(57)【要約】【課題】微細な木質バイオマス粒子を効率良く製造すること。【解決手段】木質バイオマスの粗粒子から微細な木質バイオマス粒子を製造する製造装置１であって、木質バイオマスの粗粒子を加熱することによって乾燥し、その乾燥された粗粒子に水を加える前処理装置２と、前処理装置２によって処理された粗粒子を機械的に粉砕する粉砕機３と、粉砕機３によって粉砕された木質バイオマス粒子を回収する回収装置４とを備える。【選択図】図１
2008214531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質バイオマスの粗粒子から微細な木質バイオマス粒子を製造する製造装置であって、
木質バイオマスの粗粒子を加熱することによって乾燥し、その乾燥された粗粒子に水を加える前処理装置と、
前記前処理装置によって処理された粗粒子を機械的に粉砕する粉砕機と、
前記粉砕機によって粉砕された木質バイオマス粒子を回収する回収装置と、
を備えることを特徴とする木質バイオマス粒子の製造装置。
【請求項２】
前記前処理装置は、
木質バイオマス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、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の木質バイオマス粒子の製造装置。
【請求項３】
前記粉砕機と前記回収装置との間には、所定粒径の粒子の通過を許容するフィルタが配置され、
前記回収装置は、前記フィルタを通過する木質バイオマス粒子を回収することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の木質バイオマス粒子の製造装置。
【請求項４】
前記回収装置は、前記粉砕機内の気体を前記フィルタを介して吸引する吸引装置を備え、
前記フィルタを通過する木質バイオマス粒子は、重力によって落下して回収される一次粒子と、前記吸引装置によって吸引され分離回収される二次粒子とに分別されることを特徴とする請求項３に記載の木質バイオマス粒子の製造装置。
【請求項５】
前記吸引装置は吸引量を調節するための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は、前記吸引量調節手段によって調整されることを特徴とする請求項４に記載の木質バイオマス粒子の製造装置。
【請求項６】
木質バイオマスの粗粒子から微細な木質バイオマス粒子を製造する製造方法であって、
木質バイオマスの粗粒子を加熱することによって乾燥する工程と、前記乾燥された粗粒子に水を加える工程とを含む前処理工程を行った後、
前記前処理工程によって処理された粗粒子を機械的に粉砕し、その粉砕された木質バイオマス粒子を回収することを特徴とする木質バイオマス粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質バイオマス粒子の製造装置及び製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電設備の燃料として環境負荷の少ない木質バイオマス燃料が注目されており、特に、既存の発電設備のボイラ火炉内において、石炭と木質バイオマス燃料との混合燃料を燃焼させる混焼が多く行われている。
【０００３】
木質バイオマス燃料を発電設備の燃料として用いる場合、ボイラ火炉内での燃焼特性や燃料供給配管等での詰まり等の観点から、木質バイオマスの粒度が非常に重要となる。
【０００４】
特許文献１には、加水分解を利用してバイオマスを微粉化させる方法が開示されている。特許文献１に記載の方法は、容器内でセルロースバイオマス粒子を攪拌して粒子の気体状の浮遊体を生成した後、攪拌を継続しながら粒子の浮遊体の温度を上昇させると共に水を除々に供給して水和させることによって微細な粉末を製造するというものである。
【特許文献１】特表２００４−５２６００８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の方法は、機械的な攪拌と水の供給とが同じ容器内で行われるため、粒子同士がくっつきボール状の塊が生成される場合があり、その場合には加水分解は殆ど達成されなくなる。また、これを防止するために水を過剰に加えてしまうと、過剰な水が潤滑剤として働き粒子に機械的な力が加わらなくなってしまう（特許文献１〔００２０〕，〔００２８〕段落参照）。
【０００６】
したがって、特許文献１に記載の方法によってセルロースバイオマス粒子を微細化させるには、非常に長い時間を必要とする。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、微細な木質バイオマス粒子を効率良く製造することができる製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、木質バイオマスの粗粒子から微細な木質バイオマス粒子を製造する製造装置であって、木質バイオマスの粗粒子を加熱することによって乾燥し、その乾燥された粗粒子に水を加える前処理装置と、前記前処理装置によって処理された粗粒子を機械的に粉砕する粉砕機と、前記粉砕機によって粉砕された木質バイオマス粒子を回収する回収装置とを備えることを特徴とする
また、本発明は、木質バイオマスの粗粒子から微細な木質バイオマス粒子を製造する製造方法であって、木質バイオマスの粗粒子を加熱することによって乾燥する工程と、前記乾燥された粗粒子に水を加える工程とを含む前処理工程を行った後、前記前処理工程によって処理された粗粒子を機械的に粉砕し、その粉砕された木質バイオマス粒子を回収することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、木質バイオマスの粗粒子への加水と、粗粒子の機械的な粉砕とは分離して行われるため、加水と粉砕とが干渉することなく、ボール状の塊が生成されることがなく効率良く木質バイオマス粒子を製造することができる。
【００１０】
また、木質バイオマスの粗粒子を一旦乾燥させた後に加水するようにしたため、水が木質バイオマスへ深く浸透し、木質バイオマスをより弱体化させることができる。したがって、その後の粗粒子の機械的な粉砕は効率良く進行し、木質バイオマスをより微細化させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図１及び図２を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は木質バイオマス粒子の製造装置の模式図であり、図２は同じく製造装置の正面図である。
【００１３】
本実施の形態に係る木質バイオマス粒子の製造装置は、木質バイオマスの粗粒子から微細な木質バイオマス粒子を製造する装置である。
【００１４】
本明細書において、木質バイオマスとは、生木の他、樹木の伐採や造材のときに発生した枝葉等の林地残材、製材工場等で発生する樹皮や木屑、建築廃材等の木材からなるバイオマスのことを指す。
【００１５】
また、木質バイオマスの粗粒子とは、上記の木質バイオマスをおが粉製造機等を用いてチップ状に成形したものを、さらに、おが粉粉砕機等を用いて粒径２ｍｍ程度に粉砕した粒子のことを指す。なお、以下では、木質バイオマスの粗粒子のことを単に「粗粒子」と記す。
【００１６】
さらに、木質バイオマス粒子とは、本発明に係る製造装置及び製造方法によって得られる粒径２００μ程度以下の微細な粒子のことを指す。
【００１７】
製造装置１は、図１に示すように、粗粒子の微細化が効率良く進行するために粗粒子に対して前処理を施す前処理装置２と、前処理された粗粒子を機械的に粉砕する粉砕機３と、粉砕機３によって粉砕された木質バイオマス粒子を回収する回収装置４とを備える。
【００１８】
まず、粗粒子に対して前処理を施す前処理装置２について説明する。
【００１９】
前処理装置２は、入口部６から投入された粗粒子を搬送部としてのスクリューコンベア７にて排出口８まで搬送する過程で粗粒子に対して前処理を施す装置であり、木質バイオマスの粗粒子を加熱することによって乾燥する加熱器として遠赤外線ヒータ９と、遠赤外線ヒータ９によって乾燥された粗粒子に水を加える加水機１０とを備える。
【００２０】
スクリューコンベア７は、図２に示すように、入口部６から投入された粗粒子を斜め上方に向かって搬送するものであり、ケーシング１２上端部に設けられたモータ１３と、モータ１３の回転がチェーン１４を介して伝達される回転軸１５と、回転軸１５の外周に螺旋状に設けられたインペラ１６とを備える。入口部６からケーシング１２中に投入された粗粒子は、インペラ１６にて撹拌されながら前進する。
【００２１】
遠赤外線ヒータ９は、スクリューコンベア７の軸方向に沿って配置され、スクリューコンベア７にて搬送中の粗粒子に対して熱を加える。遠赤外線ヒータ９による加熱は、粗粒子の水分量を入口部６への投入時と比較して３ｗｔ％程度減少させることを目安に行われる。
【００２２】
遠赤外線は木材に吸収され易いため、遠赤外線ヒータ９を加熱器として用いることによって粗粒子を効率良く乾燥させることができる。
【００２３】
加水機１０は、遠赤外線ヒータ９を通過することによって乾燥した粗粒子に対して水を噴霧するものであり、スクリューコンベア７のケーシング１２内に水を噴霧するための加水部としてのノズル１８と、噴霧する水が貯蔵されるタンク１９と、タンク１９に貯蔵される水をノズル１８に供給するポンプ２０と、ノズル１８への圧縮空気の供給と遮断を切り換える切替弁２１とを備える。
【００２４】
ノズル１８は、遠赤外線ヒータ９と排出口８との間に配置され、ノズル１８による水の噴霧は、スクリューコンベア７の下流端近傍にて行われる。水の噴霧は、切替弁２１を開弁し圧縮空気をノズル１８に供給することによって行われる。加水機１０による加水は、粗粒子の水分量を３ｗｔ％程度増加させることを目安に行われる。つまり、加水機１０では、遠赤外線ヒータ９の加熱によって減少した水分量を元に戻す程度の水分が加えられる。
【００２５】
以上のように、前処理装置２による前処理は、スクリューコンベア７にて搬送中の粗粒子を遠赤外線ヒータ９によって加熱乾燥した後、最後に加水機１０にて水を噴霧するというものである。
【００２６】
粗粒子を一旦乾燥させた後に加水するようにしたため、水が木質バイオマスへ深く浸透し、水の分子がセルロース鎖間に侵入し易くなる。これにより、セルロース鎖間の水素結合は、セルロース鎖と水分子との間の水素結合に置換され易くなる。このセルロース鎖と水分子との間の水素結合は機械的な刺激に弱いため、上記置換が進行すると粗粒子は弱体化することになる。
【００２７】
木質バイオマスを粉砕しただけの粗粒子は平衡状態にあるため、粗粒子を乾燥させずに加水してもセルロース鎖間の水素結合は、セルロース鎖と水分子との間の水素結合に置換され難い。
【００２８】
このように、粗粒子を弱体化させるには、一旦乾燥させた後に加水するということが重要である。このような前処理を粗粒子に対して施すことによって、結果的には前処理の前後で粗粒子の水分量の変化がなくても、粗粒子を弱体化させることができ、次工程での粗粒子の粉砕が効率良く進行することになる。
【００２９】
次に、粗粒子を機械的に粉砕する粉砕機３について説明する。
【００３０】
粉砕機３は、前処理装置２にて前処理が施されスクリューコンベア７の排出口８から順次連続的に投入される粗粒子を機械的に粉砕して微粉化させる装置である。
【００３１】
粉砕機３は、スイングハンマ２３がインボリュート形状を有するライニング（被衝撃板）２４の内側を高速回転するものであり、スイングハンマ２３とライニング２４との間における衝撃、磨砕、せん断の同時複合作用によって微粉砕を行うと共に、ライニング空隙内での高速撹乱に伴う粒子同士の衝突による自己粉砕によっても微粉砕を行う。
【００３２】
粉砕機３と回収装置４との間、つまり粉砕機３の排出口には、所定粒径の粒子の通過を許容するメッシュ状のフィルタ２５が配置される。したがって、粉砕機３内にて粉砕される粒子は、フィルタ２５のメッシュを通過可能となるまで粉砕機３内に滞留し粉砕される。
【００３３】
粉砕機３に投入される粗粒子の粒径は２ｍｍ程度であるが、粉砕機３によってその粗粒子は最小で数μｍ、最大でも２００μｍ程度まで微細化される。
【００３４】
木質バイオマス粒子の粒径は、スイングハンマ２３の回転速度、スイングハンマ２３の数、フィルタ２５のメッシュサイズ等によって調整することが可能となる。
【００３５】
次に、木質バイオマス粒子を回収する回収装置４について説明する。
【００３６】
回収装置４は、粉砕機３によって微粉化された木質バイオマス粒子を回収する装置であり、木質バイオマス粒子は、その粒度に応じて分別して回収される。
【００３７】
粉砕機３におけるフィルタ２５の下部には、ホッパ２７を介して木質バイオマス粒子を回収する下部回収容器２８が配置される。この下部回収容器２８には、フィルタ２５を通過し重力によって落下する木質バイオマス粒子が回収される。
【００３８】
下部回収容器２８は、ホッパ２７に対して着脱自在に取り付けられると共に、下部には車輪が取り付けられているため、下部回収容器２８にて木質バイオマス粒子を回収した後には、下部回収容器２８をホッパ２７から切り離し搬送することができる。なお、下部回収容器２８を搬送する際には、ホッパ２７の出口に設けられ出口を開閉可能な開閉ゲート（図示省略）が閉じられる。
【００３９】
回収装置４は、粉砕機３のフィルタ２５を通過した木質バイオマス粒子のうち粒径の小さいものを回収するための吸引装置３０も備える。
【００４０】
吸引装置３０は、ホッパ２７に接続される配管３１と、配管３１の下流端に設けられ粉砕機３内の気体（空気）をフィルタ２５を介して吸引するブロワ３２と、配管３１におけるブロワ３２の上流側に介装されるバグフィルタ３３と、配管３１の上流端に設けられ開閉することによってブロワ３２による吸引量を調節する吸引量調節手段としてのダンパ３４とを備える。
【００４１】
バグフィルタ３３は、ブロワ３２によって吸引され配管３１内を搬送される木質バイオマス粒子をろ布３６にて受け、ろ布３６にて受けた木質バイオマス粒子をろ布３６の下部に配置された回収容器３７にて回収する。
【００４２】
粉砕機３によって粉砕されフィルタ２５を通過した木質バイオマス粒子のうち、粒径が小さく質量が小さいものはホッパ２７への落下途中で吸引装置３０によって吸引されバグフィルタ３３の回収容器３７にて回収される。また、粒径が大きく質量が大きいものは吸引装置３０によって吸引されることなく重力によってホッパ２７の下部に落下し下部回収容器２８にて回収される。
【００４３】
このように、木質バイオマス粒子は粒度に応じて分別され、下部回収容器２８にて回収される一次粒子の粒径は１００μｍ〜２００μｍ程度、バグフィルタ３３の回収容器３７にて回収される二次粒子の粒径は数μｍ〜１００μｍ程度となる。
【００４４】
バグフィルタ３３の回収容器３７と下部回収容器２８とに分別される木質バイオマス粒子の粒度分布は、ダンパ３４の開度によって調整することができる。ダンパ３４の開度を大きくすれば、吸引量が大きくなるためバグフィルタ３３の回収容器３７にて回収される木質バイオマス粒子の粒径は大きくなり、かつ回収される量も多くなる。また、ダンパ３４の開度を小さくすれば、吸引量が小さくなるためバグフィルタ３３の回収容器３７にて回収される木質バイオマス粒子の粒径は小さくなり、かつ回収される量も少なくなる。
【００４５】
ブロワ３２による吸引によって粉砕機３内には気体の流れが生じるため粗粒子は粉砕機３内にて粉砕される過程で乾燥されると共に、粗粒子の水分はブロワ３２によって強制的に吸引され大気へと放出される。したがって、下部回収容器２８及びバグフィルタ３３の回収容器３７にて回収される木質バイオマス粒子の水分量は、粉砕機３に投入された直後と比較して５〜８％程度減少することになる。
【００４６】
なお、ブロワ３２は、粉砕機３内の気体を常時吸引しているため、フィルタ２５の目詰まりを防ぐ機能も有している。
【００４７】
以上に示した前処理、粉砕、回収の各工程は連続した流れ作業として行われる。したがって、スクリューコンベア７の入口部６に搬送装置（図示省略）等を用いて粗粒子を連続して投入することによって、非常に微細化した木質バイオマス粒子が連続して製造され、木質バイオマス粒子の大量生産が可能となる。
【００４８】
以上に示す実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
【００４９】
粗粒子を粉砕する前の前処理工程は、粗粒子を乾燥させた後に加水することによって行われる。このように、粗粒子に加水する前に一旦乾燥させることによって水が木質バイオマスへ深く浸透するため、粗粒子は弱体化する。したがって、その後の粉砕工程では、粗粒子の機械的な粉砕が効率良く進行するため、微細な木質バイオマス粒子を製造することができる。
【００５０】
また、前処理工程と粉砕工程とは完全に独立して行われるため、加水と粉砕とが干渉することなく、短時間で木質バイオマス粒子を製造することができる。
【００５１】
また、前処理工程、粉砕工程、回収工程とは連続した流れ作業として行われるため、木質バイオマス粒子は連続して製造され、木質バイオマス粒子の大量生産が可能となる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態に係る製造装置及び製造方法によれば、木質バイオマス粒子を短時間で大量に製造することができる。しかも、得られる木質バイオマス粒子は、粒径が数μｍ〜２００μｍ程度と非常に微細な粉末であるため、本木質バイオマス粒子を発電設備の燃料として用いた場合、燃焼特性は非常に良好であり、また燃料供給配管等での詰まりの発生も防止することができる。
【００５３】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、木質バイオマスから発電設備の燃料等に用いられる微細な木質バイオマス粒子を製造する製造装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態に係る木質バイオマス粒子の製造装置の模式図である。
【図２】同じく木質バイオマス粒子の製造装置の正面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    木質バイオマス粒子の製造装置
２    前処理装置
３    粉砕機
４    回収装置
６    入口部
７    スクリューコンベア
９    遠赤外線ヒータ
１０  加水機
１８  ノズル
２３  スイングハンマ
２５  フィルタ
２７  ホッパ
２８  下部回収容器
３０  吸引装置
３２  ブロワ
３３  バグフィルタ
３４  ダンパ
３６  ろ布
３７  回収容器
【図１】
2008214531.tif 000003
【図２】
2008214531.tif 000004