JP6372928B2 - 温度差を利用する乾燥方法、乾燥装置及び乾燥システム - Google Patents

Description

本発明は、気体を用いて除湿する乾燥方法及び装置に関し、特に被乾燥物と除湿に用いる気体の湿度に応じて乾燥効率の向上を図る技術に関する。

固体乾燥技術において、熱風による対流電熱乾燥や除湿冷風乾燥技術は公知であり、例えば特許文献１には食品に冷風を吹き付けて乾燥する食品の乾燥方法が開示されている。本文献によれば、内部に密閉空間を形成した乾燥室に貫通配置されコンベア面に多数の通気孔を有する搬送コンベア上に食品を載置して乾燥室の内部に搬送し、そこで搬送コンベアの上下に配設されたノズルから食品に向かって垂直方向に除湿冷気を衝突させる。そして、食品の上下表面に除湿冷気の膜を形成することにより、乾燥室の内部で食品を搬送しながら乾燥させる。これにより、食品の旨みを維持しながら、乾燥効果を向上させて乾燥処理時間を短縮し、かつ食品周囲の乾燥雰囲気を常に設定された一定の温湿度環境の形成を可能として、乾燥ムラを解消することができるとしている。

特許文献２には、米、特に水稲米を連続的に乾燥する方法と装置が開示されている。本文献の目的は処理時間と穀核破壊とを減少させることであり、そのために水稲米の予備浄化に次いで渦動層において乾燥を行い、水稲米をその後に調質するかもしくは冷却する。さらに、米を約５０−５５℃の温度で約１３％の含有湿度に乾燥し、乾燥後にゆっくりと周辺温度に冷却し／調質することなどが開示されている。

特許文献３には、米の食味と品質を良好に保ちながら一台の装置で乾燥及び貯蔵の双方を行うことができる穀物乾燥及び貯蔵方法と穀物乾燥及び貯蔵装置を開示している。
本文献において、穀物乾燥及び貯蔵装置はヒートポンプユニットを備え、このユニットの通風路には分岐壁によって上部通路と下部通路とが形成される。上部通路は第１のダンパによって開閉可能とされ、下部通路は第２のダンパによって開閉可能とされている。本構成により、乾燥運転する場合には、第１のダンパを閉塞状態、第２のダンパを開放状態とすれば除湿常温風が穀槽内へ送給され、貯蔵運転する場合には、開閉を逆にすることにより除湿冷却風を穀槽内へ送給することができる。従って、一台の装置で乾燥及び貯蔵の双方ができる、としている。

特許第４９６１６１０号 特表２００７−５３３９３９号 特開平０５−００００２３号

固体乾燥技術は熱風による対流電熱乾燥や除湿冷風乾燥等様々な方法が提案されているが、被乾燥物の状態により該被乾燥物の温度や乾燥用空気の温度を変える等の効率を高じる方法は提案されていない。

本発明は被乾燥物の湿度に応じて除湿に用いる気体の温度を制御することで、乾燥時間の短縮と乾燥にかかる運転コストの抑制、乾燥効率の向上を図ることを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、次のような乾燥方法を提供する。
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、被乾燥物に異なる温度の気体を接触させて乾燥する乾燥方法において、被乾燥物を導入する導入過程、被乾燥物を第１の温度に加熱又は冷却する第１温度冷熱過程、加熱又は冷却された被乾燥物を搬送する搬送過程を有する。
さらに、被乾燥物の被乾燥物湿度と、除湿に用いる気体の気体湿度とを比較する湿度比較過程、被乾燥物湿度が高い場合には除湿に用いる気体の温度を第１の温度よりも低温な第２の温度に調整し、気体湿度が高い場合には除湿に用いる気体の温度を第１の温度よりも高温な第２の温度に調整する気温調整過程、被乾燥物に第２の温度の気体を接触させて除湿する除湿過程、被乾燥物を取り出す取り出し過程を有する。

請求項２に記載の発明によれば、前記乾燥方法において、除湿過程の次に、除湿に用いる気体を交換する換気過程を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、前記取り出し過程の前に、前記第１温度冷熱過程に被乾燥物を戻して各過程を繰り返し行うことを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、前記搬送工程において、圧縮空気によって搬送を行うことを特徴とする。

また、本発明は次のような乾燥装置を提供することもできる。
すなわち、請求項５に記載の発明によれば、被乾燥物に異なる温度の気体を接触させて乾燥する乾燥装置において、被乾燥物を導入する導入手段と、被乾燥物を第１の温度に加熱又は冷却する第１温度冷熱手段と、第１温度冷熱手段で加熱又は冷却された被乾燥物を搬送する搬送手段とを備える。
さらに、搬送後の被乾燥物の被乾燥物湿度と、除湿に用いる気体の気体湿度とを測定し、比較する湿度比較手段と、被乾燥物湿度が高い場合には除湿に用いる気体の温度を第１の温度よりも低温な第２の温度に調整し、気体湿度が高い場合には除湿に用いる気体の温度を第１の温度よりも高温な第２の温度に調整する気温調整手段と、被乾燥物に第２の温度の気体を接触させて除湿する除湿手段と、被乾燥物を取り出す取り出し手段とを備えたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、前記乾燥装置において、前記除湿に用いる気体を交換する換気手段を備えたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、前記搬送手段が、前記導入手段、前記第１温度冷熱手段、及び前記取り出し手段を一体的に形成すると共に、前記気温調整手段、前記除湿手段及び前記換気手段を有する空間とから構成されることを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、前記搬送手段が、圧縮空気によって搬送を行うことを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、前記第１温度冷熱手段と、前記気温調整手段にはヒートポンプを用いることを特徴とする。

固体乾燥は被乾燥物より低湿度、低温な環境が理想であり、乾燥用空気をあらかじめ除湿機や除湿幕等によって除湿するのが主流であるが、被乾燥物の温度と除湿に用いる気体の温度を制御することと除湿に用いた気体を換気することで好適な乾燥環境を実現できる。

本発明の好適な乾燥装置の実施例１の側面概略図である。 本発明の好適な乾燥装置の実施例２の上面概略図である。 本発明の好適な乾燥装置の実施例３の側面概略図である。 本発明の好適な乾燥装置の実施例４の側面概略図である。 本発明の好適な乾燥装置の実施例５の側面概略図である。 本発明の好適な乾燥装置の実施例６の側面概略図である。 乾燥装置の実験例を示す説明図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明するが、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施例１）
穀類等の乾燥に適用した第１実施例を図１に基づいて説明する。
第１実施例の乾燥装置１００は、第１温度冷熱手段である温度管理ユニット１０から開放空間８０に被乾燥物を放出し、送風機５０からの送風によって除湿される。送風機５０は取入口５１から空気を取り入れて噴出口５２から送風する。送風された開放空間８０で穀類等の乾燥を行う。

温度管理ユニット１０には、被乾燥物を開放空間８０に放出するための上部搬送装置２０と、開放空間８０で除湿された被乾燥物を受けるホッパー３１を搬送する下部搬送装置３０とが配設され、さらに被乾燥物を該下部搬送装置３０から該上部搬送装置２０に搬送する昇降装置４０が設けられる。
昇降装置４０には該被乾燥物の導入口４１と該被乾燥物の排出口４２を備えており、下部搬送装置３０から昇降装置４０の導入口４１から導入された被乾燥物は温度管理ユニット１０内を上昇し、その間に第１の温度に加熱又は冷却する。

温度管理ユニット１０は、該被乾燥物の温度を管理するための空気６１の吸気口１１と該空気６１の排気口１２を有して、概ね密閉空間を形成するようにケーシングされている。

開放空間８０で、上部搬送装置２０から該下部搬送装置３０に落下してくる該被乾燥物に該除湿に用いる空気６２は、第１給気口６３と第２給気口６４を備えるヒートポンプユニット６０により温度を調整する。
ヒートポンプユニット６０は、該被乾燥物の温度を管理するための空気６１と該除湿に用いる空気６２を供給する２つの温度の空気を切り替えられる機能を有する。該第１給気口６３と該吸気口１１とを連通する第１ダクト６５と該第２給気口６４と該取入口５１とを連通する第２ダクト６６を備える。

本乾燥装置１００による被乾燥物の乾燥方法を説明する。
被乾燥物は、昇降装置４０の導入口４１から被乾燥物の温度管理ユニット１０に導入され、加温又は冷却されながら該昇降装置４０で前記上部搬送装置２０に搬送される。上部搬送装置２０で解放空間８０に放出され、解放空間８０で冷却又は加温された前記除湿に用いる空気６２にさらされながら落下し、前記下部搬送装置３０のホッパー３１に収容される。
再び昇降装置４０で上部搬送装置２０に搬送され、一連の過程を繰り返すことで乾燥され、乾燥された被乾燥物は該昇降装置４０の排出口４２から排出される。

穀類等の乾燥においては、被乾燥物が火力を用いて生じさせた熱風を使用する方法が主流である。被乾燥物の乾燥後の含水率は概ね大気中の水分と同等なので、被乾燥物を温風でじっくりと温め冷風で乾燥する方法が適しているが、空気の湿度が被乾燥物の湿度を上回る場合は被乾燥物を冷却し温風で乾燥するのが好ましく、被乾燥物の湿度によりヒートポンプユニットより供給される２つの温度の空気を切り替えることにより効率を高じる。

そのために、本発明では被乾燥物の湿度により被乾燥物の温度と除湿に用いる空気６２の温度を制御する制御装置７０を備える。
制御装置７０には上部搬送装置２０から放出される被乾燥物の湿度を計測する湿度センサと、送風機５０の噴出口５２から送風される空気の湿度を計測する湿度センサが接続され、両方の湿度を比較する。すなわち本発明に係る湿度比較手段として作用する。

湿度の比較の結果、被乾燥物湿度が高い場合には除湿に用いる空気６２の温度を温度管理ユニット１０における設定温度（第１の温度）よりも低温な第２の温度に調整する。このような気温調整手段は、制御装置７０によってヒートポンプユニット６０を制御することによって実現される。
一方、空気６２の湿度が高い場合には除湿に用いる気体の温度を温度管理ユニット１０における設定温度よりも高温な第２の温度に調整する。

本実施例の構成では、上述したとおり、ヒートポンプユニットにより温度管理ユニット１０に導入される空気６１の温度でも、あるいは送風機から送風される除湿に用いる空気６２の温度でも、どちらでも制御することができるので、第２の温度だけを変化させるのではなく、温度管理ユニット１０の温度を変化させて、上記の関係となるようにすることもできる。

本発明においては、送風機５０からの送風は開放空間８０に放出されるので、除湿に用いられた空気６２は回収されることなく、常時換気された状態となる。
発明者による試験では、除湿に用いられる空気６２を換気することで除湿効果をさらに高めることができる。

（実施例２）
衣類等の乾燥に適用した第２実施例を図２に基づいて説明する。第２実施例の乾燥装置２００は、衣類等を吊るす複数のハンガーが取り付けられたリング状のコンベア２１０と、該コンベアの近傍に設けられた加温装置２２０と、該コンベアの近傍に該コンベアを挟み該加温装置に対向するように設けられた冷却装置２３０と、移動式の換気用ファン２４０とからなる。

被乾燥物２０１はハンガーに吊るされリング状のコンベア２１０によって廻旋しながら前記加温装置２２０によって加温される工程と、前記冷却装置２３０によって冷却される工程を、繰り返しながら乾燥される。

前記被乾燥物２０１の湿度が空気より湿度が高い場合は、前記冷却装置近傍の空気を前記換気用ファン２４０によって強制的に換気し、該被乾燥物２０１の湿度が空気より低い場合は前記加温装置２２０の近傍の空気を該換気用ファン２４０によって強制的に換気する。
このために上記実施例と同様に、被乾燥物の湿度と空気の湿度とを計測する湿度センサを設けて比較し、上記換気用ファンを切換制御する。
本構成により、衣類等を効率よく乾燥することができる。

（実施例３）
軍手や靴下などの衣類の乾燥に適用した第３実施例を図３に基づいて説明する。第３実施例の乾燥装置３００は、被乾燥物３０１の収容槽３２１と、収容槽３２１から被乾燥物を取り込む取込口３３１、取込口から排出口３２０までの間のダクト３３０を備え、該排出口からは除湿に用いる空気の冷却・加温と換気を行う空間３２０に向けて被乾燥物を放出する。

同時に、圧縮空気発生装置３１０を備えて、排気口３１２から圧縮空気をダクトの後方から送風する。
本実施例において、被乾燥物３０１は、ダクト３３０に取込口３３１から圧縮空気発生装置３１０で発生される圧縮熱を帯びた圧縮空気３１１の作用により取込まれるとともに、ダクト３３０内を搬送され、排出口３３２より開放されて温度が下がる圧縮空気３１１とともに前記被乾燥物の収容槽３２１を具えた除湿に用いる気体の冷却・加温と換気を行う空間３２０に放出されて乾燥し、該収容槽３２１に収容される。

被乾燥物３０１は、圧縮空気３１１によって加温され、除湿に用いる気体の冷却・加温と換気を行う空間３２０に放出され温度が下がることにより乾燥される。

（実施例４〜６）
図４〜６は本発明に係る乾燥方法をサイクロンを用いたシステムに導入した実施例である。各実施例において同一符号の構成要素は同等の機能を有する。
各実施例では、被乾燥物をブロワーで圧縮した除湿冷温空気と共に、高温の開放空間であるサイクロンの内部に放出することにより効率良く乾燥することができる。

図４〜図６のシステムにおいて、固気分離手段であるサイクロン４０１を中心として、サイクロン４０１における換気にも寄与する集塵サイクロン４０７を付設する。集塵サイクロン４０７にはブロワー４０８を設けることもでき、サイクロン４０１で固気分離の完了した製品の排出にも用いられる。

乾燥途中の被乾燥物はサイクロン４０１の下部からホッパー４０２に落下する。ホッパー４０２は収納手段及び移送手段として作用し、循環させる被乾燥物は、付設されたスクリューコンベアによって下部のダクトに移送される。

循環用ダクト４０５には２つのブロワー４０３、４０４が途中に配設されており、ここで供給される圧縮空気によって循環のための移送を行うことはもちろん、本発明に係る被乾燥物の加熱・冷却作用も担う。
さらにヒートポンプユニット４０６を備えており、例えばブロワー４０３には冷風を供給すると共に、サイクロン４０１には温風を供給する。

本実施例でも被乾燥物の湿度とダクト４０５内の除湿用空気の湿度とを計測、比較し、サイクロン４０１とダクト４０５に供給する空気の温度をそれぞれ制御することができる。
これにより、本システムでも本発明の良好な乾燥効率を得ることができる。

図５に示す実施例５では、ヒートポンプユニット４０６からの温風をダクト４１４を循環用ダクト４１５に連結する。従って、サイクロン４０１に供給する温度と独立して制御せず、循環用ダクト４１５内における除湿用空気の温度を調整する構成である。

図６に示す実施例６は、ヒートポンプユニット４０６からの温風を、実施例４におけるサイクロン４０１だけでなく、循環用ダクト４０５にも供給する構成である。すなわち、ブロワー４０４に温風を供給する。この場合、ブロワー４０４の制御によって、循環用ダクト４０５内の空気の温度（第２の温度）を調整することもできる。

実施例４〜６に示したシステムでは、被乾燥物の投入、排出場所等が限定されず、装置の設計を自由にし、規模の拡大、縮小を容易にすることもできる。

本発明に係る温度制御の方法について説明する。
発明者の実験によれば、次のように制御することが好ましい。
すなわち、
（ａ）被乾燥物が乾燥用気体より高湿高温な場合、乾燥用気体が低湿低温が最適であり乾燥用気体を換気することにより効率を高める。
（ｂ）被乾燥物が乾燥用気体より高湿低温の場合、乾燥用気体が低湿高温が最適であり、乾燥用気体を換気することにより効率を高める。
（ｃ）被乾燥物が乾燥用気体より低湿の場合、乾燥用気体を被乾燥物の飽和水蒸気量よりも乾燥用気体の飽和水蒸気量が上回るように高温にすることが最適であり、乾燥用気体を換気することにより効率を高める。

また、本発明では乾燥装置内において、圧力の変化が生じるので、これを利用して乾燥効率を高めることもできる。
すなわち、固気分離する際は、高圧の環境から低圧の環境へ移行することが好ましい。高圧から低圧へ移行する際、被乾燥物に解放がおこり、低温となり換気されるため効率を高める。被乾燥物の搬送に圧縮空気を用いることにより高圧環境を生じさせ固気分離することによって解放され低温になり換気されることで効率を高める。
被乾燥物を低湿高温の圧縮した乾燥用気体で低湿の解放環境へ加温しながら移送し、固気分離により解放し乾燥用気体を排気する。一連の工程を繰り返し行うことにより、効率を高める。

ヒートポンプを利用することにより、被乾燥物を低湿高温の圧縮した乾燥用気体で低湿の解放環境へ加温しながら移送し、固気分離により解放し乾燥用気体を排気する。一連の工程を繰り返し行うことにより、効率を高めることもできる。

本発明の実験例を図７を用いて説明する。
被乾燥物の湿度と温度に応じて、除湿に用いる気体の温度を制御する。被乾燥物をミキサー型ホッパーからエジェクターを通して循環用ダクトに供給し、ボルテックスブロアから乾燥用空気を兼ねた搬送用空気によってサイクロンへ搬送し、サイクロンによって固気分離し、ミキサー型ホッパーに戻す行程を繰り返して乾燥する。ボリテックスブロアよりエアーレーションに用いる乾燥用空気を供給する。ヒートポンプの温風を搬送用空気、冷風をエアーレーションに用いる。

本実験では、スポットクーラーの３６度の温風（Ｔ３）をボルテックスブロア（搬送用空気）に取り入れ、６度の冷風（Ｔ２）をボルテックスブロアを通じてミキサー型ホッパーに回転翼を通じて供給している。
ボルテックスブロアから吐出される圧縮空気の温度（Ｔ５）は44度であり、エジェクターの温度（Ｔ６）は15度である。これらが混合することで循環用ダクトでは温度（Ｔ７）は33度となる。循環用ダクト内で徐々に温度が下がり、上部の温度（Ｔ８）は24度となる。サイクロンの排気口の温度（Ｔ９）も24度であった。
サイクロンの排出口の温度（Ｔ12）は19度になっていた。さらにミキサー型ホッパー内の温度（Ｔ４）は16度になっていた。

以上の測定結果が示すように、16度で供給された被乾燥物（供給試料）は４４度の圧縮空気によってサイクロン入口では24度まで温度を上昇され、サイクロンの排出口では19度まで温度を低下され、ミキサー型ホッパーにおいて16℃まで温度を低下されている。このことによりこの装置では３つの段階で除湿乾燥されている。

被乾燥物の湿度により被乾燥物の温度と除湿に用いる気体の温度を制御して乾燥効率を高じる技術は比較的低コストで実現できるため応用範囲は広く需要は見込める、

１ 被乾燥物
１０ 被乾燥物の温度管理ユニット
１１ 吸気口
１２ 排気口
２０ 上部搬送装置
３０ 下部搬送装置
４０ 昇降装置
４１ 導入口
４２ 排出口
５０ 送風機
５１ 取入口
５２ 噴出口
６０ ヒートポンプユニット
６１ 被乾燥物の温度を管理するための空気
６２ 除湿に用いる空気
６３ 第１給気口
６４ 第２給気口
６５ 第１ダクト
６６ 第２ダクト
７０ 被乾燥物の温度と除湿に用いる空気の温度を制御する装置
８０ 解放空間
１００ 乾燥装置
２００ 乾燥装置
２０１ 被乾燥物
２１０ リング状コンベア
２２０ 加温装置
２３０ 冷却装置
２４０ 換気用ファン
３００ 乾燥装置
３０１ 被乾燥物
３１０ 圧縮空気発生装置
３１１ 圧縮空気
３１２ 排気口
３２０ 除湿に用いる空気の冷却・加温と換気を行う空間
３２１ 被乾燥物の収容槽
３３０ ダクト
３３１ 被乾燥物の取込口
３３２ 排出口

Claims (9)

1. 被乾燥物に異なる温度の気体を接触させて乾燥する乾燥方法において、
   被乾燥物を導入する導入過程、
   被乾燥物を第１の温度に加熱又は冷却する第１温度冷熱過程、
   該加熱又は冷却された該被乾燥物を搬送する搬送過程、
   該被乾燥物の被乾燥物湿度と、除湿に用いる気体の気体湿度とを比較する湿度比較過程、
   被乾燥物湿度が高い場合には除湿に用いる気体の温度を第１の温度よりも低温な第２の温度に調整し、気体湿度が高い場合には除湿に用いる気体の温度を第１の温度よりも高温な第２の温度に調整する気温調整過程、
   被乾燥物に該第２の温度の気体を接触させて除湿する除湿過程、
   被乾燥物を取り出す取り出し過程
   を有することを特徴とする乾燥方法。
2. 前記乾燥方法において、除湿過程の次に、
   該除湿に用いる気体を交換する換気過程を有する
   請求項１に記載の乾燥方法。
3. 前記取り出し過程の前に、前記第１温度冷熱過程に被乾燥物を戻して各過程を繰り返し行う
   請求項１又は２に記載の乾燥方法。
4. 前記搬送工程において、圧縮空気によって搬送を行う
   請求項１ないし３のいずれかに記載の乾燥方法。
5. 被乾燥物に異なる温度の気体を接触させて乾燥する乾燥装置において、
   被乾燥物を導入する導入手段と、
   被乾燥物を第１の温度に加熱又は冷却する第１温度冷熱手段と、
   該第１温度冷熱手段で加熱又は冷却された該被乾燥物を搬送する搬送手段と、
   搬送後の該被乾燥物の被乾燥物湿度と、除湿に用いる気体の気体湿度とを測定し、比較する湿度比較手段と、
   被乾燥物湿度が高い場合には除湿に用いる気体の温度を第１の温度よりも低温な第２の温度に調整し、気体湿度が高い場合には除湿に用いる気体の温度を第１の温度よりも高温な第２の温度に調整する気温調整手段と、
   被乾燥物に該第２の温度の気体を接触させて除湿する除湿手段と、
   被乾燥物を取り出す取り出し手段と
   を備えたことを特徴とする乾燥装置。
6. 前記乾燥装置において、
   前記除湿に用いる気体を交換する換気手段を備えた
   請求項５に記載の乾燥装置。
7. 前記搬送手段が、前記導入手段、前記第１温度冷熱手段、及び前記取り出し手段を一体的に形成すると共に、前記気温調整手段、前記除湿手段及び前記換気手段を有する空間とから構成される
   請求項６に記載の乾燥装置。
8. 前記搬送手段が、圧縮空気によって搬送を行う
   請求項５ないし７のいずれかに記載の乾燥装置。
9. 前記第１温度冷熱手段と、前記気温調整手段にはヒートポンプを用いる
   請求項５ないし８のいずれかに記載の乾燥装置。

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