JP5865471B1 - 間接加熱管付回転乾燥機及び乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱媒体の利用効率を向上し、乾燥能力を高める。【解決手段】加熱管１１，１１…群の端部開口が連通する凝縮液室３０が回転筒１０の端部に形成されている。この凝縮液室３０より半径方向外方に位置しかつ前記凝縮液室３０に連通し、周方向に分離された複数のヘッダ室３１，３１…が形成されている。凝縮液室３０とヘッダ室３１とは連通しており、ヘッダ室３１と排出路３４とはヘッダ管３３により繋がっており、加熱媒体の凝縮液が、ヘッダ室３１からヘッダ管３３を通して排出路３４内に導くように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、間接加熱管付回転乾燥機及び乾燥方法に係り、特に回転筒をその中心軸周りに回転させつつ、その一方側端部に供給した被乾燥物を他方側端部へ移動させるとともに、回転筒内に配置された多数の加熱管に加熱媒体を供給し、移動する被乾燥物をこの加熱管と接触させて乾燥を図った後、回転筒の他方側から排出させる間接加熱管付回転乾燥機及び乾燥方法に関するものである。

通常スチームチューブドライヤーに代表される間接加熱管付回転乾燥機は、容積当りの加熱面積が大きく、したがって乾燥能力が大きく、伝熱速度が高いという特徴がある。

さらに、加熱媒体と、被乾燥物が直接接触しないので加熱媒体中に被乾燥物が混入することがなく、加熱媒体中の被乾燥物を分離する処理設備を必要とせず、また運転操作が容易である等の利点を有し、化学工業、食品工業、製鉄工業等に広く利用され、特にテレフタル酸や合成樹脂、ソーダ灰、肥料、コーン製品、石炭等の乾燥用として多くの実績がある。

この乾燥機は、通常１０〜３０ｍの長さを有し、回転筒内において、湿潤粉体または粒状体を、蒸気、加熱空気等の流通する加熱媒体により加熱された加熱管と接触させ、回転筒の回転につれ順次排出口に移動させながら連続的に乾燥させるようになっている。加熱管を加熱させるための加熱媒体は、回転継手を介して加熱管に供給され、加熱管を通して湿潤粉体に熱を供給し湿潤粉体を乾燥させる。加熱媒体自体は加熱管内において凝縮して凝縮液となり、乾燥機の勾配に沿って加熱媒体に対し向流的に流下して、回転筒の一端側から排出される。

また、従来型の乾燥機について図８を用いて説明する。従来型乾燥機では、加熱媒体Ｓは、配管８１から回転継手を介して乾燥機内部に供給される。凝縮液室３０には内壁３０iを貫通し、配管８１と連通する配管３３Ａが備えられており、配管３３Ａを通じて加熱媒体Ｓは、凝縮液室３０に供給され、各加熱管１１内に供給され、加熱管１１を加熱する。加熱管１１内を加熱した加熱媒体Ｓは、凝縮液Ｄとなり、凝縮液室３０の下方に流下する。流下した凝縮液Ｄは、凝縮液室３０の内壁３０iに接続されているヘッダ管３３Ｂを通り排出路３４から配管８０を通して外部に排出される。

この凝縮液排出形態としては、特許文献１及び特許文献２等を例示できる。

特許第３８９４４９９号公報 特公昭４２−８１１０号公報

しかしながら、従来の間接加熱管付回転乾燥機では、乾燥物を回転筒の乾燥物排出部に向かって移動させ排出するために、回転筒１０は下り傾斜で配置される要因も重なって、回転筒１０の軸方向端部に形成された、加熱管１１，１１…群の端部開口が連通する凝縮液室３０内に凝縮液が滞留しがちとなり、凝縮液が滞留している部分の加熱管１１，１１…群については、加熱媒体が流通しないので、当該加熱管１１，１１…群についてはその伝熱面が実質的に機能しないことになり、加熱機全体としての伝熱効率を高めるための阻害要素となっていた。

そこで、本発明の主たる課題は、加熱媒体の利用効率を向上し、乾燥能力を高めることにある。

前記課題を解決するための請求項１に係る本発明は、
回転筒と、この回転筒内に設けられた複数の加熱管と、前記回転筒をその中心軸芯周りに回転させる回転駆動手段と、回転筒の一端側および他端側にそれぞれ設けられた被乾燥物供給部および乾燥物排出部とを有し、前記乾燥物が回転筒内において前記供給部から前記排出部に向かう過程で、前記加熱管群内に流通される加熱媒体の熱により間接加熱乾燥されるよう構成された乾燥機において、
前記回転筒の軸方向端部に形成された、前記加熱管群の端部開口が連通する凝縮液室と、
この凝縮液室より半径方向外方に位置しかつ前記凝縮液室に連通し、周方向に分離された複数のヘッダ室と、
前記ヘッダ室と、前記中心軸芯側に設けられた排出路とを繋ぐヘッダ管により、前記加熱媒体の凝縮液を前記ヘッダ室から前記排出路内に導くようにしたことを特徴とする間接加熱管付回転乾燥機である。

本発明においては、加熱管群の端部開口が連通する凝縮液室と、この凝縮液室より半径方向外方に位置しかつ前記凝縮液室に連通し、周方向に分離された複数のヘッダ室とを形成し、ヘッダ管により、前記加熱媒体の凝縮液を前記ヘッダ室から前記排出路内に導くようにした。
すなわち、半径方向の最も外方から凝縮液を流出させるようにしてあるので、凝縮液室内に凝縮液が滞留することなく、又は、滞留するとしてもごく少ない量であるために、全加熱管を伝熱のために有効に利用でき、加熱媒体の利用効率が向上し、乾燥機の容積当たりの乾燥能力を高めることができる。
また、半径方向の最も外方から凝縮液を流出させることは、凝縮液の排出位置においては高いヘッドエネルギーの状態にあるから、排出を円滑なものとすることを意味する。この観点からも、回転筒の１回転のうちで、ヘッダ管内に残留する凝縮液がごく少ないものとなる。

請求項２に係る発明は、前記ヘッダ管は、前記回転筒端の外方から見て、前記ヘッダ室側の先端側と前記排出路側の基端側との間が、前記回転筒の回転方向と反対側に湾曲している請求項１記載の間接加熱管付回転乾燥機である。

ヘッダ管が、回転筒端の外方から見て、前記回転筒の回転方向と反対側に湾曲していると、凝縮液を、ヘッダ管内を通して排出路に円滑に導くことができる。

請求項３に係る発明は、前記ヘッダ管は、前記ヘッダ室の側外方に延在する第１の部分と、この第１の部分と排出路とを繋ぎ前記回転筒の半径方向に延在する第２の部分とを有する請求項１記載の間接加熱管付回転乾燥機である。

前記ヘッダ管には、ヘッダ室の側外方（回転筒軸方向外方）に延在する第１の部分を形成すると、ヘッダ室からヘッダ管への凝縮液の移行が円滑になる

請求項４に係る発明は、前記第１の部分及び前記第２の部分が、前記回転筒端の外方から見て、前記回転筒の回転方向と反対側に湾曲している請求項３記載の間接加熱管付回転乾燥機である。

請求項３の形態において、前記第１の部分及び前記第２の部分が、前記回転筒端の外方から見て、前記回転筒の回転方向と反対側に湾曲している構成とすると、凝縮液を、ヘッダ管内を通して排出路に円滑に導くことができる。

請求項５に係る発明は、前記ヘッダ室は分離壁により分離されており、前記ヘッダ管の先端は、前記分離壁に近い前方において連通している請求項１記載の間接加熱管付回転乾燥機である。

ヘッダ室内の凝縮液を、ヘッダ管内に円滑に移行させることができる。

請求項６に係る発明は、前記ヘッダ室は分離壁により分離されており、前記分離壁は回転筒の軸方向における被乾燥物供給側が前記回転筒の回転方向前方に位置し、かつ回転筒の軸方向における被乾燥物排出側が回転方向後方に位置するように傾斜しており、
前記ヘッダ管は、前記ヘッダ室の側外方に延在する第１の部分を有し、この第１部分は分離壁の傾斜角度と実質的に同一の角度で傾斜しており、前記ヘッダ管の先端は、前記分離壁に近い前方において連通している請求項１記載の間接加熱管付回転乾燥機である。

ヘッダ室内の凝縮液を、ヘッダ管内に円滑に移行させる効果が高い。

請求項７に係る発明は、横断面との間でなす前記傾斜角度は、３０度〜８０度である請求項６記載の間接加熱管付回転乾燥機である。

ヘッダ室内の凝縮液を、ヘッダ管内に円滑に移行させることができる効果は、傾斜角度が３０度〜８０度において顕在化する。

請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか１つの間接加熱管付回転乾燥機を使用して、被乾燥物を乾燥する間接加熱管付回転乾燥機による乾燥方法である。

以上のとおり、本発明によれば、加熱媒体の利用効率を向上し、乾燥能力を高めることができる。

図１は、本発明の一実施形態であるスチームチューブドライヤーの正面図である。 図２は、回転筒端部の説明図である。 図３は、回転筒端部の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視図である。 加熱管群の他の配置例の説明図である。 他の実施形態の説明図である。 実験結果のグラフである。 従来例の概要説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ詳説するが、本発明はこれに限定されないことはいうまでもない。
図１〜図４は、本発明を適用したスチームチューブドライヤー１を示している。このスチームチューブドライヤー１は、横長円筒状の回転筒１０を備えている。回転筒１０の中心軸ｘ方向の両側には外周面にタイヤ１６が設けられており、回転筒１０はこれらタイヤ１６を介して、基台１８の上に設置された支承ローラ１７により回転可能に支持されている。回転筒１０の下り勾配および直径に合わせて支承ローラ１７間の幅およびそれらの長手方向傾斜角度（乾燥物の排出部側に向かって下り勾配の傾斜角度）が選択される。

また、回転筒１０を回転させるために、回転筒１０の周囲に従動ギア１９が設けられるとともに、これに図示されていない駆動ギアが噛合され、この駆動ギアに電動モータ等の駆動源２１の回転力が減速機２０を介して伝達され、回転筒１０がその軸心回りに回転するようになっている。

回転筒１０の中心軸ｘ方向の一方側には被乾燥物の供給部１２が回転継手１３を介して接続されている。供給部１２は、回転筒１０内に通じる各種コンベアもしくはシュートにより構成することができる。被乾燥物は固定設置された供給部１２から回転継手１３を介して回転筒１０内に装入される。

回転筒１０内には、加熱管１１が多数配置される。加熱管１１は、回転筒１０の中心軸ｘ方向に対して平行的に配されている。より詳細には、図４、図５に示した例のように、加熱管１１は回転筒１０内における壁側（中心部を除く外周部分）全体に配列されている。加熱管１１の数および配列は適宜定めることができる。
加熱管１１は、回転筒１０の両側の端板１０Ａにより支持されている。必要に応じて、加熱管１１を支持するために、回転筒１０内における長手方向中間位置に図示しない支持板を追加することもできる。加熱管１１には後述する加熱媒体Ｓ、たとえば加熱蒸気が供給される。

回転筒１０に装入された被乾燥物は、回転筒１０の回転により周方向に持ち上げられた後に落下することを繰り返しつつ、回転筒１０が下り勾配をもって設置されていることで、順次、供給部１２から排出部１４に向かって移送される。この過程で、被乾燥物は、加熱管１１との接触により加熱され、乾燥が進行する。回転筒１０における供給部１２に対して反対側の端部には乾燥物の排出部１４が設けられている。排出部１４はシュートなどにより構成することができる。

回転筒１０内の排出部１４側には、乾燥により発生する蒸気等のガスを排出するための排ガス出口１５が設けられている。排ガス出口１５からの排ガスは、必要に応じて図示しない排ガス処理設備を介して大気に放出するように構成することができる。

他方、加熱媒体給排系の実施形態では、回転筒１０の排出部１４側の端部に設けられており、その具体的構造例は、図２〜図４に示されている。すなわち、回転筒１０の排出部１４側端部に、加熱媒体Ｓの供給管８１が設けられ、加熱媒体Ｓは各加熱管１１，１１…内に供給される（この分岐供給の構造は公知であるので、図示していない。）。

加熱管１１を通った加熱媒体Ｓの凝縮液Ｄは、次の構造をもって、最終的には流下路８０を介して乾燥機外に排出される。
すなわち、加熱管１１，１１…群の端部開口が連通する凝縮液室３０が回転筒１０の端部に形成されている。さらに、この凝縮液室３０より半径方向外方に位置しかつ前記凝縮液室３０に連通し、周方向に分離された複数（図示例では３つ）のヘッダ室３１，３１…が形成されている。凝縮液室３０とヘッダ室３１とは、図３に示すように、凝縮液室３０の外周壁３０ｏに形成された多数の小孔３２によって連通している。３０ｉは内周壁である。

回転筒１０の中心軸ｘ芯側には、排出路３４が設けられ、ヘッダ室３１と排出路３４とはヘッダ管３３により繋がっており、加熱媒体（蒸気）Ｓの凝縮液Ｄが、ヘッダ室３１からヘッダ管３３を通して排出路３４内に導くように構成されている。

図２に示すように、ヘッダ管３３が、回転筒１０端の外方から見て（図３の右方から左方を見て）、前記回転筒１０の回転方向と反対側に湾曲していると、凝縮液Ｄを、ヘッダ管３３内を通して排出路３４に円滑に導くことができる。

前記ヘッダ管３３は、ヘッダ室３１の側外方に延在する第１の部分３３Ａと、この第１の部分３３Ａと排出路３４とを繋ぎ回転筒１０の半径方向に延在する第２の部分３３Ｂとを有するのが望ましい。

ヘッダ管３３には、図２及び図３に明示されているように、ヘッダ室３１の側外方（回転筒１０の中心軸ｘ方向外方：図３の右方向）に延在する第１の部分３３Ａを形成すると、ヘッダ室３１からヘッダ管３３への凝縮液の移行が円滑になる。

また、図２に示されているように、前記第１の部分３３Ａ及び前記第２の部分３３Ｂが、回転筒１０端の外方から見て、前記回転筒１０の回転方向と反対側に湾曲している形態が好適であり、ヘッダ管３３内を通して排出路３４に円滑に導くことができる。

図２に示されているように、ヘッダ室３１は複数の分離壁３１Ａにより分離されており、分割されたヘッダ室３１毎にヘッダ管３３が接続されている。各ヘッダ管３３の端部は、接続するヘッダ室３１を形成する２つの分離壁３１Ａのうち、回転方向後方に位置する分離壁３１Ａの近傍に連通している形態を採ることができる。図２に示されているように、回転筒１０を時計回りに回転させると、ヘッダ室３１内に滞留していた凝縮液が、回転筒１０の回転方向と、相対的には反対方向（反時計方向）に移動するので、その移動の流れを堰き止め、分離壁３１Ａの傾斜に沿って、ヘッダ室３１内の凝縮液を、ヘッダ管３３内に円滑に移行させることができる。なお、分離壁３１Ａは、ヘッダ室を３〜６室に分割できるよう設置数を調整することが好ましい。

図２に示されているように、ヘッダ管３３の第１の部分３３Ａもヘッダ室３１に対して傾斜して接続することが好ましい。第１の部分３３Ａとヘッダ室３１との傾斜角度は、分離壁３１Ａの傾斜角度（乾燥機の横断面との間でなす傾斜角度θ）と実質的に同一の角度であるのが、凝縮液の流れが円滑である。

ヘッダ室３１内の凝縮液を、ヘッダ管３３内に円滑に移行させることができる効果は、傾斜角度θが好ましくは３０度〜８０度、特に好ましくは４５度〜７５度において顕在化する。

本発明の乾燥機は、高密度ポリエチレン、ポリカーボネイト、ポリエステルカーボネイト、ポリフェニレンエーテル、ポリ塩化ビニル、アトマイズ鉄粉、多孔質アルミナ、ポリアセタール、石炭、コーンジャーム・ファイバー、酸化鉄、炭酸カルシウム、フッ化カリウム、シリカゲル、グルテンフィード、ビール粕、ポリエチレン、メチルセルロース、乾燥汚泥等の乾燥に代表されるように、広範な用途に適用できるものである。

加熱管１１の配設態様としては、図４のように半径方向に沿っているほか、図５のように、特に配置ラインＬで示すように、内方から外方に向かう加熱管１１群の配列として、外方の加熱管ほど回転筒１０の回転方向に対して遅れた後方位置にあるのが望ましい。特に、回転筒１０が高速回転する場合、持ち上げた乾燥物を配置ラインＬに沿うように自重落下させることができ、回転筒１０内の加熱管１１群間で乾燥物の停滞を生じさせることなく、加熱管１１との接触頻度を高めることができ、乾燥効率が、図３の形態より高まることが知見された。

図２で示した形態を再掲しながら、他の例を図６によって説明すると、第１に、分離壁３１Ａの傾斜角度θは、分離壁３１Ａ₀のように変更できる。第２に、第１の部分３３Ａの長さが、より長い第１の部分３３１とすることができる。第３に、ヘッダ管３３は全体が緩い曲がり曲線状のヘッダ管３３２とすることができる。

（その他）
以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は、その範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記例は、加熱媒体として蒸気を用いているが、他の加熱媒体を用いることもできる。本発明の範囲内で単独または複数組み合わせて適用することができる。

サイズは実質的に同じとした乾燥機について、特許文献１の形態例（従来例）と本発明の図２の例とについて、回転筒の周速Ｖを変化させ、回転筒の回転数ごとの凝縮液室およびヘッダ室に残留する凝縮液量をシミュレーションにより求めた。
シミュレーション条件は以下の通りである。
従来例（１）：周速Ｖ１＝０．９５ｍ／ｓｅｃ，（臨界速度比α＝２１％）
従来例（２）：周速Ｖ２＝２．０ｍ／ｓｅｃ，（臨界速度比α＝４４％）
本発明 ：周速Ｖ２＝２．０ｍ／ｓｅｃ，（臨界速度比α＝４４％）

結果を図７に示す。
この図７の結果によれば、従来例では、回転筒の周速を上げた場合は、回転回数の増加に伴って、凝縮液およびヘッダ室内に残留する凝縮液量が増加する傾向にある。これは、凝縮液室に一回転あたりに流入する凝縮液量に対して一回転あたりで排出路に排出できる凝縮液量が少なく、その差分が凝縮液室およびヘッダ室内に残留していることを示す。一方、回転筒の周速を低下させた場合、回転回数の増加に伴う凝縮液の残留量増加を抑制することができるものの、やはり凝縮液室およびヘッダ室内には一定程度の凝縮液が残留する。
一方、本発明のヘッダ管によれば、周速を上げた場合であっても、凝縮液の残留量が従来例より各段に少ないことのほか、回転回数の増加によっても、凝縮液の残留量が変化しない。これは、毎回、新たに取り込んだ凝縮液の全量を排出路に排出していることを意味する。
本発明によれば回転筒の周速を上げても凝縮液の排出能力が流入する凝縮液量を下回ることは少ないので、従来より速い周速で乾燥機を運転することが可能となる。特に下記式１、式２で定められる臨界速度比αが３０〜１００％未満となる回転数において運転する乾燥機に好適である。
Ｖｃ＝２．２１Ｄ^1/2 ・・・式１
α＝Ｖ／Ｖｃ・１００ ・・・式２
ここに、Ｖｃは臨界速度（ｍ／ｓ）、Ｄは回転筒の内径（ｍ）、αは臨界速度比（％）
Ｖは回転速度（ｍ／ｓ）である。
具体的には、所望の臨界速度比を設定し、式３、４より乾燥機の回転数を決定する。
Ｎｃ＝４２．２／Ｄ^1/2 ・・・式３
Ｎ＝Ｖ／Ｖｃ×Ｎｃ ・・・式４
Ｎは回転数（ｒ．ｐ．ｍ．）であり、Ｖは回転速度（ｍ／ｓ）であり、Ｖｃは臨界速度（ｍ／ｓ）であり、Ｎｃは臨界回転数（ｒ．ｐ．ｍ．）である。

１…スチームチューブドライヤー、１０…回転筒、１１…加熱管、１２…装入部、１３…回転継手、１４…排出部、３０…凝縮液室、３１…ヘッダ室、３１Ａ…分離壁、３３…ヘッダ管、３３Ａ…第１の部分、３３Ｂ…第２の部分、３４…排出路。

Claims (8)

1. 回転筒と、この回転筒内に設けられた複数の加熱管と、前記回転筒をその中心軸芯周りに回転させる回転駆動手段と、回転筒の一端側および他端側にそれぞれ設けられた被乾燥物供給部および乾燥物排出部とを有し、前記乾燥物が回転筒内において前記供給部から前記排出部に向かう過程で、前記加熱管群内に流通される加熱媒体の熱により間接加熱乾燥されるよう構成された乾燥機において、
   前記回転筒の軸方向端部に形成された、前記加熱管群の端部開口が連通する凝縮液室と、
   この凝縮液室より半径方向外方に位置しかつ前記凝縮液室に連通し、周方向に分離された複数のヘッダ室と、
   前記ヘッダ室と、前記中心軸芯側に設けられた排出路とを繋ぐヘッダ管により、前記加熱媒体の凝縮液を前記ヘッダ室から前記排出路内に導くようにしたことを特徴とする間接加熱管付回転乾燥機。
2. 前記ヘッダ管は、前記回転筒端の外方から見て、前記ヘッダ室側の先端側と前記排出路側の基端側との間が、前記回転筒の回転方向と反対側に湾曲している請求項１記載の間接加熱管付回転乾燥機。
3. 前記ヘッダ管は、前記ヘッダ室の側外方に延在する第１の部分と、この第１の部分と排出路とを繋ぎ前記回転筒の半径方向に延在する第２の部分とを有する請求項１記載の間接加熱管付回転乾燥機。
4. 前記第１の部分及び前記第２の部分が、前記回転筒端の外方から見て、前記回転筒の回転方向と反対側に湾曲している請求項３記載の間接加熱管付回転乾燥機。
5. 前記ヘッダ室は分離壁により分離されており、前記ヘッダ管の先端は、前記分離壁に近い前方において連通している請求項１記載の間接加熱管付回転乾燥機。
6. 前記ヘッダ室は分離壁により分離されており、前記分離壁は回転筒の軸方向における被乾燥物供給側が前記回転筒の回転方向前方に位置し、かつ回転筒の軸方向における被乾燥物排出側が回転方向後方に位置するように傾斜しており、
   前記ヘッダ管は、前記ヘッダ室の側外方に延在する第１の部分を有し、この第１部分は分離壁の傾斜角度と実質的に同一の角度で傾斜しており、前記ヘッダ管の先端は、前記分離壁に近い前方において連通している請求項１記載の間接加熱管付回転乾燥機。
7. 横断面との間でなす前記傾斜角度は、３０度〜８０度である請求項６記載の間接加熱管付回転乾燥機。
8. 請求項１〜７のいずれか１つの間接加熱管付回転乾燥機を使用して、被乾燥物を乾燥する間接加熱管付回転乾燥機による乾燥方法。

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