JP2022178788A - 固液分離装置、燃料用原料の製造方法および食品材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理原料を効率的かつ低コストで乾燥することができる固液分離装置、燃料用原料の製造方法および食品材料の製造方法を提供する。【解決手段】処理原料を搬送しながら乾燥する原料乾燥部１０と、ヒートポンプを用いて、原料乾燥部１０から回収した湿潤空気から水分を抜いて乾燥させて乾燥空気に変えた後に、原料乾燥部１０に乾燥空気を供給する空気処理部２０と、を有し、空気処理部２０は、ヒートポンプにより発生させた気化熱を用いて湿潤空気を冷却し、湿潤空気に含まれる水蒸気を結露させることで、湿潤空気を抜水する冷却部２１と、冷却部２１で抜水した空気をヒートポンプにより発生させた凝縮熱で加熱し、原料乾燥部１０へと供給する加熱部２２と、を有することを特徴とする、固液分離装置。【選択図】図１

Description

本発明は、処理原料から水分（液体分）を固体分と分離させることで、水分含量の少ない処理原料を生成するための固液分離装置、並びにそれを用いた燃料用原料の製造方法および食品材料の製造方法に関する。

近年、地球環境の保全や維持の重要性が高まる中、発明者らは、特許文献１において、木材加工工場、廃棄物中間処理場などから発生する木質材や生物由来の有機性資源、草木、藻類、生ごみ、鶏糞、畜糞、都市汚泥、し尿汚泥、建設廃材、食品廃棄物、炭素を含む廃プラスチックなどの処理原料を高効率で半炭化または炭化させて、燃料とする技術を開示している。

特許第６７２９９０６号公報

特許文献１では、燃焼炉で生成した燃焼ガスを用い、処理原料を乾燥させた後に、乾燥させた処理原料を半炭化または炭化させているが、水分を多く含む汚泥や生ごみなどの処理原料をそのまま投入する場合には、処理原料を乾燥させるために多大なエネルギーが必要となり、燃料を高効率で生成することができないという問題があった。そのため、燃焼ガスを用いるよりも、低コストかつ高効率に処理原料を乾燥させることができる固液分離装置が希求されていた。

本発明は、処理原料を効率的かつ低コストで乾燥させることができる固液分離装置、燃料用原料の製造方法および食品材料の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る固液分離装置は、処理原料を搬送しながら乾燥する原料乾燥部と、ヒートポンプを用いて、前記原料乾燥部から回収した湿潤空気から水分を抜いて乾燥させて乾燥空気に変えた後に、前記原料乾燥部に乾燥空気を供給する空気処理部と、を有し、前記空気処理部は、前記ヒートポンプにより発生させた気化熱を用いて前記湿潤空気を冷却し、前記湿潤空気に含まれる水蒸気を結露させることで、前記湿潤空気を抜水する冷却部と、前記冷却部で抜水した空気を、前記ヒートポンプにより発生させた凝縮熱で加熱し、前記原料乾燥部へと供給する加熱部と、を有することを特徴とする。
上記固液分離装置において、前記原料乾燥部は、水平方向に並列する一対のスクリューコンベアを有し、前記一対のスクリューコンベアで処理原料を攪拌しながら、当該処理原料に前記空気処理部で生成された乾燥空気を接触させることで、処理原料を乾燥させるように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記原料乾燥部と前記空気処理部とを連通する配管と、前記配管を介して前記原料乾燥部と前記空気処理部との間で空気を循環させるファンとを有し、前記ファンが、前記原料乾燥部と前記空気処理部の前記冷却部との間に配置され、前記原料乾燥部から前記空気処理部に向かって送風を行うことで、前記原料乾燥部内が負圧条件下とされているように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記加熱部は、複数の加熱器を有し、前記原料乾燥部に供給する乾燥空気の温度および相対湿度を５０℃以上および１５％以下とするように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記冷却部は、１または複数の冷却器と、前記冷却器への着氷を防止するためのヒーターと、を有するように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記冷却部は、複数の冷却器を有し、各冷却器のフィンの大きさが直径２０ｃｍ以下であるように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記冷却部は、前記原料乾燥部から回収した湿潤空気を１０℃以下まで冷却するように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記処理原料が、木質材、生物由来の有機性資源、草木、藻類、生ごみ、鶏糞、畜糞、都市汚泥、し尿汚泥、建設廃材、食品廃棄物、または廃プラスチックであるように構成することができる。
本発明に係る燃料用原料の製造方法は、上記固液分離装置を用いて前記処理原料を乾燥させることで、燃料の元となる燃料用原料を製造することを特徴とする。
本発明に係る食品材料の製造方法は、前記処理原料が野菜や果物の搾り残渣であり、上記固液分離装置を用いて前記処理原料を乾燥さることで、前記搾り残渣から栄養素を含む食品材料を製造することを特徴とする。

本発明によれば、ヒートポンプで発生する気化熱と凝縮熱の両方を用いて処理原料を乾燥するための乾燥空気を生成することができるため、処理原料を効率的かつ低コストで乾燥することができる。

本実施形態に係る固液分離装置の構成概要図である。 （Ａ）は本実施形態に係る原料乾燥部の上面図であり、（Ｂ）は本実施形態に係る原料乾燥部の右側面図である。

以下に、図を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る固液分離装置１を示す構成概要図である。図１に示すように、本実施形態に係る固液分離装置１は、処理原料を搬送しながら乾燥させる原料乾燥部１０と、原料乾燥部１０から排出された湿潤空気を乾燥させて乾燥空気を生成し、生成した乾燥空気を原料乾燥部１０に供給する空気処理部２０とから構成される。以下に、各構成について説明する。なお、図１においては、原料乾燥部１０と空気処理部２０との間の空気の循環を、黒色および灰色の矢印で示す。なお、黒色の矢印は、湿潤空気を表し、灰色の矢印は乾燥空気を表すものとする。

本実施形態に係る原料乾燥部１０は、図１および図２に示すように、鉛直方向に並んで配置された３つのキルン１１，１２，１３から構成される。なお、図２（Ａ）は、本実施形態に係る原料乾燥部１０の上面図であり、図２（Ｂ）は、本実施形態に係る原料乾燥部１０の右側面図である。また、図１および図２においては、説明の便宜のため、内部に設置された一対のスクリューコンベアを図示している。

第１キルン１１は、投入ホッパー１１１を有し、投入ホッパー１１１から乾燥前の処理原料を第１キルン１１内に投入することが可能となっている。また、第１キルン１１は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、一対のスクリューコンベア１１２，１１３を有しており、一対のスクリューコンベア１１２，１１３を回転させることで、第１キルン１１に投入された処理原料を攪拌しながら、投入ホッパー１１１から第１シュート１１４まで搬送させることが可能となっている。そして、第１シュート１１４まで搬送された処理原料は、第１シュート１１４を落下して、第２キルン１２に投入される。

第２キルン１２は、第１キルン１１と同様に、一対のスクリューコンベア１２２，１２３を有しており、一対のスクリューコンベア１２２，１２３を回転させることで、第２キルン１２に投入された処理原料を攪拌しながら第２シュート１２４まで搬送することが可能となっている。そして、第２シュート１２４まで搬送された処理原料は、第２シュート１２４を落下して、第３キルン１３に投入される。同様に、第３キルン１３も、一対のスクリューコンベア１３２，１３３を有しており、一対のスクリューコンベア１３２，１３３を回転させることで、第３キルン１３に投入された処理原料を攪拌しながら排出口１３４まで搬送し、排出口１３４から外部へと排出することが可能となっている。

なお、第１キルン１１、第２キルン１２および第３キルン１３において、一対のスクリューコンベア１１２，１１３，１２２，１２３，１３２，１３３の回転方向は、特に限定されないが、下記のように回転させることができる。すなわち、一対のスクリューコンベアを、処理原料の搬送元側から搬送先側に向けて見た場合に、左側に位置するスクリューコンベア１１２，１２２，１３２を左回転（反時計回りに回転）させ、右側に位置するスクリューコンベア１１２，１２２，１３２を右回転（時計回りに回転）させる構成とすることができる。これにより、乾燥空気が導入されるキルン上側において、処理原料を、キルンの中央側から外周側へと拡散するように攪拌することができ、処理原料の乾燥効率をより高めることができる。また、一対のスクリューコンベア１１２，１１３，１２２，１２３，１３２，１３３の回転は、各キルン１１，１２，１３ごとに設置されたモーター１１７，１２７，１３７により行われる。

また、原料乾燥部１０は、配管３０，４０を介して、空気処理部２０と連通しており、空気処理部２０で生成された高温（たとえば６０℃程度）の乾燥空気が、原料乾燥部１０に供給される。具体的には、第１キルン１１は空気処理部２０から乾燥空気を導入するための空気導入口１１５を有し、同様に、第２キルン１２および第３キルン１３は空気処理部２０から乾燥空気を導入するための空気導入口１２５，１３５を有する。そして、空気処理部２０から供給された乾燥空気は、配管３０を通過して、各キルン１１，１２，１３の空気導入口１１５，１２５，１３５から各キルン１１，１２，１３の内部へと供給される。

本実施形態に係る固液分離装置１では、図１に示すように、空気導入口１１５，１２５，１３５は、第１キルン１１、第２キルン１２および第３キルン１３の搬送先側に配置されており、第１キルン１１、第２キルン１２および第３キルン１３の搬送元側には、排気口１１６，１２６，１３６が配置されている。これにより、空気導入口１１５，１２５，１３５により第１キルン１１、第２キルン１２および第３キルン１３の内部に導入された乾燥空気は、最初に、搬送先側にある処理原料と接触して処理原料の水分を吸収することができる。そのため、乾燥時間がより長くより乾燥している搬送先側の処理原料（言い換えると、ある程度乾燥しているために乾燥しにくい処理原料）を、より乾燥した乾燥空気でより乾燥させることができ、たとえば空気導入口１１５のノズルがキルン全体に複数配置されている場合と比べて、原料乾燥部１０から最終的に排出される処理原料の含有水分率を低下させることが可能となる。特に、本実施形態では、処理原料として含有水分率が４５％程度の未利用材チップを処理した場合に、含有水分率を２０％未満、好ましくは１５％未満まで低下させることができるように、固液分離装置１が構成される。

第１キルン１１、第２キルン１２および第３キルン１３の内部において、処理原料と接触することで、乾燥空気は処理原料から水分を吸収し湿潤空気へと変わる。そして、湿潤空気は、第１キルン１１、第２キルン１２および第３キルン１３の排気口１１６，１２６，１３６から配管４０へと排出される。さらに、湿潤空気は、配管４０を通り、空気処理部２０に回収され、後述するように、空気処理部２０において乾燥空気に変えられることとなる。

なお、原料乾燥部１０において、３つのキルン１１，１２，１３の長さは、特に限定されないが、本実施形態においては８ｍ～１２ｍとされる。また、キルン１１，１２，１３の内幅も、特に限定されないが、本実施形態においては０．５ｍ～２．０ｍとされる。

次に、空気処理部２０について説明する。空気処理部２０は、原料乾燥部１０と配管４０を介して空間的に連続しており原料乾燥部１０から湿潤空気が導入される冷却部２１と、原料乾燥部１０と配管３０を介して空間的に連続しており原料乾燥部１０に乾燥空気を提供する加熱部２２とを有する。また、冷却部２１と加熱部２２との間も連通しており、ファン６０の作用により、冷却部２１から加熱部２２へと空気が流れるようになっている。

冷却部２１は、第１冷却器２３および第２冷却器２４を有しており、第１冷却器２３および第２冷却器２４により、原料乾燥部１０から回収した湿潤空気を冷却する。また、加熱部２２は、第１加熱器２５および第２加熱器２６を有しており、第１加熱器２５および第２加熱器２６により、冷却部２１により冷却された空気を加熱する。

ここで、冷却部２１において湿潤空気が冷却されると、空気の飽和水蒸気量が低下するため、湿潤空気に含まれていた水蒸気は結露し、蒸留水として、図示しないドレインから排出されることとなる。特に、本実施形態では、複数台の冷却器２３，２４を用いて空気の温度を３～１０℃まで冷却することで、たとえば、温度が６０℃程度であり相対湿度が８０％程度の湿潤空気を結露させ、温度が１０℃程度であり相対湿度が９８％程度の空気に変えることが可能となっている。なお、結露時には、その温度で空気に含むことができる水蒸気が飽和状態であり、相対湿度は論理上１００％となる。

また、加熱部２２では、冷却部２１で冷却された空気の加熱が行われる。冷却部２１で冷却された空気は、加熱部２２で加熱されると、空気の飽和水蒸気量が増加するため、相対湿度は低下し、高温の乾燥空気が生成される。特に、本実施形態では、複数の加熱器２５，２６を用いて冷却部２１で冷却された空気を加熱することで、温度が５０℃以上、好ましくは６０℃以上であり、かつ、相対湿度が２０％以下、好ましくは１５％以下の乾燥空気を生成することが可能となっている。たとえば、冷却部２１において、湿潤空気を４℃まで冷却し、４℃での相対湿度を９８％とした場合に、その空気を加熱部２２で５０℃まで加熱することで、相対湿度６．５％の乾燥空気を生成することができる（なお、３４℃では相対湿度は５７％となる。）。また、加熱部２２は、廃熱を利用する構成とすることができ、廃熱を利用して乾燥空気の温度をさらに昇温させることで、乾燥空気の相対湿度をさらに低くし乾燥効率を高めることができる。

さらに、本実施形態に係る固液分離装置１では、冷却部２１が有する第１冷却器２３および第２冷却器２４と、加熱部２２が有する第１加熱器２５および第２加熱器２６とが、それぞれヒートポンプ機構を構成することを特徴としている。具体的には、第１冷却器２３および第１加熱器２５は、冷媒が循環する配管により互いに接続されており、配管上に設置された第１減圧弁２７および第１圧縮機２９とともに、第１ヒートポンプ機構を構成している。同様に、第２冷却器２４および第２加熱器２６は、冷媒が循環する配管により互いに接続されており、配管上に設置された第２減圧弁２８および第２圧縮機２１０とともに、第２ヒートポンプ機構を構成している。

第１ヒートポンプ機構において、第１減圧弁２７は、第１冷却器２３と第１加熱器２２５との間に配置され、第１加熱器２５から第１冷却器２３へと流れる冷媒（圧縮媒体）を減圧し昇華させることで、気化熱を発生させ、気化熱により冷却された冷媒により第１冷却器２３を冷却する。また、第１圧縮機２９は、第１冷却器２３と第１加熱器２５との間に配置され、第１冷却器２３から第１加熱器２５へと流れる冷媒を圧縮することで、凝縮熱を発生させ、凝縮熱により加熱された冷媒により第１加熱器２５を加熱させる。同様に、第２ヒートポンプ機構においても、第２減圧弁２８は、第２冷却器２４と第２加熱器２６との間に配置され、気化熱により冷却された冷媒により第２冷却器２４を冷却し、第２圧縮機２１０は、第２冷却器２４と第２加熱器２６との間に配置され、凝縮熱により加熱された冷媒により第２加熱器２６を加熱させる。

このように、本実施形態では、第１ヒートポンプ機構および第２ヒートポンプ機構により、凝縮熱および気化熱の両方を用いて、湿潤空気を乾燥空気に変えることで、乾燥に係るエネルギー効率を高めることができる。また、本実施形態では、第１冷却器２３および第２冷却器２４のそれぞれに対してマイクロヒーターが設けられており、第１冷却器２３および第２冷却器２４の凍結を有効に防止することが可能となっている。さらに、本実施形態では、大型の冷却器を１つ備えるよりも、比較的小型の冷却器２３，２４を複数備え、各冷却器２３，２４のファンを小さくすること（たとえば、ファンを直径３０ｃｍ以下とすること、より好ましくは直径２０ｃｍ以下とすること）で、冷却部２１において湿潤空気を冷却するためのエネルギー効率を高めている。また、冷却器２３，２４は、ファンを有しない構成とすることもできる。冷却器２３，２４がファンを有しない構成とした場合でも、設計上、湿潤空気を１０℃以下まで低下させることは可能である。

また、本実施形態では、配管４０の途中に、バグフィルターなどの集塵装置５０を有しており、虫や処理原料が空気処理部２０に侵入することを防止している。さらに、原料乾燥部１０と空気処理部２０との間には、ファン６０が配置されており、ファン６０が送風を行うことで、原料乾燥部１０と空気処理部２０との間で空気の循環が行われている。具体的には、ファン６０の作用により、空気処理部２０で生成された乾燥空気が、配管３０を介して加熱部２２から原料乾燥部１０へと提供され、原料乾燥部１０において処理原料と接触し、処理原料から水分を吸収して、湿潤空気へと変化する。そして、乾燥空気から変化した湿潤空気は、原料乾燥部１０から排出され、配管４０を介して空気処理部２０の冷却部２１へと回収される。また、本実施形態では、ファン６０が原料乾燥部１０と空気処理部２０の冷却部２１との間に配置されることで、原料乾燥部１０の空気を吸引する力が原料乾燥部１０に空気を供給する力よりも強く働き、原料乾燥部１０内を負圧状態とすることができる。これにより、原料乾燥部１０内の処理原料のにおいが、原料乾燥部１０から外部へと漏れることを有効に防止することができる。

次に、本実施形態に係る固液分離装置１の動作例について説明する。本実施形態に係る固液分離装置１では、固液分離装置１の電源をオンにすると、ファン６０が動作し、原料乾燥部１０と空気処理部２０との間の空気の循環が開始される。また、電源のオンにより、第１キルン１１の第１モーター１１７、第２キルン１２の第２モーター１２７、第３キルン１３の第３モーター１３７が動作し、第１キルン１１の一対のスクリューコンベア１１２、１１３、第２キルン１２の一対のスクリューコンベア１２２、１２３、第３キルン１３の一対のスクリューコンベア１３２、１３３の回転が開始される。さらに、電源のオンにより、空気処理部２０の第１ヒートポンプ機構および第２ヒートポンプ機構の動作が開始され、冷却器２３、２４による湿潤空気の冷却と、加熱器２５，２６による乾燥空気の生成が行われる。そして、空気処理部２０で生成された乾燥空気は、ファン６０の作用により、配管３０を介して、原料乾燥部１０へと提供され、処理原料から水分を吸収して湿潤空気へと変化した後、配管４０を介して、空気処理部２０に回収される。

そのため、処理原料を第１キルン１１の投入ホッパー１１１に投入すると、処理原料は、第１キルン１１内を搬送されながら乾燥空気と接触し次第に乾燥していくこととなる。さらに、本実施形態において、処理原料は、第１キルン１１内を搬送された後は、第１シュート１１４から落下し、第２キルン１２へと投入され、第１キルン１１と同様に、第２キルン１２内を搬送されながら乾燥空気と接触してさらに乾燥が行われることとなる。さらに、処理原料は、第２キルン１２を搬送された後は、第２シュート１２４から落下して第３キルン１３に投入され、第３キルン１３内を搬送されながら乾燥空気と接触しさらに乾燥が行われ、第３キルン１３の排出口１３４から外部に排出されることとなる。

また、本実施形態では、各キルン１１，１２，１３において、搬送先側に空気導入口１１５，１２５，１３５が配置され、搬送元側に排気口１１６，１２６，１３６が配置されており、搬送先側から乾燥空気が供給され、搬送元側から湿潤空気が排出されるように構成されている。そのため、処理原料を各キルン１１，１２，１３内で搬送した場合に、より長い時間乾燥が行われた処理原料ほど、より乾燥した乾燥空気と接することができるため、乾燥の度合いを高めることが可能となっている。

以上のように、本実施形態に係る固液分離装置１では、空気処理部２０がヒートポンプ機構を有し、冷却部２１の冷却器２３，２４において気化熱を用いて湿潤空気を冷却し、湿潤空気に含まれる水蒸気を結露させることで、湿潤空気を乾燥させるとともに、同じくヒートポンプ機構における加熱部２２の加熱器２５，２６において凝縮熱を用いて、冷却部２１で乾燥させた空気を加熱して、原料乾燥部１０へと供給する。このように、本実施形態に係る固液分離装置１では、ヒートポンプ機構により発生する気化熱と凝縮熱の両方を用いて乾燥空気を生成することができるため、処理原料を低コストかつ高効率で乾燥させることができる。

たとえば、本実施形態に係る固液分離装置１では、石油やガスなどの化石燃料を利用する熱風式乾燥機や冷凍式乾燥機と比べて、エネルギー損失が少なく消費電力量に対する乾燥効率を高くすることができ、ランニングコストを２／３～１／３程度まで削減することが可能となる。さらに、本実施形態に係るヒートポンプ機構を用いた乾燥方式では、高温の燃焼排ガスを処理原料に直接接触させて処理原料（処理原料に含まれる水分）を１００℃まで上昇させ乾燥させる熱風式の乾燥方式、高温の燃焼排ガスと常温の空気とを熱交換して高温のホットエアーを処理原料に接触させて乾燥させるホットエアー式の乾燥方式と比べても、イニシャルコストを１～５割程度低くすることができる。また、本実施形態に係る乾燥方式では、加熱蒸気を直接処置原料に接触させて乾燥させる加熱蒸気式の乾燥方式、熱風式やホットエアー式の乾燥方式と比べても、ランニングコストを半分から１／３程度まで低くすることが可能となる。加熱蒸気式、熱風式、ホットエアー式の乾燥方式では、通常、気化した水蒸気を煙筒等でそのまま屋外に放出するため、大きなエネルギー損失が生じるためである。

また、本実施形態において、原料乾燥部１０は、水平方向に並列する一対のスクリューコンベア１１２，１１３，１２２，１２３，１３２，１３３を有し、一対のスクリューコンベア１１２，１１３，１２２，１２３，１３２，１３３で処理原料を搬送しながら、処理原料に、空気処理部２０で生成された乾燥空気を接触させて、処理原料を乾燥させる。このように、本実施形態では、処理原料が一対のスクリューコンベア１１２，１１３，１２２，１２３，１３２，１３３で攪拌されながら搬送されるため、処理原料全体を比較的均一に乾燥空気と接触させることができ、処理原料の乾燥効率をより高めることもできる。

さらに、本実施形態では、ファン６０が、原料乾燥部１０と空気処理部２０の冷却部２１との間に配置され、原料乾燥部１０から空気処理部２０に向かって送風を行うことで（原料乾燥部１０の空気を吸引することで）、原料乾燥部１０内を負圧条件下としている。これにより、投入ホッパー１１１から原料乾燥部１０内に投入された処理原料のにおいや、水蒸気やガスなどの異物が、投入ホッパー１１１や排出口１３４から空気中に漏れ出てしまうことを有効に防止することができる。また、固液分離装置１は、空気循環式であり密閉性も高いため、静音性能も従来よりも高くすることができる。また、本実施形態に係る固液分離装置１は、密閉循環方式なので、蒸留水の回収以外はほとんど排出されず、悪臭の発生もほぼなくすことができる。

さらに、本実施形態では、加熱部２２は複数の加熱器２５，２６を有し、原料乾燥部１０に供給する乾燥空気の相対湿度を２０％以下、好ましくは１５％以下とする。これにより、乾燥後の処理原料の含有水分率を大幅に減少させることができ、乾燥後の熱処理の効率を高めることができる。たとえば、本実施形態に係る固液分離装置１では、含有水分率が６０～７０％の製紙スラッジを含有水分率１５～２０％程度まで乾燥させることで、その後、乾燥させた製紙スラッジを燃料に変える加熱処理に係る処理効率を大幅に高めることができる。さらに、本実施形態において、冷却部２１は、複数の冷却器２３，２４を有し、冷却器２３，２４の着氷を防止するためのマイクロヒーターをそれぞれ有している。これにより、効率的に湿潤空気を冷却器２３，２４に触れさせて冷却することが可能となっている。加えて、冷却部２１は、複数の冷却器２３，２４を有し、各冷却器２３，２４をフィンの大きさを直径２０ｃｍ以下とすることで、フィンの大きさが直径２０ｃｍを超える大きな冷却器を１つ備える場合と比べて、冷却器２１全体での冷却にかかるエネルギー効率を高めることもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

なお、加熱部２２においては、ヒートポンプ機構を構成する加熱器２５，２６を有する構成を例示したが、この構成に加えて、乾燥空気をさらに乾燥させるためのデシカントをさらに備える構成とすることもできる。

１…固液分離装置
１０…原料乾燥部
１１…第１キルン
１１１…投入ホッパー
１１２，１１３…スクリューコンベア
１１４…第１シュート
１１５…空気導入口
１１６…排気口
１１７…第１モーター
１２…第２キルン
１２２，１２３…スクリューコンベア
１２４…第２シュート
１２５…空気導入口
１２６…排気口
１２７…第２モーター
１３…第３キルン
１３２，１３３…スクリューコンベア
１３４…排出口
１３５…空気導入口
１３６…排気口
１３７…第３モーター
２０…空気処理部
２１…冷却部
２３…第１冷却器
２４…第２冷却器
２７…第１減圧弁
２８…第２減圧弁
２２…加熱部
２５…第１加熱器
２６…第２加熱器
２９…第１圧縮機
２１０…第２圧縮機
３０…配管
４０…配管
５０…集塵装置
６０…ファン

本発明に係る固液分離装置は、処理原料を搬送しながら乾燥する原料乾燥部と、冷媒を圧縮した圧縮熱で空気を加熱する加熱器と、前記圧縮された冷媒を減圧した気化熱で空気を冷却する冷却器とを備えるヒートポンプ機構が配置され、当該ヒートポンプ機構により発生させた気化熱および凝縮熱の両方を用いて、前記原料乾燥部から回収した湿潤空気から水分を抜いて乾燥させて乾燥空気に変えた後に、前記原料乾燥部に乾燥空気を供給する空気処理部とを有し、前記空気処理部は、前記冷却器により前記湿潤空気を冷却し、前記湿潤空気に含まれる水蒸気を結露させることで、前記湿潤空気を抜水する冷却部と、前記冷却部で抜水した空気を、前記加熱器により前記冷却部で抜水した空気を加熱し、前記原料乾燥部へと供給する加熱部と、を有することを特徴とする。
上記固液分離装置において、前記原料乾燥部は、水平方向に並列する一対のスクリューコンベアを有し、前記一対のスクリューコンベアで処理原料を攪拌しながら、当該処理原料に前記空気処理部で生成された乾燥空気を接触させることで、処理原料を乾燥させるように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記原料乾燥部と前記空気処理部とを連通する配管と、前記配管を介して前記原料乾燥部と前記空気処理部との間で空気を循環させるファンとを有し、前記ファンが、前記原料乾燥部と前記空気処理部の前記冷却部との間に配置され、前記原料乾燥部から前記空気処理部に向かって送風を行うことで、前記原料乾燥部内が負圧条件下とされているように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記加熱部は、複数の加熱器を有し、前記原料乾燥部に供給する乾燥空気の温度および相対湿度を５０℃以上および１５％以下とするように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記冷却部は、１または複数の冷却器と、前記冷却器への着氷を防止するためのヒーターと、を有するように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記冷却部は、複数の冷却器を有し、各冷却器のフィンの大きさが直径２０ｃｍ以下であるように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記冷却部は、前記原料乾燥部から回収した湿潤空気を１０℃以下まで冷却するように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記処理原料が、木質材、生物由来の有機性資源、草木、藻類、生ごみ、鶏糞、畜糞、都市汚泥、し尿汚泥、建設廃材、食品廃棄物、または廃プラスチックであるように構成することができる。
本発明に係る燃料用原料の製造方法は、上記固液分離装置を用いて前記処理原料を乾燥させることで、燃料の元となる燃料用原料を製造することを特徴とする。
本発明に係る食品材料の製造方法は、前記処理原料が野菜や果物の搾り残渣であり、上記固液分離装置を用いて前記処理原料を乾燥さることで、前記搾り残渣から栄養素を含む食品材料を製造することを特徴とする。

本発明に係る固液分離装置は、処理原料に乾燥空気を接触させ、処理原料の水分を乾燥空気に吸収させて湿潤空気に変えることで、処理原料を搬送しながら乾燥する原料乾燥部と、冷媒を圧縮した圧縮熱で空気を加熱する加熱器と、前記圧縮された冷媒を減圧した気化熱で空気を冷却する冷却器とを備えるヒートポンプ機構が配置され、当該ヒートポンプ機構により発生させた気化熱および凝縮熱の両方を用いて、前記原料乾燥部から回収した前記湿潤空気から水分を抜いて乾燥させて前記乾燥空気に変えた後に、前記原料乾燥部に前記乾燥空気を供給する空気処理部とを有し、前記空気処理部は、前記冷却器により前記湿潤空気を冷却し、前記湿潤空気に含まれる水蒸気を結露させることで、前記湿潤空気を抜水する冷却部と、前記冷却部で抜水した空気を、前記加熱器により前記冷却部で抜水した空気を加熱し、前記原料乾燥部へと供給する加熱部と、を有することを特徴とする。
上記固液分離装置において、前記原料乾燥部は、水平方向に並列する一対のスクリューコンベアを有し、前記一対のスクリューコンベアで処理原料を攪拌しながら、当該処理原料に前記空気処理部で生成された乾燥空気を接触させることで、処理原料を乾燥させるように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記原料乾燥部と前記空気処理部とを連通する配管と、前記配管を介して前記原料乾燥部と前記空気処理部との間で空気を循環させるファンとを有し、前記ファンが、前記原料乾燥部と前記空気処理部の前記冷却部との間に配置され、前記原料乾燥部から前記空気処理部に向かって送風を行うことで、前記原料乾燥部内が負圧条件下とされているように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記加熱部は、複数の加熱器を有し、前記原料乾燥部に供給する乾燥空気の温度および相対湿度を５０℃以上および１５％以下とするように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記冷却部は、１または複数の冷却器と、前記冷却器への着氷を防止するためのヒーターと、を有するように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記冷却部は、複数の冷却器を有し、各冷却器のフィンの大きさが直径２０ｃｍ以下であるように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記冷却部は、前記原料乾燥部から回収した湿潤空気を１０℃以下まで冷却するように構成することができる。
上記固液分離装置において、前記処理原料が、木質材、生物由来の有機性資源、草木、藻類、生ごみ、鶏糞、畜糞、都市汚泥、し尿汚泥、建設廃材、食品廃棄物、または廃プラスチックであるように構成することができる。
本発明に係る燃料用原料の製造方法は、上記固液分離装置を用いて前記処理原料を乾燥させることで、燃料の元となる燃料用原料を製造することを特徴とする。
本発明に係る食品材料の製造方法は、前記処理原料が野菜や果物の搾り残渣であり、上記固液分離装置を用いて前記処理原料を乾燥さることで、前記搾り残渣から栄養素を含む食品材料を製造することを特徴とする。

Claims (10)

1. 処理原料を搬送しながら乾燥する原料乾燥部と、
   ヒートポンプを用いて、前記原料乾燥部から回収した湿潤空気から水分を抜いて乾燥させて乾燥空気に変えた後に、前記原料乾燥部に乾燥空気を供給する空気処理部と、を有し、
   前記空気処理部は、
   前記ヒートポンプにより発生させた気化熱を用いて前記湿潤空気を冷却し、前記湿潤空気に含まれる水蒸気を結露させることで、前記湿潤空気を抜水する冷却部と、
   前記冷却部で抜水した空気を、前記ヒートポンプにより発生させた凝縮熱で加熱し、前記原料乾燥部へと供給する加熱部と、を有することを特徴とする、固液分離装置。
2. 前記原料乾燥部は、水平方向に並列する一対のスクリューコンベアを有し、
   前記一対のスクリューコンベアで処理原料を攪拌しながら、当該処理原料に前記空気処理部で生成された乾燥空気を接触させることで、処理原料を乾燥させる、請求項１に記載の固液分離装置。
3. 前記原料乾燥部と前記空気処理部とを連通する配管と、
   前記配管を介して前記原料乾燥部と前記空気処理部との間で空気を循環させるファンとを有し、
   前記ファンが、前記原料乾燥部と前記空気処理部の前記冷却部との間に配置され、前記原料乾燥部から前記空気処理部に向かって送風を行うことで、前記原料乾燥部内が負圧条件下とされている、請求項１または２に記載の固液分離装置。
4. 前記加熱部は、複数の加熱器を有し、前記原料乾燥部に供給する乾燥空気の温度および相対湿度を５０℃以上および１５％以下とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の固液分離装置。
5. 前記冷却部は、
   １または複数の冷却器と、
   前記冷却器への着氷を防止するためのヒーターと、を有する、請求項１ないし４のいずれかに記載の固液分離装置。
6. 前記冷却部は、複数の冷却器を有し、各冷却器のフィンの大きさが直径２０ｃｍ以下である、請求項１ないし５のいずれかに記載の固液分離装置。
7. 前記冷却部は、前記原料乾燥部から回収した湿潤空気を１０℃以下まで冷却する、請求項１ないし６のいずれかに記載の固液分離装置。
8. 前記処理原料が、木質材、生物由来の有機性資源、草木、藻類、生ごみ、鶏糞、畜糞、都市汚泥、し尿汚泥、建設廃材、食品廃棄物、または廃プラスチックである、請求項１ないし７のいずれかに記載の固液分離装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の固液分離装置を用いて前記処理原料を乾燥させることで、燃料の元となる燃料用原料を製造することを特徴とする、燃料用原料の製造方法。
10. 前記処理原料は、野菜や果物の搾り残渣であり、
    請求項１ないし８のいずれかに記載の固液分離装置を用いて前記処理原料を乾燥さることで、前記搾り残渣から栄養素を含む食品材を製造することを特徴とする、食品材料の製造方法。

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