JP2019148361A - 循環式乾燥機とその乾燥方法及びその乾燥制御プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には「葉たばこの自動乾燥方法およびその装置」という名称で、葉たばこを乾燥させる際に、乾燥室内の湿球温度を、吸排気量の調節によって全乾燥工程を通じて略一定に保持し、乾燥室内の乾球温度を乾燥用熱源の制御によって、順次段階的に上昇させながら葉たばこを乾燥させ、一定時間経過後には乾燥室内の吸排気量を固定し、この状態で乾燥を進行させて湿球温度が一定値だけ低下した際に乾球温度を所定値ずつ上昇させるという自動乾燥方法が開示されている。
この発明では、湿球温度検知器の応答速度が遅くても、それによる誤作動をなくし、乾燥中の葉たばこの脱水量、すなわち乾燥室の吸排気量が平衡した時点を的確にとらえて乾球温度の上昇を図ることができる。
この発明では、乾燥の際に葉たばこに与えられるべき好適な温度と湿度に処理室を制御することが可能である。
この発明では、葉たばこの乾燥時間の無駄を無くし、葉たばこの脱水性を向上させて稼働率を向上させることができるばかりでなく、乾燥状態の確認を容易かつ省力化することができ、品質の良い乾葉を得ることができる。
この発明では、湿度と温度をそれぞれ独立に制御して低相対湿度(15%〜30%)と高温(70℃〜90℃)の湿り空気を循環させることで、小魚等の表面近くの乾燥が進み過ぎることなく、乾燥時間の短縮も可能となる。
この発明では、乾燥室内に桟積みされた木材の上側と下側で生じていた乾燥品質のバラツキを防止できる。
また、特許文献2に開示される技術でも、基準乾球温度信号と乾球温度センサからの乾球温度信号との誤差信号が零になるように加熱器を制御し、乾球温度信号と湿球温度信号との差温度信号と基準差温度信号との誤差信号が零となるように排湿ベーンの開度を調整するものの、この場合も葉たばこの乾燥時に葉たばこ自体がどの程度の温度状態にあり、どの程度の化学的反応が進行しているかを把握できておらず、結局加熱器と排湿ベーンの開度の制御の精度は、葉たばこの状態の把握という観点からすれば低いという課題があった。
特許文献4に開示される技術でも、熱交換器と排気弁を制御することで湿り空気の温度を70℃〜90℃に、また、湿度を15%〜30%に調整しているが、この場合も小魚等からの情報が制御パラメータに含まれておらず、被乾燥物の状態把握という観点から制御の精度向上の余地があるという課題があった。特許文献4に開示される発明における被乾燥物は葉たばこではないものの、特許文献4にも記載されるとおり、この発明の目的の1つとして魚等の腐敗や変色を防止するという被乾燥物の品質の向上があり、その観点からは同等に考えることが可能である。
特許文献5に開示される技術では、乾燥室内の相対湿度の変化量に基づいて、排気口の排気ダンパおよび吸気口の吸気ダンパの各開度を比例制御し、温風温度を40℃〜70℃に設定しているが、乾球温度を用いた加熱制御は含まれていないため、これらのダンパの開度の制御自体は簡素化されるが、乾燥をダンパの開閉制御のみで加熱制御することなく実行すると、一般的には、低温の場合には乾燥時間が長くなり、高温の場合には乾燥時間は短いものの被乾燥物の品質が低下するという課題があった。
上記構成の循環式乾燥機では、被乾燥物温度計が乾燥室内の被乾燥物の温度を測定することで被乾燥物の状態を把握させるように作用する。後で詳細に説明するが、葉たばこや果実、椎茸などのキノコには酵素が含まれており、その酵素が適切に機能することでそれぞれが備えている独特の色味や香味が発揮されるが、その酵素はたんぱく質でできており、また、酵素が働くための適切な温度もあることから、被乾燥物の温度管理は非常に重要である。しかも乾燥の工程が進行するにつれて適切な温度も変化していくことからその温度変化に対応することも重要であり、被乾燥物の温度状況を把握することは極めて重要である。
制御部は、被乾燥物温度計によって測定された被乾燥物の温度と基準温度を比較することで乾燥工程の遷移を判断するように作用し、その判断結果と乾燥室入口乾球温度と乾燥室入口湿球温度に基づいてダンパーとヒーターに制御信号を送信するように作用する。
また、ダンパーは循環する空気を外気と交換可能であれば吸気口と排気口のいずれに設置されてもよく、両方でもよい。
さらに、本願発明及び実施の形態においては、被乾燥物温度判断部等、「部」という語を含んだ構成要素を用いているが、この「部」とは「素子」や「電子回路」、あるいは「構成物のユニット」、又は「それらが集合した装置」を概念化して示すものである。
上記構成の循環式乾燥機では、制御部を構成する被乾燥物温度判断部が、乾燥工程の遷移を判断し、その判断結果に基づいて乾燥室入口乾球温度判断部及び乾燥室入口湿球温度判断部に判断信号を送信するように作用する。また、乾燥室入口乾球温度判断部は、その判断信号を受信しそれに基づいて、乾燥室入口基準乾球温度データと乾燥室入口乾球温度計で測定された乾燥室入口乾球温度とを比較してその結果に基づいてヒーター制御信号をヒーターに送信するように作用する。さらに、乾燥室入口湿球温度判断部は、判断信号を受信してそれに基づいて、乾燥室入口基準湿球温度データと乾燥室入口湿球温度計で測定された乾燥室入口湿球温度を比較してその結果に基づいてダンパー制御信号をダンパーに送信するように作用する。
上記構成の循環式乾燥方法は、第1の発明を方法発明として捉えた発明であり、第1の発明における構成要素を第3の発明では工程とするもののその作用は第1の発明と同様である。
上記構成の循環式乾燥方法は、第2の発明を方法発明として捉えた発明であり、第2の発明における構成要素を第4の発明では工程とするもののその作用は第2の発明と同様である。
上記構成の循環式乾燥制御プログラムは、第3の発明をプログラム発明として捉えた発明であり、第3の発明における工程を第5の発明ではコンピュータによって実行される工程とするもののその作用は第3の発明と同様である
上記構成の循環式乾燥制御プログラムは、第4の発明をプログラム発明として捉えた発明であり、第4の発明における工程を第6の発明ではコンピュータによって実行される工程とするもののその作用は第4の発明と同様である。
そして、その乾燥工程の遷移に関する判断結果と乾燥室入口乾球温度と乾燥室入口湿球温度に基づいてダンパーとヒーターに制御信号を送信することができるので、より高精度で高効率な制御を可能とし、乾燥に必要な熱量に対するコストを抑制しながら被乾燥物の品質を高めることができる。
そして、乾燥室入口乾球温度判断部は、その判断信号に基づいて、乾燥室入口基準乾球温度データと乾燥室入口乾球温度計で測定された乾燥室入口乾球温度とを比較することで、被乾燥物の温度に適したヒーター制御信号をヒーターに送信することが可能である。また、乾燥室入口湿球温度判断部も、同様に被乾燥物温度に適したダンパー制御信号をダンパーに送信することが可能である。
このように被乾燥物の温度に適したヒーター制御信号とダンパー制御信号を送信することができるため、より高精度で高効率な制御を可能とし、乾燥に必要な熱量に対するコストを抑制しながら被乾燥物の品質を高めることができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る循環式乾燥機のシステム構成図である。図2は本発明の実施の形態に係る循環式乾燥機における循環空気の流れを説明するための概念図である。
図1、図2において、循環式乾燥機1は、主として、入力部2、出力部3、制御部4、乾燥室5、ダンパー6、ヒーター7に加え、データベース群として入力データベース8と出力データベース9から構成されている。また、乾燥室5の内部には被乾燥物温度計13が設置され、乾燥室5の入口には乾燥室入口乾球温度計14及び乾燥室入口湿球温度計15が設けられている。
循環式乾燥機1には図2に示されるように乾燥室5の内部に載荷棚30が配列されており、果実やキノコあるいは葉たばこ等の植物を被乾燥物(図示せず)として載置し、空気を循環させて乾燥させる。図2において、ヒーター7によって加熱された乾燥室入口空気31は、乾燥室5に供給され、載荷棚30上の被乾燥物を乾燥させた後、乾燥室5から乾燥室出口空気32として送出される。
なお、本実施の形態(図2)において、乾燥室入口空気31は乾燥室5の下方から上方へと移動するように記載されているが、乾燥室5内での気流については特に限定するものではなく、被乾燥物の種類や量等によって適宜変更修正される。
被乾燥物から水分を奪って湿り気を帯びた乾燥室出口空気32は、その一部が排気口34から排出される排出空気33として、吸気口に設けられたダンパー6を介して外部から吸入される吸入空気35と交換され混合空気36となり、ヒーター7によって加熱されることで再び乾燥室入口空気31として乾燥室5に供給される。
なお、図2には循環式乾燥機1内部の空気を循環させるためのファンの記載を省略しているが、実際はその必要な循環風量に応じてファンを、循環する空気を搬送するダクトに設ける必要がある。また、ファンの風量は乾燥制御の仕様に応じて設定されればよく、風量を一定としてもよいし可変としてもよい。
本実施の形態においてはダンパー6を吸気口に設けたが、乾燥室出口空気32と外気の換気が可能であれば排気口34に設けてもよいし、あるいは両方に設けてもよい。
図3は、被乾燥物の乾燥工程における含水率と被乾燥物の温度の理想的な関係を示す概念図であり、図4は乾燥物の乾燥工程において基準となる乾燥室入口空気の乾球温度と湿球温度の理想的な推移を示す概念図である。なお、図4に示されるギリシャ数字は図3のものと共通であり時系列を共通に示している。
まず、図3において、符号40で示されているのは被乾燥物の含水率曲線であり、縦軸は左側の含水率(重量%)が対応している。この曲線では初期の含水率を100重量%として、その後の乾燥工程での減少の変化を表現している。また、符号44で示されているのは被乾燥物基準温度曲線であり、縦軸は右側の被乾燥物温度(℃)が対応している。
また、横軸はすべての曲線に共通の時間であり、右に向かって進んでいる。上部に示されるギリシャ数字はIが材料予熱期、IIが恒率乾燥期、IIIが減率乾燥1期、IVが減率乾燥2期と呼ばれる乾燥過程を示している。
材料予熱期(I)では、湿潤な材料(被乾燥物)が温・湿度一定の定常乾燥条件下におかれると、その温度は乾燥条件と平衡した温度に到達するが、周囲の温風からのみ熱を受けるときは、被乾燥物の温度(品温)は近似的に湿球温度となる。その温度に到達するまでが材料予熱期である。この材料予熱期では温風によって水分が失われ始めるため含水率曲線40が下降する。一方、被乾燥物基準温度曲線44は温風の湿球温度となる。
被乾燥物の表面に水分が不足して内部からの水分(間隙水)移動、内部拡散が蒸発に追い付かなくなっていくが、それが減率乾燥1期(III)である。恒率乾燥期と減率乾燥1期の境界における含水率が限界含水率41であり、この減率乾燥1期では、含水率曲線40の傾きが緩やかになり下降してくる。また、被乾燥物基準温度曲線44は徐々に上昇していく。
さらに、被乾燥物の組織の内部にある特に繊維質のような固い組織内部では水分(分子水、膠状水)移動が遅いため、含水率曲線40の傾きはさらに緩やかになり、被乾燥物基準温度曲線44の傾きも緩やかになる。ただし、すぐに含水率は0に近づくことはなく時間を要するが、乾燥条件と平衡した平衡含水率43に到達する。この時期を減率乾燥2期(IV)という。なお、減率乾燥1期と減率乾燥2期の境界における含水率を本願では膠状含水率42と呼ぶことにする。
以上が被乾燥物の含水率と温度に基づく乾燥の工程の説明であるが、このように乾燥工程で変化していく被乾燥物の含水率に対する基準温度が後述する被乾燥物基準温度データ16となる。
次に、乾燥機側として循環空気の状態を乾球温度と湿球温度の観点からどのように制御していくかを示したのが図4である。
材料予熱期(I)では、乾球温度も湿球温度も上昇し、恒率乾燥期(II)では、乾球温度も湿球温度も略一定に制御される。前述のとおり、恒率乾燥期では自由水の蒸発のために熱量が使用されるので、品温(被乾燥物温度曲線44)は湿球温度と近似してほぼ一定となる。よって、図3の被乾燥物基準温度曲線44と図4の乾燥室入口基準湿球温度曲線46は略一致することになる。
次に、減率乾燥1期(III)では、湿球温度は恒率乾燥期と同様に一定であるものの乾球温度は上昇する。これは乾球温度を上げて湿球温度との差を広げることで相対湿度を下げて限界含水率41に到達して蒸発する水分量が少なくなった被乾燥物からの蒸発を促進するためである。
また、湿球温度を一定としているのは酸化酵素の活性を維持するためである。乾球温度と湿球温度の差を広げて相対湿度を下げる場合には、例えば乾球温度を一定として湿球温度を下げることも考えられるが、その場合は酵素の活性が弱まってしまうので望ましくない。また、湿球温度を逆に上げてしまうと酵素が失活してしまうので、酵素の機能がまだ発揮されている減率乾燥1期では湿球温度を一定にしておくことが望ましい。
さらに、被乾燥物内部の水分が減少し、膠状含水率42に到達した場合には、もはや酵素機能は不要であり、次の減率乾燥2期(IV)に遷移していく。この減率乾燥2期では、徐々に平衡含水率43に近づいてくるので乾燥の速度を下げていく。乾球温度の上昇率は鈍り、湿球温度も少し上昇させることで、被乾燥物の温度が上昇している場合に加える熱量を抑制することが可能となり、熱効率を高めることが可能である。
以上、被乾燥物の含水率と温度に基づく乾燥の工程の説明と、そのような現象に基づいて乾燥機側で循環空気の乾球温度と湿球温度をどのように制御していくかについて説明したが、ここで重要なのは恒率乾燥期から減率乾燥1期への遷移点となる限界含水率41への到達点、及び減率乾燥1期から減率乾燥2期への遷移点となる膠状含水率42への到達点をいかに精度高く把握できるかという点である。
限界含水率41への到達では乾燥室入口基準乾球温度曲線45に示されるように乾球温度を上げていき、乾燥室入口基準湿球温度曲線46に示されるように湿球温度はそのまま維持する制御を行う必要があるし、膠状含水率42への到達点では、乾燥室入口基準湿球温度曲線46に示されるように湿球温度を上昇させる必要があるからである。
すなわち、いずれも乾球温度及び湿球温度の制御を変化させるべき時点であり、この変化を精度高く実行できるか否かが被乾燥物の品質に大きく影響し、また、乾燥工程におけるコストにも大きく影響することになるのである。
さらに、乾燥工程における植物の細胞内部での変化について説明を加える。
特に、前述のとおり、恒率乾燥期(II)において、被乾燥物の表面に水(自由水)のある状態で被乾燥物の温度は湿球温度に近似するため、このときの湿球温度の管理が重要となり、さらに、その後に減率乾燥1期へ遷移する時点、すなわち被乾燥物が限界含水率41となった状態の温度を把握することが重要なのである。
葉たばこでは、一般的には36℃から38℃で酵素の働きは最も旺盛となり、でんぷんはショ糖、ブドウ糖、果糖などの糖に変化する。また、果実のレモンは34℃から38℃程度、椎茸では28℃から30℃と植物の種類によって異なるものの、酵素が働く適切な温度は存在している。また、椎茸等ではタンパク質がアミノ酸に変化することでうま味や香味を生じている。
さらに、酸化酵素はタンパク質で構成されているため被乾燥物の温度があまりに上昇してしまうと細胞が熱死し、酵素も失活してしまい機能を発揮しなくなるので温度管理が重要となるのである。
このような酸化酵素の働きを利用した後に、乾燥を進めることで味や香り等の品質に優れた植物性の乾燥物が完成するのである。
また、減率乾燥1期(III)では被乾燥物の内部からの水分が移動し、さらに内部拡散が蒸発に追い付かなくなっていくので、徐々に水分蒸発量が少なくなり、被乾燥物の温度自体が上昇してくるので、酵素の活性を維持すべき湿球温度一定とするのか、あるいは湿球温度も上昇させて減率乾燥2期(IV)として仕上げ乾燥とすべきなのかの状態を把握することも重要である。すなわち、減率乾燥1期から減率乾燥2期へ遷移する時点、すなわち被乾燥物が膠状含水率42となった状態の温度を把握することも重要である。
循環式乾燥機1の入力部2は、制御部4によって判断するための基準温度データを入力データベース8に読み出し可能に予めに入力する場合や制御時に基準温度データを入力する際にも随時利用される。
入力部2の具体例としては、キーボード、マウス、ペンタブレット、光学式の読取装置あるいはコンピュータ等の解析装置や計測機器等から通信回線を介してデータを受信する受信装置など複数種類の装置のいずれでもあるいは組み合わせでもよく、目的に応じて使い分け可能な装置の採用も考えられる。また、循環式乾燥機1への入力に対するインターフェースのようなものであってもよい。
また、出力部3は、制御部4から判断や制御の結果、データ入力を促すための入力画面(インターフェース画面)等の情報について、あるいは各データベースからデータを読み出して外部へ出力するものである。具体的にはCRT、液晶、プラズマあるいは有機ELなどによるディスプレイ装置、あるいはプリンタ装置などの出力装置、さらには外部装置への伝送を行うためのトランスミッタなどの発信装置などが考えられる。もちろん、外部装置への伝送のための出力に対するインターフェースのようなものであってもよい。
なお、入力データベース8と出力データベース9は図1では制御部4とのみ接続されているように示されているが、制御部4によらず、入力部2から直接入力データベース8に入力できてもよいし、入力データベース8や出力データベース9から直接出力部3に出力できてもよい。
入力データベース8には、制御部4に入力されるデータが格納されており、具体的には、図3を参照しながら説明した被乾燥物基準温度曲線44に基づく被乾燥物基準温度データ16、図4を参照しながら説明した乾燥室入口基準乾球温度曲線45に基づく乾燥室入口基準乾球温度データ17及び乾燥室入口基準湿球温度曲線46に基づく乾燥室入口基準湿球温度データ18が読み出し可能に格納されている。被乾燥物基準温度データ16は、被乾燥物として載荷される植物の含水率とともに変化していく温度に関して基準となるデータであり、乾燥室入口基準乾球温度データ17はこの被乾燥物基準温度に対応して適切と考えられる乾球温度として基準となるデータで、乾燥室入口基準湿球温度データ18は同様に湿球温度として基準となるデータである。
被乾燥物基準温度データ16としては、単に温度データの羅列であってもよいし、時系列に対応して配列された温度データであってもよい。さらに、一時点での温度データであってもよいし、時系列に対応した温度変化、すなわち温度勾配の温度データであってもよい。その理由は、図3に示される被乾燥物基準温度曲線44上の限界含水率41の時点では、温度自身と温度勾配の両方が上昇して変化するので温度であっても温度勾配であってもその時点の検知が可能であるし、同様に膠状含水率42の時点では、温度自身と温度勾配の両方の上昇が緩やかになるように変化するので温度であっても温度勾配であっても同様にその時点が検知できるからである。
乾燥室入口基準乾球温度データ17と乾燥室入口基準湿球温度データ18は、それぞれ被乾燥物基準温度データ16に1対1に対応するデータであり、ヒーター7とダンパー6の制御の基準(目標)となる温度データとなるものである。
制御部4は、被乾燥物温度判断部10、乾燥室入口乾球温度判断部11及び乾燥室入口湿球温度判断部12から構成されており、入力データベース8及び被乾燥物温度計13、乾燥室入口乾球温度計14、乾燥室入口湿球温度計15から必要なデータを読み出して乾燥制御に必要な判断及びその判断結果に基づいた制御信号を生成し、ダンパー6及びヒーター7に対して制御信号を送信する。また、判断に用いられた被乾燥物温度データ19、乾燥室入口乾球温度データ20及び乾燥室入口湿球温度データ21、さらに制御結果についてはそれぞれ出力データベース9に読み出し可能に格納される。
なお、出力データベース9にはダンパー6に対する制御結果としてのダンパー開度データ22、ヒーター7に対する制御結果としてのヒーター出力データ23が示されるが、ダンパー6やヒーター7の制御によっては単にオンオフを行うことも考えられるので、これらには定量的な数値の他、オンやオフといったデータも含まれる。
循環式乾燥機1では、ヒーター7によって加熱した循環空気を乾燥室5に導入し、収容されている被乾燥物から水分を奪い、そして湿度の低い新たな外気(吸気空気35)をダンパー6から取り込むと共に同量の循環空気の一部(排気空気33)を排気口34から排出して交換し、再度ヒーター7で加熱して乾燥室5に循環させるという方法で乾燥させている。
このような一連のサイクルを図5の湿り空気線図で考えてみる。湿り空気線図の横軸は乾球温度(℃)であり、縦軸は絶対湿度(kg/kg)である。また、図中符号47で示されているのが露点(相対湿度100%)曲線であり、この点においては、乾球温度と湿球温度が同一となっている。
図中符号Aで表されているのが外気の状態を線図上で示した点であり、同様に、符号Bで表されているのが循環式乾燥機1のヒーター7の入口における混合空気36(図2参照)であり、符号Cで表されているのがヒーター7出口、すなわち乾燥室入口空気31(図2参照)であり、符号Dで表されているのが乾燥室出口空気32(図2参照)である。また、添字の2は恒率乾燥期(II)を示し、添字の3は減率乾燥1期(III)における運転状態を示すものである。
この湿り空気線図上では、線分C2−D2が湿球温度一定の線図上にあり、乾燥室の入口と出口間で湿球温度が一定に制御されていることを示している。また、線分B2−C2はヒーター7の入口と出口で乾球温度がどれだけ上昇したかを示しており、ヒーター7で与えた熱量Q2が表現されている。また、C2の点がサイクルの繰り返し後でも移動しない場合は乾球温度が一定であることが示されることになる。すなわち、この破線で示された運転状態の継続は、乾球温度及び湿球温度一定であり、恒率乾燥期における状態を示している。
さらに、D2を頂点とし、線分B2−C2を底辺として示される三角形の高さは、乾燥室5の入口と出口での絶対湿度の差を示すものであり、これから乾燥室5内で脱水された水分量を演算することも可能である。
添字の3は減率乾燥1期(III)における運転状態を示しているが、この減率乾燥1期では先ほどの三角形が右下にずれた状態で表現されている。これは、減率乾燥1期でも恒率乾燥期と同じ湿球温度で一定に制御していることを示しつつ、さらに、ヒーター7の入口の乾球温度はΔt23ほど上昇させていることを示している。減率乾燥1期では既に説明したとおり、乾球温度を上昇させる制御を行うが、その状態を表現するものである。実際の運転では空気の循環量に応じて徐々に温度を上昇させるので、三角形も徐々にずれるように移動することになる。
また、三角形の底辺の長さQ3がヒーター7で与えた熱量として表現され、三角形の高さである絶対湿度の差、すなわちサイクルでの蒸発水分量は、恒率乾燥期(Ww2)よりも減率乾燥1期(Ww3)の方が少なくなっており、これは既に図3を参照しながら説明した状態と一致している。
図6において、図5と横軸と縦軸は同一であり、減率乾燥1期の運転状態を破線で示し、減率乾燥2期の運転状態を実線で示す。
減率乾燥2期においても、減率乾燥1期と比較して三角形が右下に移動しているが、減率乾燥2期では乾球温度と湿球温度の両方で上昇しているのが理解できる。すなわち、乾球温度ではΔt34、湿球温度ではΔt´34ほど上昇している。このような運転については、既に図4を参照しながら説明したとおりである。
また、減率乾燥2期では、三角形の高さである絶対湿度の差、すなわちサイクルでの蒸発水分量(Ww4)は、減率乾燥1期(Ww3)よりもさらに少なくなっており、これも既に図3を参照しながら説明した状態と一致している。
以上説明したとおり、恒率乾燥期から減率乾燥1期への遷移及び減率乾燥1期から減率乾燥2期への遷移は湿り空気線図上に表現することが可能である。そして、この遷移における乾燥室5の入口空気の乾球温度と湿球温度は、それぞれC2とC3及びC3とC4におけるものをそれぞれ乾燥室入口基準乾球温度データ17及び乾燥室入口基準湿球温度データ18として入力データベース8に格納しておき、被乾燥物温度判断部10で被乾燥物温度計13からの温度データを被乾燥物基準温度データ16と比較しながら、限界含水率41及び膠状含水率42に到達した時点を見極めることで、その温度データに対応した乾燥室入口基準乾球温度データ17及び乾燥室入口基準湿球温度データ18を用いてダンパー6とヒーター7を制御することで被乾燥物の乾燥工程における温度管理を精度の高いものとすることができる。
このように、被乾燥物の温度に応じて、乾燥後の品質を高めたり乾燥の効率を高めるために各乾燥工程において湿球温度と乾球温度の管理をすることが重要であることを説明したが、これから、この温度管理の精度を高めるための制御技術について説明する。
本図は、本願発明の循環式乾燥方法及び循環式乾燥制御プログラムに対してはその実行工程を表すものでもあり、この図を参照しながら循環式乾燥機1におけるデータ処理の流れを説明することは循環式乾燥方法及び循環式乾燥制御プログラムの実施の形態について説明することと同義である。なお、図7において、Sで示す工程に関する記載を覆うようにして破線で示しているのは図1に示される循環式乾燥機1の構成要素であり、符号を同一としている。
そして、ステップS1としてまず乾燥室5内に設置された被乾燥物温度計13を使用して被乾燥物の温度を測定する。また、ステップS2、S3として乾燥室5の入口に設置された乾燥室入口乾球温度計14及び乾燥室入口湿球温度計15を使用して、それぞれ乾燥室入口乾球温度と乾燥室入口湿球温度を測定する。
本実施の形態においては便宜上ステップS1、2、3としたが、これらは同時に測定されており、その順序を限定するものではない。
このようにヒーター7は乾燥室入口の乾球温度に基づいて制御される。
このようにダンパー6は乾燥室入口の湿球温度に基づいて制御される。
同様に、ステップS5で被乾燥物温度の測定値が高くあるいは低く判断信号が生成され乾燥室入口湿球温度判断部12に送信されると、ステップS8で乾燥室入口湿球温度判断部12は入力データベース8からその判断信号に基づいて、入力データベース8において測定値と同一の被乾燥物基準温度データ16に対応した乾燥室入口基準湿球温度データ18を読み出して、その読み出された基準湿球温度と乾燥室入口湿球温度計15で測定された湿球温度を比較して、同値あるいは高低を判断する。そして、ステップS9では同様に制御信号を生成し、ダンパー6に送信する。
また、被乾燥物温度判断部10で読み出された被乾燥物温度は被乾燥物温度データ19として被乾燥物温度判断部10によって、乾燥室入口乾球温度判断部11で読み出された乾燥室入口乾球温度は乾燥室入口乾球温度データ20として乾燥室入口乾球温度判断部11によって、乾燥室入口湿球温度判断部12で読み出された乾燥室入口湿球温度は乾燥室入口湿球温度データ21として乾燥室入口湿球温度判断部12によって、それぞれ出力データベース9に読み出し可能に格納される。
さらに、乾燥室入口乾球温度判断部11によって生成されたヒーター7のオンオフ、あるいは出力の増減に関する制御信号に基づくヒーター出力はヒーター出力データ23として出力データベース9に読み出し可能に格納され、同様に乾燥室入口湿球温度判断部12によって生成されたダンパー6の開閉、あるいは開度の増減に関する制御信号に基づくダンパー開度はダンパー開度データ22として出力データベース9に読み出し可能に格納される。
また、被乾燥物基準温度データ16、乾燥室入口基準乾球温度データ17及び乾燥室入口基準湿球温度データ18はそれぞれ入力データベース8から読み出されるものとしたが、循環式乾燥機1の稼働中に必要に応じて入力部2から制御部4の被乾燥物温度判断部10、乾燥室入口乾球温度判断部11及び乾燥室入口湿球温度判断部12にそれぞれ入力されてもよい。
このように制御することで、図3及び図4を参照しながら説明した被乾燥物の乾燥工程の進行時に含水率の変化及び温度の変化に伴って遷移すべきポイントである限界含水率41となる点、膠状含水率42となる点などを被乾燥物温度計13によって被乾燥物温度を乾燥室5内で直接測定することで精度高く認知することが可能となる。
なお、本実施の形態において、ステップS4では制御部4の被乾燥物温度判断部10が、ステップS1において被乾燥物温度計13で測定され読み出された被乾燥物温度と、入力データベース8から読み出した被乾燥物基準温度データ16を比較して同値、あるいは高低を判断したが、被乾燥物基準温度データ16として単位時間当たりの温度変化、すなわち温度勾配を採用する場合には、被乾燥物温度計13で測定された被乾燥物温度変化を微分して温度勾配を得て、これを測定値として、温度勾配同士を比較して同値、あるいは高低を判断すればよい。
また、ステップS5で被乾燥物温度の測定値としての温度勾配が高くあるいは低く判断信号が生成され乾燥室入口乾球温度判断部11に送信された場合には、ステップS6で乾燥室入口乾球温度判断部11は入力データベース8からその判断信号に基づいて、入力データベース8において測定値としての温度勾配と同一の被乾燥物基準温度データ16に対応した乾燥室入口基準乾球温度データ17を読み出して、その読み出された基準乾球温度と乾燥室入口乾球温度計14で測定された乾球温度を比較して、同値あるいは高低を判断する。そして、ステップS7では同様に制御信号を生成し、ヒーター7に送信する。それ以降のステップS8も同様である。
上述の実施の形態では、制御部4に被乾燥物温度判断部10を設けたが、これを乾燥室入口乾球温度判断部11と乾燥室入口湿球温度判断部12のそれぞれに組み込むのが変形例である。
すなわち、乾燥室入口乾球温度判断部11は、乾燥室入口乾球温度計14で測定された乾燥室入口乾球温度と入力データベース8から読み出した乾燥室入口基準乾球温度データ17を比較するが、その前工程として乾燥室入口乾球温度判断部11が被乾燥物温度計13から被乾燥物温度を読み出して、入力データベース8から読み出した被乾燥物基準温度データ16と比較し、高低があった場合にその判断結果に基づいて判断信号を自己に生成するのである。そして、その判断信号に基づいたその後の実行は既に説明したとおりである。
同様に、乾燥室入口湿球温度判断部12も乾燥室入口湿球温度計15で測定された乾燥室入口湿球温度と入力データベース8から読み出した乾燥室入口基準湿球温度データ18を比較するが、その前工程として乾燥室入口湿球温度判断部12が被乾燥物温度計13から被乾燥物温度を読み出して、入力データベース8から読み出した被乾燥物基準温度データ16と比較し、高低があった場合にその判断結果に基づいて判断信号を自己に生成するのである。そして、その判断信号に基づいたその後の実行は既に説明したとおりである。
すなわち、被乾燥物温度の是非を判断するのをダンパー6やヒーター7に対して制御信号を生成する乾燥室入口湿球温度判断部12や乾燥室入口乾球温度判断部11の機能として付加したものである。
このように構成される変形例においても前述の実施の形態と同様の作用及び効果を発揮することが可能である。
なお、本変形例においても被乾燥物基準温度データ16として単位時間当たりの温度変化、すなわち温度勾配を採用する場合は考えられ、実施の形態で既に述べたとおりである。
Claims (6)
- 被乾燥物を収納し、空気を外気と換気させながら循環させて前記被乾燥物から水分を蒸発させて乾燥させる乾燥室と、この乾燥室内の前記被乾燥物の温度を測定する被乾燥物温度計と、前記乾燥室入口の乾球温度を測定する乾燥室入口乾球温度計と、前記乾燥室入口の湿球温度を測定する乾燥室入口湿球温度計と、前記空気を循環させるファンと、前記空気を前記外気と換気するダンパーと、前記循環させる空気を加熱するヒーターと、前記ダンパーと前記ヒーターに制御信号を送信する制御部と、を備え、この制御部は、予め得た被乾燥物基準温度と前記被乾燥物温度計で測定される温度を比較して乾燥工程の遷移を判断し、その判断結果と前記乾燥室入口乾球温度と前記乾燥室入口湿球温度に基づいて前記ダンパーと前記ヒーターに前記制御信号を送信することを特徴とする循環式乾燥機。
- 前記制御部は、被乾燥物温度判断部と、乾燥室入口乾球温度判断部と、乾燥室入口湿球温度判断部とを有し、前記被乾燥物温度判断部は前記被乾燥物基準温度と前記被乾燥物温度計で測定される温度を比較して前記乾燥工程の遷移を判断し、その判断結果に係る判断信号を前記乾燥室入口乾球温度判断部及び前記乾燥室入口湿球温度判断部へ送信し、前記乾燥室入口乾球温度判断部は、前記判断信号に基づいて、予め得た乾燥室入口基準乾球温度データと前記乾燥室入口乾球温度計で測定された前記乾燥室入口乾球温度を比較し、その結果に基づいてヒーター制御信号を前記ヒーターに送信し、前記乾燥室入口湿球温度判断部は、前記判断信号に基づいて、予め得た乾燥室入口基準湿球温度データと前記乾燥室入口湿球温度計で測定された前記乾燥室入口湿球温度を比較し、その結果に基づいてダンパー制御信号を前記ダンパーに送信することを特徴とする請求項1に記載の循環式乾燥機。
- 被乾燥物を乾燥室に収納し、空気をヒーターによって加熱し、ダンパーを開閉して外気と換気しながら前記空気を循環させ、前記被乾燥物から水分を蒸発させて乾燥させる循環式乾燥方法であって、前記乾燥室内の前記被乾燥物の温度を測定する被乾燥物温度測定工程と、前記乾燥室入口の乾球温度及び湿球温度を測定する乾燥室入口温度測定工程と、予め得た被乾燥物基準温度と前記被乾燥物温度工程で測定される温度を比較して乾燥工程の遷移を判断する判断工程と、この判断工程で得られた判断結果と前記乾燥室入口乾球温度と前記乾燥室入口湿球温度に基づいて前記ダンパーと前記ヒーターに制御信号を送信して制御する制御工程と、を有することを特徴とする循環式乾燥方法。
- 前記制御工程は、前記判断結果に基づいて、予め得た乾燥室入口基準乾球温度データと前記乾燥室入口温度測定工程で測定された前記乾燥室入口乾球温度を比較し、その結果に基づいてヒーター制御信号を前記ヒーターに送信する第1の制御工程と、前記判断結果に基づいて、予め得た乾燥室入口基準湿球温度データと前記乾燥室入口温度測定工程で測定された前記乾燥室入口湿球温度を比較し、その結果に基づいてダンパー制御信号を前記ダンパーに送信する第2の制御工程と、を有することを特徴とする請求項3に記載の循環式乾燥方法。
- 被乾燥物を乾燥室に収納し、空気をヒーターによって加熱し、ダンパーを開閉して外気と換気しながら前記空気を循環させ、前記被乾燥物から水分を蒸発させて乾燥させるために、コンピュータによって実行されるプログラムであって、前記乾燥室内の前記被乾燥物の温度を測定する被乾燥物温度測定工程と、前記乾燥室入口の乾球温度及び湿球温度を測定する乾燥室入口温度測定工程と、予め得た被乾燥物基準温度と前記被乾燥物温度工程で測定される温度を比較して乾燥工程の遷移を判断する判断工程と、この判断工程で得られた判断結果と前記乾燥室入口乾球温度と前記乾燥室入口湿球温度に基づいて前記ダンパーと前記ヒーターに制御信号を送信して制御する制御工程と、を有することを特徴とする循環式乾燥制御プログラム。
- 前記制御工程は、前記判断結果に基づいて、予め得た乾燥室入口基準乾球温度データと前記乾燥室入口温度測定工程で測定された前記乾燥室入口乾球温度を比較し、その結果に基づいてヒーター制御信号を前記ヒーターに送信する第1の制御工程と、前記判断結果に基づいて、予め得た乾燥室入口基準湿球温度データと前記乾燥室入口温度測定工程で測定された前記乾燥室入口湿球温度を比較し、その結果に基づいてダンパー制御信号を前記ダンパーに送信する第2の制御工程と、を有することを特徴とする請求項5に記載の循環式乾燥制御プログラム。
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