JP6941792B2 - 汚泥乾燥装置 - Google Patents

Description

本発明は被処理物を乾燥させる乾燥装置に関するものであり、特に工場から排出されるスラッジの乾燥に用いられるものである。

工場の生産設備からは様々な無機物質を含むスラッジと呼ばれる汚泥が発生する。この汚泥は、廃棄したり、再利用される場合もある。どちらの場合も運搬を要し、水分を半分以上含んだ汚泥をそのまま運搬するのは効率が悪いため、まずこの汚泥を乾燥させる必要がある。

被処理物を乾燥させる装置としては、例えば特許文献１が挙げられる。図９を参照する。これは食品等を乾燥させる装置で乾燥室１０１と除湿乾燥機１０３の間で空気を循環させながら乾燥室１０１内の被乾燥物１０６を乾燥させるものである。なお、符号１０２は空気ダクト、符号１０４は導波管、符号１０５はμ波発生器、符号１０７は反射電力測定器、符号１０８は配線、符号１０９は制御回路、符号１２７は湿り空気、符号１２８は外気、符号１３０は弁、符号１３１は温度センサを表す。

この方式で乾燥室１０１内の温度が上がった場合、温度センサ１３１により空気の温度を検知し、乾燥室１０１内が必要以上に温度が上昇した場合、制御回路１０９は空気ダクト１０２中に設けられた弁１３０を開閉し、比較的乾燥した外気１２８を除湿乾燥機１０３に取入れ、循環する空気の温度を下げる。

特開平０８−１７８５２２号公報

特許文献１に記載された乾燥装置は、循環する乾燥風の温度が上昇したら外気１２８を導入する構造になっている。しかし、このような構造では、外気温が低い冬場では、温度の低い外気１２８が直接除湿乾燥機１０３中に導入される。除湿乾燥機１０３では、除湿の際に取り入れた空気を、ヒートポンプの冷媒を膨張させることで温度を下げ、空気中の水分を結露させることで、除湿を行う。したがって、導入された空気の温度が低いと、除湿乾燥機１０３内で結露した水分が凍結し、除湿乾燥能力が著しく低下するという課題があった。

特に、スラッジといった汚泥は、大量に発生するため、乾燥装置自体も屋外に配置される場合が多い。したがって、冬場になると、外気温は低くなり、上記のような問題は多発するおそれが高い。

本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものであり、外気温が低い場合であっても、除湿乾燥機内に凍結が生じない汚泥乾燥装置を提供するものである。

より具体的に本発明に係る汚泥乾燥装置は、
底面は、汚泥を保持でき、かつ通気可能なフィルタで構成され、上面は、吸引用開口、外気取入れ開口、排気用開口が設けられた乾燥容器と、
前記吸引用開口から前記乾燥容器中の空気を吸引し、前記空気を除湿した乾燥風を送出する除湿乾燥機と、
前記乾燥容器の下方に配置され前記乾燥風を前記乾燥容器に送る送風チャンバーと、
前記排気用開口に接続され、前記乾燥容器中の空気を排気する排気ファンを有することを特徴とする。

本発明に係る汚泥乾燥装置は、外気温が低い場合には、乾燥容器と除湿乾燥機の間で空気を循環しながら被処理物（汚泥）を乾燥させる。そして、循環する空気の温度が上昇した場合は、乾燥容器内に外気を取り込み、乾燥容器内の空気と外気の混合気体を除湿乾燥機に戻すようにしたので、外気の温度が低くても、除湿乾燥機の膨張部で水分が凍結することはない。

また、除湿乾燥機側には、取り込む気体の温度に応じて運転方法を変更する必要がないので、汎用の除湿乾燥機をそのまま使用することができ、汚泥乾燥装置としてのコストを低くするという効果も生じる。

本発明に係る汚泥乾燥装置の構成を示す図である。 乾燥容器の蓋体の平面図である。 乾燥容器の詳細図である。 第１運転モード（外気温が高い場合）を説明する図である。 第２運転モード（外気温が低い場合）を説明する図である。 制御器の処理メイン処理を表すフロー図である。 第１運転モードの処理を示すフロー図である。 第２運転モードの処理を示すフロー図である。 従来の乾燥装置の構成を示す図である。

以下に本発明に係る汚泥乾燥装置について図面を用いながら説明を行う。以下の説明は本発明の一実施形態を説明するものであり、本発明は以下の説明に限定されるものではない。つまり、以下の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない限りにおいて、改変することができる。

図１に本発明に係る汚泥乾燥装置の構成を示す。汚泥乾燥装置１は、基本的に乾燥容器１０と、除湿乾燥機１２と、送風チャンバー１４と、排気ファン１６と、温度計１８と、制御器２０で構成されており、外気温度計１９を設けてもよい。

乾燥容器１０は、汚泥５０を入れて乾燥させる容器である。通常直方体形状をしている。材質は、特に限定されないが、鉄に耐食塗装を施した腐食耐候性の高い材料で形成される。汚泥５０自体が酸性若しくはアルカリ性溶液を含んでいる場合もあるからである。

乾燥容器１０は、通常直方体形状をしている。製造が容易であるからである。ただし、特に直方体に限定されるものではなく、直方体以外の形状であってもよい。ここでは、直方体形状をしているものとして説明を続ける。

乾燥容器１０には、蓋体１０ａが用意される。蓋体１０ａには、吸引用開口１０ａａと外気取入れ開口１０ａｂと排気用開口１０ａｃの３つの開口が設けてある。吸引用開口１０ａａは蓋体１０ａの真ん中に設けられる。吸引用開口１０ａａを挟んで外気取入れ開口１０ａｂと排気用開口１０ａｃが形成されている。

図２に蓋体１０ａの上方平面視した状態を示す。このように、後述する除湿乾燥機１２への吸引用開口１０ａａを蓋体１０ａの中央に設けることで、乾燥容器１０内の空気をむらなく吸い上げることができる。また、外気取入れ開口１０ａｂと排気用開口１０ａｃを離すことで外気のショートカットを防ぐとともに、外気と乾燥容器１０内の空気の混合を十分に行うことができ、温度ムラを少なくして除湿乾燥機１２へ戻すことができる。これにより、より低温の外気を取り入れても除湿乾燥機１２の膨張部１２ａで水が凍結することはない。

再び図１を参照する。吸引用開口１０ａａには、除湿乾燥機１２の戻り管１２ｃが気密に接続される。排気用開口１０ａｃには、排気ファン１６の吸引管１６ｃが気密に接続される。外気取入れ開口１０ａｂは、密閉蓋１１が用意されている（図２も参照）。密閉蓋１１は、通常手動で開閉が行われる。しかし、後述する制御器２０が密閉蓋１１の開閉を行ってもよい。

図３に乾燥容器１０の詳細図を示す。図３（ａ）を参照して、乾燥容器１０の底面１０ｂは、枠体１０ｂａとフィルタ１０ｂｂで形成されている。フィルタ１０ｂｂは、汚泥５０を保持することができる一方、通気性のある素材で形成される。具体的には、１〜数ミリ程度の貫通孔が形成された金属製のシート部材などが好適に利用できる。

底面１０ｂは、複数の部分で構成され、真ん中から観音開きに下方に向かって開閉できる。より具体的には、図３（ｂ）を参照して、底面１０ｂが扉３０および扉３２で構成されている。扉３０および扉３２は、底面１０ｂの対向する辺同士に蝶番３１および蝶番３３で連結されている。扉３０および扉３２は開閉のための開閉手段３４および開閉手段３６がそれぞれ配置されている。

したがって、開閉手段３４および開閉手段３６の操作によって、底面１０ｂは、下方に向かって観音開きに開き、乾燥容器１０内で乾燥された汚泥５０は、そのまま直下に落下する。すなわち、汚泥５０の取り出しが容易にしかも短時間で行うことができる。

再び図１を参照する。除湿乾燥機１２は、吸引した空気から水分を除去し、乾燥風を送り出す装置である。吸引側には、膨張部１２ａが配置され、排出側には、圧縮部１２ｂが配置される。なお、吸引側は戻り管１２ｃを介して乾燥容器１０の吸引用開口１０ａａに気密に接続されている。

なお、吸引側は、戻り管１２ｃが接続されるだけではなく、外気を直接取り入れることができ、直接吸引口１２ｅも設けられる。また、排出側である圧縮部１２ｂは、送り管１２ｄを介して後述する送風チャンバー１４に接続される。

除湿乾燥機１２は、吸引した空気を膨張部１２ａで急激に膨張し温度の下がった冷媒との熱交換により、空気中の水分を、熱交換器を構成する金属のフィン上に結露させることで空気中の水分を除去する。水分を除去された空気は圧縮部１２ｂで再度圧縮され高温になった冷媒との熱交換により高温低湿の空気に変換され「乾燥風Ｄａ」となる。なお、圧縮部１２ｂには空気を加熱するヒータが別途用意されていてもよい。

送風チャンバー１４は、乾燥容器１０の下方に脱着可能に連結されるバッファ空間を作る容器である。形状は乾燥容器１０同様の直方体が好適に使用できる。もちろん、直方体以外の形状であってもよい。ただし、乾燥容器１０の底面１０ｂと気密に連結できる構成であることが望ましい。ここでは、直方体形状として説明を続ける。

送風チャンバー１４は、上面１４ａが開口し、４つの側壁と底面で形成されている。側壁の１つには、乾燥風Ｄａの挿入口１４ｉが設けられている。挿入口１４ｉは、除湿乾燥機１２の送り管１２ｄと気密に連結されている。したがって、挿入口１４ｉから送風チャンバー１４内に送り込まれた乾燥風Ｄａは、開口した上面１４ａから乾燥容器１０の底面１０ｂに向かって送られることとなる。

排気ファン１６は吸引側から排出側に空気を送る装置である。汚泥乾燥装置１では、乾燥容器１０から空気を排出する空気ポンプとして用いられる。排気ファン１６の吸引側は、乾燥容器１０の排気用開口１０ａｃの間と、吸引管１６ｃで気密に接続されている。

温度計１８は、乾燥容器１０の吸引用開口１０ａａから除湿乾燥機１２の膨張部１２ａを連結している戻り管１２ｃに配置されている。乾燥容器１０から除湿乾燥機１２に戻ってくる空気の温度を測定するためである。また、外気温度計１９は外気温度を測定する温度計である。

制御器２０は、汚泥乾燥装置１の運転全体を制御する。制御器２０は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）とメモリで構成されたコンピュータが好適に利用できる。制御器２０は、少なくとも温度計１８および排気ファン１６と接続されている。また、除湿乾燥機１２および外気温度計１９と接続され、運転状態および、直接吸引口１２ｅと戻り管１２ｃとの切替を制御してもよい。また、密閉蓋１１の電動開閉機構が設けられている場合は、密閉蓋１１の電動開閉機構と接続されていてもよい。

以上の構成を有する汚泥乾燥装置１の動作について説明する。図４を参照する。図４は外気温が高い場合の運転状態を示す。この場合は、除湿乾燥機１２で作った乾燥風Ｄａを乾燥容器１０に送り、汚泥５０中の水分を吸った空気Ｗａを排気ファン１６で外部に排出する。

より具体的には、まず湿った汚泥５０を一定量だけ乾燥容器１０に投入する。湿った汚泥５０は、底面１０ｂのフィルタ１０ｂｂ（図３（ａ）参照）で保持され下方の送風チャンバー１４に落下することはない。図４の状態の運転を行う場合は、密閉蓋１１で外気取入れ開口１０ａｂは塞がれる。また、除湿乾燥機１２は、戻り管１２ｃではなく、直接吸引口１２ｅが選択される。図４では、戻り管１２ｃを点線で示し、使用されていない状態を示している。

除湿乾燥機１２が稼働し始めると、直接吸引口１２ｅから外気Ｆａが取り込まれ、膨張部１２ａと圧縮部１２ｂで除湿および加熱された乾燥風Ｄａが送り管１２ｄから送風チャンバー１４に送られる。送風チャンバー１４では、挿入口１４ｉから送り込まれた乾燥風Ｄａは送風チャンバー１４内部に拡散する。送風チャンバー１４中で拡散した乾燥風Ｄａは、乾燥容器１０の底面１０ｂ全面から乾燥容器１０内に侵入する。

乾燥容器１０内に侵入した乾燥風Ｄａは、湿った汚泥５０中を通過し、乾燥容器１０の蓋体１０ａに向かって流れる。この時、乾燥風Ｄａは汚泥５０中の水分を取り去る。水分を吸った空気Ｗａは、蓋体１０ａの排気用開口１０ａｃから吸引管１６ｃを介して排気ファン１６によって吸引され、外部に放出される。このような運転を第１運転モードと呼ぶ。

制御器２０は、除湿乾燥機１２からの乾燥風Ｄａの送り出し量と、排気ファン１６による排気量をバランスさせるように、除湿乾燥機１２と排気ファン１６の運転状態を決定する。

図４では、除湿乾燥機１２は外気Ｆａを直接取り込んで除湿する。膨張部１２ａでの除湿動作は、ヒートポンプ内の冷媒を一気に膨張させることで低温にし、この低温冷媒との熱交換により空気中の水分を結露させることで除湿を行う。この際空気は一気に１５℃前後温度が低下する。したがって、膨張部１２ａに取り込んだ空気の温度自体が１５℃より低い場合は、除湿の過程で空気の温度は０℃を下回る。

すると、膨張部１２ａを構成する、例えばアルミのフィン表面に結露した水分は凍結してしまう。これにより熱交換効率が悪くなり、除湿機能が低下してしまう。

そこで、本発明に係る汚泥乾燥装置１は、膨張部１２ａに取り込まれる外気Ｆａの温度が一定温度（例えば上記の１５℃）を下回った場合は、図５に示す運転モードに切り替える。

図５を参照する。図５では、除湿乾燥機１２は、膨張部１２ａへの空気の取り込みを戻り管１２ｃで行うように切り替える。図５では、直接吸引口１２ｅが使用されていないことを点線で表した。この切替は制御器２０によって行われてよい。次に密閉蓋１１を開口状態にする。すなわち外気取入れ開口１０ａｂを開放状態にする。

この状態で汚泥乾燥装置１が稼働を開始する。なお、湿った汚泥５０はすでに乾燥容器１０内に投入されているとする。除湿乾燥機１２は戻り管１２ｃを介して乾燥容器１０内の空気を膨張部１２ａに取り込み、圧縮部１２ｂを通過させて、除湿、加熱を行い乾燥風Ｄａとして送り管１２ｄから送風チャンバー１４に送る。

送風チャンバー１４に送り込まれた乾燥風Ｄａは乾燥容器１０の底面１０ｂの全面から乾燥容器１０内に入り、湿った汚泥５０の水分を取り去る。水分を吸った空気Ｗａは、蓋体１０ａの吸引用開口１０ａａから戻り管１２ｃによって除湿乾燥機１２に戻される。

この運転モードでは空気は乾燥容器１０と除湿乾燥機１２の間を循環する。また、供給される乾燥風Ｄａは温度が６０℃近くまで高くなる。したがって、循環している間に空気の温度は徐々に高くなってくる。しかし、空気の温度が高すぎると、冷媒の温度も高くなり、膨張部１２ａでの除湿効果が低くなり、効率的な除湿が行えなくなる。

そこで、戻り管１２ｃ中の空気の温度が一定以上になった場合は、排気ファン１６を稼働させる。排気ファン１６を稼働させると、乾燥容器１０内の一定量の水分を吸った空気Ｗａが外部に排出される。そして、排出されたのと同量の外気Ｆａが外気取入れ開口１０ａｂから乾燥容器１０内に導入される。

外気Ｆａと混合された乾燥容器１０内の空気は水分を吸った空気Ｗａとなり戻り管１２ｃを通り、除湿乾燥機１２の膨張部１２ａに送られる。つまり、排気ファン１６を稼働している間は、乾燥容器１０と除湿乾燥機１２の間を循環する空気の一部は外気Ｆａと入れ替えられる。結果、循環する空気の温度は下がるが、一気に外気温度まで下がることはない。

膨張部１２ａに取り込まれる空気の温度は温度計１８で常にモニタされている。したがって、循環している空気の温度が一定値以下になったら、排気ファン１６を停止させる。このように、外気温度が低すぎる場合は、乾燥容器１０と除湿乾燥機１２の間で空気を循環させて、膨張部１２ａ内での結露した水分が凍結しないように運転を続けることができる。

また、循環している空気を冷やす場合は、一度乾燥容器１０内に外気Ｆａを取り込み、乾燥容器１０内の空気と混ぜてから除湿乾燥機１２に戻すので、除湿乾燥機１２内で水分が凍結することを回避できる。図５で説明した運転モードを第２運転モードと呼ぶ。

湿った汚泥５０は汚泥乾燥装置１中で所定時間乾燥させると、大部分の水分が抜ける。所定時間乾燥させたら、除湿乾燥機１２および排気ファン１６を停止させる。次に乾燥容器１０を釣り上げて、所定の位置まで運び、そこで、底面１０ｂを開く。底面１０ｂは観音開きに開くため、乾燥容器１０内の汚泥５０は全て排出される（図３も参照）。汚泥５０を排出する手順は第１運転モードおよび第２運転モードで変わらない。

図６には、制御器２０の処理フローをまとめて示す。季節に応じて手動で運転モードを変えてもよいが、以下では外気温度計１９で外部温度を確認する場合について説明する。汚泥乾燥装置１が稼働をスタートすると（ステップＳ１００）、終了判定が行われる（ステップＳ１０２）。終了判定は、稼働開始時刻から一定時間経過したか否かであってもよいし、緊急停止ボタンによる指示であってもよい。終了する場合（ステップＳ１０２のＹ分岐）は、停止する（ステップＳ１２０）。終了しない場合（ステップＳ１０２のＮ分岐）は、外部温度Ｔｃを確認する（ステップＳ１０４）。外部温度Ｔｃは外気温度計１９によって確認することができる。

次に外部温度Ｔｃと閾値温度Ｔｈ０を比較する（ステップＳ１０６）。そして、外部温度Ｔｃが閾値温度Ｔｈ０より高い場合（ステップＳ１０６のＹ分岐）は、第１運転モードを行い（ステップＳ１０８）、そうでなければ（ステップＳ１０６のＮ分岐）第２運転モードを行う（ステップＳ１１０）。

ここで第１運転モードは図４で説明した運転であり、第２運転モードは図５で説明した運転である。したがって、閾値温度Ｔｈ０は、外気Ｆａを直接除湿乾燥機１２の膨張部１２ａに導入した場合、膨張部１２ａ内で水分が凍結する温度である。おおよそ１３℃〜１７℃程度の温度が一般的である。

第１運転モード（ステップＳ１０８）、第２運転モード（ステップＳ１１０）に進んだ処理は、各モード内で一連の処理を行った後、再びステップＳ１０２の終了判定に戻り、処理の停止若しくは処理の継続が判断される。

図７には第１運転モードの処理についてフローを示す。第１運転モードの処理が開始されると（ステップＳ２００）は、密閉蓋１１を閉じ、除湿乾燥装置１２の膨張部１２ａの取り込みを直接吸引口１２ｅに切り替えるという運転設定を行う（ステップＳ２０２）。なお、ステップＳ２００は、図６で示したステップＳ１０８と同じである。また、運転設定（ステップＳ２０２）は、すでに設定されている場合はスキップしてもよい。

次に圧縮部１２ｂが送り管１２ｄから送り出す乾燥風Ｄａの量と排気ファン１６が排出する排気量が一定になるように調節する（ステップＳ２０４）。この量は外部温度Ｔｃと除湿乾燥機１２の性能によって変化する。そのため、除湿乾燥機１２の運転状態に合わせて排気ファン１６の運転状態を合わせるのが好ましい。そして図６のメインの処理にフローを移す（ステップＳ２０６）。つまり、メインのステップＳ１０２に戻る。

図８に第２運転モードの処理のフローを示す。第２運転モードが開始されると（ステップＳ３００）、運転設定が行われる（ステップＳ３０２）。ここでの運転設定は、密閉蓋１１を開き、除湿乾燥機１２の膨張部１２ａの取り込みを戻り管１２ｃに切り替える処理である。すでに運転設定（ステップＳ３０２）が行われている場合はこの処理をスキップしてもよい。

次に戻り管１２ｃ内の空気の温度Ｔｒを確認する（ステップＳ３０４）。そして、高温設定温度Ｔｈ１および低温設定温度Ｔｈ２と温度Ｔｒを比較する（ステップＳ３０６およびステップＳ３０８）。

高温設定温度Ｔｈ１より戻り管１２ｃ内の空気温度Ｔｒが高ければ（ステップＳ３０６のＹ分岐）、循環している空気の温度を下げる必要があるので、排気ファン１６を稼働状態にする（ステップＳ３１０）。この時、除湿乾燥機１２の送り出し量と排気ファン１６の排気量を同じにするのは言うまでもない。

また、高温設定温度Ｔｈ１より戻り管１２ｃ内の空気温度Ｔｒが低く（ステップＳ３０６のＮ分岐）、低温設定温度Ｔｈ２よりも低い（ステップＳ３０８のＹ分岐）場合は、循環する空気の温度Ｔｒが低すぎるので、排気ファン１６の運転を停止する（ステップＳ３１２）。

また、高温設定温度Ｔｈ１より戻り管１２ｃ内の空気温度Ｔｒが低く（ステップＳ３０６のＮ分岐）、低温設定温度Ｔｈ２よりも高い（ステップＳ３０８のＮ分岐）場合は、循環する空気の温度Ｔｒは適正値であると判断し、処理をメインに戻す（ステップＳ３１４）。

以上のようにして、汚泥乾燥装置１によって、汚泥５０を乾燥させることができる。また、汚泥乾燥装置１は、除湿乾燥機１２の膨張部１２ａ内で凍結しないように構成されており、寒冷地や、冬場の屋外であっても、汚泥５０を乾燥させることができる。また、第１運転モードより第２運転モードの方が除湿乾燥機の負荷が減り省エネになり、第２運転モードの運転時間を長くできる。

本発明に係る汚泥乾燥装置は、工業的に発生する汚泥の乾燥に好適に利用することができる。

１ 汚泥乾燥装置
１０ 乾燥容器
１０ａ 蓋体
１０ａａ 吸引用開口
１０ａｂ 外気取入れ開口
１０ａｃ 排気用開口
１０ｂ 底面
１０ｂａ 枠体
１０ｂｂ フィルタ
１１ 密閉蓋
１２ 除湿乾燥機
１２ａ 膨張部
１２ｂ 圧縮部
１２ｃ 戻り管
１２ｅ 直接吸引口
１２ｄ 送り管
１４ 送風チャンバー
１４ａ 上面
１４ｉ 挿入口
１６ 排気ファン
１６ｃ 吸引管
１８ 温度計
１９ 外気温度計
２０ 制御器
３０ 扉
３２ 扉
３１ 蝶番
３３ 蝶番
３４ 開閉手段
３６ 開閉手段
５０ 汚泥
Ｄａ 乾燥風
Ｗａ 水分を吸った空気
Ｆａ 外気
Ｔｃ 外部温度
Ｔｈ０ 閾値温度
Ｔｒ （戻り管１２ｃ内の空気の）温度
Ｔｈ１ 高温設定温度
Ｔｈ２ 低温設定温度

Claims (3)

1. 底面は、汚泥を保持でき、かつ通気可能なフィルタで構成され、上面は、吸引用開口、外気取入れ開口、排気用開口が設けられた乾燥容器と、
   前記吸引用開口から前記乾燥容器中の空気を吸引し、前記空気を除湿した乾燥風を送出する除湿乾燥機と、
   前記乾燥容器の下方に配置され前記乾燥風を前記乾燥容器に送る送風チャンバーと、
   前記排気用開口に接続され、前記乾燥容器中の空気を排気する排気ファンを有する汚泥乾燥装置。
2. 前記乾燥容器の前記底面は、下方に向かって観音開きで開閉できる請求項１に記載された汚泥乾燥装置。
3. 前記除湿乾燥機が吸引した前記空気の温度を測定する温度計と、
   前記温度計の温度に基づいて前記排気ファンの運転を制御する制御器をさらに有する請求項１または２に記載された汚泥乾燥装置。

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