(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹木を破砕して得られた木質燃料の主原料を略直方体形状の受圧盤に収容する工程と、
前記受圧盤に収容された前記主原料の含水率を水分計により測定する工程と、
前記受圧盤に収容された前記主原料に対して、前記押圧盤により振動および前記含水率に基づいて決定される圧力を加えて、前記主原料に含まれる水分を脱水するとともに、同時に厚み寸法と奥行き寸法を整えて略直方体形状に圧縮成型する工程と、
前記圧縮成型された前記主原料に対して、先端錐形状の突起部材により貫通孔を複数設けるとともに、同時に幅決めしながら切断部材により切断して幅寸法を整えて成型された前記木質燃料を得る工程と
を有する木質燃料の成型方法。
【請求項２】
前記脱水された水分は、前記押圧盤に設けられた水抜き孔から流出し、導水路となる前記押圧盤の傾斜面を通って排出される請求項１記載の木質燃料の成型方法。
【請求項３】
前記圧縮成型する工程の前に、少なくとも前記含水率に基づいて予測される前記受圧盤に収容されて堆積した前記主原料の前記圧縮成型による圧縮率に応じて、余分に堆積した前記主原料を前記受圧盤から掻き均して除去する工程を有する請求項１又は２に記載の木質燃料の成型方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の木質燃料の成型方法により成型された木質燃料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹木の幹、枝および葉などを材料とする木質燃料の成型方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉状物化した廃棄木材等を主原料とし、当該原料を加圧して成型した木質燃料や、木材そのものに穿設などの加工をしてなる木質燃料が広く知られている。
【０００３】
粉状化した廃棄木材等にバインダーを添加し、これを加圧成形してなるものが開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、木質燃料の上下方向に貫通する複数の貫通孔を開穿して、その複数の貫通孔により着火性能を高めたものが開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１１９３９１号公報
【特許文献２】特許第５５４２３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の従来技術によると、産業廃棄物として扱われていた廃棄木材を主原料とする木質燃料を提供することができる。また、特許文献２の従来技術によると、複数の貫通孔により着火性能を高めた木質燃料を製造することができる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示されている技術では、効果的に脱水しながら、少ない工程で簡易・効率的に木質燃料を成型することは困難であった。
【０００８】
本発明の目的は、効果的に脱水しながら、少ない工程で簡易・効率的に木質燃料を成型する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の木質燃料の成型方法は、樹木を破砕して得られた木質燃料の主原料を略直方体形状の受圧盤に収容する工程と、
受圧盤に収容された主原料の含水率を水分計により測定する工程と、
受圧盤に収容された主原料に対して、押圧盤により振動および含水率に基づいて決定される圧力を加えて、主原料に含まれる水分を脱水するとともに、同時に厚み寸法と奥行き寸法を整えて略直方体形状に圧縮成型する工程と、
圧縮成型された主原料に対して、先端錐形状の突起部材により貫通孔を複数設けるとともに、同時に幅決めしながら切断部材により切断して幅寸法を整えて成型された木質燃料を得る工程と
を有する。
【００１０】
このように構成することにより、樹木を破砕して振動および圧力を加えることで、いわゆる液状化現象のように脱水を効果的に実現することができ、また、振動および含水率に基づいて決定される圧力を加えて脱水するとともに厚み寸法・長さ寸法を整えることをワンステップで実現でき、さらに、貫通孔の形成と、幅方向の寸法を整えるための切断がワンステップで実現できるので、少ない作業工程で簡易・効率的かつ低コストで木質燃料を成型することを可能ならしめている。
【００１１】
また、本発明の木質燃料の成型方法は、脱水された水分は、押圧盤に設けられた水抜き孔から流出し、導水路となる押圧盤の傾斜面を通って排出されることであってもよい。
【００１２】
このように構成することにより、脱水された水分を除去するために押圧盤を傾ける等の作業が不要となる。
【００１３】
また、本発明の木質燃料の成型方法は、圧縮成型する工程の前に、少なくとも含水率に基づいて予測される受圧盤に収容されて堆積した主原料の圧縮成型による圧縮率に応じて、余分に堆積した主原料を受圧盤から掻き均して除去する工程を有することであってもよい。
【００１４】
このように構成することにより、最低の含水率で所定の厚さ寸法に圧縮成型された木質燃料を得ることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の木質燃料は、上記の木質燃料の成型方法により成型された木質燃料である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、効果的に脱水しながら、少ない工程で簡易・効率的に木質燃料を成型する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態における木質燃料の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における木質燃料の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における木質燃料の成型方法のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態における木質燃料の製造装置の概略図である。
【図５】本発明の実施の形態における木質燃料の主原料を受圧盤に収容することを説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態における木質燃料の主原料を圧縮成型することを説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態における木質燃料の主原料に貫通孔を設けながら切断することを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態における木質燃料の成型方法を図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１を参照すると、本実施の形態における木質燃料の成型方法により得られる木質燃料１は、断面略正方形とする角材形状（直方体形状）であり、一面１Ａの全域に多数の貫通孔２が設けられている（図２の断面図も参照）。
【００２０】
木質燃料１は、厚み寸法が約９０ｍｍ、幅寸法が約９０ｍｍ、奥行き寸法が約６００ｍｍの直方体であり、略当該サイズとすることで薪ストーブなどの燃料としての取扱い性、乾燥性、着火性、燃焼性、携帯性、保管性に優れたものとすることができる。なお、これらの厚み寸法等の若干の誤差は燃料用途等に与える影響は軽微であるので製品として許容範囲となり、さらに立方体形状や角部を面取りした押角形状であってもよい。
【００２１】
貫通孔２の開口径は、約６ｍｍである。なお、開口径は木質燃料１の幅・奥行き寸法に応じて適宜変更してよい。貫通孔２の個数および隣り合う貫通孔同士の間隔などは任意であり、一面１Ａの全域にわたったり、所定の領域にのみ形成されるなど適宜決定されてよい。開口径が小さくても外気との接触の困難性は少なく、径が大きくても強度の低下の問題は少ない。
【００２２】
上記の多数の貫通孔２により、木質燃料１の外表面の面積を増大させて外気や炎に接触する部分を拡大することができる。また、貫通しているので、空気の流れが良く、非貫通の凹部などと比較して、乾燥時間を短縮し、高い燃焼効率を実現可能である。
【００２３】
次に、図３のフローチャートおよび図４乃至図７を参照して、本実施の形態における木質燃料の成型方法の一例を詳細に説明する。
図４に木質燃料の製造装置の概略構成の一例を示す。図４（ａ）は側面視における概略図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に対応した平面視における概略図である。
【００２４】
まず、樹木１０を破砕して木質燃料１の主原料１００を得る（ステップＳ１）。
ここで、樹木としては、枝、突起、樹皮、おがくずを含む。曲がった枝や、小木、生木のまま、端材などの廃棄木材を含む。
【００２５】
図４及び図５に示すように、ミキサーＡにより、樹木１０を細断する。木片の幅寸法は０ｍｍ超〜６０ｍｍ程度が好適である。枝や突起、樹皮や葉、端材やおがくず等もまとめてミキサーＡのホッパーＡ０に投入して木質燃料１の主原料１００として再利用することができる。
【００２６】
なお、乾燥材が多く含まれる場合には加水して水分量を増加させることであってもよい。加水により柔軟性が生じ、後述のステップＳ４において、主原料が潰れ易くなり、成型された木質燃料１の表面の凹凸の発生を抑制し、表面形状を平坦とすることができる。
【００２７】
ミキサーＡは、樹木１０等が投入される略斜形状のテーパ円筒容器Ａ１と、当該容器Ａ１に投入された樹木１０等を細断しながら攪拌するモータ回転軸および複数の裁断刃Ａ２を備える細断攪拌部と、操作板Ａ３、Ａ４を備える排出口部から構成されている。
【００２８】
ミキサーＡにより樹木１０が細断されながら攪拌された木質燃料１の主原料１００は、水分を含んだドロドロの状態で、ミキサーＡの排出口部から、上部が開放した略直方体形状（図５中、長手方向の寸法は１０８０ｍｍ、短手方向の寸法は６００ｍｍ、深さ寸法は１３０ｍｍ、）の受圧盤Ｂに排出される。その際、操作板Ａ３、Ａ４はフレキシブルに動作可能であり、例えば、操作板Ａ３、Ａ４を手動又は機械的に左右前後に開閉操作して、受圧盤Ｂの全体に主原料１００が一定の厚み寸法に平均して堆積するようにする。
この際、完成形の木質燃料１の厚み寸法が９０ｍｍであるとすると、後述の加圧減容を考慮して、それよりも厚み（深さ）のある深さまで主原料１００を受圧盤Ｂに堆積することが必要である。本実施の形態では、１５０ｍｍまで堆積するものとする。
なお、受圧盤Ｂには一の側面Ｂ１側に所定の上下開閉機構が設けられて押出口とすることができる。
【００２９】
次に、受圧盤Ｂに取り付けられた水分計２００により、受圧盤Ｂ収容された主原料１００の含水率を測定する（ステップＳ２）。
水分計２００は、含水率を計測可能な機器であり、ピン型や赤外線型など周知のものを含み、含水計、水量計や湿度計と称されるものも同様の機能を果たすことができる限り広く含む。
主原料１００の含水率に応じて、押圧盤Ｃにより加える圧力を所定の制御基板の制御動作により調整・変更する。例えば、含水率が大きい場合には圧力は大きく、そして含水率が小さくなるにつれて圧力は小さく対応づけられている所定のテーブルを参照することであってもよい。
【００３０】
次に、含水率や樹木１０の種類および含水率から決定される圧力等に基づいて予測される受圧盤Ｂに収容されて堆積した主原料１００の後述する圧縮成型による圧縮率（沈下量）に応じて盛高を決定し、余分に堆積した主原料１００を受圧盤Ｂから掻き均して除去する（ステップＳ３）。
【００３１】
本実施の形態では、主原料１００を受圧盤Ｂの縁以上の高さの１５０ｍｍまで盛り上がるように堆積させた後に、盛高を１４０ｍｍと決定し、１０ｍｍ余分に堆積した主原料１００を受圧盤Ｂから掻き均して除去するために、図示しない所定の熊手状や平板状等の掻き均し部材を回転移動又は複数回往復移動させて、１４０ｍｍより上にある主原料１００部分を取り去って所望の高さ（１４０ｍｍ）にならすことで実現されてもよい。
主原料１００の含水率や樹木１０の種類および含水率から決定される押圧盤Ｃにより加えられる圧力等の種々の要因に基づき、経験やノウハウを用いた専門技術的・統計的観点から、主原料１００の後述する圧縮成型による圧縮率（沈下量）を予測し、それに応じて盛高を決定し、掻き均し部材の動作を所定の制御基板の制御動作により調整・変更する。例えば、含水率が大きい場合には圧縮率（沈下量）は大きいので盛高が相対的に高く決定され、掻き均し部材の高さ位置を高くして除去する主原料１００は少なくなるようにし、そして含水率が小さくなるにつれて圧縮率（沈下量）は小さくなるので盛高が相対的に低く決定され、掻き均し部材の高さ位置を低くして除去する主原料１００は多くなるように対応づけられている所定のテーブルを参照することであってもよい。また、樹木１０の種類および圧力等に応じた同様の所定のテーブルを参照することであってもよい。
なお、取り去られた１０ｍｍ分の主原料１００は受皿Ｂ´に受け止められ、次回にミキサーＡより主原料１００が受圧盤Ｂに排出される前段階で、所定の上下開閉機構等により開いた押出口から手動又は機械的（例えば、油圧等による押出用圧送装置）に押し出されて受圧盤Ｂに戻されることであってもよい。受圧盤Ｂ及び受皿Ｂ´には一の側面Ｂ１´側に所定の上下開閉機構が設けられて押出口とすることができる。
したがって、圧縮率に応じて所定の厚さ寸法に圧縮成型された木質燃料を得ることが可能となり、圧縮成型された木質燃料は所望の最低の含水率とすることができる。
【００３２】
次に、受圧盤Ｂに収容された主原料１００に対して押圧盤Ｃにより振動および含水率に基づいて決定される圧力を加えて、主原料１００に含まれる水分を脱水するとともに、同時に厚み寸法と奥行き寸法を整えて略直方体形状に圧縮成型する（ステップＳ４）。
【００３３】
図４及び図６に示すように、所定の厚み寸法（例えば９０ｍｍであればよい。）の押圧盤Ｃは、木質燃料１の形状である直方体形状に対応する受圧盤Ｂの凹部に嵌合するように形成された押圧面（図６中、長手方向の寸法は略１０８０ｍｍ、短手方向の寸法は略６００ｍｍ）を備える。
押圧盤Ｃの押圧面が受圧盤Ｂの深さ寸法９０ｍｍの位置まで油圧シリンダ等により受圧盤Ｂに嵌挿される。この動作に伴い、受圧盤Ｂに収容されている主原料１００が加圧され、主原料１００の厚み寸法が９０ｍｍとなるまで減容されつつ成型されることとなる。この加圧の際に、振動も加えることにより、いわゆる液状化現象の原理により、主原料１００に含まれる水分が密集しようとして浮上し、脱水が容易となり、木質燃料１の水分含有量を低減して乾燥効率性の高い木質燃料１とすることができる。主原料１００は、水分が脱水されるとともに、同時に厚み寸法が９０ｍｍに、また奥行き寸法（図６の左右方向を奥行きとする。）が受圧盤Ｂの短手方向の寸法である６００ｍｍに整えられて略直方体形状となる。なお、幅寸法（図６の前後方向を幅とする。）は受圧盤Ｂの長手方向の寸法である１０８０ｍｍとなる。
【００３４】
押圧盤Ｃには一の側面Ｃ１側に所定の上下開閉機構が設けられて押出口とすることができる。また、押圧盤Ｃには、主原料１００に含まれていた水分の排水の容易化のために所定の径の水抜き孔Ｃ２が複数設けられている。
押圧盤Ｃの水抜き孔Ｃ２から流出・噴出する水分は、図６の前後方向の手前側に傾斜している押圧盤Ｃの上面と、図６における左右方向の左側に傾斜している傾斜面の導水路Ｃ３（図４（ｂ）参照）を通って集められて所定の排水口より排出される。したがって、脱水された水分を除去するために押圧盤を傾ける等の作業が不要となる。なお、押圧盤Ｃの上面辺縁に水抜き孔Ｃ２から流出・噴出する水分の溢出防止板が設けられてもよい。
【００３５】
主原料１００に含まれていた樹液は、粘度が高いため水抜き孔Ｃ２から排出されず、主原料１００の木片などを一体化するための補助的な接着剤として機能する。これにより、化学的な接着剤等を添加する必要がなく、燃焼時の安全性・環境性が確保できる。
なお、本ステップＳ４の圧縮成型後に、目視等により、主原料１００の木片などが十分に一体化して固化されているか否かを判断し、固化が不十分な場合は、押圧盤Ｃに設けられた複数の細孔より圧縮成型済みの主原料１００へ安全なバインダーを噴霧添加することがあってもよい。
【００３６】
次に、受圧盤Ｂの側面Ｂ１及び押圧盤Ｃの側面Ｃ１が所定の上下開閉機構等により開いて押出口をなし、当該押出口から手動又は機械的（例えば、レールＥに沿って移動する油圧等による押出用圧送装置）に押し出されて穿設切断装置Ｄに移送された、圧縮成型済みの主原料１００について、後述する可動体Ｄ２０に取り付けられた水分計２００´により含水率を測定する（ステップＳ５）。
水分計２００´は、含水率を計測可能な機器であり、ピン型や赤外線型など周知のものを含み、含水計、水量計や湿度計と称されるものも同様の機能を果たすことができる限り広く含む。
切断（裁断）前に、圧縮成型済みの主原料１００の含水率が十分に下がっているか否かを判定することができる。
【００３７】
次に、穿設切断装置Ｄに移送された、圧縮成型済みの主原料１００に対して、上面側から先端錐形状の複数の押圧突起部Ｄ１により押圧して複数の貫通孔２を設けるとともに、同時に切断部材Ｄ２により幅決めしながら切断（裁断）して略直方体形状の幅方向の寸法を整える（ステップＳ６）。
【００３８】
図４及び図７に示すように、穿設切断装置Ｄは、複数の押圧突起部Ｄ１および複数の切断部材Ｄ２が下向きに突設された可動体Ｄ１０（厚み寸法５０ｍｍ、奥行き寸法６００ｍｍ、幅方向寸法１０８０ｍｍ）と、圧縮成型済みの主原料１００を載置可能な可動体Ｄ２０（厚み寸法３０ｍｍ、奥行き寸法６００ｍｍ、幅方向寸法１０８０ｍｍ）を備えている。なお、図７では、幅決めの理解を容易にするために、圧縮成型済みの主原料１００の向きは上記の図６と縦横が９０度回転しているものとして表している。また、図７では、可動体Ｄ１０の一部をのみを示すが、図示した隣接する切断部材Ｄ２間に複数の押圧突起部Ｄ１が設けられるような構成が幅方向寸法１２００ｍｍにわたって適宜連続するものである。
押圧突起部Ｄ１は、先端を円錐形とする径が約６ｍｍの円筒状であり、圧縮成型済みの主原料１００への押圧時に、先端の円錐形により径を徐々に拡大しながら貫通孔２を成型するため、押圧力による圧縮成型済みの主原料１００の破損・ひび割れなどを回避することができる。図７では、押圧突起部Ｄ１は２個のみ示すが、同図中の奥側に向かっても複数の押圧突起部Ｄ１が設けられるような構成が可動体Ｄ１０の奥行き寸法７００ｍｍにわたって適宜連続するものである。押圧突起部Ｃ１の先端形状は三角錐、四角錐などの各種の錐形状が選択可能である。押圧突起部Ｄ１は、全長（高さ）寸法が圧縮成型済みの主原料１００の厚み寸法超であり、一回の押圧動作により穿設は完了する。なお、可動体Ｄ２０には押圧突起部Ｄ１に対応する領域に受け孔としての貫通孔が設けられており、この貫通孔から細かい木屑が通り抜けていくため貫通孔２の形成が容易となる。
切断部材Ｄ２は、幅（厚み）寸法が約６ｍｍのカッターであり、奥行き寸法は６００ｍｍである。複数の切断部材Ｄ２同士の間隔は９０ｍｍである。切断部材Ｄ２は、全長（高さ）寸法が圧縮成型済みの主原料１００の厚み寸法超であり、一回の押圧動作により切断は完了する。なお、可動体Ｄ２０には切断部材Ｄ２に対応する領域に受け溝としての切欠きが設けられている。
【００３９】
穿設切断装置Ｄの可動体Ｄ１０による一回の押圧操作で、圧縮成型済みの主原料１００の一面（図示において上面）側から複数の押圧突起部Ｄ１により複数の貫通孔２を形成するとともに、間隔が９０ｍｍに設定されている隣り合う切断部材Ｄ２により幅方向の寸法が９０ｍｍに幅決めされつつ、切断部材Ｄ２により切断されることにより、成型が完了し、幅方向の寸法が９０ｍｍに整えられた木質燃料１（厚み寸法は９０ｍｍ、長さ方向の寸法は６００ｍｍ）を複数得ることができる。なお、図６における圧縮成型済みの主原料１００の幅方向の寸法が９０ｍｍの倍数である１０８０ｍｍなどであれば、図７における左右の最端部において１個の切断部材Ｄ２により切り出される木質燃料１の幅方向の寸法が９０ｍｍになるように幅決めしながら切断するように穿設切断装置Ｄを制御することで、圧縮成型済みの主原料１００全部を無駄なく有効利用することができる。すなわち、圧縮成型済みの主原料１００の幅方向の寸法が１０８０ｍｍである場合、一回の押圧操作で幅方向の寸法が９０ｍｍになるように成型された木質燃料１を１２個得ることができる。
【００４０】
なお、貫通孔を形成すると同時に切断することができれば、装置・設備の構成や、手順は特に限定されなく、周知の技術が適用されてよい。
上記のように設けられた複数の貫通孔により、空気の流れが十分に確保されるので木質燃料１の乾燥性、着火性および燃焼性等を向上させることができる。
【００４１】
さらに、図４に示すように、可動体Ｄ２０には一の側面Ｄ２０１側に所定の上下開閉機構が設けられ、当該上下開閉機構が開いて押出口をなし、１２個に切断された木質燃料１が、当該押出口から手動又は機械的（例えば、レールＥに沿って移動する油圧等による押出用圧送装置）に押し出されて所定の傾斜面に移送され、当該傾斜面を滑ってコンベアに移動させられ、コンベアによりさらに所定の場所まで運搬されることであってもよい。
【００４２】
上記の各工程を経て、図１に示すような形状の木質燃料１を、少ない作業工程で簡易・効率的かつ低コストで成型することができる。また、樹木１０の形状や大きさにかかわらずに、通常の薪ストーブ用の燃料等として好適な形状や大きさの木質燃料１を実現することができる。
【００４３】
なお、当該木質燃料１をさらに乾燥させることで最終製品として完成することであってもよく、その際に可動体Ｄ２０に設けられた水分計２００´（図４（ｂ）参照）を用いて含水率を測定することであってもよい。この乾燥手法は、自然乾燥でも、乾燥装置等の熱風による強制乾燥でもよい。いずれの乾燥方法にしても、貫通孔により、外気や熱風が接触する面積を大きくでき、しかも、木質燃料１の内側にも外気や熱風を接触させることができるので、木質燃料１の乾燥時間を短縮することができる。
【００４４】
本実施の形態によれば、廃棄木材の形状等にかかわらず、少ない作業工程で簡易・効率的かつ低コストで、乾燥性、着火性、燃焼性および形状保持性に優れた木質燃料の成型方法を提供することができる。
【００４５】
また、切断して取り出す際に一時的に作業が停止するのみで、ほぼ連続的に木質燃料１の成型加工が可能となる利点がある。
【００４６】
また、設備を運搬すれば、木材等を伐採する現場・現地で木質燃料１の成型加工が可能となる利点がある。
【００４７】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されてよい。
【符号の説明】
【００４８】
１            木質燃料
１Ａ          一面
１Ｂ          他面
１０          樹木
Ｄ１          押圧突起部
Ｄ２          切断部材
２            貫通孔
１００        主原料
Ａ            ミキサー
Ｂ            受圧盤
Ｃ            押圧盤
Ｄ            穿設切断装置
【要約】
【課題】効果的に脱水しながら、少ない工程で簡易・効率的に木質燃料を成型する方法を提供すること。
【解決手段】樹木を破砕して得られた木質燃料の主原料を略直方体形状の受圧盤に収容する工程と、受圧盤に収容された主原料の含水率を水分計により測定する工程と、受圧盤に収容された主原料に対して、押圧盤により振動および含水率に基づいて決定される圧力を加えて、主原料に含まれる水分を脱水するとともに、同時に厚み寸法と奥行き寸法を整えて略直方体形状に圧縮成型する工程と、圧縮成型された主原料に対して、先端錐形状の突起部材により貫通孔を複数設けるとともに、同時に幅決めしながら切断部材により切断して幅寸法を整えて成型された木質燃料を得る工程とを有する木質燃料の成型方法。
【選択図】図３【図１】
0005707007.tif 000002
【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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