JP5314641B2

JP5314641B2 - 粉砕機

Info

Publication number: JP5314641B2
Application number: JP2010151166A
Authority: JP
Inventors: 自起奈良
Original assignee: Nara Machinery Co Ltd
Current assignee: Nara Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2030-07-01
Also published as: JP2012011334A

Description

本発明は、粉砕機に関するもので、特に、稲藁、麦藁、木片などのセルロース系バイオマスの微粉砕に適した粉砕機に関するものである。

近年、地球温暖化対策の一環として、化石燃料エネルギーを使用するのではなく、バイオマスをエネルギーに変換することにより得られるバイオマスエネルギーを利用することが推奨されている。そして、既にアメリカやブラジルでは、トウモロコシ、サトウキビなどの穀物から得られるデンプンや砂糖を原料とし、バイオエタノールを製造するプロセスが実用化されている。

しかし、トウモロコシ、サトウキビなどの穀物を原料としたバイオエタノールの生産コストは高く、しかもその生産コスト中に占める原料コストの割合は４０〜７０％であり、かつ原料が食料として競合すると言う問題が指摘されている。この為、トウモロコシ、サトウキビなどの穀物以上の大量かつ安価なバイオエタノール生産原料として、昨今、食料と競合しないセルロース系バイオマスが注目されている。
このセルロース系バイオマスとしては、稲藁、麦藁、サトウキビバガス、トウモロコシ茎葉などの草木系バイオマス、建築廃材、林地残材、間伐材、木片、おが屑などの木質系バイオマスが挙げられる。

上記セルロース系バイオマスからバイオエタノールを製造するためには、前処理として各種バイオマスを微粉砕（平均粒径で２００〜３００μｍ程度）する必要がある。
ここで、一般的なカッターミルでは、上記目標粒径までは粉砕できない。一方、衝撃式粉砕機によれば、上記目標粒径には達するが被粉砕物の呑み込み性（粉砕部への供給性）が悪く、処理量が少ないと言う課題があった。
そこで、例えば、カッターミルで一次粉砕し、その後衝撃式粉砕機で目標粒径まで微粉砕すると言う、複数種の粉砕機を用いた多段粉砕方式が採られている。

一方、複数の切削加工用チップソーを積層して略円柱体に構築された回転切削刃を用い、竹をミクロン単位（約１０〜３０μｍ）に微粉砕する装置が特許文献１に開示されている。

特許第３９６７９３１号公報

しかしながら、上記複数種の粉砕機を用いた多段粉砕方式による場合には、どうしてもコストアップとなると共に、微粉砕物を得るまでに長時間を要するため、一台の粉砕機によって効率よく目標粒径までセルロース系バイオマスを微粉砕できる装置の出現が強く望まれていた。
また、特許文献１に開示された装置にあっては、竹をいっきにミクロン単位にまで微粉砕することができる装置ではあるが、このものは長尺な竹をそのまま回転切削刃の側面に押し付け、順次削っていくタイプの装置であるため、稲藁や麦藁などのように剛性を有しないものや、木片などの小さなものにあっては、回転切削刃の側面に押し付けることができず、微粉砕することはできないものであった。

本発明は、上述した背景技術が有する課題に鑑み成されたものであって、その目的は、稲藁、麦藁、木片などのセルロース系バイオマスを、効率的に微粉砕することのできる粉砕機を提供することにある。

上記した目的を達成するため、本発明は、次の（１）〜（７）の粉砕機とした。
（１）ケーシング内に水平な方向に配設された駆動軸と、該駆動軸に間隔をもって固定支持された複数枚の円板状回転刃と、該円板状回転刃の円周縁から中心方向に向けて形成された切欠き凹部と、前記円板状回転刃の下方においてその円周縁に対向して配設されたロストルとを備え、前記円板状回転刃の切欠き凹部と隣り合う円板状回転刃同士の間隙とによって上方から投入された被粉砕物を呑み込み、前記円板状回転刃と前記ロストルとの間で被粉砕物を剪断すると共に、前記ロストルに形成された間隙から粉砕物を下方に排出するように構成したことを特徴とする、粉砕機。
（２）上記円板状回転刃の切欠き凹部が、円周方向に等間隔を開けて複数個形成されていることを特徴とする、上記（１）に記載の粉砕機。
（３）上記円板状回転刃の切欠き凹部が、半円弧状に形成されていることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の粉砕機。
（４）上記円板状回転刃の切欠き凹部が、全ての円板状回転刃の円周方向同一位置に形成されていることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の粉砕機。
（５）上記ロストルが、複数本の断面略長方形のロストルバーを間隙を開けて配置したものであることを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の粉砕機。
（６）上記ロストルの適所に、上記円板状回転刃同士の間隙に入り込む突起が形成されていることを特徴とする、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の粉砕機。
（７）上記円板状回転刃の間に入り込む突起がクシ歯プレートにより構成されており、該クシ歯プレートが円板状回転刃の軸芯方向に向けて複数カ所上記ロストルに取付けられていることを特徴とする、上記（６）に記載の粉砕機。

上記した本発明に係る粉砕機によれば、稲藁、麦藁、木片などのセルロース系バイオマスを、効率的に微粉砕することができる。

本発明に係る粉砕機の一実施の形態を示した斜視図である。図１に示した粉砕機の一部を切り欠いて示した平面図である。図２のＡ−Ａ線に沿う部分の断面図である。図２のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図である。図１に示した粉砕機に使用されているロストルを示した斜視図である。図５のＣ−Ｃ線に沿う部分の断面図である。図３のＤ−Ｄ線に沿う部分の拡大断面図である。

以下、上記した本発明に係る粉砕機を、図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。

図示した本発明に係る粉砕機１は、ケーシング２が、上部及び下部が開口した矩形の下部ケーシング２ａと、両端面が閉じ、上部に原料投入口３が形成された半円筒形の上部ケーシング２ｂとから構成されている。下部ケーシング２ａと上部ケーシング２ｂの一側部には、蝶番４が設けられ、該蝶番４を支点として、上部ケーシング２ｂが下部ケーシング２ａの上方において開閉自在に取り付けられている。そして、通常は、上記両ケーシング２ａ，２ｂは、ボルト・ナット（図示ぜず）により固定されている。また、下部ケーシング２ａは、図４に示したように、半リング状の仕切り板２ｃによって二つの粉砕室に分けられている。

上記ケーシング２内には、駆動軸５が水平方向に配置され、該駆動軸５の両端部は、ケーシング２を貫通して外部まで延設され、軸受６，６によって各々支持されている。また、駆動軸５の一端部には、プーリ７が配設され、該プーリ７は、図示しないベルトを介してモーターのプーリに連繋されている。

上記駆動軸５には、複数枚（図示した実施の形態に係る装置では、中央部に大きな間隙を開け、その左右に二つに分けられた粉砕室用として各々１０枚、計２０枚）の円板状回転刃１０が、駆動軸５に外嵌されたカラー１１によって所定の間隔を保ち固定されている。円板状回転刃１０，１０同士の間隙は、被粉砕物、具体的には稲藁、麦藁、木片などのセルロース系バイオマスの呑み込み性の観点から、１０〜３０ｍｍが適当であり、図示した実施の形態に係る装置では、直径４５５ｍｍの円板状回転刃１０が、約１９ｍｍ間隙を開けて配置されている。

上記円板状回転刃１０の駆動軸５への固定は、全ての円板状回転刃１０とカラー１１の同一位置に貫通する孔（図３に示したように実施の形態に係る装置においては４個の孔）１２を穿ち、該孔１２にステー１３を挿通し、図４に示したようにその両端をボルト１４で固定することにより一体化し、該一体化した円板状回転刃１０とカラー１１とを、キー１５で駆動軸５に固定することにより行なわれている。円板状回転刃１０，１０同士の間隙は、介在させるカラー１１の厚みを変更することにより、被粉砕物に適したものとすることができる。

駆動軸５に固定された上記円板状回転刃１０には、その円周縁にノコギリ状刃１０ａが形成され、且つ、円周縁から中心方向に向けて切欠き凹部１０ｂが形成されている。この切欠き凹部１０ｂは、円板状回転刃１０，１０同士の間隙と同様に、被粉砕物の呑み込み性に大きく影響を与え、被粉砕物の呑み込み性を良好なものとする観点から、幅が１００〜２００ｍｍ、深さが５０〜１００ｍｍの円弧状の切欠き凹部１０ｂが、円板状回転刃１０の円周方向に複数カ所、具体的には３〜８ヵ所形成され、これらの切欠き凹部１０ｂが、隣り合う円板状回転刃１０，１０間において少なくとも８０％以上が重なるように配置されていることが好ましい。図示した実施の形態に係る装置では、幅１４０ｍｍ、深さ７０ｍｍ程度の半円弧状の切欠き凹部１０ｂが、全ての円板状回転刃１０の円周方向に等間隔を開けて同一位置に各々５個形成されている。

なお、切欠き凹部１０ｂは、上記実施の形態の如く全ての円板状回転刃１０の円周方向同一位置（１００％重なる位置）に形成した構成としても良いが、位相をズラして形成しても良い。具体的には、切欠き凹部１０ｂが、実施の形態の如く直線状に並ぶものであっても良いが、Ｖ字状、逆Ｖ字状、Ｗ字状、逆Ｗ字状、更には所定角度のスパイラル状に並ぶものであっても良い。

また、上記円板状回転刃１０の最外周軌道面と上部ケーシング２ｂの内周面との間隔は、被粉砕物の噛み込みを防止する観点等から、広めに取る、具体的には２０ｍｍ以上の間隔を開けて設けることが好ましい。また、円板状回転刃１０の間隙が大きく開けられた駆動軸５の中央部（仕切り板２ｃが設けられた部分）には、該部分の駆動軸５に外嵌されたカラー１１に、該カラー１１から放射方向に突出した押出しバー１６が設けられている。この押出しバー１６は、断面３角形を成し、その頂角の一つが回転方向に向くように設けられ、被粉砕物の該間隙部分における滞留の防止が図られている。

上記円板状回転刃１０の下方には、該円板状回転刃１０の円周縁に対向してロストル２０が配設されている。このロストル２０は、複数本の断面略長方形のロストルバー２１，２１・・・が、隙間を開けて配置された構成のものである。より具体的には、図３、図５及び図６等に示したように、複数本の断面略長方形のロストルバー２１，２１・・・が、駆動軸５の軸芯方向に平行で、且つ、円板状回転刃１０の最外周軌道面から所定の距離を隔てて円周方向に等間隔に配置されるよう、該ロストルバー２１の両端部を両側から一組の半リング状のロストルバー押さえ２２，２２で挟み込み、ボルト２３で固定することにより、複数本のロストルバー２１，２１・・・が一体化したロストル２０としている。そして、このロストル２０を、下部ケーシング２ａの両内側面、及び仕切り板２ｃの両側面に各々固定された半リング状のロストル受けガイド２４上に載置し、ボルト２５で締め付けることにより、円板状回転刃１０の下方であって、該円板状回転刃１０の円周縁に対向してロストル２０が配設されている。

円板状回転刃１０の最外周軌道面とロストル２０との間隔は、被粉砕物の粉砕効率の観点等から、０．５〜５．０ｍｍが適当であり、ロストル２０の間隙（配置された隣り合うロストルバー２１，２１間の隙間）は、目標とする粉砕粒径により適宜設定する。図示した実施の形態に係る装置では、円板状回転刃１０の最外周軌道面とロストル２０との間隔は約２ｍｍに設定され、ロストル２０の間隙は、１ｍｍ、２ｍｍ、そして４ｍｍのものが用意され、被粉砕物の種類、また目標とする粉砕粒径により適宜交換して使用される。

上記ロストル２０の適所には、上記円板状回転刃１０，１０同士の間隙に入り込む突起３０が形成されている。この突起３０は、該突起３０が連続的に形成されたクシ歯プレート３１を、円板状回転刃１０の軸芯方向に向けて複数カ所上記ロストル２０に取付けることにより構成されている。図示した実施の形態に係る装置では、図６に示したように半リング状のロストル２０に、４５度程度の間隔を開けて３ヵ所、クシ歯プレート３１が取付けられている。

また、ロストル２０の後端部には、上記クシ歯プレート３１とは別に、円板状回転刃１０の円周方向にも軸芯方向にも長い突起３２を有するクシ歯プレート３３が取付けられている。これらの円板状回転刃１０，１０同士の間隙に入り込む突起３０，３２によって、被粉砕物が円板状回転刃１０と共にとも回りするのを防止する作用を果たす。

上記のように構成された本発明に係る粉砕機１は、次のようにして運転される。
先ず、図示しないモーター等によって駆動軸５を回転させ、それによって駆動軸５に固設された円板状回転刃１０を回転させる。円板状回転刃１０のノコギリ状刃１０ａ部分の回転速度は、３０〜８０ｍ／ｓｅｃが適当である。これ以上に早いと、投入した被粉砕物をはじき、原料が入り難いものとなる。逆に３０ｍ／ｓｅｃよりも遅い場合には、粉砕効率が低下する。

次に、原料投入口３からケーシング２内に被粉砕物、具体的には稲藁、麦藁、木片などのセルロース系バイオマスを投入する。
投入された被粉砕物は、円板状回転刃１０に形成された切欠き凹部１０ｂ、及び隣り合う円板状回転刃１０，１０同士の間に形成された間隙の存在により、良好に装置内に呑み込まれ、円板状回転刃１０のノコギリ状刃１０ａとロストル２０との間の粉砕部に供給される。

粉砕部においては、ロストル２０が固定刃の作用を果たし、円板状回転刃１０のノコギリ状刃１０ａとの間で被粉砕物を剪断（粉砕）すると共に、ロストル２０に形成された間隙が粒度調整の作用を果たし、所定の粒径以下に粉砕された粉砕物が該ロストル２０の間隙から下方に排出される。粒度の調整は、打ち抜き多孔板（スクリーン）を用いて行なうことが一般的であるが、打ち抜き多孔板には剪断作用を期待できないばかりか、薄く摩耗に弱いため、本発明のようにロストル２０を用いることにより、剪断作用を飛躍的に増大できると共に、耐久性の高い装置を構築できる。粒度の調整は、ロストル２０の間隙を変更する、具体的には、間隙の異なる複数種のロストル２０を用意しておき、最適なものに交換することにより行なうことができる。

上記図示した実施の形態に係る粉砕機１を使用し、種々のセルロース系バイオマスの粉砕処理を行なった。

粉砕処理品、粉砕条件、粉砕処理結果を、表１に示す。
なお、ロストル２０は、１ｍｍの間隙が形成されたものを使用した。

表１から、本発明に係る粉砕機は、稲藁、間伐材などのセルロース系バイオマスを、効率的に微粉砕することができることが分かる。

１粉砕機
２ケーシング
２ａ下部ケーシング
２ｂ上部ケーシング
２ｃ仕切り板
３原料投入口
４蝶番
５駆動軸
６軸受
７プーリ
１０円板状回転刃
１０ａノコギリ状刃
１０ｂ切欠き凹部
１１カラー
１２孔
１３ステー
１４ボルト
１５キー
１６バー
２０ロストル
２１ロストルバー
２２ロストルバー押さえ
２３ボルト
２４ロストル受けガイド
２５ボルト
３０突起
３１クシ歯プレート
３２突起
３３クシ歯プレート

Claims

ケーシング内に水平な方向に配設された駆動軸と、該駆動軸に間隔をもって固定支持された複数枚の円板状回転刃と、該円板状回転刃の円周縁から中心方向に向けて形成された切欠き凹部と、前記円板状回転刃の下方においてその円周縁に対向して配設されたロストルとを備え、前記円板状回転刃の切欠き凹部と隣り合う円板状回転刃同士の間隙とによって上方から投入された被粉砕物を呑み込み、前記円板状回転刃と前記ロストルとの間で被粉砕物を剪断すると共に、前記ロストルに形成された間隙から粉砕物を下方に排出するように構成したことを特徴とする、粉砕機。
上記円板状回転刃の切欠き凹部が、円周方向に等間隔を開けて複数個形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の粉砕機。
上記円板状回転刃の切欠き凹部が、半円弧状に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の粉砕機。
上記円板状回転刃の切欠き凹部が、全ての円板状回転刃の円周方向同一位置に形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の粉砕機。
上記ロストルが、複数本の断面略長方形のロストルバーを間隙を開けて配置したものであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の粉砕機。
上記ロストルの適所に、上記円板状回転刃同士の間隙に入り込む突起が形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の粉砕機。
上記円板状回転刃の間に入り込む突起がクシ歯プレートにより構成されており、該クシ歯プレートが円板状回転刃の軸芯方向に向けて複数カ所上記ロストルに取付けられていることを特徴とする、請求項６に記載の粉砕機。