JP7104700B2 - 改良されたエネルギー効率と容量制御の乾燥システム - Google Patents
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Description
以下に本発明の態様の例を示す。
(態様1)
乾燥プラント(2)と熱ポンプアセンブリ(3)を含む乾燥システム(1)であって、熱ポンプアセンブリ(3)は少なくとも1つの熱ポンプ(30)を含み、熱ポンプ(30)は、第一流体で操作され、かつ第二流体が循環する流体ネットワーク中の複数の熱交換器(41-45, 51-59)により少なくとも2つの熱源及び少なくとも1つの熱シンクに接続されている、乾燥システム(1)。
(態様2)
前記少なくとも2つの熱源は、
-乾燥プラントに入るプロセス気体の前記熱交換器(41)の少なくとも1つにおける露点除湿;及び
-乾燥プラントを去る排出気体から前記熱交換器(42)の少なくとも1つにおける潜熱及び/又は顕熱の回収;
を含む、態様1に記載の乾燥システム。
(態様3)
前記少なくとも1つの熱シンクは、乾燥プラント内で用いられるプロセス気体の前記熱交換器(51)の少なくとも1つにおける予熱を含む、態様1又は2に記載の乾燥システム。
(態様4)
熱シンクが、プロセス気体エントリ領域における凍結を防ぐために、前記露点除湿の前に前記熱交換器(56)の少なくとも1つにおける前記プロセス気体の予熱の形で提供される、態様2に記載の乾燥システム。
(態様5)
熱シンクが、乾燥剤ユニット(7)の乾燥剤の再生のために、前記熱交換器(57, 58)の少なくとも1つにおけるプロセス気体の加熱の形で提供され、前記乾燥剤は前記露点除湿後に前記プロセス気体から水を吸着/吸収する、態様2に記載の乾燥システム。
(態様6)
空気の冷却(cooling)が、乾燥剤吸着/吸収体(desiccant sorbent)の再生後に外部熱交換器(63)において提供され、前記乾燥剤は凝縮後の前記プロセス気体から溶媒蒸気を吸着/吸収する、態様1~5のいずれか一項に記載の乾燥システム。
(態様7)
熱源が、前記熱交換器(45)の少なくとも1つにおけるプロセス気体副流の冷却(cooling)の形で、任意に最終及び/又は中間乾燥生成物の冷却及び/又は空気圧輸送のために、提供される、態様1~6のいずれか一項に記載の乾燥システム。
(態様8)
乾燥システムの乾燥プラントが、少なくとも1つの予備処理ユニットと少なくとも1つの排気熱回収ユニットとに接続された噴霧乾燥装置(2)を含む、態様1~7のいずれか一項に記載の乾燥システム。
(態様9)
噴霧乾燥装置(2)が、乾燥室(21)を含み、乾燥室(21)は、前記熱交換器(51, 52)の少なくとも1つに接続された乾燥用気体の第一プロセス気体入口(22)と、前記熱交換器(54)の少なくとも1つに接続された乾燥された材料を輸送する乾燥室(21)の出口(22)にある第二プロセス気体入口とを有する、態様8に記載の乾燥システム。
(態様10)
噴霧乾燥装置(2)が、少なくとも1つの後処置ユニット(24)をさらに含み、少なくとも1つの後処置ユニット(24)は、少なくとも、前記熱交換器 (53)の少なくとも1つに接続された第三気体入口を有し、好ましくは、前記熱交換器(45, 55)の少なくとも1つに接続された第四気体入口も有する、態様9に記載の乾燥システム。
(態様11)
熱ポンプアセンブリ(3)は、少なくとも1つの高温熱ポンプ(30)を含み、1又は複数の熱ポンプは、それぞれの冷サイドにおける20°C未満の温度の冷却エネルギー(chilling energy)と、それぞれの熱サイドにおいて約35-90°Cの間の少なくとも1つの中間レベルと100°Cを超える高温レベルとを含む異なる熱シンクのための異なる温度レベルの加熱エネルギーとを、同時に提供可能である、態様1~10のいずれか一項に記載の乾燥システム。
(態様12)
乾燥システムがクローズサイクルシステムであり、プロセス気体が乾燥プラントのエントリに再循環されるように適合され、前記少なくとも2つの熱源が、1つの熱交換器(41)におけるプロセス気体の除湿ともう1つの熱交換器(43)における補助流体を含む、態様1に記載の乾燥システム。
(態様13)
熱シンクが、前記熱交換器(51)の少なくとも1つにおける乾燥プラント内で用いられるプロセス気体の予熱を含む、態様12に記載の乾燥システム。
(態様14)
乾燥システムがクローズサイクルシステムであり、プロセス気体が乾燥プラントのエントリに再循環されるように適合され、乾燥剤ユニット(7)が提供されており、前記少なくとも2つの熱源が、1つの熱交換器(41)におけるプロセス気体の除湿ともう1つの熱交換器(44)における乾燥剤ユニット(7)からの再生空気流とを含む、態様1に記載の乾燥システム。
(態様15)
熱シンクが、もう1つの熱交換器(59)における乾燥剤ユニット(7)への再生空気流の加熱を含む、態様14に記載の乾燥システム。
(態様16)
熱ポンプアセンブリ(3)が、少なくとも1つの熱ポンプ(30)の少なくとも1つの制御装置(31)と、少なくとも1つの熱ポンプ(30)を前記熱交換器(41-45, 51-59)に接続するパイプ系(32)とを含む、態様1~15のいずれか一項に記載の乾燥システム。
(態様17)
第一流体で操作する熱ポンプアセンブリを、乾燥プラントを含む乾燥システムに統合する方法であって、前記方法が、
-第二流体が循環する流体ネットワークにおける複数の熱交換器を用いて、a)少なくとも2つの熱源、ここにその熱源は、乾燥プラントに入るプロセス気体の露点除湿と、乾燥プラントを去る排出気体の潜熱及び/又は顕熱の回収とをそれぞれ含む、及び、b)少なくとも1つの熱シンク、ここにその熱シンクは乾燥プラント内で用いるプロセス気体の予熱を含む、を熱ポンプアセンブリに接続すること;
-前記流体ネットワークのそれぞれの部分におけるフロー及び温度によって前記流体ネットワークを制御して、乾燥プラントの容量と生成物の重量単位当たりの比エネルギー需要とを最適化するために、熱源から流体へ、流体から熱シンクへの熱移動を管理すること、
を含む、方法。
(態様18)
乾燥システムがオープンサイクルシステムであり、乾燥プラントの容量と生成物の単位重量当たりの比エネルギー需要を最適化するときに、乾燥システムの位置で周囲空気の絶対湿度及び温度のアカウントを取る、態様17に記載の方法。
(態様19)
乾燥システムがクローズサイクルシステムであり、補助流体が供給される、態様17に記載の方法。
(態様20)
乾燥剤ユニットが提供され、乾燥剤ユニットを介して再生空気流が供給される、態様19に記載の方法。
(態様21)
熱ポンプアセンブリが制御装置とパイプ系を含む換装装備(retrofit appliance)として提供され、前記方法が、パイプ系を熱交換器に接続して、流体ネットワークを形成することをさらに含む、態様17~20のいずれか一項に記載の方法。
1 乾燥システム
2 乾燥プラント/噴霧乾燥 装置
21 乾燥室
22 第一プロセス気体 入口
23 乾燥室の出口
24 流動化手段
25 サイクロン
26 バッグフィルタ
3 熱ポンプアセンブリ
30 熱ポンプ
31 熱ポンプアセンブリの制御装置
32 熱ポンプアセンブリのためのパイプ系
41 第一熱源熱交換器
42 第二熱源熱交換器
43 第三熱源熱交換器
44 第四熱源熱交換器
45 第五熱源熱交換器
51 第一熱シンク熱交換器
52 第二熱シンク熱交換器
53 第三熱シンク熱交換器
54 第四熱シンク熱交換器
55 第五熱シンク熱交換器
56 第六熱シンク熱交換器
57 第七熱シンク熱交換器
58 プレ乾燥剤熱交換器
59 プレ乾燥剤熱交換器
61a-f 従来技術における外部加熱/冷却用熱交換器
61 外部熱供給手段のための熱交換器
62 外部熱供給手段
63 外部熱交換器
7 乾燥剤ユニット
80 空気室
81 フィルタ
Claims (13)
- 乾燥プラント(2)と熱ポンプアセンブリ(3)を含む乾燥システム(1)であって、乾燥プラントはプロセス気体で作動し、熱ポンプアセンブリ(3)は少なくとも1つの熱ポンプ(30)を含み、熱ポンプ(30)は、第一流体で作動し、かつ第二流体が循環する物理的に相互接続されたループをもつ流体ネットワーク中の複数の熱交換器(41-45, 51-59)により少なくとも2つの熱源及び少なくとも1つの熱シンクに接続されており、
前記システムは、流体ネットワークのそれぞれの部分におけるフロー、フロー方向、圧力及び温度によって制御されて、流体ネットワークのそれぞれの部分における、異なる熱源のそれぞれから第二流体へ、第二流体から熱ポンプの冷蒸発サイドへ、熱ポンプのすべての熱サイドから第二流体へ、及び第二流体から異なる熱シンクのそれぞれへの熱移動が、管理されるように構成されており、
少なくとも2つの熱源は、
-乾燥プラントに入るプロセス気体の熱交換器(41)の少なくとも1つにおける露点除湿;及び
-乾燥プラントを去る排出気体から熱交換器(42)の少なくとも1つにおける潜熱及び/又は顕熱の回収;
を含み、
少なくとも1つの熱シンクは、乾燥プラント内で用いられるプロセス気体の熱交換器(51)の少なくとも1つにおける予熱を含む、
乾燥システム(1)。 - 熱シンクが、プロセス気体エントリ領域における凍結を防ぐために、前記露点除湿の前に前記熱交換器(56)の少なくとも1つにおける前記プロセス気体の予熱の形で提供される、請求項1に記載の乾燥システム。
- 熱シンクが、乾燥剤ユニット(7)の乾燥剤の再生のために、前記熱交換器(57, 58)の少なくとも1つにおけるプロセス気体の加熱の形で提供され、前記乾燥剤は、前記露点除湿後に前記プロセス気体から水を吸収する、請求項1に記載の乾燥システム。
- 空気の冷却(cooling)が、乾燥剤吸着/吸収体(desiccant sorbent)の再生後に外部熱交換器(63)において提供され、前記乾燥剤は凝縮後の前記プロセス気体から溶媒蒸気を吸着/吸収する、請求項1~3のいずれか一項に記載の乾燥システム。
- 熱源が、前記熱交換器(45)の少なくとも1つにおけるプロセス気体副流の冷却(cooling)の形で、任意に最終及び/又は中間乾燥生成物の冷却及び/又は空気圧輸送のために、提供される、請求項1~4のいずれか一項に記載の乾燥システム。
- 乾燥システムの乾燥プラントが、少なくとも1つの予備処理ユニットと少なくとも1つの排気熱回収ユニットとに接続された噴霧乾燥装置(2)を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の乾燥システム。
- 噴霧乾燥装置(2)が、乾燥室(21)を含み、乾燥室(21)は、前記熱交換器(51, 52)の少なくとも1つに接続された乾燥用気体の第一プロセス気体入口(22)と、前記熱交換器(54)の少なくとも1つに接続された乾燥された材料を輸送する乾燥室(21)の出口(22)にある第二プロセス気体入口とを有する、請求項6に記載の乾燥システム。
- 噴霧乾燥装置(2)が、少なくとも1つの後処置ユニット(24)をさらに含み、少なくとも1つの後処置ユニット(24)は、少なくとも、前記熱交換器 (53)の少なくとも1つに接続された第三気体入口を有し、好ましくは、前記熱交換器(45, 55)の少なくとも1つに接続された第四気体入口も有する、請求項7に記載の乾燥システム。
- 熱ポンプアセンブリ(3)は、少なくとも1つの高温熱ポンプ(30)を含み、1又は複数の熱ポンプは、それぞれの冷サイドにおける20°C未満の温度の冷却エネルギー(chilling energy)と、それぞれの熱サイドにおいて約35-90°Cの間の少なくとも1つの中間レベルと100°Cを超える高温レベルとを含む異なる熱シンクのための異なる温度レベルの加熱エネルギーとを、同時に提供可能である、請求項1~8のいずれか一項に記載の乾燥システム。
- 熱ポンプアセンブリ(3)が、少なくとも1つの熱ポンプ(30)の少なくとも1つの制御装置(31)と、少なくとも1つの熱ポンプ(30)を前記熱交換器(41-45, 51-59)に接続するパイプ系(32)とを含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の乾燥システム。
- 第一流体で作動する熱ポンプアセンブリを乾燥プラントに統合して、請求項1に記載の乾燥システムを得る方法であって、前記方法が、
-第二流体が循環する流体ネットワークにおける複数の熱交換器を用いて、a)少なくとも2つの熱源、ここにその熱源は、乾燥プラントに入るプロセス気体の露点除湿と、乾燥プラントを去る排出気体の潜熱及び/又は顕熱の回収とをそれぞれ含む、及び、b)少なくとも1つの熱シンク、ここにその熱シンクは乾燥プラント内で用いるプロセス気体の予熱を含む、を熱ポンプアセンブリに接続すること;
-前記流体ネットワークのそれぞれの部分におけるフロー及び温度によって前記流体ネットワークを制御して、乾燥プラントの容量と生成物の重量単位当たりの比エネルギー需要とを最適化するために、熱源から流体へ、流体から熱シンクへの熱移動を管理すること、
を含む、方法。 - 乾燥システムがオープンサイクルシステムであり、乾燥プラントの容量と生成物の単位重量当たりの比エネルギー需要を最適化するときに、乾燥システムの位置で周囲空気の絶対湿度及び温度のアカウントを取る、請求項11に記載の方法。
- 熱ポンプアセンブリが制御装置とパイプ系を含む換装装備(retrofit appliance)として提供され、前記方法が、パイプ系を熱交換器に接続して、流体ネットワークを形成することをさらに含む、請求項11または12に記載の方法。
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