JP4643752B1 - 生ごみ乾燥処理器 - Google Patents

Abstract

【課題】厨芥や食料残渣の生ごみを発生場所で乾燥処理を行い、腐敗のよる悪臭の発生防止や水分過多により焼却場での焼却効率の低下の原因を解決する為の生ごみ処理器の提供。
【解決手段】付加価値の高い部品は極力使用せずに安価な部品により構成し、運転時に電力による駆動する部分を少なくして消費電力を抑制し、ヒーターを内蔵した回転刃７を設けて被処理物の裁断と加熱を行い、温度センサーと蒸気センサーを設けてその制御信号を基に処理器１内の温度や加熱時間を制御して乾燥処理を行う生ごみ乾燥処理器。
【選択図】図１

Description

本願発明は台所や厨房で発生する食べ残しや調理屑である厨芥が原因で起こる、腐敗による悪臭や汚臭の発生による環境汚染を防止して、厨芥を減量化して廃棄運搬作業及び焼却処理の効率化等を図る手段として乾燥処理する事を目的とするごみ処理器に関するものである。

家庭の台所等で発生する生ごみを乾燥処理して減容する処理器やバイオ方式での小型でコンパクトな製品が家電メーカーより製造販売されているが未だ多くの家庭が購入して使用するに至っていない。特許文献を調査すると膨大な数の生ごみ処理器関連の特許が出願さており、インターネットで簡単に検索閲覧可能であるが、これらの先行技術を検証すると時代の流れと共に絶えず進化し、技術的進展が当然垣間見られる。しかし現状においてまだ改良して発展して行く余地は多々ある。本発明はこのような見地から経済性や技術的進展を目的に改良して一般家庭の台所等での更なる普及を図り、環境衛生の改善に寄与すべくなされたものである。

特許公報３９５２８７６号 特開平５−１０６５６号

家庭等で発生する生ごみを食後に処理して台所等を清潔な状態にしておくことは誰しもが描く理想的なスタイルであるが、生ごみ処理器がないとそのままごみ収集日まで置くことになる。夏場は特に気温が高いの想像以上に腐敗の進行が早く悪臭が発生しやすい。こうした時生ごみ処理器があれば理想的である。しかし生ごみ処理器を購入するとなると家計費の負担やランニングコストを計算するとなかなか未だに各家庭で購入するに至らないのが一般庶民感情と言える。各自治体は家庭で発生するごみを収集してそのほとんどは焼却処理しているのが現状であるが生ごみは水分を多く含んでいる為に焼却処理する際、燃焼効率が低下するので焼却場の担当者は水分を含んだ生ごみの取扱作業には苦慮する問題である。焼却場に運ばれてくるごみの４０％あまりが水分を含んだ生ごみと言われており、特定の各自治体では補助金制度で生ごみ処理器の普及には力を入れているがその普及ペースは遅々としたものがある。思い切って特定の自治体で実施している補助金額で購入できる低価格の生ごみ処理器を開発して商品化し各家庭に無料配布する位の心意気がなければなかなか普及は難しいのではないか。

生ごみ処理器の各家庭での普及には更なる処理機の購入価格の思い切った低減化及びランニングコストの負担を軽減する製品の登場が必要であるが、そのためには現状の生ごみ乾燥処理器を更に効率よく処理することが可能なものにする為の技術的な改良を行い、価格を低く抑える為に効率の良い新しい技術による乾燥処理器を製造する事が必要である。またランニングコストを低減する為には電力消費を減らす為の構造にしなければならない。
前記した特許文献１の特許公報３９５２８７６号の方式では比較的新しい発明では在るがその機構上動力源は電力で駆動される為に必然的に消費電力は上昇する。

従来の各種生ごみ乾燥処理器において小型の物でも多くの電力が必要である。被処理物をマイクロ波の照射で加熱する場合はマグネトロンの電源に使用する電力や、ヒーター類で加熱する場合の電源、また各種ファンを駆動するモーター用電源類、例えば吸気ファン、排気ファン、送風ファン等、更には触媒用加熱ヒーターの電源等が電力を利用している。生ごみ乾燥処理器の特許文献では各乾燥処理方式でそれぞれの違いはあるがこれらの動力源は電力に頼っているので合計すると無視できない電力消費量となる。そのため結果としてランニングコストの上昇は避けられない事になる。よって本願発明では消費電力抑制する設計の生ごみ乾燥処理システムに改良している。

本願発明の特徴の第１に上げられるのは乾燥処理する被処理物を過熱する手段として、加熱ヒーターを生ごみ収納断熱容器内で容器底面の外部から駆動される回転翼ヒーターが容器内を回転しながら直接生ごみを加熱する方法が取られるものである。本方式では従来のように電気ヒーターによる輻射熱や対流熱或いはマイクロ波を被処理物を照射して加熱するのでなく、直接に被処理物を投入する容器内で回転する撹拌ヒーターで被処理物を直接接触して被処理物全体の内部から加熱して被処理物が含有する水分を加熱蒸発する事を特徴としている。そのため従来の方式での発生させたエネルギーが乾燥処理の過程で起こるエネルギーロスの発生が少なくなるので効率の良い加熱処理の方法となる点が最大の特徴である。

つぎに被処理物から発生した蒸気が持つエネルギーを従来の方式では発生した蒸気を外気を取り入れて送風ファンで送風してその冷気で発生した蒸気を冷却し、凝縮水と気体を分離して排出処理していたが、本発明では発生した蒸気が持つ熱エネルギーを回収して凝縮水蒸発タンクの保温に利用して再度凝縮水を外部に蒸発放出する為に熱エネルギーを再利用する構造になっている点である。このような廃熱利用システムにすれば凝縮水の排出作業の工程が簡略化され管理面での省力化が図れることである。またつぎに被処理物から発生した蒸気は凝縮水と臭気を含んだ気体ガスに分離される。凝縮水はタンク下部に溜まり気体分はタンク上部に滞留後、凝縮水タンク上部の設置されている活性炭ユニットを通過する際に臭気分は活性炭吸着ユニットで吸収されて気体分は外部に放出される。

前記したように気体に含まれる臭気分は活性炭等で吸収されるが従来のシステムでは白金触媒等加熱分解される為に熱源に電力を消費する必要があったが本願発明では電力でなく活性炭等である為に触媒のヒーターを加熱する電力が節電される。その為にランニングコストの低減化が計れることになる。つぎに蒸発タンクに溢れ出た凝縮水は前記特許文献２示した特開平５−１０６５６のように繊維績布或いは多孔質部材で形成された凝縮水を毛細管現象で吸い上げて広い面積で蒸発を促進する蒸発装置はすでに存在しているが本願でもこのような蒸発方式を採用して凝縮水の蒸発促進に利用されるものであるが蒸発タンクの溜まった凝縮水が早期に蒸発を促進するために乾燥処理装置から排出される蒸気の熱源を蒸発促進に再利用するものである。

被処理物から発生した蒸気が凝縮タンクに導かれて冷やされ凝縮水となるが、凝縮水タンクの出口はストラップ構造となっている為に規定以上溜まると次のタンクである蒸発タンクに溢れていく。蒸発タンクにも凝縮水タンクから溢れ出た凝縮水が貯まり始め、前記した発生蒸気を凝縮水タンクに導く導入管パイプが蒸発タンク内を通っているので凝縮タンクから溢れ出た凝縮水はこの導入パイプに接触浸漬することになる。そうなると処理槽から発生した水蒸気の持つ潜熱が蒸発タンクにある凝縮水の温度を上昇させる。蒸発タンクは文字通り凝縮水を蒸発する為のタンクであるがこのタンク内には速やかに蒸発を促進する為に凝縮水に下端部が浸漬する繊維績布或いは多孔質部材で形成された凝縮水を毛細管現象で吸い上げて広い面積で蒸発を促進する蒸発装置が具備されている。凝縮水の温度上昇と蒸発面積の拡大化を図ることにより、凝縮水の蒸発を促進できる効果が得られので速やかに凝縮水が減少されていく事になる。

本乾燥処理装置の基本構成は乾燥処理槽で加熱乾燥処理を行うと事に排出される臭気分を含む水蒸気を蒸発槽タンクの容器内に配設された熱伝導材製の導管を通過する際に、前記排出ガスの潜熱をタンク容器及び内容物の凝縮水に接触する際に導管が持つ熱エネルギーはタンク内部凝縮水に移動伝達して保温後、次の気液分離するタンクである凝縮水タンクに流入して行く。タンク下部に液化した凝縮水が貯溜されて行く。。タンクは密閉されており、タンク上部に滞留した気相分は活性炭臭気吸収ユニットから外部に臭気分は活性炭で吸収後外気に排出する。一方凝縮水タンクに下部に溜まった液体分である凝縮水は出口がストラップ構造となっているのでタンクに一杯になることにより溢れた液体分は前記した蒸発槽タンク排出され蓄積されていくがこのタンクは排出ガスから放出する潜熱を蓄えていくので何時も高温に維持されるているので溜まった凝縮水は前記した蒸発装置を介して順次蒸発を繰り返し蒸発タンクから外部に通ずる通気口から装置外に放出されていく。このように本発明の凝縮システムは水分の蒸発と臭気分の分離吸着を行う。蒸発タンクを高温に維持する熱源は加熱システムから排出する蒸気が持つ熱量を有効利用することにより達成する点が最大の特徴である。生ごみを加熱する熱源を効率よく最大限有効に利用する事で乾燥処理を行うものであり、乾燥処理装置全体としては他の生ごみ処理器に比較して最小の電力供給エネルギーで最大の効果を発揮する事が出来るものである。

本願発明による生ごみ処理器は高価で付加価値の高い部品は使用せずに同等以上の効果が得られるシンプルは部品を使用して乾燥処理を行うので、全体として低価格の生ごみ処理器として構成される。製品価格を低くして利用者の負担を軽減するものとなり、機能も電力で発生した熱量は最大限有効に使用される為に、小電力での乾燥処理が可能となりランニングコストも安価で維持費が低く抑えられる。

乾燥処理槽全体図 凝縮及び蒸発タンクの構造を示す拡大図面 作業処理工程図

本発明の生ごみ乾燥処理器は低消費電力での乾燥処理を行う為に送風、吸引ファンの駆動や触媒ヒーターの駆動を行わない構造設計がなされている。被処理物を乾燥する収納容器内に容器底面外部に駆動モータを配置してその軸心が容器内に貫通して回転する構造となり、回転翼は収容された被処理物内を回転する。回転翼の中心部内側に中空の空洞を作成し、その中に電熱ヒーターが埋め込まれている。このヒーターの加熱部は１３０℃の温度設定となっている。このヒーターに通電することによりその発熱が回転翼に伝わり更に回転しながら被処理物を加熱して水分を蒸発させて行く事により処理を乾燥していくものである。発生した蒸気は処理槽上部にある蒸気排出管を通して凝縮タンクへと流れて行き、冷却され凝縮水となり再度蒸発処理して水分を乾燥処理器から自動的に消失処分を行い水分の排出処理工程を簡素化するものである。

本願発明は従来のように被処理物を温風加熱や容器外部からの加熱でなく直接に被処理物内を回転しながらヒーターで過熱する方式なので加熱するエネルギーロスが少なくて済むことになる。また発生した蒸気を凝縮する為に外気を送風して冷却する方式でなく、自然対流自然循環で温度の低下を行うものである。そのため送風ファンを駆動する電力を必要としない為に電力消費は少なくなる。被処理物を断熱容器内で過熱する際に発生した熱量を処理工程の最終段階まで熱源を有効に利用するので被処理物を乾燥してそこから発生した蒸気の廃熱で蒸発水の温度を上昇させて、自然蒸発作用を利用して蒸発させることになる。このことにより乾燥後に別途処理器から溜まった凝縮水の排出作業を行う必要がなく自動的に蒸発させるので省力化を図れる事になる。従来のように理論上高度な処理を本願発明では簡便且つエコロジーなシステムに変換して生ごみ乾燥処理を行う事により低価格製品にすることを目的としている。

図１は本願発明の生ごみ処理乾燥機の全体の断面図である。図２は図１の右上部の拡大図で処理槽で発生した蒸気を導き気液分離後蒸発処理する処理槽である。乾燥処理した際の発生する蒸気をを通じ蒸気排出管２３を通じて凝縮タンク１４に導き処理槽下部にある通気口１８から流入する外気で冷却して、タンク内に凝縮水１７に液化し、気相分はタンク上部に活性炭脱臭ユニット１３を通過する際に臭気分を脱臭するものである。凝縮水１７はタンク内に一杯になるとストラップ１６から蒸発タンク２４に流入して、タンク内部にある蒸発促進板２６からなる蒸発槽部分で発生蒸気の凝縮水の蒸発処理を行う構成を図示したものである。図１、図２の同一番号は同一部品を表している。図３のａ）、ｂ）は駆動モーターと回転ヒーターの電気回路に流れる時間経過の電流値が図示されている。ｃ）、ｄ）は容器内の温度と湿度の時間変化を表している。以下本生ごみ乾燥処理器の実施例を図をたどりながら乾燥処理作業工程を図と共に説明していく。

本処理器の処理の流れたどるとまず食べ残しや料理屑等の被乾燥処理物を図１の生ごみ乾燥処理器１の蓋５を上方に開け、内釜となる円筒状の内部断熱容器内２に規定量まで生ごみを投入する。蓋５はヒンジ１２を支点にして片開きの構造を有している。蓋を下方に下ろしてラッチ６ａでロックして閉じるとパッキング２２により処理容器内部と外部は完全に遮断される。つぎに起動スイッチ６を押すと生ごみ乾燥処理器の制御部２８はまず図３ａ）ｔ１のタイミング時に処理槽内部に投入された処理物は長い物や、大きな物が混同しているので乾燥開始前に乾燥処理容器の内部にある回転刃７でおおまかに大きにする為にシュレッダーに掛ける。回転刃７は約毎分４００回転位の高速回転で被処理物の破砕作業を開始する。このとき制御回路は図３ａ）ｔ１からｔ２のように高い電流を駆動モーター９に流される。回転刃７は処理物の裁断に適した構造に作成されており、加熱容器と外部容器の下部を貫通する構造で駆動モーター９により駆動軸８と回転刃７は連動する構造になっている。回転刃は約２分位回転して内部の処理物をおおまかに裁断すると図３ｔ２のタイミング時に制御回路は回転刃７内にあるヒーターに電流を流し始め処理物の加熱を開始する。内部に入れられた処理物がある程度近接状態になるように裁断し処理物同士の熱伝導性を良く最初する為にシュレッダー動作は乾燥時間の短縮を目的とするものである。

おおまかな裁断が終了すると次に制御部は図３ａ）の駆動モーターはｔ２のタイミング時に低電流に切り替わると共に図３ｂ）の回転刃内部の回転ヒーターに電流が流れ始めヒーターにより回転しながら処理槽内部を過熱し始める。回転刃が断熱容器内で毎分３０回転位の低速で回転しながら処理物を加熱していくと処理槽内部の温度上昇と同時に加熱された処理物はｔ４から徐々に図３のｄ）のように蒸気が発生し始める。上部にある熱センサー２０が１３０℃位に上昇するまで回転ヒーターには強い電力を供給して加熱するが熱センサーが１３０℃以上になると図中ｔ５のタイミング時に制御部は処理槽内部で容器内面並び処理物の焦げ付きを防止するために制御部はヒーターに供給する電力を自動的に低減して加熱する熱量を引き下げて温度管理を自動的にコントロールする。

乾燥時間の経過と共に処理物の乾燥化が進行していくと蒸気センサー２０が検出する蒸気出力が図中ｔ６のタイミングあたりまで低下すると制御部のマイコンは回転ヒーターの電力の遮断を判断して加熱を停止する。駆動モーターは継続して回転を続ける。その後ｃ）の容器内温度がｔ７まで低下した段階で制御部は駆動モーターの電力を遮断して。駆動を停止する。その後は自然に容器及び処理物が残有する温度での蒸気の蒸発力で処理物に残存する蒸気を低下させ乾燥を図ることになる。発生する蒸気が停止と温度低下して乾燥が終了すると処理器の蓋を開けて回転刃と共に内部処理容器を一体で取り出す。回転刃と回転軸は処理槽である内釜は一体構造となっており、外釜である外部断熱容器３とは区動軸は組み込み嵌合接合となる構造になっており、容易に断熱容器２と外部断熱容器容器は取り外せるものである。

加熱乾燥中発生した蒸気は断熱容器上部に一旦上昇した後に後から順次発生する蒸気のために外気圧よりも処理槽内部は加圧されて高圧になると蒸気排出管２３を通じて蒸発タンク２４を通り凝縮タンク１４に流れていくが、この時最初に蒸発タンクを通過する際に蒸気排出管２３が蒸発タンクに溜まっている凝縮水２７に蒸気排出管の熱が奪われて蒸気排出管の中を流れる蒸気は温度が下げられる為に一部液化する。蒸気排出管は熱伝導性のよい材質で出来ているので熱伝導の移動性はよい。

蒸発タンク内底部に配管された蒸気排出管を通過した蒸気は次に凝縮水タンク部分に入っていく。凝縮水タンクは蒸発タンクより低温になっているのでここで更に冷却されるので凝縮水と気体に分離されながら気体分は気泡として凝縮水の中を上昇し、凝縮水タンク上部に上がり凝縮水タンクの貯留されるがこの時大部分の臭気分は凝縮水に取り込まれる。凝縮水タンク上部に滞留する気体分は次々に排出されてくる気体分により圧力は当然高くなるが上部にある活性炭吸着ユニット１３を介して臭気分は活性炭に吸着され排気口１１から乾燥機外部に排出される。凝縮水タンクは熱伝導のよい銅板やアルミニウム材料で作成されているの為に図面１の通気口２９から流入する外気により冷却されるので凝縮水は蒸発タンクよりも低温に維持される。通気口から流入した外気は凝縮タンク内凝縮水より低温の為に冷却管を通過する際に凝縮水の潜熱を吸収して凝縮タンクの凝縮水は冷却される。凝縮水タンクの容器外面は熱伝導性のよい材質構造であるために通気口２９から入ってくる外気で冷却されるが凝縮水タンク内部にも凝縮タンク冷却通気管１５が配管されており、凝縮水を冷却できる構造となっている。図面２では凝縮タンク冷却通気管１５は１本だけであるが必要な本数は任意に設計できるものである。また蒸気排出官２３は図示されていないが冷却性能を良くする為にフインを取付けてもよい。

凝縮タンク１４のストラップ１６により溢れ出た凝縮水は蒸発タンク２３下部に溜まると蒸発促進板２６の下部が溜まった凝縮水２７に浸漬している。そのため蒸発促進板２６は材質により凝縮水を吸上げ易い構造で出来ているのと板の表面積を広くする為に、蒸発促進板の枚数を多く配置すればそれだけ表面積が増加する。毛細管現象により蒸発促進板２５の上部まで蒸発水は吸い上げられるのと発生した蒸気から回収された熱により蒸発タンクは高温に維持されている為に蒸発が促進される構造になっている。

凝縮タンクの凝縮水内に配管されている蒸発供給管１８は凝縮水タンクを通過して次に蒸発タンク内に入るが最初は凝縮水タンク１４内の凝縮水１７で暖められながら通過して、次の蒸発タンクの凝縮水２６により更に加温されてから蒸発タンク内に外気を加温されてから供給される。蒸発タンクは断熱材質で作成されているので保温性は良い。乾燥処理断熱容器２で発生した蒸気は蒸気排出管２３より次々に蒸発タンク内を通過して行く際に蒸発タンク内の蒸発水２７は高温になるため蒸発促進板２６も高温になる。そのため前記したように蒸発板により下部の蒸発水を吸い上げた蒸発促進板は広い表面積により蒸発が促進されるが、蒸発を促進する為には新しい空気が蒸発供給管１８から供給される。そして蒸発促進板から蒸発した水蒸気分は蒸発排気口１９から外部に輩出されていく。

このように発生した蒸気の気化熱を蒸発タンク、凝縮水タンクに無駄なく再利用して凝縮水を蒸発処理するシステムに本願発明は構成される。そのため電力による駆動を少なくする事で電力消費が削減できる。その結果生ごみ乾燥処理の運用維持する費用が抑えることが出来るので経済的な生ごみ処理が可能となり、構成する部品点数も少なくなり安価な乾燥処理器が製造することが出来る。

安価な製品化を目的に開発された本願生ごみ乾燥処理器は凝縮水蒸発に動力源を必要としない自然対流現象を主に利用する構成である為に小型の処理器となるので、生ごみがの発生が少量の家庭の台所等での利用が主体となる。処理量が増大して行くと当然発生するり熱量も増加するので外気の取り入れる為に吸気ファンの駆動や凝縮水の発生増加するので凝縮水貯留予備タンクの増設も当然必要となってくる。そのため本来の経済性に主眼を置いた観点からずれる可能性も出てくることもあるがこれらの着眼点を十分考慮して利用範囲を考えればきわめて有効な生ごみ乾燥処理器となり有効なものとなる。また処理量の増加して大型化する場合自然対流に限界が生じる場合は冷却ファンを取付け大型化することも可能である。また乾燥処理始動時投入した生ごみをおおまかに裁断する場合に裁断スイッチと乾燥処理開始スイッチを一つにする場合も二つに分ける場合も可能である。

１ 生ごみ乾燥処理器
２ 内部乾燥断熱容器
３ 外部断熱容器
４ 蒸気排出管
５ 投入蓋
６ 起動スイッチ
６ａ ラッチ
７ ヒータ内臓回転刃
８ 駆動軸
９ 駆動モータ
１０ 外気通気口
１１ 通気口
１２ ヒンジ
１３ 活性炭ユニット
１４ 凝縮タンク
１５ 凝縮タンク冷却通気管
１６ ストラップ
１７ 凝縮水
１８ 蒸発促進通気口
１９ 凝縮水蒸発排出口
２０ 蒸気センサー
２１ 温度センサー
２２ パッキング
２３ 蒸気排出管
２４ 蒸発タンク
２５ 蒸発促進板支持体
２６ 蒸発促進板
２７ 蒸発凝縮水
２８ 乾燥処理器制御部
２９ 通気口
３０ 蒸発タンク凝縮水タンク隔離板

Claims (1)

1. 生ごみを収納して乾燥処理する円筒断熱容器と、回転方向に生ごみを破断する回転翼を前記円筒断熱容器内の中央底部に回転軸部を中心に上下段違い対抗方向に配置した回転刃と、前記回転翼に内臓された電気ヒーターと、前記円筒断熱容器から水蒸気を含む排気を排出し、前記排気の温度を検知する温度センサーと前記排気の湿度を検知する蒸気センサーとを備えた排出管路と、乾燥処理開始前に前記回転刃を高速回転制御して生ごみの破断処理を行った後、前記回転刃を低速回転制御して生ごみを攪拌すると共に、前記温度センサー及び蒸気センサーからの信号に基づき、前記電気ヒーターによる前記円筒断熱容器内の加熱温度又は加熱時間を制御して生ごみの乾燥処理を行う制御部とを備えた生ごみ乾燥処理器。