JP6962695B2 - ペレット製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、固形燃料として使用されるペレットを木質材料等のバイオマス材料から製造するペレット製造装置に関する。

従来より、例えば、木質材料等から製造されるペレットは、低カロリーで、且つ、耐水性が劣るために保管がし難いという欠点があった。これを高カロリーで、且つ、耐水性が優れて保管がし易くなるペレットに改質するために、近年では、ペレットの製造時において低温炭化処理を行ってペレットを半炭化状態にすることに注目がなされている。

この半炭化状態のペレットの製造は、原材料を予め炭化炉等で半炭化させた後、半炭化させた材料を粉砕圧縮して半炭化状態のペレットにするか、或いは、原材料を粉砕圧縮してペレットを製造した後、当該ペレットを炭化炉等で半炭化状態にするのが一般的であった。しかし、前者は、原材料を予め半炭化させる際に当該原材料に含まれるリグニンが大きく減少してしまうため、粉砕圧縮する際に半炭化させた材料が塊状のペレットになり難い。したがって、塊状にするためにバインダーを添加する必要が発生するので、材料コストが嵩んでしまうという問題があった。一方、後者は、ペレットを半炭化させる際にペレットの内部に熱を起因とした空隙が発生するので、ペレットの嵩密度が下がって輸送効率が悪くなるという問題があった。さらに、両者共に粉砕圧縮工程と半炭化工程との２つの工程が必要であるために設備コストが嵩むとともに設備を設置するための広いスペースが必要になるという問題もあった。

これらに対応するために、例えば、材料を粉砕圧縮しながら加熱できる特許文献１の如きペレット製造装置を利用して粉砕圧縮作業と半炭化作業とを同時に行ってペレットを製造することが考えられる。特許文献１のペレット製造装置は、内部空間を有するボックスを備え、該ボックスの上部には、原材料を投入する投入口が形成される一方、ボックスの下部には、製造されたペレットを排出する排出口が形成されている。ボックス内部には、内部空間を上下に仕切るダイスが設けられ、該ダイスには、上下に貫通する多数の貫通孔からなる孔群が平面視で環状に延びるように形成されている。ダイスの上側には、孔群に沿って転動する押込ローラが設けられる一方、ダイスの下側には、当該ダイスを加熱するヒータが配設されている。そして、ヒータでダイスを加熱し、且つ、ボックスの投入口から投入された原材料を押込ローラがダイスとの間で粉砕するとともに各貫通孔に押し込んで当該各貫通孔を通過させながら圧縮させることでペレットを得るようになっている。

特開２００４−２３７５３４号公報

しかし、特許文献１のヒータは、その発熱部がダイスの外周縁部に沿うように環状に取り付けられていて、各貫通孔におけるダイスの中心側と外周側とにおいて当該ダイスの加熱温度が等しくならず、各貫通孔を通過して製造される各ペレットの半炭化状態にばらつきが発生してしまうおそれがある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製造した各ペレットの半炭化状態にばらつきが発生し難くなり、しかも製造したペレットの輸送効率が高くなるとともに設置スペースを狭くできる低コストなペレット製造装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、ダイスを加熱する加熱手段の配置に工夫を凝らしたことを特徴とする。

具体的には、バイオマス材料を粉砕圧縮してペレットにするペレット製造装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、この発明では、内部空間を有し、上記バイオマス材料を投入する投入口が上部に、製造された上記ペレットを排出する排出口が下部にそれぞれ形成されたボックスと、上記内部空間を上下に仕切るように設けられ、上下に貫通する多数の貫通孔からなる孔群が所定の方向に延びるように形成されたダイスと、該ダイスの上側に配設され、上記孔群の上を転動することにより、上記投入口から投入されたバイオマス材料を上記ダイスとの間で粉砕するとともに上記各貫通孔に押し込んで当該各貫通孔を通過させながら圧縮して上記ペレットにする押込ローラとを備え、上記ダイスにおける上記孔群の両側には、上記各貫通孔を通過する上記バイオマス材料が半炭化用温度となるように上記ダイスを加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする。

この発明ではまた、上記各貫通孔は、上端開口が下端開口よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする。

この発明ではまた、上記内部空間における上記ダイスの下方には、上記孔群に対応する領域の雰囲気を他の領域の雰囲気よりも高温にする補助加熱手段が配設されていることを特徴とする。

この発明ではまた、上記内部空間における上記ダイスの下方には、上記孔群に対応する領域の雰囲気を他の領域の雰囲気よりも低酸素状態にする低酸素化手段が配設されていることを特徴とする。

この発明では、ダイスにおける孔群の一側方の領域と他側方の領域とを加熱するので、ダイスにおける孔群の一側方の領域の温度と他側方の領域の温度とが等しくなる。したがって、孔群の各貫通孔を通過するバイオマス材料の温度を偏り無く半炭化用温度にすることができ、製造後の各ペレットの半炭化状態をばらつかせないようにできる。また、バイオマス材料の粉砕圧縮作業と半炭化作業とを同時に行うので、ペレット製造時にバインダーを添加したり、或いは、ペレット内部に空隙を発生させることが無く、材料コストを抑えることができるとともにペレットの輸送効率を高めることができる。さらには、粉砕圧縮作業の工程と半炭化作業の工程とを１つにできるので、設備コストを抑えることができるとともに設備の設置スペースを狭くすることができる。

この発明ではまた、貫通孔を通過するバイオマス材料にかかる抵抗が大きくなり、バイオマス材料が貫通孔を通過し難くなる。したがって、貫通孔を通過するバイオマス材料が十分に時間をかけて圧縮されるとともに加熱されるようになり、ペレットの半炭化を確実に行うことができる。

この発明ではまた、もし仮に、各貫通孔通過後におけるペレットの全ての部分において半炭化がなされなかった場合であっても、各貫通孔通過後のペレットがさらに加熱されるので、ペレット全体の半炭化を確実に行うことができる。

この発明ではまた、ダイスの各貫通孔を通過して製造されたペレットが燃焼し難くなるので、ダイスの各貫通孔を通過した後のペレットの半炭化状態を適度な状態に維持させておくことができる。

本発明の実施形態に係るペレット製造装置の概略断面図である。 図１のII部拡大図である。 図１のIII−III線における断面図である。 木質材料における一般的な乾留曲線を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１は、本発明の実施形態に係るペレット製造装置１を示す。該ペレット製造装置１は、木質材料Ｘ１（バイオマス材料）から半炭化状態のペレット１０を製造するものであり、フロアに設置された金属製のベースフレーム２と、該ベースフレーム２の上部に固定された金属製のボックス３とを備えている。

該ボックス３は、筒中心線が上下方向に向く略円筒状の側壁３１と、該側壁３１の下部から斜め下方に向かって延びる略角筒状の排出管３２とを備え、これら側壁３１及び排出管３２に囲まれた内側に内部空間Ｓ１が形成されている。

上記側壁３１の上端は、上記内部空間Ｓ１に連通するように上方に向かって開口しており、当該開口が上記内部空間Ｓ１に木質材料Ｘ１を投入する際の投入口３１ａになっている。

一方、上記排出管３２の下端は、製造された上記ペレット１０を排出する排出口３２ａとなっている。

側壁３１の内周面における上下方向略中途部には、筒中心線周りに環状に延びる断面Ｌ字状の環状取付部３１ｂが形成され、環状取付部３１ｂの底面には、当該環状取付部３１ｂに沿って延びる第１環状凹条溝３１ｃが形成されている。

上記環状取付部３１ｂには、略円盤形状をなす金属製ダイス４が取り付けられ、該ダイス４は、ボックス３の内部空間Ｓ１を上下に仕切っている。

ダイス４の中央には、上下に貫通する回転支持孔４ａが形成され、ダイス４の外周縁部と側壁３１の内周面との間には、フェルト状の第１断熱材Ｗ１が敷き詰められている。

また、ダイス４下面の外周側には、第２環状凹条溝４ｂが形成される一方、ダイス４下面の内周側には、第３環状凹条溝４ｃが形成され、第２環状凹条溝４ｂは、第１環状凹条溝３１ｃに対応する位置となっている。

さらに、ダイス４下面の第３環状凹条溝４ｃに対応する部分には、上方に開放する断面Ｕ字状をなす環状収容部材４０が取り付けられている。

そして、ダイス４における第２環状凹条溝４ｂと第３環状凹条溝４ｃとの間には、上下に貫通する多数の貫通孔４１からなる孔群４２が側壁３１の筒中心線周りに環状に延びるように形成されている。

各貫通孔４１は、図２に示すように、上端がダイス４の上面に開口し、且つ、横断面が同一に形成された第１通路部４１ａと、下端がダイス４の下面に開口し、且つ横断面が同一に形成された第２通路部４１ｂと、第１通路部４１ａの下端と第２通路部４１ｂの上端とを連続させる環状段差部４１ｃとで構成されている。

すなわち、第１通路部４１ａの上端開口は、第２通路部４１ｂの下端開口よりも大きくなるように設定されている。尚、第１通路部４１ａの上下方向の寸法は１０ｍｍ〜１３ｍｍと、第２通路部４１ｂの上下方向の寸法は２０ｍｍ〜３０ｍｍとなっている。

また、便宜上、図２における環状段差部４１ｃの幅は、誇張して記載している。

上記ダイス４の下部には、当該ダイス４を加熱可能なヒータ５（加熱手段）が取り付けられている。

該ヒータ５は、図３に示すように、ヒータ本体５ａと、該ヒータ本体５ａによって加熱調節がなされる発熱線（図示せず）が内蔵されたステンレス製の第１発熱管５ｂ及び第２発熱管５ｃとを備えている。

第１発熱管５ｂは、両端部以外を平面視で略環状となるように折り曲げて形成されている。第１発熱管５ｂは、図２に示すように、第１環状凹条溝３１ｃに敷き詰められたフェルト状の第２断熱材Ｗ２と第２環状凹条溝４ｂとの間に挟まれた状態になっていて、孔群４２の一側方（ダイス４の外周側）に位置している。

一方、第２発熱管５ｃは、第１発熱管５ｂと同様に両端部以外を平面視で略環状となるように折り曲げて形成されている。第２発熱管５ｃは、環状収容部材４０に敷き詰められたフェルト状の第３断熱材Ｗ３と第３環状凹条溝４ｃとの間に挟まれた状態になっていて、孔群４２の他側方（ダイス４の中心側）に位置している。

つまり、ダイス４における孔群４２は、第１発熱管５ｂと第２発熱管５ｃとによって囲まれた状態になっている。

ヒータ本体５ａは、ダイス４における孔群４２に対応する領域が半炭化用温度Ｔとなるように、第１発熱管５ｂ及び第２発熱管５ｃに内蔵された発熱線を発熱させるようになっている。

ところで、木質材料Ｘ１の半炭化とは、木質材料Ｘ１が炭化物にまで到らない状態のことを指しており、図４に示すように、一般的な木質材料Ｘ１の乾留曲線においてＳ字状に変化する部分の前後から得られるものと考えられている。したがって、本発明のペレット製造装置１では、半炭化用温度Ｔをおよそ２５０〜３５０℃に設定して半炭化状態のペレット１０を製造するようにしているが、乾留曲線が変わる他の材質のペレットを半炭化状態となるように製造する際には、その乾留曲線に応じた半炭化用温度を設定すればよい。

上記内部空間Ｓ１には、側面視で略Ｔ字状をなす回転加工体６が配設されている。

該回転加工体６は、上下に延びる回転軸心Ｃ１周りに回転可能な回転軸６ａと、該回転軸６ａと直交する方向に延びる回転軸心Ｃ２周りに回転可能な一対の押込ローラ６ｂとを備えている。

回転軸６ａは、ダイス４の回転支持孔４ａに嵌挿されている。

一方、両押込ローラ６ｂは、上記内部空間Ｓ１におけるダイス４の上方で、且つ、回転軸６ａの両側に設けられ、当該回転軸６ａに軸支されている。

各押込ローラ６ｂは、ダイス４の孔群４２に対応した位置となっていて、回転軸６ａの回転動作に伴って孔群４２の上を転動するようになっている。

そして、両押込ローラ６ｂは、回転軸６ａの回転動作で孔群４２の上を転動することにより、ボックス３の投入口３１ａから投入された木質材料Ｘ１をダイス４との間で粉砕するとともに各貫通孔４１に押し込むようになっている。各貫通孔４１に押し込まれた木質材料Ｘ１は、各貫通孔４１を通過しながら圧縮されるとともに、ヒータ５によって半炭化用温度Ｔに加熱されたダイス４によって加熱されながら各貫通孔４１を通過することで炭化が進むようになっている。

上記内部空間Ｓ１におけるダイス４の下方には、回転軸６ａと直交する方向に延びる切断部材７が設けられている。

該切断部材７の一端は、回転軸６ａの外周面に固定されていて、当該回転軸６ａが回転すると、切断部材７は回転軸６ａ周りを回動するようになっている。

そして、各貫通孔４１を通過して製造された半炭化状態のペレット１０は、図１に示すように、回転軸６ａ周りを回動する切断部材７に接触することで所定の長さに折られて落下するようになっている。

また、回転軸６ａの下端には、当該回転軸６ａの外周面から外側方に円盤状に広がるガイド盤８が回転軸６ａと一体に回転するように取り付けられ、上記ガイド盤８の上面は、外側方に行くにつれて次第に下傾するテーパ状の傾斜面８ａとなっている。

ダイス４から落下する多数のペレット１０は、ガイド盤８の傾斜面８ａによって排出管３２に案内されるようになっている。

排出管３２における側壁３１側の上部内方には、噴霧状の加熱水蒸気を噴射可能な噴射ノズル９（補助加熱手段、低酸素化手段）が配設されている。

該噴射ノズル９は、内部空間Ｓ１におけるダイス４とガイド盤８との間の上記孔群４２に対応する領域Ｒ１に向かって加熱水蒸気を噴射するようになっていて、領域Ｒ１の雰囲気を他の領域の雰囲気よりも高温（例えば、半炭化用温度Ｔ）で、且つ、低酸素状態にすることにより、領域Ｒ１を通過する半炭化状態の各ペレット１０を低酸素状態で加熱するようになっている。

次に、ペレット製造装置１による半炭化状態のペレット１０の製造について詳述する。

まず、作業者は、ペレット製造装置１を稼働させて回転加工体６の回転軸６ａを回転させる。

次に、ボックス３の投入口３１ａから木質材料Ｘ１を投入する。すると、ダイス４の孔群４２の上を転動する各押込ローラ６ｂが木質材料Ｘ１を粉砕しながら各貫通孔４１に順次押し込んでいく。このとき、各貫通孔４１に押し込まれた木質材料Ｘ１は、ヒータ５によって半炭化用温度Ｔで加熱されながら各貫通孔４１を通過していく。

各貫通孔４１に押し込まれる木質材料Ｘ１は、各貫通孔４１を通過する際に木質材料Ｘ１に加わる抵抗によって圧縮される。このとき、各貫通孔４１は第２通路部４１ｂにおける開口よりも第１通路部４１ａにおける開口の方が大きく設定されているので、第１通路部４１ａと第２通路部４１ｂとの間に形成された環状段差部４１ｃにおいて木質材料Ｘ１に大きな抵抗がかかる。したがって、貫通孔４１を通過する木質材料Ｘ１が十分に時間をかけて圧縮されるとともに加熱されるようになり、ペレット１０の半炭化が確実に行われる。

各貫通孔４１を通過して製造されたペレット１０は、図２に示すように、第２通路部４１ｂの開口から飛び出す。すると、各第２通路部４１ｂの開口から飛び出したペレット１０は、回転軸６ａ周りに回動する切断部材７に接触して所定の長さで折れて領域Ｒ１に落下する。

領域Ｒ１に落下した各ペレット１０は、噴射ノズル９から噴射される加熱水蒸気によって低酸素状態において再加熱される。したがって、もし仮に、各貫通孔４１通過後におけるペレット１０の全ての部分において半炭化がなされなかった場合であっても、各貫通孔４１通過後のペレット１０がさらに加熱されるので、ペレット１０全体の半炭化を確実に行うことができる。また、加熱水蒸気によって領域Ｒ１は低酸素状態になっているので、ダイス４の各貫通孔４１を通過して製造されたペレット１０が燃焼し難くなり、ダイス４の各貫通孔４１を通過した後のペレット１０の半炭化状態を適度な状態に維持させておくことができる。

領域Ｒ１を落下する各ペレット１０は、ガイド盤８の傾斜面８ａに案内されながら排出管３２に向かって移動する。そして、排出管３２を通過した各ペレット１０は、排出口３２ａから排出される。

以上より、本発明の実施形態によると、第１発熱管５ｂと第２発熱管５ｃとが孔群４２の両側に位置するので、ヒータ５により加熱されたダイス４における孔群４２の一側方の領域の温度と他側方の領域の温度とが等しくなる。したがって、孔群４２の各貫通孔４１を通過する木質材料Ｘ１の温度を偏り無く半炭化用温度Ｔにすることができ、製造後の各ペレット１０の半炭化状態をばらつかせないようにできる。

また、木質材料Ｘ１の粉砕圧縮作業と半炭化作業とを同時に行うので、ペレット１０の製造時にバインダーを添加したり、或いは、ペレット１０の内部に空隙を発生させることが無く、材料コストを抑えることができるとともにペレット１０の輸送効率を高めることができる。

さらには、粉砕圧縮作業の工程と半炭化作業の工程とを１つにできるので、設備コストを抑えることができるとともに設備の設置スペースを狭くすることができる。

尚、本発明の実施形態では、ダイス４の孔群４２が平面視で環状に延びるように形成されており、押込ローラ６ｂが平面視で環状に転動する構成になっているが、これに限らず、ダイス４の孔群４２が水平方向に直線状に形成されており、押込ローラ６ｂが孔群４２の上を往復移動するような構成であってもよい。

また、本発明の実施形態では、２つの押込ローラ６ｂで各貫通孔４１に木質材料Ｘ１を押し込んでいるが、１つの押込ローラ６ｂで各貫通孔４１に木質材料Ｘ１を押し込む構成であってもよいし、３つ以上の押込ローラ６ｂで各貫通孔４１に木質材料Ｘ１を押し込む構成であってもよい。

また、領域Ｒ１の雰囲気を加熱水蒸気で加熱しているが、これに限らず、他の手段で領域Ｒ１の雰囲気を加熱するようにしてもよい。

また、本発明の実施形態では、領域Ｒ１の雰囲気を加熱水蒸気で低酸素状態にしているが、これに限らず、例えば、窒素等の気体を充満させることによって低酸素状態にしてもよい。

また、本発明の実施形態の各貫通孔４１は、第１通路部４１ａと第２通路部４１ｂとの間に環状段差部４１ｃが設けられた構造になっているが、これに限らず、例えば、内周面が上端開口から下端開口に行くにつれて次第に縮径するテーパ面となっているような構造であってもよい。

また、本発明の実施形態では、噴射ノズル９が加熱補助の役割と低酸素化の役割との両方を担っているが、加熱補助を行う構造と低酸素化を実現する構造とを別々に設けるようにしてもよい。

尚、本発明のペレット製造装置１は、木質材料Ｘ１からペレット１０を製造しているが、他のバイオマス材料からペレットを製造することもできる。

本発明は、例えば、固形燃料として使用されるペレットを木質材料等のバイオマス材料から製造するペレット製造装置に適している。

１ ペレット製造装置
３ ボックス
４ ダイス
５ ヒータ（加熱手段）
６ｂ 押込ローラ
９ 噴射ノズル（補助加熱手段、低酸素化手段）
１０ ペレット
３１ａ 投入口
３２ａ 排出口
４１ 貫通孔
４２ 孔群
Ｓ１ 内部空間
Ｘ１ 木質材料（バイオマス材料）

Claims (3)

1. バイオマス材料を粉砕圧縮してペレットにするペレット製造装置であって、
   内部空間を有し、上記バイオマス材料を投入する投入口が上部に、製造された上記ペレットを排出する排出口が下部にそれぞれ形成されたボックスと、
   上記内部空間を上下に仕切るように設けられ、上下に貫通する多数の貫通孔からなる孔群が所定の方向に延びるように形成されたダイスと、
   該ダイスの上側に配設され、上記孔群の上を転動することにより、上記投入口から投入されたバイオマス材料を上記ダイスとの間で粉砕するとともに上記各貫通孔に押し込んで当該各貫通孔を通過させながら圧縮して上記ペレットにする押込ローラとを備え、
   上記ダイスにおける上記孔群の両側には、上記各貫通孔を通過する上記バイオマス材料が半炭化用温度となるように上記ダイスを加熱する加熱手段が設けられ、
   上記内部空間における上記ダイスの下方には、上記孔群に対応する領域の雰囲気を他の領域の雰囲気よりも高温にする補助加熱手段が配設されていることを特徴とするペレット製造装置。
2. バイオマス材料を粉砕圧縮してペレットにするペレット製造装置であって、
   内部空間を有し、上記バイオマス材料を投入する投入口が上部に、製造された上記ペレットを排出する排出口が下部にそれぞれ形成されたボックスと、
   上記内部空間を上下に仕切るように設けられ、上下に貫通する多数の貫通孔からなる孔群が所定の方向に延びるように形成されたダイスと、
   該ダイスの上側に配設され、上記孔群の上を転動することにより、上記投入口から投入されたバイオマス材料を上記ダイスとの間で粉砕するとともに上記各貫通孔に押し込んで当該各貫通孔を通過させながら圧縮して上記ペレットにする押込ローラとを備え、
   上記ダイスにおける上記孔群の両側には、上記各貫通孔を通過する上記バイオマス材料が半炭化用温度となるように上記ダイスを加熱する加熱手段が設けられ、
   上記内部空間における上記ダイスの下方には、上記孔群に対応する領域の雰囲気を他の領域の雰囲気よりも低酸素状態にする低酸素化手段が配設されていることを特徴とするペレット製造装置。
3. 請求項１または２に記載のペレット製造装置において、
   上記各貫通孔は、上端開口が下端開口よりも大きくなるように設定されていることを特徴とするペレット製造装置。
   

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