JP6838916B2 - 流動層乾燥装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として、粉粒体を流動させつつ乾燥させる流動層乾燥装置に関する。

従来から、特許文献１に示すように、粉粒体を所定の容器に収容し、容器の下部から加熱した空気を送り込むことで、粉粒体を流動させつつ乾燥させる流動層乾燥装置が知られている。

特許文献１の流動層乾燥装置は、容器状の乾燥機本体を備えており、この乾燥機本体には、吸気ダクトと、第２吸気ダクトと、が接続されている。吸気ダクトを流れる空気（一次空気）は、乾燥機本体の下端から上方に向けて供給される。第２吸気ダクトを流れる空気（二次空気）は、乾燥機本体の側面から水平に供給される。特許文献１には、第２吸気ダクトから二次空気を供給することで、一次空気の流入量を相対的に減少させて、粉粒体の乾燥速度を低下させることが記載されている。

特開昭５３−９９５６２号公報

特許文献１は、粉粒体の乾燥時に発生するガスの発生速度を抑えるために乾燥速度を低下させることを目的としている。一方で、流動層乾燥装置においては、処理速度を向上させるために、粉粒体の乾燥時間を短縮させることが求められている。しかし、特許文献１は乾燥速度の低下を目的としているため、特許文献１には粉粒体の乾燥時間を短縮させる方法について記載されていない。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、粉粒体の乾燥時間を短縮できる流動層乾燥装置を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成の流動層乾燥装置が提供される。即ち、この流動層乾燥装置は、容器部と、第１給気部と、第２給気部と、を備える。前記容器部には、粉粒体が収容される。前記第１給気部は、前記容器部の下部から上方に向けて気体を供給することで前記粉粒体を流動させる。前記第２給気部は、前記容器部の側面から斜め下方に向けて気体を供給する。前記容器部の下部は上方に近づくにつれて直径が大きくなる逆円錐台状の部分であるテーパ部を含み、当該テーパ部を含む部分において前記粉粒体が流動して循環する。前記第２給気部は、前記テーパ部の上端部以上から気体を供給する。

これにより、第１給気部が供給した気体により上方に巻き上げられた粉粒体を、第２給気部が供給した気体により強制的に下方に移動させることができる。これにより、粉粒体を効率良く循環させることができるため、粉粒体の乾燥時間を短縮できる。

本発明によれば、粉粒体の乾燥時間を短縮できる流動層乾燥装置が実現できる。

第１実施形態に係る流動層乾燥装置の側面断面図。 流動層乾燥装置のＡ−Ａ平面断面図及びＢ−Ｂ平面断面図。 従来例と本実施形態の粉粒体の流れを比較する模式図。 第２実施形態に係る流動層乾燥装置の側面断面図。 第３実施形態に係る流動層乾燥装置の側面断面図。

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに、第１実施形態に係る流動層乾燥装置１について図１及び図２を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る流動層乾燥装置１の側面断面図である。図２は、図１の流動層乾燥装置１のＡ−Ａ平面断面図及びＢ−Ｂ平面断面図である。図１では、流動層乾燥装置１の気体の流れを太線の矢印で示し、流動層乾燥装置１の粉粒体の流れを細線の矢印で示している。また、以下の説明では、気体の流れの上流を単に上流と称し、気体の流れの下流を単に下流と称する。

流動層乾燥装置１は、収容された粉粒体１００を流動させつつ乾燥させる装置である。図１に示すように、流動層乾燥装置１は、容器部１０と、加熱部２０と、第１給気部３０と、第２給気部４０と、バグフィルタ５０と、排気ダクト６０と、を備える。

容器部１０には、乾燥処理の対象となる粉粒体１００が収容される。図１に示すように、容器部１０は、テーパ部１１と、円筒部１２と、多孔板１３と、を備える。また、容器部１０には、第１供給口１５と、第２供給口１６と、排出口１７と、が形成されている。容器部１０は、金属製であることが好ましいが、他の材料（例えば樹脂）で構成されていても良い。

テーパ部１１は、容器部１０の下部を構成しており、上方に近づくにつれて直径が大きくなる逆円錐台状の部分である。テーパ部１１の上側には円筒部１２が位置している。円筒部１２は、直径が一定である円筒状の部分である。テーパ部１１及び円筒部１２は、継ぎ目のない１つの部材であるが、テーパ部１１と円筒部１２を別々の部材で構成し、接続しても良い。

テーパ部１１の下端は開口されており、この開口されている部分が第１供給口１５に相当する。多孔板１３は、第１供給口１５を塞ぐように配置されている。多孔板１３には、気体が通過できるが粉粒体１００が通過できない微小な孔が多数形成されている。粉粒体１００を流動及び乾燥させる気体は、この多孔板１３の孔を介して供給される。なお、多孔板１３は、気体と粉粒体１００を分離可能であれば良く、例えば微小な孔が形成された金網を用いることもできる。

円筒部１２の側面の下端部には、粉粒体１００を流動及び乾燥させる気体を供給するための第２供給口１６が形成されている。本実施形態では、第２供給口１６は、２つ形成されている。図２（ｂ）に示すように、２つの第２供給口１６は、平面視で対向するように（位置が１８０度異なるように）形成されている（第２供給口１６の配置間隔は１８０度以外であっても良い）。なお、第２供給口１６は、１つであっても良いし、３つ以上であっても良い。また、第２供給口１６の数を多くすることで、容器部１０内の気体の流れ（特に後述の旋回流）を均一にすることができる。

第２供給口１６は、円筒部１２の側面であって、バグフィルタ５０の下方に形成されている。第２供給口１６の上下方向の位置は任意であり、例えば、円筒部１２の上端部、円筒部１２の上下方向の中央部、円筒部１２からバグフィルタ５０までの長さの中央部、バグフィルタ５０の下端部、円筒部１２の下端部、テーパ部１１の上端部、テーパ部１１の上下方向の中央部等を基準高さとして、これらの基準高さから上限値及び下限値の少なくとも一方を選択することで表される高さ範囲に形成されていても良い。

円筒部１２の上面には、粉粒体１００を流動及び乾燥させる気体を排出するための排出口１７が形成されている。排出口１７は、円筒部１２の上面ではなく、円筒部１２の側面の上端部に形成されていても良い。

加熱部２０には、ダクト２１が接続されており、当該ダクト２１から気体が供給される。ダクト２１に供給される気体は空気であっても良いし、空気以外の気体であっても良い。また、流動層乾燥装置１では、ダクト２１の下流側に配置された吸引装置が発生させた吸引流により気体を加熱部２０へ供給しても良いし、ダクト２１の上流側に配置された送風装置が発生させた送出流により気体を加熱部２０へ供給しても良い（他のダクトについても同様）。加熱部２０に供給された気体は、加熱部２０が有する図略のヒータ等により加熱される。

第１給気部３０は、第１給気ダクト３１と、給気室３２と、を備えている。第１給気ダクト３１は、加熱部２０に接続されており、加熱部２０で加熱された気体が流れる。第１給気ダクト３１の下流側の端部は、給気室３２の側面に接続されている。給気室３２には、第１給気ダクト３１から気体が供給され、この気体は多孔板１３を介して容器部１０の内部へ供給される。

第２給気部４０は、第２吸気ダクト４１を備えている。第２吸気ダクト４１には、加熱されていない気体が流れている。第２吸気ダクト４１を流れる気体は空気であっても良いし、空気以外の気体であっても良い。第２吸気ダクト４１の下流側の端部は、円筒部１２に形成された第２供給口１６に接続されている。第２吸気ダクト４１の少なくとも下流側の端部は、図１に示すように、第２供給口１６に近づくにつれて下方に近づくように配置されている。この構成により、第２給気部４０は、斜め下方に向けて気体を容器部１０へ供給する。流動層乾燥装置１には第２供給口１６が２つ形成されているため、第２吸気ダクト４１も同数（即ち２つ）配置されている。本実施形態では、第２給気部４０が供給する気体の流量（２つの第２給気部４０の合計）は、第１給気部３０が供給する気体の流量よりも少ないが、多くても良い。

また、図２（ｂ）に示すように、第２吸気ダクト４１は、第２吸気ダクト４１の長手方向を延長した仮想線が容器部１０の中心を避けるように（容器部１０の中心より外側を通るように）配置されている。特に、本実施形態では、この仮想線が、容器部１０の内壁面に沿うように（容器部１０の内壁面の接線方向に近似するように）第２吸気ダクト４１が配置されている。これにより、図２（ｂ）に示すように、容器部１０の内部に旋回流を発生させることができる。また、２つの第２吸気ダクト４１は、発生する旋回流の向きが揃うように配置されている。具体的には、２つの第２吸気ダクト４１は、当該第２吸気ダクト４１の長手方向を延長した仮想線が反時計回りに沿うように配置されている。なお、第２吸気ダクト４１の向き（つまり、第２流動気体が供給される方向）を調整可能な調整機構を設けても良い。この調整機構は、平面視（図２）における第２吸気ダクト４１の向きを調整可能であっても良いし、側面視（図１）における第２吸気ダクト４１の向きを調整可能であっても良いし、その両方を調整可能であっても良い。容器部１０に収容されている粉粒体１００は、第１給気部３０及び第２給気部４０が供給する気体によって流動及び乾燥される。

バグフィルタ５０は、容器部１０の内部であって、容器部１０の上部（本実施形態では円筒部１２の中央より上側）に配置されている。バグフィルタ５０は、気体を通過させるとともに、粉粒体１００を通過させないフィルタである。

排気ダクト６０は、容器部１０の排出口１７に接続されている。バグフィルタ５０を通過した気体は、排出口１７を介して排気ダクト６０から排出される。

次に、容器部１０内の気体の流れ及び粉粒体１００の流れについて説明する。以下の説明では、第１給気部３０が供給する気体を第１流動気体と称し、第２給気部４０が供給する気体を第２流動気体と称する。なお、容器部１０内には、複雑な気体の流れが形成されているが、以下では主要な気体の流れについて説明する。

第１流動気体は、テーパ部１１の下面（詳細には多孔板１３）から上方に向けて（上方向の成分を含むように）供給される。これにより、容器部１０の中央部（多孔板１３の上側に相当する部分）において、上方に向かう気体の流れが発生する。また、第１流動気体は、バグフィルタ５０を通り排出口１７から排出される。

第２流動気体は、円筒部１２の側面から斜め下方に向けて供給される。また、第２流動気体は、容器部１０の中央部の外側（容器部１０の内壁面の近傍）を旋回する旋回流が発生するように供給される。第２流動気体は、容器部１０の内壁面の近傍に沿って旋回しながら下方に流れる。その後、第１流動気体と合流し、上方に向かうとともにバグフィルタ５０を通り排出口１７から排出される。

次に、容器部１０内の粉粒体１００の流れについて説明する。なお、容器部１０内には、複雑な粉粒体１００の流れが構成されているが、以下では主要な粉粒体１００の流れについて説明する。容器部１０に収容された粉粒体１００は、第１流動気体が供給されるまでは、テーパ部１１の下部に滞留している。第１流動気体が供給されることで、粉粒体１００は、第１流動気体によって上方に巻き上げられる。

粉粒体１００は、ある程度上方に巻き上げられた後に、図２（ａ）に示すように、容器部１０の内壁面に向けて流される。その後、粉粒体１００は、図２（ｂ）に示すように、第２流動気体の影響を受けて、旋回しながら下方に流される。

第２流動気体により粉粒体１００が下方に流されることで、第１流動気体によって巻き上げられた粉粒体１００を短時間で下方に落下させることができる。これにより、粉粒体１００を効率良く循環させることができるため、粉粒体１００の乾燥時間を短縮できる。特に本実施形態では第１流動気体が加熱されているため、粉粒体１００を再び高温の第１流動気体によって巻き上げることができるので、粉粒体１００の乾燥時間を一層短縮できる。

また、第２流動気体により粉粒体１００が旋回させられることで、旋回流の遠心力により、粉粒体１００は、内壁面に向かう力を受ける。これにより、第１流動気体によって巻き上げられた粉粒体１００が外側に移動し易くなるため、同じ粉粒体１００が上方に浮かんだままとなる事態が発生しにくい。従って、第２流動気体により粉粒体１００を旋回させることで、粉粒体１００を循環させ易くなるため、粉粒体１００の乾燥ムラを防止しつつ、乾燥時間を短縮できる。

このように、乾燥時間を短縮させるためには第１流動気体及び第２流動気体を常に発生させる必要がある。従って、第１給気部３０及び第２給気部４０は、乾燥中において間欠的ではなく常に第１流動気体及び第２流動気体を容器部１０へ供給する。

次に、上述した本実施形態の流動層乾燥装置１の粉粒体１００の流れと、第２給気部４０を備えない構成の従来の流動層乾燥装置の粉粒体の流れと、を比較する。図３は、従来例と本実施形態の粉粒体の流れを比較する模式図である。

図３に示すように、従来例の流動層乾燥装置では、第２流動気体が供給されないため、粉粒体を強制的に下方に流すことはできない。従来例の流動層乾燥装置では、粉粒体は、主として自重により落下する。従って、第１流動気体によって巻き上げられた粉粒体が再び巻き上げられるまでに時間が掛かり、本実施形態と比較して乾燥時間が長くなる。

また、従来例では、旋回流が発生しないため、粉粒体が容器部の内周面へ流れにくい。従って、第１流動気体によって巻き上げられた粉粒体が落下せずに上方に浮かんだままとなる事態が発生する。これにより、乾燥ムラが生じてしまう。また、粉粒体が循環しにくいため、本実施形態と比較して乾燥時間が長くなる。

このように、本実施形態の第２給気部４０を設けることで、粉粒体１００の乾燥時間を大幅に短縮できる。

次に、本発明の第２実施形態について、図４を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係る流動層乾燥装置１の側面断面図である。なお、上記第１実施形態と同一又は類似する構成には、図面に同一の符号を付して説明を省略する。

第１実施形態では、第２給気部４０が供給する第２流動気体は、加熱部２０によって加熱されていなかった。これに対し、第２実施形態では、加熱部２０の下流の第１給気ダクト３１から第２共通ダクト４３が分岐する構成である。第２共通ダクト４３は、更に第２供給口１６に応じた数（第２実施形態では２つ）に分岐し、分岐後のダクトである第２吸気ダクト４１が、それぞれの第２供給口１６に接続される。この構成により、第１流動気体だけでなく第２流動気体も高温にすることができるので、乾燥時間を一層短縮できる。

なお、第２実施形態では、第１流動気体と第２流動気体とを同じ加熱部２０で加熱する構成であるが、第１流動気体を加熱する加熱部と、第２流動気体を加熱する加熱部と、が異なっていても良い。この構成では、第１給気ダクト３１と第２共通ダクト４３とを接続しなくても良い。

次に、本発明の第３実施形態について、図５を参照して説明する。図５は、第３実施形態に係る流動層乾燥装置１の側面断面図である。なお、上記第１実施形態と同一又は類似する構成には、図面に同一の符号を付して説明を省略する。

第１実施形態では、第１給気部３０及び第２給気部４０は、単位時間あたりに気体が通過する流量（以下、単に流量）を調整するためのダンパを備えていない。これに対し、第３実施形態では、第１給気部３０及び第２給気部４０は、それぞれ、流量を調整するための第１ダンパ３５及び第２ダンパ４５を備えている。

第１ダンパ３５は、第１給気ダクト３１から給気室３２に向かう気体の流量を調整可能である。第２ダンパ４５は、第２共通ダクト４３から第２吸気ダクト４１に向かう気体の流量を調整可能である。なお、第１ダンパ３５及び第２ダンパ４５が配置される位置は任意であり、別のダクトに配置されていても良い。第１ダンパ３５及び第２ダンパ４５は、流動層乾燥装置１が備える図略の制御部によって制御可能である。

ここで、第１流動気体と第２流動気体の流量の最適値は、粉粒体１００によって異なる。例えば、粉粒体１００が軽い場合、粉粒体１００が第１流動気体により上方に巻き上がり易いため、第２流動気体の流量を多くして下方に向かう気体の流れを強くする必要がある。一方、粉粒体１００が重い場合、粉粒体１００が上方に巻き上がりにくいため、第１流動気体の流量を多くして粉粒体１００を十分に巻き上げる必要がある。

第３実施形態では、オペレータの操作により、第１流動気体の流量（第１ダンパ３５の開度）、第２流動気体の流量（第２ダンパ４５の開度）、及び、第１流動気体の流量に対する第２流動気体の流量（流量比、ダンパの開度比）等を調整可能である。あるいは、オペレータが、粉粒体１００の物性値（種類、密度等）を入力することで、流動層乾燥装置１の制御部が第１ダンパ３５と第２ダンパ４５の開度の最適値を求め、第１ダンパ３５と第２ダンパ４５の開度を最適値に変更する構成とすることもできる。第３実施形態の構成により、第１流動気体の流量と第２流動気体の流量を粉粒体１００に合わせた値に調整できるので、乾燥時間を一層短縮できる。

以上に説明したように、上記実施形態の流動層乾燥装置１は、容器部１０と、第１給気部３０と、第２給気部４０と、を備える。容器部１０には、粉粒体１００が収容される。第１給気部３０は、容器部１０の下部から上方に向けて第１流動気体を供給することで粉粒体１００を流動させる。第２給気部４０は、容器部１０の側面から斜め下方に向けて第２流動気体を供給する。

これにより、第１流動気体により上方に巻き上げられた粉粒体１００を、第２流動気体により強制的に下方に移動させることができる。これにより、粉粒体１００を効率良く循環させることができるため、粉粒体１００の乾燥時間を短縮できる。

上記実施形態の流動層乾燥装置１において、第２給気部４０は、平面視において容器部１０の中央を避けた位置に向かって第２流動気体を供給することで、当該平面視において旋回する旋回流を発生させる。

これにより、第１流動気体により上方に巻き上げられた粉粒体１００は、旋回流の遠心力により容器部１０の内壁面に向かって飛び易くなる。これにより、粉粒体１００が容器部１０の中央を下から上に流動し、容器部１０の内壁面を上から下に流動するという流れが形成され易くなるので、粉粒体１００が循環し易くなり、乾燥ムラを防止しつつ、乾燥時間を更に短縮できる。

上記実施形態の流動層乾燥装置１には、第２給気部４０が複数形成されている。それぞれの第２給気部４０は、発生する旋回流の向きが揃うように気体を供給する。

これにより、旋回流が発生し易くなるので、粉粒体１００が更に循環し易くなり、乾燥ムラを一層防止しつつ、乾燥時間を一層短縮できる。

上記実施形態の流動層乾燥装置１において、第１給気部３０及び第２給気部４０の少なくとも何れかは、加熱した気体を容器部１０へ供給する。

これにより、容器部１０内を流れる気体の温度が上昇するため、乾燥時間を一層短縮できる。

上記実施形態の流動層乾燥装置１において、容器部１０は、テーパ部１１と、円筒部１２と、を含んで構成されている。テーパ部１１は、上方に近づくにつれて直径が大きくなる逆円錐台状である。円筒部１２は、テーパ部１１の上側に位置しており、直径が一定である円筒状である。第２給気部４０は、円筒部１２の側面に形成された第２供給口１６から容器部１０に第２流動気体を供給する。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態で説明した容器部１０の形状は一例であり、異なる形状であっても良い。例えば、テーパ部１１の下方に更に円筒状の部材が接続される構成であっても良い。

上記実施形態で説明した第１給気部３０は、加熱した第１流動気体を供給する構成であるが、加熱していない第１流動気体を供給する構成であっても良い。従って、流動層乾燥装置１は、第１流動気体と第２流動気体の両方が加熱されていない構成であっても良いし、第１流動気体が加熱されておらず第２流動気体が加熱されている構成であっても良い。

第２実施形態では、加熱部２０を共通化するために第１給気ダクト３１と第２共通ダクト４３を接続した構成の流動層乾燥装置１を開示したが、ダクト２１と第２共通ダクト４３を接続する構成とすることもできる。この構成では、第２流動気体は加熱されないが、流動層乾燥装置１が備えるダクトをシンプルにすることができる。

第３実施形態では、第１給気部３０と第２給気部４０のダクトの一部を共通化しない構成において第１ダンパ３５及び第２ダンパ４５を備える構成を開示したが、第２実施形態のように第１給気部３０と第２給気部４０のダクトの一部が共通の構成において、第１ダンパ３５及び第２ダンパ４５の少なくとも一方を備えていても良い。

上記実施形態では、粉粒体１００を乾燥させるための流動層乾燥装置１に本発明を適用したが、粉粒体の乾燥及び造粒を行う流動層造粒乾燥装置に本発明を適用することもできる。例えば、造粒のための液体を粉粒体に噴射するスプレーノズルを備える構成の流動層造粒乾燥装置に本発明を適用できる。

１ 流動層乾燥装置
１０ 容器部
１１ テーパ部
１２ 円筒部
２０ 加熱部
３０ 第１給気部
３１ 第１給気ダクト
４０ 第２給気部
４１ 第２吸気ダクト
１００ 粉粒体

Claims (4)

1. 粉粒体が収容される容器部と、
   前記容器部の下部から上方に向けて気体を供給することで前記粉粒体を流動させる第１給気部と、
   前記容器部の側面から斜め下方に向けて気体を供給する第２給気部と、
   を備え、
   前記容器部の下部は、上方に近づくにつれて直径が大きくなる逆円錐台状の部分であるテーパ部を含み、当該テーパ部を含む部分において前記粉粒体が流動して循環し、
   前記第２給気部は、前記テーパ部の上端部以上から気体を供給することを特徴とする流動層乾燥装置。
2. 請求項１に記載の流動層乾燥装置であって、
   前記第２給気部は、平面視において前記容器部の中央を避けた位置に向かって気体を供給することで、当該平面視において旋回する旋回流を発生させることを特徴とする流動層乾燥装置。
3. 請求項２に記載の流動層乾燥装置であって、
   前記第２給気部が複数形成されており、
   それぞれの前記第２給気部は、発生する旋回流の向きが揃うように気体を供給することを特徴とする流動層乾燥装置。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の流動層乾燥装置であって、
   前記第１給気部及び前記第２給気部の少なくとも何れかは、加熱した気体を前記容器部へ供給することを特徴とする流動層乾燥装置。

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