(57)【要約】【課題】簡素な構成であるとともに、廃棄物の乾燥速度が高い真空乾燥装置を提供する。【解決手段】真空乾燥装置Ｍ１は、被乾燥物Ｄを収容する乾燥室１１を備える乾燥タンク１および乾燥室１１内を真空にするオイル型真空ポンプ２を備えている。また、乾燥タンク１とオイル型真空ポンプ２とは、流通管４，５で接続されており、流通管４，５には、水蒸気を凝縮させるコールドトラップ３が設けられている。乾燥タンク１とコールドトラップ３とには、それぞれヒートポンプ６が接続されている。乾燥室１１で蒸発した被乾燥物Ｄの水分は、水蒸気となってコールドトラップ３まで搬送され、コールドトラップ３では、水蒸気が凝縮して水となる。ヒートポンプ６は、コールドトラップ３における凝縮熱を乾燥タンク１に移動させ蒸発熱として利用する。ヒートポンプ６から乾燥タンクに供給される蒸発側熱媒の温度は、７０℃以上の温度である。【選択図】図１
2014228163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被乾燥物を収容し、収容した前記被乾燥物における水分を蒸発させて乾燥する乾燥タンクと、
前記乾燥タンク内を減圧する真空ポンプと、
前記乾燥タンク内を減圧する際に前記乾燥タンクから排出された蒸気の凝縮による凝縮熱を吸熱し、前記乾燥タンクに供給するヒートポンプと、を備え、
前記ヒートポンプは、凝縮側熱媒を介して前記凝縮熱を吸熱し、蒸発側熱媒を介して前記凝縮熱を前記乾燥タンクに供給し、
前記乾燥タンクに供給される前記蒸発側熱媒の温度は、７０℃以上の温度であることを特徴とする真空乾燥装置。
【請求項２】
前記真空ポンプがオイル型真空ポンプであり、
前記オイル型真空ポンプには、油水分離装置が接続されており、
前記真空ポンプと前記乾燥タンクとの間に、前記乾燥タンクから排出された蒸気を凝縮するコールドトラップが設けられており、
前記ヒートポンプは、前記コールドトラップで凝縮された蒸気の凝縮熱を吸熱する請求項１に記載の真空乾燥装置。
【請求項３】
前記乾燥タンクと、前記コールドトラップとが、第１の配管で接続され、前記乾燥タンクから排出される蒸気が前記第１の配管を流通可能とされており、
前記コールドトラップと、前記真空ポンプとが、第２の配管で接続され、前記コールドトラップから排出される蒸気が前記第２の配管を流通可能とされており、
前記第１の配管に開閉弁が設けられており、
前記第２の配管に圧力調整弁が設けられている請求項１または請求項２に記載の真空乾燥装置。
【請求項４】
前記真空ポンプが水封型真空ポンプであり、
前記ヒートポンプは、前記水封型真空ポンプによって前記乾燥タンク内から排出された蒸気の凝縮による凝縮熱を前記水封型真空ポンプ内から吸熱する請求項１に記載の真空乾燥装置。
【請求項５】
前記ヒートポンプは、外気との間で熱交換を行う熱交換器を備える請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の真空乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空乾燥装置に係り、特に、泥水や海水等の塩水などの被乾燥物から水分を蒸発させて被乾燥物を乾燥する真空乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物を廃棄する際、廃棄物中の水分を蒸発させて廃棄物を乾燥させることにより、廃棄物の処理が容易になることが知られている。このような廃棄物としては、有機性廃棄物や汚泥など、さらには、トンネル等で発生する泥水などがある。さらに、海水を淡水化させる場合、浸出水や膜処理によって発生する濃縮水の乾燥を行う場合などもある。
【０００３】
海水や濃縮水、さらには、泥水などの被乾燥物を乾燥させる真空乾燥装置として、従来、真空タンクを用いた乾燥装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この乾燥装置は、廃棄物を入れる真空タンクと、その真空タンクからの水蒸気を圧縮する水蒸気圧縮機を備えている。また、真空タンクと熱的に結合された水蒸気凝縮器を備えるとともに、水蒸気凝縮器からの不凝縮性ガスを自発的に排出する不凝縮性ガス排出手段および水蒸気凝縮器からの凝縮水を自発的に排出する凝縮水排出手段を備えている。
【０００４】
水蒸凝縮器によって水蒸気を凝縮する際には、凝縮熱が発生する。ここで、上記特許文献１に開示された真空乾燥装置では、真空タンク内に水蒸気凝縮器が設けられている。このため、水蒸気凝縮する際に発生する凝縮熱によって真空タンク内を加熱することができ、真空タンク内の廃棄物の乾燥に寄与するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１２６６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に開示された乾燥装置では、真空タンク内の水蒸気を圧縮する圧縮機を用いている。このため、装置全体が大掛かりとなってしまうという問題があった。真空タンク内の水蒸気については、たとえば圧縮機よりも装置構成が簡素である真空ポンプなどを用いて吸引することが考えられる。
【０００７】
ところが、真空ポンプを用いて真空タンク内の水蒸気を吸引する場合、真空ポンプの上流側で水蒸気を凝縮させることとなる。このため、水蒸気が凝縮する際の凝縮熱を真空タンク（乾燥タンク）内の廃棄物（被乾燥物）の乾燥に利用することが難しくなってしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、簡素な構成であるとともに、廃棄物の乾燥速度が高い真空乾燥装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決した本発明に係る真空乾燥装置は、被乾燥物を収容し、収容した被乾燥物における水分を蒸発させて乾燥する乾燥タンクと、乾燥タンク内を減圧する真空ポンプと、乾燥タンク内を減圧する際に乾燥タンクから排出された蒸気の凝縮による凝縮熱を吸熱し、乾燥タンクに供給するヒートポンプと、を備え、ヒートポンプは、凝縮側熱媒を介して凝縮熱を吸熱し、蒸発側熱媒を介して凝縮熱を乾燥タンクに供給し、乾燥タンクに供給される蒸発側熱媒の温度は、７０℃以上の温度であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る真空乾燥装置では、乾燥タンクを減圧するにあたり、真空ポンプを用いている。このため、水蒸気圧縮器などの大掛かりな設備を要することなく、簡素な構成とすることができる。また、乾燥タンク内は真空ポンプによって真空状態とされているため、被乾燥物に含まれる水分は１００℃以下の温度で蒸発する。ここで、蒸発側熱媒の温度が７０℃以上の温度であることから、廃棄物の乾燥速度が高い。
【００１１】
ここで、真空ポンプがオイル型真空ポンプであり、オイル型真空ポンプには、油水分離装置が接続されており、真空ポンプと乾燥タンクとの間に、乾燥タンクから排出された蒸気を凝縮するコールドトラップが設けられており、ヒートポンプは、コールドトラップで凝縮された蒸気の凝縮熱を吸熱するようにすることができる。
【００１２】
このように、真空ポンプがオイル型真空ポンプである場合、真空ポンプと乾燥タンクとの間にコールドトラップを配設し、コールドトラップで蒸気を凝縮することにより、蒸気が真空ポンプにおけるオイルと混入することを防止できる。ここで、コールドトラップで凝縮された蒸気の凝縮熱を吸収することにより、効率的に凝縮熱の吸熱を行うことができる。
【００１３】
また、乾燥タンクと、コールドトラップとが、第１の配管で接続され、乾燥タンクから排出される蒸気が第１の配管を流通可能とされており、コールドトラップと、真空ポンプとが、第２の配管で接続され、コールドトラップから排出される蒸気が第２の配管を流通可能とされており、第１の配管に開閉弁が設けられており、第２の配管に圧力調整弁が設けられているようにすることができる。
【００１４】
このように、第１の配管及び第２の配管に開閉弁及び圧力調整弁が設けられていることにより、乾燥タンク内およびコールドトラップ内の圧力関係を調整し、乾燥タンクにおける蒸発促進やコールドトラップにおける凝縮促進を行うにあたって、好適な圧力で乾燥タンク内を減圧するとともに、蒸気の凝縮を行うことができる。
【００１５】
さらに、真空ポンプが水封型真空ポンプであり、ヒートポンプは、水封型真空ポンプによって乾燥タンク内から排出された蒸気の凝縮による凝縮熱を水封型真空ポンプ内から吸熱するようにすることができる。
【００１６】
このように、真空ポンプとして水封型真空ポンプを用いる場合、蒸気は水封型真空ポンプまで搬送され、水封型真空ポンプ内で凝縮する。このため、蒸気の凝縮による凝縮熱を水封型真空ポンプ内から吸熱することにより、蒸気の凝縮熱を好適に吸熱することができる。
【００１７】
そして、ヒートポンプは、外気との間で熱交換を行う熱交換器を備えるようにすることができる。
【００１８】
このように、ヒートポンプは、外気との間で熱交換を行う熱交換器を備えることにより、コールドトラップと乾燥タンクとの間の熱バランスが悪い場合に、外気との熱交換を付加的に行い、熱バランスの調整を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る真空乾燥装置は、簡素な構成であるとともに、廃棄物の乾燥速度が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態に係る真空乾燥装置の構成図である。
【図２】第２の実施形態に係る真空乾燥装置の構成図である。
【図３】第３の実施形態に係る真空乾燥装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る真空乾燥装置の構成図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る真空乾燥装置Ｍ１は、被乾燥物を収容して乾燥する乾燥タンク１、オイル型真空ポンプ２、およびコールドトラップ３を備えている。また、真空乾燥装置Ｍ１は、上流側流通管（第１の配管）４および下流側流通管（第２の配管）５を備え、さらに、ヒートポンプ６を備えている。乾燥タンク１とコールドトラップ３とは、水蒸気などの気体（蒸気）が流通可能とされた上流側流通管４によって接続されており、コールドトラップ３とオイル型真空ポンプ２とは、やはり水蒸気が流通可能とされた下流側流通管５によって接続されている。
【００２３】
乾燥タンク１は、乾燥室１１を備えており、乾燥室１１の周囲には加温ジャケット１２が配設されている。乾燥室１１には、被乾燥物Ｄとして汚泥や海水等の塩水などが収容される。また、乾燥室１１には、上流側流通管４の先端側が接続され、乾燥室１１は上流側流通管４と連通している。加温ジャケット１２は、ヒートポンプ６から循環供給される蒸発側熱媒が流通可能とされている。さらに、乾燥室１１の下部には、乾燥された被乾燥物Ｄを排出する排出口１３が形成されている。
【００２４】
ここで、蒸発側熱媒としては、７０℃以上の温度で液体であるものであれば使用することができる。石油類を使用する場合は、消防法の危険物分類の観点から引火点の高いもの、例えばグリコール系またはシリコン系の熱媒体油が好ましい。また、水は１気圧では１００℃で沸騰するが、１００℃以上であっても加圧水（例えば１２０℃の水）として使用することが可能である。また、沸点が１００℃以上である蒸気も使用することが可能である。
【００２５】
なお、乾燥タンク１としては、加温ジャケット１２を有するジャケット型のもののほか、加熱プレートを備えるプレート型のものを用いることもできる。さらに、乾燥室１１にフィンを形成し、伝熱性を高めることもできる。この場合、フィンは、上部では長く、下部では短く、かつ伝熱面よりもフィン開口の大きさが小さくならないようにすることが好適である。また、乾燥室１１に伝熱処理を施すこともできる。
【００２６】
また、乾燥タンク１は、コールドトラップ３およびオイル型真空ポンプ２と接続されている。このうち、オイル型真空ポンプ２とコールドトラップ３との間には、下流側流通管５が配管され、コールドトラップ３と乾燥タンク１との間には、上流側流通管４が配管されている。
【００２７】
オイル型真空ポンプ２は、ポンプ本体２１と油水分離装置２２とを備えている。ポンプ本体２１は、オイルを循環させることによって気体を吸引する吸引力を発揮する。ポンプ本体２１には、下流側流通管５の後端側が接続されており、ポンプ本体２１は下流側流通管５と連通している。ポンプ本体２１の吸引力は、流通管４，５およびコールドトラップ３を介して乾燥タンク１の乾燥室１１に作用し、乾燥室１１内を減圧して、乾燥室１１内に真空状態を形成する。
【００２８】
油水分離装置２２は、ポンプ本体２１に接続されており、ポンプ本体２１に混入した水分をポンプ本体２１のオイルから分離して除去する。こうして、油水分離装置２２は、ポンプ本体２１における水抜き作業を行う。また、ポンプ本体２１は、吸引した水蒸気などの気体を外部に排出する。
【００２９】
コールドトラップ３は、オイル型真空ポンプ２が吸引した水蒸気が通過する凝縮用熱交換器３１を備えている。凝縮用熱交換器３１には、上流側流通管４の後端部および下流側流通管５の先端部が接続されており、凝縮用熱交換器３１は、冷えた伝熱面を備えている。また、コールドトラップ３は、水槽３２を備えている。水槽３２は、冷媒が液体冷媒である場合に備えられている。
【００３０】
凝縮用熱交換器３１は、水槽３２に貯水された凝縮側熱媒内に沈められており、凝縮用熱交換器３１における伝熱面が凝縮側触媒と接触している。凝縮側熱媒としては、液体熱媒、たとえば水が用いられている。水槽３２に貯水された凝縮側熱媒と伝熱面とが接触していることにより、凝縮用熱交換器３１の伝熱面が冷却され、伝熱面は冷えた状態を維持する。
【００３１】
ヒートポンプ６は、冷熱と温熱とを同時に取り出すいわゆる冷温同時取出ヒートポンプである。ヒートポンプ６には、蒸発側高温配管６Ａおよび蒸発側低温配管６Ｂの一端側が接続されている。また、ヒートポンプ６には、凝縮側低温配管６Ｃおよび凝縮側高温配管６Ｄの一端側が接続されている。
【００３２】
蒸発側高温配管６Ａの他端側は、乾燥タンク１における加温ジャケット１２に接続されており、ヒートポンプ６は、蒸発側高温配管６Ａを介して高温の蒸発側熱媒を加温ジャケット１２に供給している。また、蒸発側低温配管６Ｂの他端側は、乾燥タンク１における加温ジャケット１２に接続されており、ヒートポンプ６は、蒸発側低温配管６Ｂを介して、被乾燥物Ｄに蒸発熱を吸熱されて低温となった蒸発側熱媒を加温ジャケット１２から受け取る。
【００３３】
さらに、凝縮側低温配管６Ｃの他端側は、コールドトラップ３における水槽３２に接続されており、ヒートポンプ６は、凝縮側低温配管６Ｃを介して低温の凝縮側熱媒を水槽３２に供給している。そして、凝縮側高温配管６Ｄの他端側は、コールドトラップ３における水槽３２に接続されており、ヒートポンプ６は、凝縮側高温配管６Ｄを介して、水蒸気が凝縮する際の凝縮熱を吸熱して高温となった凝縮側熱媒を水槽３２から受け取る。
【００３４】
また、ヒートポンプ６は、蒸発側高温配管６Ａおよび蒸発側低温配管６Ｂを介して蒸発側熱媒を加温ジャケット１２における配管に循環供給する。蒸発側熱媒は、乾燥室１１内に収容された被乾燥物Ｄが蒸発熱を吸熱することによって冷却される。一方、ヒートポンプ６は、凝縮側低温配管６Ｃおよび凝縮側高温配管６Ｄを介して凝縮側熱媒をコールドトラップ３における水槽３２に循環供給する。凝縮側熱媒は、水蒸気が凝縮する際の凝縮熱を吸熱することによって加熱される。
【００３５】
ここで、ヒートポンプの冷媒としては、蒸発側熱媒を７０℃以上、好ましくは９０℃以上、より好ましくは１００℃以上とすることができるように、凝縮熱として１００℃を超えることができるものを使用する。例えば、アンモニア、イソブタン、炭化水素、代替フロン等を使用することができる。中でも、オゾン層破壊係数（ＯＤＰ）および地球温暖化係数（ＧＷＰ）が小さいアンモニア、イソブタンがより好ましい。また、二酸化炭素も使用することができる。臨界温度が１００℃以上であれば、一定の圧力の下で液体として１００℃上で伝熱媒体として利用できる。しかし、二酸化炭素のように臨界温度が低くても、亜臨界域での温度圧力制御が可能であれば、臨界温度以上での伝熱が可能である。
【００３６】
さらに、ヒートポンプ６は、図示しない熱交換器を備えている。この熱交換器は、蒸発側熱媒あるいは凝縮側熱媒と外気との間での熱交換を行うものである。熱交換器を作動させることにより、蒸発側熱媒に外気から熱を吸熱して供給することもできるし、凝縮側熱媒から吸熱して外気に対して熱を与えることもできる。
【００３７】
また、上流側流通管４には開閉弁７が設けられており、下流側流通管５には、圧力調整弁８および開放弁９が設けられている。開閉弁７、圧力調整弁８、および開放弁９を開放することにより、上流側流通管４および下流側流通管５が大気圧となる。また、開放弁９を閉じ、圧力調整弁８の開度を調整することにより、上流側流通管４および下流側流通管５内の圧力を調整することができる。
【００３８】
次に、本実施形態に係る真空乾燥装置Ｍ１によって被乾燥物を乾燥する手順について説明する。本実施形態に係る真空乾燥装置Ｍ１は、いわゆるバッチ式の真空乾燥装置であり、乾燥室１１に収容した被乾燥物の乾燥後に、新たな被乾燥物の乾燥を行う。真空乾燥装置Ｍ１による乾燥物の乾燥を行う際には、まず、乾燥タンク１における排出口１３を閉塞し、乾燥室１１内に被乾燥物Ｄを投入する。また、上流側流通管４に設けられた開閉弁７は、閉じた状態としておき、乾燥室１１を密閉して乾燥室１１を気密状態とする。
【００３９】
その一方、ヒートポンプ６を稼動して、蒸発側配管６Ａ，６Ｂに蒸発側熱媒をたとえば温水として循環供給し、凝縮側配管６Ｃ，６Ｄに凝縮側熱媒をたとえば冷水として循環供給する。このとき、蒸発側配管６Ａ，６Ｂに循環供給する蒸発側熱媒の温度を５０℃〜１２０℃に調整し、凝縮側配管６Ｃ，６Ｄに循環供給する凝縮側熱媒の温度を５℃〜８０℃に調整する。ここで、蒸発側熱媒の温度の下限としては、７０℃であることがより好ましく、９０℃であることが更に好ましく、１００℃であることが特に好ましい。なお、ここでは、「蒸発側熱媒の温度＞凝縮側熱媒の温度」であることが必要である。
【００４０】
蒸発側熱媒および凝縮側熱媒の温度を調整し、温度が安定したら、開閉弁７を開放し、乾燥室１１と上流側流通管４の間で通気状態を形成する。それとともに、オイル型真空ポンプ２を作動させ、乾燥室１１内の空気を排出して乾燥室１１内を減圧する。乾燥室１１内を減圧することにより、乾燥室１１内が真空状態となる。
【００４１】
乾燥室１１内が減圧された乾燥タンク１では、乾燥室１１に収容された被乾燥物Ｄと加温ジャケット１２に供給された蒸発側熱媒との間で熱交換が行われる。この熱交換により、蒸発側熱媒が被乾燥物Ｄに蒸発熱を吸熱されて、被乾燥物Ｄに含まれる水分が蒸発し、被乾燥物Ｄが乾燥する。
【００４２】
また、蒸発した水分は、上流側流通管４を通過してコールドトラップ３における凝縮用熱交換器３１に移動する。コールドトラップ３における凝縮用熱交換器３１では、ヒートポンプ６から凝縮側低温配管６Ｃを介して供給された、たとえば冷水との間で熱交換が行われる。この熱交換では、たとえば冷水が水蒸気の凝縮熱を得て、凝縮用熱交換器３１では、水蒸気が凝縮して水となる。ただし、凝縮しきらなかった一部の水蒸気は、そのまま下流側流通管５を通過してオイル型真空ポンプ２に移動する。このような水蒸気の移動が起こらないように、圧力調整弁８を閉じてもよい。
【００４３】
このとき、圧力調整弁８の開度を調整し、乾燥タンク１における乾燥室１１およびコールドトラップ３が備える凝縮用熱交換器３１の水蒸気圧力を調整し、この水蒸気圧が、乾燥室１１内の温度である乾燥室温度Ｔｅに対応する水蒸気圧と、凝縮用熱交換器３１内の温度であるコールドトラップ温度Ｔｃに対応する水蒸気圧の中間の値となるようにする。ここで、乾燥室温度Ｔｅは、コールドトラップ温度Ｔｃよりも高い温度となっている。このように水蒸気圧を調整することにより、水蒸気を効果的に凝縮することができる。こうして、被乾燥物Ｄの乾燥処理が行われる。
【００４４】
さらに、ヒートポンプ６に設けられた熱交換器によって、蒸発側熱媒および凝縮側熱媒と外気との間で熱交換を行わせ、蒸発側熱媒および凝縮側熱媒に対する加熱と除熱とのバランスを取るようにすることもできる。このように加熱と除熱とのバランスを取ることにより、被乾燥物に含まれる水分の蒸発および凝縮の間における熱交換をより効率的に行うことができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る真空乾燥装置Ｍ１では、乾燥室１１内を減圧するにあたって、オイル型真空ポンプ２を用いている。このため、圧縮機などといった大型の機器を用いる必要がなくなる。したがって、簡素な構成とすることができる。また、真空ポンプとしてオイル型真空ポンプ２を用いることにより、オイル型真空ポンプ２と乾燥タンク１との間にコールドトラップ３を配設することとなる。このコールドトラップ３で水蒸気を凝縮することにより、水蒸気がオイル型真空ポンプ２におけるオイルと混入することを防止できる。
【００４６】
さらに、オイル型真空ポンプ２には、油水分離装置２２が設けられている。このため、オイル型真空ポンプ２に水蒸気や水蒸気が凝縮した水が移動した場合でも、オイルと水とを容易に分離することができる。したがって、オイル型真空ポンプ２を確実に作動させることができる。
【００４７】
また、乾燥室１１内で被乾燥物Ｄの水分が蒸発して発生する水蒸気は、オイル型真空ポンプ２によって吸引され、コールドトラップ３における凝縮用熱交換器３１まで移動する。凝縮用熱交換器３１の周囲には、水槽３２が設けられており、水槽３２には低温の凝縮側熱媒が供給されている。
【００４８】
コールドトラップ３では、凝縮用熱交換器３１を通過する水蒸気と水槽３２に貯水された凝縮側熱媒との間で熱交換が行われ、凝縮側熱媒が水蒸気から凝縮熱を吸熱し、水蒸気が凝縮する。一方、水蒸気が凝縮する際の凝縮熱が移動することにより、凝縮側熱媒が加熱される。加熱された凝縮側熱媒は、ヒートポンプ６に流入する。
【００４９】
ここで、ヒートポンプ６は、乾燥タンク１に対して蒸発側熱媒を循環供給し、コールドトラップ３に対して凝縮側熱媒を循環供給している。乾燥タンク１からヒートポンプ６に戻る蒸発側熱媒は、被乾燥物Ｄに含まれる水分に蒸発熱を吸熱されている一方、コールドトラップ３から戻る凝縮側熱媒は、水蒸気から凝縮熱を吸熱している。つまり、ヒートポンプ６は、凝縮側熱媒を介して凝縮熱を吸熱し、蒸発側熱媒を介して昇温した熱を乾燥タンク１に供給する。蒸発側熱媒が吸熱される蒸発熱Ｑｅと凝縮側熱媒が吸熱する凝縮熱Ｑｃとは、熱損失が無ければ絶対値がほぼ等しく符号が逆となる関係となっている。このため、ヒートポンプ６によって蒸発側熱媒と凝縮側熱媒との間で熱交換を行うことにより、水蒸気が凝縮する際の凝縮熱Ｑｃを被乾燥物Ｄに含まれる水分を蒸発させる際の蒸発熱Ｑｅとして利用することができる。なお、理論的にはヒートポンプ６の圧縮機に投入した電力が熱となる分がＱｅに加わる。
【００５０】
また、乾燥処理を開始した直後においては、凝縮熱Ｑｃが得られないので、被乾燥物Ｄに含まれる水分を蒸発させるための蒸発熱Ｑｅとして凝縮熱Ｑｃを利用することができない。そこで、ヒートポンプ６に設けられた熱交換器を用いて、外気の熱である外気熱Ｑａを吸熱し、蒸発熱Ｑｅとして利用することができる。その後、乾燥処理の運転が安定すると、凝縮熱Ｑｃを蒸発熱Ｑｅとして利用することができ、熱効率のよい運転を行うことができる。なお、乾燥処理を開始した直後以外のときであっても、必要となる蒸発熱Ｑｅに対して凝縮熱Ｑｃが不足する場合には、外気熱Ｑａを取り込んで蒸発熱Ｑｃとして利用することもできる。
【００５１】
さらに、水蒸気を凝縮させるためにコンデンサを用いた場合、コンデンサを冷却するための冷却装置として冷却塔や単独でヒートポンプを設ける必要などが生じる。この点、真空乾燥装置Ｍ１では、水蒸気を凝縮させるにあたってコールドトラップ３を用いている。コールドトラップ３については冷却に対する要求は少ないため、別途冷却装置としてのヒートポンプを設けるなどの必要はなくなり、その分装置の簡素化を図ることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、乾燥タンクに供給される蒸発側熱媒の温度が７０℃以上の温度であるため、蒸発側熱媒の温度が７０℃未満であった場合と比べて、凝集側熱媒との温度差を大きく設定することができる。これにより、乾燥タンク１の乾燥室１１内とコールドトラップ３の凝縮用熱交換器３１内との圧力差が大きくなり、乾燥室１１内で蒸発した水分が上流側流通管４を通過して凝縮用熱交換器３１に移動するのが速くなる。また、蒸発した水分と凝集側熱媒との温度差も大きくとることができる。従って、被乾燥物Ｄの乾燥速度が高くなる。
【００５３】
また、一般に熱媒のＰＴ線図では、温度差を一定とした場合、その温度差が温度域の高い領域にあるほど圧力差が大きくなる。この観点からは、蒸発側熱媒の温度が７０℃以上という高温である本実施形態では、蒸発側熱媒と凝集側熱媒との温度差が高温域での差となるため、乾燥室１１内と凝縮用熱交換器３１内との圧力差をより大きくすることができ、真空乾燥装置Ｍ１の被乾燥物Ｄの乾燥速度が一層高いものとなる。ヒートポンプの効率は、「蒸発熱／投入電力＝Ｑｅ／ΔＴ（温度差）」となるので、温度差が同じであれば、作動温度域へのシフトに要する顕熱分を無視すれば、ほぼ同じ効率となる。その条件の下で、乾燥タンク１の乾燥室１１内とコールドトラップ３の凝縮用熱交換器３１内との圧力差が自然に大きくとることができるということは、伝熱面では圧力差＝温度差と考えると伝熱面での温度差を大きくとることができることを意味するため、蒸発速度が上昇する。また、乾燥タンク１の乾燥室１１内の温度のみを上げることで、伝熱面での温度差をさらに大きくできるため、さらに伝熱速度を上げることも可能となる。ただしこの場合、ΔＴが大きくなるため効率は低下する。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の真空乾燥装置Ｍ２が第１の実施形態の真空乾燥装置Ｍ１と異なる点は、図２に示すように、乾燥タンク１に圧力安全弁１４および情報取得手段１５が設けられている点、上流側流通管４にミストセパレータ４２が設けられている点、並びに、流量調整手段４１を備えている点である。
【００５５】
圧力安全弁１４は、乾燥室１１の上部に設けられており、乾燥室１１内と外部とを連通している。真空乾燥装置Ｍ２は、蒸発側熱媒の温度を７０℃以上で運転するため、乾燥室１１内の蒸気圧が高い。例えば蒸発側熱媒の温度が１２０℃の場合、乾燥室１１内は約２００ｋＰａとなる。０．１〜０．８ＭＰａの範囲で運転するのが通常であるところ、熱媒の種類やヒートポンプの種類にもよるが乾燥室１１内で乾燥が急激に起きて乾燥室１１が破裂しないように、圧力がこの範囲を超えた場合に圧力安全弁１４を自動的に開放する。
【００５６】
ミストセパレータ４２は、被乾燥物Ｄ由来の微粒子（例えば土の微粒子）をフィルタリングするものであり、上流側流通管４において、開閉弁７の下流側に設けられている。例えば泥水から水蒸気を蒸発させた際には、土の微粒子が飛散し、上流側流通管４や凝縮用熱交換器３１を汚染することがある。ミストセパレータ４２は、このような汚染を防止する。なお、ミストセパレータ４２は、水蒸気が冷やされて発生するミストもフィルタリングしてしまうため、水蒸気の凝縮やミストの発生を抑制することを目的として、ミストセパレータ４２とその上流側をヒーター等で加熱することが好ましい。
【００５７】
流量調整手段４１は、乾燥室１１内の状況に応じて、ヒートポンプ６の駆動に関する圧縮機および熱媒の搬送ポンプの稼働を制御する。詳細は次のとおりである。ヒートポンプ６内の圧縮機（図示せず）、および蒸発側配管６Ａ，６Ｂに蒸発側熱媒を循環させる搬送用ポンプ（図示せず）を稼動すると、乾燥室１１に熱が供給されて被乾燥物Ｄの温度が上がり、水が蒸発して凝縮用熱交換器３１に移行する。同時に凝縮用熱交換器３１では水蒸気が水に凝縮して熱が発生し、これが凝集側熱媒と熱交換されて温度が維持される。乾燥室１１内の水分が少なくなると（最終乾燥状態の手前の状態になると）、温度と圧力で状態が定まらない非平衡系となり、過熱蒸気が発生する。この過熱状態が顕著になると、ヒートポンプ６からの供給熱量を減らし、稼動出力および蒸発側熱媒の搬送用ポンプの流量を下げる必要がある。この場合、乾燥タンク１に設けられた情報取得手段１５により乾燥室１１内の温度および圧力を取得し、これから過熱状態を判断して、ヒートポンプ６および搬送用ポンプの稼動を制御する。
【００５８】
また、予期しない何らかの理由（例えば、蒸発側配管６Ａ，６Ｂの閉塞）で乾燥室１１の温度および圧力が上昇（１２０℃、２００ｋＰａ超過）した場合、圧力安全弁１４を開放するほかに、流量調整手段４１による対処も可能である。すなわち、乾燥室１１の温度および圧力を低下させるために、蒸発側熱媒による熱供給を停止し、水蒸気を凝縮用熱交換器３１に移動させることが必要となるので、蒸発側配管６Ａ，６Ｂに蒸発側熱媒を循環させる搬送用ポンプを停止する。その一方で、ヒートポンプ、および、凝縮側配管６Ｃ，６Ｄに凝縮側熱媒を循環させる搬送用ポンプ（図示せず）は稼動し、乾燥タンク１１から凝縮用熱交換器３１に水蒸気が流れてきたときに凝縮用熱交換器３１の温度および圧力が上昇することを抑制する。
【００５９】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図３は、第３の実施形態に係る真空乾燥装置の構成図である。図３に示すように、第３の実施形態に係る真空乾燥装置Ｍ３は、第１の実施形態に係る真空乾燥装置Ｍ１と比較して、真空ポンプが異なる。第１の実施形態における真空乾燥装置Ｍ１では、真空ポンプとしてオイル型真空ポンプ２を用いていた。一方、本実施形態に係る真空乾燥装置Ｍ３では、真空ポンプとして水封型真空ポンプ５０を用いている。
【００６０】
水封型真空ポンプ５０と乾燥タンク１とは、水蒸気などの気体が流通可能とされた流通管５１によって接続されている。流通管５１の先端側は、乾燥タンク１における乾燥室１１と連通しており、流通管５１の後端部は、水封型真空ポンプ５０と連通している。水封型真空ポンプ５０の吸引力は、流通管５１を介して乾燥タンク１の乾燥室１１に作用し、乾燥室１１内を減圧して、乾燥室１１内に真空状態を形成する。
【００６１】
さらに、真空乾燥装置Ｍ３は、ヒートポンプ６を備えている。ヒートポンプ６には、凝縮側低温配管６Ｃおよび凝縮側高温配管６Ｄの一端側が接続されており、凝縮側低温配管６Ｃおよび凝縮側高温配管６Ｄの他端側は、水封型真空ポンプ５０に接続されている。ヒートポンプ６は、凝縮側低温配管６Ｃを介して低温の凝縮側熱媒を水封型真空ポンプ５０に供給している。また、ヒートポンプ６は、水封型真空ポンプ５０において水蒸気が凝縮する際の凝縮熱を吸熱して高温となった凝縮側熱媒を、凝縮側高温配管６Ｄを介して受け取っている。なお、場合によっては、水封型真空ポンプ５０に対して断熱を施すこともできる。その他の構成については上記の実施形態に係る真空乾燥装置Ｍ１と同様である。
【００６２】
本実施形態に係る真空乾燥装置Ｍ３においては、上記第１の実施形態に係る真空乾燥装置Ｍ１が真空ポンプとしてオイル型真空ポンプ２を用いているのに対して、真空ポンプとして、水封型真空ポンプ５０を用いている点において異なっている。水封型真空ポンプ５０では、吸引力を発生するために封水を利用しているため、乾燥タンク１における乾燥室１１から直接空気などを吸引して、真空状態を形成している。このため、乾燥室１１から排出される水蒸気は、水封型真空ポンプ５０に直接流入し、水封型真空ポンプ５０内で封水に混入して凝縮する。
【００６３】
ここで、一般的な水封型真空ポンプでは、膨大な封水に水蒸気が混入することで水蒸気を凝縮させるが、このときの蒸発圧力は、封水の水温に依存する。このような水封型真空ポンプを用いて乾燥タンク１から水蒸気を移動させる場合、乾燥タンク１から移動してきた水蒸気が封水に混入し、水蒸気が封水と同化する。その結果、蒸発熱（＝凝縮熱）相当の熱で封水が温められ、蒸発圧力が上昇し、凝縮に要する封水の温度が上昇してしまうため、封水を冷却する冷却水が必要となることとなる。
【００６４】
この点、本実施形態に係る真空乾燥装置Ｍ３では、封水を冷却するためにヒートポンプ６から循環供給される凝縮側熱媒を利用する。水封型真空ポンプにおける昇温対策として、ヒートポンプ６から循環供給される凝縮側熱媒を用いることにより、ヒートポンプ６において凝縮側熱媒と蒸発側熱媒との間で熱交換を行うことができる。したがって、凝縮側熱媒の温度を低温に維持することができるので、水蒸気の凝縮を好適に行うことができる。
【００６５】
さらに、乾燥タンクや配管などに対して、適宜断熱部材を配設したり、加温システムを設けたりすることもできる。このような断熱部材や加温システムなどを設けることにより、乾燥タンクや配管における不適切な位置における水蒸気の凝縮の発生を防止することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…乾燥タンク、２…オイル型真空ポンプ、３…コールドトラップ、４…上流側流通管（第１の配管）、５…下流側流通管（第２の配管）、６…ヒートポンプ、６Ａ…蒸発側高温配管、６Ｂ…蒸発側低温配管、６Ｃ…凝縮側低温配管、６Ｄ…凝縮側高温配管、７…開閉弁、８…圧力調整弁、９…開放弁、１１…乾燥室、１２…加温ジャケット、１３…排出口、１４…圧力安全弁、１５…情報取得手段、２１…ポンプ本体、２２…油水分離装置、３１…凝縮用熱交換器、３２…水槽、４１…流量調整手段、４２…ミストセパレータ、５０…水封型真空ポンプ、５１…流通管Ｄ…被乾燥物、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…真空乾燥装置、Ｑａ…外気熱、Ｑｃ…凝縮熱、Ｑｅ…蒸発熱、Ｔｃ…コールドトラップ温度、Ｔｅ…乾燥室温度。
【図１】
2014228163.tif 000003
【図２】
2014228163.tif 000004
【図３】
2014228163.tif 000005