JP3685477B2 - 水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置およびその運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、生ごみ、汚泥、または廃液等の高含水廃棄物の処理を主目的とし、食品や医薬品等の生産施設における濃縮、脱水、または乾燥処理にも適用可能な、被乾燥物を入れる気密断熱容器と、その容器内を減圧する水蒸気圧縮機と、その水蒸気圧縮機で加圧した水蒸気を凝縮しその潜熱で容器内の被乾燥物を乾燥する凝縮器とで構成される水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生ごみ、汚泥、あるいは廃液等の水分を多く含む廃棄物は、貯蔵や運搬に困難を伴う難処理物であり、焼却する場合にも多量の助燃剤を必要とするため、エネルギー浪費型の処理になっている。しかし、これらから水分を蒸発させれば大幅な減量化が可能であり、リサイクルも容易になる。また、水分の蒸発は、このような廃棄物の処理のみではなく、食品や医薬品等の生産プロセスにおいても重要なプロセスである。
【０００３】
このような水分の蒸発プロセスにおいては、水の大きな蒸発潜熱（１００℃で２２５７ｋＪ／ｋｇ）を賄わねばならないので、莫大な熱エネルギーを必要としている。しかるに、従来の乾燥装置では、化石燃料ボイラーからの水蒸気で被乾燥物を加熱したり、あるいは温風によって乾燥しており、乾燥後の熱をそのまま、あるいは冷却塔を介して大気に放出していた。
【０００４】
そこで、水分蒸発プロセスの省エネルギー化を目的として、本出願人は、発生した水蒸気を圧縮して凝縮潜熱を回収利用する技術を特開平９−１２６６５２号、特開平１０−１０３８６１号、および特開平１０−１０３８６２号の各公報に開示している。
これらの技術では、高含水廃棄物の入った気密断熱容器を予熱し、次いで水蒸気圧縮機の運転によりその容器内を減圧して１００℃未満で沸騰させ、こうして生じた水蒸気を大気圧以上に加圧して１００℃以上で凝縮し、その潜熱を利用して廃棄物を加熱している。
【０００５】
一般に、水蒸気を圧縮した後に凝縮させて潜熱を回収する技術は、蒸気再圧縮方式として知られており、大規模なビール醸造プロセス等に適用されていた。しかし、従来は、液状物質への適用に限られており、構造が複雑、かつ運転操作が難しく、プラント規模の大型装置が主体になっていた。
そこで、小規模装置でも実現可能な簡単な構造とし、液状のみならず固形物を含む高含水廃棄物の乾燥にも適用できるようにすることを目的としたのが上記の各技術である。
【０００６】
なお、これらの技術は、水蒸気を冷媒とするヒートポンプと見なすことができ、ここでは、水蒸気ヒートポンプ方式と称する。そして、石油等の化石燃料ボイラーからの熱で乾燥させる従来の温風乾燥方式や伝熱加熱乾燥方式等を従来方式と呼ぶ。
本出願人は、上記一連の技術の提案後、水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の実用化に向けて技術開発を進め、本発明はそれらの知見に基づいてなされたものである。
【０００７】
図７には、水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の基本的な構成が示されている。図において、水分蒸発回路は、内部に被乾燥物である含水性廃棄物Ｗを入れた気密断熱容器１から配管６ａが水蒸気圧縮機２に接続され、水蒸気圧縮機２の吐出口から配管６ｂにより容器１内の凝縮器３に接続され、凝縮器３から配管６ｃによりレリーフ弁４および蒸気トラップ５に接続されている。なお、符号Ｅは、容器１の投入口、Ｆは排出口を示している。
【０００８】
気密断熱容器１内で含水性廃棄物Ｗを１００℃未満に図示してない予熱手段により予熱し（予め加熱した含水性廃棄物を入れてもよい）、水蒸気圧縮機２を運転すると容器１内では大気圧以下で水分が沸騰（蒸発）する。こうして生じた水蒸気を圧縮して凝縮器３に送って凝縮させ、その潜熱を回収して被乾燥物Ｗを加熱する。
運転状態の一例としては、水蒸気の沸騰状態が絶対圧力８４ｋＰａでその飽和温度９５℃、凝縮状態として絶対圧力１４２ｋＰａでその飽和温度１１０℃が想定できる。こうして生じた凝縮水は、大気圧よりも高いために吸引ポンプが無くても蒸気トラップ５を通過し、自発的に外部に排出される。
また、図７中の不凝縮性ガス排出弁（レリーフ弁）４は、容器１内の空気を運転初期に排出することが主な目的であるが、運転中に被乾燥物中から出てくる気体や、装置のシール部等から漏れ出る空気を排出する機能を有している。
【０００９】
なお、図７は、水蒸気ヒートポンプ式乾燥装置の基本的な構成を示すのみで、具体的な装置では、多くのバリエーションや補助的な部品があり得る。例えば、凝縮器は、被乾燥物との熱交換が重要な機能であって容器内の静止型熱交換器、容器の外壁に二重ジャケットを形成したもの、または乾燥容器内で回転撹拌運動を行う構造等が考えられる。なお、図７では、温度調整機構（水蒸気排出弁）などの図示は省略されている。
【００１０】
一方、前記の特開平９−１２６６５２号公報に開示の技術においては、図９に示すように、気密断熱容器１内に設置した電熱ヒーター１４やスチーム熱交換器を用いて予熱を行っている。しかし、このような構造では、熱交換部（凝縮器３、電熱ヒーター１４）が容器内に突出し、撹拌機１７を使用する場合には障害となる。
【００１１】
また、前記特開平１０−１０３８６１号公報に開示の技術では、図１０に示すように、水蒸気ボイラー７を設けて水蒸気が容器１内に吹き込まれるように構成している。しかし、このような構成では、水蒸気が容器１内で凝縮するため、被乾燥物Ｗの水分が一時的に増加するという問題点がある。
【００１２】
さらに、水蒸気ボイラー７からの水蒸気を圧縮機２の吐出配管、または（図１１に示すように）凝縮器１３に合流させる構成が開示されている。
かかる構成では、圧縮機２からの水蒸気にボイラー７からの水蒸気が加わるため、凝縮圧力が上昇し、圧縮機２の過負荷状態が生じ易い。また、追い炊きを要するのは沸騰温度が下がり圧縮機吸入圧力が低い状態なので、ボイラー７からの蒸気を加えると凝縮圧力が上昇し、圧縮比（吐出圧力と吸入圧力との比）がさらに大きくなり、圧縮機２がオーバーヒートし易くなる。この圧縮機２のオーバーヒートは、最悪では焼け付きに至り、そこまでは至らずとも、耐久性の点からは望ましくない。
【００１３】
また、図８には水蒸気ボイラーを用いて予熱および追い炊きを行う従来の水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の構成が示されている。
前記図７の構成に対し、水蒸気ボイラー７が設けられ、その吐出管６ｇが水蒸気圧縮機２と凝縮器２とを連結する配管６ｂに開閉弁９を介装して接続されている。
【００１４】
予熱運転では、開閉弁９を開いて水蒸気ボイラー７からの水蒸気が凝縮器３へ導入される。水蒸気は、ここで凝縮して潜熱を放出し、熱交換によって被乾燥物Ｗの温度を上昇させる。そして、凝縮水は、蒸気トラップ５を通過して外部へ放出される。
次に、被乾燥物Ｗの温度が１００℃程度に達した時点で開閉弁９を閉じ、圧縮機２が起動される。まず、容器１内の空気が排出されるが、空気は凝縮しないので不凝縮性ガス排出弁（レリーフ弁）４を開けて外部へ排出する必要がある。容器１内は減圧されるため、被乾燥物Ｗに含まれる水分が沸騰蒸発する。例えば、８４ｋＰａでは、沸騰蒸発温度は約９５℃と想定できる。
こうして被乾燥物Ｗから蒸発した水蒸気は、水蒸気圧縮機２で圧力を高め、同時に温度が上昇する。この温度上昇は、理想的には断熱圧縮で、実際にはポリトロープ圧縮として計算できる。
【００１５】
そして、圧力および温度の上がった水蒸気は、凝縮器３で熱を放出して液化する。凝縮条件としては、例えば、１４３ｋＰａ、１１０℃に想定することができ、水蒸気凝縮器３の熱交換機能により、９５℃に被乾燥物Ｗを加熱する。凝縮水の圧力は、大気圧（１０１ｋＰａ）より高いため、蒸気トラップ５を通過して自発的に外部へ排出される。
【００１６】
水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置では、水の莫大な気液相変化潜熱が内部で循環しており、運転に要するエネルギーは、僅かな圧縮機動力でよいため、省エネルギー効果が極めて高い。このように、外部からのエネルギー入力が小さいにもかかわらず、運転中の装置温度は１００℃に近いため、断熱しても装置の温度が徐々に下がることがある。この場合は、沸騰温度を維持するために追い炊きが必要になる。
なお、断熱効果が高い場合は、圧縮機へのエネルギー入力によって装置の温度すなわち沸騰温度が徐々に上がることもあり得る。この場合は、水蒸気を外部へ（例えば、図７のレリーフ弁４を開けて）捨てることによって容易に温度を下げることができる。
【００１７】
図８では、開閉弁９を開けてボイラーからの水蒸気を凝縮器に加え、追い炊きを行っている。この方法の問題点は、圧縮機を同時運転すると凝縮圧力が上昇し、圧縮機が加熱することであった。これを避けるためには、圧縮機を停止して追い炊きしなければならない。さらに、ボイラーの水蒸気圧力は、圧縮機吐出圧力よりも十分に高い必要がある。
【００１８】
このような従来技術では、熱源に電熱ヒーターや蒸気ボイラーを用いており、ランニングコスト、あるいは省エネルギーの点から好ましいものではない。
なお、特開平１０−２６４７１４号公報には、車両用エンジン冷却水を熱源にして予熱する技術が開示されているが、内燃機関の存在が条件となる。
【００１９】
一方、水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置では、低い含水率を実現することが困難な場合がある。この原因は、乾燥が進み発生する水蒸気量が減少するとこれを冷媒とする水蒸気ヒートポンプサイクルが成り立たなくなるためである。
【００２０】
具体的には、
（１） 沸騰圧力が低下して水蒸気の比体積が大きくなるため、圧縮機が吸引する水蒸気の質量が減少し、乾燥速度が遅くなる。
（２） このため、蒸発熱量を圧縮機入力で除した成績係数（ＣＯＰ）が低くなり、省エネルギー効果が減少する。
（３） 沸騰圧力が低下すると圧縮比が大きくなり、圧縮過程における水蒸気の温度上昇が大きくなって圧縮機が過熱傾向となるため、耐久性等の見地からは望ましくない。さらに、極端な場合には圧縮機の焼け付きに至る。
本発明者は、実験の結果、例えば生ごみでは水分（湿量基準の含水率）が５０％より下がると、上記（１）〜（３）の現象が顕著となり、主に上記（３）の理由から乾燥運転の継続が困難になることを見出した。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の問題点に対処した改良された水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置およびその運転方法を提供することを目的としている。
【００２２】
すなわち、本発明では、熱交換部が容器内に突出せず、省エネルギー効果に優れ、また、圧縮機の過負荷（特に追い炊き時）が生じない水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置を提供することを目的としている。
【００２３】
また、本発明では、被乾燥物の水分が減少し、低含水率になった場合においても運転可能な水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置およびその運転方法を提供することを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置では、被乾燥物を入れる気密断熱容器（１）と、その容器内を減圧する水蒸気圧縮機（２）と、その水蒸気圧縮機（２）で加圧された水蒸気を凝縮しその潜熱で前記容器内の被乾燥物を乾燥する凝縮器（３）とで構成される水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置において、前記気密断熱容器（１）と水蒸気圧縮機（２）とを連結する回路（６ａ）に、容器（１）・圧縮機（２）間を連通する第１の切換弁（８Ａ）と、圧縮機側外気吸入のための第２の切換弁（８Ｂ）と、気密断熱容器側開放のための第３の切換弁（８Ｃ）とを設け、前記水蒸気圧縮機（２）と凝縮器（３）とを連結する回路（６ｂ）から分岐して第４の切換弁（８Ｄ）を介装して、気密断熱容器（１）に連通する分岐回路（６ｅ）を設け、前記第１の切換弁（８Ａ）を開き、第２〜４の切換弁（８Ｂ〜Ｄ）を閉じて水蒸気ヒートポンプサイクルの乾燥運転を行うようにし、前記第１の切換弁（８Ａ）を閉じ、第２〜４の切換弁（８Ｂ〜Ｄ）を開いて通気乾燥運転を行うようにしている。
【００２５】
また、本発明の水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置では、前記気密断熱容器（１）と水蒸気圧縮機（２）とを連結する回路（６ａ）に、第３の切換弁（８Ｃ）よりも気密断熱容器（１）寄りにおいて粉塵分離器（３１）が配設されている。
【００３２】
そして、本発明の水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の運転方法によれば、被乾燥物を入れる気密断熱容器と、その容器内を減圧する水蒸気圧縮機と、その水蒸気圧縮機で加圧された水蒸気を凝縮しその潜熱で前記容器内の被乾燥物を乾燥する凝縮器とで構成される水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の運転方法において、被乾燥物の含水率が高い場合には気密断熱容器から水蒸気圧縮機に吸気し凝縮器で凝縮する水蒸気ヒートポンプサイクルの乾燥運転を行い、含水率が低い場合には外気から水蒸気圧縮機に吸気し気密断熱容器へ通気する通気乾燥運転に切換えて運転する。
【００３３】
したがって、本発明によれば、水蒸気ヒートポンプサイクルによる乾燥運転にて被乾燥物の含水率が低下し、運転が困難になれば、圧縮機に外気を吸入して気密断熱容器へ通気する通気乾燥運転に切換えることで運転が継続でき、被乾燥物から水分を奪って湿度の上がった空気が排出されて被乾燥物を乾燥することができる。
【００３４】
通気乾燥運転では、被乾燥物の温度が高い（例えば８０℃前後）ので、冷めるまでその顕熱が利用できる。さらに、空気を圧縮してこの熱が利用されるが、特に、熱を与えなくとも通風だけでも乾燥は進行する。
そして、水蒸気ヒートポンプサイクル乾燥運転終了時点では、まだ被乾燥物の温度が高く、作業員への火傷の危険性があったが、通気により冷却されるという効果を生じる。さらに、圧縮機内部が通気運転により乾燥され、錆や腐食が防止される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、前記の従来技術の説明における水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置と同一の構成部品には同じ符号を付け、重複説明は省略する。
【００３６】
図１〜図３には、圧縮機に水蒸気ボイラーからの水蒸気を吸入し、予熱および追い炊きを行う水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の実施形態が示されている。
まず、図１に示す実施形態では、前記図７に示した基本的な構成に対し、水蒸気ボイラー７が設けられてその供給管（水蒸気配管）６ｇが気密断熱容器１と水蒸気圧縮機２とを連結する配管６ａに第１の開閉弁９Ａを介装して接続されている。
【００３７】
この実施形態においては、予熱運転では、水蒸気圧縮機２と水蒸気ボイラー７とを同時に運転し、開閉弁９Ａを開いてボイラー７からの水蒸気を圧縮機２で吸引し、加圧して凝縮器３に送っている。
そして、追い炊き運転では、圧縮機２を運転したまま開閉弁９Ａを開き、ボイラー７からの水蒸気を気密断熱容器１内の被乾燥物Ｗから発生する水蒸気と合流させて圧縮している。
このように予熱と追い炊きとで圧縮機を停止させる必要がなく、スムースに運転を継続することができる。
【００３８】
図２に示す実施形態では、水蒸気ボイラーに負圧蒸気ボイラー７Ａが用いられ、そのボイラー７Ａには、外部から加熱媒体、例えば水蒸気や高温水を導入し、熱交換する配管２１が設けられており、その配管２１には、ボイラーの温水温度を検出するセンサー２３によって制御される制御弁２２が介装されている。
また、気密断熱容器１と水蒸気圧縮機２とを連結する配管６ａには、第２の開閉弁９Ｂが介装され、ボイラーの水蒸気供給管６ｇは、第２の開閉弁９Ｂの後流側に接続されている。
【００３９】
そして、この実施形態では、負圧蒸気ボイラー７Ａの温水温度を、例えば９５℃（飽和圧力は８４ｋＰａ）に保つように制御すれば、後記するように予熱と追い炊きとを自然的に行うことができる。なお、温水温度の制御は、センサー２３で温度検知して制御弁２２で加熱媒体の流量を調整するか、または、ボイラー７Ａがガスや石油を燃料にする場合にはその燃焼量を調整する。
【００４０】
予熱の初期には、被乾燥物Ｗの温度が低いために水蒸気の発生量は少なく、圧縮機２を通過する水蒸気の大部分は、ボイラー７Ａで発生したものである。この水蒸気は凝縮器３へ送られて凝縮し、その潜熱で被乾燥物Ｗが加熱される。被乾燥物Ｗの温度が上がってくると発生水蒸気も増えるため、負圧蒸気ボイラー７Ａからの水蒸気と合流して圧縮される。このとき、気密断熱容器１内に残っていた空気も水蒸気と一緒に凝縮器３へ送られ、レリーフ弁４から不凝縮性ガスとして排出される。
【００４１】
予熱が完了して被乾燥物Ｗの沸騰温度が９５℃を上回ると、気密断熱容器１内の圧力は８４ｋＰａ以上になり、負圧蒸気ボイラー７Ａよりも高圧となるためボイラー７Ａからの水蒸気は自然に流れなくなる。一方、被乾燥物Ｗの沸騰温度が９５℃を下回れば容器１内の圧力は８４ｋＰａ未満になるため、ボイラー７Ａからの水蒸気が加わって自然に追い炊きが行われる。このように第１および第２の開閉弁９Ａ、９Ｂを開放したままで予熱と追い炊きとが自然に行われるため運転操作は極めて容易であり、場合によっては開閉弁９Ａと９Ｂを省略することもできる。
なお、上記沸騰温度（９５℃）および飽和圧力（８４ｋＰａ）は、一例であり、この他の条件でも運転可能であることは言うまでもない。
【００４２】
また、負圧蒸気ボイラー７Ａには、排熱の利用が可能である。例えば、加熱媒体として８５℃程度の温水を用いれば、負圧蒸気ボイラー７Ａで沸騰温度が８０℃、飽和絶対圧力が４７ｋＰａの水蒸気を得ることが可能で、圧縮機２で昇圧昇温して、例えば絶対圧力１４３ｋＰａ、飽和温度１１０℃で凝縮し、被乾燥物Ｗを加熱できる。
【００４３】
この場合の運転方法は、予熱運転では、第１の開閉弁９Ａを開き、第２の開閉弁９Ｂを閉として排熱利用で加熱する。被乾燥物Ｗの温度が十分上がった時点で、第１の開閉弁９Ａを閉じ第２の開閉弁９Ｂを開いて乾燥運転に移行する。追い炊き運転は、予熱運転同様に第１の開閉弁９Ａを開、第２の開閉弁９Ｂを閉とすればよい。
【００４４】
図３に示す実施形態では、前記図２に示した実施形態に対し、凝縮器３から蒸気トラップ５へ凝縮水を排出する配管６ｃに調整弁２５が介装され、負圧蒸気ボイラー７Ａへ給水する配管６ｆが設けられている。なお、調整弁２５としてフロート弁を示しているが、これに限定されるものではない。例えば水位検知スイッチで電磁弁を開閉しても良い。
【００４５】
負圧蒸気ボイラー７Ａの蒸気圧は凝縮水の圧力より低く、ポンプ等を用いずとも給水でき、その流量をフロート弁等の簡単な装置で調節するだけでよい。
ヒートポンプ方式乾燥装置の凝縮水は、基本的に蒸留水であってミネラル分を含まないので軟水化装置を用いずにボイラー７Ａの補給水として利用できる。
なお、図１１に示す従来技術においても凝縮水をボイラー７に補給する配管６ｆが示されているが、この従来技術ではボイラー７の蒸気圧は凝縮水圧力より高く（図示されてないが）給水ポンプ等の加圧手段を必要とする。
【００４６】
次に、図４〜図６には、被乾燥物が低含水率の場合に、通気乾燥運転に切換え運転する装置の実施形態が示されている。
図４に示す実施形態では、前記図７に示した基本的な構成に対し、通気乾燥運転への切換手段として、気密断熱容器１から水蒸気圧縮機２へ至る配管６ａに第１の切換弁８Ａが介装され、その切換弁８Ａの下流側には第２の切換弁８Ｂによって外気Ａの吸入口Ｉに切換える管路が、その上流側には第３の切換弁８Ｃによって気密断熱容器１側を外気の排出口Ｘに切換える管路がそれぞれ接続されている。また、圧縮機２から凝縮器３に至る配管６ｂから分岐され、第４の切換弁８Ｄが介装されてさらに分岐され、気密断熱容器１の開口Ｎ１、Ｎ２へ連通する配管６ｅが設けられている。なお、開口の数は２つに限定せず、１または３以上であってもよい。
【００４７】
この実施形態による運転方法は、まず、第１切換弁８Ａを開き、第２〜第４切換弁８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを閉じて通常の水蒸気ヒートポンプサイクルによる乾燥運転を行う。被乾燥物Ｗの含水率が低下すると容器１内の沸騰圧力が下がり、さらに被乾燥物Ｗへの伝熱が悪くなるため水蒸気凝縮圧力が上昇する。このため圧縮比が大きくなり、圧縮機２の吐出蒸気温度が（例えば２００℃以上に）上昇して圧縮機２が過熱するため、水蒸気ヒートポンプサイクルの運転が困難になる。
【００４８】
この時点で第１の切換弁８Ａを閉じ、第２〜第４切換弁８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを開くと圧縮機２は吸気口Ｉから外気Ａを吸引し、配管６ｅを通して容器１の開口Ｎ１、Ｎ２から被乾燥物Ｗへ通気して乾燥運転を継続する。被乾燥物Ｗから水分を吸収して湿度の上がった空気は、第３の切換弁８Ｃを通って排出口Ｘから排気される。なお、水蒸気圧縮機２は空気の圧縮に転用されても問題を生じることはない。
なお、図４の回路では、凝縮器３へも空気が流れるが、蒸気トラップ５は気体を通さず、レリーフ弁４は抵抗が大きいので流量は少ない。また、凝縮器３への配管に止め弁を設けてもよい。
【００４９】
水蒸気ヒートポンプサイクルによる乾燥運転から通気運転に切り換えた直後は、圧縮機２や被乾燥物Ｗの温度が高いため（例えば被乾燥物Ｗは８０℃程度）、この顕熱を乾燥に使うことができる。また、空気を圧縮する際に温度が上がるため、温風乾燥の効果もある。特に、第３の切換弁８Ｃの開度を絞って容器１内の圧力を上げれば、圧縮による昇温効果が高まり、温風温度を上げることができる。
【００５０】
図５に示す実施形態では、前記図４に示した実施形態の構成に対し、気密断熱容器１と水蒸気圧縮機２とを連結する配管６ａの容器１出口寄り（第３の切換弁８Ｃへの分岐前）に粉塵分離器３１が配設されている。
【００５１】
乾燥運転によって含水率が低下すると、被乾燥物Ｗの種類によっては粉塵として飛散する場合がある。この粉塵が圧縮機２に入ると圧縮機２の機能低下あるいは損傷を招き、また、排出口Ｘから外部に吹き出すと公害となる。この配置によれば、水蒸気ヒートポンプ運転と通気乾燥運転とに両用できる。なお、粉塵分離器３１には、サイクロンが代表的であるが、これに限定されない。
【００５２】
図６に示す実施形態では、前記図５に示した実施形態に対し、切換弁８Ｄを介し気密断熱容器１へ通気する配管６ｅに第１の加熱器３４が介装されている。
前記実施形態のように水蒸気圧縮機２の加圧による空気の昇温は、容器１の耐圧性あるいは安全性から制限を受ける場合がある。そのような場合に、別個に空気を加熱する第１の加熱器３４を設け、通気乾燥能力を強化して任意の低含水率（例えば、乾量基準の含水率が１０％以下）を実現する。この第１の加熱器３４の熱源としては、電熱、温水、蒸気等を用いる。
【００５３】
このような加熱器３４を設けても設備費の面では低含水率用として別に従来方式の乾燥機を併設するより低廉化が見込まれる。
なお、この加熱器３４は、吸気口Ｉから圧縮機２を経て容器１の開口Ｎ１、Ｎ２に至る配管のどの位置であっても同様の効果がある。
【００５４】
また、気密断熱容器１の出口に設けられた粉塵分離器３１には、熱交換器３６が設けられ、水蒸気圧縮機２から凝縮器３に至る配管６ｂを流れる高温水蒸気によって圧縮機吸入水蒸気圧を加熱するように構成されている。
【００５５】
被乾燥物Ｗから発生する水蒸気は飽和状態にあるため、配管６ａや圧縮機２の吸入マニフォールドでその水蒸気の一部が液化しやすく、この液滴を圧縮機２が吸引し、体積効率を低下させるのを防ぐのに有効である。この効果は、特願平１０−１０３８６２号公報に提案されているスーパーヒータと同様であるが、この従来技術に対して、粉塵分離器３１と一体化することで製作コストが低廉化でき、水蒸気の流動圧力損失の増加を避けることができる等の利点を有する。
【００５６】
さらに、気密断熱容器１の開口Ｎ１、Ｎ２の直前には、それぞれ逆止弁３５、３５が設けられ、また、第３の切換弁８Ｃの排出口Ｘに脱臭器３３が設けられている。
【００５７】
このように逆止弁３５、３５を設けることにより、被乾燥物Ｗが、配管６ｅに逆流するのが防止でき、また、被乾燥物Ｗの臭気が強い場合の脱臭器３３の配設が可能になる。
【００５８】
なお、上記実施形態で示した気密断熱容器１および凝縮器３に対して、容器内に静置して熱交換機能を有するもの、容器の外壁に二重ジャケットを形成したもの、あるいは容器内で回転撹拌運動を行うもの等があり、本発明では特定の気密断熱容器および凝縮器の構造に限定してそれを対象としているものではない。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成され、以下に示す効果を奏する。
【００６０】
（１） 水蒸気圧縮機の吸入側回路にボイラーからの水蒸気配管を接続する構成により、気密断熱容器内には水蒸気を加えないので被乾燥物の水分増加がない。
（２） 圧縮機吸入側に水蒸気を導入するので蒸気量急増による凝縮圧力の過度な上昇がない。さらに、圧縮機吸入圧が上昇し圧縮比が小さくなって圧縮機過熱が生じない。
（３） 気密断熱容器内に予熱専用の熱交換器を設置していないので、撹拌機を用いる場合に邪魔にならない。
（４） 予熱や追い炊きの熱源に温水等の排熱が利用できる。
（５） 水蒸気ボイラーの圧力を低くでき、安全性が高い。そして、構造が簡単、廉価な温水ボイラーを用いることができる。
（６） 負圧蒸気ボイラーの温水温度制御のみで予熱と追い炊きが自然に行え、複雑な流量調整機構等が不要である。
（７） 負圧蒸気ボイラーの使用により、ボイラー補給水の給水ポンプが不要である。
【００６１】
（８） 水蒸気ヒートポンプサイクルによる乾燥運転と外気の通気乾燥運転とを切換え可能に構成することで、大幅な省エネルギー効果のある水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の低含水率での運転困難の問題を解決することができる。
（９） 水蒸気圧縮機を通気に転用するので送風機を必要とせず、また、通気乾燥運転により圧縮機内部の乾燥が同時に行える。
（１０） 圧縮による昇温効果で、より容易に温風乾燥が実現できる。
（１１） 通気乾燥による冷却効果で、作業の安全性が高まる。
（１２） 乾燥運転と通風運転とを共用する粉塵分離器を設け、粉塵による圧縮機損傷および外気への噴出を防止できる。
（１３） 通気用配管に加熱器を配設し、より低い含水率が実現できる。
（１４） 粉塵分離器に熱交換機能を付加し、容易に圧縮機吸入水蒸気の湿り（微細液滴の生成）を防止できる。
（１５） 気密断熱容器の通気開口に逆止弁を設けることで、被乾燥物の逆流の防止、さらに排気配管に脱臭器を設けて臭気防止ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成を示す図。
【図３】本発明の第３の実施形態の構成を示す図。
【図４】本発明の第４の実施形態の構成を示す図。
【図５】本発明の第５の実施形態の構成を示す図。
【図６】本発明の第６の実施形態の構成を示す図。
【図７】従来の水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の基本的な構成を示す図。
【図８】従来の圧縮機吐出側にボイラーからの水蒸気を加える水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の構成を示す図。
【図９】予熱専用熱交換器を容器内に設けた従来の水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置を示す断面図。
【図１０】水蒸気を容器内に吹込んで予熱する従来の水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置を示す断面図。
【図１１】二重ジャケット式凝縮器へ水蒸気を吹込む従来の水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置を示す断面図。
【符号の説明】
１・・・気密断熱容器
２・・・水蒸気圧縮機
３・・・凝縮器
４・・・レリーフ弁
５・・・蒸気トラップ
６ａ〜６ｇ・・・配管
７、７Ａ・・・水蒸気ボイラー
８Ａ〜８Ｄ・・・切換弁
９、９Ａ、９Ｂ・・・開閉弁
Ｅ・・・投入口
Ｆ・・・排出口
Ｗ・・・被乾燥物

Claims (3)

1. 被乾燥物を入れる気密断熱容器（１）と、その容器内を減圧する水蒸気圧縮機（２）と、その水蒸気圧縮機（２）で加圧された水蒸気を凝縮しその潜熱で前記容器内の被乾燥物を乾燥する凝縮器（３）とで構成される水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置において、前記気密断熱容器（１）と水蒸気圧縮機（２）とを連結する回路（６ａ）に、容器（１）・圧縮機（２）間を連通する第１の切換弁（８Ａ）と、圧縮機側外気吸入のための第２の切換弁（８Ｂ）と、気密断熱容器側開放のための第３の切換弁（８Ｃ）とを設け、前記水蒸気圧縮機（２）と凝縮器（３）とを連結する回路（６ｂ）から分岐して第４の切換弁（８Ｄ）を介装して、気密断熱容器（１）に連通する分岐回路（６ｅ）を設け、前記第１の切換弁（８Ａ）を開き、第２〜４の切換弁（８Ｂ〜Ｄ）を閉じて水蒸気ヒートポンプサイクルの乾燥運転を行うようにし、前記第１の切換弁（８Ａ）を閉じ、第２〜４の切換弁（８Ｂ〜Ｄ）を開いて通気乾燥運転を行うようにしていることを特徴とする水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置。
2. 前記気密断熱容器（１）と水蒸気圧縮機（２）とを連結する回路（６ａ）に、第３の切換弁（８Ｃ）よりも気密断熱容器（１）寄りにおいて粉塵分離器（３１）が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置。
3. 被乾燥物を入れる気密断熱容器と、その容器内を減圧する水蒸気圧縮機と、その水蒸気圧縮機で加圧された水蒸気を凝縮しその潜熱で前記容器内の被乾燥物を乾燥する凝縮器とで構成される水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の運転方法において、被乾燥物の含水率が高い場合には気密断熱容器から水蒸気圧縮機に吸気し凝縮器で凝縮する水蒸気ヒートポンプサイクルの乾燥運転を行い、含水率が低い場合には外気から水蒸気圧縮機に吸気し気密断熱容器へ通気する通気乾燥運転に切換えて運転することを特徴とする水蒸気ヒートポンプ方式乾燥装置の運転方法。

Images