JP2010255996A - 有機性廃棄物の発酵熱利用システム及び発酵熱利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発酵槽を用いて有機性廃棄物を発酵処理しながら、その発酵熱を利用して農業用ハウス内などを好適に暖房できるようにする。
【解決手段】有機性廃棄物を発酵処理する発酵槽１と、発酵槽１の底部から当該発酵槽１内の有機性廃棄物に向けて圧縮加熱した空気を吹き込む高圧送風機１０と、発酵槽１の外面部を覆うジャケット１１とを備える。ジャケット１１の内部には、発酵槽１内での有機性廃棄物の発酵により生じた発酵熱を吸収する暖房用流体が流され、その暖房用流体が特定の暖房区域に配置される放熱部２０との間で循環される。
【選択図】図１

Description

本発明は、木材屑、鶏糞、又は米糠などの有機性廃棄物の発酵により生ずる発酵熱を有効利用する技術に係わり、特に有機性廃棄物の発酵熱を利用して農業用ハウス内などを暖房する発酵熱利用システム及び発酵熱利用方法に関する。

従来、木材屑、鶏糞、米糠、又は食品残渣その他の有機性廃棄物を発酵処理して堆肥などにする種々の装置が提案され、実用に供されている。

例えば、有機性廃棄物を収容する横長の発酵槽上に散水装置と撹拌機とを設け、発酵槽内の有機性廃棄物に向けて散水装置から散水をしながら、撹拌機により有機性廃棄物を撹拌するようにした処理装置が知られている（特許文献１）。

ここに、有機性廃棄物の発酵に際しては、微生物の働きにより発酵熱が発生するが、特許文献１の装置によれば、発酵槽内での有機性廃棄物の発酵により生じた発酵熱は有効利用されることなく大気中に放出される。

一方、有機性廃棄物の発酵熱を有効利用する技術として、農業用ハウス内の暖房に発酵熱を利用する方法が知られている（例えば、特許文献２）。

尚、特許文献２では、アーチ状に組まれるフレームにプラスチックフィルムを張設して構成されるハウスの内側周縁部に、有機性廃棄物を堆積するための溝状帯を設けるか、あるいはハウスを二重構造にしてその間に溝状帯を設けるようにしている。

特開平１１−１３８１４１号公報 特開２００７−２８９２８号公報

しかしながら、特許文献２ではハウス自体を発酵槽として構成するので、ハウス内における苗床面積の減少を余儀なくされるほか、溝状帯に堆積した有機性廃棄物の発酵熱をハウス内に直接放出するのでハウス内の温度管理が困難である。

特に、ハウス内の内側周縁部に溝状帯を設けただけのものでは、その溝状帯に堆積した有機性廃棄物からハウス内に対し、発酵熱のみならず悪臭が放出されるので、ハウス内に悪臭が充満してしまう。又、ハウスを二重構造にしてその間に有機性廃棄物を堆積すべき溝状帯を設けた構成では、有機性廃棄物の出し入れが極めて困難になる。

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その主たる目的は発酵槽を用いて有機性廃棄物を発酵処理しながら、その発酵熱を利用して農業用ハウス内などを好適に暖房できるようにすることにある。

本発明は上記目的を達成するため、
有機性廃棄物を発酵処理する発酵槽と、
前記発酵槽の底部から当該発酵槽内の有機性廃棄物に向けて圧縮加熱した空気を吹き込む送風手段と、
前記発酵槽の外面部を覆ってその内部に前記発酵槽内での有機性廃棄物の発酵により生じた発酵熱を吸収する暖房用流体が流されるジャケットと、
特定の暖房区域に配置されて前記ジャケットとの間で前記暖房用流体の循環が行われる放熱部と、
を備えることを特徴とする有機性廃棄物の発酵熱利用システムを提供する。

又、外面部がジャケットにより覆われた発酵槽の底部から当該発酵槽内の有機性廃棄物に向けて圧縮加熱した空気を吹き込む一方、特定の暖房区域に配される放熱部と前記ジャケットとの間で暖房用流体を循環させ、前記発酵槽内での有機性廃棄物の発酵により生じた発酵熱で前記ジャケット内の暖房用流体を加熱すると共に、加熱された流体を前記ジャケット内から前記放熱部に送り、その放熱部からの放熱により前記暖房区域を暖房することを特徴とする有機性廃棄物の発酵熱利用方法を提供する。

本発明によれば、発酵槽内に圧縮加熱された空気をその底部から吹き込むことにより、発酵槽内の有機性廃棄物を空気の圧力により良好に撹拌しながら、当該空気の圧縮熱により有機性廃棄物の発酵を促進することができ、しかも有機性廃棄物の発酵熱を利用して化石燃料を燃焼せずして農業用ハウス内などを好適に暖房することができると同時に、発酵処理した有機性廃棄物をコンポストとして有効利用することができる。

又、有機性廃棄物の発酵処理は発酵槽内で行なわれることから、農業用ハウスなどの暖房区域内に有機性廃棄物を発酵させる領域を確保せずして発酵処理を行なえ、しかも発酵槽を暖房区域外に設置して暖房区域内に悪臭が充満することを防止することができる。

更に、ジャケット内から送出される暖房用流体の流量調節をするなどして暖房区域の温度管理を容易に行うことができる。

本発明に係る発酵熱利用システムの示す概略図 同システムを構成する発酵槽の拡大断面図 同システムを示す詳細図

以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。先ず、図１及び図２により本発明に係る発酵熱利用システムの構成例を概説すれば、１は有機性廃棄物を発酵処理する発酵槽であり、その上端面には当該発酵槽１内に有機性廃棄物を投入する投入口２が形成され、その投入口２が蓋部材３により開閉自在とされており、発酵槽１の下部には、発酵処理が終了した有機性廃棄物（コンポスト）を取り出すための排出口４が形成されている。

又、発酵槽１の上部には、発酵槽１内の有機性廃棄物に向けて散水を行うための散水ノズル５のほか、排気口６ならびに廃熱回収用の吸込口７が設けられており、発酵槽１の底部には吸込口７に対応して温風吹出ノズル８が設けられている。吸込口７と温風吹出ノズル８はダクト９ａ，９ｂにより連結連通され、そのダクト９ａ，９ｂには高圧送風機１０が介在されている。

高圧送風機１０は、吸込口７から吸い出される発酵槽１内の空気と外気とを混合し、その混合空気を圧縮加熱して高圧高温（２０〜３０ｋＰａ／７０〜１１０℃）の空気とし、その高圧高温空気を発酵槽１の底部から発酵槽１内の有機性廃棄物に向けて吹き込む送風手段となるもので、当該高圧送風機１０の吸引口に図示せぬ外気取込管を分岐せしめたダクト９ａが接続されると共に、当該高圧送風機１０の吐出口がダクト９ｂを介して温風吹出ノズル８に接続する構成となっている。

そして、係る高圧送風機１０によれば、発酵槽１内の有機性廃棄物を空気の圧力により良好に撹拌しながら、同空気の圧縮熱によって有機性廃棄物の発酵を促進することができる。

尚、発酵槽１には、その内部温度を検出するためのサーモセンサＳ１が取り付けられており、その出力に基づいて高圧送風機１０の運転制御が行われるようになっている。

詳しくは、サーモセンサＳ１の出力（例えば、上段、中段、下段に設けられる３つの平均出力）が所定のレベル以下であるとき、有機性廃棄物の発酵を促進するべく高圧送風機１０を駆動して発酵槽１内に高圧高温の空気を供給し、サーモセンサＳ１の出力が所定のレベルを超えたら高圧送風機１０を停止する制御方式とされている。

一方、発酵槽１の周囲には、その外面部（外周面及び底面）を覆うジャケット１１が設けられる。ジャケット１１は、発酵槽１を内容器として当該発酵槽１を収容する外容器となるもので、その内部には発酵槽１内での有機性廃棄物の発酵により生じた発酵熱を吸収するための暖房用流体（本例において水）が流される。尚、発酵槽１の外壁は、高熱伝導率を有して耐食性に優れる金属（例えば、ステンレス鋼板、銅板、又はハニカム構造のアルミ薄板）から形成され、これによりジャケット１１内の暖房用流体に対する熱伝達が良好に行われるようになっている。

図２から明らかなように、ジャケット１１内には、暖房用流体の温度を検知するサーモセンサＳ２と、その検知温度が設定値を下回ったとき外部からの通電によって発熱する補助熱源となる電気ヒータ１２が設けられる。又、ジャケット１１には、暖房用流体を取り込むための流体流入口１１ａと、その流体流入口１１ａより流入した暖房用流体を外部に送出するための流体流出口１１ｂが形成される。

そして、本発明によれば、ジャケット１１と後述する放熱部２０とを配管により接続して、発酵槽１内からの発酵熱を吸収して加熱されたジャケット１１内の暖房用流体（温水）を放熱部２０との間で循環せしめる循環経路３０を形成し、その循環経路３０を通じてジャケット１１内から温水が送り込まれる放熱部２０からの放熱によって、当該放熱部２０が配置される暖房区域（本例において農業用ハウスＨ）内を暖房する構成とされる。

次に、図３により係る発酵熱利用システムの構成例をより詳しく説明する。図３から明らかなように、上記放熱部２０は地下埋設管２１と空気加熱器２２とにより構成される。このうち、地下埋設管２１は、農業用ハウスＨ内の地下数ｃｍ程度の位置に埋設される一連の管体であり、本例ではこれに口径１０ｃｍ程度の銅パイプが用いられている。

一方、空気加熱器２２は、外胴２２ａ内に放熱コイル２２ｂを収容して成る熱交換器であり、その外胴２２ａには農業用ハウスＨ内の空気を放熱コイル２２ｂに吹き付けるファン２２ｃが取り付けられ、そのファン２２ｃから放熱コイル２２ｂに吹き付けられた空気が外胴２２ａ内から農業用ハウスＨ内に吹き出す構成とされている。

尚、図３において、３１は一端がジャケット１１（図２の流体流出口１１ｂ）に接続する供給管、３２は供給管３１の他の一端（下流端）が接続する温水貯蔵タンク、３３は温水貯蔵タンク３２と地下埋設管２１の一端（上流端）とを繋ぐ供給管、３４は地下埋設管２１の他の一端（下流端）と温水貯蔵タンク３２とを繋ぐ還流管、３５は温水貯蔵タンク３２と放熱コイル２２ｂの一端（上流端）とを繋ぐ供給管、３６は放熱コイル２２ｂの他の一端（下流端）とジャケット１１（図１の流体流入口１１ａ）とを繋ぐ還流管であり、それらはジャケット１１と放熱部２０との間で流体を循環する上記の循環経路３０を構成する。

このうち、供給管３５には循環ポンプＰ１が介在され、その循環ポンプＰ１、供給管３５、及び還流管３６により、ジャケット１１内に暖房用流体を送り込む流体送入手段が構成されている。

図３に示されるように、還流管３６からは散水管３６ａが分岐されており、その散水管３６ａの先端は発酵槽１内において上記の散水ノズル５に接続している。

又、供給管３５には、循環ポンプＰ１の上流部において排水管４１と冷水供給管５１が合流されている。排水管４１は、発酵槽１の底部と供給管３５とを繋ぐもので、その中途には発酵槽１内に設けられるフィルタＦ（図２参照）を透過した濾水を殺菌するための殺菌装置４２が介在される。

一方、冷水供給管５１は、供給管３５に冷水を供給するためのものであり、その一端（上流端）は冷水の供給源となる冷水貯蔵タンク５０に接続されている。冷水貯蔵タンク５０は、２０００リットル程度の実容積を有する容器で、その内部には冷水として例えば１６℃程度の井戸水が蓄えられる。又、供給管３３には循環ポンプＰ２が介在され、その循環ポンプＰ２の上流部において供給管３３と冷水貯蔵タンク５０が冷水供給管５２により連通されている。

ここで、以上のように構成されるシステムの作用について説明すると、発酵槽１内では常法により有機性廃棄物の発酵処理（好気性発酵）が行なわれ、その過程において発酵熱が発生する。尚、発酵槽１内の有機性廃棄物は、上述の如く高圧送風機１０の駆動による高圧高温空気の供給により適宜撹拌されるほか、その空気の圧縮熱と散水ノズル５からの散水により発酵が促進され、これによって発酵槽１内が７５℃前後に維持される。

又、温水貯蔵タンク３２には一定量の水が蓄えられる。そして、温水貯蔵タンク３２内の貯水は、循環ポンプＰ１の駆動により供給管３５を通じて放熱コイル２２ｂに供給され、次いで還流管３６を通じてジャケット１１内に送り込まれ、そのジャケット１１内にて有機性廃棄物の発酵熱を吸収して５０〜７０℃の温水となり、これが供給管３１を通じて温水貯蔵タンク３２内に返送される。従って、温水貯蔵タンク３２内の水は徐々に昇温され、その温水貯蔵タンク３２を介してジャケット１１と放熱コイル２２ｂとの間で温水の循環が行われ、農業用ハウスＨ内の空気が放熱コイル２２ｂからの放熱によって加温されるようになる。

一方、温水貯蔵タンク３２内の貯水（温水）は、循環ポンプＰ２の駆動により供給管３３を通じて地下埋設管２１に供給された後、還流管３４を通じて温水貯蔵タンク３２に返送される。従って、農業用ハウスＨ内の土壌も地下埋設管２１からの放熱により直接加温されるが、地下埋設管２１の放熱量が大きすぎると、農業用ハウスＨ内で栽培される農作物の生育に悪影響を及ぼすことになる。このため、本例では供給管３３内を流れる温水に冷水供給管５２を通じて冷水を混合し、地下埋設管２１に供給される温水温度を例えば２７℃前後（適宜変更）に調整するようにしている。

このように、本発明によれば、有機性廃棄物の発酵熱を利用して農業用ハウスＨ内を好適に暖房し、冬期などにおいても化石燃料を使用せずして農作物を低コストでハウス栽培することが可能とされるが、係るシステムは夏期などにおいて農業用ハウスＨ内を冷房することも可能とされる。すなわち、夏期などにおいて農業用ハウスＨ内が高温状態になった場合には、供給管３５、還流管３６、及び排水管４１に介在されるバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３を閉じる一方、冷水供給管５１と還流管３６より分岐する冷水回収管５３とに介在されるバルブＶ４，Ｖ５を開き、その状態で循環ポンプＰ１を駆動することにより、冷水供給管５１と供給管３５を通じて冷水貯蔵タンク５０から放熱コイル２２ｂに冷水を供給してハウスＨ内を冷房することができる。尚、冷房時において、冷水貯蔵タンク５０には井戸から連続的に給水が行われ、冷水回収管５３からの還流水は図示せぬ管路を通じて井戸に還元、又は地下浸透される。

以上、本発明の具体例を説明したが、係るシステムは上記のような構成に限らず、例えば、放熱部を空気加熱器２２のみの構成としたり、あるいは空気加熱器２２を省略して地下埋設管２１の下流端をジャケット１１に接続したりするようにしてもよい。又、循環経路３０を構成する配管類の接続形態は図示例に限らず、種々の接続形態にすることができ、要は発酵熱を吸収した流体がジャケット１１内から特定の暖房区域内に供給されるようになっていればよい。

尚、本発明では有機性廃棄物の発酵熱を利用して化石燃料を燃焼させることなく暖房を行うことができるが、本発明は農業用ハウスＨに限らず、一般住宅などの暖房にも適用できる。

Ｈ 農業用ハウス（暖房区域）
１ 発酵槽
１０ 高圧送風機（送風手段）
１１ ジャケット
１１ａ 流体流入口
１１ｂ 流体流出口
２０ 放熱部
２１ 地下埋設管
２２ 空気加熱器
２２ａ 放熱コイル
３０ 暖房用流体の循環経路
３１ 供給管
３２ 温水貯蔵タンク
３３ 供給管
３４ 還流管
３５ 供給管
３６ 還流管
Ｐ１ 循環ポンプ
Ｐ２ 循環ポンプ

Claims (2)

1. 有機性廃棄物を発酵処理する発酵槽と、
   前記発酵槽の底部から当該発酵槽内の有機性廃棄物に向けて圧縮加熱した空気を吹き込む送風手段と、
   前記発酵槽の外面部を覆ってその内部に前記発酵槽内での有機性廃棄物の発酵により生じた発酵熱を吸収する暖房用流体が流されるジャケットと、
   特定の暖房区域に配置されて前記ジャケットとの間で前記暖房用流体の循環が行われる放熱部と、
   を備えることを特徴とする有機性廃棄物の発酵熱利用システム。
2. 外面部がジャケットにより覆われた発酵槽の底部から当該発酵槽内の有機性廃棄物に向けて圧縮加熱した空気を吹き込む一方、特定の暖房区域に配される放熱部と前記ジャケットとの間で暖房用流体を循環させ、前記発酵槽内での有機性廃棄物の発酵により生じた発酵熱で前記ジャケット内の暖房用流体を加熱すると共に、加熱された流体を前記ジャケット内から前記放熱部に送り、その放熱部からの放熱により前記暖房区域を暖房することを特徴とする有機性廃棄物の発酵熱利用方法。

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