粉末製造装置
【課題】原料を高エネルギー効率で粉末とする粉末製造装置を提供する。
【解決手段】容器２１から粉砕機２２及び粉砕機２２から容器２１へ接続された管路を備え、容器２１と粉砕機２２間に流体の循環路を形成する第１循環路１０１と、容器２１から粉末回収装置３０、排気処理装置４０、循環気流温度調節器５０へ接続された管路と、循環気流温度調節器５０から容器２１へ接続された管路とを備え、容器２１と粉末回収装置３０と排気処理装置４０と循環気流温度調節器５０間に流体の循環路を形成する第２の循環路２０１との２重の流体の循環路を備え、第１循環路１０１で原料を循環気流とともに粉砕機２２と容器２１間を循環させて粉末化し、第２循環路２１０で、第１循環路１０１から循環気流とともに導かれた粉末を粉末回収装置３０で捕捉・回収し、循環気流の温度を循環気流温度調節器５０により調節して容器２１に導入して第２循環路２０１に循環させる。
【解決手段】容器２１から粉砕機２２及び粉砕機２２から容器２１へ接続された管路を備え、容器２１と粉砕機２２間に流体の循環路を形成する第１循環路１０１と、容器２１から粉末回収装置３０、排気処理装置４０、循環気流温度調節器５０へ接続された管路と、循環気流温度調節器５０から容器２１へ接続された管路とを備え、容器２１と粉末回収装置３０と排気処理装置４０と循環気流温度調節器５０間に流体の循環路を形成する第２の循環路２０１との２重の流体の循環路を備え、第１循環路１０１で原料を循環気流とともに粉砕機２２と容器２１間を循環させて粉末化し、第２循環路２１０で、第１循環路１０１から循環気流とともに導かれた粉末を粉末回収装置３０で捕捉・回収し、循環気流の温度を循環気流温度調節器５０により調節して容器２１に導入して第２循環路２０１に循環させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の粉末製造装置は原料として、食品原料（例えば、野菜、穀物、豆類、芋類、きのこ、魚、海藻、茶葉、薬草）、含水食品加工副産物（例えば、生オカラ、発酵魚残渣、茶ガラ、コーヒー粕、鰹ダシガラ、リンゴ絞り粕、酒粕など)、バイオマス（木、竹、草、稲藁など）、汚泥または含水廃棄物、化学生成物（化学薬品、プラスチック、ゴム、医薬品、化粧品、塗料など）等を取り扱うことができる。本発明は、それら原料の乾燥処理、粉砕処理、滅菌処理、加熱調理処理、汚泥焼却処理、原料である化学生成物の精製・溶剤等の蒸発除去回収などを行うことができる粉末製造装置に関する。
特に、原料の持つカロリーを余すところなく熱エネルギーとして有効活用するともに、乾燥・粉砕工程で発生した蒸気が持つ熱も熱エネルギーとして有効活用し、装置内に投入した熱量や、装置内で発生した熱量を回収・再利用することにより、原料の乾燥・粉砕・燃焼処理を高効率で行い、省エネルギー化を図ることができる粉末製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境意識の高まりとともに、CO2排出量削減の努力が続けられている。原料の乾燥・粉末処理は食品工業、医薬品工業、石油化学工業、廃棄物処理等あらゆる産業に必要される。環境意識の高まりとともに、CO2排出量削減の努力が続けられている中、大量のエネルギーを消費する原料の乾燥・粉末処理には、各種の技術が提案されている。
【０００３】
水分を含む原料をそのまま粉砕機で粉末にしようとした場合、水分による粘着により装置内付着、閉塞を生じ粉砕できない。このため一般的には、まず原料を乾燥装置にて乾燥し、得られた乾燥原料を粉砕装置により粉砕して粉末とし、得られた粉末を分級装置によりさらに分級して製品粉末とする。
装置が乾燥装置、粉砕装置、分級装置の各々の装置で構成されるため、全体としては大型で複雑なものとなってしまう。また、大きなサイズの原料を乾燥させるため大型の箱型の乾燥機が一般的に用いられるが、大型の箱型の乾燥機は乾燥時間を長く要し、原料は長時間、熱風に曝されるため品質劣化をきたし易く、乾燥後の排気の有する熱量は回収されず大気に放出されるため、熱効率が悪い。
【０００４】
また、食品粉砕加工においては、滅菌処理を施しても、乾燥後の乾燥原料の搬送過程や、粉砕装置及び分級装置での粉末処理の過程において粉末の菌汚染が起こる可能性が大きい。
【０００５】
水分を多く含む粗破砕された小片の原料は、水分により結合し塊状となるが、食品副生物であるオカラ、茶殻、コーヒー粕等はこれに類する。
従来技術において、この食品副生物などを原料とし、原料中の水分による結合を分塊し、原料を気流中で流動させて乾燥する、流動・気流乾燥機が知られている。
【０００６】
例えば、特開２００７−７８２０７に開示された流動・気流乾燥機が知られている。図１０は、同公報の図１に示す流動・気流乾燥機を示す図である。なお、図中の符番は同公報の図１の符番となっている。
図１０に示すように、特開２００７−７８２０７に開示された流動・気流乾燥機は、ケーシング１(容器)下部に設けられた多孔板３の上面に沿って回転する攪拌羽根４の回転領域に、粒状の解砕媒体１１を配しており、原料をケーシング１に導入、下部より熱風を供給し、回転羽根を回転させ、解砕媒体１１と原料を攪拌し、原料を解砕しながら乾燥させ、乾燥し軽くなった原料は排気流によりケーシング１の上部より排出されサイクロン集塵機やバグフィルタで捕捉されるものとなっている。なお、乾燥原料捕捉後の排気は大気へ放出される。
【０００７】
次に、熱媒体として過熱蒸気を用いた粉末製造装置として、特開２００９−１５４１００号公報記載の含水有機廃棄物の乾燥システムが知られている。図１１は、同公報の図１に示す含水有機廃棄物の乾燥システムのブロック図である。なお、図中の符番は同公報の図１の符番となっている。
図１１に示すように、乾燥システム１は、含水有機汚泥等の含水有機廃棄物Ｗを貯蔵する廃棄物貯蔵タンク２と、過熱蒸気Ｓを発生させる過熱蒸気発生装置３と、廃棄物Ｗと過熱蒸気Ｓとを直接接触させながら、廃棄物Ｗを水分による原料粒子同士の結合を解き破砕し、乾燥する破砕気流乾燥機４と、廃棄物Ｗを破砕気流乾燥機４に供給する供給装置５と、過熱蒸気Ｓを破砕気流乾燥機４に供給するブロワ６と、破砕気流乾燥機４の排気を固気分離するサイクロン７と、サイクロン７から排出される蒸気に含まれるダストを回収するバグフィルタ８と、サイクロン７及びバグフィルタ８から回収された乾燥有機廃棄物Ｗ’を貯蔵する乾燥廃棄物貯蔵タンク９と、循環ブロワ１０とで構成される。ブロワ６は、過熱蒸気発生装置３の蒸気排出側に設けられ、過熱蒸気Ｓを破砕気流乾燥機４に供給する。破砕気流乾燥機４は、廃棄物Ｗを破砕しながら、過熱蒸気発生装置３からブロワ６を介して供給される過熱蒸気Ｓによって乾燥させるために備えられる。この破砕気流乾燥機４は、鎖打撃式の乾燥機であって、上部に廃棄物Ｗの供給口と、下部に過熱蒸気発生装置３からの過熱蒸気Ｓの供給口とを備え、廃棄物Ｗと過熱蒸気Ｓを向流で接触させる。また、内部には、回転軸４ａと、この回転軸４ａに固定され、回転軸４ａの回転とともに遠心力によって水平方向に延伸して回転し、廃棄物Ｗを破砕する打撃チェーン４ｂを備える。尚、上記鎖打撃式の破砕気流乾燥機４に代えて、鎖の代わりに丸棒等を水平に取り付けた棒打撃式、ケージミル式又は旋回式の乾燥機を用いることもできる。
【０００８】
次に、従来技術における汚泥処理について説明する。
汚泥はその粘着性のため処理が困難で、大容量の汚泥処理は、多くの補助燃料を使用し、無理やり焼却処理されている。
例えば、従来技術において、汚泥処理装置として特開平１１−３７４１０号公報記載の循環流動層炉を用いた装置が知られている。
図１２は、同公報の図１に示す汚泥処理装置を示す図である。なお、図中の符番は同公報の図１の符番となっている。
図１２に示すように、循環流動層炉は、図１２に示すように、産業廃棄物などの燃焼対象物を投入し乾燥、熱分解、燃焼させるライザー（炉本体）１と、このライザー１から燃焼ガスおよび焼却灰と共に排出されるケイ砂などの流動媒体を燃焼ガスおよび焼却灰と分離するサイクロン（流動媒体分離装置）２と、このサイクロン２で分離した流動媒体をライザー１の下部へ返送するダウンカマー（流動媒体返送管）３、ダウンカマー３から返送された流動媒体のライザー１への循環量を調整するニューマチックバルブ（流動媒体循環量制御弁）４から構成されている。このライザー１の下部には、流動空気供給口１１、第１の燃焼対象物供給口１３、第２の燃焼対象物供給口１４および補助燃料供給口１２などが設けられていて、各々から、燃焼用空気、補助燃料、産業廃棄物などが供給され、供給された産業廃棄物は高温に保持されたケイ砂などの流動媒体により乾燥、解砕、熱分解されながら燃焼するものである。このライザー１内において燃焼対象物および補助燃料は乾燥、解砕、熱分解、燃焼の大部分を完結し、燃焼排ガスとなってサイクロン２へ流動媒体と共に導かれ、このサイクロン２では燃焼排ガスおよび焼却灰からの流動媒体分離が行われる。また、補助燃料供給口１２からは炉内の温度が燃焼に適切な温度となるようにオイル、ガス等の補助燃料が供給される。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−７８２０７号公報
【特許文献２】特開２００９−１５４１００号公報
【特許文献３】特開平１１−３７４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記に示した従来装置では以下の問題がある。
まず、特開２００７−７８２０７号公報に開示された流動・気流乾燥機であるが、この装置は下部に攪拌羽根を有し構造が複雑であり、工業用ガラスビーズ等を熱媒体に使用するため、ガラスビーズの破損の恐れがある。また下部に滞積する重い原料を流動させるためには、大きな風量を必要とするが、熱風はケーシング１の下部より導入され上部の排出口より排気されるワンスルーの気流であるため、排気の量も大きく、大きな熱量が排気とともに大気放出に放出される。本装置は原料塊を解砕し乾燥させる機能は有するが、粉砕し粉末とする機能はない。粉末を得ようとする場合、粉砕装置が必要となる。
【００１１】
次に、特開２００９−１５４１００号公報記載の含水有機廃棄物の乾燥システムについても問題がある。本装置では高含水有機物とボイラーより供給された過熱蒸気を乾燥機内で向流接触させ乾燥物を得るものであるが、その内部にチェーンの回転打撃で高含水有機物を破砕するものであり、構造が複雑であり、破砕、乾燥に時間を要する。また、原料塊は上方より下方へ落下しつつ分塊してゆき、下方から上方へ流れる過熱蒸気と接触し乾燥される。乾燥物は上部より過熱蒸気とともに排出されるが、排出原料のサイズにバラ付を生じ、未乾燥のものが排出されるおそれがある。また、重量の大きな原料塊の流動には大量の気流が必要となる。蒸気は循環するものの乾燥機内の気流はワンスルーであるため、循環量も多くなり、装置全体が大きなものとなり装置放熱ロスが大きく、また、ブロワ６、循環ブロワ１０の動力も大きくなる。さらに、ボイラーで発生した過熱蒸気を乾燥加熱源とするため、ボイラーより供給された過熱蒸気と、高含水有機物の乾燥で生成した蒸気の全量が系外へ排出され、大きい熱エネルギーが放出されてしまう。なお、そもそも本装置には原料粒子同士の水分による結合を解く、解砕機能を有するが、原料粒子をその真粒子サイズよりさらに小さい粉末とする粉砕機能はない。
【００１２】
次に、特開平１１−３７４１０号公報記載の循環流動層炉を用いた汚泥処理装置についても問題がある。本装置においては、炉内に投入された粘着結合力の強い高水分含有率の汚泥等に補助燃料の燃焼により高温に熱した循環流動砂を燃焼ガスとともに吹き上げ、衝突させ、塊状汚泥を分塊、流動させ乾燥させながら燃焼させる。この流動砂の吹上、循環及び汚泥塊の流動には大きな流速の熱気流を必要とする。このため大量の燃焼空気とともに多くの補助燃料を必要とする。汚泥の完全燃焼にはより多くの空気が必要となり、空燃比が大きく、燃焼効率も悪く、大量の燃焼排ガスが生じる。燃焼排ガス中には、灰分および汚泥よりの蒸発蒸気が含まれるため、排ガス処理装置は図示されていないが複雑で、大規模なものとなる。つまり、本装置は乾燥すれば資源と成り得る原料を、補助燃料を使用し無理やり焼却処理する状況は大きなエネルギーの浪費と言える。
【００１３】
また、乾燥状態といえる原料を粉砕し粉末生産する場合においても、粉砕機の発熱による酸化により製品品質の劣化を招いている。
【００１４】
なお、従来技術における化学工業、医薬品工業の化学生成物の溶剤等の蒸発分離、回収について検討すると、それらにも問題がある。従来技術の装置では、主に窒素ガス等の加熱不活性ガスを用い生成物より溶剤等を気化分離除去し、溶剤除去後の生成物を捕捉回収、生成物回収後の加熱ガス排ガスを冷却し気化した溶剤を液化させ回収し、溶剤回収後の不活性ガスを加熱器に導入加熱し、加熱された不活性ガスを乾燥容器に導入、不活性ガスを循環させるものである。しかし、溶剤を含む重い生成物の容器内での流動には大きな気流を必要とし、容器内での気流はワンスルーのため、循環気流量も大きくなり、装置は大きなものとなり放熱ロスも大きい又循環ブロワの動力も大きくなる。上記と同様に改善の余地がある。
【００１５】
上記問題点に鑑み、本発明は、上記の従来の問題点を解決し、シンプルな装置で、原料を高エネルギー効率で粉砕処理し、短時間で高品質の粉末を製造する粉末製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の粉末製造装置は、
容器の第１排出口から粉砕機の吸引口へ接続された管路と、前記粉砕機の吐出口から前記容器の第１流入口へ接続された管路とを備え、前記容器と前記粉砕機間に流体の循環路を形成する第１循環路と、
前記容器の第２排出口から粉末回収装置及び排気処理装置を経て循環気流温度調節器に接続された管路と、前記循環気流温度調節器から前記容器の第２流入口に接続された管路とを備え、前記容器と前記粉末回収装置と前記排気処理装置と前記循環気流温度調節器間に流体の循環路を形成する第２の循環路との、２重の流体の循環路を備え、
前記第１循環路において、外部から導入された原料を前記循環気流とともに前記粉砕機と前記容器間を循環させて前記原料の粉末化を進め、
前記第２循環路において、前記第１循環路から前記循環気流とともに導かれた前記粉末を前記粉末回収装置で捕捉・回収し、前記粉末捕捉後の前記循環気流の温度を前記循環気流温度調節器により調節して前記容器の前記第２の流入口に導入することにより前記循環気流を前記第２循環路に循環させることを特徴とする
粉末製造装置である。
ここで、前記粉砕機は、前記吸引口と前記吐出口とが設けられたケーシングと、前記ケーシング内に設置された羽根車と、スクリーンとを備え、前記羽根車が前記循環気流を前記吸引口より吸引し前記吐出口へと送り出すものである。
また、前記第１循環路において、前記容器内に前記循環気流の旋回流を形成し、前記旋回流による遠心力及び前記循環気流により前記原料を分級し、前記分級により所定の大きさに粉末化された前記粉末を前記循環気流とともに前記容器の前記第２排出口より排出するとともに、未だ前記所定の大きさに粉末化されていない粉末を前記容器の前記第１排出口より前記第１循環路に循環させるものである。
【００１７】
なお、本発明の粉末製造装置の原料としては、野菜、穀物、豆類、芋類、きのこ、魚、海藻、茶葉、薬草などの食品原料、生オカラ、発酵魚残渣、茶ガラ、コーヒー粕、鰹ダシガラ、リンゴ絞り粕、酒粕などの食品加工副産物のいずれかまたはそれらの組み合わせ、また、木、間伐材、剪定材、竹、草、稲藁などのバイオマスのいずれかまたはそれらの組み合わせ、また、汚泥または含水廃棄物のいずれかまたはその組み合わせ、また、化学薬品、プラスチック、ゴム、医薬品、化粧品、塗料などの化学生成物のいずれかがあり得る。
【００１８】
上記構成により、本発明の粉末製造装置は、２重の循環路を備えことにより、容器内には２つの循環気流が合流した合流気流となる。合流気流により、たとえ水分を含む重い原料、粘着性有する塊状の重い原料、サイズも大きい重い原料であっても、また軽い原料であっても、容器内に流動させ、第1循環路を循環させ、それぞれの原料の性状に合わせた適正な粉砕処理を行うことができ、高品質の粉末を製造することができる。
また、２重の循環路を備えることにより、第２循環路の循環流量は少なくなる。本発明では第２循環路の循環気流も大気放出されず循環利用される。高エネルギー効率となり、また装置が小型化し、装置全体コストを低減することができる。これより低コストで、短時間で、粉末の連続生産ができる。
【００１９】
ここで、上記本発明の粉末製造装置の構成において、前記循環気流が過熱蒸気、窒素、不活性ガスのいずれかであることが好ましい。
原料の粉砕処理は外界と遮断された密閉系内で行われるが、上記のように循環気流に過熱蒸気または窒素等の不活性ガスを使用することにより、酸化による品質劣化を防ぐことができ、高品質の粉末とすることができる。また、循環気流に窒素を使用することにより、酸化による品質劣化のない粉末を製造できる。
【００２０】
次に、本発明の粉末製造装置において、前記循環気流温度調節器により前記循環気流を加熱し、当該加熱された前記循環気流により前記原料の粉砕処理に加え、前記原料の乾燥処理、前記原料の滅菌処理、前記原料の加熱調理、前記原料の焙煎処理、前記原料の含有液体の気化処理のいずれかまたは組み合わせを併せて実行するものとすることが好ましい。
【００２１】
次に、本発明の粉末製造装置において、前記粉末回収装置で捕捉・回収された前記粉末を、または、前記粉末をペレットに成型したものを装置内の前記循環気流の加熱のための燃料として用いることが好ましい。
前記燃料の余剰燃焼発熱量により給水から蒸気を発生させることが好ましい。
また、前記循環気流として過熱蒸気を用い、前記原料から発生する蒸気に見合う量を前記循環気流より抜き出して前記原料の予熱および予備乾燥に用いることが好ましい。
【００２２】
例えば、原料が汚泥であれば、粉砕処理(粉砕および乾燥)で生成した汚泥含有水分よりの蒸発蒸気を、水分率の高い原料汚泥の予備乾燥に用い、予備乾燥された原料を粉砕処理し、乾燥粉末とし、乾燥粉末を循環気流温度調節装置（加熱炉）の粉末燃料とし、あるいは、粉末をペレット状に成型し燃料とし使用し、焼却することにより、燃焼排ガスには汚泥の蒸発水分は含まれず、燃焼排ガス処理も簡単となり、全体が簡単化した装置により、補助燃を必要としない汚泥の焼却処理ができる。
【００２３】
また、例えば、原料が水分含有率の比較的低い、間伐材、剪定材、稲藁、草等の原料であれば、粉砕処理し、得られた乾燥粉末を循環気流温度調節装置（加熱炉）の粉末燃料とし、あるいは、粉末をペレット状に成型し燃料とし、循環過熱蒸気の加熱源とするとともに、余剰熱量で蒸気を発生させるボイラーとすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の粉末製造装置によれば、２重の循環路により容器内には２つの循環気流が合流した合流気流となり、たとえ水分を含む重い原料、粘着性有する塊状の重い原料、サイズも大きい重い原料であっても、また軽い原料であっても、容器内に流動させ、第1循環路を循環させ、それぞれの原料の性状に合わせた適正な粉砕処理を行うことができ、高品質の粉末を製造することができる。
また、本発明の粉末製造装置によれば、第２循環路の循環流量は少なくなり、第２循環路の循環気流は大気放出されず循環利用が可能となる。つまり、高エネルギー効率となり、また装置が小型化し、装置全体コストを低減することができる。これより低コストで、短時間で、粉末の連続生産ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の粉末製造装置の実施例を説明する。
本発明の粉末製造装置は、第１循環路と第２循環路の２重の循環路を備えた構成であり、循環気流を媒介して原料の粉砕処理、原料の乾燥処理、原料の滅菌処理、原料の加熱調理、原料の焙煎処理、原料の含有液体の気化処理などを実行するものである。
【００２６】
ここで、循環路（第１循環路、第２循環路）とは循環気流が環状に周回する経路である。なお、循環路には循環気流が迂回する迂回路が設けられても良い。これら迂回路は循環気流がこれらを通って最初の地点に戻る周回路が形成される場合には循環路の一部とみなすことができる。
また、循環路を循環気流が「循環する」とは、循環気流の一部が循環する場合を含む。即ち、循環路中の循環気流の一部が系外に排出されてもよい、また逆に系外の気体が循環路に導入されても良い。
【００２７】
なお、循環路を循環する循環気体は、原料の酸化を回避するため過熱蒸気及び窒素等の不活性ガスが望ましいが、燃焼排ガス、又空気を含むガスであっても良い。循環気流が原料を粉砕処理する際に発生した気体を含んでいても良い。
【００２８】
第１循環路と第２循環路の共通する経路部分として、本発明では「容器」と呼ぶ密閉空間がある。
原料は、粉末製造装置の系外から投入されるが、容器に設けられた原料供給装置から導入されても良いし、第１循環路や第１循環路の迂回路や第２循環路などに対して設けられた原料供給装置を介して系外から導入する構造であっても良い。また、系外に設置された原料供給装置により循環気流と同じ気体をキャリアーとし原料を移送し、キャリアー気体とともに原料を系内に導入しても良い。原料供給装置は原料を定量的に供給できれば、特に制限はない。
【００２９】
本発明の粉末製造装置の原料としては、野菜、穀物、豆類、芋類、魚、海藻、茶葉、薬草などの食品原料、また、生オカラ、発酵魚残渣、茶ガラ、コーヒー粕、鰹ダシガラ、リンゴ絞り粕、酒粕などの食品加工副産物のいずれかまたはそれらの組み合わせ、また、木、間伐材、剪定材、竹、草、稲藁などのバイオマスのいずれかまたはそれらの組み合わせ、また、汚泥または含水廃棄物のいずれかまたはその組み合わせ、また、化学薬品、プラスチック、ゴム、医薬品、化粧品、塗料などの化学生成物のいずれかがあり得る。
【００３０】
また、本発明の粉末製造装置では、第１循環路内に粉砕機が設けられた構成となる。
粉砕機は、原料を循環気体の存在下で粉砕することができる粉砕機能を有していれば、その構成は特に制限はない。粉砕機が、粉砕機能に加えて送風機能を有することが好ましい。これにより、第１循環路に沿って循環気流及び原料を循環させるための送風機（循環ファン）を別途設ける必要がなくなる。
【００３１】
また、本発明の粉末製造装置では、循環路内に粉末回収装置が設けられた構成となる。粉末回収装置は循環気流から粉末を捕集し回収することができれば特に制限は無く、公知の装置を用いることができる。例えば、遠心力を利用するサイクロン回収装置や粉体を捕捉するバグフィルタなどを用いることができる。
【００３２】
また、本発明の粉末製造装置では、循環路内に循環気流の温度を調整するため、循環気流温度調節装置が設けられた構成となる。この循環気流温度調節装置において乾燥粉末の一部または全量を燃料として燃焼させて利用すれば回収した粉末の熱エネルギーを有効利用できる構成となる。なお、装置全体で熱を高効率に利用するため、粉末が回収された後の循環気流の少なくとも一部を原料の予熱処理装置に導入して原料の予熱処理を行えば、排気加熱気体の熱エネルギーをも有効利用できる構成となる。
【００３３】
以下、図面を参照しつつ本発明の粉末製造装置の実施例を説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３４】
本発明の実施例１に係る粉末製造装置１００について説明する。
実施例１は、原料が水分を含む含水原料であり、循環気流として過熱蒸気を用いて含水原料を粉砕処理する構成例である。
図１は、本発明の実施例１にかかる粉末製造装置全体の構成例を簡単に示すブロック図である。
【００３５】
実施例１にかかる本発明の粉末製造装置１００は、図１に示すように、原料供給装置１０と、粉砕処理装置２０と、粉末回収装置３０、排気処理装置４０、循環気流温度調整装置５０を備えたものとなっている。
【００３６】
原料供給装置１０は、原料を一時的に貯留するホッパー１１とホッパーの下端に設けられた定量供給装置１２とを備える。定量供給装置１２の出口は、容器２１の原料導入口２１ｅに接続されている。定量供給装置１２は、原料を定量的に供給できれば、特に制限はないが、例えば、スクリューフィーダー、ロータリーバルブなどを用いることができる。
【００３７】
粉砕処理装置２０は、容器２１と粉砕機２２で構成され、容器２１と粉砕機２２間が配管で接続されて過熱蒸気の循環気流が流れている。この容器２１と粉砕機２２の接続は図２から図４に示すように複数の配管パターンがあるが、まず、図２の配管パターンを例に容器２１と粉砕機２２の構成を説明する。他の配管パターンは後述する。
図２は、図１における原料供給装置１０と粉砕処理装置２０を取り出して示した図である。
【００３８】
容器２１の第１排出口２１ａと粉砕機２２の吸引口は配管１０１ａで接続され、粉砕機２２の吐出口と容器の第１流入口２１ｂは配管１０１ｂで接続されている。このように、配管１０１ａと配管１０１ｂにより、容器２１、第１排出口２１a、配管１０１ａ、粉砕機２２、配管１０１ｂ、第１流入口２１ｂを循環する第１循環路１０１が形成されている。ここで、粉砕機２２は送風機能を有しているので、第１循環路１０１に過熱蒸気の循環気流が形成される。
【００３９】
また、容器２１の第２排出口２１ｃと粉末回収装置３０は配管２０１ａで接続され、粉末回収装置３０と循環気流温度調節装置５０内の循環気流温度調節器５３は排気処理装置４０を介して配管２０１ｂで接続され、循環気流温度調節器５３と容器２１の第２流入口２１ｄは配管２０１ｃで接続されている。このように配管２０１ａ〜２０１ｃにより、容器２１、粉末回収装置３０、排気処理装置４０、循環気流温度調節器５３、容器２１を順に環状に接続した第２循環路２０１が形成されている。ここで、第２循環路２０１の配管２０１ｂ上には、気体を循環させるための循環ブロワ２０２が設けられており、循環ブロワ２０２の送風力により第２循環路２０１に過熱蒸気の循環気流が形成される。
【００４０】
容器２１は、円筒形であり、下部にサポート部材６０を備えている。サポート部材６０は本体部材６１と整流板６２で構成され、整流板６２は多数の開孔を有する。また容器２１の第２流入口２１ｄが容器２１の下部に、第２排出口２１ｃが上部に設けられている。第２流入口より容器２１に流入した気体（過熱蒸気）は整流板６２の開孔を通過し、容器２１内部を上昇する。
【００４１】
また、粉砕機２２からの送風が送り込まれる第１流入口２１ｂは、サポート部材６０の上方の位置にて容器の内壁面に沿う方向に設けられている。第１流入口２１ｂが容器２１の内壁面に沿う方向に設けられているので、第１流入口２１ｂから容器２１の内部に送り込まれた循環気流は容器２１の内壁面に沿って旋回するように上昇してゆく。
【００４２】
また、粉砕機２２へ循環する経路となる第１排出口２１ａが第２排出口２１ｃの下方の位置にて容器２１の内壁面に沿う方向に設けられている。第１排出口２１ａが容器２１の内壁面に沿う方向に設けられているので、容器２１内において内壁面に沿って旋回している循環気流が第１排出口２１ａから粉砕機２２へ導かれやすいように構成されている。
【００４３】
このように、容器２１内において、第１排出口２１ａと第１流入口２１ｂが容器２１の内壁面に沿う方向に設けられていることにより、粉砕機２２の送風力により第１循環路１０１を介して容器２１内部に過熱蒸気の旋回流が形成されることとなる。
【００４４】
粉砕機２２は図５に示すように、吸引口７１と吐出口７２が設けられたケーシング７０と、前記ケーシング内に設置された羽根車７３と、スクリーン７４と羽根車７３を回転させる電動機７５を備えている。
スクリーン７４は、例えばステンレス鋼などの金属材料からなり、多数の開孔を有する円筒状の部材である。
【００４５】
粉砕機２２は、粉砕機能と送風機能を有している。
粉砕機能に関しては、電動機７５により羽根車７３が回転すると、気体とともに原料を吸引口７１より吸引する仕組みとなっており、粉砕機内で原料は、スクリーン７４に囲まれた空間で、羽根車７３による打撃、スクリーン７４の内周面への衝突、羽根車７３とスクリーン７４の内周面とによるせん断、原料同士の衝突、スクリーン７４の開孔を通過する際の削りなどを受け粉砕される。
送風機能に関しては、粉砕機能により粉砕された原料はスクリーン７４の開孔を気体とともに通過し、気体とともに排出口７２より高速（例えば１５m/s〜３０m/s）で排出される。なお、電動機７５はインバーター制御により可変速で運転できるものであることが好ましい。
【００４６】
ここで、本発明の粉末製造装置１００では、容器２１内において大きな気流を得ることができる点について説明しておく。
本発明の粉末製造装置１００で取り扱う原料のうち水分を多く含む原料、例えば食品生原料は適正な大きさに切断されたものであっても水分を多く含んで重いものであり、また、食品加工副生物（おから、茶殻、コーヒー粕等）は小片であってもその粘着性により塊状を成しており重いものである。これら重い原料を流動させるには大きな気流量を必要とする。
【００４７】
本発明の粉末製造装置１００の容器２１には第１流入口２１ｂより第１循環路１０１の循環気流と第２流入口２１ｄより第２循環路２０１の循環気流が流入し、容器２１内で合流する。
例えば、第２流入口２１ｄより流入する第２循環気流の量を“１気流量”とし、第１流入口２１ｂより流入する第１循環気流の量を第２循環気流の量の２倍の“２気流量”とした場合、容器２１内の第１流入口２１ｄと第２排出口２１ａの空間、すなわち原料が旋回流動上昇する空間の循環気流量は、“１気流量”＋“２気流量”＝“３気流量”となる。
ここで、原料の容器２１内の流動上昇に３気流量を必要とし、第１流入口２１ｂよりの気流の流入がない場合、すなわち第1循環路１０１がない場合であれば、第２流入口２１ｄよりの流入気流量は“３気流量”が必要となる。言い換えれば、第1循環路１０１を有することにより第２流入口２１ｄよりの流入気流量を１／３に削減することができる。
【００４８】
第２流入口２１ｄより流入した循環気流量に見合う量の循環気流が第２排出口２１ｃより排出され、第２循環路２０１を循環する。このことは、第１循環路を有することにより、第２循環路２０１の循環気流量を削減することができることを意味し、また、これにより、第２循環路２０１上の粉末回収装置３０、循環ブロワ２０２、循環気流温度調節装置５０が小型化でき、また、循環ブロワ２０２の消費電力を大きく削減することができることを意味する。
【００４９】
次に、第２循環路２０１による装置全体のエネルギー効率を向上させる点について説明する。
第２循環路２０１がない場合、容器の第２流入口２１ｄより流入した気体は、粉末回収装置３０により粉末を回収された後、全量が大気に放出されることとなる。ここで第２循環路２０１を設けることにより、粉末回収装置３０による粉末回収後の気流は第２循環路２０１に循環させることができ、粉末回収後の気体をそのまま大気に放出することなく循環利用され、気体の保有するエネルギーは有効利用され、エネルギーロスを削減することができる。
【００５０】
次に、粉砕機２２における含水原料の乾燥工程の進行について説明する。
粉砕機２２は粉砕機能と送風機能を備え、吸引口から気流とともに原料を吸引し、且つ、粉砕した原料を吐出口から送り出す。原料供給装置１０より第１循環路１０１に導入される含水原料は、既に第１循環路１０１を循環して乾燥状態が進行しつつある循環気流中の粉砕物と混合される。その混合物の平均水分率は、含水原料自体の水分率に比べ低いものである。このように、第１循環路１０１を循環して粉砕機２２に吸引されて粉砕処理が進むにつれ平均水分率が下がってゆく。このことにより含水原料であっても、原料が装置内の壁面に付着したり、装置内で閉塞を起こしたりすることなく稼動させることができる。
つまり、原料供給装置１０により供給された含水原料は第１循環路１０１を循環気流（過熱蒸気）とともに循環し、何度も粉砕機２２で粉砕され、乾燥され、所定の大きさに粉砕処理された粉末となるまで第１循環路１０１を循環する。これにより原料を微粉末とすることができる。
【００５１】
また、原料は粉砕されることで表面積が拡大する。表面積の拡大により急速に含水原料の乾燥が進む。このことで高効率の乾燥が可能となり、大型の乾燥機を用いることなく、含水原料を乾燥させることができる。
もちろん、水分含有率が低いもののサイズが大きく重い原料であっても問題なく粉砕処理ができる。
【００５２】
次に、粉砕機２２における含水原料の粉砕工程の進行について説明する。
本発明の粉末製造装置１００は、容器２１内に循環気流の旋回流を形成し、原料を旋回流による遠心力及び循環気流により分級することができる。分級により所定の大きさまで粉砕処理された粉末のみを循環気流とともに容器２１の第１排出口２１ａより排出して第２循環路２０１に導き、未だ所定の大きさに分級されていない状態の原料は引き続き第１循環路１０１に循環させる構成となっている。
【００５３】
容器２１の内部には粉砕機２２の送風力により循環気流の旋回流が形成されており、粉砕処理中の原料は当該旋回流により旋回し遠心力を受ける。粉砕処理が未だ進んでいない重い原料は容器２１内の外側、つまり容器２１内壁面に近い側を、粉砕処理の進んだ軽い粉末化原料は、容器２１内の内側、つまり容器２１中心に近い側を旋回する。容器２１中心側を旋回する粉末化原料は、そのまま旋回流とともに容器２１内を上昇してゆき、容器２１上部の第２排出口２１ｃより循環気流とともに排出される。一方、粉砕処理が未だ進んでいない重い原料は再度第１循環路を循環して粉砕機２２により吸引されてさらなる分級が進む。
このように、なんら特別な分級機構、機械式分級機を設けることなく、第１循環経路および第２循環経路の循環気流の流量を適正に制御することにより、原料を所望の大きさに分級した製品粉末とすることができる。
【００５４】
容器２１と粉砕機２２の配管構成は図２の例をもとに説明したが、容器２１と粉砕機２２の配管構成として他のパターンを説明する。
まず、図３に示す構成では、第２循環路２０１の配管２０１ａにつながる第２排出口２１ｃが容器２１の上部に設けられ、その位置より下の容器の内壁面に第１循環路１０１の配管１０１ｂにつながる第１流入口２１ｂが設けられ、さらにその位置より下の容器の内壁面に第２循環路２０１の配管２０１ｃにつながる第２排出口２１ｄが容器２１の内壁面に設けられ、さらに容器の下部に第１循環路１０１の配管１０１ａにつながる第１排出口２１ａが設けられた構成となっている。なお、第１流入口２１ｂと第２流入口２１ｄは容器２１ａ内壁面に沿う方向に設けられている。
【００５５】
容器２１内に形成される気流としては、図３に示すように、第１流入口２１ｂより下部においては下降する旋回流が形成され、また、第１流入口２１ｂより上部においては上昇する旋回流が形成されている。
容器２１に導入された原料は、第１循環路１０１を循環する循環気流に乗って既に粉砕処理中の原料と共に容器２１の下部の第１排出口２１ａより排出され、粉砕機２２に吸引されて粉砕された後、第１流入口２１ｂより容器２１内部に流入し第１循環路１０１を循環する。第１循環路１０１の循環の過程において所定の大きさに粉砕され乾燥された粉末は、軽いために第１流入口２１ｂより高く上昇し、第２排出口２１ｃに向かう上昇旋回気流により第２循環路２０１の配管２０１ａに排出され、第１循環路１０１を離れて第２循環路２０１に移行する。一方、第１循環路１０１の循環の過程において未だ所定の大きさに粉砕されていない原料は重い状態であり、下方に向かう旋回流とともに下降し、第１循環路１０１を再び循環する。
ここで、容器２１内における第１循環路１０１の循環気流の量は、第２流入口２１ｄより流入する第２循環路の循環気流の量よりも大きいことが好ましく、例えば１．５倍、さらには２倍以上であることが好ましい。
【００５６】
次に、図４に示す構成では、容器は、下部容器２１Ａと上部容器２１Ｂを備えた構成となっている。下部容器２１Ａは図２に示す容器２１と同様のものであるが、上部容器２１Ｂは下部容器２１Ａに対して同心円状に取り付けられ、通気路２１ｆを介して接続されている。上部容器２１Ｂの構造はいわゆるサイクロン分離器の構造となっている。
【００５７】
次に、図４に示す配管構成では、循環路として、下部容器２１Ａと第１粉砕機２２Ａで形成される第１循環路１０１Ａと、上部容器２１Ｂと第２粉砕機２２Ｂで形成される第１循環路１０１Ｂを有するものとなっている。
下方の容器２１Ａの配管は概ね図２に示した容器２１の配管と同様であるが、 第２排出口に相当する通気路は、第２の循環路２０１を考えれば、容器２１Ａの上方の容器２１Ｂにつながる通気路２１ｆとなっている。
上方の容器２１Ｂの配管としては、第１の流入口２１ｈは容器２１Ｂの上部の位置において容器の内壁面に沿う方向に設けられている。また、第１の排出口に相当する部分は、下方の容器２１Ａの上部に２１ｇとして設けられている。第２の流入口に相当する部分は、第２の循環路２０１を考えれば、下の容器２１Ａとの通気路２１ｆが相当する部分となっている。第２の排出口２１ｉは容器２１Ｂの中心線上の位置にその下部が容器２１Ｂの内部に挿入された状態で設けられている。
【００５８】
原料供給装置１０により容器２１Ａに導入された水分を含む含水原料は、既に第１循環路１０１Ａで粉砕および乾燥の進んだ原料と混合し、混合物となり第１循環路１０１Ａを循環する。循環のたびに第１粉砕機２２Ａで粉砕され第１循環路１０１Ａで乾燥され、所定の軽さとなった原料は容器２１Ａの上部に形成される上昇旋回流とともに上昇するが、一方、通気路２１ｆを介して容器２１Ｂより下降してくる下降気流と合流し、容器２１Ａの第２排出口２１ｇより、粉砕機能と送風機能を有する第２粉砕機２２Ｂに吸引される。
【００５９】
下方の容器２１Ａの第１の循環路１０１Ａを循環して第１粉砕機２２Ａにより細かく粉砕された原料は上方の容器２１Ｂに送られる。
上方の容器２１Ｂの第１の循環路１０１Ｂを循環して第２粉砕機２２Ｂにより細かく粉砕される。第２粉砕機２２Ｂでさらに細かく粉砕された原料は容器２１Ｂの第１の流入口２１ｈより気流とともに容器２１Ｂの中に流入し、容器２１Ｂ内部の内壁面と第２の排出口２１iの外壁の空間を旋回しながら下降する。粉砕処理が進む原料は所定の大きさに粉砕され乾燥されるまで通気路２１ｆを通って容器２１Aの頂部に流入し、容器２１Ａを上昇してきた上昇気流と合流し、再び第２排出口２１gより第２粉砕機２２Ｂに吸引され、再び第１循環路１０１Ｂを循環気流とともに循環する。
第１循環路１０１Ｂを循環するうち、所定の大きさに粉砕され、乾燥した粉末は軽いため、容器２１Ｂ内部の中央部分に配置された第２の排出口２１ｉ内に生じている上昇気流に引き込まれ、第２の排出口２１ｉを通って第２循環路２０１の配管２０１ａより排出される。このようないわゆるサイクロン式の遠心分離機能により、より精度の高い粉末の分級ができ、微細な粉末の生産ができる。
【００６０】
容器２１Ａ内における第１循環路１０１Ｂの循環気流量は、第２流入口２１ｄより流入する第２循環路２０１の配管２０１Ｂの循環気流量と同量もしくはそれ以上が好ましい。また、第１循環路１０１Ａの循環器流量は、第１循環路１０１Ｂの循環流量以上で、第２循環路の循環気流量の１．５倍以上、好ましくは２倍以上がのぞましい。
【００６１】
２台の第１粉砕機２２Ａ、第２粉砕機２２Ｂよる２段粉砕処理と、２つの第１循環路１０１Ａと第１循環路１０１Ｂを設けることで、サイズが大きく重い高水分含有率の原料や粘性の大きな高水分含有率の塊状の重い原料であっても、粉砕・乾燥し、より細かい微粉末とすることもできる。
【００６２】
なお、図２、図３、図４に示した構成例では、容器２１は縦型に配置されているが、縦型配列に限定されず、横型に配列されるものであってもよい。容器内に第１循環気流、第２循環気流ともに旋回気流が形成され、粉砕処理される原料に対して遠心力がかかって分級される機能を有するものであればよい。
【００６３】
次に、図１に戻り、他の構成要素の説明を続ける。
粉末回収装置３０は、容器２１内で所定の大きさに粉砕処理された粉末を循環気流より分離し回収するものである。
粉末回収装置３０は、サイクロン分離器３１を備えている。サイクロン分離器３１において遠心分離された粉末は粉末ホッパー３２に落下し貯留される。粉末分離後の循環気流はサイクロン分離器３１の排出口より排出される。
図１の構成では１台のサイクロン分離器３１の構成としたが、他の構成も可能である。例えば、サイクロン分離器３１とマルチサイクロンとの組み合わせとしてもよい。また、サイクロン分離器３１に代えてバグフィルタとする構成でもよい。さらにサイクロン分離器３１とバグフィルタなどを組み合わせた構成でもよい。
【００６４】
次に、循環気流温度調節装置５０を説明する。
循環気流温度調節装置５０は、第２循環路２０１において循環気流の温度を所定の温度に保持するものである。循環気流が過熱蒸気である場合、温度が低下すると凝縮するため、このため循環気流の温度を、粉砕処理装置２０での原料の乾燥のためエネルギーを放出し温度が低下した状態にあっても、飽和温度以上の温度に保持する必要がある。そこで、第２循環路２０１の経路中に循環気流温度調節装置５０を設けて循環気流の温度を飽和温度以上の所定の温度に保持する。
【００６５】
図１の構成例では、粉末回収装置３０の排出口に接続されている配管２０１ｂ上に設けられた温度調節器５０１により循環気流である過熱蒸気の温度を検出し、循環気流温度調節装置５０の加熱炉５１の燃料量および燃焼空気量をそれぞれ燃料調節弁６０１および燃焼空気調整弁６０２を作動させ、燃料の燃焼発熱により循環気流温度調節器により循環気流（過熱蒸気）を加熱し、原料の乾燥に必要なエネルギーを循環気流に加え高温の過熱蒸気とし、粉砕処理装置２０で原料の乾燥にエネルギーを放出し、温度が低下した状態であっても、飽和温度以上の所定の温度に保持する構成となっている。粉砕処理装置２０の容器２１内の過熱蒸気温度、すなわち原料の処理温度は温度調節器５０１の設定温度と連動し変化する。設定温度を高くすれば、粉砕処理装置内の温度も高くなり、低くすれば低くなる。温度調節器５０１の設定温度により粉砕処理装置２０内の温度を任意の所定の温度にすることができる。
【００６６】
容器２１内の過熱蒸気の温度を調整することで、原料に粉砕、乾燥に加え、処理を施すことができる。たとえば、容器２１内の過熱蒸気の温度を１１０℃とすれば原料の滅菌処理ができる。また、より高い温度とすれば加熱調理された粉末となる。さらに、２００℃近辺の温度とすれば原料を焙煎処理した焙煎粉末とすることもできる。
【００６７】
なお、図１の構成例では循環気流温度調節装置５０は縦型の加熱炉の例であるが、横型であってもよい。
また、図１に示した循環気流温度調節装置５０は燃料を燃焼させる加熱炉タイプであるが、循環気流温度調節装置５０で使用する燃料は限定されず液体、気体、固体燃料のいずれであってもよい。
【００６８】
なお、循環気流温度調節装置５０は燃料を燃焼させる加熱炉タイプに限定されない。例えば、電気ヒーターであっても良い。水分含有率の小さい原料である場合は、循環気流温度調節装置５０による循環気流の加熱に必要なエネルギーも少なくて済むので、電気ヒーターでも適用することができる。
【００６９】
次に、排気処理装置４０について説明する。
排気処理装置４０は、循環気流の１部を系外に放出する機構であり、配管２０１ｂに対して配管３０１を介して接続されている。
粉末を回収した後の過熱蒸気の循環気流には、原料水分より気化した蒸気や気化したガスが含まれている。これら気体を系外へ放出しなければ循環路（第１循環路１０１、第２循環路２０１）内の圧力が上昇してしまう。排気処理装置４０は、配管２０１上に設けられた圧力調節器５０２により圧力を検出し、配管３０１上に設けられた圧力調整弁６０３を作動させ、原料水分より気化した蒸気や気化したガスの量に相当する量の過熱蒸気を抜き出すことにより循環路の過熱蒸気の圧力を所定の圧力に保持する。抜き出された過熱蒸気を冷却器４１で冷却し、凝縮し、系外に放出する。また凝縮しないガスは、配管３０２により加熱炉５１に導入し、分解・燃焼させて放出する。
【００７０】
循環過熱蒸気中に原料より気化したガスが蓄積し、循環過熱蒸気中のこれらの気化ガス濃度が上昇し、製品粉末に影響をあたえる恐れのある場合は、配管２０１ｂ上にガス分析調節器５０３を設け、ガス濃度を検出し、気体導入調節弁６０４を操作し、系外より蒸気を導入し、ガス濃度を所定の濃度以下に維持することが好ましい。この場合は、調節弁６０４より導入された蒸気量と原料水分より気化した蒸気および気化したガスの量に相当する量の過熱蒸気を循環路から圧力調整弁６０３により抜き出す。
【００７１】
なお、冷却器４１で凝縮した液中に有用な成分が含まれる場合は、凝縮水を有効利用することもできる。冷却器４１に用いられる冷却媒体は冷却水や空気であってもよい。冷却媒体を給水とし、温水とし系外に供給すれば、装置内の熱エネルギーを有効利用することができる。
【００７２】
ここで、水分を多く含む原料、例えば水分含有率が７５％以上の原料のような場合、循環路より抜き出される過熱蒸気のエネルギーは大きなものとなる。そこで、排気処理装置４０の代わりに原料予備乾燥装置を設け、圧力調節弁６０３より抜き出された過熱蒸気を原料予備乾燥装置に導入すれば、原料を予備加熱、予備乾燥することができる。原料予備乾燥装置において、予備加熱、予備乾燥され水分含有率の低下した原料が粉砕処理装置２０に導入されることにより、粉末製造装置１００全体で消費される燃料を低減することができる。
【００７３】
一方、水分含有量の少ない原料や臭気の強くない原料の場合は、冷却器４１を設けず、調整弁６０２より抜き出された過熱蒸気をそのまま大気に放出してもよい。
【００７４】
次に、循環ブロワ２０２について説明する。
図１の構成例では、配管２０１ｂ上に循環ブロワ２０２が設置されている。循環ブロワ２０２により第２循環路２０１に循環気流が形成される。循環ブロワ２０２は風量を容易に調整できるようにインバーターモーター駆動が望ましい。
【００７５】
排気処理装置３０を経た過熱蒸気は循環気流温度調節装置５０の加熱炉５１に導入される。循環蒸気は、温度調節器５０１により調整された燃料の燃焼により、所定の温度に加熱され、加熱炉５１の排出口と容器２１の第２流入口２１ｄを接続する配管２０１ｃ通って容器２１に導入され、第２循環路２０１を循環する。
【００７６】
以上、実施例１として、水分を含む原料を循環気流に過熱蒸気を用い粉砕処理する構成例を示した。実施例１の粉末製造装置１００によれば、２つの第１循環路１０１、第２循環路２０１を備えることにより、容器内には２つの循環気流が合流した合流気流となり、たとえ水分を含む重い原料や粘着性を有する塊状の重い原料であっても過熱蒸気を用いて容器２１内を流動させ、第１循環路１０１を循環させて適正な粉砕処理を行うことができるとともに、適切な粉末の回収と熱エネルギーの有効利用をすることができる。
【実施例２】
【００７７】
本実施例２にかかる粉末製造装置１００ａは、循環気流として過熱蒸気を使用し、原料として水分含有率の低い乾燥状態の原料（乾燥原料）を粉砕処理するために適した構成のものである。
乾燥原料を大気中の酸素が遮断された密閉系で粉砕処理ことにより、原料の酸化による品質劣化の極めて少ない高品質の粉末の生産ができる。
【００７８】
図６は本実施例２の粉末製造装置１００ａの構成を示す図である。図６の構成例では、図１の構成例と同様の部分の図示は省略し、異なる部分を中心に描いている。図６に示すように、本実施例２の粉末製造装置１００ａは、原料供給装置１０、粉砕処理装置２０、粉末回収装置３０、排気処理装置４０ａ、循環気流温度調節装置５０ａを備えた構成となっている。実施例１の各構成要素に比べ、排気処理装置４０ａと循環気流温度調節装置５０ａの構成要素が異なっている。
【００７９】
実施例２では乾燥原料を扱うが、乾燥原料は水分含有率が低いため、粉砕処理過程で生成される原料水分の蒸発蒸気、気化ガス量は少ない。従って、循環路２０１において圧力調節弁５０２により抜き出される過熱蒸気量も少ないため過熱蒸気をそのまま大気へ放出する。大気へ放出する過熱蒸気に臭気がある場合は、図１の冷却器４１（小型のものが好ましい）を設け、蒸気は凝縮させて排水し、凝縮されないガスは例えば活性炭を使用した脱臭器などを通して脱臭してから大気放出することが好ましい。
【００８０】
乾燥原料から生成される気化ガスが循環路に蓄積され、これらのガスの循環蒸気中の濃度が上昇して乾燥粉末等の品質劣化を招く恐れがある場合は、図６に示すように、ガス濃度調節器５０３で第２循環路２０１の循環過熱蒸気中のガスの濃度を検出し、第２循環路２０１の循環過熱蒸気中のガス濃度が所定の濃度以下に保持されるように気体導入調節弁６０４を操作し、蒸気を系外より第２循環路２０１に導入すれば良い。この場合は圧力調節弁６０３により、原料から生成した蒸気と気化ガスおよび気体導入調節弁６０４より導入された蒸気量に見合う量の過熱蒸気を抜き出す。
【００８１】
酸化の恐れのない高品質の粉末、また過熱蒸気により加熱処理された粉末が、乾燥原料より生産できる。また、原料が食材である場合は、焙煎された粉末も生産できる。焙煎粉末を生産する場合は、循環蒸気中に酸素を混入させることが好ましい。このため少量の空気を空気調節弁６０５より第２循環路２０１に導入する。第２循環路中２０１の酸素の濃度はガス濃度調節器５０３で検出し、空気調節弁６０５を操作し、所定の酸素濃度に維持することが好ましい。
【００８２】
乾燥原料を処理する場合は、含水原料を処理する場合に比べ、乾燥に要する熱量を必要としない。そのため循環気流温度調節装置５０で循環蒸気に加えられる熱量は、装置外壁より系外へ放熱される熱量の補充が主となる。
また、粉砕機２２および循環ブロワ２０２の消費電力の一部が循環蒸気の加熱エネルギーとなるため、循環気流温度調節装置５０の加熱能力は小さなもので良く、電気ヒーター５９を用いることもできる。また、燃料を燃焼させ燃焼ガスで加熱する小型の加熱器（実施例１と同様のもの）であってもよい。
【００８３】
粉砕に大きな動力を必要とする強度の高い原料においては、粉砕機２２および循環ブロワ２０２が蒸気に加える熱エネルギーが装置外壁よりの放熱量以上となる場合がある。このような場合には循環気流温度調節器内に加熱器と冷却器を併設することが好ましい。冷却媒体は空気が望ましい。
【００８４】
加熱器は、装置運転開始時に、過熱蒸気が所定の温度となるように加熱したり、装置運転中に、装置外壁からの放熱量の増加による過熱蒸気の温度低下を防止するため加熱したりする場合に使用する。
【００８５】
以上、本実施例２にかかる粉末製造装置１００ａによれば、乾燥原料を大気中の酸素が遮断された密閉系で粉砕処理ことにより、原料の酸化による品質劣化の極めて少ない高品質の粉末の生産ができる。
【実施例３】
【００８６】
本実施例３にかかる粉末製造装置１００ｂは、循環気流として加熱窒素などの不活性ガスを使用し、原料として水分を含む含水原料を粉砕処理するために適した構成のものである。
本実施例３にかかる粉末製造装置１００ｂは、大気中の酸素を遮断した密閉系であり、実施例１と比べてより低い温度域、例えば６０〜９０℃で酸化による品質劣化や加熱による品質劣化が極めて少ない高品質の粉末が生産できるものである。
特に、食品生原料、例えば、野菜、豆類、穀物、海草、薬草等について、生原料の品質（色、香りなど）を保持する高品質の粉末生産ができる。
【００８７】
図７は本実施例３の粉末製造装置１００ｂの構成を示す図である。図７の構成例では、図１の構成例と同様の部分の図示は省略し、異なる部分を中心に描いている。図７に示すように、本実施例３の粉末製造装置１００ｂは、原料供給装置１０、粉砕処理装置２０、粉末回収装置３０、排気処理装置４０ｂ、循環気流温度調節装置５０を備えた構成となっているが、実施例１の各構成要素に比べ、排気処理装置４０ｂの構成要素が異なっている。
【００８８】
実施例３では水分を含む原料を取り扱うが、水分を含む含水原料は、加熱された窒素等の不活性ガス（以下、これらを加熱窒素で代表する）とともに第１循環路１０１を循環しながら粉砕処理されて粉末となる。粉末は容器２１内で分級され、乾燥により生成した原料の蒸発水分および気化ガスを含む加熱窒素とともに容器２１より排出され、粉末回収装置３０で回収される。粉末回収装置３０より排出された粉末回収後の循環加熱窒素には、原料の蒸発水分および気化ガスが含まれている。そのため、これら気体を系外へ抜き出さなければ、系内の加熱窒素の圧力が上昇してしまう。
【００８９】
ここで、窒素は常温で気体であるため、原料の蒸発水分除去のため、粉末回収後の加熱窒素の全量を図７に示す冷却器４１ｂに導入し冷却し、蒸発水分を凝縮させた後、系外へ放出することにより除去する。
また、冷却により凝縮しない気化成分については、圧力調節器５０２で第２循環路２０１の圧力を検出し、圧力調節弁６０３を操作し、凝縮しない気化成分量に見合う量の気化成分を含む窒素を圧力調節弁６０３を通して第２循環路２０１より抜き出し、第２循環路２０１の加熱窒素の圧力を所定の圧力に保持する。抜き出された気化成分を含む窒素は循環気流温度調節装置５０の加熱炉５１に導入し、分解燃焼させる。
【００９０】
なお、冷却器４１ｂに用いる冷媒は冷却水であるが、冷媒は空気であってもよい。冷却器４１ｂより排出される窒素の温度は、温度調節弁６０６により冷却水量を操作することにより所定の温度に保持される。
冷却器４１ｂより排出された窒素には、温度調節器５０４の設定温度の飽和水蒸気が含まれる。
窒素中の水蒸気量を少なくすることで、より品質の高い粉末を生産できる場合は、冷媒に、より温度の低い冷水等を用い、冷却器４１ｂより出る循環窒素の温度を低い温度とするとよい。冷却器４１ｂより出る循環窒素の温度を低くすることにより、粉砕処理装置２０、第１循環路１０１内の加熱循環窒素の温度を低くすることができ、温度による品質劣化が少ない高品質の粉末の生産ができる。
【００９１】
循環ブロワ２０２は冷却器４１ｂの排出口と加熱器５１の流入口を接続する配管２０１ｂ上に設置している。循環ブロワ２０２の設置場所は第２循環路２０１上のいずれの場所であってもよい。
運転の経過とともに循環窒素中に原料から気化した水分以外のガスが蓄積し、循環窒素中の気化ガス濃度が上昇する場合がある。高品質の粉末生産には、これらの気化ガスの濃度を、低く保つことが好ましい。そこで、ガス分析調節器５０３により、第２循環路２０１の循環窒素に含まれる原料よりの気化ガス濃度または窒素濃度を検出し、循環窒素に含まれる原料よりの気化ガス濃度が所定の濃度以下となるよう気体導入調節弁６０４を作動させ系外より窒素を導入する。系外から導入された窒素の量と、原料から気化した気化ガス量に相当する循環窒素が圧量調節弁６０３を通って第２循環路２０１より抜き出される。
【００９２】
排気処理装置４０ｂの冷却器４１ｂより排出された循環窒素は配管２０１ｂにより循環気流温度調節装置５０に導入され、所定の温度に加熱され、配管２０１ｃにより粉末処理装置２０に導入され、第２循環路を循環する。
【００９３】
本実施例においては、より高温、例えば、温度調節器５０１の設定温度を８０℃以上とすることで含水食品原料に対する滅菌処理を行ったり、含水食品原料の加熱調理粉末も生産したりすることができる。
【実施例４】
【００９４】
実施例４として、原料が石油化学工業、医薬品工業、化粧品工業等における未反応原料（モノマー）および溶剤等を含む反応生成物であり、その粉末化処理、精製処理、未反応モノマーや溶剤の回収処理について述べる。
実施例４の粉末製造装置の構成自体は、実施例３の粉末製造装置１００ｂと同様の構成で良く、ここでの図示は省略する。循環気流として加熱窒素を用いる。
【００９５】
粉末製造装置１００ｂにおいて、第１循環路１０１に原料として供給された反応性生成物は、循環経路１０１を加熱窒素とともに循環しながら、分塊・粉砕される。また、生成物に含まれる未反応モノマーおよび溶剤等は加熱循環窒素により加熱され、気化ガスとなる。
【００９６】
未反応モノマーおよび溶剤等が気化除去され、容器２１内の分級機能により均一な粒子となった反応生成物は、気化した未反応モノマーや溶剤を含む循環加熱窒素とともに容器２１の第２排出口２１ｃから排出され、粉末回収装置３０に導入される。
【００９７】
粉末回収装置３０において、反応生成物は循環加熱窒素より分離され回収される。反応生成物を回収した後の循環加熱窒素は、排気処理装置４０ｂの冷却器４１ｂに導入され冷却される。冷却により循環窒素中の未反応モノマーおよび溶剤等は液化し、回収され、反応系へ送られる。同様に循環窒素濃度の維持のため調整弁６０４より導入された量および冷却器４１ｂでは液化しない原料反応性生物から出る気化ガス量に見合う量の循環加熱窒素が圧力調節弁６０３を通って抜き出され、反応系へ送られる。
【００９８】
排気処理装置４０ｂは系外の反応系に設置されてもよく、粉末回収後の循環加熱窒素が系外の処理装置に移送され、処理された循環窒素が送気され、循環してもよい。
冷却器４１ｂで未反応モノマーおよび溶剤等を除去された窒素ガスは、循環気流温度調節装置５０に導入され、所定の温度に加熱され、加熱された窒素は、粉砕処理装置２０の容器２１に導入され、循環路（第１循環路、第２循環路）を循環する。
【００９９】
粉末製造装置１００ｂは反応系に組み込まれた１つのシステムであってもよい。
原料は原料供給装置１０により第２循環路２０１の迂回路に導入し、迂回路により循環気流をキャリアーとし第１循環路１０１に導入してもよい。
【０１００】
以上、実施例４に示す粉末製造装置１００ｂによれば、大気中の酸素が処断された密閉系の装置により反応生成物を高効率、低コストで精製処理することができ、高品質の粉末生成物とすることができるとともに未反応モノマーおよび溶剤等を効率よく回収することができる。
【実施例５】
【０１０１】
実施例５として、原料が含有水分量の少ない乾燥原料、特に、健康食品、漢方薬、有機物以外のプラスチック、ゴム、医薬品、化粧品等であり、その粉末化処理に適した構成について述べる。
大気中の酸素が処断された密閉系で常温に近い低温域で粉砕されるため、酸化および加熱による品質劣化が極めて少ない高品質の粉末が生産できる。
【０１０２】
本実施例５の粉末製造装置１００は実施例３に示した図７の構成例の循環気流温度調節装置５０を除く構成で良い。なお、循環気流として窒素を用いる。
原料は乾燥原料であるので乾燥の加熱は必要なく、循環窒素の加熱のための加熱器は必要としない。また温度調節器５０１も必要としない。
【０１０３】
粉砕機２０および循環ブロワ２０２の動力の一部が循環窒素の加熱エネルギーとなり、循環窒素は加熱される、加熱エネルギーは蓄積され循環窒素の温度は時間の経過とともに上昇する。このため実施例３に用いた冷却器４１ｂを用いて循環窒素を冷却し、循環窒素の温度を温度調節器５０４で検出し、冷却水調節弁６０６を操作し、所定の温度に冷却保持する仕組みとなっている。このように冷却器４１ｂが循環気流温度調節装置５０の役割を担う。なお、冷却器４１ｂの冷媒は実施例３と同様、空気でもよい。冷却器４１ｂより排出された循環窒素は容器２１の第２流入口２１ｄより容器２１に導入され第２循環路を循環する。
【０１０４】
乾燥原料の粉砕処理により原料よりガスが発生し、循環窒素中にガスの蓄積のおそれのある場合は、実施例３と同様、ガス濃度または窒素濃度を検出し、循環窒素が所定の窒素濃度に維持されるように系外から窒素を第２循環路２０１に導入し、また圧力調節弁６０３により原料から発生したガス量および系外より導入した窒素量に見合う量の循環窒素を抜き出して、所定の圧力に保持する。
【０１０５】
以上、本実施例５の粉末製造装置によれば、健康食品、漢方薬の粉末生産に適し、また有機物以外のプラスチック、ゴム、医薬品、化粧品等の微粉末の生産もできる。
【実施例６】
【０１０６】
実施例６として、汚泥処理に適した粉末製造装置１００ｃについて述べる。
従来広く行われていた汚泥焼却処理方法は、粘着結合力の強い高水分含有率の汚泥を炉内に導入し、炉内で補助燃料の燃焼により高温に熱した循環流動砂を燃焼ガスとともに吹き上げ、導入された汚泥と循環流動砂を衝突させ、塊状汚泥を分塊、乾燥させながら燃焼させるものであった。流動砂の吹上、循環、汚泥塊の流動には大きな流速の熱気流が必要となるため、大量の燃焼空気とともに多くの補助燃料を必要とするものであった。汚泥の完全燃焼にはより多くの空気が必要となり、空燃比が大きく、燃焼効率も悪く、大量の燃焼排ガスが生じてしまう。また、燃焼排ガス中には、灰分および汚泥よりの蒸発蒸気が含まれるため、排ガス処理装置は複雑で、大規模なものとならざるを得ない。乾燥すれば資源と成り得るものであるにもかかわらず、補助燃料を使用して無理やり焼却処理することは大きなエネルギーの浪費と言える。
【０１０７】
一方、本発明は、循環気流に過熱蒸気を用い、含水汚泥、含水有機廃棄物を粉砕して乾燥粉末とし、得られた乾燥粉末を粉末燃料としまたは粉末を成型したペレット燃料とし、過熱蒸気の加熱燃料として有効利用するものである。また、原料の乾燥により生成する蒸気も含水原料の予熱および予備乾燥に用いることを特徴としている。
【０１０８】
図８は本実施例６の粉末製造装置１００ｃの構成を示す図である。図８に示すように、本実施例６の粉末製造装置１００ｃは、原料供給装置１０、粉砕処理装置２０、粉末回収装置３０、循環気流温度調節装置５０ｃに加え、原料予備乾燥装置８０を備えた構成となっている。実施例１の各構成要素に比べ、排気処理装置４０がなく、粉末回収装置３０ｃ、循環気流温度調節装置５０ｃの構成要素が異なっており、原料予備乾燥装置８０が加えられている。
【０１０９】
図８に示すように、原料供装置１０と粉砕装置２０の間には原料予備乾燥装置８０が設置されている。原料予備乾燥装置８０は、図１の排気処理装置４０に代わるものである。
【０１１０】
また、循環気流温度調節装置５０は粉末を燃料とする加熱炉形式のものである。
原料供給装置１０により原料予備乾燥装置８０に対して含水原料が導入され、含水原料は第２循環路２０１より抜き出された循環過熱蒸気により加熱され、その含有水分の一部が蒸発し除去される。これにより廃棄されていた排気蒸気の熱エネルギーを回収し、有効利用することができ、熱効率が改善される。
【０１１１】
原料予備乾燥装置８０は、外部筐体に加熱用のジャケットを被せ、また、内部にスクレパー、スクリュー等の回転体を有し、原料塊を回転体の回転により分塊、移動させる機能を備えたものである。さらに、内部気圧を弱負圧に保持するための排気冷却器やエジェクターや真空ポンプなどの真空装置を備えている。
原料予備乾燥装置８０の構成は特に限定されず、第２循環路２０１より抜き出された過熱蒸気により含水原料が乾燥できる気密性を有する乾燥機であればよい。
【０１１２】
なお、予備乾燥装置８０を設けず、図１の構成のように原料を直接、第１循環路１０１に導入してもよい。この場合は、図１に示す排気処理装置４０を設ける必要がある。
予備乾燥装置８０によって水分の一部が乾燥除去された原料は、粉砕処理装置２０の容器２１に原料供給口２１ｅから導入される。容器２１に導入された原料は、既に第1循環路１０１を循環して粉砕・乾燥が進行している原料とともに、循環過熱蒸気にのって第1循環路１０１を循環し、粉砕機２２により何度も粉砕され粉末となってゆく。
【０１１３】
水分を含む粘着性の強い汚泥のあっても、第1循環路１０１内で既に粉砕・乾燥の進んだ粉砕物と衝突し合い、分塊されつつ混合物となり粉砕機２２に吸引される。混合物の平均水分率は原料の水分率に比べ低くなり、装置内に付着したり、装置を閉塞したりすることなく、粉砕され乾燥され粉末となってゆく。
原料に含まれた水分は乾燥により蒸気となり、循環過熱蒸気と同体化する。
所定の大きさに粉砕され、乾燥された粉末は、容器２１内で分級され、循環過熱蒸気とともに容器２１の第２排出口ｃより排出され第２循環路２０１の配管２０１ａを通って粉末回収装置３０ｃに導入される。
【０１１４】
粉末回収装置３０ｃにおいて粉末は、循環過熱蒸気より分離され、粉末ホッパー３２に貯留され、ロータリーバルブ３３および搬送路４０１を経て循環気流温度調節装置５０ｃの燃料供給器５６によりバーナー５２に導入され加熱炉５１の燃料として燃焼される。
【０１１５】
なお、図示しないが、ペレット装置を設け、粉末をペレット装置に導入し、ペレット状に成型し、成型されたペレットを加熱炉５１の燃料としてもよい。
【０１１６】
粉末回収装置３０より排出された粉末回収後の循環過熱蒸気には、原料水分よりの蒸発蒸気および原料から生成した気化ガスが含まれる。循環路（第１循環路１０１、第２循環路２０１）の圧力を所定の圧力に維持するため、配管２０１ｂ上に設けられた圧力調節器５０２で第２循環路２０１の圧力を検出し、原料水分の蒸発蒸気および原料から生成した気化ガス量に見合う量の循環過熱蒸気を第２循環路２０１から圧力調節弁６０３を操作して抜き出す。
【０１１７】
圧力調節弁６０３により抜き出された過熱蒸気（粉砕処理装置２０における原料乾燥により生成した蒸気ともいえる）は配管３０２を通って予備乾燥装置８０の予備乾燥機８１に導入され、原料の予備乾燥に用いられる。
【０１１８】
予備乾燥機８１に導入された過熱蒸気は、水分を含む原料の加熱および乾燥のためにその熱量を放出し凝縮する。このことにより、粉砕処理装置２０において消費された熱エネルギーの大部分を占める、原料の水分蒸発に要した蒸発潜熱が原料の予備乾燥に有効利用される。
【０１１９】
原料の予備乾燥により原料より生成した蒸気および気化ガスは真空装置８２に内蔵された冷却機能（図示せず）により冷却され、蒸気は凝縮される。
圧力調節弁６０３より抜き出され、原料の予備乾燥の熱源に用いた過熱蒸気の凝縮水や、原料の予備乾燥で原料より蒸発し真空装置８２の冷却機能により凝縮した凝縮水は、系外へ排水される。
【０１２０】
また、圧力調節弁６０３より抜き出され、原料の予備乾燥の熱源に用いた過熱蒸気に含まれる非凝縮気化ガスや、原料の予備乾燥で原料より生成し真空装置８２の冷却機能で凝縮しない非凝縮気化ガスは、配管３０２により加熱炉５１に導入され分解、燃焼する。
【０１２１】
なお、圧力調節弁６０３の設置場所は２０１ｂ上に限定されず、配管２０１ｃ上であってもよい。
配管２０１ｂにより循環過熱蒸気は循環気流温度調節装置５０ｃの加熱炉５１に内蔵された循環気流温度調節器５３に導入される。
【０１２２】
加熱炉５１においては、粉末回収装置３０で回収された粉末を燃料とする。搬送路４０１により粉末は燃料供給器５６によりバーナー５２に導入され燃焼する。
従来の汚泥処理のように水分を含む原料を無理やり燃焼させるものと異なり、乾燥燃料であるため、より少ない燃焼空気量で完全燃焼させることができる。
また、乾燥燃料であるため燃焼ガスには、蒸気を含まない。
燃焼排ガス装置は簡単な装置とすることができる。
【０１２３】
粉末は加熱炉５１の下部で燃焼し、高温の燃焼ガスとなり循環気流温度調節器５３内の循環過熱蒸気を加熱する。循環気流温度調節器５３を過ぎた燃焼ガス（燃焼排ガスは）加熱炉５１より排出され、燃焼空気予熱器により燃焼空気を加熱し、その温度をより低下させ、バグフィルタ５７により、含まれる灰分を分離除去され、煙突５５より大気に放出される。
【０１２４】
加熱炉５１の下部の燃焼部分においては、原料から生成した非凝縮気化ガスが、配管３０２を通って導入され、加熱炉５３内で分解、燃焼する。
加熱器の構成は、図８に限定されない。図８は縦型であるが横型であってもよい。粉末を燃焼させ、循環過熱蒸気を加熱する機能を有するものであればよい。
【０１２５】
また、加熱炉５１には図示されないが、液体または気体燃料の補助バーナーを設けることが好ましい。補助バーナーは、装置の運転開始時、加熱炉内を予熱するとともに、運転開始時、系外より蒸気を循環路（第１循環路１０１、第２循環路２０１）に導入し、系内の空気を蒸気に置換し、循環ブロワ２０２および粉砕機２２を起動し、導入された蒸気を循環させながら、加熱し所定の過熱蒸気温度に昇温するために使用する。また、粉末燃焼系のトラブル時にこれを使用もでき、より安定運転ができる。
【０１２６】
配管２０１ｂ上の温度調節器５０１で循環過熱蒸気の温度を検出し、粉末供給器５６および燃焼空気調整ダンパー６０１を操作させ、配管２０１ｂ内の循環過熱蒸気の温度が所定の設定温度に維持されるよう循環気流温度調節器５３で循環過熱蒸気を加熱する。
【０１２７】
循環気流温度調節器５３で加熱された過熱循環蒸気は配管２０１ｃを通って容器２１に導入され循環経路（第１循環路、第２循環路）を循環する。
一般に汚泥は、８０％の水分が含まれるが、乾燥すると４,０００〜４,５００kｃａｌ／乾燥品ｋｇの燃焼発熱量を有する。食品工場等の汚泥の場合はさらに大きい発熱量を有するものもある。たとえば１,０００ｋｇの汚泥で水分含有量を８００ｋｇ、固形分を２００ｋｇとすると、汚泥１,０００ｋｇの乾燥に必要な熱量（原料の加熱顕熱＋水分蒸発潜熱）は、約５３０,０００kcal、また、固形分２００ｋｇの単位燃焼発熱量を４,２００kｃａｌ／ｋｇとした場合の燃焼発熱量は８４０,０００kｃａｌとなる。
【０１２８】
汚泥の乾燥に必要な熱量は、固形分の燃焼発熱量の約６３％程度であるので、固形分の燃焼カロリーにより汚泥の水分を除去、燃焼焼却できることを意味する。
【０１２９】
また、メタン発酵処理後の汚泥（消化汚泥とよばれる）の場合、その乾燥固形物の発熱量は３,０００〜３,５００kｃａｌ／ｋｇであり、水分８０％の消化汚泥１,０００ｋｇの場合、その乾燥固形分２００ｋｇの燃焼発熱量は、単位発熱量を３,２００とした場合、６４０,０００kcalとなる。
今、８０％の水分（８００ｋｇ）の７５％すなわち６００ｋｇの水分を、得られる乾燥固形分の燃焼発熱によって粉砕処理装置において乾燥除去し、粉砕乾燥装置で原料から生成される蒸気６００ｋｇを原料汚泥の予備乾燥に用い、予備乾燥において２５％の水分すなわち２００ｋｇを除去する場合を想定する。粉砕処理装置での乾燥に必要な熱量は約３７０,０００ｋｃａｌであり、これは乾燥固形分の燃焼発熱量の約５８％程度に相当する。また、粉末処理装置で生成した６００ｋｇの蒸気の持つ蒸発潜熱は約３３０,０００ｋｃａｌであり、予備乾燥での原料加熱と２５％の水分除去に必要な熱量は、約１８０,０００ｋｃａｌであり、これは粉末処理装置で蒸気の蒸発潜熱の約５５％となる。
【０１３０】
つまり、以上の計算より、燃焼発熱量の低い消化汚泥であっても、得られる汚泥の乾燥固形分の燃焼発熱を粉末処理装置の熱源として利用し、粉末処理装置で生成される蒸気を原料の予備乾燥に用いることにより消化汚泥を焼却処理できることを意味する。
【０１３１】
以上、本実施例６の粉末製造装置１００ｃによれば、乾燥・粉末処理により得られる汚泥粉末を燃料として有効利用し、また、粉末処理装置１００ｃで生成される蒸気を原料の予備乾燥に用いることにより汚泥を焼却処理できる。
【実施例７】
【０１３２】
実施例７として、原料が間伐材、剪定材、稲藁などのバイオマスである場合の粉末化処理について述べる。
間伐材、剪定材、稲藁などは、水分含有率が６０％程度と低い。これらに含まれる水分の乾燥に必要な熱量は高含水原料のそれに比べ小さくてすむ。これらの原料を乾燥粉末あるいは成型したペレットとし、燃料として燃焼させた場合、原料の乾燥に必要な熱量以外に余剰の大きな熱エネルギーを得ることができる。
【０１３３】
図９は本実施例７の粉末製造装置１００ｄの構成を示す図である。図９に示すように、本実施例７の粉末製造装置１００ｄは、原料供給装置１０、粉砕処理装置２０、粉末回収装置３０、排気処理装置４０、循環気流温度調節装置５０ｄを備えた構成となっているが、実施例６に示した各構成要素に比べ、循環温度調節装置５０ｄが、加熱炉５１に蒸気発生器５８が設置された構造となっている。この蒸気発生器５８に給水し、加熱炉５１の余剰の熱エネルギーで水を加熱し、蒸気を発生させるものとなっている。つまり、粉末製造装置１００ｄでは蒸気発生器５８を高効率のバイオマス燃料ボイラーとして有効利用できるものとなっている。
【０１３４】
特に食品工場の汚泥の中には高燃焼発熱量を有するものもある。このような汚泥の処理において、原料汚泥を乾燥粉末とし、得られた粉末を燃料とし、あるいは、粉末をペレットに成型し燃料とし、原料汚泥の乾燥熱源に使用し、汚泥を焼却処理するとともに、余剰の燃焼エネルギーにより蒸気を発生させることができる。
【０１３５】
本実施例７の粉末製造装置１００ｄは、このような高燃焼発熱量を有する汚泥を用いて、高効率のバイオマス燃料ボイラーとして余剰熱量を有効利用できるものである。
【０１３６】
以上、本発明の粉末製造装置の構成例における好ましい実施例を図示して説明してきたが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明の粉末製造装置は、野菜、海草、薬草など食品生原料、生オカラ、茶ガラ、鰹ダシガラ、酒粕、リンゴ絞り粕などの食品加工副産物を処理する粉末製造装置として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の実施例１にかかる粉末製造装置全体の構成例を模式的に示すブロック図
【図２】原料供給装置１０と粉砕処理装置２０の配管例を示す図（その１）
【図３】原料供給装置１０と粉砕処理装置２０の配管例を示す図（その２）
【図４】原料供給装置１０と粉砕処理装置２０の配管例を示す図（その３）
【図５】粉砕機２２の構造を示す図
【図６】本実施例２の粉末製造装置１００ａの構成を示す図
【図７】本実施例３の粉末製造装置１００ｂの構成を示す図
【図８】本実施例６の粉末製造装置１００ｃの構成を示す図
【図９】本実施例７の粉末製造装置１００ｄの構成を示す図
【図１０】従来の特開２００７−７８２０７に開示された流動・気流乾燥機を示す図
【図１１】従来の特開２００９−１５４１００号公報記載の含水有機廃棄物の乾燥システムを示す図
【図１２】従来の特開平１１−３７４１０号公報記載の循環流動層炉を用いた装置を示す図
【符号の説明】
【０１３９】
１０ 原料供給装置
１１ ホッパー
１２ 定量供給装置
２０ 粉砕処理装置
２１ 容器
２１Ａ 下部容器
２１Ｂ 上部容器
２１ａ 第１排出口
２１ｂ 第１流入口
２１ｅ 原料導入口
２１ｃ 第２排出口
２１ｄ 第２流入口
２１ｇ 第１の排出口
２１ｈ 第１の流入口
２１ｉ 第２の排出口
２１ｆ 通気路
２２ 粉砕機
３０ 粉末回収装置
３１ サイクロン分離器
３２ 粉末ホッパー
３３ ロータリーバルブ
４０ 排気処理装置
４１ 冷却器
５０ 循環気流温度調節装置
５１ 加熱炉
５２ バーナー
５３ 循環気流温度調節器
５５ 煙突
５６ 燃料供給器
５８ 蒸気発生器
５９ 電気ヒーター
６０ サポート部材
６１ 本体部材
６２ 整流板
７０ ケーシング
７１ 吸引口
７２ 吐出口
７３ 羽根車
７４ スクリーン
７５ 電動機
８０ 原料予備乾燥装置
８１ 予備乾燥機
８２ 真空装置
１００ 粉末製造装置
１０１ 第１循環路
１０１ａ 配管
１０１ｂ 配管
２０１ 第２循環路
２０１ａ 配管
２０１ｂ 配管
２０１ｃ 配管
２０２ 循環ブロワ
３０１，３０２ 配管
４０１ 搬送路
５０１ 温度調節器
５０２ 圧力調節器
５０３ ガス分析調節器
５０４ 温度調節器
６０１ 燃料調節弁
６０２ 燃焼空気調整弁
６０３ 圧力調整弁
６０４ 気体導入調節弁
６０５ 調節弁
６０６ 温度調節弁
【技術分野】
【０００１】
本発明の粉末製造装置は原料として、食品原料（例えば、野菜、穀物、豆類、芋類、きのこ、魚、海藻、茶葉、薬草）、含水食品加工副産物（例えば、生オカラ、発酵魚残渣、茶ガラ、コーヒー粕、鰹ダシガラ、リンゴ絞り粕、酒粕など)、バイオマス（木、竹、草、稲藁など）、汚泥または含水廃棄物、化学生成物（化学薬品、プラスチック、ゴム、医薬品、化粧品、塗料など）等を取り扱うことができる。本発明は、それら原料の乾燥処理、粉砕処理、滅菌処理、加熱調理処理、汚泥焼却処理、原料である化学生成物の精製・溶剤等の蒸発除去回収などを行うことができる粉末製造装置に関する。
特に、原料の持つカロリーを余すところなく熱エネルギーとして有効活用するともに、乾燥・粉砕工程で発生した蒸気が持つ熱も熱エネルギーとして有効活用し、装置内に投入した熱量や、装置内で発生した熱量を回収・再利用することにより、原料の乾燥・粉砕・燃焼処理を高効率で行い、省エネルギー化を図ることができる粉末製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境意識の高まりとともに、CO2排出量削減の努力が続けられている。原料の乾燥・粉末処理は食品工業、医薬品工業、石油化学工業、廃棄物処理等あらゆる産業に必要される。環境意識の高まりとともに、CO2排出量削減の努力が続けられている中、大量のエネルギーを消費する原料の乾燥・粉末処理には、各種の技術が提案されている。
【０００３】
水分を含む原料をそのまま粉砕機で粉末にしようとした場合、水分による粘着により装置内付着、閉塞を生じ粉砕できない。このため一般的には、まず原料を乾燥装置にて乾燥し、得られた乾燥原料を粉砕装置により粉砕して粉末とし、得られた粉末を分級装置によりさらに分級して製品粉末とする。
装置が乾燥装置、粉砕装置、分級装置の各々の装置で構成されるため、全体としては大型で複雑なものとなってしまう。また、大きなサイズの原料を乾燥させるため大型の箱型の乾燥機が一般的に用いられるが、大型の箱型の乾燥機は乾燥時間を長く要し、原料は長時間、熱風に曝されるため品質劣化をきたし易く、乾燥後の排気の有する熱量は回収されず大気に放出されるため、熱効率が悪い。
【０００４】
また、食品粉砕加工においては、滅菌処理を施しても、乾燥後の乾燥原料の搬送過程や、粉砕装置及び分級装置での粉末処理の過程において粉末の菌汚染が起こる可能性が大きい。
【０００５】
水分を多く含む粗破砕された小片の原料は、水分により結合し塊状となるが、食品副生物であるオカラ、茶殻、コーヒー粕等はこれに類する。
従来技術において、この食品副生物などを原料とし、原料中の水分による結合を分塊し、原料を気流中で流動させて乾燥する、流動・気流乾燥機が知られている。
【０００６】
例えば、特開２００７−７８２０７に開示された流動・気流乾燥機が知られている。図１０は、同公報の図１に示す流動・気流乾燥機を示す図である。なお、図中の符番は同公報の図１の符番となっている。
図１０に示すように、特開２００７−７８２０７に開示された流動・気流乾燥機は、ケーシング１(容器)下部に設けられた多孔板３の上面に沿って回転する攪拌羽根４の回転領域に、粒状の解砕媒体１１を配しており、原料をケーシング１に導入、下部より熱風を供給し、回転羽根を回転させ、解砕媒体１１と原料を攪拌し、原料を解砕しながら乾燥させ、乾燥し軽くなった原料は排気流によりケーシング１の上部より排出されサイクロン集塵機やバグフィルタで捕捉されるものとなっている。なお、乾燥原料捕捉後の排気は大気へ放出される。
【０００７】
次に、熱媒体として過熱蒸気を用いた粉末製造装置として、特開２００９−１５４１００号公報記載の含水有機廃棄物の乾燥システムが知られている。図１１は、同公報の図１に示す含水有機廃棄物の乾燥システムのブロック図である。なお、図中の符番は同公報の図１の符番となっている。
図１１に示すように、乾燥システム１は、含水有機汚泥等の含水有機廃棄物Ｗを貯蔵する廃棄物貯蔵タンク２と、過熱蒸気Ｓを発生させる過熱蒸気発生装置３と、廃棄物Ｗと過熱蒸気Ｓとを直接接触させながら、廃棄物Ｗを水分による原料粒子同士の結合を解き破砕し、乾燥する破砕気流乾燥機４と、廃棄物Ｗを破砕気流乾燥機４に供給する供給装置５と、過熱蒸気Ｓを破砕気流乾燥機４に供給するブロワ６と、破砕気流乾燥機４の排気を固気分離するサイクロン７と、サイクロン７から排出される蒸気に含まれるダストを回収するバグフィルタ８と、サイクロン７及びバグフィルタ８から回収された乾燥有機廃棄物Ｗ’を貯蔵する乾燥廃棄物貯蔵タンク９と、循環ブロワ１０とで構成される。ブロワ６は、過熱蒸気発生装置３の蒸気排出側に設けられ、過熱蒸気Ｓを破砕気流乾燥機４に供給する。破砕気流乾燥機４は、廃棄物Ｗを破砕しながら、過熱蒸気発生装置３からブロワ６を介して供給される過熱蒸気Ｓによって乾燥させるために備えられる。この破砕気流乾燥機４は、鎖打撃式の乾燥機であって、上部に廃棄物Ｗの供給口と、下部に過熱蒸気発生装置３からの過熱蒸気Ｓの供給口とを備え、廃棄物Ｗと過熱蒸気Ｓを向流で接触させる。また、内部には、回転軸４ａと、この回転軸４ａに固定され、回転軸４ａの回転とともに遠心力によって水平方向に延伸して回転し、廃棄物Ｗを破砕する打撃チェーン４ｂを備える。尚、上記鎖打撃式の破砕気流乾燥機４に代えて、鎖の代わりに丸棒等を水平に取り付けた棒打撃式、ケージミル式又は旋回式の乾燥機を用いることもできる。
【０００８】
次に、従来技術における汚泥処理について説明する。
汚泥はその粘着性のため処理が困難で、大容量の汚泥処理は、多くの補助燃料を使用し、無理やり焼却処理されている。
例えば、従来技術において、汚泥処理装置として特開平１１−３７４１０号公報記載の循環流動層炉を用いた装置が知られている。
図１２は、同公報の図１に示す汚泥処理装置を示す図である。なお、図中の符番は同公報の図１の符番となっている。
図１２に示すように、循環流動層炉は、図１２に示すように、産業廃棄物などの燃焼対象物を投入し乾燥、熱分解、燃焼させるライザー（炉本体）１と、このライザー１から燃焼ガスおよび焼却灰と共に排出されるケイ砂などの流動媒体を燃焼ガスおよび焼却灰と分離するサイクロン（流動媒体分離装置）２と、このサイクロン２で分離した流動媒体をライザー１の下部へ返送するダウンカマー（流動媒体返送管）３、ダウンカマー３から返送された流動媒体のライザー１への循環量を調整するニューマチックバルブ（流動媒体循環量制御弁）４から構成されている。このライザー１の下部には、流動空気供給口１１、第１の燃焼対象物供給口１３、第２の燃焼対象物供給口１４および補助燃料供給口１２などが設けられていて、各々から、燃焼用空気、補助燃料、産業廃棄物などが供給され、供給された産業廃棄物は高温に保持されたケイ砂などの流動媒体により乾燥、解砕、熱分解されながら燃焼するものである。このライザー１内において燃焼対象物および補助燃料は乾燥、解砕、熱分解、燃焼の大部分を完結し、燃焼排ガスとなってサイクロン２へ流動媒体と共に導かれ、このサイクロン２では燃焼排ガスおよび焼却灰からの流動媒体分離が行われる。また、補助燃料供給口１２からは炉内の温度が燃焼に適切な温度となるようにオイル、ガス等の補助燃料が供給される。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−７８２０７号公報
【特許文献２】特開２００９−１５４１００号公報
【特許文献３】特開平１１−３７４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記に示した従来装置では以下の問題がある。
まず、特開２００７−７８２０７号公報に開示された流動・気流乾燥機であるが、この装置は下部に攪拌羽根を有し構造が複雑であり、工業用ガラスビーズ等を熱媒体に使用するため、ガラスビーズの破損の恐れがある。また下部に滞積する重い原料を流動させるためには、大きな風量を必要とするが、熱風はケーシング１の下部より導入され上部の排出口より排気されるワンスルーの気流であるため、排気の量も大きく、大きな熱量が排気とともに大気放出に放出される。本装置は原料塊を解砕し乾燥させる機能は有するが、粉砕し粉末とする機能はない。粉末を得ようとする場合、粉砕装置が必要となる。
【００１１】
次に、特開２００９−１５４１００号公報記載の含水有機廃棄物の乾燥システムについても問題がある。本装置では高含水有機物とボイラーより供給された過熱蒸気を乾燥機内で向流接触させ乾燥物を得るものであるが、その内部にチェーンの回転打撃で高含水有機物を破砕するものであり、構造が複雑であり、破砕、乾燥に時間を要する。また、原料塊は上方より下方へ落下しつつ分塊してゆき、下方から上方へ流れる過熱蒸気と接触し乾燥される。乾燥物は上部より過熱蒸気とともに排出されるが、排出原料のサイズにバラ付を生じ、未乾燥のものが排出されるおそれがある。また、重量の大きな原料塊の流動には大量の気流が必要となる。蒸気は循環するものの乾燥機内の気流はワンスルーであるため、循環量も多くなり、装置全体が大きなものとなり装置放熱ロスが大きく、また、ブロワ６、循環ブロワ１０の動力も大きくなる。さらに、ボイラーで発生した過熱蒸気を乾燥加熱源とするため、ボイラーより供給された過熱蒸気と、高含水有機物の乾燥で生成した蒸気の全量が系外へ排出され、大きい熱エネルギーが放出されてしまう。なお、そもそも本装置には原料粒子同士の水分による結合を解く、解砕機能を有するが、原料粒子をその真粒子サイズよりさらに小さい粉末とする粉砕機能はない。
【００１２】
次に、特開平１１−３７４１０号公報記載の循環流動層炉を用いた汚泥処理装置についても問題がある。本装置においては、炉内に投入された粘着結合力の強い高水分含有率の汚泥等に補助燃料の燃焼により高温に熱した循環流動砂を燃焼ガスとともに吹き上げ、衝突させ、塊状汚泥を分塊、流動させ乾燥させながら燃焼させる。この流動砂の吹上、循環及び汚泥塊の流動には大きな流速の熱気流を必要とする。このため大量の燃焼空気とともに多くの補助燃料を必要とする。汚泥の完全燃焼にはより多くの空気が必要となり、空燃比が大きく、燃焼効率も悪く、大量の燃焼排ガスが生じる。燃焼排ガス中には、灰分および汚泥よりの蒸発蒸気が含まれるため、排ガス処理装置は図示されていないが複雑で、大規模なものとなる。つまり、本装置は乾燥すれば資源と成り得る原料を、補助燃料を使用し無理やり焼却処理する状況は大きなエネルギーの浪費と言える。
【００１３】
また、乾燥状態といえる原料を粉砕し粉末生産する場合においても、粉砕機の発熱による酸化により製品品質の劣化を招いている。
【００１４】
なお、従来技術における化学工業、医薬品工業の化学生成物の溶剤等の蒸発分離、回収について検討すると、それらにも問題がある。従来技術の装置では、主に窒素ガス等の加熱不活性ガスを用い生成物より溶剤等を気化分離除去し、溶剤除去後の生成物を捕捉回収、生成物回収後の加熱ガス排ガスを冷却し気化した溶剤を液化させ回収し、溶剤回収後の不活性ガスを加熱器に導入加熱し、加熱された不活性ガスを乾燥容器に導入、不活性ガスを循環させるものである。しかし、溶剤を含む重い生成物の容器内での流動には大きな気流を必要とし、容器内での気流はワンスルーのため、循環気流量も大きくなり、装置は大きなものとなり放熱ロスも大きい又循環ブロワの動力も大きくなる。上記と同様に改善の余地がある。
【００１５】
上記問題点に鑑み、本発明は、上記の従来の問題点を解決し、シンプルな装置で、原料を高エネルギー効率で粉砕処理し、短時間で高品質の粉末を製造する粉末製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の粉末製造装置は、
容器の第１排出口から粉砕機の吸引口へ接続された管路と、前記粉砕機の吐出口から前記容器の第１流入口へ接続された管路とを備え、前記容器と前記粉砕機間に流体の循環路を形成する第１循環路と、
前記容器の第２排出口から粉末回収装置及び排気処理装置を経て循環気流温度調節器に接続された管路と、前記循環気流温度調節器から前記容器の第２流入口に接続された管路とを備え、前記容器と前記粉末回収装置と前記排気処理装置と前記循環気流温度調節器間に流体の循環路を形成する第２の循環路との、２重の流体の循環路を備え、
前記第１循環路において、外部から導入された原料を前記循環気流とともに前記粉砕機と前記容器間を循環させて前記原料の粉末化を進め、
前記第２循環路において、前記第１循環路から前記循環気流とともに導かれた前記粉末を前記粉末回収装置で捕捉・回収し、前記粉末捕捉後の前記循環気流の温度を前記循環気流温度調節器により調節して前記容器の前記第２の流入口に導入することにより前記循環気流を前記第２循環路に循環させることを特徴とする
粉末製造装置である。
ここで、前記粉砕機は、前記吸引口と前記吐出口とが設けられたケーシングと、前記ケーシング内に設置された羽根車と、スクリーンとを備え、前記羽根車が前記循環気流を前記吸引口より吸引し前記吐出口へと送り出すものである。
また、前記第１循環路において、前記容器内に前記循環気流の旋回流を形成し、前記旋回流による遠心力及び前記循環気流により前記原料を分級し、前記分級により所定の大きさに粉末化された前記粉末を前記循環気流とともに前記容器の前記第２排出口より排出するとともに、未だ前記所定の大きさに粉末化されていない粉末を前記容器の前記第１排出口より前記第１循環路に循環させるものである。
【００１７】
なお、本発明の粉末製造装置の原料としては、野菜、穀物、豆類、芋類、きのこ、魚、海藻、茶葉、薬草などの食品原料、生オカラ、発酵魚残渣、茶ガラ、コーヒー粕、鰹ダシガラ、リンゴ絞り粕、酒粕などの食品加工副産物のいずれかまたはそれらの組み合わせ、また、木、間伐材、剪定材、竹、草、稲藁などのバイオマスのいずれかまたはそれらの組み合わせ、また、汚泥または含水廃棄物のいずれかまたはその組み合わせ、また、化学薬品、プラスチック、ゴム、医薬品、化粧品、塗料などの化学生成物のいずれかがあり得る。
【００１８】
上記構成により、本発明の粉末製造装置は、２重の循環路を備えことにより、容器内には２つの循環気流が合流した合流気流となる。合流気流により、たとえ水分を含む重い原料、粘着性有する塊状の重い原料、サイズも大きい重い原料であっても、また軽い原料であっても、容器内に流動させ、第1循環路を循環させ、それぞれの原料の性状に合わせた適正な粉砕処理を行うことができ、高品質の粉末を製造することができる。
また、２重の循環路を備えることにより、第２循環路の循環流量は少なくなる。本発明では第２循環路の循環気流も大気放出されず循環利用される。高エネルギー効率となり、また装置が小型化し、装置全体コストを低減することができる。これより低コストで、短時間で、粉末の連続生産ができる。
【００１９】
ここで、上記本発明の粉末製造装置の構成において、前記循環気流が過熱蒸気、窒素、不活性ガスのいずれかであることが好ましい。
原料の粉砕処理は外界と遮断された密閉系内で行われるが、上記のように循環気流に過熱蒸気または窒素等の不活性ガスを使用することにより、酸化による品質劣化を防ぐことができ、高品質の粉末とすることができる。また、循環気流に窒素を使用することにより、酸化による品質劣化のない粉末を製造できる。
【００２０】
次に、本発明の粉末製造装置において、前記循環気流温度調節器により前記循環気流を加熱し、当該加熱された前記循環気流により前記原料の粉砕処理に加え、前記原料の乾燥処理、前記原料の滅菌処理、前記原料の加熱調理、前記原料の焙煎処理、前記原料の含有液体の気化処理のいずれかまたは組み合わせを併せて実行するものとすることが好ましい。
【００２１】
次に、本発明の粉末製造装置において、前記粉末回収装置で捕捉・回収された前記粉末を、または、前記粉末をペレットに成型したものを装置内の前記循環気流の加熱のための燃料として用いることが好ましい。
前記燃料の余剰燃焼発熱量により給水から蒸気を発生させることが好ましい。
また、前記循環気流として過熱蒸気を用い、前記原料から発生する蒸気に見合う量を前記循環気流より抜き出して前記原料の予熱および予備乾燥に用いることが好ましい。
【００２２】
例えば、原料が汚泥であれば、粉砕処理(粉砕および乾燥)で生成した汚泥含有水分よりの蒸発蒸気を、水分率の高い原料汚泥の予備乾燥に用い、予備乾燥された原料を粉砕処理し、乾燥粉末とし、乾燥粉末を循環気流温度調節装置（加熱炉）の粉末燃料とし、あるいは、粉末をペレット状に成型し燃料とし使用し、焼却することにより、燃焼排ガスには汚泥の蒸発水分は含まれず、燃焼排ガス処理も簡単となり、全体が簡単化した装置により、補助燃を必要としない汚泥の焼却処理ができる。
【００２３】
また、例えば、原料が水分含有率の比較的低い、間伐材、剪定材、稲藁、草等の原料であれば、粉砕処理し、得られた乾燥粉末を循環気流温度調節装置（加熱炉）の粉末燃料とし、あるいは、粉末をペレット状に成型し燃料とし、循環過熱蒸気の加熱源とするとともに、余剰熱量で蒸気を発生させるボイラーとすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の粉末製造装置によれば、２重の循環路により容器内には２つの循環気流が合流した合流気流となり、たとえ水分を含む重い原料、粘着性有する塊状の重い原料、サイズも大きい重い原料であっても、また軽い原料であっても、容器内に流動させ、第1循環路を循環させ、それぞれの原料の性状に合わせた適正な粉砕処理を行うことができ、高品質の粉末を製造することができる。
また、本発明の粉末製造装置によれば、第２循環路の循環流量は少なくなり、第２循環路の循環気流は大気放出されず循環利用が可能となる。つまり、高エネルギー効率となり、また装置が小型化し、装置全体コストを低減することができる。これより低コストで、短時間で、粉末の連続生産ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の粉末製造装置の実施例を説明する。
本発明の粉末製造装置は、第１循環路と第２循環路の２重の循環路を備えた構成であり、循環気流を媒介して原料の粉砕処理、原料の乾燥処理、原料の滅菌処理、原料の加熱調理、原料の焙煎処理、原料の含有液体の気化処理などを実行するものである。
【００２６】
ここで、循環路（第１循環路、第２循環路）とは循環気流が環状に周回する経路である。なお、循環路には循環気流が迂回する迂回路が設けられても良い。これら迂回路は循環気流がこれらを通って最初の地点に戻る周回路が形成される場合には循環路の一部とみなすことができる。
また、循環路を循環気流が「循環する」とは、循環気流の一部が循環する場合を含む。即ち、循環路中の循環気流の一部が系外に排出されてもよい、また逆に系外の気体が循環路に導入されても良い。
【００２７】
なお、循環路を循環する循環気体は、原料の酸化を回避するため過熱蒸気及び窒素等の不活性ガスが望ましいが、燃焼排ガス、又空気を含むガスであっても良い。循環気流が原料を粉砕処理する際に発生した気体を含んでいても良い。
【００２８】
第１循環路と第２循環路の共通する経路部分として、本発明では「容器」と呼ぶ密閉空間がある。
原料は、粉末製造装置の系外から投入されるが、容器に設けられた原料供給装置から導入されても良いし、第１循環路や第１循環路の迂回路や第２循環路などに対して設けられた原料供給装置を介して系外から導入する構造であっても良い。また、系外に設置された原料供給装置により循環気流と同じ気体をキャリアーとし原料を移送し、キャリアー気体とともに原料を系内に導入しても良い。原料供給装置は原料を定量的に供給できれば、特に制限はない。
【００２９】
本発明の粉末製造装置の原料としては、野菜、穀物、豆類、芋類、魚、海藻、茶葉、薬草などの食品原料、また、生オカラ、発酵魚残渣、茶ガラ、コーヒー粕、鰹ダシガラ、リンゴ絞り粕、酒粕などの食品加工副産物のいずれかまたはそれらの組み合わせ、また、木、間伐材、剪定材、竹、草、稲藁などのバイオマスのいずれかまたはそれらの組み合わせ、また、汚泥または含水廃棄物のいずれかまたはその組み合わせ、また、化学薬品、プラスチック、ゴム、医薬品、化粧品、塗料などの化学生成物のいずれかがあり得る。
【００３０】
また、本発明の粉末製造装置では、第１循環路内に粉砕機が設けられた構成となる。
粉砕機は、原料を循環気体の存在下で粉砕することができる粉砕機能を有していれば、その構成は特に制限はない。粉砕機が、粉砕機能に加えて送風機能を有することが好ましい。これにより、第１循環路に沿って循環気流及び原料を循環させるための送風機（循環ファン）を別途設ける必要がなくなる。
【００３１】
また、本発明の粉末製造装置では、循環路内に粉末回収装置が設けられた構成となる。粉末回収装置は循環気流から粉末を捕集し回収することができれば特に制限は無く、公知の装置を用いることができる。例えば、遠心力を利用するサイクロン回収装置や粉体を捕捉するバグフィルタなどを用いることができる。
【００３２】
また、本発明の粉末製造装置では、循環路内に循環気流の温度を調整するため、循環気流温度調節装置が設けられた構成となる。この循環気流温度調節装置において乾燥粉末の一部または全量を燃料として燃焼させて利用すれば回収した粉末の熱エネルギーを有効利用できる構成となる。なお、装置全体で熱を高効率に利用するため、粉末が回収された後の循環気流の少なくとも一部を原料の予熱処理装置に導入して原料の予熱処理を行えば、排気加熱気体の熱エネルギーをも有効利用できる構成となる。
【００３３】
以下、図面を参照しつつ本発明の粉末製造装置の実施例を説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３４】
本発明の実施例１に係る粉末製造装置１００について説明する。
実施例１は、原料が水分を含む含水原料であり、循環気流として過熱蒸気を用いて含水原料を粉砕処理する構成例である。
図１は、本発明の実施例１にかかる粉末製造装置全体の構成例を簡単に示すブロック図である。
【００３５】
実施例１にかかる本発明の粉末製造装置１００は、図１に示すように、原料供給装置１０と、粉砕処理装置２０と、粉末回収装置３０、排気処理装置４０、循環気流温度調整装置５０を備えたものとなっている。
【００３６】
原料供給装置１０は、原料を一時的に貯留するホッパー１１とホッパーの下端に設けられた定量供給装置１２とを備える。定量供給装置１２の出口は、容器２１の原料導入口２１ｅに接続されている。定量供給装置１２は、原料を定量的に供給できれば、特に制限はないが、例えば、スクリューフィーダー、ロータリーバルブなどを用いることができる。
【００３７】
粉砕処理装置２０は、容器２１と粉砕機２２で構成され、容器２１と粉砕機２２間が配管で接続されて過熱蒸気の循環気流が流れている。この容器２１と粉砕機２２の接続は図２から図４に示すように複数の配管パターンがあるが、まず、図２の配管パターンを例に容器２１と粉砕機２２の構成を説明する。他の配管パターンは後述する。
図２は、図１における原料供給装置１０と粉砕処理装置２０を取り出して示した図である。
【００３８】
容器２１の第１排出口２１ａと粉砕機２２の吸引口は配管１０１ａで接続され、粉砕機２２の吐出口と容器の第１流入口２１ｂは配管１０１ｂで接続されている。このように、配管１０１ａと配管１０１ｂにより、容器２１、第１排出口２１a、配管１０１ａ、粉砕機２２、配管１０１ｂ、第１流入口２１ｂを循環する第１循環路１０１が形成されている。ここで、粉砕機２２は送風機能を有しているので、第１循環路１０１に過熱蒸気の循環気流が形成される。
【００３９】
また、容器２１の第２排出口２１ｃと粉末回収装置３０は配管２０１ａで接続され、粉末回収装置３０と循環気流温度調節装置５０内の循環気流温度調節器５３は排気処理装置４０を介して配管２０１ｂで接続され、循環気流温度調節器５３と容器２１の第２流入口２１ｄは配管２０１ｃで接続されている。このように配管２０１ａ〜２０１ｃにより、容器２１、粉末回収装置３０、排気処理装置４０、循環気流温度調節器５３、容器２１を順に環状に接続した第２循環路２０１が形成されている。ここで、第２循環路２０１の配管２０１ｂ上には、気体を循環させるための循環ブロワ２０２が設けられており、循環ブロワ２０２の送風力により第２循環路２０１に過熱蒸気の循環気流が形成される。
【００４０】
容器２１は、円筒形であり、下部にサポート部材６０を備えている。サポート部材６０は本体部材６１と整流板６２で構成され、整流板６２は多数の開孔を有する。また容器２１の第２流入口２１ｄが容器２１の下部に、第２排出口２１ｃが上部に設けられている。第２流入口より容器２１に流入した気体（過熱蒸気）は整流板６２の開孔を通過し、容器２１内部を上昇する。
【００４１】
また、粉砕機２２からの送風が送り込まれる第１流入口２１ｂは、サポート部材６０の上方の位置にて容器の内壁面に沿う方向に設けられている。第１流入口２１ｂが容器２１の内壁面に沿う方向に設けられているので、第１流入口２１ｂから容器２１の内部に送り込まれた循環気流は容器２１の内壁面に沿って旋回するように上昇してゆく。
【００４２】
また、粉砕機２２へ循環する経路となる第１排出口２１ａが第２排出口２１ｃの下方の位置にて容器２１の内壁面に沿う方向に設けられている。第１排出口２１ａが容器２１の内壁面に沿う方向に設けられているので、容器２１内において内壁面に沿って旋回している循環気流が第１排出口２１ａから粉砕機２２へ導かれやすいように構成されている。
【００４３】
このように、容器２１内において、第１排出口２１ａと第１流入口２１ｂが容器２１の内壁面に沿う方向に設けられていることにより、粉砕機２２の送風力により第１循環路１０１を介して容器２１内部に過熱蒸気の旋回流が形成されることとなる。
【００４４】
粉砕機２２は図５に示すように、吸引口７１と吐出口７２が設けられたケーシング７０と、前記ケーシング内に設置された羽根車７３と、スクリーン７４と羽根車７３を回転させる電動機７５を備えている。
スクリーン７４は、例えばステンレス鋼などの金属材料からなり、多数の開孔を有する円筒状の部材である。
【００４５】
粉砕機２２は、粉砕機能と送風機能を有している。
粉砕機能に関しては、電動機７５により羽根車７３が回転すると、気体とともに原料を吸引口７１より吸引する仕組みとなっており、粉砕機内で原料は、スクリーン７４に囲まれた空間で、羽根車７３による打撃、スクリーン７４の内周面への衝突、羽根車７３とスクリーン７４の内周面とによるせん断、原料同士の衝突、スクリーン７４の開孔を通過する際の削りなどを受け粉砕される。
送風機能に関しては、粉砕機能により粉砕された原料はスクリーン７４の開孔を気体とともに通過し、気体とともに排出口７２より高速（例えば１５m/s〜３０m/s）で排出される。なお、電動機７５はインバーター制御により可変速で運転できるものであることが好ましい。
【００４６】
ここで、本発明の粉末製造装置１００では、容器２１内において大きな気流を得ることができる点について説明しておく。
本発明の粉末製造装置１００で取り扱う原料のうち水分を多く含む原料、例えば食品生原料は適正な大きさに切断されたものであっても水分を多く含んで重いものであり、また、食品加工副生物（おから、茶殻、コーヒー粕等）は小片であってもその粘着性により塊状を成しており重いものである。これら重い原料を流動させるには大きな気流量を必要とする。
【００４７】
本発明の粉末製造装置１００の容器２１には第１流入口２１ｂより第１循環路１０１の循環気流と第２流入口２１ｄより第２循環路２０１の循環気流が流入し、容器２１内で合流する。
例えば、第２流入口２１ｄより流入する第２循環気流の量を“１気流量”とし、第１流入口２１ｂより流入する第１循環気流の量を第２循環気流の量の２倍の“２気流量”とした場合、容器２１内の第１流入口２１ｄと第２排出口２１ａの空間、すなわち原料が旋回流動上昇する空間の循環気流量は、“１気流量”＋“２気流量”＝“３気流量”となる。
ここで、原料の容器２１内の流動上昇に３気流量を必要とし、第１流入口２１ｂよりの気流の流入がない場合、すなわち第1循環路１０１がない場合であれば、第２流入口２１ｄよりの流入気流量は“３気流量”が必要となる。言い換えれば、第1循環路１０１を有することにより第２流入口２１ｄよりの流入気流量を１／３に削減することができる。
【００４８】
第２流入口２１ｄより流入した循環気流量に見合う量の循環気流が第２排出口２１ｃより排出され、第２循環路２０１を循環する。このことは、第１循環路を有することにより、第２循環路２０１の循環気流量を削減することができることを意味し、また、これにより、第２循環路２０１上の粉末回収装置３０、循環ブロワ２０２、循環気流温度調節装置５０が小型化でき、また、循環ブロワ２０２の消費電力を大きく削減することができることを意味する。
【００４９】
次に、第２循環路２０１による装置全体のエネルギー効率を向上させる点について説明する。
第２循環路２０１がない場合、容器の第２流入口２１ｄより流入した気体は、粉末回収装置３０により粉末を回収された後、全量が大気に放出されることとなる。ここで第２循環路２０１を設けることにより、粉末回収装置３０による粉末回収後の気流は第２循環路２０１に循環させることができ、粉末回収後の気体をそのまま大気に放出することなく循環利用され、気体の保有するエネルギーは有効利用され、エネルギーロスを削減することができる。
【００５０】
次に、粉砕機２２における含水原料の乾燥工程の進行について説明する。
粉砕機２２は粉砕機能と送風機能を備え、吸引口から気流とともに原料を吸引し、且つ、粉砕した原料を吐出口から送り出す。原料供給装置１０より第１循環路１０１に導入される含水原料は、既に第１循環路１０１を循環して乾燥状態が進行しつつある循環気流中の粉砕物と混合される。その混合物の平均水分率は、含水原料自体の水分率に比べ低いものである。このように、第１循環路１０１を循環して粉砕機２２に吸引されて粉砕処理が進むにつれ平均水分率が下がってゆく。このことにより含水原料であっても、原料が装置内の壁面に付着したり、装置内で閉塞を起こしたりすることなく稼動させることができる。
つまり、原料供給装置１０により供給された含水原料は第１循環路１０１を循環気流（過熱蒸気）とともに循環し、何度も粉砕機２２で粉砕され、乾燥され、所定の大きさに粉砕処理された粉末となるまで第１循環路１０１を循環する。これにより原料を微粉末とすることができる。
【００５１】
また、原料は粉砕されることで表面積が拡大する。表面積の拡大により急速に含水原料の乾燥が進む。このことで高効率の乾燥が可能となり、大型の乾燥機を用いることなく、含水原料を乾燥させることができる。
もちろん、水分含有率が低いもののサイズが大きく重い原料であっても問題なく粉砕処理ができる。
【００５２】
次に、粉砕機２２における含水原料の粉砕工程の進行について説明する。
本発明の粉末製造装置１００は、容器２１内に循環気流の旋回流を形成し、原料を旋回流による遠心力及び循環気流により分級することができる。分級により所定の大きさまで粉砕処理された粉末のみを循環気流とともに容器２１の第１排出口２１ａより排出して第２循環路２０１に導き、未だ所定の大きさに分級されていない状態の原料は引き続き第１循環路１０１に循環させる構成となっている。
【００５３】
容器２１の内部には粉砕機２２の送風力により循環気流の旋回流が形成されており、粉砕処理中の原料は当該旋回流により旋回し遠心力を受ける。粉砕処理が未だ進んでいない重い原料は容器２１内の外側、つまり容器２１内壁面に近い側を、粉砕処理の進んだ軽い粉末化原料は、容器２１内の内側、つまり容器２１中心に近い側を旋回する。容器２１中心側を旋回する粉末化原料は、そのまま旋回流とともに容器２１内を上昇してゆき、容器２１上部の第２排出口２１ｃより循環気流とともに排出される。一方、粉砕処理が未だ進んでいない重い原料は再度第１循環路を循環して粉砕機２２により吸引されてさらなる分級が進む。
このように、なんら特別な分級機構、機械式分級機を設けることなく、第１循環経路および第２循環経路の循環気流の流量を適正に制御することにより、原料を所望の大きさに分級した製品粉末とすることができる。
【００５４】
容器２１と粉砕機２２の配管構成は図２の例をもとに説明したが、容器２１と粉砕機２２の配管構成として他のパターンを説明する。
まず、図３に示す構成では、第２循環路２０１の配管２０１ａにつながる第２排出口２１ｃが容器２１の上部に設けられ、その位置より下の容器の内壁面に第１循環路１０１の配管１０１ｂにつながる第１流入口２１ｂが設けられ、さらにその位置より下の容器の内壁面に第２循環路２０１の配管２０１ｃにつながる第２排出口２１ｄが容器２１の内壁面に設けられ、さらに容器の下部に第１循環路１０１の配管１０１ａにつながる第１排出口２１ａが設けられた構成となっている。なお、第１流入口２１ｂと第２流入口２１ｄは容器２１ａ内壁面に沿う方向に設けられている。
【００５５】
容器２１内に形成される気流としては、図３に示すように、第１流入口２１ｂより下部においては下降する旋回流が形成され、また、第１流入口２１ｂより上部においては上昇する旋回流が形成されている。
容器２１に導入された原料は、第１循環路１０１を循環する循環気流に乗って既に粉砕処理中の原料と共に容器２１の下部の第１排出口２１ａより排出され、粉砕機２２に吸引されて粉砕された後、第１流入口２１ｂより容器２１内部に流入し第１循環路１０１を循環する。第１循環路１０１の循環の過程において所定の大きさに粉砕され乾燥された粉末は、軽いために第１流入口２１ｂより高く上昇し、第２排出口２１ｃに向かう上昇旋回気流により第２循環路２０１の配管２０１ａに排出され、第１循環路１０１を離れて第２循環路２０１に移行する。一方、第１循環路１０１の循環の過程において未だ所定の大きさに粉砕されていない原料は重い状態であり、下方に向かう旋回流とともに下降し、第１循環路１０１を再び循環する。
ここで、容器２１内における第１循環路１０１の循環気流の量は、第２流入口２１ｄより流入する第２循環路の循環気流の量よりも大きいことが好ましく、例えば１．５倍、さらには２倍以上であることが好ましい。
【００５６】
次に、図４に示す構成では、容器は、下部容器２１Ａと上部容器２１Ｂを備えた構成となっている。下部容器２１Ａは図２に示す容器２１と同様のものであるが、上部容器２１Ｂは下部容器２１Ａに対して同心円状に取り付けられ、通気路２１ｆを介して接続されている。上部容器２１Ｂの構造はいわゆるサイクロン分離器の構造となっている。
【００５７】
次に、図４に示す配管構成では、循環路として、下部容器２１Ａと第１粉砕機２２Ａで形成される第１循環路１０１Ａと、上部容器２１Ｂと第２粉砕機２２Ｂで形成される第１循環路１０１Ｂを有するものとなっている。
下方の容器２１Ａの配管は概ね図２に示した容器２１の配管と同様であるが、 第２排出口に相当する通気路は、第２の循環路２０１を考えれば、容器２１Ａの上方の容器２１Ｂにつながる通気路２１ｆとなっている。
上方の容器２１Ｂの配管としては、第１の流入口２１ｈは容器２１Ｂの上部の位置において容器の内壁面に沿う方向に設けられている。また、第１の排出口に相当する部分は、下方の容器２１Ａの上部に２１ｇとして設けられている。第２の流入口に相当する部分は、第２の循環路２０１を考えれば、下の容器２１Ａとの通気路２１ｆが相当する部分となっている。第２の排出口２１ｉは容器２１Ｂの中心線上の位置にその下部が容器２１Ｂの内部に挿入された状態で設けられている。
【００５８】
原料供給装置１０により容器２１Ａに導入された水分を含む含水原料は、既に第１循環路１０１Ａで粉砕および乾燥の進んだ原料と混合し、混合物となり第１循環路１０１Ａを循環する。循環のたびに第１粉砕機２２Ａで粉砕され第１循環路１０１Ａで乾燥され、所定の軽さとなった原料は容器２１Ａの上部に形成される上昇旋回流とともに上昇するが、一方、通気路２１ｆを介して容器２１Ｂより下降してくる下降気流と合流し、容器２１Ａの第２排出口２１ｇより、粉砕機能と送風機能を有する第２粉砕機２２Ｂに吸引される。
【００５９】
下方の容器２１Ａの第１の循環路１０１Ａを循環して第１粉砕機２２Ａにより細かく粉砕された原料は上方の容器２１Ｂに送られる。
上方の容器２１Ｂの第１の循環路１０１Ｂを循環して第２粉砕機２２Ｂにより細かく粉砕される。第２粉砕機２２Ｂでさらに細かく粉砕された原料は容器２１Ｂの第１の流入口２１ｈより気流とともに容器２１Ｂの中に流入し、容器２１Ｂ内部の内壁面と第２の排出口２１iの外壁の空間を旋回しながら下降する。粉砕処理が進む原料は所定の大きさに粉砕され乾燥されるまで通気路２１ｆを通って容器２１Aの頂部に流入し、容器２１Ａを上昇してきた上昇気流と合流し、再び第２排出口２１gより第２粉砕機２２Ｂに吸引され、再び第１循環路１０１Ｂを循環気流とともに循環する。
第１循環路１０１Ｂを循環するうち、所定の大きさに粉砕され、乾燥した粉末は軽いため、容器２１Ｂ内部の中央部分に配置された第２の排出口２１ｉ内に生じている上昇気流に引き込まれ、第２の排出口２１ｉを通って第２循環路２０１の配管２０１ａより排出される。このようないわゆるサイクロン式の遠心分離機能により、より精度の高い粉末の分級ができ、微細な粉末の生産ができる。
【００６０】
容器２１Ａ内における第１循環路１０１Ｂの循環気流量は、第２流入口２１ｄより流入する第２循環路２０１の配管２０１Ｂの循環気流量と同量もしくはそれ以上が好ましい。また、第１循環路１０１Ａの循環器流量は、第１循環路１０１Ｂの循環流量以上で、第２循環路の循環気流量の１．５倍以上、好ましくは２倍以上がのぞましい。
【００６１】
２台の第１粉砕機２２Ａ、第２粉砕機２２Ｂよる２段粉砕処理と、２つの第１循環路１０１Ａと第１循環路１０１Ｂを設けることで、サイズが大きく重い高水分含有率の原料や粘性の大きな高水分含有率の塊状の重い原料であっても、粉砕・乾燥し、より細かい微粉末とすることもできる。
【００６２】
なお、図２、図３、図４に示した構成例では、容器２１は縦型に配置されているが、縦型配列に限定されず、横型に配列されるものであってもよい。容器内に第１循環気流、第２循環気流ともに旋回気流が形成され、粉砕処理される原料に対して遠心力がかかって分級される機能を有するものであればよい。
【００６３】
次に、図１に戻り、他の構成要素の説明を続ける。
粉末回収装置３０は、容器２１内で所定の大きさに粉砕処理された粉末を循環気流より分離し回収するものである。
粉末回収装置３０は、サイクロン分離器３１を備えている。サイクロン分離器３１において遠心分離された粉末は粉末ホッパー３２に落下し貯留される。粉末分離後の循環気流はサイクロン分離器３１の排出口より排出される。
図１の構成では１台のサイクロン分離器３１の構成としたが、他の構成も可能である。例えば、サイクロン分離器３１とマルチサイクロンとの組み合わせとしてもよい。また、サイクロン分離器３１に代えてバグフィルタとする構成でもよい。さらにサイクロン分離器３１とバグフィルタなどを組み合わせた構成でもよい。
【００６４】
次に、循環気流温度調節装置５０を説明する。
循環気流温度調節装置５０は、第２循環路２０１において循環気流の温度を所定の温度に保持するものである。循環気流が過熱蒸気である場合、温度が低下すると凝縮するため、このため循環気流の温度を、粉砕処理装置２０での原料の乾燥のためエネルギーを放出し温度が低下した状態にあっても、飽和温度以上の温度に保持する必要がある。そこで、第２循環路２０１の経路中に循環気流温度調節装置５０を設けて循環気流の温度を飽和温度以上の所定の温度に保持する。
【００６５】
図１の構成例では、粉末回収装置３０の排出口に接続されている配管２０１ｂ上に設けられた温度調節器５０１により循環気流である過熱蒸気の温度を検出し、循環気流温度調節装置５０の加熱炉５１の燃料量および燃焼空気量をそれぞれ燃料調節弁６０１および燃焼空気調整弁６０２を作動させ、燃料の燃焼発熱により循環気流温度調節器により循環気流（過熱蒸気）を加熱し、原料の乾燥に必要なエネルギーを循環気流に加え高温の過熱蒸気とし、粉砕処理装置２０で原料の乾燥にエネルギーを放出し、温度が低下した状態であっても、飽和温度以上の所定の温度に保持する構成となっている。粉砕処理装置２０の容器２１内の過熱蒸気温度、すなわち原料の処理温度は温度調節器５０１の設定温度と連動し変化する。設定温度を高くすれば、粉砕処理装置内の温度も高くなり、低くすれば低くなる。温度調節器５０１の設定温度により粉砕処理装置２０内の温度を任意の所定の温度にすることができる。
【００６６】
容器２１内の過熱蒸気の温度を調整することで、原料に粉砕、乾燥に加え、処理を施すことができる。たとえば、容器２１内の過熱蒸気の温度を１１０℃とすれば原料の滅菌処理ができる。また、より高い温度とすれば加熱調理された粉末となる。さらに、２００℃近辺の温度とすれば原料を焙煎処理した焙煎粉末とすることもできる。
【００６７】
なお、図１の構成例では循環気流温度調節装置５０は縦型の加熱炉の例であるが、横型であってもよい。
また、図１に示した循環気流温度調節装置５０は燃料を燃焼させる加熱炉タイプであるが、循環気流温度調節装置５０で使用する燃料は限定されず液体、気体、固体燃料のいずれであってもよい。
【００６８】
なお、循環気流温度調節装置５０は燃料を燃焼させる加熱炉タイプに限定されない。例えば、電気ヒーターであっても良い。水分含有率の小さい原料である場合は、循環気流温度調節装置５０による循環気流の加熱に必要なエネルギーも少なくて済むので、電気ヒーターでも適用することができる。
【００６９】
次に、排気処理装置４０について説明する。
排気処理装置４０は、循環気流の１部を系外に放出する機構であり、配管２０１ｂに対して配管３０１を介して接続されている。
粉末を回収した後の過熱蒸気の循環気流には、原料水分より気化した蒸気や気化したガスが含まれている。これら気体を系外へ放出しなければ循環路（第１循環路１０１、第２循環路２０１）内の圧力が上昇してしまう。排気処理装置４０は、配管２０１上に設けられた圧力調節器５０２により圧力を検出し、配管３０１上に設けられた圧力調整弁６０３を作動させ、原料水分より気化した蒸気や気化したガスの量に相当する量の過熱蒸気を抜き出すことにより循環路の過熱蒸気の圧力を所定の圧力に保持する。抜き出された過熱蒸気を冷却器４１で冷却し、凝縮し、系外に放出する。また凝縮しないガスは、配管３０２により加熱炉５１に導入し、分解・燃焼させて放出する。
【００７０】
循環過熱蒸気中に原料より気化したガスが蓄積し、循環過熱蒸気中のこれらの気化ガス濃度が上昇し、製品粉末に影響をあたえる恐れのある場合は、配管２０１ｂ上にガス分析調節器５０３を設け、ガス濃度を検出し、気体導入調節弁６０４を操作し、系外より蒸気を導入し、ガス濃度を所定の濃度以下に維持することが好ましい。この場合は、調節弁６０４より導入された蒸気量と原料水分より気化した蒸気および気化したガスの量に相当する量の過熱蒸気を循環路から圧力調整弁６０３により抜き出す。
【００７１】
なお、冷却器４１で凝縮した液中に有用な成分が含まれる場合は、凝縮水を有効利用することもできる。冷却器４１に用いられる冷却媒体は冷却水や空気であってもよい。冷却媒体を給水とし、温水とし系外に供給すれば、装置内の熱エネルギーを有効利用することができる。
【００７２】
ここで、水分を多く含む原料、例えば水分含有率が７５％以上の原料のような場合、循環路より抜き出される過熱蒸気のエネルギーは大きなものとなる。そこで、排気処理装置４０の代わりに原料予備乾燥装置を設け、圧力調節弁６０３より抜き出された過熱蒸気を原料予備乾燥装置に導入すれば、原料を予備加熱、予備乾燥することができる。原料予備乾燥装置において、予備加熱、予備乾燥され水分含有率の低下した原料が粉砕処理装置２０に導入されることにより、粉末製造装置１００全体で消費される燃料を低減することができる。
【００７３】
一方、水分含有量の少ない原料や臭気の強くない原料の場合は、冷却器４１を設けず、調整弁６０２より抜き出された過熱蒸気をそのまま大気に放出してもよい。
【００７４】
次に、循環ブロワ２０２について説明する。
図１の構成例では、配管２０１ｂ上に循環ブロワ２０２が設置されている。循環ブロワ２０２により第２循環路２０１に循環気流が形成される。循環ブロワ２０２は風量を容易に調整できるようにインバーターモーター駆動が望ましい。
【００７５】
排気処理装置３０を経た過熱蒸気は循環気流温度調節装置５０の加熱炉５１に導入される。循環蒸気は、温度調節器５０１により調整された燃料の燃焼により、所定の温度に加熱され、加熱炉５１の排出口と容器２１の第２流入口２１ｄを接続する配管２０１ｃ通って容器２１に導入され、第２循環路２０１を循環する。
【００７６】
以上、実施例１として、水分を含む原料を循環気流に過熱蒸気を用い粉砕処理する構成例を示した。実施例１の粉末製造装置１００によれば、２つの第１循環路１０１、第２循環路２０１を備えることにより、容器内には２つの循環気流が合流した合流気流となり、たとえ水分を含む重い原料や粘着性を有する塊状の重い原料であっても過熱蒸気を用いて容器２１内を流動させ、第１循環路１０１を循環させて適正な粉砕処理を行うことができるとともに、適切な粉末の回収と熱エネルギーの有効利用をすることができる。
【実施例２】
【００７７】
本実施例２にかかる粉末製造装置１００ａは、循環気流として過熱蒸気を使用し、原料として水分含有率の低い乾燥状態の原料（乾燥原料）を粉砕処理するために適した構成のものである。
乾燥原料を大気中の酸素が遮断された密閉系で粉砕処理ことにより、原料の酸化による品質劣化の極めて少ない高品質の粉末の生産ができる。
【００７８】
図６は本実施例２の粉末製造装置１００ａの構成を示す図である。図６の構成例では、図１の構成例と同様の部分の図示は省略し、異なる部分を中心に描いている。図６に示すように、本実施例２の粉末製造装置１００ａは、原料供給装置１０、粉砕処理装置２０、粉末回収装置３０、排気処理装置４０ａ、循環気流温度調節装置５０ａを備えた構成となっている。実施例１の各構成要素に比べ、排気処理装置４０ａと循環気流温度調節装置５０ａの構成要素が異なっている。
【００７９】
実施例２では乾燥原料を扱うが、乾燥原料は水分含有率が低いため、粉砕処理過程で生成される原料水分の蒸発蒸気、気化ガス量は少ない。従って、循環路２０１において圧力調節弁５０２により抜き出される過熱蒸気量も少ないため過熱蒸気をそのまま大気へ放出する。大気へ放出する過熱蒸気に臭気がある場合は、図１の冷却器４１（小型のものが好ましい）を設け、蒸気は凝縮させて排水し、凝縮されないガスは例えば活性炭を使用した脱臭器などを通して脱臭してから大気放出することが好ましい。
【００８０】
乾燥原料から生成される気化ガスが循環路に蓄積され、これらのガスの循環蒸気中の濃度が上昇して乾燥粉末等の品質劣化を招く恐れがある場合は、図６に示すように、ガス濃度調節器５０３で第２循環路２０１の循環過熱蒸気中のガスの濃度を検出し、第２循環路２０１の循環過熱蒸気中のガス濃度が所定の濃度以下に保持されるように気体導入調節弁６０４を操作し、蒸気を系外より第２循環路２０１に導入すれば良い。この場合は圧力調節弁６０３により、原料から生成した蒸気と気化ガスおよび気体導入調節弁６０４より導入された蒸気量に見合う量の過熱蒸気を抜き出す。
【００８１】
酸化の恐れのない高品質の粉末、また過熱蒸気により加熱処理された粉末が、乾燥原料より生産できる。また、原料が食材である場合は、焙煎された粉末も生産できる。焙煎粉末を生産する場合は、循環蒸気中に酸素を混入させることが好ましい。このため少量の空気を空気調節弁６０５より第２循環路２０１に導入する。第２循環路中２０１の酸素の濃度はガス濃度調節器５０３で検出し、空気調節弁６０５を操作し、所定の酸素濃度に維持することが好ましい。
【００８２】
乾燥原料を処理する場合は、含水原料を処理する場合に比べ、乾燥に要する熱量を必要としない。そのため循環気流温度調節装置５０で循環蒸気に加えられる熱量は、装置外壁より系外へ放熱される熱量の補充が主となる。
また、粉砕機２２および循環ブロワ２０２の消費電力の一部が循環蒸気の加熱エネルギーとなるため、循環気流温度調節装置５０の加熱能力は小さなもので良く、電気ヒーター５９を用いることもできる。また、燃料を燃焼させ燃焼ガスで加熱する小型の加熱器（実施例１と同様のもの）であってもよい。
【００８３】
粉砕に大きな動力を必要とする強度の高い原料においては、粉砕機２２および循環ブロワ２０２が蒸気に加える熱エネルギーが装置外壁よりの放熱量以上となる場合がある。このような場合には循環気流温度調節器内に加熱器と冷却器を併設することが好ましい。冷却媒体は空気が望ましい。
【００８４】
加熱器は、装置運転開始時に、過熱蒸気が所定の温度となるように加熱したり、装置運転中に、装置外壁からの放熱量の増加による過熱蒸気の温度低下を防止するため加熱したりする場合に使用する。
【００８５】
以上、本実施例２にかかる粉末製造装置１００ａによれば、乾燥原料を大気中の酸素が遮断された密閉系で粉砕処理ことにより、原料の酸化による品質劣化の極めて少ない高品質の粉末の生産ができる。
【実施例３】
【００８６】
本実施例３にかかる粉末製造装置１００ｂは、循環気流として加熱窒素などの不活性ガスを使用し、原料として水分を含む含水原料を粉砕処理するために適した構成のものである。
本実施例３にかかる粉末製造装置１００ｂは、大気中の酸素を遮断した密閉系であり、実施例１と比べてより低い温度域、例えば６０〜９０℃で酸化による品質劣化や加熱による品質劣化が極めて少ない高品質の粉末が生産できるものである。
特に、食品生原料、例えば、野菜、豆類、穀物、海草、薬草等について、生原料の品質（色、香りなど）を保持する高品質の粉末生産ができる。
【００８７】
図７は本実施例３の粉末製造装置１００ｂの構成を示す図である。図７の構成例では、図１の構成例と同様の部分の図示は省略し、異なる部分を中心に描いている。図７に示すように、本実施例３の粉末製造装置１００ｂは、原料供給装置１０、粉砕処理装置２０、粉末回収装置３０、排気処理装置４０ｂ、循環気流温度調節装置５０を備えた構成となっているが、実施例１の各構成要素に比べ、排気処理装置４０ｂの構成要素が異なっている。
【００８８】
実施例３では水分を含む原料を取り扱うが、水分を含む含水原料は、加熱された窒素等の不活性ガス（以下、これらを加熱窒素で代表する）とともに第１循環路１０１を循環しながら粉砕処理されて粉末となる。粉末は容器２１内で分級され、乾燥により生成した原料の蒸発水分および気化ガスを含む加熱窒素とともに容器２１より排出され、粉末回収装置３０で回収される。粉末回収装置３０より排出された粉末回収後の循環加熱窒素には、原料の蒸発水分および気化ガスが含まれている。そのため、これら気体を系外へ抜き出さなければ、系内の加熱窒素の圧力が上昇してしまう。
【００８９】
ここで、窒素は常温で気体であるため、原料の蒸発水分除去のため、粉末回収後の加熱窒素の全量を図７に示す冷却器４１ｂに導入し冷却し、蒸発水分を凝縮させた後、系外へ放出することにより除去する。
また、冷却により凝縮しない気化成分については、圧力調節器５０２で第２循環路２０１の圧力を検出し、圧力調節弁６０３を操作し、凝縮しない気化成分量に見合う量の気化成分を含む窒素を圧力調節弁６０３を通して第２循環路２０１より抜き出し、第２循環路２０１の加熱窒素の圧力を所定の圧力に保持する。抜き出された気化成分を含む窒素は循環気流温度調節装置５０の加熱炉５１に導入し、分解燃焼させる。
【００９０】
なお、冷却器４１ｂに用いる冷媒は冷却水であるが、冷媒は空気であってもよい。冷却器４１ｂより排出される窒素の温度は、温度調節弁６０６により冷却水量を操作することにより所定の温度に保持される。
冷却器４１ｂより排出された窒素には、温度調節器５０４の設定温度の飽和水蒸気が含まれる。
窒素中の水蒸気量を少なくすることで、より品質の高い粉末を生産できる場合は、冷媒に、より温度の低い冷水等を用い、冷却器４１ｂより出る循環窒素の温度を低い温度とするとよい。冷却器４１ｂより出る循環窒素の温度を低くすることにより、粉砕処理装置２０、第１循環路１０１内の加熱循環窒素の温度を低くすることができ、温度による品質劣化が少ない高品質の粉末の生産ができる。
【００９１】
循環ブロワ２０２は冷却器４１ｂの排出口と加熱器５１の流入口を接続する配管２０１ｂ上に設置している。循環ブロワ２０２の設置場所は第２循環路２０１上のいずれの場所であってもよい。
運転の経過とともに循環窒素中に原料から気化した水分以外のガスが蓄積し、循環窒素中の気化ガス濃度が上昇する場合がある。高品質の粉末生産には、これらの気化ガスの濃度を、低く保つことが好ましい。そこで、ガス分析調節器５０３により、第２循環路２０１の循環窒素に含まれる原料よりの気化ガス濃度または窒素濃度を検出し、循環窒素に含まれる原料よりの気化ガス濃度が所定の濃度以下となるよう気体導入調節弁６０４を作動させ系外より窒素を導入する。系外から導入された窒素の量と、原料から気化した気化ガス量に相当する循環窒素が圧量調節弁６０３を通って第２循環路２０１より抜き出される。
【００９２】
排気処理装置４０ｂの冷却器４１ｂより排出された循環窒素は配管２０１ｂにより循環気流温度調節装置５０に導入され、所定の温度に加熱され、配管２０１ｃにより粉末処理装置２０に導入され、第２循環路を循環する。
【００９３】
本実施例においては、より高温、例えば、温度調節器５０１の設定温度を８０℃以上とすることで含水食品原料に対する滅菌処理を行ったり、含水食品原料の加熱調理粉末も生産したりすることができる。
【実施例４】
【００９４】
実施例４として、原料が石油化学工業、医薬品工業、化粧品工業等における未反応原料（モノマー）および溶剤等を含む反応生成物であり、その粉末化処理、精製処理、未反応モノマーや溶剤の回収処理について述べる。
実施例４の粉末製造装置の構成自体は、実施例３の粉末製造装置１００ｂと同様の構成で良く、ここでの図示は省略する。循環気流として加熱窒素を用いる。
【００９５】
粉末製造装置１００ｂにおいて、第１循環路１０１に原料として供給された反応性生成物は、循環経路１０１を加熱窒素とともに循環しながら、分塊・粉砕される。また、生成物に含まれる未反応モノマーおよび溶剤等は加熱循環窒素により加熱され、気化ガスとなる。
【００９６】
未反応モノマーおよび溶剤等が気化除去され、容器２１内の分級機能により均一な粒子となった反応生成物は、気化した未反応モノマーや溶剤を含む循環加熱窒素とともに容器２１の第２排出口２１ｃから排出され、粉末回収装置３０に導入される。
【００９７】
粉末回収装置３０において、反応生成物は循環加熱窒素より分離され回収される。反応生成物を回収した後の循環加熱窒素は、排気処理装置４０ｂの冷却器４１ｂに導入され冷却される。冷却により循環窒素中の未反応モノマーおよび溶剤等は液化し、回収され、反応系へ送られる。同様に循環窒素濃度の維持のため調整弁６０４より導入された量および冷却器４１ｂでは液化しない原料反応性生物から出る気化ガス量に見合う量の循環加熱窒素が圧力調節弁６０３を通って抜き出され、反応系へ送られる。
【００９８】
排気処理装置４０ｂは系外の反応系に設置されてもよく、粉末回収後の循環加熱窒素が系外の処理装置に移送され、処理された循環窒素が送気され、循環してもよい。
冷却器４１ｂで未反応モノマーおよび溶剤等を除去された窒素ガスは、循環気流温度調節装置５０に導入され、所定の温度に加熱され、加熱された窒素は、粉砕処理装置２０の容器２１に導入され、循環路（第１循環路、第２循環路）を循環する。
【００９９】
粉末製造装置１００ｂは反応系に組み込まれた１つのシステムであってもよい。
原料は原料供給装置１０により第２循環路２０１の迂回路に導入し、迂回路により循環気流をキャリアーとし第１循環路１０１に導入してもよい。
【０１００】
以上、実施例４に示す粉末製造装置１００ｂによれば、大気中の酸素が処断された密閉系の装置により反応生成物を高効率、低コストで精製処理することができ、高品質の粉末生成物とすることができるとともに未反応モノマーおよび溶剤等を効率よく回収することができる。
【実施例５】
【０１０１】
実施例５として、原料が含有水分量の少ない乾燥原料、特に、健康食品、漢方薬、有機物以外のプラスチック、ゴム、医薬品、化粧品等であり、その粉末化処理に適した構成について述べる。
大気中の酸素が処断された密閉系で常温に近い低温域で粉砕されるため、酸化および加熱による品質劣化が極めて少ない高品質の粉末が生産できる。
【０１０２】
本実施例５の粉末製造装置１００は実施例３に示した図７の構成例の循環気流温度調節装置５０を除く構成で良い。なお、循環気流として窒素を用いる。
原料は乾燥原料であるので乾燥の加熱は必要なく、循環窒素の加熱のための加熱器は必要としない。また温度調節器５０１も必要としない。
【０１０３】
粉砕機２０および循環ブロワ２０２の動力の一部が循環窒素の加熱エネルギーとなり、循環窒素は加熱される、加熱エネルギーは蓄積され循環窒素の温度は時間の経過とともに上昇する。このため実施例３に用いた冷却器４１ｂを用いて循環窒素を冷却し、循環窒素の温度を温度調節器５０４で検出し、冷却水調節弁６０６を操作し、所定の温度に冷却保持する仕組みとなっている。このように冷却器４１ｂが循環気流温度調節装置５０の役割を担う。なお、冷却器４１ｂの冷媒は実施例３と同様、空気でもよい。冷却器４１ｂより排出された循環窒素は容器２１の第２流入口２１ｄより容器２１に導入され第２循環路を循環する。
【０１０４】
乾燥原料の粉砕処理により原料よりガスが発生し、循環窒素中にガスの蓄積のおそれのある場合は、実施例３と同様、ガス濃度または窒素濃度を検出し、循環窒素が所定の窒素濃度に維持されるように系外から窒素を第２循環路２０１に導入し、また圧力調節弁６０３により原料から発生したガス量および系外より導入した窒素量に見合う量の循環窒素を抜き出して、所定の圧力に保持する。
【０１０５】
以上、本実施例５の粉末製造装置によれば、健康食品、漢方薬の粉末生産に適し、また有機物以外のプラスチック、ゴム、医薬品、化粧品等の微粉末の生産もできる。
【実施例６】
【０１０６】
実施例６として、汚泥処理に適した粉末製造装置１００ｃについて述べる。
従来広く行われていた汚泥焼却処理方法は、粘着結合力の強い高水分含有率の汚泥を炉内に導入し、炉内で補助燃料の燃焼により高温に熱した循環流動砂を燃焼ガスとともに吹き上げ、導入された汚泥と循環流動砂を衝突させ、塊状汚泥を分塊、乾燥させながら燃焼させるものであった。流動砂の吹上、循環、汚泥塊の流動には大きな流速の熱気流が必要となるため、大量の燃焼空気とともに多くの補助燃料を必要とするものであった。汚泥の完全燃焼にはより多くの空気が必要となり、空燃比が大きく、燃焼効率も悪く、大量の燃焼排ガスが生じてしまう。また、燃焼排ガス中には、灰分および汚泥よりの蒸発蒸気が含まれるため、排ガス処理装置は複雑で、大規模なものとならざるを得ない。乾燥すれば資源と成り得るものであるにもかかわらず、補助燃料を使用して無理やり焼却処理することは大きなエネルギーの浪費と言える。
【０１０７】
一方、本発明は、循環気流に過熱蒸気を用い、含水汚泥、含水有機廃棄物を粉砕して乾燥粉末とし、得られた乾燥粉末を粉末燃料としまたは粉末を成型したペレット燃料とし、過熱蒸気の加熱燃料として有効利用するものである。また、原料の乾燥により生成する蒸気も含水原料の予熱および予備乾燥に用いることを特徴としている。
【０１０８】
図８は本実施例６の粉末製造装置１００ｃの構成を示す図である。図８に示すように、本実施例６の粉末製造装置１００ｃは、原料供給装置１０、粉砕処理装置２０、粉末回収装置３０、循環気流温度調節装置５０ｃに加え、原料予備乾燥装置８０を備えた構成となっている。実施例１の各構成要素に比べ、排気処理装置４０がなく、粉末回収装置３０ｃ、循環気流温度調節装置５０ｃの構成要素が異なっており、原料予備乾燥装置８０が加えられている。
【０１０９】
図８に示すように、原料供装置１０と粉砕装置２０の間には原料予備乾燥装置８０が設置されている。原料予備乾燥装置８０は、図１の排気処理装置４０に代わるものである。
【０１１０】
また、循環気流温度調節装置５０は粉末を燃料とする加熱炉形式のものである。
原料供給装置１０により原料予備乾燥装置８０に対して含水原料が導入され、含水原料は第２循環路２０１より抜き出された循環過熱蒸気により加熱され、その含有水分の一部が蒸発し除去される。これにより廃棄されていた排気蒸気の熱エネルギーを回収し、有効利用することができ、熱効率が改善される。
【０１１１】
原料予備乾燥装置８０は、外部筐体に加熱用のジャケットを被せ、また、内部にスクレパー、スクリュー等の回転体を有し、原料塊を回転体の回転により分塊、移動させる機能を備えたものである。さらに、内部気圧を弱負圧に保持するための排気冷却器やエジェクターや真空ポンプなどの真空装置を備えている。
原料予備乾燥装置８０の構成は特に限定されず、第２循環路２０１より抜き出された過熱蒸気により含水原料が乾燥できる気密性を有する乾燥機であればよい。
【０１１２】
なお、予備乾燥装置８０を設けず、図１の構成のように原料を直接、第１循環路１０１に導入してもよい。この場合は、図１に示す排気処理装置４０を設ける必要がある。
予備乾燥装置８０によって水分の一部が乾燥除去された原料は、粉砕処理装置２０の容器２１に原料供給口２１ｅから導入される。容器２１に導入された原料は、既に第1循環路１０１を循環して粉砕・乾燥が進行している原料とともに、循環過熱蒸気にのって第1循環路１０１を循環し、粉砕機２２により何度も粉砕され粉末となってゆく。
【０１１３】
水分を含む粘着性の強い汚泥のあっても、第1循環路１０１内で既に粉砕・乾燥の進んだ粉砕物と衝突し合い、分塊されつつ混合物となり粉砕機２２に吸引される。混合物の平均水分率は原料の水分率に比べ低くなり、装置内に付着したり、装置を閉塞したりすることなく、粉砕され乾燥され粉末となってゆく。
原料に含まれた水分は乾燥により蒸気となり、循環過熱蒸気と同体化する。
所定の大きさに粉砕され、乾燥された粉末は、容器２１内で分級され、循環過熱蒸気とともに容器２１の第２排出口ｃより排出され第２循環路２０１の配管２０１ａを通って粉末回収装置３０ｃに導入される。
【０１１４】
粉末回収装置３０ｃにおいて粉末は、循環過熱蒸気より分離され、粉末ホッパー３２に貯留され、ロータリーバルブ３３および搬送路４０１を経て循環気流温度調節装置５０ｃの燃料供給器５６によりバーナー５２に導入され加熱炉５１の燃料として燃焼される。
【０１１５】
なお、図示しないが、ペレット装置を設け、粉末をペレット装置に導入し、ペレット状に成型し、成型されたペレットを加熱炉５１の燃料としてもよい。
【０１１６】
粉末回収装置３０より排出された粉末回収後の循環過熱蒸気には、原料水分よりの蒸発蒸気および原料から生成した気化ガスが含まれる。循環路（第１循環路１０１、第２循環路２０１）の圧力を所定の圧力に維持するため、配管２０１ｂ上に設けられた圧力調節器５０２で第２循環路２０１の圧力を検出し、原料水分の蒸発蒸気および原料から生成した気化ガス量に見合う量の循環過熱蒸気を第２循環路２０１から圧力調節弁６０３を操作して抜き出す。
【０１１７】
圧力調節弁６０３により抜き出された過熱蒸気（粉砕処理装置２０における原料乾燥により生成した蒸気ともいえる）は配管３０２を通って予備乾燥装置８０の予備乾燥機８１に導入され、原料の予備乾燥に用いられる。
【０１１８】
予備乾燥機８１に導入された過熱蒸気は、水分を含む原料の加熱および乾燥のためにその熱量を放出し凝縮する。このことにより、粉砕処理装置２０において消費された熱エネルギーの大部分を占める、原料の水分蒸発に要した蒸発潜熱が原料の予備乾燥に有効利用される。
【０１１９】
原料の予備乾燥により原料より生成した蒸気および気化ガスは真空装置８２に内蔵された冷却機能（図示せず）により冷却され、蒸気は凝縮される。
圧力調節弁６０３より抜き出され、原料の予備乾燥の熱源に用いた過熱蒸気の凝縮水や、原料の予備乾燥で原料より蒸発し真空装置８２の冷却機能により凝縮した凝縮水は、系外へ排水される。
【０１２０】
また、圧力調節弁６０３より抜き出され、原料の予備乾燥の熱源に用いた過熱蒸気に含まれる非凝縮気化ガスや、原料の予備乾燥で原料より生成し真空装置８２の冷却機能で凝縮しない非凝縮気化ガスは、配管３０２により加熱炉５１に導入され分解、燃焼する。
【０１２１】
なお、圧力調節弁６０３の設置場所は２０１ｂ上に限定されず、配管２０１ｃ上であってもよい。
配管２０１ｂにより循環過熱蒸気は循環気流温度調節装置５０ｃの加熱炉５１に内蔵された循環気流温度調節器５３に導入される。
【０１２２】
加熱炉５１においては、粉末回収装置３０で回収された粉末を燃料とする。搬送路４０１により粉末は燃料供給器５６によりバーナー５２に導入され燃焼する。
従来の汚泥処理のように水分を含む原料を無理やり燃焼させるものと異なり、乾燥燃料であるため、より少ない燃焼空気量で完全燃焼させることができる。
また、乾燥燃料であるため燃焼ガスには、蒸気を含まない。
燃焼排ガス装置は簡単な装置とすることができる。
【０１２３】
粉末は加熱炉５１の下部で燃焼し、高温の燃焼ガスとなり循環気流温度調節器５３内の循環過熱蒸気を加熱する。循環気流温度調節器５３を過ぎた燃焼ガス（燃焼排ガスは）加熱炉５１より排出され、燃焼空気予熱器により燃焼空気を加熱し、その温度をより低下させ、バグフィルタ５７により、含まれる灰分を分離除去され、煙突５５より大気に放出される。
【０１２４】
加熱炉５１の下部の燃焼部分においては、原料から生成した非凝縮気化ガスが、配管３０２を通って導入され、加熱炉５３内で分解、燃焼する。
加熱器の構成は、図８に限定されない。図８は縦型であるが横型であってもよい。粉末を燃焼させ、循環過熱蒸気を加熱する機能を有するものであればよい。
【０１２５】
また、加熱炉５１には図示されないが、液体または気体燃料の補助バーナーを設けることが好ましい。補助バーナーは、装置の運転開始時、加熱炉内を予熱するとともに、運転開始時、系外より蒸気を循環路（第１循環路１０１、第２循環路２０１）に導入し、系内の空気を蒸気に置換し、循環ブロワ２０２および粉砕機２２を起動し、導入された蒸気を循環させながら、加熱し所定の過熱蒸気温度に昇温するために使用する。また、粉末燃焼系のトラブル時にこれを使用もでき、より安定運転ができる。
【０１２６】
配管２０１ｂ上の温度調節器５０１で循環過熱蒸気の温度を検出し、粉末供給器５６および燃焼空気調整ダンパー６０１を操作させ、配管２０１ｂ内の循環過熱蒸気の温度が所定の設定温度に維持されるよう循環気流温度調節器５３で循環過熱蒸気を加熱する。
【０１２７】
循環気流温度調節器５３で加熱された過熱循環蒸気は配管２０１ｃを通って容器２１に導入され循環経路（第１循環路、第２循環路）を循環する。
一般に汚泥は、８０％の水分が含まれるが、乾燥すると４,０００〜４,５００kｃａｌ／乾燥品ｋｇの燃焼発熱量を有する。食品工場等の汚泥の場合はさらに大きい発熱量を有するものもある。たとえば１,０００ｋｇの汚泥で水分含有量を８００ｋｇ、固形分を２００ｋｇとすると、汚泥１,０００ｋｇの乾燥に必要な熱量（原料の加熱顕熱＋水分蒸発潜熱）は、約５３０,０００kcal、また、固形分２００ｋｇの単位燃焼発熱量を４,２００kｃａｌ／ｋｇとした場合の燃焼発熱量は８４０,０００kｃａｌとなる。
【０１２８】
汚泥の乾燥に必要な熱量は、固形分の燃焼発熱量の約６３％程度であるので、固形分の燃焼カロリーにより汚泥の水分を除去、燃焼焼却できることを意味する。
【０１２９】
また、メタン発酵処理後の汚泥（消化汚泥とよばれる）の場合、その乾燥固形物の発熱量は３,０００〜３,５００kｃａｌ／ｋｇであり、水分８０％の消化汚泥１,０００ｋｇの場合、その乾燥固形分２００ｋｇの燃焼発熱量は、単位発熱量を３,２００とした場合、６４０,０００kcalとなる。
今、８０％の水分（８００ｋｇ）の７５％すなわち６００ｋｇの水分を、得られる乾燥固形分の燃焼発熱によって粉砕処理装置において乾燥除去し、粉砕乾燥装置で原料から生成される蒸気６００ｋｇを原料汚泥の予備乾燥に用い、予備乾燥において２５％の水分すなわち２００ｋｇを除去する場合を想定する。粉砕処理装置での乾燥に必要な熱量は約３７０,０００ｋｃａｌであり、これは乾燥固形分の燃焼発熱量の約５８％程度に相当する。また、粉末処理装置で生成した６００ｋｇの蒸気の持つ蒸発潜熱は約３３０,０００ｋｃａｌであり、予備乾燥での原料加熱と２５％の水分除去に必要な熱量は、約１８０,０００ｋｃａｌであり、これは粉末処理装置で蒸気の蒸発潜熱の約５５％となる。
【０１３０】
つまり、以上の計算より、燃焼発熱量の低い消化汚泥であっても、得られる汚泥の乾燥固形分の燃焼発熱を粉末処理装置の熱源として利用し、粉末処理装置で生成される蒸気を原料の予備乾燥に用いることにより消化汚泥を焼却処理できることを意味する。
【０１３１】
以上、本実施例６の粉末製造装置１００ｃによれば、乾燥・粉末処理により得られる汚泥粉末を燃料として有効利用し、また、粉末処理装置１００ｃで生成される蒸気を原料の予備乾燥に用いることにより汚泥を焼却処理できる。
【実施例７】
【０１３２】
実施例７として、原料が間伐材、剪定材、稲藁などのバイオマスである場合の粉末化処理について述べる。
間伐材、剪定材、稲藁などは、水分含有率が６０％程度と低い。これらに含まれる水分の乾燥に必要な熱量は高含水原料のそれに比べ小さくてすむ。これらの原料を乾燥粉末あるいは成型したペレットとし、燃料として燃焼させた場合、原料の乾燥に必要な熱量以外に余剰の大きな熱エネルギーを得ることができる。
【０１３３】
図９は本実施例７の粉末製造装置１００ｄの構成を示す図である。図９に示すように、本実施例７の粉末製造装置１００ｄは、原料供給装置１０、粉砕処理装置２０、粉末回収装置３０、排気処理装置４０、循環気流温度調節装置５０ｄを備えた構成となっているが、実施例６に示した各構成要素に比べ、循環温度調節装置５０ｄが、加熱炉５１に蒸気発生器５８が設置された構造となっている。この蒸気発生器５８に給水し、加熱炉５１の余剰の熱エネルギーで水を加熱し、蒸気を発生させるものとなっている。つまり、粉末製造装置１００ｄでは蒸気発生器５８を高効率のバイオマス燃料ボイラーとして有効利用できるものとなっている。
【０１３４】
特に食品工場の汚泥の中には高燃焼発熱量を有するものもある。このような汚泥の処理において、原料汚泥を乾燥粉末とし、得られた粉末を燃料とし、あるいは、粉末をペレットに成型し燃料とし、原料汚泥の乾燥熱源に使用し、汚泥を焼却処理するとともに、余剰の燃焼エネルギーにより蒸気を発生させることができる。
【０１３５】
本実施例７の粉末製造装置１００ｄは、このような高燃焼発熱量を有する汚泥を用いて、高効率のバイオマス燃料ボイラーとして余剰熱量を有効利用できるものである。
【０１３６】
以上、本発明の粉末製造装置の構成例における好ましい実施例を図示して説明してきたが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明の粉末製造装置は、野菜、海草、薬草など食品生原料、生オカラ、茶ガラ、鰹ダシガラ、酒粕、リンゴ絞り粕などの食品加工副産物を処理する粉末製造装置として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の実施例１にかかる粉末製造装置全体の構成例を模式的に示すブロック図
【図２】原料供給装置１０と粉砕処理装置２０の配管例を示す図（その１）
【図３】原料供給装置１０と粉砕処理装置２０の配管例を示す図（その２）
【図４】原料供給装置１０と粉砕処理装置２０の配管例を示す図（その３）
【図５】粉砕機２２の構造を示す図
【図６】本実施例２の粉末製造装置１００ａの構成を示す図
【図７】本実施例３の粉末製造装置１００ｂの構成を示す図
【図８】本実施例６の粉末製造装置１００ｃの構成を示す図
【図９】本実施例７の粉末製造装置１００ｄの構成を示す図
【図１０】従来の特開２００７−７８２０７に開示された流動・気流乾燥機を示す図
【図１１】従来の特開２００９−１５４１００号公報記載の含水有機廃棄物の乾燥システムを示す図
【図１２】従来の特開平１１−３７４１０号公報記載の循環流動層炉を用いた装置を示す図
【符号の説明】
【０１３９】
１０ 原料供給装置
１１ ホッパー
１２ 定量供給装置
２０ 粉砕処理装置
２１ 容器
２１Ａ 下部容器
２１Ｂ 上部容器
２１ａ 第１排出口
２１ｂ 第１流入口
２１ｅ 原料導入口
２１ｃ 第２排出口
２１ｄ 第２流入口
２１ｇ 第１の排出口
２１ｈ 第１の流入口
２１ｉ 第２の排出口
２１ｆ 通気路
２２ 粉砕機
３０ 粉末回収装置
３１ サイクロン分離器
３２ 粉末ホッパー
３３ ロータリーバルブ
４０ 排気処理装置
４１ 冷却器
５０ 循環気流温度調節装置
５１ 加熱炉
５２ バーナー
５３ 循環気流温度調節器
５５ 煙突
５６ 燃料供給器
５８ 蒸気発生器
５９ 電気ヒーター
６０ サポート部材
６１ 本体部材
６２ 整流板
７０ ケーシング
７１ 吸引口
７２ 吐出口
７３ 羽根車
７４ スクリーン
７５ 電動機
８０ 原料予備乾燥装置
８１ 予備乾燥機
８２ 真空装置
１００ 粉末製造装置
１０１ 第１循環路
１０１ａ 配管
１０１ｂ 配管
２０１ 第２循環路
２０１ａ 配管
２０１ｂ 配管
２０１ｃ 配管
２０２ 循環ブロワ
３０１，３０２ 配管
４０１ 搬送路
５０１ 温度調節器
５０２ 圧力調節器
５０３ ガス分析調節器
５０４ 温度調節器
６０１ 燃料調節弁
６０２ 燃焼空気調整弁
６０３ 圧力調整弁
６０４ 気体導入調節弁
６０５ 調節弁
６０６ 温度調節弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末製造装置であって、
容器の第１排出口から粉砕機の吸引口へ接続された管路と、前記粉砕機の吐出口から前記容器の第１流入口へ接続された管路とを備え、前記容器と前記粉砕機間に流体の循環路を形成する第１循環路と、
前記容器の第２排出口から粉末回収装置及び排気処理装置を経て循環気流温度調節器に接続された管路と、前記循環気流温度調節器から前記容器の第２流入口に接続された管路とを備え、前記容器と前記粉末回収装置と前記排気処理装置と前記循環気流温度調節器間に流体の循環路を形成する第２の循環路との、２重の流体の循環路を備え、
前記第１循環路において、外部から導入された原料を前記循環気流とともに前記粉砕機と前記容器間を循環させて前記原料の粉末化を進め、
前記第２循環路において、前記第１循環路から前記循環気流とともに導かれた前記粉末を前記粉末回収装置で捕捉・回収し、前記粉末捕捉後の前記循環気流の温度を前記循環気流温度調節器により調節して前記容器の前記第２の流入口に導入することにより前記循環気流を前記第２循環路に循環させることを特徴とする粉末製造装置。
【請求項２】
前記第１循環路において、前記容器内に前記循環気流の旋回流を形成し、前記旋回流による遠心力及び前記循環気流により前記原料を分級し、
前記分級により所定の大きさに粉末化された前記粉末を前記循環気流とともに前記容器の前記第２排出口より排出するとともに、未だ前記所定の大きさに粉末化されていない粉末を前記容器の前記第１排出口より前記第１循環路に循環させることを特徴とする請求項１の粉末製造装置。
【請求項３】
前記循環気流が過熱蒸気、窒素、不活性ガスのいずれかである請求項１または２に記載の粉末製造装置。
【請求項４】
前記循環気流温度調節器により前記循環気流を加熱し、当該加熱された前記循環気流により前記原料の粉砕処理に加え、前記原料の乾燥処理、前記原料の滅菌処理、前記原料の加熱調理、前記原料の焙煎処理、前記原料の含有液体の気化処理のいずれかまたは組み合わせを併せて実行することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の粉末製造装置。
【請求項５】
前記粉砕機が、前記吸引口と前記吐出口とが設けられたケーシングと、前記ケーシング内に設置された羽根車と、スクリーンとを備え、前記羽根車が前記循環気流を前記吸引口より吸引し前記吐出口へと送り出す請求項１から４のいずれか１項に記載の粉末製造装置。
【請求項６】
前記粉末回収装置で捕捉・回収された前記粉末を、または、前記粉末をペレットに成型したものを装置内の前記循環気流の加熱のための燃料として用いることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の粉末製造装置。
【請求項７】
前記燃料の余剰燃焼発熱量により給水から蒸気を発生させること特徴とする請求項６に記載の粉末製造装置。
【請求項８】
前記循環気流として過熱蒸気を用い、前記原料から発生する蒸気に見合う量を前記循環気流より抜き出して前記原料の予熱および予備乾燥に用いることを特徴とする請求項１から７に記載の粉末製造装置。
【請求項９】
前記原料が野菜、穀物、豆類、芋類、きのこ、魚、海藻、茶葉、薬草などの食材あるいは、生オカラ、発酵魚残渣、茶ガラ、コーヒー粕、鰹ダシガラ、リンゴ絞り粕、酒粕などの食品加工副産物、あるいは、木、間伐材、剪定材、竹、草、稲藁などのバイオマス、あるいは、汚泥または含水廃棄物などの有機物のいずれかまたはそれらのくみあわせである請求項１から８のいずれか１項に記載の粉末製造装置。
【請求項１０】
前記原料が、化学薬品、プラスチック、ゴム、医薬品、化粧品、塗料などの化学生成物のいずれかまたはその組み合わせである請求項１から８のいずれか１項に記載の粉末製造装置。
【請求項１】
粉末製造装置であって、
容器の第１排出口から粉砕機の吸引口へ接続された管路と、前記粉砕機の吐出口から前記容器の第１流入口へ接続された管路とを備え、前記容器と前記粉砕機間に流体の循環路を形成する第１循環路と、
前記容器の第２排出口から粉末回収装置及び排気処理装置を経て循環気流温度調節器に接続された管路と、前記循環気流温度調節器から前記容器の第２流入口に接続された管路とを備え、前記容器と前記粉末回収装置と前記排気処理装置と前記循環気流温度調節器間に流体の循環路を形成する第２の循環路との、２重の流体の循環路を備え、
前記第１循環路において、外部から導入された原料を前記循環気流とともに前記粉砕機と前記容器間を循環させて前記原料の粉末化を進め、
前記第２循環路において、前記第１循環路から前記循環気流とともに導かれた前記粉末を前記粉末回収装置で捕捉・回収し、前記粉末捕捉後の前記循環気流の温度を前記循環気流温度調節器により調節して前記容器の前記第２の流入口に導入することにより前記循環気流を前記第２循環路に循環させることを特徴とする粉末製造装置。
【請求項２】
前記第１循環路において、前記容器内に前記循環気流の旋回流を形成し、前記旋回流による遠心力及び前記循環気流により前記原料を分級し、
前記分級により所定の大きさに粉末化された前記粉末を前記循環気流とともに前記容器の前記第２排出口より排出するとともに、未だ前記所定の大きさに粉末化されていない粉末を前記容器の前記第１排出口より前記第１循環路に循環させることを特徴とする請求項１の粉末製造装置。
【請求項３】
前記循環気流が過熱蒸気、窒素、不活性ガスのいずれかである請求項１または２に記載の粉末製造装置。
【請求項４】
前記循環気流温度調節器により前記循環気流を加熱し、当該加熱された前記循環気流により前記原料の粉砕処理に加え、前記原料の乾燥処理、前記原料の滅菌処理、前記原料の加熱調理、前記原料の焙煎処理、前記原料の含有液体の気化処理のいずれかまたは組み合わせを併せて実行することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の粉末製造装置。
【請求項５】
前記粉砕機が、前記吸引口と前記吐出口とが設けられたケーシングと、前記ケーシング内に設置された羽根車と、スクリーンとを備え、前記羽根車が前記循環気流を前記吸引口より吸引し前記吐出口へと送り出す請求項１から４のいずれか１項に記載の粉末製造装置。
【請求項６】
前記粉末回収装置で捕捉・回収された前記粉末を、または、前記粉末をペレットに成型したものを装置内の前記循環気流の加熱のための燃料として用いることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の粉末製造装置。
【請求項７】
前記燃料の余剰燃焼発熱量により給水から蒸気を発生させること特徴とする請求項６に記載の粉末製造装置。
【請求項８】
前記循環気流として過熱蒸気を用い、前記原料から発生する蒸気に見合う量を前記循環気流より抜き出して前記原料の予熱および予備乾燥に用いることを特徴とする請求項１から７に記載の粉末製造装置。
【請求項９】
前記原料が野菜、穀物、豆類、芋類、きのこ、魚、海藻、茶葉、薬草などの食材あるいは、生オカラ、発酵魚残渣、茶ガラ、コーヒー粕、鰹ダシガラ、リンゴ絞り粕、酒粕などの食品加工副産物、あるいは、木、間伐材、剪定材、竹、草、稲藁などのバイオマス、あるいは、汚泥または含水廃棄物などの有機物のいずれかまたはそれらのくみあわせである請求項１から８のいずれか１項に記載の粉末製造装置。
【請求項１０】
前記原料が、化学薬品、プラスチック、ゴム、医薬品、化粧品、塗料などの化学生成物のいずれかまたはその組み合わせである請求項１から８のいずれか１項に記載の粉末製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２１８２９６（Ｐ２０１１−２１８２９６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９０３２９（Ｐ２０１０−９０３２９）
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（５０５３４５２９９）株式会社アースリンク (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（５０５３４５２９９）株式会社アースリンク (2)
【Ｆターム（参考）】
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