(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直熱式の乾燥装置であって、
厨芥等の被乾燥物を収容する乾燥容器と、
前記乾燥容器内で発生する蒸気を排出するために前記乾燥容器に接続される凝縮器と、
冷媒を圧縮、膨張させることによって、温熱及び冷熱を発生させる冷温熱発生装置と、
前記乾燥容器の下部を覆うように設けられ、液体が封入されるジャケット部と、
前記冷温熱発生装置と前記ジャケット部の内部とを前記冷媒が循環するように接続し、前記冷温熱発生装置で発生された温熱を前記ジャケット部の液体を介して前記乾燥容器に付与する温熱循環回路と、
前記冷温熱発生装置と前記凝縮器とを前記冷媒が循環するように接続し、前記冷温熱発生装置で発生された冷熱を前記凝縮器に付与する冷熱循環回路と、
前記ジャケット部に接続され、前記液体を前記ジャケット部を介して循環させる液体循環回路と、
前記循環回路内に設けられ、前記循環する液体を加熱する加熱手段とを備えた、乾燥装置。
【請求項２】
前記液体循環回路内に設けられ、前記加熱された液体の少なくとも一部を用いて、前記凝縮器からの戻りの前記冷熱循環回路内の冷媒を加熱する冷媒加熱手段を更に備えた、請求項１記載の乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は乾燥装置、特に厨芥等の被乾燥物を収容加熱し、その水分を蒸発させて乾燥させる真空乾燥装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は特開平５−１１８７５３号公報に開示されている従来の直熱式の真空乾燥装置の概略構成を示した図である。
図を参照して、この真空乾燥装置は主として被乾燥物である厨芥等を収容する乾燥容器１１と、厨芥から蒸発した水分を導入して凝縮し、水に戻す凝縮器３５と、凝縮器３５を介して乾燥容器１１を吸引脱気し、又凝縮器３５内で生成される水を強制的に排出する排気及び排水のための手段である真空ポンプ８１と、乾燥運転の際における乾燥容器１１内での厨芥の乾燥のための温熱と凝縮器３５内での水分凝縮のための冷熱を供給するヒートポンプＤとで構成されており、ヒートポンプＤの発生温熱及び発生冷熱の各々は、ヒートポンプＤの冷媒管２１ａから乾燥容器１１及び冷媒管２１ｃから凝縮器３５に供給されるようになっている。
【０００３】
乾燥容器１１は耐圧密閉容器状に構成されて、処理前の濡れ、又は、湿った厨芥を投入する投入口１０１と、乾燥処理した後の乾燥物を取り出す取り出し口１０３を有しており、上部からは蒸気排出管７９が取り出されている。
蒸気排出管７９は乾燥容器１１の上面部から取り出されて逆Ｕ字状に形成されており、その端部が凝縮器３５に連結している。この凝縮器３５の底部に排出管５１が接続され、排出管５１には逆止弁１０５と真空ポンプ８１が前者を上流側に配置して設置されている。
【０００４】
一方、ヒートポンプＤは、フロン等の冷媒を封入した閉鎖管路からなる冷媒管２１ａ〜ｄに圧縮機１９とキャピラリーチューブ１０７を配設したもので、その管路が圧縮機１９で圧送する冷媒がキャピラリーチューブ１０７を通過する方向を四方弁１０９により正逆切替可能に構成されている。
そして、このヒートポンプＤは、熱交換器２０１を乾燥容器１１の底板下面に沿って蛇行状又は渦巻き状に配設し、螺旋管３７を凝縮器３５内に挿入してコイル状に形成している。
【０００５】
尚、図において攪拌機１５は回転軸２０３を介して図示していないモータによって回転駆動される。又、乾燥容器１１の下部回りは断熱材２０５によって覆われている。
このようにして、真空乾燥装置は、ヒートポンプＤの圧縮機１９が駆動されると共に四方弁１０９と三方弁２０７とを操作して、冷媒管２１ａ〜ｄを冷媒が圧縮機１９から熱交換器２０１、キャピラリーチューブ１０７、螺旋管３７、圧縮機１９の順で流れるように構成すれば、キャピラリーチューブ１０７部分の通過抵抗により、冷媒の流れ方向に於いて熱交換器２０１を含む圧縮機１９とキャピラリーチューブ１０７の間の管路では高圧になり、冷媒の凝縮が起こって温度が上昇し、螺旋管３７を含むキャピラリーチューブ１０７と圧縮機１９の間の管路では低圧となって冷媒の蒸発が起こり、温度が低下する。
【０００６】
そのため、熱交換器２０１を介して乾燥容器１１が加熱され、螺旋管３７を介して凝縮器３５が冷却される。
従って、乾燥容器１１内に厨芥等の被乾燥物を投入して密閉し、真空ポンプ８１を駆動させ、乾燥容器１１内を水の沸点が外気温と同等となるまで減圧しておけば、投入された厨芥は熱交換器２０１の加熱エネルギーにより暖められて水分が蒸発するので、乾燥容器１１内の蒸気圧力が高まり、乾燥容器１１内の水蒸気は真空ポンプ８１の作動と相俟って圧力の低い蒸気排出管７９へ流れる。そしてこの水蒸気は凝縮器３５に流入して螺旋管３７の冷熱により熱を回収されるので、凝縮して容積が小さくなり真空ポンプ８１を介してドレン水として排出される。
【０００７】
このようにして、乾燥容器１１内で蒸発が、凝縮器３５内で凝縮が連続的に起こり、乾燥対象物たる厨芥が乾燥する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の直熱式乾燥装置では、全体的な乾燥処理に要する時間の短縮化を図るには不十分であった。
即ち、従来の直熱式乾燥装置においては、冷媒管２１ａを通して供給される温熱が付与されている冷媒は、乾燥容器１１の底面に配管を溶接した熱交換器２０１を介して直接的に乾燥容器１１の底板を加熱しているため、伝熱面積が十分とは言えない。又、冷媒は比熱が小さいため伝熱面積不足はより伝熱効率を低下させる。
【０００９】
図３は、運転開始時から定常状態に達するまでの冷媒と被乾燥物の温度変化を示した図である。
図を参照して、横軸には経過時間が取られ、縦軸には温度が取られ、温熱を付与する高圧側の冷媒と被処理物の温度変化が示されている。従来の直熱式乾燥装置では破線のように高圧側冷媒が所定温度に達するまで時間がかかるので、これに伴って被処理物の温度が定常状態になって所定の蒸気発生量を得るまでかなりの時間を要する。望ましくは実線で示すように定常状態になるまでの時間を短縮できれば、乾燥処理に要する時間が全体的に短縮化される。
【００１０】
被乾燥物の乾燥処理が進み、糊化、硬化領域に達し、攪拌効果が低下すると発生蒸気量は一般的には減少するが、攪拌状態によっては突発的に蒸気発生量が増加することがある。そのため、全体的には蒸気発生量は減少しても、それに見合った温熱の発生量を減少させることができないため、効率的な運転ができない。更に、乾燥処理の終局時等で蒸発量が激減して凝縮器３５において冷熱の消費量が減少した場合、冷媒管２１ｄ内の冷媒が液化した状態で戻ってくる虞がある。この状態で冷媒が圧縮機１９に流入すると、圧縮機１９に過大な負荷をかけることになり、故障の原因ともなる。
【００１１】
請求項１記載の発明は、このような課題を解決するためになされたもので、運転開始時における温熱の所定量への立ち上がりを速くする乾燥装置を提供することを目的とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の目的に加えて、冷熱の必要量が減少した場合でも、冷温熱発生装置に過大な負荷をかけない乾燥装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の発明は、直熱式の乾燥装置であって、厨芥等の被乾燥物を収容する乾燥容器と、前記乾燥容器内で発生する蒸気を排出するために前記乾燥容器に接続される凝縮器と、冷媒を圧縮、膨張させることによって、温熱及び冷熱を発生させる冷温熱発生装置と、前記乾燥容器の下部を覆うように設けられ、液体が封入されるジャケット部と、前記冷温熱発生装置と前記ジャケット部の内部とを前記冷媒が循環するように接続し、前記冷温熱発生装置で発生された温熱を前記ジャケット部の液体を介して前記乾燥容器に付与する温熱循環回路と、前記冷温熱発生装置と前記凝縮器とを前記冷媒が循環するように接続し、前記冷温熱発生装置で発生された冷熱を前記凝縮器に付与する冷熱循環回路と、前記ジャケット部に接続され、前記液体を前記ジャケット部を介して循環させる液体循環回路と、前記循環回路内に設けられ、前記循環する液体を加熱する加熱手段とを備えたものである。
【００１４】
又、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、液体循環回路内に設けられ、加熱された液体の少なくとも一部を用いて、凝縮器からの戻りの冷熱循環回路内の冷媒を加熱する冷媒加熱手段を更に備えたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１記載の発明は、冷温熱発生装置で発生された温熱をジャケット部を介して乾燥容器に付与するようにしたので、発生された温熱の乾燥容器への伝達効率が向上する。加えて、ジャケット部を循環する液体を加熱する加熱手段を更に備えたので、運転開始時の定常量への温熱の付与の立ち上げ時間を短縮することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、凝縮器からの戻りの冷熱循環回路内の冷媒を加熱する冷媒加熱手段を更に備えたので、冷熱必要量が減少したときにも、冷温熱発生装置に過大な負荷をかけることはない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施例による真空乾燥装置の構成を示した図である。
図を参照して、真空乾燥装置は大きくは厨芥等の被乾燥物が収容される乾燥容器１１と、圧縮機１９を中心としてその中を冷媒が循環する冷媒管２１ａ〜ｄからなる冷温熱発生装置１２と、乾燥容器１１に蒸気排出管７９を介して接続される凝縮器３５と、凝縮器３５の上部に排気管８３を介して接続される真空ポンプ８１と、ポンプ５９を中心として温水が循環する補助加熱装置１４とから構成される。
【００１８】
冷温熱発生装置１２はフロン等の冷媒を気化状態からそれを圧縮して液化する圧縮機１９と、冷媒が循環する冷媒管２１ａ〜ｄと、冷媒管２１ａが接続する乾燥容器１１の下部及び側面の下方部とを覆うジャケット部１３内に設置されている冷媒コイル２３と、冷媒管２１ｂが接続する空冷コンデンサ２５と、空冷コンデンサ２５の出側と凝縮器３５との間に接続する冷媒管２１ｃと、冷媒管２１ｃに接続され、凝縮器３５内に螺旋状に配置されている螺旋管３７と、螺旋管３７に接続され、凝縮器３５と圧縮機１９との間に接続される冷媒管２１ｄとから構成される。尚、冷媒管２１ｃには、空冷コンデンサ２５から戻った冷媒の圧力を所定圧力に調整する凝縮圧力調整弁２７と電磁弁３１と膨張弁３３とが接続される。又、冷媒管２１ｄには、凝縮器３５の出側の温度によって温調器３９を介してその開閉が制御される電磁弁４１が接続される。尚、冷媒管２１ｄには、ノードＮ１において分岐して膨張タンク兼冷媒過熱器５３に向かう往き分岐管５５ａと膨張タンク兼冷媒過熱器５３の内部での冷媒コイル５７を通ってノードＮ２において冷媒管２１ｄに合流する戻り分岐管５５ｂとが接続する。尚、戻り分岐管５５ｂには電磁弁８５が接続される。更に、圧縮機１９の前後のノードＮ３とノードＮ４との間にはバイパス管１８が設けられ、バイパス管１８には冷媒の圧力に応じて冷媒の一部を圧縮機１９に対してバイパスさせる蒸気圧力調整弁４３が取付けられる。
【００１９】
一方、補助加熱装置１４は水を循環させるポンプ５９とポンプ５９と乾燥容器１１の下方部に形成されたジャケット部１３との間に接続された往き温水管６１ａとジャケット部１３の出側とポンプ５９との間に接続される戻り温水管６１ｂと往き温水管６１ａのノードＮ７から分岐した分岐温水管７３が接続する膨張タンク兼冷媒過熱器５３と温水管６１ａのノードＮ５とノードＮ６とをバイパスするように接続されるバイパス管１６とから構成される。
【００２０】
分岐温水管７３は電磁弁７５を介して膨張タンク兼冷媒過熱器５３内部に貫通し、その先端は冷媒がその中を通る冷媒コイル５７に対して水を噴霧状に放出することができる形状となっている。膨張タンク兼冷媒過熱器５３においてはその中に循環水を半分程度貯留できる構造となっている。
バイパス管１６には、その上流側からジャケット部１３の出側の温度によって温調器７１を介してその開閉が制御される電磁弁６３とバイパス管１６を通過させる水量を確保するポンプ６５と流量スイッチ６７とガスバーナ等によってその中を通過する水を加熱する補助加熱器６９とが取付けられる。
【００２１】
凝縮器３５の下部に接続される排出管５１には、凝縮器３５内部に貯留された凝縮水が所定量となるごとに排出するためのポンプ４５と、凝縮器３５の凝縮水の水位を検知する水位検知器４７によってその開閉が制御される電磁弁４９とが取付けられる。
次に、この真空乾燥装置による動作について説明する。
【００２２】
被乾燥物が乾燥容器１１内部に収容され、乾燥処理が開始されると冷温熱発生装置１２が作動する。即ち、圧縮機１９が作動して冷媒が冷媒管２１ａ、冷媒コイル２３、空冷コンデンサ２５、冷媒管２１ｃ、螺旋管３７及び冷媒管２１ｄを介して循環する。一方、補助加熱装置１４も併せて作動する。即ち、ポンプ５９が作動して、水が往き温水管６１ａ、ジャケット部１３内部及び戻り温水管６１ｂを介して循環する。このように圧縮機１９の運転で高温、高圧として温熱が付与された冷媒は冷媒コイル２３を通過し、ジャケット部１３内の水を介して乾燥容器１１の底部を加熱する。従って、冷媒に付与された温熱は無駄なくジャケット部１３内の水に吸収されるので、温熱の効率的な利用が実現される。
【００２３】
ところで、運転開始時は図３で示したように冷媒は所定温度にすぐには達しない。しかも補助加熱装置１４にしても循環水の温度も低いままである。そのため、ジャケット部１３の出側の水の温度は所定温度以下となるため、温調器７１によって電磁弁６３が”開”となり、又ポンプ６５も作動する。従って、往き温水管６１ａ及び戻り温水管６１ｂを循環する水はノードＮ５からその大部分が分岐してバイパス管１６内を通過する。そして補助加熱器６９において加熱されて、所定温度の温水となってノードＮ６を通してジャケット部１３内に流入し、乾燥容器１１内の被乾燥物の加熱に寄与する。又、この温水は運転開始時には冷媒コイル２３を介してその中を通過する冷媒を加熱することにもなるので、冷媒の所定温度に到達するまでの時間を短縮することができる。このようにして、図３で言えば実線のように運転開始時から定常運転に達するまでの時間を短縮して、被乾燥物の温度上昇を速め全体としての乾燥処理時間を短縮する。
【００２４】
圧縮機１９によって液化された高温、高圧の冷媒は、冷媒管２１ｂを通して空冷コンデンサ２５に戻り、そこで空冷されて温度が下げられ、凝縮圧力調整弁２７を通して所定圧力に調整されて受液タンク２９に貯留される。ここで、運転が冬期のような気温が低いとき等では、空冷コンデンサ２５のファンを停止した状態に近い時でも冷媒が凝縮する状態になる場合がある。従って、このような気候、外気の温度変化に対応させるために、空冷コンデンサ２５のファンの回転数を無段階に変化させることとしている。これによって凝縮圧力調節弁２７によって適切に冷媒の凝縮圧力が制御される。そして、乾燥容器１１内の被乾燥物による負荷変動に対しても十分に対応できるので、冷媒の凝縮温度を所望の温度に制御することができる。受液タンク２９に貯留された冷媒は、電磁弁３１が”開”の状態で膨張弁３３において気化されてその温度が下げられる。そして低温の冷媒は、凝縮器３５の螺旋管３７を通過する過程で蒸気排出管７９を通して凝縮器３５に流入する蒸気を冷やして凝縮させる。凝縮水は凝縮器３５の下部に貯留され、所定量溜ると水位検知器４７によってその旨が検出されてポンプ４５を作動させる。続いて、電磁弁４９を”開”として凝縮水は外部に排出される。
【００２５】
通常運転時には、冷媒管２１ｄを通って戻ってくる冷媒の温度は、凝縮器３５内で熱交換されるため所定温度以上に上昇している。しかし、運転開始時等では蒸気排出管７９を通って凝縮器３５に流入する蒸気の量は少ないため、冷媒の冷熱は十分凝縮器３５内で使用されないことになる。そのため、凝縮器３５の出側の冷媒の温度が所定温度以下となり、場合によっては液化した状態のままである虞がある。この状態で圧縮機１９に戻すと圧縮機１９に過度の負荷をかけることになり、好ましくない。そこで、冷媒管２１ｄを通って戻ってくる圧力がかなり上昇した冷媒の一部をバイパス管１８の蒸気圧力調整弁４３を介して圧縮機１９の出側の冷媒管２１ａにバイパスさせる。このようにして圧縮機１９の負荷を減少させて電力消費量を削減する。このバイパス量は、負荷変動を考慮して最大４０〜５０％となるように上記圧力調整弁４３を調整することが好ましい。
【００２６】
しかし、このように冷媒を一部バイパスさせた場合でも、発生蒸気量によっては、凝縮器３５の出口の冷媒の温度がまだ低い状態があり得る。一方、圧縮器１９のＯＮ・ＯＦＦの繰り返しはあまり好ましくない。そこで、凝縮器３５の出側の温度が所定温度以下のときには、電磁弁４１を”閉”とし、かつ電磁弁８５を”開”として戻りの冷媒を往き分岐管５５ａを通して膨張タンク兼冷媒過熱器５３の冷媒コイル５７内に流入させる。
【００２７】
一方、補助加熱装置１４においては温水が循環しており、その一部は必要に応じて分岐温水管７３を通して膨張タンク兼冷媒過熱器５３内の上方から冷媒コイル５７に向かって噴霧されている。そのため、冷媒コイル５７内の低温の冷媒はそこで温度が上昇して、完全に気化された状態で戻り分岐管５５ｂ及び電磁弁８５を通って冷媒管２１ｄに戻る。このように膨張タンク兼冷媒過熱器５３は補助加熱装置１４の温水の循環系の膨張タンクとしての役割と、圧縮機１９に戻る前の冷媒の温度が所定温度以下のときそれを加熱して完全な気化状態にするための冷媒の過熱の役割を兼用するものである。
【００２８】
尚、上記実施例では、膨張タンク兼冷媒過熱器５３内において冷媒コイル５７の一部が温水につかり、又、その上部から露出した冷媒コイル５７に温水を噴霧するカスケード方式を採用しているが、これに代えて冷媒コイル５７を温水に完全に没して、温水を単に膨張タンク兼冷媒過熱器５３を介して循環させるウォターバス方式としても良い。
【００２９】
運転開始時から所定時間経過して定常状態に入ると、冷温熱発生装置１２によって発生する温熱、冷熱と被乾燥物の蒸発量がバランスした状態となる。そのときには温熱や冷熱の調整は不要となるため、電磁弁６３は”閉”となり、補助加熱器６９による温水の補助加熱は不要となる。
次に乾燥処理工程が進み、被乾燥物が糊化、硬化領域に達すると蒸気の発生量が減少し、これに対応して蒸発に必要な温熱量や蒸気の凝縮に必要な冷熱が少なくて良いことになる。しかし、攪拌状態によって突発的な蒸気の発生があるため、冷熱が余ったり、温熱が余ったりする状態が生じる。冷熱が余った場合には、上記のように冷媒を膨張タンク兼冷媒過熱器５３内を通すことにより、冷熱を放出し、温熱が余った場合には、空冷コンデンサ２５によって温熱を放出することで乾燥容器１１内の負荷変動に対処している。
【００３０】
更に乾燥処理が進み、ほぼ終局の状態となると、乾燥容器１１内の負荷変動もほとんど無く、必要な冷熱、温熱量が大幅に減少する。その場合、冷媒管２１ｄを通って戻ってくる圧力がかなり上昇した冷媒の一部をバイパス管１８の蒸気圧力調整弁４３を介して圧縮機１９の出側の冷媒管２１ａにバイパスさせる。このようにして圧縮機１９の負荷を減少させて電力消費量を削減する。又、バイパス管１８を用いてのバイパスだけで不十分な時は先に説明したように膨張タンク兼冷媒加熱器５３を用いて、冷熱、温熱の負荷調整を行う。
【００３１】
尚、上記実施例では、真空乾燥装置に本願発明を適用しているが、真空ポンプを用いることなく乾燥を行なうような乾燥装置にも、同様にこの発明の思想が適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例による真空乾燥装置の構成を示した図である。
【図２】従来の真空乾燥装置の構成を示した図である。
【図３】本願発明及び従来の真空乾燥装置における運転開始時の冷媒の温度上昇と被乾燥物の温度上昇の変化を示した図である。
【符号の説明】
１１  乾燥容器
１２  冷温熱発生装置
１３  ジャケット部
１４  補助加熱装置
２１ａ〜ｄ  冷媒管
３５  凝縮器
５３  膨張タンク兼冷媒加熱器
５７  冷媒コイル
６９  補助加熱器
尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【図１】
0003612121.tif 000002
【図２】
0003612121.tif 000003
【図３】
0003612121.tif 000004