(57)【要約】  本発明は、バイオマス処理システム及び廃棄バイオマスの処理方法に関する。本発明によるバイオマス処理方法は、１つ以上の混合機が、乾燥機(20)内の有機質肥料等のバイオマス物質の層を、その長さ及び幅の実質的に任意且つすべての位置において混合する。加熱空気を、層の中を通して上方に浸透させ、分離装置により、相対的に乾燥したバイオマス物質部分を乾燥機(20)から分離する。乾燥機(20)から分離した最終生成物を任意的にボイラー(26)に供給し、乾燥させたバイオマス物質を燃焼させる。ボイラー(26)からの燃焼の熱は、乾燥機(20)内でバイオマス供給物質を乾燥させるための乾燥機熱として用いられる。過度の熱は、任意的には、発電機に動力を与えるタービン(28)に動力を与える蒸気を生成する。燃焼行程からの残留灰は、約２重量％の固形分を含み、供給流として乾燥機(20)に入る。
2007533434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続プロセスバイオ乾燥機であって、
（ａ）収容受け部を有し、この収容受け部は、供給端部と、出口端部と、前記供給端部と前記出口端部との間の長さ方向部分と、床部と、前記床部から上方に延びる１つ又は２つ以上の直立壁と、を有し、
（ｂ）更に、前記収容受け部内のほぼ固体のバイオマス物質の層を混合するように構成された１つ又は２つ以上の混合機を有し、この混合機は、前記収容受け部の投影平面領域内の実質的に任意且つすべての箇所のところでバイオマス供給物質を周期的に混合することができるように前記収容受け部の投影平面領域の周りを移動可能に前記収容受け部に対して取付けられ、
（ｃ）更に、前記収容受け部の床部に近接したダクト部を有し、このダクト部は、空気を移送し且つこの空気を、前記収容受け部の長さ方向部分に沿って分配されるパターンで前記収容受け部内に分散させるのに有効であり、前記収容受け部の長さ方向部分に沿った多数の箇所において前記収容受け部の幅を横切って延び、前記多数の箇所は、前記供給端及び前記出口端の両方から実質的に変位した少なくとも１つの箇所を含み、
（ｄ）更に、相対的に乾燥した最終生成物を、処理すべきバイオマス物質の相対的に湿った残り部分から分離する分離装置を有する連続プロセスバイオ乾燥機。
【請求項２】
前記収容受け部は、供給端部及び出口端部を有し、前記少なくとも１つの混合機は、鉛直方向から約１０度から約５０度までの角度だけ傾斜し、前記それぞれの混合機の混合作用により、バイオマス物質を前記収容受け部の前記出口端の方向に移動させる、請求項１に記載の連続プロセスバイオ乾燥機。
【請求項３】
更に、前記１つ又は２つ以上の混合機を前記収容受け部の長さ方向部分及び幅の周りで移動させる搬送構造を有する、請求項１に記載の連続プロセスバイオ乾燥機。
【請求項４】
更に、バイオマス物質を前記収容受け部の投影平面領域の実質的に全体にわたって周期的に混合処理するように、前記搬送構造の移動を指示するコンピュータコントローラを有する、請求項３に記載の連続プロセスバイオ乾燥機。
【請求項５】
前記収容受け部の床部に近接した前記ダクト部は、前記収容受け部の長さ方向部分に沿って、少なくとも２つの実質的に互いに排他的で異なる領域に、選択的には、少なくとも３つの実質的に互いに排他的で異なる領域に分割され、それぞれの異なる領域に異なる空気温度及び／又は異なる空気流量を供給することを可能にする、請求項１に記載の連続プロセスバイオ乾燥機。
【請求項６】
更に、前記それぞれの領域の少なくとも２つに入る、空気流量及び空気温度の少なくとも１つの異なる制御を与えるコンピュータコントローラを有する、請求項５に記載の連続プロセスバイオ乾燥機。
【請求項７】
更に、前記それぞれの領域に水分センサを有し、前記コンピュータコントローラは、前記水分センサからの感知入力を受信する、請求項６に記載の連続プロセスバイオ乾燥機。
【請求項８】
前記それぞれの１つ又は２つ以上の混合機が、さらに、前記分離装置の受入れ能力内で作動する、請求項１に記載の連続プロセスバイオ乾燥機。
【請求項９】
前記収容受け部は、供給端及び出口端を有し、前記少なくとも１つの混合機は、バイオマス物質を前記出口端の方向に移動させるように機能する、請求項１に記載の連続プロセスバイオ乾燥機。
【請求項１０】
更に、前記連続プロセスバイオ乾燥機からの出口流の一部を前記連続プロセスバイオ乾燥機の供給箇所に戻すように運ぶ再循環ループ搬送構造を有する、請求項１に記載の連続プロセスバイオ乾燥機。
【請求項１１】
請求項１に記載の連続プロセスバイオ乾燥機と、
前記連続プロセスバイオ乾燥機からの、４０重量パーセントの水の最終生成物を燃焼するように構成された固体燃料ボイラーと、を有するバイオマス処理システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の連続プロセスバイオ乾燥機と、
前記連続プロセスバイオ乾燥機の産出物を燃焼するように構成された固体燃料ボイラーと、
蒸気タービンと、を有するバイオマス処理システム。
【請求項１３】
更に、前記蒸気タービンの出力シャフトに連結された発電機をさらに有する、請求項１２に記載のバイオマス処理システム。
【請求項１４】
バイオ乾燥機であって、
（ａ）収容受け部を有し、この収容受け部は、供給端及び出口端と、床部と、前記床部から上方に延びる１つ又は２つ以上の直立した壁とを有し、
（ｂ）更に、前記収容受け部内のほぼ固体のバイオマス物質の層を混合するように構成された１つ又は２つ以上の混合機を有し、この混合機は、前記収容受け部の投影平面領域内の実質的に任意且つすべての箇所のところでバイオマス供給物質を周期的に混合することができるように前記収容受け部の投影平面領域の周りを移動可能に前記収容受け部に対して取付けられ、鉛直方向から約１０度から約５０度までの角度だけ傾斜し、前記それぞれの混合機の混合作用により、バイオマス物質を前記収容受け部の前記出口端の方向に移動させ、
（ｃ）更に、前記収容受け部の床部に近接したダクト部を有し、このダクト部は、前記収容受け部の周りの空気を搬送し且つこの空気を前記床部に隣接した箇所から前記収容受け部内に放出するのに有効である、バイオ乾燥機。
【請求項１５】
更に、前記１つ又は２つ以上の混合機を前記収容受け部の長さ方向部分及び幅の周りで移動させる搬送構造を有する、請求項１４に記載のバイオ乾燥機。
【請求項１６】
更に、バイオマス物質を前記収容受け部の投影平面領域の実質的に全体にわたって周期的に混合処理するように、前記搬送構造の移動を指示するコンピュータコントローラを有する、請求項１５に記載のバイオ乾燥機。
【請求項１７】
前記収容受け部の床部に近接した前記ダクト部は、前記収容受け部の長さ方向部分に沿って、少なくとも２つの実質的に互いに排他的で異なる領域に、選択的には、少なくとも３つの実質的に互いに排他的で異なる領域に分割され、それぞれの異なる領域に異なる空気温度及び／又は異なる空気流量を供給することを可能にする、請求項１４に記載のバイオ乾燥機。
【請求項１８】
更に、前記それぞれの領域の少なくとも２つに入る、空気流量及び空気温度の少なくとも１つの異なる制御を与えるコンピュータコントローラを有する、請求項４に記載のバイオ乾燥機。
【請求項１９】
更に、前記それぞれの領域に水分センサを有し、前記コンピュータコントローラは、前記水分センサからの感知入力を受信する、請求項１８に記載のバイオ乾燥機。
【請求項２０】
更に、前記連続プロセスバイオ乾燥機からの出口流の一部を前記連続プロセスバイオ乾燥機の供給箇所に戻すように運ぶ再循環ループ搬送構造を有する、請求項１４に記載のバイオ乾燥機。
【請求項２１】
請求項１４に記載のバイオ乾燥機と、
前記連続プロセスバイオ乾燥機からの、４０重量パーセントの水の最終生成物を燃焼するように構成された固体燃料ボイラーと、を有するバイオマス処理システム。
【請求項２２】
請求項１４に記載のバイオ乾燥機と、
前記連続プロセスバイオ乾燥機の産出物を燃焼するように構成された固体燃料ボイラーと、
蒸気タービンと、を有するバイオマス処理システム。
【請求項２３】
更に、前記タービンの出力シャフトに連結された発電機をさらに有する、請求項２２に記載のバイオマス処理システム。
【請求項２４】
（ａ）処理すべきほぼ固体のバイオマス物質の層と、
（ｂ）バイオマス物質の層を混合するように構成され、前記層の所定の長さ方向及び幅の実質的に任意且つすべての位置においてバイオマス物質の層の投影平面領域の周りを移動できるように取付けられた１つ又は２つ以上の混合機と、
（ｃ）温風を空気ダクト部に供給する温風供給装置と、
（ｄ）バイオマス物質の相対的に乾燥した最終生成物を、相対的に湿った部分から分離する分離装置と、を有するバイオマス処理システム。
【請求項２５】
更に、バイオマス物質の層を収容する収容受け部を有する、請求項２４に記載のバイオマス処理システム。
【請求項２６】
更に、前記処理システムにおいて処理されたバイオマス物質を燃焼するように構成された固体燃料ボイラーを有し、前記処理されたバイオマス物質が４０重量パーセントまでの水を含有する、請求項２４に記載のバイオマス処理システム。
【請求項２７】
更に、前記固体燃料ボイラーからの熱を、機械エネルギ、電気エネルギ、油圧エネルギ、空気圧エネルギ、又は化学エネルギを含む別のエネルギ形態に変換するエネルギ変換ユニットを有する、請求項２６に記載のバイオマス処理システム。
【請求項２８】
前記エネルギ変換ユニットは、前記固体燃料ボイラーの出力から引き出されたエネルギにより動力が与えられる発電機を有する、請求項２６に記載のバイオマス処理システム。
【請求項２９】
バイオマス物質の層は、供給端及び出口端を有し、前記少なくとも１つの混合機は、鉛直方向から約１０度から約５０度までの角度だけ傾斜し、前記それぞれの混合機の混合作用により、バイオマス物質をその層の前記出口端の方向に移動させる、請求項２４に記載のバイオ処理システム。
【請求項３０】
バイオマス物質の層が長さ方向部分及び幅を有し、前記１つ又は２つ以上の混合機を、バイオマス物質の層の長さ方向部分及び幅の周りで移動させる搬送構造を更に有する、請求項２４に記載のバイオ処理システム。
【請求項３１】
更に、バイオマス物質を前記収容受け部の投影平面領域の実質的に全体にわたって周期的に混合処理するように、前記層の長さ方向及び幅の所定の部分内の前記搬送構造の移動を指示するコンピュータコントローラを有する、請求項３０に記載のバイオマス処理システム。
【請求項３２】
前記温風供給装置は、前記収容受け部の長さ方向部分に沿って、少なくとも２つの実質的に互いに排他的で異なる領域に、選択的には、少なくとも３つの実質的に互いに排他的で異なる領域に分割され、それぞれの異なる領域に異なる空気温度及び／又は異なる空気流量を供給することを可能にする、請求項３０に記載のバイオマス処理システム。
【請求項３３】
更に、前記それぞれの領域の少なくとも２つに入る、空気流量及び空気温度の少なくとも１つの異なる制御を与えるコンピュータコントローラを有する、請求項３２に記載のバイオマス処理システム。
【請求項３４】
更に、前記それぞれの領域に水分センサを有し、前記コンピュータコントローラは、前記水分センサからの感知入力を受信する、請求項３２に記載のバイオマス処理システム。
【請求項３５】
前記それぞれの１つ又は２つ以上の混合機が、さらに、前記分離装置の受入れ能力内で作動する、請求項２４に記載のバイオ乾燥機。
【請求項３６】
バイオマス物質の層は、供給端及び出口端を有し、前記少なくとも１つの混合機は、バイオマス物質を前記乾燥機の出口端の方向に移動させるように機能する、請求項２４に記載のバイオマス処理システム。
【請求項３７】
更に、バイオマス物質の層からの産出物の一部を、前記乾燥機の供給箇所、従って、バイオマス物質の層に戻すように運ぶ再循環ループ搬送構造を有する、請求項２４に記載のバイオマス処理システム。
【請求項３８】
動物有機質肥料を処理する方法であって、
（ａ）作業箇所において、乾燥すべき有機質肥料を収集し、その層を乾燥機の床部上に収容する段階を有し、有機質肥料の層は長さ及び幅を有し、前記床部に又はこれに隣接した有機質肥料の層に空気を放出するのに有効な空気供給システムが前記床部に結合され、
（ｂ）更に、加熱空気を有機質肥料の層に前記空気供給システムによって供給する段階を有し、これによって、前記加熱空気を有機質肥料の層の中を通して上方に、乾燥すべき有機質肥料の層の長さ及び幅の両方の大部分にわたって浸透させ、
（ｃ）更に、温風を有機質肥料の層の中を通して上方に浸透させながら、乾燥すべき有機質肥料の層を混合する段階と、
（ｄ）有機質肥料を、前記乾燥機の中を通して徐々に移動させて、有機質肥料の層において、有機質肥料の相対的に乾燥した第１部分を、有機質肥料の相対的に湿った第２部分から全体的に変位させる段階と、
（ｅ）有機質肥料の層から、乾燥した第１部分の相対的に乾燥した有機質肥料生成物を除去し、新しい供給物質を前記乾燥機に供給して、前記乾燥機内の有機質肥料を補充する段階と、を有しこれによって、相対的に連続する乾燥工程を作動させ、
上記段階（ａ）〜（ｅ）によって、動物有機質肥料を最終水分含有量まで乾燥させる方法。
【請求項３９】
前記除去された生成物を燃焼させて、熱を生成する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記熱を、機械エネルギ、電気エネルギ、油圧エネルギ、空気圧エネルギ、及び化学エネルギの１つ又は２つ以上の他のエネルギ形態に変換する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記乾燥機における前記空気供給システムによって温風を供給する際、前記燃焼によって生成された熱を用いる、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記乾燥機が直立した壁部を有する受け部を含み、前記方法は、前記加熱空気を供給し、有機質肥料を混合し、有機質肥料を前記乾燥機によって移動させながら、有機質肥料をコンテナ内に収容することを含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
有機質肥料を前記乾燥機の中を通して徐々に移動させることにより、有機質肥料を前記乾燥機の湿った入口端の近傍から前記乾燥機の相対的に乾燥した出口端の方向にほぼ水平方向の経路に沿って移動させ、相対的に乾燥した有機質肥料生成物を生成する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前記相対的に乾燥した有機質肥料生成物の一部を、前記乾燥機の前記相対的に湿った入口端に再循環させる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
前記相対的に乾燥した生成物の一部を、家畜の敷きわらとして家畜小屋に再循環させる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
有機質肥料の層の投影領域の大部分にわたって水分レベルを感知し、例えば、有機質肥料の層に供給されている前記加熱空気の温度又は質量流量等の乾燥プロセスを調整し、又は、前記感知した水分レベルに応答して、有機質肥料の混合頻度又は強さを調整する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４７】
少なくとも２つの異なる乾燥領域を有機質肥料の層に確立し、前記異なる乾燥領域の少なくとも１つに対する前記加熱空気の温度及び質量流量の少なくとも１つを別々に調整する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４８】
少なくとも２つの異なる乾燥領域を有機質肥料の層に確立することを含み、前記乾燥領域の少なくとも２つにおける水分レベルを感知し、前記乾燥領域の少なくとも１つにおいて感知された水分に応答して、前記乾燥領域の少なくとも１つに対する前記加熱空気の温度及び質量流量の少なくとも１つを別々に調整する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４９】
有機質肥料の繰り返される混合において、前記混合機の作動が、混合されている有機質肥料を、有機質肥料の層の前記出口端の方向に移動させるように鉛直線から約１０度から約５０度までの角度で配向された少なくとも１つの混合機を採用する、請求項４３に記載の方法。
【請求項５０】
有機質肥料の繰り返される混合において、前記混合機の作動が、混合されている有機質肥料を、有機質肥料の層の前記出口端の方向に移動させるように配向された少なくとも１つの混合機を採用する、請求項４３に記載の方法。
【請求項５１】
有機質肥料の層を全体的に少なくとも華氏約１６０度の温度に維持し、有機質肥料の層における好気性環境を維持するのに十分な有機質肥料の層に対する十分な空気流量を維持する、請求項３８に記載の方法。
【請求項５２】
前記乾燥機において、有機質肥料の乾燥工程中に、有機質肥料の層をほぼ大気圧に維持する、請求項３８に記載の方法。
【請求項５３】
相対的に湿ったバイオマス物質の処理方法であって、
（ａ）作業箇所において、乾燥すべき有機質肥料を収集し、その層を乾燥機の床部にわたって収容する段階を有し、バイオマス物質の層は長さ及び幅を有し、前記床部に又はこれに隣接したバイオマス物質の層に空気を放出するのに有効な空気供給システムが前記床部に結合され、
（ｂ）更に、加熱空気をバイオマス物質の層に前記空気供給システムによって供給する段階を有し、これによって、前記加熱空気をバイオマス物質の層の中を通して上方に、乾燥すべきバイオマス物質の層の長さ及び幅の両方の大部分にわたって浸透させ、
（ｃ）乾燥すべきバイオマス物質の層を繰り返し混合し、温風をバイオマス物質の層の中を通して上方に浸透させる段階と、
（ｄ）更に、バイオマス物質を、前記乾燥機の中を通して徐々に移動させて、バイオマス物質の層において、バイオマス物質の相対的に乾燥した第１部分を、バイオマス物質の相対的に湿った第２部分から全体的に変位させる段階と、
（ｅ）バイオマス物質の層から、乾燥した第１部分の相対的に乾燥したバイオマス物質生成物を除去し、新しい供給物質を前記乾燥機に供給して、前記乾燥機内のバイオマス物質を補充する段階と、を有し、これによって、相対的に連続する乾燥工程を作動させ、
（ｆ）更に、乾燥させたバイオマス生成物の大部分を燃焼して、熱エネルギを生成する段階と、を有する処理方法。
【請求項５４】
更に、前記熱エネルギを、機械エネルギ、電気エネルギ、油圧エネルギ、空気圧エネルギ、及び化学エネルギの１つ又は２つ以上の他のエネルギ形態に変換する段階を有する、請求項５３に記載の処理方法。
【請求項５５】
前記変換する段階からの残留熱を再循環させて、前記空気供給システムに熱を与える、請求項５４に記載の処理方法。
【請求項５６】
前記乾燥機は、直立した壁を有する受け部を含み、前記方法は、前記加熱空気を供給し、バイオマス物質を混合し、バイオマス物質を前記乾燥機によって移動させながら、バイオマス物質をコンテナ内に収容することを含む、請求項５３に記載の処理方法。
【請求項５７】
バイオマス物質を、前記乾燥機の中を通して徐々に移動させることにより、バイオマス物質を前記乾燥機の湿った入口端の近傍から前記乾燥機の相対的に乾燥した出口端の方向にほぼ水平方向の経路に沿って移動させ、相対的に乾燥したバイオマス物質生成物を生成する、請求項５３に記載の処理方法。
【請求項５８】
前記相対的に乾燥したバイオマス物質の一部を、前記乾燥機の前記相対的に湿った入口端に再循環させる、請求項５３に記載の処理方法。
【請求項５９】
バイオマス物質の層の投影領域の大部分にわたって水分レベルを感知し、バイオマス物質の層に供給されている前記加熱空気の温度又は質量流量の少なくとも１つを調整する、請求項５３に記載の処理方法。
【請求項６０】
少なくとも２つの異なる乾燥領域をバイオマス物質の層に確立し、前記異なる乾燥領域の少なくとも１つに対する前記加熱空気の温度及び質量流量の少なくとも１つを別々に調整する、請求項５３に記載の処理方法。
【請求項６１】
少なくとも２つの異なる乾燥領域をバイオマス物質の層に確立し、前記乾燥領域の少なくとも２つにおける水分レベルを感知し、前記乾燥領域の少なくとも１つにおいて感知された水分に応答して、前記乾燥領域の少なくとも１つに対する前記加熱空気の温度及び質量流量の少なくとも１つを別々に調整する、請求項５３に記載の処理方法。
【請求項６２】
鉛直線から約１０度から約５０度までの角度で配向された少なくとも１つの混合機を採用し、バイオマス物質の繰り返しの混合において、前記混合機の作動により、混合したバイオマス物質をその層の前記出口端の方向に移動させる、請求項５７に記載の処理方法。
【請求項６３】
少なくとも１つの混合機を採用し、この混合機は、バイオマス物質の繰り返しの混合において、前記混合機の作動により混合したバイオマス物質をバイオマス物質の層の前記出口端の方向に移動させるように配向される、請求項５８に記載の処理方法。
【請求項６４】
少なくとも２つの混合機を採用し、これらの混合機は、バイオマス物質の繰り返しの混合において、前記混合機の作動により混合されたバイオマス物質をバイオマス物質の層の前記出口端の方向に移動させるように配向される、請求項５８に記載の処理方法。
【請求項６５】
バイオマス物質の層を全体的に少なくとも華氏約１６０度の温度に維持し、バイオマス物質の層における好気性環境を維持するのに十分な、バイオマス物質の層に対する十分な空気流量を維持する、請求項５３に記載の処理方法。
【請求項６６】
前記乾燥機において、バイオマス物質の乾燥工程中、バイオマス物質の層をほぼ大気圧に維持する、請求項５３に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
例えば、限定的ではないが、牛の有機質肥料、豚の有機質肥料、鶏の有機質肥料、七面鳥の有機質肥料、アヒルの有機質肥料といった動物の有機質肥料の処分に関する環境問題の増加により、新しくかつ画期的な処分方法が必要とされている。動物飼育は、比較的小さな領域で大量の有機質肥料が生成される集約的飼養作業の方向に急速に進んだ。歴史的には、有機質肥料は、隣接するフィールドに散在していたか又は近くの農場に運ばれていた。こうした慣例に伴い、土壌中の養分の濃縮が絶えず増加していることにより、土壌汚染、空気汚染及び水質汚染に関連するある種の問題が呈される。米国環境保護庁（ＥＰＡ）は、こうした問題に取り組むために、集約的動物飼養作業（ＣＡＦＯ）に対する規制及び条件を作成した。
【０００２】
現在の日々の飼育作業は、高密度の動物飼養作業に集約される、動物の数が増加している農場の方向に進んでいる。こうした高い動物密度により、有機質肥料の管理規制の強化をもたらす環境及び社会問題が生じた。このように、土壌汚染、地下水汚染及び比較的多数の動物が比較的小さい領域に保持される飼養作業の結果生じる臭気問題は、ますます社会問題となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在、高い動物密度の環境と組み合わせて用いられる幾つかの通常の有機質肥料の管理システムは、メタン消化装置を含む工程に依存するものである。こうしたシステムは、嫌気性工程を用いてメタンガスを生成する。メタンガスは、有機質肥料の嫌気性消化装置によって取り込まれ、次いでそのガスが、燃料として燃焼される。こうしたシステムがある程度の使用可能なエネルギを生成する一方で、有機質肥料供給流の体積の大部分は、こうしたメタンガス抽出後に残され、処分される必要がある。すなわち、依然として処理される必要がある物質の体積は、この体積の大部分であり、一般的には未処理の有機質肥料供給流の体積と実質的に同じである。
【０００４】
固形物の体積は、有機質肥料を押圧して圧搾することによって、例えば７０重量％の水に減らすことができる。しかしながら、結果として得られる生成物は、汚染排水と、有機質肥料の塊形態の、少なくなったが依然として実質的な固形物の体積である。その排水は汚染源である。同様に、押圧された固形物の塊もまた、よく農場フィールドに散在している汚染源である。
【０００５】
さらに、極めて集約的な数の動物から生じる大量の有機質肥料を管理する方向に向けられるこうした嫌気性システムでは、一般的に、固形物約１６重量％の液相である未処理の有機質肥料は、処理されながら、覆いのある土のピット又はコンクリートの密閉保管タンクに保管される。こうした嫌気性環境において液体の有機性肥料を保管すると、メタン、硫化水素及び他のガスが生成されることになる。こうしたガスには、一般には、問題と考えられる、かなりの臭気強度が伴う。
【０００６】
したがって、上述の問題の幾つかにさらに対処する新しい有機質肥料の管理システムに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ＣＡＦＯの条件を満たすか又はそれを上回り、かつ、それに対応する環境及び社会問題に対処する経済的な有機質肥料の管理システムを提供するものである。本発明は、（１）養分の過負荷及び（２）不快な臭気に関連する問題を排除するか又は実質的に減少させる。生成される有機質肥料の量中の養分が、有機質肥料を受け入れるのに利用可能なフィールドの養分保持能力を超える場合に、養分の過負荷が生じる。フィールドの保持能力を超える養分の付加は、土壌毒性の一因となるか、又は地表水に流出して、その結果、水資源を汚染する可能性がある。代替的な処分手順は、安全な既存の養分受入れ能力を有するフィールドまでの遠距離に有機質肥料を搬送することである。
【０００８】
本発明は、排泄後すぐに有機質肥料を収集し、迅速に収容して、次いで、収集した排泄物を収容された処理システム内でも、好気性環境に保持することを考えるものである。有機質肥料は、水の蒸発により乾燥させられ、結果として得られる乾燥した有機質肥料生成物が燃焼される。本発明のシステムは、実質的に少量の窒素酸化物、硫黄酸化物及び熱と併せて、燃焼工程から大幅に二酸化炭素及び水を発する。このシステムは、適切な温度で好気性環境において有機物質を消化するため、臭気問題、特に硫黄酸化物に対する臭気問題は大幅に減少する。
【０００９】
燃焼工程は、一般的には、低酸素で希薄酸素環境において、ボイラー内で例えば華氏約１８００度で行われる。こうした燃焼状態が、ボイラーからの結果として生じる排出及び臭気を最小にする。
【００１０】
このように、本発明は、環境問題に対処するばかりでなく、畜産作業の固体又は液体廃棄物として処分される必要がある有機質肥料の体積を大幅に減少させる工程を含む。処分費用及び臭気問題は、それに対応して軽減される。ボイラー内で生成される熱エネルギを用いて電気を生成し、これを農場で使用することもできるし、及び／又はこれを販売することもできる。この工程はまた、余熱を、局所的に使用し、任意的に販売することができる副産物として生成する。
【００１１】
ボイラー内の燃焼工程の後に残される残留灰は、本発明の処理システムに入る、元の未処理の有機質肥料供給流の乾燥坪量の約２％に相当する。灰肥料の分析は、一般的には、約０−８−１０の窒素−リン−カリウムである。
【００１２】
本発明のシステムは、有機質肥料源の処分及び再利用を管理するための、化学物質のない機構を提供するものである。このシステムは、有機質肥料を生成する畜産作業に経済的な利益を与えながら、有機質肥料についての環境問題に対処する。本発明のシステムは、未処理の有機質肥料を乾燥灰に変化させ、この工程において電気及び使用可能な熱を生成し、以上はすべて一般的には動物の有機質肥料に関連する強烈なレベルの不快な臭気の発生を実質的に防止している間に行われる。臭気の発生は、有機質肥料の収集時から乾燥した有機質肥料が燃焼されるまで、有機質肥料において十分な好気性状態を保持して、臭気を生成する嫌気性細菌の実質的な発生を防止することによって防止される。
【００１３】
ここで用いられる「有機質肥料」とは、家畜により排泄される各種の組成物を含む。したがって、「有機質肥料」は糞を含み、尿を含むことができる。さらに、「有機質肥料」は、それぞれの動物が日常ベースで施設を使用しながら、尿及び糞便を除去するために畜産施設を日常的に洗浄するのに使用され且つ限られた量の洗浄水を含むことができる。「有機質肥料」はさらに、動物により日常的に汚され、排泄物と共に処分される標準的な量の敷きわら材料を含むことができる。
【００１４】
本発明に用いられる有機質肥料は、限定的ではないが、牛、豚、七面鳥、鶏及びアヒルなどの各種の家畜から収集することができる。
【００１５】
約８６重量％の水、すなわち１４％の固形物の、例えば、畜牛の飼養作業、畜牛の飼育作業又は搾乳作業からの有機質肥料は、本発明の処理システムに受けられ、有機質肥料からの水分を蒸発させることによって乾燥させられて、約４０重量％の水、すなわち約６０重量％の固形物になる。乾燥した有機質肥料生成物は、ボイラーに供給され、燃焼される。ボイラーからの熱を用いて蒸気を生成する。蒸気を用いて電気を生成する。付加的な電気は、国の配電網に販売することができる。残りの、比較的低圧で低温の蒸気は、様々な用途のいずれかに当てることができる。
【００１６】
換言すると、有機質肥料を収集し、有機質肥料を乾燥させ、有機質肥料を燃焼し、そうして生成された燃焼熱を用いて電気を生成し、家畜作業のニーズに対して超過する電気を国の配電網に販売する。
【００１７】
実施形態の第１の態様において、本発明は、連続工程のバイオ乾燥機を含む。バイオ乾燥機は、供給端及び出口端と、供給端と出口端との間の長さと、床部と、床部から上方に延びる１つ又は２つ以上の直立した壁部とを有する収容受け部と、一般に固体のバイオマス物質の層を受け部内で混合するように適応され、受け部の投影平面領域の周りで移動可能になるように受け部に対して取付けられて、実質的に、受け部の投影領域における、いずれか及びすべての位置において、周期的に、こうしたバイオマス供給物質を混合できるようにする１つ又は２つ以上の混合機と、受け部の床部に近接し、空気を移送し、こうした空気を受け部に、受け部の長さに沿って分配されるパターンで分散させるのに有効であり、かつ供給端及び出口端の両方から実質的に変位された少なくとも１つの地点において、受け部の幅を横切って延びることを含む、受け部の長さに沿った多数の位置において、受け部の幅を横切って延びる空気ダクト構造と、相対的に乾燥した最終生成物を、処理されているバイオマス物質の相対的に湿った残り部分から分離する分離装置と、を含む。
【００１８】
幾つかの実施形態において、受け部は、供給端及び出口端を有し、少なくとも１つの混合機が鉛直線から約１０度から約５０度までの角度だけ傾斜しており、それぞれの混合機の混合活動が、こうした物質を受け部の出口端の方向に移動させるようになっている。
【００１９】
幾つかの実施形態において、本発明はさらに、１つ又は２つ以上の混合機を、受け部の長さ及び幅の周りを移動させる搬送構造を含む。
【００２０】
幾つかの実施形態において、受け部の床部に近接するダクト部又は空気ダクト構造は、受け部の長さに沿って、少なくとも２つの実質的に相互に排他的で異なる領域に分割され、任意的には、少なくとも３つの実質的に相互に排他的で異なる領域に分割されて、それぞれの異なる領域に、異なる空気温度及び／又は異なる空気流量を供給することを可能にする。
【００２１】
幾つかの実施形態において、本発明はさらに、搬送構造の移動を指示して、実質的に、受け部の投影平面領域の全体にわたり、周期的に、こうしたバイオマス物質を混合処理するようにするコンピュータコントローラを含む。コンピュータコントローラは、それぞれの領域の少なくとも２つに入る空気流量又は空気温度の少なくとも１つの異なる制御を与えることができる。
【００２２】
幾つかの実施形態において、本発明はさらに、それぞれの領域に水分センサを含み、コンピュータコントローラは、センサから感知された入力を受信して、空気ダクト構造の異なるそれぞれの領域において異なる制御を与える際に、こうして感知した入力を用いることができる。
【００２３】
幾つかの実施形態において、受け部は、供給端及び出口端を有し、少なくとも１つの混合機は、分離装置の容量内で機能して、バイオマス物質を出口端の方向に移動させるようにする。
【００２４】
幾つかの実施形態において、本発明はさらに、バイオ乾燥機からの出口流の一部をバイオ乾燥機の供給地点に戻すように運ぶ再循環ループ搬送構造を含む。
【００２５】
幾つかの実施形態において、本発明はさらに、バイオ乾燥機からの、４０重量パーセントの水の最終生成物を燃焼するように適応され、構成された固体燃料ボイラーを含み、任意的には、さらに、蒸気タービンを含み、さらに任意的には、タービンの出力シャフトに連結された発電機を含む。
【００２６】
実施形態の第２の態様において、本発明は、バイオ乾燥機を含む。バイオ乾燥機は、供給端及び出口端と、床部と、床部から上方に延びる１つ又は２つ以上の直立した壁部とを有する収容受け部と、一般に固体のバイオマス物質の層を受け部内で混合するように適応された１つ又は２つ以上の混合機と、を含み、１つ又は２つ以上の混合機が、受け部の投影平面領域の周りで移動可能になるように受け部に対して取付けられて、実質的に、受け部の投影領域における、いずれか及びすべての位置において、周期的に、こうしたバイオマス供給物質を混合できるようにし、少なくとも１つの混合機が、鉛直線から約１０度から約５０度までの角度だけ傾斜して、それぞれの混合機の混合活動がこうした物質を受け部の出口端の方向に移動させるようになっており、受け部の床部に近接し、受け部の周りに空気を移送し、かつこうした空気を、床部に隣接する地点から受け部に放出するのに有効な空気ダクト構造と、を含む。
【００２７】
実施形態の第３の態様において、本発明は、バイオマス処理システムを含む。処理システムは、処理すべき一般に固体のバイオマス物質の層と、バイオマス物質の層を混合するように適応され、層の定められた長さ及び幅部分の、実質的に、いずれか及びすべての位置において、バイオマス物質の層の投影平面領域の周りを移動できるように取付けられた１つ又は２つ以上の混合機と、温風を空気ダクト構造に供給する温風供給装置と、バイオマス物質の相対的に乾燥した最終生成物を、相対的に湿った部分から分離する分離装置と、を含む。
【００２８】
幾つかの実施形態において、温風供給装置は、バイオマス物質の層の長さに沿って、少なくとも２つの実質的に相互に排他的で異なる領域に分割され、任意的には、少なくとも３つの実質的に相互に排他的で異なる領域に分割されて、それぞれの異なる領域に、異なる空気温度及び／又は異なる空気流量を供給することを可能にする。
【００２９】
幾つかの実施形態において、バイオマス物質の層は供給端及び出口端を有し、少なくとも１つの混合機は、バイオマス物質を乾燥機の出口端の方向に移動させるように機能する。
【００３０】
実施形態の第４の態様において、本発明は、動物有機質肥料を処理する方法を含み、この方法は、作業位置において、乾燥機の床部上で、乾燥すべき有機質肥料の層を収集して収容することを含み、有機質肥料の層は長さ及び幅を有しており、空気供給システムは床部と関連付けられ、床部において又はこれに隣接する有機質肥料の層に空気を放出するのに有効なものである。この方法は、さらに、空気供給システムにより加熱空気を有機質肥料の層に供給し、これによって、加熱空気を有機質肥料の層を通して上方に、乾燥すべき有機質肥料の層の長さ及び幅の両方の大部分にわたり浸透させ、温風を有機質肥料の層を通して上方に浸透させながら、乾燥すべき有機質肥料の層を混合し、有機質肥料を、乾燥機を通して徐々に移動させて、有機質肥料の層において、有機質肥料の相対的に乾燥した第１部分が、有機質肥料の相対的に湿った第２部分から全体的に変位され、有機質肥料の層から、乾燥した第１部分の相対的に乾燥した有機質肥料生成物を除去し、新しい供給物質を乾燥機に供給して、乾燥機内の有機質肥料を補充し、これによって、相対的に連続する乾燥工程を作動させることを含む。
【００３１】
幾つかの実施形態において、本方法は、除去された生成物を燃焼させて、熱を生成することを含み、任意的には、機械エネルギ、電気エネルギ、油圧エネルギ、空気圧エネルギ、及び化学エネルギ等の１つ又は２つ以上の他のエネルギ形態に変換することを含む。
【００３２】
幾つかの実施形態において、本方法は、乾燥機における空気供給システムにより温風を供給する際に、燃焼により生成された熱を用いることを含む。
【００３３】
幾つかの実施形態において、乾燥機は、直立した壁部を有する受け部を含み、本方法は、加熱空気を供給し、有機質肥料を混合し、有機質肥料を乾燥機により移動させながら、有機質肥料をコンテナ内に収容することを含む。
【００３４】
幾つかの実施形態において、有機質肥料を、乾燥機の中を通して徐々に移動させることは、乾燥機の湿った入口端の近傍から乾燥機の相対的に乾燥した出口端の方向に、ほぼ水平方向の経路に沿って、有機質肥料を移動させて、相対的に乾燥した有機質肥料生成物を生成することを含む。
【００３５】
幾つかの実施形態において、本発明は、相対的に乾燥した有機質肥料生成物の一部を、乾燥機の相対的に湿った入口端に再循環させることを含む。
【００３６】
幾つかの実施形態において、本発明はさらに、相対的に乾燥した生成物の一部を、家畜の敷きわらとして家畜小屋に再循環させることを含む。
【００３７】
幾つかの実施形態において、本発明は、さらに、有機質肥料の層の投影領域の大部分にわたり水分レベルを感知し、例えば、有機質肥料の層に供給されている加熱空気の温度又は質量流量のような乾燥工程を調整し、又は、感知された水分レベルに応答して、有機質肥料の混合頻度又は強度を調整すること含む。
【００３８】
幾つかの実施形態において、本方法は、少なくとも２つの異なる乾燥領域を有機質肥料の層に確立し、異なる乾燥領域の少なくとも１つに対する加熱空気の温度及び質量流量の少なくとも１つを、別々に、調整することを含む。
【００３９】
幾つかの実施形態において、本方法はさらに、乾燥領域の少なくとも２つにおける水分レベルを感知し、乾燥領域の少なくとも１つにおいて感知された水分に応答して、乾燥領域の少なくとも１つに対する加熱空気の温度及び質量流量の少なくとも１つを、別々に、調整することを含む。
【００４０】
幾つかの実施形態において、本方法は、有機質肥料の繰り返される混合において、混合機の作動が、混合されている有機質肥料を、有機質肥料の層の出口端の方向に移動させるように鉛直線から約１０度から約５０度までの角度で配向された少なくとも１つの混合機を採用することを含む。
【００４１】
実施形態の第５の態様において、本発明は、相対的に湿ったバイオマス物質の処理方法を含み、この方法は、作業位置において、乾燥機の床部上で、乾燥すべき有機質肥料の層を収集して収容し、バイオマス物質の層は長さ及び幅を有しており、空気供給システムは、床部と関連付けられ、床部において又はこれに隣接するバイオマス物質の層に空気を放出するのに有効なものであり、空気供給システムにより加熱空気をバイオマス物質の層に供給し、これによって、加熱空気をバイオマス物質の層を通して上方に、乾燥すべきバイオマス物質の層の長さ及び幅の両方の大部分にわたり浸透させ、温風をバイオマス物質の層を通して上方に浸透させながら、乾燥すべきバイオマス物質の層を繰り返し混合し、バイオマス物質を、乾燥機の中を通して徐々に移動させて、バイオマス物質の層において、バイオマス物質の相対的に乾燥した第１部分が、バイオマス物質の相対的に湿った第２部分から全体的に変位され、バイオマス物質の層から、乾燥した第１部分の相対的に乾燥したバイオマス物質生成物を除去し、新しい供給物質を乾燥機に供給して、乾燥機内のバイオマス物質を補充し、これによって、相対的に連続する乾燥工程を作動させ、乾燥されたバイオマス生成物の大部分を燃焼して、熱エネルギを生成することを含む。
【００４２】
幾つかの実施形態において、本方法は、熱エネルギを、機械エネルギ、電気エネルギ、油圧エネルギ、空気圧エネルギ、及び化学エネルギ等の１つ又は２つ以上の他のエネルギ形態に変換することを含む。
【００４３】
幾つかの実施形態において、本方法は、変換工程からの残留熱を再循環させて、空気供給システムに熱を与えることを含む。
【００４４】
幾つかの実施形態において、乾燥機は、直立した壁部を有する受け部を含み、本方法は、加熱空気を供給し、バイオマス物質を混合し、バイオマス物質を乾燥機により移動させながら、バイオマス物質をコンテナ内に収容することを含む。
【００４５】
幾つかの実施形態において、バイオマス物質を、乾燥機の中を通して徐々に移動させることは、乾燥機の湿った入口端の近傍から乾燥機の相対的に乾燥した出口端の方向に、ほぼ水平方向の経路に沿って、バイオマス物質を移動させて、相対的に乾燥したバイオマス物質生成物を生成することを含む。
【００４６】
幾つかの実施形態において、本方法はさらに、相対的に乾燥したバイオマス物質の一部を、乾燥機の相対的に湿った入口端に再循環させることを含む。
【００４７】
幾つかの実施形態において、本方法はさらに、バイオマス物質の層の投影領域の大部分にわたって水分レベルを感知し、バイオマス物質の層に供給されている加熱空気の温度又は質量流量の少なくとも１つを調整することを含む。
【００４８】
幾つかの実施形態において、本方法は、少なくとも２つの異なる乾燥領域をバイオマス物質の層に確立し、乾燥領域の少なくとも２つにおける水分レベルを感知し、乾燥領域の少なくとも１つにおいて感知された水分に応答して、例えば、乾燥領域の少なくとも１つに対する加熱空気の温度及び質量流量の少なくとも１つを、別々に、調整するといった、工程を調整することを含む。
【００４９】
幾つかの実施形態において、本方法は、バイオマス物質の繰り返される混合において、混合機の作動が、混合されているバイオマス物質を、バイオマス物質の層の出口端の方向に移動させるように鉛直線から約１０度から約５０度までの角度で配向された少なくとも１つの混合機を採用することを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明は、以下の説明で述べられるか又は図面に示される構成要素の構成又は配置についての詳細に適用することに限定されるものではない。本発明は、他の実施形態も可能であるし、或いは他の種々の方法で実施されるか又は実行されることも可能である。同様に、ここで採用された用語及び専門語は、説明及び例示目的であり、限定と考えるべきではないことを理解すべきである。同じ構成要素を示すために同じ参照符号が用いられる。
【００５１】
図１を参照すると、本発明の例示的な有機質肥料の管理システム１０においては、水約８６重量％と固形物１４重量％である有機質肥料は、畜舎１２などの発生源において収集され、受入れピット１４に搬送される。有機質肥料は、受入れピット１４から、チョッパーポンプ１６によって、１つ又は２つ以上の新しい有機質肥料供給タンク１８に圧送される。有機質肥料は、供給タンク１８から、バイオ乾燥機２０に圧送され、水の蒸発により、水分含有量が約８６重量％から約４０重量％にまで減少する。この工程において、有機質肥料生成物の総質量は、水の蒸発により、約７７パーセント減少する。バイオ乾燥機２０は、通気床部と、オーガー２２（図２）等の第１及び第２の混合機とを有し、混合機は、有機質肥料の乾燥を容易にし、乾燥した有機質肥料生成物の組織（ｔｅｘｔｕｒｅ）の粘稠度（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）及び水分含有量を発達させる（ｄｅｖｅｌｏｐ）ように有機質肥料を混合する。混合機はまた、任意的に、オーガーによって、又は混合作用の結果としての空気の随伴によってのいずれかで、乾燥工程中に有機質肥料生成物の塊の中に付加的な空気を送り込む。
【００５２】
バイオ乾燥機２０からの乾燥した有機質肥料生成物は、ボイラー供給用保持タンク２４に、固体燃料として供給される。乾燥した生成物は、タンク２４から通常の固体燃料用ボイラー２６に、ボイラーの所望の燃焼レベルを維持するように必要に応じて供給され、ボイラー２６で燃焼され、それにより、ボイラー２６内に熱を生成する。
【００５３】
ボイラー２６内での燃焼は、熱的ガス化成分を含み、この熱的ガス化成分は、相対的に不活性の特性を有する完全乾燥灰である燃焼副産物を生じさせる。
【００５４】
本発明のものではない、有機質肥料の嫌気性消化においては、超大気圧を用いて、有機質肥料からガスが生成される。そうして収集されたガスは、ガスタービンに供給され、ガスタービン内において燃焼される。
【００５５】
一方、本発明に用いられる「熱的ガス化」とは、ボイラー２６内の高温により、乾燥した有機質肥料燃料からガスをボイラー内で発生させることを意味する。付随する少量のアンモニアガスが乾燥機の大気作動圧で乾燥機２０内に生成されるが、有機質肥料生成物がボイラー２６に到達する前、可燃性ガスはあまり生成され、したがって、乾燥機２０のすべての蒸気生成物は、容易に大気に排出することができる。
【００５６】
ボイラー内で生成されるそうしたガス、並びに、有機質肥料燃料等の固体分は、ボイラー内で燃焼される。その結果、本発明においては、ボイラー２６内で燃焼される可燃性燃料を生成するために、超大気圧を用いる必要が〜かも、乾燥機内において、環境目的で捕捉する必要があるガスもあまり生成されない。むしろ、乾燥機２０により生成される燃料は、大気圧を用いて生成される固体燃料であり、それにより、乾燥機２０は、例えばファン６６のところのように建物３４に開放的に排出口を設けることによって、大気に対して開いている。
【００５７】
ボイラー２６内で生成される熱を用いて、蒸気を生成し、次いで、蒸気を蒸気タービン２８に通す。蒸気タービンの機械的軸出力は、発電機３０の機械的入力に接続され、発電機３０は、蒸気タービンの機械的軸出力を用いて、発電機のコアを回転させ、これにより電気を生成する。
【００５８】
蒸気タービンからの低圧排出蒸気を、通気床部を通過する空気を加熱するのに使用し、またもしあれば、上記低圧排出蒸気を、混合機２２から排出される空気を加熱するのに使用してもよいし、例えば搾乳室の作業又は家畜及び／又は飼育作業のための熱を供給するのに使用してもよい。
【００５９】
上述の説明に示されるように、本発明は、例えば畜舎から収集される有機質肥料供給流全体をバイオ消化し及び／又は乾燥させるための連続工程を提供する。
【００６０】
本発明のバイオ乾燥システムでは、有機質肥料が収集されるや否や、新しい未処理の有機質肥料が、飼養作業場、又は例えば畜舎１２といった他の家畜の保持領域から受入れピット１４に直ちに搬送される。
【００６１】
結果として得られる供給流混合物が、含水量を結果的になくすのに十分な可燃性発熱量を含む限り、要望に応じて、他のバイオが積載された排水流を受入れピットに差し向けてもよい。
【００６２】
図示されていない複数の攪拌機は、各受入れピットの投影領域の周りに配置される。こうした攪拌機は、例えば、有機質肥料の液相プール混合物内でそれぞれの渦を生成するように未処理の有機質肥料を連続的に攪拌し、任意的に、他の排水供給物を攪拌し、それにより、有機質肥料が積載された液相供給流混合物を空気に継続的に曝すことを保証する。
【００６３】
有機質肥料が積載された供給流混合物は、受入れピットからチョッパーポンプ１６によって攪拌供給タンク１８に圧送される。こうした圧送工程においては、チョッパーポンプによって、有機質肥料が積載された供給流混合物中の物質の相対的に大きい粒子又は塊が細かく砕かれて、結果として得られる供給タンク１８内の供給物質に、液相供給物質からの迅速な沈殿を生じさせる固体粒子がほとんどないようにする。新しい未処理の有機質肥料の液体含有量は、およそ８６重量パーセントの水であり、そのため極めて流動性である。他の供給流の付加により、供給物質を９５重量パーセントほどの水にまで希釈させることができる。搾乳室の排水流だけを付加すると、約９２重量パーセントの水の供給物質組成物が得られる。他の供給用排水流を付加して、含水量を例えば約９４％〜約９５％の水にすることができる。一般に、約９５重量％の水までの各種のバイオマス供給物質は、本発明のシステムにより有効に処理され、乾燥機２０の少なくとも熱負荷を保持するように、エネルギに依存しないものになるのに十分な燃焼熱を発生させることができる。
【００６４】
ポンプ１６における圧送作業の一部として、ポンプ１６の出力の約５０体積パーセント〜約６０体積パーセントまでが、再循環流３２として受入れピットに戻される。再循環流を受入れピットに戻す工程は、受入れピットにおける再循環流と有機質肥料物質の本体とが組み合わされたものの中に付加的な空気を閉じ込めて、これにより、受入れピット内の完全な好気性環境を良好に保証する。
【００６５】
乾燥機２０の工程は、連続的な作業において供給物質を乾燥させる。所与の量の乾燥した有機質肥料の完成生成物が乾燥機から出る際、有機質肥料が積載された付加的な供給物質が乾燥機に付加される。有機質肥料が積載された新しい供給物質が、供給タンク１８からバイオ乾燥機２０に圧送され、ここで、供給物質は、例えば、水の蒸発により、４０重量パーセントの含水量まで乾燥される。
【００６６】
有機質肥料が積載された乾燥した生成物は、バイオ乾燥機２０から、大まかに言えば、保持タンク２４に搬送される。乾燥した生成物は、保持タンク２４からボイラー２６などのバイオマス固体燃料の熱炉に搬送され、そこで燃焼される。
【００６７】
ボイラー２６内での固形灰の燃焼残留副産物は、有機質肥料が積載された供給物質の固体成分の約２重量パーセントに相当する。灰の割合は、もちろん、有機質肥料供給流の組成物によって変化することになり、それは、例えば、家畜作業ごとに変わり、かつ、所与の家畜作業における時間経過に伴って変わり得る。こうした少量の灰の副産物は、経済的に処分することができる。
【００６８】
ボイラー内で生成された熱を用いて蒸気を生成する。蒸気を用いてタービン２８を駆動し、次いで、タービン２８は発電機３０を駆動する。それにより、タービン２８の機械的軸動力が、電気エネルギに変換される。
【００６９】
例えば、含水量が相対的に高い等、供給流のエネルギ容量が小さい場合には、実質的に、ボイラー２６の全出力が必要になることがあり、したがって、これを用いて乾燥機２０内の水を蒸発させることができる。乾燥した生成物に利用可能な燃焼熱が乾燥機２０の熱需要を上回る場合には、余熱は、タービン２８及び発電機３０を用いる発電などの他の用途に変換される。ここで示した実施形態においては、タービン２８及び発電機３０を主要なエネルギ受け部として駆動するのに十分な熱が利用可能であり、その結果、タービンからの残留熱は、乾燥機の熱負荷を満たすのに十分である。当業者であれば、乾燥機２０の需要をボイラー２６におけるエネルギの利用可能性と突き合せて、その結果、タービン２８、発電機３０などの他のエネルギ使用側に提供して、これによりボイラー２６において放出される利用可能なエネルギの実質的にすべてを消費することによく精通している。
【００７０】
以下は、以下の設計基準が用いられる例示的な酪農場における本発明の全工程のより詳細な説明である。
【００７１】
ＣＡＦＯのサイズは、２，６５０頭の牛である。
牛は、一般的に、１日当たり４２ｌｂ（１９ｋｇ）の乾燥物質を消費する。
牛は、一般的に、１日当たり１６ｌｂ（７ｋｇ）の乾燥物質を生成する。
糞便の有機質肥料は、一般的に、牛から出る際には、固形物１４％、水分８６％である。したがって、１日当たりの有機質肥料の総湿重量は、１頭及び１日当たり１１４ｌｂ（５２ｋｇ）である。尿及び有機質肥料を流して洗うのに使用される定常的な洗浄水の通常の量と、搾乳室での灰色の水の通常の量とを組み合わせると、結果として得られる受入れピットへの有機質肥料が積載された供給流は、約８重量パーセントの固形物である。
こうした供給流は、完全乾燥ポンド当たり約７，０００ＢＴＵを含有し、この熱は、このようにして乾燥した有機質肥料混合物を燃焼することによって放出することができる。
【００７２】
有機質肥料は、臭気を生成する嫌気性工程を避けるのに十分に頻繁な間隔で動物ハウジング領域から収集される。わずか２時間の間隔で有機質肥料を収集することは、嫌気により生成される臭気を避けるか又は実質的に抑制するのに有効である。したがって、本発明において、有機質肥料は、少なくとも２時間ごとに収集され、納屋から除去される。
【００７３】
収集される有機質肥料は、それぞれの畜舎の中にあるか又はそれと連結されている１つ又は２つ以上のコンクリートの受入れピット１４に搬送される。受入れピットにおいて、有機質肥料は、好気性環境を受入れピットに維持するように連続的に攪拌されて、これにより臭気を生成する細菌の増殖を抑制する。有機質肥料が受入れピットに到達する前に開始された如何なる嫌気性活動も、一旦有機質肥料が受入れピットにおいて空気に曝されると、効果的に抑制される。このようにして、新しく受け入れられた有機質肥料が受入れピットに到達する際には、その有機質肥料から既に出ている臭気のために、最小限の量の臭気が、受入れピット内に存在することになる。しかしながら、こうした臭気の発散は、受入れピットにおける曝気活動の作用によって空気に曝されると一旦停止する。
【００７４】
有機質肥料が積載された供給流は、チョッパーポンプ１６を用いて、受入れピット１４から攪拌供給タンク１８に圧送され、チョッパーポンプ１６は、供給流内の如何なるオーバーサイズの粒子をも細かく砕いて、受入れピット１４を供給タンク１８に接続するパイプを介した供給流の通過を保証し、タンク１８における固形物の沈殿を制御する。攪拌供給タンク１８は、バイオ乾燥機２０に隣接させることもでき、及び／又はそれと一体化させることもできる。例示的な攪拌供給タンクは、およそ幅１０フィート（３．０５メートル）、高さ８フィート（２．４４メートル）、長さ１２０フィート（３６．５８メートル）である。供給タンク及びバイオ乾燥機は、任意的に、図２の３４において示す、閉鎖された通風建物内に収容される。
【００７５】
有機質肥料は、攪拌供給タンクからバイオ乾燥機に圧送される。
【００７６】
幾つかの実施形態においては、図示されていない中空の細長いキャビティが、オーガーの、長手方向に延びるシャフト３６の太い方の端部からシャフトの長さ方向に沿って延び、オーガーフライトの先端部の出口に供給する。こうした細長いキャビティを有するオーガーは、ＪｅｅｓｕｎｇＪＳ２０００という名称で、韓国のＪｅｅｓｕｎｇ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社から入手可能である。典型的なこうしたオーガーは、直径約８インチから約１８インチ、任意的に約１０インチから約１５インチのオーダの最大公称フライト直径を有する。供給流は、オーガーにおける中空のキャビティを通して圧送され、フライト内の出口孔から出て行く。このようにして、中空のオーガーシステムは、未処理の有機質肥料をバイオ乾燥機内に供給することができる供給機構として、並びに、混合機として二重目的を果たす。
【００７７】
バイオ乾燥機において、乾燥機に供給されるときに約８６〜約９５重量パーセントの水である供給流の水分含有量は、乾燥物質が乾燥機から出る際には、約４０重量パーセントの水に減少する。結果として得られる生成物が乾燥機２０の熱負荷需要を与えるのに十分な可燃性エネルギ容量を有する限り、ユーザは、４０％より多いか又は４０％より少ない乾燥生成物の含水量を選択することができる。
【００７８】
例示的なバイオ乾燥機は、幅３５フィート（１０．６７メートル）、高さ８フィート（２．４４メートル）、長さ１２０フィート（３６．５８メートル）である。バイオ乾燥機は、一般的に乾燥機の床部に配置された空気ダクトを有する。空気ダクトが、床部から上方に熱風を送る。熱風は、有機質肥料が積載された、入ってくる未処理の供給流物質を華氏１６０度（７１．１℃）に急速に加熱し、乾燥工程全体を通してその華氏１６０度（７１．１℃）の温度を有機質肥料床部において維持するのに十分温かい。華氏１６０度（７１．１℃）の温度は、数分以内に、有機質肥料中の病原体のすべてを殺す。有機質肥料床部において、空気の温度を挙げられた華氏１６０度（７１．１℃）の温度に維持するように空気を加熱すると、空気の水搬送能力が増強され、これにより水を吸収し、有機質肥料床部から水を除去する、上方に浸透する空気の能力が増強されて、その結果、乾燥機の乾燥能力が増強される。すなわち、空気を加熱すると、空気の吸水能力並びに空気の吸水率が増強され、その結果、有機質肥料の一番上から出て行く空気は、湿気が非常にこもることになる。
【００７９】
熱風は、有機質肥料が乾燥機に付加されていないときにも、空気供給キャビティの中に、もしあれば、オーガー２２の中に吹き込まれる。
【００８０】
例示的な乾燥機２０は、中実のコンクリート床部３８と、直立した左側のコンクリート側壁４０及び右側のコンクリート側壁４２と、供給端壁４４と、出口端壁４６とを有する。図３は、例示的な乾燥機２０の床部構造４８の平面図を示す。床部構造４８は、床部４９と、乾燥機２０において乾燥される有機質肥料のベッド又は層に及びそこを通して上方に温風を供給する空気マニホルドシステム５０とを含む。マニホルドシステム５０は、ヘッダ５２を含み、このヘッダ５２は、乾燥機２０のほぼ全長に沿って延びる。ヘッダ５２は、一般的には５つのそれぞれのセパレータ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄ及び５６Ｅにより、５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅ及び５４Ｆと指定される、６つのヘッダ領域に分離されて、有機質肥料層６２において対応する乾燥領域を定め、その乾燥領域は、一般的には、それぞれのヘッダ領域に重なる。ヘッダ５２の各々の領域は、入ってくる別々の供給パイプ５８により供給され、供給流を別々の組の浸透管６０に分配する。浸透管６０は、ヘッダ５２から乾燥機のほぼ全幅にわたって延びる。
【００８１】
供給パイプ５８及びヘッダ５２は、一般的には、例えばＰＶＣパイプといった無孔パイプである。例えば、公称直径約２．５インチのＰＶＣ管といった浸透管６０は有孔である。浸透管６０、ヘッダ５２及び供給パイプ５８のサイズは、マニホルドシステム内の所望のゲージ圧における所望の質量流量に対する所望の熱風量をまとめて搬送するように選択される。ゲージ圧は、ヘッダ５２と浸透管６０との組み合わせ全体にわたって一貫しているとすることができる。
【００８２】
浸透管６０は、ヘッダ５２から遠位側にある端部が閉鎖され、ヘッダ５２に対して開いている。したがって、ヘッダ５２から浸透管に供給される如何なる空気も、この管の側壁を貫通する孔を通して浸透管から出て行かなければならない。
【００８３】
空気マニホルドシステムにおけるパイプの寸法決めと、浸透管内の孔のサイズ、数及び位置とを適切に選択することによって、浸透管において静圧を設定して、ほぼ一定の圧力差が管の内側と管の外側との間に維持されるようにすることができ、ここで、圧力差は、所与の浸透管の長さに沿って一定である。したがって、所与のヘッダ領域内のヘッダに供給される加圧空気は、そのヘッダ領域内の浸透管のすべてに均等に分配される。一貫したゲージ圧が、それぞれの浸透管の長さに沿って維持され、所与のヘッダ領域内の管のすべての圧力は、ほぼ同じである。
【００８４】
所望の場合には、他の方法ではそれぞれの隣接するヘッダ領域間の圧力の全体の差とすることができるものを修正するために、互いにそれぞれのヘッダ領域を分離するセパレータ５６を部分的に開放し、それにより、乾燥機領域の対応するものの間の空気流量の差を段階分けして減衰させることができる。
【００８５】
図４は、多量の有機質肥料６２が乾燥させられている乾燥機の正面断面図である。図４で分かるように、例えば、２．５インチ（６．３５センチメートル）の浸透管６０には、乾燥機の床部４９から上に約８インチの総深さまで、例えば玉砂利といった、砂利６４の層が重なっている。したがって、砂利は、約５〜６インチ（１２．７〜１５．２センチメートル）だけ浸透管から上に上方に延びる。有機質肥料は、直接砂利の上に載り、砂利と接触する。
【００８６】
熱風の供給は、約５〜１０インチ（１２．７〜２５．４センチメートル）の水のゲージ圧において空気マニホルドシステムにより供給される。こうした低い気圧において、空気は、浸透管から漏れ出し、砂利層内で横方向及び上方向にゆっくりと移動して、その結果、各々の領域内では、その領域内の砂利層の投影領域の周りにほぼ一貫したレベルの気圧を概ね確立すると考えることができる。熱風は、有機質肥料層を通してゆっくりと上方に浸透し、有機質肥料層を空気に曝し、この有機質肥料層から湿気を収集する。空気が有機質肥料層から出て行くまでには、層の上部において、空気は、水分で飽和され、空気の温度及び有機質肥料層の温度はほぼ同じになる。熱風が管６０によりこの連続する乾燥機に連続的に供給されるので、有機質肥料層の温度は、所望の華氏１６０度（７１．１℃）のレベルまで必要に応じて上昇させられ、乾燥機２０において乾燥工程全体を通して華氏１６０度（７１．１℃）レベルで維持される。
【００８７】
例えば相対湿度としての、浸透空気によって収集される水分は、空気が層から出るときに、空気に閉じ込められ、例えばファン６６を用いて建物を通して新しい空気の供給を連続的に引き込むことによって建物３４から除去される。
【００８８】
以下で詳細に説明されるように、未処理の有機質肥料供給流が乾燥機内に堆積するときに、供給端における未処理の有機質肥料供給流の付加と組み合わせて乾燥機の供給端４４において比較的乾燥した物質を乾燥機に付加する。液体の供給流と混合された乾燥物質のこうした付加が、該供給流内の遊離した液体の大部分を吸収する。しかしながら、ある程度の遊離した液体は、特に乾燥機の供給領域内にとどまることがある。
【００８９】
液体収集管６８は、左側壁４０に隣接する乾燥機２０のほぼ全長に沿って延び、一端又は両端が乾燥機２０の外側に延びる、有孔の、例えばＰＶＣパイプである。収集管６８は、床部４９の上面内に又はその下に凹部を設けてもよいし、床部は、管６８の方向に傾斜させてもよく、その結果、乾燥機２０の底部に到達する遊離した液体は、重力により管６８内に流入することができる。
【００９０】
収集管６８は、両端が閉鎖されており、その結果、乾燥機の底部における、空気供給システムに隣接する気圧を維持する。乾燥機２０の底部に沈殿する、遊離した、例えば未処理の有機質肥料供給液体は、このようにして、管６８の側壁内の開口部を通して管６８内に流入する。周期的に、収集管上の端部キャップ７０を取り外し、管から収集された液体を排水する。管６８において収集される遊離した液体の量がかなり少ないため、収集管は、毎週というほどあまり頻繁には排水されなくてもよい。排水の頻度は、管６８において収集される液体の量によって確立され、異なる供給流組成物について異なっていてよい。
【００９１】
それぞれの浸透管４６内の孔を通して空気ダクトから出て行く熱風は、砂利層を通して上方向及び横方向に、それゆえ、砂利層に重なる有機質肥料の層を通して上方向に浸透する。熱風が有機質肥料床部を通して上方向に通過するとき、熱は有機質肥料に伝えられ、有機質肥料の温度を華氏１６０度（７１．１℃）又はそれ以上の所望の温度に維持する。同時に、空気は、有機質肥料の層から水分を吸収して、その結果、有機質肥料が積載された供給流を、約４０重量パーセントの水について挙げられた出口の水分レベルにまで乾燥させる。
【００９２】
有機質肥料管理システム１０の全体的な作業は、プログラム可能論理コンピュータ又はパーソナル・コンピュータなどのコンピュータコントローラ７４によって制御される。
【００９３】
オーガー２２は、複数の方向に回転し、それによりオーガーフライトが、一般的には、有機質肥料を持ち上げ、混合し、回転させる。結果として得られる乾燥した有機質肥料生成物における均一な組織及び水分を達成する工程は、オーガー２２による有機質肥料の混合によって支援される。オーガー２２は、一般的には、乾燥機２０の側壁に取付けられ、乾燥機の長さに及ぶレール７２から支持される。
【００９４】
オーガー２２は、レール７２に乗るトロリー７８に取付けられるオーガーヘッド７６に取付けられる。レール７２は、乾燥機２０の長さに沿ってトロリー７８の移動に対応する。トロリー７８は、乾燥機の幅にわたって前後にオーガーヘッド７６の移動に対応する。このように、それぞれの駆動システムと併せて、レール７２及びトロリー７６は共同して、乾燥機の長さ及び幅内のあらゆる所望の位置へのオーガー２２の移動を与える。
【００９５】
コンピュータコントローラ７４は、所望の移動パターンでオーガーヘッドの移動を指示して、乾燥機の長さ及び幅に沿って実質的に各々の及びすべての位置において有機質肥料の層の混合を周期的に行うようにプログラムされる。
【００９６】
例えば、図３を参照すると、混合サイクルを開始するためには、トロリーは、乾燥機の供給端４４における開始位置８０まで駆動され、オーガーヘッド７６は、乾燥機の左側４０まで駆動されて、それによりオーガーは、図３に示す乾燥機の受け部の配置に従って乾燥機の左上角にくる。開始位置から、オーガーは、作動させられ、例えば、回転され、熱風は、オーガー内のシャフト／フライト・キャビティを貫流する状態で開始される。オーガーが回転し、熱風がオーガーによって圧送され、熱風が空気マニホルドシステムから層を通して上方に浸透する状態で、オーガーヘッド７６は、乾燥機の右側４２の方向にトロリー７８に沿って駆動される。
【００９７】
オーガーヘッドが、右側４２に隣接する有機質肥料を混合するように、右側４２の近傍における右側４２の方向への移動のその最大地点に達したときには、トロリー７８に対するオーガーヘッドの移動は停止され、オーガー２２の回転は継続され、トロリー自体は、乾燥機の出口端４６の方向にレール７２に沿って長手方向に駆動される。
【００９８】
左側４０の方向へのトロリー７８に沿ったオーガーヘッド７６の移動の次の通過の際に、トロリー７８は、混合されている有機質肥料の領域が、供給端４４の方向に十分遠くまで到達するのに十分な距離だけ駆動されて、前の右方向に方向付けられた通過と現在の左方向に方向付けられた通過との間のすべての有機質肥料が、所望の量の組織及び水分含有量の均一性を最終的に与えるように効果的に攪拌され、及び／又は混合されることを保証するようにする。
【００９９】
オーガーヘッドが乾燥機の左側に隣接する、左方向へのその移動限界に達したときには、オーガー２２の連続回転の間中、トロリーは、出口端４６の方向に所望の距離だけ再度割出しされ、オーガーヘッドは、右側の方向に移動する。オーガーヘッド及びオーガーは、このように、オーガーヘッドがサイクルの最終位置８２に到達するまで、トロリーの長手方向の割出しを伴った状態で、ほぼ一定の水平速度で、乾燥機の幅全体にわたる前後の移動を継続する。
【０１００】
例示的な乾燥機において、開始位置８０から最終位置８２までのオーガーヘッド７６の横断は、多数の左及び右の割出しされた通過を必要とし、約９０分〜約１２０分、任意的には約１０５分かかる。乾燥させられるバイオマス物質の特性及び望まれる乾燥の量によって、異なるサイクル時間を用いることができる。オーガー２２によって行われる混合は、有機質肥料又は他のバイオマス物質を、燃焼の前に、好気性堆肥と特徴付けることができる最終生成物に変える。実際は、土壌内の栄養負荷が最適より少ない場合には、土壌の肥沃度及び組織を高めるために最終生成物を用いることができる。
【０１０１】
乾燥機内の有機質肥料床部は、温度、水分含有量及び炭素窒素の比（Ｃ／Ｎ）に対して連続的に監視される。この工程は、有機質肥料を以下の目標条件に又はその近くに維持する。
【０１０２】
最初のウォーミング・アップを可能にする、ほぼ乾燥機全体を通しての温度は、華氏１６０度（７１．１℃）である。
最終生成物中、水４０重量％、固形物およそ６０重量％である。
目標が３０：１である状態で、２０：１と４０：１との間のＣ／Ｎ比である。
【０１０３】
温度は、有機質肥料の自然発酵によって多少制御され、浸透管から上方に浸透する熱風、並びに、もしあれば、オーガーが提案されるキャビティ及び空気通路を有する場合にはオーガーからの熱風により支援される。
【０１０４】
乾燥機は、任意的に、幅５５フィート（１６．７６メートル）×長さ１２０フィート（３６．５８メートル）の建物３４により閉鎖される。乾燥工程の建物の通気は、ファン６６と、図示されていない、対応する新鮮な空気取り込みルーバとによって行われる。ファン６６は、建物３４の内部で１分間につき少なくとも１回の空気交換を行うのに十分な空気処理能力を提供する。
【０１０５】
乾燥機内の有機質肥料が水分を失うに伴い、より少ない水分量を含有し、したがって濃度が相対的に低いその有機質肥料物質は、有機質肥料床部の上部の方向に上がってくる。このようにして、有機質肥料層の濃度は、一般的には、概ね高い濃度が下部に向かい、低い濃度が上部に向かう状態で、上部から下部で変化する。
【０１０６】
層の上部における及びそれに隣接する物質が約４０重量％の水分含有量になるときには、有機質肥料層の上部の物質は、例えば整準ねじコンベヤ、又は図示されていない他のスキマによって、図示されていない搬送コンベヤ上にすくい取られる。搬送コンベヤは、乾燥した有機質肥料をボイラー用供給保持タンク２４に搬送する。タンク２４から、乾燥した有機質肥料は、ボイラー２６の燃料ニーズに従ってボイラー２６に供給され、ここで乾燥した有機質肥料が燃焼される。
【０１０７】
乾燥した有機質肥料生成物が燃焼されるとき、乾燥した有機質肥料生成物中の固形物の完全に乾燥した１ポンド当たり約７０００ｂｔｕの割合で熱が生成される。燃焼工程から残される灰の量は、乾燥した有機質肥料生成物の完全に乾燥した重量に基づいて約２重量％である。灰は、相対的に不活性であり、肥料に用いることができる。灰は、輸送のために灰保管トレーラか、又は輸送のために他の灰の受け部に運ばれる。
【０１０８】
図示される実施形態においては、ボイラーからの熱を用いて蒸気を生成する。蒸気は、例えば２５０ｐｓｉｇ（１．７２ＭＰａ）でタービンに供給され、例えば１．５ｐｓｉｇ（０．０１ＭＰａ）でタービンから排気される。排気は熱交換機に送られて周囲空気を加熱するように用いられ、その結果、マニホルドシステム５０を通して運ぶことができ、床部から上方に及び乾燥機２０内の有機質肥料層を通して浸透する乾燥熱として用いることができる熱風を与える。タービン２８から排気される蒸気からのある程度の熱はまた、搾乳水を加熱し、オーガーを通して送られる空気を加熱し、及び／又は建物３４内の補給空気として用いられる新鮮な空気の温度をほどほどにするために用いることもできる。
【０１０９】
２６５０頭の牛で事業を営む図示例では、電気は、少なくとも４００ＫＷ／Ｈの割合で生成することができる。電気は、飼育場で用いることができ、いずれの超過も、国の電力網システムに販売することができる。
【０１１０】
オーガーが垂直的に配向され、乾燥した有機質肥料生成物が有機質肥料層の上部からすくい取られる、図３に示す実施形態においては、乾燥機内の有機質肥料層における水分レベルは垂直的に変化する。すなわち、最も湿った物質は、層の下部近くにあり、最も乾燥した物質は、層の上部にあるか又はその近くにある。物質が乾燥し、オーガー２２によって混合されるに伴い、オーガーによる物質の持ち上げによって、相対的に乾燥した物質は、層の上部の方向に徐々に移動するようになる。このようにして、オーガーにより行われる持ち上げ及び混合が、上述の濃度の段階的な変化をもたらし、それにより最も乾燥した物質は、整準ねじコンベヤによってすくい取ることができる。オーガーの機能は、有機質肥料を持ち上げ、任意的に置換物質をその層に付加し、任意的に熱風をその層に圧送することを含む、有機質肥料をその層に混合することである。
【０１１１】
このような実施形態においては、有機質肥料層への供給される未処理物質の供給は、この層の投影表面積中の周りにほぼ均一に分散させられる。同様に、乾燥した希釈用再循環物質も、有機質肥料が積載された液相の供給物質がその層に付加されているときに、同じ場所及び同じ時に、この層の投影表面積の周りにほぼ均一に分散させられる。
【０１１２】
図３は、オーガー２２が乾燥機の床部に対して垂直的に配向される実施形態を提案する。図４は概ね図３に示す位置で取られているが、図２及び図４は、一般に、オーガー２２の実施の第２の実施形態を示し、ここで、オーガーは、その上端が供給端より乾燥機の出口端に近い状態で、鉛直線に対して約１０度〜約５０度までの角度αで傾斜している。
【０１１３】
一般的には、両方のオーガーは、共通の角度で配向されるが、オーガーの角度、例えば、オーガーのシャフトは、互いに異なり得る。有機質肥料の粒子が回転フライトによって収集されるときに、挙げられた鉛直線から１０度から５０度などの、オーガーが鉛直線とは異なる角度αで傾斜される場合には、粒子は、その回転におけるフライトによって搬送され、粒子は、オーガー・シャフトの長さに沿って上方に及び乾燥機の出口端の方向に進められ、最終的には、粒子は、回転フライトから落とされる。代替的に、層の表面下の粒子は、単なる回転力とオーガーフライトの構成によって、層において長手方向に移動させられる。したがって、オーガーの配向により、オーガーは、乾燥機の長さに沿って長手方向に有機質肥料を持ち上げ、混合することに加え、それを移動させる機能を実行することが可能になる。
【０１１４】
有機質肥料層を通るオーガーの多数のサイクルによって、有機質肥料は、乾燥機の入口端から乾燥機の出口端まで長手方向に徐々に移動させられる。乾燥した量の有機質肥料は、オーガーヘッドとしてオーガーフライトによる最終的な持ち上げによって乾燥機から除去することができ、このように、オーガーは、乾燥機の出口端においてその端部を通り越すようになる。乾燥機が長さ１２０フィート（３６．５８メートル）であり、オーガーが１０５分周期で移動する例示的な実施形態においては、有機質肥料供給流は乾燥機を横断し、約２．５日、すなわち、約６０時間の周期で、水分４０％で乾燥機から出て行く。
【０１１５】
オーガーを長手方向の搬送機構として用いることによって、最終生成物の除去のためのすくい取りコンベヤは不要になる。さらに、オーガーを長手方向の搬送機構として用いることによって、乾燥機内の水分特性は、最初に説明された実施形態における垂直的に変化する特性から、ほぼ水平的に変化する特性に変化する。すなわち、層における水分レベルは、乾燥機の供給端において最も高く、供給端から出口端の方向に徐々に減少する。水分レベルのこうした長手方向の変動は、概ね、オーガーの各周期によって、有機質肥料物質が乾燥機の供給端から離れて出口端の方向に移動させられたという事実の結果である。したがって、出口端に近い物質は、一般には、供給端に近い物質より長い時間、乾燥機内にあり、乾燥されている。
【０１１６】
オーガーが乾燥機の入口端に隣接して通過するとき、供給端に相対的に最も近い物質は、収集され、乾燥機の出口端の方向に、例えば１〜３フィート（０．３〜０．９１メートル）の距離だけ移動させられて、オーガーの後で、乾燥機の出口端の方向に、例えば１〜３フィートの距離だけ乾燥機の幅を横切って延びる溝８４を残す。次の周期の初めに、新しい未処理の有機質肥料が、トロリー７８上に取付けられたノズル８６から溝に噴霧される。ほぼ同時に、任意的に、同時に乾燥機の出口端からの乾燥した有機質肥料の再循環流もまた、乾燥物質のアプリケータノズル８８によって同じ溝に適用され、その結果、湿った未処理の有機質肥料と乾燥した有機質肥料生成物とが、溝８４を充填する工程において互いに混じり合う。
【０１１７】
オーガーは、有機質肥料粒子を収集し、有機質肥料の混合工程中にそれらを長手方向に搬送する傾向があるため、ある程度の有機質肥料粒子は、オーガーが鉛直方向の角度に配向されている場合より長い時間、周囲の空気に曝すことができる。したがって、空気がオーガーによって有機質肥料の塊に圧送される必要性は少ない。それにより、鉛直線から傾斜しているオーガーは、中空のオーガーである必要がなく、それにより通常の混合オーガーを用いることができる。
【０１１８】
湿った有機質肥料アプリケータは、トロリー７８上に取付けられる。乾燥した有機質肥料アプリケータは、天井から吊り下げられるか又はそれに取付けられ、床部から上方向に延びるなど、建物に固定的に取付けられる。とにかく、湿った有機質肥料アプリケータ８６及び乾燥した有機質肥料アプリケータ８８は、乾燥機の入口端に隣接する乾燥機の実質的に全幅にわたってそれぞれの物質を適用する。図４は、湿った及び乾燥した有機質肥料供給流の同時付加を示す。傾斜したオーガーの配向によって、供給物質は常に乾燥機内の同じ位置に付加されるため、いずれかの又は両方のアプリケータを固定的に取付けることもできるし、或いはいずれかの又は両方のアプリケータを移動可能に取付けることもできる。
【０１１９】
一般に、溝８４に適用される乾燥した有機質肥料生成物の量は、溝８４に適用される未処理の湿った有機質肥料生成物の量にほぼ等しく、このように溝８４を充填する。乾燥した有機質肥料生成物の目的は、未処理の有機質肥料生成物中の遊離した液体の大部分を迅速に収集し固定化して、これにより収集管６８により排水される液体の量を制限することである。遊離した液体を有機質肥料の塊に結束することによって、遊離した液体と関連する水は、遊離した液体と関連する固形物が、例えば乾燥した有機質肥料の再循環物質の物理的活動により固定的に保持される状態で、蒸発によりなくなるように塊の中に保持することができる。
【０１２０】
さらに、乾燥した再循環物質を用いることによって、入口端に隣接する有機質肥料層の重量による総水分は、供給タンク１８において、例えば８６重量％、又は９２重量％、又は９４重量％、又は９５重量％のレベルからそれより少ない総含水量に急速に減少する。結果として得られる含水量は、約６５重量％から約７５重量％の水ほど少なくなり得る。
【０１２１】
例えば、９２％又は９４％又は９５％の水といった、より湿った供給物質が用いられる場合には、乾燥機の供給端における乾湿混合物の含水量は、約８０重量％から約８３重量％まで、又は８４重量％ほど高くなり得る。このように、湿った成分に乾燥した成分を加えたものを含む、供給端の混合物は、約６５重量％から約８５重量％の水の範囲内の任意のところとなり得る。
【０１２２】
結果として得られる混合物は、たとえ遊離した液体があるとしても、一般的にはほとんどなく、したがって、通常は液相混合物ではない。さらに、新しく付加される物質は、乾湿であり、供給物質の付加中に、オーガー２２によって供給端壁４４に隣接する予め存在している物質と迅速に混合され、この予め存在している物質は、乾燥機においてその既存の滞留時間によってすでにある程度乾燥している。
【０１２３】
このようにして、乾燥した再循環流の物質を通って排水しようとするか、又は下方向に排水されるときに、この乾燥した再循環流の物質と混合しないようにする遊離した液体のいずれも、次いで、予め存在している物質に遭遇し、この予め存在している物質と接触することによって、大部分は固定化する。このように、タンク１８からの供給物質中の遊離した液体は、乾燥した再循環供給物質と、乾燥機の供給端に隣接する乾燥機内に既に存在していた部分的に乾燥した予め存在していた物質とを組み合わせることによって大部分は固定化する。
【０１２４】
乾燥機内の有機質肥料の水分含有量が供給端から出口端へと減少すると仮定し、乾燥機から出て行く水分含有量を制御することが望ましいと仮定し、乾燥機への未処理の有機質肥料供給が様々な物質であると仮定し、ボイラーへの供給物質の均一性が望ましいと仮定すれば、有機質肥料層における水分の減少の割合及び予測可能性を制御できること、すなわち、乾燥機の長さに沿って有機質肥料層の水分含有量の違いを制御できることが望ましい。これとは対照的に、水分が垂直方向に変動する層においては、有機質肥料層は、この層の投影領域全体にわたって水分及び温度の内容が長手方向及び横方向に一貫していること、すなわち、層において、垂直方向の水分変動と一貫していることが望ましい。
【０１２５】
水平方向に測定される水分及び温度の違いを制御することは、下にある空気マニホルドシステムによって、有機質肥料床部の投影領域の乾燥機の領域を定めることによって達成することができる。したがって、空気マニホルドシステムは、上述の制御の多数の特定領域、すなわち、図示された実施形態において、６つの領域の５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅ及び５４Ｆと指定された領域に分割される。すなわち、それぞれの領域は、セパレータ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄ及び５６Ｅによって定められる。セパレータは、ヘッダ５２における単一のバッフルとすることもできるし、或いはヘッダにおけるディバイダをもつ共通のヘッダではなく、各々の領域と関連する個々のヘッダとすることもできる。別の代替案としては、ヘッダ５２は、単一ユニットとすることができ、セパレータは、コンピュータコントローラ７４により制御される弁とすることができる。こうした弁は、完全開口、完全閉鎖又は開閉間の如何なる変形とすることもできる。一般に、弁は閉鎖され、その結果、互いにそれぞれの領域を隔離する。図示実施形態においては、乾燥機の長さに沿って互いに変位された６つの領域が存在する。任意の所望の数の領域を備えることができる。
【０１２６】
水分が垂直方向に段階分けされた乾燥機においては、それぞれの領域を用いて、層の投影領域全体を通して水平方向に一貫した水分レベルを維持することを助ける。これとは対照的に、水分レベルが水平方向に段階分けされた乾燥機においては、乾燥機の領域を用いて、水分レベルが乾燥機の入口端から乾燥機の出口端に徐々に減少する状態で、乾燥機の領域ごとに異なる水分レベルを維持することを助ける。
【０１２７】
第１及び第２の非接触型の水分センサ９０を各々の領域内の乾燥機の側壁４０及び４２上に取付けて、これにより各々の領域内で少なくとも２つの水分読取値を与えられる。好適な非接触型のマイクロ波ベースの水分センサは、テネシー州、オーク・リッジ所在のＢｅｒｔｈｏｌｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から、Ｍｉｃｒｏ−Ｆｌｕｉｄ  ＬＢ４５５として入手可能である。
【０１２８】
各々の領域内での水分は、コンピュータコントローラ７４によって監視される。水分がそれぞれの領域内の目標レベルより高い場合には、付加的な熱風が、マニホルドシステム５０を通してその領域内の有機質肥料に提供される。水分がそれぞれの領域内の目標レベルより低い場合には、マニホルドシステム５０を通る気流は、その領域においては減少させられる。要望に応じて、例えば、隣接する領域間の空気流量の実質的な違いを防止するために、領域境界の、例えば５６Ａ又は５６Ｂといった弁を部分的に開放したままにして、その結果、隣接する領域間の気圧が異なる領域間の空気の制限された抽気を与えることができる。
オーガーが図２に示すように傾斜する場合には、未処理の供給物質が、供給端において工程に供給され、最終生成物は、出口端において乾燥機から出て行き、それにより供給端及び出口端は、一般的には、それらに名称をつけるのに用いられる名前に対応する機能を特徴とする。
【０１２９】
乾燥機の出口端において、出て行く物質は、水平方向収集コンベヤ９２内に収集され、持ち上げコンベヤ９４に供給され、そこから水平方向搬送コンベヤ９６に供給される。コンベヤ９６は、第１の乾燥機の再循環流９８を乾燥機の入口に放出し、動物の敷きわらとして用いる畜舎に戻すための受け部内に、第２の再循環流１００として、乾燥した生成物の第２の部分を堆積させ、ボイラー用供給保持タンク２４内に乾燥した有機質肥料生成物の残部流１０２を堆積させる。
敷きわら用堆積物は、納屋において、敷きわら取出流が再度利用され、そこに寝る家畜によって汚された後で受入れピットに送り戻されるため、再循環流として機能する。
【０１３０】
本発明は、汚れたバイオガス、汚れた排水及び湿った固体ケーキのみを生成する通常のシステムと比較して、２つの実質的な利点を提供する。第１は、大量の有機質肥料の削減であり、有機質肥料がこの工程を通して通過すると、最終的には灰のみを残す。
【０１３１】
要望どおりに、搾乳室からの灰色の水を有機質肥料の供給流と混合することができ、それにより本発明に示される装置及び工程を用いて、搾乳室内で生成される排水流を管理することもできる。
【０１３２】
有機質肥料と搾乳室での排水との例示的な混合流により、約８重量％の固形物と約９２重量％の水である、乾燥機２０への供給流が生成される。概して、システム１０は、蒸発により水分を除去し、結果として得られる、例えば６０％の固体生成物をボイラーに供給する。したがって、本発明は、乾燥機から２つの主要な出力流、すなわち、（１）乾燥機から出ていく空気中に含有される湿気形態の水蒸気流と、（２）結果として得られる少量の灰を生成する、乾燥機からボイラーに供給される４０％の水分の固体流とを生成する。したがって、処分される必要がある、本発明のシステム及び工程からの唯一の出力は、少量の灰である。
【０１３３】
表１は、この工程中の質量の変化を示し、再度２６５０頭の牛の例を用いて、有機質肥料廃棄物の処理における本発明の効果を示し、搾乳室での灰色の水を含む９２％が水の未処理の有機質肥料供給は、キログラム単位における１日の処理能力を表す。
【０１３４】
【表１】
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【０１３５】
表１で分かるように、２２０００ｌｂｓ（９９８５ｋｇ）超の１日の総供給流は、システム１０の外部で処理される必要がある３５ｌｂｓ（１６ｋｇ）の灰のみにまで減少する。廃棄物流の体積、実際にはその重量が大幅に減少するため、こうした少量の残留物を搬送する費用は、灰の搬送、すなわち有機質肥料廃棄物の搬送が家畜作業の経済的側面においてはもはや主要な要因ではなくなるほど小さい。
【０１３６】
土地面積で既に制限されているか、又は使用可能な土地に対して超過リン含有状態に既に達している農場においては、本発明は、付加的な土地の購入に対する経済的な代替案を提供する。すなわち、農夫は、付加的な土地を購入するか又は他の場所での処分のために余分な料金を支払う必要がない。こうした経済的な利点は、農場を経済的に実行可能なまま維持できるかどうかについて影響を及ぼす。
【０１３７】
本発明を用いることによって、環境問題は大幅に軽減する。搬送される物質は、現在用いられている液体及び半液体のものではなく乾燥した灰物質である。乾燥した物質及び環境的に危険ではないものによって、流出が起こる可能性は低く、より容易に清掃される。より容易な処理のために灰をペレット化することもできるし、或いはスラリ化することもできる。
【０１３８】
本発明においては、例えば、飼養場又は搾乳作業といった、動物の集中飼料作業は、本発明を用いると、有機質肥料処分には少ない土地が必要とされるため、経済的により実現可能である。より少ない土地を必要とすることは、酪農場及び／又は飼養場ビジネスへの個人による新規参入に対する障壁の１つを除去し得る。
【０１３９】
臭気は、有機質肥料が適用されるフィールドの近くに住んでいる人々にとって大きな問題となり得る。本発明のバイオ乾燥工程によって、有機質肥料のフィールド適用により発せられる不快な臭気の問題は少なく、乾燥工程においても、臭気の発生は、所望のしき値レベル内に維持される。すなわち、受入れピット１４、タンク１８、乾燥機２０及びタンク２４の好気性工程環境及びボイラー２６内の燃焼工程のガス化段階が、有機質肥料の管理工程と、最小の臭気をもつ、比較的不活性である有機質肥料生成物とをもたらす。
【０１４０】
このシステムにおいては、有機質肥料は、農場源から乾燥機２０に、液体状態で収集され搬送される。液体状態は、有機質肥料の重力送り及び／又は圧送を容易にする。したがって、互いに極めて接近している比較的小規模な農家は、彼らのそれぞれの有機質肥料の出力を一緒にし、共有施設を利用することができる。この技術はまた、本発明が、別個に操業する比較的小さい事業により用いられるのに適するように縮小し修正することもできる。
【０１４１】
説明は、有機質肥料を４０重量％の最終含水量にまで乾燥させることに重点を置いたが、他の含水量は、乾燥度、熱風の温度、熱風の流量、乾燥機の長さ又は幅、すなわち、乾燥機内の滞留時間などを調整することによって取得することができる。
【０１４２】
本発明は、以下の農家への直接的な経済的利益をもたらす。
【０１４３】
１．有機質肥料の適用。現在のシステムの下では、有機質肥料を近くのフィールドに搬送すると、一般的には１年で１頭当たり平均約１００米ドルかかる。したがって、約２６５０頭の牛を管理する例示的な農場では、有機質肥料の搬送の年間経費は、１年当たりおよそ２６５，０００米ドルになる。本発明は、この経費の大部分を排除する。
【０１４４】
２．敷きわら。酪農業者は、現在、おが屑又は他の敷きわら材料を購入する。こうした敷きわら経費は、１年で１頭当たりおよそ３５米ドルになり得る。システム１０を用いて生成される乾燥した有機質肥料は、所望であれば、敷きわら材料として利用することができ、その結果、敷きわら経費を節約することができる。
【０１４５】
３．電気。例えば、酪農作業といった、上述の２６５０頭の牛を想定すると、本発明は、酪農事業を経営するのに十分な電気エネルギを生成し、さらに地元のエネルギ配電網公益企業に販売することができる余剰電気を生成する。
【０１４６】
４．余熱。システムによって生成される余熱を利用する多数の機会がある。こうした余熱は、例えば、商業的な温室を加熱するか又は他の産業若しくは農場の用途に用いることができる。
【０１４７】
上記を鑑みて、本発明は、特に農場フィールド内で有機質肥料を散布することによりもたらされるリンといった栄養汚染を減少させる。本発明はさらに、有機質肥料の農場での消化に関連し、並びに、農場フィールド内で有機質肥料を散布することに関連する、それに付随する空気汚染及び臭気問題を改善する。同時に、本発明は、ユーザの有機質肥料管理費用を削減し、電気の販売から収入の流れを形成することによって正のキャッシュフローを生成する。環境的にやさしい灰物質は、容易に処分され、肥料としての価値を有する。
【０１４８】
当業者であれば、ここで、本発明の精神から逸脱することなく、図示実施形態に関して本明細書において開示された装置及び方法に特定の修正を加えることができることが分かるであろう。さらに、好ましい実施形態に関して本発明を上記で説明してきたが、本発明が幾多の再配置、修正及び変更に適応され、こうした配置、修正及び変更のすべてが、添付の特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されることを理解するであろう。
【０１４９】
特許請求の範囲が機能手段言語を用いる範囲内で、そこで、すなわち本明細書において、本明細書に開示される実施形態に示されるものと構造上等価ではないあらゆるものを含まないことを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明の工程のフローチャートである。
【図２】ボイラー、タービン及び発電機の図と併せたバイオ乾燥機の代表的な側面図を示す。
【図３】バイオ乾燥機の床部配置図の代表的な平面図を示す。
【図４】例示的に図３の位置４−４におけるバイオ乾燥機の代表的な断面図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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