JP5906286B2 - 大型木質チップ発酵装置 - Google Patents

Description

本発明は、植木剪定や伐採などにより生じた伐採ゴミなどの木質チップを発酵させ、その発酵熱を水や空気と熱交換し、その温水や温風を循環利用するようにした木質チップ発酵装置に関するものである。

従来、育苗や栽培等に用いる温室ハウスなどでは、重油等を燃焼させることで暖房が行われている。しかしながら、燃料コストがかかるほか、大量の二酸化炭素ガスを排出するなど、環境に悪い影響を与えるなどの問題がある。また、温室ハウスの暖房おいては、ハウス内入口の供給温度を比較的高温とし、ファン等で温風を循環させるので、ファンの近くと遠くとでは温度差が生じ、作物の生育に影響を与える場合もあった。

そのため、重油等を燃焼させる暖房を取りやめて、各種の有機廃棄物を発酵させてその発酵熱を利用するシステムとして種々のものが提案されている。
例えば、特許文献１に記載された有機性廃棄物処理システムは、有機廃棄物の破砕混合部と有機廃棄物を加圧撹拌する装置を有する発酵堆肥化槽とからなり、発酵堆肥化槽の側壁に金属製配管を施して冷却水を流通させて加熱し、この温水を屋舎に循環させて暖房するようにしたものである。このシステムでは、発酵堆肥の生産とともに、発酵熱を利用した温水を温室ハウスに供給している。

特開２００６−１１１４７９号公報

しかしながら、このようなシステムでは、破砕混合装置や加圧装置などの設備を設ける必要があり、大がかりな設備となっている。
さらに、各種装置を稼働させるために多大な電力を必要とし、近年特に望まれるエコロジーの観点からは、なお問題が残されているものであった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、設備をコンパクトに構成でき、そのメンテナンス性や生産性に優れるとともに、木質チップを発酵させて生ずる熱エネルギーを利用した、環境に優しい木質チップ発酵装置を提供するものである。

（１）本発明の木質チップ発酵装置は、
熱源となる木質チップを充填して発酵させて発酵物を得るためのチップ発酵槽と、
チップ発酵槽中に備えられチップ発酵槽内の温度を計測する温度センサーと、
前記チップ発酵槽内に配置されチップ発酵槽内の発酵熱を取り出す熱エネルギー取出管と、
前記熱エネルギー取出管に熱媒体を供給するポンプ部と、
前記チップ発酵槽に充填された木質チップを撹拌する撹拌羽根と、
チップ発酵槽の下部に設置し発酵物を排出する排出コンベアと、
を備え、
チップ発酵槽に備えられた温度センサーからの温度情報を得て、
チップ発酵槽内の温度が所定以下となった場合には、
撹拌羽根を回転させてチップ発酵槽内の木質チップを撹拌して木質チップの発酵を促進させ、
チップ発酵槽内の温度が、前記所定温度よりもさらに下がった場合には、
チップ発酵槽内の木質チップの発酵が終息したものと判断して、
該チップ発酵槽の下部に設置した排出コンベアを駆動させて該チップ発酵槽内の発酵物を排出することを特徴とする木質チップ発酵装置であって、
前記チップ発酵槽に、
横置きに設置された回転可能な筒状の回転体と、
回転体の内部に通した温風導入管と、からなる生ゴミ処理装置を併設し、
チップ発酵槽内の発酵熱を前記熱エネルギー取出管から温風として取り出して前記温風導入管に導入し、
回転体の中に投入された生ゴミを乾燥及び発酵を促進するようしたことを特徴とする。
（２）本発明の木質チップ発酵装置は、上記（１）において、チップ発酵槽内の温度が所定以上となった場合には、チップ発酵槽内に注水して木質チップの発酵を抑制させることを特徴とする。
（３）本発明の木質チップ発酵装置は、上記（１）又は（２）において、さらに、排出コンベアから排出された発酵物を集めて外部へ搬出する搬出コンベアを備えていることを特徴とする。

本発明の木質チップ発酵装置は、熱源となる木質チップを充填して発酵させるためのチップ発酵槽と、チップ発酵槽中に備えられチップ発酵槽内の温度を計測する温度センサーと、前記チップ発酵槽内に配置されチップ発酵槽内の発酵熱を取り出す熱エネルギー取出管と、前記熱エネルギー取出管に熱媒体を供給するポンプ部と、前記チップ発酵槽に充填された木質チップを撹拌する撹拌羽根と、チップ発酵槽の下部に設置し発酵物を排出する排出コンベアと、を備え、
チップ発酵槽に備えられた温度センサーからの温度情報を得て、チップ発酵槽内の温度が所定以下となった場合には、撹拌羽根を回転させてチップ発酵槽内の木質チップを撹拌して木質チップの発酵を促進させ、チップ発酵槽内の温度が所定以下となった場合には、チップ発酵槽内の木質チップの発酵が終息したものと判断して、該チップ発酵槽の下部に設置した搬出コンベアを駆動させて該チップ発酵槽内の発酵物を排出することを特徴とするので、
植木剪定や伐採、農作業などにより生じる木質チップを発酵させることによって生ずる熱エネルギーの有効利用を図ることができる。
また、木質チップ発酵装置で生成した熱エネルギーを外部に取り出して、育苗装置、床暖房、風呂水の温水化、露天風呂、足湯、飲料水の温水化、ハウス暖房での利用など、種々のエネルギー源として利用することができる。
さらに、発酵物を堆肥として利用することもできる。
さらにまた、本発明の木質チップ発酵装置は、発酵作業を自動化させることができる。

実施形態１の木質チップ発酵装置の正面図である。 実施形態１の木質チップ発酵装置の内部を説明する斜視図である。 実施形態１の木質チップ発酵装置を上方から見た状態を示す平面図である。 実施形態１の木質チップ発酵装置のＡ−Ａ断面を示す矢視図である。 実施形態１の木質チップ発酵装置のチップ発酵に備えられている撹拌装置を説明する斜視図である。 実施形態２の木質チップ発酵装置を上方から見た状態を示す平面図である。 実施形態２の木質チップ発酵装置のＡ−Ａ断面を示す矢視図である。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１に係る木質チップ発酵装置は、植木剪定した後などに出される木質チップなどの廃棄物を原料として発酵させて得られる自然発熱エネルギーを利用したシステムである。
実施形態１の木質チップ発酵装置においては、植木剪定、伐採などの木質チップをチップ発酵槽に充填して発酵させて得られる自然発熱エネルギーを、温風や温水などの熱エネルギーとして取り出しそれを外部に供給する装置である。
また、例えば半年ほど経過して、木質チップの発酵が終息した発酵物を、チップ発酵槽の下方から取り出して堆肥として利用することによって自然に返すことができ、資源の無駄がない。

図１〜図５に示すように、実施形態１に係る木質チップ発酵装置１０は、熱源となる木質チップが供給配置されるチップ発酵槽１１と、チップ発酵槽１１内に配置されチップ発酵槽１１内の発酵熱を取り出す熱エネルギー取出管１２と、熱エネルギー取出管１２に熱媒体となる空気又は水を供給するポンプ部１３と、チップ発酵槽１１内の木質チップ１０ａを撹拌するための撹拌羽根を備えた撹拌装置１４と、チップ発酵槽１１の下部に設置し、木質チップ１０ａが発酵し終えた発酵物を排出する排出コンベア１５と、を備えている。
また、排出コンベア１５から排出される発酵物を集めて外部に搬出する長手方向の搬出コンベア１６と、を備えることも望ましい。
このような構成の木質チップ発酵装置１０は、木質チップ１０ａを発酵させるときに得られる発酵熱を熱エネルギー取出管１２を介して外部に取り出し、外部での熱源として種々利用することができる。例えば、今まで石油、電気に頼っていた育苗設備や温室ハウスなどの暖房をこの熱エネルギーに依存させることができ、その経済的効果は大きい。
また、半年〜１年後に、この木質チップ１０ａの発酵が終息した発酵済み木質チップ（発酵物）をコンベアによって取り出して、堆肥として利用することにより自然に返すことができ、資源の無駄がない。

＜チップ発酵槽＞
チップ発酵槽は、植木剪定や伐採などにより生じた伐採ゴミなどの木質チップを発酵させる容器である。木質チップ１０ａは、破砕機などで所定の大きさに破砕してこのチップ発酵槽１１へ投入される。なお、チップ発酵槽１１に投入する原料としては、木質チップの他、発酵可能な所定の大きさの農業廃棄物なども挙げられる。
また、チップ発酵槽１１は、１台でもよいが、複数のチップ発酵槽を連結させて配置しておくと、製造される熱エネルギーや発酵物の安定供給の観点から望ましい。例えば、複数台のチップ発酵槽１１・・・に、時間を空けて原料の木質チップ１０ａを充填し発酵を順次発現させることにより、一のチップ発酵槽の発酵が終息した後においても、他のチップ発酵槽の発酵熱を得ることができるので、安定した熱エネルギー供給装置とすることができる。
なお、このようなチップ発酵槽１１の材質としては、ＦＲＰなどの複合材やステンレススチール、アルミなどが挙げられる。

＜撹拌装置＞
図５の斜視図に示すように、チップ発酵槽１１には、木質チップの発酵を促すための撹拌装置１４を設けている。撹拌装置１４は、チップ発酵槽１１内に充填された木質チップ１０ａを撹拌するための撹拌羽根１４ａを備えた回転装置である。
図示するように、撹拌羽根１４ａを備えた回転装置の回転軸１４ｂが、チップ発酵槽１１の内部において横方向（幅方向）に渡されており、これらの回転軸１４ｂがベルト１４ｃで連結されている。
この回転軸１４ｂを所定時間間隔で回転駆動させて、チップ発酵槽１１に充填されている木質チップ１０ａを撹拌することにより発酵反応を促進させるようにしている。撹拌装置１４の回転駆動のタイミングは、例えば、温度センサー１１ａで検知したチップ発酵槽１１内の発酵熱の温度が低下した場合、制御装置（図示せず）からの信号を得ることにより実行される。これにより、チップ発酵槽１１内に充填された木質チップ１０ａの発酵を促して、チップ発酵槽１１内の温度を上昇させることができる。

＜散水装置＞
木質チップ１０ａの発酵が促進してチップ発酵槽１１の温度が過度に上昇した場合、チップ発酵槽１１に水分を散布するための散水装置（図示しない）を設けることもできる。
散水装置は、チップ発酵槽１１内の木質チップ１０ａの発酵反応を抑制して、チップ発酵槽１１内で生成される発酵熱の温度を低下させるため、チップ発酵槽１１内に水を注ぐためのシャワー設備である。

＜熱エネルギー取出管＞
熱エネルギー取出管１２は、木質チップ１０ａが充填されるチップ発酵槽１１内に埋設される金属管などの配管である。この熱エネルギー取出管１２周囲の発酵熱によって、熱エネルギー取出管１２内を流れる水や空気などの熱媒体を温めて、ポンプ部１３を介して外部に搬出するようにしている。
また、逆に、ポンプ部１３を介して、外部で加熱された熱媒体をチップ発酵槽１１内の熱エネルギー取出管１２に導入してチップ発酵槽１１内の温度を上昇させて、木質チップの発酵反応を促進させることもできる。
なお、熱エネルギー取出管１２の外径としては適宜決定されるものであるが、実施形態１の発酵装置では、１０〜１００ｍｍの程度のものを組み合わせて使用している。

＜ポンプ部＞
ポンプ部１３は、チップ発酵槽１１内に設置された熱エネルギー取出管１２内の熱媒体を搬送するための熱媒体搬送手段である。
なお、ポンプ部１３の駆動は、例えば、太陽光発電パネルやバッテリーなどを電源とすることができる。

＜温度センサ＞
各チップ発酵槽１１には、その内部の温度を管理するための温度センサ１１ａが配置されている。
温度センサ１１ａはチップ発酵槽１１内の温度を制御装置（図示せず）へ送信する。これにより、制御装置は各チップ発酵槽１１・・・内で進行している木質チップの発酵状態を管理する。
また、各チップ発酵槽１１・・・にそれぞれ温度センサー１１ａを配置することによって、例えば、各木質チップ発酵槽１１・・・に配置している温度センサー１１ａからの温度情報を常時得て、各木質チップ発酵槽１１・・・内における発酵の進行状況を経時的に把握することができる。これにより、制御装置は、チップ発酵槽内の温度が一時的に低下して所定温度以下になった場合において、撹拌装置１４を駆動させて発酵反応を促進するようにすることができる。
また、発酵が遅れている木質チップ発酵槽に、発酵が進んでいる木質チップ発酵槽からの熱エネルギーを供給して、発酵が遅れている木質チップ発酵槽の発酵反応を促進させることもできる。
さらに、例えば、新たに木質チップ１０ａを充填してこれから発酵させようとする一の木質チップ発酵槽に、すでに発酵が進んでいる他の木質チップ発酵槽内の温風を導入して、その一の木質チップ発酵槽のスタートアップ時の発酵反応を促進させることができる。
なお、このような場合は、熱エネルギー取出管１２は、各木質チップ発酵槽ごとに独立して配管するようにして、ポンプ部１３の駆動も各木質チップ発酵槽ごとに行うようにする。

＜排出コンベア＞
排出コンベア１５は、チップ発酵槽１１の下部に設置され、チップ発酵槽１１で発酵が終息した発酵物をチップ発酵槽１１の下部から排出するベルトコンベアである。
なお、排出コンベア１５を用いての発酵物の排出は、チップ発酵槽１１の排出側をシャッター壁として上下可動式にして、シャッター壁を上昇させて下方側を開放することにより取り出しが容易になる。

＜搬出コンベア＞
搬出コンベア１６は、排出コンベア１５の出側に設置され、排出コンベア１５から排出される発酵物を、木質チップ発酵装置１０の外部に搬出するベルトコンベアである。
実施形態１では、２台の排出コンベア１５の出側に１台の搬出コンベア１６が設置され、２台の排出コンベア１５から排出された発酵物を、１台の搬出コンベア１６によって外部に搬出するようにしている。
なお、実施形態１では排出及び搬出コンベアとしてベルトコンベアを用いているが、これと同等の機能を有する搬出装置ならばベルトコンベアに特定するものではない。例えばスクリューコンベアなどでもよい。
また、２台の排出コンベア１５と１台の搬出コンベア１６を直角方向になるように位置決めしているが、これらの配置関係は、チップ発酵槽１１の配置関係で適宜決められる。

＜木質チップ発酵装置の運転＞
実施形態１の木質チップ発酵装置においては、発酵が終息した発酵物をチップ発酵槽１１の下部からベルトコンベアで順次取り出すことができるようにしている。そして、新たな木質チップをチップ発酵槽１１の上から投入して再び発酵物の製造を行う。
また、１週間おきに新たな木質チップを順次複数のチップ発酵槽１１に充填し、複数のチップ発酵槽における木質チップの発酵開始時期をずらすようにし、発酵が終息したチップ発酵槽から発酵物を順次取り出すようにすることもできる。

＜通常時の運転＞
チップ発酵槽に備えられた温度センサーからの温度情報を得て、チップ発酵槽内の温度が所定以下（例えば４０℃以下）となった場合には、撹拌羽根を回転させてチップ発酵槽内の木質チップを撹拌して木質チップの発酵を促進させ、
チップ発酵槽内の温度が所定以上（例えば８０℃以下）となった場合には、チップ発酵槽内に注水して木質チップの発酵を抑制させる。
なお、これらの所定温度は、実施の形態に応じて適宜決定する。

＜発酵終息＞
チップ発酵槽内の温度が所定以下（例えば３０℃以下）となった場合には、チップ発酵槽内の木質チップの発酵が終息したものと判断して、該チップ発酵槽の下部に設置した搬出コンベアを駆動させて該チップ発酵槽内の木質チップを、ベルトコンベアを用いて外部に搬出するようにする。
なお、この所定温度は、実施の形態に応じて適宜決定する。

＜実施形態２＞
実施形態２に係る木質チップ発酵装置は、実施形態１の木質チップ発酵装置に加えて、生ゴミ処理装置を併設したシステムである。すなわち、植木剪定した後などに出される木質チップなどの廃棄物を原料として発酵させて得られる温風や温水などの熱エネルギーを、併設した生ゴミ処理装置において有効利用して生ゴミの処理を行うシステムである。

図６〜図７に示すように、実施形態２に係る木質チップ発酵装置２０は、チップ発酵槽１１に並行して、生ゴミ処理装置２１が併設されている。
生ゴミ処理装置２１は、横置きに設置された回転可能な筒状の回転体２５と、回転体２５の内部に通した温風導入管２６と、からなり、回転体２５の中に、生ゴミ及び木質チップを投入して、チップ発酵槽１１から送られる温風を温風導入管２６に吹き込んで、回転体２５の中で生ゴミの乾燥及び発酵を促進するようになっている。
生ゴミ単独で発酵させるのではなく、生ゴミに対し質量で約１０％の木質チップを混合することにより、生ゴミの発酵が促進される。また木質チップを混合することで堆肥も適度な嵩のあるものとなり扱い易いものとなる。

回転体２５の中では、チップ発酵槽１１から送られてきた温風を、生ゴミ処理装置２１の温風取入口２６ａに導入し、回転体２５の内部に通した温風導入管２６に開けられた穴２６ｂを介して回転体２５の中に吹き出させ、生ゴミを乾燥させるとともに発酵も促すようにした。

また、回転体２５の一方に（図６では右側）生ゴミ投入口２７ａがあり、生ゴミと木質チップ、発酵剤をここから投入する。そして、チップ発酵槽１１から送られてきた温風を、回転体２５の内部に通した温風導入管２６に開けられた穴２６ｂを介して回転体２５の中に吹き出させ、生ゴミを乾燥させるとともに発酵も促すようにした。
１時間に数回程度回転させて回転体２５の中で処理が完了した生ゴミは、回転体２５の他方に（図６では左側）に設けられた生ゴミ排出口２７ｂから排出させるようになっている。

なお、回転体２５の下部には台座に固定された回転受２８が設けられており、回転体２５を支えると同時に回転体２５が滑らかに回転するようになっており、回転体２５中での生ゴミの移動がスムーズに行われるように、回転体２５の回転中心軸は生ゴミ排出口２７ｂ側に数度下げて傾けて据え付けられるのが好ましい。

このように実施形態２の木質チップ発酵装置２０は、チップ発酵槽１１で生成された熱エネルギーを利用して、併設した生ゴミ処理装置２１で生ゴミを乾燥・発酵処理させるので、生ゴミの処理費が安価で済む。また、生ゴミに木質チップを混合する作業を軽減できる。
なお、図６、図７では、１台の木質チップ発酵装置に２台の回転体が設置されている状態を示しているが、処理する生ゴミの量によって、回転体２５の設置台数、内径、長さなどは適宜変更することが好ましい。

次に、実施例の木質チップ発酵装置の使用形態及びその効果についてさらに詳細に説明する。大きさ、幅２ｍ、長さ３ｍ、高さ２ｍのチップ発酵槽１１を３台連結し、これらそれぞれのチップ発酵槽１１の中に、およそ１００ｋｇの木質チップ及び米ぬかや油かすなどの発酵剤１０ｋｇを充填し、木質チップ発酵装置の運転を開始した。
発酵剤は、木質チップの質量に対し１／１０程度加えることが木質チップの発酵を促進することから望ましい。
運転を開始後、４８時間経過後には、熱エネルギー取出管１２から５０℃の温水を取り出すことができた。

本発明の木質チップ発酵装置は、植木剪定や伐採、農作業などにより生じる木質チップを発酵させることによって生ずる熱エネルギーの有効利用を図ることができる。
また、木質チップ発酵装置で生成した熱エネルギーを外部に取り出して、育苗装置、床暖房、風呂水の温水化、露天風呂、足湯、飲料水の温水化、ハウス暖房での利用など、種々のエネルギー源として利用することができる。
さらに、堆肥作りなども同時に行うことができるので、産業上の利用可能性が極めて高い。

１０ 実施形態１の木質チップ発酵装置
１０ａ 木質チップ
１１ チップ発酵槽
１１ａ 温度センサー
１２ 熱エネルギー取出管
１３ ポンプ部
１４ 撹拌装置
１４ａ 撹拌羽根
１４ｂ 回転軸
１４ｃ ベルト
１５ 排出コンベア
１６ 搬出コンベア
２０ 実施形態２の木質チップ発酵装置
２１ 生ゴミ処理装置
２５ 回転体
２６ 温風導入管
２６ａ 温風取入口
２６ｂ 温風導入管に開けられた穴
２７ａ 生ゴミ投入口
２７ｂ 生ゴミ排出口
２８ 回転受

Claims (3)

1. 熱源となる木質チップを充填して発酵させて発酵物を得るためのチップ発酵槽と、
   チップ発酵槽中に備えられチップ発酵槽内の温度を計測する温度センサーと、
   前記チップ発酵槽内に配置されチップ発酵槽内の発酵熱を取り出す熱エネルギー取出管と、
   前記熱エネルギー取出管に熱媒体を供給するポンプ部と、
   前記チップ発酵槽に充填された木質チップを撹拌する撹拌羽根と、
   チップ発酵槽の下部に設置し発酵物を排出する排出コンベアと、
   を備え、
   チップ発酵槽に備えられた温度センサーからの温度情報を得て、
   チップ発酵槽内の温度が所定以下となった場合には、
   撹拌羽根を回転させてチップ発酵槽内の木質チップを撹拌して木質チップの発酵を促進させ、
   チップ発酵槽内の温度が、前記所定温度よりもさらに下がった場合には、
   チップ発酵槽内の木質チップの発酵が終息したものと判断して、
   該チップ発酵槽の下部に設置した排出コンベアを駆動させて該チップ発酵槽内の発酵物を排出することを特徴とする木質チップ発酵装置であって、
   前記チップ発酵槽に、
   横置きに設置された回転可能な筒状の回転体と、
   回転体の内部に通した温風導入管と、からなる生ゴミ処理装置を併設し、
   チップ発酵槽内の発酵熱を前記熱エネルギー取出管から温風として取り出して前記温風導入管に導入し、
   回転体の中に投入された生ゴミを乾燥及び発酵を促進するようしたことを特徴とする木質チップ発酵装置。
2. チップ発酵槽内の温度が所定以上となった場合には、
   チップ発酵槽内に注水して木質チップの発酵を抑制させることを特徴とする請求項１に記載の木質チップ発酵装置。
3. さらに、排出コンベアから排出された発酵物を集めて外部へ搬出する搬出コンベアを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の木質チップ発酵装置。