JP2010038469A - 乾燥方法及び乾燥装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】乾燥室10に供給する加熱空気の設定温度に基づいて吐出圧力の初期設定値を設定する第1工程と、該初期設定値となるようにヒートポンプ装置20を運転し、圧縮機22の吸入圧力及び吸入温度、吐出圧力及び吐出温度、及び凝縮器23出口の冷媒温度を計測し、該計測値により該初期設定値でのCOPを算出する第2工程と、同様にして該初期設定値と異なる少なくとも1点の吐出圧力を設定し、そのCOPを算出する第3工程と、これらCOP算出値からCOPが最大となる吐出圧力を求め、該吐出圧力を新たな設定値とする第4工程とからなり、第2〜第4工程を繰り返すことにより、ヒートポンプ装置を運転状態の変化に対応して常にCOPが最大となる吐出圧力で運転可能にした。
【選択図】図1
Description
以上のように、乾燥装置に要求される運転条件は、給湯機と比べて幅が広く、かつ大きな変動条件の元での運転が多い。そのため、ヒートポンプ装置を幅広い運転条件で効率良く運転させる必要がある。
また、処理風量やガスクーラによる加熱温度に合わせて、ガスクーラとして用いられる熱交換器の管の列・段数や寸法を変える必要があり、熱交換器の形状が変わると、関数を変える必要がある。
CO2を冷媒とし圧縮機吐出圧力を臨界圧力以上の超臨界状態で運転するヒートポンプ装置を用い外気を加熱するか又は乾燥室の排気を再加熱して加熱空気を製造し、該加熱空気を乾燥室に供給して乾燥室内の被乾燥物を乾燥するようにした乾燥方法において、
圧縮機吐出圧力の許容上限値以下の範囲内で、前記乾燥室に供給する加熱空気の設定温度に基づいて圧縮機吐出圧力の初期設定値を設定する第1工程と、
該初期設定値となるようにヒートポンプ装置を運転すると共に、圧縮機の吸入圧力及び吸入温度、圧縮機の吐出圧力及び吐出温度、及びガスクーラ出口の冷媒温度を計測し、該計測値に基づいて該初期設定値でのCOPを算出する第2工程と、
前記第1工程の要領で該初期設定値と異なる少なくとも1点の圧縮機吐出圧力を設定し、前記第2工程の要領で前記計測値から該1点でのCOPを算出する第3工程と、
該初期設定値及び該1点でのCOP算出値からCOPが最大となる吐出圧力を求め、該吐出圧力を新たな設定値とする第4工程と、からなり、
前記第2工程〜第4工程を繰り返すことにより、ヒートポンプ装置を運転状態の変化に対応して常にCOPが最大となる吐出圧力で運転可能にしたものである。
次に、第2工程で、吐出圧力を初期設定値に合わせてヒートポンプ装置を運転すると共に、前記各計測値から該初期設定値でのCOPを算出する。
この算出方法は、例えば、この2点を通る直線の傾きの正負でCOPの大小を判定し、COPが大きいほうの吐出圧力を新たな設定値とする。別な算出方法として、初期設定値のほかに2点のCOPを算出し、これら3点を通る二次曲線の微分値を算出し、該微分値が零となる吐出圧力をCOPが最大となると判定し、この吐出圧力を新たな設定値とする。
これによって、COPが最大になる吐出圧力を迅速にかつ効率良く求めることができる。
CO2を冷媒とし圧縮機吐出圧力を臨界圧力以上の超臨界状態で運転するヒートポンプ装置を用い外気を加熱するか又は乾燥室の排気を再加熱して加熱空気を製造し、該加熱空気を乾燥室に供給して乾燥室内の被乾燥物を乾燥するようにした乾燥装置において、
冷媒循環路に設けられ、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒の保有熱で外気を加熱するか又は乾燥室の排気を再加熱して加熱空気をつくるガスクーラ、冷媒を減圧する膨張弁、及び冷媒を蒸発させる蒸発器と、
加熱空気を導入して被乾燥物を乾燥させる乾燥室、及びガスクーラで加熱した加熱空気を乾燥室に供給する加熱空気供給路と、
圧縮機の吸入圧力及び吸入温度、圧縮機の吐出圧力及び吐出温度、及びガスクーラ出口の冷媒温度を夫々計測する複数のセンサと、
前記乾燥室に供給する加熱空気の設定温度に基づいて圧縮機吐出圧力の初期設定値を設定し、該初期設定値となるようにヒートポンプ装置の運転を制御し、前記複数のセンサの計測値を入力し、該初期設定値及び該初期設定値と異なる少なくとも1点の吐出圧力でのCOPを算出し、これらのCOPからCOP算出値が最大となる吐出圧力を求め、該吐出圧力となるようにヒートポンプ装置を運転すると共に、該吐出圧力を新たな設定値に設定するコントローラと、を備え、
該コントローラによる前記処理を繰り返すことにより、ヒートポンプ装置を運転状態の変化に対応して常にCOPが最大となる吐出圧力で運転可能に構成したものである。
これによって、加熱器として用いられる熱交換器の構造や形状又はヒートポンプ装置の運転条件が変わっても、これに左右されず、常に最高のCOPでヒートポンプ装置を運転することができる。
図1において、乾燥装置1は、被乾燥物d(例えば、樹脂、木材、食品、衣類等)を乾燥するための密閉空間を有する乾燥室10と、乾燥室10に加熱空気を供給するヒートポンプ装置20とから構成されている。
こうして、外気aに排気eを混合することにより、ガスクーラ23に供給される外気aの温度を広範囲に調整できる。
コントローラ30は、これら各センサの計測信号に基づいて、ヒートポンプ装置20の運転を制御する。
次に、吐出圧力上限値算出手段37で、センサ31の圧縮機吐出圧力計測値P1及びセンサ32の圧縮機吐出温度計測値T1から、圧縮機吐出圧力の上限値PL1を算出する(ステップ3)。上限値PL1は、CO2冷媒の圧縮機吐出圧力・温度が、設計上の許容圧力・温度を超えないように設定するものである。
別な手段として、前述のように、冷媒循環路にレシーバを介設したり、あるいは冷媒循環路に、超臨界冷媒タンクを併設して、冷媒循環量を変更するようにしてもよい。
即ち、図8において、吸入圧力P1及び吸入温度T1から、吸入エンタルピhsを算出し、吐出圧力P2及び吐出温度T2から吐出エンタルピhdを算出し、吐出圧力P2及びガスクーラ出口冷媒温度T3から、ガスクーラ出口エンタルピhgを算出する。これらの値から、計算式(COP=(hd−hg)/(hd−hs))を用いて、吐出圧力初期設定値PS1におけるCOP(COP1)を算出する。そして、吐出圧力設定値PS1及びCOP1をメモリ41に記憶する。
次に、センサ31〜36から各計測値をコントローラ30に取り込み、リアルタイムのヒートポンプ装置20の運転データを得る(ステップ11)。吐出圧力上限値算出手段37で、これらの運転データから、ステップ3と同じ方法で、圧縮機吐出圧力上限値PL2を算出する(ステップ12)。
次に、センサ31〜35の各計測値から、ステップ8と同じ要領で、設定値PS2でのCOP(COP2)を算出し、吐出圧力設定値PS2及びCOP2の平均値をメモリ41に記憶する(ステップ14)。同様の手順で設定値PS2でのCOPの算出を10回程度行い(ステップ15)、その平均値を算出する。(ステップ16)。
以下、COPが最大となる吐出圧力の算出方法を図4に基づいて説明する。図4は、COP値を縦軸に、圧縮機吐出圧力設定値を横軸に取ったグラフである。図4において、まず、前記処理工程で算出した3点b1(PS1、COP1の平均値)、b2(PS2、COP2の平均値)及びb3(PS3、COP3の平均値)を図4のグラフにプロットする。
さらに、この極大点cを新たな吐出圧力初期設定値として、前記処理工程を繰り返すことにより、ヒートポンプ装置20の運転状態を常にリアルタイムで把握し、該運転状態に対応して、COP値が最大となる吐出圧力で常にヒートポンプ装置20を運転することができる。
図5において、点b1及びb2を通る直線f1と、点b1及びb3を通る直線f2を引く。直線f1及びf2の傾きを求めることにより、3点のうちb3でCOP値が最大となることがわかる。そして、吐出圧力をb3になるようにヒートポンプ装置20を運転すると共に、b3を新たな初期設定値として、同様の処理工程を繰り返す。この処理工程を繰り返すことによって、COPが真に最大となる吐出圧力に限りなく近づくことができる。
従って、ヒートポンプ装置20のCOPを左右する複雑な変動要因を考慮することなく、最適なCOPでの運転が可能となる。
10 乾燥室
15 加熱空気供給路
20 ヒートポンプ装置
21 CO2冷媒循環路
22 圧縮機
23 ガスクーラ(凝縮器)
24 膨張弁
25 蒸発器
30 コントローラ
31〜36 センサ
a 外気
d 被乾燥物
Claims (4)
- CO2を冷媒とし圧縮機吐出圧力を臨界圧力以上の超臨界状態で運転するヒートポンプ装置を用い、外気を加熱するか又は乾燥室の排気を再加熱して加熱空気を製造し、該加熱空気を乾燥室に供給して乾燥室内の被乾燥物を乾燥するようにした乾燥方法において、
圧縮機吐出圧力の許容上限値以下の範囲内で、前記乾燥室に供給する加熱空気の設定温度に基づいて圧縮機吐出圧力の初期設定値を設定する第1工程と、
該初期設定値となるようにヒートポンプ装置を運転すると共に、圧縮機の吸入圧力及び吸入温度、圧縮機の吐出圧力及び吐出温度、及びガスクーラ出口の冷媒温度を計測し、該計測値に基づいて該初期設定値でのCOPを算出する第2工程と、
前記第1工程の要領で該初期設定値と異なる少なくとも1点の圧縮機吐出圧力を設定し、前記第2工程の要領で前記計測値から該1点でのCOPを算出する第3工程と、
該初期設定値及び該1点でのCOP算出値からCOPが最大となる吐出圧力を求め、該吐出圧力を新たな設定値とする第4工程と、からなり、
前記第2工程〜第4工程を繰り返すことにより、ヒートポンプ装置を運転状態の変化に対応して常にCOPが最大となる吐出圧力で運転可能にしたことを特徴とする乾燥方法。 - 圧縮機の回転数又は冷媒循環路の冷媒循環量を制御することにより、圧縮機吐出圧力を制御するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の乾燥方法。
- 前記第3工程で前記初期設定値と異なる少なくとも2点の圧縮機吐出圧力を設定し、前記第2工程の要領で前記計測値から該2点でのCOPを算出すると共に、
該初期設定値及び該2点を通る二次曲線を求め、該二次曲線の微分値が零になる点をCOPが極大になる点として新たな吐出圧力設定値とすることを特徴とする請求項1に記載の乾燥方法。 - CO2を冷媒とし圧縮機吐出圧力を臨界圧力以上の超臨界状態で運転するヒートポンプ装置を用い、外気を加熱するか又は乾燥室の排気を再加熱して加熱空気を製造し、該加熱空気を乾燥室に供給して乾燥室内の被乾燥物を乾燥するようにした乾燥装置において、
冷媒循環路に設けられ、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒の保有熱で外気を加熱するか又は乾燥室の排気を再加熱して加熱空気をつくるガスクーラ、冷媒を減圧する膨張弁、及び冷媒を蒸発させる蒸発器と、
加熱空気を導入して被乾燥物を乾燥させる乾燥室、及びガスクーラで加熱した加熱空気を乾燥室に供給する加熱空気供給路と、
圧縮機の吸入圧力及び吸入温度、圧縮機の吐出圧力及び吐出温度、及び凝縮器出口の冷媒温度を夫々計測する複数のセンサと、
前記乾燥室に供給する加熱空気の設定温度に基づいて圧縮機吐出圧力の初期設定値を設定し、該初期設定値となるようにヒートポンプ装置の運転を制御し、前記複数のセンサの計測値を入力し、該初期設定値及び該初期設定値と異なる少なくとも1点の吐出圧力でのCOPを算出し、これらのCOPからCOP算出値が最大となる吐出圧力を求め、該吐出圧力となるようにヒートポンプ装置を運転すると共に、該吐出圧力を新たな設定値に設定するコントローラと、を備え、
該コントローラによる前記処理を繰り返すことにより、ヒートポンプ装置を運転状態の変化に対応して常にCOPが最大となる吐出圧力で運転可能に構成したことを特徴とする乾燥装置。
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