JP6744012B2 - 改善された蒸発乾燥のための装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、物質を乾燥させるための装置及び方法に関し、特に汚泥の蒸発乾燥に関するが、これに限定されるものではない。
本発明の背景に関する以下の説明は、本発明を理解しやすくすることが意図されている。しかし、この説明は、参照されるいずれかの材料が本願の優先日においていずれかの法域で公開済みであり、既知であり、又は一般常識の一部であったことに同意又は承認するものではないことを理解されたい。
汚泥とは、半固形スラリーであり、半固形スラリーは、下水汚泥、バイオガス残留物、製紙汚泥、並びに食品汚泥及び飲料汚泥を含むが、これらに限定されるものではない。汚泥の変形形態には、重金属、毒素、汚染物質、及び病原体が含まれる可能性がある。したがって、汚泥が廃棄される前に適切に処理されなければ、病気の蔓延、重金属中毒、及び環境被害のリスクが高まる。廃水処理工場で生成される下水汚泥又は廃水汚泥の処理は、通常以下のステップ、即ち濃化、脱水、及び乾燥を含む。熱で乾燥させることにより、汚泥の水分が除去され、病原体を破壊し、毒素を中和することができる。水分を除去し、汚泥を乾燥させるために熱を利用すると、下流での処理/廃棄のために、乾燥した汚泥を安全かつ容易に取り扱うことができるようになる。
汚泥を乾燥させるためのいくつかの方法が開発されており、これらの方法には、対流による乾燥方法、放射による乾燥方法、及び間接的な(接触又は伝導による)乾燥方法が含まれるが、これらに限定されるものではない。対流方式では、加熱された乾燥空気が、ドラム式乾燥機又はベルト乾燥機における汚泥と接触するようになっている。放射方式では、発熱体によって放射される熱が、汚泥を乾燥させるために使用される。この場合、このような熱は、太陽放射線又は赤外線発熱体に由来してもよい。間接的な方式では、汚泥が、乾燥のため、熱源によって加熱された表面と接触するようになっている。
米国特許第5,091,079号明細書は、汚泥、特に重金属を含有するこれらの汚泥を減少させるために熱を誘導する2つのオーブンと、減少しつつある汚泥からガス及び蒸気を引き出す真空排気室とを使用する装置を開示しており、ここでは汚泥が、単一のコンベヤベルトに沿って装置を通って流れる。
韓国特許第10−1005086号明細書、及び韓国特許第10−0976243号明細書は、汚泥を乾燥させるために加熱されたローラ又はドラムを使用する汚泥乾燥装置を開示している。熱媒体として熱媒油が使用されており、熱媒油はローラの内側にポンプで注入され、ローラの内周面に熱を伝導する。その後、伝導された熱はローラの外周面に伝わり、外周面に対して、乾燥中の汚泥がベルトによって圧縮される。これらの乾燥装置にはいくつかの欠点がある。第1に、熱は、汚泥がローラに接触している側から他の側に向かって伝導されるが、この場合、水分及び蒸発した蒸気は、ローラの表面が熱媒油の漏出を防止するために不透性/非多孔性であるため、表面から逃れるために厚みのある汚泥を横切って移動しなければならない。したがって、汚泥の片側でしか熱が伝導されない方式と、汚泥の片側から他の側に水分及び蒸気が逃れるルートが比較的長いこととにより、処理される汚泥の厚さが制限される。第2に、熱のいかなる損失分をも補うために、ローラからボイラ/ヒータに継続的に、熱媒油を再循環させなければならない。このような再循環中、汚泥を乾燥させるために使用されるわけではない、熱媒油の配管、ボイラ/ヒータ、及びローラ部分に沿った固有の熱の損失が生じ、これがエネルギーの非効率性につながる。
第3に、ボイラ/ヒータ、温熱管、及び熱媒油を循環させるための大きなポンプは、装置全体に対して大きな設置面積を占める結果になる。第4に、単一のローラによる構成、又は複数のローラによる構成では、熱媒油は通常、同じ源、即ち単一のボイラから引かれている。したがって、乾燥温度を正確に制御することができず、乾燥温度は個々の乾燥段階で変動する。第5に、加熱温度は、熱媒油の最大動作温度までに制限される。最後に、室温から所望の乾燥温度にまで装置を暖めるには、かなりの時間(約1時間)が必要である。また、装置が依然として高温である間に整備作業及び修繕作業を行うことは危険なため、装置を十分に冷却するためにかなりの時間が必要になり、冷却されて100℃になるまでには通常3時間超かかる。
したがって、従来技術の装置における乾燥作業の効率を上げ、処理される汚泥の水分をさらに減らし、最終製品の品質を向上させ、従来の装置の設置面積を減少させ、かつ加熱及び冷却のために必要とされる時間を改善するといったように、従来技術における問題を軽減する必要がある。
本明細書を通して別段の指示がない限り、「備える」「からなる」等の用語は、網羅的ではないものとして、即ち言い換えれば、「含むが限定されるものではない」ということを意味するものとして解釈されるべきである。
本発明による装置により、上述の必要が少なくとも部分的には満たされ、当該技術における改良がなされる。
本発明の第1の態様によれば、物質を乾燥させるための装置であって、中心軸線を中心として回転可能な少なくとも1つのローラと、第1の面及び第2の面を有する第1のベルトであり、第1のベルトの第1の面が物質を受けるようになっている、第1のベルトと、第1のベルトに熱を誘導して物質を加熱するように構成された複数の熱誘導素子とを備え、動作中、第1のベルトが、第1のベルトの第1の面によって、物質をローラの外周面の一部分に向けて圧迫し、物質が加熱されて物質から流体が除去される装置が存在する。
誘導発熱体が第1のベルトを加熱するために配置されることにより、第1のベルトの第1の面と接触している部分の物質を、他の部分の物質よりも速く加熱することができ、したがって、水分及び蒸気が逃れるためのより短いルートが生み出される。これは、第1のベルトと同じ側に配置された水分及び蒸気が、最初に蒸発し、毛管圧により、さらなる水分及び水をその面に引き入れるためである。また、ベルトがローラの外周面の一部分に対して汚泥を圧縮するにつれて、汚泥にかかる圧力が増加する。これにより、加熱されたベルトと接触している汚泥はますます小さくなり、表面積が大きくなる。結果として、水分及び水が、従来技術による装置を用いる場合よりもはるかに速く蒸発する。その上、より厚みのある汚泥を処理することができ、これにより処理能力が増大する。また、熱流体を使用する代わりに、本発明は、誘導発熱体を使用する。これは以下の理由から好ましい。第1に、ボイラ/ヒータ、配管、及びポンプが必要なくなる結果、装置のエネルギー効率がよくなり(例えば装置の他の部品への不必要な熱損失が少なくなる)、必要なスペースが少なくなる。第2に、より高温の動作温度を用いることができ、様々な乾燥段階に合わせて設定した正確かつ反応性のよい温度で、より高度な制御が達成され得る。第3に、所望の動作温度を短時間で達成することができ、装置を迅速に冷却することができる。
少なくとも1つのローラが、実質的に非金属材料から構成されていることが好ましい。第1のベルトが金属を含むことがより好ましく、第1のベルトが微細金属繊維で作られ、第1のベルトが多孔性であることがよりいっそう好ましい。
少なくとも1つの熱誘導素子が、ローラ内で、ローラの内周面の一部分に近接して、この部分に沿って配置されていることが好ましい。少なくとも1つの熱誘導素子が、ローラの外周面の一部分に近接して、この部分に沿って配置されており、動作中、物質及び第1のベルトが、ローラの外周面の一部分と熱誘導素子との間で駆動されることが好ましい。
装置が、第1のベルトに張力をかけるようになっている少なくとも1つの張力手段をさらに備えることが好ましい。
装置が、第1のベルトから物質を取り除くための取り除き手段をさらに備えることが好ましい。
装置が、第1の面及び第2の面を有する第2のベルトをさらに備え、動作中は、物質が、第1のベルトの第1の面と、第2のベルトの第1の面との間に挟まれており、第1のベルトが、第1のベルトの第1の面によって、物質及び第2のベルトを、ローラの外周面の一部分に向けて圧迫することが好ましい。
第2のベルトが金属を含むことが好ましく、第2のベルトが微細金属繊維で作られ、第2のベルトが多孔性であることがより好ましい。
複数の熱誘導素子が、第2のベルトに熱を誘導して物質を加熱するように構成されていることが好ましい。
装置が、複数のローラを有し、動作中、第2のベルトが、第2のベルトの第1の面によって、物質及び第1のベルトを、少なくとも1つのローラの外周面の一部分に向けて圧迫することが好ましい。
装置が、第2のベルトに張力をかけるようになっている少なくとも1つの張力手段をさらに備えることが好ましい。
装置が、第2のベルトから物質を取り除くための取り除き手段をさらに備えることが好ましい。
装置が、装置から流体を除去するようになっている排出装置をさらに備えることが好ましい。
装置が、物質の表面から流体を除去するようになっている換気装置をさらに備えることが好ましい。
装置が、第1のベルトの第1の面に、物質を分散させるようになっている装置をさらに備えることが好ましい。
本発明の第2の態様によれば、本発明の第1の態様に記載の装置で使用するためのローラであって、ローラの外周面の一部分に配置された複数の突出部を備えるローラが存在する。
突出部が、ローラの材料とは異なる材料から構成されることが好ましい。
複数の突出部が、ローラの外周面において、ローラの長手方向に実質的に沿って配置された突条部を含むことが好ましい。
複数の突出部が、ローラの外周面の一部分において、この部分を囲むように円周方向に配置された突条部を含むことが好ましい。
ローラの外周面が、蒸気が逃れることを可能にするための流路を有することが好ましい。
複数の突出部及び流路が、スリーブの表面に配置されており、ローラが、スリーブ内に取り付けられるようになっていることが好ましい。
ローラが、ローラの外周面の一部分に金属の層を備えることが好ましい。
本発明の第3の態様によれば、物質を乾燥させる方法であって、第1の面及び第2の面を有する第1のベルトに物質を分散させるステップであり、第1のベルトの第1の面が物質を受けるようになっている、ステップと、第1のベルトに複数の熱誘導素子を介して熱を誘導するステップと、第1のベルトの第1の面によって、中心軸線を中心として回転可能な少なくとも1つのローラの外周面の一部分に向けって、物質を圧迫するステップと、物質を加熱し、物質から流体を除去するステップとを含む方法が存在する。
少なくとも1つの熱誘導素子が、ローラ内で、ローラの内周面の一部分に近接して、この部分に沿って配置されていることが好ましい。
少なくとも1つの熱誘導素子が、ローラの外周面の一部分に近接して、この部分に沿って配置されており、この方法が、ローラの外周面の一部分と少なくとも1つの熱誘導素子との間で、物質及び第1のベルトを駆動するステップをさらに含むことが好ましい。
この方法が、第1のベルトに張力をかけるステップをさらに含むことが好ましい。
この方法が、第1のベルトから物質を取り除くステップをさらに含むことが好ましい。
この方法が、第2のベルトの第1の面と、第1のベルトの第1の面との間に、物質を挟むステップと、第1のベルトの第1の面によって、物質及び第2のベルトを、ローラの外周面の一部分に向けて圧迫するステップとをさらに含むことが好ましい。
この方法が、第2のベルトに熱誘導素子を介して熱を誘導し、物質を加熱するステップをさらに含むことが好ましい。
この方法が、第2のベルトの第1の面によって、物質及び第1のベルトを、少なくとも1つのローラの外周面の一部分に向けて圧迫するステップをさらに含み、複数のローラが存在することが好ましい。
この方法が、第2のベルトに張力をかけるステップをさらに含むことが好ましい。
この方法が、第2のベルトから物質を取り除くステップをさらに含むことが好ましい。
この方法が、排出装置により流体を除去するステップをさらに含むことが好ましい。
この方法が、換気装置により物質の表面から流体を除去するステップをさらに含むことが好ましい。
これより本発明が、ほんの一例として添付の図面を参照して説明される。
本発明による装置の第1の実施形態を示す例示的な図である。 図1の装置におけるローラの実施形態を示す拡大断面図である。 図1の装置におけるローラの実施形態を示す図である。 図1の装置におけるローラの別の実施形態を示す図である。 図1の装置におけるローラの別の実施形態を示す拡大断面図である。 本発明による装置の第2の実施形態を示す例示的な図である。 図4の装置におけるローラの実施形態を示す拡大断面図である。 図4の装置におけるローラの実施形態を示す図である。 図4の装置におけるローラの別の実施形態を示す図である。 本発明による装置の第3の実施形態を示す例示的な図である。 本発明による装置の第4の実施形態を示す例示的な図である。
本発明には他の構成が存在する可能性もある。したがって、添付の図面は、本発明に関する前述の説明の一般性に優先するものとして理解されるべきではない。
これより本発明の特定の実施形態が、添付の図面を参照して説明される。本明細書に使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書に使用される選択された用語に関する他の定義が、本発明の詳細な説明に見受けられ、説明を通して用いられる可能性がある。また、別段の定めがない限り、本明細書に使用されるすべての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者が一般的に理解しているのと同じ意味を有する。可能であれば同じ参照数字が、明確性及び一貫性を保つため、図を通して使用される。
本明細書を通して使用される「物質」という用語は、除去又は減少させる必要がある流体を含有する1つの材料又は複数の材料を指す。そのような材料には、廃水処理汚泥等の産業廃棄物、食品及び/又は乳製品、食品廃棄物、並びに医薬品が挙げられるが、これらに限定されるものではない。本明細書を通して使用される「流体」は、液体(例えば水及び水分)、及びガス(例えば蒸気)を含む。
本明細書を通して使用される「発熱体」は、ベルト等の装置の部品に熱を生産、伝導、対流、放射、及び/又は誘導するいかなる適切な素子であってもよく、金属発熱体、セラミック発熱体、複合材発熱体を含むが、これらに限定されるものではない。したがって、本明細書を通して使用される「熱」という用語は、伝導、対流、放射、及び誘導による加熱を含む。発熱体の例には、熱誘導素子(例えば誘導加熱コイル)、又は電熱コイルが挙げられる。
本発明の第1の実施形態を提示する図1を参照すると、乾燥装置100が、フィーダ110、乾燥室120、換気装置130、及び排出ステーション140を含む。装置100はまた、上側の(第2の)ベルト111及び下側の(第1の)ベルト112の2本の無端フィルタベルトと、処理ローラ121と、熱誘導素子123とを含む。本明細書を通して使用されるように、「熱誘導素子」とは、自身に交流電流が流れると結果として振動磁界を発生させる素子を指す。振動磁界は、磁束を誘導し、隣接する金属に渦電流を発生させることができる。隣接する金属の抵抗により、隣接する金属には熱が誘導される。ベルト111には、第1の面111’及び第2の面111”があり、ベルト112には、第1の面112’及び第2の面112”がある。ベルト111,ベルト112には、巻き取りローラ114の両軸端に接続されたエアシリンダ113により、張力をかけることができる。
ベルト111及びベルト112は、金属で作られており、金属には、アルミニウム、銅、黄銅、鉄、鋼鉄、これらの合金及び複合材が含まれるが、これらに限定されるものではない。ベルト111及びベルト112を形成するために選択される材料は、誘導により効率的に熱を生成することができる抵抗材料と、熱を実質的に均一に分散させることができる導電材料とを含むことが理解されるであろう。ベルト111及びベルト112は、細孔及び/又はスロットを有することが好ましい。ベルト111及びベルト112は、金属細線で作られ、ベルト111,ベルト112には、孔径が非常に小さな孔が多数空いていることが好ましい。ベルト111,ベルト112は、熱誘導素子123によって生成される磁界及び誘導電流が、ベルト111,ベルト112を効果的に伝わり、ベルト111,ベルト112を効率的に加熱することができるように、多孔性であることが好ましい。しかし用途に応じて、ベルト111,ベルト112が、合成繊維等の他の適切な材料で作られてもよく、この合成繊維は、熱誘導素子123による誘導によって加熱され得る金属を包含する場合があることが理解されるであろう。
処理ローラ121は、実質的に非金属材料から構成されることが好ましく、非金属材料は、セラミック、ガラス繊維、及びこれらの複合材を含むが、これらに限定されるものではない。ローラ121の円筒部には、本発明の動作中、ベルト111,ベルト112が接触するが、少なくともこの部分は、非金属材料で作られることが好ましい。処理ローラ121が金属を全く含まないことがさらにいっそう好ましい。処理ローラ121に金属が存在しないか、又は存在しても最小量の場合、熱誘導素子123により熱が不必要にローラ121に誘導されることがなくなる。これにより、熱誘導素子123は、汚泥190を加熱するためにベルト111,ベルト112に熱を誘導するのみであるため、装置100におけるより効果的なエネルギーの伝達及びエネルギーの利用が可能になる。処理ローラ121のそれぞれは、自身の中心軸線を中心として、例えばA方向に回転可能である。処理ローラ121の配置に応じて、前記ローラは、装置100の片側から見た場合、時計回り又は反時計回りに回転する場合がある。例えば、処理ローラ121aは、図1に見られるように反時計回りに回転している。動作中、モータ(不図示)が処理ローラ121を回転させ、続いて処理ローラ121が、乾燥室120を通るように、汚泥190が投入されたベルト111,ベルト112を動かして駆動する。ベルト111,ベルト112が、処理ローラ121ではない別のローラ、又は任意の他の適切な手段によって駆動される場合があることが理解されるであろう。1つの駆動手段のみがベルト111,ベルト112を動かして駆動するのに関わる場合があることもまた理解されるであろう。
図2は、図1のローラ121、ベルト111,ベルト112、及び汚泥190の実施形態を示す拡大断面図である。熱誘導素子123が、ローラ121内で、ローラ121の内周面の一部分に近接して、この部分に沿って配置されている。ローラ121内に据え付けられる熱誘導素子123の数は、用途及び必要に応じて決まる。熱誘導素子123がローラ121内に配置され、ローラ121にモジュール性を付与することが有効である。これにより、ローラ121のそれぞれを単一のモジュールとして装置100に供給し、据え付けることができるため、装置100をより容易に設置することが可能になる。ローラ121のモジュール性により、装置100全体は、動作するために少しの空間しか必要としなくなる。ローラ121のモジュール性能によりまた、装置100のローラ121のそれぞれが、例えば寸法、発熱体123の数、及び外周面についての特性のような別個の特徴を有し得る場合に、ローラ121のカスタマイズ性が向上する。熱誘導素子123は、ベルト111,ベルト112がローラ121に最も接触する部分で最適な熱誘導が達成されるように、装置100の動作中は静止していることが好ましい。しかし用途に応じて、熱誘導素子123は、動作中、ローラ121の中心軸線を中心として、ローラ121と共に回転してもよい。ローラ121はまた、中空シャフト150を含む。中空シャフト150を中心として、ローラ121は動作中に回転し、中空シャフト150に対するように、ローラ121は装置100に取り付けられる。ローラ121はさらに、熱誘導ケーブル123に給電するためのケーブル用の入口151を含む。熱誘導素子123とローラ121の内周面との間の距離は、用途及び必要に応じて個別に調整可能であり得ることが理解されるであろう。
熱誘導素子123は、高周波交流電流を供給することができる高周波電源の電源(不図示)に接続されている。磁界及び誘導電流が、熱誘導素子123で発生する。ベルト111,ベルト112に熱を生成するために使用される適切な熱誘導素子の例が、米国特許第5,133,402号明細書、及び米国特許出願公開第2012/0318461号明細書に示されている。用途及び必要に応じて、他の形態の誘導加熱方法及び誘導発熱体が使用される場合があることが理解されるであろう。他の形態の発熱体、例えば対流、伝導、及び/又は放射により熱を伝達する電熱コイルもまた、熱誘導素子123と置き換えて、又は好ましくは熱誘導素子123に加えて、本発明に使用されてもよいことが理解されるであろう。熱誘導素子123を使用することにより、乾燥装置100を数秒で非常に迅速に室温から動作温度に到達させることが可能になり、乾燥装置100を数分で非常に迅速に冷却させることもまた可能になる。冷却は、例えばファン又は送風機のような当該技術分野で知られている冷却手段によってアシストされてもよい。乾燥装置100の動作温度は、100℃〜400℃の範囲にある可能性があり、200℃〜400℃の範囲にあることが好ましく、200℃〜300℃の範囲にあることがさらにいっそう好ましい。400℃の高温、より好ましくは350℃が、特定の無機汚泥に対しては好ましく、一方で、100℃の低温、又は100℃をわずかに上回る温度が、特定の汚泥ではないものを乾燥させる用途には好ましい。
ローラ121の外周面には、ローラ121にとって不可欠な部分であり、かつローラ121と一体化している突出部128がある。突出部128は、ローラ121の外周面から形成されてもよい。突出部128は、ローラ121の外周面全体、又は外周面の一部に配置されてもよい。突出部128は、図2に示されるように、断面の形状が半球であることが好ましい。したがって動作中、ベルト111の第2の面111”、及びベルト112の第2の面112”が、半球の突出部128の頂上部分と接触する。しかし用途に応じて、突出部128は、例えば多角形の断面のような他の断面形状を有してもよい。ベルト111,ベルト112が加熱されると、汚泥190の外側の液体が蒸気195aになり、ベルト111,ベルト112を通って逃れる。蒸気195aは、矢印B’によって示されるように、外側のベルト(即ちローラ121から最も遠いベルト、図2では下側の(第1の)ベルト112)を通って逃れる。蒸気195aは、矢印B”によって示されるように、内側のベルト(即ちローラ121に最も近いベルト、図2では上側の(第2の)ベルト111)を通り、流路129を通って逃れる。突出部128は、個別の突出部であってもよい。又は図2aに示されるように、突出部128は、実質的にローラ121の外周面の長手方向に沿って延びる突条部128である。突条部128は、実質的にローラ121の外周面の長手方向に沿って延びる流路129を定める。図2bに示されるような代替的な構成では、突出部128は、ローラ121の外周面の一部分において、この部分を囲むように、円周方向に(即ちローラ121の長手方向を横断して)配置された突条部128を含む。流路129はまた、ローラ121の外周面において、外周面を囲むように、円周方向に延びる。この構成は、図2aの突条部128の構成と比較して、動作中、ベルト111,ベルト112と突条部128との間のせん断応力が減少するため好ましい。したがってこれにより、ローラ121、突条部128、及びベルト111,ベルト112の損耗が減少する。その上、図2bの突条部128の構成により、蒸気195aが、内側のベルトから逃れ、例えばベルト111、112がローラ121と接触していない領域において、流路129を通って容易に抜け出ることが可能になる。突条部128及び流路129は、別個のスリーブ160に形成されていてもよく、これによりローラ121は、スリーブ160内に取り付けられるようになっていることが理解されるであろう。これによりローラ121の外周面をより容易にカスタマイズすることができ、装置100を様々な用途に合わせることが可能になる。
図3は、ローラ121の別の実施形態を示す断面図であり、ここでは、突出部128が、ローラ121の材料とは異なる材料で形成されている。このことは、カスタマイズ性が高まるため有効である。ここでは、突出部128を形成する材料は、ローラ121を形成する材料と比較すると性質が異なる。例えば、突出部128は、高温(例えば100℃〜400℃の範囲の温度)に耐えられ、損耗に強く、耐摩耗性である材料で作られている可能性があり、一方でローラ121は、高温(例えば100℃〜400℃の範囲の温度)に耐えられ、十分に強固で圧縮に耐える材料で作られている可能性がある。突出部128を形成する材料は、非金属であることが好ましい。突出部128は、セラミック、シリコーンポリマー、及びこれらの複合材を含む材料で形成されてもよいが、材料がこれらに限定されるわけではない。ローラ121は、セラミック、ガラス繊維、又はこれらの合成物を含む材料で形成されてもよいが、材料がこれらに限定されるわけではない。突出部128は、溶接を含む当該技術分野で知られている手段により、ローラ121の外周面に組み込まれ、一体化され、かつ接着される/取り付けられるが、この手段は溶接に限定されるものではない。図3に示されるように、突出部128は、断面が略環状である。突出部128の断面積の略半分が、ローラ121の外周面に沿ってローラ121に組み込まれ、突出部128の露出した半分が、動作中、ベルト111,ベルト112に接触する。突出部128は、図2a及び図2bに示されるように、突条部128の形態であってもよい。
ローラ121の表面は、ローラ121の内側の熱誘導素子123が、熱誘導素子123を損傷する恐れがある流体、例えば汚泥190から排出された蒸気にさらされないように、連続的、即ちスロット及び/又は細孔を有さないことが好ましい。
図1の実施形態に戻ると、動作中、フィーダ110が、下側のベルト112の第1の面112’に汚泥190を供給及び分散させる。上側のベルト111の第1の面111’が、汚泥190と接触する。汚泥190は、第1の処理ローラ121aに接触する前に、ベルト111とベルト112との間に保持され、これらのベルトによって挟まれる。第1のローラ121aに接触する際、熱誘導素子123が、熱誘導素子123によって生成された磁界により、ベルト111,ベルト112に熱を誘導する。熱は、ベルト111,ベルト112の両ベルトに同時に生成されることが好ましい。しかし、上側のベルト111は下側のベルト112よりも熱誘導素子123に近いため、熱は、上側のベルト111において、下側のベルト112でよりも速く生成され得ることが理解されるであろう。このような状況では、上側のベルトでの流体の除去(例えば水分の蒸発)の速度は、下側のベルト112での速度よりも速い可能性がある。ベルト111とベルト112との間に保持された汚泥190が処理ローラ121における外周面の弧の周囲を通る際に、汚泥190は、半径方向の移動と、圧力増加の影響と、汚泥190におけるせん断とにより圧搾され、より小さくなり、ベルト111,ベルト112との接触領域がより大きくなる。例として処理ローラ121aを使用すると、動作中、下側のベルト112が、下側のベルト112の第1の面112’によって、汚泥190及び上側のベルト111を、前記処理ローラ121aの外周面に向けて圧迫し、これにより汚泥190を圧搾及び圧縮する。処理ローラ121の外周面に対するベルト111,ベルト112の付勢機構は、エアシリンダ113及び巻き取りローラ114により、ベルト111,ベルト112に張力をかけることによって得られる。エアシリンダ113及び巻き取りローラ114は、ベルト111,ベルト112の張力を維持又は変更することができ、汚泥190の圧縮に影響を及ぼす。
乾燥作業の始まりでは、汚泥190に含まれる流体が、加熱されたベルト111の第1の面111’、及び加熱されたベルト112の第1の面112’と接触しながら、熱伝導により蒸発する。流体が加熱され汚泥の表面から逃れる(例えば水分が蒸発する)と、汚泥の表面に圧力が低い領域が生じ、これにより流体が、毛管圧により、汚泥190の内側部分から、ベルト111の第1の面111’及びベルト112の第1の面112’と接触する汚泥190の表面に向かって流れる。
第1の処理ローラ121aを過ぎると、ベルト111,ベルト112、及び汚泥190は、第2の処理ローラ121b及び熱誘導素子123に進む。この段階で、熱誘導素子123によりベルト111,ベルト112に熱が再度生成され、汚泥190に含まれる流体が、第1の処理ローラ121aで上に説明したように、乾燥作業と同様に加熱され表面から逃れる。
同様の加熱作業及び乾燥作業が、続く第3の処理ローラ121c及び第4の処理ローラ121dでも続けられる。例えば乾燥作業に沿った蒸発により、汚泥190に含まれる流体がますます加熱され表面から逃れるにつれて、汚泥190は小さくなり、これにより、汚泥190の中心に熱を通りやすくすることができる。
処理ローラの数は、用途及び必要に応じて増加及び減少させることができる。ベルト111,ベルト112の移動速度、及び熱誘導素子123によりベルト111,ベルト112に生成される温度は調整可能であり、これによりユーザは、乾燥作業終了時における物質(例えば汚泥190)の所望の乾燥度を達成するために、装置100を容易に構成することができる。乾燥温度及び乾燥時間は、物質を最適に乾燥させるための2つの主要なパラメータである。水酸化物汚泥/金属汚泥等の無機汚泥を乾燥させるためには、約200℃〜約400℃のように乾燥温度を高温にして、短時間で乾燥させることが好ましい可能性があり、この場合、処理ローラ121が2つ〜4つあれば十分であろう。特定の食品物質を乾燥させるためには、約100℃〜約200℃のように乾燥温度を低くして、より時間をかけて乾燥させることが好ましい可能性があり、この場合は、処理ローラ121が4つ以上あれば十分であろう。
乾燥作業の直後は、汚泥190は高温であり、水分及び水蒸気等の流体が、乾燥した汚泥ケーキ191の表面に付いている。水分換気装置130が、汚泥ケーキ191の乾燥度をさらに高めるために、乾燥作業の直後に据え付けられる。水分換気装置130は、2つのフード131を含み、フード131は、ベルト111,ベルト112の近くに配置されている。送風機132が、フード131の入口に据え付けられており、送風機132は、汚泥ケーキ191の表面に空気の流れを発生させ、これにより、汚泥ケーキ191の表面に付いた流体が除去され、流体は、管133を通じて乾燥装置100のフード134に排出される。流体が汚泥ケーキ191の表面から除去され、流体が、乾燥した汚泥ケーキに再吸収されて戻ることが防止される。
乾燥室120の上部に配置されたフード134は、送風機(不図示)に接続されている。乾燥作業中に発生及び蓄積した蒸気及びガスは、フード134によりさらなる処理のために除去される。
乾燥した汚泥ケーキ191は、乾燥装置100の終わりにある排出ステーション140に進む。ここには、2つの電動ブラシ141が、ベルト111,ベルト112から乾燥した汚泥191を払い落とし、また同時にベルト111,ベルト112をきれいにするために据え付けられている。汚泥ケーキ191は、払い落とされる際に粉砕され、小片192、特に「パンケーキ」状の小片になる場合があり、最終的に排出シュート142に落ちる汚泥ケーキ192の小片により、全表面積が増加し残留流体がさらに蒸発する。この結果、最終的な汚泥ケーキの乾燥度が高まる。
図4に示されるような本発明の第2の実施形態では、乾燥装置200は、乾燥室220を含み、乾燥室220は、処理ローラ221及び熱誘導素子223を有する。この実施形態では、熱誘導素子223は、処理ローラ221の外周面の一部分に近接して、この部分に沿って配置されている。乾燥装置200は、ベルト211,ベルト212が、動作中、熱誘導素子223と処理ローラ221との間を移動するか、又はこれらの間で駆動されることを除いて、乾燥装置100と同様に動作する。熱誘導素子223は、熱誘導素子223によって生成された磁界により、ベルト211,ベルト212に熱を誘導する。熱は、ベルト211,ベルト212の両ベルトに同時に生成されることが好ましい。しかし、熱誘導素子223により近いベルトにおける熱は、熱誘導素子223から離れたベルトにおける熱と比較して、より高速に誘導され得ることが理解されるであろう。このような状況では、一方のベルト(即ち、より速く熱くなるベルト)での流体の除去(例えば水分の蒸発)の速度は、他方のベルトでの速度よりも速い可能性がある。
図5は、図5のローラ221、ベルト211,ベルト212、及び汚泥290を示す拡大断面図である。熱誘導素子223は、処理ローラ221の外周面の一部分に近接して、この部分に沿って配置されている。熱誘導素子223とベルト211,ベルト212との間の距離は、所望の乾燥結果を得るために、個別に調整され得る(D)。用途及び必要に応じて、この距離を変更することができる。この距離はまた、最適な距離が決定された場合、熱誘導素子223とベルト211,ベルト212との間の前記距離が変わらないように、予め定められていてもよい。
ベルト211,ベルト212に熱が誘導されると、水分等の流体が、汚泥290から外に出される。汚泥290の外側の蒸気295aが、矢印Cで示されるように、ベルト212のスロット/細孔を介して、最外部のベルト212(これは、どの処理ローラ221にベルト211,ベルト212が配置されているかによることが理解されるであろう)を通って逃れ、処理ローラ221に最も近い汚泥290の内側の蒸気295aが、矢印C”で示されるように、ベルト211のスロット/細孔、及び処理ローラ221の壁のスロット又は細孔222を介して、最も内側のベルト、例えばベルト211を通って逃れる。
図5a及び図5bは、図4の処理ローラ221における第1の実施形態及び第2の実施形態をそれぞれ示す。図5aでは、処理ローラ221は、スロット222が並んだ周面224を有する。スロット222により、汚泥290のローラ221に最も近い部分から、蒸気、ガス、及び/又は水分が逃れることができる。図5bでは、処理ローラ221は、ロッド226を有し、ロッド226は、所定の距離を置いて外側フランジ227に接合され、処理ローラ221の周面にスロット222を作る。これにより、汚泥290のローラ221に最も近い部分から、蒸気、ガス、及び/又は水分が逃れることができる。ローラ221は、心棒即ちシャフト225を介して装置200に取り付けることができる。ローラ221は、ローラ221の中心軸線を中心として回転可能であり、中心軸線は、心棒即ちシャフト225を通って長手方向に延びる。
ローラ221は、実質的に非金属材料から構成されることが好ましく、非金属材料は、セラミック及びセラミック複合材を含むが、これらに限定されるものではない。ローラ221の円筒部には、装置200の動作中、ベルト211,ベルト212が接触するが、少なくともこの部分は、非金属材料で作られることが好ましい。処理ローラ221が金属を全く含まないことがさらにいっそう好ましい。処理ローラ221に金属が存在しないか、又は存在しても最小量の場合、熱誘導素子223により熱が不必要にローラ221に誘導されることがなくなる。これにより、熱誘導素子223は、汚泥290を加熱するためにベルト211,ベルト212に熱を誘導するのみであるため、装置200におけるより効果的なエネルギーの伝達及びエネルギーの利用が可能になる。
図6に示されるような本発明の第3の実施形態では、乾燥装置300は、乾燥室320を含み、乾燥室320は、処理ローラ321及び熱誘導素子323を有する。この実施形態では、熱誘導素子323は、処理ローラ321の外周及び外周に沿って配置されておらず、むしろ熱誘導素子323は、隣接する処理ローラ321間に、ベルト311の第2の面311”、及びベルト312の第2の面312”に沿って、これらに近接して配置されている。この構成では、汚泥390は、ベルト311,ベルト312の両ベルトにより連続して加熱され、ベルト311,ベルト312、及び処理ローラ321によって圧縮される。汚泥390の両側から乾燥させることができ、大きな汚泥を毎時処理することができるため、この構成では少なくとも1つの誘導発熱体323を有することが好ましい。こうして、汚泥処理能力が増大する。熱が、ベルト311,ベルト312の側に配置された熱誘導素子323により、ベルト311,ベルト312に同時に誘導されるため、ベルト311の第1の面311’、及びベルト312の第1の面312’と接触している汚泥390の表面は同時に加熱される。しかし、1組の熱誘導素子が一方のベルト側のみに配置されていても、ベルト311,ベルト312の両ベルトに熱を同時に誘導するには十分であり得ることが理解されるであろう。上述のような乾燥室320と、乾燥室220と、乾燥室120との違いの他には、乾燥装置300は、乾燥装置100及び乾燥装置200と同様に動作する。
本発明の第4の実施形態が図7に示されており、ここでは、乾燥装置400が、処理ローラ421の周囲で駆動される1本の無端フィルタベルト412を含む。ベルト412は金属で作られており、金属には、アルミニウム、銅、黄銅、鉄、鋼鉄、これらの合金及び複合材が含まれるが、これらに限定されるものではない。ベルト412を形成するために選択される材料は、誘導により効率的に熱を生成することができる抵抗材料と、熱を実質的に均一に分散させることができる導電材料とを含むことが理解されるであろう。ベルト412は、細孔及び/又はスロットを有することが好ましい。ベルト412は、金属細線で作られており、ベルト412には、孔径が非常に小さな孔が多数空いていることが好ましい。ベルト412は、熱誘導素子423によって生成される磁界及び誘導電流が、ベルト412を効果的に伝わり、ベルト412を効率的に加熱することができるように、多孔性であることが好ましい。しかし用途に応じて、ベルト412が、合成繊維等の他の適切な材料で作られてもよく、この合成繊維は、ベルト412の熱誘導素子423により熱の誘導を可能にするための、金属等の材料を包含する場合があることが理解されるであろう。ベルト412には、第1の面412’及び第2の面412”がある。
処理ローラ421は、実質的に非金属材料から構成されることが好ましく、非金属材料には、セラミック、ガラス繊維、及びこれらの複合材が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ローラ421は、ローラ421の外周面に金属の層(不図示)を備えることが好ましい。金属の層は、ローラ421が取り付けられるようになっているスリーブであってもよい。金属の層により、ローラ421と接触している汚泥490を加熱するために、ローラ421の外周面のみに熱を誘導することができる。ローラ421の外周面は、図2、図2a、図2b、及び図3の突出部128のような突出部(不図示)を備える場合がある。
動作中、ベルト412には、巻き取りローラ414の軸端に接続された2本のエアシリンダ413により張力がかけられる。処理ローラ421は、処理ローラ421の中心軸線を中心として回転することができる。モータ(不図示)が処理ローラ421を回転させ、続いて処理ローラ421が、乾燥室420を通るように汚泥490が投入されたベルト412を動かして駆動する。ベルト412が、処理ローラ421ではない別のローラ、又は任意の適切な手段によって駆動される場合があることが理解されるであろう。1つの駆動手段のみがベルト412を動かして駆動するのに関わる場合があることもまた理解されるであろう。フィーダ410が、ベルト412の第1の面412’に汚泥490を供給及び分散させる。
熱誘導素子423が、処理ローラ421の内側で、内周面の一部分に沿って配置されている。熱誘導素子423はまた、処理ローラ421の外側で、外周面の一部分に近接して、この部分に沿って配置されている。熱誘導素子423が配置された内周面の部分及び外周面の部分は、大部分であって、熱誘導素子423により覆われる、内周面及び外周面におけるほとんどの部分であり得ることが理解されるであろう。熱誘導素子423は、高周波エネルギー源(不図示)に接続されている。磁界及び誘導電流が、熱誘導素子423に発生する。熱誘導素子423を使用することにより、乾燥装置400を数秒で非常に迅速に室温から動作温度に到達させることが可能になり、乾燥装置400を数分で非常に迅速に冷却させることが可能になる。冷却は、例えばファン又は送風機のような当該技術分野で知られている冷却手段によってアシストされてもよい。ベルト412及び処理ローラ421は、熱誘導素子423に近接しており、したがって、ベルト412、及びローラ421の金属の層が、熱誘導素子423に起因する磁界による誘導によって加熱される。用途に応じて、熱誘導素子423の数を変更することができる。
ベルト412と処理ローラ421との間に保持され、かつこれらの間に挟まれた汚泥490が、処理ローラ421の周面における弧の周囲を通る際、ベルト412は、汚泥490が、半径方向の移動と、圧力増加の影響と、汚泥490におけるせん断とにより圧搾され、その結果より小さくなり、ベルト412及び処理ローラ421との接触領域がより大きくなるように、ベルト412の第1の面412’によって、処理ローラ421の外周面に向けて汚泥490を圧迫する。処理ローラ421の外周面に対するベルト412の付勢機構は、エアシリンダ413及び巻き取りローラ414により、ベルト412に張力をかけることによって得られる。エアシリンダ413及び巻き取りローラ414は、ベルト412の張力を維持又は変更することができ、汚泥490の圧縮に影響を及ぼす。
ベルト412、及びローラ421の金属の層に誘導される熱は、小さくなった投入された汚泥490に直接伝わり、汚泥に含まれる水分が蒸発する。
乾燥作業の始まり、及び乾燥作業中に、ベルト412の第1の面412’、及び処理ローラ421の外周面における金属の層に接触している汚泥490に含まれる流体が、熱伝導によって除去される。流体が加熱され汚泥の表面から逃れる(例えば水分が蒸発する)と、汚泥の表面に圧力が低い領域が生じ、これにより流体が、毛管圧により、汚泥490の内側部分から、ベルト412の第1の面412’、処理ローラ421の金属の層と接触する汚泥490の表面に向かって流れる。
乾燥作業の終わりには、処理ローラ421に載せられた乾燥した汚泥は、ドラムスクラップ機445と、ベルト412の第1の面412’における汚泥490を払い落とすための電動ブラシ441とにより、処理ローラ421から廃棄される。最終的な乾燥汚泥492は、スクリューコンベヤ446内に落ち、乾燥装置400側から排出される。
上の実施形態は、以下に述べられるように、本発明を単に例示することによって示されており、関連技術における当業者には明らかであろうように、これらの実施形態に対するさらなる修正及び改善は、説明される本発明の広範な範囲及び境界内に含まれると見なされることを理解されたい。特に、本発明の範囲から逸脱することなく、以下の追加及び/又は修正がなされ得る。
・水分換気装置は、用途及び必要に応じて省略されてもよく、又は他の適切な機器又は装置に置き換えられてもよい。
・処理ローラの直径と、したがって処理ローラの円周の断面とは、用途及び必要に応じて変更される場合がある。
・ベルトに張力をかけることは、エアシリンダ及び巻き取りローラのみによって達成される必要があるわけではなく、当該技術分野で知られている他の適切な手段によって達成されてもよい。
・乾燥装置におけるエアシリンダと巻き取りローラとの数は、用途及び必要に応じて決まる。
・ベルトの幅(ベルトの一方の端部からこのベルトの他方の端部までの距離であり、ここで前記距離は、ベルトが駆動される方向に対して垂直である)は、処理ローラの長手方向、即ち処理ローラが回転する中心軸線に沿った、処理ローラの一方の端部から他方の端部までの距離以下である場合がある。
また、個々の実施形態が論じられてきたが、本発明はまた、論じられてきた実施形態を組み合わせたものも含むことを理解されたい。
本明細書に説明される本発明は、1つ以上の範囲の値(例えば距離及び温度)を含む可能性がある。ある範囲の値には、その範囲を定義する値と、その範囲の境界を定義する値の直ぐ隣の値と同じ結果か、又は実質的に同じ結果に至る、その範囲の隣の値とを含めて、その範囲内のすべての値が含まれることが理解されるであろう。

Claims (20)

  1. 物質を乾燥させるための装置であって、
    中心軸線を中心として回転可能な少なくとも1つの非金属製のローラと、
    第1の面及び第2の面を有する多孔性の金属製の第1のベルトであり、前記第1のベルトの前記第1の面が前記物質を受けるようになっている、第1のベルトと、
    前記非金属製のローラの表面の一部分に近接して、該部分に沿って配置された1つ以上の熱誘導素子と、
    を備え、
    動作中、前記1つ以上の熱誘導素子は、前記第1のベルトに熱を誘導して前記物質を加熱し、前記物質から流体が除去され、前記非金属製のローラには熱を誘導せず、前記第1のベルトは、前記第1のベルトの前記第1の面によって、前記物質を前記非金属製のローラの外周面の一部分に向けて圧迫する、
    装置。
  2. 少なくとも1つの熱誘導素子が、前記非金属製のローラ内で、前記非金属製のローラの内周面の一部分に近接して、該部分に沿って配置されている、請求項1に記載の装置。
  3. 少なくとも1つの熱誘導素子が、前記非金属製のローラの前記外周面の前記部分に近接して、該部分に沿って配置されており、動作中、前記物質及び前記第1のベルトが、前記非金属製のローラの前記外周面の前記部分と前記熱誘導素子との間で駆動される、請求項1に記載の装置。
  4. 前記第1のベルトに張力をかけるようになっている少なくとも1つの張力手段をさらに備える、請求項1に記載の装置。
  5. 第1の面及び第2の面を有する金属製の第2のベルトをさらに備え、動作中、前記物質が、前記第1のベルトの前記第1の面と、前記第2のベルトの前記第1の面との間に挟まれており、前記第1のベルトが、前記第1のベルトの前記第1の面によって、前記物質及び前記第2のベルトを、前記非金属製のローラの前記外周面の前記部分に向けて圧迫する、請求項1に記載の装置。
  6. 前記第1のベルトが微細金属繊維で作られており
    前記第2のベルトが微細金属繊維で作られており、前記第2のベルトが多孔性であり、
    前記第1のベルトから前記物質を取り除くための取り除き手段をさらに備え、
    前記第2のベルトから前記物質を取り除くための取り除き手段をさらに備える、請求項5に記載の装置。
  7. 動作中、前記1つ以上の熱誘導素子は、前記第2のベルトに熱を誘導して前記物質を加熱し、前記非金属製のローラには熱を誘導しない、請求項5に記載の装置。
  8. 複数の非金属製のローラを有し、動作中、前記第2のベルトが、前記第2のベルトの前記第1の面によって、前記物質及び前記第1のベルトを、少なくとも1つの非金属製のローラの外周面の一部分に向けて圧迫する、請求項5に記載の装置。
  9. 前記装置から流体を除去するようになっている排装置をさらに備え、
    前記物質の表面から流体を除去するようになっている換気装置をさらに備え、
    前記第1のベルトの前記第1の面に前記物質を分散させるようになっている装置をさらに備える、請求項1に記載の装置。
  10. 前記非金属製のローラが、前記非金属製のローラの前記外周面の一部分に配置された、複数の突出部及び複数の流路を備え、前記流路が、動作中、前記物質から流体が逃れることを可能にするようになっている、請求項1に記載の装置。
  11. 前記非金属製のローラは、100℃〜400℃の温度範囲で動作可能である、請求項10に記載の装置。
  12. 前記突出部が、前記非金属製のローラの材料とは異なる材料から構成されている、請求項10に記載の装置。
  13. 前記複数の突出部が、前記非金属製のローラの前記外周面において、前記非金属製のローラの長手方向に実質的に沿って配置された突条部を含むか、又は、前記非金属製のローラの前記外周面の一部分において、該部分を囲むように円周方向に配置された突条部を含み、
    前記突出部がロッドを備え、前記流路がスロットを備え、
    前記非金属製のローラは、該非金属製のローラの前記外周面にスリーブを更に備えており、前記複数の突出部及び前記複数の流路が、前記スリーブの外側表面に配置されている、請求項10に記載の装置。
  14. 前記非金属製のローラが、前記非金属製のローラの前記外周面の一部分に金属の層を備える、請求項10に記載の装置。
  15. 物質を乾燥させる方法であって、
    第1の面及び第2の面を有する多孔性の金属製の第1のベルトに前記物質を分散させるステップであり、前記第1のベルトの前記第1の面が前記物質を受けるようになっている、ステップと、
    中心軸線を中心として回転可能な少なくとも1つの非金属製のローラの表面の一部分に近接して、該部分に沿って配置された1つ以上の熱誘導素子によって、前記第1のベルトに熱を誘導して前記物質を加熱し、前記物質から流体が除去されるステップであり、前記1つ以上の熱誘導素子によって前記非金属製のローラには熱が誘導されない、ステップと、
    前記第1のベルトの前記第1の面によって前記非金属製のローラの外周面の一部分に向けて前記物質を圧迫するステップと、
    を含む方法。
  16. 少なくとも1つの熱誘導素子が、前記非金属製のローラ内で、前記非金属製のローラの内周面の一部分に近接して、該部分に沿って配置されている、又は、
    少なくとも1つの熱誘導素子が、前記非金属製のローラの前記外周面の前記部分に近接して、該部分に沿って配置されており、前記方法は、前記非金属製のローラの前記外周面の前記部分と前記少なくとも1つの熱誘導素子との間で、前記物質及び前記第1のベルトを駆動するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
  17. 金属製の第2のベルトの第1の面と、前記第1のベルトの前記第1の面との間に、前記物質を挟むステップと、前記第1のベルトの前記第1の面によって、前記物質及び前記第2のベルトを、前記非金属製のローラの前記外周面の一部分に向けて圧迫するステップとをさらに含む、請求項15に記載の方法。
  18. 前記第2のベルトに前記1つ以上の熱誘導素子によって熱を誘導して前記物質を加熱するステップであり、前記1つ以上の熱誘導素子によって前記非金属製のローラには熱が誘導されない、ステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記第2のベルトの前記第1の面によって、前記物質及び前記第1のベルトを、少なくとも1つの非金属製のローラの外周面の一部分に向けて圧迫するステップをさらに含み、複数の非金属製のローラが存在する、請求項17に記載の方法。
  20. 前記第1のベルトに張力をかけるステップおよび前記第2のベルトに張力をかけるステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
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