固形燃料、固形燃料の製造方法
【課題】樹脂とバイオマス材料を原料とする固形燃料およびその製造方法を提供する。
【解決手段】固形燃料は、粒状の架橋ポリエチレンと、粒状の木粉と、バインダとしてのポリエチレンとを含んだ原料を、ポリエチレンが溶融する以上の温度まで加熱してから冷却して製造する。この固形燃料は、一旦溶融してから硬化したポリエチレンをバインダとして機能させることによりその全体形状が維持されるようになっている。ポリエチレンは、２０重量％以下、好ましくは１０重量％以下であり、木粉は５１％であり、残部が架橋ポリエチレンである。
【解決手段】固形燃料は、粒状の架橋ポリエチレンと、粒状の木粉と、バインダとしてのポリエチレンとを含んだ原料を、ポリエチレンが溶融する以上の温度まで加熱してから冷却して製造する。この固形燃料は、一旦溶融してから硬化したポリエチレンをバインダとして機能させることによりその全体形状が維持されるようになっている。ポリエチレンは、２０重量％以下、好ましくは１０重量％以下であり、木粉は５１％であり、残部が架橋ポリエチレンである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、樹脂とバイオマス材料を含むペレット状乃至粒状の固形燃料を製造するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペレット状乃至粒状（以下、簡単のため、ペレット状という）の固形燃料が知られている。周知のペレット状の固形燃料は、木粉を原料としている。
かかる木粉を原料として用いたペレットは、環境に優しくまた取り回しも行い易いため広く普及している。しかしながら、木粉を原料としたペレットは、重さあたりの発熱量がそれ程大きくない点に難点がある。
【０００３】
かかる難点を改良した固形燃料として、木粉その他のバイオマス材料に加えて樹脂を原料に含むペレット状の固形燃料が知られている。
樹脂は、単位重量あたりの発熱量が木粉より大きいため、バイオマス材料と樹脂とを原料に含む固形燃料であれば、その単位重量あたりの発熱量は木粉を原料とした固形燃料よりも大きくできる。また、木粉と樹脂とを原料に含む固形燃料であれば、バイオマス材料と樹脂の比率の変化により単位重量あたりの発熱量を制御できるため、そのような固形燃料は従来の固形燃料にはない新たな利点を持つものとなる。しかも、樹脂は、様々な用途へのリサイクルが強く求められており、且つその決定的な手法が確立されていないことからも明らかなように、その調達が容易であり、また、そのコストも基本的に低廉である。
【０００４】
このような樹脂とバイオマス材料を含むペレット状の固形燃料は、例えば、特開平０８−２０９１５９号、特開平１１−１４０４７２号に開示されているように、加熱することにより溶融させその後冷却して硬化させた樹脂をバインダとしてその全体形状を維持するようにする。この場合に用いられる樹脂は、バインダとして用いられるというその機能面からの要求により、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の溶融する温度の比較的低い樹脂が選択される。
しかしながら、溶融する温度の比較的低い樹脂とバイオマス材料を含む固形燃料は、以下のような不具合を有する。
固形燃料は、炉に投入して用いられる。しかしながら、炉に投入される前段階においても固形燃料が高温になる場合があり、そのような場合、固形燃料に含まれる樹脂が溶融して固形燃料がその形状を維持できなくなる場合がある。また、このような固形燃料は、炉に投入された場合すぐにその形状を失ってしまうため、特に燃焼を止める場合などに多数の固形燃料同士が固まって大きな塊を形成してしまう場合がある。大きな塊となった固形燃料は、次に着火するのが難しく、また、除去するのに非常に大きな手間がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明は、樹脂とバイオマス材料を原料に含むペレット状の固形燃料を、改良して使用し易くするための技術を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決する本願発明は、以下のようなものである。
本願発明は、粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料とを含み、一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされている、ペレット状の固形燃料である。
この固形燃料は、従来技術の固形燃料と同様に、バイオマス材料を含み、一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとして用いるようにしている。バインダ樹脂は、熱可塑性樹脂である。バインダ樹脂は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなど、或いはこれらの混合物である。本願発明におけるバイオマス材料としては、木粉、籾殻、古紙、藁などをその例として挙げられる。
そして、この固形燃料は、架橋ポリエチレンをも含んでいる。架橋ポリエチレンは、ポリエチレンに架橋構造を持たせたものであり、熱に対して非常に強く、熱を加えた場合の振舞いが熱硬化性樹脂に類似する。本願発明者の研究によれば、固形燃料が架橋ポリエチレンを含んでいる場合、架橋ポリエチレンはバインダ樹脂のように簡単には溶融しないため、固形燃料が架橋ポリエチレンを含んでいる場合には、炉に投入される固形燃料はその形状を従来の固形燃料よりも維持するし、また燃焼を止める場合などに多数の固形燃料同士が固まって大きな塊を形成してしまうことも少ない。他方、架橋ポリエチレンは、それが燃焼する場合に生じる発熱量がポリエチレン等のバインダ樹脂と同等であるため、架橋ポリエチレンを加えた固形燃料は発熱量の面でも従来の固形燃料に劣ることがない。
しかも、架橋ポリエチレンは、電線の被覆等に用いられており、大量に廃棄されるものでありながら、熱に加えて薬品にも強いというその性質上、有効なリサイクルの方法が殆どない。したがって、架橋ポリエチレンを固形燃料に含めるのは、架橋ポリエチレンのリサイクルという面からも、また、コストの面からも有利である。
なお、架橋ポリエチレン単体に高温をかけて軟化させてから造粒してペレット状の固形燃料を製造する技術も知られているが、架橋ポリエチレンを軟化させるためには非常に大きな熱量が必要であり、その製造コストが高く付くため現実的でない。本願発明の固形燃料の製造時には、バインダ樹脂を溶融させる程度の熱をかければよいだけなので、その製造コストが過大になることもない。
【０００７】
本願発明者の研究によれば、架橋ポリエチレンを含む固形燃料が、炉に投入された場合にその形状を従来の固形燃料よりも維持し、燃焼を止める場合などに多数の固形燃料同士が固まって大きな塊を形成しづらい理由は、架橋ポリエチレン自体の溶融する温度が高いことに加えて、バインダ樹脂のある程度の部分がバイオマス材料に染込んでいるため、バインダ樹脂も簡単には溶融しないからだと考えられている。
実際バインダ樹脂がある程度以上多くなると、炉に投入された場合にその形状を従来の固形燃料よりも良く維持し、燃焼を止める場合などに多数の固形燃料同士が固まって大きな塊を形成しづらいという架橋ポリエチレンを含む固形燃料が持つ利点が失われる可能性もある。そのような点を考慮すると、前記バインダ樹脂は、２０重量％以下であるのがよいと考えられる。前記バインダ樹脂を、１０重量％以下とすれば、架橋ポリエチレンを含む固形燃料が持つ上述の利点が失われる可能性は小さい。
本願発明の固形燃料は、粒状の架橋ポリエチレンを３〜２０重量％、粒状のバイオマス材料を５１重量％含み、残部を熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂とするものとすることができる。
【０００８】
本願発明の固形燃料は、例えば、以下のように製造することができる。
その製造方法は、粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、前記原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態でペレット状に成形し、前記原料を冷却して前記バインダ樹脂を硬化させて、バインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされているペレット状の固形燃料を得る、固形燃料の製造方法である。
【０００９】
或いは、粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、前記原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態で所定の形状に成形し、前記原料を冷却して前記バインダ樹脂を硬化させ、前記バインダ樹脂が硬化した状態の前記原料をペレット状となるように切断して、バインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされているペレット状の固形燃料を得る、固形燃料の製造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本願発明による固形燃料の製造方法である第１実施形態及び第２実施形態について説明する。各実施形態及びそれらの変形例の説明では、重複する対象には重複する符号を付すものとし、重複する説明は場合により省略するものとする。
【００１１】
≪第１実施形態≫
第１実施形態では、粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態で所定の形状に成形し、原料を冷却してバインダ樹脂を硬化させ、バインダ樹脂が硬化した状態の原料をペレット状となるように切断して、バインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされているペレット状の固形燃料を得る。
【００１２】
まず、第１実施形態で用いる固形燃料製造装置について説明する。
図１にかかる固形燃料製造装置の構成を示す。図１は、第１実施形態による固形燃料製造装置の構造を概略的に示す一部透視図を含む側断面図である。
固形燃料製造装置は、管状、この実施形態では円筒状の本体１０を備えている。本体１０は、この実施形態では金属製である。本体１０の基端側（図１における左側。なお、この実施形態において、『先端（側）』、『基端（側）』の語は、原料の移動方向にしたがって定義され、『先端（側）』の語は、原料の移動方向の下流側を、『基端（側）』の語は、原料の移動方向の上流側を、それぞれ意味するものとする。）には、投入筒１１の一端が接続されている。投入筒１１は、そこから本体１０の内部に、固形燃料となる原料を投入するためのものである。
投入筒１１の内部には原料を本体１０に運ぶためのスクリューコンベア等の適当な機構が設けられていてもよい。原料の投入は、バッチ的に行われてもよいし、連続的に行われてもよい。この実施形態では、投入筒１１の他端には、原料を貯留した図示せぬ貯留槽が接続されている。原料は、貯留槽から、投入筒１１を介して本体１０に投入されることになる。なお、この実施形態では、貯留槽に図示を省略の加熱装置が取付けられている。加熱装置は、貯留槽の内部にある樹脂とバイオマス材料とを含む原料を加熱するためのものである。この実施形態では、原料は、既に加熱された状態で本体１０に投入されることになる。
【００１３】
本体１０の内部には、スクリュー１２が設けられている。スクリュー１２は、本体１０内に投入された原料を、本体１０の先端側に移動させるためのものである。スクリュー１２は、本体１０の長さ方向に亘って設けられており、その軸が本体１０の外部に設けられた駆動装置１３と接続されている。駆動装置１３によって回転させられる軸の回転に伴ってスクリュー１２は回転し、それにより原料は本体１０の先端側に移動することになる。
【００１４】
本体１０の先端には、ダイス２０が設けられている。ダイス２０は、板状のダイス板２１を備えている。ダイス板２１はこの実施形態では金属製である。
ダイス板２１には、その厚さ方向にダイス板２１を貫通する貫通孔２２が複数穿たれている
この実施形態の貫通孔２２の長さはいずれも同じになっている。貫通孔２２の断面形状は、この実施形態では円形である。必ずしもこの限りではないが、この実施形態における貫通孔２２の径は、その長さ方向のどの部分でも同じになっている。ダイス板２１は、原料の進行方向（本体１０の長さ方向）に垂直に置かれており、貫通孔２２は、その長さ方向が原料の進行方向に沿うようにされている。
【００１５】
ダイス板２１の厚さは、一般的なダイスの厚さよりも大きくなっている。この厚さは、貫通孔２２を通過する原料に含まれる樹脂をその内部で固化させられるように設計される。本体１０内の原料は、スクリュー１２によってダイス板２１に押付けられることにより、スクリュー１２、ダイス板２１、本体１０の内面、或いは周辺にある原料と擦れ合い、摩擦熱により高温になっている。ダイス板２１の厚さは、原料が貫通孔２２を通過しているときに、貫通孔２２の基端側の温度が樹脂が溶融する温度以上を、貫通孔２２の先端側の温度が樹脂が溶融する温度以下を、それぞれ保つことができるようなものとされている。
【００１６】
なお、この実施形態における貫通孔２２は、すべての部分で断面が円形であり且つその径はすべての部分で同じである。しかしながら、貫通孔２２は、必ずしも長さ方向のすべての部分でその径が同じになっている必要はない。
図２に示したように、貫通孔２２は、その基端側の径が先端側の径より大きくなっていてもよい。貫通孔２２は、図２（イ）に示したように、基端側から先端側に向けての途中まで、先端側に向かって細くなるようなテーパを与えられていてもよい。また、貫通孔２２は、図２（ロ）に示したように、基端側から先端側に向けての途中まで、先端側に向かって細くなるようなテーパを持ち、且つその部分にドーナツ形状の面を備えていてもよい。
このような貫通孔２２であれば、後述する原料が、貫通孔２２の中に入り易くなる。
【００１７】
また、必ずしも必要ないが、この実施形態のダイス板２１には、断熱層Ｌが設けられている。
断熱層Ｌは、例えば、図３（イ）に示したように、ダイス２０の基端側の表面に設けられていてもよい。この場合、断熱層Ｌは、ダイス２０の基端側の表面にダイス２０と一体として設けられていてもよい。断熱層Ｌは、或いは、例えば、板状、シート状に形成されていてもよく、その場合にはダイス２０とは一体でない断熱層Ｌは、ダイス２０の表面に当接されるようにして配される。断熱層Ｌには、貫通孔２２と干渉しないように孔が開けられており、原料が貫通孔２２に入る際に断熱層Ｌがそれを妨げないようになっている。
断熱層Ｌの存在により、本体１０内の原料が持つ熱は、ダイス板２１に伝わりにくくなる。これにより、貫通孔２２内の温度は貫通孔２２の全長に亘って下がり、また、後述するように、貫通孔２２の内部で原料中のバインダ樹脂（これは、後述するようにポリエチレンである。）が硬化し易くなる。
或いは、断熱層Ｌは、図３（ロ）に示したように、ダイス板２１の厚さ方向の所定の部分に、設けられていてもよい。この場合、ダイス板２１は、厚さ方向の所定の部分を境に、基端側と先端側に分割される。断熱層Ｌは、ダイス板２１の分割された部分に位置することになる。断熱層Ｌは、分割されたダイス板２１のうちの基端側のものの先端側の面に一体に設けられてもよく、また、分割されたダイス板２１のうちの先端側のものの基端側の面に一体に設けられてもよい。断熱層Ｌが、例えば、板状、シート状に形成されている場合には、断熱層Ｌは、基端側のダイス板２１と先端側のダイス板２１に挟まれた状態で配置される。断熱層Ｌには、図３（イ）で示した場合と同様に、貫通孔２２と干渉しないように孔が開けられる。
断熱層Ｌの存在により、本体１０内の原料が持つ熱は、ダイス板２１の基端側には伝わるが、ダイス板２１の断熱層Ｌよりも先端側には伝わりにくくなる。これにより、貫通孔２２の断熱層Ｌよりも先端側の部分の温度が下がり、後述するように、貫通孔２２の内部で原料中のバインダ樹脂が硬化し易くなる。
断熱層Ｌは、断熱性能の高い公知の素材により形成できる。例えば、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどのフッ素樹脂により、断熱層Ｌを作ることができる。フッ素樹脂は、塗布などにより所定の対象と一体化することもできるし、板状、シート状等適宜の形状に成形することができる。図３に示したいずれの場合であっても、フッ素樹脂により断熱層Ｌを作るに困難はない。
【００１８】
ダイス板２１の先端側には、貫通孔２２から押出された原料を切断するための切断機構３０が設けられている。
切断機構３０は、ブレード３１と、駆動機構３２を備えている。ブレード３１は、軸に固定されており、軸を回転させる駆動機構３２の駆動力によって、軸を中心にして紙面に対して垂直な平面内で所定の速さで回転するようになっている。ブレード３１は、そのような回転を行い、それと接触した原料を切断するようになっている。
【００１９】
第１実施形態の固形燃料製造装置を用いて固形燃料を製造する固形燃料の製造方法について説明する。
この固形燃料製造装置を用いて固形燃料を製造するには、まず、原料を本体１０に供給する。
この実施形態における原料は、バインダ樹脂と、架橋ポリエチレンと、バイオマス材料とを含んでいる。
バインダ樹脂は、具体的には、熱可塑性樹脂であり、この実施形態ではポリエチレンである。もっともバインダ樹脂は必ずしもポリエチレンである必要はなく、溶融する温度が比較的低い熱可塑性樹脂（の１種類以上）を適当に選択して用いることができる。
バイオマス材料は、具体的には、木粉である。なお、バイオマス材料は、籾殻、藁等であってもよい。
ポリエチレンと木粉と架橋ポリエチレンの重量比は、ポリエチレンが３〜２０重量％、木粉が５１重量％以上、残部が架橋ポリエチレンである。この実施形態でのポリエチレンは、２０重量％以下とし、より詳細には、５〜１０重量％とする。また、この実施形態での木粉は５１重量％とし、残部を架橋ポリエチレンとする。
この実施形態では、ポリエチレン、架橋ポリエチレン及び木粉はともに、予め１〜５ｍｍ程度の大きさに、粉砕してから、図示せぬ上述の貯留槽に入れられている。もっとも、原料の組成、大きさ等は、必ずしもこれらの条件を充足する必要はない。
原料は、図示せぬ上述の加熱装置によって加熱されてから本体１０に投入される。加熱装置による加熱は、本体１０内で生じる上述の摩擦熱によって上がった原料の温度が、原料内のポリエチレンが溶融するに不足な場合にそれを補償できる程度で構わない。
【００２０】
本体１０に投入された原料は、スクリュー１２によって本体１０の内部を本体１０の先端側に向かって移動していく。その過程で、原料１０は圧縮され摩擦熱によってその温度を益々上げる。原料１０の温度は、ダイス板２１に到達した時点で、原料に含まれるバインダ樹脂であるポリエチレンが溶融する温度を超えるようにする。それが可能となるように、本体１０に投入する原料の量とスクリュー１２によって原料１０を押出す速さを調整する。この実施形態では、ダイス板２１に到達した時点の原料の温度は、１３０℃以上、より詳細には、１３０℃〜１８０℃となるようにする。これにより、ダイス板２１（或いは貫通孔２２）の基端側の温度は、１３０℃以上、より詳細には、１３０℃〜１８０℃となる。
【００２１】
原料は、スクリュー１２によって更に押され、貫通孔２２の内部に押込まれる。これにより原料は、円筒形状に成形される。ダイス板２１は、その厚さが大きく、且つその先端側の面は空気により冷却されているので、基端側から先端側にかけて下り傾斜の温度勾配を持つことになる。原料は、貫通孔２２の中を進みながらダイス板２１によって冷やされていき、貫通孔２２の内部でそれに含まれるポリエチレンが硬化することによりある程度の硬さを持つことになり、それによって円筒形状に成形される。それが可能なように、ダイス板２１（或いは貫通孔２２）の先端側の温度は、ポリエチレンが硬化する温度よりも低い温度に保たれる。この実施形態では、ダイス板２１の先端側の温度は、１００℃以下、より詳細には、７０℃〜８０℃を保つようにされる。ダイス板２１の先端側の温度は、それより低い温度であっても構わない。
【００２２】
貫通孔２２の先端側から押出された原料は、切断機構３０が備えるブレード３１によって切断され下方に落下する。落下した原料が、固形燃料である。ブレード３１の回転速度を適当に調整することにより、切断されて落下する原料の長さを調整することができる。落下する原料の長さを適当な範囲に調整すれば、固形燃料はペレット状になる。
このようにして製造された固形燃料は、ペレット状であり、粒状の架橋ポリエチレンと、粒状のバイオマス材料と、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂とを含み、一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされたものとなる。
【００２３】
なお、上述の固形燃料製造装置は、ダイス２０を冷却する冷却機構を備えていてもよい。冷却機構は、例えば、ダイス２０のダイス板２１の先端側の面に当接するような状態を保ちながら配された、曲りくねったパイプ４０により構成することができる。固形燃料の製造時に、パイプ４０の中に水を通すことによってダイス２０を冷却することができる。冷却機構は、常温或いは常温よりも低い温度の風をダイス板２１の例えば先端に送る送風機などとして構成してもよい。
いずれにせよ、冷却機構があれば、ダイス板２１に上述した如き温度条件を充足させるのが容易になる。
【００２４】
＜変形例１＞
第１実施形態による固形燃料の製造方法を実施する場合に用いる固形燃料製造装置は、以下のように変形することができる。
図４に、変形例１の固形燃料の製造方法で用いる固形燃料製造装置の構造を概略で示す。
変形例１の固形燃料の製造方法で用いる固形燃料製造装置は、基本的に第１実施形態で用いる固形燃料製造装置と同様の構造である。変形例１で用いる固形燃料製造装置が、第１実施形態で用いる固形燃料製造装置と異なるのは、ダイス２０の構成である。
変形例１の固形燃料製造装置のダイス２０は、第１実施形態の固形燃料製造装置が持たなかった細管２３を備えている。
【００２５】
細管２３は、その基端側をダイス板２１に固定されている。この実施形態では、細管２３の先端は、ダイス板２１の表面に固定されている。細管２３は、円筒形状の金属製の管であり、その内径は、ダイス板２１に設けられた貫通孔２２の径と同じになっている。細管２３は、貫通孔２２と同軸に位置決めされている。
【００２６】
もっとも、貫通孔２２の形状は、図５に示したように、その基端側の径が先端側の径より大きくなっていてもよい。図５（イ）に示した貫通孔２２は、図２（イ）に示した貫通孔２２と、図５（ロ）に示した貫通孔２２は、図２（ロ）に示した貫通孔２２と、それぞれ同様の形状となっている。
そして、変形例１の固形燃料製造装置の細管２３は、その基端を貫通孔２２に挿入されている。
図５（イ）に示した例によれば、細管２３は、貫通孔２２の全体を一定の厚さで覆うような形状とされている。必ずしもそうする必要はないが、細管２３の基端側の端面は、ダイス板２１の基端側の面と面一とされている。細管２３は、ダイス板２１と必ずしも固定されている必要はない。細管２３を図示したような状態で貫通孔２２に挿入すると、固形燃料の製造時には、原料からの圧力が細管２３にその先端側に向かう方向でかかるため、太くなっている細管２３の基端部が貫通孔２２のテーパが与えられている部分に係止されるからである。
図５（ロ）に示した例によれば、細管２３は、貫通孔２２の先端側の径の変わらない部分と、貫通孔２２の径の変わらない部分と貫通孔２２のテーパが与えられた部分とを繋ぐドーナツ状の面とを一定の厚さで覆うような形状とされている。細管２３は、ダイス板２１と必ずしも固定されている必要はない。細管２３を図示したような状態で貫通孔２２に挿入すると、固形燃料の製造時には、原料からの圧力が細管２３にその先端側に向かう方向でかかるため、細管２３の基端側のリム状に張り出している部分が貫通孔２２の上述のドーナツ状の面に係止されるからである。
【００２７】
変形例１の固形燃料製造装置を駆動することにより、第１実施形態の場合と同様の固形燃料の製造方法を実行することができる。
原料についての条件、ダイス２０が充足すべき温度条件等は、第１実施形態で説明したのと同様にすればよい。
その結果、製造される固形燃料は、ペレット状であり、粒状の架橋ポリエチレンと、粒状のバイオマス材料と、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂とを含み、一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされたものとなる。
【００２８】
＜変形例２＞
第１実施形態と変形例１はともに、粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態で円筒形に成形し、原料を冷却してバインダ樹脂を硬化させ、バインダ樹脂が硬化した状態の円筒形に形成された原料をペレット状となるように切断して固形燃料を得ていた。
ただし、切断する前の原料の形状は、必ずしも円筒形である必要はない。
例えば、図６に示した如き、型１００を、つまり矩形の凹部１０１を有する型１００を用いれば矩形の板状の原料を得られるのは明らかであろう。図６に示した型１００の凹部１０１に第１実施形態で説明したような原料を満たし、原料中のバインダ樹脂が溶融するような温度、例えば、１３０℃〜１８０℃まで原料の温度が上がるように型１００を加熱し、そしてその後バインダ樹脂が硬化する温度まで原料の温度を下げれば、矩形に成形された原料を得られる。なお、型１００の凹部１０１に入れた原料を硬化させる場合には、凹部１０１の形状に平面視で対応した形状の凸部を有する蓋を型１００に被せるなどして、原料を圧縮状態にしておくこともできる。
その後、その原料を例えば賽の目に切断することにより、ペレット状であり、粒状の架橋ポリエチレンと、粒状のバイオマス材料と、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂とを含み、一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされた固形燃料を得られる。
【００２９】
≪第２実施形態≫
第２実施形態の固形燃料の製造方法について説明する。
第２実施形態の固形燃料の製造方法では、粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態でペレット状に成形し、原料を冷却してバインダ樹脂を硬化させて、バインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされているペレット状の固形燃料を得る。
【００３０】
第２実施形態の固形燃料の製造方法では、例えば、図７に示した如き、型２００を用いる。型２００は、多数の凹部２０１を備えている。凹部２０１は、必ずしもこの限りではないがこの実施形態では円筒形とされている。この凹部２０１は、最終的に得られるペレット状の固形燃料の形状に対応したものとされている。
第２実施形態では、型２００の凹部２０１に第１実施形態で説明したような原料を満たし、原料中のバインダ樹脂が溶融するような温度、例えば、１３０℃〜１８０℃まで原料の温度が上がるように型２００を加熱し、そしてその後バインダ樹脂が硬化する温度まで原料の温度を下げれば、円筒形に成形された原料を得られる。バインダ樹脂を硬化させる場合に樹脂を圧縮してもよいのは、変形例２の場合と同様である。
凹部２０１から取り出した固形燃料は円筒形のペレット状であり、粒状の架橋ポリエチレンと、粒状のバイオマス材料と、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂とを含み、一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされたものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態で用いられる固形燃料製造装置の構造を概略的に示す一部透視図を含む側断面図。
【図２】図１に示した固形燃料製造装置のダイスの他の構造を示す側断面図。
【図３】図１に示した固形燃料製造装置の他のダイス付近を拡大した側断面図。
【図４】変形例１で用いられる固形燃料製造装置の構造を概略的に示す一部透視図を含む側断面図。
【図５】図４に示した固形燃料製造装置のダイスの他の構造を示す側断面図。
【図６】変形例２で用いられる型の構造を示す斜視図。
【図７】第２実施形態で用いられる型の構造を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３２】
１０ 本体
２０ ダイス
２１ ダイス板
２２ 貫通孔
２３ 細管
３０ 切断機構
１００ 型
２００ 型
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、樹脂とバイオマス材料を含むペレット状乃至粒状の固形燃料を製造するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペレット状乃至粒状（以下、簡単のため、ペレット状という）の固形燃料が知られている。周知のペレット状の固形燃料は、木粉を原料としている。
かかる木粉を原料として用いたペレットは、環境に優しくまた取り回しも行い易いため広く普及している。しかしながら、木粉を原料としたペレットは、重さあたりの発熱量がそれ程大きくない点に難点がある。
【０００３】
かかる難点を改良した固形燃料として、木粉その他のバイオマス材料に加えて樹脂を原料に含むペレット状の固形燃料が知られている。
樹脂は、単位重量あたりの発熱量が木粉より大きいため、バイオマス材料と樹脂とを原料に含む固形燃料であれば、その単位重量あたりの発熱量は木粉を原料とした固形燃料よりも大きくできる。また、木粉と樹脂とを原料に含む固形燃料であれば、バイオマス材料と樹脂の比率の変化により単位重量あたりの発熱量を制御できるため、そのような固形燃料は従来の固形燃料にはない新たな利点を持つものとなる。しかも、樹脂は、様々な用途へのリサイクルが強く求められており、且つその決定的な手法が確立されていないことからも明らかなように、その調達が容易であり、また、そのコストも基本的に低廉である。
【０００４】
このような樹脂とバイオマス材料を含むペレット状の固形燃料は、例えば、特開平０８−２０９１５９号、特開平１１−１４０４７２号に開示されているように、加熱することにより溶融させその後冷却して硬化させた樹脂をバインダとしてその全体形状を維持するようにする。この場合に用いられる樹脂は、バインダとして用いられるというその機能面からの要求により、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の溶融する温度の比較的低い樹脂が選択される。
しかしながら、溶融する温度の比較的低い樹脂とバイオマス材料を含む固形燃料は、以下のような不具合を有する。
固形燃料は、炉に投入して用いられる。しかしながら、炉に投入される前段階においても固形燃料が高温になる場合があり、そのような場合、固形燃料に含まれる樹脂が溶融して固形燃料がその形状を維持できなくなる場合がある。また、このような固形燃料は、炉に投入された場合すぐにその形状を失ってしまうため、特に燃焼を止める場合などに多数の固形燃料同士が固まって大きな塊を形成してしまう場合がある。大きな塊となった固形燃料は、次に着火するのが難しく、また、除去するのに非常に大きな手間がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明は、樹脂とバイオマス材料を原料に含むペレット状の固形燃料を、改良して使用し易くするための技術を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決する本願発明は、以下のようなものである。
本願発明は、粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料とを含み、一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされている、ペレット状の固形燃料である。
この固形燃料は、従来技術の固形燃料と同様に、バイオマス材料を含み、一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとして用いるようにしている。バインダ樹脂は、熱可塑性樹脂である。バインダ樹脂は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなど、或いはこれらの混合物である。本願発明におけるバイオマス材料としては、木粉、籾殻、古紙、藁などをその例として挙げられる。
そして、この固形燃料は、架橋ポリエチレンをも含んでいる。架橋ポリエチレンは、ポリエチレンに架橋構造を持たせたものであり、熱に対して非常に強く、熱を加えた場合の振舞いが熱硬化性樹脂に類似する。本願発明者の研究によれば、固形燃料が架橋ポリエチレンを含んでいる場合、架橋ポリエチレンはバインダ樹脂のように簡単には溶融しないため、固形燃料が架橋ポリエチレンを含んでいる場合には、炉に投入される固形燃料はその形状を従来の固形燃料よりも維持するし、また燃焼を止める場合などに多数の固形燃料同士が固まって大きな塊を形成してしまうことも少ない。他方、架橋ポリエチレンは、それが燃焼する場合に生じる発熱量がポリエチレン等のバインダ樹脂と同等であるため、架橋ポリエチレンを加えた固形燃料は発熱量の面でも従来の固形燃料に劣ることがない。
しかも、架橋ポリエチレンは、電線の被覆等に用いられており、大量に廃棄されるものでありながら、熱に加えて薬品にも強いというその性質上、有効なリサイクルの方法が殆どない。したがって、架橋ポリエチレンを固形燃料に含めるのは、架橋ポリエチレンのリサイクルという面からも、また、コストの面からも有利である。
なお、架橋ポリエチレン単体に高温をかけて軟化させてから造粒してペレット状の固形燃料を製造する技術も知られているが、架橋ポリエチレンを軟化させるためには非常に大きな熱量が必要であり、その製造コストが高く付くため現実的でない。本願発明の固形燃料の製造時には、バインダ樹脂を溶融させる程度の熱をかければよいだけなので、その製造コストが過大になることもない。
【０００７】
本願発明者の研究によれば、架橋ポリエチレンを含む固形燃料が、炉に投入された場合にその形状を従来の固形燃料よりも維持し、燃焼を止める場合などに多数の固形燃料同士が固まって大きな塊を形成しづらい理由は、架橋ポリエチレン自体の溶融する温度が高いことに加えて、バインダ樹脂のある程度の部分がバイオマス材料に染込んでいるため、バインダ樹脂も簡単には溶融しないからだと考えられている。
実際バインダ樹脂がある程度以上多くなると、炉に投入された場合にその形状を従来の固形燃料よりも良く維持し、燃焼を止める場合などに多数の固形燃料同士が固まって大きな塊を形成しづらいという架橋ポリエチレンを含む固形燃料が持つ利点が失われる可能性もある。そのような点を考慮すると、前記バインダ樹脂は、２０重量％以下であるのがよいと考えられる。前記バインダ樹脂を、１０重量％以下とすれば、架橋ポリエチレンを含む固形燃料が持つ上述の利点が失われる可能性は小さい。
本願発明の固形燃料は、粒状の架橋ポリエチレンを３〜２０重量％、粒状のバイオマス材料を５１重量％含み、残部を熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂とするものとすることができる。
【０００８】
本願発明の固形燃料は、例えば、以下のように製造することができる。
その製造方法は、粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、前記原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態でペレット状に成形し、前記原料を冷却して前記バインダ樹脂を硬化させて、バインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされているペレット状の固形燃料を得る、固形燃料の製造方法である。
【０００９】
或いは、粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、前記原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態で所定の形状に成形し、前記原料を冷却して前記バインダ樹脂を硬化させ、前記バインダ樹脂が硬化した状態の前記原料をペレット状となるように切断して、バインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされているペレット状の固形燃料を得る、固形燃料の製造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本願発明による固形燃料の製造方法である第１実施形態及び第２実施形態について説明する。各実施形態及びそれらの変形例の説明では、重複する対象には重複する符号を付すものとし、重複する説明は場合により省略するものとする。
【００１１】
≪第１実施形態≫
第１実施形態では、粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態で所定の形状に成形し、原料を冷却してバインダ樹脂を硬化させ、バインダ樹脂が硬化した状態の原料をペレット状となるように切断して、バインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされているペレット状の固形燃料を得る。
【００１２】
まず、第１実施形態で用いる固形燃料製造装置について説明する。
図１にかかる固形燃料製造装置の構成を示す。図１は、第１実施形態による固形燃料製造装置の構造を概略的に示す一部透視図を含む側断面図である。
固形燃料製造装置は、管状、この実施形態では円筒状の本体１０を備えている。本体１０は、この実施形態では金属製である。本体１０の基端側（図１における左側。なお、この実施形態において、『先端（側）』、『基端（側）』の語は、原料の移動方向にしたがって定義され、『先端（側）』の語は、原料の移動方向の下流側を、『基端（側）』の語は、原料の移動方向の上流側を、それぞれ意味するものとする。）には、投入筒１１の一端が接続されている。投入筒１１は、そこから本体１０の内部に、固形燃料となる原料を投入するためのものである。
投入筒１１の内部には原料を本体１０に運ぶためのスクリューコンベア等の適当な機構が設けられていてもよい。原料の投入は、バッチ的に行われてもよいし、連続的に行われてもよい。この実施形態では、投入筒１１の他端には、原料を貯留した図示せぬ貯留槽が接続されている。原料は、貯留槽から、投入筒１１を介して本体１０に投入されることになる。なお、この実施形態では、貯留槽に図示を省略の加熱装置が取付けられている。加熱装置は、貯留槽の内部にある樹脂とバイオマス材料とを含む原料を加熱するためのものである。この実施形態では、原料は、既に加熱された状態で本体１０に投入されることになる。
【００１３】
本体１０の内部には、スクリュー１２が設けられている。スクリュー１２は、本体１０内に投入された原料を、本体１０の先端側に移動させるためのものである。スクリュー１２は、本体１０の長さ方向に亘って設けられており、その軸が本体１０の外部に設けられた駆動装置１３と接続されている。駆動装置１３によって回転させられる軸の回転に伴ってスクリュー１２は回転し、それにより原料は本体１０の先端側に移動することになる。
【００１４】
本体１０の先端には、ダイス２０が設けられている。ダイス２０は、板状のダイス板２１を備えている。ダイス板２１はこの実施形態では金属製である。
ダイス板２１には、その厚さ方向にダイス板２１を貫通する貫通孔２２が複数穿たれている
この実施形態の貫通孔２２の長さはいずれも同じになっている。貫通孔２２の断面形状は、この実施形態では円形である。必ずしもこの限りではないが、この実施形態における貫通孔２２の径は、その長さ方向のどの部分でも同じになっている。ダイス板２１は、原料の進行方向（本体１０の長さ方向）に垂直に置かれており、貫通孔２２は、その長さ方向が原料の進行方向に沿うようにされている。
【００１５】
ダイス板２１の厚さは、一般的なダイスの厚さよりも大きくなっている。この厚さは、貫通孔２２を通過する原料に含まれる樹脂をその内部で固化させられるように設計される。本体１０内の原料は、スクリュー１２によってダイス板２１に押付けられることにより、スクリュー１２、ダイス板２１、本体１０の内面、或いは周辺にある原料と擦れ合い、摩擦熱により高温になっている。ダイス板２１の厚さは、原料が貫通孔２２を通過しているときに、貫通孔２２の基端側の温度が樹脂が溶融する温度以上を、貫通孔２２の先端側の温度が樹脂が溶融する温度以下を、それぞれ保つことができるようなものとされている。
【００１６】
なお、この実施形態における貫通孔２２は、すべての部分で断面が円形であり且つその径はすべての部分で同じである。しかしながら、貫通孔２２は、必ずしも長さ方向のすべての部分でその径が同じになっている必要はない。
図２に示したように、貫通孔２２は、その基端側の径が先端側の径より大きくなっていてもよい。貫通孔２２は、図２（イ）に示したように、基端側から先端側に向けての途中まで、先端側に向かって細くなるようなテーパを与えられていてもよい。また、貫通孔２２は、図２（ロ）に示したように、基端側から先端側に向けての途中まで、先端側に向かって細くなるようなテーパを持ち、且つその部分にドーナツ形状の面を備えていてもよい。
このような貫通孔２２であれば、後述する原料が、貫通孔２２の中に入り易くなる。
【００１７】
また、必ずしも必要ないが、この実施形態のダイス板２１には、断熱層Ｌが設けられている。
断熱層Ｌは、例えば、図３（イ）に示したように、ダイス２０の基端側の表面に設けられていてもよい。この場合、断熱層Ｌは、ダイス２０の基端側の表面にダイス２０と一体として設けられていてもよい。断熱層Ｌは、或いは、例えば、板状、シート状に形成されていてもよく、その場合にはダイス２０とは一体でない断熱層Ｌは、ダイス２０の表面に当接されるようにして配される。断熱層Ｌには、貫通孔２２と干渉しないように孔が開けられており、原料が貫通孔２２に入る際に断熱層Ｌがそれを妨げないようになっている。
断熱層Ｌの存在により、本体１０内の原料が持つ熱は、ダイス板２１に伝わりにくくなる。これにより、貫通孔２２内の温度は貫通孔２２の全長に亘って下がり、また、後述するように、貫通孔２２の内部で原料中のバインダ樹脂（これは、後述するようにポリエチレンである。）が硬化し易くなる。
或いは、断熱層Ｌは、図３（ロ）に示したように、ダイス板２１の厚さ方向の所定の部分に、設けられていてもよい。この場合、ダイス板２１は、厚さ方向の所定の部分を境に、基端側と先端側に分割される。断熱層Ｌは、ダイス板２１の分割された部分に位置することになる。断熱層Ｌは、分割されたダイス板２１のうちの基端側のものの先端側の面に一体に設けられてもよく、また、分割されたダイス板２１のうちの先端側のものの基端側の面に一体に設けられてもよい。断熱層Ｌが、例えば、板状、シート状に形成されている場合には、断熱層Ｌは、基端側のダイス板２１と先端側のダイス板２１に挟まれた状態で配置される。断熱層Ｌには、図３（イ）で示した場合と同様に、貫通孔２２と干渉しないように孔が開けられる。
断熱層Ｌの存在により、本体１０内の原料が持つ熱は、ダイス板２１の基端側には伝わるが、ダイス板２１の断熱層Ｌよりも先端側には伝わりにくくなる。これにより、貫通孔２２の断熱層Ｌよりも先端側の部分の温度が下がり、後述するように、貫通孔２２の内部で原料中のバインダ樹脂が硬化し易くなる。
断熱層Ｌは、断熱性能の高い公知の素材により形成できる。例えば、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどのフッ素樹脂により、断熱層Ｌを作ることができる。フッ素樹脂は、塗布などにより所定の対象と一体化することもできるし、板状、シート状等適宜の形状に成形することができる。図３に示したいずれの場合であっても、フッ素樹脂により断熱層Ｌを作るに困難はない。
【００１８】
ダイス板２１の先端側には、貫通孔２２から押出された原料を切断するための切断機構３０が設けられている。
切断機構３０は、ブレード３１と、駆動機構３２を備えている。ブレード３１は、軸に固定されており、軸を回転させる駆動機構３２の駆動力によって、軸を中心にして紙面に対して垂直な平面内で所定の速さで回転するようになっている。ブレード３１は、そのような回転を行い、それと接触した原料を切断するようになっている。
【００１９】
第１実施形態の固形燃料製造装置を用いて固形燃料を製造する固形燃料の製造方法について説明する。
この固形燃料製造装置を用いて固形燃料を製造するには、まず、原料を本体１０に供給する。
この実施形態における原料は、バインダ樹脂と、架橋ポリエチレンと、バイオマス材料とを含んでいる。
バインダ樹脂は、具体的には、熱可塑性樹脂であり、この実施形態ではポリエチレンである。もっともバインダ樹脂は必ずしもポリエチレンである必要はなく、溶融する温度が比較的低い熱可塑性樹脂（の１種類以上）を適当に選択して用いることができる。
バイオマス材料は、具体的には、木粉である。なお、バイオマス材料は、籾殻、藁等であってもよい。
ポリエチレンと木粉と架橋ポリエチレンの重量比は、ポリエチレンが３〜２０重量％、木粉が５１重量％以上、残部が架橋ポリエチレンである。この実施形態でのポリエチレンは、２０重量％以下とし、より詳細には、５〜１０重量％とする。また、この実施形態での木粉は５１重量％とし、残部を架橋ポリエチレンとする。
この実施形態では、ポリエチレン、架橋ポリエチレン及び木粉はともに、予め１〜５ｍｍ程度の大きさに、粉砕してから、図示せぬ上述の貯留槽に入れられている。もっとも、原料の組成、大きさ等は、必ずしもこれらの条件を充足する必要はない。
原料は、図示せぬ上述の加熱装置によって加熱されてから本体１０に投入される。加熱装置による加熱は、本体１０内で生じる上述の摩擦熱によって上がった原料の温度が、原料内のポリエチレンが溶融するに不足な場合にそれを補償できる程度で構わない。
【００２０】
本体１０に投入された原料は、スクリュー１２によって本体１０の内部を本体１０の先端側に向かって移動していく。その過程で、原料１０は圧縮され摩擦熱によってその温度を益々上げる。原料１０の温度は、ダイス板２１に到達した時点で、原料に含まれるバインダ樹脂であるポリエチレンが溶融する温度を超えるようにする。それが可能となるように、本体１０に投入する原料の量とスクリュー１２によって原料１０を押出す速さを調整する。この実施形態では、ダイス板２１に到達した時点の原料の温度は、１３０℃以上、より詳細には、１３０℃〜１８０℃となるようにする。これにより、ダイス板２１（或いは貫通孔２２）の基端側の温度は、１３０℃以上、より詳細には、１３０℃〜１８０℃となる。
【００２１】
原料は、スクリュー１２によって更に押され、貫通孔２２の内部に押込まれる。これにより原料は、円筒形状に成形される。ダイス板２１は、その厚さが大きく、且つその先端側の面は空気により冷却されているので、基端側から先端側にかけて下り傾斜の温度勾配を持つことになる。原料は、貫通孔２２の中を進みながらダイス板２１によって冷やされていき、貫通孔２２の内部でそれに含まれるポリエチレンが硬化することによりある程度の硬さを持つことになり、それによって円筒形状に成形される。それが可能なように、ダイス板２１（或いは貫通孔２２）の先端側の温度は、ポリエチレンが硬化する温度よりも低い温度に保たれる。この実施形態では、ダイス板２１の先端側の温度は、１００℃以下、より詳細には、７０℃〜８０℃を保つようにされる。ダイス板２１の先端側の温度は、それより低い温度であっても構わない。
【００２２】
貫通孔２２の先端側から押出された原料は、切断機構３０が備えるブレード３１によって切断され下方に落下する。落下した原料が、固形燃料である。ブレード３１の回転速度を適当に調整することにより、切断されて落下する原料の長さを調整することができる。落下する原料の長さを適当な範囲に調整すれば、固形燃料はペレット状になる。
このようにして製造された固形燃料は、ペレット状であり、粒状の架橋ポリエチレンと、粒状のバイオマス材料と、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂とを含み、一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされたものとなる。
【００２３】
なお、上述の固形燃料製造装置は、ダイス２０を冷却する冷却機構を備えていてもよい。冷却機構は、例えば、ダイス２０のダイス板２１の先端側の面に当接するような状態を保ちながら配された、曲りくねったパイプ４０により構成することができる。固形燃料の製造時に、パイプ４０の中に水を通すことによってダイス２０を冷却することができる。冷却機構は、常温或いは常温よりも低い温度の風をダイス板２１の例えば先端に送る送風機などとして構成してもよい。
いずれにせよ、冷却機構があれば、ダイス板２１に上述した如き温度条件を充足させるのが容易になる。
【００２４】
＜変形例１＞
第１実施形態による固形燃料の製造方法を実施する場合に用いる固形燃料製造装置は、以下のように変形することができる。
図４に、変形例１の固形燃料の製造方法で用いる固形燃料製造装置の構造を概略で示す。
変形例１の固形燃料の製造方法で用いる固形燃料製造装置は、基本的に第１実施形態で用いる固形燃料製造装置と同様の構造である。変形例１で用いる固形燃料製造装置が、第１実施形態で用いる固形燃料製造装置と異なるのは、ダイス２０の構成である。
変形例１の固形燃料製造装置のダイス２０は、第１実施形態の固形燃料製造装置が持たなかった細管２３を備えている。
【００２５】
細管２３は、その基端側をダイス板２１に固定されている。この実施形態では、細管２３の先端は、ダイス板２１の表面に固定されている。細管２３は、円筒形状の金属製の管であり、その内径は、ダイス板２１に設けられた貫通孔２２の径と同じになっている。細管２３は、貫通孔２２と同軸に位置決めされている。
【００２６】
もっとも、貫通孔２２の形状は、図５に示したように、その基端側の径が先端側の径より大きくなっていてもよい。図５（イ）に示した貫通孔２２は、図２（イ）に示した貫通孔２２と、図５（ロ）に示した貫通孔２２は、図２（ロ）に示した貫通孔２２と、それぞれ同様の形状となっている。
そして、変形例１の固形燃料製造装置の細管２３は、その基端を貫通孔２２に挿入されている。
図５（イ）に示した例によれば、細管２３は、貫通孔２２の全体を一定の厚さで覆うような形状とされている。必ずしもそうする必要はないが、細管２３の基端側の端面は、ダイス板２１の基端側の面と面一とされている。細管２３は、ダイス板２１と必ずしも固定されている必要はない。細管２３を図示したような状態で貫通孔２２に挿入すると、固形燃料の製造時には、原料からの圧力が細管２３にその先端側に向かう方向でかかるため、太くなっている細管２３の基端部が貫通孔２２のテーパが与えられている部分に係止されるからである。
図５（ロ）に示した例によれば、細管２３は、貫通孔２２の先端側の径の変わらない部分と、貫通孔２２の径の変わらない部分と貫通孔２２のテーパが与えられた部分とを繋ぐドーナツ状の面とを一定の厚さで覆うような形状とされている。細管２３は、ダイス板２１と必ずしも固定されている必要はない。細管２３を図示したような状態で貫通孔２２に挿入すると、固形燃料の製造時には、原料からの圧力が細管２３にその先端側に向かう方向でかかるため、細管２３の基端側のリム状に張り出している部分が貫通孔２２の上述のドーナツ状の面に係止されるからである。
【００２７】
変形例１の固形燃料製造装置を駆動することにより、第１実施形態の場合と同様の固形燃料の製造方法を実行することができる。
原料についての条件、ダイス２０が充足すべき温度条件等は、第１実施形態で説明したのと同様にすればよい。
その結果、製造される固形燃料は、ペレット状であり、粒状の架橋ポリエチレンと、粒状のバイオマス材料と、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂とを含み、一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされたものとなる。
【００２８】
＜変形例２＞
第１実施形態と変形例１はともに、粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態で円筒形に成形し、原料を冷却してバインダ樹脂を硬化させ、バインダ樹脂が硬化した状態の円筒形に形成された原料をペレット状となるように切断して固形燃料を得ていた。
ただし、切断する前の原料の形状は、必ずしも円筒形である必要はない。
例えば、図６に示した如き、型１００を、つまり矩形の凹部１０１を有する型１００を用いれば矩形の板状の原料を得られるのは明らかであろう。図６に示した型１００の凹部１０１に第１実施形態で説明したような原料を満たし、原料中のバインダ樹脂が溶融するような温度、例えば、１３０℃〜１８０℃まで原料の温度が上がるように型１００を加熱し、そしてその後バインダ樹脂が硬化する温度まで原料の温度を下げれば、矩形に成形された原料を得られる。なお、型１００の凹部１０１に入れた原料を硬化させる場合には、凹部１０１の形状に平面視で対応した形状の凸部を有する蓋を型１００に被せるなどして、原料を圧縮状態にしておくこともできる。
その後、その原料を例えば賽の目に切断することにより、ペレット状であり、粒状の架橋ポリエチレンと、粒状のバイオマス材料と、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂とを含み、一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされた固形燃料を得られる。
【００２９】
≪第２実施形態≫
第２実施形態の固形燃料の製造方法について説明する。
第２実施形態の固形燃料の製造方法では、粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態でペレット状に成形し、原料を冷却してバインダ樹脂を硬化させて、バインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされているペレット状の固形燃料を得る。
【００３０】
第２実施形態の固形燃料の製造方法では、例えば、図７に示した如き、型２００を用いる。型２００は、多数の凹部２０１を備えている。凹部２０１は、必ずしもこの限りではないがこの実施形態では円筒形とされている。この凹部２０１は、最終的に得られるペレット状の固形燃料の形状に対応したものとされている。
第２実施形態では、型２００の凹部２０１に第１実施形態で説明したような原料を満たし、原料中のバインダ樹脂が溶融するような温度、例えば、１３０℃〜１８０℃まで原料の温度が上がるように型２００を加熱し、そしてその後バインダ樹脂が硬化する温度まで原料の温度を下げれば、円筒形に成形された原料を得られる。バインダ樹脂を硬化させる場合に樹脂を圧縮してもよいのは、変形例２の場合と同様である。
凹部２０１から取り出した固形燃料は円筒形のペレット状であり、粒状の架橋ポリエチレンと、粒状のバイオマス材料と、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂とを含み、一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされたものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態で用いられる固形燃料製造装置の構造を概略的に示す一部透視図を含む側断面図。
【図２】図１に示した固形燃料製造装置のダイスの他の構造を示す側断面図。
【図３】図１に示した固形燃料製造装置の他のダイス付近を拡大した側断面図。
【図４】変形例１で用いられる固形燃料製造装置の構造を概略的に示す一部透視図を含む側断面図。
【図５】図４に示した固形燃料製造装置のダイスの他の構造を示す側断面図。
【図６】変形例２で用いられる型の構造を示す斜視図。
【図７】第２実施形態で用いられる型の構造を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３２】
１０ 本体
２０ ダイス
２１ ダイス板
２２ 貫通孔
２３ 細管
３０ 切断機構
１００ 型
２００ 型
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料とを含み、
一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされている、
ペレット状の固形燃料。
【請求項２】
前記バインダ樹脂は、２０重量％以下である、
請求項１記載の固形燃料。
【請求項３】
前記バインダ樹脂は、１０重量％以下である、
請求項２記載の固形燃料。
【請求項４】
前記バインダ樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、又はこれらのうちの２種類以上である、
請求項１記載の固形燃料。
【請求項５】
粒状の架橋ポリエチレンを３〜２０重量％、粒状のバイオマス材料を５１重量％含み、残部を熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂とする、
請求項１記載の固形燃料。
【請求項６】
粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、
前記原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態でペレット状に成形し、
前記原料を冷却して前記バインダ樹脂を硬化させて、
バインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされているペレット状の固形燃料を得る、
固形燃料の製造方法。
【請求項７】
粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、
前記原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態で所定の形状に成形し、
前記原料を冷却して前記バインダ樹脂を硬化させ、
前記バインダ樹脂が硬化した状態の前記原料をペレット状となるように切断して、
バインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされているペレット状の固形燃料を得る、
固形燃料の製造方法。
【請求項１】
粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料とを含み、
一旦溶融させてから硬化させたバインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされている、
ペレット状の固形燃料。
【請求項２】
前記バインダ樹脂は、２０重量％以下である、
請求項１記載の固形燃料。
【請求項３】
前記バインダ樹脂は、１０重量％以下である、
請求項２記載の固形燃料。
【請求項４】
前記バインダ樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、又はこれらのうちの２種類以上である、
請求項１記載の固形燃料。
【請求項５】
粒状の架橋ポリエチレンを３〜２０重量％、粒状のバイオマス材料を５１重量％含み、残部を熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂とする、
請求項１記載の固形燃料。
【請求項６】
粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、
前記原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態でペレット状に成形し、
前記原料を冷却して前記バインダ樹脂を硬化させて、
バインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされているペレット状の固形燃料を得る、
固形燃料の製造方法。
【請求項７】
粒状の架橋ポリエチレンと、熱可塑性樹脂であるバインダ樹脂と、粒状のバイオマス材料と、を含む原料を加熱し、
前記原料中のバインダ樹脂を溶融させた状態で所定の形状に成形し、
前記原料を冷却して前記バインダ樹脂を硬化させ、
前記バインダ樹脂が硬化した状態の前記原料をペレット状となるように切断して、
バインダ樹脂をバインダとしてその全体形状が維持されるようにされているペレット状の固形燃料を得る、
固形燃料の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２９２８７３（Ｐ２００９−２９２８７３Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４５１５４（Ｐ２００８−１４５１５４）
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（５０８１６５４０１）リプラ株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（５０８１６５４０１）リプラ株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]