JP2016519276A - 熱分解の機能を有する乾燥装置 - Google Patents
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Abstract
本発明に係る乾燥装置は、乾燥室の壁に囲まれて被乾燥物を受け入れる乾燥室;乾燥室に回転可能に備えられて被乾燥物を撹拌する撹拌機;乾燥室の外面の下部を包むように設けられ、燃焼部により加熱されて乾燥室の下部を加熱する加熱空間;加熱空間に設けられ、加熱空間に輻射熱を提供する作用と共に、乾燥室で発生する有機物が流入されて熱分解する少なくとも一つの燃焼部;乾燥室で発生された有機物を含む蒸気が流入されて、上記蒸気を冷却させて凝縮水にする凝縮器;及び空気の圧力差を発生させて乾燥室の有機物を含む蒸気を凝縮器に流入させ、凝縮器で凝縮されていない蒸気と有機物を燃焼部へ送るブロワー;で構成される。本発明が提供する乾燥装置は、燃焼部が被乾燥物を加熱して蒸気を生成する機能のみならず、同時に蒸気に含まれた有機物を熱分解する作用を行い、エネルギー効率が高く、悪臭と汚染物質の発生を低下させる。【選択図】図１
Description
本発明は、被乾燥物の乾燥処理の際に生じる悪臭や有害物質の発生を低下し、エネルギー効率の高い乾燥装置に関する。具体的には、生ゴミを乾燥する過程で加熱手段、その輻射熱でゴミを加熱して、蒸気を生成する作用のみならず、同時に蒸気に含まれた有機物を熱分解する機能を有するエネルギー効率が向上した乾燥装置に関する。
家庭又は飲食店などで毎日排出される生ごみは、廃棄または再活用される。水分の多い生ごみは、埋立あるいは焼却する場合、様々な環境問題が発生する。そのため、生ゴミの処理は埋立あるいは焼却させる代わりに、飼料、堆肥、または燃料として再活用するのが好ましい。生ゴミを再活用するためには、一般に、ゴミに含まれている水分含量を減らす乾燥過程が必要である。このため、生ゴミ処理機が広く用いられている。
生ゴミの乾燥は、乾燥室でゴミを加熱し、この過程で発生する蒸気を除去して、乾燥室に残る残留物の水分含量と嵩とを減らすことが出来る長所がある。しかしながら、この蒸気には悪臭の原因となる有機物が含まれていて、環境保護と悪臭による不快感を減らすために、このような有機物の除去が必要である。
生ゴミから発生する悪臭の原因となる有機物を除去する方法としては、直接燃焼法、触媒酸化法、活性炭吸着法などが用いられているが、触媒酸化法と活性炭吸着法などは周期的に部品の交替が必要であり、悪臭をもたらす有機物を完全に除去できないものと知られている。これに比較して直接燃焼法は、有機物を高温下で酸化または熱分解して脱臭効果が優れる。
しかしながら、従来の技術に係る直接燃焼法を用いた乾燥装置は、生ゴミを加熱して蒸気を発生する加熱手段と、蒸気に含まれた有機物を処理する脱臭手段がそれぞれ別々に備えて構造的に複雑で効率的ではない。さらに、脱臭手段が単位時間当り処理できる有機物の脱臭効率が低く、全体的な乾燥時間が増加する欠点がある。
そのため、乾燥処理を介して生ゴミを再活用する方法が持続的で効果的なゴミ処理方法になるためには、生ゴミを処理する装置の乾燥効率を高めてエネルギー消耗を減らし、蒸気と共に生成される悪臭を含む有機物を効率的に除去できる生ゴミ乾燥装置が必要である。
本発明は、生ゴミのような被乾燥物を乾燥処理する際に生成される悪臭や汚染物質を熱分解して浄化し、この熱分解の過程で用いられる熱源を被乾燥物の乾燥にも用いて従来の方法よりエネルギー効率が向上された乾燥装置を提供することにある。
生ゴミの乾燥処理は、その過程上、悪臭の原因となる有機物と蒸気を発生させて環境問題と住民の不快感をもたらす。従来の技術に基づく生ゴミのような被乾燥物を処理する乾燥装置は、乾燥効率や有機物の脱臭効率が低い。本発明は被乾燥物を処理する装置の乾燥効率を高めてエネルギーの消耗を減らし、 蒸気と共に生成される悪臭を含む有機物を効率的に除去することが出来る乾燥装置を提供する。
本発明に係る乾燥装置は、
乾燥室の壁に囲まれて、被乾燥物を受け入れる乾燥室;
乾燥室に回転可能に備えられて被乾燥物を撹拌する撹拌機;乾燥室の外面の下部を包むように設けられ、燃焼部により加熱されて乾燥室の下部を加熱する加熱空間;
加熱空間に設けられ、加熱空間に輻射熱を提供する作用と共に、乾燥室で発生する有機物が流入されて熱分解する少なくとも一つの燃焼部;
乾燥室で発生された有機物を含む蒸気が流入されて、上記蒸気を冷却させて凝縮水にする凝縮器; 及び
空気の圧力差を発生させて乾燥室の有機物を含む蒸気を凝縮器に流入させ、凝縮器で凝縮されていない蒸気と有機物を燃焼部へ送るブロワー;
で構成される。
乾燥室の壁に囲まれて、被乾燥物を受け入れる乾燥室;
乾燥室に回転可能に備えられて被乾燥物を撹拌する撹拌機;乾燥室の外面の下部を包むように設けられ、燃焼部により加熱されて乾燥室の下部を加熱する加熱空間;
加熱空間に設けられ、加熱空間に輻射熱を提供する作用と共に、乾燥室で発生する有機物が流入されて熱分解する少なくとも一つの燃焼部;
乾燥室で発生された有機物を含む蒸気が流入されて、上記蒸気を冷却させて凝縮水にする凝縮器; 及び
空気の圧力差を発生させて乾燥室の有機物を含む蒸気を凝縮器に流入させ、凝縮器で凝縮されていない蒸気と有機物を燃焼部へ送るブロワー;
で構成される。
上記燃焼部は、熱を発散する加熱手段;加熱手段を取り巻く中空が形成された管で、加熱手段により加熱され、その輻射熱を加熱空間へ提供する燃焼管; および
加熱手段と燃焼管との間に形成される空間で、凝縮器で凝縮されない蒸気と有機物が流入されて熱分解する燃焼空間;
で構成される。
加熱手段と燃焼管との間に形成される空間で、凝縮器で凝縮されない蒸気と有機物が流入されて熱分解する燃焼空間;
で構成される。
上記説明した構成要素以外にも、乾燥装置は、乾燥室の温度と湿度を感知するセンサー部をさらに含んでなることが好ましい。
本発明に係る乾燥装置は、次のような過程を通じて被乾燥物を乾燥すると同時に、有機物を熱分解する。
先ず、加熱手段に電源が供給されると、加熱手段が熱を発散して燃焼空間の温度が上昇する。加熱手段が発散する熱は、さらに燃焼管を通じて加熱空間を加熱し、加熱空間の温度が上昇する。加熱空間の熱は乾燥室の下部を通じて被乾燥物へ伝達され、被乾燥物から有機物を含む蒸気が生成される。乾燥室の有機物を含む蒸気は、ブロワーにより調理室の外部に設けられた凝縮器へ流入される。有機物を含む蒸気は凝縮器で冷却され、その凝縮水は活性炭により浄化されて外部へ排出される。凝縮器で凝縮されていない蒸気と有機物は、ブロワーを経て燃焼部に移動し、燃焼管へ流入されて燃焼空間を通過しながら熱分解される。燃焼管から出た高温の排気ガスは加熱空間を経て乾燥室の内部へ流入されて被乾燥物を直接加熱する。このように被乾燥物が加熱空間による乾燥室の 下部の加熱及び加熱空間から出る高温排気ガスが乾燥室の内部へ流入されて加熱するなど、外部と内部から同時に加熱されて乾燥が促進される。
上記の説明のように、本発明に係る構成が密閉された状態で気体が循環する構造をなすために凝縮器と燃焼部により凝縮及び熱分解が繰返して行われ、被乾燥物の乾燥が完了された後、凝縮水を外部へ放出することにより乾燥及び熱分解の過程が終了される。
本発明に係る乾燥装置は、次のような効果を有する。
第一に、加熱手段を含む燃焼部の加熱源を提供して被乾燥物を加熱する作用と共に、乾燥室で発生する有機物を熱分解する手段としても作用する方式を採択した結果、加熱手段と脱臭手段とがそれぞれ備えられた従来の乾燥装置に比べてエネルギー効率が高いうえ、構造が簡単である。
第二に、被乾燥物が乾燥室の内部と外部で同時に加熱されて乾燥速度が速い。
第一に、加熱手段を含む燃焼部の加熱源を提供して被乾燥物を加熱する作用と共に、乾燥室で発生する有機物を熱分解する手段としても作用する方式を採択した結果、加熱手段と脱臭手段とがそれぞれ備えられた従来の乾燥装置に比べてエネルギー効率が高いうえ、構造が簡単である。
第二に、被乾燥物が乾燥室の内部と外部で同時に加熱されて乾燥速度が速い。
上記目的に加えて、本発明の他の特徴及び作用を、以下、実施例を通じて詳しく説明する。
図１は、本発明の実施例に係る乾燥装置（１０）の全体的な構成を示す概略側面図であり、図２は、図１における２−２線に沿って切断した断面図である。
図１及び図２を参照すると、乾燥装置（１０）、乾燥室（２０）、投入口（２２）、乾燥室の壁（２４）、撹拌機（２６）、加熱手段（３０）、燃焼空間（３５）、燃焼管（４０）、凝縮器（５０）、凝縮水タンク（５５）、ブロワー（６０）、加熱空間（７０）、センサー部（８０）、燃焼部（１００）が図示されている。
乾燥室（２０）は、被乾燥物を受容し、備えられた撹拌機（２６）で被乾燥物を撹拌／破砕する空間として乾燥室の壁（２４）に囲まれており、被乾燥物を入れられる投入口（２２）が乾燥室の壁（２４）の上部に設けられる。
乾燥室（２０）の外面の下部には加熱空間（７０）が設けられる。加熱空間（７０）は乾燥室（２０） の下部の乾燥室の壁（２４）に沿って包むように形成された管型構造の内部空間である。加熱空間（７０）には、加熱空間（７０）に輻射熱を提供する作用と共に、乾燥室（２０）で発生する 有機物を流入させて熱分解する少なくともの一つの燃焼部（１００）が設けられる。上記燃焼部（１００）は、加熱手段（３０）、燃焼管（４０）及び燃焼空間（３５）で構成される。
加熱手段（３０）は、印加される電気を用いて熱を発散するカートリッジ（cartridge）ヒーターまたはチューブラー（tubular）ヒーターのいずれか一つで構成される。加熱手段（３０）は、作動中、その表面温度が少なくとも７００℃以上長時間保持されるので、耐蝕性及び耐熱性に優れるインコネル（INCONEL）またはインコロイ（INCOLOY）のいずれか一つのパイプ材質で構成されることが好ましい。
燃焼管（４０）は、加熱手段（３０）を取り巻く中空が形成された管で、加熱手段（３０）により加熱されて、その輻射熱を加熱空間（７０）に提供する。燃焼管（４０）は耐蝕性が優れる耐熱金属からなるか、またはセラミックや耐熱金属の組合せからなる。セラミック管の外部を耐熱金属で囲んで燃焼管（４０）を形成する場合、セラミック管のみからなる燃焼管より外部または熱による衝撃に強い。加熱手段（３０）と燃焼管（４０）との間には、空気が流動できる燃焼空間（３５）が設けられる。
燃焼空間（３５）は、加熱手段（３０）により７００℃以上加熱され、被乾燥物から発生した蒸気と有機物とが流入されて、その中の有機物は燃焼空間（３５）を通過する途中に熱分解して浄化される。燃焼空間（３５）から出た排気ガスは加熱空間（７０）を経て乾燥室（２０）の内部に移動する。
乾燥室（２０）の外部には、凝縮器（５０）、ブロワー（６０）、そして凝縮水のタンク（５５）が設けられる。
凝縮器（５０）は、被乾燥物から発生する排出ガスを冷却させて凝縮する手段として、その内部には、冷えた空気または冷却水が流れる管が設けられていて排出ガスとの熱交換が行われる。ブロワー（６０）は、入口と出口を有し、空気の圧力差を作って有機物を含む蒸気を凝縮器（５０）に流入させ、凝縮しない蒸気を含む有機物を燃焼部（１００）へ送る。また、ブロワー（６０）の回転速度を制御することで、単位時間当たりの凝縮器（５０）に流入される有機物を含む蒸気の量を調整することが出来る。凝縮水のタンク（５５）は、凝縮器（５０）で蒸気が冷却されて生成された凝縮水を受ける場所として凝縮器（５０）の下に設けられる。
乾燥室（２０）には、また、乾燥室の温度と湿度を感知するセンサー部（８０）が備えられている。乾燥室の壁（２４）に設けられるセンサー部（８０）は乾燥室（２０）の内部の温度と空気に含まれた湿度を感知して、乾燥室（２０）に予め設定された温度と湿度を保持するようにする。
以下、被乾燥物の乾燥と被乾燥物から発生する蒸気を含む有機物の脱臭過程を詳しく説明する。まず、加熱手段（３０）に電源が供給されると、加熱手段（３０）が熱を発散して燃焼空間（３５）の温度が上昇する。加熱手段（３０）が発散する熱は、さらに燃焼管（４０）を介して加熱空間（７０）を加熱して温度を上昇させる。加熱空間（７０）の熱は、乾燥室（２０）の下部を通じて被乾燥物へ伝達され、被乾燥物から有機物を含む蒸気が乾燥室（２０）に生成される。
乾燥室（２０）の有機物を含む蒸気は、ブロワー（６０）が発生する空気の圧力差により凝縮器（５０）に流入される（ラインＦ１）。凝縮器（５０）には、凝縮器（５０）の内部に流入される蒸気が凝縮されることを促進するために凝縮器に空気を吹いて冷却させる冷却ファン（図示せず）、または冷却水が住管する管（図示せず）が設けられる。凝縮器（５０）で蒸気が冷却されて生成された凝縮水は、凝縮水タンク（５５）に集まって（ラインＦ２）活性炭により浄化され、外部へ排出される。凝縮器（５０）で凝縮されない蒸気と有機物は、ブロワー（６０）の入り口（図示せず）を通じてブロワー（６０）に流入され（ラインＦ３）、さらにブロワー（６０）の出口（図示せず）を通じて燃焼部（１００）に向かって移動する（ラインＦ４）。
燃焼管（４０）に流入される蒸気と有機物は、７００℃以上に保持される燃焼空間（３５）を０．５秒以上滞在しながら通過する。その中で有機物は燃焼空間（３５）で熱分解され浄化される。燃焼空間（３５）を通過した高温の排気ガスは、加熱空間（７０）へ排出される。加熱空間（７０）の排気ガスは、加熱空間（７０）の出口（図示せず）を介して出て、乾燥室（２０）の内部に移動して（ラインＦ５）被乾燥物を直接加熱する。このように被乾燥物は、加熱空間（７０）による乾燥室（２０）の下部の加熱及び加熱空間（７０）を抜け出る高温の排気ガスが乾燥室（２０）の内部に流入されて加熱されるなど、乾燥室（２０）の外部と内部で同時に加熱されて乾燥が促進される。乾燥室（２０）の内部に流入される排気ガス及び被乾燥物から生成される蒸気を含む有機物は、さらに凝縮器（５０）に流入されて乾燥と脱臭のサイクルを繰り返す。
上記の説明のように、本発明に係る乾燥と脱臭の過程は、構成が密閉された状態で気体が循環する構造をなすため、凝縮器（５０）による蒸気の凝縮と燃焼部（１００）による有機物の熱分解がそれぞれ繰り返されて被乾燥物は乾燥され、乾燥の時に発生する汚染物は浄化される。
以上の実施例を通じて記述したように、調理中に発生する有機物を完全に熱分解するためには、有機物を７００℃以上に保持される燃焼空間（３５）に少なくとも０．５秒（second）以上滞在させて通過させることが好ましい。これらの有機物が燃焼空間（３５）を通過する時間（ｔ）は、制御することができ、これを下記式１と図３を介して説明すると、次のとおりである。
［式１］ ｔ＝（Ｌ／Ｖ）＝（（（Ａ−ａ）・Ｌ）／Ｑ）≧０．５秒（second）
ここで、ｔは有機物を含む空気が燃焼空間を通過する時間、Ｌは燃焼空間の長さ（ｍ）、Ａは燃焼管の断面積（ｍ２）、ａは加熱手段の断面積（ｍ２）、（Ａ−ａ）は燃焼空間の断面積（ｍ２）、Ｑは燃焼空間に流入される空気の流量（ｍ３／秒）、Ｖは燃焼空間に流入される空気の速度（ｍ／秒）である。
結果的に、有機物を含む空気が燃焼空間（３５）を通過する時間は、燃焼空間（３５）の長さ、燃焼空間（３５）の断面積、燃焼空間（３５）に流入される空気の流量、燃焼空間（３５）に流入される空気の速度を調節することで、０．５秒（second）以上に保持することができる。特に、燃焼空間（３５）に流入される空気の流入及び速度は、ブロワー（６０）の稼働条件を調節して十分に制御することが出来る。
上記で説明したように、本発明によると、燃焼部（１００）が有機物を熱分解する作用に加えて乾燥室（２０）に輻射熱を提供して被乾燥物を加熱する二つの作用を同時に行うことが出来、従来の方法よりエネルギー効率が向上した乾燥装置（１０）が提供される。
本発明の範囲は、上記で例示した実施例に限定されず、発明に属する技術分野で通常の知識を有する者によって多様な変更や修正が可能なものである。従って、本発明は、後述する請求の範囲に限って制限される。
１０：乾燥装置、２０：乾燥室、２２：投入口、２４：乾燥室の壁、２６：撹拌機、３０：加熱手段、３５：燃焼空間、４０：燃焼管、５０：凝縮器、５５：凝縮水タンク、６０：ブロワー、７０：加熱空間、８０：センサー部、１００：燃焼部
Ｆ１：乾燥室（２０）で発生した有機物を含む蒸気が凝縮器（５０）に流入される流れ、Ｆ２：凝縮器（５０）で生成された凝縮水が凝縮水のタンク（５５）に移動する流れ、
Ｆ３：凝縮器（５０）で凝縮されない蒸気と有機物がブロワー（６０）の入り口に流入される流れ、
Ｆ４：ブロワー（６０）の出口に排気される蒸気と有機物が燃焼部（１００）に流入される流れ、
Ｆ５：加熱空間（７０）から出た排気ガスが乾燥室（２０）の内部に流入される流れ
Ｆ１：乾燥室（２０）で発生した有機物を含む蒸気が凝縮器（５０）に流入される流れ、Ｆ２：凝縮器（５０）で生成された凝縮水が凝縮水のタンク（５５）に移動する流れ、
Ｆ３：凝縮器（５０）で凝縮されない蒸気と有機物がブロワー（６０）の入り口に流入される流れ、
Ｆ４：ブロワー（６０）の出口に排気される蒸気と有機物が燃焼部（１００）に流入される流れ、
Ｆ５：加熱空間（７０）から出た排気ガスが乾燥室（２０）の内部に流入される流れ
Claims (9)
- 乾燥室の壁に囲まれて被乾燥物を受け入れる乾燥室;乾燥室に回転可能に備えられて被乾燥物を撹拌する撹拌機;
乾燥室の外面の下部を包むように設けられ、燃焼部により加熱されて乾燥室の下部を加熱する加熱空間;
加熱空間に設けられ、加熱空間に輻射熱を提供する作用と共に、乾燥室で発生する有機物が流入されて熱分解する少なくとも一つの燃焼部;
乾燥室で発生された有機物を含む蒸気が流入されて、上記蒸気を冷却させて凝縮水にする凝縮器; 及び
空気の圧力差を発生させて乾燥室の有機物を含む蒸気を凝縮器に流入させ、凝縮器で凝縮されていない蒸気と有機物を燃焼部へ送るブロワー;
で構成される乾燥装置。 - 燃焼部の加熱を発散する加熱手段;
加熱手段を取り巻く中空が形成された管で、加熱手段により加熱して、その輻射熱を加熱空間に提供する燃焼管; 及び
加熱手段と燃焼管の間に設けられる空間で、凝縮器で凝縮していない蒸気や有機物が流入されて熱分解する燃焼空間;
で構成されることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 被乾燥物が加熱空間による乾燥室の下部の加熱及び加熱空間から出る高温の排気ガスが乾燥室の内部へ流入されて加熱するなど、外部と内部で同時に加熱して乾燥されることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。
- 乾燥室の温度と湿度を感知するセンサー部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。
- ブロワーの回転速度を制御することで、乾燥室から発生した有機物を含む蒸気が 凝縮器に流入される量を調節することを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。
- 凝縮器に流入された蒸気が凝縮することを促進するために凝縮器に空気を吹いて冷却させる冷却ファンまたは冷却水が循環する管が設けられることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。
- 加熱手段が電源と繋がるカートリッジ（cartridge）ヒーターまたはチューブラー（tubular）ヒーターのいずれか一つであることを特徴とする請求項２に記載の乾燥装置。
- 燃焼管が耐蝕性に優れる耐熱金属からなるか、またはセラミックや耐熱金属の組合せからなることを特徴とする請求項２に記載の乾燥装置。
- ヒーターがインコネル（INCONEL）またはインコロイ（INCOLOY）のいずれか一つのパイプ材質からなることを特徴とする請求項７に記載の乾燥装置。
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