TSUKISHIMA TECHNICAL REVIEW
月島技報 no.26 2023
TSUKISHIMA TECHNICAL REVIEW

月島 技 報論文1

創エネルギー型脱水焼却システムのAIによる30日間連続無操作運転達成報告
論文2

流動性能とせん断力の両立を目指した
テレコルタ®の開発

ISSN 2436-7516

2023
DecemberNo.

26

Purpose

環境技術で世界に貢献し未来を創る
当社グループは創業以来118年にわたり、技術で産業の発展と環境問題の解決に貢献してまいりました。

グループ企業理念

これからも時代の変化や社会のニーズに合わせた技

1. 最良の技術をもって産業の発展と環境保全に寄与し、社会に貢献します

術を適用することで、世界的な社会問題である環境問

1. 市場のニーズを先取りし、最良の商品とサービスを顧客に提供します

題の解決に取り組み、
豊かな未来を創ります。

1. 創意と活力によって発展し、豊かで働きがいのある企業をめざします

2 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

3

No.26
2023

目次
6

巻頭言

月島ホールディングス元年
8

CONTENTS
6

論文1

創エネルギー型脱水焼却システムのAIによる30日間連続無操作運転達成報告18

加温脱水汚泥の燃焼特性
28

36

44

46

50

54

実績紹介

ドラム缶反転投入装置

58

OTOMURA Yoshikazu

Technology / Products 7

HOMOGENIZING MIXER MARK II

NAKAMURA Kenji

Introduction of Products

Drum can inversion loading device

新田 博文

TAKIZAWA Kenji

Technology / Products 6

Examples of using AR and LiDAR to improve design productivity

中村 健二

SHINOGI Kazuma

Technology / Products 5“Clean Suction” Automatic Bag Opener

音村 義和

TAKEMURA Sota

Technology / Products 4

Inspection report of incinerator using drone utilization technology with AI analysis

瀧沢 憲治

KIKUCHI Naohito

Technology / Products 3

Methods to convert sewage sludge into fertilizer using dewatering and drying system

篠木 一真

技術・製品紹介7

ホモミクサーMARKⅡ製品紹介
58

40

ISHII Kenta

Technology / Products 2

Technologies to effectively utilize (use as fuel and reuse) ammonia and enable detoxification

竹村 草太

技術・製品紹介6

設計生産性を向上させるARやLiDARの活用事例
54

36

TAKEDA Ryusuke / TAMURA Shigeo

Technology / Products 1

Introduction to thermal oil rotary tube (TRT) heater菊池 尚仁

技術・製品紹介5

クリーンサクション自動開袋機（異物混入ゼロを目指した自動開袋機）
50

32

NAGASAWA Hidekazu

Introduction of Research 2

Energy-saving derived from reduction control of mixer rotating speed in secondary coagulation basin

石井 健太

技術・製品紹介4

AI解析を用いたドローン活用技術による下水汚泥焼却炉内の点検報告
46

28

NISHIKAWA Hiroshi

Introduction of Research 1

Combustion characteristics of thermal dewatering sludge

竹田 竜輔 ・ 田村 繁生

技術・製品紹介3

脱水乾燥システムによる下水汚泥肥料化の取り組み
44

24

YAZAWA Nobuhiro / YAMAMOTO Minoru

Paper2Development of TERECORTAR aiming at both the flow performance and shearing force

長沢 英和

技術・製品紹介2

アンモニア
（NH₃）
の有効活用
（燃料化・再利用）と無害化処理技術
40

18

技術・製品紹介1

伝熱管付ロータリー（TRT）
ヒータの紹介Paper1Use AI to autonomously control the energy-generating dewatering incineration system for 30 consecutive days

西川 宏

研究紹介2

二次凝集池撹拌機回転数抑制による省電力効果の検証
32

8

研究紹介1

Tsukishima Holdings Co., Ltd. Executive Officer
MORI Takayuki

矢澤 伸弘 ・ 山本 稔

論文2流動性能とせん断力の両立を目指したテレコルタ®の開発
24Foreword

月島ホールディングス株式会社 執行役員 森 孝行

NITTA Hirofumi

表紙の写真

60

流動層解析編
63

68

71

63

会社概要・編集後記

Introduction of Chemical Analysis Group
HIRA Satoru

66

Tsukishima Teahouse
KOGURE Hiroyuki

小暮 宏幸
68

月島今昔物語

粉体混合

HONMA Hideo

日良 聡

月島茶房

特許情報の活用

Introduction of CAE Group Part7

本間 秀雄

分析グループ紹介

分析事例紹介 〜熱分析〜
66

60

解析グループ紹介 Part7

Tsukishima Tales of Times Now Past
YAMAGUCHI Ryoji

山口 良二
71

Corporate Proﬁle/Editorʼs Note

ジンベエザメ（絶滅危惧種）4 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

5

巻

頭

言

月島ホールディングス元年
森 孝行
月島ホールディングス株式会社 執行役員

「月島ホールディングス元年」である。2023 年 4月に従来の月島率の低下や熱回収による発電などによりこれを目指し、さらに脱水

機械株式会社を3社に分割し、経営と事業の分離を明確にしまし

乾燥汚泥を肥料化するなど循環型社会の形成などに寄与していた。月島ホールディングス株式会社はグループ全体の経営管理ます。

や戦略の策定、管理部門による事業会社のサポートを行うととも産業事業においては、最近のニーズとしてリチウムイオン電池にガバナンスの統括を行い、月島アクアソリューション株式会社は市場などをはじめ、高温処理・高気密性・カーボンニュートラルの水環境事業を継承、月島機械株式会社は産業事業を継承しまし要望が増えています。そのため、月島機械の主力製品であるス

た。また、2023 年 10月には月島アクアソリューション株式会社はＪ

チームチューブドライヤーの技術をベースに熱源を熱媒油に変更

ＦＥエンジニアリング株式会社の国内水 エンジニアリング事業と統した新たなる製品の開発に取り組んでいるところです。リチウムイ

合し、月島ＪＦＥアクアソリューション株式会社となりました。月島ＪＦ

オン電池市場は今後も世界的に市場拡大が予想されている分

Ｅアクアソリューション株式会社はシナジーと総合力を発揮するこ野であるため今後の動向をしっかり掴み客先のニーズと我々の技とで国内上下水道分野におけるリーディングカンパニーを目指し、術がどう合致するのかを見定めていきたい。

月島機械株式会社はＥＰＣビジネスや単体機器の強化を図りなが解析関係については、従来、経験と暗黙の了解のように受けら、電池などの新しい事業領域への取り組みを行っていきます。

入れられてきた技術やプロセスに対して、最適化の余地があるか

この持株会社体制への移行に伴い、企業 パーパスも従来のどうかは不透明であったため、解析を通じてその内部を把握する「環境技術で世界に貢献する」から「環境技術で世界に貢献しことが注目されています。さらに、解析を通じて得られるデータと未来を創る」と変更しました。私たちを取り巻く地球環境は大きな

洞察は、新たなイノベーションの基盤ともなっており、設計やプロ変化を迎えており気温上昇による気候変動をいかに抑えるかがセスの革新を加速させています。最適な設計がどこにあるのかと大きな課題となっています。気温上昇を抑える解決策として再生いう問いに対して、解析とデータ駆動のアプローチは、明快な答可能 エネルギーの活用やエネルギー効率を向上させる、社会がえを提供し、持続可能な未来の構築に貢献していくことになるで持続可能なシステムを構築するため電気自動車を普及されるな

しょう。この新たなアプローチにより、我々は未知の可能性に挑戦

どがあります。当社グループとして気候変動を抑えるために当社し、問題の解決に革命をもたらすことができます。
この新たな体制とビジョンにより、月島ホールディングス元年は、問題の解決に至る、未来を創ることだとの結論に達し、「環境技

持株会社体制への移行と企業 パーパスの変更が特筆すべき一術で世界に貢献し未来を創る」と企業パーパスを策定しました。

年となります。地球環境への課題が日増しに増大する中、私たち

今回の技報においてもまさしく企業 パーパスに合致した報告がは再生可能 エネルギー、エネルギー効率向上、電気自動車など多数なされています。
水環境においては、人口減少における技術の担い手不足といった課題に対して運転管理の自動化技術などのシステム開発、の環境技術により、気候変動への解決策を提供し、持続可能な未来を築く使命を背負っています。
水環境、産業、エネルギー分野における技術の発展と革新に

設計技術の品質低下を防ぐための 3Dデータの活用、点群デー注力し、持続可能な社会を推進します。月島ホールディングスグ

タの活用、ドローンの活用などによる空間設計精度向上などのこループとして、環境技術で世界に貢献し、未来を創るという新たれらのデータはデジタルツインの概念を強化し、リアルタイムのモなビジョンに向かって進んでいきます。私たちの技術と情熱を結集

デルと現実の状況を結びつけることになるでしょう。また、下水汚

し、未来の課題に挑戦し、解決策を提供していくことで、持続可

泥焼却炉の温室効果ガス削減効果のためにN₂O（温室効果が能な社会への貢献を追求し続けます。未来への期待と共に、新CO₂の約 300倍）を低減することが有効であるが、脱水汚泥含水

たな一歩を踏み出す年となることでしょう。

6 月島技報 2023 no.26

論文

グループの持つ技術を社会に提供していくことが世界的な社会1 創エネルギー型脱水焼却システムのAIによる30日間連続無操作運転達成報告
2 流動性能とせん断力の両立を目指した
テレコルタ®の開発

月島技報 2023 no.26

7

論文

1

創エネルギー型脱水焼却システムのAIによる30日間連続無操作運転達成報告
Use AI to autonomously control the energy-generating dewatering incineration systemfor 30 consecutive days

1 はじめに2 無操作運転のための技術

近年、日本国内は少子高齢化による人口減少社会が到来しており、図１に示すとおり2020 年時点において既に15〜64 歳の「生産年齢人
口」が 1995年のピーク時から14ポイント低下（1220万人減少）
し、さらに今回、以下二つの目標を達成するため、AI 技術を含む自律型制御システムを構築し、検証を行った。
また、自律型制御システムによる安全で確実な操業を行うため、当2050 年には36.5ポイント低下（3198 万人減少）と予測されており、顕著

社グループが保有する集中監視センターを活用した「設備と人の見守な高齢化と労働人口減少がデータとしても明らかである。インフラを維り機能」についても検証を行った。

持していくための人材確保についても今後、非常に厳しい状態となるこ
目標①：自律型制御システムによる無操作 30日間連続自動運転とが顕在化しつつある。
また、COP21の「パリ協定」
や政府から温室効果ガスの排出を全体と目標②：炉内温度安定化による温室効果ガス（N₂O）削減

してゼロを目指す「2050年カーボンニュートラル」が宣言 1）されたことなどにより、脱炭素社会の実現に向けた取り組みが本格化している。当社

一般的に汚泥焼却炉は炉内温度を高温にキープすることにより温室

グループの主な事業分野の一つである下水処理においても、これらの効果ガスであるN₂Oの排出量を低減できることが知られているが、温課題を解決するための新技術の創出が求められている。
このような背景から、AI技術を応用した自律型制御システムを活用す

度を上げ過ぎると耐火材の劣化などが懸念されるため、許容範囲に限りなく近い高温で安定した温度制御が必要である。しかしながら、従ることにより、当社がすでに開発していた創エネルギー型脱水焼却シス

来のPID制御や運転員による調整では、大きな時間遅れをもつ脱水機

テムを30日間、運転員の操作無しで実証設備を安定運転する検証をと焼却炉を組み合わせたプロセス全体の安定制御は困難であった。

行った。ここでは、今回検証に適用した自律型制御システムと自律運転

本システムは、焼却炉の未来の状態を予測し、その予測結果から

矢澤 伸弘 YAZAWA Nobuhiro

山本 稔 YAMAMOTO Minoru

されることを前提としたシステムの監視体制について、導入効果と得ら

脱水機を制御することにより、従来成し得なかった「補助燃料が不要」

月島 JFEアクアソリューション株式会社
技術企画センター DX推進室

月島 JFEアクアソリューション株式会社
技術企画センター DX推進室

れた知見を報告する。

でかつ「変動の少ない安定した炉内温度」を、運転員の操作無しで自動運転できることを目標としている。

Abstract
With the decline in the population owing to the declining birthrate and aging population, the issue of securing human resources
to maintain infrastructure is becoming imminent. In addition, with
the Paris Agreement of COP21 and government’s declaration toachieve “carbon neutrality by 2050,” nations are working towardrealizing a decarbonized society with the aim of achieving overall
zero greenhouse gas emissions. To solve these problems, sewerage facilities also need to develop new technologies.
Against this background, we utilized an autonomous control
system that applies AI technology and achieved stable operationof the energy-generating dewatering incineration system, which
we could operate for 30 consecutive days without human intervention. We present the overview of the developed system, andknowledge obtained about the autonomous system monitoring
system assuming its automatic operation, and we also present thevarious effects of this system and monitoring system by implementation.

少子高齢化による人口減少社会が到来しておりインフラを維持していくための人材確保の課題も顕在化しつつある。また、COP21の「パリ協定」
や政府から「2050年カーボンニュートラル」を達成し、温室効果ガスの排出を全体としてゼロを目指すことが宣言されたことなどにより、社会でも脱炭素社会の実現に向けた取り組みが本格化しており、下水道施設においてもこれらの課題を解決するための新しい技術の創出が求められている。
このような背景を受け、AI 技術を応用した自律制御システムを活用する
ことにより、当社が既に開発していた創エネルギー型脱水焼却システムを30日間、運転員の操作なしで安定運転を達成した。今回開発したシステ
ムの概要と自動で自律運転されることを前提としたシステムの監視体制について得られた知見と導入効果について報告する。
キーワード：AI(人工知能 ), 創エネルギー , 自律制御 , 無操作 , 集中監視センター
Keyword：AI, Energy-generating, Autonomously control,
No-manual-operation, Centralized monitoring center

図 1 生産年齢人口（15〜64歳）の推移 2）
Fig.1 Trends in Japanʼs working-age population2）

8 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

9

論文 1

Use AI to autonomously control the energy-generating dewatering incineration system for 30 consecutive days

創エネルギー型脱水焼却システムの AIによる 30日間連続無操作運転達成報告

2.1 自律型制御システムの概要 3）
創 エネルギー型脱水焼却システムは、「加温濃縮脱水工程（加温
濃縮部と加温脱水部）」および「創エネルギー型焼却工程（過給式流ラーニングの技術を応用することで凝集フロックの形成状態を特徴量として数値化し、薬注率の最適制御を構築した。

動炉と高効率発電システム）」で構成されるシステムであり、補助燃料

分子凝集剤の薬注率が最適であるほど粗大化するため、フロック間の間隙が大きくなる。本システムは、間隙を凝集フロックの状態判別指標とし、ディープラーニングの一つであるセマンティックセグメンテー

また、それぞれの工程において、従来の制御技術では自動運転が今回、高速ミキサの回転数は、以下の式（1）により決定している。

ションを使用して間隙を識別できるAIモデルを構築した。

困難なプロセスがあるため、AI 技術により自動化し、運転員の操作がセマンティックセグメンテーションは意味領域認識技術であり、画像不要な自律型制御システムの構築を目指した。図 2は、創エネルギー

内のどの位置にどのような物体が存在するのかを画素単位で認識で型脱水焼却システムの簡易フローであり、AI 技術の適用箇所を枠できる技術である。4）この技術を利用することで、図 4の画像を図 5のよ囲んでいる。

うに間隙部だけ自動検出することができる。図 5において灰色部分は状の変動などにより、設備運転中に変化させるための係数である。具
体的には「間隙面積」が「あらかじめ設定した値」
を下回った場合に、薬注率を固定して高速ミキサの回転数を増減させ、複数の回転数に

図 4に実際に撮影した凝集フロック画像を示す。凝集フロックは、高が不要で脱水・焼却設備に消費する電力以上の電力を発電可能な技術である。

り回転数を最適に調整する必要がある。

高速ミキサ回転数 S=係数Ａ×汚泥流量 +係数Ｂ+切片Ｃ・・・・・・（1）

よる間隙面積を取得し、間隙面積が最適となる回転数を「高速ミキサ回転数 S」として代入し、係数 Bとしている。図 6に高速ミキサ制御

この式は当社が実験で得た汚泥流量に応じた係数 Aに、「間隙面と薬注制御の処理フローを示す 。

積」により補正する係数 Bを含んだ式となっている。係数 Bは汚泥性

セマンティックセグメンテーションによる間隙認識領域、水色部分は人

2.1.1 薬注率最適化 AIが間隙と認識した領域、黒色部分は人とセマンティックセグメンテ―

今回のシステムにおいて、加温濃縮脱水工程の性能は、高分子凝ションの認識が重なった領域となっている。これにより凝集フロックの集剤の添加により得られる凝集フロックの形成状態に大きな影響を受良否を数値化することができ、人の経験に頼っていた薬注率の調整ける。凝集フロックを最適な状態にするには、薬注率の調整を適切にを自動化することを目指している。具体的には、検出した間隙部分の行う必要があるが、凝集フロック形状の判別は、人の目視および場合総和を「間隙面積」とし、薬注率を操作量として目標の間隙面積となによっては触覚などを駆使した熟練者の知見・技術に依存している

るようサンプルPI制御にて制御している。

ため、高分子凝集剤の添加量（薬注率）の調整は安定自動化が困難なプロセスの一つであった。

今回さらに、加温濃縮脱水工程を完全に無操作で自動運転するために薬注率最適化 AIの機能として、高速ミキサの回転数を調整する

図 3に薬注率の自動制御システムの概略構成を示す。凝集混和「高速ミキサ制御」を組み込んでいる。高速ミキサには凝集剤と汚泥槽にカメラを設置して凝集フロックを撮影し、取得した画像にディープを混合する撹拌機が設置されており「汚泥流量」や「汚泥の質」によ

図 3 凝集混和槽の画像認識による薬注率自動制御システム
Fig. 3 Automatic chemical dosage control system using image recognition for sludge ﬂocculator
図 6 高速ミキサ制御と薬注制御の処理フロー
Fig.6 Flowchart of Mixer speed control andchemical dosing control

図 2 創エネルギー型脱水焼却システムの簡易フローとAI適用箇所
Fig.2 Simpliﬁed ﬂow of energy-creating dewatering incineration system and AI application points

10 月島技報 2023 no.26

図 4 汚泥フロック画像
Fig.4 Picture of sludge ﬂoc

図 5 セマンティックセグメンテーションによる間伱認識Fig.5 Prediction results of semantic segmentation for area of ﬂoc gap

月島技報 2023 no.26

11

論文 1

Use AI to autonomously control the energy-generating dewatering incineration system for 30 consecutive days

創エネルギー型脱水焼却システムの AIによる 30日間連続無操作運転達成報告

AIには、「機械学習モデル②」と「FB（フィードバック）制御」が組み込

レータの休憩時等は遠隔地から監視することとし、運転員の見守りとまれている。「機械学習モデル②」は過去の運転データで学習されて制御システムの監視を遠隔から行う検証を行った。

おり、「目標となる最適含水率」と「汚泥温度」の入力から制御に必要な「軸トルク」が予測され出力される。機械学習モデル②から出力さ2.2.2 設備監視カメラ

れた「軸トルク」となるように無機凝集剤（ポリ硫酸第二鉄）の注入率を集中監視センターから運転員と設備の安全を遠隔監視するため、「FB（フィードバック）制御」により制御し、目標となる含水率になるよう

日常点検ルートなど必要箇所に「設備監視カメラ」を追加設置し、遠脱水部を制御している。

隔から設備の状態を監視できる体制とした。

2.2 遠隔監視システム

2.2.3 IoTカメラによる現場アナログゲージの自動読取り装置

今回、自律型制御システムを創 エネルギー型脱水焼却システムに

実証設備は、建設当初は無人化を想定していなかったため、現場導入することにより、運転員による制御システムの操作は不要となるこのアナログゲージの指示値の確認が定期的に必要であり、夜間の現とを目指している。現場の人員を削減するため以下の監視対応項目

場巡視点検が必要であった。夜間 1 名による監視体制での現場巡を追加し検証を行った。

視点検については安全上の課題があったため、先に記載の監視カメ（1）集中監視センターを活用した「人員」と「設備」の見守り

ラの設置とIoTカメラによる現場アナログゲージの自動読取り装置を新（2）設備監視カメラ

たに設置し、夜間の現場巡視点検を不要とした。

（3）IoTカメラによる現場アナログゲージの自動読取り装置（4）
バイタル情報（心拍数・転倒）
自動検知システムによる見守り

2.2.4 バイタル情報（心拍数・転倒）自動検知システムによる見守り

2.2.1 集中監視センターを活用した「人員」
と「設備」
の見守り

現場 1名体制において運転員の急な体調不良や不測の事故を「完

これまで夜間に最低 2 名の運転員が必要であった人員を1 名に削全に防ぐ」
ことは不可能と考え、迅速な対応を可能とするため、「スマー減可能になると考え、今回夜間の監視は現場に1 名を配置し検証をトウォッチによる心拍数などのバイタル状態の自動監視」と「運転員の行った。

転倒を自動検知」するシステムを導入した。図 8にバイタル情報自動

この人員配置により「安全で確実な操業」を行うため、当社グループで既に稼働中であった「集中監視センター」を活用し、現場のオペ

検知システムのイメージ図を示す。スマートウォッチによる心拍数の監視については自社開発のシステムを採用した。

図 7 加温脱水部と過給式流動炉の一体型制御システム
Fig.7 Integrated control system for dehydrator and incinerator

2.1.2 含水率最適化 AIと炉内温度最適化 AI
この制御システムでは加温脱水部と過給式流動炉は連動して制御（1）炉内温度最適化 AI
炉内温度最適化 AIには「機械学習モデル①」と「モデル予測制

し、過給式流動炉の炉内温度の安定化を目指している。今回構築御」が組み込まれている。
「機械学習モデル①」では加温脱水部の状したシステムでは、「エネルギー効率の最大化」かつ、「温室効果ガス態からリアルタイムに含水率を予測し、「予測含水率」を「モデル予測（N₂O）の発生を最小限に抑える」ことを目的として、加温脱水部の制御」に入力する。「モデル予測制御」では加温脱水部と過給式流含水率を制御することにより過給式流動炉の炉内温度を目的の温度

動炉の現在までの運転状況および長い汚泥の搬送時間も考慮し、未になるよう制御している。構築したシステムは上位側に過給式流動炉

来の炉内砂層温度を予測している。また、「モデル予測制御」の内部の温度制御を配置し、下位側に加温脱水部の含水率制御を配置すには最適化演算器が組み込まれており、目標の砂層温度にするためるカスケード型の制御を行っている。
図 7の制御システムは、炉内温度を制御する「炉内温度最適化
AI」と脱水部の含水率を制御する「含水率最適化 AI」により構成され、それぞれの制御機能は以下となっている。

12 月島技報 2023 no.26の「目標となる最適な含水率」
を演算・出力する。
（2）含水率最適化 AI
含水率最適化 AIでは、炉内温度最適化 AI から出力された最適

図 8 バイタル情報自動検知システムのイメージ
Fig. 8 Image of automatic vital information detection system

含水率となるように加温脱水部を制御している。この含水率最適化

月島技報 2023 no.26

13

論文 1

Use AI to autonomously control the energy-generating dewatering incineration system for 30 consecutive days

創エネルギー型脱水焼却システムの AIによる 30日間連続無操作運転達成報告

2.3 検証結果

2.3.2 制御パラメータの変更についてとにより含水率の予測精度を向上させた。図 10に精度向上のイメー

2.3.1 自律型制御システムの検証結果について（1）変更①：含水率予測モデルのパラメータ変更

ジを示す。

自動運転については、運転員の操作無しで目標①とした「自律型炉内温度最適化 AIに組み込んだ機械学習モデル①では、式（2）制御システムによる無操作 30日間連続自動運転」を達成した。表 1ににより加温脱水部から排出される汚泥含水率を予測している。線形

自律型制御システム（AI）導入前・後の手動操作回数を示す。AI

回帰式を採用しており容易に係数 A，Bまたは切片 Cにて予測モデル

導入前は汚泥性状が変化した場合に加温濃縮脱水工程の薬注率なの精度を上げられるようにしている。

どの調整や熱回収システムの温度調整が必要となっていたが、AI 導予測含水率Ｗ =係数Ａ×減速機トルク+係数Ｂ×汚泥温度 +切片Ｃ・・・（2）

入により操作が不要となった。
さらに、目標②とした「炉内温度安定化による温暖化ガス（N₂O）削減」については、N₂O 排出量をさらに低減するため、「制御 パラメータ

減速機トルクと汚泥温度から含水率を予測しているが、実証前半の変更」を期間中に3回行った。表 2に制御パラメータ変更前・後のの運転データから予測精度を確認した結果、予測モデル構築時におN₂O排出量と、図 9に30日間連続運転のトレンドグラフと制御パラメー

いて特に低い減速機トルク範囲のデータが不足していると思われる予

タ変更のタイミングを示す。

測誤差が発生していた。そこで係数Ａ，Ｂおよび切片Ｃを調整するこ（3）変更③：目標の炉内砂層温度の変更
制御パラメータの「変更③」では、目標となる砂層温度のパラメータを730℃から740℃に上げている。これは制御 パラメータの変更①と（2）変更②：薬注率最適化 AI制御のパラメータ変更②により、炉内の温度が安定し運転上の制約となる温度付近まで目制御 パラメータの「変更②」では、長期間運転することにより雨天

標値を上げることが可能となったためである。制約条件を超えた運転時などの汚泥性状が変化した際に2.1.1 項で説明した「高速ミキサ制をしてしまうと「耐火材の劣化」や「リン焼結による排気ダクトの閉塞」

御」が過敏に反応してしまうことを防ぐため、高速ミキサ制御に入るたの問題が発生するが、炉内温度を自律型制御システムにより安定化

めの閾値を小さくし、薬注制御による運転期間を長くする措置を取り、させることで、運転目標温度と制約条件温度のマージンを極限まで小薬注率最適化 AIの挙動を安定化させた。

さくすることが可能となった。

表 1 AI導入前と導入後の操作回数比較
Table1 Comparison of the number of manual operations before and after application of AI

表 2 制御パラメータ変更前後のN₂O排出量比較
Table2 Comparison of N₂O emissions before and after control parameter change

図 9 30日間連続運転のトレンドと制御パラメータ変更タイミング
Fig.9 Trend of 30-day continuous operation and control parameter change timing

14 月島技報 2023 no.26

図 10 含水率予測モデルの精度向上
Fig.10 Improved accuracy of moisture content prediction model

月島技報 2023 no.26

15

論文 1

創エネルギー型脱水焼却システムの AIによる 30日間連続無操作運転達成報告

2.3.3 遠隔監視システムの検証結果について
今回のAIを活用した「自律型制御システム」と「集中監視センター」の組み合わせによる遠隔監視システムのイメージについて図 11に示す。また、導入効果の検証結果を表 3に示す。
検証により「自律型制御システム」と「集中監視センター」を組み合わせて適用することにより今回の設備の場合、3 名の人員削減効果が期待できることが実証された。また、今回対象としたプロセスは熱を扱うプロセスであり安全のため最低 1名の運転員を現場に配置しているが、安全上の課題や法規上の問題をクリアすれば将来的にはさらなる人員削減効果が期待できる。

3 今後の展望
今回、創 エネルギー型脱水焼却システムにて従来熟練者の知見・

図 11 「自律型制御システム」と「集中監視センター」の導入イメージ
Fig.11 Installation image of "autonomous control system" and "centralized
monitoring center"

技術が必要で自動化が難しかったプロセス（工程、操作）の自律制御を目指し、AIの技術を活用することにより安定した運転を実現し、実証炉で30日間の無操作自律運転を確認した。今後は、内閣府から提唱されているSociety5.0にもあるような「超スマート社会」5）を目指し、より精度の高い制御や、長期安定化を進め、ロバストかつ最適な自動・

表 3 「自律型制御システム」
および「集中監視センター」の導入効果
Table3 Eﬀects of application of "autonomous control system" and"centralized monitoring center"
単位：人

自律運転が可能なシステムの構築を目指していく。

参考・引用文献
１）脱炭素ポータル（環境省）
ホームページ
https://ondankataisaku.env.go.jp/carbon̲neutral/about/（2023年 8月1日現在）
外務省ホームページ
https://www.mofa.go.jp/mofaj/ic/ch/page1w̲000119.html（2023年 8月1日現在）
2）「令和 5年版高齢社会白書」（内閣府）
を加工して作成
https://www8.cao.go.jp/kourei/whitepaper/w-2023/zenbun/pdf/1s1s̲01.pdf
https://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/ja/r04/html/nd121110.html
3）TSK技報 No.24 2021 December 月島機械株式会社
AI技術を活用した創エネルギー型脱水焼却システムの自動制御に関する取組み
4）斎藤康毅：ゼロから作るDeep Learning―Pythonで学ぶディープラーニングの理論と実装，オライリジャパン，2016年
5）内閣府ホームページ「第 5期科学技術基本計画」
https://www8.cao.go.jp/cstp/kihonkeikaku/index5.html（2023年 8月1日現在）

16 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

17

論文

2

流動性能とせん断力の両立を目指した
テレコルタ®の開発
Development of TERECORTAR aiming at both the flow performanceand shearing force

1 はじめに2 新攪拌羽根の開発

当社は乳化、分散、溶解、混合等を目的にした高速攪拌機を多数ラ
インナップしており、中でも一番構造が簡単で、古くから広く使われているのがホモディスパー（図 1）である。処理液にせん断をかけることを主目的にした羽根のため、高粘度液においては液の流動性はあまりよくな
い。高粘度液を攪拌する場合には槽全体を攪拌するアンカー翼を組み合わせた複合型ミキサーが用いられる。複合型ミキサーは攪拌槽と一体構造となるため、単独のホモディスパーと比べると価格差が非常に大きい。ホモディスパーを単独で用いる場合、手動で攪拌位置を変えな

2.1 開発のコンセプト
以下に掲げる3つの点を開発コンセプトとして開発を推進した。
①流動性能：ホモディスパーより流動性を高めるため、プロペラ形状とする。
②せん断力：形状を工夫し、ホモディスパーと同程度のせん断力を発
生させる。
③コスト
：製作コストを抑えるため、鋼板を折り曲げて製作できる構造とする。

がら運転して、槽内の流動を確保しているケースも多い。こういった状
況から処理液を流動させることを主目的にした攪拌羽根レヴィアスタア®

2.2 CFD解析による羽根形状の最適化（図 2）を2016 年に開発した。本機は吐出力が強い反面、処理液にせ開発コンセプトから鋼板を折り曲げて製作できるプロペラを種々考案

ん断がかかりにくい。そのためダマがつぶれにくい原料では処理時間

し、CFD 解析を行った。流動性とせん断力で評価する必要があるが、が長くなるという欠点があった。また、レヴィアスタア®はその形状が複雑

CFD 解析でせん断力を計算することが難しいため、羽根接液面近傍なため、製造コストが高かった。そこで、流動性能とせん断力の両方をの液の速度勾配が大きい部分を「せん断速度が高い」、すなわち「せ目指して開発した攪拌羽根がテレコルタ®（図 3）である。本論文ではテん断力が強い」と考えて評価した。流動性は縦断面の流速分布図でレコルタ®の開発で得られた知見を紹介する。

評価した。その結果、図 4のような三枚翼プロペラが流動性能が高く、西川 宏 NISHIKAWA Hiroshi
プライミクス株式会社
経営企画本部 乳化分散技術研究所 新製品開発課

Abstract
Dissolver-type blades (Homodisper in PRIMIX) are widelyused in high-speed stirrers for the purpose of dissolution anddispersion. The main purpose of these stirring blades is to shear
the treatment liquid, wherein the fluidity is not high. Therefore,
in many cases, the position of the stirrer is manually moved to
manage the stirring of highly viscous processed materials. Therefore, to increase the stirring efficiency, we developed a novel stirring blade, the TERECORTAR, with the aim to increase both theflow performance and shearing force. We utilized the CFD analysis to develop this blade efficiently, owing to its widespread popularity in the recent years, and were able to develop it efficiently.
This study describes the development method and knowledge
obtained during the process of development.

溶解、分散目的の高速攪拌機の羽根としてディゾルバー型の羽根（プライミクスではホモディスパーに当たる）が広く用いられているが、この攪拌
羽根は処理液にせん断を掛けることを主目的にしており、高粘度液での流動性はあまりよくない。そのため、粘度の高い処理物に対しては攪拌機の位置を手動で動かして何とか攪拌されている場合も多い。そこで、攪拌の効率化に貢献すべく流動性能とせん断力の両方を目指して新たな攪拌羽
根テレコルタ®を開発した。開発には近年普及が急速に進んでいるCFD解

図 1 ホモディスパー
Fig.1 Homodisper

図 2 レヴィアスタア®
Fig.2 LEVIASTAR

図 3 テレコルタ®
Fig.3 TERECORTAR

析を活用し、効率的に開発を行うことができた。本稿ではその開発手法と開発で得られた知見を記載する。
キーワード：高速攪拌機、攪拌、溶解、分散
Keyword：High-speed stirrer, Stirring, Dissolving, Dispersing

図 4 三枚翼プロペラ
Fig.4 Three blade propeller

18 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

19

論文 2

Development of TERECORTAR aiming at both the flow performance and shearing force

流動性能とせん断力の両立を目指したテレコルタ ® の開発

せん断力も強いと推定された。強い吐出力を得るため3 枚の翼には折

表 1 三枚翼プロペラのCFD解析による剪断力評価表
Table1 Shear force evaluation table by CFD analysis of three-bladed propeller

2.4 泡の影響と対策の中心にとどまっていると推察した。そこで、この泡を渦の外側へ誘導

分散テストではホモディスパーの方が 3 割ほど動力が高いが、CFDする副翼を加えることを考案した。形状は図 9のとおりで、以降半直翼スパーを模して翼の先端を折り曲げている。図 5の羽根側面図に示す

解析の結果では三枚翼プロペラの方がホモディスパーより動力が高と呼ぶ。先端を折り曲げた翼を主翼、先端を折り曲げない翼を副翼ととおり、同じ羽根径で比較すると、翼先端を折り曲げた方が軸心から遠かったので、CFD解析から予想される結果とは異なる。CFD解析では呼ぶ。

い部分の表面積が広くなる。この部分は軸心から遠いため周速が速く泡を考慮していないため、泡の影響が疑わしいと考えられる。羽根の周なり、せん断力も強くなると考えられる。

りに泡があると空転のような状態になってしまうため、羽根から液に加わた負圧部分により泡を引き寄せ、翼端渦の外側へと誘導し、翼端渦かる力が減り、動力が下がり、せん断力も下がる。

ら離散することを狙っている。

り曲げて翼角を持たせている。また、せん断力を強めるため、ホモディ

折り曲げ角度を最適化するため、折り曲げ角度を変化させた攪拌

副翼が翼端渦の中を通ることで渦が弱まり、さらに副翼先端に発生し羽根をCFD 解析し、羽根近傍の速度勾配の大きさと広さで評価した

改めて水中で運転する様子を観察したところ、羽根の周りに泡が溜

この半直翼を試作し、水中で運転した結果、連続的に泡が離散す

結果が表 1である。この結果から、製品化を目指し翼根元折り曲げ角まる様子が確認できた。航空機の主翼先端に圧力差によって発生する様子が確認できた。副翼を最適化するため、副翼の長さを変え泡の度 30〜50°、翼先端折り曲げ角度 45〜60°の範囲で、流動性、せんる翼端渦と同様の渦が翼先端に発生し、渦による遠心力により泡が渦離散状況を目視で評価した。結果を図 10に示す。主翼の長さの約 1.1

断速度、羽根の応力を見ながら調整した結果、図 6の形状にたどり着

倍が一番効果が高いことが分かった。続いて副翼の折り曲げ角度のいた。図 6に示すとおり、CFD 解析ではホモディスパーより流動性が良最適化のため、主翼折り曲げ角度 30°と45°に対し、副翼折り曲げ角度、く、せん断力も強いと推定された。

液粘度、羽根回転速度を変えて運転時の動力測定を行った。平均所

2.3 最適化した三枚翼プロペラのテストだろうということで評価した結果、主翼角 30°、副翼角 45°が最適である

要動力を図 11に示す。動力が高い羽根が泡だまりが少なく良い羽根
CFD 解析で最適化した図 6の三枚翼プロペラのせん断力を評価すと判断した。

るため、カーボンブラックの分散テストを行った。攪拌羽根のせん断力を

続いて泡の溜まりにくさを既存の攪拌羽根とも比較するため、水に界直接測定することはできないため、比較的再現性の高いカーボンブラッ

面活性剤を入れて攪拌するテストを行い、発生した泡の嵩で評価した。

クの分散結果でせん断力の評価とした。最初に翼先端折り曲げの効

結果を図 12に示す。半直翼は既存の攪拌羽根よりも泡立ちが少ないと果を検証するために、翼先端を折り曲げる前のものと折り曲げた後のもいう結果となった。

のでテストを行った。羽根の最大外径が異なるため、最大外径の周速を合わせている。結果は図 7のとおりである。翼先端折り曲げ後の方が

図 8 カーボンブラック分散テスト結果（三枚翼プロペラとホモディスパーの比較）
Fig8. Carbon black dispersion test results (comparison between three-blade
propeller and homodisper)

分散のエネルギー効率が高く、より分散が進む結果となった。理論上、相似形の攪拌羽根では動力は回転数の3乗、羽根径の5乗に比例するため、同じ周速では動力は羽根径の2 乗に比例する。1） 従って、羽根径の小さい翼先端折り曲げ後の三枚翼プロペラの方が羽根径の大きい翼先端折り曲げ前の三枚翼プロペラより動力が高いということは、
翼先端を折り曲げた方がより動力がかかる形状であると言える。翼先端を折り曲げた方が分散のエネルギー効率が高く、動力も高いことから、翼先端の折り曲げは分散性能に対し良い影響を与えていると言える。次に、同径のホモディスパーとの比較を行った。結果は図 8のとおり、
ホモディスパーの方が分散が進む結果となった。

図 6 最適化した三枚翼プロペラとホモディスパーの形状とCFD解析結果
Fig.6 Optimized 3-blade propeller and homodisper geometry and CFD
analysis results

図 11 半直翼角度と所用動力
Fig.11 Combined blade propeller angle and required power
図 9 半直翼による泡対策
Fig9. Countermeasure against bubbles by combination blade propeller

図 5 翼先端折り曲げによる先端部表面積の違い
Fig.5 Diﬀerence in tip surface area due to tip bending

20 月島技報 2023 no.26

図 7 カーボンブラック分散テスト結果（翼先端折り曲げ前後の比較）
Fig7. Carbon black dispersion test results (comparison before and afterblade tip bending)

図 10 泡の離散状況の目視評価
Fig10. Visual assessment of bubble breakup

図 12 泡立ち比較
Fig12. Comparison of amount of generated foam

月島技報 2023 no.26

21

論文 2

Development of TERECORTAR aiming at both the flow performance and shearing force

流動性能とせん断力の両立を目指したテレコルタ ® の開発

2.5 形状決定

散布図が図 16である。図 15のような形状にしても、折り曲げで作った三半直翼の最適角度が分かったところで、ホモディスパーと分散力の枚翼プロペラと同じような角度で羽根接液面近傍の液の速度勾配が上比較テストを行った。結果を図 13に示す。三枚翼プロペラではホモディがることが分かる。しかしながら、折り曲げで作った三枚翼プロペラの方

スパーより分散力が低い結果だったが、半直翼 30-45ではホモディスが流動性は同程度ながら、速度勾配はより高まる結果だった（図 17）。

パーと同等の分散力を示した。増粘剤の溶解テストでもホモディスパー

プロペラ翼は効率よく液流を作るため、翼の根元でひねるのが一般

より流動性が良く、早く溶解できたことから、形状はこの形に決定した。

的であるが、折り曲げで作った三枚翼プロペラは接線方向に迎え角を溶解テストの結果を図 14に示す。

持つため、軸方向に加え遠心方向への力が液に加えられる。
そのため、

2.6 特許申請

配が増すと考えられる。

遠心力と相まって液の速度が高まり、羽根接液面近傍の液の速度勾
羽根形状が確定したことから特許申請の準備を進めることとなった。

これらの結果を元に、図 18を最適な羽根形状として以下の2点で特特許をなるべく広い範囲で、かつ確実に取得できるよう翼角度の範囲を

許申請を行い、2020年にテレコルタ®という名称で販売を開始した。

限定することになり、図 15のように一般的な翼の根元でひねった形状の①翼先端を折り曲げることでせん断力が向上する羽根角度範囲

三枚翼プロペラを翼角度を変化させて解析を行った。評価結果を表 2②翼先端を折り曲げた羽根と折り曲げない羽根を組み合わせることでに示す。表 1と表 2を比較するため、翼角度を水平面との角度で表した泡の滞留を軽減できること

図 16 CFD解析によるせん断力評価散布図
Fig16. Shear force evaluation scatter plot by CFD analysis

図 13 カーボンブラック分散テスト（半直翼とホモディスパーの比較）
Fig.13 Carbon black dispersion test (comparison between combined blade
propeller and homodisper)

図 18 特許申請した最適な羽根形状
Fig.18 Optimal blade shape for which patent has been
applied

図 14 増粘剤溶解テスト結果（CMC2%水溶液）
Fig.14 Thickener dissolution test result (CMC 2% aqueous solution)

表 2 翼の根元でひねった三枚翼プロペラのCFD解析による剪断力評価表
Table2 Shear force evaluation table by CFD analysis of three-bladed propeller
図 17 折り曲げで作った三枚翼プロペラと翼の根元でひねった三枚翼プロペラのCFD解析結果比較
Fig17. Comparison of CFD analysis results for a three-blade propeller made by bending and a threeblade propeller twisted at the root of the blade

3 まとめ
高い流動性能と強いせん断力を持った攪拌羽根を低コストで作ることを目指し開発を行ってきたが、1．翼先端を折り曲げることでせん断力が上がること
図 15 翼の根元でひねった三枚翼プロペラ
Fig.15 A three-blade propeller twisted at the root of the bladeを発見し、コンセプトどおりの攪拌羽根が開発できた。2020 年に販売を開始し、その後改良を加え2023年 7月現在まで既に40台以上を受注・販売している。2022 年には特許が登録となり（特許第 7082856 号）、当社独自の攪拌羽根として他社製品との差別化を図り、今後さらに販売を伸ばせるよう期待している。

2．翼端渦により滞留する泡を角度と長さの違う副翼を設けることで解消できること参考・引用文献
１）永田進治 , et al.：化学工学便覧 , 改訂三版 , p.1078

22 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

23

研究紹介

1

加温脱水汚泥の燃焼特性

3. ベンチスケールでの燃焼試験

2.2 N₂O発生量

Combustion characteristics of thermal dewatering sludge

1. はじめに

従来脱水汚泥と加温脱水汚泥の炉内温度とN₂O 排出原単位の関同じ温度でN₂Oの排出原単位が異なる原因を調べるため、ベンチ

係を、図 2と図 3に示す。創エネルギー型焼却システムで採用しているスケールで燃焼試験を行った。試験は、ガラス管内の下部に焼結金属

過給式流動焼却炉はフリーボード下部が最高温度となるため、フリーを分散板として設置し、その上に流動砂を入れて流動焼却炉を模擬しボード下部温度を炉内温度としてN₂Oを比較した。どちらも炉内温度て、透明電気炉で加熱した。透明電気炉は保温材の代わりに金を蒸とN₂O 発生量には負の相関があり、高温であるほどN₂O 発生量が少着したガラス管が赤外線を反射する構造をしており、高温にすると金の下水汚泥焼却炉の温室効果ガス排出量を抑制するためには、脱水なくなる。また、従来脱水汚泥と加温脱水汚泥について同じ最高温度

蒸着面が透けて電熱線の隙間から内部を見ることができる。従来脱水

汚泥の含水率を低くし補助燃料を削減すること、燃焼時に発生するでの原単位を比較すると、加温脱水汚泥のN₂O 発生量が従来脱水

汚泥と加温脱水汚泥をバッチで供給して燃焼状態を目視で観察した。

N₂O（温室効果が CO₂の約 300倍）を低減することが有効である。他

汚泥より少なくなっている。

に電力使用量を減らすこと、熱回収をして発電することで排出量を抑制できる。
加温脱水汚泥は、濃縮汚泥を温水による加温とポリ鉄添加により低含水率に脱水する「加温濃縮脱水システム」による脱水汚泥で、これ

長沢 英和 NAGASAWA Hidekazu

を過給式流動焼却炉で燃焼すると、従来の高温焼却炉と比較して

月島 JFEアクアソリューション株式会社
技術企画センター 研究開発室

N₂O 発生量が少ない傾向がある。本稿では加温脱水汚泥と従来脱Abstract
In sewage sludge incineration facilities, it is effective to reduce
the N2O to reduce the greenhouse gases. It was observed from theoperation of the demonstration facility that the thermal dewateredsludge from the thermal thickening and dewatering system produced lesser N2O emissions than the conventional dewatered sludge.
Therefore, composition analysis, bench scale test, and thermal
analysis of the dewatered sludge were conducted, and the combustion characteristics were considered.
下水汚泥焼却設備において、温室効果ガスを削減するためにN₂Oを低減することが有効である。実証設備の運転から加温濃縮脱水システムの

水汚泥の燃焼時のN₂O 発生状況の比較を行うとともに、加温脱水汚泥の性状変化や燃焼特性について報告する。

2. 実証設備におけるN₂O発生量
図 1に、加温濃縮脱水システムの脱水汚泥を創エネルギー型焼却シ
ステムで焼却する実証設備 1） のフローを示す。実証設備は小型であり放熱割合が大きくなるため、放熱分を補う目的で燃焼空気を加熱す
るヒータ
（電気式）
を設置した。脱水汚泥処理量は195kg/h規模であり、従来方式での濃縮脱水処理も可能である構造にしている。

2.1 運転方法
加温脱水汚泥の焼却では、含水率が低いため下記のように運転し加温脱水汚泥は従来の脱水汚泥と比較してN₂O排出量が少ない結果を得

ている。

られた。

①従来砂層部へ供給している補助燃料を使用しない。

この結果に関して、脱水汚泥の組成分析、ベンチスケールテスト、熱分析を行い、燃焼特性についての考察を行ったので報告する。
キーワード：下水汚泥、焼却、地球温暖化ガス、N₂O
Keyword：Sewage sludge, Combustion, Greenhouse gas, N₂O

図 1 実証設備フロー
Fig.1 Schematic ﬂow of the demonstration facility②従来脱水汚泥の焼却では含水率が高いため空気予熱器で流動空気を650℃程度まで加熱しているが、この加熱温度を数 100℃以
上低くして運転する。
③低含水率であると脱水汚泥の粘度が高く圧送動力が大きくなる。一方、加温状態では加温脱水汚泥の粘度は低いので、圧送動力を抑えるため脱水機出口から保温したまま焼却炉に供給する。

図 2 温度とN₂Oの相関（従来脱水汚泥）Fig.2 Correlation between temperature and N₂O emissions(conventional dewatered sludge)

24 月島技報 2023 no.26

図 3 温度とN₂Oの相関（加温脱水汚泥）Fig.3 Correlation between temperature and N₂O emissions(thermal dewatered sludge)

月島技報 2023 no.26

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研究紹介

1

試験装置を図 4に、試験条件を表 1に示す。試験では、含水率の差異を無くすために加温脱水汚泥は水を添加し従来脱水汚泥と同じ
含水率 74.3%に調整した。また、脱水汚泥は6gを細長く成形して上部から供給した。
従来脱水汚泥と加温脱水汚泥を各1個ずつ同時に供給したときの様し、5分付近（雰囲気温度約 200℃）と7分付近（同約 340℃）
で重量変4. 脱水汚泥の性状の違い化の傾きが変化している。その後、約 12分後（同約 700℃）で重量減

混合生汚泥を脱水した従来脱水汚泥と加温脱水汚泥の分析結果

少は終了している。このことと熱変化曲線より、昇温開始から200℃まを表 2に示す。加温脱水汚泥は、脱水機出口で60.2℃まで加温したもでは水分を含む低沸点物質の揮発、200℃から340℃の間に熱分解、のである。

その後、700℃の間でチャー（固定炭素）の燃焼が起きていると推測さ子を図5に示す。どちらも脱水汚泥を供給すると、砂層上部で燃焼をは加温脱水汚泥は、含水率が低いため補助燃料を必要としない自燃

じめ、火炎と火の粉が全体的に上がる。脱水汚泥は形状を保ち砂層部運転が可能であり、熱回収量も大きくなる。含水率低下は加温によるタ2）

れる。
表 3に、従来脱水汚泥と加温脱水汚泥の熱分析結果から重量の減に少し埋まった状態で汚泥表面から炎を出しながら燃焼する。その後、ンパク質の熱変性 によると考えられるが、この時、汚泥の一部が改少量とその時間（揮発＋チャー燃焼）による減量速度と、従来脱水汚

汚泥は赤熱し、おき火燃焼となり、おき火燃焼では、比重が小さいため、質することにより揮発分が大きくなる。
また、脱水時に添加するポリ鉄に泥の減量速度との速度差割合を示す。

砂層表面を跳ねながら燃焼する様子が観察できた。
燃え切る時間はどち

3）より鉄分が増えるほか、リンの割合が多くなっている。

減量速度は、従来脱水汚泥と比較して加温脱水汚泥が大きく、加らも6分程度でほぼ同じであった。燃焼は、（水の蒸発＋揮発＋チャー燃

次に表 2の加温脱水汚泥の熱分析結果を図 6に示す。分析は、脱温温度が高くなるほど大きくなっている。減量速度差は、60.2℃の加温焼）と進むが、含水率を同じになるように調整しているので（揮発＋チャー

水汚泥を乾燥後に粉砕したものを試料とし、雰囲気は模擬排ガス（N₂：

脱水汚泥では割合として7.3%と小さな値ではなく、これは、加温脱水燃焼）の時間がほぼ同じであることから、従来脱水汚泥と加温脱水汚泥

70%、O₂：18%、CO₂：12%）とした。

汚泥の揮発分が高いため同じ温度でも揮発分が一気に燃え、燃焼速の燃え方の違いは含水率の差異による影響が大きいと考えられる。

重量変化曲線より昇温開始後、2 分過ぎから緩やかに減量を開始

度が大きくなっていると考えられる。さらに、含水率が低いと燃焼温度

図 6 熱分析結果
Fig.6 Thermal analysis results
表 3 脱水汚泥の減量速度
Table3 Weight loss rate of dewatered sludgeが高くなりやすい。

5. 考察

表 1 ベンチスケール試験条件
Table1 Test conditions for bench scale tests

流動焼却炉で脱水汚泥を焼却する場合、供給した脱水汚泥はまず砂層で水分の蒸発が起こる。水分の蒸発とともに可燃分が熱分解し、揮発分とチャーになる。揮発分は砂層で一部が燃焼し、その後フリー
ボードで燃焼する。固定炭素であるチャーは砂層でおき火燃焼し、細かくなると排ガスに同伴されフリーボードで燃焼する。
ベンチスケール試験結果から含水率の影響が大きいことを考えると、
従来脱水汚泥では含水率が高いため補助燃料を供給し流動空気温度を高くしているが、水分の蒸発には時間が掛かると考えられる。また
水分が蒸発した部分から熱分解と部分燃焼が起こるため、熱分解と燃焼にも時間が掛かると考えられる。一方、加温脱水汚泥は低含水
図 5 燃焼状態
Fig.5 Combustion process
表 2 脱水汚泥分析結果
Table2 Dewatered sludge analysis results率であるため水分の蒸発時間が短くなり、さらに、揮発分が多いこともあり従来脱水汚泥より速く燃焼すると考えられる。なお、設備では、供給した汚泥は水の蒸発と燃焼とともに解砕されるため、従来脱水汚泥と加温脱水汚泥で解砕状態の差異については別途考慮する必要があると考えられる。

図 7 N₂Oの生成と分解
Fig.7 N₂O formation and decomposition

N₂Oの生成と分解を、文献調査 4）、5）結果に過給式流動焼却炉の特性を加味し図 7にまとめた。砂層上部で脱水汚泥の乾燥と熱分解が起こり、熱分解ガスのHCN、NH₃からN₂O が生成する。反応速度が6. おわりに速いためN₂Oの生成が短時間で完了し、その後は、フリーボード中下

今回の知見により、新設焼却炉だけでなく、既存焼却炉でも焼却条部の高温域でN₂Oが分解する。火炎ラジカル部分が最高温度となり、件の見直しによりN₂Oを低減できることが示唆された。新しい知見を共N₂Oが最も分解されると考えられる。

有することで、さらなるN₂O低減に貢献していきたい。

参考文献
１）河岸正泰 , et al：創エネルギー型焼却システムの実証実験報告, 第 58回下水道研究発表会 , pp.461-463（2021）
２）倭 常郎 , et al：加温濃縮脱水システムの実証報告, 第 57回下水道研究発表会 , pp.1009-1011（2020）３）倭 常郎 , et al：加温濃縮脱水システムにおける返流水の性状 , 第 58回下水道研究発表会 , pp.854-856（2021）
図 4 ベンチスケール試験装置
Fig.4 Bench-scale test equipment

26 月島技報 2023 no.26

４）成瀬一郎 , et al：乾燥下水汚泥燃焼域における窒素酸化物の生成・消滅特性とその機構 , 廃棄物資源循環学会論文誌 , Vol.21, No.5, pp.193-201（2010）５）成瀬一郎 , et al：気泡流動層石炭燃焼場におけるN₂Oの生成特性とその機構 , 化学工学論文集 , Vol.20, No.2,（1994）

月島技報 2023 no.26

27

研究紹介

2

二次凝集池撹拌機回転数抑制による省電力効果の検証
Energy-saving derived from reduction control of mixer rotating speed
in secondary coagulation basin

1. はじめにれているため電力消費量も多く、浄水場全体の約 6％を占めている。
また運転方法として、通常時では凝集剤（PAC）の使用量を抑制す

当社が運転管理業務を受託している大阪広域水道企業団庭窪浄るため、前段の凝集沈澱処理（急速撹拌池〜傾斜管沈澱池）は必要

水場は、施設能力約 203,000m³/日と規模が大きく、用地制約のある最低限とし、マイクロフロック法を主体とした浄水処理（以下、二次凝中での既存施設の更新や高度浄水処理の導入により、場内施設の集処理）で運転を行っている。原水が高濁度の場合は、前段の凝集階層化やポンプなどの動力使用、そして近年の電力料金の高騰により沈澱処理を十分に行い、生物接触ろ過池へ流入する処理水の濁度

電力消費量の抑制が課題となっている。

を最小限に抑えた処理を行っており、急速ろ過法 + 後 PAC 処理に近

また、大阪広域水道企業団では、
カーボンニュートラルの推進として、省エネルギーの取り組み（設備更新時のダウンサイジング、省エネ機

い処理方法（以下、前 PAC 処理）となっているが、二次凝集池撹拌
機の回転数は変更せず処理を行っていた。

器などの導入、送配水運用の効率化）、使用エネルギーの脱炭素化

以上の二次凝集池撹拌機が占める割合が多い電力消費量と2 種の取り組み（水力・太陽光発電設備の導入、環境配慮型の電力調達、類の浄水処理による運転方法を踏まえ、二次凝集池撹拌条件の変更

VPP「仮想発電所」の実施）をそれぞれ進めている。1）

による省電力の効果と、それらが処理水質へ与える影響について検運転管理業務の受託者である当社は、浄水処理の運転方法の改証を行った。

善として二次凝集池の撹拌機回転数を抑制することで電力消費量を削減する技術提案を行い、それに沿って検証を行った。

2. 庭窪浄水場の浄水処理

3. 検証内容
表 1に二次凝集池撹拌の条件を示す。撹拌条件は、従来の撹拌条件である「条件 a（20rpm、20rpm、20rpm）」のほか、3 段目撹拌機の竹田 竜輔 TAKEDA Ryusuke

田村 繁生 TAMURA Shigeo

図 1に庭窪浄水場の浄水処理フローを示す。設備更新の履歴とし回転数を落とした「条件 b（3段目18rpm）」、「条件 （c 3段目14rpm）」、

月島ジェイテクノメンテサービス株式会社
西日本維持管理部 維持管理第二課 庭窪事業所

月島ジェイテクノメンテサービス株式会社
維持管理技術部 水道課ては、1998 年にトリハロメタンやカビ臭物質などの対策としてオゾン・粒「条件 d（3 段目10rpm）」、また、1〜3 段目すべての回転数を落とし状活性炭処理などの高度浄水処理施設、2005 年にはアンモニア態窒た「条件 e（5rpm、5rpm、5rpm）」とした。b〜dについては、GCT値

素、溶存マンガンの対策として生物接触ろ過池施設、および原水のが 1.6〜2.0となるよう回転数を設定した。

Abstract
TSUKISHIMA & J TECHNOLOGY MAINTENANCE SERVICE CO., LTD. have contracted the operation management of the
Niwakubo water treatment plant (WTP) of the Osaka Water Supply
Authority. The WTP consumes significant amount of electric powerowing to the full-scale renewal in the narrow area and introduction of the advanced water treatment system. To control the highelectricity cost, regularization of the power consumption during its
operation is imperative. As a measure to comply with the requestfrom the Osaka Water Supply Authority to achieve carbon neutrality, we surveyed the power-saving methods while maintaining thewater quality on the plant operation management. We prepared atechnical proposal of the operation method for secondary coagulation process, and then we investigated it in the contract of the WTP.
Accordingly, we found that the reduction control of the mixer rotating speed, in addition to diluting the impact for water quality in the
biological treatment building, resulted in significant power savings,
approximately 944 MWh, i.e., 60.2% reduction in the total electricity consumption. As the result, we accomplished 3% reduction in
the annual electricity bill of the WTP.

低濁化の対策として二次凝集池と多層ろ過池によるマイクロフロック法
当社が運転管理業務を受託している大阪広域水道企業団庭窪浄水場（直接ろ過法）を導入した。

表 2に二次凝集処理、前 PAC 処理におけるPAC 注入率を示す。
この薬注条件は現状の運転管理時と変更はない。

（WTP）では、用地の制約がある中での既存施設の全面更新および高度

マイクロフロック法は、高い撹拌強度により高密度のマイクロフロック

これら異なる撹拌および薬注条件の6 通りの組み合わせ（二次凝集

浄水処理の導入により、電力消費量が多い状況にあり、電気料金の高騰を形成することで沈澱処理を行わず直接ろ過をする方法で、低濁度

処理−撹拌条件 a、b、c、d および前 PAC 処理−撹拌条件 a、e）の条などの観点からも、電力消費量の抑制は重要な課題となっている。大阪

原水に対して凝集剤注入量を最小限に抑えることができる。しかしな

件下で浄水処理を行い、二次凝集池撹拌機の電力消費量、および

広域水道企業団ではカーボンニュートラルの推進として様々な取組を行う

がら、この高い撹拌強度を維持するため、二次凝集池では1列 3段の各浄水工程における濁度、ろ過損失水頭を調査し、省電力効果なら

撹拌機（1 台当たり出力 15kW）で比較的高い回転数で処理を行ってびに処理水質に与える影響をそれぞれ検証した。

中、当社では受託業務における技術提案に沿って電力削減などを検討し、浄水処理工程における二次凝集の処理方法について、省電力効果と水質の面からそれぞれ検証を行った。その結果、二次凝集池撹拌機回転数をいる。この二次凝集池の撹拌機は計 18台（2系統×3列×3段）設置さ
表 1 二次凝集池撹拌条件
Table1 Mixer operation condition of the secondary coagulation basin

抑制することで、二次凝集設備が設置されている生物処理棟の年間電力消費量を約 944MWh（約 60.2％）削減可能であった。これは、庭窪浄水場の年間電力消費量の3％に相当するもので、水質への影響を最低限に抑えつつ大きな省電力効果が得られた。
キーワード：省電力、二次凝集、撹拌機回転数、直接ろ過
Keyword：Power-saving, Secondary coagulation, Mixer rotating speed,
Direct ﬁltration

表 2 PAC注入率
Table2 PAC dosing rate

図 1 庭窪浄水場浄水処理フロー図
Fig.1 Treatment process ﬂow diagram of Niwakubo WTP

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月島技報 2023 no.26

29

研究紹介

2
撹拌機回転数を低下させた影響については、二次凝集処理、前

4. 検証結果と考察

PAC処理ともに、急速ろ過処理水の濁度はやや上昇傾向となったが、4.1 電力消費量基礎調査（2021年 5月実施）

いずれも約 0.02〜0.05 度の範囲であり、濁度への影響は小さいとみな

表 3に二次凝集池撹拌機の1段当たりの回転数における電力消費せる。また、庭窪浄水場のろ過処理水濁度の管理基準値は0.07度未量を示す。電力消費量は撹拌機の回転数を20rpm から15rpmに落満であるため、濁度に関する運転管理上の影響は、ほぼ無いないもとした場合で38.2％、10rpmで65.5％、最低回転数である5rpmでのと考えられる。

83.1％削減可能であることがわかった。
表 4に調査結果より算出した撹拌条件における電力消費量、および4.2.2 ろ過損失水頭

従来の撹拌条件である条件 a からの削減率の想定値を示す。条件 a

二次凝集処理では、1 時間当たりの上昇値が撹拌機回転数の低から3段目回転数のみを落とした条件 b〜dでも、5〜22％の省電力効下に伴いやや上昇する傾向が見られ、条件 dでは条件 aと比較し果があると試算された。

0.008m上昇した。一方、前 PAC処理では、条件 a から条件 eで1時

4.2 処理性調査（2021年 9月〜2022年 3月実施）

ないものの、全体的に見ると二次凝集処理の1時間上昇値は前 PAC

間当たりの上昇値は0.002m減少した。双方とも増減の絶対値は大きく
表 5に各条件における平均濁度・平均損失水頭を示す。なお、本処理の2 倍程度であり、ろ過池にかかる負荷は大きい。48時間後のろ調査期間中の処理対象となる沈砂池出口水の平均濁度は5.0度で過損失水頭の管理基準値は2.3m 以下であるため、2 種類の浄水処あった。

理におけるろ過損失水頭はいずれも基準範囲内であり、運転管理上の影響はほぼ無いないものと考えられるが、今後の課題としたい。

図 2 生物処理棟月別電力消費量
Fig.2 Monthly electricity consuming of biological treatment building

表 6 生物処理棟月別電力消費量
Table6 Monthly electricity consuming of biological treatment building

4.2.1 処理水濁度
沈澱池処理水の濁度は、二次凝集処理に比べ、凝集沈澱処理を

4.3 実運用（2022年 4月〜2023年 3月実施）

十分に行っている前 PAC 処理が良好な値を示しているが、生物接触

2つの調査結果および運転状況などを考慮し、「二次凝集処理−条

ろ過処理後ではその差が小さくなり、二次凝集、急速ろ過処理まで行

件 d」および「前 PAC 処理−条件 e」の2条件を主体とした実運用を、うと、その差はほぼ同等となる。

年間を通して検証した。表 6および図 2に二次凝集設備のある生物処

理棟の月別電力消費量を示す。
2021年度の電力量削減率は処理性調査の期間であり、短期間で6

表 3 撹拌機回転数における1段当たりの電力消費量
Table3 Mixer rotating speed versus power consumption per unit stage

表 4 撹拌条件別想定電力消費量図
Table4 Mixer rotating speed versus expected power consumption

つの運転条件を実施したことから2020年度比で8.9％減に留まった。
2022 年度（実運用期間）では、電力消費量が最も少ない「前 PAC−条件 e」が運転期間の多くを占めた6月〜10月、および 1月〜３月は2020年度比で60％以上削減されていた。また、生物処理棟の年間電力消費量は約 623MWhとなり、2020年度の消費量約 1,567MWhと比較し、約 944MWh（約 60.2％）の削減となった。これは浄水場全体の年間電力消費量の約 3％削減に相当する。また、CO₂ 排出量に換算すると約 330t-CO₂/年の削減となった。2）

表 5 各運転条件における平均濁度・ろ過損失水頭
Table5 Mean turbidity and mean ﬁltration hydraulic head in each operating condition

5. まとめ
水質への影響を押さえた省電力効果のある浄水処理を検討し、二6. おわりに大阪広域水道企業団では、カーボンニュートラルの推進として様々な次凝集池の撹拌機回転数を制御することで、電力消費量の低減が取り組みを実施している。庭窪浄水場の運転管理業務受託者として確認できた。しかしながら、二次凝集処理時のろ過損失水頭の増加

も、浄水場の運転管理方法の提案など、その取り組みに協力していく。

については、ろ過池洗浄頻度の上昇などに繋がるおそれもあることか
ら状況に応じた処理方法および撹拌条件など、より効率的な運転方

本検証にあたり、多大なご協力をいただいた大阪広域水道企業団に感謝の意を表します。

法を検討していく。

参考文献
１）北口和雅 , et al.：大阪広域水道企業団におけるカーボンニュートラルに向けた取組 ,令和４年度水道研究発表会講演集
２）環境省：令和 4年電気事業者別排出係数一覧より算出

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月島技報 2023 no.26

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技術・製品紹介 1
表 1 適用可能熱媒
Table1 Comparison of applicable heating medium oils

伝熱管付ロータリー（TRT）
ヒータの紹介
Introduction to thermal oil rotary tube (TRT) heater

1. 緒言
当社ではスチームチューブドライヤ（STD）
やインクラインドディスクドラ

（2）熱媒油の選定

高温になる回転シールの一般的な構造は接触面をジャケット構造にイヤ（IDD）
といった主にスチームを熱源とした間接加熱型の乾燥機をTRTヒータはSTD 構造をベースとしているため、従来構造と同様にして冷却することが多い。TRTヒータのような容器回転型のシール部取り扱っているが、近年ではリチウムイオン電池（LIB）市場などをはじ

熱媒油は伝熱管に流し、伝熱管の外皮に処理物が接触することで加は一般的な冷却方式で冷却することは困難なため、新構造の冷却方

め、加熱処理に対して高温処理・高気密性・カーボンニュートラルといっ

熱処理が行われる方式となる。

式（特許出願中）を構築し、STDで多数実績のあるシール材を採用すた観点の要望がふえている。

熱媒油はLIB用正極材製造プロセスでの適用を想定し、300℃以上

STD や IDDの標準構造では、スチーム熱源温度は200℃前後がで使用可能な表 1の中から選定を行った。表中の性質より、シリコーンることで、外気の流入および機内ガスの漏れが極めて少ないシール構
造にすることが可能となった。

限度となり、さらなる高温化を実現するためには構造の見直しが必要

系熱媒油と溶融塩の適用は困難と判断し、合成系熱媒油を採用し検

石井 健太 ISHII Kentaである。そこで、前述の課題に着目し、当社の主力製品であるSTD討を進めた。

験を行い高温での運転が可能なことを確認した。結果は図 2に示すと

月島機械株式会社
計画部 機器プロセスグループの技術をベースに、熱源として熱媒油（Max.400℃目標）を適用し、従（3）
シール構造

おりシールの許容温度を大きく下回る温度に維持できる十分な冷却効

Abstract
Recently, the demand for high-temperature, gastight, and carbonneutral heat treatments has increased in the lithium ion battery (LIB)
and similar markets.
As the dryers in the TSK’ s lineup (i.e. steam tube dryer (STD)
and inclined disc dryer (IDD)) render it difficult to meet theserequirements, it was necessary to develop a new equipment.
In this section, we introduce the thermal oil rotary tube (TRT)
heater, which was developed based on the STD structure to meetthese requirements.
近年、リチウムイオン電池（LIB）市場などにおいて、高温・気密かつカー来構造を再検討した伝熱管付ロータリー（TRT）ヒータの開発を行っ

TRTヒータは高温加熱処理を目的とすることから、装置全体が高温た。現時点で設計温度 340℃までの検証が完了したので本稿で紹介となり汎用的な部品、構造が採用できない部分が多々ある。その一つする。

として回転部のシール構造がある。

TRTヒータは図 1の様にSTDをベースとした構造を採用することで、以下に示す特長を持っている。
・大量処理が可能
シンプルな構造のため単位長さ当たりの伝熱面積が大きく確保でき、大量処理に適用できる。
・高温処理が可能
加熱源に熱媒油を採用することで、蒸気を使用した場合よりも高い
温度帯での処理ができる。

このセクションでは、これらの要件を満たすために、STD 構造に基づいキーワード：高温熱処理、気密性、熱媒油
Keyword：High-temperature heat treatment, Gastight, Thermal oil

採用することとした。

（1）特徴

ボンニュートラルな熱処理の要求が高まっている。TSKラインナップのスて開発された伝熱管付ロータリー（TRT）
ヒータを紹介する。

果を確認することができた。これによりTRTヒータには新シール構造を

2. 構造・特徴

チームチューブドライヤ（STD）、インクラインドディスクドライヤ（IDD）
では
これらの要求を満たすことが難しく、構造の見直しが必要であった。

この新シール構造は実装置と同径のシールテスト機を用いて検証試・運転が容易図 1 TRTヒータ外形図
Fig.1 Appearance of TRT heater equipment

運転は熱源管理のみで、連続運転が容易である。
・高い攪拌性およびマスフロー性
回転するシェルにより掻き揚げ、撹拌しながら伝熱管の熱を伝熱し、均一な製品が得られる。
また、比較的均一なマスフローが得られる。
・高気密性
特殊シール構造により外気の流入または内部からのガスの漏れを防げる。
・低い環境負荷
蒸気で熱回収をする場合、復水回収時にフラッシュによる熱ロスが発生するが、熱媒油の場合では、相変化が無いためこのような熱ロスを防げる。また、熱媒油の加熱に再生可能エネルギー由来の電力を利用することで、環境負荷の低減、脱炭素に貢献できる。

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図 2 シールテスト結果
Fig.2 Results of seal test

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技術・製品紹介 1（4）
ロータリージョイント

ルとタイヤの固定方法の設計思想をベンチマークとすることで課題を高温化に対応する2つ目の課題はロータリージョイントである。高温の熱媒油は粘度の低下による漏れや内部部品の熱膨張を考慮する

バッチテスト結果より、熱媒油 420℃を使用することで、品温 370℃の解決した。

到達を確認できた。連続テストでは、熱媒油 340℃を使用することで、（6）熱媒油の流路

品温 320℃の到達を確認できた。また、テストは約 180min連続で実施必要がある。この課題については、ロータリージョイントメーカーの協力

熱媒油流路はTRTヒータ性能に大きく影響するファクターとなるが、を頂きながら、当社テスト装置に組み込み、実際の高温運転（340℃）

熱媒油が均一かつ所定の伝熱係数が得られる流速となるような流路にて実証テストを行い対策した。

設計としている。

したが、運転に支障をきたすような問題は確認されなかった。
なお、バッチテスト結果より総括伝熱係数 Uは約 13 kJ/m2℃ hとの結果が得られている。

題を抽出しながら、技術開発を継続している。

本稿では熱媒油を加熱源とし、効率的な高温加熱を可能とした
TRTヒータを紹介した。前述したLIB 用正極材は世界的な電気自動車（EV）の普及の流れから今後も市場拡大が予想されており、当該製造プロセスへの本機の導入が期待される。ほかの適用としては材料の改質、高沸点溶媒の除去や粉体の表面コーティング処理などを

また、さらなる高温域（400℃）で使用可能なテスト装置を活用して課

3. 加熱性能（5）支持部

5. まとめ

想定している。また、これまで加熱源に蒸気が用いられていた温度帯

4. 他機種との比較（200℃以下）においても、蒸気代替として熱媒油を利用した加熱方

高温化に対応する3つ目の課題はTRTヒータの支持部である。

2 章で紹介したシール構造検証試験のほかにも本装置開発にあた

STDはシェルとタイヤがしっかりと固定されることで、タイヤの内面でり、バッチおよび連続テスト装置（図 3）を用いて加熱性能の検証試験

それぞれの機種には最適な温度範囲があるため、適用するプロ

今後は本機の拡販を進めるとともに、顧客の要望、二次電池をはじ

シェルの滑りを抑えているが、TRTヒータはシェル温度が高く、シェルを実施した。なお、検証には処理物としてシリカサンドを使用した。

セスの温度帯により、最適機種を選定することが望ましいと言える。

めとする関連分野の技術動向に常にアンテナを張り、継続した技術改

TRTヒータの場合、ロータリーキルンタイプよりも高い総括伝熱係数 U

良・改善に努める所存である。

とタイヤの熱膨張差から過度の応力がシェルに生じてしまう。そこで、バッチテスト結果を図 4、連続テスト結果を図 5に示す。

TRTヒータと類似する他機種との比較を表 2に示す。

式を望む要望も頂いている。

が得られると考えられる。これはTRTの持つ攪拌性、ホールドアップ、

TRTヒータの足回りは高温条件で使用されるロータリーキルンのシェ

回転速度などの項目が要因としてあげられる。また、利用可能な伝熱面積も大きく、サイズを小さくできるため、最適温度帯によっては強い優位性が発揮できる。
一方、温度 230℃以下の場合は、スチームを加熱源とするため総括伝熱係数 U が大きく取れるSTDに優位性があり、400℃以上の場合
は、電気を加熱源とするためさらなる高温対応が可能なロータリーキル
ンタイプに優位性がある。
表 2 各機種比較表
Table2 Performance comparison of various heaters

図 3 バッチテスト装置 写真
Fig.3. Appearance of batch test equipment

図 4 バッチテスト結果 昇温カーブ
Fig.4 Temperature rise curve of batch test

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図 5 連続テスト結果 昇温カーブ
Fig.5 Temperature rise curve of continuous test

月島技報 2023 no.26

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技術・製品紹介 2

アンモニア
（NH₃）
の有効活用
（燃料化・再利用）と無害化処理技術
Technologies to effectively utilize (use as fuel and reuse) ammonia and enable detoxification

2点について確認を行い、NH₃の燃料適用の可否を評価した。

（2）燃焼炉
水、排ガスを上部に設置されたノズルより供給し、バーナからの高温ガスにより必要な炉内温度及び滞留時間を維持することで分解（1）NOxを規制値以下に抑制
大気汚染防止法の「廃棄物焼却炉（連続炉）」における規制値
250ppm（O₂濃度 12%換算値）
を下回ること。

／無害化する。

（2）未燃 NH₃の抑制（3）冷却缶
水と効率よく接触させることで、燃焼炉で無害化処理された排ガス

NH₃が十分に高い分解率で燃焼されていること。

を瞬時に冷却させる。

本試験で使用した試験装置のプロセスフローを図 3に示す。

当社では、液中燃焼装置におけるNH₃ 焼却処理の実績を活かし、

1. はじめに

NH₃を燃料とした適用試験を試験装置規模で実施し、実用化に目

2.2.2 試験結果と評価
試験条件を表 1に、炉内温度とNOx値の結果を図 4に示す。

途をつけた。

近年、CO₂ 排出量削減に向けたカーボンニュートラルな燃料利用が

図 4よりRun1-2の２段燃焼（酸化 / 還元燃焼）では、Run1-1の通常

取り組まれている中、NH₃はカーボンフリー燃料の１つとして注目されて

2.2 NH₃燃料化の実証試験

燃焼と比較して、NOxは1/4 程度まで低減したが、目標値の250ppm

いる。また、NH₃は工業原料として多くの産業で利用されており、製法

2.2.1 試験の概要と試験装置を下回ることはできなかった。次のステップとして、Run2-2でNH₃水をや流通ルートが確立されているため、燃料への転用や余剰分、未利R&Dセンターに設置した小型の液中燃焼試験装置を用いて、次の供給する炉内脱硝により目標値を大幅に下回る87ppmを達成するこ用分の回収に対する需要は高い。
本稿ではこれらの需要に対応する当社の技術として、NH₃ 燃焼技術及びNH₃放散処理技術について紹介する。

菊池 尚仁 KIKUCHI Naohito
月島環境エンジニアリング株式会社
技術開発部 開発グループ

Abstract
In recent years, while carbon neutrality has been in focus, NH3 isgaining attention as one of the candidates for carbon-free fuels. In
addition, NH3 is used as an industrial raw material in many industries, and the demand for its processing equipment is high accordingly.
In this article, our company will introduce our NH3 combustion
technology and NH3 diffusion treatment technology, which meetthese demands.
近年、カーボンニュートラルが課題となる中、NH₃はカーボンフリー燃

2. NH₃燃焼技術
2.1 当社の焼却処理装置
当社では、従来からさまざまな排水、排ガスに対応する焼却処理設
備を扱っており、NH₃を含有する排水、排ガスの処理においても多くの実績がある。ここでは、NH₃の焼却処理が可能な設備として、当社独自の技術により開発した液中燃焼装置を紹介する。
装置の構造を図１に示す。本装置における各機器の機能を以下に
解説する。
（1）
バーナ部
燃料を燃やして高温の熱風を発生させる。このバーナ部に使用する機器として、当社ではオリジナルの「ボルテックスバーナ」を保有している（図 2）。本バーナは、燃焼空気を独自の構造により旋回料の１つとして注目されている。また、NH₃は工業原料として多くの産業でさせながら供給することで火炎は短炎となり、高負荷燃焼を可能と利用されており、それに伴い処理設備の需要も高い。

している。

図 3 液中燃焼試験装置フロー図
Fig.3 Process ﬂow diagram of submerged combustion unit system

本稿ではこれらの需要に対応する当社の技術として、NH₃燃焼技術及びNH₃放散処理技術について紹介する。
表 1 試験条件
Table1 Test condition

キーワード：NH3、燃料化、無害化、放散、回収、再利用
Keyword：Ammonia, Fuel use, Detoxiﬁcation, Diﬀusion, Reuse

図 1 液中燃焼装置の構造図
Fig.1 Structure drawing of submerged
combustion equipment

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図 2 ボルテックスバーナ
Fig.2 Vortex burner

図 4 炉内温度とNOx値
Fig.4 Incinerator temperature and NOx value

月島技報 2023 no.26

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技術・製品紹介 2とができた。また、Run2-1では、Run1-2の運転に水を供給するだけで下のような設備がある。

3.2.2 蒸気放散によるNH₃回収プロセス

NOx が 100ppm 近く低下している。これは炉内温度変化でも確認で（1）半導体製造設備（2）貴金属回収、精製設備

きるように水の供給により炉内温度が 30℃程度低下したことでNOxの（3）電気 /電子材料設備（4）下水道設備

発生が抑制されたと考えられ、適正な温度管理も重要であることを裏（5）ボイラー設備（6）COG（コークス炉ガス）精製設備

付けている。

ここでは、これらの設備から排出されるNH₃含有排水について、多く

燃焼炉出口の排ガス分析から、供給されたNH₃は、すべての条件の約 300倍となるN₂Oの排出について注意する必要があるが、すべての条件で0〜数 ppm程度の排出濃度であることが確認された。

2.3 NH₃燃料化の展望に硫酸を加えることで硫安水溶液、塩酸を加えることで塩安水溶液と充填物の選定、インターナルスの設計ができる。また、設備建設時においても商業運転開始までのスムーズな立ち上げが可能である。

3.2.3 空気放散によるNH₃触媒分解プロセス
3.2 NH₃排水の放散処理放散させたNH₃に回収メリットが無い場合は、空気放散したのち触3.2.1 NH₃排水の放散処理の概要

媒にて窒素と水に酸化分解する。

本稿では、当社のNH₃活用／処理技術について紹介した。当社は、放散処理は、水蒸気や空気と排水を放散塔と呼ばれる気液接触

分解する際に発生する熱は、放散塔のエネルギーとして再利用す

その他にも多くの環境技術を保有しており、それらの活用と更なる技る。このため排水中のNH₃濃度が十分に高い（5,000ppm以上）場合、術開発の取り組みを推進し、より良い社会環境の創造に向けて環境
課題解決に貢献していく。

外部から熱エネルギーを加えずともNH₃の放散、分解処理が可能で

NH₃を回収する場合、水蒸気放散では安水・硫安・塩安水溶液としある。プロセスフローを図 8に示す。

に目途をつけた。今後、カーボンフリー燃料であるNH₃の有効利用へて回収することが可能である。
またNH₃を分解、無害化処理する場合、向けて大きく貢献できる可能性があり、さらなる技術の向上を目指して

水蒸気放散、空気放散とも、触媒による分解、燃焼による分解のいず開発を進めていく。

れも可能である。

各種産業におけるNH₃を含む排水の主な発生源には、昨今、世界

4. おわりに装置にて向流接触させ、NH₃を排水から分離させる処理方法である。放散塔の塔頂からNH₃含有ガス、塔底から処理水が排出される。

3.1 NH₃含有排水の発生設備

当社は自社製の高性能不規則充填物を保有しているため、最適なして回収することもできる。

本試験から液中燃焼装置において、NH₃専焼による燃料化の実用

3. NH₃放散処理技術（2）
自社製充填物による豊富な技術知見と経験の納入実績を有する放散処理によるNH₃排水処理について紹介する。

で99.99%以上の高い分解効率であることが確認された。
また、温暖化防止の観点からは、地球温暖化係数（GWP）が CO₂

放散媒体として水蒸気を用いた場合、放散されるNH₃は安水として回収することができる。プロセスフローを図 7に示す。また、回収安水計により、コンパクトで効率の良い、最適設計が可能である。

3.3 NH₃放散処理設備における当社の優位性と展望
当社は、長年にわたり、NH₃ 排水の放散処理設備の納入実績を重放散塔はその内部でガスと液を向流で接触させる装置であり、内部

ね、それにより培われた以下の強みを持つ。これらの優位性を活かしには気液接触効果を高める充填物が充填されている（図 5）。この充ながら、今後もさらなる製品の魅力を高めることを目指し研究開発を継填物の種類と充填高さによって、放散塔のNH₃分離性能が決まる。

続していく所存である。

®

（図 6）
を製造販売し当社では高性能の不規則充填物「テラレット 」ており、吸収用・放散用充填物として多く利用されている。

（1）
プロセスシミュレータを用いた最適設計
豊富な実績データを基にプロセスシミュレータを活用したプラント設

的な供給不足が話題となっている半導体製造設備をはじめとして以図 7 蒸気放散プロセス
Fig.7 Vapor diﬀusion process

図 8 空気放散プロセス
Fig.8 Air diﬀusion process

図 6 高性能不規則充填物「テラレットⓇ」
Fig.6 High performance irregular packing「TSKE Packing」

図 5 放散塔模式図
Fig.5 Diﬀusion tower schematic diagram

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月島技報 2023 no.26

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技術・製品紹介 3

脱水乾燥システムによる下水汚泥肥料化の取り組み
Methods to convert sewage sludge into fertilizer using dewatering and drying system

1. はじめに
近年、バイオマス資源として下水汚泥の利活用促進が国家的な施策として掲げられ、大規模処理場を中心に下水汚泥の燃料化事業が普及しつつある。一方、中小規模処理場では依然として脱水汚泥は
外部委託処分している。中小規模処理場における汚泥の有効利用の促進のために、低コストかつ多様な有効利用用途に対応できる汚泥処理設備が必要となる。
月島機械（株）（現 月島 JFEアクアソリューション株式会社）、サンエ

竹村 草太 TAKEMURA Sota

コサーマル
（株）
、日本下水道事業団、鹿沼市、（公財）鹿沼市農業公

月島 JFEアクアソリューション株式会社
下水事業部 下水計画部 ソリューション1グループ社の5者から構成される共同研究体は、機内二液調質型遠心脱水機

Abstract
In recent years, utilization of sewage sludge as a biomass resource
is being promoted as a national policy. To promote the effective
utilization of sludge in small and medium-sized treatment plants,
low-cost sludge treatment equipment that can respond to various
effective utilization applications is required. Therefore, we developed a dewatering and drying system to meet these demands, andconducted demonstration and performance evaluation in the 20162017 demonstration project (Breakthrough by Dynamic Approachin Sewage High Technology Project : B-DASH project). Aiming
at effective use of dried sludge, in cooperation with Kanuma City,
Tochigi Prefecture and Watanabe Pipe Co., Ltd., we have developed
a new sales channel that dispels the conventional image. As a result,
we successfully utilized the characteristics of the dried sludge produced by the dewatering and drying system to effectively use it asa lawn fertilizer in golf courses and as a snow-melting agent, which
has both snow-melting and fertilizing effects.
近年、バイオマス資源として下水汚泥の利活用促進が国家的な施策とと円環式気流乾燥機を組み合わせ、建設・維持管理費が低減でき、
乾燥汚泥含水率の調整により多様な有効利用に対応できる脱水乾燥システムを開発した。2016 年度には国土交通省下水道革新的技術実証事業（B-DASHプロジェクト）
として栃木県鹿沼市黒川終末処理場に実証設備を建設し、性能評価を行い、2019 年度に『脱水乾燥シス
テムによる下水汚泥の肥料化、燃料化技術導入ガイドライン（案）』が発刊されている。さらに実証後も設備を継続活用し、乾燥汚泥の有効利用の一環として、鹿沼市および、渡辺パイプ株式会社と協力し、肥料や融雪剤としての有効利用にも成功している。

2. 技術概要
図 1に示すとおり、脱水乾燥システムは機内二液調質型遠心脱水機から排出された細粒、低付着性汚泥を直接、円環式気流乾燥機

められている。これらの要求に応えるべく脱水乾燥システムの開発を行い、4. 乾燥汚泥の商品化へ投入することで、下水汚泥の脱水・乾燥処理を一体的に行う設備

脱水乾燥で処理された乾燥汚泥は、気流により短時間で乾燥するである。脱水・乾燥処理を一体化することでシステムや機器構造が簡ことから焦げ臭が抑えられ、粒状になる特徴があり、肥効も期待できる素化されるため、コストの削減や省エネルギー化が可能となる。また、ことを実証研究にて確認している。このような特徴を活かし、農業資材

本技術では、熱風温度を調整することにより10〜50%まで乾燥汚泥のなどを取り扱う大手メーカーの渡辺パイプ株式会社とタイアップし、従

含水率調整ができ、様々な用途での有効利用が可能である。

来のイメージを払拭した新たな販路の検討を行い、乾燥汚泥の商品化に成功している。

して掲げられるなか、中小規模処理場における汚泥の有効利用促進のために、低コストかつ多様な有効利用用途に対応できる汚泥処理設備が求

図 1 脱水乾燥システム概要
Fig.1 Overview of dewatering and drying system

3. 汚泥肥料の現況

現在商品化に成功している2つの商品を図 2に示す。1つ目はゴルフ場などの芝生の肥料として活用できる「ファインターフ」である。同商品

2016〜2017 年度の国土交通省下水道革新的技術実証事業（B-DASH

下水汚泥を乾燥した汚泥は、有機成分を多く含む肥料として活用

は、ゴルフ場で使用されている散布機への対応が可能であり、さらにプロジェクト）にて実証、性能評価を行った。乾燥汚泥の有効利用の一環

可能ではあるが、一般的に市場に流通する有機質肥料や堆肥とは区

肥効も十分期待できる。2つ目は積雪地域で用いられる融雪剤としてとして、栃木県鹿沼市および渡辺パイプ株式会社との協力により、従来の別された「汚泥肥料」として、いわば 特別扱い を受けている。また、活用できる「呼春」である。同商品は、乾燥汚泥の物性（黒色およびイメージを払拭した新たな販路の開拓を行った。その結果、脱水乾燥シス「下水」や「汚泥」といった言葉のイメージもあり、農作物への施肥を軽比重）を活かし、散布後も雪上に残留し、日光を浴びることで融雪

テムにより製造された乾燥汚泥の特徴を活かし、ゴルフ場などの芝生用肥避けるユーザーもいることから、一般の販路での販売は難しいのが実効果を発揮する。また、融雪後は肥効も期待でき、従来品（塩化カル料や融雪効果と肥効を併せ持った融雪剤としての有効利用に成功した。

状である。

シウム）
のような塩害も無い。

図 2 乾燥汚泥を用いた肥料および融雪剤 （出典：渡辺パイプ株式会社 資料）
Fig.2 Commercialization of fertilizer and snow melting agent using dried sludge

キーワード：脱水、乾燥、下水汚泥、有効利用、肥料化
Keyword：Dewatering, Drying, Sewage sludge, Eﬀective utilization, Fertilizer

40 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

41

技術・製品紹介 3

5. 製品化までの流れ

6. 肥料および融雪材としての効果について

乾燥汚泥の製品化までの流れと留意点を示す。
①製造工程について

図 3に実際のゴルフ場に既存の肥料と「ファインターフ」を施肥した
芝生の状況を示す。両系列ともに芝生の育成状況は良好であり、「ファ

乾燥汚泥の性状としては問題ない一方、保管期間における性状変

インターフ」は既存肥料と同程度の肥効があるといえる。図 4に実際の化の懸念があった。このため、含水率による保存状態への影響をゴルフ場に一般的な融雪剤（A剤：粒状、B剤：液状）
と「呼春」
を散布

検討した結果、含水率が 30% 以上では保存中に発酵し、製品としした状況を示す。A剤、B剤、「呼春」
ともに融雪効果は認められるが、て販売できないことから、運転調整により含水率 20% 以下で生産し「呼春」散布区については液状であるB 剤と同等程度の融雪効果がたうえで保存する必要があることが分かった。

確認され、晴れの日の条件において一般的な融雪剤と同等以上の融②保存工程について

雪効果があるといえる。

適切に含水率を管理しても、完全に密閉された容器で保存した場
合、発酵などの問題が生じる。このため、通気性のある容器に乾燥汚泥を充填したうえで降雨の影響がない場所で保管する必要があ

7. まとめることが分かった。

本稿では脱水乾燥システムを用いた下水汚泥の肥料化の実績につ③パッキング工程についていて報告した。下水汚泥などの未利用資源の利用拡大が掲げられ、下水汚泥に元から含まれるし渣分を始めとした様々な不純物や、ま農林水産省および国土交通省において下水汚泥資源の肥料利用のれに排出される機器内部に付着した塊状の汚泥などの混入はユー

拡大に向け、新たな公定規格である「菌体りん酸肥料」についての検

ザー側の心象を害するだけでなく、散布機の閉塞などにも繋がるこ討といった取り組みが加速している。これらの動きを含め下水汚泥のとから、出荷する袋への充填前に回転式選別機にて不純物を除去

有効利用については肥料利用に限らず時勢に遅れることなく対応してする必要があることが分かった。

いく必要がある。
「ファインターフ」、「呼春」は渡辺パイプ株式会社の登録商標です。

図 3 ゴルフ場での施肥効果（「ファインターフ」）
Fig.3 Fertilization eﬀects on golf courses（FINETURF）

図 4 ゴルフ場での融雪効果（「呼春」）
Fig.4 Snow melting eﬀects on golf courses（KOHARU）

42 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

43

技術・製品紹介 4

否を総合的に判断する必要がある。

AI解析を用いたドローン活用技術による
下水汚泥焼却炉内の点検報告

以上のことより、AI 解析を用いた耐火物診断は、現状は簡易点検のサポートツールとしての運用が考えられる。

Inspection report of incinerator using drone utilization technology with AI analysis

4. 今後の展開について

図 1 ドローン外観
Fig.1 Appearance of the drone

ドローンによる焼却炉内点検は、足場を組まず点検が可能であり、炉内での足場設置は補修が必要な場合のみとなることから、補修費

1. はじめにの軽減や工期の短縮が可能となり、省人化・省コスト化に寄与できる。

3. 焼却炉内点検結果

また、AIによる画像解析結果を含め、総合的に耐火物状態の診断を

近年、上下水道施設の更新に伴いPPP事業が多く採用されており、撮影動画よりキャプチャーした画像（図２）で、ノズルの閉塞や、クリン

省人化かつ安定的な運営が求められている。IT 技術の進化やデジカーの有無、金物などの変形等の確認を行った。粉塵環境下においタル化が広範囲で進み、ドローンを使った点検は、省力化・省コスト化ても、鮮明な画像であることから、従来の目視点検と同等レベルで確が求められている現在において有用であり、その活用が期待されてい認することができ、炉内目視点検はドローン点検で代替可能と判断しる。また、ドローンの小型化や防塵化が進んだことにより、狭小空間やた。耐火物状態の確認は、AIによる画像解析による診断を行った。図

粉塵環境下での飛行が可能となり、下水汚泥の焼却炉内部の点検に

3にAIの解析結果を示す。AIによる診断では、耐火物のクラック幅ごも適用できるようになった。さらに、ドローンの撮影データを蓄積することに色分けし、その全長も積算した。継続的にデータを収集すること行うことで点検精度の向上が可能である。
今後は、解析品質の向上のため、AIへの追加学習や解析ツールのカスタマイズなどを検討していく。

5. おわりに
点検補修の効率化が求められているなか、ICT/AIを活用した技術

篠木 一真 SHINOGI Kazumaとで、経年変化が把握できるため、補修の予測を見通すことができ、よで、劣化の進捗が把握でき、的確な補修計画を立案することが可能とは年々進化しており、インフラ点検に対するドローンやAI技術を使用し月島ジェイテクノメンテサービス株式会社
エンジニアリング本部 プラント技術部 熱技術課

り効率的かつ高度な管理に期待できる。本稿は、AI 解析を活用したなる。一方、課題としては、AI診断によるクラック検出精度は十分ではた効率的な点検に期待が高まり、今後導入が加速すると予想される。

焼却炉内におけるドローン点検の事例について報告する。

ないため、ソフト改良などの精度の向上が必要と考えられる。また、耐今回報告したような新しいデジタル技術の活用や精度の向上を通じ火物劣化には剥落や迫り出し、支持金具の露出等も判断材料とするて、より効率的な設備保全を目指していきたい。

Abstract
Labor-saving and cost reductions are the crucial requirements forinspection work in sewerage incineration facilities. This inspection of
the internal furnace is generally carried out visually, which is costly.
The miniaturization of drones has rendered it possible to fly thedrone in confined spaces and dusty environments, enabling exact
inspections. Using the drone, we, the Tsukishima Holdings Group,
aim to improve the efficiency of inspections, and thus diagnose thedeterioration of the refractory materials in the incinerators. Additionally, by applying the AI method for furnace wall diagnosis, it is possible to determine whether the refractory repairs are required, and theprogress of refractory deterioration can be monitored. Accordingly,
criteria for judging the diagnosis can be standardized and efficient
inspections method can be established. In this report, we present acase study of furnace inspection using drones.
下水汚泥処理施設の焼却設備において、点検の省力化・省コスト化が求められている。炉内点検は目視点検が主流だが、足場設置により、コス2. 焼却炉点検方法

ことから、AI 解析結果だけでなく、その他損傷状態を含め、補修の要

従来の焼却炉内点検は、人が炉内に入り、足場を組み、ガスガンなどの付属機器や炉内耐火物の状態を確認するため、資材の搬出入を含め、時間とコストを要していた。また、ダイオキシンの曝露や酸素欠乏環境だけでなく、夏場には熱中症のリスクがあり、安全対策も必要だった。ドローン点検では、足場が不要なため、点検期間の短縮、省コスト化が可能となり、また炉内作業が少なくなるため、点検員の安全確保も容易となる。今回のドローン点検は、付属機器および耐火物
図 2 炉内撮影画像（左：ウォーターガン／右：ガスガン）
Fig.2 Inside the incinerator（Left：water gun / Right：gas gun）の状態を確認するとともに、炉壁全周の撮影を行った。撮影データから3Dモデルを作成し、平面画像（オルソ画像）へ展開した。この画像をもとにAI 解析を行い、耐火物の劣化状態の確認を行った。今回点検に使用したドローンのスペックは、以下のとおりである（表 1、図 1）。1）

表 1 ドローンスペック
Table1 Speciﬁcations of the drone

トがかかっていた。
現在、ドローンの小型化が進み、狭小空間および粉塵環境化での飛行が可能となり詳細確認ができるようになった。
月島ホールディングスグルー
プとして、ドローン活用による点検の効率化や焼却炉内耐火物の劣化診断を目指している。炉壁診断にAIを活用することで、耐火物補修の可否の判断が可能となり、耐火物劣化の進行が把握できる。また、判断基準が
図 3 オルソ画像
Fig.3 Ortho image

標準化され、効率的な点検が確立できる。今回、ドローンを活用した炉内点検の事例を報告する。

参考文献
キーワード：ドローン、設備点検の効率化、汚泥焼却炉
Keyword：Drone, Eﬃciency of inspecting, Sludge incinerator

44 月島技報 2023 no.26

１）閔 弘圭（株）
Liberaware : 狭・高・暗所を点検可能な小型ドローン, 検査技術 , Vol.26, No.1（2021年）
月島技報 2023 no.26

45

技術・製品紹介 5

表 1 開袋時に製品へ混入の恐れがある異物
Table1 Contamination when opening the powder bag

クリーンサクション自動開袋機（異物混入ゼロを目指した自動開袋機）“Clean Suction” Automatic Bag Opener

1. はじめに生産現場の自動化を考える場合、粉入り紙袋のような不定形物体

一般的な自動開袋機の場合でも、開袋前に紙袋表面をエアブローの取り扱いは難しい部類に属し、自動化が遅れる部分である。原材料することによって付着するホコリや虫類をある程度清掃することができクリーンサクション開袋機は、上述のような異物をいかに製品粉体粉体が入った紙袋を開けて中の粉体を取り出す作業は、生産量の多るが、袋のシワ内に入り込んだ異物が本当に除去できているかというへ混入させないかを追求して開発された自動開袋機である。図 3にい大手企業の工場でも人手作業となっている場合が多い。単調な作

心配が必ず付きまとう。また、外部のエアブローだけでは、内袋と外全体図を示す。装置は5ブロックに分かれる。ブロックごとの機能を以業であり、できれば機械にやらせたいと誰もが考えるところである。

袋に存在している異物まで除去することはできない。

下に説明する。

人手不足により工場の省人化が叫ばれる中、紙袋を切断して内部

開袋時においては必ず袋を切断する必要があるが、切断面から紙粉体を取り出す自動開袋機は、近年特に注目される装置である。また、粉が発生し、製品へ混入する可能性がある。また、刃の切れ味が悪瀧沢 憲治 TAKIZAWA Kenji

製品に混入する異物ゼロへの要求は、食品分野、二次電池製造現

く袋を引き裂くような現象が起きた場合、引きちぎられた紙片も異物の

月島機械株式会社
プラント設計部 FAグループ

場等で年々厳しくなるばかりで、自動開袋機の導入を考える場合、開原因と成り得る。
（図 1、2参照）

Abstract
Owing to the recent labor shortage, the “Clean Suction Automatic
Bag Opener“ developed 27 years ago in collaboration with a pharmaceutical company, with the goal of achieving ZERO contamination during the bag opening process, is gaining attention.
Furthermore, we have added the advanced function of opening
various types of powders with one bag opener.
This study introduces the unique functions of this bag opener.

袋時の異物混入を防ぐことができるのかが１つの大きな課題となる。

3.1 整袋部
紙袋は、真空 パッドを使用したデパレタイジングロボット等を用いて開袋機の整袋部に供給される。整袋部では吸着搬送により変形した袋の形が整えられ、かつ袋が装置の中心へと位置決めされる。整袋

月島機械は、1996年に製薬会社と共同でクリーンサクション開袋機を部出口にはバーコードリーダーが設置され、粉の種類が識別される。

完成させた。この開袋機は、紙袋開袋時の製品への異物混入をいか

3.2 開袋部に防ぐかを最重要課題として計画および設計されたもので、他に類を見ない特長を多数有していた。しかし、斬新な装置ではあったが、吸開袋部では紙袋の切断が行われる。袋の中央部が、ロボットに取り引排出のため要する開袋時間が長く、機構的に複雑で高価ということ付けられたカッターにより「コ」の字状に切断される。

もあり、その後の受注は無かった。

カッター刃はエアブローにより清掃された後、画像処理装置により刃初号機完成から26 年が経過した2022 年、2号機の受注を果たすこ

こぼれが無いかの検査を受ける。刃こぼれが無いことが確認されたとができた。市中に存在する一般的な自動開袋機は装置内部に粉を後に、紙袋は次工程に送られる。

排出するため、品種の違う粉体を開袋すると内部で粉が混じってしま

27年前に開袋時の異物混入ゼロを目標として製薬会社と協同で開発しい、1品種の粉体原料に1台の自動開袋機の設置が必要であった。クたクリーンサクション型自動開袋機への問い合わせが、昨今の人手不足をリーンサクション開袋機は、装置内部に粉体を排出するのではなく、吸反映して多くなっている。異種多粉体を1台の開袋機で兼用開袋する機能

引ノズルにより内部粉体を吸引して空気輸送で排出する方式を採用しを追加し、より高性能となったのでご紹介する。

ているため、ノズルと空送配管のみを粉体の種類分用意すれば、開キーワード：開袋機、粉袋、自動、異物混入防止、吸引式
Keyword：Bag opener, Powder bag, Automatic,
Contamination prevention, Suction type

3. クリーンサクション開袋機の構造

3.3 吸引排出部
図 1 付着物に由来する異物
Fig.1 Contamination originating from bag adherents

コンベヤにより運ばれた紙袋は、すり鉢状のテーブル上へ設置される。「コ」の字に切断された開口部へ吸引ノズルが差し込まれ、内部

袋機本体は1 台で多数の粉体を兼用開袋することが可能である。設
置スペースの削減になるとの客先からの評価を受けたことで受注に繋がった。
開袋作業における異物混入ゼロを目標に開発したクリーンサクション
開袋機に、このたび多品種の粉体を1 台の開袋機で兼用する機能を追加したのでここに紹介する。

2. 開袋時に混入する異物について
紙袋から内部粉体を取り出す際に発生する異物としては、表 1のも

図 2 袋切断に由来する異物
Fig.2 Contamination originating from bag cutting action

図 3 クリーンサクション開袋機全体図
Fig.3 Clean suction automatic bag opener general assembly drawingのが考えられる。

46 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

47

技術・製品紹介 5

粉がノズルから吸引排出される。すり鉢状のテーブルは外部より振動える等で内部粉を排出する。この時に袋に付着していた異物が製品が、こちらには紙粉が見当たらない。

を受けるので、内部粉は吸引ノズルの方へすり鉢の傾斜に沿って集まに混入する可能性が高くなる。吸引排出方式では、袋表面に開けた

しかしながら、刃物を使用する場合はどうしても刃こぼれ片の製品

り、吸引後の残粉は微少となる。

開口部から粉を吸い出すので、袋表面異物が混入する可能性は極混入が懸念される。そこで、上述のように袋切断後に画像処理により吸引ノズルと空送配管は粉の種類分用意され、品種替え時は自動めて低くなる。また、内袋と外袋との間に存在するゴミの製品への混

刃こぼれが無いことを確認した後に、内部粉を吸引排出するシステム

で交換される。吸引ノズルの格納場所にはエアブロー装置があり、使入リスクもほぼ無くなる（図 4 参照）。開袋機内部に多量の粉が付着としている。

用後のノズル先端は洗浄される。

する一般的な開袋機と比べ、内部をクリーンな状態に保つことができるので、清掃が容易という特長も併せ持つ。

4.3 最小限の切断距離

4.2 超音波カッターの採用

クリーンサクション開袋機の場合は、吸引ノズルを差し込むだけの開3.4 空袋計量部

一般的な開袋機の場合、紙袋の切断距離は袋全周となる。
しかし、内部粉が吸引排出された空袋は、空袋計量部へ送られる。計量器
で空袋の重量を計測し、内部粉が正常に排出されたことを確認する。

3.5 空袋処理部
空袋は空袋箱内へ落下し、上部から圧縮を受けることにより減容化される。空袋箱が満杯となると警報が発報され、オペレータに系外排出を促す。

紙袋に入った粉を外部へ取り出す場合、袋の切断は避けられない。

口があれば良いので、1辺が 150mm 程度の「コ」の字状の切断距離

切断にはレーザー光を使用するような方法も考えられるが、熱により製だけでよい。紙袋切断時に発生する紙粉の発生量は、切断距離に品粉体に悪影響を与えてしまう可能性もある。そこでカッター刃の使

およそ比例すると考えると、切断距離が短ければ短いほど紙粉発生用は必要不可欠と考え、切断時の紙粉発生を極力無くす方法として量も少なくなる。例えば 800mm×500mm×150mmの一般的な大きさ

超音波カッターを採用している。

の紙袋の場合、「コ」の字状に切断することにより切断距離は1/3 以

超音波カッターは、超音波レベルの周波数の微小振動を切断刃に与えることにより、切断性能を大幅に向上させた装置である。通常の刃物では表面を押し潰してしまうようなケーキの切断などにも使用され下となり、紙粉発生量も1/3以下になると考えられる（図 7）。
切断距離が 1/3になれば、カッター刃の寿命も3倍となり、一挙両得である。

4. クリーンサクション開袋機の特長ている。図 5は超音波振動を与えずに紙を切断した際の写真である。

4.1 吸引排出方式の採用

切断面に１mm 程度の無数の紙粉が発生しているのが確認できる。

4.4 異種多粉体を1 台の開袋機で兼用する、吸引ノズ ル自動

図 6は同じ刃に超音波振動を与えて、同じ紙を切断した写真である

交換装置

一般的な開袋機の場合、紙袋切断後に袋を逆さまにして振動を与図 7 袋切断距離の違い
Fig.7 Diﬀerence in Bag Cutting Distance

一般的な開袋機は開袋機内部に多量の粉が付着するが、クリーン
サクション開袋機の場合は吸引排出を採用しているので、開袋機内部がクリーンな状態に保たれる。この特長を活かすと、吸引ノズルと空送配管を複数用意することにより、異種多粉体を1 台の開袋機で兼用することが可能となる。図 8に吸引ノズル自動交換装置を示す。
ノズルは内部粉を吸引するために上下動するが、水平方向にも移動可能なアクチュエータを取り付けた。品種交換時は水平方向にノズルを搬送し、ノズル保管場所でノズル交換することで、異種多粉体を1台の開袋機で兼用することが可能となった。

図 8 吸引ノズル自動交換装置
Fig.8 Automatic suction nozzles exchanger

5. まとめ図 4 粉体排出時の異物混入過程
Fig.4 Contamination process during powder discharge

以上、クリーンサクション開袋機の構造と特長を紹介した。本機は製品への異物混入を特に嫌う医薬品紙袋の開袋用として開発した、他社に類をみない月島機械独自の装置である。今回吸引ノズル自動交換装置を追加したことで、異種多粉体の袋を1 台の開袋機で兼用できることとなり、使用用途が広がったものと考える。

参考文献
１）瀧沢憲治 : 異物混入ゼロを目指した、異種多粉体兼用自動開袋機〜ニュークリーンサクション開袋機〜 , 化学装置 , 2023年 3月号

図 5 超音波振動を使用しない場合の切断面
Fig.5 Cutting surface without the use of ultrasonic vibration

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図 6 超音波振動を使用した場合の切断面
Fig.6 Cutting surface with the use of ultrasonic vibration

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技術・製品紹介 6

設計生産性を向上させるARやLiDARの活用事例
Examples of using AR and LiDAR to improve design productivity

1. はじめにプラント建設は都度設計での現場工事であり、設計の不具合がそのまま現場での手直しとなるが、昨今、熟練技術者の減少、および少子高齢化に伴う将来の人手不足という課題を抱えており、設計品質の低下が懸念されている。当社では、設計品質の向上のため、3Dデー
タの活用促進、点群データの活用による空間設計精度向上に取り組んできた。今回は、Augmented Reality（以下 ARという）、LiDARス
キャナの活用事例について紹介する。

音村 義和 OTOMURA Yoshikazu
月島 JFEアクアソリューション株式会社
下水事業部 水・汚泥設計部 下水エンジ2グループ

Abstract
In plant construction, there is a growing need to improve productivity in the design process to meet the challenges posed by
the changing social conditions. To improve the design productivity, there is a growing movement to accelerate the use of 3D data.
Examples of 3D data include the 3D models and point cloud data.
3D models are the information that expresses the shape of a target
structure in three dimensions, and point cloud data is a set of point datawith three-dimensional coordinates obtained through 3D surveying.
In this presentation, we will introduce examples of our efforts
to improve the design productivity by utilizing 3D data, including
the use of digital tools, such as AR, in order-drawing-based sitechecks and LiDAR scanners.

図 1 発注図ベースでの既設消火栓と新設ポンプの配置干渉確認
Fig.1 Interference check on construction area using AR

2. 活用事例
2.1 AR技術活用の概要

2.3 LiDARスキャナの概要

したものを図 3に示す。据え置き型レーザースキャナは固定して使用すARとは、建設現場の映像に2D、3Dの設計図を映し出すことができ

当社では、据え置き型レーザースキャナを用いて建設場所の点群

るため点群の取得精度が高く、個人差が生じにくい。また、取得したる技術である。ARを用いて映し出された設計図は実寸大であり、建データ化を行っている。点群データは同時に撮影された写真データと点群データは、計測距離は十数 m 程度対応可能で、点群間距離も設現場で確認することでパソコンのディスプレイで見るよりもより具体的統合され、距離が計測できる写真データとしての共有や、新規設備を数 mmであり密度が高いのが特徴である。一方、LiDARスキャナはタに干渉の有無や施工性、操作性といった完成イメージを捉えることが設計している3Dデータと既存設備の形状、寸法データを統合し視覚

ブレット端末などを人手で操作するため個人差が生じやすい。計測距できる。ただし、現時点ではハードウェアやソフトウェアの性能上、映し的に干渉の有無や動線を確認することに使われている。

離は5m 程度と短く、点群間距離が数 cmであるため点群データの密出せる映像に制限がある。
専用ゴーグルを装着して使用すると、設計段階でも現場検証を行う

LiDARスキャナもレーザースキャナと基本的な原理は同じであり、主に自動運転センサーとして用いられているものである。

ことができる。ゴーグルを通して見えるAR 映像は別端末でも共有する

スマートフォン、
タブレット端末の一部機種に搭載されたLiDARスキャことが可能であり、複数人で同時に現場検証を行うこともできる。また、

ナで取得した点群データを図 2に、据え置き型レーザースキャナで取得

度は低いが実用上では問題がない。また、LiDARスキャナは固定治具がなく設置作業も不要で即座にスキャンができる手軽さから3Dデー
タの活用を促進するデジタルツールになりつつある。

専用ゴーグルを使用せずタブレット端末のみでARによる現場検証を行
うこともできる。タブレット端末でのARは、ゴーグルでのARと異なりディスプレイの表示範囲に映像が限定されるが、タブレットだけで完結する
ため利便性が高い。

プラント建設では社会情勢の変化に伴う課題に対応するため、設計プ
ロセスにおいて生産性の向上が求められている。そして、設計生産性の向上を図るため、3Dデータの活用の加速化を進める動きが活発化している。
3Dデータの例としては、3Dモデルや、点群データが挙げられる。3Dモデルとは、対象とする構造物等の形状を3Dで立体的に表現した情報を指すもので、点群データとは、3D 測量によって得られた3D 座標を持った点
データの集合である。

2.2 ARを用いた現場確認
ARを用いた活用方法として、受注後ただちに発注図でARによる現場確認を行うことで早期に発注内容の不具合を確認できるということがある。
図 1は、既設消火栓ケースの扉の開閉の軌跡と今回新設するポン

今回は3Dデータを活用した設計生産性を向上させる当社の取り組みとプとの干渉の有無を検証し、発注図の配置の妥当性を検証した事例

して、ARを用いた発注図ベースでの現場確認、LiDARスキャナといったデを示す。左側に映っているのはタブレット画面で、ARゴーグルを装着しジタルツールの活用事例を紹介する。

た人の視界が映し出されている。ゴーグルには新設ポンプの3Dモデ

キーワード：ICT、3Dデータ、AR、LiDAR
Keyword：Information and Communication Technology,
Augmented Reality, Light Detection And Ranging

50 月島技報 2023 no.26

ルが映し出されており、実物の消火栓ケースの扉を開閉することで干渉の有無を確認している。
図 2 LiDARスキャナで取得した点群データ
Fig.2 Point cloud data acquired by LiDAR scanner

図 3 当社保有据え置き型レーザースキャナで取得した点群データ
Fig.3 Point cloud data acquired by our ground-based laser scanner

月島技報 2023 no.26

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技術・製品紹介 6

2.4 LiDARスキャナを用いた機器配置、配管ルート検討
LiDARスキャナには、据え置き型レーザースキャナに比べ、計測が容易、作業効率が高いという利点がある。そのため、建設場所が複数かつ、複雑な配管接続場所が複数ある案件での早期設計検討用、
または変更が生じた、点群を取りこぼした等でピンポイントのエリアにて再度点群を取得したいときに有効である。LiDARスキャナで取得した点群を設計で活用した事例を図 4に示す。既設設備の位置情報と今回更新配管を設計している3Dデータを重ねることで干渉等の問題がないか、配管ルートが妥当かどうか確認した。
さらに、スマートフォンおよび、タブレットというハードウェアに起因した利点もある。当社保有の据え置き型レーザースキャナは三脚を使用して点群を取得する。そのため、三脚の据付が安定する場所、脚部を開くスペースのある場所など、使用できる箇所が制限されてしまう。一方、スマートフォンおよび、タブレットのLiDARスキャナは、人の手で固定しての使用が可能なため上述した状況においても点群を取得する

図 4 LiDARスキャナで取得した点群データを用いた配管ルート検討 視点その1
Fig.4 Examining pipeline routes using point cloud data obtained by LiDAR
scanner, perspective 1

ことが可能である。

3. おわりに
既設更新、増設におけるプラント設計では設計者による現場確認が必須である。また、経験の浅い若手技術者の教育とともに新しいツールを利用した視覚的で分かりやすい設計手法の開発も重要である。
ARを用いた現場確認では、早期の段階で設計上の問題を確認する
ことができ、設計手戻りによるコスト、時間損失の低減につなげることができる。
また、LiDARスキャナと据え置き型レーザースキャナは、各々の利点を活かして用途を使い分けることで点群取得の作業効率の改善、取得範囲の拡大が期待できる。

図 5 LiDARスキャナで取得した点群データを用いた配管ルート検討 視点その2
Fig.5 Examining pipeline routes using point cloud data obtained by LiDAR
scanner, perspective 2

建設現場でのデジタルデータとデジタル技術を活用し生産性を向上させることは国土交通省も推進しており、1）今後も様々なツールを駆使し、設計品質の向上に努めていく。

参考文献
１）国土技術政策総合研究所 社会資本マネジメント研究センター , 令和 3〜7年度 , 令和 2年 3月25日200807̲04jizen.pdf（p.2）

52 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

53

技術・製品紹介 7

ホモミクサー MARKⅡ製品紹介
HOMOGENIZING MIXER MARK II

1. はじめに

2. T.K.ホモミクサーについて

ホモミクサー MARKⅡ（図 1）は約 40 年におよぶ販売実績がある高T.K.ホモミクサーの攪拌部は、高速で回転する羽根（タービン）と速回転剪断型攪拌機 T.K.ホモミクサー（図 2）をモデルチェンジしたも静止している吐出口の有る固定部（ステータ）で構成される（図 2、のである。T.K.ホモミクサーは戦後米国から入ってきた油性顔料をう３）。タービンの高速回転による吐出力と、タービン・ステータ間の隙間まく混ぜることができなかったため、当社が相談を受け開発した日本（0.5mm）による剪断力により、マクロな循環作用とミクロな微粒化作

初の高速剪断型攪拌機である。開発当初は油性顔料が使われた捺

用で均一微粒子の乳化・分散処理を行うことができる。このタービン・

染用エマルジョン糊製造用として販売していた。その後、用途開発をステータ構造の高速剪断型撹拌機は、油性顔料用として開発し染色行い化学品、化粧品、食品、医薬などあらゆる産業界の乳化製品や業界にまず認められた。その後、スケールアップ要素の体系付けを、

中村 健二 NAKAMURA Kenji

懸濁化製品の製造に使用されるようになった。この過程の新たなユー

東京工業大学化学工学研究室と共同研究として行った。そして、さまプライミクス株式会社
技術本部 機器設計部 機器設計課

ザーニーズに対し、T.K.ホモミクサーは課題を抱えることとなる。この課

ざまな用途開発により化学製品の合成ゴム、磁気テープ、ポリカーボ

題を解決すべく開発されたのがホモミクサー MARKⅡである。本稿でネート、化粧品の乳液、口紅、クリーム、リンス、食品のマヨネーズ、豆腐、はホモミクサー MARKⅡを紹介する。

ドレッシング、ソース、医薬の注射液、点眼薬、造影剤など多くの用途

Abstract

で使用されることとなった。あらゆる産業のさまざまな用途に使用されることにより、新たなユーザーニーズによる課題が発生した。T.K.ホモ

HOMOGENIZING MIXER MARK II is a successor modelof the T.K. HOMOGENIZING MIXER, Japan’s first high-speed
rotary shearing mixer, which has been manufactured and soldsince 1949. The T.K. HOMOGENIZING MIXER was developedwith the advent of emulsion paste for textile printing in the dyeing
industry, and is a representative batch-type emulsifying and dispersing machine that has been subsequently used to manufacture
emulsified products and suspension chemicals in various industries, such as cosmetics, pharmaceuticals, food, and chemicals. It
has become an effective agitator.
HOMOGENIZING MIXER MARK II, combined with themodels equipped with low-speed blades, has become Primix’s
main product that is delivered to major industries, including cosmetics, pharmaceuticals, food, and chemicals.

ミクサーに対する課題は、①粘度により異なる攪拌部形状が必要、②
洗浄性の向上、③メンテナンス性の向上となる。そして納入実績の増加にしたがい、T.K.ホモミクサーの寡占市場は、他社の模造品が台頭してきたこと、スケールアップに際しタービン・ステータが厳密な幾何学的相似を適用できていないことが課題④としてあげられた。
図 2 T.K.ホモミクサー 構造と液の流れ
Fig.2 Structure and Flow diagram of T.K.HOMOGENIZING MIXER

課題① T.K.ホモミクサーの攪拌部は普通型（低粘度用）と高粘度型がある。普通型（低粘度用）は数千 mPa･s（いちごジャムやケチャッ
プ程度）までの液体攪拌に特化した直線の羽根形状の遠心力吸引型である。数千 mPa･sを超える粘度では吐出能力が極端に低下し適用不可となる。数千 mPa･sを超える処理物では、乳化・分散力は低くなるが高粘度でも吐出能力が落ちにくい容積式のスクリュー型羽根の高粘度型を使用することとなる。そのため処理物によってはもう１台攪拌機を用意する必要があった。課題② 洗浄性の向上について、

ホモミクサー MARKⅡは、1949 年から製造販売を開始した日本初のT.K.ホモミクサーにより攪拌時間短縮や処理物の仕上がりは良くなっ

高速回転剪断型攪拌機 T.K.ホモミクサーをモデルチェンジしたものであ

たが、多品種少量生産による品種替えが多くなった。これによる生産る。T.K.ホモミクサーは染色業界における捺染用エマルジョン糊の出現と効率改善のため、洗浄時間短縮に取り組むお客様が増えた。課題③

ともに開発され、その後化粧品・医薬品・食品・化学品などあらゆる産業界の乳化製品や懸濁化成品の製造に使用されるバッチ式乳化分散機

メンテナンス性の向上については、タービン・ステータの隙間 0.5mmにの代表的な攪拌機となった。

起因する。この狭い隙間ゆえに必要な、液中で摺動するタービン軸とホモミクサー MARKⅡは今では低速翼と組み合わせた機種も合わせて、軸受けが消耗品となる。また、生産コスト削減の取り組みやお客様の化粧品・医薬品・食品・化学品などあらゆる産業界に納入するプライミ

人員削減から機械を整備する人員が減り、メンテナンス性に対する要

クスの主力製品となっている

望が上がっている。当時の状況から、故 古市修二会長〔特殊機化工

キーワード：高速回転剪断型攪拌機、乳化、微粒化、高粘度、キャビテーション
Keyword：High-speed rotary shearing mixer, Emulsiﬁcation, Atomization,
High viscosity, Cavitation

54 月島技報 2023 no.26

図 3 T.K.ホモミクサー普通型（低粘度用）攪拌部
Fig.3 Mixing section of T.K.HOMOGENIZING MIXER

業（現プライミクス）創設者〕の「ホモミクサーはちっとも変わっとらん」という言葉を思い起こすまでもなくモデルチェンジに取り組んだ。

図 1 ホモミクサー MARK II 630型 外観
Fig.1 External appearance of HOMOGENIZING MIXER MARK II MODEL630

月島技報 2023 no.26

55

技術・製品紹介 7根とした。これらの改良により、キャビテーション領域も広く高粘度液も3. ホモミクサー MARKⅡの特徴

題対策に加え、コストダウン、部品の共通化を進め、製品の各基準書、い攪拌機としてお客様から認知される存在となっている。ホモミクサー

吐出できるタービン（図５）となった。このタービンはロストワックス製法で手順書についてまとめあげた。コストダウンは各部品の機能分析を行MARKⅡのタービンはロストワックス製法のため大型は標準処理量

T.K.ホモミクサーをモデルチェンジするにあたり、初めに課題①に対裏面を独特な曲面形状とした。容易に模造品を製作されにくくなり、且い個数、形状を決定した。一例として、ステータロッドは本数を生産機

5000Lの5000 型を最大としている。今後、生産量増大に伴う大型化

し、高粘度の処理が可能で低粘度液での微粒化効果に優れるタービ

つ、幾何学的相似のシリーズ化を行うことで課題④の対策となった。

は４→ 3本、卓上機は３→ 2本に減らした（図 7）。副次的な効果として、の要望が増加傾向にあり、さらなる大型化が必要になる。また、液中液の流動性向上効果が得られた。

で摺動するタービン軸とタービン軸受についても異物混入条件が厳し

ン･ステータについて開発を行った。
タービン開発においてキャビテーショ

次に課題②洗浄性の向上について、接液部はネジ、ボルト、ナットをンの気泡崩壊時のエネルギーが、攪拌に影響を与えることに着目した。

無くすことにより洗浄性が増し、分解組み立てが容易になった。また、

このホモミクサー MARKⅡは単体でご使用いただいているお客様もくなっている。より厳格なコンタミ防止機構や、処理物による焼き付き防高速ビデオカメラにより発生状況を確認し、領域が広がる羽根の形状

逆転可能にすることで羽根の裏面や容器底に液流が発生し、洗浄性多いが、高粘度液や大型容器になると攪拌効率が悪くなるため、低止について、構造や材質への改良要望がある。また、処理物の仕上試作を行った。キャビテーション発生領域（図 4）は、羽根が立つほど広が良くなっている。逆転によってフローパターンが変わるため、粉体投

速攪拌機と組み合わせた複合機（図８〜１０）
により攪拌可能な処理液

がり粒径にはより細かくしたい要望がある。回転数を上げてタービン周がる傾向にあり、羽根が立つと高粘度液の吐出が低下し、マクロなミ

入時の巻き込み（図 6）が促進される。粉体溶解力が向上し、容器底条件の範囲を広げている。

速を上げて対応する場合もあるが、キャビテーションによる損傷が発生

4. まとめキシング力が落ちてしまう。次の要素を性能評価指数として、タービン部の固形物の巻き上げも可能となった。課題③メンテナンス性の向上

することもある。これらの要望に対してもプライミクスは、日夜研鑽に努の形状を決定した。
（１）微粒化速度、（２）粘性マクロミキシング力、（３）については、前述の通り分解組み立てが容易となっている。特にターめ研究開発を進めている。現在の実績を横展開するだけではなく捺

キャビテーション発生領域、（４）逆転吐出力、（５）攪拌 ヘッド形状係数

ビン・ステータの固定をねじ込みから止め輪とした。お客様でもタービンなど。これらの項目について、従来型の普通型（低粘度用）と高粘度

取外し時に焼き付くことなく、ステータも取り外すことが可能なので消耗

日本初の高速回転剪断型攪拌機としてT.K.ホモミクサーが世に出ム、
ドレッシング、注射液、造影剤など時代に合わせた先端製品の用

染糊、合成ゴム、磁気テープ、CD用ポリカーボネート、医薬化粧クリー型のタービン･ステータとの比較評価を行った。すべてにおいてT.K.ホ

品のタービン軸受の交換が容易になっている。生産機についてはターて、あらゆる産業界で使われるようになり、都度遭遇した課題を解決

途開発を行っている。各業界の技術革新に貢献するプライミクスの主

モミクサーを上回るタービン・ステータを目指し試作を繰り返した。最終

ビン軸をタービンと分割することで、消耗品としてタービン軸のみ交換すべく開発したホモミクサー MARKⅡ。標準機を販売するだけでな

力製品ホモミクサー MARKⅡである。

的に羽根の回転方向面はリードを切った高粘度液の吐出に有利な形する構造とした。そして、メンテナンス期間を延ばすため、ベアリングをく、その業界に合わせた特別仕様対応を行うことで、無くてはならな状とし、羽根の回転方向の裏面はストレートを通り越して凹型の曲面羽2段にしてタービン軸とタービン軸受の負荷を減少させた。これらの課

図 4 キャビテーション発生領域（α）
Fig.4 Cavitation area（a）
図 7 ホモミクサー MARKⅡ構造
Fig.7 Structure of HOMOGENIZING MIXER MARK II
図 8 アヂホモミクサー® 攪拌部
Fig.8 Mixing section of AGI HOMO MIXER

図 5 ホモミクサー MARKⅡ攪拌部
Fig.5 Mixing section of HOMOGENIZING MIXER MARK II

56 月島技報 2023 no.26

図 6 逆転運転時の液の動き
Fig.6 Liquid ﬂow of reverse operation

図 10 ハイビスディスパーミックス攪拌部Fig.10 Mixing section of HIVIS DISPER MIX
図 9 コンビミックス® 攪拌部
Fig.9 Mixing section of COMBI MIX

月島技報 2023 no.26

57

実績紹介

ドラム缶反転投入装置
Drum can inversion loading device

1. 背景の曲率半径や粉の流れが最適化されているため、安全に作業が行える。

近年、工業生産における効率向上が急募されている一方、作業者の安全性確保も同時に重要視されている。
中でも、粉体の取り扱いは、

4.2 Ｂ社向け装置（2024年 10月納入予定）
電子部品材料の取り扱いに使用予定。投入能力は8缶 /30分 /2基（max. 3,200kgDS/H）とし、A 社向けから大口径化するなどの改良

2.3 多機能性

健康被害のリスクが伴うため、その安全性が特に求められている。従

反転投入時に粉体が大気と混合せず、さらに内袋がある場合でも来のドラム缶反転投入機は、粉塵の発生という問題を抱えていた。こ使用が可能である。また計量装置と組み合わせることで、計量排出もれを解決すべく、「ドラム缶反転投入装置」が開発された。

可能である。

を行っている。

本稿では、ドラム缶反転投入装置の特長、機能、そして実績について詳細に検証し、その有効性と可能性を考察する。

2.4 カスタマイズ

2. ドラム缶反転投入装置についてが可能である。

ドラム缶反転投入装置の動作と特長について、以下に概説する。

3. 具体的な改善項目

2.1 動作

ドラム反転投入装置は、様々な改良を経て、現在の仕様に進化して顧客の要望に応じて、ドラム缶の寸法や仕様に合わせた設計製作

新田 博文 NITTA Hirofumi
月島機械株式会社
プラント設計部 FAグループ

ドラム缶反転投入装置の動作は以下のとおりである。
に載せる。

Abstract
The drum can inversion loading device is a system designed forsafely handling powders that pose health hazard risks. It automatically inverts and pours the contents of a 200-L drum can into hoppers or similar containers in a sealed condition. The device is fully
enclosed, preventing the release of dust and spillage of powder, thus
safeguarding the health of workers. Owing to the proper curvatureof the flexible hose and optimization of powder flow, it enables
a safe and smooth inversion loading. Durable hoses are used towithstand the wear. The design ensures that the powder does not
mix with the atmosphere during pneumatic conveyance, and it isalso compatible with the drum cans with inner bags and measuring devices. The device is customizable, allowing for design andfabrication according to specific drum can dimensions and specifications. As a result, it enhances the safety and efficiency of powder
handling in the industrial sector.

きた。以下に具体的に改善した項目について述べる。

（1）
ドラム缶はフォークリフトなどの搬送装置でドラム缶搬送コンベア上（2）人手にて蓋クランプを外す。

3.1 投入シュートの改良
従来のドラム缶反転投入機では粉塵が多く発生していたが、投入（3）蓋脱着装置でドラム缶の蓋を取り外す。

シュートをドラム缶開口部に密着させることで、粉体の排出がスムーズ（4）
ドラム缶搬送コンベアでドラム缶クランプの位置へ移載させる。

に行われるよう改良した。

（5）
ドラム缶にフレキホース付きシュートを接続させ、クランプする。
（6）モータにて昇降回転軸を中心にドラム缶を回転させつつ、上昇させてドラム缶を完全に反転させる。
（7）受けホッパにドラム缶内容物を全量排出させる。

3.2 大口径化と排出性の向上
来年度納入予定のＢ社向けの装置では、フレキホースをφ150からφ300へと大口径化することで、適用粉体の幅を大幅に向上させている。

5. まとめ

3.3 バイブレータの追加と静電気防止

ドラム缶反転投入装置は、工業分野での粉体取り扱いにおいて、作（8）全量排出後はドラム缶を回転させつつ下降させる。
（9）クランプ開放後、シュートを切離し、蓋脱着装置に移載させ蓋を取り付け、次工程へ搬送させる。

2.2 密閉性と安全性
装置は完全に密閉され、発塵が極めて少ない。フレキシブルホース

図 2 ドラム反転投入機実機写真（A社向け）
Fig.2 Photo of actual drum reversing and feeding device (For company A)

投入シュートにはバイブレータが追加され、粉体の排出を促進する

業者の安全性と生産効率の向上を実現する画期的な装置である。特機能を追加した。またフレキホースは樹脂製であり静電気が容易に発長をまとめると以下のとおりとなる。

生するため、ホースには静電気防止機能付きタイプを採用し、安全性（1）粉塵の飛散を防止することで、作業者の健康を確保するとともに、を向上した。

粉塵爆発を防止することで安全性も担保できる。
（2）バイブレータ設置や大口径化により、様々な粉体に対応できる装置

3.4 スムーズな粉体排出と防爆対応
ドラム缶の昇降や反転時に動作するモータをインバータ駆動とし、昇ドラム缶反転投入装置は、健康被害リスクのある粉体を安全に扱うため

降・反転速度を変化させる事により、スムーズな粉体排出を可能とした。

の装置で、200Lドラム缶の粉体を密閉状態でホッパー等へ自動で反転投また粉塵爆発を考慮し、すべてのモータを防爆対応としている。

入する装置である。本装置は完全に密閉され、発塵や粉こぼれを防ぎ、作となった。
（3）お客様の要望に応じたカスタマイズが可能で、かつ装置の持つ多機能性により、生産効率の向上にも寄与できる。
これまでの実績を通じてその有効性が確認されてきたが、機能向上
や新たな用途の開拓により今後のさらなる進化が期待される。

業者の健康を保護する。フレキシブルホースの適切な曲率と粉の流れの最4. 実績と事例紹介

適化により、安全かつスムーズな反転投入が可能で、ホースの耐久性も高いものを採用している。空送時に粉体が周囲の環境と接触しない設計で、以下にこれまでの納入実績と事例を紹介する。

内袋付きのドラム缶や計量装置との組み合わせも可能である。装置はカス6. 最後に
本ドラム反転装置にはまだまだ改良の余地があると考えている。今タマイズ可能で、特定のドラム缶寸法や仕様に応じて設計・製作を行って4.1 Ａ社向け装置（2012年納入）いる。この結果、工業分野での粉体取り扱いの安全性と効率が向上した。

後も技術の進歩とともに、より優れた製品を提供していく所存である。

二次電池を構成する物質の取り扱いに使用。投入能力は３缶 /20分
キーワード：健康被害防止、発塵防止、作業者の安全性、密閉性、二次電池、電子部品材料
Keyword：Prevention of health hazards, Dust prevention, Worker safety,
Air-tightness, Rechargeable battery, Electronic component materials

58 月島技報 2023 no.26（500kgDS/H）
で、効率的かつ安全に作業を行っている。
図１ ドラム反転投入装置説明図
Fig.1 Illustration of drum reversing and feeding device.

月島技報 2023 no.26

59

解析グループ紹介

Part7

月島ホールディングス株式会社

流動層解析編R&Dセンター 解析グループ

離散要素法：固体粒子の運動を追跡し流動用流体と相互に力を及

本間 秀雄

ぼし合うとして計算する手法。
【利点】
挙動を高精度に再現できる。固体粒子の付着力、反応、伝熱を考慮しやすい。
【欠点】衝突過程を計算するため、粒子数が多いほど計算時間がか

1. はじめにかる。計算負荷の関係で扱える粒子数に制限がある。

「近代技術としての流動層は、硫化鉱焙焼炉（1879）や、ウインク

固体粒子は静止状態のままで、流体は固体粒子の伱間をすり抜け

直接法：粒子よりも小さい分解能により個々の固体粒子表面を境界

ラー式ガス化炉（1922）に始まります」「、これらに代わり流動層技術ていく（図１−A）。さらに流量を増加させると、固体粒子は沸騰すとして再現し、境界内部は固体粒子の内部、境界外部に流動用流の自立と普及を可能にしたのは、石油産業の展開の中から生まれたる液体のような流動化状態に入る（図１−B）。この状態からさらに体が存在するとして、境界上で相互作用を直接計算する手法。

流動接触分解（FCC）技術でした」。1) その後、気泡挙動などの研究

流量を増加させると固体粒子は輸送状態となり装置外に排出される【利点】現象のモデル化（簡略化）が少ない。得られる情報の精度がの進展により、ごみの焼却や熱分解などの環境分野、ガス化などの（図１−C）。固体粒子には砂などの、さまざまな物質を使用し、流エネルギー分野、造粒などの材料製造分野へ応用されていった。近動用流体には、ガス・液体のいずれも使用可能である。

年では、バイオマスや水素製造などの再生可能エネルギー・脱炭素化といった分野でも流動層技術は広く活用されている。
固体粒子を液体のように扱う流動層技術の模式図を図１に示す。
多孔板で区切られた装置の上部に固体粒子を充填し、下部から流最も高い。
【欠点】微小な固体粒子の表面を形状として再現する必要があるた

流動化状態の固体粒子の激しい動きは、①投入された物質を細め、粒子数が多いほど計算時間がかかる。計算機負荷が最かく砕く、②投入物質―固体粒子―流動用流体の間で熱や水分の移動を速める、③流動層内の温度を均一にする、といった優れた作用を有する。そのため流動層は幅広い分野で応用されている。2)も大きい。
これらの手法のうち、本稿では格子法における二流体モデルについて述べる。

図 2 流動層解析の変数
Fig.2 Parameters of ﬂuidization bed analysis

動用流体を流す場合、徐々に流量を増加していくと、ある量までは2.2 流動層解析の変数
二流体モデルに特有な流動層解析の変数は、図 2に示すようなものがある。

3. 解析グループの流動層解析への取り組み
当社グループにおける流動層を応用した製品として焼却炉、熱分
解炉、乾燥機、晶出機がある。流動層焼却炉の開発において、排ガス中の温暖化ガス削減を目的とした内部状態を把握するニーズが図 1 流動用流体と固体粒子の挙動
Fig.1 Behavior of ﬂowing ﬂuids and solid particles

高まっている。解析グループでは、コンピュータ上で汎用ソフトウェ

川砂、粒径 0.57mm、真密度 2600kg/m3、充填率 0.58、静置

アによる流動層解析を実施することで、実験では得にくい内部状態

高さ150mmの把握、および定量的な評価に取り組んでいる。

3.1 流動層解析検討事例
二流体モデルを使用した流動層解析により、実験装置における砂突や摩擦、堆積が考慮される。

な測定が困難なことが多い。そのためコールドモデルや圧力、光、音波、X 線、電気容量、電気抵抗などの間接的な測定による固体運動

二流体モデル（格子法）：固体粒子群を巨視的に見て連続体としての推測が行われてきた。近年コンピュータの性能向上に伴い、数値取り扱い、流動用流体との二流体として格子法で計算する手法。あシミュレーションによる流動層解析が実装置サイズの計算でも現実る領域が固体粒子と流動用流体のどちらで占められているか、それ的な期間で実施可能となってきている。

ぞれの比率（体積分率）
で表現される。
【利点】粒子数の制限を受けないため、比較的大きな装置も解析が2.1 流動層解析の手法
流動層解析の代表的な手法を次に示す。いずれも粒子同士の衝
60 月島技報 2023 no.26

汎用流体解析ソフト
■固体粒子

■ガス流速
0.74m/s（710℃）

2. 流動層解析技術
高温下や加圧下で運転される流動層は内部の目視確認や直接的■使用ツール可能。
【欠点】
個々の固体粒子の挙動は追うことはできない。

■結果
流動焼却炉実験装置外観を図 3（1）に、解析モデルを図 3（2）に層の持ち上がり高さの再現を行った事例を紹介する。解析モデルや示す。また、通気前後の流体解析結果をそれぞれ図 3（3）〜図 3

結果を図 3に示す。

（5）に示す。砂の体積分率が高いほど赤く、ガスの体積分率が高■対象設備

いほど青く表示しており、砂中のガスは気泡に相当する。解析結流動焼却炉実験装置（透明電気炉を使用しており、砂層の状態の果では静止位置からの持ち上がり高さは70〜180mmとなった。

観察が可能）φ55mm H750mm

実験装置内砂層の持ち上がり高さ50〜150mmと比較し、変動■目的
砂層の持ち上がり高さの再現による流動層解析の妥当性確認

幅で1.1倍、最大高さで1.2 倍の結果となり、解析結果は実験装置の砂層の持ち上がり高さと同程度の結果が得られた。

■手法
二流体モデル
月島技報 2023 no.26

61

解析グループ紹介

Part7

分析グループ紹介

月島ホールディングス株式会社

分析事例紹介 〜熱分析〜

R&Dセンター 分析グループ

日良 聡

1. はじめに当社グループの主力機器には、晶析や乾燥、焼却といった熱の出

量 測 定（Thermogravimetry：TG）と示 差 熱 分 析（Diﬀerential入りを伴う反応を利用するものが複数存在する。各種単体機器の開Thermal Analysis：DTA）を組み合わせた熱重量−示差熱分析

発やプラントの計画・設計の際、原料や処理物の組成分析や物性装置を保有している。

測定などを行っているが、これらの分析の多くは分析対象物の定常状態における試料の性状を評価するものである。一方で、熱分析は試料の熱的性質を捉えることができ、組成分析等では得ることができない試料の熱挙動の把握が可能である。

本稿ではTG-DTAの測定原理を解説するとともに、これまでに実施したTG-DTA分析装置を用いた分析事例の一部を紹介する。
表 1 主な熱分析技法
Table1 Major thermal analysis methods

熱分析は、JIS K 0129において「物質の温度を一定のプログ
ラムによって変化させながら、その物質のある物理的性質を温度の関数として測定する一連の方法の総称（ここで、物質とはその反応生成物も含む）。
」と定義され、1） 表 1に示すとおり測定対象となる物性によって様々な技法がある。R&Dセンターでは熱重

図 3 流動層解析検討事例
Fig.3 Examination case of ﬂuidization bed analysis

2. TG-DTAの測定原理
JIS K 0129において、TG及びDTAは次のように定義されている。

4. おわりに

TG：試料の温度を一定のプログラムによって変化または保持させな

これは一般論であり、実際は測定対象物質の組成や試料の背景などを考慮した上で試料の熱挙動を推定する。

がら、その試料の質量を温度または時間の関数として測定する方法
今回、二流体モデルを使用した流動層解析を行い、簡略化した解析モデルであったがおおむね良好な結果が得られたと考える。
今後は、文献調査などをとおして流動層解析にかかわる知識や技術力向上を図るとともに、開発案件や実案件に適用しながら気泡や

DTA：試料及び基準物質の温度を一定のプログラムによって変化

固体粒子の挙動を適切に再現・評価できる有用な手法の検討を進させながら、その試料と基準物質との温度差を温度の関数として測め、当社グループ製品のさらなる改良に繋げていきたい。

定する方法。
TG-DTA 分析装置は、上記二つを組み合わせた装置であり、加熱に伴う試料の重量変化および熱変化を同時に記録することができる。TG-DTA 分析装置の構成を図 1に示す。装置は主に天秤機構

参考文献
１）森滋勝,et al.: 化学工学の進歩 26 流動層 , (1992年 )２）月島機械株式会社 , 月島機械百年の技術 , (2005年 )部とヒーター部、温度センサー（熱電対）から構成されており、天秤機構部はメーカーによって上皿方式、水平方式、吊り下げ方式などがあり、図 1は上皿方式の模式図である。TG、DTAのそれぞれの測定原理について以下に記す。
TG：試料に重量変化が起こると、天秤のメインビームが傾く。この
傾きを検出器が検出し、コイルに電流を流し発生した電磁力を用いて傾きを元に戻す。この時の電流値は重量変化に対応するため、電流値の変化を重量変化として記録する。
DTA：試料と基準物質の温度を試料ホルダー内部に設けた熱電対で測定し、両者の温度差をDTA信号として記録する。2） 3）得られた試料の重量変化、熱変化（吸発熱）
から、試料の熱挙動を推定することができる。図 2にTG-DTA 分析装置によって検出でき

図 1 TG/DTA装置構成
Fig.1 TG/DTA Device conﬁguration

る主な現象と、TG曲線、DTA曲線のモデルを示す。しかし、あくまで62 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

63

分析グループ紹介

クスを用いて不活性雰囲気内で行った。

切り替え直後の発熱ピーク面積から酸化熱量を算出した。

酸化熱を測定する際は、試料中の水分や低沸点化合物の影響を

図 4に試料中の鉄含有量と酸化熱量の関係を示す。鉄化合物の排除するため、まず窒素雰囲気下で90℃まで昇温後、重量変化が形態の違いはあるが、両者には正の相関が見られ、試料中の鉄化合無くなるまで保持した。その後 90℃のまま空気雰囲気に切り替え、物が自己発熱に寄与していることが確認できた。

3. TG-DTA分析装置を用いた分析事例
3.1 水酸化ニッケルの分解反応率の推定③加熱温度が高いほど分解は進行し、また、分解速度も速くなる。

リチウムイオン電池の正極材原料にも用いられる水酸化ニッケル
は、約 230℃に加熱することで分解し、水を失って酸化ニッケルとな

上記のとおり、加熱条件の違いが酸化ニッケルの分解反応率に与える影響を確認することができた。

る。4） 水酸化ニッケルの分解に伴う重量減少率は理論上 19.4%となることから、加熱処理したサンプルの重量減少率を測定すること
で、水酸化ニッケルの分解反応率を推定することが可能である。

3.2 下水汚泥炭化物の酸化熱測定
下水汚泥炭化物の鉄化合物の酸化に伴う自己発熱性を評価する

図 3に水酸化ニッケル加熱試験サンプルのTG-DTA 測定結果

ために、TG-DTAを用いた酸化熱測定を実施した。5） TG-DTAはから算出した水酸化ニッケルの分解反応率を示す。加熱温度は前述のとおり、試料と基準物質の温度差を検出しており、発生熱量

220℃、270℃、320℃、370℃、400℃、450℃、600℃の7条件

全てを回収しているわけではない。また、反応後の試料の蓄熱を基であり、横軸は加熱時間、縦軸はTG-DTA 測定結果から算出した準物質との温度差として検出してしまうなど、反応熱を算出するに

水酸化ニッケルの分解反応率を表している。分解反応率は以下のは誤差要因が多く、本来は定量に不向きな装置である。しかし、吸式から算出した。

発熱時に検出されるピーク面積と熱量が比例することが知られてい

水酸化ニッケル分解反応率（%）＝

サンプルの重量減少率（%）
理論重量減少率（19.4%）

100

結果から以下のことがわかる。
① 220℃で3時間加熱しても分解はほとんど起こらない。
② 270℃で2時間加熱することで50% 強が、3時間加熱することで70%弱が分解する。

るため、融解熱量既知の標準物質の融解ピークを測定することで熱量補正係数（比例係数）
を求め試料ピーク面積に掛けることで、半定
量的ではあるが炭化物の酸化熱量を算出した。
使い捨てカイロの例からもわかるとおり鉄化合物の酸化は空気中

図 4 鉄濃度と酸化熱量の関係
Fig.4 Relationship between Fe concentration and heating value due to oxidation

4. おわりに
TG-DTAは非常にシンプルな構造であり測定操作も簡便である

容に取り組んでいる。

で容易に起こるため、酸化熱を測定するための試料は採取後、常温が、正しいデータを得るためには測定サンプルや測定の目的に応じ①下水汚泥や廃棄物の燃焼特性の評価

下で酸素を遮断した状態で保管した。また、前処理はグローブボッて最適な前処理手法や測定条件を選択することが重要である。ま

②焼却灰の溶融特性の評価

た、上記事例のように、得られたデータを活用することで未知の事③燃料化物（乾燥汚泥・炭化物）の安全性評価象解明につなげることができる。

上記取り組み以外にも様々な要望に対応できるよう、技術向上に

現在、TG-DTAを用いた新たな評価手法の試みとして、以下の内努めていく所存である。

参考文献
１）JIS K0129 熱分析通則
2）一般社団法人 日本分析機器工業会ホームページ
3）津越敬寿，熱分析，ぶんせき pp.568-574（2017）4）化学大辞典 共立出版株式会社
5）TSK技報 2019, No.22, P12-19, 論文：鉄化合物を含む下水汚泥炭化物の発熱特性

図 2 反応現象と対応するTG曲線・DTA曲線の模式図
Fig.2 Schematic diagram of various reaction phenomena and corresponding TG and DTA curves
図 3 水酸化ニッケルの分解反応率
Fig.3 Decomposition reaction rate of nickel hydroxide

64 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

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図１ 固形廃棄物焼却技術 出願推移

特許情報の活用
月島ホールディングス株式会社 法務部

小暮 宏幸
図 2 固形廃棄物焼却技術 出願人別出願推移情報として公開されています。これらの情報を組み合わせてさまざ

はじめに

まな目的に応じた分析を行っていきます。
研究成果を保護し、有効に活用するため特許権を取得すること
は研究活動を行う上で重要なミッションの一つです。特許権は、法分析事例的に認められた権利であり、もし他人の特許権を無断で使用すれば紛争リスクとなることはご存知のとおりです。このように事業活１）技術動向分析

動を左右することにもつながる権利である一方、フォーマットが標

特定技術分野における特許出願状況を調査分析するものです。

準化された技術情報としての側面があります。今回は、情報分析の主な用途観点から特許情報とその活用事例についてご紹介します。

①開発テーマの探索、開発開始前の特許侵害確認②特許出願前の従来技術調査

図 3 特定企業 出願概要分析

図 1、図 2は、固形廃棄物の焼却技術に関する調査を行ったも特許情報のです。上位 2 社は継続的な出願を行っているものの複数の企業
特許権は、権利を取得したい発明（技術）を世界中に公開するこ

では出願縮小していることが分かります。また新規参入した企業はと、また各国で要求される審査を通過することを条件に権利が付見られないことも確認できます。

与されます。そのため各国で指定された様式に基づく情報提供が２）
特定企業分析

要求され、提供された情報の多くは、提供から1 年 6か月後に特各企業が保有する特許情報を分析するものです。

許公開公報として誰でも閲覧が可能となります。

主な用途

これらの情報は各国ごとにウェブ上で確認することができます。
なお、2021 年の主要国特許出願件数は、日本約 29 万件、中国
1)約 159 万件、米国約 59 万件 であり、これらの情報が日々公開されています。

①競合他社、顧客企業の開発動向調査②提携先、M&A 候補の探索、保有技術の評価
図 3、図 4は、大手水処理会社の保有特許の時系列で分析したものです。大学や大手企業との共同出願数は少なく単独発明が多公開された情報には次の内容が記載されています。

数を占める事（図 3 赤枠）、また、主要の水処理技術の他に、近年

・出願日（書類提出日）、公開日

は運転管理、設計支援に関する特許出願（図4赤枠）
が増えており、・技術分類コード

ソフトウェア関連の開発に注力し始めている傾向が分かります。

図 4 特定企業 技術別出願推移

・権利内容（どのような発明か）・発明者の氏名／権利者の氏名

おわりに・発明の詳細な内容
・発明の内容によっては試験データ（試験条件や試験装置、試

情報分析技術の進歩により低コストで多彩な情報分析が可能に

験結果）なっています。また、特許情報だけではなく、企業情報等を加え複

また、提出された発明がどのような審査の過程を経ているか、ま合的に分析を行う事例も増えており、活用の機会が広がっています。

た権利の維持状況、権利者情報等の付帯情報が特許庁から経過

参考文献

66 月島技報 2023 no.26

1）特許行政年次報告書 , 2023 年版 , p10

月島技報 2023 no.26

67

粉体混合

た添加剤を混ぜ込むのがこのミキサです。どんなものを添加するかと言

パン、ホットケーキやドーナツなどは製粉会社で砂糖や卵、バターなど

いますと、まず色です、正確に言うと顔料です。色のついていないプラを小麦粉と混ぜてミックス紛を作り、それをパン屋さんやお菓子屋さんにスチックはありません。次は耐紫外線強化材で、プラスチックの樹脂は卸すようになりました。このミックス紛を混ぜるのにMTIミキサが使われて陽の光にとても弱いのです。柔軟材も入ります。プラスチック樹脂は固くいます。特にバターやショートニングなどの固形の油脂分を混ぜ込むのもろいのです。ほかに難燃材、安定材、増量剤などさまざまな添加剤がが得意でして、10kgのバターの塊があっという間に混ぜ込まれて見えな加えられます。押し出し成型の前段にそれらを十分混ぜ込む必要がありくなってしまうのには本当に驚かせられます。小麦粉の世界は1バッチます。でもいろいろな添加剤が入りますがそれらは量としてはほんの少しが大きく1トンが標準となります。よって2000Lや2500Lのユニバーサルミなのです。また添加剤は値段が高いのでなるべく少なくしたいのです。

キサの大型機が適用されます。

そのため、添加した少量の添加剤が均等に混ざっていないと性能のばらつきがでてしまいます。だからミキサには結構シビアな要求があります。
CDの透明なポリカーボネート製のケースをご存じと思いますが、じつは原料樹脂はちょっと黄色い色をしていまして、製品はうすくブルーに染め

図 3 EM500B混合槽内られています。このブルーに染める顔料ですがどれくらいの分量を混ぜ
月島機械株式会社 役員室

山口 良二

るかといいますと、50kg容量で100Lぐらいの樹脂に耳かき一杯ぐらいのほんの少しです。ユニバーサルミキサはこれを均等に混ぜないといけな

3. 適用分野の拡大
商売としてはプラスチックだけでは限られてしまいます。他の分野への適用をさがしてゆく必要があります。プラスチック以外にどのような分野いのです。

へ MTIミキサの適用分野を広げていったかをご紹介したいと思います。
プラスチックの次の分野はガスケット、ジョイントシートとなります。私が担当案件を数多くこなしていた2000年以前だとトンボの1000番のガスケッ
図 4 EM2000B型ユニバーサルミキサ

トは良く使いましたがそのガスケット類です。年代としては80年代の終わりから90年代前半です。

粉体混合機・TSK―MTIミキサについてお話させていただきたいと

この当時は主原料として石綿・アスベストが使われていましたがその思います。

発癌性が問題となってきていて、石綿からアラミド繊維への原料の転換

1. MTIミキサの出自
粉体混合をいったいいつからやっていたのかと言いますと、1988年 2月のドイツMTI 社との提携からとなります。それからですので約 35年のが起こっていました。石綿は安くて性能が良くて混ぜやすかったのです

ぜ MTIのユニバーサルミキサが適用されたかと言うと、それはチョッパ

が、代替のアラミド繊維は高価でとても混ぜにくい代物でした。なるべくの存在です。チョッパは混合槽壁に取り付けられていて高速で回転す少なく配合して均一に分散させる必要があったのです。

る混合羽根です。

イントシート、自動車のブレーキ材のコンパウンド製造用にMTIミキサが

まずMTI社はドイツ北部のデトモルト市で1980年代初頭に創業し、ユ採用されました。

ニークな各種ミキサを世に送り出してきたミキサ専業のベンチャー企業で次の分野は人造大理石です。プラスチックですが大理石調のキッチ

す。歴史としては約 40年となります。
（しかしながら新型コロナによるロッペリングループの1社となっています。
） 粉体の混合機として業界で有

図 1 EM100B型ユニバーサルミキサ

ンカウンターやお風呂に使われました。年代は90年代後半からです。
BMC（Bulk Molding Compound）とも言われお風呂や洗面台、
キッチンなどでちょうど使われ始めたところでしたが、ガラス繊維が補強

名なものとしてはドイツのヘンシェルミキサというのがあります。ヘンシェル
社も北ドイツの会社でして、MTI 社も技術の源流はヘンシェル社からき材で使われており、これを樹脂に混ぜ込むのに各社苦労されていましています。
（ヘンシェル社も同じくチェッペリングループの１社になっていまた。MTIミキサは原料を一括して投入して、混合すると数分で混合す。
）ヘンシェル社は実はもう一つ歴史上で名前が出てきます。それは混練りが完了します。ですがこの当時ガラス繊維は別のミキサで予備

第二次世界大戦中のドイツの戦車の砲塔でして、ヘンシェル砲塔とポル混合して、繊維を開いて（開繊と言います）
から投入し、液状の原料樹

シェ砲塔という名前がでてきます。ポルシェ砲塔のポルシェはあのスポー

脂とそれなりの時間をかけて混合・混練りをしていました。しかし時間をツカーのポルシェです。性能は分かりませんが恰好だけ見るとやはりポかけて混練りすると肝心のガラス繊維が折れてしまうというジレンマを抱

2. 黎明期の主な用途
MTIミキサやヘンシェルミキサの開発上の主な用途はプラスチックです。じつはプラスチック樹脂というものはさまざまな添加剤を加えないと

68 月島技報 2023 no.26

図 5 チョッパ

えていました。当時私たちが一括投入して数分で仕上がると言っても、ルシェ砲塔のほうが恰好良く見えます。

まったく使えないしろものなのです。プラスチック樹脂にその用途に応じジョイントシート、人造大理石、小麦粉プレミックスの3分野ですが、な

ちょうど新しいミキサが求められているタイミングでして、ガスケット、ジョ

歴史となります。今回その歴史を紐解いてみたいと思います。

クダウンなどによりMTI 社は経営に行き詰まり、身売りして現在はチェッ

4.「チョッパ」〜 MTIミキサの特長

図 2 EM500B型ユニバーサルミキサ

どのお客様にもまったく信じてもらえませんでした。とにかくテストしてくだ

高速で回転して材料に剪断力を与えるのですが、これがアラミ
ド繊維

さいとお願いしてやっとテストしてもらい、実際の混合を見て初めて驚きを開く、ガラス繊維を開く、固形油脂を細かくするなどの作用により短時とともに納得していただいていました。納得いただけたらもちろんすぐ受間の混合を実現しています。このチョッパの存在により混合と剪断という注となりました。

機能が分離していることが、TSK―MTIユニバーサルミキサの大きな

次は小麦粉のプレミキシングです。これは2000年頃からでしょうか。

特長です。

月島技報 2023 no.26

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これら主要 3分野以外のどんなものがあるかと言いますと、

反転ミキサは混合槽を分離しミキサ本体と合体して反転させるとても・お菓子でウエハースにはさまれたチョコレートペーストの混練り

ユニークなミキサです。ミキサへの投入と排出を機能分離していることが・焼結金属用鉄粉のプレミックス

特長で、FAの粉体計量システムとのコラボレーションも実現しています。

・IC封止材の混合

当社の機械は大量生産用の連続機が多いのですが、MTIミキサは・電池材料

バッチにこだわり、混合や乾燥の分野で特長ある機械となっています。

・粉体塗料
・医薬品原体、農薬原体
・PVC樹脂冷却
・小麦粉冷却などがあります。

5. 乾燥機／冷却機としてのMTIミキサ
MTIミキサは今までお伝えしてきましたように混合機ですが、もう一つの側面があります。それは乾燥機としての側面です。2010年頃からでしょうか。ミキサと同じ構造でバッチの乾燥機として使うことができます。
あるお客様からミキサの一種としてではなく別の商品として扱うべきと言図 7 MM500反転ミキサ

われて「バキュームミキシングドライヤ」と名づけました。ジャケットから加温し、真空ポンプで減圧して乾燥します。バッチでのppmオーダーまでの精密な乾燥が可能となりますし、また大きな乾燥性能も発揮します。
実績で金属紛の乾燥において平米時間当たり80kg〜90kgのデータもあります。
この頃はテスト依頼も乾燥関係が混合より多くなり、R&Dセンターでのテストも乾燥主体となってきています。
MTIミキサシリーズにはいろいろなミキサがあります。いままでお話してきたのは主にユニバーサルミキサですが、他のミキサたちも少し説明させてください。
・システムミキサ：竪型高速ミキサと横型クーラーミキサのコンビネーショ
ンミキサ（PVC用）

図 8 MM500反転ミキサ混合時

・反転ミキサ・横型ミキサ

6. MTIミキサが拓く新分野などがあります。

さてこれからですが、近年は持ち込まれる案件は難易度の高いものが多くなってきています。プラスチックをただ混ぜるだけと言った単純な案件はほとんどありません。混合後に乾燥するものなどテストも時間のかです。

かるものが多くなっています。これらの案件をお客様と一緒にじっくり取り
組んで、新しい世界を切り開いてゆきたいと考えています。

会社情報

横型ミキサは粉体当たりの伝面を大きく取れるので、粉体の冷却用のミキサとして採用されています。PVC 樹脂の冷却、小麦粉の冷却など

図 6 K400型横型ミキサ

70 月島技報 2023 no.26

月島技報 2023 no.26

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会社概要
名称

月島ホールディングス株式会社
TSUKISHIMA HOLDINGS CO.,LTD.

代表取締役社長

川﨑 淳

創業

明治38年
（1905年）8月

資本金6,646百万円

従業員数

3,556名（連結）104名（単体）（2023年10月1日現在）

本社〒104-0053 東京都中央区晴海3-5-1
TEL.03-5560-6511 FAX.03-5560-6591

八千代事業所ヨーロッパ〒276-0022 千葉県八千代市上高野1807番3
R&Dセンター
TEL.047-494-4300 FAX.047-494-4321

中国

札幌支店
室蘭（工場）
台湾

ハノイ
ムンバイ

関連会社・事業所・事務所

タイランド

月島JFEアクアソリューション
（株）〒104-0053 東京都中央区晴海3-5-1
TEL.03-5560-6031 FAX.03-3533-4103

月島機械
（株）
〒104-0053 東京都中央区晴海3-5-1
TEL.03-5560-6427 FAX.03-3536-0575

東日本支社・東京支店〒104-0053 東京都中央区晴海3-5-1
TEL.03-5560-6541 FAX.03-5560-6593

室蘭工場〒051-0006 北海道室蘭市茶津町35-2
TEL.0143-57-1100/1101 FAX.0143-57-1102/1103

関東支店〒104-0053 東京都中央区晴海3-5-1
TEL.03-5560-6542 FAX.03-5560-6593

室蘭工場八千代分室〒276-0022 千葉県八千代市上高野1807番3
TEL.047-419-6770 FAX.047-419-6777

西日本支社 ・大阪支店・
関西支店〒541-0048 大阪市中央区瓦町3-6-5（銀泉備後町ビル）
TEL.06-6229-1331 FAX.06-6229-1415〈海外〉
ジャカルタ駐在員事務所

札幌支店〒060-0807 札幌市北区北七条西4-1-2（KDX札幌ビル）
TEL.011-726-0510 FAX.011-726-0520

仙台支店〒980-0014 仙台市青葉区本町1-11-2（SK仙台ビル）TEL.022-227-9267 FAX.022-223-0316

横浜支店〒231-0012 横浜市中区相生町3-56-1（KDX 横浜関内ビル 12 階）TEL.045-651-7331 FAX.045-664-5086

名古屋支店〒450-0003 名古屋市中村区名駅南1-17-29（広小路ESビル）
TEL.052-581-2378 FAX.052-581-1624

中国支店〒730-0015 広島市中区橋本町10-10（広島インテス）
TEL.082-227-3093 FAX.082-223-8771

福岡支店

沖縄営業所

技術拠点/川崎オフィス〈海外〉
ハノイ駐在員事務所〒810-0062 福岡市中央区荒戸2-1-5（大濠公園ビル）TEL.092-741-5736 FAX.092-761-4806〒901-2131 沖縄県浦添市牧港2-54-2（沖縄土木設計ビル）
TEL.098-874-5793 FAX.098-874-6262〒212-0013川崎市幸区堀川町580番地ソリッドスクエア西館

Hanoi Representative Oﬃce
Unit 13-03A, Prime Centre, 53 Quang Trung Street,
Hai Ba Trung District, Hanoi, Viet Nam
TEL. +84-(0)24-3766-9965/9967/9968
FAX. +84-(0)24-3766-9969

ヨーロッパ駐在員事務所

ムンバイ駐在員事務所

マレーシア
シンガポール

仙台支店

ジャカルタ

サンエコサーマル（株）Jakarta Representative Oﬃce
Setiabudi Atrium 2nd Floor, Unit 207 Jl. HR. Rasuna Said
Kav. 62, Kuningan, Jakarta 12920, Indonesia
TEL. +62-21-521-0491/0492 FAX. +62-21-521-0490

月島ジェイテクノメンテサービス（株）西日本支社、大阪支店、関西支店

Europe Representative Oﬃce
Tullastraβe 64 76131, Karlsruhe, Germany
TEL. +49-721-9-64-56-785 FAX. +49-721-9-64-56-10

大同ケミカルエンジニアリング
（株）
沖縄営業所

Mumbai Liaison Oﬃce
903A, Raj Horizon, Ramdev Park Road, Mira Road East,Thane 401107, Maharashtra, India
TEL. +91-9967645572

八千代事業所（R&Dセンター）
室蘭工場八千代分室

名古屋支店

本社
中国支店

月島ホールディングス（株）
月島JFEアクアソリューリョン
（株）東日本支社、東京支店、関東支店

月島機械（株）月島環境エンジニアリング（株）〒104-0053 東京都中央区晴海3-5-1
TEL.03-6758-2310 FAX.03-6758-2324

月島環境エンジニアリング
（株）
福岡支店

月島ビジネスサポート（株）〒104-0053 東京都中央区晴海3-5-1
TEL.03-3533-4824 FAX.03-3536-0968

プライミクス（株）

サンエコサーマル（株）〒322-0017 栃木県鹿沼市下石川737-55
TEL.0289-72-0371 FAX.0289-72-0381

月島ジェイアクアサービス機器（株）川崎オフィス
横浜支店
三進工業（株）大同ケミカルエンジニアリング（株）〒530-0053大阪市北区末広町3-3（大同パークサイドビル）
TEL.06-6312-6621 FAX.06-6312-6626

月島ホールディングス株式会社ホームページへの掲載のお知らせ

月島JFEアクアソリューション
（株） グループ会社

三進工業（株）〒210-0861 神奈川県川崎市川崎区小島町4-4
TEL.044-266-0272 FAX.044-266-0271

月島ジェイテクノメンテサービス（株）〒135-0031 東京都江東区佐賀1-3-7（月島ホールディングス永代ビル）
TEL.03- 5245-7150 FAX.03- 5245-7155

プライミクス（株）〒656-2306 兵庫県淡路市夢舞台1-38
TEL.0799-72-0080 FAX.0799-72-0040

これにより、
バックナンバーの技術情報が検索確認できるほか、いままで冊子版をお届けできていなかったお客様にも広く

月島ジェイアクアサービス機器（株）〒436-0038 静岡県掛川市領家1450番地
TEL.0537-24-5531 FAX.0537-24-5518

月島機械（北京）有限公司TSK ENGINIEERING CHINA CO., LTD.
A1207, Vantone New World Plaza, No.2, Fu Cheng Men Wai St., Beijing, China
TEL. +86-10-8590-6595 FAX. +86-10-8590-6593
BOKELA GmbH
Tullastraβe 64 76131, Karlsruhe, Germany
TEL. +49-721-9-64-56-0 FAX. +49-721-9-64-56-10

ご覧いただけます。環境技術で世界に貢献し未来を創る、
月島ホールディングスグループの技術情報をぜひご利用ください。

▶ https://www.tsk-g.co.jp/tech/research/technoreview

編集後記

関連会社（海外）
TSKエンジニアリング タイランド（株）
TSK ENGINEERING THAILAND Co.,Ltd. 㲉TET㲊
14th Floor, Room No.1404, United Center Building, 323 Silom Road, Bangrak,
Bangkok 10500, Thailand
TEL. +66-2-231-1726 FAX. +66-2-231-1731

月島技報は、
ホームページからも閲覧できます。過去に発行しましたTSK技報もご覧いただけます。

月島エンジニアリング マレーシア（株）
TSUKISHIMA ENGINEERING MALAYSIA Sdn. Bhd. 㲉TEM㲊
月島エンジニアリング シンガポール（株）
TSUKISHIMA ENGINEERING SINGAPORE Pte. Ltd. 㲉TES㲊
Suite 16.04-05, 16th Floor, Wisma MCA, 163 Jalan Ampang, 50450
Kuala Lumpur, Malaysia
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FAX. +60-3-2162-8377
TSKエンジニアリング 台湾（株） TSK ENGINEERING TAIWAN Co.,Ltd. 㲉TETA㲊
6th Floor, No. 24, Minsheng West Road, Zhongshan District, Taipei City, Taiwan
R.O.C
TEL. +886-2-2523-6975 FAX. +886-2-2521-1429

私たちは２０２３年４月より持株会社体制へ移行し、「月島ホールディングス
株式会社」
として新たなスタートを切りました。技報は創刊号より「TSK技報」
として発刊してきましたが、「月島技報」と改め、グループ会社の研究開発成果や新製品を紹介していくこととしました。今号はグループ６社から時代の変化
や社会ニーズに合わせた最新技術を紹介させていただきます。
これからも多くの方々に月島ホールディングスグループの技術情報をお届けできるよう努めて参ります。

山本 真一

月島技報 NO.26 2023
発行日：2023年12月15日

問い合わせ先：giho@tsk-g.co.jp

発行：月島ホールディングス株式会社 技報編集委員会
総 責 任 者：森 孝行
編 集 委 員 長：山本 真一
副編集委員長：本間 友基
小林 俊樹
越智 崇
編 集 委 員：上田 厚志
河岸 正泰
山根 陽一
栄川 満
石井 究
栗田 新平
新田 博文
菊池 尚仁
竹森 進也
新川 正人
長谷川 雄一 今井 淳一
鈴木 健治
坂田 英子

倭 常郎
津崎 裕也
久保田 昌宏近藤 尚子
2312500A･N

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月島技報 2023 no.26

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