(57)【要約】【課題】乾燥ユニット内に形成した気体を循環させる風路内において、蒸発器出口から出た気体と、乾燥室出口から出た気体とを熱交換させることによって、再熱能力及び冷却能力を向上させつつ、消費電力の低減を実現する乾燥装置を提供する。【解決手段】乾燥装置１００は、再熱器４、蒸発器５及び乾燥室６を介して気体を循環させる風路２１を乾燥ユニット２０内に形成すると共に、乾燥ユニット２０を大気圧以上で密閉し、風路２１内における蒸発器５出口から出た気体と乾燥室６出口から出た気体とを熱交換させることを特徴とする。【選択図】図１
2007255810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器とを冷媒配管で順次接続した冷凍サイクルと、
前記圧縮機と前記蒸発器との間の冷媒回路で前記凝縮器と並列になるように接続し、水の融点以下の乾燥した気体を作る再熱器と、
水分を昇華させて乾燥させる材料を収容する乾燥室とを備え、
前記圧縮機及び前記凝縮器を熱源側ユニットに搭載し、
前記絞り装置、前記蒸発器、前記再熱器及び前記乾燥室を乾燥ユニットに搭載し、
前記再熱器で作った気体を前記乾燥室内に送り、該乾燥室内に収容された材料を乾燥させる乾燥装置であって、
前記再熱器、前記蒸発器及び前記乾燥室を介して気体を循環させる風路を前記乾燥ユニット内に形成すると共に、該乾燥ユニットを密閉し、
前記風路内における前記蒸発器出口から出た気体と前記乾燥室出口から出た気体とを熱交換させる
ことを特徴とする乾燥装置。
【請求項２】
前記圧縮機及び前記凝縮器を搭載した熱源側ユニットと、前記絞り装置、前記蒸発器、前記再熱器及び前記乾燥室を搭載した乾燥ユニットとを複数台備える
ことを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。
【請求項３】
前記圧縮機を前記熱源側ユニット内に複数台搭載する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の乾燥装置。
【請求項４】
前記圧縮機を容量制御可能なもので構成する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の乾燥装置。
【請求項５】
自然循環系凝縮器と自然循環系蒸発器とを冷媒配管で接続した自然循環サイクルユニットを前記風路内に備え、
前記自然循環系凝縮器を前記蒸発器の出口側に、前記自然循環系蒸発器を前記乾燥室の出口側に位置するように前記自然循環サイクルユニットを配置し、
前記自然循環サイクルユニットによって、前記蒸発器出口から出た気体と前記乾燥室出口から出た気体とを熱交換させる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の乾燥装置。
【請求項６】
気体と気体との間で顕熱の熱交換を行なう顕熱熱交換器を前記風路内に備え、
前記顕熱熱交換器によって、前記蒸発器出口から出た気体と前記乾燥室出口から出た気体とを熱交換させる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の乾燥装置。
【請求項７】
自然循環系凝縮器と自然循環系蒸発器とを冷媒配管で接続した自然循環サイクルユニットと、気体と気体との間で顕熱の熱交換を行なう顕熱熱交換器とを前記風路内に備え、
前記自然循環系凝縮器を前記蒸発器の出口側に、前記自然循環系蒸発器を前記乾燥室の出口側に位置するように前記自然循環サイクルユニットを配置し、
前記自然循環サイクルユニット及び前記顕熱熱交換器によって、前記蒸発器出口から出た気体と前記乾燥室出口から出た気体とを熱交換させる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の乾燥装置。
【請求項８】
前記自然循環サイクルユニットで前記蒸発器出口から出た気体と前記乾燥室出口から出た気体とを熱交換させた後に、
前記顕熱熱交換器で前記蒸発器出口から出た気体と前記乾燥室出口から出た気体とを熱交換させる
ことを特徴とする請求項７に記載の乾燥装置。
【請求項９】
前記気体が空気である
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の乾燥装置。
【請求項１０】
前記気体が不活性ガスである
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを利用し、材料を大気圧以上で昇華することによって乾燥する乾燥装置に関し、特に再熱能力及び冷却能力を向上させつつ、消費電力の低減を実現する乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷凍サイクルを利用し、材料を大気圧以上で昇華することによって乾燥する乾燥装置が存在する。そのようのものとして、「乾燥剤及び／又は冷却材からの水分を凝縮させ、及び閉ループ内を循環される乾燥された乾燥剤を加熱するための熱ポンプユニットを備えた、粒状材料を乾燥し及び／又は冷凍するための装置において、前記装置は、乾燥室を有する循環ループを備え、前記乾燥室においては乾燥剤及び／又は冷却材は熱ポンプユニットから主として垂直軸線の流れをなして上昇し、前記装置は、乾燥剤及び／又は冷却材の前記流れを保証するための領域及び及び／又は器管は、乾燥剤及び／又は冷却材がそこを通して流れる間、粒状材料を運動状態に維持しうること、を特徴とする粒状材料を乾燥し及び／又は冷凍するための装置」が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この装置は、気体の乾燥剤のための循環ループと熱ポンプユニットとで構成されている。この循環ループの入口部分に乾燥室があり、その乾燥室の前方に熱ポンプユニットが備えられている。また、この循環ループ内には、乾燥室の他に、蒸発器、電動ファン（送風機）、主コンデンサ（再熱器）がこの順番で配置されている。そして、熱ポンプユニットの構成部品でもある蒸発器と主コンデンサとで循環ループ内を流れる乾燥剤が冷却及び再熱されて循環するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０３−５０４６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような装置は、材料を乾燥するために水の融点以下の乾燥空気を作らなければならない。たとえば、温度−７［℃］、湿度５［％］の乾燥空気を作るためには、蒸発器の出口における空気の温度を−３０［℃］程度にまで冷却する必要がある。そして、このときの除湿量は、乾燥室の出口における空気の温度及び湿度で決定されることになる。つまり、このような水の融点以下の乾燥空気では、飽和水蒸気量が非常に小さいものとなってしまう。
【０００６】
また、乾燥空気と乾燥材料内の水分の水蒸気との分圧差が小さいために、昇華による乾燥によって奪うことができる水分量が少ないものとなってしまう。さらに、上記のような乾燥空気を作るためには、蒸発器の出口における空気の温度を−３０［℃］程度にまで低くする必要がある。そのためには、冷凍サイクル内の蒸発器における蒸発温度も低く、たとえば、−４５［℃］程度に設定しなければならない。
【０００７】
つまり、このような場合、冷凍サイクルのＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：成績係数）が低下してしまう。その結果、１［ｋｇ］の除湿量を得るためには、熱ポンプユニットに高い冷却能力及び再熱能力が要求されることになる。また、高い冷却能力及び再熱能力を実現するためには、多くの消費電力がかかってしまい、省エネルギーを実現できるものではないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、乾燥ユニット内に形成した気体を循環させる風路内において、蒸発器出口から出た気体と、乾燥室出口から出た気体とを熱交換させることによって、再熱能力及び冷却能力を向上させつつ、消費電力の低減を実現する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】
本発明に係る乾燥装置は、圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器とを冷媒配管で順次接続した冷凍サイクルと、圧縮機と蒸発器との間の冷媒回路で凝縮器と並列になるように接続し、水の融点以下の乾燥した気体を作る再熱器と、水分を昇華させて乾燥させる材料を収容する乾燥室とを備え、圧縮機及び凝縮器を熱源側ユニットに搭載し、絞り装置、蒸発器、再熱器及び乾燥室を乾燥ユニットに搭載し、再熱器で作った気体を乾燥室内に送り、該乾燥室内に収容された材料を乾燥させる乾燥装置であって、再熱器、蒸発器及び乾燥室を介して気体を循環させる風路を乾燥ユニット内に形成すると共に、該乾燥ユニットを密閉し、風路内における蒸発器出口から出た気体と乾燥室出口から出た気体とを熱交換させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る乾燥装置は、圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器とを冷媒配管で順次接続した冷凍サイクルと、圧縮機と蒸発器との間の冷媒回路で凝縮器と並列になるように接続し、水の融点以下の乾燥した気体を作る再熱器と、水分を昇華させて乾燥させる材料を収容する乾燥室とを備え、圧縮機及び凝縮器を熱源側ユニットに搭載し、絞り装置、蒸発器、再熱器及び乾燥室を乾燥ユニットに搭載し、再熱器で作った気体を乾燥室内に送り、該乾燥室内に収容された材料を乾燥させる乾燥装置であって、再熱器、蒸発器及び乾燥室を介して気体を循環させる風路を乾燥ユニット内に形成すると共に、該乾燥ユニットを密閉し、風路内における蒸発器出口から出た気体と乾燥室出口から出た気体とを熱交換させるので、乾燥室出口から出た気体が蒸発器に入る前に１次冷却を、蒸発器出口から出た気体が再熱器に入る前に１次加熱をすることができる。したがって、熱源側ユニットの冷却負荷を補助することによって、再熱能力及び冷却能力を向上し、消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．  
図１は、本発明の実施の形態１に係る乾燥装置１００の構成を示す概略構成図である。図１に基づいて、乾燥装置１００の構成及び動作について説明する。この乾燥装置１００は、大気圧以上で密閉された乾燥ユニット２０内の空気を循環させて、冷凍サイクルを利用して水の融点以下の乾燥空気を作り、その乾燥空気で凍結させた材料の水分を昇華することによって乾燥させるものである。
【００１２】
この乾燥装置１００は、熱源側ユニット１９と、乾燥ユニット２０とで構成されている。熱源側ユニット１９内には、圧縮機１と、凝縮器２とが搭載されている。また、乾燥ユニット２０内には、膨張弁３ａ〜膨張弁３ｃと、再熱器４と、蒸発器５と、乾燥室（流動床）６と、送風機７と、自然循環サイクルユニット１７とが搭載されている。そして、熱源側ユニット１９内の圧縮機１及び凝縮器２と、乾燥ユニット２０内の再熱器４及び蒸発器５とは、冷媒配管で順次接続されて冷凍サイクルを形成している。
【００１３】
なお、乾燥ユニット２０内に搭載される再熱器４は、圧縮機１と蒸発器５との間の冷媒回路で凝縮器２と並列になるように接続されている。また、乾燥ユニット２０内には、乾燥空気を作り出すための風路２１が形成されている。この乾燥ユニット２０は、大気圧以上で密閉されている。また、実施の形態２では、乾燥ユニット２０の風路２１内を循環させる気体が空気である場合を例に示しているが、これに限定するものでない。たとえば、不活性ガスを循環させてもよい（実施の形態６参照）。
【００１４】
圧縮機１は、冷媒配管を流れる冷媒を吸入して、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。凝縮器２は、冷媒と空気との間で熱交換を行なって冷媒を凝縮液化すると同時に空気を加熱するものである。また、冷媒配管は、気体になった冷媒を導通させるガス側冷媒配管と、液体になった冷媒を導通させる液側冷媒配管とで構成されているものとする。この液側冷媒配管は、凝縮されて液体となった冷媒を導通するものであり、このガス側冷媒配管は、蒸発されて気体になった冷媒を導通するものである。
【００１５】
膨張弁３ａ〜膨張弁３ｃは、冷媒を減圧して膨張させるものであり、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。再熱器４は、冷媒と空気との間で熱交換を行なって冷媒を凝縮液化すると同時に空気を加熱するものである。蒸発器５は、冷媒と空気との熱交換によって、その冷媒を蒸発ガス化すると同時に空気を冷却するものである。乾燥室（流動床）６は、乾燥ユニット２０で作られた乾燥空気によって乾燥させたい材料を乾燥させるものである。この乾燥室６は、下部から乾燥空気が吹き上げられるようになっており、材料を流動させると同時に、その材料を昇華によって乾燥させるものである。
【００１６】
送風機７は、乾燥ユニット２０内に形成されている風路２１内に設けられており、空気を循環させるものである。自然循環サイクルユニット１７は、自然循環系凝縮器１５と、自然循環系蒸発器１６とが冷媒配管で接続されて構成されている。この自然循環サイクルユニット１７は、自然循環系凝縮器１５を蒸発器５の出口側に配置し、自然循環系蒸発器１６を乾燥室６の出口側に配置するように乾燥ユニット２０内に搭載されている。また、自然循環系凝縮器１５が自然循環系蒸発器１６よりも上方となるように取り付けることで自然循環サイクルを行なうようになっている。
【００１７】
ここで、乾燥装置１００の冷凍サイクル及び自然循環サイクルユニット１７に使用可能な冷媒について説明する。この冷凍サイクルに使用できる冷媒には、非共沸混合冷媒や擬似共沸混合冷媒、単一冷媒等がある。非共沸混合冷媒には、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒であるＲ４０７Ｃ（Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ）等がある。この非共沸混合冷媒は、沸点が異なる冷媒の混合物であるので、液相冷媒と気相冷媒との組成比率が異なるという特性を有している。擬似共沸混合冷媒には、ＨＦＣ冷媒であるＲ４１０Ａ（Ｒ３２／Ｒ１２５）やＲ４０４Ａ（Ｒ１２５／Ｒ１４３ａ／Ｒ１３４ａ）等がある。この擬似共沸混合冷媒は、非共沸混合冷媒と同様の特性の他、Ｒ２２の約１．６倍の動作圧力という特性を有している。
【００１８】
また、単一冷媒には、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）冷媒であるＲ２２やＨＦＣ冷媒であるＲ１３４ａ等がある。この単一冷媒は、混合物ではないので、取扱いが容易であるという特性を有している。その他、自然冷媒である二酸化炭素やプロパン（Ｒ２９０：Ｃ3Ｈ8）、イソブタン（Ｒ６００Ａ：Ｃ4Ｈ10 ）、アンモニア等を使用することもできる。なお、Ｒ２２はクロロジフルオロメタン、Ｒ３２はジフルオロメタン、Ｒ１２５はペンタフルオロエタン、Ｒ１３４ａは１，１，１，２−テトラフルオロエタン、Ｒ１４３ａは１，１，１−トリフルオロエタンをそれぞれ示している。
【００１９】
ここで、乾燥装置１００における冷凍サイクルの動作及び自然循環サイクルユニット１７の動作について説明する。まず、冷凍サイクルの動作から説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、まず、熱源側ユニット１９の圧縮機１で高温・高圧に圧縮される。この冷媒は、圧縮機１から吐出して凝縮器２と乾燥ユニット２０の再熱器４に分配される。この分配は、膨張弁３ａの開度を制御することで行なってもよく、開閉弁等を設けてその開度を制御することで行なってもよい。凝縮器２に流入した冷媒は、外気と熱交換して凝縮液化する。また、再熱器４に流入した冷媒は、乾燥ユニット２０内の空気と熱交換して凝縮液化すると同時に乾燥ユニット２０内の空気を加熱する。
【００２０】
凝縮器２及び再熱器４で熱交換を行なった冷媒は、膨張弁３ｂ及び膨張弁３ｃで減圧された後に合流する。この冷媒は、蒸発器５に流入し、空気と熱交換して蒸発ガス化すると同時に乾燥ユニット２０内の空気を冷却する。この蒸発ガス化した冷媒は、冷媒配管内を流れて、熱源側ユニット１９の圧縮機１に再度吸入される。つまり、冷媒は、外気との熱交換及び乾燥ユニット２０内の空気との熱交換を繰り返しながら冷凍サイクルを循環するのである。
【００２１】
次に、自然循環サイクルユニット１７の動作について説明する。
自然循環サイクルユニット１７の冷媒配管を流れる冷媒は、まず、自然循環系凝縮器１５で熱（凝縮熱）を放出（放熱）し、ガス冷媒から液冷媒に相変化する。このとき、乾燥ユニット２０内の空気は、放熱された凝縮熱によって加熱される。そして、この液冷媒は、重力によって自然循環系蒸発器１６に移動する。自然循環系蒸発器１６に移動した冷媒は、熱（蒸発熱）が与えられ（吸熱）、液冷媒からガス冷媒に相変化する。このとき、乾燥ユニット２０内の空気は、吸熱した蒸発熱によって冷却される。
【００２２】
ここで、乾燥ユニット２０の動作について、空気の流れと共に説明する。
乾燥室６の出口から出た空気９は、材料から水分を奪う（昇華させる）ことでその材料を乾燥させた空気である。したがって、空気９は、材料から奪った水分を含んだ状態である。この空気９は、乾燥ユニット２０内に形成されている風路２１内を流れて、自然循環系蒸発器１６に到達する。この空気９は、自然循環系蒸発器１６で熱交換され冷却（１次冷却）されて空気１１になる。
【００２３】
１次冷却された空気１１は、風路２１内を流れて蒸発器５に到達する。そして、この空気１１は、蒸発器５で熱交換され更に冷却（２次冷却）されて温度及び絶対湿度が低下した空気８になる。このとき、空気１１が含んでいた水分は、蒸発器５に霜として蓄えられるようになっている。絶対湿度が低下した空気８は、自然循環系凝縮器１５で熱交換され加熱（１次加熱）されて空気１２になる。
【００２４】
１次加熱された空気１２は、風路２１内を流れて再熱器４に到達する。そして、この空気１２は、再熱器４で熱交換され更に加熱（２次加熱）されて空気１０になる。この空気１０は、加熱されて温度が高いものとなると共に、相対湿度が低いものとなる。つまり、空気１０は、乾燥させる材料の融点以下となっているのである。この空気１０を乾燥室６の下部から吹き上げて材料を流動させると同時に、その材料を昇華によって乾燥させるのである。このように風路２１内を空気が流れて、材料を乾燥させるようになっている。
【００２５】
以上のように、乾燥装置１００は、自然循環サイクルユニット１７を介して、蒸発器５の出口から出た空気８と、乾燥室６の出口から出た空気９とを熱交換させるようにしている。つまり、空気９が蒸発器５に入る前に、自然循環系蒸発器１６によって１次冷却を行ない空気１１にし、空気８が再熱器４に入る前に、自然循環系凝縮器１５によって１次加熱を行ない空気１２にすることで、再熱能力及び冷却能力を向上させつつ、消費電力を低減することができるようになっているのである。
【００２６】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る乾燥装置１００ａの構成を示す概略構成図である。図２に基づいて、乾燥装置１００ａの構成及び動作について説明する。この乾燥装置１００ａは、大気圧以上で密閉された乾燥ユニット２０ａ内の空気を循環させて、冷凍サイクルを利用して水の融点以下の乾燥空気を作り、その乾燥空気で凍結させた材料の水分を昇華させることによって乾燥させるものである。また、実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。なお、乾燥ユニット２０ａ内を循環させる気体が空気である場合を例に示している。
【００２７】
実施の形態１では、自然循環サイクルユニット１７によって蒸発器５の出口から出た空気８と、乾燥室６の出口から出た空気９とを熱交換させるようにしたものであるが、実施の形態２では、顕熱熱交換器１８によって蒸発器５の出口から出た空気８と、乾燥室６の出口から出た空気９との顕熱を熱交換させるようにしたものである。この顕熱熱交換器１８は、プレートフィン熱交換器や二重管コイル等を使用した顕熱熱交換器で構成するとよい。
【００２８】
この顕熱熱交換器１８は、温かい空気と冷たい空気との２つの空気を混合することなく、それらの顕熱を熱交換するものである。その結果、温かい空気は冷却され、冷たい空気は加熱されることになる。たとえば、温かい空気として乾燥室６の出口から出た空気９を、冷たい空気として蒸発器５の出口から出た空気８をそれぞれ置き換えることができる。そうすると、空気９は冷却（１次冷却）され、空気８は加熱（一次加熱）されることになる。
【００２９】
ここで、乾燥ユニット２０ａの動作について、空気の流れと共に説明する。
乾燥室６の出口から出た空気９は、材料から水分を奪う（昇華させる）ことでその材料を乾燥させた空気である。したがって、空気９は、材料から奪った水分を含んだ状態である。この空気９は、乾燥ユニット２０内に形成されている風路２１内を流れて、顕熱熱交換器１８に到達する。この空気９は、顕熱熱交換器１８で熱交換され冷却（１次冷却）されて空気１１になる。
【００３０】
１次冷却された空気１１は、風路２１内を流れて蒸発器５に到達する。そして、この空気１１は、蒸発器５で熱交換され更に冷却（２次冷却）されて温度及び絶対湿度が低下した空気８になる。このとき、空気１１が含んでいた水分は、蒸発器５に霜として蓄えられるようになっている。絶対湿度が低下した空気８は、顕熱熱交換器１８で熱交換され加熱（１次加熱）されて空気１２になる。
【００３１】
１次加熱された空気１２は、風路２１内を流れて再熱器４に到達する。そして、この空気１２は、再熱器４で熱交換され更に加熱（２次加熱）されて空気１０になる。この空気１０は、加熱されて温度が高いものとなると共に、相対湿度が低いものとなる。つまり、空気１０は、乾燥させる材料の融点以下となっているのである。この空気１０を乾燥室６の下部から吹き上げて材料を流動させると同時に、その材料を昇華によって乾燥させるのである。このように風路２１内を空気が流れて、材料を乾燥させるようになっている。
【００３２】
以上のように、乾燥装置１００ａは、顕熱熱交換器１８を介して、蒸発器５の出口から出た空気８と、乾燥室６の出口から出た空気９とを熱交換させるようにしている。つまり、空気９が蒸発器５に入る前に、顕熱熱交換器１８によって１次冷却を行ない空気１１にし、空気８が再熱器４に入る前に、顕熱熱交換器１８によって１次加熱を行ない空気１２にすることで、再熱能力及び冷却能力を向上させつつ、消費電力を低減することができるようになっているのである。
【００３３】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る乾燥装置１００ｂの構成を示す概略構成図である。図３に基づいて、乾燥装置１００ｂの構成及び動作について説明する。この乾燥装置１００ｂは、大気圧以上で密閉された乾燥ユニット２０ｂ内の空気を循環させて、冷凍サイクルを利用して水の融点以下の乾燥空気を作り、その乾燥空気で凍結させた材料の水分を昇華させることによって乾燥させるものである。また、実施の形態３では実施の形態１及び実施の形態２との相違点を中心に説明し、実施の形態１及び実施の形態２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。なお、乾燥ユニット２０ｂ内を循環させる気体が空気である場合を例に示している。
【００３４】
実施の形態１では、自然循環サイクルユニット１７によって蒸発器５の出口から出た空気８と、乾燥室６の出口から出た空気９とを熱交換させるようにしたものであり、実施の形態２では、顕熱熱交換器１８によって蒸発器５の出口から出た空気８と、乾燥室６の出口から出た空気９との顕熱を熱交換させるようにしたものであるが、実施の形態３では、自然循環サイクルユニット１７と顕熱熱交換器とを組み合わせることによって蒸発器５の出口から出た空気８と、乾燥室６の出口から出た空気９とを熱交換させるようにしたものである。
【００３５】
この乾燥装置１００ｂは、実施の形態１で説明した自然循環サイクルユニット１７と、実施の形態２で説明した顕熱熱交換器１８とを乾燥ユニット２０ｂ内に搭載して構成されている。図３において、顕熱熱交換器１８が、乾燥室６と、自然循環サイクルユニット１７との間に備えられている場合を示している。つまり、顕熱熱交換器１８は、自然循環サイクルユニット１７の自然循環系蒸発器１６の上流側、自然循環系凝縮器１５の下流側に備えられているのである。
【００３６】
ここで、乾燥ユニット２０ｂの動作について、空気の流れと共に説明する。
乾燥室６の出口から出た空気９は、材料から水分を奪う（昇華させる）ことでその空気を乾燥させた空気である。したがって、空気９は、材料から奪った水分を含んだ状態である。この空気９は、乾燥ユニット２０内に形成されている風路２１内を流れて、顕熱熱交換器１８に到達する。この空気９は、顕熱熱交換器１８で熱交換され冷却（１次冷却）されて空気１１になる。
【００３７】
１次冷却された空気１１は、風路２１内を流れて自然循環系蒸発器１６に到達する。この空気１１は、自然循環系蒸発器１６で熱交換され冷却（２次冷却）されて空気１３になる。この空気１３は、風路２１内を流れて蒸発器５に到達する。そして、この空気１３は、蒸発器５で熱交換され更に冷却（３次冷却）されて温度及び絶対湿度が低下した空気８になる。このとき、空気１３が含んでいた水分は、蒸発器５に霜として蓄えられるようになっている。絶対湿度が低下した空気８は、自然循環系凝縮器１５で熱交換され加熱（１次加熱）されて空気１２になる。
【００３８】
１次加熱された空気１２は、風路２１内を流れて顕熱熱交換器１８で熱交換され加熱（２次加熱）されて空気１４になる。この空気１４は、風路２１内を流れて再熱器４に到達する。そして、この空気１４は、再熱器４で熱交換され更に加熱（３次加熱）されて空気１０になる。この空気１０は、加熱されて温度が高いものとなると共に、相対湿度が低いものとなる。つまり、空気１０は、乾燥させる材料の融点以下となっているのである。この空気１０を乾燥室６の下部から吹き上げて材料を流動させると同時に、その材料を昇華によって乾燥させるのである。このように風路２１内を空気が流れて、材料を乾燥させるようになっている。
【００３９】
以上のように、乾燥装置１００ｂは、顕熱熱交換器１８及び自然循環サイクルユニット１７を介して、蒸発器５の出口から出た空気８と、乾燥室６の出口から出た空気９とを熱交換させるようにしている。つまり、空気９が蒸発器５に入る前に、顕熱熱交換器１８で１次冷却を、自然循環系蒸発器１６で２次冷却を行ない空気１３にし、空気８が再熱器４に入る前に、顕熱熱交換器１８で１次加熱を、自然循環系凝縮器１５で２次加熱を行ない空気１４にすることで、再熱能力及び冷却能力を更に向上させつつ、消費電力を低減することができるようになっているのである。
【００４０】
実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態１〜実施の形態３に係る各乾燥装置に搭載されている圧縮機１の容量制御について説明する。圧縮機１を容量制御するためには、たとえばインバータ圧縮機で圧縮機１を構成し、その圧縮機１の駆動周波数を制御して容量制御する場合や、複数台搭載した圧縮機１のマルチ台数制御を行なって容量制御する場合がある。
【００４１】
実施の形態１〜実施の形態３に係る各乾燥装置に搭載されている圧縮機１の容量制御について説明する。上述したように、圧縮機１の容量制御には、インバータ圧縮機で圧縮機１を構成し、その圧縮機１の駆動周波数を制御して容量制御する場合や、複数台搭載した圧縮機１のマルチ台数制御を行なって容量制御する場合がある。いずれの場合においても、乾燥させようとしている材料の質量や大きさ、種類、乾燥時間、風量等の乾燥条件に応じて容量制御することが要求される。
【００４２】
つまり、乾燥させようとしている材料の乾燥条件に応じて、圧縮機１の駆動周波数の制御や、複数台搭載された圧縮機１の運転台数を制御することになる。この乾燥させようとしている材料（乾燥材料）の品質は、乾燥ユニット２０内における乾燥空気の相対湿度及び風量で決定されるようになっている。したがって、この乾燥材料の品質を確保するためには、蒸発器５の出口から出た空気８が乾燥条件に応じて最適な相対湿度となるように圧縮機１を制御する必要がある。
【００４３】
また、任意の風量に対して、蒸発器５の出口から出た空気８の相対湿度を一定に保つためには、その風量に応じて冷凍サイクルが有する冷凍能力を変化させる必要がある。たとえば、風量が低下したような場合において、蒸発器５の出口から出た空気８の相対湿度を一定に保つためには、圧縮機１の駆動周波数を減じたり、圧縮機１の運転台数を減少させたりするように圧縮機１を制御することで、冷凍サイクルが有する冷却能力を減少させるようにする。
【００４４】
次に、乾燥材料の乾燥工程が進行すると、この乾燥材料の乾燥した部分が水蒸気の流動抵抗となり、単位時間当たりの水分乾燥量を小さくしてしまうという問題が生じる。このように乾燥負荷が少ない場合において、圧縮機１の容量制御を行なうことによって乾燥負荷に応じた冷却能力及び再熱能力で冷凍サイクルの運転をすることが可能になる。したがって、不要な冷却能力又は再熱能力を出力することなく、消費電力を低減することができるのである。
【００４５】
実施の形態５．
図４は、本発明の実施の形態４に係る乾燥装置１００ｃの構成を示す概略構成図である。図４に基づいて、乾燥装置１００ｃの構成及び動作について説明する。この乾燥装置１００ｃは、大気圧以上で密閉された乾燥ユニット２０ｃ内の空気を循環させて、冷凍サイクルを利用して水の融点以下の乾燥空気を作り、その乾燥空気で凍結させた材料の水分を昇華させることによって乾燥させるものである。また、実施の形態４では実施の形態１〜実施の形態３との相違点を中心に説明し、実施の形態１〜実施の形態３と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。なお、冷凍サイクル及び乾燥ユニット２０の動作については、各実施の形態と同様である。
【００４６】
実施の形態４に係る乾燥装置１００ｃは、複数台の熱源ユニット及び複数台の乾燥ユニットが搭載されている。図４においては、乾燥装置１００ｃは、２台の熱源側ユニット１９と、２台の乾燥ユニット２０ａとが搭載されている場合を例に示している。つまり、この乾燥装置１００ｃには、各乾燥ユニット２０が各熱源側ユニット１９に冷媒配管で接続されており、２つの冷凍サイクルが形成されるようになっているのである。ここでは、実施の形態２に係る乾燥ユニット２０ａを２台搭載している場合を例に示している。
【００４７】
なお、乾燥装置１００ｃは、乾燥ユニット２０ａ及び熱源側ユニット１９を複数台搭載するものであればよく、台数を特に限定するものではない。また、乾燥装置１００ｃには、各実施の形態で示した各乾燥ユニットを、複数台搭載してもよく、組み合わせて複数台搭載してもよい。たとえば、実施の形態１に係る乾燥ユニット２０と実施の形態２に係る乾燥ユニット１０ａとの２台を、実施の形態１に係る乾燥ユニット２０と実施の形態３に係る乾燥ユニット２０ｂとの２台を、各実施の形態に係る乾燥ユニットの全部を組み合わせてもよい。
【００４８】
図４に示すように、実施の形態５に係る乾燥装置１００ｃは、各熱源ユニット１９に対して乾燥ユニット２０が２台ずつ接続されている。こうすることによって、乾燥条件の異なる材料を同時に乾燥させて処理することができるようになっている。また、乾燥装置１００ｃは、蒸発器５に着霜させて乾燥させようとしている材料の水分を取り除くという特徴がある。そのために、定期的に除霜運転を行なって蒸発器５に付着した霜と除去する必要がある。
【００４９】
すなわち、乾燥装置１００ｃに搭載された１台の乾燥ユニット２０では、冷凍サイクル内の凝縮器２での凝縮排熱を利用して除霜運転を行ない、もう１台の乾燥ユニット２０では、凝縮された冷媒を蒸発器５で蒸発させることで材料の乾燥を行なうようになっている。このように、乾燥装置１００ｃは、複数の冷凍サイクルを有効活用し、各冷凍サイクルで異なる工程（材料の乾燥運転における工程及び蒸発器５の除霜運転における工程）を実行することができるようになっている。
【００５０】
したがって、１台の熱源ユニット１９では処理できない大容量の材料を一度に乾燥処理することができる。また、複数の冷凍サイクルを形成できるので、一方の冷凍サイクルに接続されている蒸発器５に霜が付着し、それによって冷凍能力が低下した場合、他方の冷凍サイクルに接続されている蒸発器５によって乾燥ユニット２０内の空気を冷却することができる。つまり、乾燥装置１００ｃ全体の冷凍能力の低下を防ぎ、一定の乾燥空気の相対湿度を保つことができるのである。
【００５１】
実施の形態６．
実施の形態６では、実施の形態１〜実施の形態５に係る各乾燥装置の乾燥ユニット内に空気の代わりとして窒素等の不活性ガスを使用した場合について説明する。つまり、実施の形態１〜実施の形態５では、材料を乾燥させるために空気を使用していたが、実施の形態６では、材料を乾燥させるために空気ではなく不活性ガスを使用している。このように、不活性ガスを使用すれば、乾燥材料の酸化を防ぎ、乾燥材料の品質を低下させないようにすることができる。また、飽和水蒸気量の大きい不活性ガスを使用すれば、乾燥時間を短縮することができる。
【００５２】
各実施の形態では、各熱源側ユニットと、各乾燥ユニット２０とを別々のケーシングに収容してもよく、１つのケーシングに収容してもよい。また、各実施の形態の熱源側ユニット内に複数台の圧縮機１を搭載してマルチ台数制御を行なうようにしてもよく、圧縮機１をインバータ圧縮機で構成してもよい。このように、圧縮機１の駆動周波数やマルチ台数制御を行なう場合には、制御手段を搭載するのが望ましい。さらに、各実施の形態に係る乾燥ユニット内の空気や不活性ガスの温度や湿度を検知するための温度検知手段や湿度検知手段等を搭載してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施の形態１に係る乾燥装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】実施の形態２に係る乾燥装置の構成を示す概略構成図である。
【図３】実施の形態３に係る乾燥装置の構成を示す概略構成図である。
【図４】実施の形態４に係る乾燥装置の構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  圧縮機、２  凝縮器、３ａ  絞り装置、３ｂ  絞り装置、３ｃ  絞り装置、４  再熱器、５  蒸発器、６  乾燥室、７  送風機、８  空気、９  空気、１０  空気、１１  空気、１２  空気、１３  空気、１４  空気、１５  自然循環系凝縮器、１６  自然循環系蒸発器、１７  自然循環サイクルユニット、１８  顕熱熱交換器、１９  熱源側ユニット、２０  乾燥ユニット、２０ａ  乾燥ユニット、２０ｂ  乾燥ユニット、２１  風路、１００  乾燥装置、１００ａ  乾燥装置、１００ｂ  乾燥装置、１００ｃ  乾燥装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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