(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質バイオマスを原料にして融解物質を製造する製造装置であって、装填された原料を密閉状態で融解する融解室を備えた融解装置と、融解室内に原料を装填する原料装填装置と、融解室内を非酸化環境にする環境調整装置と、融解室に装填された原料を圧縮する圧縮装置と、融解室内の原料を圧縮状態で熱処理する熱処理装置と、熱処理による原料の融解で生成した融解生成物を回収する融解生成物回収装置とからなることを特徴とする木質バイオマスを原料にした融解物質の製造装置。
【請求項２】
上記原料装填装置は、原料をスクリューフィーダの軸心回りの回転で融解室内に装填するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の木質バイオマスを原料にした融解物質の製造装置。
【請求項３】
上記原料装填装置は、原料を気流によって融解室内に装填するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の木質バイオマスを原料にした融解物質の製造装置。
【請求項４】
上記融解装置は、内部に上記融解室が形成されたシリンダと、このシリンダに往復動可能に嵌挿されるピストンとから構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の木質バイオマスを原料にした融解物質の製造装置。
【請求項５】
上記圧縮装置は、上記ピストンを駆動する油圧機構または電動機構によって構成されていることを特徴とする請求項４記載の木質バイオマスを原料にした融解物質の製造装置。
【請求項６】
上記環境調整装置は、上記融解室内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入装置を備えて構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の木質バイオマスを原料にした融解物質の製造装置。
【請求項７】
上記融解装置および上記原料装填装置は、外気の侵入を阻止し得る気密室内に配設され、上記環境調整装置は、気密室内の空気を吸引する真空ポンプを備えて構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の木質バイオマスを原料にした融解物質の製造装置。
【請求項８】
上記熱処理装置は、上記原料に直流電流またはパルス電流を供給する電力供給装置からの電力を得て熱処理するものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の木質バイオマスを原料にした融解物質の製造装置。
【請求項９】
上記融解生成物回収装置は、開閉弁を介して融解室に連通した回収管路を備えて構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の木質バイオマスを原料にした融解物質の製造装置。
【請求項１０】
木質バイオマスを原料にして融解物質を製造する製造方法であって、木質バイオマスを微粉砕して微粉状原料にする粉砕工程と、微粉状原料を非酸化環境に設定された所定の融解室に装填して密封する原料装填工程と、融解室内の微粉状原料を圧縮する圧縮工程と、圧縮された微粉状原料を熱処理で融解する熱処理工程と、この熱処理工程で得られた融解生成物を回収する回収工程とからなることを特徴とする木質バイオマスを原料にした融解物質の製造方法。
【請求項１１】
上記微粉状原料として粒子径を１２０μｍ以下に粒度調製したものを用いることを特徴とする請求項１０記載の木質バイオマスを原料にした融解物質の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化石燃料に代わる代替燃料やその他の融解物質を、木質系のバイオマスを原料として製造する融解物質の製造装置および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バイオマスとは、地球の生物圏において、太陽エネルギーを利用して生合成される有機体のことであり、各種の化学成分を原料とすることにより植物、動物および微生物として出現し、それぞれ所定の生態系で形態変化を経て所定のサイクルで無機質に戻るものを総称する言葉である。
【０００３】
このようなバイオマスが各種産業の原料として注目されるようになって久しいが、工業材料の原料としての観点からは、木材、パルプ、繊維、ゴム、食料、飼料、薪炭、都市ごみの有機性分、屎尿、農業廃棄物、畜産廃棄物、食品加工廃棄物、下水処理で生成する活性汚泥等をバイオマスと呼ぶのが一般的である。
【０００４】
かかるバイオマスは、石炭、石油あるいは天然ガス等の地下資源と比較対照されることが多い。地下資源である石炭等は、過去に太陽エネルギーによる再生サイクルの恩恵に浴していたが、現在ではサイクルから外れて再生されることがないため、使い切ってしまえば後がないという問題点を有しているのに対し、バイオマスは、太陽エネルギーが絶えない限り常に再生サイクルの恩恵に浴しているため、有効に使用すれば無尽蔵な資源であるといえる。
【０００５】
かかる背景の基に、特に木質系のバイオマスを原料として化石燃料の代替物を製造したり、融解物質を回収する研究が盛んに行われるようになった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、木質系のバイオマスを原料として化石燃料の代替品を製造したり融解物質を回収するための方法は、木質バイオマスを所定の溶液（液化試薬）と混合し、この混合物を所定圧および所定温度で処理してセルロースやリグニン等を液状物に変換するものが主流であった。液化試薬の種類によって「フェノール液化」と呼ばれたり、「アルコール液化」と呼ばれている。しかしながら、かかる方法では、液化試薬が必須になるため、その分材料コストが嵩む上、得られた液化物は、用いた液化試薬の影響を受けたものになっており、木質系バイオマス本来の特性が生かされたものになっていないばかりか、公害物質を含む材料に変質したり収率も劣るという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、液化試薬を用いることなく木質系のバイオマスを直接融解して公害物質を含まない融解物質を高収率で回収することができる木質バイオマスを原料にした融解物質の製造装置および製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、木質バイオマスを原料にして融解物質を製造する製造装置であって、装填された原料を密閉状態で融解する融解室を備えた融解装置と、融解室内に原料を装填する原料装填装置と、融解室内を非酸化環境にする環境調整装置と、融解室に装填された原料を圧縮する圧縮装置と、融解室内の原料を圧縮状態で熱処理する熱処理装置と、熱処理による原料の融解で生成した融解生成物を回収する融解生成物回収装置とからなることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明によれば、木質バイオマスの原料は、原料装填装置により融解室に装填された状態で、圧縮装置により圧縮され、この状態で周りの環境が空気の存在しない非酸化環境に設定された上で熱処理装置からの熱を得て熱処理されるため、圧力を受けて構成分子同士が互いに作用しやすい状態になっていること、および熱処理時に燃焼することがないことにより、バイオマスを構成しているセルロース、ヘミセルロースおよびリグニン等が適正に融解し、これによって木質バイオマスはレポグルコサンのような融解物質になる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記原料装填装置は、原料をスクリューフィーダの軸心回りの回転で融解室内に装填するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明によれば、木質バイオマスの原料は、それを原料装填装置に供給することによりスクリューフィーダの軸心回りに回転に案内されて進行し、融解室に供給される。そして、かかるスクリューフィーダを用いることにより、その回転数の制御で原料の供給量を容易に調節することが可能になる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記原料装填装置は、原料を気流によって融解室内に装填するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明によれば、原料は、気流によって融解室内に導入されるため、気流として窒素やアルゴン等の不活性ガスを採用することにより、原料を融解室内に導入した上で、融解室内を非酸化環境にすることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、上記融解装置は、内部に上記融解室が形成されたシリンダと、このシリンダに往復動可能に嵌挿されるピストンとから構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明によれば、シリンダ内の融解室に原料を装填した状態でシリンダ内に嵌め込んだピストンをシリンダ内に没入させることにより内部の原料はピストンに押圧されて圧縮される。このようなシリンダとピストンとで融解装置を構成することにより、原料圧縮構造を簡単な構成のものにし得た上で、確実な圧縮処理が実現する。
【００１６】
特に、シリンダに嵌挿されたピストンによって融解室が密閉状態とされるため、ピストンによる加圧力が、原料に対して一軸的に作用するのではなく、すべての原料粒子の外周面から均等に各原料粒子に作用し、これによって原料の分子構造の変換を均一かつ効果的に行わせることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、上記圧縮装置は、上記ピストンを駆動する油圧機構または電動機構によって構成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
この発明によれば、油圧機構を採用すれば圧縮装置を小型でありながら大きな圧力を発生させる強力なものにすることが可能であり、電動機構を採用すれば、圧縮装置を簡単な構造にすることが可能になり、いずれも原料の確実な圧縮を実現する上で有効である。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、上記環境調整装置は、上記融解室内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入装置を備えて構成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
この発明によれば、融解室内に不活性ガスを供給することにより、融解室内は空気が存在しない非酸化雰囲気になるため、バイオマス原料の熱処理によっても原料は燃焼することがなく、原料の融解処理が適正に行われる。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、上記融解装置および上記原料装填装置は、外気の侵入を阻止し得る気密室内に配設され、上記環境調整装置は、気密室内の空気を吸引する真空ポンプを備えて構成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
この発明によれば、真空ポンプの駆動で気密室内から空気を抜き出すことにより、室内は空気が存在しない非酸化雰囲気になるため、バイオマス原料の熱処理によっても原料は燃焼することがなく、原料の融解処理が適正に行われる。
【００２３】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、上記熱処理装置は、直流電流またはパルス電流を供給する電力供給装置からの電力を得て上記原料を熱処理するものであることを特徴とするものである。
【００２４】
この発明によれば、熱処理装置に直流電流又はパルス電流が供給されることにより、ジュール熱で原料は急速に加熱され、融解処理が行われる。そして、特に原料にはパルス電流が供給される場合には、原料がパルスの振動により揺さぶられて緻密化が進行し、原料の粒子同士が互いに接近して影響し合うことにより、より効果的な融解処理が実現する。
【００２５】
そして、かかる熱処理においては、ジュール熱による温度上昇過程と、圧力とが相互に関連してセルロース等の高分子の鎖状構造等が融解される。また、融解が生じると同時に電流が原料にも流通することになり、これが融解生成物の性状形成に大きく影響することになる。これらは、供給電流特性の抵抗値の変化を検出することによって確認される。
【００２６】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、上記融解生成物回収装置は、開閉弁を介して融解室に連通した回収管路を備えて構成されていることを特徴とするものである。
【００２７】
この発明によれば、融解室内は、開閉弁を閉止することにより密閉状態になるとともに、開閉弁の開放で回収通路と連通するため、開閉弁を閉止することによって融解室内で融解処理を行い得るようになる一方、融解処理後に開閉弁を開通することで融解室内の融解生成物は、回収管路を介して系外に導出される。
【００２８】
請求項１０記載の発明は、木質バイオマスを原料にして融解物質を製造する製造方法であって、木質バイオマスを微粉砕して微粉状原料にする粉砕工程と、微粉状原料を非酸化環境に設定された所定の融解室に装填して密封する原料装填工程と、融解室内の微粉状原料を圧縮する圧縮工程と、圧縮された微粉状原料を熱処理で融解する熱処理工程と、この熱処理工程で得られた融解生成物を回収する回収工程とからなることを特徴とするものである。
【００２９】
この発明によれば、木質バイオマスの原料は、粉砕工程で粉砕されることによって表面積が大きくなり、融解処理に有利になる。粉砕工程で微粉砕されることにより形成した微粉状原料は、原料装填工程で非酸化環境に設定された融解室に装填され、圧縮工程で圧縮され、熱処理工程で熱処理されるため、微粉状原料は、圧力を受けて構成分子同士が互いに作用しやすい状態になっていること、および熱処理時に燃焼することがないことにより、高分子構造のバイオマスを構成しているセルロース、ヘミセルロースおよびリグニン等が適正に融解し、これによって木質バイオマスは例えば低分子構造のレポグルコサンのような融解物質に改質される。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において、上記微粉状原料として粒子径を１２０μｍ以下に粒度調製したものを用いることを特徴とするものである。
【００３１】
この発明によれば、１２０μｍ以下に粒度調製された微粉状原料を融解処理することにより少なくとも５０％の収率で、融解物質である低分子構造のレポグルコサンが得られる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る木質バイオマスを原料にして融解物質を製造する方法の一実施形態を示す工程図である。この図に示すように、本発明方法は、木質バイオマスＢを微粉砕して微粉状原料Ｂ１にする粉砕工程Ｐ１と、この粉砕工程Ｐ１で微粉砕された微粉状原料Ｂ１を所定の融解装置２の処理室に装填する原料装填工程Ｐ２と、処理室内に密封状態で装填された微粉状原料を所定の圧力で圧縮する圧縮工程Ｐ３と、処理室内で加圧された粉状原料を所定の温度にまで加熱して熱処置する熱処理工程Ｐ４と、この熱処理工程Ｐ４での熱処理により融解して生成した融解物質を回収する回収工程Ｐ５とからなり、各工程を順次実行することにより、木質バイオマスＢを融解物質に変換し得るものである。
【００３３】
上記木質バイオマスＢとしては、材木の製材屑、間伐材、紙などのパルプ製品の廃棄物、トウモロコシの茎等が採用される。かかる材料が原料として採用されるのは、これらは、通常、廃棄物として埋立て処理されたり焼却処理されるのであるが、これら木質バイオマスＢは、多糖類であるセルロースおよびヘミセルロース並びにフェニルプロパン系の化合物であるリグニンの３物質が主成分であり、いずれも安定した固体の高分子化合物であるが、所定の条件で熱処理することにより融解して融解物質に変換し得るからである。
【００３４】
そして、本発明においては、種々の試験の結果、木質バイオマスＢを微粉状原料Ｂ１にした上で所定の条件で熱処理することにより、単糖類の一種であるアンヒドロ糖の内のレポグルコサンが得られることを突き止めた結果、本発明に到達したのである。
【００３５】
かかる木質バイオマスＢは、まず粉砕工程Ｐ１において微粉砕されて微粉状原料Ｂ１とされる。粉砕工程Ｐ１では、木質バイオマスＢは、まず、ジョークラッシャーやハンマークラッシャー等の粗砕機によって数ｃｍオーダーにまで粗砕され、引き続きロールミルや高速回転ミル等の粉砕機によって数１００μｍ〜数ｍｍ程度に粉砕され、最後に圧密剪断ミルや気流式粉砕機等の微粉砕機によって０．０１μｍ〜数１００μｍにまで微粉砕される。
【００３６】
木質バイオマスＢがこのように微粉砕されるのは、全体としての表面積を大きくし、これによって熱処理には不利な熱伝導率が極めて小さいという木質バイオマスＢの欠点を補い、熱効率を良好にするためであるとともに、微粉砕することによって融解処理の均一化および迅速化を図るためである。
【００３７】
本発明においては、微粉状原料Ｂ１は平均粒度（平均粒子径）が０．０１μｍ〜１２０μｍになるように粒度調製される。かかる範囲が採用されるのは、木質バイオマスＢを０．０１μｍ未満にまで微粉砕するとなると粉砕効率が極端に低下し、経済的でないからであり、また、微粉状原料Ｂ１の粒度が１２０μｍを越えると粒子が大きすぎることに起因して微粉状原料Ｂ１に対する均一かつ効率的な融解処理が困難になるためである。
【００３８】
上記原料装填工程Ｐ２においては、０．０１μｍ〜１２０μｍに粒度調製された微粉状原料Ｂ１が、予め非酸化環境に設定された所定の融解装置の融解室に装填される。融解室を非酸化環境にするためには、融解装置そのものを減圧室内に配設することが行われる。そして、微粉状原料Ｂ１は、減圧室内が所定の真空度に設定された上で融解室内に装填され、つぎの圧縮工程Ｐ３で５０〜２０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で加圧されて圧縮され、引き続き熱処理工程Ｐ４で１８０℃〜４５０℃にまで加熱される。本実施形態では、減圧室内は略１０Ｐａの真空度に減圧されている。なお、非酸化環境の形成は、融解環境を減圧することのみに限定されるものではなく、融解室内の空気を窒素やアルゴン等の不活性ガス、あるいは還元ガスである水素に置換するようにしてもよい。
【００３９】
そして、上記熱処理工程Ｐ４において、微粉状原料Ｂ１は１８０℃〜４５０℃に加熱されるが、上記減圧処理で融解室内にはほとんど空気が存在しないため、微粉状原料Ｂ１は燃焼することとなく加圧状態で熱の影響のみを受け、迅速かつ適正に融解されて主成分である高分子のセルロース、ヘミセルロースおよびリグニンが分解し、融解生成物が得られる。融解生成物としては、液状のものとガス状のものとがある。液状のものは黄褐色若しくは黒色を呈し、この中に多くのレポグルコサンや各種の低分子化合物および炭素が含まれている。
【００４０】
また、本実施形態においては、熱処理工程Ｐ４における微粉状原料Ｂ１の融解処理は、圧縮状態の微粉状原料Ｂ１に周波数０．１Ｈｚ〜５００Ｈｚの交流電源を用いた、ピーク電流値８００〜１０００Ａで所定のパルス幅のパルス電流を付与することによって行われる。
【００４１】
そのために微粉状原料Ｂ１をパルス電流が供給される容器に装填した状態で圧縮するようにしている。かかる電流の供給によって各型２１，２２，２３に電流が間欠的に流れ、この間欠的な電流供給によるジュール加熱で微粉状原料Ｂ１は加熱されて融解される。そして、間欠的な電流供給による微粉状原料Ｂ１の粒子の振動で微粉状原料Ｂ１の充填が促進されるとともに、熱が各粒子に万遍なく伝導されて効率的な融解処理が実現し、融解室内に融解生成物Ｂ２が生成されることになる。なお、容器に供給する電流は、パルス電流に代えて直流電流であってもよい。
【００４２】
そして、所定時間が経過した後、融解室内への電力供給が停止されるととも、さらに所定時間が経過した後に微粉状原料Ｂ１（このときにはすでに融解生成物Ｂ２になっている）に対する圧縮が解除され、その後、回収工程Ｐ５が実行されて生成した融解生成物Ｂ２が系外に導出される。
【００４３】
図２は、熱処理工程Ｐ４における微粉状原料Ｂ１の温度、供給されるパルス電流の電流値および微粉状原料Ｂ１に対する加圧力の推移の一実施形態を示すグラフである。なお、電流値については、実際は０．１〜０．２ｓｅｃのパルス幅で振幅しているが、図示が困難であることからピーク電流値のみを示している。
【００４４】
このグラフに示すように、４５００ｋｇの重量で加圧された最初は常温の微粉状原料Ｂ１は、９００Ａのパルス電流が供給されることにより略１．３℃／ｓｅｃの昇温速度で加熱され、３分経過後に２４０℃に到達する。引き続き微粉状原料Ｂ１に対するパルス電流の供給が継続されるが、微粉状原料Ｂ１の温度は２４０℃以上には昇温させず、この温度のまま推移する。そしてこの状態が３分間継続された後にパルス電流の供給が停止されて微粉状原料Ｂ１の融解処理が完了し、これによって融解室内には融解生成物Ｂ２が生成した状態になる。
【００４５】
また、パルス電流の供給開始後、略２分が経過した時点で微粉状原料Ｂ１の融解が急激に進行してガスが発生し、このガス圧により融解室２１ａ内の圧力が上昇して融解室２１ａ内のトータル圧力が大きくなるため、これを検出して一時的に加圧力を小さくし（図２中のＸ時点参照）、微粉状原料Ｂ１に加わるトータルの圧力が一定になるように制御している。かかる傾向は、パルス電流の供給を停止する直前の６分経過後にも生じる（図２中のＹ時点参照）。
【００４６】
なお、融解処理が完了しても、融解生成物Ｂ２の温度が所定の温度になるまで強制冷却はされるが（なお、強制冷却必須ではない）、この間、融解生成物Ｂ２に対する加圧状態は維持される。そして融解生成物Ｂ２が所定の温度にまで冷却された後に融解生成物Ｂ２に対する加圧状態が解除され、融解室から導出される。
【００４７】
このようにして得られた融解生成物Ｂ２は、淡い黄褐色あるいは黒色を呈した粘性のある液体であり、その主成分は、トリアセタール、トリベンゾアートあるいはトリメチルエーテル等の誘導体の原料になるレポグルコサンであることが確認されている。融解生成物Ｂ２の主成分がレポグルコサンであることについては後に「実施例」の欄で微粉状原料Ｂ１の粒子径との関係で詳細に説明する。
【００４８】
つぎに本発明に係る木質バイオマスを原料にした融解物質の製造装置について図３〜図５を基に説明する。図３〜図５は、本発明に係る融解物質製造装置の第１実施形態を示す断面視の説明図であり、図３は、融解室に微粉状原料Ｂ１が装填されつつある状態、図４は、融解室内に装填された微粉状原料Ｂ１が圧縮された状態、図５は、融解室内に形成した融解生成物Ｂ２が導出されつつある状態をそれぞれ示している。
【００４９】
これらの図に示すように、融解物質製造装置１は、微粉状原料Ｂ１を融解処理する融解装置２と、この融解装置２に微粉状原料Ｂ１を供給する原料供給装置３と、融解装置２の置かれた環境を非酸化環境にする環境調整手段４と、融解装置２に装填された微粉状原料Ｂ１を圧縮して減容する圧縮装置５と、融解装置２に装填された微粉状原料Ｂ１にパルス電流の形で電力を供給する電力供給装置６と、融解装置２内に生成した融解生成物Ｂ２を回収する回収装置７と、融解物質製造装置１の運転制御を行う制御装置８とを備えて構成されている。
【００５０】
かかる融解物質製造装置１の内の融解装置２および原料供給装置３は、密封状態でこれらを内装し得る減圧構造物１０内に配設されている一方、電力供給装置６および制御装置８は減圧構造物１０の外部に設けられ、さらに、圧縮装置５および回収装置７については減圧構造物１０の内外に亘って設けられている。
【００５１】
上記減圧構造物１０は、フロアＦ上に敷設された基礎Ｆ１の上に軟鋼等の構造材によって箱型に構築され、基礎Ｆ１に密着配置される底板１１と、この底板１１の周縁部から立設された、減圧構造物１０内の四囲を囲む側板１２と、互いに対向した側板１２の上縁部間に架設された天板１３とを備えて構成され、これら底板１１、側板１２および天板１３により囲繞された空間によって気密状態で減圧し得る減圧室１０ａが形成されている。
【００５２】
また、一の側板１２には、減圧室１０ａ内に出入りするための出入口１２ａが設けられているとともに、この出入口１２ａを閉止する扉１４が設けられている。この扉１４は、出入口１２ａを図略のシール部材を介して閉止した状態で周縁部がボルト止めで側板１２に固定され、これによって内部の気密性が確実に維持されるようになっている。かかる扉１４が設けられるのは、定期的に、あるいは必要に応じて扉１４を開放し、出入口１２ａから減圧室１０ａ内に入って内部の点検および保守管理を行うためである。
【００５３】
上記融解装置２は、円筒状の金属製中型２１（シリンダ）と、この中型２１が載置されて固定される金属製の下型２２と、上記中型２１の上方位置に配設される金属製の上型２３とからなっている。中型２１は、その中心位置に上下方向に延びるように穿設された円柱状の空間からなる融解室２１ａを有しており、この融解室２１ａ内に原料供給装置３からの微粉状原料Ｂ１が装填されるようになっている。
【００５４】
上記下型２２は、径寸法が中型２１の外径寸法と略同一に設定された土台２２ａと、この土台２２ａの中心位置に据え付けられた下型本体２２ｂとからなっている。土台２２ａは、減圧構造物１０の底板１１の中央部に穿設された底孔１１ａに内嵌されることによって基礎Ｆ１に直接支持された状態になっている。
【００５５】
上記下型本体２２ｂは、上下寸法が中型２１の高さ寸法の１／３以下に設定されている。かかる下型本体２２ｂは、外周面が中型２１の内周面に密着した状態で中型２１内に嵌入され、これによって下型本体２２ｂの上面と中型２１の内周面とで囲まれた空間に融解室２１ａが形成されている。
【００５６】
上記上型２３は、上部が絶縁部材１５を介して圧縮装置５に固定された円柱体２３ａと、この円柱体２３ａの下面中心位置から垂下された上型本体２３ｂ（ピストン）とからなっている。上記減圧構造物１０の天板１３には中央部に上記円柱体２３ａを嵌挿する嵌挿孔１３ａが設けられ、この嵌挿孔１３ａに環状絶縁材１６を介して摺接状態で円柱体２３ａが嵌挿されることによって上型２３が上下動可能に減圧構造物１０に装着されるようになっている。
【００５７】
上記上型本体２３ｂには、２個のピストンリング２３ｃが外嵌され、これらピストンリング２３ｃによって上型本体２３ｂが融解室２１ａ内に嵌まり込んだときの融解室２１ａ内の気密性を確実に確保し得るようになされている。
【００５８】
上記上型本体２３ｂは、外径寸法が融解室２１ａの内周面に摺接状態で嵌入されるように寸法設定され、これによって上型本体２３ｂは、圧縮装置５の駆動による円柱体２３ａの昇降によって融解室２１ａ内で昇降し、下降時に融解室２１ａ内に装填された微粉状原料Ｂ１を気密状態で圧縮処理し得るようになっている。
【００５９】
上記原料供給装置３は、原料ホッパー３１と、この原料ホッパー３１の下部に連設されたスクリューフィーダ３２とからなっている。上記原料ホッパー３１は、上下部が開口した漏斗形状に形成され、上縁部が溶接止めで減圧構造物１０の天板１３内面に固定されている一方、天板１３には原料ホッパー３１の上部開口に対応した位置に原料装填口１３ｂが開口されているとともに、この原料装填口１３ｂを塞ぐ蓋体１７が設けられている。この蓋体１７は、原料装填口１３ｂを閉止した状態で天板１３にボルト止めされ、これによって減圧室１０ａ内の気密性が保持されるようになっている。
【００６０】
上記スクリューフィーダ３２は、円筒状のフィーダー筒３２ａと、このフィーダー筒３２ａに内装された、外周面にスクリューを有するスクリュー軸３２ｂと、駆動軸がこのスクリュー軸３２ｂと同心の駆動モータ３２ｃとを備えて構成されている。フィーダー筒３２ａは、その基端側（図３の左方）が原料ホッパー３１に連通しているとともに、先端側が上型本体２３ｂを上昇させて中型２１から外した状態（図３）における融解室２１ａの上部開口に臨むように配置設定されている。また、上記駆動モータ３２ｃは、フィーダー筒３２ａの基端部に固定されてその駆動軸がスクリュー軸３２ｂに同心で接続されている。そして、駆動モータ３２ｃを駆動させることによりスクリュー軸３２ｂが所定の方向に回転し、これによって原料ホッパー３１に装填されている微粉状原料Ｂ１がフィーダー筒３２ａ内を通って切り出され、上部が開口した融解室２１ａ内に装填されるようになっている。
【００６１】
上記環境調整手段４は、融解室２１ａ内を非酸化環境に調整するために減圧室１０ａ内を減圧するものであり、減圧室１０ａと連通した吸引パイプ４１と、この吸引パイプ４１に接続された真空ポンプ４２とからなっている。本実施形態においては、真空ポンプ４２は、それを連続稼働させることにより気密状態の減圧室１０ａ内の圧力を略１０Ｐａの真空度にし得るものが採用されている。
【００６２】
従って、原料供給装置３の駆動で微粉状原料Ｂ１を融解室２１ａ内に装填した後、真空ポンプ４２を駆動して減圧室１０ａ内を真空状態にすることにより、融解室２１ａ内も真空状態になって空気がほとんど存在しなくなるため、融解室２１ａ内の微粉状原料Ｂ１を発火点以上の温度にまで加熱しても微粉状原料Ｂ１が燃焼することはない。
【００６３】
なお、環境調整手段４として、真空ポンプ４２に代えて減圧室１０ａ内に窒素やアルゴン等の不活性ガスを導入する圧送ポンプを採用し、不活性ガスタンクからの不活性ガスを減圧室１０ａ内に導入して、空気と置換し、これによって減圧室１０ａ内を非酸化雰囲気に変えるようにしてもよい。
【００６４】
上記圧縮装置５は、減圧構造物１０の上方位置で上下方向に延びるように配設された所定本数のシリンダ装置５１と、各シリンダ装置５１の下部に設けられた押圧板５２と、上記押圧板５２に油圧を供給する油圧ユニット５３とからなっている。シリンダ装置５１は、シリンダ５１ａと、このシリンダ５１ａから下方に突出したピストンロッド５１ｂとからなっている。そして、油圧ユニット５３からのシリンダ５１ａ内に対する油圧の供給方向を上下変更することにより、ピストンロッド５１ｂをシリンダ５１ａに対して進退（昇降）させ得るようになっている。
【００６５】
かかるシリンダ装置５１のピストンロッド５１ｂ下端部は押圧板５２の上面に接続されている。従って、油圧ユニット５３の駆動でピストンロッド５１ｂをシリンダ５１ａから出没させることにより押圧板５２が昇降し、これによる上型２３の昇降によって上型本体２３ｂの下端部が中型２１の融解室２１ａ内に没入したり（図４）、融解室２１ａから外れたり（図３）するようになっている。
【００６６】
上記電力供給装置６は、商用電力をパルス変換して上型２３および下型２２に供給するものであり、周波数６０Ｈｚの商用電源６０からの交流電流を整流して直流にする整流回路６１と、一旦直流に整流された電流を所望のパルス電流に変換するインバータ６２と、このインバータ６２で形成されたパルスの電圧を所定の電圧（本実施形態では略１００００Ｖ）に昇圧するトランス６３と、このトランス６３で昇圧されたパルスを上型２３および下型２２に向けて出力するパルス出力回路６４とからなっている。
【００６７】
上記インバータ６２は所定個数のトランジスタおよびダイオードを有しているとともに、パルス出力回路６４は所定個数のサイリスタを有し、これらトランジスタ、ダイオードおよびサイリスタの作用が適正に制御されることにより、パルス出力回路６４から出力されるパルスの特性が調整されるようになっている。パルスの特性としては、パルス波形、パルス幅、パルス間隔、パルス電流値、パルスのピーク電圧値等を挙げることができ、これらのパルス特性の調整要素を種々変更することにより、融解室２１ａ内で下型本体２２ｂの上面および上型本体２３ｂの下面に挟持された微粉状原料Ｂ１の融解状態を制御し得るようになっている。かかるパルス特性は、制御装置８によって制御されるが、その詳細については、特願平１１−６８８８４号（特開平１１−３４２４７０号公報）に詳述されている。
【００６８】
上記回収装置７は、熱処理工程Ｐ４（図１）が終了後の回収工程Ｐ５において融解室２１ａ内に生成した融解生成物Ｂ２を系外に回収するためのものであり、中型２１内に生成した融解生成物Ｂ２を冷却する冷却手段７１と、融解室２１ａ内の融解生成物Ｂ２を系外に導出するための回収管路７２と、融解室２１ａと回収管路７２との間の連通状態を開閉する開閉弁構造７３とからなっている。
【００６９】
冷却手段７１は、中型２１内に形成された冷却管路７１ａと、この冷却管路７１ａに冷却水を送り込む冷却水ポンプ７１ｂとからなっている。そして、熱処理工程Ｐ４が終わった時点で冷却水ポンプ７１ｂが駆動されることにより、所定の水源からの冷却水（水道水や工業用水等）が冷却管路７１ａに流通され、融解室２１ａ内の融解生成物Ｂ２は、中型２１を介してこの冷却水で所定の温度にまで冷却されるようにしている。
【００７０】
なお、この回収装置７を、融解装置２の温度管理用に利用し、融解装置２を予め設定された所定の温度に維持させるようにしてもよい。
【００７１】
上記回収管路７２は、中型２１内であって融解室２１ａの最下部と外部とが連通するように設けられた中型内管路７２ａと、この中型内管路７２ａに接続されて減圧室１０ａの外にまで引き出された回収パイプ７２ｂとからなっている。中型内管路７２ａの融解室２１ａ側には、管路よりも内径寸法が若干大きい、後述する開閉弁７３ｃを収納するための弁収納凹部７２ｃが凹設されている。そして、融解室２１ａ内に生成した融解生成物Ｂ２は、開閉弁構造７３が弁開状態になったときに回収管路７２を通って系外に導出されるようになっている。
【００７２】
上記開閉弁構造７３は、減圧構造物１０の側板１２外方に固定された弁用シリンダ７３ａと、この弁用シリンダ７３ａから進退可能に突出した弁用ピストンロッド７３ｂと、この弁用ピストンロッド７３ｂの先端に固定された開閉弁７３ｃとを備えて構成されている。
【００７３】
弁用ピストンロッド７３ｂは、側板１２を貫通して減圧室１０ａ内に納められている一方、上記中型２１には弁収納凹部７２ｃに連通するようにロッド装着孔２１ｂが穿設されている。かかる弁用ピストンロッド７３ｂは、その先端側がロッド装着孔２１ｂに摺接状態で嵌入されている。
【００７４】
弁用ピストンロッド７３ｂの先端部に開閉弁７３ｃが取り付けられている。開閉弁７３ｃは、弁収納凹部７２ｃに摺接状態で嵌入されるように寸法設定され、開閉弁７３ｃが弁収納凹部７２ｃに嵌まり込んだ状態では、図３に示すように、融解室２１ａと中型内管路７２ａとの連通が遮断される一方、弁用シリンダ７３ａの駆動で弁用ピストンロッド７３ｂが突出した状態では、図５に示すように、開閉弁７３ｃが弁収納凹部７２ｃから外れて融解室２１ａと回収管路７２とが連通されるようになっている。
【００７５】
上記制御装置８は、融解物質製造装置１を総合的に制御するものであり、各所に設けられたセンサからの検出信号に基いて電力供給装置６等に向けて制御信号を出力し、これによって微粉状原料Ｂ１の最適な融解処理を実現させ得るようになっている。かかる制御を行うために、中型２１には熱電対からなる温度センサ８１が埋設されているとともに、圧縮装置５の押圧板５２近傍には上型２３の変位量を検出するための変位センサ８２が設けられている。また、下型本体２２ｂと基礎Ｆ１との間には、微粉状原料Ｂ１に対する圧縮装置５の加圧力を検出するための圧力センサ８３が設けられている。
【００７６】
通常、これらのセンサ８１，８２，８３からはアナログ信号が出力されるため、このアナログ信号をデジタル信号に変換する変換器が制御装置８と各センサとの間に介設されるが、図３〜図６においては、変換器の図示を省略している。なお、変換器の機能を制御装置８に備えさせてもよい。以下図６を基に制御装置８について説明する。
【００７７】
図６は、制御装置８による微粉状原料Ｂ１の融解処理の制御を説明するためのブロック図である。この図に示すように、制御装置８は、いわゆるコンピュータにより構成され、中央演算処理装置であるＣＰＵ８ａと、各種のデータやプログラムを記憶する記憶装置８ｂと、所定のデータや作業指示を入力したり、センサによる検出結果や各種の演算結果を出力する入出力装置８ｃとからなる基本構成を有している。
【００７８】
かかる制御装置８には、温度センサ８１、変位センサ８２および圧力センサ８３からの検出信号が適宜入力され、これらの検出信号に基いて所定のプログラムが実行されることにより、電力供給装置６、油圧ユニット５３、駆動モータ３２ｃ、真空ポンプ４２および冷却水ポンプ７１ｂに所定の制御信号が出力され、これによる各機器の有機的な連動によって微粉状原料Ｂ１の融解処理が適正に実行されることになる。
【００７９】
以下、かかる制御およびこの制御と並行して実行される各種の操作について、微粉状原料Ｂ１の融解室２１ａ内への装填から融解生成物Ｂ２の系外への導出に到るまで経時的に説明する。
【００８０】
微粉状原料Ｂ１を融解処理するに際しては、まず、蓋体１７を開放して原料ホッパー３１の原料装填口１３ｂを開放し、必要量の微粉状原料Ｂ１を原料ホッパー３１内に装填してから蓋体１７を閉止して減圧室１０ａ内を密封状態にする。この状態では、図３に示すように、上型２３は上昇位置に位置しており、上型本体２３ｂの下端部と中型２１の上縁部との間には微粉状原料Ｂ１を融解室２１ａ内に装填するための隙間が形成されている。また、減圧室１０ａ内は常圧のままである。
【００８１】
原料ホッパー３１内への微粉状原料Ｂ１の装填が完了すると、制御装置８から真空ポンプ４２に向けて起動信号が出力されることにより真空ポンプ４２は駆動し、空気が吸引除去されて１０Ｐａにまで減圧され、これによって減圧室１０ａ内は空気が極めて少ない非酸化環境になる。この真空ポンプ４２の運転は、微粉状原料Ｂ１の融解処理が完了するまで継続される。
【００８２】
ついで、真空ポンプ４２の起動から所定時間が経過し、減圧室１０ａ内が１０Ｐａに到達した時点で制御装置８から駆動モータ３２ｃに向けて起動信号が出力される。そして、この起動信号による駆動モータ３２ｃの駆動でスクリュー軸３２ｂが軸心回りに回転し、原料ホッパー３１内の微粉状原料Ｂ１は、この回転で原料ホッパー３１から切り出されてフィーダー筒３２ａを先端側（図３の左方）に向けて移動し、上部開口から融解室２１ａ内に装填される。
【００８３】
微粉状原料Ｂ１の装填量については、駆動モータ３２ｃの駆動時間で制御されるようにしている。具体的には制御装置８に図略のタイマーが内装され、このタイマーに駆動モータ３２ｃの駆動時間を入出力装置８ｃから入力設定することにより行うようにしている。従って、駆動モータ３２ｃの駆動開始後所定時間が経過すると、制御装置８から駆動モータ３２ｃに向けて停止信号が出力され、これによって融解室２１ａ内に予め設定された所定量の微粉状原料Ｂ１が装填されることになる。
【００８４】
融解室２１ａ内に所定量の微粉状原料Ｂ１が装填されると、制御装置８から油圧ユニット５３に向けてシリンダ装置５１を駆動させるための駆動信号が出力される。この駆動信号を受信した油圧ユニット５３は、ピストンロッド５１ｂが突出するようにシリンダ５１ａに油圧を送り、これによるピストンロッド５１ｂの突出で上型２３は下降し、上型本体２３ｂが中型２１の融解室２１ａに嵌まり込み、融解室２１ａ内の微粉状原料Ｂ１が上型本体２３ｂによって押圧されて圧縮される。
【００８５】
そして、微粉状原料Ｂ１の圧縮状態は圧力センサ８３によって検出され、この検出信号が制御装置８に入力される。一方、制御装置８には、微粉状原料Ｂ１に対する加圧量（例えば４５００ｋｇ）が入力されており、この加圧量に到達すると、これ以上の加圧を中止するように油圧ユニット５３に向けて制御信号が出力されるようになっている。従って、融解室２１ａ内の微粉状原料Ｂ１は、所定の加圧量で圧縮された状態が維持されることになる。
【００８６】
微粉状原料Ｂ１が所定の加圧量で加圧された状態になると、今度は、制御装置８から電力供給装置６に向けて起動信号が出力され、これによる起動で電力供給装置６は、商用電源６０からの電流を整流回路６１で整流し、インバータ６２でパルスを発生させ、トランス６３で昇圧し、最後にパルス出力回路６４から所定のパルス電流が上型２３および下型２２に向けて出力される。
【００８７】
なお、微粉状原料Ｂ１に対する加圧前でも、上型２３および下型２２にパルス電流を供給するように構成してもよい。
【００８８】
このパルス電流は、融解装置２を流通するとともに、一部は融解室２１ａ内で圧縮された微粉状原料Ｂ１に上型本体２３ｂの下面および下型本体２２ｂの上面から振動的に供給され、微粉状原料Ｂ１は、この熱処理でセルロース等の成分が融解して液状の融解生成物Ｂ２になる（図４）。
【００８９】
そして、パルス電流が供給されている間、温度センサ８１からの検出信号が制御装置８に入力され、これによって制御装置８は、微粉状原料Ｂ１の温度が適正であるか否かを判別し、適正でないときは電力供給装置６に向けて制御信号を出力し、微粉状原料Ｂ１の温度が予め設定された適正な温度になるようなパルス電流が出力されるようにする、いわゆるＰＩＤ制御が実行されるようにしている。
【００９０】
かかる電力供給装置６からの微粉状原料Ｂ１に対するパルス電流供給が完了すると（すなわち、融解室２１ａ内に融解生成物Ｂ２が生成した状態になると）、今度は制御装置８から冷却手段７１の冷却水ポンプ７１ｂに向けて駆動信号が出力され、これによる冷却水の供給で融解生成物Ｂ２は中型２１を介して冷却される。
【００９１】
なお、冷却手段７１は、これを温度管理手段に変えて融解装置２の温度管理用に使用してもよい。
【００９２】
そして、融解生成物Ｂ２が予め設定された所定の温度にまで冷却されたことを温度センサ８１からの検出信号によって確認されると、制御装置８から真空ポンプ４２に向けて停止信号が出力され、真空ポンプ４２は停止する。そして、真空ポンプ４２が停止すると、外気が真空ポンプ４２および吸引パイプ４１を逆流し、減圧室１０ａ内が徐々に常圧に戻される。
【００９３】
そして、減圧室１０ａ内が完全に常圧に戻った頃合いを見計らって制御装置８から油圧ユニット５３に駆動信号が出力され、ピストンロッド５１ｂのシリンダ５１ａ内への没入によって上型２３が上昇し、融解室２１ａは開放状態になる。この状態で、制御装置８は、弁用シリンダ７３ａが駆動して開閉弁７３ｃが開となるように油圧ユニット５３に向けて駆動信号を出力するため、弁用ピストンロッド７３ｂの突出で開閉弁７３ｃが弁収納凹部７２ｃから融解室２１ａ内に突出し（図５）、回収管路７２が融解室２１ａと連通する。融解室２１ａ内の融解生成物Ｂ２は、連通した回収管路７２を通って系外に導出されることになる。
【００９４】
このようにして得られた融解生成物Ｂ２は、常温にまで冷却すると固形化するため、通常の合成樹脂と同様に射出成形用の原料として使用することが可能である。また、かかる成形品は基本的に木質系であるため、自然界に放置すると生分解してしまうため、別途廃棄物処理を行う必要がなく、地球環境の保全を図る上で有効である。
【００９５】
また、融解生成物Ｂ２の固形化したものを微粉砕してその少量を新たな微粉状原料と混合した上で融解装置２により処理すると、すでに融解生成物になっているものが新たな微粉状原料を誘導することにより、より効率的に融解生成物を得ることができる。
【００９６】
さらに、微粉状原料Ｂ１に金属の微粉等の導電性物質を混入することにより、融解室２１ａ内でのパルス電流の供給時に、金属粉を介して微粉状原料Ｂ１中に電流が流れることになり、これによるジュール加熱で微粉状原料Ｂ１のより効率的な融解処理が実現する。
【００９７】
図７は、本発明に係る融解物質製造装置の第２実施形態を示す断面視の説明図である。この実施形態は、減圧構造物１０を用いない点、非酸化環境を形成するのに真空環境をつくらずに融解室２１ａ内に窒素やアルゴン等の不活性ガスを導入するようにしている点が、および融解室２１ａ内への微粉状原料Ｂ１の供給を不活性ガスの気流に同伴させて行うようにしている点が第１実施形態のものと相違している。
【００９８】
第２実施形態の融解装置２ａは、図７に示すように、内部に融解室２１ａを備え、かつ、開口を上方に向けて据え付けられるシリンダ２０１と、このシリンダ２０１に摺接状態で嵌挿されるピストン２０２とからなる基本構成を有している。ピストン２０２にはピストンリング２０９が外嵌され、これらのピストンリング２０９によって、融解室２１ａ内の気密性が確保されるようにしている。
【００９９】
上記シリンダ２０１の周壁の適所（融解室２１ａ略１／３の深さ位置）には、原料装填通路２１０が穿設されているとともに、この原料装填通路２１０の上部位置には出口位置が共通するように斜めに不活性ガス導入通路２１１が設けられている。原料装填通路２１０には、上記同様のスクリュー軸３２ｂが内装され、このスクリュー軸３２ｂの軸心回りの回転によって、図略の原料ホッパーからの微粉状原料Ｂ１を融解室２１ａ内に供給し得るようになっている。
【０１００】
上記不活性ガス導入通路２１１には、その内周壁面に摺接状態で嵌挿されるピストンを備えた第１バルブロッド２１３が嵌挿されている。この第１バルブロッド２１３の下端部には、上記原料装填通路２１０の融解室２１ａ側の開口を開閉する原料バルブ２１４が設けられ、図略の駆動機構の駆動による第１バルブロッド２１３の進退によって原料バルブ２１４が開閉するようになっている。
【０１０１】
一方、融解装置２ａの近傍には、窒素やアルゴン等の不活性ガスを貯蔵した不活性ガス源９が設けられている。この不活性ガス源９からの不活性ガスは、不活性ガス導入通路２１１に連通するようにシリンダ２０１に穿設された不活性ガス通路２１２を通り、不活性ガス導入通路２１１および開通している原料バルブ２１４を介して融解室２１ａ内に導入される。そして、このガス流により、スクリュー軸３２ｂで原料装填通路２１０の開口まで運ばれた微粉状原料Ｂ１が融解室２１ａ内に導入されるようになっている。
【０１０２】
そして、第２実施形態の融解装置２ａにおいては、原料装填通路２１０、スクリュー軸３２ｂ、不活性ガス導入通路２１１、第１バルブロッド２１３、不活性ガス通路２１２および不活性ガス源９によって本発明に係る原料供給装置３ａが形成されている。
【０１０３】
また、シリンダ２０１には、融解室２１ａを挟んで上記不活性ガス導入通路２１１に対向した位置に熱処理で生成した融解生成物Ｂ２を導出するための生成物導出通路２１６が穿設されている。そして、この生成物導出通路２１６の上部には、上記第１バルブロッド２１３と同一構成の第２バルブロッド２１７を嵌挿するためのロッド嵌挿孔２１５が設けられている。ロッド嵌挿孔２１５と生成物導出通路２１６とは上流側で合流している。
【０１０４】
上記第２バルブロッド２１７の先端部には、製品バルブ２１８が設けられ、図略の駆動手段の駆動による製品バルブ２１８の開閉動作で、生成物導出通路２１６の融解室２１ａ側の開口が閉止されたり開放されたりするようになっている。
【０１０５】
上記ピストン２０２は、ピストン軸２０３回りに回動自在にピストンロッド２０４に連結されているとともに、このピストンロッド２０４は、クランク２０６のクランク軸２０５回りに回動自在に軸支されている。また、クランク２０６は、その基端側が電動モータ２０８の駆動軸２０７に固定されている。従って、電動モータ２０８の駆動による駆動軸２０７の回転によって、クランク２０６が駆動軸２０７回りに回転し、これによるクランク軸２０５の駆動軸２０７回りの旋回によってピストンロッド２０４が上下動してピストン２０２がシリンダ２０１内で往復動を行うことになる。
【０１０６】
かかる融解装置２ａには、シリンダ２０１およびピストン２０２に電力供給装置６からの電力（直流電流またはパルス電流）が供給され、シリンダ２０１及びピストン２０２のジュール発熱により、融解室２１ａ内に装填された微粉状原料Ｂ１が融解処理されるようになっている。
【０１０７】
そして、第２実施形態においては、ピストン２０２の上方位置（上死点）に向かう移動に同期して原料バルブ２１４が開放されるとともに、製品バルブ２１８が閉止され、この状態でスクリュー軸３２ｂの駆動により微粉状原料Ｂ１が融解室２１ａに向かって送り込まれるとともに、不活性ガス源９からの不活性ガスが不活性ガス通路２１２および不活性ガス導入通路２１１を介して融解室２１ａ内に噴出され、この噴出流によって微粉状原料Ｂ１が円滑に融解室２１ａ内に導入されるようになっている。
【０１０８】
そして、ピストン２０２が上死点に到達したときに原料バルブ２１４が閉止され、ついで電力供給装置６からの電力が融解装置２ａに供給され、これによって融解装置２ａはジュール加熱されることになる。また、電力供給装置６からの電力供給に同期して電動モータ２０８の駆動でピストン２０２が下降させられ、これによって融解室２１ａ内の微粉状原料Ｂ１が加圧されることになる。なお、電力の供給は常時であってもよい。
【０１０９】
この加圧と、上記加熱との相乗作用によって融解室２１ａ内の微粉状原料Ｂ１は迅速かつ確実に融解処理され、融解室２１ａ内には液状の融解生成物Ｂ２が生成する。そして、融解処理に当り、融解室２１ａ内は不活性ガスの充満で非酸化雰囲気になっているため、微粉状原料Ｂ１の燃焼で融解処理が適正かつ円滑に行い得なくなるという不都合は起こらない。
【０１１０】
この融解生成物Ｂ２は、製品バルブ２１８が開放されることにより、生成物導出通路２１６を通って系外に導出されることになる。以上で、微粉状原料Ｂ１の１バッチの融解処理が完了するが、かかる操作を繰返すことにより、微粉状原料Ｂ１は略連続的に融解生成物Ｂ２に変換されることになる。
【０１１１】
第２実施形態の融解装置２ａによれば、減圧構造物１０を採用しない分設備コストが安価になる。
【０１１２】
また、第２実施形態の融解装置２ａは、内燃機関と略同一の構造を有しているため、電動モータ２０８を採用せずに駆動軸２０７を出力軸とし、微粉状原料Ｂ１を燃料として融解室２１ａ内に導入するとともに、ピストン２０２により圧縮された状態での融解生成物Ｂ２の生成タイミングに合わせて融解室２１ａ内に燃焼空気あるいは燃焼触媒を導入するようにして生成した融解生成物Ｂ２を燃焼させるようにすれば、融解装置２ａを内燃機関として利用することが可能になる。
【０１１３】
【実施例】
木質バイオマスの微粉状原料の粒子径と融解処理によって得られる融解生成物中のレポグルコサンの量との関係を確認する確認試験を以下の要領で実施した。採用した試験装置は、図３に示すものと基本的に同一機能を備えたものであるが、略５ｇｒの微粉状原料を装填し得る小規模のものである。
【０１１４】
試験に先立って、微粉状原料の試料を規模調製した。用意した試料は粒度が１μｍ、１０μｍ、４４μｍ、１２０μｍおよび２００μｍのものの合計５種類である。これらの試料のそれぞれについて３ｇｒを試験装置の融解室に装填し、４５００ｋｇの力で圧縮した状態で試料にパルス電流を供給して融解処理を行った。パルス電流の供給開始から略３分で目標温度の２４０℃に到達した。この温度を２分〜３分継続することで、試料は完全に融解処理されることが確認された。
【０１１５】
そして、試験装置から取り出した各粒度毎の融解生成物中に含まれるレポグルコサンの量を検量した。この検量においては、レポグルコサンがスルホラン液に溶解することを利用した。具体的には、常温で固形の融解生成物を所定の粒度に粉砕してスルホラン液中に所定時間浸漬したのち液切りを行って乾燥して秤量し、浸漬前との重量比で（すなわち、減量分がスルホラン液に溶解したレポグルコサンである）レポグルコサンの量を算出した。
【０１１６】
試験結果を図８に示す。図８は、横軸に対数目盛りで微粉状原料の粒子径を設定し、縦軸に融解生成物中のレポグルコサンの割合（収率）を１０進数目盛りで設定した、微粉状バイオマスの粒子径とレポグルコサン収率との関係を示すグラフであるが、このグラフに示すように、粒子径が２００μｍのものは、レポグルコサンの収率が２０％と非常に低いのに対し、粒子径が小さくなっていくほど収率が増加していくことが判る。
【０１１７】
そして、粒子径が２００μｍから１２０μｍにかけては収率が急激に増加しており、１２０μｍでは収率が５０％になっている。その後は徐々にではあるが粒子径が小さくなるに従って収率が上昇し、１μｍでは略９８％がレポグルコサンになっていることが確認された。これから推すと、粒子径が０．１μｍ以下になると、９９％以上がレポグルコサンになるものと予測される。
【０１１８】
この試験の結果、レポグルコサンの収率を少なくとも５０％以上確保するためには、木質バイオマスの微粉の粒子径を０．１μｍ〜１２０μｍに設定するのが好適であることが判る。
【０１１９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、装填された原料を密閉状態で融解する融解室を備えた融解装置と、融解室内に原料を装填する原料装填装置と、融解室内を非酸化環境にする環境調整装置と、融解室に装填された原料を圧縮する圧縮装置と、融解室内の原料を圧縮状態で熱処理する熱処理装置と、熱処理による原料の融解で生成した融解生成物を回収する融解生成物回収装置とから融解物質製造装置を構成したため、木質バイオマスの原料は、原料装填装置により融解室に装填された状態で、圧縮装置により圧縮され、この状態で周りの環境が空気の存在しない非酸化環境に設定された上で電力供給装置からの電力を得て熱処理され、圧力を受けて構成分子同士が互いに作用しやすい状態になっていること、急速加熱と加圧との相乗効果が有効に作用すること、および熱処理時に燃焼することがないことにより、バイオマスを構成している高分子のセルロース、ヘミセルロースおよびリグニン等が適正に融解し、これによって木質バイオマスをレポグルコサンのような低分子化合物に変換することができる。
【０１２０】
請求項２記載の発明によれば、原料装填装置を、原料をスクリューフィーダの軸心回りの回転で融解室内に装填するように構成したため、スクリューフィーダの軸心回りに回転で木質バイオマスの原料を融解室に供給することができる。そして、かかるスクリューフィーダを用いることにより、その回転数の制御で原料の供給量を容易に調節することができる。
【０１２１】
請求項３記載の発明によれば、原料を気流によって融解室内に装填するように構成したため、気流として窒素やアルゴン等の不活性ガスを採用することにより、原料を融解室内に導入した上で、融解室内を非酸化環境にすることができ好都合である。
【０１２２】
請求項４記載の発明によれば、融解装置を、内部に上記融解室が形成されたシリンダと、このシリンダに往復動可能に嵌挿されるピストンとから構成したため、シリンダ内の融解室に原料を装填した状態でシリンダ内に嵌め込んだピストンをシリンダ内に没入させることにより内部の原料をピストンで圧縮することができる。このようなシリンダとピストンとで融解装置を構成することにより、原料圧縮構造を簡単な構成のものにし得た上で、確実な圧縮処理を実現することができる。
【０１２３】
特に、シリンダに嵌挿されたピストンによって融解室が密閉状態とされるため、ピストンによる加圧力が、原料に対して一軸的に作用するのではなく、すべての原料粒子の外周面から均等に各原料粒子に作用し、これによって原料の分子構造の変換を均一かつ効果的に行わせることができる。
【０１２４】
請求項５記載の発明によれば、上記ピストンを駆動する油圧機構または電動機構で圧縮装置を構成したため、圧縮装置を小型でありながら大きな圧力を発生させる強力なものにすることが可能であり、原料の確実な圧縮を実現することができる。
【０１２５】
請求項６記載の発明によれば、環境調整装置を、融解室内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入装置により構成したため、融解室内に不活性ガスを供給することにより、融解室内は空気が存在しない非酸化雰囲気になり、バイオマス原料の熱処理によっても原料は燃焼することがなく、原料の融解処理を適正に行うことができる。
【０１２６】
請求項７記載の発明によれば、融解装置および上記原料装填装置を外気の侵入を阻止し得る気密室内に配設し、環境調整装置を、気密室内の空気を吸引する真空ポンプによって構成したため、真空ポンプの駆動で気密室内から空気を抜き出すことにより、室内は空気が存在しない非酸化雰囲気になり、バイオマス原料の熱処理によっても原料は燃焼することがなく、従って、原料の融解処理を適正に行うことができる。
【０１２７】
請求項８記載の発明によれば、熱処理装置として直流電流またはパルス電流を供給する電力供給装置からの電力で原料の加熱を行うものを採用したため、圧縮状態の原料は、ジュール熱で加熱され、この加熱で融解処理を行うことができる。そして、特にパルス電流を採用することにより、原料がパルスの振動に揺さぶられて緻密化が進行し、原料の粒子同士が互いに接近して影響し合うことにより、より効果的な融解処理を実現することができる。
【０１２８】
請求項９記載の発明によれば、融解生成物回収装置を、開閉弁を介して融解室に連通した回収管路を備えて構成したため、融解室内は、開閉弁を閉止することにより密閉状態になるとともに、開閉弁の開放で回収通路と連通し、開閉弁を閉止することによって融解室内で融解処理を行い得るようにすることができる一方、融解処理後に開閉弁を開通することで融解室内の融解生成物を、回収管路を介して系外に導出することができ、これらの操作を繰返すことによって連続処理を実現することができる。
【０１２９】
請求項１０記載の発明によれば、木質バイオマスを微粉砕して微粉状原料にする粉砕工程と、微粉状原料を非酸化環境に設定された所定の融解室に装填して密封する原料装填工程と、融解室内の微粉状原料を圧縮する圧縮工程と、圧縮された微粉状原料を熱処理で融解する熱処理工程と、この熱処理工程で得られた融解生成物を回収する回収工程とから融解物質の製造方法を構成したため、木質バイオマスの原料を、粉砕工程で粉砕されることにより表面積を大きくすることで融解処理に有利なものにすることができる。そして、粉砕工程で微粉砕されることにより形成した微粉状原料は、原料装填工程で非酸化環境に設定された融解室に装填され、圧縮工程で圧縮され、熱処理工程で熱処理されるため、微粉状原料は、圧力を受けて構成分子同士が互いに作用しやすい状態になっていること、および熱処理時に燃焼することがないことにより、バイオマスを構成しているセルロース、ヘミセルロースおよびリグニン等が適正に融解し、これによって木質バイオマスを例えばレポグルコサンのような融解物質に容易に改質することができる。
【０１３０】
請求項１１記載の発明によれば、微粉状原料として粒子径を１２０μｍ以下に粒度調製したものを用いるようにしたため、少なくとも５０％の収率で、融解物質であるレポグルコサンを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る木質バイオマスを原料にして融解物質を製造する方法の一実施形態を示す工程図である。
【図２】熱処理工程における微粉状原料の温度、微粉状原料に供給されるパルス電流の電流値および微粉状原料に対する加圧力の推移の一実施形態を示すグラフである。
【図３】本発明に係る融解物質製造装置の一実施形態を示す断面視の説明図であり、融解室に微粉状原料が装填されつつある状態を示している。
【図４】本発明に係る融解物質製造装置の一実施形態を示す断面視の説明図であり、融解室内に装填された微粉状原料が圧縮された状態を示している。
【図５】本発明に係る融解物質製造装置の一実施形態を示す断面視の説明図であり、融解室内に形成した融解生成物が導出されつつある状態を示している。
【図６】制御装置による微粉状原料の融解処理の制御を説明するためのブロック図である。
【図７】本発明に係る融解物質製造装置の第２実施形態を示す断面視の説明図である。
【図８】横軸に対数目盛りを設定し、縦軸に融解生成物中のレポグルコサンの割合（収率）を１０進目盛りで設定した、微粉状バイオマスの粒子径とレポグルコサン収率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  融解物質製造装置  １０  減圧構造物
１０ａ  減圧室        １１  底板
１１ａ  底孔          １２  側板
１２ａ  出入口        １３  天板
１３ａ  嵌挿孔        １３ｂ  原料装填口
１４  扉              １５  絶縁部材
１６  環状絶縁材      １７  蓋体
２  融解装置          ２１  中型
２１ａ  融解室        ２１ｂ  ロッド装着孔
２２  下型            ２２ａ  土台
２２ｂ  下型本体      ２３  上型
２３ａ  円柱体        ２３ｂ  上型本体
３  原料供給装置      ３１  原料ホッパー
３２  スクリューフィーダ
３２ａ  フィーダー筒  ３２ｂ  スクリュー軸
３２ｃ  駆動モータ    ４  環境調整手段
４１  吸引パイプ      ４２  真空ポンプ
５  圧縮装置          ５１  シリンダ装置
５１ａ  シリンダ      ５１ｂ  ピストンロッド
５２  押圧板          ５３  油圧ユニット
６  電力供給装置      ６０  商用電源
６１  整流回路        ６２  インバータ
６３  トランス        ６４  パルス出力回路
７  回収装置          ７１  冷却手段
７１ａ  冷却管路      ７１ｂ  冷却水ポンプ
７２  回収管路        ７２ａ  中型内管路
７２ｂ  回収パイプ    ７２ｃ  弁収納凹部
７３  開閉弁構造      ７３ａ  弁用シリンダ
７３ｂ  弁用ピストンロッド
７３ｃ  開閉弁        ８  制御装置
８１  温度センサ      ８２  変位センサ
８３  圧力センサ      ８ａ  ＣＰＵ
８ｂ  記憶装置        ８ｃ  入出力装置
Ｆ  フロア            Ｆ１  基礎
２ａ  融解装置        ３ａ  原料供給装置
２０１  シリンダ      ２０２  ピストン
２０３  ピストン軸    ２０４  ピストンロッド
２０５  クランク軸    ２０６  クランク
２０７  駆動軸        ２０８  電動モータ
２０９  ピストンリング
【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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