JP2015078319A

JP2015078319A - 木質ペレット

Info

Publication number: JP2015078319A
Application number: JP2013216939A
Authority: JP
Inventors: 雅人小鳥; Masahito Kotori
Original assignee: Takahama Industry Co Ltd
Current assignee: Takahama Industry Co Ltd
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-04-23

Abstract

【課題】強度があまりなく膨潤性が高いと予想される従来の木質ペレットが結露した場合には、ペレット自体が形崩れしてしまうというおそれがあった。いったん形崩れしてしまった木質ペレットは、固形燃料として商品価値がないものとなってしまう。本発明は、保管時に結露して形崩れしてしまうことがない木質ペレットを提供する。
【解決手段】木質原料のみを圧縮成形したペレットであって、総ての粒径が１ｍｍ以下であり、かつ、曲げ強度が８０〜１１０ｋｇ／ｃｍ^２であり、また、密度が０．９〜１．１ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする木質ペレット。製造には２台の押出成形機を使い行う。第一の押出成形機は６０〜１１０℃で１０〜５０ｋｇ／ｃｍ^２で圧縮成形し、第二押出成形機の原料とし、第二押出成形機は８０〜１７０℃で１０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２で圧縮成形し、木質粒子の粒径が１ｍｍ以下の円柱状の成形品とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、ペレットストーブやペレットボイラーなどの固形燃料として用いられる、総てが間伐材や廃木材などの木質原料からなる木質ペレットに関する。

従来の木質ペレットとしては、含水率４〜１３％、かつ、粒度６０〜７０メッシュの粒度の木粉と、含水率４〜１３％、かつ、粒度１００〜１５０メッシュの粒度を有するスギ葉粉とのみからなるとともに、前記スギ葉粉に含有される脂肪酸を前記木粉の内部に浸透させた混合原料を、前記混合原料中の前記スギ葉粉の脂肪酸と前記木粉に浸透した脂肪酸とによって前記木粉に含有されるリグニン及びセルロースの融合を促進させ、結合剤を使用することなく固化し、ペレットに成形したことを特徴とする木質ペレットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記の従来の木質ペレットは、スギ葉粉と木粉とのみからなる混合原料に、結合材（バインダー）を一切添加することなくペレットに成形し、確実にペレットストーブやペレットボイラーなどの固形燃料とすることができた。

特開２０１２−１１６９７３号公報

しかし、従来の木質ペレットは、木質原料に結合材（バインダー）を一切添加することなく、固形燃料とすることができるものの、木質ペレットの保管時に想定される結露対策については、何ら解決策が期待できなかった。

通常、木質ペレットは、化学繊維、天然繊維、又はラミネート加工された特殊紙などからできた袋に詰められた状態で保管されるが、気温による影響から、袋の中の木質ペレットが結露してしまう場合が少なくない。
このため、強度があまりなく膨潤性が高いと予想される従来の木質ペレットが結露した場合には、ペレット自体が形崩れしてしまうというおそれがあった。
いったん形崩れしてしまった木質ペレットは、固形燃料として商品価値がないものとなってしまう。

本発明は、保管時に結露して形崩れしてしまうことがなく、加えて、固形燃料として燃焼効率が高い木質ペレットを提供することを目的とする。

本発明の第１の課題解決手段は、木質原料のみを圧縮成形したペレットであって、総ての粒径が１ｍｍ以下であり、かつ、曲げ強度が８０〜１１０ｋｇ／ｃｍ^２であることを特徴とする木質ペレットである。

本発明の第２の課題解決手段は、密度が０．９〜１．１ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする第１の課題解決手段である木質ペレットである。
なお、ここでの密度とは、ペレット単体の個体密度をいう。

本発明の第１の課題解決手段は、総ての粒径が１ｍｍ以下の細かい木質粒子であって、かつ、曲げ強度が８０〜１１０ｋｇ／ｃｍ^２である木質ペレットであることから、細かい木質粒子同士が多くの接点を持って、木質原料の成分の一つである硬化したリグニンによって固く引き締められた状態で結合されたものとなっている。
このため、充分な強度があることから、膨潤性が低いものとなっているため、保管時に結露して形崩れしてしまうことがない。

本発明の第２の課題解決手段は、第１の課題解決手段が奏する効果に加え、密度が０．９〜１．１ｇ／ｃｍ^３の木質ペレットであることから、燃焼時に残渣（燃えかす）がほとんど残らないものとなっている。
このため、燃焼効率が高い。

本発明の木質ペレットを作る方法に用いるための第一の押出成形機と第二の押出成形機の略側面断面図である。

本発明の木質ペレットを以下に説明する。
本発明の木質ペレットは、木質原料のみを圧縮成形したペレットであって、総ての粒径が１ｍｍ以下であり、かつ、曲げ強度が８０〜１１０ｋｇ／ｃｍ^２であることを特徴とするものである。
さらに、密度が０．９〜１．１ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とするものである。

本発明の木質ペレットは、第一の押出成形機１０と第二の押出成形機４０とを用いた次の方法によって作ることができる（図１参照）。
なお、本発明の木質ペレットの作り方は、次の方法に限定されるものではない。

まず、第一の押出成形機１０について説明する。
第一の押出成形機１０は、木質原料Ｍを６０〜１１０℃の温度で、かつ、１０〜５０ｋｇ／ｃｍ^２で圧縮成形し軟化処理するための装置である。
木質原料Ｍを軟化処理し、更に細かくした一次原料Ｅとすることにより、木質原料Ｍ中の軟化したリグニンを細かな木質粒子同士の間に溶出させる。

第一の押出成形機１０は、主に、駆動手段であるモーター（図示しない）に接続されて回転自在に設けられた一軸の第一のスクリュー１２を内部に水平方向に納めた第一の円筒体１６と、第一の円筒体１６の後端寄りに設けられた木質原料Ｍを第一の円筒体１６内に供給するための第一の原料供給口２０と、第一の円筒体１６の先端に設けられた、木質原料Ｍを更に細かくした一次原料Ｅとして押し出すための多数の円形の押出孔２２を備えた第一のダイ２４と、第一の円筒体１６において第一のダイ２４の手前の鉛直方向に設けられた、圧縮されて木質原料Ｍから絞り出される水分を排水させるための排水口１８とを有するものである。

なお、木質原料Ｍを後述する円柱の固形棒状物Ｓではなく、あえて、更に細かくした一次原料Ｅとして押し出すことができるように、第一のダイ２４の押出方向の厚みＴ１は、後述する第二の押出成形機４０の第二のダイ４６の押出方向の厚みＴ２よりも小さいものとなっている。

次に、第二の押出成形機４０について説明する。
第二の押出成形機４０は、一次原料Ｅを８０〜１７０℃の温度で、かつ、１０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２で圧縮成形し、更に細かくし、総ての木質粒子の粒径が１ｍｍ以下の円柱の固形棒状物Ｓとなるようにして、固化処理するための装置である。

一次原料Ｅを固化処理し、細かな木質粒子同士の間に溶出したリグニンを硬化させることにより、円柱の固形棒状物Ｓが、細かな木質粒子同士が多くの接点を持って、硬化したリグニンによって固く引き締められた状態で結合されたものとなる。

第二の押出成形機４０は、主に、駆動手段であるモーター（図示しない）に接続されて回転自在に設けられた一軸の第二のスクリュー４８を内部に水平方向に納めた第二の円筒体５０と、第二の円筒体５０の後端寄りに設けられた一次原料Ｅを第二の円筒体５０内に供給するための第二の原料供給口５２と、第二の円筒体５０の先端寄りの周面に設けられた一次原料Ｅを冷却するための冷却ジャケット１４と、第二の円筒体５０の先端寄りに設けられた、第二のダイ４６から押し出される直前の一次原料Ｅの温度を測るための第一の温度センサー３０と、第二の円筒体１６の先端に設けられた、一次原料Ｅを円柱の固形棒状物Ｓとして押し出すための多数の円形の押出孔３８を備えた第二のダイ４６と、第二のダイ４６に設けられた第二の温度センサー４４と、第二のダイ４６に設けられた、押出孔３８内の一次原料Ｅを加熱するための加熱ジャケット３４とを有するものである。

なお、更に細かくした一次原料Ｅを円柱の固形棒状物Ｓとして押し出すために、第二のダイ４６の押出方向の厚みＴ２は、第一の押出成形機１０の第一のダイ２４の押出方向の厚みＴ１よりも大きいものとなっている。

続いて、本発明の木質ペレットの作り方を説明する。
なお、ここでの木質原料Ｍは、間伐材を粉砕した後の乾燥処理されていない含水率（ウエットベース）４０〜６０％のおが屑である。

まず、木質原料Ｍを第一の押出成形機１０の第一の原料供給口２０から第一の円筒体１６内へと供給する。
第一の円筒体１６内に供給された木質原料Ｍは、第一のスクリュー１２によって押し出され、次々と第一のダイ２４に向かって圧縮されていく。

そして、第一のスクリュー１２によって木質原料Ｍを圧縮することにより、木質原料Ｍを脱水させる。
これにより、木質原料Ｍから絞り出された水分が、排水口１８から第一の円筒体１６外へと排水される。

そして、脱水させた木質原料Ｍを、引き続き第一のスクリュー１２によって、１０〜５０ｋｇ／ｃｍ^２で圧縮しながら、第一のダイ２４に備えられた多数の押出孔２２から更に細かくした一次原料Ｅとして押し出す。

なお、このとき、木質原料Ｍの温度は、第一の円筒体１６内周面との摩擦熱及び第一のダイ２４との摩擦熱によって、６０〜１１０℃の範囲にある。
また、多数の押出孔２２から押し出された直後の一次原料Ｅの含水率は２５〜３５％となっている。

このように、第一の押出成形機１０によって、木質原料Ｍを軟化処理し、更に細かくした一次原料Ｅとすることにより、木質原料Ｍ中の軟化したリグニンを細かな木質粒子同士の間に溶出させる。

続いて、第一の押出成形機１０から押し出された一次原料Ｅを第二の押出成形機４０の第二の原料供給口５２から第二の円筒体５０内へと供給する。
第二の円筒体５０内に供給された一次原料Ｅは、第二のスクリュー４８によって押し出され、次々と第二のダイ４６に向かって圧縮されていく。

そして、一次原料Ｅを、引き続き第二のスクリュー４８によって圧縮しながら、第一の温度センサー３０から得られた一次原料Ｅの温度を基に、冷却ジャケット１４に冷却水を送り込み、第二の円筒体５０内周面との摩擦熱及び第二のダイ４６との摩擦熱によって高温となった、第二のダイ４６から押し出される直前の一次原料Ｅの温度を、８０〜１７０℃の温度となるように冷却して調整する。

そして、引き続き第二のスクリュー４８によって、１０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２で圧縮しながら、８０〜１７０℃の温度で一次原料Ｅを第二のダイ４６に備えられた多数の押出孔３８から円柱の固形棒状物Ｓとして押出成形する。
このとき、円柱の固形棒状物Ｓの総ての木質粒子の粒径は、一次原料Ｅから更に粉砕され圧縮されていることにより、１ｍｍ以下となっている。

また、この際、第二の温度センサー４４から得られた一次原料Ｅの温度が、８０〜１７０℃の温度を下回るものとならないように、加熱ジャケット３４に蒸気を送り込んで加熱し、調整する。

このように、第二の押出成形機４０によって、総ての木質粒子の粒径が１ｍｍ以下の円柱の固形棒状物Ｓとなるように一次原料Ｅを固化処理し、細かな木質粒子同士の間に溶出したリグニンを硬化させることにより、円柱の固形棒状物Ｓが、細かな木質粒子同士が多くの接点を持って、硬化したリグニンにより固く引き締められた状態で結合される。

そして、円柱の固形棒状物Ｓを、第二のダイ４６から木質ペレットＰの所望の長さの分だけ離れた場所に設けられた回転式のカッター４２によって、順次、所望な長さに切断して円柱の木質ペレットＰとして完成させる。

なお、完成直後の木質ペレットＰの含水率は１８〜２５％となっているが、後に乾燥させることにより、固形燃料として適正な含水率である６〜１０％まで落とすこととなる。

続いて、実際に上記の方法で作り出した本発明のペレットの曲げ強度、膨潤率、及び密度の測定結果について説明する。

まず、曲げ強度について説明する。
曲げ強度試験機により、本発明の一つのペレットの側面に対し荷重を掛け、破断した時の荷重を測定した結果、９５．８ｋｇ／ｃｍ^２となった。
なお、別途、市販の木質ペレットの一つの曲げ強度を同様な方法で測定したところ、４０．３ｋｇ／ｃｍ^２であった。

次に、膨潤率について説明する。
本発明のペレットを水中に２４時間放置することにより、吸水後の線膨張率を、「（吸水後の直径−吸水前の直径）／吸水前の直径」の式によって測定した結果、８．３％となった。
なお、別途、市販の木質ペレットの膨潤性を調べたところ、１０時間経過後に原形を留めない程に膨潤し、崩壊しているのを確認している。

次に密度について説明する。
本発明のペレット単体の固体密度を「質量／体積」の式によって測定した結果、１．０ｇ／ｃｍ^３となった。
なお、別途、市販の木質ペレット単体の固体密度を同様な方法で測定したところ、１．２８ｇ／ｃｍ^３であった。

上記のとおり、本発明のペレットは、細かい木質粒子同士が多くの接点を持って、木質原料の成分の一つである硬化したリグニンによって固く引き締められた状態で結合されているため、曲げ強度が９５．８ｋｇ／ｃｍ^２と高いものとなり、膨潤率が８．３％と低いものとなっている。

このため、保管時に結露して形崩れしてしまうことがない。
なお、８０〜１１０ｋｇ／ｃｍ^２の強い曲げ強度であれば、膨潤率も低いものになると予測できるため、同様な効果が得られるはずである。

さらに、本発明のペレットは、密度が１．０ｇ／ｃｍ^３と小さいものであることから、燃焼時に残渣（燃えかす）がほとんど残らない。

このため、燃焼効率が高い。
なお、０．９〜１．１ｇ／ｃｍ^３の小さい密度であれば、同様に燃焼時に残渣（燃えかす）がほとんど残らないものになると予測できる。

１０第一の押出成形機
１２第一のスクリュー
１４冷却ジャケット
１６第一の円筒体
１８排水口
２０第一の原料供給口
２２押出孔（第一の押出成形機）
２４第一のダイ
３０第一の温度センサー
３４加熱ジャケット
３８押出孔（第二の押出成形機）
４０第二の押出成形機
４２カッター
４４第二の温度センサー
４６第二のダイ
４８第二のスクリュー
５０第二の円筒体
５２第二の原料供給口
Ｍ木質原料
Ｅ一次原料
Ｓ固形棒状物
Ｐ木質ペレット
Ｔ１第一のダイの厚み
Ｔ２第二のダイの厚み

Claims

木質原料のみを圧縮成形したペレットであって、
総ての粒径が１ｍｍ以下であり、かつ、曲げ強度が８０〜１１０ｋｇ／ｃｍ^２であることを特徴とする木質ペレット。
密度が０．９〜１．１ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする請求項１記載の木質ペレット。