JP2024068252A - 選別装置及びこれを備えたバイオマス原料処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】よりコンパクトな構成で粉粒体から異物を選別除去できる選別装置及びこれを備えたバイオマス原料処理システムを提供する。【解決手段】選別装置１は、異物を選別除去するための選別機３を備え、選別機３は、外筒８と、外筒８の底面８１から起立する内筒９と、外筒８の上面８２から内筒９の内部へ垂下する排気筒１０と、を備える。気流発生手段２により発生された粉粒体を含む気流は選別機３へ導入され、旋回流となって環状空間Ｓ１を旋回しながら上昇した後に内筒９の内部空間Ｓ２へ流入し、環状空間Ｓ１において、相対的に比重の大きな異物は遠心力により旋回流から落下し、内筒９の内部空間Ｓ２において、粉粒体は遠心力によって旋回流から分離されて落下し、選別機３の底面８１に設けられた取出口８ｄから外部へ排出される。【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 貸与日：令和４年９月３０日 貸与した場所：蘭越町（北海道磯谷郡蘭越町）

本発明は、粉粒物から異物を選別除去するための選別装置及びこれを備えたバイオマス原料処理システムに関する。

従来より、籾殻や木屑等のバイオマスを燃料や肥料等として活用されており、その際にバイオマスは所定の処理装置で粉砕処理されたり固形化処理されたりする。しかしながら、バイオマスに小石等の異物が混入していると、処理装置の故障に繋がる。多くの場合、バイオマスはダンプカーに積まれて運搬され、集積場にて山積みにされて保管されるところ、運搬時にタイヤで飛ばされた砂や砂利がバイオマスに混入したり、作業員の靴底などに付着した小石が集積場にてバイオマスに混入したりすることがあり、異物の混入を完全に防止するのは難しかった。

このような異物を除去するものとしては、古くから唐箕と呼ばれる装置が知られている。近年では、これが自動化された石抜き装置が農業機械の１つとして普及している。石抜き装置は、異物が混入した粉粒体を傾斜状の多孔板に載せ、多孔板を往復揺動させると共に下方から風を送り、比重の軽い粉粒体を浮き上がらせて傾斜に沿って流下させる一方で、比重の重い小石等の異物は傾斜に逆らって上方側へ集めることで粉粒体と異物とを選別するように構成されている（例えば、引用文献１参照）。

また、サイクロン式の風力選別機を用いて対象物を重量物と軽量物へ選別する方法が提案されている。例えば、引用文献２に開示の風力選別システムでは、風力選別機で対象物から重量物が選別され、その下流側に設けられたサイクロン式選別機で軽量物が選別され、サイクロン式選別機から排出された空気流はバグフィルタにより粉塵が除去された後に大気中に排出される。

特開２００２－２５４０３６ 特開２００７－１１１６３９

上述の石抜き装置は、多孔板を往復揺動させるための構成が複雑で部品点数も多く、コストが高いという問題があった。また、多孔板を往復揺動させるための偏心カムや軸受部が動作中に破損するという問題も懸念される。

また、引用文献２に開示の風力選別システムは、複数個の選別機を多段式に設けていることから設置面積が大きく、設置場所が限定されるという問題があった。

本発明は、よりコンパクトな構成で粉粒体から異物を選別除去できる選別装置及びこれを備えたバイオマス原料処理システムの提供を目的とする。

本発明に係る選別装置は、粉粒体を含む気流を発生させる気流発生手段と、前記気流から異物を選別除去するための選別機と、を備え、前記選別機は、外筒と、前記外筒の底面から起立する内筒と、前記外筒の上面から前記内筒の内部へ垂下する排気筒と、を備え、前記外筒と前記内筒の間には環状空間が規定され、前記外筒の側壁下部には流入口が設けられ、前記気流発生手段により発生された前記気流は、前記流入口から前記外筒へ、前記外筒の内周面の接線方向に流入し、旋回流となって前記環状空間を旋回しながら上昇した後に前記内筒の内部空間へ流入し、前記環状空間において、相対的に比重の大きな異物は遠心力により前記旋回流から落下し、前記内筒の前記内部空間において、前記粉粒体は遠心力によって前記旋回流から分離されて落下し、前記選別機の底面に設けられた取出口から外部へ排出される。

本発明に係るバイオマス原料処理システムは、バイオマス原料を処理するためのバイオマス原料処理装置と、バイオマス原料を前記バイオマス原料処理装置へ供給するための供給装置と、を備え、前記バイオマス原料処理装置はホッパを備え、前記供給装置は上述の選別装置であって、前記選別機は前記ホッパの上方に位置し、前記選別機から排出された粉粒体は前記ホッパへ供給され、前記粉粒体はバイオマス原料である。

本発明にかかる選別装置及びこれを備えたバイオマス原料処理システムによれば、選別機の環状空間において、相対的に比重の大きな異物は遠心力により旋回流から落下し、内筒の内部空間において、粉粒体は遠心力によって旋回流から分離されて落下し取出口から外部へ排出されるので、異物の除去と空気と粉粒体との分離を選別機で行うことができ、これらを別個の装置で行う多段式のものと比較して選別装置及びバイオマス原料処理システムを小型化できる。

本発明の実施形態に係る選別装置の概略構成図。 図１のＩＩーＩＩ線断面図。 図１に示す選別装置を備えるバイオマス原料処理システムの概略構成図。 検証実験において、籾殻に異物として混入された小石の写真。 検証実験において、図１の選別装置の取出口から取り出された籾殻の写真。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る選別装置について説明する。図１を参照して，本実施形態に係る選別装置１は、粉粒体から比較的比重の重い小石等の異物を除去するものであって、気流発生手段２と、選別機３と、選別機３に接続された排気管４と、を備える。

気流発生手段２は粉粒体を含む気流を発生させて選別機３へ供給するものであって、送風機５と、送風機５と選別機３とを接続する流入管６と、流入管６へ粉粒体を投入するための投入器７とを備える。粉粒体には例えば木屑や籾殻、おから、藁等のバイオマスが含まれるが、これらに限定されない。

送風機５は、ケーシング５１と、ケーシング５１に収容されたファン（図示せず）と、を備え、ファンの回転により気流を発生させる。送風機５により発生された気流は流入管６を介して選別機３へ送られる。流入管６はその中途部にエジェクタノズル６３を備え、流入管６の下流端近傍には、流入管６内における圧力損失を調整するための仕切弁６１が設けられている。

また、送風機５にはベントライン５２が接続されており、送風機５から吹き出される空気の一部はベントライン５２から外部に排出される。ベントライン５２には調整弁５３が設けられ、調整弁５３を調整することでベントライン５２から外部に排出される空気量を調整可能になっている。

投入器７は粉粒体を収容保持し、これを流入管６へ供給するものである。上述のエジェクタノズル６３は、流入管６を流れる気流の流れ方向下流側に向かうに従い断面積が漸減するテーパ形状を有し、その先端が投入器７の下開口部の下方に位置するように配置されている。投入器７に収容保持された粉粒体は、流入管６内においてエジェクタノズル６３の先端から噴出される気流により吸引されて流入管６に導入され、気流に乗って選別機３へ搬送される。

選別機３は、外筒８と、外筒８に収容された内筒９と、内筒９に挿入された排気筒１０と、を備え、外筒８と内筒９の間に環状空間Ｓ１が規定されている。外筒８の側壁下部には流入管６の先端が接続される流入口８ａが設けられ、図２に示すように流入口８ａは、流入口８ａの形成位置における外筒８の内周面の接線方向に開口している。

外筒８の下部であって、外筒８の径方向において流入口８ａと対向する位置にはアシストエア流入口８ｂが設けられ、外筒８の底面８１には取出口８ｄが設けられている。流入口８ｂもまた、流入口８ｂの形成位置における外筒８の内周面の接線方向に開口している。アシストエア流入口８ｂにはアシストエア流入管８ｃが接続され、アシストエア流入管８ｃを介して外筒８内へ外部空気を導入可能になっている。また、アシストエア流入管８ｃには調整弁８ｅが設けられ、調整弁８ｅを調整することによりアシストエア流入管８ｃを介して導入される空気量を調整可能になっている。

外筒８と内筒９は一体構造とされ、内筒９は外筒８の底面８１から起立している。内筒９の高さ寸法は外筒８の高さ寸法よりも小さく、内筒９の上端と外筒８の上面８２の間には所定の隙間が設けられている。内筒９は無底状であり、内筒９の内部空間Ｓ２は取出口８ｄを介して外部に連通している。また、内筒９の下方部位は下方に向かうに従いその直径が漸減する逆円錐部を構成し、内筒９の上方部位は径が均一なストレート部を構成している。

排気筒１０は、外筒８の上面８２から垂下して内筒９の内部まで延び、下端に排気口１０ａを有する。外筒８，内筒９及び排気筒１０は全て同心円状に配置されている。

排気管４は排気筒１０に連結されて送風機５の吸入口まで延び、送風機５から排出された空気は排気管４を介して送付機５へ戻される。

かかる構成において、投入器７から流入管６へ投入された粉粒体は、送風機５により発生された流入管６を流れる気流によって選別機３へ搬送される。即ち、流入管６から選別機３へ導入される粉粒体を含む気流は、空気輸送流体を構成する。上述したように、外筒８に設けられた流入口８ａは外筒８の内周面の接線方向に開口しているので、外筒８に流入した粉粒体を含む空気（空気輸送流体）は、外筒８の内周面に沿って流れ、環状空間Ｓ１を旋回しながら上昇する旋回流を形成する。このとき、嵩密度（比重）が比較的大きい小石等の異物は比較的強い遠心力によって外筒８の内周面に衝突し、旋回流から落下して外筒８の底に堆積する。これにより旋回流から比較的比重の高い異物が除去される。

環状空間Ｓ１にて異物が除去された後の旋回流は、粉粒体を乗せたまま内筒９の上開口部から内筒９の内部空間Ｓ２へ流入し、粉粒体は比較的弱い遠心力によって内筒９の内周面に衝突して落下し、粉粒体と空気が分離される。このようにして分離された粉粒体は取出口８ｄから外部へ排出される一方、空気は排気筒１０及び排気管４を介して送風機５の吸込口へ戻される。

ここで、サイクロン直径を小さくするほど、捕集限界粒子径が小さくなることが一般に知られている。即ち、旋回流の遠心力の強さは空間Ｓ１，Ｓ２の外径に比例し、外径が大きいほど遠心力は強くなり、外径が小さいほど遠心力は弱くなる。そして、遠心力が強いと、比重の小さな物体は気流から分離されることなく空気と共に搬送され、遠心力が弱いと、比重の小さな物体であっても気流から分離されて落下する。この原理を利用して、本実施形態の選別装置１では、環状空間Ｓ１において比較的強い遠心力を発生させて異物を旋回流から分離し、環状空間Ｓ１よりも外径が小さく、よって比較的小さい遠心力が働く内筒９の内部空間Ｓ２においては、粉状物を旋回流から分離する。

上述したように、環状空間Ｓ１において嵩密度の大きい小石等の異物は遠心力によって外筒８の底に堆積するが、このとき少量の粉粒体も外筒８の底に吹きだまりとして堆積する。このようにして堆積した粉粒体は、異物の跳ね返りを防ぐクッションとして機能する。外筒８の底にたまった異物を含む粉粒体は、外筒８に設けられた掃除口（図示せず）から終業時に除去される。

また、内筒９の内部空間Ｓ２では空気と粉粒体とが分離され、空気は排気筒１０を介して選別機３から排出されるが、当該空気には細かな粉塵も含まれる。そして、このような粉塵を含む空気は排気管４を介して送風機５へ戻され、選別装置１内を循環する。よって、選別機３から排出される空気に含まれる粉塵を除去するための集塵機も不要となり、これによっても選別装置１の構成を簡略化できる。

一方、このように選別装置１内で空気を循環させると、送風機５のインペラ（図示せず）の摩擦熱が蓄熱し、送風機５が過熱するおそれがある。この不具合を解消するため、本実施形態においては、送風機５に接続されたベントライン５２から空気の一部（送風機５による送風量の１０％程度）を大気に放出し、このように放出された空気（ベントエア）に見合った量の外部空気をアシストエアとして上述のアシストエア流入口８ｂから選別機３へ流入させることで、選別装置１において循環する空気量を調整している。

また、このようにしてアシストエア流入口８ｂから導入される外部空気も、流入口８ａを介して導入される空気輸送流体と同様に、外筒８の内周面に沿って流れ、環状空間Ｓ１を旋回しながら上昇する空気輸送流体の旋回流と合流する。このとき、外筒８の底に吹きだまりとして堆積している粉粒体の一部は、アシストエア流入口８ｂからの外部空気によって巻き上げられ、環状空間Ｓ１を介して内筒９の内部空間Ｓ２へ搬送される。これにより、外筒８の底に粉粒体が過度に堆積するのが防止される。

ここで、外筒８の内径Ｄと高さＨの比（Ｈ／Ｄ）は２～３とする（外筒９の高さＨは、外筒９の内径Ｄの２～３倍とする）のが好ましい。このような比率とすることにより、環状空間Ｓ１において旋回流から異物を除去するのに必要とされる気流の旋回と適正な滞留時間を確保できる。また、環状空間Ｓ１を流れる気流速度は０．５～１．０ｍ／ｓであるのが好ましい。

このように、本実施形態によれば、異物が混入した粉粒体からの異物の除去と粉粒体の取り出しを選別機３で行うことができ、従来の多段式のものと比較して装置全体を小型化でき、製造コストも抑えられる。また、集塵機も不要となることから、更に装置全体を更に小型化できる。

次に、このような選別装置１を用いたバイオマス原料処理システムについて説明する。図３に示すバイオマス原料処理システム１００は、粉粒体としてのバイオマス原料に対して所定の処理を行うバイオマス原料処理装置Ａと、上述の選別装置１と、を備え、選別装置１はバイオマス原料処理装置Ａに籾殻等のバイオマス原料を供給するための供給装置として機能する。バイオマス原料処理装置Ａとしては、例えばバイオマス原料を粉砕するための粉砕装置や、バイオマス原料を粉砕して固形化することでバイオマス燃料棒を製造するバイオマス燃料棒製造装置等が挙げられるが、これらに限定されない。

バイオマス原料処理装置Ａは、バイオマス原料を収容するためのホッパＡ１と、バイオマス原料を処理するための本体部Ａ２と、ホッパＡ１から供給されたバイオマス原料を一定量ずつ本体部Ａ２へ供給するための定量供給機Ａ３と、を備える。選別装置１が備える選別機３はホッパＡ１の上部に設置され、選別機３の取出口８ｄから排出されたバイオマス原料が直接ホッパＡ１へ投入されるようになっている。

かかる構成において、投入器７に収容された異物を含む粉粒体は、流入管６を通って選別機３へ搬送され、選別機３において異物が除去された状態でホッパＡ１へ供給され、本体部Ａ２において所定の処理（粉砕処理や固形化処理）が行われる。よって、異物により本体部Ａ２が備える粉砕ローラ等の部品（図示せず）が破損するのを防止できる。
［実施例］

上記実施形態に係る選別装置１の性能を検証するために、粉粒物としての籾殻に直径３ｍｍ～１０ｍｍの小石を異物として混入させ、これを選別装置１により選別する実験を行った。外筒８の内径Ｄは３９７ｍｍ、外筒８の高さＨは７９６ｍｍ、内筒９の外径（内筒９のストレート部の外径）は１５５ｍｍ、内筒９の高さは７２０ｍｍとし、送風機５からの風速は１７．６ｍ／ｓとした。その結果、選別機３の取出口８ｄから取り出された籾殻に小石は含まれておらず、小石と籾殻を選別することができた。図４は当該実験において異物として使用した小石の写真であり、図５は取出口８ｄから取り出された籾殻の写真である。

以上、本発明の実施形態に係る選別装置及びこれを備えるバイオマス原料処理システムについて添付の図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形、修正が可能である。

１ 選別装置
２ 気流発生手段
３ 選別機
４ 排気管
５ 送風機
６ 流入管
７ 投入器
８ 外筒
８ｄ 取出口
９ 内筒
１０ 排気筒
Ａ１ バイオマス原料処理システム
Ａ２ ホッパ

Claims (5)

1. 粉粒体を含む気流を発生させる気流発生手段と、
   前記気流から異物を選別除去するための選別機と、を備え、
   前記選別機は、外筒と、前記外筒の底面から起立する内筒と、前記外筒の上面から前記内筒の内部へ垂下する排気筒と、を備え、前記外筒と前記内筒の間には環状空間が規定され、
   前記外筒の側壁下部には流入口が設けられ、
   前記気流発生手段により発生された前記気流は、前記流入口から前記外筒へ、前記外筒の内周面の接線方向に流入し、旋回流となって前記環状空間を旋回しながら上昇した後に前記内筒の内部空間へ流入し、
   前記環状空間において、相対的に比重の大きな異物は遠心力により前記旋回流から落下し、
   前記内筒の前記内部空間において、前記粉粒体は遠心力によって前記旋回流から分離されて落下し、前記選別機の底面に設けられた取出口から外部へ排出される選別装置。
2. 前記排気筒に接続された排気管を更に備え、
   前記気流発生手段は、気流を発生させる送風機と、前記送風機から延びて前記流入口に接続された流入管と、前記流入管へ粉粒体を投入するための投入器と、を備え、
   前記選別機の前記排気筒から排出された空気は前記排気管を介して前記送風機へ戻される請求項１に記載の選別装置。
3. 前記送風機にはベントラインが接続され、前記外筒にはアシストエア流入管が接続され、
   前記送風機から送出される空気の一部は前記ベントラインから外部に排出され、
   前記アシストエア流入管から前記外筒へ外部空気が導入される請求項１に記載の選別装置。
4. 前記外筒の高さは、前記外筒の内径の２～３倍である請求項１に記載の選別装置。
5. バイオマス原料を処理するためのバイオマス原料処理装置と、
   バイオマス原料を前記バイオマス原料処理装置へ供給するための供給装置と、を備え、
   前記バイオマス原料処理装置はホッパを備え、
   前記供給装置は請求項１～４の何れかに記載の選別装置であって、
   前記選別装置が備える前記選別機は前記ホッパの上方に位置し、前記選別機から排出された粉粒体は前記ホッパへ供給され、
   前記粉粒体はバイオマス原料であるバイオマス原料処理システム。
   
   
   
   

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