JP2016079356A - 成形装置及び成形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉粒状の原料を成形装置により加圧・加熱させて成形物を製造するにあたり、所定長さの成形物を製造できるようにする。【解決手段】 粉粒状の原料ｗを押圧部材11により反応容器20内に順々に押し出して、原料を反応容器内において加圧させながら、加熱部20aにおいて加熱させた後、冷却部20bにおいて冷却させて成形し、この成形物Wを反応容器の取出し口23から押し出すにあたり、原料導入部と加熱部との間に原料を案内する案内部20cを設け、前記の押圧部材における押出し側先端部が加熱部内に侵入しない位置で停止させるようにして、新たな原料を反応容器内に押し出し、新たな原料と未加熱の状態にある先の原料とが接する部分を一緒に加熱部において加熱させて接合させるようにした。【選択図】 図４

Description

本発明は、原料導入部に供給された粉粒状の原料を、押圧部材により反応容器内に順々に押し出して、前記の原料を反応容器内において加圧させながら、前記の原料を反応容器の加熱部において加熱させると共に、加熱された原料を反応容器の冷却部において冷却させて、前記の原料を反応容器内において成形し、成形された成形物を反応容器の取出し口から押し出すようにした成形装置及びこのような成形装置を用いた成形物の製造方法に関するものである。特に、前記の成形装置において、前記のように成形物を反応容器の取出し口から押し出し、取出し口から押し出された成形物を切断させるにあたり、成形物が切断位置とは異なる位置で勝手に折れたりすることなく、適切な長さになった成形物を簡単に製造できるようにした点に特徴を有するものである。

従来から、バイオマス粉砕物等の粉粒状の原料を成形装置により加圧・加熱させて成形し、バイオマス固形成形物等の成形物を製造することが行われている。

ここで、このように粉粒状の原料を加圧・加熱させて成形する成形装置としては、従来から様々なものが使用されていた。

そして、このような成形装置として、例えば、特許文献１、２等においては、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、原料導入部１に供給されたバイオマス粉砕物等の粉粒状の原料ｗを、押圧部材１１により反応容器２０内に順々に押し出して、前記の原料ｗを反応容器２０内において加圧させながら、前記の原料ｗを加熱装置２１が設けられた反応容器２０の加熱部２０ａに導き、この加熱部２０ａにおいて前記の原料ｗを加熱させると共に、加熱部２０ａにおいて加熱された原料ｗを冷却装置２２が設けられた反応容器２０の冷却部２０ｂにおいて冷却させて、前記の原料ｗを成形し、このように成形された成形物Ｗを反応容器２０の取出し口２３から押し出し、このように押し出された成形物Ｗを切断装置２４により所定の長さに切断させるようにしたものが示されている。

ここで、前記の成形装置においては、一般に、図１（Ａ）に示すように、原料導入部１に粉粒状の原料ｗを供給し、この原料ｗを前記の押圧部材１１により反応容器２０内に押し出すにあたり、図１（Ｂ）に示すように、押圧部材１１における押出し側先端部を反応容器２０の加熱部２０ａ内まで押し込み、原料導入部１に供給された前記の原料ｗをまとめて反応容器２０の加熱部２０ａ内に押し込んで加熱させると共に、加熱部２０ａにおいて先に加熱されていた原料ｗを反応容器２０の冷却部２０ｂに導いて冷却させ、この冷却部２０ｂにおいて冷却されて成形された成形物Ｗを反応容器２０の取出し口２３から押し出すようにしている。

そして、図１（Ｃ），（Ｄ）に示すように、前記のような操作を繰り返して行い、反応容器２０内において成形された成形物Ｗを、反応容器２０の取出し口２３から順々に押し出し、取出し口２３から押し出された成形物Ｗが所定長さになった時点で、前記の切断装置２４により、取出し口２３から押し出された成形物Ｗを所定長さに切断させるようにしていた。なお、図１に示す例では、長尺の成形物Ｗを得るために、押圧部材１１により原料ｗを２回押し込んだ後、成形物Ｗを切断させるようにしている。

しかし、前記のように押圧部材１１における押出し側先端部を反応容器２０の加熱部２０ａ内まで押し込んで、原料導入部１に供給された原料ｗをまとめて反応容器２０の加熱部２０ａにおいて加熱させるようにした場合、新たに供給された未加熱の原料ｗが、既に加熱部２０ａにおいて加熱されて固化された状態にある原料ｗと接触した状態で加熱されるようになり、新たに供給された未加熱の原料ｗが先に加熱されて固化された状態にある原料ｗに適切に接合されず、両者の界面Ｐにおける接合強度が低くなり、特に、バイオマス粉砕物を原料とするバイオマス固形成形物の場合にはこのような接合部分の強度が弱くなっている。

このため、前記のように切断装置２４により反応容器２０の取出し口２３から押し出された成形物Ｗを所定長さに切断させた場合に、図２に示すように、切断された成形物Ｗが、切断位置とは異なる界面Ｐの位置において勝手に折れたりして、所定長さになった成形物Ｗを製造することができなくなり、特に、長い成形物Ｗを製造することが困難になるという問題があった。

特開２００８−２７４１０７号公報 特開２００８−２７４１１３号公報

本発明は、バイオマス粉砕物等の粉粒状の原料を成形装置により加圧・加熱させて成形し、バイオマス固形成形物等の成形物を製造する場合における前記のような問題を解決することを課題とするものである。

そして、本発明においては、原料導入部に供給された粉粒状の原料を、押圧部材により反応容器内に順々に押し出して、前記の原料を反応容器内において加圧させながら、前記の原料を反応容器の加熱部において加熱させると共に、加熱された原料を反応容器の冷却部において冷却させて、前記の原料を反応容器内において成形し、成形された成形物を反応容器の取出し口から押し出すようにした成形装置を用い、成形物を反応容器の取出し口から押し出し、取出し口から押し出された成形物を切断させる場合に、成形物が切断位置とは異なる位置で勝手に折れたりすることなく、所定長さの成形物を適切に製造できるようにすることを課題とするものである。

本発明に係る成形装置においては、前記のような課題を解決するため、原料導入部に供給された粉粒状の原料を、押圧部材により反応容器内に順々に押し出して、前記の原料を反応容器内において加圧させながら、前記の原料を反応容器の加熱部において加熱させると共に、加熱された原料を反応容器の冷却部において冷却させて、前記の原料を反応容器内において成形し、成形された成形物を反応容器の取出し口から押し出すようにした成形装置において、前記の原料導入部と加熱部との間に原料を案内する案内部を設けると共に、前記の原料を反応容器内に押し出す押圧部材の押し出し方向への移動距離を制御する制御装置を設けた。

ここで、前記の粉粒状の原料としては、例えば、バイオマス粉砕物等を用いることができる。

また、前記の成形装置において、前記の押圧部材の押出し側先端部に加熱手段を設けることができる。

そして、本発明に係る成形物の製造方法においては、前記の成形装置を用い、前記の押圧部材により原料導入部に供給された粉粒状の原料を反応容器内に順々に押し出して、前記の原料を反応容器の加熱部に導くにあたり、前記の制御装置により、押圧部材における押出し側先端部が前記の加熱部内に侵入しない位置で押圧部材を停止させるようにした。

このように、押圧部材における押出し側先端部が加熱部内に侵入しない位置で押圧部材を停止させるようにして、原料導入部に供給された粉粒状の原料を反応容器の加熱部に導くようにすると、前記の原料の一部は加熱部内に導かれずに案内部に残った状態になり、案内部に残った原料は十分に加熱されず未固化の状態で維持されるようになる。

そして、この状態で、新たに原料導入部に供給された粉粒状の原料を、前記のように押圧部材における押出し側先端部が加熱部内に侵入しない位置で停止させるようにして、反応容器の加熱部に導くようにすると、新たに供給された未加熱の原料が、案内部に残った十分に加熱されず未固化の状態になっている先の原料と接した状態で一緒に加熱部に導かれ、これらが加熱部において同様に加熱されるようになり、新たに供給された原料と先に供給された原料とが界面のない状態で適切に接合されるようになる。このため、反応容器の取出し口から押し出された成形物を所定長さに切断するようにした場合、従来のように、切断する位置とは異なる界面の位置において成形物が勝手に折れたりするのが抑制される。

また、前記の成形装置において、前記のように押圧部材の押出し側先端部に加熱手段を設けた場合、前記の押圧部材により原料導入部に供給された粉粒状の原料を反応容器内に順々に押し出して、前記の原料を反応容器の加熱部に導くにあたり、前記の制御装置により押圧部材における押出し側先端部が前記の加熱部内に侵入しない位置で押圧部材を停止させ、この状態で、押圧部材の押出し側先端部に設けた前記の加熱手段を加熱させるようにすることができる。

ここで、このように押圧部材における押出し側先端部が前記の加熱部内に侵入しない位置で停止させた状態で、押圧部材の押出し側先端部に設けた加熱手段を加熱させると、この押圧部材の押出し側先端部と接触する部分の原料が加熱されて固化されるようになる。

次いで、新たに原料導入部に供給された粉粒状の原料を、前記のように押圧部材における押出し側先端部が加熱部内に侵入しない位置で停止させるようにして、反応容器の加熱部に導くと、新たに供給された未加熱の原料が、前記のように加熱されて固化された状態にある先の原料の端面と接した状態で一緒に加熱部に導かれて加熱され、新たに供給された原料が、加熱されて固化された状態にある先の原料に適切に接合されず、その界面における接合強度が低くなって切断されやすい状態になる。

そして、前記のように押圧部材により原料導入部に供給された粉粒状の原料を反応容器内に順々に押し出して、前記の原料を反応容器の加熱部に導くにあたり、押圧部材の押出し側先端部における前記の加熱手段を加熱させるタイミングを任意に制御することにより、接合強度が低い界面を形成する間隔を任意に調整することができ、このように接合強度が低くなった界面の部分において成形物を切断させることにより、任意の長さになった成形物を簡単に製造することができるようになる。

この結果、本発明に係る成形装置を用いて成形物を製造するようにした場合、成形物を反応容器の取出し口から押し出し、取出し口から押し出された成形物を切断させる際に、成形物が勝手に折れたりするのが抑制され、所定長さの成形物を適切に製造できるようになる。

従来の成形装置において、粉粒状の原料を成形させて成形物を製造する工程を示した概略断面図である。 従来の成形装置において、反応容器の取出し口から押し出された成形物Ｗを所定長さに切断した場合に、切断位置とは異なる界面の位置において成形物が折れる状態を示した概略断面図である。 本発明の実施形態に係る成形装置を示した概略断面図である。 前記の実施形態に係る成形装置の第１の使用例を示し、（Ａ）〜（Ｃ）は、粉粒状の原料を成形させて所定長さになった成形物を製造する工程を示した概略断面図である。 前記の実施形態に係る成形装置の第２の使用例を示し、（Ａ），（Ｂ）は、粉粒状の原料を成形させて所定長さになった成形物を製造する工程を示した概略断面図である。 本発明の実施形態に係る成形装置において、原料を原料導入部に供給する例を示し、（Ａ）〜（Ｄ）は、原料を原料導入部に供給して反応容器内に押し出す工程を示した概略部分断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る成形装置及びこの成形装置を用いた成形物の製造方法を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る成形装置及び成形物の製造方法は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。

この実施形態における成形装置においては、図３に示すように、バイオマス粉砕物等の粉粒状の原料ｗが供給される原料導入部１と連続するようにして、粉粒状の原料ｗを成形する反応容器２０が設けられている。

そして、この反応容器２０においては、前記の原料導入部１と連続する上流側から順番に、前記の原料導入部１に供給された粉粒状の原料ｗを加熱部２０ａに案内する案内部２０ｃと、案内部２０ｃから導かれた原料ｗを加熱させる加熱部２０ａと、加熱部２０ａにおいて加熱された原料ｗを冷却させる冷却部２０ｂとが設けられ、この冷却部２０ｂの下流側に、反応容器２０内において成形された成形物Ｗを取り出す取出し口２３が設けられており、またこの取出し口２３の近傍に、取出し口２３から押し出された成形物Ｗを切断させる切断装置２４が設けられている。

ここで、前記の加熱部２０ａにおいては、加熱部２０ａの外周側に電熱ヒーター等の加熱装置２１を設け、この加熱装置２１により加熱部２０ａ内に導かれた原料ｗを加熱させるようにしている。

また、前記の冷却部２０ｂにおいては、冷却部２０ｂの外周側に冷風ファン等の冷却装置２２を設け、加熱部２０ａにおいて加熱されて冷却部２０ｂに導かれた原料ｗを冷却させるようにしている。なお、冷却部２０ｂにおいては、その外周側から熱が自然に放熱されるため、必ずしも前記のような冷却装置２２を設ける必要はない。

また、この実施形態における成形装置においては、前記の原料導入部１に供給された粉粒状の原料ｗを前記の反応容器２０内に押し出すにあたり、押出し装置１０として、押出シリンダー１２から反応容器２０に向けて伸縮する押圧部材１１を設け、この押圧部材１１の押出し側先端部にヒーター等の加熱手段１３を設けている。また、前記の押出し装置１０によって前記の押圧部材１１を反応容器２０内に押し出すにあたり、この押圧部材１１を反応容器２０内に押し出す移動距離を制御装置１４によって制御するようにしている。

そして、この実施形態における成形装置を用い、バイオマス粉砕物等の粉粒状の原料ｗを成形させて、所定長さの成形物Ｗを製造するにあたっては、図４（Ａ）に示すように、原料導入部１に粉粒状の原料ｗを所定量供給した後、この原料ｗを押圧部材１１により原料導入部１から反応容器２０内に押し出すにあたり、押圧部材１１の押し出し方向への移動距離を制御装置１４によって制御し、図４（Ｂ）に示すように、押圧部材１１における押出し側先端部が加熱部２０ａ内に侵入しない案内部２０ｃの位置で、押圧部材１１を停止させるようにし、このような操作を繰り返して、原料導入部１に供給された原料ｗを順々に反応容器２０内に押し出すようにする。

ここで、前記のように押圧部材１１における押出し側先端部を加熱部２０ａ内に侵入しない案内部２０ｃの位置で停止させるようにして、原料導入部１に供給された原料ｗを反応容器２０内に押し出すようにすると、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、反応容器２０内に押し出された原料ｗの一部は加熱部２０ａ内に導かれずに案内部２０ｃに残った状態になり、このように案内部２０ｃに残った原料ｗは、十分に加熱されずに水分が残り、未固化で粘着性が残っている状態で維持されるようになる。

また、図４（Ｂ）に示すように、新たに原料導入部１に供給された粉粒状の原料ｗを、前記のように押圧部材１１における押出し側先端部が加熱部２０ａ内に侵入しない位置で押圧部材１１を停止させるようにして、反応容器２０内に押し出すようにすると、新たに反応容器２０内に押し出された先端側の原料ｗが、十分に加熱されず未固化の状態になっている先の原料ｗと接着した状態で一緒に加熱部２０ａに導かれて同じように加熱され、新たに供給された原料ｗと先に供給された原料ｗとが界面のない状態で適切に接合されるようになる。

そして、前記のような操作を繰り返して行い、原料導入部１に供給された粉粒状の原料ｗを順々に反応容器２０内に押し出し、前記のように原料ｗを加熱部２０ａにおいて加熱させると共に、このように加熱された原料ｗを反応容器２０の冷却部２０ｂに導いて冷却させ、この冷却部２０ｂにおいて冷却されて成形された成形物Ｗを反応容器２０の取出し口２３から押し出すようにすると、界面がない状態で成形物Ｗが反応容器２０の取出し口２３から順々に押し出されるようになる。

次いで、このように成形物Ｗを反応容器２０の取出し口２３から順々に押し出した結果、図４（Ｃ）に示すように、反応容器２０の取出し口２３から押し出された成形物Ｗが所定長さになった場合には、前記の切断装置２４により取出し口２３から押し出された成形物Ｗを切断させるようにする。この場合、成形物Ｗが界面がない状態で反応容器２０の取出し口２３から押し出されているため、この成形物Ｗを切断装置２４によって切断させる際に、従来のように切断する位置とは異なる界面の位置において成形物Ｗが勝手に折れたりするのが抑制され、所定長さになった成形物Ｗを適切に製造することができるようになる。

また、この実施形態における成形装置においては、前記のように原料導入部１に供給された粉粒状の原料ｗを、押圧部材１１によって反応容器２０内に押し出し、この押圧部材１１における押出し側先端部を、加熱部２０ａ内に侵入しない案内部２０ｃの位置で停止させた状態で、図５（Ａ）に示すように、押圧部材１１における押出し側先端部に設けられた加熱手段１３を加熱させるようにすることができる。このようにすると、加熱部２０ａ内に導かれずに案内部２０ｃに残った未加熱の原料ｗにおいて、押圧部材１１の押出し側先端部に接触している部分の原料ｗが、この加熱手段１３により加熱されて固化されるようになる。

次いで、図５（Ｂ）に示すように、新たに原料導入部１に供給された粉粒状の原料ｗを、前記のように押圧部材１１における押出し側先端部が加熱部２０ａ内に侵入しないようにして、反応容器２０内に押し出すようにすると、新たに反応容器２０内に押し出された先端側の原料ｗが、前記のように加熱手段１３により加熱されて固化された先の原料ｗの面と接した状態で一緒に加熱部２０ａに導かれて加熱されるようになる。この場合、新たに供給された原料ｗと接する先の原料ｗの面が既に加熱されて固化した状態になっているため、一緒に加熱部２０ａにおいて加熱しても、新たに供給された原料ｗと先の原料ｗとが適切に接合されず、その界面Ｐにおける接合強度が低くなる。

そして、原料導入部１に供給された粉粒状の原料ｗを押圧部材１１により順々に反応容器２０内に押し出すにあたり、前記のように押圧部材１１における押出し側先端部に設けられた加熱手段１３を加熱させ、押圧部材１１の押出し側先端部に接触している部分の原料ｗを加熱させて固化させる動作を任意のタイミングで行うようにすると、成形物Ｗにおいて接合強度が低くなった界面Ｐが任意の間隔を介して形成されるようになる。

そして、このように接合強度が低くなった界面Ｐが任意の間隔で形成された成形物Ｗを反応容器２０の取出し口２３から押し出して、成形物Ｗを切断装置２４により切断するにあたっては、前記の界面Ｐの位置において成形物Ｗを切断させるようにする。

このようにすると、切断装置２４により成形物Ｗが前記の界面Ｐの位置において簡単に切断され、所定長さになった成形物Ｗを簡単に製造できるようになる。

また、前記の実施形態において、原料ｗを前記の原料導入部１に供給するにあたっては、図６（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、前記の原料導入部１の上方に延出された延出部１ａに、原料ｗを原料導入部１に供給する原料供給管１ｂを設けると共に、前記の延出部１ａ内において上下方向に移動して、原料供給管１ｂから原料導入部１に供給されたる原料ｗを押え付ける押え部材１ｃを設けるようにすることができる。

そして、この場合においては、図６（Ａ）に示すように、前記の押圧部材１１を原料導入部１の上流側に待機させると共に、前記の押え部材１ｃを原料供給管１ｂよりも上方に位置させた状態で、前記の原料供給管１ｂから原料ｗを原料導入部１に供給した後、図６（Ｂ）に示すように、前記の押え部材１ｃを下方に移動させて、原料導入部１に供給された原料ｗをこの押え部材１ｃにより押さえ付けるようにする。そして、この状態で、図６（Ｃ）に示すように、原料導入部１の上流側に待機された押圧部材１１を原料導入部１に向けて移動させ、前記のように押圧部材１１における押出し側先端部が加熱部２０ａ内に侵入しない案内部２０ｃの位置で停止するようにして、原料導入部１に供給された原料ｗを反応容器２０内に押し出し、その後、図６（Ｄ）に示すように、前記の押圧部材１１を原料導入部１の上流側の位置に戻すと共に、前記の押え部材１ｃを原料供給管１ｂよりも上方の位置に戻すようにする。

また、前記の実施形態における成形装置においては、反応容器２０を水平方向に設置させるようにしたが、反応容器２０を設置させる方向は特に限定されず、図示していないが、反応容器２０を縦や斜め方向に設置させるようにすることも可能である。

１ ：原料導入部
１ａ ：延出部
１ｂ ：原料供給管
１ｃ ：押え部材
１０ ：押出し装置
１１ ：押圧部材
１２ ：押出シリンダー
１３ ：加熱手段
１４ ：制御装置
２０ ：反応容器
２０ａ ：加熱部
２０ｂ ：冷却部
２０ｃ ：案内部
２１ ：加熱装置
２２ ：冷却装置
２３ ：取出し口
２４ ：切断装置
ｗ ：原料
Ｗ ：成形物
Ｐ ：界面

Claims (6)

1. 原料導入部に供給された粉粒状の原料を、押圧部材により反応容器内に順々に押し出して、前記の原料を反応容器内において加圧させながら、前記の原料を反応容器の加熱部において加熱させると共に、加熱された原料を反応容器の冷却部において冷却させて、前記の原料を反応容器内において成形し、成形された成形物を反応容器の取出し口から押し出すようにした成形装置において、前記の原料導入部と加熱部との間に原料を案内する案内部を設け、前記の押圧部材における押出し側先端部が前記の加熱部内に侵入しない位置で、この押圧部材を停止させることを特徴とする成形装置。
2. 請求項１に記載の成形装置において、前記の押圧部材における押出し側先端部が前記の加熱部内に侵入しない位置で、この押圧部材を停止させるにあたり、前記の原料を反応容器内に押し出す押圧部材の押し出し方向への移動距離を制御する制御装置を設けたことを特徴とする成形装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の成形装置において、前記の粉粒状の原料がバイオマス粉砕物であることを特徴とする成形装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の成形装置において、前記の押圧部材の押出し側先端部に加熱手段を設けたことを特徴とする成形装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の成形装置を用いた成形物の製造方法において、前記の押圧部材により原料導入部に供給された粉粒状の原料を反応容器内に順々に押し出して、前記の原料を反応容器の加熱部に導くにあたり、前記の押圧部材における押出し側先端部が前記の加熱部内に侵入しない位置で、この押圧部材を停止させることを特徴とする成形物の製造方法。
6. 請求項４に記載の成形装置を用いた成形物の製造方法において、前記の押圧部材により原料導入部に供給された粉粒状の原料を反応容器内に順々に押し出して、前記の原料を反応容器の加熱部に導くにあたり、前記の押圧部材における押出し側先端部が前記の加熱部内に侵入しない位置で、この押圧部材を停止させると共に、この押圧部材の押出し側先端部に設けた前記の加熱手段を加熱させることを特徴とする成形物の製造方法。

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