生ゴミ乾燥装置
【課題】本発明は、ゴミを均等に短時間で乾燥でき、悪臭を外部に放散することがなく、無駄な作業が不要で、低コストで乾燥できる生ゴミ乾燥装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の生ゴミ乾燥装置は、生ゴミを収容し複数のセイロ６が整列して配設されると共に、各セイロ６内部に低相対湿度、高温の湿り空気を流して横断させ生ゴミを乾燥させるセイロ乾燥室と、高温の空気を形成しセイロ乾燥室２ｂに供給できる高圧加熱室２ａと、水分を除去した後の湿り空気を循環するファン３ａと、水分を結露させる冷却器９ａと、循環路４と、ドレイン口１１を備え、セイロ乾燥室２ｂにおいては、循環される湿り空気がセイロ６の整列によって各セイロで同等に分流されて、各セイロ６内では減速され、この湿り空気と生ゴミとの温度差、湿度差によって生ゴミを乾燥させることを最も主要な特徴とする。
【解決手段】本発明の生ゴミ乾燥装置は、生ゴミを収容し複数のセイロ６が整列して配設されると共に、各セイロ６内部に低相対湿度、高温の湿り空気を流して横断させ生ゴミを乾燥させるセイロ乾燥室と、高温の空気を形成しセイロ乾燥室２ｂに供給できる高圧加熱室２ａと、水分を除去した後の湿り空気を循環するファン３ａと、水分を結露させる冷却器９ａと、循環路４と、ドレイン口１１を備え、セイロ乾燥室２ｂにおいては、循環される湿り空気がセイロ６の整列によって各セイロで同等に分流されて、各セイロ６内では減速され、この湿り空気と生ゴミとの温度差、湿度差によって生ゴミを乾燥させることを最も主要な特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セイロ乾燥室の流路断面にセイロを充填し、熱風を作って各セイロ中の側面から熱風が横断するようにセイロ乾燥室内を流して、厨芥やその他の含水廃棄物である生ゴミをほぼ均等に乾燥し、作業が高効率で行え、短時間、非常に低いコストで生ゴミを乾燥できる生ゴミ乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、厨芥等の生ゴミの減容と乾燥は、加熱によってその含有水分を蒸発させ、発生した水蒸気を排出して乾燥することで行われる。しかし、生ゴミから出た水蒸気を外部に放出するため、外部に悪臭を放散させてしまうことが多かった。なお、以下、生ゴミとは、厨芥やその他の含水有機物に代表される水分を含んだ含水廃棄物のことである。
【０００３】
また、台所の厨芥を処理するための厨芥処理機としては、一般に、熱風を循環させ、発生した水蒸気を、空冷式熱交換器を備えた凝縮器で復水し、除去するようにしたものが従来知られている（例えば特許文献１参照）。しかし、このような厨芥処理機では、ミストの除去が不十分で、再加熱時の熱風の相対湿度の低下が不十分になり、高い乾燥効果が得られない。
【０００４】
また、例えば特許文献２のような乾燥装置も公知である。特許文献２の乾燥装置は、処理槽内に入れられた含水廃棄物を加熱し、発生する水蒸気を循環する低湿度の空気が吸収・冷却することで水分を除去し、乾燥させ、これにより、悪臭を外部に放散させることなく処理する。これは、空気供給系、含水廃棄物を入れる処理槽、高湿度の空気を冷却する冷却器、冷却された低温空気管系、処理槽外面を加熱する温水循環系、冷却水を冷却する冷却塔等で構成されており、循環する空気の相対湿度差を利用することで含水廃棄物の水分を減らすものである。８０〜９０℃の加熱温度で乾燥処理することが可能なため、生ゴミなどは飼料として再生することができる。また、空気を循環させる処理方式であるため、悪臭の外部放散がなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−９６２６８号公報
【特許文献２】特開２００１−３４０８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の生ゴミの乾燥は、熱を加えることによってその含有水分を蒸発させ、発生した水蒸気を排出し、乾燥する。しかし、生ゴミ等から出た水蒸気を外部に放出するため、外界に悪臭を放散させることになる。また、特許文献１の厨芥等の生ゴミ処理機は、ミスト除去効果が不十分で、再加熱時の熱風の相対湿度低下が不十分になり、高い乾燥効果が得られない。このためコストがきわめて大きくなるという問題があった。
【０００７】
特許文献２の乾燥装置は、処理槽内に入れられた含水廃棄物を加熱し、発生する水蒸気を循環する低湿空気が吸収・冷却することで水分を除去し乾燥させ、これにより、悪臭を外部に発散させることなく処理するものである。これは、空気を循環させる処理方式であるため、悪臭の外部発散がない。
【０００８】
しかし、特許文献２の乾燥装置は、生ゴミを飼料として再生することを目的とするものであって、乾燥時間を短縮し、乾燥処理の際の作業効率を向上し、コストの大幅な低減を図った乾燥装置ではない。生ゴミを１つの処理槽に投入する作業は作業効率をきわめて悪く、人件費もかさむものであるし、また、特許文献２の温水循環系、冷却器は、熱交換が高効率で行えないため、燃料費が高コストになってしまうものであった。
【０００９】
そこで、本発明は、生ゴミを均等に短時間で乾燥でき、悪臭を外部に放散することがなく、処理時には無駄な作業がなく、低コストで乾燥できる生ゴミ乾燥装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の生ゴミ乾燥装置は、生ゴミを収容し複数の開口が型枠の側面に開けられた複数のセイロが整列して配設されると共に、各セイロ内部に低相対湿度、高温の湿り空気を流して横断させ生ゴミを乾燥させるセイロ乾燥室と、熱交換器を備えて高温の空気を形成しセイロ乾燥室に該高温の空気を供給できる高圧加熱室と、セイロ乾燥室で水分を除去した後の湿り空気を循環するファンと、湿り空気を冷却して水分を結露させる冷却器と、ファンと冷却器を連絡する循環路と、冷却器で結露したドレインを排出するドレイン口を備え、セイロ乾燥室においては、循環される湿り空気がセイロの整列によって各セイロで同等に分流されて、各セイロ内では減速され、この湿り空気と生ゴミとの温度差、湿度差によって生ゴミを乾燥させることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の乾燥装置は、生ゴミを均等に短時間で乾燥でき、悪臭を外部に放散することがなく、処理時には無駄な作業がなく、低コストで乾燥できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の側方からみた構成図
【図２】本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の上方からみた構成図
【図３】本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の冷却器の構成図
【図４】本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置のセイロの斜視図
【図５】本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の湿り空気線図
【図６】本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の制御構成の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１の発明は、生ゴミを収容し複数の開口が型枠の側面に開けられた複数のセイロが整列して配設されると共に、各セイロ内部に低相対湿度、高温の湿り空気を流して横断させ生ゴミを乾燥させるセイロ乾燥室と、熱交換器を備えて高温の空気を形成しセイロ乾燥室に該高温の空気を供給できる高圧加熱室と、セイロ乾燥室で水分を除去した後の湿り空気を循環するファンと、湿り空気を冷却して水分を結露させる冷却器と、ファンと冷却器を連絡する循環路と、冷却器で結露したドレインを排出するドレイン口を備え、セイロ乾燥室においては、循環される湿り空気がセイロの整列によって各セイロで同等に分流されて、各セイロ内では減速され、この湿り空気と生ゴミとの温度差、湿度差によって生ゴミを乾燥させることを特徴とする生ゴミ乾燥装置である。この構成によって、生ゴミを均等に短時間で乾燥でき、悪臭を外部に放散することがなく、処理時には無駄な作業がなく、低コストで乾燥できる。
【００１４】
本発明の第２の発明は、第１の発明において、セイロを単位として全セイロの内の水蒸気が飽和状態になるまでセイロ乾燥室内の各セイロの恒率乾燥期間が保たれ、セイロ乾燥室内が１つの乾燥の場になることを特徴とする乾燥装置である。この構成によって、生ゴミをセイロ内、セイロ乾燥室内で、ほぼ均等に短時間で乾燥できる。恒率乾燥期間が終了すると、減率乾燥期間として乾燥が行われる。
【００１５】
本発明の第３の発明は、第１または第２の発明において、セイロが流路断面において流れと直交する方向に複数列配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の乾燥装置である。この構成によって、流れと直交する方向に均等に短時間で乾燥できる。
【００１６】
本発明の第４の発明は、第１から第３の何れかの発明において、セイロがセイロ乾燥室の流れ方向に複数列配置されたことを特徴とする乾燥装置である。この構成によって、生ゴミをセイロ乾燥室内で流れ方向にほぼ均等に短時間で乾燥できる。
【００１７】
（実施の形態１）
【００１８】
本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の原理を説明する。図１は本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の側方からみた構成図、図２は本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の上方からみた構成図、図３はセイロの側面を示す。ここで、本発明において生ゴミとは、厨芥や、その他の含水有機物に代表される水分を含んだ含水廃棄物のことである。また、本発明においてセイロというが、これは、小魚等を搬送したりする、いわゆる一般的な蒸篭のことだけでなく、上面を開放した箱型の容器であって、側面、底面に小開口が複数形成されており、容器内部に生ゴミを収容でき、隙間を開けて、あるいはこれを開口せずに、同じセイロを多段に積み重ねることができ、積み重ねたとき柱状になるものである。この多段に積み重ねたセイロの列は、流れ方向（縦方向）に１列だけでもよいが、２列以上縦列に並べることができる。流れ方向と直交する方向（横方向）にも、１列あるいは２列以上並列に並べることができる。セイロの列は搬入用の台車の上にセイロを載せて積み重ねて形成するのがよい。なお、ここで隙間を開けない場合というのは、実質的にほぼ接して積み重ねることである。隙間を開けないのは、流れ方向に１列のみ配設する場合で、側面の面積と比較して小開口の面積がかなり大きな割合を占めるような場合に有効である。縦２列×横２列などのように一般的には、間隙を５ｍｍ〜２０ｍｍの適当な幅で開けた方が、流体抵抗が小さく、通気が良好で乾燥が良好に進む。
【００１９】
図１に示すように、生ゴミ乾燥装置１内には、高温・高圧・低相対湿度の高圧加熱室２ａ（高温の湿り空気を形成するエリア）と、これと比較して相対的に、低温・低圧・高相対湿度のセイロ乾燥室２ｂ（生ゴミを乾燥させるエリア）が隣接して設けられ、基本的に、セイロ乾燥室２ｂの出口側と高圧加熱室２ａ入口側は空気の循環路４で連絡されている構造を有している。台車７に生ゴミを収容したセイロ６を多段、例えば４０枚積み重ねてセイロ乾燥室２ｂ内に搬入する。厨芥や魚調理後のアラなどの生ゴミのように高含水率、例えば７０％の水分を含む場合、一例としてこれが５０ｋｇの生ゴミであれば、これに含有される水分３５Ｋｇを除去しなければならない。
【００２０】
このため実施の形態１の生ゴミ乾燥装置では、循環される高圧空気を高圧加熱室２ａの熱交換器５で加熱することにより、高温・高圧・低相対湿度の熱風（温度１００℃〜１１５℃、例えば吐出圧力（静圧）４００ｋＰａ〜６００ｋＰａ［Ｇ］，相対湿度１％〜５％）を高圧加熱室２ａ内につくって、セイロ乾燥室２ｂにおくり、このセイロ乾燥室２ｂ内に隙間なく積み重ねられたセイロ６の生ゴミを除湿・乾燥する。［Ｇ］はゲージ圧であることを示す。この除湿・乾燥の過程で、ファン吸い込み口、つまりセイロ乾燥室２ｂ出口において低温・低圧・高相対湿度の空気、例えば、温度７０℃〜９０℃、圧力（静圧）−５０ｋＰａ〜−１００ｋＰａ［Ｇ］、相対湿度７０％〜１００％の湿り空気（恒率乾燥期間にはこのうちで相対湿度１００％の飽和湿り空気）にする。なお、恒率乾燥期間については後述する。この湿った空気をファン３ａによって循環路４を経由して結露室９に送って冷却器９ａで冷却し、１０℃〜３０℃、例えば２０℃、相対湿度１００％の湿り空気とし、この２０℃を露点として凝縮した水がドレインとして排水口１１から排水される。そして、この例えば２０℃に冷却された湿り空気を再び熱交換器５において１００℃〜１１５℃に加熱し、高温・高圧・低湿度の熱風（温度１００℃〜１１５℃、例えば、静圧４００ｋＰａ〜６００ｋＰａ［Ｇ］，相対湿度１％〜５％）に戻して、再度ファンにより循環する。
【００２１】
高圧加熱室２ａにおける加熱について説明すると、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置では熱交換器５がエロフィン熱交換器であり、ボイラ（図示しない）で発生した水蒸気をエロフィン熱交換器に送り、熱交換器５と高圧加熱室２ａ内部の空気との熱交換を行うことにより空気を１００℃〜１１５℃にまで加熱する。ところで冷却器９ａで１０℃〜３０℃の飽和湿り空気にされ、結露により水分が除去されているので、この空気が大気圧下で１００℃〜１１５℃にまで加熱された場合、１０℃〜３０℃における飽和湿り空気が例えば相対湿度１％〜５％の湿り空気になる。
【００２２】
図１に示すように、高圧加熱室２ａには温度センサ１２が設けられており、循環する湿り空気の温度制御に用いられる。加熱された１００℃〜１１５℃の空気は、セイロ乾燥室２ｂのセイロ６に収容され、生ゴミを乾燥する。循環される湿り空気は、生ゴミとの熱交換によって例えば、７０℃〜９０℃、相対湿度７０％〜１００％の湿り空気となり、これが循環路４を経て結露室９で例えば２０℃に冷却される。なお、恒率乾燥期間には空気は相対湿度１００％の飽和湿り空気であるが、後述する減率乾燥期間には１００％から例えば７０％にまで相対湿度が低下する。限界含水率及びその他の必要に応じて７０％以下の所定の相対湿度にまで乾燥させることもできる。このように循環空気の温度は温度制御されるが、湿度の制御はされない。というのは、セイロ乾燥室２ｂの出口の空気の温度・圧力・相対湿度は、投入された生ゴミの量と含水率の大きさ（多寡）で変動するので、一定の値にはならないからである。詳細は図６を基に後述する。ただ、冷却器９ａでの湿り空気の温度（露点）、空気量は制御できるため、これを制御すれば生ゴミ量、含水率の変化に対応できる。冷却器９ａにおいて結露させることで、セイロ乾燥装置２ｂの生ゴミから奪った水分をドレインとして系外に排出する。
【００２３】
次に、循環路４は、ファンの吐出口と結露室９を連結し、結露室９には冷却器９ａが設けられる。結露室９は図１に示すように高圧加熱室２ａと隣接して配置され、高圧加熱室２ａはセイロ乾燥室２ｂに接続されており、セイロ乾燥室２ｂはファン室３に接続される。循環路４は基本的に密閉回路であり、通常、内部の乾いた空気が放出されることはないが、生ゴミから奪われた水分が冷却器９ａで凝縮され、ドレインとして外部に排水されるとき、内部の空気がこのドレインに溶け込むなどして混入し、排出路から逸失されるため、徐々にではあるが空気が減少することは避けられない。そこで、循環路４には空気の補充口１０が設けられており、ドレインに溶け込んだ量と等量の逸失空気を補充する。補充口１０には逆止弁が設けられ、空気の流量が所定の流量より下がると、冷却器９ａと結露室９の狭い間隙を流れる空気の圧力が所定圧力より下がるため、ベルヌイの定理に従ったベンチュリ効果で外部から補充される。このため冷却器９ａに流入する流れの圧力を一定に安定させるための絞り１０ａが設置される。補充口１０、絞り１０ａ、冷却器９ａの構造などで容易に逸失空気と等量の空気を補充することができる。なお、ベンチュリ効果を利用するのではなく制御で外部から補充することもできる。結露室９には、冷却器９ａを支持すると共に、ドレインを貯め、空気を通過させる穴あき板９ｂが設けられている。
【００２４】
また、図３は本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の冷却器の構成図である。図３に示すように、結露室９の冷却器９ａは複数の薄い水タンクが平行に並べて構成されており、この水タンクの間に循環路４を介して送られてきた循環される空気、すなわち、例えば、７０℃〜９０℃、相対湿度７０％〜１００％の湿り空気（恒率乾燥期間にはこのうちの相対湿度１００％の飽和湿り空気）を通過させる。そしてこの水タンクの中には例えば実施の形態１においては１８℃の水を流して、循環路４から送られてきた循環される空気と熱交換させる。これにより、例えば２０℃であって、結露により相対湿度１００％の飽和湿り空気（飽和蒸気圧が２．４ｋＰａ程度）とする。水量は水入口９ｈから流入する水量を水量調整バルブ９ｇで調節することで調整することができる。７０℃〜９０℃、相対湿度７０％〜１００％の湿り空気が温度２０℃の飽和湿り空気に冷却されることで、この絶対湿度差分、上述の例では３５Ｋｇ分が凝縮してドレインとなり、排水路１１から排水される。この水分３５Ｋｇが生ゴミから除去されたことになる。循環路４側となる水タンクの一方端９ｅは、流れを円滑に流して流体抵抗を下げベンチュリ効果を利用できるように三角刃状に鋭角に尖っている。
【００２５】
セイロ乾燥室２ｂには、図１，２に示すように、セイロ６が複数段（上下方向）積み重ねられ、これが流れの方向（縦方向）に複数列、例えば２列に並んで流路断面内に５ｍｍ〜２０ｍｍの適当な幅の間隙またはほぼ隙間の無い状態で配置される。この間隙により、流れ方向に複数列あったとしても、各セイロ６の乾燥が並行して同時に進行する１つの乾燥の場が形成される。すなわち複数のセイロ６が集合したセイロ乾燥装置２ｂも、局所的な差が少ない１つの乾燥の場になる。この隙間を通って各列間で一旦混合されてこれが次段で再分配され、流量は全セイロで均一に分配される。セイロ６は４０枚（段）程度が多段に積まれるのがよい。台車７上に４０枚程度積み重ねられる。この台車７は入口８を通して乾燥装置１内部に搬入され、そのまま配置される。台車７は、セイロ６を載置したままの状態で、セイロ乾燥室２ｂに複数台配置される。図２に示すように、流れの直交方向（横方向）にも、複数列、例えば２列並べるのもよい。このとき縦２列×横２列×上下４０枚のセイロ６がセイロ乾燥室２ｂ内に等間隔に配列され、この配列されたセイロ６によって流れを同等に分配することになる。このとき台車７は、縦２列×横２列の４台が、セイロ乾燥室２ｂ内に配置される。
【００２６】
ところで、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置は、腐敗菌が死滅する１００℃〜１１５℃の温度で、例えば相対湿度１％〜５％程度の湿り空気をつくり、この高温、低相対湿度の湿り空気をセイロ６の配列された中へ流入させ、各セイロ６の存在で空気をほぼ均等に分配し（間隙を利用して後列側にも直接流してセイロと間隙とで流量を分配し）、セイロ６の開口で流れを絞り、膨張、再絞りさせることで、セイロ６内部に減速流れを形成する。この減速された流れは、セイロ６内の被乾燥物と空気の接触時間を長くさせることができ、被乾燥物内の隅々に回り込み、セイロ６を局所的にまとまった１つの乾燥の単位とする乾燥の場とする。さらにこの局所的な乾燥の単位（すなわちセイロ）を集合することにより、セイロ乾燥室２ｂをこのまとまって乾燥する乾燥の単位が集合した、しかも、局所的にあまり差がない、ほぼ一様な乾燥の場にすることができる。
【００２７】
恒率乾燥期間には、水分の僭熱を奪って先に飽和湿り空気になったセイロ６がそのまま一部先行して減率乾燥期間の過程（つまり顕熱を奪う過程）に移行することはなく、セイロ６のすべてが被乾燥物の表面温度を例えば３０℃〜４０℃などに保持し、すべてのセイロ６の生ゴミが飽和状態になった後に減率乾燥期間に移行する。保持する温度はシステムにとって合目的で熱効率の高くなる温度を選べばよい。そして減率乾燥期間になると、生ゴミ（生もの等）の限界含水率になるまで更に温度を上げて乾燥させればよい。実施の形態１の生ゴミ乾燥装置は、循環される空気が７０℃以上であるので、この温度では腐敗菌は生存できないため腐敗が生じず、品質の劣化を起こさせない。また、被乾燥物が、高湿度の湿潤な環境でしかも７０℃以上の高温で加熱される（つまり煮られる）ことから、生ゴミが空気中で酸化して焼け焦げるようなことがなく、被乾燥物から加熱による悪臭が発生することがない。なお、このようにして得られた乾燥物は飼料などとして再利用できる。
【００２８】
セイロ６にはそれぞれ厨芥等の生ゴミが収容される。図４は本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置のセイロの斜視図である。図４に示すように、セイロ６は矩形の型枠（縁付）と底部をもち、型枠の側面と底面に多数の開口６ａ（通気孔）が形成されている。通常のセイロでは、セイロ６の枠においては、側面の開口６ａの開口率α（＝開口面積／型枠の表面積）はα＝０．１〜０．３（１０％〜３０％）程度であり、底面を含んだセイロ全体の開口率αはα＝０．５（５０％）程度である。実質的に隙間なくセイロ乾燥室２ｂの流路断面内に積み重ねられたセイロ６に高圧加熱室２ａの高温・高圧・低湿度の熱風が側面から当たると、熱風はセイロ６の開口６ａを通して流入し、拡大された空間で減速されて、各セイロ６内を横断する。つまり、開口６ａがオリフィスによる絞りとして作用し、上流から多数の開口６ａを通ってセイロ６内に噴出し、開口６ａより拡大された空間内に断熱変化もしくはポリトロープ変化で膨張し、内部に拡散し、生ゴミの水分を長時間内にわったって気化させ、生ゴミから水分を取り除く。潜熱が奪われるため、湿り空気は温度低下し、相対湿度が上昇する。
【００２９】
湿り空気は、その後、セイロ６の下流側の多数の開口６ａから流出し、セイロ６間の隙間を直接流れた流れと合流して次の列のセイロ６内に流入する。従って１００℃〜１１５℃、相対湿度１％〜５％の湿り空気は、セイロ６の配列でほぼ均等に分配される。セイロ６内では減速流れになり、被乾燥物と空気の接触時間が長くとれる。流れ方向に複数列並べられたセイロ６の場合は、各列の入口、出口で縮流し、列数の数だけ圧力降下があり、当初の圧力（高圧加熱室２ａの４００ｋＰａ〜６００ｋＰａ［Ｇ］の静圧）はファン室３の吸込み圧力（例えば−５０ｋＰａ〜−１００ｋＰａ［Ｇ］の静圧）に圧力低下する。
【００３０】
このセイロ６内における熱風の熱交換プロセスを説明する。生ゴミに含まれる水分は熱風から潜熱を奪って気化し、セイロ６内で水蒸気になる。しかし、恒率乾燥期間には、セイロ乾燥室２ｂ内の全部の生ゴミがほぼ一律に乾燥するまで潜熱を奪い、顕熱を奪う過程に移行しない。すなわち、先に１００％近くの高い相対湿度になったセイロ６がそのまま一部だけ先行して減率乾燥期間の過程に移行することはない。従って、局所的に乾燥した生ゴミ表面が更にそのまま乾燥を続けるため、場所々で異なった進行状態の乾燥を続けるような、いわゆる乾燥むらが起きることはない。
【００３１】
というのは、生ゴミに少しでも水分が含まれている場合、乾燥が始まってから、全セイロ６の生ゴミがほぼ相対湿度１００％になるまで、生ゴミ表面が通過空気の湿球温度に保持されるという特質を有しているからである。この通過空気の湿球温度に保持される期間が恒率乾燥期間である。
【００３２】
つまり水分を残した生ゴミが一部にでも存在すると、セイロ６内の生ゴミが通過空気の湿球温度に支配され、その恒率乾燥期間の乾燥速度は一定になる。例えばセイロ６が流れ方向に２列縦列に配置されているときは、最初に第１列の各セイロ６がまとまって相対湿度１００％に近づく。このとき、第２列目を構成するセイロ６も、その相対湿度が当初の湿度より上昇するが、少し遅れ、相対湿度１００％近くにまではなっていない。第２列を構成するセイロ６は、第１列のセイロ６の存在で温度低下した熱風で乾燥する分、乾燥が遅れる。
【００３３】
つまり第１列のセイロ６は、乾燥が遅れている次の第２列のセイロ６が相対湿度１００％に近づくのを待つ。この間、先行して乾燥された生ゴミ（第１列のセイロ６）はおおむね一定温度（通過空気の湿球温度）に保持される。その後、第２列目のセイロ６においても水分が気化し、相対湿度も１００％近くに上昇する。
【００３４】
このようにセイロ乾燥室２ｂ全体がほぼまとまって乾燥が進行する１つの乾燥の場になり、全セイロ６のすべての生ゴミが乾燥するまで、生ゴミの表面が通過空気の湿球温度に保持される。しかし、実際には、熱交換で通過空気の温度は低下していくので、第１列から第２列、第２列から第３列、・・・、と列とセイロ単位で湿球温度は少しずつ低下する。ただ、各列間の差は小さく、セイロ６単位で乾燥の場を分割することにより、乾燥の進み具合をまとまって管理、コントロールすることが可能になる。セイロ６の列数を少なくするなどすれば、セイロ乾燥室２ｂ全体を実用上からみてほぼ均等に乾燥させることができる。
【００３５】
このように実施の形態１の生ゴミ乾燥装置では、乾燥が始まって恒率乾燥期間は、早く乾燥した部分と未乾燥の部分が共存する状態の場合（例えば１列目は乾燥状態に近づいた状態になったが２列目以降のセイロの列はまだ未乾燥の状態）、早く乾燥した生ゴミ表面においてその後のある期間、更にここの乾燥が進むことはなく、未乾燥の部分が乾燥されるまで乾燥が一時停止状態になる。Ｎ列全部のセイロ６全体の生ゴミの表面が一定温度、相対湿度１００％近くになってから、ゴミの表面温度が上がり始め、減率乾燥期間に至る。この期間に乾燥速度は徐々に下がっていき、生ゴミの表面は通過する空気の乾球温度に近づいていく。
【００３６】
従来の乾燥装置においては、乾いた空気を通風して被乾燥物の水分を奪って乾燥させるのが基本であった。その空気は排出される。そして、大量の熱風を送って強制的に通風乾燥しようとすると、熱風の当たる部分と当たらない部分が生じ、この２つの部分の間で乾燥むらも生じた。しかも、開放された乾燥装置であるため悪臭も漏れる。この点、循環流路型の従来の乾燥装置では（特許文献２など参照）、密閉回路を備えているため悪臭は漏れにくい。しかし、乾燥の場を分割しないで１つの処理槽全体を等温で加熱（等温変化）する乾燥装置であると共に、８０℃〜９０℃とあまり高くない温度の空気で乾燥するため、熱効率が悪く、乾燥が進みにくいし、燃料費が膨大となり、コスト高になる。処理槽周囲の温度を保持することが必要であり、これにもコストがかかる。しかも、処理槽に生ゴミを投入して、乾燥、排出し、これを繰り返すのは作業効率が極めて悪い。さらに、積み重ねたセイロ６内での流れの減速作用を利用しないため、熱交換のための時間が短く、実質的に乾燥に寄与する空気（接触流れ）は少ない。多くの空気は素通りする。
【００３７】
これに対し、実施の形態１は、空気を循環しながら水分の除去を行って湿り空気を１００℃〜１１５℃に再加熱し、この空気をセイロ乾燥室２ｂに通常は間隙を設けて積み重ねたセイロ６の多数の開口６ａからセイロ内部へ噴出させ、分割の場単位で断熱変化もしくはポリトロープ変化の膨張で流速を減速させ、セイロ内ではほぼ均一な圧力に保ち、熱風を満遍なく生ゴミに接触させ、短時間、高効率の乾燥を行うことができる。
【００３８】
熱風がセイロ６内を通過する時間は、いわば開口６ａによる堰き止め作用により、直接セイロ−セイロ間の間隙を流れる時間より長くなる。これにより、生ゴミと熱風との接触時間が多く取れ、伝熱が効果的に行え、乾燥むらが少なくなる。また、温度７０℃〜１１５℃の温度域では腐敗菌が生存しえないため、厨芥等の生ゴミが腐敗することはない。また、湿潤な状態で被乾燥物を７０℃以上で煮ることになるため、被乾燥物から腐敗臭、焼け焦げ臭などの臭気が発生することがない。従って基本的に悪臭も発生しないし、密閉した循環流路で乾燥しているため、発生したとしても外部に悪臭が漏れることはない。さらに、セイロ６が、生ゴミの運搬手段、収容容器としてではなく（これが通常の用法である）、大量の生ゴミの乾燥を、乾燥むらなく均等に、高い熱効率で、短時間に行うための手段として機能する。密閉した循環流路で乾燥しているため、熱効率も高い。実施の形態１ではセイロ６を利用するが、熱風が通過する流路となる側面に開口６ａが多数形成されており、これによって絞りとセイロ６内に熱風の膨張が起き、生ゴミと熱風との接触時間が多くなるものであればよい。
【００３９】
ここで、セイロ乾燥室２ｂでの空気の状態を、目安的な説明ではあるが少し量的に説明する。図１，２において、上流からＩ列目のセイロ６の枠の開口６ａの入口側圧力をｐＩｉ、この開口６ａの出口圧力をｐＩｏとする。開口６ａの1個の面積をｒ（ｍ２）、セイロ型枠の一側面の面積をＳ（ｍ２）とする。また、εｉ１をＩ列目のセイロの開口６ａで絞りを掛けるときの縮流係数と面積などの関数の比例係数、εｉ２をＩ列目のセイロ出口でＩ列目のセイロ出口の開口６ａで絞りを掛けるときの縮流係数と面積などの関数の比例係数とする。Ｉ＝１〜Ｎである。
【００４０】
セイロ乾燥室２ｂの流路断面積をＡ（ｍ２）、すべてのセイロがＭ（段）ほど積み重ねられ、セイロは流れ方向（縦方向）Ｎ列、流れと直交方向（横方向）Ｌ列とする。セイロの１側面の開口がｎ個あるとし、この流路断面積Ａ（ｍ２）を流れる流量をＱ（Ｋｇ／ｓ）とする。簡単のために、流量は各列の各セイロで均一に分配され、隙間ｄをβ×Ｓ（但し、βはＳに対しての隙間の割合）とし、かつ、この隙間ｄを通って各列間の空間で一旦混合されては再び次列で再分配され流量は全セイロで均一に分配されると仮定する。開口１個当たりを流れる流量をΔｑ（Ｋｇ／ｓ・ｍ２）、隙間ｄを流れる流量をδｑとすると、流量は列間で混合されては次列に流入してセイロ全部で均一に分配されると仮定しているから、おおむねδｑ≒Δｑ×（β・Ｓ／ｒ・ｎ）であり、流路断面積Ａ（ｍ２）を通過する流量ＱはＱ＝Δｑ・ｎ・Ｍ・Ｌ＋δｑ・Ｍ・Ｌであるから、Ｑ＝Δｑ・ｎ・Ｍ・Ｌ＋Δｑ×βＳ×Ｍ・Ｌ／ｒｎ＝Δｑ・Ｍ・Ｌ（ｎ＋βＳ／ｒｎ）であり、目安として、おおむね、開口（通気孔）１個当たりΔｑ＝Ｑ／Ｍ・Ｌ（ｎ＋βＳ／ｒｎ）の流量が流れる。開口６ａ面積ｒ≒αＳ／ｎであるから、Δｑ＝Ｑα／Ｍ・Ｌ（ｎα＋β）となる。
【００４１】
Ｉ列目［Ｉ＝１〜Ｎ］のセイロの枠の開口を考える。セイロの枠の入口側の開口において圧力差δｐＩｉは、δｐＩｉ＝（ｐＩｉ−ｐＩｏ）ｆ＝（εＩｉγ／２ｇ）・Δｑ２である。ｇは重力加速度、γは比重であり、ｉは開口の入口側、ｏは開口の出口側、ｆはセイロの前方側を示す。同様にセイロの型枠の出口側の開口において圧力差δｐＩｏは、δｐＩ0＝（ｐＩｉ−ｐＩｏ）ｒ＝（εＩｏγ／２ｇ）・Δｑ２である。ｒはセイロの後方側を示す。従って、Ｉ列目のセイロの型枠の前方と後方の２つの位置の開口による圧力損失δｐＩは、δｐＩ＝（δｐＩｉ＋δｐＩ0）で表される。
【００４２】
セイロ乾燥室２ｂでの流れの圧力損失は、おおむねセイロ各列の絞りの部分に集中する。というのは、圧力損失は流速（結果として流量）の二乗に比例するからである。セイロ６の内部空間は絞りに比べて大きく、絞りの流速は数倍、数十倍以上となり、圧力損失はその二乗のオーダになるから、セイロ乾燥室２ｂにおける全圧力差は大体セイロ６の列の段数と配置によって決まる。
【００４３】
セイロ型枠の側面（面積Ｓ）における開口率αはα＝ｎ・ｒ／Ｓ＝０．１〜０．３程度である。なお、型枠の底面の開口を介しての流れは、出入りが等しく相殺されると考えられるから、熱風のセイロ乾燥室２ｂにおける圧力損失は流れの方向を考えればよい。βは列の数にもよるが、おおむねβ≒０〜ｎ・ｒ／Ｓ（＝α）程度であるから、ｎα≫βである。
【００４４】
ここで、セイロがＭ段積み重ねられ、かつ、流れ方向（縦方向）にＮ列また直交方向（横方向）にＬ列並列に配列されている場合を考えると、セイロ乾燥室２ｂの流路断面ＡはＡ≒（１＋β）ＳＭＬであり、ｎα≫βであるから、おおむねΔｑ＝Ｑ・Ｓ・（１＋β）／Ａ・（ｎα＋β）≒ＱＳ（１＋β）／Ａｎαとなり、かつ、δｐＩ≒（εＩｉγ／２ｇ）・Δｑ２＋（εＩｏγ／２ｇ）・Δｑ２＝（εＩγ／２ｇ）・Δｑ２と表されるから、セイロ乾燥室２ｂでの差圧は次のようなものと考えることができる。（ｐ１−ｐ２）≒ΣδｐＩ［Ｉ＝１〜Ｎ］＝Σ（εＩγ／２ｇ）・ΔｑＩ２［Ｉ＝１〜Ｎ］≒Ｎ・（ε＊γ／２ｇ）・｛ＱＳ（１＋β）／Ａｎα｝２となる。ここでεＩはεＩ＝（εＩｉ＋εＩｏ）、ε＊はεＩのＩ＝１〜Ｎでの平均値とする。εＩ、εＩｉ、εＩｏはｒ，ｐＩｉ，ｐＩｏ，・・の関数、ε（ｒ，ｐＩｉ，ｐＩｏ，・・）である。ただ、これらの量はあくまで仮定に基づいた説明のための量である。
【００４５】
さて、セイロ乾燥室２ｂでの１列の圧力差は、おおむね上記（ｐ１−ｐ２）をＮで分割した（ｐ１−ｐ２）／Ｎで、大体（ε＊γ／２ｇ）・｛ＱＳ（１＋β）／Ａｎα｝２に近い圧力差と考えることができ、高圧側ｐ１から低圧側ｐ２へ順に所定圧力差で階段状に降下することになる。例えば上流からＩ列目の各セイロ６内の圧力は、ｐＩ≒ｐ１−Σδｐｊ［ｊ＝１〜Ｉ］で表される。セイロの複数列で縮流と膨張を行う構造上、各セイロ６内部の圧力は、ほぼこの圧力差の中間の圧力に近い値と考えてよい。すなわち、セイロ６がセイロ乾燥室２ｂの流路断面に整列されて積み上げられて充填されていることで、開口６ａ部分での流れの絞りによる圧力損失は大きく、セイロ６内部は一様な圧力環境・温度環境・湿度環境が維持されることになる。
【００４６】
なお、ファン室３（ファン吸い込み口）側は負圧ｐ２、高圧加熱室２ａ側では正の高圧ｐ１になる。正圧ｐ１から負圧ｐ２に向かってセイロ内の空間で膨張と拡散が行われ、圧力降下していく。高温の分子の運動は低温の分子より平均自由工程が長く、減速されたセイロ６内では流体粒子がゆっくりとした膨張、拡散運動を行って、生ゴミの隅々に回りこむ。
【００４７】
従来の乾燥装置では、生ゴミに含まれる水分を熱風に接触させて気化させるが、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置１はセイロで大きな圧力差を形成して絞り・膨張が行われる流れを形成し、セイロ６内部ではゆるやかな流れを形成し、長い時間生ゴミと空気とを接触させ、高効率の熱伝達を実現する。このため、熱風はセイロ６内の隅々まで広がって、生ゴミと高効率で均一な熱交換を行い、乾燥させることができる。
【００４８】
恒率乾燥期間は、セイロ６内の全体がまとまって変化する１つの乾燥の場になり、セイロ乾燥室２ｂも全体がほぼ一様に乾燥する１つの乾燥の場になる。恒率乾燥期間にセイロ乾燥室２ｂ、各セイロ６の全部の生ゴミがほぼ湿度１００％になってから、減率乾燥期間となって乾燥速度が徐々に減少していく。生ゴミ表面温度も徐々に上がり始める。この減率乾燥期間に生ゴミの更なる乾燥速度は下がっていき、生ゴミ表面は通過する空気の乾球温度に近づいていく。
【００４９】
図５は本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の湿り空気線図である。図５によれば、セイロ乾燥室２ｂでのセイロ６の状態変化は、Ａ点（例えば、温度１００℃、圧力は１０ｋＰａ「Ｇ］、相対湿度５％）からＢ点（例えば、温度８０℃、静圧−５０ｋＰａ「Ｇ］、相対湿度１００％）にかけての直線的な変化となる。この湿り空気の状態変化は、断熱的変化の場合、湿球温度一定の線にほぼ沿った変化で、断熱飽和温度ｔ’（実際の熱風では僅かに高い温度）にまで変化する。ここで、Ａ点が１００℃のような高い温度であるために、Ａ点→Ｂ点の絶対湿度差（ｘ２−ｘ１）は従来と比較して大きな値をもつことができる。言い換えれば、より大量の水分を除去することができる。
【００５０】
セイロ６がＮ列４０段の場合の状態変化は、各列のセイロ６が全部相対湿度１００％に近くなるまで恒率乾燥期間になる。生ゴミの表面は通過する空気の湿球温度、一定温度にほぼ保持される。Ｎ列のセイロ６がすべて相対湿度１００％に近づくまで、生ゴミの表面は通過する空気の一定温度に保持される。
【００５１】
これを図５の湿り空気線図で示すと、ｖ１線、ｖ２線、・・・、ｖＮ線（Ｎは２以上の整数）が第１、第２、・・・第Ｎ列目のセイロが順に相対湿度１００％近くに到達し、残りのセイロが飽和するのを待機する線である。Ａ点−Ｂ点の線分とのｖ１線、ｖ２線、・・・、ｖＮ線との交点はそれぞれｖ１ＡＢ、ｖ２ＡＢ、・・・、ｖＮＡＢとなる。例えばｖ１ＡＢは第１列目のセイロが相対湿度１００％になり、以降の列は未乾燥の場合の温度と絶対湿度の位置を示す。ｖ２ＡＢは第２列目のセイロまでが相対湿度１００％になり、第３列以降の列は未乾燥の場合の温度と絶対湿度の位置を示し、ｖＮＡＢは第Ｎ列目までの全セイロが相対湿度１００％になったときの温度と絶対湿度の位置を示している。各線間の幅は徐々に小さくなる。
【００５２】
従って、Ａ点から交点ｖ１ＡＢ、ｖ２ＡＢ、・・・、ｖＮＡＢを経てＢ点にまで状態変化した時点で、おおむね全体の恒率乾燥期間が終わり、ここから生ゴミの表面温度が上がり始め、次いで生ゴミの乾燥速度は下がっていき、徐々に生ゴミ表面は通過する空気の乾球温度に近づいていく。
【００５３】
Ｂ点の湿り空気は、循環路４を経て結露室９に送られ、冷却器９ａで冷却される。冷却器９ａでの冷却により、図４によれば、断熱飽和温度ｔ’から飽和空気圧線に沿ってＣ点（例えば温度２０℃、相対湿度１００％）にまで冷却される。この絶対湿度差（ｘ２−ｘ３）のドレインが乾燥装置から排出される。ところで、生ゴミ乾燥装置が生ゴミの水分を奪って継続的に運転される系（システム）であることを考えると、恒率乾燥期間にはＣ点の絶対湿度はｘ１であり、ｘ３＝ｘ１となる。このＣ点の湿り空気は熱交換器５で１００℃〜１１５℃に加熱され、再び高温・高圧・低湿度の熱風がつくられる。この期間、空気はＡ→Ｂ→Ｃ→Ａの状態変化を続ける。しかし減率乾燥期間になると、循環後の空気の状態を示すＡ点は、図示はしないが、同一温度で少し絶対湿度が低下したＡ’点となる。Ａ’はサイクルごとに徐々に降下する。三角形類似のサイクルはＡ’→Ｂ→Ｃ→Ａ’’となり、このサイクルで生ゴミ乾燥装置１は運転され、生ゴミを乾燥する。
【００５４】
図６は本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の制御構成の説明図である。温度センサ１２で熱風温度を検出し、制御部１３が熱風温度を断熱飽和温度ｔ’に維持できるように水量調節バルブ９ｇとファン３を制御する。これにより、温度管理するだけでＡ（Ａ’）→Ｂ→Ｃ→Ａ（Ａ’’）のサイクルで生ゴミ乾燥装置１を運転できる。ただ、生ゴミから奪われた水分がドレインとして外部に排水されるから、内部の乾いた空気がこのドレインに混入し、逸失されてしまうため、湿り空気の環境を保つため実施の形態１では補充口１０が設けられており、ベンチュリ効果によって自動的に外部から逸失空気を補充する。
【００５５】
（実施例１）
【００５６】
生ゴミ
残飯や魚のあら等 １トン
含水率 ７０％
ファン３ａ．７ｋＷ
流量 １８０００ｍ３／ｈ
吐出圧力 ６００ｋＰａ
生ゴミ乾燥装置
長さ ３０００ｍｍ
横幅 １５００ｍｍ
セイロ乾燥室
長さ １６００ｍｍ
横幅 １５００ｍｍ
高圧加熱室
空気湿度 １００℃から１１５℃
空気圧力（静圧） ６００ｋＰａ［Ｇ］
相対湿度 ５％
エロフィン熱交換器
長さ ４００ｍｍ
横幅 １５００ｍｍ
空気出口温度 １００℃〜１１５℃
結露室９
長さ ６００ｍｍ
横幅 １５００ｍｍ
冷却器
水タンク ９個
水タンク長さ ５００ｍｍ
水タンク横幅 １００ｍｍ
水タンク縦幅 １００ｍｍ
水タンク高さ ８７０ｍｍ
水タンク配列間隔 ５０ｍｍ
水温 １８℃
空気温度 ２０℃
空気相対湿度 １００％
ファン室
温度 ８０℃
吸込み圧力（静圧） −５０ｋＰａ［Ｇ］
【００５７】
このように本発明の実施の形態１の乾燥装置においては、空気を循環しながら水分を除去し、循環される湿り空気は再加熱し、この空気をセイロ乾燥室に充填したセイロの多数の開口からセイロ内部へ噴出させ、流体粒子のゆっくりとした膨張運動によりセイロ内部をほぼ均一な圧力とし、長時間の熱交換で高効率の乾燥を行う。熱風がセイロ内を通過する時間はセイロが無い状態のときの時間より長くなり、生ゴミと熱風との接触時間が大きくなり、高効率の熱交換が行え、セイロ内、セイロ乾燥室が１つのほぼ一様な乾燥の場になって、乾燥むらをなくすことができる。高効率の熱交換のため、生ゴミをきわめて低コストで乾燥させることができる。従来の乾燥装置のように、（１）単なる投入・加熱のための処理槽として、（２）処理槽全体を周囲から等温加熱する、のではなく、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置は、（１）セイロを単位として乾燥の場を複数に分割し、（２）セイロ乾燥室では熱を加えず断熱変化もしくはポリトロープ変化の膨張をさせるものである。
【００５８】
また、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置では、温度１００℃〜８０℃の温度域では腐敗菌が生存しないため、生ゴミが腐敗することもない。湿潤な状態で被乾燥物を７０℃以上でいわば煮ることになるため、被乾燥物から腐敗臭、焼け焦げ臭などの悪臭が発生しないし、密閉した循環流路で乾燥しているので悪臭が外部に漏れることもない。また、密閉した循環流路で乾燥しているため、熱効率も高い。
【００５９】
また、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置は、従来のように、処理槽に生ゴミを投入して乾燥し、更にこれを少しずつ分けて排出するという、きわめて非効率な作業を行わずに、短時間で乾燥装置への生ゴミの搬入作業、排出作業が行える。そして、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置では、セイロを高効率の熱交換のための手段として利用でき、恒率乾燥期間であって早く乾燥した部分と未乾燥の部分が共存する状態の場合、未乾燥の部分が乾燥されるまで早く乾燥した部分の更なる乾燥を一時的に遅らせることができ、生ゴミの全体としてほぼ均等な乾燥が行える。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、厨芥等の生ゴミを乾物させる生ゴミ乾燥装置に適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 乾燥装置
２ａ 高圧加熱室
２ｂ セイロ乾燥室
３ ファン室３
３ａ ファン
４ 循環路
５ 熱交換器
６ セイロ
６ａ 開口
７ 台車
８ 入口
９ 結露室
９ａ 冷却器
９ｂ 穴あき板
１０ 補充口
１０ａ 絞り
１１ 排水路
１２ 温度センサ
１３ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セイロ乾燥室の流路断面にセイロを充填し、熱風を作って各セイロ中の側面から熱風が横断するようにセイロ乾燥室内を流して、厨芥やその他の含水廃棄物である生ゴミをほぼ均等に乾燥し、作業が高効率で行え、短時間、非常に低いコストで生ゴミを乾燥できる生ゴミ乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、厨芥等の生ゴミの減容と乾燥は、加熱によってその含有水分を蒸発させ、発生した水蒸気を排出して乾燥することで行われる。しかし、生ゴミから出た水蒸気を外部に放出するため、外部に悪臭を放散させてしまうことが多かった。なお、以下、生ゴミとは、厨芥やその他の含水有機物に代表される水分を含んだ含水廃棄物のことである。
【０００３】
また、台所の厨芥を処理するための厨芥処理機としては、一般に、熱風を循環させ、発生した水蒸気を、空冷式熱交換器を備えた凝縮器で復水し、除去するようにしたものが従来知られている（例えば特許文献１参照）。しかし、このような厨芥処理機では、ミストの除去が不十分で、再加熱時の熱風の相対湿度の低下が不十分になり、高い乾燥効果が得られない。
【０００４】
また、例えば特許文献２のような乾燥装置も公知である。特許文献２の乾燥装置は、処理槽内に入れられた含水廃棄物を加熱し、発生する水蒸気を循環する低湿度の空気が吸収・冷却することで水分を除去し、乾燥させ、これにより、悪臭を外部に放散させることなく処理する。これは、空気供給系、含水廃棄物を入れる処理槽、高湿度の空気を冷却する冷却器、冷却された低温空気管系、処理槽外面を加熱する温水循環系、冷却水を冷却する冷却塔等で構成されており、循環する空気の相対湿度差を利用することで含水廃棄物の水分を減らすものである。８０〜９０℃の加熱温度で乾燥処理することが可能なため、生ゴミなどは飼料として再生することができる。また、空気を循環させる処理方式であるため、悪臭の外部放散がなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−９６２６８号公報
【特許文献２】特開２００１−３４０８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の生ゴミの乾燥は、熱を加えることによってその含有水分を蒸発させ、発生した水蒸気を排出し、乾燥する。しかし、生ゴミ等から出た水蒸気を外部に放出するため、外界に悪臭を放散させることになる。また、特許文献１の厨芥等の生ゴミ処理機は、ミスト除去効果が不十分で、再加熱時の熱風の相対湿度低下が不十分になり、高い乾燥効果が得られない。このためコストがきわめて大きくなるという問題があった。
【０００７】
特許文献２の乾燥装置は、処理槽内に入れられた含水廃棄物を加熱し、発生する水蒸気を循環する低湿空気が吸収・冷却することで水分を除去し乾燥させ、これにより、悪臭を外部に発散させることなく処理するものである。これは、空気を循環させる処理方式であるため、悪臭の外部発散がない。
【０００８】
しかし、特許文献２の乾燥装置は、生ゴミを飼料として再生することを目的とするものであって、乾燥時間を短縮し、乾燥処理の際の作業効率を向上し、コストの大幅な低減を図った乾燥装置ではない。生ゴミを１つの処理槽に投入する作業は作業効率をきわめて悪く、人件費もかさむものであるし、また、特許文献２の温水循環系、冷却器は、熱交換が高効率で行えないため、燃料費が高コストになってしまうものであった。
【０００９】
そこで、本発明は、生ゴミを均等に短時間で乾燥でき、悪臭を外部に放散することがなく、処理時には無駄な作業がなく、低コストで乾燥できる生ゴミ乾燥装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の生ゴミ乾燥装置は、生ゴミを収容し複数の開口が型枠の側面に開けられた複数のセイロが整列して配設されると共に、各セイロ内部に低相対湿度、高温の湿り空気を流して横断させ生ゴミを乾燥させるセイロ乾燥室と、熱交換器を備えて高温の空気を形成しセイロ乾燥室に該高温の空気を供給できる高圧加熱室と、セイロ乾燥室で水分を除去した後の湿り空気を循環するファンと、湿り空気を冷却して水分を結露させる冷却器と、ファンと冷却器を連絡する循環路と、冷却器で結露したドレインを排出するドレイン口を備え、セイロ乾燥室においては、循環される湿り空気がセイロの整列によって各セイロで同等に分流されて、各セイロ内では減速され、この湿り空気と生ゴミとの温度差、湿度差によって生ゴミを乾燥させることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の乾燥装置は、生ゴミを均等に短時間で乾燥でき、悪臭を外部に放散することがなく、処理時には無駄な作業がなく、低コストで乾燥できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の側方からみた構成図
【図２】本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の上方からみた構成図
【図３】本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の冷却器の構成図
【図４】本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置のセイロの斜視図
【図５】本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の湿り空気線図
【図６】本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の制御構成の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１の発明は、生ゴミを収容し複数の開口が型枠の側面に開けられた複数のセイロが整列して配設されると共に、各セイロ内部に低相対湿度、高温の湿り空気を流して横断させ生ゴミを乾燥させるセイロ乾燥室と、熱交換器を備えて高温の空気を形成しセイロ乾燥室に該高温の空気を供給できる高圧加熱室と、セイロ乾燥室で水分を除去した後の湿り空気を循環するファンと、湿り空気を冷却して水分を結露させる冷却器と、ファンと冷却器を連絡する循環路と、冷却器で結露したドレインを排出するドレイン口を備え、セイロ乾燥室においては、循環される湿り空気がセイロの整列によって各セイロで同等に分流されて、各セイロ内では減速され、この湿り空気と生ゴミとの温度差、湿度差によって生ゴミを乾燥させることを特徴とする生ゴミ乾燥装置である。この構成によって、生ゴミを均等に短時間で乾燥でき、悪臭を外部に放散することがなく、処理時には無駄な作業がなく、低コストで乾燥できる。
【００１４】
本発明の第２の発明は、第１の発明において、セイロを単位として全セイロの内の水蒸気が飽和状態になるまでセイロ乾燥室内の各セイロの恒率乾燥期間が保たれ、セイロ乾燥室内が１つの乾燥の場になることを特徴とする乾燥装置である。この構成によって、生ゴミをセイロ内、セイロ乾燥室内で、ほぼ均等に短時間で乾燥できる。恒率乾燥期間が終了すると、減率乾燥期間として乾燥が行われる。
【００１５】
本発明の第３の発明は、第１または第２の発明において、セイロが流路断面において流れと直交する方向に複数列配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の乾燥装置である。この構成によって、流れと直交する方向に均等に短時間で乾燥できる。
【００１６】
本発明の第４の発明は、第１から第３の何れかの発明において、セイロがセイロ乾燥室の流れ方向に複数列配置されたことを特徴とする乾燥装置である。この構成によって、生ゴミをセイロ乾燥室内で流れ方向にほぼ均等に短時間で乾燥できる。
【００１７】
（実施の形態１）
【００１８】
本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の原理を説明する。図１は本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の側方からみた構成図、図２は本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の上方からみた構成図、図３はセイロの側面を示す。ここで、本発明において生ゴミとは、厨芥や、その他の含水有機物に代表される水分を含んだ含水廃棄物のことである。また、本発明においてセイロというが、これは、小魚等を搬送したりする、いわゆる一般的な蒸篭のことだけでなく、上面を開放した箱型の容器であって、側面、底面に小開口が複数形成されており、容器内部に生ゴミを収容でき、隙間を開けて、あるいはこれを開口せずに、同じセイロを多段に積み重ねることができ、積み重ねたとき柱状になるものである。この多段に積み重ねたセイロの列は、流れ方向（縦方向）に１列だけでもよいが、２列以上縦列に並べることができる。流れ方向と直交する方向（横方向）にも、１列あるいは２列以上並列に並べることができる。セイロの列は搬入用の台車の上にセイロを載せて積み重ねて形成するのがよい。なお、ここで隙間を開けない場合というのは、実質的にほぼ接して積み重ねることである。隙間を開けないのは、流れ方向に１列のみ配設する場合で、側面の面積と比較して小開口の面積がかなり大きな割合を占めるような場合に有効である。縦２列×横２列などのように一般的には、間隙を５ｍｍ〜２０ｍｍの適当な幅で開けた方が、流体抵抗が小さく、通気が良好で乾燥が良好に進む。
【００１９】
図１に示すように、生ゴミ乾燥装置１内には、高温・高圧・低相対湿度の高圧加熱室２ａ（高温の湿り空気を形成するエリア）と、これと比較して相対的に、低温・低圧・高相対湿度のセイロ乾燥室２ｂ（生ゴミを乾燥させるエリア）が隣接して設けられ、基本的に、セイロ乾燥室２ｂの出口側と高圧加熱室２ａ入口側は空気の循環路４で連絡されている構造を有している。台車７に生ゴミを収容したセイロ６を多段、例えば４０枚積み重ねてセイロ乾燥室２ｂ内に搬入する。厨芥や魚調理後のアラなどの生ゴミのように高含水率、例えば７０％の水分を含む場合、一例としてこれが５０ｋｇの生ゴミであれば、これに含有される水分３５Ｋｇを除去しなければならない。
【００２０】
このため実施の形態１の生ゴミ乾燥装置では、循環される高圧空気を高圧加熱室２ａの熱交換器５で加熱することにより、高温・高圧・低相対湿度の熱風（温度１００℃〜１１５℃、例えば吐出圧力（静圧）４００ｋＰａ〜６００ｋＰａ［Ｇ］，相対湿度１％〜５％）を高圧加熱室２ａ内につくって、セイロ乾燥室２ｂにおくり、このセイロ乾燥室２ｂ内に隙間なく積み重ねられたセイロ６の生ゴミを除湿・乾燥する。［Ｇ］はゲージ圧であることを示す。この除湿・乾燥の過程で、ファン吸い込み口、つまりセイロ乾燥室２ｂ出口において低温・低圧・高相対湿度の空気、例えば、温度７０℃〜９０℃、圧力（静圧）−５０ｋＰａ〜−１００ｋＰａ［Ｇ］、相対湿度７０％〜１００％の湿り空気（恒率乾燥期間にはこのうちで相対湿度１００％の飽和湿り空気）にする。なお、恒率乾燥期間については後述する。この湿った空気をファン３ａによって循環路４を経由して結露室９に送って冷却器９ａで冷却し、１０℃〜３０℃、例えば２０℃、相対湿度１００％の湿り空気とし、この２０℃を露点として凝縮した水がドレインとして排水口１１から排水される。そして、この例えば２０℃に冷却された湿り空気を再び熱交換器５において１００℃〜１１５℃に加熱し、高温・高圧・低湿度の熱風（温度１００℃〜１１５℃、例えば、静圧４００ｋＰａ〜６００ｋＰａ［Ｇ］，相対湿度１％〜５％）に戻して、再度ファンにより循環する。
【００２１】
高圧加熱室２ａにおける加熱について説明すると、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置では熱交換器５がエロフィン熱交換器であり、ボイラ（図示しない）で発生した水蒸気をエロフィン熱交換器に送り、熱交換器５と高圧加熱室２ａ内部の空気との熱交換を行うことにより空気を１００℃〜１１５℃にまで加熱する。ところで冷却器９ａで１０℃〜３０℃の飽和湿り空気にされ、結露により水分が除去されているので、この空気が大気圧下で１００℃〜１１５℃にまで加熱された場合、１０℃〜３０℃における飽和湿り空気が例えば相対湿度１％〜５％の湿り空気になる。
【００２２】
図１に示すように、高圧加熱室２ａには温度センサ１２が設けられており、循環する湿り空気の温度制御に用いられる。加熱された１００℃〜１１５℃の空気は、セイロ乾燥室２ｂのセイロ６に収容され、生ゴミを乾燥する。循環される湿り空気は、生ゴミとの熱交換によって例えば、７０℃〜９０℃、相対湿度７０％〜１００％の湿り空気となり、これが循環路４を経て結露室９で例えば２０℃に冷却される。なお、恒率乾燥期間には空気は相対湿度１００％の飽和湿り空気であるが、後述する減率乾燥期間には１００％から例えば７０％にまで相対湿度が低下する。限界含水率及びその他の必要に応じて７０％以下の所定の相対湿度にまで乾燥させることもできる。このように循環空気の温度は温度制御されるが、湿度の制御はされない。というのは、セイロ乾燥室２ｂの出口の空気の温度・圧力・相対湿度は、投入された生ゴミの量と含水率の大きさ（多寡）で変動するので、一定の値にはならないからである。詳細は図６を基に後述する。ただ、冷却器９ａでの湿り空気の温度（露点）、空気量は制御できるため、これを制御すれば生ゴミ量、含水率の変化に対応できる。冷却器９ａにおいて結露させることで、セイロ乾燥装置２ｂの生ゴミから奪った水分をドレインとして系外に排出する。
【００２３】
次に、循環路４は、ファンの吐出口と結露室９を連結し、結露室９には冷却器９ａが設けられる。結露室９は図１に示すように高圧加熱室２ａと隣接して配置され、高圧加熱室２ａはセイロ乾燥室２ｂに接続されており、セイロ乾燥室２ｂはファン室３に接続される。循環路４は基本的に密閉回路であり、通常、内部の乾いた空気が放出されることはないが、生ゴミから奪われた水分が冷却器９ａで凝縮され、ドレインとして外部に排水されるとき、内部の空気がこのドレインに溶け込むなどして混入し、排出路から逸失されるため、徐々にではあるが空気が減少することは避けられない。そこで、循環路４には空気の補充口１０が設けられており、ドレインに溶け込んだ量と等量の逸失空気を補充する。補充口１０には逆止弁が設けられ、空気の流量が所定の流量より下がると、冷却器９ａと結露室９の狭い間隙を流れる空気の圧力が所定圧力より下がるため、ベルヌイの定理に従ったベンチュリ効果で外部から補充される。このため冷却器９ａに流入する流れの圧力を一定に安定させるための絞り１０ａが設置される。補充口１０、絞り１０ａ、冷却器９ａの構造などで容易に逸失空気と等量の空気を補充することができる。なお、ベンチュリ効果を利用するのではなく制御で外部から補充することもできる。結露室９には、冷却器９ａを支持すると共に、ドレインを貯め、空気を通過させる穴あき板９ｂが設けられている。
【００２４】
また、図３は本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の冷却器の構成図である。図３に示すように、結露室９の冷却器９ａは複数の薄い水タンクが平行に並べて構成されており、この水タンクの間に循環路４を介して送られてきた循環される空気、すなわち、例えば、７０℃〜９０℃、相対湿度７０％〜１００％の湿り空気（恒率乾燥期間にはこのうちの相対湿度１００％の飽和湿り空気）を通過させる。そしてこの水タンクの中には例えば実施の形態１においては１８℃の水を流して、循環路４から送られてきた循環される空気と熱交換させる。これにより、例えば２０℃であって、結露により相対湿度１００％の飽和湿り空気（飽和蒸気圧が２．４ｋＰａ程度）とする。水量は水入口９ｈから流入する水量を水量調整バルブ９ｇで調節することで調整することができる。７０℃〜９０℃、相対湿度７０％〜１００％の湿り空気が温度２０℃の飽和湿り空気に冷却されることで、この絶対湿度差分、上述の例では３５Ｋｇ分が凝縮してドレインとなり、排水路１１から排水される。この水分３５Ｋｇが生ゴミから除去されたことになる。循環路４側となる水タンクの一方端９ｅは、流れを円滑に流して流体抵抗を下げベンチュリ効果を利用できるように三角刃状に鋭角に尖っている。
【００２５】
セイロ乾燥室２ｂには、図１，２に示すように、セイロ６が複数段（上下方向）積み重ねられ、これが流れの方向（縦方向）に複数列、例えば２列に並んで流路断面内に５ｍｍ〜２０ｍｍの適当な幅の間隙またはほぼ隙間の無い状態で配置される。この間隙により、流れ方向に複数列あったとしても、各セイロ６の乾燥が並行して同時に進行する１つの乾燥の場が形成される。すなわち複数のセイロ６が集合したセイロ乾燥装置２ｂも、局所的な差が少ない１つの乾燥の場になる。この隙間を通って各列間で一旦混合されてこれが次段で再分配され、流量は全セイロで均一に分配される。セイロ６は４０枚（段）程度が多段に積まれるのがよい。台車７上に４０枚程度積み重ねられる。この台車７は入口８を通して乾燥装置１内部に搬入され、そのまま配置される。台車７は、セイロ６を載置したままの状態で、セイロ乾燥室２ｂに複数台配置される。図２に示すように、流れの直交方向（横方向）にも、複数列、例えば２列並べるのもよい。このとき縦２列×横２列×上下４０枚のセイロ６がセイロ乾燥室２ｂ内に等間隔に配列され、この配列されたセイロ６によって流れを同等に分配することになる。このとき台車７は、縦２列×横２列の４台が、セイロ乾燥室２ｂ内に配置される。
【００２６】
ところで、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置は、腐敗菌が死滅する１００℃〜１１５℃の温度で、例えば相対湿度１％〜５％程度の湿り空気をつくり、この高温、低相対湿度の湿り空気をセイロ６の配列された中へ流入させ、各セイロ６の存在で空気をほぼ均等に分配し（間隙を利用して後列側にも直接流してセイロと間隙とで流量を分配し）、セイロ６の開口で流れを絞り、膨張、再絞りさせることで、セイロ６内部に減速流れを形成する。この減速された流れは、セイロ６内の被乾燥物と空気の接触時間を長くさせることができ、被乾燥物内の隅々に回り込み、セイロ６を局所的にまとまった１つの乾燥の単位とする乾燥の場とする。さらにこの局所的な乾燥の単位（すなわちセイロ）を集合することにより、セイロ乾燥室２ｂをこのまとまって乾燥する乾燥の単位が集合した、しかも、局所的にあまり差がない、ほぼ一様な乾燥の場にすることができる。
【００２７】
恒率乾燥期間には、水分の僭熱を奪って先に飽和湿り空気になったセイロ６がそのまま一部先行して減率乾燥期間の過程（つまり顕熱を奪う過程）に移行することはなく、セイロ６のすべてが被乾燥物の表面温度を例えば３０℃〜４０℃などに保持し、すべてのセイロ６の生ゴミが飽和状態になった後に減率乾燥期間に移行する。保持する温度はシステムにとって合目的で熱効率の高くなる温度を選べばよい。そして減率乾燥期間になると、生ゴミ（生もの等）の限界含水率になるまで更に温度を上げて乾燥させればよい。実施の形態１の生ゴミ乾燥装置は、循環される空気が７０℃以上であるので、この温度では腐敗菌は生存できないため腐敗が生じず、品質の劣化を起こさせない。また、被乾燥物が、高湿度の湿潤な環境でしかも７０℃以上の高温で加熱される（つまり煮られる）ことから、生ゴミが空気中で酸化して焼け焦げるようなことがなく、被乾燥物から加熱による悪臭が発生することがない。なお、このようにして得られた乾燥物は飼料などとして再利用できる。
【００２８】
セイロ６にはそれぞれ厨芥等の生ゴミが収容される。図４は本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置のセイロの斜視図である。図４に示すように、セイロ６は矩形の型枠（縁付）と底部をもち、型枠の側面と底面に多数の開口６ａ（通気孔）が形成されている。通常のセイロでは、セイロ６の枠においては、側面の開口６ａの開口率α（＝開口面積／型枠の表面積）はα＝０．１〜０．３（１０％〜３０％）程度であり、底面を含んだセイロ全体の開口率αはα＝０．５（５０％）程度である。実質的に隙間なくセイロ乾燥室２ｂの流路断面内に積み重ねられたセイロ６に高圧加熱室２ａの高温・高圧・低湿度の熱風が側面から当たると、熱風はセイロ６の開口６ａを通して流入し、拡大された空間で減速されて、各セイロ６内を横断する。つまり、開口６ａがオリフィスによる絞りとして作用し、上流から多数の開口６ａを通ってセイロ６内に噴出し、開口６ａより拡大された空間内に断熱変化もしくはポリトロープ変化で膨張し、内部に拡散し、生ゴミの水分を長時間内にわったって気化させ、生ゴミから水分を取り除く。潜熱が奪われるため、湿り空気は温度低下し、相対湿度が上昇する。
【００２９】
湿り空気は、その後、セイロ６の下流側の多数の開口６ａから流出し、セイロ６間の隙間を直接流れた流れと合流して次の列のセイロ６内に流入する。従って１００℃〜１１５℃、相対湿度１％〜５％の湿り空気は、セイロ６の配列でほぼ均等に分配される。セイロ６内では減速流れになり、被乾燥物と空気の接触時間が長くとれる。流れ方向に複数列並べられたセイロ６の場合は、各列の入口、出口で縮流し、列数の数だけ圧力降下があり、当初の圧力（高圧加熱室２ａの４００ｋＰａ〜６００ｋＰａ［Ｇ］の静圧）はファン室３の吸込み圧力（例えば−５０ｋＰａ〜−１００ｋＰａ［Ｇ］の静圧）に圧力低下する。
【００３０】
このセイロ６内における熱風の熱交換プロセスを説明する。生ゴミに含まれる水分は熱風から潜熱を奪って気化し、セイロ６内で水蒸気になる。しかし、恒率乾燥期間には、セイロ乾燥室２ｂ内の全部の生ゴミがほぼ一律に乾燥するまで潜熱を奪い、顕熱を奪う過程に移行しない。すなわち、先に１００％近くの高い相対湿度になったセイロ６がそのまま一部だけ先行して減率乾燥期間の過程に移行することはない。従って、局所的に乾燥した生ゴミ表面が更にそのまま乾燥を続けるため、場所々で異なった進行状態の乾燥を続けるような、いわゆる乾燥むらが起きることはない。
【００３１】
というのは、生ゴミに少しでも水分が含まれている場合、乾燥が始まってから、全セイロ６の生ゴミがほぼ相対湿度１００％になるまで、生ゴミ表面が通過空気の湿球温度に保持されるという特質を有しているからである。この通過空気の湿球温度に保持される期間が恒率乾燥期間である。
【００３２】
つまり水分を残した生ゴミが一部にでも存在すると、セイロ６内の生ゴミが通過空気の湿球温度に支配され、その恒率乾燥期間の乾燥速度は一定になる。例えばセイロ６が流れ方向に２列縦列に配置されているときは、最初に第１列の各セイロ６がまとまって相対湿度１００％に近づく。このとき、第２列目を構成するセイロ６も、その相対湿度が当初の湿度より上昇するが、少し遅れ、相対湿度１００％近くにまではなっていない。第２列を構成するセイロ６は、第１列のセイロ６の存在で温度低下した熱風で乾燥する分、乾燥が遅れる。
【００３３】
つまり第１列のセイロ６は、乾燥が遅れている次の第２列のセイロ６が相対湿度１００％に近づくのを待つ。この間、先行して乾燥された生ゴミ（第１列のセイロ６）はおおむね一定温度（通過空気の湿球温度）に保持される。その後、第２列目のセイロ６においても水分が気化し、相対湿度も１００％近くに上昇する。
【００３４】
このようにセイロ乾燥室２ｂ全体がほぼまとまって乾燥が進行する１つの乾燥の場になり、全セイロ６のすべての生ゴミが乾燥するまで、生ゴミの表面が通過空気の湿球温度に保持される。しかし、実際には、熱交換で通過空気の温度は低下していくので、第１列から第２列、第２列から第３列、・・・、と列とセイロ単位で湿球温度は少しずつ低下する。ただ、各列間の差は小さく、セイロ６単位で乾燥の場を分割することにより、乾燥の進み具合をまとまって管理、コントロールすることが可能になる。セイロ６の列数を少なくするなどすれば、セイロ乾燥室２ｂ全体を実用上からみてほぼ均等に乾燥させることができる。
【００３５】
このように実施の形態１の生ゴミ乾燥装置では、乾燥が始まって恒率乾燥期間は、早く乾燥した部分と未乾燥の部分が共存する状態の場合（例えば１列目は乾燥状態に近づいた状態になったが２列目以降のセイロの列はまだ未乾燥の状態）、早く乾燥した生ゴミ表面においてその後のある期間、更にここの乾燥が進むことはなく、未乾燥の部分が乾燥されるまで乾燥が一時停止状態になる。Ｎ列全部のセイロ６全体の生ゴミの表面が一定温度、相対湿度１００％近くになってから、ゴミの表面温度が上がり始め、減率乾燥期間に至る。この期間に乾燥速度は徐々に下がっていき、生ゴミの表面は通過する空気の乾球温度に近づいていく。
【００３６】
従来の乾燥装置においては、乾いた空気を通風して被乾燥物の水分を奪って乾燥させるのが基本であった。その空気は排出される。そして、大量の熱風を送って強制的に通風乾燥しようとすると、熱風の当たる部分と当たらない部分が生じ、この２つの部分の間で乾燥むらも生じた。しかも、開放された乾燥装置であるため悪臭も漏れる。この点、循環流路型の従来の乾燥装置では（特許文献２など参照）、密閉回路を備えているため悪臭は漏れにくい。しかし、乾燥の場を分割しないで１つの処理槽全体を等温で加熱（等温変化）する乾燥装置であると共に、８０℃〜９０℃とあまり高くない温度の空気で乾燥するため、熱効率が悪く、乾燥が進みにくいし、燃料費が膨大となり、コスト高になる。処理槽周囲の温度を保持することが必要であり、これにもコストがかかる。しかも、処理槽に生ゴミを投入して、乾燥、排出し、これを繰り返すのは作業効率が極めて悪い。さらに、積み重ねたセイロ６内での流れの減速作用を利用しないため、熱交換のための時間が短く、実質的に乾燥に寄与する空気（接触流れ）は少ない。多くの空気は素通りする。
【００３７】
これに対し、実施の形態１は、空気を循環しながら水分の除去を行って湿り空気を１００℃〜１１５℃に再加熱し、この空気をセイロ乾燥室２ｂに通常は間隙を設けて積み重ねたセイロ６の多数の開口６ａからセイロ内部へ噴出させ、分割の場単位で断熱変化もしくはポリトロープ変化の膨張で流速を減速させ、セイロ内ではほぼ均一な圧力に保ち、熱風を満遍なく生ゴミに接触させ、短時間、高効率の乾燥を行うことができる。
【００３８】
熱風がセイロ６内を通過する時間は、いわば開口６ａによる堰き止め作用により、直接セイロ−セイロ間の間隙を流れる時間より長くなる。これにより、生ゴミと熱風との接触時間が多く取れ、伝熱が効果的に行え、乾燥むらが少なくなる。また、温度７０℃〜１１５℃の温度域では腐敗菌が生存しえないため、厨芥等の生ゴミが腐敗することはない。また、湿潤な状態で被乾燥物を７０℃以上で煮ることになるため、被乾燥物から腐敗臭、焼け焦げ臭などの臭気が発生することがない。従って基本的に悪臭も発生しないし、密閉した循環流路で乾燥しているため、発生したとしても外部に悪臭が漏れることはない。さらに、セイロ６が、生ゴミの運搬手段、収容容器としてではなく（これが通常の用法である）、大量の生ゴミの乾燥を、乾燥むらなく均等に、高い熱効率で、短時間に行うための手段として機能する。密閉した循環流路で乾燥しているため、熱効率も高い。実施の形態１ではセイロ６を利用するが、熱風が通過する流路となる側面に開口６ａが多数形成されており、これによって絞りとセイロ６内に熱風の膨張が起き、生ゴミと熱風との接触時間が多くなるものであればよい。
【００３９】
ここで、セイロ乾燥室２ｂでの空気の状態を、目安的な説明ではあるが少し量的に説明する。図１，２において、上流からＩ列目のセイロ６の枠の開口６ａの入口側圧力をｐＩｉ、この開口６ａの出口圧力をｐＩｏとする。開口６ａの1個の面積をｒ（ｍ２）、セイロ型枠の一側面の面積をＳ（ｍ２）とする。また、εｉ１をＩ列目のセイロの開口６ａで絞りを掛けるときの縮流係数と面積などの関数の比例係数、εｉ２をＩ列目のセイロ出口でＩ列目のセイロ出口の開口６ａで絞りを掛けるときの縮流係数と面積などの関数の比例係数とする。Ｉ＝１〜Ｎである。
【００４０】
セイロ乾燥室２ｂの流路断面積をＡ（ｍ２）、すべてのセイロがＭ（段）ほど積み重ねられ、セイロは流れ方向（縦方向）Ｎ列、流れと直交方向（横方向）Ｌ列とする。セイロの１側面の開口がｎ個あるとし、この流路断面積Ａ（ｍ２）を流れる流量をＱ（Ｋｇ／ｓ）とする。簡単のために、流量は各列の各セイロで均一に分配され、隙間ｄをβ×Ｓ（但し、βはＳに対しての隙間の割合）とし、かつ、この隙間ｄを通って各列間の空間で一旦混合されては再び次列で再分配され流量は全セイロで均一に分配されると仮定する。開口１個当たりを流れる流量をΔｑ（Ｋｇ／ｓ・ｍ２）、隙間ｄを流れる流量をδｑとすると、流量は列間で混合されては次列に流入してセイロ全部で均一に分配されると仮定しているから、おおむねδｑ≒Δｑ×（β・Ｓ／ｒ・ｎ）であり、流路断面積Ａ（ｍ２）を通過する流量ＱはＱ＝Δｑ・ｎ・Ｍ・Ｌ＋δｑ・Ｍ・Ｌであるから、Ｑ＝Δｑ・ｎ・Ｍ・Ｌ＋Δｑ×βＳ×Ｍ・Ｌ／ｒｎ＝Δｑ・Ｍ・Ｌ（ｎ＋βＳ／ｒｎ）であり、目安として、おおむね、開口（通気孔）１個当たりΔｑ＝Ｑ／Ｍ・Ｌ（ｎ＋βＳ／ｒｎ）の流量が流れる。開口６ａ面積ｒ≒αＳ／ｎであるから、Δｑ＝Ｑα／Ｍ・Ｌ（ｎα＋β）となる。
【００４１】
Ｉ列目［Ｉ＝１〜Ｎ］のセイロの枠の開口を考える。セイロの枠の入口側の開口において圧力差δｐＩｉは、δｐＩｉ＝（ｐＩｉ−ｐＩｏ）ｆ＝（εＩｉγ／２ｇ）・Δｑ２である。ｇは重力加速度、γは比重であり、ｉは開口の入口側、ｏは開口の出口側、ｆはセイロの前方側を示す。同様にセイロの型枠の出口側の開口において圧力差δｐＩｏは、δｐＩ0＝（ｐＩｉ−ｐＩｏ）ｒ＝（εＩｏγ／２ｇ）・Δｑ２である。ｒはセイロの後方側を示す。従って、Ｉ列目のセイロの型枠の前方と後方の２つの位置の開口による圧力損失δｐＩは、δｐＩ＝（δｐＩｉ＋δｐＩ0）で表される。
【００４２】
セイロ乾燥室２ｂでの流れの圧力損失は、おおむねセイロ各列の絞りの部分に集中する。というのは、圧力損失は流速（結果として流量）の二乗に比例するからである。セイロ６の内部空間は絞りに比べて大きく、絞りの流速は数倍、数十倍以上となり、圧力損失はその二乗のオーダになるから、セイロ乾燥室２ｂにおける全圧力差は大体セイロ６の列の段数と配置によって決まる。
【００４３】
セイロ型枠の側面（面積Ｓ）における開口率αはα＝ｎ・ｒ／Ｓ＝０．１〜０．３程度である。なお、型枠の底面の開口を介しての流れは、出入りが等しく相殺されると考えられるから、熱風のセイロ乾燥室２ｂにおける圧力損失は流れの方向を考えればよい。βは列の数にもよるが、おおむねβ≒０〜ｎ・ｒ／Ｓ（＝α）程度であるから、ｎα≫βである。
【００４４】
ここで、セイロがＭ段積み重ねられ、かつ、流れ方向（縦方向）にＮ列また直交方向（横方向）にＬ列並列に配列されている場合を考えると、セイロ乾燥室２ｂの流路断面ＡはＡ≒（１＋β）ＳＭＬであり、ｎα≫βであるから、おおむねΔｑ＝Ｑ・Ｓ・（１＋β）／Ａ・（ｎα＋β）≒ＱＳ（１＋β）／Ａｎαとなり、かつ、δｐＩ≒（εＩｉγ／２ｇ）・Δｑ２＋（εＩｏγ／２ｇ）・Δｑ２＝（εＩγ／２ｇ）・Δｑ２と表されるから、セイロ乾燥室２ｂでの差圧は次のようなものと考えることができる。（ｐ１−ｐ２）≒ΣδｐＩ［Ｉ＝１〜Ｎ］＝Σ（εＩγ／２ｇ）・ΔｑＩ２［Ｉ＝１〜Ｎ］≒Ｎ・（ε＊γ／２ｇ）・｛ＱＳ（１＋β）／Ａｎα｝２となる。ここでεＩはεＩ＝（εＩｉ＋εＩｏ）、ε＊はεＩのＩ＝１〜Ｎでの平均値とする。εＩ、εＩｉ、εＩｏはｒ，ｐＩｉ，ｐＩｏ，・・の関数、ε（ｒ，ｐＩｉ，ｐＩｏ，・・）である。ただ、これらの量はあくまで仮定に基づいた説明のための量である。
【００４５】
さて、セイロ乾燥室２ｂでの１列の圧力差は、おおむね上記（ｐ１−ｐ２）をＮで分割した（ｐ１−ｐ２）／Ｎで、大体（ε＊γ／２ｇ）・｛ＱＳ（１＋β）／Ａｎα｝２に近い圧力差と考えることができ、高圧側ｐ１から低圧側ｐ２へ順に所定圧力差で階段状に降下することになる。例えば上流からＩ列目の各セイロ６内の圧力は、ｐＩ≒ｐ１−Σδｐｊ［ｊ＝１〜Ｉ］で表される。セイロの複数列で縮流と膨張を行う構造上、各セイロ６内部の圧力は、ほぼこの圧力差の中間の圧力に近い値と考えてよい。すなわち、セイロ６がセイロ乾燥室２ｂの流路断面に整列されて積み上げられて充填されていることで、開口６ａ部分での流れの絞りによる圧力損失は大きく、セイロ６内部は一様な圧力環境・温度環境・湿度環境が維持されることになる。
【００４６】
なお、ファン室３（ファン吸い込み口）側は負圧ｐ２、高圧加熱室２ａ側では正の高圧ｐ１になる。正圧ｐ１から負圧ｐ２に向かってセイロ内の空間で膨張と拡散が行われ、圧力降下していく。高温の分子の運動は低温の分子より平均自由工程が長く、減速されたセイロ６内では流体粒子がゆっくりとした膨張、拡散運動を行って、生ゴミの隅々に回りこむ。
【００４７】
従来の乾燥装置では、生ゴミに含まれる水分を熱風に接触させて気化させるが、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置１はセイロで大きな圧力差を形成して絞り・膨張が行われる流れを形成し、セイロ６内部ではゆるやかな流れを形成し、長い時間生ゴミと空気とを接触させ、高効率の熱伝達を実現する。このため、熱風はセイロ６内の隅々まで広がって、生ゴミと高効率で均一な熱交換を行い、乾燥させることができる。
【００４８】
恒率乾燥期間は、セイロ６内の全体がまとまって変化する１つの乾燥の場になり、セイロ乾燥室２ｂも全体がほぼ一様に乾燥する１つの乾燥の場になる。恒率乾燥期間にセイロ乾燥室２ｂ、各セイロ６の全部の生ゴミがほぼ湿度１００％になってから、減率乾燥期間となって乾燥速度が徐々に減少していく。生ゴミ表面温度も徐々に上がり始める。この減率乾燥期間に生ゴミの更なる乾燥速度は下がっていき、生ゴミ表面は通過する空気の乾球温度に近づいていく。
【００４９】
図５は本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の湿り空気線図である。図５によれば、セイロ乾燥室２ｂでのセイロ６の状態変化は、Ａ点（例えば、温度１００℃、圧力は１０ｋＰａ「Ｇ］、相対湿度５％）からＢ点（例えば、温度８０℃、静圧−５０ｋＰａ「Ｇ］、相対湿度１００％）にかけての直線的な変化となる。この湿り空気の状態変化は、断熱的変化の場合、湿球温度一定の線にほぼ沿った変化で、断熱飽和温度ｔ’（実際の熱風では僅かに高い温度）にまで変化する。ここで、Ａ点が１００℃のような高い温度であるために、Ａ点→Ｂ点の絶対湿度差（ｘ２−ｘ１）は従来と比較して大きな値をもつことができる。言い換えれば、より大量の水分を除去することができる。
【００５０】
セイロ６がＮ列４０段の場合の状態変化は、各列のセイロ６が全部相対湿度１００％に近くなるまで恒率乾燥期間になる。生ゴミの表面は通過する空気の湿球温度、一定温度にほぼ保持される。Ｎ列のセイロ６がすべて相対湿度１００％に近づくまで、生ゴミの表面は通過する空気の一定温度に保持される。
【００５１】
これを図５の湿り空気線図で示すと、ｖ１線、ｖ２線、・・・、ｖＮ線（Ｎは２以上の整数）が第１、第２、・・・第Ｎ列目のセイロが順に相対湿度１００％近くに到達し、残りのセイロが飽和するのを待機する線である。Ａ点−Ｂ点の線分とのｖ１線、ｖ２線、・・・、ｖＮ線との交点はそれぞれｖ１ＡＢ、ｖ２ＡＢ、・・・、ｖＮＡＢとなる。例えばｖ１ＡＢは第１列目のセイロが相対湿度１００％になり、以降の列は未乾燥の場合の温度と絶対湿度の位置を示す。ｖ２ＡＢは第２列目のセイロまでが相対湿度１００％になり、第３列以降の列は未乾燥の場合の温度と絶対湿度の位置を示し、ｖＮＡＢは第Ｎ列目までの全セイロが相対湿度１００％になったときの温度と絶対湿度の位置を示している。各線間の幅は徐々に小さくなる。
【００５２】
従って、Ａ点から交点ｖ１ＡＢ、ｖ２ＡＢ、・・・、ｖＮＡＢを経てＢ点にまで状態変化した時点で、おおむね全体の恒率乾燥期間が終わり、ここから生ゴミの表面温度が上がり始め、次いで生ゴミの乾燥速度は下がっていき、徐々に生ゴミ表面は通過する空気の乾球温度に近づいていく。
【００５３】
Ｂ点の湿り空気は、循環路４を経て結露室９に送られ、冷却器９ａで冷却される。冷却器９ａでの冷却により、図４によれば、断熱飽和温度ｔ’から飽和空気圧線に沿ってＣ点（例えば温度２０℃、相対湿度１００％）にまで冷却される。この絶対湿度差（ｘ２−ｘ３）のドレインが乾燥装置から排出される。ところで、生ゴミ乾燥装置が生ゴミの水分を奪って継続的に運転される系（システム）であることを考えると、恒率乾燥期間にはＣ点の絶対湿度はｘ１であり、ｘ３＝ｘ１となる。このＣ点の湿り空気は熱交換器５で１００℃〜１１５℃に加熱され、再び高温・高圧・低湿度の熱風がつくられる。この期間、空気はＡ→Ｂ→Ｃ→Ａの状態変化を続ける。しかし減率乾燥期間になると、循環後の空気の状態を示すＡ点は、図示はしないが、同一温度で少し絶対湿度が低下したＡ’点となる。Ａ’はサイクルごとに徐々に降下する。三角形類似のサイクルはＡ’→Ｂ→Ｃ→Ａ’’となり、このサイクルで生ゴミ乾燥装置１は運転され、生ゴミを乾燥する。
【００５４】
図６は本発明の実施の形態１における生ゴミ乾燥装置の制御構成の説明図である。温度センサ１２で熱風温度を検出し、制御部１３が熱風温度を断熱飽和温度ｔ’に維持できるように水量調節バルブ９ｇとファン３を制御する。これにより、温度管理するだけでＡ（Ａ’）→Ｂ→Ｃ→Ａ（Ａ’’）のサイクルで生ゴミ乾燥装置１を運転できる。ただ、生ゴミから奪われた水分がドレインとして外部に排水されるから、内部の乾いた空気がこのドレインに混入し、逸失されてしまうため、湿り空気の環境を保つため実施の形態１では補充口１０が設けられており、ベンチュリ効果によって自動的に外部から逸失空気を補充する。
【００５５】
（実施例１）
【００５６】
生ゴミ
残飯や魚のあら等 １トン
含水率 ７０％
ファン３ａ．７ｋＷ
流量 １８０００ｍ３／ｈ
吐出圧力 ６００ｋＰａ
生ゴミ乾燥装置
長さ ３０００ｍｍ
横幅 １５００ｍｍ
セイロ乾燥室
長さ １６００ｍｍ
横幅 １５００ｍｍ
高圧加熱室
空気湿度 １００℃から１１５℃
空気圧力（静圧） ６００ｋＰａ［Ｇ］
相対湿度 ５％
エロフィン熱交換器
長さ ４００ｍｍ
横幅 １５００ｍｍ
空気出口温度 １００℃〜１１５℃
結露室９
長さ ６００ｍｍ
横幅 １５００ｍｍ
冷却器
水タンク ９個
水タンク長さ ５００ｍｍ
水タンク横幅 １００ｍｍ
水タンク縦幅 １００ｍｍ
水タンク高さ ８７０ｍｍ
水タンク配列間隔 ５０ｍｍ
水温 １８℃
空気温度 ２０℃
空気相対湿度 １００％
ファン室
温度 ８０℃
吸込み圧力（静圧） −５０ｋＰａ［Ｇ］
【００５７】
このように本発明の実施の形態１の乾燥装置においては、空気を循環しながら水分を除去し、循環される湿り空気は再加熱し、この空気をセイロ乾燥室に充填したセイロの多数の開口からセイロ内部へ噴出させ、流体粒子のゆっくりとした膨張運動によりセイロ内部をほぼ均一な圧力とし、長時間の熱交換で高効率の乾燥を行う。熱風がセイロ内を通過する時間はセイロが無い状態のときの時間より長くなり、生ゴミと熱風との接触時間が大きくなり、高効率の熱交換が行え、セイロ内、セイロ乾燥室が１つのほぼ一様な乾燥の場になって、乾燥むらをなくすことができる。高効率の熱交換のため、生ゴミをきわめて低コストで乾燥させることができる。従来の乾燥装置のように、（１）単なる投入・加熱のための処理槽として、（２）処理槽全体を周囲から等温加熱する、のではなく、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置は、（１）セイロを単位として乾燥の場を複数に分割し、（２）セイロ乾燥室では熱を加えず断熱変化もしくはポリトロープ変化の膨張をさせるものである。
【００５８】
また、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置では、温度１００℃〜８０℃の温度域では腐敗菌が生存しないため、生ゴミが腐敗することもない。湿潤な状態で被乾燥物を７０℃以上でいわば煮ることになるため、被乾燥物から腐敗臭、焼け焦げ臭などの悪臭が発生しないし、密閉した循環流路で乾燥しているので悪臭が外部に漏れることもない。また、密閉した循環流路で乾燥しているため、熱効率も高い。
【００５９】
また、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置は、従来のように、処理槽に生ゴミを投入して乾燥し、更にこれを少しずつ分けて排出するという、きわめて非効率な作業を行わずに、短時間で乾燥装置への生ゴミの搬入作業、排出作業が行える。そして、実施の形態１の生ゴミ乾燥装置では、セイロを高効率の熱交換のための手段として利用でき、恒率乾燥期間であって早く乾燥した部分と未乾燥の部分が共存する状態の場合、未乾燥の部分が乾燥されるまで早く乾燥した部分の更なる乾燥を一時的に遅らせることができ、生ゴミの全体としてほぼ均等な乾燥が行える。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、厨芥等の生ゴミを乾物させる生ゴミ乾燥装置に適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 乾燥装置
２ａ 高圧加熱室
２ｂ セイロ乾燥室
３ ファン室３
３ａ ファン
４ 循環路
５ 熱交換器
６ セイロ
６ａ 開口
７ 台車
８ 入口
９ 結露室
９ａ 冷却器
９ｂ 穴あき板
１０ 補充口
１０ａ 絞り
１１ 排水路
１２ 温度センサ
１３ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生ゴミを収容し複数の開口が型枠の側面に開けられた複数のセイロが整列して配設されると共に、各セイロ内部に低相対湿度、高温の湿り空気を流して横断させ前記生ゴミを乾燥させるセイロ乾燥室と、
熱交換器を備えて前記高温の空気を形成し前記セイロ乾燥室に該高温の空気を供給できる高圧加熱室と、
前記セイロ乾燥室で水分を除去した後の湿り空気を循環するファンと、
前記湿り空気を冷却して水分を結露させる冷却器と、
前記ファンと前記冷却器を連絡する循環路と、
前記冷却器で結露したドレインを排出するドレイン口を備え、
前記セイロ乾燥室においては、循環される湿り空気が前記セイロの整列によって各セイロで同等に分流されて、各セイロ内では減速され、この湿り空気と前記生ゴミとの温度差、湿度差によって前記生ゴミを乾燥させることを特徴とする生ゴミ乾燥装置。
【請求項２】
前記セイロを単位として全セイロの内の水蒸気が飽和状態になるまで前記セイロ乾燥室内の各セイロの恒率乾燥期間が保たれ、前記セイロ乾燥室内が１つの乾燥の場になることを特徴とする請求項１記載の乾燥装置。
【請求項３】
前記セイロが前記流路断面において流れと直交する方向に複数列配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の乾燥装置。
【請求項４】
前記セイロが前記セイロ乾燥室の流れ方向に複数列配置されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の乾燥装置。
【請求項１】
生ゴミを収容し複数の開口が型枠の側面に開けられた複数のセイロが整列して配設されると共に、各セイロ内部に低相対湿度、高温の湿り空気を流して横断させ前記生ゴミを乾燥させるセイロ乾燥室と、
熱交換器を備えて前記高温の空気を形成し前記セイロ乾燥室に該高温の空気を供給できる高圧加熱室と、
前記セイロ乾燥室で水分を除去した後の湿り空気を循環するファンと、
前記湿り空気を冷却して水分を結露させる冷却器と、
前記ファンと前記冷却器を連絡する循環路と、
前記冷却器で結露したドレインを排出するドレイン口を備え、
前記セイロ乾燥室においては、循環される湿り空気が前記セイロの整列によって各セイロで同等に分流されて、各セイロ内では減速され、この湿り空気と前記生ゴミとの温度差、湿度差によって前記生ゴミを乾燥させることを特徴とする生ゴミ乾燥装置。
【請求項２】
前記セイロを単位として全セイロの内の水蒸気が飽和状態になるまで前記セイロ乾燥室内の各セイロの恒率乾燥期間が保たれ、前記セイロ乾燥室内が１つの乾燥の場になることを特徴とする請求項１記載の乾燥装置。
【請求項３】
前記セイロが前記流路断面において流れと直交する方向に複数列配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の乾燥装置。
【請求項４】
前記セイロが前記セイロ乾燥室の流れ方向に複数列配置されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の乾燥装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７２５７２（Ｐ２０１３−７２５７２Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０４３８（Ｐ２０１１−２１０４３８）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（５９３１９００５４）有限会社丸忠設備工業 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（５９３１９００５４）有限会社丸忠設備工業 (5)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]