JP2013091055A - バイオマスミル - Google Patents

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【課題】木質系バイオマスを加圧ローラに効率よく噛込ませることで、粉砕効率の向上及び粉砕容量の増大を図るバイオマスミルを提供する。
【解決手段】分級室16を形成するハウジング3と、該ハウジングの上部に収納された分級機32と、前記ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置6によって駆動される粉砕テーブル5と、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラ11を有する加圧ローラユニット9と、前記粉砕テーブルの下方に形成され、1次空気が導入される1次空気室15と、前記粉砕テーブルの周囲から1次空気を吹き出す吹き出し口18と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュート21とを具備し、前記加圧ローラは径の異なる複数の円板を重合せて構成された。
【選択図】図1

Description

本発明は、木質系バイオマスをボイラ燃料として粉砕するバイオマスミル、特に木質チップ、木質ペレットを燃料とするバイオマスミルに関するものである。
現在、ボイラの固形燃料として使用されているのは、主に石炭であるが、CO2 の削減対策として、再生可能で環境負荷の少ない木質系バイオマスを燃料とすることが検討されている。
木質系バイオマスをボイラの燃料とするには、木質チップ、木質ペレット等の木質系バイオマスをバーナで燃焼可能な様に粉砕する必要がある。
石炭に木質系バイオマスミルを混合して燃料とする場合、木質系バイオマスの混合量が少なければ既存の石炭ミルにより混合粉砕することも可能であるが、木質系バイオマスの使用量が多くなると、石炭との混合粉砕を行うことができず、木質系バイオマス単独で粉砕する必要がある。
又、木質系バイオマスを粉砕する装置として石炭粉砕用の石炭ローラミルを基本とした粉砕装置とすることが、大きな改良、大きな設備変更をすることなく低コストで可能となる。
石炭ローラミルを用いて石炭の粉砕を行う際には、石炭供給装置から塊状の石炭が粉砕テーブルの中央に投下され、テーブル駆動装置によって前記粉砕テーブルが回転され、該粉砕テーブルの回転によって外周方向に移動した石炭が、回転自在に設けられた加圧ローラに噛込まれることで粉砕される。
粉砕された石炭粒は、前記粉砕テーブルの回転により更に外周方向へと移動され、吹き出し口より高速で噴出される1次空気によって上方へと吹き上げられ、送給管よりバーナに送給される。
従来の石炭ローラミルの場合、1次空気の吹き出し口は、粉砕テーブルの周囲に設けられ、粉砕テーブルの周囲から1次空気が吹き出す様になっており、1次空気に吹き上げられた石炭粒はミル内を旋回しながら上昇する。
然し乍ら、木質系バイオマスを単独で粉砕する場合、或は石炭に対し木質系バイオマスの混合比率が大きくなると、木質系バイオマスは軽量であると共に繊維質で互いに絡合う為、前記粉砕テーブルの回転遠心力による移動が石炭に比べて円滑に行われない。
又、木質系バイオマス、例えば木質チップは石炭に比べ、その粉砕性の悪さから粉砕に掛る時間を要し、ミル内部で循環する回数が石炭よりも多いと考えられている。
更に、1次空気に吹き上げられる木質系バイオマスは、ミル内を旋回しながら上昇する為、流路が長くなることで木質系バイオマスがミル外に排出され難くなり、ミル内に滞留してミル内の差圧上昇の原因となり、送風動力が増大すると共に前記テーブル駆動装置の動力が増大する。該テーブル駆動装置の動力増大により、木質系バイオマスの粉砕容量は石炭の粉砕容量の10%程度迄制限されることになる。
上記した様に、前記竪型ミル、又は同等の構造を有するミルに木質系バイオマスを供給して粉砕した場合、ミルの木質系バイオマスが石炭とは異なった挙動を呈し、充分な粉砕効率、粉砕容量が得られないという問題があった。
尚、特許文献1には、表層が軟鋼等の母材金属からなるミルローラの表面に、該ミルローラの軸方向に延びる多数の溝を形成し、各溝内に耐摩耗性金属を充填することで、使用によりミルローラ表面に凹凸が生じ、材料の噛込みがよくなり粉砕効率を向上させる粉砕機に使用される破砕面部材が開示されている。
特開平7−51585号公報
本発明は斯かる実情に鑑み、木質系バイオマスを加圧ローラに効率よく噛込ませることで、粉砕効率の向上及び粉砕容量の増大を図るバイオマスミルを提供するものである。
本発明は、分級室を形成するハウジングと、該ハウジングの上部に収納された分級機と、前記ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラを有する加圧ローラユニットと、前記粉砕テーブルの下方に形成され、1次空気が導入される1次空気室と、前記粉砕テーブルの周囲から1次空気を吹き出す吹き出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートとを具備し、前記加圧ローラは径の異なる複数の円板を重合せて構成されたバイオマスミルに係るものである。
又本発明は、前記加圧ローラが大円板と、中円板と、小円板とで構成され、前記大円板の周面に、全周に亘って溝が刻設されたバイオマスミルに係るものである。
更に又本発明は、前記加圧ローラが大円板と、中円板と、小円板とで構成され、前記中円板の一方の面に傾斜面が形成され、前記小円板の一方の面に前記中円板の傾斜面とは逆の傾斜角を有する傾斜面が形成され、前記中円板と前記小円板は傾斜面同士が重合しているバイオマスミルに係るものである。
本発明によれば、分級室を形成するハウジングと、該ハウジングの上部に収納された分級機と、前記ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラを有する加圧ローラユニットと、前記粉砕テーブルの下方に形成され、1次空気が導入される1次空気室と、前記粉砕テーブルの周囲から1次空気を吹き出す吹き出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートとを具備し、前記加圧ローラは径の異なる複数の円板を重合せて構成されたので、該円板の縁部が木質系バイオマスの粉砕体層に対して圧下力を作用させることができ、木質系バイオマスを効率的に前記加圧ローラに噛込ませることで粉砕効率の向上を図ると共に、該加圧ローラが使用により摩耗した際に摩耗した円板のみを交換することで、保守コストの低減を図ることができるという優れた効果を発揮する。
本発明の第1の実施例に係る竪型ミルの概略立断面図である。 本発明の第1の実施例に係る加圧ローラの要部拡大図である。 (A)は該加圧ローラの第1の変形例を示す要部拡大図であり、(B)は該加圧ローラの第2の変形例を示す要部拡大図である。 本発明の第2の実施例に係る竪型ミルの概略立断面図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
先ず、図1に於いて、本発明の第1の実施例に係る竪型ミル1について説明する。
中空構造又は脚構造の基台2に筒状のハウジング3が立設され、該ハウジング3によって密閉された空間が形成される。該空間の下部には減速機4を介して粉砕テーブル5が設けられ、前記減速機4はテーブル駆動モータ6によって駆動され、粉砕テーブル5は前記減速機4によって定速又は可変速で回転される。
前記粉砕テーブル5の上面には、断面が円弧状の凹溝7を有するテーブルセグメント8が設けられている。
前記粉砕テーブル5の回転中心から放射状に所要組数、例えば3組の加圧ローラユニット9が120°間隔で設けられている。該加圧ローラユニット9は、径の異なる複数の円板を重合せて構成された加圧ローラ11を有し、ピボット軸12を中心に傾動自在となっている。又、前記ハウジング3の下部には、該ハウジング3を放射状に貫通する3組のローラ加圧装置13が設けられている。該ローラ加圧装置13は、アクチュエータ、例えば油圧シリンダ14を具備し、該油圧シリンダ14によって前記加圧ローラ11を前記凹溝7に押圧する様になっている。
前記粉砕テーブル5の下方には1次空気室15が形成され、前記ハウジング3内部の前記粉砕テーブル5より上方は、分級室16となっている。
前記ハウジング3の下部には1次空気供給口17が取付けられ、該1次空気供給口17は図示しない送風機に接続されると共に、前記1次空気室15に連通している。前記粉砕テーブル5の周囲には、1次空気が前記ハウジング3の内壁に沿って吹き上がる様、垂直に形成された1次空気の吹き出し口18が全周に設けられている。尚、前記吹き出し口18は前記粉砕テーブル5の周面に設けられてもよく、或は前記ハウジング3側に設けられてもよい。
前記ハウジング3の上側には燃料給排部19が設けられており、該燃料給排部19の中心部を貫通する様にパイプ状のシュート21が設けられ、該シュート21は前記ハウジング3の内部に延出し、下端が前記粉砕テーブル5の中央上方に位置している。前記シュート21には石炭や木質系バイオマス、例えば木質ペレットが供給され、供給された石炭や木質ペレットは前記粉砕テーブル5の中心部に落下する様になっている。
前記シュート21には回転管22が外嵌され、該回転管22は回転管支持部23に軸受け24を介して回転自在に支持されている。前記回転管22には、プーリ25が設けられ、該プーリ25とプーリ26との間にはベルト27が掛回され、前記プーリ26は減速機28の出力軸に嵌着されている。而して、前記回転管22は前記減速機28、前記プーリ26、前記ベルト27、前記プーリ25を介して分級機モータ29によって回転される様になっている。
又、前記回転管22にはブレード31が取付けられ、前記回転管22、前記プーリ25、前記プーリ26、前記ベルト27、前記減速機28、前記分級機モータ29、前記ブレード31によって分級機32が構成されている。
前記ブレード31は短冊状であり、倒立円錐曲面上に円周方向に所定角度ピッチで配設される。又、前記ブレード31は下端から上端に向って前記回転管22から離反する様に傾斜しており、ブレード支持部33を介して前記回転管22に取付けられている。
前記燃料給排部19には、粉砕された石炭や木質ペレット等の粉砕物を送給する粉砕物送給管34が接続されており、該粉砕物送給管34はボイラのバーナ(図示せず)に接続されている。
図2は、前記加圧ローラ11の詳細を示している。
該加圧ローラ11は、周面に全周に亘って溝36が刻設された大円板37と、該大円板37を挾む様配置され、該大円板37よりも径の小さい2枚の中円板38,38と、該中円板38,38を挾む様配置され、該中円板38よりも径の小さい2枚の小円板39,39とを同心となる様重合せることで構成され、前記加圧ローラ11の周面には段差が形成される様になっている。
又、前記大円板37の板厚は、前記中円板38、前記小円板39の板厚よりも厚くなっており、前記大円板37、前記中円板38,38、前記小円板39,39はローラ軸41を軸として一体に回転する。
尚、前記大円板37、前記中円板38,38、前記小円板39,39は一体に成型してもよく、又前記加圧ローラ11は4種類以上の円板を重合させる構成としてもよい。
次に、前記竪型ミル1に於ける木質ペレットの粉砕について説明する。尚、木質ペレットは、おがくず等の1〜2mmの木粉がφ6〜10×L20〜30mm程度に押固められた物体である。
図1中、実線は1次空気の流れを示しており、点線は木質ペレット或は粉砕物の流れを示している。
前記粉砕テーブル5が、前記減速機4を介して前記テーブル駆動モータ6により回転され、前記1次空気供給口17より200℃前後の1次空気が前記1次空気室15に導入された状態で、前記シュート21より木質ペレットが投入される。木質ペレットは、前記シュート21の下端より前記粉砕テーブル5の中心部に流落し、該粉砕テーブル5上に供給される。
該粉砕テーブル5上の木質ペレットは、該粉砕テーブル5の回転による遠心力で外周方向に移動し、前記加圧ローラ11に噛込まれて粒径の小さい細粉体と粒径の大きい粗粉体とに粉砕される。
この時、該加圧ローラ11の周面には段差が形成され、更に前記大円板37の周面には前記溝36が刻設されているので、前記加圧ローラ11と前記粉砕テーブル5上に形成された木質ペレットの粉砕体層との接触面積が減少し、特に前記小円板39の縁部、前記中円板38の縁部、前記大円板37の縁部及び前記溝36の縁部には圧下力が集中し、前記粉砕体層には強い剪断力が作用する様になっている。
前記加圧ローラ11により粉砕された細粉体及び粗粉体は、遠心力によって更に外周に移動する。
前記1次空気供給口17より前記1次空気室15に導入された1次空気は、前記粉砕テーブル5の周面に垂直に形成された吹き出し口18より略垂直に吹き上げられる。該吹き出し口18より吹き上げられる1次空気は、該吹き出し口18を通過する際の前記粉砕テーブル5の回転による変位により僅かに旋回している。該粉砕テーブル5の回転による遠心力によって前記テーブルセグメント8を乗越えた粉体は、前記吹き出し口18から吹き上がった1次空気に乗って前記ハウジング3の内壁面に沿って垂直に上昇する。
1次空気と共に前記ハウジング3の内壁面を上昇する粉体は、前記分級機32に流入し、該分級機32によって所定粒径以下となる様に分級が行われる。この時、1次空気は前記ハウジング3の内壁に沿って垂直に上昇しているので、該ハウジング3内を大きく旋回しながら上昇していた従来の竪型ミルと比較すると、前記1次空気供給口17から前記分級機32迄の流路が短くなり、又流路が短くなるのに伴い、吹き上げられた粉体の前記分級機32への到達時間も短くなっている。
最終的に分級された粒径の小さい細粉体が前記粉砕物送給管34より送出され、図示しないボイラのバーナに供給される。粒径の大きい粗粉体はブレード31により弾かれ、或は自重により落下し、又粗粉体の一部は再び前記粉砕テーブル5上に落下する。
落下した粗粉体は、該粉砕テーブル5の回転遠心力によって前記凹溝7迄移動し、前記加圧ローラ11によって再度粉砕され、1次空気により吹き上げられた後に、再度前記分級機32により分級が行われる。
上述の様に、第1の実施例では、径の異なる前記大円板37、前記中円板38,38、前記小円板39,39を重合せることで、前記加圧ローラ11の周面に段差を形成し、更に前記大円板37の周面に前記溝36を刻設し、前記加圧ローラ11と木質ペレットの粉砕体層との接触面積を減少させる様にしたので、前記加圧ローラ11と前記粉砕体層との接触部位、即ち前記大円板37、前記中円板38、前記小円板39の縁部及び前記溝36の縁部と前記粉砕体層との間に強い圧下力を作用させることができ、木質ペレットを効率的に前記加圧ローラ11に噛込ませ、木質ペレットの粉砕効率を向上させることができる。
又、前記加圧ローラ11を構成する前記大円板37、前記中円板38、前記小円板39はそれぞれ別部材であるので、使用により前記加圧ローラ11が摩耗した場合であっても、該加圧ローラ11全体ではなく該当する円板のみを交換すればよく、保守コストの低減を図ることができる。
又、前記大円板37に対して対称に設けられた前記中円板38,38は同形状の円板であり、又小円板39,39も同形状の円板であるので、5枚の円板に対して製作する円板は3種類でよく、製作コストの低減を図ることができる。
更に、前記吹き出し口18の傾斜を垂直としたことで、該吹き出し口18より噴出する1次空気の上昇流を垂直とし、該吹き出し口18から前記分級機32迄の1次空気の流路を短くした、即ち粉砕された粉体が前記分級機32に到達するのを容易にし、粉体が前記竪型ミル1内に滞留する時間を短縮させたので、粉体を前記竪型ミル1外へ積極的に排出させることができ、粉砕容量の増大を図ることができる。
図3(A)(B)は、それぞれ第1の実施例に於ける前記加圧ローラ11の第1の変形例及び第2の変形例を示している。尚、図3(A)(B)中、図2中と同等のものには同符号を付している。
図3(A)に示される第1の変形例の加圧ローラ11′は、大円板37は第1の実施例と同形状である。中円板38′は一面が軸心に対して垂直で、他面が軸心に対して傾斜しており、円周上の1点から対向する1点に向って漸次板厚が薄くなる円板となっている。又、小円板39′は前記中円板38′の傾斜面に密着する傾斜面と、軸心に対して垂直な面を有し、円周上の1点から対向する1点に向って漸次板厚が厚くなる円板となっている。
前記中円板38′の傾斜面と前記小円板39′の傾斜面は、それぞれ傾斜角が等しく、前記中円板38′と前記小円板39′を重合させた際には、両側面が平行となる様になっている。
上記した前記大円板37、前記中円板38′,38′、前記小円板39′,39′により構成された前記加圧ローラ11′を用いて木質ペレットの粉砕処理を行った場合、前記中円板38′の縁部がローラ軸41の軸心方向に、即ち前記粉砕テーブル5の径方向に、傾斜面の傾斜量の範囲で木質ペレットの粉砕体層上を往復運動する。
従って、木質ペレットをより効率的に前記加圧ローラ11′に噛込ませることができ、更に縁部の往復運動による攪拌作用により、木質ペレットの粉砕効率を更に向上させることができる。
又、図3(B)に示される第2の変形例の加圧ローラ11′′は、中円板38及び小円板39は第1の実施例と同形状であり、大円板37′は前記中円板38及び小円板39と同等の板厚を有する大円板42,42を重合せた2分割構造となっている。
該大円板42は、一方の面の縁部に全周に亘って段差43が形成された円板であり、前記大円板42,42の前記段差43が形成された面同士を重合せることで、前記大円板37′の周面に溝36′が形成される。
上記した前記大円板37′の場合、予め前記段差43が形成された前記大円板42,42を重合せるだけでよいので、大円板42製作後に別途溝36′を刻設する必要がなく、製作コストの低減を図ることができる。
尚、前記加圧ローラ11は、図3(A)に示される第1の変形例と、図3(B)に示される第2の変形例とを組合わせてもよいのは言う迄もない。
次に、図4に於いて、本発明の第2の実施例について説明する。尚、図4中、図1中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
第2の実施例では、第1の実施例に於ける竪型ミル1のシュート21を覆う様に、分級機32の下方に整流筒45を設けている。
該整流筒45は中空構造であり、下端から上端に向って前記シュート21から離反する様傾斜した円錐曲面を有する逆円錐台形状の逆円錐台部46と、円筒形状の円筒部47から構成されている。又、前記整流筒45は整流筒支持部48を介して前記逆円錐台部46が下方となる様前記シュート21に取付けられている。
前記円筒部47は、例えば前記ハウジング3と前記円筒部47とで形成される円筒状の流路断面積が前記ハウジング3の断面積の1/1.5倍となる径を有し、前記ハウジング3と前記円筒部47との間を上昇する1次空気の流速が1.5倍となる様になっている。又、前記逆円錐台部46の下端の内径は前記シュート21の外径と略同径となっており、前記逆円錐台部46の下端と前記シュート21との間に隙間が生じない様になっている。
又、前記分級機32は下端が閉塞されると共に、周面に向って下り傾斜の円錐台形状の傾斜部49を有し、前記分級機32により分級され、粉砕物送給管34により排出されずに前記傾斜部49に堆積した粉体は、該傾斜部49の傾斜及び前記分級機32の回転遠心力により前記分級室16内に排出される様になっている。
処理が開始されると、前記シュート21から木質ペレットが投入され、粉砕テーブル5上に流落した木質ペレットは、径の異なる複数の円板を重合せて構成された加圧ローラ11に噛込まれ、細粉体と粗粉体に粉砕された後、前記粉砕テーブル5の遠心力により外周に移動され、垂直に形成された吹き出し口18から吹き上がった1次空気に乗って吹き上げられ、ハウジング3の内壁に沿って垂直に上昇する。
この時、前記整流筒45の前記円筒部47により1次空気の流路断面積が1/1.5倍に縮小されるので、上昇する1次空気の流路が狭まり、1次空気の流速が1.5倍に増大すると共に、前記逆円錐台部46の円錐曲面により、吹き上げられる1次空気が前記整流筒45に沿って外周方向に誘導されることで圧力損失を抑制している。
前記ハウジング3の内壁面を上昇する粉体に対して、前記分級機32によって分級が行われ、所定粒径以下の細粉体が前記粉砕物送給管34より送出され、図示しないボイラのバーナに供給される。所定粒径以上の粗粉体はブレード31により弾かれ、或は自重により前記粉砕テーブル5上に落下する。
落下した粉体は、該粉砕テーブル5の回転遠心力によって前記凹溝7迄移動し、前記加圧ローラ11によって再度粉砕され、1次空気により吹き上げられることで再度前記分級機32により分級が行われる。
前記整流筒45を設け、1次空気の流速を速めることで1次空気に吹き上げられる粉体の前記分級機32迄の到達時間を短縮、即ち粉体が前記竪型ミル1内に滞留する時間をより短縮させる様にしたので、粉体を前記竪型ミル1外へ積極的に排出させることができ、より粉砕効率の向上及び粉砕容量の増大を図ることができる。
尚、第2の実施例では、前記整流筒45の前記円筒部47の径を1次空気の流路断面積が1/1.5倍となる径としているが、該円筒部47の径は適宜選択可能であるのは言う迄もない。
又、第2の実施例では、前記整流筒支持部48を用いて前記整流筒45を前記シュート21に取付けているが、図示しない棒状のサポートを用い、前記ハウジング3に取付ける様にしてもよい。
1 竪型ミル
3 ハウジング
5 粉砕テーブル
11 加圧ローラ
15 1次空気室
16 分級室
21 シュート
32 分級機
36 溝
37 大円板
38 中円板
39 小円板
42 大円板
43 段差
45 整流筒
46 逆円錐台部
47 円筒部

Claims (3)

  1. 分級室を形成するハウジングと、該ハウジングの上部に収納された分級機と、前記ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラを有する加圧ローラユニットと、前記粉砕テーブルの下方に形成され、1次空気が導入される1次空気室と、前記粉砕テーブルの周囲から1次空気を吹き出す吹き出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートとを具備し、前記加圧ローラは径の異なる複数の円板を重合せて構成されたことを特徴とするバイオマスミル。
  2. 前記加圧ローラが大円板と、中円板と、小円板とで構成され、前記大円板の周面に、全周に亘って溝が刻設された請求項1のバイオマスミル。
  3. 前記加圧ローラが大円板と、中円板と、小円板とで構成され、前記中円板の一方の面に傾斜面が形成され、前記小円板の一方の面に前記中円板の傾斜面とは逆の傾斜角を有する傾斜面が形成され、前記中円板と前記小円板は傾斜面同士が重合している請求項1又は請求項2のバイオマスミル。
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