(57)【要約】      （修正有）【課題】エネルギーを回収する含水固形物乾燥装置を提供する。【解決手段】水及び熱媒ガスの顕熱を回収し、供給された含水固形物を前記回収した熱で予熱する第１のスクリューフィーダー１１と、水蒸気の潜熱を回収し、前記予熱された含水固形物を前記回収した熱で加熱し、前記含水固形物に含まれる水を蒸発させて水蒸気にする第２のスクリューフィーダー１２と、第２のスクリューフィーダー１２から供給された固形物の顕熱を熱媒ガスにより回収し、冷却して乾燥物として提供する第３のスクリューフィーダー１３と、第２のスクリューフィーダー１２から供給された水蒸気を断熱圧縮して昇温させる第１の圧縮機１４と、第３のスクリューフィーダー１３から供給された熱媒ガスを断熱圧縮して昇温させる第２の圧縮機１５とを有し、前記昇温された水蒸気と熱媒ガスを熱源として含水固形物に熱を回収する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水及び熱媒の顕熱を回収し、供給された含水固形物を前記回収した熱で加熱し、前記含水固形物に含まれる水が蒸発を始めるまで予熱する第１のスクリューフィーダーと、
水蒸気の潜熱を回収し、前記第１のスクリューフィーダーにて予熱された含水固形物を前記回収した熱で加熱し、前記含水固形物に含まれる水を蒸発させて水蒸気にする第２のスクリューフィーダーと、
前記第２のスクリューフィーダーから前記含水固形物の含む固形物が供給され、この固形物の顕熱を熱媒により回収し、固形物を冷却して乾燥物として提供する第３のスクリューフィーダーと、
前記第２のスクリューフィーダーから水蒸気が供給され、この水蒸気を断熱圧縮して昇温させる水蒸気圧縮手段と、
前記第３のスクリューフィーダーにて熱を回収した熱媒を過熱する熱媒過熱手段とを有し、
前記水蒸気圧縮手段にて昇温された水蒸気は、前記第２のスクリューフィーダー及び前記第１のスクリューフィーダーの順序で熱が回収され、前記熱媒過熱手段にて過熱された熱媒は、前記第１のスクリューフィーダーにて熱が回収される含水固形物乾燥装置。
【請求項２】
前記熱媒は気体であり、前記熱媒過熱手段は前記熱媒を断熱圧縮して昇温させる熱媒圧縮手段を有する請求項１に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項３】
前記水蒸気圧縮手段及び前記熱媒圧縮手段は圧縮比が異なる請求項２に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項４】
前記第２のスクリューフィーダーにて含まれる水が水蒸気にされた含水固形物を水蒸気と固形物に分離する固気分離手段を有し、前記第３のスクリューフィーダーには前記第２のスクリューフィーダーからこの固気分離手段を介して固形物が供給され、前記水蒸気圧縮手段には前記第２のスクリューフィーダーからこの固気分離手段を介して水蒸気が供給される請求項１に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項５】
前記第２のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物をそのシャフト管に流される水蒸気を熱源として加熱する請求項１から４のいずれか１項に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項６】
前記第１のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物をそのシャフト管に流される空気及び前記胴体を周回する管に流される水蒸気を熱源として加熱し、
前記第３のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物をそのシャフト管に流される空気にて冷却する請求項５に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項７】
前記第１のスクリューフィーダー及び前記第２のスクリューフィーダーは、同軸上の単一のスクリューフィーダーとして構成される請求項１から５のいずれか１項に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項８】
前記水蒸気圧縮手段及び前記熱媒過熱手段に代わり、前記第２のスクリューフィーダーから供給された水蒸気及び前記第３のスクリューフィーダーから供給された熱媒を合わせた混合媒体を過熱する混合媒体過熱手段を有し、
前記混合媒体過熱手段にて過熱された混合媒体は、前記第２のスクリューフィーダー及び前記第１のスクリューフィーダーの順序で熱が回収される請求項１又は２のいずれかに記載の含水固形物乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含水固形物を乾燥する含水固形物乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、汚泥、褐炭、バイオマス等の含水固形物を乾燥する乾燥装置が提供されている。図１は、従来の乾燥装置の一例としてスクリューフィーダーを示す図である。
【０００３】
スクリューフィーダーは、胴体１０１内に供給された含水固形物を格納し、シャフト１０２に形成されたスクリュー状の羽根１０３をシャフト１０２の軸周りに回転させ、含水固形物をシャフト１０２の軸方向に連続的に搬送する。同時に、スクリューフィーダーは、中空管とされたシャフト１０２を軸方向に流れる水、水蒸気、空気等の熱媒からスクリュー状の羽根１０３を介して含水固形物に熱を伝導して加熱する。加熱された含水化合物から水が蒸発して水蒸気が分離され、乾燥物が生成される。
【０００４】
スクリューフィーダーの別の形態には、スクリューフィーダーの胴体１０１を周回する管を設け、この管に熱媒を流して胴体１０１の含水固形物を乾燥させるものがあった。また、スクリューフィーダーの胴体１０１内に熱風等を供給することもあった。含水固形物から水の蒸発を促進するため、胴体１０１内を負圧に保つこともあった。
【０００５】
このような従来のスクリューフィーダーを用いた乾燥装置の一例として、下記引用文献１には、ロータリーキルンに供給された被処理物をこのロータリーキルンと連続して同軸上に設けられたスクリューフィーダーによって予熱するものが開示されている。この乾燥装置において、スクリューフィーダーによって予熱された被処理物はロータリーキルンに供給され、ロータリーキルンの外周に設けられたヒーターとロータリーキルン内に供給された過熱水蒸気によって加熱される。加熱に用いられた加熱水蒸気はスクリューフィーダーに送られ、被処理物の予熱に用いられる。この乾燥装置においては、過熱水蒸気とヒーターによる加熱に用いた熱量の一部をスクリューフィーダーにおける予熱により回収することが可能であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１２８４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来の乾燥装置においては、含水化合物の加熱に用いた熱量の回収は一部に限られていた。このため、乾燥装置のエネルギー効率には限界があった。
【０００８】
この出願に係る発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、含水固形物を乾燥するものであって、含水固形物の乾燥に供給した熱量を効率的に回収できるような含水固形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】
【０００９】
上述の課題を解決するために、この出願に係る含水固形物乾燥装置は、水及び熱媒の顕熱を回収し、供給された含水固形物を前記回収した熱で加熱し、前記含水固形物に含まれる水が蒸発を始めるまで予熱する第１のスクリューフィーダーと、水蒸気の潜熱を回収し、前記第１のスクリューフィーダーにて予熱された含水固形物を前記回収した熱で加熱し、前記含水固形物に含まれる水を蒸発させて水蒸気にする第２のスクリューフィーダーと、前記第２のスクリューフィーダーから前記含水固形物の含む固形物が供給され、この固形物の顕熱を熱媒により回収し、固形物を冷却して乾燥物として提供する第３のスクリューフィーダーと、前記第２のスクリューフィーダーから水蒸気が供給され、この水蒸気を断熱圧縮して昇温させる水蒸気圧縮手段と、前記第３のスクリューフィーダーにて熱を回収した熱媒を過熱する熱媒過熱手段とを有し、前記水蒸気圧縮手段にて昇温された水蒸気は、前記第２のスクリューフィーダー及び前記第１のスクリューフィーダーの順序で熱が回収され、前記熱媒過熱手段にて過熱された熱媒は、前記第１のスクリューフィーダーにて熱が回収される。
【００１０】
前記熱媒は気体であり、前記熱媒過熱手段は前記熱媒を断熱圧縮して昇温させる熱媒圧縮手段を有することが好ましい。前記熱媒は空気であることが好ましい。前記水蒸気圧縮手段及び前記熱媒過熱手段は圧縮比が異なることが好ましい。前記熱媒は液体であり、前記熱媒過熱手段は前記熱媒を昇温させるヒーターを有することが好ましい。前記含水固形物は、汚泥、褐炭及びバイオマスの少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００１１】
前記第２のスクリューフィーダーにて含まれる水が水蒸気にされた含水固形物を水蒸気と固形物に分離する固気分離手段を有し、前記第３のスクリューフィーダーには前記第２のスクリューフィーダーからこの固気分離手段を介して固形物が供給され、前記水蒸気圧縮手段には前記第２のスクリューフィーダーからこの固気分離手段を介して水蒸気が供給されることが好ましい。前記固気分離手段は、サイクロン機構であることが好ましい。
【００１２】
前記第２のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物をそのシャフト管に流される水蒸気を熱源として加熱することが好ましい。前記第１のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物をそのシャフト管に流される空気及び前記胴体を周回する管に流される水蒸気を熱源として加熱し、前記第３のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物をそのシャフト管を流される空気にて冷却することが好ましい。前記第１のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物をそのシャフト管に流される空気及び前記胴体を周回する管に流される水蒸気を熱源として加熱し、前記第３のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物を前記胴体内に流される空気にて冷却することが好ましい。前記第１のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物を前記胴体内に流される空気及び前記胴体を周回する管に流される水蒸気を熱源として加熱し、前記第３のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物を前記胴体内に流される空気にて冷却することが好ましい。
【００１３】
前記第１のスクリューフィーダー及び前記第２のスクリューフィーダーは、同軸上の単一のスクリューフィーダーとして構成されることが好ましい。前記第１のスクリューフィーダー及び前記第２のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物を前記胴体内に流される水蒸気及び前記胴体を周回する管に流される空気を熱源として加熱し、前記第３のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物をそのシャフト管を流される空気にて冷却することが好ましい。
【００１４】
前記水蒸気圧縮手段及び前記熱媒過熱手段に代わり、前記第２のスクリューフィーダーから供給された水蒸気及び前記第３のスクリューフィーダーから供給された熱媒を合わせた混合媒体を過熱する混合媒体過熱手段を有し、前記混合媒体過熱手段にて過熱された混合媒体は、前記第２のスクリューフィーダー及び前記第１のスクリューフィーダーの順序で熱が回収されることが好ましい。前記第１のスクリューフィーダー及び前記第２のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物をそのシャフト管に流される混合媒体を熱源として加熱し、前記第３のスクリューフィーダーは、その胴体内に供給された含水固形物をそのシャフト管に流される空気にて冷却することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
この出願に係る発明によると、含水固形物を乾燥させる際に供給する熱量を効率的に回収して再生することにより、エネルギー効率を向上させ、消費するエネルギーを低減することができる。また、エネルギーを効率的に回収できるため、ポンプ等により胴体内を負圧に保って含水固形物からの水の蒸発を促進する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の乾燥装置の一例としてスクリューフィーダーを示す図である。
【図２】本実施の形態の乾燥装置を示す図である。
【図３】乾燥装置における乾燥プロセスを示す図である。
【図４】乾燥プロセスにおける熱回収を説明する図である。
【図５】水と固形物のＴ−Ｑ線図である。
【図６】乾燥装置の第１の変形例を示す図である。
【図７】乾燥装置の第２の変形例を示す図である。
【図８】乾燥装置の第３の変形例を示す図である。
【図９】乾燥装置の第４の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明に係る含水固形物乾燥装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（乾燥装置）
図２は、本実施の形態の乾燥装置の構成を示す図である。本実施の形態の乾燥装置は、含水固形物を乾燥物にするものであって、その過程において含水固形物に供給した潜熱と顕熱をともに回収して再生することにより、エネルギー効率を高めるものである。
【００１９】
この乾燥装置で処理する含水固形物には、汚泥、褐炭、バイオマスが含まれ、バイオマスには麦、ゴマ、米が含まれるが、これらに限定されない。また、以下の乾燥装置等の説明において、構成要素等に関連して温度を例示するが、これらの温度は一例を示すものであって、これらに限定されるものではない。
【００２０】
この乾燥装置は、原料として供給された含水固形物を予熱する第１のスクリューフィーダー１１、第１のスクリューフィーダー１１で予熱された含水固形物に含まれる水を蒸発させる第２のスクリューフィーダー１２、第２のスクリューフィーダー１２から供給された含水固形物から熱を回収する第３のスクリューフィーダー１３を有している。
【００２１】
また、この乾燥装置は、第２のスクリューフィーダー１２から供給された水蒸気を断熱圧縮により昇温して第２のスクリューフィーダー１２、第１のスクリューフィーダー１１の順序で供給する第１の圧縮機１４、第３のスクリューフィーダー１３の冷却に用いられた空気を断熱圧縮により昇温して第１のスクリューフィーダー１１に供給する第２の圧縮機１５を有している。
【００２２】
第１のスクリューフィーダー１１において、供給された１１０℃の空気はシャフト管中を流され、１１０℃の水蒸気はこの第１のスクリューフィーダー１１の胴体を周回する水管を流されている。この第１のスクリューフィーダー１１に供給された３０℃の含水固形物は、１１０℃の空気と同じく１１０℃の水蒸気を熱源として吸熱し、１００℃まで昇温され、空気は放熱して４０℃まで降温され、水蒸気も同じく４０℃まで降温され凝縮水とされる。
【００２３】
第１のスクリューフィーダー１１にて１００℃まで昇温された含水固形物は第２のスクリューフィーダー１２に供給され、含水固形物は１１０℃の水蒸気を熱源として吸熱し、含水固形物の含む水は蒸発して水蒸気にされる。
【００２４】
第２のスクリューフィーダー１２から供給された１００℃の水蒸気は、第１の圧縮機１４にて断熱圧縮により１１０℃まで昇温される。この水蒸気は、第２のスクリューフィーダー１２にて１１０℃の温度を維持しつつ放熱し、第１のスクリューフィーダー７１にて放熱して４０℃まで降温され凝縮水とされる。
【００２５】
第２のスクリューフィーダー１２から供給された１００℃の含水固形物は、第３のスクリューフィーダー１３において、３０℃の空気と熱交換し、放熱して４０℃まで降温され、乾燥物として提供される。
【００２６】
第３のスクリューフィーダー１３において、３０℃の空気は吸熱して９０℃まで昇温され、第２の圧縮機１５にて断熱圧縮により１１０℃まで昇温され、第１のスクリューフィーダー１１にて放熱して４０℃まで降温される。
【００２７】
（乾燥プロセス）
図３は、乾燥装置における乾燥プロセスを説明する図である。第１のスクリューフィーダー１１におけるプロセスは、予熱部２０に対応している。この予熱部２０は、供給された水と熱媒から顕熱を回収し、回収した熱量を用いて含水固形物を加熱する。
【００２８】
この予熱部２０は、便宜上、室温で供給された含水固形物の一部を水によって予熱する第１の熱交換器２１と、含水固形物の残りを熱媒ガスによって予熱する第２の熱交換器２２を有している。本実施の形態の乾燥装置においては、これら第１の熱交換器２１と第２の熱交換器２２は、単一の第１のスクリューフィーダー１１において実現されている。本実施の形態においては熱媒ガスとして空気を採用しているが、これに限定されない。熱媒ガスに代えて熱媒液体を採用することもできる。
【００２９】
第２のスクリューフィーダー１２におけるプロセスは、蒸発部３０に対応している。この蒸発部３０は、予熱部２０によって予熱された含水固形物が供給され、この含水固形物に含まれる水を蒸発させて水蒸気にする。この蒸発部３０は、供給された水蒸気から潜熱を回収し、回収した熱量を用いて含水固形物を加熱している。この蒸発部３０は、含水固形物を水蒸気によって加熱する第３の熱交換器３１を有し、この第３の熱交換器３１は第２のスクリューフィーダー１２によって実現されている。
【００３０】
蒸発部３０にて含んだ水が蒸発された含水固形物は、固気分離機６１に供給され、この含水固形物の含む固形物を水蒸気から分離する。この固気分離機６１にはサイクロン機構を採用することができるが、これに限定されない。
【００３１】
ここで、蒸発部３０から供給された含水固形物は固形物と水蒸気となり、分離は容易である。したがって、本実施の形態の乾燥装置においては、固気分離機６１を介することなく蒸発部３０から固形物と水蒸気を直接供給している。以下では、プロセスの説明の便宜上、蒸発部３０から供給された含水固形物は、固気分離機６１によって固形物と水蒸気に分離されるものとする。
【００３２】
第３のスクリューフィーダー１３におけるプロセスは、固気分離機６１にて分離された固形物が供給され、この固形物を冷却して乾燥物として提供する熱回収部４０に対応している。この熱回収部４０は、固形物の顕熱を回収し、回収した熱量を用いて室温で供給された熱媒ガスを加熱している。この熱回収部４０は、固形物を熱媒ガスによって冷却する第４の熱交換器４１を有し、この第４の熱交換器４１は第３のスクリューフィーダー１３によって実現されている。
【００３３】
第２の圧縮機１５におけるプロセスは、熱回収部４０から熱媒ガスが供給され、この媒体ガスを過熱する熱媒過熱部５０に対応している。熱媒過熱部５０は、熱媒ガスを断熱圧縮して昇温させる熱媒圧縮機５１を有し、この熱媒圧縮機５１は第２の圧縮機１５によって実現されている。熱媒過熱部５０から供給された熱媒ガスは、予熱部２０の第２の熱交換器２２に熱源として供給され熱が回収される。
【００３４】
第１の圧縮機１４は、固気分離機６１から水蒸気が供給され、この水蒸気を断熱圧縮して昇温させる水蒸気圧縮機６２に対応している。水蒸気圧縮機６２から供給された熱媒ガスは、蒸発部３０の第３の熱交換器３１、予熱部２０の第１の熱交換器２１の順序で熱源として供給され熱が回収される。
【００３５】
図４は、乾燥プロセスにおける熱回収の原理を説明する図である。図４（Ａ）のブロック図は乾燥プロセスを熱交換器１０１、主プロセス１０３、圧縮機１０６を有するシステムに簡略化して説明するものである。なお、この図４では簡単のために顕熱のみを示すが、実際には含水固形物に含まれる水に由来する潜熱を考慮する必要がある。
【００３６】
ここで、本実施の形態の乾燥プロセスの構成において、予熱部２０、蒸発部３０及び熱回収部４０が熱交換器１０１に対応している。また、固気分離機６１等が主プロセス１０３に対応し、熱媒過熱部５０、水蒸気圧縮機６２が圧縮機１０６に対応している。
【００３７】
このようなシステムにおいて、図４（Ａ）のＴ−Ｑ線図に示すように、乾燥プロセスに供給された対象物は、熱交換器１０１にて経路１に沿って吸熱して昇温され、主プロセス１０３を経て圧縮機１０６にて経路２に沿って断熱圧縮により昇温され、再び熱交換器１０１にて経路３に沿って放熱して降温される。
【００３８】
このシステムにおいては、経路２の断熱圧縮によって、Ｔ−Ｑ線図上で対象物が吸熱する経路１と対象物が放熱する経路３の間に一定の温度差が確保されている。したがって、熱交換器１０１において熱が移動させることにより、経路１に沿って対象物が吸熱した熱量は、経路３に沿った放熱によってすべて回収することができる。
【００３９】
なお、図４（Ａ）のブロック図に示した膨張機１０７は、図３に示した乾燥プロセスの構成において予熱部２０における熱媒ガスの排出路に設置することができる。このような膨張機１０７は、予熱部２０から排出された熱媒ガスを断熱膨張させて仕事させることにより、断熱圧縮に費やしたエネルギーの一部を回収することができる。
【００４０】
図４（Ｂ）は参考例として従来の熱回収を説明する図である。従来の熱回収は、熱交換器１０１、加熱器１０２、主プロセス１０３、冷却器１０４を有するシステムにおいて、Ｔ−Ｑ線図上で対象物が吸熱する経路１と放熱する経路３の間に一定の温度差を確保できるのは一部の領域に限られていた。このため、熱交換器１０１においては、経路３に沿った放熱によって回収することができる熱量は、経路１に沿って対象物が吸熱した熱量の一部のみに限られ、エネルギー効率には限界があった。
【００４１】
図５は、水と固形物のＴ−Ｑ線図を示す図である。図５（Ａ）に示す水のＴ−Ｑ線図は、蒸発に相当する平坦な領域を有する点において図５（Ｂ）に示す固形物のＴ−Ｑ線図と相違している。これら水と固形物を対象物としたＴ−Ｑ線図は、図４（Ａ）における対象物が吸熱する経路１と放熱する経路３に対応させることができる。
【００４２】
図５（Ａ）に示すように、対象物が水の場合は、水が蒸発を続ける間、供給された熱量は潜熱として寄与し、熱量の増加に関わらず対象物の温度は一定に保たれる。一方、予熱と過熱においては、供給された熱量は顕熱として寄与し、熱量の増加に応じて対象物の温度は上昇する。図５（Ｂ）に示すように、対象物が固形物の場合は、対象物に供給された熱量は顕熱として寄与し、熱量の増加に応じて対象物の温度は上昇する。
【００４３】
図３に示した乾燥プロセスにおいては、図４（Ａ）に示した乾燥プロセスの自己熱再生の基本的なシステムに基づいて、図５（Ａ）に示した水のＴ−Ｑ線図の予熱と蒸発の各領域に対応するように、予熱部２０と蒸発部３０が設けられている。また、含水固形物の含む固形物は断熱圧縮により昇温させることが難しいので、固形物の熱を回収するために熱媒ガスが導入され、熱回収部４０が設けられている。
【００４４】
このような乾燥プロセスに供給された３０℃の含水固形物は、予熱部２０において、含んでいる水を蒸発させるために予熱される。この予熱部２０において含水固形物に供給された熱は、含水固形物の含む水と固形物の両方を対象物として顕熱として寄与し、その温度を上昇させる。なお、含水固形物の含む水について、この予熱部２０は図５（Ａ）の水のＴ−Ｑ線図における予熱の領域に対応している。
【００４５】
予熱部２０においては、含水固形物の一部が第１の熱交換器２１に供給され、残りが第２の熱交換器２２に供給される。なお、本実施の形態の乾燥装置においては、これらは単一の第１のスクリューフィーダー１１に実現されている。
【００４６】
第１の熱交換器２１において、供給された３０℃の含水固形物は１１０℃の水蒸気を熱源として吸熱し、１００℃まで昇温され、水蒸気は放熱して４０℃まで降温され凝縮水になる。第２の熱交換器２２においては、同じく供給された３０℃の含水固形物は１１０℃の熱媒ガスを熱源として吸熱して１００℃まで昇温され、媒体ガスは放熱して４０℃まで降温される。
【００４７】
予熱部２０にて１００℃まで昇温された含水固形物は蒸発部３０に供給される。この蒸発部３０の第３の熱交換器３１において、含水固形物は１１０℃の水蒸気を熱源として潜熱に相当する熱量を吸熱し、含水固形物の含む水は蒸発して水蒸気にされる。水蒸気はこの潜熱に相当する熱量を放熱する。
【００４８】
この蒸発部３０では、水の蒸発により潜熱が吸収され、含水固形物に含まれる水が蒸発を続ける間、含水固形物の温度は１００℃に保たれる。含水固形物の含む水について、この蒸発部３０は、図５（Ａ）の水のＴ−Ｑ線図における蒸発の領域に対応している。
【００４９】
蒸発部３０にて含んだ水が蒸発して水蒸気にされた含水固形物は、固気分離機６１にて固形物と水蒸気に分離される。そして、固形物は熱回収部４０に供給され、水蒸気は水蒸気圧縮機６２に供給される。この固気分離機６１において、供給された１００℃の含水固形物は、温度が保たれたまま１００℃の固形物と１００℃の水蒸気に分離される。
【００５０】
固気分離機６１から供給された１００℃の固形物は、熱回収部４０の第４の熱交換機４１にて冷却される。この熱回収部４０は、固形物を対象物としてその顕熱を回収している。第４の熱交換器４１において、供給された１００℃の固形物は３０℃の熱媒ガスを熱源として放熱し、４０℃まで降温され、熱媒ガスは９０℃まで昇温される。第４の熱交換器４１にて冷却された固形物は、乾燥物として提供される。
【００５１】
熱回収部４０にて９０℃まで昇温された熱媒ガスは熱媒過熱部５０に供給され、熱媒圧縮機５１にて断熱圧縮される。熱媒圧縮機５１には９０℃の熱媒ガスが供給され、この熱媒ガスは断熱的な圧縮により１１０℃まで昇温される。この熱媒圧縮機５１は、図４（Ａ）の断熱圧縮の経路２に相当するものである。なお、媒体ガスに代えて媒体液体を採用する場合には断熱圧縮は困難であるので、媒体液体を昇温させるために例えばヒーターを採用することができる。
【００５２】
熱媒過熱部５０にて１１０℃まで加熱された熱媒ガスは、予熱部２０の第２の熱交換器２２にて放熱して４０℃に降温して排出される。
【００５３】
固気分離機６１から供給された１００℃の水蒸気は、水蒸気圧縮機６２にて断熱圧縮により１１０℃まで昇温される。この水蒸気圧縮機６２は、図４（Ａ）の断熱圧縮の経路２に相当するものである。水蒸気圧縮機６２にて１１０℃まで過熱された水蒸気は、蒸発部３０の第３の熱交換器３１にて１１０℃の温度を維持しつつ放熱し、さらに予熱部２０の第１の熱交換器２１にて放熱して４０℃まで降温され、凝縮水として排出される。
【００５４】
この乾燥プロセスにおいて、第１の熱交換器２１及び第３の熱交換器３１にて水又は水蒸気を熱源として含水固形物に供給された熱量は、含水固形物から熱源となる水蒸気に全量回収されている。回収された熱量は、これら第１の熱交換器２１及び第３の熱交換器３１において、水蒸気を熱源として含水固形物に供給され再利用されている。このような水についての自己熱再生のサイクルは、含水固形物から分離された水蒸気を断熱圧縮により昇温させ還流することにより実現されている。
【００５５】
また、第２の熱交換器２２及び第４の熱交換器４１にて熱媒ガスを熱源として含水固形物に供給された熱量は、含水固形物から熱媒ガスに全量回収されている。回収された熱量は、第２の熱交換器２２及び第４の熱交換器４１に熱源の熱媒ガスから供給され再利用されている。このような固形物についての自己熱再生のサイクルは、含水固形物から分離された媒体ガスを断熱圧縮により昇温させて還流することによって実現されている。
【００５６】
このように、この乾燥プロセスは、含水固形物に供給した熱量をすべて回収して再生するような自己熱再生サイクルを形成するものである。したがって、この乾燥プロセスは、含水固形物の加熱ために熱量の供給を続ける必要がなく、高いエネルギー効率を達成することができる。
【００５７】
また、この乾燥プロセスは、熱源となる水蒸気を水蒸気圧縮機６２にて断熱圧縮し、同じく熱源となる熱媒ガスを熱媒圧縮機５１にて断熱圧縮している。水蒸気と熱媒ガスでは必要な温度まで昇温させるために必要な断熱圧縮の圧縮比が異なるので、このように水蒸気と熱媒ガスについて個別の圧縮機を設けることにより、水蒸気と熱媒ガスのそれぞれについて適正な圧縮比にて断熱圧縮することができる。したがって、水蒸気と熱媒ガスのそれぞれについて適正な断熱圧縮を行うことにより、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【００５８】
この乾燥プロセスにおいては、図５（Ａ）の水のＴ−Ｑ線図に対応するように、予熱部２０において水の顕熱について、蒸発部３０においては水の潜熱について含水固形物に対して熱の供給と回収を行っている。このように、この乾燥プロセスにおいては、含水化合物の含む水に対して、Ｔ−Ｑ線図における予熱と蒸発の各領域に対応して熱の供給と回収を行うことにより、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【００５９】
（第１の変形例）
図６は、乾燥装置の第１の変形例を示す図である。この乾燥装置は、供給された含水固形物を予熱するとともに含水固形物に含まれる水分を蒸発させる第１のスクリューフィーダー８１、第１のスクリューフィーダー８１から供給された含水固形物から熱を回収する第２のスクリューフィーダー８２を有している。ここで、第１のスクリューフィーダー８１は、含水固形物を予熱する前段８１ａと含水固形物の含む水を蒸発させる後段８１ｂを有している。
【００６０】
また、この乾燥装置は、第１のスクリューフィーダー８１から供給された水蒸気を断熱圧縮により昇温させて元の第１のスクリューフィーダー８１に供給する第１の圧縮機８４、第２のスクリューフィーダー８２にて冷却に用いられた空気を断熱圧縮により昇温させて第１のスクリューフィーダー８１に供給する第２の圧縮機８５を有している。
【００６１】
第１のスクリューフィーダー８１において、供給された１１０℃の水蒸気はシャフト管中を流され、１１０℃の空気はこの第１のスクリューフィーダー８１の胴体を周回する管を流されている。これら水蒸気と空気は、この第１のスクリューフィーダー８１の後段８１ｂから前段８１ａの順序で流されている。
【００６２】
この第１のスクリューフィーダー８１の前段８１ａにおいて、供給された３０℃の含水固形物は、空気と１１０℃の水蒸気を熱源として吸熱し、１００℃まで昇温され、空気は放熱して４０℃に降温され、水蒸気も同じく４０℃まで降温され凝縮水とされる。
【００６３】
第１のスクリューフィーダー８１の前段８１ａにて１００℃まで昇温された含水固形物は第１のスクリューフィーダー８１の後段８１ｂに供給され、含水固形物は１１０℃の水蒸気と同じく１１０℃の空気を熱源として吸熱し、含水固形物の含む水は蒸発して水蒸気にされる。
【００６４】
第１のスクリューフィーダー８１から供給された１００℃の含水固形物は、第２のスクリューフィーダー８２において、３０℃の空気を熱源として放熱し、４０℃まで降温され、乾燥物として提供される。
【００６５】
一方、第１のスクリューフィーダー８１から供給された１００℃の水蒸気は、第１の圧縮機８４による断熱圧縮により１１０℃まで昇温される。この水蒸気は、第１のスクリューフィーダー８１の後段８１ｂにて１１０℃の温度を維持しつつ放熱し、さらに、第１のスクリューフィーダー８１の前段８１ａにて放熱し、４０℃まで降温されて凝縮水にされる。
【００６６】
第２のスクリューフィーダー８２において、３０℃の空気は吸熱し、９０℃まで昇温され、第２の圧縮機８５にて断熱圧縮により１１０℃まで昇温される。第２の圧縮機８５にて１１０℃まで昇温された空気は、第１のスクリューフィーダー８１の後段８１ｂにて放熱し、さらに、第１のスクリューフィーダー８１の前段８１ａにて放熱し、４０℃まで降温される。
【００６７】
この第１の変形例の乾燥装置は、含水固形物の予熱と含水固形物の含む水の蒸発を第１のスクリューフィーダー８１の前段８１ａと後段８１ｂで連続して実行している。したがって、含水固形物の予熱の工程から含水固形物の含む水の蒸発の工程に含水固形物を同じ軸上で連続して移動させることにより供給することができ、含水固形物の搬送を容易にすることができる。また、予熱部と蒸発部を別個に設ける必要がなくなるので、構成が簡易化され、設備のコストも低減される。
【００６８】
（第２の変形例）
図７は、乾燥装置の第２の変形例を示す図である。この乾燥装置は、供給された含水固形物の含水固形物を予熱する第１のスクリューフィーダー９１、第１のスクリューフィーダー９１にて予熱された含水固形物に含まれる水を蒸発させる第２のスクリューフィーダー９２、第２のスクリューフィーダー９２から供給された含水固形物から熱を回収する第３のスクリューフィーダー９３を有している。
【００６９】
また、この乾燥装置は、第２のスクリューフィーダー９２から供給された水蒸気と第３のスクリューフィーダー９３の冷却に用いられた空気を合わせた混合熱媒を断熱圧縮により昇温させ、第２のスクリューフィーダー９２、第１のスクリューフィーダー９１の順序で供給する圧縮機９５を有している。
【００７０】
第１のスクリューフィーダー９１において、供給された３０℃の含水固形物は１１０℃の混合熱媒を熱源として吸熱し、１００℃まで昇温され、混合熱媒は放熱して４０℃まで降温され、混合熱媒に含まれる水蒸気は凝縮水とされる。
【００７１】
第１のスクリューフィーダー９１にて１００℃まで昇温された含水固形物は第２のスクリューフィーダー９２に供給され、含水固形物は１１０℃の混合熱媒を熱源として吸熱し、含水固形物の含む水は蒸発して水蒸気にされる。
【００７２】
第２のスクリューフィーダー９２からの１００℃の含水固形物は第３のスクリューフィーダー９３に供給され、３０℃の空気を熱源として４０℃まで降温され、乾燥物として提供され、空気は９０℃まで昇温される。
【００７３】
一方、第２のスクリューフィーダー９２から供給された１００℃の水蒸気は、第３のスクリューフィーダー９３にて吸熱した９０℃の空気と混合されて混合熱媒とされ、圧縮機９５にて断熱圧縮により１１０℃まで昇温される。この混合熱媒は、第２のスクリューフィーダー９２にて１１０℃の温度を維持しつつ放熱し、さらに、第１のスクリューフィーダー９１にて放熱し、４０℃まで降温され、混合触媒に含まれる水蒸気は凝縮水にされる。
【００７４】
この第２の変形例の乾燥装置は、水蒸気と空気の混合熱媒を単一の圧縮機９５により断熱圧縮している。このため、水蒸気と空気について個別に流路を設ける必要がなく、また単一の圧縮機にて足りるので、構成が簡易化され、設備のコストも低減される。
【００７５】
（第３の変形例）
図８は、乾燥装置の第３の変形例を示す図である。この乾燥装置は、供給された含水固形物の含水固形物を予熱する第１のスクリューフィーダー１１１、第１のスクリューフィーダー１１１にて予熱された含水固形物に含まれる水を蒸発させる第２のスクリューフィーダー１１２、第２のスクリューフィーダー１１２から供給された含水固形物から熱を回収する第３のスクリューフィーダー１１３を有している。
【００７６】
また、この乾燥装置は、第２のスクリューフィーダー１１２から供給された水蒸気を断熱圧縮により昇温させて元の第２のスクリューフィーダー１１２、第１のスクリューフィーダー１１１の順序で供給する第１の圧縮機１１４、第３のスクリューフィーダー１１３にて冷却に用いられた空気を断熱圧縮により昇温させて第１のスクリューフィーダー１１１に供給する第２の圧縮機１１５を有している。
【００７７】
第１のスクリューフィーダー１１１において、供給された１１０℃の空気はシャフト管中を流され、１１０℃の水蒸気はこの第１のスクリューフィーダー１１１の胴体を周回する管を流されている。
【００７８】
第１のスクリューフィーダー１１１において、供給された３０℃の含水固形物は１１０℃の空気と水蒸気を熱源として吸熱し、１００℃まで昇温され、空気と水蒸気は放熱して４０℃まで降温され、水蒸気は凝縮水とされる。
【００７９】
第１のスクリューフィーダー１１１にて１００℃まで昇温された含水固形物は第２のスクリューフィーダー１１２に供給され、含水固形物は１１０℃の水蒸気を熱源として吸熱し、含水固形物の含む水は蒸発して水蒸気にされる。
【００８０】
第３のスクリューフィーダー１１３において、供給された３０℃の空気はスクリューフィーダーの胴体内を流されている。胴体内を流される空気は、含水固形物と直接接触して熱交換する。
【００８１】
第２のスクリューフィーダー１１２からの１００℃の含水固形物は第３のスクリューフィーダー１１３に供給され、３０℃の空気と熱交換して４０℃まで降温され、乾燥物として提供され、空気は９０℃まで昇温される。
【００８２】
一方、第２のスクリューフィーダー１１２から供給された１００℃の水蒸気は、第１の圧縮機１１４による断熱圧縮により１１０℃まで昇温される。この水蒸気は、第２のスクリューフィーダー１１２にて１１０℃の温度を維持しつつ放熱し、さらに、第１のスクリューフィーダー１１１にて放熱し、４０℃まで降温されて凝縮水にされる。
【００８３】
第３のスクリューフィーダー１１３において、３０℃の空気は吸熱し、９０℃まで昇温され、第２の圧縮機１１５にて断熱圧縮により１１０℃まで昇温される。第２の圧縮機１１５にて１１０℃まで昇温された空気は、第１のスクリューフィーダー１１１にて放熱し、４０℃まで降温される。
【００８４】
この第３の変形例の乾燥装置は、第３のスクリューフィーダー１１３にて含水固形物と空気が直接接触することにより熱交換している。したがって、第３のスクリューフィーダー１１３の熱交換の効率が高まり、小型化を図ることができる。
【００８５】
（第４の変形例）
図９は、乾燥装置の第４の変形例を示す図である。この乾燥装置は、供給された含水固形物を予熱する第１のスクリューフィーダー１２１、第１のスクリューフィーダー１２１にて予熱された含水固形物に含まれる水を蒸発させる第２のスクリューフィーダー１２２、第２のスクリューフィーダー１２２から供給された含水固形物から熱を回収する第３のスクリューフィーダー１２３を有している。
【００８６】
また、この乾燥装置は、第２のスクリューフィーダー１２２から供給された水蒸気を断熱圧縮により昇温させて元の第２のスクリューフィーダー１２２、第１のスクリューフィーダー１２１の順序で供給する第１の圧縮機１２４、第３のスクリューフィーダー１２３にて冷却に用いられた空気を断熱圧縮により昇温させて第１のスクリューフィーダー１２１に供給する第２の圧縮機１２５を有している。
【００８７】
第１のスクリューフィーダー１２１において、供給された１１０℃の空気はスクリューフィーダーの胴体内を流され、１１０℃の水蒸気はこの第１のスクリューフィーダー１１１の胴体を周回する管を流されている。胴体内を流される空気は、含水固形物と直接接触して熱交換する。
【００８８】
第１のスクリューフィーダー１２１において、供給された３０℃の含水固形物は１１０℃の空気と水蒸気を熱源として吸熱し、１００℃まで昇温され、空気と水蒸気は放熱して４０℃まで降温され、水蒸気は凝縮水とされる。ここで、この第１スクリューフィーダー１２１において含水固形物から蒸発した水蒸気も空気とともに排出される。
【００８９】
第１のスクリューフィーダー１２１にて１００℃まで昇温された含水固形物は第２のスクリューフィーダー１２２に供給され、含水固形物は１１０℃の水蒸気を熱源として吸熱し、含水固形物の含む水は蒸発して水蒸気にされる。
【００９０】
第３のスクリューフィーダー１２３において、供給された空気はスクリューフィーダーの胴体内を流されている。胴体内を流れる空気は、含水固形物と直接接触して熱交換する。
【００９１】
第２のスクリューフィーダー１２２からの１００℃の含水固形物は第３のスクリューフィーダー１２３に供給され、３０℃の空気と熱交換して４０℃まで降温され、乾燥物として提供され、空気は９０℃まで昇温される。
【００９２】
一方、第２のスクリューフィーダー１２２から供給された１００℃の水蒸気は、第１の圧縮機１２４による断熱圧縮により１１０℃まで昇温される。この水蒸気は、第２のスクリューフィーダー１２２にて１１０℃の温度を維持しつつ放熱し、さらに、第１のスクリューフィーダー１２１にて放熱し、４０℃まで降温されて凝縮水にされる。
【００９３】
第３のスクリューフィーダー１２３において、３０℃の空気は吸熱し、９０℃まで昇温され、第２の圧縮機１２５にて断熱圧縮により１１０℃まで昇温される。第２の圧縮機１１２５にて１１０℃まで昇温された空気は、第１のスクリューフィーダー１２１にて放熱し、４０℃まで降温される。ここで、第１のスクリューフィーダー１２１に供給された空気は、この第１スクリューフィーダー１２１において含水固形物から蒸発した水蒸気とともに排出される。
【００９４】
この第４の変形例の乾燥装置は、第１のスクリューフィーダー１１１と第３のスクリューフィーダー１１３の両方にて含水固形物と空気が直接接触することにより熱交換している。したがって、第１のスクリューフィーダー１２１と第３のスクリューフィーダー１２３の熱交換の効率が高まり、小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
この出願に係る発明は、汚泥の乾燥、褐炭の乾燥、バイオマスの乾燥に利用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
２０  予熱部
３０  蒸発部
４０  熱回収部
５０  熱媒過熱部
５１  熱媒圧縮機
６１  固気分離機
６２  水蒸気圧縮機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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