ISSN 2436-7516

最良の技術を、多彩な分野へ

TSK TECHNICAL REVIEW

TSK技報
no.24
2021
TSK TECHNICAL REVIEW

技報

www. ts k -g . c o . j p

論文1

創エネルギー型脱水焼却システムの実証試験結果報告
論文2

月島機械株式会社

AI技術を活用した創エネルギー型焼却システムの自動制御に関する取り組み

2021
December

No . 24
月島機械株式会社

環境技術で世界に貢献する月島機械

企業理念
当社は、1905 年の創業以来100 有余年にわたり、

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。

環境技術で世界に貢献する月島機械

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。

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、

企業理念
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、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。
1. 社会に貢献する」
わが社は最良の技術をもって産業の発展と環境保全に寄与し、社会に貢献します
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。

1. わが社は市場のニーズを先取りし、最良の商品とサービスを顧客に提供します1. わが社は創意と活力によって発展し、豊かで働きがいのある企業をめざします
1. わが社は最良の技術をもって産業の発展と環境保全に寄与し、社会に貢献します
1. わが社は市場のニーズを先取りし、最良の商品とサービスを顧客に提供します1. わが社は創意と活力によって発展し、豊かで働きがいのある企業をめざします

2 TSK 技報 2021 no.24

TSK 技報 2021 no.24 3

CONTENTS

目次
6

巻頭言

6

Foreword

8

Paper1

素人目線で考える技術を商売に繋げるヒント

No.24 2021

月島機械株式会社取締役専務執行役員・プライミクス株式会社代表取締役社長 川崎 淳

8

論文 1

創エネルギー型脱水焼却システムの実証試験結果報告1624

Technology / Products 1

大関 淳矢

28

梅染 俊行

31

平野 雄大

34

EW 押出型遠心分離機＋クリーンフラッシュ ドライヤによる脱水・乾燥工程の合理化の紹介

渡辺 健司

フィルミックス を用いたリチウムイオン電池材料の分散プロセス技術

呂 曉也・南 茂樹

46

阿部 研

49
52

京都市上下水道局鳥羽水環境保全センター下水汚泥固形燃料化事業
52

実績紹介 3

いわき市下水汚泥等利活用事業

表紙の写真

54

関連会社紹介三進工業株式会社
56

62

月島茶房

64

月島今昔物語「ドローン」から次世代空モビリティ「空飛ぶクルマ」へ
分離

4 TS
TSK
K 技報
技 2
202
2021
021 no.24
no.2
o.24
o.24

66

相馬 悠佑

ABE KenHACHIYA Yoshiyuki / HARASHIMA Takuo

Introduction of products 3
KIMURA Aoi

54

Introduction of SANSHIN KOGYO Co., Ltd.

MORI Naoto

56

Introduction of CAE Group Part5

SOMA Yusuke

58

Introduction of R&D Center

HIRA Satoru

62

Tsukishima Teahouse

64

Tsukishima Tales of Times Now Past

66

Corporate Profile / Editor’s Note

ITO Hiroki
ABE Ken

R&Dセンター紹介

下水汚泥処理に関連する分析事例と創エネルギー型焼却炉関連の分析事例紹介アイスランドポピー咲く
兵庫県立公園あわじ花さじき

森 直人

解析グループ紹介 Part5

流体解析手法編 〜格子法と粒子法〜
58

木村 葵

LYU Xiaoye / MINAMI Shigeki

Introduction of products 2

Effective utilization of sewage sludge in Iwaki City

蜂谷 祥之・原島 拓生

KAWAKUBO Maiko

Introduction of products 1

Sewage sludge solid fuelization business at the Toba Wastewater Treatment Plant in Kyoto

実績紹介 2WATANABE Kenji

Technology / Products 6

Remote monitoring test results for industrial equipment

実績紹介 1

装置のリモート状態監視事例
49

42

Aeration control valve and the aeration control system for sewage treatment plants

下水処理場向け曝気用風量調整バルブと風量制御システム46

川久保 舞子

技術・製品紹介 6

HIRANO Yuta

Technology / Products 5

Dispersion process technology for Lithium-ion battery materials using Filmix

技術・製品紹介 5
®

42

38

UMEZOME Toshiyuki

Technology / Products 4

Introduction of an improved dehydration/drying process through a combinationof Escher Wyss Push Type Centrifuge and Clean Flash Dryer

技術・製品紹介 4®

38

OOZEKI Junya

Technology / Products 3

Effort to Building Information Modeling design

技術・製品紹介 3

FUKASAWA Atsuki

Technology / Products 2

Introduction of “Demonstration 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”

技術・製品紹介 2

BIM設計の取り組みに関して
34

深澤 淳基

KAWAGISHI Masayasu

TSK Container Handling System – Introduction of test system「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
31

Paper2

技術・製品紹介 1

TSKコンテナ ®システム ̲テスト設備の紹介
28

16

Approaches to automatic control of Energy-Creating Incineration Systems using AI technology

AI 技術を活用した創エネルギー型焼却システムの自動制御に関する取り組み
24

Energy-generating dewatering incineration system

河岸 正泰

論文 2

Tsukishima Kikai Co., Ltd. Board Member, Senior Managing Executive Officer
PRIMIX Corporation President and CEO
KAWASAKI Jun

日良 聡

伊藤 央貴

阿部 研

会社概要・編集後記

TSK 技報 2021 no.24 5

巻

頭

言

素人目線で考える技術を商売に繋げるヒント
4月よりプライミクス株式会社（以下「PMX」と称す）の経営と力や分散力を持ち、かつ、非常に微細な粒子径を得られるようなは別に月島機械グループのものづくり改革を担当することになりま製品の開発です。会社としてやるべきことが絞りやすいのも一つした。まずは月島機械のものづくりからということになりますが、喫の技術に特化する利点だと思います。

緊の課題は室蘭工場の稼働改善、換言すると単体機器事業の立て直しです。技術系出身でない私が今どんなことを考えて新た業の立て直しについてお話します。私はやるべきことは大きく二本な任務に向き合っているか、あるいは、PMXでの経験をどう生か立てだと考えています。一つはPMX 同様、微粒子化に対応できそうとしているかについてお話したいと思います。

る製品の展開、もう一つは室蘭工場のファシリティーを生かせる

最初に昨年月島機械グループの一員となったPMX の事業に

大型乾燥機スチームチューブドライヤ（STD）
やインクラインドディ

ついて触れたいと思います。PMXは高速攪拌技術を中核としたスクドライヤ（IDD）の再生です。前者はすでに二次電池分野でものづくり企業ですが、そのビジネスモデルは月島機械と似て実績がある渦流晶析機や現在開発中の後継機を足がかりに事非なるものです。一般に技術経営型の企業は自社の研究成果を業拡大を図りつつ、その他の機器でも微粒子化対応を進めること商品化するために研究・開発・事業化・産業化と4 つのステーです。また、二次電池分野の主戦場は中国ですから、ここで勝ジがあり、各ステージに合わせた投資活動が行われます。PMX

負するならば顧客ニーズの早期対応とコストダウンの観点から多はお客様の各ステージに応じて製品をラインナップし、早い段階くの範囲で現地化が必要です。

からお客様に密着してビジネス創出のお手伝いをしています。月川崎 淳
月島機械株式会社
取締役専務執行役員
プライミクス株式会社
代表取締役社長

PMX の経験を踏まえて、本題である月島機械の単体機器事続いて後者の STD や IDDについては、いわずもがな最優先

島機械でもR&D センターで似たようなことをしていますが、商材課題は競合と伍していくためのコストダウンです。
そもそもイノベーに研究機があるとないでは相手に対する認知度が大きく異なりまションとはインベンション（発明）とイコールではありません。常にす。このように、お客様とは「点」ではなく「面」でお付き合いする

新しい技術をゼロから開発すればイノベーションが生まれるもの

ビジネスモデルなのです。

ではない。むしろ、イノベーションとは和訳で「新結合」や「新し次に技術の集中という観点です。前述のとおり、基本的にい活用方法」と言い表されるように、新しい組み合わせが重要でPMXでは撹拌機しか作っていません。IT 企業の Google が「探あって、組み合わせるもの同士は決して新しくなくてもよいのです。

す」という技術に会社の知的資源を集中しているように、PMXで

例えば、コストダウンのために設計を見直したり、調達・サプラは「混ぜる」という技術に集中しています。このポジショニングとイチェーン（月島機械と協力会社との役割分担）の組み合わせを技術の掘り下げ方により、要求品質が厳しいとされる化粧品や医変えたり、工場での作り方を変えたり、こうした新しく変えた部分

薬、食品、二次電池分野のお客様から長く愛される結果に繋がっの組み合わせも立派な研究開発であり、イノベーション活動だとています。PMX の技術を間近に見ると、改めて一つの技術を突思います。

き詰めることの大切さを感じることができます。
とは言え、PMX の経営や技術が安泰というわけではありません。PMX の製品が扱う液体、粉粒体の乳化、分散、混練は全
般的に微粒子化へ進んでいます。今後、市場拡大が期待できる

私のような素人目線が少しでも月島機械の技術開発やイノベー
ションのヒントとなり、あるいは、新たな商機に繋げられる何かを発見できればいいと願っています。
皆さんとともに次の10 年を支える技術基盤を創って参りましょう。

二次電池分野、あるいは、電子部品や医薬分野では超微粒子化の需要が高まり、PMXもその対応が求められます。具体的にはマイクロビーズミルや高圧ホモジナイザーのような高い剪断

6 TSK 技報 2021 no.24

TSK 技報 2021 no.24 7

論文

1

創エネルギー型脱水焼却システムの実証試験結果報告
Energy-generating dewatering incineration system

1 はじめに

2 実証試験概要と実証結果

2020 年度より地球温暖化対策の国際的な枠組みである「パリ協定」

2.1 システム概要

が実施段階となり、世界各国あらゆる業種が脱炭素に向けて歩み始め

本開発で目指す創エネルギー型脱水焼却システム概要を図1に示す。

ている。一方、国内下水道事業に目を向けると、平成 29 年 9月に国土

同システムは、大きくわけて「加温濃縮脱水」工程と「創エネルギー

交通省にて「下水道事業におけるエネルギー効率に優れた技術の導加温濃縮脱水工程では、加温濃縮部と加温脱水部によって構成さ付金対象要件として廃熱回収効率や消費電力削減率に関する性能

れ、焼却廃熱として排出される温排水によって汚泥を加温し、脱水阻指標が設定されるなど、脱炭素に向けた動きが加速している。

害物質の排除・透水性向上・凝集剤との反応性向上の効果により、このような背景を受け、補助燃料が不要で脱水・焼却設備で消費する電力以上の電力を発電可能な「創エネルギー型脱水焼却システ

Abstract型焼却」工程で構成される。

入について」が通知され、今後の下水汚泥焼却炉の設置・改築の交混合生汚泥で含水率 70% 以下の低含水脱水を実現する。
創エネ型焼却工程では、汚泥の低含水率化によって燃焼空気の予ム」を開発した。本システムは、焼却廃熱を利用して脱水汚泥の低含熱が不要となり、従来水分を蒸発させるために必要であった熱量を全水率化を図る「加温濃縮脱水システム」と、省エネ性に優れる過給式て発電利用に回すことができ、最大限の抽熱が可能となる。また、基流動焼却炉をベースとして最大限の抽熱を図る「創エネルギー型焼却

本フローは過給式流動炉をベースとしており、ファン・ブロワ類を過給システム」を組み合わせることで、最大限の創エネルギーを実現する機で代替することで、従来の気泡流動炉と比較して約 50% 程度の省ものであり、2019 年より本システムをA センターに建設し、実証試験を電力が可能となる。最大限の抽熱による高効率発電と過給式流動炉

From 2020, the “Paris Agreement,” an international framework for global warming

行っている。同実証では、焼却廃熱を使った加温濃縮脱水システムにによる大幅な省電力の組み合わせにより、自燃かつ設備で消費する電

countermeasures, has entered the implementation stage; industries around the world have

よる低含水率化と自燃運転、抽熱工程におけるボイラ性能の継続維

力以上の発電を行う創エネルギーが可能となる。

begun to move towards decarbonization. In Japan, the Ministry of Land, Infrastructure,

持、温室効果の高いN2O 排出量の削減を目標とし、1カ月間の連続運

なお、本システムを構成する濃縮機、脱水機、焼却炉等の主要機

Transport and Tourism has set performance indicators for waste heat recovery efficiency

転試験を実施した。本稿では同連続運転の経過および、そこで得られ器は、すでに当社にて実績のある機器・設備を使っており、組み合わand power consumption reduction rates as requirements for future grants focused on the

た知見および導入効果について報告する。

せと運転条件の工夫により、創エネルギーを実現するものである。

installation and reconstruction of sewage sludge incinerators. There are also moves toward
decarbonization. It is accelerating.

河岸 正泰Within this framework, we have developed an “energy-generating dewatering incinera-

KAWAGISHI Masayasu

tion system” that does not require auxiliary fuel and can generate more electricity than the

水環境事業本部
ソリューション技術部
熱技術グループ

amount consumed by the dewatering and incineration equipment. This system utilizes a“heated concentrated dewatering system” that uses incineration waste heat to reduce thewater content of dewatering sludge, combined with a “supercharged fluidized incinerator” that has excellent energy efficiency to maximize heat extraction. By combining the“energy-generating incinerator system”, the maximum energy production is realized. A
demonstration facility has been constructed at Center A and a verification test is being conducted. Here, we report the progress of continuous operation in the demonstration test, thefindings obtained, and the effect of its introduction.
2020年度より地球温暖化対策の国際的な枠組みである「パリ協定」が実施段階となり、世界各国あらゆる業種が脱炭素に向けて歩み始めている。国内においても、国土交通省にて今後の下水汚泥焼却炉の設置・改築の交付金対象要件として廃熱回収効率や消費電力削減率に関する性能指標が設定されるなど、脱炭素に向けた動きが加速している。
このような背景を受け、補助燃料が不要で脱水・焼却設備で消費する電力以上の電力を発電可能な「創エネルギー型脱水焼却システム」
を開発した。本システムは、焼却廃熱を利用して脱水汚泥の低含水率化を図る「加温濃縮脱水システム」と、省エネ性に優れる過給式流動焼却炉をベースとして最大限の抽熱を図る「創エネ型焼却システム」
を組み合わせることで、最大限の創エネルギーを実現するものであり、実証設備を Aセンターに建設し、実証試験を行っている。本稿では同実証試験における連続運転の経過および、そこで得られた知見と導入効果について報告する。

図 1 創エネルギー型脱水焼却システム概要
Fig.1 Outline of Energy-generating dewatering incinerator system

8 TSK 技報 2021 no.24

TSK 技報 2021 no.24 9

論文 1

創エネルギー型脱水焼却システムの実証試験結果報告

2.2 実証試験設備概要

Energy-generating dewatering incineration systemができる80 〜 90℃の温排水を作り、加温濃縮脱水工程に移送する。

2019 年よりA センターに実証設備を建設し、上述 2.1のシステムの各要素技術の検証および連続運転による安定性の確認を行った。
表 1に実証設備仕様、表 2に実証条件、図 2に創エネ型焼却シス実証試験は、設備仕様となる脱水汚泥 195kg/hの混合生汚泥を焼却炉に投入し、24 時間連続運転を1カ月間実施した。その間、加温濃
縮脱水工程で利用する熱源は焼却廃熱のみとした。

テム実証設備の概略フロー、図 3に設備外観写真を示す。また、本実証設備は、脱水汚泥 195kg/h 処理の小規模設備のため、商用機と異2.3 実証試験結果

なる点が数点あり、それらを表 3にまとめる。

2.3.1 連続運転結果

実証設備は、加温濃縮脱水工程、焼却工程、抽熱工程、集塵工程、焼却廃熱を用いた加温濃縮脱水の1カ月連続運転経過を図 4に示

加温濃縮脱水用の廃熱利用工程により構成される。加温濃縮脱水工

す。汚泥負荷率は、おおむね100%を維持したが、含水率 65% 付近

程は、加温濃縮部と加温脱水部で構成され、焼却廃熱による高温水において汚泥搬送系の圧力損失が上昇し、90%まで低下する運転がの注入および 2 液薬注により低含水率脱水を行う。焼却工程では、約数日見られた。

100kPaGの加圧条件で約 850℃の燃焼を行う。抽熱工程では、集塵

脱水汚泥含水率は、焼却廃熱のみで65 〜 71%を維持し、安定し前の高温燃焼排ガスを廃熱ボイラに通風し、後段のバグフィルタ耐熱て運転できることを確認した。また、脱水時のポリ鉄添加率は、0.9 〜

温度となる230℃以下まで抽熱を行う。集塵工程ではバグフィルタ（集

8.5%、平均 4.5%の低薬注条件で推移し、焼却炉の自燃域である含塵温度約 200℃）を使用し、集塵を行う。なお、本焼却システムのベー

水率約 70% 以下まで脱水できることを確認した。

スとなる過給式流動炉は、高温高圧の燃焼排ガスを過給機に通すこと

また、同図の「対乾燥熱量割合」は、加温濃縮脱水工程で使用しで燃焼空気の圧縮を行うため、集塵後の条件では過給機の運転が困た熱量を乾燥機で水分 76% から70%まで乾燥した場合の熱量（当社

難になることから、集塵排ガスを再度炉出口の高温排ガスで過給機の計算値）で割った値であり、乾燥と比較して１/３以下の熱量で水分を使用が可能な温度まで再加熱し、過給機における仕事を考慮し、減圧除去できていることを確認した。これは、乾燥工程では蒸発潜熱分の弁にて減圧する（表 3 過給機参照）。廃熱利用工程では、排煙処理塔

熱量が必要であることに対し、本システムでは汚泥を所定の温度に過冷却排水を温水ボイラで加熱し、加温濃縮脱水を効率よく行うこと

加温する顕熱分の熱量で同じ水分量を除去できることによる。

図 2 創エネ型焼却システム実証設備 概略フロー
Fig.2 Outline ﬂow of energy-creating incinerator system demonstration equipment

表 1 実証機の仕様
Table1 Demonstration machine speciﬁcations

図 3 創エネ型焼却システム実証設備 外観
Fig.3 External appearance of Energy-generating dewatering incineration systemdemonstration equipment

表 2 実証条件
Table2 Demonstration conditions

表 3 商用機との相違
Table3 Diﬀerences from commercial machines

図 4 加温濃縮脱水工程運転経過
Fig.4 Operation process of heating, concentration and dewatering process

10 TSK 技報 2021 no.24

TSK 技報 2021 no.24 11

論文 1

創エネルギー型脱水焼却システムの実証試験結果報告2.3.2 N2O 発生量について

Energy-generating dewatering incineration system

2.3.3 炉内燃焼についてた。加温温度と揮発分割合の関係を図７、加温温度と燃焼速度（TG-以上の結果より、本システムにおける炉内局所高温は下記要因に

炉内温度および N2O 排出量の経過を図 5に示す。炉内温度は、砂

前項で述べたとおり、焼却における温度勾配は、砂層温度が比較

DTA 測定による分解速度）の関係を図 8に示す。なお、TG-DTA 試よるものと推察する。なお、汚泥の加温により、粘度低下も起こるため、層上部が 700℃〜 800℃、フリーボード下部が 900℃以上となり、フリー

的低く、フリーボード下部温度が局所的に高くなる傾向にあった。ベー験とは、試料の温度を変化させながら試料の重量変化測定（TG）
およ

下記②の過程で分散性向上も加えている。

ボードでの燃焼温度が局所的に高い運転となった。

スとなる過給式流動炉では、100kPaG 以上の加圧下燃焼により酸素

び示差熱測定（DTA）
を同時に行い、試料の分解・酸化反応（吸熱・① 加温濃縮脱水工程において、低含水率脱水と同時に、汚泥が改分圧が高くなり、結果として燃焼速度向上によりフリーボード温度が局発熱反応）を調査する手法の一つである。

これにより燃 焼 温 度に大きく依 存するN2O 発 生 量は、日平 均で0.15kg-N2O/t-wet 以下となり、従来の流動焼却炉（高温焼却）の排質されて揮発分割合が増え、「燃焼しやすい汚泥」となる。

図 7より、加温温度と揮発分割合の関係は、正の相関がみられた。

② 炉内に投入された加温濃縮脱水汚泥は、砂層上層部で速やかにしかし、これまでの過給式流動焼却炉実績ではフリーボード温度は

特に冬季においてこの傾向は顕著であり、夏季は送泥・貯留時に腐分散・乾燥・熱分解・燃焼する。加圧下燃焼における燃焼速度

なお、N2O 発生量とNOx 発生量はトレードオフの関係にあることが860 〜 870℃程度であり、本実証結果はさらに高温燃焼の傾向が確

敗・消化が進むため、揮発性物質がすでに減った状態であるものと上昇も合わさり、砂層中〜下層での燃焼割合は従来炉と比較して知られているが、図 6より、今回の燃焼温度である880 〜 940℃程度認されており、加圧下燃焼のほかに別の要因が考えられる。従来の過推察する。図 8より、加温温度と燃焼速度の関係は、負の相関となっ少なく、結果としてフリーボード下部にて完全燃焼し、局所高温化の温度帯におけるNOx 発生量は最大 30ppm（生値）程度であり、大給式流動炉と本実証炉の違いは、加温濃縮脱水工程の有無であるているが、縦軸が TG 線図における重量減量を示しているため、加温する。

気汚染防止法施行規則で定められた規制値 250ppm（O212% 換算

ため、別要因が汚泥性状の変化にあるとみて脱水汚泥の揮発分の測温度が高いほど燃焼速度（分解速度）が上昇していることを示唆する値）に対し、十分に小さい値であることを確認した。

定および TG-DTA 試験を実施し、加温温度との相関の有無を確認し結果となった。

出量 0.645kg-N2O/t-wetの１/４以下であることを確認した。

所的に上昇する。

図 5 炉内燃焼温度とN2O 発生量経過
Fig. 5 Combustion temperature in the furnace and progress of N2O generation

図 6 燃焼温度とN2O、NOx 発生量相関Fig.6 Correlation between combustion temperature and N2O and NOx generation

12 TSK 技報 2021 no.24

図 7 加温温度と汚泥揮発分割合の関係
Fig.7 Relationship between heating temperature and sludge volatile content ratio

図 8 加温温度と燃焼速度の関係
Fig.8 Relationship between heating temperature and combustion rate

TSK 技報 2021 no.24 13

論文 1

創エネルギー型脱水焼却システムの実証試験結果報告2.3.4 ボイラ性能について

Energy-generating dewatering incineration system

3 まとめ・将来の展望評価した。なお、本システムでは放熱量を最小限にとどめるため、排ガスラインに廃熱ボイラを設置して抽熱する思想としており、特に排ガ

4 謝辞

実証試験で得られた結果から、本システムの導入時の温室効果ガ本実証では、小規模設備のため対応する発電ユニットがなく、実機における発電量は、ボイラの安定性（安定して抽熱できるか否か）で3.2 将来の展望3.1 実証結果まとめ
A センターにおける実証試験により、以下結論を得た。
▶ 焼却廃熱を用いた加温濃縮脱水

ス排出量を試算し、従来の炉である気泡流動炉や過給式流動炉と固形物処理量を同規模（29t-DS/日 含水率 71% 時 100t-WET/日）と加温濃縮脱水工程では、ポリ鉄添加率約 5%および従来乾燥機の100t/日規模の創エネルギー型脱水焼却システムの場合、補助燃

イラは、ダストによる閉塞等が懸念される。このため、あえてスートブロ

１/３以下の熱量（含水率 76%から70%に乾燥）で自燃可能な含水料はゼロとなり、発電によって約 200kWの創エネルギーが可能となる。

率に脱水できることを確認した。

また、N2O 発生量は従来高温焼却炉の１/４以下となり、温室効果ガ能の指標となる総括伝熱係数（以下 U 値）の経過を調査した。

▶ N2O 排出量の削減に深く感謝の意を表します。

して比較検討をした。試算結果を表 4 および図 10に示す。

ス中ばいじん濃度 20 〜 30g/Nm3 の環境となる集塵工程一次側のボ
ワによる払落し機構を使用せず、1カ月の連続運転におけるボイラ性

フィールド提供等のご協力をいただきましたＡセンター関係者の方々ス発生量は高温焼却対応の気泡流動炉と比較して約 9 割減の効果

参考・引用文献

図 9の経過より、運転 U 値 / 設計 U 値は150 〜 160% 程度を維持

加温濃縮脱水工程による汚泥改質および加圧下燃焼による燃焼しており、設計値以上の性能を継続して運転できることを確認した。な

速度上昇により、燃焼時に高温場が形成され、N2O 発生量は従来

本システムは、排水熱の利用等、下水汚泥が持つエネルギーポテの流動焼却炉（高温焼却炉）の１/４以下であることを確認した。

ンシャルを余すことなく利用し、消費以上のエネルギーを生み出す、いYamato et al., Demonstration report of heating concentration dewatering

わばバイオマスエネルギー供給設備ともいえる。本開発が脱炭素社

system, 57th Sewerage Research Presentation, pp1009-1011, 2020

お、設計値を大幅に上回る性能となっている要因は、100kPaG 以上の圧力下であることから熱密度が高くなっていること、ボイラの構造に▶ 抽熱工程におけるボイラの性能維持よるものと推察している。また、出口排ガス温度は180 〜 190℃程度に高温・高ダストの燃焼排ガスを通風する廃熱ボイラにおいて、性能安定しており、後段 バグフィルタの耐熱条件である230℃以下の条件の指標となる総括伝熱係数を安定して維持できることを確認した。

が期待される。

１）倭ら、加温濃縮脱水システムの実証報告 ,第 57 回下水道研究発表会 ,pp1009-1011,2020会実現の一助となることを期待する。

も満足していることを確認した。
以上より、本システムは、計画どおりの抽熱・発電が可能であると判断する。

表 4 補助燃料使用と電力消費
Table4 Auxiliary fuel usage and power consumption

図 9 ボイラ性能経過
Fig.9 Boiler performance progress

図 10 温室効果ガス排出量比較
Fig.10 Greenhouse gas emission comparison

14 TSK 技報 2021 no.24

TSK 技報 2021 no.24 15

論文

2

AI ポイントごとに掲げている簡易的な内容について以下に記載す

2 AI 技術の定義付ける。詳細内容はこの後の節にて記載する。

AI 技術を活用した創エネルギー型
焼却システムの自動制御に関する取り組み

AI 技術に関する定義は明確になっておらず、一般社団法人人工知能学会では、「大量の知識データに対して、高度な推論を的確に行うことを目指したもの」3）とされている。月島機械では、AI 技術について、図1のように定義を行った。
を用いて創エネルギー型焼却システムの自動制御を目指した。

3

技術にて構築される。
AI ポイント②：脱水機含水率安定制御で、脱水汚泥含水率の安定化を目的とする多入力系の回帰モデルを構築。

今回、
図 1で定めたAI 技術
（最適化、
機械学習、
ディープラーニング）

Approaches to automatic control of Energy-Creating
Incineration Systems using AI technology

AI ポイント①：最適なフロック形成を目的とした制御であり、画像認識

創エネルギー型焼却システムにおけるAI 技術による自動化システム

AI ポイント③：焼却炉内温度安定制御であり、自燃運転を目的とした予測型制御を構築。

3.1 濃縮設備とAI ポイント①
濃縮設備における濃縮性能および後段の脱水設備における脱水性
能は汚泥フロックの状態に依存する。最適な汚泥フロックを形成させる

創エネルギー型焼却システムは、濃縮設備、脱水設備、焼却設備

ためには，汚泥に添加する高分子凝集剤の添加率やミキサおよび凝といった3 つの設備を持ったシステムとなっており、それぞれの設備に集混和槽の回転数を適切に運転する必要があるが，汚泥フロック形て従来技術では自動運転が困難なプロセスがあるため、AI 技術にて状の判別は人の目視や触覚に頼っており，自動化が困難とされていた。

ing attention, and the number of cases in various tasks is increasing. In addition, examples of AI

自動化を目指した。図 2は、創エネルギー型焼却システムの簡易フロー（以下，高分子凝集剤の添加率を「ポリマー薬注率」と称す。
）

applied to plant equipment have been introduced at various conferences. As such, Tsukishima Kikaiとなっており、AI 技術適用箇所をAI ポイントとして示している。

Abstract
In recent years, the application of AI to parameter prediction and optimization has been attract-

Company has also started to work on research and development related to AI. Here, the company
decided to apply AI to a newly developed plant, an energy-generating incineration system, with theaim of automating controls that previously required human intervention. Specifically, we selected
the parts of the system that required AI, and subsequently applied AI methods appropriate for each

深澤 淳基

problem, such as machine learning, deep learning, and model predictive control. We verified the

FUKASAWA Atsuki

controllability by testing them in an actual plant. In this paper, we report the control results obtained

開発本部
研究開発部
研究開発グループ

through the verification and describe the future prospects of utilizing AI methods.
近年、AIを適用したパラメータの予測および最適化が注目されており、様々なタスクでの事例が増加傾向にある。また、プ ラント設備に AIを適用した事例も様々な学会で紹介されている。月島機械株式会社はこのような社会情勢に対応するため、AIに関する研究開発を取り組み始めた。今回 AI適用の対象を新規開発プラントである
創エネルギー型焼却システムにし、人の介入が必要であった制御の自動化を目指した。具体的に、AIが必要な部分を選定し、それぞれの問題にあった AI手法を適用した。ここで定めるAI手法は機械学習、
ディープラーニング、
モデル予測制御のことを示し、実プラントにて検証を行うことで、制御性の妥当性を検証した。本稿では、検証によって得られた制御結果の報告と今後の展望について記載する。
キーワード：自動制御、ディープラーニング、モデル予測制御、機械学習、創エネルギー型焼却システム
Keyword：Automatic control, Deep Learning, Model Predictive Control, Machine Learning,
Energy-Saving Incineration Systems

1 はじめに

図 1 月島機械でのAI 技術に関する定義
Fig.1 Deﬁnition of AI by Tsukishimakikai Company

支援システム、自動車の無人自動運転、サービス業でのタクシー需要予測などがある1）。上下水道プラント設備においても例外ではなく、ま近年、データ保存容量の増大や計算ツールの発展により、ビッグデー

た新下水道ビジョン加速戦略の取り組み方向性の１つとして、「人口減

タと呼ばれる大量のデータを扱ったAI 技術が注目を浴びている。さら少等社会情勢の変化に柔軟に対応できる技術の導入促進」2）を掲げに、AI 技術の1 つであるディープラーニングの登場によって、プロ棋士られていることから、下水道展や下水道研究発表会にて水処理設備に勝利したAlphaGoの活躍や画像認識コンペにおいてディープラー

の水質予測や設備の異常検知にＡＩを利用する取り組みが競合他社なニングを使用したチームが圧勝するような出来事が重なり、注目度が高

どからも発表されている。

まってきている。現在は、インターネット上で有識者が作成したAI プロ

このような社会情勢に対し、当社では新規開発した創エネルギー型

グラムを無償公開（オープンソース）
しているため、AI 技術の適用が容焼却システムにAI 技術を取り入れ、従来不可能であった部分への自易となっており、さまざまな産業分野で扱われ始めている。適用事例と動制御の適用・実現を目指した。本稿では、AI 技術を適用した自動化

して製造業における部品の不良品検知や医療業における内視鏡画像システムの構築の要点（ポイント）と自動制御結果について報告する。

16 TSK 技報 2021 no.24

図 2 創エネルギー型焼却システムの簡易フローとAI ポイント
Fig.2 Process diagram of the energy-creating incineration system and AI applying points

TSK 技報 2021 no.24 17

論文 2

AI技術を活用した創エネルギー型焼却システムの自動制御に関する取り組み

図 3のような運転では、人の運転経験によって汚泥フロックの判別結果が変わってしまうため、確かな制御が行えているか第三者目線からは判断できない。そのため、最適な状態を判断する定量的な指標がApproaches to automatic control of Energy-Creating Incineration Systems using AI technology

は人とセマンティックセグメンテ―ションの認識が重なった領域となっに近づけられるようポリマー薬注率を操作してあげればよい。今回こ（1）：外乱の影響を考慮した上で焼却炉内の温度傾向を捉える。

ている。

の操作の部分には時間遅れを考慮し、サンプル PI 制御器を使用した。

（2）：焼却炉内の温度傾向は脱水機から焼却炉までの搬送時間を考

図 5における間隙のピクセル正答率は94.6％程度あり、精度よく間慮する必要がある。

3.2 脱水設備、焼却設備とAI ポイント②、③必要になった。従い、AI ポイント①では、汚泥フロック状態を数値化し、隙を認識できていることがわかる。また、この間隙領域は面積として算自動制御に使用する。

出できるため、汚泥フロック画像を数値化することができる。なお、数3.1.1 汚泥フロック状態の数値化

値化は汚泥フロック画像に写る間隙の平均面積値にて行った。

がそのまま焼却炉へ送られるため、脱水汚泥含水率によって焼却炉

これらの３つの運転管理項目を満足させるような運転を実施するた

3.1.2 汚泥フロック状態の最適指標

内の燃焼状態が大きく変わってくる（焼却炉への脱水汚泥投入量はめに、AI ポイント③は焼却炉内の温度傾向を予測し、自燃運転が継の凝集混和槽上部に取濃縮設備（今回はロノッシュ ®を対象とした）（3）：焼却炉内の温度傾向から最適な含水率を算出し、脱水機にて創エネルギー型焼却システムは、脱水機から排出された脱水汚泥調整を行う。

り付けられたカメラより汚泥フロック画像を検出し、画像からディープ

AI 技術によって間隙面積として数値化できることが分かったが、算一定としている）。この焼却システムの大きな利点として、補助燃料を続できる含水率を出力する制御システムを構築している。AI ポイント

ラーニングを使用することで汚泥フロック状態を特徴量として数値化出した数値と汚泥フロックの状態を関連付ける必要がある。今回の取不要とした自燃運転ができる点だが、そのためには焼却炉が求めてい②はAI ポイント③から出力された含水率となるように脱水機を制御すする。図 4は凝集混和槽上部から撮影した汚泥フロック画像である。

り組みでは良い汚泥フロックの判断を加温効率と比較し、加温効率

る脱水汚泥含水率に制御する必要がある。今回実証で使用した焼却るカスケード型制御システムを構築する。

一般的にポリマー薬注率が最適であるほど汚泥フロックが大きくなが高いほどフロックの状態が良いと定義した。加温効率とは、温水によシステムでは自燃運転を継続して行うためには、焼却炉内の砂層温3.2.1 カスケード型制御システム

り、ポリマー薬注率が過少でも過剰でも汚泥フロックは小さくなる。汚り汚泥フロックがどの程度温められたかを表す当社で使用している指度 680℃以上かつフリーボード温度が 980℃以下の状態を保たないと

泥フロックが大きくなるほどフロック間の間隙が大きくなることに着目し、標であり、高ければ高いほど汚泥フロックに熱が伝わっていることがわいけない。このような条件のもと、自燃運転においては、以下の重要な間隙を汚泥フロック状態の判別指標にするため、ディープラーニング

かっており、良い汚泥フロック形状の場合、温水からの熱伝導が良い

運転管理項目がある。

の１つであるセマンティックセグメンテーションを使用して間隙を識別ため加温効率が高く表示される。この傾向を利用し間隙面積と加温できるAI モデルを構築した。セマンティックセグメンテーションは意

効率の関係性をまとめたグラフが図 6であり、加温効率が高まってい味領域認識技術であり、画像内のどの位置にどのような物体が存在る部分の間隙面積が最適間隙面積となる。

するのかを画素単位で認識できる技術である4）。この技術を使用する

図 6より濃縮設備に投入される混合汚泥流量に関わらず、間隙面ことで、図 4の画像を図 5のように間隙部だけ自動検出することができ

積が 1000 〜 1500の範囲で加温効率が高まり、1250 付近で最高になる。図 5において灰色部分はセマンティックセグメンテーションによるることがわかった。これにより、目標とすべき間隙面積が定められるた間隙認識領域、ハッチング部分は人が間隙と認識した領域、黒部分

め、フロックの状態をＡＩで判別、間隙面積を算出して、上記の目標値

AI ポイント②、③によるカスケード制御と創エネルギー型焼却シス
テムの関係を図 7に示す。
AI ポイント③では、モデル予測制御を使用し、脱水機から焼却炉

図 6 加温効率と間隙面積
Fig.6 Thermal thickening eﬃciency and area of ﬂoc gap

図 3 濃縮設備における人の運転介入
Fig.3 Ordinal operation schematic of the dewatering system before applying AI system

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

18 TSK 技報 2021 no.24

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

図 7 AI ポイント②、③によるカスケード制御置
Fig.7 Cascade control system of AI point 2 and 3

TSK 技報 2021 no.24 19

論文 2

AI技術を活用した創エネルギー型焼却システムの自動制御に関する取り組み

までの搬送時間を考慮した上で砂層温度を予測する。これによって、として、予測モデルは実プラントを模擬したモデルとなっており、あるApproaches to automatic control of Energy-Creating Incineration Systems using AI technology

3.2.3 含水率予測機械学習モデル

クが高くなると手分析含水率は低くなるような負の相関が見られ、汚泥

過去の運転状態も加味し、未来の挙動を予測した最適な含水率を出操作量が与えられた場合に実プラントで出力される制御量を予測す

創エネルギー型焼却システムにおける加温脱水汚泥において、オ

温度についても、温度が高くなると手分析含水率が低くなる負の相関力できる。また、AI ポイント③で出力された含水率となるようにAI ポイる。最適化器は予測モデルを使用して、未来を含めた最適操作量を

ンライン自動含水率計を設置した場合、汚泥温度の変化による精度が見られた。図 10-3では、機械学習モデルによって予測された含水率

ント②で脱水性を向上させるために添加しているポリ硫酸第二鉄（以算出する。

誤差が問題となり制御に使用するのは難しい。今回は脱水機の運転と手分析含水率を比較することで予測精度の検証を行った。また、回下、「ポリ鉄」と称す）添加率の制御を行っている。なお、ポリ鉄添加

図 9は実際に創 エネルギー型焼却システムでMPCを行った結果

データと含水率手分析値を使用して、運転データから含水率を予測す帰モデルの予測精度を表す指標として、今回はRMSE（Root Mean

率は事前の調査結果より、脱水汚泥含水率を幅広く調整できることかのグラフになっている。MPCの制御対象は、温度制御に焼却炉までる機械学習モデルを構築した。このようにあるデータから目的の値を予

Square Error）
を使用した。RMSEの算出は式（1）の通りで、値は低ら採用した。AI ポイント②では、「脱水機の軸トルク」と「汚泥温度」の膨大な搬送時間を加えたモデルのため、操作量を変えた影響が焼測することを回帰という。機械学習モデルの回帰手法として、線形回ければ低いほど、予測誤差がないことを表しており、正確な回帰モデから「含水率」を予測する機械学習モデルを組み込んでいるため、こ却炉に表れるまでに膨大な時間を要する。そのため、アグレッシブな制

帰やサポートベクターマシーン、決定木、
ガウス過程回帰、
ニューラルネッルとなる。含水率の予測結果は0.87 程度のため、予測誤差としては低のモデルを含水率計と見たてポリ鉄添加率の制御が行える。

御をさせてしまうと大きく操作量を変更してしまうため、これが時間遅れ

トワークなどがあげられるが、今回、含水率予測には線形回帰（重回い値となり、精度の高いモデルが構築できた。

3.2.2 モデル予測制御

を経て、大きなオーバーシュートとなり、途中で砂層温度を下げきること

帰）モデルを使用した。図 10-1および図 10-2では、運転データとして使ができず設備の破損につながる可能性がある。このような設備破損トラ用した減速機トルク（脱水機軸トルク）と汚泥温度、かつ手分析含水率

プロセス産業界における適用が近年増加しており、化学工学の教科

ブルを生じさせないため、操作量を緩やかに変更し、オーバーシュートの散布図から機械学習モデル（今回は線形回帰モデルを適用）を構

上式中のnは予測数、f1…fnは真値（今回は手分析含水率）、y1…yn

書に紹介されるほど有名な制御手法となってきている。このように注目を極力抑えるような砂層温度制御を目指した。図 9の左図は800ステッ

築している。なお、図 10-1は減速機トルク視点からみた図で、図 10-2は予測値となる。

度が上がっている理由として以下のようなことがあげられる5）。

プ（1ステップを1 分としている）まで制御した際に制御量（今回は砂層

は汚泥温度視点からみた図となっている。これらの図から減速機トル

1. 多入力多出力制御問題を取り扱うことができる。

温度）がどのように変化するかを予測したもので目標値である赤線部にモデル予測制御 (MPC:Model-Predictive-Control)は、さまざまな

2. プロセスの制約を考慮した上で、最適な操作量を出力することがで（１）

ゆるやかに収束するように制御されているのがわかる。0 から300ステッ
プまでは、脱水機で既に生成された脱水汚泥が砂層温度にどのようなきる。
3. 焼却炉内温度のように時定数が長い問題にも適用がしやすい。

影響を与えるか予測したもので、301ステップ以降は現在から未来の最4. 計算機の性能向上とコストダウンが進み高速な演算を安価に構築

適操作量を与えた場合に砂層温度がどのように変化していくかを表している。図 9の右図は制御量を目標値に収束させるためにはどのようなできる。

操作量（今回は脱水汚泥含水率）にするべきかを表したグラフとなってMPCを組み込んだ制御ブロック図を図 8に示す。
MPCは予測モデルと最適化器で構成されている。それぞれの役割いる。操作量の計算は600ステップまで先の未来に対して行っている。

図 10-1 含水率予測機械学習モデルの構築（パターン１）
Fig.10-1 Construction of machine learning prediction model for moisture content(Pattern 1)

図 10-2 含水率予測機械学習モデルの構築（パターン2）
Fig.10-2 Construction of machine learning prediction model for moisture content(Pattern 2)

図 8 MPCを組み込んだ制御ブロック
Fig.8 Control schematic of MPC

図 9 MPCによる制御例
Fig.9 Example of control by MPC

20 TSK 技報 2021 no.24

図 10-3 含水率予測機械学習モデルの予測精度
Fig.10-3 Accuracy of machine learning prediction model for moisture content

TSK 技報 2021 no.24 21

論文 2

AI技術を活用した創エネルギー型焼却システムの自動制御に関する取り組み

Approaches to automatic control of Energy-Creating Incineration Systems using AI technology

4 結果と考察4.2 AI ポイント②、③によるカスケード制御結果

結果と考察は、濃縮設備にて実施したAI ポイント①と脱水焼却設

ト②を連携した制御を行い、継続して自燃運転ができるか検証した。

砂層中部温度の目標値を730℃と定めてAI ポイント③とAI ポイン
備にて実施したAI ポイント②、③とで分けて記載を行う。

4.1 AI ポイント①の制御結果
汚泥フロックの画像をＡＩ技術にて認識して、間隙面積を算出することにより、その間隙面積の目標値を1250に定め、ポリマー薬注率の自・2 つの制御系を組み合わせることにより連続自燃運転を実施できた。
今後の課題のとした。制御結果を、図 12に示す。

・汚泥の混合比の変更などによる性質が変化した場合の安定制御

・連続自燃期間 ：約 6日間程度

・気候、天候や四季の影響を検討して、長期間での連続自燃運転

・制 御 性：オーバーシュートはあるが、目標値付近で収束している。

今後さらに制御を改善することによりロバスト性を向上させ、またエ
ネルギー効率なども最適化する自動運転を目指す。

脱水機におけるポリ鉄添加率を制御することにより、焼却炉に供給される汚泥の含水率を制御することができ、炉内の温度を安定化できけたものである。薬注率が低い場合、ポリマーが不足し汚泥フロックることを示している。なお、この間はAI ポイント①も機能しており、最が粗大化しないため、間隙面積と加温効率が低い値となっていた。そ適な汚泥フロック状態で運転されたものである。
参考・引用文献

こから徐々に薬注率をあげることにより汚泥フロックが粗大化し、間隙5 まとめ

自動制御をかけたものである。薬注率が高い場合、フロックが粗大化するため間隙面積が大きくなった。一方、加温効率については低くなっ

今回新開発した創エネルギー型焼却システムにAI 技術を組み込ており、フロックが粗大化しすぎた影響で、フロック中心部まで加温さむことで従来実現できなかった部分の自動制御を目指した。制御検証れ難くなったものと考えられる。最終的には、徐々に薬注率を下げるこまで行い、実現できた部分と今後の課題を以下にまとめる。

とで間隙面積を1250 付近へと収束させて加温効率が高まることを確実現できた部分認した。いずれの場合においても、薬注率は0.48% 付近に落ち着き、・フロックの画像をＡＩで判断し、間隙面積を算出して、その間隙面積

目標間隙面積（1250±100の範囲）に収束し、加温効率も高まった。

を最適値にするような制御を構築することにより濃縮機において、自図 11-1 ポリマー薬注率の自動制御結果（Case1）
Fig.11-1 Results of automatic control of polymer injection ratio (Case1)

図 11-2 ポリマー薬注率の自動制御結果（Case2）
Fig.11-2 Results of automatic control of polymer injection ratio (Case2)

22 TSK 技報 2021 no.24

用いたAI ポイント③の組み合わせ制御を構築した。

量）によって導き出し、重油投入量が 0[L/h]のとき自燃が行えているも図 11-1は、あらかじめポリマー薬注率を低い値から自動制御をか

面積と加温効率が上昇した。図 11-2はポリマー薬注率を高い値から・ 脱水、焼却においては、機械学習を用いたAI ポイント②と最適化を

自燃運転が行えているかの判断は、補助燃料の投入量（重油投入

動制御を実施した。さらに加温効率が間隙面積の変動に併せてどのように変化するか確認した。結果を図 11-1と図 11-2に示す。

動制御システムを構築した。

1）浅川伸一ら：ディープラーニング G 検定（ジェネラリスト）公式テキスト，翔泳社，
2018 年
2）国土交通省：新下水道ビジョン加速戦略 ( 本文 )，国土交通省 HP，2017 年
3）一般社団法人人工知能学会：一般社団法人人工知能学会定款，一般社団法
人人工知能学会 HP，2018 年
4）斎藤康毅：ゼロから作るDeep Learning―Pythonで学ぶディープラーニングの理論と実装，オライリジャパン，
2016 年5）Jan M.Maciejowski：モデル予 測 制 御 制 約のもとでの最 適 制 御 Predictive
Control with Constraints，
足立修一・管野政明訳 学校法人東京電機大学東京電機大学出版局 , 2005 年

図 12 砂層中部温度の自動制御結果
Fig.12 Results of automatic control of incinerator temperature

TSK 技報 2021 no.24 23

技術・製品紹介 1
2.1 コンタミレス

TSKコンテナ ® システム ̲ テスト設備の紹介
TSK Container Handling System – Introduction of test system

コンテナ下部にはバルブ動作のための付帯機器が不要であるため、ほかにもコンテナシステム全般における特長として、貯留・計量・混合・コンテナから別のコンテナ、もしくは次工程の装置などへシュートレス

充填等の生産ロットをコンテナ単位で管理できること、粉塵が少なく良直接排出が可能である。シュートレスのため品種切替え時に手間のか好な作業環境の実現や配置へのバリエーションが豊富で将来の計画

かっていたシュート部の洗浄が不要となり、人が介在しないのでコンタミにも柔軟に対応可能なことがあげられる。

の発生リスクもない。

2.2 要求条件への多様性
バルブ口径を小径化することが可能となり、φ１００、φ１５０、φ２５０

Abstract
In recent years, efforts to improve the business environment through work system reform andevaluation of business continuity have been attracting attention. Factories are required to create anenvironment that improves productivity, safety, and quality as well as employee satisfaction, andを減らして高品質にも対応できる。

3 テスト設備の構成
今回 R＆D センターに設置したテスト設備のプロットプランと全景をの3 種を標準化した。排出や計量に対して粉体性状と計量範囲、精

図 3、図 4に示す。テスト設備は、3つのステーション（①計量ステーショ

度や時間といった条件に幅広く対応し最適なサイズを自由に選択でき

ン、②メンテナンスステーション、③将来用ステーション）
と自動倉庫
（④

る。特に精度については排出バルブの開度制御（0.1mm 単位）を利用

スタッカークレーン、⑤自動倉庫ラック）からなる設備である。

したパラメーター動作により数 g オーダーの高精度計量も実現し、ロス

the mechanization and automation of facilities are being promoted.
In the field of automation technology, we design and sell a powder-handling system that uses
TSK Container as a mobile container. One of the features of TSK Container is that the valve canbe opened and closed using the handle on the top. By using this container, it became possible to大関 淳矢

build a facility without chutes. As a result, our customers have highly valued and adopted theOOZEKI Junya

system that is free of contamination and can be easily adapted to various products. This time, I

月島マシンセールス（株）技術営業部
ＦＡ・電装グループ

will introduce the redesigned test system of TSK Container for the purpose of improving test efficiency and further sales promotion.
近年、働き方改革による事業環境改善の取り組みや事業継続性の評価が注目されている。工場においては生産性、安全性、品質の向上と共に従業員満足度をも向上させる環境づくりが求められており、設備の機械化、自動化が進められている。
当社はこの自動化技術として TSKコンテナ ®を移動容器とした粉体ハンドリングシステムを手掛けている。
TSKコンテナ ® の特徴の一つに上部からバルブを開閉させる構造がある。このコンテナを使用することでシュート
レス設備の構築が可能となった。その結果、コンタミレスで品種替えが容易な設備が実現、高い評価を頂きシステム採用が増えている。今回、テスト効率化と一層の販売促進を目的としてTSKコンテナ ® のテスト設備をリニューアルしたので紹介する。
キーワード：コンテナ、粉体ハンドリング、計量
Keyword：Container, Powder handling, Weighing

1 はじめに粉体工場では貯蔵 ･ 計量 ･ 混合 ･ 粉砕 ･ 造粒 ･ 篩分 ･ 充填等の主

図 1 計量ステーション概略図
Fig.1 Schematic illustration of the weighing station

図 3 テスト設備プロットプラン
Fig.3 A plot plan of the test system

図 2 計量ステーション画像（コンテナ to コンテナ計量テスト機）
Fig.2 The weighing station for test

図 4 テスト設備全景Fig.4 Overview of the test system

トを効率的に実施できることを目的として2020 年にR&D センターのテスト設備をリニューアルした。このTSK コンテナ ® システムのテスト
設備について紹介する。

要設備とこれらの各設備間を繋ぐコンベア、空送設備、シュート等搬送設備が存在するが、特に粉体を取り扱う工程は人手を使って実施されることが多い。設備の自動化は、粉塵や騒音のなかで重労働をして

2 TSK コンテナ システムの特長®

いる作業者を開放し、24 時間連続して正確な動作ができる機械によっ

TSK コンテナ ® システムとはTSK コンテナ ®を移動容器として使て作業効率、安全性、品質の向上がはかられ安定して生産性を伸ばす用した粉体 ハンドリングシステムのことである。TSK コンテナ ® は、ことができる。そして労働人口減少のなかで人的リソースが確保できる粉体工場に適用する粉体ハンドリングの主要機器の一つであり、シャフようになる。人が直接関わる作業を減らすことで生産プロセスでの異物

トを有するコーンバルブをコンテナ上部から昇降させて粉体を排出する

混入、コンタミを防止でき、システム管理された運転によってロット、トレー機構を有している。図 1にTSKコンテナ ®を2つ使用した計量ステーショ

サビリティ管理はもちろん、突然の生産工程の変更にも素早く対応すンを示す。このステーションでは、最上部の駆動装置で上側のコンテることができるなどのメリットがある。

ナのバルブを開閉して、下側のコンテナに計量排出する。図 2は、実

近年、設備の自動化が進められている背景のなかで、自動化がはかられたコンテナハンドリング設備を実際に見ていただき、設備の機能を理解していただくことならびに、様々な粉種・性状に対する計量テス
24 TSK 技報 2021 no.24

際の計量ステーションの画像となる。この上部駆動構造はコンテナハ
ンドリングにおいて次の節で示す2 点を実現した。

TSK 技報 2021 no.24 25

技術・製品紹介 1

TSK Container Handling System – Introduction of test system

TSK コンテナ ® システム ̲ テスト設備の紹介

3.1 自動倉庫

3.3 PR 用デモ運転モード

3.4 運用の成果

4 おわりに詳細として、最初に自動倉庫を図 5に示す。定格荷重 1トンのスタッ

今回自動倉庫が加わり自動運転が可能なテスト設備となったことを今までホイストクレーンやフォークリフトによって手動で行っていたコ

カークレーンおよび 10 棚（2 段ｘ5 連）のラックで、1000LのTSK コン

活かして、来場のお客様へのPR 用にデモ運転モードを作成した。操

ンテナの入出作業を自動で行えることになったため作業効率は各段に

昨今、温暖化によって多発する異常気象や今も猛威を振るうコロナ

テナ や□ 1200サイズのパレット積荷を保管、入出庫することができ

作パネルの開始ボタンひとつで一連の動作を行うので説明を含めて一上がった。図 7は、以前のテスト機を示す。この設備は、TSK コンテ

ウィルス感染症のようなパンデミック、エピデミックでの事業継続性をる（西部電機製）。

人で対応できるためPRの機会が増える。デモ運転内容は倉庫に保管

ナ ®を1 基しか設置することができなかった。しかし、新しい設備におい担保する意味でも業務や取引で人の介在や現物での対応をできるだ

された2 種類の原料を一つの計量コンテナに計量する動作で一連のては、簡便にコンテナの上下を入れ替え繰り返しテストを行うことができ、け最小化する業務の自動化は選択肢の一つとなるであろう。この TSK

流れは以下となる。

バルブサイズの異なるコンテナに粉体を入れ替える作業も容易である。

コンテナ ®を核としたコンテナハンドリングシステムは今後ますます① 倉庫ラックから原料コンテナ Aを計量ステーション上段に、計量コまた、次のテスト用のコンテナも事前に準備することができ、効率的に注目される設備であり、今回紹介した新たなテスト設備を活用してお客テストを実施することも可能となった。

様のニーズにあった設備提案を行い、販売を進めていきたい。

®

3.2 ステーション
次に3つのステーションについて説明する。①計量ステーションは、2019 年、2020 年の粉体工業展にも展示していたコンテナ to コンテ
ナ計量テスト機である（図 2）。粉体性状と計量範囲、精度や時間といった条件に最適なバルブサイズと計量パラメーターを導くためのテストを行うことができる。②はメンテナンスステーションとしている。本設備からコンテナや積荷の出し入れやバルブシール交換等メンテナンス作業、および洗浄テスト用ユニットを使用してコンテナの洗浄テストをここで行うことができる。③将来用ステーションはその他テスト用エリアとして確保しているもので、今後必要に応じて混合やその他テストを扱うエリアと考えている。

ンテナを下段にセット② 計量ステーションによる計量運転 1 回目（原料コンテナ A →計量
コンテナ）
を実施
③ 計量ステーション上段から原料コンテナ Aを倉庫ラックへ返却し原料コンテナ Bをセット④ 計量ステーションによる計量運転 2 回目
（原料コンテナ B →計量コンテナ）を実施
⑤ 計量ステーションから原料コンテナ Bおよび計量コンテナを倉庫ラッ

表 1に実際にテストを実施した結果を示す。テストが必要な17 種類
すべての粉体原料サンプルに対して各計量テストを10 回から20 回程度実施して、計量精度を満足させるパラメーターを確立させている。
この JOBでは、このように設備を使用してあらかじめ事前テストで計量精度の確認を実施し、得られた結果を建設後の実際のプラントにおける試運転にそのまま適用することで、効率的な試運転対応を行ことができた。

クへ返却して終了

タッチパネルからの操作によりラックと各ステーションの移載及びテス

これはコンテナハンドリングシステムを見たことのないお客様に実物トを実施する。最大 10 個のコンテナを使用して、各種材料での計量のデモ運転によって設備イメージを実感して頂くための取り組みである。

テスト、コンテナからの排出確認テストなどができる設備となっており、デモ運転によるPRはFAのお客様のみでなく別件のテストでR&D

お客様の要望に合わせて、無人での24hrの連続テストも実施することセンターに来場していただいたお客様にも20 分程度の空き時間を利ができる。

用して実施している。なお、デモ運転は残念ながらコンテナに粉体がなお、補足となるが粉体計量テストはビーカーテストを行っておらず

入っていないので粉体排出の様子は動画で対応している。高精度計量

実機サイズで実施している。
この理由は、一般的に粉体はスケールアッを実現する粉体排出の様子、粉漏れや粉塵がほとんどない集塵の様

プ時の相似性が成りたちにくいためであり、特に高精度の動作を伴うテ子を映像で確認できる。

表 1 計量テスト結果（抜粋）
Table1 Weighing test results

ストにおいては実機サイズのテストによってそのリスクを減らす必要があるためである。したがって、実際の運転時にはこのコンテナ設備を使用したテストで得られたデータをもとに試運転における調整が可能となり、短期間の立ち上げに貢献している。
図 6 デモ運転操作画面
Fig.6 Operation screen for demonstration

図 5 自動倉庫
Fig.5 The automated warehouse

26 TSK 技報 2021 no.24

図 7 以前の計量テスト機
Fig.7 The weighing test equipment used before

TSK 技報 2021 no.24 27

技術・製品紹介 2
日鉄セメント株式会社、高砂熱学工業株式会社、国立大学法人室蘭「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 “Demonstration 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”
Abstract（１）
中小規模処理場にて汚泥の減量化を可能にする技術工業大学、室蘭市水道部の5 者からなる共同研究体にて、国土交通

従来、汚泥を燃焼させ減量化する場合には、流動床式焼却炉が採省が実施する下水道革新的技術実証事業（B-DASH プロジェクト）に用されるが、複雑・重厚なシステムで構成されているため、建設費

おいて、「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が高額となる。また、砂の流動のために高圧の空気を必要とし、多る低コスト汚泥減量化技術」を提案し、令和 2 年度実証研究として採大なエネルギーを消費することから光熱費も高額になる。そのため、択された。実証フィールドとした、室蘭市蘭東下水処理場内に実証設

中小規模処理場での導入は困難である。

備を建設し、令和 3 年 8月から試運転を開始し、9月半ばから実負荷運

一方、実証技術はパッケージ化された汎用機器を用いることにより、転を開始したところである。本実証研究は、令和 3 年度末までの実施

大幅な建設費の低減が期待される。
また、砂の流動が不要であるため、を予定している。

エネルギーの低減が図れ、光熱費も従来技術より安価となる。これにより、中小規模処理場での減量化が可能となることが期待される。

2 実証技術の特徴（２）
中小規模処理場での汚泥エネルギー有効利用を実現
本実証技術では、汚泥を燃焼し処理場内で熱利用することにより、本実証技術は、平成 28 年度 B-DASH 実証技術である脱水乾燥シ

汚泥のエネルギー化、有効利用を行うことができる。従来技術では、ステムにてバイオマスボイラに適した燃料化物を製造することにより、汚泥を乾燥するために多くの化石燃料を使用するが、本実証技術で低コストのバイオマスボイラと組み合せた技術である。これにより、従は、燃料化物をバイオマスボイラで燃焼し、熱として処理場内で利来中小規模の処理場でも、処理場内で下水汚泥をエネルギー化して、用するため、従来化石燃料から得ていたエネルギーを自給すること

蒸気等の熱利用を可能とした技術である。

が可能になる。

Sewage sludge biomass is expected to be utilized as fertilizer and biofuel. However, the useof technologies that convert sewage sludge into fertilizer and fuel is not widespread in manysmall- and medium-scale sewage treatment plants. Because the introduction of these technologies
increases the cost burden, it is not easy to find users and maintain relationships with them. Therefore, to promote effective utilization and ensure sludge treatment in the wide sector comprisingsmall- and medium-scale plants, we are developing a system that combines a low-cost dewateringand drying system and a biomass boiler. The characteristics of this demonstration technology are

梅染 俊行

that construction costs can be reduced through using general purpose packaging equipment, and

UMEZOME Toshiyuki

the energy present in sewage sludge can be effectively used in the treatment plant to contribute

水環境事業本部
ソリューション技術部
プロポーザルグループ

toward the reduction in fossil fuels use.
This paper introduces the characteristics of the demonstration technology in detail.
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。本実証技術の特徴は、
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。

図 1 実証技術の概要
Fig.1 Overview of demonstration technology

本稿では、実証技術の特徴の詳細について紹介する。
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 utilization, Biomass boiler, Dewatering and drying system

1 はじめに効利用できれば、下水処理場のエネルギー自立化に寄与するが、既存の熱利用設備である焼却設備は中小規模の下水処理場ではスケー

多くの中小規模の下水処理場では、脱水汚泥を外部委託処分してルメリットが期待できないため、事業採算性の観点から導入が困難な

いるが、その処分費は下水処理に係る維持管理費用の中で大きなウェ状況である。また、中小規模の下水処理場を効率的に管理する手法とイトを占めており、自治体の財政を圧迫している。平成 27 年 5月の下して広域化は有効な手段だが、集約した拠点における設備の建設費

水道法改正により、下水道事業者は下水汚泥を肥料や燃料として有負担が大きいこと、化石燃料などのエネルギー使用量が増加すること効利用することが努力義務として課せられている。低コストの肥料化・から、設備の導入は進んでいない。

燃料化システムも開発されてきたが、地域によっては有効利用ユーザー

そこで、中小規模の下水処理場におけるエネルギー自立化およびの確保が難しい場合もあり、肥料化・燃料化普及の障壁になることが広域化を促進するため、低コストの脱水乾燥システムとバイオマスボ

想定されている。燃料化物（乾燥汚泥）を下水処理場内で熱として有イラを組み合わせたシステムの開発を進めている。月島機械株式会社、

28 TSK 技報 2021 no.24

図 2 革新的技術による汚泥処理の化石燃料削減
Fig.2 Innovative technology to reduce fossil fuels in sludge treatment

TSK 技報 2021 no.24 29

技術・製品紹介 2 「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（３）
汚泥処理の広域化および地域バイオマスの活用促進

技術・製品紹介 3

有効利用が可能になる。これにより、さまざまな地域資源の循環利本実証技術は、地域の汚泥やバイオマスを受け入れて、処理場用が可能となり、拠点施設が下水汚泥を集約する機能だけではな

内の汚泥乾燥や暖房などの熱需要に有効利用することも可能にな

く、資源循環社会構築における基幹施設としての機能を有することる。 従来技術の場合、拠点施設に汚泥を集約することにより、拠が期待される。

BIM設計の取り組みに関して

点施設の化石燃料使用量が増加することが、拠点施設への集約および広域化普及の障壁となっていた。一方、本実証技術を導入し、拠点施設において汚泥のエネルギー化、有効利用を図れば、汚泥

Effort to Building Information Modeling design

3 おわりにを集約した場合でも化石燃料使用量の増加が抑制され、拠点施設

実負荷運転では、脱水乾燥システム、バイオマスボイラともに順調への集約および中小規模処理場の広域化の推進が期待される。こに立ち上がっており、熱回収に関するデータなど、実証データを収集しれにより汚泥処理の広域化および化石燃料の削減が可能になる。

ているところである。実証研究にて本実証技術の性能評価を行うととも

また、木質チップ等のドライ系 バイオマスはバイオマスボイラに、に、本実証技術の普及展開のため、ガイドライン化を目指す。

Abstract
In recent years, MLIT(Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism) has been

し尿等のウエット系バイオマスは水処理に投入することでエネルギー

actively promoting Digital Transformation in(DX) public works projects.
DX refers to transforming products, services and business models based on the needs of customers and society by utilizing the latest technologies, including data and digital technology.
3D-Computer Aided Design(3D-CAD) was introduced in the 1980s. We started utilizing
EYECAD and by April 2021 with the introduction of the 3D Scanner, 3D-CAD design had
improved dramatically. A new Building Information Modeling design group was established平野 雄大
HIRANO Yuta
水環境事業本部
プラント技術部
BIMデザイングループ

to promote accuracy and productivity in real world design.
近年、国土交通省などが公共事業において DXを強力に進める動きが活発化している。
DXとは、Digital Transformation（デジタル変革）の略でデータ、デジタル等の最新技術を活用し顧客や社会のニーズを基に、製品やサービス、
ビジネスモデルを変革することを指す言葉である。
当社では 1900 年代に 3D-CADである EYECADの運用を開始、2019 年の据置型 3Dスキャナの導入を機に、3D-CADによる空間設計が一気に加速、2021年 4月、空間設計精度・生産性向上を推進
すべく、BIMデザイングループを新設した。
キーワード：Digital Transformation（DX）、Building Information Modeling（BIM）
Keyword：Digital Transformation（DX）、Building Information Modeling（BIM）

図 3 実証技術による下水処理広域化および地域バイオマスの活用
Fig.3 Widespread adoption of sludge treatment and eﬀective utilization of regional biomass

1 はじめに3D レーザースキャナの導入により人の手では達成できないほどの膨大な情報を短時間で正確に取得することが可能となった。その質の高BIMとは固有の形状、数量、要素の属性（プロパティ）を持つオブジェい情報を使って、例えば取得した点群のうち、撤去予定範囲の点群をクトで構成された3D モデルのことをいう。またオブジェクトに価格、納消去することで、プラント建設における時間軸を統合モデルに表現す期といった任意の情報を与えることも可能で、プラント完成後のライフることができるようになるなど、関係者との情報共有が容易になった。

サイクルマネジメントにおいてもBIMの活用が期待される。

*1: 当社所有のFARO

高性能ビューワソフトでは3D 空間上に1D（=ドキュメント）、2D（=

FOCUS S70

3 次元位置精度 10m:2mm/25m3.5㎜[FARO] ⇒ FARO Technologies, Inc. の登録商標

図面）、3D（=3D モデル・点群）、4D（= 時間軸）と区分される各データを統合することが可能で、当社ではこれを統合モデルと呼んでいる。以下にBIMをベースとした統合モデルを紹介する。

乾燥汚泥

バイオマスボイラ燃焼状況
図 4 実証設備での乾燥汚泥の燃焼状況
Fig.4 Combustion of dried sludge in the demonstration equipment

燃焼灰2 統合モデルについて
2.1 スキャンデータ
（点群と写真）3D レーザースキャナはレーザー距離計で最大 1 秒間に500 万点

図 1 点群の消去前、消去後
Fig.1 Before and after removing the point cloud

全周囲写真の撮影の 3 次元位置情報 *1を測定し、ほぼ同時に360°も行う。
30 TSK 技報 2021 no.24

TSK 技報 2021 no.24 31

技術・製品紹介 3

Eﬀort to Building Information Modeling design

BIM 設計の取り組みに関して

これまで図面という2D 空間でしか表現できなかったプラントの未来

2.2 BIM（3D モデル）
BIM（3D モデル）の作成は、対象物に合わせた専用ソフトで設計するのが一般的である。

部においては施工業者の力量に依存する部分が大きい。

4 まとめ、将来の展望の姿を、統合モデルは仮想（BIM）と現実世界（点群）
を組み合わせて保温不良による酸露点腐食など、保温施工に起因する不具合の検表現することで、高いビジュアライゼーション効果（見える化）が発揮さ証や、改造・補修工事における保温材の一時撤去範囲の検討など、豊富な知識・経験が必要な2D 図面のみの設計手法と比べ、統合

当社の場合、配管設計では施工図の半自動生成や、工事 BQの自れる。また、これまで手作業であった各設計要素間の干渉チェックは、

これまで図面では確認できなかった現場の実際の出来形を容易に確認

モデルの場合、空間認識能力が高まり、経験が浅い設計者でも仮想動算出が可能なプラント配管設計用 3D ソフトを、タンクや排ガスダク

統合モデルを作成することで、システムによる自動干渉チェックが可能できるようになる。

現実のなかで各設計要素の完成形を容易に理解できるようになった。

トなど製缶品設計は機械設計用 3D ソフト、架構などの大規模鉄骨設となり設計者の生産性向上に寄与する。

計は鉄骨構造設計用 3D ソフト *2と、用途に合わせて使い分けている。

*3：[EXCEL] ⇒ Microsoft Corporation の登録商標*2：協力会社にて使用している。

3 統合モデルの新たな利用方法

2.3 統合モデル
点群と各種 BIM
（3D モデル）の統合は高機能統合ビューワソフトを使用している。高機能ビューワソフトを使用することにより、異なるファイル形式の2D・3D モデルをインポート、統合することができる。
また、モデルにはEXCEL*3 やE メールのように任意のリンクを与えることが可能で、例えば図面や仕様書などのオンプレミス環境のファイ

3.1 AS BUILT SCAN

また別途工事などの出来形も正確に取得できることから、定期修繕、各設計要素間の干渉においては必ず「どちらが変更するか？」が争点

大規模補修工事時の計画立案や、不具合発生時の対策検討が机上となり、双方なるべく変更したくないと思うのが通常である。一方、統合で容易に行うことができる。

モデルによる見える化は「どちらが変更するのが妥当か」といった判断要素においても、一定の客観性を提供できることから解決までの時間を大幅に短縮できる。

3.2 工事エリアのビジュアル化
実際の搬入経路、メンテナンス動線、工事区画などの仮設設備モ

現状、当社のBIMには建設に必要な情報しか入力していないが、運

これまでスキャンデータは、設計を進めるために必要な既設情報の取デルと点群を組み合わせた統合モデルを作成することで、客先を含め

転、メンテナンス、補修工事、更新工事といったプラントに関する全て得に使用していた。今回新たな試みとして、工事完了時にプラントのた工事関係者が今後の影響を容易に把握することができるようになるの履歴情報を取り込んだデジタルツインを達成することで、プラントラ

3D スキャンを実施することで、完成後の空間をPC 上で確認することと考えている。図 2に示す統合モデルは比較的安価なプラント配管

イフサイクルマネジメントへの活用を目指す。

ができるようになった。

設計用 3D ソフトで作成するなど、作成するモデルの特徴に合わせた

ルとのリンクや、URLを与えればWEB サイトにも直接リンクが可能とな

AS BUILT SCANが大きく関わる要素として保温施工がある。当社る。これにより未来の完成図書は統合モデルのオブジェクトをクリックの主要製品である汚泥焼却炉などの熱を利用する設備では大量の保することで図面にアクセスできるようになるかもしれない。

温施工が行われるが、その出来形はある程度の標準はあるものの、細3DCAD ソフトを使用している。

図 3 AS BUILT SCAN
Fig.3 AS BUILT SCAN

図 2 統合モデル作成フロー
Fig.2 Integrated model creation ﬂow

図 4 施工計画作成例
Fig.4 Construction plan creation example

32 TSK 技報 2021 no.24

TSK 技報 2021 no.24 33

技術・製品紹介 4＜ＥＷＣの構造・機構＞

り、解砕された状態での排出となる。
（図１、２参照）

スクリーンが装着されるバスケットは２段構造となっており、１段・２EW押出型遠心分離機＋クリーンフラッシュ®ドライヤ
による脱水・乾燥工程の合理化の紹介＜ＣＦＤの特徴＞

段バスケットともに同一速度で高速回転を行う。１段バスケットのみ一・シンプルな構造・ ・ ・可動部がなく、装置内部洗浄が容易

定のストロークで油圧ピストンによる往復動作を行う。

・高い乾燥効率・・・・旋回流の効果で、高い乾燥効率が得られる。

フィードパイプより供給されたスラリは高速回転する１段目バスケットのスクリーン上で遠心ろ過・脱水され、形成されたケーキ層は１段目バ・省スペース・・・・・・流路が渦巻状のため、装置がコンパクト
・広範囲の粒度対応・・機内のダンパー調整により、排出ケーキ水分

スケットの往復動作により順次２段目バスケットのスクリーン上へ押し出

Introduction of an improved dehydration/drying process througha combination of Escher Wyss Push Type Centrifuge and Clean
Flash Dryer
Abstract
In many cases, the dehydrated cake obtained from a dehydration step has properties, such as

され、ケーキ洗浄および遠心脱水された後にケーキ受けリングを介して排出される。２段目バスケットからは遠心力により、３６０°
全方向へ排出の調節が可能＜ＣＦＤの構造・機構＞
円筒横型のケーシング内には渦巻状の流路が設けられており、一般されるが、ここでケーキ受けリングを設け、リング内部を流通させることで、的な気流管式乾燥機に比べコンパクトな構造となっている。ケーシン

バスケット回転の接線方向に脱水ケーキを集めて排出している。ケーキ

グ内は外周層、中間層、内周層の３層に分かれており、各層の間には受けリングの内部では、脱水ケーキの閉塞を防止する目的で、掻き取り

内部ダンパーが設けられている。このダンパーの開度調節をすることで、羽根がバスケットと同一速度で回転しており、これにより、遠心力によりガス流れをワンパス以外に、各層を循環する流れとすることが可能で圧密した脱水ケーキの解砕も行われている。一般的にウェットケーキはある。正面カバーは全面が開く構造で機内へのアクセスが容易である。

付着性が高く、粒子同士が付着凝集し、塊状となることが多いが、ＥＷ（図３参照）

Ｃの高速回転から排出されるウェットケーキは、掻き取り羽根の作用によadhesiveness and cohesiveness, that are problematic for material handling. A dehydrated cake withhigh adhesiveness can cause blockages in a hopper or adhesion in material-handling equipment; ahighly coagulated dehydrated cake reduces drying performance.
In this paper, we have proposed solutions to these problems and examined the simplification ofequipment and improvement to drying efficiency.

渡辺 健司
WATANABE Kenji
産業事業本部
単体機器技術部
プロセスグループ

多くの場合、脱水工程から得られる脱水ケーキは、付着性や凝集性といったハンドリングする上で問題となる性質を持っている。付着性が高い脱水ケーキはホッパでの閉塞や搬送機での付着を発生させ、また、凝集性の高い脱水ケーキは乾燥性能を悪化させる。本稿では本課題の解消を行うとともに、設備の簡略化、乾燥効率の向上を検討したものである。
キーワード：直接加熱乾燥、気流乾燥、旋回流、押出型遠心分離機
Keyword：Direct heat drying, Flush drying, Vortex ﬂow, Push type centrifuge

1 緒言
ＥＷ（Escher Wyss）押出型遠心分離機（以下「ＥＷＣ」と称す）は連続的に供給されるスラリを高速回転するスクリーン上で遠心ろ過、

このＥＷＣから排出される脱水ケーキの状態はＣＦＤへ脱水ケーキを供給する際に配慮すべき 脱水ケーキが解砕された状態 で 定量的に供給される という条件が満たされていることから、この二機種の組み合

図 1 EWC 概略構造図
Fig.1 Conﬁguration of EWC

図 2 ケーキ受けリング部分 構造図
Fig.2 Conﬁguration of Cake discharge Ring

せによる工程の合理化の検討を行った。

脱水し、バスケットの往復動作により、連続的に脱水ケーキを排出する
遠心分離機であり、高い処理能力と脱水性能を有している。
（以下「ＣＦＤ」と称す）
は粉体に直接加
クリーンフラッシュ ®ドライヤ

2 各機器の特徴と構造

熱ガスを接触させて乾燥させる連続式の気流乾燥機である。高速で流＜ＥＷＣの特徴＞

れる加熱ガス中に脱水ケーキを供給し、旋回流のガス流れの中で乾燥・幅広い適用性・・・・・120 種を越える処理物に対して適用実績をを行うことで、高い熱効率が得られる乾燥機である。
ＥＷＣの脱水ケーキ排出部はケーキ受けリングと呼ばれる、排出ケー有している。
・高い脱液性能・・・・・低含液率を確保し後工程の乾燥負荷を大キを補足し流通するガイドが設けられており、この内部ではケーキ掻取

幅に軽減できる。

羽根がバスケットとともに高速で回転し、脱水ケーキを飛散させずに一・大容量処理・・・・・・完全連続運転であり、省設置スペースにて方向へ排出する。この機構により、ＥＷＣから排出される脱水ケーキは
以下のような状態で排出される。
・脱水ケーキは掻取羽根の機構により、塊状ではなく、細かく解砕された状態で排出される。
・遠心力の慣性で一定の方向性と速度を持って排出される。
・定量的に安定排出される。
34 TSK 技報 2021 no.24

大容量処理が可能。
・高いケーキ洗浄性能・・厚く均一に形成されたケーキ層上へ洗浄液を供給する事により効率の高いケーキ洗浄が可能。
・完全密閉対応・・・・・溶剤系処理物等に対し、完全密閉構造をと

図 3 ＣＦＤ 概略図
Fig.3 Outline of CFDることが可能。
TSK 技報 2021 no.24 35

技術・製品紹介 4Introduction of an improved dehydration/drying process through a combination of Escher
Wyss Push Type Centrifuge and Clean Flash Dryer

EW 押出型遠心分離機＋クリーンフラッシュ ® ドライヤによる脱水・乾燥工程の合理化の紹介

高速の加熱ガスとともに供給された脱水ケーキは、渦巻状の流路には方向性と速度と定量性を有しており、ＥＷＣからの結晶排出の方向を

液の顕熱を乾燥用の加熱ガスの予備加熱源として回収するといった、せることが重要であり、今回紹介したＥＷＣとＣＦＤとの組合せは簡素で高より発生する旋回流の効果で激しく分散され効率よく乾燥が促進され気流搬送の方向に向けることで、加熱ガスによる気流搬送に乗せやす

熱エネルギー回収を考慮したプロセス構築も可能となる。

効率な組み合わせプロセスのひとつであると考える。

る。また、凝集によって塊状となり乾燥しづらい脱水ケーキに対しては、い状態となり、気流管内部でのウェットケーキの閉塞等が生じにくい。

ダンパーを開けることで、旋回流に伴う遠心力の影響で次の層に移動

本プロセスでは脱水機と乾燥機の間に貯留槽、解砕機、定量供させず、装置内滞留時間を長くすることが可能となる。そして、乾燥が給機といったマテハン機器は存在せず、脱水ケーキは脱水機から良当社は各種単位操作技術を有していることから、各工程間の組み合4 市場ニーズ

わせによる最適化検討を行えるユニークなメーカーである。個々の単位
操作技術の改良改善はもちろんのこと、今後はこのような組み合わせに進み塊がほぐれたものから次の層へと移動するため、粒子凝集による未好な分散状態で連続的に排出されて加熱ガスと共に乾燥機へ直接送本プロセスは脱水・乾燥工程の合理化提案であり、新規導入設備

乾燥や乾燥のばらつきを防ぐことができ、均一な乾燥製品を得ることがられるため付着閉塞トラブルを防ぐことが可能となる。また、加熱ガス

のみならず、ＥＷＣと気流乾燥機が採用されている既存設備の改善にもできる。
（図４参照）

は乾燥機での熱交換後に乾燥の排気ガスとなるが、これを乾燥品の適用可能で市場のニーズは高いと考える。具体的な対象処理物として、空気輸送システムとして利用して遠方での製品回収が行える。
（図６、

ＡＢＳ・ＭＢＳ樹脂、セルロース等の製造ラインへの適用を想定している。

3 EWC と CFD の組合せによる特徴

よる合理化検討について積極的に取り組み、当社技術によって社会貢献をしていきたい。

７参照）
これより以下のメリットがあげられる。

従来の脱水・乾燥工程では脱水機から排出されたケーキは一旦ケー- 乾燥効率のアップ・・・実証試験における熱容量係数比が約 1.4 倍

キ受けホッパで貯留され、その後、定量供給機で乾燥機へ送られるが、貯留時に脱水ケーキの凝集が強固になるため、乾燥機前段に分散機に向上（分散供給の効果による）- 機器点数の削減・ ・ ・ケーキ受けホッパ、定量切出しスクリュー、を設置するケースが多く見られた。
（図５参照）

分散機が不要一方で、前述のようにＥＷＣの高速回転場から排出される脱水ケー- 設置エリアの縮小・・・約 L3m×W2m×H3mのスペースが縮小される。
（ＣＦＤ容積が２ｍ 3とした場合）

キはウェットケーキでありながら分散状態が良好であるため、その後の乾燥処理を考えると理想的な状態といえる。また、排出される脱水ケーキ

加えて、脱水工程と乾燥工程をセットで検討することにより、脱水ろ

5 まとめ
今回、ＥＷＣとＣＦＤによる脱水・乾燥設備の合理化と題して、当社保有の脱水・乾燥技術の組合わせによる設備改善案を紹介した。
ＥＷＣは国内、海外を問わず、生産性、脱水性能が高く評価されている脱水機である。一方で、機械脱水の限界点はあり、その先にある低水

参考文献
１）月島機械

百年の技術

P117（2005）

２）長野一徳、諏訪聡、高田哲夫 クリーンフラッシュ流体解析（2003）
３）佐藤澄人：2019 ＴＳＫ技報 ｐ.30-33（2019）

分化には乾燥工程が必須となる。ここで、処理効率が高いプロセスを構築するためには、設備構成を簡素化させ、且つ、高い熱効率で乾燥さ

図 4 ＣＦＤ 概略構造図
Fig.4 Conﬁguration of CFD

図 6 ＥＷＣとＣＦＤの組合せによる合理化フロー
Fig.6 Improved process ﬂow by combining EWC and CFD

図 5 従来フロー
Fig.5 Conventional process ﬂow

36 TSK 技報 2021 no.24

図 7 ＥＷＣとＣＦＤの組合せたテスト装置
Fig.7 Test machine by combining EWC and CFD

TSK 技報 2021 no.24 37

技術・製品紹介 5
スラリーを製造する。従来のバッチ式プロセスと比較すると、半分程

フィルミックス ®を用いたリチウムイオン電池材料の分散プロセス技術
Dispersion process technology for Lithium-ion battery
materials using Filmix
Abstract
The electric vehicle (EV) market has grown because of efforts to reduce global greenhouse gas
emissions and improve battery performance. To this end, we have developed an electrode slurry
manufacturing process for lithium-ion batteries. It uses a Continuous Dispersion Mixing (CDM)
process for electrode materials and we have applied it to the production equipment of lithium-ion
batteries for hybrid electric vehicles (HEV) and EV at home and abroad. Moreover, lithium-ionが多く、活物質のポテンシャルを最大限に引き出すためには、材料に度の設備スペースで電極スラリーを製造することが可能である。 この損傷を与えず均一に分散させる技術が求められる。 図 3にバッチミキ

CDM プロセス技術の中心となる分散装置がフィルミックス ®である。

サー（プライミクス製、ハイビスディスパーミックス）を用いて従来の1）

固練り法で製造したスラリーとフィルミックス ® で製造したスラリーの3 薄膜旋回型高速ミキサー

LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523）粒子の粒度分布を示す。リファレン
スとしてNCM523 粉末を測定し、平均粒子径は12.97 µmであった。

「フィルミックス ®」の分散効果

バッチミキサーとフィルミックス ®を用いた電極スラリーは、NCM523

図 2にフィルミックス の概要を示す。攪拌部は円筒状の回転ホイーの他に導電剤としてのカーボンブラックや、PVDF バインダーが混在し

ルと筒状の容器から構成される。ホイールが高速で回転することで容た状態で粒度分布測定を実施している。バッチミキサーを用いて製造器内に遠心力が発生し、処理物は容器の壁面に沿って薄膜状の旋回した電極スラリーでは平均粒子径が 10.22 µmとリファレンスに比べ流を形成する。この流れ場の中で生じる大きなずり応力によって処理物て微粒化する傾向がみられたが、フィルミックス ®を用いて製造した電極®

の分散が容器の壁面全体で進行する。従来設備として電極材料の分スラリーでは、平均粒子径が 12.32 µmであった。これはNCM523リ

散に用いられたバッチミキサーでは分散エネルギーを与える部分が羽ファレンスの粒子径とほぼ一致しており、NCM523 粒子が微粒化せず根の先端など局所的であるのに対し、フィルミックス ® は容器の壁面全に分散できていることが分かる。

体で分散させることが可能であり、分散時間を短縮することができる。

導電剤の分散についてもフィルミックス ®を用いることで有用な知見

フィルミックス ではずり応力による分散によって粒子に損傷のないが得られている。3）このようなフィルミックス ® の特長をコアテクノロジー®

分散が可能である。2）特に近年の電池材料ではハンドリング性や電として、近年の電極スラリー製造プロセス課題に取り組んでいる。

池性能向上のため活物質にコーティングなどの表面改質を行う場合

batteries for vehicles have been required to improve battery performance for higher energy output;
therefore, electrode materials which have high battery performance have been selected. In this川久保 舞子article, we introduce our efforts to develop an electrode material dispersion process for EV using

KAWAKUBO Maiko

the thin-film spin system high-speed mixer, Filmix, the central mixer of the CDM process.

プライミクス株式会社
乳化分散技術研究所
PEACE用途開発課

各国での温室効果ガスの排出量ゼロに向けた取り組みや電池性能の向上を背景に電気自動車（EV）へのシフトが加速している。当社ではリチウムイオン電池の電極材料を効率的に分散できる連続式の電極スラリー製造設備である「CDMプロセス（CDM：Continuous Dispersion Mixing）」
を開発し、ハイブリッド車（HEV）やEV 用リチウムイオン電池の製造設備を中心に国内外での納入実績を伸ばしてきた。一方で、車載用のリチウ
ムイオン電池には高エネルギー化による性能向上が要求されていることから、高性能の電池材料採用が進んでを用い、いる。本稿では、この CDMプロセスの中心ミキサーである薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス ®」EVをはじめとした車載用電極材料分散プロセス開発への取り組みを紹介する。
キーワード：高速ミキサー、分散、連続式プロセス、リチウムイオン電池、電極スラリー
Keyword：High-speed mixer, Dispersion, Continuous process, Lithium-ion battery, Electrode slurry,
図 1 電極スラリー連続製造設備 CDM プロセス
Fig.1 Continuous electrode slurry manufacturing process, CDM process

1 はじめにリチウムイオン電池はスマートフォンや電気自動車
（EV）
など幅広い
用途で使用されているが、中でもEV 向けのリチウムイオン電池は各対応する電極スラリー分散プロセスの技術開発を続けている。本稿
では、この CDM プロセスの中心技術である薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス ®」を用いた車載用リチウムイオン電池の電極材料
分散プロセスの技術開発について紹介する。

国の環境規制を背景に需要が急速に高まっており、高エネルギー化による性能向上とコストの低減が強く求められている。当社では2006
年より専任部門を立ち上げてリチウムイオン電池分野での電極製造

2 CDM プロセスの概要

設備開発に取り組み、業界に先駆けて電極スラリーの連続製造プロ

車載用の電池製造工場では大規模な製造ラインが稼働しており、

セス「CDM プロセス（CDM: Continuous Dispersion Mixing）」を従来のバッチミキサー方式では装置の台数が非常に多くなるといった開発した。従来のスラリー製造は混練ミキサーによるバッチ方式で行課題があった。これに対し、連続式によるスラリー製造ラインでは省われていたが、連続式の CDM プロセスでスラリーを製造することでスペース化によって生産効率を向上させることが期待できる。 図 1に生産効率が飛躍的に向上することから、電極スラリー製造設備として

CDM プロセスの基本フローを示す。活物質や導電材、バインダー、

国内外で実績を伸ばしてきた。当社では、この CDM プロセス技術と溶媒をプレミキサーで予備混合を行った後、一定の流量でフィルミック

量産設備の開発過程で得た知見を基に、近年の車載用電極材料にス ® に送り込み、循環させることなくone-passで分散処理を行って電極

38 TSK 技報 2021 no.24

図 2 フィルミックス フィルミックス ®の構造と分散原理
Fig.2 Filmix structure and dispersing principle

図 3 NCM523を用いた正極スラリーの粒度分布
Fig.3 Particle size distributions of electrode slurry with NCM523

TSK 技報 2021 no.24 39

Dispersion process technology for Lithium-ion battery materials using Filmix

技術・製品紹介 5 フィルミックス ®を用いたリチウムイオン電池材料の分散プロセス技術

4 車載用電極材料を用いた電極スラリー製造事例を抑制するために固練りなしの分散方法でスラリーを製造したが、1日間経過後で粘度が上昇し、その後も増粘する傾向が見られた。一方の負極材料については高容量活物質のシリコン酸化物などの実用化に各電極断面のSEM 像とEDS マッピングを示す。フィルミックス ® 分

4.1 高固形分率での電極スラリー製造

フィルミックス ® 導電剤スラリー分散法では、バッチミキサーで分散しが進んでいるが、これらの活物質は充放電時の体積変化により電極構散を追加した電極ではSi 元素の検出量が増加し、均一に分散している

4.2 SiO/ 黒鉛複合負極材料のスラリー製造

圧範囲は1.2 - 0.01Vで0.2C レートでの充放電測定を行った。図 6リチウムイオン電池の電極は電極材料を溶媒中に分散させてスラたスラリーよりも仕上り直後の粘度が低下し、保存経過時間に対する造にひずみが生じ、サイクル寿命が低下するという課題がある。電極様子が観察された。図 7にそれぞれの分散方法で製造した電極スラリー

リー化し、金属箔に塗布した後、溶媒を乾燥させてプレスすることで製

粘度安定性も大幅に改善された。これらの電極スラリーについて、メッ

構造の劣化を抑制するために、従来 バインダーよりも強固な結着性をの電極の初期充放電曲線を示す。ホモディスパーのみでスラリー製造

造されるが、製造現場では電極スラリーの固形分率を上げて塗布膜のシュフィルターを用いたスラリー濾過テストを実施したところ、フィルミッ

有するポリアクリル酸やポリイミドなどのバインダーが選択されているを行った電極では放電容量が 458mAh/gであるのに対し、フィルミック

乾燥時間や回収溶媒量を削減するコストダウンへの取組みが進められ

クス ® 導電剤スラリー分散法では濾過性の改善がみられた。導電剤をが 5-7）、このようなバインダーの性能を最大限に引き出して電池特性をス ® 分散を追加した電極では放電容量 473mAh/gを示し、放電容量ている。しかし、高固形分率でのスラリー製造は塗工に適した粘度調

フィルミックス で先に分散することで導電剤の凝集体が解砕されてス向上させるためには電極材料を均一に分散させる技術が必要とされる。

が向上した。フィルミックス ® 分散を追加することでSiOが均一に分散整が難しく、さらにはスラリーの保存安定性に課題がある
（図 4）
。当社

ラリー性状が改善したと考えられる。フィルミックス ® 導電剤スラリー分

ここで、フィルミックス ®を使用してバインダーにポリイミドを用いた負極

され、SiOの利用率が改善して放電容量が向上したと考えられる。

ではこのような高固形分スラリーに対して、導電剤とバインダー溶液を散法で製造した電極スラリーについて、塗布電極を作製して直径 11スラリーを製造し、電池特性や電極構造について検証した事例を紹介

先にフィルミックス ® で分散させることによって、スラリー性状が飛躍的

mmの正極板を打ち抜き、対極に金属 Liを用いたCR2032 型コイン

する。8）

®

5 まとめ

に改善することを見出した。 図 5にバッチミキサーで製造した電極ス

セルでの電極特性評価を実施した。充放電時の作動電圧範囲は2.5

負極 材 料に一 酸 化ケイ素（SiO）と黒 鉛（ 天 然 黒 鉛 / 人 造 黒 鉛

ラリーと導電剤をフィルミックス ® で先に分散する方法（フィルミックス ®

−4.2V、作動温度は30℃とした。0.1Cでの放電容量（150mAh/g

を用い、
=2/1）
、
ポリイミドバインダー（宇部興産製、
ユピア ®-LB-2001）

フィルミックス ®を用いた車載向けリチウムイオン電池の電極材料

4）

導電剤スラリー分散法）で製造した電極スラリーの保存経過時間に対以上）を100%としたときのレート特性評価を表 1に示す。３C レートで高速分散機ホモディスパー（プライミクス製）
のみで分散したスラリー

分散技術開発の取り組みについて報告した。フィルミックス ®の特長でする粘度安定性を示す。正極材料には活物質にNCM523、導電剤

70% 以上の容量維持率を示し、10C レートでも充放電が可能であること、ホモディスパーで分散したスラリーをさらにフィルミックス ® で分散しある粒子損傷のない均一な分散によって保存経過時間に対する粘度にカーボンブラック、バインダーにPVDFを用いた。スラリーの固形分とを確認できた。以上より、導電剤を先にフィルミックス ® で分散させる

たスラリーをそれぞれ製造した。得られた電極スラリーを金属箔に塗布

安定性の高い電極スラリーが製造できる。また、電極材料を均一に分は塗工可能な粘度範囲からできるだけ高い固形分率を選択し、同一のことで高い固形分率においても導電剤の分散状態が改善し、保存安

して電極を作製し、電池特性とSEM 観察を実施した。電極特性評価

散することで、シリコン系負極の緻密な電極構造の構築に役立てるこ

固形分でスラリーを製造した。バッチミキサーでは、活物質の微粒化

定性の高い電極スラリーの製造が可能であることが分かった。

には対極にLi 金属を用いたCR2032 型コインセルを作製し、作動電とができる。
車載用リチウムイオン電池を取り巻く環境は近年めまぐるしく変化しており、特に全固体電池をはじめとした次世代二次電池の開発競争は世界的に激化している。このような状況のなかで当社でも次世代二次電池材料の分散技術の開発に取り組んでおり、電池産業の更なる発展に貢献したいと考えている。

参考文献
1）大畠 積 , 粉体技術 , Vol.8, No.5（2016）423
2）川久保 , 工業材料 , vol.66, No.10（2018）72
3）大畠 積 , 日経エレクトロニクス（2010.5.31）77
4）冨桝 , 大畠 , 森安 , 和仁 , 川久保 , 池内 , 向井 , 柳田 , 第 58 回電池討論会要旨
集 , 3E07（2017）5）森下 , 向井 , 江田 , 坂本 , 境 , レアメタルフリー二次電池の最新技術動向 , 第 3
図 4 電極スラリーの粘度安定性
Fig.4 Viscosity stability of electrode slurry

図 6 SiO/ 黒鉛複合負極の断面 SEM/EDS
Fig.6 SEM/EDS analysis of SiO/Graphite composite anode cross section

章1節（2013）, シーエムシー出版
6）S. Uchida, M. Mihashi M. Yamagata, and M. Ishikawa, PRiME 2012,
Abstract, No. 903（2012）7）Jung Sub Kim, Wonchang Choi, Kyu Young Cho, Dongjin Byun, Jong

図 5 フィルミックス ® 導電剤スラリー分散法で製造したスラリーの保存経過時間に対する粘度安定性
Fig.5 Viscosity stability of the electrodes slurry preparedby the process using Filmix

Choo Lim, Joong Kee Lee, Journal of Power Sources 244（2013）521
8）川久保 , 神野 , 山野 , 森下 , 第 60 回電池討論会要旨集 , 3B21（2019）

表 1 フィルミックス ® 導電剤スラリー分散法で製造した正極のレート特性評価
Table1 Rate performance of the electrode slurry prepared by process using Filmix

図 7 SiO/ 黒鉛複合負極の初期充放電曲線
Fig.7 Initial charge and discharge curves of the SiO /graphite composite anode40 TSK 技報 2021 no.24

TSK 技報 2021 no.24 41

技術・製品紹介 6
表 1 S 町下水処理場でのDO 一定風量自動制御の効果
Table1 Advantages of DO constant aeration control
at S-City sewage treatment plant

1 はじめに下水処理場向け曝気用風量調整バルブと風量制御システム

下水処理場は多くの電動機を使用し、国内総電力量の約 0.7%を消費する多電力消費施設である1）。その下水処理場の汚水処理で消費電力の約 1/3は反応タンクへの送風用曝気ブロワが占め 2）、曝気
ブロワ運転の適正化は、下水処理場の省エネで重要な課題である。
多くの下水処理場には反応タンクのDO（溶存酸素量）などを指標とAeration control valve and the aeration control system
for sewage treatment plants

する風量自動制御システムが導入され、ブロワの適正な運転制御が考慮されている。しかし、実際の運転では自動制御が利用されず、運転者の監視による手動運転を実施している施設が多い。当社が水処理施設の運転管理を受託する15 箇所の下水処理場にアンケートを行った結果、DO 一定風量自動制御運転を実施している処理場は1 箇所
のみで、それ以外の処理場では手動で風量を調整していた。その原因

Abstract
The power consumption of the aeration blower of a sewage treatment plant (STP) is highest in
the wastewater treatment process. To improve the energy efficiency of STPs, we have developed
a new aeration control valve of slide gate valve structure, for more accurate dissolved oxygen
control in the aeration tank. A shortage of controlling performance on butterfly valves, which areoften used in domestic STPs, makes it difficult to utilize automatic aeration control in their daily
operation, thus hindering energy-saving operations. Fundamental tests of a new slide gate valve
for measuring flow characteristics showed that valve flow coefficient (Cv) values changed linearly

呂 曉也
LYU Xiaoye
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
水機械技術部
エンジニアリング課

while the slide gate valve opened, and the Cv hysteresis error generated by valve opening direction
was very small. The aeration volume controllability of the new slide gate valve was much greaterthan that of the butterfly valve, which resulted in a more precise air flow control. Presently, scaledup slide gate valves are being manufactured and installed for field tests at S City STP. Future plans
involve the commercialization of the automatic aeration control system, combining the new slide
gate valve and aeration blower.
下水処理場における汚水処理設備の運転で電力消費量が最も大きな曝気ブロワ設備の動力削減を目標に、の一つとして、風量調整用のバタフライバルブは精密な風量制御が難しく、自動制御システムでバルブを制御しても反応タンクへの送風量の調整が難しい。
これらの問題を解決するために、当社では風量調整により優れたバルブと制御システムに着目し、開発と商品化を進めているので紹介する。

2 DO 一定風量自動制御システムの効果確認
S 町下水処理場は、DO 一定風量自動制御システムを設置している
20 年以上実施してきた。これを調整して風量自動制御運転を開始した
結果を表 -1に示す。開始後 5 ヶ月間の平均送風量は手動調整の前年度よりも27.7％減少し、また下水処理場全体の受電電力量も5.0%減少した。ブロワのモータ駆動力は、回転速度すなわち送気風量の3乗に比例するので、図‐1のようにブロワの動力変動を安定化することは、大きな省エネ効果につながる。

流量制御特性に優れた曝気用風量調整バ ルブの商品化を進めている。風量調整バ ルブの能力向上で自動制

なお、S 町下水処理場は反応タンク1 系列運転の処理場である。そ御運転を容易にすれば、下水処理場運転の省エネ効果が期待できる。考案して試作した曝気風量調整用のスラのため、風量調整バルブは100% 開度に固定し、ブロワのインバータ

イドゲートバルブの試験機で基本性能を調査した結果、新開発したバルブは、バルブ開度の変化に伴って Cv
値がリニアに変化し、ヒステリシス差も小さいので、精密な風量調整が可能で、曝気風量の制御がより容易である。

図 1 ブロワ動力変動
Fig.1 Shaft power ﬂuctuation of the aeration blower

が、システムの調整がうまく作動せず、運転員による手動風量調整を制御で風量自動制御を行っている。一方、大多数の下水処理場ではこれらの結果をもとに、風量調整バルブの実用機を製作して S町下水処理場でフィールドテストを実施している。

図 -2のように複数系列の反応タンクを運転するので、系列毎の空気

今後、開発した曝気風量調整用のスライドゲートバルブと送気ブロワを組み合わせた曝気風量自動制御システ

量調整にはブロワ制御に加えて風量調整 バルブによる風量制御が必ムの商品化へ進める計画である。

要となる。

キーワード：風量制御バルブ、自動制御、Cv 値（容量係数）、DO（溶存酸素量）Keyword：Aeration control valve, Automatic control, Cv value (Valve ﬂow coeﬃcient), DO (Dissolved oxygen)

南 茂樹
MINAMI Shigeki
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
プラント技術部
FIT 事業技術課

3 風量調整バルブの開発
風量調整 バルブは下水処理機能の心臓部に直結する機器であり、故障による停止は公共下水道の機能不全につながる非常に重要な機器なので、長期間の安定運転が求められる。日本の下水処理設備で風量制御性能に優れるが、構造が複雑で商品化での販売リスクが懸は電油操作器を付帯したバタフライバルブが一般に使用されている。

念される。また、下水処理場は日本全国に普及しているので、新設よりそれに対して、ヨーロッパやアメリカなど一部の国では、より精密な風も既設バタフライバルブとの交換需要が主になると予想される。
そこで、量調整での省エネ化を目的に、金属シャッターを利用したダイヤフラム

構造がシンプルでバルブ市場での認知度が高くかつ精密な風量制御

バルブも採用され始めている。

が可能と予想されるスライドゲートバルブを基本構造として開発に着

日本市場への商品化を考えると、この形式のダイヤフラムバルブは

42 TSK 技報 2021 no.24

図 2 反応タンクの曝気ルート
Fig.2 Aeration route of the aeration tank

3.1 型式の検討 3）

手した。

TSK 技報 2021 no.24 43

技術・製品紹介 6

Aeration control valve and the aeration control system for sewage treatment plants

下水処理場向け曝気用風量調整バルブと風量制御システム

結果を表 -2に示す。バタフライバルブ全開時のCv 値と比較すると、

3.2 開発するバルブの基本構造

3.4 耐久試験

ステップとして、複数系列の反応タンクを備えた大規模な下水処理

バルブ専門会社（（株）
日菱、大成工業（株））
を共同開発パートナー

新開発風量調整バルブ（スライドゲートバルブ）
は1.4 倍、ダイヤフラ

口径 200Aの新開発した風量調整 バルブを使用して開閉連続動作として協力を仰いで、バルブの開発を進めた。バルブ価格は同一口径

ムバルブは1.6 倍の通気能力を有する。また、新開発した風量調整バ試験を実施した。試験の結果、3 万回の往復開閉連続運転をクリアし、のバタフライバルブと同程度を目標にした。一般に下水処理場は、荒ルブはバタフライバルブ（電油操作器含む）より約 3 割の機器コスト

故障停止や異音、弁板やベアリングの摩損などの問題は確認されな動制御ユニットを構築し、総合的な省エネルギーシステムの商品化

天時の流入負荷増大などを考慮して、大きな余裕率の設備設計を行う。

削減が見込まれて、コスト面でも有利と予測される。

かった。

を検討する。

場でのフィールドテスト実施を検討する。
2）新開発した風量調整バルブ技術を中心に、ブロワ制御も含めた自そのため、風量調整 バルブも通常時の運転では、低開度域での風量

次に各バルブの曝気風量制御性を考察する。全開時の Cv 値は各調整が必要になる。バルブの設計では、同一口径のバタフライバル

形式のバルブで相違するため、それぞれのバルブごとに、測定した最ブと比較して同等以上の最大通気能力（Cv 値）を保持しながら、低開

大 Cv 値を100%として各開度での Cv 値を% 換算したグラフを図 -5開発した風量調整バルブ（150Aと200A）およびテスト用のDO 一度域でも精密な風量調整が可能となるように、バルブ開口部のゲートに示す。Cv 値変化率の曲線の傾きは、特に低開度での流量制御性

定風量自動制御システムをＳ町下水処理場に設置させていただき、実下水処理場運転の省エネ化を目標に、曝気風量の精密制御が可

3.5 フィールドテスト

5 おわりに板形状を工夫した。ゲート板形状は、開度 60% 以下では風量変化がが重要なので、開度 0 〜 40% 付近での変化に着目して評価した。バ

設備での曝気風量自動制御調査を2021 年 4月から開始して現在もテ

能なバルブを開発した。今後は要素機器類の機能向上とデジタル制

より緩やかで、かつ低開度の0% 近傍まで一定の風量調整が可能な

タフライバルブは、開度 10% 〜 20% 以下の低開度域や開度 90%

ストを継続している。設置状況を図 -6に示す。新開発の風量調整 バ

御技術を融合した下水処理場曝気風量制御システムの構築で、処理設計とした。また、下水処理場への設置レイアウトは縦置きに加えて以上の高開度域ではCv 値が変化しない。また、開度 15% 以上から

ルブは、DOの増減に対応してバルブ低開度領域でも曝気風量の精

場運転のさらなる省エネ化に取り組んでいく。

横置きでも設置可能な構造とした。新しく開発した風量調整 バルブの85% 以下の部分では、Cv 値は開度変化に伴ってS 字形に増減する。

密な調整が可能であり、DO 一定自動制御でバルブ開度を自動調整す

写真を図‐3に、また、バルブ流量の予想特性を図 -4に示す。このバ

その結果、バタフライバルブは開度変化に伴う通過流量の変化が急る運転を実施することで風量が微調整されて、DO 変化の偏差がより小ルブは特許と意匠を出願中である。

激で風量制御が難しく、また低開度域や高開度域では風量制御が不さくなることをこれまでの運転で確認した。

3.3 基本性能調査

風量調整 バルブでは、バルブ開度に伴うCv 値変化がよりリニアで、開度上昇と減少間での流量偏差（ヒステリシス差）も少ない。低開度のバタフライバルブ、および海外の下水処理場で採用されているダイ域や高開度域でもバルブ開度の変化に伴ってCv 値がリニアに変化

4 商品化への課題
下水処理場運転の省エネ化推進に向けて、開発した風量調整バル

ヤフラムバルブについて、それぞれ50A のバルブを用意してCv 値をするので、開度の全域で曝気風量の精密な制御が可能で自動運転がブの技術的有効性を確認した。今後の商品化に向けて、以下の課題測定した。調査は、旧市川研究所と新八千代事業所で実施した。ここ

より容易になることを確認した。

を検討し、解決していきたい。

で、Cv 値とは流体の流れやすさを示す固有の係数で、値が大きいほど同一圧力損失条件で通過する流量が大きくなる。バルブ2 次側を水以上の基本性能調査の結果をもって、新開発した風量調整 バルブの下水処理場でのフィールドテスト実施を決定した。

槽 4m負荷、および無負荷の条件で測定した各バルブ全開時 Cv 値の開発した風量制御 バルブとテスト用 DO 一定風量自動制御システ
ムの設置と運転調査の実施をご承諾くださった、S 町役場下水道管理能である。一方、金属シャッター型ダイヤフラムバルブと新開発した
開発した風量調整バルブ（スケールアップ前の最終試作品）と市販

謝辞

1）風量調整バルブは下水処理場で重要なプロセスを担う商品であり、商品化の達成には、長期間の実証運転が不可欠である。次の開発

ご担当部課に感謝します。
参考文献
1） 国土交通省：下水道における資源・エネルギー施策の現状分析（第３回下水道施策研究委員会資料 4-2）
、1 （2013）
2） 国土交通省水管理・国土保全局下水道部：下水処理場のエネルギー最適化に向けた省エネ技術導入マニュアル（案）、10-11（2019）3） 呂曉也、近藤洋正、南茂樹：曝気風量制御用 バルブの流量制御特性の調査（第 2 報）、第 58 回下水道研究発表会、905‐907（2021）

図 5 バルブ開度とCv% 各バルブの比較
実線は100% → 0 にバルブ開度を変化させて測定した場合
破線は0 → 100% にバルブ開度を変化させて測定した場合
Fig.5 Flow characteristics of aeration control valves
Solid line is measured from fully opened to fully closed (100% → 0)
Dotted line is measured fromｆully closed to fully opened(0 → 100%)
図 3 新開発風量調整用スライドゲートバルブ
Fig.3 New aeration control slide gate valve
図 4 新開発風量調整バルブの予想流量特性
Fig.4 Prediction of ﬂow rate characteristics of the new aeration control valve

表 2 各バルブの開度 100%Cv 値測定結果
Table2 Cv values of the fully opened valves

図 6 S 町に設置した大型機の現場写真
Fig.6 Picture of the scaled-up valve at S city

44 TSK 技報 2021 no.24

TSK 技報 2021 no.24 45

実績紹介 1
異音を発生させながら運転していた分離機の軸受をセンシング診断

装置のリモート状態監視事例
Remote monitoring test results for industrial equipment
Abstract

また、ケーキ排出後のスクリーンまでの距離も測定できており、排出不した結果、損傷を示す特定周波数が検知された。また、この軸受を良有無も認識できるほか、洗浄後のケーキ残りの識別にも活用できるこ

現物確認した結果、実際に損傷が発生していたことが確認できた。

とがわかった。

3.2 供給状態、排出状態の可視化

3.3 分離状態の可視化

バスケット内に均一にスラリが供給されていることと、排出不良が発スラリ供給後の分離工程では、バスケット加速中に温水洗浄をかけ生していないこと、バスケット洗浄後のケーキ残りが発生していないことて分離促進し、不純物の洗浄も行う。この洗浄タイミングや時間を決を把握するために、超音波センサでスラリ厚みなどバスケット内の各所

定する際、バスケット内のスラリの色の変化や、分離された液体が抜までの距離を測定した。

ける音をベテランオペレータなど人が判断して決めてきた。これをだれ

図 4にセンサ設置写真を、図 5に超音波センサ測定結果を示す。

もが判定できるように、当初はカメラや騒音計での検知も試みたが、カThe necessity for the use of remote monitoring devices for industrial equipment has

超音波センサは温水・スチーム洗浄時には検知できず有効ではないが、メラはバスケット内に配置する都合上、スチームの外乱や光源の取り

increased during the COVID-19 pandemic. Tsukishima Kikai (TSK) researched the

スラリ供給時にはこの外乱影響は受けず上・中・下３か所で厚みの違にくさがあり、騒音計は暗騒音の外乱が大きく現時点ではデータ数値

advanced operation and maintenance of batch type centrifuges in cooperation with Mitsui

いを識別でき、均一にスラリ供給されていることをセンサで認識できた。

による認識化には適用困難であった。一方で、分離した液体がぶつか

図 1 軸受構造図
Fig.1 Bearing Unit of batch type centrifuge

図 2 分解して損傷が確認されたベアリング写真
Fig.2 Damaged Bearing

Sugar Co., LTD. between 2019 and 2021.
This research focused on fault diagnoses of bearings as well as the visualization of supplied and separated slurry conditions.
産業用装置のリモート状態監視は、ベテラン技術者がすぐに現場で状況把握しがたいコロナ禍におい阿部 研て、更に必要性が増している。月島機械株式会社は、2019 年から3か年にわたり、三井製糖株式会社

ABE Ken

殿と「製品用分離機の運転・保全の高度化」の共同研究を実施した。この共同研究において、軸受の産業事業本部
単体機器技術部
設計第一グループ

故障診断やスラリ供給状や分離状態の可視化を実現できた。
キーワード：コロナ禍、リモート状態監視、振動周波数分析
Keyword：COVID-19 pandemic, remote monitoring, vibration frequency analysis

1 はじめに（緒言）従って、さらなる安定稼働信頼性の向上とメンテナンスコスト最小化のため、従来の使用期間基準ではなく、部品の劣化状態を判断して

月島機械グループは、さまざまな製造プラントに設備を提供している。

交換するメンテナンス管理手法に切り替えたいとの顧客ニーズがある。

所定の性能を試運転で確認した後に顧客に設備をお引渡しするが、そまた、分離状態や、バスケット内の洗浄が確実に行われているかは、の後の故障対応やメンテナンス対応も実施してきている。近年のコロ結晶缶の運転操作が切り替わる度に直接分離機を現物確認してきたナ禍のように、技術者が直接現地で対応できない状況下においては、が、中央操作室で確認できるように、センシング装置で可視化したい

離れた場から設備の状態を可視化できるセンシング装置が有効である。

ニーズもあった。

従来の設備には無い、新たなセンシング装置で測定されたデータに基これを実現するために、2019 年度から2021 年度まで、三井製糖株

づき、顧客と当社の技術者が装置の状態を遠隔で把握し合えた事例を式会社殿との共同研究を実施した。この主な成果を以下に記載する。

紹介する。

3 リモート状態監視の事例
2 リモート状態監視に対する顧客ニーズ
3.1 軸受の故障診断
月島機械グループの砂糖用分離機である吊下分離機は、高速回転軸受 ハウジングに振動計を設置し、振動周波数分析を行うことで、機械でかつ食品用途であることから、設備故障によって発生する製品

軸受の故障診断が可能か否かを確かめた。図１に軸受構造図を示への機械由来の異物混入を避けるために、日々の点検や定期整備をす。吊下分離機は軸受 ハウジングが揺動できる特殊構造を有してい行うことが重要な機械である。特に国内の精製糖工場においては、年るため、通常運転でも軸受 ハウジングが揺動しており、このため一般

２〜３回の定期修繕期間以外は連続稼働し続けるため、過去から慣的な回転機器の軸受部よりも振動値が大きい。振動周波数分析によ

習的に決めてきた交換・整備周期でメンテナンスを実施してきた。リる軸受の故障診断自体は、古くから知られている手法であるが、通常

スク回避のために、まだ使えそうである部品も新品に交換してきた一方

運転時の揺動や振動で、軸受が故障したときに発生する振動周波数で、納入当時から２０年以上経過している分離機も増加していることものみを切り出して診断可能かを把握する事が課題であった。図 2に分あり、運転中に故障する場合もゼロではない。

解して損傷が確認された軸受写真を、図３に振動周波数結果を示す。

46 TSK 技報 2021 no.24

図 2 円環式気流乾燥機の構造
Fig.2 Construction of circulated ﬂush dryer

図 3 周波数分析結果
Fig.3 Frequency analysis result of bearing diagnosis

TSK 技報 2021 no.24 47

実績紹介 1

実績紹介 2装置のリモート状態監視事例

るケーシングに振動計を設置して振動検出し、同時間軸で騒音測定しのみならず、顧客においてもシフト勤務体制などでベテランが常に現た結果、分離している状態を振動データのみで検知できることがわかっ場で対応しがたいコロナ禍での対応を経ることにより、ベテラン技術者

た。図 6にケーシング振動と脱蜜時に発生する音の相関図を示す。ベ

の経験や感覚に頼らないリモート状態監視の重要性は高まっている。

テランオペレータの技量や感覚にたよらず、ケーシング振動値の増減

さらには、センシング装置の測定データは、機器の運転維持管理の値を用いることで遠隔で分離状態を把握できることがわかった。

AI 対応化にも有効であり、自己診断、自動制御を有する機器開発にも繋げていきたい。

京都市上下水道局鳥羽水環境保全センター
下水汚泥固形燃料化事業

4 まとめ（結論）
5 謝辞
装置の特性として、通常時でも振動が大きく、スチーム・温水洗浄も用いる吊下分離機は、振動や画像による装置の状態把握が難しいと本実証を行うにあたり、実証場所のご提供や実証用スラリのご提供

当初は考えていた。ケーシング振動と分離タイミングの相関性が確認等、多大なご協力をいただいている三井製糖株式会社殿に深く感謝のされるなど、視点をかえる等の工夫をすることで、遠隔での状態監視

意を表させていただきます。

Sewage sludge solid fuelization businessat the Toba Wastewater Treatment Plant in Kyoto

が可能であることが解った。当社の技術者の現地派遣が困難な場合

Abstract
The Kyoto City Water Supply and Sewage Bureau has established a sewage sludge fuel conversion facility at the Toba Wastewater Treatment Plant with the aims of sewage sludge utilization,
waste reduction, and greenhouse gas reduction. The Tsukishima
Kikai group signed a basic contract with Kyoto city for the Toba
Wastewater Treatment Plant Sewage sludge solid fuelization business in May 2018. The facility was designed and constructed from

蜂谷 祥之

原島 拓生

HACHIYA Yoshiyuki

HARASHIMA Takuo

水環境事業本部
ソリューション技術部
プロポーザルグループ

水環境事業本部
PPP 事業推進室
マネジメントグループ

June 2018 to March 2021, then commenced operation and maintenance from April 2021. This is the first sewage sludge fuel conversion project operated by the Tsukishima Kikai Group.
京都市上下水道局では、下水汚泥の有効利用、廃棄物の削減、温室効
果ガスの削減を目的とし、鳥羽水環境保全センターに下水汚泥固形燃料化

図 4 超音波センサー設置図
Fig.4 Installation position of ultrasonic sensor

施設の整備を行った。月島機械グループでは、2018 年に下水汚泥固形燃料

図 5 超音波センサー測定結果
Fig.5 slurry thickness mesurement result by ultrasonic sensor化事業に関する基本契約を締結した後、2018 年度から2020 年度まで設計・施工を行い、2021 年度からは維持管理・運営を開始した。本事業は、設計・建設から維持管理・運営までを、一貫して月島機械グループのみで請け負っており、本体制で行う下水汚泥燃料化事業としては初めての案件である。
キーワード：下水汚泥燃料化、ライフサイクルビジネス、官民連携、温室効果ガス、
循環型社会
Keyword：Sewage Sludge Fuel Conversion, Life Cycle Business,
Public Private Partnership, Greenhouse Gas, Recycling-Based Society

図 6 ケーシング振動と脱蜜音の相関図
Fig.6 Correlation chart of casing vibration and separation sound

48 TSK 技報 2021 no.24

図 1 鳥羽水環境保全センター全体
Fig.1 External View of Toba Wastewater Treatment Plant.

TSK 技報 2021 no.24 49

実績紹介 2

Sewage sludge solid fuelization business at the Toba Wastewater Treatment Plant in Kyoto

京都市上下水道局鳥羽水環境保全センター下水汚泥固形燃料化事業

当社が、過去経験を踏まえ、集大成ともなる燃料化施設を設計・建1 はじめに設した。また、代表企業として安定確実なSPC 運営と炭化燃料の有
京都市は、鳥羽水環境保全センター（図 1）の既設焼却炉の改築更

3.3 施設の特長（3）汚泥の有効利用と循環型社会の構築（1）燃料の価値を最大化する低温炭化技術

本施設では、今まで廃棄物として処分されていた下水汚泥をエネ

効利用を行っていく。月島テクノメンテサービス株式会社は、鳥羽水

下水汚泥を低い温度域で炭化することで、燃料として重要となる

ルギー資源に転換し、地域に電気 エネルギーとして還元される。

新にあたり、廃棄物となる焼却灰の発生量を削減し最終処分場の延命環境保全センター汚泥処理設備の運転管理に30 年近く携わり現場「高発熱量」「低臭気」「低自然発火性」の全てを兼ね備えた廃棄物発生量の削減、最終処分場の延命化を図るとともに、循化を図るとともに、下水汚泥の有効利用促進および温室効果ガス排出を熟知している。燃料化の維持管理ノウハウ、最新のＩＴ技術を掛け価値の高い石炭代替燃料を生み出す。

環型社会の構築に貢献している。

量の削減を目的とし、下水汚泥固形燃料化事業を公募した。月島機械

合わせ、効率的な維持管理・運営を行っていく。

グループでは、低温炭化方式による下水汚泥固形燃料化事業を提案
し、落札した。2018 年度に京都市と基本契約を締結、2020 年度までに燃焼排ガスの廃熱を、廃熱ボイラや熱交換器にて熱回収し、汚3 施設概要

ビス株式会社にて設立した株式会社バイオコール京都鳥羽（SPC：特3.1 施設概要

別目的会社）
により、20 年間の維持管理・運営を開始した。

（1）処理方式

本稿では、本事業の概要および特長について紹介する。

4 おわりに

泥乾燥機熱源の蒸気 ･ 各 バーナ用の燃焼空気として利用すると施設の設計・施工を行い、2021 年度からは当社と月島テクノメンテサー

2 事業概要（2）エネルギー効率の最大化と温室効果ガス排出量の削減

いった､ エネルギーを余すことなく活用する工夫を施している。

本施設は、4月1日から運営を開始し、関係者の尽力もあり、ここまで

また、焼却から当燃料化技術への転換と炭化燃料の石炭代替利

当初計画どおり順調に稼働している。今後 20 年間の運転を通じ、その低温炭化方式用で約 17,000 t/ 年の温室効果ガス排出量削減が期待され、こ役割を確実に果たしていくとともに、得られたノウハウを活かし、今後の（2）施設能力

脱水汚泥 150 t-wet/日×1 基

れはスギの木約 200 万本分（40 年生のスギが 1 年間で吸収する

さらなる技術改善・新規事業の開拓に努めていきたい。

（3）計画汚泥処理量

脱水汚泥 49,500 t-wet/ 年

二酸化炭素の量（8.8 kg/ 本）で換算）に相当する。

（4）炭化燃料製造量

約 6,100 t/ 年（年平均生成量）（5）炭化燃料性状

高位発熱量 約 16 MJ/kg

2.1 事業概要（1）事業名称

鳥羽水環境保全センター下水汚泥固形燃料化事業（2）事業内容

下水汚泥固形燃料化施設の設計・建設、維持管理・運営、炭化燃料製造・有効利用（3）事業方式

DBO 方式（4）事業期間

設計・施工期間

3.2 概略フロー
下水汚泥固形燃料化施設の概略フローを図 3に、施設外観を図 4に示す。
脱水汚泥は、汚泥乾燥機にて水分 20 〜 30 %まで乾燥後、炭化2018 年 6月〜 2021年 3月

炉（熱風式外熱キルン）にて、低酸素条件下で加熱し炭化を行う（処

維持管理・運営期間 2021年 4月〜 2041年 3月

理温度：250 〜 350°C 程度、処理時間：1 時間程度）。製造された

下水汚泥固形燃料化事業の事業概要を図 2に示す。

炭化燃料はホッパにて一時貯留された後、火力発電所等に運ばれ、石炭代替燃料として有効利用される。

2.2 事業実施体制

炭化工程で発生する熱分解ガスおよび汚泥乾燥機からの排ガス

月島機械グループは過去 6 件の燃料化事業受注実績を有するが、当社が SPC 代表企業として実施すること、月島機械グループが設計・は、再燃炉にて燃焼後、排煙処理塔などで排ガス中のばいじんや酸性成分などの大気汚染物質を除去した後、大気放出する。

施工から維持管理・運営を一貫して請け負うのは、今回が燃料化事業で初となる。
図 3 燃料化施設フローFig.3 System ﬂow of sewage sludge fuel conversion facility.

図 2 事業概要
Fig.2 Scheme of the sewage sludge fuel conversion business.
図 4 燃料化施設外観
Fig.4 External view of sewage sludge fuel conversion facility.

50 TSK 技報 2021 no.24

TSK 技報 2021 no.24 51

実績紹介 3

いわき市下水汚泥等利活用事業

燃焼灰は、再生骨材や再生盛土材等のリサイクル資源として活ブレン式ガスホルダといった最新の技術を適用することでLCCの低用する。

減に寄与する。

④ 付帯事業 3（提案バイオマス処理事業）
近隣の農園にて発生している「商品化できないトマト」を液化し、これをSPC が有価物として買い取り、バイオガスの生成原料としてEffective utilization of sewage sludge in Iwaki City

3.2 固形燃料化設備（約 24t-wet/日×2 系列）
・脱水工程：濃縮機を付属したベルトプレス脱水機（ロノプレス ®）を採用する。消化汚泥を高濃度で脱水部に供給することで利用することを計画中である。

サイドリークを防止し、安定した脱水処理と装置のコンパ2.2 期間Abstract

クト化が可能となる。

（1）
南部浄化センター 設計建設

〜令和 5 年 3月

（2）
中部浄化センター 設計建設

〜令和 6 年 3月

In December 2020, the Tsukishima Kikai (TSK) Group signed a basic contract with Iwaki City
for a sewage sludge utilization project. This project includes the development of an anerobic
digestion and fuel conversion system and the thermal recycling of sewage sludge from Iwaki Cityat the Chubu Sewage Treatment Center.
Construction of the plant will be conducted in a joint venture (JV) between four companies.
Beginning from April 2024 and for the next 20 years, its operation and maintenance will be conducted by a special purpose company (SPC) established by three companies.

木村 葵

本乾燥機に投入された脱水汚泥は、熱風とともに円環内※ 2 浄化槽汚泥等受入施設は設計建設のみを循環する間に乾燥され、乾燥が進んで粒径が小さくなると、乾燥機出口排ガスに同伴されてサイクロンにて固2.3 事業実施体制

形燃料化物として捕集される。

設計建設期間は、当社を代表企業とする建設 JVにより業務遂行する。
一方、維持管理運営期間は、当社、運転管理・修繕工事を担う維持管

水環境事業本部
ソリューション技術部
下水グループいて嫌気性消化し、固形燃料化物としてサーマルリサイクルするものである。建設工事は当社含む 4 社で協同企業体（JV）
を構成して実施する。維持管理運営は、当社含む 3 社で出資して設立する特別目的会社（SPC）
にて、
令和 6年 4月から 20年間実施する。

1 はじめに今回の事業はいわき市で発生する下水汚泥等の大部分を扱うものであり、多岐に渡るプロセスを設計建設期間で効率的に組み上げる必要がある。また、20 年間安定して運転すること、事業継続すること

3 設備の特長

への責任も大きい。下水汚泥等の集約処理・有効利用・地域連携の3.1 嫌気性消化設備

先進的な事例となるよう、関係各者と協力のもと、気を引き締めて取り

主機の汚泥消化タンクには、鋼板製消化タンク（3,900m3×2 槽）をキーワード：いわき市、下水汚泥、浄化槽汚泥、活用
Keyword：Iwaki City, sewage sludge, septic tank sludge, utilization, recycle

4 おわりに

理会社、セルフモニタリング・付帯事業運営を担うコンサルタント会社

月島機械特別企業グループは、2020年 12月にいわき市といわき市下水汚泥等利活用事業（以下、
「本事業」
という）
の基本契約を締結した。本事業は、いわき市で発生する下水汚泥、浄化槽汚泥等を中部浄化センターにお機を採用する。

維持管理運営※2） 令和6 年 4月〜令和26 年 3月の3 者が出資するSPCが運営主体となり、20 年間の事業を実施する。

KIMURA Aoi

・乾燥工程：シンプルな構造で故障リスクの小さい円環式気流乾燥組む所存である。

採用し、施工期間を短縮する。また、補機として生物脱硫装置、メン

よび機械濃縮設備、嫌気性消化設備、固形燃料化設備（脱水・乾燥）を建設する。さらに南部浄化センターに浄化槽汚泥等受入

福島県いわき市は、東北６県の中で仙台市の次に人口が多い30 万施設を建設する。

人都市である。現在、公共下水道としては北部・東部・中部・南部の

図 1に中部浄化センター事業概要を示す。各浄化センターより４つの処理区で汚水処理を行っており、各浄化センターで発生する下

受入れた下水汚泥・し尿 / 浄化槽汚泥（以下「下水汚泥等」という）

水汚泥は、中部浄化センターに集約し、焼却した後に建設資材としてを嫌気性消化し、固形燃料化設備にて固形燃料化物を製造する。

有効利用している。

なお、固形燃料化物は、付帯事業へ売却する。嫌気性消化設備

本事業では、下水汚泥を再生可能エネルギーとして活用するため、
中部浄化センターに嫌気性消化設備およびバイオガス発電設備を建設する。さらに、消化汚泥は固形燃料化し、嫌気性消化や汚泥乾燥の熱源としてサーマルリサイクルすることで、温室効果ガスの削減に寄与することを目的としている。
本稿では、事業の概要について紹介する。

から発生するバイオガスは、前処理後に貯留する。
② 付帯事業１（バイオガス発電事業）①の嫌気性消化で発生したバイオガスをSPC※ 1）

がいわき市より

図 1 事業概要（中部浄化センター）
Fig.1 The outline of the project (Chubu sewage treatment plant)

買い取り、民設民営のFIT 事業において発電し電力会社へ売電する。電力会社の供給網を通じて地域社会に電力を供給するとともに、発電廃熱は基幹事業に返還して嫌気性消化設備の加温に有効利用する。

2 事業概要および事業実施体制※ 1 SPC : 本事業の維持管理運営のために設立する特別目的会社。
事業実施体制は後述する。

2.1 事業概要（1）方式

PFI（BTO 方式）（2）事業範囲① 基幹事業基幹事業では、中部浄化センターに浄化槽汚泥等受入施設お52 TSK 技報 2021 no.24③ 付帯事業２（未利用地利活用事業）
中部浄化センター内の未利用地に熱供給設備を建設し、SPCがいわき市より買い取った固形燃料化物を熱 エネルギーに変換し、基幹事業に供給して乾燥の熱源として利用することで、温室効果ガスの削減に寄与することを目指す。熱供給設備より排出された

図 2 事業実施体制
Fig.1 The structure of the project implementation

図 3 円環式気流乾燥機イメージ図
Fig.3 Overview of the circulated ﬂush dryer

TSK 技報 2021 no.24 53

関連会社紹介

三進工業株式会社
三進工業株式会社森 直人

1. はじめに
三進工業株式会社は、1954 年、川崎市川崎区日ノ出町にて創業

写真 1 蒸気だめ
photo1 Steam reservoir production

した工事会社です。その後 1971年、周辺の住宅化が進んだことも

写真 2 エアフィンクーラー リチュービング
photo2 Air ﬁn cooler retubing

あり、現在の川崎市川崎区小島町の工業団地へ移転しました。現在

写真 3 モニュメント( 東京サンケイビル イベントスペース フラット )photo3 Monument production(TOKYO SANKEIBUILDING,Ohtemachi Tokyo)

は、耐震性の向上と執務スペースの拡大、改善を目的として、事務所棟の建て替えを行っており、2022 年 5月に新事務所棟ならびに新第一工場が竣工する予定です。

4. 建設工事

図 1 新事務所棟ならびに新第一工場完成予想図（2022 年 5 月竣工予定）
Fig1. Rendering of new ofﬁce building and ﬁrst factory（Scheduled to be completed in May 2022）

建設本部においては、これまで各種プラントの据付を幅広く手掛ています。特にお客様からご提示いただいた工程については、全体

けてきましたが、現在の主力はごみ焼却発電やバイオマス発電に工程、後工程、関連工事も考慮しながらチェックします。工程組み替

関するプラント建設やメンテナンス工事となっています。お客様にえの提案や支給品の納期調整など、工程の進捗安定化を図ること

対してはプロジェクト全体を見越した提案を心掛け、品質と安全にも重要な段取りとなっています。

対する高い意識を持って臨んでいます。
工事は、「段取り八分、仕事二分」だと先輩や協力会社の方々から

2. 技術の変遷

一方、工事の上で最優先であるのは安全です。作業員一人一人に作業手順とルールを遵守してもらうことが必要です。そのため、懇々と教えられ引きつがれてきました。段取りとは仮設のことを指し

現場安全教育と安全 パトロールを何度も繰り返します。また、当社

ますが、当社では机上の計画段階から段取りが始まっていると考えは多くの建設用機材を保有しており、熟練者によって丁寧に整備さ

創業当初は、貯槽類の製作据付、水道本管の製作敷設、橋梁のを取得しました。加えて、電気事業法、ガス事業法、原子力関連のれています。特に吊り上げに関わる機材については、自社で整備さ架設等を主な仕事としてスタートしました。これらの仕事では、丸物溶接認可を取得し、製造技術、建設技術を伸ばしていきました。これた安心できる機材を使用することで、現場の安全が支えられます。

の製缶製作から据付までを一気通貫で行っており、当社の技術基盤

れらの認可取得で培った技術により、法規が関係する製造・建設のを作った時期でもありました。

仕事は現在の当社の強みとなっています。

その後、化学、石油、製紙、製鉄、ビール 工場等の機器製作・据

その後、1997 年に「電気事業法に基づく溶接施工管理認定工場

付や煙突の建設等に仕事の範囲を広げ、多くの実績を作っていきま

資格」を取得し、電気事業法に関わる溶接部は、当社の自主検査がした。当時の工事は、現場ごとに仮設クレーンを設置して行う工法

認められるようになりました。この資格取得により、ごみやバイオマだったため、クレーン製造認可を取得し多くの仮設用クレーンを製スによる発電プラントの建設工事、メンテナンス工事においても作しました。当時のジンポールデリックや複動ウィンチを巧みに使当社の業務範囲が広がりました。

いながらの工法は、緻密で壮大なものだったと聞いております。
さらに仕事の範囲を広げるため、工業団地への移転とともに工場

以上の変遷を経て、プラント機器の製作、据付、メンテナンスをトー
タルでサポートできる会社として現在に至っています。

を拡張し、第 1 種圧力容器、高圧ガス設備、ボイラー等の製造認可
写真 4 ボイラー組立
photo4 Boiler installation

3. 工場製作

5. 今後の展開

写真 5 排水機場ポンプ据付
photo5 Drainage pump station construction

6. おわりに製造部では、熱交換器や蒸気だめなどの圧力容器からモニュメを抜管し、新しいチューブを拡管して取り付ける作業は、最初から最ントまで各種製造を行っています。とりわけ、電気事業法や高圧ガ後まで気が抜けない技術と根気がいる作業です。補修工事ではプラ

当社の主力工事であるごみ焼却発電やバイオマス発電の建設に

三進工業は、多くの工事で環境の整備や産業の発展に寄与してス保安法などの適用を受けるものについては、溶接の施工法も多ント停止期間が決まっているため、無事に完了できればほっとすると

おいて、民間製品認証制度を活用したいというお客様が増えてきまきました。これからも、社名の由来である「前進、前進、また前進」

数保有しており、各種検査も含めた対応ができます。さらに、ボイともに、客先からは感謝と高い評価をいただくことができます。

した。本制度は、電気事業法が適用される電気工作物の溶接検査を信条とし、経験と技術をおしみなく提供していきます。

ラーの蒸気を連絡する蒸気管などは、工場でプレファブし現場で建腐食した塔の部分更新も技術を要する仕事です。径の大きな塔

設本部が組み立てるといったこともあり、電気事業法に則った形での中間部を輪切りで撤去し、新しい側板や内容物を現地で合わせて格を持つ民間工場が検査を代行するというものです。当社は、この連携できるようにしています。

いく作業は、限られた工程の中、製造部の総合的な技術を活かすと認証取得に向け昨年よりプロジェクトチームを立ち上げ、仮審査をまた、補修工事における熱交換器のリチュービングは当社の腕の見せ所でもあります。長年の使用で腐食・劣化した多数のチューブ
54 TSK 技報 2021 no.24

において、従来のボイラー・タービン主任技術者に替わって認証資ころです。このような製缶・溶接技術に対する挑戦とこだわりは、「現経て2021 年末に認証を取得する予定で活動しています。
取得後は、代の名工」2 名の輩出に繋がっています。

この資格を強みにして受注拡大を目指します。

ご安全に。

TSK 技報 2021 no.24 55

解析グループ紹介Part5
Introduction of CAE Group

流体解析手法編 〜格子法と粒子法〜
開発本部 研究開発部 解析グループ

相馬 悠佑の有無がある。プリ処理において、格子法はメッシュ作成に比較

1. はじめに的多くの時間を要するが、流れの変化の激しい部分のように詳細

流体解析は流れ場や熱の移動などをコンピュータによる数値計ており、20 年以上の実績がある。また、最近では粒子法 ベースの算でシミュレーションする手法で、装置の内部や外部の流れ場の状態を予測し可視化することができる。装置開発の場面では、計測困

2.4

格子法と粒子法の比較

流体解析における格子法と粒子法の比較について以下に述べ、に解析が必要となる領域は局所的にメッシュサイズを小さくして

表 1にまとめた。

流体解析ソフトも使用を始め、メッシュが不要である点から複雑な精度を高めることができる。粒子法はメッシュ作成が不要でありプ（1）プリ処理時間の長さ

形状の装置内部の流れ解析に適用し検討を進めている。以下に格リ処理にかかる時間は少ないが、局所的に粒子 サイズを変えるこ

難な場所のデータ取得や装置を製作せずにケーススタディを行え

子法と粒子法の概要を紹介し、両者の違いについて述べる。なお、とができないものが一般的である。よって、詳細な解析を行いた

る点で実験を補う有用なツールとなりえる。当社では以前より格子

ここでは格子法は流体解析に最もよく用いられる有限体積法を指い領域が局所的であっても領域全体にわたり小さい粒子で計算す法の一種である有限体積法 ベースの流体解析ソフトを使用してきすものとする。

ることとなる。

粒子法ではメッシュ作成が不要のためプリ処理にかかる時間が短い。
（2）大変形を伴う液面表現
粒子法は飛沫や急激に変化する液面を表現するのに向いている。
（3）扱える物理モデルの多さ

2.3

2. 格子法と粒子法の違い
2.1

離散化手法

液面表現の容易さ

変動する液面を含む解析において、格子法では液面挙動を予測
数方程式に変換（離散化）する必要がある。数式化では、質量と運動

実際の流体は空間・時間ともに連続的に変化しており、これは微量保存則に加え、解析対象に応じてエネルギー保存則や乱流 モデ

分方程式の形で数式化することができる。しかし、コンピュータではルなどのさまざまな物理 モデ ルが用いられる。格子法と粒子法の離散的な値しか扱えないため、連続的な微分方程式を離散的な代違いはその離散化手法であり、図１に示すように格子法（有限体積

してからメッシュサイズ等を設定するため知識と経験が必要となる。

格子法では場所に応じてメッシュに粗密をつけることが容易でこれに対し、粒子法では流体を粒子の集合体で表現するため液面ある。

が大きく変動したり飛沫が分裂・集合したりする場合でも容易に解析をおこなうことができる。

（5）定常解析の可否
粒子法では粒子の時間変化を計算するため基本的に非定常解析となる。

法）では検査体積によって、粒子法では粒子によって、それぞれ離散（6）ソフトウェア選択肢の幅化する。そのため、図２のように格子法は検査体積を通過する流体粒子法の市販ソフトは数が少なく、格子法のものより後発である。

を、粒子法は粒子の運動を観測することで流体の挙動を再現するという違いがある。

2.2

格子法の方が市販ソフトに実装されている物理モデルが多い。
（4）メッシュ・粒子の粗密化

両手法の計算時間については一概に比較することが難しく今後の検討課題としたいが、メッシュ・粒子の数が多いほど計算時間は増解析の流れ加するため、メッシュの粗密化によるメッシュ数削減が可能な格子法

図３に格子法と粒子法における大まかな解析手順を示す。２つの方が一般的な粒子法よりも計算時間を短くできると考えられる。

の方法の大きな違いに、計算領域を離散化するためのメッシュ作成

表１ 格子法と粒子法の比較
Tab.1 Comparison of Lattice method and Particle method

図 4 変動する液面を含む流体解析
Fig.4 Fluid analysis including ﬂuctuating liquid surface
図 1 連続体の離散化
Fig.1 Discretization of continuum

3. おわりに
今回は流体解析に用いられる格子法と粒子法の概要について紹介した。

図 2 検査体積と粒子
Fig.2 Control volume and particle

56 TSK 技報 2021 no.24

図 3 解析手順
Fig.3 Analysis procedure

技術で当社装置の開発をサポートしていきたい。粒子法による流体解析については、メッシュフリーである点を上手く利用し複雑形格子法による流体解析については、社内で多数の実績があり粒状の解析対象へ適用していく。いずれの解析手法においても解析子法に比べて信頼度が高い。今後はさらに多種多様な物理モデル

結果はあくまで近似解であるため、実験結果との比較による精度を使いこなし、カスタマイズ技術にも力を入れ、より高度な解析検証を行いながら解析技術向上に努めていきたい。
TSK 技報 2021 no.24 57

R&D センター紹介
多く含有しており、これらは凝集フロックの構造体の一部となるた

下水汚泥処理に関連する分析事例とめ形成される凝集フロックが補強される。繊維状物、粗繊維濃度

創エネルギー型焼却炉関連の分析事例紹介
開発本部 R&D センター 分析グループ① 汚泥を加温することで、本来不溶性であるタンパク質の一部が可溶化する。

の低下に伴い凝集フロック強度が低下するため脱水性は低下する。

② タンパク質の溶解率は 50℃から増加し、70℃で約 16%となり、

2.2③ NH4-N 濃度は大きく変化しないことから、汚泥加温によるタン

それ以上の温度では微増となる。

日良 聡

1. はじめに
当社は浄水場、下水処理場など官公庁分野向けの装置開発、製下水汚泥の分析には、下水試験法、下水汚泥分析法といった公造、プラント建設とその維持管理を主要事業としており、特に下水定法に準じた分析方法のほかに、目的に応じて異業種の分析手法

道分野では、汚泥濃縮機、脱水機、乾燥機、焼却炉といった幅広いを活用、改良することで確立した分析方法も存在する。

装置開発・改良を進めている。当社 R&D センター分析グ ループ

本稿では、一般的な下水汚泥処理に関する分析事例と、創 エ ネ

では、近年下水道分野の装置開発に深くかかわる事例が多く、上ルギー型焼却システムのプロセス開発過程で実施した汚泥濃縮、記の装置開発の過程で、装置性能の評価を目的に下水汚泥や排ガ

脱水および焼却にかかわる最新の分析事例を報告する。

加温脱水効果の理論的裏付け

下水汚泥中の窒素（T-N）の形態は、図 1 に示すとおり区分されパク質のアンモニアへの分解率は低い。

る。加温脱水による脱水効率向上の要因を考察するために、有機

下水汚泥中の粗タンパク質は図 1 に示すとおり、生物由来のタ態窒素から算出されるタンパク質の加温による可溶化に着目した。

ンパク質および分解物であるアミノ酸などから構成されているが、表 3 に汚泥加温温度と組成分析結果を示す。加温温度と混合生汚タンパク質の中には難分解性、易分解性のものが混在していると泥中の溶解性・不溶性粗タンパク質、アンモニア態窒素（NH4-N）

考えられる。易分解性タンパク質割合を推定するために、アルブミの濃度比、および懸濁物質中の粗タンパク質溶解率の関係を図２

ノイド窒素を定量した 4）。アルブミノイド窒素はタンパク質が分解に示す。結果から以下のことがわかる。

され、アンモニアや CO2 に至る中間段階の物質と定義されている。

ス、燃料化物、焼却灰、処理水など多岐にわたる分析を行っている。

2. 下水汚泥処理にかかわる分析項目と汚泥加温試験の分析結果
2.1

響を与える指標を示し、影響の大きい項目について以下に詳細を

脱水性評価にかかわる分析（下水汚泥性状分析）

下水汚泥を水蒸気で直接加熱または間接加熱することにより汚泥の粘度が低下し、また細胞内の水分が放出されるなど保水力の1）

述べる。
◎アニオン度低下により脱水性が向上することは古くから研究されており 、加汚泥粒子のもつ負電荷量であり汚泥調質におけるカチオン要

熱によるタン パク質の分解に関する研究も多く見られる 2）,3）。当求量に相当するため、この値が高いと高薬注率となる傾向がある。

社では近年、100℃以下の比較的低温の加熱による脱水性向上に

また、生分解により生成した多糖類・タンパク質は高いアニオン

関する研究を進めている。下水汚泥の濃縮・脱水装置の開発・改度を有する。一般的に多糖類・タンパク質は親水性を有し、かつ良には供給汚泥性状の把握が必要であり、表１に一般的な汚泥

非常に微細であるため凝集剤の反応が悪く脱水性は低下すること

性状分析項目と分析方法を示す。また、表２に汚泥の脱水性に影から、アニ オン度の上昇は難脱水性の多糖類・タン パク質含有図 1 下水汚泥中の窒素の形態
Fig.1 Classiﬁcation of nitrogen in sludge.

量の上昇にも関係している。
◎粗タンパク質
表 1 汚泥性状分析項目
Table1 Analysis items of sludge property.

前述のとおり、多糖類・タン パク質の上昇により難脱水性の粘表 3 汚泥加温温度と組成分析結果 -1
Table3 Sludge temperature and analysis results-1.

質物が増加、また、タン パク質は内部水を包含するため粗タン パ
ク質濃度の上昇に伴い脱水性は低下する。粗タンパク質は、汚泥中の有機態窒素分をタンパク質含量に換算した値である。
◎繊維状物・粗繊維
下水中には植物由来およびトイレットペーパー由来の繊維分が

表 2 脱水性指標
g dewatering
gp
p y
Table2 Index of sludge
property.

（混合生汚泥）図 2 汚泥加熱温度と粗タンパク質・NH4-N 分析結果
Fig.2 Analysis results of crude protein and NH4-N of mixed sludge after
heated various temperature.

58 TSK 技報 2021 no.24

TSK 技報 2021 no.24 59

R&D センター紹介

下水汚泥処理に関連する分析事例と創エネルギー型焼却炉関連の分析事例紹介

混合生汚泥の未加温汚泥および 70℃加温汚泥についてケル

3.2

加温脱水の燃焼特性への影響に伴い、揮発分放出速度が上昇していることが確認された。

ダール 窒素、アルブミノイド窒素、アンモニアを定量した結果を

汚泥加温温度が燃焼特性に与える影響を調査した。表 5 に加温

図 4 に示す通り、燃焼反応時間は揮発分放出時間とチャー燃焼

図 3 に示す。未加温汚泥中には難分解性のタン パク質が約 74%

温度と組成分析結果を、また図 5 に汚泥の加温温度と揮発分の関時間の合算であり、全重量減少量を全反応時間で割った値をトー

存在しているが、70℃加温により約 68%まで減少した一方、易分係をそれぞれ示す。夏季と冬季の汚泥性状の違いによると思われ

タル 燃焼速度とした。加温温度とトータル 燃焼速度の関係を図 7

解性タン パク質は約 25% から約 29% に上昇し、その一部はアン

る差異はあるものの、加温温度の上昇に伴い脱水 ケーキ中の揮発に示す。汚泥の加温温度上昇に伴い汚泥の焼却速度が上昇しておモ ニアまで分解している。また、図 3 下部のグラフに示す通り未分が増加していることがわかる。図 6 に揮発分割合とTG-DTA 曲

り、このことから汚泥の加温は脱水効率向上だけでなく、燃焼速加温汚泥ではほとんどが不溶性タンパク質であるが、70℃加温に線から算出した揮発分放出速度の関係を示す。揮発分割合の増加

度上昇にも影響を与える可能性が示唆された。

より溶解性タン パク質が約 18%まで上昇した。このことから、加温によって溶解したタンパク質の一部はアミノ酸等の易分解成分へと変化したと推測される 5）。
表 5 汚泥加温温度と組成分析結果 -2
Table5 Sludge temperature and analysis results-2.

以上の結果から、100℃以下の低温の加温でも汚泥中のタン パ
ク質の一部が溶解するとともに、分解が進行することが確認された。表３より、混合生汚泥の SS 中の約 30% を不溶性粗タン パク
質が占めており、加温温度 70℃以上ではその約 20% が溶解および NH4-Nに分解される。その結果、SSの約 6 〜 7%が可溶化することになり、このことは、タン パク質の可溶化および分解が加温
脱水の脱水効率向上に寄与している可能性を示唆している。

図 3 未加温汚泥と加温汚泥のケルダール窒素に占めるタンパク質およびアンモニアの比率
Fig.3 Ratio of protein and ammonia in Kjeldahl nitrogen of raw sludge
and heated sludge.

3. 燃焼計算にかかわる脱水ケーキの分析
下水汚泥脱水ケーキの主な分析項目を表 4 に示す。強熱減量や

図 5 汚泥加温温度と揮発分割合の関係
Fig.5 Relationship between sludge heating temperature and volatile
matter concentration.

60℃ /minで1000℃まで加熱した。なお、測定雰囲気は模擬燃

揮発分・発熱量といった工業分析結果および炭素・水素・窒素ととした。図中、実線で示
焼空気（N2:70%,O2:18%,CO2:12% 混合）

いった有機元素組成結果は、焼却設備計画における燃焼計算に用した曲線は重量変化を、点線は雰囲気温度をそれぞれ示しており、いる。また、有機元素組成分析結果の中の燃焼性硫黄や燃焼性塩

昇温開始後 2 分過ぎ（雰囲気温度 100℃）から緩やかな減量を開

素は、焼却により発生する有害物質濃度の推定に用いる。

始し、5 分付近（同 200℃）と7 分付近（同 340℃ )で重量減少の傾きが変化していることがわかる。その後約 13 分後（同 740℃）で3.1

下水汚泥の燃焼反応

重量減少は終了している。一方、長破線で示した曲線は熱変化を加温脱水が汚泥焼却に与える影響を把握するため、加温温度を示しており、マイナス側へのシフトは吸熱を、プラス側へのシフ

27℃〜 60℃に変えた場合の脱水ケーキの工業分析、有機元素組

トは発熱をそれぞれ意味する。昇温開始後はゆるやかに吸熱し、成および熱重量−示差熱分析（TG-DTA）を実施した。TG-DTA 装

5 分過ぎから激しく発熱、その後 13 分過ぎに発熱反応が終了して置は、試料温度を一定のプ ログラムによって変化または保持させいることがわかる。以上のことから、昇温開始から200℃まではながら重量変化および熱変化を測定する装置であり、試料の反応

水分を含む低沸点物質の揮発、200℃から340℃の間に熱分解、現象を捉えることができる。脱水 ケーキの TG-DTA 曲線の例を図340℃から740℃の間でチャー（固定炭素分）の燃焼が起きてい4 に示す。試料は 105℃で乾燥後粉砕したものを用い、昇温速度ると推測される。

図 6 揮発分割合と揮発分放出速度の関係
Fig.6 Relationship between volatile matter concentration and volatile
matter release rate.

図 7 汚泥加温温度と燃焼速度の関係
Fig.7 Relationship between sludge heating temperature and combustionrate.

4. おわりに

表 4 脱水ケーキ分析項目
Table4 Analysis items of dewatered cake.

分析グ ループでは公定法に則った分析だけでなく、目的に応じた最適な分析内容の提案や分析手法の選択と実施、データ解析と後もさらなる分析技術の向上を図り、下水汚泥処理を含めた当社
技術の発展、新規技術開発に貢献したいと考えている。

考察を行うことで、上記のような現象解明にも取り組んでいる。今図 4 TG-DTA 測定結果例
Fig.4 TG-DTA measurement example of sludge.

60 TSK 技報 2021 no.24【参考文献】
1）諸橋由昭 , 山根亮輔 , 浪岡知昭ら, 水蒸気加熱処理による下水汚泥の脱水性向上に関する研究 , 日本機械学会論文集 , 第 74 巻 , 第 744 号, pp.148-154(2008)2）A. Donoso-Bravo, S.Perez-Elvira, E. Aymerich et al., Assessment of the inﬂuence of thermal pre-treatment time on the macromolecularcomposition and anaerobic biodegradability of sewage sludge. Bioresource Technology, Vol 102, No.2, pp.660-666(2011)3）Liao Xiaocong, Li Huan, Zhang Yuyao et al., Accelerated high-solids anaerobic digestion of sewage sludge using low-temperaturethermal pretreatment, International Biodeterioration & Biodegradation, Vol.106 pp.141-149 (2016)4）日本薬学会編 衛生試験法・注解 , 金原出版株式会社 , page1072 (1990)
5）王偉 ,平岡正勝 , 武田信生ら，嫌気性消化プロセスの前処理とする下水汚泥の熱処理に関する研究 - 汚泥固形物の可溶化反応を中心として，衛生工学研究論文集，第 24 巻 ,pp.41-51(1988)
TSK 技報 2021 no.24 61

ティーブレイク「ドローン」から次世代空モビリティ「空飛ぶクルマ」へ
開発本部 研究開発部 研究開発グループ

伊藤 央貴

1）
図１：
「さあ、空を走ろう。」

すでに身近となったドローンや、現在さまざまな研究機関や企業にて開発が進められている

1. はじめに「空飛ぶクルマ」の話題をよくニュースなどで見かけます。経済産業省のホームページでも図１
1）「さあ、空を走ろう。」 のようなイメージ動画が紹介されており、私たちの生活で空の物流や移3. 空飛ぶクルマの登場

ドローンの急速な発展と同様に今後の社会で発展していくと思われる「空飛ぶクルマ」についてご紹介します。
クルマとは書いていますがその形状などには正式な定義はなく、「電動・垂直離着陸型・無操
縦者航空機」4）と定義されています。ポイントは電動で自動操縦がされ、垂直離着陸ができる機

動手段を気軽に利用できる時代がすぐそこに来ているのかもしれません。

体を空飛ぶクルマと呼んでいます。海外では UAM（Urban Air Mobility) や eVTOL（Electric
我が国では 2017 年に経済産業省をはじめとする官民協議会にて「空の産業革命に向けた

2. 当初はVertical Take Off and Landing）と呼ばれています。

2）

ロードマップ」 を作成しました。当初は小型無人機（ドローン）の安全な利活用のための技術開

ドローンから空飛ぶクルマは世界各国で機体の開発が進んでおります。機体市場、エアタクシーや保険な
どのサービス市場ともに有望市場として発展していくと思われます。

発と環境整備を目的とし、2020 年代では有人地帯における目視外飛行（ドローン自体の操縦

高度経済成長時代に多く建設されました橋やトンネル、高速道路など陸のインフラは既に長は遠隔地にて行い、場合によっては基本的な航行は自動飛行となっている）
を目指すというも期間使用されてきているため、これらを補修、維持していくためには膨大な費用を要することがのです。
現在では通信や宅配などの大手企業とドローンメーカが協業し、小型無人機で目視外による考えられます。また陸のインフラ整備にも限界があります。都市部では人口が集中していき交通

長距離飛行を行い、本土・離島間や山間地への物流を目的とした実証試験が盛んに行われてお渋滞がさらに深刻化されることが考えられ、地方部では山間地域など既存のインフラ整備を維ります。今後はこの飛行する地域を人口密集地区でも行えるよう、飛行精度の向上や、墜落する

持したり、新たにインフラ整備をするにはコストがかかってしまうため、ドローン活用がその解ようなことがあっても安全に降下するよう高い安全性を持った機体の開発が期待されています。

決策として期待されます。
また我が国では人が住んでいる離島が 400 程度 5）あり、これらの島々へモノの輸送、人の輸

イメージ動画とはなりますが、YouTube にて「Amazon の近未来的なドローン配達を始める」3）と検索するとでてくる動画のように、大きな母船で荷物の届け先まで向かい、最後に住宅ま送の新たな手段としての活躍が期待されます。
冒頭で紹介した経済産業省のホームページ動画のように、日常で使用する車が空飛ぶクルマ

で届ける際はドローンにて各軒先まで届けるということは、近い将来、良く目にするような光景と併用され、空飛ぶクルマは、ある高度が空飛ぶクルマ専用の空路となり一般人が簡単に航行かも知れません。

できることが想定されます。はじめは緊急性がある救急やレスキューなどの用途に適用がはじま

ドローンの自動飛行が実現に向け機体の開発が進められるのと平行してドローンを飛行させるかもしれません。

るための法整備やルール作りも行われております。今後は人口密集地区におけるドローンの目
視外自動飛行などを行うためには免許の取得が必要になります。ただ今のところ（2021 年 9 月
執筆時）
は 200g 以上のドローンを飛行させる際は、国土交通省への届け出および許可が必要という従来のルールどおりで、免許がなくても許可が下りれば飛行させることは可能です。

4. おわりに

今後、「空飛ぶクルマ」など映画や小説の世界で登場した技術がどんどん世の中で実現していく時代が来ています。ICT 技術のカンブリア紀ともいうべきこの時代に我々月島機械グループもこの波に乗れるようアンテナの感度をあげていきたいと思います。

参考文献

62 TSK 技報 2021 no.24

1）経済産業省ホームページ 「さあ、空を走ろう。
（イメージ動画）」

3）
YouTube「Amazon の近未来的なドローン配達を始める」（https://www.youtube.com/watch?v=ccwlBCwOUf4）（https://www.meti.go.jp/policy/mono̲info̲service/mono/robot/airmobility.html）

4）経済産業省ホームページ（https://www.meti.go.jp/press/2018/12/20181220007/20181220007̲01.pdf）

2）官邸ホームページ（https://www.kantei.go.jp/jp/singi/kogatamujinki/pdf/siryou7.pdf）

5）国土交通省ホームページ 第 17 回国土審議会離島振興対策分科会配布資料（https://www.kantei.go.jp/jp/singi/kogatamujinki/pdf/siryou8.pdf）（https://www.mlit.go.jp/policy/shingikai/kokudoseisaku11̲sg̲000050.html）

TSK 技報 2021 no.24 63‫׷‬ଔ‫ۆ‬थಭٓ

分離

産業事業本部 単体機器技術部 設計第一グループ

阿部 研

1990 年代になると、下水処理用としてデカンタ型遠心分離機を造品と競合するようになってきました。従来の設計・調達・製造の製造・販売してきました。こちらは連続式遠心沈降に分類される装枠組みにとらわれない製造コスト削減が遠心分離機には求められ置です。デカンタは、遠心力を発生させるために高速回転する横始めました。

型のボウル 中にスクリューコンベアが組み込まれている遠心分離

現在、下水用デカンタは世界各地に製造拠点を有するアンドリッ機です。ボウルとスクリューコンベアに回転差をつけることで、ボツ社と提携し、低動力型デカンタを納入しています。国内顧客の「分離」は、晶析やろ過、乾燥などの単位操作のひとつで、「遠心遠心ろ過装置に分類されます。砂糖結晶を高速回転場で破砕させウル 内壁に遠心沈降した脱水ケーキを排出します。図 5 にデカン

更なる低含水率化 ニーズを満たす機内 2 液注入構造や、耐摩耗性分離」のことを当社では分離と略して使っています。「遠心分離」とないために、回転数をさげてスクレーパ 装置で掻き取り排出する

タの構造図を示します。下水汚泥特有の臭気対策がろ布を用いるに優れた構造にカスタマイズしています。また、海外向け砂糖用は、重力の数百・数千倍の遠心力場において固液分離を行う操作機構を有することと、どろどろした白下から糖液と結晶を分離する

ろ過機と比較し容易であることや、ろ材を使用しない分離機構であ吊下分離機では、中国での本体製造を 2013 年から開始しました。

で、遠心沈降と遠心ろ過のふたつに大別されます。遠心沈降はス

ために十分な脱液時間を取れることがこの工程に吊下分離機が適るため、ろ材目詰まりによる性能低下を起こさず、また、スラリ性

ケーシングをコーン型から4 本柱型型に変更するなど、コストダ

ラリ中の固液の比重差で分離する操作です。円筒の中にスラリを用されている理由です。図２に回分式の運転サイクルを示します。

状変動によってケーキ含水率が変化してしまった場合においても、

ウン設計も実施してきています。

入れて円筒を回転させると、遠心力によって比重の大きい固体は

現在も省電力化やコンタミ防止などを目的とした、さまざまな改良

スクリューコンベアの回転数を自動可変制御させることによって円筒の内壁にへばりつき、比重の小さい液体は円筒の内側に清澄を加えた吊下分離機を国内外に販売しています。

滞留時間を変化させ、所定の含水率へアジャストすることが可能でこれまで説明いたしました、各々の遠心分離機の特徴を表 1 に示化した状態で分離されます。一方、遠心ろ過は、ろ布・スクリーンす。1997 年には当時の下水処理用としては世界最大級の 80m /します。遠心分離機は、高速で回転する機械であるため、設計不具等のろ材を介して分離する操作です。スラリに含まれる液体が抜け

日本の高度成長期には、さまざまな化学プロセス向け遠心分離

h 処理機を製造・販売しました。昨今の働き方改革下では考えられ合や製作精度が悪い部品が故障に直結してしまう、ある意味危険る穴（ろ材）を円筒にあけて回転させると、液体が穴から排出され機として、1952 年にスイスのエッシャ―・ウイス社（現 Ferrum

ませんが、設計部門も製造部門も徹夜続きで取り組んでいました。

な機械です。このため、製品寿命を迎えるまで安心して使える遠心て脱水されます。これらのような回転容器を有し遠心分離を行う装社）と技術提携した押出型遠心分離機（図 3）を多数製造・販売して3分離機を提供できるメーカは顧客からも選別され、限られています。

置を総じて「遠心分離機」と呼びます。固液ではありませんが家庭きました。この分離機は連続式遠心ろ過に分類されます。バスケッ

2000 年代に入ると、下水用脱水機は高分子凝集剤の進化とと

月島機械グループの創業当時から現在に至るまで培われた設計・用のサイクロン式掃除機などは固気の遠心沈降の原理を利用してト内固形物を、バスケットを前後に往復運動させることで装置外へもに、スクリュープレス型ろ過機が主流になっていきました。遠心製造ノウハウを絶やさず進化させていくとともに、時代と共に変化います。また、家庭用の洗濯機は遠心ろ過の原理ですので、イメー排出する機構を有します。図 4 に構造図を示します。先の回分式と脱水機と比べて消費動力が少なく、製造コストや整備コスト安価する製品群や製造プラントに適合する遠心分離機を提供することジしていただけると思います。

比較し、加速、減速を繰り返さないため、電力消費量が少ないことであることが特徴です。

で、月島機械グループの発展に貢献していきたいと考えています。

や、スラリ供給と脱水固形物排出が連続で行われるために処理量
月島機械グループは、創業当時から製糖プロセスへ設備を提供

また、2010 年代には、海外向け砂糖用分離機は安価な中国製が大きい特長があります。また、連続式分離機には、バスケットがしてきており、遠心分離機の歴史は古く、1915 年に国産第一号の円筒ではなく円錐形のコニカル 型分離機もあります。円錐大径側

砂糖用遠心分離機を設計・製作・納入しています。製糖プロセスに固形物が自然に向かい、排出されますので、押出型遠心分離機

では、結晶缶で砂糖溶解液から結晶を晶出させてできた糖液と砂と比較して処理量がさらに大きく、構造がシンプ ルなため安価で糖結晶の混合物をつくります。これを白下またはマスキットと呼びあるというメリットがありますが、脱液時間やケーキ洗浄時間を確ます。この白下から砂糖結晶を取り出すときに、遠心分離機が使わ保しにくいデメリットもあります。高度な脱液性やケーキ洗浄性をれます。遠心分離機には、一定の高速回転数場へスラリを連続的求める製品に対しては、押出型遠心分離機の方が優位であり、脱に供給・分離し、脱水固形物やろ液を連続的に排出する連続式と、液前のスラリを濃縮して対応処理量を増加させることが可能とな供給→分離→排出を順番に繰り返し行う回分式があります。店舗

るプレシックナ装置を押出型分離機自体に搭載するなど、現在もで販売されているグラニュー糖などの精製糖はバッチ式遠心分離

進化した製品を提供しています。

機である吊下分離機（図 1）が適用されます。吊下分離機は回分式

図 4 押出型遠心分離機の構造図

図 5 デカンタ型遠心分離機の構造図

表 1 遠心分離機の機種別の特徴比較

図 1 吊下分離機

64 TSK 技報 2021 no.24

図 2 回分式遠心分離機の運転サイクル

図 3 押出型遠心分離機

TSK 技報 2021 no.24 65

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

640名（グループ2,761名）（2021年3月末現在）

売上高

単体：420億円 連結：905億円（2021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

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

福岡支店〒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

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〉
TSKハノイ駐在員事務所
Tsukishima Kikai Co.,Ltd. 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

TSKジャカルタ駐在員事務所
Tsukishima Kikai Co.,Ltd. Jakarta Representative Oﬃce
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Jakarta 12920, Indonesia
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TSKヨーロッパ駐在員事務所
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東京
（本社）
名古屋
沖縄
広島

TSKムンバイ駐在員事務所
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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
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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）〒104-0053 東京都中央区晴海3-5-1
（月島機械
（株）
ビル内）
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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.03-3533-4824 FAX.03-3536-0968

大同ケミカルエンジニアリング（株）〒530-0053 大阪府大阪市北区末広町3-3（大同パークサイドビル）
TEL.06-6312-6621 FAX.06-6312-6626
三進工業
（株）

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

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）尾張ウォーター＆エナジー（株）66 TSK 技報 2021 no.24〒253-0106 神奈川県高座郡寒川町宮山4058-6他（寒川浄水場内）
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TSKエンジニアリング台湾（株）
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冊子での配布のみとなっていたTSK技報が、ホームページからも閲覧できるようになりました。過去に発行しましたTSK技報もご覧いただけます。
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
昨年からのコロナ禍により、社会に大きな変化が起こり、ニューノーマルと呼ばれる新しい常態がいくつか生まれ、情報のWEB化もさらに進みました。
遅ればせながら月島機械が発行しているTSK技報がホームページから閲覧していただけるようにWEB化しました。在宅勤務などの新しい働き方において広く活用していただけるとともに、より多くの方々に月島機械グルー
プの技術情報をお届けします。わたしたちは絶え間なく変化していく社会に
すばやく対応できる技術革新をこれからも目指していきます。
吉村 知規

TSK技報 NO.24 2021
発行日：2021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
副 責 任 者：吉村 知規
編 集 委 員 長：横幕 宏幸
副編集委員長：吉村 知規
山本 真一
編 集 委 員：新川 正人
長谷川 雄一
上田 厚志
栗田 新平
河岸 正泰
今井 淳一
越智 崇
倭 常郎

小林 俊樹
左淳
津崎 裕也
鈴木 健治
駒場 真由美

本間 友基
谷口 智彦
石井 究
荒井 健
内山 信江
20121320A

TSK 技報 2021 no.24 67