湿潤物の乾燥装置及び乾燥方法
【課題】乾燥処理に困難を伴う湿潤物の乾燥処理を、乾燥物に焦げつきを発生させずに低含水率を達成でき、かつ乾燥物の搬送及び取扱いを容易に行うことが可能な湿潤物の乾燥装置及び乾燥方法を提供することにある。
【解決手段】本発明は、乾燥器１３の湿潤物供給口１９から湿潤物１４を供給し、湿潤物１４に向けて過熱蒸気５を噴出させることにより湿潤物１４を乾燥させるように構成された湿潤物の乾燥装置であって、乾燥器１３内に開口して過熱蒸気５を超音速で噴射する蒸気管路２８と、高温に加熱されたキャリアガス１２を過熱蒸気５に混合することなく独立して乾燥器１３内に噴射するキャリアガス管路２７とを併設している。
【解決手段】本発明は、乾燥器１３の湿潤物供給口１９から湿潤物１４を供給し、湿潤物１４に向けて過熱蒸気５を噴出させることにより湿潤物１４を乾燥させるように構成された湿潤物の乾燥装置であって、乾燥器１３内に開口して過熱蒸気５を超音速で噴射する蒸気管路２８と、高温に加熱されたキャリアガス１２を過熱蒸気５に混合することなく独立して乾燥器１３内に噴射するキャリアガス管路２７とを併設している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱変性し易く、乾燥処理が難しい食品廃棄物（例えば茶滓、特に麦系原料の茶滓等）のような湿潤物を乾燥する湿潤物の乾燥装置及び乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
茶滓、特に麦系原料の茶滓のような、熱変性し易く、乾燥処理に困難を伴う食品廃棄物の乾燥処理を行う乾燥装置として、例えばロータリーキルン、真空乾燥及び蒸気ジェット式乾燥機等が知られている。
図５は、蒸気ジェット式乾燥機の従来の一例を示す要部系統図である。
この蒸気ジェット式乾燥機は、図５に示すように、乾燥器１３、エジェクタ６、熱風炉９を備えており、図示しないボイラからの蒸気２をエジェクタ６の内部に設けられた蒸気噴射ノズル２９aに導入し、乾燥器１３の原料供給口１９の近傍に設けられたガス噴入口４１に向かって、該ガス噴入口４１の近距離から超音速の蒸気を噴射するようになっている。
一方、熱風炉９において燃料７と燃焼用空気８とを用いて発生した加熱キャリアガス１１及び空気４０を、蒸気噴射ノズル２９aとガス噴入口４１との間に設けた二重管４２の開口部からそれぞれ吹き込むようになっている。
【０００３】
このように構成することにより、上記蒸気噴射ノズル２９aからの蒸気噴射圧を維持したまま、加熱キャリアガス１１と空気４０とをガス噴入口４１から乾燥器１３内に同時に噴入できるとともに、原料供給口１９から投入された原料をその蒸気噴射圧によって粉砕・撹拌することができる。
【０００４】
また、図示を省略したが、噴入管路内の蒸気噴射ノズル２９aとガス噴入口４１との間には、蒸気噴射ノズル２９aからの蒸気の噴流と、加熱キャリアガス１１の流れとを仕切る仕切り部を設ける手段がある。
このように構成すると、上記蒸気噴射ノズル２９aからの蒸気噴流が当たらない空間部分に原料が滞留することや、原料が加熱キャリアガス側へ逆流することを防止できる。
【０００５】
なお、特許文献１（特開２００２−１８８８８７号公報）には、バーナーによる熱風を、傾斜を任意の高さに加減することができる回転乾燥炉（ロータリーキルン）に送り込み、湿潤物を乾燥処理する装置が記載されている。
また、特許文献２（特開２００５−２１４５９９号公報）には、撹拌羽根を収容した下部半円筒部、上部角形を有する容器、その圧力をエジェクタ等で減圧する手段及びボイラからの蒸気を供給する蒸気室等の加熱手段を備えた真空乾燥装置が記載されている。
さらに、特許文献３（特許第２９０１９５１号公報）には、蒸気噴射ノズルとエジェクタとを一体化し、蒸気噴射ノズルからの噴射圧を利用してエジェクタによりキャリアガスを吸引し、キャリアガスを蒸気噴射ノズルからの超音速の蒸気と共にエジェクタの噴射口から噴出することが記載されている。
そして、特許文献４（特許第３７０９８８０号号公報）には、蒸気噴射ノズルから噴射される超音速の蒸気と同時に加熱キャリアガスと、これと併行して空気を吹き込むことが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８８８８７号公報
【特許文献２】特開２００５−２１４５９９号公報
【特許文献３】特許第２９０１９５１号公報
【特許文献４】特許第３７０９８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１、特許文献２及び特許文献３に記載の装置によって茶滓、特に麦系原料を含む茶滓を乾燥させる場合、いずれの装置でも乾燥物の含水率を下げることはできるが、特許文献１及び特許文献２の場合は、乾燥物が熱変性により焦げが発生するという問題があった。
【０００８】
特に、特許文献３に記載の装置では、キャリアガスとして熱風を発生させる部分とエジェクタとの間にガス洩れ等のトラブルが発生し易いこと、蒸気噴射ノズルとエジェクタとの位置調整が必要であり、その部分で漏水が発生すること、蒸気噴射ノズルからの蒸気噴射圧を利用してエジェクタでキャリアガスを吸引して蒸気とキャリアガスとを混合するために低圧（最大でも０．１Mpa）となって、処理槽内での解砕力が低下すること、及び処理槽内へ噴入するキャリアガスの圧力・量・温度などが蒸気噴射圧の変動によって大きく変動し、蒸気量とキャリアガスとの混合割合を容易に変えられないこと等の解決すべき問題があった。
【０００９】
また、図５の装置（特許文献４）では、特許文献３に記載の装置における問題を解消することが可能であり、食品廃棄物（例えば茶滓、特に麦茶原料の茶滓等）の乾燥物の含水率を下げることは可能であるが、乾燥物に焦げが発生して解砕が困難となるだけでなく、焦げを伴った乾燥物が装置内部に付着・滞留して装置外への搬送が困難になるという問題があった。
【００１０】
しかして、食品廃棄物には栄養成分が多量に残留しているので、従来の装置では、熱変性により焦げを発生させることなく乾燥することが困難であった。そのため、従来技術においては、湿潤状態のままで保管することが行われていた。しかしながら、食品廃棄物を湿潤状態のままで保管すると、保管期間中に食品廃棄物が腐敗する可能性があり、その結果、産業廃棄物としてそのほとんどは、焼却及び埋立処理するしかなかった。
特に、麦原料系茶滓のように熱変性し易いものについては、上述した従来技術では、熱変性による焦げつきを発生することなく粉砕して腐敗の発生を防止できる好適な含水率の乾燥物を得ることが困難であり、また含水率が高いと焼却処分する際に多くの助燃用燃料を必要とする。
また、湿潤状態にある食品廃棄物をサイレージの原料の一部として再利用し、家畜飼料として長期貯蔵可能とする技術が開発されているが、かかる技術によっても、大量に発生する食品廃棄物の運搬及び貯留設備の整備に多大な投資を要するのみならず、運搬及び貯留の間における廃棄物の腐敗発生の可能性があった。
【００１１】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、乾燥処理に困難を伴う湿潤物の乾燥処理を、乾燥物に焦げつきを発生させずに低含水率を達成でき、かつ乾燥物の搬送及び取扱いを容易に行うことが可能な湿潤物の乾燥装置及び乾燥方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、乾燥器の湿潤物供給口から該乾燥器内に湿潤物を供給し、該湿潤物に向けて過熱蒸気を噴出させることにより前記湿潤物を乾燥させるように構成された湿潤物の乾燥装置において、前記乾燥器内に開口して前記過熱蒸気を前記湿潤物に向けて超音速で噴射する蒸気管路と、高温に加熱されたキャリアガスを前記過熱蒸気に混合することなく独立して前記乾燥器内に噴射するキャリアガス管路とを併設している。
【００１３】
また、上記湿潤物の乾燥装置を使用する方法の発明は、乾燥器の湿潤物供給口から該乾燥器内に湿潤物を供給し、該湿潤物に向けて過熱蒸気供給手段から過熱蒸気を噴出させることにより前記湿潤物を乾燥させる湿潤物の乾燥方法であって、前記過熱蒸気供給手段から過熱蒸気を前記湿潤物に向けて超音速で噴射し、高温に加熱されたキャリアガスを前記過熱蒸気に混合させることなく前記過熱蒸気とは独立して前記乾燥器内に噴射している。
【００１４】
一方、本発明において、前記蒸気管路の外側に前記キャリアガス管路を嵌挿した二重管を構成し、該二重管を構成する前記蒸気管路の内部に蒸気通路を形成するとともに、該蒸気管路の外周と前記キャリアガス管路の内周との間にキャリアガス通路を形成し、前記蒸気管路先端の蒸気噴出口から前記蒸気通路を通った前記過熱蒸気を前記湿潤物に向けて超音速で噴射するとともに、前記キャリアガス通路に連通するキャリアガス噴射口からキャリアガスを噴射するエジェクタを備えている。
【００１５】
本発明のエジェクタは、具体的には次のように構成するのが好ましい。
（１）前記エジェクタは、前記キャリアガス管路のキャリアガス噴射口を前記乾燥器の湿潤物供給口に対して前記蒸気管路先端の蒸気噴出口よりも遠ざかった位置、または湿潤物供給口から前記蒸気噴出口と同一距離の位置に配置し、前記蒸気噴出口からの過熱蒸気と前記キャリアガス噴射口からのキャリアガスとを並行に噴射するように構成している。
（２）前記エジェクタの蒸気管路の乾燥器内への突出量を変化させて、前記蒸気噴出口と前記湿潤物供給口との距離を調節する手段を備えている。
【００１６】
また、本発明は、前記乾燥器から排出されるガスの温度を検出して、該ガス温度の検出値が予め設定した許容範囲となるように、前記湿潤物の供給量あるいは前記キャリアガスを生成するためのキャリア空気の供給量のいずれか一方または両方を制御する温度制御装置を備えている。
【００１７】
さらに、本発明は、ボイラで発生した蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する加熱装置を備えるとともに、キャリア空気を用いた燃料の燃焼により前記蒸気を加熱するための加熱キャリアガスを生成して前記加熱装置に供給する加熱キャリアガス生成手段を備えている。
【００１８】
そして、本発明は、前記キャリア空気を、前記加熱キャリアガス生成手段出口側のキャリアガスに混入させる手段をさらに備えている。
【００１９】
また、本発明は、乾燥器の湿潤物供給口から該乾燥器内に湿潤物を供給し、該湿潤物に向けて過熱蒸気供給手段から過熱蒸気を噴出させることにより該湿潤物を乾燥させる湿潤物の乾燥方法であって、ボイラで発生した蒸気を加熱装置により加熱して前記過熱蒸気を生成するとともに、系外設備によりキャリアガスを生成して前記乾燥器内に噴射している。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の乾燥装置及び乾燥方法によれば、乾燥器内に開口して過熱蒸気を湿潤物に向けて超音速で噴射する蒸気管路と、高温に加熱されたキャリアガスを過熱蒸気に混合することなく独立して乾燥器内に噴射するキャリアガス管路とを併設し、前記蒸気管路から過熱蒸気を湿潤物に向けて超音速で噴射し、高温に加熱されたキャリアガスを過熱蒸気に混合させることなく過熱蒸気とは独立して乾燥器内に噴射するので、乾燥器において、超音速で噴出される過熱蒸気によって湿潤物で凝縮伝熱が発生し、さらに、これと超音速で発生する衝撃波による解砕力とが相俟って、湿潤物の表面だけでなく内部の水分が瞬時に蒸発することによって、当該湿潤物が乾燥されることになる。しかも、かかる乾燥過程では、超音速で噴出される過熱蒸気とキャリアガスとによって無酸素状態で凝縮伝熱が生じるため、湿潤物中の物質の熱変性が抑制されて、焦げの発生を防止することができる。
また、蒸気管路からから噴出される過熱蒸気とキャリアガス管路から噴出されるキャリアガスとは混合することなく、それぞれ独立して乾燥器内に噴射することができ、超音速の過熱蒸気の凝縮伝熱作用と解砕作用、及びキャリアガスの搬送作用を相互に阻害することなく、それぞれを最大限になすことが可能となる。
【００２１】
一方、本発明によれば、内部に蒸気通路を形成した蒸気管路の外側にキャリアガス管路を嵌挿した二重管を形成し、これら蒸気管路の外周とキャリアガス管路の内周との間にキャリアガス通路を形成して、蒸気管路先端の蒸気噴出口から過熱蒸気を湿潤物に向けて超音速で噴射するとともに、キャリアガス通路に連通するキャリアガス噴出口からキャリアガスを噴射するエジェクタを備えているので、前記エジェクタを内側が蒸気管路、外側がキャリアガス管路の二重管構造として、過熱蒸気が流通する蒸気管路の周囲を高温のキャリアガス管路で覆うことにより、過熱蒸気の温度低下とそれに伴う過熱度低下を防止でき、前述のような過熱蒸気及びキャリアガスによる焦げの発生防止効果を最大限に発揮することが可能となる。
【００２２】
さらに、前記蒸気噴出口は乾燥器の湿潤物供給口の近傍に配置されて、過熱蒸気を湿潤物に向けて超音速で噴射せしめ、キャリアガス噴射口から乾燥器内にキャリアガスを前記蒸気噴出口とは独立して噴射せしめるとともに、該エジェクタは、内側が先端部に蒸気噴出口を有する蒸気管路、外側が先端部にキャリアガス噴射口を有するキャリアガス管路の二重管構造となっているので、蒸気噴出口から噴射される過熱蒸気とキャリアガス噴出口から噴射されるキャリアガスとは混合することなく、それぞれ独立して乾燥器内に噴射することができ、超音速の過熱蒸気の凝縮伝熱作用と解砕作用、及びキャリアガスの搬送作用を相互に阻害することなく、前記作用を最大限になすことが可能となる。
【００２３】
また、本発明において、前記エジェクタを、前記キャリアガス管路のキャリアガス噴射口を前記乾燥器の湿潤物供給口に対して前記蒸気管路先端の蒸気噴出口よりも遠ざかった位置、または湿潤物供給口から蒸気噴出口と同一距離の位置に配置し、蒸気噴出口からの過熱蒸気と前記キャリアガス噴射口からのキャリアガスとを並行に噴射するように構成すれば、超音速の過熱蒸気の流れの乱れが最小限に抑えられ、該過熱蒸気の凝縮伝熱力と解砕力とを減衰させることなく、前記湿潤物供給口から乾燥器内に供給される湿潤物に直接伝達することが可能となる。
【００２４】
そして、本発明において、前記エジェクタの蒸気管路の乾燥器内への突出量を変化させて、前記蒸気噴出口と前記湿潤物供給口との距離を調節する手段を備えるように構成すれば、湿潤物の種類と性状によって蒸気噴出口と湿潤物供給口との距離を変えることができ、湿潤物の最適の含水率を得ることが可能となる。
【００２５】
また、本発明によれば、温度制御装置によって、乾燥器から排出されるガスの温度を検出し、該ガス温度の検出値が予め設定した許容範囲となるように、湿潤物の供給量あるいはキャリアガスを生成するためのキャリア空気の供給量のいずれか一方または両方を制御するので、温度制御装置によって湿潤物の供給量あるいはキャリア空気の供給量を制御して、乾燥器内での過熱蒸気、キャリアガス及び湿潤物の三者により生じる運転状態を自動制御し、これによって、湿潤物中の物質の熱変性が抑制されて焦げの発生を防止しながら、湿潤物の含水率を最適な値に調整することができる。
【００２６】
さらに、本発明によれば、ボイラで発生した蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する加熱装置を備えるとともに、キャリア空気を用いた燃料の燃焼により蒸気を加熱するための加熱キャリアガスを生成して加熱装置に供給する加熱キャリアガス生成手段を設けたので、例えば熱風炉等の加熱キャリアガス生成手段によって、過熱蒸気を生成するための高温の加熱キャリアガスを常時安定して得ることができる。
【００２７】
また、本発明によれば、キャリア空気を、加熱キャリアガス生成手段出口側のキャリアガスに混入させる手段をそなえたので、かかる手段を適用することにより、キャリアガスの温度が比較的低い場合等においても、好適な湿潤物の乾燥制御が可能となる。
【００２８】
それに加えて本発明によれば、ボイラで発生した蒸気を加熱装置により加熱して過熱蒸気を生成するとともに、系外設備によりキャリアガスを生成して乾燥器内に噴射するようにしたので、かかる手段を適用することにより、キャリアガスの温度が比較的低温で、かつキャリアガスの流量が少なくてよい場合等においても、好適な湿潤物の乾燥制御が可能となる。
【００２９】
このように本発明によれば、食品廃棄物等の湿潤物を、焦げつきを生じさせることなく好適な含水率まで短時間で乾燥することが可能であるため、保管期間中の腐敗を防止することが可能となり、また熱変性を最小限に抑制できて家畜の嗜好性等に耐え得る乾燥物品質が得られ、従来産業廃棄物として扱わざるを得なかった前記食品廃棄物等の湿潤物が、サイレージのような設備の整備に多大な投資を必要とすることなく、家畜飼料として直ちに利用することが初めて可能となる。
従って、本発明によれば、前述のような効果が相俟って食品廃棄物、特に茶滓のうち麦系原料の茶滓由来の産業廃棄物量の低減に大きく寄与することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明に係る湿潤物の乾燥装置及び乾燥方法について、その実施形態を詳細に説明する。
【００３１】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る蒸気式乾燥装置の全体構成を示す系統図、図２は上記第１実施形態における図１のＺ部詳細図である。
本実施形態の蒸気式乾燥装置は、図１に示すように、上流側から下流側に向かって配置されるボイラ１、熱風炉９、加熱装置３、乾燥器１３を主として備えており、これらボイラ１、熱風炉９、加熱装置３及び乾燥器１３は、ラインなどを介して互いに接続されている。加熱装置３と乾燥器１３との間のラインには、後述の過熱蒸気５を加圧するコンプレッサ４が設けられている。
ボイラ１には、図示しない燃料供給源及び空気供給源から燃料ライン７を経て燃料７a及び燃焼用空気が導入され、ボイラ１は、これらを燃焼して蒸気を発生させており、この発生した蒸気は加熱装置３に導入されるようになっている。また、熱風炉９には、燃料ライン７からの燃料７ｂ及び燃焼用空気ライン８からの燃焼用空気８ｂが導入され、熱風炉９は、これらを燃焼して高温の加熱キャリアガス１１を発生させ、この発生した加熱キャリアガス１１は加熱装置３に導入されるようになっている。しかも、燃焼用空気ライン８から分岐された分岐ラインのキャリア空気８ａは、該キャリア空気８aの流量を調整する制御弁１０を介して熱風炉９に供給されるようになっている。
【００３２】
上記加熱装置３においては、ボイラ１からの蒸気２と熱風炉９からの加熱キャリアガス１１とを熱交換することにより、当該蒸気２を加熱して高温の過熱蒸気５が生成されるようになっている。また、乾燥器１３には、エジェクタ（詳細は後述）６が取付けられており、過熱蒸気５は、コンプレッサ４によって加圧されてからエジェクタ６に導入されるようになっている。
過熱蒸気５の温度は、後述する湿潤物供給口１９から乾燥器１３内に供給される湿潤物１４の種類と性状によって変わるが、１１０〜８００℃の範囲であり、好ましくは３００〜６００℃である。
一方、加熱装置３において蒸気２を加熱した後のキャリアガス１２も、エジェクタ６に送り込まれるようになっている。このキャリアガス１２の温度は、湿潤物１４の種類と性状によって変わるが、１１０〜８００℃の範囲であり、好ましくは３００〜６００℃である。
【００３３】
上記乾燥器１３内には、湿潤物１４が供給されるようになっている。このため、乾燥器１３の上流側には、これと関連して、湿潤物貯留用のホッパー１５、湿潤物搬送用のスクリューコンベア１６などが設けられているとともに、乾燥器本体の側壁には湿潤物供給口１９が穿設されており、湿潤物１４は、ホッパー１５内に一旦貯留された後、スクリューコンベア駆動モータ１７にて駆動されるスクリューコンベア１６によって処理用の湿潤物１４として乾燥器１３の湿潤物供給口１９に所定量が供給されている。なお、１８はスクリューコンベア駆動モータ１７用のインバータである。
乾燥器１３の下流側には、これと関連して、分級装置２３などが設けられており、乾燥器１３での乾燥処理後の乾燥物２５は、キャリアガス１２によって乾燥物同伴ガス２０と共に当該分級装置２３に搬送されるようになっている。この分級装置２３としては、サイクロン、乾式フィルター等、乾燥物と排ガスとを分離できるものであれば、何でもよい。
このような分級装置２３においては、乾燥物２５と排ガス２６とが分離されており、乾燥物２５はコンテナ２４に受け入れられ、排ガス２６は所定の浄化処理後に大気に放散されている。
また、乾燥器１３と分級装置２３との間には温度制御装置２１が配設されており、この温度制御装置２１は、乾燥物同伴ガス２０の温度を検出して、後述するような制御を行い、その結果を制御弁１０及びスクリューコンベア駆動モータ１７のインバータ１８に出力するように構成されている。
【００３４】
上記エジェクタ６近傍の詳細を示す図２（図１のＺ部詳細図）において、エジェクタ６は、内側に配置される蒸気管路２８と、該蒸気管路２８の外側に同心状に嵌挿配置されるキャリアガス管路２７とによって二重管構造となっており、蒸気管路２８にはコンプレッサ４によって加圧された過熱蒸気５が導入され、キャリアガス管路２７には加熱装置３において蒸気２を加熱した後のキャリアガス１２が導入されるように構成されている。
このように、エジェクタ６を内側が蒸気管路２８、外側がキャリアガス管路２７の二重管構造として、過熱蒸気５の蒸気管路２８の周囲を高温のキャリアガス管路２７で覆っているため、過熱蒸気５の温度低下とそれに伴う過熱度低下を防止でき、後述するような過熱蒸気５及びキャリアガス１２による焦げの発生防止効果を最大限に発揮することが可能となる。
【００３５】
上記蒸気管路２８の先端部には、過熱蒸気５を乾燥器１３内に噴出する蒸気噴射ノズル２９が形成されており、該蒸気噴射ノズル２９は、乾燥器１３の湿潤物供給口１９の近傍に（距離Ｓで）配置され、過熱蒸気５を超音速で噴射せしめるようになっている。また、上記キャリアガス管路２７の先端は乾燥器１３と接続され、この先端には、蒸気管路２８の外周とキャリアガス管路２７との間にはキャリアガス噴射口３０が形成されており、該キャリアガス噴射口３０から乾燥器１３内にキャリアガス１２を噴射せしめるようになっている。すなわち、蒸気噴射ノズル２９は、キャリアガス噴射口３０よりも乾燥器１３の内部に突出した位置に配置されている。
このように、エジェクタ６は、先端部に蒸気噴射ノズル２９を有する内側の蒸気管路２８と、先端部にキャリアガス噴射口３０を有する外側のキャリアガス管路２７との二重管構造となっているので、蒸気噴射ノズル２９から噴出される過熱蒸気５とキャリアガス噴射口３０から噴出されるキャリアガス１２とは混合することなく、それぞれ独立して乾燥器１３内に噴射することができ、超音速の過熱蒸気５の凝縮伝熱作用と解砕作用、及びキャリアガス１２の搬送作用を相互に阻害することなく、それぞれを最大限になすことが可能となる。
【００３６】
また、エジェクタ６においては、図２に示すように、キャリアガス噴射口３０が、前記乾燥器１３の湿潤物供給口１９に対して蒸気噴射ノズル２９よりも後方位置、つまり蒸気噴射ノズル２９よりも遠ざかった位置に配置されるか、あるいは湿潤物供給口１９から蒸気噴射ノズル２９と同一距離の位置に設けられ、かつキャリアガス１２を過熱蒸気５と並行に噴射するように構成されている。
このように構成することによって、超音速の過熱蒸気５の流れの乱れが最小限に抑えられ、該過熱蒸気５の凝縮伝熱力と解砕力とを減衰することなく、湿潤物供給口１９から乾燥器１３内に供給される湿潤物１４に直接伝達することが可能となる。
【００３７】
さらに、図示を省略したが、蒸気噴射ノズル２９は、その乾燥器１３内への突出量を変化させることなどによって、蒸気噴射ノズル２９と湿潤物供給口１９との距離Ｓを調節することが可能な手段を具備している。
このようにして、湿潤物１４の種類と性状によって蒸気噴射ノズル２９と湿潤物供給口１９との距離Ｓを変えることによって、湿潤物１４の好適な含水率を得ることが可能となる。
【００３８】
かかる第１実施形態の乾燥器１３においては、超音速で噴出される過熱蒸気５によって湿潤物１４に対する凝縮伝熱が発生し、さらに、これと超音速で発生する衝撃波による解砕力とが相俟って、湿潤物１４の表面だけでなく内部の水分が瞬時に蒸発することになり、湿潤物１４が迅速かつ確実に乾燥されることになる。
そして、かかる乾燥過程では、過熱蒸気５とキャリアガス１２とによって無酸素状態で凝縮伝熱が生じるため、湿潤物１４中の物質の熱変性が抑制されて、焦げの発生を防止することができる。
【００３９】
また、乾燥物同伴ガス２０及び／または排ガス２６の管路には温度制御装置２１が設置されており（排ガス２６の温度制御装置は図示省略）、該温度制御装置２１によって、乾燥物同伴ガス２０のガス温度あるいは排ガス２６のガス温度を検出し、このガス温度検出結果に基づき次の２つの制御を行っている（いずれか一つの制御でもよい）。
（１）当該ガス温度の検出値が予め設定した許容範囲となるように、スクリューコンベア駆動モータ１７のインバータ１８を制御して湿潤物１４の供給量を調整することが可能である。
（２）当該ガス温度の検出値が予め設定した許容範囲となるように、制御弁１０の開度を制御して熱風炉９に供給するキャリア空気８ａの供給量を調整することが可能である。
乾燥物同伴ガス２０または排ガス２６のガス温度は、湿潤物１４の種類と性状によって変わるが、９０〜２５０℃、好ましくは１００〜２００℃である。
以上のような温度制御装置２１と、スクリューコンベア駆動モータ１７のインバータ１８あるいは制御弁１０とを用いて、乾燥器１３内での過熱蒸気５、キャリアガス１２及び湿潤物１４の三者により生じる運転状態を自動制御することによって、湿潤物１４中の物質の熱変性が抑制され、いわゆる焦げの発生を防止しながら、湿潤物１４の含水率を最適な値に調整することができる。
【００４０】
［第２実施形態］
図３は本発明の第２実施形態を示す図１に対応した系統図である。
この第２実施形態においては、上記第１実施形態の燃焼用空気ライン８から分岐されたキャリア空気８aを、制御弁１０を介して加熱装置３の出口から排出されたキャリアガス１２に混入している。この第２実施形態における乾燥物同伴ガス２０または排ガス２６のガス温度は、湿潤物の種類と性状によって変わるが、９０〜２００℃、好ましくは１００〜１７０℃である。
かかる手段を適用することにより、キャリアガス１２の温度が図１及び図２に示す上記第１実施形態に比べて比較的低い場合等においても、好適な湿潤物の乾燥制御ができる。
その他の構成は、図１及び図２に示す第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示されている。
【００４１】
［第３実施形態］
図４は本発明の第３実施形態を示す図１に対応した系統図である。
この第３実施形態においては、ボイラ１からの蒸気２を加熱装置３によって加熱して過熱蒸気５を発生させ、該過熱蒸気５をコンプレッサ４で加圧してエジェクタ６に供給するとともに、他設備（ボイラ１とは別個に設置されたボイラ等）からの熱風４３をキャリアガス１２として用いて、制御弁１０を介してエジェクタ６に供給している。この第３実施形態においては、加熱装置３に電熱式加熱装置あるいは電磁誘導式加熱装置が適用できる。 この第３実施形態における乾燥物同伴ガス２０または排ガス２６のガス温度は、湿潤物の種類と性状によって変わるが、９０〜２００℃、好ましくは１００〜１７０℃である。
かかる手段を適用することにより、キャリアガス１２の温度が図１及び図２に示す第１実施形態に比べて比較的低温で、かつキャリアガス１２の流量が少なくてよい場合等においても好適な湿潤物１４の乾燥制御を行うことができる。
その他の構成は、図１及び図２に示す上記第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示されている。
【００４２】
次に、図１及び図２に示される第１実施形態に係る蒸気式乾燥装置を用いた本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００４３】
乾燥処理が困難な湿潤物の一例として麦原料系茶滓（含水率７３．４％）を用い、上記第１実施形態に係る蒸気式乾燥装置(実施例１)と、比較例としての図５に示す装置（比較例１）との比較実験を行った。
実施例１及び比較例１の乾燥処理の比較実験結果として、乾燥処理後の乾燥物の含水率を表１に示している。
【表１】
【００４４】
表１に示す実施例１では、乾燥物の含水率は、焦げを発生せずに飼料としての含水率基準の１１％以下を達成できた。比較例１では処理物は乾燥器内部に焦げついて付着・蓄積してほとんど乾燥されず、所要の含水率が得られる乾燥処理はできないものと判断された。
そして、実施例１の乾燥物を配合飼料に対して１〜６％（重量比）となるように混合して、和牛及び豚に与えて嗜好性を確認したところ、まったく問題なく食した。
【実施例２】
【００４５】
乾燥・成型処理が困難な湿潤物の例として、牛乳パックのラミネートチューブ（ポリエチレン製、含水率４６〜５０％）を用い、上記第１実施形態に係る蒸気式乾燥装置(実施例２)と、比較例としてロータリーキルンを用いた乾燥装置（比較例２）との比較実験を行った。
実施例２及び比較例２の乾燥処理の比較実験結果として、乾燥処理後の乾燥物の含水率及び乾燥物の状況を表２に示している。
【表２】
【００４６】
実施例２では、乾燥物は焦げを発生せずに粉砕されて、乾燥物の含水率は１０〜２０％を達成できただけでなく、ペレット化することができた。これによって現在、湿潤状態のままでＲＰＦとして使用されている牛乳パックのラミネートチューブを乾燥ペレット化することができ、燃料としての有効度を高めることができる。
比較例２では、乾燥物の含水率は１０〜２０％を達成できたが、乾燥物に焦げを発生して塊状化し、ペレット化することができなかった。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は記述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
例えば、本発明は、種々の湿潤物の乾燥に対しても適用が可能である。すなわち、湿潤状態でしか利用できなかった産業廃棄物のＲＰＦ化、食品廃棄物等の再利用（飼料化）で熱変性を極力抑制しなければならない湿潤物の乾燥等に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明によれば、乾燥処理に困難を伴う湿潤物の乾燥処理を、乾燥物に焦げつきを発生させずに低含水率を達成でき、かつ乾燥物の搬送及び取扱いを容易にした湿潤物の乾燥装置及び乾燥方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第1実施形態に係る蒸気式乾燥装置の全体構成を示す系統図である。
【図２】上記第１実施形態における図１のＺ部詳細図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す図１に対応した系統図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す図１に対応した系統図である。
【図５】従来技術に係る蒸気式乾燥装置を示す系統図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ ボイラ
２ 蒸気
３ 加熱装置
４ コンプレッサ
５ 過熱蒸気
６ エジェクタ
７，７ａ，７ｂ 燃料
８ 燃焼用空気
８ａ キャリア空気
９ 熱風炉
１０ 制御弁
１１ 加熱キャリアガス
１２ キャリアガス
１３ 乾燥器
１４ 湿潤物
１５ ホッパー
１６ スクリューコンベア
１７ スクリューコンベア駆動モータ
１８ インバータ
１９ 湿潤物供給口
２０ 乾燥物同伴ガス
２１ 温度制御装置
２３ 分級装置
２５ 乾燥物
２６ 排ガス
２７ キャリアガス管路
２８ 蒸気管路
２９ 蒸気噴射ノズル
３０ キャリアガス噴射口
４３ 他設備からの熱風
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱変性し易く、乾燥処理が難しい食品廃棄物（例えば茶滓、特に麦系原料の茶滓等）のような湿潤物を乾燥する湿潤物の乾燥装置及び乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
茶滓、特に麦系原料の茶滓のような、熱変性し易く、乾燥処理に困難を伴う食品廃棄物の乾燥処理を行う乾燥装置として、例えばロータリーキルン、真空乾燥及び蒸気ジェット式乾燥機等が知られている。
図５は、蒸気ジェット式乾燥機の従来の一例を示す要部系統図である。
この蒸気ジェット式乾燥機は、図５に示すように、乾燥器１３、エジェクタ６、熱風炉９を備えており、図示しないボイラからの蒸気２をエジェクタ６の内部に設けられた蒸気噴射ノズル２９aに導入し、乾燥器１３の原料供給口１９の近傍に設けられたガス噴入口４１に向かって、該ガス噴入口４１の近距離から超音速の蒸気を噴射するようになっている。
一方、熱風炉９において燃料７と燃焼用空気８とを用いて発生した加熱キャリアガス１１及び空気４０を、蒸気噴射ノズル２９aとガス噴入口４１との間に設けた二重管４２の開口部からそれぞれ吹き込むようになっている。
【０００３】
このように構成することにより、上記蒸気噴射ノズル２９aからの蒸気噴射圧を維持したまま、加熱キャリアガス１１と空気４０とをガス噴入口４１から乾燥器１３内に同時に噴入できるとともに、原料供給口１９から投入された原料をその蒸気噴射圧によって粉砕・撹拌することができる。
【０００４】
また、図示を省略したが、噴入管路内の蒸気噴射ノズル２９aとガス噴入口４１との間には、蒸気噴射ノズル２９aからの蒸気の噴流と、加熱キャリアガス１１の流れとを仕切る仕切り部を設ける手段がある。
このように構成すると、上記蒸気噴射ノズル２９aからの蒸気噴流が当たらない空間部分に原料が滞留することや、原料が加熱キャリアガス側へ逆流することを防止できる。
【０００５】
なお、特許文献１（特開２００２−１８８８８７号公報）には、バーナーによる熱風を、傾斜を任意の高さに加減することができる回転乾燥炉（ロータリーキルン）に送り込み、湿潤物を乾燥処理する装置が記載されている。
また、特許文献２（特開２００５−２１４５９９号公報）には、撹拌羽根を収容した下部半円筒部、上部角形を有する容器、その圧力をエジェクタ等で減圧する手段及びボイラからの蒸気を供給する蒸気室等の加熱手段を備えた真空乾燥装置が記載されている。
さらに、特許文献３（特許第２９０１９５１号公報）には、蒸気噴射ノズルとエジェクタとを一体化し、蒸気噴射ノズルからの噴射圧を利用してエジェクタによりキャリアガスを吸引し、キャリアガスを蒸気噴射ノズルからの超音速の蒸気と共にエジェクタの噴射口から噴出することが記載されている。
そして、特許文献４（特許第３７０９８８０号号公報）には、蒸気噴射ノズルから噴射される超音速の蒸気と同時に加熱キャリアガスと、これと併行して空気を吹き込むことが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８８８８７号公報
【特許文献２】特開２００５−２１４５９９号公報
【特許文献３】特許第２９０１９５１号公報
【特許文献４】特許第３７０９８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１、特許文献２及び特許文献３に記載の装置によって茶滓、特に麦系原料を含む茶滓を乾燥させる場合、いずれの装置でも乾燥物の含水率を下げることはできるが、特許文献１及び特許文献２の場合は、乾燥物が熱変性により焦げが発生するという問題があった。
【０００８】
特に、特許文献３に記載の装置では、キャリアガスとして熱風を発生させる部分とエジェクタとの間にガス洩れ等のトラブルが発生し易いこと、蒸気噴射ノズルとエジェクタとの位置調整が必要であり、その部分で漏水が発生すること、蒸気噴射ノズルからの蒸気噴射圧を利用してエジェクタでキャリアガスを吸引して蒸気とキャリアガスとを混合するために低圧（最大でも０．１Mpa）となって、処理槽内での解砕力が低下すること、及び処理槽内へ噴入するキャリアガスの圧力・量・温度などが蒸気噴射圧の変動によって大きく変動し、蒸気量とキャリアガスとの混合割合を容易に変えられないこと等の解決すべき問題があった。
【０００９】
また、図５の装置（特許文献４）では、特許文献３に記載の装置における問題を解消することが可能であり、食品廃棄物（例えば茶滓、特に麦茶原料の茶滓等）の乾燥物の含水率を下げることは可能であるが、乾燥物に焦げが発生して解砕が困難となるだけでなく、焦げを伴った乾燥物が装置内部に付着・滞留して装置外への搬送が困難になるという問題があった。
【００１０】
しかして、食品廃棄物には栄養成分が多量に残留しているので、従来の装置では、熱変性により焦げを発生させることなく乾燥することが困難であった。そのため、従来技術においては、湿潤状態のままで保管することが行われていた。しかしながら、食品廃棄物を湿潤状態のままで保管すると、保管期間中に食品廃棄物が腐敗する可能性があり、その結果、産業廃棄物としてそのほとんどは、焼却及び埋立処理するしかなかった。
特に、麦原料系茶滓のように熱変性し易いものについては、上述した従来技術では、熱変性による焦げつきを発生することなく粉砕して腐敗の発生を防止できる好適な含水率の乾燥物を得ることが困難であり、また含水率が高いと焼却処分する際に多くの助燃用燃料を必要とする。
また、湿潤状態にある食品廃棄物をサイレージの原料の一部として再利用し、家畜飼料として長期貯蔵可能とする技術が開発されているが、かかる技術によっても、大量に発生する食品廃棄物の運搬及び貯留設備の整備に多大な投資を要するのみならず、運搬及び貯留の間における廃棄物の腐敗発生の可能性があった。
【００１１】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、乾燥処理に困難を伴う湿潤物の乾燥処理を、乾燥物に焦げつきを発生させずに低含水率を達成でき、かつ乾燥物の搬送及び取扱いを容易に行うことが可能な湿潤物の乾燥装置及び乾燥方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、乾燥器の湿潤物供給口から該乾燥器内に湿潤物を供給し、該湿潤物に向けて過熱蒸気を噴出させることにより前記湿潤物を乾燥させるように構成された湿潤物の乾燥装置において、前記乾燥器内に開口して前記過熱蒸気を前記湿潤物に向けて超音速で噴射する蒸気管路と、高温に加熱されたキャリアガスを前記過熱蒸気に混合することなく独立して前記乾燥器内に噴射するキャリアガス管路とを併設している。
【００１３】
また、上記湿潤物の乾燥装置を使用する方法の発明は、乾燥器の湿潤物供給口から該乾燥器内に湿潤物を供給し、該湿潤物に向けて過熱蒸気供給手段から過熱蒸気を噴出させることにより前記湿潤物を乾燥させる湿潤物の乾燥方法であって、前記過熱蒸気供給手段から過熱蒸気を前記湿潤物に向けて超音速で噴射し、高温に加熱されたキャリアガスを前記過熱蒸気に混合させることなく前記過熱蒸気とは独立して前記乾燥器内に噴射している。
【００１４】
一方、本発明において、前記蒸気管路の外側に前記キャリアガス管路を嵌挿した二重管を構成し、該二重管を構成する前記蒸気管路の内部に蒸気通路を形成するとともに、該蒸気管路の外周と前記キャリアガス管路の内周との間にキャリアガス通路を形成し、前記蒸気管路先端の蒸気噴出口から前記蒸気通路を通った前記過熱蒸気を前記湿潤物に向けて超音速で噴射するとともに、前記キャリアガス通路に連通するキャリアガス噴射口からキャリアガスを噴射するエジェクタを備えている。
【００１５】
本発明のエジェクタは、具体的には次のように構成するのが好ましい。
（１）前記エジェクタは、前記キャリアガス管路のキャリアガス噴射口を前記乾燥器の湿潤物供給口に対して前記蒸気管路先端の蒸気噴出口よりも遠ざかった位置、または湿潤物供給口から前記蒸気噴出口と同一距離の位置に配置し、前記蒸気噴出口からの過熱蒸気と前記キャリアガス噴射口からのキャリアガスとを並行に噴射するように構成している。
（２）前記エジェクタの蒸気管路の乾燥器内への突出量を変化させて、前記蒸気噴出口と前記湿潤物供給口との距離を調節する手段を備えている。
【００１６】
また、本発明は、前記乾燥器から排出されるガスの温度を検出して、該ガス温度の検出値が予め設定した許容範囲となるように、前記湿潤物の供給量あるいは前記キャリアガスを生成するためのキャリア空気の供給量のいずれか一方または両方を制御する温度制御装置を備えている。
【００１７】
さらに、本発明は、ボイラで発生した蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する加熱装置を備えるとともに、キャリア空気を用いた燃料の燃焼により前記蒸気を加熱するための加熱キャリアガスを生成して前記加熱装置に供給する加熱キャリアガス生成手段を備えている。
【００１８】
そして、本発明は、前記キャリア空気を、前記加熱キャリアガス生成手段出口側のキャリアガスに混入させる手段をさらに備えている。
【００１９】
また、本発明は、乾燥器の湿潤物供給口から該乾燥器内に湿潤物を供給し、該湿潤物に向けて過熱蒸気供給手段から過熱蒸気を噴出させることにより該湿潤物を乾燥させる湿潤物の乾燥方法であって、ボイラで発生した蒸気を加熱装置により加熱して前記過熱蒸気を生成するとともに、系外設備によりキャリアガスを生成して前記乾燥器内に噴射している。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の乾燥装置及び乾燥方法によれば、乾燥器内に開口して過熱蒸気を湿潤物に向けて超音速で噴射する蒸気管路と、高温に加熱されたキャリアガスを過熱蒸気に混合することなく独立して乾燥器内に噴射するキャリアガス管路とを併設し、前記蒸気管路から過熱蒸気を湿潤物に向けて超音速で噴射し、高温に加熱されたキャリアガスを過熱蒸気に混合させることなく過熱蒸気とは独立して乾燥器内に噴射するので、乾燥器において、超音速で噴出される過熱蒸気によって湿潤物で凝縮伝熱が発生し、さらに、これと超音速で発生する衝撃波による解砕力とが相俟って、湿潤物の表面だけでなく内部の水分が瞬時に蒸発することによって、当該湿潤物が乾燥されることになる。しかも、かかる乾燥過程では、超音速で噴出される過熱蒸気とキャリアガスとによって無酸素状態で凝縮伝熱が生じるため、湿潤物中の物質の熱変性が抑制されて、焦げの発生を防止することができる。
また、蒸気管路からから噴出される過熱蒸気とキャリアガス管路から噴出されるキャリアガスとは混合することなく、それぞれ独立して乾燥器内に噴射することができ、超音速の過熱蒸気の凝縮伝熱作用と解砕作用、及びキャリアガスの搬送作用を相互に阻害することなく、それぞれを最大限になすことが可能となる。
【００２１】
一方、本発明によれば、内部に蒸気通路を形成した蒸気管路の外側にキャリアガス管路を嵌挿した二重管を形成し、これら蒸気管路の外周とキャリアガス管路の内周との間にキャリアガス通路を形成して、蒸気管路先端の蒸気噴出口から過熱蒸気を湿潤物に向けて超音速で噴射するとともに、キャリアガス通路に連通するキャリアガス噴出口からキャリアガスを噴射するエジェクタを備えているので、前記エジェクタを内側が蒸気管路、外側がキャリアガス管路の二重管構造として、過熱蒸気が流通する蒸気管路の周囲を高温のキャリアガス管路で覆うことにより、過熱蒸気の温度低下とそれに伴う過熱度低下を防止でき、前述のような過熱蒸気及びキャリアガスによる焦げの発生防止効果を最大限に発揮することが可能となる。
【００２２】
さらに、前記蒸気噴出口は乾燥器の湿潤物供給口の近傍に配置されて、過熱蒸気を湿潤物に向けて超音速で噴射せしめ、キャリアガス噴射口から乾燥器内にキャリアガスを前記蒸気噴出口とは独立して噴射せしめるとともに、該エジェクタは、内側が先端部に蒸気噴出口を有する蒸気管路、外側が先端部にキャリアガス噴射口を有するキャリアガス管路の二重管構造となっているので、蒸気噴出口から噴射される過熱蒸気とキャリアガス噴出口から噴射されるキャリアガスとは混合することなく、それぞれ独立して乾燥器内に噴射することができ、超音速の過熱蒸気の凝縮伝熱作用と解砕作用、及びキャリアガスの搬送作用を相互に阻害することなく、前記作用を最大限になすことが可能となる。
【００２３】
また、本発明において、前記エジェクタを、前記キャリアガス管路のキャリアガス噴射口を前記乾燥器の湿潤物供給口に対して前記蒸気管路先端の蒸気噴出口よりも遠ざかった位置、または湿潤物供給口から蒸気噴出口と同一距離の位置に配置し、蒸気噴出口からの過熱蒸気と前記キャリアガス噴射口からのキャリアガスとを並行に噴射するように構成すれば、超音速の過熱蒸気の流れの乱れが最小限に抑えられ、該過熱蒸気の凝縮伝熱力と解砕力とを減衰させることなく、前記湿潤物供給口から乾燥器内に供給される湿潤物に直接伝達することが可能となる。
【００２４】
そして、本発明において、前記エジェクタの蒸気管路の乾燥器内への突出量を変化させて、前記蒸気噴出口と前記湿潤物供給口との距離を調節する手段を備えるように構成すれば、湿潤物の種類と性状によって蒸気噴出口と湿潤物供給口との距離を変えることができ、湿潤物の最適の含水率を得ることが可能となる。
【００２５】
また、本発明によれば、温度制御装置によって、乾燥器から排出されるガスの温度を検出し、該ガス温度の検出値が予め設定した許容範囲となるように、湿潤物の供給量あるいはキャリアガスを生成するためのキャリア空気の供給量のいずれか一方または両方を制御するので、温度制御装置によって湿潤物の供給量あるいはキャリア空気の供給量を制御して、乾燥器内での過熱蒸気、キャリアガス及び湿潤物の三者により生じる運転状態を自動制御し、これによって、湿潤物中の物質の熱変性が抑制されて焦げの発生を防止しながら、湿潤物の含水率を最適な値に調整することができる。
【００２６】
さらに、本発明によれば、ボイラで発生した蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する加熱装置を備えるとともに、キャリア空気を用いた燃料の燃焼により蒸気を加熱するための加熱キャリアガスを生成して加熱装置に供給する加熱キャリアガス生成手段を設けたので、例えば熱風炉等の加熱キャリアガス生成手段によって、過熱蒸気を生成するための高温の加熱キャリアガスを常時安定して得ることができる。
【００２７】
また、本発明によれば、キャリア空気を、加熱キャリアガス生成手段出口側のキャリアガスに混入させる手段をそなえたので、かかる手段を適用することにより、キャリアガスの温度が比較的低い場合等においても、好適な湿潤物の乾燥制御が可能となる。
【００２８】
それに加えて本発明によれば、ボイラで発生した蒸気を加熱装置により加熱して過熱蒸気を生成するとともに、系外設備によりキャリアガスを生成して乾燥器内に噴射するようにしたので、かかる手段を適用することにより、キャリアガスの温度が比較的低温で、かつキャリアガスの流量が少なくてよい場合等においても、好適な湿潤物の乾燥制御が可能となる。
【００２９】
このように本発明によれば、食品廃棄物等の湿潤物を、焦げつきを生じさせることなく好適な含水率まで短時間で乾燥することが可能であるため、保管期間中の腐敗を防止することが可能となり、また熱変性を最小限に抑制できて家畜の嗜好性等に耐え得る乾燥物品質が得られ、従来産業廃棄物として扱わざるを得なかった前記食品廃棄物等の湿潤物が、サイレージのような設備の整備に多大な投資を必要とすることなく、家畜飼料として直ちに利用することが初めて可能となる。
従って、本発明によれば、前述のような効果が相俟って食品廃棄物、特に茶滓のうち麦系原料の茶滓由来の産業廃棄物量の低減に大きく寄与することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明に係る湿潤物の乾燥装置及び乾燥方法について、その実施形態を詳細に説明する。
【００３１】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る蒸気式乾燥装置の全体構成を示す系統図、図２は上記第１実施形態における図１のＺ部詳細図である。
本実施形態の蒸気式乾燥装置は、図１に示すように、上流側から下流側に向かって配置されるボイラ１、熱風炉９、加熱装置３、乾燥器１３を主として備えており、これらボイラ１、熱風炉９、加熱装置３及び乾燥器１３は、ラインなどを介して互いに接続されている。加熱装置３と乾燥器１３との間のラインには、後述の過熱蒸気５を加圧するコンプレッサ４が設けられている。
ボイラ１には、図示しない燃料供給源及び空気供給源から燃料ライン７を経て燃料７a及び燃焼用空気が導入され、ボイラ１は、これらを燃焼して蒸気を発生させており、この発生した蒸気は加熱装置３に導入されるようになっている。また、熱風炉９には、燃料ライン７からの燃料７ｂ及び燃焼用空気ライン８からの燃焼用空気８ｂが導入され、熱風炉９は、これらを燃焼して高温の加熱キャリアガス１１を発生させ、この発生した加熱キャリアガス１１は加熱装置３に導入されるようになっている。しかも、燃焼用空気ライン８から分岐された分岐ラインのキャリア空気８ａは、該キャリア空気８aの流量を調整する制御弁１０を介して熱風炉９に供給されるようになっている。
【００３２】
上記加熱装置３においては、ボイラ１からの蒸気２と熱風炉９からの加熱キャリアガス１１とを熱交換することにより、当該蒸気２を加熱して高温の過熱蒸気５が生成されるようになっている。また、乾燥器１３には、エジェクタ（詳細は後述）６が取付けられており、過熱蒸気５は、コンプレッサ４によって加圧されてからエジェクタ６に導入されるようになっている。
過熱蒸気５の温度は、後述する湿潤物供給口１９から乾燥器１３内に供給される湿潤物１４の種類と性状によって変わるが、１１０〜８００℃の範囲であり、好ましくは３００〜６００℃である。
一方、加熱装置３において蒸気２を加熱した後のキャリアガス１２も、エジェクタ６に送り込まれるようになっている。このキャリアガス１２の温度は、湿潤物１４の種類と性状によって変わるが、１１０〜８００℃の範囲であり、好ましくは３００〜６００℃である。
【００３３】
上記乾燥器１３内には、湿潤物１４が供給されるようになっている。このため、乾燥器１３の上流側には、これと関連して、湿潤物貯留用のホッパー１５、湿潤物搬送用のスクリューコンベア１６などが設けられているとともに、乾燥器本体の側壁には湿潤物供給口１９が穿設されており、湿潤物１４は、ホッパー１５内に一旦貯留された後、スクリューコンベア駆動モータ１７にて駆動されるスクリューコンベア１６によって処理用の湿潤物１４として乾燥器１３の湿潤物供給口１９に所定量が供給されている。なお、１８はスクリューコンベア駆動モータ１７用のインバータである。
乾燥器１３の下流側には、これと関連して、分級装置２３などが設けられており、乾燥器１３での乾燥処理後の乾燥物２５は、キャリアガス１２によって乾燥物同伴ガス２０と共に当該分級装置２３に搬送されるようになっている。この分級装置２３としては、サイクロン、乾式フィルター等、乾燥物と排ガスとを分離できるものであれば、何でもよい。
このような分級装置２３においては、乾燥物２５と排ガス２６とが分離されており、乾燥物２５はコンテナ２４に受け入れられ、排ガス２６は所定の浄化処理後に大気に放散されている。
また、乾燥器１３と分級装置２３との間には温度制御装置２１が配設されており、この温度制御装置２１は、乾燥物同伴ガス２０の温度を検出して、後述するような制御を行い、その結果を制御弁１０及びスクリューコンベア駆動モータ１７のインバータ１８に出力するように構成されている。
【００３４】
上記エジェクタ６近傍の詳細を示す図２（図１のＺ部詳細図）において、エジェクタ６は、内側に配置される蒸気管路２８と、該蒸気管路２８の外側に同心状に嵌挿配置されるキャリアガス管路２７とによって二重管構造となっており、蒸気管路２８にはコンプレッサ４によって加圧された過熱蒸気５が導入され、キャリアガス管路２７には加熱装置３において蒸気２を加熱した後のキャリアガス１２が導入されるように構成されている。
このように、エジェクタ６を内側が蒸気管路２８、外側がキャリアガス管路２７の二重管構造として、過熱蒸気５の蒸気管路２８の周囲を高温のキャリアガス管路２７で覆っているため、過熱蒸気５の温度低下とそれに伴う過熱度低下を防止でき、後述するような過熱蒸気５及びキャリアガス１２による焦げの発生防止効果を最大限に発揮することが可能となる。
【００３５】
上記蒸気管路２８の先端部には、過熱蒸気５を乾燥器１３内に噴出する蒸気噴射ノズル２９が形成されており、該蒸気噴射ノズル２９は、乾燥器１３の湿潤物供給口１９の近傍に（距離Ｓで）配置され、過熱蒸気５を超音速で噴射せしめるようになっている。また、上記キャリアガス管路２７の先端は乾燥器１３と接続され、この先端には、蒸気管路２８の外周とキャリアガス管路２７との間にはキャリアガス噴射口３０が形成されており、該キャリアガス噴射口３０から乾燥器１３内にキャリアガス１２を噴射せしめるようになっている。すなわち、蒸気噴射ノズル２９は、キャリアガス噴射口３０よりも乾燥器１３の内部に突出した位置に配置されている。
このように、エジェクタ６は、先端部に蒸気噴射ノズル２９を有する内側の蒸気管路２８と、先端部にキャリアガス噴射口３０を有する外側のキャリアガス管路２７との二重管構造となっているので、蒸気噴射ノズル２９から噴出される過熱蒸気５とキャリアガス噴射口３０から噴出されるキャリアガス１２とは混合することなく、それぞれ独立して乾燥器１３内に噴射することができ、超音速の過熱蒸気５の凝縮伝熱作用と解砕作用、及びキャリアガス１２の搬送作用を相互に阻害することなく、それぞれを最大限になすことが可能となる。
【００３６】
また、エジェクタ６においては、図２に示すように、キャリアガス噴射口３０が、前記乾燥器１３の湿潤物供給口１９に対して蒸気噴射ノズル２９よりも後方位置、つまり蒸気噴射ノズル２９よりも遠ざかった位置に配置されるか、あるいは湿潤物供給口１９から蒸気噴射ノズル２９と同一距離の位置に設けられ、かつキャリアガス１２を過熱蒸気５と並行に噴射するように構成されている。
このように構成することによって、超音速の過熱蒸気５の流れの乱れが最小限に抑えられ、該過熱蒸気５の凝縮伝熱力と解砕力とを減衰することなく、湿潤物供給口１９から乾燥器１３内に供給される湿潤物１４に直接伝達することが可能となる。
【００３７】
さらに、図示を省略したが、蒸気噴射ノズル２９は、その乾燥器１３内への突出量を変化させることなどによって、蒸気噴射ノズル２９と湿潤物供給口１９との距離Ｓを調節することが可能な手段を具備している。
このようにして、湿潤物１４の種類と性状によって蒸気噴射ノズル２９と湿潤物供給口１９との距離Ｓを変えることによって、湿潤物１４の好適な含水率を得ることが可能となる。
【００３８】
かかる第１実施形態の乾燥器１３においては、超音速で噴出される過熱蒸気５によって湿潤物１４に対する凝縮伝熱が発生し、さらに、これと超音速で発生する衝撃波による解砕力とが相俟って、湿潤物１４の表面だけでなく内部の水分が瞬時に蒸発することになり、湿潤物１４が迅速かつ確実に乾燥されることになる。
そして、かかる乾燥過程では、過熱蒸気５とキャリアガス１２とによって無酸素状態で凝縮伝熱が生じるため、湿潤物１４中の物質の熱変性が抑制されて、焦げの発生を防止することができる。
【００３９】
また、乾燥物同伴ガス２０及び／または排ガス２６の管路には温度制御装置２１が設置されており（排ガス２６の温度制御装置は図示省略）、該温度制御装置２１によって、乾燥物同伴ガス２０のガス温度あるいは排ガス２６のガス温度を検出し、このガス温度検出結果に基づき次の２つの制御を行っている（いずれか一つの制御でもよい）。
（１）当該ガス温度の検出値が予め設定した許容範囲となるように、スクリューコンベア駆動モータ１７のインバータ１８を制御して湿潤物１４の供給量を調整することが可能である。
（２）当該ガス温度の検出値が予め設定した許容範囲となるように、制御弁１０の開度を制御して熱風炉９に供給するキャリア空気８ａの供給量を調整することが可能である。
乾燥物同伴ガス２０または排ガス２６のガス温度は、湿潤物１４の種類と性状によって変わるが、９０〜２５０℃、好ましくは１００〜２００℃である。
以上のような温度制御装置２１と、スクリューコンベア駆動モータ１７のインバータ１８あるいは制御弁１０とを用いて、乾燥器１３内での過熱蒸気５、キャリアガス１２及び湿潤物１４の三者により生じる運転状態を自動制御することによって、湿潤物１４中の物質の熱変性が抑制され、いわゆる焦げの発生を防止しながら、湿潤物１４の含水率を最適な値に調整することができる。
【００４０】
［第２実施形態］
図３は本発明の第２実施形態を示す図１に対応した系統図である。
この第２実施形態においては、上記第１実施形態の燃焼用空気ライン８から分岐されたキャリア空気８aを、制御弁１０を介して加熱装置３の出口から排出されたキャリアガス１２に混入している。この第２実施形態における乾燥物同伴ガス２０または排ガス２６のガス温度は、湿潤物の種類と性状によって変わるが、９０〜２００℃、好ましくは１００〜１７０℃である。
かかる手段を適用することにより、キャリアガス１２の温度が図１及び図２に示す上記第１実施形態に比べて比較的低い場合等においても、好適な湿潤物の乾燥制御ができる。
その他の構成は、図１及び図２に示す第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示されている。
【００４１】
［第３実施形態］
図４は本発明の第３実施形態を示す図１に対応した系統図である。
この第３実施形態においては、ボイラ１からの蒸気２を加熱装置３によって加熱して過熱蒸気５を発生させ、該過熱蒸気５をコンプレッサ４で加圧してエジェクタ６に供給するとともに、他設備（ボイラ１とは別個に設置されたボイラ等）からの熱風４３をキャリアガス１２として用いて、制御弁１０を介してエジェクタ６に供給している。この第３実施形態においては、加熱装置３に電熱式加熱装置あるいは電磁誘導式加熱装置が適用できる。 この第３実施形態における乾燥物同伴ガス２０または排ガス２６のガス温度は、湿潤物の種類と性状によって変わるが、９０〜２００℃、好ましくは１００〜１７０℃である。
かかる手段を適用することにより、キャリアガス１２の温度が図１及び図２に示す第１実施形態に比べて比較的低温で、かつキャリアガス１２の流量が少なくてよい場合等においても好適な湿潤物１４の乾燥制御を行うことができる。
その他の構成は、図１及び図２に示す上記第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示されている。
【００４２】
次に、図１及び図２に示される第１実施形態に係る蒸気式乾燥装置を用いた本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００４３】
乾燥処理が困難な湿潤物の一例として麦原料系茶滓（含水率７３．４％）を用い、上記第１実施形態に係る蒸気式乾燥装置(実施例１)と、比較例としての図５に示す装置（比較例１）との比較実験を行った。
実施例１及び比較例１の乾燥処理の比較実験結果として、乾燥処理後の乾燥物の含水率を表１に示している。
【表１】
【００４４】
表１に示す実施例１では、乾燥物の含水率は、焦げを発生せずに飼料としての含水率基準の１１％以下を達成できた。比較例１では処理物は乾燥器内部に焦げついて付着・蓄積してほとんど乾燥されず、所要の含水率が得られる乾燥処理はできないものと判断された。
そして、実施例１の乾燥物を配合飼料に対して１〜６％（重量比）となるように混合して、和牛及び豚に与えて嗜好性を確認したところ、まったく問題なく食した。
【実施例２】
【００４５】
乾燥・成型処理が困難な湿潤物の例として、牛乳パックのラミネートチューブ（ポリエチレン製、含水率４６〜５０％）を用い、上記第１実施形態に係る蒸気式乾燥装置(実施例２)と、比較例としてロータリーキルンを用いた乾燥装置（比較例２）との比較実験を行った。
実施例２及び比較例２の乾燥処理の比較実験結果として、乾燥処理後の乾燥物の含水率及び乾燥物の状況を表２に示している。
【表２】
【００４６】
実施例２では、乾燥物は焦げを発生せずに粉砕されて、乾燥物の含水率は１０〜２０％を達成できただけでなく、ペレット化することができた。これによって現在、湿潤状態のままでＲＰＦとして使用されている牛乳パックのラミネートチューブを乾燥ペレット化することができ、燃料としての有効度を高めることができる。
比較例２では、乾燥物の含水率は１０〜２０％を達成できたが、乾燥物に焦げを発生して塊状化し、ペレット化することができなかった。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は記述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
例えば、本発明は、種々の湿潤物の乾燥に対しても適用が可能である。すなわち、湿潤状態でしか利用できなかった産業廃棄物のＲＰＦ化、食品廃棄物等の再利用（飼料化）で熱変性を極力抑制しなければならない湿潤物の乾燥等に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明によれば、乾燥処理に困難を伴う湿潤物の乾燥処理を、乾燥物に焦げつきを発生させずに低含水率を達成でき、かつ乾燥物の搬送及び取扱いを容易にした湿潤物の乾燥装置及び乾燥方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第1実施形態に係る蒸気式乾燥装置の全体構成を示す系統図である。
【図２】上記第１実施形態における図１のＺ部詳細図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す図１に対応した系統図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す図１に対応した系統図である。
【図５】従来技術に係る蒸気式乾燥装置を示す系統図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ ボイラ
２ 蒸気
３ 加熱装置
４ コンプレッサ
５ 過熱蒸気
６ エジェクタ
７，７ａ，７ｂ 燃料
８ 燃焼用空気
８ａ キャリア空気
９ 熱風炉
１０ 制御弁
１１ 加熱キャリアガス
１２ キャリアガス
１３ 乾燥器
１４ 湿潤物
１５ ホッパー
１６ スクリューコンベア
１７ スクリューコンベア駆動モータ
１８ インバータ
１９ 湿潤物供給口
２０ 乾燥物同伴ガス
２１ 温度制御装置
２３ 分級装置
２５ 乾燥物
２６ 排ガス
２７ キャリアガス管路
２８ 蒸気管路
２９ 蒸気噴射ノズル
３０ キャリアガス噴射口
４３ 他設備からの熱風
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥器の湿潤物供給口から該乾燥器内に湿潤物を供給し、該湿潤物に向けて過熱蒸気を噴出させることにより前記湿潤物を乾燥させるように構成された湿潤物の乾燥装置において、前記乾燥器内に開口して前記過熱蒸気を前記湿潤物に向けて超音速で噴射する蒸気管路と、高温に加熱されたキャリアガスを前記過熱蒸気に混合することなく独立して前記乾燥器内に噴射するキャリアガス管路とを併設したことを特徴とする湿潤物の乾燥装置。
【請求項２】
前記蒸気管路の外側に前記キャリアガス管路を嵌挿した二重管を構成し、該二重管を構成する前記蒸気管路の内部に蒸気通路を形成するとともに、該蒸気管路の外周と前記キャリアガス管路の内周との間にキャリアガス通路を形成し、前記蒸気管路先端の蒸気噴出口から前記蒸気通路を通った前記過熱蒸気を前記湿潤物に向けて超音速で噴射するとともに、前記キャリアガス通路に連通するキャリアガス噴射口からキャリアガスを噴射するエジェクタを備えたことを特徴とする請求項１に記載の湿潤物の乾燥装置。
【請求項３】
前記エジェクタは、前記キャリアガス管路のキャリアガス噴射口を前記乾燥器の湿潤物供給口に対して前記蒸気管路先端の蒸気噴出口よりも遠ざかった位置、または湿潤物供給口から前記蒸気噴出口と同一距離の位置に配置し、前記蒸気噴出口からの過熱蒸気と前記キャリアガス噴射口からのキャリアガスとを並行に噴射するように構成したことを特徴とする請求項２に記載の湿潤物の乾燥装置。
【請求項４】
前記エジェクタの蒸気管路の乾燥器内への突出量を変化させて、前記蒸気噴出口と前記湿潤物供給口との距離を調節する手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の湿潤物の乾燥装置。
【請求項５】
前記乾燥器から排出されるガスの温度を検出して、該ガス温度の検出値が予め設定した許容範囲となるように、前記湿潤物の供給量あるいは前記キャリアガスを生成するためのキャリア空気の供給量のいずれか一方または両方を制御する温度制御装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の湿潤物の乾燥装置。
【請求項６】
ボイラで発生した蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する加熱装置を備えるとともに、キャリア空気を用いた燃料の燃焼により前記蒸気を加熱するための加熱キャリアガスを生成して前記加熱装置に供給する加熱キャリアガス生成手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の湿潤物の乾燥装置。
【請求項７】
前記キャリア空気を、前記加熱キャリアガス生成手段出口側のキャリアガスに混入させる手段をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の湿潤物の乾燥装置。
【請求項８】
乾燥器の湿潤物供給口から該乾燥器内に湿潤物を供給し、該湿潤物に向けて過熱蒸気供給手段から過熱蒸気を噴出させることにより前記湿潤物を乾燥させる湿潤物の乾燥方法であって、前記過熱蒸気供給手段から過熱蒸気を前記湿潤物に向けて超音速で噴射し、高温に加熱されたキャリアガスを前記過熱蒸気に混合させることなく前記過熱蒸気とは独立して前記乾燥器内に噴射することを特徴とする湿潤物の乾燥方法。
【請求項９】
ボイラで発生した蒸気を加熱装置により加熱して前記過熱蒸気を生成するとともに、系外設備によりキャリアガスを生成して前記乾燥器内に噴射することを特徴とする請求項８に記載の湿潤物の乾燥方法。
【請求項１】
乾燥器の湿潤物供給口から該乾燥器内に湿潤物を供給し、該湿潤物に向けて過熱蒸気を噴出させることにより前記湿潤物を乾燥させるように構成された湿潤物の乾燥装置において、前記乾燥器内に開口して前記過熱蒸気を前記湿潤物に向けて超音速で噴射する蒸気管路と、高温に加熱されたキャリアガスを前記過熱蒸気に混合することなく独立して前記乾燥器内に噴射するキャリアガス管路とを併設したことを特徴とする湿潤物の乾燥装置。
【請求項２】
前記蒸気管路の外側に前記キャリアガス管路を嵌挿した二重管を構成し、該二重管を構成する前記蒸気管路の内部に蒸気通路を形成するとともに、該蒸気管路の外周と前記キャリアガス管路の内周との間にキャリアガス通路を形成し、前記蒸気管路先端の蒸気噴出口から前記蒸気通路を通った前記過熱蒸気を前記湿潤物に向けて超音速で噴射するとともに、前記キャリアガス通路に連通するキャリアガス噴射口からキャリアガスを噴射するエジェクタを備えたことを特徴とする請求項１に記載の湿潤物の乾燥装置。
【請求項３】
前記エジェクタは、前記キャリアガス管路のキャリアガス噴射口を前記乾燥器の湿潤物供給口に対して前記蒸気管路先端の蒸気噴出口よりも遠ざかった位置、または湿潤物供給口から前記蒸気噴出口と同一距離の位置に配置し、前記蒸気噴出口からの過熱蒸気と前記キャリアガス噴射口からのキャリアガスとを並行に噴射するように構成したことを特徴とする請求項２に記載の湿潤物の乾燥装置。
【請求項４】
前記エジェクタの蒸気管路の乾燥器内への突出量を変化させて、前記蒸気噴出口と前記湿潤物供給口との距離を調節する手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の湿潤物の乾燥装置。
【請求項５】
前記乾燥器から排出されるガスの温度を検出して、該ガス温度の検出値が予め設定した許容範囲となるように、前記湿潤物の供給量あるいは前記キャリアガスを生成するためのキャリア空気の供給量のいずれか一方または両方を制御する温度制御装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の湿潤物の乾燥装置。
【請求項６】
ボイラで発生した蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する加熱装置を備えるとともに、キャリア空気を用いた燃料の燃焼により前記蒸気を加熱するための加熱キャリアガスを生成して前記加熱装置に供給する加熱キャリアガス生成手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の湿潤物の乾燥装置。
【請求項７】
前記キャリア空気を、前記加熱キャリアガス生成手段出口側のキャリアガスに混入させる手段をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の湿潤物の乾燥装置。
【請求項８】
乾燥器の湿潤物供給口から該乾燥器内に湿潤物を供給し、該湿潤物に向けて過熱蒸気供給手段から過熱蒸気を噴出させることにより前記湿潤物を乾燥させる湿潤物の乾燥方法であって、前記過熱蒸気供給手段から過熱蒸気を前記湿潤物に向けて超音速で噴射し、高温に加熱されたキャリアガスを前記過熱蒸気に混合させることなく前記過熱蒸気とは独立して前記乾燥器内に噴射することを特徴とする湿潤物の乾燥方法。
【請求項９】
ボイラで発生した蒸気を加熱装置により加熱して前記過熱蒸気を生成するとともに、系外設備によりキャリアガスを生成して前記乾燥器内に噴射することを特徴とする請求項８に記載の湿潤物の乾燥方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２５９２５（Ｐ２００８−２５９２５Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９９７４９（Ｐ２００６−１９９７４９）
【出願日】平成１８年７月２１日（２００６．７．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２１日（２００６．７．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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