WO2005001357A1 - 乾燥システム - Google Patents

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WO2005001357A1
WO2005001357A1 PCT/JP2004/003511 JP2004003511W WO2005001357A1 WO 2005001357 A1 WO2005001357 A1 WO 2005001357A1 JP 2004003511 W JP2004003511 W JP 2004003511W WO 2005001357 A1 WO2005001357 A1 WO 2005001357A1
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WO
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drying system
condenser
heating
dried
processing tank
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/003511
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English (en)
French (fr)
Inventor
Akihisa Konabe
Isao Kurobe
Original Assignee
Green Seiju Co., Ltd.
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Publication date
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Priority to US10/548,953 priority patent/US7624514B2/en
Priority to EP04721020A priority patent/EP1612497A4/en
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Priority to HK06109850.4A priority patent/HK1087770A1/xx

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    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B23/00Heating arrangements
    • F26B23/001Heating arrangements using waste heat
    • F26B23/002Heating arrangements using waste heat recovered from dryer exhaust gases
    • F26B23/005Heating arrangements using waste heat recovered from dryer exhaust gases using a closed cycle heat pump system ; using a heat pipe system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/06Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F26B21/08Humidity
    • F26B21/086Humidity by condensing the moisture in the drying medium, which may be recycled, e.g. using a heat pump cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/18Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by conduction, i.e. the heat is conveyed from the heat source, e.g. gas flame, to the materials or objects to be dried by direct contact
    • F26B3/20Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by conduction, i.e. the heat is conveyed from the heat source, e.g. gas flame, to the materials or objects to be dried by direct contact the heat source being a heated surface, e.g. a moving belt or conveyor
    • F26B3/205Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by conduction, i.e. the heat is conveyed from the heat source, e.g. gas flame, to the materials or objects to be dried by direct contact the heat source being a heated surface, e.g. a moving belt or conveyor the materials to be dried covering or being mixed with heated inert particles which may be recycled
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the present invention relates to a drying system, and particularly to a closed drying system using a compression refrigeration cycle, which has high energy efficiency and can reduce the influence on the surrounding environment.
  • a drying device was devised that condenses water using the evaporator of the compression refrigeration cycle and reheats the low-humidity air after condensing the water in the condenser to make effective use of energy. Have been. These can also be achieved by externally attaching a mass-produced water condensing unit with a reheating function. In this method, heat is transferred from the heated low-humidity air to the material to be dried, so that the temperature of the material to be dried is basically lower than the air temperature. If air cannot be sufficiently contacted with the material to be dried, warm and light air with a very low relative humidity will idle and circulate between the evaporator and water condensation efficiency will be extremely poor. would.
  • an object of the present invention is to provide a novel and useful drying system which solves the above-mentioned problems, greatly reduces energy consumption and suppresses exhaust heat to the outside as much as possible. I do.
  • the invention according to claim 1 is a closed-type drying system using a compression refrigeration cycle unit in which a compressor, an evaporator, a condenser, an expansion valve, and the like are connected by a refrigerant circulation path. Heating condensing by supplying the heat of the condenser to the water-containing drying target inserted into the processing tank, which is provided separately, to evaporate the moisture of the drying target and generate moist air.
  • an adjusting condenser that can adjust the amount of exhaust heat that discharges exhaust heat to the outside of the unit and the system, an evaporator that removes water vapor from the humid air by cooling, and a compressor that passes through the heating condenser. And a refrigerant circulation path for circulating and supplying the refrigerant to the adjusting condenser.
  • the invention according to claim 2 is the drying system according to claim 1, further comprising: air circulating means for circulating air between the material to be dried and the evaporator; Detecting means for detecting the temperature and humidity of the humid air immediately before passing through the evaporator; and wind of the humid air passing through the evaporator so that the amount of condensed water is maximized based on the temperature and humidity information obtained by the detecting means.
  • a drying system comprising an air volume adjusting means for adjusting the volume.
  • a third aspect of the present invention is the drying system according to the first or second aspect of the present invention, wherein the adjusting system is provided in parallel with the refrigerant supply path for supplying the refrigerant from the compressor to the heating condenser.
  • a second refrigerant supply path for directly supplying the refrigerant to the condenser is provided, a flow control valve is mounted in the middle of the second refrigerant supply path, and an expansion valve is disposed immediately after the adjustment condenser.
  • This is the drying system.
  • a fourth aspect of the present invention is the drying system according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the rotation speed of the compressor is changed and the refrigerant to be supplied to the heating condenser is changed.
  • a drying system characterized by providing a heating calorie adjusting means for adjusting the amount of heat released from the heating condenser by changing the flow rate.
  • heat is supplied from under the floor of the processing tank to a material to be dried in the processing tank. It is a drying system characterized by the following.
  • a sixth aspect of the present invention is the drying system according to any one of the first to fifth aspects, wherein a stirring means for the object to be dried is physically provided from the processing tank and the stirring means. This is a drying system characterized by providing a separated heat conduction trapping means.
  • a stirring means and a crushing and shredding means for the material to be dried are provided inside the processing tank.
  • a drying system characterized by this.
  • the invention set forth in claim 8 corresponds to any one of claims 1 to 7
  • a ninth aspect of the present invention is the drying system according to any one of the first to eighth aspects, further comprising a series connection with a heating condenser in a refrigerant supply path, A reheater that reheats the air inside, a detecting means for detecting the refrigerant temperature of the discharge pipe of the compressor, and a heating amount of the reheater based on the temperature information detected by the detecting means.
  • a drying system comprising a reheat amount adjusting means for adjusting.
  • an evaporator is provided in the processing tank as a cooling method, It has a direct cooling system in which the refrigerant depressurized by the expansion valve flows through the evaporator to cool the processing tank, or a cooler that is connected to the evaporator so that heat can be exchanged and is provided in the processing tank.
  • a direct cooling system in which the refrigerant depressurized by the expansion valve flows through the evaporator to cool the processing tank, or a cooler that is connected to the evaporator so that heat can be exchanged and is provided in the processing tank.
  • one of the indirect cooling systems that cools the inside of the processing tank by circulating the first pipeline between the evaporator and the cooler is adopted, and a heating condenser is used as a heating system.
  • a direct heating system that is disposed under the floor of the tank and flows the refrigerant pressurized by the compressor to the heating condenser to heat the material to be dried in the processing tank, or a heating condenser.
  • a heat exchanger connected under the floor of the processing tank so as to be capable of exchanging heat with the condenser for heating;
  • a drying system characterized by adopting one of the indirect heating methods of heating the material to be dried in the processing tank by circulating the second brine in relation to the heater. is there.
  • the invention set forth in claim 11 is the drying system according to claim 10, wherein the drying system employs an indirect cooling system and an indirect heating system, and includes a compression refrigeration cycle section, a processing tank, and the like of the drying system.
  • the invention according to claim 12 is a processing unit constituting the drying system according to claim 11.
  • the invention according to claim 13 is the drying system according to claim 10, wherein either the direct cooling method or the indirect cooling method and the indirect heating method are employed, and the processing tank is a processing tank body. And an air flow path that is separably connected at both ends to the processing tank main body and has an evaporator or a cooler provided therein, and includes a compression refrigeration cycle section, the processing tank, and the like.
  • a drying system comprising: a compression refrigeration cycle section and the air flow path described above; and a main component excluding the air flow path from the processing section. It is.
  • the invention of claim 14 is a main constituent part of the drying system according to claim 13 .
  • the drying system of the present invention not only the cooling side but also the heating side of the compression refrigeration cycle is used. Can also be used at the same time, greatly reducing energy consumption. Especially when the amount of heat exhausted from the adjusting condenser is small, exhaust heat to the outside of the system is suppressed as much as possible.
  • the coefficient of performance COP focusing on cooling alone is about 3, but the heating capacity of heating ⁇ is 4, so this system uses the heating side at the same time.
  • the capacity can be used at the same time, the actual use COP becomes 7, and high energy saving effect can be expected.
  • Rapid high-temperature drying using an electric heater, gas parner, etc. In the system, the surface hardens or burns, making it impossible to sufficiently remove the water inside the object to be dried, or to dry the object containing proteins and carbohydrates.
  • the condensing temperature of the refrigeration cycle is used, so that the temperature of the processing object to be treated and the inside of the processing tank is set to room temperature (0 to 60 ° C). ), So there is no such inconvenience.
  • the condensing temperature of the compression refrigeration cycle is 2.0MPa
  • the condensing temperature is 50 ° C when the refrigerant is R22, and 45.6 when the refrigerant is R407C. 33 ⁇ 4.
  • the drying system of the present invention even when the drying is performed at room temperature, the drying proceeds with the steaming speed being maximized by using the air circulation means, the stirring means, the crushing and shredding means, and the like in combination.
  • the drying time is relatively short.
  • odors do not have to be released out of the system. Since many organic substances have a peculiar odor, it can be said that the drying system of the present invention is particularly suitable for drying organic substances having a high water content.
  • the drying system of the present invention is an economical and environmentally friendly system.
  • the invention of Claim 1 is technically limited, but due to those limitations, a remarkable technical effect is recognized in the drying system. Therefore, each of the items in the scope of the request will be described below.
  • Claim 2 not only the operating efficiency of the drying system is improved by increasing the total amount of water condensed, but it is very low at the end of the drying operation. Water is condensed by cooling to the dew point temperature, and a high-quality dried product with a low moisture content can be obtained.
  • the provision of the second refrigerant supply path makes it possible to always appropriately adjust the heat balance in the compression refrigeration cycle.
  • the amount of heat released from the heating condenser that is, the amount of heat supplied to the object to be dried can be adjusted.
  • the heat released from the heating condenser is efficiently supplied to the material to be dried.
  • the stirring means and the heat conduction assisting means in combination, the heat of the floor is surely transmitted to the whole of the object to be dried (W), and the uniformity is quickly transmitted.
  • the evaporation rate can be increased by using both the stirring means and the crushing and fragmenting means.
  • the compression refrigeration cycle can be effectively used, and a high-quality dried product having a low moisture content can be obtained.
  • the air temperature in the processing tank is increased because the reheater is provided.
  • the performance of the evaporator can be recovered, and the dehumidification efficiency in the finishing stage of the object to be dried can be improved.
  • the compression / refrigeration cycle section of the drying system is configured to be separable from the drying system, and a general-purpose product can be used as the compression / refrigeration cycle section. It becomes possible.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a drying system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a heat transfer cycle in the drying system of FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a control system of the drying system of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a drying system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a drying system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a drying system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a drying system according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a drying system according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a drying system according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a drying system according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the entire drying system according to the first embodiment
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a heat transfer cycle of the drying system
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a control system.
  • the material to be dried (W) is a typical tea hull as a hydrous organic substance.
  • the drying system 1 mainly includes a compression refrigeration cycle section 2 and a processing tank 5. This drying system 1 employs a direct cooling system and a direct heating system. First, the configuration and operation of the compression refrigeration cycle unit 2 will be described.
  • Reference numeral 7 denotes a refrigerant circulation path.From the upstream side, a compressor 9, a heating condenser 11, a regulating condenser 13, an expansion valve 15, and an evaporator 17 are arranged in this order. A liquefiable refrigerant is circulating in 7 according to the solid arrow. The high-temperature and high-pressure refrigerant that has exited the compressor 9 passes through the refrigerant circulation path 7 and flows into the heating condenser 11, where the heat generated when the refrigerant condenses heats the material to be dried (W) and generates moisture.
  • W dried
  • the refrigerant liquefied in the heating condenser 11 flows into the adjusting condenser 13, and further liquefaction is promoted, flows into the expansion valve 15, is decompressed and becomes a low-temperature and low-pressure refrigerant and becomes an evaporator 17.
  • the evaporator 17 is disposed inside the taxiway 18 so that the humid air passing through the taxiway 18 passes through the evaporator 17. It is configured as follows.
  • the high-humidity air in the processing tank 5 condenses on the surface of the evaporator 17, falls to the lower part of the guideway 18, becomes water, and is discharged out of the system (not shown) from the discharge path located in the back. You.
  • the refrigerant vaporized in the evaporator 17 passes to the compressor 9.
  • the compressor 9 is of a variable capacity type. In particular, when the temperature of the material to be dried (W) is low, such as at the start of the drying system 1, the capacity of the compressor 9 is increased by increasing the number of rotations of the compressor 9. Then, the flow rate of the refrigerant discharged from the compressor 9 increases, increasing the amount of heating in the heating condenser 11 and improving the start-up performance of the drying system 1.
  • the heating condenser 11 is composed of a thermally conductive tube (made of copper) that is connected so as to crawl under the floor of the treatment tank 5.
  • the conditioning condenser 13 (with a blower fan 14) is provided outside the treatment tank 5, and when the flow rate of the refrigerant increases or the temperature of the material to be dried (W) increases, the If the degree of supercooling is not sufficient, liquefaction of the refrigerant is promoted by the outside air temperature, the state before the expansion valve 15 is used as liquid refrigerant to stabilize the circulation of the refrigerant, and control the condensing pressure of the compression refrigeration cycle. Then, when controlling the temperature of the heating condenser 11 1, it is a valley.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a heat transfer cycle in the drying system 1. It consists of a combination of heat transfer by air and heat transfer by refrigerant.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the configuration of the control system.
  • the signal of the sensor group described later is configured to be input to the processing unit 101 (comprising CPU memory, IZO port, etc.) Has been.
  • the power supply circuit 103 is connected to the processing unit 101 and a drive circuit 105 such as a screw 25, and the processing unit 101 is supplied with current from the power supply circuit 103. And processes the signals in accordance with the program stored in the memory to control a predetermined drive circuit 105.
  • the processing unit 101, the power supply circuit 103 and the driving circuit 105 constitute a controller 107. Next, the configuration and operation of the processing tank 5 will be described.
  • Reference numeral 25 denotes a screw as a stirring means, and the screw 25 is installed at a portion near the floor of the processing tank 5.
  • the screw 25 is connected to the motor 26.
  • a plurality of blades 29 attached to the shaft 27.
  • the shaft 27 is disposed in parallel with the floor of the processing tank 5.
  • the blade 29 rotates the material to be dried (W) and the crushing aid 31 described later in a certain direction in the processing tank, and is heated near the floor.
  • the object to be dried (W) and the crushing and adhering material 31, for which the water is easily evaporated, are attached to the shaft 27 at an angle so as to move upward from above the floor. It is designed so that the rotation orbit at the tip overlaps the floor of the treatment tank 5.
  • the crushed forest 31 is composed of high-hardness ceramic spheres, and the crushed material 31 is put into the treatment tank 5.
  • the crushed material 31 is a screw 25. Since it is not connected, it moves randomly by the operation of the screen 25, collides with the material to be dried (W), and is polished so that the material to be dried (W) is subdivided and simultaneously the material to be dried. Increase the contact area between (W) and low humidity air to promote the release of water vapor.
  • W material to be dried
  • the crushed material 31 is composed of a ceramic having high heat conductivity, it also functions as a heat conduction auxiliary means.
  • Reference numeral 33 denotes a blower as air circulation means, and the blower 33 is configured to blow low-humidity air having passed through the evaporator 17 downward. Therefore, when the blower 33 is operated, a circulation path of the air in the tank is formed as shown by the white arrow. That is, the air in the tank circulates between (the surface of) the material to be dried (W) and the evaporator 17. Further, by adjusting the operating conditions of the blower 33, the flow rate of the humid air passing through the evaporator 17 is adjusted, so that the blower 33 also has a function as a flow rate adjusting means.
  • the air that has passed through the evaporator 17 is naturally low humidity air with ample room for the amount of saturated water vapor since the moisture has been removed.
  • Reference numeral 35 denotes a shower, and the shower 35 is provided above the evaporator 17. Water is released from the shower 35 toward the evaporator 17.
  • the amount of evaporation and the amount of water condensed per unit time are mutually limiting factors, and the smaller of them determines the performance of the entire drying system 1.
  • To increase the amount of evaporation it is effective to increase the amount of evaporation per unit surface area and at the same time, increase the surface area in contact with low humidity air. Factors that increase the amount of evaporation per unit surface area are: (1) reduce air vapor,
  • the object to be dried (W) that has received the heat is carried upward, and the chance of contact with the low humidity air is increased.
  • a low-temperature drying target (W) is constantly transported to the upper surface of the processing tank 5, and heat transfer is promoted by increasing the temperature difference with the heating condenser 11.
  • the heat of the refrigerant moves to the floor of the processing tank 5 and further directly to the material to be dried (W) without substantially passing through air.
  • the material to be dried (W) is sufficiently stirred by the screw 25, and the crushed material 31 also functions as an auxiliary material for heat conduction. It is transmitted to the body reliably, evenly and quickly.
  • the crushed material 31 moves randomly to crush the material to be dried (W).
  • the material to be dried (W) is subdivided, and the water in the material to be dried (W) exudes and is present at or near the surface layer of the material to be dried (W). This is very effective for increasing evaporation.
  • voids are formed between the objects to be dried (W), and moisture in the object to be dried (W) also moves to the surface of the crushed material 31.
  • the surface of the crushed material 31 is also transferred to the low-humidity air in the treatment tank 5 as water vapor, and the crushed material 31 has substantially expanded the area where the material to be dried (W) comes into contact with the low-humidity air.
  • Produces the same effect as It is also effective to increase the number of revolutions of the screw 25 in order to increase the chance that the material to be dried (W) and the crushed material 31 come into contact with the low humidity air.
  • the effect of high rotation has become negligible, and it becomes necessary to prevent the powder from scattering.Therefore, control to reduce the number of rotations of the screw 25 is required. Do.
  • a low-humidity air with sufficient room for saturated steam is blown toward the material to be dried (W) according to the circulation path of the air in the tank.
  • the air on the material to be dried (W) is continuously transferred, the low-humidity air is constantly supplied on the material to be dried (W), and the evaporation of water is performed continuously.
  • Moisture in the material to be dried (W) is evaporated after contacting with low humidity air after sufficient heat is given. The heat used for evaporation is converted to latent heat in steam and retained.
  • the air immediately after passing through the evaporator 17 is low-humidity air, and therefore does not include steam (open circles), but the amount of water vapor (open circles) increases as it travels on the material to be dried (W). Increases to moist air. After sufficiently containing water vapor, the water is transported to the steamer 17 where water is removed (that is, the white circle disappears), and the air becomes low humidity air again.
  • the sensor A detects the humidity and temperature of the humid air just before passing through the evaporator 17 of the air in the tank.
  • the air volume of blower 33 that is, the air volume of humid air passing through evaporator 17 is adjusted so that the amount of condensed water is maximized. Is adjusted. This is the most important role of sensor A.
  • the cooling capacity of the compression refrigeration cycle of the drying system 1 is constant, if the air volume is gradually increased, the amount of water condensed gradually increases, reaches a maximum at a certain point, and then rapidly decreases. (However, if the relative humidity of the humid air before water condensation is 100%, the amount of water condensed increases as the air volume increases.) In other words, the amount of water condensed varies depending on the air volume.
  • the air volume at which the amount of water condensed is maximum varies depending on conditions such as the temperature and humidity of the humid air before the water condenses. By calculating these conditions, it is possible to determine the air volume that maximizes the amount of water condensed. Until the middle stage of the drying work, the relative humidity of the humid air fluctuates at or around 100% because there is much water in the material to be dried (W). Therefore, in order to maximize the total amount of water condensed, the air volume of the blower 33 is increased.
  • the relative humidity of the humid air As the drying progresses and the moisture content in the material to be dried (W) decreases, the relative humidity of the humid air also decreases, so that the water vapor is reduced to the dew point temperature and the water is condensed. 33 Gradually reduce the air volume. As a result, not only is the total amount of water condensed increased, but at the end of the drying operation, the water is cooled to a very low dew point and condensed, resulting in a high-quality dried product with a low moisture content. be able to. Further, the rotational speed of the screw 25 is adjusted based on the relative humidity and temperature in the processing tank 5 obtained from the sensor A and the absolute humidity calculated based on the relative humidity and temperature.
  • the relative humidity is lower than the specified value, increase the rotation speed of the screw 25 to promote the evaporation of water. If the relative humidity falls below the specified value for deceleration, reduce the rotation speed of screw 25. This is because, as the drying proceeds, the material to be dried (W) is powdered, and if the rotation speed of the screw 25 is high, the screw 25 is scattered, and the evaporation of water is rather hindered. In addition, the capacity of the compressor 9 is reduced to reduce the drying capacity, and the finish drying is performed over time. By adjusting the capacity in this way, the drying system can be operated efficiently and economically even when it is desired to make the water content of the material to be dried (W) extremely low.
  • the sensor B detects the temperature of the object to be dried (W), and operates the fan 14 of the adjusting condenser 13 based on the temperature information of the sensor B, thereby obtaining the heating condenser. 11
  • the amount of heat supplied to the object to be dried (W) is changed from 1 to control the temperature of the object to be dried (W) as specified.
  • the condenser 11 for heating and the condenser 13 for adjustment are connected in series, when the fan 14 of the condenser 13 for adjustment is operated, the compression refrigeration is performed. Since the condensing temperature of the cycle changes, the amount of heat supplied to the object to be dried (W) from the heating condenser 11 can be changed. In the drying system 1, simply connect the heating condensate ⁇ 11 If it is left alone, the temperature of the material to be dried (W) will rise rapidly and the quality of the finished product will not be able to be ensured. Drying proceeds rapidly from the periphery of the unit structure, and as a result, only the surface is hardened first, leaving the interior as it is, and in severe cases, it is scorched by high temperature and heat.
  • the temperature exceeds the denaturation temperature of the processed product (W) If you are trapped in Even if it becomes dry at first glance, it will not be of a quality that can withstand long-term storage due to the progress of the generation of rust and deterioration over time. If the temperature exceeds the denaturation temperature of the processed product (W), the functionality of the processed product (W) may be impaired. It is indispensable to control the upper limit temperature of the heating by the sensor C.
  • the sensor C detects the temperature of the refrigerant immediately before the expansion valve 15. Based on the temperature information of the sensor C, the rotational speed of the fan 14 of the adjusting condenser 13 is adjusted by PID control, and excess heat is discharged outside the system, and the temperature of the compression refrigeration cycle is controlled. Is done.
  • the set value of the standard temperature before the expansion valve is around 45 ° C when the refrigerant is R22, and around 38 ° C when the refrigerant is R407.
  • the amount of latent heat that is released and transferred to the refrigerant when water condenses is balanced between the amount of water evaporation in the material to be dried (W) and the amount of water condensed in the evaporator 17. Is balanced with the amount of heat used when moisture evaporates from the material to be dried (W) and the crushed material 31.
  • the Joule heat generated by the compressor and the raw heat generated by the screw, which continue to be generated are brought into the system.
  • the corresponding amount of heat is discharged from the adjusting condenser 13.
  • the condensation of the refrigerant is promoted because the temperature of the material to be dried (W) is low, and the temperature as the condenser of the refrigeration cycle decreases.
  • the amount of heat applied to the object to be dried (W) is also reduced. Force that does not cause any particular problem in the operation of the compression refrigeration cycle In such a case, if the rotation speed of the compressor 9 is increased to increase the flow rate of the refrigerant, the temperature of the condenser in the compression refrigeration cycle rises. The rise of heating is improved.
  • Factors that rapidly raise the temperature of the material to be dried (W) include a screw heat source.
  • the sensor D detects the temperature of the refrigerant on the inlet side of the evaporator 17, and the sensor E detects the temperature of the refrigerant on the outlet side of the evaporator 17. If the difference obtained by subtracting the former temperature from the latter temperature is smaller than a specified value, it is considered that the evaporator 17 has malfunctioned due to icing or the like, and the defrosting operation is performed.
  • the defrosting operation is to stop the compressor 9, disperse water from the shrinker 35 to the evaporator 17, and / or fully operate the blower 33.
  • the drying system 41 according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 is an overall schematic diagram of the drying system 41, and the same components as those of the drying system 1 in FIG.
  • the drying system 41 includes a refrigerant supply path (refrigerant circulation path 7) for supplying the refrigerant from the compressor 9 to the heating condenser 11, and a refrigerant for directly supplying the refrigerant to the adjustment condenser 13.
  • a second refrigerant supply path (bypass path) 43 is provided, and a flow control valve 45 is attached to the second refrigerant supply path 43.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the entirety of the drying system 51, and the same components as those of the drying system 1 in FIG.
  • This drying system 51 is characterized in that a reheating unit 52 is provided.
  • the high-temperature and high-pressure refrigerant flowing out of the compressor 9 flows through the refrigerant circulation path 7 and enters the heating condenser 11, where the refrigerant is condensed and liquefied to give heat to the material to be dried (W).
  • the reheater 55 of the reheating unit 52 connected in series after the heating condenser 11 heats the air immediately after contact with the evaporator 17. In the reheater 55, the amount of heating can be controlled by flow control valves 54, 56 provided in the reheating refrigerant supply path 53.
  • a temperature sensor F is attached to the discharge pipe of the compressor 9.
  • the reheater 55 is a fin-type heat exchanger as a condenser, and the use of this heat exchanger will be described below.
  • the flow control valve 54 is completely closed and the flow control valve 56 is open.
  • the material to be dried (W) in the treatment tank 5 initially contains a large amount of water, but a large amount of water is contained in the treatment tank 5 due to the heat generated from the heating condenser 11 due to the operation of the compression refrigeration cycle. Of steam is generated.
  • the amount of heat exhausted from the adjusting condenser 13 changes by controlling the fan 14 of the adjusting condenser 13, and the heating temperature from the heating condenser 11 can be changed.
  • the fan 14 of the condenser 13 for adjustment is stopped, and all the heat of condensation of the refrigerant in the compression refrigeration cycle is transferred from the condenser 11 for heating. It is controlled so as to be supplied to the material to be dried (W) in the processing tank 5.
  • the air in the treatment tank 5 where a large amount of water vapor is generated is cooled by the evaporator 17 to liquefy the water, thereby drying the object to be dried (W). realizable.
  • the COP which indicates energy efficiency, is 7, and efficient operation is achieved. Can be.
  • the air temperature in the processing tank 5 rises, that is, the air temperature on the inlet side of the evaporator 17 rises, so that the low pressure of the compression refrigeration cycle recovers, and the evaporator 17 The performance of is restored.
  • the effect of increasing the degree of drying by further dehumidifying the object to be dried (W) can be expected.
  • the relative humidity sensor A in the processing tank 5 may or may not be used. This is because the state of the relative humidity in the processing tank 5 is reflected in the operation state of the compression refrigeration cycle, so that it is possible to determine whether or not to operate the reheater 52 based on the control signal from the sensor 1F. is there.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the entire drying system 61, and the same components as those of the drying system 1 in FIG.
  • This drying system ⁇ 61 uses an indirect cooling and heating method.
  • the first brine circulation path 67 is provided with a cooler 69 and a circulation pump 72 as a pumping means.
  • the cooler 69 is provided in the processing tank 5.
  • the first brine circulation path 67 and the evaporator 65 of the compression refrigeration cycle are connected so that heat can be exchanged, and an indirect cooling unit 63 is configured.
  • a heat exchanger for the first brine and the refrigerant for example, a plate heat exchanger with good heat exchange efficiency can be made compact, so that it is practical.
  • the second pipeline circulation path 75 is provided with a heater 77 and a circulation pump 78 as a means for pumping.
  • the heater 77 is arranged below the floor of the processing tank 5.
  • the second brine circulation path 75 and the heating condenser 74 of the compression refrigeration cycle are connected in a heat-exchangeable manner to form an indirect heating section 73.
  • a plate heat exchanger having high heat exchange efficiency can be made compact, so that it is practical.
  • the circulation pump 78 is driven, the second brine (antifreeze) circulates, and the second brine heated by the heating condenser 74 flows to the heater 77 to heat the material to be dried (W). To generate steam. Since the first and second brines are not directly connected, they may be the same or different materials. Prine includes hot and cold water. W
  • the indirect cooling section 6 3 and the indirect heating section 7 3 constitute the processing section together with the processing tank 5 and those disposed therein, but the compressor 9, the evaporator 65, the heating condenser 7
  • the controller 107 is mounted on the compression refrigeration cycle unit 81 side.
  • the processing section and the compression refrigeration cycle section 81 are configured to be separable, and thus have the following advantages. (1) The compression refrigeration cycle section 81 can be separated from the processing section and separately manufactured and maintained.
  • the compression refrigeration cycle unit 81 can be connected to the apparatus body of various designs by unifying the standards of the connection unit (evaporator 65, condenser for heating 74). Therefore, the convenience of the compression refrigeration cycle unit 81 can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the entire drying system 83, and FIG. The same components as those of the stem 61 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • This drying system 83 is characterized in that a reheating unit 84 is provided similarly to the third embodiment.
  • Reference numeral 85 indicates a branch path. Both ends of the branch path 85 are connected to the second pipeline circulation path 75 downstream of the heater 77.
  • the reheater 87 is installed in the processing tank 5.
  • a circulation pump 88 is provided as a pumping means.
  • the material to be dried (W) can be further dehumidified as in the third embodiment, so that the effect of increasing the degree of drying of the material to be dried (W) can be expected.
  • the configuration is such that the refrigeration / compression cycle section 81 can be separated from the drying system 83, so that the advantages of the above (1), (2), and (3) are obtained. Keep as it is.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the entirety of the drying system 91, and the same components as those in the drying system 1 in FIG.
  • the tank wall 95 of the processing tank body 93 has a hollow structure made of the same material as the heating condenser 11.
  • the processing tank main body 93 is structured to be opened and closed by a lid 97.
  • Reference numeral 99 denotes an air flow path, and an intermediate portion of the air flow path 99 extends in the lateral direction, and both end sides extend downward in a different direction and are connected to the lid 97.
  • An evaporator 17 is provided in the air flow path 99.
  • Screw 25 is vertical, but the structure is the same as that of drying system 1. It is the same as that obtained.
  • Reference numeral 100 denotes a blower, and when the blower 100 is driven, a flow path of air circulating in the direction of the arrow is formed.
  • this drying system denotes a blower, and when the blower 100 is driven, a flow path of air circulating in the direction of the arrow is formed.
  • the crushed material 31 is not charged into the treatment tank body 93.
  • the refrigerant flowing out of the compressor 9 flows in the tank wall 95 and heats the material to be dried (W) in the processing tank body 93.
  • the refrigerant flowing out of the tank wall 95 enters the adjusting condenser 13, is decompressed by the expansion valve 15, and enters the evaporator 17.
  • the place where the humid air is generated inside the processing tank body 93
  • the place where the dry air is generated near the evaporator 17
  • a seventh embodiment will be described with reference to FIG. Fig.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of the drying system 104, based on the drying system 91 (Fig. 8) and the indirect cooling method and the indirect heating method as in the drying system 61 (Fig. 6). It was done. Therefore, the same reference numerals are given to the components corresponding to the components in the above-described embodiment (FIGS. 8 and 6), and description thereof will be omitted.
  • One end of two air flow paths 98 is connected to the lid 97, and the flanges 101 at the other ends of the two air flow paths 98 are connected to the flanges 102 at both ends of the air flow path 99. And is hermetically connected to form an air passage.
  • FIG. Fig. 10 is a schematic diagram of the drying system 105, based on the drying system 104 (Fig. 9) and a direct cooling system as in the drying system 91 (Fig. 8). is there. Therefore, the components corresponding to the components in the above embodiment (FIGS. 9 and 8) are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the compressor may be of a fixed capacity type. In that case, adjust the capacity by intermittent operation (on / off). If the treatment tank is relatively small or the final moisture content of the material to be dried does not need to be so low, a fixed-capacity type may be used.
  • the flow control valve may be an ONZOFF type solenoid valve. In this case, the amount of heat transferred to the heating condenser by intermittent operation (on / off) is adjusted.
  • the drying system of the present invention may be used in a reduced pressure environment in which the vaporization temperature of water decreases and vaporization is promoted. Design the pressure resistance of the treatment tank so that it can withstand reduced pressure, and then reduce the number of pumps, profilers or ejectors with low ultimate pressure. The system works only by adding pressure means.
  • the decompression means is connected to the drain port to discharge condensed water to the outside of the system as needed, the water condensed together with the air will be discharged, so the decompression means does not hinder the handling of water Things need to be selected.
  • a part of the design of the second embodiment may be changed to adjust the flow rate of the refrigerant to be supplied to the reheater by using an ON / OFF type solenoid valve.
  • the reheater may be constituted by a radiator, and the air in the processing tank 5 may be warmed by turning the radiator on or off.
  • the drying system of the present invention energy consumption is greatly reduced and exhaust heat to the outside of the system is suppressed as much as possible. Therefore, it can be said that it is economical and environmentally friendly. If the compression refrigeration cycle section including the control section can be separated from the apparatus main body, one compression refrigeration cycle section can be used for various apparatus main bodies for general purpose, so that the convenience is good and the compression refrigeration cycle section is It has the advantage of mass production.

Abstract

圧縮冷凍システムを利用し、凝縮器を、系外に熱を放出する排熱量調整可能な調整用凝縮器13と、処理槽5内に装入された含水性の被乾燥処理物に熱を供給することで被乾燥処理物(W)中の水分を蒸発させて湿り空気を生成する加温用凝縮器11とに分割させた。水蒸気の凝縮熱を蒸発器17で冷媒の熱として回収し、この回収した熱を加温用凝縮器11で放出して被乾燥処理物(W)中の水分の気化熱に利用し、余剰の熱を調整用凝縮器13によって系外に排出する。

Description

明 細 書 乾燥システム
技術分野 本棻明は乾燥システムに係り、 特にエネルギー効率が高く、 且つ周 囲環境への影響を低減できる、圧縮冷凍サイクルを利用した閉鎖系の 乾燥システムに関するものである。
背景技術 古くから行われている日干しや風乾は最も手軽な乾燥方法であり、 腐敗を防ぐことができれば、 品質は高いが、 広大な場所と長い時間が 必要で、 天気にも影響されるため、 工業的に行うのは難しかった。 加 温式の乾燥装置や熱風乾燥装置では、いずれも水蒸気を含む高温の排 気をするため、 莫大なエネルギーが浪費された。 高い減圧下において 乾燥させる装置は製造おょぴ運転コス トの問題や取扱いやすさの点 ではまだ問題があった。 そこで、 特開平 1 1— 6 3 8 1 8号公報 (第 1図) に記載されてい るように、減圧下で乾燥したり、特開平 1 1— 1 9 7 3 9 5号公報(第 1図) に記載されているように、 圧縮冷凍サイクルの蒸発器によって 水分を凝縮し、凝縮器で水分凝縮後の低湿空気を再加温することによ つてエネルギーを有効利用する乾燥の装置が考案されている。 これら はすでに量産されている再加温機能付水分凝縮装置を外付けしても 実現できる。 この方式では、 熱は加温された低湿空気から被乾燥処理 物に伝わるため、 基本的に被乾燥処理物の温度が空気温度よ り低く、 空気と被乾燥処理物の接触を十分に出来ない場合には、暖かくて軽い 相対湿度が非常に低い空気が空回り して蒸発器との間を循環してし まい、 水分凝縮効率が極めて悪くなってしまう。 したがって、 衣類や 木材など空気と充分に接触させることができる被乾燥処理物には利 用できたが、ぺ ス ト状から粉末状まで変化するような被乾燥処理物 には向かなかった。 圧縮冷凍サイクルの一方で出てくる熱を加温に利用する方法は容 易に考え得ることであるにもかかわらず、実際にはそのような試みが ことごとく失敗してきた大きな障壁は以下のとおりである。 1 . 最適風量の制御機構を備えなかったために、 冷凍サイクルの能 力を実用的な効率で使用できず、また被乾燥処理物の水分が少なくな り、被乾燥処理物の水分を含む空気の相対湿度が低下してく ると水分 凝縮効率が大きく低下してしまったこと。
2 . 系内の熱収支を制御できなかったために、 冷凍サイクルを正常 に運転しつづけること自体ができなかったこと。 または、 熱収支の制 御に必要な機構が複雑になって、実用的なコス トで製造することが困 難であったこと。
3 . 被乾燥処理物を加温する熱量を調節できなかったために、 高い 品質を確保することができなかった。 4 . 単位時間あたりの水分蒸発量を高める手段を併用しないために、 冷凍サイクルの能力を実用的な効率で使用することができなかった。 蒸発を促進する手段は様々なものが考えられるが、そのいずれかある いはすベてを講じて、冷凍サイクルの能力に見合うだけの水分蒸発能 力を有しない限り、 この装置が実用性を発揮することはできない。 発明の開示 それ故、 本発明は、 上記課題を解決する、 消費エネルギーが大幅に 低減され且つ系外への排熱が極力抑制される、新規且つ有用な乾燥シ ステムを提供することを目的とする。 本発明者は以上の問題点に種々の対策を施すことによって、従来実 用化は不可能と考えられてきた圧縮冷凍サイクルを利用して被乾燥 処理物を加温する乾燥装置を実用に供することに成功した。 請求の範囲第 1項の発明は、 圧縮機、 蒸発器、 凝縮器、 膨張弁等を 冷媒循環経路で接続してなる圧縮冷凍サイクル部を利用した閉鎖系 の乾燥システムにおいて、 前記凝縮器を 2分割して設けた、処理槽内に挿入された含水性の被 乾燥処理物に凝縮器の熱を供給することで前記被乾燥処理物の水分 を蒸発させて湿り空気を生成する加温用凝縮器及び系外に排熱を放 出する排熱量調整可能な調整用凝縮器と、前記湿り空気から冷却によ つて水蒸気を除去する蒸発器と、前記圧縮機から前記加温用凝縮器を 経由して前記調整用凝縮器へ冷媒を循環送給する冷媒循環経路を備 えたことを特徴とする乾燥システムである。 請求の範囲第 2項の発明は、請求の範囲第 1項に記載した乾燥シス テムにおいて、 更に、 被乾燥処理物と蒸発器との間で空気を循環させ る空気循環手段と、前記蒸発器を通る直前の湿り空気の温度と湿度を 検出する検出手段と、前記検出手段で得られた温度と湿度の情報に基 づいて水分凝縮量が最大となるよう前記蒸発器を通る湿り空気の風 量を調整する風量調整手段とを備えることを特徴とする乾燥システ ムである。 請求の範囲第 3項の発明は、請求の範囲第 1項または第 2項に記載 した乾燥システムにおいて、圧縮機から加温用凝縮器へ冷媒を供給す る冷媒送給経路と並列に調整用凝縮器へ直接冷媒を供給する第 2の 冷媒供給経路を設け、前記第 2の冷媒送給経路の途中に流量調節弁を 取り付け、前記調整用凝縮器の直後に膨張弁を配したことを特徴とす る乾燥システムである。 請求の範囲第 4項の発明は、請求の範囲第 1項から第 3項のいずれ かに記載した乾燥システムにおいて、 圧縮機の回転数を変化させ、 加 温用凝縮器に送給する冷媒の流量を変化させることで加温用凝縮器 の放出熱量を調整する加温熱量調整手段を設けることを特徴とする 乾燥システムである。 請求の範囲第 5項の発明は、請求の範囲第 1項から第 4項のいずれ かに記載した乾燥システムにおいて、処理槽の床下から処理槽内の被 乾燥処理物に対して熱を供給することを特徴とする乾燥システムで ある。 請求の範囲第 6項の発明は、請求の範囲第 1項から第 5項のいずれ かに記載した乾燥システムにおいて、 被乾燥処理物の撹拌手段と、 処 理槽ゃ前記撹拌手段から物理的に分離された熱伝導捕助手段を設け たことを特徵とする乾燥システムである。 請求の範囲第 7項の発明は、請求の範囲第 1項から第 6項のいずれ かに記載した乾燥システムにおいて、処理槽の内部に被乾燥処理物の 撹拌手段及び破碎細分化手段を設けたことを特徴とする乾燥システ ムである。 請求の範囲第 8項の発明は、請求の範囲第 1項から第 7項のいずれ かに記載した乾燥システムにおいて、処理槽に装入する被乾燥処理物 を含水性有機物とすることを特徴とする乾燥システムである。 請求の範囲第 9項の発明は、請求の範囲第 1項から第 8項のいずれ かに記載した乾燥システムにおいて、 更に、 冷媒送給経路で加温用凝 縮器と直列接続され、 処理槽内の空気を再加温する再熱器と、 圧縮機 の吐き出し配管の冷媒温度を検出する検出手段と、前記検出手段で検 出された温度情報に基づいて、前記再熱器の加熱量を調整する再熱量 調整手段とを備えることを特徴とする乾燥システムである。 請求の範囲第 1 0項の発明は、請求の範囲第 1項から第 9項のいず れかに記載した乾燥システムにおいて、 冷却方式と して、 蒸発器が処 理槽内に設けられ、膨張弁で減圧された冷媒を前記蒸発器に流して処 理槽内の冷却を行う直接冷却方式、 または、 蒸発器と熱交換可能に接 続され、 処理槽内に設けられた冷却器を有し、 前記蒸発器と前記冷却 器との間で第 1プラインを循環させることで処理槽内の冷却を行う 間接冷却方式のいずれか一方を採用し、 加熱方式として、 加温用凝縮 器が処理槽の床下に配設され、圧縮機で加圧された冷媒を前記加温用 凝縮器に流して処理槽内の被乾燥処理物の加熱を行う直接加熱方式、 または、 加温用凝縮器と熱交換可能に接続され、 処理槽の床下に配設 された加熱器を有し、前記加温用凝縮器と前記加熱器との問で第 2ブ ラインを循環させることで処理槽内の被乾燥処理物の加熱を行う間 接加熱方式のいずれか一方を採用していることを特徴とする乾燥シ ステムである。 請求の範囲第 1 1項の発明は、請求の範囲第 1 0項に記載した乾燥 システムにおいて、 間接冷却方式と間接加熱方式を採用し、 乾燥シス テムの圧縮冷凍サイクル部と処理槽等を含む処理部とを分離可能に 構成したことを特徴とする乾燥システムである。 請求の範囲第 1 2項の発明は、請求の範囲第 1 1項に記載した乾燥 システムを構成する処理部である。 請求の範囲第 1 3項の発明は、請求の範囲第 1 0項に記載した乾燥 システムにおいて、直接冷却方式または間接冷却方式のいずれか一方 と間接加熱方式を採用し、 処理槽を処理槽本体と、 前記処理槽本体と 両端側で分離可能に接続され、その中に蒸発器または冷却器が設けら れた空気流路とで構成し、圧縮冷凍サイクル部及び前記処理槽等を含 む処理部とからなるシステム全体を、前記圧縮冷凍サイクル部及ぴ前 記空気流路と、前記処理部から前記空気流路を除いた主要構成部とを 分離可能に構成したことを特徴とする乾燥システムである。 請求の範囲第 1 4項の発明は、請求の範囲第 1 3項に記載した乾燥 システムを構成する主要構成部である 本発明の乾燥システムにおいては、圧縮冷凍サイクルの冷却側のみ ならず加熱側も同時に用いることが出来るため消費エネルギーが大 幅に低減され、 とくに調整用凝縮器での排熱量が小さい場合には系外 への排熱が極力抑制される。通常圧縮冷凍サイクルでは運転条件によ つても異なるが 1の電気入力に対して 3の冷却能力が得られ、 ヒート ポンプとして得られる加熱側では 1 + 3 = 4の加熱能力が得られる。 冷却のみに着目 した成績係数 C O Pは 3程度であるが、加熱侧では 4 の加熱能力となるので、加熱側も同時に使用するこのシステムでは 1 の電気入力に対して 3の冷却能力と 4の加熱能力を同時に利用する ことができるので実使用上の C O Pは 7になり、高い省エネ効果を期 待できる。 電気ヒータ、 ガスパーナなどによる急速な高温乾!^システムでは、 表面が硬化又は焦げてしまい、被乾燥処理物の内部の水分を十分に除 去できなかったり、タンパク質や糖質等を含む被乾燥処理物を変質さ せたりするが、 本発明の乾燥システムによれば、 冷凍サイクルの凝縮 温度を用いているので被粹燥処理物おょぴ処理槽内の温度を常温( 0 〜 6 0 °C ) に保ちながら運転できるのでそのような不都合はない。 例 えば圧縮冷凍サイクルの凝縮圧力が 2 . O M P aの場合、 冷媒が R 2 2の場合で凝縮温度は 5 0 °C、 R 4 0 7 Cの場合で 4 5 . 6カゝら 5 0 . 3 ¾である。 更に、 本発明の乾燥システムによれば、 常温で乾燥させても、 空気 循環手段、 撹拌手段、 破碎細分化手段等を併用することで、 蒸宪速度 は最大限高められた状態で乾燥が進行するので、乾燥時間は比較的短 くて済む。 加えて、 臭気を系外に放出しないで済む。 有機物には特有の臭気を 伴うものが多いことから、 本発明の乾燥システムは、 含水率の高い有 機物の乾燥用に特に適していると言える。 以上より、 本発明の乾燥システムは、 経済的且つ環境に優しいシス テムと言える。 ところで、 本発明中、 請求の範囲第 2項以降は、 請求の範囲第 1項 の発明を技術的に限定したものであるが、 それらの限定により、 乾燥 システムにおいて顕著な技術的効果が認められることから、以下に請 求の範囲の項毎に説明する。 請求の範囲第 2項によれば、総水分凝縮量を向上させて乾燥システ ムの運転効率を上げるだけでなく、乾燥作業の終了時点で非常に低い 露点温度まで冷却して水分凝縮することになり、含水率の低い高品質 な乾燥処理物に仕上げることができる。 請求の範囲第 3項によれば、第 2の冷媒送供経路を設けたことによ り、常に圧縮冷凍サイクル内の熱収支を適切に調整することができる。 請求の範囲第 4項によれば、 加温用凝縮器の放出熱量、 即ち被乾燥 処理物へ供給する熱量を調整できる。 請求の範囲第 5項によれば、加温用凝縮器から放出された熱が被乾 燥処理物に効率良く供給される。 請求の範囲第 6項によれば、撹拌手段と熱伝導補助手段を併用した ことにより、 床の熱は被乾燥処理物 (W ) 全体に確実に、 ムラなく し 力 も速やかに伝わる。 請求の範囲第 7項によれば、撹拌手段と破砕細分化手段を併用した ことにより、 蒸発速度を高めることができる。 その結果として、 圧縮 冷凍サイクルを有効に活用できるとともに、含水率の低い高品質な乾 燥処理物に仕上げることができる。 請求の範囲第 9項によれば、処理槽内の相対湿度が低下して蒸発器 の性能が低下した場合にも、 再熱器が設けられているので、 処理槽内 の空気温度を上昇させることによって、蒸発器の性能回復を図れるの で、被乾燥処理物の仕上げ段階における除湿効率を向上させることが できる。 請求の範囲第 1 1項から第 1 4項によれば、乾燥システムの圧縮冷 凍サイクル部が乾燥システムから分離可能に構成されており、圧縮冷 凍サイクル部と して汎用品を用いることが可能となる。 図面の簡単な説明 第 1図は、本発明の第 1の実施の形態に係る乾燥システムの模式図 である。 第 2図は、第 1図の乾燥システムにおける熱の移動サイクルの説明 図である。 第 3図は、 第 1図の乾燥システムの制御系の説明図である。 第 4図は、本発明の第 2の実施の形態に係る乾燥システムの模式図 である。 第 5図は、本発明の第 3の実施の形態に係る乾燥システムの模式図 である。 第 6図は、本発明の第 4の実施の形態に係る乾燥システムの模式図 である。 第 7図は、本発明の第 5の実施の形態に係る乾燥システムの模式図 である。 第 8図は、本発明の第 6の実施の形態に係る乾燥システムの模式図 である。 第 9図は、本発明の第 7の実施の形態に係る乾燥システムの模式図 である。 第 1 0図は、本発明の第 8の実施の形態に係る乾燥システムの模式 図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の第 1の実施の形態を、 第 1図、 第 2図、 第 3図の図面に従 つて説明する。 第 1図は第 1の実施の形態に係る乾燥システムの全体の模式図で あり、 第 2図は乾燥システムの熱移動サイクルの説明図、 第 3図は制 御系の説明図である。 この実施の形態では、 被乾燥処理物 (W ) は含水性有機物として代 表的な茶殻と した。 乾燥システム 1は、圧縮冷凍サイクル部 2 と処理槽 5 とから主に構 成されている。 この乾燥システム 1では直接冷却方式 .直接加熱方式 を採用している。 先ず、 圧縮冷凍サイクル部 2の構成及び動作を説明する。
7は冷媒循環経路を示し、 上流側から、 圧縮機 9、 加温用凝縮器 1 1、調整用凝縮器 1 3、膨張弁 1 5、蒸発器 1 7がこの順に配設され、 冷媒循環経路 7中を液化可能な冷媒が実線の矢印に従って循環して いる。 圧縮機 9を出た高温高圧の冷媒は冷媒循環経路 7中を通り、加温用 凝縮器 1 1 に流入し、 冷媒が凝縮する際の発熱で被乾燥処理物 (W ) を加熱し、水分を含んだ被乾燥処理物(W )から水蒸気を発生させる。 加温用凝縮器 1 1で液化した冷媒は調整用凝縮器 1 3に流れ、更に液 化が促進されて膨張弁 1 5に流入し、減圧されて低温低圧の冷媒とな つて蒸発器 1 7に流入する。蒸発器 1 7は誘導路 1 8の内部に配設さ れており、誘導路 1 8を通過する湿り空気が蒸発器 1 7を通過するよ うに構成されている。処理槽 5内の高湿度の空気は蒸発器 1 7表面で 凝縮し、 誘導路 1 8の下部に落下し、 水となってその奥にある排出路 から (図示せず) 系外に排出される。 蒸発器 1 7で気化した冷媒は圧 縮機 9に戾る。 圧縮機 9は容量可変型のものであり、特に乾燥システム 1 のスター ト時のように被乾燥処理物 (W) の温度が低い場合には圧縮機 9の回 転数を上げて容量を大きくすると圧縮機 9から吐き出される冷媒の 流量が増えて、 加温用凝縮器 1 1での加熱量を増加させ、 乾燥システ ム 1 の立ち上げ性を向上させる効果がある。 加温用凝縮器 1 1は処理槽 5の床下に這い回るように接触配管さ れた熱伝導性の管 (銅製) によって構成されている。 調整用凝縮器 1 3 (送風ファン 1 4付き) は処理槽 5の外部に配設 されており、 冷媒の流量が増加した場合や被乾燥処理物 (W ) の温度 が上昇して、 冷媒の過冷却度が十分取れない場合に、 外気温によって 冷媒の液化を促進し、膨張弁 1 5前の状態を液冷媒と して冷媒の循環 を安定させると ともに、 圧縮冷凍サイクルの凝縮圧力を制御して、 加 温用凝縮器 1 1 の温度を制御する場合に有渤である。 第 2図は乾燥システム 1におけるの熱の移動サイクルの説明図で ある。空気による熱の移動と冷媒による熱の移動の組み合わせから構 成されている。 第 3図は制御系の構成の説明図である。 後述するセンサー群の信号は第 3図に示すように、 処理部 1 0 1 ( C P U メモリ、 I Z Oポート等で構成) に入力されるよ うに構成 されている。 電源回路 1 0 3は、 処理部 1 0 1 とスク リ ュー 2 5等の 駆動回路 1 0 5に接続されており、処理部 1 0 1は電源回路 1 0 3か ら電流が供給されると、メモリに記憶されたプログラムに従って信号 を処理し、 所定の駆動回路 1 0 5を制御する。 処理部 1 0 1、 電源回 路 1 0 3およぴ駆動回路 1 0 5で制御器 1 0 7が構成されている。 次に処理槽 5の構成及び動作を示す。
2 5は撹拌手段と してのスク リュ^"を示し、 このスク リュー 2 5は 処理槽 5の床上に近い部分に設置されている。 スク リ ュー 2 5は、 モ 一ター 2 6 と接続されたシャフ ト 2 7 と、シャフ ト 2 7に取り付けら れた複数のブレ >~ド 2 9によって構成されている。 シャフ ト 2 7は、 処理槽 5の床に平行に配設されている。 ブレ ド 2 9はシャフ ト 2 7が回転すると被乾燥処理物 (W) 及ぴ後述する破 砕補助材 3 1を処理槽の中を一定方向に周回させ、床面近くで加温さ れ水分が蒸発しやすくなった被乾燥処理物 (W ) および破砕捕助材 3 1を床上から上方に移動するような角度でシャフ ト 2 7に取り付け られている。 各ブレード 2 9の先端は軟質の樹脂で構成されており、 先端の回転軌道は処理槽 5の床面と重なるように設計されている。 破砕細分化手段と しての破砕林 3 1は高硬度のセラミ ック球体で 構成されている。 この破砕材 3 1は処理槽 5内に投入されている。 また、破碎材 3 1はスク リ ュー 2 5 と連結されていないのでスク リ ユー 2 5の動作により ランダムに動き、 被乾燥処理物 (W) に衝突し て磨り漬すことで被乾燥処理物 (W) を細分化すると同時に被乾燥処 理物 (W) と低湿空気との接触面積を増やし、 水蒸気の放出を促進す る。 W
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なお、破砕材 3 1は熱伝導性の高いセラミ ックで構成されているの で熱伝導補助手段と しての機能も担っている。
3 3は空気循環手段と してのブロアを示し、 このブロア 3 3は蒸発 器 1 7を通過した後の低湿空気を下方に向かって吹き込むように構 成されている。 従って、 ブロア 3 3を作動させると、 白抜きの矢印で 示すような槽内空気の循環経路が形成される。 即ち、 槽内空気が被乾 燥処理物 (W) (の表面) と蒸発器 1 7との間で循環する。 また、 ブ ロア 3 3の作動条件を調整することで、蒸発器 1 7を通る湿り空気の 風量を調整するので、ブロア 3 3は風量調整手段としての機能も担つ ている。 なお、蒸発器 1 7を通過した空気は水分が除去されているので当然 ながら飽和水蒸気量までの余裕の多い低湿空気となっている。
3 5はシャワーを示し、 このシャワー 3 5は蒸発器 1 7の上方に配 設されている。 シャワー 3 5からは蒸発器 1 7に向けて水が放散され る。 単位時間あたりの蒸発量と水分凝縮量は互いに制約要因となって おり、 どちらか少ない方が乾燥システム 1全体の性能を決めてしま う。 蒸発量を増加させるには、単位表面積あたりの蒸発量を高めると同 時に、 低湿空気との接触表面積を広くすることが有効である。 単位表 面積あたりの蒸発量を高める要因は、 ( 1 ) 空気の水蒸気を減らす、
( 2 ) 空気の温度を上げて飽和水蒸気量を増す、 ( 3 ) 被乾燥処理物 中の水蒸気圧を上げることの 3つである。 空気再加温方式は ( 1 )
( 2 ) を向上させるもので、 本発明の方法は ( 1 ) ( 3 ) を向上させ るものである。 本発明では ( 1 ) の対策と して蒸発水分を含んだ空気 と相対湿度の低い空気をブロア 3 3によって速やかに置換し、 ( 3 ) の対策として被乾燥処理物 (W) および破砕材 3 1を加温して被乾燥 処理物 (W ) 中おょぴ破砕材 3 1表面の水分の水蒸気圧を上昇させて いる。 スク リ ュー 2 5が回転すると、 プレード 2 9が回転し、 被乾燥処理 物 (W ) 及ぴ破砕材 3 1が撹拌される。 このとき、 プレード 2 9の先 端の回転軌道は処理槽 5の床面と重なるように設計されているので、 処理槽 5 の床面に接触している被乾燥処理物 (W ) もプレード 2 9に よってすくい上げられて、 処理槽 5内の上方に運ばれる。 従って、 熱 を受取った被乾燥処理物 (W ) は上方に運ばれ、 低湿空気との接触の 機会が増大される。 また、 処理槽 5の床上面には絶えず低温の被乾燥 処理物 (W) が運ばれ、 加温用凝縮器 1 1 との温度差拡大によって熱 の移動が促進される。 加温用凝縮器 1 1で冷媒の熱が処理槽 5の床に移動し、 更に、 実質 的に空気を経由せずに被乾燥処理物 (W) に直接移動する。 被乾燥処 理物 (W) はスク リ ュー 2 5により十分に撹拌され、 更に破砕材 3 1 が熱伝導の補助材と しても働くので、 床の熱は被乾燥処理物 (W ) 全 体に確実に、 ムラなく しかも速やかに伝わる。 また、 被乾燥処理物 (W ) を破砕材 3 1 と混合して投入した後に、 スク リ ュー 2 5が回転すると、破砕材 3 1がランダムに動いて被乾燥 処理物 (W ) をすりつぶす破砕作用により、 被乾燥処理物 (W ) は細 分化され、 被乾燥処理物 (W) 中の水分が滲出して被乾燥処理物 (W ) の表層またはその付近に存在する。 これは蒸発量を増加させるために 非常に有効である。 更に破砕材 3 1の存在により、 被乾燥処理物 (W) どう しの間には 空隙ができると共に、 被乾燥処理物 (W) 中の水分が破砕材 3 1表面 にも移動する。 従って、 破砕材 3 1表面からも処理槽 5内の低湿空気 に水蒸気となって移転して、 破砕材 3 1は被乾燥処理物 (W) が低湿 空気に接触する面積を実質的に拡大したのと同じ効果を生む。 被乾燥処理物 (W) および破砕材 3 1が低湿空気と接触する機会を 増やすために、スク リ ュー 2 5の回転数を高めにすることも有効であ る。 ただし、 かなり乾燥が進んで粉末になってきた時点では、 高回転 による効果もわずかになり、粉末の飛散を防止する必要が出てくるた め、 スク リ ュー 2 5の回転数を落とす制御を行う。 被乾燥処理物 (W) に向かっては、 槽内空気の循環経路に従って、 飽和水蒸気量までの余裕のできた低湿空気が吹き込まれる。被乾燥処 理物 (W) 上の空気は連続的に移送され、 被乾燥処理物 (W ) 上には 絶えず低湿空気が供給され、 水分の蒸発は連続的に行われる。 被乾燥処理物 (W) 中の水分は十分な熱量が与えられた上で低湿空 気に接触して蒸発する。蒸発に利用された熱は水蒸気中に潜熱化して 保持される。 このとき、 定常運転下では、 スク リ ュー 2 5及び破砕材 3 1 の破砕 作用 · 蒸発促進作用により、 水分の蒸発が十分に促進されていれば、 乾燥がある程度進行するまでは生成される湿り空気の相対湿度は 1 0 0 %またはその近くで推移している。 蒸発した水分、 即ち水蒸気を含んだ湿り空気は、 槽内空気の循環経 路に従って、 蒸発器 1 7まで移送され、 そこで潜熱が奪われて水蒸気 は凝縮した水分となる。 そして、 水分は排水ドレンから処理槽 5の外 に排出される。 水蒸気が除去され、 即ち水分凝縮された低湿空気は再 び被乾燥処理物 (W) に向かって吹き込まれる。 第 1図の白抜き矢印中の白丸は水蒸気を示している。矢印から明確 に分かるよ うに、蒸発器 1 7を通過した直後の空気は低湿空気なので、 水蒸気 (白丸) は含まないが、 被乾燥処理物 (W ) 上を進むにつれて 水蒸気 (白丸) の量が増大して湿り空気となる。 そして、 十分に水蒸 気を含んだ後、蒸癸器 1 7に運ばれて、そこで水分が除去され(即ち、 白丸がなくなり) 、 再ぴ低湿空気となる。 次に検出手段と してのセンサー系の構成及び制御動作を説明する。 センサー Aは槽内空気の蒸発器 1 7を通る直前の湿り空気の湿度 と温度を検出するものである。 センサー Aからの相対湿度、 温度情報 およびそれらに基づいて算出された絶対湿度に基づいて、水分凝縮量 が最大になるように、 ブロア 3 3の風量、 即ち蒸発器 1 7を通る湿り 空気の風量が調整される。 これがセンサ Aの最も重要な役割である。 乾燥システム 1の圧縮冷凍サイクルの冷却能力が一定のとき、徐々 に風量を上げてゆく と、 水分凝縮量は緩やかに増えてゆき、 あるとこ ろで最大となり、 その後は急速に低下してしまう。 (ただし水分凝縮 前の湿り空気の相対湿度が 1 0 0 %である場合には風量を増すほど 水分凝縮量は増える。 ) つまり、 水分凝縮量は風量によって変化し、 風量が過大でも過少でも水分凝縮量は減少してしま うので、圧縮冷凍 サイクルの能力を最大限に活用するには水分凝縮量が最大になるよ う風量を制御する必要がある。 水分凝縮量が最大になる風量は、 水分 凝縮前の湿り空気の温度 ·湿度などの条件で変化する。 これらの条件 を演算すれば水分凝縮量が最大になる風量を割り出すことができる。 乾燥作業の中盤程度までは被乾燥処理物 (W ) 中に含まれる水分が 多いので、湿り空気の相対湿度も 1 0 0 %又はその付近で推移してい る。 従って、 総水分凝縮量を最大限に高めるために、 ブロア 3 3の風 量を大きくする。 そして、 乾燥が進み、 被乾燥処理物 (W ) 中に含ま れる水分が少なくなると、 湿り空気の相対湿度も低くなるので、 水蒸 気を露点温度に下げて水分凝縮を進行させるために、ブロア 3 3の風 量を次第に小さく していく。 その結果、 総水分凝縮量を向上させるだ けでなく、乾燥作業の終了時点で非常に低い露点温度まで冷却して水 分凝縮することになり、含水率の低い高品質な乾燥処理物に仕上げる ことができる。 また、 センサー Aから得られる処理槽 5内の相対湿度、 温度および それらに基づいて算出された絶対湿度に基づいて、スク リ ュー 2 5の 回転速度が調整される。 相対湿度が規定のものより低ければ、 水分の 蒸発を促進させるために、 スクリュー 2 5の回転速度を大きくする。 相対湿度が減速の規定値を下回るとスク リ ュー 2 5の回転速度を小 さくする。乾燥が進むと、被乾燥処理物(W )が粉末化しているので、 スク リ ュー 2 5の回転速度が大きいと飛散してしまい、却って水分の 蒸発が阻害されるからである。 また、 圧縮機 9の容量を小さく して乾 燥能力を下げて時間をかけて仕上げ乾燥をする。 このよ うに容量を調 整することにより、 被乾燥処理物 (W) の含水率を非常に低い状態に したい場合にも、効率的且つ経済的に乾燥システムを運転することが できる。 更に乾燥が進んで槽内空気の絶対湿度が材料の性質に応じて設定 した規定値に達すると圧縮冷凍サイクル部 2全体の動作を停止させ、 処理槽 5内のスク リュー 2 5 とブロア 3 3の動作を停止させる。 これ によって、 乾燥作業の終了を自動判別することができる。 センサー Bは被乾燥処理物 (W ) の温度を検出するものであり、 セ ンサー Bの温度情報に基づいて、調整用凝縮器 1 3のファン 1 4を操 作して、 加温用凝縮器 1 1から被乾燥処理物 (W) へ供給する熱量を 変化させて被乾燥処理物 (W) の温度を規定値とおりに制御する。 こ の第 1の実施の形態においては、加温用凝縮器 1 1 と調整用凝縮器 1 3は直列に接続されているので、調整用凝縮器 1 3のファン 1 4を操 作すると圧縮冷凍サイクルの凝縮温度が変化するので、加温用凝縮器 1 1から被乾燥処理物 (W へ供給する熱量を変化させることができ る。 乾燥システム 1において単に加温用凝縮^ 1 1を接続しただけで 放置しておく と、 被乾燥処理物 (W ) の温度はどんどん上昇していつ てしまい、出来上がりの品質を確保することが出来なくなってしまう。 あまり に高温にすれば被乾燥処理物はその単位構成体の周辺部から 急激に乾燥が進み、その結果内部はそのままで先に表面だけが硬化し、 ひどい場合には高温や熱の懾在によって焦げてしまう。 このようにし て水分が内部に閉じ込められた場合には仮に表面がさらさらして一 見乾燥しているようになっても、時間の経過とともに力ビの発生や腐 敗の原因が進むため長期保存に耐え得る品質とは言えなくなる。 さ ら に、温度が被乾燥処理物(W )の変性温度を越えれば被乾燥処理物(W ) の機能性が損なわれてしまうことがある。 従って、 品質の高い乾燥物を生成するには、 その原料の特徴に合わ せて加温の上限温度を制御することが不可欠である。 センサー Cは膨張弁 1 5の直前における冷媒の温度を検出するも のであり、 センサー Cの温度情報に基づいて、 P I D制御により調整 用凝縮器 1 3のファン 1 4の回転速度が調整されて余剰の熱量が系 外に排出されて、 圧縮冷凍サイクルの温度が制御される。 標準の膨張弁前温度の設定値は冷媒が R 2 2の場合には 4 5 °C前 後、 R 4 0 7の場合には 3 8 °C前後である。 乾燥システム 1の定常運転中は、 被乾燥処理物 (W) 中の水分蒸発 量と蒸発器 1 7における水分凝縮量が均衡し、水分が凝結する際に放 出して冷媒に移転する潜熱の熱量は被乾燥処理物 (W ) および破砕材 3 1から水分が気化する際に使用する熱量と同等でバランスしてい る。 これに加えて、 圧縮機 9 とスク リュー 2 5を動作させている限り は発生し続けるジュール熱である圧縮機発生原熱とスク リユー発生 原熱が系内に持ち込まれてく るため、 これに相当する熱量を調整用凝 縮器 1 3で排出する。 乾燥システム 1の運転開始直後は、 被乾燥処理物 (W ) の温度が低 いため冷媒の凝縮が促進され、冷凍サイクルの凝縮器と しての温度が 低くなり、 加温用凝縮器 1 1から被乾燥処理物 (W) に与える熱量も 小さく なる。圧縮冷凍サイクルの運転と しては特に問題は生じない力 このよ うな場合に圧縮機 9の回転数を上げて冷媒流量を増加させる と、圧縮冷凍サイクルの凝縮器と しての温度が上がるので加温の立ち 上りが向上する。 なお、 調整用凝縮器 1 3のファン 1 4の回転数を 0 (ゼロ) にして放熱しないことでも加温の立ち上りを向上させること も可能であるが、 圧縮機 9の回転数を上げる方がより効果的である。 被乾燥処理物 (W) の温度を早く上昇させる因子と してはスク リ ュ 一発生熱源などもある。 センサー Dは蒸発器 1 7の入口側冷媒の温度を検出するもの、セン サ一 Eは蒸発器 1 7の出口側の冷媒温度を検出するものである。後者 の温度から前者の温度を引いた差が規定値より小さい場合には、蒸発 器 1 7が氷結等により機能不全に陥っているとみなして除霜動作を 行う。 除霜動作は圧縮機 9を停止させたり、 シャヮ 3 5から水を蒸 発器 1 7に向けて放散させたり、ブロワ 3 3をフル稼働させたりする ことのすベてまたはいずれかである。 第 2の実施の形態に係る乾燥システム 4 1を、第 4図に従って説明 する。 第 4図は乾燥システム 4 1の全体の模式図であり、 第 1図の乾 燥システム 1 と同じ構成部分は同じ符号を付すことで説明を省略す る。 この乾燥システム 4 1は、圧縮機 9から加温用凝縮器 1 1 へ冷媒を 供給する冷媒供給経路 (冷媒循環経路 7 ) と並列に、 調整用凝縮器 1 3に直接冷媒を送給する第 2の冷媒供給経路 (パイパス路) 4 3が設 けられており、その第 2の冷媒供給経路 4 3に流量調節弁 4 5が取り 付けられている。 被乾燥処理物 (W) の温度上昇をほとんど行わなく ても良い場合には流量調節弁 4 5の開度を大きくすると圧縮機 9力 ら吐き出された冷媒の大部分は調整用凝縮器 1 3に流れるので、加温 用凝縮器 1 1の加熱量が小さくなり、 被乾燥処理物 (W ) の温度上昇 を抑えることが出来る。 センサー Fは、圧縮機 9の吐き出し配管の冷媒温度を検出するもの である。 この温度センサー Fからの温度情報に基づいて流量調節弁 4 5を開閉させる。 ' 第 3の実施の形態に係る乾燥システム 5 1を、第 5図に従って説明 する。 第 5図は乾燥システム 5 1の全体の模式図であり、第 1図の乾燥シ ステム 1 と同じ構成部分は同じ符号を付することで説明を省略する。 この乾燥システム 5 1は再熱部 5 2を設けたことを特徴とする。圧 縮機 9から出た高温高圧の冷媒は冷媒循環経路 7を流れて、加温用凝 縮器 1 1に入り、 冷媒が凝縮液化して被乾燥処理物 (W ) に熱を与え る。加温用凝縮器 1 1 の後に直列接続された再熱部 5 2の再熱器 5 5 は、 蒸発器 1 7と接触した直後の空気を加温する。 再熱器 5 5は再熱 用冷媒供給経路 5 3に設けられた流量調節弁 5 4 , 5 6によって加熱 量を制御できるようにしてある。圧縮機 9の吐き出し配管には温度セ ンサー Fが取り付けられている。 再熱器 5 5は凝縮器と してのフィン型熱交換器であり、以下にこの 熱交換器の使用法を示す。 最初は、 流量調節弁 5 4は完全に閉じ、 流 量調節弁 5 6は開いておく。 処理槽 5内の被乾燥処理物 (W) は当初 多量の水分を含んでいるが、圧縮冷凍サイクルの運転によつて加温用 凝縮器 1 1からの発熱のために処理槽 5内に多量の水蒸気が発生す る。 この際、 調整用凝縮器 1 3のファン 1 4の制御によって調整用凝 縮器 1 3での排熱量が変化し、加温用凝縮器 1 1からの加熱温度を変 化させることができる。 被乾燥処理物 (W) を急速に加熱するためには調整用凝縮器 1 3の ファン 1 4を停止して、圧縮冷凍サイクルの冷媒凝縮熱をすベて加温 用凝縮器 1 1から、 処理槽 5内の被乾燥処理物 (W ) へ与えられるよ う制御する。多量の水蒸気が発生した処理槽 5内の空気を蒸発器 1 7 で冷却して水分を液化することによって被乾燥処理物 (W) の乾燥が 実現できる。前述したように圧縮冷凍サイクルの加温用凝縮器 1 1で の熱量および蒸発器 1 7での熱量をすベて使用する状態となるので、 エネルギー効率を表す C O Pは 7 となり、 効率の良い運転ができる。 被乾燥処理物 (W ) の乾燥が十分進んで被乾燥処理物 (W) からの水 分の放出が少なくなると、 処理槽 5内の空気の湿度は低下する。 その 結果、蒸発器 1 7の除湿機能も低下して圧縮冷凍サイクルの低圧圧力 が低下する。 圧縮冷凍サイクルの低圧圧力の低下は圧縮機 9の吐き出し配管の 温度低下となって現れるので、圧縮機 9の吐き出し配管に取り付けら れたセンサー Fからの温度情報で温度低下のタイ ミングを検出でき る。 この状況に至ると、 加温用凝縮器 1 1で熱を与えても、 処理槽 5内 の空気温度を上昇させることはできないので、流量調節弁 5 4を開け て再熱器 5 5 へも冷媒を流すようにする。 このよ うにすることによつ て処理槽 5内の空気温度が上昇、 すなわち、 蒸発器 1 7の入口側の空 気温度が上昇するので圧縮冷凍サイクルの低圧圧力が回復し、蒸発器 1 7の性能が回復する。 この結果、 被乾燥処理物 (W ) から更に除湿 することによって乾燥の程度を大きくできる効果が期待できる。 なお、 この第 3の実施の形態では、 センサ— Fを設けた場合には処 理槽 5内の相対湿度センサー Aは用いなくても良いし用いても良い。 なぜならば処理槽 5内の相対湿度の状況は圧縮冷凍サイクルの運転 状態に反映してく るので、 このセンサ一 Fからの制御信号で再熱器 5 2を運転するかどうかの判定が行えるためである。 第 4の実施の形態を、 第 6図に従って説明する。 第 6図は乾燥システム 6 1の全体の模式図であり、第 1図の乾燥シ ステム 1 と同じ構成部分は同じ符号を付することで説明を省略する。 この乾燥システム · 6 1では間接冷却 .加熱方式を採用している。 第 1ブライン循環経路 6 7に冷却器 6 9 と圧送手段と しての循環 ポンプ 7 2 とが設けられている。冷却器 6 9は処理槽 5内に設けられ ている。 この第 1ブライン循環経路 6 7と圧縮冷凍サイクルの蒸発器 6 5 とが熱交換可能に接続されて、間接冷却部 6 3が構成されている。 第 1ブラインと冷媒の熱交換器と しては例えば、熱交換効率が良いプ レー ト熱交換器などがコンパク トにできることから実用性がある。循 環ポンプ 7 2が駆動されると第 1ブライン (不凍液) が循環し、 蒸発 器 6 5で冷却された第 1ブラインが処理槽 5内の冷却器 6 9へ流れ て誘導路 1 8を通過する空気を冷却除湿する。 第 2プライン循環経路 7 5に加熱器 7 7 と圧送手段と しての循環 ポンプ 7 8 とが設けられている。加熱器 7 7は処理槽 5の床下に配設 されている。 この第 2ブライン循環経路 7 5 と圧縮冷凍サイクルの加 温用凝縮器 7 4とが熱交換可能に接続されて、間接加熱部 7 3が構成 されている。 冷媒の熱交換器と しては例えば、 蒸発器 6 5の場合と同 様に、熱交換効率が良いプレート熱交換器などがコンパク トにできる ことから実用性がある。循環ポンプ 7 8が駆動されると第 2ブライン (不凍液) が循環し、 加温用凝縮器 7 4で加熱された第 2プラインが 加熱器 7 7へ流れて被乾燥処理物 (W ) を加熱して水蒸気を発生させ る。 第 1ブラインと第 2ブラインは直接接続されていないので同じ物 質でも異なる物質でもよい。 プラインには温水、 冷水も含まれる。 W
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間接冷却部 6 3及ぴ間接加熱部 7 3は処理槽 5及びその中に配設 されたものと共に処理部を構成しているが、 圧縮機 9、 蒸発器 6 5、 加温用凝縮器 7 4及ぴ膨張弁 1 5を冷媒循環経路で接続してなる圧 縮冷凍サイクル部 8 1から、第 1ブライン循環経路 6 7 と第 2ブライ ン循環経路 7 5を分離することにより、 処理部から分離できる。 なお、制御器 1 0 7は圧縮冷凍サイクル部 8 1側に取り付けられて いる。 このように処理部と圧縮冷凍サイクル部 8 1をそれぞれ分離可能 に構成したことで以下の利点がある。 ( 1 ) 処理部から、 圧縮冷凍サイクル部 8 1 を切り離し別個に製造 · メンテナンスすることができる。 蒸発器 6 5が処理槽の内部に入り込んでいると、腐食し易いのにメ ンテナンスがし難かったが、 この実施の形態ではそのような不都合は ない。 ( 2 ) 接続部 (蒸発器 6 5、 加温用凝縮器 7 4 ) の規格を統一するこ とで、圧縮冷凍サイクル部 8 1を種々の設計態様の装置本体に接続す ることができる。 従って、 圧縮冷凍サイクル部 8 1の利便性を向上で きると共に、 製造コス トを下げることができる。
( 3 )圧縮冷凍サイクル部 8 1側で検出された情報に基づいて駆動回 路 1 0 5を制御できるので、 乾燥システム 6 1の制御の動作確認、 メ ンテナンスが容易になると言う利点が有る。 第 5の実施の形態を、 第 7図に従って説明する。 第 7図は乾燥システム 8 3の全体の模式図であり、第 6図の乾燥シ ステム 6 1 と同じ構成部分は同じ符号を付することで説明を省略す る。 この乾燥システム 8 3は第 3の実施の形態と同様に再熱部 8 4を 設けたことを特徴とする。 符号 8 5は分岐経路を示し、 この分岐経路 8 5の両端は加熱器 7 7 の下流側で第 2プライン循環経路 7 5 と接続されている。再熱器 8 7 は処理槽 5の中に設置されている。 また、 圧送手段と しての循環ボン プ 8 8が設けられている。 このよ うな構成とすることにより、 第 3の 実施の形態と同様に被乾燥処理物 (W ) から更に除湿できるので、 被 乾燥処理物 (W ) の乾燥の程度を大きく出来る効果が期待できる。 ま た、第 6図の第 4の実施の形態と同様に冷凍圧縮サイクル部 8 1を乾 燥システム 8 3から分離できるよ うな構成と したので上記( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) の利点をそのまま保有する。 第 6の実施の形態を、 第 8図に従って説明する。 第 8図は乾燥システム 9 1の全体の模式図であり、第 1図の乾燥シ ステム 1 と同じ構成部分は同じ符号を付することで説明を省略する。 この乾燥システム 9 1では、処理槽本体 9 3の槽壁 9 5が加温用凝 縮器 1 1 と同様の素材で構成された中空構造をしている。処理槽本体 9 3は蓋 9 7により開閉される構造になっている。符号 9 9は空気流 路を示し、 この空気流路 9 9の中間部分は横方向に延ぴ、 両端側は方 向を変えて下方向に延びて蓋 9 7 とそれぞれ接続されている。 この空 気流路 9 9の中に蒸発器 1 7が設けられている。 スク リ ュー 2 5は縦型になっているが構造は乾燥システム 1に備 えたものと同じである。 符号 1 0 0は送風機を示し、 この送風機 1 0 0を駆動させると、 矢 印方向に循環する空気の流通路を形成する。 なお、 この乾燥システム
9 1では破砕材 3 1は処理槽本体 9 3内に投入されていない。 圧縮機 9を出た冷媒は槽壁 9 5内を流れ処理槽本体 9 3内の被乾 燥処理物 (W) を加熱する。 槽壁 9 5を出た冷媒は調整用凝縮器 1 3 に入り、 膨張弁 1 5で減圧されて、 蒸発器 1 7に入る。 この乾燥システム 9 1では、 湿り空気の生成する場所 (処理槽本体 9 3内) と乾燥空気の生成する場所 (蒸発器 1 7の近傍) とが空気流 路 9 9によって分離されているので、 湿り空気から乾燥空気、 更に、 乾燥空気から湿り空気への変換を効率良く行うことができる。 第 7の実施の形態を、 第 9図に従って説明する。 第 9図は乾燥システム 1 0 4の模式図であり、 乾燥システム 9 1 (第 8図) を基本と し、 乾燥システム 6 1 (第 6図) のように間接冷 却方式、 間接加熱方式としたものである。 従って、 上記の実施の形態 (第 8図、 第 6図) の各構成部分に対応する構成部分には同じ符号を 付することで説明を省略する。 蓋 9 7に 2つの空気流路 9 8の一端が接続されており、 これら 2つ の空気流路 9 8の他端のフランジ 1 0 1は空気流路 9 9の両端のフ ランジ 1 0 2と密閉接続されて、 空気通路を構成している。 この第 7の実施の形態では、空気流路 9 9 と空気流路 9 8は分離可 能なので圧縮冷凍サイクル部 8 1に空気流路 9 9、冷却器 6 9等を加 えた形で (すなわち、 主要構成部と して) 、 処理槽本体 9 3から分離 することもできる。 第 8の実施の形態を、 第 1 0図に従って説明する。 第 1 0図は乾燥システム 1 0 5の模式図であり、乾燥システム 1 0 4 (第 9図) を基本と し、 乾燥システム 9 1 (第 8図) のように直接 冷却方式と したものである。 従って、 上記の実施の形態 (第 9図、 第 8図)の各構成部分に対応する構成部分には同じ符号を付することで 説明を省略する。 以上、 本発明の実施の形態について説明したが、 本発明の具体的構 成はこの実施の形態に限定されるものでは無く、本発明の要旨から外 れない範囲での設計変更等があっても本発明に含まれる。 例えば、 圧縮機は、 容量固定型でもよい。 その場合には、 間欠運転 (オンオフ) により容量を調整する。 処理槽が比較的小型の場合や被 乾燥処理物の最終的な含水率がそれほど低く しなくて済む場合には、 容量固定型で対応させてもよい。 流量調節弁は、 O N Z O F F形式の電磁弁でもよい。その場合には、 間欠運転 (オンオフ) により加温用凝縮器に移動する熱量を調整する ことになる。 破砕材の熱伝導率は高いものほど良く、金属.セラミ ック球がよい。 木質系は好ましくないが、 その中では竹が比較的ましである。 被乾燥処理物は、 有機物に限定されないことは言うまでもない。 本発明の乾燥システムは水の気化温度が下がり気化が促進される 減圧環境下で使用してもよい。処理槽を減圧に耐え得るよう耐圧設計 したうえで、到達圧力の低いポンプやプロァまたはェジェクタ等の減 圧手段を追加するだけでシステムは作動する。 ただし、 減圧手段を ド レン口に接続して凝縮水分を随時系外に排出する場合には、空気と と もに凝縮した水分が排出されるため、減圧手段は水分の取り扱いに支 障のないものを選定する必要がある。 第 2の実施の形態の設計の一部を変更して、再熱器に送給する冷媒 の流量を O N / O F F形式の電磁弁により調整してもよい。 また、 再 熱器をラジェ一タにより構成し、該ラジェ一タの O Nノ O F Fにより 処理槽 5内の空気を温めてもよい。
産業上の利用可能性 本発明の乾燥システムによれば、消費エネルギ^"が大幅に低減され 且つ系外への排熱が極力抑制される。 従って、 経済的且つ環境に優し いと言える。 また、装置本体から制御部を含む圧縮冷凍サイクル部を分離できる 構成にすれば、種々の装置本体に一つの圧縮冷凍サイクル部を汎用的 に利用できるので、 利便性が良く、 また、 圧縮冷凍サイクル部を大量 生産できる利点がある。

Claims

1 . 圧縮機、 蒸発器、 凝縮器、 膨張弁等を冷媒循環経路で接続してな る圧縮冷凍サイクル部を利用した閉鎖系の乾燥システムにおいて、 前記凝縮器を 2分割して設けた、処理槽内に挿入された含水性の被 乾燥処理物に凝縮器の熱一一一を供給することで前記被乾燥処理物の水分 を蒸発させて湿り空気を生成する加温用凝縮器及び系外に排熱を放 出する排熱量調整可能な調整用凝の縮器と、前記湿り空気から冷却によ つて水蒸気を除去する蒸発器と、前記圧縮機から前記加温用凝縮器を 経由して前記調整用凝縮器へ冷媒を送給する冷媒循環経路を備えた ことを特徴とする乾燥システム。
2 . 請求の範囲第 1項に記載した乾燥システムにおいて、 更に、 被乾 燥処理物と蒸発器との間で空気を循環させる空気循環手段と、前記蒸 発器を通る直前の湿り空気の温度と湿度を検出する検出手段と、前記 検出手段で得られた温度と湿度の情報に基づいて水分凝縮量が最大 となるよう前記蒸発器を通る湿り空気の風量を調整する風量調整手 段とを備えることを特徴とする乾燥システム。
3 . 請求の範囲第 1項または第 2項に記載した乾燥システムにおいて、 圧縮機から加温用凝縮器へ冷媒を供給する冷媒供給経路と並列に調 整用凝縮器へ直接冷媒を供給する第 2の冷媒供給経路を設け、前記第 2の冷媒送給経路の途中に流量調節弁を取り付け、前記調整用凝縮器 の直後に膨張弁を配したことを特徴とする乾燥システム。
4 . 請求の範囲第 1項から第 3項のいずれかに記載した乾燥システム において、 圧縮機の回転数を変化させ、 加温用凝縮器に送給する冷媒 O 2005/001357
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の流量を変化させることで加温用凝縮器の放出熱量を調整する加温 熱量調整手段を設けることを特徴とする乾燥システム。
5 . 請求の範囲第 1項から第 4項のいずれかに記載した乾燥システム において、処理槽の床下から処理槽内の被乾燥処理物に対して熱を供 給することを特徴とする乾燥システム。
6 ,請求の範囲第 1項から第 5項のいずれかに記載した乾燥システム において、 被乾燥処理物の撹拌手段と、 処理槽ゃ前記撹拌手段から物 理的に分離された熱伝導補助手段を設けたことを特徴とする乾燥シ ステム。
7 .請求の範囲第 1項から第 6項のいずれかに記載した乾燥システム において、処理槽の内部に被乾燥処理物の撹拌手段及び破砕細分化手 段を設けたことを特徴とする乾燥システム。
8 . 請求の範囲第 1項から第 7項のいずれかに記載した乾燥システム において、処理槽に装入する被乾燥処理物を含水性有機物とすること を特徴とする乾燥システム。
9 · 請求の範囲第 1項から第 8項のいずれかに記載した乾燥システム において、 更に、 冷媒送給経路で加温用凝縮器と直列接続され、 処理 槽内の空気を再加温する再熱器と、圧縮機の吐き出し配管の冷媒温度 を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された温度情報に基づい て、前記再熱器の加熱量を調整する再熱量調整手段とを備えることを 特徴とする乾燥システム。
1 0 .請求の範囲第 1項から第 9項のいずれかに記載した乾燥システ ムにおいて、 O 2005/001357
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冷却方式と して、 蒸発器が処理槽内に設けられ、 膨張弁で減圧され た冷媒を前記蒸発器に流して処理槽内の冷却を行う直接冷却方式、 ま たは、 蒸発器と熱交換可能に接続され、 処理槽内に設けられた冷却器 を有し、前記蒸発器と前記冷却器との間で第 1ブラインを循環させる ことで処理槽内の冷却を行う間接冷却方式のいずれか一方を採用し、 加熱方式と して、 加温用凝縮器が処理槽の床下に配設され、 圧縮機 で加圧された冷媒を前記加温用凝縮器に流して処理槽内の被乾燥処 理物の加熱を行う直接加熱方式、 または、 加温用凝縮器と熱交換可能 に接続され、 処理槽の床下に配設された加熱器を有し、 前記加温用凝 縮器と前記加熱器との間で第 2ブラインを循環させることで処理槽 内の被乾燥処理物の加熱を行う間接加熱方式のいずれか一方を採用 していることを特徴とする乾燥システム。
1 1 . 請求の範囲第 1 0項に記載した乾燥システムにおいて、 間接冷 却方式と間接加熱方式を採用し、乾燥システムの圧縮冷凍サイクル部 と処理槽等を含む処理部とを分離可能に構成したことを特徴とする 乾燥システム。
1 2 .請求の範囲第 1 1項に記載した乾燥システムを構成する処理部。
1 3 . 請求の範囲第 1 0項に記載した乾燥システムにおいて、 直接冷 却方式または間接冷却方式のいずれか一方と間接加熱方式を採用し、 処理槽を処理槽本体と、前記処理槽本体と両端側で分離可能に接続さ れ、 その中に蒸発器または冷却器が設けられた空気流路とで構成し、 圧縮冷凍サイクル部及び前記処理槽等を含む処理部とからなるシス テム全体を、 前記圧縮冷凍サイクル部及び前記空気流路と、 前記処理 部から前記空気流路を除いた主要構成部とを分離可能に構成したこ とを特徴とする乾燥システム。
1 4.請求の範囲第 1 3項に記載した乾燥システムを構成する主要構 成部。
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