JP6965084B2 - 乾燥装置及び乾燥方法 - Google Patents
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Description
また、バイオマス原料に含まれる水分から過熱蒸気を生成しているので、過熱蒸気の供給量に限界がある。
密閉構造を有する乾燥炉と、
前記乾燥炉に接続され蒸気を循環させる閉回路と、
前記閉回路に設けられ前記蒸気を圧縮する圧縮機と、
を備え、
前記閉回路は、前記圧縮機で圧縮され過熱蒸気となった前記蒸気を前記乾燥炉に供給するように構成される。
また、圧縮機の圧縮比を変えることで、過熱蒸気の過熱度を制御でき、これによって、過熱蒸気の顕熱加熱量を調整できる。さらに、密閉構造を有する乾燥炉及び閉回路の内部は無空気状態とすることができるので、過熱蒸気の分圧を増加でき、これによって、被乾燥物の乾燥効果を向上できる。
さらに、熱源として圧縮機を用いることでCO2等の排ガスが発生せず、かつ過熱蒸気は閉回路を循環して再使用されるので、熱効率を向上できると共に、乾燥炉の内部への外気の混入を防止できる。
前記蒸気を生成する蒸気供給部と、
前記蒸気供給部で生成された前記蒸気を前記閉回路に供給する蒸気供給路と、
前記蒸気供給路に設けられた開閉弁と、
を備える。
上記(2)の構成において、上記蒸気供給部で空気を含まない蒸気を生成し、乾燥装置の始動時に上記開閉弁を開け、蒸気供給部から蒸気を閉回路に供給する。蒸気を閉回路に供給した後、該開閉弁を閉じることで、空気を含まない蒸気のみを閉回路に供給できる。これによって、閉回路を無空気状態とすることができるため、過熱蒸気の分圧を高め、乾燥効果を向上できる。
前記乾燥炉の上流側で前記閉回路に設けられ、前記蒸気供給路から前記蒸気を受け入れるための蒸気ヘッダと、
前記乾燥炉の入口側で前記閉回路に設けられる流量調節弁と、
を備える。
上記(3)の構成によれば、運転開始時に蒸気供給部から供給される蒸気及び上流側の閉回路から循環する過熱蒸気を一旦上記蒸気ヘッダに受け入れ、流量調節弁を用いて乾燥炉に供給することで、乾燥炉内の過熱蒸気の過熱度調整が容易になる。
前記乾燥炉の下流側であって前記圧縮機の上流側の前記閉回路に設けられ、前記閉回路内の前記蒸気を外部に放出するための蒸気放出部を備える。
被乾燥物に含まれる水分が蒸発することで、乾燥炉及び閉回路の蒸気量が増加し、閉回路内の蒸気圧が増加するため、増加した分の水分量を放出し、蒸気圧を低減する必要がある。
上記(4)の構成によれば、閉回路内の蒸気を上記蒸気放出部から放出することで、閉回路内の蒸気圧を低減できる。また、閉回路内の蒸気圧が大気圧より高いときは、外気との圧力差により蒸気放出部からの放出が容易である。
前記圧縮機の下流側であって前記乾燥炉の上流側の前記閉回路に設けられ、運転初期に前記閉回路内の空気を外部に放出するための空気放出部を備える。
乾燥装置の運転開始時、閉回路に溜まっている空気を閉回路外へ除去する必要がある。そこで、運転初期に上記空気放出部から閉回路内の空気を排出することで、閉回路内を空気から乾燥効果の高い蒸気へと入れ換えることができる。
複数の前記乾燥炉が前記閉回路に並列に接続されると共に、前記複数の前記乾燥炉はバッチ式で被乾燥物を乾燥するように構成され、
前記複数の前記乾燥炉の少なくとも1つを前記閉回路に選択的に接続する切替部を備える。
上記(6)の構成によれば、複数の乾燥炉を並列に並べ、乾燥炉を交互運転することで、連続した乾燥運転が可能になる。
乾燥炉に接続された閉回路に蒸気を供給し、前記閉回路内の空気を除去すると共に、前記閉回路を予熱する準備ステップと、
前記閉回路に設けられた圧縮機で前記蒸気を圧縮して過熱蒸気にすると共に、前記過熱蒸気を前記乾燥炉に循環して前記乾燥炉内の被乾燥物を乾燥する乾燥ステップと、
を備える。
さらに、乾燥炉を密閉構造とすることで、過熱蒸気は閉回路を循環して再使用されるので、熱効率を向上できると共に、乾燥炉の内部への外気の混入を防止できる。
前記乾燥ステップにおいて、
前記乾燥炉の出口で前記蒸気が飽和蒸気となるように前記乾燥炉の過熱度を制御する。
上記(8)の方法によれば、乾燥炉の出口で蒸気が飽和蒸気となるように乾燥炉の過熱度を制御することで、被乾燥物に対する過熱蒸気の顕熱加熱を最大限に利用でき、乾燥効果を最大限に高めることができる。
前記乾燥炉の内部圧力が大気圧より高い閾値に達したとき、前記乾燥炉の下流側で前記閉回路内の蒸気を外部に放出する蒸気放出ステップを備える。
上記(9)の方法によれば、上記蒸気放出ステップにより、乾燥炉の内部圧力が上記閾値以上に上昇することを防止できる。
前記準備ステップの後半で、
蒸気供給部から前記閉回路に蒸気を供給するとき、前記蒸気を減圧し過熱蒸気として前記閉回路に供給する蒸気減圧ステップをさらに備える。
上記(10)の方法によれば、閉回路に供給する蒸気を減圧するだけで過熱蒸気とすることができるので、過熱蒸気の生成を容易かつ低コスト化できる。
前記閉回路に並列に接続された複数の前記乾燥炉を用意し、
前記乾燥ステップの実施中、前記複数の前記乾燥炉の少なくとも1つが常に稼働している。
上記(11)の方法によれば、複数の乾燥炉を並列に並べ、乾燥炉を交互に運転することで、連続した乾燥運転が可能になる。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1において、閉回路12に密閉構造を有する乾燥炉14と圧縮機16とが設けられる。圧縮機16によって閉回路12に供給された蒸気が循環しかつ圧縮される。蒸気は圧縮機16によって圧縮(概ね断熱圧縮)されることで加熱され、過熱蒸気となって乾燥炉14に供給される。乾燥炉14に供給された過熱蒸気sは乾燥炉14に収納された被乾燥物Mを加熱して乾燥する。
さらに、熱源として圧縮機を用いることでCO2などの排ガスが発生せず、かつ過熱蒸気は閉回路12を循環して再使用されるので、熱効率を向上できると共に、乾燥炉内への外気の混入を防止できる。
T2=T1×(P2/P1)0248 (1)
図2において、大気圧で100℃の飽和蒸気を圧縮比2、即ち、0.1MPaGまで圧縮したときの吐出蒸気の温度は170℃となる。0.1MPaGの飽和蒸気の温度が120℃であるので、ΔT=50℃の顕熱加熱が可能になる。このように、圧縮機の断熱圧縮による蒸気温度上昇により、乾燥効果を向上できる。
蒸気供給部18で空気を含まない蒸気(例えば飽和蒸気)を生成し、乾燥装置10の始動時に開閉弁22を開け、蒸気供給部18から蒸気を閉回路12に供給する。蒸気を閉回路12に供給した後、開閉弁22を閉じることで、空気を含まない蒸気を閉回路12に供給できる。これによって、閉回路12を無空気状態とすることができ、被乾燥物Mの乾燥時に過熱蒸気sの分圧を高め、乾燥効果を向上できる。
一実施形態では、図1に示すように、蒸気供給部18はボイラである。
運転開始時に蒸気供給部18から供給される蒸気及び上流側の閉回路12から循環する過熱蒸気は一旦蒸気ヘッダ40に受け入れられる。蒸気ヘッダ40に供給された過熱蒸気は、流量調節弁42によって所望の量乾燥炉14に供給される。
乾燥炉14の内部に収納された被乾燥物Mに含まれる水分が蒸発することで、乾燥炉14及び閉回路12の蒸気量が増加し、閉回路内の蒸気圧が増加するため、増加した分の水分量を放出し、蒸気圧を低減する必要がある。
この実施形態によれば、閉回路12a内の蒸気を蒸気放出部24aから放出することで、閉回路12a内の蒸気圧を低減できる。
閉回路12aの蒸気圧が増加し、閉回路12aが大気圧より高い圧力を有するとき、開閉弁28aを開放することで、閉回路12aの蒸気の排出が容易である。
乾燥装置10の運転開始時、閉回路12bに溜まっている空気を外部へ放出して蒸気と入れ替える必要がある。そこで、運転初期に空気放出部24bから閉回路12b内の空気を放出することで、閉回路12b内に供給される蒸気の圧力を高めることができる。
空気放出部24bは、運転開始時の閉回路12bの空気放出のみに使用され、乾燥運転中は閉じられる。
一実施形態では、図1に示すように、閉回路12bには開閉弁44が設けられ、開閉弁44は、開閉弁28bとは逆に運転初期に閉じられ、乾燥運転中に開放される。
圧力センサ30a又は30bを備えることで、閉回路12a又は閉回路12bの圧力を監視し、これらの検出値が閾値に達したとき、開閉弁28a又は開閉弁28bを開放する。
この実施形態によれば、乾燥炉14a及び14bが並列に配置され、かつ切替部32を有するために、乾燥炉14a及び14bを交互に運転することで、連続した乾燥運転が可能になると共に、乾燥運転中にこれら乾燥炉内への外気の侵入を防止できる。
一実施形態では、図3に示すように、蒸気供給路20は切替部34を介して分岐路20a及び20bに分岐し、分岐路20aは乾燥炉14aに接続され、蒸気供給部18で生成される蒸気を乾燥炉14aに供給する。分岐路20bは乾燥炉14bに接続され、蒸気供給部18で生成される蒸気を乾燥炉14bに供給する。
一実施形態では、切替部34は三方弁で構成される。
一実施形態では、準備ステップS10において、図1に示すように、蒸気は蒸気供給路20から蒸気ヘッダ40に供給される。
この実施形態によれば、閉回路12及び乾燥炉14の内部への外気の侵入を抑止し、閉回路12及び乾燥炉14の蒸気の分圧を95%以上にすることで、過熱蒸気sによる被乾燥物Mの乾燥効果を向上できる。
この実施形態によれば、乾燥炉14の出口で蒸気が飽和蒸気となるように乾燥炉14の過熱度を制御することで、被乾燥物Mに対する過熱蒸気の顕熱加熱を最大限に利用でき、これによって、乾燥効果を最大限に高めることができる。
この実施形態によれば、閉回路12に供給する蒸気を減圧するだけで過熱蒸気とすることができる。
この実施形態によれば、乾燥炉14の内部圧力が上記閾値以上に上昇することを防止できる。また、乾燥炉14内の蒸気圧が大気圧より高いとき、外気との圧力差により蒸気を容易に放出できる。
この実施形態によれば、閉回路12bが大気圧より高い圧力を有するため、この差圧を利用して乾燥運転立ち上げ時に閉回路12bに溜まった空気を外部へ容易に排出できる。
この実施形態によれば、乾燥ステップS14の実施中、閉回路12に並列に接続された複数の乾燥炉14a及び14bの少なくとも1つが常に稼働しているため、一部の乾燥炉で被乾燥物Mの取り出しや故障など運転の中断事由が生じても、乾燥運転を続行できる。
また、乾燥炉14a及び14bがバッチ式であるため、乾燥炉を複数並列に接続することで連続運転と同様の効果を得ることになる。
12、12a、12b 閉回路
14、14a、14b 乾燥炉
16 圧縮機
18 蒸気供給部
20 蒸気供給路
20a、20b 分岐路
22、28a、28b、44 開閉弁
24a 蒸気放出部
24b 空気放出部
26a 蒸気放出路
26b 空気放出路
30a、30b、36 圧力センサ
32、34 切替部
38 温度センサ
40 蒸気ヘッダ
42 流量調節弁
M 被乾燥物
s 過熱蒸気
Claims (9)
- 密閉構造を有する乾燥炉と、
前記乾燥炉に接続され蒸気を循環させる閉回路と、
前記閉回路に設けられ前記蒸気を圧縮する圧縮機と、
を備え、
前記閉回路は、前記圧縮機で圧縮され過熱蒸気となった前記蒸気を前記乾燥炉に供給するように構成され、
前記乾燥炉の下流側であって前記圧縮機の上流側の前記閉回路に設けられ、前記乾燥炉の内部圧力が大気圧より高い閾値に達したとき、前記閉回路内の蒸気を外部に放出するための蒸気放出部を備える
ことを特徴とする乾燥装置。 - 密閉構造を有する乾燥炉と、
前記乾燥炉に接続され蒸気を循環させる閉回路と、
前記閉回路に設けられ前記蒸気を圧縮する圧縮機と、
を備え、
前記閉回路は、前記圧縮機で圧縮され過熱蒸気となった前記蒸気を前記乾燥炉に供給するように構成され、
前記蒸気としての飽和蒸気を生成する蒸気供給部と、
前記蒸気供給部で生成された蒸気を前記閉回路に供給するための蒸気供給路と、
前記蒸気供給路に設けられ、前記蒸気供給部からの前記飽和蒸気を減圧して過熱蒸気とするための圧力制御弁と、
を備える乾燥装置。 - 前記乾燥炉の上流側で前記閉回路に設けられ、前記蒸気供給路から前記蒸気を受け入れるための蒸気ヘッダと、
前記乾燥炉の入口側で前記閉回路に設けられる流量調節弁と、
を備えることを特徴とする請求項2に記載の乾燥装置。 - 前記圧縮機の下流側であって前記乾燥炉の上流側の前記閉回路に設けられ、運転初期に前記閉回路内の空気を外部に放出するための空気放出部を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の乾燥装置。
- 複数の前記乾燥炉が前記閉回路に並列に接続されると共に、前記複数の前記乾燥炉はバッチ式で被乾燥物を乾燥するように構成され、
前記複数の前記乾燥炉の少なくとも1つを前記閉回路に選択的に接続する切替部を備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の乾燥装置。 - 乾燥炉に接続された閉回路に蒸気を供給し、前記閉回路内の空気を除去すると共に、前記閉回路を予熱する準備ステップと、
前記閉回路に設けられた圧縮機で前記蒸気を圧縮して過熱蒸気にすると共に、前記過熱蒸気を前記乾燥炉に循環して前記乾燥炉内の被乾燥物を乾燥する乾燥ステップと、
前記乾燥炉の内部圧力が大気圧より高い閾値に達したとき、前記乾燥炉の下流側で前記閉回路内の蒸気を外部に放出する蒸気放出ステップと、
を備えることを特徴とする乾燥方法。 - 前記乾燥ステップにおいて、
前記乾燥炉の出口で前記蒸気が飽和蒸気となるように前記乾燥炉の過熱度を制御することを特徴とする請求項6に記載の乾燥方法。 - 乾燥炉に接続された閉回路に蒸気を供給し、前記閉回路内の空気を除去すると共に、前記閉回路を予熱する準備ステップと、
前記閉回路に設けられた圧縮機で前記蒸気を圧縮して過熱蒸気にすると共に、前記過熱蒸気を前記乾燥炉に循環して前記乾燥炉内の被乾燥物を乾燥する乾燥ステップと、
を備え、
前記準備ステップの後半で、
蒸気供給部から前記閉回路に蒸気を供給するとき、前記蒸気を減圧し過熱蒸気として前記閉回路に供給する蒸気減圧ステップをさらに備える乾燥方法。 - 前記閉回路に並列に接続された複数の前記乾燥炉を用意し、
前記乾燥ステップの実施中、前記複数の前記乾燥炉の少なくとも1つが常に稼働していることを特徴とする請求項6乃至8の何れか一項に記載の乾燥方法。
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