バンドギャップについて / 汚泥乾燥機, スラリー乾燥機, ヒートポンプ汚泥乾燥機
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。
■ バンドギャップとは |
エネルギー帯の価電子帯と 伝導帯のエネルギーの差をバンドギャップと言います。電気の流れやすさはこのバンドギャップの大きさに影響します。
価電子帯とは原子の周りを回っている内側の軌道の電子が持つエネルギー帯を言い、一方外側の軌道の電子が持つエネルギー帯を伝導帯と言います。電気の流れは電子が移動することに発生しますので、価電子帯と伝導帯との間のバンドギャップがその電子の移動に影響を与えます。
又、電気抵抗率は、物質のバンドギャップの影響を受けこのバンドギャップが大きい程、電気抵抗率は大きくなり物質の絶縁性が高くなります。
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引力で回転しています。この引力は電子と陽子の距離が近いほど強く、距離が遠いほど弱くなります。
原子核からの引力が弱いと、原子核から離れやすく電子は不安定です。又、最外殻にある電子、価電子は最も持つエネルギーが高く他の原子との結合がしやすい状態にあります。一方、内側の電子殻にある電子は、価電子に比べてエネルギーが低く電子核からの引力も強いため、安定しており内側に存在しています。
良導体(通常の金属)、半導体、絶縁体におけるバンドギャップ(禁制帯幅)の模式図。ある種の半導体では比較的容易に電子が伝導帯へと遷移することで電気伝導性を持つ伝導電子が生じる。金属ではエネルギーバンド内に空き準位があり、価電子がすぐ上の空き準位に移って伝導電子となるため、常に電気伝導性を示す。 |
画像出典:Wiki バンドギャップ
バンドギャップ(Band gap、禁止帯、禁制帯)とは、広義の意味は、結晶のバンド構造において電子が存在できない領域全般を指す。ただし半導体、絶縁体の分野においては、バンド構造における電子に占有された最も高いエネルギーバンド(価電子帯)の頂上から、最も低い空のバンド(伝導帯)の底までの間のエネルギー準位(およびそのエネルギーの差)を指す。
出典:Wiki バンドギャップ
■ 導体のバンドギャップ |
金属などの導体はハンドギャップがほぼありません。そのため小さなエネルギーで電子が移動でき、電気は流れやすい状態にあります。
■ 絶縁体のバンドギャップ |
絶縁体はバンドギャップが大きいため、電子が移動するためには大きなエネルギーが必要になり電気が流れにくい状態にあります。
■ 半導体のバンドギャップ |
半導体はどうかというと、ハンドギャップが小さい状態です。そのため熱や電圧をかけ電子にエネルギーを与えることで電子は移動しやすくなり電気が流れやすくなります。
半導体のバンド構造の模式図。Eは電子の持つエネルギー、kは波数。Egがバンドギャップ。半導体(や絶縁体)では、絶対零度で電子が入っている一番上のエネルギーバンドが電子で満たされており(充満帯)、その上に禁制帯を隔てて空帯がある(伝導帯)。 |
出典:Wiki バンドギャップ
■ 電子殻とは |
電子は原子核の周りに層に分かれて存在しており、原子核を取り巻く電子軌道の集まりを電子殻と呼びます。その電子殻は原子核に近い方から、K殻、L殻、M殻、N殻、O殻と呼ばれ、それぞれの殻に収容される電子の最大数が決まっています。K殻は2個、L殻は8個、M殻では18個で、一般にn番目の殻には2n2個の電子が収容されます。
原子は安定化するために、最外殻の価電子が1~3個の原子は価電子を放出し陽イオンに、最外殻の価電子が6、7個の原子は価電子を取り込み陰イオンになります。
■ 自由電子とは |
自由電子とは、物質内で原子間結合に束縛されず自由に動き回れる電子を指します。
金属内の電子は外殻電子が特定の原子から移動したり、対をつくることがなく、原子核の間に電子が漂っているように分布しています。自由電子は、原子核からの引力が弱く外部から何らかのエネルギーを受け取ると原子の外へ飛び出してしまいます。電場、磁場の力により自由電子は動き回ります。
この自由電子の存在が、電気や熱の高い伝導性の要因の一つとなっているため、伝導電子とも呼ばれます。温度が高いと電気が流れやすくなるのはこの自由電子の動きが活発になるためです。他、金属の独特の光沢についても自由電子の働きによるものです。この自由電子は金属以外にも存在します。電気とはこの自由電子の動きのことであり、電流とは自由電子の流れの事です。
■ 電気とは |
電気とは電荷の移動や相互作用によって発生するさまざまな物理現象を指します。自由電子が動くことも電気です。又、電荷を電気と呼ぶ場合もあります。
■ 電気抵抗率について |
電気抵抗率とはどれだけ電気を通しにくいかを表す値です。抵抗率、比抵抗とも呼ばれます。単位はオームメートル(Ω・m)で示されます。
電気抵抗率の計算式は下記です。
電気抵抗率の計算式 |
ρ=RA / ℓ (RA÷ℓ) |
ρ:電気抵抗率、R:電気抵抗、A:導体の断面積、ℓ:導体の長さ |
■ 導体について |
電気及び熱をよく通す物質を導体と言います。電気伝導率の大きな物質で、伝導体、良導体とも言います。電気伝導率の大きな物質ほど熱伝導率も大きく、同一温度ではその比が一定です。
電気の流れやすさは自由電子の数に関係し、自由電子の数が多いほど電気は通りやすく、自由電子の数が少ないほど、電気を通しにくいと言えます。電場をかけると自由電子は移動しますが、自由電子の数が多ければ多いほど移動する量は多くなり、ある面を単位時間に通過する量である電流の値は大きくなります。導体には、金属、炭素、イオン溶液等があります。
■ 絶縁体について |
電気をあまり通さない物質を絶縁体あるいは不導体と言います。電気伝導率の小さな物質で、導体に対する用語です。絶縁体は、共有結合の物質等で電子が束縛されており自由電子が殆どありません。電場をかけても自由電子が発生する量は少なく、かなり高い電場(電圧)をかけることにより自由電子は移動し放電が起きます。
絶縁体にはガラス、ゴム、プラスチック、木、油等があります。
■ 半導体とは |
半導体とは、導体と絶縁体(不導体)の中間の性質を持ち、ある条件のときだけ電気を通す物質で、温度変化、光、不純物の添加等により、電気抵抗率を制御することができます。この半導体の特性を利用し作られたものに、電気信号の増幅、スイッチングができるトランジスタや、一方向のみ電流を流すダイオード等の電子部品、半導体素子があります。
電気抵抗率は、物質のバンドギャップ(エネルギーギャップ)により決まるのですが、半導体はこのハンドキャップを温度変化、光、不純物の添加等で制御ができます。
半導体は、本来シリコンなどの物質を指しますが、半導体を用いた電子部品、集積IC、LSIなども現在では半導体と呼ばれています。他、半導体にはマイナスの電荷の n型 とプラス電荷の p型 の2種類があります。
■ セルフクリーニング Steam Heated Twin Screw technology (SHTS technology) |
乾燥装置 KENKI DRYER の国際特許技術の一つが Steam Heated Twin Screw technology (SHTS technology)でセルフクリーニング機構です。この機構によりどこもできないどんなに付着、粘着、固着する乾燥対象https://kenkidryer.jp/products/patents/物でも独自の構造で機械内部に詰まることなく乾燥できます。
例えば乾燥対象物が羽根に付着したとしても、その付着物を乾燥機内の左右の羽根が強制的に剥がしながら回転します。どんなに付着、粘着、固着性がある乾燥物でも左右の羽根が剥がしながら回転するため羽根に付着することなく、そして停止することなく羽根は常に回転し続け、剥がし、撹拌、加熱乾燥を繰り返しながら搬送されます。又、常に羽根の表面は更新され綺麗なため羽根よりの熱は遮るものなく乾燥物にいつも直接伝えることができます。どこも乾燥ができない付着、粘着性が強い物あるいは原料スラリー等の液体状に近い状態で投入したとしてもこのテクノロジーで全く問題なく確実に乾燥ができます。このSHTSテクノロジーは約7年以上を経て完成させており国内はもとより海外でも特許を取得、出願しております。
日本、米国、台湾、フランス、ドイツ、イギリス、スイス、カナダ特許取得済。
■ 乾燥機構 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。
日本、米国、台湾、フランス、ドイツ、イギリス、スイス、カナダ特許取得済。
■ 熱源 飽和蒸気 |
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0.7MpaG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。
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。
■ ヒートポンプの工程 |
■ ヒートポンプ自己熱再生乾燥機 KENKI DRYER について |
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。
どこもできない付着物、粘着物及び液体状の乾燥に是非KENKI DRYER をご検討下さい。 |
国際特許技術の簡単な構造でイニシャル、ランニング、メンテナンスコストが安価です。 |
汚泥乾燥では乾燥機械代金を産廃費削減約2、3年での償却を目指しています。 |
原料スラリー乾燥では箱型棚段乾燥の置き換えで人手がいらず乾燥の労力が大幅に減ります。 |
有機廃棄物乾燥では燃料、肥料、土壌改良剤、飼料等へ再資源化リサイクル利用ができます。 |
熱分解装置 Biogreen 火気を一切使用しない国際特許技術の熱分解装置 | https://biogreen-jp.com |
会社サイト もう悩みません。コンベヤ、産業環境機械機器 | https://kenki-corporation.jp |