(57)【要約】  本発明は異なった材料の除湿、乾燥等の方法及び装置に関する。本発明は第1に下水スラッジ（７）の除湿のために開発されたが、しかし乾燥パンやパスタのような食材を含む異なった材料に使用することができる。スラッジ（７）や他の材料は熱放射線によってチャンバー（１）内で除湿又は乾燥される。前記熱放射線は熱放射用の１以上のエレメント（２）によって得られる。前記熱放射線は水が放射線エネルギーの吸収のピークを有する１以上の特定の波長領域に集中して放射される。空気は前記チャンバー（１）内で循環し、材料から気化した水分を取り去る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱放射線が、水が放射線エネルギーの吸収率のピークを有する１以上の特定の波長領域に集中して使用され、空気がチャンバー（１）内で循環されて材料から気化した水分を取り去ることを特徴とする、乾燥チャンバー（１）内の異なった材料の除湿、乾燥等の方法。
【請求項２】
少なくとも１つのエレメント（２）が前記乾燥チャンバー内に配置され、熱放射線を放射し、熱放射線は水が約1,000 ｃｍ-1より大きい吸収係数を持つ波長領域に集中して放射され、他の波長領域では前記熱放射線は減少させられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱放射線が約６から７μｍ及び約１０から２０μｍの波長領域に集中されており、これに対して中間領域すなわち約７から１０μｍの熱放射線は減少させられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記材料の及び／又は前記チャンバー（１）の水分比率及び／又は温度が監視されていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記材料の及び／又は前記チャンバーの水分比率が、１以上の計器（６，９）によって監視されていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記材料の及び／又は前記チャンバーの水分比率が、重量計測器（１０）により監視されており、チャンバー（１）の総重量が監視されていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記チャンバーの空気がファン（４）により循環され、空気入口（１６）が前記チャンバー（１）の一方の端に配置され、空気出口（１７）が前記チャンバーの反対側の端に設置され、前記空気は前記チャンバー（１）の一方の端から反対側の端へ行く導管（３）によって再循環されており、熱交換器（１８）が前記導管（３）の中に設置され、１以上のダンパー（１１）が空気を前記チャンバー（１）から排出するように配置されており、及び／又は凝縮器（８）が前記チャンバー（１）に配置されていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
除湿等される前記材料が、前記チャンバー（１）内のコンベヤーベルト（１３）上に受けられることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
除湿される材料が、１以上の運搬台上に受けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記熱放射が前記チャンバー（１）の内側及び前記コンベヤーベルト（１３）の表面上又は材料を受ける運搬台の表面上の高反射材料で反射されることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
下水スラッジ（７）の除湿及び／又は消毒に使用されることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
下水スラッジ（７）が、除湿サイクル中に７０から１２０℃の間の範囲内の一定温度に保たれていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
リサイクルのエコロジカルなシステムの一部として使用されることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
乾燥パン(crispbread)やパスタのような食材の乾燥に使用されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
熱放射線の放射用に配置した少なくとも１つのエレメント（２）を含む乾燥チャンバー（１）を備え、ファン（４）が前記乾燥チャンバー内の空気の循環用に備えられ、計器（５，６，９)が前記チャンバー（１）の温度及び／又は水分比率の検出用及び／又は除湿、乾燥等される前記材料の温度及び／又は水分比率の検出用に備えられ、制御システム（ＰＬＣシステム）が計器（５，６，９）から受けた信号に応答して前記エレメント（２）と前記ファン（４）の制御をするために備えられていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載した方法により除湿、乾燥等をする装置。
【請求項１６】
前記エレメント（２）がラック（１２）に設置されており、当該ラック（１２）は高反射率の表面を有することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記乾燥チャンバー（１）が内部が高反射率の材料で作られ、又は高反射率の材料で被覆されているチャンバーからなり、前記乾燥チャンバー（１）が空気入口（１６）と空気出口（１７）を備え、ファンシステム（４）を備え、熱交換器（１８）を有して前記チャンバー（１）の空気を再循環させる導管（３）と１以上の換気ダンパー（１４）を備え、計器（９，１０）が前記乾燥チャンバー（１）内の温度と空気の湿度を検出するために備えられ、計器（２７）が木材の重量を検出するために備えられ、全ての計器（７から１０、２７）からの信号が計算と制御装置（１２）のために伝送されることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
コンベヤーベルト（１３）及び／又は凝縮器（８）が前記チャンバー（１）の内部に設置されていることを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
各エレメント（２）がチューブ（１７）等で囲まれた電気抵抗器（１５）を備え、及び／又は前記電気抵抗器（１５）を囲む部分が好ましい放射線スペクトルを与える性質を持った材料でできていることを特徴とする請求項１５から請求項１８のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は様々な異なったタイプの材料の除湿、乾燥等の方法及び装置に関する。除湿等の対象となる物質は下水のスラッジや、顔料や、食材や、人体の部分や動物の部分などの化学物質と有機物質とすることができる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は熱放射を利用するという概念に基づく。
【０００３】
熱放射は２つの物体間でエネルギーを移動させるのに何の媒体も必要としないという特性を有する。これは地球に伝達される太陽のエネルギーにたとえることができる。
【０００４】
比較的短い波長の放射線は除湿、乾燥等される材料の表面層の開口に浸透する。これらの開口を通った放射線は水蒸気分子から水蒸気分子へと多数回反射される。もし前記水蒸気が十分吸収能力があれば、放射線の一部が材料の表面分子構造の開口を通って外へ出る可能性は低い。そこで前記材料は黒い表面となるであろう。
【０００５】
上述のプロセスは「空洞放射（radiation of void)」と呼ばれ、このように表面構造の開口より短い波長を有する放射線に対して適用される。除湿される材料の分子構造の小開口に起因して、前記放射線は等方性すなわち全ての方向に対して強度が同一である。
【０００６】
除湿される材料で空隙を有するものの内部においては、前記放射線はキルヒホッフの法則によって記述されるスペクトル分布を有する。
【数１】
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そして全強度に関してはステファン‐ボルツマンの法則に従う。
【数２】
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本発明は主として下水スラッジの除湿、消毒又は乾燥のような処理のために開発されたが、しかし、この発明の属する技術分野における通常の知識を有する者ならば本発明が多くの異なった材料に使用できることを理解するであろう。
【０００７】
本発明はまた食材の除湿や乾燥にも適している。食材で適しているものは、乾燥パン(crispbread)やパスタなどである。
【０００８】
記述を簡単にするために本発明は例として下水のスラッジについて主に記述する。現在の下水スラッジの処理ではしばしばかなり高温な８００から９００℃の領域まで加熱される。そのような高温は使用される装置、特に加熱中スラッジを保持する容器に難しい要求をする。しかし、下水スラッジは普通土地の埋め立てや盛り土に使われるだけである。
【０００９】
本発明はスラッジその他の材料の過熱のために放射線エネルギー（熱放射）のみを使用し、使用する放射線は水が高い吸収係数を有する波長領域を包含するという概念に基づいている。他の波長の放射線は減少させられる。
【００１０】
熱源が熱放射線を放射するために使用される。気化した水蒸気は循環する空気によって、除湿される材料の表面から取り去られる。材料の水蒸気の気化は吸収と反射によって行われる。熱源は水が1000ｃｍ-1より大きな吸収係数を持つ高い吸収能力を有する波長で熱放射線を放射する。
【００１１】
放射線エネルギーは水が高い吸収能力を有する狭い波長帯域の放射線エネルギーをもって、除湿される材料中の水分子に直接伝達される。この結果比較的短い乾燥時間となり、比較的エネルギー消費量が少なく、普通除湿される材料に悪い影響を与えない。上述の「空洞理論(the void principal)」を使った除湿はエネルギー消費量を少なくする。
【００１２】
下水スラッジでは乾燥後の水分比率は２０％以下であるべきである。本発明の方法を使用することによって、前記水分比率は十分２０％以下に減らすことができる。前記乾燥プロセスではスラッジはまた消毒のため一定の温度まで上げられる。前記プロセスでスラッジは７０から１２０℃まで加熱されるので、スラッジの細菌のほとんどが殺される。消毒したスラッジはリサイクルすなわち例えば作物を栽培する畑に撒くことができる。
【００１３】
本発明の方法はリサイクルのエコロジカルなシステムの一部として使用できる。このようなシステムによって多大な利益が得られる。下水スラッジのような乾燥され消毒された材料は堆積したり焼くことができる。廃物量は減少し、資源の使用が減少する。もし除湿されたスラッジが焼かれたら、色々な材料が回収でき、新しい材料を使用するのに比べて資源やエネルギーの節約となる。焼いた後の灰からクローム、ニッケル、銅などの重金属の回収が可能である。燐などの稀少資源の植物栄養素が回収でき、植物の栽培に使用できる。除湿され消毒されたスラッジは普通例えば２．５から３．５ ＭＷｈ/tonの高エネルギー値を有する。そこで、このスラッジは燃料として使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１から図３にスラッジその他の材料の乾燥が行える乾燥チャンバー１を含んだ乾燥装置の１実施例を示す。
【００１５】
「エレメント」２の表現は以下では熱源を参照する場合に使用される。前記エレメントは特定の波長領域を有する放射線を放射する装置として設計されている。エレメント２の１実施例はチューブ１４で囲まれ中心部に配置された電気抵抗器１５でできている。他の実施例では前記電気抵抗器はエレメント２の放射線源として温水に置き換えられている。更に別のエネルギー媒体が熱源として使用可能である。使用するエネルギー媒体にかかわらず、エネルギー媒体はチューブ１４によって囲まれるべきである。更にエネルギー媒体はプラズマや誘電体の使用によりいっそう効果的にできる。
【００１６】
エレメント２はラック又はフレーム１２に設置することができる。反射鏡が普通上記エレメントとの関係で設置されている。放射線をよく反射するために、反射鏡は普通アルミニウムやステンレス鋼や他の高反射材料でできている。採用する周波数においてこれらの材料は９５％を超える反射率を示す。反射鏡に衝突する熱放射線は反射鏡によって前記スラッジに戻される。反射鏡を使用することは必要条件ではないがエネルギー消費量の低減に大いに貢献する。普通、エレメント２は乾燥チャンバー１の長手方向に関しては任意のどの方向へでも配置される。
【００１７】
通例、前記チャンバーの壁は内部がステンレス鋼及び／又は耐酸鋼、アルミニウム又は上述の特定の波長領域内の放射線に対して高反射性の同等材料で被覆されている。言い換えれば、前記乾燥チャンバーの内部は大きな反射鏡として設計されている。前記壁は普通断熱されている。図１に示すようにドア２１がチャンバー１の両方の端部に配置されている。他の実施例ではチャンバー１の一方の端部のみに１つのドア２１があるが、この場合はスラッジ７又は他の材料がチャンバー１の同じ端部から出し入れされる。
【００１８】
スラッジ７は普通コンベヤーベルト１３の上に受けられる。いくつかの実施例においてステンレス鋼製のコンベヤーベルト１３が除湿される材料を受けるために使用され、放射線をスラッジ７に反射する。いくつかの実施例において前記コンベヤーベルト１３はステンレス鋼製などの網でできている。もし前記コンベヤーベルトが網状ならばエレメント２のいくつかは前記コンベヤーの中心、すなわち前記コンベヤーの上側水平部材と下側水平部材の間に置かれる。他の実施例ではスラッジ７は１以上の輸送台の上に受けられ、輸送台は転がって乾燥チャンバー１に出入りする。また、前記輸送台はステンレス鋼のような高反射材料でできたスラッジ受け面を持ってもよい。もしコンベヤーベルト１３がチャンバー１の中に配置されるならば、スラッジ７は普通前記コンベヤーの一方の端から供給され、他方の端から出る。除湿プロセス中は前記コンベヤーベルトは普通停止している。
【００１９】
乾燥チャンバー１は普通脚１９の上に設置される。乾燥チャンバー１には図示の実施例では循環ファン４と換気ダンパー１１が備えられている。空気入口１６と空気出口１７がチャンバー１の互いに反対側に配置されている。空気入口１６と空気出口１７の両者には普通ダンパーが備えられており、それぞれ空気入口１６と空気出口１７を開閉する。普通、空気入口と空気出口の領域はそれぞれ乾燥チャンバー１の本体からパーティション２０で仕切られている。パーティション２０は普通コンベヤーベルト１３のための開口を有する。更に、空気の再循環用の導管３が備えられ、エネルギーを回収する。熱交換器１８が再循環用導管３の中に設置されている。熱交換器１８を備えた導管３は前記乾燥チャンバーの空気を除湿し再循環することを可能にする。更に、ダンパー１１が導管３の両端部に設置されている。
【００２０】
図２に示す１実施例において、循環ファン４の羽根部分は導管３の中に設置されている。図１に示す他の実施例では、循環ファン４の羽根部分はチャンバー１の内部に設置されている。循環ファン４は正確に配置しなくとも乾燥チャンバー１内の空気を循環し、スラッジ７の表面から出てくる水蒸気を排出する。ファンシステムの役割は前記スラッジまわりの空気を循環し、スラッジ表面から出てくる水蒸気を運搬することである。本発明では、普通流速１から５ｍ/ｓで使用される。
【００２１】
換気ダンパー１１が乾燥チャンバー１の中の空気流速と除湿速度を調整するために設置されている。いくつかの実施例では１以上のダンパーが設置されている。
【００２２】
前記乾燥装置には計器５が設置されており、乾燥チャンバー１内の温度計測及び／又は乾燥チャンバー１から排出される空気及び／又は乾燥チャンバー１に供給される空気の温度計測をする。またスラッジ７の温度も制御できる。異なる温度には異なる計器が使用され、湿球温度と乾球温度をそれぞれ計測する。「湿球」温度計では水が平衡点すなわち蒸発熱と揮発熱（volatilisation)が等しい点まで蒸発により冷却される。チャンバー１のダンパー１１は湿球温度で制御される。普通スラッジ７の温度を計測する計器９が使用される。前記計器９はスラッジ７に設置されている。特定の実施例では計器６も設置されていて、乾燥チャンバー１の水蒸気比率を計測する。前記チャンバーの空気湿度を正確に監視するために、空気の相対湿度を計測する計器６が使用される。空気の相対湿度を測る計器としていくつかの実施例では乾湿球湿度計が使用されている。
【００２３】
スラッジ７の水分の減少を計測するために特定の実施例では重量計測器が使用されている。重量計測は前記チャンバーが重量計又は荷重センサー１０の上に設置されることにより行われる。前記重量計又は荷重センサー１０はいくつかの実施例ではチャンバー１が設置されている脚１９に組み込まれている。
【００２４】
本発明のいくつかの実施例ではコンベヤーベルト１３の下に設置された凝縮器８が使用される。凝縮器８によってエネルギーがいくらか回収される。
【００２５】
上述のようにスラッジ３の乾燥はエレメント２の助けで行われる。これらのエレメント２は水の吸収に適した限定した波長領域で放射線を放射する。
【００２６】
図４の実施例ではエレメント２はチューブ１４の中心部に配置した電気抵抗器１５から成り、電流が電源から導体（図示せず）を介してこの抵抗器に流れると加熱される。
【００２７】
波長帯域は約２から２０μｍ、普通は約５から２０μｍの帯域、すなわち水による放射線吸収率の高い帯域に選定されている。この例では、この帯域では水は1,000ｃｍ-1より高い吸収係数のピークを有するという事実が利用されている。
【００２８】
水は約３μｍ、６から７μｍ、１０から２０μｍで吸収のピークを有する。約７μｍと１０μｍの間では、水の吸収係数は小さくなり、1,000ｃｍ-1より下になる。そこでエレメント２の放射線の効果を最大にするために、放射線は水が最大の吸収率を有する周波数で最大強度を有するべきであり、他の波長の放射線は減らすべきである。
【００２９】
そこで、本発明の課題の１つは水が高い吸収率を有する波長で最大強度を有し、他の波長では強度を減らした放射線を備えることである。３μｍでのピークはやや狭く、非常に高い温度を必要とするので使用にはあまり適していない。更に、波長帯域が約４から６μｍの放射線を減少させることは大変難しく、事実上不可能である。このゆえに前記エレメントの放射線の強度は約６から７μｍと１０から２０μｍの領域で強くされ、この中間領域すなわち約７から１０μｍで弱められる。こうして放射線のエネルギーは最大の効果を与える方法で使用される。
【００３０】
放射線の強度は前記エレメントの材料に依存し、次の公式で与えられる。
Ｉ＝Ｉ0ｅ-αx
ここで、Ｉは強度、ｅは自然対数の底、αは抵抗器１５を囲むチューブ１４などの材料に依存する定数。材料を変えることによりエレメント２のスペクトルと放射線の周波数領域の両方を制御することができる。このことは本発明によって使用されており、エレメント２の放射線が上述の水の放射線吸収率に合わされている。このように本発明によれば電気抵抗器１５を囲む材料はエレメント２が好ましい放射線スペクトルを与えるように選ばれる。前記材料は好ましい特性を与える材料なら何でもよい。既知の技術によれば、適切な材料選定と適切な電流により熱源の作動温度をどうやって得るかについて多数の実例があり、これは水が放射線を最も吸収する波長領域内で放射線が最大になるということから導かれる。
【００３１】
普通コンベヤーベルト１３及びスラッジ７は処理中は停止している。処理段階は普通自動プロセスであり、上述の１以上の異なった計器によって制御される。前記プロセスはチャンバー１やスラッジ７の水分比率か又は時間を独立変数として使って制御される。循環空気又はスラッジ７内の温度計を使って、除湿はチャンバー１又はスラッジ７それぞれの一定の温度レベルに制御される。これらの温度計の組み合わせは従属変数として使用できる。
【００３２】
普通制御システム（ＰＬＣシステム）は計器５、６、９、１０からの信号に対する応答としてエレメント２、ファン４及びダンパー１１の制御に使われる。前記制御システムはまた記録と計算のユニットとして参照される。普通前記プロセスは自動運転であるが、この発明の属する技術分野における通常の知識を有する者ならば前記プロセスは計器５、６、９の数値を連続監視することにより手動でも運転できることが理解できるであろう。
【００３３】
乾燥チャンバー１の温度はエレメント２によって支配されている。前記プロセスではスラッジ７の温度はしばしば固定レベル（例えば±１℃）に保たれる。チャンバー１の温度を固定レベルに保つこともまた可能である。前記固定温度のいずれかに保つためにエレメント２はスラッジ７又はチャンバー１それぞれの温度に基づいてオンオフが切り替えられる。下水のスラッジの処理ではチャンバー１の空気温度は約１５０℃に保たれ、前記下水スラッジの温度は約５０から１２０℃に保たれる。前記プロセスはスラッジ７の水分比率があらかじめ設定されたレベルに下がるまで続く。水分レベルの代わりに前記プロセスはあらかじめ設定された時間に対して運転することができる。細菌を殺すためにスラッジ７の前記温度は短時間上昇させることができ、普通前記プロセスの最後に行われる。
【００３４】
除湿プロセスの後、スラッジ７は焼却の前か後に回収できる材料がないかどうか、地表に撒かれるべきかどうか、燃料として使われるべきかどうかなどの処理がされる。
【００３５】
乾燥パンやパスタなどのような食材の乾燥プロセスは上述と同じ原理に基づいている。使用される計器のタイプや個数は乾燥される材料に適合したものとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による乾燥チャンバーの斜視図。
【図２】本発明によって修正されたチャンバーの側面の断面図。
【図３】本発明によるチャンバーの「開口」端の端面の略図。
【図４】本発明のチャンバー内で使用される熱源の一例の断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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