(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、バイオマス残渣と糖化溶液とを良好に固液分離して糖化効率の向上を図ることを可能にする。【解決手段】残渣排出装置１０は、糖化反応室２０内に設置される筒状ケーシング９０と、前記筒状ケーシング９０に形成され、残渣を取り込むための取り込み口９２及び該筒状ケーシング９０から前記残渣を排出するための残渣排出口９６と、前記残渣を移動させるためのスクリュー部９８と、前記スクリュー部９８と一体に回転自在な軸部１００とを備える。軸部１００には、筒状ケーシング９０の内周面との間隔を狭めるための傾斜部１０２が設けられる。【選択図】図４
2014100093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを糖化処理して糖化溶液を得るための糖化反応室を設けた反応容器内に設置され、糖化反応後の前記バイオマスの残渣を前記糖化反応室から排出するためのバイオマスの残渣排出装置であって、
前記糖化反応室内に設置される筒状ケーシングと、
前記筒状ケーシングの一方の端部に形成され、前記残渣を取り込むための取り込み口と、
前記筒状ケーシングの他方の端部に形成され、該筒状ケーシングから前記残渣を排出するための残渣排出口と、
前記筒状ケーシング内に配置され、前記取り込み口から取り込まれた残渣を前記残渣排出口に移動させるためのスクリュー部と、
前記筒状ケーシングの内周面との間に一定の間隔を有して配置されるとともに、前記スクリュー部と一体に回転自在な軸部と、
を備え、
前記軸部には、前記筒状ケーシングの内周面との間隔を狭めるための膨径部が設けられることを特徴とするバイオマスの残渣排出装置。
【請求項２】
請求項１記載の残渣排出装置において、前記筒状ケーシングの内周面と前記軸部の前記膨径部とにより、前記残渣中の前記糖化溶液を分離するとともに、
前記筒状ケーシングには、固液分離された前記糖化溶液を前記糖化反応室に戻すための溶液出口が設けられることを特徴とするバイオマスの残渣排出装置。
【請求項３】
請求項２記載の残渣排出装置において、前記筒状ケーシングには、固液分離された前記残渣の含水率を高めるための水分供給口が設けられることを特徴とするバイオマスの残渣排出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の残渣排出装置において、前記軸部には、軸方向に沿って互いに離間する複数の前記膨径部が形成されるとともに、
前記膨径部は、前記軸方向に向かって連続的に径寸法を大きく設定する傾斜膨出部であり、各傾斜膨出部と前記筒状ケーシングの内周面との間には、それぞれ固液分離室が形成されることを特徴とするバイオマスの残渣排出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の残渣排出装置において、前記糖化反応室には、前記バイオマス、前記糖化溶液及び前記残渣を撹拌させるための糖化回転部材が設けられるとともに、
前記筒状ケーシングは、前記糖化回転部材の回転軸に対して干渉しないように、鉛直方向に対し傾斜して配置されることを特徴とするバイオマスの残渣排出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを糖化処理して糖化溶液を得るための糖化反応室を設けた反応容器内に設置され、糖化反応後の前記バイオマスの残渣を前記糖化反応室から排出するためのバイオマスの残渣排出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、セルロース系バイオマスを原料としてエタノールを製造するバイオエタノールの製造技術が開発されている。セルロース系バイオマスとしては、一般的に、サトウキビやとうもろこし等の食用性のバイオマスが用いられている。
【０００３】
しかしながら、食糧供給とのバランスから食用性のバイオマスに代わる原料が求められている。このため、例えば、稲藁、麦藁、植物の茎（例えば、とうもろこしの茎）や葉、建築廃材や間伐材等の非可食性のバイオマスを原料とするエタノールの製造方式が注目されている。
【０００４】
この種のエタノール製造方式では、バイオマスを糖化処理するための糖化反応槽と、糖化された液を発酵させてアルコールを得るための発酵反応槽とを備えた処理装置が採用されている。その際、反応処理後に排出されるバイオマスの残渣には、有効成分（糖化溶液や糖化酵素等）が含有されており、この有効成分を回収して再利用することができれば、経済的である。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている含液固形物の処理設備が知られている。この処理設備では、図６に示すように、木質系バイオマス原料（基質）が、混練機１に投入されて硫酸と混練された後、反応器２に供給されて反応温度に加熱されている。さらに、基質は、加水分解が進行して糖類が生成された後、含液固形物として漏斗状排出部３を介して排出管４に案内され、排出物受けタンク５に排出されている。
【０００６】
次いで、排出物受けタンク５の含液固形物は、固液分離装置６に圧送され、糖類を含む液分と残渣固形分とに分離されるとともに、その一部が返送路７を介して返送され、漏斗状排出部３内に循環供給されている。
【０００７】
また、特許文献２に開示されている糖液の製造方法及びその装置では、一次加水分解した後、一次加水分解物を一次糖液と固形物に固液分離し、前記固形物に加水し、二次加水分解した後、二次加水分解物を二次糖液と残渣に固液分離している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−０６８６０６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／１１５０３９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献１では、固液分離装置６が独立して配置されており、処理設備全体が相当に大型化するという問題がある。さらに、上記の特許文献２では、同様に固液分離装置が独立して配置されている。このため、装置全体が大型化するという問題がある。
【００１０】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、バイオマス残渣と糖化溶液とを良好に固液分離して糖化効率の向上を図ることが可能なバイオマスの残渣排出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、バイオマスを糖化処理して糖化溶液を得るための糖化反応室を設けた反応容器内に設置され、糖化反応後の前記バイオマスの残渣を前記糖化反応室から排出するためのバイオマスの残渣排出装置に関するものである。
【００１２】
この残渣排出装置は、糖化反応室内に設置される筒状ケーシングと、前記筒状ケーシングの一方の端部に形成され、残渣を取り込むための取り込み口と、前記筒状ケーシングの他方の端部に形成され、該筒状ケーシングから前記残渣を排出するための残渣排出口と、前記筒状ケーシング内に配置され、前記取り込み口から取り込まれた残渣を前記残渣排出口に移動させるためのスクリュー部と、前記筒状ケーシングの内周面との間に一定の間隔を有して配置されるとともに、前記スクリュー部と一体に回転自在な軸部と、を備えている。そして、軸部には、筒状ケーシングの内周面との間隔を狭めるための膨径部が設けられている。
【００１３】
また、この残渣排出装置では、筒状ケーシングの内周面と軸部の膨径部とにより、残渣中の糖化溶液を分離するとともに、前記筒状ケーシングには、固液分離された前記糖化溶液を糖化反応室に戻すための溶液出口が設けられることが好ましい。
【００１４】
さらに、この残渣排出装置では、筒状ケーシングには、固液分離された残渣の含水率を高めるための水分供給口が設けられることが好ましい。
【００１５】
さらにまた、この残渣排出装置では、軸部には、軸方向に沿って互いに離間する複数の膨径部が形成されるとともに、前記膨径部は、前記軸方向に向かって連続的に径寸法を大きく設定する傾斜膨出部であり、各傾斜膨出部と筒状ケーシングの内周面との間には、それぞれ固液分離室が形成されることが好ましい。
【００１６】
また、この残渣排出装置では、糖化反応室には、バイオマス、糖化溶液及び残渣を撹拌させるための糖化回転部材が設けられるとともに、前記筒状ケーシングは、前記糖化回転部材の回転軸に対して干渉しないように、鉛直方向に対し傾斜して配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、残渣排出装置は、糖化反応室に配置されるため、糖化反応室と別体に固液分離装置を配置する必要がない。このため、システム全体の小型化が、容易に図られる。
【００１８】
しかも、残渣は、スクリュー部の回転により、筒状ケーシング内を取り込み口から残渣排出口に向かって移動するとともに、軸部に設けられた膨径部によって前記残渣から糖化溶液が分離されている。従って、残渣から糖化溶液や酵素を良好に取り出して再度使用することができ、糖化効率が向上するとともに、経済的である。
【００１９】
これにより、簡単且つコンパクトな構成で、バイオマス残渣と糖化溶液とを確実に固液分離することができ、糖化効率の向上を図るとともに、コストの低減が、容易に遂行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るバイオマスの反応装置が組み込まれるエタノール製造システムの概略説明図である。
【図２】前記反応装置の斜視説明図である。
【図３】前記反応装置の断面説明図である。
【図４】前記反応装置の、図３中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】前記反応装置を構成する残渣排出装置の説明図である。
【図６】特許文献１に開示されている含液固形物の処理設備の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るバイオマスの残渣排出装置１０は、エタノール製造システム１２に組み込まれる。エタノール製造システム１２は、例えば、稲藁等の非食用性のリグノセルロース系バイオマスを基質とし、前記基質を適当な大きさのチップ状又は粒状に揃えるための裁断・粗粉砕部１４を備える。
【００２２】
裁断・粗粉砕部１４の下流には、前記裁断・粗粉砕部１４により裁断又は粗粉砕された基質を前処理するための前処理部１６が設けられる。基質であるリグノセルロース系バイオマスは、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンからなる高分子マトリックスのバイオマスである。従って、セルロースに糖化反応処理を施す前に、予め基質からリグニンを解離させ、又は、前記基質を膨潤させるため、前処理部１６が設けられる。
【００２３】
前処理部１６では、例えば、アンモニア水に基質を分散させて加熱する。このため、セルロース又はヘミセルロースとリグニンとの結合の少なくとも一部が化学的に切断され（解離）、あるいは、セルロース又はヘミセルロースに空隙が生じ、又はセルロース繊維の内部に空隙が生じて前記セルロース繊維が膨張する（膨潤）。
【００２４】
なお、前処理部１６では、アンモニアを用いるアルカリ処理の他、例えば、蒸気を使用する処理、蒸煮爆砕法、希硫酸前処理、加圧熱水、炭化（熱分解）処理、高温乾燥処理等が基質に応じて選択される。
【００２５】
前処理部１６の下流には、例えば、高温により滅菌する滅菌部１８が設置され、前記滅菌部１８の下流には、糖化処理部である糖化反応室２０と発酵処理部である発酵反応室２２とを有する反応装置２４が配設される。糖化反応室２０には、発酵反応室２２側に近接して本実施形態に係る残渣排出装置１０が配置される。発酵反応室２２の外部下流には、製造されたエタノール（アルコール）を濃縮させる濃縮部２６が設けられる。
【００２６】
図２及び図３に示すように、反応装置２４は、基台３０上に複数の支持部材３２を介して固定される単一の反応容器３４を備える。反応容器３４は、第１ケーシング部材３６と第２ケーシング部材３８とを有し、前記第１ケーシング部材３６と前記第２ケーシング部材３８とは、境界部に配置された連結板部４０を挟んで互いにＶ字状に傾斜して連結される。
【００２７】
第１ケーシング部材３６は、上下方向に長尺な断面楕円形状の略円筒形を有し（図２及び図４参照）、連結板部４０側の一方の端部３６ｅｄから他方の端部３６ｅｕに向かって上方に所定の角度で傾斜する（図３参照）。第２ケーシング部材３８は、断面円形状の円筒形を有し（図２及び図４参照）、連結板部４０側の一方の端部３８ｅｄから他方の端部３８ｅｕに向かって上方に所定の角度で傾斜する（図３参照）。第２ケーシング部材３８の一方の端部３８ｅｄの下端位置は、第１ケーシング部材３６の一方の端部３６ｅｄの下端位置よりも距離ｈだけ上方に離間する（図３参照）。
【００２８】
第１ケーシング部材３６内には、糖化反応室２０が形成される一方、第２ケーシング部材３８内には、発酵反応室２２が形成される。糖化反応室２０と発酵反応室２２とは、境界部に配置された連結板部４０を挟んで互いにＶ字状に傾斜して連結されるとともに、前記発酵反応室２２の最下端位置は、前記糖化反応室２０の最下端位置よりも上方に距離ｈだけ離間する。
【００２９】
連結板部４０は、鉛直方向に対して上部側が第２ケーシング部材３８側に傾斜する。連結板部４０には、発酵反応室２２の最下端に対応して、糖化反応室２０から前記発酵反応室２２に糖化溶液（後述する）を流動させるための連通孔４２が形成される。連結板部４０には、連通孔４２よりも下方に位置し、糖化反応室２０に連通するドレイン管路４３が接続される。ドレイン管路４３は、残渣や排液又は洗浄時の排液を洗い出す際に使用される。
【００３０】
第１ケーシング部材３６の他方の端部３６ｅｕには、楕円形状の第１蓋部材４４が取り付けられる一方、第２ケーシング部材３８の他方の端部３８ｅｕには、円形状の第２蓋部材４６が取り付けられる。
【００３１】
第１蓋部材４４の上部側には、前処理された基質を糖化反応室２０に供給するためのバイオマス供給管路（バイオマス供給口）４８、糖化酵素（例えば、セルラーゼやヘミセルラーゼ等）を前記糖化反応室２０内に供給する糖化酵素供給管路（糖化酵素投入口）５０、ｐＨ調整用の酸（例えば、硫酸）を前記糖化反応室２０に供給する酸供給管路（ｐＨ調整剤投入口）５２及びｐＨ調整用のアルカリを前記糖化反応室２０に供給するアルカリ供給管路（ｐＨ調整剤投入口）５４が取り付けられる。第１蓋部材４４の下部側には、ｐＨ調整用の二酸化炭素（後述する）を糖化反応室２０に供給するためのＣＯ２供給管路（ｐＨ調整剤投入口）５６が取り付けられる。
【００３２】
第１蓋部材４４の中央部上方側には、回転駆動源として、例えば、モータ５８が装着される。モータ５８の回転駆動軸５８ａには、カップリング６０を介して第１回転軸６２の一端が連結される。第１回転軸６２の一端側は、ベアリング６４ａを介して第１蓋部材４４に支持されるとともに、前記第１回転軸６２の他端側は、ベアリング６４ｂを介して連結板部４０に支持される。
【００３３】
第１回転軸６２には、糖化回転ドラム（糖化回転部材）６６が固定される。糖化回転ドラム６６は、第２ケーシング部材３８側の端部が閉塞された有底円筒形状を有し、第１蓋部材４４側に向かって径寸法が大きくなる、すなわち、拡開する略円錐形状に設定される。糖化回転ドラム６６の外周面には、例えば、網又はパンチングメタル等からなる複数のメッシュ６８が、所定の角度間隔ずつ離間して設けられる。バイオマス供給管路４８、糖化酵素供給管路５０、酸供給管路５２及びアルカリ供給管路５４は、糖化回転ドラム６６の内方に挿入され、前記糖化回転ドラム６６の回転に干渉することがない。
【００３４】
発酵反応室２２には、連通孔４２の近傍に位置し、糖化溶液を発酵させる発酵菌（又は酵母）を、前記糖化溶液に添加するための第１発酵室７０と、前記第１発酵室７０から流動する前記糖化溶液を発酵反応させて発酵溶液を得るための第２発酵室７２と、が設けられる。第１発酵室７０には、第２ケーシング部材３８の一方の端部３８ｅｄ側の底部に、発酵菌（又は酵母）を前記第１発酵室７０に供給するための発酵菌供給管路７４が接続される。
【００３５】
発酵反応室２２内には、複数枚、例えば、４枚の略円板状の仕切り板７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄがロッド７７を介して一体に固定されることにより、第１発酵室７０、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄが形成される。第１発酵室７０は、連結板部４０と第１仕切り板７６ａとの間に形成され、上方に向かって幅狭な開口断面三角形状を有する。
【００３６】
第１仕切り板７６ａの上部には、第２ケーシング部材３８の内壁面との間に隙間Ｓ１が形成される。具体的には、第１仕切り板７６ａの上端部を切り欠いて、又は、前記上端部に凹部や孔部を形成して、隙間Ｓ１が設けられる。以下、同様に、第２仕切り板７６ｂの下部には、第２ケーシング部材３８の内壁面との間に隙間Ｓ２が形成される。第３仕切り板７６ｃの上部には、第２ケーシング部材３８の内壁面との間に隙間Ｓ３が形成される一方、第４仕切り板７６ｄの下部には、前記第２ケーシング部材３８の内壁面との間に隙間Ｓ４が形成される。
【００３７】
発酵反応室２２内では、蛇行流路形成部材である仕切り板７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄが設けられることにより、発酵溶液は、第１発酵室７０、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄに沿って上下に蛇行しながら流動する。
【００３８】
仕切り板７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄの下部には、図示しないが、第１発酵室７０、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄを連通し、前記第４発酵空間部７２ｄ側から前記第１発酵室７０に残渣や死滅した菌を流動させるための開口部が形成される。
【００３９】
第４発酵空間部７２ｄの上方には、発酵溶液排出口７８が設けられる。発酵溶液排出口７８は、濃縮部２６に連通する。なお、発酵反応室２２内でエタノールが所定の濃度まで濃縮されるものであれば、濃縮部２６を削除することができる。
【００４０】
図３に示すように、第２ケーシング部材３８内には、前記第２ケーシング部材３８と同軸上に第２回転軸８０が回転自在に支持される。第２回転軸８０の一端は、ベアリング８２ａを介して仕切り板７６ａに支持される一方、前記第２回転軸８０の他端は、ベアリング８２ｂを介して第２蓋部材４６に支持される。第２回転軸８０の一端は、ユニバーサルジョイント８４を介して第１回転軸６２の他端に所定の角度を有し一体に回転可能に連結される。
【００４１】
第２回転軸８０の外周部には、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄ内をそれぞれ撹拌させるための複数、例えば、４つの発酵回転翼（発酵回転部材）８６ａ、８６ｂ、８６ｃ及び８６ｄが設けられる。発酵回転翼８６ａ、８６ｂ、８６ｃ及び８６ｄは、平板状を有するとともに、必要に応じて切り抜き部が形成されている。
【００４２】
第２蓋部材４６には、発酵溶液排出口７８の近傍にＣＯ２排出管路８８が接続される。発酵反応室２２内に発生する二酸化炭素を排出するとともに、この排出された二酸化炭素は、必要に応じてＣＯ２供給管路５６に送られる。
【００４３】
残渣排出装置１０は、糖化反応室２０の連通孔４２に近接して配置される。残渣排出装置１０は、長尺な筒状（例えば、円筒状）ケーシング９０を備え、前記筒状ケーシング９０の下端部側面には、残渣を取り込むための取り込み口９２が開口する。図３及び図４に示すように、筒状ケーシング９０は、下端部が連通孔４２の近傍に配置され、第１回転軸６２に干渉しないように鉛直方向に対し傾斜して上方に延在する。筒状ケーシング９０の上端は、第１ケーシング部材３６の上部側に形成された開口部９４を通って外部に露出する。
【００４４】
筒状ケーシング９０の上端部には、残渣を前記筒状ケーシング９０から排出するための残渣排出口９６が形成される。図４及び図５に示すように、筒状ケーシング９０には、取り込み口９２から取り込まれた残渣を前記筒状ケーシング９０内で上方に流動（移動）させた後、残渣排出口９６に排出するために回転方向及び螺回方向が設定されたスクリュー部９８が、軸部１００に一体に設けられる。軸部１００は、回転駆動源、例えば、モータ１０１により回転駆動される。
【００４５】
軸部１００は、筒状ケーシング９０の内面（内周面）との間に一定の間隔を有して配置される。軸部１００の上部側には、１以上の膨径部、例えば、傾斜部（傾斜膨出部）１０２が膨出形成される。図５に示すように、傾斜部１０２は、軸方向に向かって軸径を連続的に大径に形成し、筒状ケーシング９０の内面との間に幅狭な間隙を有する固液分離室１０４を形成した後、連続的に小径に形成される。
【００４６】
筒状ケーシング９０には、各傾斜部１０２の上方側、すなわち、固液分離室１０４の上方近傍に位置して水分供給口１０６が１以上設けられる。水分供給口１０６には、水又は低濃度の糖化溶液が供給され、残渣の含水率を高める。筒状ケーシング９０には、それぞれ所定の高さ位置に溶液出口１０８が１以上設けられる。溶液出口１０８は、メッシュ（図示せず）を有しており、軸部１００に形成された傾斜部１０２により残渣が絞られる際、この残渣に含有していた糖化溶液や酵素を糖化反応室２０に戻す。
【００４７】
このように構成される残渣排出装置１０の動作について、エタノール製造システム１２との関連で、以下に説明する。
【００４８】
図１に示すように、基質である稲藁（リグノセルロース系バイオマス）が、裁断・粗粉砕部１４により細分化された後、この細分化された稲藁が前処理部１６に供給される。前処理部１６では、細分化された稲藁が、例えば、アンモニア水により処理されて、リグニンが除去される。そして、前処理された稲藁は、滅菌部１８で高温滅菌された後、バイオマス供給管路４８を通って反応装置２４を構成する糖化反応室２０に供給される。
【００４９】
一方、糖化反応室２０には、糖化酵素供給管路５０から糖化酵素が供給されるとともに、酸供給管路５２又はアルカリ供給管路５４からｐＨ調整用の酸又はアルカリが必要に応じて供給される。
【００５０】
図３に示すように、反応装置２４では、モータ５８の回転作用下に、回転駆動軸５８ａと一体に第１回転軸６２が回転駆動される。このため、糖化反応室２０では、第１回転軸６２に固定された糖化回転ドラム６６が回転されるとともに、前記糖化反応室２０内が所定の温度に加熱される。従って、前処理された稲藁は、糖化酵素により糖化処理され、糖化回転ドラム６６内に糖化過程における可溶成分、すなわち、糖化溶液が得られる。この糖化溶液は、糖化回転ドラム６６のメッシュ６８を透過して糖化反応室２０の底部側に流動する。
【００５１】
糖化反応室２０を構成する第１ケーシング部材３６は、連結板部４０側の一方の端部３６ｅｄから他方の端部３６ｅｕに向かって上方に所定の角度で傾斜している。これにより、糖化反応室２０では、糖化溶液は、第１ケーシング部材３６の傾斜に沿って連結板部４０側に流動するとともに、この糖化溶液に混在する残渣は、残渣排出装置１０により固液分離される。
【００５２】
具体的には、残渣排出装置１０では、図４及び図５に示すように、モータ１０１の駆動作用下に軸部１００と一体にスクリュー部９８が回転される。このため、筒状ケーシング９０の下端部側面に形成された取り込み口９２から糖化溶液を含んだ残渣が取り込まれる。残渣は、軸部１００の回転によりスクリュー部９８の形状（螺回形状）に沿って上方に移送される。
【００５３】
その際、軸部１００には、１以上の傾斜部１０２が膨出形成されている。従って、スクリュー部９８により上方に移送された残渣は、傾斜部１０２と筒状ケーシング９０の内面との間に形成される幅狭な間隙である固液分離室１０４で絞られる。これにより、残渣に含有する有効成分（糖化溶液や糖化酵素）は、残渣の固形成分から除去され、溶液出口１０８を通って糖化反応室２０に戻される。
【００５４】
さらに、水分供給口１０６には、水又は低濃度の糖化溶液が供給されている。このため、固液分離室１０４で液状成分が除去された残渣は、水分が添加された後、上方の固液分離室１０４で再度絞られる。従って、残渣中に残存する有効成分は、絞りと水分添加とが繰り返されるため、前記残渣から確実に除去されて糖化反応室２０内に戻される。これにより、有効成分が除去された残渣は、固形成分となって残渣排出口９６から排出される。なお、残渣は、必要成分が添加されて肥料の原料として利用されたり、燃料として利用されたりする。
【００５５】
一方、図３に示すように、糖化溶液は、第１ケーシング部材３６内の一方の端部３６ｅｄ側に滞留し、液面が連通孔４２まで上昇すると、前記連通孔４２を通って発酵反応室２２の第１発酵室７０に流入する。第１発酵室７０には、発酵菌供給管路７４から発酵菌（又は酵母）が供給されるとともに、必要に応じて水が供給されている。このため、第１発酵室７０では、糖化反応室２０内でセルロース及びヘミセルロースの酵素分解により生成された糖類が、発酵を開始して発酵溶液が得られる。
【００５６】
第１発酵室７０の発酵溶液は、発酵菌の活性が低くアルコール濃度が低いものの、滅菌される確率が低くて菌体数が多い。第１発酵室７０に滞留する発酵溶液は、仕切り板７６ａに沿って液面が上昇し、前記仕切り板７６ａの上部に形成された隙間Ｓ１を通って第１発酵空間部７２ａに供給される。
【００５７】
ここで、発酵反応室２２には、第２回転軸８０が回転自在に支持されており、前記第２回転軸８０は、第１回転軸６２とユニバーサルジョイント８４を介して連結されている。従って、モータ５８の駆動作用下に、第１回転軸６２が回転する際、第２回転軸８０が回転している。
【００５８】
これにより、第２回転軸８０に設けられた発酵回転翼８６ａ、８６ｂ、８６ｃ及び８６ｄは、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄ内を旋回するように回転している。このため、第１発酵空間部７２ａに供給された発酵溶液は、発酵回転翼８６ａの旋回作用下に撹拌され、発酵反応が促進される。
【００５９】
第１発酵空間部７２ａと第２発酵空間部７２ｂとは、仕切り板７６ｂの下部に形成された隙間Ｓ２により連通している。従って、発酵溶液は、隙間Ｓ２を通って第１発酵空間部７２ａから第２発酵空間部７２ｂに流動する。第２発酵空間部７２ｂでは、発酵溶液が発酵回転翼８６ｂの旋回作用下に撹拌される。さらに、第２発酵空間部７２ｂの発酵溶液は、仕切り板７６ｃの上部に形成された隙間Ｓ３を通って第３発酵空間部７２ｃに流動する。そして、第３発酵空間部７２ｃの発酵溶液は、仕切り板７６ｄの下部に形成された隙間Ｓ４を通って第４発酵空間部７２ｄに流動する。
【００６０】
第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄでは、発酵溶液が発酵回転翼８６ｃ、８６ｄの旋回作用下に流動するため、前記発酵溶液の発酵処理が順次行われる。その際、発酵溶液は、第１発酵空間部７２ａから第４発酵空間部７２ｄに向かうに従って、菌の活性度が高まってアルコール濃度が高くなる一方、滅菌されて菌体数が減少する。
【００６１】
このように、発酵溶液は、第１発酵室７０、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄに沿って上下に蛇行しながら流動する。これにより、発酵反応室２２内では、発酵反応によりエタノール（アルコール）が生成されるとともに、前記エタノールが濃縮され、発酵溶液排出口７８から濃縮部２６に排出される。
【００６２】
また、発酵反応室２２内では、発酵反応により発生する残渣や死滅する菌が溜まり易い。そこで、仕切り板７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄの下部には、図示しないが、第１発酵室７０、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄを連通する開口部が形成されている。このため、第４発酵空間部７２ｄ側から第１発酵室７０に向かって残渣や死滅した菌を流動させることができる。
【００６３】
この場合、本実施形態では、残渣排出装置１０は、反応装置２４を構成する糖化反応室２０に配置されている。このため、糖化反応室２０と別体に固液分離装置を配置する必要がなく、エタノール製造システム１２全体の小型化が容易に図られる。
【００６４】
しかも、図５に示すように、糖化反応室２０内の残渣は、スクリュー部９８の回転により、筒状ケーシング９０内を取り込み口９２から残渣排出口９６に向かって移動している。その際、軸部１００には、膨径部、例えば、傾斜部１０２が膨出形成されており、前記傾斜部１０２によって残渣から糖化溶液が分離されている。従って、残渣から糖化溶液や酵素を良好に取り出して再度使用することができ、糖化効率が向上するとともに、経済的である。
【００６５】
これにより、残渣排出装置１０では、簡単且つコンパクトな構成で、バイオマス残渣と糖化溶液とを確実に固液分離することができ、糖化効率の向上を図るとともに、コストの低減が容易に遂行可能になるという効果が得られる。
【００６６】
また、筒状ケーシング９０の内周面と軸部１００の傾斜部１０２とにより、残渣中の糖化溶液を分離するとともに、前記筒状ケーシング９０には、固液分離された前記糖化溶液を糖化反応室２０に戻すための溶液出口１０８が設けられている。このため、残渣から分離された糖化溶液や酵素は、糖化反応室２０に戻されて再度使用することができ、糖化効率が向上するとともに、経済的である。
【００６７】
さらに、筒状ケーシング９０には、固液分離された残渣の含水率を高めるための水分供給口１０６が設けられている。従って、固液分離された残渣の含水率が高められるため、前記残渣の固液分離効率が向上するという利点がある。
【００６８】
さらにまた、軸部１００には、軸方向に沿って互いに離間する複数の傾斜部１０２が形成されるとともに、各傾斜部１０２と筒状ケーシング９０の内周面との間には、それぞれ固液分離室１０４が形成されている。これにより、残渣の固液分離を繰り返すことができ、前記残渣からより多くの糖化溶液を回収することが可能になる。
【符号の説明】
【００６９】
１０…残渣排出装置                  １２…エタノール製造システム
１４…裁断・粗粉砕部                １６…前処理部
２０…糖化反応室                    ２２…発酵反応室
２４…反応装置                      ３４…反応容器
３６、３８…ケーシング部材
３６ｅｄ、３６ｅｕ、３８ｅｄ、３８ｅｕ…端部
４０…連結板部                      ４２…連通孔
４４、４６…蓋部材                  ４８…バイオマス供給管路
５０…糖化酵素供給管路              ５２…酸供給管路
５４…アルカリ供給管路              ５６…ＣＯ２供給管路
５８、１０１…モータ                ６２、８０…回転軸
６６…糖化回転ドラム                ６８…メッシュ
７０、７２…発酵室                  ７２ａ〜７２ｄ…発酵空間部
７４…発酵菌供給管路                ７６ａ〜７６ｄ…仕切り板
７８…発酵溶液排出口                ８６ａ〜８６ｄ…発酵回転翼
８８…ＣＯ２排出管路                ９０…筒状ケーシング
９２…取り込み口                    ９４…開口部
９６…残渣排出口                    ９８…スクリュー部
１００…軸部                        １０２…傾斜部
１０４…固液分離室                  １０６…水分供給口
１０８…溶液出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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