JP3581109B2 - 生ゴミ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタン発酵を利用して生ゴミを処理する生ゴミ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、生ゴミ処理方法は焼却処理法と機械式処理法とに大別される。わが国では主に焼却処理法による生ゴミ処理が実施されているが、この焼却処理法では焼却条件によりダイオキシン等の有害物質が発生することが問題視されている。このため、ダイオキシンの熱分解が十分に行われるように従来よりも焼却温度を上げて焼却するように改善されたが、二酸化炭素等の焼却後の排出ガスが大量に発生してしまう。さらに、生ゴミ処理に消費されるエネルギーが大幅に増大するので、生ゴミ処理にかかるコスト上昇の原因となっている。
【０００３】
また、機械式処理法は炭化乾燥処理、微生物処理、発酵処理の３種類に分けられる。炭化乾燥処理は生ゴミを加熱することで半炭化させて容積を減らす方法であり、装置をコンパクトにすることができるが、ランニングコストが高く、排出ガスも焼却処理法と比較してあまり減少せず、そのメリットは単に処理物の減容積化にしか見出せない。
【０００４】
これらの方法に対し、微生物処理は微生物で生ゴミを分解処理するためランニングコストが安く済み、分解処理後の発生物は水と炭酸ガスと残渣等となるので、その有効利用を見込むことができる。
そして、発酵処理は微生物を用いて処理をする点では微生物処理と同じであるが、生ゴミ処理後の発生物が異なる。殊に、メタン発酵処理は、メタン菌がメタンガスを発生させ、これを燃料として利用することができるため、非常に有効な生ゴミ処理方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のメタン菌を利用した生ゴミ処理装置は、細かくした生ゴミに希釈水を加えたスラリーの濃度調整をする濃度調整室と、スラリーにメタン菌を加えてメタン発酵させる発酵室を横に並べ、スラリーをポンプにより移送して濃度調整室の底部から発酵室の上方から投入する形式を取っていたので、生ゴミ処理装置を設置するには濃度調整室や発酵室などの各構成要素が全て並べられる面積を有する広い場所に限定されてしまい、生ゴミが発生する場所、例えば、都市部における食堂ではその設置場所を確保することが困難であった。
【０００６】
また、メタン発酵時に悪臭の原因となる硫化物が発生し、外部へ悪臭が漏れるという虞があった。このため、この生ゴミ処理装置を住宅地に設置することは敬遠されていた。
【０００７】
さらに、装置内でスラリーを移送するポンプなどの搬送装置が必要であるため構造が複雑化し、また、装置運転時におけるエネルギー消費が大きかった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑み提案されたもので、従来では設置が困難とされていた狭い面積でも設置することができ、また、悪臭が外に漏れることを防ぎ易く、さらに、装置運転時に消費するエネルギーを抑えることができる生ゴミ処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１に記載のものは、縦方向に一連に構成された処理塔内に、上から順に生ゴミ貯留室と濃度調整室と発酵室とを形成し、
生ゴミ貯留室と濃度調整室との連通部に、生ゴミを細かくする生ゴミ粉砕機構を設け、
濃度調整室内には、細かくした生ゴミに希釈水を加えて適度な濃度のスラリーに調整する濃度調整機構を設け、
発酵室の上部を濃度調整室の底部で覆うとともに、濃度調整室と発酵室との連通部には、開閉することにより濃度調整室内のスラリーの発酵室内への流下を制御する開閉弁機構を設け、
発酵室内には、スラリーにメタン菌入り溶液を加えるメタン菌添加機構と、メタン菌が添加された発酵液の温度を調整する温度調整機構と、発酵液を攪拌する発酵液攪拌機構と、発酵液中で発生したメタンガスを吸着させて取り出すメタンガス取出機構とを設けたことを特徴とする生ゴミ処理装置である。
【００１０】
請求項２に記載のものは、前記メタンガス取出機構は、メタンガスを吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱してメタンを脱離させる加熱装置とを備え、
この加熱装置は、メタンガス取出機構より取り出されたメタンガスの一部を燃焼させて加熱することを特徴とする請求項１に記載の生ゴミ処理装置である。
【００１１】
請求項３に記載のものは、前記発酵室は、炭素繊維を用いた複合材料で形成されることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の生ゴミ処理装置である。
【００１２】
請求項４に記載のものは、前記濃度調整室は、底部内側に開閉弁機構へ向かって下り傾斜した傾斜面を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の生ゴミ処理装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明の一実施形態である生ゴミ処理装置１の概略断面図である。
生ゴミ処理装置１は、縦方向に一連に構成された処理塔２の内部に、上から順に生ゴミ貯留室３と濃度調整室４と発酵室５とを形成し、生ゴミ貯留室３と濃度調整室４との連通部６に生ゴミ７を細かくする生ゴミ粉砕機構８を設け、濃度調整室４と発酵室５との連通部９に開閉弁機構１０を設けて概略構成されている。そして、本実施形態では、処理塔２の各室内に各機器を収納し、配管だけを外部から接続することにより気密化を容易にし、これにより悪臭の漏出を防止している。
【００１４】
生ゴミ貯留室３は、処理塔２の内部の最上部に位置し、処理塔２の内側壁とこの内側壁に取り付けられた底部１１とにより区画形成され、底部１１は、生ゴミ貯留室３の内部に貯めた生ゴミ７が濃度調整室４へ滑り落ちるように濃度調整室４との連通部６に向けて下り傾斜した傾斜面１２によって構成されている。
【００１５】
生ゴミ貯留室３と濃度調整室４との連通部６に設けられた生ゴミ粉砕機構８は、連通部６の内側に固定する固定刃１３と、その上方に多少の隙間を空けて回転刃１４を備える。回転刃１４は、生ゴミ貯留室３の内側上部に設けるモータ１５の出力軸と同軸上に取り付けられ、このモータ１５により回転することができる。なお、本実施形態では、固定刃１３ならびに回転刃１４をそれぞれ１段ずつ有する回転式の粉砕装置を示したが、固定刃と回転刃を交互に配置して複数段とした回転式の粉砕機構としてもよく、落下が速くなる重い生ゴミでも複数段の固定刃および回転刃により次々に粉砕されるので、後述するスラリーを生成するのに十分な大きさまで細かくすることができる。
【００１６】
さらに、この生ゴミ粉砕機構８は、駆動刃が固定刃上を左右に往復運動して生ゴミを剪断するスライス式の機構としてもよく、このような機構とすると、生ゴミを薄く切ることができ、後述する希釈水となじみ易くなって容易にスラリーを生成ことができる。
【００１７】
また、連通部６の下端に開閉可能な排出制御弁１６を設けてもよい。例えば、生ゴミ粉砕機構８の下方に連通部６を開閉するゲート弁１７を設け、濃度調整室４のスラリーの量を検出する検出センサ（図示せず）からの信号により駆動するシリンダー１８と接続してゲート弁１７の開閉状態を制御すれば、濃度調整室４への生ゴミ７の過度供給を防止することができる。なお、上記の検出センサは、例えば、後述するスラリーの液面とともに上下するフロートが一定位置に達したことを検出して信号を出すセンサが適しているが、スラリーの量を検出できるものであれば、これに限らない。さらに、上記した排出制御弁１６はゲート弁に限らず、下方に回動可能な扉を設けるものでもよい。
【００１８】
一方、生ゴミ７を生ゴミ貯留室３に投入するための投入口１９は、投入口１９を塞ぐために処理塔２の上面に軸着されて開閉可能とした蓋２０と、蓋２０の裏面に取り付けて投入口１９を封止するシール材２１と、蓋２０の外側面に取り付けて閉じた蓋２０を投入口１９に押圧してシール材２１を変形させた状態で蓋２０を固定する止め金具２２とを備える。このような投入口１９を設けると、生ゴミ７の投入後に蓋２０を閉じて投入口１９を封止することで、生ゴミ７の臭いを外部に漏らさないようにすることができる。
【００１９】
なお、投入口１９の上端にフランジを設けてフランジ面に施した溝にシールリングを取り付けて投入口１９を封止してもよいし、シール材２１を投入口１９の外側面に設けて、投入口１９の外側面と蓋２０の内側面との間で潰して投入口１９を封止するようにしてもよい。
【００２０】
次に濃度調整室４について説明する。
濃度調整室４は、処理塔２の内部において生ゴミ貯留室３の直下に位置し、処理塔２の内側面と該側面に取り付けられた底部２３と生ゴミ貯留室３の底部１１とにより区画形成される。そして、この底部２３の上面は生ゴミ貯留室３と同様に、濃度調整室４と発酵室５との連通部９に向かい下り傾斜した傾斜面２４を形成し、濃度調整室４の内部に貯留したスラリーの発酵室側への流下を補助している。
【００２１】
濃度調整室４の内部には、生ゴミ７を所定濃度のスラリーにする濃度調整機構２５が配置されている。この濃度調整機構２５は、希釈水を噴出するノズル２６と、生ゴミ粉砕機構８にて細かくされて落下してきた生ゴミと希釈水とを攪拌するスラリー攪拌機構２７から構成される。
ここで、スラリー攪拌機構２７はモータ２８の出力軸を略垂直にして備え、出力軸と同軸上にある基部から放射状に伸びる複数枚の羽根２９を有している。モータ２８を駆動させると、羽根２９が生ゴミと希釈水との中で回転し、細分化した生ゴミと希釈水とを混合してスラリーを生成し、スラリー全体の濃度をほぼ均一に保つことができる。なお、スラリー攪拌機構２７は、回転羽根タイプに限らず、シリンダーとロッド先端からロッドに垂直に拡がる状態で取り付けられたプレートとを備え、プレートをスラリー内で往復運動させてスラリーの濃度調整を行うものとしてもよい。
【００２２】
濃度調整室４と発酵室５との連通部９に取り付けられる開閉弁機構１０は、底部２３と連続する連通部９の下端に備えられたゲート弁３０と、ゲート弁３０に回動可能に取り付けられて固定板と螺合するスクリューシャフト３１と、スクリューシャフト３１と噛合う歯車３２と、歯車３２を出力軸と同軸上に軸着して設けるサーボモータ等のモータ３３とにより構成されている。
ゲート弁３０は、モータ３３により歯車３２を正逆回転し、スクリューシャフト３１を左右移動させると開閉する。このように開閉弁機構１０を構成すると、ゲート弁３０の開き度合によりスラリーの流下量を調整しやすくすることができる。
また、ゲート弁３０をシリンダーで開閉駆動させ、ゲート弁３０の開く時間でスラリーの流下量を調整してもよい。
【００２３】
次に、発酵室５について説明する。
発酵室５は、上部が濃度調整室４の底部２３で覆われており、開閉弁機構１０の下方に設けられた傾斜板３４と、傾斜板３４の上方に設けたメタン菌添加機構３５と、傾斜板３４の下方にこれを天板とする発酵槽３６と、傾斜板３４の下面に設けた発酵液攪拌機構３７と、発酵槽３６に貯留する発酵液の液面より上部の発酵槽３６の側面から脱硫器３８とバルブ３９とを介して連通されたメタンガス取出機構４０とによって構成されている。
【００２４】
傾斜板３４は、開閉弁機構１０の下方から発酵槽３６の入口に向かって下り傾斜した状態に設置され、開閉弁機構１０から排出されたスラリーの流下を補助し、流下させ易くしている。
また、メタン菌添加機構３５は、メタン菌入り溶液を貯留する溶液槽４１と、ポンプ４２を介して配管接続された噴霧器４３とにより構成され、流下途中のスラリーにメタン菌入り溶液を噴霧する。
【００２５】
ここで、メタン菌入り溶液は、メタン発酵できればどのような組成でもよいが、本実施形態では、メタン菌の他に、メタン菌の栄養になる水素を作ることができる水素生成菌と、この水素生成菌の栄養になる糖類とを含んだ溶液である。
メタン菌は、水素からメタンを作るメタノバクテリウムやメタノコッカスが適しており、また、水素生成菌はガス壊疽菌等がよい。さらに、糖類は、水素生成菌が直接栄養とするブドウ糖であることが望ましいが、水素生成菌は多糖類をブトウ糖まで分解して栄養とすることも可能なので、溶液に加える糖類はブドウ糖に限らず、セルロース等の多糖類でもよい。
【００２６】
発酵槽３６は、傾斜板３４の下端に開口した発酵槽３６の入口を封止するために回動可能な内開きの扉４４と、発酵槽３６の外側面にメタン菌が添加されたスラリーをメタン発酵させてできる発酵液の温度を調整する温度調整機構４５と、発酵槽３６の側面下部に発酵槽３６の底部に沈殿した残渣を取り出すための残渣取出口４６とを備える。
また、発酵槽３６の材質を炭素繊維とエポキシ樹脂等の合成樹脂とを用いた複合材料とすると、硫化物等の腐食性を有する成分の多い発酵液に対する耐久性を持つことができる。なお、炭素繊維を有する複合材料であれば、上記と同様の効果を奏する。
【００２７】
扉４４は、図２に示すように発酵槽３６の内壁と接触する面に合成ゴム等のシール材４７を備え、傾斜板３４の下面に回動可能に軸着されたシリンダー４８の伸張駆動により開口部の内側を押圧して閉じ、スラリーとメタン菌入り溶液の混合物を発酵槽３６に流入させる時にはシリンダー４８を収縮駆動させて扉４４を開く。このように扉４４を構成すると、発酵槽３６を封止して発酵液から発生したガスが発酵槽３６の開口部から漏れることを防止することができる。また、シリンダー４８の駆動と開閉弁機構１０の動きとを関連させ、具体的には、開閉弁機構１０のゲート弁３０を開いてスラリーを流下させ、所定の時間が経過して発酵槽３６の入口に達する直前にシリンダー４８を駆動させて扉４４を開き、ゲート弁３０を閉じてスラリーが全て発酵槽３６へ流下した後にシリンダー４８を駆動して扉４４を閉じるようにすると、必要以上に発酵槽３６を開口して発酵ガスが発酵室５の上部へ逃げることを防止することができる。
【００２８】
発酵液の温度を調整する温度調整機構４５は、発酵槽３６の外壁面に密着する状態で配置されて通電により発熱するヒーター４９と、温度感知部が発酵液の中央周辺に浸る状態で発酵槽３６の内側面に取り付けられた温度センサ５０とにより構成される。ここで、温度センサ５０は熱電対や抵抗温度計を用いることが適している。
【００２９】
また、通電により発熱するヒーター４９に代えて、後述するメタンガス取出機構４０からのメタンガスを有効利用するために、これを燃料とする加熱装置（図示せず）を設置してもよい。具体的には、例えば、メタンガスを燃焼させて水や熱媒油等の熱媒体を加熱して温度を調整するボイラと、発酵槽の外壁面に密接して配置され、ボイラで温度調整された熱媒体を通す配管と、配管内に熱媒体を循環させるポンプとにより構成される加熱装置を設置してもよく、この加熱装置を設けると、生ゴミ処理により得られたメタンガスを利用するので、生ゴミ処理装置１の外部から新たに供給するエネルギーの量を抑えることができる。
なお、ヒーター４９の上から発酵槽３６の外部を断熱材で覆って発酵液を保温すると、発酵液の温度が低下しづらくなり、温度調整をする頻度が少なくなるので好ましい。
【００３０】
メタン発酵により生じた残渣を取り出すための残渣取出口４６は、発酵槽３６の下部側面に接続され処理塔２の側壁を貫通する配管にバルブ５１を取り付けて構成される。なお、残渣を残り無く取り出すため、図３に示すように、発酵槽３６の下部側面から処理塔２の側壁を貫通する排出路５２と、排出路５２の出口に回動可能に軸着されて出口を封止するシール材５３を備えた排出扉５４と、閉じた状態で発酵槽３６に押圧固定する止め金具５５とを備えた残渣取出口４６としてもよく、このような構成にすれば、排出扉５４を開き、排出路５２を通じて掻き出し具（図示せず）を発酵槽３６の内部に入れることができるので、残渣を発酵槽３６の内部に残すことなく取り出すことができる。
【００３１】
発酵液を攪拌する発酵液攪拌機構３７は、発酵槽３６に貯留する発酵液を攪拌するために設けられたもので、シリンダー５６とシリンダー５６のロッド先端からロッドに垂直に拡がる状態で取り付けられたプレート５７とを備え、プレート５７を発酵液内で往復運動させることで攪拌を行う。また、前述したスラリー攪拌機構２７と同様に、モータと複数の回転羽根とを有する機構としてもよい。このとき、発酵液の深さに合わせてモータの出力軸と同軸上に複数段の回転羽根を有すると、発酵槽内にわたって十分に発酵液を攪拌することができる。
【００３２】
メタンガス取出機構４０は、活性炭等の吸着剤５８と、吸着剤５８を収納する吸着槽５９と、吸着槽５９の外部に取り付けられた加熱装置６０と、メタンガスを取り出すメタンガス取出口６１と、メタン以外の成分を含むガスを排出する非吸着ガス排出口６２とを備える。加熱装置６０は、通電により発熱するヒーターでもよいが、前述したようなメタンガスを燃料として利用する加熱装置とすれば、温度調整機構４５の場合と同様に、新たに供給するエネルギーの量を抑えるという効果が得られる。
【００３３】
また、図４に示すように、メタンガス取出機構４０に２つの吸着槽５９ａ，５９ｂと加熱装置６０ａ，６０ｂとを備え、発酵槽３６からの連通部を吸着槽５９ａ，５９ｂに分岐する三方弁６３と、吸着槽５９ａ，５９ｂとメタンガス取出口６１とを接続するメタンガス三方弁６４と、吸着槽５９ａ，５９ｂと非吸着ガス排出口６２とを接続する非吸着ガス三方弁６５とを設けると、メタンガス取出機構４０より連続してメタンガスを取り出すことができる。なお、メタンガスの取り出し方法は後述する。
【００３４】
脱硫器３８は貯水槽（図示せず）と、発酵槽３６と接続して貯水槽の底部から発酵ガスを貯水槽内に排出する配管（図示せず）と、メタンガス取出機構４０と接続して脱硫後に水面上に上がってきた発酵ガスをメタンガス取出機構４０へ導く配管（図示せず）とを備え、発酵ガスを貯水槽内の水中に通して発酵ガスに含まれる硫化物を水に溶かすことができるものが適している。なお、連通部内に水を噴出させるスプレーと噴出された水を回収する回収容器とを備えて、発酵ガス中の硫化物を水に溶かして脱硫してもよい。
【００３５】
次に、上記した構成からなる生ゴミ処理装置１による生ゴミ処理方法について説明する。
最初に、生ゴミ７を生ゴミ貯留室３に投入すると、生ゴミ７は傾斜面１２を下って連通部６を落下する際に固定刃１３と回転刃１４とに挟まれて剪断され、大きさが１〜１０ミリ程度に細かくされた後、濃度調整室４へ落下する。そして、濃度調整室４の内部でノズル２６から噴出される希釈水と混合し、スラリー攪拌機構２７で攪拌されてメタン発酵しやすい濃度に調整されたスラリーが生成される。
【００３６】
その後、スラリーは開閉弁機構１０により開いたゲート弁３０を通って発酵室５の傾斜板３４を流下し、傾斜板３４の上を流下する途中でメタン菌添加機構３５からメタン菌入り溶液を噴霧されて発酵槽３６へ流入する。そして、発酵槽３６の入口の扉４４が閉じられて発酵槽３６が封止される。
【００３７】
発酵槽３６の内部にて貯留されたスラリーはメタン発酵を開始して発酵液となる。発酵液は、その温度を検出した温度センサ５０からの信号を受けて通電を開始もしくは遮断されるヒーター４９によって適温に温度調整され、発酵液攪拌機構３７で攪拌されることでメタン発酵を継続し、メタンを含む発酵ガスを発生する。このときの温度は，最適の５０℃、あるいはこの５０℃を挟んで４０〜６０℃が好ましく、２０℃〜１００℃でも可能である。
【００３８】
そして、非吸着ガス排出口６２とバルブ３９とを開くと、発酵ガスは発酵槽３６と吸着槽５９との連通部間にある脱硫器３８を通り、脱硫器３８で硫化物を取り除かれた後、続いて吸着槽５９の吸着剤５８の間を通る。このとき、吸着剤５８によりメタンのみが吸着され、メタン以外の成分は非吸着ガス排出口６２より排出される。メタンの吸着が終了した後、非吸着ガス排出口６２とバルブ３９とを閉じ、メタンガス取出口６１を開いて吸着槽５９に取り付けた加熱装置６０により吸着剤５８を加熱するとメタンが吸着剤５８から脱離し、メタンガスがメタンガス取出口６１から取り出される。
【００３９】
さらに、前述した図４に示すような２つの吸着槽５９ａ，５９ｂを備える場合は、まず、一方の吸着槽５９ａと発酵槽３６ならびに脱硫器３８を三方弁６３で連通状態にし、開状態にした非吸着ガス排出口６２と吸着槽５９ａとを非吸着ガス三方弁６５で連通すると、発酵ガスはこの吸着槽５９ａの吸着剤５８ａの間を通過し、メタンが吸着される。また、メタン以外のガスは非吸着ガス排出口６２より排出される。同時に、他方の吸着槽５９ｂが三方弁６３で発酵槽３６と遮断されているので、メタンガス三方弁６４で吸着槽５９ｂとメタンガス取出口６１とを連通させて加熱装置６０ｂにより吸着剤５８ｂを加熱すると、すでに吸着しているメタンが脱離してメタンガス取出口６１より排出される。
【００４０】
吸着剤５８ａのメタン吸着量が飽和状態に達した後、三方弁６３を切り替えて吸着槽５９ａと発酵槽３６ならびに脱硫器３８とを遮断し、脱離操作側の吸着槽５９ｂと発酵槽３６ならびに脱硫器３８とを開通させる。同時に、メタンガス取出口６１ならびに非吸着ガス排出口６２と各吸着槽５９ａ，５９ｂとの開通状態を切り替える。このようにすると、発酵槽３６と開通した吸着槽５９ｂの吸着剤５８ｂがメタンの吸着を開始し、発酵槽３６ならびに脱硫器３８と遮断した吸着槽５９ａの吸着剤５８ａを加熱すればメタンの脱離が開始する。
これを繰り返して間歇運転すると、メタンガス取出機構４０からメタンガスを連続して効率よく取り出せることができる。
【００４１】
また、発酵槽３６の内部には、沈殿した残渣と上澄み液とが残り、これらは残渣取出口４６から取り出される。残渣および上澄み液は、畑や植木の肥料として利用することができる。
【００４２】
なお、前記した実施形態では、生ゴミ貯留室３の底部１１を下り傾斜面にして生ゴミ７が濃度調整室４へ滑り落ちるようにしたが、図５に示すように、生ゴミ貯留室３の底部１１に、生ゴミ７の自重により上流側から下流側に向かって回転走行することにより、生ゴミ７の移動を補助するベルト式の生ゴミ移動補助機構６６を設置してもよい。この生ゴミ移動補助機構６６は、無端ベルト６７と、この無端ベルト６７を架ける両端のローラ６８とからなり、無端ベルト６７の上面が傾斜面１２とほぼ同一面上になるように設置される。この生ゴミ移動補助機構６６を設けると、少量や軽量の生ゴミ７でもその自重あるいはモータの駆動力により、無端ベルト６７の上に載って連通部６へ確実に移動させることができる。また、無端ベルト６７は生ゴミ７を移動させた後でも慣性走行を続けるので、引き続きベルト上に落下もしくは滑り落ちてきた生ゴミ７を継続して連通部６へ送り出すことができる。
【００４３】
加えて、先端に向かって板厚を薄くしたカバー６９を傾斜面１２の端部から延設して該端部と無端ベルト６７との空間を塞ぐようにすると、この空間に生ゴミ７が侵入することなく無端ベルト６７を自由に回転走行させる状態を維持することができる。ここで、カバー６９の材質は、ウレタンゴム等の耐摩耗性を有するものが望ましい。
【００４４】
また、傾斜面１２にフッ素樹脂コーティング等の平滑表面処理を施して生ゴミ７と傾斜面１２との摩擦を減少させても、自重により生ゴミ７を滑り落ち易くすることができるし、合わせて傾斜面１２の保護にもなるので長期使用による腐食を防ぐことができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、縦方向に一連に構成された処理塔内に、上から順に生ゴミ貯留室と濃度調整室と発酵室とを形成したので、メタン発酵処理型の生ゴミ処理装置の小型化、特に、前後左右方向の小型化を実現し、従来では設置することができなかった狭い場所でもメタン発酵処理型の生ゴミ処理装置を設置することができる。また、生ゴミを処理装置内で上から下へ落下させて処理を進めるので、搬送装置を別途設ける必要がなくなって構造の簡素化を図ることができ、また、搬送に要するエネルギーを抑えることができる。そして、発酵室の上部が濃度調整室の底部で覆われ、連通部を開閉弁機構で塞ぐので、メタン発酵の際に発生する悪臭を外部に漏らすことを防ぎ易くすることができる。さらに、発酵室内で発生したメタンをメタンガス取出機構より取り出すことができるので、このメタンガスをエネルギー源としても有効利用することができる。
【００４６】
請求項２に記載の発明によれば、メタンガス取出機構にて、取り出したメタンガスの一部を燃焼させて吸着剤を加熱するようにしたことで、外部より新たなエネルギーを供給することを省略することができ、よって、生ゴミ処理に消費されるエネルギーを抑えることができる。
【００４７】
請求項３に記載の発明によれば、発酵槽を炭素繊維を用いた複合材料で形成することで、腐食性を有する発酵液に対して長期間の使用が可能な発酵槽を提供することができる。
【００４８】
請求項４に記載の発明によれば、濃度調整室内の底部を傾斜面としたことで、濃度調整室内のどの場所にスラリーがあっても、開閉弁機構に向けてスラリーを流下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】生ゴミ処理装置の概略断面図である。
【図２】発酵槽に取り付けられた扉の概略拡大図である。
【図３】残渣取出口の一例の概略拡大図である。
【図４】メタンガス取出機構の一例の概略拡大図である。
【図５】生ゴミ貯留室に設けた生ゴミ移動補助機構の一例の概略拡大図である。
【符号の説明】
１ 生ゴミ処理装置
２ 処理塔
３ 生ゴミ貯留室
４ 濃度調整室
５ 発酵室
６ 連通部
７ 生ゴミ
８ 生ゴミ粉砕機構
９ 連通部
１０ 開閉弁機構
１１ 底部
１２ 傾斜面
１３ 固定刃
１４ 回転刃
１５ モータ
１６ 排出弁機構
１７ ゲート弁
１８ シリンダー
１９ 投入口
２０ 蓋
２１ シール材
２２ 止め金具
２３ 底部
２４ 傾斜面
２５ 濃度調整機構
２６ ノズル
２７ スラリー攪拌装置
２８ モータ
２９ 羽根
３０ ゲート弁
３１ スクリューシャフト
３２ 歯車
３３ モータ
３４ 傾斜板
３５ メタン菌添加機構
３６ 発酵槽
３７ 発酵液攪拌機構
３８ 脱硫器
３９ バルブ
４０ メタンガス取出機構
４１ 溶液槽
４２ ポンプ
４３ 噴霧器
４４ 扉
４５ 温度調整機構
４６ 残渣取出口
４７ シール材
４８ シリンダー
４９ ヒーター
５０ 温度センサ
５１ バルブ
５２ 排出路
５３ シール材
５４ 排出扉
５５ 止め金具
５６ シリンダー
５７ プレート
５８，５８ａ，５８ｂ 吸着剤
５９，５９ａ，５９ｂ 吸着槽
６０，６０ａ，６０ｂ 加熱装置
６１ メタンガス取出口
６２ 非吸着ガス排出口
６３ 三方弁
６４ メタンガス三方弁
６５ 非吸着ガス三方弁
６６ 生ゴミ移動補助機構
６７ 無端ベルト
６８ ローラ
６９ カバー
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタン発酵を利用して生ゴミを処理する生ゴミ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、生ゴミ処理方法は焼却処理法と機械式処理法とに大別される。わが国では主に焼却処理法による生ゴミ処理が実施されているが、この焼却処理法では焼却条件によりダイオキシン等の有害物質が発生することが問題視されている。このため、ダイオキシンの熱分解が十分に行われるように従来よりも焼却温度を上げて焼却するように改善されたが、二酸化炭素等の焼却後の排出ガスが大量に発生してしまう。さらに、生ゴミ処理に消費されるエネルギーが大幅に増大するので、生ゴミ処理にかかるコスト上昇の原因となっている。
【０００３】
また、機械式処理法は炭化乾燥処理、微生物処理、発酵処理の３種類に分けられる。炭化乾燥処理は生ゴミを加熱することで半炭化させて容積を減らす方法であり、装置をコンパクトにすることができるが、ランニングコストが高く、排出ガスも焼却処理法と比較してあまり減少せず、そのメリットは単に処理物の減容積化にしか見出せない。
【０００４】
これらの方法に対し、微生物処理は微生物で生ゴミを分解処理するためランニングコストが安く済み、分解処理後の発生物は水と炭酸ガスと残渣等となるので、その有効利用を見込むことができる。
そして、発酵処理は微生物を用いて処理をする点では微生物処理と同じであるが、生ゴミ処理後の発生物が異なる。殊に、メタン発酵処理は、メタン菌がメタンガスを発生させ、これを燃料として利用することができるため、非常に有効な生ゴミ処理方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のメタン菌を利用した生ゴミ処理装置は、細かくした生ゴミに希釈水を加えたスラリーの濃度調整をする濃度調整室と、スラリーにメタン菌を加えてメタン発酵させる発酵室を横に並べ、スラリーをポンプにより移送して濃度調整室の底部から発酵室の上方から投入する形式を取っていたので、生ゴミ処理装置を設置するには濃度調整室や発酵室などの各構成要素が全て並べられる面積を有する広い場所に限定されてしまい、生ゴミが発生する場所、例えば、都市部における食堂ではその設置場所を確保することが困難であった。
【０００６】
また、メタン発酵時に悪臭の原因となる硫化物が発生し、外部へ悪臭が漏れるという虞があった。このため、この生ゴミ処理装置を住宅地に設置することは敬遠されていた。
【０００７】
さらに、装置内でスラリーを移送するポンプなどの搬送装置が必要であるため構造が複雑化し、また、装置運転時におけるエネルギー消費が大きかった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑み提案されたもので、従来では設置が困難とされていた狭い面積でも設置することができ、また、悪臭が外に漏れることを防ぎ易く、さらに、装置運転時に消費するエネルギーを抑えることができる生ゴミ処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１に記載のものは、縦方向に一連に構成された処理塔内に、上から順に生ゴミ貯留室と濃度調整室と発酵室とを形成し、
生ゴミ貯留室と濃度調整室との連通部に、生ゴミを細かくする生ゴミ粉砕機構を設け、
濃度調整室内には、細かくした生ゴミに希釈水を加えて適度な濃度のスラリーに調整する濃度調整機構を設け、
発酵室の上部を濃度調整室の底部で覆うとともに、濃度調整室と発酵室との連通部には、開閉することにより濃度調整室内のスラリーの発酵室内への流下を制御する開閉弁機構を設け、
発酵室内には、スラリーにメタン菌入り溶液を加えるメタン菌添加機構と、メタン菌が添加された発酵液の温度を調整する温度調整機構と、発酵液を攪拌する発酵液攪拌機構と、発酵液中で発生したメタンガスを吸着させて取り出すメタンガス取出機構とを設けたことを特徴とする生ゴミ処理装置である。
【００１０】
請求項２に記載のものは、前記メタンガス取出機構は、メタンガスを吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱してメタンを脱離させる加熱装置とを備え、
この加熱装置は、メタンガス取出機構より取り出されたメタンガスの一部を燃焼させて加熱することを特徴とする請求項１に記載の生ゴミ処理装置である。
【００１１】
請求項３に記載のものは、前記発酵室は、炭素繊維を用いた複合材料で形成されることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の生ゴミ処理装置である。
【００１２】
請求項４に記載のものは、前記濃度調整室は、底部内側に開閉弁機構へ向かって下り傾斜した傾斜面を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の生ゴミ処理装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明の一実施形態である生ゴミ処理装置１の概略断面図である。
生ゴミ処理装置１は、縦方向に一連に構成された処理塔２の内部に、上から順に生ゴミ貯留室３と濃度調整室４と発酵室５とを形成し、生ゴミ貯留室３と濃度調整室４との連通部６に生ゴミ７を細かくする生ゴミ粉砕機構８を設け、濃度調整室４と発酵室５との連通部９に開閉弁機構１０を設けて概略構成されている。そして、本実施形態では、処理塔２の各室内に各機器を収納し、配管だけを外部から接続することにより気密化を容易にし、これにより悪臭の漏出を防止している。
【００１４】
生ゴミ貯留室３は、処理塔２の内部の最上部に位置し、処理塔２の内側壁とこの内側壁に取り付けられた底部１１とにより区画形成され、底部１１は、生ゴミ貯留室３の内部に貯めた生ゴミ７が濃度調整室４へ滑り落ちるように濃度調整室４との連通部６に向けて下り傾斜した傾斜面１２によって構成されている。
【００１５】
生ゴミ貯留室３と濃度調整室４との連通部６に設けられた生ゴミ粉砕機構８は、連通部６の内側に固定する固定刃１３と、その上方に多少の隙間を空けて回転刃１４を備える。回転刃１４は、生ゴミ貯留室３の内側上部に設けるモータ１５の出力軸と同軸上に取り付けられ、このモータ１５により回転することができる。なお、本実施形態では、固定刃１３ならびに回転刃１４をそれぞれ１段ずつ有する回転式の粉砕装置を示したが、固定刃と回転刃を交互に配置して複数段とした回転式の粉砕機構としてもよく、落下が速くなる重い生ゴミでも複数段の固定刃および回転刃により次々に粉砕されるので、後述するスラリーを生成するのに十分な大きさまで細かくすることができる。
【００１６】
さらに、この生ゴミ粉砕機構８は、駆動刃が固定刃上を左右に往復運動して生ゴミを剪断するスライス式の機構としてもよく、このような機構とすると、生ゴミを薄く切ることができ、後述する希釈水となじみ易くなって容易にスラリーを生成ことができる。
【００１７】
また、連通部６の下端に開閉可能な排出制御弁１６を設けてもよい。例えば、生ゴミ粉砕機構８の下方に連通部６を開閉するゲート弁１７を設け、濃度調整室４のスラリーの量を検出する検出センサ（図示せず）からの信号により駆動するシリンダー１８と接続してゲート弁１７の開閉状態を制御すれば、濃度調整室４への生ゴミ７の過度供給を防止することができる。なお、上記の検出センサは、例えば、後述するスラリーの液面とともに上下するフロートが一定位置に達したことを検出して信号を出すセンサが適しているが、スラリーの量を検出できるものであれば、これに限らない。さらに、上記した排出制御弁１６はゲート弁に限らず、下方に回動可能な扉を設けるものでもよい。
【００１８】
一方、生ゴミ７を生ゴミ貯留室３に投入するための投入口１９は、投入口１９を塞ぐために処理塔２の上面に軸着されて開閉可能とした蓋２０と、蓋２０の裏面に取り付けて投入口１９を封止するシール材２１と、蓋２０の外側面に取り付けて閉じた蓋２０を投入口１９に押圧してシール材２１を変形させた状態で蓋２０を固定する止め金具２２とを備える。このような投入口１９を設けると、生ゴミ７の投入後に蓋２０を閉じて投入口１９を封止することで、生ゴミ７の臭いを外部に漏らさないようにすることができる。
【００１９】
なお、投入口１９の上端にフランジを設けてフランジ面に施した溝にシールリングを取り付けて投入口１９を封止してもよいし、シール材２１を投入口１９の外側面に設けて、投入口１９の外側面と蓋２０の内側面との間で潰して投入口１９を封止するようにしてもよい。
【００２０】
次に濃度調整室４について説明する。
濃度調整室４は、処理塔２の内部において生ゴミ貯留室３の直下に位置し、処理塔２の内側面と該側面に取り付けられた底部２３と生ゴミ貯留室３の底部１１とにより区画形成される。そして、この底部２３の上面は生ゴミ貯留室３と同様に、濃度調整室４と発酵室５との連通部９に向かい下り傾斜した傾斜面２４を形成し、濃度調整室４の内部に貯留したスラリーの発酵室側への流下を補助している。
【００２１】
濃度調整室４の内部には、生ゴミ７を所定濃度のスラリーにする濃度調整機構２５が配置されている。この濃度調整機構２５は、希釈水を噴出するノズル２６と、生ゴミ粉砕機構８にて細かくされて落下してきた生ゴミと希釈水とを攪拌するスラリー攪拌機構２７から構成される。
ここで、スラリー攪拌機構２７はモータ２８の出力軸を略垂直にして備え、出力軸と同軸上にある基部から放射状に伸びる複数枚の羽根２９を有している。モータ２８を駆動させると、羽根２９が生ゴミと希釈水との中で回転し、細分化した生ゴミと希釈水とを混合してスラリーを生成し、スラリー全体の濃度をほぼ均一に保つことができる。なお、スラリー攪拌機構２７は、回転羽根タイプに限らず、シリンダーとロッド先端からロッドに垂直に拡がる状態で取り付けられたプレートとを備え、プレートをスラリー内で往復運動させてスラリーの濃度調整を行うものとしてもよい。
【００２２】
濃度調整室４と発酵室５との連通部９に取り付けられる開閉弁機構１０は、底部２３と連続する連通部９の下端に備えられたゲート弁３０と、ゲート弁３０に回動可能に取り付けられて固定板と螺合するスクリューシャフト３１と、スクリューシャフト３１と噛合う歯車３２と、歯車３２を出力軸と同軸上に軸着して設けるサーボモータ等のモータ３３とにより構成されている。
ゲート弁３０は、モータ３３により歯車３２を正逆回転し、スクリューシャフト３１を左右移動させると開閉する。このように開閉弁機構１０を構成すると、ゲート弁３０の開き度合によりスラリーの流下量を調整しやすくすることができる。
また、ゲート弁３０をシリンダーで開閉駆動させ、ゲート弁３０の開く時間でスラリーの流下量を調整してもよい。
【００２３】
次に、発酵室５について説明する。
発酵室５は、上部が濃度調整室４の底部２３で覆われており、開閉弁機構１０の下方に設けられた傾斜板３４と、傾斜板３４の上方に設けたメタン菌添加機構３５と、傾斜板３４の下方にこれを天板とする発酵槽３６と、傾斜板３４の下面に設けた発酵液攪拌機構３７と、発酵槽３６に貯留する発酵液の液面より上部の発酵槽３６の側面から脱硫器３８とバルブ３９とを介して連通されたメタンガス取出機構４０とによって構成されている。
【００２４】
傾斜板３４は、開閉弁機構１０の下方から発酵槽３６の入口に向かって下り傾斜した状態に設置され、開閉弁機構１０から排出されたスラリーの流下を補助し、流下させ易くしている。
また、メタン菌添加機構３５は、メタン菌入り溶液を貯留する溶液槽４１と、ポンプ４２を介して配管接続された噴霧器４３とにより構成され、流下途中のスラリーにメタン菌入り溶液を噴霧する。
【００２５】
ここで、メタン菌入り溶液は、メタン発酵できればどのような組成でもよいが、本実施形態では、メタン菌の他に、メタン菌の栄養になる水素を作ることができる水素生成菌と、この水素生成菌の栄養になる糖類とを含んだ溶液である。
メタン菌は、水素からメタンを作るメタノバクテリウムやメタノコッカスが適しており、また、水素生成菌はガス壊疽菌等がよい。さらに、糖類は、水素生成菌が直接栄養とするブドウ糖であることが望ましいが、水素生成菌は多糖類をブトウ糖まで分解して栄養とすることも可能なので、溶液に加える糖類はブドウ糖に限らず、セルロース等の多糖類でもよい。
【００２６】
発酵槽３６は、傾斜板３４の下端に開口した発酵槽３６の入口を封止するために回動可能な内開きの扉４４と、発酵槽３６の外側面にメタン菌が添加されたスラリーをメタン発酵させてできる発酵液の温度を調整する温度調整機構４５と、発酵槽３６の側面下部に発酵槽３６の底部に沈殿した残渣を取り出すための残渣取出口４６とを備える。
また、発酵槽３６の材質を炭素繊維とエポキシ樹脂等の合成樹脂とを用いた複合材料とすると、硫化物等の腐食性を有する成分の多い発酵液に対する耐久性を持つことができる。なお、炭素繊維を有する複合材料であれば、上記と同様の効果を奏する。
【００２７】
扉４４は、図２に示すように発酵槽３６の内壁と接触する面に合成ゴム等のシール材４７を備え、傾斜板３４の下面に回動可能に軸着されたシリンダー４８の伸張駆動により開口部の内側を押圧して閉じ、スラリーとメタン菌入り溶液の混合物を発酵槽３６に流入させる時にはシリンダー４８を収縮駆動させて扉４４を開く。このように扉４４を構成すると、発酵槽３６を封止して発酵液から発生したガスが発酵槽３６の開口部から漏れることを防止することができる。また、シリンダー４８の駆動と開閉弁機構１０の動きとを関連させ、具体的には、開閉弁機構１０のゲート弁３０を開いてスラリーを流下させ、所定の時間が経過して発酵槽３６の入口に達する直前にシリンダー４８を駆動させて扉４４を開き、ゲート弁３０を閉じてスラリーが全て発酵槽３６へ流下した後にシリンダー４８を駆動して扉４４を閉じるようにすると、必要以上に発酵槽３６を開口して発酵ガスが発酵室５の上部へ逃げることを防止することができる。
【００２８】
発酵液の温度を調整する温度調整機構４５は、発酵槽３６の外壁面に密着する状態で配置されて通電により発熱するヒーター４９と、温度感知部が発酵液の中央周辺に浸る状態で発酵槽３６の内側面に取り付けられた温度センサ５０とにより構成される。ここで、温度センサ５０は熱電対や抵抗温度計を用いることが適している。
【００２９】
また、通電により発熱するヒーター４９に代えて、後述するメタンガス取出機構４０からのメタンガスを有効利用するために、これを燃料とする加熱装置（図示せず）を設置してもよい。具体的には、例えば、メタンガスを燃焼させて水や熱媒油等の熱媒体を加熱して温度を調整するボイラと、発酵槽の外壁面に密接して配置され、ボイラで温度調整された熱媒体を通す配管と、配管内に熱媒体を循環させるポンプとにより構成される加熱装置を設置してもよく、この加熱装置を設けると、生ゴミ処理により得られたメタンガスを利用するので、生ゴミ処理装置１の外部から新たに供給するエネルギーの量を抑えることができる。
なお、ヒーター４９の上から発酵槽３６の外部を断熱材で覆って発酵液を保温すると、発酵液の温度が低下しづらくなり、温度調整をする頻度が少なくなるので好ましい。
【００３０】
メタン発酵により生じた残渣を取り出すための残渣取出口４６は、発酵槽３６の下部側面に接続され処理塔２の側壁を貫通する配管にバルブ５１を取り付けて構成される。なお、残渣を残り無く取り出すため、図３に示すように、発酵槽３６の下部側面から処理塔２の側壁を貫通する排出路５２と、排出路５２の出口に回動可能に軸着されて出口を封止するシール材５３を備えた排出扉５４と、閉じた状態で発酵槽３６に押圧固定する止め金具５５とを備えた残渣取出口４６としてもよく、このような構成にすれば、排出扉５４を開き、排出路５２を通じて掻き出し具（図示せず）を発酵槽３６の内部に入れることができるので、残渣を発酵槽３６の内部に残すことなく取り出すことができる。
【００３１】
発酵液を攪拌する発酵液攪拌機構３７は、発酵槽３６に貯留する発酵液を攪拌するために設けられたもので、シリンダー５６とシリンダー５６のロッド先端からロッドに垂直に拡がる状態で取り付けられたプレート５７とを備え、プレート５７を発酵液内で往復運動させることで攪拌を行う。また、前述したスラリー攪拌機構２７と同様に、モータと複数の回転羽根とを有する機構としてもよい。このとき、発酵液の深さに合わせてモータの出力軸と同軸上に複数段の回転羽根を有すると、発酵槽内にわたって十分に発酵液を攪拌することができる。
【００３２】
メタンガス取出機構４０は、活性炭等の吸着剤５８と、吸着剤５８を収納する吸着槽５９と、吸着槽５９の外部に取り付けられた加熱装置６０と、メタンガスを取り出すメタンガス取出口６１と、メタン以外の成分を含むガスを排出する非吸着ガス排出口６２とを備える。加熱装置６０は、通電により発熱するヒーターでもよいが、前述したようなメタンガスを燃料として利用する加熱装置とすれば、温度調整機構４５の場合と同様に、新たに供給するエネルギーの量を抑えるという効果が得られる。
【００３３】
また、図４に示すように、メタンガス取出機構４０に２つの吸着槽５９ａ，５９ｂと加熱装置６０ａ，６０ｂとを備え、発酵槽３６からの連通部を吸着槽５９ａ，５９ｂに分岐する三方弁６３と、吸着槽５９ａ，５９ｂとメタンガス取出口６１とを接続するメタンガス三方弁６４と、吸着槽５９ａ，５９ｂと非吸着ガス排出口６２とを接続する非吸着ガス三方弁６５とを設けると、メタンガス取出機構４０より連続してメタンガスを取り出すことができる。なお、メタンガスの取り出し方法は後述する。
【００３４】
脱硫器３８は貯水槽（図示せず）と、発酵槽３６と接続して貯水槽の底部から発酵ガスを貯水槽内に排出する配管（図示せず）と、メタンガス取出機構４０と接続して脱硫後に水面上に上がってきた発酵ガスをメタンガス取出機構４０へ導く配管（図示せず）とを備え、発酵ガスを貯水槽内の水中に通して発酵ガスに含まれる硫化物を水に溶かすことができるものが適している。なお、連通部内に水を噴出させるスプレーと噴出された水を回収する回収容器とを備えて、発酵ガス中の硫化物を水に溶かして脱硫してもよい。
【００３５】
次に、上記した構成からなる生ゴミ処理装置１による生ゴミ処理方法について説明する。
最初に、生ゴミ７を生ゴミ貯留室３に投入すると、生ゴミ７は傾斜面１２を下って連通部６を落下する際に固定刃１３と回転刃１４とに挟まれて剪断され、大きさが１〜１０ミリ程度に細かくされた後、濃度調整室４へ落下する。そして、濃度調整室４の内部でノズル２６から噴出される希釈水と混合し、スラリー攪拌機構２７で攪拌されてメタン発酵しやすい濃度に調整されたスラリーが生成される。
【００３６】
その後、スラリーは開閉弁機構１０により開いたゲート弁３０を通って発酵室５の傾斜板３４を流下し、傾斜板３４の上を流下する途中でメタン菌添加機構３５からメタン菌入り溶液を噴霧されて発酵槽３６へ流入する。そして、発酵槽３６の入口の扉４４が閉じられて発酵槽３６が封止される。
【００３７】
発酵槽３６の内部にて貯留されたスラリーはメタン発酵を開始して発酵液となる。発酵液は、その温度を検出した温度センサ５０からの信号を受けて通電を開始もしくは遮断されるヒーター４９によって適温に温度調整され、発酵液攪拌機構３７で攪拌されることでメタン発酵を継続し、メタンを含む発酵ガスを発生する。このときの温度は，最適の５０℃、あるいはこの５０℃を挟んで４０〜６０℃が好ましく、２０℃〜１００℃でも可能である。
【００３８】
そして、非吸着ガス排出口６２とバルブ３９とを開くと、発酵ガスは発酵槽３６と吸着槽５９との連通部間にある脱硫器３８を通り、脱硫器３８で硫化物を取り除かれた後、続いて吸着槽５９の吸着剤５８の間を通る。このとき、吸着剤５８によりメタンのみが吸着され、メタン以外の成分は非吸着ガス排出口６２より排出される。メタンの吸着が終了した後、非吸着ガス排出口６２とバルブ３９とを閉じ、メタンガス取出口６１を開いて吸着槽５９に取り付けた加熱装置６０により吸着剤５８を加熱するとメタンが吸着剤５８から脱離し、メタンガスがメタンガス取出口６１から取り出される。
【００３９】
さらに、前述した図４に示すような２つの吸着槽５９ａ，５９ｂを備える場合は、まず、一方の吸着槽５９ａと発酵槽３６ならびに脱硫器３８を三方弁６３で連通状態にし、開状態にした非吸着ガス排出口６２と吸着槽５９ａとを非吸着ガス三方弁６５で連通すると、発酵ガスはこの吸着槽５９ａの吸着剤５８ａの間を通過し、メタンが吸着される。また、メタン以外のガスは非吸着ガス排出口６２より排出される。同時に、他方の吸着槽５９ｂが三方弁６３で発酵槽３６と遮断されているので、メタンガス三方弁６４で吸着槽５９ｂとメタンガス取出口６１とを連通させて加熱装置６０ｂにより吸着剤５８ｂを加熱すると、すでに吸着しているメタンが脱離してメタンガス取出口６１より排出される。
【００４０】
吸着剤５８ａのメタン吸着量が飽和状態に達した後、三方弁６３を切り替えて吸着槽５９ａと発酵槽３６ならびに脱硫器３８とを遮断し、脱離操作側の吸着槽５９ｂと発酵槽３６ならびに脱硫器３８とを開通させる。同時に、メタンガス取出口６１ならびに非吸着ガス排出口６２と各吸着槽５９ａ，５９ｂとの開通状態を切り替える。このようにすると、発酵槽３６と開通した吸着槽５９ｂの吸着剤５８ｂがメタンの吸着を開始し、発酵槽３６ならびに脱硫器３８と遮断した吸着槽５９ａの吸着剤５８ａを加熱すればメタンの脱離が開始する。
これを繰り返して間歇運転すると、メタンガス取出機構４０からメタンガスを連続して効率よく取り出せることができる。
【００４１】
また、発酵槽３６の内部には、沈殿した残渣と上澄み液とが残り、これらは残渣取出口４６から取り出される。残渣および上澄み液は、畑や植木の肥料として利用することができる。
【００４２】
なお、前記した実施形態では、生ゴミ貯留室３の底部１１を下り傾斜面にして生ゴミ７が濃度調整室４へ滑り落ちるようにしたが、図５に示すように、生ゴミ貯留室３の底部１１に、生ゴミ７の自重により上流側から下流側に向かって回転走行することにより、生ゴミ７の移動を補助するベルト式の生ゴミ移動補助機構６６を設置してもよい。この生ゴミ移動補助機構６６は、無端ベルト６７と、この無端ベルト６７を架ける両端のローラ６８とからなり、無端ベルト６７の上面が傾斜面１２とほぼ同一面上になるように設置される。この生ゴミ移動補助機構６６を設けると、少量や軽量の生ゴミ７でもその自重あるいはモータの駆動力により、無端ベルト６７の上に載って連通部６へ確実に移動させることができる。また、無端ベルト６７は生ゴミ７を移動させた後でも慣性走行を続けるので、引き続きベルト上に落下もしくは滑り落ちてきた生ゴミ７を継続して連通部６へ送り出すことができる。
【００４３】
加えて、先端に向かって板厚を薄くしたカバー６９を傾斜面１２の端部から延設して該端部と無端ベルト６７との空間を塞ぐようにすると、この空間に生ゴミ７が侵入することなく無端ベルト６７を自由に回転走行させる状態を維持することができる。ここで、カバー６９の材質は、ウレタンゴム等の耐摩耗性を有するものが望ましい。
【００４４】
また、傾斜面１２にフッ素樹脂コーティング等の平滑表面処理を施して生ゴミ７と傾斜面１２との摩擦を減少させても、自重により生ゴミ７を滑り落ち易くすることができるし、合わせて傾斜面１２の保護にもなるので長期使用による腐食を防ぐことができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、縦方向に一連に構成された処理塔内に、上から順に生ゴミ貯留室と濃度調整室と発酵室とを形成したので、メタン発酵処理型の生ゴミ処理装置の小型化、特に、前後左右方向の小型化を実現し、従来では設置することができなかった狭い場所でもメタン発酵処理型の生ゴミ処理装置を設置することができる。また、生ゴミを処理装置内で上から下へ落下させて処理を進めるので、搬送装置を別途設ける必要がなくなって構造の簡素化を図ることができ、また、搬送に要するエネルギーを抑えることができる。そして、発酵室の上部が濃度調整室の底部で覆われ、連通部を開閉弁機構で塞ぐので、メタン発酵の際に発生する悪臭を外部に漏らすことを防ぎ易くすることができる。さらに、発酵室内で発生したメタンをメタンガス取出機構より取り出すことができるので、このメタンガスをエネルギー源としても有効利用することができる。
【００４６】
請求項２に記載の発明によれば、メタンガス取出機構にて、取り出したメタンガスの一部を燃焼させて吸着剤を加熱するようにしたことで、外部より新たなエネルギーを供給することを省略することができ、よって、生ゴミ処理に消費されるエネルギーを抑えることができる。
【００４７】
請求項３に記載の発明によれば、発酵槽を炭素繊維を用いた複合材料で形成することで、腐食性を有する発酵液に対して長期間の使用が可能な発酵槽を提供することができる。
【００４８】
請求項４に記載の発明によれば、濃度調整室内の底部を傾斜面としたことで、濃度調整室内のどの場所にスラリーがあっても、開閉弁機構に向けてスラリーを流下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】生ゴミ処理装置の概略断面図である。
【図２】発酵槽に取り付けられた扉の概略拡大図である。
【図３】残渣取出口の一例の概略拡大図である。
【図４】メタンガス取出機構の一例の概略拡大図である。
【図５】生ゴミ貯留室に設けた生ゴミ移動補助機構の一例の概略拡大図である。
【符号の説明】
１ 生ゴミ処理装置
２ 処理塔
３ 生ゴミ貯留室
４ 濃度調整室
５ 発酵室
６ 連通部
７ 生ゴミ
８ 生ゴミ粉砕機構
９ 連通部
１０ 開閉弁機構
１１ 底部
１２ 傾斜面
１３ 固定刃
１４ 回転刃
１５ モータ
１６ 排出弁機構
１７ ゲート弁
１８ シリンダー
１９ 投入口
２０ 蓋
２１ シール材
２２ 止め金具
２３ 底部
２４ 傾斜面
２５ 濃度調整機構
２６ ノズル
２７ スラリー攪拌装置
２８ モータ
２９ 羽根
３０ ゲート弁
３１ スクリューシャフト
３２ 歯車
３３ モータ
３４ 傾斜板
３５ メタン菌添加機構
３６ 発酵槽
３７ 発酵液攪拌機構
３８ 脱硫器
３９ バルブ
４０ メタンガス取出機構
４１ 溶液槽
４２ ポンプ
４３ 噴霧器
４４ 扉
４５ 温度調整機構
４６ 残渣取出口
４７ シール材
４８ シリンダー
４９ ヒーター
５０ 温度センサ
５１ バルブ
５２ 排出路
５３ シール材
５４ 排出扉
５５ 止め金具
５６ シリンダー
５７ プレート
５８，５８ａ，５８ｂ 吸着剤
５９，５９ａ，５９ｂ 吸着槽
６０，６０ａ，６０ｂ 加熱装置
６１ メタンガス取出口
６２ 非吸着ガス排出口
６３ 三方弁
６４ メタンガス三方弁
６５ 非吸着ガス三方弁
６６ 生ゴミ移動補助機構
６７ 無端ベルト
６８ ローラ
６９ カバー
Claims (4)
- 縦方向に一連に構成された処理塔内に、上から順に生ゴミ貯留室と濃度調整室と発酵室とを形成し、
生ゴミ貯留室と濃度調整室との連通部に、生ゴミを細かくする生ゴミ粉砕機構を設け、
濃度調整室内には、細かくした生ゴミに希釈水を加えて適度な濃度のスラリーに調整する濃度調整機構を設け、
発酵室の上部を濃度調整室の底部で覆うとともに、濃度調整室と発酵室との連通部に、開閉することにより濃度調整室内のスラリーの発酵室内への流下を制御する開閉弁機構を設け、
発酵室内には、スラリーにメタン菌入り溶液を加えるメタン菌添加機構と、メタン菌が添加された発酵液の温度を調整する温度調整機構と、発酵液を攪拌する発酵液攪拌機構と、発酵液中で発生したメタンガスを吸着させて取り出すメタンガス取出機構とを設けたことを特徴とする生ゴミ処理装置。 - 前記メタンガス取出機構は、メタンガスを吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱してメタンを脱離させる加熱装置とを備え、
この加熱装置は、メタンガス取出機構より取り出されたメタンガスの一部を燃焼させて加熱することを特徴とする請求項１に記載の生ゴミ処理装置。 - 前記発酵室は、炭素繊維を用いた複合材料で形成される発酵槽を備えることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の生ゴミ処理装置。
- 前記濃度調整室は、底部内側に開閉弁機構へ向かって下り傾斜した傾斜面を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の生ゴミ処理装置。
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