JPS6218830B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物質を凍結乾燥する凍結乾燥装置に係
り、更に詳しくは被処理物質を連続的に供給して
凍結、乾燥工程に連続して通過せしめて、凍結乾
燥処理した製品を得ることを可能とした凍結乾燥
装置である。

果実、野菜、魚、肉、薬品等熱に敏感に反応す
る物質は、加熱によつて変性を惹起することによ
り、乾燥に当つては加熱乾燥を避け、一般に凍結
した後、該凍結で生成した氷を水とすることなく
直ちに水蒸気として除去する昇華現象を適用して
乾燥する凍結乾燥による方法が採用されている。

そしてこのような凍結乾燥処理に当つては、従
来、内部に冷凍手段、加温手段、更に真空排気手
段をそれぞれ備えている密封室に、被処理物質を
投入し、まず冷凍手段（そして適宜真空排気手段
を使用する。）により被処理物質を−15℃〜−20
℃の温度に凍結した後、冷凍手段を停止し、つい
で真空排気手段により密封室内を真空排気しより
一層の真空状態とすると共に、真空排気による被
処理物質の温度降下を避けて、品温を一定に保つ
ため加温手段で加温して、被処理物質中の水分を
氷結状態より直ちに水蒸気として排除する昇華に
よつて除去し乾燥する。そして終了後真空排気手
段、加温手段を停止し、製品を密封室から搬出
し、ついで次の被処理物質を密封室に投入し、前
記凍結工程、つづいて乾燥工程とを順次切り換え
て操作して処理するいわゆるバツチによる回分処
理にたよつているのが現状である。このため被処
理物質を大量に凍結乾燥処理するには極めて多く
の時間と労力を必要とするばかりか、１回の処理
毎に投入―凍結―乾燥―排出と状態を変化させる
ため、エネルギーの無駄な消費が多くかつ運転管
理が繁雑である等の不都合があつた。

本発明は上述の如き現状に鑑み、凍結―乾燥の
それぞれの工程を切り換え操作することなく、前
記各工程の状態を維持する凍結処理室、乾燥処理
室をそれぞれ設けて、被処理物質を連続的に投入
し前記各室を順次通過せしめて、連続的に凍結乾
燥処理した製品を得ることを可能とした連続凍結
乾燥装置として、前記従来のバツチ式凍結乾燥装
置の不都合を解消したものである。そしその特徴
は、内部に搬送手段と冷凍手段を備え、別に設け
た真空排気手段と連設した横型筒状密封室よりな
りかつ搬送手段の駆動進行方向始端部上方に搬入
口を、又終端部下方に搬出口を設けて凍結処理室
とし、内部に搬送手段と加温手段を備え、別に設
けた真空排気手段と連設した横型筒状密封室より
なり、かつ搬送手段の駆動進行方向始端部上方に
搬入口を、終端部下方に搬出口を設けて乾燥処理
室とし、前記凍結処理室を最上段として、少くと
も一つの前記乾燥処理室を、前段の処理室排出口
と次段処理室の搬入口とをそれぞれ搬送弁機構を
介して高さ方向に連結すると共に、最上段の凍結
処理室の搬入口に大気遮断搬送弁機構を又最下段
の乾燥処理室の搬出口に大気遮断搬出弁機構を設
けた凍結乾燥装置である。以下図面により本発明
の装置を詳細に説明する。

第１図は本発明装置の一実施態様を説明する系
統略図で、該図において、１は被処理物質を貯え
るホツパー、２は横方向に長くのび両端部を密閉
し、好ましくは外周を断熱施工した筒状の凍結処
理室、３は前記凍結処理室２内に該室の長手軸方
向に駆動進行するスクリユーコンベアあるいはベ
ルトコンベアの如き搬送手段、４は凍結処理室２
内を冷却するための冷凍手段で、機械式冷凍機あ
るいは液体窒素の如き低温液化ガスを寒剤として
これを室内に噴射したり、又該寒剤中に被処理物
質を通過せしめる等の手段が適宜採用し得る。５
は搬送手段３の進行方向始端部上方に位置して、
凍結処理室２に設けた搬入口、又、６は搬送手段
３の進行方向の終端部下方に位置して凍結処理室
２に設けた搬出口である。７は横方向に長くのび
両端部を密閉し、好ましくは外周を断熱施工した
乾燥処理室８は乾燥処理室７内を該室の長手軸方
向に、駆動するスクリユーコンベアあるいは、ベ
ルトコンベアの如き搬送手段、９は乾燥処理室７
内を加温するための加温手段で、温水を流通せし
めた熱交換器あるいは電熱手段等従来公知の加温
手段が適宜採用し得る。１０は前記乾燥処理室７
内に設けた搬送手段８の進行方向始端部上方に位
置して乾燥処理室７に設けた搬入口、又１１は前
記搬送手段８の進行方向終端部下方に位置して乾
燥処理室７に設けた搬出口である。

なお７′，７″…は適宜使用する第２段、第３段
……の乾燥処理室で、前記乾燥処理室と同じ構造
よりなつている。即ち、８′，８″…はそれぞれの
搬送手段、９′，９″…はそれぞれの加温手段、１
０′，１０″…はそれぞれの搬入口、１１′，１
１″…はそれぞれの搬出口が夫々各乾燥処理室
７′，７″…に設けられている。

そして前記凍結処理室２及び乾燥処理室７，
７′，７″…は次の如き態様で連結されている。即
ち凍結処理室２の搬入口５は後述する構造よりな
る大気遮断搬送弁機構１２を介してホツパー１に
連結し又凍結処理室２と各乾燥処理室７，７′，
７″…とは凍結処理室２を最上段として、第１段
の乾燥処理室７、第２段の乾燥処理室７′、第３
段の乾燥処理室７″…と高さ方向に順次低い位置
に配置するように、凍結処理室２の搬出口６と、
第１段の乾燥処理室７の搬入口１０とを、又第１
段の乾燥処理室７の搬出口１１と第２段乾燥処理
室７′の搬入口１０′とを、更に第２段の乾燥処理
室７′の搬出口１１′と第３段の乾燥処理室７″の
搬入口１０″とがそれぞれロータリーバルブ、ス
クリユーコンベアの如き搬送弁機構１３を介して
連結されている。そして最終段の乾燥処理室たと
えば第３段の乾燥処理室７″の搬出口１１″には大
気遮断排出弁機構１４を設けてある。

なお前記乾燥処理室７，７′，７″…は、被処理
物質の含水量、目的とする乾燥度合等により、少
くとも一つを適宜連設すればよく、この場合大気
遮断搬出弁機構１４は適宜最終段の乾燥処理室の
搬出口に設置することは勿論である。

又１５，１６，１６′，１６″…はそれぞれ凍結
処理室２及び各乾燥処理室７，７′，７″…にそれ
ぞれ連設した真空排気管で、各真空排気管１５，
１６，１６′，１６″…はそれぞれ調整弁１７，１
８，１８′，１８″…、管１９を介して、切り換え
て使用可能な如く配置した複数個の水分トラツプ
２０，２０′に連通している。２１，２２，２
１′，２２′は前記水分トラツプ２０，２０′を切
換使用するための切り換え弁であり、前記トラツ
プ２０，２０′は更に真空排気装置２３に連結し
ている。なお水分トラツプは、冷却凝縮手段を備
えた装置あるいは吸着機構による捕集手段等従来
公知の技術手段を適宜採用し得る。

次に大気遮断搬送弁機構１２について第２図に
より説明する。第２図の弁機構１２ａは従来公知
のロータリーバルブの如く、複数個の翼５０を放
射状に配置して回転可能な弁軸５１に固定して弁
体５２を構成し、内函５３と外函５４の二重筒よ
りなる弁函５５内に前記放射状に配置した翼５０
の先端が内函５３の内壁と気密に接するように弁
体５２を回動可能な如く囲繞して設け、かつ導入
口５６及び導出口５７を垂直方向に外函５４を気
密に貫通し更に内函５３を気密に貫通して、弁函
５５内に開口し、それぞれは弁体５２を介して連
通している。又前記内函５３の壁部のうち、大気
と通づる導入口５６を基点として弁体の回転方向
（矢印）の最初のほぼ1/2は焼結金属の如き多孔性
材料５３′により形成し、他の1/2は通常の金属材
料５３″により形成している。そして外函５４に
は、前記内函５３の多孔性材料５３′部分に面し
て真空排気口５８を設けて、前記外函５４と内函
５３との間に形成する空間部５９を真空排気装置
（図示せず）により真空排気するよう構成する。
従つて第２図に図示した大気遮断搬送弁機構１２
ａでは、導入口５６よりの被処理物質が弁体５２
の矢印方向への回転により翼５０で導出口５７に
搬送される間、被処理物質と同伴されてくる大気
は、前記真空排気口５８より空間部５９を真空排
気することにより、内函５３の多孔性材料５３′
を介して排気されるので、導出口５７より凍結処
理室２に送られる被処理物質と共に大気を同伴す
ることはなく、凍結処理室２への大気の侵入がな
く被処理物質を供給することが出来る。

次に製品を搬出するための最終段の乾燥処理室
の搬出口に設備する大気遮断搬出弁機構１４の機
構は第２図で説明した前記大気遮断搬送弁機構１
２ａと全く同一の構造よりなり、その運転操作に
当つては前記大気遮断搬送弁機構１２ａにおける
弁体５２の回転方向とは反対の方向に回転すれば
よい。又前記大気遮断搬送弁機構１２ａの弁体５
２と同一方向の回転とするならば、内函５３設け
る多孔性材料よりなる壁部５３′を第２図と反対
方向側に設置すればよい。要するに前記大気遮断
搬送弁機構のうち第２図の弁機構１２ａと大気遮
断搬出弁機構１４は同一構造よりなりそして内函
５３の多孔性材料部５３′を大気と通じる口部
（大気遮断搬送弁機構１２ａでは導入口５６、大
気遮断搬出弁機構１４では導出口５７）を基準と
して弁体５２が回転する初めの1/2に相当する内
函５３に設置すればよい。この結果大気遮断搬出
弁機構１４では、弁体５２の回転により、最終段
の乾燥処理室で処理された製品が、弁体５２に放
射状に配置した翼５０で運ばれ導出口５７に落下
せしめる。そしてついで更に回転して導入口５６
に、翼間が空室の状態で戻されるが、多孔性材料
の内函５３′を通過する際、多孔性材料内函５
３′を介して排気されるので、製品を搬送後空室
となつた翼間に滞留する大気を排除する。従つて
大気が処理室に侵入するのを効果的に防止する。

本発明の凍結乾燥装置は以上のように構成され
ており、その運転態様を第１図にもとづいて説明
する。

まず真空排気装置２３を駆動し、複数基の水分
トラツプ２０，２０′のうち１基が使用状態にあ
るように弁２１，２２あるいは２１′，２２′を開
閉操作すると共に、凍結処理室２、各乾燥処理室
７，７′，７″…に連通する真空排気管１５，１
６，１６′，１６″にそれぞれ設けた弁１７，１
８，１８′，１８″…を凍結処理室２、各乾燥処理
室７，７′，７″…がそれぞれの処理に必要とされ
る所望する真空度に達するような開度に調整して
開き、凍結処理室２及び各乾燥処理室７，７′，
７″…を所望する真空度に排気する。又凍結処理
室２の冷凍手段４を駆動して凍結処理室２内を凍
結処理に必要な温度に冷却する。一方各乾燥処理
室７，７′，７″…の加温手段９，９′，９″…を始
動して、各乾燥処理室７，７′，７″…での処理で
温度降下を惹起しないように各乾燥処理室７，
７′，７″…内を加温する。更に各処理室の搬送手
段３，８，８′，８″…を駆動すると共に大気遮断
搬送弁機構１２、各搬送弁１３及び大気遮断搬出
弁機構１４を駆動状態とする。この結果ホツパー
に貯えられた被処理物質は大気遮断搬送弁機構１
２を介して連続的に一定量が凍結処理室２内に供
給される。この時大気遮断搬送弁機構１２は被処
理物質が固形状の物質では前記第２図の如きロー
タリー型の弁機構が用いられ、又流動性の物質の
場合は第３図の如き多孔板型の弁機構を使用する
と好都合である。そしてこれ等の弁機構はいずれ
も前記した通り作動して大気を凍結処理室２に侵
入せしめることなく被処理物質を該室２に供給す
ることが出来る。

凍結処理室２内に供給された被処理物質は搬送
手段３により搬出口６に向けて凍結処理室２内を
移送される。この間、前記したごとく凍結処理室
２内は冷凍手段４により−15℃以下に冷却されか
つたとえば約1Torrに真空排気されさいるので被
処理物質は効果的に冷却凍結される。なお被処理
物質の凍結温度は約−15℃〜−20℃にすることが
好ましいが、これは冷凍手段４、真空排気度等を
適宜調節したり、あるいは凍結処理室２を通過す
る速度を搬送手段４の駆動によつて調整すること
により、、適切かつ容易に達成し得る。ついで凍
結した被処理物質は搬送手段４の進行終端部で搬
出口６に落下し、該搬出口４に設けてある搬送弁
機構１３により、乾燥処理室７に搬入口１０を介
して投入される。そして前記凍結処理室２の搬出
口６と、乾燥処理室７の搬入口１０とはほぼ垂直
の方向に高低をもつて連結されているので、搬送
機構１３をロータリーバルブの如き弁機構を使用
することを可能とし、凍結処理室２と乾燥処理室
７とを気密に連結して、各室での処理に必要な特
定の状態をそれぞれ干渉して乱すことなく被処理
物質を給送することが出来る。

乾燥処理室７に給送された凍結した被処理物質
は、搬送手段８により搬出口１１向つて乾燥処理
室７を移送されるが、この間乾燥処理室７内は
0.8Torr以下たとえば0.1〜0.2Torrの真空度に排
気しておくと、−20℃での氷の水蒸気は約0.8Torr
であるので、この圧力差により、氷は昇華し、氷
が水となることなく直ち水蒸気となつて除去され
る。又この時被処理物質は温度降下するが、前記
した如く加温手段９により適当量の温熱を乾燥処
理室７内に供給して温度降下を防ぐ。

かくして被処理物質は乾燥処理室７を移送され
る間水分が除去される。

更に被処理物質は第２段の乾燥処理室７′及び
第３段の乾燥処理室７″に順次前段の搬出口１
１，１１′より搬送弁機構１３を介してその段の
各搬入口１０′，１０″を経て連続的に供給投与さ
れ、前記乾燥処理室７と同様にそれぞれの乾燥室
７′，７″内を駆動する搬送手段８′，８″によつて
各室７′，７″を移送されて通過し、これによりな
お一層水分が除去される。

そして最終段の乾燥処理室たとえば第３段の乾
燥処理室７″の排出口１１″より大気遮断排出弁機
構１４を介して乾燥製品として排出され、不活性
ガス雰囲気で貯蔵されたり、計量包装される。し
かも前記大気遮断搬送弁機構１４は前記した如き
構造よりなつているので、乾燥製品排出に際して
も大気を乾燥処理室７″内に侵入せしめることな
く実施し得て、乾燥処理室内の処理状態を変動せ
しめることがない。

なお、前記乾燥処理室７，７′，７″…は、多段
に連結してあるが、これらの乾燥処理室の真空度
はたとえば順次低く設定したり、あるいは同じ真
空度にしてもよく、これは適宜選定して実施し得
る。又含水量が少ないか、又、昇華し易い物質の
処理では一段のみの乾燥処理室７でも勿論充分可
能である。

一方凍結処理室２、乾燥処理室７，７′，７″…
より排気された水分は水分トラツプ２０に捕促さ
れるが、運転の経続と共に水分が蓄積され捕捉能
力が劣化してくる。このため適宜前記トラツプ２
０よりトラツプ２０′に切り換えて使用し、この
間前記使用していたトラツプ２０を再生し、つづ
いてトラツプ２０′の捕捉能力の劣化次第トラツ
プ２０を使用するようにして、以後トラツプ２
０，２０′を逐次切換使用すれば連続運転を支障
なく遂行し得る。そしてこの切換え操作は弁２
１，２２及び弁２１′，２２′を切り換え操作すれ
ば容易に達成し得る。

なお凍結処理室２の搬送手段３は固形物を処理
する場合スクリユーコンベアを、又流動性の物質
の場合はベルトコンベア型を用いることが好まし
い。又凍結処理室２及び乾燥処理室７，７′，
７″…の搬送手段３及び８，８′，８″…にスクリ
ユーコンベアを使用することによつて、被処理物
質を撹拌しながら移送するので、それぞれの処理
室での処理が一様にかつ効果的に実施し得る。

本発明の装置は以上のように搬送手段を備えた
凍結処理室と搬送手段を備えた少くとも一基の乾
燥処理室とを連結した凍結乾燥装置であるので、
従来のバツチ式の装置の如く、凍結処理、乾燥処
理等の工程を切り換え操作して、全工程を遂行す
る装置と異なり、被処理物質を連続的に供給して
順次凍結処理、乾燥処理が連続的に実施し得て製
品を得ることが出来る。しかも大量の被処理物質
の凍結乾燥処理を自動化が可能で省力化を図るこ
とが出来ると共に前記従来のバツチ式装置の如
く、凍結処理、乾燥処理の各工程の切換操作が必
要ないので、工程の切り換えによるエネルギーの
無駄な消費が低減し得る。また、凍結処理室の搬
入口と、乾燥処理室の搬出口に、夫々弁自身に真
空排気機構を備えた大気遮断搬送弁機構を設けた
から、被処理物質の搬入・搬出に際して処理室内
に入ろうとする大気を搬入口及び排出口で遮断す
るので、被処理物質の処理が良好に行なえる。更
に本発明装置は凍結処理室と乾燥処理室とを、凍
結処理室を最上段として乾燥処理室を順次高さを
低くして連結するようにしたので、それぞれの室
の連結部での被処理物質の搬送に重力落下を適用
し得るので、各室を極めて簡単な搬送弁機構で連
結して大気の遮断及び、各室の処理工程での特定
の状態を乱すことなく、被処理物質を各処理室に
連続して供給することが可能となり、本発明装置
の実用化をなお一層確実にし得ると共に適切かつ
確実な凍結乾燥処理が出来る。しかも前記した如
く凍結処理室と乾燥処理室とが高さ方向（上下方
向）に連結しているので広大な設置空間を必要と
しない等の利点がある。

尚本装置を用いた一実施例を以下に示す。

実施例 直径0.6ｍ、有効長さ８ｍの横型円筒よりなる
凍結処理室２と、３段よりなる乾燥処理室７，
７′，７″よりなる装置で、約50％の含水量を有す
る味噌を凍結乾燥処理した場合について述べる。

凍結処理室２の真空度1Torr、温度−20℃とし
温度−20℃とし、 各乾燥室の真空度0.2Torr、とし温度降下を防
止しつつ加温の状態を維持して、原料の味噌を毎
時500Kgを連続投入した。そして水分３％まで乾
燥して最初に製品が採取されるまで３時間を要
し、以後連続して毎時250Kgの乾燥味噌が得られ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の凍結乾燥装置の一実施態様を
説明する系統略図、第２図は本発明装置に使用す
る大気遮断搬送弁機構の縦断面図である。 ２は横型筒状の凍結処理室、３は搬送手段、４
は冷凍手段、５は搬入口、６は搬出口、７，
７′，７″は乾燥処理室、８，８′，８″は搬送手
段、９，９′，９″は加温手段、１０，１０′，１
０″は搬入口、１１，１１′，１１″は搬出口、１
２，１４は大気遮断搬送弁機構、１３は搬送弁機
構、２０，２０′、は水分トラツプ、２３は真空
ポンプ、５０は複数の翼、５１は弁軸、５２は弁
体、５３は内函、５３′は多孔性材料、５４は外
函、５５は弁函、５６は導入口、５７は導出口、
５８は真空排気口、５９は空間である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被処理物質を凍結処理後、真空下で前記凍結
   処理で氷結した水分を昇華により除去して凍結乾
   燥する装置において、横型円筒状でなり内部に搬
   送手段と冷凍手段を備え、真空排気手段と連設さ
   れ、かつ前記搬送手段の駆動進行方向始端部上方
   に大気遮断搬送弁機構を有する搬入口を、又終端
   部下方に搬出口を設けた凍結処理室と、横型円筒
   状でなり内部には搬送手段と加温手段を備え、真
   空排気手段と連設され、かつ前記搬送手段の駆動
   進行方向始端部上方に搬入口を、又終端部下方に
   大気遮断搬送弁機構を有する搬出口を設けた乾燥
   処理室とを設けると共に、前記大気遮断搬送弁機
   構は、複数個の翼を放射状に配置した弁体を、内
   函及び外函の二重筒よりなる弁函の前記内函内
   に、前記翼が該内函の内壁に気密に接するように
   回転可能に設け、少なくとも前記内函の弁体回転
   方向の大気連通側から前記処理室連通側の壁面を
   多孔性材料で形成し、該多孔性材料でなる内函の
   壁面を覆う外函の壁面に真空排気口を備え、かつ
   前記凍結処理室の搬出口と前記乾燥処理室の搬入
   口とを搬送弁機構を介してこれら両処理室を順に
   上下に連設したことを特徴とする凍結乾燥装置。 ２ 前記乾燥処理室を複数基設け、各段の処理室
   の搬出口と次段の搬入口とをそれぞれ搬送弁機構
   を介してこれら乾燥処理室を順に上下に連結した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の凍
   結乾燥装置。 ３ 前記搬送手段はスクリユーコンベアあるいは
   ベルトコンベアであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の凍結乾燥装置。 ４ 前記各処理室間に介在する搬送弁機構はロー
   タリー弁あるいはスクリユーコンベア式であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の凍結乾燥装置。