JP6656863B2

JP6656863B2 - 回転刃体及び粉砕機

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Publication number: JP6656863B2
Application number: JP2015189030A
Authority: JP
Inventors: 自起奈良
Original assignee: Nara Machinery Co Ltd
Current assignee: Nara Machinery Co Ltd
Priority date: 2015-09-26
Filing date: 2015-09-26
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2035-09-26
Also published as: JP2017060933A

Description

本発明は、回転刃体に関するもので、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、回転刃体及び該回転刃体を使用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、本願発明者らは、先に稲藁、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開発し、特許出願を行った（特許文献１）。
この粉砕機は、円板状回転刃の円周縁から中心方向に向けて切欠き凹部を形成し、該切欠き凹部を有する回転刃を、その切欠き凹部が同一方向を向くように回転軸に間隔をもって複数枚固定支持して回転刃体を形成し、該回転刃体を、ケーシング内に配設した粉砕機である。

特開２０１２−１１３３４号公報

しかしながら、上記した粉砕機にあっては、その使用していた回転刃体が、円板状回転刃の一部に切欠き凹部を形成した回転刃であったため、その切り欠いた回転刃の部分が無駄になるものであったとともに、刃の一部が欠けた場合でも、その１枚の回転刃をそっくり交換する必要があり、経済的なものではなかった。また、回転刃を交換するにあたっては、まずケーシングから回転軸を外し、その後全ての回転刃（正確には、交換したい刃より外側に位置する全ての刃）を回転軸から外してその刃の一部が欠けた回転刃を交換する必要があり、交換に手間と時間を要するものであった。

本発明は、上述した先行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、円板状回転刃を有効且つ経済的に使用でき、また刃の一部が欠けた場合でも、その交換作業が容易な回転刃体及び該回転刃体を使用した稲藁、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粉砕機を提案することにある。

上記した目的を達成するため、本発明は、次の〔１〕〜〔１２〕に記載の回転刃体及び粉砕機とした。
〔１〕回転軸と、該回転軸にその回転中心において固定支持された固定部材と、該固定部材の周縁に取り外し可能に固定された円板状回転刃を分割した扇状分割刃とからなり、上記扇状分割刃は、周縁にノコギリ状刃を有し、該扇状分割刃が、回転方向前方に傾斜させて、上記固定部材に固定されていることを特徴とする、回転刃体。
〔２〕上記扇状分割刃が、該扇状分割刃の二等分線を回転方向前方に５〜１５度傾斜させて、上記固定部材に固定されていることを特徴とする、上記〔１〕に記載の回転刃体。
〔３〕上記扇状分割刃が、上記固定部材の一方の面と他方の面に、周方向において交互に固定されていることを特徴とする、上記〔１〕又は〔２〕に記載の回転刃体。
〔４〕上記扇状分割刃が固定された上記固定部材が、上記回転軸に複数枚間隔をもって固定支持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回転刃体。
〔５〕上記扇状分割刃が固定された上記固定部材が、上記回転軸に位相をずらして複数枚固定支持されていることを特徴とする、上記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の回転刃体。
〔６〕上記固定部材が、周方向に等間隔に張り出した腕部を有し、該固定部材のそれぞれの腕部に、上記扇状分割刃が固定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回転刃体。
〔７〕上記扇状分割刃が、円板状回転刃を周方向に等分割したものであることを特徴とする、上記〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の回転刃体。
〔８〕上記扇状分割刃が、該扇状分割刃に形成された貫通孔及び上記固定部材に形成された貫通孔に挿通されたロッドと、隣り合う扇状分割刃と固定部材との間に配置され、前記ロッドに外嵌された円筒状スペーサと、前記ロッドの両端面に螺合されるボルトとによって、上記固定部材に固定されていることを特徴とする、上記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の回転刃体。
〔９〕上記〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載の回転刃体を、ケーシング内に配設したことを特徴とする、粉砕機。
〔１０〕上記ケーシング内に配設した回転刃体の下方に、該回転刃体の周縁に対向してロストルを配設し、前記回転刃体と前記ロストルとの間で被粉砕物を剪断するとともに、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、上記〔９〕に記載の粉砕機。
〔１１〕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〔１０〕に記載の粉砕機。
〔１２〕上記ロストルの適所に、上記回転刃体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〔１０〕又は〔１１〕に記載の粉砕機。

上記した本発明に係る回転刃体及び粉砕機によれば、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とともに、円板状回転刃を有効且つ経済的に使用でき、また刃の一部が欠けた場合でも、その交換作業が容易なものとなる。

本発明に係る回転刃体の一実施形態を示した斜視図である。図１に示した回転刃体を構成する固定部材を示した正面図である。図１に示した回転刃体を構成する扇状分割刃を示した正面図である。図１に示した回転刃体の一部を分解して示した斜視図である。図１に示した回転刃体の正面図である。図５のＡ−Ａ線に沿う部分の断面図である。本発明に係る粉砕機の一実施形態を示した斜視図である。図７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８のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図（但し、回転刃体は断面とせず）である。図８のＣ−Ｃ線に沿う部分の断面図（但し、回転刃体は断面とせず）である。図７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１１のＤ−Ｄ線に沿う部分の断面図である。図９のＥ−Ｅ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回転刃体及び粉砕機の一実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

本発明に係る回転刃体１は、図１に示したように、回転軸２と、該回転軸２にその回転中心において固定支持された固定部材３と、該固定部材３の周縁に取り外し可能に固定された扇状分割刃４とからなる。

固定部材３は、図２に示したように、周方向に等間隔で張り出した腕部（図示した実施形態においては、周方向に９０度の間隔で張り出した４本の腕部）５を有し、各腕部５にはそれぞれ２個の貫通孔６が形成され、回転中心には１個の貫通孔７と、該貫通孔７の周縁に１３５度の間隔を開けて２個のキー溝８が形成されている。扇状分割刃４は、図３に示したように、円板状回転刃９を分割（図示した実施形態においては、円板状回転刃９を周方向に８分割）することにより形成されており、周縁にはノコギリ状刃１０を有し、板面には２個の貫通孔１１が形成されている。

上記扇状分割刃４は、図４の一部分解斜視図また図６の断面図に示したように、扇状分割刃４に開けた上記貫通孔１１及び固定部材３に開けた上記貫通孔６に挿通されたロッド１２と、隣り合う扇状分割刃４と固定部材３との間に配置され、前記ロッド１２に外嵌された円筒状スペーサ１３と、前記ロッド１２の両端部にワッシャ１４を介して螺合されるボルト１５とによって、上記固定部材３の周縁に取り外し可能に固定されている。

上記扇状分割刃４の固定部材３への固定に際して、図５に示したように、扇状分割刃４は、回転方向前方を回転中心方向に角度α傾斜させて、上記固定部材３に固定されている。これにより、扇状分割刃４の周縁に形成されたノコギリ状刃１０の角部分の欠けが生じ難くなるとともに、ノコギリ状刃１０の全体を粉砕に寄与させることができ、粉砕効率の向上が期待できる。扇状分割刃４の上記傾斜角度αは、５〜１５度程度が適当であり、図示した実施形態においては、扇状分割刃４の二等分線上に外側の貫通孔１１を設け、上記外側の貫通孔１１を支点として、上記二等分線に対して角度α（＝１０度）ずらした位置に内側の貫通孔１１を設けることにより、扇状分割刃４は、１０度の傾斜角度を持たせて固定部材３に固定されている。

また、上記扇状分割刃４の固定部材３への固定に際して、図４、図５等に示したように、扇状分割刃４が、固定部材３の一方の面と他方の面に、周方向において交互（図示した実施形態においては、４枚の扇状分割刃４が、固定部材３の４本の腕部５の一方の面と他方の面に、周方向において交互）に固定されている。これにより、被粉砕物の呑み込み性が良くなり、粉砕効率の更なる向上が期待できる。

上記のようにして扇状分割刃４が固定された固定部材３は、回転軸２に複数枚間隔をもって固定支持されている。この固定部材３の回転軸２への固定は、図４の一部分解斜視図また図６の断面図に示したように、固定部材３の中心に形成された上記貫通孔７に回転軸２を挿通し、隣り合う固定部材３，３間に配置され、前記回転軸２に外嵌されたカラー１６によって固定部材３，３間を所定の間隔に保ち、固定部材３に形成された上記キー溝８及びカラー１６に形成されたキー溝１７そして回転軸２に形成されたキー溝１８にキー１９を差し込み、回転軸２の両端に形成された雄ネジ２０にナット２１を締結することにより行なわれている。固定部材３，３同士の間隙は、介在させる上記カラー１６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、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、固定部材３，３同士の間隙は１０〜３０ｍｍが適当であり、図示した実施形態に係る回転刃体１では、約２２ｍｍ間隙を開けて配置されている。

また、上記固定部材３の上記回転軸２への固定に際して、固定部材３の位相をずらして（図示した実施形態においては、固定部材３に形成された腕部５が隣の固定部材３に形成された腕部５の間に位置するように４５度ずらして）固定されている。これにより、粉砕による負荷を分散させることができ、製品寿命の向上が期待できる。なお、図示した実施形態の如く、固定部材３の位相をずらして回転軸２に固定しても良いが、位相をずらすことなく回転軸２に固定しても良い。この場合には、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向上が期待できる。

上記のように構成された実施形態に係る回転刃体１は、その概略寸法が、直径５００ｍｍ、長さ４５０ｍｍである。なお、固定部材３の腕部５の長さを長くする、腕部５の本数を多くする、回転軸２に固定する固定部材３の枚数を多くすること等により、その大型化を図ることは容易に行うことができる。

上記した回転刃体１は、図７〜図１０に示したように、ケーシング内に配設することにより、粉砕機３０が構築される。
図７に図示した本発明に係る粉砕機３０は、ケーシング３１が、上部及び下部が開口した矩形の下部ケーシング３１ａと、両端面が閉じ、上部に原料投入口３２が形成された半円筒形の上部ケーシング３１ｂとから構成されている。下部ケーシング３１ａと上部ケーシング３１ｂの一側部には、蝶番３３が設けられ、該蝶番３３を支点として、上部ケーシング３１ｂが下部ケーシング３１ａ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３１ａ，３１ｂは、ボルト・ナット（図示ぜず）により固定されている。

上記ケーシング３１内には、上記した本発明に係る回転刃体１が水平方向に配置され、該回転刃体１の回転軸２の両端部は、図１０に示したように、ケーシング３１を貫通して外部まで延設され、軸受３４，３４によって各々支持されている。また、回転軸２の一端部には、プーリ３５が配設され、該プーリ３５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。

上記回転刃体１の最外周軌道面と上部ケーシング３１ｂの内周面との間隔は、図９に図示したように、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、上記回転刃体１の下方には、該回転刃体１の周縁に対向してロストル３６が配設されている。このロストル３６は、複数本の断面略長方形のロストルバー３７，３７・・・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１１及び図１２に示したように、複数本の断面略長方形のロストルバー３７，３７・・・が、回転刃体１の回転軸２の軸芯方向に平行で、且つ、回転刃体１の最外周軌道面から所定の距離を隔てて周方向に等間隔に配置されるよう、該ロストルバー３７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３８，３８で挟み込み、ボルト３９で固定することにより、複数本のロストルバー３７，３７・・・が一体化したロストル３６としている。そして、このロストル３６を、図９及び図１０に示したように、下部ケーシング３１ａの両内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４０上に載置し、ボルト４１で締め付けることにより、回転刃体１の下方であって、該回転刃体１の周縁に対向してロストル３６が配設されている。

回転刃体１の最外周軌道面とロストル３６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３６の間隙（配置された隣り合うロストルバー３７，３７間の隙間）は、目標とする粉砕粒径により適宜設定する。図示した実施形態に係る装置では、回転刃体１の最外周軌道面とロストル３６との間隔は約２ｍｍに設定され、ロストル３６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３６の適所には、図１３に示したような上記回転刃体１の扇状分割刃４，４同士の間隙に入り込む突起４２が形成されている。この突起４２は、該突起４２が連続的に形成されたクシ歯プレート４３を、回転刃体１の軸芯方向に向けて複数か所上記ロストル３６に取付けることにより構成されている。図示した実施形態に係る装置では、図１２に示したように半リング状のロストル３６に、４５度程度の間隔を開けて３ヵ所、突起４２を有するクシ歯プレート４３が取付けられている。

また、ロストル３６の後端部には、上記クシ歯プレート４３とは別に、回転刃体１の周方向にも軸芯方向にも長い突起４４を有するクシ歯プレート４５が取付けられている。これらの回転刃体１の扇状分割刃４，４同士の間隙に入り込む突起４２，４４によって、被粉砕物が回転刃体１ととも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３０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回転刃体１を回転させる。回転刃体１のノコギリ状刃１０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３２からケーシング３１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、回転刃体１に形成された種々の間隙、具体的には固定部材３の周縁に固定された扇状分割刃４，４同士の間の間隙、隣り合う固定部材３，３同士の間に形成された間隙等の存在により、良好に回転刃体１内に呑み込まれ、回転刃体１のノコギリ状刃１０とロストル３６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３６が固定刃の作用を果たし、回転刃体１のノコギリ状刃１０との間で被粉砕物を剪断（粉砕）するとともに、ロストル３６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３６の間隙から下方に排出される。このようにロストル３６を用いることにより、剪断作用を飛躍的に増大できるとともに、耐久性の高い装置を構築できる。粒度の調整は、ロストル３６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３６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。なお、形状や硬さなどの被粉砕物の性質によっては、ロストルに代えて打ち抜き多孔板（スクリーン）を用いた方が良い場合もある。

以上、本発明に係る回転刃体及び該回転刃体を使用した粉砕機の実施形態を説明したが、本発明は、何ら既述の実施形態に限定されるものではなく、さまざまに態様を変更して、実施することが可能であることは当然である。

本発明に係る回転刃体及び粉砕機によれば、円板状回転刃を有効且つ経済的に使用でき、また刃の一部が欠けた場合でも、その交換作業が容易なものとなるため、稲藁、麦藁、木片などのセルロース系バイオマスを微粉砕するのに、好適に使用することができる。

１回転刃体
２回転軸
３固定部材
４扇状分割刃
５腕部
６貫通孔
７貫通孔
８キー溝
９円板状回転刃
１０ノコギリ状刃
１１貫通孔
１２ロッド
１３円筒状スペーサ
１４ワッシャ
１５ボルト
１６カラー
１７キー溝
１８キー溝
１９キー
２０雄ネジ
２１ナット
３０粉砕機
３１ケーシング
３１ａ下部ケーシング
３１ｂ上部ケーシング
３２原料投入口
３３蝶番
３４軸受
３５プーリ
３６ロストル
３７ロストルバー
３８ロストルバー押さえ
３９ボルト
４０ロストル受けガイド
４１ボルト
４２突起
４３クシ歯プレート
４４突起
４５クシ歯プレート

Claims

回転軸と、該回転軸にその回転中心において固定支持された固定部材と、該固定部材の周縁に取り外し可能に固定された円板状回転刃を分割した扇状分割刃とからなり、上記扇状分割刃は、周縁にノコギリ状刃を有し、該扇状分割刃が、回転方向前方に傾斜させて、上記固定部材に固定されていることを特徴とする、回転刃体。
上記扇状分割刃が、該扇状分割刃の二等分線を回転方向前方に５〜１５度傾斜させて、上記固定部材に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転刃体。
上記扇状分割刃が、上記固定部材の一方の面と他方の面に、周方向において交互に固定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の回転刃体。
上記扇状分割刃が固定された上記固定部材が、上記回転軸に複数枚間隔をもって固定支持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回転刃体。
上記扇状分割刃が固定された上記固定部材が、上記回転軸に位相をずらして複数枚固定支持されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の回転刃体。
上記固定部材が、周方向に等間隔に張り出した腕部を有し、該固定部材のそれぞれの腕部に、上記扇状分割刃が固定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回転刃体。
上記扇状分割刃が、円板状回転刃を周方向に等分割したものであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の回転刃体。
上記扇状分割刃が、該扇状分割刃に形成された貫通孔及び上記固定部材に形成された貫通孔に挿通されたロッドと、隣り合う扇状分割刃と固定部材との間に配置され、前記ロッドに外嵌された円筒状スペーサと、前記ロッドの両端面に螺合されるボルトとによって、上記固定部材に固定されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の回転刃体。
請求項１〜８のいずれかに記載の回転刃体を、ケーシング内に配設したことを特徴とする、粉砕機。
上記ケーシング内に配設した回転刃体の下方に、該回転刃体の周縁に対向してロストルを配設し、前記回転刃体と前記ロストルとの間で被粉砕物を剪断するとともに、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、請求項９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１０に記載の粉砕機。
上記ロストルの適所に、上記回転刃体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１０又は１１に記載の粉砕機。