JPH08178522A

JPH08178522A - 乾燥装置

Info

Publication number: JPH08178522A
Application number: JP31507594A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kaneko; 一久金子; Takehiko Yanagida; 武彦柳田; Akihiro Yamashita; 彰広山下; Akio Kitsui; 昭雄橘井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】乾燥時間の短縮と低消費電力化を実現する、シ
ステム効率の良い乾燥装置を提供する。【構成】本乾燥装置では、ヒートポンプを用いた低消費
電力の乾燥機構と、マイクロ波発生器による加熱効率の
良い乾燥機構から構成され、これらを被乾燥物の状態に
応じて適宜切り替え制御を行うことで、乾燥装置の低消
費電力化とその乾燥時間の短縮を図った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波を用いた乾燥
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、食品等の被乾燥物を乾燥する方法
として、ヒートポンプを用いた温風加熱方式が用いられ
ている。この方式は、ヒータ等による加熱方式に比べ、
消費電力が少ない乾燥方式として知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記温風
加熱方式では、温風、つまり空気から乾燥する対象物
（例えば食品など）の表面に熱を与えることでその水分
を蒸発させているが、この方式では被乾燥物の水分が約
３０％〜５０％の範囲になると、乾燥に必要な時間が著
しく長くなるという欠点がある。

【０００４】一方、被乾燥物の内部の水分を乾燥させる
方式としては、マイクロ波を用いた乾燥が知られてい
る。この方式では、マイクロ波が被乾燥物内部の水分に
直接作用するため加熱効率が良い。

【０００５】マイクロ波を用いた乾燥方式は、前述の温
風加熱方式に比べて被乾燥物の水分が低い場合に特に効
果的であり、加熱時間を数十分の１に短縮できることも
知られている。

【０００６】しかしながら、マイクロ波を発生するマイ
クロ波発生器は、マイクロ波発生器に供給する電力に対
して、その照射する電力は、通常約５０％であり、一般
の乾燥方式に比べて効率が悪い。

【０００７】本発明の第一の目的は、上記乾燥装置の問
題点を解決すべく、乾燥時間の短縮と低消費電力化を実
現する、システム効率の良い乾燥装置を提供することに
ある。

【０００８】本発明の第二の目的は、被乾燥物が液分の
多い汚泥状であった場合の被乾燥物の乾燥時間の短縮と
低消費電力化を実現する、システム効率の良い乾燥装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の乾燥装置は、上
記第一の目的を達成するために、ヒートポンプを用いた
低消費電力の乾燥機構と、マイクロ波発生器による加熱
効率の良い乾燥機構から構成され、これらを被乾燥物の
状態に応じて適宜切り替え制御を行うことで、乾燥装置
の低消費電力化とその乾燥時間の短縮を図った。

【００１０】また、本発明の乾燥装置は、第二の目的を
達成するために、液分の多い汚泥状の被乾燥物の場合、
ヒートポンプによる加熱効率を向上させるため、ヒート
ポンプの凝縮部を被乾燥物の底面に配置し、被乾燥物の
加熱効率の向上を図った。

【００１１】この場合は、さらに乾燥室を真空槽とし、
ヒートポンプの蒸発部を真空槽内に設置することで、被
乾燥物の水分の蒸発速度の向上および空気の加熱をなく
すことで熱効率の向上を図った。

【００１２】

【作用】すなわち、本発明は、被乾燥物の含む水分が約
３０％〜５０％の範囲になるまでヒートポンプのみによ
る温風加熱方式の乾燥を行い、被乾燥物の含む水分が約
３０％〜５０％の範囲になった場合に温風加熱方式の乾
燥とマイクロ波加熱による乾燥とを行い、被乾燥物の乾
燥を促進させる。このようにマイクロ波加熱を被乾燥物
の状態に応じて行うことで、消費電力が少なくかつ短時
間の乾燥処理、つまり効率の良い乾燥処理が行える。こ
の場合、マイクロ波による乾燥と温風加熱方式による乾
燥とを同時に行わせているが、被乾燥物の状態に応じ
て、単に前述の２つの方式を切り換えるだけであっても
良い。また、本乾燥装置での切り替え条件となる被乾燥
物の状態は、水分量に限るものではなく、温度、湿度、
真空度などを加味しても良い。

【００１３】第６図は被乾燥物６のヒートポンプおよび
マイクロ波乾燥による水分と時間の関係を比較したもの
である。

【００１４】ヒートポンプによる乾燥２５では水分量の
減少と共に、乾燥時間が長くなっている。マイクロ波に
よる乾燥２６を被乾燥物６の水分が約３０％〜５０％の
範囲に用いることで、乾燥時間の大幅な短縮を図れるこ
とが分かる。

【００１５】次に本乾燥装置は、液分の多い汚泥状の被
乾燥物を乾燥させる場合、ヒートポンプの凝縮部を被乾
燥物の底面に配置する。これにより、液分の多い汚泥状
の被乾燥物は直接液分が床面に広がり、床面からの熱伝
達率を大きくとることができる。また温風加熱方式に比
べると同じ凝縮温度でも室内の絶対湿度を高くすること
でき（エンタルピ大）、除湿効率が良くなる。これによ
り空気の加熱分が少なくて済むこととなる。温風加熱方
式と床面加熱方式のエンタルピを図９に示す。また、こ
の乾燥装置の乾燥室を真空槽とし、ヒートポンプの蒸発
部を真空槽内に設置した場合、飽和状態なので床面に液
が広がると小さな温度差で沸騰が起こり、熱伝達率は著
しく大きくなる。

【００１６】以上の構成により、様々な被乾燥物に対し
て消費電力が少なくかつ短時間で乾燥処理を行うことが
可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面に基
づいて説明する。

【００１８】第１図は本乾燥装置の概要を示したもので
ある。

【００１９】本乾燥装置は、被乾燥物を収容する乾燥室
１と、乾燥室１に空気ダクト２を介して接続するヒート
ポンプを用いた除湿乾燥機（温風乾燥機）３と、乾燥室
１に導波管４を介して接続するマイクロ波発生器５とか
ら主に構成されている。また、除湿乾燥機３、マイクロ
波発生器５および反射電力測定器７は制御回路９に接続
されている。

【００２０】制御回路９は、反射電力測定器７の測定結
果に基づいて除湿乾燥機３およびマイクロ波発生器５の
ｏｎ／ｏｆｆ等を制御する。

【００２１】反射電力測定器７は、マイクロ波発生器５
から照射されるマイクロ波が乾燥室１内で反射する量を
測定する。

【００２２】なお、乾燥室１内の湿度や温度を測定する
センサ（図示せず）を制御回路９に接続し、そのセンサ
の結果に基づいて除湿乾燥機３およびマイクロ波発生器
５のｏｎ／ｏｆｆ等を制御することも可能である。

【００２３】以下に本乾燥装置における乾燥工程を示
す。

【００２４】（１）始めに、除湿乾燥機３を動作させ
ると乾燥室１に高温乾燥空気１０が送られる。送られて
くる高温乾燥空気１０は、被乾燥物６の水分を含むこと
になるので、乾燥室１からは低温湿り空気１１が除湿乾
燥機３に戻ることとなる。この工程を繰り返すことで被
乾燥物６の乾燥が進行していく。

【００２５】同時に、被乾燥物６に対して、マイクロ波
発生器５からマイクロ波を照射することで、被乾燥物６
の水分（とくに内部の水分）を蒸発させる。これにより
乾燥室１内の温度及び湿度は、急激に上昇する。

【００２６】（２）乾燥室１内の温度及び湿度が、除
湿乾燥機３内のヒートポンプを効率良く動作させる所定
値になったことを乾燥室１内の湿度や温度を測定するセ
ンサを介して制御回路９が判断した場合、制御回路９
は、マイクロ波の照射を停止するようマイクロ波発生器
５を制御する。

【００２７】（３）被乾燥物６の水分がある一定値に
達したことを前述のセンサを介して制御回路９が判断し
た場合、制御回路９はマイクロ波の照射を行うようマイ
クロ波発生器５を制御する。ここで一定値とは、マイク
ロ波の乾燥効率の良いとされている水分約３０％〜５０
％が最適なものと考える。ただしこれは被乾燥物の特性
等により変えても良い。

【００２８】（４）最後に被乾燥物６の水分量が乾燥
の目標値になったら、制御回路９は、マイクロ波の照射
およびヒートポンプの動作を停止させる。

【００２９】以上の動作を制御回路により指示すること
で、乾燥の自動化が図れる。

【００３０】また、このような被乾燥物の状態に応じた
乾燥方式の切り替え制御をすることで、乾燥時間は短縮
されるとともに、マイクロ波を適宜ｏｎ／ｏｆｆするた
め、その消費電力も低減される。

【００３１】本実施例では、温度もしくは／および湿度
センサにより切り替え制御を行っているが、反射電力測
定器７による被乾燥物６の水分量の測定結果に基づいて
も良い。ただし反射電力測定器７は、反射するマイクロ
波を測定するものであるので、前述の工程でマイクロ波
発生器５がｏｆｆ状態にある場合は、制御回路９は定期
的にマイクロ波発生器５を動作させなければならない。
しかし、定期的にマイクロ波の反射電力を測定すれば、
被乾燥物６をマイクロ波により加熱することになるた
め、被乾燥物６の内部の水分を被乾燥物６の表面に持ち
出せることができ、より効率の良い乾燥が可能になる。

【００３２】次に第２図は、第１図に示す除湿乾燥機３
の内部構造の一例である。

【００３３】除湿乾燥機３は、ヒートポンプの冷媒を圧
縮するための圧縮機１２と、乾燥室から入る湿り空気の
水分を凝縮するための蒸発器（水分凝縮器）１３と、冷
媒の膨脹弁１４と乾燥低温空気を加熱するための凝縮器
（空気加熱器）１５と、室外放熱用の凝縮器（室外器）
１６と、冷媒の配管１７とから構成される。なお一般の
空気の循環はファン等で強制的に行う。

【００３４】ヒートポンプを用いた方式では、ヒートポ
ンプの運転により乾燥室内の温度が上昇し、ヒートポン
プの動作温度の上限を超える恐れがあったが、本乾燥装
置では、ヒートポンプに凝縮器を追加し、その凝縮器を
乾燥室外に設置することで乾燥室内の温度を下げる構成
としている。

【００３５】この除湿乾燥機３の動作は、従来と同様で
あるため、その説明は省略する。

【００３６】次に、第１図に示す乾燥装置をさらに効率
的にした場合（例えば液分の多い汚泥状の被乾燥物に適
用させる場合）の一実施例を示す。

【００３７】この乾燥装置の大きな特徴は、被乾燥物６
を直接熱伝導で加熱する点である。

【００３８】従って、第３図に示す乾燥装置では、圧縮
機１２と凝縮器（空気加熱器）１５の間に凝縮器（被乾
燥物加熱器）１８を設け、被乾燥物を直接加熱する。

【００３９】余ったエネルギは凝縮器（空気加熱器）１
５で空気の加熱に用い、さらに余剰のエネルギは凝縮器
（室外器）１６で乾燥室外に放出する。

【００４０】このような装置構成とすることで、被乾燥
物の液分は加熱器１８の上に広がり、直接加熱される。
空気温度は、被乾燥物の加熱をする必要がないため低下
せず、空気の絶対湿度は大きくなる（エンタルピ大）。
このため空気循環量が少なくても、除湿効率、熱効率が
良くなる。

【００４１】第４図は、液分の多い汚泥状の被乾燥物６
の場合に、さらに乾燥速度の向上を図った一実施例であ
る。

【００４２】この乾燥装置における大きな特徴は、蒸発
器（水分凝縮器）１３を乾燥室内に設置し、乾燥室を真
空ポンプ（図示せず）等により減圧した点である。また
図１に示す乾燥装置と異なりヒートポンプによる温風は
送らていない。

【００４３】なお、蒸発器（水分凝縮器）１９には、マ
イクロ波を遮蔽する程度の複数の穴の開いた金属板（例
えばパンチングプレ−ト）を乾燥室１に設けている。こ
れにより蒸発器（水分凝縮器）１９には、マイクロ波は
照射されず、水蒸気のみを通過させることとなる。

【００４４】この乾燥装置では、真空ポンプにより乾燥
室の真空度を被乾燥物６の温度における飽和蒸気圧以下
とし、凝縮器（被乾燥物加熱器）１８を被乾燥物６の温
度より高く保つよう設定する。これにより、凝縮器（被
乾燥物加熱器）１８と被乾燥物６との温度差とその間の
熱抵抗で決定される移動熱量分の熱エネルギーが、被乾
燥物６の水分の潜熱として供給され、被乾燥物６の水分
を蒸発させることができる。蒸発した水分は、乾燥室内
の蒸発器（水分凝縮器）１３にて潜熱を奪われ、凝縮す
る。その奪われた潜熱は回収して被乾燥物６の加熱に再
利用する。

【００４５】本乾燥装置では、被乾燥物からの液分が多
い場合、加熱面上に液が広がり、真空槽における飽和状
態のため小さな温度差で沸騰が起こり、高い熱伝達率が
得られる。また空気を加熱する熱量は不要となる。ただ
し乾燥が進むと加熱面と被乾燥物との間の熱伝導は悪く
なるので、ヒートポンプはインバータ等でその能力を下
げ、マグネトロンによる加熱を主にするよう制御するこ
とが望ましい。

【００４６】次に第４図の乾燥装置の乾燥工程の一例を
第５図を用いて説明する。

【００４７】ただし、この工程においては、より現実の
製品を考慮し、被乾燥物に対する減菌工程が含まれてい
る。これはマイクロ波による加熱が、滅菌に対して有効
なこと（高周波電界が殺菌作用を持つため）に着目した
ものであり、有害な菌を多く含む汚泥や生物の糞尿等が
被乾燥物である場合に特に有効であると考える。また、
被乾燥物６をマイクロ波により滅菌する場合は、被乾燥
物６の水分が少なくなった時点でマイクロ波を照射すれ
ば、被乾燥物６を短時間に高温にすることができ、効率
良く滅菌できるものと考える。

【００４８】このような工程は、当然これまでに説明し
てきたすべての乾燥装置に適用できることは言うまでも
ない。

【００４９】減圧工程２０では、乾燥室１を真空ポンプ
等で減圧する。所定の真空度に達したら真空ポンプを停
止し乾燥工程２１に移る。

【００５０】乾燥工程２１では、始めにマイクロ波とヒ
ートポンプによる被乾燥物６の加熱を行う。被乾燥物６
の温度もしくは被乾燥物６から出る蒸気温度をセンサ
（図示せず）により測定し、温度が所定の値に達したこ
とを制御回路９が判断した場合、制御回路９はマイクロ
波による加熱を停止させる。その後定期的にマイクロ波
を照射することで、反射電力測定器７によりマイクロ波
の反射電力を測定し被乾燥物６の水分量を測定する。

【００５１】制御回路９が反射電力測定器７の測定結果
から所定の水分量に達したことを判断した場合、滅菌工
程２２に移る。

【００５２】被乾燥物６の水分がある一定値に達したこ
とを前述のセンサを介して制御回路９が判断した場合、
制御回路９はマイクロ波の照射を行うようマイクロ波発
生器５を制御する。

【００５３】滅菌工程２２では、制御回路９によりヒー
トポンプを停止させ、マイクロ波加熱のみを行わせる。
被乾燥物６の温度もしくは被乾燥物６から出る蒸気温度
が滅菌に必要な温度になったことをセンサを介して制御
回路９が判断した場合、制御回路９は、その温度を維持
できるよう真空ポンプを制御する。

【００５４】さらに制御回路９は、所定の水分量に達し
たことを反射電力測定器７の測定結果から判断した場
合、マイクロ波の照射を停止させ、冷却工程２３に移
る。

【００５５】冷却工程２３では連続して真空引きを行
い、被乾燥物６の温度、被乾燥物６から出る蒸気温度も
しくは乾燥室１内の圧力が所定の値になったら（センサ
等を介して制御回路９が判断する）、大気戻し工程２４
に移る。

【００５６】この冷却工程２３では、真空引きを行う
が、これによりさらに真空状態に近づき、乾燥は促進さ
れる。この乾燥により、被乾燥物６の潜熱は奪われ、そ
の温度は下がることとなる。

【００５７】この冷却工程２３での被乾燥物６の乾燥分
を予め考慮して一連の乾燥工程を決定しておけば、さら
に効率の良い乾燥装置を提供することが可能となる。つ
まり、被乾燥物の目標水分量（乾燥度）を前述の乾燥工
程のみで達成するのではなく、その後に行われる減菌工
程及び冷却工程を経ることで達成するように設定するこ
とが望ましい。

【００５８】最後に、大気戻し工程２４では乾燥室１内
の圧力を大気圧に戻す。

【００５９】以上の工程により、液分の多い汚泥状の被
乾燥物６の場合であっても、さらに乾燥速度の向上が図
れ、かつ減菌処理を施すこともできる。

【００６０】次に、ヒートポンプによる加熱効率を向上
させる乾燥装置を図７及び図８に示す。

【００６１】図７は乾燥室１内の温度上昇を押さえるた
めに、乾燥室内で加湿した湿り空気２７を乾燥装置外に
排出し、乾燥装置外の比較的乾燥した外気２８を乾燥装
置内の除湿乾燥機に取り入れるよう構成したものであ
る。これにより乾燥装置内の水分を乾燥装置外に排出す
ることで、乾燥室内の温度上昇を抑えることができ、さ
らにヒートポンプの室外機が不要となる。

【００６２】この方式で乾燥室１内の温度が上がった場
合、温度センサ３１により空気の温度を検知し、乾燥室
内が必要以上に温度上昇した場合、制御回路９は、弁３
０を開閉駆動させる。また、空気を交換せず熱だけを交
換する方法を図８に示す。

【００６３】これは乾燥室１と除湿乾燥機３の間に、蒸
発した水分の凝縮を行うための第一のフィン３２と、そ
れに取り付けられたヒートパイプ等の高熱伝導体３５
と、乾燥室外に高熱伝導体を冷却するための第二のフィ
ン３４と、それを冷却するためのファンから構成され
る。この乾燥装置は、乾燥室１から送られてくる空気の
温度を温度センサ３１により検知し、その温度が所定の
値以上になったことを制御回路９が判断した場合、制御
回路９はファン３２を回転させ、フィン３３の温度を下
げ、乾燥室内の温度を低下させる。

【００６４】図８に示す構成についても、図７同様にヒ
ートポンプの室外機が不要となる。

【００６５】これまで説明してきた乾燥装置では、除湿
乾燥機３を乾燥室１内に、もしくは蒸発機１３をダクト
等を介して乾燥室外に設けても同様の効果が得れること
は言うまでもない。

【００６６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被乾燥物
の水分を蒸発させ、低含水率に乾燥することを、少ない
消費電力で短時間で行うことができる。つまり乾燥装置
において効率の良い乾燥を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本システムの基本構成図である。

【図２】除湿乾燥機の内部構造図である。

【図３】被乾燥物を直接熱伝導で加熱するシステム図で
ある。

【図４】本システムの乾燥速度を向上させるシステム図
である。

【図５】乾燥工程の一例を示す図である。

【図６】被乾燥物６の水分と時間の関係を示した図であ
る。

【図７】乾燥室の温度上昇を押さえる機構図である。

【図８】乾燥室の温度上昇を押さえる機構図である。

【図９】（ａ）空気加熱方式のエンタルピを示す図であ
る。（ｂ）床面加熱方式のエンタルピを示す図である。

【符号の説明】

１乾燥室２空気ダクト３除湿乾燥機４導波管５マイクロ波発生器６被乾燥物７反射電力測定器８配線９制御回路１０高温乾燥空気１１低温湿り空気１２圧縮機１３蒸発器（水分凝縮器）１４膨脹弁１５凝縮器（空気加熱器）１６凝縮器（室外器）１７配管１８凝縮器（被乾燥物加熱器）１９パンチングプレート２０減圧工程２１乾燥工程２２滅菌工程２３冷却工程２４大気戻し工程２５ヒートポンプによる乾燥２６マイクロ波による乾燥２７湿り空気２８外気３０弁３１温度センサ３２ファン３３フィン３４フィン３５高熱伝導体３６送風

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橘井昭雄神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所宇宙技術開発推進本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被乾燥物を配置する乾燥室と、前記乾燥室
内部に高温乾燥空気を循環させるヒートポンプを組み込
んだ除湿乾燥機と、前記乾燥室内部にマイクロ波を照射
するマイクロ波発生器と、前記乾燥室内の状態を検出す
るセンサと、前記除湿乾燥機、前記マイクロ波発生器お
よび前記センサと接続する制御装置とから構成され、前
記制御装置は、前記センサの検出結果に基づき前記除湿
乾燥機および前記マイクロ波発生器の動作を制御するこ
とを特徴とする乾燥装置。
【請求項２】被乾燥物を配置する乾燥室と、前記乾燥室
内に発生する水分を凝縮する蒸発器を含むヒートポンプ
と、前記乾燥室内部にマイクロ波を照射するマイクロ波
発生器と、前記乾燥室内を真空状態に近づける真空ポン
プと、前記乾燥室内の状態を検出するセンサと、前記ヒ
ートポンプ、前記真空ポンプ、前記マイクロ波発生器お
よび前記センサと接続する制御装置とから構成され、前
記制御装置は、前記センサの検出結果に基づき前記ヒー
トポンプ、前記マイクロ波発生器および前記真空ポンプ
の動作を制御することを特徴とする乾燥装置。
【請求項３】前記除湿乾燥機は、ヒートポンプの冷媒を
圧縮する圧縮機と、前記乾燥室から入る空気の水分を凝
縮する蒸発器と、前記蒸発器から送られる乾燥した空気
を加熱する第一の凝縮器と、前記圧縮機および蒸発器を
介して送られる冷媒の持つ熱を室外に放熱する第二の凝
縮器とから構成され、前記第一の凝縮器と前記圧縮器と
を接続する配管を第三の凝縮器として前記乾燥室内部の
被乾燥物の底面に配置したことを特徴とする請求項１及
び２記載の乾燥装置。
【請求項４】前記乾燥室内部の空気を前記除湿乾燥機へ
循環させる途中に、前記乾燥室からの空気を排出する排
出手段および前記除湿乾燥機へ外気を導入する導入手段
とを設け、前記排出手段と前記導入手段は前記制御装置
に接続され、前記制御装置は、前記センサの検出結果に
基づき前記排出手段および前記導入手段を制御すること
を特徴とする請求項１及び３記載の乾燥装置。
【請求項５】前記乾燥室内部の空気を前記除湿乾燥機へ
循環させる途中に、送られてくる空気の持つ水分を凝縮
するフィンと、前記フィンに取り付けられたその一部が
外気にふれる高熱伝導体と、前記高熱伝導体の外気にふ
れた部分を冷却するフィンとからなることを特徴とする
請求項１及び３記載の乾燥装置。