特開 2024-32239 消化槽及び消化槽の保温方法

(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】P2024032239

(43)【公開日】2024-03-12

(54)【発明の名称】消化槽及び消化槽の保温方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/04 20060101AFI20240305BHJP

【ＦＩ】

C02F11/04 Z ZAB

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022135796

(22)【出願日】2022-08-29

(71)【出願人】

【識別番号】000192590

【氏名又は名称】株式会社神鋼環境ソリューション

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】山中 遼平

(72)【発明者】

【氏名】福ケ迫 久仁衛

(72)【発明者】

【氏名】田中 克

【テーマコード（参考）】

4D059

【Ｆターム（参考）】

4D059AA03

4D059BA11

4D059BA56

4D059BJ03

4D059BJ06

4D059CB11

(57)【要約】

【課題】本発明は、保温性に優れる消化槽及び消化槽の保温方法を提供することを課題とする。
【解決手段】コンクリートで形成された基礎部と、前記基礎部に設置された消化槽本体とを備え、前記基礎部は、前記消化槽本体が設置された設置面と、前記設置面以外の面である外面とを有し、前記外面の少なくとも一部が、保温部材で覆われている、消化槽。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンクリートで形成された基礎部と、前記基礎部に設置された消化槽本体とを備え、
前記基礎部は、前記消化槽本体が設置された設置面と、前記設置面以外の面である外面とを有し、
前記外面の少なくとも一部が、保温部材で覆われている、消化槽。

【請求項2】

前記外面は、下面と側面とを有し、
前記下面と前記側面の少なくとも一部が、前記保温部材で覆われている、請求項１に記載の消化槽。

【請求項3】

前記外面は、上面を有し、
前記上面の少なくとも一部が、前記保温部材で覆われている、請求項１又は２に記載の消化槽。

【請求項4】

前記上面を覆う前記保温部材が、保護層で覆われている、請求項３に記載の消化槽。

【請求項5】

消化槽の保温方法であって、
前記消化槽は、コンクリートで形成された基礎部と、前記基礎部に設置された消化槽本体とを備え、
前記基礎部は、前記消化槽本体が設置された設置面と、前記設置面以外の面である外面とを有し、
前記外面の少なくとも一部を保温部材で覆う、消化槽の保温方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、消化槽及び消化槽の保温方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、消化槽は、下水汚泥などの有機性廃棄物を処理するために用いられている。通常、消化槽は、コンクリートで形成された基礎部と、該基礎部に設置され嫌気性細菌によって有機性廃棄物を処理する消化槽本体とを備えている。消化槽本体の内部の温度（内温）は、例えば３５～６０℃であり、より具体的には中温消化で３５～４０℃、高温消化で５０～６０℃である。これによって、嫌気性細菌により汚泥中の有機物が分解され、メタンと二酸化炭素とからなるバイオガスが発生する。バイオガスはメタンを含むため、燃料として活用することができる。

【0003】

また、消化槽本体の内温を安定した状態で維持するために、消化槽本体の保温性を高めることが試みられている。例えば、特許文献１に記載の消化槽は、消化槽本体の底部に保温部材（ポリスチレンフォーム）が設けられている。具体的には、特許文献１の消化槽は、消化槽本体の内部空間が仕切り板で上下方向に分割されており、上側の空間に汚泥が投入されるように構成され、且つ、下側の空間に断熱構造体が配されている。該断熱構造体は、消化槽本体の底部と仕切り板との間に延びる複数の短管と、各短管の間に配された前記保温部材とを有する。また、仕切り板及び短管は、鋼材から作製されている。かかる断熱構造体では、短管によって保温部材が汚泥の荷重でつぶれないようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５８０６７４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の消化槽では、断熱構造体における短管が鋼材から作製されているため、短管及び基礎部を介した消化槽本体からの放熱が生じるおそれがある。すなわち、特許文献１の消化槽は、消化槽本体の保温性に改善の余地がある。

【0006】

また、特許文献１では、基礎部における保温性には着目されていないが、基礎部における保温性が不十分であると、基礎部における温度が外部環境によって変化し易くなり、基礎部に熱応力を生じさせることとなる。そして、熱応力の影響を抑えるためには、基礎部における配筋の増設が必要となるため、施工の手間とコストが増大する。

【0007】

上記問題点に鑑み、本発明は、保温性に優れる消化槽及び消化槽の保温方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る消化槽は、
コンクリートで形成された基礎部と、前記基礎部に設置された消化槽本体とを備え、
前記基礎部は、前記消化槽本体が設置された設置面と、前記設置面以外の面である外面とを有し、
前記外面の少なくとも一部が、保温部材で覆われている。

【0009】

斯かる構成によれば、基礎部における外面の少なくとも一部が保温部材で覆われていることによって、基礎部を介した放熱が抑制されるため、消化槽本体だけでなく基礎部における保温性に優れるものとなる。そして、延いては、熱応力の影響を抑えるための基礎部における配筋量を低減することが可能となる。

【0010】

また、本発明に係る消化槽は、
前記外面は、下面と側面とを有し、
前記下面と前記側面の少なくとも一部が、前記保温部材で覆われていてもよい。

【0011】

斯かる構成によれば、基礎部における下面と側面の少なくとも一部が保温部材で覆われていることによって、基礎部を介した放熱がさらに抑制される。

【0012】

また、本発明に係る消化槽は、
前記外面は、上面を有し、
前記上面の少なくとも一部が、前記保温部材で覆われていてもよい。

【0013】

斯かる構成によれば、基礎部における上面の少なくとも一部が保温部材で覆われていることによって、基礎部を介した放熱がより一層抑制される。

【0014】

また、本発明に係る消化槽は、
前記上面を覆う前記保温部材が、保護層で覆われていてもよい。

【0015】

斯かる構成によれば、上面を覆う保温部材が保護層で覆われているため、該保温部材の劣化が抑制され、延いては、保温性を長期にわたって維持することができる。

【0016】

本発明に係る消化槽の保温方法では、前記外面の少なくとも一部を保温部材で覆う。

【0017】

斯かる構成によれば、基礎部における外面の少なくとも一部を保温部材で覆うため、消化槽本体だけでなく基礎部における保温性に優れる消化槽を構築することができる。

【発明の効果】

【0018】

以上の通り、本発明によれば、保温性に優れる消化槽及び消化槽の保温方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】一実施形態に係る消化槽の概略図である。

【図2】図１の消化槽を上方から見た図である。

【図3】水路の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る消化槽について説明する。

【0021】

図１に示すように、本実施形態に係る消化槽１は、下水汚泥などの有機性廃棄物を処理する消化槽本体１０と、消化槽本体１０内の汚泥を加温する加温部２０と、消化槽本体１０内の汚泥を撹拌する撹拌部３０と、消化汚泥を消化槽本体１０から排出する排出部たる引抜装置４０とを備えている。また、本実施形態の消化槽１は、消化槽本体１０を設置するための基礎部５０と、基礎部５０を覆う保温部材６０とを備えている。

【0022】

本実施形態の消化槽１は、地山に形成された凹部Ｇに設けられている。凹部Ｇは、基礎部５０を下方から支持するように形成された平面部Ｇ１と、基礎部５０を囲繞するように形成された周壁部Ｇ２とを備えている。なお、凹部は、周壁部Ｇ２を備えていなくてもよい。

【0023】

本実施形態の消化槽本体１０は、鋼板製である。消化槽本体１０は、円筒状に形成されており、基礎部５０に接地された底部１１と、底部１１から立ち上がる側壁部１２と、底部１１に対向し且つ側壁部１２の上端を閉塞する上壁部１３とを有する。消化槽本体１０の内部には、底部１１と側壁部１２と上壁部１３とで画定される円柱状の汚泥収容空間Ｖが形成されている。なお、消化槽本体は、円筒状の他、例えば角筒状に形成されていてもよい。また、消化槽本体は、コンクリートで形成されていてもよい。また、底部１１の外表面と基礎部５０との間に、底部１１の腐食を防止するためのアスファルトサンドが敷設されていてもよい。

【0024】

本実施形態の加温部２０は、消化槽本体１０内の汚泥の温度を消化に適した温度、例えば３５～６０℃であり、より具体的には中温消化で３５～４０℃、高温消化で５０～６０℃に維持するために設けられている。本実施形態の加温部２０は、消化槽本体１０の外部に設けられた熱交換部２３を有し、消化槽本体１０から一部の汚泥を取り出して熱交換部２３で加温し且つ加温した一部の汚泥を消化槽本体１０に戻すように構成されている。より具体的には、加温部２０は、消化槽本体１０から一部の汚泥を排出させ且つ熱交換部２３へ移送するための第１配管部２１と、加温処理した一部の汚泥を熱交換部２３から消化槽本体１０に移送するための第２配管部２２とを有する。また、加温部２０は、第１配管部２１から第２配管部２２にわたって汚泥を移動させるための循環ポンプ２４を有する。

【0025】

本実施形態の撹拌部３０は、汚泥内の嫌気性微生物及び有機性廃棄物が均一になるように混合し、汚泥における熱の伝導を促すように機能する。撹拌部３０は、上下方向に沿って延びる回転軸を有する軸部３１と、軸部３１を前記回転軸周りに回転させる駆動部３２と、軸部３１に固定され軸部３１の回転に伴って回転する羽部３３とを有する。

【0026】

本実施形態の撹拌部３０では、軸部３１は、底部１１の中央部上方に配されている。羽部３３は、上下方向に間隔を空けて配された第１羽部３３ａと第２羽部３３ｂとで構成されている。すなわち、羽部３３は、第１羽部３３ａ及び第２羽部３３ｂが２段配置されることによって構成されている。羽部３３は、回転した場合に、その回転面において汚泥を上方から下方に移動させるように構成されている。すなわち、撹拌部３０は、汚泥収容空間Ｖの径方向中央部において消化槽本体１０の底部１１に向かう汚泥の流れを生じさせることが可能である。そして、底部１１に到達した汚泥は、底部１１の延在方向に沿って流れて側壁部１２に到達し、さらに、側壁部１２に沿って上方へ流れることとなる。これによって、汚泥収容空間Ｖ内の汚泥が循環する。なお、羽部は、２段配置に限られず、例えば、１段のみであってもよく、複数段であってもよい。

【0027】

本実施形態の引抜装置４０は、消化汚泥を消化槽本体１０の底部１１から槽外に排出するために設けられている。本実施形態の引抜装置４０は、消化汚泥を排出させるための引抜ポンプ４２と、引抜ポンプ４２に接続された第３配管部４１とで構成されている。

【0028】

本実施形態の基礎部５０は、凹部Ｇへのコンクリートの打設によって形成されている。基礎部５０は、鉄筋コンクリートで形成されており、すなわち、コンクリートと、該コンクリートに埋設された複数の鉄筋とを有する。凹部Ｇの下方には、基礎部５０を下方から支持する複数の杭Ｐが埋め込まれている。各杭Ｐの先端部は、平面部Ｇ１から上方に突出し且つ基礎部５０に埋設されている。これによって、基礎部５０は、杭Ｐに支持される複数の支持面５２１を有するものとなる。

【0029】

基礎部５０は、消化槽本体１０が設置された設置面５１ａと、設置面５１ａよりも外側の外面５２とを有する。

【0030】

設置面５１ａは、消化槽本体１０を設置するために水平に形成された基礎面５１に含まれている。

【0031】

外面５２は、上記の杭Ｐに支持された支持面５２１と、凹部Ｇの平面部Ｇ１に支持された下面５２２と、凹部Ｇの周壁部Ｇ２に支持された側面５２３と、基礎面５１において設置面５１ａよりも外側に位置する上面５２４とを有する。側面５２３は、周壁部Ｇ２に直接に支持されることで露出していない非露出面５２３ａと、露出した露出面５２３ｂとを有する。外面５２の支持面５２１を除く少なくとも一部は、保温部材６０で覆われている。なお、杭Ｐは基礎部５０と一体化されることによって基礎部５０を補強するように機能するため、基礎部５０における杭Ｐとの境界面たる支持面５２１は、通常、保温部材６０で覆われない。

【0032】

本実施形態の消化槽１は、保温部材６０として、基礎部５０の下面５２２を覆う底部保温部材６１と、側面５２３を覆う側部保温部材６２と、上面５２４を覆う上部保温部材６３とを備えている。

【0033】

底部保温部材６１は、凹部Ｇの平面部Ｇ１と基礎部５０の下面５２２との間に保温層を形成するように備えられている。また、底部保温部材６１は、下面５２２を全体的に覆うように備えられている。このように、底部保温部材６１は、下面５２２の７０％以上を覆うことが好ましく、８０％以上を覆うことがより好ましく、９０％以上を覆うことがさらに好ましい。

【0034】

側部保温部材６２は、凹部Ｇの周壁部Ｇ２と基礎部５０の側面５２３との間に保温層を形成するように備えられている。本実施形態では、側部保温部材６２は、側面５２３を覆うように備えられており、側面５２３の７０％以上を覆うことが好ましく、８０％以上を覆うことがより好ましく、９０％以上を覆うことがさらに好ましい。

【0035】

上部保温部材６３は、上面５２４に保温層を形成するように備えられている。消化槽１を上方からみたときに、上部保温部材６３は、消化槽本体１０を囲繞するように備えられている。上部保温部材６３は、上面５２４の７０％以上を覆うことが好ましく、８０％以上を覆うことがより好ましく、９０％以上を覆うことがさらに好ましい。

【0036】

各保温層の層厚は、特に限定されるものではないが、２０ｍｍ以上とするのが好ましい。土の熱伝導率の方が空気の熱伝導率よりも大きいため、底部保温部材６１や側部保温部材６２が形成する保温層は、上部保温部材６３が形成する保温層よりも層厚が大きいことが好ましい。このように、各保温層の層厚は、外部環境に応じて変更されてもよい。例えば、側部保温部材６２が露出する場合には、側部保温部材６２の保温層の層厚は、底部保温部材６１の層厚よりも小さくてもよい。なお、各保温層の層厚は、全て同じであってもよい。

【0037】

保温部材６０を構成する材料としては、コンクリートよりも熱伝導率が小さい材料が好ましい。コンクリートの熱伝導率は、通常１．２～１．６Ｗ／ｍ・Ｋであるため、保温部材６０の材料は、熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さいことが好ましく、０．５Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さいことがより好ましい。保温部材６０の材料としては、熱伝導率が０．０２～０．０３Ｗ／ｍ・Ｋのポリスチレンフォーム又はポリウレタンフォームが好ましい。この他、保温部材６０の材料は、ガラスウール、パーライト、パーライトモルタル、骨材（砂利）などであってもよい。

【0038】

保温部材６０は、単一の材料で構成されていてもよい。また、保温部材６０は、複数の材料の組み合わせで構成されていてもよい。例えば、保温部材６０は、骨材と、パーライト又はパーライトモルタルとの組み合わせで構成されていることが好ましい。

【0039】

本実施形態の消化槽１は、さらに、保温部材６０を保護する保護層７０を備えている。具体的には、消化槽１は、上部保温部材６３を保護する保護層７０はコンクリート層であり、コンクリート層は、上部保温部材６３を上方から覆うように形成されている。コンクリート層を形成するコンクリートは、無筋コンクリートである。コンクリート層の層厚は、特に限定されるものではないが、８０ｍｍ以上とするのが好ましい。これによって、外部環境の影響による上部保温部材６３の劣化が抑制され、延いては、消化槽１の保温性が維持され得る。また、保護層７０は、上部保温部材６３の位置ずれを抑制する固定部材（重し）としても機能する。すなわち、本実施形態の消化槽１は、上部保温部材６３を上面５２４に固定するための保護層７０を備えている。なお、保護層７０はコンクリートに限定されるものではなく、他には例えばモルタルなどが挙げられる。

【0040】

本実施形態の消化槽１によれば、基礎部５０が保温部材６０で覆われているため、基礎部５０を介した消化槽本体１０からの放熱が抑制される。これによって、加温部２０の消費エネルギーを抑制することができる。加えて、基礎部５０からの放熱が少ない分、汚泥の温度を全体にわたって安定した状態に維持し易くなるため、加温のための汚泥循環量が低減でき、循環ポンプ２４の動力を低減できる。

【0041】

また、基礎部５０が保温部材６０で保温されるため、基礎部５０における温度が安定した状態で維持され得る。これによって、基礎部５０における熱応力の発生が軽減され、基礎部５０における鉄筋量（配筋量）の低減が可能となり、施工の手間やコスト、部材の削減につながる。

【0042】

ここで、図１に示すように、本実施形態の基礎部５０は、基礎面５１をなす基礎部本体５０１と、基礎部本体５０１の外周縁から立ち上がる基礎部周壁部５０２とを有する。基礎部周壁部５０２は、消化槽本体１０を囲繞するように設けられており、上下方向に延びる一対の壁面を有する。より具体的には、図２に示すように、基礎部周壁部５０２は、凹部Ｇの周壁部Ｇ２に対向する外壁面５０２ａ（側面５２３の一部をなす面）と、消化槽本体１０の側壁部１２に対向する内壁面５０２ｂとを有する。そして、本実施形態の消化槽１では、上部保温部材６３が、基礎部周壁部５０２の内壁面５０２ｂに接するように備えられている。これによって、上部保温部材６３の位置ずれが抑制されるため、位置ずれに起因する保温もれが抑制される。なお、前記基礎部は、前記基礎部周壁部を有さなくてもよい。

【0043】

また、本実施形態の消化槽１では、消化槽本体１０の側壁部１２と上部保温部材６３との間に隙間８０が設けられている。かかる隙間８０があると、上部保温部材６３の交換や消化槽本体１０の側壁部１２付近の保温部材交換の際などのメンテナンスの際のスペースが確保され、作業性が向上する。なお、隙間８０は、消化槽１を上方から見たときに、側壁部１２の一部を囲むように形成されていればよい。言い換えれば、上部保温部材６３の一部が、側壁部１２に接するように設けられていてもよい。

【0044】

さらに、図２に示すように、隙間８０が設けられる場合は、降雨時などによって隙間８０にたまった水を消化槽１から排出する水路９０が設けられていてもよい。本実施形態の消化槽１では、水路９０を形成するために基礎部周壁部５０２が周方向において途切れた開放部９１が設けられており、開放部９１と隙間８０とが連通するように上部保温部材６３及び保護層７０が敷設されている。すなわち、基礎部周壁部５０２と同様に上部保温部材６３及び保護層７０にも周方向において途切れた開放部９２が設けられている。水路９０が設けられる場合、隙間８０における上面５２４は、水路９０に向かって下方傾斜するように形成されることが好ましい。この他、図３に示すように、水路９０は、隙間８０における上面５２４で開口し且つ側部保温部材６２における上面５２４よりも低い位置で開口する貫通孔（基礎部５０を貫通する貫通孔）で構成されていてもよい。なお、かかる隙間や水路は設けられなくてもよい。

【0045】

次に、本発明の一実施形態に係る消化槽の保温方法について説明する。

【0046】

本実施形態の消化槽の保温方法は、凹部Ｇに基礎部５０を形成しつつ基礎部５０を保温部材で覆う第１保温工程と、基礎部５０に消化槽本体１０を設置する設置工程と、上面５２４を保温部材で覆う第２保温工程と、上面５２４を覆う保温部材を覆うように保護層７０を形成する保護層形成工程とを備える。

【0047】

前記第１保温工程では、基礎部５０を形成するための鉄筋と、コンクリートを打設するための型枠とを凹部Ｇに設置する。次いで、前記第１保温工程では、平面部Ｇ１の表面を覆うように保温部材６０による保温層を形成し、且つ、前記型枠の内周面を覆うように保温部材６０による保温層を形成する。そして、前記第１保温工程では、型枠内にコンクリートを打設し、保温部材６０（保温層）で覆われた下面５２２及び側面５２３を有する基礎部５０を形成する。

【0048】

前記第２保温工程において、基礎部５０の上面５２４に保温部材による保温層を形成し、次いで、前記保護層形成工程において、該保温層を覆うように例えばコンクリートを打設して保護層７０を形成する。

【0049】

本実施形態の消化槽の保温方法によれば、基礎部５０を介した放熱が抑制され、保温性に優れる消化槽を構築することができる。

【0050】

なお、本発明に係る消化槽及び消化槽の保温方法は、上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明に係る消化槽及び消化槽の保温方法は、上記の作用効果によって限定されるものではない。本発明に係る消化槽及び消化槽の保温方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

【0051】

例えば、上記実施形態の消化槽１は、上部保温部材６３を備えているが、上部保温部材を備えていなくとも所望の効果を発揮し得る。一方で、１０℃以下のような低温になり得る外部環境（例えば寒冷期の大気）との間に保温部材が備えられることが好ましい。かかる観点からは、前記上部保温部材を備えていることが好ましい。

【0052】

また、本発明の消化槽は、前記底部保温部材を保護するための保護層を備えていてもよく、さらに、前記側部保温部材を保護するための保護層を備えていてもよい。前記底部保温部材及び前記側部保温部材を保護する保護層は、鋼板で構成されることが好ましい。前記鋼板としては、ガルバリウム鋼板（登録商標）が好ましい。

【符号の説明】

【0053】

１：消化槽、１０：消化槽本体、１１：底部、１２：側壁部、１３：上壁部、Ｖ：汚泥収容空間、２０：加温部、２１：第１配管部、２２：第２配管部、２３：熱交換部、２４：循環ポンプ、３０：撹拌部、３１：軸部、３２：駆動部、３３：羽部、３３a：第１羽部、３３ｂ：第２羽部、４０：引抜装置、４１：第３配管部、４２：引抜ポンプ、５０：基礎部、５０１：基礎部本体、５０２：基礎部周壁部、５０２ａ：外壁面、５０２ｂ：内壁面、５１：基礎面、５１ａ：設置面、５２：外面、５２１：支持面、５２２：下面、５２３：側面、５２３ａ：非露出面、５２３ｂ：露出面、５２４：上面、６０：保温部材、６１：底部保温部材、６２：側部保温部材、６３：上部保温部材、７０：保護層、８０：隙間、９０：水路、９１：開放部、９２：開放部、Ｇ：凹部、Ｇ１：平面部、Ｇ２：周壁部、Ｐ：杭

【図1】

【図2】

【図3】