JP2008126161A - 撹拌羽根及びそれを備えた生ごみ処理機、飼料発酵機、堆肥化発酵機 - Google Patents

Abstract

【課題】
被発酵物を細かく細分化し、充分な酸素が供給でき、比較的高温でも充分な発酵に耐え、かつ、軽量で、安価な撹拌羽根により、好気性菌を利用し、比較的高温を利用しての、短時間の処理ができる生ごみ処理機、飼料発酵機および堆肥化発酵機を実現する。
【解決手段】
生ごみ処理機、飼料発酵機および堆肥化発酵機の発酵撹拌槽内に設置される撹拌羽根において、撹拌羽根を回転軸に固定する固定台座と、撹拌刃を固定台座に支持する刃支持台座との２つの台座部で構成し、刃支持台座の台座方向の反対側に撹拌刃を固定した構造の撹拌羽根により被発酵物の撹拌を効果的に行なう。
また、撹拌羽根の所定の空隙に相当する位置の回転軸に回り止めを配設し、回転軸への撹拌羽根を確実に固定する。
【選択図】 図２

Description

食品工場、下水等の汚泥処理、工場等の廃棄物の処理、畜糞処理、その他残渣物等の分解、堆肥化、減容化処理における撹拌技術に関する。

食品工場、下水等の汚泥処理、工場等の廃棄物の処理、畜糞処理、その他残渣物（以下、被発酵物と称す。）等の、分解、堆肥化、減容化処理（以下、発酵処理と称す。）は、環境問題、リサイクルあるいは資源再利用の観点から、好気性菌による処理、高温乾燥による処理、さらには嫌気性菌による処理等、各種の検討がなされ、実用化されているが、各方式とも問題点、課題があり充分に機能しているとはいえない状況である。
特に、一般的には、好気性菌による処理が数多く利用されているが、被発酵物への充分な酸素供給と被発酵物の細分化のための撹拌、嫌気性菌による処理においては、被発酵物の細分化のための撹拌、さらに、高温乾燥による処理においては、被発酵物の高効率乾燥のための細分化のための撹拌が非常に重要な要因となっている。

好気性菌を利用したものとしては、特許文献１、特許文献２、特許文献３のように、比較的低温（５０〜６０℃）で活動する一般的な好気性菌を利用して処理する方式があるが、被発酵物を自然の好気性菌を利用して処理するために、被発酵物に対して充分な酸素を供給してやることが必須である。具体的には、被発酵物に対して押付力等の力を加えず細分化し、細やかに切り出し撹拌することにより、被発酵物に対して充分な酸素を供給することである。そのために、パドル方式の撹拌羽根、スクリュー式の撹拌羽根、あるいは螺旋式の撹拌羽根の配置等、各種の被発酵物の撹拌方法が検討されている。しかしながら、撹拌性（酸素供給度を含む）、撹拌機構の強度、寿命並びにメンテナンス性の点で十分に機能する被発酵物の撹拌方法が確立していなかった。特に、撹拌機構にあっては、回転軸、撹拌羽根台座、撹拌羽根ならびに撹拌羽根の配置に関連する技術が確立していなかった。また、処理の運転面においては、発酵処理の完了までに多大な時間を要し、その間の臭気発生とその対策等が必要となっていた。

一方、高温乾燥による減容化については、被発酵物を高温で乾燥させることによって減容化を図るものであるが、高温乾燥のため高額な設備となり、前記好気性菌を利用する場合と同様に、被発酵物の細分化のための撹拌性、撹拌機構の強度、寿命並びにメンテナンス性の点で十分に機能する被発酵物の撹拌方法が確立していなかった。さらには、高温乾燥に伴なう危険・有害ガスの発生等が生じ、その対策のため、一般への利用の困難が伴なっていた。

特許文献１は、一般家庭の生ごみの処理用として提供されたもので、槽内の水平な回転軸の周囲に螺旋状の撹拌羽根を、この回転軸の一端から他端まで連続して固着した撹拌体を備えたものである。この方式では、螺旋状の撹拌羽根は生ごみを撹拌するが、その過程で、生ごみを押付力での押付、撹拌となり、生ごみを微細に細分化する、酸素を充分にいきわたらせる、等には不十分である。また、押付力での押付、撹拌であるため、撹拌羽根、並びに回転軸に多大の負荷がかかり、駆動源が大型のものとなる。さらには、螺旋状の撹拌羽根であるため、磨耗、破損等におけるメンテナンスに非常な手間と費用を要する懸念がある。

特許文献２は、生ごみ等の処理用等として提供されたもので、槽内の水平な回転軸の周囲に単体型の撹拌羽根を多数載置するものであるが、多数の撹拌羽根の取付本数に対応した多角形回転軸とし、撹拌羽根取付用の台座を利用し、多角形回転軸の１面毎に撹拌羽根を取付する構造である。取付には、取付用のボルト等を利用するため、固定に多大の力が必要であると同時に、特殊な回転軸となるために、台座は複雑で高価となると同時に、回転軸も高価なものとなる懸念がある。

特許文献３は、メタンを効率的に行なうメタン槽内の中央部に撹拌羽根を支持する回転軸を長手方向に貫通させ、回転軸に撹拌棒を略放射状に取り付けるとともに、撹拌棒が回転軸に螺旋状に配置されるように多数の撹拌棒を所定間隔で取り付けて螺旋羽根を形成させるものである。本内容では、回転軸への負荷は、回転羽根を螺旋状に配置しているため、その点では均等負荷となるが、回転羽根が棒状であり、被発酵物をかき回し撹拌、いわゆる押付力での押付、撹拌となるため、撹拌羽根、並びに回転軸に多大の負荷がかかり、駆動源が大型のものとなる。さらには、回転軸への直接的な取付による螺旋状の撹拌羽根であるため、磨耗、破損等におけるメンテナンスに非常な手間と費用を要する懸念がある。

上記の特許文献１から特許文献３についての構造の代表図を、図４に示す。

特開平０９−０８５２１８号 特開２００３−１５４３４２号 特開２００２−３３６８２６号

本発明は、上述の被発酵物の処理の問題点に対して、好気性菌を利用し、比較的高温を利用しての、短時間の処理ができる生ごみ処理機、飼料発酵機および堆肥化発酵機（以下、発酵処理機と称す。）を実現するものである。そのためには、被発酵物を細かく細分化し、充分な酸素が供給でき、比較的高温でも充分な発酵に耐え、かつ、軽量で、安価な撹拌羽根を提供するものである。

本発明の撹拌羽根を有する発酵処理機によると、次のような効果が達成できる。
（１）回転軸への撹拌羽根の取付を簡易にすることができる。
（２）撹拌力に対して充分強度を保持した撹拌羽根の固定が実現できる。
（３）撹拌羽根の取付を安価に実現できる。
（４）回転軸への撹拌羽根の取付、取外しが容易にできる構造としているため、撹拌羽根あるいは撹拌刃の磨耗、破損等によるメンテナンスが容易に実現できる。
（５）回転軸への撹拌羽根の固定が、回転軸に回り止めを設置して、挟み込みの圧着固定の構造であるため、回転軸に対してキー溝、固定ボルト孔等の加工が不要であり、形状に起因する応力集中を考慮する必要がなく、回転軸の軽量化とパイプ等の安価な材料を採用することができる。
（６）撹拌羽根の配置を、回転軸の形状によらず、自由な角度で螺旋状となるように配置し、常に一つの撹拌羽根が最下位置となるようにすることができるため、回転軸への負荷が均等かつ軽微となり、回転軸ならびに回転軸駆動源が、小型で安価なものとすることができる。

さらに、本発明の撹拌羽根を備えた発酵処理機としては、次の効果が達成できる。
（７）撹拌羽根が、被発酵物に対して、押付力でなく、切削と同様の力で被発酵物の細分化を行なうため、被発酵物に対して充分な酸素を供給でき、被発酵物の早期発酵が実現できる。
（８）同時に、不完全発酵に伴う臭気の発生を防止することができる。
（９）上記（１）から（８）の結果として、被発酵物への充分な酸素供給と被発酵物の充分な細分化、撹拌が達成できるため、高温による発酵が実現でき、短時間の処理を達成することができる。

本発明の第一の発明では、生ごみ処理機、飼料発酵機および堆肥化発酵機の発酵撹拌槽内に設置される撹拌羽根において、撹拌羽根を回転軸に固定する固定台座と、撹拌刃を固定台座に支持する刃支持台座との２つの台座部で構成し、刃支持台座の台座方向の反対側に撹拌刃を固定した構造の撹拌羽根により被発酵物の撹拌を効果的に行なうものである。

また、本発明の第二の発明では、第一の発明の固定台座において、両端固定部の締結固定した状態での所定の空隙に相当する位置の回転軸に回り止めを配設した固定台座とする撹拌羽根により被発酵物の撹拌を効果的に行なうものである。

また、本発明の第三の発明では、第一の発明の撹拌羽根を備えた生ごみ処理機、飼料発酵機および堆肥化発酵機とし、被発酵物の効果的な発酵処理を行なうものである。

さらに、本発明の第四の発明では、第二の発明の撹拌羽根を備えた生ごみ処理機、飼料発酵機および堆肥化発酵機とし、被発酵物の効果的な発酵処理を行なうものである。

本発明の発酵処理機の全体構成を図１に示す。
本発明の発酵処理機は、投入口より発酵撹拌槽に投入された被発酵物に、高温での活動が活発な好気性菌を添加し、発酵撹拌槽内で水平方向に載置された回転軸が発酵撹拌槽外部の回転駆動源によって回転し、回転軸に取り付けられた回転羽根が回転することにより、発酵撹拌槽の被発酵物を細分化と撹拌を行い、被発酵物内に被発酵物の発酵に必要な酸素を充分に供給し、発酵を効果的に行なう。

被発酵物の投入および好気性菌の添加後に発酵撹拌槽内を加熱し、発酵撹拌槽内が７５℃となるまで、加熱を行なうことで、所定の好気性菌による発酵を促進させる。
加熱せずに自然な状態でも被発酵物の発酵処理はできるが、良質な堆肥や飼料を得るためには、土壌菌、寄生虫等の死滅する温度以上に加熱する意味でも、加熱温度は約７５℃が望ましい。

回転軸は、発酵撹拌槽の両側面に設けた２つの軸受けにより発酵撹拌槽内で水平に軸支し、回転力は発酵撹拌槽外部に設けた駆動源であるギアドモータ等に接続して得て、撹拌羽根の所定の回転周速を実現するための制御を行う。駆動源と回転軸との接続は、磨耗、破損等の交換の容易性を考慮し、チェンカップリングを使用することが望ましい。

発酵撹拌槽内での被発酵物の所定の発酵が終了すると、乾燥用吸気ファンによって、乾燥空気を発酵撹拌槽内に供給し、被発酵物の乾燥を行なう。乾燥空気は、温風が望ましい。

被発酵物の乾燥が終了すると、排出口の押え金具を開放し、排出口より被発酵物を取り出し一連の発酵処理を完了させる。

被発酵物の効果的な発酵処理を実現するための基本となる撹拌羽根と回転軸とは次に示すように構成する。
撹拌羽根は、撹拌羽根自身を回転軸に固定する２つの部品でなる固定台座と、一方の固定台座部品に撹拌刃を支持する刃支持台座との、２つの台座部で構成し、刃支持台座の台座方向と反対側に撹拌刃を固定した構造である。固定台座と刃支持台座との固定は溶接により一体化した構造である。

固定台座は、短冊状の鋼板であり、中央を半円に曲げ加工を行い、短冊状の両端を平坦とした形状で、全体がΩ状をなしたものである。両端の平坦部には、取付け用のボルト孔を２ヶずつ設けるものとする。
固定台座の材質は、発酵撹拌槽内の過酷な条件での使用であるため、耐食性を考慮し、ステンレス材が好ましい。
また、従来の固定台座は、金属の削り出しあるいはダイカスト品、鋳物品等を利用するのが一般的であったが、本発明の固定台座を短冊状の鋼板とすることで、きわめて安価に作製することができる。

刃支持台座は、一端を固定台座に一体化し、多端に撹拌刃を取り付ける機能の部品であるが、その構造は、軽量化ならびに撹拌刃の取付けの便利性を考慮し、２つの刃支持柱と、２つの刃支持柱に隙間を持たせて箱型に形成する前後リブと、撹拌刃を位置決め状態に保持する刃支持前後リブとで構成する。これらの部品は、溶接によって一体部品とした中空構造とする。固定台座と刃支持台座との溶接固定は、強度確保のため、三角形の補強リブを使用する。
刃支持台座の材質は、固定台座と同様に発酵撹拌槽内の条件を考慮し、ステンレス材が好ましい。

回転軸と撹拌羽根との固定は、回転軸に設けた回り止めと撹拌羽根の２つの固定台座とにより圧着固定する構造である。
固定台座の半円に曲げ加工した円弧を外向きにして、向い合わせで対とし、その間に回転軸を挟み込み、両固定台座両端の平坦部を取付け用ボルトで締結固定する。このとき、向い合わせた固定台座両端の平坦部の間には、締結固定した状態でも所定の空隙を持つように設定し、締結固定力により固定台座内面の円弧が回転軸に対して圧着固定となるようにしている。

また、所定の空隙に当たる回転軸には、固定台座の回り止めを所定の位置に溶接しているため、万一、締結固定力に不足が生じ、圧着固定が完全でなくなっても、回り止めにより、回転軸に対して固定台座および撹拌羽根を確実に固定することができる。
これにより、従来であれば、回転軸に撹拌羽根を固定するのに、キー溝あるいは固定ボルト等での固定であったものが、回転軸に回り止めを溶接することで実現できるようになり、回転軸に撹拌羽根を固定するための回転軸への加工、キー溝、固定ボルト用孔等が不要となる。
回転軸は、強度、材料の確保の面から圧力配管用炭素鋼管（ＳＴＰＧ）が望ましい。
従って、形状効果による応力集中も考慮する必要がなく、通常であれば、回転軸として棒材のシャフトを使用するところが、中空のパイプを回転軸として利用することが可能となる。結果、単位重量当りの回転軸の強度を向上させることができ、全体として軽量化、安価な設備を実現できる。

回転軸への撹拌羽根の取付け位置は、回転軸の回り止めの溶接位置により決めることができるため、回転軸の軸方向ならびに回転方向の自由な位置に設定することができ、回転軸の断面形状に影響されず回転軸への撹拌羽根の取付け位置を選択できる。
撹拌羽根の回転軸軸方向の取付け位置は、撹拌刃の設置枚数に合せ、発酵撹拌槽内の回転軸軸長を撹拌羽根設置枚数分に合せ均等に区分した位置を撹拌羽根の取付け位置とする。
さらに、撹拌羽根の回転軸回転方向の取付け位置は、３６０℃を撹拌羽根取付け枚数で割った角度を回転羽根の取付け位置として設定し、順に角度をずらして螺旋状の位置に回転羽根を取り付けるものである。
発酵撹拌槽の回転軸方向の中心位置（図１のＯ位置）を中心に、図のＡ、Ｂ側と存在するが、両方を含めて撹拌羽根は螺旋状に配置するものとする。これにより、撹拌羽根が最下位置にあるのは常に１枚となるため、回転軸にかかる負荷が均等となり、駆動減に対する負荷を軽減することができる。

また、撹拌刃は、Ａ、Ｂ側ともに、撹拌刃は中心位置のＯ位置に向けて載置するものとする。
これにより、発酵撹拌槽内の被発酵物が中心位置のＯに集まるような撹拌羽根の力が働き、被発酵物の撹拌をより効率的に行なうものである。

さらに、撹拌羽根と発酵撹拌槽の位置関係では、発酵撹拌槽の内周と、撹拌羽根の撹拌刃の最外周軌跡が、ほぼ、２０ｍｍとなるように撹拌羽根（撹拌刃を含む）の長さを設定するのが望ましい。

これらの結果、従来例では、撹拌羽根の最外周の周速は毎分３０メートル程度であったものが、本発明の圧着固定による撹拌羽根の回転軸への固定を実現することで、７０ｍ／ｍｉｎ程度の周速までスピードアップすることができ、被発酵物の効果的な撹拌が実現できる。
また、発酵処理は、従来技術であれば発酵温度５０〜６０℃で、発酵処理時間６〜２４時間を要していたものが、本発明を実現することにより、発酵温度７０〜１００℃迄高くすることができ、４〜５時間で発酵処理を完了することができる。

図２に、本発明の一例の撹拌羽根４の構成図を示す。
撹拌羽根４は、回転軸８を挟み込んで圧着固定する固定Ａ台座５１と固定Ｂ台座５２で構成する固定台座５と、固定Ａ台座５１に一体溶接され、固定Ａ台座５１と反対方向に撹拌刃７を固定する刃支持台座６とで構成している。固定Ａ台座５１と固定Ｂ台座５２の材質は、発酵撹拌槽内の条件を考慮し、ステンレス材が好ましい。本実施例では、ＳＵＳ３０４で、板厚１４ｍｍを使用している。

刃支持台座６は、ほぼ同一形状の刃支持Ａ柱６１、刃支持Ｂ柱６２と、刃支持Ａ柱６１と刃支持Ｂ柱６２との間に挟みこみ撹拌刃７を挿入・取り付けするための空隙を造ると同時に撹拌刃７の位置決めを行なうために、前リブ６４、後リブ６５、刃支持前リブ６６、刃支持後リブ６７とを刃支持Ａ柱６１と刃支持Ｂ柱６２との間に挟みこみ一体溶接した形状とする。固定Ａ台座５１と刃支持Ｂ柱６２とは、補強リブ６３を配設して溶接し、剛性を確保する形状としている。刃支持Ａ柱６１、刃支持Ｂ柱６２、前リブ６４、後リブ６５、刃支持前リブ６６、刃支持後リブ６７および補強リブ６３の材質は、発酵撹拌槽内の条件を考慮し、ステンレス材が好ましい。
また、図３に示すように、刃支持台座６の回転時の進行方向の面を溶接後の切削あるいは溶接前の刃支持Ａ柱６１、刃支持Ｂ柱６２の切削により、傾斜面となるように加工することが望ましい。

撹拌羽根４の回転軸８への締結固定は、図２ａ）正面図に示すが、回転軸８の所定の位置に回り止め８１を予め位置決め溶接しておき、その位置に、固定Ａ台座５１と固定Ｂ台座５２との締結固定時の所定の空隙Ｘが位置するように、締結固定する。回転軸８を挟み込んで固定Ａ台座５１と固定Ｂ台座５２とを両端の平坦部５３をＭ２０ボルトで締結固定すると、固定Ａ台座５１と固定Ｂ台座５２の両端部が圧縮方向に変形し、固定Ａ台座５１、固定Ｂ台座５２の内面円弧で回転軸８を圧着固定し、略内面円弧の把持力が働く。この把持力と回り止め力により、撹拌羽根４の回転軸８への締結固定をより確実にする。

次に、撹拌刃７について、図２ｃ）Ａ‐Ａ視図、図３により説明する。
撹拌刃７は、撹拌刃７の切刃面を進行方向にして、刃支持Ａ柱６１と刃支持Ｂ柱６２の間に挿入し、刃支持前リブ６６、刃支持後リブ６７によって位置決めを行い刃取付ボルト６８、本実施例ではＭ１４ボルトであるが挟み閉め込みし固定する。この場合、撹拌刃７の刃面の角度は、撹拌刃７によって被発酵物が切削による細分化が達成できるように適宜調整することが好ましい。撹拌刃７は、鋼鉄であり、トラクター用爪を利用しても良い。

以上のような撹拌羽根ならびにそれを備えた生ごみ処理機、飼料発酵機および堆肥化発酵機により、好気性菌を利用し、被発酵物を細かく細分化し、充分な酸素が供給でき、比較的高温を利用して、短時間の発効処理と、軽量で、安価な設備を実現できる。

さらに、安全面では、投入口９、排出口１０の開放については、開放時に駆動源であるギアドモータ１２へのインターロックを設ける等の安全織り込み、発酵撹拌槽３の加熱についても、過昇温の検知による安全対策を施すものとする。

本発明の生ごみ処理機、飼料発酵機および堆肥化発酵機の全体構成の一例を示す図である。 本発明の撹拌台座の構成および回転軸への取付けの一例を示す図である。 本発明の撹拌台座への撹拌羽根取付けの一例を示す図である。 従来の発酵機器の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 生ごみ処理機、飼料発酵機、堆肥化発酵機（発酵処理機）
２ 本体容器
３ 発酵撹拌槽
４ 撹拌羽根
５ 固定台座
５１ 固定Ａ台座
５２ 固定Ｂ台座
５３ 固定台座平坦部
６ 刃支持台座
６１ 刃支持Ａ柱
６２ 刃支持Ｂ柱
６３ 補強リブ
６４ 前リブ
６５ 後リブ
６６ 刃支持前リブ
６７ 刃支持後リブ
６８ 刃取付ボルト
７ 撹拌刃
８ 回転軸
８１ 回り止め
９ 投入口（上部天井）
１０ 排出口
１１ 押え金具
１２ ギアドモータ
１３ チェンカップリング
１４ 軸受
１５ 本体フレーム
１６ モータベース
１７ 乾燥用吸気ファン
１８ 空気逆送防止蓋
１９ 断熱材
Ｘ 所定の空隙

Claims (4)

1. 生ごみ処理機、飼料発酵機および堆肥化発酵機の発酵撹拌槽内に設置される撹拌羽根において、撹拌羽根を回転軸に固定する固定台座と、撹拌刃を固定台座に支持する刃支持台座との２つの台座部で構成し、前記刃支持台座の台座方向の反対側に撹拌刃を固定したことを特徴とする撹拌羽根。
2. 請求項１に記載の固定台座において、両端固定部の締結固定した状態での所定の空隙に相当する位置の回転軸には、回り止めを配設していることを特徴とする固定台座を備えた撹拌羽根。
3. 請求項１に記載の撹拌羽根を備えた生ごみ処理機、飼料発酵機及び堆肥化発酵機。
4. 請求項２に記載の撹拌羽根を備えた生ごみ処理機、飼料発酵機及び堆肥化発酵機。

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