JP5193322B2

JP5193322B2 - 間接加熱式乾燥機

Info

Publication number: JP5193322B2
Application number: JP2011023992A
Authority: JP
Inventors: 知通江草; 裕彦貝田; 直樹松寺; 弘毅遠藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-02-07
Also published as: JP2012163256A; CN102628642A; CN102628642B

Description

本発明は、廃棄物等の被処理物を加熱しつつ搬送することで乾燥させる間接加熱式乾燥機に関する。

各種バイオマスや廃棄物（汚泥）等の被処理物は、多量の水分を含有しているため、乾燥機を用いて加熱による乾燥処理が実施される場合がある。従来の乾燥機としては、例えば、断面Ｕ字状のケーシングと、このケーシングの内部で互いに逆方向に回転する２本の中空軸と、この中空軸の外周に配列された中空の攪拌翼を備えている、間接加熱式の乾燥機が知られている。被処理物の乾燥の際、被処理物はケーシングの供給口よりケーシングと中空軸との間に設けられた被処理物収容空間に供給された後、中空軸、中空攪拌翼、及びケーシングの内部に導入された、蒸気、熱媒油、温水等の熱の交換媒体により加熱される。

この間接加熱式乾燥機において、それぞれの中空軸の外周に取り付けられた一対の攪拌翼は、中空軸の長手方向に沿って等間隔で多数配列されており、被処理物は中空軸が回転することによって攪拌されつつケーシングの長手方向に沿って搬送される。被処理物の含水率は、搬送されながら徐々に減少し、排出される段階で所望の含水率まで乾燥される。
なお、類似する発明として、例えば特許文献１に記載された乾燥機が知られているが、この乾燥機においても、中空軸の周囲に形成された螺旋状の回転体を回転させることによって被処理物を攪拌しつつ搬送している。

実開昭６３−５４４９８号公報

しかし、従来の乾燥機は、汚泥充填率が５０％以下と低く、加熱伝熱面と被乾燥物の接触効率が低いことにより、伝熱面の熱放散（空焚き）が生じているという問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、汚泥充填率を高く保持できる構造とすることで、無駄な熱放散がなくなることにより、装置を小型化できる間接加熱式乾燥機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る間接加熱式乾燥機は、ケーシング内の被処理物を加熱しつつ搬送する間接加熱式乾燥機であって、楕円状の横断面を有するケーシングと、前記楕円の長軸方向に相互に間隔をおいて互いに平行に設けられた一対の回転軸と、前記回転軸の周囲に螺旋状に設けられた突起物と、前記回転軸と前記ケーシングとの間に設けられた被処理物収容空間と、を有し、前記突起物は、前記被処理物の入口から所定の範囲で断続的に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、ケーシングの断面を楕円状とし、回転軸とケーシングのクリアランスを小さくする（被処理物の収容空間を小さくする）ことにより、被処理物と伝熱面との接触効率を高くすることができる。また、螺旋状に設けられた突起物が断続的に設けられていることによって、各々の突起物によって被処理物がせん断され、攪拌能力が向上する。

また、本発明に係る間接加熱式乾燥機は、前記突起物は、前記被処理物の出口側で連続的に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、含水率が低くなることで粘性の低くなった被処理物を確実に搬送することができる。

また、本発明に係る間接加熱式乾燥機は、一方の前記回転軸に設けられた前記突起物と他方の前記回転軸に設けられた前記突起物とは、それらの回転軌跡が一部オーバーラップしていることを特徴とする。

この構成によれば、一方の回転軸の突起物に付着した被処理物が、他方の回転軸の突起物によって強制的に剥離される。これにより含水率が高く、粘性の高い被処理物であっても確実に搬送することができる。

また、本発明に係る間接加熱式乾燥機は、前記螺旋の送り角度は入口から出口の中間部で大きくされていることを特徴とする。

この構成によれば、含水率が低くなりつつある被処理物を、より速い速度で搬送することができ、少量の被処理物を短時間で処理（より速い速度で搬送）することにより装置の小型化が可能である。

また、本発明に係る間接加熱式乾燥機は、前記ケーシングの上部には、前記突起物の回転軌跡との間隔が他の部分より大きく設定されたガス流通空間が設けられたことを特徴とする。

この構成によれば、被処理物から蒸発したガスをより円滑に排出することができる。

さらに、本発明に係る間接加熱式乾燥機は、前記ケーシングの上部には前記被処理物収容空間内のガスを外部へ放出する放出口が設けられ、該放出口の開口面積が前記突起物の配置に対応した大きさとされたことを特徴とする。

この構成によれば、含水率が多い場合においても被処理物から蒸発したガスがより円滑に排出される。また、放出口の開口面積を必要最小限とすることができ、間接加熱式乾燥機のコストを削減することができる。

本発明によれば、ケーシングの断面を楕円状とし、回転軸とケーシングのクリアランスを小さくする（被処理物の収容空間を小さくする）ことにより、被処理物と伝熱面との接触効率を高くすることができる。また、螺旋状に設けられた突起物が断続的に設けられていることによって、各々の突起物によって被処理物がせん断され、攪拌能力が向上する。

本発明の実施形態に係る乾燥システムの概略構成図である。本発明の実施形態に係る間接加熱式乾燥機の側面模式図である。間接加熱式乾燥機の上面模式図である。図３のＡ−Ａ断面図である。本発明の実施形態に係る回転軸及び突起物の側方から見た詳細図である。第一突起物の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の乾燥システム２は、被処理物１０が収容されたホッパ２４を有する供給器３と、被処理物１０を加熱、乾燥するための間接加熱式乾燥機１（以下、単に乾燥機ともいう）と、乾燥された被処理物１０を回収する回収器４と、被処理物１０の乾燥により発生した乾燥排ガス１１が導入される凝縮器５と、乾燥機１に蒸気を供給するためのボイラ６とを主な構成要素として備えている。乾燥排ガス１１は、凝縮器５に導入された水分が除去された後、必要に応じて排ガス処理を行い、大気に放出される。

乾燥機１は、ケーシング１２と、ケーシング１２の内部に収容された搬送手段１３と、供給器３が接続される供給口７と、被処理物１０の乾燥により発生した乾燥排ガス１１を排出する複数のガス放出口８と、回収器４と接続される排出口９とを備えている。
また、ボイラ６から供給される蒸気は、搬送手段１３を構成する中空の回転軸１４、及び中空のケーシング１２の内部に導入された後、再びボイラ６に循環するように構成されている。なお、本発明において「被処理物１０」とは、所定量の水分を含んだ各種バイオマスや廃棄物のことをいい、廃棄物としては下水汚泥、工場排水汚泥、食品廃棄物、生ゴミ、し尿汚泥、家畜糞尿、植物搾汁粕等が挙げられる。

図２は、乾燥機１の側面模式図であり、図３は、上面模式図である。図２の矢印は、被処理物１０の搬送方向を示す。以下、図２の右側を上流側、左側を下流側とする。
図２及び図３に示すように、乾燥機１の搬送手段１３は、２本の回転軸１４Ａ，１４Ｂと、各々の回転軸１４Ａ，１４Ｂに設けられた突起物１５とから構成されている。各々の回転軸１４Ａ，１４Ｂはその両端が縮径されてケーシング１２の外部に延在しており、外部にて軸受１６，１６に支持されている。回転軸１４Ａ，１４Ｂには、ギヤ１７，１７が設けられており、これらのギヤ１７，１７が互いに噛み合わさり、回転軸１４，１４同士が逆回転するように構成されている。また、回転軸１４Ａには、スプロケット１８が設けられており、図示しないモータ等の駆動源によって回転軸１４Ａを回転させるように構成されている。

供給口７は、ケーシング１２の上面であって、上流側の端部に設けられており、ケーシング１２内と連通している。また、排出口９は、ケーシング１２の下面であって、下流側の端部に設けられており、ケーシング１２の内と連通している。
ガス放出口８は、３つのガス放出口８Ａ，８Ｂ，８Ｃから構成されており、供給口７より、搬送方向に沿って下流側の位置に所定間隔をおいて設けられている。この３つのガス放出口８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、最も上流側に位置する第一ガス放出口８Ａ、最も下流側に位置する第三ガス放出口８Ｃ、及び、第一ガス放出口８Ａと第三ガス放出口８Ｃの中間に位置する第二ガス放出口８Ｂから構成されている。これらのガス放出口８は、上流側の第一ガス放出口８Ａが最も大きな径を有しており、第二ガス放出口８Ｂは、第一ガス放出口８Ａよりも小径とされている。さらに第三ガス放出口８Ｃは、第二ガス放出口８Ｂよりも小径とされている。

回転軸１４の外周面には、螺旋状の突起物１５が設けられている。突起物１５の高さは、回転軸１４の直径に対して十分小さく形成されている。具体的には、回転軸１４の直径をＤとすると、突起物１５の高さＨは（Ｈ＝）Ｄ／１０程度とされている。また、突起物１５の送り量は、回転軸１４の全長に亘って同一ではなく、回転軸１４の長手方向の位置、つまり、搬送方向の位置に応じて変化している。突起物１５の具体的な構成については後述する。

図４に示すように、回転軸１４Ａ，１４Ｂは、楕円状の横断面を有するケーシング１２の内部に、この楕円の長軸方向に相互に間隔をおいて、互いに平行に隣接して配置されている。回転軸１４Ａと回転軸１４Ｂとの間の空隙Ｂは、突起物１５の高さと略同じか、やや小さな寸法である。これにより、各々の突起物１５の回転軌跡は、回転軸１４Ａと回転軸１４Ｂの間で、互いに一部オーバーラップする。

ケーシング１２は、２本の回転軸１４Ａ，１４Ｂの外形に沿った曲面壁部１９と、ケーシング１２の長手方向に沿って、ケーシングの上部に膨出した膨出壁部２０とから構成されている。曲面壁部１９は、回転軸１４Ａ，１４Ｂの下部のみならず、回転軸１４Ａ，１４Ｂの側面から頂部にかけても回転軸１４の外周面に沿うように形成されている。
回転軸１４Ａ，１４Ｂとケーシング１２との間の空間は、被処理物１０が導入される被処理物収容空間２２とされている。曲面壁部１９と回転軸１４の外周面との間隔、つまり、回転軸１４とケーシング１２の間のクリアランスは、突起物１５の高さと略同じか、やや小さな寸法となっている。上述したように、突起物１５の高さＨは、回転軸１４の直径に対して十分小さく形成されているため、回転軸１４とケーシング１２との間のクリアランスも十分小さくなっている。

膨出壁部２０は、ケーシング１２の上部において、やや上方に膨出するように形成されている。膨出壁部２０においては、突起物１５の回転軌跡とケーシング１２の内壁との間隔が他の部分よりも大きく設定されている。これにより、膨出壁部２０の下方にはガス流通空間２１が画定されている。

図５に示すように、突起物１５は、搬送方向に沿って３つの区域に分かれている。具体的には、最も上流側の第一区域２３Ａと、最も下流側の第三区域２３Ｃと、第一区域２３Ａと第三区域２３Ｃの間の第二区域２３Ｂであり、それぞれの区域で、突起物１５の構成が異なっている。

最も上流側の第一区域２３Ａは、断続的に設けられた複数の第一突起物１５Ａから構成されている。第一突起物１５Ａは、図６に示すような台形の断面形状であり、所定長さを有する突起物である。第一突起物１５Ａは、螺旋状に断続的に設けられている。また、第一突起物１５Ａの長手方向と回転軸の周方向とのなす角（送り量ともいう）は０〜５°とされている。第一突起物１５Ａの長手方向の長さＬと、第一突起物１５Ａ，１５Ａ同士の間の空隙Ｓとの長さの比はＬ：Ｓ＝４：６程度が好適である。

第二区域２３Ｂは、断続的に設けられた複数の第二突起物１５Ｂから構成されており、第二突起物１５Ｂは、第一突起物１５Ａと同様に断面台形で所定長さを有している。第二突起物１５Ｂの長手方向と回転軸の周方向とのなす角は５〜３０°（約１５°）とされている。第二突起物１５Ｂの長手方向の長さと、第二突起物１５Ｂ，１５Ｂ同士の間の空隙との長さの比は４：６程度が好適である。

第三区域２３Ｃは、連続的に設けられた第三突起物１５Ｃから構成されており、第三突起物１５Ｃは、第三突起物１５Ａと同様の断面台形を有する突起物を螺旋状に連続的に設けたものである。第三突起物１５Ａの長手方向と回転軸の周方向とのなす角は５〜３０°（約１０°）とされている。
前述した３つのガス放出口８Ａ，８Ｂ，８Ｃの開口径（開口面積）は、突起物１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの配置に対応した大きさとされている。

次に、本実施形態に係る乾燥システム２を用いた被処理物１０の乾燥処理の動作、及びその作用効果について説明する。
まず、搬送手段１３及びケーシング１２の加熱が行われる。具体的には、ボイラ６から発生した蒸気（熱媒油、温水など）が、搬送手段１３やケーシング１２の内部に送り込まれ、この蒸気が回転軸１４やケーシング１２の内部空洞を循環することによって、加熱が行われる。そして、搬送手段１３及びケーシング１２が十分に加熱されると、次に乾燥機１の内部に被処理物１０が供給される。具体的には、供給器３が作動され、供給器３から送出される含水率６０〜１００質量％程度の被処理物１０が、供給口７を介して乾燥機１の内部に送り込まれる。

また、この被処理物１０の供給開始に伴って、搬送手段１３による被処理物１０の搬送が開始される。具体的には、回転軸１４が図示しないモータによって回転駆動され、突起物１５が被処理物１０を搬送方向に沿って上流側から下流側へ向かって搬送する。そして、搬送手段１３による被処理物１０の搬送が開始されると、前述のように加熱された搬送手段１３やケーシング１２に対して被処理物１０が接触することにより、被処理物１０が加熱される。これにより、被処理物１０に含まれる水分が蒸発し、被処理物１０は搬送方向に沿って下流側に搬送されるに従ってその含水率が低下していく。そして、被処理物１０は、乾燥機１の最下流端に到達した時には、ボイラ６によって与えられる時間当たりの熱量、或いは搬送手段１３による乾燥機１内での搬送時間等に応じて、その含水率が０〜６０質量％程度へと変化している。

この際、被処理物１０が第一区域２３Ａにあるとき、つまり、被処理物１０の含水率が高く、粘性が高い状態であるときは、第一突起物１５Ａの送り量が小さいため、伝熱面積が広く、かつ、搬送速度が小さいため、被処理物１０の乾燥速度が遅くなる。
また、被処理物１０が第二区域２３Ｂにあるとき、つまり、被処理物１０の含水率がやや低くなった状態であるときは、第二突起物１５Ｂの送り量が大きくなるため、被処理物１０の搬送速度が速くなる。
さらに、被処理物１０が第三区域２３Ｃにあるとき、つまり、被処理物１０の含水率が低く、粘性が低い状態にあるときには、連続的に形成された第三突起物１５Ｃによって、被処理物１０が搬送される。

その後、この乾燥された被処理物１０は乾燥機１の下流側の排出口９から順次排出され、回収器４の内部に貯留される。このように、本実施形態の乾燥システム２によれば、乾燥機１に被処理物１０を連続的に供給し、且つ乾燥機１から乾燥された被処理物１０を連続的に排出しながら、含水率が十分に低くなるまで被処理物１０を乾燥させることができる。

上記実施形態によれば、被処理物１０の乾燥状況（性状）に応じて、異なる構成の突起物１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを組み合わせていることによって、乾燥状況に応じて被処理物１０の伝熱面積への接触効率（被処理物収容空間２２内の充填率）向上と、被処理物収容空間２２内の単位容積当たりの伝熱面積拡大が可能となる。

また、突起物１５の高さを最小限とし、乾燥機１における回転軸１４とケーシング１２との空隙を小さくすることで、乾燥機１が有する有効伝熱面積に対して被処理物１０の総量が少なくなる。その結果、被処理物１０の有効伝熱面積に対する接触割合が高くなり、無駄な伝熱面、及び熱放散が減少する。これにより、乾燥機１の小型化が可能になる。

また、突起物１５の回転軌跡が、回転軸１４と回転軸１４の間で互いにオーバーラップしている構造により、一方の回転軸１４の突起物１５に付着した被処理物１０が、他方の回転軸１４の突起物１５によって強制的に剥離される。これにより粘性・付着性の高い物質においても、被処理物１０をより確実に搬送することができる。

また、ケーシング１２の上部にガス流通空間２１が設けられていることにより、被処理物１０から蒸発した乾燥排ガス１１がより円滑に排出される。
また、ケーシングの側面部が曲面構造となっているため、ケーシングの強度が向上し、ケーシングの板厚をより薄くすることができる。

なお、この発明は前述した実施形態に限られるものではない。
例えば、前述した実施形態では、２本の回転軸１４を組み合わせる構成としたが、これに限ることはなく、３本以上の回転軸を組み合わせたものをケーシング内に配置する構成としてもよい。
また、突起物１５の断面形状は、台形形状に限ることはなく、被処理物の性状に応じて適宜変更することが可能である。

１間接加熱式乾燥機
７供給口（入口）
８ガス放出口
１０被処理物
１２ケーシング
１４回転軸
１５突起物
２１ガス流通空間
２２被処理物収容空間

Claims

ケーシング内の被処理物を加熱しつつ搬送する間接加熱式乾燥機であって、
楕円状の横断面を有するケーシングと、
前記楕円の長軸方向に相互に間隔をおいて互いに平行に設けられた一対の回転軸と、
前記回転軸の周囲に螺旋状に設けられた突起物と、
前記回転軸と前記ケーシングとの間に設けられた被処理物収容空間と、を有し、
前記突起物は、前記被処理物の入口から所定の範囲で断続的に設けられていることを特徴とする間接加熱式乾燥機。
前記突起物は、前記被処理物の出口側で連続的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の間接加熱式乾燥機。
一方の前記回転軸に設けられた前記突起物と他方の前記回転軸に設けられた前記突起物とは、それらの回転軌跡が一部オーバーラップしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の間接加熱式乾燥機。
前記螺旋の送り角度は入口から出口の中間部で大きくされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の間接加熱式乾燥機。
前記ケーシングの上部には、前記突起物の回転軌跡との間隔が他の部分より大きく設定されたガス流通空間が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の間接加熱式乾燥機。
前記ケーシングの上部には前記被処理物収容空間内のガスを外部へ放出する放出口が設けられ、該放出口の開口面積が前記突起物の配置に対応した大きさとされたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の間接加熱式乾燥機。