(57)【要約】植物茎を高圧水噴射装置で洗浄しながら外皮と外皮以外の部位とを分離する装置であって、従来、植物繊維を得る手段として、人手により植物茎の外皮と外皮以外とを分離し、多くの人手と時間と大量の水を使い外皮から植物繊維を取り出していたものを、自動で簡単に大量に取り出すことを可能にする。装置で使用された水はフィルターを通して浄化し、再循環させることで極めて少量で済む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物茎を洗浄しながら外皮と外皮以外の部位とを分離する装置であって、
植物茎を長手方向に通過させる入口孔と出口孔が開口され圧力水を内側に向けて噴射する複数のノズルを内部に有する植物茎外皮の剥離容器と、
該剥離容器の入口孔に連結された植物茎よりも大きな内径の植物送りパイプと、
剥離容器の出口孔の近傍に配設された外皮分離排出孔を有する
植物外皮と外皮以外の部位の分離装置。
【請求項２】
植物茎を洗浄しながら外皮と外皮以外の部位とを分離し、かつ、外皮以外の部位を破砕する装置であって、
植物茎を長手方向に通過させる入口孔と出口孔が開口され圧力水を内側に向けて噴射する複数のノズルを内部に有する植物茎外皮の剥離容器と、
該剥離容器の入口孔に連結された植物茎よりも大きな内径の第一の植物送りパイプと、
剥離容器の出口孔の近傍に配設された外皮分離排出孔と、
植物茎を長手方向に通過させる入口孔と出口孔が開口され圧力水を内側に向けて噴射する複数のノズルを内部に有し、前記剥離容器の出口孔に植物茎よりも大きな内径の第二の植物送りパイプを介して連結された植物茎外皮以外の部位の破砕容器と、
該粉砕容器の出口孔の近傍に配設された破砕物排出孔を有する
植物外皮と外皮以外の部位の分離装置。
【請求項３】
植物送りパイプの外周の一部に切り欠き部をもち、該切り欠き部に送りパイプの長手方向に植物茎を移動させる手段が兼備された
請求項１または請求項２の植物外皮と外皮以外の部位の分離装置。
【請求項４】
噴射ノズルから植物茎に噴射後に排出された排出水を収集して濾過する手段、
濾過後の浄化水を循環再利用するために噴射ノズルへ送る送流手段
を兼備した請求項１から請求項３に記載された植物外皮と外皮以外の部位の分離装置
【請求項５】
剥離容器内の複数のノズルに２００キロパスカルから５００キロパスカルの圧力である第一の圧力水を供給する手段と、粉砕容器内の複数のノズルに第一の圧力水の圧力以上の圧力水供給する手段とを兼備してなる
請求項２の植物外皮と外皮以外の部位の分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は植物茎を高圧水で洗浄しながら外皮と外皮以外の部位とを分離する装置である。たとえば、豪州などで大規模栽培されるケナフの茎の処理にもちいるものである。
【背景技術】  化学合成物質は自然界に廃棄されると有害な性質を保持したまま長期間存在し、生態系に悪影響を与える。近年はこのような問題から、環境負荷を軽減するため化学合成された人工物と同等の特性・機能を有する自然界の物質をできるだけ有効利用しようという社会的要請がある。もちろん植物も有効利用の対象である。
たとえば豪州などで大規模栽培されるケナフの茎にて、その外皮を外皮以外の部位から効率よく分離し繊維を抽出し、化学合成繊維に換えて利用することができる。
また、ケナフ茎の芯の部分は、樹脂充填材、建築用材料、紙パルプとして利用することができる。
こういった植物の有効利用を実現するために植物外皮と外皮以外の部位の分離を簡便かつ大量に行う方法と装置が切望されている。
従来技術においては、微生物発酵により植物茎を腐らせ、水を加え破砕しつつ撹拌して繊維を取り出す方法（特開２００２−１１５１８８「製紙パルプの製造方法」）、あるいは、ケナフの茎を微生物分解処理し、茎を水中で撹拌して繊維とコアとを分離し、靭皮繊維を回収する技術が特開２００１−３３６０２２「ケナフ靭皮繊維の採取方法」に記載されている。
また、特開昭６２−１２６９６４「食用植物の外皮剥離方法及び装置」にて植物茎の外皮の「皮むき」をウォータジェット（噴流水）でおこなう技術が開示されている。
同様に高圧水を利用する技術として、古木材の表面を機械的に傷つけ、または粗面化し、その木材を水中浸漬後１２０〜１６０℃の蒸気で蒸気処理し、除去すべき表面層を高圧水により分離する技術（特表平１１−５１０７５１「古い木材の処理方法」）も開示されている。
これらの従来技術は微生物発酵や浸漬時間が長く、また、水を大量に必要するため、水資源が豊富な場合はよいがそうでない場合には実施が困難であるという問題があった。
また、大規模栽培されるケナフの利用法として、ケナフ茎を芯と皮に分離した後、一定長に切断し、水と混合し、撹拌粉砕し、水煮の工程を経て化学処理を施さずに、植物繊維を取り出す方法が特許２９６００６３「ケナフパルプの作製方法」に開示されている。しかし、該特許２９６００６３は方法が開示されているだけであり、記載された方法を効率よく実現する装置について具体的に明示されていない。
また、特開２００１−２８８６８６「ケナフパルプの作製方法及びケナフパルプ」では、生ケナフを圧搾して絞り汁を搾取し、絞り汁を搾取された生ケナフの表皮を水洗いで剥離する前処理を施してから切断し、生チップを作製する方法が開示されている。しかしこの方法は多くの水を必要とする問題があるし、記載された方法を効率よく実現する装置について具体的に明示されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】  植物外皮と外皮以外の部位の分離を簡便かつ簡単で大量に行う装置の提供を課題とする。また、水資源が豊富でない場合にも実施できる構成の実現も課題とする。
【課題を解決するための手段】  本発明は、噴射高圧水により植物茎の皮を洗浄すると共に、皮の繊維をバラバラにほぐし芯と外皮とを分離する剥離容器を配備したものである。さらにこれに直列に連結した高圧水噴射で芯を破砕する破砕容器を兼備した構成も好適である。さらに、使用する高圧水は浄化され再利用するための送水手段を設けても良い。
すなわち、（請求項１）植物茎を洗浄しながら外皮と外皮以外の部位とを分離する装置であって、植物茎を長手方向に通過させる入口孔と出口孔が開口され圧力水を内側に向けて噴射する複数のノズルを内部に有する植物茎外皮の剥離容器と、該剥離容器の入口孔に連結された植物茎よりも大きな内径の植物送りパイプと、剥離容器の出口孔の近傍に配設された外皮分離排出孔を有する植物外皮と外皮以外の部位の分離装置である。
またすなわち、本発明は前記の構成にさらに破砕容器を兼備した構成が好適であり（請求項２）、植物茎を洗浄しながら外皮と外皮以外の部位とを分離し、かつ、外皮以外の部位を破砕する装置であって、植物茎を長手方向に通過させる入口孔と出口孔が開口され圧力水を内側に向けて噴射する複数のノズルを内部に有する植物茎外皮の剥離容器と、該剥離容器の入口孔に連結された植物茎よりも大きな内径の第一の植物送りパイプと、剥離容器の出口孔の近傍に配設された外皮分離排出孔と、植物茎を長手方向に通過させる入口孔と出口孔が開口され圧力水を内側に向けて噴射する複数のノズルを内部に有し、前記剥離容器の出口孔に植物茎よりも大きな内径の第二の植物送りパイプを介して連結された植物茎外皮以外の部位の破砕容器と、該粉砕容器の出口孔の近傍に配設された破砕物排出孔を有する植物外皮と外皮以外の部位の分離装置である。
さらに、本発明は植物茎を移動させる手段が兼備された構成でも良い。すなわち、植物送りパイプの外周の一部に切り欠き部をもち、該切り欠き部に送りパイプの長手方向に植物茎を移動させる手段が兼備された植物外皮と外皮以外の部位の分離装置である。
さらにまた、本発明は水資源が豊富でない場合にも実施できる構成として（請求項４）、噴射ノズルから植物茎に噴射後に排出された排出水を収集して濾過する手段、濾過後の浄化水を循環再利用するために噴射ノズルへ送る送流手段を兼備した構成であっても良い。
さらにまた、本発明を好適に実施するためには（請求項５）、剥離容器内の複数のノズルに２００キロパスカルから５００キロパスカルの圧力である第一の圧力水を供給する手段と、粉砕容器内の複数のノズルに第一の圧力水の圧力以上の圧力水供給する手段を兼備していると良い。
【発明の効果】  本発明は従来具体的に提案されていなかった植物外皮と外皮以外の部位の分離を簡便かつ簡単で大量に行う装置であって、以下の効果が期待できる。
すなわち、剥離容器で少量の水による噴射高圧水の衝撃力により、植物茎の皮をバラバラにほぐし、芯と皮を分離し、使用後の処理水は植物繊維と一緒に排出され、汚れを取るフィルターを通して浄化され、再利用することで極めて少ない水量で植物茎の芯と皮を分離できる。また、皮の部分は汚れを洗浄すると共に、繊維をバラバラにほぐして排出され、芯の部分は、皮が剥ぎとられきれいに洗浄されて取り出せる。これらの処理が簡便かつ大量に行うことができる。また、破砕容器を兼備して、芯を利用しやすい破砕物として得ることができる。
さらにまた本装置は用いる高圧噴射の水を循環再利用する構成とすることも容易であるので処理水を節約する必要のある水資源が豊富でない場合にも実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】  図２は、本発明の剥離容器または破砕容器の平面図である。図中の点線は剥離容器または破砕容器の外壁を示す。図３は図２の斜視図である。同様に図中の点線は剥離容器または破砕容器の外壁を示す。剥離容器または破砕容器には、図２図３では図示されない植物茎を長手方向に通過させる入口孔と出口孔が開口されている。
植物茎１は、剥離容器２０あるいは破砕容器３０の内部に有する複数のノズルから噴出される噴射高圧水９を受けて、外皮の汚れと植物繊維以外の水溶性物質を洗い流され、植物繊維がバラバラに解かれる。
噴射圧力は、剥離容器では植物皮繊維２を剥離容器の出口孔の近傍に配設された外皮分離排出孔に向けて吹き飛ばすのに必要かつ十分な圧力に調整する。その圧力としては２００キロパスカルから５００キロパスカルが好適である。低い圧力では剥離しないし、高すぎても繊維が細かくなりすぎたり損傷する。破砕容器では植物の芯がハンドリングしやすい形態と大きさに破砕され粉砕容器の出口孔の近傍に配設された破砕物排出孔に向けて吹き飛ばすのに十分な圧力に調整する。その圧力としては剥離容器のノズルへの供給よりも高い圧力であって、３００キロパスカルから９００キロパスカルが好適である。２００キロパスカルから５００キロパスカルの圧力である圧力水の供給手段、粉砕容器内の複数のノズルに第一の圧力水の圧力以上の圧力水の供給手段は公知の圧力ポンプ、昇圧ポンプ（ブースタ）、公知の圧力制御手段を用いればよい。
図２、図３に示す剥離容器２０あるいは破砕容器３０の内部のノズルは４つのノズルを設置した例を示しているが、ノズル数は適宜増減してよい。また、噴流が植物茎に当たる角度もこの図に限定されない。
図４は、噴射高圧水ノズルにスリット状ノズルを用いて形成した扇型の噴流の図である。扇型の噴流は外皮の剥離に好適である。このようなスリット状ノズルを用いる場合には、その噴射角は、植物茎１の種類により、調整が必要である。たとえばケナフの剥離では噴射角は９０度が好適である。もちろん、扇形噴流ではなく、丸型噴流、直進噴流などを形成するノズルを用いてもよい。それぞれの噴流形態を形成するノズルは公知である。
図１は、本発明の水循環の系統図であり本発明の請求項４を説明するものである。一度使用した高圧噴射の水を循環再利用するために再度噴射ノズルへ送る送流手段を兼備した構成である。図１中の「高圧水噴射Ａ」は剥離容器の中の処理を示すものである。図５は、図１と同様に本発明にて破砕容器が兼備された場合（請求項２）に、噴射水循環再利用系統図である。破砕容器にて一度使用した高圧噴射の水を循環再利用するために再度噴射ノズルへ送る送流手段を兼備している。図５中の「高圧水噴射Ａ」は剥離容器の中の処理を示すものであり、「高圧水噴射Ｂ」は破砕容器の中の処理を示すものである。図１図５に示す水循環の系統にては、フィルター６の付いた高水圧供給装置７（排出水を収集して濾過する手段）によって剥離容器または破砕容器に高圧水が再利用すべく送流される。
すなわち、剥離容器では、植物茎１が植物皮繊維２と植物芯４に分離され、植物皮繊維２と植物芯４は、植物皮繊維容器３と植物芯容器５に排出される一方、植物皮繊維容器３と植物芯容器５にて余剰な水は、それぞれの容器からフィルター６に送られ浄化され、高圧水供給装置７によって、再び高圧水として使用される。
またすなわち、破砕容器では、高圧水噴射Ｂの処理で植物芯４を破砕し破砕された植物芯１０は破砕植物芯容器１１に排出される一方、その際の余剰水は、破砕植物芯容器１１よりフィルター６に送られ浄化され、高圧水供給装置７によって、再び高圧水として使用される。
図６は、本発明の剥離容器部を示す斜視図である。図中の１２「送りユニット」のように植物送りパイプの外周の一部に切り欠き部をもち、該切り欠き部に送りパイプの長手方向に植物茎を移動する手段を配備すれば大量処理に好適である。
図６の送りユニットは、ふたつの回転体で送りパイプ切り欠き部にて植物茎を挟んで回転体外周の摩擦力で茎を下方に送る構成である。
図７は、図６の側面図である。剥離容器の出口孔の近傍に配設された外皮分離排出孔１３が植物皮繊維２を自然滑落させるように傾斜角をもって配設されている。皮が乾く程度に半乾燥させ、適度の長さに切断した植物茎１であれば、材料送りユニット１２によって連続的に供給し易い。ノズルによる噴射高圧水を受け、植物皮繊維２（外皮）は外皮分離排出孔１３から自然滑落排出され、植物芯４は植物芯排出パイプ１４から排出される。
図８は、剥離容器と破砕容器を連結した構成（請求項２）を示す図である。図８にて植物皮繊維２（外皮）は剥離容器の外皮分離排出孔１３から排出され、破砕植物芯１０は破砕容器の破砕物排出孔１３から排出される。
図７、図８の例のように植物茎の送りパイプは必ずしも垂直でなくとも良く、斜めであっても水平であっても、１２「送りユニット」にて植物茎を移動（フィード）できるならかまわない。また、剥離容器と破砕容器が３つ以上連結された構成でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水循環の系統を説明する図
【図２】本発明の剥離容器または破砕容器の平面図
【図３】本発明の剥離容器または破砕容器の斜視図
【図４】スリット状ノズルを用いて形成した扇型の噴流を示す図
【図５】本発明にて破砕容器が兼備された場合の高圧水循環再利用の系統図
【図６】本発明の剥離容器部と植物茎を移動する手段を示す斜視図
【図７】図６の側面図
【図８】剥離容器と破砕容器を連結した構成（請求項２）を示す図
【符号の説明】
１  植物茎
２  植物皮繊維
３  植物皮繊維容器
４  植物芯
５  植物芯容器
６  フィルター
７  高圧水供給装置
９  噴射高圧水
１０  破砕植物芯
１１  破砕植物芯容器
１２  材料送りユニット（植物茎を移動する手段）
１３  外皮分離排出孔
１４  植物芯排出パイプ
１５  破砕物排出孔
２０  剥離容器
３０  破砕容器
【図１】
2005113865.tif 000002
【図２】
2005113865.tif 000003
【図３】
2005113865.tif 000004
【図４】
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【図５】
2005113865.tif 000006
【図６】
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【図７】
2005113865.tif 000008
【図８】
2005113865.tif 000009
【国際調査報告】
2005113865.tif 000010
2005113865.tif 000011