JP2005140497A - 乾燥ホッパにおける粒状物を通過するガス流量制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ホッパを通過するガスの量を制御し、粒状物を加熱・乾燥するホッパ内の粒状物質を乾燥するための方法並びに装置の提供。
【解決手段】 制御は、粒状物を乾燥温度まで加熱し、最適な低エネルギ消費量で粒状物を乾燥するためのガス流量の最小限化を可能とする。このような効果は、乾燥ホッパから排出される加熱ガスの温度と加熱される粒状物の温度間の温度差の関数にしたがって、乾燥ホッパを通過するガス流量を制御することによりなされる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガス流量制御の分野に関する。さらに詳しくは、本発明は乾燥ホッパにおけるガス流量制御に関する。

特に、乾燥ホッパ内で粒状物を熱し乾燥する際、即ち、前記乾燥ホッパ内では、粒状物が、底部において、最適な温度で継続的に取り出され、乾燥される粒状物が、ホッパの頂部にバッチ供給されるような場合において、最適な処理ガスを生じさせることは非常に困難である。それゆえ、非常に高い温度のガス流量を選択し、全粒状物を実際に望ましい最終温度まで熱することは一般的なことである。これは、非常に大きなエネルギーの浪費を引き起こす。

もし、ガス流量が、不必要に多い場合、更なるエネルギーの浪費を招く。特に、乾燥ホッパから入るリターン・ガスが、水分成分の除去のためにドライヤを通り、そこから、閉鎖流路内で再度乾燥温度に加熱された後、乾燥ホッパの底部へ戻る場合に、エネルギーの浪費を招く。これは、乾燥されるリターン・エアが十分に低い温度である場合のみ、ドライヤは、経済的な方法で、乾燥したエアに低い露点をもたらすために起こるものである。前記ドライヤは、冷却或は吸収の原理に基づき可動する。乾燥条件が変化する状態において、前記リターン・エアがそのような低い温度を維持するために、特別な冷却装置の集合体がリターン・エアのダクトに据え付けられる。したがって、高い設置費用と、リターン・エアの冷却及びその後に行われる再加熱に伴う継続的なエネルギーの浪費が発生する。

本発明と類似した工程は、本発明者が１９８１年に開示したドイツ特許出願第３１３１４７１号及びそれに対応する１９８３年に登録された米国特許第４４１３４２６号、及び、「発明の名称：Method and apparatus for drying moist exhaust air from one or more bulk material drying hoppers（１又はそれ以上のバルク物質乾燥装置からの水分を含む排出エアを乾燥する方法及び装置）」に記載されている。これらの特許において、リターン・エア温度が上がる時、又はリターン・エア温度が下がる時、エア流量は減少する。前記ドイツ特許出願の請求項５に関しては、この制御は、前記リターン・エア温度を常に室温以上に維持させることができる。

残念ながら、この工程は、うまく機能しない或は多数の乾燥条件のすべてには適応しないように思われる。
粒状物が乾燥ホッパの上部に加えられる場合において、粒状物が室温以上の温度を有している場合に、この工程は、適応しないようである。即ち、乾燥操作中に室温が低下した時、或は、暖かい粒状物が乾燥された時、この工程は、適応しないようである。

米国特許第４４１３４２６号の工程に従った状態において、エア流量は減少するため、粒状物を乾燥させるために十分な量ではない。同時に、例えば、冬に、粒状物が、屋外のサイロから取り除かれる場合において、乾燥される粒状物が、室温よりほんの少しだけ低い温度を有することとなりうる。このような場合において、ガス流量は、不必要に高く、乾燥工程はうまく処理することができるものの、不必要に高いエネルギー浪費を伴うものである。

本発明者による１９９７年の米国特許第５６５９９７４号「発明の名称：Method for regeneration of an adsorbent material containing moisture and apparatus therefore（水分を含む吸着剤物質の再生のための方法及びそのための装置）」或は、第５６８８３０５号「発明の名称：Method and device for drying of moist gases（水分ガスの乾燥のための方法及び装置）」で開示された吸着式ドライヤは、１又はそれ以上のチャンバからなる。前記チャンバは、吸着物質で満たされており、該吸着物質は、周期的にリターン・エアを乾燥し、又、第２エア流れにより再生され、該第２エア流れは、大抵の場合、非常に暖められた大気である。図３で示すように、吸着剤物質は、ロータ或はハニカム状の物質上に配され、該吸着物質は乾燥エア吸収及び再生領域を周期的に通過する。

ドイツ特許出願第３１３１４７１号 米国特許第４４１３４２６号 米国特許第５６５９９７４号 米国特許第５６８８３０５号

本発明は、ガスの量を制御するための工程及び該工程を実施するための装置を開示する。前記ガスは、粒状物を加熱及び乾燥させるために粒状物を通り抜ける。前記制御は、ガス流量を最小限に抑える。該ガスは、望ましい温度まで粒状物を加熱させ、又、乾燥においては最適に低いエネルギー消費を実現するのに十分な量である。本発明は、リターン・エアが吸着ドライヤを通過し、該リターン・エアは、冷却の必要がないような最適に低い温度を有している。

本発明は、乾燥のためのエアの量の最適化制御が、温度差に基づいてのみ可能であることに基づいている。前記温度差は、すなわち、乾燥ホッパを離れるリターン・エアの温度と乾燥ホッパの上部に加えられる粒状物の温度との温度差のことである。この温度差は、ほんの摂氏２，３度程度に保たれる。リターン・エアの温度は乾燥される粒状物の温度、または、リターン・エアの最も低い温度より暖かい。前記最も低い温度とは、完全に加熱及び乾燥させることができ、最適に低いエネルギー浪費を実現する温度である。さらに、もし、前記リターン・エアが流路内に導入され、ドライヤを通過し、水分成分が除去される場合、この低い温度を有するリターン・エアは、最適に低いエネルギー消費をもたらし、好適な露点を有する乾燥エアとなる。

前記温度差を決定するために、乾燥ホッパから出発するリターン・エアのダクトに温度センサが備わる。第２のセンサは、該乾燥ホッパの中へ運ばれる該粒状物内に備わり、例えば、一般的に乾燥ホッパの上部に据え付けられるコンベヤのホッパ内において、又は、貯蔵ビン或はサイロ内において温度センサが備わる。粒状物は、貯蔵ビン或はサイロから乾燥ホッパへ運ばれる。制御装置は、これら２つのセンサの温度差を決定し、乾燥ホッパを通る乾燥エアの量を制御する。これは、既知の方法で実行される。即ち、乾燥エアのブロアの回転速度の変化、或は、乾燥ホッパへ又は乾燥ホッパから導かれるエア流れのダクト内に配されるフラッパバルブ、或は、エア・ブロアと平行に配される特別なダクトにあるフラッパバルブにより実行される。

本発明に関するさらなる有利な構成は、第２温度センサを使用する必要がないことである。これは、リターン・エアの温度が幅広く変動することの発見に基づく。加熱された粒状物が乾燥ホッパの底部から継続的に取り出され、ホッパ上部において加熱される粒状物のバッチ供給により、リターン・エアの温度は、短時間で著しく低下する。粒状物が加えられる時、特にちょうど加えられた粒状物の温度にまで低下する。それから、粒状物は、ゆっくり熱せられた後、リターン・エアの温度はゆっくり上昇する。前記上昇は、図１で示されるように、次の粒状物のバッチ供給が行われる直前に、リターン・エアが最大温度となることである。制御装置は、継続してリターン・エア温度を監視することが可能である。本発明に関して、バルブが加熱エア量を制御する時に、リターン・エア温度差が使用される。前記リターン・エア温度差とは、乾燥される粒状物が追加される直前と、該追加の後に続く状態における温度差である。最適値として、粒状物追加直前の最大温度は、追加直後の最小温度と比較される。

本発明は、任意の種類の粒状物の加熱及び乾燥に用いられ、特に、吸湿性の合成樹脂の粒状物に用いられる。これらの乾燥される粒状物は、一般的に、少量ずつバッチ供給される。例えば、２〜１０ｋｇずつ、乾燥ホッパ内の上部高さが最小の高さになる程度ずつバッチ供給される。乾燥された粒状物は、乾燥ホッパの底部において、一定量ずつ取り除かれ、押し出し成型機或は射出成型機であるような二次加工機へ運ばれる。
本発明は、乾燥ホッパと任意の種類のドライヤと組み合わせて用いることができる。前記ドライヤとは、冷却、圧縮エア、或は吸着物質を基礎とするようなドライヤのことである。

以下の記載及び図面において、同様の部分は同様の参照番号で示す。
図１は、経過時間ごとのリターン・エアの温度変化を示す。横軸は、時間を示し、縦軸は温度を示す。横軸の１、２及び３で示される時間において、乾燥ホッパの上部に粒状物がバッチ供給される。この図の結果から、リターン・エアの温度は、特に粒状物が加えられた温度と対応する箇所で、最小値まで低下する。それから、リターン・エアの温度は、加えられた粒状物のゆるやかな加熱上昇に従って、次の粒状物がさらに加えられる時点においては最大値となるよう、ゆっくり上昇する。

図２は、ドライヤ（２）を示し、該ドライヤ（２）は、吸着或は冷却ドライヤである。粒状物ホッパ（１）は、その上部に運搬ユニット（４）を有し、該運搬ユニット（４）は、粒状物コンテナ（５）の外の粒状物を吸い上げ、高さセンサ（６）の指令により粒状物ホッパ（１）へ落としてゆく。乾燥された粒状物は、粒状物ホッパを出発し、ダクト（７）を介し、二次加工機（３）へ運ばれる。

リターン・エアは、ブロア（９）に吸い上げられ、ホッパ（１）を出発し、ダクト（８）を介し、さらに、フィルタ（１０）及びクーラー（１１）及びドライヤ（１２）を通過する。ドライヤ（２）からの乾燥エアは、ダクト（１２）を介して流れ、さらにヒータ（１３）を通り前記乾燥ホッパ（１）の下部へ導入される。前記ヒータ（１３）は、一般的に６０から２００℃で加熱されている。乾燥エアは、それから、前記ホッパ（１）の下部からホッパ（１）の上部まで進み、緩やかに降下する粒状物を通過する。この工程において、前記エアが粒状物を加熱し乾燥する。最後に、前記エアは、比較的低い温度で、ホッパを離れ、ダクト（８）を通過する。

リターン・エア温度センサ（１４）は、ホッパ（１）のすぐ後ろのリターン・エアダクト（８）内に位置し、該リターン・エア温度センサ（１４）は、リターン・エアの温度を測定する。粒状物温度センサ（１５）は、運搬ユニット（４）内、或は粒状物コンテナ（５）内（１５ａで示す）に位置し、該粒状物温度センサ（１５）は、粒状物温度を測定する。両方のセンサは、ライン（２１）（或は（２１ａ））及び（２２）を通して、制御装置（２３）と連結する。或は、制御装置（２３）は、ダクト（８）に位置するフラッパバルブ（２４）又は、乾燥エアブロア（９）の回転速度を制御する。

吸着ドライヤと共に使用された際、本発明において更なる有利な点が可能となる。これらのドライヤは、吸着物質の分子ふるいとして使用され、該分子ふるいは、たとえ、リターン・エアが比較的高い、例えば５０〜７０℃の場合においても、水分を吸収することができるという利点を有している。しかしながら、この吸着物質は、高価であり、およそ２００℃という非常に高い再生温度が必要となる。本発明で達成される低いリターン・エア温度において、吸着物質としてシリカゲルの使用が可能となる。この物質は、低コストであり、さらにおよそ１２０℃の温度で再生可能であり、非常に大きなエネルギー節約をもたらす。

シリカゲルが使用される場合、ブロアが図２に従って配されることが、好ましい。即ち、ブロア９は、リターン・エアをライン８及びドライヤ２を通して吸い上げ、該ドライヤは吸着物質を含んでいる。この配列において、ブロアにおいて発生した熱は、リターン・エアの温度を上昇させない。しかしながら、吸着物質が、まわりの気圧より低い圧力下に置かれることは、不利益である。すなわち、前記気圧は、水分を含む大気が乾燥した状態のエア流れへ、もれて入る事を可能にする。

それゆえ、本発明に関して、ドライヤ２にリターン・エア流れが入る前にある第２ブロア９０がライン８に配されうる。ブロア９はコントローラ（２３）によって制御され、本発明に関する加熱及び乾燥のためのエア流れの体積流量を制御する。それと同時に、ブロア９０は、コントローラ（２３）によって制御され、ブロア９０及び９の間のライン内のエア圧を調節する。好ましくは、この調節された圧力は、まわりの大気圧よりわずかに高く、まわりの大気が乾燥エアへ漏入することを抑えられる。ブロア９０が非常に小さなブロアであってもよく、このブロアからの熱量供給は、図３に示したような単一のブロア９と比較して、非常に軽減される。

図３は、前記吸着ドライヤの実施例であり、該実施例は、吸着材料を含むハニカム・ロータを用いる。米国特許第５６８８３０５号で開示したものと類似しており、該米国特許第５６８８３０５号は、本明細書内に組み込まれる。図２の実施例と共通した要素は、同等の参照番号で示し、以下において、これらについての説明は省略する。

ブロア（９）は、ダクト（８）を通してリターン・エアを吸い上げ、該リターン・エアは、ダクト（２５）を通り、さらに、ゆっくり回転するロータ（２７）の区画（２６）へ送りだされ、そこで、該リターン・エアは、乾燥される。
再生ブロア（２８）は、大気を、ヒータ（２９）、さらにロータ（２７）の区画（３０）へ通すように送り出し、区画（３０）で再生が行われる。水分を含む再生エアは、区画（３０）を離れ、ダクト（３１）を通る。

上記及び、特許請求項内の用語「エア」は、ガスのあらゆる種類を意味する。例えば、多くの場合において好ましく使用される窒素が挙げられるが、ガスの種類は、乾燥される粒状物の種類に依存する。本発明は、吸着ドライヤだけでなく、冷却ドライヤにも同様に適応する。特に、大気、或は流路内に運ばれたリターン・エアが、その水分成分から遊離される状況において適応する。

本明細書内に記載した本発明の実施例は、単に本発明の原理の応用を示したものである。ここで示した実施例の詳細に関する参照は、本発明の請求項を制限するものではなく、請求項は、本発明に不可欠と思われる特性を説明するものである。

経過時間とリターン・エアのグラフの温度を示す。 本発明のシステムを示すブロック図である。 ロータ及び乾燥剤を使用した本発明の変更例を示す。

Claims (21)

1. ａ）ホッパ上部内に加熱される粒状物を導入する段階と、
   ｂ）ガスを下部から前記ホッパ内に導入し、前記ホッパ上部からリターンガスとして排出するようにして、前記ホッパ内の前記粒状物内を所定体積流量の加熱ガスを通過させる段階と、
   ｃ）前記ホッパ底部から加熱された粒状物を回収する段階と、
   ｄ）前記リターンガスの温度と加熱される粒状物の温度の差を定める段階と、
   ｅ）温度差の関数にしたがって、前記粒状物内を通過するガスの体積流量を制御する段階からなることを特徴とする乾燥装置内において、粒状物を加熱する方法。
2. 前記粒状物が合成樹脂からなる粒状物であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記体積流量が前記温度差と逆の関係となるように前記（ｅ）の段階においてガス体積流量が制御されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. ｆ）前記リターンガスから水分を除去する段階と、
   ｇ）前記リターンガスを加熱する段階と、
   ｈ）該ガスを前記（ｂ）の段階の加熱ガスとしてホッパに戻される段階からなり、
   前記ガスが閉流路内で再循環されてなることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記（ｆ）の段階での水分除去が、吸着剤で満たされたチャンバ内をガスが通過することによってなされ、
   第２の空気循環によって時間経過とともに、前記吸着剤を再生させることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記（ｆ）の段階で、ガス圧を調整する段階を更に備えることを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 前記（ｅ）の段階で制御されるガス体積流量制御が、ブロアの回転速度の変更によってなされ、
   前記（ｆ）の段階のガス圧が異なるブロアの回転速度の変更によってなされることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記ガス体積流量の制御が、ブロアの回転速度の変更によってなされることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記ガス体積流量の制御が、フラッパバルブの変化によりなされ、
   該フラッパバルブは、前記ガスが流れるダクトに配されることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 並列に配された複数のホッパを備え、前記ガスの体積流量は各ホッパごとに別個に制御されるとともに各ホッパの温度差の関数にしたがって制御されることを特徴とする請求項１記載の方法。
11. 前記温度差が、２〜３℃の範囲内で制御されるとともに、
    前記リターンガスの温度が前記粒状物の温度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の方法。
12. 加熱される前記粒状物を導入する段階において、時間経過に伴い前記粒状物がバッチ供給されることを特徴とする請求項１記載の方法。
13. 前記温度差が前記リターンガスの温度を計測することにより定められ、
    前記温度差が加熱される粒状物がホッパ内に導入される直前の前記リターンガスの温度と加熱される粒状物の導入後のリターンガスの最低温度との差から算出されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 前記温度差が、加熱される粒状物の温度とリターンガスの温度を計測し、
    前記計測された温度間の差異を計算することによって定められることを特徴とする請求項１記載の方法。
15. 前記加熱される粒状物の温度がセンサによって計測され、
    該センサはホッパ内の粒状物導入部の所定位置に配されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 上部と下部を備えるとともに底部に粒状物回収部を備えるホッパと、
    前記ホッパの前記上部内に加熱される粒状物を導入するコンベア・ユニットと、
    前記ホッパの前記下部内に配されるガス流入口と、
    前記ホッパの前記上部内に配されるガス排出口と、
    前記ガス排出口と接続する入口部と前記ガス流入口と接続する出口部を備えるとともに、ガス体積流量に前記ホッパ下部を通過させ、前記ホッパ上部から排出させるガスブロアと、
    前記リターンガスの温度と加熱される前記粒状物の温度間の温度差を求めるように配設される少なくとも１つの温度センサと、
    前記ブロア及び前記温度センサと接続するコントローラからなり、
    前記粒状物を通過するガス体積流量が温度差の関数にしたがって制御されることを特徴とする粒状物乾燥装置。
17. 前記リターンガスから水分を除去するガス・ドライヤと、
    ガスを加熱するヒータを更に備え、
    ガスが乾燥され加熱され、閉流路内で再循環されることを特徴とする請求項１６記載の乾燥装置。
18. 前記ガス・ドライヤ内のガス圧を調整する第２ガスブロアを更に備えることを特徴とする請求項１７記載の乾燥装置。
19. 前記乾燥機が吸着剤で満たされたチャンバを備え、前記乾燥装置が前記吸着剤を再生する第２の空気循環路を更に備えることを特徴とする請求項１７記載の乾燥装置。
20. 前記ガス体積流量が、前記空気ブロアの回転速度の変更によって制御されることを特徴とする請求項１６記載の乾燥装置。
21. 前記ガス体積流量の制御がフラッパバルブの変化によりなされ、該フラッパバルブは前記ガスが流れるダクトに配設されることを特徴とする請求項１６記載の乾燥装置。
    
    

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