JP4695224B1 - 生ごみ乾燥処理器における処理容器からの水蒸気処理システム - Google Patents

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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に生ごみ乾燥処理器が普及すれば前記した問題の解決手段には有効である。しかし処理器の購入費用に日常におる運用メンテナンス面においてのランニングコストの負担を抑制しなければ使用増大普及には結びつかない。そのため本発明はこれらの問題を解決するために低価格の生ごみ処理器を開発するに至ったものである。
【解決手段】 生ごみ乾燥処理器を低価格に抑制するには製造原価を下げる必要がある。それには付加価値の高い部品は極力使用せずに付加価値の低い安価な部品による構成にする必要がある。また通常の運用面でのランニングコストの低減を達成するために電力消費を抑制しなければならないがそれには運転時に電力による駆動する部分を少なくして、消費電力を抑制する処理工程の乾燥システムの簡素化を図りシンプルな生ごみ乾燥処理機を製造することで達成可能である。
【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れており、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で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処理を行う事により排出される臭気分含む水蒸気を蒸発槽タンクの容器内に配置された熱伝導材製の導管を通過する際に、前期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、次の気液分離タンクである凝縮水タンクに流入していく。タンク下部に液化した凝縮水が貯留されて行く。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なることにより溢れた液体分は前記した蒸発槽タンクに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ことが最大の特徴である。生ごみを過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 器の底部の外側に駆動モータを設置して、駆動モータの回転軸は被乾燥処理物を収納する容器の底部を貫通する構造で、前記回転軸先端の収納容器内部側にヒータ内臓回転刃を取り付けられ、前記ヒータに通電して発熱して、乾燥処理を行うものである。乾燥処理容器内は130℃の温度設定となっており、この温度で乾燥処理を行い、規定の湿度の低下するまで加熱を行うものである。この際発生した水蒸気は排出管に導かれ、水蒸気の持つ潜熱を利用する形で凝縮水タンク、蒸発タンクを通過して蒸発促進板に吸い上げられ自然蒸発するものである。臭気分は別途活性炭処理される。
本願発明は生ごみ乾燥処理器のランニングコストを下げる為に低消費電力になるように設計されている。そのために本願では生ごみを乾燥処理するのに、処理物を入れる容器内にヒーターを内蔵した回転翼を設置して、この回転翼の内蔵ヒーターに通電して加熱しながら回転する事により、水分を含んだ被処理物を乾燥処理するものである。
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乾燥処理器の全体の断面図である。生ごみ乾燥処理器1の内部に外部断熱容器3があり、外部断熱容器3の外側下部に駆動モータ9が設置されている。乾燥処理器制御部28の制御により駆動モータ9が駆動される。駆動モータ9は外部断熱容器3と内部乾燥断熱容器2の底部中央を貫通する形で駆動軸8がヒータ内臓回転刃7が内部乾燥断熱容器2内で連結され回転しながら生ごみ処理物を加熱乾燥処理する構造になっている。図2は図1の右上部の乾燥処理する際に発生する水蒸気の蒸発処理部の拡大図で凝縮タンク14、蒸発タンク24、が並んで配置され、其の内部には蒸発促進板26が配置されている。更に活性炭ユニット13に各通気管等の配管の配置を示す断面図である。図3は乾燥処理工程の時間変化を表す図でa)は駆動モータに流れる電流で縦軸に電流値が横軸に時間経過を表している。b)内部乾燥容器内2のヒータ内臓回転刃7に流れる電流量の時間変化値を表している。c)は内部乾燥容器内2の温度変化を示している。d)は内部乾燥容器内2の湿度変化を示している。以下本生ごみ乾燥処理器の実施例を図をたどりながら処理工程を説明していく。
本生ごみ乾燥処理器の乾燥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乾燥断熱容器内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6b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3、a)の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ヒータ内臓回転刃7でおおまかな大きさに裁断する為にシュレッダーに掛ける。このヒータ内臓回転刃7の回転方向にはカッター構造になっており、ヒータ内臓回転刃7は約毎分400回転位の高速回転で被処理物の破砕処理が行える。このとき制御回路は図3、a)のt1からt2のように高い電流を駆動モータ9に流される。ヒータ内臓回転刃7は処理物の裁断に適した構造に作成されており、内部乾燥断熱容器2と外部断熱容器3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とヒータ内臓回転刃7は連動する構造になっている。該ヒータ内臓回転刃7は2分位高速回転して内部の処理物をおおまかに裁断すると図3、t2のタイミング時に制御回路は高速回転から低速回転に切り替えた後ヒータ内臓回転刃7内にあるヒーターに電流を流し始めて処理物の加熱を開始する。内部に入れられた処理物をシュレッダーにかけ裁断したのは処理物が近接状態にして熱伝導性を良くして乾燥時間の短縮を目的とする為のものである。
おおまかな裁断が終了すると次に乾燥処理器制御部28は図3、a)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3、b)のヒータ内臓回転刃7の内部のヒータに電流が流れ始めヒータにより回転しながら処理槽内部を過熱し始める。ヒータ内臓回転刃7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2の内部の温度の上昇と同時に加熱された処理物は徐々に図3のc)の容器内温度とd)の容器内湿度が上昇し始めて、t4あたりから処理物の水分が蒸気となって発生し始める。上部にある温度センサー21が130℃を制御部28が感知すると図中t5のタイミング時に制御部28は処理槽2内部の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28はヒータ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3、d)のt6のタイミングあたりまで低下すると制御部28のマイコンはヒータ内臓回転刃7に流している電流を遮断して加熱を停止する。駆動モータ9は継続して回転を続けヒータ内臓回転刃7を回し続ける。その後図3、c)の容器内温度がt7まで低下した段階で制御部28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して処理物を廃棄処分する。回転刃7と回転軸8は内部断熱乾燥容器2と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とは駆動軸8は組み込み嵌合接合となる構造になっており、容易に内部乾燥断熱容器2と外部断熱容器3は分離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24内底部に配管された蒸気排出管23を通過した蒸気は次に凝縮水タンク14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17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から乾燥処理器外部に排出される。凝縮水タンクは熱伝導のよい銅板やアルニウム材料で作成されているの為に図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蒸発促進通気口18の冷却管を通過する際に凝縮水17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。また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蒸発タンク内の凝縮水内で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. 外気を取り入れる通気口を備えた生ごみ乾燥処理器における処理容器から臭気を含む水蒸気を排出する熱伝導性の排出管路と、水蒸気を凝縮水と気体とに分離して、貯留する凝縮水をストラップから溢流させると共に気体を上部に備えた活性炭ユニットで脱臭してから外部に排出する熱伝導性の凝縮水タンクと、貯留する凝縮水を毛細管現象で吸い上げて蒸発させる蒸発促進板を備え、蒸発した水蒸気を外部に排出する断熱性の蒸発タンクと、前記通気口から取り入れた外気を導入して排出する熱伝導性の蒸発供給管とを備えた生ごみ乾燥処理器における処理容器からの水蒸気処理システムであって、前記凝縮タンクは前記通気口から取り入れた外気で外側を冷却されるものであり、前記ストラップは凝縮水を前記蒸発タンクに溢流させるものであり、前記排出管路は上流側を前記蒸発タンク内の凝縮水内に配置して、下流側を前記凝縮タンク内の凝縮水中に配置して、臭気を含む水蒸気を前記凝縮タンク内の凝縮水中に排出するものであり、前記蒸発供給管は上流側を前記凝縮タンク内の凝縮水中に配置して、下流側を前記蒸発タンク内の凝縮水中に配置して、前記蒸発タンク内に外気を排出するものであることを特徴とする生ごみ乾燥処理器における処理容器からの水蒸気処理システム。
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