JP6291211B2 - 乾燥・濃縮方法並びにその装置 - Google Patents

Description

本発明は泥状・ケーク状・粉粒状等の材料や液体材料の乾燥・濃縮方法並びにその装置に関するものであって、特に伝導伝熱乾燥機において、排気口から排出された、被処理物から蒸発した水蒸気を含んだキャリアガスの熱により、温度が低下してドレン状態で加熱装置から排出された熱媒体の再蒸発を行い、被処理物の乾燥熱源として循環使用する乾燥・濃縮方法並びにその装置に係るものである。

近時、環境保全の取り組みが盛んになってきており、企業等にあっては、生ごみ、食品加工残渣等の一般廃棄物や、下水汚泥等を乾燥して、減量・腐敗防止を図ったうえで再資源化や処分を行っている。そしてこのような乾燥に供される装置の一つに、被処理物から生じた蒸気そのものを被処理物の加熱源として供するヒートポンプ式処理装置があり、この装置は直接加圧型（蒸気再圧縮型）と呼ばれる。

一方、間接加圧式のヒートポンプ式処理装置は、熱媒体にフロンなどを使用した冷凍システムを応用したものが多く、乾燥機から真空排気装置までの一連のシステムを真空下で操作する必要があり、乾燥機は真空乾燥機となり、外圧に耐える頑丈な本体と、乾燥製品を排出するための特別なシステムが必要となる。
このため従来は、伝導伝熱乾燥機で間接加圧式蒸気再圧縮型ヒートポンプを実用化した例は見当たらなかった。

そこで本出願人は、装置全体を小規模に構成することができ、また被処理物の乾燥・濃縮操作を連続的に行うことができ、更にまた消費電力を低減することができ、更にまた凝縮水の汚染を招いてしまうことのない、新規な蒸気再圧縮型ヒートポンプ式処理装置を開発し、既に特許出願に及んでおり、この発明は評価され登録に至っている（特許文献１参照）。
また本出願人は、蒸気再圧縮型のヒートポンプ式処理装置についての研究開発を継続して種々の改良を試みており、従来、斯界の常識としてキャリアガスとして外気が用いられていたところを、過熱蒸気を用いるという着想に基づいて、被処理物の乾燥を常圧下において連続的に行うことができるとともに、装置の製造コストを大幅に低減することができる発明を案出し、既に特許出願に及んでいる（特許文献２参照）。
更にまた本出願人は、キャリアガスとして過熱蒸気を用いることを特徴とした上記発明を、直接加圧式蒸気再圧縮型とは異なる、間接加圧式蒸気再圧縮型のヒートポンプ式処理装置に適用することにより、前述した圧縮機の故障等の問題を解消することのできる装置を開発し、既に特許出願に及んでいる（特許文献３並びに本件図５参照）。

そしてその後も本出願人は、このような間接加圧式蒸気再圧縮型のヒートポンプ式処理装置の研究・開発を継続しており、下記の点において改善の余地があることを認識するに至った。
まず第一に、加熱装置から排出される熱媒体がドレン状態となる装置の場合、このドレンの再蒸発が不十分となってしまう点であり、また第二に、圧縮機の吸入側が、大気圧よりも低圧側である負圧になることにより、効率の低下を引き起こしている点であって、更にはこの場合、圧縮機の吐出圧力が下がり装置全体の効率が低下してしまう点である。
すなわち図５に示すように、圧縮機５′は蒸気Ｓ１′を昇圧・昇温することを主たる目的とするものであるが、循環路４′における圧縮機５′の上流側は、圧縮機５′の吸引作用によって低圧となるため、ドレン状態の熱媒体（ドレンＤ１′）の沸点を下降させて、蒸発が促されることとなる。ここで圧縮機５′の吸引作用によってもたらされる低圧状態とは、特許文献３においては９０ｋＰａ・ａｂｓ（−１１．３３ｋＰａＧ）であり、水の場合の飽和温度は９７℃程となり、蒸発の熱源となる過熱蒸気Ｓ６′（１１２℃）との温度差が僅かであり、蒸発促進といった観点からは、この温度差を大きくするために更なる低圧状態を得ることが望ましい。一方、圧縮機５′の運転効率向上の観点からは、上流側を大気圧または大気圧よりも高圧側である正圧とすることが好ましく、熱媒体の蒸発促進の実現と、圧縮機５′の運転効率向上実現との間には二律背反する問題が存在していた。

特許第４４２０７３７号公報 特願２０１２−１４２７５７ 特願２０１２−２２２０１２１

本発明はこのような背景からなされたものであって、圧縮機を二段構成として、一段目の圧縮機を専らその上流側（吸引側）の減圧のために用いて、ドレン状態の熱媒体の蒸発を良好にするとともに、その下流側（吐出側）を正圧とすることにより、二段目の圧縮機の効率低下を回避して、装置全体の効率を著しく向上することのできる、新規な乾燥・濃縮方法並びにその装置の開発を技術課題としたものである。

すなわち請求項１記載の乾燥・濃縮方法は、本体シェル内に加熱装置が具えられ、この加熱装置の伝熱面に被処理物を接触させて水分を蒸発させるように構成された連続式伝導伝熱乾燥機が具えられたヒートポンプ式処理装置を用いた乾燥・濃縮方法において、前記ヒートポンプ式処理装置は、温度が低下してドレンの状態で前記加熱装置から排出される熱媒体を再蒸発させ、その後、圧縮機を用いて昇圧・昇温した後、再度加熱装置に供給して循環使用するように構成されたものであり、前記本体シェルに対して、キャリアガスとして過熱蒸気を供給し、本体シェル内を常圧とした状態で、被処理物からの水分の蒸発を行うとともに、前記本体シェルに形成された排気口から排出される、被処理物から蒸発した水蒸気を含むキャリアガスの熱を、前記熱媒体に取り込むことにより再蒸発させるものであり、且つ、前記圧縮機は、二基の圧縮機が直列状態で具えられるものであり、初めに一段目の圧縮機によって、ドレン状態の熱媒体の再蒸発を促すように、一段目の圧縮機の上流側の減圧を行うとともに二段目の圧縮機の吸引側の圧力を正圧とし、引き続いて二段目の圧縮機によって、熱媒体の温度が所望の値となるように昇圧を行うことを特徴として成るものである。

また請求項２記載の乾燥・濃縮方法は、前記要件に加え、前記一段目の圧縮機によって、吸引側の圧力を−０．０７〜０．００ＭＰａＧ程度とすることを特徴として成るものである。

更にまた請求項３記載の乾燥・濃縮方法は、前記要件に加え、前記一段目の圧縮機として、ルーツ式圧縮機を採用することを特徴として成るものである。

また請求項４記載の乾燥・濃縮装置は、本体シェル内に加熱装置が具えられ、この加熱装置の伝熱面に被処理物を接触させて水分を蒸発させるように構成された連続式伝導伝熱乾燥機が具えられたヒートポンプ式処理装置を用いた乾燥・濃縮装置において、前記ヒートポンプ式処理装置は、温度が低下してドレンの状態で前記加熱装置から排出される熱媒体を再蒸発させ、その後、圧縮機を用いて昇圧・昇温した後、再度加熱装置に供給して循環使用するように構成されたものであり、前記本体シェルに対して、キャリアガスとして過熱蒸気を供給するための機構が具えられ、本体シェル内を常圧とした状態で、被処理物からの水分の蒸発を行うとともに、前記本体シェルに形成された排気口から排出される、被処理物から蒸発した水蒸気を含むキャリアガスの熱を、前記熱媒体に取り込むことにより再蒸発させることができるように構成され、且つ、前記圧縮機は二基の圧縮機が直列状態で具えられるものであり、初めに一段目の圧縮機によって、ドレン状態の熱媒体の再蒸発を促すように一段目の圧縮機の上流側の減圧を行うとともに二段目の圧縮機の吸引側の圧力を正圧とし、引き続いて二段目の圧縮機によって、熱媒体の温度が所望の値となるように昇圧を行うことができるように構成されていることを特徴として成るものである。

更にまた請求項５記載の乾燥・濃縮装置は、前記請求項４記載の要件に加え、前記一段目の圧縮機によって、吸引側の圧力を−０．０７〜０．００ＭＰａＧ程度とすることができるように構成されていることを特徴として成るものである。

更にまた請求項６記載の乾燥・濃縮装置は、前記請求項４または５記載の要件に加え、前記一段目の圧縮機として、ルーツ式圧縮機が採用されていることを特徴として成るものである。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。

まず請求項１記載の発明によれば、加熱装置から排出されたドレン状態の熱媒体を、キャリアガスの熱によって再蒸発させる際に、第一の圧縮機によって熱媒体が再蒸発するのに好適な圧力（飽和温度）とすることができ、キャリアガスから熱媒体への熱吸収による再蒸発を良好に行うことができる。
また第二の圧縮機の吸引側の圧力を正圧側（０ＭＰａＧを含む）にすることにより、効率の低下を回避して、ヒートポンプ式処理装置全体の作動効率を向上することができる。

また請求項２記載の発明によれば、第一の圧縮機の吸引作用による、吸引側の圧力低下を、ドレン状態の熱媒体が十分に再蒸発することができる沸点低下を伴うものとすることができる。

更にまた請求項３記載の発明によれば、第一の圧縮機の吸引作用による、吸引側の圧力の低圧化すなわち沸点温度の低温化を、余裕をもって所望の値とすることができる。

更にまた請求項４記載の発明によれば、加熱装置から排出されたドレン状態の熱媒体を、キャリアガスの熱によって再蒸発させる際に、第一の圧縮機によって熱媒体が再蒸発するのに好適な圧力（飽和温度）とすることができ、キャリアガスから熱媒体への熱吸収による再蒸発を良好に行うことができる。
また第二の圧縮機の吸引側の圧力を正圧側（０ＭＰａＧを含む）にすることにより、効率の低下を回避して、ヒートポンプ式処理装置全体の作動効率を向上することができる。

更にまた請求項５記載の発明によれば、第一の圧縮機の吸引作用による、吸引側の圧力低下を、ドレン状態の熱媒体が十分に再蒸発することができる沸点低下を伴うものとすることができる。

更にまた請求項６記載の発明によれば、第一の圧縮機の吸引作用による、吸引側の圧力の低圧化すなわち沸点温度の低温化を、余裕をもって所望の値とすることができる。

本発明の乾燥・濃縮装置を示すブロック図である。 乾燥機を一部破断して示す側面図である。 乾燥機を一部透視して示す正面図及び背面図である。 圧縮機を示す断面図である。 特許文献３に開示された乾燥・濃縮装置を示すブロック図である。

本発明の乾燥・濃縮方法並びにその装置の最良の形態は以下の実施例に示すとおりであるが、これらの実施例に対して本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更を加えることも可能である。

本発明の乾燥・濃縮装置Ｈは一例として図１に示すように、乾燥機１と、投入装置２と、集塵機３と、循環路４と、圧縮機５とを主たる構成要素として成る、いわゆる間接加圧式蒸気再圧縮型のヒートポンプ式処理装置が適用されたものである。
以下、乾燥・濃縮装置Ｈの構成要素について詳しく説明し、次いでこの装置を用いた本発明の乾燥・濃縮方法について説明する。
まず前記乾燥機１について説明すると、このものは、図２、３に示すようにいわゆる伝導伝熱式の機器が採用されるものであり、機枠Ｆ上に具えられた処理室たる本体シェル１０と、その内部に具えられた加熱装置の一例であり、この実施例において凝縮器として機能する多管式加熱管１１とが具えられて成るものである。
そして多管式加熱管１１を、その内部に熱媒体たる飽和蒸気Ｓ３を流すとともに回転させ、被処理物を多管式加熱管１１の管外面（伝熱面）に接触させることにより、被処理物に飽和蒸気Ｓ３の熱を伝導させて乾燥を行うものである。
なお伝導伝熱式の乾燥機１にあっては、本体シェル１０内において被処理物から蒸発した水蒸気は、キャリアガスによって外部に排出されるため、従来よりこのようなキャリアガスとして、外気（そのまま、あるいは加熱もしくは除湿したもの。）を用いることが斯界の常識となっていたが、この実施例では、過熱蒸気Ｓ４をキャリアガスとするものである。

また前記本体シェル１０は図３に示すように、この実施例では楕円状の横断面を有する中空部材であり、投入口１０１、排出口１０２、キャリアガス口１０３、排気口１０４が形成される。ここで前記投入口１０１は、本体シェル１０の端部付近に形成されるものであり、この投入口１０１付近に排気口１０４が形成される。更に本体シェル１０における前記排気口１０４よりも中央寄りの部分に第二の投入口１０１が形成されるものであり、この実施例では投入口１０１を、排気口１０４を挟んで二個所に形成するようにした。もちろん、後述する多管式加熱管１１の長手方向に沿って更に複数の個所に投入口１０１を形成するようにしてもよい。なお前記排出口１０２にはロータリーバルブ１０５を具えるようにしたが、二重ダンパ式排出装置等を具えるようにしてもよい。
また本体シェル１０及び多管式加熱管１１は、水平または投入口１０１側が排出口１０２側よりも幾分か高くなるように傾斜して機枠Ｆに設置される。

更にまた前記本体シェル１０は二重ジャケット構造とされ、図１には表されていないが、図２に示されているように、蒸気供給口１０６からドレン口１０７に至る加熱媒体の通過経路が形成され、本体シェル１０内を昇温することができるような構成が採られている。なお、このような二重ジャケット構造に替えてトレース配管を設置することもできる。

また前記本体シェル１０は常圧下での使用を前提に構成されるものであり、このため厳密な気密性が求められることがなく、複雑な投入・排出機構、給・排気機構を要しないものである。このため、乾燥機１及び乾燥・濃縮装置Ｈを低コストで構築することができる。
因みに特許文献１に開示された乾燥・濃縮装置では、１００〜１２０℃の飽和蒸気（１０１〜１９９ｋＰａ‐ａｂｓ）を多管式加熱管に供給するものであるため、被処理物からの水分の蒸発を促進するためには、沸点を降下させる必要があり、このため本体シェル内を真空にして運転されるものであり、本体シェルは気密性を維持できることが要求されるものであった。

また前記多管式加熱管１１は、円筒状のチューブ束１１６の両側部に鏡板１１２を具えるとともに、この鏡板１１２の中心に軸体１１３を具えて成り、前記機枠Ｆに具えた軸受ブロック１１４によって軸体１１３を回転可能に支持して成るものである。なお多管式加熱管１１を回転させるための動力源として機枠Ｆ上にモータＭが具えられる。
そして前記軸体１１３の両端にはロータリージョイント１１５ａ、１１５ｂが取り付けられ、チューブ束１１６と接続される。また軸体１１３と本体シェル１０との間には、外気との遮断のためのシール機構が設けられている。
またチューブ束１１６の側周部には、複数のリフタ１１７及び適宜の角度を持たせた送り羽根１１８が取り付けられたアングル１１１が多数（この実施例では１２本）具えられるものであり、これらよって被処理物は掻き上げられて前記チューブ束１１６に接触するとともに投入口１０１側から排出口１０２側に進むこととなる。
また前記排出口１０２側の鏡板１１２内には温度センサ７４が具えられており（詳しくは温度センサ７４のセンシングを行う先端部分のみが鏡板１１２内に挿入されている。）、上記多管式加熱管１１の温度が測定可能とされている。この温度センサ７４は、後述するドレン排出管（図示省略）と共に、ロータリージョイント１１５ｂを経由して軸体１１３の内部を通り、排出口１０２側の鏡板１１２内に配置されるものである。

次に前記投入装置２について説明すると、このものは一例としてホッパ２０を具えたモノポンプが適用されるものであり、その排出口は前記乾燥機１における投入口１０１に適宜の経路で接続される。
なお特許文献１に開示された乾燥・濃縮装置では、ホッパは真空脱気可能な構造とされ、乾燥機における本体シェル内への空気の混入防止が図られているが、前述したように本発明の乾燥・濃縮装置Ｈにおいてはこのような構造は必要とされない。

次に前記集塵機３について説明すると、この実施例では一例としてバグフィルタ式の装置が採用されるものであり、前記本体シェル１０における排気口１０４と、後述する熱交換器４５との間に設けられる。そしてこの集塵機３にはスーパーヒータ６Ｂが接続されるものであり、後述する蒸気発生装置８によって生成された飽和蒸気Ｓ０を、スーパーヒータ６Ｂによって過熱することにより生成された過熱蒸気Ｓ７等が供給（噴射）されるように構成されている。そして集塵機３のフィルタを短時間で逆洗するために、前記過熱蒸気Ｓ７がパルス状に噴射されるものである。
なお集塵機３としてはこのほかにも、各種バグフィルタや、サイクロン式のもの等を採用することができる。

次に前記循環路４について説明すると、この経路は、前記多管式加熱管１１におけるロータリージョイント１１５ａとロータリージョイント１１５ｂとの間を、乾燥機１の外部において管路で結ぶように形成された閉路であって、その途中に複数の機器が具えられて成るものである。具体的にはロータリージョイント１１５ｂに近い側から、ドレンタンク４１、流量制御弁４２、熱交換器４５、圧縮機５が具えられる。
そしてこのような構成が採られることにより、循環路４内に位置する熱媒体としての飽和蒸気Ｓ１を圧縮機５によって昇圧・昇温し、多管式加熱管１１に飽和蒸気Ｓ３として供給するとともに、多管式加熱管１１から排出された後、ドレンタンク４１から排出されるドレンＤ１を熱交換器４５において再蒸発させて飽和蒸気Ｓ１とし、再度圧縮機５によって昇圧・昇温することにより、循環使用することが可能とされている。
また前記ドレンタンク４１には、水位計４１ａ、４１ｂが一例として上下二か所に具えられており、更にドレン排出弁４９が具えられた管路が接続されており、この管路が、投入装置２や本体シェル１０のジャケット等に接続されることにより、ドレンタンク４１から排出されるドレンＤ１の熱を、これら機器の熱源として供することが可能となっている。

ここで前記圧縮機５について説明すると、前記圧縮機５は、本発明の特徴的構成として、専ら減圧のために用いられる一段目の圧縮機５Ａと、昇圧・昇温のために用いられる二段目の圧縮機５Ｂとが、循環路４中に直列状態に具えられて構成されるものである。
まず一段目の圧縮機５Ａは、一例としてルーツ式圧縮機が適用されるものでり、吸引側の圧力を−０．０７〜０．００ＭＰａＧ、好ましくは−０．０５〜−０．０２ＭＰａＧとすることができ、吐出側の圧力を０．００〜０．３ＭＰａＧ、好ましくは０．０５〜０．２ＭＰａＧとすることができるものが採用される。
また前記二段目の圧縮機５Ｂは、一例としてスクリュー式蒸気圧縮機が採用されるものであり、このものは低消費電力でありながらも、圧縮比が高い機器である。またこの実施例では圧縮機５Ｂの一例として、吸引側の圧力が０．０５〜０．２ＭＰａＧの場合、吐出側の圧力を０．２〜０．８ＭＰａＧ、好ましくは０．４〜０．６ＭＰａＧとすることができるものが採用される。

このような構成が採られることにより、飽和蒸気Ｓ３の温度（一例として１５８．８℃（０．５ＭＰａＧ））と、被処理物の温度との差を大きくとることができるため、乾燥効率を高くすることができ、乾燥機１を小型化することが可能となるものである。
また圧縮機５Ａにより吸引側の圧力が負圧とされることにより、例えば−０．０５ＭＰａＧのときの飽和温度は８１．４℃となるため、前記熱交換器４５において被処理物から蒸発した水蒸気を含むキャリアガスの蒸気潜熱の多くを回収することができる。
更に圧縮機５Ｂにおいては、吸引側の圧力は圧縮機５Ａによって正圧とされるため、効率の低下が回避されることとなる。
なお前記循環路４における圧縮機５Ａの前段には、圧力センサ４３が具えられており、また圧縮機５Ｂの前段には、圧力センサ４８、温度センサ４７が具えられており、更に圧縮機５Ｂの後段には、圧力センサ４４、温度センサ４６が具えられている。

また前記圧縮機５Ａとしてのルーツ式圧縮機は図４（ａ）に示すように、ケーシング５２に形成されたロータ室５２ａ内に一対のロータ５３が咬み合わせ状態で具えられ、給気口５５からロータ室５２ａ内に流入した飽和蒸気Ｓ１をロータ５３によって圧縮し、昇圧・昇温された飽和蒸気Ｓ２として排気口５６から排出するように構成されて成るものである。
また前記ロータ室５２ａには、注水口５７が連通状態で形成されており、この注水口５７からロータ室５２ａ内に、注水調節弁５８を通じて冷却水を供給することにより、ロータ室５２ａ内において圧縮される飽和蒸気Ｓ１の過熱度を制御することが可能となるものである。
なお図４（ａ）には、ロータ５３として三葉のものを示したが、二葉のものとしてもよい。
そして圧縮機５Ａとしてのルーツ式圧縮機が採用されることにより、この圧縮機５Ａの吸引作用による、吸引側の低圧化を、余裕をもって所望の状態とすることができる。
また前記圧縮機５Ａとしては前記圧縮能力を実現することができるものであれば、多段ルーツ型圧縮機、多段ターボブロワ等を採用することもできる。

次に前記圧縮機５Ｂとしてのスクリュー式蒸気圧縮機について説明すると、このものは図４（ｂ）に示すように、ケーシング５２に形成されたスクリュー室５２ｂ内に一対のスクリュー５４が咬み合わせ状態で具えられ、給気口５５からスクリュー室５２ｂ内に流入した飽和蒸気Ｓ２をスクリュー５４によって圧縮し、昇圧・昇温された飽和蒸気Ｓ３として排気口５６から排出するように構成されて成るものである。
また前記スクリュー室５２ｂには、注水口５７が連通状態で形成されており、この注水口５７からスクリュー室５２ｂ内に、注水調節弁５９を通じて冷却水を供給することにより、スクリュー室５２ｂ内において圧縮される飽和蒸気Ｓ２の過熱度を制御することが可能となるものである。
また前記圧縮機５Ｂとしては前記圧縮能力を実現することができるものであれば、多段ルーツ型圧縮機、多段ターボブロワ等を採用することもできる。

また前記蒸気発生装置８から、後述するスーパーヒータ６Ａ、６Ｂ、ロータリージョイント１１５ａ（循環路４）及び蒸気供給口１０６に飽和蒸気Ｓ０が供給されるように配管されている。

ここで前記飽和蒸気Ｓ０は、過熱蒸気Ｓ４とされた後に乾燥機１におけるキャリアガス口１０３に供給されるものであり、このためのスーパーヒータ６Ａがキャリアガス口１０３と流量調節弁８２との間に具えられる。同様に記飽和蒸気Ｓ０は、過熱蒸気Ｓ７とされた後に集塵機３に供給されるものであり、このためのスーパーヒータ６Ｂが集塵機３と流量調節弁８２との間に具えられる。
この実施例では、前記スーパーヒータ６Ａ、６Ｂは一例として電気ヒータが適用されるものであり、減圧弁８１を通過して０．５ＭＰａＧ、１５８．８℃となった飽和蒸気Ｓ０を、０．００ＭＰａＧ、１６０℃の過熱蒸気Ｓ４または０．４ＭＰａＧ、１６０〜３２０℃の過熱蒸気Ｓ７とすることができる程度の能力のものが適用される。
なおスーパーヒータ６Ａ、６Ｂの吐出側に温度センサ７０、７１を具え、この温度センサ７０、７１の測定値が所望の値となるように、スーパーヒータ６Ａ、６Ｂによる加熱が制御されるものとする。

また前述のように、蒸気発生装置８からロータリージョイント１１５ａに飽和蒸気Ｓ０を供給できるように構成されるものであり、前記循環路４におけるロータリージョイント１１５ａ付近には、減圧弁８３と流量調節弁８４とが具えられた蒸気配管経路が接続される。
なお詳しくは後述するが、循環路４内に位置する熱媒体（この実施例ではドレンＤ１）が、ドレンタンク４１及びドレン排出弁４９を通じて外部に排出されたときに、ドレンＤ０よりもロータリージョイント１１５ａに供給される飽和蒸気Ｓ３が少ない場合に、これを補充すべく前記蒸気配管経路を通じて、循環路４に補助蒸気（飽和蒸気Ｓ０）が供給されるものである。なお乾燥機１の起動時等、多管式加熱管１１が十分温度上昇していない場合にも、多管式加熱管１１を加熱するために前記蒸気配管経路を通じてロータリージョイント１１５ａに補助蒸気（飽和蒸気Ｓ０）が供給されるものである。

また前記本体シェル１０は常圧下での使用を前提に構成されるものであるが、ここでいう常圧とは、概ね大気圧（１気圧）を意味するものであり、気象条件や地理的条件によって変動するものである。
そして本体シェル１０内の圧力が、大気圧に対して−０．０２〜＋０．１ｋＰａＧの範囲であれば、一般的且つ簡易なシール材あるいはシール機構により、外気の吸い込みあるいは外気側への内部雰囲気（キャリアガスとしての過熱蒸気Ｓ４）のリークを防止することが可能となる。なお本明細書中において「常圧」とは、前記大気圧に対して−０．０２〜＋０．１ｋＰａＧの範囲を含むものである。
もちろんより気密性を高めることができるシール材あるいはシール機構を採用すれば、本体シェル１０の内部雰囲気（キャリアガスとしての過熱蒸気Ｓ４）の圧力を、より広い範囲で許容することが可能となる。

本発明の乾燥・濃縮装置Ｈは一例として上述したように構成されるものであり、以下この装置の運転方法と併せて本発明の乾燥・濃縮方法について説明する。
（１）乾燥機の準備
まず乾燥・濃縮装置Ｈの後工程の機器を起動するとともに排気ファン９を起動して、自動制御により、乾燥機１の内圧を、吹き出しや吸い込みの問題が起きることのない−０．０２〜＋０．１ｋＰａＧに保つ。
また被処理物の投入に先立って、乾燥機１における多管式加熱管１１及び本体シェル１０を昇温しておくものであり、モータＭを起動して多管式加熱管１１を回転させた状態で、ロータリージョイント１１５ａ、スーパーヒータ６Ｂ及び蒸気供給口１０６に補助蒸気（飽和蒸気Ｓ０）を供給するものであり、この際、スーパーヒータ６Ｂに通電が開始される。
また、上記の乾燥機１の準備に際しては、多管式加熱管１１内に生じたドレンＤ０を、ドレン排出弁４９を開いて循環路４から排出させておく。同様に多管式加熱管１１内にリークにより入り込んだ空気などの非凝縮性ガスを、循環路４に設けられた被凝縮性ガス排出経路（図示省略）を通じて循環路４から排出させておく。

そして、上述のドレンＤ０や非凝縮性ガスが排出され、温度センサ７４が所定の温度に達した後に、過熱蒸気Ｓ４を乾燥・濃縮装置Ｈの乾燥系内（被処理物が存在する本体シェル１０内の空間及びこれに連通する空間）に供給することにより、非凝縮性ガスの排出が行われ、乾燥系内の雰囲気が過熱蒸気Ｓ４と置換されるものである。また熱交換器４５と排気ファン９との間にドレンＤ２が生じたときには、ドレン排出ポンプＰ２を起動してドレンＤ２を排出する。
なお前記過熱蒸気Ｓ４は、飽和蒸気Ｓ０が通電されたスーパーヒータ６Ａに供給されることにより昇温されて生成されるものである。

（２）熱媒体の循環
次いで圧縮機５すなわち圧縮機５Ａ及び圧縮機５Ｂを起動して、循環路４内に位置する熱媒体としての蒸気を昇圧・昇温し、飽和蒸気Ｓ３として多管式加熱管１１に供給する。
そして多管式加熱管１１から排出されるドレンＤ０は、ドレンタンク４１内に貯留され、ここから排出されて、流量制御弁４２を経由して圧力が低下したドレンＤ１となり、熱交換器４５に至る。
ここで前記ドレンＤ１の圧力低下は、流量制御弁４２を通り、循環路４における圧縮機５Ａとドレンタンク４１との間が、圧縮機５Ａの吸引作用によって減圧されることによって引き起こされるものである。
そして前記ドレンＤ１は、熱交換器４５おいて、排気口１０４から排出されるキャリアガス（過熱蒸気Ｓ６）の熱により再蒸発させられるものであり、飽和蒸気Ｓ１となる。
この際、ドレンＤ１の圧力は圧縮機５Ａによって−０．０７〜−０．０２ＭＰａＧに減圧されているため、飽和温度が６９．１〜９３．５℃となっており、このためキャリアガス（過熱蒸気Ｓ６）から熱媒体（ドレンＤ１）への熱伝導効率が向上し、再蒸発が良好に行われることとなる。
因みに図５に示す従来装置においては、圧縮機５′によって減圧される吸引側の圧力は、９０ｋＰａ‐ａｂｓ程であるため、飽和温度は９６．７℃程となり、本発明による場合と比べてキャリアガスＳ６′との温度差が小さく、そのため熱媒体への熱伝導率が低く（キャリアガスＳ６′中の蒸気の凝縮割合が低く、蒸発潜熱の多くが伝わらない）、より多くの熱量が熱媒体の再蒸発に必要となる。

次いで飽和蒸気Ｓ１は圧縮機５Ａに供給され、ロータ５３の作用によって昇圧・昇温され、飽和蒸気Ｓ２として圧縮機５Ｂに供給される。
なお圧縮機５Ａにおけるロータ５３の回転数の制御は、圧力センサ４３による飽和蒸気Ｓ１の圧力検出値が所望の値となるように行われる。

次いで飽和蒸気Ｓ２は圧縮機５Ｂにおいて、スクリュー５４の作用によって昇圧・昇温され、飽和蒸気Ｓ３としてロータリージョイント１１５ａに供給される。
なお圧縮機５Ｂにおけるスクリュー５４の回転数の制御は、圧力センサ４８による飽和蒸気Ｓ２の圧力検出値が所望の値となるように行われる。
この際、圧縮機５Ｂの吸引側の圧力は正圧側とされていることにより、圧縮機５Ｂの効率低下を回避することが可能となっており、このように本発明によれば、上述した圧縮機５Ａ、５Ｂの組み合わせと、それらの前後する系の圧力バランスが最適化されることにより、乾燥・濃縮装置Ｈ全体の効率が著しく向上するものとなる。

なお温度センサ４７と圧力センサ４８による測定値に基づいて、圧縮機５Ａのロータ室５２ａに注水を行うことにより、過熱度を調節することも適宜行われる。同様に温度センサ４６と圧力センサ４４による測定値に基づいて、圧縮機５Ｂのスクリュー室５２ｂに注水を行うことにより、過熱度を調節することも適宜行われる。
また記飽和蒸気Ｓ３の一部は、流量制御弁Ｖ４の開度に応じてスーパーヒータ６Ａ、６Ｂの上流側に供給される。

そして飽和蒸気Ｓ３は、軸体１１３内を通過して鏡板１１２に入り、チューブ束１１６内を通過するものであり、この過程で後述するように、多管式加熱管１１の管外面に接触する被処理物に対して、飽和蒸気Ｓ３の顕熱及び潜熱が伝導されるため、被処理物からの水分の蒸発が促進されることとなるものである。

（３）被処理物の乾燥
次いで投入装置２から投入口１０１を通じて本体シェル１０内に被処理物を投入するものであり、このものは送り羽根１１８の作用によって投入口１０１側から排出口１０２側に移動し、更にリフタ１１７によって掻き上げられてチューブ束１１６等と接触し、この際、熱を受けて水分が蒸発するものである。
このとき投入口１０１は多管式加熱管１１の長手方向に沿って複数個所に形成されているため、多管式加熱管１１の熱伝導面を有効に使用することができ、乾燥効率が高められる。
そして被処理物から蒸発した水蒸気は、キャリアガス（過熱蒸気Ｓ４）に速やかに取り込まれることとなる。なおキャリアガス（過熱蒸気Ｓ４）によっても被処理物が加熱されるため、水分蒸発が促進されるものである。
そして排出口１０２に達した被処理物は乾燥品となった状態で排出され、次工程に移送される。

（４）キャリアガスの排気
一方、被処理物から蒸発した水蒸気を取り込んだキャリアガス（過熱蒸気Ｓ４）は、排気口１０４から本体シェル１０の外部に排気されるものであり、この排気（過熱蒸気Ｓ５）は過熱状態が維持された状態とされる。具体的には、排気口１０４と集塵機３との間を結ぶ管路に具えられる温度センサ７３によって、排気（過熱蒸気Ｓ５）の温度を測定し、この値に基づいて飽和蒸気Ｓ０の流量を流量調節弁８２により制御して、排気（過熱蒸気Ｓ５）の過熱状態を維持するものである。

また前記排気（過熱蒸気Ｓ５）に含まれる少量の微粉は、集塵機３において分離されるものであり、適宜、バグフィルタの洗浄のためにスーパーヒータ６Ｂから集塵機３に過熱蒸気Ｓ７が供給される。

更に前記圧力センサ７２が、本体シェル１０内の被処理材料が存在する空間の圧力を測定しており、その圧力が大気圧に対して−０．０２〜＋０．１ｋＰａＧの範囲に収まるように、排気ファン９の例えば回転数を制御して排気が行われる。
なお本体シェル１０、排気口１０４、集塵機３及び管路に、例えばトレース用の電気ヒータを施工し、この電気ヒータによりキャリアガスを所望の過熱状態に維持するよう温度センサ７３を用いて制御を行うようにしてもよい。

（５）ドレンの活用
なお前記ドレンタンク４１においては、水位計４１ａ、４１ｂによってタンク内の液量が検出されるものであり、上部の水位計４１ａによって液高が検出された場合には、ドレン排出弁４９が開かれてドレンＤ３が乾燥・濃縮装置Ｈを構成する機器である投入装置２や本体シェル１０のジャケット等に供給され、これら機器の熱源として供されるものである。やがて下部の水位計４１ｂによって液高が検出された時点でドレン排出弁４９が閉じられる。
そしてこのようにして熱媒体としてのドレンＤ３が系外に排出されるため、補助蒸気（飽和蒸気Ｓ０）がロータリージョイント１１５ａに補給されるものである。

ここで本発明の乾燥・濃縮装置Ｈによって有機汚泥を処理する場合の飽和蒸気Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及び過熱蒸気Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７の温度及び圧力の一例を以下に示す。

Ｓ０：１５８．８℃ ０．５ＭＰａＧ （飽和蒸気）
Ｓ１： ８１．４℃ −０．０５ＭＰａＧ （飽和蒸気）
Ｓ２：１１１．４℃ ０．０５ＭＰａＧ （飽和蒸気）
Ｓ３：１５８．８℃ ０．５ＭＰａＧ （飽和蒸気）
Ｓ４：１６０ ℃ ０．００ＭＰａＧ （過熱蒸気）
Ｓ５：１１２ ℃ ０．００ＭＰａＧ （過熱蒸気）
Ｓ６：１００〜１０５℃ ０．００ＭＰａＧ （過熱蒸気）
Ｓ７：２００ ℃ ０．４ ＭＰａＧ （過熱蒸気）
Ｄ０：１５８．８℃ ０．５ＭＰａＧ
Ｄ１： ８１．４℃ −０．０５ＭＰａＧ
Ｄ３：９０〜約１００℃ ０．００ＭＰａＧ

また本発明によれば、前記被処理物を連続処理することができるため、バッチ式の場合に生じていた、乾燥の進行に伴う蒸発量の減少に起因する効率低下を回避することができる。また被処理物の性状が均一である場合には、本体シェル１０内への飽和蒸気Ｓ３の供給量を一定とし、また多管式加熱管１１への飽和蒸気Ｓ３の供給量を一定とすることができるため、安定した運転を行うことができるものである。

なお上記の説明では、本体シェル１０内に被処理物が存在していない状態から開始する場合について述べたが、予め適宜乾燥した被処理物を、例えば、本体シェル１０に形成された側面開口１０８の蓋板を外して本体シェル１０内に投入し、適宜充填してから上述の乾燥機１の準備を経て、投入口１０１を通じた被処理物の投入を開始するようにしてもよい。
更に、乾燥運転終了段階において、本体シェル１０内の被処理物を全て排出せずに、適宜の量を残した状態で乾燥運転を終了し、次の運転開始時には、その前の乾燥運転終了時に本体シェル１０内に残した被処理物が存在する状態から上述の乾燥機１の準備を経て、被処理物の投入を開始するようにしてもよい。

また上述した実施例では、加熱装置として多管式加熱管１１を用いたが、多管式加熱管１１の管の代わりに中空のディスク状の伝熱部材や、中空のパドル状の伝熱部材を適用し、その内部に飽和蒸気Ｓ３を供給することも可能である。
また本体シェル１０の外面に具えられたジャケット内に飽和蒸気Ｓ３を供給することにより、本体シェル１０の被処理物側を伝熱面とすることができるため、この構成を加熱装置として機能させ、本体シェル１０の内部には被処理物を撹拌するのみの撹拌体を具えるだけの構成のものを採用することもできる。
また圧縮機５から吐出する蒸気は飽和蒸気Ｓ３であるため、圧縮機５からロータリージョイント１１５ａにかけて、例えばトレース用の電気ヒータを施工し、前記の温度センサ４７と圧力センサ４８とによりこの電気ヒータを制御して、圧縮機５から吐出される飽和蒸気Ｓ３を所望の過熱度の過熱蒸気に変更することもできる。

１ 乾燥機
１０ 本体シェル
１０１ 投入口
１０２ 排出口
１０３ キャリアガス口
１０４ 排気口
１０５ ロータリーバルブ
１０６ 蒸気供給口
１０７ ドレン口
１０８ 側面開口
１１ 多管式加熱管（加熱管）
１１１ アングル
１１２ 鏡板
１１３ 軸体
１１４ 軸受ブロック
１１５ａ ロータリージョイント
１１５ｂ ロータリージョイント
１１６ チューブ束
１１７ リフタ
１１８ 送り羽根
２ 投入装置
２０ ホッパ
３ 集塵機
４ 循環路
４１ ドレンタンク
４１ａ 水位計
４１ｂ 水位計
４２ 流量制御弁
４３ 圧力センサ
４４ 圧力センサ
４５ 熱交換器
４６ 温度センサ
４７ 温度センサ
４８ 圧力センサ
４９ ドレン排出弁
５ 圧縮機
５Ａ 圧縮機
５Ｂ 圧縮機
５２ ケーシング
５２ａ ロータ室
５２ｂ スクリュー室
５３ ロータ
５４ スクリュー
５５ 給気口
５６ 排気口
５７ 注水口
５８ 注水調節弁
５９ 注水調節弁
６Ａ スーパーヒータ
６Ｂ スーパーヒータ
７０ 温度センサ
７１ 温度センサ
７２ 圧力センサ
７３ 温度センサ
７４ 温度センサ
８ 蒸気発生装置
８１ 減圧弁
８２ 流量調節弁
８３ 減圧弁
８４ 流量調節弁
９ 排気ファン
Ｄ０ ドレン
Ｄ１ ドレン
Ｄ２ ドレン
Ｄ３ ドレン
Ｆ 機枠
Ｈ 乾燥・濃縮装置
Ｍ モータ
Ｐ２ ドレン排出ポンプ
Ｓ０ 飽和蒸気
Ｓ１ 飽和蒸気
Ｓ２ 飽和蒸気
Ｓ３ 飽和蒸気
Ｓ４ 過熱蒸気
Ｓ５ 過熱蒸気
Ｓ６ 過熱蒸気
Ｓ７ 過熱蒸気
Ｖ４ 流量制御弁

Claims (6)

1. 本体シェル内に加熱装置が具えられ、この加熱装置の伝熱面に被処理物を接触させて水分を蒸発させるように構成された連続式伝導伝熱乾燥機が具えられたヒートポンプ式処理装置を用いた乾燥・濃縮方法において、
   前記ヒートポンプ式処理装置は、温度が低下してドレンの状態で前記加熱装置から排出される熱媒体を再蒸発させ、その後、圧縮機を用いて昇圧・昇温した後、再度加熱装置に供給して循環使用するように構成されたものであり、
   前記本体シェルに対して、キャリアガスとして過熱蒸気を供給し、本体シェル内を常圧とした状態で、被処理物からの水分の蒸発を行うとともに、
   前記本体シェルに形成された排気口から排出される、被処理物から蒸発した水蒸気を含むキャリアガスの熱を、前記熱媒体に取り込むことにより再蒸発させるものであり、
   且つ、前記圧縮機は、二基の圧縮機が直列状態で具えられるものであり、初めに一段目の圧縮機によって、ドレン状態の熱媒体の再蒸発を促すように、一段目の圧縮機の上流側の減圧を行うとともに二段目の圧縮機の吸引側の圧力を正圧とし、
   引き続いて二段目の圧縮機によって、熱媒体の温度が所望の値となるように昇圧を行うことを特徴とする乾燥・濃縮方法。
   
2. 前記一段目の圧縮機によって、吸引側の圧力を−０．０７〜０．００ＭＰａＧ程度とすることを特徴とする請求項１記載の乾燥・濃縮方法。
   
3. 前記一段目の圧縮機として、ルーツ式圧縮機を採用することを特徴とする請求項１または２記載の乾燥・濃縮方法。
   
4. 本体シェル内に加熱装置が具えられ、この加熱装置の伝熱面に被処理物を接触させて水分を蒸発させるように構成された連続式伝導伝熱乾燥機が具えられたヒートポンプ式処理装置を用いた乾燥・濃縮装置において、
   前記ヒートポンプ式処理装置は、温度が低下してドレンの状態で前記加熱装置から排出される熱媒体を再蒸発させ、その後、圧縮機を用いて昇圧・昇温した後、再度加熱装置に供給して循環使用するように構成されたものであり、
   前記本体シェルに対して、キャリアガスとして過熱蒸気を供給するための機構が具えられ、本体シェル内を常圧とした状態で、被処理物からの水分の蒸発を行うとともに、
   前記本体シェルに形成された排気口から排出される、被処理物から蒸発した水蒸気を含むキャリアガスの熱を、前記熱媒体に取り込むことにより再蒸発させることができるように構成され、
   且つ、前記圧縮機は二基の圧縮機が直列状態で具えられるものであり、初めに一段目の圧縮機によって、ドレン状態の熱媒体の再蒸発を促すように一段目の圧縮機の上流側の減圧を行うとともに二段目の圧縮機の吸引側の圧力を正圧とし、
   引き続いて二段目の圧縮機によって、熱媒体の温度が所望の値となるように昇圧を行うことができるように構成されていることを特徴とする乾燥・濃縮装置。
   
5. 前記一段目の圧縮機によって、吸引側の圧力を−０．０７〜０．００ＭＰａＧ程度とすることができるように構成されていることを特徴とする請求項４記載の乾燥・濃縮装置。
   
6. 前記一段目の圧縮機として、ルーツ式圧縮機が採用されていることを特徴とする請求項４または５記載の乾燥・濃縮装置。

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