JP3693582B2

JP3693582B2 - 乾燥貯蔵装置及び貯蔵物の乾燥方法

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Publication number: JP3693582B2
Application number: JP2001059332A
Authority: JP
Inventors: 健作前田; 英男稲葉; 俊朗西脇
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2021-03-02
Also published as: JP2002257377A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾燥貯蔵装置及び貯蔵物の乾燥方法、特に穀物などの貯蔵物を乾燥させる冷却除湿形乾燥貯蔵装置及び乾燥方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、穀物など、例えば大豆やタマネギ、ニンニクなどを貯蔵ビンに入れ、この貯蔵ビン内の貯蔵物を冷却除湿により乾燥させて貯蔵する乾燥貯蔵装置（ドライエアジェネレータ：ＤＡＧ）が知られている。このような従来の乾燥貯蔵装置の構成を図１０に示す。図１０に示すように、乾燥貯蔵装置は、穀物などの貯蔵物４００を貯蔵する貯蔵ビン４０１と、この貯蔵ビン４０１内に乾燥空気を送る乾燥機４０２とから構成されている。この乾燥機４０２は、冷媒を圧縮する昇圧機４１１と、圧縮された冷媒を凝縮し外気ＯＡを加熱する凝縮器４１２と、凝縮した冷媒を絞り４１３で減圧し、これを蒸発させて外気ＯＡを露点温度以下に冷却する蒸発器４１４と、外気ＯＡを蒸発器４１４に送り込む送風機４１５とを備えている。蒸発器４１４は外気ＯＡを露点以下に冷却して、外気ＯＡ中の水分を除去する。露点以下に冷却された外気ＯＡは凝縮器４１２で加熱され、貯蔵ビン４０１に供給される。これら昇圧機４１１、凝縮器４１２、絞り４１３及び蒸発器４１４によって、蒸発器４１４を流れる外気ＯＡから凝縮器４１２を流れる外気ＯＡに熱を汲み上げるヒートポンプＨＰが構成されている。
【０００３】
図１１は、従来の乾燥貯蔵装置における空調サイクルを示す湿り空気線図である。図１１において、符号Ｋ〜Ｍ、ＯＡ、ＥＸは、図１０においてそれぞれの符号を付した経路状態に対応している。図１１に示すように、従来の乾燥貯蔵装置において、外気ＯＡは送風機４１５により蒸発器４１４に送られる（状態Ｋ）。蒸発器４１４において、外気ＯＡは露点温度以下に冷却され、乾球温度が低下すると共に絶対湿度が低下して状態Ｌに至る。この状態Ｌは湿り空気線図において飽和線上にある。状態Ｌの空気は凝縮器４１２で加熱され、絶対湿度一定のまま乾球温度が上昇して状態Ｍに至り、貯蔵ビン４０１に供給される。貯蔵ビン４０１の内部に供給された乾燥空気は、貯蔵物４００の水分を吸着することで絶対湿度を上げると共に吸着熱により乾球温度を下げて、貯蔵ビン４０１の上部から排気される（ＥＸ）。
【０００４】
このような乾燥貯蔵装置を用いれば、ゆっくりと無理せずに貯蔵ビン内の貯蔵物を乾燥することができ、貯蔵乾燥における結露や厚い穀層における急激な乾燥能力の低下などの心配がない。また、でんぷん質を変質させない温度で穀物を乾燥させることができるため、穀物の品質を損なわずに貯蔵することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の乾燥貯蔵装置においては、露点までの冷却量が多いためヒートポンプの蒸発器における冷凍効果のうち半分程度が顕熱負荷を奪うのに消費され、圧縮機の入力当たりの除湿能力（除湿性能）が低かった。
【０００６】
また、蒸発器４１４を出た空気を再熱する熱量は凝縮器４１２で放出される熱量であり、熱量が十分でないため、貯蔵ビン４０１に供給される空気の温度は余り高くなく、その相対湿度が低いため乾燥能力が低かった。更に、貯蔵ビン４０１内の穀物などの貯蔵物４００を乾燥させる工程は等エンタルピ変化であるが、供給される空気の温度が低い場合にはすぐに相対湿度が上昇してしまい、空気の単位流量当たりの乾燥能力が低く、このため貯蔵ビン４０１に供給する空気の送風量を多くする必要があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、動作係数（ＣＯＰ）が高く、圧縮機の入力当たりの除湿能力（除湿性能）の高い乾燥貯蔵装置及び貯蔵物の乾燥方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、貯蔵物が貯蔵される貯蔵ビンと、上記貯蔵ビン内に設置され、内部に流体が流通する伝熱管と、冷媒を昇圧する昇圧機と、上記冷媒を凝縮させて上記伝熱管の内部の流体を加熱する凝縮器と、上記冷媒を蒸発させて外部空気を露点以下の温度まで冷却する蒸発器と、上記凝縮器と上記蒸発器とを接続する冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の凝縮圧力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を蒸発させて外部空気を冷却する第１の熱交換手段と、上記凝縮器と上記蒸発器とを接続する冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の凝縮圧力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮させて外部空気を加熱する第２の熱交換手段と、上記第１の熱交換手段と上記蒸発器と上記第２の熱交換手段と上記貯蔵ビンとをこの順番で接続する空気経路とを備えたことを特徴とする乾燥貯蔵装置である。
【０００９】
また、本発明の他の態様は、貯蔵物が貯蔵された貯蔵ビンと、冷媒を昇圧する昇圧機と、上記冷媒を凝縮させて外部空気を加熱する凝縮器と、上記冷媒を蒸発させて外部空気を露点以下の温度まで冷却する蒸発器と、上記凝縮器と上記蒸発器とを接続する冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の凝縮圧力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を蒸発させて外部空気を冷却する第１の熱交換手段と、上記凝縮器と上記蒸発器とを接続する冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の凝縮圧力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮させて外部空気を加熱する第２の熱交換手段と、上記第１の熱交換手段と上記蒸発器と上記第２の熱交換手段と上記凝縮器と上記貯蔵ビンとをこの順番で接続する空気経路とを備えたことを特徴とする乾燥貯蔵装置である。
【００１０】
更に、本発明の他の態様は、貯蔵物を貯蔵ビンの内部に貯蔵すると共に、該貯蔵ビンに設置された伝熱管の内部に流体を流通させ、冷媒を昇圧し、凝縮器において、上記冷媒を凝縮させて上記伝熱管の内部の流体を加熱し、蒸発器において、上記冷媒を蒸発させて外部空気を露点以下の温度まで冷却し、第１の熱交換手段において、上記凝縮器の凝縮圧力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を蒸発させて外部空気を冷却し、第２の熱交換手段において、上記凝縮器の凝縮圧力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮させて外部空気を加熱し、上記第１の熱交換手段と上記蒸発器と上記第２の熱交換手段と上記貯蔵ビンとの間をこの順番で空気経路によって接続し、上記第２の熱交換手段において加熱された外部空気を上記貯蔵ビンに供給すると共に、上記凝縮器において加熱された上記伝熱管の内部の流体を上記貯蔵ビンに供給し、上記貯蔵物を乾燥することを特徴とする貯蔵物の乾燥方法である。
【００１１】
また、本発明の他の態様は、貯蔵物を貯蔵ビンの内部に貯蔵し、冷媒を昇圧し、凝縮器において、上記冷媒を凝縮させて外部空気を加熱し、蒸発器において、上記冷媒を蒸発させて外部空気を露点以下の温度まで冷却し、第１の熱交換手段において、上記凝縮器の凝縮圧力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を蒸発させて外部空気を冷却し、第２の熱交換手段において、上記凝縮器の凝縮圧力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮させて外部空気を加熱し、上記第１の熱交換手段と上記蒸発器と上記第２の熱交換手段と上記凝縮器との間をこの順番で空気経路により接続し、上記凝縮器において加熱された外部空気を上記貯蔵ビンに供給し、上記貯蔵物を乾燥することを特徴とする貯蔵物の乾燥方法である。
【００１２】
本発明によれば、空気を冷却する熱量のうち、露点までの冷却工程においては除湿後の空気と熱交換でまかなうため、蒸発器で冷却する熱量の大部分を除湿工程に使用することができるため、圧縮機の入力当たりの除湿能力が高くなる。
【００１３】
また、ヒートポンプの高熱源を乾燥工程途中の加熱源としても使用するため、乾燥工程が等エンタルピ過程とはならず等温過程に近くなる。従って、乾燥工程中の空気の相対湿度の上昇が少ないため乾燥作用が持続するので、送風量を節約することができる。また、同じ熱量の加熱量に対して、空気の最高温度を低くできるので、ヒートポンプの凝縮温度を下げることができる。従って、ヒートポンプの圧縮比が下がり、動作係数（ＣＯＰ）が向上するので動力費を節約できる。
【００１４】
更に、熱交換手段を予冷・予熱熱交換器として使用した場合に、熱交換手段の作動媒体とヒートポンプの作動媒体が同じになり、冷媒チャージの工程が共通化できるので熱交換器の製造コスト、メンテナンスが安い。また、予冷・予熱熱交換器が一体として製造可能であり、しかもヒートパイプが有する内部のウィックを必要とせず、内部にウィックのない通常の空気・冷媒熱交換器コイルの生産設備で製造できるため、製造コストが安い。
【００１５】
また、ヒートポンプのマルチエコノマイザ効果により、蒸発器入口の冷媒エンタルピが小さくなり、単位流量あたりの冷媒の冷凍効果が高いため、除湿効果、及びエネルギ効率が高くなる。
【００１６】
また、本発明の好ましい一態様においては、上記第１の熱交換手段と上記第２の熱交換手段とは、上記各熱交換手段を流れる空気同士が互いに対向して流れるように構成され、上記冷媒経路は上記第１の熱交換手段と上記第２の熱交換手段内で、上記空気の流れにほぼ直交する第１の面内に少なくとも一対の第１の貫通部と第２の貫通部とを有し、上記第１の面とは異なる上記空気の流れにほぼ直交する第２の面内に少なくとも一対の第１の貫通部と第２の貫通部とを有し、上記第１の面内から上記第２の面内に移動する位置に中間絞りを備えたことを特徴とする。
【００１７】
このように構成すると、空気同士の熱交換という観点から見ると、対向流熱交換であるので、高い熱交換効率を達成できる。第１の面内に少なくとも一対の第１の貫通部と第２の貫通部とを有し、一対の冷媒経路となし、第１の面とは異なる再生空気の流れにほぼ直交する第２の面内に少なくとも一対の第１の貫通部と第２の貫通部とを有し、一対の冷媒経路となすので、熱交換器を全体として小型コンパクトに形成することができる。また、第１の面内から第２の面内に移動する箇所に中間絞りを有するので、第２の面内の第１、第２の貫通部の蒸発あるいは凝縮の圧力を、第１の面内の第１、第２の貫通部の蒸発あるいは凝縮の圧力より低い値とすることができるので、各貫通部を流れる空気同士の熱交換を対向流熱交換に近いものとすることができ、熱交換効率を高くすることができる。なお、第１の面と、第２の面の形状は、典型的には矩形の平面である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る乾燥貯蔵装置の第１の実施形態について図１乃至図５を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態における乾燥貯蔵装置内のフローを模式的に示す図、図２は図１の乾燥貯蔵装置の乾燥機の一構成例を示す図である。本実施形態における乾燥貯蔵装置は、外気をその露点温度以下に冷却して除湿すると共に凝縮器により循環水を加熱するものであり、内部にヒートポンプＨＰ１を含んでいる。乾燥貯蔵装置によって湿度が下げられた外気と、加熱された循環水とをそれぞれ貯蔵ビンに供給して、貯蔵物を乾燥貯蔵する。
【００１９】
乾燥貯蔵装置は、図１に示すように、貯蔵物１００を貯蔵するための貯蔵ビン１０１と、貯蔵ビン１０１に乾燥空気及び温水を供給する乾燥機１０２とを備えている。この乾燥機１０２は、図１及び図２に示すように、外部から空気ＯＡを導入するための送風機１と、冷媒を加熱して蒸発させる冷媒蒸発器２と、蒸発器２で蒸発してガスになった冷媒を圧縮する昇圧機３と、冷媒を冷却して凝縮する冷媒凝縮器４と、エコノマイザとして作用する熱交換器５とを備えている。熱交換器５は、蒸発器２に流入する前後の空気同士の間で、冷媒を介して間接的に熱交換を行うものであり、冷媒を蒸発させて空気を冷却する第１の熱交換部５１と、冷媒を凝縮させて空気を加熱する第２の熱交換部５２とを備えている。これらの機器はキャビネット１０の内部に収容されており、このキャビネット１０は、例えば、薄い鋼板で作られた直方体の筐として形成される。
【００２０】
キャビネット１０の前面最上部には吸気口１１が開口しており、この吸気口１１を介して外部からの空気ＯＡが乾燥機１０２内に導入される。吸気口１１の近傍には、外部から埃が装置内に進入しないようにフィルタ１２が設けられている。キャビネット１０内には、水平又は鉛直方向に延びる仕切板によって空気が流通する空気経路が形成されており、吸気口１１から導入された空気ＯＡは最上段の空気経路１３ａを通って中段の空気経路１３ｂに流れ、中段の空気経路１３ｂから更に最下段の空気経路１３ｃに流れる。最下段の空気経路１３ｃに流れ込んだ空気はキャビネット１０の後面最下部に形成された供給口１６から貯蔵ビン１０１に供給される。
【００２１】
上述した中段の空気経路１３ｂには、空気の流れ方向に沿って、熱交換器５の第１の熱交換部５１、送風機１、蒸発器２が順番に配置されている。ここで、蒸発器２は、外部から導入された空気をその露点温度以下に冷却し空気中の水分を結露水にして回収するものであり、その下方にはドレンパン１４が設置されている。ドレンパン１４の下方に位置する最下段の空気経路１３ｃには、ドレンタンク１５が配置されており、蒸発器２によって結露された外気ＯＡ中の水分は、ドレンパン１４によって集められてドレンタンク１５内に蓄積される。なお、このドレンパン１４は蒸発器２だけでなく、熱交換器５の下方もカバーするように設けるのが好ましい。熱交換器５の第１の熱交換部５１においては空気を主として予冷するが、一部の水分はここで結露することがあるので、特に第１の熱交換部５１の下方に設けるのが好ましい。
【００２２】
最下段の空気経路１３ｃには、空気の流れ方向に沿って、ドレンタンク１５、熱交換器５の第２の熱交換部５２が順番に配置されている。また、キャビネット１０の後方上部には、昇圧機３と、凝縮器４と、循環水を貯留した水タンク１７と、水タンク１７から凝縮器４に循環水を汲み上げるポンプ１８とを収容した部屋１３ｄが形成されている。この部屋１３ｄの後面には配管を接続するためのフランジ１９が設けられている。
【００２３】
貯蔵ビン１０１には、複数の通気孔が形成されたフロアメッシュ１０３が設置されている。このフロアメッシュ１０３の上方には貯蔵物１００が貯留され、下方には予熱室１０４が形成されている。また、貯蔵ビン１０１の内部には迂曲した伝熱管１０５が設けられている。この伝熱管１０５は上述した乾燥機１０２のフランジ１９に接続されており、この伝熱管１０５の内部には上記乾燥機１０２の凝縮器４で加熱された温水が流通する。加熱された温水は伝熱管１０５を介して貯蔵ビン１０１に供給される。なお、本実施形態の伝熱管１０５の内部には、水を流通させることとしているが、これに限らず他の流体を流通させることとしてもよい。
【００２４】
乾燥機１０２において冷媒が流通する冷媒経路は、図１に示すように、蒸発器２と昇圧機３とを接続する経路４０と、昇圧機３と凝縮器４とを接続する経路４１と、凝縮器４と熱交換器５とを接続する経路４２と、熱交換器５と蒸発器２とを接続する経路４３とから構成されている。また、熱交換器５内において冷媒経路は第１の熱交換部５１と第２の熱交換部５２とをそれぞれ貫通しており、第１の熱交換部５１内には、冷媒を蒸発させることによって第１の熱交換部５１を流れる空気ＯＡを冷却する蒸発セクション６１が形成され、第２の熱交換部５２内には、冷媒を凝縮させることによって第２の熱交換部５２を流れる空気Ｒを加熱する凝縮セクション６２が形成されている。また、熱交換器５の第１の熱交換部５１の上流側の冷媒経路４２には絞り４８が配置され、第２の熱交換部５２の下流側の冷媒経路４３には絞り４９が配置されている。これらの絞り４８、４９として、例えば、オリフィス、キャピラリチューブ、膨張弁などを用いることができる。
【００２５】
図３は、図１の乾燥機の熱交換器５内の冷媒経路を示す拡大図である。蒸発セクション６１と凝縮セクション６２とを含んで構成される冷媒経路は、第１の熱交換部５１と第２の熱交換部５２とを交互に繰り返し貫通する。即ち、熱交換器５内の冷媒経路は、図３に示すように、凝縮器４側から順番に、蒸発セクション６１ａ、凝縮セクション６２ａ、凝縮セクション６２ｂ、蒸発セクション６１ｂ、蒸発セクション６１ｃ、凝縮セクション６２ｃ、凝縮セクション６２ｄ、蒸発セクション６１ｄ、蒸発セクション６１ｅ、凝縮セクション６２ｅを有している。
【００２６】
ここで、蒸発器２を通過する前の空気ＯＡを流す第１の熱交換部５１と、蒸発器２を通過した後の空気Ｒを流す第２の熱交換部５２とは、別々の直方体空間に収容されている。これらの直方体空間内には、空気の流れに直交する面に複数本の熱交換チューブが冷媒経路として平行に配置されている。第１の熱交換部５１と第２の熱交換部５２とは、隔壁５１０と隔壁５２０とが隣接してそれぞれ設けられており、熱交換チューブはこの２つの隔壁５１０、５２０を貫通して設けられている。熱交換器５は、別の形態として１つの直方体の空間を１つの隔壁で分割して、熱交換チューブがこの隔壁を貫通して、第１の熱交換部と第２の熱交換部とを交互に貫通するように構成してもよい。
【００２７】
蒸発セクション６１ｂと蒸発セクション６１ｃの端部、蒸発セクション６１ｄと蒸発セクション６１ｅの端部はそれぞれＵチューブ（ユーチューブ）６３によって接続されている。同様に、凝縮セクション６２ａと凝縮セクション６２ｂの端部、凝縮セクション６２ｃと凝縮セクション６２ｄの端部もそれぞれＵチューブ６４によって接続されている。このような構成によって、冷媒経路４２において、蒸発セクション６１ａから凝縮セクション６２ａに向かって流れた冷媒は、Ｕチューブ６４により凝縮セクション６２ｂに導かれる。凝縮セクション６２ｂに導かれた冷媒は、更に蒸発セクション６１ｂに流入し、Ｕチューブ６３により蒸発セクション６１ｃに導入され、更に凝縮セクション６２ｃに流入する。このように熱交換器５内の冷媒経路は蛇行する細管群により構成され、この細管群は蛇行しながら第１の熱交換部５１と第２の熱交換部５２内部を通過し、温度の高い空気と温度の低い空気に交互に接触するようになっている。
【００２８】
次に、乾燥機１０２における各機器間の冷媒の流れについて図１及び図２を参照して説明する。
昇圧機３により圧縮された冷媒ガスは、昇圧機３の吐出口に接続された冷媒ガス配管４１を経由して凝縮器４に導かれる。凝縮器４において、昇圧機３で圧縮された冷媒ガスは、水タンク１７からポンプ１８によって凝縮器４に供給された循環水により冷却され凝縮し、この循環水はこの冷媒によって加熱される。
【００２９】
凝縮器４を出た冷媒液は、絞り４８で減圧され膨張して一部の冷媒液が蒸発（フラッシュ）する。その液とガスの混合した冷媒は第１の熱交換部５１の蒸発セクション６１ａに至り、ここで冷媒液は蒸発セクション６１ａのチューブの内壁を濡らすように流れる。冷媒液は蒸発セクション６１ａを流れる間に外部から導入された空気ＯＡによって加熱されて蒸発し、蒸発器２に流入する前の空気ＯＡが冷却（予冷）される。このとき冷媒自身は加熱され気相を増やす。
【００３０】
上述したように、蒸発セクション６１ａと凝縮セクション６２ａは一連のチューブにより構成されているので、上記蒸発セクション６１ａにおいて蒸発した冷媒ガス（及び蒸発しなかった冷媒液）は凝縮セクション６２ａに流入する。凝縮セクション６２ａでは、蒸発器２で冷却除湿され、蒸発セクション６１ａの空気よりも温度の低くなった空気Ｒが加熱（再熱）され、冷媒自身は熱を奪われ気相冷媒を凝縮させながら、次の凝縮セクション６２ｂに流入する。冷媒は、凝縮セクション６２ｂを流れる間に、低温の空気Ｒで更に熱を奪われ気相冷媒を凝縮させる。
【００３１】
凝縮された冷媒液は、次の蒸発セクション６１ｂ及びこれに続く蒸発セクション６１ｃに流入し、上記と同様にして蒸発器２に流入する前の空気ＯＡが冷却（予冷）される。更に凝縮セクション６２ｃ及び凝縮セクション６２ｄに冷媒ガスが流入して空気Ｒが加熱される。このように、冷媒は気相と液相の相変化を繰り返しながら熱交換器内の冷媒経路を流れ、蒸発器２で冷却される前の空気ＯＡと、蒸発器２で冷却されて絶対湿度を低下させた空気Ｒとの間で間接的に熱交換が行われる。
【００３２】
最後の凝縮セクション６２ｅにおいて凝縮した冷媒液は、第２の熱交換部５２の下流側に配置された絞り４９で減圧され膨張して温度が下がる。そして、冷媒は蒸発器２に至り、この蒸発器２において蒸発する。この冷媒の蒸発熱で第１の熱交換部５１を通った空気Ｑが冷却される。蒸発器２で蒸発してガス化した冷媒は、昇圧機３の吸込側に導かれる。そして、上述のサイクルが繰り返される。
【００３３】
次に、本実施形態における乾燥貯蔵装置に含まれるヒートポンプＨＰ１の作用について説明する。図４は図１の乾燥貯蔵装置に含まれるヒートポンプＨＰ１の冷媒モリエ線図である。なお、図４に示す線図においては、冷媒としてＨＦＣ１３４ａを用いており、横軸にエンタルピ、縦軸に圧力が取られている。ＨＦＣ１３４ａに限らず、ＨＦＣ４０７ＣやＨＦＣ４１０Ａを冷媒として利用することもでき、これらの冷媒を用いた場合には、作動圧力領域がＨＦＣ１３４ａの場合よりも高圧側にシフトする。
【００３４】
図４において、点ａは図１の蒸発器２で蒸発した冷媒の状態を示しており、このときの冷媒は飽和ガスの状態にある。冷媒の圧力は０．３０ＭＰａ、温度は１℃、エンタルピは３９９．２ｋＪ／ｋｇである。点ｂはこのガスを昇圧機３で吸込圧縮した状態、即ち昇圧機３の吐出口での状態を示しており、このときの冷媒は、圧力が１.８９ＭＰａであり、過熱ガスの状態にある。
【００３５】
点ｂの状態にある冷媒ガスは、凝縮器４内で冷却され、点ｃで示される状態に至る。このときの冷媒は飽和ガスの状態であり、その圧力は１.８９ＭＰａ、温度は６５℃である。冷媒はこの圧力下で更に冷却され凝縮して点ｄで示される状態に至る。このときの冷媒は飽和液の状態であり、その圧力と温度は点ｃにおける圧力及び温度と同じである。このときのエンタルピは２９５.８ｋＪ／ｋｇである。
【００３６】
この冷媒液は、絞り４８で減圧され、第１の熱交換部５１の蒸発セクション６１ａに流入する。このときの状態は点ｅで示されており、一部の液が蒸発して液とガスが混合した状態となっている。このときの圧力は、凝縮器４の凝縮圧力と蒸発器２の蒸発圧力との中間圧力であり、本実施形態では、０.３０ＭＰａと１.８９ＭＰａの間の値となる。
【００３７】
蒸発セクション６１ａ内で、上記中間圧力下で冷却液が蒸発して、同圧力で飽和液線と飽和ガス線の中間に位置する点ｆ１の状態となる。この状態では液の一部が蒸発しているが、冷媒液はかなり残っている。そして、点ｆ１で示される状態の冷媒が、凝縮セクション６２ａ及び６２ｂに流入する。凝縮セクション６２ａ及び６２ｂでは、冷媒は第２の熱交換部５２を流れる低温の空気Ｒにより熱を奪われ、点ｇ１の状態に至る。
【００３８】
点ｇ１の状態の冷媒は、蒸発セクション６１ｂ及び６１ｃに流入し、ここで熱を奪われ液相を増やして点ｆ２の状態に至り、更に、凝縮セクション６２ｃ及び６２ｄに流入する。凝縮セクション６２ｃ及び６２ｄにおいて、冷媒は液相を増やして点ｇ２の状態に至る。点ｇ２はモリエ線図では飽和液線上に位置しており、このときの冷媒の温度は１５℃、エンタルピは２２０．５ｋＪ／ｋｇである。同様に、更に蒸発セクション６１ｄ及び６１ｅ、凝縮セクション６２ｅでの蒸発、凝縮を繰り返すが、図４のモリエ線図では、蒸発セクション６１ｄ及び６１ｅ、凝縮セクション６２ｅを省略して、凝縮セクション６２ｄが絞り４９に接続してあるものとして示している。
【００３９】
点ｇ２の状態の冷媒液は、絞り４９で、温度１５℃の飽和圧力である０．３０ＭＰａまで減圧されて点ｈで示される状態に至る。点ｈの状態における冷媒は、１℃の冷媒液とガスの混合物として蒸発器２に至り、ここで空気Ｑから熱を奪い、蒸発して点ａで示される状態の飽和ガスとなる。この飽和ガスは再び昇圧機３に吸入され、上述したサイクルが繰り返される。
【００４０】
このように、熱交換器５内において、冷媒は蒸発セクション６１では点ｅから点ｆ１、あるいは点ｇ１から点ｆ２までといったように蒸発の状態変化を、凝縮セクション６２では、点ｆ１から点ｇ１、あるいは点ｆ２から点ｇ２までといったように凝縮の状態変化をしており、蒸発伝熱と凝縮伝熱が行われているため、熱伝達率が非常に高く、また熱交換効率が高い。
【００４１】
ここで、昇圧機３、凝縮器４、絞り４８、４９及び蒸発器２を含む圧縮ヒートポンプＨＰ１として考えると、本発明に係る熱交換器５を設けない場合には、凝縮器４における点ｄの状態の冷媒を、絞りを介して蒸発器２に戻すため、蒸発器２で利用できるエンタルピ差は３９９.２−２９５.８＝１０３.４ｋＪ／ｋｇしかない。しかし、本発明に係る熱交換器５を設けた場合には、３９９．２−２２０５＝１７８．７ｋＪ／ｋｇとなり、同一冷却負荷に対して昇圧機に循環するガス量を、ひいては所要動力を４２％（＝１−１０３．４／１７８．７）も小さくすることができる。即ち、サブクールサイクルと同様な作用を持たせることができる。このように、本発明の乾燥貯蔵装置は、ヒートポンプＨＰ１のエコノマイザ効果により、蒸発器２の入口の冷媒エンタルピが小さくなり、単位流量あたりの冷媒の冷凍効果が高いため、除湿効果、及びエネルギ効率が高くなる。
【００４２】
図５は図１の乾燥貯蔵装置における空調サイクルを示す湿り空気線図である。図５において、符号Ｐ〜Ｔ、ＯＡ、ＥＸは、図１においてそれぞれの符号を付した空気の状態に対応している。
外部から導入された空気ＯＡは、図２の最上段の空気経路１３ａを通り、熱交換器５の第１の熱交換部５１に送り込まれ（空気Ｐ）、蒸発セクション６１内で蒸発する冷媒によりある程度まで冷却され、絶対湿度一定のまま乾球温度を下げる（空気Ｑ）。これは蒸発器２で露点温度以下まで冷却される前の予備的冷却であるので予冷と呼ぶことができる。
【００４３】
蒸発器２では、低温で蒸発する冷媒によって、空気Ｑがその露点温度以下に冷却され、水分を奪われながら、絶対湿度を５ｇ／ｋｇＤＡに低下させつつ乾球温度を５℃に下げる（空気Ｒ）。なお、絶対湿度の単位中のＤＡは乾燥空気であることを示す。
【００４４】
空気Ｒ（絶対湿度５ｇ／ｋｇＤＡ、乾球温度５℃）は、熱交換器５の第２の熱交換部５２に流入し、凝縮セクション６２内で凝縮する冷媒により、ある程度まで加熱され、絶対湿度一定のまま乾球温度を（５℃と６０℃の中間の温度にまで）上げる（空気Ｓ）。これは、貯蔵ビン１０１内の予熱室１０４で加熱される前の予備的加熱であるので予加熱と呼ぶことができる。
【００４５】
凝縮器４において加熱された温水は、ポンプ１８によって貯蔵ビン１０１の予熱室１０４に送られるが、第２の熱交換部５２を出た空気Ｓは、この予熱室１０４において加熱されて絶対湿度一定のまま更に乾球温度を６０℃に上げる（空気Ｔ）。空気Ｔは、フロアメッシュ１０３の通気孔を通って上方に吹き出し、貯蔵ビン１０１内の貯蔵物１００に含まれる水分を奪い、自分自身は絶対湿度を上げて、貯蔵ビン１０１の上部から排気される（ＥＸ）。
【００４６】
ここで、図５の湿り空気線図上に示す空気側のサイクルでは、予熱室１０４で空気Ｓを加熱した熱量ΔＱが、排熱利用による加熱であり、蒸発器２で空気Ｑを冷却した熱量Δｉが、除湿冷却効果であり、エコノマイザとしての熱交換器による熱回収が、ΔＨである。
【００４７】
上述したように、熱交換器５では、蒸発セクション６１での冷媒の蒸発により外部から導入された空気ＯＡを予冷し、凝縮セクション６２での冷媒の凝縮により空気Ｒを加熱する。そして蒸発セクション６１で蒸発した冷媒は、凝縮セクション６２で凝縮する。このように同じ冷媒の蒸発と凝縮作用により、蒸発器２で冷却される前後の空気同士の熱交換が間接的に行われる。
【００４８】
上述したように、本発明に係る乾燥貯蔵装置では、熱交換器５は予冷・予加熱熱交換器として使用され、熱交換器５の作動流体と、ヒートポンプＨＰ１の作動流体が同じとなり、冷媒チャージの工程の共通化ができるので製造コスト、メンテナンスコストが低い。また、予冷・予加熱熱交換器が一体として製造可能であり、しかもヒートパイプが有する内部のウィックを必要とせず、内部にウィックのない通常の空気・冷媒熱交換器コイルの生産設備で製造できるため、製造コストが安い。
【００４９】
更に、ヒートポンプＨＰ１を用いて、空気の予冷と、除湿後の空気の加熱を、内部の作動媒体を用いて行うため、装置が簡単で、しかもヒートポンプの冷却能力の大部分を空気中の水分を凝縮させるために用いることができるため、除湿能力が高い。
【００５０】
空気を冷却除湿する場合、そのまま露点まで冷却すると冷却量が多いため、ヒートポンプの冷却効果のうちかなりの部分をそのために消費し、圧縮機の入力当たりの除湿能力（除湿性能）が低い。そこで、蒸発器２の前後に空気・空気熱交換器５を設けて、空気の予冷とレヒート（予加熱）を行って、顕熱比を小さくし露点までの冷却量を減少させた。
【００５１】
次に、本発明に係る乾燥貯蔵装置の第２の実施形態について図６乃至図８を参照して詳細に説明する。図６は、第２の実施形態における乾燥貯蔵装置内のフローを模式的に示す図、図７は図６の乾燥貯蔵装置に含まれるヒートポンプＨＰ２の冷媒モリエ線図である。なお、上述の第１の実施形態における部材又は要素と同一の作用又は機能を有する部材又は要素には同一の符号を付し、特に説明しない部分については第１の実施形態と同様である。
【００５２】
本実施形態における乾燥機２０２内の熱交換器１５０においては、第２の熱交換部１５２の凝縮セクション１６２ａと１６２ｂとの間、凝縮セクション１６２ｃと１６２ｄとの間に、それぞれ中間絞り１６３、１６４が設けられている点で上述の第１の実施形態と異なっている。その他の構成は上述の第１の実施形態と同様である。このような中間絞りは、第１の熱交換器１５１の蒸発セクション側に設けることもできる。
【００５３】
図７において点ａから点ｅまでは、図４に示される第１の実施形態の場合と同様であるので説明を省略する。なお、熱交換器１５０の蒸発セクション１６１ａに流入した点ｅの状態の冷媒は図４で説明した通り、一部の液が蒸発して液とガスが混合した状態にある。
【００５４】
この冷媒は、蒸発セクション１６１ａで蒸発し、図７のモリエ線図上では湿り領域において飽和ガス線に近づいた点ｆ１で示される状態に至る。この状態の冷媒が凝縮セクション１６２ａに入り、ここで凝縮され、点ｇ１ａで示される状態に至る。点ｇ１ａの状態の冷媒は、中間絞り１６３を介して減圧され、点ｇ１ｂで示される状態に至る。即ち、凝縮セクション１６２ａから絞り１６３を経て凝縮セクション１６２ｂに流入する。
【００５５】
凝縮セクション１６２ｂに流入した冷媒はここで凝縮され、湿り領域ではあるが飽和液線に近い点ｈ１で示される状態に至る。その後、蒸発セクション１６１ｂに入りここで凝縮されると共に、Ｕチューブで反転して蒸発セクション１６１ｃに入りここで更に凝縮され、点ｆ２で示される状態に至る。
【００５６】
その後、冷媒は、凝縮セクション１６２ｃ、中間絞り１６４、凝縮セクション１６２ｄを経由して、点ｇ２ａ、点ｇ２ｂ、点ｈ２で示される状態に至り、更に、蒸発セクション１６１ｄ、１６１ｅ、凝縮セクション１６２ｅを経由して、点ｆ３、点ｈ３で示される状態に至る。この点ｈ３は、モリエ線図において飽和液線上にあり、温度は１１℃、エンタルピは２１５.０ｋＪ／ｋｇである。
【００５７】
点ｈ３の冷媒液は、第１の実施形態の場合と同様に、絞り４９で温度１℃の飽和圧力である０.３０ＭＰａまで減圧され、点ｉの状態になり、１℃の冷媒液とガスの混合物として蒸発器２に至り、ここで空気Ｑから熱を奪い、蒸発してモリエ線図上の点ａの状態で示される状態の飽和ガスとなる。この飽和ガスは再び昇圧機３に吸入され、上述したサイクルが繰り返される。
【００５８】
ここで、昇圧機３、凝縮器４、絞り４８、４９、１６３、１６４及び蒸発器２を含む圧縮ヒートポンプＨＰ２として考えると、本発明に係る熱交換器１５０を設けない場合には、凝縮器４における点ｄの状態の冷媒を、絞りを介して蒸発器２に戻すため、蒸発器２で利用できるエンタルピ差は３９９．２−２９５．８＝１０３．４ｋＪ／ｋｇしかない。しかし、本発明に係る熱交換器１５０を設けた場合には、３９９．２−２１５．０＝１８４．２ｋＪ／ｋｇとなり、同一冷却負荷に対して昇圧機に循環するガス量を、ひいては所要動力を４４％（＝１−１０３．４／１８４．２）も小さくすることができる。即ち、サブクールサイクルと同様な作用を持たせることができる。
【００５９】
図８は、本実施形態における熱交換器１５０の構造の一例を示すものである。図８（ａ）は空気の流れ方向に見た正面図、図８（ｂ）は空気の流れに直角な方向から見た側面図であり、図８（ａ）は図８（ｂ）のＡ−Ａ矢視図である。図８（ａ）において、空気ＯＡは紙面の手前から先方に流れ、空気Ｒは先方から手前側に流れる。この熱交換器１５０におけるチューブは、空気の流れに直交する４つの平面内にそれぞれ８列に配列されている。即ち、空気の流れに沿って４行８列に配列されている。図１及び図６においては、便宜上、熱交換チューブが各行１列であるものとして説明したが、典型的にはこのように各行に複数のチューブ列が含まれる。また、このような熱交換器を、空気の流量に対応させて、それらの流れに対して並列に並べてもよいし、直列に並べてもよい。
【００６０】
このような熱交換器は安価であり、高価なヒートパイプの代わりに用いると、経済的である。また、ヒートパイプと異なり、作動流体をヒートポンプと同じにすることができるのでメンテナンスに手間がかからない。
【００６１】
さてこれまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいものである。例えば、各冷媒経路の第１の熱交換部における蒸発セクションの数、第２の熱交換部における凝縮セクションの数は図示のものに限られるものではない。
【００６２】
また、上述の実施形態においては凝縮器４で循環水を加熱し、これを貯蔵ビン１０１に供給することとしたが、第２の熱交換部において加熱された空気を凝縮器で直接加熱し、これを貯蔵ビン１０１に供給して貯蔵ビン１０１内の貯蔵物１００を乾燥することとしてもよい。図９には、上述の第１の実施形態の乾燥貯蔵装置において、第２の熱交換部５２で加熱された空気を凝縮器４で加熱して、これを貯蔵ビン１０１に供給する場合の構成例を示す。この乾燥機３０２の場合には、上述した乾燥機のフランジ（図１及び図６において符号１９で示す）やポンプ（図１及び図６において符号１８で示す）、伝熱管（図１及び図６において１０４で示す）は不要である。
【００６３】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、蒸発器での冷却の前に第１の熱交換手段により空気を予冷でき、その予冷の冷熱を、蒸発器で一旦冷却された空気から回収することができ、動作係数の高いヒートポンプを備えた乾燥貯蔵装置を提供することが可能となる。また、エネルギ消費量当たりの除湿能力の高い乾燥貯蔵装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における乾燥貯蔵装置内のフローを模式的に示す図である。
【図２】図１の乾燥貯蔵装置の乾燥機の一構成例を示す図である。
【図３】図１の乾燥貯蔵装置の熱交換器における冷媒経路を示す拡大図である。
【図４】図１の乾燥貯蔵装置に含まれるヒートポンプの冷媒モリエ線図である。
【図５】図１の乾燥貯蔵装置における湿り空気線図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における乾燥貯蔵装置内のフローを模式的に示す図である。
【図７】図６の乾燥貯蔵装置に含まれるヒートポンプの冷媒モリエ線図である。
【図８】図６の乾燥貯蔵装置の熱交換器の構造の一例を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態における乾燥貯蔵装置内のフローを模式的に示す図である。
【図１０】従来の乾燥貯蔵装置内のフローを模式的に示す図である。
【図１１】従来の乾燥貯蔵装置における湿り空気線図である。
【符号の説明】
１送風機
２蒸発器
３昇圧機
４凝縮器
５、１５０熱交換器
１０キャビネット
１１吸気口
１２フィルタ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ空気経路
１４ドレンパン
１５ドレンタンク
１６供給口
１７水タンク
１８ポンプ
１９フランジ
５１第１の熱交換部
５２第２の熱交換部
６１蒸発セクション
６２凝縮セクション
６３、６４Ｕチューブ
４０〜４３経路
４８、４９、１６３、１６４絞り
１００貯蔵物
１０１貯蔵ビン
１０２、２０２乾燥機
１０３フロアメッシュ
１０４予熱室
１０５伝熱管

Claims

貯蔵物が貯蔵される貯蔵ビンと、
前記貯蔵ビン内に設置され、内部に流体が流通する伝熱管と、
冷媒を昇圧する昇圧機と、
前記冷媒を凝縮させて前記伝熱管の内部の流体を加熱する凝縮器と、
前記冷媒を蒸発させて外部空気を露点以下の温度まで冷却する蒸発器と、
前記凝縮器と前記蒸発器とを接続する冷媒経路中に設けられ、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を蒸発させて外部空気を冷却する第１の熱交換手段と、
前記凝縮器と前記蒸発器とを接続する冷媒経路中に設けられ、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮させて外部空気を加熱する第２の熱交換手段と、
前記第１の熱交換手段と前記蒸発器と前記第２の熱交換手段と前記貯蔵ビンとをこの順番で接続する空気経路とを備えたことを特徴とする乾燥貯蔵装置。
貯蔵物が貯蔵された貯蔵ビンと、
冷媒を昇圧する昇圧機と、
前記冷媒を凝縮させて外部空気を加熱する凝縮器と、
前記冷媒を蒸発させて外部空気を露点以下の温度まで冷却する蒸発器と、
前記凝縮器と前記蒸発器とを接続する冷媒経路中に設けられ、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を蒸発させて外部空気を冷却する第１の熱交換手段と、
前記凝縮器と前記蒸発器とを接続する冷媒経路中に設けられ、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮させて外部空気を加熱する第２の熱交換手段と、
前記第１の熱交換手段と前記蒸発器と前記第２の熱交換手段と前記凝縮器と前記貯蔵ビンとをこの順番で接続する空気経路とを備えたことを特徴とする乾燥貯蔵装置。
前記第１の熱交換手段と前記第２の熱交換手段とは、前記各熱交換手段を流れる空気同士が互いに対向して流れるように構成され、
前記冷媒経路は前記第１の熱交換手段と前記第２の熱交換手段内で、前記空気の流れにほぼ直交する第１の面内に少なくとも一対の第１の貫通部と第２の貫通部とを有し、前記第１の面とは異なる前記空気の流れにほぼ直交する第２の面内に少なくとも一対の第１の貫通部と第２の貫通部とを有し、
前記第１の面内から前記第２の面内に移動する位置に中間絞りを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の乾燥貯蔵装置。
貯蔵物を貯蔵ビンの内部に貯蔵すると共に、該貯蔵ビンに設置された伝熱管の内部に流体を流通させ、
冷媒を昇圧し、
凝縮器において、前記冷媒を凝縮させて前記伝熱管の内部の流体を加熱し、
蒸発器において、前記冷媒を蒸発させて外部空気を露点以下の温度まで冷却し、
第１の熱交換手段において、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を蒸発させて外部空気を冷却し、
第２の熱交換手段において、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮させて外部空気を加熱し、
前記第１の熱交換手段と前記蒸発器と前記第２の熱交換手段と前記貯蔵ビンとの間をこの順番で空気経路によって接続し、
前記第２の熱交換手段において加熱された外部空気を前記貯蔵ビンに供給すると共に、前記凝縮器において加熱された前記伝熱管の内部の流体を前記貯蔵ビンに供給し、前記貯蔵物を乾燥することを特徴とする貯蔵物の乾燥方法。
貯蔵物を貯蔵ビンの内部に貯蔵し、
冷媒を昇圧し、
凝縮器において、前記冷媒を凝縮させて外部空気を加熱し、
蒸発器において、前記冷媒を蒸発させて外部空気を露点以下の温度まで冷却し、
第１の熱交換手段において、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を蒸発させて外部空気を冷却し、
第２の熱交換手段において、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮させて外部空気を加熱し、
前記第１の熱交換手段と前記蒸発器と前記第２の熱交換手段と前記凝縮器との間をこの順番で空気経路により接続し、
前記凝縮器において加熱された外部空気を前記貯蔵ビンに供給し、前記貯蔵物を乾燥することを特徴とする貯蔵物の乾燥方法。