特許 7627476 乾燥方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-29

(45)【発行日】2025-02-06

(54)【発明の名称】乾燥方法

(51)【国際特許分類】

   F26B 5/04 20060101AFI20250130BHJP

   F26B 3/347 20060101ALI20250130BHJP

   F26B 5/14 20060101ALI20250130BHJP

   F26B 21/10 20060101ALI20250130BHJP

   A61F 13/53 20060101ALI20250130BHJP

   B09B 3/40 20220101ALN20250130BHJP

   B09B 3/00 20220101ALN20250130BHJP

【ＦＩ】

F26B5/04

F26B3/347

F26B5/14

F26B21/10 A

F26B21/10 Z

A61F13/53

B09B3/40

B09B3/00 ZAB

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020147922

(22)【出願日】2020-09-03

(65)【公開番号】P2022042523

(43)【公開日】2022-03-15

【審査請求日】2023-08-28

(73)【特許権者】

【識別番号】594029333

【氏名又は名称】不二商事株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100130188

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 喜一

(72)【発明者】

【氏名】田中 辰己

【審査官】伊藤 紀史

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５１－０３５１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２１６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１１８４１２５（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２００１－０５４７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８５３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２０６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０８３５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－０３５２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－１２４４８８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２６Ｂ

Ｂ０９Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバー内に配置された乾燥対象物を乾燥させる乾燥方法であって、
減圧ポンプを作動することにより前記チャンバー内を減圧低温化させる初期減圧低温化工程と、
前記初期減圧低温化工程の後に複数回繰り返す乾燥サイクル工程と、
を備え、
前記乾燥サイクル工程は、
前記減圧ポンプの作動を停止することにより、減圧低温化された前記チャンバー内を増圧する増圧工程と、
前記増圧工程の後に、前記増圧工程により増圧された前記チャンバー内を前記減圧ポンプを作動することにより減圧しながら、前記チャンバー内にマイクロ波を照射して、前記チャンバー内の前記乾燥対象物を加熱するマイクロ波加熱工程と、
前記マイクロ波加熱工程の後に、前記マイクロ波の照射を停止した状態で、前記減圧ポンプを作動することにより再び前記チャンバー内を減圧低温化させる減圧低温化工程と、を備え、
前記マイクロ波加熱工程における前記減圧ポンプと前記チャンバーとの間の流路に配置されたバルブ開度は、前記初期減圧低温化工程及び前記減圧低温化工程における前記バルブ開度より小さく設定されている、乾燥方法。

【請求項2】

チャンバー内に配置された乾燥対象物を乾燥させる乾燥方法であって、
減圧ポンプを作動することにより前記チャンバー内を減圧低温化させる初期減圧低温化工程と、
前記初期減圧低温化工程の後に複数回繰り返す乾燥サイクル工程と、
を備え、
前記乾燥サイクル工程は、
前記減圧ポンプの作動を停止することにより、減圧低温化された前記チャンバー内を増圧する増圧工程と、
前記増圧工程の後に、前記チャンバー内にマイクロ波を照射して、前記チャンバー内の前記乾燥対象物を加熱するマイクロ波加熱工程と、
前記マイクロ波加熱工程の後に、前記マイクロ波の照射を停止した状態で、前記減圧ポンプを作動することにより再び前記チャンバー内を減圧低温化させる減圧低温化工程と、を備え、
前記増圧工程は、水の三重点より大きな圧力で、且つ、１０ｋＰａ以下の範囲で、前記チャンバー内を増圧し、
前記マイクロ波加熱工程は、前記乾燥対象物を水の三重点より高温にする、乾燥方法。

【請求項3】

前記マイクロ波加熱工程は、前記増圧工程により増圧された前記チャンバー内を前記減圧ポンプを作動することにより減圧しながら、前記チャンバー内に前記マイクロ波を照射して、前記チャンバー内の前記乾燥対象物を加熱する、請求項２に記載の乾燥方法。

【請求項4】

前記マイクロ波加熱工程における前記減圧ポンプと前記チャンバーとの間の流路に配置されたバルブ開度は、前記初期減圧低温化工程及び前記減圧低温化工程における前記バルブ開度より小さく設定されている、請求項３に記載の乾燥方法。

【請求項5】

前記初期減圧低温化工程及び前記減圧低温化工程は、水の三重点より大きな圧力の範囲であり、水の三重点より高温の範囲で行う、請求項１－４の何れか１項に記載の乾燥方法。

【請求項6】

前記乾燥方法は、さらに、
前記乾燥サイクル工程の後に前記減圧ポンプの作動により前記チャンバー内を水の三重点以下に減圧して前記乾燥対象物を凍結する凍結工程を備える、請求項１－５の何れか１項に記載の乾燥方法。

【請求項7】

前記乾燥対象物は、吸水性ポリマーを備えた紙おむつにおいて前記吸水性ポリマーが水分を吸収した状態の使用済み紙おむつである、請求項１－６の何れか１項に記載の乾燥方法。

【請求項8】

前記マイクロ波加熱工程は、前記初期減圧低温化工程の開始時点における前記チャンバー内の温度を上限として加熱する、請求項７に記載の乾燥方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、乾燥方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

乾燥対象物を乾燥する方法として凍結乾燥（フリーズドライ）が知られている。凍結乾燥は、特に、食品等に用いられている。しかし、凍結乾燥では乾燥までに要する時間が長いという問題がある。

【0003】

そこで、特許文献１－２には、凍結乾燥とは異なる乾燥方法が提案されている。特許文献１には、チャンバー内を６．７～２０．０ｋＰａに減圧した状態で、マイクロ波の照射を周期的にオンオフして加熱と冷却を繰り返すことにより、乾燥対象物を乾燥することが記載されている。

【0004】

特許文献２には、乾燥対象物が凍結した状態で入っている撹拌槽を冷却しながら減圧する第１工程、撹拌槽で撹拌と加熱を行い、乾燥対象物を減圧乾燥させる第２工程、撹拌槽で撹拌しながら当該撹拌槽の内部に液体窒素を供給することで乾燥対象物を凍結させる第３工程を行うことにより、乾燥対象物を乾燥させることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第４４７４５０６号公報

【文献】特開２０２０-０８５３４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記とは異なる乾燥方法であって、より短時間で乾燥対象物を乾燥することができる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】

【0007】

本発明の一態様は、
チャンバー内に配置された乾燥対象物を乾燥させる乾燥方法であって、
減圧ポンプを作動することにより前記チャンバー内を減圧低温化させる初期減圧低温化工程と、
前記初期減圧低温化工程の後に複数回繰り返す乾燥サイクル工程と、
を備え、
前記乾燥サイクル工程は、
前記減圧ポンプの作動を停止することにより、減圧低温化された前記チャンバー内を増圧する増圧工程と、
前記増圧工程の後に、前記増圧工程により増圧された前記チャンバー内を前記減圧ポンプを作動することにより減圧しながら、前記チャンバー内にマイクロ波を照射して、前記チャンバー内の前記乾燥対象物を加熱するマイクロ波加熱工程と、
前記マイクロ波加熱工程の後に、前記マイクロ波の照射を停止した状態で、前記減圧ポンプを作動することにより再び前記チャンバー内を減圧低温化させる減圧低温化工程と、を備え、
前記マイクロ波加熱工程における前記減圧ポンプと前記チャンバーとの間の流路に配置されたバルブ開度は、前記初期減圧低温化工程及び前記減圧低温化工程における前記バルブ開度より小さく設定されている、乾燥方法にある。
また、本発明の他の態様は、
チャンバー内に配置された乾燥対象物を乾燥させる乾燥方法であって、
減圧ポンプを作動することにより前記チャンバー内を減圧低温化させる初期減圧低温化工程と、
前記初期減圧低温化工程の後に複数回繰り返す乾燥サイクル工程と、
を備え、
前記乾燥サイクル工程は、
前記減圧ポンプの作動を停止することにより、減圧低温化された前記チャンバー内を増圧する増圧工程と、
前記増圧工程の後に、前記チャンバー内にマイクロ波を照射して、前記チャンバー内の前記乾燥対象物を加熱するマイクロ波加熱工程と、
前記マイクロ波加熱工程の後に、前記マイクロ波の照射を停止した状態で、前記減圧ポンプを作動することにより再び前記チャンバー内を減圧低温化させる減圧低温化工程と、を備え、
前記増圧工程は、水の三重点より大きな圧力で、且つ、１０ｋＰａ以下の範囲で、前記チャンバー内を増圧し、
前記マイクロ波加熱工程は、前記乾燥対象物を水の三重点より高温にする、乾燥方法にある。

【0008】

凍結乾燥のように減圧低温化を行うだけでは、乾燥時間が長くなる。乾燥サイクル工程において、減圧低温化の処理に加えて、乾燥対象物を加熱することで、乾燥時間を短くできる。特に、乾燥方法では、乾燥サイクル工程を複数回繰り返している。つまり、減圧低温化の処理の後に、加熱して、再び減圧低温化の処理を行うことで、より乾燥時間を短くできる。ここで、発明者は、減圧低温化の処理において、乾燥対象物の温度が高い状態を初期状態とすると、乾燥効率が高いことを発見した。つまり、加熱と減圧低温化とを繰り返すことにより、温度が高い状態を初期状態とした減圧低温化の処理を繰り返すことができる。従って、乾燥効率を高めることができ、結果として乾燥時間をより短くできる。

【0009】

さらに、加熱はマイクロ波の照射により行う。マイクロ波の照射により、乾燥対象物に含まれている水分を効率的に加熱することができる。従って、上述した乾燥効率を高めることがより効果的にできる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】乾燥装置の構成を示す図である。

【図2】乾燥装置による乾燥方法（制御方法）を示すフローチャートである。

【図3】乾燥方法を示すタイミングチャートである。

【図4】水の状態図（相図）を示し、図３に示す乾燥方法を適用した場合の状態変化軌跡を示す。

【図5】複数の実験例を示す図である。

【図6】図５に示す複数の実験例について、水分量の減少の時間経過を示すグラフである。

【図7】水の状態図（相図）を示し、図６のＣの乾燥方法（凍結乾燥）を適用した場合の状態変化軌跡を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（１．乾燥対象物Ｗ）
乾燥対象物Ｗは、水分を含む物であって、乾燥を行う物全てを含む。例えば、乾燥対象物Ｗは、食品、植物、使用済み紙おむつ等を含む。特に、乾燥対象物Ｗは、使用済み紙おむつ等のように、乾燥後に廃棄する物が好適である。例えば、好適な乾燥対象物Ｗは、水分を除去することのみを目的とし、例えば水の沸騰により組成が変化することを許容できる物である。

【0012】

ここで、好適な乾燥対象物Ｗの１つとしての使用済み紙おむつの構成について、簡単に説明する。紙おむつは、公知の構成を有しており、表面層（透水性不織布）、吸水層（吸水性ポリマー等）、防水層（非透水性カバーシート）等を備えている。

【0013】

表面層は、例えばポリプロピレン製の不織布により形成されている。表面層の端縁には、ギャザーが形成され、大便漏れ等の防止をしている。吸水層は、吸水紙、綿状パルプ及び高分子吸収材（吸水性ポリマー）等より形成されている。高分子吸収材は、水分を含むとゲル状となって、圧力が負荷されても、水分が染み出すことなく、尿戻りを防止する。防水層は、例えば、ポリプロピレン製フィルムにより形成されている。防水層の端縁にはギャザー或いはテープが設けられ尿漏れ等を防止している。

【0014】

使用済み紙おむつは、上述した紙おむつにおいて、紙おむつの構成材の内、高分子吸収材（吸水性ポリマー）が尿等の水分を含んだ状態のものである。高分子吸収材（吸水性ポリマー）は、上述のように特に尿等の水分を含んでゲル状となり、含まれた水分は蒸発しにくく難燃性を示すところから、使用済み紙おむつの焼却処理に高い燃焼エネルギーを要している。従って、使用済み紙おむつは、廃棄処理するためには、高分子吸収材に含まれている水分を除去することが有用である。

【0015】

（２．乾燥装置１の構成）
乾燥装置１の構成について図１を参照して説明する。乾燥装置１は、乾燥対象物Ｗを収容可能なチャンバー１１を備える。チャンバー１１内は、圧力及び温度を調整可能である。チャンバー１１には、乾燥対象物Ｗを載置する載置台１１ａが設けられている。

【0016】

乾燥装置１は、チャンバー１１内の気体の圧力を調整する減圧装置１２を備える。減圧装置１２は、減圧ポンプ１２ａ、メインバルブ１２ｂ、及び、リークバルブ１２ｃを備える。減圧ポンプ１２ａは、チャンバー１１内の気体を吸入し、外部へ排出する。つまり、減圧ポンプ１２ａが作動することにより、チャンバー１１内を減圧することができる。メインバルブ１２ｂは、チャンバー１１と減圧ポンプ１２ａとの間の流路に配置され、流通する流体の流量を調整することができる。リークバルブ１２ｃは、減圧ポンプ１２ａとメインバルブ１２ｂとの間の流路に大気を供給するためのバルブであって、供給する大気の流量を調整することができる。

【0017】

つまり、減圧装置１２は、減圧ポンプ１２ａ及びリークバルブ１２ｃを制御することにより、チャンバー１１内を減圧したり、増圧したりすることが可能である。すなわち、減圧ポンプ１２ａが作動し、且つ、リークバルブ１２ｃが閉じている場合には、チャンバー１１内を減圧することができる。一方、減圧ポンプ１２ａの作動を停止し、且つ、リークバルブ１２ｃが開いている場合には、チャンバー１１内を増圧することができる。さらに、減圧装置１２は、メインバルブ１２ｂを調整することにより、チャンバー１１内の減圧速度及び増圧速度を調整することができる。

【0018】

乾燥装置１は、さらに、チャンバー１１内にマイクロ波を照射するマグネトロン１３を備える。特に、マグネトロン１３は、チャンバー１１内にマイクロ波を照射することにより、チャンバー１１内に配置された乾燥対象物Ｗを加熱することができる。

【0019】

乾燥装置１は、さらに、チャンバー１１内の圧力を検出する圧力センサ１４、及び、チャンバー１１内における乾燥対象物Ｗの温度を検出する温度センサ１５を備える。ただし、温度センサ１５は、チャンバー１１内の雰囲気温度を検出することにより乾燥対象物Ｗの温度を間接的に検出しても良いし、乾燥対象物Ｗの温度を直接検出しても良い。乾燥装置１は、さらに、減圧装置１２及びマグネトロン１３を制御する制御装置１６を備える。

【0020】

（３．乾燥方法（制御方法）の概要）
乾燥装置１による乾燥対象物Ｗの乾燥方法について図２を参照して説明する。ここで、乾燥方法は、乾燥装置１の制御装置１６の制御方法に相当する。

【0021】

図２に示すように、まず、作業者又は作業ロボット（図示せず）によって、チャンバー１１内に乾燥対象物Ｗを投入される（乾燥対象物投入工程Ｓ１）。制御装置１６は、例えば、チャンバー１１に設けられた開閉扉を開き、乾燥対象物Ｗが投入された後に開閉扉を閉じる。ここで、乾燥対象物Ｗは、常温（室温）である。例えば、１５℃－３０℃の範囲である。つまり、乾燥対象物Ｗは、凍結されていない。

【0022】

続いて、制御装置１６は、減圧ポンプ１２ａの作動を開始する。このとき、制御装置１６は、メインバルブ１２ｂの開度を１００％とし、リークバルブ１２ｃの開度を０％とする。そうすると、チャンバー１１内が減圧低温化される（初期減圧低温化工程Ｓ２）。例えば、初期減圧低温化工程Ｓ２では、水の三重点（氷と水と水蒸気の３つの状態が平衡して共存する状態）付近を目標とする。より詳細には、初期減圧低温化工程Ｓ２では、水の三重点より大きな圧力の範囲で、且つ、水の三重点より高温の範囲で行われると良い。水の三重点は、約６１０Ｐａ、約０．０１℃である。

【0023】

例えば、初期減圧低温化工程Ｓ２は、チャンバー１１内の圧力を、初期状態である大気圧（１０１３００Ｐａ：１気圧）から、６００Ｐａ－８００Ｐａの範囲に至るまで減圧する。チャンバー１１内を水の三重点の圧力（約６１０Ｐａ）に減圧していくと、チャンバー１１内は、水の三重点の温度（約０．０１℃）に近づいていく。仮に、チャンバー１１内を水の三重点の圧力（約６１０Ｐａ）よりもさらに減圧すると、チャンバー１１内は、水の三重点の温度（約０．０１℃）より低くなる。本例では、例えば、初期減圧低温化工程Ｓ２では、チャンバー１１内を６００Ｐａ－８００Ｐａの範囲に減圧することにより、チャンバー１１内が低温化される。

【0024】

また、初期減圧低温化工程Ｓ２では、チャンバー１１内の圧力を目標圧力（６００Ｐａ－８００Ｐａ）となるように、制御装置１６は、圧力センサ１４の検出圧力を用いて、メインバルブ１２ｂの開度を調整することもできる。例えば、チャンバー１１内の圧力が目標圧力に近づいてきた場合には、メインバルブ１２ｂの開度を小さくして、チャンバー１１内の減圧速度を低下させる。そして、制御装置１６は、チャンバー１１内の圧力が目標圧力に到達した際に、減圧ポンプ１２ａの作動を停止する。

【0025】

続いて、制御装置１６は、初期減圧低温化工程Ｓ２の後に、複数回繰り返す乾燥サイクル工程Ｓ３を実行する。１回の乾燥サイクル工程Ｓ３は、増圧工程Ｓ３１、マイクロ波加熱工程Ｓ３２、減圧低温化工程Ｓ３３を順に実行する。つまり、複数回の乾燥サイクル工程Ｓ３では、増圧工程Ｓ３１、マイクロ波加熱工程Ｓ３２、減圧低温化工程Ｓ３３が、複数回繰り返される。

【0026】

増圧工程Ｓ３１は、減圧ポンプ１２ａの作動を停止することにより、減圧低温化されたチャンバー１１内を増圧する。このとき、制御装置１６は、減圧ポンプ１２ａの作動を停止すると共に、リークバルブ１２ｃを開く。その結果、チャンバー１１内に、大気が流入することで、チャンバー１１内が増圧される。

【0027】

ここで、増圧工程Ｓ３１では、チャンバー１１内を大気圧まで増圧するのではなく、例えば、水の三重点の圧力（約６１０Ｐａ）より大きな圧力で、且つ、１０ｋＰａ以下の範囲で、チャンバー１１内を増圧する。特に好適には、増圧工程Ｓ３１では、５ｋＰａ以下の範囲とする。そこで、メインバルブ１２ｂの開度を１００％とするのではなく、例えば、３０％－８０％の範囲とすると良い。

【0028】

マイクロ波加熱工程Ｓ３２は、増圧工程Ｓ３１の後に、マグネトロン１３を作動することによりチャンバー１１内にマイクロ波を照射する。マイクロ波が照射されることにより、チャンバー１１内の乾燥対象物Ｗが加熱される。特に、マイクロ波加熱工程Ｓ３２では、乾燥対象物Ｗを水の三重点より高温の状態にする。

【0029】

増圧工程Ｓ３１にてチャンバー１１内が増圧され、乾燥対象物Ｗが含む水分が液相（水）の状態とすることにより、マイクロ波による加熱が効率的に行われる。また、マイクロ波は、チャンバー１１内が真空状態よりも大気圧に近いほど、伝搬されやすい。つまり、増圧工程Ｓ３１にてチャンバー１１内が増圧されることによって、チャンバー１１内を通過して、マイクロ波が乾燥対象物Ｗに伝搬されやすくなる。このことにより、乾燥対象物Ｗにマイクロ波を効果的に照射することができ、乾燥対象物Ｗを効率的に加熱することができる。

【0030】

ここで、マイクロ波加熱工程Ｓ３２では、減圧ポンプ１２ａを作動させてチャンバー１１内を減圧しながらマイクロ波を照射しても良いし、減圧ポンプ１２ａの作動を停止させた状態でマイクロ波を照射しても良い。

【0031】

マイクロ波加熱工程Ｓ３２において減圧ポンプ１２ａを作動させる際には、メインバルブ１２ｂの開度を１００％としても良いし、１００％以外の開度としても良い。マイクロ波により乾燥対象物Ｗを効果的に加熱するためには、メインバルブ１２ｂの開度を３０％－８０％の範囲に設定すると良い。つまり、マイクロ波加熱工程Ｓ３２におけるメインバルブ１２ｂの開度は、初期減圧低温化工程におけるメインバルブ１２ｂの開度よりも小さく設定されている。

【0032】

そして、マイクロ波を照射することにより、乾燥対象物Ｗが加熱されると、チャンバー１１内に水蒸気が発生する状態になる場合がある。このとき、減圧ポンプ１２ａを作動しておくことにより、チャンバー１１内の水蒸気を減少させることができる。チャンバー１１内の水蒸気を減少させることにより、マイクロ波により乾燥対象物Ｗを効果的に加熱することができる。

【0033】

マイクロ波加熱工程Ｓ３２において減圧ポンプ１２ａの作動を停止させる場合には、チャンバー１１内に水蒸気が充満する状態となる場合がある。従って、マイクロ波による乾燥対象物Ｗの加熱の効果が低減する可能性がある。ただし、減圧ポンプ１２ａの作動を停止させたとしても、乾燥対象物Ｗを加熱することができる。

【0034】

また、乾燥対象物Ｗが使用済み紙おむつである場合には、マイクロ波加熱工程Ｓ３２では、乾燥対象物Ｗの温度を、初期減圧低温化工程Ｓ２の開始時点におけるチャンバー１１内の温度を上限として加熱すると良い。仮に、加熱された乾燥対象物Ｗの温度を常温（室温）より高温にすると、臭気が問題となるおそれがある。そこで、加熱された乾燥対象物Ｗの温度を、常温（室温）を上限とすることで、臭気の問題を抑制することができる。

【0035】

減圧低温化工程Ｓ３３は、マイクロ波加熱工程Ｓ３２の後に、マグネトロン１３を停止することによりマイクロ波の照射を停止して、減圧ポンプ１２ａを作動することにより再びチャンバー１１内を減圧低温化させる。減圧低温化工程Ｓ３３は、実質的に、初期減圧低温化工程Ｓ２と同様の処理を行う。ただし、減圧低温化工程Ｓ３３におけるチャンバー１１内及び乾燥対象物Ｗが、マイクロ波加熱工程Ｓ３２の後の状態である点が、初期減圧低温化工程Ｓ２とは異なる。

【0036】

減圧低温化工程Ｓ３３が終了すると、１回の乾燥サイクル工程Ｓ３が終了することになる。乾燥サイクル工程Ｓ３の指定サイクル数に到達したか否かを判定し、指定サイクル数に達していなければ（Ｓ４：Ｎｏ）、再び、増圧工程Ｓ３１から減圧低温化工程Ｓ３３までを繰り返す（Ｓ４）。このように、乾燥サイクル工程Ｓ３を複数回繰り返すことにより、乾燥対象物Ｗに含まれる水分の大部分が減少し、乾燥対象物Ｗを乾燥させることができる。

【0037】

続いて、制御装置１６は、乾燥サイクル工程Ｓ３が指定サイクル数繰り返された後には（Ｓ４：Ｙｅｓ）、凍結工程Ｓ５を実行する。凍結工程Ｓ５は、減圧ポンプ１２ａの作動によりチャンバー１１内を水の三重点以下に減圧して、乾燥対象物Ｗを凍結する。ここで、凍結工程Ｓ５の開始時点において、既に乾燥対象物Ｗに含まれる大部分の水分は減少している。従って、凍結工程Ｓ５において、乾燥対象物Ｗを凍結するために要する時間は短時間で足りる。

【0038】

続いて、凍結工程Ｓ５を終了すると、作業者又は作業ロボットによって、チャンバー１１内の凍結された乾燥対象物Ｗを取り出す（乾燥対象物取出工程Ｓ６）。制御装置１６は、例えば、チャンバー１１に設けられた開閉扉を開き、乾燥対象物Ｗが取り出した後に開閉扉を閉じる。乾燥対象物Ｗが凍結されているため、乾燥対象物Ｗが使用済み紙おむつである場合であっても、臭気が漏れることなく、チャンバー１１の外に取り出すことができる。

【0039】

凍結工程Ｓ５における減圧レベルは、例えば、１００Ｐａ－２００Ｐａの範囲である。つまり、凍結工程Ｓ５では、乾燥を目的としておらず、凍結のみを目的とするため、いわゆる凍結乾燥（フリーズドライ）に用いられる減圧レベルに比べて高圧である。つまり、凍結工程Ｓ５を適用する場合において、減圧ポンプ１２ａのスペックを、凍結乾燥（フリーズドライ）を適用する場合に比べて低くすることができる。

【0040】

ここで、上記乾燥方法において、凍結工程Ｓ５を行わず、乾燥対象物Ｗをチャンバー１１から取り出しても良い。この場合、乾燥対象物Ｗは乾燥されてはいるが、凍結されていない。ただし、乾燥対象物Ｗに僅かに残る水分に含まれる臭気成分によって、臭気が発生する場合がある。ただし、乾燥対象物Ｗを乾燥することを目的とするのであれば、凍結工程Ｓ５を行わなくても良い。

【0041】

（４．乾燥方法の具体例）
乾燥方法の具体例について図３を参照して説明する。Ｔ１１において、チャンバー１１内に乾燥対象物Ｗを投入する（図２のＳ１）。Ｔ１１において、チャンバー１１内は大気圧であり、常温（室温、例えば、２０℃）である。そして、減圧ポンプ１２ａの作動を開始する（図２のＳ２）。このとき、メインバルブ１２ｂの開度は１００％であり、リークバルブ１２ｃは閉じており、さらに、マイクロ波は照射されていない。従って、チャンバー１１内の圧力が低下すると共に、温度も低下する。このとき、乾燥対象物Ｗに含まれる水分は、水（液相）と水蒸気（気相）とが混在していると考えられる。

【0042】

そして、Ｔ１２に、目標圧力（６００Ｐａ）よりも少し高い圧力（８００Ｐａ）に到達する。そうすると、メインバルブ１２ｂの開度を６５％に低下する。つまり、チャンバー１１内の減圧速度が低下する。

【0043】

Ｔ２１において、チャンバー１１内が目標圧力（６００Ｐａ）に達すると、初期減圧低温化工程（Ｓ２）を終了し、乾燥サイクル工程（図２のＳ３）の増圧工程（図２のＳ３１）が実行される。つまり、減圧ポンプ１２ａの作動を停止し、リークバルブ１２ｃを開く。このとき、メインバルブ１２ｂの開度は、６５％を維持する。また、マイクロ波は照射されていない。増圧工程（Ｓ３１）によって、乾燥対象物Ｗに含まれる水分は、水（液相）となる。

【0044】

Ｔ２１から例えば、１分間経過すると、Ｔ２２となる。Ｔ２２において、乾燥サイクル工程（Ｓ３）のマイクロ波加熱工程（図２のＳ３２）が実行される。つまり、マイクロ波の照射がされる。このとき、本例では、減圧ポンプ１２ａの作動を開始し、リークバルブ１２ｃを閉じる。そして、メインバルブ１２ｂの開度は６５％を維持する。従って、乾燥対象物Ｗに含まれる水分は、水（液相）の状態で、温度が高くなる。

【0045】

Ｔ２２から例えば、２分間経過すると、Ｔ２３となる。Ｔ２３において、乾燥サイクル工程（Ｓ３）の減圧低温化工程（図２のＳ３３）が実行される。つまり、マイクロ波の照射が停止され、減圧ポンプ１２ａによってチャンバー１１内が減圧される。Ｔ２３においては、メインバルブ１２ｂの開度が、１００％にされる。従って、チャンバー１１内の圧力が低下すると共に、温度も低下する。このとき、乾燥対象物Ｗに含まれる水分は、水（液相）と水蒸気（気相）とが混在していると考えられる。

【0046】

そして、Ｔ２４に、目標圧力（６００Ｐａ）よりも少し高い圧力（８００Ｐａ）に到達する。そうすると、メインバルブ１２ｂの開度を６５％に低下する。つまり、チャンバー１１内の減圧速度が低下する。

【0047】

Ｔ３１において、チャンバー１１内が目標圧力（６００Ｐａ）に達すると、１回目の乾燥サイクル工程（Ｓ３）を終了し、２回目の乾燥サイクル工程（Ｓ３）が開始される。つまり、減圧ポンプ１２ａの作動を停止し、リークバルブ１２ｃを開く。このとき、メインバルブ１２ｂの開度は、６５％を維持する。また、マイクロ波は照射されていない。増圧工程（Ｓ３１）によって、乾燥対象物Ｗに含まれる水分は、水（液相）となる。

【0048】

そして、２回目の乾燥サイクル工程（Ｓ３）が、Ｔ３１－Ｔ４１にて実行され、３回目の乾燥サイクル工程（Ｓ３）が、Ｔ４１－Ｔ５１にて実行され、４回目の乾燥サイクル工程（Ｓ３）が、Ｔ５１－Ｔ６１にて実行され、５回目の乾燥サイクル工程（Ｓ３）が、Ｔ６１－Ｔ７１にて実行され、６回目の乾燥サイクル工程（Ｓ３）が、Ｔ７１－Ｔ８１にて実行され、７回目の乾燥サイクル工程（Ｓ３）が、Ｔ８１－Ｔ９１にて実行され、８回目の乾燥サイクル工程（Ｓ３）が、Ｔ９１－Ｔ１０１にて実行される。ただし、最終回である８回目の乾燥サイクル工程（Ｓ３）の減圧低温化工程Ｓ３３（Ｔ９３－Ｔ１０１）では、メインバルブ１２ｂの開度を１００％で維持する。

【0049】

Ｔ１０１において、乾燥サイクル工程（Ｓ３）の減圧低温化工程（Ｓ３３）が終了すると、引き続き、凍結工程（図２のＳ５）が開始される。凍結工程（Ｓ５）では、制御装置１６は、最終回の減圧低温化工程（Ｓ３３）と同様の状態を継続する。つまり、マイクロ波の照射が停止され、減圧ポンプ１２ａによってチャンバー１１内が減圧される。そして、メインバルブ１２ｂの開度が、１００％にされる。

【0050】

Ｔ１０２において、チャンバー１１内が目標最終圧力（例えば、１００Ｐａ－２００Ｐａ）に達すると、凍結工程（Ｓ５）を終了する。そして、チャンバー１１内から、乾燥され且つ凍結された乾燥対象物Ｗを取り出す（図２のＳ６）。

【0051】

（５．水の状態図における状態変化軌跡）
上述した乾燥方法において、乾燥対象物Ｗに含まれる水分の状態変化について、図４の水の状態図を用いて説明する。乾燥対象物投入工程（図２のＳ１）である開始点は、１気圧で常温（室温、例えば２０℃）である。初期減圧低温化工程（図２のＳ２）で、チャンバー１１内が減圧されて、水（液相）と水蒸気（気相）の境界線に沿って水の三重点に向かって移動する。

【0052】

その後、乾燥サイクル工程（図２のＳ３）では、水の三重点付近と、水の三重点より高温の点との間で、往復する。往復する際の経路は、図３に示す具体例では、往路と復路で異なる。ただし、往復する際の経路は、往路と復路が同一となるようにしても良い。その後、凍結工程（図２のＳ５）では、水の三重点から、固相（氷）と気相（水蒸気）との境界線に沿って移動する。

【0053】

（６．比較実験）
次に、上述した乾燥方法と、上述した乾燥方法とは異なる乾燥方法とについて、乾燥時間について実験を行った。

【0054】

実験を行った乾燥方法（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、図５に示す。ここで、乾燥対象物Ｗは、初期状態において、３００ｇの水分を含んでいる。また、乾燥対象物Ｗに含まれる水分が、３０ｇに達したときを乾燥した状態とする。

【0055】

実験例Ａは、上述した図３に示す乾燥方法である。つまり、実験例Ａは、チャンバー１１に投入した際の乾燥対象物Ｗの初期状態が、常温（室温、例えば２０℃）であって、乾燥過程では、乾燥サイクル（図２のＳ３）を実行する。

【0056】

実験例Ｂは、チャンバー１１に投入した際の乾燥対象物Ｗの初期状態が、凍結された状態であって、乾燥過程では、減圧ポンプ１２ａを常時駆動することによってチャンバー１１内を減圧する。実験例Ｂは、いわゆる凍結乾燥（フリーズドライ）である。つまり、減圧ポンプ１２ａによって、例えば、チャンバー１１内が５０Ｐａより低圧となるまで減圧する。そして、乾燥対象物Ｗが昇華によって乾燥する。

【0057】

実験例Ｃは、チャンバー１１に投入した際の乾燥対象物Ｗの初期状態が、凍結された状態であって、乾燥過程では、減圧ポンプ１２ａを常時駆動することによってチャンバー１１内を減圧すると共に、ヒータ（図示せず）によって載置台１１ａを常時加熱することにより乾燥対象物Ｗを加熱し続ける。つまり、乾燥対象物Ｗが昇華によって乾燥する。ヒータは、昇華を活発にする作用を有する。

【0058】

実験例Ｄは、チャンバー１１に投入した際の乾燥対象物Ｗの初期状態が、常温（室温）であって、乾燥過程は、実験例Ｃと同様に、減圧ポンプ１２ａを常時駆動することによってチャンバー１１内を減圧すると共に、ヒータによって載置台１１ａを常時加熱することにより乾燥対象物Ｗを加熱し続ける。つまり、乾燥対象物Ｗは、三重点より高い温度領域において蒸発し、その後、三重点より低い温度領域において昇華する。

【0059】

実験結果は、図６に示す。乾燥対象物Ｗに含まれる水分が３０ｇに達するまでの時間は、実験例Ａは、２．５時間、実験例Ｂは、６９時間、実験例Ｃは、３１時間、実験例Ｄは、２３時間である。上述した乾燥サイクル工程Ｓ３を実行する実験例Ａは、他と比べて、極めて短時間で乾燥していることが分かる。

【0060】

ここで、図６の実験例Ｃにおいて、乾燥対象物Ｗに含まれる水分の状態変化は、図７の水の状態図に示す矢印付き実線のとおりである。開始点は、乾燥対象物Ｗが凍結された温度（例えば、－２０℃）となる。その後、チャンバー１１内が減圧されて、氷（固相）と水蒸気（気相）の境界線に向かって移動する。その後、氷（固相）水蒸気（気相）との境界線に沿って移動して、乾燥を終了する。

【0061】

実験例Ｂに示すように、凍結乾燥（フリーズドライ）として減圧低温化を行うだけでは、乾燥時間が長くなる。実験例Ｃに示すように、ヒータを用いることで、乾燥時間を短くできる。実験例Ｄに示すように、乾燥対象物Ｗの初期状態を常温とすることにより、乾燥時間を短くすることができる。このように、実験例Ｃ，Ｄに示すように、減圧低温化の処理に加えて、乾燥対象物Ｗを加熱することで、乾燥時間を短くできる。

【0062】

ここで、実験例Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて、何れも、図６において、乾燥を開始した初期が、最も水分減少量が大きい。つまり、減圧低温化の処理において、乾燥対象物Ｗの温度が高い状態ほど、乾燥効率が高いことが分かる。さらに、乾燥対象物Ｗが、凍結状態である実験例Ｃの場合と、常温である実験例Ｄの場合とを比べると、温度が高い実験例Ｄの方が、より乾燥効率が高いことが分かる。

【0063】

そこで、乾燥効率が高い状態を何度も繰り返すことができれば、乾燥時間を短くすることができる。そこで、実験例Ａに示すように、減圧低温化の処理の後に、加熱して、再び減圧低温化の処理を行うことした。つまり、加熱と減圧低温化とを繰り返すことにより、乾燥対象物Ｗを温度が高い状態を初期状態とした減圧低温化の処理を繰り返すことができる。従って、乾燥効率を高めることができ、結果として乾燥時間をより短くできる。

【0064】

さらに、加熱はマイクロ波の照射により行う。マイクロ波の照射により、乾燥対象物に含まれている水分を効率的に加熱することができる。従って、上述した乾燥効率を高めることがより効果的にできる。

【符号の説明】

【0065】

１：乾燥装置、 １１：チャンバー、 １１ａ：載置台、 １２：減圧装置、 １２ａ：減圧ポンプ、 １２ｂ：メインバルブ、 １２ｃ：リークバルブ、 １３：マグネトロン、 １４：圧力センサ、 １５：温度センサ、 １６：制御装置、 Ｓ１：乾燥対象物投入工程、 Ｓ２：初期減圧低温化工程、 Ｓ３：乾燥サイクル工程、 Ｓ３１：増圧工程、 Ｓ３２：マイクロ波加熱工程、 Ｓ３３：減圧低温化工程、 Ｓ５：凍結工程、 Ｓ６：乾燥対象物取出工程、 Ｗ：乾燥対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】