(57)【要約】【課題】可及的に狭いスペースで装置構成もシンプルで、しかも効率的に原料バイオマスを粉砕し、微小粉砕粉のみを効果的に回収できる粉砕回収装置と粉砕回収方法を提供する。【解決手段】粉砕回収装置１０は、被粉砕物質Ｂを収容する容器１と、容器１内で自転および／または公転し、該容器１の内側面との間で摺動した姿勢で被粉砕物質Ｂを粉砕する粉砕棒２と、粉砕棒を自転および／または公転させる回転機構と、容器１および粉砕棒２に繋がれた短絡回路４，３と、粉砕粉を一定方向に流すエア流れ生成機構（溝２１）と、短絡回路３，４を非導通状態とし、回転機構によって粉砕棒を自転および／または公転させて被粉砕物質Ｂを磨り潰して微小粉砕粉Ｆを生成し、次いで、短絡回路３，４を導通状態とし、粉砕棒２および容器１に付着した微小粉砕粉Ｆを浮遊させ、エア流れ生成機構にて微小粉砕粉Ｆを一定領域に流して回収する、制御機構と、からなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被粉砕物質を収容する容器と、
前記容器内で自転および／または公転し、該容器の内側面との間で摺動した姿勢で被粉砕物質を粉砕する粉砕棒と、
前記粉砕棒を自転および／または公転させる回転機構と、
前記容器および前記粉砕棒に繋がれた短絡回路と、
粉砕粉を一定方向に流すエア流れ生成機構と、
短絡回路を非導通状態とし、前記回転機構によって粉砕棒を自転および／または公転させて被粉砕物質を磨り潰して微小粉砕粉を生成し、次いで、短絡回路を導通状態とし、粉砕棒および容器に付着した微小粉砕粉を浮遊させ、エア流れ生成機構にて微小粉砕粉を一定領域に流して回収する、制御機構と、
からなる、粉砕回収装置。
【請求項２】
前記エア流れ生成機構が前記粉砕棒の周面に形成された溝条である、請求項１に記載の粉砕回収装置。
【請求項３】
前記被粉砕物質が原料バイオマスである、請求項１または２に記載の粉砕回収装置。
【請求項４】
被粉砕物質を容器に収容し、粉砕棒を該容器内で自転および／または公転させ、該容器の内側面との間で摺動させて被粉砕物質を磨り潰し、微小粉砕粉を生成するステップと、
粉砕棒および容器の双方に繋がれた回路を短絡させることにより、粉砕棒および容器の内側面に静電気を帯びた状態で付着する微小粉砕粉から静電気を取り除いて浮遊させ、エア流れによって微小粉砕粉を一定領域に流して回収するステップと、
からなる、粉砕回収方法。
【請求項５】
前記被粉砕物質が原料バイオマスであり、バイオマスの微小粉砕粉が回収される、請求項４に記載の粉砕回収方法。
【請求項６】
前記微小粉砕粉の最大寸法が３０μｍ以下である、請求項４または５に記載の粉砕回収方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の粉砕回収方法にて回収されたバイオマスを糖化させ、発酵させて原料エタノールを生成する、エタノールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被粉砕物質を粉砕し、そのうちの微小粉砕粉のみを効果的に回収できる粉砕回収装置と粉砕回収方法、さらには、該粉砕回収方法にて回収された原料バイオマスの微小粉砕粉を使用してエタノールを製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題の観点から、再生可能資源である木質資源などのバイオマス資源からエタノールを製造し、エネルギーや化学原料として利用する試みが国内外で進められ、注目を浴びている。
【０００３】
たとえば木材等から得られるリグノセルロースを使用する場合は、木材の粒径が細かいほどその糖化率が上昇し、エタノールの収率向上に繋がるものである。
【０００４】
従来の木材を粉砕し、分級する装置は、粉砕機と分級機が独立し、粉砕機から分級機へ圧縮空気等で粉砕粉を送り出すものが一般的であり、したがって、木材の粒径を細かくするためには、広い装置スペースと多くのエネルギーを要していた。
【０００５】
一方で特許文献１に開示の製造装置のごとく、粉砕機と分級機が併設された装置も存在するものの、装置構成が複雑であり、その製造コストが高く、しかも装置規模が大きいことから結局は広範なスペースを要するものである。
【０００６】
バイオエタノール燃料の増産が期待される昨今、可及的に狭いスペースで装置構成もシンプルで、しかも効率的に原料バイオマスを粉砕し、微小粉砕粉のみを回収できる装置の開発が望まれている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２７５０５０５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、上記する問題に鑑みてなされたものであり、可及的に狭いスペースで装置構成もシンプルで、しかも効率的に原料バイオマスを粉砕し、微小粉砕粉のみを効果的に回収できる粉砕回収装置と粉砕回収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】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明による粉砕回収装置は、被粉砕物質を収容する容器と、前記容器内で自転および／または公転し、該容器の内側面との間で摺動した姿勢で被粉砕物質を粉砕する粉砕棒と、前記粉砕棒を自転および／または公転させる回転機構と、前記容器および前記粉砕棒に繋がれた短絡回路と、粉砕粉を一定方向に流すエア流れ生成機構と、短絡回路を非導通状態とし、前記回転機構によって粉砕棒を自転および／または公転させて被粉砕物質を磨り潰して微小粉砕粉を生成し、次いで、短絡回路を導通状態とし、粉砕棒および容器に付着した微小粉砕粉を浮遊させ、エア流れ生成機構にて微小粉砕粉を一定領域に流して回収する、制御機構と、からなるものである。
【００１０】
本発明の粉砕回収装置は、例えばセラミックスや樹脂素材の容器および粉砕棒を具備し、容器内に収容された被粉砕物質を絶縁状態の容器と粉砕棒の間で磨り潰して微小粉砕粉とし、静電気を生じて容器の内側面や粉砕棒に付着した微小粉砕粉から帯電状態を解除して浮遊させ、エア流れ生成機構によって生じた気流で所望の領域に集めて回収する装置である。
【００１１】
ここで、たとえばリンク機構や遊星歯車機構などの回転機構に粉砕棒が繋がれ、粉砕棒が容器の内側面に摺動した姿勢で自転運動や公転運動しながら被粉砕物質が磨り潰される。
【００１２】
粉砕棒と容器は、ともに個別の短絡回路に繋がれており、被粉砕物質を磨り潰す際には、双方の回路が非短絡状態（回路は非導通状態）となっており、したがって、磨り潰しの際に被粉砕物質と粉砕棒および容器との間で生じる静電気によって、生成される微小粉砕粉は粉砕棒表面と容器の内側面に付着する。
【００１３】
次に、制御機構にて短絡回路を導通状態とすることにより、微小粉砕粉に帯電していた静電気がアース側へ流れ、微小粉砕粉は粉砕棒や容器から離脱し、比較的大径の粉砕粉は自重落下し、比較的小径の微小粉砕粉のみが浮遊状態となる。
【００１４】
なお、制御機構は、自動制御機構と手動制御機構の双方を含むものであり、自動制御機構の場合は、パーソナルコンピュータに短絡回路および回転機構が無線もしくは有線にて接続され、短絡回路のＯＮ，ＯＦＦ制御が回転機構の制御に連動しながら所定のタイミングで実行される（ＯＮ制御で回路が導通状態、ＯＦＦ制御で回路が非導通状態となる）。一方、手動制御の場合は、短絡回路のＯＦＦ制御、回転機構のＯＮ制御、短絡回路のＯＮ制御がスイッチ操作にて手動にて実行される。
【００１５】
浮遊した微小粉砕粉や、付着力のない状態で粉砕棒等に付着している微小粉砕粉は、エア流れ生成機構によって生成された気流にて所望の回収領域に飛ばされ、そこで所定寸法以下の微小粉砕粉のみの回収がおこなわれる。すなわち、このエア流れ生成機構による気流の強さは、所定寸法より大きな微小粉砕粉（したがって、重量も大きくなる）は流さず、所定寸法以下の微小粉砕粉のみを流すことができる強さに調整されている。
【００１６】
このエア流れ生成機構として、たとえば、粉砕棒の周面に螺旋溝等の溝条を形成しておき、粉砕棒の自転に応じて上昇気流等のエア流れが励起されるものや、容器上方に設けられたファンなどを挙げることができる。特に、エア流れ生成機構が粉砕棒の周面に設けられた溝条の場合には、粉砕棒の回転によって被粉砕物質の粉砕と微小粉砕粉の気流運搬の双方を実現できることから、動力の節減に繋がる。
【００１７】
上記する本発明の粉砕回収装置によれば、分級装置などを必要とせず、簡易な装置構成にて、所望寸法以下の微小な粉砕粉のみを効率的に回収することができる。分級装置を使用して粒度分布に応じて所望寸法以下の粉砕粉を回収する必要がないことから、装置スペースもより狭小化でき、しかも分級に要する時間を省略できることで回収効率が格段に向上する。
【００１８】
なお、被粉砕物質を容器へ送るフィード機構や、一定領域に回収された微小粉砕粉を袋等に収容する回収／収容機構などが本装置に備えられた形態であってもよい。
【００１９】
ここで、被粉砕物質として原料バイオマスを挙げることができる。既述するように、木材等から得られるリグノセルロースを使用する場合は、木材の粒径が細かいほどその糖化率が上昇し、エタノールの収率向上に繋がることから、バイオマスを糖化させ、発酵させて原料エタノールを生成する前段階で、本装置を使用して原料バイオマスの微小粉砕粉を効率的に回収することができる。
【００２０】
また、本発明による粉砕回収方法は、被粉砕物質を容器に収容し、粉砕棒を該容器内で自転および／または公転させ、該容器の内側面との間で摺動させて被粉砕物質を磨り潰し、微小粉砕粉を生成するステップと、粉砕棒および容器の双方に繋がれた回路を短絡させることにより、粉砕棒および容器の内側面に静電気を帯びた状態で付着する微小粉砕粉から静電気を取り除いて浮遊させ、エア流れによって微小粉砕粉を一定領域に流して回収するステップと、からなるものである。
【００２１】
本発明の粉砕回収方法によれば、たとえば原料バイオマスの微小粉砕粉、特に所望寸法以下の微小粉砕粉のみを効果的に回収することができる。
【００２２】
本発明者等の知見によれば、上記する微小粉砕粉の最大寸法（もしくは最大径）が３０μｍ以下であるのが好ましく、上記回収方法によれば、２０〜３０μｍ程度の最大寸法の微小粉砕粉のみを効果的に回収できることが分かっている。
【００２３】
上記する粉砕回収方法にて回収された粉砕バイオマスを糖化させ、発酵させて原料エタノールを生成することにより、燃料エタノールを効率的に製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
以上の説明から理解できるように、本発明の粉砕回収装置、粉砕回収方法によれば、分級装置を使用することなく、磨り潰された所望寸法以下の微小な粉砕粉のみを効果的に回収することができ、装置スペースの狭小化、装置の製造コストの削減を図ることができる。また、被粉砕物質が原料バイオマスである本発明のエタノールの製造方法によれば、エタノールの収率向上を図ることができ、可及的に安価に大量の原料エタノールを製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示例における粉砕回収装置において、エア流れ生成機構は粉砕棒周面に形成された螺旋溝であるが、この他、粉砕棒の上方に形成されたプロペラや、容器上方に載置されたファンなどであってもよい。
【００２６】
図１は、本発明の粉砕回収装置において、被粉砕物質を粉砕している状況を説明した模式図であり、次いで、図２は、本発明の粉砕回収装置において、微小粉砕粉のみが回収されている状況を説明した模式図である。
【００２７】
本発明の粉砕回収装置１０は、セラミックス製の容器１と、同様にセラミックス製の粉砕棒２と、この粉砕棒２を自転させなから容器内を公転させる（図１のＸ１方向）不図示の回転機構と、粉砕棒２と容器１のそれぞれに接続され短絡回路３，４とから大略構成されている。
【００２８】
不図示の回転機構は、リンク機構や遊星歯車機構などを使用でき、たとえば、複数の遊星ギアのうちの一つの回転中心に粉砕棒２を取り付け、中央のサンギアの回転によって遊星ギアが自転しながら公転する遊星歯車機構から構成することができる。
【００２９】
なお、図示例は一つの粉砕棒２のみを有する装置となっているが、複数の遊星ギアのそれぞれに粉砕棒２を取り付けておき、複数の粉砕棒２が同時に自転しながら公転して被粉砕物質の粉砕を実行するものであってもよい。
【００３０】
この粉砕棒２は、その先端や側面を容器１の内側面（底面や側面）に摺動させながら自転および公転を繰り返し、被粉砕物質の粉砕をおこなう。
【００３１】
また、粉砕棒２の周面にはその長手方向に亘って螺旋溝２１が形成されており、粉砕棒２が自転した際に上方へ流れる気流を生じさせるようになっている。
【００３２】
この被粉砕物質の粉砕に際し、短絡回路３，４はともにＯＦＦ（開）となっている。
【００３３】
セラミックス製の粉砕棒２がセラミックス製の容器１内で摺動しながら自転および公転すると、被粉砕物質Ｂ，…が粉砕されてなる粉砕粉と粉砕棒２の間、および粉砕粉と容器１の間には静電気が生じ、この静電気によって比較的小寸法（小径）の微小粉砕粉Ｆ，…は粉砕棒２表面および容器１の内側面に付着する。
【００３４】
ここで、粉砕粉のうち、比較的大寸法（大径）のものは、その自重が静電気に勝り、容器１の底面に落下する。
【００３５】
所定時間の粉砕の後に、図２のごとく、短絡回路３，４をともにＯＮ（閉）とすると、粉砕棒２や容器１、微小粉砕粉Ｆ，…から帯電していた静電気が流れ、静電気を失った微小粉砕粉Ｆ，…は容器１や粉砕棒２から離脱して浮遊状態となる。なお、この浮遊状態でも、比較的大寸法の粉砕粉は、その自重によって容器底面に落下し、この時点で粉砕粉の分級が完了する。
【００３６】
この状態で粉砕棒２は少なくとも自転しており（図２のＸ２方向）、粉砕棒２の自転に伴ってその螺旋溝２１にて上方への気流が励起され（図２のＹ方向）、浮遊する微小粉砕粉Ｆ，…はこの気流に乗って上方に載置された回収容器５内に回収される。
【００３７】
上記する回転機構の駆動制御、短絡回路３，４のＯＮ，ＯＦＦ制御などは、不図示のパーソナルコンピュータにて各駆動時間や駆動のタイミングが予め格納されており、格納情報に基づいて自動制御される。一定量の微小粉砕粉の回収が終了したら、不図示のフィード機構を介して容器内に被粉砕物質が投入され、同様の方法で粉砕および回収が実行される。
【００３８】
上記する粉砕回収装置１０によれば、容器１と粉砕棒２との間でスリコギをおこない、帯電する静電気力を利用して所望寸法以下の微小粉砕粉のみを選定し、静電気が開放された微小粉砕粉を気流に乗せて回収するという比較的簡素な装置構成にて、分級装置を使用することなく、効率的に所望寸法以下の微小粉砕粉の粉砕（生成）および回収を実行することができる。
【００３９】
上記する被粉砕物質Ｂとしては原料バイオマスを挙げることができ、粉砕回収装置１０にて回収された粉砕バイオマスは、粒径が細かい木材粉砕粉のみを回収できることから、その糖化率を上昇させ、エタノールの収率性を向上させることができる。
【００４０】
[エア流れ生成機構のない装置にて回収した粉砕粉（比較例）と、本発明の粉砕回収装置にて回収された粉砕粉（実施例）の観察とその結果]
本発明者等は、エア流れ生成機構のない装置にて回収した粉砕粉（比較例）と、図１，２で示す粉砕回収装置１０にて回収した粉砕粉（実施例）を捕集し、スライドガラス上に捕集試料を載置し、エタノールを滴下して試料を分散させて放置乾燥させた後に、これらをビデオマイクロスコープにて撮影し、その画像を観察した。
【００４１】
ここで、エア流れ生成機構のない装置は株式会社石川工場製の回転式粉砕機を使用し、図１に示す本発明の装置は、同様の装置を使用し、該装置を構成する粉砕棒に図示する螺旋溝を設けたものである。被粉砕物質としてスギを使用し、１ｍｍ目開きふるいを通過するものを１０ｇ容器内に投入し、４時間の連続粉砕を実施した。
【００４２】
図３ａは比較例の画像写真を、図３ｂは実施例の画像写真をそれぞれ示しており、図中、黒色の領域が粉砕粉を示している。
【００４３】
図３ａより、エア流れ生成機構のない装置による場合は、投入当初の１ｍｍ程度の大きな粒寸法の粉砕粉が依然として存在することが見て取れる。
【００４４】
一方、図３ｂより、本発明の粉砕回収装置では、微調整された気流によって粉砕粉の分級が実行され、小寸法のもののみが気流に乗って回収される結果、３０μｍ以下の微小粉砕粉が得られていることが見て取れる。なお、３０μｍ以上の黒色領域は、実際は３０μｍ以下の微小粉砕粉同士が凝集しているに過ぎない。
【００４５】
さらに、本発明者等によれば、最大寸法が３０μｍ以下の原料バイオマスの微小粉砕粉のみを糖化させ、発酵させて原料エタノールを生成することにより、糖化率を上昇でき、エタノール収率が極めて良好となる、という知見が得られている。よって、図示する本発明の粉砕回収装置を使用することにより、可及的に狭小なスペースにて、効率的に大量の原料バイオマスの微小粉砕粉、ひいては原料エタノールを製造することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の粉砕回収装置において、被粉砕物質を粉砕している状況を説明した模式図である。
【図２】本発明の粉砕回収装置において、微小粉砕粉のみが回収されている状況を説明した模式図である。
【図３】（ａ）はエア流れ生成機構のない装置にて回収した粉砕粉のビデオマイクロスコープの撮影画像であり、（ｂ）は本粉砕回収装置にて回収された粉砕粉のビデオマイクロスコープの撮影画像である。
【符号の説明】
【００４８】
１…容器、２…粉砕棒、２１…螺旋溝、３，４…短絡回路、５…回収容器、１０…粉砕回収装置、Ｂ…原料バイオマス、Ｆ…微小粉砕粉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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