JP7547568B2 - 敷料再生装置および敷料再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、家畜の床材に用いられる敷料再生装置に関する。

敷料は、家畜が横たわったり座ったりするために畜舎の床に敷く床材である。この敷料には、家畜の居住性を向上させるべく、緩衝性および保温性が高いこと、滑りにくいこと、家畜の皮膚表面を乾燥させて細菌の繁殖を抑えるべく乾いていて衛生的であること、家畜を傷つけないことなどが求められている。また家畜の居住性以外に、排泄物を吸収して排泄物の取り扱い性を向上させるべく吸水性が高いこと、排泄物の悪臭を低減するべく排泄物の悪臭を吸着することも求められている。
敷料としては、例えば、乾牧草、わら類（麦わら）、おが粉（おが屑）、籾殻等が用いられている。

このような敷料は、排泄物の水分を吸収して飽水状態となった時点で役目を終える。例えば、乳牛飼育施設では、数日で飽水状態となる。つまり、飽水状態となる度に、新しい敷料と交換しなければならい。しかし、乾牧草やわら類は、家畜の餌にならないものを用いるため、飼育頭数に対して安定した供給には限界があった。一方、おが粉、籾殻等は、バイオマス発電向けの需要が高まる中、その価格が高騰している。

このように敷料費が牧場経営を圧迫する大きな要因となっており、特許文献１のような再生敷料の技術が開発されている。
特許文献１には、使用済家畜敷料を数時間天日乾燥する第１工程と、その家畜敷料を高温発酵する第２工程と、その家畜敷料を数日間強制攪拌しながら強制風乾する第３工程とによって、使用済み家畜敷料を再使用可能にする家畜敷料の再生方法が開示されている。

特開平９－１７２８９５号公報

しかし、特許文献１の技術は、発酵させた家畜敷料に風を強制的に当てて、水分を乾燥するものであり、乾燥工程には２～３日間と時間がかかる。またこの乾燥工程では、敷料に残存するアンモニアや硫化水素等の臭気ガスの原因となる物質（アンモニア等）を除去することはできない。
本発明は、低コストで、家畜にとって安全性の高い、簡易な敷料再生装置を提供することを目的としている。

本発明の敷料再生装置は、熱風を発生させる熱風発生部と、使用済み敷料を攪拌しながら前記熱風で乾燥処理して再生敷料を生成する乾燥部とを備えたことを特徴としている。
本発明の敷料再生装置は、使用済み敷料を攪拌しながら熱風で乾燥処理しているため、使用済み敷料を殺菌することができ、かつ、使用済み敷料内に含まれるアンモニア等を除去することができる。

本発明の敷料再生装置であって、前記使用済み敷料が、糞尿含有敷料を乾燥させた乾燥糞尿含有敷料又は糞尿含有敷料を発酵乾燥させた堆肥化敷料であるものが好ましい。特に、前記使用済み敷料の水分率は２０％～８５％であるものが好ましい。
糞尿含有敷料を乾燥させた使用済み敷料は、取り扱いやすく、熱風で乾燥させるのに適している。

本発明の敷料再生装置であって、前記熱風が４５０℃以上であるものが好ましい。これによりアンモニア等を一層除去させることができる。
本発明の敷料再生装置であって、前記乾燥部の排気が９０℃以上であるものが好ましい。この場合、使用済み敷料に含まれる細菌を殺菌できる。

本発明の敷料再生装置であって、前記乾燥部は、筒状の処理槽を有し、前記処理槽が、前記使用済み敷料を投入する側の端部より、前記再生敷料を取り出す取側の端部が低くなるように斜めに設置されているものが好ましい。処理槽を斜めに設置することにより、使用済み敷料は、処理槽の投入口から取出口に向かって所定の時間をかけて乾燥されながら移動する。
前記処理槽が、前記再生敷料を取り出す取り出し口を有するものが好ましい。処理槽から直接取り出すことで再利用に適した状態の良い再生敷料だけを選択的に取り出すことができる。
前記処理槽が、その処理槽内に軸着された複数の攪拌羽根を有するものが好ましい。この場合、処理槽内に投入される使用済み敷料は、攪拌・粉砕されながら取出口に向かって移動する。

本発明の敷料再生装置であって、前記乾燥部の排気から粉体を取り出す集塵機を有し、前記集塵機で集められた前記粉体を再生敷料として取り出すものが好ましい。この場合、より効率よく再生敷料を生成することができる。

本発明の敷料再生装置であって、前記熱風発生部は、１次熱風を発生させる１次熱風発生部と、前記１次熱風と非接触で熱交換することにより前記１次熱風より低温の２次熱風を発生させる２次熱風発生部とを有し、前記乾燥部は、前記２次熱風で前記使用済み敷料を乾燥処理するものが好ましい。
１次熱風発生部で発生させた１次熱風と非接触で熱交換させた２次熱風を用いて使用済み敷料を乾燥させるため、１次熱風に含まれるごみ等が再生敷料内に含まれることがない。また１次熱風に含まれる塩素等の排ガスが乾燥部内において、使用済み敷料に影響しない。そのため、安い燃料を使用することができ、再生コストを低減することができる。特に、一次熱風発生部は、ＲＰＦ燃料を燃焼させることにより前記一次熱風を発生させるのが好ましい。

本発明の敷料再生装置は、使用済み敷料を攪拌しながら熱風で乾燥処理しているため、家畜にとって安全な再生敷料を生成することができる。

本発明の敷料再生装置の一実施形態を示す概略図である。 図２ａ、図２ｂは、それぞれ図１の乾燥部の乾燥ドラムを示す平面図、側面図である。 図３ａは、図２ａの乾燥ドラムのドラム本体を示す側面断面図であり、図３ｂ、図３ｃは、それぞれ攪拌羽根の姿勢を示す概略図である。

初めに対象とする敷料について説明する。
敷料は、牛、豚、鶏等の家畜が横たわったり座ったりするために敷く床材である。特に、牛舎用の敷料が挙げられる。
敷料の材料としては、農産物系、木質系、有機廃棄物系、無機系が挙げられる。
農産物系には、稲わら、麦わら（麦稈）、籾殻、乾牧草などが挙げられる。
木質系には、鋸屑、おが粉、バーク（樹皮）、チッパーダスト、ピンチップ（破砕チップ）、カッター屑（ブレーナー、モルダー、ドリル）、カールマットなどが挙げられる。おが粉、ピンチップ、カールマットには、工場残材と、敷料用に生産しているものがある。
有機廃棄物系には、古紙、きのこの培地等の廃菌床、建築解体材、お茶がら、バイオガス残渣などが挙げられる。建築解体材は、ピンチップと同じであるが、樹種を含め正体不明なものが含まれている。
無機系には、砂、粉砕貝殻などが挙げられる。
敷料は、これらの材料を単独または複数を混ぜ合わせて生成される。特に、大量に安定して供給でき、機械作業に適しており、かつ、水分の吸水性・保水性が高いため、木質系材料を主成分とした敷料が好ましい。また、材料を粉砕して粉状としたものを主成分とした敷料が好ましい。

使用済み敷料とは、家畜の糞尿を含有する敷料に由来するものをいう。例えば、牛舎等から取り出した糞尿含有敷料、通気や天日などで糞尿含有敷料の水分を蒸散させた乾燥糞尿含有敷料、糞尿含有敷料を発酵乾燥させた、つまり、糞尿含有敷料の有機物を分解し、かつ、その発酵熱によって乾燥させた堆肥化敷料などが挙げられる。乾燥糞尿含有敷料および堆肥化敷料は、水分率が小さいため、糞尿含有敷料に比べて取り扱いやすい。特に堆肥化敷料は、糞尿に含まれる有機物を分解しているため、臭気ガス等が出にくく、環境的にも優れている。なお、糞尿含有敷料に戻し堆肥やおが屑等の水分調整剤を混合して水分調整を行ったものも乾燥糞尿含有敷料に含むものとする。
糞尿含有敷料の水分率は、一般的に、８５％～９９％である。
乾燥糞尿含有敷料および堆肥化敷料の水分率は、２０％～８５％であり、好ましくは３０％～８０％であり、特に好ましくは３０％～６０％である。
このような使用済み敷料から得られる再生敷料の水分率は、１０％～３０％、好ましくは２０％～３０％である。

次に、敷料再生装置について説明する。
図１の敷料再生装置１０は、使用済み敷料から再生敷料を生成するものであって、熱風を発生させる熱風発生部２０と、使用済み敷料を攪拌しながら該熱風で乾燥処理する乾燥部５０とを備えている。

熱風発生部２０は、１次熱風を発生させる１次熱風発生部３０と、その１次熱風と非接触で熱交換することで２次熱風を発生させる２次熱風発生部４０とを備えている。

１次熱風発生部３０は、１次熱風ＨＡ１を発生させる１次熱風発生器３１と、１次熱風の排気ＥＡ１からゴミ等を取り出す集塵機３２と、１次熱風の排気ＥＡ１を排出する排気筒３３と、１次熱風ＨＡ１を排気筒３３へと誘引する誘引ファン３４とを有する。

一次熱風発生器３１には、発生器本体３１ａと、その発生器本体３１ａに燃料を投入する燃料投入部３１ｂと、燃焼ファン３１ｃとが設けられている。また発生器本体３１ａ内には、温度センサーが設けられている。燃料投入部３１ｂは、燃料を収容して一次熱風発生器に導くものであれば、特に限定されるものではない。この実施形態では、燃料を収容する投入ホッパー３１ｂ１と、コンベア３１ｂ２とを有している。
一次熱風発生器の燃料としては、化石燃料、木粉やおが屑等のバイオマスやＲＰＦ（Ｒｅｆｕｓｅ Ｐａｐｅｒ＆Ｐｌａｓｔｉｃ Ｆｕｅｌ）等の廃棄物固形燃料が好ましく挙げられ、特に、品質が安定しており、高カロリーかつ低価格なＲＰＦ燃料が好ましい。おが屑等のバイオマス燃料は環境にやさしいが、近年の需要の高まりで入手困難なことがあり、より安定的に供給されるＲＰＦ等の廃棄物燃料を用いるのがよい。

集塵機３２は、特に限定されるものではないが、例えば、サイクロン型の集塵機が挙げられる。集塵機３２で集められたゴミ、塵等は、ロータリーバルブ３２ａを介してダストボックス３２ｂに排出される。集塵機３２によって、１次熱風からゴミ等を回収することにより、公害粉塵が大気に排出されない。
誘引ファン３４は、１次熱風を誘導するものである。また、誘引ファン３４によって、一次熱風発生器３１の発生器本体３１ａ内の温度を制御する。

２次熱風発生部４０は、空気を供給する給気筒４１と、発生させた２次熱風ＨＡ２を乾燥装置へと排出する排出筒４２と、熱交換器４３と、誘引ファン５４（乾燥部５０と兼用）とを有している。
熱交換器４３は、給気筒４１から取り込んだ外気ＯＡへ１次熱風ＨＡ１の熱を非接触で移動させることにより、２次熱風ＨＡ２を発生させるものであれば、その構造は特に限定されるものではない。
誘引ファン５４は、２次熱風ＨＡ２を誘導するものである。そして、２次熱風ＨＡ２の温度を制御する。誘引ファン５４は、後述するように乾燥部５０を挟んで設けられており、乾燥部５０の誘引ファンと兼ねている。

熱風発生部２０は、乾燥部５０に送る２次熱風ＨＡ２を一次熱風発生器３１で発生させた１次熱風ＨＡ１と非接触で熱交換することにより発生させているため、１次熱風ＨＡ１に含まれるごみや塩素等の家畜にとって好ましくない成分が乾燥部５０には送られない。つまり、生成される再生敷料内に１次熱風ＨＡ１に含まれるごみ等が含まれることがない。また１次熱風ＨＡ１に含まれる塩素が乾燥部５０内において、使用済み敷料に影響しない。そのため、一次熱風発生器の燃料の選択性が高い。

乾燥部５０は、図１に示すように、乾燥ドラム５１と、乾燥ドラム５１から排出される排気から粉体等を取り出す集塵機５２と、乾燥ドラム５１の排気を排出する排気筒５３と、２次熱風を煙突へと誘引する誘引ファン５４とを有する。

乾燥ドラム５１は、図１、２に示すように、円筒状のドラム本体（処理槽）６１と、そのドラム本体６１に使用済み敷料を誘導する投入ホッパー６２（図１のみ）と、そのドラム本体６１を支持する架台６３（図２のみ）と、ドラム本体６１内において回転自在に固定される軸芯６４と、ドラム本体６１内において軸芯６４回りに回転する複数の攪拌羽根６５（図１のみ）と、その軸芯６４を駆動する駆動装置６６とを備えている。

ドラム本体６１には、一方（上流側）の端部近傍（図２ａ、図２ｂの左側）の上側に使用済み敷料の投入口６１ａと、２次熱風ＨＡ２を供給する熱風入口６１ｂ１、６１ｂ２とが設けられている。また他方（下流側）の端部近傍（図２ａ、図２ｂの右側）の下側に再生敷料（乾燥物）取出口６１ｃ１、６１ｃ２が設けられ、上側と横側にそれぞれガス排気口６１ｄ１、６１ｄ２が設けられている。そして、ドラム本体６１は、上流側の端部が下流側の端部より高くなるように斜めに設置されている。この実施形態では、熱風入口、ガス排気口、取出口がそれぞれ２個ずつあるが、いずれも少なくとも１つあればよい。しかし、２つずつ設けることにより、使用済み敷料の状態（例えば、水分量の変化等）に応じて処理時間を調整することができる。
このようなドラム本体６１の傾斜角としては、好ましくは５～２５度、さらに好ましくは１０～２０度であり、特に好ましくは１２～１８度である。５度より小さい場合、投入される使用済み敷料が滞留しやすくなる。２５度より大きい場合、投入される使用済み敷料をドラム本体６１内に保持して十分に乾燥させることができないおそれがある。

ドラム本体６１の長さＸは、１０００ｍｍ～４０００ｍｍ、好ましくは１５００ｍｍ～３０００ｍｍである。ドラム本体６１の径Ｙは、３００ｍｍ～１５００ｍｍ、好ましくは５００ｍｍ～１０００ｍｍである。ドラム本体６１の長さＸに対するドラム本体６１の径Ｙ（Ｙ／Ｘ）は、０．１～０．５であり、好ましくは０．２～０．３である。
なお、符号６７は、内部の様子を確認するためののぞき窓である。

投入ホッパー６２は、使用済み敷料を収容してドラム本体６１に導くものであれば、特に限定されるものではない。
架台６３は、ドラム本体６１を支持することができれば、特に、ドラム本体６１を上流側の端部が下流側の端部より高くなるように斜めに支持できれば、その形状および構造は特に限定されるものではない。

攪拌羽根６５は、図３ａ、ｂ、ｃに示すように、軸芯６４と連結される回転ベース６８ａと、その回転ベース６８ａから半径方向外側に伸びる２枚の翼６８ｂが１８０度間隔で設けられている。翼６８ｂは、ドラムの軸方向の前後から延びる支持部６８ｂ１、６８ｂ２と、その支持部の先端同士を繋ぐ板状の羽根部６８ｂ３とを備えている。なお、板状の羽根部６８ｂ３は、幅方向がドラム本体６１の半径方向と平行で、かつ、長さ方向がドラム本体６１の軸芯６４と平行となっている。このように攪拌羽根６５は、回転することによって軸方向に空気を押し出すものではなく、ドラム内に投入された使用済み敷料を細かく破砕・粉砕するものである。しかし、その形状は特に限定されるものではない。
複数の攪拌羽根６５は、ドラム内において等間隔に配置されており、隣接している攪拌羽根６５は、翼６８ｂの角度が９０度ずれて設置されている。図３ｂは、奇数段の攪拌羽根６５ａを示し、図３ｃは偶数段の攪拌羽根６５ｂを示す。つまり、一つ飛びで翼６８ｂの角度は一致している。この実施形態では、１３枚の攪拌羽根６５が設けられているが、その数は特に限定されるものではない。

図２に戻って、駆動装置６６は、ドラム外に設置されており、モータ６６ａと、モータ６６ａと軸芯６４とを繋ぐ減速ギア６６ｂと、その減速ギア６６ｂを覆うカバー６６ｃとを有する。なお、駆動装置６６は、特に限定されるものではない。

図１に戻って、集塵機５２は、特に限定されるものではなく、熱風発生部２０の集塵機３２と実質的に同じものである。
誘引ファン５４は、乾燥部５０内の熱風を煙突５３に誘導するものである。また乾燥部５０内の温度および乾燥部５０の排気の温度を制御する。また前述したように誘引ファン５４は、２次熱風発生部と乾燥部５０の誘引ファンとを兼ねている。

この敷料再生装置１０において、乾燥部５０の回収部すなわち乾燥ドラム５１の取出口６１ｃ１、６１ｃ２及び集塵機５２から回収した乾燥物（再生敷料）および粉末等は保管庫５５で保管する。
集塵機５２で集められた粉末等は、乾燥部５０から取出した乾燥物（再生敷料）と混ぜ合わせて再生敷料としたり、粉末等から再生敷料として使用可能な粉体を取出して乾燥物と混ぜ合わせて再生敷料としたりしてもよい。またそのまま廃棄してもよい。しかし、乾燥物と粉体とを混ぜ合わせて再生敷料とする場合、無駄なく再生敷料を生成することができて好ましい。

次に、この敷料再生装置１０の流れを、図１を用いて説明する。
初めに、熱風発生部２０の１次熱風発生部３０において、１次熱風ＨＡ１を発生させる。この１次熱風ＨＡ１の温度は、６００℃～１２００℃、好ましくは７００℃～１０００℃、特に好ましくは８００℃～９００℃である。そして、１次熱風ＨＡ１は、２次熱風発生部４０を通り、１次熱風の排気ＥＡ１として排気筒３３から排出される。
一方、２次熱風発生部４０の熱交換器４３において、取り込んだ外気ＯＡを、１次熱風ＨＡ１の熱量でもって非接触で加熱し、２次熱風ＨＡ２を発生させる。この２次熱風ＨＡ２の温度の下限は、４５０℃以上、好ましくは５００℃以上、特に好ましくは５５０℃以上である。４５０℃以上とすることにより、後述するように乾燥部５０において、使用済み敷料に含まれる臭気（例えばアンモニアは５００℃以上）を除去することができる。なお、２次熱風ＨＡ２の温度の上限は、９００℃以下である。９００℃以上の場合、装置の材質に悪影響を与えることがある。好ましくは７００℃以下である。

熱風発生部２０によって発生させられた２次熱風ＨＡ２は、乾燥部５０に供給される。
乾燥部５０では、使用済み敷料を２次熱風ＨＡ２で直接乾燥しながら、攪拌羽根６５で攪拌、破砕する。乾燥部５０のドラム本体６１は傾斜しているため、使用済み敷料は、攪拌羽根６５で攪拌されながら、重力でもって取出口６１ｃ１、６１ｃ２まで運ばれる。このように使用済み敷料は、所定の時間、乾燥ドラム５１内において乾燥されて、再生敷料として乾燥ドラム５１の取出口から取り出される。
ここで乾燥部５０の２次熱風ＨＡ２の排気ＥＡ２の温度の下限は、９０℃以上、好ましくは９５℃以上、特に好ましくは１１０℃以上である。９０℃より小さいと、投入される使用済み敷料を十分に殺菌できない。一方、排気ＥＡ２の温度の上限は３００℃以下、好ましくは１５０℃以下、特に好ましくは１３０℃以下である。３００℃より大きいと、再生敷料が粉塵化して、再生敷料として使用したとき家畜の呼吸等を傷めるなど健康を害するおそれがある。

このように敷料再生装置１０は、熱風（２次熱風ＨＡ２）で攪拌しながら使用済み敷料の乾燥を行うため、使用済み敷料のアンモニア等を除去することができ、良質な再生敷料を生成することができる。またその乾燥時間も短い。

この敷料再生装置１０では、熱風発生部２０を用いて熱風（２次熱風）を発生させているが、その方法は特に限定されるものではない。
またこの敷料再生装置１０では、使用済み敷料を熱風（２次熱風）で直接乾燥処理しているが、その乾燥処理の方法は特に限定されるものではない。例えば、使用済み敷料を熱風で間接的に、つまり非接触で乾燥させてもよい。その場合、一次熱風発生器で発生させた熱風を乾燥部に送り込んでもよい。

１０ 敷料再生装置
２０ 熱風発生部
３０ １次熱風発生部
３１ 一次熱風発生器
３１ａ 発生器本体
３１ｂ 燃料投入部
３１ｂ１ 投入ホッパー
３１ｂ２ コンベア
３１ｃ 燃焼ファン
３２ 集塵機
３２ａ ロータリーバルブ
３２ｂ ダストボックス
３３ 排気筒
３４ 誘引ファン
４０ ２次熱風発生部
４１ 給気筒
４２ 排出筒
４３ 熱交換器
５０ 乾燥部
５１ 乾燥ドラム
５２ 集塵機
５３ 排気筒
５４ 誘引ファン
５５ 保管庫
６１ ドラム本体
６１ａ 投入口
６１ｂ１、６１ｂ２ 熱風入口
６１ｃ１、６１ｃ２ 取出口
６１ｄ１、６１ｄ２ ガス排気口
６２ 投入ホッパー
６３ 架台
６４ 軸芯
６５、６５ａ、６５ｂ 攪拌羽根
６６ 駆動装置
６６ａ モータ
６６ｂ 減速ギア
６６ｃ カバー
６８ａ 回転ベース
６８ｂ 翼
６８ｂ１、６８ｂ２ 支持部
６８ｂ３ 羽根部
ＨＡ１ １次熱風
ＥＡ１ １次熱風の排気
ＨＡ２ ２次熱風
ＥＡ２ ２次熱風の排気
ＯＡ 外気

Claims (6)

1. ５００℃以上の熱風を発生させる熱風発生部と、
   筒状で、使用済み敷料を投入する側の端部より、再生敷料を取り出す取出口が設けられた側の端部が低くなるように斜めに設置され、内部に攪拌羽根を有する処理槽を有し、前記使用済み敷料を攪拌しながら前記熱風で直接乾燥処理して前記再生敷料を生成する乾燥部とを備えた、
   敷料再生装置。
2. 前記使用済み敷料が、糞尿含有敷料を乾燥させた乾燥糞尿含有敷料又は糞尿含有敷料を発酵乾燥させた堆肥化敷料である、
   請求項１に記載の敷料再生装置。
3. 前記使用済み敷料の水分率は２０％～８５％である、
   請求項１または２に記載の敷料再生装置。
4. 前記乾燥部の排気が９０℃以上である、
   請求項１から３のいずれかに記載の敷料再生装置。
5. 前記乾燥部の排気から粉体を取り出す集塵機を有し、
   前記集塵機で集められた前記粉体を前記再生敷料として取り出す、
   請求項１から４のいずれかに記載の敷料再生装置。
6. ５００℃以上の熱風を発生させる熱風発生工程と、
   筒状で、使用済み敷料を投入する側の端部より、再生敷料を取り出す取出し口が設けられた側の端部が低くなるように斜めに設置された処理槽内部で、攪拌羽根によって前記使用済み敷料を攪拌しながら前記熱風で直接乾燥処理して前記再生敷料を生成する乾燥工程とを有する、
   敷料再生方法。

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