JP2002147951A

JP2002147951A - 水蒸気ヒートポンプ式蒸発脱水装置

Info

Publication number: JP2002147951A
Application number: JP2000344968A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hino; 野俊之日
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2000-11-13
Filing date: 2000-11-13
Publication date: 2002-05-22
Anticipated expiration: 2020-11-13
Also published as: JP3891469B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水蒸気圧縮機の耐熱性が高く、かつオイルフ
リーであり、被脱水物への伝熱性能が改善され、不凝縮
性ガス排除性能の優れた水蒸気ヒートポンプ式蒸発脱水
装置を提供する。【解決手段】乾燥容器（Ｖ）内に回転軸（２）を立設
し、その回転軸（２）の周囲を螺旋状に巡る複数の螺旋
体（４）を設けて水蒸気通路を形成し第１の凝縮手段
（Ｃ１）を形成すると共に被脱水物（Ｗ）の撹拌を行う
撹拌伝熱手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被脱水物を入れる
乾燥容器、その容器から水蒸気を抽気し内部を減圧する
水蒸気圧縮手段、その水蒸気圧縮手段から吐出される加
圧水蒸気を凝縮しその潜熱で前記乾燥容器内の被脱水物
を脱水する凝縮手段とで構成される水蒸気ヒートポンプ
式蒸発脱水装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】生ごみ、汚泥、廃液等の水分を多く含む
高含水廃棄物は、貯蔵や運搬に困難を伴う難処理物であ
り、焼却を行う場合には多量の助燃剤を要するため、エ
ネルギー浪費型の処理となっている。水分を蒸発させれ
ば大幅な減量化が可能になることに加え、再資源化も容
易になるが、水の大きな蒸発潜熱（１００°Ｃで２２５
７ｋＪ／ｋｇ）に起因して莫大な熱エネルギーが必要で
ある。従来の乾燥装置では、例えばガスを燃焼させた熱
風や石油ボイラーからの水蒸気を用いて被乾燥物を加熱
しているが、水蒸気の潜熱は、そのまま捨てていた。こ
のために乾燥処理には多量のエネルギーを要していた。

【０００３】そこで、乾燥処理の省エネルギー化を目的
に出願人は、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９−１２６６５２号公報、特開平
１０−１０３８６１号公報、および特開平１０−１０３
８６２号公報に開示しており、さらに特願平１１−２９
２５１４号、特願平１１−３３５７９２号などの一連の
出願を行っている。

【０００４】特開平９−１２６６５２号公報に開示の技
術は、図５に示すように、高含水廃棄物Ｗを入れた気密
断熱容器Ｖを予熱し、次いで水蒸気圧縮機Ｐを運転する
ことにより容器Ｖ内を減圧して１００°Ｃ未満で沸騰さ
せ、生じた水蒸気を大気圧以上に加圧することで１００
°Ｃ以上にて凝縮器Ｃで凝縮させ、その際の潜熱を利用
して廃棄物Ｗを加熱している。なお、符号１８は凝縮水
を排出する蒸気トラップ、符号２２は、不凝縮性ガスを
排出するレリーフ弁をそれぞれ示している。また、特開
平１０−１０３８６１号公報に開示の技術は、予熱を行
うための上記ボイラー接続法に関し、さらに、特開平１
０−１０３８６２号公報には、圧縮機の吸入蒸気を過熱
させるためのスーパーヒーターに関し、特願平１１−２
９２５１４号には、撹拌伝熱に関し、特願平１１−３３
５７９２号には、サイクロンをスーパーヒーターと兼用
する技術に関してそれぞれ提案している。

【０００５】一般に、水蒸気を圧縮した後に凝縮させて
その潜熱を回収する技術は蒸気再圧縮（ＶａｐｏｒＲ
ｅ−Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ：以下ＶＲＣと記す）方式
として知られており、例えばビール麦汁の煮沸工程等に
適用されている。しかし、これまでのＶＲＣ装置は、液
状物質の濃縮用に限られ、プラント規模の大型装置（典
型的には圧縮機駆動電動機の出力が数百ＫＷ以上）用の
技術であり、構造が複雑で運転操作も難しかった。

【０００６】本出願人は、本技術のさらなる改良を推進
して来たが、前記一連の発明に既知技術の利用を行って
もなお以下の問題点があることが判明し、研究の結果、
本発明に至ったものである。（１）本発明が主対象とする小型（圧縮機駆動用電動
機出力が数ＫＷ〜数十ＫＷ程度）の水蒸気圧縮機に関す
る技術。（２）撹拌伝熱機構に関する技術。（３）不凝縮性ガスの排除に関する技術。

【０００７】すなわち、上記問題点（１）に関し、本発
明のような目的に対応する水蒸気圧縮機としては、耐熱
性が高く、かつオイルフリー性が求められている。耐熱
性に関しては、１００°Ｃ程度の水蒸気を吸引して圧縮
工程で昇温するので２００°Ｃまで使えることが求めら
れている。このような高温では、熱膨張と材質劣化の問
題が避け難い。また、潤滑油は高温で炭化し易く、さら
に水分によって加水分解するのでシリンダーの潤滑にオ
イルを用いない、いわゆるオイルフリー型の圧縮機が必
要である。

【０００８】ターボ式圧縮機では、かかる耐熱性および
オイルフリー化の要件を満たすことは可能ではある。し
かし、水蒸気のような分子量（１８）の小さい気体に対
しては遠心力が小さく、ターボ式では大型化しないと性
能が出ず、このため前記ＶＲＣは大型装置となってい
る。駆動用電動機が１００ＫＷ以下の小型ターボ式圧縮
機を用いたＶＲＣもあるが、昇圧幅が小さくいわゆるブ
ロワー（送風機）の範疇に入り、本発明の目的を達成で
きない。また、水蒸気圧縮機として、スクリュー部に潤
滑油を使用していないドライスクリュー式が用いられる
こともあるが、大型装置向きであることに変わりがな
く、しかも、スクリューを高速回転させるのでタイミン
グギヤ等の騒音が大きく、高価である。

【０００９】問題点（２）の伝熱機構に関し、前記特開
平９−１２６６５２号公報に開示の技術では、乾燥容器
内に水蒸気凝縮器を固定して設けているが、このような
構造では固形物を含む高含水廃棄物に対しては不適であ
る。そして、前記特開平１０−１０３８６１号公報に開
示の技術では、二重ジャケット式の水蒸気凝縮器で内部
に撹拌翼を組み合わせているが、伝熱面積を容器の表面
積以上にできないので伝熱面積の不足の問題が生じる。
水蒸気ヒートポンプ式蒸発脱水装置においては、成績効
率（ＣＯＰ）を上げるために伝熱面積を大きくすること
が必要であり、二重ジャケット式の水蒸気凝縮器では表
面積が容器寸法（長さ等）の２乗でしか増えないのに対
し、体積は３乗で増えるので容器を大きくするほど単位
容積当たりの表面積が小さくなる欠点を有している。

【００１０】そこで、特願平１１−２９２５１４号で提
案の技術では、水蒸気凝縮器を乾燥容器内部で回転させ
る構造にして伝熱面積の制限を克服している。しかし、
この構造は、横型円筒容器を前提とした構造のため縦型
円筒容器には適用できない。そして、回転軸が水平のた
め撹拌翼の重量による軸のたわみが生じ易く、また、回
転させなければ凝縮水の排水が困難であり、かつ不凝縮
性ガスが溜まり易い。さらに、逆ピッチのコイルを組み
合わせるという複雑な構造で製作費が嵩むといった問題
点を有している。また、被脱水物の種類によっては、乾
燥によって塊状になる場合があり、これに対しては、破
砕する手段が必要である。

【００１１】次に、上記問題点（３）の不凝縮性ガス排
除に関し、前記一連の発明においては、不凝縮性ガスを
排出する手段として、不凝縮性ガス排出弁（蒸気用空気
抜き弁、エアベント、レリーフ弁）を分岐配管に取り付
けている。この不凝縮性ガスの成因としては、運転開始
時に容器内に入っていた空気、水分に溶解したり被脱水
物に含まれていた気体、または装置上のやむを得ない真
空漏れ（シールなどからの）がある。なお、不凝縮性ガ
スは大部分が空気であるので、以下は単に空気と記す。

【００１２】フロン等の冷媒を密閉系で使用する通常の
ヒートポンプとは異なって、水蒸気ヒートポンプ式蒸発
脱水装置では、冷媒である水蒸気への空気の混入を避け
ることは困難であり、かつ量的にも無視できない。そし
て、不凝縮性ガス排出弁を分岐配管に設置する程度の対
策では不十分であることがその後の研究で判明した。従
来のＶＲＣ装置では、空気を排出する手段として専用の
真空ポンプを設けている例もあるが、装置の構成が複雑
になり、かつ高価でポンプ駆動のために動力を消費す
る。空気と水蒸気の混合気体から空気を直接分離するの
は難しいので、混合気体を冷却し、水蒸気を凝縮させて
残った空気を排出するのがこの技術の基本である。前記
一連の発明においては、凝縮させるための冷却が不十分
であり、したがって、空気と共にかなりの比率で水蒸気
を一緒に捨てるので熱エネルギーの損失が避けられなか
った。

【００１３】

【知見】前記（１）の問題点に関し発明者は、空気圧縮
機や真空ポンプ用に用いられているウイング式オイルフ
リー圧縮機が、その改良によって水蒸気ヒートポンプ式
蒸発脱水装置に用いる水蒸気圧縮機としての要件を満た
せることを高度な知見を基に予測し、試作実験を行って
確認した。

【００１４】ウイング式圧縮機は、レシプロ（往復動）
式の一種であるから（後記および図４参照）、圧縮比
（吸入と吐出の圧力比）が変化しても比較的良好な圧縮
効率を維持できる特徴を有し、水蒸気ヒートポンプ用に
適している。例えば、蒸発脱水運転では、圧縮比１．５
程度と小さい時もあれば、空気を排除する真空運転時に
は、圧縮比が１０に達することもある。このように圧縮
比が大きく変動することに対して、ターボ式では圧縮比
を高くできない上、サージング現象の問題があり、スク
リュー式でも設計圧力比を外れると圧縮効率が大きく低
下する問題がある。そして、耐熱性に関してウイング式
圧縮機は、ピストンとシリンダーとのクリアランス変化
をシールバーの出入りによって吸収できる構造のため、
熱膨張を考慮してクリアランスを大きく設定しても漏れ
量を少なく抑えることができる。

【００１５】なお、空気用のウイング式オイルフリー圧
縮機を、そのまま水蒸気用に用いることはできず、主
に、以下の点についての改良が行われた。すなわち、２
００°Ｃでも焼け付かないクリアランスの設定、軸受に
熱を伝え難い（熱伝導率の低い）回転子の材料（例えば
ステンレス）と耐熱グリース封入型ベアリングの採用、
シリンダー内に水を入れない機器構造と運転上の工夫、
および発錆し難い材質や表面処理（メッキ）の採用など
である。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の問題
点に対処した水蒸気ヒートポンプ式蒸発脱水装置、すな
わち、水蒸気圧縮機の耐熱性が高く、かつオイルフリー
であり、被脱水物への伝熱性能が改善され、不凝縮性ガ
ス排除性能の優れた水蒸気ヒートポンプ式蒸発脱水装置
を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、被脱水
物を入れる乾燥容器、その容器から水蒸気を抽気し内部
を減圧する水蒸気圧縮手段、その水蒸気圧縮手段から吐
出される加圧水蒸気を凝縮しその潜熱で前記乾燥容器内
の被脱水物を脱水する凝縮手段とで構成される水蒸気ヒ
ートポンプ式蒸発脱水装置において、前記乾燥容器内に
中空の回転軸を立設し、その回転軸の周囲を螺旋状に巡
る複数の中空螺旋体を設けて水蒸気通路を形成し凝縮手
段を形成すると共に被脱水物の撹拌を行う撹拌伝熱手段
を設けている。

【００１８】したがって、本発明によれば、乾燥容器内
において撹拌伝熱手段が回転し、中空螺旋体内部の水蒸
気通路内で水蒸気が凝縮し、その潜熱によって被脱水物
が加熱されると共に撹拌され、脱水が促進される。そし
て、中空螺旋体はその本数や太さを任意に設定すること
で必要な伝熱面積を確保でき、また、同一形状の螺旋体
を並行して取り付けることで製作容易でコストが低減で
きる。そして、縦置きの構成となるので、軸の撓みや凝
縮手段内部に凝縮水や不凝縮性ガスが滞留するという問
題が生じない。

【００１９】また、本発明は、前記水蒸気圧縮手段から
の水蒸気を中空回転軸内に上端に向け噴出し、その動圧
によって中空螺旋体内部の水蒸気通路を掃気するように
構成している。これにより、噴出された水蒸気の動圧が
静圧に変わって凝縮手段内に強制的に流れを生じ、内部
に不凝縮性ガスの滞留するのが防止される。

【００２０】そして、本発明は、前記乾燥容器の底部に
二重壁空間を形成し第２の凝縮手段を構成している。水
分は底部に溜まりやすいため脱水には効果的であり、こ
の第２の凝縮手段により、さらに伝熱面積を増加するこ
とができる。

【００２１】さらに、本発明は、前記撹拌伝熱手段に塊
状物の破砕手段を設けている。これにより、被脱水物に
大きな塊が混入していたり、脱水して塊状に固結して
も、破砕されて容易に容器から取り出すことができる。

【００２２】また、本発明では、前記水蒸気圧縮手段が
シリンダ内を回転子が揺動して圧縮作用を行うウイング
式の圧縮機である。このように、ウイング式の圧縮機を
採用することで、水蒸気ヒートポンプ式蒸発脱水装置に
必要な高耐熱性かつオイルフリー化が可能になる。

【００２３】そして、本発明は、第１または第２の凝縮
手段の下流からの不凝縮性ガス排出管路を設け、前記乾
燥容器から水蒸気圧縮手段へ抽気する管路と熱交換する
熱交換手段を設けている。したがって、排出管路内のガ
スは冷却されて水蒸気成分は凝縮し、不凝縮性ガスの比
率が高められて排出される。なお、冷却された熱は、水
蒸気圧縮機の吸入側水蒸気に移行し熱損失にはならな
い。また、圧縮機側水蒸気は飽和温度より高い過熱状態
となるので、湿り蒸気の吸入による体積効率の低下が防
止される。

【００２４】本発明は、乾燥容器から水蒸気圧縮手段へ
の抽気管路にサイクロンを設け前記熱交換手段と一体化
して構成している。したがって、一体化によって構成部
品数が減少しコストダウンと熱交換性能の改善とが可能
になる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１には、全体の構成が示されて
いる。被脱水物Ｗを入れる乾燥容器Ｖを構成する真空容
器１には、その内部に中空螺旋体４などで構成された撹
拌伝熱手段Ｃ１が内装され、その底部には二重ジャケッ
ト式凝縮器７が形成されている。そして、乾燥容器Ｖか
ら水蒸気を抽気し内部を減圧する水蒸気圧縮手段Ｐであ
る水蒸気圧縮機１６と、凝縮手段Ｃ（前記撹拌伝熱手段
Ｃ１および二重ジャケット式凝縮器７）の下流から空気
を含む水蒸気を抜き出し、水蒸気圧縮手段Ｐの吸入側水
蒸気と熱交換して水蒸気成分を凝縮し、空気抜き弁２２
より排出する不凝縮性ガス排除手段Ｅとが主な構成であ
る。

【００２６】図２および図３には、乾燥容器Ｖおよび撹
拌伝熱手段Ｃ１の詳細が示されている。断熱した真空容
器１の内部には、回転軸２が上下を軸受８、８Ａで支持
されて立設されており、その回転軸２は中空で内部には
水蒸気通路が形成され、上下にそれぞれ半径方向に延び
る枝管３、３Ａが接続されている。そして、回転軸２の
周囲を螺旋状に巡って複数の中空螺旋体４が設けられ、
前記２本の枝管３、３Ａの間を互いに連通させ、中空螺
旋体４の内部で水蒸気が凝縮し、その潜熱で外面に接す
る被脱水物Ｗを加熱するように構成されている。また、
回転軸２は、前記図１に示すように、減速機付電動機２
０によって動力伝達機構（例えば、チェーン）２１を介
して回転駆動され、中空螺旋体４で容器１内の被脱水物
Ｗを撹拌するように構成されている。なお、図２の符号
９および１０は真空容器１に設けられた被脱水物Ｗの投
入口および排出口をそれぞれ示し、符号１４は容器の脚
を示している。

【００２７】なお、中空螺旋体４の具体的構造は、図２
では金属（例えばステンレス）の丸パイプで示されてい
るが、角パイプや金属板を合わせた偏平な中空構造物で
あっても良く、その本数や太さを変えることにより、伝
熱面積が必要に応じて確保される。そして、各パイプ間
の隙間寸法については、脱水して微粉化した被脱水物Ｗ
を落とすなどの任意の設定が可能である。また、この構
造のさらなる特徴は、同一ピッチのコイルを並行に取り
付けるため製作が容易であり、特に図２の構成では長尺
パイプを曲げ加工することにより溶接箇所が少ないため
コストダウンが容易である。

【００２８】そして、回転軸２の内部には、水蒸気圧縮
機１６に接続された吐出管５から軸の上端部に向けて水
蒸気を噴出するように構成されており、水蒸気の速度が
大きい（例えば１０ｍ／ｓｅｃ以上）ことを利用し、回
転軸上端でその速度エネルギを静圧に変換し、中空螺旋
体４の内部に強制的な流れを形成して通路内に溜まる空
気を掃気するようになっている。

【００２９】また、上記の撹拌式伝熱手段Ｃ１に加え、
真空容器１の底部には二重ジャケット式凝縮器７（第２
の凝縮手段）が構成されている。ここに水蒸気を導入す
ることによって伝熱面積を増加させると共に、容器１の
底部に溜まりがちな水分を効果的に蒸発させることがで
きる。なお、この二重ジャケットを容器１の側壁まで立
ち上げてさらに伝熱面積を増加させることが可能であ
る。

【００３０】そして、撹拌伝熱手段Ｃ１の上方の枝管３
には可動刃１１が取り付けられ、容器１の内壁には固定
刃１２が対向して設けられて塊状物の破砕手段が構成さ
れている。塊状の被脱水物は、螺旋体４の回転によって
上方に送られ、刃１１、１２の隙間より径が大きければ
ここで破砕される。図３に示すように、可動刃１１と固
定刃１２との噛み合わせ部を回転（矢印方向）により外
から内へ移動するように設置すれば、堅い物質（金属や
石など）を挟み込むことによるロックを避けることがで
きる。なお、図１、２において符号１５は、下方の枝管
３Ａに取り付けられ、容器底部の被脱水物Ｗを掻き上げ
るスクレーパーを示している。

【００３１】次に、図４には、水蒸気圧縮手段Ｐである
ウイング式オイルフリー方式の水蒸気圧縮機１６の構造
が示されている。図において、シリンダー１６ａ内には
回転子１６ｂが揺動可能に設けられ、シールバー１６ｆ
を介して４室に分けられている。そして、シリンダー１
６ａ内部には吸気通路が穿孔された２個の吸入弁台１６
ｄが挿入され、その吸気通路から吸入弁１６ｃを介して
各室にそれぞれ吸入口が開口されており、また、シリン
ダー１６ａ側面に取り付けられた吐出通路へ各室から吐
出口が吐出弁１６ｅを介して連通されている。

【００３２】回転子１６ｂは、図示してない電動機の回
転運動をクランク機構によって往復運動に換えて揺動
し、図４に示す状態では、回転子１６ｂが時計方向に回
るとプラス記号で示された空間内が圧縮され、吐出弁１
６ｅを押し上げて吐出される。同時にマイナス記号で示
された空間内は圧力が下がり、吸入弁１６ｃが開いてシ
リンダー１６ａ内に水蒸気が吸入される。次に、回転子
１６ｂが反時計方向に回転するときは、プラスとマイナ
スとが入れ替わり、同様に吸引、圧縮、吐出が行われ
る。シリンダー１６ａと回転子１６ｂとのクリアランス
は、自己潤滑性（カーボン系など）のシールバー１６ｆ
を用いることで、オイルフリー化が行われている。シリ
ンダー１６ａ側面のクリアランスについても、同様のシ
ールバー構造が用いられている。

【００３３】図１に戻り、水蒸気圧縮機１６の吸入側
は、容器１の接続管６から後記する熱交換手段１７を介
して配管され、吐出側は吐出管５によって撹拌式伝熱手
段Ｃ１の回転軸２の内部に連通されている。なお、図中
の符号２６は、予熱または追い焚きのために予熱ボイラ
ー（図示なし）から水蒸気を供給するボイラー接続配管
を示し、符号２５は、その排気弁を示している。

【００３４】次に、不凝縮性ガス（空気）の排除手段Ｅ
について説明する。図１において、不凝縮ガス抜き管２
４は、第２の凝縮手段Ｃ２の二重ジャケット式凝縮器７
から熱交換手段１７を介して空気抜き弁２２から大気に
開放されている。一方、容器１から水蒸気圧縮機１６へ
の接続管６にはサイクロン１７Ａ（符号２３はその分離
物の排出口）が介装されており、そのサイクロン１７Ａ
は、前記熱交換手段１７と一体化されて熱交換が行われ
ている。すなわち、不凝縮性ガス側は冷却され（沸騰温
度、例えば９５°Ｃは、凝縮温度、例えば１１０°Ｃよ
り低い）、水蒸気成分は凝縮されて空気の比率が高めら
れて空気抜き弁２２から、凝縮水は蒸気トラップ１８の
排水口１９からそれぞれ排出される。そして、圧縮機１
６の吸入水蒸気は、加熱され、飽和温度より高い過熱状
態となり、湿り蒸気の吸入による体積効率の低下が防止
される。

【００３５】以下、本発明による運転方法の一実施形態
を説明する。まず、被脱水物Ｗを真空容器１の上部に設
けられた投入口９から投入し、次いで図示しない予熱ボ
イラーからの水蒸気をボイラー接続配管２６より導入す
る。水蒸気は、第１および第２凝縮手段Ｃ１、Ｃ２で凝
縮されて被脱水物Ｗは予熱される。そこで、被脱水物Ｗ
の温度が１００°Ｃ近くまで上昇した時点で予熱用水蒸
気を止め、水蒸気圧縮機１６を運転する。水蒸気圧縮機
１６を運転すると、まず容器１内の空気が排除され、圧
力が下がる。空気は凝縮しないので、開閉弁２５を開い
て排出する。このようにして大部分の空気を排出した後
に開閉弁２５を閉じ、残留した空気（溶存空気および漏
洩空気）は蒸気用空気抜き弁２２より定常的に排出す
る。なお、僅かな量の空気でも凝縮手段４、７に溜まる
と、圧力が上昇して圧縮動力が大幅に増加するため、継
続的かつ確実に排出する必要がある。空気が殆ど無い状
態の運転圧力の一例として、乾燥容器Ｖ内では９５°Ｃ
で沸騰絶対圧力が約８４ｋＰａ、凝縮手段４、７内部の
凝縮絶対圧力が１４３ｋＰａ（飽和温度で１１０°Ｃ）
以下を想定している。

【００３６】圧縮機１６から吐出された水蒸気は、回転
軸２内から枝管３を経て螺旋体４に入り、ここで被脱水
物Ｗに熱を与えて凝縮する。凝縮水は螺旋体４内を流下
し、下方の枝管３Ａを経て容器１の底部の凝縮水排水口
１３から蒸気トラップ１８に行き、配水口１９から排出
される。なお、水蒸気は、螺旋体４内部を通過するので
はなく、凝縮による体積減少（約１５００分の１）を補
填するように流動する。また、凝縮は、容器底部の二重
ジャケット式凝縮器７でも生じる。蒸気トラップ１８
は、内部フロート弁の作用により、液体を通過させるが
気体は阻止する機能を有している。被脱水物は、撹拌伝
熱手段Ｃ１のゆっくりした回転（例えば１０回転／ｍｉ
ｎ）によって螺旋体４上で擦れながら熱交換し、脱水し
て微細化した被脱水物Ｗは螺旋体４の隙間から落下す
る。水分の凝集作用によるダマ（球）や塊状の物体は上
部に送られ、破砕手段（１１、１２）で破砕される。脱
水または濃縮の終了は、凝縮水の計量、時間、圧力や温
度の変化を検知して行われる。脱水物はスクレーパー１
５の作用で外周に押し出され容器１の下部に設けられた
排出口１０から取り出される。

【００３７】

【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。（１）乾燥容器内の撹拌伝熱手段によって被脱水物は
水蒸気の潜熱で加熱されると共に撹拌されており、回転
による送り作用によって高粘性や高含水廃棄物へも効果
的に伝熱され、その回転も低速で行え、動力の過大消費
することもない。また、撹拌伝熱手段を構成する中空螺
旋体は、本数や太さを任意に設定することができ、容易
に必要な伝熱面積を確保でき、そして、同一形状の螺旋
体を並行して取り付けることで製作容易でコストが低減
できる。（２）縦置きの構成により、軸の撓みの問題も生ぜ
ず、回転させなくとも凝縮水は自然流下で排水し、伝熱
性のよい廃液などでは、撹拌動力をゼロにすることも可
能である。（３）水蒸気ヒートポンプ式蒸発脱水装置に対し、ウ
イング式水蒸気圧縮機を対応させることで、耐熱性、オ
イルフリー化の問題が解決でき、従来、この用途に対し
て実用的な水蒸気圧縮機が見出だせなかった問題が解消
できる。（４）不凝縮性ガスの排出は、水蒸気圧縮機吸気側と
の熱交換による水蒸気成分の凝縮によって容易に、かつ
熱損失を伴わず行える。そして、熱交換手段をサイクロ
ンと一体化することで、構成の簡素化が図れ、コストダ
ウンが可能になる。（５）本装置は、汚泥、廃液などの高含水廃棄物の脱
水を行ってその減量化、再資源化を容易にする他、食品
や医薬の生産施設における濃縮、脱水、乾燥処理などに
も適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す構成図。

【図２】本発明の撹拌伝熱手段を内蔵する乾燥容器を示
す断面図。

【図３】図２の上部から見た横断面図。

【図４】本発明のウイング式水蒸気圧縮機の基本構成を
示す断面図。

【図５】従来の水蒸気ヒートポンプ式脱水装置を示す断
面図。

【符号の説明】

Ｃ・・・凝縮手段Ｅ・・・不凝縮性ガス排除手段Ｐ・・・水蒸気圧縮手段Ｖ・・・乾燥容器１・・・真空容器２・・・回転軸３、３Ａ・・・枝管４・・・中空螺旋体７・・・二重ジャケット式凝縮器８、８Ａ・・・軸受および回転シール１１・・・回転刃１２・・・固定刃１３・・・排水口１６・・・水蒸気圧縮機１６ａ・・・シリンダー１６ｂ・・・回転子１６ｃ・・・吸入弁１６ｅ・・・吐出弁１６ｆ・・・シールバー１７・・・熱交換手段１７Ａ・・・サイクロン１８・・・蒸気トラップ２２・・・空気抜き弁２４・・・不凝縮ガス抜き管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２６Ｂ 3/24 Ｆ２６Ｂ 21/00 Ｋ 9/06 Ｊ 11/16 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢＺ 21/00 ３０３Ｍ 5/00 ＰＦターム(参考） 3L113 AA04 AA07 AB05 AB10 AC16 AC22 AC23 AC46 AC48 AC58 AC63 AC67 BA01 CA04 CA10 CB14 CB15 CB29 CB34 DA02 DA06 4D004 AA02 AA03 CA04 CA15 CA22 CA42 CB04 CB13 CB27 CB31 DA02 DA07 4D059 AA03 AA07 BD12 BD15 BD24 BD25 BJ02 BK11 CA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被脱水物を入れる乾燥容器、その容器か
ら水蒸気を抽気し内部を減圧する水蒸気圧縮手段、その
水蒸気圧縮手段から吐出される加圧水蒸気を凝縮しその
潜熱で前記乾燥容器内の被脱水物を脱水する凝縮手段と
で構成される水蒸気ヒートポンプ式蒸発脱水装置におい
て、前記乾燥容器内に回転軸を立設し、その回転軸の周
囲を螺旋状に巡る複数の螺旋体を設けて水蒸気通路を形
成し第１の凝縮手段を形成すると共に被脱水物の撹拌を
行う撹拌伝熱手段を設けていることを特徴とする水蒸気
ヒートポンプ式蒸発脱水装置。
【請求項２】前記水蒸気圧縮手段からの水蒸気を回転
軸内に上端に向け噴出し、その動圧によって螺旋体内部
の水蒸気通路を掃気するように構成している請求項１に
記載の水蒸気ヒートポンプ式蒸発脱水装置。
【請求項３】前記乾燥容器の底部に壁空間を形成し第
２の凝縮手段を構成している請求項１または２に記載の
水蒸気ヒートポンプ式蒸発脱水装置。
【請求項４】前記撹拌伝熱手段に塊状物の破砕手段を
設けている請求項１〜３のいずれかに記載の水蒸気ヒー
トポンプ式蒸発脱水装置。
【請求項５】前記水蒸気圧縮手段がシリンダ内を回転
子が揺動して圧縮作用を行うウイング式の圧縮機である
請求項１〜４のいずれかに記載の水蒸気ヒートポンプ式
蒸発脱水装置。
【請求項６】第１または第２の凝縮手段の下流からの
不凝縮性ガス排出管路を設け、前記乾燥容器から水蒸気
圧縮手段へ抽気する管路と熱交換する熱交換手段を設け
ている請求項１〜５のいずれかに記載の水蒸気ヒートポ
ンプ式蒸発脱水装置。
【請求項７】乾燥容器から水蒸気圧縮手段への抽気管
路にサイクロンを設け前記熱交換手段と一体化して構成
した請求項６に記載の水蒸気ヒートポンプ式蒸発脱水装
置。