JP2011202914A - 除湿乾燥装置及び乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】除湿機や冷凍機等の特性を最大限に生かし、庫内空気の相対湿度を効率よく充分に下げることができ、エネルギーの無駄のない効率の良い運転が可能な除湿乾燥装置及びその運転方法を提供する。
【解決手段】ヒートポンプ型の除湿機Ａと冷凍機Ｂとを備えている。除湿機Ａは、外部との熱交換は行わない。冷凍機Ｂの蒸発器を通る空気の流路（冷却流路）と、凝縮器を通る空気流路（加温流路）とは、区画されている。加温流路の凝縮器の上流側と下流側に流路切換用のダンパが設けられている。上流側ダンパが加温流路の入口を冷却流路の下流側に連通させたときは、下流側ダンパは、加温流路の出口を乾燥庫内に連通させる。上流側ダンパが加温流路の入口を乾燥庫外に連通させたときは、下流側ダンパは、加温流路の出口を乾燥庫外に連通させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、魚介類、肉、野菜、果物などの食品、その他の被乾燥物を収容した乾燥庫内の空気を除湿することにより、当該被乾燥物を乾燥する除湿乾燥装置及び当該装置を用いる乾燥方法に関するものである。

除湿乾燥装置は、被乾燥物を収容した乾燥庫の空気の相対湿度を低下させることにより、被乾燥物内の水分の蒸発を促進して乾燥を行うものである。除湿乾燥装置としては、冷媒の蒸発温度（露点）を−５〜１５℃に設定したヒートポンプ型の空気冷却機（中温用空気冷却機。以下「除湿機」と言う。）が広く利用されている。

従来の一般的な除湿乾燥装置は、除湿機を単体で用いており、乾燥庫内の空気（以下「庫内空気」と言う。）は、乾燥庫内から除湿機に吸引され、除湿機の蒸発器と凝縮器とを直列に通過して、全量が乾燥庫内に吹き戻されている。このような除湿機の運転により、庫内空気の温度が上昇するので、その温度上昇を抑えるクーラーを内蔵した装置も使用されている。また、到達可能な庫内空気の相対湿度をより低くするための冷蔵ユニットを付加した装置も使用されている。

除湿機単体の除湿乾燥装置は、庫内空気の相対湿度を３０％前後までを限度に、被乾燥物を乾燥してゆくことができる。一方、冷蔵ユニットを付加した除湿乾燥装置は、庫内空気の相対湿度を２０％前後にまで下げることができる。

特許文献１には、湿度センサで循環空気の湿度低下を感知して、複数台設置した冷凍機の半数を運転停止させる制御部と、被乾燥物に送風する風の方向を替えて、乾燥むらをなくすようにした送風切替機構部を備え、この切替を前記制御部により自動制御すると共に、通常の乾燥と短時間で乾燥させる場合とで送風量を変えられる送風機を備えた、ヒートポンプ式通風乾燥装置が提案されている。

また、特許文献２には、２個の系内凝縮器と１個の系外凝縮器及び冷却器（蒸発器）を備えた空気冷却機を用い、乾燥庫内空気を循環させる空気流通路に第１の系内凝縮器、冷却器、第２の系内凝縮器を順に配置し、この空気流通路の外に系外凝縮器を配置し、２個の系内凝縮器と系外凝縮器とを並列に接続し、かつサーモスタットによる設定温度以下の場合は系内凝縮器に冷媒が流入し、設定温度以上の場合は系外凝縮器に冷媒が流入するようにする切換構造を設けた除湿乾燥装置が提案されている。特許文献２は、上記構造により、多湿空気を大きな温度差で除湿し加熱乾燥空気として送風でき、高い除湿効果を発揮すると共に室温を２０〜２５℃の快適な温度に保ち、しかも省エネで実用的な除湿機を提供できるとしている。

更に特許文献３には、乾燥庫内から吸入した多湿空気を、高温側冷媒を循環させる高温側ループの冷却器、高温側冷媒より温度が低い低温側冷媒を循環させる低温側ループの凝縮器及び低温側ループの冷却器を順に通過させることにより、多湿空気を除湿して低湿空気とし、続いて、当該低湿空気を高温側ループの凝縮器により昇温して、高温低湿空気として乾燥庫内に戻す構造の、除湿乾燥装置が提案されている。特許文献３は、上記構造により、乾燥庫内に収納された被乾燥物を効率的にかつ短時間で乾燥できるとしている。

特開昭５８−８０４８７号公報 実開昭５８−１２６６２２号公報 特開２００２−２２８１８８号公報

一般的な除湿機は、庫内空気の温度帯が２３℃〜３３℃、庫内空気の相対湿度が３５％〜８５％程度の条件が効率の良い稼動条件と考えられる。これに対して一般的な冷蔵ユニットは、空間の冷却が主目的であり、除湿目的での使用は不向きとされている。しかし、冷蔵ユニットを通過する空気の流量を絞り込んで除湿を行うことができる。また、乾燥庫内の被乾燥物は、乾燥初期には被乾燥物の水分がどんどん放出され、乾燥が進むに従って水分の放出が大きく低下する傾向が見られる。

従来の除湿乾燥装置は、庫内空気の相対湿度を効率よく低下させることができず、しかも庫内空気の相対湿度を一桁台にすることは不可能であった。また、冷蔵ユニットを付加した除湿乾燥装置では、庫内空気の温度を一定に保つために、冷蔵ユニットのスイッチを頻繁に入・切せざるを得ない場合があり、機械損傷や起動エネルギー損が過大になる等の問題を招いている。更に、被乾燥物からの水分は、乾燥初期にはどんどん放出されるが、乾燥が進むにつれ放出され難くなってゆき、乾燥終期には非常に少なくなる傾向にあり、除湿機や冷蔵ユニットを終始同じ運転状態で稼動することに非常に大きなエネルギーの無駄があるという問題がある。

この発明は、除湿機や冷凍機等の特性を最大限に生かし、かつ被乾燥物の乾燥進行状況の特性に即応した機器の構造及び運転方法を得ることを課題としている。

この発明の除湿乾燥装置は、ヒートポンプ型の除湿機Ａとセパレート型の冷凍機Ｂとを備えている。ここで、除湿機Ａは、露点（蒸発器における冷媒の蒸発温度）が−５〜１５℃の空気冷却機、セパレート型の冷凍機Ｂは、凝縮器２２と蒸発器２１が分離された形式の空気冷却機であって、露点が除湿機のそれより低い空気冷却機、好ましくは露点が−２５〜−５℃の空気冷却機である。

除湿機Ａは、蒸発器と凝縮器とを備えているが、外部との熱交換は行わない。すなわち、庫内空気を吸い込んで蒸発器で冷却し、冷却により過飽和となった水分を結露させてドレンとして回収することにより、庫内空気の絶対湿度を低下させ、次いで当該庫内空気を凝縮器を通過させて加温して乾燥庫内に吹き出す。除湿機を通る空気は、庫内空気のみである。従って、除湿機Ａで消費されたエネルギー（電力）分だけ、庫内空気の温度（以下、「庫内温度」と言う。）は上昇する。庫内温度が過度に上昇するのを防止できるように、冷凍機Ｂの冷却能力は、除湿機Ａの運転に必要なエネルギーより大きい空気冷却能力を備えたものとする。

セパレート型の冷凍機Ｂは、蒸発器２１と凝縮器２２とが分離しており、蒸発器２１を通る空気の流路（冷却流路）２３と、凝縮器２２を通る空気流路（加温流路）２４とは、隔壁２７で区画されている。これらの流路２３、２４には、それぞれの送風用ファン２５、２６が設けられている。そして、加温流路２４の凝縮器２２の上流側と下流側に流路切換用のダンパ３１、３２が設けられている。上流側ダンパ３１は、加温流路２４の入口２４ａを冷却流路２３の下流側２３ｂと乾燥庫外１１とに切り替える。下流側ダンパ３２は、加温流路２４の出口２４ｂを乾燥庫内１２と乾燥庫外１１とに切り替える。上流側ダンパ３１と下流側ダンパ３２の切換動作は連動しており、上流側ダンパ３１が加温流路の入口２４ａを冷却流路の下流側２３ｂに連通させたときは、下流側ダンパ３２は、加温流路の出口２４ｂを乾燥庫内１２に連通させる。一方、上流側ダンパ３１が加温流路の入口２４ａを乾燥庫外１１に連通させたときは、下流側ダンパ３２は、加温流路の出口２４ｂを乾燥庫外１１に連通させる。

乾燥工程の前半においては、除湿機Ａと冷凍機Ｂを共に運転する。この第１乾燥工程中、庫内温度が設定温度以下のときは、冷凍機の凝縮器２２に庫内空気を循環させるように、ダンパ３１、３２を切り替え、庫内温度が設定温度以上のときは、冷凍機の凝縮器２２に乾燥庫外の空気を通過させるようにダンパ３１、３２を切り替える。除湿機Ａや冷凍機Ｂには、庫内温度を検出する温度センサ１４ａ、１４ｂが設けられており、庫内温度の上記設定温度は、乾燥しようとする被乾燥物の性質に応じて、制御器４に予め設定する。

庫内空気の相対湿度が４０〜３０％の範囲で設定した湿度に達したら、除湿機Ａの運転を停止し、冷凍機Ｂのみを運転して乾燥工程を継続する。

冷凍機Ｂのみを運転する第２乾燥工程中も、第１乾燥工程中と同様に、庫内温度が上記設定温度以下のときは、冷凍機の凝縮器２２に庫内空気を循環させるようにダンパ３１、３２を切り替え、庫内温度が上記設定温度以上のときは、冷凍機の凝縮器２２に乾燥庫外の空気を通過させるようにダンパ３１、３２を切り替える。そして、庫内空気の相対湿度が設定された湿度以下になったところで、冷凍機Ｂの運転を停止し、必要があればその状態で乾燥庫を所定時間保持した後、乾燥庫から被乾燥物を取出す。

すなわち、この発明の除湿乾燥方法では、被乾燥物から水分が容易にかつ多く放出される第１乾燥工程においては、除湿機Ａを完全稼動させ、被乾燥物の残水分が少なくなった時点以降の第２乾燥工程では、除湿機Ａの運転によるエネルギーの無駄が非常に多くなるので、除湿機Ａの運転を停止し、冷凍機Ｂのみ運転を継続する。冷凍機Ｂは、露点が除湿機Ａより低いため、蒸発器２１を通る庫内空気をより低い温度まで下げることができ、庫内空気の絶対湿度をより低くすることができる。

除湿機Ａと冷凍機Ｂとを共に運転する第１乾燥工程及び冷凍機Ｂのみを運転する第２乾燥工程において、庫内温度の調節は、ダンパ３１、３２を図１の状態と図２の状態とを冷凍機の温度センサ１４ｂで検出される庫内温度に応じて切り替えることにより行われる。すなわち、加温流路２４に庫内空気を循環する図１の状態と、外気を通過させる図２の状態とを交互に繰り返すことで、庫内温度を一定に保持する。庫内空気の相対湿度をより低くできるようにしたいときは、使用する冷凍機Ｂとして、庫内温度とできるだけ多くの温度差を有する露点−２５℃前後の冷凍機を使用する。

なお、被乾燥物からの水分の放出の助けとして、除湿機Ａや冷凍機Ｂから乾燥庫内に吹出される空気の流動、更に乾燥庫内に設けたファンなどによる庫内空気の流動による風乾作用も並行して活用する。また、冷凍機Ｂへの庫内空気は、図１、２に矢印で示した方向と逆の方向、すなわち、加温流路２４又はバイパス路３３を通った庫内空気を冷却流路２３を通して庫内に吹出す方向で流すこともできる。

この発明の除湿乾燥装置は、エネルギーの無駄な消費を極力抑えた運転方法により、被乾燥物をより効率的に乾燥仕上げすることができる乾燥装置である。すなわち、除湿機とセパレート型の冷凍機を備えた構造で、乾燥工程の前半では両者共にフル稼動し、乾燥の進行具合に応じた適切な時点で除湿機を止め、冷凍機のみの運転で乾燥工程を継続して、従来の除湿乾燥装置では実現できなかった低い水分率を含む所望の水分率まで被乾燥物を乾燥仕上げすることができる装置である。そして、全工程の運転を通して庫内温度の調整のために除湿機や冷凍機の運転の入・切を、除霜時以外はまず行わなくてよく、運転の入・切を繰り返すことによる機械の損傷や起動電力の無駄のない、円滑な運転を実現できる。

この発明の除湿乾燥装置は、被乾燥物の乾燥仕上げの程度（例えば魚の一夜干し程度から水分率６％前後の乾燥まで）に応じ、また種々の被乾燥物（野菜、果物、魚介類、木材、住器具類、鉱物類）にも対応でき、庫内温度の温度域も５℃前後から３５℃前後まで、被乾燥物が酸化・変質し難い温度域、あるいは１０℃前後と腐敗し難い温度域での乾燥運転が可能である。従って、乾燥時の高温度を嫌う被乾燥物や腐敗に敏感な被乾燥物等の乾燥にも適している。

冷凍機の加温流路に庫内空気を流通させる状態を示す実施例装置のブロック図 冷凍機の加温流路に庫外空気を流通させる状態を示す実施例装置のブロック図 制御系を示すブロック図

図１及び図２は、この発明の除湿乾燥装置の一実施例を模式的に示した図である。図において、１２は乾燥庫の庫内、１１は同庫外、総体的に示す１は除湿乾燥装置、２はそのケース、Ａはヒートポンプ型の除湿機（中温用空気冷却機）、Ｂはヒートポンプ型の冷凍機（低温用空気冷却機）、２１は当該冷凍機の蒸発器、２２は当該冷凍機の凝縮器、２７はケース２内に設けられた隔壁、３１及び３２は冷凍機の凝縮器２２を通る空気の流路を切り替えるダンパである。

図３は、制御系統を示すブロック図で、図中の４は除湿乾燥装置１の制御器、４ａ及び４ｂは除湿機及び冷凍機にそれぞれ付設されている制御器、１４ａ及び１４ｂは乾燥庫内の温度を検出するために除湿機Ａ及び冷凍機Ｂに設けられている温度センサ、１５は除湿機Ａに設けられている湿度センサ、１６はダンパ３１、３２切り替え用の電動機である。制御器４には、設定された庫内温度を記憶する温度メモリ４１、設定された庫内湿度（相対湿度又は絶対湿度）を記憶する湿度メモリ４２、乾燥終了時の庫内湿度を設定する終了湿度メモリ４３が設けられている。

除湿機Ａは、庫内空気を吸入して除湿したあと、その空気の全量を乾燥庫内１２に排出する。すなわち、除湿機Ａは、乾燥庫外１１との熱交換は行わない。
冷凍機の蒸発器２１は、通過空気を冷却する冷却流路２３に配置されており、冷凍機の凝縮器２２は、通過空気を結果的に加温する加温流路２４に設けられている。冷却流路２３と加温流路２４とは、隔壁２７で区画されている。冷却流路２３の上流側２３ａは、乾燥庫内１２に開口している。冷却流路２３の下流側２３ｂは、バイパス路３３で乾燥庫内１２に連通されている。

加温流路２４の凝縮器２２の上流側と下流側とに流路を切り替えるダンパ３１、３２が設けられている。上流側ダンパ３１は、加温流路２４の入口２４ａを冷却流路の下流側２３ｂに連通させる状態（図１）と庫外１１に連通させる状態（図２）とに切り替える。上流側ダンパ３１が図１の状態に切り替えられると、冷却流路２３を通過した空気は、その一部がバイパス路３３を通って乾燥庫内１２に流出し、他の一部が加温流路２４を通って乾燥庫内１２に流出する。

一方、図２に示すように、上流側ダンパ３１及び下流側ダンパ３２が加温流路２４を乾燥庫外１１に連通するように切り替えられたときは、冷却流路２３を通過した空気が総てバイパス路３３を通って乾燥庫内１２に流出し、加温流路２４には庫外空気（外気）が通過して、凝縮器２２と庫外空気との間で熱交換が行われる。

すなわち、図１の状態では、冷凍機Ｂに庫内空気が流入して、冷凍機Ｂで冷やされて除湿され、当該除湿された空気の一部がバイパス流路３３を通って冷却された状態で乾燥庫内に戻され、他の一部が加温流路２４を通って加温されて乾燥庫内に戻される。一方、図２の状態では、冷却流路２３を通った空気は、その全量が冷却されたまま乾燥庫内１２に戻される。従って、図２の状態では、冷凍機Ｂによって庫内空気が冷却される。

なお、冷凍機の蒸発器２１による冷却能力は、除湿機Ａが連続運転されているときでも、庫内空気の温度を低下させることができる冷却能力を備えたものとされている。

次にこの発明の除湿乾燥装置を用いた乾燥庫内の被乾燥物の乾燥動作を説明する。例として、庫内温度２０℃前後のときの乾燥動作を説明する。

運転開始に際し、被乾燥物の性質及び目的とする乾燥の度合いに応じて、制御器の温度メモリ４１、湿度メモリ４２及び終了湿度メモリ４３に、乾燥工程中に維持する庫内温度、除湿機Ａの運転を停止する庫内湿度、及び、乾燥動作を終了するときの庫内湿度を設定する。

装置の運転開始時においては、乾燥庫内に被乾燥物が入っているため、庫内空気の相対湿度が非常に高くなっている。従って、除湿機Ａと冷凍機Ｂが共に除湿能力が最大に発揮できるように各機の風量等を制御器４で制御されて運転を開始する。このとき、冷凍機の蒸発器２１に霜がつかないように、冷却流路２３を流れる空気風量が制御される。これは除湿機Ａや冷凍機Ｂの運転における一般的な制御である。この状態では、ダンパ３１、３２は、加温流路２４の入口２４ａが冷却流路２３の下流側２３ｂに連通され、加温流路２４の出口２４ｂが乾燥庫内に連通されるように切り替えられている。

この図１に示す状態で、除湿機Ａ、冷凍機Ｂ共に運転を継続してゆくと、やがて除湿機Ａによる発熱もあいまって、乾燥庫内温度が徐々に上昇し、温度センサ１４ａ、１４ｂの検出温度が設定温度（例えば２０℃）に達し、また超えてゆく。温度センサ１４ａ又は１４ｂの検出温度が温度メモリ４１に設定された設定温度を越えた時点で、制御器４は、ダンパ３１、３２を図２に示す方向に切り替える。すなわち、庫外空気が冷凍機Ｂの加温流路２４を流れるように、ダンパ３１、３２が切り替えられ、冷却流路２３を通過して除湿冷却された庫内空気は、冷却されたまま全量が乾燥庫内１２に戻される。

この図２に示す運転状態においては、庫内空気は、除湿機Ａの発熱で加温され、冷凍機Ｂで冷却される状態となるが、エネルギー的に冷凍機Ｂの冷却能力が除湿機Ａの消費エネルギーによる発熱に勝るように設定してあるので、庫内温度は徐々に下がり始め、設定温度へと移行してゆく。温度センサ１４ａ又は１４ｂの検出温度が温度メモリ４１に設定された設定温度を下回った時点で、制御器４は、ダンパ３１、３２を図１に示す方向に切り替える。なお、万一何らかの原因により庫内温度が下がらずに温度上昇が続いた時点では、サーモスイッチが作動して除湿機Ａが自動停止するようになっている。

このように図１の状態と図２の状態にダンパ３１、３２の切り替えを繰返しながら運転を継続してゆくと、庫内空気の相対湿度が低く保たれて、乾燥庫内の被乾燥物の水分率が低下してゆく。それに応じて、被乾燥物から蒸発する水分も少なくなるので、やがて庫内空気の相対湿度が運転開始時の８０％前後から３５％前後の領域にまで低下してくる。ここまで庫内空気の相対湿度が下がってくると、乾燥物内の水分も８０％前後放出され、その後も上記の運転を継続しても、所要時間の割に被乾燥物の乾燥が進まない状態となる。それは、除湿機Ａは冷媒の露点温度が高いので、庫内空気の絶対湿度が除湿機Ａで冷却可能な空気温度での飽和水蒸気圧に近づくからである。

すなわち、被乾燥物の乾燥の進行によって、除湿機Ａによる除湿作用が発揮されず、除湿機Ａの運転にエネルギーの無駄（ロス）が多い状態となって来ているので、湿度センサ１５で検出された庫内湿度が湿度メモリ４２に設定された庫内湿度（相対湿度３５％前後）に達した時点で、制御器４は、除湿機Ａの運転を停止し、庫内空気の相対湿度を更に下げるために、除湿機Ａより低い温度まで空気を冷却することができる冷凍機Ｂのみの運転で除湿工程を続行する。

除湿機Ａの運転を停止した状態で、ダンパ３１、３２が図１の状態になっていると、冷却流路２３を通過した庫内空気の全量を乾燥庫内に戻す状態で運転が継続される。この運転により、庫内空気の湿度も降下してゆき、それと共に乾燥物の乾燥度合いも進行して行くが、冷凍機Ｂの運転による庫内空気の温度の上昇も進行し、設定された庫内空気の温度を超える状態となってくる。温度センサ１４ｂで検出された庫内温度が設定温度を越えた時点で、制御器４は、ダンパ３１、３２を図１の状態から図２の状態に切り替える。

ダンパ３１、３２を図２に示す状態にして運転を継続すると、冷凍機Ｂは乾燥庫外の空気を加温する冷却運転となり、従って庫内温度は下がり始める。そこで温度センサ１４ｂの検出温度が設定温度より低くなった時点で、制御器４は、ダンパ３１、３２を図２の状態から図１の状態に切り替える。このようにして、ダンパ３１、３２を図１と図２の状態に切り替えを繰返して乾燥庫内の温度環境を被乾燥物に最適な温度環境に保ちならが庫内空気の湿度を低下させて行く、最終乾燥仕上げをなして行く。

そして、湿度センサ１５の検出湿度が終了湿度メモリ４３に設定された湿度に達した時点で、制御器４は、冷凍機Ｂの運転を停止し、除湿乾燥装置１の運転が終了する。最終段階では、庫内空気の相対湿度は１０％以下、乾燥物の水分率も６％前後まで低下させることができる。

１ 除湿乾燥装置
４ 制御器
１１ 乾燥庫外
１２ 乾燥庫内
１４ａ、１４ｂ 温度センサ
１５ 湿度センサ
２１ 蒸発器
２２ 凝縮器
２３ 冷却流路
２４ 加温流路
３１ 上流側ダンパ
３２ 下流側ダンパ
３３ バイパス流路
Ａ 除湿機
Ｂ 冷凍機

Claims (4)

1. 蒸発器における冷媒の蒸発温度が−５〜１５℃の乾燥庫外との熱交換を行わない中温用空気冷却器(A)と、蒸発器(21)と凝縮器(22)とが分離されかつ蒸発器における冷媒の蒸発温度が前記中温用空気冷却器のそれより低い低温用空気冷却器(B)とを備え、
   前記低温用空気冷却機の蒸発器(21)を通る空気の冷却流路(23)と、凝縮器(22)を通る空気の加温流路(24)とが区画され、加温流路(24)の凝縮器(22)の上流側と下流側に上流側ダンパ(31)と下流側ダンパ(32)とを備え、これらのダンパ(31,32)は、加温流路(24)を冷却流路(23)とを直列に連通させて当該加温流路と冷却流路とを乾燥庫内の空気が流通する状態と、冷却流路(23)に乾燥庫内の空気が流通しかつ加温流路(24)に乾燥庫外の空気が通過する状態とに、連動して切り替えられることを特徴とする、除湿乾燥装置。
2. 請求項１記載の除湿乾燥装置を用いた被乾燥物の乾燥方法であって、前記中温用と低温用の空気冷却機(A,B)を共に運転して乾燥工程を開始し、乾燥庫内の湿度が設定湿度に達したときに中温用空気冷却機の運転を停止して低温用空気冷却機のみで乾燥工程を継続し、これらの乾燥工程の間に、庫内温度が設定温度以下のときは、前記加温流路(24)に庫内空気が流通するように、前記ダンパ(31,32)を切り替え、庫内温度が設定温度以上のときは、前記加温流路(24)に庫外空気を通過させるようにダンパ(31,32)を切り替える、乾燥庫内の被乾燥物の乾燥方法。
3. 庫内空気の相対湿度が４０〜３０％の範囲で設定した湿度に達したときに、中温用空気冷却機(A)の運転を停止して低温用空気冷却機(B)のみを運転して乾燥工程を継続する、請求項２記載の乾燥方法。
4. 低温用空気冷却機の蒸発器における冷媒の蒸発温度が−２５〜−１５℃である、請求項１記載の除湿乾燥装置。

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