(57)【要約】【課題】繊維質の強いタケ類材料の含有量が多くても一体成形性が向上し、燃焼性などが改善された多孔質成形体、固形燃料を提供する。【解決手段】複数の回転歯２が所定間隔で幅方向に隣接して回転軸３に取り付けられ、回転軸の軸方向の中央部から回転方向の下流方向に行くにつれて回転軸３の両側部方向に向かって複数の回転歯２の刃先２ａが並んだ粉砕ユニット１を用い、前記回転軸３に対して斜め方向に形成された供給路４からタケ類を供給して粉砕し、タケ類の粉粒体を得る。タケ類の粉粒体を含むバイオマスの粉粒体とバインダーとの混合物を、筒状成形型の中空部に充填する工程と、充填物を加熱圧縮するとともに圧縮物の周面を加熱して焼き固める圧縮加熱工程と、成形型から成形体を取り出す取り出し工程とを経て、多孔質成形体を製造する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスの粉粒体とバインダーとを含み、圧縮成形された多孔質成形体であって、バイオマスの粉粒体がタケ類の粉粒体を含んでいる成形体。
【請求項２】
バイオマスの粉粒体とバインダーとを前者／後者＝９７／３〜８０／２０重量比の割合で含み、圧縮成形された多孔質成形体であって、前記粉粒体全体に対して、平均粒子径０．１〜２００μｍのタケ類の粉粒体を５０〜１００重量％の割合で含む請求項１記載の成形体。
【請求項３】
バインダーが植物由来のバインダーであり、見かけ密度が０．２〜０．９ｇ／ｃｍ３の成形体である請求項１又は２記載の成形体。
【請求項４】
タケ類の粉粒体の平均粒子径が５〜１２０μｍであり、長軸径／短軸径で表される平均アスペクト比が１〜３である請求項１〜３のいずれかに記載の成形体。
【請求項５】
柱状の形態を有し、少なくとも周面が焼き固められている請求項１〜４のいずれかに記載の成形体。
【請求項６】
バイオマスの粉粒体と植物由来のバインダーとを前者／後者＝９５／５〜８５／１５重量比の割合で含み、粉粒体全体に対して、平均粒子径２０〜１００μｍのタケ類の粉粒体を７５〜１００重量％の割合で含み、見かけ密度が０．３〜０．５ｇ／ｃｍ３の多角柱状又は円柱状の多孔質成形体である請求項１〜５のいずれかに記載の成形体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の成形体で構成された固体燃料。
【請求項８】
バイオマスの粉粒体とバインダーとを含む混合物を、圧縮成形し、多孔質成形体を製造する方法であって、前記粉粒体がタケ類の粉粒体を含む混合物を圧縮成形し、成形体を製造する方法。
【請求項９】
所定間隔をおいて隣接し、かつ回転可能な複数の回転歯に対してタケ類を供給して破砕又は粉砕し、タケ類の粉粒体を得る請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】
複数の回転歯が０．１〜２．５ｍｍの間隔で幅方向に隣接して回転軸に取り付けられ、回転軸の軸方向の中央部から回転方向の下流方向に行くにつれて回転軸の両側部方向に向かって複数の回転歯の刃先が並んだ粉砕ユニットを用い、前記回転軸に対して斜め方向からタケ類を供給して粉砕する請求項８又は９記載の製造方法。
【請求項１１】
筒状成形型の中空部に混合物を充填する工程と、充填物を加熱圧縮するとともに圧縮物の周面を加熱して焼き固める圧縮加熱工程と、成形型から成形体を取り出す取り出し工程とを含み、これらの工程を１サイクルとして繰り返し、成形体を連続的に製造する請求項８〜１０のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１２】
バイオマスを粉砕するための粉砕ユニットと、この粉砕ユニットからの粉粒体とバインダーとを混合するユニットと、この混合ユニットからの混合物を圧縮成形するための成形ユニットとを備えた装置であって、
前記粉砕ユニットが、複数の回転歯が所定間隔で幅方向に隣接して回転軸に取り付けられ、タケ類を粉砕するための粉砕ユニットを含んでおり、
前記成形ユニットが、筒状成形型に充填された混合物を圧縮して成形体を形成するための圧縮手段を備えている製造装置。
【請求項１３】
粉砕ユニットにおいて、回転軸の軸方向の中央部から回転方向の下流方向に行くにつれて回転軸の両側部方向に向かって複数の回転歯の刃先が並んでおり、
成形ユニットが、加熱手段を備えた筒状成形型と、この成形型の中空部の下部を閉じ可能なピストンが進退動可能な支持シリンダと、この支持シリンダで中空部の下部が閉じた状態で混合物を充填するための供給手段と、この供給手段により中空部に充填された混合物を圧縮して成形体を形成するためのピストンが進退動可能な圧縮シリンダとを備えている請求項１２記載の製造装置。
【請求項１４】
粉砕ユニットが、複数の円盤状回転歯の刃先が、回転軸の軸方向の中央部から回転方向の下流方向に行くにつれて回転軸の両側部方向に拡がってＵ字状又はＶ字状の形態で配列しており、回転軸に対して下流方向から斜め上方向に延び、かつタケ類を供給するための供給路を備えている請求項１２又は１３記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タケ類を主たるバイオマス成分とする粉砕物を含む成形体及び固形燃料と、それらの製造方法、及び成形体又は固形燃料を製造するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タケ類は、世界の広範な地域に存在し、成長力が著しいため、豊富なバイオマス資源として有用である。しかし、繊維質が強いため、タケ類の利用は限られている。
【０００３】
一方、木材などのバイオマス資源を有効に利用するため、バイオマスを粉砕して固形燃料とすることが提案されている。例えば、発電設備での燃料として環境負荷の少ないバイオマス粒子に関し、特開２００８−２１４５３１号公報（特許文献１）には、木質バイオマスの粗粒子（粒径２ｍｍ程度の粉砕粒子）を加熱乾燥し、乾燥した粗粒子に水を加え浸透させて機械的に粉砕し、必要によりフィルタを介して、粉砕した木質バイオマス粒子（粒径２００μ程度以下の微細粒子）を回収するバイオマス粒子の製造方法が記載され、フィルタを通過する木質バイオマス粒子を、重力によって落下して回収される一次粒子（粒径１００μｍ〜２００μｍ程度）と、吸引により分離回収される二次粒子（バグフィルタで回収される粒径数μｍ〜１００μｍ程度の粒子）とに分別することも記載されている。
【０００４】
特開２００８−２３９９４３号公報（特許文献２）には、草木質破砕物等の有機骨材と粘結材とを混合して可燃性の混合物を得る混合工程と、前記混合物に含まれる水成分を利用して練ることで成形性の生じた混練物を得る混練工程と、前記混練物に圧力を加えることで成形物を得る成形工程と、前記成形物を乾燥する乾燥工程とを有する固形燃料の製造方法が記載され、乾燥工程中において、前記成形物を破砕して乾燥することも記載されている。
【０００５】
ＷＯ ２００６／０７８０２３号公報（特許文献３）には、光合成に起因するバイオマス原料を粒子径３ｍｍ以下に粉砕し、粉砕したバイオマス原料を、必要により金属粒子、炭化物又は灰分を添加し、筒に充填した後、筒に加圧ピストンを装填し、バイオマス原料を加熱すると共に前記加圧ピストンにより加圧成形し、みかけ比重１．２〜１．３８の半炭化前或いは半炭化固形物を生成させ、生成した半炭化前或いは半炭化固形物を加圧維持しながら冷却して取り出して乾燥し、最高圧縮強度６０〜２００ＭＰａ及び発熱量１８〜２３ＭＪ／ｋｇのバイオマス固形物を製造することが記載されている。この文献には、前記バイオマスとして、木質類（木、枯葉など）、草本類（ケナフなど）、農作物類（籾殻など）、厨芥類（コーヒー粕、茶殻など）などが例示され、バイオマスが、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを主成分として構成され、リグニンなどに含まれるフェノール性高分子の熱硬化反応を利用してバイオコークスを得ることも記載されている。
【０００６】
特開２０１２−９２２７４号公報（特許文献４）には、木質系材料と、高い熱量のプラスチック（硬質プラスチックなど）とを含有し、木質系材料の含有量が６０〜８０質量以下であるバイオマス高含有固形燃料が記載されている。この文献には、原材料を粉砕する一次粉砕機及び二次粉砕機として、軸心方向に複数の破砕刃を備えた二本以上の破砕ロータが並列に設けられ、各破砕ロータが回転することで互いの破砕刃同士が相対的に接離しながら破砕する多軸式破砕装置、軸心方向に複数の破砕刃を備えた破砕ロータと、該破砕ロータの軸心に沿って配設された複数の第二破砕刃とを備えた一軸式破砕装が記載され、二次粉砕機の下流に１０ｍｍ以下の木質系粉砕物を通過するスクリーンを設けることも記載されている。なお、プラスチックは２０ｍｍ以下のスクリーンで篩にかけることも記載されている。
【０００７】
さらに、炭化物を成形した木炭も知られている。例えば、特開２００７−３３２２７４号公報（特許文献５）には、炭素質が８０％以上の炭化物粉末（針葉樹、オガ屑、籾殻などを炭化した粉末）に、澱粉と糖蜜を含む糖質水溶液をバインダーとして配合し、混練して押出し成形又は圧縮成形後、澱粉及び糖質類を炭化し、炭化したバインダー成分で木炭粉末間を架橋させて所定の硬度に創製する燃料用成形木炭を製造すること、さらに硬質に仕上げるため焼成することが記載されている。
【０００８】
これらの文献に記載の方法は、二次肥大成長するバイオマス（木類など）を破砕又は粉砕して燃料化するのに有用である。しかし、タケ類は繊維質であり、しかも長さ方向に延びた強く丈夫な繊維で構成されている。そのため、タケ類を破砕又は粉砕しても細長状の繊維の形態になりやすく、成形性が低下するとともに、燃料として有効に利用することが困難である。
【０００９】
特開２０００−２４６７０７号公報（特許文献６）には、木、タケ類その他の木質系材の原材の含水率を調整し、前記原材を高温下で加圧し、所定時間加圧した後、瞬間的に圧力を開放して前記木質系材中に水蒸気爆発を発生させ、木質系材における繊維結合を部分的または全体的に繊維に沿って解纜して爆裂細片を製造する方法が開示されている。また、爆裂細片は、接着剤などを用いて積層材や複合材、建造物の板材などに利用できることも記載されている。この方法では、スギ材やひき板を爆裂して、厚さ２ｍｍ、長さ３００ｍｍ程度の細紐状のストランド（爆裂細片）を得ている。
【００１０】
しかし、この方法で強い繊維質のタケ類を爆裂しても非繊維状の微細な粒状物に粉砕できない。また、繊維状又は細紐状のストランドが混在すると、タケ類の繊維が強靱で復元性が高いため、成形性を大きく損ない、固形成形体を得ることができない。そのため、成長力が著しく豊富なバイオマス資源としてのタケ類の有効利用が損なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２１４５３１号公報（特許請求の範囲、［００１５］［００１６］［００４３］）
【特許文献２】特開２００８−２３９９４３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】ＷＯ ２００６／０７８０２３号公報（特許請求の範囲、段落［００２１］〜［００２４］）
【特許文献４】特開２０１２−９２２７４号公報（特許請求の範囲、［００３５］〜［００３７］）
【特許文献５】特開２００７−３３２２７４号公報（特許請求の範囲）
【特許文献６】特開２０００−２４６７０７号公報（特許請求の範囲、発明の効果、実施例）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、繊維質の強いタケ類であっても有効に利用できるとともに、バイオマス粉粒体の含有量が多くても一体成形性が向上した固形成形体及び固形燃料、それらの製造方法並びに製造装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、微細化又は粉体化したタケ類の粉砕物を含み、燃焼性などが改善された成形体及び固形燃料、それらの製造方法並びに製造装置を提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、バイオマス資源、特に成長力が著しいタケ類を、軽量で一体性の高い成形体（又は固形燃料）に有効に再資源化できる方法並びに製造装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の別の目的は、繊維質の強いタケ類であっても微細化でき、バイオマス粉粒体の含有量が多くても成形体の一体性を向上できる成形体（又は固形燃料）の製造方法並びに製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者は、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、幅方向に隣接した複数の回転歯を回転させながらタケ類と接触させると、繊維質の強いタケ類であっても繊維状又はストランド状の細片を形成することなく有効に粉体化又は微細化できること、このようなタケ類の粉粒体を多量に含むバイオマス粉粒体を少量のバインダーと混合し、混合物を加熱圧縮すると、一体性の高い成形体が得られることを見いだし、本発明を完成した。
【００１７】
すなわち、本発明は、バイオマスの粉粒体とバインダーとを含み、圧縮成形された多孔質成形体に関し、バイオマスの粉粒体はタケ類の粉粒体を含んでいる。バイオマスの粉粒体とバインダーとの割合は、前者／後者＝９７／３〜８０／２０（例えば、９５／５〜８５／１５）重量比程度であってもよく、前記粉粒体全体に対するタケ類の粉粒体の割合は５０〜１００重量％（例えば、７５〜１００重量％）程度であってもよい。また、タケ類の粉粒体の平均粒子径は０．１〜２００μｍ（例えば、５〜１２０μｍ、特に２０〜１００μｍ）程度であってもよい。
【００１８】
タケ類の粉粒体は、非繊維状の形態、例えば、長軸径／短軸径で表される平均アスペクト比が１〜３程度であってもよい。また、バインダーは植物由来のバインダーであってもよい。
【００１９】
成形体は軽量であり、成形体の見かけ密度は０．２〜０．９ｇ／ｃｍ３（例えば、０．３〜０．５ｇ／ｃｍ３）程度であってもよい。成形体の形態は特に制限されず、例えば、柱状の形態であってもよい。例えば、多角柱、楕円柱及び円柱から選択された少なくとも１つの形態を有していてもよい。特に多角柱状又は円柱状の形態を有していてもよい。さらに、成形体は少なくとも周面が焼き固められていてもよい。
【００２０】
このような多孔質成形体は、軽量で着火性及び発熱量が大きく、固体燃料として有用である。
【００２１】
多孔質成形体は、バイオマスの粉粒体とバインダーとを含む混合物を、圧縮成形することにより製造できる。具体的には、前記粉粒体がタケ類の粉粒体を含む混合物を圧縮成形することにより、成形体を製造できる。
【００２２】
前記タケ類の粉粒体は、所定間隔をおいて隣接し、かつ回転可能な複数の回転歯に対してタケ類を供給して破砕又は粉砕することによる得ることができる。複数の回転歯が所定間隔（例えば、０．１〜２．５ｍｍの間隔）で幅方向に隣接して回転軸に取り付けられ、回転軸の軸方向の中央部（頂部）から回転方向の下流方向に行くにつれて回転軸の両側部方向に向かって複数の回転歯（円盤状回転歯）の刃先が並んだ（例えば、回転軸に対して平行ではなくＵ字状又はＶ字状の形態で並んだ）粉砕ユニットを用いて、タケ類を粉砕又は破砕してもよい。タケ類は、前記回転軸に対して斜め方向から供給して粉砕してもよい。なお、成形体は連続的に製造してもよく、例えば、筒状成形型の中空部に混合物を充填する工程と、充填物を加熱圧縮するとともに圧縮物の周面を加熱して焼き固める圧縮加熱工程と、成形型から成形体を取り出す取り出し工程とを含み、これらの工程を１サイクルとして繰り返し、成形体を連続的に製造してもよい。
【００２３】
本発明は、成形体の製造装置も包含する。この製造装置は、バイオマスを粉砕するための粉砕ユニットと、この粉砕ユニットからの粉粒体とバインダーとを混合するユニットと、この混合ユニットからの混合物を圧縮成形するための成形ユニットとを備えている。前記粉砕ユニットは、複数の回転歯が所定間隔で幅方向に隣接して回転軸に取り付けられ、タケ類を粉砕するための粉砕ユニットを含んでおり、前記粉砕ユニットは、回転軸の軸方向の中央部（頂部）から回転方向の下流方向に行くにつれて回転軸の両側部方向に向かって複数の回転歯（円盤状回転歯）の刃先が並んでいてもよく、回転歯の刃先の配列形態は、回転軸に対して平行ではなくＵ字状又はＶ字状の形態であってもよい。例えば、粉砕ユニットが、複数の円盤状回転歯の刃先が、回転軸の軸方向の中央部（頂部）から回転−方向の下流方向に行くにつれて回転軸の両側部方向に拡がってＵ字状又はＶ字状の形態で配列していてもよい。さらに、粉砕ユニットは、回転軸に対して下流方向から斜め上方向に延び、かつタケ類を供給するための供給路を備えていてもよい。前記成形ユニットは、筒状成形型に充填された混合物を圧縮して成形体を形成するための圧縮手段を備えている。前記成形ユニットは、加熱手段（ヒーターなど）を備えた筒状成形型と、この成形型の中空部の下部を閉じ可能なピストンが進退動可能な支持シリンダ（又は押出シリンダ）と、この支持シリンダで中空部の下部が閉じた状態で混合物を充填するための供給手段と、この供給手段により中空部に充填された混合物を圧縮して成形体を形成するためのピストンが進退動可能な圧縮シリンダとを備えていてもよい。
【００２４】
なお、本明細書において、「タケ類」とは、繊維質の強い草木類を包含し、タケ科に限らずイネ科の植物（草木類）を含む意味に用いる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、複数の回転歯を所定の形態で備えた粉砕ユニットを用いることにより、繊維質の強いタケ類であっても粉粒状に有効に微細化又は粉砕でき、豊富なバイオマス資源として有効に利用できる。また、繊維状又はストランド状細片の生成を防止しつつタケ類を粉粒状に粉砕できるため、バイオマス粉粒体の含有量が多くても一体成形性を向上できる。さらに、固形成形体が、微細化又は粉体化したタケ類の粉砕物を含むバイオマス粉粒体の含有量が多く、バインダー含有量の少ない多孔質体であるため、燃焼性、発熱量などを改善できる。そのため、バイオマス資源、特に成長力が著しいタケ類を、軽量で一体性の高い成形体（又は固形燃料）に有効に再資源化できる方法並びに製造装置を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明の粉砕ユニットの一例を示す概略側面図である。
【図２】図２は図１の粉砕ユニットを示す概略平面図である。
【図３】図３は図１の粉砕ユニットを示す概略斜視図である。
【図４】図４は本発明の成形ユニットの一例を示す概略正面図である。
【図５】図５は図４の成形ユニットを示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、必要により添付図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
【００２８】
［成形体及び固形燃料］
本発明の成形体は、少なくともタケ類の粉粒体を含むバイオマスの粉粒体と、バインダーとを含んでおり、圧縮成形により多孔質成形体を形成している。
【００２９】
タケ類には、タケ科植物、イネ科植物などが含まれ、通常、節と中空部とを有する場合が多い。タケ科植物は、タケ（竹）、ササ（笹）およびバンブーのいずれであってもよいが、通常、タケ（竹）およびバンブー、特にタケ（竹）である場合が多い。タケ類としては、例えば、マダケ類（マダケ、ハチク、ホテイチク、クロチクなど）、モウソウチク類（モウソウチク、キンメイモウソウチク、キッコウチク、ゴマタケ）、シノチク、ホウライチク、ナリヒラダケ、ネマガリダケ類（チシマザサ（ネマガリダケ）、ケンモンチク），トウチク、シホウチク、カンチク、ヤダケ、メダケ、シナチク、オカメササなどが例示できる。イネ科植物には、稲藁、麦藁、サトウキビ、ヨシなどが例示できる。タケ類は、これらのタケ類は単独で又は二種以上組合せて使用できる。好まし態様では、成長力が著しく豊富に存在するマダケ類（マダケなど）、モウソウチク類（モウソウチクなど）を用いる場合が多い。
【００３０】
タケ類は、未乾燥（生竹など）であってもよく乾燥してもよく、タケ類の水分量は、通常、１〜１０重量％（例えば、３〜１０重量％）、好ましくは５〜９重量％、さらに好ましくは６〜８重量％（例えば、７〜７．６重量％）程度であってもよい。
【００３１】
タケ類は強い繊維質であり、通常の粉砕法では、繊維状又は細長いストランド状の形態を有する粉砕又は破砕物が生成する。このような形態のタケ類は少量でも混入すると、高い反発力と強靱性を有するため、成形性及び成形体の強度を大きく低下させる。本発明では、タケ類を粉粒状に形態で使用する。
【００３２】
タケ類の粉粒体は、非繊維状の形態、例えば、長軸径／短軸径で表される平均アスペクト比が１〜５（例えば、１．２〜３．５）、好ましくは１〜３（例えば、１．５〜２．５）程度であってもよい。
【００３３】
タケ類の粉粒体の粒子径は、成形性を損なわない範囲であればよく、平均粒子径（メディアン径Ｄ５０）０．１〜２００μｍ（例えば、１〜１５０μｍ）、好ましくは５〜１２０μｍ（例えば、１０〜１００μｍ）、さらに好ましくは２０〜１００μｍ（例えば、２０〜８０μｍ）程度であってもよく、２５〜７５μｍ程度であってもよい。なお、メディアン径Ｄ２５は、例えば、０．１〜１００μｍ、好ましくは５〜７０μｍ、さらに好ましくは１５〜５０μｍ程度であってもよく、メディアン径Ｄ７０は、例えば、１０〜２５０μｍ、好ましくは３０〜２００μｍ、さらに好ましくは５０〜１５０μｍ程度であってもよい。さらに、最大粒子径は、例えば、１００〜５００μｍ、好ましくは２００〜４００μｍ程度であってもよい。なお、平均粒子径及び粒度分布は、例えば、レーザー回析式粒度分布測定装置を用いて測定できる。
【００３４】
前記バイオマスの粉粒体はタケ類の粉粒体単独で形成してもよく、タケ類の粉粒体は他のバイオマスの粉粒体と併用してもよい。他のバイオマスとしては、例えば、木質類（針葉樹、広葉樹などの樹木、廃材、チップ、小径木、枝条、オガ屑、間伐材、流木、枯葉など）、草本類（ケナフ、ヒマワリなど）、農作物類（ゴマ茎、芋づる、籾殻など）、厨芥類（コーヒー粕、茶殻など）などが例示できる。これらのバイオマスも単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらのバイオマスの粉粒体は、通常、前記タケ類の粉粒体と同様の平均粒子径及び粒度分布を有していてもよい。
【００３５】
バイオマスの粉粒体全体に対して、タケ類の粉粒体の割合は、例えば、５０〜１００重量％（例えば、６０〜１００重量％）、好ましくは７５〜１００重量％（例えば、８０〜１００重量％）程度であってもよい。
【００３６】
バインダーの種類は特に制限されず、合成樹脂（例えば、オレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂など）であってもよいが、植物由来のバインダー（天然由来のバインダー及び半合成樹脂バインダー）であるのが好ましい。天然由来のバインダーとしては、例えば、植物由来の成分（リグニン、ロジン、コーンスターチなどのデンプン類、糖類、糖アルコール類、ガム類などの多糖類など）、動物又は昆虫由来の成分（セラック、キチン、キトサン、コラーゲンなどのタンパク質など）、鉱物由来成分（ベントナイトなど）などが例示できる。半合成樹脂バインダーとしては、例えば、セルロースエーテル類、セルロースエステル類、加工デンプン類（アルファー化デンプン、エーテル化デンプンなど）などが例示できる。これらのバインダーは単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。バイオマス資源の再利用という観点からは、天然由来のバインダー（例えば、リグニンなどの植物由来のバインダー）を用いる場合が多い。
【００３７】
前記粉粒体とバインダーとの割合は、バイオマス資源の再利用という観点から、粉粒体の割合が多く、例えば、前者／後者（重量比）＝９７／３〜７０／３０程度の範囲から選択でき、通常、９７／３〜８０／２０（例えば、９５／５〜８２／１８）、好ましくは９５／５〜８５／１５（例えば、９３／７〜８７／１３）程度であってもよい。
【００３８】
前記粉粒体とバインダーとの混合物は、必要により、炭化物（木炭など）、灰分、金属酸化物（シリカ、水酸化マグネシウムなど）、ポリエチレングリコール、高級脂肪酸金属塩（ステアリン酸マグネシウムなど）、高級脂肪酸エステル（グリセリントリステアレートなど）などを含んでいてもよい。これらの成分の含有量は、例えば、成形体全体に対して０．１〜５重量％（例えば、０．５〜３重量％）程度であってもよい。このような成分は成形体の圧縮成形性を改善する場合がある。
【００３９】
本発明の成形体の形態は特に制限されず、球体、楕円体、多角体（六面体など）などであってもよく、通常、柱状の形態を有している場合が多い。例えば、成形体は、多角柱状（四角柱状、六角柱状など）、楕円柱状及び円柱状から選択された少なくとも１つの形態を有している場合が多い。本発明の成形体は、円柱状の多孔質成形体である場合が多い。
【００４０】
さらに、成形体の表面からの粉粒体の脱落を防止するためには、成形体の表面（少なくとも周面）が焼き固められているのが好ましい。すなわち、成形体の表面を加熱（特に加圧又は圧縮下で加熱）すると、バインダーが表面に滲出（さらには滲出したバインダーが炭化）するためか、成形体の表面の強度及び緻密度を向上させることができ、取り扱い性を向上できる。焼き固める部位は、成形体の全表面であってもよく、柱状成形体の周面及び／又は端面、特に少なくとも周面である。
【００４１】
圧縮成形された多孔質成形体の見かけ密度は、成形体の圧縮度に依存し、着火性及び一体性などを損なわない限り特に制限されず、例えば、０．２〜０．９ｇ／ｃｍ３（例えば、０．４〜０．８ｇ／ｃｍ３）、好ましくは０．５〜０．７５ｇ／ｃｍ３程度であってもよい。発熱量を増大させるためには、多孔質成形体の見かけ密度は高いのが好ましい。孔質成形体の見かけ密度は、生産性の点から、０．２〜０．６ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．２５〜０．５５ｇ／ｃｍ３、さらに好ましくは０．３〜０．５ｇ／ｃｍ３（例えば、０．３５〜０．４５ｇ／ｃｍ３）程度であってもよい。
【００４２】
前記成形体は、バイオマスの粉粒体（特にタケ類の粉粒体）の含有量が多く軽量であるため、反芻動物（牛など）やパンダなど動物の飼料としても利用できる。また、着火性、燃焼性及び発熱量が高いため、固形燃料として有用である。成形体を固形燃料して利用すると、燃焼により殆ど灰となり、残存する灰分は、肥料として利用できる。
【００４３】
本発明の固形燃料は、前記成形体で構成でき、軽量であるだけでなく、発熱量を調整でき高い発熱量の成形体を得ることもできる。例えば、成形体（固形燃料）の発熱量は、１５〜２３ＭＪ／ｋｇ、好ましくは１６〜２０ＭＪ／ｋｇ（例えば、１７〜１９ＭＪ／ｋｇ）程度であってもよい。本発明の固形燃料の発熱量は、木材や木炭以上であり、豆炭、練炭などに匹敵する発熱量とすることも可能である。
【００４４】
なお、前記成形体は、未炭化成形体であってもよく、発熱量を向上させるため、粉粒体が炭化した成形体であってもよく、成形体が炭化していてもよい。
【００４５】
［多孔質成形体の製造方法及び製造装置］
前記多孔質成形体は、バイオマスの粉粒体（タケ類の粉粒体を含む）とバインダーとを含む混合物を、圧縮成形することにより調製できる。
【００４６】
前記バイオマスの粉粒体は、慣用の方法（例えば、ハンマーミル、クラッシャーなどの粉砕機による粉砕）で調製できる。なお、タケ類は通常の粉砕法で粉砕しても粉粒状とすることが困難である。本発明では、所定間隔をおいて隣接し、かつ回転可能な複数の回転歯に対してタケ類を供給して破砕又は粉砕することにより、繊維状又はストランド状の破砕物の生成を抑制しつつ、タケ類の粉粒体を効率よく得ることができる。
【００４７】
図１〜図３は本発明の粉砕ユニットの一例を示し、図１は概略側面図、図２は概略平面図、図３は概略斜視図である。
【００４８】
この粉砕ユニット（又は粉砕装置）１は、互いに所定間隔をおいて幅方向に隣接して配設された複数の回転歯（円盤状回転歯）２と、これらの回転歯が取り付けられる回転軸３と、この回転軸に対して斜め方向に延び、かつタケ類が供給される供給路４と、この供給路の反対側の下部に形成され、前記回転歯２により粉砕又は破砕されたタケ類の粉粒体を排出するための排出路５と、前記回転歯２、回転軸３、供給路４及び排出路５を覆うためのカバー部材６とを備えており、前記回転軸３は、モーター７により（この例では、プーリー８を介して）回転可能である。なお、各回転歯の先端部にはチップ（図示せず）が装着され、チップソーを形成している。
【００４９】
この例では、複数の回転歯２は、１〜１．５ｍｍ程度の間隔で配設され、回転歯２の先端部（刃先２ａ）において、隣接するチップの間隔は０．２〜０．４ｍｍ程度に形成されている。
【００５０】
そして、回転歯２は、その先端部のすくい角側（フロント側）を下流方向に向けて配設され、タケ類の破砕又は粉砕効率を高めるため、隣接する複数の回転歯２の刃先２ａ（又は隣接する刃先２ａを結ぶ線）は、回転軸３に対して平行に配列しておらず、回転軸３の軸方向の中央部（頂部）から回転方向の下流方向に行くにつれて回転軸３の両側部方向（幅方向又は軸方向）に向かって拡がる形態（逆Ｖ字状の形態）で並んで配列している。すなわち、複数の回転歯２の刃先２ａは、回転軸３の回転方向を基準として、一方の端部から他方の端部へ隣接する幅方向に行くにつれて、上流方向に向かって順次上流方向（斜め上流方向）に位置し、回転軸３の軸方向の中央部で上流方向の頂部を形成し、この頂部から順次下流方向（斜め下流方向）に位置する形態、例えば、山形の配列形態で位置している。
【００５１】
なお、隣接する刃先２ａを結ぶ線の角度θ１は、回転軸３（軸線，軸方向）に直交する方向に対して３５〜５５°程度に傾斜して形成され、供給路４の角度θ２は、回転軸３に直交する方向に対して１０〜２０°程度に形成され、回転歯２の刃先２ａの配列方向（隣接する刃先２ａを結ぶ線）に対して供給路４からのタケ類の供給方向を斜め方向（非直交の傾斜方向）とし、直交しないようにしている。
【００５２】
このような粉砕ユニットでは、複数の回転歯２の刃先２ａが山形（Ｖ字状）の配列形態で位置し、下流方向を向いているため、タケ類を供給しても、タケ類の供給方向が刃先２ａの配列方向に対して直交することがなく、タケ類又はその操作者に過度な衝撃力（加工抵抗）を与えることなく、タケ類を先端部から順次粉砕又は破砕することができ、繊維状破砕物やストランド状破砕物が生成するのを抑制できる。また、前記供給路４からタケ類を回転軸３に対して斜め方向から供給するため、より一層過度な衝撃力が生じることなく、タケ類を円滑に破砕又は粉砕できる。特に、タケ類を回転させながら供給すると、タケ類の先端部から順次均等に破砕又は粉砕でき、粉砕効率を高めることができる。
【００５３】
このような粉砕ユニットにおいて粉粒体の粒度は、前記隣接する回転歯の間隔、回転歯の先端で隣接するチップ部の間隔、回転歯の回転数（周速）などを制御することにより調整できる。回転歯の数は特に制限されず、タケ類の大きさに応じて選択でき、例えば、２０〜５００枚、好ましくは３０〜３００枚、さらに好ましくは５０〜２００枚程度であってもよい。隣接する複数の回転歯の間隔は、スペーサなどを利用して、０．１〜２．５ｍｍ（好ましくは０．５〜２ｍｍ、さらに好ましくは０．７〜１．８ｍｍ、特に１〜１．７ｍｍ）程度に調整してもよい。また、隣接する回転歯の先端部（又は隣接するチップ）の間隔は、例えば、０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．８ｍｍ、さらに好ましくは０．３〜０．６ｍｍ程度であってもよく、０．２〜０．５ｍｍ程度であってもよい。回転数は、例えば、５００〜５０００ｒｐｍ、好ましくは１０００〜３０００ｒｐｍ、さらに好ましくは１３００〜２５００ｒｐｍ（例えば、１５００〜２０００ｒｐｍ）程度であってもよい。また、回転歯の周速は、例えば、５〜１００ｍ／秒、好ましくは１０〜８０ｍ／秒、さらに好ましくは１５〜５０ｍ／秒（例えば、１５〜３０ｍ／秒）程度であってもよい。
【００５４】
タケ類を粉砕するための粉砕ユニットは、複数の回転歯が所定間隔で幅方向に隣接して回転軸に取り付けられていればよく、隣接する回転歯の刃先は、回転軸の軸方向（回転軸に対して平行）に配列していてもよいが、破砕又は粉砕効率を高めるとともに加工抵抗を低減するため、回転軸の軸方向の中央部（頂部）から回転方向の下流方向又は上流方向に行くにつれて回転軸の両側部方向に向かって複数の回転歯（円盤状回転歯）の刃先が並び、Ｕ字状又はＶ字状（又は逆Ｖ字状、逆Ｕ字状）の配列形態で並んでいてもよい。刃先の配列形態は、供給路側からみて、逆Ｖ字状、逆Ｕ字状の形態である場合が多い。刃先の配列形態は、回転軸の軸方向を基準にして、逆Ｖ字状に限らず逆Ｕ字状などの配列形態であってもよく、複数の屈曲又は湾曲部を有する配列形態（例えば、Ｗ字状、波形状などの配列形態）であってもよい。隣接する刃先を結ぶ線の角度θ１は、回転軸（軸線，軸方向）に直交する方向に対して２０〜７５°、好ましくは３０〜６０°、さらに好ましくは３５〜５５°程度に傾斜していてもよい。
【００５５】
なお、供給路は、回転軸に対して下流方向から延びて形成され、特に斜め上流方向に延びて形成されている。供給路の角度は、回転軸の軸線に対して直交する方向であってもよいが、回転軸の軸線に対して斜め方向、例えば、回転軸の軸線に直交する方向に対して、５〜６０°、好ましくは１０〜５０°、さらに好ましくは１５〜４５°程度の角度で傾斜していてもよい。
【００５６】
このようにして粉砕されたタケ類の粉粒体は必要により他のバイオマスの粉粒体とともにバインダーと混合される。これらの成分の混合には、慣用の混合機、例えば、ブレンダー、ミキサーなどを利用できる。
【００５７】
得られた混合物を圧縮成形することにより、成形体を得ることができる。圧縮成形は、慣用の方法、例えば、成形型内に混合物を充填し、加圧手段で加圧・圧縮することにより行うことができる。前記混合物は、粉粒体の含有量が多く、通常、握っても固めることができない場合が多い。そのため、加熱しつつ加圧・圧縮する場合が多い。
【００５８】
図４は本発明の成形ユニットの一例を示す概略正面図であり、図５は図４の成形ユニットを示す概略平面図である。
【００５９】
この成形ユニット１１は、支持台１２と、この支持台上に配置された平坦な基礎プレート１３と、この基礎プレートに所定間隔をおいて互いに平行に配置された一対のレール１４ａと、これらのレール上を走行可能な架台１４ｂと、前記レール１４ａ及び架台１４ｂ間の基礎プレート１３及び支持台１２の領域に形成された長細い走行空間（移動空間）１５と、前記架台１４ｂに支持され、かつヒータ１７を備えた円筒状成形型１６と、支持台１２の取出領域の下部に配設され、かつ上下方向に進退動可能なピストン１９が前記走行空間１５を移動可能な形態で配設された押出シリンダ（支持シリンダ）１８とを備えている。なお、この押出シリンダ１８は、取出領域に到達（又は移動）した成形型１６から成形体をピストン１９の前進動（上昇動）により取り出すことができる。また、支持台１２には、レール１４ａに沿って架台１４ｂとともに成形型１６を、細長いピストンの進退動により、充填領域、圧縮領域及び取出領域に移動させるための搬送シリンダ２２が取り付けられている。
【００６０】
さらに、成形ユニット１１は、充填領域（成形型１６の中空部の下部を塞ぐプレートを備えた領域）において、成形型（実線で示す成形型）１６の中空部の下部を塞いだ状態で、前記成形型１６の中空部に前記混合物を充填するためのホッパ２０と、このホッパから所定量の混合物が計量されて成形型１６の中空部に充填されたとき、ホッパ２０の供給路を遮蔽する遮断弁（シャッタ）２１と、この遮断弁の閉じ操作に伴って、前記走行空間１５に沿って成形型１６を圧縮域及び取出領域に順次移動させるための進退動可能な前記搬送シリンダ２２と、圧縮域に移動した成形型１６の充填物を圧縮するためのピストンが上下方向に進退動可能な圧縮シリンダ２３とを備えている。なお、支持台１２には、支持部材（支持枠）２４を介して、圧縮シリンダ２３を保持するための保持部材（保持枠）２５が取り付けられている。
【００６１】
このような成形ユニット１１では、支持台１２の充填領域において、押出シリンダ１８のピストン１９で成形型（実線で示す成形型）１６の中空部の下部を塞いだ状態で、ヒータ１７で加熱された円筒状成形型１６の中空部にホッパ２０から所定量の混合物が計量されて充填され、所定量の混合物が充填されると、ホッパ２０の供給路が遮断弁（シャッタ）２１で閉じられる。混合物が充填された成形型１６は、搬送シリンダ２２により圧縮領域に移動し、圧縮領域（成形型１６の下部を塞ぐプレートを備えた領域）では圧縮シリンダ２３のピストン（図示せず）の前進動（下降動）により成形型（一点鎖線で示す成形型）１６内で充填物が圧縮されるとともに、ヒータ１７で加熱され、成形体の周面を焼き固めている。所定温度で所定時間に亘り加熱すると、成形型１６は、搬送シリンダ２２により取出領域に移動し、下降（下方向への移動）が規制された押出シリンダ１８を作動させて成形型（破線で示す成形型）１６内にピストン１９を前進動（上昇動）させることにより、成形型１６内で周面が焼き固めた成形体を取り出すことができる。このような動作、すなわち、充填領域での充填工程、圧縮領域での圧縮加熱工程及び取出領域での取り出し工程は１サイクルを形成し、このようなサイクルを繰り返すことにより、成形体を連続的に製造できる。
【００６２】
なお、前記充填工程では、前記ホッパに限らず、種々の充填又は供給装置が利用できる。例えば、ホッパは、粉粒体を含む混合物を攪拌するための攪拌部材を有していてもよく、振動を付与するための振動付与手段を備えていてもよい。さらに、ホッパの下流には混合物を押出可能な押出ユニット（進退道可能な押出ユニット、回転スクリューによる搬送押出ユニットなど）を備えていてもよく、例えば、所定の幅で延びる断面Ｖ字状のホッパ本体（逆屋根状のホッパ本体）と、このホッパ本体の下流部（集合部）に幅方向に延びて充填領域（成形型の上部）に至る供給路（円筒状供給路など）と、この供給路に配設され、かつ回転に伴って混合物を所定方向に搬送するためのスクリュー（押出ユニット）とを備えていてもよい。含水状態の粉粒体ではホッパ内でブリッジングが生じ、前記粉粒体を含む混合物の流動性が低下する場合がある。このような装置では、粉粒体を含む混合物を円滑に供給して成形型内に充填できる。
【００６３】
前記充填工程、圧縮加熱工程及び取り出し工程は個別に行ってもよいが、生産性を高めるためには、連続的に行うのが好ましい。すなわち、充填工程と、圧縮加熱工程と、取り出し工程とを１サイクルとして繰り返し、成形体を連続的に製造するのが好ましい。なお、圧縮工程において、成形型では充填物を圧縮手段で圧縮すればよく、圧縮手段はシリンダに限らず種々のプレス機が使用できる。筒状成形型は必ずしも加熱手段を備えている必要はないが、圧縮効率を高めるためには、加熱手段を備えた成形型を用い、加熱下で圧縮するのが好ましく、成形体の強度及び一体性を高めるためには、成形体の周面を焼き固めるため、加熱圧縮するのが好ましい。なお、加熱手段はヒーターに限らず、電磁波加熱方式を採用してもよく、必要であれば、生産効率は低下するものの、火炎を利用して成形体の表面を焼き固めてもよい。取り出し工程では、前記シリンダに限らず、成形型内の成形体を取り出し可能な種々の手段が採用できる。
【００６４】
また、充填工程と圧縮工程（又は圧縮加熱工程）と取り出し工程は、制御手段により自動的に制御してもよい。例えば、充填領域への成形型の到達に応答して、シャッタを開操作させ、重量センサなどの計量センサによるシャッタを閉じ操作（充填完了動作）させ、シャッタの閉じ操作に応答して、成形型を圧縮領域へ移動させ、圧縮領域への到達に応答して、シリンダによる圧縮動作を作動させ、圧力センサ、計時手段やピストンの進退度などにより圧縮を完了させ、圧縮完了動作に応答して、取出領域へ成形型を移動させ、取出領域への到達に応答して、シリンダピストンを進退動させて成形体を取り出す操作を自動的に制御してもよい。さらに、圧縮工程では、温度センサ及び計時手段などにより成形体の焼き固めの程度を制御してもよい。
【００６５】
なお、前記の例では、直線的な細長い移動空間（走行空間）を利用して成形型を充填領域、圧縮領域及び取出領域に順次移動させているが、ターンテーブル状の形態で、周方向に、充填領域、圧縮領域及び取出領域からなる１又は複数のサイクル領域を形成し、各サイクル領域で、充填領域で成型型に混合物を充填し、順次、圧縮及び取り出し操作を行ってもよい。
【００６６】
さらに、圧縮工程では、成形型の充填物を上部材及び下部材で押圧した状態で、上部材及び下部材を狭まる走行路に接触させて移動又は案内し、走行路の最も狭まる部位において、上部材及び下部材のうち少なくとも一方の部材で充填物を圧縮してもよい。
【００６７】
多孔質成形体を製造するための製造装置は、前記製造工程に対応して、タケ類を粉砕するための粉砕ユニットと、この粉砕ユニットからの粉粒体とバインダーとを混合するユニットと、この混合ユニットからの混合物を圧縮成形するための成形ユニットと、必要であれば、成型された成形体を取り出すための取り出しユニットとを備えている。なお、本発明の製造装置は、タケ類の破砕・粉砕だけでなく、前記他のバイオマス、例えば、前記木質類、草木類（蔓類など）などを粉粒体化するための粉砕・破砕にも有用である。
【００６８】
なお、圧縮成形は、例えば、プレス圧０．３〜２５ＭＰａ、好ましくは０．５〜２０ＭＰａ、さらに好ましくは０．５〜１５ＭＰａ（例えば、０．６〜１０ＭＰａ）程度であってもよく、１〜２５ＭＰａ（例えば、５〜２０ＭＰａ）程度であってもよい。圧縮成形時間は、例えば、３秒〜１０分程度の範囲から選択でき、生産性の点から、１０〜１２０秒、好ましくは２０〜９０秒、さらに好ましくは３０〜６０秒（例えば、４５〜６０秒）程度であってもよい。また、圧縮成形体の焼き固め温度は、例えば、１８０〜３５０℃程度の範囲から選択でき、例えば、２００〜３００℃、好ましくは２２０〜２８０℃、さらに好ましくは２４０〜２６０℃程度であってもよい。
【００６９】
なお、本発明の成形体は、炭化した粉粒体をバインダーと混合して成形した成形体であってもよい。さらに、成形体は、炭化した成形体（例えば、酸素又は空気遮断下、３００〜９００℃（例えば、４００〜８００℃）程度で焼成した成形体）であってもよい。
【実施例】
【００７０】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００７１】
実施例１〜５
６０枚の回転歯（外径２５０ｍｍ、厚み３ｍｍ）の間に厚み１．５ｍｍスペーサを介在させて、刃先のチップ間隔を約０．３ｍｍとし、刃先の配列を回転軸の軸線に対して逆Ｖ状の形態で傾け、図１〜３に示す粉砕ユニットを作製した。回転歯を回転数１７３０ｒｐｍで回転しながら、粉砕ユニットの供給路から、モウソウチクをゆっくり回しながら、回転歯に対して斜め方向から供給し、破砕及び粉砕しタケの粉粒体（赤外線水分計（Kett FD610）による水分含有量約７．３重量％）を得た。溶媒（エタノール）に粉粒体を入れて超音波で１０分間分散し、レーザー回析式粒度分布測定装置（（株）島津製作所製、SALD-2000A型）で粒度を測定したところ、メディアン径Ｄ５０＝６７．３μｍ（Ｄ２５＝３９．３μｍ、Ｄ７５＝１０７．１μｍ、最大粒径３８０μｍ、最小粒径０．４μｍ）であった。また、繊維状又はストランド状の細片は殆ど含まれていなかった。
【００７２】
得られたタケの粉粒体を乾燥し、乾燥した粉粒体９０重量部とリグニン１０重量部とを混合し、図４及び５に示す成形ユニットを用い、円筒状筒体内に充填し、シリンダーのプレス圧０．６ＭＰで５０秒間圧縮成形した後、温度２５０℃で加熱して周面を焼き固め、見かけ密度０．５ｇ／ｃｍ３の圧縮成形体（半径２．５ｃｍ、高さ５ｃｍの円柱状成形体）を調製した。
【００７３】
この圧縮成形体の発熱量を測定したところ、発熱量１７９００ＫＪ／ｋｇであった。また、着火性を調べたところ、炎を近づけると直ちに着火し、滞ることなく継続して燃焼し、燃焼により殆ど灰になった。得られた灰の組成を分析したところ、リン含有量２％、カリウム含有量１４．７％、窒素含有量０．０８４％であった。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の成形体は、多孔質であり、軽量で取り扱い性が高く、着火性に優れている。しかも、発熱量も大きい。そのため、本発明の成形体は固形燃料として適している。また、タケ類の微細な粉粒体を含み、燃焼により完全に灰となり、農業での肥料源、水などの浄化源などとすることもできる。
【符号の説明】
【００７５】
１…粉砕ユニット
２…回転歯
２ａ…刃先
３…回転軸
４…供給路
５…排出路
６…カバー部材
７…モーター
１１…成形ユニット
１５…走行空間（移動空間）
１６…円筒状成形型
１７…ヒータ
１９…ピストン
１８…押出シリンダ
２２…搬送シリンダ
２０…ホッパ
２１…遮断弁（シャッタ）
２３…圧縮シリンダ
【図１】
2014024934.tif 000003
【図２】
2014024934.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014024934.tif 000006
【図５】
2014024934.tif 000007