JPS61501337A - 湿潤材料の閉鎖間欠乾燥方法 - Google Patents
湿潤材料の閉鎖間欠乾燥方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
湿潤材料の閉鎖間欠乾燥方法
本発明は湿潤材料の閉鎖間欠乾燥方法に係り、該材料は流過しているガスに広い
面積をさらすように分配されかつ緩和なガス流の抵抗が得られるように積重ねら
れている。また乾燥すべき材料は例えば穀物、繊維の実、木材、水平な金属シー
ト上に広げられた粒状又は液状生産物である。
この方法は、周知のごとく、乾燥工程に含まれ、かつ湿気搬送ガス流を冷却しか
つ水藁気を凝縮するための冷却表面をもっている回路を利用するが、従来技術に
反して、該材料は、該材料より冷たくかく順次材料を流過するとき熱交換により
加熱されるガス流により間欠的に乾燥される。加熱の間、該ガス流はより暖かい
材料とより冷たいガスの間の蒸気圧の差のために材料からガスへ追放される蒸気
の増加しつつある量を吸収する。同様に必要な加熱及び蒸発熱は該材料より暖か
い本質的により大きいガス流により材料へ間欠的に供給される。本発明によれば
、冷却/乾燥と再加熱の間のサイクルは少なくとも2個の好ましくはガス密の室
の間で行われ、この室の中で乾燥されるべき材料の全量は2個の略等しい山に分
配され、−室における冷却/乾燥からのエンタルピ流は好ましくは冷凍機により
他室における再加熱のために伝達され、同時に凝縮物が咳冷凍機の冷却表面上に
凝結する。換言すれば、ある量のエンタルピが乾燥されるべき材料の山の中への
周期的熱蓄積の間、一定の周期で咳両字間を往ったり来たりする。
もしこの方法が、例えば冷凍機による効率高い冷却、と組合されるときは、熱力
学的に高い効率の乾燥が、低い乾燥温度において達成される。乾燥は成る温度レ
ベルにおいてかつ閉鎖されたガス環境において実施され、この環境の中で、例え
ば種々の穀物の栄養価及び味は顕著に良好に維持される。
本Q 明に、係る方法は、低い投資コストを以て湿潤有機材料の、品質保存温度
レベルでのガス環境における長期貯蔵と該貯蔵期間中長い間継続している緩慢な
完全乾燥とを組合すことを可能とする。
大気の水分はそれ自身乾燥されるべき材料と見做することができる。なお、この
乾燥方法は例えば温室内のごとき、水分発生環境における水分制御に応用でき、
該空気の体積は同様に少なくとも2((Iの、略同−寸法を存しかつ交互に冷却
され/乾燥かつ再加熱される別個の部分に分割されている。
以下本発明を実施例につき図面を参照しながら一層詳細に説明しよう。
第1a図は本発明に係る方法を使用するプラントを図示し、それは二車より成り
、−室は冷却/乾燥そして池の室は加熱に使用し、第1b図は第13図示の二車
が逆の処理を行う状態を示し、第2a図、第2b図は該プラントより成る冷却/
加熱装面を図示し、第3図は貯蔵/乾燥装置を含む実施例を図示し、第4a図及
び第4b図、第4c図は別の実施例の平面図及び断面図を示し、温室のごとき閉
鎖栽培室内の水分制御を示す。
第1a図及び第1b図示の実施例において乾燥されるべき材料は木材であり、2
個の等しい大きさの山(31) 、(32)としてそれぞれ1個のガス密かつ好
ましくは断熱の室(11及び(2)内に積重ねられる。積重ねは、乾燥されるべ
き材料の型に従いかつ、詳細には説明しないけれど材料の表面を横切るガス流が
かなり一様に分配されるような方法により行われる。冷却/乾燥サイクルの間、
ガス流(11)がそして等しい長さの加熱サイクルの開本質的に一層大きいガス
流(12)が交互に室(1)を通って循環され、そして同時に本質的に一眉大き
いガス流(22)は加熱サイクルの間そして冷却/乾燥サイクルの間はガス流(
21)が室(2)の中を交互に循環される。エンタルピ及び時間に関してはガス
流(11)はガス流(22)と、そしてガス流(12)はガス流(21)と冷a
機熱交換器(4)を介して結合され、この熱交換器はそれぞれガス流(11)。
(12)及び(22) 、(21)及び動作流体(45a ) 、(45b )
及び(44a ) 、(44b )を導く表面(46)及び(47)を有し、こ
の動作流体は室+11.(21が冷却/乾燥されるべきか又は加熱されるべきか
によって冷却媒質流として又は加熱媒質流として働く。例えば、室(11を冷却
/乾燥すべ(、かつ室(2)を加熱すべき場合、表面(46)は冷却表面として
作用しかつ表面(47)は加熱表面として作用し、冷凍1(43)はエンタルピ
を冷却表面(46)から加熱表面(47)へ伝達する0両室が逆の処理を受ける
ときは、表面(46)は当然加熱表面とし表面(47)は冷却表面として作用す
る。
山(31) 、(32)中の平均温度をTo’で示す。この温度は冷却/加熱サ
イクルの間比較的小さい分量ΔToだけ下方/上方へ変動する。加熱サイクルの
間は、その最良の山の中のエンタルピ量2 (Cp ・ΔTo)(こ\にCpは
比熱容量をKcal/ kg ・にであ −られす)、そしてこのエンタルピ量
は次の冷却/乾燥サイクルの間冷たいガス流によって、主として蒸気発生熱の形
で吸収される。
第1a図及び第1b図から判るとおり、冷却されるガス流(11)及び(21)
は加熱されるガス流(12)及び(22)はそれぞれ室(11及び(2)内で反
対方向に導かれる。その結果、乾燥は全乾燥を横切ってかなり一様に行われかつ
冷却されるガス流及び加熱されるガス流の間の温度差は最少とされ、これは冷凍
機(43)の運転コスト経済にプラスの影響を与える。
冷却/乾燥サイクル及び加熱サイクルを含む全サイクルの作用を第1a図及び第
1b図を参照して一層詳細に説明しよう。第1a図において、ガス流(11)は
温度T1まで冷却されるが、これは山に31)の温度Toから約10−15℃低
い。この山を通過している間、ガス流(11)は順次加熱されかつ蒸気圧の差の
ために材料から追放された水茎気を吸収する。このガス流は小さくそして乾燥さ
れるべき材料の熱放射表面は大きいので、このガス流(11)は室(1)を、高
い茎気含をの温度T2:Toで離れ、次にT1まで冷却されかつ冷凍機熱交換器
(4)の中で脱湿される。この熱交換器(4)はエンタルピ流を室(2)の中の
山(32)へと、この室の中を循環しかつ温度差(T4 T3 ) 、T3 嘴
Toで動作しているガス流(22)を介して伝達する。水気を担送しているエン
タルどの豊富なガス流(11)のこのエンタルピ運搬は、水分を全然含まず従っ
てかなり大きい容量の流れのエンタルピの少ないガス流(22)のエンタルピ運
用をバランスさせることを意味する。
上述から、その山(31)から水分を追放するだめのスチール発生熱が該材料自
身から吸収されることは評価すべきである。このエンタルピの損失はこのサイク
ルの第2半サイクルの間に回復される、その間役割は反対となり山(32)はガ
ス流(21)により冷却/乾燥され、そして山(31)は一層大きい加熱ガス流
(12)により再加熱される。乾燥工程中の任意の一様でない乾燥は該加熱工程
の間に修正され、そして材料中の水分含有量は平衡される。
第2a図及び第2b図は冷凍機熱交換器(4)の実施例を路線的に示す。表面(
46)をもっているガス/液体熱交m器(41)は直列に室(1)と連通されか
く小容量流(11)又は大容量流(12)の何れかに使用する2段ファン(5a
)を具備する1表面(47)をもっている同一の熱交換器(42)が直列に室(
2)と連通され、かつ小容量流(21)及び大容量流(22)に使用する2段フ
ァン(5b)を具備する。上記2つのガス流の冷却/加熱は加熱された液体流(
45b)。
(44b )及び冷却された液体流(45a ) 、(44a )によって行わ
れ、これらは交互に電磁制御弁を介して液/液層冷凍機(43)から接続される
。この冷′a、機は好ましくは、スエーデン特許願第8306037−6号に従
って設計される。本実施例における冷凍機(43)は2個の熱水タンク(441
) 、(442)及び2個の冷却水タンク(451) 、(452)と協力する
圧縮機作動の水冷却機を有する。
半サイクルを示す第2a図から、(441”) 、(452)のタンクの組が別
個に負荷され、一方タンク(451”)は動作範囲T 2’/ T 1’におい
てガスfi(11)から熱を吸収する、一方タンク(442)は動作範囲T4′
/T3′において大きいガス流(22)へ熱を与えることが判る。
他の半サイクルを示す第2b図は、上記タンク(451) / (442)の組
が冷凍機(43)によって如何に負荷されるか、その間タンク(441)が大き
いガス流(12)を加熱し、そしてタンク(452)が小さいガス流(21)を
冷却するかを図示する。
以下の計算は、もし低い熱抵抗の、効率の広い熱交換器を使用すると、優れた全
運転経済が得られることを示す。
第3図に示す実施例においては、乾燥されるべき材料はそれぞれ2個の等しい1
000 トンの山で2個の熱絶縁室+11及び(2)の中に貯蔵されている穀物
であり、上記室は周知の方法で形状の運気ダクト(6)を具備する。収量から依
然として水分を含んでいる穀物は+−10℃で質が悪化することなく貯蔵するこ
とができるので、穀物はこれまでTo”+10℃で6ケ月即ち約4,000時間
乾燥された。ということは、水分19%から14%への乾燥を実行すべきときは
、各室内で80トンの水を蒸発させなくてはならず、このことは全体として1時
間に40kgの水を蒸発しなければならないことを意味する。
T2 =To ”+10℃としT1−0℃のとき、4g/kgガス流(11)が
運び去られ、必要な冷却/乾燥流= 40.000/ 4−10.000kg/
hであり、従って必要な冷却効果は= IOX 10.000X 0.24+
40X 600= 48,0OOKcal/ h、である。もし、ガス流(2
2)に対してΔT=T4−To−4℃ならば、エンタルピ流は4 X 0.24
= I Kcal/ kg。
これに対応する流量は48,000/ 1 = 48.000kg/ h、であ
る、これらの空気流は両室内の貯蔵容積に比較すると極めて穏当なものであるの
で、静的圧力抵抗は低いであろう・例えばSE特許出願第8008235−7号
の開示する薄膜熱交換器のような効率の良い熱交換器を用いれば、3℃の温度差
を維持することに同等困難はない、この際は以下のようになる。
Ts’−3℃ T2’−+7℃ T3’−+13℃ T 4’ = + 17℃
冷却ユニットはこれらの温度の平均値で動作している。即ち+2℃/+15℃
蒸発/凝縮−一2℃/+20℃
冷却ファクタ、カルノー謬271/ 22−12冷却フアクタ、を効−Q、5X
12− にの値は熱風乾燥の間のエネルギ要求量” 100 Kwh/ to
nと比較されるべきである。なお、従来の熱風乾燥機は非常に短期の高エネルギ
の収穫季節用としての寸法とすべきであり、さらにそれゆえか−る乾燥に対する
資本支出は大きい6本発明に係る乾燥方法は乾燥時間を10倍も延長し、かつ資
本支出は従ってそれなりに減少される。
本閉鎖乾燥システムはファン及び冷却用圧縮機によりエネルギを供給され、かつ
周囲大気と正又は負の熱交換が行われる。図示の実施例において特定貯蔵温度+
10’Cを維持するために、過剰の熱を周囲大気へ流すことが必要であり、これ
は外部冷却回路(7)により行い、この回路は例えば乾燥工程の内部循環システ
ムの方へ、好ましくは冷却されたガス流(11) 、(21)の方へと冷却表面
(71)により熱交換される莫発器/水ジャワより成る。上記冷却表面(71)
は水蒸気の凝縮に貢献する・上述の過剰の熱の大気への流しは新しく収量された
穀物を貯蔵温度にまで冷却するため利用される。該冷却ユニットの冷却容量は、
48.000Kca l/ hであるが、75ton/hを+20℃から+10
℃まで冷却することができる。かように全貯蔵容積2,000)ンは約12日で
冷却され、これは収1シーズンによく合わせられる。
上述の実施例は本発明に係る乾燥方法が高い熱力学的効率をもって低い温度で行
うことができることを示す、乾燥がより高い温度で行われるときは、水蒸気中の
エンタルピ量は対応している運搬ガス中のエンタルピ量に関して高い程度に増加
され、同時に相対的ファン仕事はかなり減少される0両ファクタは乾燥収量を増
加する。
ガス流(11) 、(12) 、(21) 、(22)は周囲大気にガス密とな
っている回路内を導かれる。該ガスは空気でもよいが、好ましくは有毒なかび又
は微生物の培養を効果的に回正するガス又はガス混合物がよい0例えば、このガ
ス混合物は、高度に酸素を欠乏しているか又は、二酸化炭素又はオゾンの如き有
毒ガスを充分含有してもよい。
上述の実施例において、−その冷却工程は、凍結温度になる冷却表面を存するの
で除霜を必要とする。しかしながら、上述した熱交換表面(46) 、(47)
をもった周期的加熱/冷却は周期的除霜を可能とする。
このサイクル周波数は一般に乾燥されるべき材料の乾燥速度及び比熱容量Cpに
合うようにし、材料の温度変動±ΔToはむしろ小さく、1度又は数度の程度と
する。上述の実施例では低乾燥速度/高比熱容量の組合せであり、サイクル周波
数はもしΔT。
−0,5℃とすると=1乾燥サイクル/日である。高乾燥速度/低比熱容量の他
の実施例においては、サイクル周波数は数分程度である。乾燥の間、乾燥される
べき材料の熱容量は水分が除去されるために順次減少する。もし該乾燥速度が変
えられなければ、サイクル周波数は乾燥速度と一致して増加させる。
第4a図、第4b図、第4C図、第4d図は冷凍機熱交換ユニット(4)の他の
実施例を示し、この場合、該空気乾燥工程が閉した温度環境に応用された。この
実施例においては、室(11,(2+は調整自在のダンパにより交互に熱交換器
(41) 、(42)と結合される。
この実施例においては、室ou、+2+は共通隔壁(81)により分離された2
個の等しい広さの温室である0本発明のこの応用においては、乾燥されるべき材
料は包囲された空気口(91) 、(92)及び植物園(101) 、(102
)の形である0表面(46)をもっている鉛直空気冷却交換器(41)と、表面
(47)をもっている鉛直熱空気交換器(42)は隔壁(81)中に設けられる
。調整自在の下方及び上方ダンパ(461) 、(471)及び(462) 、
(472)はそれぞれ空気口(91)又は空気口(92)を何れかの熱交換器を
通って循環させる作用をする。
冷却空気交換器(41)は空気流を10℃だけ冷却するように設計され、かつ通
気性透明天井膜(82)の上方に開く、熱空気交換器(42)は5倍も大きい空
気流を約5℃だけ加熱するよう設計され、かつ、例えば空気分配用管は育孔薄板
金により該天井膜(82)の下方に開く、さらに、冷却媒質流(45)は空気冷
却交換器(41)を通って導かれるが、加熱媒質流(44)は熱空気交換器(4
2)を通って導かれ、そして冷凍機(43)は冷却媒質流(45)から加熱媒質
流(44)へエンタルピを伝達する。天井1(82)は室fil 、 F2]を
上方帯(lb) 、(2b)及び下方帯(la) 、(2b)に分割するが、こ
れらの間にはわずかな自然発生的空気の混合が生ずる。
か(して乾燥サイクルは次のように行われる。最初に加熱されかつ、芸気の豊富
な空気口(91)は半サイクルの間、冷却交換器(41)内における冷却及び脱
水の間は流れ(11)により循環し、上方帯(1b)を通り天井1ll(82>
内の穴を通って分配されて下方帯(1a)へ戻される。空気口(91)の温度も
また植物園(101)の温度も同様ではあるが但し若干の時間お(れをもって減
少するように順次減少する。正の范気圧管は連続的に植物からの水蒸気を空気中
へ追放しているので、該空気は飽和に近くなる。冷却の間、冷却交換器(41)
はかくして高い藻気含有量のガス流(11)で動作する。冷却交fJ!!器(4
1)からのエルタルビ流は熱交換器(42)へ伝達され、空気口(92)はそこ
を通り、かつ下方帯(2a)を通って空気流(22)の形で循環される。最初に
冷却された空気口(92)は、植物園(102)からの増大しつ−ある蒸気の量
を吸収しながら順次加熱され、この植物園には同時に空気循環と共に新鮮な蒸気
形成熱が供給される。
乾燥サイクルの第2半分の間、役割はすべてのダンパの反転により反対となり、
即ち室(1)内の材料(91) 、(101)は熱交換器(42)を通る流れ(
12)の空気口(91)の循環により加熱され、一方室(2)内の材料(92)
、(102)は冷却交換器(41)を通る流れ(21)内の空気口(92)の
循環により冷却/乾燥される。
上方分配帯(lb) 、(2b)内の冷却された空気流(11) 、’(21)
のこの分配の副効果は、室+11 、 +2+とより冷い周囲大気との上記画室
の天井表面を介する熱交換が本質的に減少することである。
この最後の実施例における冷凍機熱交le器ユニット(4)の動作モードは、第
2図について述べた前の実施例とは、冷却されたガス流(11) 、(21)が
、ダンパ又は弁装置により、連続運転中の冷却表面(46)を横切って周期的に
交互に導かれること、そして加熱されたガス流(22) 、(12)が、同様に
、連続的に運転中の加熱表面(47)を横切って周期的に交互に導かれることが
相違する。
実際においては、この動作モードは、該冷却表面が除霜の必要がない程高温レベ
ルにおける乾燥に対し及び高いサイクル周波数をもった乾燥工程において好まし
い。
上述の記載から、本発明に係る乾燥方法は乾燥されるべき材料の型に関しまた乾
燥される環境の型に関し、広い応用範囲があることが明らかである。
最高品質の乾燥は、カビ又は微生物の成長による損害がガス状環境の適当な選択
によって回避できるということで、そして乾燥割れ目がこの乾燥技術により、材
料をその内部から外側へと乾燥することによって回避できるということで達成さ
れた。上述の、冷却されたガス流と加熱されたガス流間の冷凍機によるエンタル
ピ伝達はさらに高度のエネルギ効率を与える。
この高度のエネルギ効率を放棄するが、しがし参照品質ゲインを保持しつ\、本
発明の範囲内において、冷却表面(46)内の第1及び第4ガス流(11) 、
(21)の冷却を外部冷却媒質、例えば冷却水流により行うことができ、また同
様に加熱表面(47)内の第2及び第3のガス流(12) 、(22)の加熱を
外部加熱媒質、例えば熱水流のごときにより行うこともできる。
一21□、ユ、PC丁/Sε85100097
Claims (10)
- 1.湿潤材料の閉鎖間欠乾燥方法であって、プロセスガスは蒸気形成熱と乾燥さ れるべき材料からの水蒸気とを運搬するために及び乾燥されるべき材料を加熱す るために内部的に循環され、上記水蒸気はガス及び水蒸気の冷却された混合物か ら凝縮されるような方法において、上記材料を少なくとも2つの本質的に等しい 大きさの山(31,32,91,101,92,102)として、それぞれ1つ の本質的にガス密の室(1,2)の中に貯蔵し;そして上記1つの山(31;9 1,101)を通って、冷却/乾燥サイクルの間冷却媒質流(45a;45)に 対して冷却される第1循環ガス流(11)をそして等しい長さの加熱サイクルの 間、加熱媒質流(45b;44)に対して加熱される第2循環ガス流(12)を 交互に導き、そして同時に他の山(32;92,202)を通って、加熱サイク ルの間、加熱媒質流(44b;44)に対して加熱される第3循環ガス流(22 )をそして冷却/乾燥サイクルの間、冷却媒質流(44a;45)に対して冷却 される第4循環ガス流(21)を反対にかつ交互に導くことを特徴とする湿潤材 料の閉鎖間欠乾燥方法。
- 2.第1及び第2表面が冷凍機(43)とともに冷凍機熱交換ユニット(4)を 形成し、それによって冷却される第1及び第4ガス流(11,21)からのエン タルピが第2及び第3の加熱されるガス流(12,22)へ伝達される特許請求 の範囲第1項記載の湿潤材料の閉鎖間欠乾燥方法。
- 3.該加熱される第2及び第3ガス流(12,22)が該冷却される第1及び第 4ガス流(11,21)より本質的に大容積流で循環される、特許請求の範囲第 1項又は第2項記載の湿潤材料の閉鎖間欠乾燥方法。
- 4.上記第1ガス流(11)が上記第1の材料の山(31;91,101)を通 って該第2ガス流(12)の方向と反対方向に導かれそして上記第3のガス流が 該第2の材料の山(32;92,102)の中を第4ガス流の方向と反対方向に 導かれる特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか1項記載の湿潤材料の閉鎖 間欠乾燥方法。
- 5.該ガス流(11,12,21,22)が高度の酸素欠乏か又は二酸化炭素又 はオゾンのごとき有毒成分の高い含有によりカビ又は微生物培養の成長禁止効果 を有するガス又はガス混合物より形成される、特許請求の範囲第1項乃至第4項 のいずれか1項記載の湿潤材料の閉鎖間欠乾燥方法。
- 6.該材料の山(31,32;91,101,92,102)の冷却/乾燥及び 加熱のそれぞれのサイクル周波数が、材料内の平均温度(To)が1度又は数度 程度の量(±△To)だけ変化するように、それぞれの山(31,32;91, 101,92,102)の乾燥速度及び比熱容量(Cp)に適合される、特許請 求の範囲第1項乃至第5項のいずれか1項記載の湿潤材料の閉鎖間欠乾燥方法。
- 7.該サイクル周波数が、材料の乾燥、それによって該比熱容量(Cp)が順次 減少するとともに増加される、特許請求の範囲第1項乃至第6項のいずれか1項 記載の湿潤材料の閉鎖間欠乾燥方法。
- 8.該プラントからプロセスの間発生する過剰の熱が、上記該プロセスの応用の ために、好ましくは該冷却される第1及び第4ガス流(11,21)へと熱交換 される熱交換装置(7,71)により周囲大気へ流される、特許請求の範囲第1 項乃至第7項のいずれか1項記載の湿潤材料の閉鎖間欠乾燥方法。
- 9.該第1及び第2表面(46,47)が、一方では、上記第1室(1)内で上 記第1及び第2ガス流(11,12)と直列に結合されたガス熱交換器(41) と、他方では、上記第2室(2)内で上記第3及び第4ガス流(22,21)と 直列に結合されたガス熱交換器(42)と、更に該冷却媒質流(45a,44a )及び該加熱媒質流(45b,44b)を該ガス熱交換器(41,42)を通っ て交互に導く手段とを有する特許請求の範囲第1項乃至第8項のいずれか1項記 載の湿潤材料の閉鎖間欠乾燥方法。
- 10.上記第1表面(46)が、冷却媒質流(45)が中を通って絶えず導かれ 、かつダンパ又は弁装置(461,462)により該冷却される第1及び第4ガ ス流(11,21)のいずれか1つに交互に直列に結合されるガス冷却交換器( 41)に含まれ、そして上記第2表面(47)が該加熱媒質流(44)が中を通 って絶えず導かれ、かつダンパ又は弁装置(471,472)により上記加熱さ れる第2及び第3ガス流(11,22)のいずれか1つに交互に直列に結合され るガス熱交換器(42)に含まれる、特許請求の範囲第1項乃至第7項のいずれ か1項湿潤材料の開鎖間欠乾燥方法。
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