(57)【要約】【課題】押出加工時に応力集中を生じさせないようにすることができ、なおかつ十分な空気流入性を発揮することのできるバイオマス固形燃料棒を提供する。【解決手段】固形燃料棒１０は、バイオマス原料を棒状に押し固めたものであって、棒状の一端から他端にまで貫通した中央穴１３を有する。固形燃料棒１０の横断面の輪郭は、凸状湾曲線１１と凹状湾曲線１２とを交互に滑らかに接続した形状となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス原料を棒状に押し固めたものであって、
棒状の一端から他端にまで貫通した中央穴を有し、
その横断面の輪郭が、凸状湾曲線と凹状湾曲線とを交互に滑らかに接続した形状となっている、固形燃料棒。
【請求項２】
横断面の輪郭が丸みを帯びた四角形であり、前記凸状湾曲線は四角形の角部に対応して位置し、前記凹状湾曲線は隣接する角部間の辺に対応して位置する、請求項１に記載の固形燃料棒。
【請求項３】
横断面の輪郭が丸みを帯びた三角形であり、前記凸状湾曲線は三角形の角部に対応して位置し、前記凹状湾曲線は隣接する角部間の辺に対応して位置する、請求項１に記載の固形燃料棒。
【請求項４】
バイオマス原料投入口を有する筒状本体部と、
前記筒状本体部内に配置されたスクリューと、
前記スクリューを回転駆動するモータと、
前記筒状本体部の先端に取り付けられ、前記スクリューの回転によって押し固められて前方に移動するバイオマス原料を外部に押し出すための押出開口を有するダイスとを備え、
前記スクリューは、その先端が前記押出開口にまで延びる中心軸と、前記中心軸に取り付けられた複数のスクリュー羽根とを有し、
前記ダイスの押出開口は、その横断面の輪郭が凸状湾曲線と凹状湾曲線とを交互に滑らかに接続した形状となっている、固形燃料棒の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、籾殻、粉砕稲藁、木質チップなどのバイオマス原料を押し固めた固形燃料棒に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１１−７４３４７号公報（特許文献１）は、環境利用と産業利用をもって地域経済の活性化を図ることを目的として、廃棄物として処理されてきた木質破砕物、籾殻、水草、雑草、農業廃棄植物などの天然素材を活用し、単純な工程からなるローコストな製造工程により、バイオマス固形燃料を製造する方法を開示している。具体的には、天然素材をすり潰し、圧縮し、押出成形することにより、バイオマス固形燃料を製造することが開示されている。
【０００３】
上記の特許文献１には、最終的に得られるバイオマス固形燃料の形態については、何らの記載も無い。
【０００４】
特開２００９−２９１９６３号公報（特許文献２）は、樹脂とバイオマス材料を原料とする固形燃料を開示している。この公報に開示された固形燃料製造装置は、スクリューを備えた本体と、ダイスとを備える。ダイスは、貫通孔の穿たれたダイス板と、貫通孔と同径の孔を持ち貫通孔と同軸でダイス板に取り付けられた細管とを備える。本体に投入された樹脂とバイオマス材料を含む原料は、スクリューによってダイスに向けて送られる。ダイスに到達したとき、原料中の樹脂は溶融している。原料は、貫通孔から細管の中で冷えて硬化する。細管２３の先端から押し出された原料は切断機構で切断され、ペレット状の固形燃料となる。
【０００５】
特開平１１−３４９９６７号公報（特許文献３）も、スクリューを備えた押出機によってペレット状の固形燃料を製造する技術を開示している。この公報に開示された固形燃料製造装置では、原料として、脱水汚泥、家庭から排出される可燃ごみ、プラスチック廃棄物等を使用し、最終的にペレット状の固形燃料を製造している。押出機によって押し出されるペレット状の固形燃料は、比表面積の増加、ひいては燃焼特性の向上を目的として、その断面形状において工夫が施されている。具体的には、押出方向に対して垂直方向の断面形状は、多角形、円形または楕円形からなる外周部に、複数の突起部を有する形状とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−７４３４７号公報
【特許文献２】特開２００９−２９１９６３号公報
【特許文献３】特開平１１−３４９９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
固形燃料の形態として、ペレット状よりも、棒状（薪状）のものが好まれることもある。棒状の固形燃料、すなわち固形燃料棒は、取り扱いが容易であることに加えて、燃焼時間が長いので、市町村の役所などの公的機関や、釜を持つ店などで重宝される。
【０００８】
一方、固形燃料棒は、その形態が棒状であるので、積み上げると転がりやすいという問題点を有する。転がりにくい形状として、横断面形状を三角形や四角形などの多角形形状にすることが考えられる。しかしながら、隣接する固形燃料棒が面接触したり、床面に面接触したりするので、空気の流入が不十分となり燃え残りが出ることが懸念される。
【０００９】
また、押出加工時に、ダイスの押出開口の横断面の輪郭が角部を持つ形状であると、その角部に応力が集中するため、正常な押出動作が阻害されたり、ダイスの寿命を短くしたりする。
【００１０】
特許文献３は、ペレット状の固形燃料の横断面形状として、多角形、円形または楕円形からなる外周部に複数の突起部を有する形状としている。この横断面形状の場合、多角形、円形または楕円形の外周部と、各突起部との境界部には、角張った不連続部分が生じる。押出加工時には、ダイスの押出開口部分における突起部対応部分や不連続部分対応部分に応力集中が生じるので、かかる横断面形状も好ましくない。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、押出加工時に応力集中を生じさせないようにすることができ、なおかつ十分な空気流入性を発揮することのできる横断面形状を持つ固形燃料棒およびその製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に従った固形燃料棒は、バイオマス原料を棒状に押し固めたものである。固形燃料棒の一端から他端にまで、中央穴が貫通している。また、固形燃料棒の横断面の輪郭は、凸状湾曲線と凹状湾曲線とを交互に滑らかに接続した形状となっている。
【００１３】
中央穴は、バイオマス原料の押出加工工程で空気抜きとして作用するため必須である。凸状湾曲線と凹状湾曲線とを交互に滑らかに接続した横断面形状であれば、ダイスの押出開口が、角部や屈曲部等の不連続部分を有しない形状となるので、押出加工工程での応力集中を避けることができる。また、直線的な辺が存在しないので、隣接する固形燃料棒間や、固形燃料棒と床面との間には、凹状湾曲線部分で空気流通路が形成される。
【００１４】
一つの実施形態では、固形燃料棒の横断面の輪郭が丸みを帯びた四角形である。この場合、凸状湾曲線は四角形の角部に対応して位置し、凹状湾曲線は隣接する角部間の辺に対応して位置する。この実施形態であれば、固形燃料棒を整列した状態で順次上に積み重ねることができる。
【００１５】
他の実施形態では、固形燃料棒の横断面の輪郭が丸みを帯びた三角形である。この場合、凸状湾曲線は三角形の角部に対応して位置し、凹状湾曲線は隣接する角部間の辺に対応して位置する。
【００１６】
この発明に従った固形燃料棒の製造装置は、バイオマス原料投入口を有する筒状本体部と、筒状本体部内に配置されたスクリューと、スクリューを回転駆動するモータと、筒状本体部の先端に取り付けられ、スクリューの回転によって押し固められて前方に移動するバイオマス原料を外部に押し出すための押出開口を有するダイスとを備える。スクリューは、その先端が押出開口にまで延びる中心軸と、中心軸に取り付けられた複数のスクリュー羽根とを有する。ダイスの押出開口は、その横断面の輪郭が凸状湾曲線と凹状湾曲線とを交互に滑らかに接続した形状となっている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、押出加工時に応力集中を生じさせないようにすることができ、なおかつ十分な空気流入性を発揮することのできる横断面形状を持つ固形燃料棒を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る固形燃料棒の斜視図である。
【図２】図１に示す固形燃料棒の横断面図である。
【図３】図１に示す固形燃料棒を２段に積み重ねた状態を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る固形燃料棒の斜視図である。
【図５】図４に示す固形燃料棒の横断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る固形燃料棒製造装置を図解的に示す図である。
【図７】図１に示す固形燃料棒の製造に使用されるダイスを示す図である。
【図８】図４に示す固形燃料棒の製造に使用されるダイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１および図２は、この発明の一実施形態に係る固形燃料棒１０を示している。固形燃料棒１０は、籾殻、粉砕稲藁、木質チップなどのバイオマス原料を押出機によって押し固めて棒状にしたものである。図２から明らかなように、固形燃料棒１０の横断面の輪郭は、丸みを帯びた四角形であり、凸状湾曲線１１と凹状湾曲線１２とを交互に滑らかに接続した形状となっている。凸状湾曲線１１は四角形の角部に対応して位置し、凹状湾曲線１２は隣接する角部間の辺に対応して位置する。
【００２０】
固形燃料棒１０は、その一端から他端にまで貫通した断面円形の中央穴１３を有している。この中央穴１３は、バイオマス原料を押出機によって押出加工する際に空気抜きのための通路となるものであり、必須である。
【００２１】
図１および図２に示す形状の固形燃料棒１０であれば、図３に示すように、平らな床面に置く場合であっても、固形燃料棒１０は凹状湾曲線部分１２を挟んで２つの凸状湾曲線部分１１で床面に接触するので、凹状湾曲線部分１２のところに空気流通路が形成される。
【００２２】
さらに、図３に示すように、横断面の輪郭が丸みを帯びた四角形の固形燃料棒１０であれば、床面上に固形燃料棒１０を整列した状態で順次上に積み重ねることができる。この場合でも、隣接する固形燃料棒１０は面接触することがなく、必ず両者の凹状湾曲線部分１２間に空気流通路が形成される。固形燃料棒１０をランダムに積み重ねた場合でも、隣接する固形燃料棒１０は面接触することが無いので、両者の間に必ず空気流通路が形成されることになる。
【００２３】
図４および図５は、この発明の他の実施形態に係る固形燃料棒２０を示している。この固形燃料棒２０も、バイオマス原料を押出機によって押し固めて棒状にしたものである。図５から明らかなように、固形燃料棒２０の横断面の輪郭は、丸みを帯びた三角形であり、凸状湾曲線２１と凹状湾曲線２２とを交互に滑らかに接続した形状となっている。凸状湾曲線２１は三角形の角部に対応して位置し、凹状湾曲線２２は隣接する角部間の辺に対応して位置する。
【００２４】
固形燃料棒２０は、押出加工する際の空気抜きのために、その一端から他端にまで貫通した断面円形の中央穴２３を有している。
【００２５】
図４および図５に示す形状の固形燃料棒２０であれば、前述の実施形態と同様に、平らな床面に置く場合であっても、固形燃料棒２０は凹状湾曲線部分２２を挟んで２つの凸状湾曲線部分２１で床面に接触するので、凹状湾曲線部分２２のところに空気流通路が形成される。さらに、固形燃料棒２０をランダムに積み重ねた場合でも、隣接する固形燃料棒２０は面接触することが無いので、両者の間に必ず空気流通路が形成されることになる。
【００２６】
固形燃料棒を転がりにくい形状にするという観点からすると、横断面の輪郭が丸みを帯びた四角形や、丸みを帯びた三角形にするのが好ましい。
【００２７】
図６は、固形燃料棒製造装置の一例を示している。図示する固形燃料棒製造装置３０は、バイオマス原料投入口３２を有する筒状本体部３３と、筒状本体部３３内に配置されるスクリュー３４，３５と、スクリューを回転駆動するモータ３６と、筒状本体部３３の先端に取り付けられ、スクリューの回転によって押し固められて前方に移動するバイオマス原料を外部に押し出すための押出開口３８を有するダイス３７とを備えている。
【００２８】
バイオマス原料投入口３２には、バイオマス原料を貯めておくホッパ３１が取り付けられている。スクリューは、モータ３６によって回転駆動される中心軸３４と、この中心軸３４に固定された多数のスクリュー羽根３５とを有している。中心軸３４の先端は、ダイス３７の押出開口３８の位置まで、あるいは押出開口３８を越える位置まで延びている。
【００２９】
筒状本体部３３の外周部にはヒータ３９が取り付けられており、筒状本体部３３内のバイオマス原料を適正温度に昇温する。適正温度は、例えば、２８０〜３００℃程度である。
【００３０】
図７は、ダイス３７を示している。図示するように、ダイス３７の押出開口３８は、図１および図２に示した固形燃料棒１０を製造するのに適した形状とされている。具体的には、押出開口３８の横断面の輪郭は、丸みを帯びた四角形であり、凸状湾曲線３８ａと凹状湾曲線３８ｂとを交互に滑らかに接続した形状となっている。
【００３１】
図８は、図４および図５に示した固形燃料棒２０を製造するのに適した形状のダイス４０を示している。ダイス４０の押出開口４１の横断面の輪郭は、丸みを帯びた三角形であり、凸状湾曲線４１ａと凹状湾曲線４１ｂとを交互に滑らかに接続した形状となっている。
【００３２】
バイオマス原料からなる固形燃料棒の製造は、以下のように行われる。ホッパ３１からバイオマス原料を投入し、原料投入口３２を通して筒状本体部３３内にバイオマス原料を導く。モータ３６によってスクリュー羽根３５が回転すると、バイオマス原料は徐々に前方に前進しながら押し固められる。筒状本体部３３内のバイオマス原料は２８０〜３００℃程度の適正温度に維持されているので、前方に押し出される際に接着材として作用するタールを発生する。
【００３３】
スクリュー羽根３５の回転によって前方に押し込まれたバイオマス原料は、ダイス３７の押出開口３８から外部に押し出される。適量長さが押し出された後に、カッター等によって切断され、図１に示す固形燃料棒１０が得られる。スクリューの中心軸３４は、ダイス３７の押出開口３８にまで延びているので、押し出された固形燃料棒１０の中心には、一端から他端にまで貫通して延びる中央穴１３が形成されている。この中央穴１３は、押出加工の際に空気抜きとして作用する。
【００３４】
前述の実施形態では、固形燃料棒の横断面の輪郭が丸みを帯びた四角形、または丸みを帯びた三角形であり、それに対応して、ダイスの押出開口の横断面の輪郭が丸みを帯びた四角形、または丸みを帯びた三角形であったが、他の形状であってもよい。要するに、固形燃料棒の横断面の輪郭は、凸状湾曲線と凹状湾曲線とを交互に滑らかに接続した形状であれば良く、それに対応して、ダイスの押出開口の横断面の輪郭が、凸状湾曲線と凹状湾曲線とを交互に滑らかに接続した形状であれば良い。
【００３５】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、良好な燃焼特性を発揮するバイオマス固形燃料棒として有利に利用され得る。
【符号の説明】
【００３７】
１  床面、１０  固形燃料棒、１１  凸状湾曲線、１２  凹状湾曲線、１３  中央穴、２０  固形燃料棒、２１  凸状湾曲線、２２  凹状湾曲線、２３  中央穴、３０  固形燃料棒製造装置、３１  ホッパ、３２  バイオマス原料投入口、３３  筒状本体部、３４  中心軸、３５  スクリュー羽根、３６  モータ、３７  ダイス、３８  押出開口、３８ａ  凸状湾曲線、３８ｂ  凹状湾曲線、３９  ヒータ、４０  ダイス、４１  押出開口、４１ａ  凸状湾曲線、４１ｂ  凹状湾曲線。
【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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