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公開番号2025041369
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-26
出願番号2023148623
出願日2023-09-13
発明の名称乾燥システム
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】コールドトラップに冷媒を供給する冷凍機が乾燥処理中に冷媒の冷却機能を停止してしまうことを抑制した乾燥システムを提供する。
【解決手段】被処理物を凍結させた凍結物Fに含まれている凝固した液体成分を昇華させることで凍結物Fを乾燥させる乾燥システム1であって、凍結物Fを収納する容器本体21と、容器本体21の外周を覆い、熱媒体が流動するジャケット23と、熱媒体を冷却する熱媒体冷却器35と、容器本体21において液体成分が昇華することで発生した蒸気を固体にして捕集するコールドトラップ5と、熱媒体冷却器35とコールドトラップ5の両方に冷媒を供給する共通冷凍機6とを備えた。
【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であって、
前記凍結物を収納する容器本体と、
前記容器本体の外周を覆い、熱媒体が流動するジャケットと、
前記熱媒体を冷却する熱媒体冷却器と、
前記容器本体において前記液体成分が昇華することで発生した蒸気を固体にして捕集するコールドトラップと、
前記熱媒体冷却器と前記コールドトラップの両方に冷媒を供給する共通冷凍機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 640 文字）【請求項２】
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、
前記捕集状況に応じて、前記熱媒体冷却器を通過する前記熱媒体の流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記載の乾燥システム。
【請求項３】
前記冷媒の圧力を測定する冷媒圧力計と、
前記冷媒圧力計が測定した前記圧力に応じて、前記熱媒体冷却器を通過する前記熱媒体の流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記載の乾燥システム。
【請求項４】
前記容器本体内の圧力を減少させる減圧装置と、
前記容器本体と前記減圧装置をつなぎ該容器本体内の気体が通過する排気経路と、
前記減圧装置によって減少させた前記圧力を所定範囲内に保つために開度が調整されることで該開度に応じた量の外気を前記排気経路に流入させる圧力調整弁と、
前記開度に応じて前記熱媒体冷却器を通過する前記熱媒体の流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記載の乾燥システム。
【請求項５】
前記共通冷凍機は、第１熱交換器との間で循環する冷却水を用いて前記冷媒を冷却するものであり、
前記冷却水の循環経路に配置され、該共通冷凍機で温められた該冷却水と前記熱媒体冷却器で冷却された前記熱媒体との間で熱交換を行う第２熱交換器を備えたことを特徴とする請求項１から４のうち何れか１項記載の乾燥システム。

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に関する。
続きを表示（約 2,700 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が低圧カット状態になり冷媒の冷却機能が停止することがある。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して冷媒の圧力が高ま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コールドトラップとつながっている排気経路および乾燥容器内の圧力と温度も変動してしまうため、従来の乾燥システムでは乾燥が完了したかどうかの判断が難しい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、従来の乾燥システムでは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かどうかを判断することが難しいという問題もあった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み、コールドトラップに冷媒を供給する冷凍機が乾燥処理中に冷媒の冷却機能を停止してしまうことを抑制した乾燥システム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であって、
前記凍結物を収納する容器本体と、
前記容器本体の外周を覆い、熱媒体が流動するジャケットと、
前記熱媒体を冷却する熱媒体冷却器と、
前記容器本体において前記液体成分が昇華することで発生した蒸気を固体にして捕集するコールドトラップと、
前記熱媒体冷却器と前記コールドトラップの両方に冷媒を供給する共通冷凍機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、前記コールドトラップにおいて捕集する前記蒸気が減少しても、前記熱媒体冷却器において前記冷媒を昇温させることで前記共通冷凍機が乾燥処理中に冷媒の冷却機能を停止してしまうことを抑制できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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