(57)【要約】【課題】汚泥のような泥しょう状から、ケーキ、塊状、粒状、粉状のような、固形分と水分とからなる被乾燥物の乾燥に効果がある乾燥効率の高い乾燥装置を得る。【解決手段】乾燥のために、蒸発、乾燥、掻き取り、解砕、遠心力を行う４つの工夫を行っている。第一は、槽構造を逆円錐台形とし、外周部と底部にジャケットを配したこと、第二は、羽根の一部を膨らませて、膨らんだ部分が内槽壁面に近接する形状とし、羽根は傾斜させて取り付け、回転前面で低く、後方で高くしたこと、第三は攪拌羽根の回転速度を最大８００ｒｐｍと高くすること、第四は、羽根を螺旋状に配置し、上から見て三角形の頂点に羽根を配置する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部が広く下部が狭い逆円錐台形の内槽と、該内槽の外周部と外底部に熱媒体を通すジャケットと、内層の中心に設けた回転軸と、回転軸に取り付けられた複数の腕と、それぞれの腕に取り付けられた攪拌羽根とを備え、被乾燥物を内槽の外周部と底部で間接加熱することを特徴とする遠心式乾燥機。
【請求項２】
攪拌羽根を取り付ける腕の先端が三角形または四角形を構成し、それぞれの腕が螺旋階段状に縦方向に一定の距離をもって配置されており、おのおの腕に設けられたそれぞれの羽根が回転方向に低く設置されており、羽根と腕とによって被乾燥物全体に遠心力を与えて旋回させ、内槽外周壁面に衝突させて熱交換させ、被乾燥物が内槽壁面に付着している場合には壁面に近い側の羽根の端面によって壁を掻き取り、ケーキ状あるいは塊は羽根の先端部において解砕する機構であることを特徴とする請求項１記載の遠心式乾燥機。
【請求項３】
最下部の腕を除く複数の腕のそれぞれに設けられた各羽根の形状が、先端部、または中央部、または終端部のいずれかが広い形状であって、広い部分が内槽壁面に近接するか、または各羽根の先端部から終端部までが同じ幅であって、傾斜して下を向いた先端部が内槽壁面に近接していて、最下部の腕に設けた羽根が壁面から回転軸近傍まで広く底面にほぼ平行の端面を有しており、内槽底部壁面にて熱交換した底面全域の被乾燥物を掻き取り、上方に旋回させる形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２項記載の遠心式乾燥機。
【請求項４】
羽根の回転数が、５０ｒｐｍから８００ｒｐｍであり、乾燥中の乾燥状態に応じて回転数を変化させることが可能であり、乾燥の初期においては回転数が大きく、乾燥の終期において回転数を小さくすることを特徴とする請求項１記載の遠心式乾燥機。
【請求項５】
逆円錐台形の内槽が密閉型であって、上部に水蒸気を抜く穴を有しており、水蒸気を抜く際に真空にすることによって、内槽全体を加熱と真空とが同時に実現でき、槽から水蒸気を除くことによって、蒸発を速めることができることを特徴とする請求請求項１記載の遠心式乾燥機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内側に熱媒体の伝熱面を有する壁面で、溶液状、泥しょう状、糊状、クリーム状、塊状、粒状、粉末状等の水分と固形分からなる被乾燥物の水分を減少あるいは乾燥させる乾燥機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の乾燥機においては、熱風と被乾燥物を接触させる直接加熱タイプ、およびジャケット、円筒、細管、あるいは皿に加熱媒体を通して、壁面から被乾燥物に熱を供給して乾燥するか、あるいは室温において真空にして蒸発させる間接加熱タイプ、赤外線乾燥、高周波乾燥、超音波乾燥などの乾燥装置がある。これらの乾燥装置は久保田濃著の「乾燥装置」（財団法人省エネルギーセンター）１７ページの表にも見られるように溶液状、泥しょう状、糊泥状から粉状、粒状、フレーク状等の全ての状態に適用できる乾燥装置は無く、状態に応じて適合する乾燥機が選択される。
【０００３】
その中でも、間接加熱タイプは泥しょう状から粒状まで比較的広範囲に使用できる可能性を有しているが、溶液状から泥しょう状に関して、なお特別の条件でのみ使用できる。間接加熱タイプにおける縦型の乾燥機の場合には、バッチ式になるが、被乾燥物が液体であれ、ケーキ状であれ、被乾燥物の形態にかかわらず投入することができる上に、投入量に応じてフレキシブルに運転できるメリットがある。間接加熱タイプには内槽の周囲に熱媒体を通すジャケットを配置した装置、円盤に熱媒体を入れ、その上に被乾燥物を載せる装置、あるいは室温以下で真空にして水分を蒸発させる装置などがある。
【０００４】
さらに被乾燥物は内側面が略揃えられた幅の異なる羽根によって遠心力を与えられ、槽の内面に抑え付けられ、熱交換によって槽の壁から熱を与えることによって水分蒸発させる方式があった。この装置においては、羽根による被乾燥物に遠心力を与える効果と、非連続的に配置した羽根の端の打撃によって、上部から落下する塊を破砕する効果を狙っていた。上部が広く、下部が狭い槽は、壁面で水蒸気が気泡となって逃げる場合、および、張り付いた被乾燥物表面から気体が逃げる場合に、障害が少ない、逃散効果の高い形状である。
【０００５】
従来の乾燥機において、羽根に乗せた内容物を槽壁に擦り付け、ジャケットに通した高温の熱媒体と熱交換するという方法もあった。しかし、被乾燥物が汚泥から始まって、少し乾燥され糊状、クリーム状となり、更に乾燥されてケーキ状、塊状となり、更に乾燥されて粒状となる。一連の乾燥過程を考えるとき、被乾燥物を羽根の上に載せること自体が困難な場合が少なくないように思われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
間接加熱方式として、槽の直径が、下部も上部と同一径からなる垂直の槽が多いが、同一径においては、乾燥する際に、被乾燥物が液体の場合、水蒸気が壁面で発生し、気泡となって上部に散逸しようとする。その際に、垂直上部において発生した気泡が邪魔となって逃げにくい、という問題があった。また、乾燥物が糊状となって張り付いた場合には、槽壁で発生した水蒸気は、張り付いた層の表面から水蒸気が散逸しようとするが、やはり垂直方向に散逸しやすいため、散逸のパスが長くなり、水蒸気が逃げにくい、等垂直の槽では、水蒸気の散逸が遅いという問題があった。
【０００７】
さらに、液体の攪拌装置においては、粘度が低い場合においては、中心軸の周りに配置した櫂型、プロペラ型、タービン型板羽根は消費電力が小さく、攪拌効率が高いことが知られている。図５は攪拌装置の従来の原理を示す断面図である。槽１１の中心に攪拌軸１２が装備されており、攪拌軸１２に直接攪拌羽根１３が装着されている。この構造においては、流体は１４に示すように攪拌軸１２にそって羽根に吸い込まれ、１５に示すように羽根１３の回転の接線方向に排出され、槽壁に衝突する。しかし、液体の粘度が高くなると、この羽根の構造では回転が中心付近でのみ起こりやすく、周囲への攪拌効果が小さいため、周囲にまで羽根のあるものが使用される。乾燥機として考える場合には、内容物が最初低粘度であっても、乾燥に伴って高濃度となることを考慮した羽根構造でなければならない。
【０００８】
さらに、乾燥が進んで糊状あるいはクリーム状となって壁面に付着するようになった場合、掻き取りが必要となり、さらに掻き取り下部に落下した被乾燥物を遠心力によって跳ね飛ばし、壁面に再度付着させる必要がある。中心付近において羽根や羽根に取り付けられている腕、あるいは底面に落下した糊状あるいはクリーム状被乾燥物は遠心力が働きにくいため、壁面に飛ばされることが少なく、乾燥効率が悪くなる、という問題があった。
【０００９】
また、被乾燥物の乾燥が進んでケーキ状となった場合、壁面の掻き取り、あるいはケーキの解砕が必要である。脱水ケーキの解砕機として攪拌羽根が棒状からなる縦型高速解砕機が知られているが、棒型攪拌羽根には解砕効果はあるが、攪拌効果は少ないため、兼用はできないという問題がある。
【００１０】
この発明は、汚泥のような泥しょうから、ケーキ、塊状、粒状、粉状のような、固形分と水分とからなる被乾燥物の乾燥に効果がある、乾燥効率の高い乾燥装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明においては、乾燥のために、蒸発、乾燥、掻き取り、解砕、遠心力を行う４つの工夫を行っている。まず、第一は、槽構造として逆円錐台形にし、外周部と底部にジャケットを配したこと、第二は羽根の形状を、掻き取り、解砕、遠心力に都合の良い羽根の形状としたこと、第三は攪拌羽根の回転速度を高くするようにしたこと、第四は羽根の位置と数を掻き取り、解砕効果を向上するようにしたことである。
【００１２】
逆円錐台形とすることで、被乾燥物が液状の場合、羽根の接線方向に排出され壁面に移動した液体が、壁面から熱伝導を受け、上方に移動する際に、当該の羽根の上部において同じように熱伝導を受けた液体と重なることが少なく移動できる。熱伝導を受けた液体はさらに中心軸近傍において下方に移動し、底面で熱伝導受け、再度それぞれの羽根に向かって移動する。
さらに、壁面においてさらに高温となり、気泡となった蒸気が上方に移動する場合に抵抗が少なくなり、被乾燥物は糊状あるいはクリーム状となって壁面に付着した場合においても、壁面において発生した水蒸気が蒸発する場合の散逸のパスが短くなり、蒸気の上昇速度が速くなる効果がある。また、ジャケットも逆円錐台形となっていることで、ジャケットの熱流が下から、上に上昇する場合には流体層境膜係数が小さく、垂直の場合より熱伝達係数が大きくなる。
【００１３】
第二は、羽根の形状についてである。
攪拌効果の大きな攪拌羽根の形状としては、低および中粘度の場合は軸近くに配置した櫂型、プロペラ型、タービン型板羽根は消費電力が小さく、高粘度の場合は槽いっぱいの大きな羽根が有効であることが知られている。
そこで、この発明では、高粘度を重視して、羽根を槽壁面近傍に取り付け、低粘度における攪拌効果は羽根を設ける腕にも担わせることにした。羽根の形状は、鍬形とし、回転の前方または後方、中ほどにおいて少し太くし、太い部分が壁面に近接するようにした。
液体が低粘度の場合を考慮して、羽根は傾斜させて取り付け、回転前面で低く、後方で高くすることによって、羽根によって液体が上方に移動させられ、液体が旋回しながら、上方に移動し、回転軸近傍で下方への移動効果を持たせることができる。なお、腕も液体の旋回に対して、効果を発揮する。
【００１４】
また、さらに、被乾燥物の乾燥が進み、粘度を上げ、糊状あるいはクリーム状となり、壁面に付着した場合を考慮して、羽根の端部の一部を壁面に近接させた。この場合、羽根の端部前面で掻き取らなくても、そのため、羽根の形状として、羽根の一部を膨らませて、膨らんだ部分が壁面に近接するようにした。乾燥が進まない段階では糊状のまま掻き取られ、羽根に付着し、落下し、底面腕に付着する。付着物は粘度が高いため再度壁面に付着させるには、攪拌羽根の回転速度を高くして、遠心力を大きくしなければならない。
【００１５】
従って、この発明の第三の工夫である回転数では、最大８００ｒｐｍのように高速で回転できるようにした。乾燥が進むと、一部を掻き取ることによって塊として剥がれ、下部に落下する。
なお、下部に落下した糊状被乾燥物は、最下部の下面を掻き取る羽根によって、壁面に移動させられるようにした。最下部の羽根は、最下面において、壁面から回転軸近傍までをカバーできる羽根構造を腕に装着する構造とした。
さらに乾燥が進んで、ケーキ状あるいは塊状となると、攪拌羽根の腕、あるいは羽根の回転前面の端部が回転中に解砕効果を果たす。
【００１６】
さらに、乾燥が進んで、粒状になった場合には、粉末もできる可能性があるので、粉塵が排気口を通過して流出しないように、攪拌羽根の回転速度を落す必要がある。従って、回転の最小を５０ｒｐｍとした。但し、乾燥後、排出するためには、もっと回転速度が遅い方が良い。
【００１７】
第四は、羽根の位置と数についてである。
攪拌効果の大きな攪拌羽根として使用される軸近くに配置した櫂型、プロペラ型、タービン型板羽根では、軸に単段または複数段の羽根が設けられていることが知られている。この発明では、羽根を軸下方から上方または上方から下方に向かって螺旋状に配置し、上から見て三角形の頂点に羽根を配置するようにした。このことにより、壁面に付着した被乾燥物を掻き取るのに必要な数の羽根を配置可能とした。また、さらに、被乾燥物の腕と羽根による解砕効果を向上するのに有効である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態を示す断面図で、逆円錐台形の内槽１の周囲および底部に熱媒体を注入するジャケット２が装備され、ジャケットには熱媒体入口２２とドレン出口２３が設けられている。内槽には、投入口２０と排出口２１および回転軸３とそれに対して直角方向に片側のみ複数の腕４が設けられている。腕４の先端には攪拌羽根５を設置している。攪拌羽根５は回転方向の前方に低く、後方に高い勾配を設け設置している。また、最下段には、底面を掻き取る羽根６が設けられている。これらの羽根は回転軸３を介して、モータ７によって駆動される。内槽底部には回転軸３の軸受け８が設けられている。また、水蒸気を抜く穴９を設け、真空装置を取り付けて、真空も可能としている。
【００１９】
図２は、この発明の実施の形態を示す断面図で、逆円錐台形の内槽１の周囲と底部全域に熱媒体を注入するジャケット２が装備され、ジャケットには熱媒体入口２２とドレン出口２３が設けられている。内槽には、投入口２０と排出口２１および回転軸３とそれに対して直角方向に片側のみ複数の腕４が設けられている。腕４の先端には攪拌羽根５を設置している。攪拌羽根５は回転方向の前方に低く、後方に高い勾配を設け設置している。また、最下段には、底面を掻き取る羽根６が設けられている。これらの羽根は回転軸３を介して、モータ７によって駆動される。また、水蒸気を抜く穴９を設け、真空装置を取り付けて、真空も可能としている。
【００２０】
図３は、羽根の形状を示す平面図で、腕４と羽根５および羽根６を示しており、（ａ）は羽根５の片方の端を幅広にしたもの、（ｂ）は羽根５の中ほどを幅広にしたもの、（ｃ）は最下段に設ける羽根６を示したものである。
（ａ）と（ｂ）はいずれも、幅の広い部分は、他の部分より内槽壁面に接近する形状となっている。また、回転の前方となるのは、幅が広い方であっても、幅が狭い方であってもかまわない。（ａ）あるいは（ｂ）の羽根は水平より少し傾斜させ、最下段に設ける（ｃ）は少し立てるように配置することにより、効果が大きくなる。また、羽根の幅は同等であってもよいが、その場合には、傾斜して取り付けることにより、下部が逆円錐台形の壁面に近接することにより羽根の端による掻き取り効果も出てくる。
【００２１】
図４は、上部から見た羽根の配置図である。羽根は上部から見て三角形を呈するように、腕を出し、腕の先端に羽根を設けた。
この装置のジャケット２に１００℃以上の高温水蒸気等の気体を導入して、内槽１内に汚泥等の液状の被乾燥物を投入してモータ７により回転軸３を駆動すると、羽根５の接線方向の排出力によって内槽１の壁面に移動し、壁面から熱伝導を受け、液体は旋回しながら、上方に移動、回転軸近傍で下方への移動を行い、底面から熱伝導を受け、最下層羽根６によって上方に移動を行う。
糊状の被乾燥物においては、羽根５の遠心力によって壁面に付着させられ、かつ壁面で旋回させられ、羽根５の壁面に近い部分で掻き取られ、下部に落下させられるが、回転数が大きいため、再度遠心力によって壁面に跳ね飛ばされ、壁面で乾燥が進んで行く。底面に落下した一部の被乾燥物は、底面で乾燥が進み、最下層羽根６の底面に近い部分で掻き取られ、上方に移動を行う。さらに乾燥が進むと、壁面に付着した被乾燥物はケーキ状あるいは塊状になり、羽根によって一部が掻き取られると、塊として落下して羽根５の回転側前部の端によって解砕される。解砕された塊は再度遠心力によって壁面に飛ばされ、さらに乾燥が進む。
【００２２】
さらにこの発明においては、槽を密閉型にし、上部の蓋部に蒸気を抜く穴９を設け、この穴に真空装置を付加することによって、加熱と真空を同時に行えるようにし、被乾燥物の表面から蒸発した水分を除去して、乾燥を速めるようにしている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２４】
被乾燥物が液体の場合は腕および羽根によって液体全体が旋回し、壁面および底面で熱交換された液体は、上方に上昇し、回転軸近傍を下方に降下して内部の液体と交換されて液全体が昇温し、さらには液温度が上がると壁面および底面から気体が蒸発する。
【００２５】
被乾燥物が、糊状あるいはクリーム状の場合は、壁面に付着したものは水分が少なく、固形分が多くなり、羽根の掻き取り効果によって壁面から落下させられるが、壁面から掻き落とされた被乾燥物は落下してから、再度羽根の回転力によって飛ばされて壁面に付着し、乾燥するという効果がある。
【００２６】
被乾燥物がケーキ状または塊状の場合においては、羽根の先端の端部が解砕効果を有しているので、ケーキ状または塊状であっても高効率で乾燥する効果を有している。
【００２７】
上記の説明においては、液体状被乾燥物が、乾燥されるに伴って糊状またはクリーム状となり、さらにケーキ状または塊状となり、さらに粒状になる場合について説明したが、被乾燥物が、はじめから糊状、クリーム状、ケーキ状、塊状または粒状であってもその効果に変わりはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】遠心式乾燥機の断面図である。
【図２】遠心式乾燥機の断面図である。
【図３】遠心式乾燥機の種々の羽根の形状を示す平面図である。
【図４】遠心式乾燥機の平面図である。
【図５】従来の攪拌機の断面図である。
【符号の説明】
１　　内槽
２　　ジャケット
３　　回転軸
４　　腕
５　　羽根
６　　最下層羽根
７　　モータ
８　　軸受け
９　　蒸気抜き穴
１１　槽
１２　回転軸
１３　攪拌羽根
１４　軸方向に向かう液体流
１５　接線方向に向かう液体流
２０　投入口
２１　排出口
２２　熱媒体入口
２３　ドレン出口
【図１】
2004085160.tif 000003
【図２】
2004085160.tif 000004
【図３】
2004085160.tif 000005
【図４】
2004085160.tif 000006
【図５】
2004085160.tif 000007