発酵蒸留乾燥システム
【課題】有機性廃棄物またはアルコール原料作物等の有機物を再利用可能な物質に変換する一連の処理過程を、密閉型発酵乾燥槽を用いて効率的に実施するための発酵蒸留乾燥システムを提供する。
【解決手段】発酵蒸留乾燥システム１は、１つの密閉型発酵乾燥槽３と、上記密閉型発酵乾燥槽３の気体を吸引して減圧する吸引ポンプ７と、上記密閉型発酵乾燥槽３に連通しかつ密閉型発酵乾燥槽３内に収容された有機物に対する水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程で発生する気体を凝縮して液体に変換する蒸留器５を備えている。
【解決手段】発酵蒸留乾燥システム１は、１つの密閉型発酵乾燥槽３と、上記密閉型発酵乾燥槽３の気体を吸引して減圧する吸引ポンプ７と、上記密閉型発酵乾燥槽３に連通しかつ密閉型発酵乾燥槽３内に収容された有機物に対する水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程で発生する気体を凝縮して液体に変換する蒸留器５を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機性廃棄物またはアルコール原料作物を固体発酵により再利用可能なアルコールを含む発酵物を得るための発酵蒸留乾燥システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業系廃棄物や生活系廃棄物などの有機性廃棄物を処理する場合には、処理されて得られる結果物を元の廃棄物の量に比して減量化すること、さらには再利用可能な形態に変換することが大きな社会的使命として認識されている。このため、従来から、廃棄物を処理するための装置および方法として、多くの提案がなされている。例えば、特許文献１は、焼酎粕を真空乾燥機で乾燥させ、この乾燥物を微粉化し、これを燃焼促進剤と共に燃焼させ、その発生熱を上記真空乾燥機による乾燥に利用する焼酎粕処理法を開示している。この処理法は、焼酎粕等の有機性廃棄物の乾燥物を燃焼時のエネルギー源として使用する点で評価されるべきであるが、この処理法を実行する場合には、多くの機械装置を使用しなければならず、高い設置コストや運転コストを考慮する必要もあり、さらに運転が煩雑となる可能性もある。
【０００３】
また、上記廃棄物を処理する場合には、当然ながら、有害物質を排出することは許されるものではない。例えば、特許文献２は、有機質の廃棄物を乾燥させる際に、この廃棄物中に共存し、気散し易いアルカリ性物質を中和して気散し難い物性に変質させる中和手段を備えた真空乾燥装置を開示している。この真空乾燥装置は、アルカリ性物質を装置外に排出しない点で評価されるべきであるが、京都議定書が発効した今日において注目を浴びている温室効果ガスとしての炭酸ガス（ＣＯ2）が装置外に排出される可能性があり、その対策が採られていない。
【０００４】
一方、近年の石油資源が減少し、価格が高騰する現状を踏まえて、上記有機性廃棄物からエネルギー源を効率よく抽出する技術が開発されつつある。例えば、特許文献３は、デンプン質を含む原料を蒸気乾燥機内で乾燥して水分調整し、得られた乾燥物をペレット形成装置内でペレット化し、そのペレットに製麹装置内で麹菌を接種して得た糖化ペレットを同装置内で固体発酵させることにより、発酵物の他に、エタノールを生成するエタノールの製造方法およびエタノール製造システムを開示している。このエタノールの製造方法およびシステムは、有機性廃棄物を想定した原料から、エネルギー源であるエタノールを生成する点で評価されるべきであるが、上記原料に対する一連の過程を異なる装置で行う構成となっているため、上記システムをプラント化する際には設備システムが重厚長大になり、原料を装置間で移動しなければならず、高い設置コストや運転コストを考慮する必要もあり、さらに運転が煩雑となる可能性もある。
【特許文献１】特開平１１−６３４５５号公報
【特許文献２】特開２００３−３０２１５７号公報
【特許文献３】特開２００５−６５６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の目的は、有機性廃棄物またはアルコール原料作物等の有機物を再利用可能な物質に変換する一連の処理過程を１つの密閉型発酵乾燥槽内で実施するための発酵蒸留乾燥システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る発酵蒸留乾燥システムは、原料投入口および撹拌機を有する発酵槽と、該発酵槽の気体を吸引する吸引器と、該吸引器で吸引された気体を蒸留する蒸留器と、該蒸留器で得られた液体を貯留する貯留タンクとからなる発酵蒸留乾燥システムにおいて、前記発酵槽は、発酵物取出口および温度調整ジャケットを備え、原料の発酵および発酵物の減圧乾燥を行う密閉型発酵乾燥槽である。
【０００７】
この発明に係る発酵蒸留乾燥システムは、原料を破砕する破砕機を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
この発明に係る発酵蒸留乾燥システムは、前記密閉型発酵乾燥槽に発酵材を添加することを特徴とするものである。
【０００９】
この発明に係る発酵蒸留乾燥システムは、発酵材を製造する培養槽を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽内で、有機性廃棄物またはアルコール原料作物等の有機物に対して、発酵を行うと共に、減圧下で蒸留および乾燥を実施するように構成したので、上記有機物のような密閉型発酵乾燥槽の内容物を処理過程中に移動する必要がないことから運転管理を容易にすることでき、運転コストを低減することができ、さらに単純な設備である密閉型発酵乾燥槽により省スペースを図ることができることから設置コストを低減することができるという効果がある。
【００１１】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽内で、上記有機物に対して、発酵を行うと共に、減圧下で蒸留および乾燥を行うように構成したので、上記有機物を固体発酵により再利用可能な物質としてアルコールを含む発酵物を得ることができ、上記有機物を完全にリサイクルすることができるという効果がある。特に、密閉型発酵乾燥槽を採用することにより、槽内の圧力を容易に調整することができ、温度調整と併せ各処理工程に最適な環境を作り出すと共に、アルコール蒸気と水蒸気の発生を制御することができ、効率よく安定してアルコールを回収することができる。
【００１２】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽内で、上記有機物を水分調整した上で、固体発酵するように構成したので、一般的な液体（含水率が極めて高い、例えば９０％の状態）で発酵を行う場合と比して、密閉型発酵乾燥槽を小型化することができ、大きな発酵槽を不要とすることができるという効果がある。また、一般に液体発酵でアルコールを製造する場合には、別途処理が必要となる高濃度（蒸留）廃液が発生するが、この発明では、固体発酵でアルコールを製造することにより、高濃度（蒸留）廃液の発生を抑制することができることから、高濃度（蒸留）廃液の処理に係るコストを削減することができるという効果もある。
【００１３】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽内で、上記有機物を水分調整した上で、固体発酵し、その発酵物を回収する回収手段を設けるように構成したので、この回収手段の発酵物返送手段により発酵過程終了段階で密閉型発酵乾燥槽３内から（アルコール）発酵微生物を多く含み発酵活性に富む発酵物を分取することができる。そして分取した発酵物を発酵材として次の有機物処理サイクルにおける密閉型発酵乾燥槽内に戻すことで、前サイクルの活性発酵物をその活性を維持したまま種菌として有効に活用することができ、次のサイクルにおいて有機物に対する糖化および発酵の各処理を速やかにかつ効率よく行うことができるという効果がある。また、発酵材として乾燥前発酵物以外に、例えばアルコール発酵に適した微生物材や酵素材（湿潤物、乾燥物）を適宜用いることができ、安定して効率よい固体発酵および発酵蒸留物の製造を行うことができる。
【００１４】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽に投入する原料を破砕する破砕機を設けるように構成したので、塊状の有機性廃棄物等も速やかに破砕・細分化され、効率よく固体発酵を行うことができ、また密閉型発酵乾燥槽内に未発酵の塊状有機性廃棄物が残存滞留することを防止することができる。
【００１５】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽に発酵材を製造する培養装置を設けるように構成したので、（アルコール）発酵活性に富む上記発酵材を安定して確保でき、処理サイクル毎に乾燥前発酵物を分取したり、発酵用微生物や発酵用酵素を準備したりする必要がなく、安定した効率よい固体発酵および発酵蒸留物の製造を行うことができる。
【００１６】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽内で、上記有機物を水分調整した上で、固体発酵し、その発酵物を回収する回収手段を設けるように構成したので、この回収手段により蒸留過程終了段階で密閉型発酵乾燥槽内に残る十分に減量化された乾燥発酵物を回収することができ、この微生物菌体を含む乾燥発酵物を肥料として有効に再利用することができるという効果がある。
【００１７】
この発明によれば、発酵原料として有機性廃棄物の他に、アルコール発酵原料に適するデンプン等の糖類を多く含有する栽培作物を用いることもできるため、上記固体発酵の前段階である糖化過程を短縮あるいは省略することができ、処理過程の簡略化、短縮化が図れ、結果としてより効率よく発酵蒸留物（エタノール等）を製造することができるという効果がある。
【００１８】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽に凝縮手段を備えるように構成したので、凝縮手段における蒸留温度を適切に管理することで、密閉型発酵乾燥槽内で固体発酵により生成される水およびアルコールを効率よく分留することができるという効果がある。さらに、この発明では、アルコール貯留部および蒸留液貯留部を設けるように構成したので、水とアルコールを個別に取り扱うことが容易となり、アルコール（特にエタノール）を効率的に回収し搬出することができるという効果がある。さらに、この発明では、上記凝縮手段により、固体発酵により水と共に生成される炭酸ガスを固定することができることから、炭酸ガスの大気への放出を防止することも期待でき、地球の温暖化に影響を与える温室効果ガスとして認知されている炭酸ガスの排出量を確実に抑制することができるという効果がある。
【００１９】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽に温度調節手段を設けるように構成したので、密閉型発酵乾燥槽内で、有機物に対して行われる水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程を通じて適切な温度管理を行うことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１は、この発明の１つの実施の形態による発酵蒸留乾燥システムの構成を示す模式図である。発酵蒸留乾燥システム１は、１つの密閉型発酵乾燥槽３と、この密閉型発酵乾燥槽３に連結されかつ上記密閉型発酵乾燥槽３内に収容された有機物に対する水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程で発生する気体を凝縮して液体に変換する蒸留器（凝縮手段）５と、この蒸留器５を経由して上記密閉型発酵乾燥槽３内を減圧する吸引ポンプ（減圧手段）７とから概略構成されている。
【００２１】
密閉型発酵乾燥槽３は、略円筒状であってその軸線方向が水平となるように配置された缶体３１と、この缶体３１の外側を覆って缶体３１内の温度を調節するためのジャケット（外套手段）３３と、このジャケット３３を貫通して上記缶体３１の上部に設けられかつ発酵処理に供される原料（有機物）を缶体３１内に投入するための投入口３５と、上記ジャケット３３を貫通して上記缶体３１の底部に設けられかつ後述の発酵物を缶体３１外に排出するための排出口（発酵物取出口）３７と、上記ジャケット３３を貫通して上記缶体３１の上部に設けられかつ上記発酵物を缶体３１内に再投入するための再投入口３９とから概略構成されている。
【００２２】
缶体３１内には、上記有機物を撹拌する撹拌手段４０が設けられている。撹拌手段４０は、上記缶体３１内にその軸線方向に延在するように回転可能に配された回転軸４１と、この回転軸４１の外周部に半径方向外方に延在するように設けられた複数の撹拌羽根４２と、上記回転軸４１を回転駆動する駆動モータ４３とから概略構成されている。また、缶体３１には、この缶体３１内の空間温度を常時モニターするための温度センサ４４が配設されている。
【００２３】
ジャケット３３には、熱媒供給手段４５が接続されている。熱媒供給手段４５は、上記ジャケット３３に冷却水を供給するための冷却装置４６と、上記ジャケット３３に蒸気を供給するための蒸気発生装置４７と、この蒸気発生装置４７および上記冷却装置４６と上記ジャケット３３とを連絡する供給路４８とから概略構成されている。供給路４８は、上記冷却装置４６からの冷却媒体供給路４８ａと、上記蒸気発生装置４７からの蒸気供給路４８ｂと、これら両供給路が合流する箇所からジャケット３３に至る合流供給路４８ｃとから概略構成されている。ここで、ジャケット３３と熱媒供給手段４５とは、上記密閉型発酵乾燥槽３内の温度を、密閉型発酵乾燥槽３内に供給される有機物に対する後述の水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程に適した温度に調節するための温度調節手段を構成している。
【００２４】
投入口３５には、上記密閉型発酵乾燥槽３内に投入される上記有機物を吸引搬送するための搬送路４９の一端が接続されている。搬送路４９の途中には、この搬送路４９を開閉するための吸引弁５０が設けられており、搬送路４９の他端には、可撓性材料等で構成された吸引ホース５１の一端が接続されている。吸引ホース５１の他端は、上記有機物を破砕する破砕機５２から破砕物を受ける破砕物容器５３内に投入されている。破砕機５２は、上記有機物を投入するための投入口５２ａと、この投入口５２ａから投入されて破砕された破砕物としての発酵原料を排出するための排出口５２ｂとを備えている。
【００２５】
排出口３７と再投入口３９との間には、上記発酵材となる発酵物を返送するための発酵物返送路（発酵物返送手段）５４が配設されている。この発酵物返送路５４のうち、排出口３７の近傍には、密閉型発酵乾燥槽３と発酵物返送路５４との連通または密閉型発酵乾燥槽３と外部との連通を選択できる三方弁である排出口弁５５が設けられている。また、発酵物返送路５４のうち、再投入口３９の近傍には、発酵物返送路５４を開閉するための再投入口弁５６が設けられている。再投入口弁５６の上部には、発酵物を効率よく受け入れるための逆円錐状の再投入ホッパ５６ａが設けられている。
【００２６】
密閉型発酵乾燥槽３と蒸留器５との間には、密閉型発酵乾燥槽３内に投入された有機物に対する水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程で発生する気体を蒸留器５に誘導する気体誘導路５７が設けられている。この気体誘導路５７には、密閉型発酵乾燥槽３内の圧力を常時モニターするための圧力センサ５８が設置されている。また、蒸留器５には、蒸留器５内の温度をモニターするための温度センサ５９が設置されている。
【００２７】
蒸留器５には、密閉型発酵乾燥槽３内に投入された有機物に対する固体発酵過程で発生するアルコール蒸気を凝縮したアルコール６０ａを貯留するアルコール貯留タンク６０と、上記有機物に対する水分調整、蒸留および乾燥の各処理過程で発生する水蒸気を凝縮した水（蒸留液）６１ａを貯留する貯留タンク６１が液体誘導路６２を経由して接続されている。この液体誘導路６２には、その誘導路６２を、アルコール分岐路６２ａまたは蒸留液分岐路６２ｂに切り換えるための三方弁である流路切換え弁６３が設けられている。また、蒸留器５と冷却装置４６との間には、冷却装置４６からの冷却媒体を蒸留器５に供給するための冷却媒体供給路６４が設けられている。
【００２８】
アルコール貯留タンク６０の底部には、アルコール６０ａを排出するための排出弁６５が設けられている。一方、貯留タンク６１の底部には、蒸留液６１ａを排出するための排出弁６６が設けられており、また上部には、貯留タンク６１内に貯留される蒸留液の水位を計測するための水位計６７が設置されている。
【００２９】
また、アルコール貯留タンク６０および貯留タンク６１と吸引ポンプ７との間には、アルコール側吸引部６８ａと蒸留液側吸引部６８ｂとこれら両吸引部を合流した合流部６８ｃとからなる吸引路６８が配設されている。この吸引路６８には、吸引ポンプ７との連通を、アルコール貯留タンク６０側または貯留タンク６１側に切り換えるための三方弁である流路切換え弁６９が設けられている。この流路切換え弁６９は、排気流路７０を介して脱臭塔７１に接続されている。なお、吸引ポンプ７と脱臭塔７１との間には、吸引ポンプ７を通過した炭酸ガスを外部に排出しないように、炭酸ガスを捕集する炭酸ガストラップ（図示せず）が配設されてもよい。この炭酸ガストラップ（図示せず）は、例えば、石灰水に炭酸ガスを通して、石灰水中に不溶性の炭酸カルシウムおよび可溶性の炭酸水素カルシウムを生成することで炭酸ガスを固定するものである。
【００３０】
次に、図２から図１１までを参照して、図１に示した発酵蒸留乾燥システム１を用いた有機物の処理システムを説明する。
【００３１】
１．破砕過程（前処理）
まず、所定量の原料（生ごみ等の生活系廃棄物、食品残渣や醸造残渣等の産業系廃棄物、ジャガイモや米などの栽培作物など）を破砕機５２にその投入口５２ａから投入し、これを破砕する（図２におけるステップＳＴ１）。破砕された発酵原料（以下、破砕物という）を破砕機５２の排出口５２ｂから排出し、これを破砕物容器５３で受ける。なお、上記原料が既に細かくなっているなど、前処理を必要としない場合には、上記破砕機５２で破砕することなく、直接、上記原料を破砕物容器５３に収容してもよい。なお、破砕機５２は、有機性廃棄物に混入する木片類や骨類（動物や魚類の骨、鶏卵や甲殻類の殻など）、硬い農作物（含水率が極めて低い穀物など）を速やかに破砕・細分化できるものであって、裁断型（カッタータイプ）、破壊型（ハンマータイプ）、圧搾型（押しつぶしタイプ）などの破砕機が好ましい。特に、回転するハンマー部材を備えたハンマータイプ破砕機を用いた場合には、破砕・細分化された原料が適度に湿潤していて流動性があり、密閉型乾燥槽３に投入しやすい。
【００３２】
２．原料投入および水分調整過程
次に、図３に示すように、破砕物容器５３から破砕物を密閉型発酵乾燥槽３内に投入する（図３の矢印Ａ１）。すなわち、吸引弁５０を開放し、蒸留器５と貯留タンク６１を連通するように流路切換え弁６３を切り換え、貯留タンク６１と吸引ポンプ７を連通するように流路切換え弁６９を切り換え、排出口弁５５および再投入口弁５６を閉鎖する。この状態で、吸引ポンプ７を起動することで、破砕物容器５３内の破砕物を、吸引ホース５１および搬送路４９を経由して吸引し（図３の矢印Ａ２）、密閉型発酵乾燥槽３内に投入する。なお、破砕物は再投入口弁５６を開放して、この再投入口３９から密閉型発酵乾燥槽３内に投入されてもよいし、圧送装置などを用いて投入されてもよい。
【００３３】
次に、密閉型発酵乾燥槽３内に投入された破砕物の含水率に応じて、この破砕物に対して水分調整を行う。固体発酵を行うためには、概ね破砕物の含水率は４５重量％以上８０重量％以下の範囲であることが好ましい。
【００３４】
仮に、破砕物の含水率が低い場合には、図４に示すように、必要量の水を添加して水分調整を行う（図２におけるステップＳＴ２１、図４の矢印Ａ３）。なお、含水率の低い発酵原料（米等）の場合には、上記破砕過程において予め必要量の水を加えて水分調整してもよい。なお、水分調整には後述の蒸留液を用いてもよい。
【００３５】
逆に、破砕物の含水率が高い場合には、図４に示すように、次の手順で原料を乾燥する（図２におけるステップＳＴ２２）。
まず、吸引弁５０を閉鎖し、蒸留器５と貯留タンク６１を連通するように流路切換え弁６３を切り換え、貯留タンク６１と吸引ポンプ７を連通するように流路切換え弁６９を切り換え、再投入口弁５６および排出口弁５５を閉鎖する（減圧過程）。次に、蒸気発生装置４７で発生した蒸気をジャケット３３に通し、缶体３１内部を加温する（蒸気加熱過程）。冷却装置４６で製造した冷却水を蒸留器５に通し、この蒸留器５を冷却する（冷却過程）。次に、吸引ポンプ７を起動し、缶体３１内を減圧する（吸引過程：図４の矢印Ａ２）。この減圧状態は圧力センサ５８でモニターされるが、その指示値は−７０ＫＰａ（＝２４０mmHg）以下であることが好ましい。また、缶体３１の内部温度は温度センサ４４でモニターされるが、その指示値は例えば−７０ＫＰａであれば６５℃以上、−８０ＫＰａであれば５５℃以上であることが好ましい。次に、駆動モータ４３を起動し、撹拌手段４０を回転させて破砕物を撹拌する（撹拌過程）。なお、上記減圧、蒸気加熱、冷却、吸引および撹拌の各過程は、全体で乾燥過程を構成するが、各過程の作業順は任意である。
【００３６】
破砕物の水分調整を目的とした上記乾燥過程では、缶体３１内が減圧され、破砕物が加温されることによって生じた水蒸気が蒸留器５により凝縮されて蒸留液に変換されて、貯留タンク６１内に回収される。この乾燥過程は、貯留タンク６１内に回収された蒸留液の水位を水位計６７により計測し、その水位が所定値に達した時点で完了する。なお、回収される水分量の所定値は、密閉型発酵乾燥槽３内に投入された破砕物の含水率を基準にして減量されるべき水分量を算出して、予め把握することができる。
【００３７】
次に、上述のように所望の水分調整が行えたら、吸引ポンプ７を停止し、吸引弁５０あるいは再投入口弁５６のいずれか、あるいは両方を開放することで、缶体３１の内圧を常圧に戻す。蒸気発生装置４７からの蒸気供給を停止し、必要に応じてジャケット３３に冷却水を通すことで、缶体３１の内部を後述の植種過程で破砕物に植種される微生物等の生育の適した温度範囲、例えば１５℃以上４５℃以下とする。
【００３８】
なお、上記水分調整については、水位計６７を使用するほか、缶体３１の重量（動荷重）を計量して、乾燥により蒸発された水分量を計測することで、判定してもよい。なお、撹拌手段４０は、缶体３１の内部温度が発酵材添加（植種）可能温度になるまで、また破砕物が缶体３１内で（質的、高さ的に）なじむまで、稼動させてもよく、その必要がなければ停止させておいてもよい。
【００３９】
３．植種過程
次に、図５に示すように、駆動モータ４３を起動して撹拌手段４０により缶体３１内の破砕物を撹拌しながら、再投入口弁５６を開放し、再投入ホッパ５６ａから缶体３１内に種菌などの発酵材（糖化や発酵を行う微生物、酵素、その混合物、または乾燥前発酵物）を投入する（図２におけるステップＳＴ３、図５の矢印Ａ４）。なお、缶体３１内を減圧状態にして、再投入ホッパ５６ａ内に配した発酵材を再投入口弁５６から投入してもよい。また、再投入口３９を設けない場合には、投入口３５などから発酵材を投入してもかまわない。なお、微生物菌体にこだわらず、アルコール発酵に関与する複数の酵素（液体状、粉末状）を用いてもよい。
【００４０】
ここで発酵材は、前サイクルの糖化発酵が終了した段階で、蒸留乾燥前に缶体３１内から分取した発酵物（乾燥前発酵物）を用いることが効率的でとても望ましい。これは、発酵を担う重要な微生物菌体を多く含む発酵物を蒸留段階での高温下にさらすと微生物が死滅してしまうため、蒸留乾燥前に発酵物を分取して、この乾燥前発酵物に含まれる微生物を糖化発酵に積極的に利用するのである。これにより、簡便且つ効率的に糖化や発酵を担う重要な微生物を安定して確保でき、また発酵物の再利用、有効利用がはかれるのである。
【００４１】
また、植種に使用可能な微生物としては、例えば麹菌を挙げることができる。麹菌としては、特許文献３に記載されたＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ ＫＢＮ６０６（醤油用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ ＫＢＮ６１５（醤油用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｓｏｊａｅ ＫＢＮ６５０（醤油用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ ＫＢＮ９３０（味噌用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ ＫＢＮ９４３（麦味噌用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ ＫＢＮ１０１５（清酒用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｋａｗａｃｈｉｉ ＫＢＮ２００１（焼酎用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｋａｗａｃｈｉｉ Ｐ１０−１（焼酎用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ａｗａｍｏｒｉ ＫＢＮ２０１２（焼酎用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｓａｉｔｏｉ ＫＢＮ２０２４（泡盛用）等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４２】
４．糖化発酵過程
次に、図６に示すように、吸引弁５０を開放し、蒸留器５とアルコール貯留タンク６０を連通するように流路切換え弁６３を切り換え、アルコール貯留タンク６０と吸引ポンプ７を連通するように流路切換え弁６９を切り換え、再投入口弁５６および排出口弁５５を閉鎖する。予め設定した糖化発酵時間中に、駆動モータ４３および吸引ポンプ７を所定間隔で起動し、缶体３１内の破砕物に対して周期的に撹拌および吸気を行うことで、糖化過程および発酵過程を行う（図２におけるステップＳＴ４）。なお、発酵過程で発生する熱により、内部温度が上昇するから、ジャケットに適温の熱媒を通して発酵に最適な温度に調節する必要がある。また、発酵過程で発生する気体としては、水蒸気の他に、発酵生成物である炭酸ガスあるいはアルコール蒸気が含まれる。
【００４３】
なお、糖化発酵過程の間、缶体３１内の内容物の温度が微生物の活性が低下する低温になる場合には、蒸気発生装置４７からの蒸気や温水などの熱媒をジャケット３３内に通して缶体３１内を加温してもよい。逆に、糖化発酵過程の間、缶体３１内の内容物の温度が微生物の活性が低下する高温になる場合には、冷却装置４６から冷却水などの熱媒をジャケット３３内に通して冷却してもよい。また、蒸気発生装置４７からの蒸気により缶体３１内が過熱される場合には、発酵に適した温度を逸脱して発酵過程が停止する可能性があるため、蒸気の供給を停止する必要がある。
【００４４】
また、糖化発酵過程の間、缶体３１内の内容物のアルコール濃度が糖化発酵過程を阻害する濃度以上になることを防止するために、吸引弁５０を閉鎖し、蒸気発生装置４７からの蒸気をジャケット３３に通して缶体３１内を加温し、冷却装置４６からの冷却水を蒸留器５に通して蒸留器５を冷却し、吸引ポンプ７を起動して缶体３１内を減圧し、駆動モータ４３を起動し、撹拌手段４０を回転させて破砕物を撹拌して、発生したアルコールの一部を蒸留して、缶体３１内のアルコール濃度を低下させる。
【００４５】
なお、破砕物中にアルコール発酵原料としてのデンプン等の糖類を含む場合には、糖化過程を短縮化あるいは簡略化することができることから、迅速に発酵過程に移行することができる。
【００４６】
５．乾燥前発酵物分取過程
次に、図７に示すように、発酵過程終了後に、吸引ポンプ７により減圧状態を維持している場合には、吸引ポンプ７を停止し、吸引弁５０あるいは再投入口弁５６のいずれか、あるいは両方を開放し、缶体３１内を常圧に戻す。撹拌手段４０により缶体３１内の破砕物を撹拌している場合には、撹拌手段４０を停止する。次に、排出口弁５５を開放して、缶体３１内の発酵物（乾燥前発酵物）を、排出口（発酵物取出口）３７を介して分取する。分取した（アルコール）発酵微生物等を多く含み発酵活性に富む発酵物は、発酵物返送路５４を経由して、再投入口３９から再度、缶体３１内に添加して、次の処理サイクルにおける植種過程に使用することができる（図２におけるステップＳＴ５からステップＳＴ３へ）。所定量の発酵物を分取するために、撹拌手段４０を所定時間、起動してもよい。次に、所定量の発酵物を分取したら、排出口弁５５を閉鎖する。
【００４７】
なお、缶体３１の発酵物を種菌として所定量だけ、種菌コンテナ（図示せず）に分取してもよい（図２におけるステップＳＴ５）。また、図１１に示すように、排出口を介さず、缶体３１の底部やその近傍に別途、発酵物分取専用の発酵物取出口３８を設けて発酵物を分取してもよい。
【００４８】
６．蒸留過程
次に、図８に示すように、吸引弁５０を閉鎖し、蒸留器５とアルコール貯留タンク６０を連通するように流路切換え弁６３を切り換え、アルコール貯留タンク６０と吸引ポンプ７を連通するように流路切換え弁６９を切り換え、再投入口弁５６および排出口弁５５を閉鎖する。次に、蒸気発生装置４７からの蒸気をジャケット３３に通して缶体３１を加温し、冷却装置４６からの冷却水を蒸留器５に通して蒸留器５を冷却し、吸引ポンプ７を起動し、缶体３１内を減圧にし、駆動モータ４３を起動し、撹拌手段４０を回転させて発酵物を撹拌し、発酵物から発生したアルコール６０ａを蒸留する（図２におけるステップＳＴ６）。
【００４９】
圧力センサ５８でモニターされる密閉型発酵乾燥槽３内の圧力は−７０ＫＰａ以下であることが好ましく、温度センサ４４でモニターされる缶体３１の内部温度は、圧力にもよるが、例えば−７０ＫＰａの場合、概ね４０℃以上６０℃以下の範囲であることが好ましい。このような状態にすることにより、アルコール蒸気を効率的に発生させることができ（例えば、−７０ＫＰａの減圧下において、エタノールの沸点は５０℃で水の沸点は７０℃）、生じたアルコール蒸気は蒸留器５により蒸留されて（図６の矢印Ａ５）、液体状アルコール（例えばエタノール）６０ａになり（図６の矢印Ａ６）、アルコール貯留タンク６０に回収される。なお、蒸留器５の入口に設けた温度センサ５９でモニターされる蒸気温度が６０℃を超えると、アルコール回収が完了した目安とすることができる。
【００５０】
なお、アルコール回収は、所定の蒸留時間を設定し、その時間が経過した時点で完了としてもよい。あるいはアルコール回収は、蒸留温度と所定の蒸留時間を併用して完了判定してもよい。さらに、アルコール回収については水位計６７を使用するほか、缶体３１の重量（動荷重）を計量して水分量を計測することで、完了判定してもよい。
【００５１】
７．乾燥凝縮過程
次に、図９に示すように、蒸留器５と貯留タンク６１を連通するように流路切換え弁６３を切り換え、貯留タンク６１と吸引ポンプ７を連通するように流路切換え弁６９を切り換える。次に、温度センサ４４でモニターされる缶体３１内の温度が例えば６５℃以上となるようにジャケット３３に蒸気を通し、缶体３１内を加温すると共に、圧力センサ５８でモニターされる密閉型発酵乾燥槽３内の圧力が−７０ＫＰａ以下となるように吸引ポンプ７を運転する（図２におけるステップＳＴ７、図９の矢印Ａ２）。
【００５２】
この乾燥過程では、缶体３１内が減圧され、内容物が加温されることによって生じた水蒸気が蒸留器５により凝縮されて（図９の矢印Ａ５）、蒸留液６１ａに変換されて貯留タンク６１に回収される（図９の矢印Ａ７）。この乾燥は、水位計６７により所定量の蒸留液６１ａが回収された段階で完了する。乾燥が完了したら、吸引ポンプ７を停止し、吸引弁５０あるいは再投入口弁５６のいずれか、あるいは両方を開放して缶体３１内を常圧に戻す。蒸気発生装置４７からの蒸気供給を停止する。
【００５３】
これに代えて、乾燥については水位計６７の他に、缶体３１の重量（動荷重）を計量して水分量を計測することで、完了判定してもよい。
【００５４】
８．回収排出過程
次に、図１０に示すように、駆動モータ４３を起動し、撹拌手段４０により内容物を排出口弁５５に集めるように運転する。排出口弁５５を開放することで、乾燥した発酵物（発酵乾燥残渣）を排出する（図２におけるステップＳＴ８、図１０の矢印Ａ８）。また、アルコール貯留タンク６０内に貯留されたアルコール６０ａは回収され（図１０の矢印Ａ９）、貯留タンク６１内に貯留された蒸留液６１ａは排出される（図１０の矢印Ａ１０）。なお、蒸留液は、単に排出されるばかりでなく、熱媒や破砕物の水分調整等に再利用してもよい。なお、アルコール６０ａや蒸留液６１ａは排出工程時に限らず、必要に応じて適宜回収（排出）してもよい。
【００５５】
なお、上記植種過程において、発酵材として糖化や発酵を行う微生物、酵素、その混合物（いずれも湿潤物または乾燥物）、または（アルコール）発酵微生物等を多く含み発酵活性に富む乾燥前発酵物を用いることを例示したが、図１１に示すように、これらを原料に、培養槽８１や撹拌機８２を備えた培養装置８０（ジャーファーメンテータ等）を設け、上記発酵材を原料に培養装置８０で培養し、この培養液を例えば発酵材添加経路手段８３を経由させるなどして、再投入ホッパ５６ａ内に配した再投入口弁５６や投入口３５などから投入してもよい。なお、培養液自体を破砕物に添加することで、上記水分調整過程と植種過程を同時に行うこともできる。
【００５６】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３内で、有機性廃棄物またはアルコール原料作物等の有機物に対して、発酵を行うと共に、減圧下で蒸留および乾燥を実施するように構成したので、上記有機物のような密閉型発酵乾燥槽３の内容物（破砕物あるいは発酵物）を処理過程中に移動する必要がないことから運転管理（とくに圧力調整や温度調整）を容易にすることでき、運転コストを低減することができ、さらに単純な設備である密閉型発酵乾燥槽により省スペースを図ることができることから、設置コストを低減することができるという効果がある。
【００５７】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３内で、上記有機物に対して、発酵を行うと共に、減圧下で蒸留および乾燥を行うように構成したので、上記有機物を固体発酵により再利用可能な物質としてアルコールを含む発酵物を得ることができ、上記有機物を完全にリサイクルすることができるという効果がある。
【００５８】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３内で、上記有機物を水分調整した上で、固体発酵するように構成したので、一般的な液体（含水率が極めて高い、例えば９０％以上の状態）で発酵を行う場合と比して、密閉型発酵乾燥槽を小型化することができ、大きな発酵槽を不要とすることができるという効果がある。また、一般に液体発酵でアルコールを製造する場合には、別途処理が必要となる高濃度（蒸留）廃液が発生するが、この実施の形態１では、固体発酵でアルコール６０ａを製造することにより、高濃度（蒸留）廃液の発生を抑制することができることから、高濃度（蒸留）廃液の処理に係るコストを削減することができるという効果もある。
【００５９】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３内で、上記有機物を水分調整した上で、固体発酵し、その発酵物を回収する排出口３７等を設けるように構成したので、発酵過程終了段階で密閉型発酵乾燥槽３内から発酵材となる（アルコール）発酵微生物を多く含み発酵活性に富む発酵物を分取し、これを次の有機物処理サイクルにおける密閉型発酵乾燥槽３内に戻すことで、前サイクルの活性発酵物をその活性を維持したまま発酵材として有効に活用することができ、次のサイクルにおいて有機物に対する糖化および発酵の各処理を速やかにかつ効率よく行うことができるという効果がある。また、発酵材として乾燥前発酵物以外に、例えばアルコール発酵に適した微生物や酵素（湿潤物、乾燥物）を適宜用いることができ、安定して効率よい固体発酵および発酵蒸留物の製造を行うことができる。
【００６０】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３内で、上記有機物を水分調整した上で、固体発酵した後、蒸留乾燥し、その発酵物を回収する回収手段を設けるように構成したので、この回収手段により乾燥過程終了段階で密閉型発酵乾燥槽内に残る十分に減量化された乾燥後発酵物を回収でき、この乾燥後発酵物を肥料として有効に再利用することができ、仮に処理処分する場合であっても十分に減量化されているため作業負担や費用負担を削減することができるという効果がある。
【００６１】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３内に、有機物として有機性廃棄物の他に、アルコール発酵原料としてのデンプン等の糖類を多く含有する栽培作物を用いることもできるため、上記有機物に対する固体発酵の前段階である糖化過程を短縮あるいは省略することができ、処理過程の簡略化、短縮化を図ることができ、結果として固体発酵を効率よく行うことができるという効果がある。
【００６２】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３に蒸留器５を備えるように構成したので、圧力および温度が調整された密閉型発酵乾燥槽３で水蒸気およびアルコール蒸気の発生を制御でき、蒸留温度を適切に管理された蒸留器５で発生したそれぞれの蒸気を効率よく分留することができるという効果がある。さらに、この実施の形態１では、アルコール貯留タンク６０および貯留タンク６１を設けるように構成したので、蒸留液６１ａとアルコール６０ａを個別に取り扱うことが容易となり、アルコール（例えばエタノール）を効率的に回収し搬出することができるという効果がある。さらに、この実施の形態１では、炭酸ガストラップを設けるにより、固体発酵で生成される炭酸ガスを固定することができることから、炭酸ガスの大気への放出を防止することができ、地球の温暖化に影響を与える温室効果ガスとして認知されている炭酸ガスの排出量を確実に抑制することができるという効果がある。
【００６３】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３に温度調節用のジャケット３３等を設けるように構成したので、密閉型発酵乾燥槽３内で、有機物に対して行われる水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程を通じて適切な温度管理を行うことができるという効果がある。
【００６４】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３に発酵材を製造する培養装置８０を設けるように構成したので、（アルコール）発酵活性に富む発酵材を安定して確保でき、処理サイクル毎に乾燥前発酵物を分取したり、発酵用微生物や発酵用酵素を準備したりする必要がなく、効率よい固体発酵および発酵蒸留物の製造を行うことができる。
【００６５】
上記実施の形態１では、図１から図１１までに示したように、必須の構成要素としての密閉型発酵乾燥槽、凝縮手段および減圧手段に加えて、他の多くの構成要素を含めるように構成したが、この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、この技術分野における、いわゆる当業者であれば、容易に選択できる構成要素を含めることも可能であり、新たに選択されて含められた他の構成要素を含む実施の形態もこの発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【００６６】
この発明に係る発酵蒸留乾燥システムは、アルコール原料作物や廃棄されるかせいぜい餌料程度にしか用いられなかった有機性廃棄物等の有機物を、固体発酵および蒸留乾燥して処理することにより、アルコールや乾燥発酵物など再利用（有効活用）可能な物質を製造することができ、たいへん有用である。因みに、製造回収されるアルコールは、例えばガソリン等に混合して内燃機関用のアルコール燃料としての使用が可能である。排出される蒸留液は、次の有機物処理サイクルにおいて熱媒や破砕物の水分調整に有効利用が可能である。また、回収された乾燥発酵物は、十分に減量化されていて取り扱いも容易で肥料として大いに活用することができる。さらに、固体発酵時に発生する炭酸ガスは、減圧手段により捕集され、例えば石灰水に通されることで不溶性の炭酸カルシウム等に変換して固定され、種々の用途に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明の１つの実施の形態による発酵蒸留乾燥システムの構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した発酵蒸留乾燥システムにおいて実行される処理過程を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、原料投入過程にかかる構成を示す断面図である。
【図４】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、水分調整過程にかかる構成を示す断面図である
【図５】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、発酵材投入（植種）過程にかかる構成を示す断面図である。
【図６】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、糖化発酵過程にかかる構成を示す断面図である。
【図７】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、蒸留乾燥前の発酵物分取過程にかかる構成を示す断面図である。
【図８】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、蒸留過程にかかる構成を示す断面図である。
【図９】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、乾燥凝縮過程にかかる構成を示す断面図である。
【図１０】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、回収排出過程にかかる構成を示す断面図である。
【図１１】この発明の発酵蒸留乾燥システムのうち、培養装置が設けられた密閉型発酵乾燥槽にかかる構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 発酵蒸留乾燥システム
３ 密閉型発酵乾燥槽
５ 蒸留器（凝縮手段）
７ 吸引ポンプ（減圧手段）
３１ 缶体（密閉型発酵乾燥槽）
３３ ジャケット（外套手段：温度調節手段）
３５ 投入口
３７ 排出口（発酵物取出口）
３８ 発酵物取出口
３９ 再投入口
４０ 撹拌手段
４１ 回転軸（撹拌手段）
４２ 撹拌羽根（撹拌手段）
４３ 駆動モータ（撹拌手段）
４４ 温度センサ
４５ 熱媒供給手段（温度調節手段）
４６ 冷却装置（温度調節手段）
４７ 蒸気発生装置（温度調節手段）
４８ 供給路（温度調節手段）
４８ａ 冷却媒体供給路
４８ｂ 蒸気供給路
４８ｃ 合流供給路
４９ 搬送路
５０ 吸引弁
５１ 吸引ホース
５２ 破砕機
５２ａ 投入口
５２ｂ 排出口
５３ 破砕物容器
５４ 発酵物返送路（発酵物返送手段）
５５ 排出口弁
５６ 再投入口弁
５６ａ 再投入ホッパ
５７ 気体誘導路
５８ 圧力センサ
５９ 温度センサ
６０ アルコール貯留タンク
６０ａ アルコール
６１ 貯留タンク（蒸留液貯留部）
６１ａ 蒸留液
６２ 液体誘導路
６２ａ アルコール分岐部
６２ｂ 蒸留液分岐部
６３ 流路切換え弁
６４ 冷却媒体供給路
６５ 排出弁
６６ 排出弁
６７ 水位計
６８ 吸引路
６８ａ アルコール側吸引路
６８ｂ 蒸留液側吸引路
６８ｃ 合流部
６９ 流路切換え弁
７０ 排気流路
７１ 脱臭塔
８０ 培養装置
８１ 培養槽
８２ 撹拌機
８３ 発酵材添加経路手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機性廃棄物またはアルコール原料作物を固体発酵により再利用可能なアルコールを含む発酵物を得るための発酵蒸留乾燥システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業系廃棄物や生活系廃棄物などの有機性廃棄物を処理する場合には、処理されて得られる結果物を元の廃棄物の量に比して減量化すること、さらには再利用可能な形態に変換することが大きな社会的使命として認識されている。このため、従来から、廃棄物を処理するための装置および方法として、多くの提案がなされている。例えば、特許文献１は、焼酎粕を真空乾燥機で乾燥させ、この乾燥物を微粉化し、これを燃焼促進剤と共に燃焼させ、その発生熱を上記真空乾燥機による乾燥に利用する焼酎粕処理法を開示している。この処理法は、焼酎粕等の有機性廃棄物の乾燥物を燃焼時のエネルギー源として使用する点で評価されるべきであるが、この処理法を実行する場合には、多くの機械装置を使用しなければならず、高い設置コストや運転コストを考慮する必要もあり、さらに運転が煩雑となる可能性もある。
【０００３】
また、上記廃棄物を処理する場合には、当然ながら、有害物質を排出することは許されるものではない。例えば、特許文献２は、有機質の廃棄物を乾燥させる際に、この廃棄物中に共存し、気散し易いアルカリ性物質を中和して気散し難い物性に変質させる中和手段を備えた真空乾燥装置を開示している。この真空乾燥装置は、アルカリ性物質を装置外に排出しない点で評価されるべきであるが、京都議定書が発効した今日において注目を浴びている温室効果ガスとしての炭酸ガス（ＣＯ2）が装置外に排出される可能性があり、その対策が採られていない。
【０００４】
一方、近年の石油資源が減少し、価格が高騰する現状を踏まえて、上記有機性廃棄物からエネルギー源を効率よく抽出する技術が開発されつつある。例えば、特許文献３は、デンプン質を含む原料を蒸気乾燥機内で乾燥して水分調整し、得られた乾燥物をペレット形成装置内でペレット化し、そのペレットに製麹装置内で麹菌を接種して得た糖化ペレットを同装置内で固体発酵させることにより、発酵物の他に、エタノールを生成するエタノールの製造方法およびエタノール製造システムを開示している。このエタノールの製造方法およびシステムは、有機性廃棄物を想定した原料から、エネルギー源であるエタノールを生成する点で評価されるべきであるが、上記原料に対する一連の過程を異なる装置で行う構成となっているため、上記システムをプラント化する際には設備システムが重厚長大になり、原料を装置間で移動しなければならず、高い設置コストや運転コストを考慮する必要もあり、さらに運転が煩雑となる可能性もある。
【特許文献１】特開平１１−６３４５５号公報
【特許文献２】特開２００３−３０２１５７号公報
【特許文献３】特開２００５−６５６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の目的は、有機性廃棄物またはアルコール原料作物等の有機物を再利用可能な物質に変換する一連の処理過程を１つの密閉型発酵乾燥槽内で実施するための発酵蒸留乾燥システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る発酵蒸留乾燥システムは、原料投入口および撹拌機を有する発酵槽と、該発酵槽の気体を吸引する吸引器と、該吸引器で吸引された気体を蒸留する蒸留器と、該蒸留器で得られた液体を貯留する貯留タンクとからなる発酵蒸留乾燥システムにおいて、前記発酵槽は、発酵物取出口および温度調整ジャケットを備え、原料の発酵および発酵物の減圧乾燥を行う密閉型発酵乾燥槽である。
【０００７】
この発明に係る発酵蒸留乾燥システムは、原料を破砕する破砕機を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
この発明に係る発酵蒸留乾燥システムは、前記密閉型発酵乾燥槽に発酵材を添加することを特徴とするものである。
【０００９】
この発明に係る発酵蒸留乾燥システムは、発酵材を製造する培養槽を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽内で、有機性廃棄物またはアルコール原料作物等の有機物に対して、発酵を行うと共に、減圧下で蒸留および乾燥を実施するように構成したので、上記有機物のような密閉型発酵乾燥槽の内容物を処理過程中に移動する必要がないことから運転管理を容易にすることでき、運転コストを低減することができ、さらに単純な設備である密閉型発酵乾燥槽により省スペースを図ることができることから設置コストを低減することができるという効果がある。
【００１１】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽内で、上記有機物に対して、発酵を行うと共に、減圧下で蒸留および乾燥を行うように構成したので、上記有機物を固体発酵により再利用可能な物質としてアルコールを含む発酵物を得ることができ、上記有機物を完全にリサイクルすることができるという効果がある。特に、密閉型発酵乾燥槽を採用することにより、槽内の圧力を容易に調整することができ、温度調整と併せ各処理工程に最適な環境を作り出すと共に、アルコール蒸気と水蒸気の発生を制御することができ、効率よく安定してアルコールを回収することができる。
【００１２】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽内で、上記有機物を水分調整した上で、固体発酵するように構成したので、一般的な液体（含水率が極めて高い、例えば９０％の状態）で発酵を行う場合と比して、密閉型発酵乾燥槽を小型化することができ、大きな発酵槽を不要とすることができるという効果がある。また、一般に液体発酵でアルコールを製造する場合には、別途処理が必要となる高濃度（蒸留）廃液が発生するが、この発明では、固体発酵でアルコールを製造することにより、高濃度（蒸留）廃液の発生を抑制することができることから、高濃度（蒸留）廃液の処理に係るコストを削減することができるという効果もある。
【００１３】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽内で、上記有機物を水分調整した上で、固体発酵し、その発酵物を回収する回収手段を設けるように構成したので、この回収手段の発酵物返送手段により発酵過程終了段階で密閉型発酵乾燥槽３内から（アルコール）発酵微生物を多く含み発酵活性に富む発酵物を分取することができる。そして分取した発酵物を発酵材として次の有機物処理サイクルにおける密閉型発酵乾燥槽内に戻すことで、前サイクルの活性発酵物をその活性を維持したまま種菌として有効に活用することができ、次のサイクルにおいて有機物に対する糖化および発酵の各処理を速やかにかつ効率よく行うことができるという効果がある。また、発酵材として乾燥前発酵物以外に、例えばアルコール発酵に適した微生物材や酵素材（湿潤物、乾燥物）を適宜用いることができ、安定して効率よい固体発酵および発酵蒸留物の製造を行うことができる。
【００１４】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽に投入する原料を破砕する破砕機を設けるように構成したので、塊状の有機性廃棄物等も速やかに破砕・細分化され、効率よく固体発酵を行うことができ、また密閉型発酵乾燥槽内に未発酵の塊状有機性廃棄物が残存滞留することを防止することができる。
【００１５】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽に発酵材を製造する培養装置を設けるように構成したので、（アルコール）発酵活性に富む上記発酵材を安定して確保でき、処理サイクル毎に乾燥前発酵物を分取したり、発酵用微生物や発酵用酵素を準備したりする必要がなく、安定した効率よい固体発酵および発酵蒸留物の製造を行うことができる。
【００１６】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽内で、上記有機物を水分調整した上で、固体発酵し、その発酵物を回収する回収手段を設けるように構成したので、この回収手段により蒸留過程終了段階で密閉型発酵乾燥槽内に残る十分に減量化された乾燥発酵物を回収することができ、この微生物菌体を含む乾燥発酵物を肥料として有効に再利用することができるという効果がある。
【００１７】
この発明によれば、発酵原料として有機性廃棄物の他に、アルコール発酵原料に適するデンプン等の糖類を多く含有する栽培作物を用いることもできるため、上記固体発酵の前段階である糖化過程を短縮あるいは省略することができ、処理過程の簡略化、短縮化が図れ、結果としてより効率よく発酵蒸留物（エタノール等）を製造することができるという効果がある。
【００１８】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽に凝縮手段を備えるように構成したので、凝縮手段における蒸留温度を適切に管理することで、密閉型発酵乾燥槽内で固体発酵により生成される水およびアルコールを効率よく分留することができるという効果がある。さらに、この発明では、アルコール貯留部および蒸留液貯留部を設けるように構成したので、水とアルコールを個別に取り扱うことが容易となり、アルコール（特にエタノール）を効率的に回収し搬出することができるという効果がある。さらに、この発明では、上記凝縮手段により、固体発酵により水と共に生成される炭酸ガスを固定することができることから、炭酸ガスの大気への放出を防止することも期待でき、地球の温暖化に影響を与える温室効果ガスとして認知されている炭酸ガスの排出量を確実に抑制することができるという効果がある。
【００１９】
この発明によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽に温度調節手段を設けるように構成したので、密閉型発酵乾燥槽内で、有機物に対して行われる水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程を通じて適切な温度管理を行うことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１は、この発明の１つの実施の形態による発酵蒸留乾燥システムの構成を示す模式図である。発酵蒸留乾燥システム１は、１つの密閉型発酵乾燥槽３と、この密閉型発酵乾燥槽３に連結されかつ上記密閉型発酵乾燥槽３内に収容された有機物に対する水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程で発生する気体を凝縮して液体に変換する蒸留器（凝縮手段）５と、この蒸留器５を経由して上記密閉型発酵乾燥槽３内を減圧する吸引ポンプ（減圧手段）７とから概略構成されている。
【００２１】
密閉型発酵乾燥槽３は、略円筒状であってその軸線方向が水平となるように配置された缶体３１と、この缶体３１の外側を覆って缶体３１内の温度を調節するためのジャケット（外套手段）３３と、このジャケット３３を貫通して上記缶体３１の上部に設けられかつ発酵処理に供される原料（有機物）を缶体３１内に投入するための投入口３５と、上記ジャケット３３を貫通して上記缶体３１の底部に設けられかつ後述の発酵物を缶体３１外に排出するための排出口（発酵物取出口）３７と、上記ジャケット３３を貫通して上記缶体３１の上部に設けられかつ上記発酵物を缶体３１内に再投入するための再投入口３９とから概略構成されている。
【００２２】
缶体３１内には、上記有機物を撹拌する撹拌手段４０が設けられている。撹拌手段４０は、上記缶体３１内にその軸線方向に延在するように回転可能に配された回転軸４１と、この回転軸４１の外周部に半径方向外方に延在するように設けられた複数の撹拌羽根４２と、上記回転軸４１を回転駆動する駆動モータ４３とから概略構成されている。また、缶体３１には、この缶体３１内の空間温度を常時モニターするための温度センサ４４が配設されている。
【００２３】
ジャケット３３には、熱媒供給手段４５が接続されている。熱媒供給手段４５は、上記ジャケット３３に冷却水を供給するための冷却装置４６と、上記ジャケット３３に蒸気を供給するための蒸気発生装置４７と、この蒸気発生装置４７および上記冷却装置４６と上記ジャケット３３とを連絡する供給路４８とから概略構成されている。供給路４８は、上記冷却装置４６からの冷却媒体供給路４８ａと、上記蒸気発生装置４７からの蒸気供給路４８ｂと、これら両供給路が合流する箇所からジャケット３３に至る合流供給路４８ｃとから概略構成されている。ここで、ジャケット３３と熱媒供給手段４５とは、上記密閉型発酵乾燥槽３内の温度を、密閉型発酵乾燥槽３内に供給される有機物に対する後述の水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程に適した温度に調節するための温度調節手段を構成している。
【００２４】
投入口３５には、上記密閉型発酵乾燥槽３内に投入される上記有機物を吸引搬送するための搬送路４９の一端が接続されている。搬送路４９の途中には、この搬送路４９を開閉するための吸引弁５０が設けられており、搬送路４９の他端には、可撓性材料等で構成された吸引ホース５１の一端が接続されている。吸引ホース５１の他端は、上記有機物を破砕する破砕機５２から破砕物を受ける破砕物容器５３内に投入されている。破砕機５２は、上記有機物を投入するための投入口５２ａと、この投入口５２ａから投入されて破砕された破砕物としての発酵原料を排出するための排出口５２ｂとを備えている。
【００２５】
排出口３７と再投入口３９との間には、上記発酵材となる発酵物を返送するための発酵物返送路（発酵物返送手段）５４が配設されている。この発酵物返送路５４のうち、排出口３７の近傍には、密閉型発酵乾燥槽３と発酵物返送路５４との連通または密閉型発酵乾燥槽３と外部との連通を選択できる三方弁である排出口弁５５が設けられている。また、発酵物返送路５４のうち、再投入口３９の近傍には、発酵物返送路５４を開閉するための再投入口弁５６が設けられている。再投入口弁５６の上部には、発酵物を効率よく受け入れるための逆円錐状の再投入ホッパ５６ａが設けられている。
【００２６】
密閉型発酵乾燥槽３と蒸留器５との間には、密閉型発酵乾燥槽３内に投入された有機物に対する水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程で発生する気体を蒸留器５に誘導する気体誘導路５７が設けられている。この気体誘導路５７には、密閉型発酵乾燥槽３内の圧力を常時モニターするための圧力センサ５８が設置されている。また、蒸留器５には、蒸留器５内の温度をモニターするための温度センサ５９が設置されている。
【００２７】
蒸留器５には、密閉型発酵乾燥槽３内に投入された有機物に対する固体発酵過程で発生するアルコール蒸気を凝縮したアルコール６０ａを貯留するアルコール貯留タンク６０と、上記有機物に対する水分調整、蒸留および乾燥の各処理過程で発生する水蒸気を凝縮した水（蒸留液）６１ａを貯留する貯留タンク６１が液体誘導路６２を経由して接続されている。この液体誘導路６２には、その誘導路６２を、アルコール分岐路６２ａまたは蒸留液分岐路６２ｂに切り換えるための三方弁である流路切換え弁６３が設けられている。また、蒸留器５と冷却装置４６との間には、冷却装置４６からの冷却媒体を蒸留器５に供給するための冷却媒体供給路６４が設けられている。
【００２８】
アルコール貯留タンク６０の底部には、アルコール６０ａを排出するための排出弁６５が設けられている。一方、貯留タンク６１の底部には、蒸留液６１ａを排出するための排出弁６６が設けられており、また上部には、貯留タンク６１内に貯留される蒸留液の水位を計測するための水位計６７が設置されている。
【００２９】
また、アルコール貯留タンク６０および貯留タンク６１と吸引ポンプ７との間には、アルコール側吸引部６８ａと蒸留液側吸引部６８ｂとこれら両吸引部を合流した合流部６８ｃとからなる吸引路６８が配設されている。この吸引路６８には、吸引ポンプ７との連通を、アルコール貯留タンク６０側または貯留タンク６１側に切り換えるための三方弁である流路切換え弁６９が設けられている。この流路切換え弁６９は、排気流路７０を介して脱臭塔７１に接続されている。なお、吸引ポンプ７と脱臭塔７１との間には、吸引ポンプ７を通過した炭酸ガスを外部に排出しないように、炭酸ガスを捕集する炭酸ガストラップ（図示せず）が配設されてもよい。この炭酸ガストラップ（図示せず）は、例えば、石灰水に炭酸ガスを通して、石灰水中に不溶性の炭酸カルシウムおよび可溶性の炭酸水素カルシウムを生成することで炭酸ガスを固定するものである。
【００３０】
次に、図２から図１１までを参照して、図１に示した発酵蒸留乾燥システム１を用いた有機物の処理システムを説明する。
【００３１】
１．破砕過程（前処理）
まず、所定量の原料（生ごみ等の生活系廃棄物、食品残渣や醸造残渣等の産業系廃棄物、ジャガイモや米などの栽培作物など）を破砕機５２にその投入口５２ａから投入し、これを破砕する（図２におけるステップＳＴ１）。破砕された発酵原料（以下、破砕物という）を破砕機５２の排出口５２ｂから排出し、これを破砕物容器５３で受ける。なお、上記原料が既に細かくなっているなど、前処理を必要としない場合には、上記破砕機５２で破砕することなく、直接、上記原料を破砕物容器５３に収容してもよい。なお、破砕機５２は、有機性廃棄物に混入する木片類や骨類（動物や魚類の骨、鶏卵や甲殻類の殻など）、硬い農作物（含水率が極めて低い穀物など）を速やかに破砕・細分化できるものであって、裁断型（カッタータイプ）、破壊型（ハンマータイプ）、圧搾型（押しつぶしタイプ）などの破砕機が好ましい。特に、回転するハンマー部材を備えたハンマータイプ破砕機を用いた場合には、破砕・細分化された原料が適度に湿潤していて流動性があり、密閉型乾燥槽３に投入しやすい。
【００３２】
２．原料投入および水分調整過程
次に、図３に示すように、破砕物容器５３から破砕物を密閉型発酵乾燥槽３内に投入する（図３の矢印Ａ１）。すなわち、吸引弁５０を開放し、蒸留器５と貯留タンク６１を連通するように流路切換え弁６３を切り換え、貯留タンク６１と吸引ポンプ７を連通するように流路切換え弁６９を切り換え、排出口弁５５および再投入口弁５６を閉鎖する。この状態で、吸引ポンプ７を起動することで、破砕物容器５３内の破砕物を、吸引ホース５１および搬送路４９を経由して吸引し（図３の矢印Ａ２）、密閉型発酵乾燥槽３内に投入する。なお、破砕物は再投入口弁５６を開放して、この再投入口３９から密閉型発酵乾燥槽３内に投入されてもよいし、圧送装置などを用いて投入されてもよい。
【００３３】
次に、密閉型発酵乾燥槽３内に投入された破砕物の含水率に応じて、この破砕物に対して水分調整を行う。固体発酵を行うためには、概ね破砕物の含水率は４５重量％以上８０重量％以下の範囲であることが好ましい。
【００３４】
仮に、破砕物の含水率が低い場合には、図４に示すように、必要量の水を添加して水分調整を行う（図２におけるステップＳＴ２１、図４の矢印Ａ３）。なお、含水率の低い発酵原料（米等）の場合には、上記破砕過程において予め必要量の水を加えて水分調整してもよい。なお、水分調整には後述の蒸留液を用いてもよい。
【００３５】
逆に、破砕物の含水率が高い場合には、図４に示すように、次の手順で原料を乾燥する（図２におけるステップＳＴ２２）。
まず、吸引弁５０を閉鎖し、蒸留器５と貯留タンク６１を連通するように流路切換え弁６３を切り換え、貯留タンク６１と吸引ポンプ７を連通するように流路切換え弁６９を切り換え、再投入口弁５６および排出口弁５５を閉鎖する（減圧過程）。次に、蒸気発生装置４７で発生した蒸気をジャケット３３に通し、缶体３１内部を加温する（蒸気加熱過程）。冷却装置４６で製造した冷却水を蒸留器５に通し、この蒸留器５を冷却する（冷却過程）。次に、吸引ポンプ７を起動し、缶体３１内を減圧する（吸引過程：図４の矢印Ａ２）。この減圧状態は圧力センサ５８でモニターされるが、その指示値は−７０ＫＰａ（＝２４０mmHg）以下であることが好ましい。また、缶体３１の内部温度は温度センサ４４でモニターされるが、その指示値は例えば−７０ＫＰａであれば６５℃以上、−８０ＫＰａであれば５５℃以上であることが好ましい。次に、駆動モータ４３を起動し、撹拌手段４０を回転させて破砕物を撹拌する（撹拌過程）。なお、上記減圧、蒸気加熱、冷却、吸引および撹拌の各過程は、全体で乾燥過程を構成するが、各過程の作業順は任意である。
【００３６】
破砕物の水分調整を目的とした上記乾燥過程では、缶体３１内が減圧され、破砕物が加温されることによって生じた水蒸気が蒸留器５により凝縮されて蒸留液に変換されて、貯留タンク６１内に回収される。この乾燥過程は、貯留タンク６１内に回収された蒸留液の水位を水位計６７により計測し、その水位が所定値に達した時点で完了する。なお、回収される水分量の所定値は、密閉型発酵乾燥槽３内に投入された破砕物の含水率を基準にして減量されるべき水分量を算出して、予め把握することができる。
【００３７】
次に、上述のように所望の水分調整が行えたら、吸引ポンプ７を停止し、吸引弁５０あるいは再投入口弁５６のいずれか、あるいは両方を開放することで、缶体３１の内圧を常圧に戻す。蒸気発生装置４７からの蒸気供給を停止し、必要に応じてジャケット３３に冷却水を通すことで、缶体３１の内部を後述の植種過程で破砕物に植種される微生物等の生育の適した温度範囲、例えば１５℃以上４５℃以下とする。
【００３８】
なお、上記水分調整については、水位計６７を使用するほか、缶体３１の重量（動荷重）を計量して、乾燥により蒸発された水分量を計測することで、判定してもよい。なお、撹拌手段４０は、缶体３１の内部温度が発酵材添加（植種）可能温度になるまで、また破砕物が缶体３１内で（質的、高さ的に）なじむまで、稼動させてもよく、その必要がなければ停止させておいてもよい。
【００３９】
３．植種過程
次に、図５に示すように、駆動モータ４３を起動して撹拌手段４０により缶体３１内の破砕物を撹拌しながら、再投入口弁５６を開放し、再投入ホッパ５６ａから缶体３１内に種菌などの発酵材（糖化や発酵を行う微生物、酵素、その混合物、または乾燥前発酵物）を投入する（図２におけるステップＳＴ３、図５の矢印Ａ４）。なお、缶体３１内を減圧状態にして、再投入ホッパ５６ａ内に配した発酵材を再投入口弁５６から投入してもよい。また、再投入口３９を設けない場合には、投入口３５などから発酵材を投入してもかまわない。なお、微生物菌体にこだわらず、アルコール発酵に関与する複数の酵素（液体状、粉末状）を用いてもよい。
【００４０】
ここで発酵材は、前サイクルの糖化発酵が終了した段階で、蒸留乾燥前に缶体３１内から分取した発酵物（乾燥前発酵物）を用いることが効率的でとても望ましい。これは、発酵を担う重要な微生物菌体を多く含む発酵物を蒸留段階での高温下にさらすと微生物が死滅してしまうため、蒸留乾燥前に発酵物を分取して、この乾燥前発酵物に含まれる微生物を糖化発酵に積極的に利用するのである。これにより、簡便且つ効率的に糖化や発酵を担う重要な微生物を安定して確保でき、また発酵物の再利用、有効利用がはかれるのである。
【００４１】
また、植種に使用可能な微生物としては、例えば麹菌を挙げることができる。麹菌としては、特許文献３に記載されたＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ ＫＢＮ６０６（醤油用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ ＫＢＮ６１５（醤油用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｓｏｊａｅ ＫＢＮ６５０（醤油用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ ＫＢＮ９３０（味噌用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ ＫＢＮ９４３（麦味噌用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ ＫＢＮ１０１５（清酒用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｋａｗａｃｈｉｉ ＫＢＮ２００１（焼酎用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｋａｗａｃｈｉｉ Ｐ１０−１（焼酎用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ａｗａｍｏｒｉ ＫＢＮ２０１２（焼酎用）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｓａｉｔｏｉ ＫＢＮ２０２４（泡盛用）等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４２】
４．糖化発酵過程
次に、図６に示すように、吸引弁５０を開放し、蒸留器５とアルコール貯留タンク６０を連通するように流路切換え弁６３を切り換え、アルコール貯留タンク６０と吸引ポンプ７を連通するように流路切換え弁６９を切り換え、再投入口弁５６および排出口弁５５を閉鎖する。予め設定した糖化発酵時間中に、駆動モータ４３および吸引ポンプ７を所定間隔で起動し、缶体３１内の破砕物に対して周期的に撹拌および吸気を行うことで、糖化過程および発酵過程を行う（図２におけるステップＳＴ４）。なお、発酵過程で発生する熱により、内部温度が上昇するから、ジャケットに適温の熱媒を通して発酵に最適な温度に調節する必要がある。また、発酵過程で発生する気体としては、水蒸気の他に、発酵生成物である炭酸ガスあるいはアルコール蒸気が含まれる。
【００４３】
なお、糖化発酵過程の間、缶体３１内の内容物の温度が微生物の活性が低下する低温になる場合には、蒸気発生装置４７からの蒸気や温水などの熱媒をジャケット３３内に通して缶体３１内を加温してもよい。逆に、糖化発酵過程の間、缶体３１内の内容物の温度が微生物の活性が低下する高温になる場合には、冷却装置４６から冷却水などの熱媒をジャケット３３内に通して冷却してもよい。また、蒸気発生装置４７からの蒸気により缶体３１内が過熱される場合には、発酵に適した温度を逸脱して発酵過程が停止する可能性があるため、蒸気の供給を停止する必要がある。
【００４４】
また、糖化発酵過程の間、缶体３１内の内容物のアルコール濃度が糖化発酵過程を阻害する濃度以上になることを防止するために、吸引弁５０を閉鎖し、蒸気発生装置４７からの蒸気をジャケット３３に通して缶体３１内を加温し、冷却装置４６からの冷却水を蒸留器５に通して蒸留器５を冷却し、吸引ポンプ７を起動して缶体３１内を減圧し、駆動モータ４３を起動し、撹拌手段４０を回転させて破砕物を撹拌して、発生したアルコールの一部を蒸留して、缶体３１内のアルコール濃度を低下させる。
【００４５】
なお、破砕物中にアルコール発酵原料としてのデンプン等の糖類を含む場合には、糖化過程を短縮化あるいは簡略化することができることから、迅速に発酵過程に移行することができる。
【００４６】
５．乾燥前発酵物分取過程
次に、図７に示すように、発酵過程終了後に、吸引ポンプ７により減圧状態を維持している場合には、吸引ポンプ７を停止し、吸引弁５０あるいは再投入口弁５６のいずれか、あるいは両方を開放し、缶体３１内を常圧に戻す。撹拌手段４０により缶体３１内の破砕物を撹拌している場合には、撹拌手段４０を停止する。次に、排出口弁５５を開放して、缶体３１内の発酵物（乾燥前発酵物）を、排出口（発酵物取出口）３７を介して分取する。分取した（アルコール）発酵微生物等を多く含み発酵活性に富む発酵物は、発酵物返送路５４を経由して、再投入口３９から再度、缶体３１内に添加して、次の処理サイクルにおける植種過程に使用することができる（図２におけるステップＳＴ５からステップＳＴ３へ）。所定量の発酵物を分取するために、撹拌手段４０を所定時間、起動してもよい。次に、所定量の発酵物を分取したら、排出口弁５５を閉鎖する。
【００４７】
なお、缶体３１の発酵物を種菌として所定量だけ、種菌コンテナ（図示せず）に分取してもよい（図２におけるステップＳＴ５）。また、図１１に示すように、排出口を介さず、缶体３１の底部やその近傍に別途、発酵物分取専用の発酵物取出口３８を設けて発酵物を分取してもよい。
【００４８】
６．蒸留過程
次に、図８に示すように、吸引弁５０を閉鎖し、蒸留器５とアルコール貯留タンク６０を連通するように流路切換え弁６３を切り換え、アルコール貯留タンク６０と吸引ポンプ７を連通するように流路切換え弁６９を切り換え、再投入口弁５６および排出口弁５５を閉鎖する。次に、蒸気発生装置４７からの蒸気をジャケット３３に通して缶体３１を加温し、冷却装置４６からの冷却水を蒸留器５に通して蒸留器５を冷却し、吸引ポンプ７を起動し、缶体３１内を減圧にし、駆動モータ４３を起動し、撹拌手段４０を回転させて発酵物を撹拌し、発酵物から発生したアルコール６０ａを蒸留する（図２におけるステップＳＴ６）。
【００４９】
圧力センサ５８でモニターされる密閉型発酵乾燥槽３内の圧力は−７０ＫＰａ以下であることが好ましく、温度センサ４４でモニターされる缶体３１の内部温度は、圧力にもよるが、例えば−７０ＫＰａの場合、概ね４０℃以上６０℃以下の範囲であることが好ましい。このような状態にすることにより、アルコール蒸気を効率的に発生させることができ（例えば、−７０ＫＰａの減圧下において、エタノールの沸点は５０℃で水の沸点は７０℃）、生じたアルコール蒸気は蒸留器５により蒸留されて（図６の矢印Ａ５）、液体状アルコール（例えばエタノール）６０ａになり（図６の矢印Ａ６）、アルコール貯留タンク６０に回収される。なお、蒸留器５の入口に設けた温度センサ５９でモニターされる蒸気温度が６０℃を超えると、アルコール回収が完了した目安とすることができる。
【００５０】
なお、アルコール回収は、所定の蒸留時間を設定し、その時間が経過した時点で完了としてもよい。あるいはアルコール回収は、蒸留温度と所定の蒸留時間を併用して完了判定してもよい。さらに、アルコール回収については水位計６７を使用するほか、缶体３１の重量（動荷重）を計量して水分量を計測することで、完了判定してもよい。
【００５１】
７．乾燥凝縮過程
次に、図９に示すように、蒸留器５と貯留タンク６１を連通するように流路切換え弁６３を切り換え、貯留タンク６１と吸引ポンプ７を連通するように流路切換え弁６９を切り換える。次に、温度センサ４４でモニターされる缶体３１内の温度が例えば６５℃以上となるようにジャケット３３に蒸気を通し、缶体３１内を加温すると共に、圧力センサ５８でモニターされる密閉型発酵乾燥槽３内の圧力が−７０ＫＰａ以下となるように吸引ポンプ７を運転する（図２におけるステップＳＴ７、図９の矢印Ａ２）。
【００５２】
この乾燥過程では、缶体３１内が減圧され、内容物が加温されることによって生じた水蒸気が蒸留器５により凝縮されて（図９の矢印Ａ５）、蒸留液６１ａに変換されて貯留タンク６１に回収される（図９の矢印Ａ７）。この乾燥は、水位計６７により所定量の蒸留液６１ａが回収された段階で完了する。乾燥が完了したら、吸引ポンプ７を停止し、吸引弁５０あるいは再投入口弁５６のいずれか、あるいは両方を開放して缶体３１内を常圧に戻す。蒸気発生装置４７からの蒸気供給を停止する。
【００５３】
これに代えて、乾燥については水位計６７の他に、缶体３１の重量（動荷重）を計量して水分量を計測することで、完了判定してもよい。
【００５４】
８．回収排出過程
次に、図１０に示すように、駆動モータ４３を起動し、撹拌手段４０により内容物を排出口弁５５に集めるように運転する。排出口弁５５を開放することで、乾燥した発酵物（発酵乾燥残渣）を排出する（図２におけるステップＳＴ８、図１０の矢印Ａ８）。また、アルコール貯留タンク６０内に貯留されたアルコール６０ａは回収され（図１０の矢印Ａ９）、貯留タンク６１内に貯留された蒸留液６１ａは排出される（図１０の矢印Ａ１０）。なお、蒸留液は、単に排出されるばかりでなく、熱媒や破砕物の水分調整等に再利用してもよい。なお、アルコール６０ａや蒸留液６１ａは排出工程時に限らず、必要に応じて適宜回収（排出）してもよい。
【００５５】
なお、上記植種過程において、発酵材として糖化や発酵を行う微生物、酵素、その混合物（いずれも湿潤物または乾燥物）、または（アルコール）発酵微生物等を多く含み発酵活性に富む乾燥前発酵物を用いることを例示したが、図１１に示すように、これらを原料に、培養槽８１や撹拌機８２を備えた培養装置８０（ジャーファーメンテータ等）を設け、上記発酵材を原料に培養装置８０で培養し、この培養液を例えば発酵材添加経路手段８３を経由させるなどして、再投入ホッパ５６ａ内に配した再投入口弁５６や投入口３５などから投入してもよい。なお、培養液自体を破砕物に添加することで、上記水分調整過程と植種過程を同時に行うこともできる。
【００５６】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３内で、有機性廃棄物またはアルコール原料作物等の有機物に対して、発酵を行うと共に、減圧下で蒸留および乾燥を実施するように構成したので、上記有機物のような密閉型発酵乾燥槽３の内容物（破砕物あるいは発酵物）を処理過程中に移動する必要がないことから運転管理（とくに圧力調整や温度調整）を容易にすることでき、運転コストを低減することができ、さらに単純な設備である密閉型発酵乾燥槽により省スペースを図ることができることから、設置コストを低減することができるという効果がある。
【００５７】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３内で、上記有機物に対して、発酵を行うと共に、減圧下で蒸留および乾燥を行うように構成したので、上記有機物を固体発酵により再利用可能な物質としてアルコールを含む発酵物を得ることができ、上記有機物を完全にリサイクルすることができるという効果がある。
【００５８】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３内で、上記有機物を水分調整した上で、固体発酵するように構成したので、一般的な液体（含水率が極めて高い、例えば９０％以上の状態）で発酵を行う場合と比して、密閉型発酵乾燥槽を小型化することができ、大きな発酵槽を不要とすることができるという効果がある。また、一般に液体発酵でアルコールを製造する場合には、別途処理が必要となる高濃度（蒸留）廃液が発生するが、この実施の形態１では、固体発酵でアルコール６０ａを製造することにより、高濃度（蒸留）廃液の発生を抑制することができることから、高濃度（蒸留）廃液の処理に係るコストを削減することができるという効果もある。
【００５９】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３内で、上記有機物を水分調整した上で、固体発酵し、その発酵物を回収する排出口３７等を設けるように構成したので、発酵過程終了段階で密閉型発酵乾燥槽３内から発酵材となる（アルコール）発酵微生物を多く含み発酵活性に富む発酵物を分取し、これを次の有機物処理サイクルにおける密閉型発酵乾燥槽３内に戻すことで、前サイクルの活性発酵物をその活性を維持したまま発酵材として有効に活用することができ、次のサイクルにおいて有機物に対する糖化および発酵の各処理を速やかにかつ効率よく行うことができるという効果がある。また、発酵材として乾燥前発酵物以外に、例えばアルコール発酵に適した微生物や酵素（湿潤物、乾燥物）を適宜用いることができ、安定して効率よい固体発酵および発酵蒸留物の製造を行うことができる。
【００６０】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３内で、上記有機物を水分調整した上で、固体発酵した後、蒸留乾燥し、その発酵物を回収する回収手段を設けるように構成したので、この回収手段により乾燥過程終了段階で密閉型発酵乾燥槽内に残る十分に減量化された乾燥後発酵物を回収でき、この乾燥後発酵物を肥料として有効に再利用することができ、仮に処理処分する場合であっても十分に減量化されているため作業負担や費用負担を削減することができるという効果がある。
【００６１】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３内に、有機物として有機性廃棄物の他に、アルコール発酵原料としてのデンプン等の糖類を多く含有する栽培作物を用いることもできるため、上記有機物に対する固体発酵の前段階である糖化過程を短縮あるいは省略することができ、処理過程の簡略化、短縮化を図ることができ、結果として固体発酵を効率よく行うことができるという効果がある。
【００６２】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３に蒸留器５を備えるように構成したので、圧力および温度が調整された密閉型発酵乾燥槽３で水蒸気およびアルコール蒸気の発生を制御でき、蒸留温度を適切に管理された蒸留器５で発生したそれぞれの蒸気を効率よく分留することができるという効果がある。さらに、この実施の形態１では、アルコール貯留タンク６０および貯留タンク６１を設けるように構成したので、蒸留液６１ａとアルコール６０ａを個別に取り扱うことが容易となり、アルコール（例えばエタノール）を効率的に回収し搬出することができるという効果がある。さらに、この実施の形態１では、炭酸ガストラップを設けるにより、固体発酵で生成される炭酸ガスを固定することができることから、炭酸ガスの大気への放出を防止することができ、地球の温暖化に影響を与える温室効果ガスとして認知されている炭酸ガスの排出量を確実に抑制することができるという効果がある。
【００６３】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３に温度調節用のジャケット３３等を設けるように構成したので、密閉型発酵乾燥槽３内で、有機物に対して行われる水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程を通じて適切な温度管理を行うことができるという効果がある。
【００６４】
この実施の形態１によれば、１つの密閉型発酵乾燥槽３に発酵材を製造する培養装置８０を設けるように構成したので、（アルコール）発酵活性に富む発酵材を安定して確保でき、処理サイクル毎に乾燥前発酵物を分取したり、発酵用微生物や発酵用酵素を準備したりする必要がなく、効率よい固体発酵および発酵蒸留物の製造を行うことができる。
【００６５】
上記実施の形態１では、図１から図１１までに示したように、必須の構成要素としての密閉型発酵乾燥槽、凝縮手段および減圧手段に加えて、他の多くの構成要素を含めるように構成したが、この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、この技術分野における、いわゆる当業者であれば、容易に選択できる構成要素を含めることも可能であり、新たに選択されて含められた他の構成要素を含む実施の形態もこの発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【００６６】
この発明に係る発酵蒸留乾燥システムは、アルコール原料作物や廃棄されるかせいぜい餌料程度にしか用いられなかった有機性廃棄物等の有機物を、固体発酵および蒸留乾燥して処理することにより、アルコールや乾燥発酵物など再利用（有効活用）可能な物質を製造することができ、たいへん有用である。因みに、製造回収されるアルコールは、例えばガソリン等に混合して内燃機関用のアルコール燃料としての使用が可能である。排出される蒸留液は、次の有機物処理サイクルにおいて熱媒や破砕物の水分調整に有効利用が可能である。また、回収された乾燥発酵物は、十分に減量化されていて取り扱いも容易で肥料として大いに活用することができる。さらに、固体発酵時に発生する炭酸ガスは、減圧手段により捕集され、例えば石灰水に通されることで不溶性の炭酸カルシウム等に変換して固定され、種々の用途に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明の１つの実施の形態による発酵蒸留乾燥システムの構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した発酵蒸留乾燥システムにおいて実行される処理過程を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、原料投入過程にかかる構成を示す断面図である。
【図４】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、水分調整過程にかかる構成を示す断面図である
【図５】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、発酵材投入（植種）過程にかかる構成を示す断面図である。
【図６】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、糖化発酵過程にかかる構成を示す断面図である。
【図７】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、蒸留乾燥前の発酵物分取過程にかかる構成を示す断面図である。
【図８】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、蒸留過程にかかる構成を示す断面図である。
【図９】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、乾燥凝縮過程にかかる構成を示す断面図である。
【図１０】図２に示した発酵蒸留乾燥システムにおける処理過程のうち、回収排出過程にかかる構成を示す断面図である。
【図１１】この発明の発酵蒸留乾燥システムのうち、培養装置が設けられた密閉型発酵乾燥槽にかかる構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 発酵蒸留乾燥システム
３ 密閉型発酵乾燥槽
５ 蒸留器（凝縮手段）
７ 吸引ポンプ（減圧手段）
３１ 缶体（密閉型発酵乾燥槽）
３３ ジャケット（外套手段：温度調節手段）
３５ 投入口
３７ 排出口（発酵物取出口）
３８ 発酵物取出口
３９ 再投入口
４０ 撹拌手段
４１ 回転軸（撹拌手段）
４２ 撹拌羽根（撹拌手段）
４３ 駆動モータ（撹拌手段）
４４ 温度センサ
４５ 熱媒供給手段（温度調節手段）
４６ 冷却装置（温度調節手段）
４７ 蒸気発生装置（温度調節手段）
４８ 供給路（温度調節手段）
４８ａ 冷却媒体供給路
４８ｂ 蒸気供給路
４８ｃ 合流供給路
４９ 搬送路
５０ 吸引弁
５１ 吸引ホース
５２ 破砕機
５２ａ 投入口
５２ｂ 排出口
５３ 破砕物容器
５４ 発酵物返送路（発酵物返送手段）
５５ 排出口弁
５６ 再投入口弁
５６ａ 再投入ホッパ
５７ 気体誘導路
５８ 圧力センサ
５９ 温度センサ
６０ アルコール貯留タンク
６０ａ アルコール
６１ 貯留タンク（蒸留液貯留部）
６１ａ 蒸留液
６２ 液体誘導路
６２ａ アルコール分岐部
６２ｂ 蒸留液分岐部
６３ 流路切換え弁
６４ 冷却媒体供給路
６５ 排出弁
６６ 排出弁
６７ 水位計
６８ 吸引路
６８ａ アルコール側吸引路
６８ｂ 蒸留液側吸引路
６８ｃ 合流部
６９ 流路切換え弁
７０ 排気流路
７１ 脱臭塔
８０ 培養装置
８１ 培養槽
８２ 撹拌機
８３ 発酵材添加経路手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料投入口および撹拌機を有する発酵槽と、該発酵槽の気体を吸引する吸引器と、該吸引器で吸引された気体を蒸留する蒸留器と、該蒸留器で得られた液体を貯留する貯留タンクとからなる発酵蒸留乾燥システムにおいて、前記発酵槽は、発酵物取出口および温度調整ジャケットを備え、原料の発酵および発酵物の減圧乾燥を行う密閉型発酵乾燥槽であることを特徴とする発酵蒸留乾燥システム。
【請求項２】
原料を破砕する破砕機を備えたことを特徴とする請求項１に記載の発酵蒸留乾燥システム。
【請求項３】
前記密閉型発酵乾燥槽に発酵材を添加することを特徴とする請求項１または２に記載の発酵蒸留乾燥システム。
【請求項４】
発酵材を製造する培養装置を備えたことを特徴とする請求項３記載の発酵蒸留乾燥システム。
【請求項１】
原料投入口および撹拌機を有する発酵槽と、該発酵槽の気体を吸引する吸引器と、該吸引器で吸引された気体を蒸留する蒸留器と、該蒸留器で得られた液体を貯留する貯留タンクとからなる発酵蒸留乾燥システムにおいて、前記発酵槽は、発酵物取出口および温度調整ジャケットを備え、原料の発酵および発酵物の減圧乾燥を行う密閉型発酵乾燥槽であることを特徴とする発酵蒸留乾燥システム。
【請求項２】
原料を破砕する破砕機を備えたことを特徴とする請求項１に記載の発酵蒸留乾燥システム。
【請求項３】
前記密閉型発酵乾燥槽に発酵材を添加することを特徴とする請求項１または２に記載の発酵蒸留乾燥システム。
【請求項４】
発酵材を製造する培養装置を備えたことを特徴とする請求項３記載の発酵蒸留乾燥システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−９７４２２（Ｐ２００７−９７４２２Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８８０３４（Ｐ２００５−２８８０３４）
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（５９８０９６９９１）学校法人東京農業大学 (85)
【出願人】（０００１４７４０８）株式会社西原環境テクノロジー (44)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（５９８０９６９９１）学校法人東京農業大学 (85)
【出願人】（０００１４７４０８）株式会社西原環境テクノロジー (44)
【Ｆターム（参考）】
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