JP2008303305A - 木質ペレット燃料、木質ペレット燃料の製造方法及び製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の木質ペレット燃料より発熱量の多い木質ペレット燃料を提案する。
【解決手段】 破砕した原料１４を木質ペレット用のオガ粉１４ａと粉炭用のオガ粉１４ｂとを所定の割合で分け、ペレット成形機１２に投入する。投入された原材料１４は、ペレット成形機１２の加圧ローラー１６によってダイス孔２０に押し込まれペレット化される。ダイス孔２０でペレット状に成形された原材料１４は、ダイス孔２０から成形ダイス１８外部に押し出され、成形ダイス１８の下方に設けられるカッター２２で切断され、所定の長さの木質ペレット１０が形成される。この木質ペレット１０は、従来のホワイトペレットの木質ペレット燃料より多くの発熱量を得ることができるものとなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、木材を原料とする木質ペレット燃料、木質ペレット燃料の製造方法及び製造システムに関する。

近年、二酸化炭素の軽減を図るため、バイオマス資源を利用した燃料が研究開発されている。そのバイオマス燃料の中でも、特に、従来焼却処分されていた産業廃棄物である大鋸屑、間伐材、流木を原料とする木質ペレット燃料は、石油の代替燃料として注目されている。
木質ペレット燃料は木質系固形燃料であり、他のバイオマス燃料に比べて、取り扱いが容易であり、長距離輸送にも適している。また、加熱処理がされているため長時間の貯蔵も可能であるという特徴がある。

従来の木質ペレットには、樹皮を除いた木材（本願では、単に「木材」という。）のみを原料とするいわゆるホワイトペレットと、樹皮のみを原料とするペレット（通称バークペレット）とが提供されている（例えば、特許文献１）。
上記木質ペレットは、大鋸屑、間伐材及び流木の粉砕物（オガ粉）を圧縮加工して粒状に成形されたものである。木材の成分であるリグニンを熱で融解し固着させることでペレット状に成形される（例えば、特許文献２）。
特開平２００６−２６６５４６ 特開平２００７−４０５４２

しかし、従来の木質ペレットは、石油に比べ発熱量が少なく、石油より多くの貯蔵容積が必要となるという欠点があった。

本発明は、上述の欠点を解決するために、従来の木質ペレット燃料より高発熱量の木質ペレット燃料を提供することを目的とするものである。

本発明の木質ペレット燃料は、木炭を含有するようにしたものである。
また、前記木炭を１０重量％含有するようにしたものである。

本発明の木質ペレット燃料の製造方法は、木質ペレット用のオガ粉に粉炭を混合するようにしたものである。
また、木質ペレットの原料を粉砕して得たオガ粉を木質ペレット用のオガ粉と粉炭用のオガ粉に分け、粉炭用のオガ粉を炭化し、その炭化により生成される粉炭を木質ペレット用のオガ粉に混合するようにしたものである。

本発明の木質ペレット燃料の製造システムは、木質ペレットの原料を粉砕する粉砕機と、その粉砕機により生成されるオガ粉を木質ペレット用のオガ粉と粉炭用のオガ粉に分けるふるい機と、前記粉炭用のオガ粉と水とを混合する混合機と、その混合機で生成された粉炭用のオガ粉を炭化する炭化炉と、前記木質ペレット用のオガ粉を乾燥する乾燥機と、その乾燥機に前記炭化炉の廃熱を送り出す廃熱用ファンと、前記炭化炉で生成される粉炭と前記乾燥機で生成される木質ペレット用のオガ粉とを材料とする木質ペレットを成形するペレット成形機とを備えるようにしたものである。

本発明の木質ペレット燃料は、バイオマス資源（木材）を利用した燃料であるため、二酸化炭素を軽減でき、環境保護の観点から優れた燃料となる。また、木質ペレットに木炭を含有させることにより、従来の木質ペレット燃料より高い発熱量のペレット燃料を得ることができる。これにより、木質ペレット燃料の貯蔵容積を省スペース化することができる。また、ペレットストーブ、ボイラー等に火力の強い燃料を提供することができる。さらには、木材のみからなる従来の木質ペレットに木炭を含有することにより、従来の木質ペレットより水分の少ない木質ペレットを得ることができる。これにより、従来の木質ペレット燃料より長期間の貯蔵が可能となり、大量貯蔵に適したものとなるため、燃料の安定供給も可能となる。
以上のように、本発明により、二酸化炭素を軽減でき、石油の代替燃料として利用可能な燃料を提供することができる。

本発明の木質ペレット燃料の製造方法及び製造システムは、原料となる木材を粉砕して得られるオガ粉の一部を炭化して木炭（粉炭）を生成するものである。本発明によると、木質ペレット燃料の材料であるペレット用のオガ粉と木炭を同時に生成できるため、木質ペレットの量産が可能となり、木炭を別途製造・粉砕するための設備投資が不要なり、製造システムの設置負担を軽減することができる。
また、本発明の木質ペレット燃料は、上記炭化の際に生じる廃熱でペレット用のオガ粉を乾燥するものである。上記乾燥により、低コストで木質ペレット燃料を製造することが可能となる。

本発明は、従来の木質ペレット燃料の発熱量を改善し、石油の代替燃料として利用可能な木質ペレット燃料の提供を実現するものである。

木材からなるホワイトペレットは、バークペレットに比べ発熱量が多いこと、燃焼後の灰分の量も少量であること、灰同士が固まってしまうクランカーも発生しないことなどの特徴を有するため、木質ペレットの中でも従来から最も利用されている燃料であった。
そこで、本願特許出願人の発明者は、発熱量が高い木炭を用えいうにんがペレットに通称ット）とが知られている。いう。）、もくホワイトペレットに含有させることによって従来のホワイトペレットより高発熱量の新たな木質ペレット燃料を生成することを考えた。
また、従来のホワイトペレットに木炭を含有させた木質ペレット燃料を量産でき、また、低コストで生産できる木質ペレット燃料の製造方法及び製造システムを考えた。

ここで、従来の木質ペレットの製造工程を図１に基づいて説明する。図１は、ペレット成形機において木質ペレットが成形される過程を表す図である。
木質ペレット１０は、その原材料１４を破砕、乾燥、ペレット化等の生産工程を経て製品化されるものである。
原材料１４の破砕工程では、従来既知の粉砕機（図示せず）を用いて原材料１４を小片の均一なオガ粉に破砕される。次に、破砕された原材料１４は、従来既知のロータードラム乾燥機（図示せず）によって所定の水分にまで乾燥される。この乾燥された原材料１４をペレット成形機１２でペレット化する（図１）。
ペレット成形機１２は、乾燥された原材料１４が材料投入口１５に投入されると、投入された原材料１４を加圧ローラー（プレスロール）１６で成形ダイス（リングダイ）１８に無数に設けられたダイス孔２０に強制的に押し込む。
ダイス孔２０に押し込まれた原材料１４は、ダイス孔２０から押し出されてペレット化される。このペレット化の工程の中で、原材料１４のリグニンが摩擦熱で融解され接着剤の役割を果たし、原材料１４を凝固させる。ダイス孔２０から押し出されペレット化された原材料１４は、成形ダイス１８の下方に設けられるカッター２２で所定の大きさ（長さ）に切断され、木質ペレット１０となる。なお、カッター２２で切断された木質ペレット１０は、リグニンを硬化させるために冷却される。

本実施例は、原材料１４として、木質ペレット用のオガ粉（木材）１４ａと粉炭（木炭）１４ｂを所定の割合でペレット成形機１２に投入し、木炭を含有する木質ペレットを生成するものである。そこで、木材１４ａと木炭１４ｂの重量比（混合比）を変更して、その原材料１４によるペレット化が可能か否かを実験した。表１は、木炭の１４ａの含有率（重量％）に対するペレット化の可否及びその木質ペレットの固さの適否を表したものである。
上記実験では、ダイス孔の直径が６ｍｍ、ダイスの厚さが６０ｍｍの株式会社御池鐵工所製のペレット成形機（ペレットミル）１２を使用した。ペレット成形機１２の加圧ローラー１６の回転速度は毎分２００回転に設定した。
また、上記ペレット成形機１２に投入する原料１４は、スギの木材を３ｍｍに破砕し、水分を９％乃至１２％に調整した木質ペレット用の木材１４ａと、スギの木材を５ｍｍに破砕し、そのオガ粉を炭化して生成した水分１０％の木炭（粉炭）１４ｂである。

なお、本実験では、木材１４ａを含まない、木炭１４ｂのみを材料とする場合については行わなかった。本発明の木質ペレット燃料は、木材の成分であるリグニンを接着材としてペレット化を図るものであって、各種接着剤を用いてペレット化する木質ペレット燃料は除くものである。

最初に、木炭１４ｂの混合量を材料１４全体の９０重量％とし、その後徐々に木炭１４ｂの混合量を減らしながら、その木炭１４ｂを含有する材料１４によるペレット化の確認実験を行った。しかし、木炭１４ｂの混合分量を９０重量％乃至４０重量％とした表１中の実験例１乃至実験例６では、ペレット成形機１２の加圧ローラー１６の回転が著しく低下し、原材料１４をダイス孔２０に押し込められないか、また、原材料１４がダイス孔２０に押し込まれたとしもペレット化されなかった。
本願の発明者は、実験例１乃至実験例６から、ペレット化できない原因は木材１４ａのリグニンがペレット化の工程で接着剤の役割を果たしていないこと及び木材１４ａの分量が少ないことにあると判断した。

そこで、木炭１４ｂの分量をさらに減らしてペレット化を試みた。木炭１４ｂの混合分量を３０重量％乃至２０重量％とした表１中の実験例７及び実験例８では、ペレット化が可能となり、ペレット成形機１２の加圧ローラー１６も設定した回転速度で回転するようになった。しかし、ペレット化された木質ペレットは、その固さが十分でなく、燃料（製品）として不適なものであった。

さらに実験を続け、木炭１４ｂの分量を１０重量％に減らした表１中の実験例９では、初めて燃料として十分な固さを有する木質ペレット１０を得ることができた。

次に、上記木炭１０重量％と木材９０重量％とからなる木質ペレット１０（表１中の実験例９）と、木材１００％からなる従来のホワイトペレット（表１中の比較例）を試料として、発熱量等の測定試験を行った。表２は、上記２つの試料の測定結果を示すものである。
なお、表２において、上記２つの試料に関する炭素Ｃ，水素Ｈ，窒素Ｎの量は、ＣＨＮ元素分析計を用いて測定した。酸素Ｏの量は、試料全体量（１００ｗｔ％）より炭素Ｃ，水素Ｈ，窒素Ｎの量（ｗｔ％）及び灰分（ｗｔ％）を差し引いた計算値である。灰分は６００℃の強熱で試料を燃焼した場合の残分である。総発熱量（Ｊ／ｇ又はｃａｌ／ｇ）は、ＪＩＳ Ｍ８８１４燃研式自動ボンベ熱量計法により測定した。

上記測定によると、ホワイトペレットの総発熱量は、１８，７９０Ｊ／ｇ（４，４９０ｃａｌ／ｇ）であった。これに対し、本発明の木質ペレットの総発熱量は、１９，１６０Ｊ／ｇ（４，５８０ｃａｌ／ｇ）であり、ホワイトペレットの総発熱量の２％増の発熱量を有するものであることが分かった。
また、上記２つの試料をペレットストーブで燃やし、モニターによる温熱体感試験を行った。参加したモニター全員が、ホワイトペレットを燃料とするペレットストーブに比べ、本発明の木質ペレットを燃料とするペレットストーブが格段に暖かいと感じた。火力についても本発明の木質ペレットの火力がホワイトペレットのものより明らかに強いことが確認された。

以上のように、本発明の木質ペレットは、従来のホワイトペレットより高い発熱量を得ることができる。そのため、ペレット燃料の貯蔵容積の省スペース化が可能となる。また、従来のホワイトペレットより火力が強いことから、ペレットストーブ等の小規模エネルギーシステムのみならず、ボイラーなどの大規模なエネルギーシステムにも利用可能となる。

また、本発明の木質ペレットと従来のホワイトペレットについて、当該ペレットの水分測定試験を行った（表３）。上記測定試験では、上記２つのペレット試料のサンプルを５つについて水分測定を行い、各サンプルの水分の平均値を求めた。
なお、上記ペレットの水分測定法は、日本燃料機器検査協会の基準（木質系バイオマスペレットの基準）によるものであって、その測定はＪＩＳ Ｚ７３０２−３（「廃棄物固形化燃料 第３部：水分測定試験法」）に従うものである。

上記測定よると、ホワイトペレットの水分は、その試料全体量の９．４９％（平均値）であった。これに対し、本発明の木質ペレットの水分は、その試料全体量の６．８％（平均値）であり、ホワイトペレットの水分より著しく少ないことが分かった。
以上のように、本発明の木質ペレットは、従来のホワイトペレットと比較してその水分量が低い。そのため、本発明の木質ペレットは、従来のホワイトペレットより長期間貯蔵が可能であり、大量貯蔵に適した製品となる。燃料の安定供給も可能となり、石油の代替燃料として利用可能なものとなる。

なお、上記実施例では、木質ペレットの原材料としてスギを使用したが、その他の針葉樹若しくは広葉樹であってもよい。

次に、本発明の木質ペレット燃料の製造方法について説明する。
本発明の木質ペレット燃料の製造方法は、木質ペレット用のオガ粉等に粉炭を混合させることにより、木炭を含有する木質ペレット燃料を生成するものである。
なお、上記粉炭は、木炭を粉砕したものであってもよく、後述の粉炭用のオガ粉を炭化したものであってもよい。

また、原料（木材）を粉砕して得たオガ粉を木質ペレット用のオガ粉と粉炭用のオガ粉とに所定の割合に分け、その粉炭用のオガ粉を炭化し、その炭化により生成される粉炭を前記木質ペレット用のオガ粉に混合することにより、量産可能な、かつ、低コストで木質ペレット燃料を生成するものである。
木炭を別途製造し、その木炭の粉砕粉をペレット用のオガ粉に混合する場合は、木炭の製造に時間を要するだけでなく、その木炭の破砕・搬送などの時間も必要となるため、量産が困難であり、経済的負担を負うことになる。原料（木材）を粉砕して得たオガ粉を粉炭用のオガ粉とペレット用のオガ粉とに所定の割合に分け、その粉炭用のオガ粉を炭化することで、木質ペレット燃料の材料として必要な木質ペレット用のオガ粉と粉炭を同時に用意することができる。これにより、量産が可能となる。

次に、上記本発明の木質ペレット燃料の製造方法を実施するための木質ペレット燃料の製造システムの一例を図に基づいて説明する。図２は、本発明の木質ペレット燃料１０の製造システムのブロック図である。図３は、図２の製造システムの主要部Ｘの概略図である。
木質ペレット燃料の製造システム２４は、木質ペレット１０の原料２６を粉砕する粉砕機２８と、その粉砕機２８により生成されるオガ粉３０を木質ペレット用のオガ粉３０ａと粉炭用のオガ粉３０ｂとに分けるふるい機３２と、前記粉炭用のオガ粉３０ｂと水３４とを混合する混合機（ホッパーミキサー）３６と、その混合機３６で生成された粉炭用のオガ粉３０ｂを炭化する炭化炉３８と、その炭化炉３８の廃熱４０で木質ペレット用のオガ粉３０ａを乾燥する乾燥機４２と、前記炭化炉３８で生成される粉炭１４ｂと前記乾燥機４２で生成される木質ペレット用のオガ粉１４ａとを材料とする木質ペレット１０を成形するペレット成形機１２とを備えるものである。
なお、図２において、上記原料２６、オガ粉３０，３０ａ，３０ｂ，１４ａ、粉炭１４ｂは、搬送手段であるベルトコンベア４４やチェーンコンベア４５で上記各構成部に搬送されるものであるが、上記搬送手段以外に、フォークリフトや空送ファン、昇降機などの移送手段（又は運搬手段）を用いてもよい。

粉砕機２８は、従来のホワイトペレットの製造において用いられている公知のものであって、原料２６（針葉樹又は広葉樹の木材）を所定の粒度に粉砕するものである。

ふるい機３２は、分級機能を有し、粉砕機２８により生成されるオガ粉３０を木質ペレット用のオガ粉３０ａと粉炭用のオガ粉３０ｂとに分けるものである。例えば、上記実施例にて使用した粒度３ｍｍの木質ペレット用のオガ粉１４ａ及び粒度５ｍｍの粉炭用オガ粉１４ｂを生産する場合、原料３０は、６ｍｍのふるいを使って、３ｍｍの木質ペレット用のオガ粉３０ａと５ｍｍの粉炭用のオガ粉３０ｂに分級される。なお、ふるい機３２は公知のものである。

混合機（ホッパーミキサー）３６は、粉炭用のオガ粉３０ｂの材料投入口と当該混合機３６のタンク３６ａ内に注水するための注水管４８を有し、粉炭用のオガ粉３０ｂと水３４とを当該タンク３６ａで混合するものである。これにより、タンク３６ａ内に投入される粉炭用のオガ粉３０ｂに水３４が浸透し、後述の炭化炉３８においてオガ粉３０ｂを有効に炭化させることができる。即ち、オガ粉３０ｂを木炭にすることができる。なお、粉炭用のオガ粉３０ｂに水３４を浸透させずにオガ粉３０ｂを炭化炉３８に投入した場合、オガ粉３０ｂは炭化されず（即ち、木炭に成らず）、燃え尽きて灰（はい）となってしまう。上記混合機３６のタンク３６ａ内に注水するのは、オガ粉３０ｂが灰になってしまうことを防止するものである。

炭化炉３８は、粉炭用のオガ粉３０ｂを短時間で炭化し、また、その炉内の湿度を調整できるものである。炭化炉３８の湿度調整により所定の水分を有する粉炭１４ｂを生成することができる。

乾燥機４２は、そのタンク内に投入されるペレット用のオガ粉３０ａを熱風で乾燥するものである。また、上記熱風に炭化炉３８の廃熱を用いるものである。

続いて、図２の本発明の木質ペレット燃料の製造システムの主要部Ｘを図３に基づいて説明する。
図２のふるい機３２で分級された木質ペレット用のオガ粉３０ａと粉炭用のオガ粉３０ｂをそれぞれ供給用ホッパー４６と混合機（ホッパーミキサー）３６にそれぞれ投入する。供給用ホッパー４６に投入された木質ペレット用のオガ粉３０ａはベルトコンベア４４で乾燥機４２に搬送され、その投入口４２ａに投入される。

混合機３６のタンク部３６ａには、注水管４８から水３４が給水される。混合機３６に投入された粉炭用のオガ粉３０ｂは水３４と混合される。水３４を含んだオガ粉３０ｂはベルトコンベア４４で炭化炉３８まで搬送され、その投入口３８ａに投入される。炭化炉３８は、内臓ヒーター（例えば、バーナー）を有し（図示せず）、その炉内３８ｂは所定の温度に熱せられた状態となっている。また、その炉内３８ｂには渦状の気流５０（螺旋形に巡る激しい空気の流れ）を起こす気流発生機構を有している。炭化炉３８に投入されたオガ粉３０ｂは、その炉内３８ｂに生じる熱風の気流５０に乗り、吐き出し口３８ｃに至るまでに炭化され、吐き出し口３８ｃからチェーンコンベア４５上に排出され、木質ペレット燃料１０の材料、粉炭１４ｂとしてペレット成形機１２へ搬送される（図１）。

一方、炭化炉３８の炉内の廃熱４０は、廃熱排出管５０及び廃熱用ファン５２（送風機）を介して乾燥機４２のタンク４０ｂ内に送り出される。乾燥機４２のタンク４２ｂに投入された木質ペレット用のオガ粉３０ａは、タンク４２ｂ内を渦状に流れる廃熱４０の気流によって乾燥され、吐き出し口４２ｃからチェーンコンベア４５上に排出され、木質ペレット燃料１０の材料、木質ペレット用オガ粉１４ａとしてペレット成形機１２へ搬送される（図１）。

乾燥機４２及び炭化炉３８は、木質ペレット燃料１０の材料１４ａ，１４ｂを短時間で生成するため、本発明の木質ペレット燃料の製造システムの主要部Ｘにより、木質ペレット燃料１０の量産が可能となる。
また、炭化炉３８の廃熱４０を廃熱用ファン５２（送風機）を介して乾燥機４２に送り出すことにより、木質ペレット用のオガ粉３０ａを乾燥するための光熱費を削減又は軽減することができる。さらには、従来のホワイトペレット用の乾燥機はそのタンク内に熱風を供給するための燃料燃焼装置を備えるものであったが、上記廃熱４０で乾燥することにより、燃料燃焼装置が不要となる。このように、炭化炉３８の廃熱４０を利用することにより、本発明の木質ペレット燃料の製造システムの設備負担を軽減でき、低コストで木質ペレット燃料１０を生産することが可能となる。

ペレット成形機においてペレットが成形される過程を表す図である。 本発明の木質ペレット燃料の製造システムのブロック図である。 本発明の木質ペレット燃料の製造システムのＸの概略図である。

符号の説明

１０ 木質ペレット
１４ 原材料
１４ａ 木材
１４ｂ 木炭
２４ 木質ペレット燃料の製造システム
２６ 原料
２８ 粉砕機
３０ オガ粉
３２ ふるい機
３６ 混合機
３８ 炭化炉
４０ 廃熱
４２ 乾燥機
５４ 廃熱用ファン

Claims (5)

1. 木炭を含有することを特徴する木質ペレット燃料。
2. 前記木炭を１０重量％含有することを特徴する請求項１記載の木質ペレット燃料。
3. 木質ペレット用のオガ粉に粉炭を混合することを特徴とする木質ペレット燃料の製造方法。
4. 木質ペレットの原料を粉砕して得たオガ粉を木質ペレット用のオガ粉と粉炭用のオガ粉に分け、粉炭用のオガ粉を炭化し、その炭化により生成される粉炭を木質ペレット用のオガ粉に混合することを特徴とする請求項３記載の木質ペレット燃料の製造方法。
5. 木質ペレットの原料を粉砕する粉砕機と、その粉砕機により生成されるオガ粉を木質ペレット用のオガ粉と粉炭用のオガ粉に分けるふるい機と、前記粉炭用のオガ粉と水とを混合する混合機と、その混合機で生成された粉炭用のオガ粉を炭化する炭化炉と、前記木質ペレット用のオガ粉を乾燥する乾燥機と、その乾燥機に前記炭化炉の廃熱を送り出す廃熱用ファンと、前記炭化炉で生成される粉炭と前記乾燥機で生成される木質ペレット用のオガ粉とを材料とする木質ペレットを成形するペレット成形機とを備えることを特徴する木質ペレット燃料の製造システム。