(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）円筒状上半部、コーン状下半部、蓋板および底板よりなる乾燥筒、（ｂ）乾燥筒の最上部において円筒に対して接線方向に取り付けられたガス及び乾燥粉粒体の排出管、（ｃ）上記排出管より低い位置において円筒に対して接線方向に取り付けられた循環ガスの抜き出し管とコーン状下半部の底板近くに接線方向に取り付けられた循環ガスの吹き込み管とが循環ファンを介して連結されていて乾燥不十分な粉粒体を循環する少なくとも１本の循環ダクト、（ｄ）少なくとも１本の循環ダクトにおいて循環ファンの吸引側に接続された高含水率粉粒体供給管、及び（ｅ）乾燥筒のコーン状下半部にその切線方向に設けられた少なくとも１本の熱風供給管を備えていることを特徴とする気流乾燥装置。
【請求項２】
（ａ）円筒状上半部、コーン状下半部、蓋板および底板よりなる乾燥筒、（ｂ）乾燥筒の最上部において円筒に対して接線方向に取り付けられたガス及び乾燥粉粒体の排出管、（ｃ）上記排出管より低い位置において円筒に対して接線方向に取り付けられた循環ガスの抜き出し管とコーン状下半部の底板近くに接線方向に取り付けられた循環ガスの吹き込み管とが循環ファンを介して連結されていて乾燥不十分な粉粒体を循環する少なくとも１本の循環ダクト、（ｄ）少なくとも１本の循環ダクトにおいて循環ファンの吸引側に接続された高含水率粉粒体供給管、及び（ｅ）乾燥筒のコーン状下半部にその切線方向に設けられた少なくとも１本の熱風供給管を備えており、且つ上記ガス及び乾燥粉粒体の排出管が（ｆ）サイクロン分離器のガス送入管に直結していることを特徴とする気流乾燥装置。
【請求項３】
乾燥筒の底部において循環ガスの吹き込み管の取り付け位置より低い位置に水平回転羽根を備えている請求項１又は請求項２に記載の気流乾燥装置。
【請求項４】
下記事項を含む気流乾燥方法。
（１）垂直円筒状の乾燥筒内に加熱空気の旋回上昇流を形成させること、
（２）高含水率粉粒体と高含水率粉粒体の乾燥物との混合物を乾燥筒の底部に供給し前記加熱空気の旋回上昇流中に分散させて脱水すること、
（３）乾燥筒の最上部の排出管から脱水物を分散した空気の一部を抜き出すこと、
（４）脱水物を分散した空気の一部と共に乾燥不十分な粉粒体を乾燥筒の最上部の前記排出管より低い位置から抜き出して該乾燥筒の底部に循環すること。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生オカラ、焼酎粕、ビール粕、ジュース粕など、間接加熱や流動乾燥では処理困難な５０％以上の高含水率の粉粒体を単一の乾燥筒に連続投入しながら所期含水率の乾燥粉末を連続的に取り出す気流乾燥装置及び気流乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
豆腐製造や焼酎醸造、ビール醸造で発生する生オカラ、焼酎粕、ビール粕など原料粕の多くは焼却や海洋投棄されている。これらの食品原料残渣の乾燥品は飼料として利用可能なのにもかかわらず焼却や海洋投棄されているのは、乾燥品の飼料価格が輸入コーン以下で乾燥コストに満たないためである。従って廃棄物引き取り価格の高騰だけが乾燥設備導入の促進要因であり、何れの企業でも将来的に導入せざるを得ないと考えながらも、なかなか実施に踏み切れずにいる。
【０００３】
今年施行されたリサイクル法によりこれらの廃棄物を有効利用することが義務付けられたことに加えて、大型焼却炉のダイオキシン除去設備の設備猶予期限が来年末に迫っており、それ以降処理費の高騰が予想されることから、安価で高性能の乾燥処理設備の需要が高まるものと思われる。
【０００４】
食品原料残渣の乾燥には撹拌機付き間接加熱式乾燥機が使われているが、８０％前後の含水率で蛋白分を含み凝集性と粘着性を併せ持つ生オカラなどは伝熱壁にスケーリングを生じ能力が低下する。また撹拌により団子状粒塊となり内部水分の拡散を防げるため、外は焦げても内部が未乾燥となり乾燥粉の品質面からも高い評価は得られていない。間接加熱式の弱点はスケーリングや粒塊が生ずる素材で能力が不足した場合改善の手立てが無く、豆腐製造企業で導入した間接加熱式乾燥機の多くが能力不足であったり満足に稼働できないでいるのはこのためと考えられる。
【０００５】
熱風を使った気流乾燥機も使われており、凝集した粒子を気流中にうまく分散させるために撹拌羽根やセラミックボールなどの補助手段が講じられているが、この補助手段自体が粒塊、焦げ、異物混入などの障害要因となっているケースが多く見受けられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
生オカラ、焼酎粕、ビール粕などは水分が多いために分散し難い性状ではあるが、単粒子の集合体である。従ってうまく熱風中に単粒子状態で分散浮遊させれば、粒子表面が伝熱面になり、水分拡散抵抗も殆ど無い点で間接加熱式より遙かに有利であることは明らかである。課題は高含水率で凝集性の強い被乾燥素材を機械的手段を用いずに熱風中に単粒子状態で分散浮遊させ、焦げの原因となる装置内付着を如何に防ぐかという点に集約される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る気流乾燥装置は、（ａ）円筒状上半部、コーン状下半部、蓋板および底板よりなる乾燥筒、（ｂ）乾燥筒の最上部において円筒に対して接線方向に取り付けられたガス及び乾燥粉粒体の排出管、（ｃ）上記排出管より低い位置において円筒に対して接線方向に取り付けられた循環ガスの抜き出し管とコーン状下半部の底板近くに接線方向に取り付けられた循環ガスの吹き込み管とが循環ファンを介して連結されていて乾燥不十分な粉粒体を循環する少なくとも１本の循環ダクト、（ｄ）少なくとも１本の循環ダクトにおいて循環ファンの吸引側に接続された高含水率粉粒体供給管、及び（ｅ）乾燥筒のコーン状下半部にその切線方向に設けられた少なくとも１本の熱風供給管を備えていることを特徴とする。この気流乾燥装置により所望の含水量まで乾燥された粉粒体は、上記ガス及び乾燥粉粒体の排出管からサイクロン分離器に送入され、分離回収される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施態様を添付図面により説明する。図１において、符号１は円筒状上半部、コーン状下半部、蓋板および底板よりなる乾燥筒（ａ）である。符号２は乾燥筒の最上部において円筒に対して接線方向に取り付けられたガス及び乾燥粉粒体の排出管（ｂ）である。符号６（Ａ，Ｂ）は循環ダクト（ｃ）であり、上記排出管２より低い位置において円筒に対して接線方向に取り付けられた循環ガスの抜き出し管３（Ａ，Ｂ）とコーン状下半部の底板近くに接線方向に取り付けられた循環ガスの吹き込み管４（Ａ，Ｂ）とが循環ファン５（Ａ，Ｂ）を介して連結されている。図１には抜き出し管３Ａ、吹き込み管４Ａ、循環ファン５Ａを含む第１の循環ダクト６Ａと、抜き出し管３Ｂ、吹き込み管４Ｂ、循環ファン５Ｂを含む第２の循環ダクト６Ｂが示されているが、乾燥対象物の種類や性状、処理量に応じて、１本で良い場合もあるし、２本又は３本以上が好ましい場合もある。複数の循環ダクトを設ける場合、それぞれの循環ガスの抜き出し管の取り付け高さは異なる方が好ましい。符号７は高含水率粉粒体供給管（ｄ）であり、少なくとも１本の循環ダクト６Ａにおいて循環ファン５Ａの吸引側に接続されている。符号８は熱風供給管（e）であり、乾燥筒のコーン状下半部にその切線方向に少なくとも１本が設けられている。この気流乾燥装置により所望の含水量まで乾燥された粉粒体は、上記ガス及び乾燥粉粒体の排出管２からサイクロン分離器１２に送入され、分離回収される。サイクロン分離器１２は上部に排気管９、側面に切線方向に取り付けられたガス及び乾燥粉粒体の送入管１０、底部に乾燥粉粒体排出弁１１を有しており、そのガス及び乾燥粉粒体の送入管１０が乾燥筒のガス及び乾燥粉粒体の排出管２に直結している。サイクロン分離器１２上部に設けられた排気管９は排風ファン１７に接続している。必要に応じて、この後にサイレンサーを設けても良い。
【０００９】
この装置の操業について説明する。加熱用空気ファン１６、空気加熱炉１５、排風ファン１７を起動すると、加熱空気は熱風供給管８から乾燥筒１の底部に導入され、乾燥筒内を上昇し、乾燥筒１の最上部に設けられた排出管２から乾燥筒外に排出される（サイクロンに入る）が、熱風供給管８も排出管２も円筒に対して接線方向に取り付けられているので、乾燥筒内には旋回上昇流が形成される。当然のことながら、乾燥筒に接続する全ての管は、筒内に同一方向の旋回流を形成するような向きの切線方向に設ける。循環ファン５（Ａ，Ｂ）を起動すると、循環ダクト６（Ａ，Ｂ）を下降する加熱空気流が形成される。原料フィーダー１３及び原料気送用ファン１４を起動し、循環ファン５Ａの吸引側に高含水率原料を供給すると、高含水率原料は循環ガスに分散した状態で、乾燥筒底部に、接線方向に導入され、原料は遠心力により筒壁をこするような状態で旋回しながら上昇する。十分に乾燥し、細かく且つ比重が小さくなった粉粒体は排出管２から乾燥筒外に排出される（サイクロンに入る）。乾燥不十分で比重が高い粉粒体は排出管２より低い位置に取り付けられた循環ガスの抜き出し管３（Ａ，Ｂ）から抜き出され、乾燥筒底部に循環して再度乾燥処理を受けると共に、循環ダクト中で高含水率原料と混合して平均含水率を低下させ、単粒子に分散しやすい状態で乾燥筒に導入されるようにする。運転開始直後は循環して高含水率原料と混合する乾燥粒子が存在しないので、高含水率原料の分散がうまく行かず乾燥が不十分な場合がある。その場合は、サイクロン１２からホッパー１９への乾燥粉粒体気送ダクト１８の途中に設けた切替弁２０から乾燥粉粒体還流ダクト２１（図１に点線で示す）を通じて乾燥粒子を供給する。
【００１０】
符号２２は乾燥筒の底部において循環ガスの吹き込み管の取り付け位置より低い位置に備えられた水平回転羽根である。コーン状下半部の底板近くに接線方向に取り付けられた循環ガスの吹き込み管４から循環ガスと共に接線方向に吹き込まれた粒子は遠心力によりコーン状下半部の壁部に押しつけられながら旋回気流より遅い速度で旋回上昇する。循環ガス量に対して粒子の量が少なく微細であれば粒子は気流に乗って上昇し、１回転したとき吹き込み管の上面より上を通過する。この状態であれば底部に回転羽根がなくとも底部外周側には粒子の堆積は生じない。しかし底部の中心部に吹き溜まりが生じるとこれを解消する手だてはない。循環ガス量に対して粒子の量が多く且つ粒子径が大きい場合は底面近くで１回転した粒子が吹き込み流で堰き止められ、ここに堆積を生じる。底部の回転羽根は吹き込み流の堰作用を解消して底部に滞留する粒子を高速旋回させながら徐々に旋回気流に同伴上昇させる作用を有する。ファントリップなどの原因で運転がストップし乾燥筒底部に粒子が堆積した場合でも回転羽根があれば容易に再起動できる。羽根形状は底部に沈降する粒子が上部に掻き揚げられるような角度を有することが望ましく、インバーターで回転速度調節ができるようにすることも有効である。
【００１１】
生オカラは固形分比で２５％程度の豆乳蛋白を含んでおり、これが加熱面に付着すると膠状の蛋白皮膜を形成する。撹拌しながら乾燥すると粒子同士を粘着して団子状粒塊を形成するのも同じ要因である。焼酎粕も蛋白質と糖質が同程度含まれており同様の現象を生ずる。しかしながらこれらの素材の付着凝集性は含水率が一定水準まで低下すると急激に低減する。この水準は素材や蛋白濃度によって変化するが、５０％以下の含水率では殆ど付着性を示さなくなる。比較的高い含水率で改質されるのは、これら素材に含まれる大豆や穀類の表皮（大豆皮、米糠、ふすま）が粗粒として残っており、保水性に富む特性を有していることが寄与していると考えられる。
【００１２】
この特性に着目し、被乾燥素材を気流乾燥筒に投入する際に乾燥の進んだ粒子と混合し高含水率粒子を乾燥が進んだ粒子で包み込んだ状態にして付着性を減殺し、熱風中に浮遊分散させて乾燥を促進させる。
【００１３】
高含水率素材を連続投入しながら一つの乾燥筒で数％の含水率の乾燥粉を連続的に取り出すことを可能にすることは、乾燥筒内に滞留する被乾燥粒子の含水率を低いレベルに保つことを意味し、結果として高い含水率素材でも扱える性能アップにつながる。
【００１４】
複数の乾燥筒をシリーズに接続すれば所期の含水率まで乾燥するのは容易であるが、単一の乾燥筒に高含水率素材を連続投入しながら乾燥した粒子だけを選択的に抜き出すことは難度の高い命題であり、重力場での固気混相旋回流と素材粒子の比重、滞留量などの諸条件、具体的には気流旋回エネルギーと滞留粒子のエネルギー消耗度などを最適な条件に制御できるシステム構成が必要とされる。以下、この命題を解決する手法を説明する。
【００１５】
ａ）乾燥筒内の滞留時間：生オカラなどの高含水率素材を１本の循環ダクトから連続投入しながら数％の含水率の乾燥粉だけを選択的に抜き出させる乾燥筒形状が本装置の要で、基本原理は重力場で垂直円筒内を旋回上昇する気流中に同伴される粒子の終端速度差を利用して選別する。
【００１６】
生オカラや焼酎粕も単粒子の形状や大きさはまちまちで、細かな粒子は風にのり易く粗い粒子はのり難いことは容易に理解される。垂直円筒内を上昇する気流中の粒子の速度はストークスの法則に従う。気流上昇速度が終端速度を超えれば粒子は終端速度分遅い速度で上昇し、同じなら粒子は一定位置で浮遊停止し、それより遅ければ沈降する。本発明の乾燥筒内を旋回上昇する気流中の粒子は遠心力で筒壁を摺動しながら上昇するため、上昇速度は更に遅くなる。また筒内粒子密度が増すと気流の旋回エネルギーが削がれ更に遅くなる。この結果、短い乾燥筒でも滞留量が増えれば数十秒の滞留時間が得られる状態となる。
【００１７】
ｂ）選択的遅延滞留効果：微細粒子は短時間で乾燥し、粗い粒子は長い時間を必要とする。球形粒子モデルで重量／表面積比を考えれば乾燥時間は直径に比例する。生オカラや焼酎粕には大きな表皮や細かな破砕粒子が混在しており投入された素材を同一時間で所定水分まで乾燥した場合、微細粒子は過乾燥、粗大粒子は未乾燥になる。本装置は垂直円筒内の旋回上昇熱風流中に同伴される粒子がストークスの法則に従い微細粒子は速く、粗大粒子は遅れて上昇する選択的遅延滞留効果を利用して乾燥ムラを減殺することを基本原理とする。
【００１８】
ｃ）循環ファンによる破砕効果：循環ファンは次の三つの機能を持っている。一つは乾燥の進んだ粒子を筒底部に戻し生オカラなどの付着を防ぎ、筒内粒子密度を濃くして熱交換率を高める。二つ目の機能は循環空気を熱風と瞬間混合させて低温大風量熱風に変える。これにより５００℃以上の熱風でも焦粉の発生を防ぐと同時に筒内軸風速を速めて未乾燥で重い粒子でも旋回浮遊上昇させることを可能にする。比重や粒度が異なる各種素材に対してはインバーターによる循環ファンの回転制御で最適な筒内軸風速に調節することが可能である。三つ目の機能は回転羽根による粒子の破砕効果である。生オカラには大きな豆皮片が含まれており、焼酎粕には麦皮、米糠片、芋皮や繊維が含まれている。これらはそのままでは長い乾燥時間を必要とするが、循環ファンを何度も通るとき回転羽根で順次破砕され微細粒子となる。
【００１９】
ｄ）乾燥粉の選択排出：循環ガスの抜き出し管３は排出管２より低いレベルに取りつけられており、乾燥筒底部から循環ガスの抜き出し管３までの乾燥筒内軸風速は速く、循環ガスの抜き出し管３から排出管２までの上部の軸風速は遅くなっている。この軸風速差が細かい粒子、つまり乾燥した微粉だけを選択的に排気に同伴排出させる基本原理である。重い未乾燥粒子は排出管２まで上昇せずに抜き出し管３から吸引されて底部に戻され再度乾燥される。
【００２０】
ｅ）スタートアップ時の乾燥粉ダイバート（乾燥筒返送）：１つの乾燥筒で完全乾燥を行うためのデバイスとして被乾燥素材の投入開始時から一定時間サイクロン捕集された乾燥粉を乾燥筒に全量気送管で返送するダイバート切替弁が重要である。乾燥筒内に被乾燥粒子が無いと排風ファンで吸引される旋回熱風と循環ファンによる旋回気流は筒内で高速旋回するため、被乾燥素材を循環ダクトから投入するとこの高速旋回上昇流に乗って短時間でサイクロン側に同伴され、滞留時間が不足して未乾燥状態となる。また、筒内粒子量が少ないため、熱交換も不十分となり、排気温度も下がらない。初期乾燥粉を全量ダイバートすることにより、乾燥筒内の滞留量が短時間で定常滞留量に達し、筒内旋回気流エネルギーを減少させる結果、旋回粒子の上昇速度が落ち所期の滞留時間が確保される。未乾燥で重い粒子も循環ガスの抜き出し管レベルまでの速い軸速度域では旋回上昇して循環ダクトに吸引されて再度筒底部に戻される。乾燥した微細粒子のみが循環ガスの抜き出し管より上の低い軸速度域でも排気流に同伴されて旋回上昇し、サイクロン排気に同伴される筒内気流が形成された段階で安定運転状態となる。
【００２１】
ｆ）被乾燥素材投入量変化時の滞留量調節機能：被乾燥素材の比重と投入量が一定であれば、排風ファンと循環ファンの回転数を一定に保てば（筒内軸速度を一定にする）滞留量は一定に保たれる。被乾燥素材の供給量が一時的に減少すると、筒内滞留量が次第に減少するため、熱交換率が低下し、旋回気流エネルギーが優る状態となり滞留時間も減少する。滞留量の減少が循環ファンの電気値の変化となって現れる。この電流変化を利用し、筒内滞留量が減少した場合は一定時間ダイバート弁を筒循環に切り替えれば再び熱交換率が復帰し、滞留時間も正常に戻すことができる。
【００２２】
乾燥装置の単位容積当たり蒸発能力は筒内滞留粒子密度に比例する。スプレードライヤーでは毎時１立方メートル当たり１０ｋｇ程度、通常の気流乾燥でも毎時１立方メートル当たり５０ｋｇ前後である。本発明の乾燥筒では、投入された粒子が循環ガスと共に数回〜数十回、乾燥筒内を循環させることにより、毎時１立方メートル当たり３００〜５００ｋｇと言う驚異的な蒸発能力を可能にする。筒内の滞留粒子密度は、熱風供給量を減らし、循環ガス量を増やすことにより増加させることができる。
【００２３】
【実施例１】
乾燥筒径                ：φ７７０ｍｍ
高さ                    ：Ｈ２．８００ｍｍ
有効乾燥筒容積          ：０．９ｍ３
循環ファン数            ：１台
生オカラ含水率          ：８０％
生オカラ量              ：５００ｋｇ／ｈｒ
固形分                  ：１００ｋｇ／ｈｒ
乾燥粉水分              ：５％
蒸発量                  ：３９５ｋｇ／ｈｒ
乾燥粉量                ：１０５ｋｇ／ｈｒ
容積当たり乾燥能力      ：４４０ｋｇ／ｍ３・ｈｒ
熱風温度                ：４５０℃
排気温度                ：１００℃
熱効率                  ：７４％
【００２４】
【実施例２】
乾燥筒径                ：φ１．１００ｍｍ
高さ                    ：Ｈ２．８００ｍｍ
有効乾燥筒容積          ：１．７ｍ３
循環ファン数            ：１台
生オカラ含水率          ：８２％
生オカラ量              ：１．０００ｋｇ／ｈｒ
固形分                  ：１８０ｋｇ／ｈｒ
乾燥粉水分              ：５％
蒸発量                  ：８１０ｋｇ／ｈｒ
乾燥粉量                ：１９０ｋｇ／ｈｒ
容積当たり乾燥能力      ：５００ｋｇ／ｍ３・ｈｒ
熱風温度                ：４８０℃
排気温度                ：１００℃
熱効率                  ：７６％
【００２５】
【発明の効果】
生オカラ、焼酎粕、ビール粕、ジュース粕など、間接加熱や流動乾燥では処理困難な５０％以上の高含水率の粉粒体を単一の乾燥筒に連続投入しながら所期含水率の乾燥粉末を連続的に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１  乾燥筒
２  ガス及び乾燥粉粒体の排出管
３  循環ガスの抜き出し管
４  循環ガスの吹き込み管
５  循環ファン
６  循環ダクト
７  高含水率粉粒体供給管
８  熱風供給管
９  サイクロンの排気管
１０  サイクロンのガス及び乾燥粉粒体の送入管
１１  サイクロンの乾燥粉粒体排出弁
１２  サイクロン分離器
１３  原料フィーダー
１４  原料気送用ファン
１５  空気加熱炉
１６  加熱用空気ファン
１７  排風ファン
１８  乾燥粉粒体気送ダクト
１９  ホッパー
２０  切替弁
２１  乾燥粉粒体還流ダクト
２２  水平回転羽根
【図１】
0003805645.tif 000002