JP6037381B2 - 乾燥システム、乾燥システムの制御方法、およびその制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、被乾燥物に気体を接触させることにより被乾燥物に含まれる水分・溶剤や、被乾燥物に付着している水滴・溶剤などを乾燥除去する乾燥システム、乾燥システムの制御方法、およびその制御装置に関する。

食品などの水分含有率の低下、または工業製品の溶媒や純水での洗浄工程後の乾燥のためには、一般的に熱風乾燥が採用されている。熱風乾燥は、被乾燥物を乾燥室内に配置し、高温の空気を被乾燥物に吹きつけることで、空気の熱で水分・溶剤を蒸発・飛散させる方法である。

このような熱風乾燥を行う従来の乾燥装置としては、例えば被乾燥物が送風により乾燥される乾燥室と、この乾燥室に接続された給気ダクトに設けられた加熱部と、加熱部に外気を導入する送風機が設けられた気体導入ダクトとを備えている。乾燥装置は、気体導入ダクトから外気を導入し、導入した外気を加熱部にて加熱し、加熱された気体を乾燥室に導入して被乾燥物と接触させ、水分等を蒸発・飛散させて被乾燥物を乾燥させている。

特開平９−１１３１３１号公報

ところで、乾燥装置において被乾燥物を乾燥させる場合、ノズルを用いて圧縮空気を被乾燥物に対して噴出することで乾燥効率を高めることができる（例えば特許文献１）。しかし、この場合には、乾燥装置の構成が複雑になってしまう。また、被乾燥物が軽量である場合、気体を噴出して吹きかければ、被乾燥物が吹き飛ばされる可能性がある。これに対処するため、被乾燥物を乾燥室内において固定する固定手段を設ければ、乾燥装置の構成が複雑になる。また、吹き付ける加熱エアの風速を下げて、乾燥時間を長くすれば、効率が悪くなる。

本発明は、上記のような問題点を解決するために提案されたものである。本願発明の目的は、効率良く被乾燥物を乾燥させることで省エネルギー性を向上させた乾燥システム、乾燥システムの制御方法、および乾燥システムの制御装置を提供することである。

本発明の乾燥システムは、次の構成を有することを特徴とする。

（１）被乾燥物が送風により乾燥される乾燥室と、前記乾燥室に接続され気体を加熱する加熱部と、系内への気体量を調整する気体量調整部と、を備えた乾燥装置と、前記乾燥装置に接続された制御装置と、を有する乾燥システムにおいて、前記乾燥装置は、前記加熱部を通過した気体の湿度を測定する湿度センサと、前記加熱部を通過した気体の温度を測定する温度センサと、を有し、前記制御装置は、前記湿度センサにより測定された湿度が所定の値となるように、前記気体量調整部を制御する気体量制御部と、前記温度センサにより測定された温度が所定の温度範囲となるように、前記加熱部を制御する加熱温度制御部と、を有することを特徴とする。

（２）前記加熱温度制御部は、前記加熱部を制御する加熱条件を決定する加熱条件決定部と、前記加熱部における加熱量を算出する加熱量演算部と、少なくとも２つ以上の加熱量を比較する加熱量比較部と、を有し、前記加熱条件決定部が、前記加熱部を通過した気体の温度を、前記所定の温度範囲内において変化させるように加熱条件を変更し、前記加熱量演算部が、温度変化前後の加熱量を算出し、前記加熱量比較部が、前記温度変化前後の加熱量を比較し、前記加熱条件決定部は、当該比較結果に基づき、変化前の温度での加熱量が少ない場合には、前記変化前の温度側にさらに温度を変化させ、変化後の温度での加熱量が少ない場合には、前記変化後の温度側にさらに温度を変化させるように加熱条件を変更する処理部であり、前記加熱条件決定部により温度が変化される度に、前記加熱量演算部による加熱量の演算、前記加熱量比較部による加熱量の比較、前記加熱条件決定部による加熱条件の変更が繰り返されても良い。

（３）前記湿度センサが相対湿度を測定するセンサであっても良い。
（４）前記湿度センサが飽和度を測定するセンサであっても良い。

なお、上記の各形態は、乾燥システムの制御方法、および乾燥システムの制御装置の発明としても捉えることができる。

本発明によれば、効率良く被乾燥物を乾燥させることで省エネルギー性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態にかかる乾燥システムの乾燥装置の一例を示す構成図である。 本発明の第１の実施形態にかかる乾燥システムの制御装置の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態にかかる温度範囲の下限設定を示す空気線図である。 本発明の第１の実施形態にかかる制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態にかかる導入された気体の状態を示す空気線図である。 本発明の第１の実施形態にかかる加熱量の演算を示す表である。 本発明の第２の実施形態にかかる乾燥システムの制御装置の一例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態にかかる制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態にかかる加熱量の演算を示す表である。 本発明の他の実施形態にかかる乾燥システムの乾燥装置の一例を示す構成図である。

［第１の実施形態］
［１．構成］
［１．１ システム概要］
以下、本発明に係る乾燥システムの実施形態について、図１および２に乾燥システムの一例を示して詳細に説明する。乾燥システムは、図１に示す乾燥装置Ｘと図２に示す制御装置Ｙから構成されている。乾燥装置Ｘは、被乾燥物Ｄが送風により乾燥される乾燥室１と、乾燥室１に接続され気体を加熱する加熱部２と、乾燥装置Ｘの系内への気体量を調整する気体量調整部３および４と、を備えるものである。

また、乾燥装置Ｘの乾燥室１は、加熱部２を通過した気体の湿度を測定する湿度センサＨと、加熱部２を通過した気体の温度を測定する温度センサＴとを含む。制御装置Ｙは、乾燥装置Ｘの加熱部２および気体量調整部３および４に接続され、加熱部２および気体量調整部３および４を制御するように構成されている。

湿度センサＨとしては、相対湿度を測定するセンサを用いても良い。すなわち、相対湿度センサを用いることで、加熱部３を通過した気体の相対湿度に基づいて乾燥システムを制御し、被乾燥物Ｄに含まれる/付着している水分を除去しても良い。

また、湿度センサＨとしては、飽和度を測定するセンサを用いても良い。すなわち、飽和度センサを用いることで、加熱部３を通過した気体の飽和度に基づいて乾燥システムを制御し、被乾燥物Ｄに含まれる/付着している水分・溶剤を除去しても良い。以上のように、湿度センサＨには、相対湿度又は飽和度を測定するセンサが含まれ、乾燥対象に応じて適宜選択可能であるが、以下の実施形態では、説明の便宜上、湿度センサＨは相対湿度を測定するもの、および除去対象を水分として説明する。

なお、本実施形態における被乾燥物Ｄとしては、例えば、食品や工業製品などが考えられる。しかし、乾燥装置Ｘは、物体に含有される水分および／又は溶剤および物体に付着した水分および／又は溶剤乾燥するものであり、乾燥対象はこれらに限定されない。

乾燥装置Ｘは、例えば被乾燥物Ｄが食品の場合には、その食品が含む水分含有率を低下させるために用いられる。また、例えば被乾燥物Ｄが工業製品の場合には、溶媒や純水で洗浄された工業製品を乾燥させるために用いられる。すなわち、以下では、被乾燥物Ｄの水分を乾燥させるものを例に説明するが、被乾燥物Ｄの溶剤を乾燥させる態様を含むものである。

［１．２ 乾燥装置の構成］
乾燥装置Ｘの乾燥室１には、図１に示すように、一側面に被乾燥物Ｄの搬入口Ｉとこれに対向する側面に搬出口Ｏが設けられている。また、乾燥室１の上面には給気口Ｓと、下面には排気口Ｅと、が設けられている。しかし、搬入口Ｉ、搬送口Ｏ、給気口Ｓ、および排気口Ｅの位置は、これらに限定されない。

また、搬入口Ｉと搬出口Ｏを介して、載置された被乾燥物Ｄを通過搬送する搬送装置Ｃが設けられている。搬送装置Ｃとしては、例えばベルトコンベアなど、従来の搬送装置を用いることができる。

乾燥室１には、気体の供給を行うダクトが給気口Ｓに、気体の排出を行うダクトが排気口Ｅにそれぞれ接続されている。なお、本実施形態では、搬送される複数の被乾燥物Ｄを乾燥する連続乾燥式の乾燥室１としたが、搬入口Ｉと搬出口Ｏを有さず、単数の被乾燥物Ｄを内部に収容して乾燥させるバッチ式の乾燥室としても良い。

湿度センサＨは、乾燥室１内の排気口Ｅの付近に設けられている。なお、湿度センサＨは、後述する制御装置Ｙの気体量制御部３００に接続されている。

乾燥室１の給気口Ｓに一端が接続されているダクトは、乾燥室１に加熱された気体を供給する給気ダクト１ａである。温度センサＴは、給気ダクト１ａに設けられており、給気ダクト１ａの他端は、加熱部２に接続されている。なお、温度センサＴは、後述する制御装置の加熱温度制御部２００に接続されている。

加熱部２は、導入された気体を所定の温度に加熱するものであり、例えば電気式や蒸気式などの加熱装置を用いることができる。なお、加熱部２は、後述する制御装置Ｙの加熱部駆動手段２１に接続されている。

加熱部２の給気ダクト１ａが接続された側の反対側には、気体導入ダクト２ａの一端が接続されている。この気体導入ダクト２ａは、加熱部２に、気体を導入するダクトである。本実施形態の気体導入ダクト２ａの他端は乾燥システム外部に連通され、外気導入口となっているが、被乾燥物の水分および／又は溶剤を乾燥させる気体であれば、外気でなくとも良い。

気体導入ダクト２ａには、気体量調整部３が設けられている。気体量調整部３は、乾燥装置Ｘに気体を導入する、送風機３ａおよび導入ダンパ３ｂを含む。送風機３ａは、気体を加熱部２方向に流すファンである。また、導入ダンパ３ｂは、開閉度が変わることにより気体導入ダクト２ａに導入される気体量を調整するモーターダンパであり、気体導入ダクト２ａの他端に設けられている。なお、気体量調整部３は、後述する制御装置Ｙの気体量調整部駆動手段３１に接続されている。

乾燥室１の排気口Ｅに一端が接続されているダクトは、乾燥室１内の気体を排出する排気ダクト１ｂである。排気ダクト１ｂの他端は乾燥システム外部に連通され、気体の排出口となっている。排気ダクト１ｂには、気体量調整部４が設けられている。気体量調整部４は、排出ダンパ４ａと送風機４ｂを含む。

排出ダンパ４ａは、開閉度が変わることにより、給気口Ｓから供給される気体量に見合うように、乾燥室１から排出される気体の量を調整するモーターダンパである。なお、この気体量調整部４は、後述する制御装置Ｙの気体量調整部駆動手段３１に接続されている。また、送風機４ｂは、乾燥室１から排出された気体を乾燥システム外部方向に流すファンである。

［１．３ 制御装置の構成］
制御装置Ｙは、図２に示すように、乾燥装置Ｘの温度センサＴと湿度センサＨに接続されている。制御装置Ｙは、これらのセンサの値に基づいて乾燥システムの動作を制御しており、具体的には、入力部１０１や出力部１０２が接続された、ＣＰＵやメモリを含み所定のプログラムで動作するコンピューターや専用の電子回路で構成されている。この制御装置Ｙは、加熱温度制御部２００、気体量制御部３００、加熱部駆動手段２１、および気体量調整部駆動手段３１を含む。

加熱温度制御部２００には、加熱温度制御部２００からの制御信号に従って加熱部２を駆動する加熱部駆動手段２１が接続されている。また、気体量制御部３００には、気体量制御部３００からの制御信号に従って気体量調整部３および４を駆動する気体量調整部駆動手段３１が接続されている。

入力部１０１には、オペレーターからの情報入力を受け入れる入力装置と、入力された情報を制御装置Ｙに通知するインターフェースが含まれる。この入力部１０１は、例えばオペレーターが乾燥システムへの操作要求や、設定値の変更を入力する手段である。入力装置としては、例えば、タッチパネル(出力部１０２の表示装置に設置されているものを含む）、マウス、およびキーボードなどを用いることができる。

出力部１０２には、制御装置Ｙからの情報を出力するインターフェースと、出力された情報に基づいてオペレーターに操作内容の確認や選択をさせる画面を表示する表示装置が含まれる。この出力部１０２は、例えば乾燥システムの状態を一覧や図で示したり、システムやオペレーターの操作に対する警報を表示する手段である。表示装置としては、例えば、液晶表示パネルなどの表示画面を持つディスプレイを用いることができる。

［１．３．１ 加熱温度制御部の構成］
加熱温度制御部２００は、温度センサＴの測定値に基づいて、乾燥装置Ｘの加熱部２を制御する処理部である。具体的には、加熱温度制御部２００は、設定温度記憶部２０１、温度比較部２０２、および加熱条件決定部２０３を含む。

設定温度記憶部２０１は、加熱部２を制御する基準となる温度を記憶する手段である。
具体的には、設定温度記憶部２０１には、乾燥装置Ｘおよび被乾燥物Ｄに応じた温度範囲が記憶されている。つまり、所定の温度範囲とは、予め設定温度記憶部２０１に記憶されている乾燥装置Ｘの設備全体の耐熱温度および被乾燥物Ｄの耐熱温度から決定されるものである。例えば、乾燥装置Ｘの耐熱温度が３００℃であり、被乾燥物Ｄの耐熱温度が２６０℃である場合には２６０℃未満の温度範囲で制御することが考えられる。

また、所定の温度範囲の上限は、耐熱温度未満かつできるだけ高い温度に設定されている。つまり、所定の温度範囲の上限は、乾燥装置Ｘおよび被乾燥物Ｄの性能や品質に影響が無い温度かつ、耐熱温度側の高温に設定されている。具体的には、設定温度は、測定誤差や応答遅れの観点から、耐熱温度より５〜１０℃低い温度に設定されていればよく、例えば耐熱温度が２６０℃である場合には、２５０〜２５５℃に設定されていることが好ましい。

所定の温度範囲の下限は、被乾燥物Ｄの所望の乾燥度合いを達成できる最低限の温度とすることが好ましい。また、外気の温度と湿度から、温度範囲の下限を以下のように設定しても良い。

すなわち、制御装置Ｙは、後述するように相対湿度を測定する湿度センサＨにより測定された相対湿度が目標の相対湿度となるように気体量調整部３および４を制御するものであるが、この目標の相対湿度によって、上述の所定の温度範囲の下限が決定される。この原理を、図３を用いて説明する。

ここでは、被乾燥物Ｄに相対湿度２％の空気を吹き付けることで、被乾燥物Ｄが目標の乾燥状態になるものとして、以下の２条件の外気を想定して、温度の下限について説明する。
温度（℃） 相対湿度（％） 絶対湿度（ｇ/ｋｇ’）
外気１： ４０ ６０ ２８
外気２： ３３ ６２ ２０

図３に示す通り、目標の相対湿度を２％とすると、外気１では１２３℃以上、外気２では１１３℃以上に温度を設定しなければ、相対湿度を２％とすることができない。従って、外気の気温および湿度から、目標とする相対湿度を得ることができる温度を、所定の温度範囲の下限として設定することが好ましい。

以上のような所定の温度範囲の上限と下限は、予め所定の被乾燥物Ｄに対して所定の温度を設定温度記憶部２０１に記憶されている。また、所定の温度範囲の下限は、乾燥装置Ｘの外部に外気の気温を測定する外気温センサと、外気の湿度を測定する外湿度センサを設けて、得られた外気の温度・湿度から算出されるように構成しても良い。

ここで、本実施形態の設定温度記憶部２０１は、所定の温度範囲において、加熱部２を通過した気体の設定温度も記憶している。加熱部２を通過した気体の設定温度は、所定の温度範囲において、高温域側に設定されていることが好ましい。

温度比較部２０２は、例えば複数の数値を比較して、数値の大小の判定や数値の差を判定する処理部である。具体的には、温度比較部２０２は、図示しないＡ／Ｄ変換部によりデジタル信号化された温度センサＴの測定値と、設定温度記憶部２０１に記憶されている加熱部２を通過した気体の設定温度とを比較し、比較結果を加熱条件決定部２０３に出力する。

加熱条件決定部２０３は、温度比較部２０２から出力された比較結果を受け取り、比較結果に基づいて、加熱部２の加熱条件を求める処理部である。具体的には、加熱条件決定部２０３は、加熱部２を通過した気体が設定温度記憶部２０１に記憶された設定温度となるように加熱部２の加熱温度である加熱条件を決定する。なお、決定された加熱条件は加熱部制御手段３１に出力される。

［１．３．２ 気体量制御部の構成］
気体量制御部３００は、設定湿度記憶部３０１、湿度比較部３０２、および気体量条件決定部３０３を含む。具体的には、気体量制御部３００は、湿度センサＨの測定値に基づいて、乾燥装置Ｘの気体量調整部３および／又は４を制御する処理部である。

設定湿度記憶部３０１は、気体量調整部３および／又は４を制御する基準となる相対湿度を記憶する手段である。具体的には、設定湿度記憶部３０１には、被乾燥物Ｄに応じた所定の相対湿度が記憶されている。つまり、所定の相対湿度は、被乾燥物Ｄを目標の乾燥度合いまで乾燥することができる相対湿度であり、被乾燥物Ｄの水分除去量によって決定される。所定の相対湿度は、予め被乾燥物Ｄに応じた相対湿度を設定湿度記憶部３０１に記憶しておく。

湿度比較部３０２は、例えば複数の数値を比較して、数値の大小の判定や数値の差を判定する処理部である。より具体的には、湿度比較部３０２は、図示しないＡ／Ｄ変換部によりデジタル信号化された湿度センサＨの測定値と設定湿度記憶部３０１に記憶されている相対湿度値とを比較し、比較結果を気体量条件決定部３０３に出力する。

気体量条件決定部３０３は、湿度比較部３０２から出力された比較結果を受け取り、比較結果に基づいて気体量調整部３および／又は４の気体量条件を求める処理部である。気体量条件決定部３０３は、乾燥室１内の相対湿度が設定された相対湿度となるように気体量調整部３および／又は４を制御する条件を気体量調整部駆動手段３１に出力する。

［２．作用］
［２．１ 乾燥装置の動作］
以上のような構成を有する本実施形態の乾燥システムの乾燥装置Ｘの動作を、以下に説明する。図１に示すように、被乾燥物Ｄは搬送装置Ｃにより搬送され、乾燥装置Ｘの乾燥室１に導入される。乾燥室１は、加熱された気体によって、搬送された被乾燥物Ｄを乾燥する。ここでは、まず気体の流れに沿って、本実施形態の乾燥装置Ｘの動作のみを説明する。

送風機３ａは一定の回転数を保って運転されており、開状態に制御されている導入ダンパ３ｂは、例えば外気を気体導入ダクト２ａに導入する。このとき、導入ダンパ３ｂの開閉度により、導入する気体の量が調整される。気体導入ダクト２ａにおいて、送風機３ａは、導入された気体を加熱部２側に流す。そして、加熱部２は、気体を所定の温度範囲内の設定温度に加熱する。給気ダクト１ａは、加熱された気体を、供給口Ｓから乾燥室１に供給する。

乾燥装置Ｘにおいて、加熱された気体は被乾燥物Ｄに供給される。このように供給された気体により被乾燥物Ｄは乾燥される。搬送装置Ｃは、乾燥された被乾燥物Ｄを乾燥室１外部に搬送する。乾燥室１内の気体は、被乾燥物Ｄの乾燥に伴って、相対湿度が上がる。この場合、導入ダンパ３ｂの開状態が制御され、さらに気体を導入して加熱された気体を乾燥室１に供給し、乾燥室１内の相対湿度が所定の相対湿度となるように調整する。

また、乾燥室１内の気体を、加熱部２に導入された気体量に見合う分だけ、排気口Ｅを介して排気ダクト１ｂに導入し、乾燥装置Ｘの外部に排出する。この場合、送風機４ｂは一定の回転数を保って運転されており、排気ダクト１ｂに設けられた排出ダンパ４ａの開閉度により、排出される気体の量が調整される。排出ダンパ４ａを通過した気体は、送風機４ｂが乾燥装置Ｘの外部側に流して排出する。

［２．２ 制御フロー］
次に、制御装置Ｙの制御フローを、図４を参照しつつ説明する。制御装置Ｙは、湿度センサＨの測定値が所定の相対湿度となるように気体量調整部３および/又は４を制御し、温度センサＴの測定値が所定の温度範囲内の設定温度となるように加熱部２を制御する。

ここでは、耐熱温度が１３０℃の被乾燥物Ｄを乾燥させる場合を一例として説明する。この場合、例えば、制御装置Ｙにおいて、設定湿度記憶部３０１には所定の相対湿度２％が、設定温度記憶部２０１には所定の温度範囲が８０〜１２０℃および加熱部２を通過した気体の設定温度１２０℃が、それぞれ記憶されている。

乾燥装置Ｘの運転が開始されると、気体量制御部３００は、導入ダンパ３ｂを開状態に制御して、気体導入ダクト２ａに例えば外気を導入する。また、加熱温度制御部２００は、温度センサＴの測定値が所定の値（１２０℃）となるように、加熱部２を制御する（ステップＳ０１）。

具体的には、加熱温度制御部２００の温度比較部２０２には、接続されている温度センサＴによって検出された測定値が伝達される（ステップＳ０２）。温度比較部２０２は、予め設定温度記憶部２０１に記憶されている所定の温度範囲内の設定温度を読み出し、温度センサＴの測定値と比較して、比較結果を加熱条件決定部２０３に出力する。

加熱条件決定部２０３は、この比較結果に基づいて、加熱部２を通過した気体の温度が１２０℃となるように加熱部２を制御するための加熱条件を決定する。加熱条件決定部２０３は、決定した加熱条件を加熱部駆動手段２１に出力して加熱部２を制御する。従って、加熱部２は、加熱部２を通過した気体の温度が１２０℃となるように、導入された気体を加熱することとなる。

また、気体量制御部３００の湿度比較部３０２には、接続されている湿度センサＨによって検出された測定値が伝達される（ステップＳ０２）。湿度比較部３０２は、予め設定湿度記憶部３０１に記憶されている所定の湿度を読み出し、湿度センサＨの測定値と比較して、比較結果を気体量条件決定部３０３に出力する。

気体量条件決定部３０３は、この比較結果に基づいて、相対湿度が２％となるように導入する気体量条件を決定する。気体量条件決定部３０３は、決定した気体量条件を気体量調整部駆動手段３１に出力して導入ダンパ３ｂの開閉度を制御する。従って、導入ダンパ３ｂは、乾燥室１内の気体の相対湿度が２％となるように、気体を導入することとなる。

例えば、徐々に加熱部２の加熱温度を増加させるのであれば、温度センサＴの測定値が１２０℃に到達しない場合（ステップＳ０３のＮＯ）、加熱部２における加熱温度を上昇させて、気体の加熱を続ける。

一方、温度センサＴの測定値が１２０℃に到達した場合（ステップＳ０３のＹＥＳ）、気体量制御部３００は、湿度センサＨの測定値が２％に到達したか否かを確認する。湿度センサＨの測定値が相対湿度２％に到達しない場合（ステップＳ０４のＮＯ）、気体の導入および加熱を続ける。このとき、相対湿度が２％に到達するまでは、気体量制御部３００が導入ダンパ３ｂの開度を大きくするように制御して、導入する気体量を増加させる。

一方、湿度センサＨの測定値が２％に到達した場合（ステップＳ０４のＹＥＳ）、被乾燥物Ｄが乾燥室１に搬送され、被乾燥物Ｄの乾燥が開始される（ステップＳ０５）。そうすると、被乾燥物Ｄの乾燥が進むにつれて、乾燥室１内の相対湿度が上昇する。従って、被乾燥物Ｄの乾燥時においても、加熱温度制御部２００は、温度センサＴの測定値が１２０℃になるように加熱部２の制御を行い、また、気体量制御部３００は、湿度センサＨの測定値が２％を維持するように導入ダンパ３ｂを制御する（ステップＳ０６〜ステップＳ０９）ことを、一定量の被乾燥物Ｄにおいて所望の乾燥状態が達成されるまで、すなわち、所望の水分除去量が達成されるまで断続的に行う。

［３．原理］
以上のように動作する本実施形態の乾燥システムについて、図５に示した空気線図を参照してその動作原理を説明する。なお、図５において、アルファベットで示す各点は、以下に説明する各気体の状態に対応している。以下に示す気体の温度及び湿度等の具体的な値は例示にすぎず、本発明がこれらの数値に限定されるものではない。

本実施形態の所定の温度範囲は、前述のとおり、乾燥装置Ｘと被乾燥物Ｄの耐熱温度を考慮した上で、できるだけ高い温度が設定されている。このような温度範囲の設定は、以下の原理に基づくものである。

なお、以下の計算においては、乾燥室１に供給された加熱された気体は、被乾燥物Ｄに付着するか、被乾燥物Ｄに含まれる乾燥対象物の放出（気化等）によって冷却されるのみと考える。従って、空気の漏れ等による乾燥装置Ｘ外への熱損失は考慮しないものとする。

ここでは、以下の条件の外気の導入を想定して、加熱量について説明する。
温度（℃） 相対湿度（％） 絶対湿度（ｇ/ｋｇ’）
外気Ａ： ２２ ５０ ８
また、被乾燥物Ｄは、相対湿度２％での乾燥で達成できるものであり、被乾燥物Ｄの水分除去量を２５０００ｇ／ｈとして考える。

上記の外気Ａを１００℃および１２０℃の２つの温度に加熱して、乾燥室１に供給する場合を想定し、導入する外気量およびその加熱量の計算を行った。計算結果は図６に表にして示す。ここで、図５のＢ１は、外気Ａを１００℃に加熱した気体の状態を示す。このＢ１の気体は乾燥室１に供給される供給空気である。この供給空気は、被乾燥物Ｄを乾燥することにより気化冷却されるため、乾燥室１の気体の状態はＢ２に示す通りとなる。

すなわち、加熱条件Ｂ１の絶対湿度は、外気Ａと同様に８ｇ／ｋｇ’であるが、Ｂ２の絶対湿度は、１０.２ｇ／ｋｇ’となる。縦軸方向の絶対湿度の差が水分除去量となる。従って、外気Ａを１００℃に加熱した場合の水分除去量は、２．２ｇ／ｋｇ’となる。

同様に、外気Ａを１２０℃に加熱した供給空気の状態をＣ１、気化冷却された気体の状態をＣ２として図５に示す。Ｃ１の絶対湿度は、外気Ａと同様に８ｇ／ｋｇ’であり、Ｃ２の絶対湿度は、１４.８ｇ／ｋｇ’となる。従って、外気Ａを１２０℃に加熱した場合の水分除去量は、６.８ｇ／ｋｇ’となる。

同様に、外気Ａを１４０℃に加熱した供給空気の状態をＤ１、気化冷却された気体の状態をＤ２として図５に示す。Ｄ１の絶対湿度は、外気Ａと同様に８ｇ／ｋｇ’であり、Ｄ２の絶対湿度は、１９．５ｇ／ｋｇ’となる。従って、外気Ａを１４０℃に加熱した場合の水分除去量は、１１．５ｇ／ｋｇ’となる。

外気導入量は、被乾燥物Ｄの水分除去量２５０００ｇ／ｈを各水分除去量で除算することで求められる。従って、外気Ａを１００℃に加熱した場合の外気導入量は、１１３６４ｋｇ’／ｈとなる。一方、１２０℃に加熱した場合は３６７６ｋｇ’／ｈ、１４０℃に加熱した場合は２１７４ｋｇ’／ｈとなる。

導入外気の加熱量は、外気導入量×（供給空気のエンタルピ−外気のエンタルピ）から求めることができる。なお、各空気の状態におけるエンタルピは、図５の破線の矢印の先に示す。従って、図６に示す通り、外気Ａを１００℃に加熱した場合の加熱量（ｋＪ／ｈ）は、９０９１２０となる。一方、１２０℃に加熱した場合は３６７６００、１４０℃に加熱した場合は２６０８００となる。

従って、同一条件において同一対象を乾燥する場合には、温度が高い方が、気体導入量が少なくなり、ひいては加熱量を少なくすることが可能となる。本願発明は、発明者が導き出した上記の原理を乾燥システムに適用したものであり、加熱部２を通過した気体の温度を、所定の温度範囲において高温域側に設定することで、より少ない加熱量で被乾燥物Ｄを乾燥するものである。

［４．効果］
以上のような本実施形態の効果は、加熱部２を通過した気体の温度が、所定の温度範囲において高温域側に設定されていることから、上述の通り加熱量を少なくすることができ、乾燥システムの省エネルギー性を向上させることができることである。

［第２の実施形態］
［１．構成］
第２の実施形態の乾燥システムの制御装置Ｙの構成を、図７を参照して説明する。第２の実施形態は、加熱部２を通過した気体の温度を所定の温度範囲内において変化させるものである。なお、乾燥装置Ｘの構成は第１の実施形態と同様のため説明を省略し、制御装置Ｙにおいて第１の実施形態と同じ部分については同一符号を付して説明は省略する。

第２の実施形態の制御装置Ｙの加熱温度制御部２００は、さらに、加熱量演算部２０４、加熱量記憶部２０５、加熱量比較部２０６、を含む。また、加熱条件決定部２０３は、加熱部２の加熱条件として、所定の温度範囲において、加熱部２を通過した気体の温度を変化させる条件を含む。具体的には、温度は増減可能であり、例えば、１０℃ずつ温度を変化させる条件のように所定の間隔での温度変化させる条件が考えられる。

加熱量演算部２０４は、加熱部２における加熱量を算出する手段である。例えば、設定温度記憶部２０１が記憶する加熱部２を通過した気体の設定温度と、気体量条件決定部３０３が決定した導入する気体量に基づいて、所定の時間における加熱量を算出する。

加熱量演算部２０４による演算の一例としては、設定温度記憶部２０１に記憶されている設定温度のエンタルピから外気温のエンタルピを減算し、気体量条件決定部３０３の導入する気体量を乗算して加熱量を求める方法が挙げられる。また、加熱量演算部２０４は、算出した加熱量を加熱量記憶部２０５と加熱量比較部２０６に出力する機能を含む。

加熱量記憶部２０５は、加熱量演算部２０４が算出した加熱量を記憶する手段である。また、加熱量比較部２０６は、例えば複数の数値を比較して、数値の大小の判定や数値の差を判定する処理部である。具体的には、加熱量記憶部２０５は、加熱量記憶部２０５に記憶された加熱量と、加熱量演算部２０４が算出した加熱量とを比較する。

［２．作用］
以上のような構成を有する本実施形態の乾燥システムの制御フローについて以下に説明する。なお、乾燥システムの乾燥装置Ｘの動作については第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

本実施形態の制御装置の制御フローを、図８を参照しつつ説明する。ここでは、制御装置Ｙにおいて、設定湿度記憶部３０１には所定の相対湿度２％が、設定温度記憶部２０１には所定の温度範囲が１００〜１４０℃および加熱部２を通過した気体の設定温度１２０℃が、それぞれ記憶されている場合を例とする。

本実施形態の制御フローは、被乾燥物Ｄの乾燥開始（図４のステップＳ０５）までは第１の実施形態と同様である。従って、本実施形態では、加熱部２を通過した気体の設定温度が１２０℃に到達し、相対湿度が２％に到達して、被乾燥物Ｄの乾燥が開始された後の制御について説明する。

被乾燥物Ｄの乾燥が開始されると（ステップＳ０５）、加熱部２を通過した気体の温度における、所定時間の加熱量が演算される。すなわち、設定温度記憶部２０１は加熱部２を通過した気体の設定温度を、気体量条件決定部３０３は決定した導入する気体量を、それぞれ加熱量演算部２０４に出力する。

加熱量演算部２０４は、入力された設定温度と気体量から、所定の時間における演算加熱量Ａを計算する（ステップＳ５１）。演算加熱量Ａは、加熱量演算部２０４により加熱量記憶部２３１に出力されて記憶される。

演算加熱量Ａの算出が終わると、加熱条件決定部２０３は、所定の温度範囲において、加熱部２を通過した気体の温度を、例えば１３０℃に変化させる加熱条件を決定する。加熱条件決定部２０３は、決定した加熱条件を加熱部駆動手段２１に出力して加熱部２を制御する（ステップＳ５２）。また、加熱条件を変化させた後の設定温度は、加熱条件決定部２０３により設定温度記憶部２０１に出力されて記憶される。

設定温度が変更されると、加熱部駆動手段２１は、入力された加熱条件に基づいて、温度センサＴの測定値が１３０℃になるように加熱部３の制御を行い、また、気体量調整部駆動部３１は、気体量条件決定部３０３から入力された気体量条件に基づいて、湿度センサＨの測定値が相対湿度２％を維持するように導入ダンパ３ｂを制御する。そして、温度と相対湿度が目標値に到達すると、加熱量演算部２０４は、変更された温度において演算加熱量Ｂを計算する（ステップＳ５３）。

演算加熱量Ｂが算出されると、加熱量演算部２０４は、演算加熱量Ｂを加熱量記憶部２０５と、加熱量比較部２０６に出力する。加熱量比較部２０６は、加熱量記憶部２０５に記憶された演算加熱量Ａと、加熱量演算部２０４より入力された演算加熱量Ｂの大小を比較する（ステップ５４）。

ここで、演算加熱量Ａと演算加熱量Ｂを比較して、演算加熱量Ａの加熱量が大きい場合（ステップＳ５５のＹＥＳ）、加熱条件決定部２０３は加熱条件を変更して、変化後（１３０℃）の温度側に、さらに温度を変化させる（ステップＳ５６）。ここでは、例えば１４０℃に温度を変化させる。また、演算加熱量Ｂの加熱量が大きい場合（ステップＳ５５のＮＯ）、加熱条件決定部２０３は加熱条件を変更して、変化前（１２０℃）の温度側に、さらに温度を変化させる（ステップＳ５７）。ここでは、例えば１１０℃に温度を変化させる。

さらに温度が変化されると、加熱量演算部２０４による温度変化後の加熱量の演算（ステップＳ５３）および加熱量比較部２０６による演算加熱量の比較（ステップＳ５４）、加熱条件決定部２０３による加熱条件の変更（ステップＳ５６またはステップＳ５７）が繰り返される。制御装置Ｙは、以上のような制御を、一定量の被乾燥物Ｄにおいて所望の乾燥状態が達成されるまで、すなわち、所望の水分除去量が達成されるまで断続的に行う。

［３．原理］
以上のように動作する本実施形態の乾燥システムについて、その動作原理を図９に基づいて説明する。まず、第１の実施形態で説明した通り、加熱部２を通過した気体の温度を、できるだけ高く設定することで、より少ない加熱量で被乾燥物Ｄを乾燥することができることは明らかである。

一方、実際に乾燥システムを運転する場合には、乾燥システム系外への熱損失が生じることが考えられる。熱損失としては、乾燥装置の周囲が低温であるため、ダクトや乾燥室壁を通して逃げていく熱量、被乾燥物Ｄの昇温に要する加熱量、さらには、乾燥室１の搬送口Ｉや搬出口Ｏからの空気の漏れ等が考えられる。また、被乾燥物Ｄが含有する水／溶媒量は常時変化するため、乾燥室１内の相対湿度にも影響を与える。

一般に、熱損失は乾燥装置の温度が高温になる程大きくなることが考えられるため、加熱部２を通過した気体の温度を、所定の温度範囲において高温域側に設定した場合であっても、相対湿度を所定の相対湿度に保つために導入する気体量が増え、結果として加熱量が増加する場合も想定される。

そこで、熱容量の大きい被乾燥物Ｄの投入量を一定とし、乾燥装置に投入される被乾燥物Ｄの水分含有率が変動し、水分除去量が変化する場合を想定して動作原理を説明する。ここでは、被乾燥物Ｄを比熱１．３ｋＪ／ｋｇ・ｋの木材とした場合を例とする。

この木材を、１００℃、１２０℃、１４０℃において毎時２５００ｋgで乾燥させる場合には、蓄熱量（ｋＪ／ｈ）は１００℃で６５０００、１２０℃で１３００００、１４０℃で１９５０００となる。この蓄熱量とは、被乾燥物Ｄを乾燥させる際に、被乾燥物Ｄが加熱されて奪われてしまう加熱量となる。

次に、第１の実施形態と同様の条件の外気を想定して、加熱量について説明する。
温度（℃） 相対湿度（％） 絶対湿度（ｇ/ｋｇ’）
外気Ａ： ２２ ５０ ８
また、被乾燥物Ｄは、相対湿度２％での乾燥で達成できるものであり、被乾燥物Ｄの水分除去量を２５０００ｇ／ｈとして考える。

第１の実施形態で算出した加熱量に、上記各温度における被乾燥物Ｄの蓄熱量を加算すると、被乾燥物Ｄの乾燥に必要な全ての加熱量（ｋＪ／ｈ）は、１００℃で９７４１２０、１２０℃で４９７６００、１４０℃で４５５８００となり、１４０℃で乾燥した場合の加熱量が最も少ない。

一方、被乾燥物Ｄの水分除去量が１２５００ｇ／ｈに変化した場合を想定して、同様の計算を行うと、被乾燥物Ｄの乾燥に必要な全ての加熱量（ｋＪ／ｈ）は、１００℃で５１９４８０、１２０℃で３１３８００、１４０℃で３２５３２０となり、１２０℃で乾燥した場合の加熱量が最も少ない。

以上の通り、乾燥条件によっては、所定の範囲で高温域に設定された設定温度において、必ずしも少ない加熱量となるわけではない。従って、まずは所定の温度範囲において高温域の設定温度にして加熱量を少なくし、その後、温度を変化させれば最も加熱量が少ない温度において被乾燥物Ｄを乾燥させることができる。

［４.効果］
以上のような本実施形態の効果は、第１の実施形態の効果に加えて、次の通りである。すなわち、加熱部２を通過した気体の温度を変化させて、各温度で演算された加熱量を比較して低い加熱量を有する温度に設定されることから、乾燥システムの省エネルギー性を向上させることができる。

［その他の実施の形態］
（１）乾燥装置Ｘの構成は、上記の実施形態の構成に限定されるものではない。すなわち、図１０に示す通り、熱交換器１０ａおよび１０ｂを、それぞれ気体導入ダクト２ａおよび排気ダクト１ｂに設けて、排気される気体の顕熱と、導入される気体の顕熱とを交換する構成としても良い。これにより、排気される気体の顕熱を導入される気体の加熱に用いることができるので、より省エネルギー性を向上させることができる。

（２）また、図１０に示す通り、乾燥室１に送風機１１ａおよび加熱部１１ｂが設けられた循環ダクト１２を設けても良い。このように構成することで、乾燥室１内の高温の気体を再加熱することが可能となり、より省エネルギー性を向上させることができる。

（３）さらに、図１０に示す通り、乾燥室１内部に、拡散ファン１３を設けても良い。このように構成し被乾燥物Ｄにあたる気体の風速をあげることで、被乾燥物Ｄの乾燥速度を早め、乾燥効率をあげることができるため、省エネルギー性を向上させることができる。以上説明した乾燥装置Ｘの各構成は、それぞれ個別に乾燥装置に適用することもできるし、全てを適用することもできる。

（４）上記の実施形態では、相対湿度又は飽和度は湿度センサＨにより測定されるとしたが、相対湿度又は飽和度の求め方は直接測定するものに限定されない。すなわち、温度、絶対湿度、露点温度等を測定し、これらの測定値に基づいて演算して求めることもできる。また、相対湿度や飽和度の代わりに、被乾燥物Ｄの含水率等を用いても良い。

（５）上記の実施形態において決定される加熱部２の加熱条件や、気体量調整部３および４の気体量条件は、例えば加熱部２の種類や乾燥室１の容量などの乾燥装置Ｘの構成に加え、被乾燥物Ｄの水分除去量に基づいて、適宜設定される。その他にも、これらの条件は、系外への気体の漏れ、搬送装置Ｃが乾燥室１内で被乾燥物Ｄを搬送する時間、搬送装置Ｃの熱容量に基づいて計算される熱損失等、種々の条件を加味して決定されるものであり、乾燥システムの設置状況に応じて適宜変更可能である。

（６）上記の実施形態では、設定温度を耐熱温度未満の高温域としたが、温度センサＴの位置を考慮して温度設定を行うこともできる。すなわち、給気ダクト２ａに温度センサＴが設けられている場合であれば、乾燥室内の温度は温度センサＴにおいて測定された温度より低くなることが想定される。このような場合には、耐熱温度未満のさらに高い温度に設定することで、乾燥室１を所望の温度に調整することができる。

（７）また、上記の実施形態では、温度センサＴを給気ダクト１ａに設けたが、温度センサＨは加熱部２を通過した気体の温度を測定できるように、被乾燥物の耐熱温度等を考慮して適宜配置すれば良い。すなわち、温度センサＴは、必ずしも加熱部２通過直後の気体を測定する必要はなく、排気ダクト１ｂに設けても良いし、乾燥室１の給気口Ｓ、排気口Ｅ、被乾燥物Ｄの付近に設けることもできる。

（８）上記の実施形態では、湿度センサＨを乾燥室１の排気口Ｅの付近に設けたが、湿度センサＨは、加熱部２を通過した気体の湿度（相対湿度・飽和度）を測定できるように、被乾燥物に必要な乾燥具合を考慮して、適宜配置すれば良い。すなわち、湿度センサＨは、必ずしも排気口Ｅの付近の気体を測定する必要はなく、給気ダクト１ａや排気ダクト１ｂに設けても良いし、乾燥室１の給気口Ｓや被乾燥物Ｄの付近に設けることもできる。

（９）上記の実施形態では、気体量調整部３および/又は４として、モーターダンパの開閉度を制御して導入する気体量を調整したが、送風機のみを設置し、送風機の回転数を制御することで気体量を調整しても良い。また、モーターダンパの開閉度の調整と送風機の回転数の調整を組み合わせて、外気の量を調整しても良い。

（１０）上記の実施形態では、所定の時間における加熱量を設定温度記憶部２０１に記憶された設定温度と気体量条件決定部３０３に決定された気体量により求めたが、実際の温度および気体量を測定して算出しても良い。すなわち、温度センサＴに加え、導入気体量を実測する手段を設け、それぞれの測定値に基づいて算出することもできる。その場合には、加熱条件決定部２０３にタイマ機能を設けて、所定の時間の加熱量を算出する。

（１１）上記の実施形態では、加熱条件決定部２０３が１０℃ずつ温度を変化させる例を示して説明したが、温度を変化させる間隔はこれに限定されるものではない。例えば所定の温度範囲において、被乾燥物Ｄの乾燥が開始された直後は大きな温度間隔（例えば２０℃ずつ）で変化させることを一定回数繰り返し、その後、小さな温度間隔（例えば１℃ずつ）で変化させるようにしても良い。このように構成することで、乾燥開始直後に迅速に加熱量が少ない温度を探し、その後により正確に加熱量が少ない温度に変更することができるため、より省エネルギー性を向上させることができる。

１ 乾燥室
２ 加熱部
３、４ 気体量調節部
３ａ、４ｂ 送風機
３ｂ 導入ダンパ
４ａ 排出ダンパ
１０ａ、１０ｂ 熱交換器
１１ａ 送風機
１１ｂ 加熱部
１２ 循環ダクト
１３ 拡散ファン
Ｄ 被乾燥物
Ｔ 温度センサ
Ｈ 湿度センサ
２１ 加熱部駆動手段
３１ 気体量調整部駆動手段
１０１ 入力部
１０２ 出力部
２００ 加熱温度制御部
２０１ 設定温度記憶部
２０２ 温度比較部
２０３ 加熱条件決定部
２０４ 加熱量演算部
２０５ 加熱量記憶部
２０６ 加熱量比較部
３００ 気体量制御部
３０１ 設定湿度記憶部
３０２ 湿度比較部
３０３ 気体量条件決定部

Claims (5)

1. 被乾燥物が送風により乾燥される乾燥室と、前記乾燥室に接続され気体を加熱する加熱部と、系内への気体量を調整する気体量調整部と、を備えた乾燥装置と、前記乾燥装置に接続された制御装置と、を有する乾燥システムにおいて、
   前記乾燥装置は、
   前記加熱部を通過した気体の湿度を測定する湿度センサと、前記加熱部を通過した気体の温度を測定する温度センサと、を有し、
   前記制御装置は、
   前記湿度センサにより測定された湿度が所定の値となるように、前記気体量調整部を制御する気体量制御部と、
   前記温度センサにより測定された温度が所定の温度範囲となるように、前記加熱部を制御する加熱温度制御部と、を有し、
   前記加熱温度制御部は、
   前記加熱部を制御する加熱条件を決定する加熱条件決定部と、
   前記加熱部における加熱量を算出する加熱量演算部と、
   少なくとも２つ以上の加熱量を比較する加熱量比較部と、を有し、
   前記加熱条件決定部が、前記加熱部を通過した気体の温度を、前記所定の温度範囲内において変化させるように加熱条件を変更し、
   前記加熱量演算部が、温度変化前後の加熱量を算出し、
   前記加熱量比較部が、前記温度変化前後の加熱量を比較し、
   前記加熱条件決定部は、
   当該比較結果に基づき、
   変化前の温度での加熱量が少ない場合には、前記変化前の温度側にさらに温度を変化させ、
   変化後の温度での加熱量が少ない場合には、前記変化後の温度側にさらに温度を変化させるように加熱条件を変更する処理部であり、
   前記加熱条件決定部により温度が変化される度に、前記加熱量演算部による加熱量の演算、前記加熱量比較部による加熱量の比較、前記加熱条件決定部による加熱条件の変更が繰り返されることを特徴とする乾燥システム。
2. 前記湿度センサが相対湿度を測定するセンサであることを特徴とする請求項１に記載の乾燥システム。
3. 前記湿度センサが飽和度を測定するセンサであることを特徴とする請求項１に記載の乾燥システム。
4. 被乾燥物が送風により乾燥される乾燥室と、前記乾燥室に接続され気体を加熱する加熱部と、系内への気体量を調整する気体量調整部と、を備えた乾燥装置と、前記乾燥装置に接続された制御装置と、を有する乾燥システムの制御方法であって、
   前記乾燥室の気体の湿度が所定の値となるように、前記気体量調整部を制御し、
   前記加熱部を通過した気体の温度が所定の温度範囲となるように、前記加熱部を制御し、
   前記加熱部における温度変化前後の加熱量を算出し、
   当該加熱量を比較した結果に基づき、
   変化前の温度での加熱量が少ない場合には、前記変化前の温度側にさらに温度を変化させ、
   変化後の温度での加熱量が少ない場合には、前記変化後の温度側にさらに温度を変化させるように前記加熱部の加熱条件を変更し、
   温度を変化させる度に、加熱量の演算、および加熱量の比較、加熱条件の変更を繰り返すことを特徴とする乾燥システムの制御方法。
5. 被乾燥物が送風により乾燥される乾燥室と、前記乾燥室に接続され気体を加熱する加熱部と、系内への気体量を調整する気体量調整部と、を備えた乾燥装置と、前記乾燥装置に接続された制御装置と、を有する乾燥システムの制御装置であって、
   前記制御装置が、
   気体の湿度を測定する湿度センサにより測定された湿度が所定の値となるように、前記気体量調整部を制御する気体量制御部と、
   温度センサにより測定された温度が所定の温度範囲となるように、前記加熱部を制御する加熱温度制御部と、を有し、
   前記加熱温度制御部は、
   前記加熱部を制御する加熱条件を決定する加熱条件決定部と、
   前記加熱部における加熱量を算出する加熱量演算部と、
   少なくとも２つ以上の加熱量を比較する加熱量比較部と、を有し、
   前記加熱条件決定部が、前記加熱部を通過した気体の温度を、前記所定の温度範囲内に
   おいて変化させるように加熱条件を変更し、
   前記加熱量演算部が、温度変化前後の加熱量を算出し、
   前記加熱量比較部が、前記温度変化前後の加熱量を比較し、
   前記加熱条件決定部は、
   当該比較結果に基づき、
   変化前の温度での加熱量が少ない場合には、前記変化前の温度側にさらに温度を変化させ、
   変化後の温度での加熱量が少ない場合には、前記変化後の温度側にさらに温度を変化させるように加熱条件を変更する処理部であり、
   前記加熱条件決定部により温度が変化される度に、前記加熱量演算部による加熱量の演算、前記加熱量比較部による加熱量の比較、前記加熱条件決定部による加熱条件の変更を繰り返すことを特徴とする乾燥システムの制御装置。

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