特開 2022-127218 乾燥機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022127218

(43)【公開日】2022-08-31

(54)【発明の名称】乾燥機

(51)【国際特許分類】

   F26B 3/24 20060101AFI20220824BHJP

   F26B 23/00 20060101ALI20220824BHJP

【ＦＩ】

F26B3/24

F26B23/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021025236

(22)【出願日】2021-02-19

(71)【出願人】

【識別番号】508308950

【氏名又は名称】和光テクノサービス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000512

【氏名又は名称】弁理士法人山田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】生越 正広

(72)【発明者】

【氏名】山内 肇

【テーマコード（参考）】

3L113

【Ｆターム（参考）】

3L113AA05

3L113AB05

3L113AC16

3L113AC32

3L113AC45

3L113AC67

3L113AC86

3L113BA36

3L113BA37

3L113DA03

(57)【要約】

【課題】稼働に伴う環境負荷を低減し得る乾燥機を提供する。
【解決手段】固体に水分の混ざった被乾燥物Ｓを、加熱された回転体２の表面に付着させることで乾燥させる乾燥機１に関し、回転体２を加熱する熱源として燃料電池４の排熱を利用するよう構成する。燃料電池４は回転体２の内部に設けることができ、燃料電池４の排熱により加熱される熱媒は空気とすることができる。燃料電池４により生じた電力は、少なくとも一部を回転体２の回転または加熱に利用することができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体に水分の混ざった被乾燥物を、加熱された回転体の表面に付着させることで乾燥させる乾燥機であって、
前記回転体を加熱する熱源として燃料電池の排熱を利用するよう構成されていること
を特徴とする乾燥機。

【請求項2】

前記燃料電池は、前記回転体の内部に設けられること
を特徴とする請求項１に記載の乾燥機。

【請求項3】

前記燃料電池の排熱により加熱される熱媒は空気であること
を特徴とする請求項１または２に記載の乾燥機。

【請求項4】

前記燃料電池により生じた電力の少なくとも一部を前記回転体の回転に利用するよう構成されていること
を特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の乾燥機。

【請求項5】

前記燃料電池により生じた電力の少なくとも一部を前記回転体の加熱に利用するよう構成されていること
を特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の乾燥機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内部から加熱されつつ回転する回転体の表面に、被乾燥物を付着させて乾燥させる型式の乾燥機に関する。

【背景技術】

【0002】

排水処理の過程で発生する汚泥や、食品製造の過程で発生する食品残渣のように、粉状あるいは粒状の固体に水分が混ざった物質を処理するにあたっては、輸送のコストを下げたり、焼却の効率を向上させるといった目的で、対象物を乾燥させることが行われている。こうした含水性の物質（例えば上記した食品残渣や汚泥のほか、ペースト状の食品や、その他各種の化学物質など。以下、「被乾燥物」と称する）の乾燥には、ロータリーキルンやドラムドライヤー、減圧式の乾燥機など、被乾燥物の性質や用途等に応じて種々の装置が用いられる。

【0003】

乾燥のためのこうした装置のうち、例えばダブルドラム式と称される型式の乾燥機では、一対の円筒状の回転体（ドラム）が互いに平行になるよう近接して設置されており、回転する前記ドラムに対し上方から送り込まれた被乾燥物が前記ドラムの回転面に付着し、該ドラムと共に回転するようになっている。前記ドラム内には加熱された水蒸気が送り込まれ、該水蒸気の熱によってドラムが加熱され、該ドラムの回転面に付着した被乾燥物から水分が蒸発する。水分を除去された被乾燥物は、前記ドラムの回転面上の一部に設けられたスクレーパによって掻き落とされる。

【0004】

尚、この種の乾燥機に関連する先行技術文献としては、例えば、下記の特許文献１等がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５－１１８６５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上記の如き乾燥機においては、熱源として石油等の化石燃料が用いられることが今のところ一般的である。ボイラ内で化石燃料を燃焼させて水を加熱し、生じた高温の水蒸気を前記ドラム内に送り込んで加熱するのである。このように化石燃料を使用する場合、当然ながら乾燥機の稼働に伴い二酸化炭素や窒素酸化物、硫黄酸化物等を含む排気ガスが排出されることになる。

【0007】

一方、近年では、排気ガスに含まれるこうした物質による環境への影響が強く懸念されており、乾燥機においても、これらの物質の排出をなるべく少なくすることが望ましい。

【0008】

本発明は、斯かる実情に鑑み、稼働に伴う環境負荷を低減し得る乾燥機を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、固体に水分の混ざった被乾燥物を、加熱された回転体の表面に付着させることで乾燥させる乾燥機であって、前記回転体を加熱する熱源として燃料電池の排熱を利用するよう構成されていることを特徴とする乾燥機にかかるものである。

【0010】

本発明の乾燥機において、前記燃料電池は、前記回転体の内部に設けることができる。

【0011】

本発明の乾燥機において、前記燃料電池の排熱により加熱される熱媒は空気とすることができる。

【0012】

本発明の乾燥機は、前記燃料電池により生じた電力の少なくとも一部を前記回転体の回転に利用するよう構成することができる。

【0013】

本発明の乾燥機は、前記燃料電池により生じた電力の少なくとも一部を前記回転体の加熱に利用するよう構成することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の乾燥機によれば、稼働に伴う環境負荷を低減するという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施による乾燥機の全体構成の一例を説明する斜視図である。

【図2】本発明の実施例における回転体周辺の内部構成の一例を概略的に説明する図であり、回転体の回転軸に平行な断面を模式的に示している。

【図3】乾燥機の稼働による被乾燥物の乾燥の様子を概略的に説明する図であり、軸に垂直な断面を模式的に示している。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

【0017】

図１～図３は本発明の実施による乾燥機の形態の一例を示している。乾燥機１は、円筒形をなす回転体としての一対のドラム２と、該ドラム２を回転させるモータ３と、ドラム２内に配置された燃料電池４とを備えて構成されている。

【0018】

一対のドラム２は、互いの回転軸２ａ同士が平行になるよう、水平に並べて配置されており、円筒面状をなす互いの回転面２ｂは、僅かな隙間Ｄを隔てて近接して配置されている。回転軸２ａにはモータ３が接続され、該モータ３の稼働により、一対のドラム２が互いに逆向きに同じ角速度で回転するようになっている。稼働時における回転の向きは、隙間Ｄを挟んで向かい合う回転面２ｂが、それぞれ下方へ動くような向きである。すなわち、図３において右側に位置するドラム２は反時計回りに回転し、左側に位置するドラム２は時計回りに回転する。尚、回転面２ｂ同士の距離（隙間Ｄの寸法）は、被乾燥物の性状等に応じて適宜調整すればよい。

【0019】

一対のドラム２同士の隙間Ｄには、上方に設けられた供給口５から被乾燥物Ｓが供給されるようになっている。被乾燥物Ｓは、粉状あるいは粒状の固体に水分が混ざった物質であり、例えば食品残渣や汚泥、ペースト状の食品、あるいはその他各種の化学物質等である。

【0020】

一方、各ドラム２に関して隙間Ｄと反対側の位置にはスクレーパ６が設けられている。スクレーパ６は、例えば各ドラム２の回転面２ｂに接するように設けられたヘラ状の部品であるが、回転面２ｂに付着した被乾燥物Ｓを掻き落とすことができればどのような構成の部品であってもよく、例えばブラシ状の部品であってもよい。

【0021】

燃料電池４は、各ドラム２の内側に配置されており、この位置で発電を行い、排熱によってドラム２内の空気を加熱するようになっている。各燃料電池４には、燃料としての水素を供給する水素配管７が接続されている。燃料電池４の下方には、発電に伴って生じる水を受ける受け皿８が配置され、該受け皿８にはドレン管９が接続され、受け皿８で受けた水をドラム２の外部へ導くようになっている。

【0022】

燃料電池４で生じた電力は、インバータ１０により直流から交流に変換されたうえでモータ３に供給され、該モータ３の稼働に利用されるようになっている。また、本実施例の場合、ドラム２の回転面２ｂの内側に電熱式のヒータ１１が設けられており、燃料電池４で発生させた電力のうち、モータ３の稼働に利用されて残った余剰分は、ヒータ１１によるドラム２の加熱に利用されるようになっている。尚、ヒータ１１によるドラム２の加熱は、空気を熱媒として間接的に行ってもよいし、ヒータ１１を回転面２ｂに接続して直接行ってもよい。

【0023】

被乾燥物Ｓを乾燥させる際には、燃料電池４に水素を送り込んで発電を行い、排熱によりドラム２内の空気を加熱し、これによってドラム２の回転面２ｂを加熱する。同時に、燃料電池４で生じた電力を利用してモータ３を稼働させ、上述の如く図３における右側のドラム２は反時計回りに、左側のドラム２は時計回りに、それぞれ回転させる。また、余剰の電力を利用し、必要に応じてヒータ１１を加熱する。

【0024】

こうしてドラム２を加熱しながら回転させつつ、被乾燥物Ｓを供給口５から投入する。被乾燥物Ｓは、向かい合うドラム２の回転面２ｂ同士の隙間Ｄの上側に落下し、ドラム２の回転に伴い、隙間Ｄを下側に通過し、各回転面２ｂに付着したまま該回転面２ｂと共に回転する。回転面２ｂは加熱されているので、被乾燥物Ｓは回転面２ｂと共に回転しつつ徐々に乾燥される。回転面２ｂに付着した被乾燥物Ｓは、乾燥と共に粘着力を失って自重で落下するか、回転面２ｂに付着した状態でスクレーパ６の設置位置まで回転し、そこでスクレーパ６により掻き落とされる。落下した被乾燥物Ｓは、ドラム２の下方の空間に貯留され、適宜回収される。尚、最終的に得られる被乾燥物Ｓの水分量は、燃料電池４およびヒータ１１における発熱量や、ドラム２の回転速度によって調整することができる。

【0025】

このように構成された本実施例の乾燥機１では、まず水素の酸化反応を利用して発電を行う燃料電池４の排熱を乾燥のための熱源に用いているので、熱源として化石燃料を利用する従来の乾燥機と異なり、熱媒の加熱に伴って二酸化炭素や窒素酸化物、硫黄酸化物等の発生を抑えることができる。また、燃料電池４はドラム２の内部に収容されているので、例えば従来の乾燥機のように熱源装置としてのボイラをドラムの外部に設ける必要がなく、乾燥機１の全体をコンパクトな構成とすることができる。

【0026】

しかも、熱媒としてボイラで加熱した水蒸気を用い、これをドラム内へ送り込むのではなく、ドラム２内の空気をドラム２内の燃料電池４で加熱し、これを熱媒として利用するようになっているため、ドラム２を密閉構造の圧力容器として構成する必要がない。ドラムに対し熱媒として水蒸気を送り込む従来の乾燥機では、ドラムが圧力容器として構成されるため、該圧力容器の気密性を保つために定期的なメンテナンスが必要であり、高額の点検・修理費用が維持費として生じていたが、本実施例の乾燥機１ではそのようなメンテナンスが不要であり、維持費を大幅に節減することができる。また、そもそもドラム２を密閉構造とする必要がないので、ドラム２の製造にかかる費用も抑えることができる。

【0027】

また、ドラム２内に収容された燃料電池４の排熱により、熱媒であるドラム２内の空気をその場で加熱することは、加熱効率の向上にも繋がる。ドラムの外部のボイラで加熱した水蒸気をドラムへ送り込む従来の方式では、ボイラからドラムへ至る経路で熱の一部が逸失してしまうという問題もあったが、本実施例では熱媒を外からドラム２へ送り込む経路が存在しないので、熱媒の送給に伴う熱の逸失は生じない。

【0028】

さらに、ドラム２の回転を担うモータ３の動力を燃料電池４による発電で賄う場合には外部電源も不要であり、電源のない場所でも電源工事を行うことなく乾燥機１を設置することができる。

【0029】

尚、上では、燃料電池４で生じた電力の一部をモータ３の稼働に利用し、余剰の電力をヒータ１１の加熱に利用する場合を説明したが、要求される被乾燥物Ｓの乾燥量、モータ３の馬力や回転数、燃料電池４における発電量や発電効率といった条件の如何によっては、ドラム２を十分に加熱しつつモータ３を要求される速度で回転させるには電力が不足したり、逆に電力が余ってしまう（燃料電池４の排熱でドラム２を加熱し、さらにヒータ１１でも加熱を行うと、ドラム２の温度が高くなりすぎてしまう）といった事態も想定される。そういった場合には、例えば補助的に外部電源やバッテリを乾燥機１の電気系統に接続し、電力の不足分を補ったり、余った電力をバッテリに蓄電するようにしてもよい。また、燃料電池４で生じた電力の用途は上に説明した以外にも自由に設定してよく、例えばモータ３の必要電力に対する燃料電池４の発生電力の量によっては、電力の一部ではなく全部をモータ３の駆動に利用してもよい。また、モータ３の駆動力を外部の電力で賄い、燃料電池４で生じた電力は全部をヒータ１１に回し、ドラム２の加熱に利用してもよい。あるいは、燃料電池４で生じた電力を乾燥機１とは別の外部の機器で利用することも、理論上は可能である。

【0030】

ここで、上述の如き乾燥機１の稼働における熱量のバランスに関する試算の一例を説明する。尚、ここでは燃料電池４としてＳＯＦＣ型の燃料電池を想定するが、本発明の実施に際して採用し得る燃料電池はＳＯＦＣ型に限るものではないことは勿論である。

【0031】

被乾燥物Ｓに含まれる水を、１時間あたり１００ｋｇ蒸発させることを考える。常温（２０℃）の水を１時間で１００ｋｇ蒸発させるために必要な時間あたりの熱量は、液体の水の温度を８０℃上昇させるのに必要な熱量が約３３４［ｋＪ／ｋｇ］、１００℃の水の気化熱が約２２５５［ｋＪ／ｋｇ］であるため、
１００×（３３５＋２２５５）＝２５９０００［ｋＪ／ｈ］
すなわち
２５９０００／３６００≒７２．０［ｋＷ］
である。

【0032】

一方、ＳＯＦＣ型燃料電池の発電効率は一般に４５～６５％程度とされているので、ここでは仮に燃料電池４の発電効率を４５％とする。水素の酸化の熱化学方程式は
２Ｈ_２＋Ｏ_２→２Ｈ_２Ｏ＋２８０［ｋＪ］
であるので、１ｍｏｌの水素の反応あたり、
２８０×（１／２）×０．４５＝６３［ｋＪ］
すなわち
６３／３６００≒０．０１７５［ｋＷｈ］
が電力となり、残りの５５％にあたる
２８０×（１／２）×０．５５＝７７［ｋＪ］
が排熱として燃料電池４から放散される。

【0033】

よって、ＳＯＦＣ型の燃料電池４の排熱だけで１時間あたり１００ｋｇの水を蒸発させるためには、時間あたり
２５９０００／７７≒３３６０［ｍｏｌ／ｈ］
の水素が必要であり、１時間でこれだけの水素を反応させる場合の発電量は
３３６０×０．０１７５≒５８．８［ｋＷ］
である。

【0034】

仮に乾燥機１におけるヒータ１１以外の消費電力（モータ３の駆動等に要する電力）を１０ｋＷ（一定）とすると、
５８．８－１０＝４８．８［ｋＷ］
が余剰電力である。

【0035】

この余剰電力は、上述の通り、ヒータ１１の加熱に利用してもよいし、別途接続されたバッテリ（図示せず）に蓄電してもよいし、外部の機器で利用することも可能である。

【0036】

ここで、余剰電力の全量をヒータ１１の加熱に利用することを考える。この場合に１時間あたり１００ｋｇの水を蒸発させるのに必要な時間あたりの水素の量をｘ［ｍｏｌ／ｈ］とおくと、ｘ［ｍｏｌ／ｈ］の水素の反応により放出される時間あたりの排熱は７７ｘ［ｋＪ／ｈ］、余剰電力は０．０１７５ｘ－１０［ｋＷ］である。この排熱と余剰電力により、１時間あたり１００ｋｇの水を蒸発させるだけの熱量（２５９０００［ｋＪ／ｈ］）を賄うとすると、
７７ｘ＋（０．０１７５ｘ－１０）×３６００＝２５９０００
の等式が成り立つ。これを解くと、
ｘ≒２１００［ｍｏｌ］
である。

【0037】

上述の通り、燃料電池４の排熱のみを用いてドラム２を加熱する場合には３３６０ｍｏｌの水素が必要であるので、これと比較すると、余剰電力の全量をヒータ１１の加熱に利用すれば、
３３６０／２１００≒１．６［倍］
程度の効率で、乾燥に必要な熱量を賄うことができることになる。

【0038】

２１００ｍｏｌの水素は約４．２ｋｇ、水素ガスの価格は１ｋｇあたり１０００円程度である。ここで、例えば被乾燥物Ｓが水分を重量比で８５％含む汚泥である場合、１２０ｋの被乾燥物Ｓの水分量を１０％まで落とすのに必要な熱量が、１００ｋｇの水を蒸発させるのに必要な熱量とおよそ等しい。よって、１００ｋｇの被乾燥物Ｓを、水分量が１０％となるまで処理するのに必要な水素ガスの価格は、
約４．２×１０００／１．２＝約３５００［円］
程度である。

【0039】

以上のように、上記本実施例は、固体に水分の混ざった被乾燥物Ｓを、加熱された回転体（ドラム）２の表面に付着させることで乾燥させる乾燥機１に関し、回転体２を加熱する熱源として燃料電池４の排熱を利用するよう構成している。このようにすれば、熱媒の加熱に伴う二酸化炭素や窒素酸化物、硫黄酸化物等の発生を抑えることができる。

【0040】

また、本実施例においては、燃料電池４を回転体２の内部に設けている。このようにすれば、熱源装置を回転体２の外部に設ける必要がなく、乾燥機１の全体をコンパクトな構成とすることができる。

【0041】

また、本実施例において、燃料電池４の排熱により加熱される熱媒は空気としている。このようにすれば、回転体２を密閉構造の圧力容器として構成する必要がないので、乾燥機１の維持費やドラム２の製造費を抑えることができる。

【0042】

また、本実施例は、燃料電池４により生じた電力の少なくとも一部を回転体２の回転に利用するよう構成している。このようにすれば、外部電源を不要とし、電源のない場所でも電源工事を行うことなく乾燥機１を設置することができる。

【0043】

また、本実施例は、燃料電池４により生じた電力の少なくとも一部を回転体２の加熱に利用するよう構成している。このようにすれば、回転体２の加熱を効率よく行うことができる。

【0044】

したがって、上記本実施例によれば、稼働に伴う環境負荷を低減し得る。

【0045】

尚、本発明の乾燥機は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、加熱された回転体の表面で被乾燥物を乾燥させる型式の乾燥機であれば広く適用することが可能である。例えば、上に説明したようなダブルドラム式ではなく、シングルドラム式の乾燥機にも適用できる。その他、本発明は、要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0046】

１ 乾燥機
２ ドラム（回転体）
４ 燃料電池
Ｓ 被乾燥物

【図1】

【図2】

【図3】