JP5283392B2 - 気流乾燥機 - Google Patents

Description

本発明は、乾燥できる材料の選定及び処理能力の自由度を高めると共に、均質で高品質な乾燥を可能としつつ、小型化で低ランニングコストの気流乾燥機に関し、例えば食品加工、製薬、廃棄物、バイオマスなどの各分野における粉体・粒体・スラッジ・スラリーの乾燥に適用可能なものである。

従来より、粉体、粒体及びスラリー液状等の種々の材料を乾燥する際には、これらの材料を熱気流中に投入し熱風で搬送しながら乾燥させる気流乾燥方法による装置が用いられていた。しかし、これまでの装置は、乾燥に時間がかかる材料や、分散・流動性の低い材料には不向きであった。
特開２００６−２０７８４８号公報 特開２００７−７８２０７号公報

また、従来の装置では、搬送速度と乾燥時間の関係から、配管やサイクロン等の搬送路を長くする必要があり、必然的に装置が大型化し、ランニングコストが増大する欠点があった。つまり、同一材料であっても、少量の乾燥の場合には一定の搬送速度を保持して焦げ付き等の乾燥品質の低下を阻止する必要がある為に、一定量で装置に被乾燥材料を供給する必要があり、従来の装置ではエネルギーロスを生じていた。

この一方、従来の装置では、乾燥時間を同程度とした場合でも粉体・粒体とスラリー液状の材料とでは分散性や流動性が異なる為、同一の装置によって乾燥処理することは困難であった。さらに、従来の装置では、気流による材料の搬送中に居付きや滞留が発生し易く、コンタミネーションや焦げ付きなどで乾燥品質にばらつきが大きかった。この為、粒度や水分の調整が必要となり、特に被乾燥材料が食品用途のものでは、乾燥処理が困難であった。

本発明は上記事実を考慮し、乾燥できる材料の選定及び処理能力の自由度を高めると共に、均質で高品質な乾燥を可能としつつ、小型化で低ランニングコストとし得る気流乾燥機を提供することが目的である。

請求項１に係る気流乾燥機は、被乾燥材料が投入され得る筒状の空間を内部に有したタンクと、
タンクの軸方向一端側に配置されてタンク内の気体に渦流を発生させるインペラと、
インペラと対向しつつタンクに設置され且つ、タンク内の気体を加熱するドライヤと、
を有し、
前記渦流の風速が変更可能とされていることを特徴とする。

請求項１に係る気流乾燥機の作用を以下に説明する。
本請求項によれば、被乾燥材料が投入され得る筒状の空間を内部に有したタンクの軸方向一端側に、インペラが配置されて、タンク内の気体にこのインペラが渦流を発生させている。また、インペラと対向しつつタンクに設置されるドライヤが、タンク内の気体を加熱するようになっている。

従って、本請求項によれば、インペラ及びドライヤがタンクに配置されていて、これらの部材が一体的に形成されている為、非常に構造が簡素で小型な気流乾燥機が得られるのに伴い、ランニングコストが低い気流乾燥機となる。

また、タンク内の気体に渦流を発生させるインペラ及び、タンク内の気体を加熱するドライヤを有していることから、ドライヤにより加熱されて高温となった気体に渦流をこのインペラで発生させることになる。この際に、インペラの回転速度の変更等によって、渦流の風速を任意に設定することで、被乾燥材料のタンク内における滞留時間を自由に設定でき、乾燥できる材料の選定及び処理能力の自由度を高めることが可能となる。
さらに、インペラによってタンク内の気体に渦流を発生させるのに伴い、タンク内での被乾燥材料の居付きや不必要な滞留が生じなくなり、被乾燥材料の均質で高品質な乾燥が可能になる。

請求項２に係る気流乾燥機の作用を以下に説明する。
本請求項に係る気流乾燥機は請求項１と同一の作用を奏する。但し、本請求項では、タンクが、被乾燥材料を排出する排出口を備え、気体を循環させる気体循環器が、タンク外におけるタンクの排出口とドライヤとの間に配置されると共に、被乾燥材料を回収する回収フィルタが、タンク外におけるタンクの排出口と気体循環器との間に配置され、前記ドライヤからの高温ガスと前記気体循環器からの二次空気とが前記渦流でミキシングされるという構成を有している。

つまり、本請求項によれば、タンクの排出口とドライヤとの間に気体を循環させる気体循環器が配置され、被乾燥材料を回収する回収フィルタが、これらタンクの排出口と気体循環器との間に配置されるのに伴い、この回収フィルタにより被乾燥材料が回収された後の気体を気体循環器で吸引するので、気体循環器が目詰まりすること無く、気体循環器により吸引されてタンク内は常に一定の負圧に保たれることになる。

このように気体循環器が気体をタンク外との間で循環させてタンクに設置されるドライヤに戻すことで、空気とされる気体が確実にドライヤに供給されるのに伴って、ドライヤの熱量が安定するようにもなった。

一方、従来の装置では熱風気流の背圧が大きく、被乾燥材料の投入にはロータリーバルブ等の定量供給機構が必要であることから、この定量供給機構が気流乾燥機の故障の原因となっていたが、本請求項に係る気流乾燥機によれば、エジェクターなどのシンプルな装置で被乾燥材料をタンク内に投入可能となり、故障の生じる確率が少なくなった。また、本請求項に係る気流乾燥機によれば、従来の装置と異なって、被乾燥材料を含む気流による事故や故障を未然に防止できるようにもなった。

請求項３に係る気流乾燥機の作用を以下に説明する。
本請求項に係る気流乾燥機は請求項２と同一の作用を奏する。但し、本請求項では、高温の湿り空気とされる気体を冷却及び除湿する冷却器が、回収フィルタと気体循環器との間に配置されるという構成を有している。

つまり、本請求項によれば、気体を循環して再利用する際に、被乾燥材料を回収する回収フィルタの下流側において、冷却器により高温の湿り空気が冷却及び除湿される為、この回収フィルタにより被乾燥材料が回収されるのに伴って、冷却器が目詰まりすることも無く無菌の空気が再循環するので、雑菌の混入のリスクが小さくなる。

また、従来の装置では、装置から排出される排ガスによる臭気や、微粉塵の拡散が問題になる場合が多く、その対策費用が必要であったが、本請求項に係る気流乾燥機によれば、空気とされる気体を循環して再利用するのに伴い、臭気や粉塵の発生が微量であり拡散がほとんどなく、対外環境面のコストやリスクが小さくなる。そして、冷却器において冷却及び除湿することにより回収した凝縮水は、蒸留無菌で洗浄水として、二次利用することもできる。

以上説明したように本発明の上記構成によれば、乾燥できる材料の選定及び処理能力の自由度を高めると共に、均質で高品質な乾燥を可能としつつ、小型化で低ランニングコストとし得る気流乾燥機を提供できるという優れた効果を有する。

本発明の一実施の形態に係る気流乾燥機１０を図１に示し、この図に基づき本実施の形態を説明する。尚、この気流乾燥機１０は、例えば食品加工、製薬、廃棄物、バイオマスなどの各分野における粉体、粒体、スラッジ、スラリー等の乾燥のために用いられるものである。

図１に示すように、上下方向を軸方向Ｙとする円筒状の空間を内部に有した金属製のサイクロンタンク１２が、本実施の形態に係る気流乾燥機１０の本体部分を構成している。このサイクロンタンク１２の下端寄りの外周面の箇所には、被乾燥材料をサイクロンタンク１２に投入する為の投入口１４が設けられており、サイクロンタンク１２の上端寄りの外周面で投入口１４と１８０度異なる箇所には、被乾燥材料をサイクロンタンク１２から排出する為の排出口１６が設けられている。

尚、この排出口１６は、サイクロンタンク１２の軸方向Ｙと直交する面上であるものの、サイクロンタンク１２の中心軸に対して放射状に広がる線分と交差する方向に沿って、開口している。つまり、サイクロンタンク１２に対して斜め方向に延びている。また、本実施の形態では、被乾燥材料を例えば粉体とするが、粒体、スラッジ、スラリー等としても良い。

このサイクロンタンク１２の下端部の外側にはモータ１８が設置されていて、このモータ１８のサイクロンタンク１２内に突出する回転軸１８Ａにインペラであるファンブレード２０が固定されている。このことで、このサイクロンタンク１２の軸方向一端側であるサイクロンタンク１２の下端側に、サイクロンタンク１２内の気体に高速の渦流である高速旋回流Ｓを発生させるファンブレード２０が配置されることになる。そして、この高速旋回流Ｓの流れ方向は、前述の排出口１６の開口の向きと逆向きとなっている。

また、サイクロンタンク１２内の気体を加熱する為のドライヤ２２の外枠となる外筒２４が、このサイクロンタンク１２の上端部を貫通する形でサイクロンタンク１２と同軸状の位置に配置されている。さらに、この外筒２４は、サイクロンタンク１２の軸方向Ｙに沿って延びていて、外筒２４の先端側である下端側がサイクロンタンク１２内においてファンブレード２０と対向している。他方、このドライヤ２２の上端部における外筒２４と同軸状の位置には、内筒２６及びこの内筒２６内に火炎を放射するガスバーナ２８が設置されていて、気流乾燥機１０の外部から都市ガス等の燃料がこのガスバーナ２８に供給されるようになっている。

以上より、任意速度（例えば、２０〜６０ｍ／ｓ）の高速旋回流Ｓを作り出すファンブレード２０がドライヤ２２の下部にあり、このファンブレード２０を回転する為のモータ１８は図示しないものの強制冷却されるようになっている。これに伴って、サイクロンタンク１２内では、ドライヤ２２のガスバーナ２８により高温となった乾燥空気Ａがファンブレード２０により高速で旋回し、立体的には、乾燥空気Ａの中心部が下方向に移動し、サイクロンタンク１２の内壁接付近ではこの乾燥空気が高速旋回流Ｓとなって上方向に移動するように、運動する。

この結果として、粉体は、ガスバーナ２８により例えば１５０〜４００℃の高温の乾燥空気との強い相対速度を有していることから、この乾燥空気から熱移動して蒸発し、乾燥して軽くなって浮力が大きくなる。この為、この乾燥した粉体は縦方向の気流で上部へ吹上げられ、分級してサイクロンタンク１２の上部に存在する排出口１６より粉体の水分を吸収して高温の湿り空気となった気体と共に送り出されることになる。

一方、サイクロンタンク１２の排出口１６に対して気流の下流側には、粉体を回収する為の回収フィルタユニット３４の上端部分が、吸気パイプ３２を介して接続されていて、サイクロンタンク１２で乾燥されて気流により搬送される粉体をこの回収フィルタユニット３４が回収するようになる。つまり、この回収フィルタユニット３４の上下方向中程の部分には、粉体を一旦吸着する高温フィルタ３６が内蔵されており、回収フィルタユニット３４の下部には、粉体をこの回収フィルタユニット３４から排出する為のロータリバルブ３８が設けられている。

従って、乾燥された粉体は高温フィルタ３６に完全に捕集されることで全量回収され、エアパルスによりこの高温フィルタ３６が自動クリーニングされて、粉体はロータリバルブ３８により高温の湿り空気と絶縁しながら、回収フィルタユニット３４から連続的に排出される。

そして、このロータリバルブ３８の下方には、図示しない製品タンクに粉体を搬送する為のスポットクーラ４２及び圧送ブロワ４４が配置されている。この為、このロータリバルブ３８の排出側においては、このスポットクーラ４２から送り出される冷却された空気を圧送ブロワ４４で吸込み、粉体を１５℃に冷却及び除湿しながら製品タンク側ヘ移送し、製品タンクの上部において図示しないサイクロンにより、この粉体を分離してこの製品タンクに投入するようになる。

この回収フィルタユニット３４に対して気流の下流側の部分には、サイクロンタンク１２の排出口１６から送り出された高温の湿り空気とされる気体を冷却及び除湿する冷却器４６が位置している。この冷却器４６は、冷媒を冷却して例えば５℃の冷媒を送り出すチラーユニット４６Ａを有しており、また、この冷却器４６の下部に水分であるドレンを排出する為のドレン管４８が設置されている。

従って、例えば９０℃で入ってきた空気である気体がこの冷却器４６で冷却及び乾燥されて、温度が２０℃に低下してこの冷却器４６から送り出される。この際、空気内の水分が液体となって、１２℃のドレンがドレン管４８から冷却器４６外に排出されることになる。

この冷却器４６に対して気流の下流側の部分には、気体をサイクロンタンク１２内から吸引して循環する為の気体循環器であって吸引ファンとされる吸引ブロワ５０が接続されており、この吸引ブロワ５０が、回収フィルタユニット３４及び冷却器４６を介して、サイクロンタンク１２の排出口１６から粉体と共にサイクロンタンク１２内の気体を吸引する構造になっている。

以上より、本実施の形態によれば、回収フィルタユニット３４がサイクロンタンク１２と吸引ブロワ５０との間に配置され、冷却器４６がこれら回収フィルタユニット３４と吸引ブロワ５０との間に配置される構造となっている。

さらに、この吸引ブロワ５０には、吸引ブロワ５０から発生する音を消音するサイレンサー５２を途中に有した送気パイプ５４の一端側が接続され、この送気パイプ５４の他端側はドライヤ２２の外筒２４に接続されている。この為、吸引ブロワ５０で吸引された気体が、送気パイプ５４を介してドライヤ２２の外筒２４と内筒２６との間に二次空気として送り込まれる形で、この気体が循環するようになる。

以上の結果、ガスバーナ２８の高温ガス(例えば、約８００℃)と二次空気(例えば、約２０℃)が、サイクロンタンク１２の上部中央からサイクロンタンク１２内に吹込まれ、ファンブレード２０によるサイクロンタンク１２内の強い高速旋回流Ｓで均一にミキシングされることで、局所的な高温加熱が避けられて粉体の均一な乾燥が可能になる。

次に、上記のように構成された本実施の形態に係る気流乾燥機１０の作用を説明する。
本実施の形態によれば、粉体とされる被乾燥材料が投入口１４を介して外部から投入され得る円筒状の空間を内部に有したサイクロンタンク１２の軸方向一端部に、インペラであるファンブレード２０が配置されて、サイクロンタンク１２内の気体にこのファンブレード２０が渦流を発生させる。また、ファンブレード２０と対向しつつサイクロンタンク１２の軸方向Ｙの沿って延びる形で設置されるドライヤ２２が、サイクロンタンク１２内の気体を加熱するようになっている。

さらに、本実施の形態では、サイクロンタンク１２が、粉体を排出する排出口１６を備え、気体をサイクロンタンク１２内から吸引して循環させる吸引ブロワ５０が、サイクロンタンク１２の排出口１６の下流側に配置されると共に、粉体を回収する回収フィルタユニット３４が、これらサイクロンタンク１２と吸引ブロワ５０との間に配置されている。そして、更に気体を冷却及び除湿する冷却器４６が、これら回収フィルタユニット３４と吸引ブロワ５０との間に配置されている。

以上より、本実施の形態によれば、ファンブレード２０及びドライヤ２２がサイクロンタンク１２に配置されていて、これらが一体的に形成されている為、非常に構造が簡素で小型な気流乾燥機１０が得られる結果、本実施の形態では、熱効率が高くランニングコストが低い気流乾燥機１０となる。これに伴い、粉体の投入及び乾燥品の回収が容易で、設置スペースがコンパトにまとめられた気流乾燥機１０ともなる。

また、本実施の形態によれば、ファンブレード２０及びドライヤ２２を有していて、このドライヤ２２がサイクロンタンク１２の軸方向Ｙの沿って延びていることから、このドライヤ２２により加熱されて高温となったサイクロンタンク１２内の気体に、このドライヤ２２周りに沿った渦流をこのファンブレード２０で発生させることになる。

この際に、ファンブレード２０の回転速度の変更等によって、渦流の風速を任意に設定することで、粉体のサイクロンタンク１２内における滞留時間を自由に設定できることになり、乾燥できる材料選定及び処理能力の自由度を高めることが可能となる。この結果、粒度・水分調節が不要で、粉体に応じた条件設定ができ、高品質な乾燥物が得られるようになる。

つまり、本実施の形態によれば、空気の循環に伴って負圧に保たれたサイクロンタンク１２内に、粉体を例えばエジェクターやブロワ等で投入口１４から直接吹込むことで、サイクロンタンク１２内の高速旋回流Ｓで急速に分散し、サイクロンタンク１２の内壁面に沿って、必要な時間だけ粉体が回転、滞溜、保持されることになる。

さらに、本実施の形態では、排出口１６の向きがサイクロンタンク１２内の空気の高速旋回流Ｓと逆向きに配置されている。このことから、高速旋回流Ｓの強さにより分岐点を任意に設定できるのに伴い、流動性の低い材料では旋回流を強くするなど、粉体の特性に応じた自由な条件設定ができる。

以上より、本実施の形態に係る気流乾燥機１０は、縦型の逆サイクロン方式で乾燥した後の粉体を回収する際の粉体の乾燥度合い及び処理能力を自由に設定できる。すなわち、ガスバーナ２８の熱量を調節することで、熱量に比例した処理能力の変更が可能となり、また二次空気の量を調節することで、空気量に比例した処理能力の変更が可能となり、更に旋回気流の風速を調節することで、乾燥水分量の設定の変更が可能となる。

他方、ファンブレード２０によってサイクロンタンク１２内の気体に渦流を発生させるのに伴い、サイクロンタンク１２内での粉体の居付き、不必要な滞留、逆流着火等が生じなくなる結果として、安全で安定した運転をしつつ粉体の均質で高品質な乾燥が可能になる。

一方、本実施の形態によれば、サイクロンタンク１２の排出口１６とドライヤ２２との間に気体を循環させる吸引ブロワ５０が配置され、粉体を回収する回収フィルタユニット３４が、これらサイクロンタンク１２の排出口１６と吸引ブロワ５０との間に配置されるのに伴い、この回収フィルタユニット３４により粉体が回収された後の気体を吸引ブロワ５０で吸引することになる。この為、吸引ブロワ５０が目詰まりすること無く、ガスバーナ２８の燃焼に必要な空気量のみ空気が循環されて、サイクロンタンク１２内は常に一定の負圧に保たれることになる。

そして、このように吸引ブロワ５０が気体をサイクロンタンク１２外との間で循環させてサイクロンタンク１２に設置されるドライヤ２２に戻すことで、空気とされる気体が確実にドライヤ２２に供給され、これに伴って、ドライヤ２２の熱量が安定するようにもなった。

他方、本実施の形態に係る気流乾燥機１０によれば、熱風気流の背圧が大きくなく、エジェクターなどのシンプルな装置で粉体をサイクロンタンク１２内に投入可能となり、故障の生じる確率が少なくなった。また、本実施の形態に係る気流乾燥機１０によれば、粉体を含む気流による事故や故障を未然に防止できるようにもなった。

さらに、本実施の形態では、高温の湿り空気とされる気体を冷却及び除湿する冷却器４６が、吸引ブロワ５０と回収フィルタユニット３４との間に配置されている。このことから、本実施の形態によれば、気体が循環してガスバーナ２８の二次空気として再利用される際に、粉体を回収する回収フィルタユニット３４の下流側において、冷却器４６により高温の湿り空気が冷却及び除湿されることになる。この為、回収フィルタユニット３４により粉体が回収されて清掃され、冷却器４６が目詰まりすることも無く無菌の空気が再循環するので、雑菌の混入のリスクが小さくなる。

また、本実施の形態に係る気流乾燥機１０によれば、クローズシステムであることから、空気とされる気体を循環して再利用するのに伴い、臭気や粉塵の発生が微量であり拡散がほとんどなく、対外環境面のコストやリスクが小さくなる。そして、冷却器４６において冷却及び除湿することにより回収した凝縮水は、蒸留無菌なので殺菌洗浄水として、二次利用することもできる。

尚、上記実施の形態に係る気流乾燥機１０に、ドライヤ２２の上部及びファンブレード２０をそれぞれ上昇して開放する機構を取入れ、洗浄性を向上することで、点検洗浄を容易にすることが考えられる。また、回収フィルタユニット３４の上部を上昇することで、高温フィルタ３６の取出、洗浄ができるようにすることも考えられる。

本発明の一実施の形態に係る気流乾燥機の概念図である。

１０ 気流乾燥機
１２ サイクロンタンク（タンク）
１６ 排出口
２０ ファンブレード（インペラ）
３４ 回収フィルタユニット（回収フィルタ）
４６ 冷却器
５０ 吸引ブロワ（気体循環器）

Claims (3)

1. 被乾燥材料が投入され得る筒状の空間を内部に有したタンクと、
   タンクの軸方向一端側に配置されてタンク内の気体に渦流を発生させるインペラと、
   インペラと対向しつつタンクに設置され且つ、タンク内の気体を加熱するドライヤと、
   を有し、
   前記渦流の風速が変更可能とされていることを特徴とする気流乾燥機。
2. タンクが、被乾燥材料を排出する排出口を備え、
   気体を循環させる気体循環器が、タンク外におけるタンクの排出口とドライヤとの間に配置されると共に、被乾燥材料を回収する回収フィルタが、タンク外におけるタンクの排出口と気体循環器との間に配置され、
   前記ドライヤからの高温ガスと前記気体循環器からの二次空気とが前記渦流でミキシングされることを特徴とする請求項１記載の気流乾燥機。
3. 高温の湿り空気とされる気体を冷却及び除湿する冷却器が、回収フィルタと気体循環器との間に配置されることを特徴とする請求項２記載の気流乾燥機。

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