JPS61295486A - 振動流動層による連続真空乾燥装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は熱に敏感な被乾燥物の低温で、能率よく、シか
も省エネルギー的な真空乾燥に関するものであって１例
えば食品や医薬品のように特に熱に敏感な各種物質の乾
燥処理技術分野において広く重用されるものである６ （従来の技術） 従来より、食品、薬品等熱に敏感な物質を乾燥する場合
、物質を凍結し又は凍結せずして真空下で乾燥する方法
（以下真空乾燥という）が採用されている。

また一方、物質の移送手段として、コンベヤーに斜方向
の振動運動を与えることからなる振動コンベヤーも既知
である。（「新版化学工学辞典」丸首（昭４９−５−３
０）第２０７頁）。

しかしながら、隔室内において上下方向に振動を与える
ことによって、空気等の流体を供給することなく物質を
流動化せしめる技術は全く知られていないし、ましてや
この技術を真空乾燥技術と有機的に結合せしめて、特に
熱に敏感な物質をも有効に乾燥することにいたっては全
く夢想だにされていないのが現状である。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の真空乾燥は圧力０．０１ｍｍｌ（ｇ−１Ｏｎ＋ｍ
Ｈｇの真空室内に加熱部を設け、その中に被乾燥物を板
状又は層状に堆積し、乾燥のための熱伝達は被乾燥物底
面あるいは上面の加熱板を通じて行われるのが普通であ
る。このため乾燥の進行に伴う乾燥層の形成により被’
ｔｂ燥物内の伝熱速度は急激に低下して、乾燥時間が長
くなる欠点がある。

また、この伝熱速度の向上を計るために加熱板の温度を
高めると加熱板は被乾燥物に常時接触しているため、被
乾燥物の接触面品温は高くなり、被乾燥物の熱変性、焦
げなどの損傷を与え、品質低下の原因となっており、食
品などの熱に敏感な被乾燥物では、加熱板の上限温度は
６０℃とされている。

このため、乾燥に多くの時間を要し、熱効率が悪いので
エネルギーの浪費となっており、これが真空乾燥の発達
を阻害する要因となっている。

（問題点を解決するための手段） そこで、本発明者らは従来の真空乾燥の欠点を除き、乾
燥製品の品質低下を防止しながら乾燥するシステムを得
んと研究を進めた結果、其のシステムを真空とした隔室
内では各種の物体は上下の振動により良く流動層を構成
するという新現象を発見し、そしてこの流動により加熱
面との接触が改善されて伝熱効率が向上することに着目
し、加熱部と一体となった真空乾燥室に上下の振動を与
え、真空とした真空乾燥室の一側より連続的に被乾燥物
を供給し、振動により加熱部との接触を繰返しながら流
動移動させ、他側より連続的に取出すことにより実現し
た。

一般の振動搬送装置では、搬送方向に対して斜上の振動
であるのに対し、流動層形成のための上下振動で、しか
も流体のごとき挙動で移動できるようにしたのが本発明
の特徴である。

本発明の例を添付の図面により説明する。図面は被乾燥
物が、粉粒体又は細断物、液状物（Ａ′）或は凍結物（
Ａ′）であっても何れも切替え使用できる装置の例であ
る。

先づ、被乾燥物が粉粒体（Ａ）の場合である時は。

真空用ロータリーバルブ１２を介して気密下で乾燥室１
の１部である被乾燥物収納室２に供給する。

真空用ロータリーバルブ１２と被乾燥物収納室２との間
は、蛇腹３を介して連絡し、被乾燥物収納室２が上下揺
動可能とする。この被乾燥物収納室２の下方には開口４
を設けてあり、開口４側に隔室５．６を設け、隔室５と
隔室６の間に隔壁７を設け、隔壁７の上部を切欠いて開
口８を構成させ。

隔室６の端部に隔壁９を設け、粉粒体（Ａ）はこの隔壁
９を介して排出管１０に落下し、蛇腹１１．真空用ロー
タリーバルブ１２を介して外部に排出される。

隔壁９の高さにより粉粒体（Ａ）の層厚がきまり。

隔室５と隔室６では層厚はほぼ一定である。しかし被乾
燥物収納室２の粉粒体（Ａ）の層厚は隔室５より高くな
り、これが粉粒体移動の推進力となっている。移動速度
はロータリーバルブ１２の供給速度によって決められる
。尚１９．２０はバイブレータ−１またはバイブレータ
一連結部で、上記装置を載置するバネ付台２１に取付け
られ、バネ付台２１の上には加熱板２２を載置し、乾燥
室１と１体とする。

そして前記バイブレータ−１９，２０により上下に０．
５〜２０＋ａｍの振幅で振動する。上下の振幅は被乾燥
物の比重と粒径によりきまるもので、０．５〜２０ｍｍ
の間で適宜の幅に調節できるようになっている。

一方、減圧は減圧管１３を介して図示しないスチームエ
ゼクタ−１真空ポンプにより行われ、乾燥室内圧力を０
．０１ｍｍＨｇ〜９０ｍｍＨｇに維持する。また、乾燥
用の熱供給は、熱風、熱液または水蒸気などの媒体の出
入口１６’、　１７を設けた加熱板２２を介して行われ
る。

従って、前記供給された粉粒体（Ａ）は、振動により流
動層を構成し、加熱板２２の上を排出管１０方向に移行
し、蛇腹１１を経て真空用ロータリーバルブ１２′に達
し排出される。前記粉粒体（Ａ）が加熱板２２と接触す
るときは強制接触し、接触後上方にはねかえされること
を繰返すので、従来の真空乾燥のように静置式とはなら
ない。このため熱交換が効率よく行なわれる外真空下で
は浮力が少ないので上記流動は粒子の大小を問わず同様
に行われる。このとき粉粒の衝突エネルギーも乾燥エネ
ルギーとして利用されるので、見掛けの効率は加熱板２
２に与えたエネルギーの１０部が利用されるという現象
も生じる。又、本発明の方法によると粉粒体（Ａ）は加
熱板２２と瞬間接触し、加熱されてその時の真空度に応
じて自己蒸発を繰返すので、加熱板２２の温度を１００
〜１８０℃に上昇させても粉粒体Ａの品温は殆んど真空
度により支配される温度となる０通常の真空乾燥法では
熱伝導面と接触する部分が過度に乾燥すると真空度と関
係なくその温度は上昇するものであるが、本発明の方法
では過度に乾燥した粒子が存在してもそれが熱媒体の役
目をはたし、余分の熱を吸収しても直に他の粒子に熱を
与えるので、品温は上昇することはない。このため加熱
板２２を従来法以上の高温に加熱しても品温の上昇を防
止でき乾燥速度を著しく短縮できるのである。

又、上記例では加熱板２２を底抜に使用した例を示した
が、加熱板の構造は、被乾燥物収納室および隔室の構成
によって多少異なり、被乾燥物収納室および隔室の底部
もしくは側面部のいずれか、あるいはその両面部の金属
板の外部から加熱するようにしてよい。乾燥速度を上げ
ると乾燥速度は加熱板に対する熱供給速度、あるいは加
熱板の伝熱速度により律速されるので、加熱板の材質は
。

相当な強度と熱伝導度のよいもの、例えば、鉄板、ステ
ンレス板、銅板、アルミ板の如き金属板が使用される。

又、加熱板２２の熱供給手段としては熱ガス、蒸気、熱
液の外電熱も使用することができ、電熱板に代えて投込
み電熱ヒーターを使用するときは被乾燥物収納室および
隔室内に設置することもできる。

実用に際して熱液および蒸気は振動による事故防止を考
慮して水および水蒸気よりは熱媒体を使用することが望
ましい。また、さらに速い熱供給を望む場合はヒートパ
イプ方式が優れている。

又、本発明で使用する振動の振幅は被乾燥物の特性、乾
燥条件およびそれから決められる最適振動強度によって
０．５〜２０ｍｍの幅を常用するが、振′幅をあまり小
とすると流動が少く逆に振幅をそれ以上に大きくすると
、被乾燥物の一部が欠除することがあるので製品の形状
を考慮し、前記振幅とするのがよい。一般に前記振動強
度を増加すると乾燥速度を増加さすもので、次に、前記
装置を使用し加熱板２２に５ｋＷ／　ｒｒｒのヒーター
を使用した実験結果を第１表に示す。

第　　１　　表 次に本発明で、前記粉粒体（Ａ）に代えて、液状物（Ａ
′）を乾燥するときは、被乾燥物収納室２内に供給管１
６を挿入固定し、これに液状物（Ａ′）を通液して、そ
の先端１８で滴下又は噴霧する。

この際、被乾燥物収納室２および隔室５，６にはすでに
液状物Ａ′の乾燥せる粉粒体を必要量充填しておくもの
とする。液状物Ａ′が低粘性液体では被乾燥物収納室内
の真空により吸引供給されるが、高粘性液体または噴霧
を要する場合にはポンプによって圧送するとよい。

また、凍結物（Ａ′）では、その凍結点以下の温度環境
下でハンマーミル等の粉砕機１４で２立方ｅｌ１１以下
に粉砕し、スクリューフィーダー１５で供給量を調節し
つつ真空用ロータリーバルブ１２を介して凍結物（Ａ′
）の凍結点以下の温度に調整された被乾燥物収納室２に
供給する。

本発明は上記の如くしてなり、乾燥に供する被乾燥物の
粉粒体Ａの例としては、食品類では野菜。

果物の細断物、たとえば、ダイコン、ニンジン、タマネ
ギ、ネギ、キャベツ、ハクサイ、ホーレン草、ピーマン
、マツタケ、カリフラワー、リンゴ。

モモ、バナナの実、パイナツプル、などがあり、その他
葉状植物の細断物、穀類などがあり、この外香辛料、魚
肉お゛よび畜肉の細断物、カキ、アサリ、ハマグリ、エ
ビなどの小形の魚貝類およびそれらの細断物、カマボコ
、竹輪の細断物などである。液状物（Ａ′）としては牛
乳、脱脂乳、コーヒー、醤油、各種ジュース類、チョコ
レート、ケチャツプ、スープ、クリーム、ヨーグルト、
味噌、ダイコンオロシ、すりおろしたトロロイモ、納豆
、ワサビ、調味料濃縮液、全卵、卵白、卵黄、豆乳など
があり、凍結物（Ａ′）としては、各種ジュース類、各
種乳製品、エビ、カニ、紅茶、コーヒー、その他インス
タント粉末飲料原液、調味料濃縮物などがあげられる。

この外、血漿、抗生物質、各種ワクチンなどの医薬品、
或は熱に敏感な工業薬品、有機無機の化合物も使用して
よいものである。

（作　用） 以上に詳述したように、本発明は、真空乾燥室内に設け
た隔壁と該室側壁とによって真空乾燥室を１又は複数の
隔室に区分けし、これを上下方向にのみ振動させること
により振動流動層を形成せしめるという従来未知の全く
新規なメカニズムを基礎としてなされたものである。流
動層の形成は、通常、空気等の流体を粉粒体中に吹き込
んで行うものであって、本発明のように、流体を供給す
ることなく振動のみで粉粒体が流体の如き挙動を示す、
つまり流動化す乏というのは、本発明者がはじめて発見
した新規な現象である。

このように、流動化は、従来、空気等の流体を吹き込ん
で行うものであるから、装置全体を真空に維持しなけれ
ばならない真空乾燥装置において。

空気の吹き込みを必須とする流動化処理は、それ自体、
理論上行われ得ないものである。つまり、真空乾燥と流
動化という技術思想は相客れないものであって、本発明
のように両者を結合することはきわめて高度に進歩性を
有するものである。

この振動流動層では、振動によって材料層底部に周期的
に発生する隙間内の圧力変化と脈流及び隔壁や側壁など
の垂直面と材料との摩擦力等が総合して材料の流動化を
起こすものである。この点で振動コンベア等での材料の
運動挙動とは根本的に異なるのである。振動コンベヤで
は上下方向ではなく斜方向に振動させ、それによって材
料を単に移動させるのみであって材料の流動化は生じな
いし、振動コンベヤは、本来、材料のスムースな移動を
目的とするものであるから、コンベアの途中に本発明に
係る隔壁のように材料の移動を妨げる物を設置すること
は全く予想しておらず、本発明のように上下振動と隔壁
とを結合することも高い進歩性を有するのである。

従来の振動コンベヤとは根本的に異なり、本発明の上下
振動システムにおいては、材料の移動は全くなく、材料
の新規投入がなければ材料の移動排出はなく、材料は装
置内に滞留しつづける。このような状態のところに材料
を投入すると、投入された部分は層高が高くなり、流体
力学から求められる位置のエネルギーが層高に相当する
分だけ振動流動層の一方に加わることになるから、流体
的な挙動をする振動流動層では層全体に亘ってエネルギ
ーが均一になるように材料の流れが生じる。

その結果として投入量に相当する材料が層内から排出口
側の溢流堰から排出されることになる。材料の投入が連
続的に行われると、この排出も連続的に行われ、結果的
に材料が搬送されたのと同様の材料の連続的な流れが生
じるのである。

以下に本発明装置を用いて上下振動流動層による連続真
空乾燥を実施する例を応用例として示す。

応用例１゜ 乾量基準含水率７．８の一辺０．３ｃｍに切断されたタ
マネギを内圧８０ｍｍ）Ｉｇ、振幅３ｍｍの図面に示す
連続式真空振動流動層乾燥機（加熱板面積１　、７００
平方Ｃｍ）に１分間２同転のロータリーバルブを介して
供給し、加熱板温度を電熱により　１５０℃とし乾燥機
内の温度を５０℃、リテンションタイムを６０分とし、
乾量基準含水率０．０８の製品を毎時０．５ｋｇを得た
。

これは従来法による真空乾燥法のほぼ３倍の乾燥速度で
ある。

応用例２゜ 乾量基準含水率８．６の一辺０　、３ｃｍのさいの目に
切断したニンジンを一３０℃に凍結し、１　ｍｍ１１ｇ
に減圧された振幅３ｍｍの図面に示す連続式真空振動流
動層乾燥機（加熱板面積１　、７００平方ｃｍ）に１分
間２同転のロータリーバ、ルブを介して供給し、加熱板
温度を電熱により９０℃とし、乾燥機内の温度はほぼ一
５℃、リテンションタイムを６０分とし、乾量基準含水
率０．０８の製品を毎時に０．４ｋｇを得た。製品の形
状はわずかに収縮した程度でほとんど変化なく、色性、
復元性もきわめて良好であった。これは通常の凍結乾燥
にくらべ約５倍の乾燥速度であった・ 応用例３゜ 乾量基準含水率３．０まで′ａ縮された脱脂牛乳を−３
０℃に凍結し、氷状とし、断熱されたハンマーミル、ス
クリューフィーダー、ロータリーバルブを介して内圧３
　ｍｍＨｇに減圧された振幅３ｍｍの図面に示す連続式
真空振動流動層乾燥機（加熱板面積１　、７００平方ａ
ｍ）に供給し、加熱板温度を９０℃とし、乾燥機内の温
度−５℃、リテンションタイムを６０分とし、乾量基準
含水率０．０４５の粉状の製品を毎時１．１ｋｇを得た
。

応用例４゜ 内圧１０ｍｍＨｇに減圧された図面に示す真空振動流動
層乾燥機（加熱板面積１　、７００平方ａｍ）に予め脱
脂粉乳を高さ約８ｃ＋ｎ程度に充填し、振幅３ｍｍの振
動開始と同時に供給管を介してバルブで流量調節しつつ
、真空力によって応用例３の濃縮脱脂乳の滴下を開始し
、加熱板の温度を９０℃とし、乾燥機内の温度約１２℃
、リテンションタイムを６０分とし、乾量基準含水率０
．０５の粉粒状製品を毎時１．２ｋｇ得た。

（効　果） 本発明の装置によれば、熱効率が頻る高く、加熱板に加
えた熱量のほぼ１００％の見掛熱効率を得ることができ
、従来の何れの乾燥システムからも想像できなかった省
エネルギーとなる。さらに従来の乾燥システムの如く品
質劣化を防止するために乾燥末期に温度を下げる必要は
なく、乾燥ずみの被乾燥物は熱媒体となって流動するの
で、乾燥の最終段階まで加熱部の温度を変化さすことな
く乾燥できるから乾燥時間が著しく短縮できる。これは
、従来の何れの真空乾燥システムにくらべ数倍の乾燥速
度となるものである。又１作業が連続するので省力高能
率の乾燥ができる外、得られた乾燥物の品質も安定し、
均一な製品とすることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る装置の１例を示す説明図である。 １・・・乾燥室、２・・・被乾燥物収納室、５，６・・
・隔室、７．９・・・隔壁、１０・・・排出管、１３・
・・減圧管、１９．２０・・・バイブレータ−５２２・
・・加熱板、Ａ・・・粉体、Ａ′・・・液状物、Ａ′・
・・凍結物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空乾燥室内に隔壁を設け、該隔壁と側壁とによって真
   空乾燥室を１又は複数の隔室に分画し、これを上下方向
   にのみ振動させて振動流動層を形成せしめること、を特
   徴とする振動流動層による連続真空乾燥装置。