JP4700625B2 - 物質の減圧下における乾燥または濃縮方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は様々な産業素材の乾燥または濃縮に用いられ、精度の高い再現性を得ることを可能とする制御を提供するものであり、産業分野全般に適用される物質の減圧下における乾燥または濃縮方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
物質の減圧下における乾燥または濃縮方法における乾燥制御または濃縮制御は、一般的には時間制御やデータベースの数値管理による制御が行われていた。例えば先行技術として、被乾燥物を減圧槽にセットし、該減圧槽を単数または複数の目標減圧度に向けて圧力制御し、かつ被乾燥物に、コントロールされたマイクロ波加熱とコントロールされた遠赤外線加熱を全乾燥工程の一部又は全部で同時に行う被乾燥物の乾燥方法において、前記コントロールされたマイクロ波加熱と前記コントロールされた遠赤外線加熱の同時加熱乾燥工程時に、前記減圧槽に内蔵した金属部品の鋭角な部分でマイクロ波による放電現象を発生させ、その放電現象を検知した時点でマイクロ波加熱を終了または一時停止することによって乾燥工程制御を行うことを特徴とする被乾燥物の乾燥方法がある（特許第２９３２４２８号公報参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の物質の減圧下における乾燥制御または濃縮制御は、一般的に時間制御やデータベースの数値管理による制御等が行われてきたが、物質の減圧下における乾燥や濃縮において、投入する物質が同一物質であったとしても含水率は異なる場合がある。また投入する物質の精度の高い重量測定が困難である場合には、乾燥結果や濃縮結果の均一性を確保することは極めて困難であった。
【０００４】
したがって、上記乾燥物質や濃縮物質を量産する場合に、該乾燥物質や濃縮物質の均一乾燥や均一濃縮の再現性を確保するために、投入する物質量等が乾燥や濃縮の各回で異なっていても均一乾燥や均一濃縮の再現性の高い結果を得ることのできる制御が必要であった。
また、真空ポンプはその能力として、一般的に常に同じ圧力を再現することはできない、すなわち、常時多少の誤差数値を含んだ状態で運転されるものである。
【０００５】
したがって形成される圧力を絶対値として捉えて制御した場合、乾燥や濃縮の結果において含水率に大きな誤差が生じて均一乾燥や均一濃縮の再現性を確保できない。 そこで、本発明では、加熱工程において形成される圧力値を連続的に検知し、圧力曲線において形成された極大圧力から低下していく圧力線において、極大圧力からの圧力差を指定し、その圧力差に到達した時点を捉えて加熱を停止または終了することによって、投入する物質量等が乾燥や濃縮の各回で異なっていたとしても、また真空ポンプのクリアランス誤差があったとしても、乾燥や濃縮の結果における均一乾燥や均一濃縮の再現性を確保することに成功した
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る物質の減圧下における乾燥または濃縮方法は、減圧下において物質にマイクロ波加熱を行って水分を除去する、物質の乾燥または濃縮方法であって、加熱工程において一定排気量の真空ポンプを用いて蒸気排気を行い、かつ一定出力のマイクロ波を用いて加熱を行うことで、圧力曲線を図１のごとく圧力曲線を形成せしめ、減圧が進んだ最初の極小圧力値での時間ａで圧力測定を開始し、該最初の極小圧力値から被加熱物に対する加熱が進み圧力が高くなっていく圧力曲線において、圧力が高くなった極大圧力値を基準として、その極大圧力値から圧力が低下していく段階で圧力差数値を指定し、当該圧力差数値に圧力が低下した時点で加熱を停止または終了することで、減圧槽に投入する物質の重量あるいは含水率が投入回ごとに異なっていたとしても、各投入回の結果において近似の含水率を再現し得ることを可能としたものである。
【０００７】
また本発明においては、物質の減圧下における乾燥または濃縮方法は、加熱工程制御を複数回設け、各投入回の乾燥あるいは濃縮結果の再現性精度をさらに高めたことを特徴とする。
【０００８】
さらにまた本発明においては、単数回または複数回の加熱工程が各々終了した後に、物質の品質保持を行うことを目的として所定時間減圧を進め残存水分の気化熱により物質の温度を低下せしめ、その後に再度加熱工程に入るか、あるいは大気圧に復圧して乾燥または濃縮を終了するようにした物質の減圧下における乾燥または濃縮方法である。
【０００９】
【作用】
蒸気の発生は膨張圧力であり、減圧槽内の減圧の進行を阻害する。また蒸気の発生基本量はマイクロ波出力によって決定され、かつ物質水分の残存量変化によって蒸気の発生量は定率で変化する。この圧力変化の特徴を捉えれば、物質の投入量、すなわち投入された水分量が乾燥や濃縮の各回で異なっていても、物質の水分率変化を捉えることができ、各回均一な水分率の乾燥物や濃縮物をとりだすことができる。
【００１０】
具体的には、加熱工程において、一定出力のマイクロ波加熱を行い、かつ一定の真空ポンプ排気量を用い、図１のごとくの圧力曲線を形成せしめ、ａ時点から連続で圧力を検知していく。チャートにおける矢印αは物質からの蒸気発生量が真空ポンプの排気量を上回り、圧力が高くなっていく様子を示す。圧力チャートで右上がりの曲線を描く段階の最終段階、すなわちｂ’の段階からｂ″までの極大圧力を形成する段階、すなわち矢印βは物質からの蒸気発生量と真空ポンプの排気量がほぼ均衡している様子を示す。やがてこの均衡段階を経て、物質の水分残量が減少するにつれ、蒸気の発生量は徐々に減少するので圧力は低下していく。
【００１１】
すなわち、矢印γの段階は、真空ポンプの排気量が蒸気発生量を上回り、物質の残水分量が減少していくにつれ蒸気発生量が減少していくために、真空ポンプの排気量が蒸気の発生量を上回るために圧力が低くなっていく様子を示す。圧力の極大値と、低下していく圧力値との圧力差ｄを指定しておき、その圧力差に到達した時点、たとえばｃの時点で加熱を停止すれば、乾燥や濃縮の各回に投入された水分量が異なっていても各回近似の含水率で取り出すことができる。
【００１２】
なぜならば、マイクロ波出力が一定であるので、βの終了段階においては真空ポンプの排気量と同等以上の蒸気発生がなくなったことを示し、γでは定率に蒸気の発生量が減少していくことを示す。すなわち圧力が物質の含水率の定率な減少に準じて低くなっていく状態を示すからである。逆に言えば、圧力の低圧化に準じて低率的に含水率は下がっていくのであるから、ｄの値を指定することで、各回近似の含水率で取り出すことができる。
【００１３】
図２のように投入した水分が多い場合は、αからβが終了するまでの時間が自動的に長くなり、図３のように投入した水分が少ない場合は、αからβが終了するまでの時間が、図２と比較してほぼ比例計算的にかつ自動的に短くなる。すなわち、マイクロ波出力が一定であるので、基本的な蒸気発生量は規定されており、βが終了する段階でほぼ物質の含水率は各回近似に調整されている。 しかしながら未だこのβの段階では、時間制御ではない自動制御を行うことは、圧力がほぼ一定してしまっているので困難であり、次の圧力が低下していくγの段階で制御を行うことが必要となる。
【００１４】
γの段階では、前述のように蒸気の発生量は物質の残水分量の低下に準じて減少していくのであるが、βの終了時点のｂ″時点では水分率がほぼ近似するのであって、物質の投入量が異なれば、各回の水分残量は異なる。
したがって、多い物質量の投入を行った回には、γの時間は自動的に長くなり、少ない物質量の投入を行った回には、γの時間は自動的に短くなる。これを近似の含水率で取り上げるためには、ｂ″段階での圧力から指定の圧力差を指定し、その圧力に到達した段階で加熱を停止するか終了すれば、各回近似の含水率で取り上げることが可能となる。
【００１５】
なぜならば、前述のようにマイクロ波出力が一定であるので、γ段階でも蒸気の発生量は定率に制御され、指定圧力差への到達時間、すなわち蒸発量の大小による圧力形成の時間が自動的に調整されるからである。この加熱を停止または終了する圧力の値は各回必ずしも一致せず、当然各回の残水分量は異なるのであるが、水分率は近似する。
なお、図２及び図３において、ｄの値は共通値である。
さらに精度を確保するためには、２回以上の複数回の加熱工程で同様の作業を行えばよい。
【００１６】
また、各加熱工程を終了した後に、所定時間の減圧を行って物質の温度を低下させれば、高温でのダメージや復圧時での酸化を免れることができ、高品質な乾燥品や濃縮品を取り出すことができる。
なお、当該マイクロ波加熱に加えて、遠赤外線加熱やあるいはホットプレート等で加熱する方法等様々考えられるが、いずれのエネルギーも加熱を終了しても減圧下であるために、ただちに加熱停止状態にすることはできないので、請求項内容からは外したが、これらの加熱方法を加えて制御することも可能であるので、当該発明はこれらの様々な熱エネルギーを加えたかどうかには拘束されない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
図１は本発明に係る減圧下における乾燥または濃縮方法を示す圧力と時間の関係を示す特性曲線である。
図２は本発明に係る減圧下における乾燥または濃縮方法を示す圧力と時間の関係を示す特性曲線である。
図３は本発明に係る減圧下における乾燥または濃縮方法を示す圧力と時間の関係を示す特性曲線である。
図４は本発明に係る減圧下における乾燥または濃縮方法を示す圧力と時間の関係を示す特性曲線で、制御を複数回実施した場合の曲線図である。
図５は本発明に係る減圧下における乾燥または濃縮方法を示す圧力と時間の関係を示す特性曲線で、制御を複数回実施した場合の曲線図である。
図６は本発明に係る減圧下における乾燥または濃縮方法を示す圧力と時間の関係を示す特性曲線で、制御を複数回実施した場合の曲線図である。
【符号の説明】
【００１８】
ａは圧力測定の開始、
ｂ´−ｂ″は加熱工程中の極大圧力、
ｃはマイクロ波停止、ｄは指定圧力差、
α（ａ〜ｂ´）はポンプ排気量＜蒸気発生量、
β（ｂ´〜ｂ″）はポンプ排気量≒蒸気発生量、
γ（ｂ″〜ｃ）はポンプ排気量＞蒸気発生量、
ａ〜ｃはマイクロ波同一出力、
ｅ〜ｇはマイクロ波同一出力、
図１〜図６に示す特性曲線の実線はマイクロ波加熱がＯＮを示し、破線はマイクロ波加熱がＯＦＦを示す。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は乾燥物質や濃縮物質を量産する場合に、該乾燥物質や濃縮物質の均一乾燥や均一濃縮の再現性を確保することができる。
また本発明は、投入する物質量等が乾燥や濃縮の各回で異なっていても均一乾燥や均一濃縮の再現性の高い結果を得ることのできる制御が可能である。
また、真空ポンプのクリアランス誤差があったとしても、乾燥や濃縮の結果における均一乾燥や均一濃縮の再現性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
添付図面を参照して本発明に係る実施の形態について説明する。
【実施例１】
図１のような圧力曲線を描く工程を用いて３倍濃縮を行った。マイクロ波出力を５ｋｗとし、５．５ｋｗの真空ポンプを使用した。投入する物質として含水率９９．５％のアロエベラのジェルを使用した。１回目の投入は５０００ｇ、２回目の投入は６０００ｇ、３目の投入は７０００ｇとした。
γ段階における加熱終了の条件として、β段階における圧力から０．０８ｋＰａ圧力が低下した段階で各回加熱を停止し、５分間減圧を行って終了することとした。β段階で形成された圧力は、３．９９ｋＰａであった。
濃縮結果として、１回目の投入では、加熱所要時間は３２分４５秒、残重量は１６５７ｇ、含水率は９８．５％であった。
２回目の投入では、加熱所要時間は３９分３０秒、残重量は１９８６ｇ、含水率は９８．５％であった。
３回目の投入では、加熱所要時間は４６分１５秒、残重量は２３１２ｇ、含水率は９８．５％であった。
かくして、各回近似の濃縮結果、すなわち近似の含水率結果を得た。
【実施例２】
【００２１】
図６に示す圧力曲線を描く工程を用いて、乾燥を行った。マイクロ波出力を工程１では５ｋｗ、工程２では２ｋｗ、工程３では１ｋｗを使用し、当該制御を各工程とも実施することとした。工程１の制御として、工程１中の極大圧力から０．２０ｋＰａ圧力が低下した時点で加熱を停止することとし、また工程２の制御として、工程２中の極大圧力から０．０７ｋＰａ圧力が低下した時点で加熱を停止することとし、また工程３の制御として、工程中３の極大圧力から０．０３ｋＰａ圧力が低下した時点で加熱を停止することとした。各工程の加熱停止後においてそれぞれ５分間減圧を行い、物質の温度を低下させることとした。
【００２２】
投入する物質として、１回目には含水率９０．０％のイチゴ５００ｇを投入し、２回目には含水率８８．０％のイチゴ５０００ｇを投入し、３回目には含水率９０．０％のイチゴ６０００ｇを投入し、４回目には含水率８８．０％のイチゴ６０００ｇを投入した。
乾燥結果として、１回目の投入では乾燥所要時間は７５分、乾燥重量は５１．９ｇ、含水率は３．６６％であった。
２回目の投入では、乾燥所要時間は７２分、乾燥重量は６２４ｇ、含水率は３．８５％であった。
３回目の投入では、乾燥所要時間は８５分、乾燥重量は６２２ｇ、含水率は３．５４％であった。
４回目の投入では、乾燥所要時間は８１分、乾燥重量は７４７ｇ、含水率は３．６１％であった。
かくして、各回近似の乾燥結果、すなわち近似の含水率結果を得た。

Claims (3)

1. 減圧下において物質にマイクロ波加熱を行って水分を除去する、物質の乾燥または濃縮方法であって、加熱工程において一定排気量の真空ポンプを用いて蒸気排気を行い、かつ一定出力のマイクロ波を用いて加熱を行うことで、圧力曲線を形成せしめ、減圧が進んだ最初の極小圧力値での時間で圧力測定を開始し、該最初の極小圧力値から被加熱物に対する加熱が進み圧力が高くなっていく圧力曲線において、圧力が高くなった極大圧力値を基準として、その極大圧力値から圧力が低下していく段階で圧力差数値を指定し、当該圧力差数値に圧力が低下した時点で加熱を停止または終了することで、減圧槽に投入する物質の重量あるいは含水率が投入回ごとに異なっていたとしても、各投入回の結果において近似の含水率を再現し得ることを可能としたことを特徴とする物質の減圧下における乾燥または濃縮方法。
2. 請求項１における加熱工程制御を複数回設け、各投入回の乾燥あるいは濃縮結果の再現性精度をさらに高めたことを特徴とする請求項１記載の物質の減圧下における乾燥または濃縮方法。
3. 単数回または複数回の加熱工程が各々終了した後に、物質の品質保持を行うことを目的として所定時間減圧を進め残存水分の気化熱により物質の温度を低下せしめ、その後に再度加熱工程に入るか、あるいは大気圧に復圧して乾燥または濃縮を終了するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の物質の減圧下における乾燥または濃縮方法。

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