JP6040396B2

JP6040396B2 - 加熱粉砕装置

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Publication number: JP6040396B2
Application number: JP2012285482A
Authority: JP
Inventors: 白石　剛一; 剛一白石; 亨上坊寺; 幸二菊池
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP2014124618A

Description

本発明は、バイオ燃料の原料となるセルロース系のバイオマスを粉砕するための粉砕装置に関する。

従来、この種の粉砕装置としては、円板リング形状の粉砕媒体を円筒形に形成された円筒粉砕容器に装入し、駆動用モータを駆動源として円筒粉砕容器を振動させて円板リング型粉砕媒体を円筒粉砕容器内で転動させることにより、被粉砕物を粉砕するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、２つの円筒粉砕容器を中間連結チューブを用いて上下に連結し、上側の円筒粉砕容器の端部に原料入口が設けられており、下側の円筒粉砕容器の端部に被粉砕物の原料出口が設けられている。

また、円筒容器に突起付リング型粉砕媒体を装入し、駆動用モータを駆動源として円筒容器を振動させて突起付リング型粉砕媒体を円筒容器内で転動させることにより、バイオマスを粉砕するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この装置では、円筒容器の外側に冷却用の冷却ジャケットが取り付けられており、冷却ジャケットに所定の温度と流量の冷却水を流してバイオマスが粉砕されるときに発生する熱で高温になるのを防止している。

特開２０１２−１１３３１号公報特開２０１２−１１３３０号公報

近年、サトウキビやトウモロコシ等のバイオマスを原料としたバイオ燃料の生産は、原料が食料品であるため、その競業が問題とされている。このため、食料との競業のない木片や古着などのセルロース系のバイオマスを原料としてバイオ燃料を生産することが研究されている。

セルロースをグルコースまで分解するセルロース糖化プロセスにおいて、出願人は、粗粉砕したバイオマスを２００℃程度で飽和蒸気圧未満の雰囲気で常圧近傍で数時間に亘って粉砕する加熱粉砕処理を行なうことによって可溶物とし、この可溶物の水溶液を酸触媒を用いてグルコースまで糖化する手法を考案した。この手法の詳細については、特願２０１１−１４４９５３や特願２０１１−２６１３６２に記載されている。

このセルロース糖化プロセスにより実際のプラントでバイオ燃料を製造する際、大きなエネルギを要する加熱粉砕処理をできるだけ低エネルギで行なうことやセルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）を高くすることは大きな課題となる。

本発明の加熱粉砕装置は、セルロース糖化プロセスにおける加熱粉砕処理を効率よく行なうことができる装置を提案することやセルロースからグルコースへの転化率を向上させることができる装置を提案することを主目的とする。

本発明の加熱粉砕装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の加熱粉砕装置は、
セルロース系の試料を加熱しながら粉砕する加熱粉砕装置であって、
粉砕媒体が粉砕容器の内側に装入されて構成された粉砕ユニットを変形可能な接続ユニットを用いて直列に複数連結し、一方の端部に試料の投入口を接続し、他方の端部に加熱粉砕後の試料の取出口を接続してなる粉砕本体と、
前記粉砕本体を加熱する加熱手段と、
前記粉砕ユニット毎に振動を付与可能な振動付与手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の加熱粉砕装置では、粉砕本体の一方の端部に接続された投入口に投入された試料は、連結された複数の粉砕ユニットで粉砕されて他方の端部に接続された取出口から取り出される。このとき、複数の粉砕ユニットは粉砕ユニット毎に振動が付与されるから、各粉砕ユニットで振動の強度を変更することができる。したがって、投入口から取出口に至るまでの加熱粉砕を粉砕ユニット毎に振動の強度を変えて行なうことができるから、より低エネルギとなるように且つセルロースからグルコースへの転化率がより高くなるように実験などにより粉砕ユニット毎の振動の強度を設定することにより、加熱粉砕処理を同一の振動強度で行なうものに比して、加熱粉砕処理を効率よく低エネルギで行なうことができると共にセルロースからグルコースへの転化率を向上させることができる。例えば、３つの粉砕ユニットを連結して粉砕本体を構成し、投入口から投入された試料が各粉砕ユニットで２時間程度ずつ加熱粉砕されるよう調整し、上段の粉砕ユニットでは飽和水蒸気未満の雰囲気とする水分調整と試料の微粉砕化のために振動の強度を高くして粉砕し、中段の粉砕ユニットでは微粉砕された試料の非晶質化のために振動の強度を高くして粉砕し、後段の粉砕ユニットでは非晶質化された試料の低分子化のために振動の強度を低くして粉砕するもの（以下、「３段加熱粉砕処理」という。）とすれば、粉砕の目的に応じた振動の強度となるから、単一の振動強度で６時間に亘って粉砕する場合に比して、低エネルギで加熱粉砕を行なうことができると共にセルロースからグルコースへの転化率を高くすることができる。もとより、連続的に投入口に試料を投入し、連続的に取出口から粉砕された試料を取り出すことにより、試料の加熱粉砕を連続して行なうことができる。

ここで、振動付与手段によって各粉砕ユニットに付与される振動は、粉砕容器に装入された粉砕媒体が粉砕容器内で転動するのに必要な振動以上の強度の振動を意味している。この振動は、例えば、粉砕容器の内側が円筒形に形成されており、粉砕媒体が複数の円板または円環である場合、円板あるいは円環が粉砕容器の内周面に接触しながら回動する（自転しながら公転する）ために必要な振動以上の強度の振動である。こうした振動により、粉砕媒体が粉砕容器内で転動することにより試料が粉砕される。

こうした本発明の加熱粉砕装置において、前記振動付与手段は前記粉砕ユニット毎に振動を与える複数の駆動モータを有する手段であるものとすることもできるし、前記振動付与手段は駆動モータからの動力を前記粉砕ユニット毎にギヤ比が調整された伝達ギヤを介して前記複数の粉砕ユニットに伝達する手段であるものとすることもできる。

また、本発明の加熱粉砕装置において、前記加熱手段は、前記粉砕ユニット毎に温度制御して加熱可能な手段であるものとすることもできる。こうすれば、粉砕ユニット毎に温度を変えることができる。例えば、上述の３段加熱粉砕処理では、水分調整と試料の微粉砕化の上段の粉砕ユニットでは１２０℃となるよう加熱し、非晶質化の中段の粉砕ユニットでは１５０℃となるよう加熱し、低分子化の下段の粉砕ユニットでは反応に必要な温度として２００℃となるように加熱するものとすることができる。このように、粉砕ユニット毎に温度と振動の強度を可変とすることにより、より低エネルギで加熱粉砕を行なうことができると共にセルロースからグルコースへの転化率を更に高くすることができる。この態様の本発明の加熱粉砕装置において、前記接続ユニットは断熱性を有するものとすることもできる。こうすれば、隣接する粉砕ユニットの温度が異なる場合でも粉砕ユニットの温度をより均一に保持することができると共に粉砕ユニット毎の温度管理を容易に行なうことができる。

本発明の一実施例としての加熱粉砕装置２０の構成の概略を示す構成図である。本発明の一実施例としての加熱粉砕装置２０の構成の概略を示す構成図である。セルロースをグルコースまで分解するセルロース糖化プロセスの一例を示す説明図である。実施例のセルロース糖化プロセスの実施条件を示す説明図である。粉砕ユニット２４の構成の概略を示す構成図である。振動付与装置７０によって振動が付与されているときの粉砕ユニット２４の様子を示す説明図である。振動付与装置７０によって振動が付与されているときの粉砕ユニット２４の様子を示す説明図である。変形例の加熱粉砕装置１２０の構成の概略を示す構成図である。変形例の加熱粉砕装置２２０の構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１および図２は、本発明の一実施例としての加熱粉砕装置２０の構成の概略を示す構成図であり、図３は、セルロースをグルコースまで分解するセルロース糖化プロセスの一例を示す説明図であり、図４は、実施例のセルロース糖化プロセスの実施条件を示す説明図である。以下、説明の都合上、まず、セルロース糖化プロセスについて説明し、その後、実施例の加熱粉砕装置２０について説明する。

セルロース糖化プロセスでは、図３に示すように、セルロース（（Ｃ₆Ｈ₁₀Ｏ₅）_n：ｎは１０数〜）やでん粉，ヘミセルロース，ペクチンなどのセルロース系の試料を加熱しながら粉砕する加熱粉砕処理を行ない、粉砕後の試料を糖化させる糖化処理を行なって、グルコース（Ｃ₆Ｈ₁₀Ｏ₆）を生成する。

ここで、試料は、セルロース系の原料、例えば、草類（稲わらや麦わら，バガスなど），間伐材（竹や笹など），木材加工木屑（おがくずやチップ，端材など），木質系（街路樹剪定材や木質建築廃材，樹皮，流木など），セルロース製品（綿や紙，衣類など）などを粗粉砕して用いることができる。

加熱粉砕処理では、実施例の加熱粉砕装置２０を用いて、図４に示すように、２５０℃程度までの飽和蒸気圧未満の雰囲気で常圧近傍で数時間に亘って試料を粉砕する。この処理により、セルロースを非晶質化および低分子化させて、水溶性のオリゴ糖（（Ｃ₆Ｈ₁₀Ｏ₅）_n：ｎは数〜１０数）などを生成する。

糖化処理では、加熱粉砕後の試料（オリゴ糖など）に水を加えて固液分離によって水溶液と残渣とに分離し、水溶液をカーボン固体酸や有機酸（例えば酢酸や蟻酸など）などの酸触媒を用いて１５０℃程度で数時間処理することによってグルコースまで糖化させる。

従来、セルロース糖化プロセスにおいて、１００℃以上で臨界点以下の加圧熱水（飽和蒸気圧以上に加圧されて液体状態で存在するいわゆる亜臨界水）によってセルロースを水に可溶な低分子量多糖類とする水熱処理が考えられている（例えば、特開２０１０−１６６８３１号公報や特開２０１０−２７９２５５号公報参照）。しかしながら、こうした水熱処理では、セルロースの含水率が高いために、過分解が生じて、オリゴ糖以外の物質が生成されやすく、セルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）の向上を図るのが難しいという課題がある。これに対して、実施例では、図４に示すように、飽和蒸気圧未満の雰囲気で加熱粉砕処理を行なうことにより、過分解が生じるのを抑制して、水溶性のオリゴ糖などをより十分に生成することができ、ひいては、セルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）の向上を図ることができる。

次に、加熱粉砕処理で用いる実施例の加熱粉砕装置２０について説明する。実施例の加熱粉砕装置２０は、図１や図２に示すように、粉砕容器２６の内側に粉砕媒体としての複数の円板２８を装入して構成された複数の粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃ（以下、単に「２４」と表記することがある）を接続ユニット４０を用いて直列に連結して構成された粉砕本体２２と、粉砕本体２２の一方の端部に接続ユニット４０を用いて接続された試料の投入口５０と、粉砕本体２２の他方の端部に接続ユニット４０を用いて接続された試料の取出口５２と、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃを加熱可能な複数の加熱装置６０ａ〜６０ｃ（以下、単に「６０」と表記することがある）と、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃに水平方向の振動を付与可能な複数の振動付与装置７０ａ〜７０ｃ（以下、単に「７０」と表記することがある）と、を備える。なお、添え字の「ａ」，「ｂ」，「ｃ」は、上流（投入口５０）側から下流（取出口５２）側に向けて順に付した。また、この加熱粉砕装置２０では、粉砕本体２２における投入口５０側より取出口５２側が低くなるように傾斜や段差を設けたり、投入口５０側から取出口５２側に気流を生じさせたりして、更に、新たな試料の投入などによって、投入口５０から投入された試料を取出口５２側に移動させる。

各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃは、同一の構成であり、それぞれ、図２や図５の構成図に示すように、内側および外側が円筒形に形成された粉砕容器２６と、粉砕容器２６の内側に挿入された複数の円板２８と、を備える。ここで、粉砕容器２６は、例えば鉄などによって形成されている。また、複数の円板２８は、例えば鉄などによって、外周面に複数の突起が形成された歯車状に形成されている。この各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃでは、それぞれ、対応する振動付与装置７０によって水平方向の振動が付与されると、図６や図７に示すように、複数の円板２８が粉砕容器２６の内周面に接触しながら回動する（自転しながら公転する）ことによって試料を粉砕する。なお、粉砕容器２６内の試料は、複数の円板２８によって巻き上がるものの、多くは重力によって下方に存在するから、複数の円板２８によって粉砕容器２６内の下方でより多く粉砕される。

各接続ユニット４０は、同一の構成であり、それぞれ、図２の構成図に示すように、変形可能（柔軟）で断熱性を有する材料（例えば、フッ素ゴムやシリコンゴムなど）によって、外側の両端部を除く部分および内側が円筒形に形成され、両端部にはフランジ４２が形成されている。この各接続ユニット４０は、それぞれ、内径が粉砕容器２６の内径と略同一又はそれより若干小さく形成されると共に外径（フランジ４２の外径）が粉砕容器２６や投入口５０，取出口５２の外径と略同一に形成されており、ボルトなどによってフランジ４２が粉砕容器２６や投入口５０，取出口５２に固定されることによってこれらに取り付けられている。各接続ユニット４０を変形可能に構成することにより、粉砕ユニット２４毎の振動（接続ユニット４０の両接続先での異なる振動）を許容することができる。また、各接続ユニット４０を断熱性を有するよう構成することにより、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃの温度が異なる場合でも、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃのそれぞれで温度を均一に保持することができると共に各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃの温度管理を容易に行なうことができる。

各加熱装置６０ａ〜６０ｃは、同一の構成であり、それぞれ、図１や図２の構成図に示すように、対応する粉砕ユニット２４の加熱用の熱媒体の温度を調節する熱源６２と、熱源６２に接続されると共に熱媒体が対応する粉砕容器２６の下部の外側を流れるよう形成された熱媒体の流路６４と、を備える。ここで、熱源６２は、上述の残渣を燃焼させて得られる熱などを用いて熱媒体の温度を調節するものとすれば、残渣を有効利用することができる。この各加熱装置６０ａ〜６０ｃでは、それぞれ、熱源６２によって温度が調節された熱媒体が流路６４を流れて流路６４と粉砕容器２６とで熱交換が行なわれることにより、対応する粉砕ユニット２４を加熱する。このとき、粉砕容器２６の下部で熱交換が行なわれることにより、試料の集まりやすい場所を重点的に加熱することができ、試料の加熱をより効率よく行なうことができる。

各振動付与装置７０ａ〜７０ｃは、同一の構成であり、それぞれ、図２の構成図に示すように、駆動源としてのモータ７１と、モータ７１の出力軸にユニバーサルジョイント７２を介して接続された伝達軸７３と、伝達軸７３に取り付けられた歯車７４と噛合する歯車７５が取り付けられた伝達軸７６と、対応する粉砕ユニット２４（粉砕容器２６）と伝達軸７６とを接続する接続部７７と、伝達軸７６のうち粉砕ユニット２４の軸方向（図２の左右方向）の両端部近傍に取り付けられた２つのアンバランスウェイト７８と、図示しない基台と粉砕ユニット２４（粉砕容器２６）とに介在して粉砕ユニット２４を上下方向に支持する弾性体（例えばコイルばねなど）７９と、を備える。ここで、２つのアンバランスウェイト７８は、その回転時に、遠心力の上下方向の力が打ち消されると共に遠心力の水平方向の力が合力として伝達軸７６に作用するよう伝達軸７６に取り付けられている。この各振動付与装置７０ａ〜７０ｃでは、それぞれ、モータ７１の駆動により、歯車７４，７５を介して伝達軸７６に駆動力が伝達されると、アンバランスウェイト７８の回転によって発生する加振力や弾性体７９による弾性力によって伝達軸７６および対応する粉砕ユニット２４を水平方向に振動させる。

こうして構成された実施例の加熱粉砕装置２０では、投入口５０に投入されたセルロース系の試料は、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃで粉砕されて取出口５２から取り出される。ここで、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃには、それぞれ、対応する振動付与装置７０によって振動を付与することができるから、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃで振動の強度を変更することができる。また、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃは、それぞれ、対応する加熱装置６０によって加熱する（温度を調節する）ことができるから、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃで温度を変更することができる。これらより、加熱粉砕処理に要するエネルギがより小さくなるように且つセルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）がより高くなるように、実験や解析などによって各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃの振動の強度や温度を設定して、各加熱装置６０ａ〜６０ｃによる加熱や各振動付与装置７０ａ〜７０ｃによる振動の付与を行なうことにより、加熱粉砕処理を同一の高い振動強度や同一の高い温度で行なうものに比して、加熱粉砕処理を効率よく低エネルギで行なうことができると共にセルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）を向上させることができる。

実施例では、図１や図２に示すように、３つの粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃを接続ユニット４０を用いて直列に連結して粉砕本体２２を構成するものとしたから、例えば、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃで２時間程度ずつ試料を加熱粉砕するよう（その時間を要して試料が各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃを流れるよう）調整して、上段の粉砕ユニット２４ａでは飽和水蒸気未満の雰囲気とする水分調整と試料の微粉砕化のために１２０℃程度で振動の強度を高くして粉砕し、中段の粉砕ユニット２４ｂでは微粉砕された試料の非晶質化のために１５０℃程度で振動の強度を高くして粉砕し、後段の粉砕ユニット２４ｃでは非晶質化された試料の低分子化のために２００℃程度で振動の強度を低くして粉砕する（図１の各粉砕ユニット２４の矢印参照）３段加熱粉砕処理を行なうことが考えられる。こうした処理を行なうことにより、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃで粉砕の目的に応じた加熱や振動を与えて加熱粉砕を行なうことができ、単一の高い振動強度で６時間に亘って加熱粉砕処理を行なうものや、２００℃程度で６時間に亘って加熱粉砕処理を行なうものに比して、加熱粉砕処理を低エネルギで加熱粉砕を行なうことができると共にセルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）を高くすることができる。

以上説明した実施例の加熱粉砕装置２０によれば、各振動付与装置７０ａ〜７０ｃによって各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃに振動を付与しながら各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃで試料を加熱粉砕するから、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃで振動の強度を変更することができる。したがって、加熱粉砕処理に要するエネルギがより小さくなるように且つセルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）がより高くなるように、実験や解析などによって各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃの振動の強度を設定して、各振動付与装置７０ａ〜７０ｃによる振動の付与を行なうことにより、加熱粉砕処理を同一の振動強度で行なうものに比して、加熱粉砕処理を効率よく低エネルギで行なうことができると共にセルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）を向上させることができる。

また、実施例の加熱粉砕装置２０によれば、各加熱装置６０ａ〜６０ｃによって各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃを加熱しながら各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃで試料を加熱粉砕するから、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃで温度を変更することができる。したがって、加熱粉砕処理に要するエネルギがより小さくなるように且つセルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）がより高くなるように、実験や解析などによって各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃの温度を設定して、各加熱装置６０ａ〜６０ｃによる加熱を行なうことにより、加熱粉砕処理を同一の温度で行なうものに比して、加熱粉砕処理を効率よく低エネルギで行なうことができると共にセルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）を向上させることができる。

さらに、実施例の加熱粉砕装置２０では、連続的に投入口５０に試料を投入し、連続的に取出口５２から粉砕された試料を取り出すことにより、試料の加熱粉砕を連続して行なうことができる。

実施例の加熱粉砕装置２０では、モータ７１やユニバーサルジョイント７２，伝達軸７３，歯車７４，７５，伝達軸７６，接続部７７，アンバランスウェイト７８，弾性体７９を有する、複数（粉砕ユニット２４と同一数）の振動付与装置７０ａ〜７０ｃを備えるものとしたが、図８の変形例の加熱粉砕装置１２０の構成図に示すように、駆動源としてのモータ１７１と、モータ１７１の出力軸にユニバーサルジョイント１７２を介して接続された伝達軸１７３と、伝達軸１７３に取り付けられた歯車１７４ａ〜１７ｃとそれぞれ噛合する歯車１７５ａ〜１７５ｃが取り付けられた伝達軸１７６ａ〜１７６ｃと、伝達軸１７６ａ〜１７６ｃと各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃとを接続する接続部１７７ａ〜１７７ｃと、伝達軸１７６ａ〜１７６ｃにおける粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃの軸方向（図８の左右方向）の両端部近傍に取り付けられたアンバランスウェイト１７８ａ〜１７８ｃと、図示しない基台と各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃとに介在して各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃを上下方向に支持する弾性体１７９ａ〜１７９ｃと、を有する振動付与装置１７０を備えるものとしてもよい。この場合、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃには、それぞれ、歯車１７４ａと歯車１７５ａとのギヤ比Ｇａ，歯車１７４ｂと歯車１７５ｂとのギヤ比Ｇｂ，歯車１７４ｃと歯車１７５ｃとのギヤ比Ｇｃに応じた振動を付与することができる。したがって、加熱粉砕処理に要するエネルギがより小さくなるように且つセルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）がより高くなるように、実験や解析などによって粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃの振動の強度を設定して、その強度の振動が各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃに付与されるようにギヤ比Ｇａ〜Ｇｃを調整してモータ１７１を駆動することにより、加熱粉砕処理を同一の振動強度で行なうものに比して、加熱粉砕処理を効率よく低エネルギで行なうことができると共にセルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）を向上させることができる。

実施例の加熱粉砕装置２０では、各振動付与装置７０ａ〜７０ｃは、モータ７１からの駆動力によってアンバランスウェイト７８が回転して各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃに振動を付与する構成としたが、油圧や空気圧などを用いて各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃに振動を付与する構成としてもよい。

実施例の加熱粉砕装置２０では、熱源６２や熱媒体の流路６４を有する、複数（粉砕ユニット２４と同一数）の加熱装置６０ａ〜６０ｃを備えるものとしたが、図９の変形例の加熱粉砕装置２２０の構成図に示すように、１つの熱源２６２と、熱源２６２に接続されると共に熱媒体が粉砕ユニット２４ｃ，２４ｂ，２４ａの各粉砕容器２６の下部の外側を順に流れるよう形成された１つの流路２６４と、を有する加熱装置２６０を備えるものとしてもよい。この場合、熱媒体が流路２６４を流れて流路２６４と粉砕ユニット２４ｃ，２４ｂ、２４ａの各粉砕容器２６との熱交換が行なわれることにより、粉砕ユニット２４ｃ，２４ｂ、２４ａを加熱する。なお、この場合、上述の３段加熱粉砕処理を行なう場合、温度については粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃのいずれも２００℃程度で、粉砕ユニット２４ａでは飽和水蒸気未満の雰囲気とする水分調整と試料の微粉砕化のために振動の強度を高くして粉砕し、粉砕ユニット２４ｂでは微粉砕された試料の非晶質化のために振動の強度を高くして粉砕し、後段の粉砕ユニット２４ｃでは非晶質化された試料の低分子化のために振動の強度を低くして粉砕することが考えられる。この場合でも、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃで粉砕の目的に応じた振動を与えて加熱粉砕を行なうことができ、単一の高い振動強度で６時間に亘って加熱粉砕処理を行なうものに比して、加熱粉砕処理を低エネルギで加熱粉砕を行なうことができると共にセルロースからグルコースへの転化率（グルコースの糖収率）を高くすることができる。

実施例の加熱粉砕装置２０では、各加熱装置６０ａ〜６０ｃの各流路６４に熱媒体を流すことによって粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃ（粉砕容器２６）を加熱するものとしたが、電気抵抗によって抵抗加熱発熱体（例えば、ニクロム線など）を発熱させて粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃを加熱するものとしてもよいし、粉砕容器２６や複数の円板２８を磁性体によって形成すると共に粉砕容器２６の外側に反磁性体を介してコイルを取り付けて、コイルに交流電流を流すことによる誘導加熱によって粉砕容器２６や複数の円板２８を加熱するものとしてもよい。

実施例の加熱粉砕装置２０では、各加熱装置６０ａ〜６０ｃの各流路６４は、熱媒体が各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃの粉砕容器２６の下部の外側を流れるよう形成されるものとしたが、粉砕容器２６の下半分程度（下部より広い領域）の外側を流れるよう形成されるものとしてもよいし、粉砕容器２６の外側全体を流れるよう形成されるものとしてもよい。

実施例の加熱装置２０では、各粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃの粉砕容器２６の下部の外側に複数の加熱装置４０の各流路６４が形成されるものとしたが、粉砕容器２６の外側のうち各流路６４が形成されていない部分については、断熱性を有する材料（例えば、セラミックス（アルミナやジルコニアなど）など）によって被覆層が形成されるものとしてもよい。こうすれば、粉砕容器２６での放熱ロスを低減することができ、粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃの加熱に必要なエネルギをより小さくすることができる。

実施例の加熱粉砕装置２０では、各接続ユニット４０は、変形可能（柔軟）で断熱性を有する材料（例えば、フッ素ゴムやシリコンゴムなど）によって、外側の両端部を除く部分および内側が円筒形に形成されるものとしたが、外側の両端部を除く部分および内側がベローズ状（蛇腹状）に形成されるものとしてもよい。また、ステンレスなどによって形成された金属製ベローズと、耐熱性ゴムやポリテトラフルオロエチレンなどによって形成された断熱パッキンと、の組み合わせによって形成されるものとしてもよい。

実施例の加熱粉砕装置２０では、接続ユニット４０は、変形可能（柔軟）で断熱性を有する材料によって形成されるものとしたが、変形可能で断熱性の低い材料によって形成されるものとしてもよい。

実施例の加熱粉砕装置２０では、３つの粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃを接続ユニット４０を用いて直列に接続して粉砕本体２２を構成するものとしたが、粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃの数は３つに限定されるものではなく、２つや４つ以上であってもよい。

実施例の加熱粉砕装置２０では、粉砕媒体として、外周面に複数の突起が形成された歯車状の複数の円板を用いるものとしたが、外周面に突起が形成されていない（滑らかな）複数の円板を用いるものとしてもよい。また、複数の円板に代えて、複数の円環（リング）や複数のボールや１以上のロッドなどを用いるものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、粉砕容器２６の内側に複数の円板２８を装入して構成された複数の粉砕ユニット２４ａ〜２４ｃを変形可能な接続ユニット４０を用いて直列に連結して構成された粉砕本体２２が「粉砕本体」に相当し、粉砕ユニット２４毎に加熱可能な複数の加熱装置６０ａ〜６０ｃが「加熱手段」に相当し、粉砕ユニット２４毎に水平方向の振動を付与可能な複数の振動付与装置７０ａ〜７０ｃが「振動付与手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、加熱粉砕装置の製造産業などに利用可能である。

２０，１２０，２２０加熱粉砕装置、２２粉砕本体、２４，２４ａ〜２４ｃ粉砕ユニット、２６粉砕容器、２８円板、４０接続ユニット、４２フランジ、５０投入口、５２取出口、６０，６０ａ〜６０ｃ，２６０加熱装置、６２，２６２熱源、６４，２６４流路、７０，７０ａ〜７０ｃ，１７０振動付与装置、７１，１７１モータ、７２，１７２ユニバーサルジョイント、７３，７６，１７３，１７６ａ〜１７６ｃ伝達軸、７４，７５，１７４ａ〜１７４ｃ，１７５ａ〜１７５ｃ歯車、７７，１７７ａ〜１７７ｃ接続部、７８，１７８ａ〜１７８ｃアンバランスウェイト、７９，１７９ａ〜１７９ｃ弾性体。

Claims

セルロース系の試料を加熱しながら粉砕する加熱粉砕装置であって、
粉砕媒体が粉砕容器の内側に装入されて構成された粉砕ユニットを変形可能な接続ユニットを用いて直列に複数連結し、一方の端部に試料の投入口を接続し、他方の端部に加熱粉砕後の試料の取出口を接続してなる粉砕本体と、
前記粉砕本体を加熱する加熱手段と、
前記粉砕ユニット毎に振動を付与可能な振動付与手段と、
を備え、
前記振動付与手段は、駆動モータからの動力を前記粉砕ユニット毎にギヤ比が調整された伝達ギヤを介して前記複数の粉砕ユニットに伝達する手段である、
加熱粉砕装置。
セルロース系の試料を加熱しながら粉砕する加熱粉砕装置であって、
粉砕媒体が粉砕容器の内側に装入されて構成された粉砕ユニットを変形可能な接続ユニットを用いて直列に複数連結し、一方の端部に試料の投入口を接続し、他方の端部に加熱粉砕後の試料の取出口を接続してなる粉砕本体と、
前記粉砕本体を加熱する加熱手段と、
前記粉砕ユニット毎に振動を付与可能な振動付与手段と、
を備え、
前記加熱手段は、前記粉砕ユニット毎に温度制御して加熱可能な手段である、
加熱粉砕装置。
請求項１または２記載の加熱粉砕装置であって、
前記接続ユニットは、断熱性を有する、
加熱粉砕装置。
請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載された加熱粉砕装置であって、
前記振動付与手段は、前記粉砕ユニット毎に異なる振動を付与可能な手段である、
加熱粉砕装置。
請求項１ないし４のうちのいずれか１つの請求項に記載された加熱粉砕装置であって、
前記加熱手段は、前記粉砕ユニットの少なくとも下部を加熱する手段である、
加熱粉砕装置。
請求項２ないし５のうちのいずれか１つの請求項に記載された加熱粉砕装置であって、
前記振動付与手段は、前記粉砕ユニット毎に振動を与える複数の駆動モータを有する手段である、
加熱粉砕装置。
請求項１ないし６のうちのいずれか１つの請求項に記載の加熱粉砕装置であって、
前記粉砕容器は、内側が円筒形に形成されており、
前記粉砕媒体は、複数の円板または円環である、
加熱粉砕装置。