(57)【要約】【課題】  乾燥室に供給する乾燥用空気の温度と湿度を負荷の変動に対応して制御し得るようにすると共に、乾燥温度及び湿度の設定値ゾーンを広くすることができる凍結物乾燥装置を提供する。【解決手段】  凍結した被乾燥物１２を収容する乾燥室１と、この乾燥室に連通した循環風路２と、この循環風路内で乾燥室より上流側に配設された凝縮器３及び蒸発器４と、上記凝縮器及び蒸発器に可変速の圧縮機１５を接続して形成された冷媒回路Ａと、上記冷媒回路の凝縮器に並列関係に接続され、上記圧縮機及び蒸発器と共に補助冷媒回路Ｂを形成する補助凝縮器２１と、上記凝縮器及び補助凝縮器の液側にそれぞれ接続された流量調整可能な減圧手段９と、上記凝縮器のガス側に接続された流量調整弁７と、蒸発器の近傍に配設され、乾燥室に下方から上方に向けた乾燥用気体を吹き込んで被乾燥物を流動させる可変速の送風機５とを備えた構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凍結した被乾燥物を収容する乾燥室と、この乾燥室に連通した循環風路と、この循環風路内で上記乾燥室より上流側に配設された凝縮器及び蒸発器と、上記凝縮器及び蒸発器に上記循環風路外に配設された可変速の圧縮機を冷媒配管を介して接続して形成された冷媒回路と、上記冷媒回路の凝縮器に上記循環風路外で並列関係に接続され、上記圧縮機及び蒸発器と共に補助冷媒回路を形成する補助凝縮器と、上記凝縮器及び補助凝縮器の液側にそれぞれ接続された流量調整可能な減圧手段と、上記凝縮器のガス側に接続された流量調整弁と、上記循環風路内で上記蒸発器の近傍に配設され、上記乾燥室に下方から上方に向けた乾燥用気体を吹き込んで上記被乾燥物を流動させる可変速の送風機とを備えた凍結物乾燥装置。
【請求項２】
上記送風機を上記蒸発器の吸込側に配設したことを特徴とする請求項１記載の凍結物乾燥装置。
【請求項３】
上記凝縮器のガス側に接続された流量調整弁の上流側に電磁弁を接続したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の凍結物乾燥装置。
【請求項４】
上記循環風路内において、上記凝縮器の乾燥室側に供給空気の温度及び相対湿度を検出する検出センサを設けると共に、上記蒸発器の吸込側にリターン空気の温度及び相対湿度を検出する検出センサを設け、上記各検出センサの出力にもとづいて上記圧縮機または送風機の回転数あるいは流量調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の凍結物乾燥装置。
【請求項５】
上記循環風路の一部を複数経路に仕切り、各経路にそれぞれ蒸発器を配設して並列関係に接続すると共に、上記各蒸発器に流量調整可能な減圧手段を接続し、この流量調整可能な減圧手段の制御により上記各蒸発器の１つを選択的に使用し得るようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の凍結物乾燥装置。
【請求項６】
上記冷媒回路及び補助冷媒回路の冷媒としてCO2を使用することを特徴とする請求項１記載の凍結物乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、凍結物乾燥装置、例えば凍結されたジャガイモ、人参などの食品等を乾燥させる凍結物乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の凍結物乾燥装置は、凍結した被乾燥物を収容する乾燥室と、この乾燥室に連通した循環風路とを設け、この循環風路内の上記乾燥室より上流側に凝縮器及び蒸発器を設けると共に、上記凝縮器及び蒸発器に循環風路外で冷媒配管を介して圧縮機を接続することによって冷媒回路を形成する一方、循環風路外で上記凝縮器と並列関係に補助凝縮器を接続することによって補助冷媒回路を形成し、上記凝縮器と蒸発器との間に設けた送風機によって上記乾燥室の下方から上方に向けて乾燥用空気を吹き込み、凍結した被乾燥物を対流によって流動させ、上記凝縮器の吹き出し温度が所定値以上になると補助冷媒回路を動作させて乾燥室の温度を制御し、乾燥させるようにしていた。（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特表平３−５０４６３４号公報（２ｐ下段左欄１行−３ｐ上段左欄３行、図面）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の凍結物乾燥装置は上記のように構成され、圧縮機及び送風機が定速運転されるものであるため、負荷変動、即ち被乾燥物の量や重量の大小に応じて乾燥用空気の量と温度と湿度を的確に制御することができず、乾燥温度及び湿度の設定値が制限されるという問題点があった。
【０００５】
これは、定速の圧縮機を使用した場合、乾燥初期の段階では蒸発器と凝縮器の中間部分におけるコールド空気の初期温度及び初期蒸発温度が確保されていても、乾燥が進むにつれて負荷が減ってきた場合には、コールド空気温度、蒸発温度が下がり、供給温度がずれてしまう場合があり、また、蒸発温度が下がりすぎた場合には、圧縮機の使用限界（下限）を下回ってしまう場合もあるためである。
【０００６】
また、乾燥用空気の温度と湿度は冷媒回路と補助冷媒回路とを切り替えて制御しているが、循環風路内に設けられた凝縮器の加熱量は凝縮器のサイズで決定されるため、乾燥室へ供給する乾燥用空気の温度、湿度を所定値に制御するのは困難という問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点に対処するためになされたもので、乾燥室に供給する乾燥用空気の温度と湿度を負荷の変動に対応して制御し得るようにすると共に、乾燥温度及び湿度の設定値ゾーンを広くすることができる凍結物乾燥装置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】
【０００８】
この発明に係る凍結物乾燥装置は、凍結した被乾燥物を収容する乾燥室と、この乾燥室に連通した循環風路と、この循環風路内で上記乾燥室より上流側に配設された凝縮器及び蒸発器と、上記凝縮器及び蒸発器に上記循環風路外に配設された可変速の圧縮機を冷媒配管を介して接続して形成された冷媒回路と、上記冷媒回路の凝縮器に上記循環風路外で並列関係に接続され、上記圧縮機及び蒸発器と共に補助冷媒回路を形成する補助凝縮器と、上記凝縮器及び補助凝縮器の液側にそれぞれ接続された流量調整可能な減圧手段と、上記凝縮器のガス側に接続された流量調整弁と、上記循環風路内で上記蒸発器の近傍に配設され、上記乾燥室に下方から上方に向けた乾燥用気体を吹き込んで上記被乾燥物を流動させる可変速の送風機とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る凍結物乾燥装置は上記のように構成されているため、乾燥初期の重い被乾燥物から乾燥終期の軽い被乾燥物に対して蒸発器の吸込みの湿度状態、風速状態が変化しても、それに対応して圧縮機の速度が変化するため蒸発器の蒸発温度を最適に制御することができる。また、凍結乾燥の温度、湿度の設定値ゾーンを広くすることができる。
更に、蒸発器の吸込側に送風機を設け、押し込み通風方式としているため、循環風路内における最低温度部分（蒸発器と凝縮器の中間部分）が正圧となり、循環風路外からの熱侵入（熱ロス）を少なくすることができる。
【００１０】
更にまた、供給空気の温度と相対湿度、リターン空気の温度と相対湿度を検出する検出センサを設けているため、初期におけるリターン空気の湿度の湿潤状態、高温度状態から被乾燥物の乾燥の進行と共にリターン空気の温度及び相対湿度が下がった場合、リターン空気の変化に対応した流量調整及び圧縮機、送風機の回転数制御により凝縮器からの供給空気温度及び蒸発器と凝縮器の中間部分におけるコールド空気温度を所定値に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示す概略図である。図１に示すように、乾燥室１と、この乾燥室１に連通した循環風路２とが形成され、乾燥室１には多孔板からなる床板１１が設けられ、この床板１１上に凍結された食品等の被乾燥物１２が収容されている。
【００１２】
循環風路２内には乾燥室１の上流側に凝縮器３と蒸発器４が配設され、更に蒸発器４の吸込側に可変速の送風機５が配設されている。
この送風機５からの送風は後述するように、凝縮器３と蒸発器４を経て上記乾燥室１の床板１１の下方から上方に向けて乾燥用空気を吹き込み、乾燥室１内で対流を形成して被乾燥物１２を乾燥室１内で流動させて乾燥させるものである。
【００１３】
また、凝縮器３及び蒸発器４は循環風路２外に配設された可変速の圧縮機１５、アキュムレータ6及び凝縮器３のガス側に位置する流量制御弁７、その更に上流側に設けられる電磁弁８並びに凝縮器３の液側に位置する電動膨張弁等の流量調整可能な減圧手段９及び逆止弁１０と共に冷媒配管２０によって接続され、周知の冷媒回路Ａを形成している。
【００１４】
更に、循環風路２外に配設された補助凝縮器２１、電動膨張弁等の流量調整可能な減圧手段２２及び逆止弁２３を図示のように凝縮器３と並列関係に接続し、蒸発器４、アキュムレータ６、可変速の圧縮機１５と共に補助冷媒回路Ｂを形成している。
なお、２４は補助凝縮器２１に設けられた可変速の送風機である。
【００１５】
また、循環風路２内の凝縮器３の乾燥室１側には供給温度と相対湿度の検出センサ２５が設けられ、供給温度及び湿度の目標値をそれぞれ独立的に設定することができるようにされている。更に、蒸発器４の吸込側にはリターン空気の温度及び相対湿度を検出する検出センサ２６が設けられている。
【００１６】
このような構成において、乾燥室１内の被乾燥物１２を乾燥させる場合には、冷媒回路Ａ及び補助冷媒回路Ｂを運転し、送風機５からの送風を乾燥室１に向けて供給する。
送風機５からの送風は蒸発器４で冷却され、凝縮器３で加熱されて−5℃以下の乾燥用空気として乾燥室１に下方から供給され、多孔板からなる床板１１を経て乾燥室１内で対流を形成し、凍結された被乾燥物１２を流動させながら乾燥する。
【００１７】
送風機５は押し込み通風となるため、循環風路２内の最低温度部分（蒸発器４と凝縮器３との中間部分）は正圧となり、循環風路外からの熱侵入（熱ロス）を少なくしている。
【００１８】
乾燥室１における乾燥初期の状態においては被乾燥物１２は重いが、乾燥終期には軽くなり負荷状態が変動する。これに伴ってリターン空気の温度及び湿度が変動するが、これを検出センサ２６で読み取り、リターン空気の温度と湿度から乾燥室１における乾燥状態を推定し、リターン温度及び湿度の変化に関わらず供給温度及び湿度が目標設定値となるように蒸発器４の蒸発温度と凝縮器３の凝縮温度を制御する。
【００１９】
そのために、圧縮機１５と送風機５及び２４の回転数を制御すると共に、流量制御弁７及び減圧手段９、２２の開度が最適値に調整される。
例えば、補助凝縮器２１の周囲温度を25℃、凝縮温度を40℃、凝縮器３の吸込温度を-40℃、凝縮温度を０℃とすると、多くの冷媒が温度の低い凝縮器３側に流入し、再熱量過大とか冷媒量不足におちいることがあるため、流量調整弁７の調整により、凝縮器３の凝縮温度を変化させて上記の不具合を解消している。
この結果、乾燥室１内の風速も最適値に調整されることになる。
【００２０】
なお、冷媒回路Ａの電磁弁８を閉塞して凝縮器３を停止させ、補助冷媒回路Ｂのみを運転すると、乾燥用空気は蒸発器４によって冷却されるのみとなるため、乾燥室１内の被乾燥物１２は凍結されることになる。即ち、電磁弁８の開閉により乾燥と凍結を切り替えることができる。
【００２１】
また、冷媒回路Ａ、補助冷媒回路Ｂの冷媒としてCO2を使用すれば、通常の冷媒、例えばR404A等に比して凝縮温度の上限値が上がるため、供給空気の温度設定の上限を通常の冷媒の50℃程度から100℃程度にすることが可能であり、温度の設定ゾーンを広くすることができるため、被乾燥物の対象範囲を拡大することができると共に、乾燥速度を上げることができるため乾燥時間を短縮することが可能となる。
【００２２】
この実施の形態においては、圧縮機１５及び送風機５、２４を可変速としているため、検出センサ２６の出力に応じて速度調整ができる結果、冷媒回路の流量調整と合わせて蒸発器の蒸発温度及び凝縮器の凝縮温度を容易に最適値に制御することができるものである。
【００２３】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図２は、実施の形態２の構成を示す概略図である。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
図１と異なる点は、循環風路２の一部である凝縮器３と送風機５との間に循環風路２を複数経路、図２では２つの経路に仕切る仕切り板３０を設け、各経路に蒸発器４１、４２を設けると共に、流量調整可能な減圧手段９、２２及び逆止弁１０、２３からなる減圧回路と同構成の回路を更に１つ設け、これを図示のように並列接続し、一方の減圧回路の逆止弁１０と２３との接続点を一方の蒸発器４１に接続し、他方の減圧回路の逆止弁１０と２３との接続点を他方の蒸発器４２に接続した点である。
【００２５】
また、各蒸発器４１、４２を設けた経路には各蒸発器の吸込側にそれぞれダンパ３１、３２を設け、各ダンパを９０度回転させることによって送風機５からの送風を通流または遮断できるようになっている。図２ではダンパ３１は送風を通流させ、ダンパ３２は遮断している状態を示している。
【００２６】
また、ダンパ３１、３２の通流、遮断に合わせて減圧回路の減圧手段９、２２の絞り方を調整することにより蒸発器４１、４２の動作、停止を切り替えるようにしている。
このように構成することにより、蒸発器の一方が着霜した場合には、別の蒸発器を動作させるように切り替えた状態で例えばホットガスをリバースすることにより加熱して除霜を行なうことができる。
従って蒸発器に着霜があっても乾燥室１における凍結乾燥を連続的に行なうことができ、食品品質の低下を防止すると共に、乾燥時間を短縮することができる。
【００２７】
この発明の凍結物乾燥装置は上記のように構成されているため、上述した各実施の形態の作用効果に加えて以下のような特徴を有するものである。
【００２８】
１．凍結状態で昇華乾燥が行なわれるため、食品等の成分の変化がほとんどなく、揮発性成分の損失も少なく、本来の機能と活性及び形態をそのまま保存することができる。
２．凍結固化状態で取り扱われるため、容積が不変で泡立ち、分離、表面硬化、組織の変化などが起こらず、多孔質の製品が得られるため、水を加えた時の復元性が極めてよい。
３．多孔質で三次元的な構造を保ったまま乾燥されるので、内部からも均一に良く脱水され、乾燥度がよい。
４．真空凍結乾燥の方法もあるが、0.8Tｏｒｒ以下に気圧を下げるため、真空ポンプが必要であり、エネルギー消費量が大きくなる。この発明のように冷媒方式にすれば真空乾燥に比べて20〜30％のエネルギー消費量ですませることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態１の構成を示す概略図である。
【図２】この発明の実施の形態２の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  乾燥室、  ２  循環風路、  ３  凝縮器、  ４  蒸発器、  ５  送風機、
７  流量調整弁、  ８  電磁弁、  １１  床板、  １２  被乾燥物、
９、２２  流量調整可能な減圧手段、  １５  圧縮機、  ２１  補助凝縮器、
Ａ  冷媒回路、  Ｂ  補助冷媒回路。
【図１】
2006118835.tif 000003
【図２】
2006118835.tif 000004