JP2006334463A - 生物系物質の爆砕膨軟化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 倒木材などをその現場付近で一つの工程で破砕摩耗し、蒸煮して水蒸気爆砕させて膨軟化させ、堆肥、家畜用敷料、人工土壌、飼料、水分調整剤などの上質な素材を容易に処理できる装置がなかった。
【解決手段】 スパイラル刃２０を有する回転軸２と、回転軸２の長手方向に複数設けられる破砕室１と、破砕室１内に水分を供給可能な給水装置９と、破砕室１間に設けられ室間通過口３０を有するとともに被破砕物のスパイラル刃２０の回転により移動する流れの上流方向向きの壁面に被破砕物摩耗用凹凸３１を有する仕切り板３と、上流部に設けられる原料投入口４と、下流部に設けられる多数の排出口５０を設けるとともにヒーター８を備えた排出板５とを有する生物系物質の爆砕膨軟化装置Ａによる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、生物系物質の爆砕膨軟化装置、詳細には、間伐材や伐採された木材の枝葉、樹皮、及び竹、笹、葦などの竹笹類などの植物系物質や、カニ殻などの動物系物質などの生物系原料である被破砕物を破砕し、それらの植物繊維やカニ殻などを摩耗して解繊し、高温により細胞内の水分の水蒸気化により細胞壁を破壊し、原料のある現場で原料を膨軟化させることの可能な生物系物質の爆砕膨軟化装置に関する。

木材チップやプラスチック廃材などの産業廃棄物を粉末に近い状態まで破砕する破砕機としては、特開２０００−２６２９１３号公報（従来技術１）が公知である。

従来技術１の「破砕機」は、「被破砕物を搬送する案内路内に２本の回転軸が平行に横に並べて備えられ、その２本の各回転軸の周囲には、帯状の破砕刃が回転軸の後端からその先端に向けて互いに逆方向にスパイラル状に起立させて一体に巻き付けられ、前記の２本の回転軸には、該２本の各回転軸を破砕刃の巻き付け方向に同一速度で互いに逆方向に同期回転させる回転手段が連結され、その２本の各回転軸を破砕刃の巻き付け方向に同一速度で互いに逆方向に同期回転させた際には、その２本の各回転軸周囲にスパイラル状に巻き付けられた破砕刃が、その２本の回転軸の内側間で互いに噛合し合いながら回転するように構成され、前記の２本の回転軸周囲に巻き付けられた破砕刃の外側縁部の表側とその裏側には、複数の破砕チップが所定のピッチで起立させて並べて付設されて、２本の各回転軸を破砕刃の巻き付け方向に同一速度で互いに逆方向に同期回転させた際には、その２本の回転軸周囲の破砕刃の外側縁部の複数の各破砕チップが、その２本の回転軸の内側間でその近くを通過する他の破砕刃又は他の破砕チップと微小間隙をあけて噛合し合いながら回転するように構成され、前記案内路には、該案内路内後部に被破砕物を搬入するための搬入口と、２本の回転軸の周囲にスパイラル状に巻き付けられた破砕刃により案内路内をその先方に搬送された被破砕物を案内路外部に搬出するための搬出口とが設けられた」装置である。

また、特開２００３−１５９５４５号公報に「２軸スクリューシャフト式粉砕機（従来技術２）」が開示されている。

従来技術２は、「２個のシリンダーを平行に配置し、各々のシリンダーに左不等ピッチスクリューシャフトと右不等ピッチスクリューシャフトとをスクリューが交差するようにして回転自在に収容し、左不等ピッチスクリューシャフトと右不等ピッチスクリューシャフトとのスクリューピッチは廃棄物の投入側を長く、排出側に行くにしたがって短く設定し、左不等ピッチスクリューシャフトと右不等ピッチスクリューシャフトとは各々内側方向に向けて回転させ、シリンダーの下流側終端開口に排出板を設け、排出板に対向する箇所の左不等ピッチスクリューシャフトと右不等ピッチスクリューシャフトにカッターを設けている」装置である。従来技術２は、上記の構成により「水分の多い廃棄物や硬質の廃棄物のいずれが投入されたときでも廃棄物を粉砕する」作用を有する。

更に、特開昭５２−１１１８号公報に「繊維質素材の組織膨軟破壊方法」（従来技術３）の開示がある。従来技術３には、「素材投入口、スクリュー羽根を有する回転軸部分とこれに続く回転軸部分が分割可能な回転軸、回転軸に設ける一定外径のスクリュー羽根及び次第に異径縮小されたテーパー状スクリュー羽根を有する素材移送部、移送素材の加圧圧縮部、軸方向に沿った突条よりなるカッター」等の構成要素の開示がある。

更にまた、「繊維質素材の組織破壊装置」として特公昭５６−４８２１２号公報（従来技術４）がある。従来技術４には、従来技術３と同じ構成の「素材投入口、スクリュー羽根を有する回転軸部分とこれに続く回転軸部分が分割可能な回転軸、回転軸に設ける一定外径のスクリュー羽根及び次第に異径縮小されたテーパー状スクリュー羽根を有する素材移送部、移送素材の加圧圧縮部、軸方向に沿った突条よりなるカッター」等の構成要素に加えて「カッターの突条が異径部周壁に均等間隔をもって複数条配置」される構成の開示がある。

また、特開２００３−１１３８号公報に「剪定枝破壊装置、不定形素材破壊装置及び剪定枝破壊方法」（従来技術５）の開示がある。従来技術５の剪定枝破壊方法は、「剪定枝を投入口から投入する工程と、加工軸部を回転させ投入された剪定枝を前方の排出用開口部へ移送するとともに水分を含んだ状態で圧縮していく工程と、圧縮され加圧状態にある剪定枝を一気に減圧しながら排出する工程」を有するとともに、「投入されたチップに給水し例えば含水率を３０〜５０％程度とするための給水手段３（従来技術５の３頁４欄３０行乃至３２行）」の開示がある。
特開２０００−２６２９１３号公報（従来技術１） 特開２００３−１５９５４５号公報（従来技術２） 特開昭５２−１１１８号公報（従来技術３） 特公昭５６−４８２１２号公報（従来技術４） 特開２００３−１１３８号公報（従来技術５）

一般的に、間伐材などの枝葉等の原料を破砕摩耗する装置は、例えば上述した従来技術１乃至５の様に様々知られているが、原木の状態から細かく破砕し確実に細胞壁を破壊して膨軟化しそのまま使用できる生産物とすることはできず、それらの装置や方法で処理された生産物は、別な装置で２次加工処理されていた課題があった。すなわち、従来技術１及び従来技術２の装置では、装置に投入される廃棄物等の被破砕物を磨り潰すような作用はなかった。特に植物質系の間伐材や伐採された木材の枝葉、樹皮、及び竹、笹、葦などの竹笹類などの主に植物系物質を磨り潰して植物繊維を解きほぐして、そのとき発生する摩擦熱によって生産される破砕解繊物質を殺菌する作用効果は有していなかった。

また、従来技術３及び従来技術４には、スクリュー羽根による素材移送部、加圧圧縮部が開示され、従来技術５には、加圧圧縮部に加えて「チップの含水率を３０〜５０％とする給水手段」が開示されている。しかし、これらによっても細胞壁を破壊して原料の大部分を確実に膨軟化させることはできない課題があった。

従来技術１乃至５に開示される装置、方法では、自然災害などで発生する多数の倒木材を、その現場に置いて１つの装置、１つの工程で細胞壁を破壊して膨軟化させて有効な生産物として再生させるコンパクトな装置は知られていなかった。

上記課題を解決するため、スパイラル刃を有する回転可能な回転軸と、回転軸の長手方向に複数設けられる破砕室と、破砕室内に水分を供給可能な給水装置と、破砕室間に設けられ室間通過口を有するとともに被破砕物のスパイラル刃の回転により移動する流れの上流方向向きの壁面に被破砕物摩耗用凹凸を有する仕切り板と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの上流部に設けられる原料投入口と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの下流部に設けられる多数の排出口を設けるとともにヒーターを備えた排出板とを有することを特徴とする生物系物質の爆砕膨軟化装置を提案する。

また、スパイラル刃を有する回転可能な回転軸と、回転軸の長手方向に複数設けられる破砕室と、破砕室内に温水を供給可能な給水装置と、破砕室間に設けられ室間通過口を有するとともに被破砕物のスパイラル刃の回転により移動する流れの上流方向向きの壁面に被破砕物摩耗用凹凸を有する仕切り板と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの上流部に設けられる原料投入口と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの下流部に設けられる多数の排出口を設けるとともにヒーターを備えた排出板とを有するとともに、原料投入口から投入される原料をスパイラル刃により下流側の破砕室へ移動させつつ仕切り板の被破砕物摩耗用凹凸とスパイラル刃により破砕摩耗し、更に給水装置にて温水を供給可能かつヒーターを備えた排出板と接する破砕室内で、破砕摩耗された原料に温水と熱と圧力を加えつつ排出板の排出口から排出することにより原料の細胞壁を破壊することを特徴とする生物系物質の爆砕膨軟化装置を提案する。

上記００１２欄及び００１３欄の仕切り板が、ヒーターを備えた仕切り板である生物系物質の爆砕膨軟化装置、複数の破砕室に位置するスパイラル刃のピッチが、上流側の破砕室より下流側の破砕室の方が小さいピッチのスパイラル刃である上述した各生物系物質の爆砕膨軟化装置、回転軸に設けられ各破砕室に位置する各スパイラル刃の下流側端部が、それぞれ仕切り板の上流方向向きの壁面と近接している上述した各発明に記載の生物系物質の爆砕膨軟化装置、破砕室間に設けられる仕切り板の室間通過口が、仕切り板の厚さの中で上流側の開口面積より下流側の開口面積の方が広い面積の開口面積を有している室間通過口である上述した各生物系物質の爆砕膨軟化装置を提案する。

この発明によれば、倒木材などの原料を一つの装置、１つの工程において加熱、加水、加圧することにより１人乃至数人という非常に少ない人数の作業者によって容易に原料の細胞壁を破壊して膨軟化させて有効利用可能な生産物として再生させることができる。

また、スクリュー刃による加圧、給水装置による加水とともにヒーターによる加熱ができるため、各破砕室内において被破砕物（原料）の温度管理が容易にでき、摩擦熱に頼ることなく、より高温状態にすることも可能となった。したがって、破砕摩耗された被破砕物が排出口通過時、その高温度を正確に保つことができ、被破砕物は、蒸煮され細胞壁を爆砕されて膨軟化されるため従来と比べ多様な利用分野を有する生産物が確実に生産されるようになった。

間伐材などの植物系の原料やカニ殻などの原料は、破砕し磨り潰されるとともにスパイラル刃による加圧、給水装置からの加水、さらにヒーターによる加熱により破砕室内で１９０℃〜２１０℃、排出板の排出口で２７０℃〜３３０℃の高温になり自動的に加熱殺菌されるとともに、水蒸気爆砕により細胞壁を破壊することができ、細胞壁まで細胞単位で破壊され膨軟化した生産物は、改めて加熱殺菌の必要がなく吸水性も向上するため、良質な堆肥、家畜用敷料、家畜用飼料、土壌表面に撒き雑草を防止したりする人工土壌、生ゴミの水分を調整する水分調整剤などに利用することができる。

更に、原料の種類によって加熱温度、加水水量などを変化調整して、その原料に適した加熱温度、加水水量に調整し、倒木材などを上質な生産物として再利用することができる。

また、この発明は、コンパクトで移動が容易であり、山林などにも運搬が容易であるため、台風などの自然災害で発生する多数の倒木材や、ダムに流れ着く多量の木材など山間の僻地でも容易に搬送ができ、その現地において容易に処理することが可能になり、それらの倒木材を上述したような有効な再生物に生産でき、物質の自然循環に寄与するという大きな効果がある。

また、この発明は、回転軸の長手方向に複数設けられる破砕室と、破砕室間に設けられ室間通過口を有するとともに被破砕物のスパイラル刃の回転により移動する流れの上流を向いた壁面に被破砕物摩耗用凹凸を有する仕切り板によって、かなり大きな太い枝でも複数の破砕室間を順次通過する毎に破砕と摩耗により、より小さな破砕片になっていくため破砕片の一部が団子状態になることがなく、装置が詰まることが従来に比べ非常に減少した。

この発明の生物系物質の爆砕膨軟化装置の第１実施形態の正面を示す図１、平面を示す図２、上流側から見た側面を示す図３、第２実施形態の正面を示す図４、平面を示す図５、第３実施形態の正面を示す図６、平面を示す図７、この発明の実施形態のヒーターを設けた仕切り板を示す図８、同じく排出板を示す図９、同じく上流から下流への一連の仕切り板及び排出板の実施形態の１つを示す図１０乃至図１２、原料投入口の平面図である図１３、細胞壁が破壊される状態の説明図である図１４、排出板付近の内部状態を示す説明図である図１５、仕切り板の横断面図を示す図１６に基づいて説明する。

図１乃至図３に示す、この発明の第１実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置Ａ１は、並行に設けられ互いに逆方向のスパイラル刃２０、２１を有する２本の回転軸２ａ、２ｂと、回転軸２ａ、２ｂの長手方向に上流側からそれぞれ第１破砕室１ａ、第２破砕室１ｂ、第３破砕室１ｃと３つ設けられる破砕室１と、第１破砕室１ａと第２破砕室１ｂ間に設けられる第１仕切り板３ａ、第２破砕室１ｂと第３破砕室１ｃ間に設けられヒーター８を有する第２仕切り板３ｂと、第２破砕室１ｂ及び第３破砕室１ｃに温水を給水できる給水装置９と、第１破砕室１ａの上部に開口する原料投入口４と、第３破砕室１ｃの下流側に設けられる排出口５０とヒーター８を有する排出板５と、減速機６と、モータ７とを有する。Ｆはフレーム台であり、車輪Ｆ１を有して移動可能である。被破砕物は、原料投入口４から装置内へ投じられスパイラル刃２０、２１の回転により移動する。この明細書において上流下流の意味は、スパイラル刃２０、２１の回転により移動する被破砕物の流れの上流下流を意味する。

図１３は、第１破砕室１ａの上部に開口する原料投入口４の平面図であり、原料投入口４は、上面が開口する角筒状からなる。筒部の中間に危険防止用バー４０を２本設けている。危険防止用バー４０は、太い枝などが投入され、スパイラル刃２０、２１に巻き込まれるときに上端部が、大きな動きや異常な動きをすることを防止する。

破砕室１及び回転軸２は、この破砕装置を水平に載置した場合にほぼ水平になるように設けられる。しかし破砕室１及び回転軸２は別の実施形態としては、この破砕装置を水平に載置した場合、ある程度下流側が下方になるような傾斜を有してもよい。複数の回転軸２ａ、２ｂは、この実施例では２本であるが、２本以上の本数を並行に並べ互いに逆方向のスパイラル刃を有する構成も可能である。複数の回転軸のうちの一本の回転軸２ａは、減速機６と連結しており、減速機６はモータ７とベルト７０によって回転伝動されておりモータ７の回転を適宜減速して回転軸２ａに伝動する。一本の回転軸２ａは、対となる回転軸２ｂにギア２３によって逆回転を伝動している。

複数の破砕室１は、この実施形態では上流から下流に掛けて３つ、上流側から第１破砕室１ａ、第２破砕室１ｂ、第３破砕室１ｃからなり、それぞれ１つの筒状壁面１０に被覆されている。それぞれの破砕室１の筒状壁面の上面は容易に着脱可能なようにボルト等により左右壁面又は下壁面と連結される。複数の破砕室１の数は２つ以上あればよい。

第１破砕室１ａは、その上流側を上流側壁板１１によって、下流側を第２破砕室１ｂとの間に設ける第１仕切り板３ａによって区分されており、上面は開口して原料投入口４の下端と連結している。同様に第２破砕室１ｂは、その上流側を第１破砕室１ａとの間に設ける第１仕切り板３ａにより、また下流側を第３破砕室１ｃとの間に設ける第２仕切り板３ｂによって区分されている。第３破砕室１ｃは、その上流側を第２破砕室１ｂとの間に設ける第２仕切り板３ｂにより、また下流側は排出口５０を多数有している排出板５によって区分されている。

第１実施形態では、第２破砕室１ｂ、第３破砕室１ｃのそれぞれ上面部に給水管９０を開口させる。給水管９０は、最上流部に加熱装置を備えた給水槽９１を備え、給水管９０に給水ポンプ９２、水量調整バルブ９３を設けて給水装置９を構成する。他の実施例では給水槽９１に加熱装置を設けず常温の水を給水管９０から第２破砕室１ｂ、第３破砕室１ｃへ給水する。

第１破砕室１ａ、第２破砕室１ｂ、第３破砕室１ｃのそれぞれの室内を２本の回転軸２ａ、２ｂが並行に貫通しており、２本の回転軸２ａ、２ｂは、互いにスパイラルの方向が逆方向でかつ一定の刃幅で互いに重なり合うスパイラル刃２０、２１を軸に固定して設けている。スパイラル刃のピッチＰは、上流側に位置する破砕室１に設けられたスパイラル刃２０、２１ほど相対的に下流側に位置する破砕室１に設けられたスパイラル刃２０、２１より大きい。したがって第１破砕室１ａに配設される第１スパイラル刃２０ａ、２１ａのピッチＰａの方が、より下流側の第２破砕室１ｂに配設される第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂのピッチＰｂより大きい。同様に第２破砕室１ｂに配設される第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂのピッチＰｂは、より下流側の第３破砕室１ｃに配設される第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃのピッチＰｃより大きい。破砕室数がＮ室の場合、一番下流側に配設されるスパイラル刃２０ｎ、２１ｎのピッチＰが一番小さくなる。

複数の破砕室１の数は、２つ以上であればよく、それぞれの破砕室１内に位置するスパイラル刃３のピッチが上流から下流に行くにしたがって小さくなればよい。最上流側の第１破砕室１ａに位置する第１スパイラル刃２０ａ、２１ａは、破砕及び／又は掻き込み作用を持たせたものであり図１０に示すように切欠部２００を有している。図１１は、第２破砕室１ｂに位置する第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂ又は第３破砕室１ｃに位置する第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃの側面説明図である。

各スパイラル刃２０、２１は、その下流側端面で各仕切り板３の上流方向向きの壁面３３とほぼ平行で近接して回転可能なように形成され配設される。

仕切り板３は、この発明の実施形態では、破砕室１が３つなので２種の仕切り板を有する。すなわち仕切り板３は、第１破砕室１ａと第２破砕室１ｂとの間に設ける第１仕切り板３ａと、第２破砕室１ｂと第３破砕室１ｃとの間に設けられ、ヒーター８を有する第２仕切り板３ｂとからなる。

各仕切り板３ａ、３ｂは、それぞれ２本の回転軸２ａ、２ｂに対応する位置に回転軸が２ａ、２ｂが貫通する軸孔３２、３２と、軸孔３２、３２の上方にそれぞれ室間通過口３０ａ、３０ｂを有する。更に各仕切り板３ａ、３ｂは、上流方向向きの壁面３３に被破砕物摩耗用凹凸３１を設けている。被破砕物摩耗用凹凸３１は、この実施形態では壁面３３に左右斜め状の多数の溝からなるが、その他、左右斜め状の多数の線状突起、格子状の溝あるいは線状突起、多数の小さな突起あるいは穴、またはこれらの混在した形状でもよい。

室間通過口３０は、その開口面積が上流側に位置する第１仕切り板３ａに設けられた第１室間通過口３０ａほど相対的に下流側に位置する第２仕切り板３ｂに設けられた第２室間通過口３０ｂより大きい。また各々の室間通過口３０は、図１６に示す断面図のように仕切り板３の厚さの中で上流側の開口面積より下流側の開口面積の方が広い面積の開口面積を有している。

室間通過口３０の開口形状及び仕切り板３における位置は、図１０及び図１１に示す実施形態では、第１仕切り板３０ａ及び第２仕切り板３０ｂでは開口面積は第１仕切り板３０ａの方が大きいが、開口形状はほぼ正方形である。

各仕切り板３ａ、３ｂの上流方向向きの壁面３３は、各破砕室１に配設され位置する各スパイラル刃２０、２１の下流側端部と近接するように設けられている。被破砕物は、スパイラル刃２０、２１により押圧され、各仕切り板３ａ、３ｂの上流方向向きの壁面３３の被破砕物摩耗用凹凸３１と各スパイラル刃２０、２１の下流側端部とが近接している狭い間隙に入ると各スパイラル刃２０、２１の回転により圧砕、摩耗される。

第２仕切り板３ｂは、熱伝導率の高い素材、例えば鉄などの金属で形成され、図８に示すように板内部に複数のヒーター８の部分を埋め込んでいる。各々のヒーター８は、電熱ヒーターであり、電線８０によって図示しない電源及び温度調整装置に接続している。この実施例では排出板５に設けるヒーター８は１４本である。

最下流に設けられる第３破砕室１ｃの下流側に排出板５を設けている。排出板５は、熱伝導率の高い素材、例えば鉄などの金属で形成され、図９、図１２に示すように板内部に複数のヒーター８の部分を埋め込んでいる。各々のヒーター８は、電熱ヒーターからなり電線８０によって図示しない電源、及び温度調整装置に接続している。この実施例では排出板５に設けるヒーター８は１４本である。排出板５は、それぞれ２本の回転軸２ａ、２ｂに対応する位置に回転軸が２ａ、２ｂが貫通する軸孔５２、５２と、軸孔５２、５２の周囲に多数の排出口５０を有する。

更に、排出板５は、上流方向向きの壁面５３に被破砕物摩耗用凹凸５１を設けている。被破砕物摩耗用凹凸５１は、この実施形態では壁面５３に左右斜め状の多数の溝からなるが、その他、左右斜め状の多数の線状突起、格子状の溝あるいは線状突起、多数の小さな突起あるいは穴、またはこれらの混在した形状でもよい。また、それぞれの排出口５０は、排出板５の厚さの中で上流側の開口面積より下流側の開口面積の方が広い面積の開口面積を有している。

最下流側の第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃは、その下流側端面で排出板５の上流方向向きの壁面５３とほぼ平行で近接して回転可能なように形成され配設される。

図４乃至図５に示すこの発明の第２実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置Ａ２は、並行に設けられ互いに逆方向のスパイラル刃２０、２１を有する２本の回転軸２ａ、２ｂと、回転軸２ａ、２ｂの長手方向に上流側からそれぞれ第１破砕室１ａと第２破砕室１ｂの２つの破砕室１と、第１破砕室１ａと第２破砕室１ｂ間に設けられる仕切り板３と、第２破砕室１ｂに温水を給水できる給水装置９と、第１破砕室１ａの上部に開口する原料投入口４と、第２破砕室１ｂの下流側に設けられ排出口５０とヒーター８を有する排出板５と、減速機６と、モータ７とを有する。Ｆはフレーム台であり、車輪Ｆ１を有して移動可能である。被破砕物は、原料投入口４から装置内へ投じられスパイラル刃２０、２１の回転により移動する。

この発明の第２実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置Ａ２は、ヒーター８を仕切り板３には設けず排出板５にのみ設けてある構成と、給水装置９から破砕室１へ給水する給水管９０を第１破砕室１ａには設けず第２破砕室１ｂの上部にのみ設けた構成が第１実施形態と相違するが、他の構成は第１実施形態の生物系物質の爆砕膨軟化装置Ａ１と同じである。

図６乃至図７に示すこの発明の第３実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置Ａ３は、スパイラル刃２０を有する１本の回転軸２と、回転軸２の長手方向に上流側からそれぞれ第１破砕室１ａ、第２破砕室１ｂ、第３破砕室１ｃと３つ設けられる破砕室１と、第１破砕室１ａと第２破砕室１ｂ間に設けられる第１仕切り板３ａ、第２破砕室１ｂと第３破砕室１ｃ間に設けられヒーター８を有する第２仕切り板３ｂと、第２破砕室１ｂ及び第３破砕室１ｃに温水を給水できる給水装置９と、第１破砕室１ａの上部に開口する原料投入口４と、第３破砕室１ｃの下流側に設けられる排出口５０とヒーター８を有する排出板５と、減速機６と、モータ７とを有する。Ｆはフレーム台であり、車輪Ｆ１を有して移動可能である。被破砕物は、原料投入口４から装置内へ投じられ１本の回転軸２に設けられたスパイラル刃２０の回転により移動する。

この発明の第３実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置Ａ３は、スパイラル刃２０を有する回転軸２が１本しか設けられていない構成が、第１実施形態と相違するが他の構成は第１実施形態の生物系物質の爆砕膨軟化装置Ａ１と同じである。

次に、この発明の実施形態の作動について第１実施形態の生物系物質の爆砕膨軟化装置Ａ１に基づいて説明する。作動については第２実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置Ａ２、第３実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置Ａ３も同様である。

生物系物質の爆砕膨軟化装置Ａ１は、最初にモータ７を駆動する。同時にヒーター８を作動させ第２仕切り板３ｂを適宜温度に上昇させ、給水装置９のタンクにある加熱装置を作動させ給水槽９１内の水を適宜温度に上昇させる。

モータ７が駆動されると、ベルト７０によりモータ７の回転は減速機６に伝動され、減速機６により適宜に減速された回転が回転軸２ａに伝わり、ギア２３を介して対の回転軸２ｂを逆回転させ、回転軸２ａ、２ｂが互いに向かって逆回転する。被破砕物である原料の間伐材や伐採された木材の枝葉、樹皮、及び竹、笹、葦などの竹笹類などの植物系物質、またカニ殻などの動物性物質を原料投入口４から投入する。このとき比較的太い枝などの場合でも危険防止用バー４０があるため、投入時に下部がスパイパル刃２０、２１に巻き込まれ始めることによる太い枝などの上端部が、大きな動きや異常な動きをすることを防止し、作業者の危険を防ぐ。

被破砕物は、原料投入口３から第１破砕室１ａに入り、第１スパイラル刃２０ａ、２１ａによって破砕される。第１スパイラル刃２０ａ、２１ａは、切断刃２００を有しているので切断しつつ比較的ピッチＰａが大きいので大きめに破砕していく。被破砕物は、破砕されながらスパイラル刃によって下流側へ押され流されていき、第１仕切り板３ａの上流方向向きの壁面３３と第１スパイラル刃２０ａ、２１ａ下流端面が近接する狭い間隙に挟まれて、第１スパイラル刃２０ａ、２１ａの回転により押圧されつつ被破砕物摩耗用凹凸３１によって摩耗、解繊される。被破砕物は、摩耗、解繊されつつ順次、室間通過口３０ａより第２破砕室１ｂへ移動する。このとき室間通過口３０ａは、仕切り板３の厚さの中で上流側の開口面積より下流側の開口面積の方が広い面積の開口面積を有しているため、詰まり難く下流側へ移動しやすい。

第２破砕室１ｂに入った被破砕物は、ピッチＰの相対的に小さい第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂによって破砕される。第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂは、比較的にピッチＰｂが小さいのでより圧縮され、より小さく破砕していく。被破砕物は、圧縮、破砕されながらスパイラル刃によって下流側へ押され流されていき、板厚内部のヒーター８によって加熱されている第２仕切り板３ｂの上流方向向きの壁面３３と第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂ下流端面が近接する狭い間隙に挟まれて、第２スパイラル刃２０ｂ、２１ｂの回転により押圧されつつ被破砕物摩耗用凹凸３１によって摩耗、解繊される。同時に被破砕物は、第２破砕室１ｂ内で上面に開口する給水管９０から１００℃近くに加温された温水が供給されて含水率３０％〜４０％程度になるように適度な水分を加えられるとともに、第２仕切り板３ｂのヒーター８の加熱と摩擦熱により第２破砕室１ｂ内の被破砕物の温度は１９０℃〜２１０℃程度になる。原料が植物性物質だと、この水分と１９０℃〜２１０℃の温度により細胞壁ＣＷを形成するセルロースＣ、ヘミセルロースＨ、リグニンＬの主要な３つの多糖類の中のヘミセルロースＨがオリゴ糖に加水分解され、セルロースＣとリグニンＬの結合が壊れることにより細胞壁ＣＷを水分子が通過しやすくなり細胞内に外部から水分子が入るような状態となる。

被破砕物は、第２破砕室１ｂでヒーター８と摩擦熱による加熱、給水管９０からの加水とともにスパイラル刃２０ｂ、２１ｂによって加圧され摩耗、解繊されつつ順次、室間通過口３０ｂより第３破砕室１ｃへ移動する。このとき室間通過口３０ｂは、仕切り板３の厚さの中で上流側の開口面積より下流側の開口面積の方が広い面積の開口面積を有しているため、詰まり難く下流側へ移動しやすい。

第３破砕室１ｃに入った被破砕物は、第３破砕室１ｃ内で上面に開口する給水管９０から１００℃近くに加温された温水が供給されて含水率３０％〜４０％程度になるように適度な水分を加えられるとともに、第２仕切り板３ｂ及び排出板５に備えられているヒーター８の加熱及び摩擦熱により被破砕物の温度は、さらに２５０℃〜３００℃前後に上昇する。

第３破砕室１ｃに入った被破砕物は、同時にピッチＰの一番小さい第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃによって破砕される。第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃは、よりピッチＰｃが小さいのでより加圧され高圧縮されながらより小さく破砕していく。被破砕物は、加熱、加水、加圧されて圧縮、破砕されながらスパイラル刃によって下流側へ押され流されていき、ヒーター８によって加熱されている排出板５の上流方向向きの壁面５３と第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃ下流端面との間に挟まれて、第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃの回転により押圧されつつ被破砕物摩耗用凹凸３１によって摩耗、解繊される。被破砕物は、摩耗、解繊されつつ順次、多数の排出口５０より装置外へ排出される。このとき排出口５０を通過する被破砕物が受ける回転する第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃ下流端面による加圧は１０〜３０ｋｇ／ｃｍ^２程度になり、排出口５０を通過する被破砕物の温度は、ヒーター８と摩擦熱により２７０℃〜３３０℃前後に上昇する。

第３破砕室１ｃの他の実施形態としては、図１５に示すように、排出板５の上流方向向きの壁面５３と第３スパイラル刃２０ｃ、２１ｃ下流端面との間に押出し加圧プレート５４を設けて被破砕物を排出口５０へ加圧する構成でもよい。

原料が植物性物質である被破砕物は、２７０℃〜３３０℃前後で圧縮されて排出口５０を通過することにより、細胞内の水分は水蒸気化して急激に膨張し図１４に示すように細胞壁をＣＷ内部から物理的に破壊し、セルロースＣとリグニンＬに分解される。すなわち被破砕物である原料の間伐材等の植物性物質は、蒸煮され水蒸気爆砕されて膨軟化し、堆肥、家畜用敷料、人工土壌、飼料、水分調整剤などの上質な素材となる。

この発明は、間伐材や伐採された木材の枝葉、樹皮、及び竹、笹、葦などの竹笹類などの主に植物系物質やカニ殻などを破砕するだけでなく加熱加水加圧状態で破砕摩耗により細胞壁が破壊されリグニン、セルロースに分解される。そのため殺菌され完熟しやすい堆肥や、吸水性が非常に良く各生成物の先端の鋭利部が無く触っても刺さらない家畜用の敷素材、吸水性の非常によい人工土壌、高温下で生産するので自然に殺菌ができセルロースが吸収できる家畜等の飼料、吸水性が非常に良いため生ゴミ処理等の水分調整剤に使用でき、上記の各種分野に利用可能性が高い。

また、被破砕物の原料が、植物質、動物質であれば腐食により土壌に帰るため物質の自然循環に則しており、エコロジーに寄与する。

この発明はコンパクトで運搬が容易なため、自然災害で発生する多数の倒木材や、ダムに流れ着く膨大な量の処理を現場において利用できる。

この発明の第１実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置の正面図 この発明の第１実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置の平面図 この発明の第１実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置の上流側から見た側面図 この発明の第２実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置の正面図 この発明の第２実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置の平面図 この発明の第３実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置の正面図 この発明の第３実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置の平面図 この発明の仕切り板の実施形態を示し、第２仕切り板を上流側から見た説明図 この発明の排出板の実施形態を示し、排出板を上流側から見た説明図 この発明の実施形態を示し、第１スパイラル刃及び第１仕切り板を上流側から見た図 この発明の実施形態を示し、第２スパイラル刃及び第２仕切り板を上流側から見た図 この発明の実施形態を示し、第３スパイラル刃及び排出板を上流側から見た図 この発明の原料投入口の平面図 この発明による植物性物質の細胞が破壊される説明図 この発明の排出板付近の他の実施形態を示す説明図 この発明の仕切り板の横断面図

符号の説明

Ａ１ この発明の第１実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置
Ａ２ この発明の第２実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置
Ａ３ この発明の第３実施形態である生物系物質の爆砕膨軟化装置
１ 破砕室
１ａ 第１破砕室
１ｂ 第２破砕室
１ｃ 第３破砕室
１０ 筒状壁面
１１ 上流側壁板
２（２ａ、２ｂ） 回転軸
２０ スパイラル刃
２１ スパイラル刃
２０ａ、２１ａ 第１スパイラル刃
２００ 切欠部
２０ｂ、２１ｂ 第２スパイラル刃
２０ｃ、２１ｃ 第３スパイラル刃
３ 仕切り板
３ａ 第１仕切り板
３０ａ 第１室間通過口
３１ 被破砕物摩耗用凹凸
３２ 軸孔
３３ 上流側壁面
３ｂ 第２仕切り板
３０ｂ 第２室間通過口
３１ 被破砕物摩耗用凹凸
３２ 軸孔
３３ 上流側壁面
４ 原料投入口
４０ 危険防止用バー
５ 排出板
５０ 排出口
５１ 被破砕物摩耗用凹凸
５２ 軸孔
５３ 上流側壁面
５４ 押出し加圧プレート
６ 減速機
７ モータ
７０ ベルト
８ ヒーター（電熱ヒーター）
８０ 電熱線
９ 給水装置
９０ 給水管
９１ 給水槽
９２ 給水ポンプ
９３ 水量調整バルブ
Ｆ フレーム台
Ｆ１ 車輪
ＣＷ 細胞壁
Ｃ セルロース
Ｈ ヘミセルロース
Ｌ リグニン

Claims (6)

1. スパイラル刃を有する回転可能な回転軸と、回転軸の長手方向に複数設けられる破砕室と、破砕室内に水分を供給可能な給水装置と、破砕室間に設けられ室間通過口を有するとともに被破砕物のスパイラル刃の回転により移動する流れの上流方向向きの壁面に被破砕物摩耗用凹凸を有する仕切り板と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの上流部に設けられる原料投入口と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの下流部に設けられる多数の排出口を設けるとともにヒーターを備えた排出板とを有することを特徴とする生物系物質の爆砕膨軟化装置。
2. スパイラル刃を有する回転可能な回転軸と、回転軸の長手方向に複数設けられる破砕室と、破砕室内に温水を供給可能な給水装置と、破砕室間に設けられ室間通過口を有するとともに被破砕物のスパイラル刃の回転により移動する流れの上流方向向きの壁面に被破砕物摩耗用凹凸を有する仕切り板と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの上流部に設けられる原料投入口と、被破砕物がスパイラル刃の回転により移動する流れの下流部に設けられる多数の排出口を設けるとともにヒーターを備えた排出板とを有するとともに、原料投入口から投入される原料をスパイラル刃により下流側の破砕室へ移動させつつ仕切り板の被破砕物摩耗用凹凸とスパイラル刃により破砕摩耗し、更に給水装置にて温水を供給可能かつヒーターを備えた排出板と接する破砕室内で、破砕摩耗された原料に温水と熱と圧力を加えつつ排出板の排出口から排出することにより原料の細胞壁を破壊することを特徴とする生物系物質の爆砕膨軟化装置。
3. 仕切り板が、ヒーターを備えた仕切り板である請求項１又は請求項２記載の生物系物質の爆砕膨軟化装置。
4. 複数の破砕室に位置するスパイラル刃のピッチが、上流側の破砕室より下流側の破砕室の方が小さいピッチのスパイラル刃である請求項１又は請求項２又は請求項３記載の生物系物質の爆砕膨軟化装置。
5. 回転軸に設けられ各破砕室に位置する各スパイラル刃の下流側端部が、それぞれ仕切り板の上流方向向きの壁面と近接している請求項１乃至請求項４のうちの１つに記載の生物系物質の爆砕膨軟化装置。
6. 破砕室間に設けられる仕切り板の室間通過口が、仕切り板の厚さの中で上流側の開口面積より下流側の開口面積の方が広い面積の開口面積を有している室間通過口である請求項１乃至請求項５のうちの１つに記載の生物系物質の爆砕膨軟化装置。
   

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