JP6070025B2 - 含水物乾燥システム及び含水物乾燥方法 - Google Patents

Description

本発明は、木質系バイオマス等の多量の水分を含有する含水物を乾燥させる含水物乾燥システム及び含水物乾燥方法に関するものである。

近年、ＣＯ₂ の削減対策として、再生可能で環境負荷の少ない木質系バイオマスを燃料とすることが検討されている。

木質系バイオマスは、通常多量の水分を含有しており、木質系バイオマスを燃料とする為には、燃料として供給する前に乾燥させる必要があり、乾燥炉等により木質系バイオマスを乾燥させ、燃料としている。

この為、木質系バイオマスが有する発熱量から乾燥に要した加熱量を差引いたものが有効発熱量となり、重量当りの実効エネルギ量が低く、更に輸送の際には軽油等の燃料が必要である。

従って、特に木質系バイオマスを遠隔地から輸送する場合には、輸送に消費される燃料が増加し、更に乾燥の際には電気や重油等が必要であり、システム全体として輸送可能なエネルギ量が低下することとなり、燃料として木質系バイオマスはエネルギ回収効率が悪かった。

尚、特許文献１には、トラックの後部フレーム上に汚泥等の含水破棄物を入れる真空タンクを載せ、圧縮機により前記真空タンク内を減圧すると共に水蒸気を吸引し、前記圧縮機により圧縮加熱された吐出水蒸気を前記真空タンクに設けられた凝縮器で凝縮させ、凝縮潜熱により前記真空タンク内の含水破棄物を加熱する汚泥等の含水破棄物の乾燥車が開示されている。

特開平１０−２６４７１４号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、通常廃棄される輸送機関の排熱を利用して含水物を乾燥させ、貨物の重量減により輸送時に於ける消費燃料の低減を図る含水物乾燥システム及び含水物乾燥方法を提供するものである。

本発明は、輸送機関の排熱を使用して含水物を乾燥させる含水物乾燥システムであって、前記含水物が積載される含水物収納部と、該含水物収納部の下部に設けられた熱交換部と前記輸送機関の排気ガスを前記熱交換部内に導入する導入管と、前記熱交換部から排出される排気ガスを大気中に排気する排気管とを具備し、前記熱交換部を介して排気ガスの熱により前記含水物を加熱する含水物乾燥システムに係るものである。

又本発明は、前記含水物収納部は、後方に向って下り傾斜する天板と、該天板の後端より下方に連続する後側板と、該後側板に設けられた樋と、該樋に接続され前記含水物収納部外に連通するドレン管とを更に具備する含水物乾燥システムに係るものである。

又本発明は、前記含水物収納部は、前記天板に形成された開口部と、該開口部を開閉する蓋体と、該蓋体を開閉する開閉機構と、前記含水物収納部内の温度を検出する温度センサとを更に具備し、該温度センサの検出結果に基づき前記開閉機構により前記蓋体を開閉する含水物乾燥システムに係るものである。

又本発明は、前記含水物収納部の底板は連続する凹凸を有する波板形状であり、該底板の凸部の下側に形成される気密な溝と、前後に隣接する該溝を連通させる接続路とを有し、前記溝と前記接続路とで排気ガス流路が形成される含水物乾燥システムに係るものである。

又本発明は、流路途中にヒートポンプ又は圧縮機を設け、圧縮により温度を上昇させた排気ガスを前記熱交換部内に導入する含水物乾燥システムに係り、又前記輸送機関の排気管に断熱材を設けた含水物乾燥システムに係るものである。

更に又本発明は、内燃機関より排出される排気ガスを、含水物を搬送する含水物収納部の下部に設けられた熱交換部に導き、該熱交換部を介して排気ガスの熱により前記含水物を加熱する含水物乾燥方法に係るものである。

本発明によれば、輸送機関の排熱を使用して含水物を乾燥させる含水物乾燥システムであって、前記含水物が積載される含水物収納部と、該含水物収納部の下部に設けられた熱交換部と前記輸送機関の排気ガスを前記熱交換部内に導入する導入管と、前記熱交換部から排出される排気ガスを大気中に排気する排気管とを具備し、前記熱交換部を介して排気ガスの熱により前記含水物を加熱するので、前記輸送機関による輸送の過程で前記含水物を乾燥させ、該含水物の重量を軽減させることができ、輸送時の消費燃料を削減できると共に、重量当りのエネルギ量を上昇させることができ、燃料消費地での乾燥工程の省略、或は乾燥工程の短縮が図れ、ランニングコストの低減を図ることができる。

又本発明によれば、内燃機関より排出される排気ガスを、含水物を搬送する含水物収納部の下部に設けられた熱交換部に導き、該熱交換部を介して排気ガスの熱により前記含水物を加熱するので、前記輸送機関による輸送の過程で前記含水物を乾燥させ、該含水物の重量を軽減させることができ、輸送時の消費燃料を削減できると共に、重量当りのエネルギ量を上昇させることができ、燃料消費地での乾燥工程の省略、或は乾燥工程の短縮が図れ、ランニングコストの低減を図ることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係る乾燥システムを説明する概略立断面図である。 本発明の第１の実施例に係る前記乾燥システムの熱交換器を示す概略平断面図である。 本発明の第２の実施例に係る乾燥システムを説明する概略立断面図である。 本発明の第２の実施例に係る前記乾燥システムの熱交換器を示す概略平断面図である。 本発明の第３の実施例に係る乾燥システムを説明する概略立断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１、図２に於いて、本発明の第１の実施例に於ける乾燥システム１について説明する。

図１、図２中、２は輸送機関であるトラックを示し、３は該トラック２の後部に設けられた荷台を示し、４は前記荷台３上に設けられた含水物収納部を示している。

該含水物収納部４は中空の箱体であり、内部には多量の水分を含む含水物、例えば全重量に対して半分程度の水分を含有するバイオマス５が積載され、前記含水物収納部４の天板６は、前方から後方に向って下り傾斜している。又、該天板６の前端部には大気中に開放された開口部７が形成され、該開口部７は図示しない開閉機構により開閉される蓋体８によって開閉可能となっている。前記天板６は、後述する様に、第２熱交換手段として機能する。

前記含水物収納部４の後側板９の内面には樋１１が設けられ、該樋１１の下面にはドレン管１２が接続されている。該ドレン管１２は前記後側板９に沿って垂直に設けられ、該後側板９の下部を貫通し、先端部が前記含水物収納部４の外部へと突出している。又、前記含水物収納部４の前側板１３には温度センサ１４が設けられ、該温度センサ１４により前記含水物収納部４内部の温度が検出できる様になっている。又、前記温度センサ１４の検出結果に基づき、前記蓋体８が開閉される様になっている。

前記荷台３の上面には、該荷台３の全面を覆う断熱材にて断熱層１５が形成され、該断熱層１５上には第１熱交換手段である熱交換部１６が設けられている。又、前記荷台３後端の一側部には前記トラック２の第１排気管１７が支持され、該第１排気管１７は前記トラック２の内燃機関（図示せず）からの燃焼ガスを排気ガスとして排気する。

又、該第１排気管１７には導入管１８が接続され、該導入管１８は排気された排気ガスを前記熱交換部１６に導入する様になっている。更に、前記第１排気管１７には断熱材（図示せず）が設けられ、該第１排気管１７からの放熱が抑制されている。

前記導入管１８は、前記熱交換部１６の放熱管１９に接続されている。該放熱管１９は、図２に示される様に、前記熱交換部１６の内部を前端部迄挿通された後、排気ガスの流路が長くなる様左右方向に交互に屈曲されつつ後端部側へと延出し、先端が前記荷台３後端の他側部より後方に突出している。尚、前記放熱管１９の先端部は前記熱交換部１６から排出される排気ガスを排気する第２排気管となっている。又、前記放熱管１９の先端部には排気ファン２０が設けられ、該排気ファン２０により排気ガスを前記放熱管１９内に吸引し、該放熱管１９の先端より大気中に強制排気している。尚、排気ガスが充分な排気圧力を有している場合には、前記排気ファン２０は省略することができる。

尚、該放熱管１９は前記含水物収納部４の底板２１と熱抵抗が小さくなる様に密着され、排気ガスは前記放熱管１９を介して前記底板２１と熱交換され、該底板２１によって前記バイオマス５が加熱される。又、前記放熱管１９と前記荷台３側とは前記断熱層１５によって熱遮断されているので、排気ガスの熱は有効に前記底板２１に伝達される。

次に、前記乾燥システム１の作用について説明する。

前記トラック２の内燃機関（図示せず）が駆動されると、前記第１排気管１７より所定の温度、例えば１００℃〜４００℃程度の排気ガスが排気される。排気ガスは、前記導入管１８を介して前記放熱管１９に導入される。該放熱管１９を流通した排気ガスは、前記排気ファン２０により吸引され、大気中に排気される。

排気ガスは、前記放熱管１９の内部を流通する過程で、前記底板２１と熱交換され、該底板２１を介して前記バイオマス５が加熱される。該バイオマス５が加熱されることで、該バイオマス中の水分が蒸発し、水蒸気２２となって前記含水物収納部４内を上昇する。

該含水物収納部４内を上昇した前記水蒸気２２は、第２熱交換手段である前記天板６を介して大気と熱交換される。前記水蒸気２２は冷却されることで前記天板６の下面で凝縮し、凝縮水２３となる。ここで、前記含水物収納部４は前記トラック２によって搬送されているので、該トラック２の走行中には、前記天板６は該天板６に沿って流れる外気により常時空冷される様になっている。

該凝縮水２３は、前記天板６の傾斜により前記含水物収納部４の後方に向って前記天板６を伝い、前記後側板９に到達した後は該後側板９を降下し前記樋１１に捕集される。該樋１１に捕集された前記凝縮水２３は、前記ドレン管１２に流入し、該ドレン管１２の内部を流通して先端より路上に排水される。

前記乾燥システム１は、例えば総重量に対して５０％程度の水分を含有する１０ｔ程度の前記バイオマス５を搬送する場合、１時間当り１００ｌ〜２００ｌ程度の水分を蒸発させることができると考えられる。

尚、前記含水物収納部４内の温度は前記温度センサ１４により常時監視されており、前記トラック２が渋滞に巻込まれる等、長時間前記天板６が冷却されず、又前記含水物収納部４内の温度が所定の温度以上になった場合は、開閉機構（図示せず）を介して前記蓋体８を駆動させ前記開口部７を開放することで、前記含水物収納部４内の温度が低下する。

該含水物収納部４内の温度が充分に低下した後には、再度前記開閉機構（図示せず）を介して前記蓋体８を駆動させ、前記開口部７を閉塞することで、前記含水物収納部４内の温度が所定の温度を超えない様にして前記バイオマス５の乾燥が続行される。

上述の様に、第１の実施例では、従来そのまま排気されていた排気ガスを抽出し、前記導入管１８を介して前記断熱層１５の上部に設けられた前記熱交換部１６に導入し、排気ガスとの熱交換により前記バイオマス５を加熱して水分を蒸発させ、蒸発させた水分を前記凝縮水２３として路上へと排水する様にしている。

従って、前記トラック２による輸送の過程で前記バイオマス５を乾燥させるので、燃料として供給する際に要する乾燥エネルギを節約できる。更に、該バイオマス５の重量を軽減させることができるので、輸送時の消費燃料を削減でき、重量当りの実効エネルギ量を上昇させることができる。

又、前記天板６を後方に向って下り傾斜させ、該天板６で凝縮した前記凝縮水２３が前記天板６の傾斜により前記含水物収納部４の後方へと伝う様にしているので、前記凝縮水２３を搬送する為の機構を別途設ける必要がなく、製作コスト、ランニングコストの低減を図ることができる。

又、前記天板６は前記トラック２の走行中の外気の流動により自然に空冷される様になっているので、トラックの走行エネルギの一部を冷却に利用することができる。従って、前記バイオマス５から蒸発した前記水蒸気２２を凝縮させる為の冷却機構を別途設ける必要がなく、製作コスト、ランニングコストの低減を図ることができる。

又、前記後側板９に前記樋１１を設け、前記天板６を伝った前記凝縮水２３が前記樋１１に捕集される様になっているので、前記凝縮水２３が前記底板２１迄伝い落ち、再度加熱されるのを防止することができ、前記バイオマス５の乾燥効率を向上させることができる。

又、前記荷台３と前記熱交換部１６との間に前記断熱層１５を設けているので、前記熱交換部１６により前記底板２１が効率よく加熱されることとなり、前記バイオマス５の加熱効率を向上させることができると共に、前記熱交換部１６により内燃機関（図示せず）が加熱されることによる不具合を防止することができる。

更に、前記含水物収納部４内に前記温度センサ１４を設け、該温度センサ１４により前記含水物収納部４内の温度を常時監視しており、何らかの理由により前記天板６の冷却が行われなくなった場合には、前記蓋体８を駆動させて前記開口部７を開放する様にしているので、前記天板６の冷却が行われなくなった場合（前記天板６による前記水蒸気２２の凝縮が行われなくなった場合）にも、発生した前記水蒸気２２が外部に放出され、前記バイオマス５の乾燥を行うことができる。

次に、図３、図４に於いて、本発明の第２の実施例に於ける乾燥システム１について説明する。尚、図３、図４中、図１、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例に於いては、含水物収納部４の底板２４が、プレス加工により凹凸が連続して形成された波板形状となっている。又、前記底板２４の凹凸を形成する屈曲線は紙面に対して垂直となっている。断熱層１５上に前記含水物収納部４が直接設けられる構造となっており、該含水物収納部４の前記底板２４が第１熱交換手段である熱交換部２５を形成し、前記底板２４によってバイオマス５が加熱される。

前記底板２４の凸部が下側に形成する溝２６は気密な空間となっており、前後に隣接する該溝２６は、接続路２７により一側端、他側端で交互に連通され、全体としては屈曲した排気ガス流路２８を形成する。該排気ガス流路２８の最前端に位置する前記溝２６には導入管２９の一端が接続され、該導入管２９の他端は第１排気管１７に接続されている。

又、前記排気ガス流路２８の最後端に位置する前記溝２６には第２排気管３１が接続され、該第２排気管３１は後方に向って延出し、外部に突出している。該第２排気管３１の先端部には排気ファン２０が設けられ、該排気ファン２０により前記排気ガス流路２８内に排気ガスを吸引し、前記第２排気管３１の先端より大気中に強制排気する様になっている。

前記乾燥システム１によりバイオマス５の乾燥を行う場合について説明する。排気ガスは前記導入管２９を介して前記排気ガス流路２８内に導入される。

該排気ガス流路２８内に導入された排気ガスは、該排気ガス流路２８内を流通する過程で前記底板２４と熱交換を行い、該底板２４によって前記バイオマス５が加熱される。その後前記排気ファン２０により吸引されて前記第２排気管３１より大気中に排気される。

排気ガスとの熱交換で加熱された前記バイオマス５より蒸発した水蒸気２２は、天板６にて凝縮され凝縮水２３として前記天板６の傾斜に沿って伝い、樋１１に捕集された後、ドレン管１２を介して路上に排水される。

第２の実施例に於いては、前記排気ガス流路２８内を流通する排気ガスにより、前記底板２４が直接加熱される構造となっているので、前記バイオマス５を有効に加熱することができ、該バイオマス５の乾燥効率を向上させることができる。

尚、前記底板２４の凸部が形成する前記溝２６そのものを流路とする代りに、該溝２６に図２で示した放熱管１９を嵌込む様にしてもよい。この場合には、前記溝２６内を気密な空間としなくてもよく、製作コストの低減を図ることができる。

次に、図５に於いて、本発明の第３の実施例に於ける乾燥システム１について説明する。尚、図５中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施例に於いては、含水物収納部４が天板６（図１参照）を有さず、上部が開放された構造となっており、熱交換部１６の構造については第１の実施例と同様である。

第３の実施例に於いては、排気ガスが導入された前記熱交換部１６との熱交換によりバイオマス５が加熱され、該バイオマス５から蒸発した水蒸気２２が、そのまま大気中に放出される様になっている。従って、第３の実施例では前記天板６を装備する必要がないので、製作コストの低減ができる。

尚、第１の実施例〜第３の実施例に於いて、熱交換部１６，２５内に導入される排気ガスの温度はより高温であることが望ましい。従って、前記第１排気管１７の上流側で内燃機関の近傍より排気ガスを抽出し、前記熱交換部１６，２５内に導入することで、より高温の排気ガスにより前記バイオマス５が加熱され、該バイオマス５の乾燥効率を向上させることができる。

又、前記第１排気管１７の周囲に断熱材を設け、該第１排気管１７で排気ガスの温度が低下しない様にしてもよい。

又、前記第１排気管１７から排気される排気ガスの温度が低く、前記バイオマス５の乾燥には不充分である場合には、前記導入管１８，２９等、即ち排気ガスの流路途中に圧縮機等によって駆動されるヒートポンプを設け、該ヒートポンプにより排気ガスの温度を上昇させる様にしてもよい。尚、前記第１排気管１７から排気される排気ガスの温度が前記バイオマス５の乾燥に充分な温度であった場合でも、前記導入管１８，２９に前記ヒートポンプを設け、より前記バイオマス５の乾燥効率を高める様にしてもよいのは言う迄もない。尚、前記ヒートポンプを前記放熱管１９等に設け、熱交換により温度が低下した排気ガスを再度昇温させる様にしてもよい。又、圧縮機によって圧縮して、排気ガスの温度を上昇させてもよい。

更に、上述した第１の実施例〜第３の実施例に於いては、乾燥炉等に輸送する際の前記バイオマス５の乾燥について説明しているが、他の多量の水分を含有する物に対しても適用可能であることは言う迄もない。

１ 乾燥システム
２ トラック
３ 荷台
４ 含水物収納部
５ バイオマス
６ 天板
７ 開口部
８ 蓋体
９ 後側板
１１ 樋
１２ ドレン管
１４ 温度センサ
１５ 断熱層
１６ 熱交換部
１７ 第１排気管
１８ 導入管
２１ 底板
２４ 底板
２５ 熱交換部
２６ 溝
２７ 接続路
２８ 排気ガス流路
２９ 導入管
３１ 第２排気管

Claims (6)

1. 輸送機関の排熱を使用して含水物を乾燥させる含水物乾燥システムであって、前記含水物が積載される含水物収納部と、該含水物収納部の下部に設けられた熱交換部と前記輸送機関の排気ガスを前記熱交換部内に導入する導入管と、前記熱交換部から排出される排気ガスを大気中に排気する排気管とを具備し、前記含水物収納部は、後方に向って下り傾斜し大気と熱交換可能な天板と、該天板の後端より下方に連続する後側板と、該後側板に設けられた樋と、該樋に接続され前記含水物収納部外に連通するドレン管とを更に具備し、前記熱交換部を介して排気ガスの熱により前記含水物を加熱し、前記天板を介して前記含水物より蒸発した水蒸気を冷却することを特徴とする含水物乾燥システム。
2. 輸送機関の排熱を使用して含水物を乾燥させる含水物乾燥システムであって、前記含水物が積載される含水物収納部と、該含水物収納部の下部に設けられた熱交換部と前記輸送機関の排気ガスを前記熱交換部内に導入する導入管と、前記熱交換部から排出される排気ガスを大気中に排気する排気管とを具備し、前記熱交換部は連続する凹凸を有する波板形状の前記含水物収納部の底板であり、該底板の凸部の下側に形成される気密な溝と、前後に隣接する該溝を連通させる接続路とを有し、前記溝と前記接続路とで排気ガス流路が形成され、前記底板を介して排気ガスの熱により前記含水物を加熱することを特徴とする含水物乾燥システム。
3. 前記含水物収納部は、後方に向って下り傾斜する天板に形成された開口部と、該開口部を開閉する蓋体と、該蓋体を開閉する開閉機構と、前記含水物収納部内の温度を検出する温度センサとを更に具備し、該温度センサの検出結果に基づき前記開閉機構により前記蓋体を開閉する請求項１又は請求項２の含水物乾燥システム。
4. 流路途中にヒートポンプ又は圧縮機を設け、圧縮により温度を上昇させた排気ガスを前記熱交換部内に導入する請求項１〜請求項３のうちいずれかの含水物乾燥システム。
5. 前記輸送機関の排気管に断熱材を設けた請求項１〜請求項４のうちいずれかの含水物乾燥システム。
6. 内燃機関より排出される排気ガスを、含水物を搬送する含水物収納部の下部に設けられた熱交換部に導き、該熱交換部を介して排気ガスの熱により前記含水物を加熱し、該含水物より蒸発した水蒸気を後方に向って下り傾斜し大気と熱交換する天板により冷却し、凝縮された凝縮水を前記天板の後端より下方に連続する後側板に設けられた樋と、該樋に連通するドレン管を介して排水することを特徴とする含水物乾燥方法。

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