JP2006017315A

JP2006017315A - 乾燥装置の制御システムと制御方法

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Publication number: JP2006017315A
Application number: JP2004192519A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ueno; 廣彬上野
Original assignee: Kyoritsu Kogyo KK
Current assignee: Kyoritsu Kogyo KK
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: JP4162632B2

Abstract

【課題】種々の被乾燥物を効率よく自動乾燥処理する。
【解決手段】被乾燥物１１を乾燥室１８の内部へ投入する投入工程において、攪拌羽根３２を負荷トルクが予め設定した閾値トルクＰＳを超えるまで、予め設定した一定の目標速度で回転駆動するように制御する。次に、負荷トルクが閾値トルクＰＳを超えたとき、投入された前記被乾燥物１１を攪拌しながら加熱して乾燥させる乾燥工程に移行し、この乾燥工程において、攪拌羽根３２を予め設定した一定の目標トルクＴ１に達するまで駆動トルクを上昇させた後、目標トルクを維持するように回転駆動する定トルク制御モードを実行し、乾燥度の進行に伴って負荷が低下して、目標トルク以下のトルクで駆動できる状態になったとき、前記被乾燥物を破砕して乾燥した小片にする破砕工程に移行し、この破砕工程において攪拌羽根を予め設定した一定の破砕速度で回転駆動するように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝熱面を有する乾燥室内で、泥砂状、クリーム状、塊状、粒状、あるいは粉末状等の水分と固形分等からなる、各種の被乾燥物の水分を減少させ乾燥させる乾燥装置の制御システムと制御方法に関する。

従来の乾燥装置には、円筒状又は円錐台形状の乾燥室内で熱風と被乾燥物を接触させる直接加熱タイプや、乾燥室側壁を覆うジャケット内に水蒸気等の加熱媒体を通して、壁面から被乾燥物に熱を供給して乾燥する間接加熱タイプなどがある。
このような乾燥装置は、円筒状又は円錐台形状の乾燥室に被乾燥物を撹拌し旋回させるために撹拌羽根を設けたもので、撹拌羽根によって被乾燥物に遠心力を与え、巻乾燥室の内壁面に衝突させ、熱交換によって乾燥室内壁から熱を与えることによって水分蒸発させている（特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００１−１２４４７３号公報特開２００４−８５１６０号公報

ここで、従来の乾燥装置には、次のような解決すべき課題があった。
従来の乾燥装置は、乾燥する際に、撹拌羽根により被乾燥物が旋回され遠心力が与えられて乾燥室内壁や撹拌羽根等に衝突し、ある程度は粉砕されるが、粉々になるまでには粉砕され難い場合がある。例えば塊状となったものは、むしろ増径してしまい乾燥効率を著しく悪化させてしまうという問題があった。
また、被乾燥物が乾燥室の壁に張り付くと、乾燥効率に悪影響を及ぼす場合もある。
そこで、本発明者等は、乾燥室内面に付着した被乾燥物を隈なく掻き取ると共に、被乾燥物の粉砕を促進して乾燥効率が向上させることができる、新たな乾燥装置を開発した。
本発明は、このような乾燥装置の、最適な制御システムと制御方法とを提供することを目的とする。

本発明の各実施例においては、それぞれ次のような構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
底部と側壁とを加熱した円筒状の乾燥室と、上記乾燥室の中心に設けた回転軸の周囲を公転して、上記底部と側壁の内面に付着する被乾燥物を掻き取るように回転駆動される攪拌羽根とを備えた乾燥装置本体と、上記攪拌羽根を回転駆動する回転駆動機構と、この回転駆動機構を制御する制御部とからなり、上記制御部は、上記被乾燥物を上記乾燥室の内部へ投入する投入工程において、上記攪拌羽根を負荷トルクが予め設定した閾値トルクを超えるまで、予め設定した一定の目標速度で回転駆動するように制御する第１の定速制御モードを実行し、上記負荷トルクが上記閾値トルクを超えたとき、投入された上記被乾燥物を攪拌しながら加熱して乾燥させる乾燥工程に移行し、この乾燥工程において、上記攪拌羽根を予め設定した一定の目標トルクに達するまで駆動トルクを上昇させた後、上記目標トルクを維持するように回転駆動する定トルク制御モードを実行し、乾燥度の進行に伴って負荷が低下して、上記目標トルク以下のトルクで駆動できる状態になったとき、上記被乾燥物を破砕して乾燥した小片にする破砕工程に移行し、この破砕工程において、上記攪拌羽根を予め設定した一定の破砕速度で回転駆動するように制御する第２の定速制御モードを実行することを特徴とする乾燥装置の制御システム。

円筒状の加熱された乾燥室の中に投入された被乾燥物が、加熱乾燥されて攪拌羽根で破砕されて排出されるまでの間、攪拌羽根には特有の負荷が加わる。予期しない様々な種類の被乾燥物が投入されても、その負荷に応じた運転モードで攪拌羽根の回転駆動をする。これにより、最適条件で被乾燥物の連続的な乾燥処理を実行することができる。

〈構成２〉
構成１に記載の乾燥装置の制御システムにおいて、上記破砕工程に続く排出工程において、破砕後の被乾燥物の小片を上記乾燥室の側壁に設けた開口から所定量排出するまで、上記攪拌羽根を予め設定した一定の目標速度で回転駆動するように制御する定速制御モードを実行することを特徴とする乾燥装置の制御システム。

全ての被乾燥物の乾燥処理が完全に終了してから排出するのでなく、十分乾燥して乾燥室の側壁に衝突するようになったものから順次排出をして、被乾燥物の排出時間を短縮することができる。

〈構成３〉
底部と側壁とを加熱した円筒状の乾燥室と、上記乾燥室の中心に設けた回転軸の周囲を公転して、上記底部と側壁の内面に付着する被乾燥物を掻き取るように回転駆動される攪拌羽根とを備えた乾燥装置本体と、上記攪拌羽根を駆動モータを用いて回転駆動する回転駆動機構と、この回転駆動機構を制御する制御部とからなり、上記制御部は、上記乾燥室の内部へ被乾燥物を投入開始後、駆動モータの駆動トルクが第１の駆動トルクを超えるか、あるいは、駆動時間が第１の規定時間を超えるまで、上記駆動モータを第１の駆動周波数で定速回転駆動する第１の駆動モードと、上記第１の駆動モード開始後、駆動モータの駆動トルクが上記第１の駆動トルクを超えるか、あるいは、駆動時間が上記第１の規定時間を超えた後、上記駆動モータを目標駆動トルクに達するまで駆動トルクを上昇させた後、上記目標駆動トルクを維持するように回転駆動する第２の駆動モードを実行し、上記第２の駆動モード開始後、上記目標トルク以下の駆動トルクで上記回転軸の回転速度が制限値に達するとき、この制限値を超えないように順次駆動トルクを低下させて駆動モータを回転駆動する第３の駆動モードを実行し、上記第３の駆動モード実行中に、駆動モータの駆動トルクが第２の駆動トルク以下になるか、あるいは、上記第２の駆動モード開始後駆動時間が第２の規定時間を超えたとき、上記駆動モータを第２の駆動周波数で定速回転駆動する第４の駆動モードを実行することを特徴とする乾燥装置の制御システム。

このような制御によって、被乾燥物の投入から乾燥処理終了まで、様々な種類の負荷に対応して自動制御をすることができ、連続運転が可能になる。従って、たとえ、全く異なる性質の被乾燥物が投入されても、最適な乾燥と破砕制御ができる。

〈構成４〉
構成３に記載の乾燥装置の制御システムにおいて、上記制御部は、上記第４の駆動モードで、駆動モータの駆動トルクが第３の駆動トルク以下になるか、あるいは、駆動時間が第３の規定時間を超えたとき、被乾燥物の排出を開始することを特徴とする乾燥装置の制御システム。

この制御により、被乾燥物が十分に破砕され乾燥した後に排出される。

〈構成５〉
底部と側壁とを加熱した円筒状の乾燥室と、上記乾燥室の中心に設けた回転軸の周囲を公転して、上記底部と側壁の内面に付着する被乾燥物を掻き取るように回転駆動される攪拌羽根とを備えた乾燥装置本体と、上記攪拌羽根を回転駆動する回転駆動機構とを備えた装置制御する方法であって、上記乾燥室の内部へ被乾燥物を投入開始後、駆動モータの駆動トルクが第１の駆動トルクを超えるか、あるいは、駆動時間が第１の規定時間を超えるまで、上記回転駆動機構を第１の駆動周波数で定速回転駆動する第１の駆動モードと、上記第１の駆動モード開始後、上記回転駆動機構の駆動トルクが上記第１の駆動トルクを超えるか、あるいは、駆動時間が上記第１の規定時間を超えた後、上記回転駆動機構を目標駆動トルクに達するまで駆動トルクを上昇させた後、上記目標駆動トルクを維持するように回転駆動する第２の駆動モードを実行し、上記第２の駆動モード開始後、上記目標トルク以下の駆動トルクで上記回転軸の回転速度が制限値に達するとき、この制限値を超えないように順次駆動トルクを低下させて上記回転駆動機構を回転駆動する第３の駆動モードを実行し、上記第３の駆動モード実行中に、駆動モータの駆動トルクが第２の駆動トルク以下になるか、あるいは、上記第２の駆動モード開始後駆動時間が第２の規定時間を超えたとき、上記回転駆動機構を第２の駆動周波数で定速回転駆動する第４の駆動モードを実行することを特徴とする乾燥装置の制御方法。

構成３のシステムの制御方法の発明である。

〈構成６〉
構成５に記載の乾燥装置の制御方法において、上記第４の駆動モードで、上記回転駆動機構の駆動トルクが第３の駆動トルク以下になるか、あるいは、駆動時間が第３の規定時間を超えたとき、被乾燥物の排出を開始することを特徴とする乾燥装置の制御方法。

構成４のシステムの制御方法の発明である。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基いて詳細に説明する。

図１は、本発明の乾燥装置の制御システムの具体的な動作を説明する説明図である。
この図は、装置の駆動モータの制御周波数と制御電流の時間変化を示すグラフである。この制御周波数は駆動モータの回転速度に対応し、制御電流は駆動トルクに対応する。制御中の装置の状態は、図７に図解してある。

後で図２〜図７を用いて詳細に説明するように、本発明の乾燥処理装置は、攪拌羽根３２を使用し、被乾燥物１１を乾燥室１８の中に投入し、加熱し、攪拌して乾燥させる機能を持つ。投入当初は多量の水分を含み泥状の被乾燥物１１は、加熱攪拌されると水分を少しずつ失って塊状体になる。攪拌羽根３２は被乾燥物１１の塊状体を粉砕する。粉砕された被乾燥物１１は粘度が高いから、乾燥室１８の底１２や側壁１３に付着する。乾燥室１８の底１２や側壁１３に付着した被乾燥物１１の塊状体はただちに攪拌羽根３２に掻き取られて跳ね上げられ、より細かく粉砕され、乾燥が促進される。

投入工程で被乾燥物１１が泥状のときと、乾燥工程の開始前半の粘度の高い塊状体のときは、被乾燥物１１は乾燥室１８の底付近で加熱され、序々に乾燥される。粉砕工程が開始されて被乾燥物１１が粉砕され、粘度の低下した小片になると、乾燥室１８の上部まで攪拌羽根３２に巻き上げられる。攪拌羽根３２はこれらをさらに細かく粉砕する。細かく粉砕されて軽量化した被乾燥物１１は乾燥室１８の側壁に衝突して熱を受けて、さらに残りの水分を奪われる。

被乾燥物１１を投入して所定時間を経過すると、被乾燥物全体が乾燥した粉状体になる。次に被乾燥物１１を乾燥室から排出する。攪拌羽根を高速回転させていると、被乾燥物１１は乾燥室の中で渦巻き運動をしている。粉状体になった被乾燥物は遠心力で乾燥室１８の側壁に衝突し、跳ね返り、再び乾燥室１８の側壁に衝突するという運動を繰り返す。これで乾燥そ破砕が促進される。以上のように、この乾燥処理装置は、泥状の被乾燥物の投入処理、加熱処理、粉砕処理、乾燥処理、排出処理という工程を連続的に自動的に行い、さらに、再投入も自動的に行うことが可能である。従って、汚泥や生ゴミ等を連続的に大量に処理する機能を持つ。

ここで、被乾燥物の投入工程では、泥状の被乾燥物の加熱処理時には、時間と共に被乾燥物の粘度が上昇して、攪拌羽根の負荷変動が大きい。被乾燥物が高粘度の塊状体になると、攪拌羽根には最も大きな負荷が加わる。その後、被乾燥物の粉砕処理が進むにつれて、攪拌羽根の負荷が軽くなる。しかも、廃棄物の処理では、投入される被乾燥物の性質がそのつど大きく異なる場合がある。投入される被乾燥物の性質が異なるたびに、動作条件を手動調整するのは煩雑な作業になる。また、調整ミスも発生する。本発明の装置は、このような廃棄物特有の負荷変動に適合した制御を実現することで、最大効率で、より短時間で被乾燥物の処理ができる。また、長時間、繰り返し被乾燥物を投入する、ほぼ完全な自動制御が可能になる。

図１に示すように、この装置の制御は、投入工程Ｋ１と乾燥工程Ｋ２と破砕工程Ｋ３と排出工程Ｋ４とを含む。乾燥工程Ｋ２の後半には、破砕工程Ｋ３が含まれる。また、破砕工程Ｋ３の後半には排出工程Ｋ４が含まれる。図のグラフでは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までを投入工程Ｋ１、時刻ｔ２から時刻ｔ６までを乾燥工程Ｋ２とした。時刻ｔ４から時刻ｔ６までが破砕工程Ｋ３で、時刻ｔ５から時刻ｔ６までが、排出工程Ｋ４である。

また、時刻ｔ１から時刻ｔ２までが第１の駆動モードＭ１、時刻ｔ２から時刻ｔ３までが第２の駆動モードＭ２、時刻ｔ３から時刻ｔ４までが第３の駆動モードＭ３、時刻ｔ４から時刻ｔ５までが第４の駆動モードＭ４、時刻ｔ５から時刻ｔ６までが第５の駆動モードＭ５で動作する。第１の駆動モードＭ１と第４の駆動モードＭ４と第５の駆動モードＭ５では、駆動モータの周波数Ｆをグラフに破線で表示した。これ以外の部分は周波数が不定である。また、グラフには、実線でモータの駆動電流値Ｉの変化を表示した。これは駆動トルクの変化と対応するものである。

また、この装置は、第１の駆動モードＭ１を第１の定速制御モードＣ１で、第２の駆動モードＭ２と第３の駆動モードＭ３を定トルク制御モードＴＴで、第４の駆動モードＭ４と第５の駆動モードＭ５を第２の定速制御モードＣ２で運転する。第１の駆動モードＭ１は、第１の規定時間Ｔ１を超えない。第２の駆動モードＭ２と第３の駆動モードＭ３を含む工程は第２の規定時間Ｔ２を超えない。第４の駆動モードＭ４は第３の規定時間Ｔ３を超えない。第５の駆動モードＭ５は第４の規定時間Ｔ４を超えない。

このように、各駆動モードに時間的な制限を設けておけば、例えば、きわめて負荷が軽い場合や、被乾燥物の含水量が少ない場合に動作モードの切り替えが不必要に遅くなるのを防止できる。これは、廃棄物処理のように、投入する被乾燥物の内容物のばらつきが激しい場合に特に有効な制御である。

第１の駆動モードＭ１では、乾燥室の内部へ被乾燥物を投入開始後、ただちに目標速度ＶＭまで加速する。その後、駆動モータの駆動トルクが閾値トルクＰＳを超えるか、あるいは、駆動時間が第１の規定時間Ｔ１を超えるまで、回転駆動機構を周波数Ｆ１（目標速度ＶＭ）で定速回転駆動する。

第２の駆動モードＭ２では、第１の駆動モードＭ１の開始後、回転駆動機構の駆動トルクが閾値トルクＰＳを超えるか、あるいは、駆動時間が第１の規定時間Ｔ１を超えた後、回転駆動機構を目標トルクＰＭに達するまで駆動トルクを上昇させる。その後、破砕速度ＶＨを維持するように回転駆動する。

第３の駆動モードＭ３では、第２の駆動モードＭ２開始後、目標トルクＰＭ以下の駆動トルクで回転軸の回転速度が制限値に達するとき、この制限値を超えないように順次駆動トルクを低下させて回転駆動機構を回転駆動するように制御する。従って、図のグラフに示すように、駆動トルクは目標トルクＰＭから次第に第２の駆動トルクＰ２に向かって低下していく。

なお、定トルク制御モードＴＴでは、駆動トルクが最大で目標トルクＰＭになるように負荷変動に応じて可変速制御をしている。従って、駆動速度は大きく変動することがある。特に、被乾燥物の乾燥が進んで塊状になると負荷が急激に大きくなり、駆動トルクが不足すると回転が停止して、被乾燥物の一部が乾燥室の底面等に焦げ付くおそれがある。逆に、回転速度を一定に維持しようとすると、駆動モータの駆動電流が異常上昇して、駆動モータを焼損したり、電源の故障の原因になる。故に、乾燥工程Ｋ２では、常に十分な一定の駆動トルクで攪拌羽根を回転させるようにした。

第４の駆動モードＭ４は、第３の駆動モードＭ３の実行中に、駆動モータの駆動トルクが第２の駆動トルクＰ２以下になるか、あるいは、第２の駆動モードＭ２開始後第３の駆動モードＭ３までの通算駆動時間が第２の規定時間Ｔ２を超えたときに開始する。第４の駆動モードＭ４では、回転駆動機構を周波数Ｆ２で定速回転駆動する。負荷が十分に軽くなった後は、破砕工程Ｋ３に移行する。塊状の被乾燥物が次第に壊れ始め、細かく粉砕されるに従って負荷が軽くなる。この状態では可能な限り攪拌羽根３２を高速回転させて乾燥を促進させる。このために、第２の定速制御モードＣ２を実行する。

その後、さらに、第４の駆動モードＭ４で回転駆動機構の駆動トルクが第３の駆動トルクＰ３以下になるか、あるいは、駆動時間が第３の規定時間Ｔ３を超えたとき、被乾燥物の排出を開始する。破砕工程Ｋ３と排出工程Ｋ４の重複時間を最適化することで、被乾燥物の排出のための時間を短縮して生産性を上げることができる。このためには、予め最適化した第３の駆動トルクＰ３を基準とする制御が最も確実である。なお、被乾燥物の性質によっては、負荷トルクが急激に下降しないことがあるので、第３の規定時間Ｔ３を設けている。

以上のシステムによれば、例えば、生ゴミ、食品加工廃棄物その他、様々な性質の廃棄物を、投入当初には一定の速度で攪拌しながら加熱し、その後は一定のトルクで乾燥を促進し、本格的に破砕が進行し始めたら、再び高速で攪拌羽根を回転させて細かく破砕しながら乾燥させるという処理が、連続的に自動的に、しかも、最適条件で進む。被乾燥物を排出後はすぐに、他の被乾燥物の投入を開始するというように、連続作業も可能である。以下、本発明のシステムの実現に最適な装置の構成を具体的に説明する。

図２は、実施例１の乾燥装置の構成要素である回転羽根等の組立品の詳細を示す斜視図、図３は同乾燥装置の全体構造を示す概略図、図４は、図２の、組立品の一部を省略した平面図である。
以下、図２〜図６を用いて、装置の機構部分の説明をする。乾燥装置は、図３に示すように例えば、縦型円筒状又は円錐台形状をなし、被乾燥物の投入口１４及び排出口１６を有する乾燥室１８と、乾燥室１８内を加熱する加熱手段２０と、乾燥室１８の中心に立設された回転軸２２と、回転軸２２を回転駆動するモータ等の回転駆動機構２４と、回転軸２２に、間隔を置いて上下多段に設けられた複数の腕２６と、各腕２６の端部に取り付けられた撹拌羽根３２とを備えている。

回転軸２２の上部に、乾燥室１８内の空気を下向きに送り込む送風羽根４０が設けられている。回転軸２２の下部に、乾燥室１８の底面に沿う掻き板羽根４２が設けられている。送風羽根４０及び掻き板羽根４２については後述する。

加熱手段２０は、乾燥室１８の内周面及び底面を二重構造とし、この二重構造内の空間に１００℃以上の高温水蒸気等の熱媒体を導入できるようにすることにより構成されている。乾燥室１８の内周面に、熱媒体入口２１ａとドレン出口２１ｂが設けられている。また乾燥室１８の上面に、水蒸気を抜く口５１が設けられている。なお、加熱手段２０は、高温水蒸気に限られず、電熱による熱媒体でもよく、乾燥室１８の内周面１３と底面１２を熱面とするものであればよい。乾燥室１８は、底部に設けられた複数の脚部５０によって床面等に支承される。

次に、上記乾燥装置の構成要素である各組立品の詳細を説明する。
図２に示すように、回転軸２２の周囲に８本の腕２６が段階的に取り付けられている。これらの腕２６は、それぞれ中間部位から二股に分岐され、各分岐端３８に撹拌羽根３２が連結されている。このように各腕２６を二股に分岐して撹拌羽根３２を連結した構造とすることによって、腕２６の機械的強度が向上し撹拌羽根３２を強固に保持しうるものとされている。なお、撹拌羽根３２を連結した腕２６は、８本に限られず、乾燥室１８の大きさ等に応じて適数本が設けられる。

各腕２６の上面は上方に向って角ばった形状をなしている。例えば、横断面正方形の角棒を一角部を上に向けて回転軸２２に固定することによって得られる。各腕２６の分岐部についても同様に上面が上方に向って角ばった形状をしており、舞い上がって落下した被乾燥物を角ばった上面で粉砕する機能を持っている。

撹拌羽根３２は、回転方向に下向きに傾斜する上面２８と掻き落し縁部３０とを有している。ここで回転方向とは、回転軸２２の所定方向の回転により腕２６及び撹拌羽根３２が回転移動する方向である。撹拌羽根３２の上面２８には、３個の突起３６がそれぞれ設けられている。これらの突起３６は、撹拌羽根３２の側方からみて上方に頂角を有する三角形をなす板体であり、それぞれが回転方向にほぼ直交する状態で配置されている。

掻き落し縁部３０は、撹拌羽根３２の回転により乾燥室１８の内周面に付着した被乾燥物を、上下方向に一定の範囲で掻き落す機能を有するもので、乾燥室1８の内周面に沿いかつ接近している。また、図６に示すように、上下多段に設けられた複数の撹拌羽根３２の各掻き落し縁部３０により乾燥室１８の内周面に付着した被乾燥物を掻き落す上下方向の各範囲Ｈ1〜Ｈ４は、乾燥室１８の内周面の上下方向に亘って連続している。従って、上下方向に多段に設けられた各掻き落し縁部３０は、乾燥室１８内周面に付着した被乾燥物を広範囲に亘って隈なく掻き落すことができる。

回転軸２２の上部に設けられた送風羽根４０は、最上位の撹拌羽根３２よりも上方に位置し、回転軸２２の周囲３箇所に一定間隔を置いて設けられている。これらの送風羽根４０は、回転方向に対して上向きに傾斜しており、回転軸２２の回転に伴なって乾燥室１８内の空気を下方に送り込み、撹拌乾燥効率を高めるものである。

図５は、回転軸の下部に設けられた掻き板羽根を示す図である。
図３及び図５に示すように、掻き板羽根４２は、最下位の撹拌羽根３２よりも下方に位置し、乾燥室１８の底面に沿って径方向に延びている。掻き板羽根４２は、乾燥室１８の底面に対して傾斜すると共に一端縁が乾燥室１８の底面に対して接近している。掻き板羽根４２の上面に、３個の突起４４が設けられている。これらの突起４４は、四辺形の板体で、回転方向にほぼ直交する状態で配置されている。これらの突起４４は、掻き板羽根４２が回転軸２２の回転により乾燥室１８の底面にある被乾燥物を掻き揚げたときに、それらを粉砕する機能を持っている。

上部から落下した被乾燥物は、乾燥室の底面に落下して乾燥される。掻き板羽根４２は、被乾燥物がこの底面に層状に付着するのを防止する。掻き板羽根４２の先端に、乾燥室１８の内周面に沿う撹拌羽根４５が連結されている。この撹拌羽根４５は上記の撹拌羽根３２の長さより長く、回転軸２２に固設された２本の支持棒５５、５６により支持されている。またこの撹拌羽根４５の上面に、上記の突起３６とほぼ同形状の突起４６が設けられている。

次に、実施例１の乾燥装置の動作について説明する。
図６は装置の攪拌羽根の動作を説明する説明図である。図７の（ａ）から（ｃ）は、各工程における装置の概略動作を示す縦断面図である。
先ず、この装置の乾燥室１８の二重構造内の空間に１００℃以上の高温水蒸気等の気体を導入し、投入口１４から乾燥室１８内に汚泥等の液状あるいは泥状の被乾燥物１１を投入して回転駆動機構２４により回転軸２２を駆動する。このとき、被乾燥物１１は、乾燥室１８内に、乾燥室１８の容量の半分以下の容量が収容される。これが投入工程である。

図（ａ）に示した初期段階では、撹拌羽根３２で被乾燥物１１を撹拌し、主に乾燥室１８底部の熱面にて水分を蒸発させる。すなわち、最初、被乾燥物１１は含水量が多く、泥のような状態なので撹拌をしながら煮詰めて乾燥させる。被乾燥物１１はこの段階では上方へは移動しない。

次に、塊状になった被乾燥物１１を、撹拌羽根３２及びその上面の突起３６で微粉砕し水分の蒸発を促すと共に、被乾燥物全体に遠心力を与えて旋回させ、撹拌羽根３２の突起３６に沿って乾燥室１８壁面に衝突させて、効率よく伝熱させる。

図の（ｂ）に示したように、被乾燥物が乾燥を始めると、粘土状の塊が少しずつ壊れ始める。撹拌羽根３２を高速回転させて、被乾燥物をできるだけ粉々に粉砕する。乾燥して粉砕された被乾燥物は、軽くなって上に巻き上げられる。遠心力で乾燥室１８の内周面にぶつかって同面に付着するが、撹拌羽根３２の掻き落し縁部３０がそれを直ちに掻き落とす。これを繰り返して全体が乾燥する。

乾燥が進行すると、図の（ｃ）に示すように、乾燥室１８内で、熱風が撹拌羽根により乾燥室側壁に沿って上昇した後、乾燥室中心部で下降し、また撹拌羽根により上昇するという流れを繰り返す対流が発生する。送風羽根４０は下向きの風を起こすから、対流が促進される。回転軸２２の上方に取り付けられた送風羽根４０や撹拌羽根３２の凹凸に被乾燥物が衝突すると、より細かく粉砕される。

また、被乾燥物が乾燥室１８の内周面に付着する場合は、撹拌羽根３２の掻き落し縁部３０で内周面を掻き取り、ケーキ状塊は撹拌羽根３２の突起３６で粉砕される。回転軸２２の最下部に設けた掻き板羽根４２は、底部熱面にて熱交換した底面全域の被乾燥物を掻き取り、上方に跳ね上げる。

十分に乾燥して、軽くなって、上方に巻き上げられた被乾燥物は、乾燥室１８の内周面に衝突して、さらに乾燥される。上昇中も落下中も撹拌羽根３２により繰り返し粉砕される。乾燥室１８の底面に落下したものは、再度加熱され、掻き板羽根４２により再び巻き上げられる。その後、細粉化し乾燥したものが排出口１６から排出される。排出孔にはコンベアを置いて、被乾燥物を他所へ運搬するとよい。

このように本発明の乾燥装置は、乾燥状態に応じて撹拌羽根の回転数を変化させ、乾燥の初期、中期に高速で撹拌し、乾燥性能を高め、乾燥の終期に低速で粉塵流出を最小限にとどめると共に、動力の節約を図りうるものである。上記の実施例では、円錐台形状の乾燥室を使用したが、円筒状のものでもさしつかえない。

図６に示したように、回転軸に間隔を置いて設けられた複数の腕は、回転軸の回転により回転軸の周囲を公転する。従って、各撹拌羽根は、乾燥室の内周面を回転軸に垂直な面で分割した所定の範囲ずつ分担をして、互いに協働して、乾燥室の内周面に付着した被乾燥物を掻き落す。水分を多く含んだ被乾燥物は乾燥室の内周面に付着し易い。しかし、重量があるのであまり高い位置まで巻き上げられることは無い。従って、例えば、乾燥室の下方の３分の２程度の高さの熱面を対象として、被乾燥物の掻き落しをすればよい。相互に隣接する撹拌羽根の上記掻き落し縁部の長さと位置とを調整すると、該当する熱面に付着したほぼ全ての被乾燥物を掻き落とすことができる。また、掻き落とした被乾燥物は、乾燥室の底面で加熱される。掻き板羽根は、この底面に付着した被乾燥物を掻き取る。

さらに、一端に撹拌羽根を固定した腕の断面を角棒状にしておくことにより、その角部が刃物のように、塊状になった被乾燥物を破砕する。実験によれば、丸棒状にした場合との差は顕著であった。また、回転をするときに先端側になる部分をツルハシのように尖らせたり、刃物の先のような突起を腕や撹拌羽根の各所に設けておくと、同様に被乾燥物を切り刻むように破砕する。例えば、既に説明したように、掻き板羽根に取り付けた突起は、底面に付着した被乾燥物を切り刻みながら掻き取る。この突起を付けない場合との差も、顕著であった。

いずれの場合も、被乾燥物を速やかに細かく切り刻むので、回転軸に加わる負荷が十分軽くなる。従って、より小さいエネルギで回転軸を高速回転させ、効率よく処理をすることが可能になる。このようにすることで、ちょうど、鉄鍋の中で被乾燥物を攪拌しながら加熱して、鍋の底や内面に被乾燥物が焦げ付かないように掻き落としながら処理をすることができる。従来は、低粘度の材料、高粘度の材料、粒状の材料、等、信号乾燥物の組成に応じた構造に別個に設計された処理装置が必要であった。特に粘度の高い材料の乾燥には長時間を要する。

しかしながら、本発明の装置は、上記のような制御により、自由度が高く、安定に動作する。しかも、破砕乾燥能力が高く、きわめて多種多様の被乾燥物を効率よく短時間で処理することができ、実験によってもその実用性を実証することができた。また、上記の本発明の方法によれば、複雑な制御無しに被乾燥物の投入から排出まで連続運転をし、そのまま次の被乾燥物を投入するという操作を繰り返す連続運転ができるという、顕著な効果を有するものである。

図８は、本発明の装置の制御部の具体例を示すブロック図である。
駆動モータ１０１には、インバータ１０２から、制御された周波数の駆動電流が供給される。インバータ１０２の出力電流は、出力電流検出部１０３により検出する。インバータ１０２の出力信号周波数は、出力信号周波数検出部１０４により検出される。タイマ１０５は、例えば、各制御モードの開始時にリセット信号によりリセットされて、時間を計時する。出力電流検出部１０３と出力信号周波数検出部１０４とタイマ１０５の出力信号は、ともに、入出力ポート１０６を通じて演算処理部１０７に入力する。これらの信号は、駆動モータ１０１の駆動トルク、回転速度、および、動作時間に対応するものである。演算処理部１０７はこれらの情報を受け入れて、次の駆動状態を計算し、インパータ１０２に対して、生成した電流制御信号と周波数制御信号を送出する。以上のような構成によって、上記の各種の駆動モードを実現する。

本発明の乾燥装置の制御システムの具体的な動作を説明する説明図である。実施例１の乾燥装置の構成要素である回転羽根等の組立品の詳細を示す斜視図である。同乾燥装置の全体構造を示す概略図である。図２の、組立品の一部を省略した平面図である。実施例１の乾燥装置の下部に設けられた掻き板羽根を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は掻き板羽根の一部を示す破断図である。実施例１の乾燥装置における複数の撹拌羽根の各掻き落し縁部の動作説明図である。（ａ）から（ｃ）は、各工程における装置の概略動作を示す縦断面図である。本発明の装置の制御部の具体例を示すブロック図である。

符号の説明

１４投入口
１６排出口
１８乾燥室
２０加熱手段
２２回転軸
２４回転駆動機構
２６腕
２８上面
３０掻き落し縁部
３２撹拌羽根
３６突起
３８分岐端
４０送風羽根
４２掻き板羽根
４４突起

Claims

底部と側壁とを加熱した円筒状の乾燥室と、
前記乾燥室の中心に設けた回転軸の周囲を公転して、前記底部と側壁の内面に付着する被乾燥物を掻き取るように回転駆動される攪拌羽根とを備えた乾燥装置本体と、
前記攪拌羽根を回転駆動する回転駆動機構と、
この回転駆動機構を制御する制御部とからなり、
前記制御部は、
前記被乾燥物を前記乾燥室の内部へ投入する投入工程において、
前記攪拌羽根を負荷トルクが予め設定した閾値トルクを超えるまで、予め設定した一定の目標速度で回転駆動するように制御する第１の定速制御モードを実行し、
前記負荷トルクが前記閾値トルクを超えたとき、投入された前記被乾燥物を攪拌しながら加熱して乾燥させる乾燥工程に移行し、
この乾燥工程において、前記攪拌羽根を予め設定した一定の目標トルクに達するまで駆動トルクを上昇させた後、前記目標トルクを維持するように回転駆動する定トルク制御モードを実行し、
乾燥度の進行に伴って負荷が低下して、前記目標トルク以下のトルクで駆動できる状態になったとき、前記被乾燥物を破砕して乾燥した小片にする破砕工程に移行し、
この破砕工程において、前記攪拌羽根を予め設定した一定の破砕速度で回転駆動するように制御する第２の定速制御モードを実行することを特徴とする乾燥装置の制御システム。
請求項１に記載の乾燥装置の制御システムにおいて、
前記破砕工程に続く排出工程において、破砕後の被乾燥物の小片を前記乾燥室の側壁に設けた開口から所定量排出するまで、前記攪拌羽根を予め設定した一定の目標速度で回転駆動するように制御する定速制御モードを実行することを特徴とする乾燥装置の制御システム。
底部と側壁とを加熱した円筒状の乾燥室と、
前記乾燥室の中心に設けた回転軸の周囲を公転して、前記底部と側壁の内面に付着する被乾燥物を掻き取るように回転駆動される攪拌羽根とを備えた乾燥装置本体と、
前記攪拌羽根を駆動モータを用いて回転駆動する回転駆動機構と、
この回転駆動機構を制御する制御部とからなり、
前記制御部は、
前記乾燥室の内部へ被乾燥物を投入開始後、駆動モータの駆動トルクが第１の駆動トルクを超えるか、あるいは、駆動時間が第１の規定時間を超えるまで、前記駆動モータを第１の駆動周波数で定速回転駆動する第１の駆動モードと、
前記第１の駆動モード開始後、駆動モータの駆動トルクが前記第１の駆動トルクを超えるか、あるいは、駆動時間が前記第１の規定時間を超えた後、前記駆動モータを目標駆動トルクに達するまで駆動トルクを上昇させた後、前記目標駆動トルクを維持するように回転駆動する第２の駆動モードを実行し、
前記第２の駆動モード開始後、前記目標トルク以下の駆動トルクで前記回転軸の回転速度が制限値に達するとき、この制限値を超えないように順次駆動トルクを低下させて駆動モータを回転駆動する第３の駆動モードを実行し、
前記第３の駆動モード実行中に、駆動モータの駆動トルクが第２の駆動トルク以下になるか、あるいは、前記第２の駆動モード開始後駆動時間が第２の規定時間を超えたとき、前記駆動モータを第２の駆動周波数で定速回転駆動する第４の駆動モードを実行することを特徴とする乾燥装置の制御システム。
請求項３に記載の乾燥装置の制御システムにおいて、
前記制御部は、
前記第４の駆動モードで、駆動モータの駆動トルクが第３の駆動トルク以下になるか、あるいは、駆動時間が第３の規定時間を超えたとき、被乾燥物の排出を開始することを特徴とする乾燥装置の制御システム。
底部と側壁とを加熱した円筒状の乾燥室と、前記乾燥室の中心に設けた回転軸の周囲を公転して、前記底部と側壁の内面に付着する被乾燥物を掻き取るように回転駆動される攪拌羽根とを備えた乾燥装置本体と、前記攪拌羽根を回転駆動する回転駆動機構とを備えた装置制御する方法であって、
前記乾燥室の内部へ被乾燥物を投入開始後、駆動モータの駆動トルクが第１の駆動トルクを超えるか、あるいは、駆動時間が第１の規定時間を超えるまで、前記回転駆動機構を第１の駆動周波数で定速回転駆動する第１の駆動モードと、
前記第１の駆動モード開始後、前記回転駆動機構の駆動トルクが前記第１の駆動トルクを超えるか、あるいは、駆動時間が前記第１の規定時間を超えた後、前記回転駆動機構を目標駆動トルクに達するまで駆動トルクを上昇させた後、前記目標駆動トルクを維持するように回転駆動する第２の駆動モードを実行し、
前記第２の駆動モード開始後、前記目標トルク以下の駆動トルクで前記回転軸の回転速度が制限値に達するとき、この制限値を超えないように順次駆動トルクを低下させて前記回転駆動機構を回転駆動する第３の駆動モードを実行し、
前記第３の駆動モード実行中に、駆動モータの駆動トルクが第２の駆動トルク以下になるか、あるいは、前記第２の駆動モード開始後駆動時間が第２の規定時間を超えたとき、前記回転駆動機構を第２の駆動周波数で定速回転駆動する第４の駆動モードを実行することを特徴とする乾燥装置の制御方法。
請求項５に記載の乾燥装置の制御方法において、
前記第４の駆動モードで、前記回転駆動機構の駆動トルクが第３の駆動トルク以下になるか、あるいは、駆動時間が第３の規定時間を超えたとき、被乾燥物の排出を開始することを特徴とする乾燥装置の制御方法。