JP3579520B2 - 凝縮装置及び真空乾燥装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は凝縮装置及び真空乾燥装置に関し、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とそれに用いる凝縮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させて水に戻し、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６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。尚、乾燥容器２０１の底部には攪拌駆動部６９に接続された攪拌アーム及びスクレーパ（図示せず）が取付けられている。
【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、その下流側には水流スイッチ３０３とファンクーリングユニット１７が取付けられている。又、凝縮器２０３の下部に接続する排水管３８には電磁弁８７を介して直接駆動方式のポンプ３１が取付けられ、その下流には電磁弁８９が取付けられている排水管４２が接続される。電磁弁８７及び８９は、凝縮器２０３に設けられた上限水位検知器３９及び下限水位検知器４１と連動して開閉する。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。尚、運転が開始されると、乾燥容器内に取付けられた攪拌アームが攪拌駆動部６９によって回転し、被乾燥物を攪拌してその水蒸気の発生を促進する。
【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、上限水位検知器３９によって所定水位が検知されると、先ずポンプ３１を駆動した後、電磁弁８７及び８９の各々を”開”とすることで装置外に排出される。排水動作が進み、凝縮器２０３における凝縮水の水位が下がりその旨が下限水位検知器４１によって検知されると、電磁弁８７及び８９の各々を”閉”とした後、ポンプ３１を停止する。このようにポンプ３１を作動させるのは、ポンプがメカニカルシール方式であるため、作動中は外部に対してシールされているが、停止中はシール機能が働かないためである。即ち、作動前に電磁弁８７及び８９を”開”とすると、凝縮器２０３内部の真空度が低下するからである。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、ポンプ３１はメカニカルシール形式のポンプを採用しているため真空度は確保されるものの、ポンプの両側に電磁弁８７及び８９を設けているため、ポンプを含みその制御が複雑になる。
請求項１記載の発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、インペラと駆動部とを別体とする間接駆動方式のポンプを使用して、構成を簡素化し、かつ制御を容易にする凝縮装置を提供することを目的とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、排水ポンプを用いずにコスト的により有利な凝縮装置を提供することを目的とする。
又、真空乾燥装置では、乾燥が進み被乾燥物の含水量が所定の値以下になった時には装置を停止すべきであるが、従来では被乾燥物の投入後の経過時間等によって停止時間を決定していた。しかし、このような方法では、被乾燥物の水分保有量や投入量によって停止時間を経験的に変える必要があり、その制御が面倒であった。
【００１０】
請求項３記載の発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、被乾燥物の種類や投入量にかかわらず、適切なタイミングで装置を自動停止できる真空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の発明にかかる凝縮装置は、間接駆動方式のポンプであって、排出管に接続され、水位検知器の検知出力に応答して貯留された凝縮水を排出する排出ポンプと、排出管の排出ポンプの下流側に接続され、水位検知器の検知出力に応答して開となる弁と、排出ポンプが弁の開動作に先立って駆動するように、排出ポンプと弁とを制御する制御手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１２】
請求項２の発明にかかる凝縮装置は、排出管に接続され、開状態となっている第１の弁と、排出管の第１の弁の下流側に接続され、閉状態となっている第２の弁と、第１の弁と第２の弁との間の排出管に接続される分岐管と、分岐管に接続され、閉状態となっている第３の弁と、水位検知器の検知出力に応答して、第１の弁を開状態から閉状態に、第２及び第３の弁の各々を閉状態から開状態に変化させるように、第１から第３の弁を制御する制御手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１３】
請求項３の発明にかかる真空乾燥装置は、真空乾燥容器から排出された水蒸気を冷却して凝縮水として排出する真空乾燥装置であって、凝縮水が貯留される凝縮器と、貯留された凝縮水が所定水位になった旨を検知する水位検知器と、水位検知器の検知出力に応答して、貯留されている凝縮水の少なくとも一部を排出する排出手段と、水位検知手段の検知出力の出力間隔が所定時間以上となった旨を検出する検出手段と、検出手段の検出出力に応答して、真空乾燥装置の運転を停止させる制御手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１の発明は以上説明したとおり、排出ポンプが弁の開動作に先立って駆動するように排出ポンプと弁とが制御されるので、排出ポンプの上流側に弁を設けなくても真空度の低下の虞は生じない。
請求項２の発明は以上説明したとおり、水位検知器の検知出力に応答して、第１の弁を開状態から閉状態に、第２及び第３の弁の各々を閉状態から開状態に変化させるように第１から第３の弁が制御されるので、排水ポンプを使用することなく、かつ真空度を低下させずに凝縮水を排出することができる。
【００１５】
請求項３の発明は以上説明したとおり、水位検知手段の検知出力の出力間隔が所定時間以上となった旨の検出出力に応答して、真空乾燥装置の運転を停止させるので、被乾燥物の種類や投入量にかかわらず、所望の乾燥度に応じて装置を自動停止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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６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、凝縮器２０３の下部に接続される排水管３８には間接駆動方式のポンプ３１が取付けられているため、従来例のような電磁弁８７は取付けられていない。即ち、ポンプ３１はインペラと駆動部とが別体で各々がマグネットクラッチで連結されるポンプであるため、停止時に於いても、インペラと外部とのシールは確保されている。ポンプ３１の下流側には電磁弁３７が取付けられている排水管４２が接続されている。ポンプ３１及び電磁弁３７の作動は、凝縮器２０３の凝縮水の上限レベルを検知する上限水位検知器３９の信号に応答して、制御装置８５によって制御される。
【００１７】
次に凝縮器２０３の凝縮水の排水動作について説明する。
凝縮器２０３内の凝縮水の貯留が進み、その水が上限レベルに達したことが上限水位検知器３９によって検知される、制御装置８５は先ずポンプ３１を駆動させて所定時間経過後、電磁弁３７を”開”となるように制御する。このように電磁弁３７を先に”開”としないのは、ポンプ３１は停止した状態では、流路に対してはシール性がないため、凝縮器２０３の真空度が低下することを防止するためである。
【００１８】
ポンプ３１を駆動させた状態で、電磁弁４２を所望の時間”開”とすることによって、所望量の凝縮水が排出される。そして、制御装置８５は、先ず、電磁弁３７を”閉”とし、所定時間経過後、ポンプ３１を停止させる。ポンプ３１の単位時間あたりの排水量は一定であるため、一回のポンプの運転による凝縮排水は一定量となる。このようにして、排水停止時の凝縮器２０３の真空度が確保される。尚、下限水位検知器４１は、凝縮水の排出動作に異常が生じた場合、装置の真空度の確保のための安全装置として機能する。即ち、所定時間の凝縮水の排出動作が終了しても、電磁弁４２が”閉”とならない時は排出動作が続行して凝縮器２０３の水位が下がり、ついには凝縮水がなくなって装置の真空が破壊される虞がある。そこで、このような異常水位の低下が下限水位検知器４１で検知されると、装置全体を停止して真空度の低下を防止しようとするものである。もっとも、下限水位検知器４１を安全装置として用いる代わりに、その検知出力でポンプ３１の運転を停止させて、一回の凝縮排水を一定量とする制御とすることも可能である。
【００１９】
以下、この停止、排水の動作が繰り返されるが、制御装置８５によってそのインターバルの時間を測定しておき、その時間が所定時間以上になれば装置が停止するように制御させる。即ち、被乾燥物の含水率が２０〜３０％になれば、乾燥が終了したものとして装置を自動停止させるような時間を設定すれば良い。又、凝縮排水のインターバルが２０分のときは乾燥度１とし、３０分のときは乾燥度２とし、４０分のときは乾燥度３としておき、被乾燥物の種類に応じて自動停止をさせる乾燥度を選択するようにしても良い。
【００２０】
図２は、この発明の第２の実施例による凝縮装置としての凝縮器周り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、凝縮器２０３周りの他の構成については図１で示した構成と同様であるので、ここでの説明は繰り返さない。
凝縮器２０３の下部には、排水管３８が接続され、その下部には電磁弁４３が取付けられている。電磁弁４３の下流側には、排水管４２が接続され、その下部には電磁弁４５が取付けられている。一方、排水管４２のノードＮ１には分岐管４４が接続され、分岐管４４には電磁弁４７が取付けられている。上限水位検知器３９からの出力信号は、制御装置８５に入力され、制御装置８５はこの信号に基づいて電磁弁４３、電磁弁４５及び電磁弁４７の各々を制御する。
【００２１】
以下、この実施例による凝縮装置の動作について説明する。
通常運転中、即ち、凝縮水の水位が上限水位検知器３９の検知レベル以下であるときは、制御装置８５によって電磁弁４３は”開”となり、電磁弁４５及び電磁弁４７の各々は”閉”となるように制御されている。従って、凝縮水は凝縮器２０３内のみならず、電磁弁４５と電磁弁４７と凝縮器２０３との間の排水管３８、排水管４２及び分岐管４４にも貯留されていることになる。凝縮水が増加して、その水位が上限レベルに達した旨が上限水位検知器３９によって検知されると、制御装置８５はこの検知信号に応答して、先ず、電磁弁４３を”閉”とした後、電磁弁４５及び電磁弁４７の各々を”開”とする。これによって、電磁弁４３と電磁弁４５と電磁弁４７との間の排水管４２及び分岐管４４内に貯留されていた凝縮水は電磁弁４５を通して外部に排出される。この排出時には、電磁弁４７が”開”であるので、分岐管４４を通して空気が吸い込まれ、凝縮水の排出をスムーズにする。
【００２２】
所定時間が経過して、排水管４２及び分岐管４４内の貯留水が排出されると、制御装置８５は電磁弁４５及び電磁弁４７の各々を”閉”とした後、電磁弁４３を”開”とするように電磁弁の開閉を制御する。これによって、排水管４２及び分岐管４４は凝縮器２０３内部と導通して、凝縮器２０３内に貯留されている凝縮水が流れ込む。このように電磁弁の開閉が制御されるので、凝縮器２０３内の真空度を低下させることはない。
【００２３】
以下、同様に上記の動作が所定回数繰り返されて凝縮水の排出が行なわれる。この実施例では一回の排水量は、排水管４２及び分岐管４４内の凝縮水の量になる。尚、この実施例では下限水位検知器を設けていないが、第１の実施例のように下限水位検知器を設け、この検知器からの信号出力があるまで、電磁弁４３、電磁弁４５及び電磁弁４７の開閉を繰り返すように制御装置８５で制御するようにしても良い。
【００２４】
図３は、この発明の第３の実施例による凝縮器周りの構成を示した図である。従来例では、真空ポンプ３３は油回転式であるので、凝縮器２０３から排出される空気には未凝縮の水分が含まれており、真空ポンプ３３からの排気回路を通して外部に放散されるが、その一部は真空ポンプ３３内部の油に混入するので好ましくない。尚、通常の真空ポンプ３３には吸入した水分を除去する機能が組み込まれているが、吸い込む空気は通常の空気を前提としているためその除去量は、一般的には２０ｃｃ／Ｈ程度の能力しかない。真空容器からの排出空気のように水分を多量に含んでいるものでは、例えば乾燥容器２０１が容量２００リットル程度のものに被乾燥物が１２０〜１６０ｋｇが収容された場合、凝縮器２０３でその水分がかなり凝縮されるとしても、１００ｃｃ／Ｈ程度の除去能力が真空ポンプ３３には欲しいところである。もっとも凝縮器２０３を多段構成にすると排出される空気に含まれる水分は激減するが、コスト的に不利となる。そこで、この実施例の装置では真空ポンプ３３に流入した水分を定期的に除去する構成としている。
【００２５】
図を参照して、その構成について説明するが、凝縮器２０３周りの他の構成については図６の従来例で示した構成と同様であるので、ここでの説明は繰り返さない。
凝縮器２０３の上部に接続される排気管３６には逆止弁３４が取付けられ、その端部には真空ポンプ３３が取り付けられている。又、真空ポンプ３３には空気を供給する空気バラスト用の流入管４９が接続され、その流入側から供給空気量を制御するためのオリフィス５５とその開閉がコンピュータ制御される電磁弁５３と供給される空気の水分を除去するためのフィルタ５１が各々接続されている。一方、真空ポンプ３３の排出口に接続されるミスト排出管５９にはオイルミストセパレータ５７が取付けられ、ミスト排出管５９の端部は排出管６１にノードＮ２で接続されている。又、排出管６１にはその内部に貯留されている水の水位を検知する水位検知器６３と水位検知器６３からの出力信号に応答して、その開閉が制御される電磁弁６５が取付けられている。
【００２６】
以下、この実施例の装置による真空ポンプ３３周りの動作について説明する。通常運転時では、電磁弁５３は”閉”状態であり、流入管４９を通して空気は供給されておらず、真空ポンプ３３には凝縮器２０３から排出される空気に含まれた水分が徐々に、封入されている油分に混入される。そして、所定時間経過すると、電磁弁５３が”開”となり、水分が除去された所定量の空気が真空ポンプ３３に供給される。油分に混入した水分は供給された大量の空気によってミスト状態になり、水分が蒸発して水蒸気となって供給空気と共にミスト排出管５９に排出される。排出された空気に含まれた油分はオイルミストセパレータ５７で分離され、水分を含んだ空気のみがミスト排出管５９を通して排出管６１に向かう。排出管６１に向かった空気に含まれている水分は、ノードＮ２と電磁弁６５との間に貯留される。貯留された水は、所定水位となった旨が水位検知器６３に検知されると、その検知信号に応答して電磁弁６５は”開”となって、外部に排出される。尚、電磁弁５３の開閉のインターバルは乾燥容器２０１における被乾燥物の乾燥度合いに応じて設定すれば良く、又、オリフィス５５は真空ポンプ３３の容量に応じて選択すればよい。
【００２７】
図４は、この発明の第４の実施例の装置による凝縮器周り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、凝縮器２０３周りの他の構成については図６の従来例で示した構成と同様であるので、ここでの説明は繰り返さない。
【００２８】
先の第３の実施例における構成との違いは、この実施例では凝縮器２０３と逆止弁３４との間の排気管３６にその真空度を検知する真空圧検出装置６７が取付けられ、その検知信号に応じて電磁弁５３の開閉が制御される点である。第３の実施例では、排気管３６の真空度、即ち、凝縮器２０３の真空度にかかわらず、一定のインターバルで外部から真空ポンプ３３に空気を供給していたため、そのタイミングによっては凝縮器２０３の真空度がかなり低下する虞がある。そこで、この実施例では、凝縮器２０３、即ち排気管３６の真空度が所定の設定値より高い旨が真空圧検出装置６７によって検知されると、流入管４９を通して空気を外部から供給する。従って、空気の供給によって真空度の低下があっても、所定値以下には真空度は低下することなく、安定した被乾燥物からの水分の蒸発が行なわれる。
【００２９】
図５は、この発明の第５の実施例の装置による凝縮器周り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、凝縮器２０３周りの他の構成については図６の従来例で示した構成と同様であるので、ここでの説明は繰り返さない。
【００３０】
通常上記のような真空乾燥装置では、被乾燥物からの水分が蒸発した水蒸気を高真空中で凝縮させて凝縮水に戻しているため、凝縮水に含有される酸素濃度が極めて低くなる。一般の排出水の法規制は以下の通りである。

上記の表から明らかなように、ＢＯＤ及びＣＯＤの値を少なくとも、１６０ｍｇ／ｌ以下に低下させる必要がある。そこで、この実施例の装置は排出水に含まれる酸素濃度を上昇させるために設けられたものである。
【００３１】
図を参照して、凝縮器２０３の下部からポンプ３１及び電磁弁３７を介して凝縮水が排出される構成は、先の第１の実施例によるものと同一である。この実施例では電磁弁３７の下流に接続される酸素供給装置７１を通って流れ出る凝縮水は排水口等に排出されるのではなく、酸素供給装置７１内に排出される。酸素供給装置７１の下部には、ファン７５によって外部の空気が供給されるダクト７７が配置されており、又、ダクト７７の酸素供給装置７１内部には複数の開口９１が設けられている。一方、酸素供給装置７１の上方には千鳥状に配置された複数のバッフル７３が設けられており、更に酸素供給装置７１の胴部には水位検知器８１が取付けられ、その下部には電磁弁８３が取付けられている排水管７９が接続されている。
【００３２】
次に、この発明の第５の実施例による排水装置の動作について説明する。
所定のタイミングで電磁弁３７が”開”となって乾燥容器２０３から排出されてきた凝縮水は一旦、酸素供給装置７１内に排出され水位検知器８１の検知水位までそこで貯留される。一方、ファン７５によって供給された空気は、ダクト７７の複数の開口９１を通して酸素供給装置７１に貯留されている貯留水９３に対して噴出する、いわゆるバブリングが行なわれる。これによって、貯留水９３に含まれている酸素濃度は所定値以上に回復し、法規制のもとで外部に排出できる状態となる。貯留水９３が所定の水位になった旨が水位検知器８１によって検知されると、その検知出力に応答して電磁弁８３が”開”となって、貯留水９３は排水管７９を通して排出される。
【００３３】
尚、図５ではファン７５の位置を貯留水９３の最上位の位置即ち、水位検知器８１の設置位置以上にしているが、これはダクト７７を通しての漏水の観点からであり、漏水対策が問題ないならばファン７５の位置は下方でも良い。又、上記の実施例では、空気によってバブリングを行なっているが、これに代えて、通常の工業用水で凝縮水を希釈して酸素濃度を高めた上で排出してもよい。
【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した図である。
【図２】この発明の第２の実施例による凝縮装置の構成を示した図である。
【図３】この発明の第３の実施例の装置による真空ポンプ回りの構成を示した図である。
【図４】この発明の第４の実施例の装置による真空ポンプ回りの構成を示した図である。
【図５】この発明の第５の実施例の装置による凝縮水の排出装置の構成を示した図である。
【図６】従来の真空乾燥装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
３１ ポンプ
３７ 電磁弁
３８ 排水管
３９ 上限水位検知器
４３、４５、４７ 電磁弁
４４ 分岐管
８５ 制御装置
２０１ 乾燥容器
２０３ 凝縮器
尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (3)

1. 真空乾燥容器から排出された水蒸気を冷却して凝縮水として排出する凝縮装置であって、
   凝縮水が貯留される凝縮器と、
   前記貯留された凝縮水が所定水位になった旨を検知する水位検知器と、
   前記凝縮器の下部に接続される排出管と、
   間接駆動方式のポンプであって、前記排出管に接続され、前記水位検知器の検知出力に応答して前記貯留された凝縮水を排出する排出ポンプと、
   前記排出管の前記排出ポンプの下流側に接続され、前記水位検知器の検知出力に応答して開となる弁と、
   前記排出ポンプが前記弁の開動作に先立って駆動するように、前記排出ポンプと前記弁とを制御する制御手段とを備えた、凝縮装置。
2. 真空乾燥容器から排出された水蒸気を冷却して凝縮水として排出する凝縮装置であって、
   凝縮水が貯留される凝縮器と、
   前記貯留された凝縮水が所定水位になった旨を検知する水位検知器と、
   前記凝縮器の下部に接続される排出管と、
   前記排出管に接続され、開状態となっている第１の弁と、
   前記排出管の前記第１の弁の下流側に接続され、閉状態となっている第２の弁と、
   前記第１の弁と前記第２の弁との間の前記排出管に接続される分岐管と、
   前記分岐管に接続され、閉状態となっている第３の弁と、
   前記水位検知器の検知出力に応答して、前記第１の弁を開状態から閉状態に、前記第２及び第３の弁の各々を閉状態から開状態に変化させるように、前記第１から第３の弁を制御する制御手段とを備えた、凝縮装置。
3. 真空乾燥容器から排出された水蒸気を冷却して凝縮水として排出する真空乾燥装置であって、
   凝縮水が貯留される凝縮器と、
   前記貯留された凝縮水が所定水位になった旨を検知する水位検知器と、
   前記水位検知器の検知出力に応答して、前記貯留されている凝縮水の少なくとも一部を排出する排出手段と、
   前記水位検知手段の検知出力の出力間隔が所定時間以上となった旨を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出出力に応答して、前記真空乾燥装置の運転を停止させる制御手段とを備えた、真空乾燥装置。

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