(57)【要約】  【課題】  従来の生物系物質の破砕装置等では、一装置一工程では被破砕物の細胞壁を破壊して原料のセルロース、キシレン、リグニン等の成分などを確実に成分抽出することはできなかった。  【解決手段】  スパイラル刃２０を有する回転軸２と、回転軸２の長手方向に複数設けられる破砕室１と、破砕室１内に水分を供給可能な給水装置９と、破砕室１内に過熱水蒸気を供給可能な過熱水蒸気発生装置８と、破砕室１間に設けられ室間通過口３０を有するとともに上流方向向きの壁面に被破砕物摩耗用凹凸３１を有する仕切り板３と、被破砕物が上流部に設けられる原料投入口４と、被破砕物が下流側に設けられる多数の排出口５０を設ける排出板５と、下流側の破砕室の下面から被破砕物の成分抽出を可能な成分抽出装置７を有する生物系物質の破砕成分抽出装置による。【選択図】  図１
2006334489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパイラル刃を有する回転可能な回転軸と、回転軸の長手方向に複数設けられる破砕室と、破砕室内に水分を供給可能な給水装置と、破砕室内に過熱水蒸気を供給可能な過熱水蒸気発生装置と、破砕室間に設けられ室間通過口を有するとともに被破砕物のスパイラル刃の回転により移動する流れの上流方向向きの壁面に被破砕物摩耗用凹凸を有する仕切り板と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの上流部に設けられる原料投入口と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの下流側に設けられる多数の排出口を設ける排出板と、下流側の破砕室の下面から被破砕物の成分抽出を可能な成分抽出装置とを有することを特徴とする生物系物質の破砕成分抽出装置。
【請求項２】
スパイラル刃を有する回転可能な回転軸と、回転軸の長手方向に複数設けられる破砕室と、破砕室内に水分を供給可能な給水装置と、破砕室内に過熱水蒸気を供給可能な過熱水蒸気発生装置と、破砕室間に設けられ室間通過口を有するとともに被破砕物のスパイラル刃の回転により移動する流れの上流方向向きの壁面に被破砕物摩耗用凹凸を有する仕切り板と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの上流部に設けられる原料投入口と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの下流側に設けられる多数の排出口を設ける排出板と、下流側の破砕室の下面から被破砕物の成分抽出を可能な成分抽出装置と、排出板より下流に設けられ排出板より排出され膨軟化された被破砕物を乾燥させる乾燥室とを有することを特徴とする生物系物質の破砕成分抽出装置。
【請求項３】
給水装置からの水及び／又は過熱水蒸気発生装置から発生する過熱水蒸気を原料投入口下部にある破砕室以外の全ての破砕室に供給する請求項１又は請求項２に記載の生物系物質の破砕成分抽出装置。
【請求項４】
複数の破砕室に位置するスパイラル刃のピッチが、上流側の破砕室より下流側の破砕室の方が小さいピッチのスパイラル刃である請求項１又は請求項２又は請求項３記載の生物系物質の破砕成分抽出装置。
【請求項５】
回転軸に設けられ各破砕室に位置する各スパイラル刃の下流側端部が、それぞれ仕切り板の上流方向向きの壁面と近接している請求項１乃至請求項４のうちの１つに記載の生物系物質の破砕成分抽出装置。
【請求項６】
破砕室間に設けられる仕切り板の室間通過口が、仕切り板の厚さの中で上流側の開口面積より下流側の開口面積の方が広い面積の開口面積を有している室間通過口である請求項１乃至請求項５のうちの１つに記載の生物系物質の破砕成分抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生物系物質の破砕成分抽出装置、詳細には、間伐材や伐採された木材の枝葉、樹皮、及び竹、笹、葦などの竹笹類などの植物系物質や、カニ殻などの動物系物質などの生物系原料である被破砕物に水分及び過熱水蒸気を供給しながら破砕し、それらの植物繊維やカニ殻などを摩耗して解繊して細胞壁を破壊し、原料のある現場で被破砕物を破砕しその成分を抽出することの可能な生物系物質の破砕成分抽出装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
木材チップやプラスチック廃材などの産業廃棄物を粉末に近い状態まで破砕する破砕機としては、特開２０００−２６２９１３号公報（従来技術１）が公知である。
【０００３】
従来技術１の「破砕機」は、「被破砕物を搬送する案内路内に２本の回転軸が平行に横に並べて備えられ、その２本の各回転軸の周囲には、帯状の破砕刃が回転軸の後端からその先端に向けて互いに逆方向にスパイラル状に起立させて一体に巻き付けられ、前記の２本の回転軸には、該２本の各回転軸を破砕刃の巻き付け方向に同一速度で互いに逆方向に同期回転させる回転手段が連結され、その２本の各回転軸を破砕刃の巻き付け方向に同一速度で互いに逆方向に同期回転させた際には、その２本の各回転軸周囲にスパイラル状に巻き付けられた破砕刃が、その２本の回転軸の内側間で互いに噛合し合いながら回転するように構成され、前記の２本の回転軸周囲に巻き付けられた破砕刃の外側縁部の表側とその裏側には、複数の破砕チップが所定のピッチで起立させて並べて付設されて、２本の各回転軸を破砕刃の巻き付け方向に同一速度で互いに逆方向に同期回転させた際には、その２本の回転軸周囲の破砕刃の外側縁部の複数の各破砕チップが、その２本の回転軸の内側間でその近くを通過する他の破砕刃又は他の破砕チップと微小間隙をあけて噛合し合いながら回転するように構成され、前記案内路には、該案内路内後部に被破砕物を搬入するための搬入口と、２本の回転軸の周囲にスパイラル状に巻き付けられた破砕刃により案内路内をその先方に搬送された被破砕物を案内路外部に搬出するための搬出口とが設けられた」装置である。
【０００４】
また、特開２００３−１５９５４５号公報に「２軸スクリューシャフト式粉砕機（従来技術２）」が開示されている。
【０００５】
従来技術２は、「２個のシリンダーを平行に配置し、各々のシリンダーに左不等ピッチスクリューシャフトと右不等ピッチスクリューシャフトとをスクリューが交差するようにして回転自在に収容し、左不等ピッチスクリューシャフトと右不等ピッチスクリューシャフトとのスクリューピッチは廃棄物の投入側を長く、排出側に行くにしたがって短く設定し、左不等ピッチスクリューシャフトと右不等ピッチスクリューシャフトとは各々内側方向に向けて回転させ、シリンダーの下流側終端開口に排出板を設け、排出板に対向する箇所の左不等ピッチスクリューシャフトと右不等ピッチスクリューシャフトにカッターを設けている」装置である。従来技術２は、上記の構成により「水分の多い廃棄物や硬質の廃棄物のいずれが投入されたときでも廃棄物を粉砕する」作用を有する。
【０００６】
更に、特開昭５２−１１１８号公報に「繊維質素材の組織膨軟破壊方法」（従来技術３）の開示がある。従来技術３には、「素材投入口、スクリュー羽根を有する回転軸部分とこれに続く回転軸部分が分割可能な回転軸、回転軸に設ける一定外径のスクリュー羽根及び次第に異径縮小されたテーパー状スクリュー羽根を有する素材移送部、移送素材の加圧圧縮部、軸方向に沿った突条よりなるカッター」等の構成要素の開示がある。
【０００７】
更にまた、「繊維質素材の組織破壊装置」として特公昭５６−４８２１２号公報（従来技術４）がある。従来技術４には、従来技術３と同じ構成の「素材投入口、スクリュー羽根を有する回転軸部分とこれに続く回転軸部分が分割可能な回転軸、回転軸に設ける一定外径のスクリュー羽根及び次第に異径縮小されたテーパー状スクリュー羽根を有する素材移送部、移送素材の加圧圧縮部、軸方向に沿った突条よりなるカッター」等の構成要に加えて「カッターの突条が異径部周壁に均等間隔をもって複数条配置」される構成の開示がある。
【０００８】
また、特開２００３−１１３８号公報に「剪定枝破壊装置、不定形素材破壊装置及び剪定枝破壊方法」（従来技術５）の開示がある。従来技術５の剪定枝破壊方法は、「剪定枝を投入口から投入する工程と、加工軸部を回転させ投入された剪定枝を前方の排出用開口部へ移送するとともに水分を含んだ状態で圧縮していく工程と、圧縮され加圧状態にある剪定枝を一気に減圧しながら排出する工程」を有するとともに、「投入されたチップに給水し例えば含水率を３０〜５０％程度とするための給水手段３（従来技術５の３頁４欄３０行乃至３２行）」の開示がある。
【特許文献１】特開２０００−２６２９１３号公報（従来技術１）
【特許文献２】特開２００３−１５９５４５号公報（従来技術２）
【特許文献３】特開昭５２−１１１８号公報（従来技術３）
【特許文献４】特公昭５６−４８２１２号公報（従来技術４）
【特許文献５】特開２００３−１１３８号公報（従来技術５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的に、間伐材などの枝葉等の原料を破砕摩耗する装置は、例えば上述した従来技術１乃至５の様に様々知られているが、確実に細胞壁を破壊して液体成分と固体成分を分離抽出して有用な生産物を回収することはできず、それらの装置や方法で処理された生産物は、別な装置で２次加工処理されていた課題があった。すなわち、従来技術１及び従来技術２の装置では、装置に投入される廃棄物等の被破砕物を磨り潰すような作用はなかった。特に植物質系の間伐材や伐採された木材の枝葉、樹皮、及び竹、笹、葦などの竹笹類などの主に植物系物質を磨り潰して植物繊維を解きほぐして、そのとき発生する摩擦熱によって生産される破砕解繊物質を殺菌する作用効果は有していなかった。
【００１０】
また、従来技術３及び従来技術４には、スクリュー羽根による素材移送部、加圧圧縮部が開示され、従来技術５には、加圧圧縮部に加えて「チップの含水率を３０〜５０％とする給水手段」が開示されている。しかし、これらによっても被破砕物の細胞壁を破壊して原料のセルロース、キシレン、リグニン等の成分などを確実に成分抽出することはできない課題があった。
【００１１】
従来技術１乃至５に開示される装置、方法では、自然災害などで発生する多数の倒木材を、その現場に置いて１つの装置、１つの工程で生物系物質からその有用成分を抽出して有効な生産物として再生させるコンパクトな装置は知られていなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、スパイラル刃を有する回転可能な回転軸と、回転軸の長手方向に複数設けられる破砕室と、破砕室内に水分を供給可能な給水装置と、破砕室内に過熱水蒸気を供給可能な過熱水蒸気発生装置と、破砕室間に設けられ室間通過口を有するとともに被破砕物のスパイラル刃の回転により移動する流れの上流方向向きの壁面に被破砕物摩耗用凹凸を有する仕切り板と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの上流部に設けられる原料投入口と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの下流側に設けられる多数の排出口を設ける排出板と、下流側の破砕室の下面から被破砕物の成分抽出を可能な成分抽出装置とを有することを特徴とする生物系物質の破砕成分抽出装置を提案する。
【００１３】
また、スパイラル刃を有する回転可能な回転軸と、回転軸の長手方向に複数設けられる破砕室と、破砕室内に水分を供給可能な給水装置と、破砕室内に過熱水蒸気を供給可能な過熱水蒸気発生装置と、破砕室間に設けられ室間通過口を有するとともに被破砕物のスパイラル刃の回転により移動する流れの上流方向向きの壁面に被破砕物摩耗用凹凸を有する仕切り板と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの上流部に設けられる原料投入口と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの下流側に設けられる多数の排出口を設ける排出板と、下流側の破砕室の下面から被破砕物の成分抽出を可能な成分抽出装置と、排出板より下流に設けられ排出板より排出され膨軟化された被破砕物を乾燥させる乾燥室とを有することを特徴とする生物系物質の破砕成分抽出装置を提案する。
【００１４】
上記００１２欄及び００１３欄の生物系物質の破砕成分抽出装置において、給水装置からの水及び／又は過熱水蒸気発生装置から発生する過熱水蒸気を原料投入口下部にある破砕室以外の全ての破砕室に供給する生物系物質の破砕成分抽出装置、及び複数の破砕室に位置するスパイラル刃のピッチが、上流側の破砕室より下流側の破砕室の方が小さいピッチのスパイラル刃である上述した各生物系物質の破砕成分抽出装置、回転軸に設けられ各破砕室に位置する各スパイラル刃の下流側端部が、それぞれ仕切り板の上流方向向きの壁面と近接している上述した各生物系物質の破砕成分抽出装置、破砕室間に設けられる仕切り板の室間通過口が、仕切り板の厚さの中で上流側の開口面積より下流側の開口面積の方が広い面積の開口面積を有している室間通過口である上述した各生物系物質の破砕成分抽出装置を提案する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、倒木材などの生物系物質原料を１つの装置、１つの工程においてスパイラル刃による加圧とともに給水装置から水分を加え過熱水蒸気により急速に加熱することにより１人乃至数人という非常に少ない人数の作業者によって容易に破砕原料からセルロース、キシレン、リグニン等の成分などを確実に成分抽出し、有効利用可能な生産物として再生させることができる。
【００１６】
また、スパイラル刃による加圧、給水装置による水分供給とともに加熱は過熱水蒸気によるため、加熱空気などと比較すると熱容量が大きいため、被破砕物を急速に加熱することができる。そのためヒーターを備える必要がなくなり、また急速な昇温、正確な温度制御を行うことができる。また、過熱水蒸気を使用することにより、被破砕物の水分蒸発が抑制され、水分調整が行い易い。
【００１７】
間伐材などの植物系の原料やカニ殻などの原料は、破砕し磨り潰されるとともにスパイラル刃による加圧、給温水装置からの温水供給、過熱水蒸気による急速な加熱により中間の破砕室内で１９０℃〜２１０℃、最下流側破砕室内では２７０℃〜３３０℃の高温になり自動的に加熱殺菌されるとともに、水蒸気爆砕により細胞壁を破壊することができる。そのためセルロース、キシレン等の液体に溶出する成分と、繊維素材として残るリグニンを別個に分離して再生させることができる。
【００１８】
生産物は、改めて加熱殺菌の必要がなく、上質な堆肥、家畜用敷料、家畜用飼料、人工土壌などに利用できる。更にセルロースは、アルコールの原料、生分解プラスチックの原料、火薬の原料、アセテート、レーヨンの原料として利用でき、キシレンは甘味料の原料、リグニンは高級カーボン等に利用できる。
【００１９】
また、この発明は、コンパクトで移動が容易であり、山林などにも運搬が容易であるため、台風などの自然災害で発生する多数の倒木材や、ダムに流れ着く多量の木材など山間の僻地でも容易に搬送ができ、その現地において容易に処理することが可能になり、それらの倒木材を上述したような有効な再生物に生産でき、物質の自然循環に寄与するという大きな効果がある。
【００２０】
また、この発明は、回転軸の長手方向に複数設けられる破砕室と、破砕室間に設けられ室間通過口を有するとともに被破砕物のスパイラル刃の回転により移動する流れの上流を向いた壁面に被破砕物摩耗用凹凸を有する仕切り板によって、かなり大きな太い枝でも複数の破砕室間を順次通過する毎に破砕と摩耗により、より小さな破砕片になっていくため破砕片の一部が団子状態になることがなく、装置が詰まることが従来に比べ非常に減少した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明の生物系物質の破砕成分抽出装置の実施形態の正面説明図である図１、同じく平面説明図である図２、同じく上流側から見た側面である図３、同じく第１のスパイラル刃及び第１仕切り板を上流側から見た図である図４、同じく第２スパイラル刃及び第２仕切り板を上流側から見た図である図５、同じくその下流の第３及び第４スパイラル刃及び第３及び第４仕切り板を上流側から見た図６、排出板を上流側から見た図である図７、同じく原料投入口の平面図である図８、同じく仕切り板の室間通過口の横断面図である図９この発明による植物性物質の細胞壁が水蒸気爆砕され破壊される説明図である図１０に基づいて説明する。
【００２２】
図１乃至図３に示す、この発明の実施形態である生物系物質の破砕成分抽出装置Ａは、並行に設けられ互いに逆方向のスパイラル刃２０、２１を有する２本の回転軸２ａ、２ｂと、回転軸２ａ、２ｂの長手方向に上流側からそれぞれ第１破砕室である投入部破砕室１ａ、第２破砕室１ｂ、第３破砕室１ｃ、第４破砕室１ｄ、第５破砕室である最下流破砕室１ｅと５つ設けられる破砕室１と、最下流破砕室１ｅの更に下流に設けられる乾燥室６と、各破砕室１間に設けられる仕切り板３、第２破砕室１ｂ乃至最下流破砕室１ｅの４つの破砕室１に温水を給水できる給温水装置９と、同じく第３破砕室１ｃ、第４破砕室１ｄ及び乾燥室６に過熱水蒸気を供給できる過熱水蒸気発生装置８と、投入部破砕室１ａの上部に開口する原料投入口４と、最下流破砕室１ｅの下流側に設けられる排出口５０を有する排出板５と、最下流破砕室１ｅの下面から被破砕物の成分抽出を可能な成分抽出装置７と、減速機ＭＤと、モータＭとを有する。Ｆはフレーム台であり、車輪Ｆ１を有して移動可能である。被破砕物は、原料投入口４から装置内の投入部破砕室１ａへ投じられスパイラル刃２０、２１の回転により順次第２破砕室１ｂから最下流破砕室１ｅを経て乾燥室６まで移動する。この明細書において上流下流の意味は、スパイラル刃２０、２１の回転により移動する被破砕物の流れにおける上流位置、下流位置を意味する。
【００２３】
図８は、投入部破砕室１ａの上部に開口する原料投入口４の平面図であり、原料投入口４は、上面が開口する角筒状からなる。筒部の中間に危険防止用バー４０を２本設けている。危険防止用バー４０は、太い枝などが投入されスパイラル刃２０、２１に巻き込まれるときに上端部が、大きな動きや異常な動きをすることを防止する。
【００２４】
破砕室１及び回転軸２は、この破砕装置を水平に載置した場合にほぼ水平になるように設けられる。しかし破砕室１及び回転軸２は別の実施形態としては、この破砕装置を水平に載置した場合、ある程度下流側が下方になるような傾斜を有してもよい。回転軸２は、この実施例では２本であるが、１本でもよく、又３本以上の本数を並行に並べ互いに逆方向のスパイラル刃を有する構成も可能である。この実施形態では複数の回転軸のうちの一本の回転軸２ａは、減速機ＭＤと連結しており、減速機ＭＤはモータＭとベルトＢによって回転伝動されておりモータＭの回転を適宜減速して回転軸２ａに伝動する。一本の回転軸２ａは、対となる回転軸２ｂにギアＧを介して逆回転を伝動している。
【００２５】
複数の破砕室１は、この実施形態では上流から下流に掛けて５つ、上流側から投入部破砕室１ａ、第２破砕室１ｂ、第３破砕室１ｃ、第４破砕室１ｄ、最下流破砕室５ｅからなり、それぞれ１つの筒状壁面１０に被覆されている。それぞれの破砕室１の筒状壁面の上面は容易に着脱可能なようにボルト等により左右壁面又は下壁面と連結される。複数の破砕室１の数は、２つ以上あればよい。
【００２６】
投入部破砕室１ａは、その上流側を上流側壁板１１によって、下流側を第２破砕室１ｂとの間に設ける第１仕切り板３ａによって区分されており、上面は開口して原料投入口４の下端と連結している。同様に第２破砕室１ｂは、その上流側を投入部破砕室１ａとの間に設ける第１仕切り板３ａにより、下流側を第３破砕室１ｃとの間に設ける第２仕切り板３ｂによって区分されている。第３破砕室１ｃは、その上流側を第２破砕室１ｂとの間に設ける第２仕切り板３ｂにより、下流側を第４破砕室１ｄとの間に設ける第３仕切り板３ｃによって区分されている。最下流破砕室１ｅは、その上流側を第４破砕室１ｄとの間に設ける第３仕切り板３ｃにより、また下流側は排出口５０を多数有している排出板５によって区分されている。最下流破砕室１ｅの更に下流側に乾燥室６を設ける。
【００２７】
この実施形態では、第２破砕室１ｂ、第３破砕室１ｃ、第４破砕室１ｄ及び最下流破砕室１ｅのそれぞれ上面部に給水管９０を開口させており、第３破砕室１ｃ、第４破砕室１ｄ及び乾燥室６のそれぞれ上面部に過熱水蒸気供給口８０を開口させている。
【００２８】
各給水管９０は、最上流部に加熱装置を備えた温水槽９１を備え、給水管９０に水量調整バルブ９２を設けて給温水装置９を構成する。この実施形態では温水槽９１を備えた給温水装置９であるが、他の実施形態では加熱装置のない貯水槽９１からなる給水装置９を使用して常温の水分を破砕室１に供給する構成とすることも可能である。
【００２９】
各過熱水蒸気供給口８０は、過熱水蒸気発生装置８に連結している。過熱水蒸気発生装置８から発生する過熱水蒸気は、ボイラーからの飽和蒸気を圧力を加えることなく加熱することにより得られる１００℃以上の水蒸気のことである。過熱水蒸気は、加熱空気に比べて熱容量が大きいので、被加熱物を急速に加熱することができる。また過熱水蒸気は、被加熱物に対して対流伝熱に加えて放射伝熱、凝縮伝熱が加えられるため加熱効率が高い。
【００３０】
投入部破砕室１ａ、第２破砕室１ｂ、第３破砕室１ｃ、第４破砕室１ｄ、最下流破砕室１ｅ及び乾燥室６のそれぞれの室内を２本の回転軸２ａ、２ｂが並行に貫通している。２本の回転軸２ａ、２ｂは、各破砕室１ａ乃至１ｅには互いにスパイラルの方向が逆方向でかつ一定の刃幅で互いに重なり合うスパイラル刃２０、２１を軸に固定して設けており、乾燥室６には、複数の攪拌用羽根６０を設けている。
【００３１】
スパイラル刃のピッチＰは、投入部破砕室１ａに配設される第１スパイラル刃２０ａ、２１ａのピッチＰａは、下流側の第２破砕室１ｂに配設される第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂのピッチＰｂより大きいが、第２破砕室１ｂ乃至最下流破砕室１ｅに配設されるスパイラル刃２０、２１のピッチＰは、同じである。
【００３２】
また、スパイラル刃２０、２１の他の実施形態として上流側に位置する破砕室１に設けられたスパイラル刃２０、２１ほど相対的に下流側に位置する破砕室１に設けられたスパイラル刃２０、２１より大きく構成してもよい。この場合、投入部破砕室１ａに配設される第１スパイラル刃２０ａ、２１ａのピッチＰａの方が、より下流側の第２破砕室１ｂに配設される第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂのピッチＰｂより大きい。同様に第２破砕室１ｂに配設される第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂのピッチＰｂは、より下流側の第３破砕室１ｃに配設される第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃのピッチＰｃより大きい。この実施形態であると破砕室数がＮ室の場合、最下流破砕室１ｎに配設されるスパイラル刃２０ｎ、２１ｎのピッチＰが一番小さくなる。
【００３３】
最上流側の投入部破砕室１ａに位置する第１スパイラル刃２０ａ、２１ａは、破砕及び／又は掻き込み作用を持たせた切断刃であり図４に示すように切欠部２００を有している。
【００３４】
各スパイラル刃２０、２１は、その下流側端面で各仕切り板３の上流方向向きの壁面３３とほぼ平行で近接して回転可能なように形成され配設される。
【００３５】
図４に示す第１仕切り板３ａ、図５に示す第２仕切り板３ｂは、それぞれ２本の回転軸２ａ、２ｂに対応する位置に回転軸が２ａ、２ｂが貫通する軸孔３２、３２と、軸孔３２、３２の上方にそれぞれ第１室間通過口３０ａ、第２室間通過口３０ｂを有する。又、図６に示す第３仕切り板３ｃの第３室間通過口３０ｃ、及び第４仕切り板３ｄの第４室間通過口３０ｄは、多数の貫通孔を設けてなる。更に各仕切り板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、上流方向向きの壁面３３に被破砕物摩耗用凹凸３１を設けている。被破砕物摩耗用凹凸３１は、この実施形態では壁面３３に左右斜め状の多数の溝からなるが、その他、左右斜め状の多数の線状突起、格子状の溝あるいは線状突起、多数の小さな突起あるいは穴、またはこれらの混在した形状でもよい。
【００３６】
室間通過口３０は、その開口面積が図４及び図５に示すように上流側に位置する第１仕切り板３ａに設けられた第１室間通過口３０ａの方が相対的に下流側に位置する第２仕切り板３ｂに設けられた第２室間通過口３０ｂより大きい。また室間通過口３０ａ、３０ｂは、図９に示す断面図のように、仕切り板３の厚さの中で上流側の開口面積より下流側の開口面積の方が広い面積の開口面積を有している。
【００３７】
第３室間通過口３０ｃ及び第４室間通過口３０ｄの多数の貫通孔は、円筒状であるが、角筒状でもよい。貫通孔の直径は、約１２ｍｍ程度であり、仕切り板３の厚さの中で上流側の開口面積より下流側の開口面積の方が広い面積の開口面積を有している。
【００３８】
各仕切り板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの上流方向向きの壁面３３は、各破砕室１に配設され位置する各スパイラル刃２０、２１の下流側端部と近接するように設けられている。被破砕物は、スパイラル刃２０、２１により押圧され、各仕切り板３ａ、３ｂ、３ｃの上流方向向きの壁面３３の被破砕物摩耗用凹凸３１と各スパイラル刃２０、２１の下流側端部とが近接している狭い間隙に入ると各スパイラル刃２０、２１の回転により圧砕、摩耗される。
【００３９】
最下流破砕室１ｅには、下面にスリットを有する板状体又は網状体を設けてなる液体分離回収部７０と回収タンク７１とを設ける。被破砕物は、投入部破砕室１ａによる荒破砕から順次水分を加えつつ破砕する第２破砕室１ｂ、水分調節と過熱水蒸気による温度調節をしつつ破砕摩耗される第３破砕室１ｃ、第４破砕室１ｄを経て加水分解され細胞壁を破壊されつつスパイラル刃２０、２１の回転により最下流破砕室１ｅまで移動する。最下流破砕室１ｅでは、給水管９０により水分が更に加えられ、被破砕物より水に溶ける性質を有するキシレン、グルコースを水に溶かせて下面のスリットや網状体からなる液体分離回収部７０により固体と液体を分離し、可溶性のキシレン、グルコースを含有する液体を回収タンク７１に回収する。
【００４０】
最下流破砕室１ｅの下流側に排出板５を設ける。排出板５は、上流方向向きの壁面５３に被破砕物摩耗用凹凸５１を設けている。被破砕物摩耗用凹凸５１は、この実施形態では壁面５３に左右斜め状の多数の溝からなるが、その他、左右斜め状の多数の線状突起、格子状の溝あるいは線状突起、多数の小さな突起あるいは穴、またはこれらの混在した形状でもよい。また、それぞれの排出口５０は、排出板５の厚さの中で上流側の開口面積より下流側の開口面積の方が広い面積の開口面積を有している。
【００４１】
排出板５の下流側に乾燥室６を設けている。乾燥室６の回転軸２ａ、２ｂには攪拌羽根６０が適宜数取り付けられており、最下流破砕室１ｅで液体を分離した残りの固体部分を攪拌して乾燥させる。乾燥室６の下面には開閉自在のシャッター６１が設けられ、乾燥された固体部分をシッター６１を開放することにより容易に取り出すことができる。
【００４２】
図示しないが、この発明の他の実施形態である生物系物質の破砕成分抽出装置Ａ１は、スパイラル刃２０を有する回転軸２を１本しか設けられていない構成であり、その他の構成は、前述した実施形態の生物系物質の破砕成分抽出装置Ａに準じている。また、破砕室１の数は、他の実施形態として、２つ以上あればよい。その場合、給水管９０は乾燥室６を除く全ての破砕室１に設けてもよい。また過熱水蒸気供給口８０は、乾燥室６を含み全ての破砕室１に設けてもよい。
【００４３】
次に、この発明の実施形態の作動について説明する。生物系物質の破砕成分抽出装置Ａは、最初にモータＭを駆動する。同時に過熱水蒸気発生装置８、給温水装置９の加熱装置を作動させる。
【００４４】
モータＭが駆動されると、ベルトＢによりモータＭの回転は減速機ＭＤに伝動され、減速機ＭＤにより適宜に減速された回転が回転軸２ａに伝わり、ギアＧを介して対の回転軸２ｂを逆回転させ、回転軸２ａ、２ｂが互いに向かって逆回転する。生物系被破砕物である原料の間伐材や伐採された木材の枝葉、樹皮、及び竹、笹、葦などの竹笹類などの植物系物質、またカニ殻などの動物性物質を原料投入口４から投入する。このとき比較的太い枝などの場合でも危険防止用バー４０があるため、投入時に下部がスパイパル刃２０、２１に巻き込まれ始めることによる太い枝などの上端部が、大きな動きや異常な動きをすることを防止し、作業者の危険を防ぐ。
【００４５】
被破砕物は、原料投入口４から投入部破砕室１ａに入り、第１スパイラル刃２０ａ、２１ａによって破砕される。第１スパイラル刃２０ａ、２１ａは、切断刃（切欠部）２００を有しているので切断しつつ比較的ピッチＰが大きいので大きめに破砕していく。被破砕物は、破砕されながらスパイラル刃によって下流側へ押され流されていき、第１仕切り板３ａの上流方向向きの壁面３３と第１スパイラル刃２０ａ、２１ａ下流端面が近接する狭い間隙に挟まれて、第１スパイラル刃２０ａ、２１ａの回転により押圧されつつ被破砕物摩耗用凹凸３１によって摩耗、解繊される。被破砕物は、摩耗、解繊されつつ順次、室間通過口３０ａより第２破砕室１ｂへ移動する。このとき室間通過口３０ａは、仕切り板３の厚さの中で上流側の開口面積より下流側の開口面積の方が広い面積の開口面積を有しているため、詰まり難く下流側へ移動しやすい。
【００４６】
第２破砕室１ｂに入った被破砕物は、ピッチＰの相対的に小さい第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂによって破砕される。第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂは、比較的にピッチＰｂが小さいのでより圧縮され、より小さく破砕していく。被破砕物は、圧縮、破砕されながらスパイラル刃によって下流側へ押され流されていき、第２仕切り板３ｂの上流方向向きの壁面３３と第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂ下流端面が近接する狭い間隙に挟まれて、第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂの回転により押圧されつつ被破砕物摩耗用凹凸３１によって摩耗、解繊される。同時に被破砕物は、第２破砕室１ｂ内で上面に開口する給水管９０から１００℃近くに加温された温水が供給されて含水率３０％〜４０％程度になるように適度な水分率に調節される。
【００４７】
次に、第２仕切り板３ｂの室間通過口３０ｂから第３破砕室１ｃに入った被破砕物は、第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃによって圧縮、破砕されながら下流側へ押され流されていき、第３仕切り板３ｃの上流方向向きの壁面３３と第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃ下流端面が近接する狭い間隙に挟まれて、第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃの回転により押圧されつつ被破砕物摩耗用凹凸３１によって摩耗、解繊される。同時に被破砕物は、第２破砕室１ｂ内で上面に開口する給水管９０から１００℃近くに加温された温水が供給されて含水率３０％〜４０％程度になるように適度な水分調節されるとともに、過熱水蒸気発生装置８から過熱水蒸気供給口８０を介して過熱水蒸気が供給される。供給される温水と摩擦熱及び過熱水蒸気による急速な加熱により第３破砕室１ｃ内の被破砕物の温度は１９０℃〜２１０℃程度になる。原料が植物性物質だと、この水分と１９０℃〜２１０℃の温度により細胞壁ＣＷを形成するセルロースＣ、ヘミセルロースＨ、リグニンＬの主要な３つの多糖類の中のヘミセルロースＨがキシレン（オリゴ糖）に加水分解され、セルロースＣとリグニンＬの結合が壊れる。このことにより細胞壁ＣＷを水分子が通過しやすくなり細胞内に外部から水分子が入るような状態となる。
【００４８】
被破砕物は、第３破砕室１ｃから多数の貫通孔からなる第３室間通過口３０ｃを通って第４破砕室１ｄに入るときに水蒸気爆砕され細胞壁が破壊される。第４破砕室に１ｄに移動した被破砕物は、第４スパイラル刃２０ｄ、２１ｄによって加圧され高圧縮されより更に小さく破砕されつつ下流側へ押され流されていき、第４破砕室１ｄ内で上面に開口する給水管９０から１００℃近くに加温された温水が供給されて含水率３０％〜４０％程度に水分調節されるとともに、過熱水蒸気発生装置８から過熱水蒸気供給口８０を介して過熱水蒸気が供給され更に加熱される。摩擦熱と過熱水蒸気による急速な加熱により被破砕物の温度は、更に２５０℃〜３００℃前後に上昇する。２７０℃〜３３０℃前後で加圧されることにより細胞内の水分は水蒸気化して急激に膨張し図１０に示すように細胞壁をＣＷ内部から物理的に破壊し、セルロースＣとリグニンＬに分解され、更にセルロースは加水分解されグルコースとなる。被破砕物は、仕切り板３ｄの室間通過口３０ｄから最下流破砕室１ｅへ移動する。
【００４９】
被破砕物は、第４破砕室１ｄから多数の貫通孔からなる第４室間通過口３０ｄを通って最下流破砕室１ｅに入るときに水蒸気爆砕され細胞壁が破壊される。最下流破砕室１ｅに入った被破砕物は、第５スパイラル刃２０ｅ、２１ｅによって破砕されつつ加圧され高圧縮されながらより小さく破砕摩耗されるとともに、給水管９０から１００℃近くに加温された温水が供給される。この温水の供給により上流の第３破砕室１ｃ、第４破砕室１ｄで生成されたキシレン、グルコースは温水に溶け出す。このキシレン、グルコース等を含んだ温水は最下流破砕室１ｅ下部に移動し、下面のスリット状又は網状の成分分離回収部７０から下方に流れ落ち、回収タンク７１へ集まる。
【００５０】
残った固体部分は、スパイラル刃によって下流側へ押され流されていき、排出板５の上流方向向きの壁面５３と第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃ下流端面との間に挟まれて、第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃの回転により押圧されつつ被破砕物摩耗用凹凸３１によって摩耗、解繊される。被破砕物は、摩耗、解繊されつつ順次、多数の排出口５０より乾燥室６へ移動する。
【００５１】
乾燥室６に入った被破砕物は、過熱水蒸気発生装置８から過熱水蒸気供給口８０を経て供給される過熱水蒸気と、攪拌羽根６０の回転により高温で攪拌され、残った液体部分を蒸散させる。残った固体部分は、被破砕物が植物性物質の場合は、主にリグニンであり、下面のシャッター６１を開放して回収する。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
この発明は、間伐材や伐採された木材の枝葉、樹皮、及び竹、笹、葦などの竹笹類などの主に植物系物質やカニ殻などの成分を一装置一工程により容易に抽出できる。すなわち生産物であるセルロースは、アルコールの原料、生分解プラスチックの原料、火薬の原料、アセテート、レーヨンの原料として利用でき、キシレンは甘味料の原料、リグニンは高級カーボン等に利用できる。
【００５３】
また、被破砕物の原料が、植物質、動物質であれば腐食により土壌に帰るため物質の自然循環に則しており、エコロジーに寄与する。
【００５４】
この発明はコンパクトで運搬が容易なため、自然災害で発生する多数の倒木材や、ダムに流れ着く膨大な量の処理を現場において利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明の第１実施形態である生物系物質の破砕成分抽出装置の正面説明図
【図２】この発明の第１実施形態である生物系物質の破砕成分抽出装置の平面説明図
【図３】この発明の第１実施形態である生物系物質の破砕成分抽出装置の上流側から見た側面図
【図４】この発明の実施形態を示し、最上流部の第１スパイラル刃及び第１仕切り板を上流側から見た図
【図５】この発明の実施形態を示し  第２スパイラル刃及び第２仕切り板を上流側から見た図
【図６】この発明の実施形態を示し  第３及び第４スパイラル刃及び第３及び第４仕切り板を上流側から見た図
【図７】この発明の実施形態を示し、最下流のスパイラル刃及び排出板を上流側から見た図
【図８】この発明の原料投入口の斜視図
【図９】この発明の仕切り板の室間通過口の横断面図
【図１０】この発明による植物性物質の細胞壁が水蒸気爆砕され破壊される説明図
【符号の説明】
【００５６】
Ａ  この発明の実施形態である生物系物質の破砕成分抽出装置
１  破砕室  
１ａ  投入部破砕室
１ｂ  第２破砕室
１ｃ  第３破砕室
１ｄ  第４破砕室
１ｅ  最下流破砕室
１０  筒状壁面
１１  上流側壁板
２（２ａ、２ｂ）  回転軸  
２０  スパイラル刃
２１  スパイラル刃
２０ａ、２１ａ  第１スパイラル刃
２００  切欠部
２０ｂ、２１ｂ  第２スパイラル刃
２０ｃ、２１ｃ  第３スパイラル刃
２０ｄ、２１ｄ  第４スパイラル刃
２０ｅ、２１ｅ  第５スパイラル刃
３  仕切り板
３ａ  第１仕切り板
３０ａ  第１室間通過口
３１  被破砕物摩耗用凹凸
３２  軸孔
３３  上流側壁面
３ｂ  第２仕切り板
３０ｂ  第２室間通過口  
３１  被破砕物摩耗用凹凸
３２  軸孔
３３  上流側壁面
３ｃ  第３仕切り板
３０ｃ  第３室間通過口  
３１  被破砕物摩耗用凹凸
３２  軸孔
３３  上流側壁面
３ｄ  第４仕切り板
３０ｄ  第４室間通過口  
３１  被破砕物摩耗用凹凸
３２  軸孔
３３  上流側壁面
４  原料投入口  
４０  危険防止用バー
５  排出板  
５０  排出口  
５１  被破砕物摩耗用凹凸
５２  軸孔
５３  上流側壁面
６  乾燥室
６０  攪拌羽根
７  成分抽出装置
７０  液体分離回収部
７１  回収タンク
８  過熱水蒸気発生装置
８０  供給管
９  給水装置（給温水装置）
９０  給水管
９１  貯水槽（温水槽）
９１  水量調整バルブ
Ｍ  モータ
ＭＤ  減速機
Ｂ  ベルト
Ｆ  フレーム台
Ｆ１  車輪
ＣＷ  細胞壁
Ｃ  セルロース
Ｈ  ヘミセルロース
Ｌ  リグニン
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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