(57)【要約】【課題】  反応容器の外周に設けられた加熱装置により反応容器内において粉粒状の原料を加熱させると共に、この粉粒状の原料をピストン部材により反応容器内において加圧させる際に、加熱された粉粒状の原料の熱がピストン部材を通して外部に逃げるのを抑制すると共に、反応容器内において、粉粒状の原料の中心部も適切に加熱されるようにする。【解決手段】  反応容器２１の外周に設けられた加熱装置２２により反応容器２１内において加熱された粉粒状の原料ｘを、ピストン部材１０の押圧部１２により加圧させて成形するにあたり、ピストン部材１０の押圧部１２において、粉粒状の原料ｘと接触する側に熱伝導材１２１を設けると共に、粉粒状の原料ｘと接触する熱伝導材１２１の接触面１２１ａと反対側に断熱材１２２を設けた。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器の外周に設けられた加熱装置により反応容器内において加熱された粉粒状の原料を加圧させるピストン部材において、粉粒状の原料を加圧させる押圧部における粉粒状の原料と接触する側に熱伝導材を設けると共に、粉粒状の原料と接触するこの熱伝導材の接触面と反対側に断熱材を設けたことを特徴とするピストン部材。
【請求項２】
請求項１に記載のピストン部材において、前記の熱伝導材における接触面の周縁部に角取り部を設けたことを特徴とするピストン部材。
【請求項３】
反応容器と、反応容器の外周側に設けられた加熱装置と、反応容器内における粉粒状の原料を加圧させるピストン部材とを備えた成形装置において、前記のピストン部材に請求項1又は請求項２に記載のピストン部材を用いたことを特徴とする成形装置。
【請求項４】
請求項３に記載の成形装置において、前記の反応容器の内面とピストン部材における押圧部との間に隙間を設けたことを特徴とする成形装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の成形装置において、反応容器内における粉粒状の原料をその両側から前記の一対のピストン部材によって加圧させることを特徴とする成形装置。
【請求項６】
請求項３〜請求項５の何れか１項に記載の成形装置において、前記の粉粒状の原料がバイオマス粉砕物であることを特徴とする成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応容器の外周に設けられた加熱装置により反応容器内において加熱された粉粒状の原料を加圧させるピストン部材及びこのようなピストン部材を用いた成形装置に関するものである。特に、反応容器の外周に設けられた加熱装置により反応容器内において粉粒状の原料を加熱させると共に、この粉粒状の原料をピストン部材により加圧させる際に、加熱された粉粒状の原料の熱がピストン部材を通して外部に逃げるのを抑制すると共に、この反応容器内において、粉粒状の原料における中心部も適切に加熱されるようにした点に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バイオマス系等の粉粒状の原料を、成形装置における反応容器内において加圧・加熱させて成形し、バイオコークス等を製造することが行われている。
【０００３】
そして、このような成形装置としては、特許文献１〜３に示されるように、反応容器内にバイオマス粉砕物を導入し、このように導入されたバイオマス粉砕物をピストン部材により加圧して圧縮させると共に、反応容器の外周に設けられた加熱装置により加熱させて成形するようにしたものが広く用いられている。
【０００４】
ここで、前記のピストン部材としては、一般に、バイオマス粉砕物と接触する押圧部が金属で構成されており、またピストン部材のロッド部は加熱装置によって加熱される反応容器の外部に延出されているため、このピストン部材の押圧部により、反応容器内に導入されたバイオマス粉砕物を加圧させて、反応容器の外周に設けられた加熱装置により加熱させるようにした場合、加熱されたバイオマス粉砕物の熱がピストン部材の押圧部からロッド部を通して外部に逃げてしまい、ピストン部材の押圧部と接触するバイオマス粉砕物の部分が適切に加熱されなくなるという問題があった。
【０００５】
このため、従来においては、ピストン部材の押圧部においてバイオマス粉砕物と接触する面に熱伝導性の低い断熱材を設け、加熱されたバイオマス粉砕物の熱がピストン部材の押圧部からロッド部を通して外部に逃げるのを防止することが行われるようになった。
【０００６】
しかし、このようにバイオマス粉砕物と接触する押圧部の面に熱伝導性の低い断熱材を設けた場合、反応容器の外周に設けられた加熱装置からの熱が押圧部の中心部分まで適切に伝達されなくなり、バイオマス粉砕物の中心部が十分に加熱されなくなるという問題が生じた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２７４１１２号公報
【特許文献２】特開２００９−１８５１８３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１００８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、反応容器の外周に設けられた加熱装置により反応容器内において粉粒状の原料を加熱させると共に、この粉粒状の原料をピストン部材により加圧させる場合における前記のような問題を解決することを課題とするものである。
【０００９】
すなわち、本発明においては、前記のように反応容器の外周に設けられた加熱装置により反応容器内において粉粒状の原料を加熱させると共に、この粉粒状の原料を反応容器内においてピストン部材により加圧させる際に、加熱された粉粒状の原料の熱がピストン部材を通して外部に逃げるのを抑制すると共に、この反応容器内において、粉粒状の原料における中心部も適切に加熱されるようにし、特に、粉粒状の原料がピストン部材との接触部において中心部まで均一に加熱されるようにすることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るピストン部材においては、前記のような課題を解決するため、反応容器の外周に設けられた加熱装置により反応容器内において加熱された粉粒状の原料を加圧させるピストン部材において、粉粒状の原料を加圧させる押圧部における粉粒状の原料と接触する側に熱伝導材を設けると共に、粉粒状の原料と接触するこの熱伝導材の接触面と反対側に断熱材を設けた。
【００１１】
ここで、本発明のピストン部材のように、粉粒状の原料を加圧させる押圧部における粉粒状の原料と接触する側に熱伝導材を設けると、反応容器の外周に設けられた加熱装置からの熱が、この熱伝導材を通して、熱伝導材と接触する粉粒状の原料の中心部まで導かれ、反応容器内において粉粒状の原料の中心部も適切に加熱されるようになる。
【００１２】
また、粉粒状の原料と接触する前記の熱伝導材における接触面と反対側に断熱材を設けると、加熱された熱伝導材のピストンロッド方向への伝熱がこの断熱材によって抑止され、加熱された熱伝導材の熱がピストン部材を通して外部に逃げるのが抑制されるようになる。
【００１３】
この結果、粉粒状の原料がピストン部材との接触部において中心部まで均一に加熱されるようになる。
【００１４】
また、前記のピストン部材において、粉粒状の原料と接触する前記の熱伝導材の接触面の周縁部に角取り部を設けると、前記の反応容器の内面とピストン部材における前記の押圧部との間に隙間を設けた場合において、このピストン部材の押圧部により粉粒状の原料を加圧させる際に、熱伝導材の接触面の周縁部に設けられた前記の角取り部において、粉粒状の原料を反応容器の内面に向けて押す応力が発生し、粉粒状の原料が反応容器の内面と押圧部の側面との間の隙間を通してこぼれるのが抑制される。
【００１５】
また、本発明の成形装置においては、反応容器と、反応容器の外周側に設けられた加熱装置と、反応容器内における粉粒状の原料を加圧させるピストン部材とを備えた成形装置において、前記のようなピストン部材を用いるようにした。
【００１６】
ここで、本発明の成形装置において、前記の反応容器の内面とピストン部材における押圧部との間に隙間を設けると、バイオマス粉砕物のように内部に空気等の気体を含んでいたり、加熱によってガスを発生するような粉粒状の原料を用いた場合に、加熱・加圧によって、この粉粒状の原料から発生したガスや、この粉粒状の原料の内部に含まれていた空気等の気体が押圧・圧縮されることによって出てきた気体が、反応容器の内面とピストン部材における押圧部との間の隙間を通して適切に排出されるようになると共に、ピストン部材における押圧部が反応容器の内面と接触して磨耗したり、破損したりするのが抑制される。なお、このように反応容器の内面とピストン部材における押圧部との間に隙間を設けた場合、前記のように粉粒状の原料と接触する熱伝導材の接触面の周縁部に角取り部を設けたピストン部材を用いると、粉粒状の原料が反応容器の内面と押圧部との間の隙間を通してこぼれるのも抑制されるようになる。
【００１７】
また、本発明の成形装置において、反応容器内における粉粒状の原料をその両側から前記の一対のピストン部材によって加圧させるようにすると、粉粒状の原料を加熱、加圧させる反応容器の両側において、粉粒状の原料が前記の各熱伝導材により中心部まで適切に加熱されるようになると共に、反応容器の両側において、粉粒状の原料の熱がピストン部材を通して外部に逃げるのが抑制されるようになる。特に、本発明の成形装置は、前記の粉粒状の原料が、前記のようなバイオマス粉砕物である場合に、好適に利用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明においては、前記のように粉粒状の原料を加圧させるピストン部材の押圧部において、粉粒状の原料と接触する側に熱伝導材を設けると共に、粉粒状の原料と接触するこの熱伝導材の接触面と反対側に断熱材を設け、反応容器の外周に設けられた加熱装置により、粉粒状の原料を反応容器内において加熱させると共に、前記のピストン部材の押圧部により粉粒状の原料を反応容器内において加圧させるようにしたため、反応容器の外周に設けられた加熱装置からの熱がピストン部材における前記の熱伝導材を通して、熱伝導材と接触する粉粒状の原料の中心部まで導かれ、反応容器内において粉粒状の原料の中心部も適切に加熱されると共に、前記の熱伝導材における熱が断熱材において断熱され、反応容器内における熱がピストン部材を通して外部に逃げるのが抑制されるようになる。
【００１９】
この結果、本発明においては、反応容器内において加熱された粉粒状の原料の熱の損失が抑制されると共に、反応容器内において粉粒状の原料全体が適切に加熱されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るピストン部材を示した概略説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る成形装置を示し、反応容器内における粉粒状の原料を、反応容器の外周に設けられた加熱装置により加熱させると共に、前記の実施形態に係る一対のピストン部材により加圧させて成形する状態を示した概略断面説明図である。
【図３】前記の実施形態に係るピストン部材の変更例を示した概略説明図である。
【図４】前記の実施形態に係る成形装置に、前記の変更例に係るピストン部材を用いた状態を示した概略断面説明図である。
【図５】比較例のピストン部材を示した概略説明図である。
【図６】前記の実施形態のピストン部材と比較例のピストン部材を用いて成形した成形物の端面の状態を示し、（Ａ）は実施形態のピストン部材を用いて成形した成形物の端面の状態を示した写真、（Ｂ）は比較例のピストン部材を用いて成形した成形物の端面の状態を示した写真である。
【図７】前記の実施形態に係る成形装置において、反応容器の開口された端面を一方のピストン部材によって閉塞させるようにした変更例を示し、（Ａ）はピストン部材における押圧部の径を反応容器の開口された端面の径よりも大きくして、この押圧部によって反応容器の開口された端面を閉塞させた状態を示した部分説明図、（Ｂ）はピストン部材における押圧部に反応容器の開口された端面に沿ったリング状の突出部を設け、この突出部を反応容器の端面に接触させて、反応容器の開口された端面を閉塞させた状態を示した部分説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係るピストン部材及び成形装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係るピストン部材及び成形装置は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。
【００２２】
この実施形態におけるピストン部材１０においては、図１に示すように、ロッド部１１の先端に、バイオマス粉砕物等の粉粒状の原料ｘを加圧させる押圧部１２が設けられており、この押圧部１２の粉粒状の原料ｘと接触する側に、金属等の熱伝導性の高い材料で構成された熱伝導材１２１を設けると共に、この熱伝導材１２１における粉粒状の原料ｘとの接触面１２１ａと反対側に、セラミックス等の断熱性の高い材料で構成された断熱材１２２を設けている。
【００２３】
また、このピストン部材１０を用いて、バイオマス粉砕物等の粉粒状の原料ｘを加熱、加圧させて成形する成形装置２０においては、図２に示すように、円筒状になった反応容器２１の外周に加熱装置２２が設けられている。
【００２４】
そして、この成形装置２０においては、前記の加熱装置２２により、反応容器２１の外周側から、この反応容器２１内に充填された粉粒状の原料ｘを加熱させると共に、前記のピストン部材１０を反応容器２１の上側と下側とからそれぞれ押圧部１２が対向するようにして反応容器２１内に導入し、この反応容器２１内において、一対のピストン部材１０における押圧部１２間を近づけるように移動させて、この一対のピストン部材１０における押圧部１２間において、反応容器２１内に充填された粉粒状の原料ｘを加圧させて成形するようにしている。
【００２５】
このように反応容器２１の外周側から反応容器２１内に充填された粉粒状の原料ｘを加熱させながら、前記のピストン部材１０における押圧部１２間において反応容器２１内に充填された粉粒状の原料ｘを加圧させるようにした場合、各ピストン部材１０の押圧部１２において、粉粒状の原料ｘと接触する側が熱伝導材１２１で構成されているため、反応容器２１の外周に設けられた加熱装置２２からの熱が、各ピストン部材１０における熱伝導材１２１を通して、各熱伝導材１２１と接触する粉粒状の原料ｘの中心部まで導かれ、反応容器２１内に充填された粉粒状の原料ｘの両側において、反応容器２１内における粉粒状の原料ｘがその中心部まで適切に加熱されるようになる。
【００２６】
また、前記の各ピストン部材１０においては、粉粒状の原料ｘと接触する熱伝導材１２１の接触面１２１ａと反対側に断熱材１２２を設けているため、加熱された熱伝導材１２１の熱が断熱材１２２に伝熱されるのが抑制され、粉粒状の原料ｘと接触して加熱された熱伝導材１２１の熱が、反応容器２１の両側における各ピストン部材１０を通して外部に逃げるのが抑制されるようになる。
【００２７】
また、この実施形態においては、反応容器２１の内面とピストン部材１０における押圧部１２との間に隙間を設け、バイオマス粉砕物のように、内部に空気等の気体を含んでいたり、加熱によってガスを発生するような粉粒状の原料ｘを用いた場合に、加熱・加圧によって、この粉粒状の原料ｘから発生したガスや、粉粒状の原料ｘの内部に含まれていた空気等の気体が押圧・圧縮されることによって出てきた気体が、反応容器２１の内面とピストン部材１０における押圧部１２との間の隙間を通して排出されるようにすると共に、前記のように反応容器２１内においてピストン部材１０を移動させる際に、ピストン部材１０の押圧部１２が、反応容器２１の内面との接触によって磨耗したり、破損したりするのを抑制するようにしている。ここで、反応容器２１の内面とピストン部材１０における押圧部１２との間の隙間は１ｍｍ程度にすることができる。
【００２８】
なお、このように反応容器２１の内面とピストン部材１０における押圧部１２との間に隙間を設けた場合、粉粒状の原料ｘと接触する前記の熱伝導材１２１の接触面１２１ａの周縁部が直角になっていると、ピストン部材１０の押圧部１２によって粉粒状の原料ｘを押圧させた際に、直角になった接触面１２１ａの周縁部において粉粒状の原料ｘに剪断力が加わり、剪断された粉粒状の原料ｘが反応容器２１の内面とピストン部材１０における押圧部１２の側面との間の隙間に入り込むおそれが生じる。
【００２９】
このような場合には、前記のピストン部材１０として、図３に示すように、粉粒状の原料ｘと接触する前記の熱伝導材１２１の接触面１２１ａの周縁部に角取り部１２１ｂを設けたものを用いることが好ましい。なお、角取り部１２１ｂは、直線状であっても、円弧状であってもよい。
【００３０】
また、図３に示すピストン部材１０においては、前記の熱伝導材１２１の径よりも、熱伝導材１２１の接触面１２１ａと反対側における断熱材１２２等の径を小さくしている。
【００３１】
このように、熱伝導材１２１の接触面１２１ａと反対側における断熱材１２２等の径を、熱伝導材１２１の径よりも小さくすると、前記のように反応容器２１内においてピストン部材１０を移動させる際に、断熱材１２２が反応容器２１の内面と接触するのがさらに抑制され、また断熱材１２２の径を小さくすると、断熱材１２２を構成するセラミックス等の高価な材料の使用量が減少し、ピストン部材１０のコストも低減できる。
【００３２】
そして、図４に示すように、熱伝導材１２１の接触面１２１ａの周縁部に角取り部１２１ｂが設けられたピストン部材１０を前記の成形装置２０に使用し、この一対のピストン部材１０における押圧部１２間において、反応容器２１内に充填された粉粒状の原料ｘを加圧させて成形するようにした場合、熱伝導材１２１の接触面１２１ａの周縁部における粉粒状の原料ｘは前記の角取り部１２１ｂにおいて反応容器２１の内面に向けて押され、粉粒状の原料ｘが反応容器２１の内面と押圧部１２との間の隙間を通してこぼれるのが抑制される。
【００３３】
次に、前記の成形装置２０において、前記のように押圧部１２の粉粒状の原料ｘと接触する側に、金属等の熱伝導性の高い材料で構成された熱伝導材１２１を設けると共に、この熱伝導材１２１における粉粒状の原料ｘとの接触面１２１ａと反対側に、セラミックス等の断熱性の高い材料で構成された断熱材１２２を設けた前記の実施形態のピストン部材１０と、図５に示すように、粉粒状の原料ｘと接触する側に熱伝導材１２１を設けずに断熱材１２２だけを設けた比較例のピストン部材１０ａとを用いて、粉粒状の原料ｘを加熱・加圧して成形し、前記の実施形態のピストン部材１０を用いて成形した成形物の端面の状態を示した写真を図６（Ａ）に、熱伝導材１２１を設けていない比較例のピストン部材１０ａを用いて成形した成形物の端面の状態を示した写真を図６（Ｂ）に示した。
【００３４】
この結果、熱伝導材１２１を設けていないピストン部材１０ａを用いて成形した成形物の端面は、その外周部分だけが熱と反応して変色しているだけであったが、実施形態のピストン部材１０を用いて成形した成形物の端面は、その全面が熱と反応して均一に変色しており、成形物の中心部まで均一に加熱されていることが分かる。
【００３５】
また、この実施形態の成形装置２０において、反応容器２１内において粉粒状の原料ｘを加熱・加圧させるあたり、一対のピストン部材１０における押圧部１２を反応容器２１内において移動させるようにしたが、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、反応容器２１の開口された端面を一方のピストン部材１０によって閉塞させるようにすることもできる。この場合、反応容器２１の開口された端面を閉塞させるピストン部材１０としては、例えば、図７（Ａ）に示すように、ピストン部材１０のロッド部１１の先端に設ける押圧部１２の径を反応容器２１の開口された端面の径よりも大きくして、この押圧部１２によって反応容器２１の開口された端面を閉塞させるようにしたものや、図７（Ｂ）に示すように、ピストン部材１０のロッド部１１の先端に設ける押圧部１２に反応容器２１の開口された端面に沿ったリング状の突出部１２３を設け、この突出部１２３を反応容器２１の端面に接触させて、反応容器２１の開口された端面を閉塞させるようにしたもの等を用いることができる。
【００３６】
また、この実施形態の成形装置２０において、前記の実施形態に示すピストン部材１０を、加熱装置２２が外周側に設けられた反応容器２１に使用するようにしたが、前記のピストン部材１０を使用する成形装置２０はこのようなものに限定されない。例えば、図示していないが、反応容器の外周側に冷却装置が設けられた成形装置等に用いることもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ピストン部材
１１  ロッド部
１２  押圧部
１２１  熱伝導材、１２１ａ  接触面、１２１ｂ  角取り部
１２２  断熱材
１２３  突出部
２０  成形装置
２１  反応容器
２２  加熱装置
ｘ  粉粒状の原料
【図１】
2015089559.tif 000003
【図２】
2015089559.tif 000004
【図３】
2015089559.tif 000005
【図４】
2015089559.tif 000006
【図５】
2015089559.tif 000007
【図７】
2015089559.tif 000008
【図６】
2015089559.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月12日(2013.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2015089559.tif 000010