(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に熱媒体を通し外面が熱交換面を形成するディスク状の熱交換装置であって、
この熱交換装置の内部に設けられ対向する２つのディスク間に跨って中空室を分離仕切るための分離羽根と、
前記中空室に熱媒体を送り込むため熱交換装置の中央部に設けられる中空の羽根回転軸とで構成される熱交換部において、
前記ディスクの逆回転方向で、前記分離羽根寄りの熱媒体供給側の前記羽根回転軸に第１の供給孔を設け、
この第１の供給孔の近傍に前記ディスクの逆回転方向に所定角度間隔をおいて前記羽根回転軸に１個以上の第２の供給孔を設け、
前記ディスクの回転方向で、前記分離羽根寄りの熱媒体排出側の前記羽根回転軸に排出口を設け、
前記第１の供給孔、及び第２の供給孔から前記分離羽根の中空室に前記熱媒体を供給し、前記排出口より中空室の熱媒体を排出するするようにした
ことを特徴とする乾燥機の熱交換装置。
【請求項２】
請求項１記載の乾燥機の熱交換装置において、
前記第１の供給孔の直径が前記第２の供給孔の直径より小さいものである
ことを特徴とする乾燥機の熱交換装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の乾燥機の熱交換装置において、
前記分離羽根の仕切り形状を曲線状に構成した
ことを特徴とする乾燥機の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥等の液状物を乾燥するための乾燥機の熱交換装置に関する。更に詳しくは、ディスク状の熱交換装置を備え被乾燥物を効率よく乾燥させるための乾燥機の熱交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生産物の残渣物を含む廃液、各種洗浄水、工業原料の微粉砕物の乾燥処理等の乾燥機は、今や欠かせないものとなっており、種々の装置が提案されている。特に本出願人は、複数のディスク状の熱交換器を備えた燥機を種々の方法と装置を提案しておりよく知られているところである。
【０００３】
このディスクを有するこれら乾燥機は、パイプ状の軸に同軸にディスクが配置され、中空に構成された複数のディスクの中に、そのパイプ状の軸を通して高温蒸気を供給し、ディスクの高温表面に固形物が混合された液体である液状物を流して、その液状物とディスクとの間の熱交換により液状物を乾燥させるものである。
【０００４】
この乾燥機は、ディスクの表面に付着している固形物をスクレーパで剥ぎ取って粉末状にして回収する熱交換器として知られている。最近は、環境問題やリサイクルの必要性から、更に効率のよい乾燥機が要望されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の技術的背景に基づきなされており、これら従来の問題点を解決するため、本出願人は、特開平９−３２４９８６号，特開平１１−２１６４９８号等を提案している。本発明は、上記特許の技術内容に更に問題点を解決するための改良技術を加えたものである。本発明は特にディスクの構造、及び熱媒体の供給方法に関わるもので、ディスク内部に送り込まれる蒸気が水滴に変化するときの水滴回収方法を改善したものである。
【０００６】
ディスクに中空部を有する本方式は、狭い流路で蒸気が凝縮し液化するので、凝縮した液体が狭い流路内に留まり、熱交換の効率が悪くなり泥状物等の乾燥を阻害する領域が生じる場合がある（この領域を低乾燥領域と呼ぶ）。この低乾燥領域は、狭い流路のために凝縮した凝縮液が表面張力により流路内に留まり、また、流路内に留まった凝縮液のために加熱蒸気の流れに偏流が生じる。
【０００７】
このため泥状物等と加熱蒸気との熱交換を著しく阻害する。本発明は上述のようなことを考慮し、次の目的を達成するものである。
本発明の目的は、流路内の加熱蒸気の流れ方を変え、また複数個の蒸気通路を設ける等の工夫をし、熱交換効率のよい熱交換装置の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の乾燥機の熱交換装置は、
内部に熱媒体を通し外面が熱交換面を形成するディスク状の熱交換装置であって、
この熱交換装置の内部に設けられ対向する２つのディスク間に跨って中空室を分離仕切るための分離羽根と、
前記中空室に熱媒体を送り込むため熱交換装置の中央部に設けられる中空の羽根回転軸とで構成される熱交換部において、
前記ディスクの逆回転方向で、前記分離羽根寄りの熱媒体供給側の前記羽根回転軸に第１の供給孔を設け、
この第１の供給孔の近傍に前記ディスクの逆回転方向に所定角度間隔をおいて前記羽根回転軸に１個以上の第２の供給孔を設け、
前記ディスクの回転方向で、前記分離羽根寄りの熱媒体排出側の前記羽根回転軸に排出口を設け、
前記第１の供給孔、及び第２の供給孔から前記分離羽根の中空室に前記熱媒体を供給し、前記排出口より中空室の熱媒体を排出するするようにしたことを特徴とする。
【０００９】
前記第１の供給孔の直径が、前記第２の供給孔の直径より小さいものであると良い。また、分離羽根の仕切り形状は、前記ディスクの半径方向に配置し、かつ曲線状のものが熱交換後の水の排出を効率的にできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１を図面に従って説明する。図１、２は本発明の熱交換装置を適用した乾燥機の全体図を示したものである。乾燥機の乾燥原理及び機能については、本出願人の出願である特開平９−３２４９８６、特開平１１−２１６４９８に記載されているので詳細な説明は省略する。
【００１１】
ただし、前述した刊行物は熱交換装置を固定にした場合や金属板として回転させる装置で説明しているが、本実施の形態においては、熱交換装置を回転させる場合の装置、即ちディスクの中空内に水蒸気を送り込んで加熱し熱交換させる方式の熱交換装置として説明している。
【００１２】
図１において、本発明の熱交換装置１が乾燥機２内に回転自在に支持されている。この熱交換装置１はディスク状の形態をなし、内部は中空になっている。このディスク３の中心が複数個並列して円筒状の羽根羽根回転軸４４に固定されている。この羽根回転軸４も内部が中空になっており、ディスク３と一体に回転自在である。詳細は後述するが、この羽根回転軸４には蒸気供給口Ａからボイラー１３（図３参照）で作られた蒸気が送られ、排出口Ｂから水滴がドレンとして排出されるようになっている。
【００１３】
この羽根回転軸４は、詳細は図示していないがプーリ、伝導ベルト等を介してモータにより回転駆動される。モータは、プログラマブルコントローラー（図示せず）により回転速度等が制御され、これは制御盤又は入力手段を備えている。図２は図１の側面図で、ディスク３が羽根回転軸４に固定され一体となって、乾燥機２内で軸支され矢印の方向に回転する。このディスク３は、インバーターにより、運転中であっても回転数を変更できるので、被乾燥物の乾燥状態をコントロールすることができる。
【００１４】
ディスク３の外側面３ａには、乾燥機２に固定されているスクレーパ５が接触している。また同外側面３ａには、このディスク３の外側面３ａに向って、乾燥機２に固定されているフィードパイプ６から、被乾燥物である液状物７を噴射状にふりかけるようになっている。
【００１５】
図３は被乾燥物の乾燥処理工程を示した説明図である。液状物７は原液タンク８に溜められており、供給ポンプ９によって循環タンク１０に送り込まれる。ディスク３の下部には、乾燥機下部２ａが配置されている。この乾燥機下部２ａは、乾燥機２からの乾燥処理されないで落下する固形物が混合された液体である液状物７を集め循環タンク１０に戻す。循環タンク１０は、乾燥機２から落下する液状の液状物７や、ヘッダー１１から戻される液状物７の溜まりタンクとなっている。
【００１６】
この循環タンク１０から循環ポンプ１２を経て、ヘッダー１１に送り込まれた液状物７は、このヘッダー１１からフィードパイプ６を介しディスク３の外側面３ａに降りかけられる。このディスク３に降りかけられた液状物７は、このディスク３とともに回転される。このディスク３に付着した液状物７は回転中に乾燥させられ、スクレーパ５の位置にさしかかったとき、このスクレーパ５で乾燥した固形分をかき落とす。また、乾燥過程で発生する水蒸気等は、乾燥機２の上部の排気口から外部に放出される。
【００１７】
一方、ディスク３に付着しなかった液状物７は、乾燥機２の下方２ａに落下し循環タンク１０に溜められ再び使用される。原液タンク８の液状物７も供給ポンプ９を介してこの循環タンク１０に溜められる。この循環タンク１０の液状物７が循環ポンプ１２を介してフィードパイプ６に送られディスク３に降りかけられ、この動作を繰り返す。
【００１８】
また、乾燥機２の羽根回転軸４の内部は、中空であり隔壁により一方に蒸気通路１３ａ、他方はドレン通路１６として構成されており（図４参照）、この羽根回転軸４の中空部に蒸気（熱媒体）が送り込まれる。蒸気はボイラー１３から各弁を経由してこの羽根回転軸４に送り込まれる。送り込まれた蒸気はディスク３内を通過する過程で熱が奪われて凝縮され水滴となり、羽根回転軸４のドレン通路１６からドレンとして回収される。従って、ディスク３は、放熱器であるとも言える。
【００１９】
このように、本発明を適用した乾燥機２は、ディスク３内の中空３ｂに高温高圧の蒸気を送り、ディスク３の外側面３ａに液状物７を降りかけ、このため高温の蒸気と低温の液状物等と熱交換することになる。特に、狭い流路に蒸気を通し、蒸気の潜熱を利用することが、コンパクトで高い伝熱性能を得ることになり乾燥機２の特徴となる。
【００２０】
次に、図４，図５で蒸気の流れについて説明する。図４はディスク３の断面図である。ディスク３の内部は中空３ｂを構成し蒸気の流路となっている。このディスク３は羽根回転軸４に固定されている。羽根回転軸４の内部の一方は蒸気の通路になっており、外周の一部はディスク３の中空３ｂに通じる蒸気孔１４が設けられている。この蒸気は図３に示すボイラー１３から図１の蒸気供給口Ａを経てこの羽根回転軸に送り込まれる。
【００２１】
また羽根回転軸４の内部はドレン壁１５で一部仕切られて、後述するドレン回収のためのドレン通路１６を形成している。また羽根回転軸４には、このドレン通路１６とディスク３の中空３ｂに通じるドレン孔１７が設けられている。従って、ディスク３の中空３ｂからの水滴はこのドレン孔１７を介してドレン通路１６に導かれ、図４の左方向に流れ羽根回転軸４の端部、即ち図１に示す排出口Ｂからドレンとして回収される。
【００２２】
更に、このドレン通路１６にはディスク３毎に仕切り壁１８が設けられており、羽根回転軸４の回転に伴いドレン通路１６が下部に位置したとき、その下方に溜まった熱水が逆流しないようになっている。ボイラー１３から送られてきた蒸気は、図４で示す右方向から矢印のように羽根回転軸４に送り込まれる。送り込まれた蒸気は、羽根回転軸４の周面に開けられた蒸気孔１４を介してディスク３内の中空３ｂに送り込まれる。
【００２３】
図５は、図４のＸ−Ｘ線で切断したときの断面図であり、ディスク３を輪切りにした状態を示している。蒸気は図５に示すようにディスク３内の（イ）部近傍に蒸気孔１４を介して送り込まれる。この蒸気孔１４は複数個設けられており、蒸気は絶えず送り込まれているので、次第に（ロ）部の方へ流れる。蒸気孔１４は、分離羽根２０側寄りに主蒸気孔１４ａ（第１の供給孔）と、この主蒸気孔１４ａ近傍に設けられ逆回転方向に角度αを置いて、副蒸気孔１４ｂ（第２の供給孔）で構成されている。
【００２４】
主蒸気孔１４ａの直径をｄ1、副蒸気孔１４ｂの直径をｄ2とすれば、好ましくはｄ1＞ｄ2 の関係にすると良い。更に、副蒸気孔１４ｂの近傍に設けられ回転方向に角度αを置いて副蒸気孔１４ｃ（第３の供給孔）で構成されている。副蒸気孔１４ｃの直径をｄ3とすれば、好ましくはｄ1＞ｄ3の関係にすると良い。中空３ｂには主に主蒸気孔１４ａから蒸気が主に供給されるが、補助的に副蒸気孔１４ｂからも供給するようにしている。これらの直径の大きさは、本実施の形態では直径ｄ2＝直径ｄ3の関係がある。
【００２５】
主蒸気孔１４ａのみであると、供給された蒸気は中空３ｂの周方向に沿って流れるが、ドレン孔１７まで達する間に、ディスク３に降りかけられる液状物７が蒸気から熱を奪うので温度が低下していく。これに前述した副蒸気孔１４ｂからの蒸気を供給することにより、ディスク３の表面温度を長い時間高温に維持することができる。従って、主蒸気孔１４ａのみの場合に比較して副蒸気孔１４ｂからも蒸気を供給することは、乾燥させるべきディスク３内部の蒸気の偏流を改善して、その結果ディスク３の高温状態の表面積を大きくすることになる。
【００２６】
副蒸気孔１４ｂを配置しないと、ディスク３の表面の特定の部分の温度が低下し、充分に液状物７を乾燥できない領域が発生する。主蒸気孔１４ａ又は副蒸気孔１４ｂの大きさ、数をどのように設定するかは、実機の構成により経験的に決定される。このように従来の低乾燥領域（ディスク３の表面）をムラなく高温にすることにより、ディスク３のどの位置に液状物７をふりかけても安定して、しかも従来より量の多い乾燥物を得ることができ、乾燥効率を高めることになる。
【００２７】
また、このディスク３は矢印の方向に回転し、外側面３ａには低温の液状物７がたえず降りかけられているので、蒸気流れの末端のドレン孔１７に近い位置では、この蒸気は流れる過程で凝縮し液体に変化し水滴１９になっていく。この水滴１９はドレンとして、ドレン孔１７から外部へ排出される。蒸気が液化する過程で一部は蒸気送り込み側とドレン孔１７側の間を仕切る分離羽根２０に接する。この状態を示したのが図６である。前記ディスク３は回転しているので、この水滴１９に回転方向の力Ｆ１と遠心力方向の力Ｆ２が作用する。
【００２８】
結果的に合力Ｆ３としてこの水滴は前記分離羽根２０に対して直角方向即ち法線方向に押されへばりつく。一部の水滴１９はディスク３の内壁に表面張力で留まるものもあり、また、水滴１９自体重量があるので、必ずしも全ての水滴１９が対象になるわけではないが、ドレンとして回収される水滴の大半は分離羽根２０に押しやられる。
【００２９】
図７に示す如く分離羽根２０’が直線状の場合は、前述と同条件で水滴１９がこの分離羽根２０に作用したとき、分力として外側への力Ｆ４が作用し、水滴は外側に移動する。また水滴は自重があるので、ディスク３が回転するに伴い落下し前記ドレン孔１７に導かれる。
【００３０】
ここで直線状の分離羽根２０’と異なるのは、羽根回転軸４に複数の蒸気孔を設け、更に分離羽根２０を曲線状にしたことである。また、水滴１９を曲面上の接触位置に留まらせ分散しないようにすることができたことである。回収されるときはその位置から落下しあるいは分離羽根２０に沿ってドレン孔１７に導かれる。
【００３１】
分離羽根２０が直線状であると、水滴１９は外側に移動後に回収されることになり、このことは、水滴状態でディスク３内の中空３ｂに留まっている状態が、分離羽根２０を曲線した場合に比べ長くなる可能性を意味している。このため蒸気の流れに偏流を与えることにもなり、また、部分的に加熱すべきディスク３の温度も下がることになり、伝熱効率を悪化させ液状物等と加熱蒸気との熱交換を著しく阻害する。
【００３２】
また本実施の形態においては、分離羽根２０を１ヶ所設置したことで説明したが、１ヶ所に限定されることはなく、等角度位置に２ヶ所であってもよく、またそれ以上であってもよい。本発明はこの従来の問題点を解決し、ディスク３の高温状態を長く維持できるようにし、また分離羽根２０の曲線化により、水滴１９に無駄な動きを与えないようにして早く回収できる構成にし、伝熱効率を向上させた。
【００３３】
分離羽根２０曲線上の水滴１９の動きは乾燥機２の条件によって、必ずしも全てが理想的になるものではないが、従来の構成と比較した場合、同条件であれば、曲線状の分離羽根２０の場合の方がよくなることは自明である。
【００３４】
また、仮にディスク３が回転し真下に溜まった水滴を分離羽根２０で受けながら回収することを想定しても、羽根回転軸４からの分離羽根２０の羽根立ち上がり角度が直線状の場合と同じならば、回転に伴い水平状態になって水滴１９を回収するときは、直線状の場合に比し曲線状の場合の分離羽根先端部分は既に上方に位置している。このため、曲線状の場合の方が、直線状の場合に比べ早く回収できることになる。
【００３５】
このように、本発明は、ディスク３内の水滴１９を早く回収し、かつ、蒸気をディスク回転方向位置の複数孔からの供給で、ディスク３の温度を均一にし、高温状態を維持するのに効果があり、熱交換効率を高める構成となった。
【００３６】
［実施の形態２］
以上、本発明の熱交換装置の対象とする被乾燥物を液状物を中心に述べてきたが、本発明の対象はこれに限定されるものではない。例えば、粉末食品の粘着質の物質の乾燥装置にも適用できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、羽根回転軸に複数の孔を設けて蒸気をディスクの中空に供給し、また分離羽根形状を曲線にすることによって、ディスク全面が均一に加熱されるようになった。また、主蒸気通路の他に複数個の蒸気通路を設けたことにより、ディスクの温度ムラがなくなり、熱交換効率が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の熱交換装置を適用した乾燥機の全体正面図（一部断面）である。
【図２】図２は、本発明の熱交換装置を適用した乾燥機の全体側面図である。
【図３】図３は、本発明の熱交換装置を適用した乾燥機の乾燥方法を示す説明図である。
【図４】図４は、本発明の熱交換装置のディスク断面図である。
【図５】図５は、図４のＸ−Ｘ線で切断した断面図である。
【図６】図６は、水滴が曲線形状をなす分離羽根に接触するときの接触状態を示す説明図である。
【図７】図７は、水滴が直線形状をなす分離羽根に接触するときの接触状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１…熱交換装置
２…乾燥機
３…ディスク
３ａ…外表面
３ｂ…中空
４…羽根回転軸
５…スクレーパ
６…フィードパイプ
１３ａ…蒸気通路
１４…蒸気孔
１４ａ…主蒸気孔
１４ｂ…副蒸気孔
１５…ドレン壁
１６…ドレン通路
１７…ドレン孔
２０…分離羽根
【図１】
0004371570.tif 000002
【図２】
0004371570.tif 000003
【図３】
0004371570.tif 000004
【図４】
0004371570.tif 000005
【図５】
0004371570.tif 000006
【図６】
0004371570.tif 000007
【図７】
0004371570.tif 000008