JP2021042938A - 乾燥装置および乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の実施形態は、乾燥機から所望の含水率の被乾燥物を取り出すことができる乾燥装置および乾燥方法を提供するものである。【解決手段】本実施形態による乾燥装置は、乾燥機と、取り出し部と、を備える。乾燥機は、被乾燥物を投入口から排出口まで搬送しながら間接加熱により乾燥させる。取出部は、投入口と排出口との間の搬送経路上の所定位置に設けられ、搬送途中の被乾燥物を乾燥機内から取り出す。【選択図】図１

Description

本発明による実施形態は、乾燥装置および乾燥方法に関する。

含水率５０％〜８０％程度の有機物の乾燥を行う場合、熱風などの熱媒体と有機物とを直接接触させて加熱する直接加熱式乾燥法と、熱媒体と有機物とを伝熱壁等を介して間接的に加熱させる間接加熱式乾燥法とが用いられる。間接加熱式乾燥法では、有機物を伝熱壁等に接触させる必要があるため、可動式の伝熱壁等で有機物を攪拌する。このとき、有機物に粘性物質（例えば油分など）が混入していると、水分の蒸発と共に粘度が高まり、有機物が伝熱壁に付着して攪拌困難となる場合がある。この場合、乾燥が進まなくなることがある。通常、粘性は成分によるが含水率５０％〜６０％ぐらいがピークとなる。このため、伝熱壁に付着しやすい汚泥の場合、事前に固形分を混入させて含水率を低下させるなどの措置が必要となる。具体的には、乾燥した有機物を返流させて用いることが多い。

ここで、乾燥の進行とともに含水率が低下していくが、有機物の含有成分によっては含水率が低下すると、かさ密度が変化することがある。例えば、有機物がセルロースなどの植物繊維を含む場合、乾燥の進行につれて綿埃状となり膨張して、内部に多くの空気を含む結果、かさ密度が低下する。

含水率によってかさ密度が変化する有機物を乾燥する場合、乾燥後の含水率調整が必要となる。例えば、含水率１０％〜１５％程度でかさ密度が変化する場合、乾燥後の含水率を１５％以上、または１０％以下に調整する必要がある。例えば、１５％以上で調整していたにもかかわらず含水率が低下してしまうと、乾燥機内部の有機物が膨張して乾燥機内が有機物で閉塞する危険性がある。一方、１０％以下で調整していたにもかかわらず含水率が上昇してしまうと、乾燥機内部の有機物が収縮し乾燥機内部での撹拌・輸送に影響を与えるといった弊害が生じる。また、乾燥機内部の有機物体積と伝熱性能に相関がある場合、内部で有機物が膨張・収縮すると伝熱特性が変化し、過乾燥あるいは乾燥不良となってしまう。

また、上記のように含水率が低下するとかさ密度が低く（単位容積当たりの重量が低く）なる有機物の場合、乾燥しすぎると軽くなるために輸送性が低下したり、あるいは飛散性が増したりして、利用が困難になる場合もある。

このため、乾燥物の含水率を調整する手段として、例えば、特許文献１のように、乾燥物を一時的に貯留槽に流入させて重量を計測し、当該重量が一定となるよう乾燥条件を調整する手段等が知られている。しかし、特許文献１の手段では、貯留槽や重量計測手段、容積式のコンベヤの設置など、大掛かりな装置が必要となる。

特開２０１７−２２５９５８号公報

本発明の実施形態は、乾燥機から所望の含水率の被乾燥物を取り出すことができる乾燥装置および乾燥方法を提供するものである。

本実施形態による乾燥装置は、乾燥機と、取り出し部と、を備える。乾燥機は、被乾燥物を投入口から排出口まで搬送しながら間接加熱により乾燥させる。取出部は、投入口と排出口との間の搬送経路上の所定位置に設けられ、搬送途中の被乾燥物を乾燥機内から取り出す。

第１実施形態による乾燥装置の構成を示すブロック図。 第１実施形態による乾燥装置の動作を示すフロー図。 第２実施形態による乾燥装置の構成を示すブロック図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による乾燥装置１００の構成を示すブロック図である。乾燥装置１００は、乾燥機１と、返流部２と、取出部３と、を備える。

乾燥機１は、被乾燥物（有機物）ＯＭを投入口１１から排出口１２まで搬送しながら間接加熱により乾燥させる。有機物ＯＭは、例えば、下水汚泥などの汚泥である。下水汚泥は、例えば、乾燥後に炭化され、燃料として用いられる。投入口１１は、高含水率の有機物ＯＭを乾燥機１内に投入する。排出口１２は、乾燥により含水率が低下した有機物ＯＭを乾燥機１外に排出する。含水率とは、物質に含まれる水分の割合である。また、乾燥機１は、略円筒形状である。乾燥機１の寸法は、例えば、直径１ｍ〜２ｍ、長さ５ｍ〜１０ｍである。搬送される有機物ＯＭの進行方向は、図１の左から右の方向である。

乾燥機１は、回転軸１３と、可動式伝熱壁１４と、を有する。回転軸１３は、乾燥機１を貫通するように設けられ、電動機等（図示せず）により回転する。また、回転軸１３は、回転軸１３の一端から他端に、熱源となる熱媒体を内部に流通可能である。熱媒体は、例えば、高温の蒸気や空気、窒素等である。可動式伝熱壁１４は、回転軸１３に設けられ、回転軸１３の回転により有機物ＯＭを攪拌しながら搬送する。可動式伝熱壁１４の内部は、回転軸１３の内部と接続され、蒸気等の熱媒体が流通可能である。従って、可動式伝熱壁１４は、蒸気との間接的な熱交換により、有機物ＯＭを乾燥させる。可動式伝熱壁１４の形状は、例えば、パドルやディスク等の伝熱面積が大きくなる形状である。乾燥機１は、蒸気等の熱媒体の温度や回転軸１３の回転の制御により、有機物ＯＭの含水率を調整する。

また、乾燥機１は、堰１５をさらに有する。堰１５は、投入口１１よりも排出口１２に近い側に設けられ、搬送される有機物ＯＭを堰き止める。図１に示すように、堰１５は、乾燥機内の下部に設けられる。堰き止められる有機物ＯＭは、堰１５の手前（図１の左方向）において或る程度の高さで溜まり、可動式伝熱壁１４との接触面積が維持される。堰１５の手前付近、すなわち、排出口１２付近では、有機物ＯＭの含水率は、例えば、５％〜１０％になる。また、排出口１２は、堰１５を乗り越える有機物ＯＭを排出する。

返流部２は、乾燥機１内の投入口１１より排出口１２に近い側から有機物ＯＭを取り出して投入口１１に返流する。返流部２は、返流落下部２１と、返流コンベヤ２２と、を有する。返流落下部２１は、乾燥機１内の有機物を下方に落下させる。返流落下部２１は、例えば、乾燥機１の下部、かつ、堰１５の手前に設けられる管である。返流搬送部としての返流コンベヤ２２は、返流落下部２１にて落下された有機物ＯＭを投入口１１に搬送する。返流コンベヤ２２は、搬送速度を変化させることにより、返流する有機物ＯＭの量を調整する。

有機物に粘性物質（例えば、油分など）が混入していると、水分の蒸発とともに粘度が高まる。この場合、有機物ＯＭが可動式伝熱壁１４に付着しやすくなり、攪拌が困難になる可能性がある。通常、投入口１１から投入される、乾燥前の有機物の含水率は、７０％〜８０％である。例えば、含水率が５０％〜６０％に減少すると、有機物ＯＭの粘性はピークになる。そこで、返流部２は、乾燥前の有機物ＯＭを、含水率が低い有機物ＯＭと混ぜて５０％〜６０％よりも低い含水率（例えば、３０％）にする。これにより、乾燥機１の運転を安定しやすくすることができる。例えば、投入口１１は投入する有機物ＯＭの量を調整し、または、返流部２は返流する有機物ＯＭの量を調整する。尚、返流部２は、堰１５の手前の有機物に限られず、堰１５を乗り越えた有機物の一部を返流してもよい。

また、乾燥機１は、返流部２により返流される有機物ＯＭを投入口１１から投入された有機物ＯＭと混合させながら搬送する。図２に示す例では、返流部２は、投入口１１の手前に有機物ＯＭを投入する。尚、返流される有機物ＯＭと投入される有機物ＯＭとを混合するミキサが備えられていてもよい。

取出部３は、投入口１１と排出口１２との間の搬送経路上の所定位置に設けられ、搬送途中の有機物ＯＭを乾燥機１内から取り出す。これにより、乾燥機１から所望の含水率の有機物ＯＭを取り出すことができる。取出部３は、落下部３１と、取出コンベヤ３２と、を有する。

落下部３１は、乾燥機１から取り出した有機物ＯＭを下方に落下させる。落下部３１は、例えば、乾燥機１の下部、かつ、所定位置に設けられる管である。落下部３１は、重力落下を用いるため、可動式伝熱壁１４と干渉することなく有機物ＯＭを取り出すことができる。図１に示す例では、１つの落下部３１が示されている。しかし、落下部３１は、搬送経路上に複数設けることもできる。この場合、複数の落下部３１は、開閉により、有機物ＯＭを取り出す所定位置を変更する。

搬送部としての取出コンベヤ３２は、落下部３１にて落下された有機物ＯＭを搬送する。図１に示す例では、取出コンベヤ３２は、排出口１２と接続され、有機物ＯＭを排出口１２に搬送する。取出コンベヤ３２は、搬送速度を変化させることにより、取り出す有機物ＯＭの量を調整する。

例えば、下水汚泥等の有機物ＯＭは、セルロースなどの植物繊維を含む場合がある。この場合、有機物ＯＭは、乾燥が進むにつれ綿埃状になり、内部に多くの空気を含むためにかさ密度が低下する。例えば、含水率が２０％以上である場合、攪拌されても或る程度の形状（例えば、粒状）を保つ。しかし、含水率が１０％〜１５％になると、有機物は、形状を維持できずに崩れやすくなり、さらに、急激に膨張して比重が小さくなる。この場合、有機物ＯＭを輸送しづらくなり、また、有機物ＯＭが飛散しやすくなるため、有機物ＯＭの扱いが困難になる。従って、取出部３は、乾燥が進み、かつ、扱いやすい約２０％の含水率の有機物ＯＭを取り出すことが好ましい。

そこで、取出部３は、投入口１１に投入される有機物ＯＭの含水率と、排出口１２から排出される有機物ＯＭの含水率と、所定位置と、に応じた含水率の有機物ＯＭを取り出す。上記のように、投入口１１での有機物ＯＭの含水率が約３０％であり、堰１５の手前（排出口１２付近）の有機物ＯＭの含水率が５％〜１０％であれば、投入口１１と堰１５との中央付近の有機物ＯＭの含水率は、約２０％である。この中央付近を所定位置とすることにより、取出部３は、扱いやすい含水率２０％の有機物ＯＭを選んで取り出すことができる。また、所定位置を変更することにより、取り出すことができる有機物ＯＭの含水率を調整することができる。

また、取出部３は、堰１５を乗り越えて排出口１２から排出される有機物ＯＭの量よりも多い量の有機物ＯＭを乾燥機１から取り出す。投入口１１から投入される有機物ＯＭの量（投入量）が取り出される有機物ＯＭの量（取出量）よりも多い場合、有機物ＯＭは、堰１５を乗り越えて排出口１２から排出される。これにより、乾燥機１内で有機物ＯＭが閉塞することを抑制することができる。しかし、図１に示す例では、取り出された有機物ＯＭは、排出口１２に搬送される。この場合、取り出された有機物ＯＭは、堰１５を乗り越えた有機物ＯＭと混ざり、含水率が約２０％よりも低くなってしまう可能性がある。従って、有機物ＯＭは堰１５を乗り越えず、排出される有機物ＯＭのほぼ全てが取出部３により取り出されることが好ましい。そこで、取出部３は、例えば、投入量とほぼ等しい量の有機物ＯＭを取り出す。これにより、排出される有機物ＯＭの含水率を安定しやすくすることができる。尚、投入量および取出量は、単位時間あたりの量である。

次に、図２を参照して、乾燥方法について説明する。

図２は、第１実施形態による乾燥装置１００の動作を示すフロー図である。

まず、乾燥機１は、有機物ＯＭの搬送および乾燥を開始する（Ｓ１０）。また、投入口１１は、有機物ＯＭの投入を開始する。次に、返流部２は、有機物ＯＭを投入口１１に返流させる（Ｓ２０）。次に、乾燥機１は、返流される有機物ＯＭを、投入される有機物ＯＭと混合させながら搬送する（Ｓ３０）。また、乾燥機１および返流部２は、継続して動作する。従って、有機物ＯＭは、乾燥機１内で溜まり続ける。

次に、取出部３は、搬送途中の有機物ＯＭを取り出す（Ｓ４０）。例えば、乾燥機１および返流部２の運転が継続すると、乾燥機１内の有機物ＯＭの含水率が安定する。すなわち、投入口１１付近の有機物ＯＭは含水率３０％となるように調整され、排出口１２付近の有機物ＯＭの含水率は５％〜１０％となるように調整される。搬送経路上の有機物ＯＭの含水率は、投入口１１から排出口１２にかけて、徐々に減少する。乾燥機１内の有機物ＯＭの含水率が安定した後、取出部３は、所望の含水率となる位置の有機物ＯＭを取り出し始める。取出部３も、乾燥機１および返流部２と同様に、継続して動作する。

以上のように、第１実施形態によれば、取出部３は、投入口１１と排出口１２との間の搬送経路上の所定位置に設けられ、搬送途中の有機物ＯＭを乾燥機１内から取り出す。乾燥機１は有機物ＯＭを搬送しながら乾燥させるため、乾燥途中の所望の含水率の有機物ＯＭを取り出すことができる。

もし、取出部３が設けられない場合、乾燥機１は、排出口１２付近の有機物ＯＭの含水率が２０％になるように調整する必要がある。この場合、含水率が減少（変動）して２０％を下回り１０％〜１５％になってしまうと、有機物ＯＭは急激に膨張してしまう。乾燥機１内の有機物ＯＭが膨張すると、有機物ＯＭが乾燥機１内で閉塞し、乾燥機１が正常に運転することができなくなる可能性がある。従って、作業者は乾燥機１内を監視し続ける必要がある。

これに対して、第１実施形態による乾燥機１は、排出口１２付近の有機物ＯＭの含水率が５％〜１０％になるように調整する。５％〜１０％は、間接加熱により可能な含水率の下限である。含水率は、低いほど減少しづらくなり、安定しやすくなる。これは、含水率が低くなるほど、綿埃状となった有機物ＯＭ内に空気が入り、間接加熱による熱が有機物ＯＭ内部まで伝わりづらくなるためである。従って、排出口１２付近の有機物ＯＭの含水率を低くすることにより、乾燥機１内の有機物ＯＭの含水率を安定しやすくすることができる。これにより、かさ密度が変化する含水率が所望の含水率に近い場合であっても、所望の含水率の有機物ＯＭをより安定して取り出すことができる。さらに、乾燥機１内を監視し続ける必要がなく、手間を省くことができる。

また、返流部２は、混合後の含水率を３０％にするため、投入される７０％〜８０％の含水率の有機物ＯＭよりも多い量の有機物ＯＭを返流する。返流部２は、例えば、投入される有機物ＯＭに対して、重量比で約５倍の有機物ＯＭを返流する。従って、投入口１１では、すでに膨張した有機物ＯＭの体積比が大きい。また、有機物ＯＭは完全には混合されないため、膨張した有機物ＯＭの一部は、膨張したままである。これにより、乾燥機１内の有機物ＯＭが含水率の低下により膨張しても、有機物ＯＭ全体の体積変化を抑制することができる。この結果、乾燥機１の運転が不安定になることを抑制することができる。

尚、乾燥装置１００は、かさ密度に限られず、或る含水率で性状が急激に変化する被乾燥物の乾燥に用いられてもよい。

また、図１に示す例では、取出部３で取り出された有機物ＯＭは、排出口１２を通じて、堰１５を乗り越える有機物ＯＭとともに排出される。しかし、これに限られず、取出部３は、排出口１２とは別に有機物ＯＭを排出してもよい。

また、返流部２が設けられていなくてもよい。この場合、排出口１１付近の有機物ＯＭの含水率は７０％である。従って、取出部３は、取り出す有機物ＯＭの含水率が２０％となるように、所定位置を変更すればよい。

（変形例）
第１実施形態の変形例は、落下部３１に処理が施される点で、第１実施形態と異なる。

落下部３１は、フッ素コーティングされた内壁面を有する。落下部３１は、内壁と有機物ＯＭとの摩擦力が重力よりも弱いため、有機物ＯＭを落下させることができる。しかし、例えば、取出コンベヤ３２の速度が遅かったり、有機物ＯＭの粘性が高くなったりすると、摩擦力が重力よりも大きくなる場合がある。この場合、有機物ＯＭは、落下せずに落下部３１において閉塞する可能性がある。そこで、フッ素コーティングにより、摩擦力を減少させ、落下部３１における有機物ＯＭの閉塞を抑制することができる。尚、フッ素コーティングに限られず、内壁面の摩擦係数を下げることができればよい。

変形例による乾燥装置１００は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態による乾燥装置１００の構成を示すブロック図である。第２実施形態は、センサ４が設けられる点で、第１実施形態と異なる。

乾燥装置１００は、センサ４をさらに備える。センサ４は、堰１５を乗り越える有機物ＯＭの量を検出する。図３に示す例では、センサ４は、排出口１２の上部に設けられる。センサ４は、例えば、光散乱を用いて粉塵濃度を検出する。

取出部３は、センサ４の検出結果に基づいて、取り出す有機物ＯＭの量を調整する。

第２実施形態による乾燥装置１００のその他の構成は、第１実施形態による乾燥装置１００の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

第１実施形態において説明したように、投入量とほぼ等しい量の有機物ＯＭを取り出すことができれば、有機物ＯＭが堰１５を乗り越えないようにすることができる。しかし、取り出し時と投入時とでは含水率が異なるため、取出量の設定には、複雑な計測や演算等が必要である。取出量の設定が適切でない場合、有機物ＯＭが堰１５を乗り越えてしまう、または、乾燥機１内の有機物ＯＭが少なくなり過ぎる可能性がある。従って、作業者は乾燥機１内を監視し続ける必要がある。

そこで、第２実施形態では、取出部３は、略一定量の有機物ＯＭが堰１５を乗り越えるように、取り出す有機物ＯＭの量を調整する。また、投入口１１は、略一定量の有機物ＯＭを投入する。この場合、投入量と堰１５を乗り越える有機物ＯＭの量が略一定になるため、取出量も略一定になる。例えば、堰１５を乗り越える有機物ＯＭの量と、取出量と、の比率は、１：９である。これにより、取出量を容易に設定することができる。また、乾燥機１内の有機物ＯＭの量が安定しやすくなり、乾燥機１内を監視する必要がなくなり、手間を省くことができる。さらに、排出される有機物ＯＭの含水率および量を安定しやすくすることができる。

また、取出部３は、乗り越える有機物ＯＭの量よりも多い量の有機物ＯＭを乾燥機１から取り出すことが好ましい。これは、第１実施形態において説明したように、取り出された有機物ＯＭは、堰１５を乗り越えた有機物ＯＭと混ざり、含水率が低下してしまうためである。

第２実施形態による乾燥装置１００は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

本実施形態による乾燥装置および乾燥方法の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、乾燥装置および乾燥方法の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。また、乾燥装置および乾燥方法の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００ 乾燥装置、１ 乾燥機、１１ 投入口、１２ 排出口、１５ 堰、２ 返流部、２１ 返流落下部、２２ 返流コンベヤ、３ 取出部、３１ 落下部、３２ 取出コンベヤ、４ センサ、ＯＭ 有機物

Claims (9)

1. 被乾燥物を投入口から排出口まで搬送しながら間接加熱により乾燥させる乾燥機と、
   前記投入口と前記排出口との間の搬送経路上の所定位置に設けられ、搬送途中の前記被乾燥物を前記乾燥機内から取り出す取出部と、を備える、乾燥装置。
2. 前記取出部は、前記投入口に投入される前記被乾燥物の含水率と、前記排出口から排出される前記被乾燥物の含水率と、前記所定位置と、に応じた含水率の前記被乾燥物を取り出す、請求項１に記載の乾燥装置。
3. 前記乾燥機は、
   前記投入口よりも前記排出口に近い側に設けられ、搬送される前記被乾燥物を堰き止める堰を有し、
   前記排出口は、前記堰を乗り越える前記被乾燥物を排出する、請求項１または請求項２に記載の乾燥装置。
4. 前記取出部は、
   前記乾燥機から取り出した前記被乾燥物を下方に落下させる落下部と、
   前記落下部にて落下された前記被乾燥物を搬送する搬送部と、を有する、請求項３に記載の乾燥装置。
5. 前記落下部は、フッ素コーティングされた内壁面を有する、請求項４に記載の乾燥装置。
6. 前記取出部は、前記堰を乗り越えて前記排出口から排出される前記被乾燥物の量よりも多い量の前記被乾燥物を前記乾燥機から取り出す、請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の乾燥装置。
7. 前記堰を乗り越える前記被乾燥物の量を検出するセンサをさらに備え、
   前記取出部は、前記センサの検出結果に基づいて、取り出す前記被乾燥物の量を調整する、請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の乾燥装置。
8. 前記乾燥機内の前記投入口より前記排出口に近い側から前記被乾燥物を取り出して前記投入口に返流する返流部をさらに備え、
   前記乾燥機は、前記返流部により返流される前記被乾燥物を前記投入口から投入された前記被乾燥物と混合させながら搬送する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の乾燥装置。
9. 被乾燥物を投入口から排出口まで搬送しながら間接加熱により乾燥させる乾燥機を備える乾燥装置の乾燥方法であって、
   前記投入口と前記排出口との間の搬送経路上の所定位置に設けられる取出部から、搬送途中の前記被乾燥物を前記乾燥機内から取り出す、ことを具備する、乾燥方法。

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