JP2001153545A - 水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水蒸気ヒートポンプ方式の従来の問題点を改
良した水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置およびその運転
方法を提供する。 【解決手段】 予熱および追い炊きのための水蒸気ボイ
ラー（７）を設け、気密断熱容器（１）と水蒸気圧縮機
（２）とを連通する吸入側回路（６ａ）にその水蒸気ボ
イラー（７）からの水蒸気配管（６ｇ）を接続する。ま
たは、水蒸気圧縮機（２）に気密断熱容器（１）から吸
気し凝縮器（３）へ連通する回路と外気から吸気し気密
断熱容器（１）へ連通する回路とを切換える切換手段
（８）を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、生ごみ、
汚泥、または廃液等の高含水廃棄物の処理を主目的と
し、食品や医薬品等の生産施設における濃縮、脱水、ま
たは乾燥処理にも適用可能な、被乾燥物を入れる気密断
熱容器と、その容器内を減圧する水蒸気圧縮機と、その
水蒸気圧縮機で加圧した水蒸気を凝縮しその潜熱で容器
内の被乾燥物を乾燥する凝縮器とで構成される水蒸気ヒ
ートポンプ方式乾燥装置およびその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】生ごみ、汚泥、あるいは廃液等の水分を
多く含む廃棄物は、貯蔵や運搬に困難を伴う難処理物で
あり、焼却する場合にも多量の助燃剤を必要とするた
め、エネルギー浪費型の処理になっている。しかし、こ
れらから水分を蒸発させれば大幅な減量化が可能であ
り、リサイクルも容易になる。また、水分の蒸発は、こ
のような廃棄物の処理のみではなく、食品や医薬品等の
生産プロセスにおいても重要なプロセスである。

【０００３】このような水分の蒸発プロセスにおいて
は、水の大きな蒸発潜熱（１００℃で２２５７ｋＪ／ｋ
ｇ）を賄わねばならないので、莫大な熱エネルギーを必
要としている。しかるに、従来の乾燥装置では、化石燃
料ボイラーからの水蒸気で被乾燥物を加熱したり、ある
いは温風によって乾燥しており、乾燥後の熱をそのま
ま、あるいは冷却塔を介して大気に放出していた。

【０００４】そこで、水分蒸発プロセスの省エネルギー
化を目的として、本出願人は、発生した水蒸気を圧縮し
て凝縮潜熱を回収利用する技術を特開平９−１２６６５
２号、特開平１０−１０３８６１号、および特開平１０
−１０３８６２号の各公報に開示している。これらの技
術では、高含水廃棄物の入った気密断熱容器を予熱し、
次いで水蒸気圧縮機の運転によりその容器内を減圧して
１００℃未満で沸騰させ、こうして生じた水蒸気を大気
圧以上に加圧して１００℃以上で凝縮し、その潜熱を利
用して廃棄物を加熱している。

【０００５】一般に、水蒸気を圧縮した後に凝縮させて
潜熱を回収する技術は、蒸気再圧縮方式として知られて
おり、大規模なビール醸造プロセス等に適用されてい
た。しかし、従来は、液状物質への適用に限られてお
り、構造が複雑、かつ運転操作が難しく、プラント規模
の大型装置が主体になっていた。そこで、小規模装置で
も実現可能な簡単な構造とし、液状のみならず固形物を
含む高含水廃棄物の乾燥にも適用できるようにすること
を目的としたのが上記の各技術である。

【０００６】なお、これらの技術は、水蒸気を冷媒とす
るヒートポンプと見なすことができ、ここでは、水蒸気
ヒートポンプ方式と称する。そして、石油等の化石燃料
ボイラーからの熱で乾燥させる従来の温風乾燥方式や伝
熱加熱乾燥方式等を従来方式と呼ぶ。本出願人は、上記
一連の技術の提案後、水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置
の実用化に向けて技術開発を進め、本発明はそれらの知
見に基づいてなされたものである。

【０００７】図７には、水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装
置の基本的な構成が示されている。図において、水分蒸
発回路は、内部に被乾燥物である含水性廃棄物Ｗを入れ
た気密断熱容器１から配管６ａが水蒸気圧縮機２に接続
され、水蒸気圧縮機２の吐出口から配管６ｂにより容器
１内の凝縮器３に接続され、凝縮器３から配管６ｃによ
りレリーフ弁４および蒸気トラップ５に接続されてい
る。なお、符号Ｅは、容器１の投入口、Ｆは排出口を示
している。

【０００８】気密断熱容器１内で含水性廃棄物Ｗを１０
０℃未満に図示してない予熱手段により予熱し（予め加
熱した含水性廃棄物を入れてもよい）、水蒸気圧縮機２
を運転すると容器１内では大気圧以下で水分が沸騰（蒸
発）する。こうして生じた水蒸気を圧縮して凝縮器３に
送って凝縮させ、その潜熱を回収して被乾燥物Ｗを加熱
する。運転状態の一例としては、水蒸気の沸騰状態が絶
対圧力８４ｋＰａでその飽和温度９５℃、凝縮状態とし
て絶対圧力１４２ｋＰａでその飽和温度１１０℃が想定
できる。こうして生じた凝縮水は、大気圧よりも高いた
めに吸引ポンプが無くても蒸気トラップ５を通過し、自
発的に外部に排出される。また、図７中の不凝縮性ガス
排出弁（レリーフ弁）４は、容器１内の空気を運転初期
に排出することが主な目的であるが、運転中に被乾燥物
中から出てくる気体や、装置のシール部等から漏れ出る
空気を排出する機能を有している。

【０００９】なお、図７は、水蒸気ヒートポンプ式乾燥
装置の基本的な構成を示すのみで、具体的な装置では、
多くのバリエーションや補助的な部品があり得る。例え
ば、凝縮器は、被乾燥物との熱交換が重要な機能であっ
て容器内の静止型熱交換器、容器の外壁に二重ジャケッ
トを形成したもの、または乾燥容器内で回転撹拌運動を
行う構造等が考えられる。なお、図７では、温度調整機
構（水蒸気排出弁）などの図示は省略されている。

【００１０】一方、前記の特開平９−１２６６５２号公
報に開示の技術においては、図９に示すように、気密断
熱容器１内に設置した電熱ヒーター１４やスチーム熱交
換器を用いて予熱を行っている。しかし、このような構
造では、熱交換部（凝縮器３、電熱ヒーター１４）が容
器内に突出し、撹拌機１７を使用する場合には障害とな
る。

【００１１】また、前記特開平１０−１０３８６１号公
報に開示の技術では、図１０に示すように、水蒸気ボイ
ラー７を設けて水蒸気が容器１内に吹き込まれるように
構成している。しかし、このような構成では、水蒸気が
容器１内で凝縮するため、被乾燥物Ｗの水分が一時的に
増加するという問題点がある。

【００１２】さらに、水蒸気ボイラー７からの水蒸気を
圧縮機２の吐出配管、または（図１１に示すように）凝
縮器１３に合流させる構成が開示されている。かかる構
成では、圧縮機２からの水蒸気にボイラー７からの水蒸
気が加わるため、凝縮圧力が上昇し、圧縮機２の過負荷
状態が生じ易い。また、追い炊きを要するのは沸騰温度
が下がり圧縮機吸入圧力が低い状態なので、ボイラー７
からの蒸気を加えると凝縮圧力が上昇し、圧縮比（吐出
圧力と吸入圧力との比）がさらに大きくなり、圧縮機２
がオーバーヒートし易くなる。この圧縮機２のオーバー
ヒートは、最悪では焼け付きに至り、そこまでは至らず
とも、耐久性の点からは望ましくない。

【００１３】また、図８には水蒸気ボイラーを用いて予
熱および追い炊きを行う従来の水蒸気ヒートポンプ方式
乾燥装置の構成が示されている。前記図７の構成に対
し、水蒸気ボイラー７が設けられ、その吐出管６ｇが水
蒸気圧縮機２と凝縮器２とを連結する配管６ｂに開閉弁
９を介装して接続されている。

【００１４】予熱運転では、開閉弁９を開いて水蒸気ボ
イラー７からの水蒸気が凝縮器３へ導入される。水蒸気
は、ここで凝縮して潜熱を放出し、熱交換によって被乾
燥物Ｗの温度を上昇させる。そして、凝縮水は、蒸気ト
ラップ５を通過して外部へ放出される。次に、被乾燥物
Ｗの温度が１００℃程度に達した時点で開閉弁９を閉
じ、圧縮機２が起動される。まず、容器１内の空気が排
出されるが、空気は凝縮しないので不凝縮性ガス排出弁
（レリーフ弁）４を開けて外部へ排出する必要がある。
容器１内は減圧されるため、被乾燥物Ｗに含まれる水分
が沸騰蒸発する。例えば、８４ｋＰａでは、沸騰蒸発温
度は約９５℃と想定できる。こうして被乾燥物Ｗから蒸
発した水蒸気は、水蒸気圧縮機２で圧力を高め、同時に
温度が上昇する。この温度上昇は、理想的には断熱圧縮
で、実際にはポリトロープ圧縮として計算できる。

【００１５】そして、圧力および温度の上がった水蒸気
は、凝縮器３で熱を放出して液化する。凝縮条件として
は、例えば、１４３ｋＰａ、１１０℃に想定することが
でき、水蒸気凝縮器３の熱交換機能により、９５℃に被
乾燥物Ｗを加熱する。凝縮水の圧力は、大気圧（１０１
ｋＰａ）より高いため、蒸気トラップ５を通過して自発
的に外部へ排出される。

【００１６】水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置では、水
の莫大な気液相変化潜熱が内部で循環しており、運転に
要するエネルギーは、僅かな圧縮機動力でよいため、省
エネルギー効果が極めて高い。このように、外部からの
エネルギー入力が小さいにもかかわらず、運転中の装置
温度は１００℃に近いため、断熱しても装置の温度が徐
々に下がることがある。この場合は、沸騰温度を維持す
るために追い炊きが必要になる。なお、断熱効果が高い
場合は、圧縮機へのエネルギー入力によって装置の温度
すなわち沸騰温度が徐々に上がることもあり得る。この
場合は、水蒸気を外部へ（例えば、図７のレリーフ弁４
を開けて）捨てることによって容易に温度を下げること
ができる。

【００１７】図８では、開閉弁９を開けてボイラーから
の水蒸気を凝縮器に加え、追い炊きを行っている。この
方法の問題点は、圧縮機を同時運転すると凝縮圧力が上
昇し、圧縮機が加熱することであった。これを避けるた
めには、圧縮機を停止して追い炊きしなければならな
い。さらに、ボイラーの水蒸気圧力は、圧縮機吐出圧力
よりも十分に高い必要がある。

【００１８】このような従来技術では、熱源に電熱ヒー
ターや蒸気ボイラーを用いており、ランニングコスト、
あるいは省エネルギーの点から好ましいものではない。
なお、特開平１０−２６４７１４号公報には、車両用エ
ンジン冷却水を熱源にして予熱する技術が開示されてい
るが、内燃機関の存在が条件となる。

【００１９】一方、水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置で
は、低い含水率を実現することが困難な場合がある。こ
の原因は、乾燥が進み発生する水蒸気量が減少するとこ
れを冷媒とする水蒸気ヒートポンプサイクルが成り立た
なくなるためである。

【００２０】具体的には、 （１） 沸騰圧力が低下して水蒸気の比体積が大きくな
るため、圧縮機が吸引する水蒸気の質量が減少し、乾燥
速度が遅くなる。 （２） このため、蒸発熱量を圧縮機入力で除した成績
係数（ＣＯＰ）が低くなり、省エネルギー効果が減少す
る。 （３） 沸騰圧力が低下すると圧縮比が大きくなり、圧
縮過程における水蒸気の温度上昇が大きくなって圧縮機
が過熱傾向となるため、耐久性等の見地からは望ましく
ない。さらに、極端な場合には圧縮機の焼け付きに至
る。 本発明者は、実験の結果、例えば生ごみでは水分（湿量
基準の含水率）が５０％より下がると、上記（１）〜
（３）の現象が顕著となり、主に上記（３）の理由から
乾燥運転の継続が困難になることを見出した。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の問題点に対処した改
良された水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置およびその運
転方法を提供することを目的としている。

【００２２】すなわち、本発明では、熱交換部が容器内
に突出せず、省エネルギー効果に優れ、また、圧縮機の
過負荷（特に追い炊き時）が生じない水蒸気ヒートポン
プ方式乾燥装置を提供することを目的としている。

【００２３】また、本発明では、被乾燥物の水分が減少
し、低含水率になった場合においても運転可能な水蒸気
ヒートポンプ方式乾燥装置およびその運転方法を提供す
ることを目的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の水蒸気ヒートポ
ンプ方式乾燥装置では、被乾燥物を入れる気密断熱容器
と、その容器内を減圧する水蒸気圧縮機と、その水蒸気
圧縮機で加圧された水蒸気を凝縮しその潜熱で前記容器
内の被乾燥物を乾燥する凝縮器とで構成される水蒸気ヒ
ートポンプ方式乾燥装置において、予熱および追い炊き
のための水蒸気ボイラーを設け、前記気密断熱容器と水
蒸気圧縮機とを連通する吸入側回路にその水蒸気ボイラ
ーからの水蒸気配管を接続している。

【００２５】したがって、本発明によれば、予熱運転に
おいては、水蒸気圧縮機と水蒸気ボイラーとを同時に運
転してボイラーからの水蒸気を圧縮機で吸引し、加圧し
て凝縮器に送る。追い炊き運転では、圧縮機を運転した
ままでボイラーからの水蒸気を気密断熱容器内の被乾燥
物からの水蒸気に合流させて圧縮する。このように予熱
と追い炊きとで圧縮機を停止させる必要がなく、円滑に
運転を継続することができる。

【００２６】また、本発明では、前記水蒸気ボイラーは
大気圧以下で水蒸気を発生する水蒸気ボイラーである。

【００２７】すなわち、本発明によれば、水蒸気圧縮機
の吸入側に水蒸気ボイラーからの水蒸気を合流させるた
め、ボイラーの水蒸気圧力は低くてもよく、さらに、大
気圧以下での運転も可能である。（以下、大気圧以下の
ボイラーを負圧ボイラーと称する。） 例えば、９５℃の温水は、絶対圧力８４ｋＰａで沸騰す
るため、圧縮機の吸入側で負圧沸騰させて生じた水蒸気
を加圧し、例えば、絶対圧力１４３ｋＰａで飽和温度１
１０℃の凝縮器へ送ることができる。

【００２８】したがって、本発明によれば、水蒸気ボイ
ラーの圧力を低くでき、安全性が高く、また、温水ボイ
ラーを使うこともできる。そして、温水の温度制御によ
り予熱と追い炊きの制御が容易にできる。

【００２９】また、本発明の水蒸気ヒートポンプ方式乾
燥装置では、被乾燥物を入れる気密断熱容器と、その容
器内を減圧する水蒸気圧縮機と、その水蒸気圧縮機で加
圧された水蒸気を凝縮しその潜熱で前記容器内の被乾燥
物を乾燥する凝縮器とで構成される水蒸気ヒートポンプ
方式乾燥装置において、前記水蒸気圧縮機に気密断熱容
器から吸気し凝縮器へ連通する回路と外気から吸気し気
密断熱容器へ連通する回路とを切換える切換手段を設け
ている。

【００３０】前記切換手段としては、前記気密断熱容器
と水蒸気圧縮機とを連結する回路に容器・圧縮機間の連
通と、圧縮機側外気吸入・容器側外気開放とに切換える
切換弁を設け、前記水蒸気圧縮機と凝縮器とを連結する
回路から分岐して別の切換弁を介装して気密断熱容器に
連通する回路を設けて構成するのが好ましい。

【００３１】また、前記気密断熱容器と水蒸気圧縮機と
を連結する回路の容器出口寄りに粉塵分離器を介装する
のが好ましい。

【００３２】そして、本発明の水蒸気ヒートポンプ方式
乾燥装置の運転方法によれば、被乾燥物を入れる気密断
熱容器と、その容器内を減圧する水蒸気圧縮機と、その
水蒸気圧縮機で加圧された水蒸気を凝縮しその潜熱で前
記容器内の被乾燥物を乾燥する凝縮器とで構成される水
蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の運転方法において、被
乾燥物の含水率が高い場合には気密断熱容器から水蒸気
圧縮機に吸気し凝縮器で凝縮する水蒸気ヒートポンプサ
イクルの乾燥運転を行い、含水率が低い場合には外気か
ら水蒸気圧縮機に吸気し気密断熱容器へ通気する通気乾
燥運転に切換えて運転する。

【００３３】したがって、本発明によれば、水蒸気ヒー
トポンプサイクルによる乾燥運転にて被乾燥物の含水率
が低下し、運転が困難になれば、圧縮機に外気を吸入し
て気密断熱容器へ通気する通気乾燥運転に切換えること
で運転が継続でき、被乾燥物から水分を奪って湿度の上
がった空気が排出されて被乾燥物を乾燥することができ
る。

【００３４】通気乾燥運転では、被乾燥物の温度が高い
（例えば８０℃前後）ので、冷めるまでその顕熱が利用
できる。さらに、空気を圧縮してこの熱が利用される
が、特に、熱を与えなくとも通風だけでも乾燥は進行す
る。そして、水蒸気ヒートポンプサイクル乾燥運転終了
時点では、まだ被乾燥物の温度が高く、作業員への火傷
の危険性があったが、通気により冷却されるという効果
を生じる。さらに、圧縮機内部が通気運転により乾燥さ
れ、錆や腐食が防止される。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。なお、前記の従来技術の説明におけ
る水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置と同一の構成部品に
は同じ符号を付け、重複説明は省略する。

【００３６】図１〜図３には、圧縮機に水蒸気ボイラー
からの水蒸気を吸入し、予熱および追い炊きを行う水蒸
気ヒートポンプ方式乾燥装置の実施形態が示されてい
る。まず、図１に示す実施形態では、前記図７に示した
基本的な構成に対し、水蒸気ボイラー７が設けられてそ
の供給管（水蒸気配管）６ｇが気密断熱容器１と水蒸気
圧縮機２とを連結する配管６ａに第１の開閉弁９Ａを介
装して接続されている。

【００３７】この実施形態においては、予熱運転では、
水蒸気圧縮機２と水蒸気ボイラー７とを同時に運転し、
開閉弁９Ａを開いてボイラー７からの水蒸気を圧縮機２
で吸引し、加圧して凝縮器３に送っている。そして、追
い炊き運転では、圧縮機２を運転したまま開閉弁９Ａを
開き、ボイラー７からの水蒸気を気密断熱容器１内の被
乾燥物Ｗから発生する水蒸気と合流させて圧縮してい
る。このように予熱と追い炊きとで圧縮機を停止させる
必要がなく、スムースに運転を継続することができる。

【００３８】図２に示す実施形態では、水蒸気ボイラー
に負圧蒸気ボイラー７Ａが用いられ、そのボイラー７Ａ
には、外部から加熱媒体、例えば水蒸気や高温水を導入
し、熱交換する配管２１が設けられており、その配管２
１には、ボイラーの温水温度を検出するセンサー２３に
よって制御される制御弁２２が介装されている。また、
気密断熱容器１と水蒸気圧縮機２とを連結する配管６ａ
には、第２の開閉弁９Ｂが介装され、ボイラーの水蒸気
供給管６ｇは、第２の開閉弁９Ｂの後流側に接続されて
いる。

【００３９】そして、この実施形態では、負圧蒸気ボイ
ラー７Ａの温水温度を、例えば９５℃（飽和圧力は８４
ｋＰａ）に保つように制御すれば、後記するように予熱
と追い炊きとを自然的に行うことができる。なお、温水
温度の制御は、センサー２３で温度検知して制御弁２２
で加熱媒体の流量を調整するか、または、ボイラー７Ａ
がガスや石油を燃料にする場合にはその燃焼量を調整す
る。

【００４０】予熱の初期には、被乾燥物Ｗの温度が低い
ために水蒸気の発生量は少なく、圧縮機２を通過する水
蒸気の大部分は、ボイラー７Ａで発生したものである。
この水蒸気は凝縮器３へ送られて凝縮し、その潜熱で被
乾燥物Ｗが加熱される。被乾燥物Ｗの温度が上がってく
ると発生水蒸気も増えるため、負圧蒸気ボイラー７Ａか
らの水蒸気と合流して圧縮される。このとき、気密断熱
容器１内に残っていた空気も水蒸気と一緒に凝縮器３へ
送られ、レリーフ弁４から不凝縮性ガスとして排出され
る。

【００４１】予熱が完了して被乾燥物Ｗの沸騰温度が９
５℃を上回ると、気密断熱容器１内の圧力は８４ｋＰａ
以上になり、負圧蒸気ボイラー７Ａよりも高圧となるた
めボイラー７Ａからの水蒸気は自然に流れなくなる。一
方、被乾燥物Ｗの沸騰温度が９５℃を下回れば容器１内
の圧力は８４ｋＰａ未満になるため、ボイラー７Ａから
の水蒸気が加わって自然に追い炊きが行われる。このよ
うに第１および第２の開閉弁９Ａ、９Ｂを開放したまま
で予熱と追い炊きとが自然に行われるため運転操作は極
めて容易であり、場合によっては開閉弁９Ａと９Ｂを省
略することもできる。なお、上記沸騰温度（９５℃）お
よび飽和圧力（８４ｋＰａ）は、一例であり、この他の
条件でも運転可能であることは言うまでもない。

【００４２】また、負圧蒸気ボイラー７Ａには、排熱の
利用が可能である。例えば、加熱媒体として８５℃程度
の温水を用いれば、負圧蒸気ボイラー７Ａで沸騰温度が
８０℃、飽和絶対圧力が４７ｋＰａの水蒸気を得ること
が可能で、圧縮機２で昇圧昇温して、例えば絶対圧力１
４３ｋＰａ、飽和温度１１０℃で凝縮し、被乾燥物Ｗを
加熱できる。

【００４３】この場合の運転方法は、予熱運転では、第
１の開閉弁９Ａを開き、第２の開閉弁９Ｂを閉として排
熱利用で加熱する。被乾燥物Ｗの温度が十分上がった時
点で、第１の開閉弁９Ａを閉じ第２の開閉弁９Ｂを開い
て乾燥運転に移行する。追い炊き運転は、予熱運転同様
に第１の開閉弁９Ａを開、第２の開閉弁９Ｂを閉とすれ
ばよい。

【００４４】図３に示す実施形態では、前記図２に示し
た実施形態に対し、凝縮器３から蒸気トラップ５へ凝縮
水を排出する配管６ｃに調整弁２５が介装され、負圧蒸
気ボイラー７Ａへ給水する配管６ｆが設けられている。
なお、調整弁２５としてフロート弁を示しているが、こ
れに限定されるものではない。例えば水位検知スイッチ
で電磁弁を開閉しても良い。

【００４５】負圧蒸気ボイラー７Ａの蒸気圧は凝縮水の
圧力より低く、ポンプ等を用いずとも給水でき、その流
量をフロート弁等の簡単な装置で調節するだけでよい。
ヒートポンプ方式乾燥装置の凝縮水は、基本的に蒸留水
であってミネラル分を含まないので軟水化装置を用いず
にボイラー７Ａの補給水として利用できる。なお、図１
１に示す従来技術においても凝縮水をボイラー７に補給
する配管６ｆが示されているが、この従来技術ではボイ
ラー７の蒸気圧は凝縮水圧力より高く（図示されてない
が）給水ポンプ等の加圧手段を必要とする。

【００４６】次に、図４〜図６には、被乾燥物が低含水
率の場合に、通気乾燥運転に切換え運転する装置の実施
形態が示されている。図４に示す実施形態では、前記図
７に示した基本的な構成に対し、通気乾燥運転への切換
手段として、気密断熱容器１から水蒸気圧縮機２へ至る
配管６ａに第１の切換弁８Ａが介装され、その切換弁８
Ａの下流側には第２の切換弁８Ｂによって外気Ａの吸入
口Ｉに切換える管路が、その上流側には第３の切換弁８
Ｃによって気密断熱容器１側を外気の排出口Ｘに切換え
る管路がそれぞれ接続されている。また、圧縮機２から
凝縮器３に至る配管６ｂから分岐され、第４の切換弁８
Ｄが介装されてさらに分岐され、気密断熱容器１の開口
Ｎ１、Ｎ２へ連通する配管６ｅが設けられている。な
お、開口の数は２つに限定せず、１または３以上であっ
てもよい。

【００４７】この実施形態による運転方法は、まず、第
１切換弁８Ａを開き、第２〜第４切換弁８Ｂ、８Ｃ、８
Ｄを閉じて通常の水蒸気ヒートポンプサイクルによる乾
燥運転を行う。被乾燥物Ｗの含水率が低下すると容器１
内の沸騰圧力が下がり、さらに被乾燥物Ｗへの伝熱が悪
くなるため水蒸気凝縮圧力が上昇する。このため圧縮比
が大きくなり、圧縮機２の吐出蒸気温度が（例えば２０
０℃以上に）上昇して圧縮機２が過熱するため、水蒸気
ヒートポンプサイクルの運転が困難になる。

【００４８】この時点で第１の切換弁８Ａを閉じ、第２
〜第４切換弁８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを開くと圧縮機２は吸気
口Ｉから外気Ａを吸引し、配管６ｅを通して容器１の開
口Ｎ１、Ｎ２から被乾燥物Ｗへ通気して乾燥運転を継続
する。被乾燥物Ｗから水分を吸収して湿度の上がった空
気は、第３の切換弁８Ｃを通って排出口Ｘから排気され
る。なお、水蒸気圧縮機２は空気の圧縮に転用されても
問題を生じることはない。なお、図４の回路では、凝縮
器３へも空気が流れるが、蒸気トラップ５は気体を通さ
ず、レリーフ弁４は抵抗が大きいので流量は少ない。ま
た、凝縮器３への配管に止め弁を設けてもよい。

【００４９】水蒸気ヒートポンプサイクルによる乾燥運
転から通気運転に切り換えた直後は、圧縮機２や被乾燥
物Ｗの温度が高いため（例えば被乾燥物Ｗは８０℃程
度）、この顕熱を乾燥に使うことができる。また、空気
を圧縮する際に温度が上がるため、温風乾燥の効果もあ
る。特に、第３の切換弁８Ｃの開度を絞って容器１内の
圧力を上げれば、圧縮による昇温効果が高まり、温風温
度を上げることができる。

【００５０】図５に示す実施形態では、前記図４に示し
た実施形態の構成に対し、気密断熱容器１と水蒸気圧縮
機２とを連結する配管６ａの容器１出口寄り（第３の切
換弁８Ｃへの分岐前）に粉塵分離機３１が配設されてい
る。

【００５１】乾燥運転によって含水率が低下すると、被
乾燥物Ｗの種類によっては粉塵として飛散する場合があ
る。この粉塵が圧縮機２に入ると圧縮機２の機能低下あ
るいは損傷を招き、また、排出口Ｘから外部に吹き出す
と公害となる。この配置によれば、水蒸気ヒートポンプ
運転と通気乾燥運転とに両用できる。なお、粉塵分離機
３１には、サイクロンが代表的であるが、これに限定さ
れない。

【００５２】図６に示す実施形態では、前記図５に示し
た実施形態に対し、切換弁８Ｄを介し気密断熱容器１へ
通気する配管６ｅに第１の加熱器３４が介装されてい
る。前記実施形態のように水蒸気圧縮機２の加圧による
空気の昇温は、容器１の耐圧性あるいは安全性から制限
を受ける場合がある。そのような場合に、別個に空気を
加熱する第１の加熱器３４を設け、通気乾燥能力を強化
して任意の低含水率（例えば、乾量基準の含水率が１０
％以下）を実現する。この第１の加熱器３４の熱源とし
ては、電熱、温水、蒸気等を用いる。

【００５３】このような加熱器３４を設けても設備費の
面では低含水率用として別に従来方式の乾燥機を併設す
るより低廉化が見込まれる。なお、この加熱器３４は、
吸気口Ｉから圧縮機２を経て容器１の開口Ｎ１、Ｎ２に
至る配管のどの位置であっても同様の効果がある。

【００５４】また、気密断熱容器１の出口に設けられた
粉塵分離器３１には、熱交換器３６が設けられ、水蒸気
圧縮機２から凝縮器３に至る配管６ｂを流れる高温水蒸
気によって圧縮機吸入水蒸気圧を加熱するように構成さ
れている。

【００５５】被乾燥物Ｗから発生する水蒸気は飽和状態
にあるため、配管６ａや圧縮機２の吸入マニフォールド
でその水蒸気の一部が液化しやすく、この液滴を圧縮機
２が吸引し、体積効率を低下させるのを防ぐのに有効で
ある。この効果は、特願平１０−１０３８６２号公報に
提案されているスーパーヒータと同様であるが、この従
来技術に対して、粉塵分離器３１と一体化することで製
作コストが低廉化でき、水蒸気の流動圧力損失の増加を
避けることができる等の利点を有する。

【００５６】さらに、気密断熱容器１の開口Ｎ１、Ｎ２
の直前には、それぞれ逆止弁３５、３５が設けられ、ま
た、第３の切換弁８Ｃの排出口Ｘに脱臭器３３が設けら
れている。

【００５７】このように逆止弁３５、３５を設けること
により、被乾燥物Ｗが、配管６ｅに逆流するのが防止で
き、また、被乾燥物Ｗの臭気が強い場合の脱臭器３３の
配設が可能になる。

【００５８】なお、上記実施形態で示した気密断熱容器
１および凝縮器３に対して、容器内に静置して熱交換機
能を有するもの、容器の外壁に二重ジャケットを形成し
たもの、あるいは容器内で回転撹拌運動を行うもの等が
あり、本発明では特定の気密断熱容器および凝縮器の構
造に限定してそれを対象としているものではない。

【００５９】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成され、
以下に示す効果を奏する。

【００６０】（１） 水蒸気圧縮機の吸入側回路にボイ
ラーからの水蒸気配管を接続する構成により、気密断熱
容器内には水蒸気を加えないので被乾燥物の水分増加が
ない。 （２） 圧縮機吸入側に水蒸気を導入するので蒸気量急
増による凝縮圧力の過度な上昇がない。さらに、圧縮機
吸入圧が上昇し圧縮比が小さくなって圧縮機過熱が生じ
ない。 （３） 気密断熱容器内に予熱専用の熱交換器を設置し
ていないので、撹拌機を用いる場合に邪魔にならない。 （４） 予熱や追い炊きの熱源に温水等の排熱が利用で
きる。 （５） 水蒸気ボイラーの圧力を低くでき、安全性が高
い。そして、構造が簡単、廉価な温水ボイラーを用いる
ことができる。 （６） 負圧蒸気ボイラーの温水温度制御のみで予熱と
追い炊きが自然に行え、複雑な流量調整機構等が不要で
ある。 （７） 負圧蒸気ボイラーの使用により、ボイラー補給
水の給水ポンプが不要である。

【００６１】（８） 水蒸気ヒートポンプサイクルによ
る乾燥運転と外気の通気乾燥運転とを切換え可能に構成
することで、大幅な省エネルギー効果のある水蒸気ヒー
トポンプ方式乾燥装置の低含水率での運転困難の問題を
解決することができる。 （９） 水蒸気圧縮機を通気に転用するので送風機を必
要とせず、また、通気乾燥運転により圧縮機内部の乾燥
が同時に行える。 （１０） 圧縮による昇温効果で、より容易に温風乾燥
が実現できる。 （１１） 通気乾燥による冷却効果で、作業の安全性が
高まる。 （１２） 乾燥運転と通風運転とを共用する粉塵分離器
を設け、粉塵による圧縮機損傷および外気への噴出を防
止できる。 （１３） 通気用配管に加熱器を配設し、より低い含水
率が実現できる。 （１４） 粉塵分離器に熱交換機能を付加し、容易に圧
縮機吸入水蒸気の湿り（微細液滴の生成）を防止でき
る。 （１５） 気密断熱容器の通気開口に逆止弁を設けるこ
とで、被乾燥物の逆流の防止、さらに排気配管に脱臭器
を設けて臭気防止ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示す図。

【図２】本発明の第２の実施形態の構成を示す図。

【図３】本発明の第３の実施形態の構成を示す図。

【図４】本発明の第４の実施形態の構成を示す図。

【図５】本発明の第５の実施形態の構成を示す図。

【図６】本発明の第６の実施形態の構成を示す図。

【図７】従来の水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の基本
的な構成を示す図。

【図８】従来の圧縮機吐出側にボイラーからの水蒸気を
加える水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の構成を示す
図。

【図９】予熱専用熱交換器を容器内に設けた従来の水蒸
気ヒートポンプ方式乾燥装置を示す断面図。

【図１０】水蒸気を容器内に吹込んで予熱する従来の水
蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置を示す断面図。

【図１１】二重ジャケット式凝縮器へ水蒸気を吹込む従
来の水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置を示す断面図。

【符号の説明】

１・・・気密断熱容器 ２・・・水蒸気圧縮機 ３・・・凝縮器 ４・・・レリーフ弁 ５・・・蒸気トラップ ６ａ〜６ｇ・・・配管 ７、７Ａ・・・水蒸気ボイラー ８Ａ〜８Ｄ・・・切換弁 ９、９Ａ、９Ｂ・・・開閉弁 Ｅ・・・投入口 Ｆ・・・排出口 Ｗ・・・被乾燥物

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被乾燥物を入れる気密断熱容器と、その
   容器内を減圧する水蒸気圧縮機と、その水蒸気圧縮機で
   加圧された水蒸気を凝縮しその潜熱で前記容器内の被乾
   燥物を乾燥する凝縮器とで構成される水蒸気ヒートポン
   プ方式乾燥装置において、予熱および追い炊きのための
   水蒸気ボイラーを設け、前記気密断熱容器と水蒸気圧縮
   機とを連通する吸入側回路にその水蒸気ボイラーからの
   水蒸気配管を接続していることを特徴とする水蒸気ヒー
   トポンプ方式乾燥装置。
2. 【請求項２】 前記水蒸気ボイラーは大気圧以下で水蒸
   気を発生する水蒸気ボイラーである請求項１に記載の水
   蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置
3. 【請求項３】 被乾燥物を入れる気密断熱容器と、その
   容器内を減圧する水蒸気圧縮機と、その水蒸気圧縮機で
   加圧された水蒸気を凝縮しその潜熱で前記容器内の被乾
   燥物を乾燥する凝縮器とで構成される水蒸気ヒートポン
   プ方式乾燥装置において、前記水蒸気圧縮機に気密断熱
   容器から吸気し凝縮器へ連通する回路と外気から吸気し
   気密断熱容器へ連通する回路とを切換える切換手段を設
   けていることを特徴とする水蒸気ヒートポンプ方式乾燥
   装置。
4. 【請求項４】 被乾燥物を入れる気密断熱容器と、その
   容器内を減圧する水蒸気圧縮機と、その水蒸気圧縮機で
   加圧された水蒸気を凝縮しその潜熱で前記容器内の被乾
   燥物を乾燥する凝縮器とで構成される水蒸気ヒートポン
   プ方式乾燥装置の運転方法において、被乾燥物の含水率
   が高い場合には気密断熱容器から水蒸気圧縮機に吸気し
   凝縮器で凝縮する水蒸気ヒートポンプサイクルの乾燥運
   転を行い、含水率が低い場合には外気から水蒸気圧縮機
   に吸気し気密断熱容器へ通気する通気乾燥運転に切換え
   て運転することを特徴とする水蒸気ヒートポンプ方式乾
   燥装置の運転方法。