(57)【要約】【課題】単位時間あたりの植物原料の処理量を多くし、また必要な消費電力を低減して、バイオマス粉砕物の製造コストを安くするバイオマス粉砕物製造装置を提供する。【解決手段】筒体１は、第１室11、第２室12、第３室13に分かれ、送りスクリュー２の回転軸21の貫通孔142,162,182を設けた固定臼盤14,16,18を、第１室11下流側端、第２室12下流側端、そして第３室13下流側端にそれぞれ設け、送りスクリュー２は、前記固定臼盤14,16,18の貫通孔142,162,182を貫通する回転軸21に、螺旋羽根221,222,223,224,225を第１室11、第２室12及び第３室13毎に巻き付け、固定臼盤14,16,18の固定面141,161,181に近接して回転する回転面151,171,191を有する回転臼盤15,17,19を取り付けたバイオマス粉砕物製造装置である。【選択図】図１
2011206638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投入口及び排出口を備えた筒体に、モータにより自転する送りスクリューを内蔵して構成され、
筒体は、投入口に繋がる第１室と、排出口に繋がる第３室と、前記第１室及び第３室に挟まれた第２室とに分かれ、送りスクリューの回転軸に隙間を空けて倣う貫通孔を設けた固定臼盤を、第１室下流側端、第２室下流側端、そして第３室下流側端にそれぞれ設け、
送りスクリューは、前記固定臼盤の貫通孔に隙間を残して貫通する回転軸に、螺旋羽根を第１室、第２室及び第３室毎に巻き付け、固定臼盤の固定面に近接して回転する回転面を有する回転臼盤を取り付けてなるバイオマス粉砕物製造装置。
【請求項２】
送りスクリューは、周方向に断続して半径方向に突出する複数の突起から構成される回転刃を回転軸に設け、前記回転刃を除いた部分で螺旋羽根を回転軸に巻き付けてなる請求項１記載のバイオマス粉砕物製造装置。
【請求項３】
送りスクリューは、固定臼盤の貫通孔に隙間を残して貫通する回転軸に、回転面が固定臼盤の固定面に近接して回転する回転臼盤を、前記固定臼盤の上流側及び下流側に一対取り付けてなる請求項１又は２いずれか記載のバイオマス粉砕物製造装置。
【請求項４】
回転臼盤は、固定臼盤の固定面に近接して回転する回転面が円環状で、前記回転面を周方向に４等分〜16等分する凹凸を設け、内周及び外周にわたって延びる凹部を擂り溝とした請求項１〜３いずれか記載のバイオマス粉砕物製造装置。
【請求項５】
固定臼盤は、貫通孔の周縁に沿って固定面を周方向に４等分〜16等分する凹凸を設け、内周及び外周にわたって延びる凹部を擂り溝とした請求項１〜４いずれか記載のバイオマス粉砕物製造装置。
【請求項６】
回転臼盤は、固定臼盤の固定面に近接して回転する回転面が円環状で、内周の接線方向に延びる１mm〜５mm幅の凹溝を、複数本単位で周方向に角度を変えながら設け、内周及び外周にわたって延びる前記凹溝を擂り溝とした請求項１〜３いずれか記載のバイオマス粉砕物製造装置。
【請求項７】
固定臼盤は、貫通孔の周縁から半径方向に延びる１mm〜５mm幅の凹溝を周方向等間隔で設け、内周及び外周にわたって延びる前記凹溝を擂り溝とした請求項１〜３又は６いずれか記載のバイオマス粉砕物製造装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか記載のバイオマス粉砕物製造装置を用い、
粗粉砕された植物原料を水に混ぜた液状原料を投入口から筒体に投入し、送りスクリューの螺旋羽根に従って前記液状原料を移送しながら、相対的に回転する回転臼盤及び固定臼盤により前記液状原料中の植物原料を擂り潰し、水に混在するバイオマス粉砕物を排出口から取り出すバイオマス粉砕物製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物原料からバイオマス粉砕物を製造するバイオマス粉砕物製造装置とこれを用いたバイオマス粉砕物製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマス粉砕物は、間伐材や木材の端材、廃材のほか、古紙等の植物原料を細かく粉砕することにより、製造される。特許文献１は、植物原料（木質バイオマス）の粗粒子から微細なバイオマス粉砕物（木質バイオマス粒子）を製造する方法であって、乾燥させた粗粒子に水を加える前処理工程後、前記粗粒子を機械的に粉砕するバイオマス粉砕物製造方法（木質バイオマス粒子の製造方法）を、前処理装置、粉砕機及び回収装置から構成されるバイオマス粉砕物製造装置（木質バイオマス粒子の製造装置）に用いる（特許文献１［請求項１］［請求項６］）。粉砕機は、スイングハンマがライニング（被衝撃板）の内側を高速回転する構成で、スイングハンマとライニングとの間における衝撃、磨砕、せん断や粗粒子同士の衝突による自己粉砕も利用して、植物原料の粗粒子を微粉砕する（特許文献１［0031］）。
【０００３】
前処理装置は、植物原料の粗粒子を搬送する搬送部と、前記搬送部に沿って配置された加熱器と、前記搬送部の出口にて木質バイオマスの粗粒子に水を加える加水部とを備える（特許文献１［請求項２］）。回収装置は、粉砕機内の気体を、粉砕機と回収装置との間に配されたフィルタを介して吸引する吸引装置を備え、フィルタを通過するバイオマス粉砕物は、重力によって落下する一次粒子と、前記吸引装置によって吸引される二次粒子とに分別し（特許文献１［請求項３］［請求項４］）、更に吸引装置は吸引量を調節する吸引量調節手段を備え、分別される木質バイオマス粒子の粒度分布を調整している（特許文献１［請求項５］）。この特許文献１記載の発明によれば、製造されるバイオマス粉砕物は、粒径が数μｍ〜200μm程度になるとされる（特許文献１［0052］）。
【０００４】
特許文献２は、植物原料（古紙、廃木材、自然な植物等の植物性有機物）を粉砕乾燥装置に入れ、摩擦熱を主熱源、ヒータを副熱源として水分を蒸発させながら前記植物原料を攪拌及び粉砕する粉砕・乾燥工程を有するバイオマス粉砕物製造方法（植物性有機物粉砕方法）を用いたバイオマス粉砕物製造装置を提案する（特許文献２［請求項１］［請求項６］）。植物原料は、前処理工程でスライスチップ状にされる（特許文献２［請求項２］）。また、粉砕・乾燥工程は、植物原料を低温で処理する第一工程と、植物原料を高温で処理する第二工程とに分かれる（特許文献２［請求項３］［請求項４］［請求項５］）。この特許文献２記載の発明によれば、製造されるバイオマス粉砕物は、粒径が約１μｍ以下になるとされる（特許文献２［0030］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2008-214531号公報
【特許文献２】特開2007-190487号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
バイオマス粉砕物は、例えばエチルアルコールをバイオマス燃料として抽出して利用されることが期待されているが、現実にはそれほど普及していない。これは、バイオマス粉砕物の生産量が少なく、またバイオマス粉砕物の製造コストが高いことに原因がある。これは、単位時間あたりの植物原料の処理量が少ないこと、また必要な消費電力が多いことを意味する。例えば特許文献１が開示するバイオマス粉砕物製造装置は、前処理装置に植物原料の粗粒子を加熱する加熱器を備えており、消費電力の多いことが想像される。これは、既述したように、バイオマス粉砕物の製造コストを高くする問題を招く。また、例示された粉砕機による植物原料の粉砕は限度があり、それほど小さなバイオマス粉砕物を製造できない（最大粒径200μmは大きい）。
【０００７】
特許文献２が開示するバイオマス粉砕物製造装置は、粒径が約１μｍ以下のバイオマス粉砕物を製造できるとするので、バイオマス粉砕物の微細化について問題はないが、植物原料を乾燥させるためにヒータを利用することから、特許文献１同様、消費電力が多くなり、バイオマス粉砕物の製造コストを高くする問題が懸念される。また、特許文献２が開示するバイオマス粉砕物製造装置は、温度の異なる粉砕・乾燥工程である第一工程と第二工程とに対応して、連通する第一粉砕乾燥装置と第二粉砕乾燥装置とが必要で、装置構成が大型化するばかりか、単位時間あたりの植物原料の処理量を多くできないことが想像され、やはりバイオマス粉砕物の製造コストを高くする問題を招く。
【０００８】
このように、従来見られるバイオマス粉砕物製造装置は、粒径の小さなバイオマス粉砕物を製造する点に問題はないものの、単位時間あたりの植物原料の処理量が少なく、また必要な消費電力が多いことから、バイオマス粉砕物の製造コストが高くなり、十分な供給量で、かつ安価なバイオマス粉砕物を提供することが難しかった。そこで、十分な供給量で、かつ安価なバイオマス粉砕物を提供することを目的として、単位時間あたりの植物原料の処理量を多くし、また必要な消費電力を低減して、バイオマス粉砕物の製造コストを安くするバイオマス粉砕物製造装置を開発し、これを用いたバイオマス粉砕物製造方法を提供するため、検討した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
検討の結果開発したものが、投入口及び排出口を備えた筒体に、モータにより自転する送りスクリューを内蔵して構成され、筒体は、投入口に繋がる第１室と、排出口に繋がる第３室と、前記第１室及び第３室に挟まれた第２室とに分かれ、送りスクリューの回転軸に隙間を空けて倣う貫通孔を設けた固定臼盤を、第１室下流側端、第２室下流側端、そして第３室下流側端にそれぞれ設け、送りスクリューは、前記固定臼盤の貫通孔に隙間を残して貫通する回転軸に、螺旋羽根を第１室、第２室及び第３室毎に巻き付け、固定臼盤の固定面に近接して回転する回転面を有する回転臼盤を取り付けたバイオマス粉砕物製造装置である。回転臼盤の回転面や固定臼盤の固定面は、回転軸の延在方向に直交する平面で、固定面に近接して回転面が回転する。ここで、「固定面に近接して回転面が回転する」とは、後述するように、回転面と固定面との間で植物原料を擂り潰すことができる程度の隙間を残して固定面に近接した回転面が回転することを意味する。
【００１０】
本発明のバイオマス粉砕物製造装置は、植物原料を送りスクリューにより移送する際、螺旋羽根の撹拌、混合により同時に植物原料を破砕し、更に回転臼盤の回転面と固定臼盤の固定面との間で植物原料を擂り潰すことにより、微細化されたバイオマス粉砕物を連続的に製造する。送りスクリューは、螺旋羽根のピッチを小さくすることにより、植物原料の撹拌、混合する機会が増え、植物原料をより破砕しやすくなるが、そうすると植物原料を移送する本来の働きが損なわれてしまうので、後述するように、植物原料の破砕を担う回転刃を別途設けることとし、螺旋羽根のピッチは移送に適切な大きさに設定することが望ましい。また、植物原料を擂り潰す回転臼盤の回転面と固定臼盤の固定面とのいずれか一方又は双方を粗雑面にすると、植物原料をより細かく擂り潰すことができる。
【００１１】
植物原料は、投入口から筒体に投入され、送りスクリューにより移送されて排出口から排出されるまでの間に粉砕される。これは、植物原料の処理時間が送りスクリューによる移送時間に等しいことを意味する。螺旋羽根の撹拌、混合により植物原料を破砕するには、送りスクリューの回転が速い程よく、この場合、送りスクリューによる移送速度が増加するので、送りスクリューの移送時間、すなわち植物原料の移送時間を短くし、結果として植物原料の単位時間あたりの処理量を多くできる。植物原料の単位時間あたりの処理量は、送りスクリューの本数に応じて増加する。また、螺旋羽根による撹拌、混合による植物原料の破砕や、回転臼盤及び固定臼盤による植物原料の擂り潰しは、いずれも植物原料を加熱することなく、物理的な作用のみで植物原料を粉砕する。これは、消費電力の高いヒータ等を不要にすることを意味し、バイオマス粉砕物製造装置としての必要な消費電力を低減できる。
【００１２】
送りスクリューは、周方向に断続して半径方向に突出する複数の突起から構成される回転刃を回転軸に設け、前記回転刃を除いた部分で螺旋羽根を回転軸に巻き付ける構成にするとよい。これにより、送りスクリューの移送速度を低下させずに、回転刃により植物原料を確実に破砕できる。螺旋羽根が植物原料を撹拌、混合して破砕する働きと、植物原料を移送する働きとは、植物原料の破砕が移送の抵抗になることから、相反する働きとなっている。ここで、送りスクリューによる植物原料の移送を速くすれば、植物原料の単位時間の処理量を増やすことができることから、螺旋羽根は主として植物原料を移送する働きを担わせることが好ましい。回転刃は、移送を主の働きとした送りスクリューの螺旋羽根に代わって植物原料を破砕し、螺旋羽根は植物原料の移送、そして回転刃に向けて植物原料を送り込む働きを担う。ここで、送りスクリューの下流ほど植物原料は圧縮を受けて移送し難くなることから、回転刃は第１室又は第２室の回転軸に設けるに留め、第３室は螺旋羽根だけにすることが望ましい。
【００１３】
回転臼盤が上流側（投入口に近い側）、固定臼盤が下流側（排出口に近い側）であれば、回転臼盤は下流側の回転面を固定臼盤の上流側の固定面に近接して回転させる。この場合、植物原料は回転臼盤の外周から擂り溝を通って内周に移り、回転軸と固定臼盤の開口との隙間から下流に向かう。逆に、回転臼盤が下流側、固定臼盤が上流側であれば、回転臼盤は上流側の回転面を固定臼盤の下流側の固定面に近接して回転させる。この場合、植物原料は回転軸と固定臼盤の開口との隙間から回転臼盤の内周に至り、前記内周から擂り溝を通って外周から下流に向かう。いずれも、擂り溝に捉えられた植物原料が回転臼盤に連れ回りさせられ、回転面と固定面との間に挟まれて擂り潰され、小さくなったものから前記経路を通って下流に向かう。
【００１４】
これから、植物原料を擂り潰す機会を増やすため、送りスクリューは、固定臼盤の貫通孔に隙間を残して貫通する回転軸に、回転面が固定臼盤の固定面に近接して回転する回転臼盤を、前記固定臼盤の上流側及び下流側に一対取り付ける構成にするとよい。この場合、植物原料は上流側の回転臼盤の外周から擂り溝を通って内周に移り、回転軸と固定臼盤の開口との隙間から下流側の回転臼盤の内周に至り、前記内周から擂り溝を通って外周から下流に向かう。固定臼盤を挟む上流側及び下流側の回転臼盤は、同じ仕様（回転面の表面粗度や設けられる擂り溝の断面形状、幅、数）であってもよいし、異なる仕様であってもよいが、両者は近接して配置される関係から、通過させる植物原料の粒径が同程度となるように仕様を揃えることが望ましい。
【００１５】
上述の通り、植物原料は送りスクリューにより移送される過程で螺旋羽根の撹拌、混合や回転刃により粉砕され、微小なバイオマス粉砕物となる。これから、上流側の回転臼盤及び固定臼盤の擂り潰しと、下流側の回転臼盤及び固定臼盤の擂り潰しとでは、擂り潰す対象となる植物原料の粒径が異なり、前記粒径に応じて、回転臼盤に要求される仕様（回転面の表面粗度や設けられる擂り溝の断面形状、幅、数）を異ならせるとよい。
【００１６】
具体的な回転臼盤は、固定臼盤の固定面に近接して回転する回転面が円環状で、前記回転面を周方向に４等分〜16等分する凹凸を設け、内周及び外周にわたって延びる凹部を擂り溝とする構成がよい。この回転臼盤に対する固定臼盤の固定面は、平坦であってもよいし、後述する擂り溝を設けてもよい。４等分〜16等分する凹凸とは、凸部及び凹部が周方向に等分な幅で、凸部及び凹部の合計が４個〜16個あることを意味する。周方向に４等分〜16等分する凹凸を回転面に設けて形成される凹部は、半径方向に延びる比較的広幅な擂り溝となり、例えば塊状化した植物原料でも擂り溝に入りやすくでき、円滑な植物原料の移送を確保する。これから、回転面を周方向に４等分〜16等分する凹凸を設けた回転臼盤は、植物原料が比較的大きな段階にある第１室後端又は第２室後端に割り当てることが好ましい。
【００１７】
同様に、固定臼盤は、貫通孔の周縁に沿って固定面を周方向に４等分〜16等分する凹凸を設け、内周及び外周にわたって延びる凹部を擂り溝とする構成がよい。この固定臼盤は、上述の回転臼盤（回転面を周方向に４等分〜16等分する凹凸を設けた回転臼盤）と対に用いるとよい。これから、回転面を周方向に４等分〜16等分する凹凸を設けた固定臼盤は、上述の回転臼盤同様、植物原料が比較的大きな段階にある第１室後端又は第２室後端に割り当てることが好ましい。
【００１８】
また、具体的な回転臼盤は、固定臼盤の固定面に近接して回転する回転面が円環状で、内周の接線方向に延びる１mm〜５mm幅の凹溝を、複数本単位で周方向に角度を変えながら設け、内周及び外周にわたって延びる前記凹溝を擂り溝とする構成にしてもよい。複数本単位で周方向に角度を変えながら回転面に設けた接線方向に延びる１mm〜５mm幅の凹溝は、半径方向に交差した比較的狭幅な擂り溝で、粒径がまだ大きい植物原料（80μm以上）は目詰まりする虞があるが、十分微細化された植物原料（80μm未満）は目詰まりすることなく、回転臼盤の回転面と固定臼盤の固定面との間に前記植物原料を導いて、植物原料をより微細化し、最終的なバイオマス粉砕物の粒径を小さくする。これから、内周の接線方向に延びる１mm〜５mm幅の凹溝を擂り溝とする回転臼盤は、植物原料が十分に小さくなった段階にある第３室後端に割り当てることが好ましい。
【００１９】
同様に、固定臼盤は、貫通孔の周縁から半径方向に延びる１mm〜５mm幅の凹溝を周方向等間隔で設け、内周及び外周にわたって延びる前記凹溝を擂り溝とする構成にしてもよい。この固定臼盤は、上述の回転臼盤（内周の接線方向に延びる１mm〜５mm幅の凹溝を擂り溝とする回転臼盤）と対に用いるとよい。これから、内周の接線方向に延びる１mm〜５mm幅の凹溝を擂り溝とする固定臼盤は、上述の回転臼盤同様、植物原料が十分に小さくなった段階にある第３室後端に割り当てることが好ましい。
【００２０】
本発明のバイオマス粉砕物製造装置を用いた場合、粗粉砕された植物原料を水に混ぜた液状原料を投入口から筒体に投入し、送りスクリューの螺旋羽根に従って前記液状原料を移送しながら、相対的に回転する回転臼盤及び固定臼盤により前記液状原料中の植物原料を擂り潰し、水に混在するバイオマス粉砕物を排出口から取り出すバイオマス粉砕物製造方法により、バイオマス粉砕物を製造する。粗粉砕された植物原料とは、別の粉砕装置により、平均粒径が７mm（具体的には、外径１mm、長さ15mm程度の短繊維状）とされた植物原料である。このように粗粉砕された植物原料を水に混ぜた液状原料は、送りスクリューの螺旋羽根に詰まることなく、円滑に植物原料が移送できるようにし、前記植物原料が回転臼盤及び固定臼盤で擂り潰されるようにする。本発明は、加熱することなく、物理的な作用のみで植物原料を粉砕するから、このように水に植物原料を混ぜた液状原料を処理対象にできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のバイオマス粉砕物製造装置は、送りスクリューで移送しながら植物原料を撹拌、混合して粉砕し、更に回転臼盤及び固定臼盤により植物原料を擂り潰すことにより、微細化されたバイオマス粉砕物を製造する。このとき、送りスクリューで移送しながら連続して植物原料を粉砕するため、従来同種のバイオマス粉砕物製造装置に比較して、単位時間あたりの植物原料の処理量を大幅に増やすことができる。また、物理的な作用のみを利用して植物原料を粉砕するため、植物原料を加熱するための電力消費がなく、総じて必要な消費電力を低減できる。こうして、本発明によれば、バイオマス粉砕物の製造コストを抑制し、実用的なバイオマス燃料の抽出を可能にする。また、製造コストの低減は、バイオマス粉砕物を他の利用分野（樹脂材料の強化繊維等）への利用可能性を拡げる。
【００２２】
送りスクリューに設けた回転刃は、移送に際する植物原料の破砕を担い、螺旋羽根による植物原料の移送を速くすることができるようにして、植物原料の単位時間あたりの処理量を増加させる効果をもたらす。上流側及び下流側の一対の回転臼盤で固定臼盤を挟む構成は、前記回転臼盤及び固定臼盤による擂り潰しの働きを高め、製造されるバイオマス粉砕物の微細化を助ける効果をもたらす。また、第１室〜第３室にかけて、異なる仕様の回転臼盤と固定臼盤との組み合わせを変えることにより、植物原料の破砕の程度に応じて、植物原料の円滑な移送と微細化とを使い分けることができるようにし、総じて製造されるバイオマス粉砕物の微細化を助ける効果をもたらす。
【００２３】
本発明のバイオマス粉砕物製造装置を用いたバイオマス粉砕物製造方法は、粗粉砕された植物原料を水に混ぜた液状原料を処理対象とすることにより、送りスクリューを利用した植物原料の粉砕、微細化を実現する。本発明のバイオマス粉砕物製造装置は、従来同種のバイオマス粉砕物製造装置と異なり、植物原料を加熱することなく、専ら物理的な作用のみにより植物原料を微細化するため、植物原料の含水率が問題とならない。むしろ粗粉砕された植物原料を水に混ぜて液状原料として処理することにより、送りスクリューを利用したバイオマス粉砕物製造方法による植物原料の微細化を可能にし、植物原料の単位時間あたりの処理量を多くしている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用したバイオマス粉砕物製造装置の一例を表す部分破断側面図である。
【図２】本例のバイオマス粉砕物製造装置を表す平面図である。
【図３】本例のバイオマス粉砕物製造装置における送りスクリュー及び固定臼盤のみを抜粋した側面図である。
【図４】第１室後端及び第２室後端に割り当てた回転臼盤を回転面側から見た立面図である。
【図５】第１室後端及び第２室後端に割り当てた回転臼盤を回転面の裏側から見た立面図である。
【図６】第１室後端及び第２室後端に割り当てた固定臼盤を固定面側から見た立面図である。
【図７】第１室後端における回転臼盤及び固定臼盤の組付関係を表す平面図である。
【図８】第２室後端における回転臼盤及び固定臼盤の組付関係を表す平面図である。
【図９】第３室後端に割り当てた回転臼盤を回転面側から見た立面図である。
【図１０】第３室後端に割り当てた回転臼盤を回転面の裏側から見た立面図である。
【図１１】第３室後端に割り当てた固定臼盤を固定面側から見た立面図である。
【図１２】第３室後端における回転臼盤及び固定臼盤の組付関係を表す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。本発明を適用したバイオマス粉砕物製造装置は、図１及び図２に見られるように、２軸スクリュー型押出機様に構成できる。これは、本発明を適用したバイオマス粉砕物製造装置が、前記２軸スクリュー型押出機を参考にして容易に製造できることを意味し、バイオマス粉砕物製造装置の製造コストを低減させる利点をもたらす。また、２軸スクリュー型押出機様の構成にできることから、送りスクリュー２の仕様や回転数から、単位時間あたりの植物原料の処理量を容易に設定できる利点をもたらす。
【００２６】
本例のバイオマス粉砕物製造装置は、投入口111及び排出口131を備えた筒体１に、モータ３により自転する送りスクリュー２,２を左右一対内蔵して構成される。送りスクリュー２を２本用いる理由は、単位時間あたりの植物原料の処理量を増やすためで、本発明を実施するには送りスクリュー２が１本であってもよいし、３本以上であってもよい。各送りスクリュー２は、モータ３からの回転動力を、減速機31を介して分岐して受け取り、左側（図２中下側、図１中図示）の送りスクリュー２は右回転、右側（図２中上側）の送りスクリュー２は左回転する。モータ３、減速機31及び筒体１は、同一の装置フレーム４に搭載されている。
【００２７】
筒体１は、上流（図１及び図２中左側）から下流（同図中右側）に向けて分割される枠体から構成されており、枠体相互を繋ぐフランジに挟まれてボルト締めされる固定臼盤14,16,18により、上流から下流に向けて第１室11、第２室12及び第３室13に区画される。第１室11は、ホッパ状の投入口111が設けられている。また、第２室12は、固定臼盤18を介して排出口131に連通している（図２中、排出口131は直接図示できていないため、だいたいの位置を符号で指している）。本例のバイオマス粉砕物製造装置は、粗粉砕された植物原料を水に混ぜた液状原料を粉砕処理することから、排出口131から排出される微粉砕物は水に混ざった液状になっており、例えば排出口131下方に容器に貯留される。
【００２８】
送りスクリュー２は、図３に見られるように、固定臼盤14,16,18それぞれの貫通孔142,162,182に隙間を残して貫通する回転軸21に、第１室11では上流から順に螺旋羽根221、回転刃231及び螺旋羽根222を、第２室12では上流から順に螺旋羽根223、回転刃232、螺旋羽根224及び回転刃233を、そして第３室13では螺旋羽根225を設けている。本例の送りスクリュー２は、螺旋羽根モジュールと回転刃モジュールとを組み付けて構成する。例えば、第１室11は上流から順に螺旋羽根モジュール、螺旋羽根モジュール、回転刃モジュール、そして螺旋羽根モジュール、第２室12は上流から順に螺旋羽根モジュール、回転刃モジュール、螺旋羽根モジュール、そして回転刃モジュール、第３室13はすべて螺旋羽根モジュールである。これから、回転刃231、回転刃232及び回転刃233はすべて同仕様で、回転軸21の半径方向に突出する突起を周方向に断続的に並べた刃列を、回転軸21の長手方向に３列並べて構成されている。
【００２９】
また、送りスクリュー２は、回転軸21の第１室11後端、第２室12後端及び第３室13後端の位置に、各室を区画する固定臼盤14,16,18の固定面141,161,181に近接して回転する回転面151,171,191を有する回転臼盤15,17,19を取り付けている。固定面141,161,181と回転面151,171,191とは、植物原料を擂り潰すことができる程度の隙間を残して固定面に近接させるところ、下流に向かって植物原料が粉砕されていき、擂り潰す対象が小さくなることから、例えば固定面141と回転面151との隙間は１mm、固定面161と回転面171との隙間は0.5mm、そして固定面181と回転面191の隙間は0.1mmと、上流から下流に向かって隙間を小さくしていくとよい。
【００３０】
本例は、第１室後端に位置する固定臼盤14の上流側及び下流側を固定面141,141としてそれぞれに回転臼盤15,15を割り当て、第２室後端に位置する固定臼盤16の下流側を固定面161として回転臼盤17を割り当て、そして第３室後端に位置する固定臼盤18の上流側を固定面181として回転臼盤19を割り当てている。第２室後端は、固定臼盤16直前が回転刃233であり、固定臼盤16の貫通孔162と回転軸21との隙間に液状原料を送り込む力が弱いので、前記固定臼盤16の上流側に回転臼盤17を割り当てていない。また、第３室後端は、固定臼盤18直後が排出口131であるため、バイオマス粉砕物の排出を妨げないように、前記固定臼盤18の下流側に回転臼盤19を割り当てていない。
【００３１】
第１室後端の回転臼盤15及び第２室後端の回転臼盤17は、図４及び図５に見られるように、回転面151,171が円環状で、前記回転面151,171を周方向に12等分する凹凸を設け、凸部をそのまま回転面151,171とし、前記凸部に挟まれて半径方向に延びる凹部を擂り溝152,172としている。各回転臼盤15,17は、上述した螺旋羽根モジュール又は回転刃モジュールにボルト止めされる。第１室後端の固定臼盤14及び第２室後端の固定臼盤16は、図６に見られるように、上下に半割された鏡面対称部材を組み付けて構成され、貫通孔142,162の周縁に沿って、固定面141,161を周方向に12等分する凹凸を設け、凸部を残余部分に連続する固定面141,161とし、前記凸部に挟まれて半径方向に延びる凹部を擂り溝143,163としている。本例の固定臼盤14,16は、鏡面対称部材の外周に沿ってシール溝を設け、筒体１に組み付ける際に前記シール溝にシール材を嵌合させる。
【００３２】
第１室11後端の固定臼盤14は、図７に見られるように、上流側及び下流側いずれにも擂り溝143を設けており、回転臼盤15に挟まれて、上流側及び下流側の固定面141,141に各回転臼盤15の回転面151,151を近接（隙間が１mm）して回転させる（図７は固定臼盤14及び回転臼盤15の組付関係を図示しており、隙間は大きい）。これに対して、第２室12後端の固定臼盤16は、図８に見られるように、下流側にのみ擂り溝143を設けてあればよく、第１室11後端の固定臼盤14同様、上流側に擂り溝163を設けてもよいが、擂り溝163がなくても構わない（本例は、上流側にも擂り溝163を設けている）。第２室12後端の回転臼盤17は、下流側の固定面161に回転面151を近接（隙間が0.5mm）して回転させる（図８は固定臼盤14及び回転臼盤15の組付関係を図示しており、隙間は大きい）。固定臼盤14,16及び回転臼盤15,17は、植物原料を擂り潰して二段階に分けて小さくしていく。これから、固定臼盤14,16と回転臼盤15,17との隙間は、二段階の擂り潰しにより、後述する固定臼盤18と回転臼盤19との擂り潰しにより要求されるバイオマス粉砕物の粒径が得られるように決定する。
【００３３】
第３室後端の回転臼盤19は、図９及び図10に見られるように、回転面191が円環状で、内周の接線方向に延びる３mm幅で断面円弧状（断面形状は限定されない）の凹溝を、４本単位で周方向に45度ずつ傾けながら８組設け、前記凹溝を擂り溝192としている。左右の回転臼盤19は、それぞれ内周側より外周側が回転前方にずれた傾斜の擂り溝192が鏡面対称になっており、回転により、液状原料が擂り溝192の外周側から内周側に入り込むようにしている。回転臼盤19は、回転臼盤15,17同様、上述した螺旋羽根モジュール又は回転刃モジュールにボルト止めされる。第３室後端の固定臼盤18は、図11に見られるように、固定臼盤14,16同様、上下に半割された鏡面対称部材を組み付けて構成され、貫通孔182の周縁から半径方向に延びる３mm幅で断面円弧状（断面形状は限定されない）の凹溝を周方向等間隔で36条設け、前記凹溝を擂り溝183としている。本例の固定臼盤18は、鏡面対称部材の外周に沿ってシール溝を設け、筒体１に組み付ける際に前記シール溝にシール材を嵌合させる。
【００３４】
第３室13後端の固定臼盤18は、図12に見られるように、上流側にのみ擂り溝183を設けており、下流側に擂り溝183がない、すなわち下流側は凹凸のない平坦な面になっている（下流側の面は図示略）。これから、第３室13後端の回転臼盤19は、下流側の固定面181に回転面191を近接（隙間が0.1mm）して回転させる（図12は固定臼盤18及び回転臼盤19の組付関係を図示しており、隙間は大きい）。固定臼盤18及び回転臼盤19による擂り潰しを終えた植物原料は、直後に排出口からバイオマス粉砕物として排出される（既述したように、バイオマス粉砕物は水に混ざった液状になっている）。これから理解されるように、固定臼盤18及び回転臼盤19による植物原料の擂り潰しが、最終的なバイオマス粉砕物の粒径を決定するので、固定面181と回転面191との隙間は、要求される前記粒径を元に決定する。
【００３５】
本例のバイオマス粉砕物製造装置は、粗粉砕された植物原料を水に混ぜた液状原料を投入口111から筒体１に投入し、送りスクリュー２の螺旋羽根221,222,223,224,225に従って前記液状原料を移送しながら、固定臼盤14,16,18及び回転臼盤15,17,19により前記液状原料中の植物原料を擂り潰し、バイオマス粉砕物を排出口131から取り出す。植物原料は、液状原料として送りスクリューにより移送する際、螺旋羽根の撹拌、混合により破砕され、更に回転臼盤の回転面と固定臼盤の固定面との間で擂り潰される。植物原料を水に混ぜる理由は、送りスクリュー２の圧縮による植物原料の目詰まりを防ぎ、植物原料を円滑に移送できるようにするためである。これから、植物原料と水とは、重量比で水が50％以上、好ましくは90％以上にすることが好ましい。
【実施例】
【００３６】
上述の実施形態に例示したバイオマス粉砕物製造装置を作り、植物原料の短時間あたりの処理量及び消費電力を確認した。制作したバイオマス粉砕物製造装置は、出力22kWのモータの回転動力を、減速機を介して２軸の送りスクリューに伝達してそれぞれを135rpmで回転させる構成である。
【００３７】
送りスクリューは、回転軸が外径72mmで、回転軸の延在方向長さが105mmである螺旋羽根モジュールと回転羽根モジュールとを組み付けて、第１室〜第３室を構成している。第１室〜第３室それぞれにおける螺旋羽根は、外径136mm（筒体内径140mm）、140mmピッチで４巻した螺旋羽根モジュールを用いている。また、第１室及び第２室それぞれにおける回転刃は、半径方向高さ13.5mm、周方向上辺20mm、下辺25mmの台形で、回転軸延在方向幅が15mmである直方体ブロックを周方向等間隔で６個配した刃列を前記回転軸延在方向幅に等しい幅を空けて３列並べて構成された回転刃モジュールを用いている。
【００３８】
第１室後端の固定臼盤は図６及び図７に見られる構成で、周方向８等分された半径方向に貫通孔の周縁から15mm、深さ５mmで延びる断面長方形状の凹溝を擂り溝とし、上流側及び下流側の固定面それぞれに擂り溝を形成している。貫通孔は、内径90mmである。第１室後端の回転臼盤は図４、図５及び図７に見られる構成で、外径115mm、内径73mmであり、周方向に12等分された深さ５mmの凹部を擂り溝としている。第１室後端の固定臼盤の固定面と回転臼盤の回転面とは、隙間１mmで対向させている。
【００３９】
第２室後端の固定臼盤は第１室後端の固定臼盤と同じで、下流側の固定面にのみ擂り溝を形成し、また第２室後端の回転臼盤は第１室後端の回転臼盤と同じである。貫通孔は、第１室後端の固定臼盤と同じで、内径90mmである。第２室後端の固定臼盤の固定面と回転臼盤の回転面とは、隙間0.5mmで対向させている。
【００４０】
第３室後端の固定臼盤は図11及び図12に見られる構成で、周方向36等分された半径方向に貫通孔の周縁から17.5mm、深さ1.5mmで延びる断面円弧状の凹溝を擂り溝とし、上流側の固定面に擂り溝を形成している。貫通孔は、内径80mmである。第３室後端の回転臼盤は図９、図10及び図12に見られる構成で、外径115mm、内径73mmであり、深さ1.5mmで内周の接線方向に延びる断面円弧状の凹溝を４本単位で周方向に45度ずつ傾けながら８組設けている。第３室後端の固定臼盤の固定面と回転臼盤の回転面とは、隙間0.1mmで対向させている。
【００４１】
微細化処理される液状原料は、予め外径１mm、長さ15mm程度の短繊維状に粗粉砕された植物原料（製紙用檜チップ）を、重量比で95%の水に混ぜて構成した。この液状原料を50Ｌ（50kg、植物原料は2.5kg）用意し、上記バイオマス粉砕物製造装置により微細化処理したところ、全量処理するまで約１時間を要した。これから、本発明のバイオマス粉砕物製造装置による植物原料の単位時間あたりの処理量は2.5kg/時間となる。ここで、微細化処理された液状原料をレーザー回折式粒度分布測定装置により測定したところ、粒径10μm以下の植物原料を含む割合が10％であった。これから、得られる粒径10μm以下のバイオマス粉砕物は250ｇとなる（植物原料2.5kgの10％）。また、上記微細化処理に際してモータが消費した電力は、3740Wであったことから、植物原料を１kg処理するために必要な消費電力は1496Wとなり、粒径10μm以下のバイオマス粉砕物を１kg得るために必要な消費電力は14960Wとなる。
【００４２】
ここで、上記実施例に用いた植物原料を、小型連続式振動ミルにより微細化処理した場合、粒径150μm以下となるバイオマス粉砕物を１kg得るために必要な消費電力は13550Wが必要である（比較例）。前記小型連続式振動ミルにより、更に微細化して実施例同等の10μm以下のバイオマス粉砕物にすることはできないが、植物原料を1/15以下に微粉際するために必要な消費電力の増加が約1.1倍に収まっていることから、本発明のバイオマス粉砕物製造装置のエネルギー効率は非常に高いことが理解される。
【符号の説明】
【００４３】
１  筒体
11  第１室
12  第２室
13  第３室
131  排出口
14  固定臼盤（第１室後端）
15  回転臼盤（第１室後端）
16  固定臼盤（第２室後端）
17  回転臼盤（第２室後端）
18  固定臼盤（第３室後端）
19  回転臼盤（第３室後端）
２  送りスクリュー
21  回転軸
３  モータ
４  装置フレーム
【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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【図１１】
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【図１２】
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