JP2590460B2 - 乾燥装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、多様な産業分野での乾燥処理に利用できる
乾燥装置に関するものである。

［従来の技術］ 火力等の適宜の熱源から熱量を与えて処理物中の水分
の蒸発を促すようにした従来の乾燥装置では、熱量の多
くは水蒸気の蒸発潜熱に費やされ、しかも水蒸気のもつ
蒸発潜熱はこれを回収することなくそのまま放棄するも
のとなっているため、エネルギ消費量の大きい効率の悪
い熱サイクルとなっていた。

そこで、本発明者等は特開昭60−232474号公報におい
て、タービンとコンプレッサとを組込んで、処理物から
蒸発した水蒸気の蒸発潜熱を有効に回収利用する熱サイ
クルを営むものを提案している。この乾燥装置における
基本システムの概略は第４図に示す通りである。すなわ
ち、乾燥する処理物を収容する乾燥チャンバ１と、この
乾燥チャンバ１に断熱圧縮した空気等の乾燥用ガスをガ
ス通路２を介して供給するラジアルコンプレッサ３と、
前記乾燥チャンバ１からガス通路４を介して導出される
乾燥用ガスを断熱膨脹させるラジアルタービン５と、こ
のタービン５で断熱膨脹させた乾燥用ガスを導くガス通
路６に設けられて膨脹後の乾燥用ガス中に含まれている
ミスト状の水分を除去するウォタセパレータ７とを備え
るとともに、前記タービン５と前記コンプレッサ３とを
同一回転軸８上に連着して、タービン５に得られる回転
動力を該回転軸８を介しコンプレッサ３に伝達しコンプ
レッサ駆動動力として利用するようにしたものである
（なお、この場合タービン５下流側の前記ガス通路６の
終端を図示のようにコンプレッサ３の入口に接続するク
ローズドサイクルであってもよいし、両者を分離したオ
ープンサイクルであってもよい）。

そして、この乾燥装置では、乾燥チャンバ１内で水分
の蒸発に消費したエネルギを、含有水蒸気の蒸発潜熱の
形で保有する乾燥用ガスによりタービン５を回転し、そ
れをコンプレッサ動力として回収することでエネルギ効
率が非常に高い特性が確保される上、システム構成が簡
易であること、また乾燥チャンバ１内を比較的低温にし
て乾燥処理を行なえることから高温を嫌う処理物の用途
にも広範に適用できること、等の利点を有するものとな
っている。

［問題点が解決しようとする問題点］ ところで、既提案のシステム構成のものでは、そのタ
ービン・コンプレッサ等には勿論100％の機械効率を実
現できないから、エネルギ補給のため即ちタービン５か
らの不足動力を補ってコンプレッサ３を駆動するため
に、図示のように、両者を結ぶ前記回転軸８には別に駆
動補助手段９を設けるようにしている。そして、従前で
はこの駆動補助手段９に、起動用モータを兼ねて高周波
モータを使用するようにしている。

しかし、高周波モータを利用した場合、スペース的に
かさばる上、コスト高となることを否めない。そして、
高周波モータに代わりかかる高速回転の目的に適合する
入手可能な簡易な動力源も見当たらないのが現状であ
る。

本発明は、上述した問題点に鑑み、この種の乾燥装置
を、比較的容易に入手できる高温熱源をその動力源に用
いて駆動できるように改良することを目的としてなされ
たものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、この目的を達成するために、次のような手
段を採る。すなわち、既述のように、乾燥チャンバに断
熱圧縮した乾燥用ガスを供給するコンプレッサと、前記
乾燥チャンバから導出される乾燥用ガスを断熱膨脹させ
るタービンと、このタービンで断熱膨脹させた乾燥用ガ
ス中の水分を除去するウォータセパレータとを備え、か
つ前記タービンに得られる回転動力を利用して前記コン
プレッサを駆動するようにしたものにおいて、前記コン
プレッサから前記乾燥チャンバに乾燥用ガスを導くガス
通路に、前記コンプレッサで断熱圧縮した乾燥用ガスに
入熱する入熱手段と、この入熱手段を通過した乾燥用ガ
スを断熱膨脹させるタービンとを介設してなることを特
徴としている。

［作用］ このようにコンプレッサから乾燥チャンバに至るガス
通路に、コンプレッサで断熱圧縮されて昇温した乾燥用
ガスに更に熱量を補給する入熱手段と、入熱後の高温の
乾燥用ガスを断熱膨脹させて冷却するタービンとを付加
した構成のものであると、乾燥チャンバに供給される乾
燥用ガスの温度を適当に調整することができる一方で、
この乾燥チャンバから導出される乾燥用ガスは、その入
熱分だけ高い熱量を保有してコンプレッサを駆動する２
段目のタービンに送り込まれることになるから、この乾
燥用ガスの断熱膨脹によりタービンに回転動力として得
られる仕事で同軸上の前記コンプレッサの駆動力を十分
にまかなうことが可能とされる。

［実施例］ 以下、図示の実施例について詳述する。なお、各図に
おいて従来例と共通するものは同一の符号をもって示
す。

まず、第１図に示す実施例について述べると、このも
のでは前述した基本システムに対応する乾燥チャンバ１
と、これに乾燥用ガスを供給する１段目のコンプレッサ
３と、乾燥チャンバ１からの乾燥用ガスで回転動力を得
てこれを回転軸８を介してコンプレッサ３に伝達する２
段目のタービン５（ガスサイクル上２段目に相当する）
と、このタービン５で断熱膨脹させた乾燥用ガス中から
水分を分離除去するウォータセパレータ７とを具備して
いるとともに、その１段目のコンプレッサ３から乾燥チ
ャンバ１に該コンプレッサ３で断熱圧縮させて昇温した
乾燥用ガスを導くガス通路２に、更に２段目のコンプレ
ッサ10と、入熱手段11Aと、前記コンプレッサ10と対を
なす１段目のタービン12（新たに追加したものがサイク
ル上１段目に相当する）とを介設するようにしている。
すなわち、１段目のコンプレッサ３の出口と２段目のコ
ンプレッサ10の入口とをガス通路2aで連通し、この２段
目のコンプレッサ10出口と対をなす１段目のタービン12
の入口とを連通するガス通路2bに入熱手段11Aを介在さ
せ、さらに１段目のタービン12の出口をガス通路2cで前
記乾燥チャンバ１に連通させている。この場合、ガス通
路2bに介在させる入熱手段11Aには、例えばボイラの排
気ダクトのような高熱源13の保有熱を該ガス通路2bを流
通する乾燥用ガスに移送する熱交換器を用いている。そ
して、対をなす２段目のコンプレッサ10と１段目のター
ビン12とは同一回転軸14上に連着して、１段目のタービ
ン12で得られる回転動力で２段目のコンプレッサ10の駆
動力をまかなうようにしている。

そして又、このシステムにおいては、乾燥チャンバ１
から導出される乾燥用ガスを２段目のタービン５に導く
ガス通路４には、２段目のタービン５に流入する乾燥用
ガスが保有する余剰熱量を放出させるために、例えば常
温空気などの低熱源16と熱交換させる熱交換器15を介設
するようにしている。

次いで、かかるシステム構成を有する乾燥装置の作動
を説明する。１段目のコンプレッサ３から乾燥チャンバ
１に供給される乾燥用ガスは、まずこの１段目のコンプ
レッサ３で断熱圧縮されて昇圧昇温した後、引き続き２
段目のコンプレッサ10で断熱圧縮されて更に昇圧昇温す
る。そして、この高温高圧の乾燥用ガスは、ガス通路2b
に介設した熱交換器11Aで高温排ガス等から熱量を流入
し一層昇温して該熱交換器11Aを通過した後、１段目の
タービン12で断熱膨脹して冷却されてから乾燥チャンバ
１に導入される。このときの乾燥用ガスの温度は、処理
物に応じてその最適な乾燥温度にまで低下するようにす
る。そして、この乾燥チャンバ１で処理物を加熱し該処
理物からの水蒸気を含んだ乾燥用ガスは、ガス通路４に
導出され、その途中に介設した熱交換器152で常温空気
等に余剰の保有熱を奪われ冷却された後、２段目のター
ビン５に導入され、ここで該タービン５に膨脹仕事とし
て回転動力を与えながら断熱膨脹して十分に冷やす込ま
れる。このさいタービン５に得られる回転動力は、乾燥
用ガスが先の熱交換器11Aで入熱されてエネルギを補給
しているため、同一回転軸８で連結される１段目のコン
プレッサ３の駆動力を十分にまかない得るものとなる。
それ故、このタービン５−コンプレッサ３の対には、従
来のように別に駆動補助手段を設ける必要がなくて済
む。そして、この２段目のタービン５で断熱膨脹しガス
通路６に排出される乾燥用ガス中には、水蒸気として含
有していた水分が急冷して（水蒸気の保有していた蒸発
潜熱がタービン５の動力に変換して）霧状の水滴を凝縮
している。そして、この霧状の水分をガス通路６に介設
したウォータセパレータ７でトラップし分離した後、こ
の除湿した乾燥用ガスを１段目のコンプレッサ３から再
び乾燥チャンバ１に供給するサイクルを繰返すことにな
る。

このように本発明に係る乾燥装置によると、先に提案
した乾燥装置を改良して、その運転に必要な動力を、ボ
イラの排ガスのような比較的容易に入手できる高熱源か
らの入熱を利用することで確保できるようにしたもので
ある。

次いで、本発明の変形実施例を第２図、第３図につい
て説明する。

まず、第２図のものは、クローズドサイクルに構成し
た第１図の実施例のものを、オープンサイクルに変形し
た場合の例を示すもので、この場合２段目のタービン５
の出口から１段目のコンプレッサ３の入口に乾燥用ガス
を戻していたガス通路６を、独立したガス通路6a、6bに
分離して、大気中の常温空気を乾燥用ガスに利用した
後、最終的にウォータセパレータ７で水滴を分離した後
乾燥用ガスをそのまま大気中に放出させるようにしてい
る。なお、この場合乾燥用ガスに入熱する入手手段11B
には、図示のように、乾燥用ガスを直接加熱する燃焼チ
ャンバを利用することができる。

また、第３図に示す変形例は、１、２段目のコンプレ
ッサ３、10と１、２段目のタービン５、12の全てを同一
回転軸17上に連着し、タービン５、12側で得られる回転
動力を直接コンプレッサ３、10側に伝達できるようにし
ている。この場合、単一の回転軸17を用いるのに代え
て、前記回転軸８と前記回転軸14とをギャ等で連結し動
力伝達するようにしても同効となる。なお、必要に応じ
ては、前記ガス通路２を図示破線のように短絡して、２
段目のコンプレッサ10の使用を省いてもよい。

［発明の効果］ 以上に説明した通り、本発明はコンプレッサとタービ
ンとを組込んで乾燥用ガスが蒸発潜熱の形で取込んだエ
ネルギを回収して有効利用するようにした乾燥装置につ
いて、その動力源として高周波モータのような高速回転
力を与える手段を必要とせず、比較的容易に入手可能な
熱エネルギからの入熱でシステムの運転が確保できるよ
うに改良することに成功したものである。そして、本発
明の改良された乾燥装置においても、システム構成が簡
易で済みかつ乾燥チャンバの処理物を高温化せずに乾燥
できるなどの利点は、これをそのまま保有するものとし
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は、いずれも本発明の一実
施例の構成を示す乾燥装置のシステム図である。第４図
は従来例の構成を示す乾燥装置の基本システム図であ
る。 １……乾燥チャンバ ２、４、６……ガス通路 ３……（１段目の）コンプレッサ ５……（２段目の）タービン ７……ウォータセパレータ ８、14、17……回転軸 10……（２段目の）コンプレッサ 11A……入熱手段（熱交換器） 11B……入熱手段（燃焼器） 12……（１段目の）タービン 13……高熱源 15……熱交換器 16……低熱源

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】乾燥チャンバに断熱圧縮した乾燥用ガスを
   供給するコンプレッサと、前記乾燥チャンバから導出さ
   れる乾燥用ガスを断熱膨脹させるタービンと、このター
   ビンで断熱膨脹させた乾燥用ガス中の水分を除去するウ
   ォータセパレータとを備えるとともに、前記タービンに
   得られる回転動力を利用して前記コンプレッサを駆動す
   るようにしたものにおいて、前記コンプレッサから前記
   乾燥チャンバに乾燥用ガスを導くガス通路に、前記コン
   プレッサで断熱圧縮した乾燥用ガスに入熱する入熱手段
   と、この入熱手段を通過した乾燥用ガスを断熱膨脹させ
   るタービンとを介設してなることを特徴とする乾燥装
   置。