JP2016097386A - 非処理植物バイオマス利用システム及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生あるいは生に近い状態の非処理植物を比較的短時間に大量処理し、同時に成形体燃料及び、あるいは非処理植物から発生する蒸気を電気生成用回転体駆動流体として供給する。【解決手段】 非処理植物の破砕部１と、破砕された非処理植物が投入される受入部２と、非処理植物の圧縮搬送部３と、圧縮搬送部で搬送される非処理植物を受け入れて乾燥させる乾燥部４と、を含み、圧縮搬送部３は、非処理植物の圧縮コンベア搬送部２０と、水分排出部２２と、水分を排出された非処理植物をコンベア搬送部による圧送力で圧縮しつつ棒状に成形する成形部であって、コンベア搬送部による圧送押出しにより乾燥部に棒状成形体を連続押出し投入する成形部２４と、を含む。【選択図】 図１

Description

本発明は植栽あるいは立木状態の植物、あるいは未加工で生に近い状態の植物をその未加工のままで処理し利用する非処理植物バイオマス利用システム及びその方法に関する。

農業生産現場、農産食品加工場、スーパーマーケット等販売現場、その他の野菜・果実等植物の取り扱い事業所では、植物の根、茎、葉、花等の部位について、市場での商品価値を有し得ないものは廃棄され、全国的には日々多量の未加工のものを含む非処理植物が排出される。これらの非処理植物は、通常は処理業者に依頼して有償処理されているのが実情である。例えば、野菜くずについては、農産物の非食用部は年間１，４００万トン、水害等被害農産物は年間推定１，３００万トン、食品加工、調理くずは年間推定１，６００万トン、合計４，３００万トンの要廃棄量があり、これらのうち再資源化され得るものや、雑肥・飼料転換され得るものを除くと大半は焼却、埋立処理されている。野菜くずを含む非処理植物については、７０％程度の水分組成を有するが、処理しだいではこれらの水分やそれ以外の部分について有用な有価物への転換が期待できると考えられる。従来、生の状態の植物バイオマスを利用して直接に有用物への転換を提案した文献は少ないが、例えば、特許文献１において生ゴミを処理して堆肥ペレットを製造する装置が提案されている。

特開２０１１−２５１８８８

特許文献１において、生ゴミ等のバイオマスを発酵させて堆肥を製造するバイオマス堆肥製造機と、該バイオマス堆肥製造機で製造された無定形のバイオマス堆肥からペレット状のバイオマス堆肥を製造するペレット製造機と、を有する家庭用バイオマス堆肥ペレット製造装置が開示されている。しかしながら、特許文献１の装置では、まず、バイオマス堆肥製造機１００Ａに腐葉土を混入した生ごみを投入し、半月ほどをかけて発酵させる。次に、発酵物を乾燥発酵機に移し、３０日間程度熟成、乾燥させてバイオマス堆肥を製造する。次にこのバイオマス堆肥をペレット製造機１００Ｂに投入しジャッキでブロックをスライドさせながらコンテナ空間で１個ずつのペレットを製造するものである。この装置は堆肥製造機と、ペレット製造機が１つのフレーム機体中にまとめられているものの実際には、堆肥製造工程で１か月半の時間を要して堆肥を製造し、製造されたものを１個ずつペレット化するに過ぎず、原料の生ゴミ投入からペレット製造までに長い時間を要し製造効率が劣り、またペレット製造機で１個ずつを製造するから生産性が極めて低い。また、生ゴミからペレット堆肥を製造するから、もともと堆肥としての利用がなされている生ごみのペレット化を行っただけであり、交換価値が低く、また、バイオマスとしての利用度が低く、限界がある。

本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、生あるいは生に近い状態の非処理植物をその非（未）加工のままで比較的短時間に大量処理し、同時に成形体燃料及び、あるいは非処理植物から発生する蒸気を電気生成用回転体駆動流体として供給することができる、非処理植物バイオマス利用システム及びその方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、非処理植物の破砕部１と、破砕された非処理植物が投入される受入部２と、受入部に接続されて破砕された非処理植物を導入しつつ非処理植物を圧縮搬送する圧縮搬送部３と、圧縮搬送部で搬送される非処理植物を受け入れて乾燥させる乾燥部４と、を含み、圧縮搬送部３は、非処理植物の自重導入を受ける圧縮コンベア搬送部２０と、圧縮搬送途中に非処理植物から出る水分を排出する水分排出部２２と、水分を排出された非処理植物を圧縮コンベア搬送部２０による圧送力で圧縮しつつ棒状に成形する成形部であって、圧縮コンベア搬送部による圧送押出しにより乾燥部４に棒状成形体を連続押出し投入する成形部２４と、を含む非処理植物バイオマス利用システムから構成される。破砕、圧縮搬送、脱水、成形工程はスクリューコンベア、ケース体、圧送パイプ等の簡単な装置構成と低廉なコストで設備を準備できる。

水分排出部２２は、圧縮コンベア搬送部２０と成形部２４にそれぞれ連通するようにこれらの中間に介装され、圧縮コンベア搬送部２０からの非処理植物を一時保持するケース体であって、水分の排出孔２２６ａを有するケース体２２５からなるようにしてもよい。

その際、ケース体２２５は、圧縮コンベア搬送部２０の搬送断面ｍＳよりも大きな断面空間の受容室２２８を有するとよい。

また、成形部２４は、一端をケース体２２５に連通し圧縮コンベア搬送部２０の搬送断面ｍＳよりも小さな孔径の圧送パイプであって、他端を乾燥部４に連通させた圧送パイプ２４０を含むとよい。

また、圧送パイプ２４０には通過する非処理植物の固結化を促進するバインダ材の投入部２５が接続されるとよい。

さらに、乾燥部４は、外部熱源により炉内を加熱する炉体４０と、炉体内に一部を配置させて設けられた乾燥ドラム４２と、乾燥ドラム４２内に設けられ乾燥に要する所要時間をかけて成形部２４から投入された棒状成形体Ｍを排出側に移送する移送装置４４と、を有し、炉体４０に内蔵され、加熱された乾燥ドラム４２内での非処理植物からの蒸気を再加熱して外部に供給する過熱器４６を含むとよい。乾燥機は内部に移送装置を配置した乾燥ドラム体を炉体に収容して二重のケース体構造で非処理植物を移送させながら乾燥するから乾燥装置のコンパクト化と設置スペースの節約、さらに乾燥工程での処理の効率を向上させる。

また、過熱器４６からの過熱乾燥蒸気を外部に引き出す外部引出配管機構６０と、外部引出配管機構に連結され過熱乾燥蒸気を受けて駆動する発電手段（６２）と、を有するとよい。

また、乾燥ドラム４２内で発生した蒸気を乾燥ドラム外の炉体４０内空間（４０１）に引出し、再び乾燥ドラム４２内に流入させる内部循環配管機構４８を設け、内部循環配管機構のドラム外炉体内配管を、通流する蒸気を過熱する過熱器４６とするとよい。

また、受入部２には破砕された非処理植物を加熱する加熱手段８０が設けられ、加熱手段８０は、外部引出配管機構６０に接続して乾燥ドラム４２内蒸気を受入部２側に案内する受入部加熱配管８０２と、受入部２に併設され受入部加熱配管８０２からの蒸気で受入部２を加熱する加熱ジャケット８０１と、を含むようにしてもよい。

また、受入部加熱配管８０２の一端側は、発電手段（６２）の蒸気の排気側に接続されて供給されるようにするとよい。

また、本発明は、非処理植物を圧縮脱水しながら棒状成形体に成形しつつ搬送する圧縮脱水成形搬送工程Ｓ１と、圧縮脱水成形搬送工程で搬送される非処理植物を受け入れて加熱乾燥させ乾燥棒状成形体を得る乾燥工程Ｓ２と、乾燥工程で生成される非処理植物からの加熱蒸気を加熱乾燥ドラム内に設けた過熱器を介して取り出される蒸気で発電タービンを駆動する非処理植物蒸気駆動工程Ｓ３と、を有する非処理植物バイオマス利用方法から構成される。

本発明の非処理植物バイオマス利用システムによれば、非処理植物の破砕部と、破砕された非処理植物が投入される受入部と、受入部に接続されて破砕された非処理植物を導入しつつ非処理植物を圧縮搬送する圧縮搬送部と、圧縮搬送部で搬送される非処理植物を受け入れて乾燥させる乾燥部と、を含み、圧縮搬送部は、非処理植物の自重導入を受ける圧縮コンベア搬送部と、圧縮搬送途中に非処理植物から出る水分を排出する水分排出部と、水分を排出された非処理植物を圧縮コンベア搬送部による圧送力で圧縮しつつ棒状に成形する成形部であって、圧縮コンベア搬送部による圧送押出しにより乾燥部に棒状成形体を連続押出し投入する成形部と、を含む構成であるから、生あるいは生に近い状態の非処理植物をその非（未）加工のままで原料投入から脱水、成形、乾燥まで比較的短時間に大量処理し、成形体燃料を簡易に製造することができる。特に、破砕、圧縮搬送、脱水、成形工程は２軸スクリューコンベア、ケース体、圧送パイプ等の簡単な装置構成と低廉な設備コストを実現できる。

水分排出部は、圧縮コンベア搬送部と成形部にそれぞれ連通するようにこれらの中間に介装され、圧縮コンベア搬送部からの非処理植物を一時保持するケース体であって、水分の排出孔を有するケース体からなる構成であるから、圧縮コンベア搬送部による動力搬送で供給される非処理植物を一時保持して水分を排出し、さらに圧縮コンベア搬送部の押し出し端と対向位置にある圧送パイプの入口から非処理植物をパイプ内に増圧圧入して圧縮パイプによる圧縮、成形を円滑に行わせることができる。

また、ケース体は、圧縮コンベア搬送部の搬送断面よりも大きな断面空間の受容室を有する構成であるから、圧縮コンベア搬送部の動力搬送による引き続く押し出し力により、受容室において再圧縮されながら処理物を脱水し、さらに圧送パイプに向けて増圧圧入させる結果、非処理植物を密度高く圧縮成形させることができる。

また、成形部は、一端をケース体に連通し圧縮コンベア搬送部の搬送断面よりも小さな孔径の圧送パイプであって、他端を乾燥部に連通させた圧送パイプを含む構成であるから、圧縮コンベア搬送部の動力搬送による引き続く押し出し力により、受容室において再圧縮されながら処理物を脱水し、さらに圧送パイプに向けて増圧圧入させる結果、非処理植物を密度高く圧縮成形させることができる。

また、圧送パイプには通過する非処理植物の固結化を促進するバインダ材の投入部が接続された構成とすることにより、乾燥部への投入前に圧送パイプ内の非処理植物を十分に固結化した棒状成形体として乾燥部へ供給させ、乾燥部での移送と乾燥を具体的に実現させることが出来る。

また、乾燥部は、外部熱源により炉内を加熱する炉体と、炉体内に一部を配置させて設けられた乾燥ドラムと、乾燥ドラム内に設けられ乾燥に要する所要時間をかけて成形部から投入された棒状成形体を排出側に移送する移送装置と、を有し、炉体に内蔵され、加熱された乾燥ドラム内での非処理植物からの蒸気を再加熱して外部に供給する過熱器を含む構成であるから、乾燥機は内部に移送装置を配置した乾燥ドラム体を炉体に収容して二重のケース体構造で非処理植物を移送させながら乾燥する結果、乾燥装置のコンパクト化と設置スペースの節約、さらに乾燥工程での処理の効率を向上させることができる。

また、過熱器からの過熱乾燥蒸気を外部に引き出す外部引出配管機構と、外部引出配管機構に連結され過熱乾燥蒸気を受けて駆動する発電手段と、を有する構成であるから、非処理植物を非（未）加工のままで比較的短時間に大量処理し、同時に成形体燃料を製造し、さらに非処理植物から発生する蒸気を、電気生成用回転体駆動流体として供給することができる。

また、乾燥ドラム内で発生した蒸気を乾燥ドラム外の炉体内空間に引出し、再び乾燥ドラム内に流入させる内部循環配管機構を設け、内部循環配管機構のドラム外炉体内配管を、通流する蒸気を過熱する過熱器とする構成であるから、乾燥機のコンパクト化し、また、過熱作用部分を十分な長さにとって良質な加熱蒸気を生成することが可能である。

また、受入部には破砕された非処理植物を加熱する加熱手段が設けられ、加熱手段は、外部引出配管機構に接続して乾燥ドラム内蒸気を受入部側に案内する受入部加熱配管と、受入部に併設され受入部加熱配管からの蒸気で受入部を加熱する加熱ジャケットと、を含む構成であるから、発電機に用いた過熱蒸気をさらに受入部本体壁の加熱に用いて、発生蒸気を有効に活用させることが出来る。

また、受入部加熱配管の一端側は、発電手段の蒸気の排気側に接続されて供給される構成とすることにより、発電機に用いた過熱蒸気をさらに受入部本体壁の加熱に用いて、発生蒸気を有効に活用させることが出来る。

また、本発明の非処理植物バイオマス利用方法によれば、非処理植物を圧縮脱水しながら棒状成形体に成形しつつ搬送する圧縮脱水成形搬送工程と、圧縮脱水成形搬送工程で搬送される非処理植物を受け入れて加熱乾燥させ乾燥棒状成形体を得る乾燥工程と、乾燥工程で生成される非処理植物からの加熱蒸気を加熱乾燥ドラム内に設けた過熱器を介して取り出される蒸気で発電タービンを駆動する非処理植物蒸気駆動工程と、を有する構成であるから、生あるいは生に近い状態の非処理植物をその非（未）加工のままで原料投入から脱水、成形、乾燥まで比較的短時間に大量処理し、成形体燃料を簡易に製造することができる。特に、乾燥棒状成形体の生成とともに、生に近い非処理植物から発生する蒸気をそのまま用いて不純物を有しない蒸気を利用するから、機器の故障が少なく、システムの耐用期間を長期に保持させることができる。

本発明の非処理植物バイオマス利用システムの概略構成説明図である。 図１のシステムの一部省略要部縦断面説明図である。 （ａ）は、図１のシステムの一部省略要部縦断面拡大説明図、（ｂ）は、それぞれ（ａ）の搬送断面、ケース体の縦断面、圧送パイプの孔径断面を模式的に示す図である。 図２のＡ−Ａ線矢視図である。 図２のＢ−Ｂ線矢視図である。 図１のシステムの処理の流れを示すフローチャート図である。 （ａ）〜（ｄ）は、乾燥実験結果のグラフ図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。本発明は、非処理植物バイオマスの利用システム及びその方法に関するものであり、本明細書において、非処理植物バイオマスとは、野菜、果物等の収穫時に除去される根、茎、葉、花部分、規格外の農業生産品、食品加工事業所、スーパー、百貨店による、小売、卸売段階、その他の機会に排出されるさまざまな種類の生あるいは生に近い加工等処理を施していない非処理植物の再生生物資源である。具体的には、例えば野菜や果物の屑を例にあげることができる。

図１ないし図５は、本発明の実施形態に係る非処理植物バイオマス利用システム（以下、「本システム」という。）を示しており、図１のシステム構成図において、本システムは、非処理植物の破砕部１と、破砕された非処理植物が投入される受入部２と、圧縮搬送部３と、乾燥部４と、を含む。破砕部１は、受入部２への投入前にあらかじめ圧縮搬送装置で搬送処理しやすいサイズに細破砕する前処理装置であり、本実施形態において、処理対象を挟み切り動作により５０ミリメートル以下程度に破砕細断する２軸破砕機が用いられている。実施形態の破砕部１は、投入用ホッパ７１の下部に配置した２軸の細断刃７２で野菜屑を細断し、その落下位置に配した平コンベア７３とバケットコンベア７４により連続して上昇移動させてシュータ７５を介して受入部２の受入ホッパ１１に投入するように設けられている。破砕部１として適用される装置は具体的には実施形態の構成には限定されず、回転刃による一軸破砕機、ハンマー式破砕機、クラッシャー式破砕機、その他任意の破砕機を用いることができる。

図１，２において、受入部２は、破砕された非処理植物を受け取って下部側に送り、次の圧縮搬送部３に供給する処理対象物の受取手段であり、実施形態において、下部側をしだいに小径となるように配置した漏斗状の受入ホッパ１１で構成されている。なお、受入ホッパ内に投入された野菜屑等を振動あるいは掻き取り動作で下部側に移動させる機構、自重又は強制的に移動させる機構、その他、機能向上のための任意の補助的な機器や装置を加えるとよい。

圧縮搬送部３は、受入部２に接続されて破砕された非処理植物を導入しながら非処理植物を乾燥部４に向けて圧縮搬送する圧縮搬送手段であり、この実施形態において受入ホッパ１１の処理対象物が自重により自然に圧縮搬送手段に受け渡されて圧縮搬送される。特に、本発明の非処理植物バイオマス利用システムにおいて、圧縮搬送部３は特徴的構成の一つである。すなわち、本実施形態において、圧縮搬送部３は、圧縮コンベア搬送部２０と、水分排出部２２と、成形部２４と、を含む。

圧縮コンベア搬送部２０は、受入ホッパ１１からの非処理植物の重力落下による自重導入を受けつつ該非処理植物を圧縮しながら乾燥部４側に向けて動力搬送する手段であり、本実施形態において、スクリュー軸の周りに螺旋状に羽根体を取り付けた一軸式のスクリューコンベア２１が用いられている。本実施形態の圧縮コンベア搬送部２０は、円筒密閉構造のトラフとしてのケース２０１と、ケース２０１内に回転自在に設置されたスクリュー羽根体２０２と、を有するスクリューコンベア２１から構成されており、ケース２０１の基部側切り欠きが受入ホッパ１１の底を含む下端部に開口された排出口２０３に連通して受入ホッパ１１内の非処理植物が自然にスクリューコンベア２１に落下するようになっている。スクリューコンベア２１は、受入ホッパ１１側から乾燥部４側に向けて斜め横下がり方向に緩やかな傾斜を有して配置されている。なお、スクリュー羽根の羽根間に流入した非処理植物はスクリュー羽根体２０２の回転により圧縮されながら緩速前進移動される。なお、スクリューコンベア２１内には、ゴム製等のオリフィスを設けてこのオリフィスを通過時に非処理植物が脱水、圧密化されて推し進められるようにしてもよいが、設けなくともよい。また、スクリューコンベア２１は一軸式に限定するものではなく、二軸式でもよい。スクリューコンベア２１は、受入ホッパ１１からケース体２２５に向けてしだいに直径が小さくなる形状であり、羽根体はそれに対応して先端側がしだいに小径となる形状で構成され、これによって、受入ホッパ１１からケース体２２５に向けて次第に非処理植物を収納する容積が減少して圧搾が増す構造としてもよい。また、スクリューコンベアのケースに複数の排出孔を設けて脱水するようにしてもよい。

水分排出部２２は、非処理植物の圧縮搬送途中に非処理植物から出る水分を排出する水分排出手段であり、圧縮コンベア搬送部２０に連結接続されて圧縮搬送されてくる非処理植物を受け入れ、水分排出を行うとともに、圧縮コンベア搬送部２０の末部で動力搬送を終端させて押出されてくる非処理植物をチャンバ体の中で一時保持し圧縮力を大きくして成形部２４に向けて非処理植物を圧送させる増圧手段としても機能する。

図１ないし図３において、実施形態の水分排出部２２は、圧縮コンベア搬送部２０の傾斜下がり端に接続され、圧縮コンベア搬送部２０と成形部２４とにそれぞれ連通するようにこれらの中間に介装されたケース体２２５で構成されている。実施形態において、ケース体２２５は、周壁２２６と離隔対向する対向壁２２７で構成された剛性筐体からなり、周壁２２６には複数の水分の排出孔２２６ａが設けられ、排出孔２２６ａに連通する配管を通して非処理植物から脱水された水分が下部側の回収箱２３０に回収される。ケース体２２５で脱水された非処理植物からの水は植物の搾汁液であり、これを利用して蒸留水や食品、薬品、飼料等の添加物として利用することができる。ケース体２２５は、圧縮コンベア搬送部２０の搬送断面ｍＳ（図３（ｂ））よりも大きな断面ｃＳをもった空間の受容室２２８を有している。ケース体２２５は圧縮コンベア搬送部２０で動力搬送されてくる非処理植物を受け入れて水分の排出を行うとともに、圧縮コンベア搬送部２０の押し出し力及び回転力で非処理植物を回転し圧搾して増圧して成形部２４に圧送する。なお、２３１は、ドレンボックスであり、加熱手段８０の加熱ジャケット８０１から排出されるドレン水を排出管８０３で回収する。なお、ケース体２２５自体を回転させて脱水及び圧縮等を行わせることもできる。また、ケース体２２５の出口側開口をラッパ状にしだいに縮小させるように構成してもよい。

成形部２４は、水分排出部２２から圧送される非処理植物を受けて乾燥部４に棒状成形物として供給する成形手段であり、本実施形態において、非処理植物の圧縮・成形により棒状の成形物を生成するとともに、これを乾燥部４へ案内・供給する機能を有する。実施形態において、成形部２４は、一端をケース体２２５に連通し圧縮コンベア搬送部２０の搬送断面ｍＳよりも小さな孔径断面ｐＳの入口を有する圧送パイプ２４０で形成されている。圧送パイプ２４０は直線状又は曲線状に形成されており、その先端は、乾燥ドラム４２の前面又は蓄熱空間４０１を経由して側面に連通接続されている。そして、圧縮コンベア搬送部２０の動力搬送の押し出し力により水分排出部２２を介して脱水後の非処理植物は圧送パイプ２４０内に圧入状に押し込まれ、パイプ内を搬送される。このとき、圧縮コンベア搬送部２０の搬送断面ｍＳよりも圧送パイプ２４０の孔径断面ｐＳが小さく形成されているから、圧縮コンベア搬送部２０からの非処理植物は、圧縮コンベア搬送部２０より大きな断面を有するケース体２２５の受容室２２８内に収容されるが、圧縮コンベア搬送部２０からの連続する押し出し力によりケース体２２５から強制的に圧送パイプ２４０内に圧入される。

図３において、圧送パイプにはバインダ材の投入部２５が接続されている。バインダ材の投入部２５は、圧送パイプ２４０内を圧送され通過する非処理植物の固結化を促進する非処理植物の固結化促進手段である。本実施形態において、バインダ材の投入部２５は圧送パイプ２４０内を移動する非処理植物に外部から作用してその固結化を促進させる。具体的には、圧送パイプ２４０の胴側部に注入管２５１がその先端を圧送パイプ２４０内に連通するように接続されており、この注入管２５１でデンプン成分その他の粘結作用を生じる成分を含むバインダ材を圧送パイプ２４０内を移動する非処理植物に注入させる。バインダ材は粉体、溶液、練状体のいずれでもよく、また、材料自体はプラスチック系の無機質材料でもよい。バインダ材の投入に際しバインダ材以外に非処理植物のカロリー増強やその他非処理植物の機能性成分を増加させ得る物質を添加して投入してもよい。これによって、棒状の成形体としての固結化を促進させる。さらに、本実施形態において、注入管２５１の先端は圧送パイプ内に貫入させて圧送パイプ内で乾燥部４方向に向けて曲げられている。尚、注入管２５１の先端は圧送パイプ２４０壁に単に連通接続してもよいことは言うまでもない。また、ケース体２２５と乾燥ドラム４２とを接続する圧送パイプ２４０は複数本設けて非処理植物を乾燥ドラムに供給させるようにしてもよい。これによって、非処理植物の固結化と同時に圧送パイプ内での非処理植物を乾燥部４方向に向けての搬送を円滑に行わせる。なお、固結化の促進により乾燥ドラム内で乾燥対象物としての非処理植物が高温下で飛散し、排出蒸気に混入しないようにさせることもできる。圧送パイプで圧縮成形搬送される非処理植物は、棒状の成形体Ｍとして乾燥部４に投入される。

乾燥部４は、炉体４０と、乾燥ドラム４２と、移送装置４４と、過熱器４６と、を含む。図２において、炉体４０は乾燥ドラム４２の加熱支持手段であり、内部に蓄熱空間４０１を有する中空の耐火構造体で構成されている。実施形態において、炉体４０は、内部に蓄熱空間４０１を有するように耐火金属の内側に耐熱性、断熱性のセラミックス、耐火セメント等の耐火物で内張りした外壁４０２を形成して内部を閉鎖している。炉体４０全体は、図４に示すように乾燥ドラムを配置する部分を中央部とする断面縦長の鍵孔形状で形成されている。炉体の外形形状は任意の箱体形状とすることができる。炉体４０の中空内部は、下部に外部熱源が供給される下部加熱部４０３と、その上位の蓄熱空間４０１と、を含み、蓄熱空間４０１に乾燥ドラム４２と、内部循環配管機構４８と、を配置支持する。下部加熱部４０３には、重油あるいは後述の乾燥した棒状成形体を燃料とするバーナー４０４が配置されて炉内を３００℃程度に加熱させる。なお、炉内の加熱温度は投入される棒状成形体の含水の程度により送り速度とともに１００℃〜６００℃の範囲で調整設定することができるようにするとよい。例えば、含水率が低い場合には、炉内を１００℃から設定できる。また、生産効率向上のために６００℃程度までの範囲で炉内温度を設定するようにしてもよい。

乾燥ドラム４２は、炉体４０の上下高さ中間位置で炉体４０を横方向に貫通するように取り付けられた中空の閉鎖ドラム体からなり、一端壁に成形部２４の圧送パイプ２４０の押し出し孔が乾燥ドラム４２内に連通して接続されている。実施形態において、乾燥ドラム４２はステンレス(SUS304)製等であり、その両端部分以外は下部加熱部４０３による加熱で外面蓄熱空間側は上記の設定温度（例えば３００℃程度）に加熱される。尚、乾燥ドラム内設定温度同様に１００℃〜６００℃の範囲で調整設定することが出来るようにするとよい。

移送装置４４は、圧送パイプ２４０で圧縮搬送部３から押し出し供給される棒状成形体Ｍを乾燥ドラム内において排出側に移送する移送手段であり、棒状成形体Ｍの乾燥に要する所要の時間をかけて例えば毎分７００ｇ程度の搬送で緩速移動させる。実施形態において、移送装置４４は、一軸螺旋羽根車式のスクリューコンベアで構成されている。移送装置４４のスクリューコンベアは、乾燥ドラム４２内で上位に蒸気滞留空間４２１を形成してドラム内の底部に配置されている。乾燥ドラム４２の移送端には、下方向に乾燥した棒状成形体を落下させて回収工程に移行させるための下部排出孔４２２が設けられている。

さらに、乾燥部４において、乾燥ドラム４２内で発生した蒸気を乾燥ドラム外の炉体内空間（蓄熱空間４０１）に引出し、再び乾燥ドラム内に流入させる内部循環配管機構４８が設けられている。実施形態では、乾燥ドラム４２の排出端の上端壁と、棒状成形体の投入端の上端壁とをループ状に連通させるループ配管４２３を蓄熱空間４０１内に設置し、内部循環配管機構４８の乾燥ドラム外であって、炉体内の配管部分を過熱器４６としている。過熱器４６は、乾燥ドラム４２に加熱されて発生する蒸気を蓄熱空間４０１を通流する際に再加熱し、飽和蒸気温度よりも高い過熱蒸気を生成させる。過熱器４６は、炉体の略対向壁の間隔長さにわたって機器を構成できるから、過熱時間を長く設定でき十分に加熱された過熱蒸気を生成することができる。これにより乾燥ドラム内は低酸素濃度に保持出来て、安定して乾燥、乾留（炭化）処理等が出来る。なお、本実施形態の乾燥ドラムは気水ドラムを兼用しているが、乾燥ドラムと気水ドラムをそれぞれ別体に設けてもよい。また、加熱用熱源をドラム以外の外部加熱手段により過熱器４６を炉体外に設置してもよい。過熱蒸気の圧力は常圧でもよい。

図４において、乾燥ドラム４２の蓄熱空間に連通して空気予熱器５０、サイクロン５２、煙突５４が管路を介して接続されており、それぞれ乾燥部４で発生する加熱空気の大気排出前処理を行なっている。なお、必要に応じてサイクロン５２の前段に加熱空気の清浄装置を設けてもよい。

さらに、図１において、本システムは、過熱器４６からの過熱乾燥蒸気を外部に引き出す外部引出配管機構６０に発電機６２が接続されている。すなわち、内部循環配管機構４８の配管の一部は炉体外（蓄熱空間４０１外）に突設しており、この突設部分に分配弁６０１が設けられて、例えば乾燥ドラム内へ３０％、発電機６２側に７０％の過熱蒸気を分配供給する。発電機６２は、外部引出配管機構６０に連結され過熱乾燥蒸気を受けて駆動する発電手段であり、外部引出配管機構６０の蒸気配管が発電機の蒸気タービン駆動管路の入口に接続されて発電機を駆動させる。なお、外部引出配管機構６０は発電機以外にも例えば農業培地の地中加温、その他の熱交換用加熱、加温装置として用いることが出来る。

乾燥ドラム４２内で移送装置４４に移送されつつ加熱乾燥されて棒状成形体はそのまま不定長のペレットとして生成され、移送端側の下部排出孔４２２から自重落下で供給され、排出コンベア（一軸式スクリューコンベア）４７により排出されて回収ボックス４９で回収される。回収された乾燥棒状成形体は燃料用ペレットとして使用することができる。なお、乾燥ドラム内の温度条件等を実施態様のものから変えることにより、乾燥棒状成形体を乾燥野菜ペレットとし、食品やペットフード等として用いることができる。

図１、２において、実施形態では受入部２に破砕された非処理植物を加熱する加熱手段８０が設けられている。加熱手段８０は、受入直後の非処理植物を加熱により軟化させて特に、植物の根、幹、枝等の堅い部位も以降の工程で処理しやすくさせる前処理手段である。実施形態において、加熱手段として受入ホッパ１１本体壁の外面に接合した加熱ジャケット８０１を含む。実施形態において、外部引出配管機構６０には発電機６２を介してそのタービン排気側に受入部加熱配管８０２が接続されており、その他端側が加熱ジャケット８０１に連通接続されて発電機の蒸気タービン出口側から排出される蒸気を加熱ジャケット８０１内に供給し、これによって、受入ホッパ１１全体を加熱することで非処理植物を加熱させる。受入部加熱配管８０２は、外部引出配管機構６０に接続して乾燥ドラム内蒸気を受入部側に案内する。

次に、図１、２、６を参照しながら、本実施形態の非処理植物バイオマス利用システムの作用並びにその利用方法について説明する。この例において、非処理植物として例えば野菜くずとして説明する。野菜くずを２軸破砕機１に投入して５０ミリメートル以下程度のサイズに破砕し（F1）、受入部２の受入ホッパ１１に投入する（F2）。受入ホッパ１１への投入時の野菜くずは、概ね７０％程度の含水率で水分を含む。受入ホッパ１１では加熱ジャケット８０１でホッパ本体が例えば８０℃程度に加熱されており、投入された野菜くずを軟化させ、若干の脱水を行わせる。受入ホッパ１１から自重落下で圧縮コンベア搬送部２０に導入された野菜くずは、一軸スクリュー間に圧縮されながら乾燥部４方向に動力搬送される（F3）。この間圧縮によりさらに脱水される。圧縮コンベア搬送部２０からケース体２２５内に押し出された野菜くずは、排出孔２２６ａから水分を排出させ(F4)、さらに圧縮コンベア搬送部２０の機械的な押し込み力によりケース体２２５内で圧力を増加させて圧送パイプ２４０の入口からケース体内の野菜くずを強制的に圧入させる。圧送パイプ２４０で、さらに圧縮され、円筒パイプ内を搬送される間に棒状の成形物として成形される（F5）。そして、乾燥ドラム内へ投入される前にバインダ材投入部２５から投入されるバインダ材により棒状成形物を固結化し（F6）、固結化した棒状成形体Ｍを乾燥ドラム４２内に供給する。乾燥ドラム４２に投入される前の棒状成形体の状態で野菜くずは約５０％程度の含水率のものとなっている。乾燥ドラム４２は、炉体の下部加熱部４０３により外周の蓄熱空間４０１温度が約３００℃程度に設定されており、これによって、棒状成形体を高温で加熱する(F7)。同時に移送装置４４により、乾燥に必要な時間をかけてゆっくりと移動させる。移送装置の終端側に設けた下部排出孔４２２から乾燥後の棒状成形体が自重落下し、排出コンベア４７で回収ボックス４９に回収され(F8)る。棒状成形体は、乾燥してペレット状になっており、取扱性が非常に良好な燃料として用いることができる。乾燥ドラム内で生成される棒状成形体の加熱による蒸気は内部循環配管機構４８の過熱器４６を経由して(F9)飽和蒸気よりもより高温の過熱蒸気として発電機６２のタービンの入配管から供給される(F10)。過熱蒸気で蒸気タービンを回転駆動させて電力を発生させる。乾燥器内の加熱空気は、空気予熱器５０(F11)、サイクロン５２（F12）を経由して大気放出される。一方、発電機６２の蒸気タービン出口配管からの蒸気は受入ホッパ１１の加熱ジャケット８０１に供給されて(F13)、ホッパに投入される野菜くずを早い段階で加熱軟化処理させる。尚、受入ホッパーに直接蒸気を吹き込んでもよい。

本発明の非処理植物バイオマス利用方法は、図６中、非処理植物を圧縮脱水しながら棒状成形体に成形しつつ搬送する圧縮脱水成形搬送工程Ｓ１と、圧縮脱水成形搬送工程で搬送される非処理植物を受け入れて加熱乾燥させ乾燥棒状成形体を得る乾燥工程Ｓ２と、乾燥工程で生成される非処理植物からの加熱蒸気を加熱乾燥ドラム内に設けた過熱器を介して取り出される蒸気で発電タービンを駆動する非処理植物蒸気駆動工程Ｓ３と、を有する。

図７（ａ）〜（ｄ）は、７種類の野菜くずの天日乾燥と電気マッフル炉を用いて２００
℃加熱で本発明の実験例として行った乾燥実験の結果を示す乾燥物のカロリー対比グラフ
であり、図７（ａ）、（ｂ）は、天日乾燥による場合、図７（ｃ）、（ｄ）は、電気マッ
フル炉乾燥による場合を示す。グラフより、天日乾燥の場合には、平均して３，３００ｋ
ｃａｌ／ｋｇに対し、電気マッフル炉の場合には、平均５，０６５ｋｃａｌ／ｋｇの熱量
を有することが示された。

以上説明した本発明の非処理植物バイオマス利用システム及びその方法は、上記の実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の本質を逸脱しない範囲においてなされる任意の改変も本発明に含まれる。本発明の非処理植物バイオマス利用システムは、生あるいは生に近い状態の非（未）加工のままの非処理植物の利用システムとしているが、対象物自体の食品としての有用性や交換価値による経済性を度外視して、それらを本システムや方法での処理対象として用いる場合も本発明の権利範囲に含まれる。

本発明の非処理植物バイオマス利用システム及びその方法は、農業生産者、農産品加工、食品加工事業者、卸売り、小売り事業の各段階で用いることができ、燃料用ペレット並びに発電装置その他の用途を同時に充足して利用することができる。

１ 非処理植物の破砕部
２ 受入部
３ 圧縮搬送部
４ 乾燥部
１１ 受入ホッパ
２０ 圧縮コンベア搬送部
２１ スクリューコンベア
２２５ ケース体
２２８ 受容室
２４ 成形部
２４０ 圧送パイプ
２５ バインダ材投入部
４０ 炉体
４０１ 蓄熱空間
４０３ 下部加熱部
４０４ バーナー
４２ 乾燥ドラム
４４ 移送装置
４６ 過熱器
４８ 内部循環配管機構
６０ 外部引出配管機構
６２ 発電機
８０１ 加熱ジャケット
ｍＳ 搬送断面
ｃＳ 大断面
ｐＳ 圧送パイプの孔径断面
Ｍ 棒状成形体

Claims (11)

1. 非処理植物の破砕部と、
   破砕された非処理植物が投入される受入部と、
   受入部に接続されて破砕された非処理植物を導入しつつ非処理植物を圧縮搬送する圧縮搬送部と、
   圧縮搬送部で搬送される非処理植物を受け入れて乾燥させる乾燥部と、を含み、
   圧縮搬送部は、非処理植物の自重導入を受ける圧縮コンベア搬送部と、圧縮搬送途中に非処理植物から出る水分を排出する水分排出部と、水分を排出された非処理植物を圧縮コンベア搬送部による圧送力で圧縮しつつ棒状に成形する成形部であって、圧縮コンベア搬送部による圧送押出しにより乾燥部に棒状成形体を連続押出し投入する成形部と、を含むことを特徴とする非処理植物バイオマス利用システム。
2. 水分排出部は、圧縮コンベア搬送部と成形部にそれぞれ連通するようにこれらの中間に介装され、圧縮コンベア搬送部からの非処理植物を一時保持するケース体であって、水分の排出孔を有するケース体からなることを特徴とする請求項１記載の非処理植物バイオマス利用システム。
3. ケース体は、圧縮コンベア搬送部の搬送断面よりも大きな断面空間の受容室を有することを特徴とする請求項２記載の非処理植物バイオマス利用システム。
4. 成形部は、一端をケース体に連通し圧縮コンベア搬送部の搬送断面よりも小さな孔径の圧送パイプであって、他端を乾燥部に連通させた圧送パイプを含むことを特徴とする請求項２又は３記載の非処理植物バイオマス利用システム。
5. 圧送パイプには通過する非処理植物の固結化を促進するバインダ材の投入部が接続されていることを特徴とする請求項４記載の非処理植物バイオマス利用システム。
6. 乾燥部は、外部熱源により炉内を加熱する炉体と、
   炉体内に一部を配置させて設けられた乾燥ドラムと、
   乾燥ドラム内に設けられ乾燥に要する所要時間をかけて成形部から投入された棒状成形体を排出側に移送する移送装置と、を有し、
   炉体に内蔵され、加熱された乾燥ドラム内での非処理植物からの蒸気を再加熱して外部に供給する過熱器を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の非処理植物バイオマス利用システム。
7. 過熱器からの過熱乾燥蒸気を外部に引き出す外部引出配管機構と、
   外部引出配管機構に連結され過熱乾燥蒸気を受けて駆動する発電手段と、を有することを特徴とする請求項６記載の非処理植物バイオマス利用システム。
8. 乾燥ドラム内で発生した蒸気を乾燥ドラム外の炉体内空間に引出し、再び乾燥ドラム内に流入させる内部循環配管機構を設け、
   内部循環配管機構のドラム外炉体内配管を、通流する蒸気を過熱する過熱器とすることを特徴とする請求項６又は７記載の非処理植物バイオマス利用システム。
9. 受入部には破砕された非処理植物を加熱する加熱手段が設けられ、
   加熱手段は、外部引出配管機構に接続して乾燥ドラム内蒸気を受入部側に案内する受入部加熱配管と、
   受入部に併設され受入部加熱配管からの蒸気で受入部を加熱する加熱ジャケットと、を含むことを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の非処理植物バイオマス利用システム。
10. 受入部加熱配管の一端側は、発電手段の蒸気の排気側に接続されて供給されることを特徴とする請求項９記載の非処理植物バイオマス利用システム。
11. 非処理植物を圧縮脱水しながら棒状成形体に成形しつつ搬送する圧縮脱水成形搬送工程と、
    圧縮脱水成形搬送工程で搬送される非処理植物を受け入れて加熱乾燥させ乾燥棒状成形体を得る乾燥工程と、
    乾燥工程で生成される非処理植物からの加熱蒸気を加熱乾燥ドラム内に設けた過熱器を介して取り出される蒸気で発電タービンを駆動する非処理植物蒸気駆動工程と、を有することを特徴とする非処理植物バイオマス利用方法。
    

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