JP2002120000A - 凍結融解粉末乾燥方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投入湿潤部材の凍結融解に際して、均一高能
率の水分の除去ばかりでなく微細化を可能とし、凍結融
解の繰り返しにより投入部材の構造破壊を併せて惹起さ
せ、粉末乾燥を可能とした凍結融解粉末乾燥方法とその
装置を提供する。 【構成】 本発明の凍結融解粉末乾燥装置は、空気冷凍
サイクル３０ａと循環流動層３１とより構成し、空気を
冷媒とする空気冷凍サイクル３０ａで直接接触による伝
熱を可能とする低温凍結／高温融解の高速気流を形成
し、循環する流動媒体を持つ循環流動層３１に導入し
て、投入された湿潤部材を流動浮動状態のなかに置き、
凍結／融解の繰り返し熱処理を介して前記部材の脱水、
微細化、粉末乾燥を行なうようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汚泥やスラッジ等
の難脱水性の湿潤部材の水分除去と微細化乾燥に使用す
る凍結、融解処理に関するもので、特に凍結、融解の熱
源には空気冷凍サイクルにより得られた低温の凍結気流
ないし高温の融解気流の直接接触による凍結、融解の効
率化を図るとともに、サイクロン分離機を付設した重物
質よりなる流動媒体を循環させる循環流動層の導入によ
る、気泡流動化による投入部材の急速凍結と微細化を誘
導させ、氷結晶の生成分離と凍結固形分の衝突分離を図
るとともに、凍結、融解の一連の処理を繰り返すことに
よる投入部材の構造破壊を惹起させ、保有水の効率的脱
水と乾燥を可能とした、凍結融解粉末乾燥方法とその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】廃水の凝集沈殿処理や活性汚泥処理から
発生する汚泥や、廃液処理により廃液中の懸濁微粒子を
吸着沈降堆積形成されたスラッジ等は、そのままでは脱
水が困難で、その解決手段として、コロイド状汚泥を改
質し難脱水性から易脱水性に改善する凍結融解法が使用
されてきている。凍結融解法の冷凍サイクルには、冷凍
機の冷・温熱利用のヒートポンプ方式の使用が一般的に
行なわれ、凍結には冷熱を、融解には圧縮熱を利用する
方式が使用されている。また冷却方式には、冷凍機の蒸
発器を汚泥と接触させる直膨式と、ブラインなどの不凍
液と熱交換し、このブラインを凍結槽に導入する間接冷
却方式が使用されている。そして、凍結槽には、 ａ、槽内の汚泥を均一に凍結し未凍結部分がないこと、 ｂ、汚泥の凍結膨張により冷却管や槽本体に応力が集中
しないこと、 ｃ、凍結はもとより融解が効率よくできること、等が要
求されている。

【０００３】前記凍結融解法に係わる排水処理に関して
は、最近も種々提案されている。例えば、特開２０００
−２４６４５号公報に排水処理に関する提案がされてい
る。該提案によれば、粉砕機により粉砕された厨芥排水
と雑排水及び汚水等を蓄熱媒体として、電源廃熱や工業
廃熱及び夜間電力を利用して氷蓄熱をして、そのエネル
ギを利用した排水の浄化と排水処理装置と排水処理方法
に関するものである。

【０００４】そして、その排水処理方法については、厨
芥物を含む排水に凍結解凍処理という単純な処理を繰り
返し行なうことにより、浄化水を高い割合で分離抽出す
るとともに、排水中の厨芥物等の固形物の変性凝集及び
濃縮を行いながら、併せて氷蓄熱によるエネルギの有効
利用をはかったものである。そのため、凍結融解処理を
繰り返し行なう複数個の蓄熱槽を設け、含有固形成分の
凍結速度の違いにより濃縮分離を順次行い、固形成分の
濃縮と水の凝固点降下を高めている。

【０００５】なお、前記変性凝集については、当該発明
者の説明によれば、粉砕された厨芥物等の固形物が懸濁
状態になっている固形物の粒子の周囲を取り囲む間隙水
を凍結させ、これを成長させ生塵芥等固形物同志の凝集
と細胞壁の破壊を行なわせ、該破壊により細胞内の内部
保有水も脱水し、凝集性の向上と脱水性の向上をはか
り、固液分離が容易に行なわれるようにしたもので、緩
慢凍結による細胞外凍結に基因するものと考えられる。
このような緩慢凍結による細胞外凍結に基因する構造破
壊には長時間の凍結が必要で、しかも均一に凍結するこ
とは困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の廃水の凝集
沈殿処理や活性汚泥処理から発生する汚泥や、廃液処理
により廃液中の懸濁微粒子を吸着沈降堆積形成されたス
ラッジ等の、難脱水性解決の手段として凍結融解法の使
用に際して、問題となる凍結脱水の機能を持つ凍結槽に
は、 ａ、槽内の汚泥を均一に凍結し未凍結部分がないこと、 ｂ、汚泥の凍結膨張により冷却管や槽本体に応力が集中
しないこと、 ｃ、凍結はもとより融解が効率がよくできること、 等が要求されているが、現状、これらの条件を合理的に
解決するものがない状況である。

【０００７】本発明は、前記問題点に鑑みなされたもの
で、投入湿潤部材の凍結融解に際して、均一高能率の水
分の除去ばかりでなく微細化を可能とし、凍結融解の繰
り返しにより投入部材の構造破壊を併せて惹起させ、粉
末乾燥を可能とした凍結融解粉末乾燥方法とその装置の
提供を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の凍結融
解粉末乾燥方法は、湿潤部材に凍結融解処理をして該部
材の微細化と脱水、乾燥をする凍結融解粉末乾燥方法に
おいて、前記湿潤部材に直接接触する凍結／融解気流を
形成する凍結融解用熱源に空気冷凍サイクルを使用し、
前記湿潤部材の微細化と固液分離を惹起させる熱伝達機
構には、前記凍結／融解気流を導入するとともに、付設
したサイクロン分離機により流動媒体を循環させ凍結／
融解流動層を形成する循環流動層を使用して粉末乾燥系
を構成するとともに、前記凍結流動層への湿潤部材の投
入による該部材の凍結工程と、氷結晶と凍結固形分の分
離工程と、分離した氷結晶と凍結固形分を衝突破壊させ
る衝突破壊工程と、より構成する凍結運転と、前記循環
流動層内に融解気流を切り替え導入して融解流動層を形
成させ、分離した氷結晶及び凍結固形分を加熱融解さ
せ、融解水の系外排出と、発生した融解蒸気を還流気流
より取り出す凝縮水の系外排出と、をさせる融解運転と
を設け、前記凍結運転と融解運転の繰り返しにより、投
入湿潤部材に構造破壊を惹起させ、微細化と脱水、乾燥
とを行なうようにしたことを特徴とする。

【０００９】本発明の凍結融解粉末乾燥方法は、投入湿
潤部材の脱水を凍結と融解により効率の良い脱水を行な
い、凍結過程で均一に微細化して粉末乾燥を行なうよう
にしたものである。則ち、凍結と融解のための冷熱源に
は、空気を冷媒とする空気冷凍サイクルを用意して、投
入部材に直接接触する高速気流を使用して凍結用冷熱／
融解用温熱を効率良く与えるようにしてある。また、投
入部材への前記冷熱／温熱を伝熱する伝達手段には、前
記空気冷凍サイクルよりの冷熱／温熱を運搬する低温凍
結気流／高温融解気流よりなる高速気流を得て、該高速
気流により重物質よりなる流動媒体を介して流動伝熱を
行なう循環流動層を備え、該流動層への高速気流の導入
により前記流動媒体をサイクロン分離機を介して流動循
環させ、投入部材を浮動状態に置き高効率の熱伝達をし
て、凍結／融解流動層形成による急速凍結／急速融解を
可能にする粉末乾燥系を形成している。

【００１０】そして、使用に際しては、前記高速凍結気
流を循環流動層へ導入することにより凍結流動層を形成
して、流動炉内へ投入された湿潤部材に対し急速凍結に
よる細胞内凍結と構造破壊を惹起させ、併せて凍結部材
の微細化を惹起させるとともに、氷結晶の生成と凍結固
形分の生成とを行なう凍結工程と、前記凍結工程で生成
された氷結晶と凍結固形分とを流動媒体の流動により上
下層状分離を形成させる分離工程と、分離した氷結晶と
凍結固形分を衝突破壊させる衝突破壊工程と、よりなる
凍結運転を設け、前記衝突破壊工程により分離微細化さ
れた氷結晶と凍結固形分を、流動炉内への高速融解気流
の導入により形成された融解流動層により、加熱融解し
て融解水を系外へ排出させるとともに、発生した融解蒸
気を空気冷凍サイクルへ還流する還流気流に帯同させ、
中間冷却器で凝縮水として系外へ排出させる融解運転を
設け、前記凍結運転と融解運転の繰り返しにより、投入
湿潤部材に構造破壊を均一に惹起させ、微細化と脱水、
粉末乾燥とを行なうようにしている。

【００１１】なお、前記高速低温凍結気流の前記循環流
動層への導入により、流動する低温流動媒体を介して、
投入部材は流動浮動状態のなかで細胞内凍結を受けるわ
けであるが、前記細胞内凍結は、冷却速度が速く、脱水
による細胞内外の平衡が得られる前に、細胞が過度に冷
却され、細胞内外に化学ポテンシャルの差を埋めるため
に、細胞内の過冷却水が瞬時に凍結することを指し、細
胞内凍結はすべての生物材料に取って致命的である細胞
膜自体の構造破壊でもある。細胞の過冷却は一般に−４
０℃より高い−２０〜−４０℃でおきるものとされてい
る。

【００１２】また、凍結融解の繰り返し操作により、蛋
白質や核酸などの生体高分子よりなる投入部材に対して
は、分子内でのイオン結合、水素結合、疏水結合に対し
所謂熱変性を惹起させ、前記結合が切断された状態に置
かれる。

【００１３】また、前記凍結気流の温度を約−２０〜−
４０℃とし、前記循環流動層における流動性熱伝達を惹
起させる構成としたことを特徴とする。

【００１４】前記請求項２記載の発明により、循環流動
層に導入される高速低温凍結気流の温度は約−２０〜−
４０℃とし、該温度により流動媒体である重物質は浮き
上がりながら熱交換をするとともに前記したように細胞
内凍結を起こさせるため、投入部材はより均一に高効率
で凍結するとともに、脱水及び微細化が可能となる。

【００１５】また、凍結運転において、前記空気冷凍サ
イクルの中間冷却器出口空気温度を０℃以上にしたとき
には、冷凍出力空気が飽和温度に達しないように中間冷
却器の圧力を制御するようにしたことを特徴とする。

【００１６】前記請求項３記載の発明により、粉末乾燥
系内の水分を効率良く凝縮でき、かつ、空気冷凍サイク
ルの低温空気の氷の発生を防止でき、装置の信頼性を向
上できる。

【００１７】そして、前記請求項１、２、３記載の凍結
融解粉末乾燥方法に対し、最適の凍結融解粉末乾燥装置
は、投入湿潤部材に凍結融解処理をして該部材の微細化
と脱水、乾燥をする凍結融解粉末乾燥装置において、前
記投入部材に直接接触して凍結／融解させる凍結／融解
気流を形成する空気冷凍サイクルと、下部より前記凍結
／融解気流を導入するとともに、付設したサイクロン分
離機により流動媒体をエジェクタを介して前記導入気流
と合流して流動炉に循環させ、投入部材に対し、形成さ
れた凍結／融解流動層を介して凍結または加熱融解し
て、微細化と水分分離とをさせる循環流動層と、により
粉末乾燥系を構成したことを特徴とする。

【００１８】また、前記流動炉の熱流循環路に破砕用エ
リミネータよりなる衝突型分離機を設ける構成としたこ
とを特徴とする。

【００１９】前記請求項５記載の発明により、流動炉の
ライザ部位の炉壁にジグザグ状に破砕用エリミネータ等
を内蔵した粉砕機を設けてあるため、粉体の衝突による
投入部材の微細化、氷と粉体との分離、粉体と氷との衝
突による微細化が出来、乾燥効率、投入部材の粉末化の
向上が得られる。

【００２０】また、前記流動炉は、氷結晶分離用の衝突
分離機を設ける構成としたことを特徴とする。

【００２１】また、前記空気冷凍サイクルを圧縮機、中
間冷却器、膨張機からなる空気圧縮冷凍サイクルで構成
したことを特徴とする。

【００２２】前記請求項７記載の発明は、圧縮機で空気
を吸入圧縮し、圧縮した吐出空気を中間冷却器でチラー
を介して約０℃に冷却し、膨張機で断熱膨張させ、高速
冷却空気を送り出すようにしてある。

【００２３】また、前記空気冷凍サイクルを圧縮機、ブ
ロワ、中間冷却器、凍結用冷熱熱交換器からなる空気圧
縮冷凍サイクルで構成したことを特徴とする。

【００２４】前記請求項８記載の発明は、前記請求項７
記載の発明において膨張機の代わりに凍結用冷熱熱交換
器を設け、前記中間冷却器の前段に加速用ブロワを設け
たものである。

【００２５】また、前記請求項４、請求項７、請求項８
記載の融解気流は、サイクロン分離機出口の空気を圧縮
機入り口手前のバイパスを介して中間冷却器を経由して
圧縮機に吸入させ吐出する圧縮機吐出空気により構成し
たことを特徴とする。

【００２６】前記請求項９記載の発明は、サイクロン分
離機出口よりの還流気流に含まれる投入部材より発生し
た蒸気を、サイクロン分離を出た直後に中間冷却器を経
由させることにより凝縮水として系外へ排出した後、圧
縮機を経由させ乾燥した融解気流を後段の膨張機をバイ
パスして直接循環流動層の手前に設けたエジェクタへ導
入するようにしたものである。

【００２７】また、前記請求項４、請求項７、請求項８
記載の融解気流は、圧縮機、中間冷却器を通過した空気
を直接サイクロン分離機の流動媒体と合流させる構成と
したことを特徴とする。

【００２８】前記請求項１０記載の発明は、空気冷凍サ
イクルを構成する最終段の冷熱発生手段をバイパスさ
せ、高温の融解気流を形成して循環流動層の手前のエジ
ェクタへ導入してサイクロン分離機よりの流動媒体と合
流するようにしたものである。

【００２９】また、前記請求項４、請求項７、請求項８
記載の融解気流は、圧縮機の出口に、吐出圧縮空気温度
と熱交換する熱交換器を設け、該熱交換器を経由した空
気を直接サイクロン分離機の流動媒体と合流させる構成
としたことを特徴とする。

【００３０】前記請求項１１記載の発明は、圧縮機によ
る高温圧縮熱を融解気流の熱源として利用するようにし
たものである。

【００３１】また、前記請求項４、請求項７、請求項８
記載の中間冷却器には凝縮水排出機構を設けたことを特
徴とする。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。ただし、この実施の形態に記
載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的
配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の
範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例
にすぎない。図１は本発明の凍結融解粉末乾燥装置の凍
結運転時の概略の構成を示す系統図で、図２は図１の空
気冷凍サイクルの融解運転時の融解気流形成のための回
路構成を示す系統図である。図３は図１の空気冷凍サイ
クルの別の実施例を使用する場合の凍結運転時の空気冷
凍サイクルの概略の構成を示す系統図で、図４は図３の
空気冷凍サイクルの融解運転時の融解気流形成のための
回路構成を示す系統図である。図５は図１、図３の空気
冷凍サイクルの別の実施例を使用する場合の凍結運転時
の空気冷凍サイクルの概略の構成を示す系統図である。

【００３３】図１に示すように、空気冷凍サイクル３０
ａと循環流動層３１とより構成し、空気を冷媒とする空
気冷凍サイクル３０ａで直接接触による伝熱を可能とす
る低温凍結／高温融解の高速気流を形成し、循環する流
動媒体を持つ循環流動層３１に導入して投入された湿潤
部材を流動浮動状態のなかに置き、凍結／融解の繰り返
し熱処理を介して前記部材の脱水、微細化、粉末乾燥を
行なうようにしたものである。

【００３４】図に見るように、空気冷凍サイクル３０ａ
は、圧縮機１０と中間冷却器１１と膨張機１２とより構
成し、凍結運転時には、インバータ１０ａで駆動する圧
縮機１０により形成された高温吐出空気を中間冷却器１
１でチラー１１ａを介して略０℃に冷却し、該中間冷却
器１１により冷却された圧縮空気を膨張機１２へ導入し
断熱膨張により略−２０〜−４０℃の流動凍結に最適温
度の高速の凍結気流３３ａを得る構成にしてある。前記
中間冷却器１１には圧力排出管１１ｃと凝縮水排出弁１
１ｂを設け、中間冷却器１１の出口空気温度が０℃以上
になったときは圧力制御し、系内の水分を効率よく凝縮
するとともに、後段の膨張機１２での氷発生を防止する
構成にしてある。

【００３５】また、前記循環流動層３１は、流動炉１４
とサイクロン分離機１３とエジェクタ１５とより構成す
る。流動炉１４は、重物質よりなる流動媒体１４ａを内
蔵し下部より導入された凍結／融解用の高速気流により
流動循環状態に置き、付設したサイクロン分離機１３に
より還流気流３３ｃより分離して、エジェクタ１５を介
して前記高速気流と合流し、合流した高速気流とともに
流動炉に再び戻る循環流動層３１を形成する構成にして
ある。前記流動媒体１４ａの循環流動により、投入口１
４ｂから投入された湿潤部材を流動浮動状態に置き、高
効率の熱伝達を可能にした構造となっている。

【００３６】そして、凍結運転に際しては、前記低温の
高速の凍結気流３３ａの導入により略−３５℃前後の低
温流動状態にある流動媒体１４ａの中に湿潤部材を投入
すれば、該投入部材は急速凍結による細胞内凍結に基因
する構造破壊を受け微細化凍結をし、さらには凍結の結
果生成された氷結晶と凍結固形分に分離させる。分離さ
れた氷結晶は流動炉１４内に設けた衝突型分離機１６ｂ
を介して氷分を分離して氷採取箱１７ａへ排出させ、凍
結固形分は流動上昇する流動媒体１４ａに帯同上昇流動
する間に炉壁に設けた破砕用エリミネータ１６ａにより
衝突破砕され微細化される。

【００３７】前記凍結運転後凍結気流３３ａの循環流動
層３１への導入を停止させ融解気流３３ｂを前記空気冷
凍サイクル３０ａより供給を受け、前記凍結分離された
凍結固形分を加熱融解させ、該凍結固形分に含まれてい
る水分はドレーンとしてドリップ式ヘドロ採取箱１７ｂ
に排出させる。なお、融解運転時に排出された融解蒸気
は還流気流３３ｃとともに帯同され、中間冷却器１１に
至り、凝縮水排出弁１１ｂを介して系外へ排出するよう
にしてある。

【００３８】なお、前記流動炉１４の下部に、前記凍結
運転時に分離された凍結固形分を収容する溶解槽を設け
融解運転時には前記溶解槽に融解気流を導入加温融解し
ても良い。この場合には高速の融解気流は不必要となり
また流動媒体を加温する必要なくなる。

【００３９】前記凍結気流３３ａは図１に示す空気冷凍
サイクル３０ａにおいて、黒マークのバルブを閉として
膨張機１２の空気出口より得るようにし、融解気流３３
ｂは、図２に示す空気冷凍サイクル３０ａにおいて、黒
マークのバルブは閉とし、還流気流３３ｃをバルブ２０
ａを経由後、圧縮機１０をバイパスして中間冷却器１１
に至り、該冷却器１１で湿度除去と冷却をした略０℃の
乾燥空気をバルブ２２ａを経由して圧縮機１０へ導入、
バルブ２２ｂを経由して高速高温気流により形成される
構成にしてある。

【００４０】図３、図４には、図１に示す空気冷凍サイ
クル３０ａの別の実施例３０ｂを使用した場合を示し、
圧縮機１０の高温圧縮吐出空気の温熱を熱交換器１８に
より取り出す構成にしてある。図３には凍結気流３３ａ
形成の場合を示し黒マークのバルブは閉として、還流空
気３３ｃは圧縮機１０、中間冷却器１１、を経由して膨
張機１２より略−２０〜−４０℃の高速の凍結気流３３
ａを出力するようにしてある。また、図４には図３と同
一の空気冷凍サイクル３０ｂを使用して融解気流を形成
する場合を示し、この場合はバルブ２１ｂを閉とし中間
冷却器１１を経由した還流空気３３ｃを熱交換器１８の
二次側に導入して圧縮機１０の吐出空気の温熱により加
熱して融解気流３３ｂを得るようにしてある。

【００４１】図５には、前記図１、図３に示す空気冷凍
サイクル３０ａ、３０ｂの別の実施例３０ｃを使用した
場合の凍結気流を得る状況を示し、図に見るようにこの
場合の空気冷凍サイクル３０ｃは圧縮機１０と加速用ブ
ロワ２０と中間冷却器１１と凍結用冷熱熱交換器１９と
より構成し、前記還流気流３３ｃより前記ブロワ２０に
より加速された略−２０〜−４０℃の低温凍結気流を得
るようにしてある。なお、この場合融解気流は前記図２
に示すバイパス流路ないし図４に示す圧縮機吐出高温空
気の熱交換器を使用しても良い。

【００４２】前記図１〜図５で得られた高速の凍結／融
解気流を使用した前記凍結運転と融解運転を交互に行い
前記図１に示すドリップ式ヘドロ採取箱１７ｂで得られ
た濃縮ヘドロを次々に使用し、該ヘドロに熱変性による
構造破壊を惹起させ、微細化と脱水と粉末乾燥を可能と
する構成にしてある。

【００４３】

【発明の効果】上記構成により、粉体乾燥において、サ
イクロン分離機と流動炉よりなる循環流動層と空気冷凍
サイクルとの組合せにより、投入部材を十分凍結した後
得られた氷結晶と分離した凍結固形分を下部の融解気流
導入部に収納して融解温度以上に加温し凍結保有水をド
レーンとして系外に排出させ、高効率の粉体乾燥を行な
うことができるようにしてある。また、流動炉のライザ
部にはエリミネータ等の衝突破砕器を設けてあるため、
粉体の衝突による微細化ができ、乾燥効率、粉末化の性
能向上をはかることができる。また、空気冷凍サイクル
において、膨張機のバイパス運転が可能となり、凍結運
転後、前記バイパス運転に切り替えによる高温融解気流
を介しての融解運転への連続切り替え運転が出来、且つ
前記凍結運転と、融解運転との繰り返し運転が可能とな
り、乾燥度、粉末度の調整運転が可能となる。また、中
間冷却器の圧力調整により系内水分を効率よく凝縮で
き、凍結気流の出力側での氷の発生を防止し、装置の信
頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の凍結融解粉末乾燥装置の凍結運転時
の概略の構成を示す系統図である。

【図２】 図１の空気冷凍サイクルの融解運転時の融解
気流形成のための回路構成を示す系統図である。

【図３】 図１の空気冷凍サイクルの別の実施例を使用
する場合の凍結運転時の空気冷凍サイクルの概略の構成
を示す系統図である。

【図４】 図３の空気冷凍サイクルの融解運転時の融解
気流形成のための回路構成を示す系統図である。

【図５】 図１、図３の空気冷凍サイクルの別の実施例
を使用する場合の凍結運転時の空気冷凍サイクルの概略
の構成を示す系統図である。

【符号の説明】

１０ 圧縮機 １１ 中間冷却器 １２ 膨張機 １３ サイクロン分離機 １４ 流動炉 １４ａ 流動媒体 １４ｂ 投入口 １５ エジェクタ １６ａ 破砕用エリミネータ １６ｂ 衝突型分離機 １７ａ 氷採取箱 １７ｂ ドリップ式ヘドロ採取箱 １８ 熱交換器 １９ 凍結用冷熱熱交換器 ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 空気冷凍サイクル ３１ 循環流動層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池内 正充 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内 Ｆターム(参考） 4D047 AA08 BA03 CA17 4D053 AA01 AA03 AB01 BB02 BC01 BD04 DA10 4D059 AA03 AA05 AA06 BD03 BF05 BF10 BK11 BK30 CB30

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 湿潤部材に凍結融解処理をして該部材の
   微細化と脱水、乾燥をする凍結融解粉末乾燥方法におい
   て、 前記湿潤部材に直接接触する凍結気流または融解気流を
   形成する凍結融解用熱源に空気冷凍サイクルを使用し、 前記湿潤部材の微細化と固液分離を惹起させる熱伝達機
   構には、前記凍結／融解気流を導入するとともに、付設
   したサイクロン分離機により流動媒体を循環させ凍結／
   融解流動層を形成する循環流動層を使用して粉末乾燥系
   を構成するとともに、 前記凍結流動層への湿潤部材の投入による該部材の凍結
   工程と、氷結晶と凍結固形分の分離工程と、分離した氷
   結晶と凍結固形分を衝突破壊させる衝突破壊工程と、よ
   り構成する凍結運転と、 前記循環流動層内に融解気流を切り替え導入して融解流
   動層を形成させ、分離した氷結晶及び凍結固形分の加熱
   融解をさせ、得られた融解水の前記系外排出と、発生し
   た融解蒸気を還流気流より系外へ取り出す凝縮水の系外
   排出と、をさせる融解運転とを設け、 前記凍結運転と融解運転の繰り返しにより、投入湿潤部
   材に構造破壊を惹起させ、微細化と脱水、乾燥とを行な
   うようにしたことを特徴とする凍結融解粉末乾燥方法。
2. 【請求項２】 前記凍結気流の温度を約−２０〜−４０
   ℃とし、前記凍結流動層における流動性熱伝達を惹起さ
   せる構成としたことを特徴とする請求項１記載の凍結融
   解粉末乾燥方法。
3. 【請求項３】 前記凍結運転において、前記空気冷凍サ
   イクルの中間冷却器出口空気温度を０℃以上にしたとき
   には、冷凍出力空気が飽和温度に達しないように中間冷
   却器の圧力を制御するようにしたことを特徴とする請求
   項１記載の凍結融解粉末乾燥方法。
4. 【請求項４】 投入湿潤部材に凍結融解処理をして該部
   材の微細化と脱水、乾燥をする凍結融解粉末乾燥装置に
   おいて、 前記投入部材に直接接触して凍結／融解させる凍結／融
   解気流を形成する空気冷凍サイクルと、 下部より前記凍結／融解気流を導入するとともに、付設
   したサイクロン分離機により流動媒体をエジェクタを介
   して前記導入気流と合流して流動炉に循環させ、投入部
   材に対し、形成された凍結／融解流動層を介して凍結ま
   たは加熱融解して、微細化と水分分離とをさせる循環流
   動層と、により粉末乾燥系を構成したことを特徴とする
   凍結融解粉末乾燥装置。
5. 【請求項５】 前記流動炉の熱流循環路に破砕用エリミ
   ネータよりなる衝突型分離機を設ける構成としたことを
   特徴とする請求項４記載の凍結融解粉末乾燥装置。
6. 【請求項６】 前記流動炉は、氷結晶分離用の衝突分離
   機を設ける構成としたことを特徴とする請求項４記載の
   凍結融解粉末乾燥装置。
7. 【請求項７】 前記空気冷凍サイクルを圧縮機、中間冷
   却器、膨張機からなる圧縮冷凍サイクルで構成したこと
   を特徴とする請求項４記載の凍結融解粉末乾燥装置。
8. 【請求項８】 前記空気冷凍サイクルを圧縮機、ブロ
   ワ、中間冷却器、凍結用冷熱熱交換器からなる圧縮冷凍
   サイクルで構成したことを特徴とする請求項４記載の凍
   結融解粉末乾燥装置。
9. 【請求項９】 前記融解気流は、サイクロン分離機出口
   の空気を圧縮機入り口手前のバイパスを介して中間冷却
   器を経由して圧縮機に吸入させ吐出する圧縮機吐出空気
   により構成したことを特徴とする請求項４、請求項７、
   請求項８記載の凍結融解粉末乾燥装置。
10. 【請求項１０】 前記融解気流は、圧縮機、中間冷却器
    を通過した空気を直接サイクロン分離機の流動媒体と合
    流させる構成としたことを特徴とする請求項４、請求項
    ７、請求項８記載の凍結融解粉末乾燥装置。
11. 【請求項１１】 前記融解気流は、圧縮機の出口に、吐
    出圧縮空気温度と熱交換する熱交換器を設け、該熱交換
    器を経由した空気を直接サイクロン分離機の流動媒体と
    合流させる構成としたことを特徴とする請求項４、請求
    項７、請求項８記載の凍結融解粉末乾燥装置。
12. 【請求項１２】 前記中間冷却器に、凝縮水排出機構を
    設けたことを特徴とする請求項４、請求項７、請求項８
    記載の凍結融解粉末乾燥装置。