原子と元素と分子について / 汚泥乾燥機, スラリー乾燥機, ヒートポンプ汚泥乾燥機

どこもできない付着物、粘着物が乾燥できる KENKI DRYER は、日本 2件、海外7ケ国 9件の特許を取得済み独自技術を持つ画期的な乾燥装置です。高含水率有機廃棄物乾燥機、汚泥乾燥機、スラリー乾燥機、メタン発酵消化液乾燥機及び廃棄物リサイクル乾燥機に是非 KENKI DRYER をご検討下さい。
日本、台湾、米国、フランス、ドイツ、イギリス、スイス、カナダ 8ケ国 11件特許取得済。

物質とは粒子の集合体です。原子はその物質を構成する粒子で、原子核と電子からできており、原子核の周りを電子が常に回転しています。原子核はプラスの電荷を持つ陽子と何ら電荷を持たない中性子でできた粒子です。電子はマイナスの電荷を持ち、原子核内の陽子と互いに引き合うことで回転しています。万有引力により月が地球の周りを互いに引き合って公転しているのと同じ仕組みです。

一方、元素とはこの原子の種類を指します。原子は個数としてとらえ、元素は種類としてとらえますので、原子は1個、2個・・・と数えますが、元素は1種類、2種類・・・と数えます。
例えば、炭素原子は安定した同位体（陽子数は同じだが中性子数が異なる）が2つ存在するため、原子はそれぞれ1個と区別しますが、どちらも炭素なので元素では炭素1種類となります。

分子とは非金属のいくつかの原子が結合し安定した形になった物質を指します。例えば、水H₂Oは水素原子2個と酸素原子1個の3個の原子からできた分子です。一方、元素としては水素と酸素の2種類と考えます。

他、分子内の原子同士をつなぎ合わせる結合を分子内結合、分子と別の分子とをつなぎ合わせる結合は分子間結合と呼ばれ、これらのつなぎ合わせる結合を化学結合と言います。
分子内結合には、イオン結合、共有結合及び金属結合などがあります。
分子間結合での分子間同士で働く力を分子間力と言い、イオン間相互作用、水素結合、双極子相互作用及びファンデルワールス力などがあります。

原子構造

画像出典：WIKIVERSITY Atomic structure

粒子（りゅうし、英: particle）は、比較的小さな物体の総称である。大きさの基準は対象によって異なり、また形状などの詳細はその対象によって様々である。特に細かいものを指す微粒子といった語もある。

出典：Wiki 粒子

原子は、正の電荷を帯びた原子核と、負の電荷を帯びた電子から構成されると考えられている。原子核はさらに陽子と電気的に中性な中性子から構成される（ただし¹Hと³Liは中性子を含まない）。陽子と中性子の個数の合計を質量数と呼ぶ。原子核の半径は原子の半径の約10万分の1（1 fm程度）と小さい。なお、一般的な原子の模式図は原子核の大きさを原子に対して数分の1程度に描いているが、これは実態とはかけ離れたデフォルメである。原子は硬い球体というよりも、むしろ真空の中に存在する点状の原子核と電子である。但し、電子はしばしば描かれる模式図のように特定の軌道を描いて原子核のまわりを回っているのではなく、原子核のまわりに確率的に分布しており、原子核を電子雲が包むイメージのほうがより現実に近い。

出典：Wiki 原子

原子核（げんしかく、英: atomic nucleus）は、単に核（かく、英: nucleus）ともいい、電子と共に原子を構成している。原子の中心に位置する核子の塊であり、正の電荷を帯びている。核子は、基本的には陽子と中性子から成っているが、通常の水素原子（軽水素）のみ、陽子1個だけである。陽子と中性子の個数、すなわち質量数によって原子核の種類（核種）が決まる。

出典：Wiki 原子核

陽子（ようし、羅: 蘭: 独: 仏: 英: proton）とは、原子核を構成する粒子のうち、正の電荷をもつ粒子である。英語名のままプロトンと呼ばれることも多い。陽子は電荷+1、スピン1/2のフェルミ粒子である。記号 p で表される。
陽子とともに中性子によって原子核は構成され、これらは核子と総称される。水素（軽水素、¹H）の原子核は、1個の陽子のみから構成される。電子が離れてイオン化した水素イオン（¹H⁺）は陽子そのものであるため、化学の領域では水素イオンをプロトンと呼ぶことが多い。

出典：Wiki 陽子

中性子（ちゅうせいし、羅: 蘭: 独: 仏: 英: neutron）とは、原子核を構成する粒子のうち、無電荷の粒子の事で、バリオンの1種である。原子核反応式などにおいては記号 n で表される。質量数は原子質量単位で約 1.00867 u、平均寿命は約15分でβ崩壊を起こし陽子となる。原子核は、陽子と中性子と言う2種類の粒子によって構成されている為、この2つを総称して核子と呼ぶ。

出典：Wiki 中性子

原子は、原子核と電子（核外電子）によって構成されている事が現在では分かっている。

古典論的には初め、1902年頃に原子は立方体状で電子はその8つの頂点に存在する、と言う立方体モデル（英語版）がギルバート・ルイスによって提唱されていたが、直後の1904年に正の電荷のスープの中に電子が散らばっていると言うブドウパンモデルがJ. J. トムソンによって提唱され、定着していた。しかし同年、電子は正電荷を帯びた原子核の周りを土星の環の様な形で回っている、と言う土星型原子モデルが長岡半太郎によって提唱され、更にこのモデルを参考に1911年、電子は原子核の周りを惑星の様に回っている、と言うラザフォードの原子模型をアーネスト・ラザフォードが提唱した為、このモデルが惑星型モデルとして定着した。しかし、これらの模型は様々な物理的矛盾を含んでいた為、その矛盾を解消すべく1913年に、電子は特定の量子条件や振動数条件を満たす電子軌道を回っている、と言うボーアの原子模型がニールス・ボーアによって提唱され、現在ではこのモデルが、電子は飛び飛びのエネルギー準位をもつ原子軌道を、通常は最も低いエネルギー準位の軌道から順に占有していく、と言う量子力学に基づいた原子模型へと発展し、用いられている。

出典：Wiki 電子

電荷（でんか、英語: electric charge）は、粒子や物体が帯びている電気の量であり、また電磁場から受ける作用の大きさを規定する物理量である。 荷電とも、また電気量とも呼ぶ。電荷の量は電荷量と言い、電荷量のことを単に「電荷」と呼んだり、電荷を持つ粒子のことを電荷と呼んだりすることもある。

出典：Wiki 電荷

同位体（どういたい、英: isotope；アイソトープ）とは、同一原子番号を持つものの中性子数（質量数 A – 原子番号 Z）が異なる核種の関係をいう。この場合、同位元素とも呼ばれる。歴史的な事情により核種の概念そのものとして用いられる場合も多い。
同位体は、放射能を持つ放射性同位体 (radioisotope) とそうではない安定同位体 (stable isotope) の2種類に分類される。

出典：Wiki 同位体

元素（げんそ、羅: elementum、英: element）は、古代から中世においては、万物（物質）の根源をなす不可欠な究極的要素^[を指しており、現代では、「原子」が《物質を構成する具体的要素》を指すのに対し「元素」は《性質を包括する抽象的概念》を示す用語となった^[2][3]。化学の分野では、化学物質を構成する基礎的な成分（要素）を指す概念を指し、これは特に「化学元素」と呼ばれる。

出典：Wiki 元素

分子（ぶんし、英: molecule）とは、2つ以上の原子から構成される電荷的に中性な物質を指す。厳密には、分子は少なくとも1つ以上の振動エネルギー準位を持つほどに充分に深いエネルギーポテンシャル表面のくぼみを共有する原子の集まりを指す。ほとんどの原子は、同種あるいは異なる原子と化学結合により結びついて分子を形成する。

出典：Wiki 分子

化学結合（かがくけつごう、英語: chemical bond）は、化学物質を構成する複数の原子を結びつけている結合である。化学結合は分子内にある原子同士をつなぎ合わせる分子内結合と分子と別の分子とをつなぎ合わせる分子間結合とに大別でき、分子間結合を作る力を分子間力という。なお、金属結晶は通常の意味での「分子」とは言い難いが、金属結晶を構成する結合（金属結合）を説明するバンド理論では、分子内結合における原子の数を無限大に飛ばした極限を取ることで、金属結合の概念を定式化している。

出典：Wiki 化学結合

分子間力（ぶんしかんりょく、英: intermolecular force）は、分子同士や高分子内の離れた部分の間に働く電磁気学的な力である。力の強い順に並べると、次のようになる。

• イオン間相互作用
• 水素結合
• 双極子相互作用
• ファンデルワールス力

これらの力はいずれも静電相互作用に基づく引力である。イオン間相互作用、水素結合、双極子相互作用は永続的な陽と陰との電気双極子により生じるが、ファンデルワールス力は電荷の誘導や量子力学的な揺らぎによって生じた一時的な電気双極子により生じる。永続的な電荷により引き起こされる引力や斥力は古典的なクーロンの法則で示されるように距離の逆二乗と電荷の量により決定づけられる。前3者の相互作用の違いはおもに関与する電荷量の違いであり、イオン間相互作用は、整数量の電荷が関与するため最も強い。水素結合は電荷の一部だけが関与するため、1ケタ弱い。双極子相互作用はさらに小さな電荷によるため、さらに1ケタ弱い。

非常におおざっぱに捉えると、力の大きさは以下のようになるだろう。

イオン間相互作用 1000
水素結合          100
双極子相互作用     10
ロンドン分散力      1
分子間の万有引力　 10-35(参考)

出典：Wiki 分子間力

KENKI DRYERの乾燥の熱源は飽和蒸気のみながら伝導伝熱と熱風併用で他にはない画期的な乾燥方式を取り入れ安全衛生面で優れ、安定した蒸気を熱源とするため乾燥後の乾燥物の品質は均一で安定しています。蒸気圧力は最大0.7Mpaまで使用可能で、乾燥条件により蒸気圧力の変更つまり乾燥温度の調整は簡単に行なえます。飽和蒸気は一般の工場では通常利用されており取り扱いに慣れた手軽な熱源だと言えます。バーナー、高温の熱風を利用する乾燥と比較すると、飽和蒸気はパイプ内を通し熱交換で間接乾燥させる熱源であることから、低温で燃える事はなく安全衛生面、ランニングコスト面で優れています。
飽和蒸気には特有の特徴があります。蒸気圧力の変更に伴い蒸気温度が変わるため、乾燥温度の調整が簡単に行なます。又、凝縮熱、潜熱を利用できるため温水、油等の顕熱利用と比較すると熱量が2~5倍で乾燥に最適な熱源と言えます。
飽和蒸気は乾燥後ドレンとなりますがそれは回収ができ蒸気発生装置ボイラーへの供給温水として利用すれば燃料費等のランニングコストは安価で済みます。

熱源 蒸気

KENKI DRYER 熱源蒸気とヒートポンプについて / 汚泥乾燥機, スラリー乾燥機, ヒートポンプ汚泥乾燥機

昨今、KENKI DRYER に求められる内容に二酸化炭素CO² の削減があります。ヒートポンプ自己熱再生乾燥機 KENKI DRYER であれば、二酸化炭素CO² が大量に削減ができる上、燃料費も大幅な削減が可能になるでしょう。
どこもできない付着物、粘着物が乾燥できる KENKI DRYER は、日本 2件、海外7ケ国 9件の特許を取得済み独自技術を持つ画期的な製品です。高含水率有機廃棄物乾燥機、汚泥乾燥機、スラリー乾燥機、メタン発酵消化液乾燥機及び廃棄物リサイクル乾燥機に是非 KENKI DRYER をご検討下さい。

蒸気（飽和蒸気）でのヒートポンプ自己熱再生乾燥機 KENKI DRYER とは、乾燥熱源である蒸気を利用した自己熱再生乾燥システムです。
蒸気ヒートポンプの工程は、KENKI DRYER で加熱乾燥に利用した蒸気を膨張弁での断熱膨張により圧力は低下し、蒸気内の水分は蒸発、気化し周辺の熱を吸収し蒸気温度は下降します。その蒸気を次の工程の熱交換器で熱移動することによりさらに蒸発、気化させ蒸気圧力を低下させます。十分に蒸発、気化が行われ圧力が下げられた蒸気は次の圧縮工程へ進みます。
圧縮工程の圧縮機で蒸気を断熱圧縮を行うことで、圧力は上昇しそれに伴い凝縮、液化し温度は上昇します。その蒸気の水分を除去した上で KENKI DRYER へ投入します。KENKI DRYER はその投入された蒸気を熱源として利用、加熱乾燥という熱移動を行うことで、蒸気はさらに十分に凝縮、液化され膨張弁へ進みます。この工程を繰り返します。

ヒートポンプ乾燥機

乾燥装置 KENKI DRYER の特徴ある独自の乾燥の機構も国際特許技術です。粉砕乾燥、撹拌乾燥、循環乾燥そして間接乾燥 と言った４つの乾燥機構が同時に乾燥対象物に対し加熱乾燥動作を絶え間なく繰り返し行われることにより乾燥対象物の内部まで十分に乾燥され乾燥後の製品の品質が一定です。乾燥対象物投入時から乾燥後排出まで乾燥対象物の乾燥が不十分になりやすい塊化を防ぎ、乾燥対象物の内部まで熱が十二分に行き渡るよう様々な工夫がなされており常に安定した加熱乾燥が行われています。
熱源が飽和蒸気のみの伝導伝熱式での乾燥方式でありながら、外気をなるべく取り入れない他にはない独自の機構で乾燥機内の温度は、外気温度に影響されず常に高温で一定に保たれています。それは外気を取り入れない特徴ある独自の乾燥機構で内部の空気をブロワ、ファンで吸い込み乾燥機内部の上部に設置されている熱交換器で加熱し、その加熱された空気熱風をせん断、撹拌を繰り返しながら加熱搬送されている乾燥対象物へ吹き付け当てています。わざわざ熱風を起こしそれを乾燥対象物へ吹き付け当てているのですが、外気を取り入れそれを加熱するのではなく乾燥機内部の高温の空気をさらに加熱しながら乾燥対象物へ当て乾燥を促進しています。洗濯物が風でよく乾くという乾燥機構を取り入れ熱風対象物に熱風を当てることによる熱風乾燥です。今内容により、KENKI DRYERは乾燥の熱源は飽和蒸気のみながら伝導伝熱と熱風対流伝熱併用での他にはない画期的な乾燥方式での乾燥機と言えます。

乾燥機構

国際特許