(57)【要約】      （修正有）【課題】粉砕機能が向上した機械装置を配列することで、生産工程の短縮と製造コストを向上させることができる木質燃料ペレットの製造装置を提供する。【解決手段】投入された木質材料を針状形チップ状物チッパー２と、チッパー２で切削・粉砕された含水率３５％程度のチップ状物を計量装置付自動供給コンベア３で、乾式条件下で粉砕・解繊・微粒径綿状物とする粗粉砕機４と、ふるい目を通過した粗粉砕機４は下部吐出口に接続された送風機５により風送ダクト６およびサイクロン７を介して、所定の含水比以下にした粉砕物は自動軽量装置付きのコンベア８から、所定の含水率を調整するコンディショナー９を経て、所定の成形条件で含水率１４〜１８％の成型環境下でペレットを成型するペレタイザー１０と、ペレタイザー１０で成型された温かい状態のペレットを所定温度で所定時間滞留させることによりペレットを半炭化させる恒温熟成装置１４とを備える。【選択図】図１
0003232113.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
木質材料を投入し、前記木質材料から燃料ペレットを製造するための木質燃料ペレットの製造装置であって、
投入された木質材料を、所定の寸法以下の針状形チップ状物に切削・粉砕する一次粉砕機としてのチッパーと、
前記チッパーで切削・粉砕された針状形チップ状物を乾式条件下で粉砕・解繊して繊維束あるいは維管束を引きちぎった状態の微粒綿状物にする粉砕装置と、
前記粉砕装置に取り付けられたスクリーンのふるい目を通過して風送ダクトおよびサイクロンを介して送り込まれた微粒径綿状物を原料として所定の含水率の成型環境のもとでペレットを成型するペレタイザーと、
前記ペレタイザーで成型され、コンベアを介して投入された温かい状態のペレットをそのまま所定温度で所定時間滞留させることにより前記ペレットを半炭化させる恒温熟成装置と、
を備えることを特徴とする木質燃料ペレットの製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の木質燃料ペレットの製造装置において、前記木質材料が、針葉樹木質部、広葉樹木質部、針葉樹樹皮、広葉樹樹皮、またはタケ類、ササ類であることを特徴とする木質燃料ペレットの製造装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、針葉樹木質部、広葉樹木質部、針葉樹樹皮、広葉樹樹皮、あるいはタケ類、ササ類を用いて半炭化木質燃料ペレットを製造するための木質燃料ペレットの製造装置に関するものである。地球環境の変動の要因対策としての持続可能な再生可能エネルギー燃料としての変換を行うものである。半炭化物域燃料ペレットとしたのは、石炭代替燃料としての立場を担えると考えるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の木質燃料ペレット製造方法は約半世紀の実績を持つものの、わが国では示された品質規格に沿える製品の製造方法が確立されておらず、国内製造所数とその製造量及び消費量は伸び悩んでいる。その反面、国外で生産された木質燃料ペレットの輸入量は主として、(1)石炭発電所混焼用、(2)大型のバイオマス専用のタービン発電所あるいは、(3)小型木質バイオマスガス化発電所などの燃料用として国内製造販売量の数十倍に至っている。製造コストも輸入木質燃料ペレットの価格にも対抗でき、予想される大量の国内需要に応える木質燃料ペレットの製造量が望まれている。
【０００３】
二酸化炭素排出量の削減手段として有望視され、また持続可能エネルギー利用の一方策として、未利用木質バイオマスによる代替え燃料化手段として有望視され開発が望まれている木質バイオマスペレット半炭化技術も確立されていない。国の補助事業試作試験の結果報告によると、木質チップの実績混焼１％に比べ３０％〜８０％混焼が可能とされている。
【０００４】
特許文献１には、ペレット成形用の多数の細孔が形成されたダイスと、ダイスに圧接しながら回転することで、材料を粉砕しながらダイスの細孔に圧入する回転ローラーと、を備えるフラットダイ式のペレタイザーが記載されている。
【０００５】
ダイスに形成された細孔は、材料を棒状に圧縮成形する圧縮成形部と、圧縮成形部の出口側に形成され、出口に向かって穴径が僅かに大きくなるテーパ部とを備え、圧縮成形部は、製造されるペレットの直径を規定するストレート部と、細孔の入口に形成されるストレート部の穴径よりも穴径の大きな径大部とを備え、径大部とストレート部との境界には段差が形成され、テーパ部はストレート部との接続部の穴径がストレート部の穴径と同じであり、テーパ部のテーパ面の傾斜角が０．１〜１．０°であり、細孔の入口の穴径よりも出口の穴径が小さいことを特徴とするものである。
【０００６】
特許文献２には、生後２年以上で枝葉部分を除去した生竹１００重量％に対し、生後２年以上で枝葉部分を除去した含水率５５％未満の枯れ竹２５〜４００重量％の割合で両方を破砕・粉砕機に混入して破砕および粉砕し、竹ベースの混合粉末を得る破砕および粉砕工程と、破砕および粉砕工程で得られた竹ベースの混合粉末を乾燥機で乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程で乾燥された竹ベースの混合粉末を造粒機によって造粒し、竹ペレットを得る造粒工程とを有することを特徴とする、竹ペレット燃料の製造方法が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、酸素欠乏雰囲気中かつ密閉状態において、バイオマスを２００〜５００℃で加熱することにより、１〜５％のタール分を含有する生成物を収得することを特徴とする、バイオマス半炭化圧密燃料前駆体の製造方法が記載されている。
【０００８】
特許文献４には、再生原料（使用済物品）又は中間製品として供される古紙、古布、木片、バージンパルプシートその他の繊維含有材料から解繊物を得ようとする際に、主に乾式解繊処理の前処理として繊維含有材料を物理的に切り刻むために用いられる繊維含有材料の縦型粗粉砕装置及びその刃物構造が記載されている。
【０００９】
特許文献５には、本考案の考案者による従来の木質燃料ペレットの製造装置が記載されており、図２に示すように、投入された木質材料を、所定の寸法以下のチップ状物に切削・粉砕する一次粉砕機としてのチッパー２２と、チッパー２２で切削・粉砕されたチップ状物を乾式条件下で粉砕・解繊して繊維束あるいは維管束を引きちぎった状態の綿状物にする粗粉砕機２４と、粗粉砕機２４に取り付けられたスクリーンのふるい目を通過して風送ダクト２６を介して送り込まれる綿状物を叩解して微粒径化された微粒綿状物とするための微粉砕機２８と、微粉砕機２８に取り付けられたスクリーンのふるい目を通過して風送ダクト２９およびサイクロン３０を介して送り込まれた微粒径綿状物を原料として所定温度の成型環境のもとでペレットを成型するペレタイザー３３と、ペレタイザー３３で成型され、コンベア３４を介して投入された温かい状態のペレットをそのまま所定温度で所定時間滞留させることによりペレットを半炭化させる恒温熟成装置３７とを備えるものである。
【００１０】
特許文献６には、内側面に１つ以上の固定刃を備えた有底円筒容器と、有底円筒容器の内側面との間に間隔を設けて周設されるとともに固定刃が内部に配置されている多孔スクリーンと、この多孔スクリーンを跨ぐように設置されて固定刃を内側面に固定するリブと、有底円筒容器の軸中心に軸装され固定刃と協働して繊維含有材料を切断又は裂断する回転刃と、稼働中に有底円筒容器内の気体を吸引するとともに多孔スクリーンを介して粉砕された繊維含有材料を外部に排出・回収するための気体吸引部と、を有する粉砕装置であって、回転刃は回転により有底円筒容器内で上向きの気流を生じさせる構造を有し、回転刃の回転軸方向に離間しながら３段以上設置され、かつ回転刃の厚みは下段から上段に向かうにつれて増加するとともに、気体吸引部は有底円筒容器の内側面の下部に１つ以上形成され、稼働中に有底円筒容器内で生じる上向きの気流及び粉砕された繊維含有材料の流動に抗して下向きの吸引気流を生じさせ、粉砕された繊維含有材料を有底円筒容器から排出するようにした粉砕装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第６２４５６８６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８８５５６号公報
【特許文献３】特許第３８３７４９０号公報
【特許文献４】特許第３０５１９８１号公報
【特許文献５】実用新案登録第３２２３７６７号公報
【特許文献６】実用新案登録第３２２６３０１号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】森林総合研究所、「木質ペレット成型機構の解明」、２０１０年３月
【非特許文献２】佐野寛、本庄孝子、「バイオマス半炭化の原理と効用」、高温学会誌第３７巻第２号、p.43-p.49
【非特許文献３】栗山 旭、「木材の200℃までの加熱処理による化学的変化について」、材料第１６巻第１６９号、p.772-p.776
【非特許文献４】熊崎実、「熱電併給システムではじめる木質バイオマスエネルギー」、日刊工業新聞社、２０１６年９月、p.162-166及びp.180-190
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１３】
従来は成形材料の粉砕物の粒度や含水率に大きなバラつきがあり、成型不良や燃え難い製品化へつながるに至っていた。粉砕性と成型条件である１２％前後の安定した含水率実現の必要性があった。
【００１４】
ペレタイザーの所定の動作環境で要求する含水率１４〜１８％を実現するためには、コンディショナー入口の微粒径綿状粉砕物の含水率が１２％程度になるようにコンディショナーで噴霧される水分を調整することが望ましい。
【００１５】
前項の解決の一手段として高温乾燥装置による乾燥後、成型機構のダイスの機能を利用した成型がなされているものの、４００℃を超える温度環境下では温度による材料の変化により、使用制限２％以下のでんぷん質バインダーによる再結晶助材の必要性があり、確実な再結晶成型の条件を見出す必要がある。
【００１６】
成型後は冷却装置で貯蔵装置・貯蔵室の貯蔵温度環境以内に冷却する必要がある。吸湿性を残した状況にある為に変質しやすい状態である為保管性の向上が必要である。
【００１７】
大量の消費の出口先として、石炭火力発電への木質バイオマス混焼が試みられた。木質チップによる５％混焼目標は結果として平均１％混焼に終わっている。木質バイオマス半炭化ペレットは、３０％の混焼を可能とするとされている物の商品化に至っていない。
【００１８】
森林資源を多く抱える我が国にとって、木質バイオマス、とりわけ未利用資源を利用したエネルギー利用の一手段として、木質バイオマスペレットは重要な実施課題であったに関わらず、技術の進展が不足して実用化の決め手に欠いていた。各地方地域に大量の未利用バイオマスの賦存量が知られている。その中でも針葉樹樹皮（バーク）やタケ・ササ資源が知られている。
【００１９】
本考案は、上述のような従来技術における課題の解決を図ったものであり、水分および乾留ガス以外の物質を失わず、質量が高く着火性が良く発熱量の高い品質の安定した半炭化木質燃料ペレットを製造することができる木質燃料ペレットの製造装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本考案は、木質材料を投入し、前記木質材料から燃料ペレットを製造するための木質燃料ペレットの製造装置であって、
投入された木質材料を、所定の寸法以下の針状形チップ状物に切削・粉砕する一次粉砕機としてのチッパーと、
前記チッパーで切削・粉砕された針状形チップ状物を乾式条件下で粉砕・解繊して繊維束あるいは維管束を引きちぎった状態の微粒綿状物にする粉砕装置と、
前記粉砕装置に取り付けられたスクリーンのふるい目を通過して風送ダクトおよびサイクロンを介して送り込まれた微粒径綿状物を原料として所定の含水率の成型環境のもとでペレットを成型するペレタイザーと、
前記ペレタイザーで成型され、コンベアを介して投入された温かい状態のペレットをそのまま所定温度で所定時間滞留させることにより前記ペレットを半炭化させる恒温熟成装置と、を備えることを特徴とするものである。
【００２１】
本考案において、木質原料として、針葉樹木質部、広葉樹木質部、針葉樹樹皮、広葉樹樹皮、タケ類、ササ類などを用いることができ、チッパーに投入された木質材料は、例えばφ２ｍｍ長さ１００ｍｍ以下程度の針状形チップ状物に加工される。
【００２２】
粉砕装置としては、例えば前述した特許文献４に記載されている縦型粗粉砕装置にピンミル機能を加えた特許文献６による縦型粉砕装置などを用いることができる。タケ・ササもφ２ｍｍ程度で繊維方向に対して長さが１００ｍｍ以下程度、好ましくはφ２ｍｍ、長さ５０ｍｍ程度の針状物チップ状物とした材料を投入することで、繊維束あるいは維管束を引きちぎった状態の微粒径綿状物が得られる。
【００２３】
粉砕装置としては、材料の性質と状態によりスクリーンを選択変更して加工を行う。その過程で、分離するヘミセルロースに多く含まれる多糖類物質がバインダーとして機能し、綿状物質は微粉物も絡め包み込むことになる。一般的に言われている樹脂成分軟化点による絡みと水素結合とリグニンの作用の条件を合わせた結合力のあるペレットが産出される。
【００２４】
本考案の装置では、成型後、温かい状態の成型物をそのまま連続して恒温熟成装置に滞留させることにより半炭化性能を有し、水性ガスだけが放出され実質的質量の損失のない半炭化木質燃料ペレットを製造することができる。
【００２５】
このように製造された半炭化木質燃料ペレットは、着火性が良く、水膨潤性も少なく、保管性に優れた特徴を持っている。
【考案の効果】
【００２６】
パリ協定による二酸化炭素削減を行う為の「パリ協定」批准国として、２０１９年６月Ｇ２０大阪会議において「パリ協定」批准国として、石炭の使用制限が決められた。我が国の火力発電は石炭への依存度が高い。我が国では「京都議定書」で木質バイオマスの循環による二酸化炭素の削減方法の提案国である。石炭代替え物質としての製品化が早急に望まれている。
【００２７】
我が国の森林バイオマスとしての賦存量として針葉樹皮（バークともいう）は、未利用資源としては圧倒的な量があり利活用が待たれている。同様に、タケやササは草本類ではあるが、森林中あるいは隣接して健全な森林に深く侵入繁茂している厄介者の燃料資源化が図れる。しかも、着火性に優れ発生熱量も質量に対し木材資源より多くを発生する石炭代替物となり得る。
【００２８】
本考案の木質燃料ペレットの製造装置を使用することで、着火性が良く、水膨潤性も少なく、保管性に優れた半炭化木質燃料ペレットを効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本考案に係る木質燃料ペレットの製造装置の一実施形態を示す全体図である。
【図２】比較例としての特許文献５に係る木質燃料ペレットの製造装置の全体図である。
【図３】粗粉砕機での粉砕・解繊した状態の綿状物の顕微鏡写真である。
【図４】微粉砕機で叩解して微粒径化された微粒綿状物の顕微鏡写真である。
【図５】従来の木質燃料ペレットと、本考案の装置によって製造される半炭化木質燃料ペレットの疎水性の比較のために行った水中浸漬試験１０分後の状態を示した写真である。
【考案を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本考案の木質燃料ペレットの製造装置の一実施形態を示したものである。装置全体を構成する個々の装置のうちの主な装置に関し、原料の木質材料は、チッパー２、ベルトコンベア３、粉砕装置４、風送ダクト６、サイクロン７、コンベア８、コンディショナー９、ペレタイザー（ペレット製造装置）１０、コンベア１１、ペレット加熱源装置１２、ペレット加熱加工装置１３、恒温熟成装置１４を経由して、半炭化木質燃料ペレットが製造されるという流れになる。
【００３１】
木質材料としては、針葉樹木質部、広葉樹木質部、針葉樹樹皮、広葉樹樹皮、タケ類、ササ類などを用いることができる。一次粉砕機としてのチッパー２に投入された木質材料は、例えばφ２ｍｍ長さ１００ｍｍ以下の針状形チップ状態に加工される。
【００３２】
粉砕装置４としては、縦型粗粉砕装置にピンミル機能を備えた装置などを用いることができる。タケやササもφ２ｍｍ程度で繊維方向に対して１００ｍｍ以下、好ましくはφ２ｍｍ、長さ５０ｍｍ程度の針状形チップ状物とした材料を投入することで、繊維束あるいは維管束を引きちぎった状態の微粒径綿状物が得られる。
【００３３】
図３は粗粉砕機での粉砕・解繊して繊維束あるいは維管束を引きちぎった状態の綿状物の顕微鏡写真、図４は微粉砕機で叩解して微粒径化された微粒綿状物の顕微鏡写真である。
【００３４】
本考案では、上述の粉砕工程の中で繊維束又は維管束以外の道管や師管やヘミセルロースなど含水率の多くを含む組織を破壊するため、風送ダクト６、９と風送装置により含水率１２％以下の粉砕物を得ることができる。装置の機械熱も放熱されよってダクト内で加温され乾燥を高めることになる。
【００３５】
従来のペレタイザーの運転温度は７０℃〜９０℃の予備熱温度で運転成形されている。成型メカニズムは木質繊維樹脂軟化温度による水素結合とされ、一部材料の高温乾燥による結合不良を２％以下のバインダーによる補助結合が許されている。これに対し、本考案の装置では、これより２０℃〜４０℃程度高い温度として、上記微粉砕物の成分である多糖物質やリグニンなどのバインダー物質の溶融化と成型物表面の被膜化を加温効果として得ることができる。
【００３６】
針葉樹皮（バーク）とタケやササによる成形物は、多糖類やリグニンのほかに様々な物質を成分として含有しているので、成型物は長時間の浸漬膨潤変化を起こさないいわゆる疎水性を見せてくれた。
【００３７】
図５はペレットの疎水性の確認のために行った水中浸漬試験１０分後の状態を示した写真であり、ふやけて大きく膨らんでいるのが従来の木質燃料ペレットであり、本考案の装置によって針葉樹樹皮とタケから製造された半炭化ペレットはまだほぼ原形状が保たれているのが分かる。
【符号の説明】
【００３８】
２…チッパー、
３…コンベア、
４…粉砕装置（乾式粉砕・解繊・微粒径綿状粉砕装置）、
５…送風機、
６…風送ダクト、
７…サイクロン、
８…コンベア、
９…コンディショナー、
１０…ペレタイザー、
１１…コンベア
１２…ペレット加熱源装置、
１３…ペレット加熱加工装置、
１４…恒温熟成装置
【図１】
0003232113.tif 000003
【図２】
0003232113.tif 000004
【図３】
0003232113.tif 000005
【図４】
0003232113.tif 000006
【図５】
0003232113.tif 000007