メモリ
5b 揮発性メモリ
5M 記憶媒体
6 電動バルブ
7 真空ポンプ
8 撹拌機
T タンク
1
Claims (5)
マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波を前記タンクに導くための導波手段及びマイクロ波透過手段と、
前記マイクロ波による加熱により前記タンクから蒸発した前記処理対象物の、蒸気を冷却凝縮するための冷却凝縮器と、
前記冷却凝縮器により凝縮された成分を回収する回収器と、
前記タンク内の圧力を自動制御する制御装置と、
を含む抽出装置であって、
前記制御装置は、前記タンクへの外気の流入を許容又は遮断するための電動バルブと、
前記タンク内の圧力を減圧するように構成された真空ポンプと、前記マイクロ波発生装置と、前記タンク内に収容された該タンク内の前記処理対象物を撹拌する撹拌機と、を制御するプログラムが書き込まれた記憶媒体を備えており、
前記制御装置が、運転途中において、前記撹拌機の回転数と回転の向き及び前記マイクロ波発生装置の出力を、前記処理対象物の温度あるいは前記処理対象物の蒸気温度によって任意の値に変更できるように構成されてなることを特徴とする自由度の高い制御を有するマイクロ波抽出装置。 A tank in which the object to be processed is stored;
a microwave generator that generates microwaves;
a waveguide means and a microwave transmission means for guiding the microwave to the tank;
a cooling condenser for cooling and condensing the vapor of the object to be treated that has evaporated from the tank due to heating by the microwave;
a recovery device that recovers the components condensed by the cooling condenser;
a control device that automatically controls the pressure in the tank;
An extraction device comprising:
The control device includes an electric valve for allowing or blocking outside air from flowing into the tank;
A program that controls a vacuum pump configured to reduce the pressure in the tank, the microwave generator, and a stirrer that stirs the object to be processed in the tank. It is equipped with a storage medium written with
The control device can change the rotation speed and direction of rotation of the stirrer and the output of the microwave generator to arbitrary values depending on the temperature of the object to be treated or the steam temperature of the object to be treated during operation. A microwave extraction device having a high degree of freedom of control, characterized in that it is configured as follows.
前記真空ポンプをPID制御によって回転数制御するとともに、
前記電動バルブをPD制御によって開閉制御する、請求項1に記載の自由度の高い制御を有するマイクロ波抽出装置。 The control device controls the pressure in the tank to a target value corresponding to a distillation temperature (boiling point) set value,
Controlling the rotation speed of the vacuum pump by PID control,
The microwave extraction device having a high degree of freedom of control according to claim 1, wherein the electric valve is opened and closed by PD control.
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