農産加工機械学（4）ーカントリーエレベータと穀物乾 · pdf filekyoto...

KYOTO UNIVERSITY京都大学

農産加工機械学（４）ーカントリーエレベータと穀物乾燥ー

農学研究科

地域環境科学専攻

農産加工学分野

近藤

直

キーワード：籾，玄米，白米，カントリーエレベータ，ライスセンタ，水分含量，含水率，含水比，胴割れ，テンパリング乾燥，熱収支，エンタルピ，湿り空気線図


http://www.ja-nishikasugai.com/contry/tanken/tanken.htm

荷受け

荷受けホッパー籾の投入



計量器

搬送される籾バケットエレベータ

粗選機（藁くず，ゴミを風で吹き飛ばす）サンプル

p88

p52

p93



検査用籾検査装置

籾玄米くず米

搬送される籾

現在の等級検査は、玄米の状態

で1000粒中「黒点米」が1粒まで

なら1等米、2粒～3粒なら2等米、

4粒～7粒になると3等米



乾燥機

貯留ビン（籾を一時的に保管）送風機（予備乾燥のため貯留ビンへ送風）

バーナーサイロ昇降機

p132 p118

p122

p130

風量穀物比1/10～1/20



サイロの下部

ベルトコンベア

主操作盤機械室

サイロの上部



石抜機（石や金属片を除去）

サイロから出てきた籾

籾すり機

選別機

籾がらタンク

p7

p51 p58



出荷

玄米タンク

袋詰め機

積み込み


穀物貯蔵施設ライスセンタ(Grain drying and processing facility (RC))：

小規模，貯蔵施設がないカントリーエレベータ(Grain drying, processing and storage facility(CE))：

大規模，籾貯蔵，集団処理方式2004年３月現在の施設数：RC: 3,754

CE: 839

(2004.3)

カントリーエレベータと比べたライスセンタの特徴：小型乾燥機が多く，貯蔵施設がない。

個別処理方式と集団処理方式がある。・個別処理方式：もみが荷口ごとに別の乾燥機に送られ乾燥する。多くの品種が同時並

行的に処理できるが乾燥機や調製ラインで待ち時間が長く利用効率が悪い。・集団処理方式：もみを同一品種ごとに一括して処理する方式で施設の利用効率が大

きいが，品質の異なるもみが混入される。

カントリーエレベータライスセンタ


ライスセンタ，カントリーエレベータの稼働手順

RC: 荷受け→ (一時貯留）

→ 乾燥・籾すり→

出荷（指定倉庫へ）

CE: 荷受け→

一時貯留

→ 一次乾燥 (17%w.b.まで) → 半乾貯留

→ 仕上げ乾燥（15%w.b.) → 貯蔵→籾すり→出荷

１．荷受け部(1) 機能1. 粗選別（後工程の円滑進行のため）2. 計量（定量または実量）3. 水分測定（全量測定）4. サンプル採取（自主検査装置）

(2) 荷受け籾特性

水分：籾水分により乾燥可能量が計算水分の変動要因：気候条件、当日天候、収穫時刻、収穫方法、荷受け前の予備的乾燥荷受量：乾燥可能量と荷受け可能量に関係。荷受量の変動要因：収穫期性能、水田面積、土日曜日（兼業農家）、品種集中(3) 重量と水分ホッパ型計量器による重量と水分の同時測定（100kgまたは200kg）

p192


加藤先生発明品

KYOTO UNIVERSITY京都大学http://www.ja-nishikasugai.com/contry/contry.htm

JAおうみ冨士穀物共同乾燥貯蔵施設(カントリーエレベータ)

２．一時貯留ビン

(TS bin)

延べ乾燥量(t%)= (荷受け水分－仕上げ水分) ×荷受量延べ乾燥量の日変動は大きいため，TS ビンは乾燥機を効率的に稼働させるバッ

ファタンクの役割。（TS ビン内の籾水分は高い場合がある→通風装置の必要性）

３．乾燥部RC：連続流れ式乾燥機CE：連続流れ式乾燥機，大型循環乾燥機，ﾄﾞﾗｲｽﾄｱ方式，籾殻混合方式

連続流れ式乾燥機の保持容量： 10 t通過時間30分

→

穀粒流量 20 t/h

１回通過による水分減少：約

2 %w.b./pass

例：初期水分

25%w.b.

仕上げ水分15%w.b. (その差 10%w.b)10/2=5 (passes) -- tempering of 4 times

乾燥したお米をサイロへエレベータで運ぶか

ら、カントリーエレベータと呼ばれる

p130

テンパリング乾燥：胴割れ防止，乾燥部の小型化

時間当たりの水分減少量：乾減率


４．貯蔵サイロ( CEのみ)材質: コンクリート，鋼板；

直径: 約6 m, 高さ: 25 m；容量: 250-300 t

無通風（貯蔵籾水分は低い。通風抵抗は高い。）温度センサは４～５ｍ間隔で配置されている（異変があれば温度上昇傾向を示すが，

温度センサから遠い位置での変質の発見困難）。

５．調製・出荷装置・風選機で，しいな（未熟粒）やわら屑を除去。精選機：籾を一定の状態にする。・施設用の籾すり機は、脱ぷ部，風選機，籾選別機，粒選別機，石抜き機から構成さ

れるシステムで，バケットエレベータで連結されている。・籾すり時に大量の籾殻が発生→焼却，暗渠資材，畜舎の敷き料，堆肥等。・集・排塵装置：荷受けホッパ，コンベアの出入り口，乾燥機，選別機，籾殻処理装置

等から大量の塵埃が発生→塵埃の発生箇所を密閉し，ダクトで吸引，集塵し，処理・多くの場合，ばら出荷設備と包装出荷設備（袋詰め装置）が併設。・集中式の運転制御盤で施設全体を管理。

しいなとは：籾すり機の２番口から出てくる未熟粒で風で籾殻と玄米を選別する時に籾殻側に引き寄せられた軽い

籾及び未熟玄米の混ざった物で鳥の飼料等に利用

p54


レポート（Ａ４サイズの用紙に記入）

カントリーエレベータに導入されている機械（装置）について，荷受けから出荷まで順番に説明し

なさい。


穀物乾燥機

含水率(M.C.) (1) 乾量基準Dry basis (%D.B.)=(水分質量)/(乾物質量）×100→ 研究で使用

(2) 湿量基準Wet basis (%W.B.)=(水分質量)/(全質量）×100→ 一般、取引等で使用

含水率の測定(1) 絶乾法（炉乾法）－基本－

定温庫で一定温度、一定時間で全水分が蒸発→計算・日本での公式方法

粉砕粒 5 g, 105℃, 5 時間

（105℃－５時間－５g粉砕法）

・農業機械学会での基準：

10 g, 135℃, 24 時間

（135℃－24時間－10g粒法）

公式方法への変換のための式が規定されている。完全蒸発の条件により、蒸発量つまり測定値が変化する。

→ 蒸発条件を決めて固定する必要あり（報告書や論文中で蒸発条件を記述）。

測定手順蒸発前の（缶＋試料）の質量：Wb，蒸発後の（缶＋試料）の質量：Wa，缶の質量：WcMd (%D.B.)=(Wb－Wa)/(Wa－Wc)，Mw(%W.B.)=(Wb－Wa)/(Wb－Wc)

Mwと

Mdの変換式：

Mw=Md/(100+Md) Md=Mw/(100－Mw)

p103


(2)簡易法基準法は精密機器と時間を要するため以下の簡易法もある。1. 直接法（絶乾法）

(infra-red moisture meter)

定温庫を用いず，赤外線乾燥を利用，原理は基準法と同じ。方法：約５gを細粉砕して赤外線ランプ下で迅速完全蒸発。

ただし，完全蒸発と乾物の酸化（燃焼）のバランス困難2. 間接法(a) 電気抵抗式(b) 電気（静電）容量電気抵抗，容量ともに含水率によりかなり変化する。

M.C.

電気

抵抗

M.C.

電気

容量


(c) マイクロ波利用：水分が多いほどマイクロ波の吸収が増加。(d) 近赤外線利用：水分により吸収（例えば1940nm）簡易法はキャリブレーションを取る必要がある。精度は±0.5%程度

300km 3km 30m 30cm 3mm 30μm 300nm 3nm 30pm

30km 300m 3m 3cm 300μm 3μm 30nm 300pm 3pm

1kHz 100kHz 10MHz 1GHz 100GHz 10THz 1PHz 100PHz 10EHz

10kHz 1MHz 100MHz 10GHz 1THz 100THz 10PHz 1EHz 100EHz

γ

rayX rayUVIR

VISTHz region

Sub-mm wavemm waveMicrowave

UHFVHF

HFMF

LFVLF

EHFSHF


1) 乾燥の機構穀粒への加熱 →水分の蒸発 → 水蒸気圧の上昇 → 周囲への拡散 → 乾燥加熱の方法 (加熱エネルギー源)

・太陽熱、大気の熱---- 安価（無料）であるが、気候や天候に影響され不安定。・ヒーター（通風、熱伝達または放射、石油、電気を消費）

http://www.noukaurata.com/report_kome/inekari060921.html

乾燥理論


2) 平衡含水率（Equilibrium M.C.）穀粒は自身の水分活性と周囲空気

の温度、湿度（水蒸気圧）の高低の

関係により乾燥あるいは吸湿する。ある温度と湿度のもとで，水が出入

りしなくなる状態の含水率

eg 高温、低湿

→低平衡含水率

貯蔵時の温湿度により穀粒は吸湿

あるいは過乾燥の危険性もある（低温倉庫：

15 ℃, 80 %）

p109

水分活性Ａｗ＝P／Po （自由水の量）P：密封容器内の水蒸気圧Po：食品を水と置きかえたときの水蒸気圧，

つまりその温度における飽和水蒸気圧

水蒸気圧P

米が15 %W.B.の含水率の時，Aw=0.75


3) 乾燥速度(1) 乾燥（特性）曲線（Drying curve）①予熱期間（pre heating period）：材料が湿球温度に近接するまで上昇する期間②恒率乾燥期間（constant rate period）

-- 高含水率時，材料温度は熱風の湿球温度となる③減率乾燥期間（decreasing rate period ）

-- 穀物乾燥の状態、穀温上昇

減率第１段：乾燥速度が含水率に比例する部分減率第２段：乾燥速度が含水率に比例しない部分

乾燥特性曲線

p107

自由含水率

教科書

P108～109

図89式（VIII・5）

cf テンパリング乾燥

籾１粒


(2) 薄層乾燥（Thin layer drying）

風量穀物比（風量比）【m3/min/t】高い状態

の乾燥

（乾燥むらがなく乾燥速度に影響しない）→ 通風中の空気状態に変化ほぼなし。→ 全ての層の穀粒は均一に乾燥

薄層乾燥において，乾燥速度に影響を与える要素i)通風空気の温湿度（平衡含水率）ii)穀粒の初期含水率：高いほど乾燥速度大きいiii)穀粒内部の水分勾配，乾燥・吸湿履歴：

水分の内部拡散

iv) 穀粒の細胞構造、大きさ、形状：短粒種においてはいずれもほぼ同じv) 通風の連続性：連続か間欠的（テンパリング乾燥）かvi) 風速（空塔速度）：熱伝達率（熱交換率）が異なる。

（ある値以上は影響なし。）

p110

空気の温湿度は変化しない

温度：高湿度：低

温度：低湿度：高

厚層


厚層の乾燥速度乾燥速度は粒の含水率Mと通風空気に対応する平衡含水率Meの

差に比例する。d M /dt=- k × (M －Me)

k : 乾燥定数(drying constant(温度により変化))、高温ほど大Me : 平衡含水率

(温度と湿度により決まる）

t: 乾燥（経過）時間∫dM/(M－ Me) =- k ×∫dtloge (M－Me) =-k × t+CM － Me =Exp(－ k × t+C)M － Me =A × Exp(－ k × t)

t=0のとき初期含水率をMoとすると

A= Mo － Me

(3) 厚層乾燥

（実際の乾燥形態）

薄層乾燥の熱利用効率は低い。

風量穀物比により、各層毎に乾燥速度は異なる。空気が各層を通過する毎に、温度は低下し、相対湿度は上昇する。

そのため、乾燥速度は低下する。風量穀物比が 0.5 m３/s100kg-grain.以下を厚層とする（目安）。

p112

一時

遅れ

温度：高湿度：低

温度：低湿度：高


4) 乾燥工程

(1) 収穫籾の含水率（乾燥対象籾）収穫時期において含水率は徐々に低下する。１日の間でもかなり変化する。収穫直後の籾の含水率分布幅は広い。

(2) 胴割れ（亀裂）の発生高速乾燥や高速吸湿は粒内部の含水率勾配が大きくなり、胴割れの原因となる。胴割れの発生 → 精白時に砕米が増加 → 穀物ロス高含水率時ほど乾燥速度を小さくする必要がある。過乾燥 →

通風停止後、吸湿の発生（平衡含水率）

→胴割れ発生

（胴割れ率の測定は仕上げ後，48時間以上経ってから行う。）

(3) 発芽率の維持高含水率のものは，低温度で乾燥する必要性がある。

（ｃｆ

ビール麦，種子用小麦などは60℃以上の熱風で乾燥すると発芽率が低下する）

p126


5）乾燥機

穀物乾燥：

自然乾燥（天日乾燥）あるいは

人工乾燥

自然乾燥：安価、乾燥速度、温度の制御が困難（ → 過乾燥、乾燥不足、不均一）

1) 人工乾燥基本的に通風乾燥静置型（static type）（穀粒を移動させずに体積状態のまま乾燥する方法）穀粒移動型（grain flow type）（穀粒を移動させて乾燥むらをなくす方法）

(1) 静置型平型立型

長所：単純構造、扱いやすい、安価短所：厚層乾燥のため不均一乾燥となる。人手による混合攪拌が必要。

p129


(2) テンパリング乾燥機（Tempering dryer）長所：胴割れの発生防止、熱の利用効率が高い容量：

1000 ～ 40,000 kg

乾燥手順1. 通風乾燥期間: 7-10 分

(籾殻部の乾燥）

2. テンパリングタンクでの吸気期間

(玄米から籾殻への水分移動）

3. 繰り返し

(3) 連続流れ式乾燥機（Continuous flow dryer）大型乾燥施設において利用サイロやビン等（貯蔵乾燥機），他の容器をテンパリングタンクとして利用。2-4 回の通過で仕上げる（初期含水率による）。保持容量：約10ｔ、通過時間:30分

P131


(4) 除湿乾燥機（De-humidifying dryer）

通風空気：低湿空気、熱風乾燥に比べて低温。平衡含水率を低くできる。低温乾燥のため、食味維持に有効。低温地域では乾燥能力が低下する（ヒートポンプの特性）

http://www.orionkikai.co.jp/reito/jositu/kogata.html


(5) ドライストア（In-storage dryer）堆積高さ：

1-5 m

風量穀物比：通常の乾燥機に比べて 1/10 - 1/20 。→ 仕上げまで低速度乾燥

作業は簡便（張り込みのみ）：採用増加撹拌装置付きの累積堆積乾燥機→

不均一乾燥（乾燥むら）の回避。

(new technology)

カントリーエレベータ（CE）839カ所のうち、ドライストア(DS)併設のものが220ヵ所CEの貯蔵能力は225万2585ｔ、

DSの貯蔵能力は13万7596ｔ

平型静置乾燥機を大型にし

て多数連立したもの

http://www.maff.go.jp/soshiki/nousan/hatas hin/daizu/kanso/niuke/kanso.html#3

角ビン

KYOTO UNIVERSITY京都大学http://www.maff.go.jp/soshiki/nousan/hatas

hin/daizu/kanso/niuke/kanso.html#3

除湿機

丸ビン

灯油ヒーター


●ドライストア（角ビン、丸ビン）の特徴

・汎用性が高いので籾麦大豆など多様な乾燥物に対応できる。・容量が大きいので大量の貯蔵ができる。・堆積物全体に通風できるので生原料の一時貯留することができる。・堆積量が多い場合は乾燥に比較的長時間を要することがある。

・薄積みすれば早く乾燥することもできるので、多数の角ビンを原料

貯留用、乾燥用と貯蔵用に仕分けして目的に合ったように使用でき

る。融通性が高い。

・ビン床下から上方への一方通気の場合は、上下層間に水分ムラが

発生する。また、ビン内に大豆を均平に積み上げることができない場

合も乾燥ムラになる。この解消のため適時ビン替え（ローテーション）

を実施するなどの水分ムラ是正操作が必要である。

・乾燥大豆の長期貯蔵も可能である。（カントリーエレベーター仕様

がある。）・残粒の掃除が簡単である。しかし、大規模な場合は面積が広くなる。


6. 熱量計算蒸発に必要な熱量：560-590 kcal/kg-water

比熱

水: 1 kcal/kg/℃

穀粒：

0.4 空気：0.24

7. 送風（通風）特性1) 穀粒の通風抵抗

P119

通風抵抗は堆積時の空隙率や粒の表面状態による。通風抵抗は堆積高さが著しく大きくない限り、堆積高さに比例する。


2) ブロア（ファン）の通風特性ブロアのタイプ（軸流、遠心式等）により種々の特性がある。

3) 作動通風量はブロアの特性と粒の通風抵抗特性の（組み合わせ）兼ね合いで決まる。

P120


P106

湿り空気線図

KYOTO UNIVERSITY京都大学http://cleanart.net/air.htm


例題（自分のノートに計算）

籾水分24％(w.b.)，500ｋｇを８時間かけて15％ (w.b.)に仕上げ乾燥したときの毎時蒸発水分量は？（答：6.6kg/h）

また，大気の乾球温度20℃，相対湿度70％の空気を42℃に加熱し，籾中を通過して温湿度が25℃，75％で排気している場合に乾気

1kgが得る水分量は？(答：

0.004kg/kg’)

上述の水分24％の籾から毎時6.6kgの水分を蒸発させるのに必要な空気量は？（答：6.6/0.004=1650 kg/h，20℃の空気1394 m2）

空気を加熱するための熱量は？（答：(16.3－11)×1650＝8745 kcal ＝36607 kJ）

P107


比エンタルピとは0[℃]の乾き空気（DA）が持っている熱量に比べた比率。

比エンタルピの定義は以下のとおり。

h=Cpa・t+(Cpw・t+r0 )・x ・・・（1）

h;比エンタルピ[kJ/kg(DA)]、 Cpa;乾き空気の定圧比熱[kJ/kg・K]、Cpw;水蒸気の定圧比熱[kJ/kg・K]、

t;乾球温度[℃]、r0 ;0[℃]のときの水の蒸発熱[kJ/kg]、x;絶対湿度[kg/kg(DA)]

http://www.bohra.jp/psychrometric.html

エンタルピーとは

H = E + PV H ：系のエンタルピー，E ：

系の内部エネルギー

P ：

系の圧力，V ：

系の体積

、熱力学における示量性状態量のひとつである。物質の発熱・吸熱挙動、及び、

外部に対する仕事量にかかわる値である。物質が発熱して外部に熱を出すとエ

ンタルピーが下がり、吸熱して外部より熱を受け取るとエンタルピーが上がる。ま

た、物質が他の物質などに仕事をするとエンタルピーが下がり、外部より仕事を

受けるとエンタルピーが上がる。名称が似ているエントロピー(entropy)とは全く異なる物理量である（エンタルピー

の次元はエネルギーのそれと等しいが、エントロピーの次元はエネルギー/温度

のそれである）。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E5%8A%9B%E5%AD%A6

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%8A%B6%E6%85%8B%E9%87%8F

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BA%E7%86%B1%E5%8F%8D%E5%BF%9C

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%83%B3%E3%83%88%E3%83%AD%E3%83%94%E3%83%BC

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B8%A9%E5%BA%A6


「飽和水蒸気圧」

とは，乾き空気に、水を蒸発させていくと、ある空気の温度だとある圧

力で一定になる。（つまり、それ以上水を含むことができなくなる。）このときの、水蒸

気の圧力を飽和水蒸気圧という。この飽和水蒸気圧は温度によって一意

的に決まる。


ウェクスラー

- ハイランドの式

「ウェクスラー

- ハイランド(Wexler-Hyland)の式」とは飽和水蒸気圧と温度との関係式

水と接するとき（0.01[℃]以上）

ln(103Ps) =-0.58002206×104/Tab+0.13914993×10-0.48640239×10-1Tab +0.41764768×10-4Tab2-0.14452093×10-7Tab3+0.65459673×10 ln(Tab) ・・・

（2.1）

氷と接するとき（0.01[℃]以下）

ln(103Ps) =-0.56745359×104/Tab+0.63925247×10-0.96778430×10-2Tab +0.62215701×10-6Tab2+0.20747825×10-8Tab3-0.94840240×10-12Tab4

+0.41635019×10 ln(Tab) ・・・（2.2）

ここにPs;飽和水蒸気圧[kPa]、Tab=絶対温度[K]（=セルシウス温度+273.15）

上の式をPsについて解くと、

Ps=[exp{-0.58002206×104/Tab+・・・・・}]×10-3

となるが複雑なので湿り空気線図を使う。



相対湿度とは、水蒸気分圧/飽和水蒸気圧

×100[%]

水蒸気分圧とは、水蒸気の分の圧力

つまり、水蒸気分圧＝飽和水蒸気圧のときが相対湿度=100[%]で、

この状態の空気のことを「飽和空気」といいます。

湿り空気が「飽和空気」の状態にあるとき、乾球温度=湿球温度となる。

（水がもうこれ以上蒸発しないので、温度計が濡れていても乾いていても、同じ温

度になる。）

絶対湿度とは，以下の簡易式で表現される

x=0.62198×Pw/(P-Pw) ・・・（3）

x;絶対湿度[kg/kg(DA)]、Pw;水蒸気分圧[kPa]、P;空気の全圧[kPa] ここでPは、普通は海抜0mの大気圧（101.325[kPa]）


水分量（絶対湿度）の変化を伴わない温度変化

①→②（②‘）

水分量の変化がない温度変化のことを「顕熱変化」といい，絶対湿度一定で乾球温

度だけが上がるため、そのプロセスを示す線は水平になる。

たとえば真冬の外気が14[℃]、相対湿度65[％]程度の状態から23[℃]まで温度を

上げると、相対湿度は約40[％]まで下がる。さらに10 [℃]程度温度を上げると相対

湿度は約20[％]程度になる。



【水分量（絶対湿度）の変化を伴う温度変化

④→⑤】

ある状態の空気を冷やしていくと、やがて相対湿度が100[％]のラインに交わる。このとき

の温度を「露点温度」という。

実際に冷却装置で冷却するときは、相対湿度が95[％]程度のところで限界になり、今度

は相対湿度一定のラインにそって左下に下りる。このとき冷却装置の内部では水蒸気が

どんどん水になる。水蒸気が水になれば、空気中の水分量は減少するため空気は乾燥

する。このような動きを受動的に「減湿」、能動的に「除湿」等という。



ここで単純に水平方向に変化する場合と、減湿を伴う変化の場合の比エンタルピの変

化量が異なる。減湿を伴う変化が起きると、エンタルピ、すなわち空気の熱量は大きく

変化する。これは、同じ温度の変化なら、たいてい暖房よりも冷房のときのほうがエン

タルピの変化が大きい、つまりエネルギーの変化量が大きい。別の言い方をすれば、

冷房をするときの消費エネルギーは非常に大きい。



【水で加湿をするときの変化

②‘→③】

水で加湿をするときの変化（たとえば家庭用の超音波加湿器など）を示す状態線は、

湿球温度一定の線上を移動する。乾球温度は低下する。比エンタルピーは変化しな

い。

【蒸気で加湿をするときの変化

②→③】

乾球温度を低下させないように③の位置に移動するには，ストーブの上のヤカンな

どの蒸気で加湿をする。比エンタルピーは変化する。



レポート（Ａ４サイズの用紙に記入）

１．以下の言葉を説明しなさい。(1)平衡含水率(2)テンパリング乾燥

２．例題であげた高い含水率（24%程度）の籾を 15％に仕上げ乾燥したときの空気の温度，湿度の変化を湿り空気線図上で説明しなさい。


http://www.aptech.kais.kyoto-u.ac.jp/

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