JP4405531B2 - 乾燥装置 - Google Patents

Description

この発明は、乾燥装置に関する。詳細には、コンビニエンスストア（以下本明細書中ではコンビニと記す）等の小規模の店舗から廃出される廃棄食品（売れ残り食品）をその店舗内等において乾燥させて家畜等の飼料用エコフィードの原料等とする廃棄食品用の乾燥装置に関する。

コンビニは、常に鮮度の高い商品を販売するため賞味期限切れ、消費期限切れの食品を廃棄することが必要であった。近年コンビニの店舗数は非常に多く、国内の証券上場企業のコンビニ店舗数は約５万店舗あり、これらの多数の店舗から廃棄される食品の量は年間約３２万トンという膨大な量になっている。そして、それらの廃棄食品の多くは、再利用されずに一般廃棄物収集業者による一括回収後に焼却処理又は埋め立て処理されている（従来技術１）。

廃棄食品のうち焼却処理や埋め立て処理を行なわれない少量は、堆肥化するために一般廃棄物収集業者による一括回収後に分別し、生ゴミ処理機を使用して微生物による分解法によって処理を行なうか、水分除去による乾燥減量化後に堆肥化処理を行なっていた（従来技術２）。

更に堆肥化処理において、実験的にコンビニ１店舗に１つの生ゴミ処理機を設置し、それによって廃棄食品の堆肥化を行なった場合が知られており、生産された堆肥は農業にリサイクル使用された場合も知られていた（従来技術３）。

更に、一般的にコンビニのバックヤードは極めて狭く、特に都会のコンビニは、そのほとんどがビルトイン形態であるため、廃棄食品を保管しておく場所が限定されるとともに、廃棄食品の処理機の設置場所が広く取れない。そのため、コンビニの各店舗毎に廃棄食品の（再利用）処理機を設置しようとする場合、処理機は、装置全体の小型化、室内仕様における火災に対する安全対策、無臭化処理、上下水道設備工事等の付帯追加工事が無いことなどの条件を満たす必要が求められていた。

このような条件下においての従来の廃棄食品の処理機としては、低真空、高温の真空乾燥処理方法で廃棄食品の乾燥処理を短時間で行なう方法が知られており、例えば５０〜１００ｍｍＨｇ以下に真空乾燥槽内を減圧して、５０℃以上の温度で加熱し、定期的に熱風を加える方法がある（従来技術４）。しかし従来技術４の方法であると、処理される廃棄食品が、澱粉やタンパク質、動植物の油脂成分を多く含んでいるため、加熱によって熱変性を起こしてしまう課題がありまた乾燥処理中に臭気を発生するため脱臭装置の付設が必要であった。

そして、従来技術４のように発生する臭気を除去する別の方法としては、真空ポンプを水エグゼクターとし加熱された廃棄食品から発生する蒸気と凝縮性ガスを水エグゼクターで吸引して下水に排水する方法が知られている（従来技術５）。しかし従来技術５においては、水エグゼクター装置が大量の上水を使用することや、真空ポンプの容量、サイズ、騒音及びランニングコストがコンビニ１店舗に設置する諸条件に合わなかった。

従来技術５において、例えば一般的な油圧式の真空ポンプを使用すると、廃棄食品が被対象物である場合、真空ポンプが吸引する凝縮ガスから生じる水分が１時間に１ｇ以上真空ポンプ内に流入すると油圧ポンプ内の油と混合し直ぐに使用不能になってしまう。また普及型のダイアフラム型真空ポンプなどを使用すると、５ｇほどの水分流入でポンプ内に短時間で水柱化して、ガス排出を停滞させるために真空ポンプ装置が破損する可能性が非常に高い。この場合、真空ポンプを数分ごとに停止させ、常圧に戻し大気開放状態で数分間排水する作業を行える機種を使用すると、上述の欠点は解消されるが、コンビニにおいて毎日定期的に排出される廃棄食品の処理機としては手間がかかりすぎて効率が悪く適さない。

また、マイクロ波を熱源とした厨芥処理装置として特開平４−８３５７３号公報（従来技術６）が公知である。従来技術６は、マイクロ波を加熱源とし、減圧手段を併設することにより３０ｍｍＨｇ程度に減圧し水の沸点を約３０℃とする装置で減圧方法は水エゼクター方式の真空ポンプである。従来技術６は、加熱室内を圧力センサーで検知しマイクロ波照射過熱を制御している。

更に、従来の生ゴミ処理機として、特開平８−１９３７８４号公報（従来技術７）が公知である。従来技術７は、減圧手段を備えハロゲンランプによる加熱と、攪拌手段を備え、臭いの発生を制御する装置である。

更に又、特開平１−１８９３８３号公報（従来技術８）には、「生ごみを堆積する処理室内に設置する処理容器と、外気を取り入れるための送風孔と、生ごみをマイクロ波電解により加熱乾燥する手段と、この加熱乾燥によって生じたガスを上記処理室から排出するための排出孔と、上記処理室内での送風を助ける送風ファンとを備えた厨芥処理機において、上記排出孔から導管を経て排出されるガスを加熱筒に導き、この加熱筒内には加熱用のヒータ及び触媒を備え、上記ガス中の悪臭成分を熱分解および酸化して外部へ放出することを特徴とする厨芥処理機」の開示がある。
特開平４−８３５７３号公報（従来技術６） 特開平８−１９３７８４号公報（従来技術７） 特開平１−１８９３８３号公報（従来技術８）

廃棄食品の処理費用は、現在は基本的に各コンビニ店舗が負担する制度であるため、リサイクルによる廃棄食品の再利用を行なおうとした場合、処理コストが高くなると実際にコンビニ店で導入できないという課題があった。

廃棄食品の廃棄処理のうち従来技術１のような埋め立て処理や焼却処理は、廃棄食品が再利用されないため資源が無駄になるという課題があった。また廃棄食品の廃棄処理のうち焼却処理する方法は、最も広く行われている方法であるが廃棄食品は水分の含有量が多いため、焼却に時間やコストがかかる課題があった。また高温による焼却処理は、ダイオキシン等の環境汚染生成物を発生させるおそれがあり廃棄食品の処理としては不適合であった。特に小規模な店舗等では、時間やコストの負担などの理由で、それぞれの店舗毎に廃棄食品を処理することは困難であった。

また堆肥化するための従来技術２の処理は、弁当などの包装のままの廃棄食品を一括回収するため、それらの包装資材を取り除く中間処理施設を経由して包装資材を取り除いた後に堆肥化するための一連の装置を有する堆肥化処理工場に集めて行なわれていた。

これらの処理では、廃棄食品が運搬中に腐敗する等の問題点があり、これを克服するために保冷車を使用した運搬であると処理コストがかかりすぎる問題点があった。さらに一括回収後に中間処理施設においては、包装材であるポリプロピレン、ポリスチレン、食品包装用ラップフィルムなどを取り除くため解体、分別作業を行なう必要があり、これらの作業が手作業であるので人件費や分別された包装材の産業廃棄物処理費用がかかる。更に堆肥化処理施設においては腐敗臭・発酵臭の除去設備設置費用等がかかり、非常に処理コストが高くなる課題があった。

更に従来技術３の場合のような、微生物による分解処理は各店舗毎に行なうには作業時間や手間が掛かり、店舗内や近くで処理されるため何らかの臭気の発生が避けられず、分解後の残査の処理にも課題があるとともに、廃棄物処理業者の一括回収費用に比べ生ゴミ処理機のイニシャル及びランニングコストが高いという課題があった。

更にまた、従来技術４や従来技術８の方法であると、処理される廃棄食品が、澱粉やタンパク質、動植物の油脂成分を多く含んでいるため、加熱によって高温となり過ぎ、熱変性を起こしてしまう課題があった。

更に、一般的にコンビニのバックヤードは極めて狭く、特に都会のコンビニは、そのほとんどがビルトイン形態であるため、廃棄食品を保管しておく場所が限定されるとともに廃棄食品の処理機の設置場所も狭い。そのため、コンビニの各店舗毎に廃棄食品の再利用処理機を設置しようとする場合、処理機は、装置全体の小型化、室内仕様における火災対策安全性、処理における無臭化、上下水道設備工事等の追加工事を行なう必要が無いことなどの条件を満たす必要が求められていた。

上記課題を解決するために、内部に攪拌装置を有する筒形の真空乾燥処理槽と、真空乾燥処理槽内の被処理物を加熱する電磁誘導式加熱装置と、真空乾燥処理槽内に発生するガスを吸引し減圧するドライ型真空ポンプとを有する生ゴミ乾燥装置であり、筒型の真空乾燥処理槽の筒中心軸を垂直方向から傾斜させて設け、真空乾燥処理槽とドライ型真空ポンプとの間に、真空乾燥処理槽内に発生するガスを吸引し冷却する冷却装置と、冷却したガスから水分と油分等の凝縮性気体成分を除去するサイクロンセパレータ装置とを設けることを特徴とする乾燥装置を提案する。

また、筒形の真空乾燥処理槽の筒中心軸を垂直方向から傾斜した状態、好ましくは傾斜角度が５度乃至２０度で設け、かつ電磁誘導式加熱装置の槽内開口方向を垂直方向から傾斜させて設けるとともに、筒中心軸と同方向の回転軸を有する攪拌装置で被処理物を攪拌する００１９欄に記載の乾燥装置を提案する。

この発明によれば、真空乾燥処理槽内を減圧するドライ型真空ポンプと、真空乾燥処理槽との間に冷却装置とサイクロンセパレータ装置とを設けることにより、真空乾燥処理槽から発生する凝縮性ガスから水分と油分を効率的に取り除くことができドライ型真空ポンプに送り込めるためドライ型真空ポンプが故障するおそれが非常に減少した。更に真空乾燥処理槽から発生する凝縮性ガスが悪臭の元であるが、それから水分と油分を効率的に取り除くことができるため悪臭の発生が減少した。

また、真空乾燥槽内の被対象物への加熱温度設定上限を３５℃以下とすることができ、加熱をしても臭気強度は２以下と少なく、さらに真空乾燥槽から排出される凝縮ガスを冷却装置とサイクロンセパレータを通過させ排気が１０℃以下に冷却されることによりドライ型真空ポンプから排出される排気の臭気強度認知閾値は１以下である。

ドライ型真空ポンプを使用し機器内部に貯留槽を設けたことで、上下水配管工事や脱臭装置等の付帯設備が不要となり、装置全体をコンパクトに出来、据え付け設置工事が安価になる効果がある。

更に、請求項２に係る発明であると、真空乾燥処理槽を傾斜して設け、傾斜して設けられる電磁誘導式加熱装置の発振口や遠赤外線ヒータ等で被処理物を加熱するとともに、筒中心軸と同方向の回転軸を有する攪拌翼で被処理物を攪拌することにより、被処理物を均質に加熱することができるようになった。例えば筒状の槽を垂直方向に設け、液体でない被処理物を攪拌させる実験を行なうと、真空乾燥処理槽の攪拌翼の高さ以上の被処理物は底辺方向に混合されない。攪拌翼を高くすれば当然にマイクロ波が攪拌翼に照射されスパークする。真空乾燥処理槽を傾斜させたことで、攪拌翼の高さは低くても液体でない被処理物の攪拌は上下方向に攪拌することが可能となり、この問題が解決した。

又、大量に出るコンビニの廃棄食品を畜産飼料等として再利用が可能になるため、現在輸入に頼っている畜産飼料の一部を自給できる。

現在、焼却などに頼っている大量の廃棄食品を再利用することが出来、重油などによる焼却時に出る二酸化炭素の排出量の削減が期待でき、地球温暖化防止に役立つ。

更に、廃棄食品の処理費用が従来と比べ安くなるので、コンビニの経営にも良い効果が期待できる。

この発明の乾燥装置の１つの実施形態を示す全体説明図である図１、この発明に使用する真空乾燥処理槽の正面図である図２、図２の上蓋を開放した状態の図３、同じく真空乾燥処理槽の平面図である図４、図２のＡＡ線断面図である図５、この発明に使用する冷却装置の正面断面図である図６、同じく冷却装置の平面図である図７、この発明に使用するサイクロンセパレータ装置の正面図である図８、同じくサイクロンセパレータ装置の正面図である図９に基づいて説明する。

この発明の１つの実施形態を示す乾燥装置は、略円筒形の真空乾燥処理槽１と、真空乾燥処理槽１内の被処理物を加熱する電磁誘導式加熱装置２と、真空乾燥処理槽１内に発生する凝縮ガスを冷却する冷却装置３と、冷却した凝縮ガスと、水分と油分とその他非気体分等を除去するサイクロンセパレータ装置４と、ドライ型真空ポンプ５を有する。

中空円筒形の真空乾燥処理槽１は、ステンレス材で内層を形成し、内容積は５６リットである。被対象物（負荷）の投入容量は、１０から５０Ｌで重量は最大２２ｋｇ以下とし、含水率は５２〜６５％以下とした。マグネトロンは１．２〜２Ｋｗ出力で照射インピーダンス設定は３乃至５つのピンを使用した。また傾斜角度１１０乃至１５０度の導波管を設定した。

真空乾燥処理槽１は、その円筒長手方向の筒中心軸１０を垂直方向から５度乃至２０度傾斜させて設ける。好ましい傾斜角度は１０度乃至１８度であり、この実施形態では真空乾燥処理槽１は、垂直軸から筒中心軸１０を１５度の傾斜角度で設けており、円筒外径４０ｃｍ、円筒長さ５０ｃｍである。７は真空乾燥処理槽１を覆う略中空直方体の箱体である。

真空乾燥処理槽１は、円筒上部に開閉自在の上蓋１１を設けており、廃棄食品の投入口として使用し、下部の円周側面に開閉自在の取出口１２を設けている。真空乾燥処理槽１の内部底面には、回転自在の攪拌翼１３を設けておりステンレス製シャフトを介して真空乾燥処理槽１の下部に設けた回転駆動装置（ギヤドモータ）１４により３乃至５０ｒｐｍで回転自在である。１６は、真空乾燥処理槽１の下部を加熱するコイルおよび面ヒータである。

真空乾燥処理槽１の最上部側面に水冷式冷却装置３及びステンレス材最大直径５０ミリで下部直径１５乃至２５ミリのサイクロンセパレータ装置４を経由して到達真空度―０．０９９ＭＰａ以上で排気速度５２／６５Ｌのドライ型真空ポンプ５に接続するガス吸引口１５及び電磁誘導式加熱装置２であるマグネトロン発振器２１に連結するガラス乃至テフロン（登録商標）仕様のマグネトロン発振口（電磁波発振器）２４を開口して設ける。マグネトロン発振口２４の開口方向は、垂直方向に対して真空乾燥処理槽１の傾斜とは逆傾斜２５乃至３５度で設けられており、真空乾燥処理槽１の円筒長手方向の筒中心軸１０に対しては３５乃至４５度の角度に設けられる。この傾斜角度は、マグネトロン発振口２６の開口方向と真空乾燥処理槽１の筒中心軸１０と成す角度は、３０〜５０度程度あればよい。マグネトロン発振口２４の開口向きは、真空乾燥処理槽１の円筒内部を斜め方向で貫通する。防漏電磁波仕様のガス吸引口１５は、マグネトロン発振口２４と隣接して真空乾燥処理槽１の同じ高さ位置に設けられるが、開口向きは水平方向である。

真空乾燥処理槽１の上蓋１１内面側に遠赤外線ヒータからなる上部ヒータ１７を設けている。１８は、温度センサーであり真空乾燥処理槽１内の温度を測定する。

真空乾燥処理槽１の上部に開口するガス吸引口１５は、開口部を介して、ほぼ同じ内径の吸引管３０によって冷却装置３の上部へ連結している。冷却装置３は、上部に吸引管３０の下流端を開口しており、金属製の外壁体３３を円筒形又は角筒形に形成して立設してなる。外壁体３３の内部に多数のより細い円筒形又は角筒形からなるガス通路３４を平行して立設している。この実施形態では凝縮ガスの４乃至８時間での水分とガスの分離を行うためにガス通路３４は金属管からなる５乃至７本の細い円筒形からなり、下部に設けられる開口の１本のガス排出口３８に連続し、その周囲は冷却材通路３５に接して囲まれている。冷却材通路３５は、冷却材の通過上流側である冷却装置３の下部に開口して設けた冷却材入口３６と、冷却材の通過下流側である冷却装置１の上部に開口している冷却材出口３７との間に設けられている。

冷却材入口３６と冷却材出口３７は、冷却管３２によって水冷式冷却材タンク３１と連結しており、冷却材は循環可能である。この実施形態では、冷却材は比熱の高い液体を使用する。

ガス排出口３８は、サイクロンセパレータ装置４の上部に開口している入口４０に連結している。サイクロンセパレータ装置４は、内部を下部が細い円錐形状とし、内表面は鏡面加工とする。サイクロンセパレータ装置４は円錐軸を垂直方向にして設けサイクロンセパレータ装置４の下端に開口する液体吐出口４１は、サイクロンセパレータ装置４の垂直軸に対して５度乃至１２度傾斜させている。液体吐出口４１の下部に、液体集積部４４を設けている。サイクロンセパレータ装置４の上部には、気体吸引口４２を開口し、気体吸引管４３によってドライ型真空ポンプ５に連結している。

ドライ型真空ポンプ５は、気体吸引管４３によって吸引した気体等のガスを放出口５０から排出する。

電磁誘導式加熱装置２は、マグネトロン発信器２１から真空乾燥処理槽１に開口するマグネトロン発振口（電磁波発振器）２４までの間に、スリースタブ整合器２２、導波管２３を設けている。２０は、マグネトロン電源である。

真空乾燥処理槽１の内部のセンサーとして温度センサー１８を設けており、温度センサー１８は、制御部を介して各ヒータ１６，１７及びマグネトロン電源２０と接続している６は湿度コントローラーであり、変換器６０，ファンクションジェネレータ６１を介してマグネトロン電源２０と接続している。

次に、この発明の１つの実施形態を示す乾燥装置の作用について説明する。コンビニ等の小規模店舗から排出される廃棄食品は、外装材等を捨て可食部分のみを被処理物として真空乾燥処理槽１の上蓋１１を開口して、その開口部から槽内に投入する。

図示しない制御部を作動させ下部ヒータ１６，上部ヒータ１７により槽内部を加熱するとともにドライ型真空ポンプ５、冷却装置３、サイクロンセパレータ装置４を作動させ槽内を２０乃至５０ｍｍＨｇに槽１内を減圧する。更に２０ｍｍＨｇまで減圧後にマグネトロン電源２０を作動させる。回転駆動装置（ギヤドモータ）１４を駆動させ攪拌翼１３によって、槽内の被処理物を攪拌する。これらの槽内条件を満たすことによって被処理物から発生する凝縮性ガス（水蒸気、気体中に細かい水滴分や油脂分等の不純物を含む気体）をガス吸引口１５から排出する。

真空乾燥処理槽１内の被処理物から発生した凝縮性ガスは、ガス吸引口１５から吸引管３０を経て、吸引管３０の下流端で冷却装置３に入る。冷却装置３内で、それぞれ複数のガス通路３４を通ってガス排出部３８からサイクロンセパレータ装置４へ送られる。冷却装置３内のガス通路３４の周囲は冷却材通路３５に接しているため、この間を通る間に凝縮ガスの温度は急激に低下する。この実施形態では、冷却材タンク３１から冷却装置３を循環する冷却材によって凝縮ガスの温度を１０℃以下とする。

冷却された凝縮ガスは、サイクロンセパレータ装置４へ送られ、内部の逆円錐形と真空ポンプ５からの吸引力により発生する遠心力により渦巻き状になり、凝縮ガス中の水滴分や油脂分等の凝縮性ガスは、下部の液体吐出口４１から、液体集積部４４へ落下して溜まる。これらの水滴分や油脂分等の凝縮性ガスを取り除いた気体は、水滴分や油脂分等の不純物を含まない気体となってサイクロンセパレータ装置４の気体吸引口４２からドライ型真空ポンプ５へ吸引される。

このような処理プロセスにより被処理物は乾燥され、真空乾燥処理槽１の取出口１２から回収される。臭気成分は急冷された水と一緒に殆ど除去される。真空ポンプ５から排気される臭気強度は１以下であった。被対象物重量は４〜６時間後に含水率７乃至１２％以下となった。

この発明の乾燥装置に最大２２Ｋｇの被処理物を投入し、被処理物が含水率６０％になる時間が最大３８０分以下で処理できたことから、諸ランニングコストは１．２乃至１．３Ｋｗｈとなった。従来の乾燥処理機または発酵型生ごみ処理機などと比較して５０％以上の省エネであることを確認した。

この発明の乾燥装置によれば、最初平均５６％の含水率であった被処理物が７％以下に乾燥される。また、脱臭については被処理物を３５乃至４０℃以下で直接加熱することで発生する臭気強度２乃至１がサイクロンセパレータを経由する排水分に吸着され、真空ポンプから排気される時点で臭気強度は１以下である。よって従来技術での脱臭方法として利用される高価な白金触媒による設備が不要となった。更に従来の真空ポンプのメンテナンスは毎時間定期的に行う必要があったが、サイクロンセパレータを付帯させる発見によって１２か月以上ノーメンテナンスでの連続使用が可能となった。

更に、この発明の乾燥装置に、活性炭フィルター脱臭方式を採用することにより微量の臭気をも遮断することができほぼ無臭化させた。したがってこの発明の乾燥装置は、室内用途に最適である。

この発明は、コンビニエンスストア等の小店舗から毎日大量に排出される廃棄食品を、畜産飼料として再利用することができるため、廃棄食品を毎日排出するコンビニエンスストア等の小店舗での低コストでの処理が可能となりその効果は大きい。

この発明の乾燥装置の１つの実施形態を示す全体説明図 この発明に使用し１つの実施形態を示す真空乾燥処理槽の正面図 同じく図２の上蓋を開放した状態の図 同じく真空乾燥処理槽の平面図 図２のＡＡ線断面図 この発明に使用する冷却装置の正面断面図 同じく冷却装置の平面図 この発明に使用するサイクロンセパレータ装置の正面図 同じくサイクロンセパレータ装置の正面図

符号の説明

１ 真空乾燥処理槽
１０ 筒中心軸
１１ 上蓋
１２ 取出口
１３ 攪拌翼
１４ 回転駆動装置（ギヤドモータ）
１５ ガス吸引口
１６ 下部ヒータ
１７ 上部ヒータ
１８ 温度センサー
２ 電磁誘導式加熱装置（マグネトロン）
２０ マグネトロン発信源
２１ マグネトロン発振器
２２ スリースタブ整合器
２３ 導波管
２４ マグネトロン発振口（電磁波発振器）
３ 冷却装置
３０ 吸引管
３１ 冷却材タンク
３２ 冷却材
３３ 外壁体
３４ ガス通路
３５ 冷却材通路
３６ 冷却材入口
３７ 冷却材出口
３８ 排出口
４ サイクロンセパレータ装置
４０ 入口
４１ 液体排出口
４２ 気体吸引口
５ 真空ポンプ（ドライ型真空ポンプ）
５０ 放出口
６ 湿度コントローラー
６０ 変換器
６１ ファンクションジェネレータ
７ 箱体

Claims (3)

1. 内部に攪拌装置を有する筒形の真空乾燥処理槽と、真空乾燥処理槽内の被処理物を加熱する電磁誘導式加熱装置と、真空乾燥処理槽内に発生するガスを吸引し減圧するドライ型真空ポンプとを有する生ゴミ乾燥装置であり、筒型の真空乾燥処理槽の筒中心軸を垂直方向から傾斜させて設け、真空乾燥処理槽とドライ型真空ポンプとの間に、真空乾燥処理槽内に発生するガスを吸引し冷却する冷却装置と、冷却したガスから水分と油分等の凝縮性気体成分を除去するサイクロンセパレータ装置とを設けることを特徴とする乾燥装置。
2. 筒形の真空乾燥処理槽の筒中心軸を垂直方向から傾斜した状態で設け、かつ電磁誘導式加熱装置の槽内開口方向を垂直方向から傾斜させて設けるとともに、筒中心軸と同方向の回転軸を有する攪拌装置で被処理物を攪拌する請求項１記載の乾燥装置。
3. 筒形の真空乾燥処理槽の筒中心軸を垂直方向からの傾斜角度が５度乃至２０度である請求項２記載の乾燥装置。

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