JP6279297B2 - 嫌気性消化装置およびこれに用いる熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、主に下水やし尿などの処理に伴って発生する有機性汚泥から高効率でエネルギー回収を行うための嫌気性消化反応を適切な環境下で行う嫌気性消化装置およびこれに用いる間接加温式の熱交換器に関するものである。

下水やし尿などの処理に伴って発生する有機性汚泥は、過去においては廃棄物として埋め立て処分や焼却処分によって処理されており、有機性汚泥中に含まれる窒素やリンのコンポスト化（堆肥化）やメタンガスを含む消化ガスへの変換などによる有効利用はごく限られた範囲で行われるのみであった。
しかし、近年においては、これら有機性汚泥を資源として積極的に利用することの重要性が認識されている。
有機性汚泥処理プロセスを嫌気条件下で行う嫌気性処理では、有機性汚泥がメタン菌等の古細菌による分解を受けて、メタンガスを含む消化ガスが生成される。このメタンガス等の消化ガスは、そのまま大気中に放出されれば、温室効果に与える影響が大きいが、効率よく生成し、回収することで、貴重な熱源として有効利用できるバイオガスである。
このように、クリーンエネルギーへの変換が可能なメタンガスを含む消化ガスを生成できる有機性汚泥の嫌気性処理では、昨今のエネルギー利用と環境配慮に係る事情を考慮すると、嫌気性処理に要するエネルギーを可能な限り少なくすると同時に、熱エネルギー源となるメタンガスを含む消化ガスを可能な限り多く回収できるように、エネルギー収支の向上が特に重要となっている。このため、既存の有機性汚泥処理方式に対して、より安定化した効率のよいエネルギー変換を行うための改善や改良が行われることで、有機性汚泥処理プロセスから発生する、従来廃棄されていた熱エネルギーの有効利用による、装置全体としてのエネルギー回収率の向上などが図られている。

このような嫌気性汚泥処理を行う消化装置では、その消化反応を効率よく進行させるため、対象となる汚泥全体の温度が、汚泥中に存在するメタン菌等の古細菌の至適温度となるように管理される必要がある。

従来の嫌気性消化装置として、例えば、特許文献１に記載された、汚泥の温度管理や汚泥循環を行うための汚泥消化制御装置を備えたものが知られている。
この汚泥消化制御装置は、上部と中間部に著しい温度差を生じ、汚泥の消化発酵が適切に行われないことで、エネルギー変換効率が低下するという不都合を解決するために、汚泥投入ポンプから投入された汚泥を処理する卵形消化タンク内の上部の汚泥温度と中間部の汚泥温度の差に基づき、汚泥投入ポンプと消化タンクとの間に設置された熱交換器によって、投入前の汚泥を加熱することで、消化タンク内の上部温度と中間部温度の均一化を図るものである。また、上記の汚泥温度の差に基づき、投入後の汚泥を撹拌することで、消化タンク内の上部温度と中間部温度の均一化を図るものである。

また、従来の嫌気性消化装置として、例えば、特許文献２、３および４に記載されたものも知られている。
特許文献２および３に記載された汚泥消化装置は、いずれも、汚泥消化槽内の汚泥の撹拌を目的として汚泥消化槽の内外に延在させた汚泥の循環経路のうち、汚泥消化槽外のＵ字状管の屈曲部分に、汚泥を循環させるためのスクリューポンプを配設し、その近傍に、循環経路内の汚泥を加熱する熱交換器を備えたものである。特許文献２の熱交換器は、伝熱管に汚泥を通し、この伝熱管を外側から蒸気で加熱して熱交換を行う構成を有している。また、特許文献３の熱交換器は、汚泥を通す内管と、この内管の外側に配され、汚泥の流れと反対向き（向流）に熱媒体を通す外管からなる二重管構造を有している。

また、特許文献４に記載された汚泥消化装置は、消化槽内に配置されたドラフトチューブの上部に、汚泥の下降流を形成するためのスクリューポンプを配設し、その下側のドラフトチューブ内に、汚泥を通す内管と、この内管の外側に配され、汚泥の流れと反対向き（向流）に熱媒体を通す外管からなる二重管構造の熱交換器を設けている。この熱交換器の外管には、消化槽内の汚泥中を延在する、熱媒体導入管および熱媒体導出管が接続されている。

従来の嫌気性消化装置に使用可能な間接加温式の熱交換器としては、非特許文献１に記載された、間接加温式の外筒パイプ型やスパイラル型のものが一般に知られている。

図１４および図１５に示した外筒パイプ型の熱交換器６０は、円筒状の本体６１と、この本体６１の一端側に設けられた汚泥流入室６２と、本体６１の他端側に設けられた汚泥流出室６３を備えており、本体６１と汚泥流入室６２および汚泥流出室６３とはフランジ継手で接合されている。汚泥流入室６２および汚泥流出室６３には、それぞれ、本体６１の軸方向に直交する方向に開口する汚泥流入口６２ａおよび汚泥流出口６３ａが設けられている。本体６１の内部は、その本体６１の軸方向に沿って複数の汚泥流路６４を形成するように複数の円筒状の伝熱壁６５が設けられた一つの熱媒体流路６６となっている。この熱媒体流路６６には、本体６１の軸方向に直交する方向に開口する熱媒体供給口６６ａおよび熱媒体排出口６６ｂが設けられている。図１４に示すように、汚泥の流れと熱媒体の流れは対向流である。このような構造の熱交換器６０では、汚泥流入室６２の大きさに比べて小さな開口を有する複数の汚泥流路６４が汚泥流入口６２ａおよび汚泥流出口６３ａに対して直交している。このため、熱交換器６０の汚泥流入口６２ａから流入する汚泥の流れは、汚泥流入室６２内で汚泥流路６４に向けて直角に折れ曲がり、狭い汚泥流路６４を通過し、伝熱壁６５を介した熱交換を受けた後、再び、汚泥流出室６３内で汚泥流出口６３ａに向けて直角に折れ曲がる経路を辿る。

また、図１６に示したスパイラル型の熱交換器７０は、円筒管７１内に螺旋状に配設した伝熱壁７２を隔てて形成された汚泥流路７３と熱媒体流路７４を備えており、汚泥流路７３を通過する汚泥の流れと熱媒体流路７４を通過する熱媒体の流れが対向流となるように構成されている。汚泥流路７３は、円筒管７１の周面に形成された汚泥流入口７３ａと、円筒管７１の軸線方向に向けて開口する汚泥流出口７３ｂを有している。熱媒体流路７４は、円筒管７１の軸線方向に向けて開口する熱媒体流入口７４ａと、円筒管７１の周面に形成された熱媒体流出口７４ｂを有している。このような構造の熱交換器７０では、汚泥流路７３が汚泥流入口７３ａおよび汚泥流出口７３ｂに対して直交している。このため、熱交換器７０内に流入する汚泥の流れは、汚泥流入口７３ａ付近で略直角に折れ曲がり、螺旋状の汚泥流路７３を通過し、伝熱壁７２を介した熱交換を受けた後、再び、汚泥流出口７３ｂ付近で略直角に折れ曲がる経路を辿る。

特開平５−１９２６９７号公報 特開２０１１−３１１６６号公報 特開２０１１−３１１６７号公報 特開２０１１−３１１６８号公報

「汚泥消化タンク改築・修繕」技術資料 財団法人 下水道新技術推進機構 ２００７年３月発行 第４７頁〜第５０頁

本願発明者達は、本発明に想到するに際して、少なくとも以下に記載する課題を認識していた。
特許文献１に開示された、汚泥消化制御装置を備えた嫌気性消化装置には、以下の課題がある。
（１）消化タンクの上部温度と中部温度を検出する温度検出器が必要であり、温度検出器および付帯設備ならびにその維持管理にコストがかかる。
（２）投入される汚泥の加温や消化タンク内の撹拌機の回転数の制御を適切に行うためには、消化タンク内の上部および中部を代表する温度の測定に適した場所に温度検出器を設置する必要がある。さらに、夏季と冬季における外気温の変化による消化タンク内外の熱移動に及ぼす影響に配慮すると、温度検出器の設置場所を変える必要もある。この場合、嫌気性消化装置の運転開始条件を設定する作業が煩雑となる。また、温度検出器を設置した箇所が適切でない場合、投入される汚泥の加温や消化タンク内の撹拌機の回転数の制御を適切に行うことができなくなるため、消化タンク内の汚泥の温度や質を均一に保つことができず、消化反応を効率よく進行させることができない可能性がある。
（３）消化タンク内の汚泥を加温する設備の他に投入する汚泥を事前に加温するための設備が別途必要となり、その設備およびその維持管理にコストがかかる。
（４）投入する汚泥の事前加温や消化タンク内の撹拌機の回転数制御を行うための制御設備が必要となり、その設備およびその維持管理にコストがかかる。

特許文献２乃至４に開示された、汚泥消化装置には、以下の課題がある。
（５）汚泥消化槽の汚泥を加熱するために必要な熱交換器の伝熱面を、循環経路上で、確保しなければならない。循環経路は通常、管路であり、その外周長×管路長が伝熱面積であることから、加温に必要な長さの外管付設箇所が嫌気性消化槽の外部において確保が困難な場合、不必要な循環経路を延長する構成（特許文献２および３のＵ字管）や、嫌気性消化槽内の循環経路部分に外管付設箇所を設ける構成（特許文献４のドラフトチューブ内の外管）を採用することとなる。
（６）循環経路の延長ができない場合、熱交換器の伝熱面積を小さい（配管ならば短い）状態で必要温度まで加熱するのに、伝熱効率の高い熱媒体（例えば、水蒸気など）を用意することも可能であるが、そのためには、別途、熱媒体の供給が必要となる。
（７）特許文献２および３に開示されたような、従来の熱交換器の伝熱部は、コンパクトなサイズで高効率の熱交換を行うために、伝熱壁の比表面積（熱交換器の被加熱媒体（汚泥）流路の単位容積に対する伝熱壁面積の割合）を大きくとれる狭い流路で構成されている。しかし、一般に狭い流路は圧力損失が大きいので、大流量での利用は困難であり、低流量での熱交換となる。そのため、所定の熱量を供給するためには少ない流量の汚泥を大きく昇温しなければならず、汚泥を変質させ、熱的損傷を与えてしまうことが懸念される。このような熱的損傷は、汚泥中のメタン菌等の古細菌の死滅あるいは失活につながり、消化槽内での嫌気性消化反応（メタン発酵）が進行しないか、あるいは、進行しにくくなる可能性がある。

特に、特許文献４に開示された、汚泥消化装置には、以下の課題がある。
（８）汚泥消化槽内部の循環経路やドラフトチューブに外管を設ける場合には、外管やこれに接続される熱媒体導入管および熱媒体導出管に接する汚泥消化槽内の汚泥も少なからず加温されることとなる。このため、汚泥消化槽内の汚泥温度が不均一となる原因となる。つまり、循環経路やドラフトチューブ内の汚泥流速と比較して、汚泥消化槽内の汚泥流速は小さいため、外管やこれに接続される熱媒体導入管および熱媒体導出管に接する汚泥消化槽内部の汚泥は、循環経路やドラフトチューブ内を流れる汚泥と比較して高温に加温され、温度の不均一を生じやすくなる。さらに、循環経路やドラフトチューブ内と異なり、能動的な加温の調整が行われないため、必要以上に汚泥が高温に曝され、汚泥の変質やそれに伴う汚泥消化機能の低下が懸念される。この場合も、汚泥中のメタン菌等の古細菌の死滅あるいは失活につながる熱的損傷によって、消化槽内での嫌気性消化反応（メタン発酵）が進行しないか、あるいは、進行しにくくなる可能性がある。

非特許文献１に開示された、外筒パイプ型やスパイラル型の熱交換器には、以下の課題がある。
いずれの熱交換器においても、汚泥の流れが略直角方向に折れ曲がる経路を辿るため、汚泥が通過する際の圧力損失が大きくなる。このため、当該熱交換器が、例えば、消化槽内の汚泥を循環する目的で設置される循環管に設けられた場合、その汚泥の流れの勢いを弱めてしまうので、汚泥の循環流による撹拌能力を損なう結果となり、熱交換を行うことができたとしても、本来の目的である汚泥循環を効率よく行うことができない可能性があるという課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、嫌気性消化槽内の汚泥を循環させるための循環管内における汚泥の円滑な流通を維持し、且つ、汚泥に熱的損傷を与えない程度に昇温幅（熱交換前後の汚泥の温度差）を抑えながら汚泥を加温し、その加温された汚泥の循環流によって、嫌気性消化槽内の温度分布ムラを抑制できる嫌気性消化装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、被加熱媒体である汚泥の流れの勢いを弱めることなく、汚泥を円滑に流通させながら熱交換を行うことで、汚泥の昇温幅を抑制できる熱交換器を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る嫌気性消化装置は、
投入された原汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化槽、
該嫌気性消化槽内で開口する吸引口と吐出口を有し、
前記嫌気性消化槽外に延在する循環管、
該循環管に設けられ、前記嫌気性消化槽内の混合汚泥を
移送する循環ポンプ、
および
前記循環管に設けられ、前記混合汚泥を加温する熱交換器、
を備えた嫌気性消化装置において、
前記熱交換器は、
混合汚泥が通過する外筒と、
該外筒内に複数設けられた中空の熱交換部材と、
前記外筒の一端の周面を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体供給室を
形成する供給側外覆部材と
を備え、
前記熱交換部材と前記熱媒体供給室とが連通している
ことを特徴とする。

前記熱交換器は、
前記外筒の他端の周面を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体排出室を
形成する排出側外覆部材を備え、
前記熱交換部材と前記熱媒体排出室とが連通していることを特徴とする。

前記熱交換器に用いる熱媒体は、温水である
ことを特徴とする。

前記循環ポンプおよび前記熱交換器は、
前記嫌気性消化槽外に配設されていることを特徴とする。

前記循環管は、
垂直方向に開口する吸引口が設けられた１つまたは２つ以上の吸引管と、
水平方向に開口する吐出口が設けられた１つまたは２つ以上の吐出管と
を備えていることを特徴とする。

本発明に係る熱交換器は、
汚泥が通過する外筒と、
該外筒内に複数設けられた中空の熱交換部材と、
前記外筒の一端の周面を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体供給室を
形成する供給側外覆部材と
を備え、
前記熱交換部材と前記熱媒体供給室とが連通している
ことを特徴とする。

前記外筒の他端の周面を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体排出室を
形成する排出側外覆部材を備え、
前記熱交換部材と前記熱媒体排出室とが連通している
ことを特徴とする。

熱媒体は、温水である
ことを特徴とする。

本発明に係る嫌気性消化装置によれば、以下のような優れた作用効果を奏することができる。
（１）嫌気性消化槽内で開口する吸引口と吐出口を有し、消化槽外に延在する循環管に設けられた熱交換器を、混合汚泥が通過する外筒と、この外筒内に複数設けられた中空の熱交換部材と、外筒の一端の周面を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体供給室を形成する供給側外覆部材とを備え、熱交換部材と熱媒体供給室とを連通させた構成としたことにより、循環管内を流れる混合汚泥の流れの勢いを弱めることなく、複数の熱交換部材が設けられた外筒内に通過させることができるとともに、その外筒内を通過する混合汚泥を、熱媒体供給室から熱媒体が供給された熱交換部材に接触させることで、その混合汚泥に対して効率よく熱交換を行うことができる。そして、効率よく加温された混合汚泥は、循環ポンプの吐出力によって消化槽内の全体で循環するので、このような循環流によって、消化槽内の混合撹拌を十分に行うことができる。これにより、消化槽内の混合汚泥中の温度分布ムラを抑制できるので、消化槽内の混合汚泥の温度や質をほぼ均一に保つことができる。
この嫌気性消化装置について、混合汚泥の流れの勢いを弱めることなく、混合汚泥を円滑に流通させながら熱交換を行うことで、混合汚泥の昇温幅を抑えて混合汚泥に熱的損傷を与えずに加温できる上述の熱交換器を適用することにより、消化槽内の温度分布ムラを抑えることができる一方で、汚泥撹拌に必要な負荷（例えば、撹拌エネルギー）の増大を抑制することができる。この熱交換器の熱媒体の温度上昇に廃熱を有効利用すれば、従来よりも大幅に負荷を抑えてエネルギーを回収することが可能となる。
（２）また、上述の構成に加えて、外筒の他端の周面を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体排出室を形成する排出側外覆部材を備え、熱交換部材と熱媒体排出室とを連通させた構成としたことにより、熱交換部材内への新たな熱媒体の供給が可能となるため、混合汚泥に対して、さらに効率よく熱交換を行うことができる。

本発明に係る熱交換器によれば、以下のような優れた作用効果を奏することができる。
（１）熱交換器を、汚泥が通過する外筒と、外筒内に複数設けられた中空の熱交換部材と、外筒の一端の周面を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体供給室を形成する供給側外覆部材とを備え、熱交換部材と熱媒体供給室とを連通させた構成としたことにより、外筒を流れる汚泥の流れの勢いを弱めることなく、複数の熱交換部材が設けられた外筒内に通過させることができるとともに、その外筒内を通過する汚泥を、熱媒体供給室から熱媒体が供給された熱交換部材に接触させることで、その汚泥に対して効率よく熱交換を行うことができる。その熱交換に際しては、汚泥の流れの勢いを弱めることなく、汚泥を円滑に流通させることで、汚泥の昇温幅を抑えて加温することができる。このため、汚泥に熱的損傷を与えることを防止できる。
（２）また、上述の構成に加えて、外筒の他端の周面を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体排出室を形成する排出側外覆部材を備え、熱交換部材と熱媒体排出室とを連通させた構成としたことにより、熱交換部材内への新たな熱媒体の供給が可能となるため、混合汚泥に対して、さらに効率よく熱交換を行うことができる。

本発明の実施の形態１による嫌気性消化装置の全体構成を模式的に示す部分断面図である。 図１に示した嫌気性消化装置の熱交換器の内部構造を拡大して示す断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 本発明の実施の形態２による嫌気性消化装置の全体構成を模式的に示す部分断面図である。 図４に示した嫌気性消化装置を示す平面図である。 図４および図５に示した嫌気性消化装置の熱交換器の外部構造を示す斜視図である。 図６に示した熱交換器の内部構造の一部を破断して示す斜視図である。 図４乃至図７に示した熱交換器内の熱交換部材の配置構成を示す斜視図である。 図４乃至図８に示した熱交換器の分解斜視図である。 図４乃至図９に示した熱交換器内での汚泥および熱媒体の流れの様子を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態３による嫌気性消化装置に用いられる熱交換器内の熱交換部材の配置構成を示す断面図である。 図１１に示した熱交換部材の連通穴の配置構成を熱媒体供給側から示す部分断面図である。 本発明の実施の形態４による嫌気性消化装置の全体構成を模式的に示す部分断面図である。 従来の一般的な熱交換器（外筒パイプ型）における熱媒体および汚泥の流れの様子を示す概略断面図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ断面図である。 従来の一般的な熱交換器（スパイラル型）における熱媒体および汚泥の流れの様子を示す概略断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による嫌気性消化装置の全体構成を模式的に示す部分断面図であり、図２は図１に示した嫌気性消化装置の熱交換器の内部構造を拡大して示す断面図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。なお、図１および図２中の太い矢印は、汚泥の流れを示し、細い矢印は特に明示した場合を除き、熱媒体の流れを示すものとする。この点は、他の実施の形態において参照する図４乃至図７、図１０および図１３においても同様である。

この実施の形態１による嫌気性消化装置は、図１に示すように、投入された原汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化槽（以下、単に、消化槽という）１と、この消化槽１内で開口する吸引口２ａと吐出口２ｂを有し、消化槽１外に延在する循環管２と、この循環管２に設けられ、消化槽１内で原汚泥が混合されてなる混合汚泥を圧送（移送）する循環ポンプ３と、循環管２に設けられ、混合汚泥を加温する熱交換器４とを備えている。

消化槽１は、図１に示すように、球状の密閉タンクである。この消化槽１には、上記循環管２の他に、消化槽１の上部に、原汚泥を投入するための汚泥投入管（図示せず）と、嫌気性消化処理された混合汚泥から消化ガスを回収するための消化ガス回収管（図示せず）と、混合汚泥から消化汚泥を脱離させて生じた分離液（脱離液）を排出するための脱離液流出管（図示せず）が配設されている。また、消化槽１の底部には、消化汚泥を排出するための消化汚泥排出管（図示せず）が配設されている。

循環管２は、消化槽１内の上部で開口する吸引口２ａおよび消化槽１内の下部で開口する吐出口２ｂを除き、消化槽１外に延在している。この消化槽１外に延在する部分の循環管２は、概ねＵ字状をなしており、そのうち、少なくとも、循環ポンプ３が配設される流路方向反転部分と、この流路方向反転部分よりも吐出口２ｂ側の、熱交換器４が配設される部分は、略直線状をなしている。流路方向反転部分は、循環管２を、吸引口２ａを有する吸引側部分（吸引管）と吐出口２ｂを有する吐出側部分（吐出管）とに分けている。また、その吐出側部分のうち、熱交換器４が配設される部分は、その熱交換器４を装着する分だけ離間した状態で分離されており、装着された熱交換器４内の直線的な汚泥流通部を経由することで、循環管２が直線的に連続するように構成されている。
循環管２の口径は、吸引口２ａおよび吐出口２ｂを含め、全長にわたって同一寸法に設定されていることが望ましい。その口径寸法は、消化槽１で嫌気性処理される原汚泥の投入量（負荷）、単位時間当たりの混合汚泥の循環流量、循環する混合汚泥に対する熱交換の効率などを勘案して決められることが望ましい。
ここで、循環管２の吸引口２ａおよび吐出口２ｂは、混合汚泥を循環管２内で吸引口２ａから吐出口２ｂへ流すことを前提とした便宜上の表現であり、混合汚泥の流れが反対方向になれば、混合汚泥は吐出口２ｂから吸引され、吸引口２ａから吐出されることになる。

循環ポンプ３は、逆送可能なスクリューポンプであり、循環管２のうち、略直線状の流路方向反転部分内に延在するスクリュー３０と、循環管２外に配設され、且つスクリュー３０を正転または逆転の各方向に回転駆動する駆動器３１とから概略構成されている。スクリュー３０は、回転軸３０ａと、この回転軸３０ａの周面にらせん状に配設された回転羽根３０ｂとから概略構成されている。スクリュー３０の回転羽根３０ｂのピッチは、一定に設定されている。ピッチの大きさは、循環管２内を流れる混合汚泥の想定流量と、スクリュー３０による混合汚泥の移送機能を勘案して決められることが望ましい。つまり、ピッチを比較的小さく設定すると、圧縮機能が優位となり、移送機能が低下するが、ピッチを比較的大きく設定すれば、圧縮機能よりも移送機能が優位となる。しかし、混合汚泥の流量に見合ったピッチの大きさでなければ、ピッチを大きくしたとしても、混合汚泥を効率よく圧送（移送）することが困難となるからである。

駆動器３１としては、例えば、モータが用いられる。モータとしては、スクリュー３０の回転軸３０ａを正転または逆転の各方向に回転駆動し、混合汚泥を移送できるものであれば、油圧式、電動式などのいかなる種類のものも使用可能である。ここで、正転方向とは、循環管２の吸引側部分から吐出側部分に向けて混合汚泥を移送する場合の回転方向をいい、逆転方向とは、吐出側部分から吸引側部分に向けて混合汚泥を移送する場合の回転方向をいう。消化槽１内での嫌気性消化反応を行う通常運転時は、正転方向に回転駆動させる。また、例えば、熱交換器４のメンテナンス時などにおいて、スクリュー３０を逆転方向に回転駆動させる。
なお、スクリュー３０の回転軸３０ａの一端は、循環管２外に配設された駆動器３１に連結されるため、その一端側の回転軸３０ａと循環管２との境界部分は、パッキン等の封止部材（図示せず）を用いた水密構造となっている。

熱交換器４は、混合汚泥が通過する外筒４１と、この外筒４１内に複数設けられた中空の熱交換部材４２と、外筒４１の一端の周面（循環管２の吐出口２ｂ側の端面）を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体供給室４３ａを形成する供給側外覆部材４３と、外筒４１の他端の周面（循環管２の吸引口２ａ側の端面）を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体排出室４４ａを形成する排出側外覆部材４４を備えており、中空の熱交換部材４２の内部は、熱媒体供給室４３ａおよび熱媒体排出室４４ａの双方に連通している。つまり、熱媒体供給室４３ａと熱媒体排出室４４ａは、熱交換部材４２を介して連通している。この熱交換器４では、外筒４１内を通過する混合汚泥に対して向流となる流れの方向（以下、順方向という場合がある）で、熱媒体が流れるように構成されている。
ここで、熱交換器４における「供給側」とは、熱媒体を順方向で流すことを前提とした場合における熱交換器４内での熱媒体の供給側を指し、「排出側」とは、その順方向における熱交換器４内での熱媒体の排出側を指す。この点は、他の実施の形態でも同様である。
なお、熱交換器４の各構成部品は、いずれも、混合汚泥の熱媒体（温水）による希釈や熱的損傷につながる熱媒体の外筒４１内への流入を防止するため、水密構造で連結されている。混合汚泥の希釈は、熱媒体（温水）の流入分だけ、混合汚泥の総量（負荷）が増加する一方で、メタン菌等の古細菌の濃度が低下し、消化反応の効率が低下するため、好ましくない。混合汚泥の熱的損傷は、混合汚泥中のメタン菌等の古細菌の死滅あるいは失活につながるため、好ましくない。熱交換器４の各構成部品の水密構造により、混合汚泥は、熱媒体と接触することなく、また熱交換器４から漏洩することなく、熱交換部材４２の外側を常に流通することになる。

外筒４１は、図１および図２に示すように、循環管２の口径よりも大きな口径を有する直胴の円筒状部材である。図３に示すように、外筒４１の内部のうち、配設された複数の熱交換部材４２が占める部分以外の残りの部分は、混合汚泥が通過する汚泥流通部４１ａとなっている。この汚泥流通部４１ａの口径は、汚泥流通部４１ａの断面積（汚泥の移送方向に直交する方向の断面積）が循環管２の断面積に等しくなる程度の寸法以上であって、混合汚泥が汚泥流通部４１ａ内で必要以上に迂回するスペースや混合汚泥が流れないデッドスペースが形成されない程度の口径寸法未満の範囲で設定されることが望ましい。
このような外筒４１は、循環管２と同軸になるように、循環管２の分離部分に配設される。

熱交換部材４２は、図１乃至図３に示すように、平たい中空の略長板状部材であり、熱媒体を内部に流通させる熱媒体流通部４２ａと、この熱媒体流通部４２ａを内部に形成する伝熱部４２ｂと、この伝熱部４２ｂの長さ方向の両端に形成され、且つ供給側外覆部材４３の後述の供給側連通穴や排出側外覆部材４４の後述の排出側連通穴との接合が可能な連通穴４２ｃとから概略構成されている。
熱媒体流通部４２ａは、熱媒体供給室４３ａ内の熱媒体を、供給側外覆部材４３の後述の供給側連通穴およびこれに接合した伝熱部４２ｂの一端側の連通穴４２ｃを介して熱媒体を受け入れ、伝熱部４２ｂの他端側の連通穴４２ｃおよびこれに接合した排出側外覆部材４４の後述の排出側連通穴を介して、熱媒体排出室４４ａへ熱媒体を移行させる通路である。
伝熱部４２ｂは、図３に示すように、外筒４１の汚泥流通部４１ａの内周面に片固定され、且つ外筒４１の内周面から半径方向内方に向けて延在している。伝熱部４２ｂは、その外表面が、外筒４１の汚泥流通部４１ａ内を流れる混合汚泥の流れに並行となるように、配設されている。伝熱部４２ｂの長さ方向の両端の両側面（接触面）は、いずれも傾斜面または曲面となっており、外筒４１の汚泥流通部４１ａ内を流れる混合汚泥の流れの方向がいずれの方向になったとしても、その混合汚泥の流れに対して抵抗（圧力損失）が少ない。また、伝熱部４２ｂの長さ方向に交差する方向の両側面（接触面）は、いずれも傾斜面または曲面となっており、外筒４１の汚泥流通部４１ａの中央側および内周面側を流れる混合汚泥の流れに対して抵抗（圧力損失）が少ない。
伝熱部４２ｂが、前述したように混合汚泥の流れに対して接触面を傾斜または曲面形状となっていることに加え、外筒４１に対して片固定となっていることによって、例えば、毛髪等の、熱交換部材４２に絡みつきやすい形状の異物が混合汚泥中に混入している場合においても、汚泥や汚泥中の異物が引っ掛かるなどして付着・堆積する、いわゆる「汚泥詰まり」が生じにくい。また、伝熱部４２ｂの一端側の連通穴４２ｃと供給側外覆部材４３の後述の供給側連通穴との接合部や伝熱部４２ｂの一端側の連通穴４２ｃと排出側外覆部材４４の後述の排出側連通穴との接合部は、いわゆる「汚泥詰まり」が生じないよう、密接する形状とされている。また、定期的に循環管２内の汚泥流れを逆方向とすることで熱交換部材４２に異物の付着・堆積を防止することができる。これにより、熱交換器４の清掃などのメンテナンスの実施頻度は少なくなり、嫌気性消化装置の稼働率が向上するため、原汚泥の処理、および消化ガスの発生効率が向上する。
なお、図３に示す熱交換部材４２の配設数は２４本であるが、これに限定されるものではない。熱交換部材４２の配設数およびその間隔は、汚泥流通部４１ａ内の汚泥の圧力損失をできるだけ小さくし、且つ熱交換に必要な伝熱部４２ｂの熱交換面積（伝熱面積）をできるだけ広く確保できる点を勘案して決められることが望ましい。伝熱部４２ｂの形成材料としては、熱伝導性、耐腐食性、寸法安定性などに優れた金属材料や熱伝導性樹脂材料が挙げられる。また、伝熱部４２ｂの外表面は、汚泥流通部４１ａ内の汚泥の流れをより円滑にするため、滑面処理されていることが望ましい。
また、外筒４１内に熱交換部材４２を配設する際には、熱交換部材４２同士が外筒４１の中心側において互いに接触しない程度に、且つ、汚泥流れを必要以上に妨げず圧力損失の増加や汚泥・異物による閉塞を起こさない程度に離間していることが重要である。

このような構成の熱交換器４では、外筒４１内の汚泥流通部４１ａに配設した熱交換部材４２による圧力損失を低減するため、上述のように、汚泥流通部４１ａの口径が循環管２よりも大口径となっている。これにより、循環ポンプ３は、消化槽１内の混合汚泥を混合撹拌することを目的とするポンプとしての役割に加えて、その混合汚泥を熱交換器４へ移送することを目的とする熱交換器用ポンプとしての役割を果たすこととなるため、別途、当該熱交換器用ポンプの配設が不要となる。

熱交換器４は、その外筒４１内の汚泥流通部４１ａが循環管２よりも大きい口径を有し、且つ循環管２と同軸になるように、循環管２の分離部分に配設されるため、外筒４１の軸方向の両端には、それぞれ、循環管２との口径差によって生じる略円環状のギャップが形成される。このギャップを埋める部材が供給側外覆部材４３と排出側外覆部材４４である。なお、この実施の形態１における供給側外覆部材４３および排出側外覆部材４４の各外径は、外筒１の外径と略同一の寸法に設定されている。

供給側外覆部材４３は、図１および図２に示すように、外筒４１の両端のうち、循環管２の吐出口２ｂ側の端面を覆うための二重円筒状壁部を有する略円環状の中空部材である。この供給側外覆部材４３の内部には、略円環状の熱媒体供給室４３ａが形成されている。この熱媒体供給室４３ａには、外筒４１側の壁部に、熱交換部材４２の連通穴４２ｃに連結する供給側連通穴４３ｂが形成され、これらの連通穴を介して、熱媒体供給室４３ａの熱媒体が熱交換部材４２内に供給可能である。また、熱媒体供給室４３ａには、外側の壁部に、熱媒体供給設備（図示せず）からの熱媒体を熱媒体供給室４３ａに供給する熱媒体供給口４３ｃが設けられている。
また、熱媒体供給室４３ａを形成する壁部のうち、二重円筒状壁部の内側の円筒状壁部内は、外筒４１の汚泥流通部４１ａを通過した混合汚泥を循環管２内に送るための汚泥流通部４３ｄとなっている。
このような構成の供給側外覆部材４３の吐出口２ｂ側の端部には、図１に示すように、略円筒状の第一接続部材４５ａが接続されており、この第一接続部材４５ａを介して、循環管２の分離部分の一方と連結することが可能である。第一接続部材４５ａの内部は、外筒４１の汚泥流通部４１ａ内を流れる混合汚泥を循環管２へ移行させる汚泥流通部４５ｂとなっており、その内径は、供給側外覆部材４３の汚泥流通部４３ｄの内径、並びに、循環管２の口径と同一の寸法に設定されている。

なお、熱媒体供給設備（図示せず）は、熱媒体を貯留するタンク（図示せず）と、熱媒体を加温するヒータ（図示せず）と、熱媒体の温度を計測する温度検出器（図示せず）と、熱媒体を供給するポンプ（図示せず）と、熱媒体を移送する配管（図示せず）とから概略構成されている。ここで、熱交換部材４２内を流れる熱媒体としては、熱交換部材４２外の汚泥流通部４１ａ内を勢いよく流れる混合汚泥に対して瞬時に付与される熱エネルギーによる熱的損傷を防止する点と、１回の循環で、昇温の前後で比重差がほぼ同じであり、混合汚泥の温度分布に影響を与えない約０．５℃〜１℃程度に加温できる点を考慮すると、６０℃〜８０℃程度の温水を用いることが望ましい。廃熱を利用して熱媒体を当該温度まで加熱すれば、エネルギーの有効利用を図ることができる。

排出側外覆部材４４は、図１および図２に示すように、外筒４１の両端のうち、循環管２の吸引口２ａ側の端面を覆う略円環状の中空部材であり、供給側外覆部材４３と同一の形状および寸法を有している。この排出側外覆部材４４の内部には、熱媒体排出室４４ａが形成されている。この熱媒体排出室４４ａには、外筒４１側の壁部に、熱交換部材４２の連通穴４２ｃに連結する排出側連通穴４４ｂが形成され、これらの連通穴を介して、熱交換部材４２の熱媒体が熱媒体排出室４４ａ内に流入可能である。また、熱媒体排出室４４ａには、外側の壁部に、熱媒体供給設備（図示せず）からの熱媒体を熱媒体排出室４４ａに供給する熱媒体排出口４４ｃが設けられている。
また、熱媒体排出室４４ａを形成する壁部のうち、二重円筒状壁部の内側の円筒状壁部内は、循環管２を通過した混合汚泥を外筒４１の汚泥流通部４１ａ内に送るための汚泥流通部４４ｄとなっている。
このような構成の排出側外覆部材４４の吸引口２ａ側の端部には、図１に示すように、略円筒状の第二接続部材４５ｃが接続されており、この第二接続部材４５ｃを介して、循環管２の分離部分の他方と連結することが可能である。第二接続部材４５ｃの内部は、循環管２内を流れる混合汚泥を外筒４１の汚泥流通部４１ａへ移行させる汚泥流通部４５ｄとなっており、その内径は、排出側外覆部材４４の汚泥流通部４４ｄの内径、並びに、循環管２の口径と同一の寸法に設定されている。

熱交換器４は、例えば、以下のような手順で組み立て、循環管２に配設することが可能である。
まず、図１および図２に示すように、供給側外覆部材４３に第一接続部材４５ａを接続し、排出側外覆部材４４に第二接続部材４５ｃを接続する。その後、図３に示すように、外筒４１の汚泥流通部４１ａ内に複数の熱交換部材４２を片固定状態で配設する。その後、外筒４１の汚泥流通部４１ａに供給側外覆部材４３の汚泥流通部４３ｄおよび排出側外覆部材４４の汚泥流通部４４ｄを位置合わせした状態で、熱交換部材４２の連通穴４２ｃに供給側外覆部材４３の供給側連通穴４３ｂおよび排出側外覆部材４４の排出側連通穴４４ｂを連結して、熱交換器４を組み立てる。この組み立てられた熱交換器４の外筒４１を、循環管２の分離部分の間に配設する。その後、循環管２の分離部分の一方に第一接続部材４５ａを連結し、分離部分の他方に第二接続部材４５ｃを連結して、熱交換器４を循環管２に配設する。このような手順で、容易に、熱交換器４を循環管２に配設することが可能である。
また、例えば、熱交換器４のメンテナンス時または交換時において、上記組立手順とは逆の手順で、熱交換器４を循環管２から容易に取り外すことが可能である。

次に、動作について説明する。
まず、図１に示すように、消化槽１内に原汚泥が投入される。
消化槽１内に導入された原汚泥は、嫌気性微生物（メタン菌等の古細菌）を主体とする消化槽１内の汚泥と混合され、この混合汚泥は、汚泥中の嫌気性微生物によって、数十日（例えば、３０日から６０日程度の時間）をかけて嫌気的に消化・分解され、一部は消化ガスとなり回収されて燃料として利用され、残りは消化汚泥となって排出口より消化槽１外へ排出されて処分される。この間、消化槽１内では、原汚泥など未消化部分を有する汚泥が嫌気性微生物による分解（嫌気性消化反応）が適切に、且つ安定して行われるよう、原汚泥の投入量（負荷）、温度、ｐＨおよび混合撹拌など、嫌気性消化に影響を与える管理指標に基づいて運転管理が行われる。

ここで、混合撹拌の管理のため、循環ポンプ３の駆動器３１を駆動してスクリュー３０を正転方向に回転させる一方で、温度管理のため、熱媒体供給装置（図示せず）からの熱媒体（例えば、６０℃〜８０℃程度の温水）を、熱交換器４の熱媒体供給口４３ｃから熱媒体供給室４３ａに供給し、熱交換部材４２の熱媒体流通部４２ａを経て、熱媒体排出室４４ａに流し、その熱媒体排出口４４ｃから熱媒体供給装置（図示せず）に還流することで、熱媒体を循環させる。
スクリュー３０の正転方向の回転によって、循環管２の吸引側部分に吸引力が生じ、吐出側部分に吐出力が生じる。吸引力および吐出力は、汚泥流れに勢いを付けることができる。循環ポンプ３の吸引力によって、消化槽１内の上部を流れる混合汚泥が取り込まれ、吸引口２ａから循環管２の吸引側部分内に入り、循環ポンプ３を経て、循環管２の吐出側部分に配設された熱交換器４に送られる。熱交換器４内に入った混合汚泥は、第二接続部材４５ｃの汚泥流通部４５ｄ、排出側外覆部材４４の汚泥流通部４４ｄ、外筒４１の汚泥流通部４１ａ、供給側外覆部材４３の汚泥流通部４３ｄ、および、第一接続部材４５ａの汚泥流通部４５ｂを経て、再び、循環管２内に戻る。このとき、混合汚泥は、図１および図２に示すように、外筒４１の汚泥流通部４１ａ内の熱交換部材４２の伝熱部４２ｂに接触することで、その伝熱部４２ｂを介して、熱媒体流通部４２ａを流れる向流の熱媒体との熱交換を受けて、所定の昇温幅となるように加温される。加温された混合汚泥は、図１に示すように、循環ポンプ３の吐出力によって、吐出口２ｂから消化槽１内の下部に吐出される。消化槽１内に吐出された混合汚泥は、循環ポンプ３の吐出力によって消化槽１内の全体で循環する。このような循環流によって、消化槽１内の混合汚泥に対する混合撹拌が行われるとともに、適温に管理される。
なお、例えば、熱交換器４のメンテナンス時などにおいて、スクリュー３０を逆転方向に回転駆動させて、混合汚泥の流れを反対方向に変更する。このとき、循環管２の吸引側部分内に吐出力が生じ、吐出側部分に吸引力が生じるため、吐出口２ｂから消化槽１内の混合汚泥を循環管２内に取り込み、その取り込まれた混合汚泥を熱交換器４内に逆流させることで、熱交換器４の分解等を行うことなく、熱交換器４のメンテナンスを容易に行うことができる。

混合汚泥に対する加温は、循環管２内を流れる混合汚泥の流れの勢いを弱めることなく、混合汚泥を外筒４１内に通過させる熱交換器４において、熱媒体として比較的低い６０℃〜８０℃程度の温水を用いて行う熱交換によるものであるため、１回の循環による熱交換での所定の昇温幅は、約０．５℃〜１℃程度に抑制される。循環管２内を流れる混合汚泥の循環量は、従来の熱交換器の汚泥循環量よりもはるかに多いため、熱交換器４の汚泥循環数は大きく、複数回の循環による熱交換を受けた混合汚泥は、熱交換ごとに、徐々に加温されていく。熱交換部材４２内を流れる温水が６０℃〜８０℃程度であっても、熱交換部材４２外を流れる混合汚泥の流れに勢いがあるので、混合汚泥中のメタン菌等の古細菌を死滅等させることなく、その至適温度の、例えば、約３７℃程度までに抑えて加温することができる。また、複数回の循環による熱交換を継続することで、メタン菌等の古細菌の至適温度を維持し、そのメタン菌等の古細菌による嫌気性消化反応を効率よく進行させ、計画量の消化ガス（例えば、メタンガス）を得ることができる。また、昇温幅が約０．５℃〜１℃程度と小さいため、加温された混合汚泥を消化槽１内に還流しても、消化槽１内に局所的に高温領域が形成されないので、消化槽１内の混合汚泥中の温度分布ムラを抑制できる。

また、ｐＨは一般的に酸やアルカリなどの薬品を消化槽１内に注入して行われるが、循環ポンプ３による吸引力や吐出力に基づく、循環管２内の汚泥流れの勢いによって消化槽１内の混合汚泥が全体的に混合撹拌され、均一となるため、注入された薬品も均一に混合汚泥に混合され、結果として、混合汚泥のｐＨをメタン菌等の古細菌の生育に適した至適ｐＨとなるようにｐＨの管理を適切に行うことが可能となる。

なお、この実施の形態１では、消化槽１の形状を球状とした場合について本発明を適用したが、これに限定されるものではなく、混合汚泥の良好な循環の妨げとなるデッドスペースがない内部構造を有するものであれば、断面亀甲形や卵形など、いかなる形状の消化槽を用いてもよい。
また、この実施の形態１では、同一の寸法および形状を有する複数の熱交換部材４２を用いた場合について本発明を適用したが、これに限定されるものではなく、例えば、後述の図８、図１１および図１２に示すように、異なる寸法および形状を有する複数の熱交換部材４２を用いてもよい。
また、この実施の形態１では、熱媒体供給室４３ａに熱媒体供給口４３ｃを設け、熱媒体排出室４４ａに熱媒体排出口４４ｃを設けた場合について本発明を適用したが、これに限定されるものではなく、例えば、後述の図４乃至図７、図９および図１０に示すように、熱媒体供給室４３ａに熱媒体供給管を設け、熱媒体排出室４４ａに熱媒体排出管を設けてもよい。
また、この実施の形態１では、循環管２に吸引口２ａと吐出口２ｂをそれぞれ１つ設けた場合について本発明を適用したが、吸引口２ａと吐出口２ｂをそれぞれ２つ以上設けてもよい。この場合、２つ以上の吸引口２ａと２つ以上の吐出口２ｂを消化槽１内の上部、中部および下部で開口するように構成することで、各吸引口２ａに向けて混合汚泥の流れが生じ、各吐出口２ｂから混合汚泥の流れが生じるので、消化槽１内の混合汚泥中に様々な循環流を形成することができる。

実施の形態１によれば、次のような優れた作用効果を奏することができる。
（１）消化槽１内で開口する吸引口２ａと吐出口２ｂを有し、消化槽１外に延在する循環管２に設けられた熱交換器４を、混合汚泥が通過する外筒４１と、この外筒４１内に複数設けられた中空の熱交換部材４２と、外筒４１の一端の周面（循環管２の吐出口２ｂ側の端面）を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体供給室４３ａを形成する供給側外覆部材４３とを備え、熱交換部材４２と熱媒体供給室４３ａとを連通させた構成としたことにより、循環管２内を流れる混合汚泥の流れを弱めることなく、複数の熱交換部材４２が設けられた外筒４１内に通過させることができるとともに、その外筒４１内を通過する混合汚泥を、熱媒体供給室４３ａから熱媒体が供給された熱交換部材４２に接触させることで、その混合汚泥に対して効率よく熱交換を行うことができる。そして、効率よく加温された混合汚泥は、循環ポンプ３の吐出力で、消化槽１内の全体で循環するので、このような循環流によって、消化槽１内の混合撹拌を十分に行うことができる。これにより、消化槽１内の混合汚泥中の温度分布ムラや薬品等の混合ムラを抑制できる。
（２）上述の構成に加えて、外筒４１の他端の周面（循環管２の吸引口２ａ側の端面）を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体排出室４４ａを形成する排出側外覆部材４４を備え、熱交換部材４２と熱媒体排出室４４ａとを連通させた構成としたことにより、熱交換部材４２内への新たな熱媒体の供給が可能となるため、混合汚泥に対して、さらに効率よく熱交換を行うことができる。
（３）熱交換器４の外筒４１内の汚泥流通部４１ａは、その口径が循環管２の口径より大きく、且つ循環管２と同軸になるように配設されている。また、直線状の汚泥流通部４１ａに至るまでの汚泥の流通経路は、直線状の第二接続部材４５ｃの汚泥流通部４５ｄおよび排出側外覆部材４４の汚泥流通部４４ｄによって確保され、汚泥流通部４１ａから循環管２へ戻る汚泥の流通経路は、直線状の供給側外覆部材４３の汚泥流通部４３ｄおよび第一接続部材４５ａの汚泥流通部４５ｂによって確保されている。このため、混合汚泥が熱交換器４内を通過する際における混合汚泥に対する圧力損失は少ないので、循環ポンプ３によって得られた吐出力が減殺されず、その吐出力をほとんどそのまま、混合汚泥の吐出に利用することができる。したがって、少ない圧力損失で流れ、且つ加温された混合汚泥を吐出口２ｂから循環ポンプ３の吐出力によって吐出することで、消化槽１内の混合汚泥に良好な循環流を形成することができ、消化槽１内の混合汚泥中の温度分布ムラや薬品等の混合ムラを抑制できる。
（４）熱媒体が６０℃〜８０℃程度の温水であるため、この温水と熱交換した混合汚泥は、熱的損傷を受けることが少ない。このため、その混合汚泥中のメタン菌等の古細菌の死滅あるいは失活を防止できるので、メタン菌等の古細菌による嫌気性消化反応を効率よく進行させ、計画量の消化ガス（例えば、メタンガス）を得ることができる。
（５）従来の嫌気性消化装置に利用されている熱交換器によって、嫌気性消化槽内の温度よりも約３℃〜５℃程度の大幅な昇温幅で昇温された汚泥は、その温度上昇によって体積膨張し、比重が軽くなるため、嫌気性消化槽の上部にとどまり易くなる。このような汚泥の比較的大きな比重差は嫌気性消化槽内の上下方向の汚泥循環を阻害する要因となるため、嫌気性消化槽内に解消し難い温度分布が生じる。このため、従来の嫌気性消化槽内の撹拌装置、例えば一般的な撹拌羽根とドラフトチューブの組み合わせによる上下方向に循環流を形成して撹拌する形式のもの（例えば、特許文献４）においては、通常の汚泥循環に必要な動力に加えて、比重差による汚泥循環阻害要因を取り除くための動力が必要となる。また、従来の、水平方向に対して循環流を形成して撹拌する形式のものにおいては、水平循環するのみとなる可能性があり、その場合、消化槽内に形成される温度分布（例えば、上部分から下部分に向かって汚泥温度が低くなる）が保たれたままとなることから、その上下方向の温度分布を解消するために、別途、上下方向に循環流を形成する方策を講じる必要があった。
これに対し、この実施の形態１による嫌気性消化装置では、循環ポンプ３によって勢いよく循環管２内を流れる混合汚泥をその流れの勢いを弱めることなく外筒４１内を通過させて、複数の熱交換部材４２との接触で効率よく加温した上で、消化槽１内に勢いよく還流させ、消化槽１内の全体に行渡る循環流を形成することができる。このため、この嫌気性消化装置では、例えば、熱交換器４での汚泥の昇温幅を約０．５℃〜１℃と低く保ち、加温汚泥循環回数（循環経路で１日に加温した汚泥量が消化槽１を循環する回数）を多く設定する運転が可能であるので、消化槽１内の汚泥の温度や質を常にほぼ均一に保つことが容易となり、汚泥処理が安定化することで消化ガスの安定で効率的な回収を行うことができる。また、汚泥の昇温幅を約１℃以下に抑え、汚泥の比重差による消化槽１内での汚泥循環阻害を十分に低く抑えることが可能であるため、上下方向の汚泥循環において通常消費される循環ポンプ３の動力によって、消化槽１内の汚泥循環を良好に行うことができる。また、水平方向に対し循環流を形成して撹拌する場合においても、汚泥の昇温幅を約１℃以下に抑えることで、消化槽１内での温度分布が顕著とならないため、従来の嫌気性消化装置のように、別途、上下方向への循環流を形成する方策を講じる必要がない。このように熱交換器４での汚泥の昇温幅を約０．５℃〜１℃と低く保ち、消化槽１内において微生物相の「ムラ」を無くすことで、消化反応が消化槽１内の全体で均一に行われ、消化汚泥として排出される処理汚泥中の未消化汚泥の混入率が低下し、計画量の消化ガスを回収できる。
（６）汚泥の循環流路の圧力損失が高いために低流量となり、結果的に、加温汚泥循環回数が少ない運転を余儀なくされていた従来の間接加温式の熱交換器では、１回の循環で、汚泥を約３℃〜５℃程度の大幅な昇温幅で昇温する必要があったため、水蒸気ボイラや温水ボイラより供給される熱媒体を熱源としなければならなかった。このような高温（蒸気、温水共に１００℃程度）の熱媒体の供給には、専用のボイラを設置する必要があり、特に消化槽のような大容量の設備を加温できる大型の水蒸気ボイラを設置する場合には、有資格者による管理が義務付けられている。
これに対し、この実施の形態１による嫌気性消化装置では、混合汚泥の昇温幅を約０．５℃〜１℃と低くし、且つ加温汚泥循環回数を多くする条件で昇温できるため、６０℃〜８０℃程度の温水を熱交換器４に供給する熱源として利用できる。また、６０℃〜８０℃程度の温水を熱源とし、１回の循環での混合汚泥の昇温幅を約０．５℃〜１℃に抑え、加温汚泥循環回数を多くする（熱交換器４内での汚泥滞留時間が短いために、結果として、熱交換時間が短い）ことにより、混合汚泥の熱による変質（例えば、熱的損傷）およびメタン菌等の古細菌の活性低下を抑制できるので、安定した汚泥の消化および計画量の消化ガス回収を図ることができる。また、大型の水蒸気ボイラを設置する必要がないので、有資格者による管理も不要である。
（７）循環管２内を流れる混合汚泥の流れの勢いを弱めることなく、混合汚泥を外筒４１内に通過させて熱交換を行うことができる熱交換器４を用いている。このため、循環ポンプ３の他に、熱交換器専用の汚泥循環ポンプを設ける必要がないので、その分、ポンプ動力を削減できる。嫌気性消化装置全体における、ポンプ動力の動力消費に占める割合は極めて高いため、ポンプ動力の削減は格段の省エネルギーとなると共に、エネルギーの回収率を高めることに大きく寄与する。
（８）従来のスパイラル型（図１６）や外筒パイプ型（図１４および図１５）の熱交換器は、熱交換器の被加熱媒体（汚泥）流通部単位容積当たりの伝熱壁面積を高める構造とすることで、１回の循環での被加熱媒体（汚泥）の昇温幅（熱交換前後の温度差）を高め、熱交換効率を高めていた。しかし、この場合、被加熱媒体（汚泥）の流路が狭く圧力損失が高くなるので、熱交換できる被加熱媒体（汚泥）は自ずと少流量（従来の消化槽汚泥の加温を目的とした場合であれば、例えば消化槽有効容積に対して１日当たり約０．５回程度の流量）とせざるを得なかった。このため、汚泥を循環する循環管に流れる、より大流量の汚泥（被加熱媒体）を加温する場合には、複数の熱交換器を並列に配列し、高楊程の循環ポンプを配設する必要があった。
これに対し、この実施の形態１による嫌気性消化装置では、汚泥が通過する外筒４１を循環管２よりも大径としたので、熱交換器４内の圧力損失を低く保ちながら（従来の汚泥循環に用いられる循環ポンプの仕様を変更する必要がなくなる）、消化槽１内の汚泥温度を目標温度（例えば、メタン菌の至適温度）まで調節できる程度に十分な熱交換面積（伝熱面積）を提供することができる。これにより、消化槽１内の汚泥を循環する循環管２に流れる、従来の熱交換器と比較して大流量の汚泥によって消化槽１内の温度を調節することが可能であるため、循環する汚泥の昇温幅を約０．５℃〜１℃の範囲に抑えることができる。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２による嫌気性消化装置の全体構成を模式的に示す部分断面図であり、図５は図４に示した嫌気性消化装置を示す平面図であり、図６は図４および図５に示した嫌気性消化装置の熱交換器の外部構造を示す斜視図であり、図７は図６に示した熱交換器の内部構造の一部を破断して示す斜視図であり、図８は図４乃至図７に示した熱交換器内の熱交換部材の配置構成を示す斜視図であり、図９は図４乃至図８に示した熱交換器の分解斜視図であり、図１０は図４乃至図９に示した熱交換器内での汚泥および熱媒体の流れの様子を模式的に示す斜視図であり、図１等と同一の構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。

この実施の形態２は、以下の点で、実施の形態１と異なる。
（１）熱交換器４の供給側外覆部材４３を、本体４６ａと供給側端フランジ４６ｂと熱媒体供給管４６ｃを備えた供給側外筒部材４６と、供給側内筒部材４７とから構成した点。
（２）熱交換器４の排出側外覆部材４４を、本体４８ａと排出側端フランジ４８ｂと熱媒体排出管４８ｃを備えた排出側外筒部材４８と、排出側内筒部材４９とから構成した点。
（３）熱交換器４の外筒４１の供給側の端部に外筒供給側端フランジ４１ｂを備え、排出側の端部に外筒排出側端フランジ４１ｃを備えた点。
（４）熱交換器４の熱媒体供給管４６ｃへの熱媒体流路と熱媒体排出管４８ｃからの熱媒体流路を切り替える開閉バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３およびＶ４を備えた流路切替器５を設けた点。
（５）循環管２の吐出側部分に、開閉バルブＶ５を設けた点。
（６）循環管２の吐出側部分のうち、熱交換器４と開閉バルブＶ５との間に、消化槽１内に開口する吐出口２１ａを有する分岐管２１を設け、この分岐管２１の途中に開閉バルブＶ６を設けた点。
（７）消化槽１の形状を断面亀甲形とし、その上部に、原汚泥を投入するための原汚泥投入管６と、混合汚泥から消化汚泥を脱離させて生じた分離液（脱離液）を排出するための脱離液流出管７を設けた点。
（８）消化槽１の底部に、消化汚泥を排出するための消化汚泥排出管８を設け、この消化汚泥排出管８の途中に開閉バルブＶ７を設けた点。
（９）熱交換部材４２として、大小２種類の熱交換部材４２ｘ、４２ｙを用いた点。

まず、熱交換器４における熱媒体の循環系について説明する。

供給側外筒部材４６と供給側内筒部材４７は、これら両部材を連結し一体化することで、供給側外覆部材４３を構成するとともに、実施の形態１における第一接続部材４５ａとしても機能する。供給側内筒部材４７の内側には、供給側外覆部材４３の汚泥流通部４３ｄおよび第一接続部材４５ａの汚泥流通部４５ｂが連続して形成され、供給側外筒部材４６と供給側内筒部材４７との間には、熱媒体供給室４３ｃが形成される。

供給側外筒部材４６は、図６、図７および図９に示すように、円筒状の本体４６ａと、この本体４６ａの一端側の外周面に設けられた供給側端フランジ４６ｂと、本体４６ａの外周面の一部に設けられた熱媒体供給管４６ｃとから概略構成されている。
本体４６ａは、外筒４１の外径より小さい寸法の外径を有しており、その内周面は、供給側外筒部材４６と供給側内筒部材４７との連結時に、熱媒体供給室４３ｃを形成する壁部の一部となる。
供給側端フランジ４６ｂは、外筒４１の外筒供給側端フランジ４１ｂとフランジ継手を行うための接合部である。
熱媒体供給管４６ｃは、熱媒体供給設備（図示せず）からの熱媒体を熱供給室４３ａ内に供給する。なお、熱媒体の流れを変更するときは、熱媒体供給管４６ｃは、熱媒体の排出を行う。この熱媒体の流路の切替えは、図５に示す流路切替器５により行われる。

供給側内筒部材４７は、その内部に供給側外覆部材４３の汚泥流通部４３ｄおよび第一接続部材４５ａの汚泥流通部４５ｂを形成し、且つ、供給側外筒部材４６との間に熱媒体供給室４３ａを形成するための部材であり、図７および図９に示すように、供給側円筒部５０と、供給側截頭錐体部５１と、供給側外覆部５２とから概略構成されている。

供給側円筒部５０は、円筒状の本体５０ａと、この本体５０ａの外周面の一端に形成された端フランジ５０ｂと、本体５０ａの外周面の中間位置に形成された中フランジ５０ｃと、この中フランジ５０ｃに形成されたエア抜き部５０ｄを備えており、実質的に、実施の形態１における第一接続部材４５ａの機能を有している。
本体５０ａは、外筒４１の汚泥流通部４１ａからの混合汚泥を循環管２内に円滑に送るため、循環管２の口径と同一寸法の内径を有している。
端フランジ５０ｂは、第一接続部材４５ａのように、循環管２とフランジ継手を行うための接合部である。このため、上記本体５０ａの内部は、実質的に、実施の形態１における第一接続部材４５ａの汚泥流通部４５ｂを構成する。
中フランジ５０ｃは、端フランジ５０ｂよりも大きく、且つ供給側外筒部材４６の本体４６ａの内径よりも僅かに小さい外径を有しており、その内面は、熱媒体供給室４３ｃを形成する壁部の一部である。
エア抜き部５０ｄは、熱媒体供給室４３ａの内圧が上昇したときに、熱媒体供給室４３ａの内部を大気に開放する安全装置である。エア抜き部５０ｄとしては、所定の内圧を検知して開口する開閉バルブであれば、特に限定されるものではなく、例えば、電磁弁や手動弁などの周知の弁が挙げられる。

供給側截頭錐体部５１は、略截頭錐体状をなしており、供給側円筒部５０の本体５０ａの内径と同一寸法の内径を有する供給側円筒部５０側の円筒状の最小径部分と、外筒４１の汚泥流通部４１ａの内径と同一寸法を有する内径を有する最大径部分と、最小径部分から最大径部分に至るまで徐々に拡径するテーパ部分を備えている。テーパ部分の内周面は、図１等に示す外筒４１の汚泥流通部４１ａの内周面に連続するように形成されている。また、そのテーパ部分には、熱交換部材４２の連通穴４２ｃと連絡する複数の供給側連通穴４３ｂが形成されている。なお、最小径部分とテーパ部分は、熱媒体供給室４３ｃを形成する壁部の一部である。
また、このような供給側截頭錐体部５１が供給側円筒部５０と同軸上に配されるように、供給側截頭錐体部５１の最小径部分の端部は、供給側円筒部５０の本体５０ａの外周面の一端に接合され、供給側截頭錐体部５１の最大径部分の端部は、供給側外覆部５２の内側に接合されている。
このため、供給側截頭錐体部５１内部は、供給側円筒部５０の本体５０ａ内部に連通する一方で、図１等に示す外筒４１の汚泥流通部４１ａとも連通する。つまり、供給側截頭錐体部５１のテーパ部分の内部は、供給側外覆部材４３の汚泥流通部４３ｄを構成している。これにより、その汚泥流通部４１ａを通過した混合汚泥は、供給側截頭錐体部５１のテーパ部分の内側（供給側外覆部材４３の汚泥流通部４３ｄ）および供給側円筒部５０の本体５０ａ（第一接続部材４５ａの汚泥流通部４５ｂ）内を経て、循環管２に移送される経路を辿る。その移送の際における圧力損失は、内径の異なる汚泥流通部４１ａと本体５０ａを連絡するテーパ部分を経由することで、低減される。

供給側外覆部５２は、供給側外筒部材４６の本体４６ａの内径よりも僅かに小さい外径を有する円筒体である。この供給側外覆部５２の内側には、複数の熱交換部材４２の供給側部分が配設され、外周面には、供給側外筒部材４６が外挿される。
ここで、図６、図７および図１０に示すように、供給側外覆部５２に供給側外筒部材４６が外挿されると、供給側内筒部材４７の供給側円筒部５０の本体５０ａおよび端フランジ５０ｂは、供給側外筒部材４６の本体４６ａ内から突出する。このとき、図７および図１０に示すように、供給側外筒部材４６の本体４６ａは、供給側内筒部材４７の供給側外覆部５２と供給側円筒部５０の中フランジ５０ｃとの間を覆うため、供給側外筒部材４６と供給側内筒部材４７との間には、外筒４１の内径よりも小さい最外径を有する略円環状の熱媒体供給室４３ａが形成される。熱媒体は、熱媒体供給管４６ｃから熱媒体供給室４３ａ内に供給され、熱交換部材４２の連通穴４２ｃおよび供給側截頭錐体部５１の供給側連通穴４３ｂを介して熱交換部材４２に送られる経路を辿る。
なお、この実施の形態１における媒体供給室４３ｃは、上述のように、供給側外筒部材４６の本体４６ａの内周面と、供給側円筒部５０の中フランジ５０ｃの内面と、供給側截頭錐体部５１の最小径部分およびテーパ部分とによって形成される。

排出側外筒部材４８と排出側内筒部材４９は、これら両部材を連結し一体化することで、排出側外覆部材４４を構成するとともに、実施の形態１における第二接続部材４５ｃとしても機能する。排出側内筒部材４９の内側には、排出側外覆部材４４の汚泥流通部４４ｄおよび第二接続部材４５ｃの汚泥流通部４５ｄが連続して形成され、排出側外筒部材４８と排出側内筒部材４９との間には、熱媒体排出室４４ｃが形成される。

排出側外筒部材４８は、上述した供給側外筒部材４６と同一の形状および寸法を有する部材であり、円筒状の本体４８ａと、この本体４８ａの一端側の外周面に設けられた排出側端フランジ４８ｂと、本体４６ａの外周面の一部に設けられた熱媒体排出管４８ｃとから概略構成されている。
本体４８ａは、外筒４１の外径より小さい寸法の外径を有しており、その内周面は、排出側外筒部材４８と排出側内筒部材４９との連結時に、熱媒体排出室４４ｃを形成する壁部の一部となる。
排出側端フランジ４８ｂは、外筒４１の外筒排出側端フランジ４１ｃとフランジ継手を行うための接合部である。
熱媒体排出管４８ｃは、熱媒体排出室４４ａ内の熱媒体を熱媒体供給設備（図示せず）へ還流させる。なお、熱媒体の流れを変更するときは、熱媒体排出管４８ｃは、熱媒体の供給を行う。この熱媒体の流路の切替えは、図５に示す流路切替器５により行われる。

排出側内筒部材４９は、その内部に汚泥流通部４３ｄおよび第二接続部材４５ｃの汚泥流通部４５ｄを形成し、且つ、排出側外筒部材４８との間に熱媒体排出室４４ａを形成するための部材であり、図７に示すように、排出側円筒部５３と、排出側截頭錐体部５４と、排出側外覆部５５とから概略構成されている。

排出側円筒部５３は、循環管２の口径と同一寸法の口径を有し、循環管２からの混合汚泥を、外筒４１の汚泥流通部４１ａ側に送るための円筒状の本体５３ａと、この本体５３ａの外周面の一端に形成された端フランジ５３ｂと、この端フランジ５３ｂよりも大きい外径を有し、本体５３ａの外周面の中間位置に形成された中フランジ５３ｃを備えており、実質的に、実施の形態１における第二接続部材４５ｃの機能を有している。
本体５３ａは、循環管２からの混合汚泥を外筒４１の汚泥流通部４１ａ内に円滑に送るため、循環管２の口径と同一寸法の内径を有している。
端フランジ５３ｂは、第二接続部材４５ｃのように、循環管２とフランジ継手を行うための接合部である。このため、上記本体５３ａの内部は、実質的に、実施の形態１における第二接続部材４５ｃの汚泥流通部４５ｄを構成する。
中フランジ５３ｃは、端フランジ５３ｂよりも大きく、且つ排出側外筒部材４８の本体４８ａの内径よりも僅かに小さい外径を有しており、その内面は、熱媒体排出室４４ｃを形成する壁部の一部である。

排出側截頭錐体部５４は、略截頭錐体状をなしており、排出側円筒部５３の本体５３ａの内径と同一寸法の内径を有する排出側円筒部５３側の円筒状の最小径部分と、外筒４１の汚泥流通部４１ａの内径と同一寸法を有する内径を有する最大径部分と、最小径部分から最大径部分に至るまで徐々に拡径するテーパ部分を備えている。テーパ部分の内周面は、図１等に示す外筒４１の汚泥流通部４１ａの内周面に連続するように形成されている。また、そのテーパ部分には、熱交換部材４２の連通穴４２ｃと連絡する複数の排出側連通穴４４ｂが形成されている。なお、最小径部分とテーパ部分は、熱媒体排出室４４ｃを形成する壁部の一部である。
また、このような排出側截頭錐体部５４が排出側円筒部５３と同軸上に配されるように、排出側截頭錐体部５４の最小径部分の端部は、排出側円筒部５３の本体５３ａの外周面の一端に接合され、排出側截頭錐体部５４の最大径部分の端部は、排出側外覆部５５の内側に接合されている。
このため、排出側截頭錐体部５４内部は、排出側円筒部５３の本体５３ａ内部に連通する一方で、図１等に示す外筒４１の汚泥流通部４１ａとも連通する。つまり、排出側截頭錐体部５４のテーパ部分の内部は、排出側外覆部材４４の汚泥流通部４４ｄを構成している。これにより、循環管２を流れてきた混合汚泥は、排出側円筒部５３の本体５３ａ（第二接続部材４５ｃの汚泥流通部４５ｄ）内および排出側截頭錐体部５４のテーパ部分の内側（排出側外覆部材４４の汚泥流通部４４ｄ）を経て、外筒４１の汚泥流通部４１ａ内に移送される経路を辿る。その移送の際における圧力損失は、内径の異なる本体５３ａと汚泥流通部４１ａを連絡するテーパ部分を経由することで、低減される。

排出側外覆部５５は、排出側外筒部材４８の本体４８ａの内径よりも僅かに小さい外径を有する円筒体である。この排出側外覆部５５の内側には、複数の熱交換部材４２の排出側部分が配設され、外周面には、排出側外筒部材４８が外挿される。
ここで、図６、図７および図１０に示すように、排出側外覆部５５に排出側外筒部材４８が外挿されると、排出側内筒部材４９の排出側円筒部５３の本体５３ａおよび端フランジ５３ｂは、排出側外筒部材４８の本体４８ａ内から突出する。このとき、図７および図１０に示すように、排出側外筒部材４８の本体４８ａは、排出側内筒部材４９の排出側外覆部５５と排出側円筒部５３の中フランジ５３ｃとの間を覆うため、排出側外筒部材４８と排出側内筒部材４９との間には、外筒４１の内径よりも小さい外径を有する略円環状の熱媒体排出室４４ａが形成される。熱媒体は、熱交換部材４２の連通穴４２ｃおよび排出側截頭錐体部５４の排出側連通穴４４ｂを介して、熱媒体排出室４４ａ内に流れ込み、熱媒体排出管４８ｃから排出される経路を辿る。
なお、この実施の形態１における媒体排出室４４ｃは、上述のように、排出側外筒部材４８の本体４８ａの内周面と、排出側円筒部５３の中フランジ５３ｃの内面と、排出側截頭錐体部５４の最小径部分およびテーパ部分とによって形成される。

熱交換器４の外筒４１は、図６、図９および図１０に示すように、その供給側の端部に外筒供給側端フランジ４１ｂを備え、排出側の端部に外筒排出側端フランジ４１ｃを備えている。上述のように、外筒供給側端フランジ４１ｂは、供給側外筒部材４６の供給側端フランジ４６ｂとフランジ継手を行うための接合部であり、外筒排出側端フランジ４１ｃは、排出側外筒部材４８の排出側端フランジ４８ｂとフランジ継手を行うための接合部である。このため、外筒４１は、その両端において、供給側外筒部材４６および排出側外筒部材４８との連結が可能である。

熱交換部材４２としては、図８に示すように、大小２種類の熱交換部材４２ｘ、４２ｙを用いている。熱交換部材４２ｘ、４２ｙの熱媒体供給側と熱媒体排出側とは、同一の形状および寸法を有しているので、図８では、混合汚泥が流入する熱媒体排出側のみを示し、混合汚泥が流出する熱媒体供給側の図示を省略している。
大型の熱交換部材４２ｘおよび小型の熱交換部材４２ｙは、いずれも共通して、排出側截頭錐体部５４のテーパ部分の内周面に接し、且つ連通穴４２ｃが形成された傾斜面と、この傾斜面に連続して形成され、且つ外筒４１内の汚泥流通部４１ａの内周面に接する一側面とを有している。
大型の熱交換部材４２ｘと小型の熱交換部材４２ｙとの相異は、以下の点である。
一つ目は、幅寸法（外筒４１の汚泥流通部４１ａの内周面からの長さ寸法）である。大型の熱交換部材４２ｘの傾斜面が小型の熱交換部材４２ｙの傾斜面よりも長くなっている。
二つ目は、連通穴４２ｃの設置数である。大型の熱交換部材４２ｘの長い傾斜面には、２つの連通穴４２ｃが形成されているのに対し、小型の熱交換部材４２ｙの短い傾斜面には、１つの連通穴４２ｃが形成されている。小型の熱交換部材４２ｙの連通穴４２ｃの汚泥流通部４１ａの内周面からの距離は、大型の熱交換部材４２ｘの２つの連通穴４２ｃのうち、汚泥流通部４１ａの内周面側の連通穴４２ｃと同一に設定されている。連通穴４２ｃの設置数は、排出側截頭錐体部５４のテーパ部分等によって形成される熱媒体排出室４４ｃ内に所定量の熱媒体を確実に送ることができるのであれば、特に限定されるものではない。
三つ目は、外筒４１内の汚泥流通部４１ａの中心に向く一側面の形状である。図８に示すように、小型の熱交換部材４２ｙの当該一側面は、その全体が外筒４１の軸方向に沿って平面状に形成されているのに対し、大型の熱交換部材４２ｘの当該一側面には、排出側円筒部５３の本体５３ａ側の近傍に曲面部４２ｄが形成され、それ以外の部分は、外筒４１の軸方向に沿って平面状に形成されている。この曲面部４２ｄは、循環管２からの混合汚泥の流れを外筒４１の汚泥流通部４１ａ内に導く際に、その流れを円滑にし、乱流の発生を防止するために形成されている。

ここで、図５を参照して、熱交換器４に対して熱媒体の循環方向を切り替える流路切替器５について説明する。
熱交換器４には、熱媒体供給設備（図示せず）から、熱媒体供給管４６ｃを介して熱媒体（温水）が供給される。熱媒体の流れは、熱交換器４の外筒４１の汚泥流通部４１ａ内の汚泥流れに対向するように供給されることで高効率に熱交換が行われる（対向流式）。また、循環管２内を流れる混合汚泥の流れを変更する場合においても、流路切替器５で熱媒体の循環方向を切り替えることで、対向流式を常に維持することが可能である。
流路切替器５は、熱媒体供給設備（図示せず）と熱媒体供給管４６ｃを連絡し、熱交換前の熱媒体（高温の温水）を供給する供給管Ｈと、この供給管Ｈに設けられた開閉バルブＶ２と、熱媒体供給設備（図示せず）と熱媒体排出管４８ｃを連絡し、熱交換後の熱媒体（低温の温水）を排出する排出管Ｌと、この排出管Ｌに設けられた開閉バルブＶ３と、開閉バルブＶ２よりも熱媒体供給管４６ｃ側の供給管Ｈと開閉バルブＶ３よりも熱媒体供給設備（図示せず）側の排出管Ｌを連絡する分岐管ＢＰ１と、この分岐管ＢＰ１に設けられた開閉バルブＶ４と、開閉バルブＶ２よりも熱媒体供給設備（図示せず）側の供給管Ｈと開閉バルブＶ３よりも熱媒体排出管４８ｃ側の排出管Ｌを連絡する分岐管ＢＰ２と、この分岐管ＢＰ２に設けられた開閉バルブＶ１とから概略構成されている。

熱媒体を順方向（通常の循環方向）に循環させる場合には、開閉バルブＶ１およびＶ４を「閉」とし、開閉バルブＶ２およびＶ３を「開」とする。このとき、熱媒体供給設備（図示せず）からの熱媒体は、供給管Ｈを流れて熱交換器４内に供給され、排出管Ｌから流出して熱媒体供給設備（図示せず）に戻る。また、熱媒体を順方向とは反対の逆方向に循環させる場合には、開閉バルブＶ１およびＶ４を「開」とし、開閉バルブＶ２およびＶ３を「閉」とする。このとき、熱媒体供給設備（図示せず）からの熱媒体は、供給管Ｈから分岐管ＢＰ２および排出管Ｌに至る経路を辿って熱交換器４内に供給され、供給管Ｈから分岐管ＢＰ１および排出管Ｌに至る経路を辿って熱媒体供給設備（図示せず）に戻る。

次に、消化槽１内の混合汚泥の循環系について説明する。

消化槽１は、図４に示すように、断面亀甲形を有しており、その上部には、原汚泥を投入するための原汚泥投入管６と、混合汚泥から消化汚泥を脱離させて生じた分離液（脱離液）を排出するための脱離液流出管７が設けられている。また、消化槽１の底部には、消化汚泥を排出するための消化汚泥排出管８が設けられ、この消化汚泥排出管８の途中には開閉バルブＶ７が設けられている。

循環管２の吸引口２ａは、消化槽１内の上部において上方（垂直上方向）に向けて開口し、且つその開口端が拡径している。このため、消化槽１内の上部を循環する混合汚泥を効率よく集めることができ、その吸引力によって、吸引口２ａに向けて上昇流が形成される。また、循環管２の吐出口２ｂは、消化槽１内の最下部において下方（垂直下方向）に向けて開口し、且つその開口端が拡径している。このため、循環管２の吐出口２ｂから吐出された混合汚泥を断面亀甲形の消化槽１内の底部傾斜面に沿って上昇する循環流（下方から上方に向う垂直方向の汚泥循環）とすることができる。
また、循環管２の吐出側部分のうち、熱交換器４と吐出口２ａとの間には、開閉バルブＶ５が設けられ、熱交換器４と開閉バルブＶ５との間には、消化槽１内の中部において消化槽１の内周壁に沿って水平方向に開口する吐出口２１ａを有する分岐管２１が設けられ、この分岐管２１の途中には、開閉バルブＶ６が設けられている。

次に、動作について説明する。
循環ポンプ３の吐出側が熱交換器４側となるように駆動器３１を正転方向に駆動させる場合、開閉バルブＶ５を「開」とし、開閉バルブＶ６を「閉」とすることにより、吸引口２ａから混合汚泥を吸引し、その吸引口２ａに向けて上昇流を形成させ、その吸引口２ａから吸引された混合汚泥を吐出口２ｂから吐出させ、その吐出された混合汚泥により消化槽１内の下部に上昇流を発生させることができる。逆に、開閉バルブＶ５を「閉」とし、開閉バルブＶ６を「開」とすることにより、吸引口２ａから吸引された混合汚泥を分岐管２１経由で吐出口２１ａから吐出させ、その吐出された混合汚泥により消化槽１の内周壁に沿って周回する水平流を発生させることができる。さらに、開閉バルブＶ５および開閉バルブＶ６の双方を「開」とすることにより、吸引口２ａから吸引された混合汚泥を吐出口２ｂおよび吐出口２１ａの双方から吐出させ、吐出口２ｂからの混合汚泥により消化槽１内の下部に上昇流を発生させ、吐出口２１ａからの混合汚泥により消化槽１内の中部に水平流を発生させることができる。
このように駆動器３１を正転方向に駆動させて、消化槽１内の混合汚泥を循環させる場合、流路切替器５により、開閉バルブＶ１およびＶ４を「閉」とし、開閉バルブＶ２およびＶ３を「開」とした状態で熱媒体を、混合汚泥が通過する熱交換器４内に循環させることで、混合汚泥を加温する。加温された混合汚泥が消化槽１内に吐出されることで、消化槽１内の混合汚泥が撹拌混合されると共に適温（例えば、メタン菌の至適温度）に管理される。

一方、循環ポンプ３の吸引側が熱交換器４側となるように駆動器３１を逆転方向に駆動させる場合、開閉バルブＶ５を「開」とし、開閉バルブＶ６を「閉」とすることにより、吐出口２ｂから混合汚泥を吸引し、その吐出口２ｂに向けて下降流を形成させ、その吐出口２ｂから吸引された混合汚泥を吸引口２ａから吐出させ、その吐出された混合汚泥により消化槽１内の上部に下降流を発生させることができる。逆に、開閉バルブＶ５を「閉」とし、開閉バルブＶ６を「開」とすることにより、吐出口２１ａから吸引し、その吐出口２１ａに向けて水平流を形成させ、その吐出口２１ａから吸引された混合汚泥を分岐管２１経由で吸引口２ａから吐出させ、その吐出された混合汚泥により消化槽１内の上部に下降流を発生させることができる。さらに、開閉バルブＶ５および開閉バルブＶ６の双方を「開」とすることにより、吐出口２ｂおよび吐出口２１ａの双方から混合汚泥を吸引し、その吐出口２ｂおよび吐出口２１ａに向けて上昇流や水平流を形成させ、その吸引された混合汚泥を吸引口２ａから吐出させ、その吐出された混合汚泥により消化槽１内の上部に下降流を発生させることができる。
このように駆動器３１を逆転方向に駆動させて、消化槽１内の混合汚泥を循環させる場合、
流路切替器５により熱媒体の流路を切り替えて、開閉バルブＶ１およびＶ４を「閉」とし、開閉バルブＶ２およびＶ３を「開」とした状態で熱媒体を、混合汚泥が通過する熱交換器４内に循環させることで、混合汚泥を加温する。加温された混合汚泥が消化槽１内に吐出されることで、消化槽１内の混合汚泥が撹拌混合されると共に適温（例えば、メタン菌の至適温度）に管理される。

循環管２内を流れる混合汚泥の流れを変更する場合としては、例えば、汚泥や異物（毛髪等、熱交換部材４２に絡みつきやすい形状の異物）の熱交換器４内での付着や堆積の防止を目的とし、いわゆる「汚泥詰まり」が生じないようにするための熱交換器４の保全などの場合がある。このような場合においても、消化槽１内の混合汚泥の循環を停止することなく、また、熱交換器４の分解清掃を行うことなく、汚泥の流れ方向と熱媒体の流れ方向が対向した運転を継続することが可能となり、効率の良い昇温を維持しながら、嫌気性消化反応を進行し続けることができる。

このような嫌気性消化反応の進行によって、混合汚泥から消化汚泥を脱離させて生じた分離液（脱離液）は、脱離液流出管７から消化槽１外に排出され、消化汚泥は消化汚泥排出管８から消化槽１外に排出され、消化ガスは消化槽１の上部から排出される。また、消化反応に適した温度まで混合汚泥が加温され、且つ消化反応が嫌気性消化槽内の全体で均一に行われるので、消化汚泥として排出される処理汚泥中の未消化汚泥の混入率が低下し、計画量の消化ガスを回収できる。

なお、この実施の形態２では、異なる寸法および形状を有する複数の熱交換部材４２として、大小２種類の熱交換部材４２ｘ、４２ｙを用いた場合について本発明を適用したが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示したように、同一の寸法および形状を有する複数の熱交換部材４２を用いてもよい。
また、この実施の形態２では、吐出口２１ａを消化槽１の水平方向に開口させた場合について本発明を適用したが、吐出口２１ａの開口方向は水平方向に限らず、消化槽１の形状や吐出口２１ａからの汚泥吐出量などを考慮して消化槽１内の汚泥が十分に混合撹拌される向きとすることが好ましい。
また、この実施の形態２では、循環管２に分岐管２１を設けることで、実質的に、循環管２の吐出側部分（吐出管）を２つ設けた場合について本発明を適用したが、その吐出管を３以上設けてもよい。また、循環管２の吸引側部分（吸引管）を２つ以上設けてもよい。

この実施の形態２によれば、実施の形態１による作用効果に加えて、次のような優れた作用効果を奏することができる。
（１）循環管２が、消化槽１内の上部で上方に向けて開口する吸引口２ａと、消化槽１内の下部で下方に向けて開口する吐出口２ｂと、消化槽１内の中部で水平方向に向けて開口する分岐管２１の吐出口２１ａを有する構成としたことにより、消化槽１内の上部の混合汚泥が吸引口２ａから取り込まれ、熱交換器４で約０．５℃〜１℃の昇温幅で加温され、吐出口２ｂから吐出される場合には、消化槽１内に縦方向（垂直下方向）の流れを形成し、吐出口２１ａから吐出される場合には、消化槽１内に水平方向の流れを形成することができる。このような様々な流れを形成することができるので、消化槽１内の混合汚泥の撹拌混合や温度の管理を適切に行うことができる。このため、消化槽１内の混合汚泥中の温度分布ムラや薬品等の混合ムラを抑制できる。
（２）このように、循環ポンプ３によって勢いよく循環管２内を流れる混合汚泥をその流れの勢いを弱めることなく外筒４１内を通過させて、複数の熱交換部材４２ｘおよび４２ｙとの接触で効率よく加温した上で、消化槽１内に勢いよく還流させ、消化槽１内の全体に行渡る循環流を形成することができるので、例えば、消化槽１の有効容積に対して１日当たり約４〜１２回の循環量に相当する大流量の混合汚泥を熱交換器４内に流通させて循環させることができる。このため、原汚泥の投入量（負荷）が増大した場合でも、その原汚泥に対する嫌気性消化反応を確実に進行させることができる。
（３）熱交換器４に流路切替器５を併設した構成としたことにより、混合汚泥の流れの方向が変更されても、熱媒体を混合汚泥の流れに対して常に向流で流すことができ、熱交換の効率が良い対向流式を維持することができる。

実施の形態３．
図１１は本発明の実施の形態３による嫌気性消化装置に用いられる熱交換器内の熱交換部材の配置構成を示す断面図であり、図１２は図１１に示した熱交換部材の連通穴の配置構成を熱媒体供給側から示す部分断面図であり、図１等と同一の構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。

この実施の形態３は、大型の熱交換部材４２ｘと小型の熱交換部材４２ｙに加えて、中型の熱交換部材４２ｚを用いた点で、実施の形態２と異なる。
中型の熱交換部材４２ｚは、図１１および図１２に示すように、その幅寸法（外筒４１の汚泥流通部４１ａの内周面からの長さ寸法）が大型の熱交換部材４２ｘと小型の熱交換部材４２ｙの中間の寸法を有している。また、小型の熱交換部材４２ｙは、中型の熱交換部材４２ｚ間および大型の熱交換部材４２ｘと中型の熱交換部材４２ｚとの間に配設されている。このような３種類の熱交換部材４２ｘ、４２ｙおよび４２ｚの配置構成では、外筒４１の汚泥流通部４１ａ内の中心側の空間を主に大型の熱交換部材４２ｘが占め、その間を主に小型の熱交換部材４２ｙと中型の熱交換部材４２ｚが占めるようになっている。これにより、汚泥流通部４１ａ内に、ほぼ均等の間隔をもって熱交換部材４２ｘ、４２ｙおよび４２ｚを配設することが可能になるため、汚泥流れを必要以上に妨げず圧力損失の増加や汚泥・異物による閉塞の発生を防止することができる。
また、図１２に示すように、中型の熱交換部材４２ｚの両端には、大型の熱交換部材４２ｘと同様の間隔で、２つの連通穴４２ｃが形成され、汚泥流通部４１ａの内周面からの距離も同一に設定されている。なお、中型の熱交換部材４２ｚには、大型の熱交換部材４２ｘと同様に曲面部が形成されてもよい。

この実施の形態３によれば、熱交換部材４２を３種類の熱交換部材４２ｘ、４２ｙおよび４２ｚで構成したことにより、汚泥流れを必要以上に妨げず圧力損失の増加や汚泥・異物による閉塞の発生を防止することができる一方で、熱交換面積（伝熱面積）を高め、熱交換の効率を向上させることができる。

実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４による嫌気性消化装置の全体構成を模式的に示す部分断面図であり、図１等と同一の構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。

この実施の形態４は、ガスによる混合汚泥の撹拌混合および加温を行う嫌気性消化装置であり、具体的には、以下の点で、実施の形態２と異なる。
（１）略断面亀甲形の消化槽１の縦方向の長さ寸法が、実施の形態２における消化槽１よりも大きく設定され、縦長になっている点。
（２）消化槽１内にエアリフトポンプ１３を設け、実施の形態２における、混合汚泥を圧送するタイプの循環ポンプ３を設けていない点。

消化槽１内の中央部には、上部開放部９ａと下部開口部９ｂを有し、消化槽１の水面上から消化槽１の底部近傍まで達する縦寸法を有するドラフトチューブ９が設けられている。このドラフトチューブ９の上部には、その上部開口部分に接続する略円筒状のドラフトチューブ接続部１０ａと、このドラフトチューブ接続部１０ａから水面下で分岐し、循環管２の吸引口２ａと接続する略円筒状の循環管接続部１０ｂを有する分岐部材１０が設けられている。また、消化槽１の上部空間内で開口する消化ガス吸引口１１ａと、消化槽１内のドラフトチューブ９の下部に接続し、そのドラフトチューブ９内の下方で開口する消化ガス吐出口１１ｂを有し、消化槽１外を延在する消化ガス循環管１１が設けられている。この消化ガス循環管１１の途中には、消化槽１内の上部の水面上に浮上した消化ガスを消化ガス吸引口１１ａで吸引し、消化ガス吐出口１１ｂからドラフトチューブ９内に吐出する消化ガス循環器１２が設けられている。
これらドラフトチューブ９と分岐部材１０と消化ガス循環管１１と消化ガス循環器１２とは、循環管２に設けられ、消化槽１内の混合汚泥を移送するエアリフトポンプ（循環ポンプ）１３を構成している。
なお、消化ガス循環器１２は、消化ガス（例えば、メタンガス）への引火を防止する防爆構造となっている。また、消化槽１には、原汚泥投入管、脱離液流出管および消化汚泥排出管が配設されているが、いずれも図示を省略している。

循環管２の吸引口２ａは、消化槽１内の上部に配設された分岐部材１０の循環管接続部１０ｂに接続し、吐出口２ｂは、消化槽１内の下部であって、ドラフトチューブ９の下部開口部９ｂより上方で、水平方向に向けて開口している。このような循環管２は、縦長の消化槽１の外壁部に沿って上下方向に配管されるので、吸引口２ａと吐出口２ｂとの高低差により、循環管２内の混合汚泥に対して、重力による自然流下作用が働く。また、熱交換器４は、吸引口２ａの高さよりも低く、吐出口２ｂの高さより高い位置で循環管２に配設されている。

次に、動作について説明する。
消化槽１内で嫌気性消化反応が進行すると、消化槽１内の上部の水面上に消化ガスが浮上する。その消化ガスは、消化ガス循環器１２の作動により、消化ガス循環管１１の消化ガス吸引口１１ａで吸引され、消化ガス循環器１２を経て消化ガス循環管１１の消化ガス吐出口１１ｂからドラフトチューブ９内に吐出される。吐出された消化ガスは、その浮力によって、ドラフトチューブ９内を勢いよく上昇する。この消化ガスのエアリフト効果によって、消化槽１内の底部の混合汚泥がドラフトチューブ９の下部開口部９ｂから吸引され、ドラフトチューブ９を上昇する。分岐部材１０まで揚水された混合汚泥は、そのままドラフトチューブ９の上部開放部９ａから勢いよく溢れ、再びドラフトチューブ９を下降して循環流となる。
一方、分岐部材１０まで揚水された混合汚泥のうち、分岐部材１０の循環管接続部１０ｂおよび吸引口２ａから循環管２内に移行した混合汚泥は、熱交換器４の外筒４１の汚泥流通部４１ａに導入され、約０．５℃〜１℃程度の昇温幅で加温される。加温された混合汚泥は、循環管２の吐出口２ｂから消化槽１内で水平方向に吐出され、ドラフトチューブ９の下部開口部９ｂから吸引されて消化槽１内で循環流となる。

この実施の形態４によれば、実施の形態２と同様に、圧力損失の低い大流量の混合汚泥を流通させて約０．５℃〜１℃程度の昇温幅で加温できる熱交換器４を配設しているので、エアリフトポンプ１３のような大流量で低揚程のポンプを利用しても、消化槽１内の混合汚泥を循環し、且つ約０．５℃〜１℃程度の昇温幅で加温して混合汚泥の温度や質を均一に維持し、嫌気性消化反応を効率よく進行させることができる。

なお、上記実施の形態１乃至４では、熱交換器４の熱媒体（約６０℃から８０℃の温水）の流れと循環管２内を通過する混合汚泥の流れを対向流とした場合について本発明を適用したが、これに限定されるものではなく、大流量の混合汚泥を約０．５℃〜１℃程度の昇温幅で加温できる方式であれば、例えば、他の方式を採用してもよい。熱媒体として８０℃を超える比較的高温の温水や水蒸気を用いる場合に熱交換効率のよい対向流式で熱交換を行うと、混合汚泥の昇温幅が大きくなり、混合汚泥に熱的損傷を与える可能性がある。このため、８０℃を超える熱媒体を用いる場合には、汚泥の熱的損傷に至る懸念がある高温であれば、熱交換効率が対向流式よりも低い並流式で熱交換を行ってもよい。

表１は、本発明に係る嫌気性消化装置（実施例１乃至３）と、従来の嫌気性消化装置（比較例１乃至３）とのポンプ動力を比較した例示である。

実施例１乃至３では、いずれも、図４乃至図１０に示した、圧力損失が低く、しかも熱交換効率の高い熱交換器４を備えた実施の形態２による嫌気性消化装置を用いて汚泥の嫌気性消化処理を行った。実施例１乃至３に用いた嫌気性消化装置では、熱交換器４を通過する際の汚泥の圧力損失が低いため、消化槽内撹拌用の汚泥循環ポンプ（循環ポンプ３に相当）のみで汚泥循環を賄うことができるので、従来の嫌気性消化装置において必要であった熱交換用の汚泥循環ポンプを用いていない。また、比較例１乃至３では、いずれも、図１６に示した従来のスパイラル型の熱交換器７０を備え、且つ、消化槽内撹拌用の汚泥循環ポンプおよび熱交換用の汚泥循環ポンプの両方を備えた従来の嫌気性消化装置を用いた汚泥の嫌気性消化処理を行った。
実施例１と比較例１、実施例２と比較例２、および、実施例３と比較例３は、相互に比較対象である。各比較対象同士の消化槽の容量（ｍ^３）、消化槽内撹拌用の汚泥循環ポンプ（循環ポンプ３に相当）の撹拌機動力（ｋＷ）、熱交換器内の伝熱面積（ｍ^２）、および、熱交換器へ熱媒体を給排する温水循環ポンプの流速（ｍ^３／分）、機動力（ｋＷ）については、表１に示すように、同等のものを用いた。また、消化槽内撹拌用の汚泥循環ポンプ（循環ポンプ３に相当）を配設した循環管の口径についても、同等のものを用いた。

表１から明らかなように、実施例１と比較例１との総動力差（ｋＷ）は１３．７ｋＷであり、実施例１は比較例１よりも約６７．９％のポンプ動力削減を図ることができ、実施例２と比較例２との総動力差（ｋＷ）は１５．０ｋＷであり、実施例２は比較例２よりも約５７．３％のポンプ動力削減を図ることができ、実施例３と比較例３との総動力差（ｋＷ）は２２．０ｋＷであり、実施例３は比較例３よりも約５９．９％のポンプ動力削減を図ることができたことが分かる。この結果から、本発明に係る嫌気性消化装置（実施例１乃至３）は、従来の嫌気性消化装置（比較例１乃至３）よりも省エネルギーであると共にエネルギー回収率の増大に寄与していることになる。

また、実施例１乃至３、および、比較例１乃至３では、いずれも、同一の外気温の条件下で、消化槽内の汚泥の目標温度を、メタン菌（中温菌）の至適温度（約３７℃）に設定し、熱媒体として６０℃の温水を用い、ｐＨを調整しながら、同種の原汚泥に対する嫌気性消化反応を行った。実施例１乃至３では、１回の循環で、約０．５℃の昇温幅で加温でき、消化槽有効容積に対して１日当たり約４〜１２回の循環量に相当する大流量の混合汚泥を循環させることができ、消化槽内全体の混合汚泥の温度を目標温度であるメタン菌の至適温度（約３７℃）に調整し、混合汚泥のｐＨをメタン菌の至適ｐＨに調整することができた。これに対し、比較例１乃至３では、１回の循環での昇温幅が約５℃となり、消化槽有効容積に対して１日当たり約０．５回の流量の混合汚泥を循環させるに止まり、消化槽内の混合汚泥に温度分布が生じ、目標温度であるメタン菌の至適温度（約３７℃）に調整できず、混合汚泥のｐＨをメタン菌の至適ｐＨに調整することができなかった。また、このような嫌気性消化反応により消化汚泥として得られた処理汚泥中の未消化汚泥の混入率では、実施例１乃至３が比較例１乃至３よりも格段に低かった。さらに、得られた消化ガスの回収量では、実施例１乃至３が比較例１乃至３よりも格段に多かった。

本発明に係る熱交換器は、嫌気性消化装置において、消化槽内の混合汚泥を加温するために用いられるが、このような嫌気性消化装置への適用に限定されるものではなく、必要に応じて、好気性生物処理装置などの汚泥処理装置への適用も可能である。

１ 嫌気性消化槽，
２ 循環管， ２ａ 吸引口， ２ｂ 吐出口，
２１ 分岐管， ２１ａ 吐出口，
３ 循環ポンプ， ３０ スクリュー， ３０ａ 回転軸， ３０ｂ 回転羽根，
３１ 駆動器，
４ 熱交換器， ４１ 外筒，
４１ａ 汚泥流通部， ４１ｂ 外筒排出側端フランジ，
４１ｃ 外筒供給側端フランジ，
４２ 熱交換部材，
４２ａ 熱媒体流通部， ４２ｂ 伝熱部， ４２ｃ 連通穴，
４２ｄ 曲面部，
４２ｘ 大型の熱交換部材， ４２ｙ 小型の熱交換部材，
４２ｚ 中型の熱交換部材，
４３ 供給側外覆部材，
４３ａ 熱媒体供給室， ４３ｂ 供給側連通穴， ４３ｃ 熱媒体供給口，
４３ｄ 汚泥流通部，
４４ 排出側外覆部材，
４４ａ 熱媒体排出室， ４４ｂ 排出側連通穴， ４４ｃ 熱媒体排出口，
４４ｄ 汚泥流通部，
４５ａ 第一接続部材， ４５ｂ 汚泥流通部，
４５ｃ 第二接続部材， ４５ｄ 汚泥流通部，
４６ 供給側外筒部材，
４６ａ 本体， ４６ｂ 供給側端フランジ， ４６ｃ 熱媒体供給管，
４７ 供給側内筒部材， ４８ 排出側外筒部材，
４８ａ 本体， ４８ｂ 排出側端フランジ， ４８ｃ 熱媒体排出管，
４９ 排出側内筒部材， ５０ 供給側円筒部，
５０ａ 本体， ５０ｂ 端フランジ， ５０ｃ 中フランジ，
５０ｄ エア抜き部，
５１ 供給側截頭錐体部， ５２ 供給側外覆部，
５３ 排出側円筒部， ５３ａ 本体， ５３ｂ 端フランジ，
５３ｃ 中フランジ，
５４ 排出側截頭錐体部， ５５ 排出側外覆部，
５ 流路切替器，
Ｈ 供給管， Ｌ 排出管， ＢＰ１，ＢＰ２ 分岐管，
６ 原汚泥投入管， ７ 脱離液流出管， ８ 消化汚泥排出管，
９ ドラフトチューブ， ９ａ 上部開放部， ９ｂ 下部開口部，
１０ 分岐部材，
１０ａ ドラフトチューブ接続部， １０ｂ 循環管接続部，
１１ 消化ガス循環管，
１１ａ 消化ガス吸引口， １１ｂ 消化ガス吐出口，
１２ 消化ガス循環器，
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７ 開閉バルブ，
１３ エアリフトポンプ，
６０ 外筒パイプ型の熱交換器，
６１ 本体， ６２ 汚泥流入室， ６２ａ 汚泥流入口，
６３ 汚泥流出室， ６３ａ 汚泥流出口，
６４ 汚泥流路， ６５ 伝熱壁，
６６ 熱媒体流路， ６６ａ 熱媒体供給口， ６６ｂ 熱媒体排出口，
７０ スパイラル型の熱交換器，
７１ 円筒管， ７２ 伝熱壁，
７３ 汚泥流路， ７３ａ 汚泥流入口， ７３ｂ 汚泥流出口，
７４ 熱媒体流路， ７４ａ 熱媒体流入口， ７４ｂ 熱媒体流出口

Claims (10)

1. 投入された原汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化槽、
   該嫌気性消化槽内で開口する吸引口と吐出口を有し、
   前記嫌気性消化槽外に延在する循環管、
   該循環管に設けられ、前記嫌気性消化槽内の混合汚泥を
   移送する循環ポンプ、
   および
   前記循環管に設けられ、前記混合汚泥を加温する熱交換器、
   を備えた嫌気性消化装置において、
   前記熱交換器は、
   混合汚泥が通過する外筒と、
   該外筒内に複数設けられた中空の熱交換部材と、
   前記外筒の一端の周面を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体供給室を
   形成する供給側外覆部材と
   を備え、
   前記熱交換部材と前記熱媒体供給室とが連通しており、
   前記熱交換部材は、
   中空の長板状部材であって熱媒体を内部に流通する熱媒体流通部と、
   該熱媒体流通部を内部に形成する伝熱部と、を備え、
   前記伝熱部は、その長さ方向の両端の両側面がいずれも傾斜または曲面形状となっており、前記外筒の内周面に片固定されている
   ことを特徴とする嫌気性消化装置。
2. 前記熱交換器は、
   前記外筒の他端の周面を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体排出室を
   形成する排出側外覆部材を備え、
   前記熱交換部材と前記熱媒体排出室とが連通している
   ことを特徴とする請求項１に記載の嫌気性消化装置。
3. 前記熱交換器に用いる熱媒体は、６０℃〜８０℃の温水である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の嫌気性消化装置。
4. 前記循環ポンプおよび前記熱交換器は、
   前記嫌気性消化槽外に配設されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の嫌気性消化装置。
5. 前記循環管は、
   垂直方向に開口する吸引口が設けられた１つまたは２つ以上の吸引管と、
   水平方向に開口する吐出口が設けられた１つまたは２つ以上の吐出管と
   を備えている
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の嫌気性消化装置。
6. 汚泥が通過する外筒と、
   該外筒内に複数設けられた中空の熱交換部材と、
   前記外筒の一端の周面を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体供給室を
   形成する供給側外覆部材と
   を備え、
   前記熱交換部材と前記熱媒体供給室とが連通しており、
   前記熱交換部材は、
   中空の長板状部材であって熱媒体を内部に流通する熱媒体流通部と、
   該熱媒体流通部を内部に形成する伝熱部と、を備え、
   前記伝熱部は、その長さ方向の両端の両側面がいずれも傾斜または曲面形状となっており、前記外筒の内周面に片固定されている
   ことを特徴とする熱交換器。
7. 前記外筒の他端の周面を覆い、熱媒体を受け入れる熱媒体排出室を
   形成する排出側外覆部材を備え、
   前記熱交換部材と前記熱媒体排出室とが連通している
   ことを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
8. 熱媒体は、６０℃〜８０℃の温水である
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記循環管は、
   前記消化槽内の上部で開口する吸引口および前記消化槽内の下部で開口する吐出口を除き、前記消化槽外に延在しており、
   該延在する部分の循環管は、Ｕ字状をなしており、前記循環ポンプが配設される流路方向反転部分と、該流路方向反転部分よりも吐出口側の、前記熱交換器が配設される部分は、直線状をなしている、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の嫌気性消化装置。
10. 請求項１から５または９のいずれかに記載の嫌気性消化装置の制御方法であって、
    前記熱交換器に用いる熱媒体に、６０℃〜８０℃の温水を用い、
    前記嫌気性消化装置を、１回の循環での前記混合汚泥の昇温幅を１℃以下とするように、前記循環ポンプおよび前記熱交換器を制御する、ことを特徴とする、制御方法。

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