JP2012061376A - バイオマス材料粉砕機及びそれを用いるバイオマス材料粉砕装置並びに粉砕方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な設備で効率良くバイオマス材料を微粉体化することができるバイオマス材料粉砕機、及びそれを用いるバイオマス材料粉砕装置並びに粉砕方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 粉砕すべきバイオマス材料を受け入れる粉砕容器と、前記粉砕容器内に回転可能に支持された回転羽根とを備え、前記回転羽根は、互いに間隔をあけて対向する２枚１対の集合板を少なくとも１対有しており、前記２枚１対の集合板は、回転羽根の回転方向前方に向かって互いの間隔が拡開している部分を有しているバイオマス材料粉砕機、及びそれを用いる粉砕装置並びに粉砕方法を提供することによって解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バイオマス材料粉砕機、および、それを用いるバイオマス材料の粉砕装置並びに粉砕方法に関する。

バイオマスは、エネルギー源や化学工業原料として使用することができる動植物性資源であり、例えば、間伐材や、建築廃材、製材廃材などの木質類、草本類、とうもろこし、さとうきびなどの栽培植物類、農産廃棄物や、食品加工の廃棄物などが挙げられる。

これらバイオマスの有効利用を促進するには、工業的規模でのバイオマスの利用が不可欠である。しかし、バイオマスはその起源が多彩であり、その性状も様々であるので、その利用を容易にするには、バイオマス材料を微細なサイズに粉砕してその均一化を図り、バイオマス材料の違いによる相違を軽減することが必要である。

本発明者は、従来からバイオマス材料の微粉体化技術の開発を行い、微粉体化したバイオマス材料の応用技術についても研究を重ねてきた。一般に、粉体化技術は、有機系材料の粉体化技術と無機系材料の粉体化技術の２つに大別されるが、バイオマス材料が属する有機系材料は、一般に、嵩密度が低く、低硬度の物質が多く、特に、含水の有機系材料は、粘性や弾性を有するのが特徴である。

上記のような特性を備えたバイオマス材料を微粉体化する技術としては、従来から様々な提案がある。例えば、特許文献１においては、木質のバイオマス材料を、まず、ジョークラッシャーやウィリーミルなどの粉砕機を用いて粗粉砕した後、冷凍処理し、これをロールミルや高速回転ミルなどの微粉砕機を用いて微粉砕することが提案されている。しかし、この方法では、バイオマス材料を冷凍処理するためにドライアイスなどの冷媒を必要とする上に、冷凍に時間と労力を要するという欠点がある。

また、特許文献２では、木質でチップ状のバイオマス材料を、衝撃式粉砕機であるハンマーミルとインパクトミルとによって３ｍｍアンダーの目的粒度まで粉砕する方法が提案されている。しかし、バイオマス材料は上記のとおり有機系材料であり、一般に嵩密度が低く、水分を含み、弾性や粘性を備えているので、衝撃式の粉砕機でバイオマス材料を微粉化するには多大のエネルギーを要し、効率が悪いという欠点を有している。

さらに、特許文献３では、回転する粉砕テーブルと、粉砕ローラ間にバイオマス材料を配置し、粉砕ローラと粉砕テーブル間の距離を制御しながらバイオマス材料を粉砕することによって、バイオマス材料同士の相互摩砕を促進せしめるようにした粉砕装置が提案されている。しかしながら、この粉砕装置においては、粉砕ローラと粉砕テーブル間でバイオマス材料が相互に擦れ合いながら移動し、粉砕されるので、粉砕時に大量の熱が発生し、この熱による発火を避けるために酸素量の低い燃焼排ガスを粉砕機内に循環させるなどの対策が必要であり、装置が大掛かりになるとともに、粉砕効率が低いという不都合がある。

特開２００２−２３３４００号公報 特開２００５−２９１５３６号公報 特開２００８−４３９２６号公報

本発明は、上記従来の粉砕方法及び粉砕装置が有する不都合や欠点を解消するために為されたもので、簡単な設備で効率良くバイオマス材料を微粉体化することができるバイオマス材料粉砕機、及びそれを用いるバイオマス材料粉砕装置並びに粉砕方法を提供することを課題とするものである。

本発明者は、従来提案されているバイオマス材料の粉砕装置や粉砕方法は、いずれも、本来、無機系材料用に開発されたものであり、それを有機系材料であるバイオマス材料にほぼそのまま適用した点に方法論的な問題があるとの認識の下に、有機系材料であるバイオマス材料の粉砕方法について鋭意研究を重ねた。その結果、本発明者は、ハンマーやローラなどによって衝撃を与えたり、摺り潰したりしてバイオマス材料を微粉体化するのではなく、バイオマス材料を空気中で繰り返し集合・分散させて、バイオマス材料同士を繰り返し衝突させることによって、バイオマス材料を効率的に微粉体化することができることを見出して、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、粉砕すべきバイオマス材料を受け入れる粉砕容器と、前記粉砕容器内に回転可能に支持された回転羽根とを備え、前記回転羽根は、互いに間隔をあけて対向する２枚１対の集合板を少なくとも１対有しており、前記２枚１対の集合板は、回転羽根の回転方向前方に向かって互いの間隔が拡開している部分を有しているバイオマス材料粉砕機を提供することによって、上記の課題を解決するものである。

上記のような集合板を有する回転羽根を粉砕容器内で回転させると、その回転に伴って粉砕容器内には気流が発生し、この気流に乗ってバイオマス材料は舞い上がり、回転する２枚の集合板間の互いの間隔が拡開している部分を、前方から後方へと通過する。この拡開部の通過に際し、バイオマス材料は、２枚の集合板に沿って拡開部後方の間隔の狭い箇所へと集合し、次いで、２枚の集合板間を抜け出ると、より広い空間へと分散する。集合板を有する回転羽根は高速で回転するので、バイオマス材料は、２枚の集合板間の互いの間隔が拡開している部分を繰り返し通過し、集合と分散を繰り返すことによって、バイオマス材料同士が互いに衝突して、より小さなサイズへと粉砕されることになる。

本発明のバイオマス粉砕機において、前記２枚１対の集合板における互いの間隔が拡開している部分は、前記回転羽根の回転方向前方に向かって左右又は上下に拡開しているのが望ましい。２枚の集合板が回転方向前方に向かって左右に拡開しているときには、バイオマス材料は、左右に広がる空間から中央の狭い空間へと集合し、その後、より広い空間へと分散して、粉砕される。また、２枚の集合板が回転方向前方に向かって上下に拡開しているときには、バイオマス材料は、上下に広がる空間から中央の狭い空間へと集合し、その後、より広い空間へと分散して、粉砕される。このように、２枚の集合板が回転方向前方に向かって左右又は上下と異なる方向に拡開している回転羽根を備えることによって、より均一で効率の良い微粉体化が容易となる。なお、２枚の集合板の拡開方向が異なる回転羽根は、一つの粉砕容器内に混在させても良いし、２台以上のバイオマス材料粉砕機を連続的に接続して使用する場合には、それぞれ異なる粉砕容器内に配置するようにしても良い。

本発明は、また、上記のような本発明のバイオマス材料粉砕機を１台又は２台以上備え、各バイオマス材料粉砕機における粉砕容器が、その下部に粉砕すべきバイオマス材料の入口を有するとともに、その上部に粉砕されたバイオマス材料の出口を有し、最初のバイオマス材料粉砕機の前記入口が粉砕すべきバイオマス材料の供給源に接続されるとともに、最後のバイオマス材料粉砕機の前記出口が前記粉砕容器内部の空気を粉砕されたバイオマス材料とともに外部に吸引排出する吸引源と接続され、先のバイオマス材料粉砕機における前記出口が後続するバイオマス材料粉砕機の前記入口と接続されているバイオマス材料粉砕装置を提供することによって、上記の課題を解決するものである。

このような本発明のバイオマス材料粉砕装置によれば、各粉砕機を作動させるとともに、吸引源を作動させて、各粉砕機の粉砕容器内を吸引することによって、バイオマス材料の粉砕を連続的に行うことが可能となる。すなわち、吸引源を作動させると、粉砕機の粉砕容器内にはその入口から出口へと向かう空気の流れが発生する。その空気の流れによって、粉砕容器の下部に設けられた入口からは、粉砕されるバイオマス材料が粉砕容器内に導入される。導入されたバイオマス材料は、その粉砕容器内で粉砕され、粒径がある程度小さくなると、上方に浮き上がり、粉砕容器の上部に設けられている出口から排出されることになる。粉砕機が２台以上連続して接続されている場合も同様であり、先行する粉砕機内で粉砕されたバイオマス材料は、その粉砕機の粉砕容器内の空気の流れによって、後続する粉砕機へと搬送され、そこで更に粉砕を受けて、より粒径の小さな微粉体へと粉砕されることになる。

上記のような本発明のバイオマス粉砕装置は、バイオマス材料粉砕機における前記出口から外部へと吸引排出される空気の流速を可変とする流速調節手段を備えているのが望ましい。本発明のバイオマス粉砕装置がこのような流速調節手段を備えている場合には、各粉砕機の粉砕容器内を流れる空気の流速を調節して、各粉砕容器内におけるバイオマス材料の滞留時間を調整し、粉砕されるバイオマス材料の粒径を制御することができる。すなわち、粉砕容器内を流れる空気の流速を小さくして粉砕容器内におけるバイオバス原料の滞留時間を長くすれば、出口から排出されるバイオマス材料の粒径は小さくなり、逆に、粉砕容器内を流れる空気の流速を大きくして滞留時間を短くすれば、出口から排出されるバイオマス材料の粒径を大きくなる。

さらに、本発明は、上記のような本発明のバイオマス材料粉砕機を用いるバイオマス材料の粉砕方法であって、粉砕容器内で前記集合板を備えた回転羽根を回転させて、バイオマス材料を前記２枚の集合板間の互いの間隔が拡開している部分を前方から後方に向かって通過させることにより、バイオマス材料の集合と拡散を繰り返させ、バイオマス材料相互の衝突を促進してバイオマス材料を粉砕するバイオマス材料の粉砕方法を提供することによって、上記の課題を解決するものである。

この本発明の粉砕方法においても、バイオマス材料粉砕機における出口から外部へと吸引排出される空気の流速を調節することにより、粉砕容器内でのバイオマス材料の滞留時間を調節して、粉砕されたバイオマス材料の粒径を制御することができる。

本発明のバイオマス材料粉砕機によれば、粉砕容器内で２枚１対の集合板を少なくとも１対有する回転羽根を回転させるという簡単な構成の粉砕機によって、有機系材料であるバイオマス材料を効率良く微粉体化することができるという利点が得られる。また、本発明のバイオマス材料粉砕機を１台又は２台以上連続して接続した本発明のバイオマス材料粉砕装置によれば、バイオマス材料を連続的に効率良く微粉体化することができるという利点が得られる。さらに、本発明のバイオマス材料粉砕方法によれば、有機系材料であるバイオマス材料に適した粉砕方法によって、バイオマス材料を効率良く、簡単に微粉体化することができるという優れた利点が得られる。

本発明のバイオマス材料粉砕機の一例を示す部分切り欠き斜視図である。 回転羽根の側面図である。 図２のＸ−Ｘ’断面図である。 回転羽根が粉砕容器内で回転する様子を示す平面模式図である。 回転羽根の他の一例を示す側面図である。 図５の平面図である。 図５のＹ−Ｙ’断面図である。 回転羽根が回転する様子を示す側面模式図である。 本発明のバイオマス材料粉砕装置の一例を示すレイアウト図である。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。

図１は、本発明のバイオマス材料粉砕機の一例を示す部分切り欠き斜視図である。図１において、１は本発明のバイオマス材料粉砕機、２は粉砕容器であり、粉砕容器２は、その内部が見えるように、便宜上、その一部を切り欠いて示してある。３ａ、３ｂは粉砕容器２の内部に配置された回転羽根、４は回転羽根３ａ、３ｂの回転軸であり、粉砕容器２に回転自在に支持されている。回転羽根３ａ、３ｂはこの回転軸４に取り付けられており、回転軸４とともに図中矢印で示す方向に回転可能である。粉砕容器２は、通常、円筒形であるのが望ましく、また、回転軸４は、その円筒形の中心に垂直に支持されるのが望ましい。

なお、図示の例では、回転羽根３ａ、３ｂの数は２本であるが、２本に限られず、バイオマス材料の粉砕を効率良く行うことができる限り、１本であっても良いし、３本以上であっても良い。ただし、回転羽根の構造や大きさにも依るが、その回転に伴って粉砕容器２の内部に適度な強さの気流を発生させるには、回転羽根の数は２本程度が良い。

５は、例えば電動機などの駆動源であり、その駆動力は、図示しないベルトなどの汎用の動力伝達機構を介して回転軸４に伝達され、回転軸４を回転させ、それと共に回転羽根３ａ、３ｂを回転させる。６は、粉砕すべきバイオマス材料の入口であり、粉砕容器２の下部側面に開口している。７は、粉砕されたバイオマス材料の出口であり、粉砕容器２の上面に開口している。後述するとおり、本発明のバイオマス材料粉砕機１を連続モードで作動させる場合には、出口７の側から内部の空気を吸引するので、粉砕容器２内には入口６から出口７に向かう空気の流れが発生する。粉砕されてサイズが小さくなったバイオマス材料は、回転羽根３ａ、３ｂの回転によって発生する気流と、上記入口６から出口７へと向かう空気の流れとによって、粉砕容器２内を上昇するので、粉砕すべきバイオマス材料の入口は粉砕容器２の下部に、また、粉砕されたバイオマス材料の出口７は、粉砕容器２の上部に設けるのが好ましい。

図２は、回転羽根３ａだけを取り出して示した側面図である。なお、図１に示すバイオマス材料粉砕機１において、回転羽根３ｂの構造は回転羽根３ａと同じである。図２に示すとおり、回転羽根３ａは、中心に回転軸４を挿通する孔を有するコア３１と、コア３１に固定された上下各２枚の支持板３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを有している。支持板３２ａと３２ｂとの間、及び、支持板３２ｃと３２ｄとの間には、それぞれ、２枚１対の集合板３３ａ、３３ｂと、集合板３３ｃ、３３ｄとが固定されている。図２に示すとおり、支持板３２ａ、３２ｂと、支持板３２ｃ、３２ｄは、回転羽根３ａが回転する円周方向に互いに１８０度間隔をあけた位置でコア３１に固定されており、集合板３３ａ、３３ｂと、集合板３３ｃ、３３ｄも、回転羽根３ａが回転する円周方向に互いに１８０度間隔をあけた位置にある。

図３は、図２のＸ−Ｘ’断面図である。図に示すとおり、２枚１対の集合板３３ａと３３ｂとは、互いに間隔をあけて対向しており、その間隔は、図中矢印で示す回転羽根３ａの回転方向に沿った前方の方が後方よりも左右に広くなっており、２枚１対の集合板３３ａと３３ｂは、回転羽根３ａの回転方向前方に向かって左右方向に互いの間隔が拡開するように支持板３２ａ、３２ｂ間に固定されている。

集合板３３ｃ、３３ｄも同様であって、集合板３３ｃと３３ｄとは、互いに間隔をあけて対向して配置されており、その間隔は、図中矢印で示す回転羽根３ａの回転方向に沿った前方の方が後方よりも左右に広くなっている。つまり、２枚１対の集合板３３ｃと３３ｄも、回転羽根３ａの回転方向前方に向かって左右方向に互いの間隔が拡開するように支持板３２ｃ、３２ｄ間に固定されている。

なお、図示の例においては、集合板３３ａ、３３ｂ、及び集合板３３ｃ、３３ｄは、その全体が回転羽根３ａの回転方向前方に向かって互いの間隔が拡開しているが、必ずしも、集合板３３ａ、３３ｂ、及び集合板３３ｃ、３３ｄの全体が左右方向に拡開している必要はなく、回転羽根３ａの回転方向前方に向かって互いの間隔が拡開している部分を有していれば良い。例えば、図３において、集合板３３ａ、３３ｂ、又は集合板３３ｃ、３３ｄの回転方向前方の先端部、又は、回転方向後方の末端部、若しくは、回転方向に沿った中間部に、互いの間隔が拡開せずに平行である部分があっても良い。

また、図示の例においては、２枚１対の集合板３３ａ、３３ｂ、及び集合板３３ｃ、３３ｄは、支持板３２ａ、３２ｂ、及び支持板３２ｃ、３２ｄに対し、各１対ずつ固定されているが、２枚１対の集合板は、支持板３２ａ、３２ｂ、及び支持板３２ｃ、３２ｄに対し、各２対以上ずつ固定されていても良い。ただし、動作時には、回転羽根３ａは、例えば１７００ｒｐｍ程度の高速で回転するので、回転羽根３ａは釣り合いがとれたものであることが好ましく、支持板３２ａ、３２ｂ間、及び支持板３２ｃ、３２ｄ間には、同形、同大、同質量の集合板を対称的に配置するのが好ましい。

さらに、図示の例においては、２枚１対の集合板３３ａ、３３ｂ、及び集合板３３ｃ、３３ｄは、それらの支持板３２ａ〜３２ｄとともに、コア３１に関して、回転羽根３ａが回転する円周方向に互いに１８０度間隔をあけた位置に各１対ずつ、計２対配置されているが、回転羽根３ａは、２枚１対の集合板を１対だけ有していても良く、また、互いに１２０度間隔又は９０度間隔で、３対若しくは４対の集合板を有していても良い。ただし、上述したとおり、回転羽根３ａは高速で回転するので、回転羽根３ａに対し、２枚１対の集合板は２対以上、円周方向に等間隔で配置されるのが好ましい。

また、支持板３２ａ〜３２ｄは、回転羽根３ａが高速で回転したときに、遠心力に抗して集合板３３ａ〜３３ｄを安全に固定しておくことができる限り、その形状に特段の制限はなく、必ずしも図示したような板状に限られない。例えば、支持板に代えて、２本若しくは３本以上の棒状部材で集合板を固定、支持するようにしても良い。

図４は、回転羽根３ａが粉砕容器２内で回転する様子を示す平面模式図であり、回転羽根３ａは断面図として示してある。図４に示すとおり、粉砕容器２内で回転羽根３ａが、図中実線の矢印で示す方向に回転すると、粉砕容器２内のバイオマス材料は、図中破線の矢印で示すように、各１対の集合板３３ａ、３３ｂ間、及び、集合板３３ｃ、３３ｄ間を、拡開している間隔の広い方から、後方の間隔の狭い方へと通過する。この通過に際し、バイオマス材料は、各１対の集合板３３ａ、３３ｂ及び集合板３３ｃ、３３ｄに沿って左右方向から集められ、その拡開部後方の間隔の狭い箇所へと一旦集合し、その後、その箇所を抜けると、広い空間へと分散する。この集合・分散の過程で、バイオマス材料同士は激しく衝突を繰り返し、より細かなサイズへと粉砕されていくことになる。なお、回転羽根３ｂについても同様である。

図５は回転羽根の他の例を示す側面図であり、本例においては、２枚１対の集合板における互いの間隔が拡開している部分が、回転羽根の回転方向前方に向かって左右方向ではなく、上下方向に拡開している点で、先に示した回転羽根とは異なっている。図５において、３ｃ、３ｄは、それぞれ回転羽根を示し、回転羽根３ｃには集合板３３ｅと３３ｇとが、また、回転羽根３ｄには集合板３３ｆと３３ｈとが、それぞれ、回転羽根の回転の円周方向に１８０度の間隔をあけて固定されている。集合板３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ、３３ｈは、それぞれ、水平部分Ｈｅ、Ｈｆ、Ｈｇ、Ｈｈと、傾斜部分Ｌｅ、Ｌｆ、Ｌｇ、Ｌｈとからなっており、上下に対応する集合板３３ｅと３３ｆ、及び集合板３３ｇと３３ｈとが、それぞれ、互いに間隔をあけて対向する２枚１対の集合板を構成している。そして、２枚１対の集合板３３ｅと３３ｆにおいては、それぞれの傾斜部分ＬｅとＬｆが、また、２枚１対の集合板３３ｇと３３ｈにおいては、それぞれの傾斜部分ＬｇとＬｈが、回転羽根３ｃ、３ｄの回転方向前方に向かって互いの間隔が拡開している部分を構成している。

図６は図５の平面図、図７は図５のＹ−Ｙ’断面図である。図７に示すとおり、２枚１対の集合板３３ｅと３３ｆとは、互いに間隔をあけて対向しており、その傾斜部分ＬｅとＬｆの間隔は、図中矢印で示す回転羽根３ｃ、３ｄの回転方向に沿った前方の方が後方よりも上下に広くなっている。つまり、２枚１対の集合板３３ｅと３３ｆは、回転羽根３ｃ、３ｄの回転方向前方に向かって上下方向に互いの間隔が拡開している部分を有している。図５のＺ−Ｚ’断面図も図７と同様に表れ、２枚１対の集合板３３ｇと３３ｈとは、互いに間隔をあけて対向しており、その傾斜部分ＬｇとＬｈの間隔は、回転羽根３ｃ、３ｄの回転方向に沿った前方の方が後方よりも上下に広くなっている。つまり、２枚１対の集合板３３ｇと３３ｈとは、集合板３３ｅと３３ｆと同様に、回転羽根３ｃ、３ｄの回転方向前方に向かって上下方向に互いの間隔が拡開している部分を有している。

なお、上記の例においては、集合板３３ｅ、３３ｇと、集合板３３ｆ、３３ｈとは、それぞれ異なるコア３１に固定され、異なる回転羽根３ｃ、３ｄに属しているが、上下のコア３１、３１を一体化して、回転羽根３ｃと３ｄを１個の回転羽根にしても良い。因みに、回転羽根３ｃと３ｄとが図５〜図７に示すように別体であっても、両者は共に回転軸４に固定されているので、回転軸４の回転とともに、同速、同位相で回転し、両者の位置関係がずれることはない。

図８は、回転羽根３ｃ、３ｄが回転する様子を示す側面模式図であり、集合板３３ｅと３３ｆとは断面図として示してある。図８に示すとおり、図示しない粉砕容器２内で回転羽根３ｃ、３ｄが、図中実線の矢印で示す方向に回転すると、粉砕容器２内のバイオマス材料は、図中破線の矢印で示すように、各１対の集合板３３ｅ、３３ｆの水平部分Ｈｅ、Ｈｆ間を通過した後、傾斜部分Ｌｅ、Ｌｆで形成される上下に広がる拡開部分の間隔の広い前方から、間隔の狭い後方へと通過する。この通過に際し、バイオマス材料は、各１対の集合板３３ｅ、３３ｆにおける傾斜部分Ｌｅ、Ｌｆに沿って上下方向から集められ、その拡開部後方の間隔の狭い箇所へと一旦集合し、その後、その箇所を抜けると、広い空間へと分散する。この集合・分散の過程で、バイオマス材料同士は激しく衝突を繰り返し、より細かなサイズへと粉砕されていくことになる。なお、バイオマス材料が集合板３３ｇ、３３ｈの間を通過する場合も同様である。

図５〜図７に示すような回転羽根３ｃ、３ｄは、粉砕容器２内に１セットだけ設けられても良いし、２セット、若しくは３セット以上設けるようにしても良い。また、各回転羽根３ｃ、３ｄには、集合板３３ｅ、３３ｇ、及び集合板３３ｆ、３３ｈが、互いに１８０度の間隔をあけて２つずつ配置されているが、１２０度又は９０度の間隔をあけて３つずつ若しくは４つずつ配置するようにしても良い。ただし、先の回転羽根３ａ、３ｂと同様に、回転羽根３ｃ、３ｄも、粉砕機の作動時には高速で回転するので、回転羽根３ｃ、３ｄに取り付けられる集合板は、同形、同大、同質量で、等間隔に配置されるのが好ましい。

図９は、本発明のバイオマス材料粉砕機１を用いるバイオマス材料粉砕装置の一例を示すレイアウト図である。図９において、１ａは第１粉砕機、１ｂは第２粉砕機であり、第１粉砕機１ａ及び第２粉砕機１ｂとしては、上述したような本発明のバイオマス材料粉砕機が用いられる。２ａ、２ｂ；５ａ、５ｂ；６ａ、６ｂ；７ａ、７ｂは、それぞれ第１粉砕機１ａ又は第２粉砕機１ｂの粉砕容器、駆動源、入口、及び出口である。また、３ａ、３ｂは第１粉砕機１ａの回転羽根、３ｃ、３ｄは第２粉砕機１ｂの回転羽根である。

８はバイオマス材料の原料フィーダー、９はベルトコンベア、１０は粗粉砕機、１１はサイクロン分離器、１２は粉砕されたバイオマス材料を回収する回収容器、１３はフィルター、１４はブロアー、１５は配管、１６ａ、１６ｂは二次空気取入管、１７ａ、１７ｂは開閉弁である。

図９に示す本発明のバイオマス材料粉砕装置は以下のように動作する。まず、必要な場合には予め乾燥するなどして、含水率を４０質量％以下、好ましくは２０質量％以下にしたバイオマス材料を原料フィーダー８に投入する。投入されるバイオマス材料としては、例えば、一般的な針葉樹や広葉樹の間伐材、廃材、又は草、或いは、バガスや稲藁などの農業系残渣、さらには紙などが挙げられる。ただし、本発明のバイオマス材料粉砕装置によって粉砕することができる材料は上記のものに限られず、例えば高分子などの有機系材料も粉砕することが可能である。

原料フィーダー８に投入されたバイオマス材料は、ベルトコンベア９によって粗粉砕機１０に投入される。粗粉砕されたバイオマス材料は、粗粉砕機１０内に設置されているスクリーンを通過し、粒径が数ミリメートル以下の粗砕片となって粗粉砕機１０の下部に貯留される。

この状態で第１粉砕機１ａ及び第２粉砕機１ｂの回転羽根３ａ〜３ｄの回転を開始するとともに、ブロアー１４を作動させると、配管１５を介して直列に接続されている各構成装置内の空気はブロアー１４によって図中左側から右側へと吸引され、粗粉砕機１０と第１粉砕機１ａとの間にも、粗粉砕機１０から粉砕容器２ａに向かう空気の流れが生じる。この空気の流れに乗って粗粉砕機１０の下部に貯留されているバイオマス材料の粗砕片は入口６ａから第１粉砕機１ａの粉砕容器２ａ内へと導入される。

粉砕容器２ａ内に導入されたバイオマス材料の粗砕片は、回転羽根３ａ、３ｂの高速回転によって生じる空気の流れと、ブロアー１４によって吸引される空気の流れに乗って、粉砕容器２ａ内を回転しながら上昇し、その途中で、回転羽根３ａ、３ｂに取り付けられている２枚１対の集合板間を通過し、集合と分散とを繰り返しつつ、互いに激しく衝突し、より細かなサイズへと粉砕される。粉砕されたバイオマス材料は、回転羽根３ａ、３ｂの回転領域を通過して、更に粉砕容器２ａ内を上昇し、出口７ａから配管１５へと吸引排出され、続いて、第２粉砕機１ｂの入口６ｂから粉砕容器２ｂ内へと導入される。

第２粉砕機１ｂ内では、回転羽根３ｃ、３ｄが高速で回転しており、粉砕容器２ｂ内に導入されたバイオマス材料の粉砕片は、回転羽根３ｃ、３ｄの高速回転によって生じる空気の流れと、ブロアー１４によって吸引される空気の流れに乗って、粉砕容器２ｂ内を回転しながら上昇し、その途中で、回転羽根３ｃ、３ｄに取り付けられている２枚１対の集合板間を通過し、集合と分散とを繰り返しつつ、互いに激しく衝突を繰り返し、さらに細かなサイズの微粉へと粉砕される。粉砕されたバイオマス材料の微粉は、回転羽根３ｃ、３ｄの回転領域を通過して、更に粉砕容器２ｂ内を上昇し、出口７ｂから配管１５へと吸引排出される。

バイオマス材料の微粉は、続いてサイクロン分離器１１に導入され、そこで空気と分離されて、サイクロン分離器１１の下部の排出口から排出され、下方に設置されている回収容器１２内に回収される。一方、サイクロン分離器１１で分離された空気は、そこに含まれている水蒸気とともに、フィルター１３を通過し、ブロアー１４から外部へと排出される。

回収容器１２に回収されるバイオマス材料の微粉のサイズは、例えば、二次空気取入管１６ａ、１６ｂに設けられている開閉弁１７ａ、１７ｂを操作して調整することができる。すなわち、開閉弁１７ａを開にして二次空気取入管１６ａから大気を二次空気として管路１５内に取り入れると、ブロアー１４の吸引力が一定である場合には、取り入れられた二次空気の分だけ、二次空気取入管１６ａよりも上流側を流れる空気の量が減り、第１粉砕機１ａ及び第２粉砕機１ｂの粉砕容器２ａ、２ｂ内におけるバイオマス材料の滞留時間が長くなり、その結果、バイオマス材料はより細かく粉砕されることになる。なお、二次空気取入管１６ａから管路１５内に取り入れる二次空気の量は、開閉弁１７ａの開度を調節することによって調節することができる。

同様に、開閉弁１７ｂを開にして二次空気取入管１６ｂから大気を二次空気として管路１５内に取り入れると、二次空気取入管１６ｂよりも上流側を流れる空気の量が減り、その結果、第１粉砕機１ａ及び第２粉砕機１ｂの粉砕容器２ａ、２ｂ内におけるバイオマス材料の滞留時間が長くなり、バイオマス材料はより細かく粉砕されることになる。なお、二次空気取入管１６ｂから管路１５内に取り入れる二次空気の量も、開閉弁１７ｂの開度を調節することによって調節することができる。

上記のような二次空気の取り入れは、粉砕するバイオマス材料の含水率が高く、第１粉砕機１ａ及び第２粉砕機１ｂから出口７ａ、７ｂを介して管路１５に排出される空気中に大量の水蒸気が含まれている場合にも有効である。すなわち、管路１５を流れる空気中に大量の水蒸気が含まれている場合には、二次空気取入管１６ａ又は１６ｂから二次空気を取り入れて、その二次空気とともに水蒸気を搬送し、フィルター１３及びブロアー１４を通過させて外部へと排出することができる。

二次空気取入管１６ａ、１６ｂの設置位置は図９に示す位置に限られない。例えば、第１粉砕機１ａと第１粉砕機１ｂとを接続する管路１５に二次空気取入管と開閉弁とを設けても良く、その場合には、第２粉砕機１ｂにおける滞留時間とは別に、第１粉砕機１ａにおけるバイオマス材料の滞留時間を調節することが可能となる。

また、第１粉砕機１ａ及び第２粉砕機１ｂ内を流れる空気の流速を調節する手段は、上述した二次空気取入管と開閉弁に限られない。例えば、第１粉砕機１ａよりも下流側、或いは第２粉砕機１ｂよりも下流側の管路１５に絞り弁を設け、その開閉度を調節することによって、第１粉砕機１ａ及び第２粉砕機１ｂ内を流れる空気の流速を調節し、粉砕して得られるバイオマス材料の粒径サイズを調節するようにしても良い。

なお、本発明のバイオマス材料粉砕装置においては、粉砕機の数は２台に限られず、１台であっても良く、３台以上であっても良い。粉砕機が１台の場合には、第１粉砕機１ａの出口７ａがサイクロン分離器１１と接続される管路１５に直接連結されるか、第２粉砕機１ｂの入口６ｂが粗粉砕機１０と管路１５を介して直接連結されることになる。また、粉砕機の数が増すと、それぞれの粉砕機で同時に粉砕が行われるので、全体として粉砕に要する時間が短縮され、微粉体化されたバイオマス材料の生産量が増加するという利点が得られる。

因みに、第１粉砕機１ａと第２粉砕機１ｂの２台の粉砕機を用いる場合には、上流側に位置する第１粉砕機１ａとしては、図２〜図３に示す、２枚１対の集合板における互いの間隔が拡開している部分が、回転羽根の回転方向前方に向かって左右に拡開している回転羽根を備えたタイプの粉砕機を用い、下流側に位置する第２粉砕機１ｂとしては、図５〜図７に示す、２枚１対の集合板における互いの間隔が拡開している部分が、回転羽根の回転方向前方に向かって上下に拡開している回転羽根を備えたタイプの粉砕機を用いるのが好ましい。これは、２枚１対の集合板における互いの間隔が拡開している部分が、回転羽根の回転方向前方に向かって上下に拡開している回転羽根の方が、左右に拡開している回転羽根よりも、より微粉砕に適していると考えられるからである。

また、上述した本発明のバイオマス材料粉砕装置においては、バイオマス材料の粉砕は、空気の流れによってバイオマス材料を搬送することによって、連続的に行われているが、バッチ式で行うようにしても良いことは勿論である。

上述したような本発明のバイオマス材料粉砕装置によれば、従来提案されているバイオマス材料の粉砕装置に比べて、より少ないエネルギーで、効率良く微粉体化されたバイオマス材料を製造することができる。

本発明によれば、簡便な構造の粉砕機や粉砕装置を用いて、バイオマス材料を効率良く微粉体化することができるので、起源や性状が異なる様々なバイオマス材料を均一化された微粉体として提供することができ、燃料としてはもとより、各種化学工業原料としても、バイオマス材料の工業的規模での有効利用に大きな道を拓くものであり、その産業上の利用可能性には多大なるものがある。

１ バイオマス材料粉砕機
２ 粉砕容器
３ａ〜３ｄ 回転羽根
４ 回転軸
５ 駆動源
６ 入口
７ 出口
８ 原料フィーダー
９ ベルトコンベア
１０ 粗粉砕機
１１ サイクロン分離器
１２ 回収容器
１３ フィルター
１４ ブロアー
１５ 配管
１６ａ、１６ｂ 二次空気取入管
１７ａ、１７ｂ 開閉弁
３１ コア
３２ａ〜３２ｄ 支持板
３３ａ〜３３ｈ 集合板
Ｈｅ〜Ｈｈ 水平部分
Ｌｅ〜Ｌｈ 傾斜部分

Claims (7)

1. 粉砕すべきバイオマス材料を受け入れる粉砕容器と、前記粉砕容器内に回転可能に支持された回転羽根とを備え、前記回転羽根は、互いに間隔をあけて対向する２枚１対の集合板を少なくとも１対有しており、前記２枚１対の集合板は、回転羽根の回転方向前方に向かって互いの間隔が拡開している部分を有しているバイオマス材料粉砕機。
2. 前記２枚１対の集合板における互いの間隔が拡開している部分が、前記回転羽根の回転方向前方に向かって左右又は上下に拡開している請求項１記載のバイオマス材料粉砕機。
3. 前記回転羽根が、その回転の円周方向に１８０度の間隔をあけて前記２枚１対の集合板を２対備えている請求項１又は２記載のバイオマス材料粉砕機。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のバイオマス材料粉砕機を１台又は２台以上備え、各バイオマス材料粉砕機における粉砕容器が、その下部に粉砕すべきバイオマス材料の入口を有するとともに、その上部に粉砕されたバイオマス材料の出口を有し、最初のバイオマス材料粉砕機の前記入口が粉砕すべきバイオマス材料の供給源に接続されるとともに、最後のバイオマス材料粉砕機の前記出口が前記粉砕容器内部の空気を粉砕されたバイオマス材料とともに外部に吸引排出する吸引源と接続され、先のバイオマス材料粉砕機における前記出口が後続するバイオマス材料粉砕機の前記入口と接続されているバイオマス材料粉砕装置。
5. バイオマス材料粉砕機における前記出口から外部へと吸引排出される空気の流速を可変とする流速調節手段を備えている請求項４記載のバイオマス材料粉砕装置。
6. 請求項１〜３のいずれかに記載のバイオマス材料粉砕機を用いるバイオマス材料の粉砕方法であって、粉砕容器内で前記集合板を備えた回転羽根を回転させて、バイオマス材料を前記２枚の集合板間の互いの間隔が拡開している部分を前方から後方に向かって通過させることにより、バイオマス材料の集合と拡散を繰り返させ、バイオマス材料相互の衝突を促進してバイオマス材料を粉砕するバイオマス材料の粉砕方法。
7. 前記粉砕容器内でのバイオマス材料の滞留時間を調節することにより、粉砕されたバイオマス材料の粒径を制御する請求項６記載のバイオマス材料の粉砕方法。

Images