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公開番号2025041368
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-26
出願番号2023148622
出願日2023-09-13
発明の名称乾燥システムおよび乾燥方法
出願人株式会社大川原製作所
代理人個人,個人,個人
主分類F26B 5/06 20060101AFI20250318BHJP(乾燥)
要約【課題】乾燥状況の把握が可能な乾燥システムおよび乾燥方法を提供する。
【解決手段】乾燥システム1は、被処理物を凍結させた凍結物Fを収納する容器本体21と、容器本体21に収納された凍結物Fに含まれている凝固した液体成分を昇華させて蒸気にすることで凍結物Fを乾燥させる熱媒体温度調整部3及び撹拌手段22と、蒸気を受け入れて蒸気を凍結させることで固体にして捕集するコールドトラップ5と、コールドトラップ5における固体の捕集状況を監視するロードセル56および制御手段10とを備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
被処理物を凍結させた凍結物を収納する容器本体と、
前記容器本体に収納された前記凍結物に含まれている凝固した液体成分を昇華させて蒸気にすることで該凍結物を乾燥させる乾燥手段と、
前記蒸気を受け入れて該蒸気を凍結させることで固体にして捕集するコールドトラップと、
前記コールドトラップにおける前記固体の捕集状況を監視する監視手段とを備えたことを特徴とする乾燥システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記監視手段は、前記コールドトラップに捕集された前記固体の質量の変化を監視するものであることを特徴とする請求項１記載の乾燥システム。
【請求項３】
前記コールドトラップは、前記固体を付着させる冷却管を有するものであり、
前記監視手段は、前記冷却管に付着した前記固体の厚みの変化を監視するものであることを特徴とする請求項１記載の乾燥システム。
【請求項４】
前記コールドトラップは、前記固体を付着させる冷却管を有するものであり、
前記監視手段は、前記冷却管に付着した前記固体の形状の変化を監視するものであることを特徴とする請求項１記載の乾燥システム。
【請求項５】
複数の前記コールドトラップと、
複数の前記コールドトラップのうち前記蒸気を受け入れる該コールドトラップを切り替える切替手段とを備え、
前記監視手段は、前記切替手段が前記コールドトラップを切り替えた後に切り替え前に前記蒸気を受け入れていた前記コールドトラップが捕集した前記固体の質量を測定することで前記捕集状況を監視するものであることを特徴とする請求項１記載の乾燥システム。
【請求項６】
前記容器本体の外周を覆い、該容器本体に収納された前記凍結物に熱を供給する熱媒体が流動するジャケットと、
前記捕集状況に応じて前記熱媒体から前記凍結物に供給される供給熱量を調整する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１から５のうち何れか１項記載の乾燥システム。
【請求項７】
前記容器本体に収納された前記凍結物を該容器本体内で動かす凍結物動作部と、
前記捕集状況に応じて前記凍結物動作部による前記凍結物を動かす速度および該凍結物を動かす頻度のうち少なくとも一方を調整する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から５のうち何れか１項記載の乾燥システム。
【請求項８】
被処理物を凍結させた凍結物を収納する容器本体と、該容器本体に収納された前記凍結物に含まれている凝固した液体成分を昇華させて蒸気にすることで該凍結物を乾燥させる乾燥手段とを備えた乾燥システムの乾燥方法であって、
前記蒸気を凍結させることで固体にして捕集する捕集工程と、
前記捕集工程における前記固体の捕集状況を監視する監視工程とを有することを特徴とする乾燥方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物を凍結させた凍結物に含まれている凝固した液体成分を昇華させることで該凍結物を乾燥させる乾燥システムおよび乾燥方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
食品、化粧品、医療品、電子部品原料、化成品または塗料などに用いられる材料（以下、被処理物という。）を凍結させて凍結物とし、その凍結物に含まれている凝固した液体成分を昇華させることで乾燥物を得る真空凍結乾燥技術が知られている。この真空凍結乾燥技術を用いた代表的なシステムとして棚式の乾燥システムが存在する。棚式の乾燥システムは、乾燥容器内に凍結物を載せるための棚段が設けられていて、減圧下で棚段を適宜な温度に調節することにより凍結物を凍結させたまま乾燥させて乾燥物を得るシステムである。棚式の乾燥システムでは、昇華させることで蒸気になった液体成分が真空ポンプに到達してしまわないように乾燥容器と真空ポンプの間の排気経路にコールドトラップを設けている。このコールドトラップは、冷凍機で冷却された冷媒が循環することで内部が冷却される。乾燥容器で蒸気になった液体成分は、コールドトラップ内を通過する際に凍結して固体になり、コールドトラップで捕集される。
【０００３】
棚式の乾燥システムでは、被処理物が入ったトレイを棚の上に載置して凍結させることで凍結物を得る。その後、乾燥容器内を減圧して凍結物に含まれている凝固した液体成分を昇華させる。その際、トレイが載置された棚を加熱することで凍結物に熱を供給して乾燥を促進させるが、加熱しすぎると凍結物に含まれている凝固した液体成分が融解して乾燥物にダマ（被処理物の凝集）が生じて品質が低下してしまうため加熱によって凍結物に供給する供給熱量は昇華によって奪われた熱を補う程度に設定される。なお、乾燥物は、乾燥させた被処理物を液体に分散させたとき、乾燥前と同程度の状態に戻すことができる良好な復元性（復水性）が求められるが、ダマが生じていると復元性（復水性）が損なわれてしまう。棚式の乾燥システムでは、トレイの中にある凍結物は基本的に棚がある下面側からのみ熱を受けるため、凍結物のうち熱を受ける部分が常に同じ部分になり、その部分が融解しやすい。凍結物の下面のみが融解した場合でも乾燥物に少量のダマが混入することになるため乾燥物の品質は低下する。このため棚式の乾燥システムでは、ダマが生じないように供給熱量（加熱温度）をかなり抑制しながら加熱する必要があるので乾燥までに多くの時間を必要とする。ここで説明した棚式の乾燥システムは凍結物を動かすことのない静的な乾燥システムといえる。
【０００４】
一方、被処理物を凍結させて多数の処理物塊からなる凍結物を得て、その凍結物を動かしながら乾燥を行う乾燥システムも提案されている（例えば、特許文献１参照）。この乾燥システムにおける乾燥は動的な乾燥といえる。この特許文献１の乾燥システムでは、乾燥容器内に収納された凍結物を乾燥容器内で動かしながら乾燥させることから、凍結物の表面に均一に熱を加えることができるので、棚式の乾燥システムと比較して凍結物に供給する供給熱量を多く（加熱温度を高く）することができ、乾燥時間が短くなる。加えて、凍結物を動かすことで凍結物どうしの間に摩擦熱が生じるので、外部からの熱が伝わる部分以外でも凍結物が加熱されて、より乾燥時間が短くなる。特許文献１のような動的な乾燥システムでも、乾燥容器から真空ポンプの間の排気経路に設けられたコールドトラップによって蒸気になった液体成分を捕集している。また、静的な乾燥システムであっても動的な乾燥システムであっても、乾燥が完了して凍結物が求める乾燥物になったことは、乾燥容器内や排気経路の圧力変動および凍結物の温度変動がなくなったことなどにより確認している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２２－７２４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
乾燥処理の終盤が近づいてくると蒸気になる液体成分が少なくなってくるので、コールドトラップで捕集する蒸気も少なくなってくる。そして、冷凍機とコールドトラップの間を循環している冷媒がコールドトラップで昇温されなくなるので、コールドトラップを冷却する冷凍機は低圧カット状態になり冷媒の冷却機能が停止する。また低圧カット状態になった後、時間の経過により冷媒の圧力が上昇すると冷凍機の機能停止が解除されるので、冷凍機は機能の停止と再開が繰り返し実行されることになる。これによりコールドトラップの温度と圧力が変動するため乾燥容器内および排気経路の圧力と温度も変動してしまい、乾燥が完了したかどうかの判断が困難になるという問題があった。
【０００７】
また、乾燥処理の終盤では凍結物に含まれている液体成分が少なくなっているので凍結物が融解してしまう虞は減少している。このため、動的な乾燥システムでは凍結物を動かす速度や凍結物を動かす頻度を増加させることで凍結物をより多く動かして乾燥時間を短縮したいという要求がある。しかしながら、上述したように乾燥容器内および排気経路の圧力と温度は冷凍機の動作によって変動してしまうため、その圧力と温度の測定結果から乾燥処理が終盤になったことを把握することは困難であり、結果として凍結物を動かす速度や凍結物を動かす頻度を増加できないという問題もあった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み、乾燥状況の把握が可能な乾燥システムおよび乾燥方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の乾燥システムは、
被処理物を凍結させた凍結物を収納する容器本体と、
前記容器本体に収納された前記凍結物に含まれている凝固した液体成分を昇華させて蒸気にすることで該凍結物を乾燥させる乾燥手段と、
前記蒸気を受け入れて該蒸気を凍結させることで固体にして捕集するコールドトラップと、
前記コールドトラップにおける前記固体の捕集状況を監視する監視手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この乾燥システムによれば、前記捕集状況を監視することで前記蒸気の発生具合が分かるので、前記凍結物の乾燥状況の把握が可能になる。
（【００１１】以降は省略されています）

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