JP6245686B2 - ペレタイザー - Google Patents

Description

本発明は、バイオマス燃料として使用される燃料用ペレット、成形材料として使用される素材用ペレット、肥料として使用される肥料用ペレット、飼料として使用される飼料用ペレット等を製造するためのペレタイザーに関し、特に、フラットダイ方式のペレタイザーに関する。

近年、環境問題を考慮して、木材加工端材、林地残材、剪定枝、竹等の木質系廃棄物を利用して燃料用ペレットや素材用ペレットを製造したり、ジュースの搾りかす、おから、醤油かす、コーヒーかす等の食品加工残渣を利用して肥料用ペレットや飼料用ペレットを製造したりすることが行われている。

これらのペレットを製造するためにペレタイザーが使用されており、複数のダイス細孔が形成されたダイスの上で、ローラーをダイスに圧接させながら回転させることで、このダイス上に投入された材料を粉砕しながらダイス細孔に圧入させてペレットを製造するフラットダイ方式のペレタイザーが従来から提供されている。

例えば、下記特許文献１には、押出機構にて軟化した所定の素材を混合して不定形に押し出し、この押し出された素材をローラーが回転圧接しながらダイスの上に導入し、ダイスの下面側からダイス細孔を通過した材料がペレットとして取り出すことが開示されている。

また、本発明者らは、下記特許文献２〜４に開示されたペレタイザーを提供している。特許文献２には、フラットダイ方式のペレタイザーを使って、青竹の葉、茎、根等を原料とした竹粉ペレットを製造することが開示されており、この竹粉ペレットは、畜産飼料として利用される。

また、特許文献３には、フラットダイ方式のペレタイザーを使って、トウモロコシ（葉や茎を含む）を原料としたペレットを製造することが開示されており、このトウモロコシを原料としたペレットは畜産飼料として利用される。

また、特許文献４には、ローラーとダイスのセットを二段に備えたフラットダイ方式のペレタイザーが開示されており、このような構成のペレタイザーによれば、含水率の高い材料であっても高品質なペレットを製造することができる。

このように、ペレタイザーによりペレット化することで、乾燥して軽量化すると共に、大きさや形が均一となるため、輸送や運搬が容易になる。また、保管もし易くなり、取扱コストを大幅に低減することができる。また、圧縮されたペレットとすることで、粉塵の発生や臭いも抑制することができるといった利点がある。

特開２００４−１７５０２号公報 特開２００７−２０５６１号公報 特開２００８−５４５６２号公報 特開２０１１−１２５８２７号公報

ところで、従来から様々なサイズのペレットがペレタイザーにより製造されているが、木質ペレットの場合には、直径7〜10mm、長さ10〜25mm程度のサイズの円筒形ペレットがボイラやストーブ等の燃料として使用されている。

ここで、近年、より小型サイズのペレットに対する需要が拡大しているが、ペレットのサイズは、ダイスに形成された細孔のサイズ（穴径）に影響を受けるため、ペレットを小型化するためには、細孔の直径を小さくする必要がある。

しかし、ダイスの細孔の径を小さくすると、ローラーにより細孔に圧入された材料が細孔内で詰まってしまい、下面側から抜けなくなったり、出てきたとしても黒く焦げたペレットとなってしまったりして、効率良く高品質の小型サイズのペレットを製造するのは困難であった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、小型サイズのペレットであっても良品を効率良く製造することの可能なペレタイザーを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係るペレタイザーは、ペレット成形用の多数の細孔が形成されたダイスと、前記ダイスに圧接しながら回転することで、材料を粉砕しながら前記ダイスの細孔に圧入する回転ローラーと、を備えるフラットダイ式のペレタイザーにおいて、前記ダイスに形成された細孔は、材料を棒状に圧縮成形する圧縮成形部と、前記圧縮成形部の出口側に形成され、出口に向かって穴径が僅かに大きくなるテーパ部と、を備え、前記圧縮成形部は、製造されるペレットの直径を規定するストレート部と、前記細孔の入口に形成される前記ストレート部の穴径よりも穴径の大きな径大部と、を備え、前記径大部と前記ストレート部との境界には段差が形成され、前記テーパ部は、前記ストレート部との接続部の穴径が前記ストレート部の穴径と同じであり、前記テーパ部のテーパ面の傾斜角が0.1〜1.0°であり、前記細孔の前記入口の穴径よりも前記出口の穴径が小さいことを特徴とする。

また、本発明に係るペレタイザー用ダイスは、フラットダイ方式のペレタイザーに設置されて使用され、ペレット成形用の多数の細孔が形成されたペレタイザー用ダイスにおいて、前記ダイスに形成された細孔は、材料を棒状に圧縮成形する圧縮成形部と、前記圧縮成形部の出口側に形成され、出口に向かって穴径が僅かに大きくなるテーパ部と、を備え、前記圧縮成形部は、製造されるペレットの直径を規定するストレート部と、前記細孔の入口に形成される前記ストレート部の穴径よりも穴径の大きな径大部と、を備え、前記径大部と前記ストレート部との境界には段差が形成され、前記テーパ部は、前記ストレート部との接続部の穴径が前記ストレート部の穴径と同じであり、前記テーパ部のテーパ面の傾斜角が0.1〜1.0°であり、前記細孔の前記入口の穴径よりも前記出口の穴径が小さいことを特徴とする。

本発明に係るペレタイザーによれば、小型のペレットを製造する場合であっても、ダイスの細孔内への詰まりを防止し、効率的に製造することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るペレタイザーを一部断面で示す側面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る粉砕圧入部の斜視図である。 図３は、本発明の実施形態に係るダイスの平面図である。 図４は、本発明の実施形態に係るダイスの正面図である。 図５は、本発明の実施形態に係るダイスの右側面図である。 図６は、本発明の実施形態に係るダイスの底面図である。 図７は、図３のＡ−Ａ線による断面図である。 図８は、図３のＢ−Ｂ線による断面図である。 図９は、本発明の実施形態に係るダイスの細孔の部分を拡大して示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るペレタイザーを一部断面で示す側面図である。図２は、本実施形態に係る粉砕圧入部の斜視図である。

図１及び図２に示すように、ペレタイザー１は、筐体５、垂直軸７、粉砕圧入部１０、ペレット取出部３０、軸支持部４０及び駆動部５０を備えている。筐体５は、粉砕圧入部１０の上側開口を覆う蓋５−１、粉砕圧入部１０の周囲を覆う円筒形の第一筐体５−２、ペレット取出部３０及び軸支持部４０の周囲を覆う円筒形の第二筐体５−３、駆動部５０の周囲を覆う略直方体形の第三筐体５−４を備えている。蓋５−１は、第一筐体５−２の上に載置されているだけであり、粉砕圧入部１０の上側開口は容易に開閉可能である。

粉砕圧入部１０は、上側開口から投入された木質系材料を粉砕、圧縮させながら棒状に成形して下方へ送り出すように機能する部分であり、圧入ローラー１１とダイス２０とを有している。

図２〜図９を参照しながら、粉砕圧入部１０の構成について説明する。図３は、本実施形態に係るダイスの平面図であり、図４は、本実施形態に係るダイスの正面図、図５は、本実施形態に係るダイスの右側面図、図６は、本実施形態に係るダイスの底面図である。図７は、図３のＡ−Ａ線による断面図、図８は、図３のＢ−Ｂ線による断面図である。図９は、本実施形態に係るダイスの細孔の部分を拡大して示す断面図である。

図２に示すように、圧入ローラー１１は、両端に位置する回転ローラー１２，１３と、垂直軸７に固定されるローラー回転軸部材１５とを備えている。ローラー回転軸部材１５には、両端にローラー軸１６が形成されており、両回転ローラー１２，１３は、ローラー回転軸部材１５のローラー軸１６周りに回動自在に設置されている。

ローラー回転軸部材１５には、中央に垂直方向に延在する角柱形の貫通穴が形成されている。この貫通穴に垂直軸７が貫通することで、ローラー回転軸部材１５は垂直軸７に対して固定される。よって、駆動部５０が作動して垂直軸７が回転するとき、ローラー回転軸部材１５は、垂直軸７と一体となって垂直回転軸を中心として水平面において回転する。

図３〜図８に示すように、ダイス２０は、円盤形であり、ダイス２０の中央部分には、垂直軸７が貫通する軸穴２１が形成されている。また、ダイス２０の周縁部の二箇所には、ダイス２０が垂直軸周りに回転するのを防止するための切り欠き２３が形成されている。

また、ダイス２０には、その中心から所定距離離れた同心円周上に並んで配置された多数の細孔２５が形成されており、本実施形態では、三重の同心円周上に多数の細孔２５が形成されている。なお、図３に示すように、ダイス２０に形成された多数の細孔２５は、ダイス２０の中心からの放射線上にも整列した状態で形成されている。

ダイス２０は、第一筐体５−２の下端付近に設置されている。また、軸穴２１は、貫通する垂直軸７の直径よりも若干大きな直径となるように形成されており、垂直軸７が回転しても、筐体５に対して固定されたダイス２０は回転しない。

圧入ローラー１１とダイス２０との垂直方向の位置関係は、垂直軸７が回転し、圧入ローラー１１が水平面内において回転するときに、回転ローラー１２，１３がダイス２０上面に圧接しながらローラー軸１６周りに回転し、ダイス２０上を周回するような位置となっている。

図９に示すように、ダイス２０の細孔２５は、入口である上方から、穴径の大きな径大部２５１、穴径が一定のストレート部２５２、穴径が出口である下方に向けて徐々に広がるテーパ部２５４を備えている。ストレート部２５２の穴径は、ペレタイザー１により製造するペレットの直径に合わせて設定され、製造されるペレットの直径は、ストレート部２５２の穴径と同じになる。径大部２５１とストレート部２５２は、木質系材料を圧縮成形する部分である圧縮成形部として機能する。

径大部２５１の形成により、細孔２５の上側開口部分が若干広く形成されていることになり、上方入口から細孔２５内に圧入される木質系材料がストレート部２５２へと進む際にさらに圧縮され、より確実に圧縮してペレット化を図ることができる。

テーパ部２５４は、ストレート部２５２との接続部である上端はストレート部２５２と同じ穴径であるが、下方に向かうに従って、僅かに穴径が広がるように構成されている。このように、細孔２５が下方に向かって僅かに拡がる形状を採用することで、細孔２５内に押し込まれて円柱形状に圧縮成形された木質系材料が、細孔２５内部で摩擦により詰まってしまったり、焦げてしまったりするのを防止し、圧縮された木質系材料が下側開口部分から良好に取り出される。

本実施形態に係るダイス２０の直径は212mm、厚みは25mmである。細孔２５は、上下方向の長さが25mmであり、径大部２５１は、直径7mmで長さが4mm、ストレート部２５２は、直径6mmで長さが7mmである。テーパ部２５４は、長さが14mmであり、テーパ面は、垂直から0.5°の傾斜角で下方に設けて穴径が広がるように構成されている。よって、テーパ部２５４のストレート部２５２と接続する上端の穴径は6mm、下端の穴径は6.122mmである。

なお、細孔２５の形状やサイズ（穴径及び長さ）は適宜変更可能であり、本実施形態では、棒状に圧縮成形された後の木質系材料を良好に排出するために、木質系材料を圧縮成形する部分である圧縮成形部（径大部２５１、ストレート部２５２）の出口側である下方側に、細孔２５の出口に向かって僅かに穴径が広がるように形成されたテーパ部２５４が形成されていれば良い。

径大部２５１、ストレート部２５２、テーパ部２５４のそれぞれの穴径や長さは、製造するペレットのサイズに合わせて適宜変更すれば良い。また、径大部２５１とストレート部２５２から形成される圧縮成形部は、ストレート部２５２だけでも良いし、ストレート部２５２が下方に向かって徐々に穴径が細くなるように構成しても良い。

テーパ部２５４のテーパ面の拡がり傾斜角度については、傾斜角度が1°以上と大きくなると、製造されたペレットが軟らかくて、崩れやすくなってしまう。反対に、傾斜角度が0.1°未満と小さくなると、テーパ部のない従来と同様に圧縮成形された木質系材料を良好に取り出せなくなると共に、0.1°未満にテーパ面を成形する加工も困難である。このため、テーパ部２５４の傾斜角度は、0.1〜1.0°であることが望ましく、より望ましくは、0.2〜0.6°であることが望ましい。

ペレット取出部３０は、粉砕圧入部１０のダイス２０の細孔２５を棒状に圧縮されて通過してくる木質系材料を最終形状であるペレットに成形し、ペレタイザー１の外部へと導出するように機能する部分である。ペレット取出部３０は、回転カッター３１と、回転底３３と、ペレット排出皿３５とを備えている。

回転カッター３１は、中央部が垂直軸７に固定され、中央部から両側に伸びる二本の細板形状の刃部が、ダイス２０の細孔２５が形成されている領域の下方において延在している。回転カッター３１は、その刃部の上端がダイス２０の下面から所定の距離（例えば、2cm程度）離れたところに位置するように、垂直軸７に対して固定されている。

垂直軸７が回転すると、回転カッター３１も一体となって回転し、ダイス２０の細孔２５から圧縮されて棒状（円柱状）となって下方に延びてくる木質系材料に刃部が当接する。この刃部との当接により、棒状の木質系材料が根元から折られ、所定の長さのペレットが形成される。切断されたペレットは、回転底３３上に落下する。

回転底３３は、中心に垂直軸７を貫挿させるための貫通穴が形成された略円錐形状をしており、この貫通孔を貫通する垂直軸７に一体に固定されている。よって、垂直軸７の回転に伴って回転底３３も垂直軸７の垂直回転軸周りに回転する。また、回転底３３は、略円錐形状であるため、回転カッター３１によって切断されて落下してきたペレットは、回転底３３の周縁部へと回転底３３の表斜面を転がり落ちる。

ペレット排出皿３５は、第二筐体５−３の側面に取付固定されており、筐体５内のペレットを外部へ排出するための通路として機能する。ペレット排出皿３５の底板は、その一端が回転底３３の周縁部よりも少し下の部分で第二筐体５−３に固定され、他端側が下方に位置するように斜めに設置されている。なお、第二筐体５−３のペレット排出皿３５が設置されている部分には、略長方形状のペレット排出用の開口が形成されている。

軸支持部４０は、駆動部５０によって駆動される垂直軸７を回転自在に支持するように機能する部分であり、軸受を備えている。駆動部５０は、垂直軸７を回転させるための駆動力を発生する部分であり、減速機を有するギアモーター５１を備えている。ギアモーター５１は、電力を供給されて作動することで、減速機に下端近傍を支持された垂直軸７を垂直回転軸周りに回転させる。

以上、本実施形態に係るペレタイザー１の構成について詳細に説明したが、続いて、ペレタイザー１によりペレットを製造する工程について説明する。まず、ペレタイザー１の蓋５−１を外し、木質系材料を粉砕圧入部１０へ投入する。

続いて、粉砕圧入部１０において、投入された木質系材料に対する粉砕圧入工程が行われる。具体的には、駆動部５０を作動させ、垂直軸７を介して、圧入ローラー１１を水平面において回転させることで、ダイス２０上面に圧接された回転ローラー１２，１３をローラー回転軸周りに回転させる。

これにより、回転ローラー１２，１３はダイス２０に圧接しながらダイス２０上を周回することになり、ダイス２０上の木質系材料をローラー１２，１３とダイス２０との間に挟んで粉砕しながら、細孔２５がある場所では、上端入口から細孔２５内に木質系材料を圧縮しながら押し込んでいく。細孔２５内に押し込まれた木質系材料は、圧縮により摩擦熱も発生し、乾燥されながら細孔２５内で棒状に強く固まり、細孔２５の下端出口から下方に向けて棒状に露出する。

続いて、ペレット取出工程においては、ペレット取出部３０の回転カッター３１の回転により、粉砕圧入部１０の細孔２５の出口から延びた棒状（円柱状）の木質系材料が切断されペレットが形成される。形成されたペレットは、回転底３３上へと落下する。

回転底３３の回転に伴い、回転底３３の周縁部上に載った状態で回転しているペレットは、ペレット排出皿３５が設置されている箇所に来ると、筐体５外に飛び出し、ペレット排出皿３５の底板斜面上を転がり落ちる。このペレットが転がり落ちる位置に回収ボックスを設置しておけば、ペレタイザー１によって製造されたペレットを回収することができる。

以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態によれば、ダイス２０に形成された木質系材料を圧入する細孔２５において、圧縮される木質系材料の出口である下方に向けて僅かに穴径が拡がるテーパ部２５４を設置したので、小型サイズのペレットを製造する場合でも、圧縮された木質系材料が細孔２５内で詰まったり、黒く焦げたりすることなく、細孔２５の下端側から棒状に圧縮した木質系材料を良好に排出することができる。

また、テーパ部２５４を設置することで、棒状に圧縮された木質系材料を細孔２５から良好に排出することができるので、ペレットの製造が効率良くスムーズに行われ、製造速度を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、材料として木質系材料を用いているが、食品残渣、プラスチック等のその他の材料や、これらの混合材料を材料として用いることができるのは言うまでもない。

１ ペレタイザー
５ 筐体
７ 垂直軸
１０ 粉砕圧入部
１１ 圧入ローラー
１２，１３ 回転ローラー
１５ ローラー回転軸部材
１６ ローラー回転軸
２０ ダイス
２１ 軸穴
２２ 固定穴
２３ 切り欠き
２５ 細孔
２５１ 径大部
２５２ ストレート部
２５４ テーパ部
３０ ペレット取出部
３１ 回転カッター
３３ 回転底
３５ ペレット排出皿
４０ 軸支持部
５０ 駆動部
５１ ギアモーター

Claims (2)

1. ペレット成形用の多数の細孔が形成されたダイスと、
   前記ダイスに圧接しながら回転することで、材料を粉砕しながら前記ダイスの細孔に圧入する回転ローラーと、を備えるフラットダイ式のペレタイザーにおいて、
   前記ダイスに形成された細孔は、材料を棒状に圧縮成形する圧縮成形部と、前記圧縮成形部の出口側に形成され、出口に向かって穴径が僅かに大きくなるテーパ部と、を備え、
   前記圧縮成形部は、製造されるペレットの直径を規定するストレート部と、前記細孔の入口に形成される前記ストレート部の穴径よりも穴径の大きな径大部と、を備え、前記径大部と前記ストレート部との境界には段差が形成され、
   前記テーパ部は、前記ストレート部との接続部の穴径が前記ストレート部の穴径と同じであり、前記テーパ部のテーパ面の傾斜角が0.1〜1.0°であり、
   前記細孔の前記入口の穴径よりも前記出口の穴径が小さいことを特徴とするペレタイザー。
2. フラットダイ方式のペレタイザーに設置されて使用され、ペレット成形用の多数の細孔が形成されたペレタイザー用ダイスにおいて、
   前記ダイスに形成された細孔は、材料を棒状に圧縮成形する圧縮成形部と、前記圧縮成形部の出口側に形成され、出口に向かって穴径が僅かに大きくなるテーパ部と、を備え、
   前記圧縮成形部は、製造されるペレットの直径を規定するストレート部と、前記細孔の入口に形成される前記ストレート部の穴径よりも穴径の大きな径大部と、を備え、前記径大部と前記ストレート部との境界には段差が形成され、
   前記テーパ部は、前記ストレート部との接続部の穴径が前記ストレート部の穴径と同じであり、前記テーパ部のテーパ面の傾斜角が0.1〜1.0°であり、
   前記細孔の前記入口の穴径よりも前記出口の穴径が小さいことを特徴とするペレタイザー用ダイス。

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