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特開2024-157984エアディスパーサ及びこれを備えるスプレードライヤ設備
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024157984
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】エアディスパーサ及びこれを備えるスプレードライヤ設備
(51)【国際特許分類】
F26B 21/00 20060101AFI20241031BHJP
F26B 17/10 20060101ALI20241031BHJP
F26B 17/24 20060101ALI20241031BHJP
F26B 3/12 20060101ALI20241031BHJP
B05B 3/02 20060101ALI20241031BHJP
【ＦＩ】
F26B21/00 C
F26B17/10 A
F26B17/10 B
F26B17/24
F26B3/12
B05B3/02 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023072715
(22)【出願日】2023-04-26
(71)【出願人】
【識別番号】515137200
【氏名又は名称】アイエス ジャパン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001508
【氏名又は名称】弁理士法人 津国
(72)【発明者】
【氏名】阿部 幾郎
【テーマコード（参考）】
3L113
4F033
【Ｆターム（参考）】
3L113AA07
3L113AB03
3L113AC03
3L113AC45
3L113AC46
3L113AC48
3L113AC52
3L113AC54
3L113AC55
3L113AC63
3L113AC67
3L113AC76
3L113BA02
3L113DA02
3L113DA22
4F033PA18
4F033PB22
4F033PD02
(57)【要約】
【課題】乾燥室内に供給される熱風の速度を制御することが可能なエアディスパーサを提供する。
【解決手段】スプレードライヤ設備を構成する乾燥室の上部に設置され、乾燥室内に供給される熱風の旋回流を制御するためのエアディスパーサ１１であって、中央に円形の第１開口１１１ｂが設けられたドーナツ状の外形を有し、前記ドーナツ状の外形の内部に環状の風道１１１ａが形成されるハウジング１１１と、第１開口１１１ｂに挿入される逆円錐台形状の壁部を有し、第１開口１１１ｂと前記壁部との間に環状の熱風吹出口を形成するロアパーツ１１２と、前記熱風吹出口の幅Ｗ１を全周にわたって均一に変化させることが可能であり、前記熱風吹出口を通過する熱風の速度を変化させるための風速調整手段１１４、１１５と、を備える。
【選択図】図５
【解決手段】スプレードライヤ設備を構成する乾燥室の上部に設置され、乾燥室内に供給される熱風の旋回流を制御するためのエアディスパーサ１１であって、中央に円形の第１開口１１１ｂが設けられたドーナツ状の外形を有し、前記ドーナツ状の外形の内部に環状の風道１１１ａが形成されるハウジング１１１と、第１開口１１１ｂに挿入される逆円錐台形状の壁部を有し、第１開口１１１ｂと前記壁部との間に環状の熱風吹出口を形成するロアパーツ１１２と、前記熱風吹出口の幅Ｗ１を全周にわたって均一に変化させることが可能であり、前記熱風吹出口を通過する熱風の速度を変化させるための風速調整手段１１４、１１５と、を備える。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スプレードライヤ設備を構成する乾燥室の上部に設置され、前記乾燥室内に供給される熱風の旋回流を制御するためのエアディスパーサであって、
中央に円形の第１開口が設けられたドーナツ状の外形を有し、前記ドーナツ状の外形の内部に環状の風道が形成されるハウジングと、
前記第１開口に挿入される逆円錐台形状の壁部を有し、前記第１開口と前記壁部との間に環状の熱風吹出口を形成するロアパーツと、
前記熱風吹出口の幅を全周にわたって均一に変化させることが可能であり、前記熱風吹出口を通過する熱風の速度を変化させるための風速調整手段と、
を備えるエアディスパーサ。
中央に円形の第１開口が設けられたドーナツ状の外形を有し、前記ドーナツ状の外形の内部に環状の風道が形成されるハウジングと、
前記第１開口に挿入される逆円錐台形状の壁部を有し、前記第１開口と前記壁部との間に環状の熱風吹出口を形成するロアパーツと、
前記熱風吹出口の幅を全周にわたって均一に変化させることが可能であり、前記熱風吹出口を通過する熱風の速度を変化させるための風速調整手段と、
を備えるエアディスパーサ。
【請求項2】
前記風速調整手段として、前記ハウジングの前記第１開口の直径よりも小さく、且つ前記ロアパーツの前記壁部のうち、前記第１開口に挿入された部分の外径よりも大きい直径を有する円形の第２開口が設けられた少なくとも１つのアタッチメントを備え、
前記ハウジングと前記ロアパーツとの間に前記アタッチメントを介在させることによって、前記熱風吹出口の幅を全周にわたって均一に変化させることが可能な請求項１に記載のエアディスパーサ。
前記ハウジングと前記ロアパーツとの間に前記アタッチメントを介在させることによって、前記熱風吹出口の幅を全周にわたって均一に変化させることが可能な請求項１に記載のエアディスパーサ。
【請求項3】
前記風速調整手段として、前記ハウジングの前記第１開口に挿入された前記ロアパーツを昇降させることが可能な駆動機構と、前記ハウジングと前記ロアパーツとの間を密閉し、前記ハウジングの前記風道から前記熱風吹出口に供給される熱風の漏出を防止するためのシール機構と、を備え、
前記ハウジングの前記第１開口に挿入された前記ロアパーツを昇降させることによって、前記熱風吹出口の幅を全周にわたって均一に変化させることが可能な請求項１に記載のエアディスパーサ。
前記ハウジングの前記第１開口に挿入された前記ロアパーツを昇降させることによって、前記熱風吹出口の幅を全周にわたって均一に変化させることが可能な請求項１に記載のエアディスパーサ。
【請求項4】
前記駆動機構として、前記ハウジングと前記ロアパーツとの間に結合される複数の油圧シリンダを備え、前記ハウジングが、各油圧シリンダによって前記ハウジングの中央に支持される請求項３に記載のエアディスパーサ。
【請求項5】
前記シール機構として、伸縮自在な筒状のベローズを備え、前記ベローズは、前記ハウジングの中央に設けられ、且つ前記ロアパーツの上部外周を覆い、前記ハウジングと前記ロアパーツとの間を密閉する請求項３に記載のエアディスパーサ。
【請求項6】
前記シール機構として、摺動用のパッキンを備え、前記パッキンは、前記ハウジング及び前記ロアパーツの少なくとも一方の側に設けられ、前記ハウジングと前記ロアパーツとの間を密閉する請求項３に記載のエアディスパーサ。
【請求項7】
乾燥室内に噴霧される原液を熱風によって瞬時に乾燥させて粉体を生成するスプレードライヤ設備であって、
請求項１～６のいずれか１項に記載のエアディスパーサと、
前記乾燥室内に供給される熱風の温度分布を均一に近づけるための第１手段と、
前記乾燥室内に噴霧される原液の液滴径を一定に近づけるための第２手段と、
前記乾燥室内の温度分布を一定に保つための第３手段と、
少なくとも前記乾燥室内において、乾燥に必要な粉体の滞留時間を確保するための第４手段と、
前記乾燥室内の圧力を一定に保つための第５手段と、を備え、
６０℃～３０℃の範囲内の一定温度の熱風によって粉体の生成を可能としたスプレードライヤ設備。
請求項１～６のいずれか１項に記載のエアディスパーサと、
前記乾燥室内に供給される熱風の温度分布を均一に近づけるための第１手段と、
前記乾燥室内に噴霧される原液の液滴径を一定に近づけるための第２手段と、
前記乾燥室内の温度分布を一定に保つための第３手段と、
少なくとも前記乾燥室内において、乾燥に必要な粉体の滞留時間を確保するための第４手段と、
前記乾燥室内の圧力を一定に保つための第５手段と、を備え、
６０℃～３０℃の範囲内の一定温度の熱風によって粉体の生成を可能としたスプレードライヤ設備。
【請求項8】
空気を送り込むための送風機と、
前記送風機から送り込まれた空気を加熱して熱風を生成するためのエアヒータと、
熱風を前記乾燥室内に供給するためのエアディスパーサと、
前記第１手段としての少なくとも１つのミキサー、温度センサ及び第１制御部と、を備え、
前記ミキサーは、少なくとも前記エアディスパーサの熱風の入口に設けられ、熱風の流路に配置された複数の撹拌羽を有し、前記撹拌羽によって撹拌された熱風の温度分布を均一に近づけ、
前記温度センサは、前記ミキサーよりも下流に設けられ、前記ミキサーによって温度分布を均一化された熱風の温度を検出し、
前記第１制御部は、前記温度センサの検出結果に基づいて、前記エアヒータの発熱量を制御することにより、前記乾燥室内に供給される熱風の温度を６０℃～３０℃の範囲内の一定温度に保つ、請求項７に記載のスプレードライヤ設備。
前記送風機から送り込まれた空気を加熱して熱風を生成するためのエアヒータと、
熱風を前記乾燥室内に供給するためのエアディスパーサと、
前記第１手段としての少なくとも１つのミキサー、温度センサ及び第１制御部と、を備え、
前記ミキサーは、少なくとも前記エアディスパーサの熱風の入口に設けられ、熱風の流路に配置された複数の撹拌羽を有し、前記撹拌羽によって撹拌された熱風の温度分布を均一に近づけ、
前記温度センサは、前記ミキサーよりも下流に設けられ、前記ミキサーによって温度分布を均一化された熱風の温度を検出し、
前記第１制御部は、前記温度センサの検出結果に基づいて、前記エアヒータの発熱量を制御することにより、前記乾燥室内に供給される熱風の温度を６０℃～３０℃の範囲内の一定温度に保つ、請求項７に記載のスプレードライヤ設備。
【請求項9】
原液を貯蔵する原液タンクと、
前記原液タンクに貯蔵された原液を移送するための原液ポンプと、
前記原液ポンプから供給された原液を前記乾燥室内に噴霧させるためのロータリアトマイザと、
前記第２手段としての脈動低減機構と、を備え、
前記脈動低減機構は、前記原液ポンプに組み込まれ、又は／及び、前記原液ポンプと前記ロータリアトマイザとの間の配管に設けられ、前記原液ポンプによって移送される原液の脈動を低減させることにより、前記ロータリアトマイザに供給される原液の瞬間流量を一定に近づけ、前記ロータリアトマイザから噴霧される原液の液滴径を１０μｍ～１００μｍの範囲内の一定値に近づける、請求項７に記載のスプレードライヤ設備。
前記原液タンクに貯蔵された原液を移送するための原液ポンプと、
前記原液ポンプから供給された原液を前記乾燥室内に噴霧させるためのロータリアトマイザと、
前記第２手段としての脈動低減機構と、を備え、
前記脈動低減機構は、前記原液ポンプに組み込まれ、又は／及び、前記原液ポンプと前記ロータリアトマイザとの間の配管に設けられ、前記原液ポンプによって移送される原液の脈動を低減させることにより、前記ロータリアトマイザに供給される原液の瞬間流量を一定に近づけ、前記ロータリアトマイザから噴霧される原液の液滴径を１０μｍ～１００μｍの範囲内の一定値に近づける、請求項７に記載のスプレードライヤ設備。
【請求項10】
前記第３手段としての保温空気層を備え、
前記保温空気層は、前記乾燥室の外壁を覆う空気層を形成し、前記乾燥室内の温度分布に生じた温度差を前記空気層に放熱又は吸熱させることによって、前記乾燥室内の温度分布を一定に保つ、請求項７に記載のスプレードライヤ設備。
前記保温空気層は、前記乾燥室の外壁を覆う空気層を形成し、前記乾燥室内の温度分布に生じた温度差を前記空気層に放熱又は吸熱させることによって、前記乾燥室内の温度分布を一定に保つ、請求項７に記載のスプレードライヤ設備。
【請求項11】
空気を送り込むための送風機と、
前記第４手段としての第２制御部と、を備え、
前記第２制御部は、前記送風機の送風量を制御することにより、少なくとも前記乾燥室内において、乾燥に必要な粉体の滞留時間を２０秒～６０秒の範囲内の一定時間を確保する請求項７に記載のスプレードライヤ設備。
前記第４手段としての第２制御部と、を備え、
前記第２制御部は、前記送風機の送風量を制御することにより、少なくとも前記乾燥室内において、乾燥に必要な粉体の滞留時間を２０秒～６０秒の範囲内の一定時間を確保する請求項７に記載のスプレードライヤ設備。
【請求項12】
粉体の生成に用いられた熱風を排出するための排風機と、
前記第５手段としての圧力センサ及び第３制御部と、を備え、
前記圧力センサは、前記乾燥室内の圧力を検出し、
前記第３制御部は、前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記排風機の排風量を制御することにより、前記乾燥室内の圧力を一定に保つ、請求項７に記載のスプレードライヤ設備。
前記第５手段としての圧力センサ及び第３制御部と、を備え、
前記圧力センサは、前記乾燥室内の圧力を検出し、
前記第３制御部は、前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記排風機の排風量を制御することにより、前記乾燥室内の圧力を一定に保つ、請求項７に記載のスプレードライヤ設備。
【請求項13】
空気を送り込むための送風機と、
前記送風機から送り込まれた空気を加熱して熱風を生成するためのエアヒータと、
粉体の生成に用いられた熱風を排出するための排風機と、を備え、
前記エアヒータは、電気を熱源として熱を生成する構成であり、
粉体を生成するための熱風の温度が６０℃～３０℃の範囲内の一定温度であり、
前記乾燥室の出口における熱風の温度が４２℃以下である、請求項７に記載のスプレードライヤ設備。
前記送風機から送り込まれた空気を加熱して熱風を生成するためのエアヒータと、
粉体の生成に用いられた熱風を排出するための排風機と、を備え、
前記エアヒータは、電気を熱源として熱を生成する構成であり、
粉体を生成するための熱風の温度が６０℃～３０℃の範囲内の一定温度であり、
前記乾燥室の出口における熱風の温度が４２℃以下である、請求項７に記載のスプレードライヤ設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、乾燥室内に供給される熱風の速度を制御することが可能なエアディスパーサ、及び従来よりも低温の熱風によって粉体を生成することが可能なスプレードライヤ設備に関する。
【背景技術】
【0002】
スプレードライヤは、原液を乾燥室内に噴霧し、連続的に熱風に接触させることで、瞬時に粉体を生成する乾燥設備である。噴霧の方式には、一般に、ノズル方式又はロータリアトマイザ方式が採用される。以下、スプレードライヤの構成について説明する。図１１は、本出願人の既存技術に係るスプレードライヤ設備を示す概略図である。
【0003】
図１１に示すスプレードライヤ設備１００は、乾燥室１０１及びサイクロン１０２を備える。このスプレードライヤ設備１００は、二点捕集方式を採用しており、乾燥室１０１の下部と、サイクロン１０２の下部との二点において、生成された粉体が捕集される。乾燥室１０１では、流動性に優れた粉体が生成される。この粉体は、乾燥室１０１内を落下して、その下部に捕集される。一方、比較的に軽い粉体や微小な粉体は、ブロワーによって乾燥室１０１外へ吸引され、サイクロン１０２において捕集される。
【0004】
次に、乾燥室１０１の構成について、図１２及び図１３を参照しつつ説明する。図１２（ａ）において、乾燥室１０１は、上方が円筒形、下方が逆円錐形の壁部を有する。乾燥室１０１の天井には、エアディスパーサ１１０が設置されている。エアディスパーサ１１０の中央には、ロータリアトマイザ１２０が取り付けられている。一方、乾燥室１０１の壁面には、この壁面の形状に沿って曲折されたパイプ状のエアブルーム１３０が対向配置されている。
【0005】
図１２（ｂ）に示すように、エアディスパーサ１１０は、ハウジング１１１及びロアパーツ１１２を備える。ハウジング１１１は、中心が円形に開口したドーナツ状の外形を有する。ハウジング１１１内部には、環状の風道が形成されている。この風道は、ハウジング１１１中心の前記開口を包囲する。ハウジング１１１内部の風道に供給された熱風は、風道の形状に沿って旋回し、ロアパーツ１１２の外周面に向かって排出される。
【0006】
図１３（ａ）に示すように、ロアパーツ１１２は、主として逆円錐状の壁部からなる。ロアパーツ１１２は、ハウジング１１１中心の前記開口内に懸架されている。ロアパーツ１１２のテーパー状の外周面は、ハウジング１１１からの熱風旋回流に曝される。ロアパーツ１１２の外周面の上部には、複数の上部ガイドベーン１１２ａが、所定の角度で配置されている。ロアパーツ１１２の外周面における上部ガイドベーン１１２ａの下側は、ガイドコーン１１２ｂによって包囲されている。ガイドコーン１１２ｂの内周面には、複数の下部ガイドベーン１１２ｃが、所定の角度で配置されている。図１３（ｂ）に、上部ガイドベーン１１２ａ及び下部ガイドベーン１１２ｃの配置状態を示す。
【0007】
このようなロアパーツ１１２の下端開口には、ロータリアトマイザ１２０が懸架されている。ロータリアトマイザ１２０は、モータによって高速回転する円盤を備える。高速回転する円盤の中心に原液が供給されると、原液は、円盤面で加速され、円盤の周縁から高速飛散される。これにより、原液は、霧状となって乾燥室１０１内に噴霧される。そして、乾燥室１０１内に噴霧された原液は、エアディスパーサ１１０から乾燥室１０１内に供給される熱風旋回流に接触し、瞬間的に乾燥及び造粒される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０１６－２１７６２９号公報
【特許文献2】特開２０１６－２２３６８９号公報
【特許文献3】特開２０１７－００９１７１号公報
【特許文献4】特開２０１７－１５０８０８号公報
【特許文献5】特開２０１８－１４３９２７号公報
【特許文献6】特開２０２２－１８９０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
従来のスプレードライヤ設備は、製造される粉体製品の品質を一定に保つため、比較的高温の熱風によって原液を乾燥させていた。例えば、研究開発用の小型スプレードライヤ設備であれば、乾燥室１０１の入口（エアディスパーサ１１０の内部に形成される環状の熱風吹出口と同義）における熱風の温度は、１４０℃～２００℃程度に設定される。また、粉体製品の量産に用いられる小型、中型及び大型スプレードライヤ設備であれば、乾燥室１０１の入口における熱風の温度は、２２０℃～３００℃程度に設定される。
【0010】
＜粉体製品の品質低下の問題＞
１４０℃以上の熱風の温度は、原液を瞬時に乾燥させるのに十分過ぎる高温である。高温に曝されて過剰に乾燥された粉体は、嵩が減少して硬くなり、品質が低い。
１４０℃以上の熱風の温度は、原液を瞬時に乾燥させるのに十分過ぎる高温である。高温に曝されて過剰に乾燥された粉体は、嵩が減少して硬くなり、品質が低い。
【0011】
＜省エネルギー及びＣＯ２削減の問題＞
空気を加熱して熱風を生成するための熱源として、電気、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、灯油、重油などが用いられる。熱風の温度が高くなるほど、これら熱源の消費量が多くなる。従来は、１４０℃以上の過剰に高温の熱風を生成するために、熱源が無駄に消費されていた。また、２００℃を超える高温の熱風を、電気ヒータによって大量かつ継続的に生成することは難しい。このため、２００℃を超える高温の熱風を生成する場合は、電気以外の化石燃料が熱源に用いられる。しかし、化石燃料を熱源に用いると、大気中に大量の二酸化炭素が放出されることとなり、地球温暖化が進行してしまう。
空気を加熱して熱風を生成するための熱源として、電気、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、灯油、重油などが用いられる。熱風の温度が高くなるほど、これら熱源の消費量が多くなる。従来は、１４０℃以上の過剰に高温の熱風を生成するために、熱源が無駄に消費されていた。また、２００℃を超える高温の熱風を、電気ヒータによって大量かつ継続的に生成することは難しい。このため、２００℃を超える高温の熱風を生成する場合は、電気以外の化石燃料が熱源に用いられる。しかし、化石燃料を熱源に用いると、大気中に大量の二酸化炭素が放出されることとなり、地球温暖化が進行してしまう。
【0012】
＜屋内温度の問題＞
乾燥室１０１の入口に供給される熱風の温度が高いほど、スプレードライヤ設備から排出される熱風の温度も高くなる。スプレードライヤ設備が屋内に設置される場合は、スプレードライヤ設備から排出される熱風によって、屋内が高温に加熱されてしまう。粉体製品の製造に携わる作業者は、常に、高温下で作業しなければならなかった。例えば、粉体製品の量産に用いられる小型、中型及び大型スプレードライヤ設備では、乾燥室１０１の入口における熱風の温度が２２０℃～３００℃程度であり、乾燥室１０１の出口における熱風の温度が１００℃～１２０℃程度である。少なくとも、乾燥室１０１の出口における熱風の温度を１００℃未満に下げることができれば、最終的にスプレードライヤ設備から排出される熱風の温度が許容範囲内になる。
乾燥室１０１の入口に供給される熱風の温度が高いほど、スプレードライヤ設備から排出される熱風の温度も高くなる。スプレードライヤ設備が屋内に設置される場合は、スプレードライヤ設備から排出される熱風によって、屋内が高温に加熱されてしまう。粉体製品の製造に携わる作業者は、常に、高温下で作業しなければならなかった。例えば、粉体製品の量産に用いられる小型、中型及び大型スプレードライヤ設備では、乾燥室１０１の入口における熱風の温度が２２０℃～３００℃程度であり、乾燥室１０１の出口における熱風の温度が１００℃～１２０℃程度である。少なくとも、乾燥室１０１の出口における熱風の温度を１００℃未満に下げることができれば、最終的にスプレードライヤ設備から排出される熱風の温度が許容範囲内になる。
【0013】
＜低温乾燥の問題＞
本出願人は、既存のスプレードライヤ設備をそのまま用いて、乾燥室１０１の入口における熱風の温度を１２０℃に設定して粉体製品の製造を試みた。しかし、１２０℃の熱風では、乾燥室内に噴霧された原液を十分に乾燥させることができず、未乾燥の液滴が乾燥室の内壁面に付着してしまった。乾燥室の内壁面に付着した液滴は、時間の経過とともに乾燥し、硬化粉となって剥がれ落ち、粉体製品の不均一化を招いた。
本出願人は、既存のスプレードライヤ設備をそのまま用いて、乾燥室１０１の入口における熱風の温度を１２０℃に設定して粉体製品の製造を試みた。しかし、１２０℃の熱風では、乾燥室内に噴霧された原液を十分に乾燥させることができず、未乾燥の液滴が乾燥室の内壁面に付着してしまった。乾燥室の内壁面に付着した液滴は、時間の経過とともに乾燥し、硬化粉となって剥がれ落ち、粉体製品の不均一化を招いた。
【0014】
＜熱風の更なる温度低下＞
本出願人は、特開２０２２－１８９０２４号公報（特許文献６）において、１２０℃～７０℃の低温の熱風によって粉体製品を製造することが可能なスプレードライヤ設備を提案する。しかし、省エネルギー及びＣＯ２削減の観点から、粉体製品を製造するための熱風の温度はより低いことが望ましい。特に、２０２２年のロシアのウクライナ侵攻以来、国際的な燃料価格が高騰しており、経済的な観点からも、熱風の更なる温度低下が望まれる。
本出願人は、特開２０２２－１８９０２４号公報（特許文献６）において、１２０℃～７０℃の低温の熱風によって粉体製品を製造することが可能なスプレードライヤ設備を提案する。しかし、省エネルギー及びＣＯ２削減の観点から、粉体製品を製造するための熱風の温度はより低いことが望ましい。特に、２０２２年のロシアのウクライナ侵攻以来、国際的な燃料価格が高騰しており、経済的な観点からも、熱風の更なる温度低下が望まれる。
【0015】
＜本発明の目的＞
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、乾燥室内に供給される熱風の速度を制御することが可能なエアディスパーサ、及び６０℃～３０℃の低温の熱風によって粉体を生成することができ、これにより、粉体製品の品質を向上させることができ、省エネルギー及びＣＯ２削減に寄与し、さらに、作業者の労働環境の改善を図ることができるスプレードライヤ設備の提供を目的とする。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、乾燥室内に供給される熱風の速度を制御することが可能なエアディスパーサ、及び６０℃～３０℃の低温の熱風によって粉体を生成することができ、これにより、粉体製品の品質を向上させることができ、省エネルギー及びＣＯ２削減に寄与し、さらに、作業者の労働環境の改善を図ることができるスプレードライヤ設備の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0016】
（１）上記目的を達成するために、本発明のエアディスパーサは、スプレードライヤ設備を構成する乾燥室の上部に設置され、前記乾燥室内に供給される熱風の旋回流を制御するためのエアディスパーサであって、中央に円形の第１開口が設けられたドーナツ状の外形を有し、前記ドーナツ状の外形の内部に環状の風道が形成されるハウジングと、前記第１開口に挿入される逆円錐台形状の壁部を有し、前記第１開口と前記壁部との間に環状の熱風吹出口を形成するロアパーツと、前記熱風吹出口の幅を全周にわたって均一に変化させることが可能であり、前記熱風吹出口を通過する熱風の速度を変化させるための風速調整手段と、を備える。
【0017】
（２）好ましくは、上記（１）のエアディスパーサにおいて、前記風速調整手段として、前記ハウジングの前記第１開口の直径よりも小さく、且つ前記ロアパーツの前記壁部のうち、前記第１開口に挿入された部分の外径よりも大きい直径を有する円形の第２開口が設けられた少なくとも１つのアタッチメントを備え、前記ハウジングと前記ロアパーツとの間に前記アタッチメントを介在させることによって、前記熱風吹出口の幅を全周にわたって均一に変化させる。
【0018】
（３）好ましくは、上記（１）のエアディスパーサにおいて、前記風速調整手段として、前記ハウジングの前記第１開口に挿入された前記ロアパーツを昇降させることが可能な駆動機構と、前記ハウジングと前記ロアパーツとの間を密閉し、前記ハウジングの前記風道から前記熱風吹出口に供給される熱風の漏出を防止するためのシール機構と、を備え、
前記ハウジングの前記第１開口に挿入された前記ロアパーツを昇降させることによって、前記熱風吹出口の幅を全周にわたって均一に変化させる。
前記ハウジングの前記第１開口に挿入された前記ロアパーツを昇降させることによって、前記熱風吹出口の幅を全周にわたって均一に変化させる。
【0019】
（４）好ましくは、上記（３）のエアディスパーサにおいて、前記駆動機構として、前記ハウジングと前記ロアパーツとの間に結合される複数の油圧シリンダを備え、前記ハウジングが、各油圧シリンダによって前記ハウジングの中央に支持される。
【0020】
（５）好ましくは、上記（３）のエアディスパーサにおいて、前記シール機構として、伸縮自在な筒状のベローズを備え、前記ベローズは、前記ハウジングの中央に設けられ、且つ前記ロアパーツの上部外周を覆い、前記ハウジングと前記ロアパーツとの間を密閉する。
【0021】
（６）好ましくは、上記（３）のエアディスパーサにおいて、前記シール機構として、摺動用のパッキンを備え、前記パッキンは、前記ハウジング及び前記ロアパーツの少なくとも一方の側に設けられ、前記ハウジングと前記ロアパーツとの間を密閉する。
【0022】
（７）上記目的を達成するために、本発明のスプレードライヤ設備は、乾燥室内に噴霧される原液を熱風によって瞬時に乾燥させて粉体を生成するスプレードライヤ設備であって、上記（１）～（６）のいずれかのエアディスパーサと、前記乾燥室内に供給される熱風の温度分布を均一に近づけるための第１手段と、前記乾燥室内に噴霧される原液の液滴径を一定に近づけるための第２手段と、前記乾燥室内の温度分布を一定に保つための第３手段と、少なくとも前記乾燥室内において、乾燥に必要な粉体の滞留時間を確保するための第４手段と、前記乾燥室内の圧力を一定に保つための第５手段と、を備え、６０℃～３０℃の範囲内の一定温度の熱風によって粉体の生成を可能とする。
【0023】
（８）好ましくは、上記（７）のスプレードライヤ設備において、空気を送り込むための送風機と、前記送風機から送り込まれた空気を加熱して熱風を生成するためのエアヒータと、熱風を前記乾燥室内に供給するためのエアディスパーサと、前記第１手段としての少なくとも１つのミキサー、温度センサ及び第１制御部と、を備え、前記ミキサーは、少なくとも前記エアディスパーサの熱風の入口に設けられ、熱風の流路に配置された複数の撹拌羽を有し、前記撹拌羽によって撹拌された熱風の温度分布を均一に近づけ、前記温度センサは、前記ミキサーよりも下流に設けられ、前記ミキサーによって温度分布を均一化された熱風の温度を検出し、前記第１制御部は、前記温度センサの検出結果に基づいて、前記エアヒータの発熱量を制御することにより、前記乾燥室内に供給される熱風の温度を６０℃～３０℃の範囲内の一定温度に保つ。
【0024】
（９）好ましくは、上記（７）のスプレードライヤ設備において、原液を貯蔵する原液タンクと、前記原液タンクに貯蔵された原液を移送するための原液ポンプと、前記原液ポンプから供給された原液を前記乾燥室内に噴霧させるためのロータリアトマイザと、前記第２手段としての脈動低減機構と、を備え、前記脈動低減機構は、前記原液ポンプに組み込まれ、又は／及び、前記原液ポンプと前記ロータリアトマイザとの間の配管に設けられ、前記原液ポンプによって移送される原液の脈動を低減させることにより、前記ロータリアトマイザに供給される原液の瞬間流量を一定に近づけ、前記ロータリアトマイザから噴霧される原液の液滴径を１０μｍ～１００μｍの範囲内の一定値に近づける。
【0025】
（１０）好ましくは、上記（７）のスプレードライヤ設備において、前記第３手段としての保温空気層を備え、前記保温空気層は、前記乾燥室の外壁を覆う空気層を形成し、前記乾燥室内の温度分布に生じた温度差を前記空気層に放熱又は吸熱させることによって、前記乾燥室内の温度分布を一定に保つ。
【0026】
（１１）好ましくは、上記（７）のスプレードライヤ設備において、空気を送り込むための送風機と、前記第４手段としての第２制御部と、を備え、前記第２制御部は、前記送風機の送風量を制御することにより、少なくとも前記乾燥室内において、乾燥に必要な粉体の滞留時間を２０秒～６０秒の範囲内の一定時間を確保する。
【0027】
（１２）好ましくは、上記（７）のスプレードライヤ設備において、粉体の生成に用いられた熱風を排出するための排風機と、前記第５手段としての圧力センサ及び第３制御部と、を備え、前記圧力センサは、前記乾燥室内の圧力を検出し、前記第３制御部は、前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記排風機の排風量を制御することにより、前記乾燥室内の圧力を一定に保つ。
【0028】
（１３）好ましくは、上記（７）のスプレードライヤ設備において、空気を送り込むための送風機と、前記送風機から送り込まれた空気を加熱して熱風を生成するためのエアヒータと、粉体の生成に用いられた熱風を排出するための排風機と、を備え、前記エアヒータは、電気を熱源として熱を生成する構成であり、粉体を生成するための熱風の温度が６０℃～３０℃の範囲内の一定温度であり、前記乾燥室の出口における熱風の温度が４２℃以下である。
【発明の効果】
【0029】
本発明のエアディスパーサによれば、乾燥室内に供給される熱風の速度を制御することが可能となる。すなわち、乾燥室内に噴霧される原液を乾燥させるための熱風の温度に応じて、この熱風の速度を最適に調整することができる。例えば、乾燥室内に供給される熱風の速度を速くすることにより、乾燥室内に噴霧される原液に接触する単位時間当たりの風量を増大させることが可能となる。この結果、従来よりも低温の熱風によって、乾燥室内に噴霧される原液を乾燥させることができるようになる。
【0030】
そして、このようなエアディスパーサを備えた本発明のスプレードライヤ設備によれば、６０℃～３０℃の一定温度の熱風によって粉体を生成することが可能となる。これにより、粉体製品の品質を向上させることができ、省エネルギー及びＣＯ２削減に寄与し、さらに、作業者の労働環境の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【発明を実施するための形態】
【0032】
【0033】
１．スプレードライヤ設備の概要
図１に示すように、本実施形態のスプレードライヤ設備１は、乾燥室１０、サイクロン４０及びバグフィルタ５０を備える。このスプレードライヤ設備１は、二点捕集方式を採用しており、サイクロン４０の下部と、バグフィルタ５０の下部との二点において、生成された粉体製品が捕集される。乾燥室１０内で生成された粉体は、乾燥室１０の下部からサイクロン４０に吸引される。サイクロン４０は、吸引された粉体を遠心力で分離させ、流動性に優れた粉体を捕集する。比較的に軽い粉体や微小な粉体は、サイクロン４０からバグフィルタ５０に吸引され、バグフィルタ５０に捕集される。
図１に示すように、本実施形態のスプレードライヤ設備１は、乾燥室１０、サイクロン４０及びバグフィルタ５０を備える。このスプレードライヤ設備１は、二点捕集方式を採用しており、サイクロン４０の下部と、バグフィルタ５０の下部との二点において、生成された粉体製品が捕集される。乾燥室１０内で生成された粉体は、乾燥室１０の下部からサイクロン４０に吸引される。サイクロン４０は、吸引された粉体を遠心力で分離させ、流動性に優れた粉体を捕集する。比較的に軽い粉体や微小な粉体は、サイクロン４０からバグフィルタ５０に吸引され、バグフィルタ５０に捕集される。
【0034】
乾燥室１０の天井には、エアディスパーサ１１が設置されている。エアディスパーサ１１の中央には、ロータリアトマイザ２０が取り付けられている。例えば、図２及び図３に示すように、本実施形態のエアディスパーサ１１は、図１２（ｂ）に示すものと同様のハウジング１１１及びロアパーツ１１２を備える。ハウジング１１１は、中心が円形に開口したドーナツ状の外形を有する。ハウジング１１１の内部には、環状の風道１１１ａが形成される。この風道１１１ａは、ハウジング１１１の中央に設けられた円形の第１開口１１１ｂを包囲する。一方、ロアパーツ１１２は、逆円錐台形状の壁部を有する。ロアパーツ１１２の壁部は、ハウジング１１１の第１開口１１１ｂに挿入され、この壁部と第１開口１１１ｂとの間に環状の熱風吹出口が形成される。ハウジング１１１の内部の風道１１１ａに供給された熱風は、風道１１１ａの形状に沿って旋回し、環状の熱風吹出口からロアパーツ１１２の逆円錐台形状の壁部に向かって排出される。
【0035】
ロアパーツ１１２の下端開口には、図９に示すロータリアトマイザ２０が懸架されている。ロータリアトマイザ２０は、モータ２２によって高速回転する円盤状の回転ホイール２７を備える。高速回転する回転ホイール２７の入口２７ｂ（図１０（ｃ）を参照）に原液が供給されると、原液は、円盤面で加速され、円盤の周縁に設けられた格子状の出口から高速飛散される。これにより、原液は、霧状となって乾燥室１０内に噴霧される。そして、乾燥室１０内に噴霧された原液は、エアディスパーサ１１の熱風吹出口から乾燥室１０内に供給される熱風旋回流に接触し、瞬間的に乾燥及び造粒される。
【0036】
なお、次に述べる本発明の低温乾燥の技術は、乾燥室１０の直径が９６０～８０００ｍｍ程度、水分蒸発量１～１２００ｋｇ／程度のスプレードライヤ設備１に適用することが可能である。
【0037】
２．低温乾燥を実現するための手段
図２～図７は、本発明の第１～第３実施形態に係るエアディスパーサ１１を示す。第１～第３本実施形態のエアディスパーサ１１は、いずれも乾燥室１０内に供給される熱風の速度を制御することが可能な構成となっている。すなわち、乾燥室１０内に噴霧される原液を乾燥させるための熱風の温度に応じて、この熱風の速度を最適に調整することができる。以下、第１～第３実施形態に係るエアディスパーサ１１について、図２～図７を参照しつつ説明する。
図２～図７は、本発明の第１～第３実施形態に係るエアディスパーサ１１を示す。第１～第３本実施形態のエアディスパーサ１１は、いずれも乾燥室１０内に供給される熱風の速度を制御することが可能な構成となっている。すなわち、乾燥室１０内に噴霧される原液を乾燥させるための熱風の温度に応じて、この熱風の速度を最適に調整することができる。以下、第１～第３実施形態に係るエアディスパーサ１１について、図２～図７を参照しつつ説明する。
【0038】
２－１．第１実施形態に係るエアディスパーサ
図２及び図３は、本発明の第１実施形態に係るエアディスパーサ１１を示す。第１実施形態のエアディスパーサ１１は、乾燥室１０内に供給される熱風の風速調整手段としてのアタッチメント１１３を備える。
図２及び図３は、本発明の第１実施形態に係るエアディスパーサ１１を示す。第１実施形態のエアディスパーサ１１は、乾燥室１０内に供給される熱風の風速調整手段としてのアタッチメント１１３を備える。
【0039】
図２に示すように、アタッチメント１１３は、円環状の金属板であり、円形の第２開口１１３ａが設けられている。第２開口の直径Ｒ２は、ハウジング１１１の第１開口１１１ｂの直径Ｒ１よりも小さく、且つロアパーツ１１２の逆円錐台形状の壁部のうち、第１開口１１１ｂに挿入された部分の外径よりも大きい。
【0040】
図３に示すように、アタッチメント１１３は、ハウジング１１１の第１開口１１１ｂと中心軸を一致させて、第１開口１１１ｂの上縁部に装着される。これにより、ハウジング１１１とロアパーツ１１２との間にアタッチメント１１３が介在し、熱風吹出口の幅が全周にわたって均一に変化する。具体的には、ハウジング１１１の内部に形成される環状の熱風吹出口の外径が、第１開口１１１ｂの直径Ｒ１から第２開口１１３ａの直径Ｒ２に減少される。これにより、熱風吹出口から乾燥室１０内に供給される熱風の速度が速くなり、乾燥室１０内に噴霧される原液に接触する単位時間当たりの風量が増大する。この結果、従来よりも低温の熱風によって、乾燥室１０内に噴霧される原液を乾燥させることが可能となる。
【0041】
好ましくは、第２開口１１３ａの直径Ｒ２が異なる複数のアタッチメント１１３を用意し、熱風の温度に応じて、原液の乾燥に最適な風速となるアタッチメント１１３を選択的に使用するとよい。
【0042】
２－２．第２実施形態に係るエアディスパーサ
図４及び図５は、本発明の第２実施形態に係るエアディスパーサ１１を示す。第２実施形態のエアディスパーサ１１は、乾燥室１０内に供給される熱風の風速調整手段としての複数の油圧シリンダ１１４及びベローズ１１５を備える。
図４及び図５は、本発明の第２実施形態に係るエアディスパーサ１１を示す。第２実施形態のエアディスパーサ１１は、乾燥室１０内に供給される熱風の風速調整手段としての複数の油圧シリンダ１１４及びベローズ１１５を備える。
【0043】
図４に示すように、複数の油圧シリンダ１１４は、ハウジング１１１に対してロアパーツ１１２を昇降させるための駆動機構を構成する。各油圧シリンダ１１４は、シリンダチューブを上に向け、ピストンロッドを下に向けて垂直に設置される。ピストンロッドの先端は、ハウジング１１１の中央の段差部に結合される。一方、シリンダチューブの後端は、ロアパーツ１１２の上縁から外側に突出するフランジ部に結合される。各油圧シリンダ１１４は、ハウジング１１１に対してロアパーツ１１２を昇降可能に支持する。油圧シリンダ１１４の数は、３つ以上であることが好ましい。例えば、３つの油圧シリンダ１１４を１２０°間隔でハウジング１１１の段差部に設置し、第１開口１１１ｂに挿入されたロアパーツ１１２のフランジ部を３点で支持する。
【0044】
ベローズ１１５は、伸縮性及び気密性を備えた筒状の蛇腹で構成される。ベローズ１１５の下端は、ハウジング１１１の中央の段差部に気密接合される。一方、ベローズ１１５の上端は、ロアパーツ１１２のフランジ部に気密接合される。ベローズ１１５は、ハウジング１１１の中央から突出するロアパーツ１１２の上部外周を覆い、ハウジング１１１とロアパーツ１１２との間を密閉する。このようなベローズ１１５は、複数の油圧シリンダ１１４によってロアパーツ１１２を昇降させたときに伸縮し、ハウジング１１１の風道１１１ａから熱風吹出口に供給される熱風の漏出を防止する。
【0045】
本実施形態のエアディスパーサ１１では、ハウジング１１１の第１開口１１１ｂと、これに挿入されるロアパーツ１１２の逆円錐台形状の壁部とによって、環状の熱風吹出口（図５中のＷ１を参照）が形成される。
【0046】
図５（ａ）は、ロアパーツ１１２の下降状態を示す。複数の油圧シリンダ１１４のピストンロッドを収縮させると、ロアパーツ１１２は下降状態になる。ロアパーツ１１２を下降させると、ロアパーツ１１２の逆円錐台形状の壁部が第１開口１１１ｂに接近し、環状の熱風吹出口の幅Ｗ１は狭くなる。これにより、熱風吹出口から乾燥室１０内に供給される熱風の速度が速くなる。
【0047】
ここで、図４に示すガイドコーン１１２ｂは、ロアパーツ１１２の逆円錐台形状の壁に固定されていない。このため、図５（ａ）に示すように、ロアパーツ１１２を下降させると、ロアパーツ１１２の逆円錐台形状の壁部が、ガイドコーン１１２ｂの内面に接近し、両者の間に形成される熱風の流路の幅Ｗ２は狭くなる。これにより、ロータリアトマイザ２０の回転ホイール２７（図４を参照）に向かう熱風の速度が速くなる。
【0048】
図５（ｂ）は、ロアパーツ１１２の上昇状態を示す。複数の油圧シリンダ１１４のピストンロッドを伸長させると、ロアパーツ１１２は上昇状態になる。ロアパーツ１１２を上昇させると、ロアパーツ１１２の逆円錐台形状の壁部が第１開口１１１ｂから離反し、環状の熱風吹出口の幅Ｗ１は広くなる。これにより、熱風吹出口から乾燥室１０内に供給される熱風の速度が遅くなる。
【0049】
さらに、図５（ｂ）に示すように、ロアパーツ１１２を上昇させると、ロアパーツ１１２の逆円錐台形状の壁部が、ガイドコーン１１２ｂの内面から離反し、両者の間に形成される熱風の流路の幅Ｗ２は広くなる。これにより、ロータリアトマイザ２０の回転ホイール２７（図４を参照）に向かう熱風の速度が遅くなる。
【0050】
以上述べたように、第２実施形態に係るエアディスパーサ１１によれば、ハウジング１１１の第１開口１１１ｂに挿入されたロアパーツ１１２を昇降させることによって、熱風吹出口の幅Ｗ１と、回転ホイール２７に向かう熱風の流路の幅Ｗ２とを全周にわたって均一に変化させることが可能となる。これにより、熱風の温度に応じて、原液の乾燥に最適な風速に調整することができる。
【0051】
２－３．第３実施形態に係るエアディスパーサ
図６及び図７は、本発明の第３実施形態に係るエアディスパーサ１１を示す。第３実施形態のエアディスパーサ１１は、乾燥室１０内に供給される熱風の風速調整手段としての複数の油圧シリンダ１１４、環状ガイド１１６及びパッキン１１７を備える。
図６及び図７は、本発明の第３実施形態に係るエアディスパーサ１１を示す。第３実施形態のエアディスパーサ１１は、乾燥室１０内に供給される熱風の風速調整手段としての複数の油圧シリンダ１１４、環状ガイド１１６及びパッキン１１７を備える。
【0052】
なお、ロアパーツ１１２を昇降させるための駆動機構である複数の油圧シリンダ１１４は、上述した第２実施形態と同じ構成であるため、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0053】
図６に示すように、環状ガイド１１６及びパッキン１１７は、第２実施形態のベローズ１１５に代替されるシール機構である。環状ガイド１１６は、ロアパーツ１１２の上部外径よりも若干大きい内径を有する軸受部材である。環状ガイド１１６の内周には、パッキン１１７を収納するための環状の凹溝が設けられている。このような環状ガイド１１６は、ハウジング１１１の第１開口１１１ｂと中心軸を一致させて、ハウジング１１１の中央の段差部に固定される。一方、パッキン１１７は、例えば、断面がＵ字形、Ｖ字形、Ｌ字形、Ｊ字形などの摺動用のリップパッキンである。
【0054】
ハウジング１１１の第１開口１１１ｂにロアパーツ１１２が挿入されると、ロアパーツ１１２の上部外周面が、環状ガイド１１６の内周面に対向する。複数の油圧シリンダ１１４によるロアパーツ１１２の昇降動作は、環状ガイド１１６によってガイドされる。一方、パッキン１１７は、セルフシール作用により、ハウジング１１１とロアパーツ１１２との間を密閉する。すなわち、ハウジング１１１とロアパーツ１１２との間に形成される内部空間の圧力は、風道１１１ａから供給される熱風によって高まる。この圧力を受けてパッキン１１７が全周にわたって変形し、ロアパーツ１１２の上部外周面に密着する。このようなパッキン１１７のセルフシール作用により、ロアパーツ１１２を昇降させた場合でも、風道１１１ａから熱風吹出口に供給される熱風の漏出が防止される。
【0055】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第３実施形態に係るエアディスパーサ１１によれば、ハウジング１１１の第１開口１１１ｂに挿入されたロアパーツ１１２を昇降させることによって、熱風吹出口の幅Ｗ１と、回転ホイール２７に向かう熱風の流路の幅Ｗ２とを全周にわたって均一に変化させることが可能となる。これにより、熱風の温度に応じて、原液の乾燥に最適な風速に調整することができる。
【0056】
２－４．より精密な制御を実現するための第１～第５手段
本実施形態のスプレードライヤ設備１は、６０℃～３０℃の比較的低温の熱風によって、粉体製品の大量生産を可能とするための第１～第５手段を備える。
本実施形態のスプレードライヤ設備１は、６０℃～３０℃の比較的低温の熱風によって、粉体製品の大量生産を可能とするための第１～第５手段を備える。
【0057】
２－４－１．第１手段
第１手段は、乾燥室１０内に供給される熱風の温度分布を均一に近づける。熱風は、図１に示す第１フィルタ１２、送風機１３、エアヒータ１４及び第２フィルタ１５によって生成され、ダクト８１を通じてエアディスパーサ１１に供給される。
第１手段は、乾燥室１０内に供給される熱風の温度分布を均一に近づける。熱風は、図１に示す第１フィルタ１２、送風機１３、エアヒータ１４及び第２フィルタ１５によって生成され、ダクト８１を通じてエアディスパーサ１１に供給される。
【0058】
送風機１３は、第１フィルタ１２を介して、外部の空気をダクト８１内に送り込む。空気中に含まれる塵埃などの不純物は、第１フィルタ１２によって除去され、浄化された空気がダクト８１に送り込まれる。ダクト８１に送り込まれた空気は、エアヒータ１４によって加熱されて所定温度の熱風となる。熱風は、第２フィルタ１５によって浄化される。第２フィルタ１５としては、ＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）を用いることが好ましい。ＨＥＰＡフィルタは、定格風量で粒径が０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上の粒子捕集率を有しており、かつ初期圧力損失が２４５Ｐａ以下の性能を有する。第２フィルタ１５によって浄化された熱風は、ダクト８１を通じてエアディスパーサ１１の入口１１ａに供給される。
【0059】
ここで、本実施形態のスプレードライヤ設備１は、上述した第１手段として、少なくとも１つのミキサー１６、温度センサ１１ｂ及び第１制御部７１を備える。このような第１手段により、乾燥室１０内に供給される熱風の温度分布を均一に近づけることができる。
【0060】
ミキサー１６は、少なくともエアディスパーサ１１の熱風の入口１１ａに設けられる。図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ミキサー１６は、金属板から作られた本体１６ａ及び複数の撹拌羽１６ｄを有する。本体１６ａは、図１に示すダクト８１の出口と、エアディスパーサ１１の入口１１ａとにそれぞれ設けられたフランジの形状に対応する円形となっている。本体１６ａには、ボルトを挿通するための複数の貫通孔１６ｂが等間隔で設けられている。本体１６ａの中央には、ダクト８１の出口と、エアディスパーサ１１の入口１１ａとのそれぞれの内径と同じ直径の開口１６ｃが形成されている。開口１６ｃの円周に沿って、複数の撹拌羽１６ｄが等間隔に設けられている。
【0061】
ダクト８１から供給される熱風は、図８（ｂ）中の矢印で示す送風方向に流れ、ミキサー１６を通過する。このとき、熱風が複数の撹拌羽１６ｄによって撹拌される。これにより、ミキサー１６を通過して、エアディスパーサ１１の入口１１ａに供給される熱風の温度分布が均一に近づく。その後、熱風は、エアディスパーサ１１のハウジング内部の風道の形状に沿って旋回し、ロアパーツ１１２の逆円錐台形状の壁部に向かって排出される。
【0062】
ここで、エアディスパーサ１１の入口１１ａに供給される熱風の温度分布が不均一となる原因は、エアヒータ１４の出口からエアディスパーサ１１の入口１１ａまでの間のダクト８１の温度分布が不均一になるからである。ダクト８１の外周壁は、外部環境の温度の影響を受けるため、ダクト８１の断面方向に温度分布に不均一を生じる。この結果、ダクト８１を流れる熱風の断面方向に温度分布の不均一が生じる。このような熱風の温度分布の不均一は、ミキサー１６の複数の撹拌羽１６ｄによって解消される。ダクト８１の長さ及び内径は、スプレードライヤ設備１の処理能力に応じて設定されるが、例えば、長さ２ｍｍ、内径１００ｍｍである。この場合、ミキサー１６の開口１６ｃの直径も１００ｍｍとなる。無駄な放熱を最小に抑えるために、ダクト８１の長さは、短いほど好ましい。ダクト８１を長くする場合には、その途中に別のミキサー１６を追加することが好ましい。さらに、ダクト８１の断面方向の温度分布を均一にするため、ダクト８１の外周壁を断熱材で被覆してもよい。
【0063】
図１に示すように、温度センサ１１ｂは、エアディスパーサ１１の入口１１ａの直後のハウジング１１１内に設けられており、ミキサー１６によって温度分布を均一化された熱風の温度を検出する。温度センサ１１ｂによって検出された温度情報は、第１制御部７１に送信される。第１制御部７１は、温度センサ１１ｂからの温度情報に基づいて、エアヒータ１４の発熱量を可変制御する。これにより、エアディスパーサ１１の入口１１ａにおける熱風の温度が６０℃～３０℃の範囲内の一定温度に保たれる。
【0064】
ここで、第１制御部７１としては、市販されている温度指示調節計を用いることができる。本実施形態では、ミキサー１６によって温度分布を均一化された熱風の温度を温度センサ１１ｂによって検出しているので、温度センサ１１ｂから送信される温度情報の精度が高い。これにより、第１制御部７１によるエアヒータ１４の発熱量の制御も高精度に行われるようになる。
【0065】
上述した第１手段によれば、乾燥室１０内に噴霧される原液を乾燥させるための熱風の温度分布が均一化される。これにより、熱風の温度が６０℃～３０℃の範囲内の低温であったとしても、乾燥室１０内に噴霧される原液の液滴が、一定温度の熱風に曝されて均一に乾燥される。
【0066】
２－４－２．第２手段
第２手段は、乾燥室１０内に噴霧される原液の液滴径を一定に近づける。原液は、図１に示す原液タンク３１に貯蔵される。原液タンク３１に貯蔵された原液は、原液ポンプ３２によって移送され、配管８２を通じてロータリアトマイザ２０に供給される。ロータリアトマイザ２０は、原液ポンプ３２から供給された原液を乾燥室１０内に噴霧させる。
第２手段は、乾燥室１０内に噴霧される原液の液滴径を一定に近づける。原液は、図１に示す原液タンク３１に貯蔵される。原液タンク３１に貯蔵された原液は、原液ポンプ３２によって移送され、配管８２を通じてロータリアトマイザ２０に供給される。ロータリアトマイザ２０は、原液ポンプ３２から供給された原液を乾燥室１０内に噴霧させる。
【0067】
図９に示すように、ロータリアトマイザ２０は、ベースプレート２１の上方に取り付けられたモータ２２を備える。モータ２２の回転軸は、スピンドル２３に連結される。スピンドル２３は、ベースプレート２１の中央を垂直に貫通する。スピンドル２３の下端側は、下部フランジ２５の軸受に回転可能に保持される。一方、ベースプレート２１の図中右側には、原液パイプ２４が斜めに貫通する。原液パイプ２４の上端は、原液の入口２４ａとなっている。原液パイプ２４の下端は、原液の出口２４ｂとなっている。原液パイプ２４の出口２４ｂは、下部フランジ２５に設けられた貫通孔２５ａに連通する。下部フランジ２５の下面には、上ディストリビュータ２６Ａが取り付けられる。
【0068】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、上ディストリビュータ２６Ａは、下ディストリビュータ２６Ｂの中に収納される。下ディストリビュータ２６Ｂの下方には、回転ホイール２７が配置される。上ディストリビュータ２６Ａには、第１流路２６１、第２流路２６２及び第３流路２６３が形成される。一方、下ディストリビュータ２６Ｂには、第４流路２６４が形成される。第１流路２６１及び第２流路２６２は、第３流路２６３の上端縁を包囲する円環状の凹部である。第３流路２６３と第４流路２６４とは、互いに同一の内径を有する。図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、上ディストリビュータ２６Ａを下ディストリビュータ２６Ｂの中に収納した状態において、第１流路２６１、第２流路２６２、第３流路２６３及び第４流路２６４は、回転ホイール２７の原液入口２７ｂに連続する１つの流路を形成する。
【0069】
図９に示すように、スピンドル２３の下端側は、上ディストリビュータ２６Ａ及び下ディストリビュータ２６Ｂの中央を貫通し、回転ホイール２７の取付孔２７ａに結合される。上ディストリビュータ２６Ａの第１流路２６１には、下部フランジ２５の貫通孔２５ａを通じて、原液パイプ２４の出口２４ｂから原液が供給される。第１流路２６１に供給された原液は、図１０（ｄ）に示すように第１流路２６１、第２流路２６２、第３流路２６３及び第４流路２６４を流れ、回転ホイール２７の原液入口２７ｂに均一に供給される。回転ホイール２７は、モータ２２によって高速回転され、遠心力により原液の液滴を水平方向に噴霧させる。例えば、回転ホイール２７の直径は５０ｍｍであり、回転数３００００ｒｐｍで高速回転させる。
【0070】
なお、ロータリアトマイザ２０におけるベースプレート２１の下側から下ディストリビュータ２６Ｂまでの構成要素は、逆円錐台形のジャケットスカート２８に覆われる。ジャケットスカート２８の内部空間には、保温材が充填される。
【0071】
ここで、本実施形態のスプレードライヤ設備１は、上述した第２手段として、図１に示す脈動低減機構３２ａ、３３のうちの少なくとも一方を備える。脈動低減機構３２ａは、原液ポンプ３２に組み込まれる。一方、脈動低減機構３３は、原液ポンプ３２の出口と、ロータリアトマイザ２０の原液パイプ２４の入口２４との間の配管８２に設けられる。脈動低減機構３２ａ、３３は、原液ポンプ３２によって移送される原液の脈動を低減させることにより、ロータリアトマイザ２０に供給される原液の瞬間流量を一定に近づけ、ロータリアトマイザ２０から噴霧される原液の液滴径を１０μｍ～１００μｍの範囲内の一定値に近づける。
【0072】
原液ポンプ３２に組み込まれる脈動低減機構３２ａとして、例えば、原液ポンプ３２を、２つ以上のローラを備えたチューブポンプとし、第１ローラがチューブから離れたときに生じる脈動を、第２ローラの加速動作によって打ち消す構成にする。また例えば、原液ポンプ３２を、２つ以上のダイヤフラムを備えた多連型往復動ポンプとし、各ダイヤフラムの往復動の開始タイミングをずらす構成とする。２つのダイヤフラムを備える場合は、往復動の開始タイミングを１８０度ずらす。３つのダイヤフラムを備える場合は、往復動の開始タイミングを１２０度ずらす。ダイヤフラムの数が多い方が、原液の脈動がより低減される。
【0073】
一方、配管８２に設けられる脈動低減機構３３として、例えば、配管８２にエアチャンバ又はアキュムレータを設けてもよい。エアチャンバは、空気室の空気圧を利用して原液ポンプ３２の脈動を押さえる。アキュムレータは、球状の容器内にゴム膜で隔離された窒素ガスが封入された構成となっている。封入された窒素ガスが、ゴム膜を介して膨張と収縮とを繰り返すことにより、原液の脈動を吸収する。
【0074】
上述した第２手段によれば、原液ポンプ３２によって移送される原液の脈動を低減され、ロータリアトマイザ２０の原液パイプ２４の入口２４ａに供給される原液の瞬間流量を一定に近づけることができる。これにより、単位時間あたりに一定量の原液が、上ディストリビュータ２６Ａの第１流路２６１に供給され、図１０（ｄ）に示す流れによって、回転ホイール２７の原液入口２７ｂに均一に供給される。この結果、ロータリアトマイザ２０から噴霧される原液の液滴径が１０μｍ～１００μｍの範囲内の一定値に近づく。１０μｍ～１００μｍは、６０℃～３０℃の範囲内の低温の熱風により乾燥させることが可能な原液の液滴径の数値範囲である。
【0075】
２－４－３．第３手段
第３手段は、乾燥室１０内の温度分布を一定に保つ。実施形態のスプレードライヤ設備１は、第３手段として、図１に示す保温空気層１０ａを備える。保温空気層１０ａは、乾燥室１０の外壁を覆う空気層を形成する。保温空気層１０ａは、乾燥室１０内の温度分布に生じた温度差を空気層に放熱又は吸熱させることによって、乾燥室１０内の温度分布を一定に保つ。
第３手段は、乾燥室１０内の温度分布を一定に保つ。実施形態のスプレードライヤ設備１は、第３手段として、図１に示す保温空気層１０ａを備える。保温空気層１０ａは、乾燥室１０の外壁を覆う空気層を形成する。保温空気層１０ａは、乾燥室１０内の温度分布に生じた温度差を空気層に放熱又は吸熱させることによって、乾燥室１０内の温度分布を一定に保つ。
【0076】
２－４－４．第４手段
第４手段は、粉体製品の品質に影響する乾燥のための設備において、乾燥に必要な粉体の滞留時間を確保する。実施形態のスプレードライヤ設備１は、第４手段として、図１に示す第２制御部７２を備える。第２制御部７２は、送風機１３の送風量を予め設定された値に制御することにより、乾燥室１０及びサイクロン４０内に、粉体を２０秒～６０秒の範囲内の一定時間だけ滞留させる。２０秒～６０秒は、６０℃～３０℃の範囲内の低温の熱風によって、液滴径１０μｍ～１００μｍの原液を十分に乾燥させるために必要な滞留時間の数値範囲である。
第４手段は、粉体製品の品質に影響する乾燥のための設備において、乾燥に必要な粉体の滞留時間を確保する。実施形態のスプレードライヤ設備１は、第４手段として、図１に示す第２制御部７２を備える。第２制御部７２は、送風機１３の送風量を予め設定された値に制御することにより、乾燥室１０及びサイクロン４０内に、粉体を２０秒～６０秒の範囲内の一定時間だけ滞留させる。２０秒～６０秒は、６０℃～３０℃の範囲内の低温の熱風によって、液滴径１０μｍ～１００μｍの原液を十分に乾燥させるために必要な滞留時間の数値範囲である。
【0077】
なお、スプレードライヤ設備１が、乾燥室１０とバグフィルタ５０とで構成されている場合、第２制御部７２は、乾燥室１０内における粉体の滞留時間が２０秒～６０秒となるように、送風機１３の送風量を制御してもよい。また、スプレードライヤ設備１が、乾燥室１０及びサイクロン４０に加えて、第３の乾燥設備を備えている場合、第２制御部７２は、乾燥室１０、サイクロン４０及び第３の乾燥設備における粉体の滞留時間が２０秒～６０秒となるように、送風機１３の送風量を制御してもよい。
【0078】
２－４－５．第５手段
第５手段は、乾燥室１０内の圧力を一定に保つ。実施形態のスプレードライヤ設備１は、第５手段として、図１に示す圧力センサ１０ｂ及び第３制御部７３を備える。
第５手段は、乾燥室１０内の圧力を一定に保つ。実施形態のスプレードライヤ設備１は、第５手段として、図１に示す圧力センサ１０ｂ及び第３制御部７３を備える。
【0079】
図１に示すように、バグフィルタ５０の排気口は、ダクト８１を介して、排風機６０の入口に接続されている。排風機６０は、粉体の生成に用いられた熱風を、スプレードライヤ設備１の外部に排出する。排風機６０の排風量は、乾燥室１０内の圧力に影響を与える。圧力センサ１０ｂは、乾燥室１０内の圧力を検出し、圧力情報を第３制御部７２に送信する。第３制御部７２は、圧力センサ１０ｂの検出結果に基づいて、排風機６０の排風量を可変制御する。これにより、乾燥室１０内が一定圧力に保たれる。
【0080】
３．作用効果
本実施形態のスプレードライヤ設備１は、上述したエアディスパーサ１１及び第１～第５手段によって、粉体製品の製造過程における下記ａ）～ｆ）の状態を維持することができ、６０℃～３０℃の低温の熱風による粉体製品の製造が可能となる。
ａ）乾燥室１０内に供給される熱風の温度分布を均一に近づける。
ｂ）乾燥室１０内に供給される熱風の温度に応じて風速を最適化する。
ｃ）乾燥室１０内に噴霧される原液の液滴径を一定に近づける。
ｄ）乾燥室１０内の温度分布を一定に保つ。
ｅ）乾燥室１０及びサイクロン４０内における粉体の滞留時間を確保する。
ｆ）乾燥室１０内の圧力を一定に保つ。
本実施形態のスプレードライヤ設備１は、上述したエアディスパーサ１１及び第１～第５手段によって、粉体製品の製造過程における下記ａ）～ｆ）の状態を維持することができ、６０℃～３０℃の低温の熱風による粉体製品の製造が可能となる。
ａ）乾燥室１０内に供給される熱風の温度分布を均一に近づける。
ｂ）乾燥室１０内に供給される熱風の温度に応じて風速を最適化する。
ｃ）乾燥室１０内に噴霧される原液の液滴径を一定に近づける。
ｄ）乾燥室１０内の温度分布を一定に保つ。
ｅ）乾燥室１０及びサイクロン４０内における粉体の滞留時間を確保する。
ｆ）乾燥室１０内の圧力を一定に保つ。
【0081】
６０℃～３０℃の低温の熱風によって製造された粉体製品は、高温によって過剰に乾燥されておらず、嵩が増加して軟らかくなり、品質が向上する。
【0082】
空気を６０℃～３０℃に加熱するための熱源は、電気で十分であり、加熱に必要な消費電力を節約することができる。また、熱源に化石燃料を使用する必要がないので、大気中に二酸化炭素を排出しない。したがって、本実施形態のスプレードライヤ設備１は、省エネルギー及びＣＯ２削減に寄与する。
【0083】
６０℃～３０℃の低温の熱風によって、液滴径１０μｍ～１００μｍの原液を乾燥させた場合、乾燥室１０の出口における熱風の温度は、４２℃～２９℃の範囲内になる。その後、サイクロン４０及びバグフィルタ５０を経て、排風機６０から排気される熱風の温度は、さらに低くなる。これにより、スプレードライヤ設備１から排出される熱風によって、屋内が高温に加熱されてしまうことがなく、作業者の労働環境の改善を図ることができる。
【0084】
４．その他
本発明のスプレードライヤ設備は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図１に示すスプレードライヤ設備１は、二点捕集方式の大気開放型である。しかし、本発明の低温乾燥の技術は、二点捕集方式以外の大気開放型又は循環型のスプレードライヤ設備にも適用することができる。
本発明のスプレードライヤ設備は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図１に示すスプレードライヤ設備１は、二点捕集方式の大気開放型である。しかし、本発明の低温乾燥の技術は、二点捕集方式以外の大気開放型又は循環型のスプレードライヤ設備にも適用することができる。
【0085】
本発明のスプレードライヤ設備は、６０℃～３０℃の極めて低温の熱風によって対象物を乾燥させることが可能である。このため、気温が４０℃～３０℃の環境において、本発明のスプレードライヤ設備を使用する場合は、外気を加熱しないで、そのまま対象物の乾燥に用いることができ、自然熱を有効活用することができる。例えば、４０℃～３０℃の外気は、厳密な品質が要求されない汚泥乾燥にそのまま用いることが可能である。
【0086】
さらに、４０℃～３０℃の外気を用いて対象物を乾燥させた場合、本発明のスプレードライヤ設備の排気温度は、３９℃～２９℃の範囲内となり、このような低温の排気を、別の対象物の冷却に有効利用することができる。
【符号の説明】
【0087】
１ スプレードライヤ設備
１０ 乾燥室
１０ａ 空気層
１０ｂ 圧力センサ
１１ エアディスパーサ
１１ａ 入口
１１ｂ 温度センサ
１１１ ハウジング
１１１ａ 風道
１１１ｂ 第１開口
１１２ ロアパーツ
１１２ａ 上部ガイドベーン
１１２ｂ ガイドコーン
１１２ｃ 下部ガイドベーン
１１３ アタッチメント（風速調整手段）
１１３ａ 第２開口
１１４ 油圧シリンダ（駆動機構）
１１５ ベローズ（シール機構）
１１６ 環状ガイド
１１７ パッキン（シール機構）
１２ 第１フィルタ
１３ 送風機
１４ エアヒータ
１５ 第２フィルタ
１６ ミキサー
１６ａ 本体
１６ｂ 貫通孔
１６ｃ 開口
１６ｄ 撹拌羽
２０ ロータリアトマイザ
２１ ベースプレート
２２ モータ
２３ スピンドル
２４ 原液パイプ
２４ａ 入口
２４ｂ 出口
２５ 下部フランジ
２５ａ 貫通孔
２６Ａ 上ディストリビュータ
２６Ｂ 下ディストリビュータ
２６１ 第１流路
２６２ 第２流路
２６３ 第３流路
２６４ 第４流路
２６５ 収納部
２７ 回転ホイール
２７ａ 取付孔
２７ｂ 原液入口
２８ ジャケットスカート
３１ 原液タンク
３２ 原液ポンプ
３２ａ 脈動低減機構
３３ 脈動低減機構
４０ サイクロン
５０ バグフィルタ
６０ 排風機
７１ 第１制御部
７２ 第２制御部
７３ 第３制御部
８１ ダクト
８２ 配管
１０ 乾燥室
１０ａ 空気層
１０ｂ 圧力センサ
１１ エアディスパーサ
１１ａ 入口
１１ｂ 温度センサ
１１１ ハウジング
１１１ａ 風道
１１１ｂ 第１開口
１１２ ロアパーツ
１１２ａ 上部ガイドベーン
１１２ｂ ガイドコーン
１１２ｃ 下部ガイドベーン
１１３ アタッチメント（風速調整手段）
１１３ａ 第２開口
１１４ 油圧シリンダ（駆動機構）
１１５ ベローズ（シール機構）
１１６ 環状ガイド
１１７ パッキン（シール機構）
１２ 第１フィルタ
１３ 送風機
１４ エアヒータ
１５ 第２フィルタ
１６ ミキサー
１６ａ 本体
１６ｂ 貫通孔
１６ｃ 開口
１６ｄ 撹拌羽
２０ ロータリアトマイザ
２１ ベースプレート
２２ モータ
２３ スピンドル
２４ 原液パイプ
２４ａ 入口
２４ｂ 出口
２５ 下部フランジ
２５ａ 貫通孔
２６Ａ 上ディストリビュータ
２６Ｂ 下ディストリビュータ
２６１ 第１流路
２６２ 第２流路
２６３ 第３流路
２６４ 第４流路
２６５ 収納部
２７ 回転ホイール
２７ａ 取付孔
２７ｂ 原液入口
２８ ジャケットスカート
３１ 原液タンク
３２ 原液ポンプ
３２ａ 脈動低減機構
３３ 脈動低減機構
４０ サイクロン
５０ バグフィルタ
６０ 排風機
７１ 第１制御部
７２ 第２制御部
７３ 第３制御部
８１ ダクト
８２ 配管
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
