ISSN 2436-7516

最良の技術を、多彩な分野へ
TSK技報
no.25

技報

2022
TSK TECHNICAL REVIEW

論文1

二次電池開発新型晶析装置論文2

排熱利用型TSA（Thermal Swing Adsorption）
式
消化ガス中シロキサン除去システムの開発

ww w. ts k -g . c o . j p

TSK TECHNICAL REVIEW

2022
December

No . 25
月島機械株式会社

月島機械株式会社

環境技術で世界に貢献する月島機械
当社は、1905 年の創業以来100 有余年にわたり、産業の基盤となる装置・プラント設備や、日常生活に欠かせない上下水道設備、
さらには環境保全設備など、常に社会とそこに暮らす人々の想いに「技術」をもって応えてまいりました。
これからも私たち月島機械は、「最良の技術をもって産業の発展と環境保全に寄与し、社会に貢献する」という企業理念のもと、これまでの技術をより進化させていく所存です。
また、国際社会全体の課題である地球温暖化防止のために、環境技術で世界に貢献してまいります。

2 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 3

CONTENTS

目次
6

巻頭言

6

Foreword

最良の技術をもって産業の発展と環境保全に寄与し、社会に貢献する

No.25 2022

Tsukishima Kikai Co., Ltd. Executive Officer Senior General Manager, Procurement Management Division
MORI Takayuki

月島機械株式会社 調達管理本部 本部長 執行役員 森 孝行

8

論文 1

二次電池開発16

8

新型晶析装置

津崎 裕也

論文 2

22

川上 健志

銅谷 陽・手嶋 勝弥

奥田 直之

自動化システム実証研究紹介

4347

町田 高穂・国分 剛

50
小山 達也

技術・製品紹介 6

65
68

松原 一樹

月島今昔物語

乾燥
86

森 彰宏

月島茶房

ポイントサービスの今後を会計的視点で考える
82

相馬 悠佑

68

会社概要・編集後記

諏訪 聡

NISHIKAWA Hiroshi

Technology / Products 6
FURUKAWA Tomohiro

Introduction of Products 1

IIDA Yuki / SAWAHARA Hiromichi

Introduction of Products 2

Actual operation of the Rono-press delivered to Omura City

ENOBI Katsuhiro

Introduction of Products 3

Chemical Plant Construction in Phu My3 Specialized Industrial Park

CHIBA Shotaro

72

Introduction of CAE Group Part6

SOMA Yusuke

76

Introduction of R&D Center

MORI Akihiro

80

Tsukishima Teahouse

82

Tsukishima Tales of Times Now Past

86

Corporate Profile / Editor’s Note

R&Dセンター紹介

下水汚泥由来の脂質分析方法
80

65

解析グループ紹介 Part6

流体解析手法編 〜格子法と粒子法その２〜
76

千葉 翔太朗KOYAMA Tatsuya

Technology / Products 5

Operational performance and effects of a sewage sludge digestion equipment
at the Nakagawa Water Circulation Center

栄野比 勝広

実績紹介 3

ベトナム南部 フーミー 3 特別工業団地における化学プラント建設実績
72

62

実績紹介 2MISHIMA Jin

Technology / Products 4

Introduction of a small scale solid-liquid separation equipment for a pilot plant

飯田 裕樹・澤原 大道

MACHIDA Takao / KOKUBUN Takeshi

Technology / Products 3

Introducing the self-circulatingCIP dissolving tank mixer “MIXILATOR”
58

大村市納入ロノプレス ® の実稼働について

表紙の写真

54

古川 智浩

実績紹介 1中川水循環センターにおける汚泥消化設備の運転実績・効果

Technology / Products 2

Application of PET chains and Earthquake resistant mechanism
to Plastic chain flight type sludge collector

技術・製品紹介 5
西川 宏

FUJIHIRA Yoshinori / YAMAMOTO Minoru

Technology / Products 1

Expansion of the 3D design utilization

パイロットプラント向け小型固液分離装置の紹介
62

47

技術・製品紹介 4

自己循環式 CIP溶解槽ミキシレータ ® の紹介
58

Introduction of Research 3

Energy self-sufficient incinerator system at Tobu Sludge Plant

樹脂製チェーンフライト式汚泥掻き寄せ機への
PETチェーンおよび耐震機構の適用
54

43

技術・製品紹介 3
三島 仁

OKUDA Naoyuki

Introduction of “Research on low-cost sludge reduction technology using a biomass boiler to contributetoward widespread adoption of sludge treatment in small- and medium-scale plants”
KAWAKAMI Takeshi / UMEZOME Toshiyuki

技術・製品紹介 2

3D 設計活用の拡大
50

38

DOYA Yo / TESHIMA Katsuya

Introduction of Research 2

Introduction and demonstration of an automated jar testing system developed
using a small 4-axis robot and IoT technology

藤平 祥孝・山本 稔

技術・製品紹介 1

東部スラッジプラントにおけるエネルギー自立型焼却システム

KAWAKAMI Takeshi

Introduction of Research 1

Decomposition of refractory compounds using photocatalysts
32「中小規模処理場間の広域化に資するバイオマスボイラによる低コスト汚泥減量化技術実証研究」の紹介
川上 健志・梅染 俊行

Paper2

Production technology development for next-generation cathode materials using the Flux method
28

研究紹介 3

小型 4 軸ロボットと IoT 技術を用いた分析作業の38

22

研究紹介 2

光触媒を用いた難分解性成分の分解
32

TSUZAKI Hiroya

Development of TSA (Thermal Swing Adsorption) system
for removing siloxane from digestion gas using waste heat

研究紹介 1

Flux法による次世代正極活物質製造技術の開発
28

Development of a secondary battery: a new crystallizer
16

排熱利用型 TSA（Thermal Swing Adsorption）式消化ガス中
シロキサン除去システムの開発

Paper1

MATSUBARA Kazuki
SUWA Satoshi

富士山と河口湖畔の桜と逆さ富士

4 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 5

巻

頭

言

企業理念

最良の技術をもって

1. わが社は最良の技術をもって産業の発展と産業の発展と環境保全に寄与し、

1. わが社は市場のニーズを先取りし、社会に貢献する

1. わが社は創意と活力によって発展し、環境保全に寄与し、社会に貢献します

最良の商品とサービ スを顧客に提供します

豊かで働きがいのある企業をめざします

月島機械株式会社
調達管理本部 本部長
執行役員

森 孝行

「最良の技術をもって産業の発展と環境保全に寄与し、社会にハンドリングを活用し、二次電池関連の技術開発などを通じて温

個人の挑戦が個人の成長につながり、それが組織の成長となり、

価選定、監視モニタリング、取引評価の要素に対してサステナ貢献する」、当社の企業理念である。思い起こせば今から約 30

室効果ガス排出を抑制する取り組みを行っています。このように最終的に会社の成長となり正の循環となる。皆様とともに成功体

ビリティの要素を加えていく必要があると考えています。

験を重ねていきたいと考えています。

当社は創業 117 年の歴史があり、先輩方の努力のおかげでこ

年前、北海道の大自然の中で育った私が修学旅行で夜行列車

環境技術によって、持続的な開発目標（SDGs）の達成に向けて、を乗り継ぎ夜明けの窓から見たのは、本来青空であるはずの空

ESG 戦略としてマテリアリティを抽出し、それらに向けて取り組み

最近は米中貿易摩擦による外需低迷、新型コロナウィルス感

こまで成長することができました。しかしながら、当社を取り巻く事が大気汚染で薄暗い灰色で曇った東京の姿であった。
「何とかしの方向性を示しています。今回の技報においてもこのようなテー

染拡大影響による経済活動の抑制、ロシアウクライナ問題など

業環境が急速に変化し、かつ企業に求められる責任に対して当たい」、そこから私の進路が決まったように思う。

マでの報告が多数なされており、当社技術の進歩が伺えます。しにより、半導体などの調達難、輸送輸出の見通しが不透明、資社グループが持続的な成長を目指すために経営体制を持株会社

かしながらESG 戦略の達成のためには、技術だけではなく顧客源高の影響など調達範囲においてもとても大きな影響があります。

体制へ移行することになりました。持株会社はグループ戦略およ当社は、環境技術で世界に貢献するために水環境事業においては、嫌気性消化設備によりバイオガスを製造しそれを原料と要求事項や適用される規制要求事項を満足するために顧客の調達としての視点でESG 活動を見たときに、取引先と相互の企

び経営管理を担い、事業会社は意思決定の迅速化を図ることでして発電、汚泥から固形燃料を製造し自給 エネルギー使用や地ニーズをいかに理解してその期待をいかに超えるか、目標に対す

業価値の向上を目指した調達活動となるために、公平かつ公正グループ経営の効率化およびガバナンスのさらなる高度化を推域への熱供給、さらには地域 バイオマスの有効利用による汚泥

るPDCA サイクルを確実に回すなどの従業員ひとりひとりが当社

で品質、価格、供給安定性、技術力、環境方針、安全確保、コ

進し、当社グループの企業価値向上を目指すことになります。

処理の広域化などを通じて循環型社会・脱炭素社会の構築、さ品質方針を理解すること、活動を行うにあたり地球環境に与える

ンプライアンスなどの取り組みを総合的に考慮した合理性のある「最良の技術をもって産業の発展と環境保全に寄与し、社会にらには再生可能 エネルギーの創出に貢献しています。産業事業影響を認識評価し、経済的、技術的に可能な範囲で環境マネジ取引を行う必要があります。

貢献する」この企業理念を改めて心に刻み込み、皆様とともにさにおいては、リチウムイオン二次電池材料の正極活物質を製造

メントシステムを推進していくことが重要です。そしてこれらを行う

このようにサプライチェーン上で社会的配慮を行うことが持続するためにコア技術である晶析、固液分離、乾燥、混合、粉体

ことができるのは最も重要な経営資源である従業員の皆様です。

可能を目指す取り組みとなります。今後、調達方針、取引先の評

6 TSK 技報 2022 no.25

らなる発展を目指していきましょう。

TSK 技報 2022 no.25 7

論文

1

また、次世代電池候補の一つである全固体電池は、現在の三元系

2 二次電池市場における技術動向

における液体電解質を固体電解質に置き換えることで、三元系におけ二次電池開発 新型晶析装置
Development of a secondary battery: a new crystallizer

二次電池に求められる性能は大別して以下の４つである。
（1）高容量（高エネルギー密度）【全固体電池（次世代電池）】（2）高出力・固体電解質の適用により、液体電解質を使用している従来のリチウム（3）低コスト

イオン電池における液漏れ、発火などの心配がなく、安全性が高い。

（4）安全性、長寿命

・液体電解質を使用した従来のリチウムイオン電池では、安全性の現在、車載用に普及しているリチウムイオン電池は、三元系とリン酸鉄系の二種類が主流であるが、それぞれに一長一短がある。三元

TSUZAKI Hiroya
産業事業本部
単体機器技術部
新事業開発グループ

観点から使用できなかった電池材料が適用できるようになり、さらなる高容量化が期待されている。

系はエネルギー密度が高く、低温時にも比較的安定した出力が得られ・電解質が固体であるため、液体電解質に比べ、イオン伝導性が低く、るため、小型でありながら、長い航続距離が必要とされる乗用車向け

出力を上げにくい。液体電解質と同等の伝導性を持つ材料開発がThe secondary battery market has been rapidly growing recently, together with the devel-の電池として適用されてきた。しかし、希少金属のコバルトを用いるた

当面の課題。

opment of materials that improve battery performance, resulting in higher capacity and

めコストが高いこと、エネルギー密度を高めるほど高温における安全

以上の内容は、現在、二次電池分野で取り組まれている材料開発

Abstract

津崎 裕也

る高容量化に伴う安全性の低下を改善することが期待されている。

output. Reducing the particle size is an effective method to improve battery performance,性が低下するというデメリットがある。一方、リン酸鉄系は、コバルトを

which can be produced by adjusting conventional crystallization technology. Although

使用しないため、三元系よりコストで2 〜 3 割安く、熱安定性が高いたの一部であり、次世代電池用の材料開発は多岐に渡る。
ここで筆者が考えるのは、当社のような装置メーカーが当該分野のthe production of small fine particles needed for a higher battery performance is difficult,

め安全性の面でも勝る。反面、エネルギー密度が低く、出力も低いた

次世代材料開発に対し、貢献できる技術は何かである。

we succeeded in developing the crystallization method. The crystallizer can transfer high-め、比較的航続距離が短く、電池の設置スペースに余裕のあるバスな「高容量化」、「高出力」、「高い安全性」、「低コスト材料」などを目

efficiently strong shear force to the reaction field, which reduces the particle size. The

どの大型車に搭載されるケースが多かった。
（表１参照）

developed technology reduced the particle size of the high-capacity battery materials down
to an average of 1-3μm, which to the best of our knowledge has never been done before.
近年、成長著しい二次電池市場では、さらなる高容量・高出力化などの電池性能の向上を目的とした材料開発もまた日進月歩で進んでいる。電池材料の性能を向上させる手段として、「微粒子化」は有効な手段であり、従来技術では、晶析工程でのプロセス条件の調整によって、微粒子を製造する製法が一般的をさらに引き出すサポートとしてできることは何かを考えた時、「微粒子

来、電池材料の性能はさらに向上していくと考えられる。以下に、想定化」というキーワードが浮上してくる。同じ素材の材料においても、微される今後の材料改良・改善の技術動向を示す。

粒子化することによって比表面積は増大し、反応性が向上する。その【三元系の正極材料開発】

ものの持つ性能をさらに引き出す有効な手段である。

・さらなる高容量化 → ニッケル含有率の高いハイニッケル系金属

当社の開発技術におけるキーポイントは、従来、微粒子化が困難と水酸化物へされていた材料を「微粒子化」することである。現在、電池の高容量微粒子化化を目的に適用が研究されているハイニッケル系金属水酸化物の微→ コバルトフリー

粒子化を事例として開発技術の概要と期待される効果を後述する。

に用いられてきた。
しかし、より高性能を目指すためにさらなる微粒子化を図るには、従来の微粒子化技術

・さらなる高出力→ことで、従来技術では微粒子化が困難とされてきた高容量電池材料を平均粒子径 d50で 1〜 3μmまで・コスト低減微粒子化する晶析方法、および、晶析装置の開発に成功した。

【リン酸鉄系の材料開発】

キーワード：微粒子、剪断力、晶析装置、
リチウムイオン電池、金属水酸化物、
Keyword：Fine particle 、Crystallizer 、Shear force 、Lithium Ion battery 、Metal hydroxide

・高容量・高出力だけでは、困難となってきている。本開発では、微粒子化に有効な強剪断力を高効率に反応場に伝達する的とし、電池材料メーカー、電池メーカーが開発した電池材料の性能

ただし、これは現時点の性能であり、日々の技術革新により、近い将

→

微粒子化

表 1 リチウムイオン電池の種類と比較
Table1 Types and comparison of Lithium ion battery

1 はじめにである中和反応晶析法（共沈法）、および、晶析装置の開発に取り組んできた。そして、この度、正極材の高容量化に向けて、昨今、適用

近年、電気自動車や電子機器の普及に伴い、二次電池市場の成検討が進められているニッケル含有率 90% 以上のハイニッケル系金長は著しく、2022 年現在、約 400GWhとされる世界市場は、2030 年ま

属水酸化物において、実現が困難とされていた微粒子（平均粒子径

でに3 〜 5 倍の1,200 〜 2,000GWhまで拡大すると予想されている。同

d50 が 3μm 以下の粒子）の製造に成功した。微粒子化による粒子の時にさらなる高容量・高出力化などの電池性能の向上は、今後の電比表面積増大は、電池の高出力化に効果的であり、本開発技術によ池市場の成長にも大きく影響を及ぼす課題であり、電池材料メーカー、り製造されたニッケル含有率 90% 以上のハイニッケル系金属水酸化電池メーカーでは、現在も日進月歩で技術開発が進められている。

物の微粒子材料は、高容量、かつ、高出力の機能を併せ持つ、高機

電池材料は、大きく分けて、正極材、負極材、電解質、セパレータから構成されており、中でも正極材は、電池容量や出力といった電池
性能を左右する主要材料である。

能材料として期待される。
本稿では、本開発技術の概要、および、期待される効果について紹介する。

当社では、これまで正極材の主原料である金属水酸化物の製造法

8 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 9

論文 1

二次電池開発新型晶析装置Development of a secondary battery: a new crystallizer

3 技術課題

3.2 技術課題

3.1 技術要求

属水酸化物の品質目標値を以下のように定めた。

本開発では、高容量・高出力を両立するためのハイニッケル系金リチウムイオン電池の機能性向上に向け、三元系リチウムイオン
電池においては、さらなる高容量化とコストダウンのためにコバルト含有率を下げ、代わりにニッケルの含有率を上げたハイニッケル系金属

3.2.2 剪断力による微粒子化の課題

2）剪断力の伝達効率の向上

プロセス条件の調整以外に結晶を微粒子化する手段として、晶析

中和反応晶析における反応時間は、0.001sec 未満と非常に短いた装置における攪拌力や剪断力を上昇させることで粒子径の成長を抑め、晶析装置内における反応場は極微小な領域になる。一方、攪

制する技術が研究されている。以下に、従来の攪拌槽型晶析装置に

拌翼における高剪断領域は攪拌翼先端部であり、こちらもまた、極おける技術課題を記す。

微小な領域である。これら二つの極微小領域が合致しなければ、

1）剪断力の向上

効率良く攪拌翼の剪断力を反応場へ伝達することは難しい。その水酸化物の適用が研究されている。従来の電池材料のニッケル含有

ニッケル含有率 90% 以上という目標値は、現在、各電池材料メー

従来の攪拌槽型晶析装置では、一つの攪拌翼で晶析装置内を均率は50 〜 70%であったが、昨今は、ニッケル含有率が 80% 以上のカーにて高容量化の目的で目標とされている数値を採用した。また、一攪拌するための循環流を形成することと反応場へ局所的に剪断

料液を供給しなければならない。しかし、高速で回転する攪拌翼の材料の実用化が進んでおり、すでに平均粒子径 d50＝3 〜 15μmの平均粒子径 d50の目標値は、現時点の中和反応晶析技術では、製力与えるという二つの仕事を果たさなければならない。そのため、至近距離に固定の原料液供給配管やノズルを設置するには、装実現のためには、中和反応時間の短さを考慮し、攪拌翼直近へ原粒度範囲で、用途別に粒子径の異なる材料が作り分けられている。し品品質の低下を引き起こすことなく微粒子化することが困難とされる3循環流へ動力を割いた分、剪断力は低下してしまう。逆に、動力を置が大型化するほどに高い製作精度が必要となる。工業規模の大かし、平均粒子径 d50 が 3μm 未満の材料はほとんど流通していない。

μm 以下の微粒子領域とした。

剪断力に割り振り過ぎると晶析装置内の均一攪拌に必要な循環流型装置においても高い製作精度を必要とせず、極微小反応場へ

また、材料メーカーにおいて、さらなる高容量化を目的として研究段階

3.2.1 プロセス条件による微粒子化と留意点にあるニッケル含有率 90% 以上の材料に至っては、3μm 未満の材料の製造は困難とされている。
これは、正極材の高容量化のために金属水酸化物中のニッケル含を十分確保できなくなる。
（図 3）

高効率に強剪断力を伝達する構造設計が求められる。

粒子径を小さくするために、晶析装置内における結晶の滞留時間をそのため、装置内を均一に攪拌するために最低限必要な循環流を

粒子形状の悪化などの品質低下を招くことなく、ハイニッケル系金短くする、または、pH 値を高くすることは一般的に知られている方法で確保しつつ、反応場へは強力な剪断力を伝達する機構、および、属水酸化物の微粒子を製造する際の技術課題を図 4にまとめる。

ある。しかし、過度な滞留時間の短縮や高いpH 値は、一次粒子の微攪拌翼が求められる。

微粒子化するための強剪断力を高効率に反応場へ伝達する技術

有率を増加させるほど、中和反応晶析法で得られる金属水酸化物の細化や二次粒子の球形度（※ 1）の低下など、結晶品質の低下を引き

粒子径が増大し易くなるためである。

起こす。球形度の低下は、電池内における正極材料の充填密度を低

この現象は、中和反応晶析による三元系金属水酸化物の生成プロ

下させ、電池容量や出力の低下につながる。そのため、滞留時間やセスにおける各金属の溶解度の差に起因する。原料液となるニッケル、pH 値の調整は、結晶品質を維持する範囲内で行うよう留意が必要でコバルト、マンガンの硫酸塩水溶液に対し、反応液である苛性ソーある。

ダ、錯化剤としてのアンモニアを添加し中和反応晶析を行う場合、ア（※ 1）球形度＝（粒子投影像の面積円相当径）／（粒子投影像のンモニアと錯体を形成するニッケルとコバルトは錯体を形成しないマ

外接最小円の直径）

ンガンに比べ溶解度が高く、さらに、ニッケルはコバルトに比べ溶解

本方法は、ニッケル含有率の低い金属水酸化物の粒子径を小さく度が高い。すなわち、溶解度の順位は、高い順にニッケル＞コバルトするためには有効な方法であるが、粒子径が大きくなりやすいニッケ＞マンガンとなる。このため、ニッケル含有率の増加は、溶液中におル含有率 90% 以上のハイニッケル系金属水酸化物においては、3μける金属の溶解度を上げ、過飽和度を低下させる。過飽和度の低下

m 以下の微粒子を生成する場合、過度の滞留時間の短縮や高いpH

は、核発生速度の低下と相対的な結晶成長速度の上昇を促し、粒子値設定を必要とする。図 2に当社製渦流式晶析装置におけるニッケ

径の増大に繋がると考察する。

ル含有率別、滞留時間と平均粒子径の相関関係を示す。

前項で述べたとおり、電池性能には、高容量化と同時に高出力化

従来の攪拌槽型晶析装置に比べ、高い攪拌効率を有する渦流式が求められる。微粒子化は電池の高出力化を引き出す有効な手段で晶析装置では、ニッケル含有率 83% や 90% 以上のハイニッケル系金あると同時に、電池内のおける電池材料の充填密度を向上させる上属水酸化物において、平均粒子径 d50を3μm 台まで微粒子化するでも効果的である。この意味で微粒子化が困難とされつつも、高容量ことを達成した。しかし、目標とする3μm 以下の微粒子を生成するた化の材料として注目されているハイニッケル系金属水酸化物を微粒子

めには、さらに滞留時間の短縮や pH 値を上げていくことになり、徐々化することは、高容量化と高出力化を両立させるために効果的な手段に粒子形状が悪化していく。そのため、目標達成のためには、プロセと考えられる。
（図 1）

ス条件による調整以外にも微粒子化を図る手段の必要性が生じた。

図 1 電池性能向上のための技術要求
Fig.1 Technical requirements for improvement of battery performance

10 TSK 技報 2022 no.25

が課題解決のキーになる。

図 2 滞留時間と平均粒子径の相関関係（ニッケル含有率別）
Fig.2 Correlation between residence time and average particle size

図 3 従来の攪拌翼における課題
Fig.3 Issues of conventional agitation blades

図 4 ハイニッケル系金属水酸化物の微粒子化における技術課題
Fig.4 Technical issues to reduce the particle size of high nickel type metal hydroxide

TSK 技報 2022 no.25 11

論文 1

二次電池開発新型晶析装置Development of a secondary battery: a new crystallizer

れた回転噴霧式多孔円筒翼である。リアクタ内部は満液状態で攪拌

4 開発の概要

されているため、軸シールにメカニカルシールを採用した完全密閉構

4.1 開発コンセプト

造となっている。
（図 6）

開発機の概要を図 5-aおよび 5-bに示す。剪断力の伝達を担うリアク
タ部と循環流を担う循環ポンプが配管で接続されたループ型の晶析装置である。剪断力と循環流の機能を分けることで、リアクタ部では剪

4.2.1 高い剪断力伝達効率
極微小の反応場へ剪断力を高効率に伝達することが、微粒子化において肝要であることを先に述べた。

断力を付与

5 開発の効果

4）多孔円筒翼外周とケーシング内壁とのクリアランス調整による剪断
4 項で紹介した開発ポイントの効果を以下に紹介する。

力調整
4.2.3 製品品質を低下させない粒子径制御
剪断力と循環流の機能を分けたことにより、リアクタ部は剪断力の伝

5.1 強剪断力

達に特化した攪拌が可能となったことを先に述べた。この機構改良に本開発機にプライミクス社製フィルミックス ® に採用されている多孔
円筒翼を採用するに至ったのは、一般的に強剪断力を生み出すとして断力に特化した攪拌を行うことができ、強い剪断力を反応場へ伝えるこ

開発機の攪拌翼は、原料液を分散するノズルと攪拌翼が一体となっよる大きなメリットは、攪拌翼の周速調整のみで粒子径の制御が可能とが可能となる。また、一般的な攪拌槽型晶析装置では、一つの攪拌た構造を採用しており、攪拌翼において最も剪断力が高い多孔円筒となったことである。これまでの滞留時間やpH 値の調整に頼った粒子

知られているタービン翼との性能比較を行った結果、多孔円筒翼の方翼で剪断力と循環流を担っているため、剪断力／循環流の比率は一翼内外周へ至近距離から原料を噴霧することが可能である。原料液

径制御から、滞留時間、pH 値の設定値は一定のまま、攪拌翼の周速が、タービン翼に比べ、より効率良く微粒子化に必要な強剪断力を生定であるが、本開発機では、剪断力と循環流を個別に調整できるため、供給ノズルと撹拌翼が別に設けられた場合は、固定子である原料供調整のみで粒子径の制御が可能なため、粒子径の制御性能は飛躍

み出せることが可能であることが立証されたためである。

任意に剪断力／循環流の比率を変動させることができ、粒子径や粒給ノズルと回転子である攪拌翼間の距離を最小にするために高い製的に向上する。この機能性向上により、粒子形状の悪化を引き起こさ同じサイズのリアクタにタービン翼、多孔円筒翼をそれぞれ設置

度分布などの粒度制御性能が向上する。
また、晶析方法に応じた最適なカスタマイズが可能である。生産性重視の連続式晶析装置として使用する場合は、より装置のコンパクト

作精度を必要とする。これに対し、原料液分散ノズルと攪拌翼が一体ない滞留時間、および、pH 値を維持したまま、周速を上げていくことで、し、同じ消費動力で攪拌を行ったところ、多孔円筒翼はタービン翼のとなった本開発機の構造の場合、高い製作精度を要せず、原料液供

製品品質を低下させることなく、反応晶析では製造が困難な微粒子を

1.25 倍の外径の攪拌翼を3.3 倍の周速で回転できることが確認された。

給ポイントを多孔円筒翼の直近に配置することができる。

得ることが可能となった。
（図 6-c）（図 8）化を図るため、配管のみのループ構造の採用が可能である。（図 5-a）

これにより、最も剪断力が高い多孔円筒翼内外周廻りを反応場にす

一方、粒度分布の均一性を重視したバッチ式晶析装置として使用することができ、反応場に対する剪断力の伝達効率を最大限まで引き上る場合は、一定の装置容量を確保するために、ループ配管の一部をタげることを可能とした。
（図 6-a）

ンクに切り替えることができる。
（図 5-b）

4.2.2 強剪断力剪断力は、単位距離当たりの速度差に比例する力として定義されて4.2 開発ポイント

いる。
（図 7）
すなわち、単位距離を短くし、かつ、その間の速度差を大

前述のとおり、ハイニッケル系金属水酸化物の微粒子化には、以下の点に留意した設計が求められる。

きくするほど、剪断力は上昇する。
開発機では、微粒子化に必要な強剪断力を実現するために、プライ（1）高い剪断力伝達効率

ミクス社製フィルミックス ® における剪断力の設計思想に加え、原料供給（2）強剪断力

ポイントから多孔円筒翼内周までの距離の最小化に配慮した。
（図 6-b）（3）品質を維持できる範囲での滞留時間、および、pH 値の調整
本開発機の開発ポイントは、この3 点における性能向上にある。
リアクタ内部の攪拌翼は、下部はプライミクス社製フィルミックス ®に採用されている多孔円筒翼、上部はロータリージョイントを経由して攪拌
軸内部を流下してきた原料液を噴霧する分散ノズルヘッダーで構成さ以下が、設計における留意点である。
1）多孔円筒翼を最大周速 50m/sまでの高速攪拌2）攪拌翼から直接原料液を噴霧することで、原料液供給ポイントと多孔円筒翼内周の距離を最小化
3）多孔円筒翼の穴を原料液と副原料、結晶スラリが通過する際に剪
図 6 リアクタ部の概略
Fig.6 Outline of Reactor

図 5 開発機 概略図
Fig.5 Outline drawing of development machine

12 TSK 技報 2022 no.25

図 7 剪断力と単位距離当たりの速度差の関係
Fig.7 Relation between shear force and velocity diﬀerence per unit distance

図 8 多孔円筒翼とタービン翼の性能比較
Fig.8 Performance comparison of Porous cylinder blade and Turbine blade

TSK 技報 2022 no.25 13

論文 1

二次電池開発新型晶析装置Development of a secondary battery: a new crystallizer

これは、タービン翼に比べ多孔円筒翼の方が、同じ消費動力におい5.3 ハイニッケル系金属水酸化物の形状て、より強い剪断力を与えることができるということに加え、より広範囲で結晶の微粒子化が達成できたとしても、粒子形状が悪ければ、電池

剪断力を調整することができ、粒子径の制御性能においても有利であ

内の充填密度の低下を招き、電池容量や出力の低下につながる。そることを意味する。

のため、より球形度の高い粒子であることが望ましいとされている。

5.2 粒子径の制御性能
ベンチスケールの開発機を用いた連続晶析法にて、ニッケル含有率 90% 以上のハイニッケル系金属水酸化物の製造を行った。結晶の当社には、長年培った晶析、ろ過、乾燥技術を持つ強みがある。
そして、6 今後の展望それぞれの技術は、現在さまざまな分野で求められている微粒子製造技
本稿では、ニッケル含有率 90% 以上のハイニッケル系金属水酸化術へ対応すべく、日々改良・改善を繰り返している。この強みを活かして、物において、高い円形度を維持しつつ、平均粒子径 d50を1 〜 3μm

将来の二次電池分野における微粒子製造プロセスの構築に取り組んで

当社製渦流式晶析装置 ( 以下「VFC」という）と開発機、それぞれでまで微粒子化する晶析方法と晶析装置を紹介した。これは、現時点

いきたい。

製造したニッケル含有率 90% 以上のハイニッケル系金属水酸化物のの二次電池分野において達成が困難とされている技術領域である。

形状比較を図 10に示す。比較する粒子径は、d50 = 3μm 台、1μm

そのため、今後より一層、「高容量化」「高出力化」を目指す電池材料

台の2 種類である。

開発において、当該微粒子晶析技術が革新技術として寄与することに7 おわりに

まず、d50 = 3μm 台の結晶において、VFCで製造した結晶と開発期待する。また、次世代電池候補の一つである全固体電池の実用化

本開発では、二次電池分野における近未来の高機能化や次世代とpH 値は結晶品質を低下させない条件で一定とし、攪拌翼の周速機で製造した結晶のどちらも二次粒子としての球形度は高い。ただが進めば、液体電解質を使用している現在のリチウムイオン電池では電池開発に寄与することを目的とし、電池材料の性能をさらに引き出すのみを変動させた。その結果、周速 20m/sで平均粒子径 d50=3.79μ

し、一次粒子サイズを比較した場合、開発機で製造した結晶の方が、安全性の観点から使用できなかった電池材料の適用が容易となる。そ微粒子化技術の向上に取り組んできた。そして、これまで達成が困難

生産量は、1.65kg/h、循環ポンプによる循環流量を一定、滞留時間m、周速 40m/sで1.71μm、周速 50m/sで1.32μmの結晶を製造す

VFCで製造した結晶に比べ大きい。これは、開発機とVFCの剪断力

うなると、本開発において微粒子化を達成したニッケル含有率 90% 以とされていた正極材料の「微粒子化」とそれを実現するための「新型ることに成功した。当初の開発目標である3μm 以下を十分に満足しの差に起因する。より剪断力の高い開発機では、VFCよりも滞留時間

上のハイニッケル系金属水酸化物が正極材として適用される可能性も晶析装置」の開発に成功した。本開発を開始する契機となったのは、た結果を得ることができた。また、これらの結果から、攪拌翼の周速とを長く、かつ、pH 値を低く設定することができ。その結果、一次粒子の高くなると予想する。

二次電池分野における機能性向上需要への対応であったが、本技術

ニッケル含有率 90% 以上のハイニッケル系金属水酸化物の平均粒成長が促進され、粒子サイズを大きくすることができる。

しかし、昨今、正極材の微粒子化を検討している電池材料メーカー

開発の目指す先は、二次電池分野に限らず、他分野においても、「微

次にd50 = 1μm 台の結晶を比較した場合、結晶形状に明らかなからは、仮に中和反応晶析において微粒子化を達成できたとしても、そ粒子製造プロセス」を展開していき、当社特有の微粒子製造技術を

この相関関係を見て分かるとおり、本開発機で攪拌翼の周速を25差が生じてくる。VFCでは、微粒子化のために、d50=3μm 台を製造の後工程である洗浄ろ過、乾燥、焼成工程で微粒子を有効に処理す確立することである。世界の技術革新は日進月歩で進んでいる。常に〜 50m/sの範囲で調整することにより、平均粒子径 d50を1.32 〜 3した時の条件よりさらにpH 値を高くした。その結果、さらなる一次粒子

る技術改良が伴わなければ、微粒子製造プロセスとしては完成しない

世界に通用する技術を創出するためには、現状に留まらず、絶え間なμmの範囲で任意に制御することが可能である。従来の滞留時間やの微細化を招き、二次粒子の球形度が低下するまでに至った。一方、ため、晶析技術に限らず、微粒子製造プロセスとしての技術革新がい技術革新が必要である。

今後の課題であるという話を良く耳にする。

子径 d50との間に相関関係があるも確認できた。
（図 9）

pH 値の調整による粒子径制御に加え、周速による粒子径制御が加開発機では、前項 5.2 項で述べたとおり、滞留時間、pH 値は、d50 = 3

わったことで、より容易に微妙な粒子径制御を行うことが可能となった。

μm 台の結晶を製造した時の条件と同じく一定のまま、攪拌翼の周速

当然、ニッケル含有率が 50 〜 80% 台である従来材料に対しても、このみを上昇させて微粒化を図った。これにより、一次粒子の微細化をの制御法を適用することは可能であり、従来材料においても、粒子設引き起こすことなく、平均値として0.85 以上の高い球形度を維持したま計の調整範囲を広げることに寄与すると考える。

まd50 = 1.32μm 微粒子を得ることに成功した。

図 9 開発機の粒子制御性能
Fig.9 Particle size control performance in development machine

14 TSK 技報 2022 no.25

図 10 ハイニッケル金属水酸化物の形状比較（当社比）
Fig.10 Comparison of particle shape of high nickel type metal hydroxide

TSK 技報 2022 no.25 15

論文

2

CO2 排出量削減効果を試算したところ、シロキサン除去に関するコスト
および CO 排出量がそれぞれ 85％減および 91％減となった。また、放出2

排熱利用型 TSA
（Thermal Swing Adsorption）
式消化ガス中シロキサン除去システムの開発

下水処理場における気温と消化ガス中シロキサン濃度の関係について報告する。

また、以下に実験の流れを説明する。
①〔吸着工程〕消化ガスを再生後の吸着管に通気し、シロキサンを吸着させる。
所定時間吸着後、再生工程に切り替える。
②〔再生工程〕再生ガス（大気）を電気ヒータで所定温度に加熱し、保温したヒー

2 実験方法タ付吸着管に所定時間通気することでシロキサンを脱着し、大気Development of TSA (Thermal Swing Adsorption) system
for removing siloxane from digestion gas using waste heat

2.1 実験装置に放出する。

実験装置のフローを図 2に示す。

③再生工程完了後、吸着工程に切り替える。

本実験装置は、吸着管に通気するガスを、消化ガスと再生ガスを交

本実験はラボスケール試験のためヒータ付吸着管 1 本で実験を行っ互に切り替えることで、吸着と再生を繰りかえすシステムである。再生たが、実際のシステムでは「１＋再生時間 / 処理時間」の吸着塔が必用の温風は電気ヒータにて発生させ、吸着管には補助ヒータを巻き付要になる。

けて吸着管温度を一定に保った。

Abstract
Recently, the utilization of digestion gas has become popular considering the need for renewable energy. In sewage treatment plants, many digestion gas generators are currently in operation.
However, the operating costs limit the installation of generators. One of the most expensive factors for the removal of siloxane is the activated carbon. In this study, We introduce a TSA-typesiloxane removal system from digestion gas using waste heat. We tested the system in a sewage
treatment plant using laboratory-scale equipment and found a siloxane removal efficiency of 90%.
近年、再生可能エネルギーの需要の高まりから消化ガスの有効活用が活況である。そのため、下水処理場で

川上 健志

KAWAKAMI Takeshi
水環境事業本部
プロジェクト推進部
ソリューショングループ

は多くの消化ガス発電機が運転されている。
しかし、消化ガス発電機の運用コストが高いことが導入を困難にしており、コストの高い割合を占めるシロキサン除去用の活性炭が高額なことが課題である。本稿では活性炭吸着
処理の前処理としての排熱利用型 TSA式消化ガス中シロキサン除去システムの運転結果について報告する。
下水処理場にてラボスケール装置を用いてシロキサン除去テストを実施し、90％除去が可能であることが明らかになった。
キーワード：シロキサン、排熱、TSA 、吸着剤、消化ガス
Keyword：Siloxane,waste heat,TSA,adsorbent,digestion gas
図 1 排熱利用型 TSA 式消化ガス中シロキサン除去システムの概要
Fig.1 Outline of TSA system for removing siloxane from digestion gas using waste heat1 はじめにコストの最も大きな割合を占める費用の一つとして、「シロキサン除去用
活性炭交換費」がある。消化ガス中のシロキサンは燃焼に伴い二酸化再生可能エネルギーの導入が活況の昨今、有機物を嫌気性条件下で発酵させた際に発生する消化ガスへの注目が高まっている。消化ガスの活用には、「①有機性廃棄物の減容化」「②消化ガスのエネルギー活用による化石燃料削減の推進」というメリットがある。

ケイ素に酸化され、消化ガスエンジン内部に蓄積し、消化ガスエンジンの故障や摩耗の原因となるため、除去が必要である。
本開発は、下水汚泥消化ガス発電事業の運用コストに大きな影響を与える活性炭使用量の大幅削減に寄与する技術である。開発技術は消化ガスの活用は下水処理場でも実施されている。下水処理場での図 1に示すとおり、シロキサンを吸着剤で吸脱着を繰り返し行うことでシ

消化工程は下水汚泥の減容化のために行われており、発生した消化ガ

ロキサンを除去し、活性炭使用量を削減する技術である。本システム

スは消化槽の加温や発電に使用されている。近年はFIT 制度および発で使用するゼオライト系吸着剤は、シロキサンの吸脱着が可能である

電事業の発送電分離により、下水処理場における消化ガス発電事業がと同時に消化ガス中の水分も吸脱着が可能である。また、脱着時には成立するようになった。下水処理場における消化ガス発電所は、全国で消化ガスエンジンの排熱を利用するため、本稿では「排熱利用型 TSA

40 件以上が稼働している。
（2022 年 3月時点）（Thermal Swing Adsorption）式消化ガス中シロキサン除去システ

しかし、下水汚泥消化ガス発電事業はFIT 制度による経済的な支援ム」と称する。放出下水処理場消化ガス発電所にてラボスケールの消があるために成り立つのが現状であり、運用コストの削減はさらなる消化化ガス中シロキサン除去実験を実施した結果、冬季および夏季ともにガス発電の普及・発展には不可欠である。消化ガス発電事業の運用

90%の平均除去率を達成した。本システムの導入に関する経済効果、

16 TSK 技報 2022 no.25

図 2 実験装置フロー
Fig.2 Schematic ﬂow diagram of test equipment

TSK 技報 2022 no.25 17

論文 2

排熱利用型 TSA
（Thermal Swing Adsorption）式消化ガス中シロキサン除去システムの開発

2.2 実験条件

Development of TSA (Thermal Swing Adsorption) system for removing siloxane from digestion gas using waste heat3 実験結果

実験条件を表 1に示す。本実験では実際の消化ガスエンジン排ガ
スからの熱回収は実施せず、大気を電気ヒータで加熱した再生ガスで3.1 除去実験結果
図 4、5に除去実験結果を示す。実験装置入口（原ガス）濃度は25

吸着剤の再生を行った。

〜 170mg/m3 程度と大きく変動しているが、実験装置出口濃度は0.1

2.3 実験装置と既設消化ガス配管の関係〜 20mg/m3 程度で安定していることが分かる。また、除去率は冬季・既設脱硫塔出口と冷却および昇圧する工程間の約 1kPaの消化ガ

夏季を通じて88.2% 〜 98.7%で推移し、平均で90%を達成した。以下

スの一部を実験装置に引き込み、処理後のガスは既設配管へ返送しの式にて除去率の計算を行った。

た。図 3に消化ガスの処理フローと、採取ポイントを示す。

除去率 =（1−処理ガス濃度／処理ガス分析直前の原ガス濃度）×100

2.4 シロキサン濃度の分析方法

す。気温の変化にともなって濃度が変動している傾向が確認された。

また、図 6に2021 年 8月13日に実施した分析結果と気温の推移を示
消化ガス中シロキサンは吸着管に捕集し、捕集したシロキサンをヘキサン抽出後、GC-MS 分析に供した。本方法は従来の溶媒捕集
1）法との比較試験を実施し、同等の結果が得られることを確認した。

3.2 気温とシロキサン濃度の相関
図 7に消化ガス中シロキサン分析結果と気温の年間の相関関係を分析装置仕様示す。冬季から夏季にかけて気温とシロキサン濃度の正の相関が確メーカー ：アジレント・テクノロジー株式会社

認された。

型番

：Agilent 5977A GC/MSD

カラム：Agilent J&W HP-5

図 4 冬季除去実験結果
Fig.4 Removal test result in winter

表 1 実験条件
Table1 Test condition

図 5 夏季除去実験結果
Fig.5 Removal test result in summer

図 3 消化ガスの採取ポイント
Fig.3 Sampling point of digestion gas

図 6 シロキサン濃度と気温の推移（2021 年 8月13日）
Fig.6 Changes of siloxane concentration and ambient temperature on Aug.13th, 2021

18 TSK 技報 2022 no.25

図 7 気温とシロキサン濃度の相関
Fig.7 Relationship of siloxane concentration and ambient temperature

TSK 技報 2022 no.25 19

論文 2

排熱利用型 TSA
（Thermal Swing Adsorption）式消化ガス中シロキサン除去システムの開発

3.3 経済性試算

ル実験を実施した。結果は冬季および夏季 90％の平均除去率を達成
3

消化ガス発生量 660Nm /hの下水処理場に本システムを導入した

し、気温変化に伴ってシロキサン濃度が変化することが確認された。

場合の経済効果を、実際の運用コストを元に試算した。結果を表 2に

また、経済性および CO2 排出量でも大きな効果が得られることも確認さ示す。年間 18,190 千円のコスト削減効果が確認され、削減率は85%れた。今後は実規模の実証実験を実施し、導入コストの精査、実規となった。なお、本開発品は除湿機能も有しているため、除湿用のガ模での除去性能および実運用での経済性を評価する予定である。

ス冷却を不要とした。除湿工程を不要とすることによるコストダウン効
果があることも試算された。

謝辞
本開発にご協力いただいた放出下水処理場 FIT 事業関係各社担当

3.4 CO2 削減効果

者の皆様へ深く感謝の意を表します。

前述と同様の規模におけるCO2 削減効果を試算した結果を表 3に示す。本システム用吸着材のCO2 排出係数は高いものの交換回数と充填量が少ないため91%のCO2 削減効果が推定される。また、除湿工程を不要とすることによるCO2 削減効果が大きいことも試算された。

4 おわりに参考・引用文献

放出下水処理場消化ガス発電所にて下水汚泥消化ガスを用いた排熱利用型 TSA 式消化ガス中シロキサン除去システムのラボスケー

表 2 本システムの導入効果
Table2 beneﬁts of installation this system1）日良聡、川上健志：吸着剤捕集 - 溶剤脱着法を用いた消化ガス中のシロキサン
定量法の検討：第 58 回下水道研究発表会 , pp-890-892（2021）

表 3 本システムのCO2 削減効果
Table3 CO2 eduction eﬀect on installation of this system

研究紹介

20 TSK 技報 2022 no.25

1 Flux法による次世代正極活物質製造技術の開発
2 光触媒を用いた難分解性成分の分解
3 小型4軸ロボットとIoT技術を用いた分析作業の自動化システム実証研究紹介

TSK 技報 2022 no.25 21

研究紹介 1

1 はじめにFlux 法による次世代正極活物質
製造技術の開発
Production technology development for next-generation
cathode materials using the Flux method

ケージプラントといえ、なかでも正極活物質はさらなる進展が望まれる
キーマテリアルである。

CO2 排出削減に向けた機運が高まっており、蓄電技術、CO2 還元
利用技術は世界が求める環境技術の最前線にある。
環境自動車、分散型電源への期待としてEV（Electric vehicle）社

時、リサイクル時を含めCO2 排出量の少ない技術が求められる。
これらの要求レベルに到達したものはいまだ存在せず、こと高容量、

battery）向け正極活物質前駆体製造技術（図１中 Co-precipitation）

高出力、高耐久性はトレードオフの関係となる事象が多く、これらを最において小径粒子の生産性に優れた独自の渦粒式微粒子晶析装置

適化する上でも活物質の粒子径、結晶性の議論が重要となる。 図 2を開発し、晶析・ろ過・乾燥といった当社機器を組み合わせたエンジに電池性能にかかわる材料視点・製造技術視点の関係を記す。
そのようななかで全固体電池に観るような次世代技術向けに小径な

ニアリング事業を立ち上げてきた。1,2,3）ていたが、正極活物質そのものは焼成工程における結晶成長プロセス（図１中 Calcination）が重要であり、結晶成長を制しなければマテリ

The function of single-crystal small particles and their production

マテリアルに期待される電池機能の素である。これに加え安価で製造会の到来が迫るなか、二次電池として主流となるLIB（Lithium ion

反応晶析を磨けば晶析・ろ過・乾燥のパッケージ展開が可能とみAbstract

各社それぞれの指標があるものの安全、高容量、高出力、高耐久はアルとその機能は語れない。図 1に主要工程の概略を記す。

単結晶粒子を求める声が高くなっており、Fluxを用いた結晶成長制御・
粒子設計技術を磨くことは有力な解決策の一つといえる。
本研究はプロセス提案におよばず、小型実証前のマテリアル評価
ステージの段階である。

二次電池は電解液、セパレーター、導電助剤、バインダー、集電体、本報ではFlux 法によるマテリアルの特徴と電池材としての機能向上

正極活物質、負極活物質など複数の主要材を組み合わせた小さなパッの一例を紹介するとともに、工業プロセスとしての可能性について述べる。

technologies in upgrading active cathode materials in secondary batteries
has recently received a lot of attention. A higher pressing pressure and銅谷 陽

voltage compared to conventional batteries to increase ionic conduction

DOYA Yoand capacity in solid secondary batteries is expected from these next-

開発本部
研究開発部
研究開発グループ

generation batteries.
Finding battery materials with higher capacity, power, and lifetime
needs continuous technology development. However, material functions
are strongly influenced by crystal growth during high-temperature calcination processes.
We have promoted joint research with Shinshu University to achievea highly functional single-crystal particle adopting the flux method andreport herein the joint research results.
二次電池正極活物質の機能向上として小径単結晶粒子の機能、その製造技術

手嶋 勝弥

TESHIMA Katsuya
国立大学法人信州大学
先鋭材料研究所長
工学部 物質化学科（兼務：環境機能工学科）
卓越教授
学長特別補佐に注目が集まっている。
次世代として期待される全固体電池では容量と固体間のイオン伝導を高めるた
め高プレス圧、高電圧といった過酷な環境下に晒される。

図 1 二次電池正極活物質製造フローの一例
Fig.1 Example of active material production ﬂow diagram for secondary battery.

より高容量、高出力、高耐久な電池材料を求め、材料の見直し、製造法の検討が水面下で進められているが、これらの機能は高温焼成時の結晶成長過程の影響を強く受ける。
高機能単結晶粒子を得る手法として信州大学先鋭材料研究所と共同でFlux 法の適用検討を進めており、ここに研究紹介の一例として報告する。
キーワード：リチウムイオン電池、全固体電池、正極活物質、結晶成長、単結晶
Keyword：Lithium ion battery (LIB), All solid battery, Cathode active material, Crystal
growth, Single crystal

図 2 電池機能に求められる材料と生産技術の関係
Fig.2 Relation of production technology to materials for battery function.

22 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 23

研究紹介 1

Flux 法による次世代正極活物質製造技術の開発

2 Flux 法とはProduction technology development for next-generation cathode materials by Flux method.

Fluxの選択により酸化物だけでなくホウ化物、ケイ化物、ハロゲン化

3 活物質製造例

う結晶成長場においては、二次粒子体が解けて1μm 前後の細かな物など様々な結晶を育成することができる。ルビー、サファイヤ、エメラ

3.1 実験条件

粒子群となっている。高温保持時間を長くとるほどFlux 種の違いが顕代表的なFluxとしては酸化物、ハロゲン化物、金属があげられ、
4）

2.1 Flux 法の概要
水は代表的な溶媒であるが、活物質の結晶成長工程でみるような600℃を超える高温場では水の代わりにさまざまなFluxを溶媒として用いることで高融点の物質（溶質）をFluxにより低融点化させ、溶液の冷ルドなどの宝石もFlux 法で作ることができる。
本報では通常固相法（従来法）との違い、Flux 種の違いによる酸化物結晶の成長評価について紹介する。

2.2 固相法（従来法）との違い
通常用いられる活物質は図 4（a）のとおり、前駆体粒子サイズが活晶析と同じ原理である。
Fluxの一例としてNaClの場合、その融点は801℃となるがKClを同量加えることで融点（正確には共晶点、共晶温度）は657℃に低下する。4）

本実験においては比較的容量が高く、耐久性も望めるNCM523（Ni:Co:Mn=5:2:3）を用いた結果概略を紹介する。Flux 種としては著なものとなり、Flux 種による結晶成長コントロールが可能となることを示唆している。図 7にその想定メカニズムを記す。

、③塩化ナトリウムと塩化カリ① Fluxなし ②ホウ酸リチウム（Li3BO3）、⑤ ③＋④の混合品
ウムの混合品（NaCl+KCl）、④ホウ酸（H3BO3）

却やFluxの蒸発操作を基に析出過程で結晶成長をコントロールできる。図 3に示すとおり、溶液の過飽和度が結晶化の駆動力になる点でいにより結晶成長プロセスが異なることが判明した。ホウ酸イオンを伴物質のサイズに引き継がれる。

を比較している。これら製造条件を表１に示す。
（NaCl+KCl+H3BO3）
溶質量とは原料混合品のなかに占める前駆体モル比を記載したもの

表 1 単結晶粒子化における Flux 法製造条件例
Table1 Production conditions in various ﬂuxes to single crystals.

を用いている。
である。Li 源としてはいずれも炭酸リチウム（Li2CO3）

前駆体は一次粒子が凝集した二次粒子体を形成しているが、焼成前駆体は水溶液中の反応晶析で析出する非晶質の水酸化物や炭工程により一次粒子が結晶成長し、二次粒子体の構造を維持している酸化物であるが、これをLiと合成後、高温焼成により酸化物の結晶構（通常固相法）。この粒子をさらに高温で焼成することにより結晶成長

図 6にFlux 種、高温保持時間の違いによる粒子生産例を示す。い造として成長したものが活物質である。Fluxは酸化物結晶の成長過程

させると一次粒子間で結晶成長し、単結晶粒子を得ることができる（図

ずれも到達温度 1,000℃の比較例である。本研究によりFlux 種の違で融液として作用し活物質の結晶成長をコントロールする。

4（b）固相法高温焼成）。これは前駆体の二次粒子サイズが反映され

通 常 Flux 法 は 溶 質 濃 度 30mol% 以 下（ 溶 媒として のFluxがた結晶粒子となる。Fluxは前駆体一次粒子間の結合に作用しながら70mol% 以上）で操作するケースが多いところ、ここでは溶質濃度

結晶成長をコントロールするため、前駆体一次粒子のサイズを反映さ

90mol％程度で操作する。Fluxが少量でも対流現象により均質な結晶せた小径な粒子群を得ることができる（図 4（c）Flux 法）。これはFlux

成長が期待される。NaClの場合、1,000℃で粘度は0.8mPa・sとなる。

法の大きな特徴である。図 5にそれぞれの製造法により得られた活物

いわば水のような流体が結晶表面を流れながら作用するため、少量添加

質のSEM 像を一例として示す。固相法（a）で得られる活物質は、電極でもその効果を発揮する。本報に用いているFlux 法は図 4（c）に示すも構成における高いプレス圧に耐えられず粒子が崩壊する現象も報告さのである。活物質が溶液から析出するものではなくFlux 作用で二次粒子れている。 全固体電池では高容量化を図るため、粒子強度は重要なが解けるステップを経て、解けた一次粒子が結晶成長していくものとなる。

指標の一つとなる。5）3.2 製造例（SEM 像）図 6 Flux 種、保持時間の違いによる単結晶粒子の生成（1,000℃ ,SEM 像 5000 倍）
Fig.6 Time-resolved SEM images of crystals grown in various ﬂuxes at 1000℃ (SEM×5,000).

図 3 通常のFlux 法における結晶成長過程
Fig.3 Crystal growth process in the usual ﬂux

図 4 製造法の違いによる結晶成長過程
Fig.4 Crystal growth mechanism due to diﬀerences in the production method.

図 5 製造法の違いによる活物質の一例（SEM 像上段 1,000 倍、下段 10,000 倍）
Fig.5 Example of active materials due to diﬀerences in the production method.

24 TSK 技報 2022 no.25

図 7 Flux 種の違いによる単結晶粒子の成長モデル
Fig.7 Model images of single-crystal production mechanisms in various ﬂuxes.

TSK 技報 2022 no.25 25

研究紹介 1

Flux 法による次世代正極活物質製造技術の開発

3.3 結晶評価例

Production technology development for next-generation cathode materials by Flux method.

3.4 電池性能評価の一例

ここでは④ NaCl＋KCl＋H3BO3 混合 Fluxを用いた粉末 X 線回折（XRD）
結果を図 8に示す。

ここではレート特性、1Cでのサイクル性が改善した例を図 10に紹介する。

① No Flux 品と比較してピーク強度の増加、ピークの明確化、ピー

課題も山積みである。
しかし、すでに業界で普及しているローラーハースキルンを用いること
で本法の適用は可能となる。前駆体製造技術における渦流式微粒子

先に述べたとおり、結晶成長度合の優劣が電池性能には直結しない。

晶析装置については発明・開発・商品化・顧客開拓まですべて一気電池評価においては集電体との密着性、導電パス、電解液劣化抑制

通貫で実施してきたが、Ｆｌｕｘ法自体の適用はプロセス＋エンジニアリ

結晶学的特性については図 9に示すとおり、カチオンミキシングなど他の因子を含めた最適化検討が必要となり、検証は複雑多岐なもングの領域で展開可能なものと考える。

I003/I104、ヘキサゴナルオーダリング（I006+I102）/I101、結晶子サイズのとなる。そのため電池容量、レート特性、サイクル特性については相

ク幅の低減がうかがえる。

はミラー指数 003 面におけるピーク幅の半値幅（FWHM：full width

対的な傾向把握・目安として捉えている。特にサイクル特性についてat half maximum）
を指標として評価している。

は極板（集電体）間との剥離現象による性能低下や電解液の劣化が主

工業化視点でのポイントとしては以下のとおりと考えている。
・製造時間が短縮化
トパターンの違い）

結晶子が大きく、粒子径の小さいLi3BO3 FluxやNaCl+KCl+H3BO3・通常固相法より高温焼成が必要解釈される。慣習的に1.2 以上の値を目安にしている。

Fluxを用いた粒子のレート特性、サイクル性が向上している。

子サイズはピーク幅の半値幅（FWHM）
が小さいほど大きいものと解釈される。結晶子は結晶粒の中で単結晶としてみなすことができる最小の部位を示している。いずれも闘値があり、かつ電池性能との直接的な相関があるものといえないため、ここでは相対比較に留めている。

4 Flux 法の工業化に向けて冒頭に述べたとおり、本研究はプロセス提案におよばず、小型実証
前のマテリアル評価ステージの段階である。
ここまでマテリアル自体の特性について述べたが、工業化に向けて

１μm 程度の小径粒子を得るには前駆体を構成する一次粒子そのものが重要となり、活物質粒子そのものは結晶成長段階、Ｆｌｕｘによる高温焼成プロセスが担うものとなる。逆をいえばFlux 法において前駆体
二次粒子サイズはさほど重要とならない。単結晶粒子化において前駆けやすい構造を持たせるかがキーとなる。

要因と考えられ、極板との密着性の改善が大きく作用するが、比較的の整列度合いといえるが、強度比 0.5 以下の値で評価している。結晶質粒子を得る手法としてFlux 法の可能性について検討してきた。

体に要求されるべき事象は、いかに均一均質な一次粒子を析出し、解カチオンミキシングは本来 Liが収まる層状空間にNiなどのカチオン

ヘキサゴナルオーダリングは原子配列を六方晶でアレンジしたとき次世代の正極活物質に求められる安全性・耐久性を具備した活物

キルン炉長を短く、若しくは生産量のアップが期待可能。
（図 11ヒーが入りこむことが原因と考えられ、Li イオン移動の抵抗に繋がるものと6）

5 おわりに

Fluxによる結晶成長コントロールは１μm 前後の単結晶粒子群を製

ただし、高耐久性が期待される単結晶構造を得るには従来固相法に造するのに適した方法であり、高耐久で高出力・高容量を兼ね備えた

おいても高温焼成が必要となるため、目的とする単結晶品を得るため性能優位性において大きな期待値を持っている。

のエネルギー投入量はFlux 法と同様になる。
・Flux 粒子解砕工程、Flux 洗浄工程の追加

しかしながら実ラインでの検証、品質管理コスト面での価値判断を含め数年単位の開発と実施検証が必須である。そのため現時点で即各種解砕ミル、安価なろ過洗浄機で対応可能であり、既設ラインに座のプロセス提案に至るものとはなり得ないが、次世代材料の検討に

過剰リチウム洗浄工程がある場合は兼用可能となる。

おいてFlux 法の適用余地は十分に残されており、すでにユーザーへの図12に従来設備を100とした場合のFlux 法設備費の想定を示す。

サンプル提供も進み実用化に向けチャレンジが続いている。

焼成後のFlux 洗浄、解砕のコスト増など設備費トータルとして１割ほどのFlux 法の適用検討は電池材料に留まらず、無機イオン交換材、触アップを想定している。焼成工程におけるキルンコストは逆に抑えられる媒、人工光合成材の研究を継続している。これら製造技術とマテリア可能性を残すもののここでは差がでないものとしている。

ル、マテリアルを用いた環境ビジネスへの展開を目指し、市場展開へ

運転コストについてはその構成比において原料コストが半分以上を占めの準備を進めていきたいと考えている。

ることと、熱エネルギーコストも同等となることからほぼ同等を想定している。
この他に後工程となる電極形成塗工プロセスにおける均一塗布性、プレス圧と電極密度の向上、リサイクルにおける活物質機能の回復など実装に向けた取組は多岐に渡る。

6 謝辞
Flux 法とは別に濃縮操作を伴う反応晶析による粒子径コントロール 7）、
高分子ネットワークによる粒子成長制御も開発済みである。電池マテ
リアルに留まらずこれら製造技術を基に環境マテリアルを磨き、環境
技術を育成することで低炭素社会、CO2 還元社会に向けた事業に繋げていく所存である。ここにカスタマーならびに協力会社等社外協力

図 8 結晶回折結果の一例（No Flux, NaCl-KCl-H3BO3 Flux）
Fig.8 Example of X-ray diﬀraction（No Flux, NaCl-KCl-H3BO3 Flux）

者へ感謝の意を表す。

図 9 結晶学的特性評価（カチオンミキシング、ヘキサゴナルオーダリング、半値幅、NCM523、1000℃）
Fig.9 Crystallographic characteristics of cation mixing, hexagonal ordering, andFWHM of NCM523 crystals grown in various ﬂuxes at 1000 °C.

参考文献
1）銅谷陽 , 渦流式微粒子晶析装置を用いた電池材料生産技術の開発 , TSK 技報 ,No.21, pp.6-13（2018）
図 11 結晶成長工程におけるヒートパターンの一例
Fig.11 example of heat pattern for calcination process.

2）Doya Y., Reaction crystallization in secondary battery materials, SCEJ
85th Annual Meeting（2020） S305
3）銅谷陽 : 二次電池材料製造のための晶析技術と化学装置 , 化学装置 , pp.50-53（2014）
4）大石修治、宍戸統悦、手嶋勝弥、フラックス結晶成長のはなし、日刊工業新聞社
5）Kazuyuki Shishino, Tetsuya Yamada, Kazunori Fujisawa, Masashi
Motoi, Tatsuo Hatakeyama, Katsuya Teshima, Growth of Polyhedral
LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 Crystals in a Molten Li3BO3 Flux and Their
Role in Electrode Density and Dispersion Design, ACS Appl,Energy
Mater,2022,5,pp.2747-2757
6）井手本

康、松井

貴昭、リチウム二次電池正極活物質 Lix（Mn,Co,Ni,M）

O2（M=Al,Ti,Fe）の物性、結晶・電子構造、熱力学的安定性と電池特性、Ele
ctrochemistry,75,No.10,pp.791-799
7）銅 谷 陽 ,無 機 微 粒 子 に 関する晶 析 事 例

SCEJ 52nd Autumn Meeting

Okayama（2021） VS116
図 10 コインセル評価の一例（2.8-4.3V,25℃ ,NCM:AB;PVDF=90:5:5）（a）
レート特性、（b）
サイクル特性Fig.10 Evaluation of half cell type coin battery ,(a)C-rate test (b)Cycle performance test at 1C

26 TSK 技報 2022 no.25

図 12 設備費の比較
Fig.12 Comparison of equipment cost

TSK 技報 2022 no.25 27

研究紹介 2
▶薬剤を使用せず、原理的には光のみで処理できる。

② UV＋エアレーションで濁度や色度をある程度除去した後、光触媒▶一般的な酸化チタンを用いており、入手が容易でコストも低い（貴光触媒を用いた難分解性成分の分解を加えてさらに分解を進める（二段処理）。

金属を含む場合でも回収可）。

イメージを図 2に示す。なお、①は産総研が共同研究以前に開発してしかしながら、光触媒による水処理が実用規模で実施された例は少いた技術であり2）、②は本研究で開発した技術である。

なく、その多くが実験室レベルにとどまっている。実用化を阻害してきた

Decomposition of refractory compounds using photocatalysts

要因の一つは処理液の着色や濁りである。原水に着色があると、その吸収波長の光は透過せず反応容器内で照射光が減衰し、光触媒が受け取ることのできる光量が著しく減る。また液中の浮遊物質による懸濁も光触媒粒子の受光量に大きく影響する。さらに光触媒微粒子自身による入射光の減衰も考慮しなければならない。液中にコロイド状態で懸濁した光触媒微粒子（1µm 未満）は、光を吸収するほか、粒径に応じAbstractて複雑に光を散乱するためである。このように、着色や懸濁のある原水

Photocatalytic treatment is an advanced oxidation process and effective method to decompose
refractory compounds. However, high turbidity and/or chromaticity of the wastewater attenuateに対しては従来の粉末微粒子の光触媒は有効に作用しないという問題がある。

the light and effectivity of the treatment. Therefore, we studied a two-step treatment in which we

こうした背景の下、当社は国立研究開発法人産業技術総合研究所

treated the wastewater with UV irradiation and aeration to reduce the turbidity and/or chromaticity（以下「産総研」という）と共同で、原水が着色している場合や懸濁物

were reduced and then added the photocatalyst to the reaction system at the range where it worked

質が多く含まれる場合にも光触媒を効率的に使って分解する方法を検

effectively. We applied this method to the filtrate of hydrothermally treated sewage sludge with a

討してきた。ポイントは以下の2 点である。

soluble COD-Cr of 2,200 mg/L and chromaticity of 3,400 units. The reaction times of the first and① 粒状に加工した光触媒を用いることで、光触媒自身が原水の濁度

奥田 直之

the second steps were 18 h and 12 h, respectively. As a result, turbidity and chromaticity decreased

OKUDA Naoyuki

to the effective range of the photocatalyst in the first step, and finally, the reduction of COD-Cr

開発本部
研究開発部
研究開発グループand chromaticity from raw wastewater reached 90% and 99%, respectively.

を上昇させることなく処理効率を高く保つ。

図 1 光触媒における活性酸素種の生成
Fig.1 Generation of reactive oxygen species in photocatalysts

光触媒処理は促進酸化法の一つで難分解性成分を分解する効果的な方法である。しかし濁度や色度の高い廃水に対しては、光が減衰するため光触媒が有効に働かない場合がある。そこで、前段処理にてUV 照射とエアレーションにより濁度や色度を光触媒が有効に作用する領域まで低減させたのち、後段処理にて光触媒を加え酸化を進める二段処理を検討した。 溶解性 COD-Crが 2,200 mg/L、色度が 3,400 度である汚泥水熱処理ろ液に対し本方法を適用した。前段処理を18 時間、後段処理を12 時間行った結果、前段処理にて濁度と色度は光触媒が有効に作用する範囲に低下し、最終的に原水の COD-Cr 分解率は90%、色度低減率は99%に達した。
キーワード：光触媒、促進酸化法、難分解性成分、濁度、色度
Keyword：Photocatalyst, Advanced Oxidation Process, Refractory compound, Turbidity, Chromaticity

1 緒言

よりきわめて強い酸化力を持つヒドロキシラジカル（OH ラジカル）やスーを発生させ、
パーオキサイドラジカル（O ２・−）等の活性酸素種（ROS）

水処理における難分解性成分は、活性汚泥などの生物処理で分解

対象物質を酸化分解する方法である1）。ヒドロキシラジカルは、酸素され難い有機物を指し、着色や臭気を伴う場合や微量でも人体に悪影

酸化処理では分解が困難な物質も分解できるうえ、生成後速やかに消響を及ぼす物質の場合があり環境への影響が問題視されている。 難滅するため二次処理を必要としない。その一方で薬剤コストや消費電

分解性成分は、染色工場排水、食品加工排水、医薬原料製造排水、力が大きくなる場合もあり、できるだけ効率よく作用させるための研究が浸出水、下水ほかさまざまな排水に含まれるが、通常は放流基準に応じ進められている。当社は、活性酸素種を発生させる方法として光触媒て活性炭、オゾン、薬剤、凝集沈殿などの方法で処理される。しかし対に着目した。光触媒の作用メカニズムは次のとおりである。まず光触媒

象物質によっては、十分に除去されなかったり、二次廃棄物が発生した（主に酸化チタンが使われる）に光があたって電子がエネルギーの高り、投入エネルギーが大きくなるなどの課題があり、水処理コストを引きい状態に移り（励起 )、電子が抜けたところに正電荷を持った穴（正孔）上げる要因の一つとなっている。そのため近年は促進酸化法（AOPs）

が発生する。空気中や水中でこの反応を行うと、酸素は電子と、水分と呼ばれる技術が注目されている。 促進酸化法は、オゾン、紫外光、子は正孔と反応しいずれも活性酸素種を生じる（図 1）。

光触媒、過酸化水素、フェントン試薬などを単独または併用することに光触媒を用いる方法には、以下の利点がある。

28 TSK 技報 2022 no.25

図 2 開発技術のポイント
Fig.2 Outline of this study

TSK 技報 2022 no.25 29

研究紹介 2

光触媒を用いた難分解性成分の分解

Decomposition of refractory compounds using photocatalysts

2 方法

時間まででCODは66%が分解、色度は80%まで低下、濁度は96%

30 時間の前後段処理でほぼ透明になった。表 4に分解前後の原水

新しい技術を継続的に探索し開発していくことで、水環境の保全ならびまで低下した。この間、対数プロットで直線的に減少した。比較のための分析値を示す。前段＋後段処理によってCOD 分解率は90%、色に低炭素社会の実現に少しでも寄与できればと考えている。

実験条件を表 1 〜 3に示す。光源には200nm 以下の波長を出さ窒素ガスを散気した場合には減少速度が 1/5 以下と小さかったことか

度低減率は99%に達した。

＜謝辞＞

ないオゾンレスランプを使用した。 原水には、下水汚泥を水熱処理

ら、空気の供給が必要であることが分かった。 前段処理での分解は、（180℃、30 分）
した後、20日間嫌気消化して、消化汚泥を脱水した

UVC 波長域の紫外線で直接励起された有機物が溶存酸素と反応し本研究は国立研究開発法人産業技術総合研究所 材料・化学領

4 結言

域 ナノ材料研究部門 高機能ガラスグループ、神 哲郎博士、櫻井

分離液を使用した。下水汚泥を水熱処理すると、糖質とタンパク質のて活性酸素種を生成しつつ進むと推察される。このためUVAやUVB

加熱によりメラノイジンなどが生成し 3）、分離液は茶褐色に呈色すると比べ原水中の有機成分の励起種を生成しやすいUVC 波長域の紫（水熱処理しない場合は無色〜淡黄色）。 表１に示すとおり、原水の外線照射が特に有効だった。18 時間処理後の色度は680 度であり、溶解性 COD-Cr（以下「COD」という）は2,200 mg/L、色度は3,400

光触媒が有効になる色度範囲内に入ったと考えられたため、粒状 Pt/

度であった。この色度は光触媒の有効範囲を超えているため、そのままTiO2を加えて後段処理を開始した。その結果、18 〜 30 時間の間に● 後段処理では、光触媒を加えUV 照射＋エアレーションを6h×2

Inmaculada Ortiz, Insight on the fundamentals of advanced oxidation

では効果が期待できないことが予想された。そこで、まず原水にUV 照

CODと色度の残存率が再び大きく減少した。R254とR390の対数回行うことにより、最終的にCOD 分解率が 90%、色度低減率がprocesses. Role and review of the determination methods of reactive

射＋エアレーション処理を施し色度を低減させた後に、光触媒を加えプロットにおける傾きから分解速度を比較すると、粒状 Pt/TiO2 の添加

99%に達した。

UV 照射＋エアレーション処理を施す「二段処理」
を適用した。

によりCODの分解速度は3.7 倍に、色度の分解速度は2.8 倍に増加

本研究により、原水が高く着色している場合や懸濁物質が多く含ました。 増加の理由は、適度な凝集により強い光吸収を示す粒状光触れている場合にも効率的に光触媒を作用させ非常に清澄な処理水を

3）William Barbar, Sludge Thermal Hydrolysis, IWA Publishing, pp.68-78（2020）

媒 4）にUVC 〜 UVA 波長域の紫外線を照射することでバンドギャップ

得られることが明らかになった 5）。今後の製品化までの検討課題として

4）Hiroaki Sakurai, Masato Kiuchi, Tetsuro Jin, Macroaggregation effect

励起により電子と正孔の対を生じ、これらが酸素や水と反応して多くのは、対象排水や要求水質に応じた照射条件の最適化、装置設計、ス

原水のCOD 残存率、色度残存率、濁度残存率を処理時間に対し活性酸素種が生じた結果だと考えられる。分解前の原水および処理水

ケールアップ要素の検証、実証試験（エネルギー消費、コスト評価含てプロットしたものを図 3に示す。前段分解処理により、照射時間 18の写真を図 4に示す。処理前は黒に近い褐色の液色であった原水がむ）などがあげられる。道半ばではあるが、本研究のような当社にとって3 結果宏昭博士の主導の下で実施しました。厚くお礼申し上げます。

下水汚泥を水熱処理した分離液に対し、以下を確認した。
● 前段処理では、
UV 照射＋エアレーションを6h×3 回行うことにより、

COD 分解率が 66%、色度低減率が 80%に達した。

参考文献
1）Pablo Fernández-Castro, Marta Vallejo, Ma Fresnedo San Román,

oxygen species, Journal of Chemical Technology & Biotechnology,
Vol.90, pp.796-820（2015）2）特開 2021-41331 号公報of TiO2 nanoparticles on the photocatalytic activity and post-reaction
separation for aqueous degradation of organic compounds, Journal ofEnvironmental Chemical Engineering, Vol.9, 104936（2021）
5）特願 2021-135148、特願 2021-135150

表 1 実験条件
Table1 Experimental conditions

表 2 処理条件
Table2 Processing conditions
図 3 前段および後段処理におけるCOD、色度、濁度の変化
Fig.3 Changes in COD, chromaticity and turbidity after the ﬁrst and second step treatments

表 3 分析および評価方法
Table3 Analysis and evaluation methods

30 TSK 技報 2022 no.25

図 4 原水および処理液の写真
Fig.4 Photographs of raw and treated wastewater

表 4 原水および処理液の組成
Table4 Composition of raw and treated wastewater

TSK 技報 2022 no.25 31

研究紹介 3な自動化システムの仕様や機能について検討した。その後、実際に工程ごとのエッジデバイスと全体を管理するシステムの設計・試作を

小型 4 軸ロボットとIoT 技術を用いた分析作業の自動化システム実証研究紹介

本研究では、産業用ロボットより安価で扱いやすいDOBOT 社製小型 4 軸ロボット DOBOT Magician（以下「DOBOT」
という）
を用いた自

行い、それらを統合し一連の動作確認を行った。

動化システムについて検討する。DOBOTの動作範囲は前方リーチ

2 システム全体の概要

230mm 程度、可搬重量は500g 程度であるため、DOBOT 単体で分
析作業の全工程を自動化することは困難である。
本システムのコンセプトは、図 1 の分析作業の各工程を担当する

2.1 対象作業

Introduction and demonstration of an automated jar testing systemdeveloped using a small 4-axis robot and IoT technology

2.2 自動化システムのコンセプト

2 連ジャーテスタを用いた図 1の作業を対象とした。なお、水質試験

IoT システムを構築し、各 IoT システムとDOBOTをネットワークでつ法において使用するビーカは1,000mLと定められているが、選定した

なぎ連携させることで、既存のジャーテスタを活かした低コストの自動

小型 ハンドロボットの可搬重量の関係から、今回 500ｍLに変更して化システムの確立である。全体の外観を図 2、システム構成を図 3に実証を行った。

示す。

Abstract
In this study, we proposed an inexpensive system that combines a small

藤平 祥孝

4-axis robot and IoT technology with an existing jar tester (floc tester).

FUJIHIRA Yoshinori

The system can remotely and automatically analyze water quality at water

1）ビーカに原水を注水

室蘭工業大学
大学院工学研究科
もの創造系領域
ロボティクスユニット
システム制御工学研究室
助教

treatment plants (WTP). We confirmed the effectiveness of the system by2）ジャーテスタにビーカを設置

installing a prototype at an operating WTP. The system automates the jar3）凝集剤の注入

testing process including transporting beakers, injecting raw water and4）撹拌開始chemicals, running and stopping the jar tester, and photographing flocs.

5）上澄水およびフロック（沈殿物）
形成・沈降状況の確認

This study presents the overall framework of the developed system andthe design of the IoT devices used for each process.

6）ビーカの撤去
本研究では、浄水場における水質管理のための分析作業を遠隔化・自動化するため、既存のジャーテスタに小型 4 軸ロボットとIoT 技術を組み合わせた安価なシステムを提案し、試作と動作確認を行った。某浄水場にて実証した結果、分析用ビー
カの運搬から、原水や薬液の注入、ジャーテスタの運転・停止、フロックの撮影ま山本 稔

YAMAMOTO Minoru
開発本部
研究開発部
研究開発グループでの一連の工程を自動化できることを確認した。本稿では、開発したシステム全体の枠組みと分析作業の各工程におけるIoT エッジデバイスの設計について紹介する。
キーワード：ラボオートメーション、社会実装、水処理プラント
Keyword：Laboratory automation, social implementation, water treatment plants

1 緒言
人口減少社会・節水型社会の到来により水道事業の収入は減少しである。そこで本研究では、既存のジャーテスタに卓上小型 4 軸ロボッ
トとIoT 技術を組み合わせた安価な遠隔化・自動化システムを開発し、試作することで現場への導入可能性について検討した。

ていくと予想されている1）。そのような中で水道事業を維持していくため

既存の設備を利用した自動化は、産業用ロボッ
トや協働ロボッ
トを用いには、作業の自動化・省力化による浄水場の維持管理の新しい形でる場合もあるが、設置スペースやコストの面から導入は難しいと判断し、の最適化が求められている。

近年普及してきた省スペースで安価な卓上小型４軸ロボットを採用した。

浄水場では、凝集剤注入量を決定するために、ジャーテスタを用い

しかしながら、卓上小型 4 軸ロボットは、産業用ロボットに比べ可動た凝集評価試験（以下「ジャーテスト」という）が行われている。一般的

範囲が狭く可搬重量も小さいため、既存のジャーテスタにそのまま適用には浄水場の監視室と試験室は離れているため、この試験作業を遠して作業させることはできない。そのため、外付けのIoT 技術を用いて隔化・自動化ができれば浄水場の管理スタッフの負担の軽減や省人遠隔化・自動化することにより卓上小型 4 軸ロボットの短所を補うシス化が期待できる。

テム構成の構築を図った。近年ではIoT 技術を用いた実験室の遠隔すでに、ジャーテスト専用の自動装置はいくつか開発されているが 2）、化 3）も行われているものの、システムの構成方法についてはまだ発展

どれも設置スペースや導入コストの問題から普及していないのが現状途上であるため、まず、現状のジャーテスト作業の工程を分析し、必要

32 TSK 技報 2022 no.25

図 1 対象タスクの流れ
Fig.1 Workﬂow of Task

図 2 開発システムの全体像
Fig.2 Overview

図 3 開発したシステム構成
Fig.3 System conﬁguration

TSK 技報 2022 no.25 33

研究紹介 3

小型 4 軸ロボットとIoT 技術を用いた分析作業の自動化システム実証研究紹介

3 各工程の自動化システム
3.1 搬送Introduction and demonstration of an automated jar testing system developed using a small 4-axis robot and IoT technology

3.2 ビーカ供給システム

3.4 薬注システム

3.5 ジャーテスタの操作システム

図 6にビーカ供給システムの外観を示す。ステッピングモータを用い

図 8に薬注システムの構成図を示す。薬液の注入量は数 mlから数

DOBOTの稼働範囲や可搬重量では、図 1のジャーテスタの上部にてターンテーブルを回転させビーカを供給する。ビーカはターンテーブル

十 mlのオーダであり、細かく注入量を調整するケースが想定されるので、位置する撹拌棒を上げ下げすることや撹拌開始スイッチを操作すること

DOBOTにはビーカハンドリング用に設計・製作したグリッパを取り外側に設けられたフェンスに沿いながら回転し、供給口のスロープに排パルス駆動型ポンプを用いて薬液を注入するシステムとした。ポンプは困難である。そこでジャーテスタの撹拌棒にエアシリンダを接続し撹

付け、各工程にビーカを搬送する。図 4に製作したグリッパの外観を示出される。供給口にはリミットスイッチを搭載し、ビーカの有無を検知すのノズルには図 9のようなDOBOTのグリッパと接続するための治具が拌棒の上下動を行う。また、撹拌開始のスイッチも同様にエアシリン

す。 グリッパはエアシリンダを用いて平行開閉を行う機構になっている。

ることでターンテーブルの動作を制御する。

取り付けられており、ジャーテスタ内のビーカ近傍までノズルを近づけ

ダでON、OFFを制御する。

このグリッパには、ビーカを落とさないようにセルフロック機構を設けた。
その機構を図 5に示す。ビーカを把持した際に、グリッパのパーツ Aの両側に生えている4つの突起部に設けられた溝に、左右のパーツ Bのばね機構の突起がビーカの荷重で下がってはまることで、グリッパがビー

薬液を注入する。図 9のようにグリッパの前端とノズルの治具にはそれ

3.3 注水システム
図 7に注水システムの構成図を示す。ダイヤフラム式ポンプと電子天秤を用いてタンク内に溜めた原水をビーカに定量注水する。

カの自重により左右に開かないセルフロック機構となっている。

ぞれマグネットが内蔵されており、グリッパ前端を治具に差し込むようにして接続できる。治具のグリッパの差し込み口にはテーパを設けており、

3.6 フロック形成の監視システム
図 10にフロック形成を監視するためのカメラシステムの写真を示す。

差し込みの際の位置の誤差にロバストな設計としている。また、ノズル

本システムでは、撹拌中および撹拌後のビーカをカメラで撮影する。
ビー

を置いておくスタンドにも同様にテーパを施している。ノズルをグリッパ

カ設置時のDOBOTの軌道との干渉を避けるため、サーボモータで撮から取り外すときはノズルをスタンドに上から置いて、その後グリッパを

影時のみカメラが起き上がる機構を搭載している。カメラで撮影された

水平に引くとグリッパからノズルの治具が外れる機構となっている。

画像はHost PCにhttpリクエストを受けて送信、保存され、作業者がClient PCから撮影画像を確認できるようなシステムとなっている。

図 4 ビーカ取扱用グリッパの写真
Fig.4 Picture of gripper for beaker handling

図 5 開発したグリッパのセルフロック機構
Fig.5 Self lock system for the gripper

図 6 ビーカ供給システムの写真
Fig.6 Beaker supply system

図 7 注水システムの構成図
Fig.7 System conﬁguration of water supply system

図 9 噴射ノズルホルダとスタンド
Fig.9 Injection nozzle holder and stand

図 8 薬品注入システムのシステム構成
Fig.8 System conﬁguration of chemical dosing system

図 10 カメラシステムの写真
Fig.10 Camera system

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34 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 35

研究紹介 3

小型 4 軸ロボットとIoT 技術を用いた分析作業の自動化システム実証研究紹介

4 動作確認

分析用ビーカの運搬から、原水や薬液の注入、
ジャーテスタの運転・停止、フロックの撮影までの一連の工程を自動化することができた。本

図 11に今回試作したシステムでの自動化したジャーテストの動作

システムに新たにエッジデバイスを追加していくことで対象の分析作

フローチャートの概要を示す。この流れに沿うように、基幹システム上業だけでなく他の作業も含めた遠隔化・自動化システムに拡張可能で動作プログラムを作成し動作確認した。

である。今後は実際の現場にて再度実証実験を行い、現在は未実装

なお、本実証については某浄水場の水質試験室を借用して装置（図 12）
を設置し、実際の原水を使用して実証した。

であるビーカの排出・洗浄システムや遠隔からのテストデータや画像の取得、さらには画像の自動評価システムの開発を進めていきたい。

取得した画像（図 13）については、今後どのように活用していくか検討を進めていく予定である。

参考文献
1）総務省、" 水道事業についての現状と課題 "、2018.

5 結言2）山口太秀、" 浄水処理の新技術 凝集アナライザの開発 集塊化開始時間測定法
による凝集剤注入率制御の適用例、" 環境浄化技術、vol.11、pp.62-67、2012.

本研究では、浄水場における水質管理のための分析作業を遠隔化・自動化するため、既存のジャーテスタに小型 4 軸ロボットとIoT 技術を組み合わせたシステムを提案し、試作と動作確認を行った。

図 11 動作フローチャート
Fig.11 Operation ﬂowchart3）Prakash K. R., Santhosh M. S., Purushothama G. K. and Ramya M. V.,
An Approach to Convert Conventional Laboratories Into IoT-Enabled
Laboratories, International Journal of Web-Based Learning and Teaching
Technologies (IJWLTT), Vol.16(5), pp.108-120、2021.

図 12 現地設置状態
Fig.12 Actual installation condition

技術・製品紹介

1 中小規模処理場間の広域化に資するバイオマスボイラによる低コスト汚泥減量化技術実証研究

2 東部スラッジプラントにおけるエネルギー自立型焼却システム
3 3D設計活用の拡大
4 樹脂製チェーンフライト式汚泥掻き寄せ機へのPETチェーン
および耐震機構の適用
図 13 ジャーテスト開始前と静置 10 分後
Fig.13 Before jar test and 10 min after stopping agitation

36 TSK 技報 2022 no.25

5 自己循環式CIP溶解槽ミキシレータ の紹介
6 パイロットプラント向け小型固液分離装置の紹介®

TSK 技報 2022 no.25 37

技術・製品紹介 1

1 はじめに「中小規模処理場間の広域化に資する
バイオマスボイラによる低コスト汚泥減量化技術実証研究」の紹介拠点施設において化石燃料依存からの脱却を図り、広域化の促進に資することができる。
（図１ 実証技術概要参照）

国家的な施策として、下水汚泥のバイオマス資源としての利活用

本 実 証 技 術 は、2020 年 度 に 下 水 道 革 新 的 技 術 実 証 事 業が推進されている。すでに2016 年度に採択されB-DASH 実証研究

（B-DASH プロジェクト）
として採択され、国土技術政策総合研究所で実施された『脱水乾燥システム』１）等の技術により、低コストで汚の委託研究により実証研究を実施している。実規模レベルの実証設

泥を乾燥することで処分費の低減は図れるが、地域によっては有効利備を設計・建設し、2021 年 9月から設備の性能評価等を行っている。

用先の確保が困難なケースも多い。一方、地方自治体は、管理体制

本稿は、本技術の処理データや導入効果について紹介する。

（人）、施設管理（モノ）、経営管理（カネ）における課題を抱え、従来課題に対して、スケールメリットを活かせる広域化は有効な手段といえ2 実証研究方法

るが、従来の焼却炉では集約の拠点施設のコスト面の負担が過大と2.1 実証フィールドの下水道事業の持続が困難な状況にある。中小規模処理場の上記

Introduction of “Research on low-cost sludge reduction technology
using a biomass boiler to contribute toward widespread adoption ofsludge treatment in small- and medium-scale plants”

Abstract
Sewage sludge biomass can be utilized as fertilizer and biofuel. However, the technology

なり、普及展開が難しい。以上より、低コストで汚泥を減量化し、エネ実証設備が設置されている北海道室蘭市蘭東下水処理場は、標ルギー化を図る有効利用技術の確立が急務といえる。こうした背景か（日最準活性汚泥法の処理場であり、現有処理能力は48,000m3/日

ら、月島機械（株）
・日鉄セメント（株）
・高砂熱学工業（株）
・室蘭工

大）、汚泥処理は、「分離濃縮→消化→遠心脱水→外部委託処分（主業大学・室蘭市水道部共同研究体は、先述した『脱水乾燥システム』

としてセメント原料として有効利用）」となっている。今回の実証研究でと汎用的なバイオマスボイラを組み合わせ、低コストかつ多様なバイは消化槽から引き抜いた消化汚泥を対象とした。また、外部 バイオマ

オマス利用を可能としたエネルギー化技術（実証技術）を開発した。まスの受入れ試験として、近隣の北海道伊達市伊達終末処理場で採取た、本実証技術は、汚泥やバイオマスを燃焼し、場内でエネルギー

した脱水汚泥と伊達市で間伐材を原料に生産されている木質 ペレット利用を行うことから、有効利用先の確保の問題を解決し、汚泥集約のを試験に用いた。

that converts sewage sludge into fertilizer and fuel is not widely available in many smalland medium-scale sewage treatment plants. Because the introduction of these technologies
increases the cost burden, it is not easy to find users and maintain a close relationship withthem. Therefore, to promote effective utilization and ensure sludge treatment in the wide
small- and medium-scale plants sector, we developed a system that combines a low-cost
dewatering and drying system and a biomass boiler. The advantages of this demonstration

川上 健志

technology are the reduced construction costs due to the use of general-purpose packaging

KAWAKAMI Takeshi

equipment and effective use of the energy present in sewage sludge in the treatment plant

水環境事業本部
プロジェクト推進部
ソリューショングループ

that contributes to the reduction in fossil fuels use. This paper introduces the results of theresearch.
下水汚泥は肥料や燃料として有効利用が期待されるバイオマスである。
しかしながら、多くの中小規模の下水処理場では肥料化や燃料化の普及が進んでおらず、費用の負担増や、ユーザーの確保が容易でないことがその一因となっている。そこで、中小規模の下水処理場における有効利用ならびに広域化を推進するため、低コストの脱水乾燥システムとバイオマスボイラを組み合わせたシステムの開発を進めている。本システムの特徴は、パッケージ化された汎用機器の使用により建設費が抑制される点と、下水汚泥のもつエネルギーを処理場内で有効利用することにより、化石燃料の削減に寄与できる点があげられる。
本稿では、実証研究の成果を紹介する。
キーワード：下水汚泥処理、燃料化、有効利用、バイオマスボイラ、脱水乾燥システム
Keyword：Sewage sludge treatment, Biofuel, Eﬀective sludge utilization, Biomass boiler, Dewatering and drying
system

梅染 俊行

UMEZOME Toshiyuki
水環境事業本部
プラント技術部
上下水エンジグループ

図 1 実証技術概要
Fig.1 overview of demonstration technology

38 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 39

技術・製品紹介 1 「中小規模処理場間の広域化に資するバイオマスボイラによる低コスト汚泥減量化技術実証研究」の紹介

Introduction of “Research on low-cost sludge reduction technology using a biomass boiler
to contribute toward widespread adoption of sludge treatment in small- and medium-scale plants”

表 1 運転条件および結果
Table1 operational condition and result入を目指しており、基幹処理場に本実証技術を導入し、2 箇所の被2.2 実証設備概要
図 2に実証設備フローを示す。 対象汚泥は、機内二液調質型遠集約対象処理場から脱水汚泥を集約処理した場合のLCCの評価

心脱水機にて含水率 78 〜 79％に脱水された後、円環式気流乾燥機を行った。評価対象としては、それぞれの処理場で従来の脱水汚（以下「乾燥機」という）において400℃程度の熱風にて含水率 10 〜

泥を処理委託する場合（以下「従来脱水」という）および基幹処理

15％程度に乾燥されサイクロンで固気分離される。乾燥汚泥は、バイ場で従来の焼却設備により集約処理した場合（以下「従来脱水＋オマスボイラで燃焼され、蒸気ボイラで、蒸気として熱回収される。蒸焼却」という）とした。なお、従来技術の建設費、維持管理費につ気は、消化槽の加温や館内暖房として利用される。実証設備では、消いてはバイオソリッド利活用基本計画策定マニュアル 2）から費用

化槽加温ボイラで使用量が減少する消化ガスを燃料に熱風炉を使っ関数により算出し、本実証技術については今回の実証で得られたて乾燥に必要な熱を供給するが、消化ガスを利用できない処理場では、結果をもとに、建設費、維持管理費（修繕、燃料、電気、凝集剤、バイオマスボイラで発生する熱を乾燥に利用する。

人件費）を試算して評価した。

3 結果

2.3 研究内容（1）
運転の安定性の検証
バイオマスボイラの最適運転状態に関する調査として、空気比、3.1 運転の安定性の検証

給気バランス、滞留時間、排ガス循環量の影響調査を行い、四季表 1に運転条件と結果を、図 3に供給乾燥汚泥量とボイラ効率のを通じた代表条件での運転性能の把握を行うとともに、ボイラ内部

関係を、図 4に供給乾燥汚泥量と灰の未燃分割合の関係を示す。定

状況の確認を定期的に行い、処理の安定性を評価している。ここ

格 95㎏ /hrに対して70 〜 95㎏ /hrの負荷調整が可能で、ボイラ効率としては60 〜 70％程度であり、これは脱水汚泥性状等の条件にでは秋と冬のデータのみ示す。

もよるが、バイオマスボイラで乾燥汚泥の生産に必要以上の熱を回（2）
広域化への適用性の検証
北海道伊達市で採取した脱水汚泥を、成型機を介して乾燥機に供収可能であることが明らかになった。スクラバ出口でのばいじん濃度は給することで、他の下水処理場の脱水汚泥も乾燥処理できることを0.3g/Nm3 未満であり、大気汚染防止法のバイオマスボイラの規制確認した。また、北海道伊達市で製造された木質 ペレットを専焼に基準を満足している。排ガス中のN2O 測定値を投入脱水汚泥 1tあたて試験し、バイオマスボイラにおいてドライ系バイオマスのエネル。バイオマスボイラは、りに換算したN2O 排出量原単位を示す（表 2）

ギー利用が技術的に可能なことを確認した。

低排出型の焼却炉と同程度のN2O 排出量原単位であった。

（3）
ライフサイクルコスト（以下「LCC」という）の評価
本実証技術は中小規模下水処理場での汚泥の集約処理への導図 3 供給量とボイラ効率
Fig.3 fuel supply VS boiler eﬃciency

図 4 供給量と灰未燃分
Fig.4 fuel supply VS unburned components

表 2 N2O 排出量原単位の比較
Table2 N20 emission base unit

図 2 実証設備フロー
Fig.2 ﬂow sheet of demonstration facility

40 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 41

技術・製品紹介 1 「中小規模処理場間の広域化に資するバイオマスボイラによる低コスト汚泥減量化技術実証研究」の紹介

技術・製品紹介 2

参考文献

3.2 LCC 評価
表 3に検討条件を示す。 脱水汚泥量が合計 15.5t/日（含水率78％）程度発生する中小規模処理場の集約処理で導入を想定した。
従来脱水と比較した場合、建設費は上昇するが汚泥処分費の低減効
果によりLCC 削減効果が得られる見込みである。

１）国土技術政策総合研究所、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）
、2019
2）公益社団法人日本下水道協会、バイオソリッド利活用基本計画策定マニュアル、
2003

東部スラッジプラントにおけるエネルギー自立型焼却システム

3）国土交通省、下水汚泥エネルギー化技術 ガイドライン（平成 29 年度版）
、
2018

4 まとめ

Energy self-sufficient incinerator system at Tobu Sludge Plant

本実証研究では、バイオマスボイラを用いることで、乾燥に必要なAbstract

熱量相当の蒸気回収を行うことができ、中小規模処理場へ集約処理した場合での導入検討では、従来技術に対してLCC の低減効果がIn most cases, dewatered sludge contains approximately 80% moisture, and during the incin-

得られ、十分導入効果が得ることができる見込みである。今後は、春

eration process, fuel such as gas or oil is used to keep the temperature inside the incinerator

季と夏季の調査を行い、四季データを揃えて年間を通じた運転の安定

at approximately 850°C. Recently, dewatered sludge has become highly combustible while

性を評価し、バイオマスボイラの自動制御についても検討する予定で

dehydrated sludge has a low moisture content due to advances in dehydration technology.

ある。

Incineration at approximately 850°C can be achieved without fuel by using the combustion heatof the organic matter in the sludge. The use of these so-called “self-combustion” sewage treatment plants has increased. At the Tobu Sludge Plant, by reducing the moisture content of the

表 3 導入検討条件 ( 単価：全国平均値、国交省調査による)Table3 condition of installation study

町田 高穂

dewatered sludge to 71–74%, the use of “self-combustion” that does not require fuel, genera-

MACHIDA Takaotion of excess heat in the incinerator, and use of the excess heat to generate power are possible.

水環境事業本部
プラント技術部
熱エンジグループ

As a result, an “energy self-sufficient incineration system” is introduced that covers the power
consumption of the incineration facility with the power generated. This “energy self-sufficientincineration system” is realized by combining Tsukishima Kikai’s ultra-low water content dehydration technology, a supercharged fluidized combustion system with excellent power saving,
and binary power generation technology.
従来多くの場合、脱水汚泥には 80%程度の水分が含まれ、焼却工程では、都市ガスや A重油などの補助燃料を使用して、焼却炉内温度を約 850℃に保ち、燃焼させることが一般的であった。近年、汚泥の高可燃分化による汚泥保有熱量の上昇と、脱水技術の進歩による脱水汚泥の低含水率化が進み、補助燃料を使用せずに、汚泥の保有する有機分の燃焼熱量により、約 850℃での焼却を行う、いわゆる 自燃 運転を行う下水処理場が増加してきた。
東部スラッジプラントでは、脱水汚泥を 71 〜 74%まで低含水率化することで、補助燃料を不要とする 自燃のみでなく、焼却炉において余剰熱量を生み出し、余剰熱量でつくる蒸気により発電を行うことで、発電電力により焼却設備の消費電力を賄う エネルギー自立型焼却システム が導入される。

国分 剛

この エネルギー自立型焼却システム は、当社が保有する超低含水率型脱水技術と、省電力性に優れた過KOKUBUN Takeshi

給式流動燃焼システム、およびバイナリー発電技術の組み合わせにより実現している。

水環境事業本部
プラント技術部
上下水エンジグループ

キーワード：下水汚泥 脱水 焼却 過給器 発電 汚泥
Keyword：sewage sludge, dehydration, incineration, turbocharger, power generation, sludge

1 はじめに42 TSK 技報 2022 no.25

運転を行う下水処理場が増加してきた。
東部汚泥処理プラントでは、日本最大級の脱水汚泥 300ton 処理

下水汚泥は、濃縮・脱水工程での汚泥からの水分の分離、焼却工程設備において、含水率を71 〜 74%に低含水率化する超低含水率型

で水分の蒸発と有機分の燃焼による減容化と無機化が行われてきた。

を採用した脱水設備と、エネルギー自立型焼脱水機（60m3/hr×3 基）

従来多くの場合、脱水汚泥には80% 程度の水分が含まれ、焼却工却設備（300t 過給式流動焼却炉、125kW 級バイナリー発電機 4 基）

程では、都市ガスやA 重油などの補助燃料を使用して、焼却炉内温度を組み合わせることで、補助燃料を不要とする 自燃 のみでなく、焼却を約 850℃に保ち、燃焼させることが一般的であった。近年、汚泥の設備の電力も不要となる エネルギー自立型焼却システム を導入する。

高可燃分化による汚泥保有熱量の上昇と、脱水技術の進歩による脱この エネルギー自立型焼却システム は、当社が保有する超低含

水汚泥の低含水率化が進み、補助燃料を使用せずに、汚泥の保有す

水率型脱水技術と、省電力性に優れた過給式流動焼却炉、およびバる有機分の燃焼熱量により、約 850℃での焼却を行う、いわゆる 自燃

イナリー発電技術の組み合わせにより実現している。
TSK 技報 2022 no.25 43

技術・製品紹介 2

Energy self-suﬃcient incinerator system at Tobu Sludge Plant

東部スラッジプラントにおけるエネルギー自立型焼却システム

2 超低含水率型脱水技術の紹介■省エネルギー
本体軽量化およびターボジェッ
ト（動力回収セキ）
設置による省エネ化■省メンテナンス

2.1 超低含水率型脱水技術

3 エネルギー自立型焼却システムの紹介

過給式流動焼却炉の最大の特徴は、燃焼排ガスの圧力で過給機を駆動し圧縮空気を炉に供給することで、従来必要であった流動ブロ

エネルギー自立型焼却システムとは、東京都下水道局との共同研

ワの消費電力を不要とし、高圧の燃焼排ガスを圧力の低い煙突側に

超低含水率型脱水技術とは、東京都下水道局との共同研究にお現地で分解整備が可能な構造で、予備コンベヤと交換することで究において、含水率 71 〜 74%、可燃分 76 〜 90% ／ DSにおいて、自然排気することで誘引ファンも不要としている点である。東部汚泥処

いて、年間の大部分を脱水汚泥含水率 71% 以下とし、汚泥の性状

オーバーホール時も約 1 週間で運転再開が可能（従来は１〜 2 ヶ月）

以下の目標性能を満足し、認証されたシステムである。

理プラントの処理規模 300ｔ炉において、流動ブロワと誘引ファンのN2O 排出量 ：1.15kg-N2O/t-DS 以下

消費電力は合計約 500kWに相当する。

が悪化した場合でも脱水汚泥含水率 74% 以下（無機凝集剤による二液脱水）の条件を達成した技術である。
当社は、本技術において低動力型高効率遠心脱水機を採用している。

■省スペース
インラインデザイン（電動機を脱水機の軸上に配置）の採用で従使用電力量 ：161ｋWh/t-DS 以下

来の約 50%のスペースで設置が可能

補助燃料■脱水性、分離性に理想的なスクリューデザイン

2.2 低動力型高効率遠心脱水機

概要

遠心脱水機は、高速で回転する回転体（ボウルとスクリューコンベヤ）に汚泥と高分子凝集剤を供給し、遠心力で汚泥を分離し、分離し独自のスクリューピッチとバッフルコーンは汚泥に圧密・圧搾力を与え、送の過程で圧密、圧搾し脱水される。

① 基本構造

低動力型高効率遠心脱水機は、従来の遠心脱水機と比較して消費電力を約 50% 低減（当社比）
した省エネ型の遠心脱水機で、電力消費が抑えられ、温室効果ガス排出量の削減に寄与できる。機内二ボウル、スクリューコンベヤ、減速機、メインモータおよび差速用モータで構成される。
② 脱水原理めるこの2つの送風機の消費電力を削減している非常に省電力性に（立上げ、立下げ時および含水率 74% 以上時を除く）

優れたシステムである。目標性能の使用電力量 161kWh/t-DSについては、過給式流動焼却炉の採用により達成している。

※焼却炉における使用電力量を、発電電力量が年間で上回る

図 1に低動力型高効率遠心脱水機の基本構造を、図 2に脱水原理、図３にターボジェット構造を示す。

：不要

発電目標単価 ：14 円 /kＷh 以下

オープンフライトスクリューは乱流を抑え分離液の清澄性を向上た汚泥をスクリューコンベヤで排出する。汚泥は遠心力とコンベヤ搬

過給式流動焼却炉は、焼却設備全体の消費電力の6 割以上を占

過給機を用いた汚泥燃焼システムの原理を図 5に示す。圧力下（従来の気泡焼却炉の2 倍程度）
で下水汚泥を燃焼させ、その燃焼排ガス

当社は、過給式流動焼却炉にバイナリー発電設備を付帯させるシにより過給機のタービン翼を駆動させることで、タービン翼の1つの軸

ステムにおいて、熱収支計算による回収熱量、発電量および建設費・で繋がれたコンプレッサー翼が回転することで発生する圧縮空気を炉維持管理費の検討を行い、目標性能、経済性、維持管理性の観点でに供給するものである。

評価される共同研究により認証を受けた。

省電力ほどではないが、優れた特徴として、炉表面からの放散熱量本システムの最大の特徴は、過給式流動焼却炉の省電力性を生かが小さいメリットも有している。 加圧燃焼により、燃焼に必要な空気、液調質型に対応しており、脱水汚泥のさらなる低含水率化が可能であ供給された汚泥および高分子凝集剤は、機内で混合され凝集フし、それほど多くの発電を行わなくてもエネルギー自立を達成できる点で燃焼後の排ガスともに従来気泡流動炉の2 倍程度の圧力であり、気る。遠心脱水機は他の脱水機に比べ、コンパクトで大容量、防臭性

ロックを形成し、凝集フロックは遠心力を受けて固液分離し、固形ある。本技術のベースとなっている過給式流動焼却炉のフローを図 4

体が圧縮された状態での燃焼となる。このことにより、従来気泡流動炉が高く、自動運転のため取扱いも容易であり、ろ材を用いないため難物はスクリューコンベヤによりボウル円錐部へ搬送され、バッフルに示す。

の炉径の約 65%とコンパクトな焼却炉となり、炉の表面積を低減する

脱水性汚泥への適用性も高い。

コーンによる強い圧密脱水作用を受け、低水分の脱水汚泥となり

その他、
当社低動力型高効率遠心脱水機は以下の特徴を有している。

排出される。分離液は反対側の円筒ボウル端部より排出される。

図 1 低動力型高効率遠心脱水機の基本構造
Fig.1 Basic structure of low-power, high-eﬃciency centrifugal dehydrator

図 2 脱水原理Fig.2 Dehydration principle

44 TSK 技報 2022 no.25

図 3 ターボジェット構造
Fig.3 Structural drawing of a turbojet

図 4 過給式流動焼却炉
Fig.4 Supercharged ﬂuidized bed incinerator

図 5 過給機を用いた汚泥燃焼システム
Fig.5 Sludge combustion system using turbocharger

図 6 過給式流動焼却炉の放熱低減
Fig.6 Supercharged ﬂuidized bed incinerator with reduced heat dissipation

TSK 技報 2022 no.25 45

技術・製品紹介 2

東部スラッジプラントにおけるエネルギー自立型焼却システム

ことができる。表面積が小さいことは、放散熱量の低減に寄与し、より電力性を強化するため、白煙防止空気も過給器からの圧縮空気をエゼ

多くの熱量を発電側に使用することができることに繋がっている。

クタに導入し、エゼクタで増風した空気を白煙防止予熱器に送ることエネルギー自立型焼却炉は、前述の過給式流動焼却炉の省電力性を強化し、廃熱ボイラとバイナリー発電設備を組み合わせたものである。図 7にシステムの概略フローを示す。

で、定常運転時は白煙防止ファンも停止させることができ、省電力性も強化している。

技術・製品紹介 3

3D 設計活用の拡大

燃焼空気ラインと白煙防止空気ラインの2つの廃熱ボイラで生成し従来、焼却炉に必要な燃焼用空気は、焼却炉での補助燃料使用

た蒸気を熱源として、バイナリー発電機に供給して発電を行っている。

量削減を目的として、850℃の燃焼排ガスを用いて、燃焼空気を空気

バイナリー発電機はORC 技術（Organic Rankine Cycle：有機ラン

予熱器にて650 〜 700℃に予熱して焼却炉に供給している。東部汚

キンサイクル）を用いた排熱発電装置である。温水や熱媒体を熱源と泥処理プラントでは、前述の脱水汚泥の低含水率化により、300℃〜

して発電装置を駆動させるものであり、発電装置では、熱源から沸点450℃程度の燃焼空気を炉に供給することで、補助燃料を使用しないの低い「代替フロン」を蒸発させ、その蒸気によってタービン発電機を自燃 運転を実現することができる。そのため、空気予熱器で予熱さ回転させることにより発電している。

れた燃焼空気ラインにボイラを設置し、650 〜 700℃の燃焼空気を熱源として蒸気を生成するフローとしている。
このボイラ設置の目的は、過剰な熱量を炉に供給することを防止す

Expansion of the 3D design utilization

Abstract

東部汚泥処理プラントでは、含水率 71 〜 74%の範囲において、Recently, the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism (MLIT) has been promot-

発電電力により焼却設備での消費電力を賄うエネルギー自立運転を達ing Building information modeling (BIM) in public works projects to improve productivity1).

成する。

BIM refers to constructing an information models with attribute information such as material,
dimensions, and quantity, in addition to 3D shape information (3D model) created on a computer.

るためにボイラにて抽熱して燃焼空気温度を下げる（調整する）ことが主目的であり、蒸気の生成は副産物の意味合いが強い。従来は、補助燃料の注入量により炉内温度を850℃に維持する制御を行うが、本システムは焼却炉に供給する燃焼空気の温度を調整することにより、

4 おわりに燃焼排ガスは焼却炉→空気予熱器→集塵機→過給機を経て白煙年 11月にエネルギー自立型焼却システムの焼却設備工事を、いずれ防止予熱器に入るが、この白煙防止予熱器にて、排ガスのエネルギーも当社が受注した。エネルギー自立を担う脱水から焼却までの機械設を用いて常温空気を約 400℃に加温している。この加温空気ラインに備工事を、当社単独で設計・製造・建設する初めてのプラントとなり、も廃熱ボイラを設置し、蒸気を取り出すプロセスとしている。さらに省

attribute information. The effective use of 3D scanners, which can acquire accurate information on

この東部汚泥処理プラントのエネルギー自立型脱水焼却設備は、
2021 年 7月に低動力型高効率遠心脱水機の脱水設備工事、2021

850℃焼却を維持する設計である。

We are operating an integrated model that combines 3D CAD and a stationary 3D scanner toreproduce the existing plant and surrounding environment as a point cloud in a BIM model with

三島 仁

existing facilities, contributes to improved design accuracy in water and sewage facilities, where

MISHIMA Jin

scrap-and-build is common. Currently, we continue to expand the effective use of BIM design and

水環境事業本部
プラント技術部
BIMデザイングループ

introduce new technologies to further improve spatial design accuracy and productivity.
Herein, we will present examples of our most recent efforts: chute design using Autodesk
Inventor, VR review of 3D models, and the use of piping work volume historical data.

2026 年に竣工を迎える予定である。

近年、国土交通省は公共事業における生産性向上のため BIM 活用を推進している 1）。BIMとは Building
Information Modelingの略称であり、コンピュータ上に作成した 3次元の形状情報（3Dモデル）に加え、材質・寸法・数量などの属性情報を併せ持つ情報モデルを構築することを指す言葉である。
当社では 3DCADと据え置き型 3Dスキャナを組み合わせ、属性情報を持った BIMモデルに既設プラントや周辺環境などを点群で再現した統合モデルを運用している。スクラップ＆ビルドが多い上下水設備において、正確な既設情報を取得できる 3Dスキャナの効果的な運用が設計精度向上に寄与している。現在も空間設計精度と生産性のさらなる向上を目指し、BIM設計の有効利用法の拡大や新規技術の導入などを展開している。今回は直近の取り組みとして、Autodesk Inventorを利用したシュート設計、3Dモデルの VRレビュー、配管工事量ヒス
トリカルデータ活用の事例を紹介する。
キーワード：Building information modeling (BIM), Virtual reality (VR)Keyword：Building information modeling (BIM), Virtual reality (VR)

1 はじめに
当社では1990 年代より3DCADを、2018 年に据え置き型 3D ス
キャナを導入しており、BIM モデルに既設プラントや周辺環境などを点群で再現した統合モデルを運用するなど、空間設計精度や生産性を図 7 エネルギー自立型焼却炉概略フロー
Fig.7 Energy self-suﬃcient incinerator outline ﬂow

向上させるための取り組みを行っている。

2.1 Autodesk Inventorを利用したシュート設計
機器設計用 3DCAD ソフトウェアであるInventorを用いてシュートを設計した事例を紹介する。
3DCADで作成したシュートの3D モデル（図 1）
は、構造を容易に確

今回は直近の取り組みとして、Autodesk Inventor ※を利用したシュート

認することができる。さらに、建屋や機器・配管の3D モデル、既設構設計、3D 設計案件のVR レビュー、配管工事量ヒストリカルデータの造物の3D スキャンデータと合わせて統合モデルとすることができる。

利用の3つをそれぞれ紹介する。

統合モデル上では、ハンドホールへのアクセスや点検のしやすさなど※ AUTODESKINVENTOR：Autodesk, Inc.の登録商標である。Autodesk Inventor

が 3Dで表示されるため非常に分かりやすく、社内関係者内での内容のスクリーンショットは、Autodesk 社の提供で転載している。

46 TSK 技報 2022 no.25

2 主部

確認が簡単に短時間で行えるようになった。
（図 2）
TSK 技報 2022 no.25 47

技術・製品紹介 3

Expansion of the 3D design utilization

3D 設計活用の拡大

また、3D モデル上で検証、確認または承認をおおむね完了させてか

また、設計レビューの指摘もVRで確認すると実感しやすく、指摘事タ（過去実績）
として配管工事量を分析することで、新規案件の見積も2.3 配管工事量ヒストリカルデータの利用
配管工事量ヒストリカルデータの利用について紹介する。

ら作図を開始することで、図面上だけで検証、確認、承認を行うプロセ

項の理解度が大幅に向上する。加えて、データの数だけプラントを疑スよりも高精度かつ高効率な設計ができる。

似体験できるため、設計者の成長を助ける教育ツールとしてVRが有用

当社ではプラント業界での経験則であるDB、Bm、DB/Bm 比率、
サポー

このほかにも、新 型 3Dスキャナ、低 価 格 帯 汎 用 3DCAD、ARであるとわかった。

ト重量など配管工事量を示す各種指標を、流体、配管口径、材質など（Augmented reality）の運用テストを通じて、統合モデルのさらなるのカテゴリーごとに分析・比較している。

運用改善、設計者の生産性向上に取り組んでいる。

2.2 3D 設計案件の Virtual Reality（仮想現実）
レビュー

VR 空間では付属のコントローラーを手に持つことで視界に手がVirtual Reality（以下
「VR」
という）
を利用した設計レビューを紹介する。

表示されるようになり、歩いたり手を動かしたりすれば映像も追従する

これによりプラントごとの配管工事量の傾向をつかむことが容易にな

VR レビューでは、VR ヘッドセットを着用すると設計した3Dモデルが（図 3）。3D スキャンを行った現場の表示も可能で（図 4）、まるで建り、見積もり精度を向上させることができる。さらに分析・比較したデー
タをグラフ化することで視覚効果を高めている。
（図 5、6）

1/1スケールで立体化して表示される。結果として、経験の浅い人や設後のプラントを歩いているような感覚になるため、通路幅や障害物の設計担当以外の人でもバルブの位置や通路幅、ヘッドクリアランスな高さ等を人間の視点でリアルに体感できる。そのため、運用性につい

ど運用性に関わる要素を確認しやすくなるという効果が得られた。

ての検証が容易になった。

3 おわりに今回紹介した3DCADによるシュート設計やVRによる体験型レ
ビューは、設計者のみならず関係者の視覚的認知能力を高め、2D 図

図 1 シュートの3D モデル
Fig.1 3D model of the chute

り精度を向上させることができる。

参考文献
１）国土交通省 BIM/CIM 関連基準・要領等（令和 4 年 3月）

面などの従来手法と比べると設計精度、生産性ともに大幅に向上させ技術調査：BIM/CIM 関連基準・要領等（令和４年３月）- 国土交通省 (mlit.

ることができる。また、過去に作成した統合モデルはヒストリカルデー

go.jp)

図 2 シュートのメンテナンス性の検討
Fig.2 Considering the maintainability of the chute

図 5 施工方法別の溶接量のグラフ
Fig.5 Graph of welding quantities classiﬁed by construction method

図 3 VR レビューの様子
Fig.3 VR review

図 4 3D スキャンデータのVR 表示
Fig.4 VR view of 3D scan data
図 6 サポート重量に関する比率のグラフ
Fig.6 Graph of ratios for support weight

48 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 49

技術・製品紹介 4

1 はじめに樹脂製チェーンフライト式汚泥掻き寄せ機へのPET チェーンおよび耐震機構の適用

濃度酸性の結露水がプラスチックチェーンに滴下することで、浸食し、強度が低下する。この結果、プラスチックチェーンの破断が生じていチェーンフライト式汚泥搔き寄せ機は耐食性を高めるため樹脂化がたと考えられる。このため日本下水道事業団機械設備標準仕様書（令

進められてきた。当社では、他社に先行してオールプラスチック製汚

和 2 年度）において 使用材料に耐酸性の低い合成樹脂を含む場合

泥搔き寄せ機を開発したが、近年、長納期化や高コスト化、他社でもは、機器の取扱留意事項および運転管理方法等を明記した銘板を槽

プラスチックチェーンの採用を進めたことにより競争が激化している。

上に設置すること と記載されるようになった。

また、プラスチックチェーン自体も酸性の高い結露水による破断や、Application of PET chains and Earthquake resistantmechanism to Plastic chain flight type sludge collector

ど、樹脂製チェーンフライト式汚泥搔き寄せ機を取り巻く環境が変化

2 PET チェーンの性能確認している。 当社では、これらの問題を解決するためにPET チェーンと2.1 耐酸性試験

昨今の環境問題への意識変化、東日本大震災による脱輪の頻発な

PET の耐酸性を評価するための試験方法としてASTM

耐震機構の開発を行った。

Abstract

PET チェーンとは主材質にPET（ポリエチレンテレフタラート）を用よる方法がある。各プラスチックメーカーがこの試験方法に基づき試いたプラスチックチェーンであり、PET の特徴は耐酸性、耐薬品性、験を実施しており、PETが耐酸性に優れていることはすでに証明され耐摩耗性に優れ、さらに環境に優しい材質である。

ている。当社ではさらに実際のチェーンを用いて実証試験を実施した。

In a plastic chain flight type sludge collector used in the first and final sedimentation tanks
of sewage treatment plant, the main chain has been broken due to highly acidic condensa-

D543に試験体として使用したのは従来のプラスチックチェーン T（材質：ポリ
アセタール（以下「POM」という））と、PET チェーンの 2 種類である。

1.1 プラスチックチェーンの破断事象

tion water. Therefore, we focused on polyethylene terephthalate (PET), which is an envi-

他社製の樹脂製チェーンフライト式汚泥搔き寄せ機において、プラ試験方法は硫酸濃度 30%（常温）を滴下する暴露試験を行った。試

ronmentally friendly material with excellent acid resistance and commercialized the chain.

スチックチェーンが破断する事象が発生している。長期にわたり槽内を験結果を図 1に示す。 試験結果から分かるとおりPOM 製チェーンはIn addition, Conventional products were imported from overseas, and the delivery was

空にした状態で保管した際、結露水が濃縮し酸性濃度が高くなる。高酸に浸食されたが PET チェーンは特に変化は見られなかった。

extremely unstable due to the influence of the new coronavirus, however the PET chains are
domestically manufactured products, enabling short delivery and stable production. Proto-

小山 達也

types were repeatedly produced, and acid resistance tests and breaking strength tests were

KOYAMA Tatsuya

verified. In the acid resistance test, acid erosion was reduced compared to conventional

月島テクノメンテサービス株式会社
エンジニアリング本部

products. In the breaking strength test, the results satisfied the guaranteed breaking strengthand average breaking strength specified in the Japan Sewerage Works Agency’s standard
specifications. Based on these results, the system was delivered to the M sewage treatment
plant together with the floating type chain flight sludge collector in 2022, and is currently inoperation. In addition to the development of the PET chain, we developed a 4-shaft chain
flight type sludge collector with an earthquake resistant mechanism. This mechanism hascutouts at both ends of the flight, through which the running rails are passed. Currently, thecompany is conducting public relations activities where the combination of a PET chain andan earthquake-resistant mechanism is packaged and promoted as a chain-flight type sludge
collector with excellent earthquake resistance and environmental resistance.
下水処理場の最初沈殿池、最終沈殿池で使用される樹脂製チェーンフライト式汚泥搔き寄せ機において、酸性の高い結露水によって本体チェーンが破断する事象が発生した。そのため、従来品より耐酸性に優れ、かつ環境に優しい材質であるポリエチレンテレフタレート（以下「PET」という）に着目しチェーンの商品化を行った。なお、従来品は海外からの輸入品であり、新型コロナウイルスの影響で納期面も非
常に不安定であったが、PETチェーンは国内生産品であり、短納期かつ安定した生産が可能である。試作品の製作を繰り返し、耐酸性試験および破断強度試験の検証を行った。耐酸性試験では、従来品と比較し酸による浸食が低減された。破断強度試験では、下水道事業団標準仕様書に規定されている保証破断強度および平均破断強度を満たす結果となった。これらの結果をもとに 2022 年に浮上型汚泥掻き寄せ機とともに M下水処理場に納め、現在稼働中である。また、PETチェーンの開発と合わせて耐震機構を付帯した 4軸型チェーンフライト式汚泥搔き寄せ機の開発も行った。本機構はフライト両端に切り欠きを設け、そこに走行用レールを通す機構であり、走行用レールのみで耐震機構を具備した構造となった。現在は PETチェーンと耐震機構の組み合わせをパッケージとし、耐震・対環境性に優れたチェーンフライト式
汚泥搔き寄せ機として PR 活動を行っている。
キーワード：ポリエチレンテレフタレート、樹脂製チェーンフライト式汚泥搔き寄せ機、浮上型汚泥掻き寄せ機
Keyword：Polyethylene terephthalate (PET), Plastic chain ﬂight type sludge collector, Floating type chain ﬂight
sludge collector

50 TSK 技報 2022 no.25

図 1 耐酸性試験結果
Fig.1 Result of acid resistance test

TSK 技報 2022 no.25 51

技術・製品紹介 4

樹脂製チェーンフライト式汚泥掻き寄せ機への PET チェーンおよび耐震機構の適用

Application of PET chains and Earthquake resistant mechanism to Plastic chain flight type sludge collectorが重いため影響を受けにくかったが、プラスチックチェーンは軽量のた

2.2 破断強度試験
日本下水道事業団機械設備標準仕様書（令和 2 年度）にプラスチッ

め影響をより受けやすかった。そのため日本下水道事業団機械設備標

クチェーンの破断強度は保証（最低）破断強度 24.5kN 以上、平均破準仕様書においても 地震によるスロッシングが生じても脱輪が発生し断強度 29.4kN 以上と規定されている。 繰り返し改良を加えた結果、にくい装置を具備する。と記載された。これにより、他社は耐震化のた

PET チェーンの破断強度は図 2に示す結果を得ることができた。試験めの部品を追加し対応しているが、当社では走行用のレールのみで耐結果から分かるとおり試験体 3 本の破断強度は31.7kN 以上であり、震化も兼ねる構造の開発を行った。

機械設備標準仕様書記載の数値を上回る結果となった。

3.1 機構の検討
フライト両端中央に切り欠きを設け、そこにレールを通すことにより走2.3 摩耗試験
加速試験機を製作しPET チェーンの摩耗試験を行った。摩耗測定

行用のレールのみでスロッシング対策を兼ねることが可能となった。
また、箇所はピン穴径、ピン径、バレル径の3 点を評価する。摩耗試験方

フライトの切り欠き部とレールが直接接触しないようフライトにはシュー

法は、掻き寄せ速度 17.35m/min（最終沈殿池に使用する速度の約を取り付け、摺動性を高めた。通常走行時は切り欠きの上部のシュー

58 倍）の試験機を製作し、113日間運転させることにより18 年間に相がレールに摺動しながら走行し、地震時は切り欠きの下部のシューが当する運転期間の摩耗確認を実施した。試験結果を図 3に示す。摩

レールに接触することで脱輪を防止する構造である。構造図を図 4に

耗値は大きい箇所で0.54mmとなった。この数値は当社がすでに納入示す。本構造で試験機を作成し、2.3 摩耗試験と同時に稼働確認をしている他処理場での従来チェーンの摩耗値と比較してほとんど差がな

行った。なお、本機構は特許取得済である。

く、経年使用にも十分に耐える結果となった。

4 おわりに

3 耐震機構の開発

樹脂製チェーンフライト式汚泥搔き寄せ機においてPET チェーンを

東日本大震災により樹脂製チェーンフライト式汚泥搔き寄せ機の上採用することにより、本体チェーンの耐酸性の向上、環境に優しい材質

部軸間で脱輪する事象が頻発した。スロッシングによりスプロケットかへの変更とともに耐震化を図った。現在は、PET チェーンと耐震機構を

ら本体チェーンが脱輪したことが原因である。スロッシングとは、地震に組み合わせた樹脂製チェーンフライト式汚泥搔き寄せ機として、販売拡

よって槽内の水面が揺動する事象であり、金属チェーンにおいては重量充に向けて取り組んでいる。
図 3 PET チェーンの磨耗試験結果
Fig.3 PET chain wear test results

図 2 PET チェーンの破断強度試験結果
Fig.2 Results of PET chain rupture strength test

52 TSK 技報 2022 no.25

図 4 耐震機構
Fig.4 Earthquake-resistant machanism

TSK 技報 2022 no.25 53

技術・製品紹介 53 旧型ミキシレータ の課題

液の流動を妨げてしまう。そこで混合羽根と逆回転の液流を作る図 4®

自己循環式 CIP溶解槽ミキシレータ®の紹介
Introducing the self-circulating
CIP dissolving tank mixer “MIXILATOR”のヒトデ型邪魔板を開発したが、図 5の写真のように邪魔板で流れ方

旧型ミキシレータ ® は幅広い処理物、粘度に対応するため、槽内攪
拌用の混合羽根を図 3の3 種類用意している。標準はディスクカレン

れにより付着したダマが消えずに、所定濃度の溶液を調製できないといトで、剪断力が必要な場合はホモディスパー、高粘度溶液にはレヴィ

う問題がある。

アスタア ®を適用する。

課題 2 ダマになりやすい高粘度溶解の時間短縮

課題 1

ミキシレータ ®を使い増粘剤カルボキシメチルセルロース（以下高粘度対応と自己循環洗浄の両立

槽下に設置した特殊循環羽根に空気を吸い込むと吐出性能が大幅「CMC」という）2% 水溶液（粘度 25000mPa・s）
を各混合羽根で溶に下がり自己循環洗浄ができなくなるため、ボルテックスを抑制するた

解した場合、ホモディスパー、ディスクカレントでは流動せず、レヴィア

めの邪魔板が必要で、この邪魔板は混合羽根により使い分ける必要

スタア ®でなら溶解できるが、溶解時間が長い。これはレヴィアスタア ®

がある。ディスクカレントとホモディスパーは比較的小さな邪魔板でボは液を吐出する力は強いが、効率よく液を吐出するため処理液に剪断

ルテックスを抑制することができるが、レヴィアスタア は攪拌力が非力がかかりにくくダマがつぶれにくいためと考えている。

®

Abstract

向を変えるため液流に強弱ができ、容器淵に滞留部が生じてしまう。こ常に強いため大きな邪魔板が必要になるが、大きな邪魔板では高粘度

Recently, the labor shortage in domestic factories has become an issue. In 2017, we developed“MIXILATOR” a dissolving tank mixer that supports a clean in place (CIP) that contributes tolabor savings for our customers. The mixer drives coaxially with the mixing blades that stir theinside of the tank and circulation blades installed under the tank that have dispersing and pumping
functions. The agitator features a single motor capable of agitation inside the tank, external circulation, and circulation cleaning. Three types of mixing blades were prepared to support a wide rangeof viscosities, but those for high viscosity did not allow CIP self-circulation cleaning, and the dis-西川 宏

solution time was long for materials that easily clumped. We solved these problems with newly

NISHIKAWA Hiroshi

developed mixing blades, for which we summarize the improved “MIXILATOR” features, which

プライミクス（株）経営企画本部
乳化分散技術研究所
新製品開発課

were launched in August this year.
近年国内工場の人手不足が課題となるなか、お客様の工場での省力化に貢献すべく2017年に CIP対応溶
解槽ミキシレータ ®を開発した。ミキシレータ ® は槽内を攪拌する混合羽根と、槽下に設置した分散とポンプ機能を持った循環羽根を同軸で駆動する。モータ1 台で槽内攪拌と外部循環、循環洗浄を行うことが特徴の攪拌機である。幅広い粘度に対応するため 3種類の攪拌羽根を用意していたが、高粘度対応用の攪拌羽根だと CIP自己図 1 ミキシレータ ® フロー図
Fig.1 Flow diagram of MIXILATOR

図 2 ミキシレータ ® 外観
Fig.2 External appearance of MIXILATOR

循環洗浄ができないことと、ダマになりやすい材料だと溶解時間が長くなることが課題だった。新しく開発した攪拌
羽根によりこれらの課題を解決し、今年（2022年）8月より販売を開始した改良版ミキシレータ ® について、その改善点を中心に紹介する。
キーワード：溶解槽、増粘剤、ミキサー、CIP、分散機
Keyword：Dissolver, Thickener, Mixer, CIP, Disperser

図 3 旧型ミキシレータ ® 混合羽根Fig.3 Mixing blades for old type MIXILATOR

1 はじめに

2 ミキシレータ の概要®

近年日本では少子高齢化による労働人口の減少、雇用のミスマッ

ミキシレータ ®は槽内を攪拌する混合羽根と、槽下に設置した分散とチ、新興国での賃金上昇等を背景にした生産工場の国内回帰等によポンプ機能を持った特殊循環羽根を同軸で駆動することで、モータ1

り国内工場での人手不足が大きな課題となっており、各企業では生産

台で槽内攪拌と外部循環、循環洗浄を行うことができる。（図 1 参照）

工程の自動化など省力化が進められている。当社ではこのようなお客様

溶解操作時にはプロセスラインにバルブを切り替え外部循環を行い、のニーズに応えるべく、攪拌機の運転の中で人手のかかる洗浄工程を

素早く槽内を均一化する。 洗浄操作時はCIP ラインにバルブを切り自動化するＣＩ
Ｐ（定置洗浄）に対応したＣ
Ｉ
Ｐ/Ｓ
Ｉ
Ｐ
（定置殺菌）対応の真替え、洗浄ノズルから洗浄水を噴射し槽内の洗浄を行う。外部に洗浄Ｐ対応の溶解槽ミキシレータ®を開発し空乳化装置クリアスタア ®、ＣＩ

用ポンプを設置することなく機器単体でCIP 洗浄できることが最大のメ販売している。今回は2017 年に販売を開始し、今年（2022 年）8月か

リットである。

ら改良版を発売したＣＩ
Ｐ対応溶解槽ミキシレータ®について紹介する。
54 TSK 技報 2022 no.25

図 4 ヒトデ型邪魔板
Fig.4 Baﬄe for LEVIASTAR

図 5 ヒトデ型邪魔板滞留部
Fig.5 Stagnation by baﬄe for LEVIASTARTSK 技報 2022 no.25 55

Introducing the self-circulating CIP dissolving tank mixer “MIXILATOR”

技術・製品紹介 5 自己循環式 CIP 溶解槽ミキシレータ ®の紹介

4 改良版ミキシレータ の変更点

変更点 2

®

変更点 1

高額なポンプケーシングのコストダウン

だけではポンプ部への吸込み流れにより排出した泡がそのままポンプ

旧型ミキシレータ の特殊循環羽根を収めるポンプケーシングは図部へ吸い込まれてしまうことが予想される。そのため、泡抜き穴に煙突

処理液により使い分けていた3 種類の混合羽根を8のようにボリュート形状であるため、エンドミルでの切削加工となり、のような短管も設置した。これらにより、図 13のとおり溶解操作時の外テレコルタ Rに一本化®

加工費が高額となっている。これを図 9のように円筒状にすることで、部循環量は旧型ミキシレータと大差ない程度に改善された。この泡抜2020 年に発売した分散力と液流動を両立したテレコルタ Rにより、旋盤で加工することが可能となり、加工費を大幅に下げることができた。

き構造については特許出願している。

混合羽根を交換せずに幅広い処理物、粘度に対応できるようになった。

しかしポンプケーシングを円筒状にすると吸い込んだ空気が抜けにくく

溶解時間は表 1のとおり高粘度の溶解時間が短縮され、低粘度の溶なり、高粘度物の溶解では泡が溜まり吐出しなくなってしまった。そこで

5 おわりに解でも3 種の混合羽根の中で分散力が最も優れたホモディスパーと大図 10のようにポンプケーシングの天井部に泡抜き穴を設け、吸い込

差ない結果となった。洗浄運転時は図 6のようにテレコルタ Rの吐出

んだ空気を排出するようにした。図 11はポンプケーシング内の泡の動方向が斜め上方向であるため、洗浄水の張込量を減らすと洗浄水が槽

きをCFD（数値流体力学）解析した結果である。ポンプケーシング天あった高粘度溶解とCIP自己循環洗浄の両立をようやく達成し、今年壁まで飛び散り、比較的小さな邪魔板でボルテックスを抑制することが井の泡抜き穴から泡が抜ける様子が確認できた。図 12はCFDによる（2022 年）8月より改良版の販売を開始できることとなった。2017 年

でき、高粘度溶解とCIP自己循環洗浄の両立が可能となった。

槽内の流動解析結果で流れ方向が示されているが、泡抜き穴を設けるの販売開始以来、CIP/SIP 対応真空乳化機クリアスタア ® の溶解槽

2017 年に販売を開始したミキシレータ ® だが、当初からの課題でを中心として250Lから3000Lまで累計 12 台販売しているが、改良版を販売開始することで今後さらなる販売拡大を期待している。
表 1 CMC 水溶液溶解時間比較
Table1 Dissolve time for CMC aqueous solution

図 10 ポンプケーシング天井泡抜き穴
Fig.10 Bubble outlet hole of pump casing

図 6 改良版ミキシレータ ® 洗浄運転時フローFig.6 Flow diagram of new MIXILATOR

図 7 改良版ミキシレータ ® 混合羽根と邪魔板
Fig.7 Mixing blades and baﬄe for new MIXILATOR

図 12 ミキシレータ ® 容器底流れCFD 解析結果
Fig.12 CFD analysis results of MIXILATOR vessel bottom ﬂow

図 8 旧型ミキシレータ ® ポンプケーシング
Fig.8 Pump casing for old MIXILATOR

56 TSK 技報 2022 no.25

図 11 ポンプケーシング内泡のCFD 解析結果
Fig.11 CFD analysis results of bubble in pump casing

図 13 ミキシレータ ® 外部循環量比較（CMC2% 溶解操作時）
Fig.13 Comparison of external circulation volume

図 9 コストダウン型ポンプケーシング
Fig.9 Pump casing of cost down type

TSK 技報 2022 no.25 57

技術・製品紹介 6
当社では表 1 のようなビーカースケールでの固液分離試験装置（1）
水平ベルトフィルタ（0.1m 2）を保有している。

ケーキ洗浄に特化した連続式の真空ろ過機。

（2）
パイロットテスト、ベンチプラントでの検証

パイロットプラント向け
小型固液分離装置の紹介
Introduction of a small scale solid-liquid separationequipment for a pilot plant

ビーカーテストの結果を元に小型試験装置を用いて連続テストを連続走行するろ布上にスラリを供給し、ろ布の進行方向に沿っ行う。パイロットテストではビーカーテストと比べて約 10 〜 100 倍て往復動するろ布下方に設置される真空トレイからの吸引により、量程度のテストサンプルが必要となる。このパイロットテストにお連続的に真空ろ過を行う。また、ろ液をケーキ洗浄液として再利用

いて、得られた粉体製品の品質評価、装置の性能評価、またスラする向流多段洗浄などの洗浄操作により、ケーキ洗浄水量の削減

リの供給安定性、排出安定性などといったビーカースケールの試験も可能となっている。

では確認できない事項の観察評価を行うとともに、工業化する際のnecessary to perform pilot scale testing using small equipment after beaker scale testing.
Small-scale pilot test equipment that has the same functions as commercial equipment and canrealize the same operating conditions of commercial equipment is very important for smooth process verification.
Recently, there has been much demand for testing using a smaller sample size. This paper introduces a small-scale solid-liquid separation equipment that has been improved to meet these demands.

古川 智浩

新規プロセスへの固液分離装置の適用を検討する場合、ビーカースケールでのテストを経た後、小型のパイロッ

FURUKAWA Tomohiro

ト機でのテスト検証を行う必要がある。そのため商用機と同等の機能を有しており、商用設備の運転状態を再現

産業事業本部
単体機器技術部
プロセスグループ

できる小型のテスト装置は検証をスムーズに行う上で必要不可欠であり、近年はより少量サンプ ルでの試験需ており、十分な運転検証を行うことが可能となっている。必要な補トプラントにこのような小型パイロット装置が組み込まれ、長期で機類はユニット化されており貸し出し試験なども対応可能となっていの運転検証が実施されるステップが踏まれることがある。

る。また最近では、同 0.1m 2 水平 ベルトフィルタをさらに改良、コンパクト化した設計も行っており、顧客向けパイロットプラント用（3）
スケールアップ検討／詳細設計

When considering the applications of solid-liquid separation equipment to a new process, it is

テスト機のろ過面積は0.1m 2と小型だが、向流多段洗浄の適用も可能となっているなど、商用機とほぼ同等の機構・機能を有し問題点の洗い出しも行う。
必要に応じて、顧客にて計画・建設されるベンチまたはパイロッ

Abstract

代表的なパイロットテスト機器の概要を以下に記載する。

試験結果に基づいて商業規模における機器のサイズ検討、洗い出された問題点の対策を盛り込んだ詳細設計を行う。

途としての納入実績を有する。
（2）
圧搾ブロー脱水機
水平ベルトフィルタの後段に一体連結される連続加圧ブロー型

3 パイロットテスト用小型試験装置

二次脱水装置であり、難脱水ケーキの含液率を大幅削減するオプション機構である。水平 ベルトフィルタからのろ過・洗浄後のケー

当社では、多様な顧客要望に対するために上述のようなベンチ、パ

キは圧搾ブロー脱水機へと供給され、ブロードラム部分では、加イロットスケールでの適用検討用として、表 2 のような小型の試験装

圧 ベルトによる高面圧での圧搾脱水に加え、高圧エアーブローに置群を保有している。これらは当社内での試験目的のみならず、販売

よるブロー脱水が行われ、真空ろ過や従来の圧搾脱水では到達し機としても活用される。

得なかった低含液率のケーキを得ることが可能である。 後段乾燥要が多い。
本稿ではこれらの需要を満たすべく改良を進めてきた小型の固液分離装置について紹介する。

表 1 ビーカースケール固液分離装置一覧
Table1 List of beaker-scale liquid-solid separation equipment

キーワード：小型テスト装置 固液分離 パイロットプラント
Keyword：Small scale test equipment, solid liquid separation, pilot plant

1 はじめに種々の固液分離プロセスを検討する上で最適な装置を選定するた
めには、対象処理物の物理的・化学的な性質および処理後の達成
要求品質を十分に考慮した上でテスト検討を進める必要がある。
固液分離装置の選定検討ステップとしては、まず始めにビーカース

ほかに、顧客での製品開発段階においては、開発される粉体製品のユーザー性能評価として一定の物量を確保するなど、ビーカースケー
ルでは対応できない試作を求められることもあり、この意味でも小型の

表 2 パイロットスケール小型試験機一覧
Table2 List of small-scale pilot test equipment

パイロットテスト装置の存在は重要となる。
本稿では、上記要求を満たすべく準備を進めてきた当社の小型のテスト装置群を紹介する。

ケールの試験設備によって適用機種の絞り込みを実施し、同時にサイジングや運転条件決定のために必要なデータを採取する。次にそこで定めた適用機種および処理条件の妥当性を証明するために商用機と同等の機能を有する小型の試験装置を用いたパイロット試験が必要となる場合が多い。

2 固液分離装置の選定プロセス
一般的な固液分離装置の選定プロセスは以下のようになっている。
（1）
ビーカーテストまた、新規プロセスの開発では商用規模の生産設備を建設する前処理物の物性、要求される品質などの情報からあらかじめ適用段階の実証設備として小規模のベンチ、
パイロットプラントなどを構築し、可能と考えられる候補機種の絞り込みを行い、ビーカーテストの実

一定期間の小規模生産によるプロセス検証が必要な場合もあり、この施内容を検討し、少量の実液テストサンプルを用いてビーカース

ような要求に対応する小型パイロット装置の存在が必要となってくる。

ケールでの試験を行う。

58 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 59

Introduction of a small scale solid-liquid separation equipment for a pilot plant

技術・製品紹介 6 パイロットプラント向け小型固液分離装置の紹介

機のエネルギー負荷を大幅に削減できるほか、含液率を大幅低減含めた一体型 ユニットとなっており、電源、冷却水、圧縮空気等と装置を製作している。テスト機のバスケット径はφ400mm、容量することでウェットケーキのハンドリング性を大幅に改善することがいったユーティリティをつなぐのみで即運転が可能であり、特に貸しは19Lと小型だが、掻き取り機構、ケーキ洗浄機構、スクリーン洗て標準化することで、設計費や検査費などといったコストを最低限に抑可能である。本パイロット試験装置は、商用実機と同等の操作条出しでの試験ニーズに対して柔軟に対応することが可能である。

浄機構、バスケットバルブ等の商用大型機と同等の機能を有してえることが重要となる。

件（圧搾・ブロー圧力）で脱水することが可能となっているため、実設備を想定した検証が可能である。

（4）
EW 押出式遠心分離機
粒子径で100μm 以上のスラリの脱水、洗浄に適用される連（0.013m2 ‒ 0.26m2）（3）
BoCross® フィルタ
微粒子スラリの高濃縮・ろ過・洗浄操作が可能なダイナミック
クロスフローろ過機。
スラリのクロスフロー（せん断応力）を装置内部の攪拌機構にいるほか、ケーキ排出部にはスクリーン洗浄水の切り換え用ガッターも取り付け可能となっている。また運転可能な遠心効果も実機相

続式遠心分離機である。コンパクトで処理能力が大きく、金属ス

当としているために最大遠心効果は1300G 程度となっている。ス

クリーンを採用しているため耐久性に優れており、かつ補機などもラリ供給〜ケーキ洗浄〜脱液〜結晶排出の各運転工程でのバス必要としない装置となっている。適用されてきた処理物も300 種以

ケット回転数や運転時間をスラリ性状に合わせて設定でき、全自動上と非常に幅広い適用性を持っている。

で各工程（１サイクル）を運転可能となっている。

よって発生させることにより、サブミクロン、ナノ粒子スラリなどにPM230 型試験装置は標準的な2 段 バスケット型のほか、スラおいて高濃度濃縮された状態においても高いろ過速度を維持する

リの予備濃縮を行うプレシックナ装置を取り付けた単段 バスケット

4 ベンチ、パイロット用小型装置の標準化

ため、一般的なクロスフローろ過機よりも高濃縮処理を実現する。

構造にも変更可能なものとなっている。また、φ100 型の小型試
験機では電動サーボシリンダーを用いた押し出し方式を採用しておクロンサイズ以上での湿式分級」などの操作が可能となっている。

り、さらなるコンパクト化を図っているほか、気流乾燥機であるクリー

適用することが求められる。多様な運転操作ができ、かつ実機に等しい

テスト機においてはろ過濃縮、洗浄、分級などのさまざま操作に対ンフラッシュ ®ドライヤとの一体連結も可能であり、連続での脱水・

スケールアップデータが採取できることが求められる。

率計など）を備えており、それらを用いた複雑な制御運転も可能で乾燥試験にも対応可能である。
（5）
吊下型遠心分離機

5 おわりに今回、パイロットプラント向け小型固液分離装置の紹介をさせていただいた。
これらの機器は、パイロッ
トテストあるいは、ベンチ・パイロッ
トプラン
トにて生産設備と同様の運転状況を把握できる点で非常に有用である。

「微粒子スラリのろ過濃縮」「微粒子スラリの洗浄」「シングルミ応できるように多様なセンサー（圧力計、温度計、密度計、導電小型試験装置においては、ある程度幅広い処理物に対応した仕様に

これら小型のパイロット試験装置類はその性質上、多様な処理物に一方でこのような小型の試験装置を販売機ととらえた場合、小型機
は商用大型機に比べてスケールメリットがなく、購入費用が割高となっある。特にろ過面積 0.013m2 の機器に関してはBoCross® フィル

製糖用途で多数の納入実績を有するバッチ式遠心分離機であてしまう課題がある。そのため、処理物ごとに個別の特殊設計をしていタ本体に加えて動力制御盤、スラリポンプ、タンクなど補機類もるが、近年、製糖用途以外への適用を検討する目的で、小型試験ては、非常に高額な機器となってしまう場合がある。この課題を踏まえ、今回紹介したすべのテスト装置を当社 R&Dセンターに所有しており、遅滞なくテストができる環境となっている。顧客要望に応じてこれらの小型のテスト装置を使用したテストを年間 40 件以上実施しており、小型の固液分離装置の需要は非常に高い。
今後はより多様な処理物に対応でき、またさまざまな運転データが取得できるようにテスト機をブラッシュアップしていき、またそれらをテスト機として安価に販売できるような仕組み作りにも注力していきたい。

図 4-1 前側部分
Fig.4-1 Front part
図 1-1 パイロットテスト用装置
Fig.1-1 Horizontal belt ﬁlter small-scale test equipment for pilot test

図 1-2 販売用テスト装置
Fig.1-2 Horizontal belt ﬁlter small-scale test equipment for sale

図 4-2 後側部分
Fig.4-2 Back part
図 4 EW 押出式遠心分離機小型試験機（φ100 型）
Fig4 EW push type centrifuge small-scale test equipment(Type φ100)

図 1 水平ベルトフィルタ小型試験機（0.1m2）
Fig.1 Horizontal belt ﬁlter small-scale test equipment(0.1m2)

図 2 水平ベルトフィルタおよび圧搾ブロー脱水機小型試験機（0.1m2）
Fig.2 Horizontal belt ﬁlter and compression blow dehydrator small-scale test
equipment

60 TSK 技報 2022 no.25

図 3 BoCross® フィルタ小型試験機（0.013m2）
Fig.3 BoCross® ﬁlter small-scale test equipment(0.013m2)

図 5 吊下型遠心分離機小型試験機（φ400 型）
Fig.5 Fully automatic batch type centrifuge small-scale test equipment(Type φ400)

TSK 技報 2022 no.25 61

実績紹介 1
焼却によって発生する温室効果ガス「一酸化二窒素」の影響が大きい

2 導入の経緯とその効果（温室効果は二酸化炭素の約 300 倍）。このため、下水汚泥を減ら

中川水循環センターにおける汚泥消化設備の運転実績・効果

本消化施設を導入するに至った経緯と、導入後に見込まれる効果について以下に記載する。

2.2 効果2.1 経緯温室効果ガスの削減に関して、具体的には以下 2 項目の効果が見埼玉県下水道局は8 流域・9 つの水循環センターで県行政人口のOperational performance and effects of a sewage sludge digestion
equipment at the Nakagawa Water Circulation Center

す取り組みが必要になっている3）。

75%にあたる約 558 万人の下水を処理している。温室効果ガスの排込まれる。
（１）汚泥消化タンク（9,000 m3×4 基）

出が約 27 万トン（CO2 換算・年間）であり、この量は埼玉県庁の事業

汚泥消化タンクで下水汚泥を減量し汚泥の焼却量が減少するこ全体の排出量の約 6 割に達する。特に、下水処理で発生する汚泥のとで、埼玉県下水道局全体の排出量の約 5％に相当する12,400ト

Abstract
Tsukishima Kikai Co., Ltd. has completed several constructionsof sludge treatment equipment for the Nakagawa Water Circulation Center. In addition, we received and completed an orderfrom the Japan Sewage Works Agency to support the start-up of
the sludge digestion equipment after the construction. After thesludge digestion equipment operates on a full scale, almost all theraw sludge can be treated, and the generated digestion gas can be

飯田 裕樹

澤原 大道

水環境事業本部
プラント技術部
上下水エンジグループ

水環境事業本部
プロジェクト推進部
ソリューショングループ

IIDA Yuki

SAWAHARA Hiromichi

used as fuel for the No.4 fluidized bed incinerator and power generation of the gas engine.
当社は中川水循環センター向けの汚泥処理設備に関する工事を完了した。また、工事完了後の汚泥消化設備の立上げ支援に関する業務を日本下水道事業団から受注し完了している。汚泥消化設備が本格稼働することで初沈汚泥のほぼ全量処理が可能となり、発生した消化ガスは4 号焼却炉の燃料やガスエンジンの発電に利用されている。
キーワード：埼玉県、日本下水道事業団、鋼板製消化タンク、消化ガ ス、発電
Keyword：Saitama prefecture, Japan Sewage Works Agency (JS),steel digestion-tank, digestion gas, power generation

1 はじめに

図 1 汚泥消化タンク（下部コーン型鋼板製消化タンク）の写真
Fig.1 The picture of sludge digestion tank (Steel-plate sludge digestion tank).

施設のプロセスフローを図 2に示す。
工事完了後は、「埼玉県中川流域下水道汚泥エネルギー化事業に

中川水循環センターは、埼玉県にて管理されている流域下水道の係る技術的援助業務」の一環として汚泥消化施設の立上げ業務（以下

うち、3 番目に大きな処理能力を持つ下水処理施設である1）。当該セ「消化立上げ業務」という）を行い、安定的に消化ガスを供給できる汚ンターでは汚泥処理に関する複数の工事が発注され、当社でもいくつ

泥消化施設の運用を達成した。また、埼玉県下水道局は汚泥消化施かの工事を受注した 2）。他社所掌の範囲も含まれるが、本工事によっ設の導入により令和 4 年度（第 15 回）国土交通大臣賞「循環のみち下てJS 新技術Ⅰ類に登録された「高濃度対応型ろ過濃縮・中温消化シ

水道賞」でグランプリを受賞されている3）。

ステム」および「下部コーン型鋼板製消化タンク」を有する設備が初

本報告では、汚泥消化施設の導入の経緯および見込まれる効果と消めて完成した。一例として汚泥消化タンク（下部コーン型鋼板製消化

化立上げ業務の評価に使用した実際の運転データの一例を紹介する。

タンク）の写真を図１に示す。また、本工事によって完成した汚泥消化

62 TSK 技報 2022 no.25

図 2 中川水循環センターにおける汚泥消化施設のプロセスフロー 4）
Fig.2 Process ﬂow of digestion equipment at Nakagawa Water Circulation Center.

TSK 技報 2022 no.25 63

実績紹介 1

実績紹介 2中川水循環センターにおける汚泥消化設備の運転実績・効果

ン -CO2/ 年の温室効果ガスが削減される見込みである（一般家3）

助燃用バーナや汚泥消化タンクの加温設備、余剰ガス燃焼装置で順また、ガス発生量も消化ガス発電装置（バ
調な燃焼を継続していた 6）。

庭 約 3,100 世帯分） 。

イオガス発電機）の稼働を見込んでも十分な量が確保されていた 6）。

（２）バイオガス発電機（499 kW×4 基）
FIT 制度を活用し、下水汚泥由来バイオガス（消化ガス）のクリーン電力を供給することで、温室効果ガス4,600トン -CO2/ 年削減される

4 おわりに見込みである（一般家庭 約 1,100 世帯分）3）。年間発電量は925 万
kWhになる見込みである（一般家庭 約 2,100 世帯分相当）5）。

大村市納入ロノプレスⓇの実稼働について
Actual operation of the Rono-press delivered to Omura City

昨今、世界的に気候危機が叫ばれており温室効果ガスの削減が急

ほかにも本消化施設の導入により、下水道資源（バイオガス）の有務となっている。下水処理場内の汚泥処理施設においても、汚泥消化

効活用（焼却炉の燃料代替）や汚泥処理・処分の効率化（汚泥減容

タンクでの汚泥の減量化、焼却量の減少および汚泥由来のバイオガス

化）による運転コスト縮減などの効果も見込まれる5）。

（消化ガス）を用いたクリーン電力の創出は温室効果ガスの削減の観Abstract

点から注目度が高い。本業務で得られた知見を基に、さらなる技術向This is widely used because it is highly adaptable to fluctuations in sludge properties and can

上に努めていく所存である。

3 運転実績
図 3に、消化立上げ業務中における汚泥消化タンクへの汚泥投入
量と消化ガス（バイオガス）発生量の推移を一例として示す。2021 年
4月下旬頃から汚泥の汚泥消化タンク内への投入を開始した。消化
立上げ業務中は、汚泥消化タンクからのガス発生量や消化汚泥性状等を分析し、汚泥投入量を増やしてもタンク内の汚泥の消化反応に悪影響がないことを確認しながら、汚泥投入量を段階的に増やした。
汚泥投入量に変動があるので消化ガス（バイオガス）発生量は多少

operate stably with sludge that is difficult to dehydrate.
The small installation area of conventional belt press dehydrators limits the processing perfor-

参考・引用文献

mance. Because the dehydrator has an open structure, a deodorizer cover is required to increase

1）彩の国

the installation area. By combining a belt press dehydrator with a concentrator, Tsukishima kikai

埼玉県 , 埼玉の下水道 2021 〜安心・安全支える下水道〜 , 埼玉県

ホームページ , P.25

developed a Rono-press that aims to overcome the above problems while maintaining the key fea-

2）加藤良介 , 中川水循環センターにおける鋼板製消化タンクほか受注実績 , TSK

tures of the belt press dehydrator. We received an order for the first unit from Omura City in 2020,

技報 2019 No.22, P.38 〜 413）埼玉県下水道局，令和４年度（第 15 回）
国土交通大臣賞〈循環のみち下水道賞〉
グランプリ 中川水循環センターの汚泥消化・バイオガス発電システム導入，国
土交通省ホームページ，
P.2

増減しているものの、汚泥投入量の増大に伴い、消化ガス（バイオガ4）埼玉県中川下水道事務所，設備担当主な業務の紹介（改築），埼玉県ホームページ

ス）発生量も増加していることから、汚泥消化タンクの消化反応は順

5）国土交通省水管理・国土保全局下水道部，令和４年度下水道事業予算概算要

栄野比 勝広ENOBI Katsuhiro

treatment operations and the results of the trial calculation of the maintenance and management

水環境事業本部
プラント技術部
上下水エンジグループ

costs due to the introduction of the Rono-press.

求の概要，国土交通省ホームページ，
P.25

6）

調といえる 。
また、汚泥消化タンクから発生する消化ガス（バイオガス）の性状は有効利用可能なレベルにあり、当時の供給先であった焼却施設のwhich started services in July 2021. In this paper, we report the operating results after the start of

従来のベルトプレス脱水機は、汚泥性状の変動に対して適応性が高く、難脱水汚泥（高 VTS( 強熱減量 )、
低繊維状物）に対して安定した処理ができるという特長があるものの、他の脱水機種よりも処理量が比較的少な

6）埼玉県、日本下水道事業団、月島機械株式会社，令和３年度 中川流域下水道

く、脱水機が開放構造であるため防臭カバーが必要となり設置面積が大きいといった課題があった。

中川水循環センター 汚泥エネルギー化事業に係る技術的援助業務委託 業務

当社は、ベルトプレス脱水機にたて型ろ過濃縮装置を組み合わせることにより、ベルトプレス脱水機の特長は実施報告書そのままに、上記課題を克服することを目的としたロノプレスⓇを開発した。なお本技術は令和 2 年度に日本下水道事業団より「ダウンサイジング型ベルトプレス脱水機」という名称にて新技術Ⅰ類に選定されている。大村市より令和 2 年度に1 号機を受注し、令和 3 年 7月に供用開始した。図 1に納入したロノプレスⓇを示す。本稿では供用開始後の運転実績およびロノプレスⓇ導入による維持管理費の試算結果を報告する。
キーワード：大村市 ロノプレスⓇ
Keyword：Omura city Rono-press

1 はじめに従来のベルトプレス脱水機は、汚泥性状の変動に対して適応性が高く、難脱水汚泥（高 VTS（強熱減量）、低繊維状物）に対して安定した処理ができるという特長があるものの、他の脱水機種よりも処理量が比較的少なく、脱水機が開放構造であるため防臭カバーが必要となり設置面積が大きいといった課題があった。
当社は、ベルトプレス脱水機にたて型ろ過濃縮装置を組み合わせ
ることにより、ベルトプレス脱水機の特長はそのままに、上記課題を克服することを目的としたノロプレスを開発した。本技術は令和 2 年度に
図 3 消化立上げ業務中の汚泥投入量と消化ガス（バイオガス）
発生量の推移 6）
Fig.3 Progress of sludge input amount and digestion gas volume.

日本下水道事業団より「ダウンサイジング型ベルトプレス脱水機」
という名称にて新技術Ⅰ類に選定されている。大村市より令和 2 年度に1 号機を受注し、令和 3 年 7月に供用開始した１）。図 1に納入したロノプレ
ス®を示す。本稿では供用開始後の運転実績およびロノプレス® 導入
による維持管理費の試算結果を報告する。

64 TSK 技報 2022 no.25

図 1 納入したロノプレス®
Fig.1 Rono-press delivered

TSK 技報 2022 no.25 65

実績紹介 2

Actual operation of the Rono-press delivered to Omura City

大村市納入ロノプレスⓇの実稼働について

2 ロノプレス®のシステム構成

3 ロノプレス®の運転実績

ロノプレス® は、高効率 BPに対して1.5 倍のろ過速度で同等の含5 おわりに水率が得られている。すなわち、ろ布幅 3mから2mにダウンサイジン
ロノプレス® のシステム構成を図 2に示す。ロノプレス® は大きく分

3.1 運転実績

グが可能であり、高効率 BPに対し、容積比約 57% 低減、面積比約

けて、濃縮部と脱水部から構成される。まず濃縮部では、処理対象と大村浄水管理センターでは現在、高効率ベルトプレス脱水機（以下なる原汚泥（汚泥濃度 1% 程度）に高分子凝集剤が注入され、高分「高効率 BP」という）1 台とロノプレス® 1 台の組み合わせで運用して子凝集剤混合用ミキサーで急速撹拌を行った後、凝集混和槽によるいる。表 1に2021 年 12月〜 2022 年 2月の高効率 BPとロノプレス® の撹拌で凝集汚泥を形成させる。凝集汚泥はたて型ろ過濃縮装置に投けており、薬注率や含水率などのすべての設計値を満足していること

25% 低減（当社比）に成功した。

を確認した。ロノプレス® は高効率 BPに対し、含水率が 4pt 低下する

4 高効率 BPとロノプレス®の維持管理費の比較®

運転結果を、図 3に同期間における含水率を示す。ロノプレス はろ過入され、内部で固液分離が行われることで、汚泥濃度 6 〜 8% 程度ま

速度、高分子凝集剤薬注率、ポリ鉄添加率、含水率、全ての設計値（目

表 2に維持管理費の試算条件、図 5に試算結果を示す。ロノプレ標値）を達成した。
ロノプレス®は安定して含水率 79%で運転できており、ス® はポリ鉄代と電気代が高効率 BPに比べ高額となるものの、汚泥処

濃縮汚泥に再度高分子凝集剤が注入された後、ポリ硫酸第二鉄

高効率 BPの含水率 83%に対して4pt 低減できることを確認した。

濃度対応型フィード装置に供給される。フィード装置内部でろ過濃縮

3.2 ポリ鉄添加率の影響調査が進行することでフィード装置出口の汚泥濃度は10% 程度にまで達

図 4にポリ鉄添加率の影響調査の結果を示す。ポリ鉄を添加しなし、厚み・幅とも均一化された後、ベルトプレス脱水機の圧搾ロール

い1 液調質で運転した場合、含水率は83%となり、ポリ鉄添加率をにより脱水されて脱水汚泥として排出される。

10% 増加させるごとに含水率は2ptずつ低下した。

ため、ロノプレス®を1 台導入することにより年間維持管理費を6% 削減、
2 台導入により12% 削減可能である。その他の地方公共団体でも汚泥で濃縮される。
（以下「ポリ鉄」という）が注入され、ポリ鉄混合用ミキサーを経て高今回、大村市より受注したロノプレス® は納入後安定した稼働を続処分費削減といった課題を抱えているところは多く、同課題を解決するために積極的な提案を行っていく所存である。

分費が大幅に削減されるため、トータルの維持管理費は削減が可能である。ロノプレス®を1 台導入すると維持管理費が 6% 削減、ロノプレ

参考・引用文献ス®2 台導入すると維持管理費が 12% 削減される試算結果となった。

1）後藤：大村市向け濃縮分離型 ベルトプレス脱水機の受注、TSK 技報、2020 年
No.23 42-43

図 4 ポリ鉄添加率と含水率の推移
Fig.4 Transition of FPS addition rate and moisture content

表 2 試算条件
Table2 Trial calculation conditions

図 2 ロノプレス® 概略フロー
Fig.2 Rono-press outline ﬂow

表 1 運転結果（消化汚泥 濃度 1.2%）
Table1 Operation results (digested sludge concentration 1.2%)

図 3 ロノプレス®と高効率 BPの運転比較
Fig.3 Operation comparison between Rono-press and high-eﬃciency BP
図 5 脱水機運用別による維持管理費の比較
Fig.5 Comparison of maintenance and management by dehydrator operation

66 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 67

実績紹介 32.2 工事概要

ベトナム南部 フーミー 3 特別工業団地における化学プラント建設実績

事前段階の状態でも工業団地からの許可、申請段階においては環本工事は2021 年 12月引き渡し計画として2020 年 7月に正式契約を

境局、消防、ハノイ化学局（バリアブンタウ省建設局 → ハノイ建設締結した。建設工事開始までの許可申請は多岐にわたり、コロナ情勢

局 → ハノイ化学局へと申請先が変更）、工業団地管理局への申請・や申請先の変更にも影響され、非常に難儀した。工事概要を表 1に、承認が必要とされた。

工事工程を表 2にそれぞれ示す。

主たる申請内容・申請先・計画日・実績を表 3に示す。
表 3において、計画日と実績の差は大きくコロナに影響されたため

2.3 工事体制

Chemical Plant Construction in Phu My3 Specialized Industrial Parkである。

月島機械（株）としてはベトナムに現地法人を有さないため、ベトナ
ムにおける建設工事遂行のためにプロジェクトオフィスを設立した。プ

3 設計段階・コロナ禍における現場工事での対応

ロジェクトオフィスの位置づけとしては、期間が限定された特定の短期
プロジェクトを対象とし、現地法人の設立なしにベトナムでの建設工事

本契約以前より、主となる現場業務のサブコンにはベトナムで経験への参加が許可されるものである。

Abstract

本工事にて、客先との主契約はそのプロジェクトオフィスとすることで、

TSK ENGINEERING (THAILAND), hereafter “TET,” received the order from Arakawa

窓口を一本化するとともにベトナムでの工場建設工事を可能とした。

Chemical Vietnam Co., Ltd in July 2020. The main product of the factory would be an internal
paper strengthening agent. The construction area is located in the Phu My 3 specialized industrial
park, Vietnam.

豊富な日系業者を採用することで、設計段階から円滑な仕様決定を可能にし、引き渡し後の迅速なアフターサービスを可能な体制とするよう想定していた。

2.4 建設工事開始に向けた関係省庁認可

また、ベトナムでの購入先を新規開拓するとともに、ベトナムで調達先に記載したとおり、建設工事を開始するにあたって関係する申請・This is the first project for TET to perform as the main contractor outside Thailand.

3.1 設計体制

認可は多岐にわたった。

が不可能な機器や計器に関してはタイで調達・ベトナムに輸送することで、仕様・納期・コストの面で最適な対応を行った。

This article summarizes the development of the project.
月島機械株式会社タイ現地法人／ TSK ENGINEERING（THAILAND）（以下「TET」という）は2020 年

千葉 翔太朗CHIBA Shotaro

TSKエンジニアリング
タイランド
エンジニアリング部

7月に荒川化学工業株式会社とベトナム南部バリアブンタウ省フーミー 3 特別工業団地における製紙用紙力

表 1 工事概要
Table1 Outline of Construction Works

増強剤生産用化学プラント建設工事（以下「本工事」という）の基本契約を締結した。
本工事はTET 単体で対応する初めてのタイ国外案件であり、本稿ではその実績について紹介する。
キーワード：TSKタイ、ベトナム、化学プラント
Keyword：TSK ENGINEERING (THAILAND), Vietnam, Chemical Plant

1 はじめに

発面積は1032haを有し、3 つのフェーズを予定して現在でも開発が進

表 2 工事工程
Table2 Construction Schedule

められている。
ベトナムは2022 年第一四半期（1 〜 3月）のGDP 成長率が前年同

建設中の空港や港から近く、また、ホーチミンからのアクセス環境が期比 5.03%と発表されており、2021 年同期の4.72%、2020 年同期の良いといった利便性から、日系企業を中心に工場建設が進められてお3.66%を上回っている。新型コロナ流行前 の2019 年同期は6.85%でり、前向きに進出を検討している企業も多岐にわたる。

あり、今後の経済成長を見越して日系企業に限らず多くの外資企業が本工事は第 1フェーズの敷地に建設を行った。

1）

進出している。

TSK ENGINEERING（THAILAND）（以下「TET」という）でも東南アジア圏の経済成長を好機ととらえ、タイのみに限らず、今後の事業拡大を検討している。
表 3 建築申請内容と申請先、計画日と実績
Table3 Contents of Construction Permit, Government Ministry, Schedule and Actual Date of Approval※ 初期段階においてはバリアブンタウ省建設局

本工事においては受注段階ですでにコロナの影響を受けており、工期完了までコロナ禍における対応が必要とされた。そのような状況下でも当初の工期通りでの引き渡しを達成した。

2 ベトナムにおける建設工事
2.1 建設地紹介 2）
フーミー 3 特別工業団地（以下「PM3」という）は2014 年に認可を受けたベトナム南部バリアブンタウ省に位置する工業団地である。総開68 TSK 技報 2022 no.25

図 1 PM3 特別工業団地立地 3）
Fig.1 Location of Phu My3 Specialized Industrial ParkTSK 技報 2022 no.25 69

実績紹介 3

ベトナム南部 フーミー 3 特別工業団地における化学プラント建設実績

3.2 コロナ禍における現場工事

・ 現場工事においては非常に多くの制約があったが、日系のサブコン

ベトナムにおいては、2020 年および 2021 年 3月までは国内感染はほを多く採用していたため、コロナに限らず問題が生じた際には現状ぼ確認されず、入国者を対象とした隔離が必要とされるだけであった。

の把握や、今後の計画策定等の議論が最短かつ最適に収束させる

2021 年 4月に国内感染が発生するとそこから爆発的に感染者が増加し、一日当たり数人程度の感染者数が 6月には一万人を超え、8月には十万人を超えた。

ことができた。
・TETからの現地出張者 3 人は最も長い者で連続 14ヵ月にわたり一時
帰国せず現地に滞在して工事およびコロナ禍対応にあたり、省外か

現時点では「ウィズコロナ」に切り替わり、ベトナムへの入国においても日常生活においても制限はない状況になっている。

ら来られない客先およびサブコンの日本人からの信頼を獲得できた。
苦難な状況下でも客先およびサブコンと意識・目標を統一・共有し感染者の増加に伴い規制も厳しくなり、最も厳しい時期では宿泊先と現場間の往復以外認められず、買い物許可ですら月に一回の頻度だった。

ていくことで成果に結びついたと強く感じている。
一方で、申請段階に生じた遅延はコロナ禍が大きな要因とはいえ、事前に認識しておけば円滑に進められることができた内容もあったと痛感しそのような状況下においても、客先からの協力も得ながら現場工事ている。次の案件においてはより能動的に取り組めるよう、この申請過程を進めることで工期通りの引き渡しを達成することが出来た。この達成で得た知見や経験を社内における共有情報として蓄積に努めたい。

の主たる要因を振り返ると以下の項目が挙げられる。
・ 受注以後、月に一回の頻度で工程会議を設けることで、申請段階で4 おわりに遅れが生じた際には全体工程への影響を把握・対応することができた。コロナ対応で何か問題が生じた際も状況を全体共有することが近年、ベトナムではGDPの成長にみられるように、経済の成長が著
しく、新規の工場建設が増加している。今後も同様にベトナムでの化できた。
・日々の設計の中では、日本・タイ・ベトナムと3 か国で時差や祝日、コロナ禍への対応も異なる中、仕様の早期確定や長納期品の早期手学プラント建設を中心に案件を模索し、TSK ハノイ駐在員事務所 武
井所長とも連携していきたい。

配に向け、円滑かつ迅速なコミュニケーションに努めた。
（必要な期日までに承認返却やメールの返答をいただくことで、スケジュールを含めた社内調整の計画が容易であった。
）

参考・引用文献

・ 加えて、キントーンという図書管理システムを用いることにより、客先
およびベンダー間において、最新版の図書や承認状況、各スケジュー
ルも把握することが可能であり、全体工程に基づいた図書スケジュー
ルを作成し順守することで図書遅延由来での現場工事工程への影
響を最小化することができた。

１）JETRO ホームページ
https://www.jetro.go.jp/biznews/2022/04/9fa3b7cf414e3410.html
2）フーミー３特別工業団地ホームページ
http://www.phumy3sip.com/ja-JP/default.aspx
3）日鉄物産 ホームページ
https://www.nst.nipponsteel.com/business/infra/vietnam.html

解析グループ紹介Part6
流体解析手法編 〜格子法と粒子法その２〜
R&Dセンター紹介
下水汚泥由来の脂質分析方法 森 彰宏
月島茶房
ポイントサービスの今後を会計的視点で考える
月島今昔物語乾燥
図 2 建設現場写真
Fig.2 Site Photo

70 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 71

解析グループ紹介Part6
Introduction of CAE Group

表１ 物性値
Tab.1 Material properties

流体解析手法編 〜格子法と粒子法その２〜
開発本部 研究開発部 解析グループ

相馬 悠佑

1. はじめに
前回紹介では、代表的な流体解析手法である格子法（有限体積法）

粒子法：粒子の運動を観測することで流体の挙動を再現。

と粒子法について概要を説明した。

自由表面の解析が得意。
今回は、視覚的にわかりやすい例として撹拌槽の自由表面を含む＜格子法と粒子法の違い＞
格子法：検査体積を通過する流れを観測して流体の挙動を再現。
多くの流体解析ソフトで採用。

流体解析を取り上げ、解析手順の違いや文献との比較結果について紹介する。ここで自由表面とは気体と液体の境界面を指す。

図 1 解析対象概略図
Fig.1 Schematic diagram of analysis target

2. 流体解析における自由表面の再現
格子法と粒子法では自由表面の再現方法に次のような違いがある。

ととし、VOF 法を用いた定常解析を行い、液相の体積分率コンター
図により自由表面を可視化した。

2.1

格子法による自由表面の再現

格子法で自由表面を捕捉する方法に Volume of Fluid 法
（以下

2.2

粒子法による自由表面の再現「VOF 法」という）がある。これは計算領域のメッシュ分割により生粒子法では液相部分のみを粒子でモデル化し、移動する粒子によ成された検査体積ごとに気相と液相の体積分率を計算し自由表面

り自由表面を再現する。非圧縮性流体を対象とするMPS 法では粒を捕捉する方法である。自由表面の再現度はメッシュサイズに依存

子数密度を計算し、粒子が自由表面に属しているかを判定している。

し、詳細に解析する場合は自由表面近傍のメッシュの細分化や、滑自由表面上の粒子や飛沫のような孤立した粒子では集合している粒

らかな関数による自由表面の捕捉を行う。

子に比べて粒子数密度が小さくなる。

なお今回の解析では自由表面が安定した状態のみを計算するこ

3. 撹拌槽の自由表面の解析
物質や熱の移動、反応促進などさまざまな目的で用いられる撹

今回は邪魔板無しの撹拌槽を対象に、自由表面のくぼみを格子拌において、自由表面に関するトピックとして撹拌槽中心の自由表法と粒子法で再現し固体的回転域半径を予測することを目的とし面のくぼみに着目した研究が古くから行われている。この自由表面て流体解析を実施し、文献 1）の結果と比較した。図 1 に解析対象概のくぼみは撹拌翼と供回りする固体的回転域と関係し、撹拌槽内

略図を、表 1 に解析に用いた物性値をそれぞれ示す。文献 1）に倣

1）の混合の良否に影響を与える場合がある。文献 では撹拌槽内のい、解析対象は内径 240 [mm] の円筒容器とし、中心に 6 枚 パド

流体挙動を考察する上で重要な固体的回転域半径を予測する方法

ル翼を設け、撹拌回転数を 130、150、170 [rpm]と変化させた。

として次式が提案されている。

図 2 解析手順
Fig.2 Analysis procedure

図 2 に解析手順の概略を示す。格子法では液相および気相の計算領域にメッシュを配置し、自由表面が静止状態になるように液相・気相の体積分率を初期化した後に定常解析を行った。計算負荷低減のため、形状および回転方向の流れの周期性を利用して図[ 記号 ]

3 のように計算領域の 1/6 の範囲を切り取り、切断面に周期境界rC : 固体的回転域半径 [m]条件を適用した。格子法では平均メッシュサイズを 2.5 mmとして

rH : 自由表面が静止液面と交差する半径 [m]解析を実施した後に、メッシュの細分化により解析精度の向上を試

hv1: 撹拌槽中心での自由表面低下量 [m]みた。

g : 重力加速度 [m/s2]
ω : 回転数 [rad/s]
72 TSK 技報 2022 no.25

粒子法では静止状態の液相の部分のみに粒子を初期配置した
後に時刻歴解析を行った。なお、整列した状態で初期配置した粒

図 3 1/6 モデル
Fig.3 1/6 model

TSK 技報 2022 no.25 73

解析グループ紹介 Part6

流体解析手法編 〜格子法と粒子法その２〜子は計算開始直後に重力の影響で粒子の隙間を埋めるように若干的回転域半径 rC の算出値を文献 1）と比較した結果を示す。いずれ

移動するため、自由表面が安定してから撹拌翼を回転させた。粒の解析においても回転数が大きい方が撹拌槽中心の自由表面の4. おわりに子法では粒子 サイズを 5 mm、2.5mm の場合で解析を実施した

位置が低下する傾向が再現されている。各解析手法による固体的

今回は格子法と粒子法で自由表面を含む撹拌槽の流体解析を実粒子法はアルゴリズムが大きく異なるため単純比較しにくい面があところ、単純な粒子 サイズの細分化では解析精度の向上が見ら

回転域半径 rC の予測精度についてはまだ改善の余地が残されてい施し、解析手順の違いや文献値との比較を行った。いずれの手法にるが、さらなる精度向上や所要時間などの観点で深掘りした調査をおいても自由表面の再現が可能であることが確認された。格子法と行い、各手法のメリットを生かした使い分けに繋げていきたい。

れなかった。そのため、計算時間の観点から粒子サイズを 5 mm

るが、トライ＆エラーを通して自由表面の低下量であるhv1 の精度とし、粒子の接触角や粒子の付着力の大きさに影響を与えるパラの改善が可能であることがわかった。また、固体的回転域半径 rC

メータ等を調整することにより、解析精度の向上を試みた。

は文献 1）では回転数によらずほぼ一定の値をとるのに対し、解析

図 4 に格子法および粒子法による自由表面の可視化結果を示す。また、図 5 に回転数と自由表面の高低差および固体的回転半

結果ではばらつきが大きくなるものの各解析手法での平均値に対して± 10% 程度に収まった。

■参考文献ほか
1）亀井登、
平岡節郎、
加藤禎人、
多田豊、
薮内賢太：パドル翼を備えた撹拌槽の液自由表面形状に及ぼす邪魔板寸法の影響 , 化学工学論文集 , 第 25 巻 , 第 1号,p12-172) 日本機械学：伝熱工学資料 , 改定第５版 ,p291-296
3) 化学工学会：化学工学便覧 , 改定第６版 ,p96

径の関係を示す。併せて自由表面の高低差（hv1+hv2）および固体

図 4 自由表面の可視化結果
Fig.4 Free surface visualization result

74 TSK 技報 2022 no.25

図 5 回転数と自由表面の高低差および固体的回転半径の関係
Fig.5 Relationship between rotation speed and height difference of free surface, radius of cylindrically rotating zone

TSK 技報 2022 no.25 75

R&Dセンター紹介
Introduction of R&D Center

下水汚泥由来の脂質分析方法
開発本部 R&D センター 分析グループ

森 彰宏
一方で、ジ エ チ ル エーテ ル 抽出残渣（以下「エーテ ル 抽出残1. はじめに渣」という）に対しても同様の誘導体化 -GC/FID 分析を試みたとは包含されておりエーテルなどで容易に抽出されない脂質（ここでは「難抽出性脂質」という）が考えられる。

脂質とは、国際純正・応用化学連合（IUPAC）の定義によると、施設において脂質は、悪臭の発生、スケールやスカムの発生、汚ころ、表 2 中 エーテ ル 抽出残渣に示すとおり、濃縮汚泥では合計生物から単離される無極性溶媒に可溶（水に不溶）な物質を総称し泥の沈降性・脱水性の低下、活性汚泥処理や汚泥の嫌気性消化0.8dry%であったのに対し、油脂状固形物では合計 22.9dry% の2.3

脂肪酸が定量され、脂肪酸はエーテ ル抽出物よりエーテ ル抽出残2.3.1 金属石鹸の存在確認

1）たものとされている。 さまざまな化合物が脂質に分類されるが、2-4）への阻害など、さまざまな障害の原因となる。

金属石鹸の存在確認と濃度推定

代表的なものには、脂肪酸と呼ばれるカル ボン酸、あるいは脂肪

当社は下水処理、汚泥処理の多くの装置を手掛けている。当社

渣の方が約 6dry% 多く含むことが確認された。エーテル抽出残渣

まず、油脂状固形物に含まれる金属元素組成確認のために、蛍酸がグリセリンとエステ ル結合したトリグリセライド（アシルグ

R&D センター分析グループでは、前述のような影響を与えうる下水側に含まれる脂肪酸の存在形態としては、脂肪酸が金属元素と結光 X 線分析を行った結果を表 3 に示す。無機元素のうちCa が約

リセロール、油脂と呼ばれる）があげられる。下水汚泥中に含まれ汚泥由来の脂質に対して、分析方法の探索と知見習得に取り組んで合して生成した金属石鹸、および生体組織成分と強固に結合また47%Ash（CaOとして）を占めることが確認された。

る代表的な脂肪酸の種類と物性値を表 1 に示す。

いる。近年の検討の結果、従来の分析手法では確認できなかった金

下水汚泥には、一般家庭や事業所などから下水道に排出される属石鹸由来の脂肪酸濃度を推算でき、存在形態別の脂肪酸濃度を示

動植物油由来の脂質成分が含有される。下水処理施設、汚泥処理すことができるようになった。
本稿では、関連する分析技術を紹介する。

表 1 下水汚泥中に含まれる代表的な脂肪酸とその物性値 5）
Table1 Properties of typical fatty acid contained in sewage sludge 5）

図 1 油脂状固形物
Fig.1 Fat-like solids

表 2 脂質成分分析結果
Table2 Analysis results of lipid components

2. 脂質の分析方法と分析事例
A 下水処理場における濃縮汚泥と、同処理場で採取された油脂状固形物（図 1）の、脂質成分の分析結果を表 2に示すとともに、以下

排水基準の項目の一つに指定されている。排水規制値に関連する分析の場合は、本法を採用する。

でそれぞれの分析項目について述べる。

2.2
2.1

脂質の総量 - 粗脂肪、ノルマル ヘキサン抽出物質

下水汚泥試料中の脂質の総量を示す分析項目として、当社では粗脂肪と称し、食品分析法に準拠した方法を主に採用している。

脂肪酸組成分析 ‒ 誘導体化 -GC/FID

脂質成分に対し、脂肪酸の単離および脂肪酸メチルへの変換（誘導体化）を行ったのち、水素炎イオン化検出器を用いたガスクロマ
トグラフ（GC/FID）
で測定することで、脂肪酸濃度を定量する。

乾燥試料に対してジ エ チ ル エーテ ルによるソックスレー抽出を行

従来は脂質成分である、ジエ チル エーテ ル 抽出物（以下「エーい、抽出物の総量を乾燥重量あたりの重量 %として表示する方法

テ ル 抽出物」という）を対象に測定を行い、遊離脂肪酸やアシ ルである。このとき、IUPAC の定義に含まれない、生物由来ではな

グリセ ロールのほか、ステ ロールなど化合物の一部を構成する

いがジ エ チ ル エーテ ルに可溶な、蝋や鉱物油なども含んだ値と脂肪酸を含め一括で定量して脂肪酸濃度としてきた。本例においして定量される。本例における粗脂肪の値は、表 2 に示すとおり、ては、表 2 中 エーテ ル 抽出物に示すとおり、脂肪酸濃度は濃縮汚濃縮汚泥で7.8dry%、油脂状固形物では 49.2dry%であった。

泥で合計 3.1dry%（試料全体に対して。以下同様）、油脂状固形

また、本例では実施していないが、同じく脂質の総量を示す分物では合計 17.0dry% であり、いずれの試料においてもパ ルミチ

析項目に、「ノルマルヘキサン抽出物質」がある。下水試験方法（JISン酸が最も濃度が高く、ついでオレイン酸、ステアリン酸の順に

K 0102 に準拠）に規定されている公定法であり、環境省が定める高かった。

76 TSK 技報 2022 no.25

表 3 無機元素組成測定結果
Table3 Analysis results of inorganic composition

TSK 技報 2022 no.25 77

R&D センター紹介

下水汚泥由来の脂質分析方法

次に、油脂状固形物のエーテ ル抽出残渣の X 線回折ピークパ

イン酸 Ca 量を求める必要があることがわかった。そこで、図 3 にターンを図 2 に示す。図中には、油脂状固形物のエーテ ル 抽出残示すとおり、エーテ ル 抽出物中の Ca 濃度を誘導結合プラズ マ発

渣に多く含まれていた、パ ルミチン酸とステアリン酸の各 Ca 石

光分光分析法（ICP-OES）で測定し、それがオレイン酸 Ca 由来で鹸試薬の X 線回折ピークパターンを併記しているが、油脂状固形あるものと仮定して、エーテ ル 抽出残渣側のオレイン酸量に合算

物のエーテ ル 抽出残渣には、これらCa 石鹸試薬に特徴的なピー（エーテ ル 抽出物側からは減算）することで、金属石鹸および難抽クと同角度にピークが確認された。

出性脂質としてのオレイン酸濃度を推算することとした。

以上のことより、この油脂状固形物には Ca 石鹸が含まれていると推定される。

表 4 金属石鹸濃度推定
Table4 Estimation of the concentration of metal soaps

本件の油脂状固形物に適用した結果を表 4 に示す。エーテル抽
出物中のオレイン酸のうち1.2dry% が Ca 石鹸由来であったとみ2.3.2 金属石鹸濃度推算方法

なされ、その結果、油脂状固形物のうち24.1dry% が金属石鹼おCa 石鹸はエーテ ルに不溶と考えていたが、オレイン酸 Ca 石鹸

よび難抽出性脂質由来の脂肪酸であると推算された。さらに、こについてはジ エ チ ル エーテ ルによるソックスレー抽出で抽出されれに粗脂肪の値を加えると約 73dry%となり、この油脂状固形物ることが試薬を用いた試験により判明したため、より正確に金属の 70dry% 以上が脂質成分ならびに金属石鹸で構成されているこ

石鹸濃度を求めるためには、ジエ チル エーテ ルに抽出されるオレとが示唆された。

3. おわりに

図 2 油脂状固形物エーテル抽出残渣の X 線回折ピークパターン
Fig.2 XRD peak pattern of diethyl ether extraction residue of fat-like solids

本稿では、従来からの総脂質および脂肪酸濃度の測定方法を紹

本稿では、下水汚泥由来の脂質分析方法と銘打って紹介したが、介するとともに、油脂状固形物の分析を通じて明らかになった金属

その起源から、食品成分や民間企業様向け排水処理設備などにも石鹸の存在確認方法および濃度推算方法について記載した。この

遡って展開可能であると思われる。ある分野向けに得た分析技術

分析技術により金属石鹸を含む形態別の脂肪酸濃度を示すことがをほかの分野にも適用していくことで、当社グループ会社の取り扱できるようになり、下水処理場や汚泥処理設備内での脂質成分のうさまざまな技術領域に役立つ分析データの提供ができるよう努

石鹸化を含む挙動把握、発生由来の推定や処理方法検討などに活めていく。

用されている。

■参考文献ほか
1）IUPAC Gold Book、
https://goldbook.iupac.org/terms/view/L03571（2022 年 7月21日現在）
2）公益社団法人 日本下水道協会編 : 下水試験方法（上巻）2012 年版，p.377（2012）3）村上定瞭，竹内正美，西村基弘 : 生活排水中の油分の性状と処理における問題 , 環境技術 , 第 26 巻 , 第 3 号, pp.155-159（1997）
4）小松俊哉 , 花木啓祐 , 松尾友矩 : 嫌気性処理における不飽和高級脂肪酸の阻害および分解過程 , 衛生工学研究論文集 , 第 26 巻 , pp.1-8（1990）5）日本化学会編 : 化学便覧 改訂4 版 基礎編 II, 丸善（1993）

図 3 分析および推算フローチャート
Fig.3 Flowchart of analysis and estimation

78 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 79

供品や限定品をプレゼントするなどのキャンペーンがあげら

4．ポイントサービスの今後について

ポイントサービスの今後を会計的視点で考える
経営統括本部 財務部 主計グループ

1．はじめに

松原 一樹

れます。

私は会計基準の適用を通して、ポイントサービスの戦略がこのように、企業はポイントサービスの戦略を練り直す必要があります。近年はポイントサービス自体を終了する企業見直されると考えます。私が考える施策は 2 点です。
1 点目は有効期限の短期化です。失効しないポイントは売もあり、今後のポイント市場にも影響がありそうです。私の上高として計上できません。例として、有効期限が最後の買身の回りでは期間限定ポイントが増加したり、ポイント制度

い物から１年後までの場合、失効することが少なく、長期間の改悪に関するニュースをよく耳にしたりするようになりまし

体的な基準はありませんでした。そのため企業の多くはポイ

使用されないポイントが増加していきます。このような事態た。会計基準の変更がその要因の一つかもしれません。皆さ「期間限定、ポイント○○倍！」「〇〇〇円以上の購入で○ントを販売促進の費用として計上し、ポイントの付与や使用を改善するために、有効期限を短くしたり、期間限定ポインんも保有しているポイントのルールや有効期限が変更されて○○ポイントをプレゼント！」
このような広告やのぼりを見たが売上高に影響することはありませんでした。

トを増加させたりすることで、定期的に売り上げが回収できいないか、ぜひ、確認してみてください。

ることに加え、顧客にポイントを使用することへの意識付けことがある人は多いのではないでしょうか。私はこれを見る

それが収益認識に関する会計基準の適用により、ポイントと、いろいろと買っておこうとして、余計なものまで買ってしの付与は商品販売と別の取引として識別し、取引価格を配分まいます。気がついたときにはポイントカードが財布からあしなければならないとしています。そして使用時や有効期限

2 点目はポイントの使用を促すキャンペーンの実施です。

今回の会計基準の変更は皆さんの身近なポイントにまでふれていました。野村総合研究所の調査によると2020 年度の到来による失効時に収益を認識します。つまり、付与した冒頭でも述べたとおり、近年は集客のためにポイント付与率

影響がある大きなものでした。当社ではポイントサービスはの民間のポイント発行額は約 1 兆 400 億円、政府による発ポイントは将来の売上高として捉えられるようになりました。

を一時的に増加させるなど、ポイントの「付与」に力を入れて実施しておらず、ポイントに関する検討は不要でした。しかし

行も併せると約 1 兆 4,000 億円に達し、ポイント市場は拡大

これにより企業の売上高は適用前と比較すると全体額が減いました。しかし、今後は売り上げ回収のためにも積極的に会計基準の適用や変更は適宜実施されます。これらによる当傾向にあります。 このようにポイントサービスは皆さんの生少し、計上する時期が後ろ倒しになります。
株式会社AOKIホー使用させる方法を検討すべきでしょう。例として、使用できる社への影響を分析し、当社にとってベストな対応を選択する

活の一部となっていますが、ポイントの会計処理が 2021 年

ルディングスの 2022 年 3 月期の有価証券報告書 6）によると

店舗や商品を増加させることやポイントを使用した購入で試ことも財務部の重要な業務の一つです。

度より変更されたのはご存じでしょうか。今回は会計的な視ポイントやギフトカードに関する収益について、当会計基準を点からポイントの今後について考えます。

適用したことにより売上高が 34 億 56 百万円減少したと記載

1）をすることもできます。

5．おわりにされています。売上高は会社の規模や価値を測る重要な指標

2．ポイントサービスの概要
ポイントサービスとは商品やサービスを購入金額等に応じの一つです。複数年の売上高を比較する場合、売上高の減少
は印象が悪く、企業は回収する方法を検討するでしょう。

て、ポイントを付与するサービスのことをいいます。ポイントの用途は企業によってさまざまです。代表的なものとして、顧客は１ポイント＝１円で、次回以降の購入代金の一部に充当したり、商品と交換したりすることができるサービスがあります。また、ポイントには大きく分けて「自社ポイント」と「共通ポイント」の 2 種類があります。前者はその企業の独自ポイントで使用範囲はその企業のみに限られます。
（図 12）参照）

図１：自社ポイントの仕組み2）

後者については企業やグループの垣根を越えて、複数の企業で貯めたり、使用したりできるポイントです。
（図 22）参照）

3．ポイントの会計基準
会計処理は 2021 年度より適用となった「収益認識に関す
図3：「収益認識に関する会計基準」適用前後の会計処理の比較4）

る会計基準 3）」により大きな変更がありました。図 34）がその比較図です。
■参考文献

適用される以前は 2008 年 7 月「ポイント及びプリペイド

1）2020 年度のポイント・マイレージ年間最少発行額は 1.4 兆円を突破

カードに関する会計処理について（改訂）5）」というガイドライ

3）収益認識に関する会計基準 https://www.asb.or.jp/jp/wp-content/uploads/shueki20200331̲02̲20200706.pdf（2022 年 8 月現在）

ンのみでした。この本文ではポイントサービスの会計基準に

4）ポイント利用時の会計処理・仕訳は？買手・売手・個人事業主ごとに徹底解説！¦ TOKIUM（トキウム）¦ 経費精算・請求書受領クラウド

ついて「我が国においては、ポイントについて個別の会計処

https://www.keihi.com/column/20755/#table-of-content-3）（2022 年 8 月現在）
5）
ポイント及びプリペイドカードに 関する会計処理について（改訂） https://www.fsa.go.jp/singi/singi̲kinyu/dai2/siryou/20080702/02.pdf（2022 年 8 月現在）

理の基準等は存在しておらず、ポイント発行企業は、企業会
計原則等に則り会計処理をしている。
」と記載されており、具80 TSK 技報 2022 no.25

https://www.nri.com/jp/news/newsrelease/lst/2021/cc/1125̲1（2022 年 8 月現在）

2）他社運営共通ポイントの付与と使用に係る消費税の取扱いと仕訳例 ¦ 消費税法一問一答アプリ公式HP https://shouhizei-quiz.com/?p=4699（2022年8月現在）

6）株式会社AOKIホールディングス 2022年3月期有価証券報告書

図2：共通ポイントの仕組み2）

https://disclosure.edinet-fsa.go.jp/E01EW/download?1665122854278&uji.bean=ee.bean.parent.EECommonSearchBean&uji.verb=W0EZA104CXP001003Action&SESSIONKEY=1665122853843&s=S100OKYF

TSK 技報 2022 no.25 81‫׷‬ଔ‫ۆ‬थಭٓ

乾燥

近年では電池材料分野や、新しい化成品への適用など、今後も産業事業本部 単体機器技術部

諏訪 聡

新しい分野への展開が図られる装置である。
ところで、この世界各地に設置された当社の STD は、Google
Mapの衛星写真でも確認することができる。

1. はじめに

2.1 スチームチューブドライヤ（STD）
当社の STDは、1957 年に米国ジェネラルアメリカン社からの技

2.3 流動層乾燥機
流動層乾燥技術は、第二次世界大戦後に出現した乾燥法の一つ
で、日本国内では 1950 年代から研究者によって開発、実用化されている。当社でも1964 年から副生硫安用に、1965 年以降から現

以前、とあるTPA ライセンサーから、世界各地の TPA プラント

在に至るまで、肥料関係、化学品、樹脂、石炭等に、多数の納入実には、ほぼ共通して当社の STDが設置している。そのため Google

績を上げている。また、その後の実績を重ねるなかで、加熱 エレメ

Map 航空写真で世界各地の TPA プラントを観察すると、そのサイント内蔵型流動層とスプレー反応流動造粒の開発を行っている。

ズ、その台数などからプラント規模、プロセスの概要、稼働状況が推定できるという話を聞いたことがある。

加熱 エレメント内蔵型流動層は、流動状態になっている粉体層
内にパネル構造型加熱 エレメントを挿入して間接的に熱を与える

乾燥とは、水分あるいは溶剤を含む材料に熱を与えて水分（溶術導入により製造販売が始まり、これまでに国内、海外を合わせて剤）
を気化蒸発させて、固体製品（または水分あるいは溶剤）を分離

500 台以上の納入実績がある。前述の「乾燥装置」にもSTDの技術

当社製品で、世界各地で人工衛星に認識できる装置は他に例がもので、流動用加熱ガスを削減することができ、その結果、流動層する操作である。これは熱を与えて水分（溶剤）を蒸発させる点か紹介があり、技術導入直後である昭和 40 年当時から、非常に注目なく、これまでの特殊設計と、精度ある製造技術の賜物であると乾燥機本体ならびに付属機器をコンパクトにすることができる。当ら、相変化を伴う熱と物質の同時移動現象の典型例であり、多量されていた装置であったことがわかる。

思っている。

社のパネル構造型エレメントは、ポリプロピレン、ポリエチレン、

2.2 インクラインドディスクドライヤ（IDD）て、世界初の適用例もある。
（図 4、図 5）の熱 エ ネルギーを消費する操作である。そのため、乾燥装置の熱

これまで技術導入元のアメリカをはじめ、中国、インド、韓国、

効率を向上させ、省 エ ネルギーを図るとともに、プ ロセスを最適

台湾、イギリスなど世界各地に輸出されており、特に世界各地のテ

ABS 樹脂等に適用され、さらにはテレフタル酸用流動乾燥機とし化する必要がある。また機能性材料の製造においては、乾燥工程

レフタル酸（以下「TPA」という）プラント用乾燥機では高い市場占1970 年代より、環境保全のニーズの高まりによって、余剰汚泥が製造プロセスの最終位置にあって、乾燥後の材料の品質が製品有率があり、国際的にも高く評価されている。また TPA 以外にも、を乾燥、焼却等による減容化が求められるようになった。この処理品質に直結する場合が多い。したがって乾燥過程での品質の確保、付加価値の比較的高い合成樹脂 パウダーの乾燥、コークス炉装入に伴なって臭気処理対策が必要になり、それに対応できる密閉型間新しい機能の付与が極めて重要である。

炭の調湿乾燥、鉱石の予備乾燥などに適用されている。
（図 2）

接加熱方式の乾燥機として開発されたのが、IDDである。
（図 3）

本稿では、この化学プ ロセスとして非常に重要な位置づけであ1980 年から大都市の焼却汚泥の予備乾燥機として100 台以上

り、当社の主力商品の一つである乾燥装置について、そのアウトの納入実績を上げた。また 1990 年代には、国内民間ユーザーからラインを述べる。

汚泥乾燥設備の引き合いがあったとき、国内での下水汚泥乾燥の実績を背景に、受注活動が助けられた。

2. 月島機械の乾燥装置について

今後は、特に付着性のある微粒子化成品への適用などの、新しい分野への展開が図られる装置である。

筆者が 1987 年に入社し、プラント技術部乾燥 1 課に配属された際に、当時の上司から勧められた書籍が桐栄良三編「乾燥装置」
である（図 1）
。これは昭和 41 年に出版された、その方面の専門書

図 4 加熱パネル内蔵型流動層乾燥機
Fig.4 Fluid Bed Dryer with Heat Element

として最初に編纂されたもので、その当時から当社に限らず、同業他社もバイブル、虎の巻、座右の書として活用してきたものである。
さて、その「乾燥装置」の冒頭には、乾燥操作の特異性として、乾図 1 桐栄良三編 「乾燥装置」

燥対象物は成形品、粉粒状、泥状、糊状さらには液状材料と、極めて多岐に渡るものであり、また製品の要求品質も一様ではない。そのため処理する乾燥機も多くの種類があり、言い換えれば万能の乾燥機はあり得ないとある。
当社でも、創業時から製糖、製塩用として熱風ロータリードライ
ヤを数多く納入し、その後のさまざまな製品の要求品質に対応する
ため、気流乾燥機、通気 バンド乾燥機、振動乾燥機など、多種多様の乾燥装置を提案、納入してきた。
現在ではスチームチューブドライヤ（以下「STD」という）、インク
ラインドディスクドライヤ（以下「IDD」という）などの間接加熱乾燥機、流動層乾燥機、クリーンフラッシュ®ドライヤなどの直接乾燥機、月島マシンセールス（株）で取り扱っているバキュームミキシン
グドライヤなどが当社の主要商品となっている。

82 TSK 技報 2022 no.25

図 2 テレフタル酸（TPA）
プラント用乾燥機
Fig.2 TPA dryer

図 3 インクラインドディスクドライヤ（IDD）
Fig.3 Inclined Disc Dryer

図 5 パネル構造型エレメント
Fig.5 Plate Type Heat Element

TSK 技報 2022 no.25 83

スプレー反応流動造粒装置は、1960 年代、高温に流動した珪砂いずれも、乾燥技術に携わるものにとっては注目していく必要がに液体の苛性ソーダを噴霧して、ガラス原料であるメタ珪酸ソーダ

あるが、特に各単位操作技術を保有している当社としては、乾燥装を製造する技術として開発したものである。その後、炭酸ガスと苛置の前段工程（ろ過分離工程）との取り合いを考えた「プロセスの性カリを流動層内で反応させ、粒状の炭酸カリを製造する技術開発最適化」と、微粒子、機能性材料の乾燥における「品質制御」が、各に成功して、国内各地に、さらには海外にもプラントが建設された。

ユーザーに対しての当社への期待であり、強みであると感じている。

1990 年代には、この流動造粒技術を応用して、コンパクト洗剤の原料基材に添加剤をコーティングする装置や、融雪剤、吸湿剤として使われる粒状塩化カルシウムの製造設備を納入している。
（図 6）

4. おわりに
筆者は、2015 年から機器拡販推進室に 3 年間、2018 年から営

3. 乾燥技術の将来

業部関西グループに 2 年間所属し、既設乾燥機に関する稼働状況、ユーザーの設備選定に関して、従来よりも、緊密に話を伺うことがさて、筆者が 2022 年 3 月まで代表幹事として所属していた日本できた。そのなかで現場では、乾燥装置の適正な機種選定、正しい

粉体工業技術協会乾燥分科会では、乾燥技術の将来として、以下

操作方法について悩まれていることを知り、単位操作としては成熟、の 4 つのキーワードから紹介した。

確立されたものとはいえ、まだまだ改善の余地があり、技術提案が● 省エネルギー

求められているものと実感している。

CO2 排出削減の観点からの省エネルギー乾燥プロセス、クリー
ンエネルギーを利用した乾燥技術の提案

今後は、従来の装置では対応が難しい性状への適用も増えてくるものと想定される。これまでに蓄積された技術を基に、改めてお客● 環境・安全対策

様への提案を続けていきたいと考えている。

洗浄性向上、クロスコンタミ対策、廃棄物の減容化・再資源化、
クローズド化による無公害化プロセス● プロセスの最適化

乾燥プ ロセスの上下流プ ロセスを含めた総合的観点からの最適化の検討● 品質制御サブミクロン・ナノ粒子、機能性材料、先端 バイオ材料の乾燥における品質制御と、新機能の付与■参考文献
1）桐栄良三編「乾燥装置」
日刊工業新聞社 P9 （1966）
2）諏訪聡 「スチームチューブドライヤの適用と大型化の検討」 当社技報
P26 No.3 （2005）3）「3-2 インクラインドディスクドライヤ」 月島機械 百年の技術 P126（2005）
4）「3-3 流動層乾燥機」 月島機械 百年の技術 P132（2005）
5）諏訪聡 「特集：協会を支える分科会活動「乾燥分科会」 粉体技術
P268-268, Vol.14, No.4（2022）

会社情報
会社概要
事業所
関連会社

図 6 スプレー反応流動造粒装置
Fig.6 Fluidized bed reactor for K2CO3

84 TSK 技報 2022 no.25

TSK 技報 2022 no.25 85

会社概要
名称

月島機械株式会社（Tsukishima Kikai Co.,Ltd.）代表取締役社長 福沢 義之
創業

資本金

６６億４６8０万円

従業員数

605名（グループ2,765名）（2022年3月末現在）

売上高

単体：410億円 連結：931億円（2022年3月期）

ヨーロッパ

明治３８年（1905年）
８月

中国

札幌
室蘭
（工場）

事業所
本社

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

東京支社〒104-0053 東京都中央区晴海3-5-1
TEL.03-5560-6541

八千代事業所ハノイ〒276-0022 千葉県八千代市上高野1807-3[R&Dセンター]TEL.047-494-4300 FAX.047-494-4321[室蘭工場八千代分室]TEL.047-419-6770 FAX.047-419-6777

ムンバイ
タイランド
マレーシア

FAX.03-5560-6593

大阪支社〒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

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）
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

福岡支店〒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

広島営業所〒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

沖縄営業所〒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

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

台湾

シンガポール〈海外〉
ハノイ駐在員事務所
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

ジャカルタ

仙台

ジャカルタ駐在員事務所
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
ヨーロッパ駐在員事務所
Europe Representative Oﬃce
Tullastraβe 64 76131, Karlsruhe, Germany
TEL. +49-721-9-64-56-785 FAX. +49-721-9-64-56-10

東京
（本社）
名古屋
沖縄
広島

ムンバイ駐在員事務所
Mumbai Liaison Oﬃce
903A, Raj Horizon, Ramdev Park Road, Mira Road East,Thane 401107, Maharashtra, India
TEL. +91-9967645572

横浜

八千代（R&Dセンター）（室蘭工場八千代分室）

大阪

福岡

関連会社
月島テクノメンテサービス（株）〒135-0031 東京都江東区佐賀1-3-7（月島機械永代ビル）
TEL.03-5245-7150 FAX.03-5245-7155

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

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

月島マシンセールス（株）月島ビジネスサポート（株）〒104-0053 東京都中央区晴海3-5-1
（月島機械
（株）
ビル内）
TEL.03-5560-6561 FAX.03-5560-6590〒104-0053 東京都中央区晴海3-5-1
（月島機械
（株）
ビル内）
TEL.03-3533-4824 FAX.03-3536-0968

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（株）バイオコール京都鳥羽〒601-8027 京都市南区東九条中御霊町49-1（月島テクノメンテサービス（株）京都営業所内）お問い合わせ先：
月島機械（株）水環境事業部 PPP事業推進室
TEL.03-5560-6540 FAX.03-5560-6584〈海外関連会社〉
TSKエンジニアリングタイランド（株）
TSK ENGINEERING (THAILAND) Co.,Ltd. ≪TET≫
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
月島機械
（北京）
有限公司
TSK ENGINEERING CHINA Co.,Ltd. ≪TSKC≫
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

三進工業
（株）

〒210-0861 川崎市川崎区小島町4-4
TEL.044-266-0272 FAX.044-266-0271

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

寒川ウォーターサービス（株）〒253-0106 神奈川県高座郡寒川町宮山4058-6他（寒川浄水場内）
お問い合わせ先：
月島機械（株）水環境事業本部 PPP事業推進室
TEL.03-5560-6540 FAX.03-5560-6584

月島エンジニアリングマレーシア（株）
TSUKISHIMA ENGINEERING MALAYSIA Sdn. Bhd. ≪TEM≫
月島エンジニアリングシンガポール（株）
TSUKISHIMA ENGINEERING SINGAPORE Pte. Ltd. ≪TES≫
Suite16. 04-05, 16th Floor, Wisma MCA,
163 Jalan Ampang, 50450 Kuala Lumpur, Malaysia
TEL. +60-3-2162-8679 FAX. +60-3-2162-8377〒450-0003 名古屋市中村区名駅南1-17-29
（月島機械
（株）
名古屋支店内）お問い合わせ先：
月島機械（株）水環境事業本部 PPP事業推進室
TEL.03-5560-6540 FAX.03-5560-6584

TSKエンジニアリング台湾（株）
TSK ENGINEERING TAIWAN Co.,Ltd. ≪TETA≫
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

尾張ウォーター＆エナジー（株）86 TSK 技報 2022 no.25

月島機械株式会社のホームページへの掲載のお知らせ
TSK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。
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TSK技報冊子版をお届けできていなかったお客様にも広くご覧いただけるようになります。環境技術で世界に貢献するTSK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
新型コロナ、
ウクライナ有事に端を発する世界的な混乱は、原料価格の高騰などにも影響を及ぼし、私たち製造業にとっても先の見通せない不安感をもたらしました。
そのような状況下でしたが、技報執筆者から送られてくる原稿に目を通すと、熱のこもった内容が記載されており、将来に向け技術開発に取り組む技術者たちの力強さを感じました。今回の技報では、論文、技術紹介に加え、研究紹介も掲載いたしました。
これからも多くの方々に月島機械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

TSK技報 NO.25 2022
発行日：2022年12月15日

問い合わせ先：giho@tsk-g.co.jp

発行：月島機械株式会社 技報編集委員会
総 責 任 者：横幕 宏幸
編 集 委 員 長：山本 真一
副編集委員長：小林 俊樹
本間 友基
編 集 委 員：新川 正人
長谷川 雄一
栗田 新平
津崎 裕也
今井 淳一
鈴木 健治
菊池 尚仁
新田 博文
太田 なぎさ
倭 常郎

谷口 智彦
石井 究
荒井 健
竹森 進也
駒場 真由美

上田 厚志
河岸 正泰
越智 崇
久保田 昌宏内山 信江
2212550A

TSK 技報 2022 no.25 87