(57)【要約】【課題】木材チップを燃料として利用するために脱水処理する燃料用木材チップの製造装置にあって、チップ供給用のホッパーを付属させた製造装置を提供する。【解決手段】  ホッパー付き燃料用木材チップの製造装置は、内部に木材チップが充填される型枠に向かってチップを投下するシュートを配し、該シュートの上にホッパーを連結してなる燃料用木材チップの製造装置であって、該ホッパーが、上面がチップ投入口に、下面が開閉弁を配した排出口に形成され、側面が４面体で形成されるケース体を形成し、該ケース体の上辺をａ、下辺をｂ、高さをＬとし、（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌをテーパー率としたとき、（ａ−ｂ）／Ｌ及び（ｃ−ｄ）／Ｌ≦−０．０５となるテーパー率で形成してなることを特徴とする。【選択図】  図１０
2018080295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に木材チップが充填される型枠に向かってチップを投下するシュートを配し、該シュートの上にホッパーを連結してなる燃料用木材チップの製造装置であって、
該ホッパーが、
上面がチップ投入口に、下面が開閉弁を配した排出口に形成され、側面が４面体で形成されるケース体を形成し、
該ケース体の上辺をａ、下辺をｂ、高さをＬとし、（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌをテーパー率としたとき、
（ａ−ｂ）／Ｌ及び（ｃ−ｄ）／Ｌ≦−０．０５
となるテーパー率で形成してなる
ことを特徴とするホッパー付き燃料用木材チップの製造装置。
【請求項２】
内部に木材チップが充填される型枠に向かってチップを投下するシュートを配し、該シュートの上にホッパーを連結してなる燃料用木材チップの製造装置であって、
該ホッパーが、
上面がチップ投入口に、下面が開閉弁を配した排出口に形成され、側面が４面体で形成されるケース体を形成し、
該ケース体の上辺をａ、下辺をｂ、高さをＬとし、（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌをテーパー率としたとき、
（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌ≦−０．０５で、且つ、テーパーを形成しない一対の前面及び後面、又はテーパーを形成しない一対の左側面及び右側面が互いに平行面を形成してなる
ことを特徴とするホッパー付き燃料用木材チップの製造装置。
【請求項３】
可動性を有して内部に木材チップが充填される型枠と、該型枠に充填された木材チップを降下して加圧するピストンと、型枠の下部に設置され木材チップから脱水された水が透過するサクションプレートと、サクションプレートに接続され木材チップから脱水され透過した水を吸引する吸引機構とを備えた燃料用木材チップの製造装置を備えて成ることを特徴とする請求項１又は２記載のホッパー付き燃料用木材チップの製造装置。
【請求項４】
木材チップを、繊維直角方向を厚さとする扁平又は細長のチップとし、寸法がふるいの目開き３２ｍｍを通過し、８ｍｍに溜まるチップの重量割合が全チップ重量の８０％以上で、８ｍｍを通過するものおよび６３ｍｍを通過し３２ｍｍに溜まるものがそれぞれ１０％未満で、かつ長さが４〜１２０ｍｍのものとしたことを特徴とする請求項１〜３項いずれか記載のホッパー付き燃料用木材チップの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材チップを燃料として利用するために脱水処理する燃料用木材チップの製造装置にあって、チップ供給用のホッパーを付属させた製造装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、先に燃料用木材チップの製造装置（特願２０１５−１０３０７３）を提案している。
その概要は、本発明者は、木材中の水分のうち含水率が約２３％以上の水分は細胞内腔等の粗大な間隙に存在する液状の自由水であり、この自由水は木材を圧縮することによって容易に脱水できることに着目し、その特徴は極端な高圧力を要することなく、比較的簡単な設備で且つ効率的に、燃料として利用可能な低含水率の木材チップを得ることのできる製造方法を提案している。そして、その製造方法に使用する燃料用木材チップを型枠に充填した後に圧縮力を作用させると、型枠を外した状態としても型枠内にあった形状をほぼ維持したブロックを形成し、チップがばらけることがなく、脱水も効率的に行える製造装置を提案したものである。
しかし、これらは未だ開発中の装置であって、ホッパー等の木材チップ供給装置が示されていない。  
これら装置は連続運転を可能とすべく検討中であって、木材チップの連続的供給は、装置全体を円滑に稼働させる為の重要課題となる。
ところで、従来木材チップのホッパーに関して、特許文献１，特許文献２，特許文献３の如き技術が開示されているが、これらはすべてホッパーが上拡がりで、下に向かっては窄まる形態のものであり、この形態のものはホッパーからチップが排出されない現象が起き易いものとなる。
この排出されない現象には、例えばファネルフローとブリッジと呼ばれる現象があり、ファネルフローとは、ホッパー内壁にチップ等が押しつけられ、壁面に固化層を形成してしまい、排出口の真上のものだけが排出され、ヒッパーコーンに残留層が残されてしまう現象をいう。またブリッジとは、チップ等が排出口付近でアーチを形成してしまい、排出口が閉塞されてチップ等が排出されない現象をいう。そしてその解決策には、一般にホッパー内に空気を吹き込んでチップを流動化させる方法や、ホッパーに打撃や振動を与えてブリッジ等を破壊する方法等が採用されている。
しかし、上記の如く連続運転を目的とする本発明装置にあっては、騒音や耐久性等に問題があり、連続化にも適さない手段である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８３８７７号公報
【特許文献２】特開２００２−２５７３１１号公報
【特許文献３】特開Ｈ１０−２６３３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この様にホッパー等の木材チップの供給装置には、その形状、構造、チップ自重による絡み合い等が関与して、円滑な供給を妨げる現象が起きやすいという問題があり、本発明は、これを解決しようとしてなされたものである。そして、木材チップを燃料として利用するために脱水処理する燃料用木材チップの製造装置にあって、そのチップ供給の源となるホッパーの構造に、排出を妨げる現象の起こることなく、極めて優れた流動性の基に排出が行われる構造を開発し、円滑な連続運転を可能とする装置を具現したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載のホッパー付き燃料用木材チップの製造装置は、内部に木材チップが充填される型枠に向かってチップを投下するシュートを配し、該シュートの上にホッパーを連結してなる燃料用木材チップの製造装置であって、該ホッパーが、上面がチップ投入口に、下面が開閉弁を配した排出口に形成され、側面が４面体で形成されるケース体を形成し、該ケース体の上辺をａ、下辺をｂ、高さをＬとし、（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌをテーパー率としたとき、（ａ−ｂ）／Ｌ及び（ｃ−ｄ）／Ｌ≦−０．０５となるテーパー率で形成してなることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載のホッパー付き燃料用木材チップの製造装置は、内部に木材チップが充填される型枠に向かってチップを投下するシュートを配し、該シュートの上にホッパーを連結してなる燃料用木材チップの製造装置であって、該ホッパーが、上面がチップ投入口に、下面が開閉弁を配した排出口に形成され、側面が４面体で形成されるケース体を形成し、該ケース体の上辺をａ、下辺をｂ、高さをＬとし、（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌをテーパー率としたとき、（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌ≦−０．０５で、且つ、テーパーを形成しない一対の前面及び後面、又はテーパーを形成しない一対の左側面及び右側面が互いに平行面を形成してなることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載のホッパー付き燃料用木材チップの製造装置は、可動性を有して内部に木材チップが充填される型枠と、該型枠に充填された木材チップを降下して加圧するピストンと、型枠の下部に設置され木材チップから脱水された水が透過するサクションプレートと、サクションプレートに接続され木材チップから脱水され透過した水を吸引する吸引機構とを備えた燃料用木材チップの製造装置を備えて成ることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載のホッパー付き燃料用木材チップの製造装置は、木材チップを、繊維直角方向を厚さとする扁平又は細長のチップとし、寸法がふるいの目開き３２ｍｍを通過し、８ｍｍに溜まるチップの重量割合が全チップ重量の８０％以上で、８ｍｍを通過するものおよび６３ｍｍを通過し３２ｍｍに溜まるものがそれぞれ１０％未満で、かつ長さが４〜１２０ｍｍのものとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載のホッパー付き燃料用木材チップの製造装置は、ケース体の上辺をａ、下辺をｂ、高さをＬとし、（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌをテーパー率としたとき、（ａ−ｂ）／Ｌ及び（ｃ−ｄ）／Ｌ≦−０．０５に構成されるので、ホッパー内に積まれたチップは、底板が開いたとき重力に従って落下し、その落下に従って斜面に沿って進んでも、ベクトルは外側方向へと向かい、互いに離れ合う関係となり、チップに多少の絡み合いがあっても、それは開放される方向へと進み、ブリッジ等はまったく起こさないものとなる。
【００１０】
請求項２に記載のホッパー付き燃料用木材チップの製造装置は、該ケース体の上辺をａ、下辺をｂ、高さをＬとし、（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌをテーパー率としたとき、（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌ≦−０．０５で、且つ、テーパーを形成しない一対の前面及び後面、又はテーパーを形成しない一対の左側面及び右側面が互いに平行面を形成して構成される。より簡潔な構造で請求項１と同様にブリッジ等の現象を起こさないことが試験により確認されている。
【００１１】
請求項３に記載のホッパー付き燃料用木材チップの製造装置は、ホッパー及びシュートが向かう型枠に、可動性を有して内部に木材チップが充填される型枠と、該型枠に充填された木材チップを降下して加圧するピストンと、型枠の下部に設置され木材チップから脱水された水が透過するサクションプレートと、サクションプレートに接続され木材チップから脱水され透過した水を吸引する吸引機構とから成る簡潔な機構と組み合わせることで、燃料用木材チップの効率の良い脱水が可能となる。
【００１２】
請求項４に記載のホッパー付き燃料用木材チップの製造装置は、木材チップを、繊維直角方向を厚さとする扁平又は細長のチップとし、寸法がふるいの目開き３２ｍｍを通過し、８ｍｍに溜まるチップの重量割合が全チップ重量の８０％以上で、８ｍｍを通過するものおよび６３ｍｍを通過し３２ｍｍに溜まるものがそれぞれ１０％未満で、かつ長さが４〜１２０ｍｍのものすることで、ホッパーにブリッジ等の現象が起きないことが確実となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る燃料用木材チップを示す写真で、（Ａ）が切削チップ、（Ｂ）が破砕チップを示す。
【図２】本発明に係わる木材細胞組織の縦断面と圧縮力作用方向を示す模式図である。
【図３】本発明に係る燃料用木材チップ製造方法における圧縮応力およびチップマット厚さとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る燃料用木材チップの製造装置を実施するための形態の断面図である。
【図５】図４における製造装置の運転の準備段階の断面図である。
【図６】図４における製造装置の運転状態の断面図であり、（Ａ）〜（Ｃ）の順に工程の流れが示されている。
【図７】図４における製造装置の運転の完了段階の断面図である。
【図８】サクションプレートの吸引孔の態様を示す断面図で、（Ａ）がテーパ形、（Ｂ）が階段形を示す。
【図９】本発明ホッパー付き燃料用木材チップの製造装置の全体を示す概略的正面図である。
【図１０】ホッパー部の拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
先ず、本発明にあっては、内部に木材チップが充填される型枠との組み合わせでホッパー付き燃料用木材チップの製造装置が構成されるが、その可動性を有して内部に木材チップが充填される型枠と、該型枠に充填された木材チップを降下して加圧するピストンと、型枠の下部に設置され木材チップから脱水された水が透過するサクションプレートと、サクションプレートに接続され木材チップから脱水され透過した水を吸引する吸引機構とを備えた燃料用木材チップの製造装置（以下先装置という）の詳細については後述する。
【００１５】
そして、本発明では、左右一対のシュート１０，１０を形成する。
該シュート１０は、上記製造装置の型枠に対し、後述するホッパーからの木材チップを誘導するものである。  
シュート１０の下端は、上記型枠の上部に臨み、上端がホッパーの排出口に臨んで、傾斜面を形成している。  
ホッパーの排出口から供給された木材チップを一気に型枠まで落下、誘導するもので、本発明では、この一気の落下に必要な斜面を形成するものとする。
【００１６】
該シュート１０の上に、左右一対のホッパー２０，２０を配する。
該ホッパー２０は、天面２１、底面２２、前面２３、後面２４、左側面２５、右側面２６からなるケース体を形成する。
天面２１は、木材チップの投入口となるもので、必要に応じて開閉蓋を配する。
底面２２は、木材チップの排出口となるもので、開閉自在な底板を配して、チップ充填時に閉じた底板２２ａを、排出時に開いてチップの落下を図る。
そして、側面には、前方に配される前面２３、後方に配される後面２４とで前後一対の側壁を形成する。同様に、左側には左側面２５、右側には右側面２６が配され、左右で一対の側壁を形成する。
そして、このケース体内には、当然に木材チップが投入口としての天面２１から投下され、底板２２ａで閉塞された底面２２と、側壁を形成する前面２３、後面２４、左側面２５、右側面２６とで形成される空間内にチップが充填される。
一方、型枠１への供給タイミングを図って、排出口としての底面２２の底板２２ａが開放されて、内部のチップが自重によって落下する構造とする。
【００１７】
さて、本発明にあっては、上記天面２１と共通辺となる前面２３の上辺をａとし、底面２２と共通辺となる後面の下辺をｂとし、同様に天面２１と共通辺となる右側面２６の上辺をｃとし、底面２２と共通辺となる右側面の下辺をｄとし、各側面の高さをＬとしたとき、
（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌ
をテーパー率と規定する。
即ち、このテーパー率は、前面２３上辺の長さａと下辺の長さｂを違えたものとし、その差を高さLとの比率で表したものとなる。同様に、右側面２６上辺の長さｃと下辺の長さｄを違えたものとし、その差を高さLとの比率で表したものとなる。
このとき、前面２３と後面２４とは前後一対であって、後面２４にあっても、上辺の長さはａであって、下辺の長さはｂである。左側面２５と右側面２６も左右一対であって、左側面２５上辺の長さはｃであって、下辺の長さはｄである。
【００１８】
そして、本発明にあっては、そのテーパー率を、
（ａ−ｂ）／Ｌ及び（ｃ−ｄ）／Ｌ≦−０．０５
となるテーパー率で形成してなるものとする。
斯かる値は、後述する実験の結果に基づいて定めたものである。
前面２３び後面２４左側面２５と右側面２６において、双方に上記テーパー率となる傾斜面を適用したもので、前後、左右に亘ってテーパー率の作用が及ぶので、好ましい態様である。
【００１９】
異なる態様としては、本発明にあっては、そのテーパー率を、
（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌ≦−０．０５
とする。
即ち、（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌのいずれか一方において、そのテーパー率が≦−０．０５となる態様を指す。
このとき、前面２３及び後面２４において、上記テーパー率とした場合には、左側面２５及び右側面２６は、テーパーを付ける代わりに、互いに平行な状態とする。
この態様は、前面２３及び後面２４と左側面２５及び右側面２６のいずれか一方に上記テーパー率を適用した場合、一方でテーパーを形成しない他の面においては、これを互いに平行する面に形成することでも本発明の効果が得られるからである。
斯かる値は、後述する実験の結果に基づいて定めたものである。
【００２０】
次に本発明装置の作用及び効果について説明する。
本発明装置の使用にあっては、先ず、ホッパー２０内へのチップの投入から開始される。天面２１に開閉蓋がある場合には、これを開き、ない場合はそのまま投入口としての天面２１から処理の対象となる木材チップを投与し、ケース内を該木材チップで満たす。
【００２１】
このチップは、繊維直角方向を厚さとする扁平又は細長のチップとし、切削チップ又は破砕チップを用いる。繊維とは、針葉樹及び広葉樹にみられる主として仮道管、木繊維を指す。上記木材チップの形状は、具体的には、例えば、寸法がふるいの目開き３２ｍｍを通過し、８ｍｍに溜まるチップの重量割合が全チップ重量の８０％以上で、８ｍｍを通過するものおよび６３ｍｍを通過し、３２ｍｍに溜まるものがそれぞれ１０％未満で、かつ長さが４〜１２０ｍｍのものを指す。
【００２２】
そして、型枠１へのチップ投入のタイミングを見計らって、排出口としての底板２２ａを開放する。このとき、左右一対に配されたホッパーは同時にその底板２２ａを開放する。
すると、自らの重力に従って、木材チップは側面に沿って落下するものとなる。
【００２３】
このとき、従来の上開きのものホッパーにあっては、重力のベクトルが斜面に沿って働くとき、分解された横方向の力が内側方向に向かい、左右一対で反対側からも同様の力が働くと、左右の力で押し合いとなり、摩擦力が働いたとき、ブリッジを起こし易いものとなる。
【００２４】
一方、本発明にあっては、重力のベクトルが内側でなく外側へ向かうものとなり、左右一対の力が働いても、押しつけ合うとは逆の互いに離れるものとなる。
従って、ホッパー内に積まれたチップは、底板２２ａが開いたとき、重力に従って落下し、その際、チップのサイズ、形状、含水率等の状態によって互いの絡み合いの状況は異なるが、落下するに従って、斜面に沿って進んでも、ベクトルは外側方向へと向かい、互いに離れ合う関係となる。当初、チップに多少の絡み合いがあってとしても、それは解放される方向へと進む。
そして、このとき、上記の如く、そのテーパー率を、（イ）（ａ−ｂ）／Ｌ及び（ｃ−ｄ）／Ｌ≦−０．０５、或いは、（ロ）（ａ−ｂ）／Ｌ又は（ｃ−ｄ）／Ｌ≦−０．０５で、且つ、テーパーを形成しない一対の前面及び後面、又はテーパーを形成しない一対の左側面及び右側面が互いに平行面を形成してなるもの、とすると本発明の対象となる木材チップに対してブリッジ等の現象はまったく起こさないものとなる。
このことは、後述する試験の結果によって裏付けられている。
そして、全てのチップが瞬時に、シュート１０を経て、型枠へと供給されるものとなる。
【００２５】
このことを確認すると共に、具体的に本発明の対象となる木材チップを用いたとき、そのテーパー率を如何にすべきかを検討する為に下記の試験を行った。
【００２６】
＜試験＞
二つの試験体（Ａ）、（Ｂ）を用い、試験体（Ａ）を、上辺ａを５９１ｍｍ、下辺ｂを６０５ｍｍ、高さＬを１０００ｍｍに作成した。一方、試験体（Ｂ）を、上辺ａを５５１ｍｍ、（Ａ）と等しく下辺ｂを６０５ｍｍ、高さＬも（Ａ）と等しく１０００ｍｍに作成した。
そのテーパー率を計算すると、（Ａ）においては、（ａ−ｂ）／Ｌ＝−０．０１、（Ｂ）においては、（ａ−ｂ）／Ｌ＝−０．０５となった。
このとき木材チップには、寸法がふるいの目開き３２ｍｍを通過し、８ｍｍに溜まるチップの重量割合が全チップ重量の８０％以上で、８ｍｍを通過するものおよび６３ｍｍを通過し３２ｍｍに溜まるものがそれぞれ１０％未満で、かつ長さが４〜１２０ｍｍのものを用いた。
上記チップを充填し、底面の底板を開いて排出したときのケース体内のチップ状況を、ブリッジの発生率をもって観察した。
その結果は、表１の通りであった。
【００２７】
【表１】
2018080295.tif 000003
この結果、試験体（Ａ）にあっては、３０回のうちブリッジが９回発生し、発生率３０％に及んだ。一方、試験体（Ｂ）にあっては、２６７回の試験にあっていずれにもブリッジの発生が見られなかった。
斯かる試験を基に、本発明におけるテーパー率は、ａ＜ｂで且つその差の絶対値｜（ａ−ｂ）｜≧５４、即ち（ａ−ｂ）／Ｌ≦−０．０５とすることで、ブリッジの発生を皆無とし得るものとなる。
【００２８】
上記の如く、本発明は、ホッパー、シュート等を先装置となるピストン、サクションプレート、吸引機構を備えた燃料用木材チップの製造装置との組み合わせとすることができ、その先装置の詳細を以下説明する。
【００２９】
先装置の前提となる先提案の製造方法の概略を説明する。
上述の如く、木材加工工場からは大量の木材屑が排出され、又、森林からも林地残材などが多量に排出され、これらの有効な用途が求められている。これら低質材を燃料用として用いることができれば、有用な用途の一つとなり得るが、これら木材は生木が多く、そのままでは含水率が高いため燃料として不適とされてしまうことが少なくない。
【００３０】
そこで、先提案の製造方法は、これら生木に近い状態の木材を対象とするが、具体的には、含水率５０％以上、望ましくは５５％以上の含水率を有するものを対象とする。
この含水率は、針葉樹においては心材よりも辺材の方が高いとされるが、スギやトドマツなどでは心材も辺材と同等に高いものもあり、先装置で対象とする木材は針葉樹および広葉樹のこれら心・辺材を含むものである。
これら含水率の高いものに、後述する先装置の加圧脱水工程は有効に働くからである。
【００３１】
先提案の製造方法にあっては、上記木材チップの形状はその製造方法にかかわらず、繊維直角方向を厚さとする扁平又は細長のチップとし、例えば図１に示す如くの切削チップ又は破砕チップを用いる。繊維とは、針葉樹及び広葉樹にみられる主として仮道管、木繊維を指し、上記形状のものであればそのいずれを問わない。  後述するプレスとの関係にあって、扁平又は細長となった木材チップの厚さ方向に押圧することで有効な脱水作用が得られるからである。
上記木材チップの形状は、具体的には、例えば、寸法がふるいの目開き３２ｍｍを通過し、８ｍｍに溜まるチップの重量割合が全チップ重量の８０％以上で、８ｍｍを通過するものおよび６３ｍｍを通過し３２ｍｍに溜まるものがそれぞれ１０％未満で、かつ長さが４〜１２０ｍｍのものを指す。
【００３２】
先提案の製造方法で用い得るプレス機とは、相対する一対の一定面積を備えたプレス面が互いに等間隔をもって対面するプレス機をいう。例えば、上下又は左右に２つ（一対）のプレス面を有し、その相対するプレス面がローラーの如く線状に向き合うのではなく、一定面積を備えた面として相対するものを指す。そのプレス面は、平坦面を主とするが、それに限らず、彎曲面、球面の一部、折面等であっても良く、但し、相対する面が互いに等間隔をもって相対することを要件とする。後述する如く、一対のプレス面の間に木材チップを挟んだとき、チップ全体をできるだけ均等な圧力で、且つ、繊維長軸方向に対し直角方向に加圧する為である。
【００３３】
そして、該木材チップの繊維長軸方向をプレス面に対し平行方向に配列して堆積したチップマットを形成する。ここでプレス面に対して平行方向とは、扁平又は細長の木材チップにあって、チップの傾きや繊維の絡み合い等によって、直線的平行が若干不揃いとなる場合も想定されるが、これらを含める意である。要するに、圧縮力をチップの長軸に対し、できるだけ繊維直角方向に作用させる関係を意味するものである（図２参照）。
そして、このチップマットの形成にあたっては、木材チップが繊維直角方向を厚さとする扁平又は細長とした場合は、後述する如く、自然落下させた場合にも多くが平行方向に配列して堆積した状態で形成されるものとなる。
【００３４】
次に、該チップマットに対し、その厚さ方向からプレスで圧縮加圧して脱水する加圧脱水工程を加えるが、その工程は、以下の第１工程〜第３工程から成る加圧脱水工程を構成するが、この工程の実施にあたって先装置は、木材の結合水と自由水を備えた細胞の構造に着目したものである。
即ち、木材中の水分は、細胞壁に含まれ木材実質と水素結合などの物理・化学的結合力で保持される結合水と、細胞内腔等の粗大な空隙に毛管力により保持される液状の自由水とが存在する。このうち加圧で容易に脱水できるのは自由水に限られるため、先装置では加圧脱水する対象を自由水とした。そして、この自由水は、壁孔（ピット）と呼ばれる小さな孔を通して隣接する細胞内腔間を移動できる。とくに繊維長軸方向に隣接する末端壁には多くの壁孔が分布し、繊維長軸方向への流動を容易にしている。他方、壁孔は強度的に弱点で、加圧による自由水の急激な膨圧発生に対して細胞破裂の起点ともなる。つまり、先装置は木材チップ内での細胞の配列と自由水の搾出に関係する細胞構造に着目したものである（図２参照）。
【００３５】
先ず、該加圧脱水工程にあっては、図３に示す如く加圧初期においてはマットに圧縮変形を与えても応力が発生しない領域がある。これが第１工程でチップマットの押圧によってチップ間隙に存在する空気が抜け、結果としてチップマットの密度を高めている。この第１工程は、加圧開始からチップマットの厚さが初期厚さの約６割に縮まるまで続く（図３と図６（Ａ）参照）。この場合の圧縮変形速度は比較的速くすることが可能で、例えば５ｍｍ／ｓ〜２００ｍｍ／ｓに設定することができる。
この第１工程が終了する段階で、後述するごとく、隣接するチップ間に摩擦や絡まりが生まれ、移動を抑制する拘束力が徐々に発生する。  
【００３６】
第２工程は圧縮応力の発生で始まる。チップ自体に直接圧縮力が作用し細胞は直径方向に圧縮変形を始める（図３と図６（Ｂ）参照）。マットの厚さが初期厚さの３割強にまで縮んだ時点＝圧縮応力が木材の横圧縮破壊強度に相当する１ＭＰａ程度に達した時点で細胞は押しつぶされ、内腔に存在した自由水も圧迫されてその圧力で細胞を破裂し、自由水の搾出が始まる。さらに圧縮変形を加えるとチップおよび細胞の圧密化が一層促進され応力も急増し、それに伴って自由水の噴出も急激となる。第２工程では１５〜２５ＭＰａの圧縮最大応力に達した時点で押圧を停止する。その時のマットの厚さが初期厚さの約１０％程度と極端に薄くなっている（図３及図６（Ｃ）参照）。
このチップマット内に存する空気を抜いて第１工程が終了し圧縮応力の発生する第２工程のいずれかの時点で、例えばチップマット厚みが初期厚さの約５割（圧縮応力０．０３ＭＰa）に達した時点で、木材チップを囲う型枠を退避させても、後述する如くブロックの形態のままの保形性が維持される。
【００３７】
第３工程は、第２工程でマットの押圧を停止した時点から始まり、一定時間最大応力を保持し解圧するまでの期間である。この状態ではチップ細胞はほぼ圧密化されており、マット内に残留した自由水の外部への排出を促す効果を期待する。最大応力の保持時間は原則的には搾出水の排出が終了するまでである。ただし水分の排出が完全に止むには相当の時間を要するため、応力保持時間は押圧停止から排水速度が少なくなった時点までとする。
この第３工程にあっても、上記ブロックのままの保形性が維持される。
以上の工程を通じて、用いた木材チップの形状は、例えば寸法がふるいの目開き３２ｍｍを通過し、８ｍｍに溜まるチップの重量割合が全チップ重量の８０％以上で、８ｍｍを通過するものおよび６３ｍｍを通過し３２ｍｍに溜まるものがそれぞれ１０％未満で、かつ長さが４〜１２０ｍｍのものである。
【００３８】
即ち、図３および図６に示す如く、チップマットの厚さ方向に圧縮圧力を加えると、チップマットの厚さは低くなりやがて応力が発生する。さらに加圧を続けるとある時点で脱水が開始され、上記の如く、チップマットの周囲にザーと多量の水の流出が観察される。設定した最大応力に達したところで加圧を停止し、一定時間最大応力を保持した後に解圧し一連の圧縮脱水処理を終了する。
また最大設定応力と含水率の関係は、圧縮脱水処理前のチップ含水率はいずれも６０〜７０％の高率を示すが、処理後の含水率は最大設定応力が増すに従って約４０％から約３５％に減少し、とくに最大応力１５ＭＰa以上では６０％を超える高含水率チップであっても目標の４０％以下とすることが可能となる。
一方、２５ＭＰaを超える最高圧力の採用は、含水率のより低いチップ製造に有効であるが、設定圧力を高くするとプレス装置の大型化が不可避で、それに伴うチップ品質のメリットと装置導入の初期投資やランニングコストの高騰によるリスクとの兼ね合いで決定すべきと判断される。  
【００３９】
この優れた脱水作用が惹起されるのは以下の如くに推察される。
先ず、上述の如く、木材中の水分には結合水と自由水とが存在し、自由水は壁孔（ピット）を通過して隣接細胞内腔間を移動できる。図２に示す如くとくに繊維長軸方向に隣接する末端壁には多くの壁孔が分布し、繊維長軸方向への流動を容易にしている。他方、壁孔は強度的に弱点で、加圧による自由水の急激な膨圧発生に対して細胞破裂の起点ともなる。そこで、木材チップの繊維長軸方向をプレス面に対し平行方向に配列して直角方向に加圧すると、細胞は直径方向に押しつぶされ、自由水も押されてその圧力によってついには強度的弱点である壁孔の破壊ひいては細胞破裂が引き起こされる。このような細胞破壊は１ＭＰa程度の小さい圧力で発生し、圧力の増加により順次強度レベルの高い組織破壊に進展すると考えられる。因みに燃料用チップの品質は材料用木材と異なり組織破壊とは無関係であることを付言する。
【００４０】
とくに第２工程は、搾出された自由水が堆積チップ内から外部へと流出できることが肝心で、そのため流路確保を目的に、マット圧締速度を比較的ゆっくりすることが好ましい。少なくとも第１加圧工程より遅い速度で降下させるものとし、例えば、１〜１０ｍｍ／ｓ程度の降下速度とするのが望ましい。
【００４１】
そして第３加圧工程では最大圧力状態を保持する（図３および図６（Ｃ）参照）。これは、上記第２加圧工程の終期では、細胞内腔に存在した自由水の大部分が排出されるだろうが、なお一定の割合で自由水が残存する可能性があり、それの排出を促すために行うものである。
このときの保持時間については１５ＭＰa〜２５ＭＰaの圧力の場合２０秒では不足で、少なくとも３０秒以上が必要であり、ただし３０秒以上にしても脱水後の含水率はほとんど低下しないことから、３０秒が適切と判断した。  
斯くして、木材チップの含水率は４０％以下とすることができ、燃料として使用するに適した含水率とすることが可能となる。
一方、脱水による到達含水率の最小値は３０％とした。チップ燃料の含水率としては３０〜４０％にあれば品質的にも実用的にも十分であることによる。
【００４２】
上記第１加圧工程〜第３加圧工程の前後にあっては、プレス面が堆積物まで降下する前工程と、解圧後にプレス面を上昇する後工程が付加され、これら工程を加えて再度の加圧脱水工程を実施し、これらを繰り返すことで所定量の木材チップの圧縮脱水処理が完了する（図３、５、６及び７参照）。
【００４３】
上記燃料用木材チップの製造法に対し、これを実施すべき製造装置の詳細を図面に基づいて説明する。
先装置製造装置は、図４に示すように、型枠１，型枠駆動機構２，ピストン３，ピストン駆動機構４，位置決め機構５，サクションプレート６，吸引機構７，８の各部で構成されている。
【００４４】
型枠１は、シリンダ状の上下端面が開口された円筒形に形成され、下端面は加圧面にもなる。
【００４５】
型枠駆動機構２は、型枠１に連結された電動モータ，油圧モータ等からなるもので、型枠１を上下方向に昇降駆動する。この型枠駆動機構２については、他の駆動部から分岐連結せずに独立して設けることで、装置構成の複雑化を避けるのに寄与する。
【００４６】
ピストン３は、型枠１に挿通される円筒形，円柱形に形成され、下端面が加圧面となっている。
【００４７】
ピストン駆動機構４は、ピストン３に連結された電動モータ，油圧モータ等からなるもので、ピストンを上下方向に昇降駆動する。
【００４８】
位置決め機構５は、型枠１の上端部に形成されたフランジ形の型枠側段部５１と、ピストン３の上端部に形成されたフランジ形のピストン側段部５２とからなる。型枠側段部５１とピストン側段部５２とは、互いに係合することによって、型枠１の下端面の加圧面とピストン３の下端面の加圧面とが面一になるように位置決めする。この位置決め機構５については、機械的係合構造を採用することで、装置構成の複雑化を避けるのに寄与する。
【００４９】
サクションプレート６は、木材チップＴから脱水された水が透過する多数の吸引孔が設けられた盤状物からなるもので、型枠１が載せられる設置台としても機能する。吸引孔については、下方向に向けて拡開されたテーパ形や下方向に向けて段階的に大きくなる階段形に形成される。
【００５０】
吸引機構７，８は、サクションプレート６の下側に接続されて木材チップＴから脱水されサクションプレート６を透過した水を吸引するもので、水を貯留する貯留タンク７１，８１と貯留タンク７１，８１を真空にする真空ポンプ７２，８２とからなる。これ等の吸引機構７，８は、加圧される木材チップＴの底面の中心部と外側部とに分けて吸引経路を構成して、大量の水が脱水される加圧された木材チップＴの底面の中心部で強い吸引で確実に水を吸引し、少量の水が脱水される加圧された木材チップＴの底面の中心部よりも外側部で弱い吸引で排水量に合わせて吸引に強弱が設定されている。
【００５１】
次に、先装置に係る燃料用木材チップの製造装置の実施の形態の制御，動作の説明に基づいて、先装置装置の作用及び効果を説明する。
この形態を運転する際には、図５に示すように、サクションプレート６に載せられた型枠１の内部に木材チップＴを充填する。このとき、傾斜樋形のシュートＳを使用すると、木材チップＴの充填が容易となるとともに迅速に行うことができる。
【００５２】
この木材チップの充填にあたっては、シュートＳを介して型枠１内にチップを投下すると、該チップはチップ全体の重心が安定する姿勢となるよう落下し、チップが繊維直角方向を厚さとする扁平又は細長であるとき、多くがその扁平又は細長の胴体部が（起立することなく）横に伏せた姿勢となる傾向が強い。いわば、木材チップの繊維長軸方向をプレス面に対し平行方向に配列して堆積したチップのブロックが形成される傾向となる。この作用は、後に型枠内に堆積した木材チップ間に存在する空気を抜いてチップマットの密度を高めていく第1工程において、徐々にチップ間のスペースがなくなっていく過程にあっても、押圧に従って扁平又は細長の胴体部が徐々に伏せた姿勢となる動きが更に促され、最終的にチップ同士が隣接し合うときには、多くが平行方向に配列して堆積したチップのブロックとして形成されるものとなる。
【００５３】
この後、図６（Ａ）に示すように、ピストン駆動機構４によってピストン３を型枠１に向けて降下させ、型枠１の内部に充填されている木材チップＴを加圧すべき上記第１工程が実行され、チップマット内の木材チップが圧密状態となる。
【００５４】
次いで、この空気を抜くべき第１工程が終了し圧縮応力の発生する第２工程に至ると、隣接したチップ間の隙間が少なくなり、互いの組織内に食い込むことによって摩擦や絡まりが発生し、各小片が互いの移動を抑制する拘束力を発生する関係が生まれる。
即ち、チップマット内の空気が抜けて、チップ間の距離が徐々に縮まり、やがて互いが隣接し合う関係に至ると、チップ表面の組織が触れ合い、互いの食い込みや絡まりが生まれ、互いを拘束し合う関係となる。そこで、本来木材チップを囲んでその姿勢を維持すべき型枠１を上昇（退避）させ、該チップマットから外した状態としても、上記拘束力によってブロックが形成され、チップ個々が分散してしまうことなく略もとの姿勢のままの形態が維持される、保形性が得られるものとなる。
この型枠１の上昇（退避）のタイミングは、チップ表面の組織の状態や形状等によって異なるが、例えば上記製造方法で説明した形状のチップを用い、そのチップマットの厚みが初期厚さの約６割に至った段階で第１工程を終了させ、次なる第２工程で約０．０３ＭＰa程度の荷重を加え、その厚みが約５割に達した時点で型枠を退避させた場合、そのままブロックの形態が維持されることが確認された。
尚、このブロック形態の保形性とは、１００％完全な形のままを維持するという意ではなく、後述するピストン退避後の加圧に伴う直交方向への木材チップの若干の膨らみ等を含むものである。
【００５５】
具体的には、図６（Ｂ）に示すよう、型枠駆動機構２によって型枠１をピストン３に沿って上昇（木材チップＴの外側から退避）させて位置決め機構５の型枠側段部５１，ピストン側段部５２を係合させる。この結果、型枠１の下端面である加圧面とピストン３の下端面である加圧面とが面一になる。
【００５６】
この拘束力を維持したブロックに加圧力が作用すると、チップマットの厚さ方向に圧縮力が働き、チップマットの厚さは薄くなりやがて応力が発生し、さらに加圧を続けるとある時点で脱水が開始され、チップの周囲に多量の水が流出する第２工程が実行される。細胞が押しつぶされ、内腔に存在した自由水が圧迫された状態となり、自由水の搾出が始まる。
具体的には、図６（Ｃ）に示すよう、型枠駆動機構２とピストン駆動機構４とによって型枠１とピストン３とを降下させ型枠１による外側の拘束が解除された木材チップＴを加圧し、この加圧による最大応力は、１５ＭＰａ〜２５ＭＰａとする。
【００５７】
尚このとき、上記の如くブロックの保形性は完全なものではなく、型枠１の退避とピストン３の押圧に従って若干の横方向（直交方向）への膨らみが生じるが、型枠１とピストンとが面一となって加圧面が拡張されているため、横方向に膨らんだ木材チップも加圧される。
【００５８】
この加圧の際には、吸引機構７，８が駆動されて木材チップＴから脱水された水は、吸引機構７，８の貯留タンク７１，８１に吸引排出される。
このとき、吸引機構７，８に木材チップＴの底面の中心部と外側部とに分けて吸引経路を構成すると、大量の水が脱水される底面の中心部で強い吸引で確実に水を吸引し、少量の水が脱水される中心部よりも外側部で弱い吸引で、排水量に合わせて効率的に吸引される。
【００５９】
更に、ピストン３の圧力を上記第２工程での最大圧縮圧力として約３０秒以上保持して残存する自由水を排出すべき第３工程が実行される。例えば、加圧力を２０ＭＰａとし、加圧時間を３０秒とすることで、残存する自由水が可及的に排出され、含水率が４０％以下となることが確認された。
【００６０】
サクションプレート６は、木材チップＴから脱水された水が透過する多数の吸引孔が設けられた盤状物からなるもので、型枠１が載せられる設置台としても機能する。吸引孔については、下方向に向けて拡開されたテーパ形や下方向に向けて段階的に大きくなる階段形に形成される（図８（Ａ）、（図８（Ｂ）参照）。
吸水過程でサクションプレートの吸引孔に木材チップが挟まった場合には、下方向に向けて拡開されたテーパ形や下方向に向けて段階的に大きくなる階段形に形成することで、吸引孔とチップとの間に摩擦（引っ掛かり）の少ない状態とし、自然な落下を促すことで、詰まりを防止することができる。
【００６１】
脱水が完了した木材チップＴについては、図７に示すように、型枠駆動機構２とピストン駆動機構４とによって型枠１とピストン３とを上昇させることで、サクションプレート６の上から回収することができる。
【００６２】
上記方法を具現する先装置によって、以下の如き効果が得られる。
可動性を有して内部に木材チップが充填される型枠と、該型枠に充填された木材チップを降下して加圧するピストンと、型枠の下部に設置され木材チップから脱水された水が透過するサクションプレートと、サクションプレートに接続され木材チップから脱水され透過した水を吸引する吸引機構とから成る簡潔な機構で、上記燃料用木材チップの製造方法が具現され、特別な高圧を要することなく、極めて効率の良い木材チップの脱水を可能とすることができる。
【００６３】
型枠内に木材チップを充填し、ピストンを降下させてチップ間の空気を抜く第１工程と、ピストンを加圧して壁孔に作用して細胞破裂による自由水を排出する第２工程と、最大圧力を維持して残留水を排出する第３工程の一連の工程を、一回の動作で完了させることができる。
この結果、上記簡潔で経済的な機構でありながら、効率的な工程の操作が促される。
【００６４】
チップ間の空気を抜いて互いが隣接し合う関係になりチップ表面の組織が触れ合い食い込み絡まり等による拘束力が生じる段階に至ると、型枠を退避させても保形性を維持するものとなり、斯かる状態で木材チップを加圧すると、排出された自由水が型枠内に貯留することがなく、直接に吸引機構から系外へと排出され、チップ組織内に水が残ることがなく、高い排水効率が得られる。装置としても複雑さを避け、燃料用木材チップの製造方法が、極めて簡潔で経済的な機構で実現される。
【符号の説明】
【００６５】
１    型枠
２    型枠駆動機構
３    ピストン
４    ピストン駆動機構
５    位置決め機構
６    サクションプレート
７，８  吸引機構
Ｔ    木材チップ
１０  シュート
２０  ホッパー
２１  天面
２２  底面
２２ａ  底板
２３  前面
２４  後面
２５  左側面
２６  右側面
Ｌ    高さ  
【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】
2018080295.tif 000009
【図７】
2018080295.tif 000010
【図８】
2018080295.tif 000011
【図９】
2018080295.tif 000012
【図１０】
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