JP2013072572A - 生ゴミ乾燥装置 - Google Patents

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忠 川村
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Abstract

【課題】本発明は、ゴミを均等に短時間で乾燥でき、悪臭を外部に放散することがなく、無駄な作業が不要で、低コストで乾燥できる生ゴミ乾燥装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の生ゴミ乾燥装置は、生ゴミを収容し複数のセイロ6が整列して配設されると共に、各セイロ6内部に低相対湿度、高温の湿り空気を流して横断させ生ゴミを乾燥させるセイロ乾燥室と、高温の空気を形成しセイロ乾燥室2bに供給できる高圧加熱室2aと、水分を除去した後の湿り空気を循環するファン3aと、水分を結露させる冷却器9aと、循環路4と、ドレイン口11を備え、セイロ乾燥室2bにおいては、循環される湿り空気がセイロ6の整列によって各セイロで同等に分流されて、各セイロ6内では減速され、この湿り空気と生ゴミとの温度差、湿度差によって生ゴミを乾燥させることを最も主要な特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、セイロ乾燥室の流路断面にセイロを充填し、熱風を作って各セイロ中の側面から熱風が横断するようにセイロ乾燥室内を流して、厨芥やその他の含水廃棄物である生ゴミをほぼ均等に乾燥し、作業が高効率で行え、短時間、非常に低いコストで生ゴミを乾燥できる生ゴミ乾燥装置に関するものである。
従来、厨芥等の生ゴミの減容と乾燥は、加熱によってその含有水分を蒸発させ、発生した水蒸気を排出して乾燥することで行われる。しかし、生ゴミから出た水蒸気を外部に放出するため、外部に悪臭を放散させてしまうことが多かった。なお、以下、生ゴミとは、厨芥やその他の含水有機物に代表される水分を含んだ含水廃棄物のことである。
また、台所の厨芥を処理するための厨芥処理機としては、一般に、熱風を循環させ、発生した水蒸気を、空冷式熱交換器を備えた凝縮器で復水し、除去するようにしたものが従来知られている(例えば特許文献1参照)。しかし、このような厨芥処理機では、ミストの除去が不十分で、再加熱時の熱風の相対湿度の低下が不十分になり、高い乾燥効果が得られない。
また、例えば特許文献2のような乾燥装置も公知である。特許文献2の乾燥装置は、処理槽内に入れられた含水廃棄物を加熱し、発生する水蒸気を循環する低湿度の空気が吸収・冷却することで水分を除去し、乾燥させ、これにより、悪臭を外部に放散させることなく処理する。これは、空気供給系、含水廃棄物を入れる処理槽、高湿度の空気を冷却する冷却器、冷却された低温空気管系、処理槽外面を加熱する温水循環系、冷却水を冷却する冷却塔等で構成されており、循環する空気の相対湿度差を利用することで含水廃棄物の水分を減らすものである。80〜90℃の加熱温度で乾燥処理することが可能なため、生ゴミなどは飼料として再生することができる。また、空気を循環させる処理方式であるため、悪臭の外部放散がなくなる。
特開平5−96268号公報 特開2001−340829号公報
従来の生ゴミの乾燥は、熱を加えることによってその含有水分を蒸発させ、発生した水蒸気を排出し、乾燥する。しかし、生ゴミ等から出た水蒸気を外部に放出するため、外界に悪臭を放散させることになる。また、特許文献1の厨芥等の生ゴミ処理機は、ミスト除去効果が不十分で、再加熱時の熱風の相対湿度低下が不十分になり、高い乾燥効果が得られない。このためコストがきわめて大きくなるという問題があった。
特許文献2の乾燥装置は、処理槽内に入れられた含水廃棄物を加熱し、発生する水蒸気を循環する低湿空気が吸収・冷却することで水分を除去し乾燥させ、これにより、悪臭を外部に発散させることなく処理するものである。これは、空気を循環させる処理方式であるため、悪臭の外部発散がない。
しかし、特許文献2の乾燥装置は、生ゴミを飼料として再生することを目的とするものであって、乾燥時間を短縮し、乾燥処理の際の作業効率を向上し、コストの大幅な低減を図った乾燥装置ではない。生ゴミを1つの処理槽に投入する作業は作業効率をきわめて悪く、人件費もかさむものであるし、また、特許文献2の温水循環系、冷却器は、熱交換が高効率で行えないため、燃料費が高コストになってしまうものであった。
そこで、本発明は、生ゴミを均等に短時間で乾燥でき、悪臭を外部に放散することがなく、処理時には無駄な作業がなく、低コストで乾燥できる生ゴミ乾燥装置を提供することである。
本発明の生ゴミ乾燥装置は、生ゴミを収容し複数の開口が型枠の側面に開けられた複数のセイロが整列して配設されると共に、各セイロ内部に低相対湿度、高温の湿り空気を流して横断させ生ゴミを乾燥させるセイロ乾燥室と、熱交換器を備えて高温の空気を形成しセイロ乾燥室に該高温の空気を供給できる高圧加熱室と、セイロ乾燥室で水分を除去した後の湿り空気を循環するファンと、湿り空気を冷却して水分を結露させる冷却器と、ファンと冷却器を連絡する循環路と、冷却器で結露したドレインを排出するドレイン口を備え、セイロ乾燥室においては、循環される湿り空気がセイロの整列によって各セイロで同等に分流されて、各セイロ内では減速され、この湿り空気と生ゴミとの温度差、湿度差によって生ゴミを乾燥させることを最も主要な特徴とする。
本発明の乾燥装置は、生ゴミを均等に短時間で乾燥でき、悪臭を外部に放散することがなく、処理時には無駄な作業がなく、低コストで乾燥できる。
本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置の側方からみた構成図 本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置の上方からみた構成図 本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置の冷却器の構成図 本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置のセイロの斜視図 本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置の湿り空気線図 本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置の制御構成の説明図
本発明の第1の発明は、生ゴミを収容し複数の開口が型枠の側面に開けられた複数のセイロが整列して配設されると共に、各セイロ内部に低相対湿度、高温の湿り空気を流して横断させ生ゴミを乾燥させるセイロ乾燥室と、熱交換器を備えて高温の空気を形成しセイロ乾燥室に該高温の空気を供給できる高圧加熱室と、セイロ乾燥室で水分を除去した後の湿り空気を循環するファンと、湿り空気を冷却して水分を結露させる冷却器と、ファンと冷却器を連絡する循環路と、冷却器で結露したドレインを排出するドレイン口を備え、セイロ乾燥室においては、循環される湿り空気がセイロの整列によって各セイロで同等に分流されて、各セイロ内では減速され、この湿り空気と生ゴミとの温度差、湿度差によって生ゴミを乾燥させることを特徴とする生ゴミ乾燥装置である。この構成によって、生ゴミを均等に短時間で乾燥でき、悪臭を外部に放散することがなく、処理時には無駄な作業がなく、低コストで乾燥できる。
本発明の第2の発明は、第1の発明において、セイロを単位として全セイロの内の水蒸気が飽和状態になるまでセイロ乾燥室内の各セイロの恒率乾燥期間が保たれ、セイロ乾燥室内が1つの乾燥の場になることを特徴とする乾燥装置である。この構成によって、生ゴミをセイロ内、セイロ乾燥室内で、ほぼ均等に短時間で乾燥できる。恒率乾燥期間が終了すると、減率乾燥期間として乾燥が行われる。
本発明の第3の発明は、第1または第2の発明において、セイロが流路断面において流れと直交する方向に複数列配置されたことを特徴とする請求項1または2記載の乾燥装置である。この構成によって、流れと直交する方向に均等に短時間で乾燥できる。
本発明の第4の発明は、第1から第3の何れかの発明において、セイロがセイロ乾燥室の流れ方向に複数列配置されたことを特徴とする乾燥装置である。この構成によって、生ゴミをセイロ乾燥室内で流れ方向にほぼ均等に短時間で乾燥できる。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置の原理を説明する。図1は本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置の側方からみた構成図、図2は本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置の上方からみた構成図、図3はセイロの側面を示す。ここで、本発明において生ゴミとは、厨芥や、その他の含水有機物に代表される水分を含んだ含水廃棄物のことである。また、本発明においてセイロというが、これは、小魚等を搬送したりする、いわゆる一般的な蒸篭のことだけでなく、上面を開放した箱型の容器であって、側面、底面に小開口が複数形成されており、容器内部に生ゴミを収容でき、隙間を開けて、あるいはこれを開口せずに、同じセイロを多段に積み重ねることができ、積み重ねたとき柱状になるものである。この多段に積み重ねたセイロの列は、流れ方向(縦方向)に1列だけでもよいが、2列以上縦列に並べることができる。流れ方向と直交する方向(横方向)にも、1列あるいは2列以上並列に並べることができる。セイロの列は搬入用の台車の上にセイロを載せて積み重ねて形成するのがよい。なお、ここで隙間を開けない場合というのは、実質的にほぼ接して積み重ねることである。隙間を開けないのは、流れ方向に1列のみ配設する場合で、側面の面積と比較して小開口の面積がかなり大きな割合を占めるような場合に有効である。縦2列×横2列などのように一般的には、間隙を5mm〜20mmの適当な幅で開けた方が、流体抵抗が小さく、通気が良好で乾燥が良好に進む。
図1に示すように、生ゴミ乾燥装置1内には、高温・高圧・低相対湿度の高圧加熱室2a(高温の湿り空気を形成するエリア)と、これと比較して相対的に、低温・低圧・高相対湿度のセイロ乾燥室2b(生ゴミを乾燥させるエリア)が隣接して設けられ、基本的に、セイロ乾燥室2bの出口側と高圧加熱室2a入口側は空気の循環路4で連絡されている構造を有している。台車7に生ゴミを収容したセイロ6を多段、例えば40枚積み重ねてセイロ乾燥室2b内に搬入する。厨芥や魚調理後のアラなどの生ゴミのように高含水率、例えば70%の水分を含む場合、一例としてこれが50kgの生ゴミであれば、これに含有される水分35Kgを除去しなければならない。
このため実施の形態1の生ゴミ乾燥装置では、循環される高圧空気を高圧加熱室2aの熱交換器5で加熱することにより、高温・高圧・低相対湿度の熱風(温度100℃〜115℃、例えば吐出圧力(静圧)400kPa〜600kPa[G],相対湿度1%〜5%)を高圧加熱室2a内につくって、セイロ乾燥室2bにおくり、このセイロ乾燥室2b内に隙間なく積み重ねられたセイロ6の生ゴミを除湿・乾燥する。[G]はゲージ圧であることを示す。この除湿・乾燥の過程で、ファン吸い込み口、つまりセイロ乾燥室2b出口において低温・低圧・高相対湿度の空気、例えば、温度70℃〜90℃、圧力(静圧)−50kPa〜−100kPa[G]、相対湿度70%〜100%の湿り空気(恒率乾燥期間にはこのうちで相対湿度100%の飽和湿り空気)にする。なお、恒率乾燥期間については後述する。この湿った空気をファン3aによって循環路4を経由して結露室9に送って冷却器9aで冷却し、10℃〜30℃、例えば20℃、相対湿度100%の湿り空気とし、この20℃を露点として凝縮した水がドレインとして排水口11から排水される。そして、この例えば20℃に冷却された湿り空気を再び熱交換器5において100℃〜115℃に加熱し、高温・高圧・低湿度の熱風(温度100℃〜115℃、例えば、静圧400kPa〜600kPa[G],相対湿度1%〜5%)に戻して、再度ファンにより循環する。
高圧加熱室2aにおける加熱について説明すると、実施の形態1の生ゴミ乾燥装置では熱交換器5がエロフィン熱交換器であり、ボイラ(図示しない)で発生した水蒸気をエロフィン熱交換器に送り、熱交換器5と高圧加熱室2a内部の空気との熱交換を行うことにより空気を100℃〜115℃にまで加熱する。ところで冷却器9aで10℃〜30℃の飽和湿り空気にされ、結露により水分が除去されているので、この空気が大気圧下で100℃〜115℃にまで加熱された場合、10℃〜30℃における飽和湿り空気が例えば相対湿度1%〜5%の湿り空気になる。
図1に示すように、高圧加熱室2aには温度センサ12が設けられており、循環する湿り空気の温度制御に用いられる。加熱された100℃〜115℃の空気は、セイロ乾燥室2bのセイロ6に収容され、生ゴミを乾燥する。循環される湿り空気は、生ゴミとの熱交換によって例えば、70℃〜90℃、相対湿度70%〜100%の湿り空気となり、これが循環路4を経て結露室9で例えば20℃に冷却される。なお、恒率乾燥期間には空気は相対湿度100%の飽和湿り空気であるが、後述する減率乾燥期間には100%から例えば70%にまで相対湿度が低下する。限界含水率及びその他の必要に応じて70%以下の所定の相対湿度にまで乾燥させることもできる。このように循環空気の温度は温度制御されるが、湿度の制御はされない。というのは、セイロ乾燥室2bの出口の空気の温度・圧力・相対湿度は、投入された生ゴミの量と含水率の大きさ(多寡)で変動するので、一定の値にはならないからである。詳細は図6を基に後述する。ただ、冷却器9aでの湿り空気の温度(露点)、空気量は制御できるため、これを制御すれば生ゴミ量、含水率の変化に対応できる。冷却器9aにおいて結露させることで、セイロ乾燥装置2bの生ゴミから奪った水分をドレインとして系外に排出する。
次に、循環路4は、ファンの吐出口と結露室9を連結し、結露室9には冷却器9aが設けられる。結露室9は図1に示すように高圧加熱室2aと隣接して配置され、高圧加熱室2aはセイロ乾燥室2bに接続されており、セイロ乾燥室2bはファン室3に接続される。循環路4は基本的に密閉回路であり、通常、内部の乾いた空気が放出されることはないが、生ゴミから奪われた水分が冷却器9aで凝縮され、ドレインとして外部に排水されるとき、内部の空気がこのドレインに溶け込むなどして混入し、排出路から逸失されるため、徐々にではあるが空気が減少することは避けられない。そこで、循環路4には空気の補充口10が設けられており、ドレインに溶け込んだ量と等量の逸失空気を補充する。補充口10には逆止弁が設けられ、空気の流量が所定の流量より下がると、冷却器9aと結露室9の狭い間隙を流れる空気の圧力が所定圧力より下がるため、ベルヌイの定理に従ったベンチュリ効果で外部から補充される。このため冷却器9aに流入する流れの圧力を一定に安定させるための絞り10aが設置される。補充口10、絞り10a、冷却器9aの構造などで容易に逸失空気と等量の空気を補充することができる。なお、ベンチュリ効果を利用するのではなく制御で外部から補充することもできる。結露室9には、冷却器9aを支持すると共に、ドレインを貯め、空気を通過させる穴あき板9bが設けられている。
また、図3は本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置の冷却器の構成図である。図3に示すように、結露室9の冷却器9aは複数の薄い水タンクが平行に並べて構成されており、この水タンクの間に循環路4を介して送られてきた循環される空気、すなわち、例えば、70℃〜90℃、相対湿度70%〜100%の湿り空気(恒率乾燥期間にはこのうちの相対湿度100%の飽和湿り空気)を通過させる。そしてこの水タンクの中には例えば実施の形態1においては18℃の水を流して、循環路4から送られてきた循環される空気と熱交換させる。これにより、例えば20℃であって、結露により相対湿度100%の飽和湿り空気(飽和蒸気圧が2.4kPa程度)とする。水量は水入口9hから流入する水量を水量調整バルブ9gで調節することで調整することができる。70℃〜90℃、相対湿度70%〜100%の湿り空気が温度20℃の飽和湿り空気に冷却されることで、この絶対湿度差分、上述の例では35Kg分が凝縮してドレインとなり、排水路11から排水される。この水分35Kgが生ゴミから除去されたことになる。循環路4側となる水タンクの一方端9eは、流れを円滑に流して流体抵抗を下げベンチュリ効果を利用できるように三角刃状に鋭角に尖っている。
セイロ乾燥室2bには、図1,2に示すように、セイロ6が複数段(上下方向)積み重ねられ、これが流れの方向(縦方向)に複数列、例えば2列に並んで流路断面内に5mm〜20mmの適当な幅の間隙またはほぼ隙間の無い状態で配置される。この間隙により、流れ方向に複数列あったとしても、各セイロ6の乾燥が並行して同時に進行する1つの乾燥の場が形成される。すなわち複数のセイロ6が集合したセイロ乾燥装置2bも、局所的な差が少ない1つの乾燥の場になる。この隙間を通って各列間で一旦混合されてこれが次段で再分配され、流量は全セイロで均一に分配される。セイロ6は40枚(段)程度が多段に積まれるのがよい。台車7上に40枚程度積み重ねられる。この台車7は入口8を通して乾燥装置1内部に搬入され、そのまま配置される。台車7は、セイロ6を載置したままの状態で、セイロ乾燥室2bに複数台配置される。図2に示すように、流れの直交方向(横方向)にも、複数列、例えば2列並べるのもよい。このとき縦2列×横2列×上下40枚のセイロ6がセイロ乾燥室2b内に等間隔に配列され、この配列されたセイロ6によって流れを同等に分配することになる。このとき台車7は、縦2列×横2列の4台が、セイロ乾燥室2b内に配置される。
ところで、実施の形態1の生ゴミ乾燥装置は、腐敗菌が死滅する100℃〜115℃の温度で、例えば相対湿度1%〜5%程度の湿り空気をつくり、この高温、低相対湿度の湿り空気をセイロ6の配列された中へ流入させ、各セイロ6の存在で空気をほぼ均等に分配し(間隙を利用して後列側にも直接流してセイロと間隙とで流量を分配し)、セイロ6の開口で流れを絞り、膨張、再絞りさせることで、セイロ6内部に減速流れを形成する。この減速された流れは、セイロ6内の被乾燥物と空気の接触時間を長くさせることができ、被乾燥物内の隅々に回り込み、セイロ6を局所的にまとまった1つの乾燥の単位とする乾燥の場とする。さらにこの局所的な乾燥の単位(すなわちセイロ)を集合することにより、セイロ乾燥室2bをこのまとまって乾燥する乾燥の単位が集合した、しかも、局所的にあまり差がない、ほぼ一様な乾燥の場にすることができる。
恒率乾燥期間には、水分の僭熱を奪って先に飽和湿り空気になったセイロ6がそのまま一部先行して減率乾燥期間の過程(つまり顕熱を奪う過程)に移行することはなく、セイロ6のすべてが被乾燥物の表面温度を例えば30℃〜40℃などに保持し、すべてのセイロ6の生ゴミが飽和状態になった後に減率乾燥期間に移行する。保持する温度はシステムにとって合目的で熱効率の高くなる温度を選べばよい。そして減率乾燥期間になると、生ゴミ(生もの等)の限界含水率になるまで更に温度を上げて乾燥させればよい。実施の形態1の生ゴミ乾燥装置は、循環される空気が70℃以上であるので、この温度では腐敗菌は生存できないため腐敗が生じず、品質の劣化を起こさせない。また、被乾燥物が、高湿度の湿潤な環境でしかも70℃以上の高温で加熱される(つまり煮られる)ことから、生ゴミが空気中で酸化して焼け焦げるようなことがなく、被乾燥物から加熱による悪臭が発生することがない。なお、このようにして得られた乾燥物は飼料などとして再利用できる。
セイロ6にはそれぞれ厨芥等の生ゴミが収容される。図4は本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置のセイロの斜視図である。図4に示すように、セイロ6は矩形の型枠(縁付)と底部をもち、型枠の側面と底面に多数の開口6a(通気孔)が形成されている。通常のセイロでは、セイロ6の枠においては、側面の開口6aの開口率α(=開口面積/型枠の表面積)はα=0.1〜0.3(10%〜30%)程度であり、底面を含んだセイロ全体の開口率αはα=0.5(50%)程度である。実質的に隙間なくセイロ乾燥室2bの流路断面内に積み重ねられたセイロ6に高圧加熱室2aの高温・高圧・低湿度の熱風が側面から当たると、熱風はセイロ6の開口6aを通して流入し、拡大された空間で減速されて、各セイロ6内を横断する。つまり、開口6aがオリフィスによる絞りとして作用し、上流から多数の開口6aを通ってセイロ6内に噴出し、開口6aより拡大された空間内に断熱変化もしくはポリトロープ変化で膨張し、内部に拡散し、生ゴミの水分を長時間内にわったって気化させ、生ゴミから水分を取り除く。潜熱が奪われるため、湿り空気は温度低下し、相対湿度が上昇する。
湿り空気は、その後、セイロ6の下流側の多数の開口6aから流出し、セイロ6間の隙間を直接流れた流れと合流して次の列のセイロ6内に流入する。従って100℃〜115℃、相対湿度1%〜5%の湿り空気は、セイロ6の配列でほぼ均等に分配される。セイロ6内では減速流れになり、被乾燥物と空気の接触時間が長くとれる。流れ方向に複数列並べられたセイロ6の場合は、各列の入口、出口で縮流し、列数の数だけ圧力降下があり、当初の圧力(高圧加熱室2aの400kPa〜600kPa[G]の静圧)はファン室3の吸込み圧力(例えば−50kPa〜−100kPa[G]の静圧)に圧力低下する。
このセイロ6内における熱風の熱交換プロセスを説明する。生ゴミに含まれる水分は熱風から潜熱を奪って気化し、セイロ6内で水蒸気になる。しかし、恒率乾燥期間には、セイロ乾燥室2b内の全部の生ゴミがほぼ一律に乾燥するまで潜熱を奪い、顕熱を奪う過程に移行しない。すなわち、先に100%近くの高い相対湿度になったセイロ6がそのまま一部だけ先行して減率乾燥期間の過程に移行することはない。従って、局所的に乾燥した生ゴミ表面が更にそのまま乾燥を続けるため、場所々で異なった進行状態の乾燥を続けるような、いわゆる乾燥むらが起きることはない。
というのは、生ゴミに少しでも水分が含まれている場合、乾燥が始まってから、全セイロ6の生ゴミがほぼ相対湿度100%になるまで、生ゴミ表面が通過空気の湿球温度に保持されるという特質を有しているからである。この通過空気の湿球温度に保持される期間が恒率乾燥期間である。
つまり水分を残した生ゴミが一部にでも存在すると、セイロ6内の生ゴミが通過空気の湿球温度に支配され、その恒率乾燥期間の乾燥速度は一定になる。例えばセイロ6が流れ方向に2列縦列に配置されているときは、最初に第1列の各セイロ6がまとまって相対湿度100%に近づく。このとき、第2列目を構成するセイロ6も、その相対湿度が当初の湿度より上昇するが、少し遅れ、相対湿度100%近くにまではなっていない。第2列を構成するセイロ6は、第1列のセイロ6の存在で温度低下した熱風で乾燥する分、乾燥が遅れる。
つまり第1列のセイロ6は、乾燥が遅れている次の第2列のセイロ6が相対湿度100%に近づくのを待つ。この間、先行して乾燥された生ゴミ(第1列のセイロ6)はおおむね一定温度(通過空気の湿球温度)に保持される。その後、第2列目のセイロ6においても水分が気化し、相対湿度も100%近くに上昇する。
このようにセイロ乾燥室2b全体がほぼまとまって乾燥が進行する1つの乾燥の場になり、全セイロ6のすべての生ゴミが乾燥するまで、生ゴミの表面が通過空気の湿球温度に保持される。しかし、実際には、熱交換で通過空気の温度は低下していくので、第1列から第2列、第2列から第3列、・・・、と列とセイロ単位で湿球温度は少しずつ低下する。ただ、各列間の差は小さく、セイロ6単位で乾燥の場を分割することにより、乾燥の進み具合をまとまって管理、コントロールすることが可能になる。セイロ6の列数を少なくするなどすれば、セイロ乾燥室2b全体を実用上からみてほぼ均等に乾燥させることができる。
このように実施の形態1の生ゴミ乾燥装置では、乾燥が始まって恒率乾燥期間は、早く乾燥した部分と未乾燥の部分が共存する状態の場合(例えば1列目は乾燥状態に近づいた状態になったが2列目以降のセイロの列はまだ未乾燥の状態)、早く乾燥した生ゴミ表面においてその後のある期間、更にここの乾燥が進むことはなく、未乾燥の部分が乾燥されるまで乾燥が一時停止状態になる。N列全部のセイロ6全体の生ゴミの表面が一定温度、相対湿度100%近くになってから、ゴミの表面温度が上がり始め、減率乾燥期間に至る。この期間に乾燥速度は徐々に下がっていき、生ゴミの表面は通過する空気の乾球温度に近づいていく。
従来の乾燥装置においては、乾いた空気を通風して被乾燥物の水分を奪って乾燥させるのが基本であった。その空気は排出される。そして、大量の熱風を送って強制的に通風乾燥しようとすると、熱風の当たる部分と当たらない部分が生じ、この2つの部分の間で乾燥むらも生じた。しかも、開放された乾燥装置であるため悪臭も漏れる。この点、循環流路型の従来の乾燥装置では(特許文献2など参照)、密閉回路を備えているため悪臭は漏れにくい。しかし、乾燥の場を分割しないで1つの処理槽全体を等温で加熱(等温変化)する乾燥装置であると共に、80℃〜90℃とあまり高くない温度の空気で乾燥するため、熱効率が悪く、乾燥が進みにくいし、燃料費が膨大となり、コスト高になる。処理槽周囲の温度を保持することが必要であり、これにもコストがかかる。しかも、処理槽に生ゴミを投入して、乾燥、排出し、これを繰り返すのは作業効率が極めて悪い。さらに、積み重ねたセイロ6内での流れの減速作用を利用しないため、熱交換のための時間が短く、実質的に乾燥に寄与する空気(接触流れ)は少ない。多くの空気は素通りする。
これに対し、実施の形態1は、空気を循環しながら水分の除去を行って湿り空気を100℃〜115℃に再加熱し、この空気をセイロ乾燥室2bに通常は間隙を設けて積み重ねたセイロ6の多数の開口6aからセイロ内部へ噴出させ、分割の場単位で断熱変化もしくはポリトロープ変化の膨張で流速を減速させ、セイロ内ではほぼ均一な圧力に保ち、熱風を満遍なく生ゴミに接触させ、短時間、高効率の乾燥を行うことができる。
熱風がセイロ6内を通過する時間は、いわば開口6aによる堰き止め作用により、直接セイロ−セイロ間の間隙を流れる時間より長くなる。これにより、生ゴミと熱風との接触時間が多く取れ、伝熱が効果的に行え、乾燥むらが少なくなる。また、温度70℃〜115℃の温度域では腐敗菌が生存しえないため、厨芥等の生ゴミが腐敗することはない。また、湿潤な状態で被乾燥物を70℃以上で煮ることになるため、被乾燥物から腐敗臭、焼け焦げ臭などの臭気が発生することがない。従って基本的に悪臭も発生しないし、密閉した循環流路で乾燥しているため、発生したとしても外部に悪臭が漏れることはない。さらに、セイロ6が、生ゴミの運搬手段、収容容器としてではなく(これが通常の用法である)、大量の生ゴミの乾燥を、乾燥むらなく均等に、高い熱効率で、短時間に行うための手段として機能する。密閉した循環流路で乾燥しているため、熱効率も高い。実施の形態1ではセイロ6を利用するが、熱風が通過する流路となる側面に開口6aが多数形成されており、これによって絞りとセイロ6内に熱風の膨張が起き、生ゴミと熱風との接触時間が多くなるものであればよい。
ここで、セイロ乾燥室2bでの空気の状態を、目安的な説明ではあるが少し量的に説明する。図1,2において、上流からI列目のセイロ6の枠の開口6aの入口側圧力をpIi、この開口6aの出口圧力をpIoとする。開口6aの1個の面積をr(m)、セイロ型枠の一側面の面積をS(m)とする。また、εi1をI列目のセイロの開口6aで絞りを掛けるときの縮流係数と面積などの関数の比例係数、εi2をI列目のセイロ出口でI列目のセイロ出口の開口6aで絞りを掛けるときの縮流係数と面積などの関数の比例係数とする。I=1〜Nである。
セイロ乾燥室2bの流路断面積をA(m)、すべてのセイロがM(段)ほど積み重ねられ、セイロは流れ方向(縦方向)N列、流れと直交方向(横方向)L列とする。セイロの1側面の開口がn個あるとし、この流路断面積A(m)を流れる流量をQ(Kg/s)とする。簡単のために、流量は各列の各セイロで均一に分配され、隙間dをβ×S(但し、βはSに対しての隙間の割合)とし、かつ、この隙間dを通って各列間の空間で一旦混合されては再び次列で再分配され流量は全セイロで均一に分配されると仮定する。開口1個当たりを流れる流量をΔq(Kg/s・m)、隙間dを流れる流量をδqとすると、流量は列間で混合されては次列に流入してセイロ全部で均一に分配されると仮定しているから、おおむねδq≒Δq×(β・S/r・n)であり、流路断面積A(m)を通過する流量QはQ=Δq・n・M・L+δq・M・Lであるから、Q=Δq・n・M・L+Δq×βS×M・L/rn=Δq・M・L(n+βS/rn)であり、目安として、おおむね、開口(通気孔)1個当たりΔq=Q/M・L(n+βS/rn)の流量が流れる。開口6a面積r≒αS/nであるから、Δq=Qα/M・L(nα+β)となる。
I列目[I=1〜N]のセイロの枠の開口を考える。セイロの枠の入口側の開口において圧力差δpIiは、δpIi=(pIi−pIo=(εIiγ/2g)・Δqである。gは重力加速度、γは比重であり、iは開口の入口側、oは開口の出口側、fはセイロの前方側を示す。同様にセイロの型枠の出口側の開口において圧力差δpIoは、δpI0=(pIi−pIo=(εIoγ/2g)・Δqである。rはセイロの後方側を示す。従って、I列目のセイロの型枠の前方と後方の2つの位置の開口による圧力損失δpは、δp=(δpIi+δpI0)で表される。
セイロ乾燥室2bでの流れの圧力損失は、おおむねセイロ各列の絞りの部分に集中する。というのは、圧力損失は流速(結果として流量)の二乗に比例するからである。セイロ6の内部空間は絞りに比べて大きく、絞りの流速は数倍、数十倍以上となり、圧力損失はその二乗のオーダになるから、セイロ乾燥室2bにおける全圧力差は大体セイロ6の列の段数と配置によって決まる。
セイロ型枠の側面(面積S)における開口率αはα=n・r/S=0.1〜0.3程度である。なお、型枠の底面の開口を介しての流れは、出入りが等しく相殺されると考えられるから、熱風のセイロ乾燥室2bにおける圧力損失は流れの方向を考えればよい。βは列の数にもよるが、おおむねβ≒0〜n・r/S(=α)程度であるから、nα≫βである。
ここで、セイロがM段積み重ねられ、かつ、流れ方向(縦方向)にN列また直交方向(横方向)にL列並列に配列されている場合を考えると、セイロ乾燥室2bの流路断面AはA≒(1+β)SMLであり、nα≫βであるから、おおむねΔq=Q・S・(1+β)/A・(nα+β)≒QS(1+β)/Anαとなり、かつ、δp≒(εIiγ/2g)・Δq+(εIoγ/2g)・Δq=(εγ/2g)・Δqと表されるから、セイロ乾燥室2bでの差圧は次のようなものと考えることができる。(p−p)≒Σδp[I=1〜N]=Σ(εγ/2g)・Δq [I=1〜N]≒N・(εγ/2g)・{QS(1+β)/Anα}となる。ここでεはε=(εIi+εIo)、εはεのI=1〜Nでの平均値とする。ε、εIi、εIoはr,pIi,pIo,・・の関数、ε(r,pIi,pIo,・・)である。ただ、これらの量はあくまで仮定に基づいた説明のための量である。
さて、セイロ乾燥室2bでの1列の圧力差は、おおむね上記(p−p)をNで分割した(p−p)/Nで、大体(εγ/2g)・{QS(1+β)/Anα}に近い圧力差と考えることができ、高圧側pから低圧側pへ順に所定圧力差で階段状に降下することになる。例えば上流からI列目の各セイロ6内の圧力は、p≒p−Σδp[j=1〜I]で表される。セイロの複数列で縮流と膨張を行う構造上、各セイロ6内部の圧力は、ほぼこの圧力差の中間の圧力に近い値と考えてよい。すなわち、セイロ6がセイロ乾燥室2bの流路断面に整列されて積み上げられて充填されていることで、開口6a部分での流れの絞りによる圧力損失は大きく、セイロ6内部は一様な圧力環境・温度環境・湿度環境が維持されることになる。
なお、ファン室3(ファン吸い込み口)側は負圧p、高圧加熱室2a側では正の高圧pになる。正圧pから負圧pに向かってセイロ内の空間で膨張と拡散が行われ、圧力降下していく。高温の分子の運動は低温の分子より平均自由工程が長く、減速されたセイロ6内では流体粒子がゆっくりとした膨張、拡散運動を行って、生ゴミの隅々に回りこむ。
従来の乾燥装置では、生ゴミに含まれる水分を熱風に接触させて気化させるが、実施の形態1の生ゴミ乾燥装置1はセイロで大きな圧力差を形成して絞り・膨張が行われる流れを形成し、セイロ6内部ではゆるやかな流れを形成し、長い時間生ゴミと空気とを接触させ、高効率の熱伝達を実現する。このため、熱風はセイロ6内の隅々まで広がって、生ゴミと高効率で均一な熱交換を行い、乾燥させることができる。
恒率乾燥期間は、セイロ6内の全体がまとまって変化する1つの乾燥の場になり、セイロ乾燥室2bも全体がほぼ一様に乾燥する1つの乾燥の場になる。恒率乾燥期間にセイロ乾燥室2b、各セイロ6の全部の生ゴミがほぼ湿度100%になってから、減率乾燥期間となって乾燥速度が徐々に減少していく。生ゴミ表面温度も徐々に上がり始める。この減率乾燥期間に生ゴミの更なる乾燥速度は下がっていき、生ゴミ表面は通過する空気の乾球温度に近づいていく。
図5は本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置の湿り空気線図である。図5によれば、セイロ乾燥室2bでのセイロ6の状態変化は、A点(例えば、温度100℃、圧力は10kPa「G]、相対湿度5%)からB点(例えば、温度80℃、静圧−50kPa「G]、相対湿度100%)にかけての直線的な変化となる。この湿り空気の状態変化は、断熱的変化の場合、湿球温度一定の線にほぼ沿った変化で、断熱飽和温度t’(実際の熱風では僅かに高い温度)にまで変化する。ここで、A点が100℃のような高い温度であるために、A点→B点の絶対湿度差(x−x)は従来と比較して大きな値をもつことができる。言い換えれば、より大量の水分を除去することができる。
セイロ6がN列40段の場合の状態変化は、各列のセイロ6が全部相対湿度100%に近くなるまで恒率乾燥期間になる。生ゴミの表面は通過する空気の湿球温度、一定温度にほぼ保持される。N列のセイロ6がすべて相対湿度100%に近づくまで、生ゴミの表面は通過する空気の一定温度に保持される。
これを図5の湿り空気線図で示すと、v線、v線、・・・、v線(Nは2以上の整数)が第1、第2、・・・第N列目のセイロが順に相対湿度100%近くに到達し、残りのセイロが飽和するのを待機する線である。A点−B点の線分とのv線、v線、・・・、v線との交点はそれぞれv1AB、v2AB、・・・、vNABとなる。例えばv1ABは第1列目のセイロが相対湿度100%になり、以降の列は未乾燥の場合の温度と絶対湿度の位置を示す。v2ABは第2列目のセイロまでが相対湿度100%になり、第3列以降の列は未乾燥の場合の温度と絶対湿度の位置を示し、vNABは第N列目までの全セイロが相対湿度100%になったときの温度と絶対湿度の位置を示している。各線間の幅は徐々に小さくなる。
従って、A点から交点v1AB、v2AB、・・・、vNABを経てB点にまで状態変化した時点で、おおむね全体の恒率乾燥期間が終わり、ここから生ゴミの表面温度が上がり始め、次いで生ゴミの乾燥速度は下がっていき、徐々に生ゴミ表面は通過する空気の乾球温度に近づいていく。
B点の湿り空気は、循環路4を経て結露室9に送られ、冷却器9aで冷却される。冷却器9aでの冷却により、図4によれば、断熱飽和温度t’から飽和空気圧線に沿ってC点(例えば温度20℃、相対湿度100%)にまで冷却される。この絶対湿度差(x−x)のドレインが乾燥装置から排出される。ところで、生ゴミ乾燥装置が生ゴミの水分を奪って継続的に運転される系(システム)であることを考えると、恒率乾燥期間にはC点の絶対湿度はxであり、x=xとなる。このC点の湿り空気は熱交換器5で100℃〜115℃に加熱され、再び高温・高圧・低湿度の熱風がつくられる。この期間、空気はA→B→C→Aの状態変化を続ける。しかし減率乾燥期間になると、循環後の空気の状態を示すA点は、図示はしないが、同一温度で少し絶対湿度が低下したA’点となる。A’はサイクルごとに徐々に降下する。三角形類似のサイクルはA’→B→C→A’’となり、このサイクルで生ゴミ乾燥装置1は運転され、生ゴミを乾燥する。
図6は本発明の実施の形態1における生ゴミ乾燥装置の制御構成の説明図である。温度センサ12で熱風温度を検出し、制御部13が熱風温度を断熱飽和温度t’に維持できるように水量調節バルブ9gとファン3を制御する。これにより、温度管理するだけでA(A’)→B→C→A(A’’)のサイクルで生ゴミ乾燥装置1を運転できる。ただ、生ゴミから奪われた水分がドレインとして外部に排水されるから、内部の乾いた空気がこのドレインに混入し、逸失されてしまうため、湿り空気の環境を保つため実施の形態1では補充口10が設けられており、ベンチュリ効果によって自動的に外部から逸失空気を補充する。
(実施例1)
生ゴミ
残飯や魚のあら等 1トン
含水率 70%
ファン3a.7kW
流量 18000m/h
吐出圧力 600kPa
生ゴミ乾燥装置
長さ 3000mm
横幅 1500mm
セイロ乾燥室
長さ 1600mm
横幅 1500mm
高圧加熱室
空気湿度 100℃から115℃
空気圧力(静圧) 600kPa[G]
相対湿度 5%
エロフィン熱交換器
長さ 400mm
横幅 1500mm
空気出口温度 100℃〜115℃
結露室9
長さ 600mm
横幅 1500mm
冷却器
水タンク 9個
水タンク長さ 500mm
水タンク横幅 100mm
水タンク縦幅 100mm
水タンク高さ 870mm
水タンク配列間隔 50mm
水温 18℃
空気温度 20℃
空気相対湿度 100%
ファン室
温度 80℃
吸込み圧力(静圧) −50kPa[G]
このように本発明の実施の形態1の乾燥装置においては、空気を循環しながら水分を除去し、循環される湿り空気は再加熱し、この空気をセイロ乾燥室に充填したセイロの多数の開口からセイロ内部へ噴出させ、流体粒子のゆっくりとした膨張運動によりセイロ内部をほぼ均一な圧力とし、長時間の熱交換で高効率の乾燥を行う。熱風がセイロ内を通過する時間はセイロが無い状態のときの時間より長くなり、生ゴミと熱風との接触時間が大きくなり、高効率の熱交換が行え、セイロ内、セイロ乾燥室が1つのほぼ一様な乾燥の場になって、乾燥むらをなくすことができる。高効率の熱交換のため、生ゴミをきわめて低コストで乾燥させることができる。従来の乾燥装置のように、(1)単なる投入・加熱のための処理槽として、(2)処理槽全体を周囲から等温加熱する、のではなく、実施の形態1の生ゴミ乾燥装置は、(1)セイロを単位として乾燥の場を複数に分割し、(2)セイロ乾燥室では熱を加えず断熱変化もしくはポリトロープ変化の膨張をさせるものである。
また、実施の形態1の生ゴミ乾燥装置では、温度100℃〜80℃の温度域では腐敗菌が生存しないため、生ゴミが腐敗することもない。湿潤な状態で被乾燥物を70℃以上でいわば煮ることになるため、被乾燥物から腐敗臭、焼け焦げ臭などの悪臭が発生しないし、密閉した循環流路で乾燥しているので悪臭が外部に漏れることもない。また、密閉した循環流路で乾燥しているため、熱効率も高い。
また、実施の形態1の生ゴミ乾燥装置は、従来のように、処理槽に生ゴミを投入して乾燥し、更にこれを少しずつ分けて排出するという、きわめて非効率な作業を行わずに、短時間で乾燥装置への生ゴミの搬入作業、排出作業が行える。そして、実施の形態1の生ゴミ乾燥装置では、セイロを高効率の熱交換のための手段として利用でき、恒率乾燥期間であって早く乾燥した部分と未乾燥の部分が共存する状態の場合、未乾燥の部分が乾燥されるまで早く乾燥した部分の更なる乾燥を一時的に遅らせることができ、生ゴミの全体としてほぼ均等な乾燥が行える。
本発明は、厨芥等の生ゴミを乾物させる生ゴミ乾燥装置に適用できる。
1 乾燥装置
2a 高圧加熱室
2b セイロ乾燥室
3 ファン室3
3a ファン
4 循環路
5 熱交換器
6 セイロ
6a 開口
7 台車
8 入口
9 結露室
9a 冷却器
9b 穴あき板
10 補充口
10a 絞り
11 排水路
12 温度センサ
13 制御部

Claims (4)

  1. 生ゴミを収容し複数の開口が型枠の側面に開けられた複数のセイロが整列して配設されると共に、各セイロ内部に低相対湿度、高温の湿り空気を流して横断させ前記生ゴミを乾燥させるセイロ乾燥室と、
    熱交換器を備えて前記高温の空気を形成し前記セイロ乾燥室に該高温の空気を供給できる高圧加熱室と、
    前記セイロ乾燥室で水分を除去した後の湿り空気を循環するファンと、
    前記湿り空気を冷却して水分を結露させる冷却器と、
    前記ファンと前記冷却器を連絡する循環路と、
    前記冷却器で結露したドレインを排出するドレイン口を備え、
    前記セイロ乾燥室においては、循環される湿り空気が前記セイロの整列によって各セイロで同等に分流されて、各セイロ内では減速され、この湿り空気と前記生ゴミとの温度差、湿度差によって前記生ゴミを乾燥させることを特徴とする生ゴミ乾燥装置。
  2. 前記セイロを単位として全セイロの内の水蒸気が飽和状態になるまで前記セイロ乾燥室内の各セイロの恒率乾燥期間が保たれ、前記セイロ乾燥室内が1つの乾燥の場になることを特徴とする請求項1記載の乾燥装置。
  3. 前記セイロが前記流路断面において流れと直交する方向に複数列配置されたことを特徴とする請求項1または2記載の乾燥装置。
  4. 前記セイロが前記セイロ乾燥室の流れ方向に複数列配置されたことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の乾燥装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105180631A (zh) * 2015-09-17 2015-12-23 杨凌博通农业装备科技有限公司 一种连体蒸汽烘房
JP2016223716A (ja) * 2015-06-01 2016-12-28 株式会社ネスター 乾燥機
JP2017003240A (ja) * 2015-06-15 2017-01-05 株式会社ネスター 乾燥機

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