バイオマス原料の異物除去装置および粉砕装置
【課題】バイオマス原料の異物除去装置および粉砕装置において、圃場から搬入される農業系副産物原料から、極力安価、小型の装置で泥塊や小石を除去する異物除去装置を提供する。
【解決手段】粉砕装置に載置して使用する異物除去装置１において、本体ダクト９における、バイオマス原料より見かけ比重が大きい異物が落下する側の壁面に幅広の異物排出口４が開口していて、この異物排出口４の下端に異物排出口に内接する幅を有し外向きに傾斜した板状の異物排出シュート５を備えて、吸引ファンにより異物排出口４を介して流入する気流が異物排出シュート５の上方にあるバイオマス原料を粉砕装置１１の方に吹き流すことでバイオマス原料と異物を選別する。
【解決手段】粉砕装置に載置して使用する異物除去装置１において、本体ダクト９における、バイオマス原料より見かけ比重が大きい異物が落下する側の壁面に幅広の異物排出口４が開口していて、この異物排出口４の下端に異物排出口に内接する幅を有し外向きに傾斜した板状の異物排出シュート５を備えて、吸引ファンにより異物排出口４を介して流入する気流が異物排出シュート５の上方にあるバイオマス原料を粉砕装置１１の方に吹き流すことでバイオマス原料と異物を選別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス原料の異物除去装置および粉砕装置に関し、特に、バイオマスエタノールの原料となる草本系農業副産物から小石や泥塊等を除去する除去装置および除去装置を備えた粉砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中国をはじめとする新興国のエネルギー需要の拡大、化石燃料の枯渇に対する懸念、産油国の政情の不安定化による供給不安などにより、原油価格が高騰し、今後も高止まりが予想されている。そこで、石油製品、特に自動車用ガソリンに代替する液体燃料として、バイオマスエタノールをガソリンに混合して使用する取り組みが進められており、特にブラジルや米国等では実用段階としてバイオマスエタノールが流通している。
【０００３】
日本においても、地球温暖化対策の観点からカーボンニュートラルな燃料であるバイオマスエタノールに注目が集まっている。京都議定書目標達成計画の中でバイオ燃料の導入が示されており、ポスト京都議定書でも引き続き厳しい温暖化ガス排出規制がかけられることは避けられないことから、より一層石油燃料からバイオマスエタノールへの転換が推進される。
【０００４】
バイオマスエタノールは、サトウキビや甜菜等を原料とする糖質系と、トウモロコシ、ジャガイモ、サツマイモ等を原料とするデンプン系が中心となっている。一方でこれらの原料は食料や家畜飼料と競合するため、バイオマスエタノールを大規模に増産すると、需要増に従って原料価格が上昇し、食料としての価格も押し上げてしまうという問題がある。また、他の食料作物から原料作物に転作が進むことで、特に豆などを中心とする食料作物の供給が逼迫するおそれも指摘されている。
【０００５】
食料との競合を回避しうるバイオマスエタノールの原料として、非食料原料や非可食部を使用してエタノールを製造する方法が模索されている。現在、非食料原料からエタノールを製造する方法として、原料中のセルロースをエタノールに転換する研究が進んでいる。セルロースは、あらゆる植物に多量に含まれているためバイオマスエタノールの資源として期待が大きい。
【０００６】
セルロース系のバイオマスエタノールは、木質を原料とするものと草本を原料とするものに大別される。木質を原料とするものとして、建築廃材や林業系廃棄物を使用する研究および実証が進められている。特に建築廃材の不法投棄を防止する方法として、廃材を有償で回収し、エタノールとして再利用する試みが行われている。
【０００７】
草本を原料とするものとして、農産系副産物を使用することが検討されている。例えば、麦藁、稲藁などは、大部分は野焼きしたり田畑に鋤き込んだりして土壌に還元されている。しかし、鋤き込みは圃場の気温や土壌条件により必ず行われるものではなく、野焼きは環境被害が敬遠されるため、一部が副産物として圃場から排出される。この排出物を活用する方法の一つとして、農産系副産物をセルロース系バイオマスエタノールに転換する研究が、ＮＥＤＯや産業技術総合研究所が中心となって推進されている。
【０００８】
セルロース系バイオマスエタノールの製造は、酵素による糖化、酵母によるアルコール発酵、蒸留、脱水の工程で行われる。
バイオマスに含まれるセルロースはリグニンとヘミセルロースによって保護されているため、エタノール製造には、この保護を酵素が作用できる状態に解離する前処理が必要になる。この前処理として、濃硫酸法、希硫酸二段糖化法等、硫酸を使用する方法が一般的である。
【０００９】
濃硫酸法では、処理後に、反応液から硫酸を分離するためにクロマトグラフィー分離を行い、さらに希釈された硫酸を再利用するために多重効用缶により濃縮を行っている。この分離、濃縮工程において電力や熱エネルギーを必要とするため、エネルギー収支が悪化する問題がある。希硫酸二段糖化法においても、希硫酸を中和するために石灰を使用しており、産出される石膏の処理コストが問題となる。また、どちらの方法でも、環境負荷を考慮した排水処理の負担が大きいことや設備機器に耐酸性を持たせる必要があるためコストが過大になる。
【００１０】
そこで、硫酸を使用せずに前処理を行う工程として、熱水処理が検討されている。例えば、粉砕した稲藁を有機酸と共に２００℃程度で処理し、セルロースおよびヘミセルロースを分解・糖化する方法がある。この方法によれば、環境負荷や耐食性を考慮した過大コストを削減できる。例えば、試験的にサトウキビの搾りかす（バガス）を原料としたパイロットプラントによる試算において、エタノール製造コストが約４０円／ｌとなっており、石油製品に対して価格競争力を持ち得る水準でバイオマスエタノールを製造できる。
原料作物を２ｍｍ程度に粉砕したものを使用する濃硫酸法や希硫酸二段糖化法に対し、熱水処理では原料をより細かく粉砕する要求が生じる。
【００１１】
バイオマス原料としての稲藁は、圃場でロール状に成形されたものとして搬入される。この稲藁ロールをカッターで２０ｍｍ程度に裁断し、さらに粉砕機に投入して微粉砕する。しかし、稲藁ロールには、泥塊や小石等の異物が高い割合で含まれているため、微粉砕する際に小石等の異物が粉砕装置のカッターを摩耗したり、排出製品のサイズを規定するためのスクリーンを破損し、粉砕装置の寿命が短くなる問題があった。そのため、副産物原料をより細かく粉砕するためには、異物を除去する必要がある。
【００１２】
そこで、軽量の原料資源から重量の異物を除去する装置として、例えば特許文献１に廃棄シート材の嵩比重を高めるプラントに使用された例が開示されている。特許文献１に記載された廃棄シート材の嵩比重を高めるプラントでは、廃棄シート材の破砕物を比重差を利用して風力選別機によって軽量物と重量物とに選別する工程を備えている。
【００１３】
かかる風力選別機は、側方から送風ファンによりエアを吹き付けて、風力で運ばれる軽量物と落下する重量物に選別する。軽量物はエアと共に搬送され、後工程に備わったサイクロンセパレータによってエアと分離されて回収される。
【００１４】
したがって、特許文献１に記載のプラントに適用された風力選別機では、送風ファンの他に、軽量物と重量物を選別するための風洞、軽量物を空気輸送する輸送管、サイクロンセパレータ等が必要になり、プラントが比較的大規模になる。
【００１５】
一方、稲藁などの農業系副産物は年間を通して入手できるものでなく、広範囲の地域で特定の季節に多量に発生する特性がある。したがって、農業系副産物を原料とするプラントは、原料が発生する地域に設置する地産地消型や、季節に応じて原料産地にプラントを移動するモバイル型とする必要がある。いずれにしても大型で複雑なプラントを構築することができず、極力スペースを省いて小型化することが求められる。
【００１６】
また、安価な原料を用い、生産物であるエタノールも石油製品との激しい価格競争にさらされるため、製造プラントもできる限り安価に構築する必要がある。
そのため、例えば特許文献１に開示されているような比較的大規模なプラントはバイオマスエタノールを製造するための前工程に適用する粉砕装置や異物除去装置としてそのまま適用することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００８−１８７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、バイオマス原料の異物除去装置および粉砕装置において、圃場から搬入される農業系副産物原料から、極力安価、小型の装置で泥塊や小石を除去する異物除去装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、本発明のバイオマス原料の異物除去装置は、吸引ファンを持つ粉砕装置に載置する本体ダクトを備えたバイオマス原料の異物除去装置であって、本体ダクトにおける、バイオマス原料より見かけ比重が大きい異物が落下する側の壁面に幅広の異物排出口が開口していて、この異物排出口の下端に異物排出口に内接する幅を有し外向きに傾斜した板状の異物排出シュートを備えて、吸引ファンにより異物排出口を介して流入する気流が異物排出シュートの上方にあるバイオマス原料を粉砕装置の方に吹き流すように構成されることを特徴とする。
【００２０】
なお、中空柱状の本体ダクトの上端の一面に対壁面に向かって傾斜した原料投入シュートを形成し、原料投入シュートの対壁面下方に幅広の異物排出口を開口し、異物排出口の下端に異物排出口と同幅の板状に形成された異物排出シュートが外向きに傾斜して貫入される形態とすることができる。
異物排出口は、原料投入シュートの斜面長さと角度に応じた初速で原料投入シュート下端部から放出された物体が描く放物線が、本体の対壁面と交差する位置の近傍に設けることが好ましい。
【００２１】
異物除去装置は、下部に粉砕装置を接続して運転する。粉砕装置は例えば吸引ファンを備えたカッターミル等を使用する。吸引ファンで負圧を掛けることにより原料をカッターミルに導入し、回転刃と固定刃の間で裁断する。原料はミルの中に滞留して繰り返し剪断され、一定の大きさ以下に粉砕されたものが製品サイズを規制するスクリーンを透過して吸引エアにより排出される。排出された粉砕済み原料は、後工程に送られてエタノールへの転換処理が行われる。
【００２２】
異物除去装置内には、粉砕装置の吸引エアにより上部から下部へ向けて気流が形成されている。本体内部に貫入された異物排出シュートが障害物になるため、気流は異物排出シュートを避けるように湾曲して流れる。内部の負圧により異物排出口からもエアが導入され、異物排出シュートの上面を遡って本体内部に流入する支流が形成される。支流は、異物排出シュートの上端部で本流に合流している。
【００２３】
本発明の異物除去装置は、この気流を利用して原料と異物を選別するようになっている。異物除去装置に投入される原料は、稲藁ロール等として搬入されるバイオマス原料を２０ｍｍから５０ｍｍ程度に裁断した状態のものが用いられる。稲藁ロールは、圃場で農業機器により作製されるため、原料には稲藁のほかに小石や乾いた泥塊、金属片などの異物が混入している。
【００２４】
稲藁等のバイオマス原料は受風面積に対する見かけ上の比重が小さく、小石や泥塊、金属片などの異物は見かけ比重が大きい。そのため、バイオマス原料は気流に乗って、異物排出シュートを避け粉砕装置に運ばれる。それに対し、異物は気流の影響をあまり受けずに、放物線を描いて異物排出シュート上に落下し、異物排出シュートの傾斜に従って異物排出口から外部に排出される。
【００２５】
このように、粉砕装置には異物を含まないバイオマス原料だけが空気輸送される。したがって、カッターミルの刃やパンチングフィルタに与えるダメージが小さくなり、粉砕装置の部品交換寿命を延ばすことができる。
【００２６】
なお、バイオマス原料と異物の選別には、気流の本流のみでなく、異物排出口から異物排出シュートの表面を遡って本体内部に吹き込む支流も大きく寄与している。投入されたバイオマス原料の中には、本流の湾曲から逸脱して異物排気口付近に放出されるものも少なからずある。しかし、異物排出口から流入する支流が、異物排出シュートの上に載ったバイオマス原料が異物排出口から放出されるのを防ぎ、逸脱したバイオマス原料を本流に押し戻している。この支流の流量を調整するために、異物排出口の開口高さを調節できるように形成するのが好ましい。
【００２７】
また、支流の流量によっては、異物排出シュートの上方にできる気流の渦に巻き込まれるなどして異物排出シュートの上方に滞留し、そのまま異物排出シュートに落下するバイオマス原料も存在する。バイオマス原料は比重が軽いので異物排出シュートを滑り落ちて異物排出口から排出されるものは多くないが、異物排出シュートにバイオマス原料が蓄積すると、異物の排出を阻害したり、異物に連れられて排出されるバイオマス原料が多くなる問題が生じる。
【００２８】
さらに、異物排出シュートと本体を固定する支持具を弾性材料のものとしたり、異物排出シュートの上面を緩衝材料でライニングしたりして、異物排出シュートにバイオマス原料が堆積しないようにすると共に異物排出シュートで異物が激しく跳ね返らないようにするとよい。カッターミルや吸引ファンが発生する振動により、異物除去装置も振動している。そこで、異物排出シュートや支持具を弾性化することにより、異物排出シュートの振動を増幅し、異物排出シュートの上面に蓄積したバイオマス原料を再び舞い上げて支流のエアに乗せることができる。また、異物排出シュートの傾斜を滑り落ちずに異物排出シュート上に留まる異物をスムーズに排出する効果も期待できる。
【００２９】
さらに、異物排出シュートの傾斜角および貫入長さを調整可能に固定することが好ましい。原料植物の種類や、農作地、季節などでバイオマス原料の形状や保水量が大きく異なるため、見かけ比重のばらつきが大きい。また、圃場の状態により異物の大きさや量も一定しない。そのため、風量が同じでもバイオマス原料と異物の通過経路や挙動が異なることがある。したがって、原料に応じて異物排出シュートの傾斜角や貫入長さを調整することで、幅広い特性の原料に対して、適切に原料と異物を分離することができるようになる。
【００３０】
上記のように、本発明のバイオマス原料の異物除去装置によれば、既存のプラントに備わる吸引ファンの気流を活用してバイオマス原料から異物を分離除去することができる。また、構造が非常に簡素であり、かつ既存の粉砕装置の上に設置して使用できるので、小コストで作製することができ、新たな設置スペースも必要としない。したがって、コスト、スペースの制約が大きい地産地消型やモバイル型のプラントに負担なく導入することができる。さらに、粉砕装置に原料を供給する既設のダクトの適切な位置に所定の構造を持った異物排出口を設置することにより、本発明の異物除去装置を形成することもできる。
【００３１】
なお、本発明の異物除去装置は、対象を稲藁などのバイオマス原料に限るものでなく、例えば廃棄フィルムの回収に適用するなど、見かけ比重が異なる異物が混入している素材の選別に広く用いることができる。
【００３２】
本発明のバイオマス原料の粉砕装置は、上記異物除去装置と、吸引ファンおよび粉砕機を備えた粉砕装置である。本発明の粉砕装置によれば、小型、安価でも粉砕刃や選別フィルタの寿命が長い粉砕装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の１実施形態に係るバイオマス原料の異物除去装置に原料供給装置と粉砕装置を接続した状態の概略図である。
【図２】本実施形態のバイオマス原料の異物除去装置の概略図である。
【図３】本実施形態の異物除去装置を運転して試験した異物の除去率を示した表である。
【図４】本実施形態のバイオマス原料の異物除去装置の異物排出口部の拡大図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るバイオマス原料の異物除去装置に原料供給装置と粉砕装置を接続した状態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係るバイオマス原料の異物除去装置の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１は本発明の１実施形態に係るバイオマス原料の異物除去装置に原料供給装置と粉砕装置を接続した状態の概略図、図２はバイオマス原料の異物除去装置の概略図である。
異物除去装置１は断面が長方形である筒型の本体ダクト９を備え、本体ダクト９の上部の一辺に原料投入シュート２の斜面が形成されている。原料投入シュート２の斜面長さと角度によって定まる初速で原料投入シュート２端部から放出された物体が描く放物線３が異物除去装置１の本体ダクト９の対壁に到達する位置に異物排出口４が開口している。
【００３６】
異物排出口４の下端に平板で形成された異物排出シュート５が挿入されている。異物排出シュート５は外側が低くなるように傾斜しており、異物排出シュート５の外端の下方に異物槽６が設置されている。異物除去装置１の下端は開口していて、粉砕装置に接続できるようになっている。
本実施例の異物除去装置は、上に原料供給装置１０を、下に粉砕装置１１を接続して使用する。
【００３７】
原料供給装置１０は、スクリューフィーダ１２で原料投入シュート２に定量割合で原料を送り出し供給する。粉砕装置１１には、カッターミル１３と製品サイズを規制するスクリーン１４、図示しない吸引ファンが備わっている。吸引ファンを駆動して負圧を発生させ、異物除去装置１内の稲藁をカッターミル１３に吸い寄せて回転刃と固定刃による剪断力でバイオマス原料を粉砕する。バイオマス原料は、カッターミル１３の周囲に滞留して繰り返し剪断力を受け、細かく刻まれる。製品サイズを規制するスクリーン１４の目開きより小さくなったバイオマス原料は、吸引エアに導かれてフィルタを通過し、粉砕装置１１から排出される。
【００３８】
本実施例の異物除去装置１は、粉砕装置１１の吸引ファンとカッターミル１３を稼働した状態で、原料供給装置１０のスクリューフィーダ１２から原料を連続的に投入して運転する。
【００３９】
異物除去装置１の本体ダクト９の上端は、原料供給装置１０に向けて開口している。また、本体ダクト９の下端は粉砕装置１１に向けて開口している。したがって、吸引ファンにより異物除去装置１内の空気を下方から吸引すると、異物除去装置１の上部から空気が流入し、下に向かって気流１５が発生する。異物除去装置１内には異物排出シュート５が貫入して気流１５を妨げるため、気流１５は異物排出シュート５を避けるように湾曲する。また、異物排出口４も外に向けて開口しているので、異物排出口４からも空気が流入し、異物排出シュート５の上面を遡り、異物排出シュート５の端部から向きを変えて下方に流れる支流１６が生じる。
【００４０】
原料供給装置１０から投入される原料は、圃場で作製された稲藁ロール等を、前工程で２０〜５０ｍｍに裁断したものである。原料には、裁断された稲藁等のバイオマス原料の他に数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度の大きさの小石や、乾いた泥塊などが含まれることがある。
【００４１】
原料と異物が混合したものがスクリューフィーダ１２から投入されると、それぞれ原料投入シュート２の上面を滑り落ちて原料投入シュート２の下端から異物除去装置１の胴内に放出される。バイオマス原料は受風面積に対する質量が小さく見かけ上の比重が小さいため、気流１５に運ばれて異物排出シュート５を避け、粉砕装置１１に導入される。
【００４２】
それに対し、小石や泥塊などの異物は、見かけ上の比重が大きいため、気流１５の影響をあまり受けず、放出されたときの初速に応じた放物線に沿って落下する。放物線が対壁面に達する位置には異物排出口４があり、異物排出口４の下端には異物排出シュート５が落下物を受けるように配置されている。したがって、異物は異物排出口４の近辺に落下し、異物排出シュート５の上面に着地する。さらに、異物は異物排出シュート５の傾斜により異物除去装置１の外に滑落し、異物槽６内に落着する。
【００４３】
なお、放物線３は、原料投入シュート２の長さと傾斜および、原料投入シュート２の表面の材質と異物の代表的な材質との間の摩擦係数を用いて算出した中心的な放物線である。異物の形状や種類、投入されたときの状態により、異物が放出される初速は多少の幅を持っているため、実際に異物が描く放物線は、中心的な放物線３に対して上下に分散する。たとえば、異物が原料投入シュート２の下端から放出される初速に従って、初速の水平成分が想定より大きければ異物は放物線３より上側に描かれる放物線７に沿って落下し、水平成分が想定より小さければ放物線３より下側に描かれる放物線８に沿って落下する。
【００４４】
そのため、本実施例の異物除去装置１は、異物が実際に描く放物線が放物線３より上側であっても、下側であっても異物排出シュート５で捕捉できるように適当な余裕をもって形成している。
異物が上側を通過する放物線７を描いて原料投入シュート２から落下した場合、異物は異物排出口４の上部で異物除去装置１の壁面に衝突し、跳ね返って異物排出シュート５に落下する。本体ダクト９における異物排出シュート５上部の壁表面は緩衝材料で覆って、衝突する異物が過剰に跳ね返り異物排出シュート５の上面を超えて粉砕装置１１の方に落下しないようにするとよい。
また、異物が下側を通過する放物線８を描いた場合、異物は異物排出口４まで到達しないが、異物除去装置１内に貫入している異物除去シュート５に直接落下し、異物除去シュート５の傾斜に従って異物除去装置１外に排出される。
【００４５】
一方、バイオマス原料が異物除去シュート５に落着したり異物除去シュート５の上方に漂ったりする場合も、見かけ比重が小さいため、異物排出口４からエアが引き込まれてできる気流１６と本体ダクト９内に形成された主流の気流１５とにより、粉砕装置１１に搬送される。
したがって、本実施例の異物除去装置１では、異物の形状や材質、姿勢が一定でない場合でも、異物とバイオマス原料を高い確率で選別することができる。
【００４６】
このように本実施例の異物除去装置１は、気流の湾曲を利用して見かけ比重の差によりバイオマス原料と異物を選別する。
気流の形成には従来から粉砕装置１１に備わっている吸引ファンを使用するため、新たな機器を追加する必要がない。したがって、従来のプラントに容易に適用することができ、追加投資が最小限に抑えられる。また、粉砕装置１１の上部に載置して使用するため、設置面積を必要とせず、狭小の工場やモバイル型プラントに特に適している。
【００４７】
図３は本実施例の異物除去装置を運転して試験した異物の除去率の実績値を示した表である。異物を含まない稲藁の中に、５０ｍｍ（大）の小石を５個、２０ｍｍ（中）の小石を１０個、１０〜５ｍｍ（小）の小石を２０個混ぜ込み、通常運転と同等の早さでスクリューフィーダから投入して異物の排出個数を確認する試験の結果を示したものである。異物排出シュート５は水平に対して３０°の角度で、異物除去装置１の幅の１／３程度まで挿入している。
【００４８】
図３の通り、１回目の試験は大の小石は１００％、中の小石は９０％、小の小石は８０％排出され、全体の除去率が３０個／３５個で８６％となった。２回目の試験は、大の小石は１００％、中の小石は８０％、小の小石は５５％排出され、全体の除去率が２４個／３５個で６９％となった。
【００４９】
このように、本実施例の異物除去装置では、簡素な構造で異物の除去率が、大型の異物なら１００％、大小混在した異物でも約７０％〜９０％程度と一定の効果を得ることができている。本実施例の異物除去装置をプラント内に設置することで、粉砕装置のカッターミルやパンチングフィルタに異物が与えるダメージを軽減することができ、装置の長寿命化とそれに伴うコスト削減を実現することができる。
【００５０】
試験中の異物除去装置１内の状態を観察すると、スクリューフィーダ１２から投入された稲や麦の藁は、原料投入シュート２を滑落する間に大部分がばらけるが、一部は固まりのまま異物排出シュート５上に落下している。この藁の固まりは異物排出口からの気流により異物除去装置１の内部に押し戻され、粉砕装置１１に導かれる。このときに、固まりの中に含まれていた小石を連れて行く場合があると考えられる。
【００５１】
この共連れを解消するためには、異物排出シュート５の水平に対する傾斜角度を大きくするとよい。斜度を大きくすると、異物排出口４からの気流を受けるバイオマス原料と、気流の影響を受けない異物の選別力がより大きくなる。しかし、斜度を大きくしすぎると原料が気流に押し戻されずに異物に混ざって異物排出口４から排出されてしまう。
【００５２】
また、斜度を大きくすると異物除去装置１の内部で異物排出シュート５の貫入長が小さくなってしまうため、原料投入シュート２から放出される際に初速が遅かった異物を受け取れない確率が大きくなってしまう。そこで、本実施例の異物除去装置１では、異物排出シュート５の傾斜角度、貫入幅の大きさを調整できるように形成してあり、原料と異物の状態に応じてそれぞれを微調整して運転する。また、異物排出口４の開口面積を調整できるようになっており、開口の大きさにしたがって異物排出口４から流入するエアによる気流の強さを変化させることができる。
【００５３】
図４は本実施例の異物除去装置１の異物排出口４付近の拡大斜視図である。異物排出口４は、異物除去装置１の本体ダクト９の胴部に大きくあけられた開口２０の上部を遮蔽板２１で塞いだ形状になっている。遮蔽板２１は固定位置が上下に調整できるように固定されており、遮蔽板２１の位置を変更することで、異物排出口４の開口面積を変化させることができる。
【００５４】
異物排出口４の下端には板状の異物排出シュート５が挿入されている。異物排出シュート５は異物除去装置１に長孔付きのブラケット２２により固定されていて、取り付け角度が変更できるようになっている。また、異物排出シュート５に設けた長孔によりブラケット２２に対して水平位置が前後に調整できるように固定されていて、必要により挿入長さを変更することができる。ブラケット２２と異物除去装置１の間にはゴム素材で作成された弾性板２３が挟みこまれている。また、異物排出シュート５の上面に緩衝素材をライニングして、異物が衝突したときに激しく反射して粉砕装置１１の方に落下することを抑制するようにしてもよい。
【００５５】
図４に示したとおり、本実施例の異物除去装置１では、異物排出シュート５の傾斜角度、貫入幅、異物排出口４からの気流の大きさを調整できるようになっている。特定の条件で試験した結果では、異物排出シュート５を３０°の角度で、異物除去装置１の１／３程度まで挿入した状態が最も異物の選別効率が高かったが、原料や異物の状態により異物排出シュート５の姿勢を調整するとよい。
【００５６】
なお、異物排出シュート５の傾斜角度を大きくしすぎると、バイオマス原料が気流に乗って異物排出シュート５の勾配を登ることができず、異物排出シュート５上に堆積することがある。このため、ブラケット２２と異物除去装置１の間に弾性板２３を挿入している。
【００５７】
カッターミルや吸引ファンが発生する振動により、異物除去装置１が振動している。そこで、異物除去装置１に弾性板２３を介してブラケット２２を固定することで、異物排出シュート５の振動が増幅される。異物排出シュート５を振動させることで、異物排出シュート５の上面に蓄積するバイオマス原料を再び舞い上げて気流に乗せることができる。また、異物排出シュート５の傾斜を滑り落ちやすくして、シュート５上に留まりがちな異物をスムーズに排出する効果も期待できる。
【実施例２】
【００５８】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るバイオマス原料の異物除去装置に原料供給装置と粉砕装置を接続した状態の概略図である。本発明の第２の実施形態に係る異物除去装置１は、傾斜した原料投入シュートで異物を分離する代わりに、水平方向の気流を当てることにより垂直落下する異物からバイオマス原料を分離するもので、スクリューフィーダ１２の送り出し端に本体ダクト９の垂直な壁が接しており、その垂直な壁の上の部分に空気を取り込む空気取り込み開口１７を設け、下の部分に異物排出口４を設けたところが第１の実施態様の異物除去装置と異なる。他の構成には特段の相違がない。このため、図面は、図１，２と同じ機能を有する要素に同じ参照番号を付して、理解し易くしてある。
【００５９】
スクリューフィーダ１２から搬送物がこぼれ落ちる位置に本体ダクト９の垂直な壁の上端が位置している。この垂直な壁の下の部分に異物排出口４が設けられている。また、この垂直な壁には、異物排出口４の上方に空気取り込み開口１７が設けられている。
異物排出口４の下端に平板で形成された異物排出シュート５が挿入されている。異物排出シュート５は外側が低くなるように傾斜しており、異物排出シュート５の外端の下方に異物槽６が設置されている。異物排出口４の開口面積は、遮蔽板２１の高さにより適宜に設定して、開口を通る気流１６の強さを調整することができる。
【００６０】
本体ダクト９内には、図外の吸引ファンにより、原料供給装置１０と空気取り込み開口１７から粉砕装置１１に向けて主流の気流１５が形成され、また異物排出口１２から吸い込まれて異物排出シュート５の上面を流れて粉砕装置１１の方に流れ下る支流の気流１６が形成される。主流の気流１５は、異物排出シュート５を避けて下方に流れる。
【００６１】
第２の実施形態に係る異物除去装置１では、スクリューフィーダ１２で本体ダクト９の縁にバイオマス原料を送り出すと、バイオマス原料は見かけ比重が小さいため落下中に気流１５に引かれて異物排出シュート５を避けて粉砕装置１１まで搬送される。バイオマス原料に見かけ比重が大きい異物が含まれるときには、異物は気流１５に巻き込まれず、壁に沿ってそのままほぼ垂直に落下して異物排出シュート５の上に着地し、異物排出シュート５の傾斜に沿って本体ダクト９の外に転がって、異物槽６の中に落ちる。
【００６２】
これに対して、見かけ比重が小さいバイオマス原料は、落下途中に空気取り込み開口１７から吹き込む気流により壁から本体ダクト９の中心方向に吹かれて主流の気流１５に乗って破砕装置１１に搬送される。
バイオマス原料が異物排出シュート５の上方に存在するときは、異物排出シュート５の上面を流れる支流の気流１６が、異物排出シュート５の上のバイオマス原料を巻き込んで本体ダクト９の方に戻し、最終的に破砕装置１１まで搬送する。
【００６３】
以上のように、本発明の異物除去装置１によれば、安価、省スペースの簡素な構造の装置によりバイオマス原料中の多くの異物を分離して除去するので、保全が簡単な長寿命のバイオマス原料の粉砕装置を形成することができる。
また、バイオマス原料の組成や含水率、異物混入量などが変化しても、異物排出シュートや異物排出口を微調整して異物除去率を向上することができる。
なお、本実施例の異物除去装置１によれば、既存のバイオマス原料の粉砕装置に簡単な構造を追加することで、既存プラントの長寿命化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係るバイオマス原料の異物除去装置および粉砕装置は、バイオマスエタノールの製造プラントにおいて、異物が含まれるバイオマス原料から異物を除去してカッターミルを保護するために利用できる。特に、地産地消型やモバイル型のプラントにおいて、安価で省スペースな異物除去装置を提供することができ、少ない負担でプラントを長寿命化することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１ 異物除去装置
２ 原料投入シュート
３ 放物線
４ 異物排出口
５ 異物排出シュート
６ 異物槽
７ 放物線
８ 放物線
９ 本体ダクト
１０ 原料供給装置
１１ 粉砕装置
１２ スクリューフィーダ
１３ カッターミル
１４ スクリーン
１５ 気流
１６ 支流
１７ 空気取り込み開口
２０ 開口
２１ 遮蔽板
２２ ブラケット
２３ 弾性板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス原料の異物除去装置および粉砕装置に関し、特に、バイオマスエタノールの原料となる草本系農業副産物から小石や泥塊等を除去する除去装置および除去装置を備えた粉砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中国をはじめとする新興国のエネルギー需要の拡大、化石燃料の枯渇に対する懸念、産油国の政情の不安定化による供給不安などにより、原油価格が高騰し、今後も高止まりが予想されている。そこで、石油製品、特に自動車用ガソリンに代替する液体燃料として、バイオマスエタノールをガソリンに混合して使用する取り組みが進められており、特にブラジルや米国等では実用段階としてバイオマスエタノールが流通している。
【０００３】
日本においても、地球温暖化対策の観点からカーボンニュートラルな燃料であるバイオマスエタノールに注目が集まっている。京都議定書目標達成計画の中でバイオ燃料の導入が示されており、ポスト京都議定書でも引き続き厳しい温暖化ガス排出規制がかけられることは避けられないことから、より一層石油燃料からバイオマスエタノールへの転換が推進される。
【０００４】
バイオマスエタノールは、サトウキビや甜菜等を原料とする糖質系と、トウモロコシ、ジャガイモ、サツマイモ等を原料とするデンプン系が中心となっている。一方でこれらの原料は食料や家畜飼料と競合するため、バイオマスエタノールを大規模に増産すると、需要増に従って原料価格が上昇し、食料としての価格も押し上げてしまうという問題がある。また、他の食料作物から原料作物に転作が進むことで、特に豆などを中心とする食料作物の供給が逼迫するおそれも指摘されている。
【０００５】
食料との競合を回避しうるバイオマスエタノールの原料として、非食料原料や非可食部を使用してエタノールを製造する方法が模索されている。現在、非食料原料からエタノールを製造する方法として、原料中のセルロースをエタノールに転換する研究が進んでいる。セルロースは、あらゆる植物に多量に含まれているためバイオマスエタノールの資源として期待が大きい。
【０００６】
セルロース系のバイオマスエタノールは、木質を原料とするものと草本を原料とするものに大別される。木質を原料とするものとして、建築廃材や林業系廃棄物を使用する研究および実証が進められている。特に建築廃材の不法投棄を防止する方法として、廃材を有償で回収し、エタノールとして再利用する試みが行われている。
【０００７】
草本を原料とするものとして、農産系副産物を使用することが検討されている。例えば、麦藁、稲藁などは、大部分は野焼きしたり田畑に鋤き込んだりして土壌に還元されている。しかし、鋤き込みは圃場の気温や土壌条件により必ず行われるものではなく、野焼きは環境被害が敬遠されるため、一部が副産物として圃場から排出される。この排出物を活用する方法の一つとして、農産系副産物をセルロース系バイオマスエタノールに転換する研究が、ＮＥＤＯや産業技術総合研究所が中心となって推進されている。
【０００８】
セルロース系バイオマスエタノールの製造は、酵素による糖化、酵母によるアルコール発酵、蒸留、脱水の工程で行われる。
バイオマスに含まれるセルロースはリグニンとヘミセルロースによって保護されているため、エタノール製造には、この保護を酵素が作用できる状態に解離する前処理が必要になる。この前処理として、濃硫酸法、希硫酸二段糖化法等、硫酸を使用する方法が一般的である。
【０００９】
濃硫酸法では、処理後に、反応液から硫酸を分離するためにクロマトグラフィー分離を行い、さらに希釈された硫酸を再利用するために多重効用缶により濃縮を行っている。この分離、濃縮工程において電力や熱エネルギーを必要とするため、エネルギー収支が悪化する問題がある。希硫酸二段糖化法においても、希硫酸を中和するために石灰を使用しており、産出される石膏の処理コストが問題となる。また、どちらの方法でも、環境負荷を考慮した排水処理の負担が大きいことや設備機器に耐酸性を持たせる必要があるためコストが過大になる。
【００１０】
そこで、硫酸を使用せずに前処理を行う工程として、熱水処理が検討されている。例えば、粉砕した稲藁を有機酸と共に２００℃程度で処理し、セルロースおよびヘミセルロースを分解・糖化する方法がある。この方法によれば、環境負荷や耐食性を考慮した過大コストを削減できる。例えば、試験的にサトウキビの搾りかす（バガス）を原料としたパイロットプラントによる試算において、エタノール製造コストが約４０円／ｌとなっており、石油製品に対して価格競争力を持ち得る水準でバイオマスエタノールを製造できる。
原料作物を２ｍｍ程度に粉砕したものを使用する濃硫酸法や希硫酸二段糖化法に対し、熱水処理では原料をより細かく粉砕する要求が生じる。
【００１１】
バイオマス原料としての稲藁は、圃場でロール状に成形されたものとして搬入される。この稲藁ロールをカッターで２０ｍｍ程度に裁断し、さらに粉砕機に投入して微粉砕する。しかし、稲藁ロールには、泥塊や小石等の異物が高い割合で含まれているため、微粉砕する際に小石等の異物が粉砕装置のカッターを摩耗したり、排出製品のサイズを規定するためのスクリーンを破損し、粉砕装置の寿命が短くなる問題があった。そのため、副産物原料をより細かく粉砕するためには、異物を除去する必要がある。
【００１２】
そこで、軽量の原料資源から重量の異物を除去する装置として、例えば特許文献１に廃棄シート材の嵩比重を高めるプラントに使用された例が開示されている。特許文献１に記載された廃棄シート材の嵩比重を高めるプラントでは、廃棄シート材の破砕物を比重差を利用して風力選別機によって軽量物と重量物とに選別する工程を備えている。
【００１３】
かかる風力選別機は、側方から送風ファンによりエアを吹き付けて、風力で運ばれる軽量物と落下する重量物に選別する。軽量物はエアと共に搬送され、後工程に備わったサイクロンセパレータによってエアと分離されて回収される。
【００１４】
したがって、特許文献１に記載のプラントに適用された風力選別機では、送風ファンの他に、軽量物と重量物を選別するための風洞、軽量物を空気輸送する輸送管、サイクロンセパレータ等が必要になり、プラントが比較的大規模になる。
【００１５】
一方、稲藁などの農業系副産物は年間を通して入手できるものでなく、広範囲の地域で特定の季節に多量に発生する特性がある。したがって、農業系副産物を原料とするプラントは、原料が発生する地域に設置する地産地消型や、季節に応じて原料産地にプラントを移動するモバイル型とする必要がある。いずれにしても大型で複雑なプラントを構築することができず、極力スペースを省いて小型化することが求められる。
【００１６】
また、安価な原料を用い、生産物であるエタノールも石油製品との激しい価格競争にさらされるため、製造プラントもできる限り安価に構築する必要がある。
そのため、例えば特許文献１に開示されているような比較的大規模なプラントはバイオマスエタノールを製造するための前工程に適用する粉砕装置や異物除去装置としてそのまま適用することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００８−１８７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、バイオマス原料の異物除去装置および粉砕装置において、圃場から搬入される農業系副産物原料から、極力安価、小型の装置で泥塊や小石を除去する異物除去装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、本発明のバイオマス原料の異物除去装置は、吸引ファンを持つ粉砕装置に載置する本体ダクトを備えたバイオマス原料の異物除去装置であって、本体ダクトにおける、バイオマス原料より見かけ比重が大きい異物が落下する側の壁面に幅広の異物排出口が開口していて、この異物排出口の下端に異物排出口に内接する幅を有し外向きに傾斜した板状の異物排出シュートを備えて、吸引ファンにより異物排出口を介して流入する気流が異物排出シュートの上方にあるバイオマス原料を粉砕装置の方に吹き流すように構成されることを特徴とする。
【００２０】
なお、中空柱状の本体ダクトの上端の一面に対壁面に向かって傾斜した原料投入シュートを形成し、原料投入シュートの対壁面下方に幅広の異物排出口を開口し、異物排出口の下端に異物排出口と同幅の板状に形成された異物排出シュートが外向きに傾斜して貫入される形態とすることができる。
異物排出口は、原料投入シュートの斜面長さと角度に応じた初速で原料投入シュート下端部から放出された物体が描く放物線が、本体の対壁面と交差する位置の近傍に設けることが好ましい。
【００２１】
異物除去装置は、下部に粉砕装置を接続して運転する。粉砕装置は例えば吸引ファンを備えたカッターミル等を使用する。吸引ファンで負圧を掛けることにより原料をカッターミルに導入し、回転刃と固定刃の間で裁断する。原料はミルの中に滞留して繰り返し剪断され、一定の大きさ以下に粉砕されたものが製品サイズを規制するスクリーンを透過して吸引エアにより排出される。排出された粉砕済み原料は、後工程に送られてエタノールへの転換処理が行われる。
【００２２】
異物除去装置内には、粉砕装置の吸引エアにより上部から下部へ向けて気流が形成されている。本体内部に貫入された異物排出シュートが障害物になるため、気流は異物排出シュートを避けるように湾曲して流れる。内部の負圧により異物排出口からもエアが導入され、異物排出シュートの上面を遡って本体内部に流入する支流が形成される。支流は、異物排出シュートの上端部で本流に合流している。
【００２３】
本発明の異物除去装置は、この気流を利用して原料と異物を選別するようになっている。異物除去装置に投入される原料は、稲藁ロール等として搬入されるバイオマス原料を２０ｍｍから５０ｍｍ程度に裁断した状態のものが用いられる。稲藁ロールは、圃場で農業機器により作製されるため、原料には稲藁のほかに小石や乾いた泥塊、金属片などの異物が混入している。
【００２４】
稲藁等のバイオマス原料は受風面積に対する見かけ上の比重が小さく、小石や泥塊、金属片などの異物は見かけ比重が大きい。そのため、バイオマス原料は気流に乗って、異物排出シュートを避け粉砕装置に運ばれる。それに対し、異物は気流の影響をあまり受けずに、放物線を描いて異物排出シュート上に落下し、異物排出シュートの傾斜に従って異物排出口から外部に排出される。
【００２５】
このように、粉砕装置には異物を含まないバイオマス原料だけが空気輸送される。したがって、カッターミルの刃やパンチングフィルタに与えるダメージが小さくなり、粉砕装置の部品交換寿命を延ばすことができる。
【００２６】
なお、バイオマス原料と異物の選別には、気流の本流のみでなく、異物排出口から異物排出シュートの表面を遡って本体内部に吹き込む支流も大きく寄与している。投入されたバイオマス原料の中には、本流の湾曲から逸脱して異物排気口付近に放出されるものも少なからずある。しかし、異物排出口から流入する支流が、異物排出シュートの上に載ったバイオマス原料が異物排出口から放出されるのを防ぎ、逸脱したバイオマス原料を本流に押し戻している。この支流の流量を調整するために、異物排出口の開口高さを調節できるように形成するのが好ましい。
【００２７】
また、支流の流量によっては、異物排出シュートの上方にできる気流の渦に巻き込まれるなどして異物排出シュートの上方に滞留し、そのまま異物排出シュートに落下するバイオマス原料も存在する。バイオマス原料は比重が軽いので異物排出シュートを滑り落ちて異物排出口から排出されるものは多くないが、異物排出シュートにバイオマス原料が蓄積すると、異物の排出を阻害したり、異物に連れられて排出されるバイオマス原料が多くなる問題が生じる。
【００２８】
さらに、異物排出シュートと本体を固定する支持具を弾性材料のものとしたり、異物排出シュートの上面を緩衝材料でライニングしたりして、異物排出シュートにバイオマス原料が堆積しないようにすると共に異物排出シュートで異物が激しく跳ね返らないようにするとよい。カッターミルや吸引ファンが発生する振動により、異物除去装置も振動している。そこで、異物排出シュートや支持具を弾性化することにより、異物排出シュートの振動を増幅し、異物排出シュートの上面に蓄積したバイオマス原料を再び舞い上げて支流のエアに乗せることができる。また、異物排出シュートの傾斜を滑り落ちずに異物排出シュート上に留まる異物をスムーズに排出する効果も期待できる。
【００２９】
さらに、異物排出シュートの傾斜角および貫入長さを調整可能に固定することが好ましい。原料植物の種類や、農作地、季節などでバイオマス原料の形状や保水量が大きく異なるため、見かけ比重のばらつきが大きい。また、圃場の状態により異物の大きさや量も一定しない。そのため、風量が同じでもバイオマス原料と異物の通過経路や挙動が異なることがある。したがって、原料に応じて異物排出シュートの傾斜角や貫入長さを調整することで、幅広い特性の原料に対して、適切に原料と異物を分離することができるようになる。
【００３０】
上記のように、本発明のバイオマス原料の異物除去装置によれば、既存のプラントに備わる吸引ファンの気流を活用してバイオマス原料から異物を分離除去することができる。また、構造が非常に簡素であり、かつ既存の粉砕装置の上に設置して使用できるので、小コストで作製することができ、新たな設置スペースも必要としない。したがって、コスト、スペースの制約が大きい地産地消型やモバイル型のプラントに負担なく導入することができる。さらに、粉砕装置に原料を供給する既設のダクトの適切な位置に所定の構造を持った異物排出口を設置することにより、本発明の異物除去装置を形成することもできる。
【００３１】
なお、本発明の異物除去装置は、対象を稲藁などのバイオマス原料に限るものでなく、例えば廃棄フィルムの回収に適用するなど、見かけ比重が異なる異物が混入している素材の選別に広く用いることができる。
【００３２】
本発明のバイオマス原料の粉砕装置は、上記異物除去装置と、吸引ファンおよび粉砕機を備えた粉砕装置である。本発明の粉砕装置によれば、小型、安価でも粉砕刃や選別フィルタの寿命が長い粉砕装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の１実施形態に係るバイオマス原料の異物除去装置に原料供給装置と粉砕装置を接続した状態の概略図である。
【図２】本実施形態のバイオマス原料の異物除去装置の概略図である。
【図３】本実施形態の異物除去装置を運転して試験した異物の除去率を示した表である。
【図４】本実施形態のバイオマス原料の異物除去装置の異物排出口部の拡大図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るバイオマス原料の異物除去装置に原料供給装置と粉砕装置を接続した状態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係るバイオマス原料の異物除去装置の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１は本発明の１実施形態に係るバイオマス原料の異物除去装置に原料供給装置と粉砕装置を接続した状態の概略図、図２はバイオマス原料の異物除去装置の概略図である。
異物除去装置１は断面が長方形である筒型の本体ダクト９を備え、本体ダクト９の上部の一辺に原料投入シュート２の斜面が形成されている。原料投入シュート２の斜面長さと角度によって定まる初速で原料投入シュート２端部から放出された物体が描く放物線３が異物除去装置１の本体ダクト９の対壁に到達する位置に異物排出口４が開口している。
【００３６】
異物排出口４の下端に平板で形成された異物排出シュート５が挿入されている。異物排出シュート５は外側が低くなるように傾斜しており、異物排出シュート５の外端の下方に異物槽６が設置されている。異物除去装置１の下端は開口していて、粉砕装置に接続できるようになっている。
本実施例の異物除去装置は、上に原料供給装置１０を、下に粉砕装置１１を接続して使用する。
【００３７】
原料供給装置１０は、スクリューフィーダ１２で原料投入シュート２に定量割合で原料を送り出し供給する。粉砕装置１１には、カッターミル１３と製品サイズを規制するスクリーン１４、図示しない吸引ファンが備わっている。吸引ファンを駆動して負圧を発生させ、異物除去装置１内の稲藁をカッターミル１３に吸い寄せて回転刃と固定刃による剪断力でバイオマス原料を粉砕する。バイオマス原料は、カッターミル１３の周囲に滞留して繰り返し剪断力を受け、細かく刻まれる。製品サイズを規制するスクリーン１４の目開きより小さくなったバイオマス原料は、吸引エアに導かれてフィルタを通過し、粉砕装置１１から排出される。
【００３８】
本実施例の異物除去装置１は、粉砕装置１１の吸引ファンとカッターミル１３を稼働した状態で、原料供給装置１０のスクリューフィーダ１２から原料を連続的に投入して運転する。
【００３９】
異物除去装置１の本体ダクト９の上端は、原料供給装置１０に向けて開口している。また、本体ダクト９の下端は粉砕装置１１に向けて開口している。したがって、吸引ファンにより異物除去装置１内の空気を下方から吸引すると、異物除去装置１の上部から空気が流入し、下に向かって気流１５が発生する。異物除去装置１内には異物排出シュート５が貫入して気流１５を妨げるため、気流１５は異物排出シュート５を避けるように湾曲する。また、異物排出口４も外に向けて開口しているので、異物排出口４からも空気が流入し、異物排出シュート５の上面を遡り、異物排出シュート５の端部から向きを変えて下方に流れる支流１６が生じる。
【００４０】
原料供給装置１０から投入される原料は、圃場で作製された稲藁ロール等を、前工程で２０〜５０ｍｍに裁断したものである。原料には、裁断された稲藁等のバイオマス原料の他に数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度の大きさの小石や、乾いた泥塊などが含まれることがある。
【００４１】
原料と異物が混合したものがスクリューフィーダ１２から投入されると、それぞれ原料投入シュート２の上面を滑り落ちて原料投入シュート２の下端から異物除去装置１の胴内に放出される。バイオマス原料は受風面積に対する質量が小さく見かけ上の比重が小さいため、気流１５に運ばれて異物排出シュート５を避け、粉砕装置１１に導入される。
【００４２】
それに対し、小石や泥塊などの異物は、見かけ上の比重が大きいため、気流１５の影響をあまり受けず、放出されたときの初速に応じた放物線に沿って落下する。放物線が対壁面に達する位置には異物排出口４があり、異物排出口４の下端には異物排出シュート５が落下物を受けるように配置されている。したがって、異物は異物排出口４の近辺に落下し、異物排出シュート５の上面に着地する。さらに、異物は異物排出シュート５の傾斜により異物除去装置１の外に滑落し、異物槽６内に落着する。
【００４３】
なお、放物線３は、原料投入シュート２の長さと傾斜および、原料投入シュート２の表面の材質と異物の代表的な材質との間の摩擦係数を用いて算出した中心的な放物線である。異物の形状や種類、投入されたときの状態により、異物が放出される初速は多少の幅を持っているため、実際に異物が描く放物線は、中心的な放物線３に対して上下に分散する。たとえば、異物が原料投入シュート２の下端から放出される初速に従って、初速の水平成分が想定より大きければ異物は放物線３より上側に描かれる放物線７に沿って落下し、水平成分が想定より小さければ放物線３より下側に描かれる放物線８に沿って落下する。
【００４４】
そのため、本実施例の異物除去装置１は、異物が実際に描く放物線が放物線３より上側であっても、下側であっても異物排出シュート５で捕捉できるように適当な余裕をもって形成している。
異物が上側を通過する放物線７を描いて原料投入シュート２から落下した場合、異物は異物排出口４の上部で異物除去装置１の壁面に衝突し、跳ね返って異物排出シュート５に落下する。本体ダクト９における異物排出シュート５上部の壁表面は緩衝材料で覆って、衝突する異物が過剰に跳ね返り異物排出シュート５の上面を超えて粉砕装置１１の方に落下しないようにするとよい。
また、異物が下側を通過する放物線８を描いた場合、異物は異物排出口４まで到達しないが、異物除去装置１内に貫入している異物除去シュート５に直接落下し、異物除去シュート５の傾斜に従って異物除去装置１外に排出される。
【００４５】
一方、バイオマス原料が異物除去シュート５に落着したり異物除去シュート５の上方に漂ったりする場合も、見かけ比重が小さいため、異物排出口４からエアが引き込まれてできる気流１６と本体ダクト９内に形成された主流の気流１５とにより、粉砕装置１１に搬送される。
したがって、本実施例の異物除去装置１では、異物の形状や材質、姿勢が一定でない場合でも、異物とバイオマス原料を高い確率で選別することができる。
【００４６】
このように本実施例の異物除去装置１は、気流の湾曲を利用して見かけ比重の差によりバイオマス原料と異物を選別する。
気流の形成には従来から粉砕装置１１に備わっている吸引ファンを使用するため、新たな機器を追加する必要がない。したがって、従来のプラントに容易に適用することができ、追加投資が最小限に抑えられる。また、粉砕装置１１の上部に載置して使用するため、設置面積を必要とせず、狭小の工場やモバイル型プラントに特に適している。
【００４７】
図３は本実施例の異物除去装置を運転して試験した異物の除去率の実績値を示した表である。異物を含まない稲藁の中に、５０ｍｍ（大）の小石を５個、２０ｍｍ（中）の小石を１０個、１０〜５ｍｍ（小）の小石を２０個混ぜ込み、通常運転と同等の早さでスクリューフィーダから投入して異物の排出個数を確認する試験の結果を示したものである。異物排出シュート５は水平に対して３０°の角度で、異物除去装置１の幅の１／３程度まで挿入している。
【００４８】
図３の通り、１回目の試験は大の小石は１００％、中の小石は９０％、小の小石は８０％排出され、全体の除去率が３０個／３５個で８６％となった。２回目の試験は、大の小石は１００％、中の小石は８０％、小の小石は５５％排出され、全体の除去率が２４個／３５個で６９％となった。
【００４９】
このように、本実施例の異物除去装置では、簡素な構造で異物の除去率が、大型の異物なら１００％、大小混在した異物でも約７０％〜９０％程度と一定の効果を得ることができている。本実施例の異物除去装置をプラント内に設置することで、粉砕装置のカッターミルやパンチングフィルタに異物が与えるダメージを軽減することができ、装置の長寿命化とそれに伴うコスト削減を実現することができる。
【００５０】
試験中の異物除去装置１内の状態を観察すると、スクリューフィーダ１２から投入された稲や麦の藁は、原料投入シュート２を滑落する間に大部分がばらけるが、一部は固まりのまま異物排出シュート５上に落下している。この藁の固まりは異物排出口からの気流により異物除去装置１の内部に押し戻され、粉砕装置１１に導かれる。このときに、固まりの中に含まれていた小石を連れて行く場合があると考えられる。
【００５１】
この共連れを解消するためには、異物排出シュート５の水平に対する傾斜角度を大きくするとよい。斜度を大きくすると、異物排出口４からの気流を受けるバイオマス原料と、気流の影響を受けない異物の選別力がより大きくなる。しかし、斜度を大きくしすぎると原料が気流に押し戻されずに異物に混ざって異物排出口４から排出されてしまう。
【００５２】
また、斜度を大きくすると異物除去装置１の内部で異物排出シュート５の貫入長が小さくなってしまうため、原料投入シュート２から放出される際に初速が遅かった異物を受け取れない確率が大きくなってしまう。そこで、本実施例の異物除去装置１では、異物排出シュート５の傾斜角度、貫入幅の大きさを調整できるように形成してあり、原料と異物の状態に応じてそれぞれを微調整して運転する。また、異物排出口４の開口面積を調整できるようになっており、開口の大きさにしたがって異物排出口４から流入するエアによる気流の強さを変化させることができる。
【００５３】
図４は本実施例の異物除去装置１の異物排出口４付近の拡大斜視図である。異物排出口４は、異物除去装置１の本体ダクト９の胴部に大きくあけられた開口２０の上部を遮蔽板２１で塞いだ形状になっている。遮蔽板２１は固定位置が上下に調整できるように固定されており、遮蔽板２１の位置を変更することで、異物排出口４の開口面積を変化させることができる。
【００５４】
異物排出口４の下端には板状の異物排出シュート５が挿入されている。異物排出シュート５は異物除去装置１に長孔付きのブラケット２２により固定されていて、取り付け角度が変更できるようになっている。また、異物排出シュート５に設けた長孔によりブラケット２２に対して水平位置が前後に調整できるように固定されていて、必要により挿入長さを変更することができる。ブラケット２２と異物除去装置１の間にはゴム素材で作成された弾性板２３が挟みこまれている。また、異物排出シュート５の上面に緩衝素材をライニングして、異物が衝突したときに激しく反射して粉砕装置１１の方に落下することを抑制するようにしてもよい。
【００５５】
図４に示したとおり、本実施例の異物除去装置１では、異物排出シュート５の傾斜角度、貫入幅、異物排出口４からの気流の大きさを調整できるようになっている。特定の条件で試験した結果では、異物排出シュート５を３０°の角度で、異物除去装置１の１／３程度まで挿入した状態が最も異物の選別効率が高かったが、原料や異物の状態により異物排出シュート５の姿勢を調整するとよい。
【００５６】
なお、異物排出シュート５の傾斜角度を大きくしすぎると、バイオマス原料が気流に乗って異物排出シュート５の勾配を登ることができず、異物排出シュート５上に堆積することがある。このため、ブラケット２２と異物除去装置１の間に弾性板２３を挿入している。
【００５７】
カッターミルや吸引ファンが発生する振動により、異物除去装置１が振動している。そこで、異物除去装置１に弾性板２３を介してブラケット２２を固定することで、異物排出シュート５の振動が増幅される。異物排出シュート５を振動させることで、異物排出シュート５の上面に蓄積するバイオマス原料を再び舞い上げて気流に乗せることができる。また、異物排出シュート５の傾斜を滑り落ちやすくして、シュート５上に留まりがちな異物をスムーズに排出する効果も期待できる。
【実施例２】
【００５８】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るバイオマス原料の異物除去装置に原料供給装置と粉砕装置を接続した状態の概略図である。本発明の第２の実施形態に係る異物除去装置１は、傾斜した原料投入シュートで異物を分離する代わりに、水平方向の気流を当てることにより垂直落下する異物からバイオマス原料を分離するもので、スクリューフィーダ１２の送り出し端に本体ダクト９の垂直な壁が接しており、その垂直な壁の上の部分に空気を取り込む空気取り込み開口１７を設け、下の部分に異物排出口４を設けたところが第１の実施態様の異物除去装置と異なる。他の構成には特段の相違がない。このため、図面は、図１，２と同じ機能を有する要素に同じ参照番号を付して、理解し易くしてある。
【００５９】
スクリューフィーダ１２から搬送物がこぼれ落ちる位置に本体ダクト９の垂直な壁の上端が位置している。この垂直な壁の下の部分に異物排出口４が設けられている。また、この垂直な壁には、異物排出口４の上方に空気取り込み開口１７が設けられている。
異物排出口４の下端に平板で形成された異物排出シュート５が挿入されている。異物排出シュート５は外側が低くなるように傾斜しており、異物排出シュート５の外端の下方に異物槽６が設置されている。異物排出口４の開口面積は、遮蔽板２１の高さにより適宜に設定して、開口を通る気流１６の強さを調整することができる。
【００６０】
本体ダクト９内には、図外の吸引ファンにより、原料供給装置１０と空気取り込み開口１７から粉砕装置１１に向けて主流の気流１５が形成され、また異物排出口１２から吸い込まれて異物排出シュート５の上面を流れて粉砕装置１１の方に流れ下る支流の気流１６が形成される。主流の気流１５は、異物排出シュート５を避けて下方に流れる。
【００６１】
第２の実施形態に係る異物除去装置１では、スクリューフィーダ１２で本体ダクト９の縁にバイオマス原料を送り出すと、バイオマス原料は見かけ比重が小さいため落下中に気流１５に引かれて異物排出シュート５を避けて粉砕装置１１まで搬送される。バイオマス原料に見かけ比重が大きい異物が含まれるときには、異物は気流１５に巻き込まれず、壁に沿ってそのままほぼ垂直に落下して異物排出シュート５の上に着地し、異物排出シュート５の傾斜に沿って本体ダクト９の外に転がって、異物槽６の中に落ちる。
【００６２】
これに対して、見かけ比重が小さいバイオマス原料は、落下途中に空気取り込み開口１７から吹き込む気流により壁から本体ダクト９の中心方向に吹かれて主流の気流１５に乗って破砕装置１１に搬送される。
バイオマス原料が異物排出シュート５の上方に存在するときは、異物排出シュート５の上面を流れる支流の気流１６が、異物排出シュート５の上のバイオマス原料を巻き込んで本体ダクト９の方に戻し、最終的に破砕装置１１まで搬送する。
【００６３】
以上のように、本発明の異物除去装置１によれば、安価、省スペースの簡素な構造の装置によりバイオマス原料中の多くの異物を分離して除去するので、保全が簡単な長寿命のバイオマス原料の粉砕装置を形成することができる。
また、バイオマス原料の組成や含水率、異物混入量などが変化しても、異物排出シュートや異物排出口を微調整して異物除去率を向上することができる。
なお、本実施例の異物除去装置１によれば、既存のバイオマス原料の粉砕装置に簡単な構造を追加することで、既存プラントの長寿命化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係るバイオマス原料の異物除去装置および粉砕装置は、バイオマスエタノールの製造プラントにおいて、異物が含まれるバイオマス原料から異物を除去してカッターミルを保護するために利用できる。特に、地産地消型やモバイル型のプラントにおいて、安価で省スペースな異物除去装置を提供することができ、少ない負担でプラントを長寿命化することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１ 異物除去装置
２ 原料投入シュート
３ 放物線
４ 異物排出口
５ 異物排出シュート
６ 異物槽
７ 放物線
８ 放物線
９ 本体ダクト
１０ 原料供給装置
１１ 粉砕装置
１２ スクリューフィーダ
１３ カッターミル
１４ スクリーン
１５ 気流
１６ 支流
１７ 空気取り込み開口
２０ 開口
２１ 遮蔽板
２２ ブラケット
２３ 弾性板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引ファンを持つ粉砕装置に載置する本体ダクトを備えたバイオマス原料の異物除去装置であって、前記本体ダクトにおける、前記バイオマス原料より見かけ比重が大きい異物が落下する側の壁面に、幅広の異物排出口が開口していて、該異物排出口の下端に該異物排出口に内接する幅を有し外向きに傾斜した板状の異物排出シュートを備えて、前記吸引ファンにより該異物排出口を介して流入する気流が前記異物排出シュートの上方にある前記バイオマス原料を前記粉砕装置の方に吹き流すように構成されることを特徴とするバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項２】
前記本体ダクトが、上端の一面に対壁面に向かって傾斜した原料投入シュートを備え、前記異物排出口が該原料投入シュートの対壁面下方に設けられて、該原料投入シュートに案内された前記バイオマス原料より嵩密度が大きい異物が前記異物排出シュートの上に落下するようになっていることを特徴とする請求項1に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項３】
前記原料投入シュートの斜面長さと角度によって定まる初速で該原料投入シュート端部から放出された物体が描く放物線が前記本体の対壁面と交差する位置に前記異物排出口が開口していることを特徴とする請求項２に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項４】
前記異物排出口の開口高さが調節できるように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項５】
前記異物排出シュートが前記本体に弾性材料を介して固定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項６】
前記異物排出シュートの上面が緩衝材料でライニングされていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項７】
前記異物排出シュートの傾斜角および前記本体ダクト内への貫入長さが調整可能に備わっていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項８】
前記バイオマス原料は稲藁であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項９】
吸引ファンを備えた粉砕装置に請求項１から８のいずれか１項に記載のバイオマス原料の異物除去装置が載置されたバイオマス原料の粉砕装置。
【請求項１】
吸引ファンを持つ粉砕装置に載置する本体ダクトを備えたバイオマス原料の異物除去装置であって、前記本体ダクトにおける、前記バイオマス原料より見かけ比重が大きい異物が落下する側の壁面に、幅広の異物排出口が開口していて、該異物排出口の下端に該異物排出口に内接する幅を有し外向きに傾斜した板状の異物排出シュートを備えて、前記吸引ファンにより該異物排出口を介して流入する気流が前記異物排出シュートの上方にある前記バイオマス原料を前記粉砕装置の方に吹き流すように構成されることを特徴とするバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項２】
前記本体ダクトが、上端の一面に対壁面に向かって傾斜した原料投入シュートを備え、前記異物排出口が該原料投入シュートの対壁面下方に設けられて、該原料投入シュートに案内された前記バイオマス原料より嵩密度が大きい異物が前記異物排出シュートの上に落下するようになっていることを特徴とする請求項1に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項３】
前記原料投入シュートの斜面長さと角度によって定まる初速で該原料投入シュート端部から放出された物体が描く放物線が前記本体の対壁面と交差する位置に前記異物排出口が開口していることを特徴とする請求項２に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項４】
前記異物排出口の開口高さが調節できるように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項５】
前記異物排出シュートが前記本体に弾性材料を介して固定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項６】
前記異物排出シュートの上面が緩衝材料でライニングされていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項７】
前記異物排出シュートの傾斜角および前記本体ダクト内への貫入長さが調整可能に備わっていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項８】
前記バイオマス原料は稲藁であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のバイオマス原料の異物除去装置。
【請求項９】
吸引ファンを備えた粉砕装置に請求項１から８のいずれか１項に記載のバイオマス原料の異物除去装置が載置されたバイオマス原料の粉砕装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２３６１５４（Ｐ２０１２−２３６１５４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７０９２（Ｐ２０１１−１０７０９２）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（５０３２４５４６５）株式会社アーステクニカ (54)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（５０３２４５４６５）株式会社アーステクニカ (54)
【Ｆターム（参考）】
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