(57)【要約】【課題】樹脂とバイオマス材料を原料とする固形燃料を製造する技術を提案する。【解決手段】固形燃料製造装置は、スクリュー１２を備えた本体１０と、ダイス２０とを備える。ダイス２０は、貫通孔２２の穿たれたダイス板２１と、貫通孔２２と同径の孔を持ち貫通孔２２と同軸でダイス板２１に取付けられた細管２３とを備える。本体１０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１２によりダイス２０に向けて送られる。ダイス２０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２２から細管２３の孔に押し込まれる。原料中の樹脂は、細管２３の中で冷えて硬化する。細管２３の先端から押出された原料は切断機構３０で切断され、ペレット状の固形燃料となる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部に、固形燃料を製造するための樹脂及びバイオマス材料を含む原料が投入される管状の本体と、
前記本体の中に設けられている前記原料を前記本体の先端に向けて押出す押出機構と、
前記本体の先端に設けられており、前記押出機構によって押出された前記原料を通過させることにより前記原料を成形する押出孔を備えているダイスと、
を備えている固形燃料製造装置であって、
前記ダイスは、前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の基端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以上を、前記押出孔の先端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以下を、それぞれ保つことができるように、且つ前記押出孔の中で前記樹脂が固化するように構成されている、
固形燃料製造装置。
【請求項２】
前記ダイスは、前記原料の押出し方向を実質的に厚さ方向とする板状のダイス板と、前記ダイス板にその基端側を取付けられており、その先端側の内側を前記押出孔の少なくとも一部とする管状の細管と、を備えている、
請求項１記載の固形燃料製造装置。
【請求項３】
前記ダイス板は、前記細管を挿入する大きさの孔である挿入孔を備えており、前記細管は、その基端側を前記挿入孔に挿入した状態で前記ダイス板に取付けられている、
請求項２記載の固形燃料製造装置。
【請求項４】
前記ダイスは、前記原料の押出し方向を実質的に厚さ方向とする板状のダイス板を備えているとともに、前記押出孔はこのダイス板に設けられており、
前記ダイス板は、前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の基端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以上を、前記押出孔の先端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以下を、それぞれ保つことができるように、且つ前記押出孔の中で前記樹脂が固化するような厚さとされている、
請求項１記載の固形燃料製造装置。
【請求項５】
前記押出孔は、その基端側の径がその先端側の径よりも大きくされている、
請求項１記載の固形燃料製造装置。
【請求項６】
前記ダイスは、前記押出孔の先端付近を冷却する冷却手段を備えている、
請求項１記載の固形燃料製造装置。
【請求項７】
前記ダイスは、前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の基端側の温度が１３０℃以上を、前記押出孔の先端側の温度が１００℃以下を、それぞれ保つことができるように構成されている、
請求項１記載の固形燃料製造装置。
【請求項８】
前記ダイスは、前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の基端側の温度が１３０℃〜１８０℃を保つことができるように構成されている、
請求項７記載の固形燃料製造装置。
【請求項９】
前記ダイスは、前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の先端側の温度が７０℃〜８０℃を保つことができるように構成されている、
請求項７記載の固形燃料製造装置。
【請求項１０】
前記原料を加熱する加熱手段を備えている、
請求項１記載の固形燃料製造装置。
【請求項１１】
前記押出孔から押出された前記原料を切断する切断手段を備えている、
請求項１記載の固形燃料製造装置。
【請求項１２】
前記ダイス板の基端側の表面に、前記本体内の原料から前記ダイス板への熱の伝導を妨げる断熱層が設けられている、
請求項２、３又は４のいずれかに記載の固形燃料製造装置。
【請求項１３】
前記ダイス板の厚さ方向の所定の部分に、基端側から先端側への前記ダイス板における熱の伝導を妨げる断熱層が設けられている、
請求項２、３又は４のいずれかに記載の固形燃料製造装置。
【請求項１４】
その内部に、固形燃料を製造するための樹脂及びバイオマス材料を含む原料が投入される管状の本体と、
前記本体の中に設けられている前記原料を前記本体の先端に向けて押出す押出機構と、
前記本体の先端に設けられており、前記押出機構によって押出された前記原料を通過させることにより前記原料を成形する押出孔を備えているダイスと、
を備えている固形燃料製造装置を用いて固形燃料を製造する方法であって、
前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の基端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以上を、前記押出孔の先端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以下をそれぞれ保つように、前記ダイスの温度管理を行い、
且つ前記押出孔の中で前記樹脂が固化するように前記押出機構の制御を行う、
固形燃料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂を含む原料から、主にペレット状乃至粒状の固形燃料を製造するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペレット状乃至粒状（以下、簡単のため、ペレット状という）の固形燃料が知られている。周知のペレット状の固形燃料は、木粉を原料としている。
かかる木粉を原料として用いたペレットは、環境に優しくまた取り回しも行い易いため広く普及している。しかしながら、木粉を原料としたペレットは、重さあたりの発熱量がそれ程大きくない点に難点がある。
【０００３】
本願発明者は、木粉を原料としたペレット状の固形燃料を用いるために利用されていた燃焼装置で用いることができ、上述の難点を解決した、新たな燃料を求めて研究を行っている。
その過程で、本願発明者は、木粉その他のバイオマス材料に加えて樹脂を原料に含むペレット状の固形燃料がそのような固形燃料となり得るという点に思い至った。
樹脂は、単位重量あたりの発熱量が木粉より大きいため、バイオマス材料と樹脂とを原料に含む固形燃料であれば、その単位重量あたりの発熱量は木粉を原料とした固形燃料よりも大きくできる。また、木粉と樹脂とを原料に含む固形燃料であれば、バイオマス材料と樹脂の比率の変化により単位重量あたりの発熱量を制御できるため、そのような固形燃料は従来の固形燃料にはない新たな利点を持つものとなる。しかも、樹脂は、様々な用途へのリサイクルが強く求められており、且つその決定的な手法が確立されていないことからも明らかなように、その調達が容易であり、また、そのコストも基本的に低廉である。
【０００４】
以上のような点に鑑みて、本願発明者は、バイオマス材料と樹脂とを原料に含む新たなペレット状の固形燃料を実現するための研究に着手している。
しかしながら、上述の如き固形燃料の製造は、簡単ではない。上述の如き固形燃料を製造するための技術が存在しないのである。実際、木粉と樹脂を含有する固形燃料が有する様々な利点は、例えば、特開２００３−１１９３９１でも語られているが、上述の如き固形燃料は今のところ、商品としてまったく流通していない。
木粉を原料とする従来のペレット状の固形燃料は、加熱して水分を飛ばした木粉を圧縮することにより成形される。そのために用いられる固形燃料製造装置は、原料が押出されつつその内部で成形される押出孔を多数有するダイスを持った押出成形装置をその基本とする。かかる固形燃料製造装置は、筒状の本体の中にスクリューを内蔵しており、スクリューで原料としての木粉をダイスの圧縮しながら押出孔から外部に押出すことで固形燃料を成形する。木粉は、ダイスに向かって押出されつつ摩擦熱で発熱し（熱が足りない場合には本体を加熱してもよい。）、その水分を失いつつ、高い圧力で押出孔の内部に押込まれる。細かな繊維を有する木粉は互いにその繊維を絡めつつ、圧縮され、ペレット状に成形されることになる。
本願発明者は、このような固形燃料製造装置に木粉と樹脂を含む原料を投入してみたところ、ダイスの押出孔から押出された樹脂とバイオマスを含むペレット状の固形燃料は、冷えるにつれて膨張して商品として許容できないほど不恰好になり、場合によってはペレット状のその形状を維持できなくなり崩れてしまった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明は、樹脂とバイオマス材料を原料に含むペレット状の固形燃料を製造するための技術を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決する本願発明は、以下のようなものである。
本願発明は、その内部に、固形燃料を製造するための樹脂及びバイオマス材料を含む原料が投入される管状の本体と、前記本体の中に設けられている前記原料を前記本体の先端に向けて押出す押出機構と、前記本体の先端に設けられており、前記押出機構によって押出された前記原料を通過させることにより前記原料を成形する押出孔を備えているダイスと、を備えている固形燃料製造装置をその基本とする。そして、この固形燃料製造装置の前記ダイスは、前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の基端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以上を、前記押出孔の先端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以下を、それぞれ保つことができるように、且つ前記押出孔の中で前記樹脂が固化するように構成されている。
従来の固形燃料製造装置を使用して木粉と樹脂を含む原料により固形燃料を製造すると、上述したように、ダイスの押出孔から押出されたペレット状の固形燃料は膨張した。これが、従来の固形燃料製造装置で商品として適当なレベルの固形燃料を作れない原因となっていたのであるが、本願発明者の研究により、固形燃料の膨張は、押出孔から押出された固形燃料中に残っていた液状の樹脂が冷えることによって膨張することにより生じるということがわかった。そこで、本願発明者は、本願発明に係る固形燃料製造装置のダイスを、上述のようなものと、原料中の樹脂を押出孔の中で十分に冷やして固化させられるようにした。したがって、本願の固形燃料製造装置により得られる固形燃料は、押出孔の中で十分に樹脂が固化されているので、押出孔から押出された後に原料が膨張することを抑制できるので、その形状を適当な状態に保ちうるものとなる。このような作用効果を有する本願発明の固形燃料製造装置は、バッチ式に固形燃料を製造する型を用いた成形装置と、連続式に固形燃料を製造する押出し式の成形装置の中間的な性格を有するものであるといえる。本願発明の固形燃料製造装置は、ダイスが有する押出孔を型のように用いることにより、連続的に固形燃料を製造できるのである。
なお、本願において、『先端（側）』、『基端（側）』の語は、原料の移動方向にしたがって定義され、『先端（側）』の語は、原料の移動方向の下流側を、『基端（側）』の語は、原料の移動方向の上流側を、それぞれ意味するものとする。
本願発明における固形燃料製造装置で用いる樹脂は、熱可塑性樹脂であれば基本的にどのようなものでもよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどである。本願発明におけるバイオマス材料としては、木粉、籾殻、古紙、藁などをその例として挙げられる。なお、原料の樹脂には、熱可塑性樹脂に加えて、熱硬化性樹脂、或いは加熱した場合に熱硬化性樹脂と似た振舞いを見せる架橋ポリエチレンの如き樹脂が含まれていても構わない。
【０００７】
本願発明による固形燃料製造装置は、前記押出孔から押出された前記原料を切断する切断手段を備えていてもよい。押出孔から押出された原料は、自重により適当な長さで折れる。押出孔から押出された原料（固形燃料）は、これによりペレット状となる。もっとも、固形燃料の大きさをある程度揃えたいのであれば、上述の如き切断手段を固形燃料製造装置に設けるのがよい。切断手段は、ペレット状の樹脂を製造するのに用いられている公知の手段を流用できる。
【０００８】
本願発明の固形燃料製造装置のダイスは、上述したように、前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の基端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以上を、前記押出孔の先端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以下を、それぞれ保つことができるように、且つ前記押出孔の中で前記樹脂が固化するように構成されている。この条件が満たされているのであれば、ダイスはどのように構成されていても構わない。
例えば、前記ダイスは、前記原料の押出し方向を実質的に厚さ方向とする板状のダイス板と、前記ダイス板にその基端側を取付けられており、その先端側の内側を前記押出孔の少なくとも一部とする管状の細管と、を備えていてもよい。このようなダイスは、ダイス板から原料の押出し方向に沿って延びる細管の存在により、押出孔の長さを長く取れるものになる。このようなダイスは、押出孔の長さを長く取れるようにすることで、原料が押出孔の中に滞留する時間を長くすることができるようになるとともに、細管の先端側の温度を下げることも容易になる。これは、上述の如き条件をダイスが充足することを容易にする。
ダイス板に対する細管の取付けはどのようにして行われていてもよいし、その取付けは着脱自在なものでもよい。例えば、前記ダイス板は、前記細管を挿入する大きさの孔である挿入孔を備えており、前記細管は、その基端側を前記挿入孔に挿入した状態で前記ダイス板に固定されていてもよい。この場合、細管の基端側の端面は、ダイス板の基端側の面と面一になっていてもよく、ダイス板の基端側の面よりダイス板の先端側の面に近いところに位置していてもよい。また、細管の基端側の端面は、ダイス板の先端側の面に突き合わせてあってもよい。細管の基端側の端面がダイス板の基端側の面と面一になっている場合には、細管の内側が押出孔になる。細管の基端側の端面がダイス板の基端側の面よりダイス板の先端側の面に近いところに位置している場合、及び細管の基端側の端面がダイス板の先端側の面に突き合わせてある場合には、細管の内側と、挿入孔の内側のうち細管が挿入されておらず露出している部分とを併せたものが、押出孔となる。
或いは、前記ダイスは、前記原料の押出し方向を実質的に厚さ方向とする板状のダイス板を備えているとともに、前記押出孔はこのダイス板に設けられていてもよい。この場合、前記ダイス板は、前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の基端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以上を、前記押出孔の先端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以下を、それぞれ保つことができるような、且つ押出孔の中で前記樹脂が固化するような厚さとされていてもよい。ダイス板の厚さにより、押出孔の長さを調整することができる。
【０００９】
細管があろうと、なかろうと、ダイスは、上述したとおり押出孔を備える。押出孔は１つでもよいし、複数でもよい。普通は複数の押出孔がダイスに存在する。
押出孔の形状は特に制限はないが、断面円形とするのが一般的である。押出孔の太さは、その基端側から先端側まで同じであってもよいし、そうでなくてもよい。例えば断面円形にされている前記押出孔の場合であれば、その基端側の径がその先端側の径よりも大きくされていてもよい。原料は、押出機構で押してやっても押出孔に上手く入っていかない場合がある。その基端側の径がその先端側の径よりも大きくされている押出孔であれば、その押出孔に固形燃料の原料が入り易い。その基端側の径がその先端側の径よりも大きくされている押出孔の例としては、押出孔に、その基端側から先端側に向けて細くなるようなテーパがその全長に亘って与えられている場合、その基端側から先端側に向けて細くなるようなテーパが基端側から先端側までの一定の部分に与えられている場合、を挙げることができる。
【００１０】
本願発明の固形燃料製造装置における前記ダイスは、前記押出孔の先端付近を冷却する冷却手段を備えていてもよい。ダイスが冷却手段を有さないのであれば、ダイスは自然に空冷されることになる。ダイスが上述の如き冷却手段を有するのであれば、ダイスの基端側と先端側の温度差を大きくすることが容易になる。冷却手段は、空冷、水冷、水以外の冷却媒体を用いた物等、適当なものを用いることができる。
より具体的には、冷却手段は、ダイスに向かって送風する装置とすることができる。或いは、冷却手段は、ダイス板の先端側の面に沿って設けられた水冷用のパイプとすることができる。ダイス板に細管が取付けられているのであれば、そのパイプは細管に沿って設けられていてもよい。
【００１１】
ダイスの押出孔の基端側の温度と先端側の温度は、樹脂の種類（樹脂が複数である場合にはそれらの種類及び比率）を考慮して適当に決定すればよい。
一般的には、前記ダイスは、前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の基端側の温度が１３０℃以上を、前記押出孔の先端側の温度が１００℃以下を、それぞれ保つことができるように構成することができる。このようにすると熱可塑性樹脂の多くに対応可能である。この場合、前記ダイスは、前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の基端側の温度が１３０℃〜１８０℃を保つことができるように構成することができ、また、前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の先端側の温度が７０℃〜８０℃を保つことができるように構成することができる。押出孔の基端側の温度が１３０℃〜１８０℃を保つことができるようにするとよいのは、この温度範囲では、ポリエチレンを初めとする多くの樹脂が適度な粘性を有しており（粘性が高すぎると樹脂がバインダとして機能しない場合があり、粘性が低すぎると、押出孔に樹脂が入らないことも考えられる。）、原料中の樹脂を押出孔の中で硬化させることで押出孔の中で原料を成形するのに都合がよいからである。押出孔の先端側の温度が７０℃〜８０℃を保つことができるようにするとよいのは、この温度範囲では、ポリエチレンを初めとする多くの樹脂が硬化するので、少なくとも押出孔の先端側の温度がこの程度の範囲でなければ押出孔の中で原料を成形するのが難しいからである。
【００１２】
本願発明の固形燃料製造装置は、原料を加熱する加熱手段を備えていてもよい。この加熱手段は、本体に入る前の原料を加熱するものであってもよく、本体に入った後の原料を加熱するものであってもよい。
【００１３】
本願発明の固形燃料製造装置がダイス板を備える場合、前記ダイス板の基端側の表面に、前記本体内の原料から前記ダイス板への熱の伝導を妨げる断熱層が設けられていてもよい。こうすることで、原料からダイス板への熱の伝導を抑え易くなるので、押出孔の特に先端側の温度を下げるに有用である。
或いは、本願発明の固形燃料製造装置がダイス板を備える場合、前記ダイス板の厚さ方向の所定の部分に、基端側から先端側への前記ダイス板における熱の伝導を妨げる断熱層が設けられていてもよい。これによっても、押出孔の特に先端側の温度を下げ易くなる。
【００１４】
以上の固形燃料製造装置と同様の作用効果を以下の固形燃料の製造方法によっても得ることができる。
その方法は、その内部に、固形燃料を製造するための樹脂及びバイオマス材料を含む原料が投入される管状の本体と、前記本体の中に設けられている前記原料を前記本体の先端に向けて押出す押出機構と、前記本体の先端に設けられており、前記押出機構によって押出された前記原料を通過させることにより前記原料を成形する押出孔を備えているダイスと、を備えている固形燃料製造装置を用いて固形燃料を製造する方法である。この固形燃料の製造方法では、前記原料が前記押出孔を通過しているときに、前記押出孔の基端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以上を、前記押出孔の先端側の温度が前記樹脂が溶融する温度以下をそれぞれ保つように、前記ダイスの温度管理を行い、且つ前記押出孔の中で前記樹脂が固化するように前記押出機構の制御を行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本願発明の第１及び第２実施形態及びそれらの変形例について説明する。各実施形態及びそれらの変形例の説明では、重複する対象には重複する符号を付すものとし、重複する説明は場合により省略するものとする。
【００１６】
≪第１実施形態≫
図１を参照することにより、本願発明の第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態による固形燃料製造装置の構造を概略的に示す一部透視図を含む側断面図である。
第１実施形態における固形燃料製造装置は、管状、この実施形態では円筒状の本体１０を備えている。本体１０は、この実施形態では金属製である。本体１０の基端側には、投入筒１１の一端が接続されている。投入筒１１は、そこから本体１０の内部に、固形燃料となる原料を投入するためのものである。
投入筒１１の内部には原料を本体１０に運ぶためのスクリューコンベア等の適当な機構が設けられていてもよい。原料の投入は、バッチ的に行われてもよいし、連続的に行われてもよい。この実施形態では、投入筒１１の他端には、原料を貯留した図示せぬ貯留槽が接続されている。原料は、貯留槽から、投入筒１１を介して本体１０に投入されることになる。なお、この実施形態では、貯留槽に図示を省略の加熱装置が取付けられている。加熱装置は、貯留槽の内部にある樹脂とバイオマス材料とを含む原料を加熱するためのものである。この実施形態では、原料は、既に加熱された状態で本体１０に投入されることになる。
【００１７】
本体１０の内部には、スクリュー１２が設けられている。スクリュー１２は、本体１０内に投入された原料を、本体１０の先端側（図１における右側）に移動させるためのものである。スクリュー１２は、本体１０の長さ方向に亘って設けられており、その軸が本体１０の外部に設けられた駆動装置１３と接続されている。駆動装置１３によって回転させられる軸の回転に伴ってスクリュー１２は回転し、それにより原料は本体１０の先端側に移動することになる。
【００１８】
本体１０の先端には、ダイス２０が設けられている。ダイス２０は、板状のダイス板２１を備えている。ダイス板２１はこの実施形態では金属製である。
ダイス板２１には、その厚さ方向にダイス板２１を貫通する貫通孔２２が複数穿たれている。第１実施形態では、貫通孔２２が、本願発明の押出孔に相当する。
この実施形態の貫通孔２２の長さはいずれも同じになっている。貫通孔２２の断面形状は、この実施形態では円形である。必ずしもこの限りではないが、この実施形態における貫通孔２２の径は、その長さ方向のどの部分でも同じになっている。ダイス板２１は、原料の進行方向（本体１０の長さ方向）に垂直に置かれており、貫通孔２２は、その長さ方向が原料の進行方向に沿うようにされている。
【００１９】
ダイス板２１の厚さは、一般的なダイスの厚さよりも大きくなっている。この厚さは、貫通孔２２を通過する原料に含まれる樹脂をその内部で固化させられるように設計される。本体１０内の原料は、スクリュー１２によって圧縮され、ダイス板２１に押付けられることにより、スクリュー１２、ダイス板２１、本体１０の内面、或いは周辺にある原料と擦れ合い、摩擦熱により高温になっている。ダイス板２１の厚さは、原料が貫通孔２２を通過しているときに、貫通孔２２の基端側の温度が樹脂（後述するように、この樹脂は熱を加えて溶融する熱可塑性樹脂であり、この実施形態ではポリエチレンである。）が溶融する温度以上を、貫通孔２２の先端側の温度が樹脂が溶融する温度以下を、それぞれ保つことができるようなものとされている。
【００２０】
ダイス板２１の先端側には、貫通孔２２から押出された原料を切断するための切断機構３０が設けられている。
切断機構３０は、ブレード３１と、駆動機構３２を備えている。ブレード３１は、軸に固定されており、軸を回転させる駆動機構３２の駆動力によって、軸を中心にして紙面に対して垂直な平面内で所定の速さで回転するようになっている。ブレード３１は、そのような回転を行い、それと接触した原料を切断するようになっている。
【００２１】
この実施形態の固形燃料製造装置の使用方法、及び動作について説明する。
この固形燃料製造装置を用いて固形燃料を製造するには、まず、原料を本体１０に供給する。
この実施形態における原料は、樹脂と、バイオマス材料とを含んでいる。樹脂は、具体的には、熱可塑性樹脂であるポリエチレンであり、バイオマス材料は、具体的には、木粉である。また、この実施形態の原料には、加熱した場合に熱硬化性樹脂と同様の振舞いを見せる架橋ポリエチレンが含まれている。ポリエチレンと木粉と架橋ポリエチレンの重量比は、ポリエチレンが３〜２０重量％程度、木粉が５１重量％以上、残部が架橋ポリエチレンである。この実施形態では、架橋ポリエチレン、ポリエチレン、木粉ともに、予め１〜５ｍｍ程度の大きさに粉砕してから、図示せぬ上述の貯留槽に入れられている。もっとも、原料の組成、大きさ等は、必ずしもこれらの条件を充足する必要はない。例えば、バイオマス材料は、籾殻、藁等であってもよい。
原料は、図示せぬ上述の加熱装置によって加熱されてから本体１０に投入される。加熱装置による加熱は、本体１０内で生じる上述の摩擦熱によって上がった原料の温度が、原料内のポリエチレンが溶融するに不足な場合にそれを補償できる程度で構わない。
【００２２】
本体１０に投入された原料は、スクリュー１２によって本体１０の内部を本体１０の先端側に向かって移動していく。その過程で、原料１０は圧縮され摩擦熱によってその温度を益々上げる。原料１０の温度は、ダイス板２１に到達した時点で、原料に含まれるポリエチレンが溶融する温度を超えるようにする。それが可能となるように、本体１０に投入する原料の量とスクリュー１２によって原料１０を押出す速さを調整する。この実施形態では、ダイス板２１に到達した時点の原料の温度は、１３０℃以上、より詳細には、１３０℃〜１８０℃となるようにする。これにより、ダイス板２１（或いは貫通孔２２）の基端側の温度は、１３０℃以上、より詳細には、１３０℃〜１８０℃となる。
【００２３】
原料は、スクリュー１２によって更に押され、貫通孔２２の内部に押込まれる。これにより原料は、円筒形状に成形される。ダイス板２１は、その厚さが大きく、且つその先端側の面は空気により冷却されているので、基端側から先端側にかけて下り傾斜の温度勾配を持つことになる。原料は、貫通孔２２の中を進みながらダイス板２１によって冷やされていき、貫通孔２２の内部でそれに含まれるポリエチレンが硬化することによりある程度の硬さを持つことになり、それによって円筒形状に成形される。それが可能なように、ダイス板２１（或いは貫通孔２２）の先端側の温度は、ポリエチレンが硬化する温度よりも低い温度に保たれる。この実施形態では、ダイス板２１の先端側の温度は、１００℃以下、より詳細には、７０℃〜８０℃を保つようにされるが、ダイス板２１の先端側の温度はそれよりも低い温度であっても構わない。
【００２４】
貫通孔２２の先端側から押出された原料は、切断機構３０が備えるブレード３１によって切断され下方に落下する。落下した原料が、固形燃料である。ブレード３１の回転速度を適当に調整することにより、切断されて落下する原料の長さを調整することができる。落下する原料の長さを適当な範囲に調整すれば、固形燃料はペレット状になる。
【００２５】
＜変形例１＞
変形例１による固形燃料製造装置は、基本的に第１実施形態のそれと同様に構成されている。変形例１による固形燃料製造装置が、第１実施形態の固形燃料製造装置と異なるのは、ダイス２０の構成である。
より詳細には、変形例１における固形燃料製造装置のダイス２０のダイス板２１に設けられた貫通孔２２の形状が、第１実施形態の貫通孔２２の形状と若干異なっている。
【００２６】
変形例１における貫通孔２２は、第１実施形態の場合の貫通孔２２と同様にその長さ方向のすべての部分で断面が円形である。但し、変形例１における貫通孔２２は、第１実施形態の場合と異なり、長さ方向のすべての部分でその径が同じにはなっていない。
図２に示したように、変形例１における貫通孔２２は、その基端側の径が先端側の径より大きくなっている。
貫通孔２２は、図２（イ）に示したように、基端側から先端側に向けての途中まで、先端側に向かって細くなるようなテーパを与えられていてもよい。また、貫通孔２２は、図２（ロ）に示したように、基端側から先端側に向けての途中まで、先端側に向かって細くなるようなテーパを持ち、且つその部分にドーナツ形状の段差を備えていてもよい。
変形例１における固形燃料製造装置の使用方法及び動作は、第１実施形態の固形燃料製造装置のそれと同様である。変形例１のような貫通孔２２を有するダイス２０は、貫通孔２２の内部への原料の侵入がスムーズに行えるようなものとなる。
【００２７】
＜変形例２＞
変形例２による固形燃料製造装置は、基本的に第１実施形態のそれと同様に構成されている。変形例２による固形燃料製造装置が、第１実施形態の固形燃料製造装置と異なるのは、ダイス２０の構成である。
より、詳細には、変形例２における固形燃料製造装置におけるダイス２０は、第１実施形態のダイス２０が備えなかった冷却機構を備えている。
【００２８】
冷却機構の構造を、図３及び図４を用いて説明する。
図３は、変形例２における固形燃料製造装置のダイス２０付近を拡大した側断面図である。図４は、同固形燃料製造装置の正面図である。
冷却機構は、この実施形態では、ダイス２０のダイス板２１の先端側の面に当接するような状態を保ちながら配された、曲りくねったパイプ４０により構成される。この実施形態では、固形燃料の製造時に、パイプ４０の中に水が通されるようになっている。
変形例２における固形燃料製造装置の使用方法及び動作は、第１実施形態の固形燃料製造装置のそれと基本的に同様である。ただし、変形例２における固形燃料製造装置で固形燃料を製造する場合には、図４におけるパイプ４０の一端側から他端側へ流される水がダイス板２１の先端側の面と熱交換を行い、ダイス板２１の先端側の面が冷却される。これにより、変形例２のダイス板２１は、第１実施形態で説明した如き温度条件を容易に満たし得る。
なお、冷却機構は、パイプ４０を用いた如き水冷のみでなく、常温或いは常温よりも低い温度の風をダイス板２１の例えば先端に送る送風機などとして構成してもよい。
【００２９】
＜変形例３＞
変形例３による固形燃料製造装置は、基本的に第１実施形態のそれと同様に構成されている。変形例３による固形燃料製造装置が、第１実施形態の固形燃料製造装置と異なるのは、ダイス２０の構成である。
変形例３のダイス２０のダイス板２１には、断熱層Ｌが設けられている。
【００３０】
断熱層Ｌは、例えば、図５（イ）に示したように、ダイス２０の基端側の表面に設けられていてもよい。この場合、断熱層Ｌは、ダイス２０の基端側の表面にダイス２０と一体として設けられていてもよい。断熱層Ｌは、或いは、例えば、板状、シート状に形成されていてもよく、その場合にはダイス２０とは一体でない断熱層Ｌは、ダイス２０の表面に当接されるようにして配される。断熱層Ｌには、貫通孔２２と干渉しないように孔が開けられており、原料が押出孔に入る際に断熱層Ｌがそれを妨げないようになっている。
断熱層Ｌの存在により、本体１０内の原料が持つ熱は、ダイス板２１に伝わりにくくなる。これにより、貫通孔２２内の温度は貫通孔２２の全長に亘って下がり、また、貫通孔２２の内部で原料中のポリエチレンが硬化し易くなる。
或いは、断熱層Ｌは、図５（ロ）に示したように、ダイス板２１の厚さ方向の所定の部分に、設けられていてもよい。この場合、ダイス板２１は、厚さ方向の所定の部分を境に、基端側と先端側に分割される。断熱層Ｌは、ダイス板２１の分割された部分に位置することになる。断熱層Ｌは、分割されたダイス板２１のうちの基端側のものの先端側の面に一体に設けられてもよく、また、分割されたダイス板２１のうちの先端側のものの基端側の面に一体に設けられてもよい。断熱層Ｌが、例えば、板状、シート状に形成されている場合には、断熱層Ｌは、基端側のダイス板２１と先端側のダイス板２１に挟まれた状態で配置される。断熱層Ｌには、図５（イ）で示した場合と同様に、貫通孔２２と干渉しないように孔が開けられる。
断熱層Ｌの存在により、本体１０内の原料が持つ熱は、ダイス板２１の基端側には伝わるが、ダイス板２１の断熱層Ｌよりも先端側には伝わりにくくなる。これにより、貫通孔２２の断熱層Ｌよりも先端側の部分の温度が下がり、貫通孔２２の内部で原料中のポリエチレンが硬化し易くなる。
断熱層Ｌは、断熱性能の高い公知の素材により形成できる。例えば、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどのフッ素樹脂により、断熱層Ｌを作ることができる。フッ素樹脂は、塗布などにより所定の対象と一体化することもできるし、板状、シート状等適宜の形状に成形することができる。図５に示したいずれの場合であっても、フッ素樹脂により断熱層Ｌを作るに困難はない。
なお、変形例３における固形燃料製造装置の使用方法及び動作は、第１実施形態の固形燃料製造装置のそれと同じである。
【００３１】
≪第２実施形態≫
図６を用いて、第２実施形態による固形燃料製造装置について説明する。
第２実施形態による固形燃料製造装置は、基本的に第１実施形態の固形燃料製造装置と同様の構造である。第２実施形態による固形燃料製造装置が、第１実施形態の固形燃料製造装置と異なるのは、ダイス２０の構成である。
第２実施形態における固形燃料製造装置におけるダイス２０は、第１実施形態の固形燃料製造装置が持たなかった細管２３を備えている。  
【００３２】
細管２３は、その基端側をダイス板２１に固定されている。この実施形態では、細管２３の先端は、ダイス板２１の表面に固定されている。細管２３は、円筒形状の金属製の管であり、その内径は、ダイス板２１に設けられた貫通孔２２の径と同じになっている。細管２３は、貫通孔２２と同軸に位置決めされている。第２実施形態では、貫通孔２２の内面と細管２３の内面によって形成される一連の孔が、本願発明における押出孔となる。
【００３３】
第２実施形態の固形燃料製造装置の使用方法及び動作は、第１実施形態の固形燃料製造装置のそれと同様である。
本体１０に投入された原料は、スクリュー１２によって本体１０の内部を本体１０の先端側に向かって移動していく。原料は、貫通孔２２に押込まれ、そのまま細管２３の内部に進む。細管２３は、空気に接触する表面積が大きいので冷え易く、それ故、細管２３内の原料１０も冷え易い。第２実施形態でも、第１実施形態の場合と同様、ダイス板２１に到達した時点の原料の温度は、１３０℃以上、より詳細には、１３０℃〜１８０℃であり、ダイス板２１（或いは貫通孔２２）の基端側の温度は、１３０℃以上、より詳細には、１３０℃〜１８０℃となっているが、細管２３内で原料は効率よく冷やされ、原料内のポリエチレンは効率よく固まる。細管２３の先端側の温度は、第１実施形態におけるダイス板２１（或いは貫通孔２２）の先端側の温度と同様、ポリエチレンが硬化する温度よりも低い温度、例えば、１００℃以下、より詳細には、７０℃〜８０℃を保つ。
細管２３の先端側から押出された原料は、切断機構３０が備えるブレード３１によって切断され下方に落下して、ペレット状の固形燃料となる。
第２実施形態の固形燃料製造装置も、上述の変形例２で述べたような冷却機構を備えていてもよい。
また、第２実施形態の固形燃料製造装置も、上述の変形例３で述べたような断熱層を備えていてもよい。断熱層は、変形例３で述べたように、ダイス板２１の基端側の表面に存在してもよいし、ダイス板２１の厚さ方向の所定の部分に存在してもよい。
【００３４】
＜変形例４＞
第２実施形態の固形燃料製造装置の変形例である変形例４について説明する。
変形例４による固形燃料製造装置は、基本的に第２実施形態のそれと同様に構成されている。変形例４による固形燃料製造装置が、第２実施形態の固形燃料製造装置と異なるのは、ダイス２０に設けられた貫通孔２２の形状である。
変形例４の貫通孔２２の形状は、図７に示したように、変形例１における貫通孔２２と同様に、その基端側の径が先端側の径より大きくなっている。図７（イ）に示した貫通孔２２は、図２（イ）に示した貫通孔２２と、図７（ロ）に示した貫通孔２２は、図２（ロ）に示した貫通孔２２と、それぞれ同様の形状となっている。
そして、変形例４の固形燃料製造装置の細管２３は、その基端を貫通孔２２に挿入されている。
図７（イ）に示した例によれば、細管２３は、貫通孔２２の全体を一定の厚さで覆うような形状とされている。必ずしもそうする必要はないが、細管２３の基端側の端面は、ダイス板２１の基端側の面と面一とされている。細管２３は、ダイス板２１と必ずしも固定されている必要はない。細管２３を図示したような状態で貫通孔２２に挿入すると、固形燃料の製造時には、原料からの圧力が細管２３にその先端側に向かう方向でかかるため、太くなっている細管２３の基端部が貫通孔２２のテーパが与えられている部分に係止されるからである。この例では、細管２３の内側の面が、本願発明でいう押出孔となる。
図７（ロ）に示した例によれば、細管２３は、貫通孔２２の先端側の径の変わらない部分と、貫通孔２２の径の変わらない部分と貫通孔２２のテーパが与えられた部分とを繋ぐドーナツ状の面とを一定の厚さで覆うような形状とされている。細管２３は、ダイス板２１と必ずしも固定されている必要はない。細管２３を図示したような状態で貫通孔２２に挿入すると、固形燃料の製造時には、原料からの圧力が細管２３にその先端側に向かう方向でかかるため、細管２３の基端側のリム状に張り出している部分が貫通孔２２の上述のドーナツ状の面に係止されるからである。この例では、細管２３の内側の面と、細管２３のリム状の部分の基端側の面と、貫通孔２２の細管２３で覆われていない面を併せたものが、本願発明でいう押出孔となる。
変形例４における固形燃料製造装置の使用方法及び動作は、第２実施形態の固形燃料製造装置のそれと同じである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１実施形態による固形燃料製造装置の構造を概略的に示す一部透視図を含む側断面図。
【図２】変形例１の固形燃料製造装置のダイスの構造を示す側断面図。
【図３】変形例２における固形燃料製造装置のダイス付近を拡大した側断面図。
【図４】変形例２における固形燃料製造装置の正面図。
【図５】変形例３における固形燃料製造装置のダイス付近を拡大した側断面図。
【図６】第２実施形態による固形燃料製造装置の構造を概略的に示す一部透視図を含む側断面図。
【図７】変形例４の固形燃料製造装置のダイスの構造を示す側断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１０  本体
２０  ダイス
２１  ダイス板
２２  貫通孔
２３  細管
３０  切断機構
４０  パイプ
【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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