(57)【要約】【課題】真空乾燥機において、エネルギー費を安くすると共に、被乾燥物を乾燥後に良質な資源として有効に活用できるようにする。【解決手段】被乾燥物を収容する乾燥ドラム１と、乾燥ドラム１内のガスを排出する排気手段４と、乾燥ドラム１内を加熱する加熱手段２１と、乾燥ドラム１から排出されるガスを冷却する冷却手段３と、冷凍機コンプレッサー９、コンデンサー８、減圧装置１９及びエバポレーター７を有するヒートポンプシステム６とを備え、コンデンサー８の放熱を利用して加熱手段２１を加熱すると共に、エバポレーター７の吸熱を利用して冷却手段３を冷却する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被乾燥物を収容する乾燥ドラムと、前記乾燥ドラム内のガスを排出する排気手段と、前記乾燥ドラム内を加熱する加熱手段と、前記乾燥ドラムから排出されるガスを冷却する冷却手段と、冷凍機コンプレッサー、コンデンサー、減圧装置及びエバポレーターを有するヒートポンプシステムとを備え、
前記コンデンサーの放熱を利用して前記加熱手段を加熱し、前記エバポレーターの吸熱を利用して前記冷却手段を冷却する構成とした
ことを特徴とする真空乾燥機。
【請求項２】
被乾燥物を収容する乾燥ドラムと、前記乾燥ドラム内のガスを排出する排気手段と、前記乾燥ドラム内を加熱する加熱手段と、前記乾燥ドラムから排出されるガスを冷却する冷却手段と、冷凍機コンプレッサー、コンデンサー、減圧装置及びエバポレーターを有するヒートポンプシステムと、前記乾燥ドラム内に蒸気を噴射する蒸気噴射手段とを備え、
前記コンデンサーの放熱を利用して前記加熱手段を加熱し、前記エバポレーターの吸熱を利用して前記冷却手段を冷却する構成とした
ことを特徴とする真空乾燥機。
【請求項３】
請求項１または２において、前記コンデンサーと前記加熱手段とを蒸発・凝縮する熱媒体を封入した放熱用熱移送手段を介して熱的に接続すると共に、前記エバポレーターと前記冷却手段とを蒸発・凝縮する熱媒体を封入した吸熱用熱移送手段を介して熱的に接続したことを特徴とする真空乾燥機。
【請求項４】
請求項３において、前記放熱用熱移送手段を密閉した循環回路で形成すると共に、この循環回路中にバッファータンク及び流量調整器を設けたことを特徴とする真空乾燥機。
【請求項５】
請求項４において、前記循環回路中の前記流量調整器の前に補助冷却器を設けたことを特徴とする真空乾燥機。
【請求項６】
請求項１から５の何れかにおいて、前記排気手段は前記乾燥ドラムから排出されるガス中の極細微粒子を除去する大包容力のフィルターを備えたことを特徴とする真空乾燥機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空乾燥機に係り、特に有機物である生ごみ等の含水率の高い被乾燥物を乾燥する真空乾燥機に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の生ごみ等の乾燥機としては、乾燥時間を短くするために、乾燥ドラム内に燃焼空気を送り込んで生ごみ等を加熱して乾燥する熱風式乾燥機（従来技術１）が広く用いられている。
【０００３】
また、従来の粉乳製造機等の特別な食品の乾燥機としては、乾燥ドラム内を真空に近く減圧し食品から水分を蒸発させて乾燥する真空乾燥機（従来技術２）が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術１の熱風式乾燥機では、燃焼空気によって生ごみ等を高温に加熱して生ごみ等から水分を蒸発させるものであるため、乾燥に大きな熱エネルギーを必要とし、エネルギー費が高くなってしまうという課題があった。また、生ごみ等が高温に加熱されることによってその品質が低下し、乾燥後に資源として利用する場合にその利用価値が低いものとなってしまうという課題があった。
【０００５】
一方、従来技術２の真空乾燥機では、単に減圧したのみでは食品から迅速に蒸発させることができず、乾燥に長時間かかってしまうという課題があった。そこで、電気ヒーターを用いて乾燥ドラム内を加熱することが考えられるが、電気ヒーターは熱効率が低いために、エネルギー費が高くなってしまうという課題が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、エネルギー費が安いと共に、被乾燥物を乾燥後に良質な資源として有効に活用できる真空乾燥機を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、乾燥速度が速く、エネルギー費が安いと共に、被乾燥物を乾燥後に良質な資源として有効に活用できる真空乾燥機を提供することにある。
【０００８】
なお、本発明のその他の目的と有利点は以下の記述から明らかにされる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の真空乾燥機は、被乾燥物を収容する乾燥ドラムと、前記乾燥ドラム内のガスを排出する排気手段と、前記乾燥ドラム内を加熱する加熱手段と、前記乾燥ドラムから排出されるガスを冷却する冷却手段と、冷凍機コンプレッサー、コンデンサー、減圧装置及びエバポレーターを有するヒートポンプシステムとを備え、前記コンデンサーの放熱を利用して前記加熱手段を加熱し、前記エバポレーターの吸熱を利用して前記冷却手段を冷却する構成としたことにある。
【００１０】
前記他の目的を達成するための本発明の真空乾燥機は、被乾燥物を収容する乾燥ドラムと、前記乾燥ドラム内のガスを排出する排気手段と、前記乾燥ドラム内を加熱する加熱手段と、前記乾燥ドラムから排出されるガスを冷却する冷却手段と、冷凍機コンプレッサー、コンデンサー、減圧装置及びエバポレーターを有するヒートポンプシステムと、前記乾燥ドラム内に蒸気を噴射する蒸気噴射手段とを備え、前記コンデンサーの放熱を利用して前記加熱手段を加熱し、前記エバポレーターの吸熱を利用して前記冷却手段を冷却する構成としたことにある。
【００１１】
なお、本発明のその他の手段は以下の記述から明らかにされる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を示す真空乾燥機を図１及び図２に基づいて説明する。
【００１３】
この真空乾燥機は、生ごみ等の被乾燥物を投入する乾燥ドラム１と、乾燥ドラム１内のガスを排出する排気部と、乾燥ドラム２を加熱する加熱部と、乾燥ドラム１から排出されるガスを冷却する冷却部と、ヒートポンプシステム６と、乾燥ドラム１内に蒸気を噴射する蒸気噴射部とを有している。なお、生ごみ等には、生魚、残飯、おから等の食料も含まれる。
【００１４】
乾燥ドラム１は、一側上部に被乾燥物投入口１２が設けられ、他側下部に乾燥物排出口１３が設けられ、他側上部にはガス排出口２０が設けられている。乾燥ドラム１の内部には粉砕装置または攪拌装置が備えられている。また、乾燥ドラム１の外周部分には、加熱部を構成するジャケット部２１が設けられている。さらに、乾燥ドラム１の両側下部には、ノズル１１が設けられている。
【００１５】
乾燥ドラム１内のガスを排出する排気部は、ガス排出口２０または蒸気接続口１５と排出接続口１４ａとの間に、フィルター２、冷却器３及びを備えて構成されている。乾燥ドラム１内のガスは、蒸気エゼクター４の働きにより、乾燥ドラム１の上部に設けられたガス排出口２０から管を通ってフィルター２に至り粒子分が除去され、さらに管を通って冷却器３に至り水分が除去され（ドレーン化され）、さらに管を通って排出接続口１４ａから排出される。
【００１６】
フィルター２は、乾燥ドラム１から排出されるガス中の極細微粒子分を除去し、大包容力を有するように構成されている。また、冷却器３は、冷却部の一部を構成し、排出されたガスを冷却して、ガス中の水分を取り除くように構成されている。この除去された水分は、体積が極小化されてドレンタンク５ｂ、ドレンタンク５ｃに貯留され、ポンプ１８ｃが適宜動作されることにより外部へ排出される。一方、水分が除去された残りのガスは蒸気エゼクター４に吸引され、蒸気接続口１５から供給される蒸気と共に排出接続口１４ａから外部に排出される。なお、蒸気エゼクター４は、冷却器３による熱交換に支障のないように、間欠的に吸引することが望ましい。また、蒸気エゼクター４はスタート時にのみ使用される。
【００１７】
ヒートポンプシステム６は、汎用ヒートポンプチラーで構成され、冷凍機コンプレッサー９、コンデンサー８、減圧装置１９、エバポレーター７とを備え、媒体としてフロンなどの冷媒が用いられている。減圧装置１９はこの実施例では膨張弁で構成されている。冷凍機コンプレッサー９で圧縮された媒体は、コンデンサー８で乾燥ドラム加熱用媒体に熱を放出した後、減圧装置１９を通って減圧され、エバポレーター７で排気ガスを冷却するガス冷却用媒体から熱を奪った後、冷凍機コンプレッサー９に戻って圧縮されるというサイクルを繰り返す。このようにヒートポンプシステムでは、コンデンサー８で乾燥ドラム加熱用媒体を加熱すると共に、エバポレーター７でガス冷却用媒体を冷却するように構成されている。この実施例では、乾燥ドラム加熱用媒体及びガス冷却用媒体として、水が用いられている。
【００１８】
コンデンサー８で加熱され蒸発された乾燥ドラム加熱用媒体は、コンデンサー８から乾燥ドラム１のジャケット部入口２１ａへ管を通って送られ、ジャケット部２１で乾燥ドラム１を加熱した後、ジャケット部出口２１ｂから補助熱交換器であるドレン放熱器１０、流量調整器１６ｂ、バッファータンクであるドレンタンク５ａ、水位調整器１７ｂを経て、凝縮されてコンデンサー８へと戻ってくる。これらによって乾燥ドラム２内を加熱する加熱部が構成される。なお、ドレン放熱器１０の外周面に冷却水及び冷却空気が供給され、乾燥ドラム加熱用媒体が冷却されることにより凝縮されてドレンタンク５ａに貯留される。
【００１９】
他方、ヒートポンプシステム６で冷却され凝縮されたガス冷却用媒体は、エバポレーター７からドレンタンク５ｄに貯留され、ポンプ１８ｂの動作により水位調整器１７ａを介して冷却器３に送られ、上述したように冷却器３で排気ガスを冷却して排気ガス中の水分を凝縮し（換言すれば、排気ガスで加熱されて蒸発され）、配管を通ってエバポレーター７へと戻ってくる。これらによって乾燥ドラム１から排出されるガスを冷却する冷却部が構成される。
【００２０】
乾燥ドラム１内に蒸気を噴射する蒸気噴射部は、付属ボイラに接続される蒸気接続口１５、流量調整器１６ａ及びノズル１１を備えている。付属ボイラから供給される蒸気は、蒸気接続口１５から導入され、流量調整器１６ａを通って二つに分岐される。分岐された一方の蒸気は乾燥ドラム１の両側に設けられたノズル１１を介して乾燥ドラム１内に噴射される。分岐された他方の蒸気は、蒸気エゼクター４に導かれ、排出ガスの吸引作用に用いられる。
【００２１】
係る真空乾燥機による乾燥処理について説明する。
【００２２】
まず、乾燥ドラム１に生ごみ等の被乾燥物を入れ、乾燥ドラム１を密閉した状態で、付属ボイラを作動させて蒸気を蒸気エゼクター４に供給することにより、上述したように乾燥ドラム１内の水分を含んだガス（空気が主である不凝縮ガス）を乾燥ドラム１からガス排出口２０、フィルター２、冷却器３を通して蒸気エゼクター４に吸引し、排出接続口１４ａから外部へ排出して燃焼ガス空気として用いられる。これにより乾燥ドラム１内は減圧状態となって沸点が下がり被乾燥物の水分が蒸発しやすい状態となる。
【００２３】
これと同時に、ヒートポンプシステム６を作動させることにより、上述したように、コンデンサー８で乾燥ドラム加熱用媒体に放熱すると共に、エバポレーター７でガス冷却用媒体から吸熱する。これによって、乾燥ドラム加熱用媒体は、上述したように、蒸発されて乾燥ドラム１のジャケット２１に送られ、乾燥ドラム１を加熱した後、ドレン放熱器１０、流量調整器１６ｂ、ドレンタンク５ａ、水位調整器１７ｂを経て、凝縮されてコンデンサー８へと戻ってくる。
【００２４】
これらの熱媒体としての水は、水−蒸気、蒸気−水、と密閉サイクル内で潜熱を吸入、放出して熱を運びながら循環する。
【００２５】
さらには、付属ボイラから供給される蒸気をノズル１１を介して乾燥ドラム１内に噴射することにより、生魚などが粉砕されて流動性が付与された被乾燥物を乱舞させ、加熱面全体に高速で衝突させて熱伝導を促進し、被乾燥物に含まれる水分の蒸発を促進することができる。なお、蒸気圧力は付属ボイラの本体圧力に近い状態で常に噴射され、最適には蒸気の流量のみが変化される。
【００２６】
そして、最初は付属ボイラの最大蒸発量の３分の１程度の流量にセットし、順次流量を増大することが好ましい。即ち、最初は流動状の被乾燥物の液面位も高く、乾燥ドラム１の内面も多くの面積を濡らしている状態であり、ヒートポンプシステム６もフル運転で加熱され、蒸発もコンスタントに行われる。乾燥が進むにつれて濡れ面が少なくなって来て、ヒートポンプシステム６の負荷が落ちてくるので、これに応じて自動的に蒸気ノズル１１の蒸気噴射量を増やすことが好ましい。これによって、中の被乾燥物（魚粉）に高温高速の蒸気が当たり、魚粉が加熱されて自己蒸発が促進される。
【００２７】
ヒートポンプシステム６は、図２に示すＰ−Ｉ線図のように動作する。この図２は魚を被乾燥物とする例であり、冷媒としてＲ２２を用い、冷媒蒸発温度を２４℃、冷媒凝縮温度４４℃に設定している。このヒートポンプシステム６において、冷媒蒸発熱は１５１．３８−１１１．１３＝４０．２５ｋｃａｌ／ｋｇ、冷媒凝縮熱は１５４．４９−１１１．１３＝４３．３６ｋｃａｌ／ｋｇ、冷媒圧縮熱は１５４．４９−１５１．３８＝３．１１ｋｃａｌ／ｋｇであり、理論的ＣＯＰ＝４０．２５／３．１１＝１２．９４、総合効率は０．６８、実質的ＣＯＰ＝１２．９４×０．６８＝８．８である。そして、冷却負荷は３００，０００　ｋｃａｌ／ｈ、モーター負荷は３００，０００／８．８＝３４，０９１　ｋｃａｌ／ｋｇ＝３９．６ｋｗ、魚からの実蒸発熱は３００，０００−３４，０９１−６００×３０≒２４７，９００ｋｃａｌ／ｈ、魚からの実乾燥水は２４７，９００／６００≒４００ｋｇ／ｈ、仮想全水蒸発時間　（１０００＋５３７／４００）＝３．８４ｈである。
【００２８】
外来魚を処理する場合に付いて具体的に説明する。本実施例の真空乾燥機を動作させた初期においては、重量２０００ｋｇ、比重０．９５ｋｇ／Ｌ、水分率７７．２％、蒸発水分１０００ｋｇであったものが、中期においては重量１０００ｋｇ、蒸発水分５３７ｋｇとなり、さらに最終的には重量５３７ｋｇ、水分率６．３％、残留４６７ｋｇまで縮小できることが確認できた。
【００２９】
上述した実施例によれば、生ごみ等の被乾燥物を減圧乾燥するので、熱風式に比較して、比較的低温で乾燥することができる。これによって、生ごみ等の品質を低下させることなく利用価値の高い資源として有効活用できると共に、生ごみ等を蒸発させるエネルギー量が少なくできる。低温乾燥を行なうことによって匂いを発生を防止することができる。
【００３０】
また、エネルギー効率の良好なヒートポンプシステム６を用いて被乾燥物を乾燥処理するので、電気ヒーターと比較してエネルギー費を著しく低減することができる（換言すれば、ＣＯ２削減効果が大きい）。特に、ヒートポンプシステム６の凝縮温度と蒸発温度との差を２０℃程度として圧縮比を小さくしているので、この点からもエネルギー費の低減が可能である。そして、乾燥ドラム加熱用媒体及びガス冷却用媒体がそれぞれ循環する回路で構成した加熱部及び冷却部としているので、真空乾燥機を小型にすることができる。
【００３１】
さらに、付属ボイラから供給される蒸気を乾燥ドラム１内に噴射して被乾燥物を乾燥処理するので、被乾燥物に含まれる水分の蒸発を促進することができる。これによって、生ごみ等の乾燥時間を大幅に短縮することができる。特に、噴射蒸気の高速撹拌流によって、被乾燥物から出る粒子及び蒸気との乱流を生じさせ、減率乾燥時の乾燥を格段に促進できる。
【００３２】
また、ヒートポンプシステム６における放熱側の熱量は吸熱側の熱量よりも若干大きいので、ドレン放熱器１０を設けたことにより、このアンバランス量を調整することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の実施例の説明から明らかなように、本発明によれば、エネルギー費が安いと共に、被乾燥物を乾燥後に良質な資源として有効に活用できる真空乾燥機を得ることができる。
【００３４】
また、本発明によれば、乾燥速度が速く、エネルギー費が安いと共に、被乾燥物を乾燥後に良質な資源として有効に活用できる真空乾燥機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す真空乾燥機の構成図である。
【図２】図１の真空乾燥機のヒートポンプシステムにおけるＰ−Ｉ線図である。
【符号の説明】
１…乾燥ドラム、２…フィルター、３…冷却器、４…排気用エゼクター、５ａ〜５ｄ…ドレンタンク、６…ヒートポンプシステム（汎用ヒートポンプチラー）、７…エバポレーター、８…コンデンサー、９…冷凍機コンプレッサー、１０…ドレン放熱器、１１…ノズル、１２…被乾燥物投入口、１３…乾燥物排出口、１４ａ〜１４ｂ…排出接続口、１５…蒸気接続口、１６ａ〜１６ｂ…流量調整器、１７ａ〜１７ｂ…水位調整器、１８ａ〜１８ｃ…ポンプ、１９…減圧装置、２０…ガス排出口、２１…ジャケット部。
【図１】
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【図２】
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