JP6846302B2

JP6846302B2 - 牛糞堆肥循環処理装置

Info

Publication number: JP6846302B2
Application number: JP2017127256A
Authority: JP
Inventors: 忠行猪野
Original assignee: INO TAKAYUKI
Current assignee: INO TAKAYUKI
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2037-06-29
Also published as: JP2019011209A

Description

本発明は、発生した牛糞を発生場所で牛糞堆肥とし、乾燥させて処理できる装置に係り、特に、牛糞堆肥を燃料として牛糞から牛糞堆肥を得る循環型の牛糞堆肥循環処理装置に関する

牛糞堆肥収納庫に保管する牛の排泄物（牛糞）は、ある程度の気温があれば自然発酵して牛糞堆肥となる。
また、特許文献１に示されるように、牛糞は水分が８０〜９０％あるので、乾燥処理を施すのが非常に困難であった。

特開２００７−６９０７９

そのため、気温が低い土地（寒冷地）で牛を飼育した場合、牛糞は発酵することなく凍ってしまうため、その処理が極めて困難になるという現象が生じていた。すなわち、牛糞から牛糞堆肥になることなく凍ってしまった場合、凍った状態で搬送して別の場所で堆肥となるように処理する必要が生じる。

また、牛糞発生場所で発酵させて牛糞堆肥とする場合には、一時的に牛糞堆肥を収納する倉庫等の床面に床暖房を設けることが必要となり、多大な設備費や燃料費等の運転費がかかるという課題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、寒冷地における牛糞の発生場所において、コストをかけることなく牛糞堆肥を得ることを可能とした循環型の牛糞堆肥循環処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明（請求項１）の牛糞堆肥循環処理装置は、
床暖房（３０）を備えた床面（３１）を有する牛糞堆肥収納庫（３２）と、
前記床面（３１）上で発酵する牛糞堆肥が投入される受入ホッパ（１１）と、
前記受入ホッパ（１１）からの牛糞堆肥と後記戻りコンベアからの乾燥粉体とを含水率調整のために混合する混合機（１２）と、
前記混合機（１２）からの混合粉体を粉砕する流動乾燥粉砕機（１４）と、
前記流動乾燥粉砕機（１４）内の乾燥粉体を吸引する吸引ブロワー（１５）と、
前記吸引ブロワー（１５）により導かれた乾燥粉体を回収する乾粉回収機（１６）と、
前記乾粉回収機（１６）で回収された乾燥粉体を２系統に配分するバルブ（１７）と、
配分された１系統の乾燥粉体について前記混合機（１２）に搬送する戻りコンベア（１８）と、を備えるとともに、
配分された他の１系統の乾燥粉体から余剰製品を分配する分配ダンパー（２０）と、
余剰製品が除去された乾燥粉体燃料を気体と焼却灰に分離するサイクロン焼却機（２３）と、
排熱蒸気ボイラーを備え前記サイクロン焼却機（２３）の気体を前記流動乾燥粉砕機（１４）へ送出する送出機（２４）と、
前記排熱蒸気ボイラーの蒸気で加熱される不凍液タンク（２５）と、を備え、
前記不凍液タンク（２５）と前記床暖房（３０）の間において温水を循環させて前記床面（３１）を加温することで牛糞を発酵させて牛糞堆肥を得ることを特徴としている。

請求項２は、請求項１の牛糞堆肥循環処理装置において、前記床暖房（３０）による床面（３１）の温度を１０℃以上としたことを特徴としている。

請求項３は、請求項１の牛糞堆肥循環処理装置において、前記混合機（１２）による牛糞堆肥と乾燥粉体との混合物の含水率は、４０〜４５％に調整されることを特徴としている。

本発明の牛糞堆肥循環処理装置（請求項１）によれば、不凍液タンク（２５）と床暖房（３０）の間において温水を循環させて床面（３１）を加温することにより、寒冷地における牛糞堆肥収納庫（３２）で発生する牛糞についても、常に発酵させて牛糞堆肥を得ることができる。

請求項２によれば、床暖房（３０）による床面（３１）の温度を１０℃以上とすることで、牛糞の発酵を確実に行うことができる。

請求項３によれば、混合機（１２）による牛糞堆肥と乾燥粉体との混合物の含水率を４０〜４５％に調整することで、牛糞を効率良く処理して牛糞堆肥とすることができる。

本発明の実施形態における牛糞堆肥循環処理装置の概略構造を示す構成説明図である。各種片が設けられた混合機のシャフト構造を示す平面説明図である。各種片が設けられた混合機のシャフト構造を示す一部側面説明図である。

本発明の牛糞堆肥循環処理装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、牛糞堆肥循環処理装置の概略構造を示す構成説明図であり、牛糞堆肥の含水率の調整を行う循環ラインＡと、牛糞堆肥の乾燥処理を行う焼却ラインＢと、余剰製品（乾燥堆肥）を取り出す余剰物作成ラインＣを備えて構成されている。

循環ラインＡは、牛糞堆肥が投入される受入ホッパ１１と、牛糞堆肥の含水率の調整を行うための混合機１２と、混合された牛糞堆肥を搬送するスクリューコンベア１３と、牛糞堆肥を粉砕する流動乾燥粉砕機１４と、粉砕体を吸引する吸引ブロワー１５と、乾燥粉体を回収する乾粉回収機１６と、乾燥粉体を２系統に分離するロータリーバルブ１７と、乾燥粉体を混合機１２へ搬送する戻りコンベア１８とを有して形成され、一定量の牛糞処理物（牛糞堆肥と乾燥粉体との混合物）が循環するようになっている。

焼却ラインＢは、ロータリーバルブ１７により分配された乾燥粉体を予め設定された比率で更に分配する分配ダンパー２０と、乾燥粉体をサイクロン焼却機２３に供給するファン２２と、乾燥粉体を気体（高温の燃焼排ガス）と焼却灰に分離するサイクロン焼却機２３と、サイクロン焼却機２３の気体（高温の燃焼排ガス）を流動乾燥粉砕機１４へ送出する送出機２４とを有して形成されている。
また、サイクロン焼却機２３の下部２３ｂからは、焼却処理された焼却灰が排出される。

余剰物作成ラインＣでは、分配ダンパー２０により予め設定された比率で分配された乾燥粉体が余剰物として排出される。

次に、各ラインにおける各装置の詳細構成について説明する。
循環ラインＡの受入ホッパ１１は、混合機１２の中央付近に供給口を有するように設置され、上部の投入口から牛糞堆肥が投入される。
牛糞堆肥は、牛糞を発酵したもので、牛の飼育時に牛糞と混合した木くずや麦藁を主成分とし、水分率は６６〜７０％となっている。
混合機１２は、受入ホッパ１１からの牛糞堆肥と戻りコンベア１８からの乾燥粉体とを含水率調整のために混合するものである。

混合機１２は、図２及び図３に示すように、２本のシャフト（回転軸）１２０を備え、各回転軸に複数の片体が固定されている。複数の片体は、シャフト１２０に対して固定される傾斜角度から、進行片１２１、後退片１２２、切断片１２３を形成している。すなわち、進行片１２１は、シャフト１２０の軸に対してθ（４５度）傾けて、片体の上面の搬出方向Ｘ側が低い位置に固定され、牛糞堆肥と戻りコンベア１８からの乾燥粉体とを混合させながら搬送する。後退片１２２は、回転軸１２０の軸に対してθ（４５度）傾けて、片体の上面の搬出方向Ｘ側が高い位置に固定され、牛糞堆肥と乾燥粉体とを搬送方向と逆方向に戻す。切断片１２３は、回転軸１２０の軸に対して片体が鉛直方向に沿うように固定され、牛糞堆肥を鉛直方向から粉砕可能なようになっている。

図２及び図３の例では、進行片１２１、後退片１２２、切断片１２３を交互に同じ数だけ配置したが、各片体の個数を調整することで、混合程度を適宜設計することが可能となる。また、この例では、シャフト１２０に対して進行片１２１及び後退片１２２がそれぞれ４５度傾くように設置したが、傾き角度を調節することで、搬出される牛糞堆肥の進行又は後退の割合を自由に設計することができる。

混合機１２の一端側には、戻りコンベア１８から乾燥粉体が供給され、シャフト１２０に固定された複数片の回転により、受入ホッパ１１から投入された牛糞堆肥と乾燥粉体とを混合させながら搬送するが、シャフト１２０の回転に対して進み方向に搬送する進行片１２１と、シャフト１２０の回転に対して戻り方向に搬送する後退片１２２と、シャフト１２０に対して直交する切削片１２３とを備えることで、牛糞堆肥に対して十分な混合作用を行いながら搬送することができる。
混合機１２による牛糞堆肥と乾燥粉体との混合物（牛糞処理物）は、効率良好な燃焼を得るため含水率を４０〜４５％に調整することが好ましい。
混合機１２から排出される牛糞処理物（牛糞堆肥と乾燥粉体との混合物）は、スクリューコンベア１３により流動乾燥粉砕機１４の下部側に搬送される。

流動乾燥粉砕機１４は、最下部に回転可能な破砕ランナ１４ａを備えた流動乾燥筒で構成されている。破砕ランナ１４ａは、回転することで、下部に設けたガス入口１４ｂから燃焼排ガスを誘引するとともに、スクリューコンベア１３から搬入された牛糞処理物を破砕する。また、高温の燃焼排ガスは、サイクロン焼却機２３から送出機２４を介して供給され、流動乾燥筒内を保温する。

流動乾燥粉砕機１４内の乾燥粉体は、吸引ブロワー１５により吸引されることで乾粉回収機１６に導かれ、乾粉回収機１６に回収された乾燥粉体は、ロータリーバルブ１７により２系統に配分して排出される。また、ロータリーバルブ１７は、２系統に配分する場合の割合を調整する配分装置（ダンパー）を備え、搬送先となる混合機１２における牛糞処理物の含水率を調整するために、所望の割合に配分するよう調整することができる。
ロータリーバルブ１７により配分された１系統の乾燥粉体は、戻りコンベア１８に一端側に導かれ、搬送されて混合機１２に供給される。
また、吸引ブロワー１５で乾粉回収機１６から吸引された気体は、大気汚染防止のためバグフィルターを介して外部へ排出される。

ロータリーバルブ１７により配分されたもう１系統の乾燥粉体は、分配ダンパー２０で更に所望の割合で分配され、その一方は、ファン２２からの風によりサイクロン焼却機２３の上部へ供給される。分配ダンパー２０に分配された他方の乾燥粉体は、余剰物として排出される。

サイクロン焼却機２３は、燃料及びバーナーファンからの風が供給される加熱手段（バーナー）２７がサイクロン焼却機１に対して燃料比例調整可能に装着され、乾燥粉体を熱風サイクロンにより焼却処理し、気体（高温の燃焼排ガス）と焼却灰に分離する。
また、処理室１０で十分な燃焼（焼却処理）を行うために、外部から酸素（空気）を取り入れるための複数の空気取入れ口２３ｃを備え、燃焼空気ファン２８からの空気量が各ダンパー（図示せず）により調整されて供給されている。
また、サイクロン焼却機２３内には、内壁に付着するクリンカーを除去するためのセラミックボールが内在されている。セラミックボールは、直径５〜１5ｍｍ程度の球形で形成され、サイクロン焼却機２３内に対して循環して使用されるようになっている。

サイクロン焼却機２３内では、牛糞処理物の乾燥粉体（含水率４０〜４５％）と熱風とが円周に沿った方向に流速を有して供給される。熱風とともに供給された乾燥粉体は、円周方向から流速により渦を描くように流し込まれ、この際、気体は、筒体の円の中心から配管２３ａ内に導かれる。
また、牛糞処理物の乾燥粉体は、熱風により焼却処理（自動燃焼）されながら遠心分離されて筒体の壁面に衝突し、その後重力により落下して下部開口部２３ｂから排出される。
牛糞処理物の乾燥粉体（含水率４０〜４５％）の焼却処理では、牛糞処理物に含まれる揮発成分が燃焼することで、効率良い焼却処理が可能となる。
また、サイクロン焼却機２３の上部側方から熱風サイクロンとともに供給されるセラミックボールは、流速により渦を描くように流し込まれ、サイクロン焼却機２３の内壁に衝突しながら螺旋状に下降することで、内壁に付着したクリンカーを除去し、下部開口部２３ｂから排出される。

また、サイクロン焼却機２３では、加熱手段（バーナー）２７が自動燃料調整可能に装着されることで、原材料の供給が止まった場合や原材料に対して極端なカロリー不足が発生することで自動燃焼が維持できない場合に、加熱手段（バーナー）２７で追い炊きするようになっている。また、加熱手段（バーナー）２７による追い炊きで炉温度が上昇すれば自動的に自動燃焼に切り換わるようになっている。

サイクロン焼却機２３の気体（高温の燃焼排ガス）は、送出機（排熱蒸気ボイラー）２４によりサイクロン焼却機２３の上方の配管２３ａから流動乾燥粉砕機１４へ送出され、焼却灰は、サイクロン焼却機２３の下部の下部開口部２３ｂから排出後、スクリューコンベア４１で搬送され、ロータリーバルブ４２を介して篩分機４３に導かれる。

篩分機４３では、セラミックボールを中段から回収し、サイクロン焼却機２３の乾燥粉体投入側に循環機構により戻される。すなわち、回収されたセラミックボールは、ニューマファン２２によりサイクロン焼却機２３の上部から燃料とともに円周方向に投入され、焼却炉内に発生するクリンカーを除去する。サイクロン焼却機２３の下部は円錐状になっているので、セラミックボールはサイクロン焼却機２３の内壁面に付着したクリンカーと衝突しこれを剥離する。
セラミックボールをサイクロン焼却機２３上部に戻すことで、内壁面に付着するクリンカーについて、固化する前のソフトクリンカーのうちに除去することが可能となる。
また、篩分機４３では、振動篩４３ａにより大粒灰及びソフトクリンカーと、細粒灰とに篩い分けられ、それぞれ排出されて廃棄物として廃棄される。

送出機（排熱蒸気ボイラー）２４は、サイクロン焼却機２３からの熱風を流動乾燥粉砕機１４へ導くとともに、排熱蒸気ボイラーを備えることで、発生する蒸気（１５０℃以上）を不凍液タンク２５の不凍液を熱する熱交換源として使用する。すなわち、不凍液タンク２５には、蒸気配管が設置され、排熱蒸気ボイラーからの高温蒸気が供給されるように構成されている。不凍液タンク２５には、牛糞堆肥収納庫３２の床面３１下に設置された床暖房３０との間にパイプ２７が接続され、パイプ２７内には不凍液が充填されている。熱交換作用により、不凍液タンク２５内の不凍液が４５度程度の温水となり、パイプ２７内を循環し、牛糞堆肥収納庫３２の床面３１を加温し、熱交換後の不凍液は３５度程度で不凍液タンク２５に戻される。

床暖房３０による床面３１の温度は、１０℃以上に設定することで、牛糞堆肥収納庫３２内の床面３１上に発生する牛糞の発酵を確実に行うことができる。
そのため、牛糞堆肥収納庫３２においては、温度が低い環境下であっても、床暖房３０により牛から排出される牛糞が凍ることなく牛糞堆肥に発酵させることができる。
そして、この牛糞堆肥は、牛糞堆肥循環処理装置の受入ホッパ１１に投入することで、燃料として循環利用することができる。

上述した例では、送出機２４の排熱蒸気ボイラーで発生した蒸気をそのまま熱交換するように構成したが、排熱蒸気ボイラーと不凍液タンク２５との間に発電機を設置し、排熱蒸気ボイラーで発生した蒸気により発電した電気をエネルギー源として不凍液タンクの水（不凍液）を加温するような構造であってもよい。

次に、上述した牛糞堆肥循環処理装置を用いて、牛糞の乾燥処理を行う手順について説明する。
牛糞堆肥（原料）を受入ホッパ１１に供給する。牛糞堆肥の含水率は８０〜９０％となっている。
受入ホッパ１１に供給された牛糞堆肥は、混合機１２において、戻りコンベア１８からの乾燥粉体と混合されることで、牛糞処理物の含水率を４０〜４５％に調整する。含水率を４０〜４５％に調整するのは、流動乾燥粉砕機１４の流動乾燥筒内壁への付着を防止するためである。

牛糞処理物（牛糞堆肥と乾燥粉体との混合物）はスクリューコンベア１３で流動乾燥粉砕機１４へ搬送されるが、スクリューコンベア１３内で牛糞処理物が隙間なく充填されるようにする。これは、吸引ブロワー１５で吸引するに際して、流動乾燥筒内に外気が導入されるのを防ぐためである。

次に、吸引ブロワー１５を作動させ、同時にサイクロン焼却機２３を加熱手段（バーナー）２７により点火する。
サイクロン焼却機２３の処理室が自動燃焼に耐える温度上昇になったらファン２２により乾燥粉体がサイクロン焼却機２３に供給する。
サイクロン焼却機２３の処理室における十分な加熱を確認後、加熱手段（バーナー）２７を失火させる。
この段階で、サイクロン焼却機２３内では自燃乾燥による乾燥処理が行われる。

サイクロン焼却機２３内では、焼却処理により気体（高温の燃焼排ガス）と焼却灰とに分離され、乾燥粉体は、送出機２４によりサイクロン焼却機２３の上方から流動乾燥粉砕機１４へ送出され、サイクロン焼却機２３の熱風は、不凍液タンク２５の熱源として利用される。

サイクロン焼却機２３の内壁に付着するクリンカーは、焼却灰から篩分機４３により焼却灰から回収されたセラミックボールをサイクロン焼却機２３の上部に戻すことで、衝突作用によりクリンカーが内壁で固化する前にこれを剥離させることができる。
また、セラミックボールは、篩分機４３で回収してサイクロン焼却機２３の上部に戻すことで循環機構による循環使用ができるので、サイクロン焼却機２３の稼働中に同時に固化する前のクリンカー（ソフトクリンカー）を除去することができる。
セラミックボールの表面が削れて小さくなった場合は、新しいセラミックボールを追加交換することで、クリンカーの除去効果を継続させることができる。

上述した牛糞堆肥循環処理装置によれば、牛糞堆肥収納庫に床暖房を備えることで寒冷地においても凍りつくことなく牛糞堆肥を作成し、この牛糞堆肥を床暖房の熱源の燃料として循環して利用することで、効率良い処理設備を得ることができる。

１１…受入ホッパ、１２…混合機、１３…スクリューコンベア、１４…流動乾燥粉砕機、１５…吸引ブロワー、１６…乾粉回収機、１７…ロータリーバルブ、１８…戻りコンベア、２０…分配ダンパー、２２…ファン、２３…サイクロン焼却機、２４…送出機（排熱蒸気ボイラー）、２７…加熱手段（バーナー）、３０…床暖房、３１…床面、３２…牛糞堆肥収納庫、４３…篩分機、１２０…シャフト、１２１…進行片、１２２…後退片、１２３…切断片。

Claims

床暖房を備えた床面上を有する牛糞堆肥収納庫と、
前記床面上で発酵する牛糞堆肥が投入される受入ホッパと、
前記受入ホッパからの牛糞堆肥と後記戻りコンベアからの乾燥粉体とを含水率調整のために混合する混合機と、
前記混合機からの混合粉体を粉砕する流動乾燥粉砕機と、
前記流動乾燥粉砕機内の乾燥粉体を吸引する吸引ブロワーと、
前記吸引ブロワーにより導かれた乾燥粉体を回収する乾粉回収機と、
前記乾粉回収機で回収された乾燥粉体を２系統に配分するバルブと、
配分された１系統の乾燥粉体について前記混合機に搬送する戻りコンベアと、を備えるとともに、
配分された他の１系統の乾燥粉体から余剰製品を分配する分配ダンパーと、
余剰製品が除去された乾燥粉体燃料を気体と焼却灰に分離するサイクロン焼却機と、
排熱蒸気ボイラーを介して前記サイクロン焼却機の気体を前記流動乾燥粉砕機へ送出する送出機と、
前記排熱蒸気ボイラーの蒸気で加熱される不凍液タンクと、を備え、
前記不凍液タンクと前記床暖房の間において温水を循環させて前記床面を加温することで牛糞を発酵させて牛糞堆肥を得ることを特徴とする牛糞堆肥循環処理装置。
前記床暖房による床面の温度を１０℃以上とした請求項１に記載の牛糞堆肥循環処理装置。
前記混合機による牛糞堆肥と乾燥粉体との混合物の含水率は、４０〜４５％に調整される請求項１に記載の牛糞堆肥循環処理装置。