(57)【要約】【課題】含水固形物乾燥装置のエネルギー消費を低減する。【解決手段】温水及び気体媒体を熱源として含水固形物を予熱する予熱熱交換器１１、前記予熱された含水固形物を圧縮後水蒸気にて加熱し、含水固形物に含まれる水を蒸発させて水蒸気として分離し、乾燥した固形物を提供する流動層乾燥機１２、気体媒体を冷熱源とし、前記乾燥した固形物を冷却して熱を回収する熱回収熱交換器１５、及び前記熱を回収した気体媒体を圧縮して昇温するガス圧縮機１６を含む。前記昇温された気体媒体は、流動層乾燥機１２にて前記圧縮後水蒸気が凝縮した温水とともに予熱熱交換器１１に供給される。予熱熱交換器１１及び熱回収熱交換器１５は向流熱交換器である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水固形物、温水及び気体媒体が供給され、前記温水及び前記気体媒体を熱源として前記含水固形物を加熱し、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予熱熱交換器と、
前記予熱熱交換器にて予熱された前記含水固形物、圧縮後水蒸気が供給され、前記圧縮後水蒸気を熱源として前記含水固形物を加熱し、前記含水固形物に含まれる水を蒸発させて水蒸気とし、前記含水固形物から水を分離して乾燥した固形物とする乾燥機と、
前記乾燥機にて乾燥された前記固形物、及び気体媒体が供給され、前記気体媒体を冷熱源として前記固形物を冷却し、前記固形物から前記気体媒体に熱を回収する熱回収熱交換器と、
前記熱回収熱交換器にて熱を回収した前記気体媒体が供給され、この気体媒体を圧縮により昇温するガス圧縮機と、
を含み、前記乾燥機からは水蒸気が回収され、その少なくとも一部が圧縮により昇温された圧縮後水蒸気として前記乾燥機に供給され、前記乾燥機に供給された前記圧縮後水蒸気の少なくとも一部は凝縮して温水となり、前記ガス圧縮機にて昇温された前記気体媒体とともに前記予熱熱交換器に供給され、
前記予熱熱交換器及び前記熱回収熱交換器は、向流熱交換器である含水固形物乾燥装置。
【請求項２】
前記向流熱交換器は、向流間接熱交換器である請求項１に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項３】
前記向流熱交換器は、向流直接熱交換器である請求項１に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項４】
前記向流熱交換器は、回転式向流熱交換器又は移動層式向流熱交換器である請求項２または３に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項５】
前記乾燥機は、前記水蒸気にて前記含水固形物の流動層の流動化状態を形成するとともに前記圧縮後水蒸気を熱源として前記流動層にある前記含水固形物を加熱し、前記含水固形物に含まれる水を蒸発させて水蒸気とし、前記含水固形物から水を分離して乾燥した固形物とする流動層乾燥機である請求項１〜４のいずれか一項に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項６】
前記流動層乾燥機から回収された水蒸気の一部を前記流動層乾燥機に供給するブロワと、
前記流動層乾燥機から回収された水蒸気の残りを圧縮により昇温した圧縮後水蒸気を前記流動層乾燥機に供給する蒸気圧縮機と、をさらに含み、
前記流動層乾燥機は伝熱管をさらに含み、前記圧縮後水蒸気は前記伝熱管に供給され、前記伝熱管を介して放熱し、凝縮して温水になる請求項５に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項７】
前記乾燥機は、向流熱交換器である請求項１〜４のいずれか一項に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項８】
前記向流熱交換器は、向流間接熱交換器または向流直接熱交換器である請求項７に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項９】
前記予熱熱交換器にて前記含水固形物を予熱した前記気体媒体が供給され、前記気体媒体の圧力によって駆動される圧力回収タービンをさらに含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項１０】
前記圧力回収タービンにて回収された動力を前記ガス圧縮機に供給する動力回収機構をさらに含む請求項９に記載の含水固形物乾燥装置。
【請求項１１】
前記動力回収機構は、前記ガス圧縮機及び前記圧力回収タービンを同軸上で連結する請求項１０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】
この発明は、含水固形物乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、泥炭、褐炭、バイオマス等の含水固形物を加熱して乾燥し、乾燥物として提供する含水固形物乾燥装置が提供されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１、２には、含水固形物を１次乾燥用熱交換器にて所定温度まで加熱した後、乾燥機にて流動層に形成した含水固形物を伝熱管により加熱して水分を蒸発させ、放熱熱交換器にて冷却して乾燥固体物として提供する乾燥装置が開示されている。
【０００４】
この乾燥装置において、前記伝熱管には、乾燥機において流動層を形成した空気などの流動化ガスに含水固形物から蒸発した蒸気が加わった混合ガス流体が昇温されて供給されている。伝熱管において、混合ガス流体中の水蒸気は潜熱を放出して凝縮し、混合ガスは流動化ガスと水との混合流体になる。
【０００５】
この混合流体は、前記１次乾燥用熱交換器に熱媒として供されている。一方、乾燥機において乾燥された含水固形物は、放熱熱交換器に送られ、乾燥機に供給される混合ガスに対して放熱し、冷却されて提供される。
【０００６】
従来の含水固形物乾燥装置においては、含水固形物を乾燥する乾燥機とともに、含水固形物を所定温度まで加熱する１次乾燥用熱交換器や乾燥した含水固形物が放熱して冷却される放熱熱交換器にも流動層熱交換器を使用していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１５４６０５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７６２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
含水固形物乾燥装置においては、含水固形物を乾燥する際の熱効率を高め、エネルギー消費を低減することが求められている。
【０００９】
この出願は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、熱効率を高め、エネルギー消費を低減した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】
【００１０】
上述の課題を解決するため、この発明に係る含水固形物乾燥装置の発明は、含水固形物、温水及び気体媒体が供給され、前記温水及び前記気体媒体を熱源として前記含水固形物を加熱し、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予熱熱交換器と、前記予熱熱交換器にて予熱された前記含水固形物、圧縮後水蒸気が供給され、前記圧縮後水蒸気を熱源として前記含水固形物を加熱し、前記含水固形物に含まれる水を蒸発させて水蒸気とし、前記含水固形物から水を分離して乾燥した固形物とする乾燥機と、前記乾燥機にて乾燥された前記固形物、及び気体媒体が供給され、前記気体媒体を冷熱源として前記固形物を冷却し、前記固形物から前記気体媒体に熱を回収する熱回収熱交換器と、前記熱回収熱交換器にて熱を回収した前記気体媒体が供給され、この気体媒体を圧縮により昇温するガス圧縮機と、を含み、前記乾燥機からは水蒸気が回収され、その少なくとも一部が圧縮により昇温された圧縮後水蒸気として前記乾燥機に供給され、前記乾燥機に供給された前記圧縮後水蒸気の少なくとも一部は凝縮して温水となり、前記ガス圧縮機にて昇温された前記気体媒体とともに前記予熱熱交換器に供給され、前記予熱熱交換器及び前記熱回収熱交換器は、向流熱交換器であるものである。
【００１１】
前記向流熱交換器は、向流間接熱交換器にしてもよい。前記向流熱交換器は、向流直接熱交換器にしてもよい。前記向流熱交換器は、回転式向流熱交換器又は移動層式向流熱交換器にしてもよい。
【００１２】
前記乾燥機は、前記水蒸気にて前記含水固形物の流動層の流動化状態を形成するとともに前記圧縮後水蒸気を熱源として前記流動層にある前記含水固形物を加熱し、前記含水固形物に含まれる水を蒸発させて水蒸気とし、前記含水固形物から水を分離して乾燥した固形物とする流動層乾燥機にしてもよい。
【００１３】
前記流動層乾燥機から回収された水蒸気の一部を前記流動層乾燥機に供給するブロワと、前記流動層乾燥機から回収された水蒸気の残りを圧縮により昇温した圧縮後水蒸気を前記流動層乾燥機に供給する蒸気圧縮機と、をさらに含み、前記流動層乾燥機は伝熱管をさらに含み、前記圧縮後水蒸気は前記伝熱管に供給され、前記伝熱管を介して放熱し、凝縮して温水になるようにしてもよい。
【００１４】
前記乾燥機は、向流熱交換器にしてもよい。前記向流熱交換器は、向流間接熱交換器または向流直接熱交換器にしてもよい。
【００１５】
前記予熱熱交換器にて前記含水固形物を予熱した前記気体媒体が供給され、前記気体媒体の圧力によって駆動される圧力回収タービンをさらに含むようにしてもよい。前記圧力回収タービンにて回収された動力を前記ガス圧縮機に供給する動力回収機構をさらに含むようにしてもよい。前記動力回収機構は、前記ガス圧縮機及び前記圧力回収タービンを同軸上で連結するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によると、予熱熱交換器と熱回収熱交換器に向流熱交換器を使用しているので、含水固形物との熱交換の熱効率を高めることができ、ひいてはエネルギー消費を低減することができる。また、熱回収熱交換器にて乾燥した固形物から熱を回収して予熱熱交換器における予熱に再利用しているので、さらにエネルギー消費を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】乾燥装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】乾燥装置の変形例１を示すブロック図である。
【図３】乾燥装置の変形例２を示すブロック図である。
【図４】乾燥装置の変形例３を示すブロック図である。
【図５】乾燥装置の変形例４を示すブロック図である。
【図６】乾燥装置の比較例を示すブロック図である。
【図７】本実施の形態の乾燥装置と比較例の乾燥装置のエネルギー消費量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は、この発明の実施の形態の乾燥装置の構成を示す図である。この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利用することにより、エネルギー消費を低減するものである。
【００２０】
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、これらに限定されない。
【００２１】
この乾燥装置は、原料の被乾燥体として供給される含水固形物を予熱する予熱熱交換器１１、予熱熱交換器１１にて予熱された含水固形物に含まれる水を蒸発させて乾燥体の固形物とする流動層乾燥機１２、流動層乾燥機１２から供給された固形物から熱を回収する熱回収熱交換器１５を有している。予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５は、回転式の向流間接熱交換器である。
【００２２】
また、この乾燥装置は、流動層乾燥機１２から回収された水蒸気の一部を流動層乾燥機１２に供給して流動層の流動化状態を確保するブロワ１４、回収された水蒸気の残りを断熱圧縮により圧縮後水蒸気として流動層乾燥機１２に供給する蒸気圧縮機１３を有している。
【００２３】
さらに、この乾燥装置は、熱回収熱交換器１５にて熱を回収した気体媒体を断熱圧縮により加熱して予熱熱交換器１１に供給するガス圧縮機１６、予熱熱交換器１１から供給された気体媒体の圧力にて駆動される圧力回収タービン１７、圧力回収タービン１７にて回収された動力をガス圧縮機１６に供給する動力回収機構１８を有している。
【００２４】
予熱熱交換器１１には、室温の３０℃の含水固形物が供給される。予熱熱交換器１１において、３０℃の含水固形物は、流動層乾燥機１２から供給された１１０℃の温水、ガス圧縮機１６から供給された１１０℃の気体媒体を熱源として吸熱し、この含水固形物に含まれる水が蒸発を始める１００℃まで昇温される。
【００２５】
この予熱熱交換器１１に供給された１１０℃の温水は放熱して４５℃まで降温して排水として排出され、同じく供給された１１０℃の気体媒体も放熱して４５℃まで降温されて圧力回収タービン１７に送られる。
【００２６】
図２は、この実施の形態の予熱熱交換器１１に用いる回転式の向流間接熱交換器の概略を示す図である。この向流間接熱交換器は、水平方向から傾斜して設置されて軸Ｐの周りに回転駆動される、熱交換の対象物１０１を格納する円筒形の胴体２１を有し、この胴体２１の内部に軸Ｐ方向に向けた伝熱管２２が設けられている。伝熱管２２には、胴体２１の下部の他端２６から上部の一端２５に向けて流体の熱媒が供給されている。なお、この向流間接熱交換器は、ロータリー式または回転ドラム式と称されることもある。
【００２７】
この向流間接熱交換器には、上部の一端２５から対象物１０１である固体の含水固形物が投入され、含水固形物は胴体２１の回転とともに胴体２１内を下部の他端２６に向けて撹拌されつつ搬送される。含水固形物は、胴体２１内を搬送される間に伝熱管２２をこの含水固形物の進む方向とは逆方向に流れる流体の熱媒によって間接的に加熱される。
【００２８】
この向流間接熱交換器において、熱媒の流体には、供給された１１０℃の温水と１１０℃の気体媒体が混合された混合流体が用いられる。１１０℃の混合流体は、伝熱管２２を通じて含水固形物に放熱し、４５℃まで降温されて排出される。この４５℃の混合流体は、気体成分と液体成分に分離され、気体成分は気体媒体として圧力回収タービン１７に送られ、液体成分は排水として排出される。
【００２９】
予熱熱交換器１１にて１００℃まで昇温された含水固形物は、流動層乾燥機１２に供給される。流動層乾燥機１２には、この流動層乾燥機１２から回収された１００℃の水蒸気の一部が、ブロワ１４によりこの流動層乾燥機１２において含水固形物の流動層の流動化状態を形成するために供給されている。回収された水蒸気の残りは、蒸気圧縮機１３により断熱圧縮された１５０℃の圧縮後水蒸気としてこの流動層乾燥機１２に配された伝熱管に供給されている。
【００３０】
流動層乾燥機１２において、予熱熱交換器１１から供給された１００℃の含水固形物は、ブロワ１４から供給された１００℃の水蒸気によって流動層に形成され、流動化状態にある含水固形物は伝熱管を介して１５０℃の圧縮後水蒸気を熱源として加熱される。そして、この含水固形物に含まれる水が蒸発して水蒸気として分離され、１００℃の乾燥体の固形物とされる。
【００３１】
流動層乾燥機１２にブロワ１４から供給された１００℃の水蒸気は、この流動層乾燥機１２において含水固形物から蒸発した１００℃の水蒸気とともに回収されて蒸気圧縮機１３とブロワ１４に送られる。流動層乾燥機１２の伝熱管に蒸気圧縮機１３から供給された１５０℃の水蒸気は、伝熱管において放熱し、凝縮して１１０℃の温水となり予熱熱交換器１１に送られる。
【００３２】
流動層乾燥機１２にて乾燥された１００℃の固形物は、熱回収熱交換器１５に供給される。熱回収熱交換器１５において、１００℃の固形物は、室温の３０℃の空気などの気体媒体を冷熱源として冷却されて放熱し、室温近くの４０度まで降温される。そして、最終的な乾燥体の固形物としてこの乾燥装置から提供される。
【００３３】
この実施の形態の熱回収熱交換器１５には、予熱熱交換器１１と同様に、図２に示したような回転式の向流間接熱交換器が用いられる。この向流間接熱交換器には、上部の一端２５から対象物１０１である固体の固形物が投入され、固形物は胴体２１の回転とともに胴体２１内を下部の他端２６に向けて撹拌されつつ搬送される。固形物は、胴体２１内を搬送される間に伝熱管２２をこの固形物の進む方向とは逆方向に流れる流体の気体媒体によって冷却される。
【００３４】
この向流間接熱交換器において、３０℃の気体媒体は、伝熱管２２を通じて１００℃の固形物から吸熱し、９０℃まで昇温されて排出される。一方、この向流間接熱交換器に供給された１００℃の固形物は、４０℃まで降温されて提供される。
【００３５】
この熱回収熱交換器１５にて吸熱して９０℃まで昇温された気体媒体は、ガス圧縮機１６に送られる。ガス圧縮機１６において、熱回収熱交換器１５から供給された９０℃の気体媒体は、断熱圧縮されて１１０℃まで昇温され、予熱熱交換器１１に送られる。
【００３６】
予熱熱交換器１１に送られた１１０℃の気体媒体は、放熱して４５℃まで降温され、圧力回収タービン１７に送られる。圧力回収タービン１７において、気体媒体は断熱膨張によりこの圧力回収タービン１７を駆動し、３５℃まで降温された排気として排出される。
【００３７】
圧力回収タービン１７は動力回収機構１８によってガス圧縮機１６に連結されている。ガス圧縮機１６は、この動力回収機構１８を通じて、圧力回収タービン１７にて回収された動力によって駆動されている。動力回収機構１８は、圧力回収タービン１７とガス圧縮機１６の両者を同軸上に連結するものであってもよいが、これに限られない。動力回収機構１８は、圧力回収タービン１７で得られた回収された動力によって圧力回収タービン１７を駆動することができる適当な機構であればよい。
【００３８】
この実施の形態の乾燥装置においては、予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５に回転式の向流間接熱交換器を使用している。この回転式の向流間接熱交換器は高い熱交換の効率を有するので、予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５の熱効率の向上とエネルギー消費の低減を達成することができ、ひいては乾燥装置全体の熱効率の向上と消費エネルギーの低減を図ることができる。
【００３９】
この乾燥装置においては、流動層乾燥機１２から排出された水蒸気を断熱圧縮した圧縮後水蒸気を流動層乾燥機１２に熱源として供給することにより、この流動層乾燥機１２において含水固形物に含まれる水が蒸発する際に吸収した潜熱を含水固形物の水分を蒸発させるために供給する潜熱に再利用している。流動層乾燥機１２に熱源として供給する圧縮後水蒸気は空気などのガスと比べると熱容量が大きく、熱交換の熱効率を高め、ひいてはエネルギー消費を低減することができる。
【００４０】
また、この乾燥装置においては、熱回収熱交換器１５にて熱を回収した気体媒体を断熱圧縮して予熱熱交換器１１の熱源として供給することにより、熱回収熱交換器１５にて回収した含水固形物の顕熱を予熱熱交換器１１にて含水固形物を予熱するために供給する顕熱に再利用している。さらに、予熱熱交換器１１の熱源として流動層乾燥機１２から供給された温水を使用し、予熱熱交換器１１から供給された気体媒体を圧力回収タービン１７にて動力として回収することによって熱の再利用を図っている。
【００４１】
このように、この乾燥装置においては、予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５に高い熱交換の効率を有する回転式の向流間接熱交換器を採用するとともに、蒸気再圧縮、温水熱回収、乾燥体熱回収及び気体媒体圧縮の各工程により熱を回収して再利用している。したがって、この乾燥装置においては、熱効率の向上とともに消費エネルギーの低減が達成されている。
【００４２】
（変形例１）
この変形例１は、この実施の形態の乾燥装置の予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５において、回転式の向流間接熱交換器に代わって移動層式の向流間接熱交換器を採用するものである。これら予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５を除く他の構成、各部の温度などは、この実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００４３】
図３は、移動層式の向流間接熱交換器の概略を示す図である。この向流間接熱交換器は、熱交換の対象物１０１を格納する、垂直方向に延びた円筒形の胴体３１を有し、この胴体３１の内部に垂直方向に向けた伝熱管３２が設けられている。伝熱管３２には、胴体３１の下端３６から上端３５に向けて流体の熱媒が供給されている。
【００４４】
この向流間接熱交換器は、予熱熱交換器１１として使用されるとき、対象物１０１である固体の含水固形物が上端３５から投入され、含水固形物は胴体３１の内部に下端３６から上端３５近くまで積層して堆積する。胴体３１内の含水固形物は、下端３６から所定の割合が所定速度で排出され、これに伴い含水固形物は胴体内３１を下端３６に向けて所定の速度で移動される。含水固形物は、胴体３１内を移動する間に伝熱管３２をこの含水固形物の進む方向とは逆方向に流れる流体の熱媒によって間接的に加熱される。
【００４５】
この向流間接熱交換器は、熱回収熱交換器１５として使用されるとき、対象物１０１である固形物が上端３５から投入され、固形物は胴体３１内を移動する間に伝熱管３２を含水固形物の進む方向とは逆方向に流れる流体を冷熱媒として間接的に冷却される。
【００４６】
この変形例１の移動層式の向流間接熱交換器は、例えば従来の流動層熱交換器などと対比すると高い熱交換の効率を有している。したがって、予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５の熱効率、ひいてはこの変形例１の乾燥装置の熱効率の向上と消費エネルギーの低減を図ることができる。
【００４７】
変形例１の移動層式の向流間接熱交換器は、回転式の向流間接熱交換器よりも対象物１０１の移動に大きなエネルギーを要する。したがって、この変形例１の消費エネルギーは、この実施の形態の消費エネルギーより大きいものとなる。
【００４８】
（変形例２）
この変形例２は、この実施の形態の乾燥装置の予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５において、回転式の向流間接熱交換器に代わって回転式の向流直接熱交換器を採用するものである。これら予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５を除く他の構成、各部の温度などは、この実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００４９】
図４は、回転式の向流直接熱交換器の概略を示す図である。この向流直接熱交換器は、熱交換の対象物１０１を格納する、水平に設置され円筒形の胴体４１を有し、胴体４１内部に回転駆動されるスクリューフィーダーが設けられている。このスクリューフィーダーのシャフト４２には伝熱管が設けられ、スクリューの羽根４３を介した熱交換を可能にしている。この伝熱管には胴体４１の他端４６から一端４５に向けて液体の熱媒が供給されている。また、胴体４１の他端４６から一端４５に向けて気体の熱媒が供給されている。なお、この向流直接熱交換器は、ロータリー式またはスクリューフィーダー式と称されることもある。
【００５０】
この向流直接熱交換器は、予熱熱交換器１１として使用されるとき、対象物１０１である固体の含水固形物が一端４５から投入され、含水固形物はスクリューフィーダーの回転により胴体４１内を他端４６に向けて撹拌されつつ搬送される。含水固形物は、胴体４１内を搬送される間にスクリューフィーダーのシャフト４２に設けられた伝熱管をこの含水固形物の進む方向とは逆方向に流れる液体の温水により伝熱管を介して間接的に加熱され、胴体４１内を同様に逆方向に流れる気体媒体により直接に加熱される。
【００５１】
この向流直接熱交換器は、熱回収熱交換器１５として使用されるとき、対象物１０１である固体の固形物が一端４５から投入され、固形物は胴体４１内を搬送される間に胴体４１内をこの含水固形物の進む方向とは逆方向に流れる気体媒体を冷熱媒として直接に冷却される。熱回収熱交換器１５においては、液体の熱媒は使用されていないので、スクリューフィーダーのシャフト４２に伝熱管を設ける必要はない。
【００５２】
この変形例２の回転式の向流直接熱交換器は、例えば従来の流動層熱交換器などと対比すると高い熱交換の効率を有している。したがって、予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５の熱効率、ひいてはこの変形例２の乾燥装置の熱効率の向上と消費エネルギーの低減を図ることができる。
【００５３】
この回転式の向流直接熱交換器は、この実施の形態の回転式の向流間接熱交換器とは異なり、含水固形物または固形物が気体の熱媒と直接に接触するため、高い熱交換の効率が達成できる。一方、予熱熱交換器１１においては、この予熱熱交換器１１から排出される気体媒体に含水固形物から発生した蒸気が混入しないように湿度管理をする必要がある。
【００５４】
（変形例３）
この変形例３は、この実施の形態の乾燥装置の予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５において、回転式の向流間接熱交換器に代わって移動層式の向流直接熱交換器を採用するものである。これら予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５を除く他の構成、各部の温度などは、この実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００５５】
図５は、移動層式の向流直接熱交換器の概略を示す図である。この向流直接熱交換器は、熱交換の対象物１０１を格納する、垂直方向に延びる円筒形の胴体５１を有している。この向流直接熱交換器は、胴体５１の内部に下端５６から上端５５に向けて流体の熱媒が供給されている。
【００５６】
この向流直接熱交換器は、予熱熱交換器１１として使用されるとき、対象物１０１である固体の含水固形物が上端５５から投入され、含水固形物は胴体５１の内部に下端５６から上端５５近くまで積層して堆積する。胴体５１内の含水固形物は、下端５６から所定の割合が所定速度で排出され、これに伴いて含水固形物は胴体内５１を下端５６に向けて所定の速度で移動される。含水固形物は、胴体５１内を移動する間にこの胴体５１内を含水固形物の進む方向とは逆方向に流れる流体の熱媒により直接に加熱される。
【００５７】
この向流直接熱交換器は、熱回収熱交換器１５として使用されるとき、対象物１０１である固体の固形物が上端５５から投入され、固形物は胴体５１内を移動する間にこの胴体５１内を含水固形物の進む方向とは逆方向に流れる流体を冷熱媒として直接に冷却される。
【００５８】
この変形例３の移動層式の向流直接熱交換器は、例えば従来の流動層熱交換器などと対比すると高い熱交換の効率を有している。したがって、予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５の熱効率、ひいてはこの変形例３の乾燥装置の熱効率の向上と消費エネルギーの低減を図ることができる。
【００５９】
変形例３の移動層式の向流直接熱交換器は、回転式の向流間接熱交換器よりも対象物１０１などの移動に大きなエネルギーを要する。したがって、この変形例３の消費エネルギーは、この実施の形態の消費エネルギーより大きいものとなる。
【００６０】
この移動層式の向流直接熱交換器は、この実施の形態の移動層式の向流間接熱交換器とは異なり、含水固形物または固形物が流体の熱媒と直接に接触するため、高い熱交換の効率が達成できる。一方、予熱熱交換器１１においては、この予熱熱交換器１１から排出される気体媒体に含水固形物から発生した蒸気が混入しないように湿度管理をする必要がある。
【００６１】
なお、この実施の形態と変形例１〜３においては、予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５に回転式の向流間接熱交換器、移動層式の向流間接熱交換器、回転式の向流直接熱交換器、移動層式の向流直接熱交換器の内で同一の種類の向流熱交換器を採用したが、これら同一の組み合わせに限定されない。予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５には、これら回転式の向流間接熱交換器、移動層式の向流間接熱交換器、回転式の向流直接熱交換器、移動層式の向流直接熱交換器から異なる種類の向流熱交換器を採用することもできる。
【００６２】
また、この実施の形態と変形例１〜３においては、回転式の向流間接熱交換器、移動層式の向流間接熱交換器、回転式の向流直接熱交換器、移動層式の向流直接熱交換器を例示したが、予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５に使用できる熱交換器はこれらに限定されない。回転式または移動層式ではなくても向流直接熱交換器または向流間接熱交換器であれば使用することができる。
【００６３】
さらに、この実施の形態と変形例１〜３においては、流動層乾燥機１２を使用したが、これに限定されない。流動層乾燥機１２に代わって、回転式または移動層式の向流直接熱交換器または向流間接熱交換器を使用することもできる。また、これらに限られず、向流直接熱交換器または向流間接熱交換器であれば使用することができる。
【００６４】
（比較例）
この比較例は、この実施の形態の乾燥装置の予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５において、回転式の向流間接熱交換器に代わって流動層熱交換器を採用するものである。これら予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５を除く他の構成、各部の温度などは、この実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
図６は、流動層熱交換器の概略を示す図である。この移動層熱交換器は、液体の熱媒を供給する伝熱管６２を配した容器６１内に対象物１０１を格納し、容器６１の底部の配管６３から気体の熱媒を供給して対象物１０１を流動化状態の流動層に形成している。そして、流動化状態にある対象物１０１と気体の熱媒との間で直接に熱交換を可能とするとともに、対象物１０１と伝熱管６２を流れる液体の媒体との間で間接的に熱交換を行う。
【００６６】
この流動層熱交換器は、予熱熱交換器１１として使用されるとき、対象物１０１として固体の含水固形物が容器６１内に格納され、この含水固形物は底部の配管６３から供給される気体媒体によって流動化状態の流動層に形成されるとともに、この気体媒体によって直接に加熱される。同時に、流動化状態にある含水固形物は伝熱管６２を介して温水によって間接的に加熱される。
【００６７】
この流動層熱交換器は、熱回収熱交換器１５として使用されるとき、対象物１０１として固体の含水固形物が容器６１内に格納され、この含水固形物は底部の配管６３から供給される気体媒体によって流動化状態の流動層に形成されるとともに、この気体媒体によって直接に冷却される。熱回収熱交換器１５においては、液体の熱媒は使用されていないので、容器６１に伝熱管６２を設ける必要はない。
【００６８】
流動層熱交換器は、流動化状態の流動層に形成された対象物１０１と熱媒が直接にまたは伝熱管６２を通じて熱交換をするので、熱交換の効率がよい。しかしながら、対象物１０１を流動層に形成するために大きなエネルギーを必要とし、熱効率の低下と消費エネルギーの増加を招くことがある。
【００６９】
（実施の形態と比較例の対比）
図７は、この実施の形態、変形例１〜３と比較例の消費エネルギーを対比する図である。図中において、予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５に流動層熱交換器を採用した比較例の場合をエネルギー消費量の基準値として１００％とした。
【００７０】
回転式または移動層式の向流直接熱交換器または向流間接熱交換器を採用したこの実施の形態、変形例１〜３のエネルギー消費は、ほぼ３０％であった。換言すると、予熱熱交換器１１と熱回収熱交換器１５に流動層熱交換器に代わって回転式または移動層式の向流直接熱交換器または向流間接熱交換器を採用することにより、ほぼ７０％の消費エネルギーを削減することが可能になった。
【符号の説明】
【００７１】
１１  予熱熱交換器
１２  流動層乾燥機
１３  蒸気圧縮機
１４  ブロワ
１５  熱回収熱交換器
１６  ガス圧縮機
１７  圧力回収タービン
１８  動力回収機構
【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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