JP3579500B2 - 乾燥装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、真空装置に関し、特に厨芥等の被乾燥物を収容加熱し、その水分を蒸発して乾燥させる真空乾燥装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
厨芥等の被乾燥物を収容した乾燥容器を真空に減圧して沸点を下げる一方、ヒートポンプを用いて、その温熱により乾燥容器を加熱して被乾燥物より水分を蒸発させると共にこの蒸発した水分をヒートポンプで発生する冷熱により凝縮した水に戻し、この水分を装置外に排出する真空乾燥装置が知られている。
【０００３】
図３は、このような真空乾燥装置の概略構成を示した図である。
図を参照して、真空乾燥装置は、大きくは厨芥等の被乾燥物が収容される密閉容器状の乾燥容器２０１と、乾燥容器２０１に蒸気排出管１１を介して接続される凝縮器２０３と、ヒートポンプ式チラーユニット等からなる冷温熱発生装置２０５と、凝縮器２０３及び蒸気排出管１１を介して乾燥容器２０１の内部を真空状態にするための真空ポンプ３３とから構成される。
【０００４】
冷温熱発生装置２０５は圧縮機１９を中心として、凝縮ユニット２１と、膨張弁２３と、蒸発ユニット２５とから構成され、各々その中に例えばフロン等の冷媒が封入される冷媒管３０１ａ〜３０１ｄによって相互に接続されている。蒸発ユニット２５の出口と凝縮器２０３の入口には往き冷水管２０７ａが接続され、蒸発ユニット２５の入口と凝縮器２０３の出口には戻り冷水管２０７ｂが接続されており、戻り冷水管２０７ｂにはポンプ２７が設置され、ポンプ２７の上流側には膨張タンク１３が、その下流側には水流スイッチ２８が取付けられている。
【０００５】
一方、凝縮ユニット２１の出口と乾燥容器２０１の入口とには往き温水管２０９ａが接続され、凝縮ユニット２１の入口と乾燥容器２０１の出口とには戻り温水管２０９ｂが接続されている。戻り温水管２０９ｂには膨張タンク１５が設置され、その下流側にはポンプ２９と水流スイッチ３０３とファンクーリングユニット１７とが取付けられている。又、凝縮器２０３の下部にはポンプ３１が取付けられ、その下流に凝縮器２０３に設けられた水位検知器３９と連動して開閉する電磁弁３７が取付けられている。更に、真空ポンプ３３は、逆止弁３４を介して排気管３６によって凝縮器２０３に接続され、その下流側には排出ベント３５が設けられている。
【０００６】
以下この従来の真空乾燥容器の動作について簡単に説明する。
被乾燥物が乾燥容器２０１に収容され乾燥処理が開始されると、真空ポンプ３３がＯＮとなり、乾燥容器２０１の内部の水蒸気を含んだ空気を蒸気排出管１１及び凝縮器２０３を介して排出する。これによって、乾燥容器２０１内部は負圧になり、その沸点が下がり被乾燥物からの水分が蒸発し易い状態となる。
【０００７】
一方、冷温熱発生装置２０５では圧縮機１９が動作を開始し、冷媒の圧縮、凝縮、膨張、蒸発の各工程により、蒸発ユニット２５においては、ポンプ２７の動作によって往き冷水管２０７ａおよび戻り冷水管２０７ｂを循環する水に対して冷熱を与える。この冷熱は凝縮器２０３において乾燥容器２０１から、蒸気排出管１１を介して流入する水蒸気を冷やし、そこで凝縮させる。この凝縮水は、水位検知器３９によって所定水位が検知されると、電磁弁３７を”開”としてポンプ３１によって装置外に排出される。又、凝縮ユニット２１においては、ポンプ２９の動作によって往き温水管２０９ａおよび戻り温水管２０９ｂを循環する水に対して温熱を与える。この温熱は乾燥容器２０１において被乾燥物を熱し、水分の蒸発を促進する。このようにして、従来の真空乾燥装置は厨芥等の被乾燥物を加熱乾燥してその水分を除去している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の真空乾燥装置では、定常運転状態にはいると冷温熱発生装置から所定量の温熱が発生し、乾燥容器に与えられるので余り問題とならないが、運転開始時には温熱が不足気味になる。即ち、冷温熱発生装置が立ち上がるまでは温熱は所定熱量分だけ発生せず、一方乾燥容器に収容された被乾燥物は初期投入時には水分がかなり多い状態となっている。従って、運転開始から被乾燥物から水分が蒸発し出すまで、かなり時間がかかるので処理時間が長くなり、結果として装置の消費電力も増大する。
【０００９】
又、冬期以外や冬期でも外気温がある程度高いときは冷水管及び温水管の冷水及び温水の循環で凍結は防止できるが、厳寒期のように外気温が相当低いときには装置の循環系統（特に冷水管側）の凍結の問題が生じる。更に厳寒期でなくても装置の低温部分が部分凍結することもあり、運転開始時には凍結を解除して正常状態にする必要がある。凍結対策として例えば、配管を断熱材で覆い、その中に電熱線等を設置することが考えられるが、冬期以外は不要のものであるのでコスト的には不利となる。又、冷水管及び温水管に接続されている膨張タンクでは、冷水及び温水が循環するものではないので凍結対策には不十分である。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、運転開始時に乾燥容器に付与する温熱量の不足分を補助し、かつ厳寒期の運転において装置の凍結の問題を回避できる乾燥装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる乾燥装置は、傍熱式の乾燥装置であって、厨芥等の被乾燥物を収容する乾燥容器と、乾燥容器内で発生する蒸気を排出するために乾燥容器に接続される凝縮器と、冷媒を循環させることによって、冷熱を発生する蒸発ユニットと温熱を発生する凝縮ユニットとを含む冷温熱発生装置と、凝縮器と蒸発ユニットとを冷水が循環するように接続し、蒸発ユニットで発生された冷熱を凝縮器に付与する冷水循環回路と、乾燥容器と凝縮ユニットとを温水が循環するように接続し、凝縮ユニットで発生された温熱を乾燥容器に付与する温水循環回路と、温水循環回路の凝縮ユニットから乾燥容器に向かう往き温水管に設けられたバイパス回路と、バイパス回路に設置され、所定条件において往き温水管を循環する温水をバイパス管を通して加熱する加熱手段と、冷水循環回路と温水循環回路とを接続し、凝縮器で必要な冷熱量の変化と乾燥容器で必要な温熱量の変化に応じて、冷水循環回路内の冷水と温水循環回路内の温水とを相互に移動させるバータ手段とを備えたものである。
【００１２】
請求項２の発明にかかる乾燥装置は、請求項１の乾燥装置において、加熱手段が、加熱器と補助ポンプと電磁弁とを含んだものである。
請求項３の発明にかかる乾燥装置は、請求項１又は請求項２の乾燥装置において、所定条件が、乾燥装置の運転開始時又は乾燥装置が設置される場所での外気温が所定温度以下になった場合を含むものである。
【００１３】
【作用】
請求項１の発明においては、バイパス回路を介して、所定条件において往き温水管を循環する温水が加熱される。
請求項２の発明においては、請求項１の発明の作用に加えて、加熱手段は、加熱器と補助ポンプと電磁弁とを含む。
【００１４】
請求項３の発明においては、請求項２の発明の作用に加えて、乾燥装置の運転開始時又は乾燥装置が設置される場所での外気温が所定温度以下になった場合や運転開始前の部分凍結の状態を正常状態に復帰させる場合に加熱手段が動作する。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１の発明は以上説明したとおり、バイパス回路を介して、所定条件において往き温水管を循環する温水が加熱されるので、装置の運転許容範囲が拡大する。
請求項２の発明は以上説明したとおり、請求項１の発明の効果に加えて、加熱手段は、加熱器と補助ポンプと電磁弁とを含むので加熱手段の容量を必要以上に大きくする必要はない。
【００１６】
請求項３の発明は以上説明したとおり、請求項１又は請求項２の発明の効果に加えて、乾燥装置の運転開始時又は乾燥装置が設置される場所での外気温が所定温度以下になった場合や運転開始前の部分凍結の状態を正常状態に復帰させる場に加熱手段が動作するので、運転開始時や厳寒期の運転に関し、効率的な装置の運転が可能になる。
【００１７】
【実施例】
図１はこの発明の第１の実施例による真空乾燥装置の構成を示した図である。図を参照して、その構成について説明するが、ここでは図３で示した従来の真空乾燥装置と比べた場合の相違点について主に説明する。
図を参照して、往き温水管２０９ａの１の入口側のノードＮ１０１とノードＮ１０２との間にバイパス管５５が設けられている。バイパス管５５にはノードＮ１０１側から加熱器５７、水流スイッチ６３、補助ポンプ５９及び電磁弁６１が取付けられている。加熱器５７は例えばスチームやガス燃焼等を熱源として、バイパス管５５を循環する温水を加熱する熱交換器である。このように補助加熱ユニット６５は、加熱器５７、バイパス管５５、水流スイッチ６３、補助ポンプ５９、電磁弁６１とから構成される。
【００１８】
又、戻り冷水管２０７ｂのノードＮ１と戻り温水管２０９ｂのノードＮ３との間に戻りバータ回路４１ｂが設けられ、戻り冷水管２０７ｂのノードＮ２と戻り温水管２０９ｂのノードＮ４との間に往きバータ回路４１ａが設けられる。往きバータ回路４１ａには電磁弁４３が取付けられ、電磁弁４３の開閉は戻り冷水管２０７ｂの蒸発ユニット２５の入口側のノードＮ７の温度を検知する温調器４４によって制御される。又、戻り温水管２０９ｂのファンクーリングユニット１７の入口側のノードＮ５と凝縮ユニット２１の入口側のノードＮ６との間にはバイパス管４８が設けられ、そこにはファンクーリングユニット１７の必要能力を調整するための圧力調整弁４７が取付けられる。
更に戻り温水管２０９ｂのノードＮ３の上流側には圧力調整弁４５が取付けられている。この圧力調整弁４５は冷水側のポンプ２７の吸い込み圧力と温水側のポンプ２９の吸い込み圧力とを均一にして、定常運転時に不用意に戻りバータ回路４１ｂを介して冷水、又は温水が移動しないようにするためである。
【００１９】
次に、第１の実施例による真空乾燥装置による動作について説明する。
乾燥容器２０１に被乾燥物が収容されて、乾燥処理が開始されると冷温熱発生装置２０５が運転を開始すると共に補助加熱ユニット６５も運転を開始し、同時にポンプ２７及びポンプ２９も運転を開始して、往き冷水管２０７ａ及び戻り冷水管２０７ｂ内の冷水及び往き温水管２０９ａ及び戻り温水管２０９ｂの温水を各々循環させる。即ち、冷温熱発生装置２０５においては、圧縮機１９が動作を開始し、冷媒管３０１ｄを介して流入してくる冷媒を圧縮し、高温、高圧力の状態で凝縮ユニット２１に送り出す。温熱に関して言えば、凝縮ユニット２１において冷媒の保有熱と戻り温水管２０９ｂを戻ってくる温水との間で熱交換がなされるが、初期状態では冷媒の温度が十分に上昇していないため、その交換熱量は少ない。一方、補助加熱ユニット６５では電磁弁６１がＯＮとなり、又補助ポンプ５９もＯＮとなるので、往き温水管２０９ａから乾燥容器２０１に流入しようとする温水の一部がバイパス管５５に流入する。そしてバイパス管５５に流入した温水は加熱器５７において所定の熱源から熱を与えられ、ノードＮ１０１から所定温度上昇した状態で乾燥容器２０１に流入する。これによって、従来であれば運転開始時では凝縮ユニット２１の出口の温度、即ち、乾燥容器２０１への流入時の温度は低かったが、補助加熱ユニット６５によって、定常運転状態に近い温度で乾燥容器２０１に温水を流入させることができる。そのため従来の真空乾燥装置に比べ、運転開始時から被乾燥物からの水分の蒸発が開始するまでの時間が大幅に短縮される。又、補助加熱ユニット６５の運転によって、凝縮ユニット２１への戻りの温水の温度も従来に比べて上がるので、冷温熱発生装置２０５の冷媒の高圧側の負荷も減少して冷温熱発生装置２０５の定常運転への到達時間も減少する。
【００２０】
所定時間経過後、冷温熱発生装置５が定常運転に入ると、電磁弁６１及び補助ポンプ５９をＯＦＦして補助加熱ユニット６５の運転を停止させる。これによって、凝縮ユニット２１から所定温度で流出された温水は補助加熱ユニット６５をバイパスすることなく、直接乾燥容器２０１に流入するので温水循環系の回路抵抗を増大させることはない。
【００２１】
尚、補助加熱ユニット６５を全流量タイプとせずに、バイパスタイプとしたのは以下の理由による。補助加熱ユニット６５は基本的には装置の立ち上げ用であるので、装置が定常運転に入ると不要となるものである。そのとき全流量タイプであると、加熱器の熱源をＯＦＦした状態で定常運転を続けることになる。すると、その加熱器で凝縮ユニット２１で付与された温熱が奪われることになり、装置の乾燥能力を低下させることになるからである。更に全流量タイプであると、往き温水管２０９ａの配管系を変えずに接続させるためポンプ及び加熱器の容量が大きなものが必要になり、経済的に有利と言えないからである。
【００２２】
又、補助加熱ユニット６５は戻り温水管２０９ｂ側に設置することも可能であるが、以下の理由で本実施例のように往き温水管２０９ａ側に設定することが好ましい。即ち、補助加熱ユニット６５を戻り温水管２０９ｂ側に設置すると、上記で説明したように冷温熱発生装置２０５の定常運転までの立ち上がり時間の短縮に寄与するが、通常の運転開始状態に比べ急速な冷媒の運転状態が変動するので圧縮機１９に過大な負荷がかかり易くなり、冷温熱発生装置２０５の保護としては好ましくないからである。これに対して、補助加熱ユニット６５を往き温水管２０９ａに設置すると、往き温水管２０９ａの温水に付与された熱量は、殆ど乾燥容器２０１内の被乾燥物の加熱に消費されるので、戻り温水管２０９ｂの戻りの温度はそれほど過度には上昇しない。そのため、冷温熱発生装置２０５に過度の負荷をかけるおそれがないからである。
【００２３】
以上が運転開始状態におけける補助加熱ユニット６５の働きであるが、補助加熱ユニット６５は運転開始状態のみならず、外気温度が相当低い冬期に於いても有利な働きをする。
従来であれば、補助加熱ユニット６５がないため冬期においては循環系の凍結防止のために、ポンプ２７及びポンプ２９を常時運転しておき、又、それでも不十分な状態に備えて、配管等を断熱材で覆い、更に電熱線やスチーム等で保温することが考えられる。しかし、本実施例ではそのような冬期の状態では、往き温水管２０９ａ及び戻り温水管２０９ｂの温水循環ラインの温水を加熱し、更に、外気温度が所定温度以下になった旨の検知出力に応答して、往きバータ回路４１ａの電磁弁４３を”開”とすれば良い。すると補助加熱ユニット６５によって加熱された温水は往きバータ回路４１ａを介して戻り冷水管２０７ｂに流入し、往き冷水管２０７ａ及び戻り冷水管２０７ｂ内の冷水を所定温度まで上昇させ、その凍結を防止する。即ち、温水の循環ラインと、冷水の循環ラインとを往きバータ回路４１ａ及び戻りバータ回路４１ｂを介して相互に接続してその中を所定温度以上の温水を循環させることが可能になる。
【００２４】
一方、冬期以外の時期であって運転開始時から所定時間経過した後の定常状態における運転では、補助加熱ユニット６５の運転は停止され、また、バータ回路は働かず、図３で示した従来の真空乾燥装置と同様の運転が行なわれる。そこで、例えば被乾燥物にとって温熱に比べて冷熱が少なくてよい非定常状態を考える。
【００２５】
このとき冷温熱発生装置２０５において発生される温熱Ｑ_２ と冷熱Ｑ_１ とはほぼ同等の熱量である。従って、このまま必要な温熱をベースに運転を続けると、冷熱が余ってくることになる。そのため凝縮器２０３で使用される冷熱は定常時に比べて少なくなるため、蒸発ユニット２５に戻る冷水の温度は余り高くはならず、低温のまま蒸発ユニット２５に流入するので蒸発ユニット２５で冷水が結氷して蒸発ユニット２５を損傷するおそれがある。そこで、この実施例では戻り冷水管２０７ｂのノードＮ７の温度が所定温度（例えば８．５℃）より低い旨（厳寒期でも生じる場合がある）を温調器４４が検知すると、電磁弁４３を”開”として往き温水管２０９ａから温水を往きバータ回路４１ａを介してもどり冷水管７ｂに流入させる。これによって戻りの冷水の温度が所定温度以下で蒸発ユニット２５に戻ることはなく、冷温熱発生装置２０５の装置が保護される。
【００２６】
これに対して、冷熱に比べて温熱が足りない非定常状態では、冷温熱発生装置２０５の全体の冷熱、温熱発生量を高めると、先のように冷熱が余る弊害が生じ、この場合、バータ回路４１ａを用いて温水を冷水側に流入させると温熱不足を解消することができない。その場合は、圧力調整弁４７を用いて温水の所定量をファンクーリングユニット１７（通常は戻り温水管２０９ｂのノードＮ８の温度が４５．５℃以上になるとＯＮとなる）を所定量バイパスさせることによって温熱を有効利用する。即ち、ファンクーリングユニット１７は、もともと冷温熱発生装置２０５の圧縮機１９の仕事量に加熱負荷の変動を見越した余裕分を加えたものに対応した熱を大気放熱する。そのためこの大気放出分の熱量をファンの回転を制御することにより、又は圧力調整弁４７によって、乾燥用に有効利用しようとするものである。
【００２７】
図２は、この発明の第２の実施例による真空乾燥装置の構成を示した図である。
この実施例では、先の第１の実施例における真空乾燥装置の構成に加えて、往き冷水管２０７ａのノードＮ９と戻り温水管２０９ｂのノードＮ１０との間に第２の往きバータ回路４１ｃを設け、その往きバータ回路４１ｃに電磁弁４９を取付けたものである。そして、電磁弁４９は、冷水の蒸発ユニット２５への戻り側のノードＮ７の温度を検知する温調器３０５と温水の凝縮ユニット２１への戻り側のノードＮ８の温度を検知する温調器５１とによって、その開閉が制御される。尚、バータ回路４１ｂは先の実施例では冷水側から温水側への一方通行であったが、この実施例では、電磁弁４９の働きによって冷水側から温水側へ、又は温水側から冷水側へと、自由に冷温水が移動する。このように先の実施例と異なり、電磁弁４９の開条件が温水の戻り温度（例えば４６℃以上）のみならず、冷水の戻り温度（例えば１０．５℃以下）をも制御条件にしているのは以下の理由による。
【００２８】
被乾燥物からの蒸発が減少し、温熱が余って温水の戻り温度が所定温度より上昇した場合、ファンクーリングユニット１７の負荷を減少させるために、往き冷水管２０７ａから冷水を温水側に供給すると凝縮器２０３での冷熱が不足するおそれがある。そのような状態で運転を続けると凝縮器２０３で水蒸気が完全に凝縮せずに未凝縮状態の水分を含んだ空気が大気に放出されるおそれがある。従って、冷水を温水側に流入させるには、冷水の戻り温度が所定温度以下、即ち、凝縮器２０３での未凝縮状態が発生しないことをも条件に電磁弁４９を開けようとするためである。このようにすることによって、加熱負荷の減少に伴う放熱に冷水の熱量を利用できるので、先の第１の実施例の装置に比べてファンクーリングユニット１７の容量を小さくすることが可能になる。
【００２９】
尚、上記各実施例では、真空乾燥装置に本願発明を適用しているが、真空ポンプを用いることなく乾燥を行なうような乾燥装置にも、同様にこの発明の思想が適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例による真空乾燥装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の第２の実施例による真空乾燥装置の構成を示す図である。
【図３】従来の真空乾燥装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
２１ 凝縮ユニット
２５ 蒸発ユニット
４１ａ、４１ｂバータ回路
５７ 加熱器
５９ 補助ポンプ
６１ 電磁弁
６５ 補助加熱ユニット
２０１ 乾燥容器
２０３ 凝縮器
２０５ 冷温熱発生装置
２０７ａ、２０７ｂ冷水管
２０９ｂ、２０９ｂ温水管
尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (3)

1. 傍熱式の乾燥装置であって、
   厨芥等の被乾燥物を収容する乾燥容器と、
   前記乾燥容器内で発生する蒸気を排出するために前記乾燥容器に接続される凝縮器と、
   冷媒を循環させることによって、冷熱を発生する蒸発ユニットと温熱を発生する凝縮ユニットとを含む冷温熱発生装置と、
   前記凝縮器と前記蒸発ユニットとを冷水が循環するように接続し、前記蒸発ユニットで発生された冷熱を前記凝縮器に付与する冷水循環回路と、
   前記乾燥容器と前記凝縮ユニットとを温水が循環するように接続し、前記凝縮ユニットで発生された温熱を前記乾燥容器に付与する温水循環回路と、
   前記温水循環回路の前記凝縮ユニットから前記乾燥容器に向かう往き温水管に設けられたバイパス回路と、
   前記バイパス回路に設置され、所定条件において前記往き温水管を循環する温水を前記バイパス回路を通して加熱する加熱手段と、
   前記冷水循環回路と前記温水循環回路とを接続し、前記凝縮器で必要な冷熱量の変化と前記乾燥容器で必要な温熱量の変化に応じて、前記冷水循環回路内の冷水と前記温水循環回路内の温水とを相互に移動させるバータ手段とを備えた、乾燥装置。
2. 前記加熱手段は、加熱器と補助ポンプと電磁弁とを含む、請求項１記載の乾燥装置。
3. 前記所定条件とは、前記乾燥装置の運転開始時又は前記乾燥装置が設置される場所での外気温が所定温度以下になった場合や運転開始前の部分凍結の状態を正常状態に復帰させる場合を含む、請求項１又は請求項２記載の乾燥装置。

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