有機質改質装置
【課題】難分解性の有機質材料を効果的に改質し、迅速かつ高効率にコンポスト化が可能なコンポスト材料とすることができる有機質改質装置を提供することにある。
【解決手段】
投入口１２からケーシング１１内に投入された被処理物を、２軸駆動の一対の第１螺旋体２１で排出口側に送り、一対の第２螺旋体２２で逆流防止しながら圧縮した後、一対のドラム２３の外周面と第２内壁の内側面１６との間に導いて加圧粉砕する。ドラム２３を収容する粉砕室から端面室に被処理物を導く際、粉砕圧力を急激に解除することにより、被処理物を膨軟化して繊維束を分離する。膨軟化した被処理物を回転刃で切断して排出する。被処理物が木質材料であっても、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンで形成された強固な構造を効果的に分解できるので、従来よりも短時間で効率良くコンポスト化を行うことができるコンポスト材料が得られる。
【解決手段】
投入口１２からケーシング１１内に投入された被処理物を、２軸駆動の一対の第１螺旋体２１で排出口側に送り、一対の第２螺旋体２２で逆流防止しながら圧縮した後、一対のドラム２３の外周面と第２内壁の内側面１６との間に導いて加圧粉砕する。ドラム２３を収容する粉砕室から端面室に被処理物を導く際、粉砕圧力を急激に解除することにより、被処理物を膨軟化して繊維束を分離する。膨軟化した被処理物を回転刃で切断して排出する。被処理物が木質材料であっても、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンで形成された強固な構造を効果的に分解できるので、従来よりも短時間で効率良くコンポスト化を行うことができるコンポスト材料が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機質材料を改質するための有機質改質装置に関し、特に、木質材料のセルロース及びリグニンの分解促進を行うのに好適な有機質改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コンポストを製造するための有機質材料として、木質材料を用いることが検討されている。木質材料は高いC/N値（炭素／窒素の値）を有することから有効な炭素源としての利用が期待されるが、木質材料を構成するセルロース、ヘミセルロース及びリグニン等の高分子成分は分解が困難であり、コンポスト化に時間と手間がかかるという問題がある。詳しくは、木質材料はセルロースとヘミセルロースで繊維が形成され、この繊維間の隙間がリグニンで埋められて強固な構造に構成されており、これらの成分のうち、セルロースとリグニンが特に分解が困難な安定した物質である。しかも、リグニンは微生物の繁殖抑制作用を有することから、木質材料を自然環境に放置して腐朽によってコンポスト化する場合、数年の期間を要してしまう。
【０００３】
そこで、従来、木質材料の迅速なコンポスト化を行うため、木質材料をチップ化して高さ数メートルの畝状に野積みし、発熱や発酵を促進する薬剤を添加して、木質材料を６０℃程度の温度に上昇させて分解を行うコンポスト化方法が提案されている（例えば、特開平１０−６７５８９号公報参照）。
【０００４】
しかしながら、上記従来の木質材料のコンポスト化方法は、木質材料が十分に分解してコンポストが得られるまでに数ヶ月の期間が必要であり、なお時間がかかるという問題がある。また、木質材料のチップを野積みするための広大な敷地が必要であり、しかも、広大な敷地に高さ数メートルのチップの畝を形成する必要があって多大な手間がかかるという問題がある。更に、木質材料の分解促進に薬剤を添加するので、薬剤の飛散や漏出によって周辺環境に影響を与える虞がある。
【特許文献１】特開平１０−６７５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の課題は、木質材料のような難分解性の有機質材料を効果的に改質し、迅速かつ高効率にコンポスト化が可能なコンポスト材料とすることができる有機質改質装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の有機質改質装置は、被処理物の投入口を有すると共に、処理後の被処理物を排出する排出口が設けられた端面板を端面に有するケーシングと、
上記ケーシング内に互いに平行に配置され、互いに逆回りに回転駆動される一対の回転軸と、
上記一対の回転軸の投入口側に連結され、上記ケーシングの投入口から投入された被処理物を排出口側に送る一対の第１螺旋体と、
上記第１螺旋体の排出口側に隣接して一対の回転軸に連結され、圧縮室を形成する第１内壁に少なくとも一部が取り囲まれて、上記第１螺旋体からの被処理物を逆流防止しながら圧縮して排出口側に送る一対の第２螺旋体と、
上記第２螺旋体の排出口側に隣接して一対の回転軸に連結され、粉砕室を形成する第２内壁に取り囲まれて、上記第２螺旋体からの被処理物を外周面と上記第２内壁の内側面との間で加圧粉砕して排出口側に送る一対のドラムと、
上記ドラムの排出口側かつ上記端面板よりもケーシングの内側に形成され、上記ドラムで粉砕された被処理物が導かれる端面室と、
上記ドラムの端部に連結されていると共に、上記端面室内に上記端面板の内側面に近接して配置され、回転駆動されるに伴って被処理物を切断して端面板の排出口から押し出す回転刃と
を備えることを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、投入口からケーシング内に投入された被処理物は、第１螺旋体によって排出口側に送られ、第２螺旋体によって逆流防止されながら圧縮された後、ドラムの外周面と第２内壁の内側面との間に導かれる。第２螺旋体で圧縮された後にドラム側に導かれた被処理物は、圧縮熱と摩擦熱によって温度上昇した状態で粉砕される。したがって、被処理物が木質材料である場合、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンで形成された強固な構造が効果的に分解される。ドラムで粉砕された被処理物は端面室に送られ、回転刃によって切断されて排出口から排出される。被処理物が木質材料である場合、セルロース及びヘミセルロースで形成された繊維が回転刃によって効果的に所定長さに切断されて排出される。このように、被処理物を、第１及び第２螺旋体によって効果的に圧縮し、圧縮熱及び摩擦熱を生成させつつドラムで加圧粉砕を行うので、被処理物の強固な構造を効果的に分解して改質を行うことができる。
【０００８】
本発明の有機質改質装置は、第１螺旋体、第２螺旋体及びドラムを一対の回転軸で駆動する２軸駆動型であるので、被処理物が強固な構造を有する難分解性の木質材料であっても、被処理物を第１螺旋体によって確実に第２螺旋体に送ることができ、第２螺旋体により高圧圧縮してドラムに送ることができ、ドラムによって高圧粉砕を行うことができる。その結果、被処理物が木質材料であっても、効果的に改質することができるのである。
【０００９】
本発明の有機質改質装置で改質された木質材料は、微生物によって従来よりも短時間で分解可能であるので、コンポスト化を行う際に、従来のように広大な敷地に畝状に野積みして薬液を添加し、長期に亘って発熱発酵を行う必要が無い。したがって、この有機質改質装置でコンポスト材料の前処理を行うことにより、従来よりも少ない敷地により、短時間で効率良く、しかも、薬液により周辺環境に影響を与えることなく、コンポスト化を行うことができる。
【００１０】
一実施形態の有機質改質装置は、上記端面室に導かれた被処理物は、上記ドラムによる粉砕圧力が解除されるに伴って膨軟化する。
【００１１】
上記実施形態によれば、粉砕室でドラムによって粉砕圧力が与えられた被処理物は、端面室に導かれて粉砕圧力が解除されるに伴い、被処理物が含有する水分が急激に膨張して膨軟化する。被処理物が木質材料である場合、膨軟化により、セルロース及びヘミセルロースで形成されてリグニンで固定された繊維の束を効果的に分離できるので、木質材料の強固な構造を効果的に分解することができる。
【００１２】
一実施形態の有機質改質装置は、上記第１螺旋体及び第２螺旋体は、上記回転軸に外嵌するボス部と、このボス部の外周面に形成された螺旋羽根部とを夫々有し、上記第１螺旋体のボス部の径よりも、上記第２螺旋体のボス部の径が大きく形成されている。
【００１３】
上記実施形態によれば、被処理物が第１螺旋体によって第２螺旋体側に送られたとき、ボス部の回りに形成される被処理物の通路が狭まるので、被処理物を効果的に圧縮することができる。
【００１４】
一実施形態の有機質改質装置は、上記第１螺旋体及び第２螺旋体は、上記回転軸に外嵌するボス部と、このボス部の外周面に形成された螺旋羽根部とを夫々有し、上記第１螺旋体の螺旋羽根部のピッチよりも、上記第２螺旋体の螺旋羽根部のピッチが小さく形成されている。
【００１５】
上記実施形態によれば、被処理物が第１螺旋体によって第２螺旋体側に送られたとき、螺旋羽根の１ターンあたりの被処理物の収容体積が減少するので、被処理物を効果的に圧縮することができる。
【００１６】
一実施形態の有機質改質装置は、上記第１内壁の内径よりも、上記第２内壁の内径が小さく形成されている。
【００１７】
上記実施形態によれば、第１内壁の内径よりも第２内壁の内径が小さいので、軸方向視において、第１内壁で取り囲まれた第２螺旋体の端部の軌跡よりも内側に、第２内壁とドラムとの隙間が配置する。したがって、被処理物を第２螺旋体によって第２内壁とドラムとの間に効果的に押し込むことができる。したがって、ドラムによる被処理物の粉砕圧力を効果的に増大できる。
【００１８】
一実施形態の有機質改質装置は、上記第２内壁の第１内壁に隣接する部分が、投入口側から排出口側に向うにつれて内径が減少する逆テーパ状に形成されている。
【００１９】
上記実施形態によれば、第２内壁の逆テーパ状の部分において、被処理物の通路が排出口側に向うにつれて徐々に狭まるので、第１内壁内で圧縮された被処理物を滞りなく第２内壁とドラムとの間に導くことができる。これにより、ドラムの入り口の近傍で被処理物の滞留が生じたり、被処理物の詰まりが生じたりする不都合を防止できる。
【００２０】
一実施形態の有機質改質装置は、上記ドラムの第２螺旋体に隣接する部分が、投入口側から排出口側に向うにつれて外径が増大するテーパ状に形成されている。
【００２１】
上記実施形態によれば、ドラムのテーパ状の部分において、被処理物の通路が排出口側に向うにつれて徐々に狭まるので、第１内壁内で圧縮された被処理物を滞りなく第２内壁とドラムとの間に導くことができる。これにより、ドラムの入り口の近傍で被処理物の滞留が生じたり、被処理物の詰まりが生じたりする不都合を防止できる。
【００２２】
一実施形態の有機質改質装置は、上記ドラムの外周面と第２内壁の内側面に、複数の溝が夫々形成されている。
【００２３】
上記実施形態によれば、ドラムと第２内壁との間に導かれる被処理物に対して、効果的に圧縮力とせん断力を与えることができる。特に、ドラムの外周面と第２内壁の内側面との間を、極めて小さいクリアランスに形成することができ、その結果、被処理物を効果的に擂り潰して粉砕することができる。
【００２４】
一実施形態の有機質改質装置は、上記ドラムの外周面に形成された溝は螺旋溝である。
【００２５】
上記実施形態によれば、ドラムと第２内壁との間の被処理物を、効率良く排出口側に送ることができる。
【００２６】
一実施形態の有機質改質装置は、上記第２内壁の内側面に形成された溝は軸方向の直線溝である。
【００２７】
上記実施形態によれば、ドラム側の螺旋溝との相互作用により、ドラムと第２内壁との間の被処理物を効果的に擂り潰すことができる。
【００２８】
一実施形態の有機質改質装置は、上記端面室内を加熱するヒータを備える。
【００２９】
上記実施形態によれば、第２螺旋体やドラムの動作によって圧縮熱や摩擦熱で高温となった被処理物を、端面室において更に加熱することにより、効果的に分解できる。特に、被処理物が木質材料である場合、効果的に膨軟化を行うことができ、高分子成分のセルロース、ヘミセルロース及びリグニンを効果的に分解することができる。ここで、本発明において、高分子成分の分解とは、高分子鎖の一部を切断する概念をも含む。
【００３０】
一実施形態の有機質改質装置は、上記ドラムの粉砕動作と、上記端面室における膨軟化と、上記回転刃の切断動作により、上記被処理物に含まれるセルロース及びリグニンを分解する。
【００３１】
上記実施形態によれば、被処理物をドラムによって粉砕し、このドラムによる粉砕圧力を端面室で急激に解放して膨軟化し、さらに、回転刃によって切断することにより、木質材料を構成するセルロース、ヘミセルロース及びリグニンのうち、特に分解が困難であるセルロースとリグニンを分解することができる。
【００３２】
一実施形態の有機質改質装置は、上記被処理物は、木材、籾殻、稲藁、剪定材、林地残材、材木余材、芝生、枯れ草、落ち葉、割り箸、流木、伐根、新聞紙、未完熟コンポスト、農業廃棄物、野菜屑、生ゴミ及び食品廃材からなる群から選ばれた１つを含む。
【００３３】
上記実施形態によれば、木材、籾殻、稲藁、剪定材、林地残材、材木余材、芝生、枯れ草、落ち葉、割り箸、流木、伐根、新聞紙、未完熟コンポスト、農業廃棄物、野菜屑、生ゴミ及び食品廃材のいずれも、上記有機質改質装置で処理を行うことにより、迅速かつ高効率にコンポスト化が可能なコンポスト材料とすることができる。このように、木質に限られず、未完熟状態のコンポストや他の有機物を広く処理することにより、広い敷地を用いることなく、しかも、短時間にコンポスト化を行うことができるコンポスト材料が得られる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の有機質改質装置によれば、投入口からケーシング内に投入された被処理物を、２軸駆動される一対の第１螺旋体によって排出口側に送り、一対の第２螺旋体によって逆流防止しながら圧縮した後、一対のドラムによって加圧粉砕し、この加圧粉砕した被処理物を端面室に導いて回転刃で切断して排出口から排出するので、被処理物が有機質材料としての木質材料である場合、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンで形成された強固な構造を効果的に分解できる。したがって、従来よりも短時間で効率良くコンポスト化を行うことができるコンポスト材料が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の有機質改質装置を図示の実施形態により詳細に説明する。図１は、本実施形態の有機質改質装置を示す平面図であり、図２は、有機質改質装置の処理部内を示す断面図である。
【００３６】
この有機質改質装置は、被処理物として、有機質材料である木質材料を処理してコンポスト材料を製造するものである。この有機質改質装置１は、被処理物の圧縮及び膨軟処理を行う処理部１０と、この処理部１０に駆動力を発生して伝達するモータＭ、伝動装置Ｔ、減速機Ｖ及びギヤボックスＧとで大略構成されている。
【００３７】
上記処理部１０はケーシング１１を備え、このケーシング１１は、被処理物の投入口１２が上部に形成されていると共に、処理後の被処理物を排出する排出口１３ａが設けられた端面板１３が端面に固定されている。このケーシング１１内には、互いに逆周りに回転駆動される一対の回転軸５１，５１が、ケーシング１１の投入口１２側から排出口１３ａ側に向って延在するように配置されている。この回転軸５１は軸直角方向において六角形断面を有し、この回転軸５１に、投入口１２側から排出口１３ａ側に向って順に、第１螺旋体２１と第２螺旋体２２とドラム２３が外嵌している。ドラム２３の先端には、ドラム２３と共に回転する回転刃２４が連結されていて、この回転刃２４の端面が端面板１３の内側面に近接して対向している。
【００３８】
ケーシング１１内には、投入口１２と連なると共に第１螺旋体２１の全部と第２螺旋体２１の一部を収容する投入室が形成されている。この投入室の排出口１３ａ側に、第２螺旋体２２の他の部分を収容する圧縮室と、ドラム２３を収容する粉砕室と、回転刃２４を収容する端面室とが順次連なっている。圧縮室と粉砕室と端面室は、内径は互いに異なるが、いずれもシリンダ状に形成されている。端面室は、端面板１３の内側面に臨んで形成されている。
【００３９】
上記一対の回転軸５１，５１は、ギヤボックスＧに収容された一対の駆動軸５０，５０の先端に連結されている。これら一対の駆動軸５０，５０の先端部分は、ギヤボックスＧの前面とケーシング１１の背面とに形成された軸貫通孔を夫々挿通している。このギヤボックスＧの前面とケーシング１１の背面との間には所定の離隔が設けられており、ケーシング１１内の被処理物がギヤボックスＧ内に侵入する不都合を防止するようにしている。
【００４０】
ギヤボックスＧ内には、上記一対の駆動軸５０，５０と、この一対の駆動軸５０，５０に各々外嵌されて互いに噛み合う平歯車５２が収容されている。ギヤボックスＧ内において、一対の駆動軸５０の平歯車５２よりも前側がラジアルベアリングで支持されていると共に、平歯車５２よりも後ろ側がラジアルスラストベアリングで支持されている。一対の駆動軸５０，５０のうちの一方の後端部分が、ギヤボックスＧの背面から外側に突出し、ギヤボックスＧと減速機Ｖとの間に配置されたカップリング５３に接続されている。モータＭで発生された回転力が伝動機Ｔで伝達され、減速機Ｖで減速されて、カップリング５３を介して一方の回転軸５０に入力される。この一方の回転軸５０から平歯車５２を介して他方の回転軸５０に回転力が伝達されて、一対の回転軸５０，５０が矢印Ｒ１，Ｒ２で示すように互いに逆向きに等速回転するようになっている。
【００４１】
図２に示すように、ケーシング１１内の第１螺旋体２１と第２螺旋体２２は、回転軸５１に外嵌するボス部２１１，２２１と、このボス部２１１，２２１の外周面に固定された螺旋羽根部２１２，２２２を有する。各螺旋体２１，２２は、一対の螺旋羽根部２１２，２２２が互いに逆回りに形成されていて、この一対の螺旋羽根部２１２，２２２の回転軸５１，５１の間に位置する部分が重なり合うように配置されている。各螺旋体２１，２２のボス部２１１，２２１には、回転軸５０と嵌合する六角形断面の貫通孔が中心軸に沿って形成されている。この第１螺旋体２１の全部と第２螺旋体２２の一部が投入室内に収容されており、この投入室の底面１４は、第１螺旋体２１の螺旋羽根２１２の外縁と、第２螺旋体２２の螺旋羽根２２２の外縁とに近接する半円筒形状に形成されている。第２螺旋体２２の排出口側の部分は圧縮室に収容されており、この圧縮室を画定する第１内壁の内側面１５が、第２螺旋体２２の螺旋羽根部２２２の外縁を取り囲んでいる。この第１内壁は、螺旋羽根部２２２が近接して駆動されることから内側面１５に磨耗が生じやすいため、ケーシング１１と別体に形成して交換可能にするのが好ましい。
【００４２】
上記第２螺旋体２２のボス部２２１の径は、第１螺旋体２１のボス部２１１の径よりも大きく形成されている。これと共に、上記第２螺旋体２２の螺旋羽根部２２２のピッチは、第１螺旋体２１の螺旋羽根部２１２のピッチよりも小さく形成されている。更に、上記第２螺旋体２２の螺旋羽根部２２２の厚みは、第１螺旋体２１の螺旋羽根部２１２の厚みよりも大きく形成されている。これにより、第２螺旋体２２のボス部２２１の周りに形成される被処理物の通路が、第１螺旋体２１側よりも狭まるようにしている。更に、第２螺旋体２２の周りを圧縮室の内側面１５で取り囲むことにより、第１螺旋体２１から第２螺旋体２２に導かれた被処理物を逆流防止しつつ効果的に圧縮するようにしている。第２螺旋体２２のボス部２２１は、第１螺旋体２１に隣接する部分に、第１螺旋体２１側からドラム２３側に向うにつれて径が拡大するテーパ面２２１ａが形成されている。これにより、被処理物が滞留や詰まりを生じることなく第１螺旋体２１側から第２螺旋体２２側に移動するようにしている。
【００４３】
図３は、上記ドラム２３及び回転刃２４を取り出して端面側から観察した様子を示す斜視図である。
【００４４】
上記ドラム２３は概ね円筒形状を有し、第２螺旋体２２に隣接する部分に、第２螺旋体２２側から端面板１３側に向うにつれて径が拡大するテーパ面２３ａが形成されている。ドラム２３の外周面には、不等辺のＶ字形状断面を有する複数の螺旋溝２３ｂ，２３ｂ，・・・が形成されている。このドラム２３は、ケーシング１１内の粉砕室を確定する第２内壁に取り囲まれており、この第２内壁の内側面１６には、軸方向に延びる複数の直線溝が形成されている。この第２内壁の内側面１６とドラム２３の外周面との間隔は、被処理物を粉砕可能な距離に設定されている。上記第２内壁の内側面１６の投入口側には、ドラム２３のテーパ面２３ａに対向する位置に、排出口側に向うにつれて内径が縮小する逆テーパ面１６ａが設けられている。この内側面１６のテーパ面１６ａと、ドラム２３のテーパ面２３ａとによって、第２螺旋体２２からの被処理物を滞留することなく内側面１６とドラム２３の間に押し込むようにしている。第２内壁は、ドラム２３が近接して駆動されることから内側面１６に磨耗が生じやすいため、ケーシング１１と別体に形成して交換可能にするのが好ましい。
【００４５】
このドラム２３は、螺旋溝２３ｂの不等辺Ｖ字形状の長辺側（すなわち、螺旋溝２３ｂの側面のうち、外周面に対して傾斜角度が緩やかな面）が先行するように、矢印Ｒ３で示す方向に回転駆動される。これにより、ドラム２３の外周面の螺旋溝２３ｂの直角断面を成す縁部と、第２内壁の内側面１６の直線溝の縁部とが傾斜状態で順次接離して、この第２内壁の内側面１６とドラム２３の外周面との間に導かれる被処理物に、擂り潰し作用と切断作用を奏するようになっている。ドラム２３内には、断面六角形の有底孔が中心軸に沿って形成されており、この有底孔を回転軸５０の先端部分に外嵌して回転軸５０に取り付けられている。
【００４６】
上記回転刃２４は、プレート状のボス部２５と、このボス部２５の側面から径方向外側に延びる３つの刃２６，２６，２６を有する。この刃２６は、端面視において互いに等角度位置に形成されており、径方向の先端がドラム２３の外周よりも外側に突出している。また、この刃２６は、径方向視において傾斜した断面を有するように形成されており、矢印Ｒ３で示す方向に回転したとき、鋭角断面の縁部２６ａが先行するようになっている。これにより、回転刃２４が端面板１３に近接した状態で回転駆動されて、端面板１３の排出口１３ａから被処理物を押し出すと共に、この排出口１３ａの縁部と刃２６の縁部２６ａとで被処理物を効果的に切断するようになっている。刃２６の端面は、近接して駆動されることから磨耗しやすく、また、被処理物に混入した金属片等で欠けを生じやすい。そこで、刃２６の端面に、耐磨耗材料による肉盛溶接が施されている。この耐磨耗材料としては、タングステンカーバイド系材料を用いることができる。
【００４７】
この回転刃２４のボス部２５の背面には六角形の凸部が設けられており、この凸部をドラム２３の端面に形成された凹部に嵌合して回転刃２４をドラム２３に取り付けるようになっている。回転刃２４をドラム２３に取り付け、回転刃２４のボス部２５の表面側からボルトを挿通してドラム２３内の回転軸５１に螺着することにより、回転刃２４をドラム２３に固定すると共にドラム２３を回転軸５１に固定するようになっている。
【００４８】
この回転刃２４を収容する端面室は円筒形状を有し、回転刃２４を取り囲んで曲面を成す内側面１７の径が、ドラム２３を収容する粉砕室の径よりも大きく形成されている。これにより、粉砕室内でドラム２３と内側面１６の間で高い粉砕圧力を受けた被処理物が、端面室に導かれるに伴って粉砕圧力を解放して膨張する膨軟化を可能にしている。
【００４９】
図４は、ケーシング１１の端面に固定される端面板１３を示す正面図であり、ケーシング１１内に臨む側の面を示している。この端面板１３は、内側面が回転刃２４の端面に近接した状態でケーシング１１に固定されて、端面室の端面側壁を構成する。端面板１３には、回転刃２４が回転駆動されるときに刃２６が描く軌跡領域に亘って、複数の排出口１３ａ，１３ａ，・・・が設けられている。端面板１３の縁部には、この端面板１３をケーシング１１に固定するためのボルト用の貫通孔１３ｂ，１３ｂ，・・・が設けられている。この端面板１３は、表裏両面をケーシング１１の内側に臨んで固定可能になっており、回転刃２４が近接して回転駆動されることにより一方の面の磨耗が進行しても、表裏を交換することにより、端面板１３を長期に亘って使用可能にしている。
【００５０】
端面板１３には、上下方向に伸びる線形のヒータ６１が内蔵されている。このヒータ６１は、電気抵抗により発熱を行う抵抗加熱式のヒータであり、幅方向に複数列配置されており、この端面板１３の内側面が臨む端面室内を加熱するようにしている。本実施形態では、ヒータ６１を端面板１３の厚み方向に１列配置しているが、厚み方向に２列配置して、ケーシング１１への取り付け面を表裏両面の間で交換した場合においても端面室に対する加熱特性が殆ど変わらないようにできる。また、厚み方向の一方の列のヒータ６１が故障しても、他方列のヒータ６１によって被処理物を加熱することができるので、加熱機能の信頼性を向上できる。
【００５１】
端面板１３には、排出口１３ａを通過する被処理物の温度を測定する温度センサ６２が設けられている。この温度センサ６２は、信号配線が端面板１３の上端面から引き出され、端子６３を介して図示しない制御部に接続されている。この制御部は、温度センサ６２で測定した被処理物の温度に基づいて、ヒータ６１の発熱量及び/又はモータＭの回転数を制御して、端面室の温度が１００〜１８０℃の温度範囲となるようにしている。ここで、端面室の温度は、木質材料を効果的に膨軟化するため、概ね１８０℃に設定するのが好ましい。
【００５２】
なお、本実施形態ではヒータ６１を端面板１３に内蔵したが、ケーシング１１の端面室を取り囲む壁内にヒータを内蔵してもよく、要は、端面室を１００〜１８０℃の温度範囲の温度に加熱できれば、ヒータの配置場所は限定されない。
【００５３】
上記構成の有機質改質装置１は、以下のようにして、有機質材料としての木質材料を改質する。
【００５４】
まず、端面板１３のヒータ６１に電力を供給して、端面室の予備加熱を行う。これにより、運転の初期においても被処理物を有効に膨軟化することができる。
【００５５】
続いて、モータＭを起動し、モータＭの回転力を伝動機Ｔ、減速機Ｖ及びカップリング５３を介して駆動軸５０に伝達する。これにより、ギヤボックスＧ内の一対の駆動軸５０が互いに逆向きに駆動され、駆動軸５０に連なる回転軸５１に取り付けられた第１及び第２螺旋体２１，２２及びドラム２３と、このドラム２３の端面に固定された回転刃２４が、ケーシング１１内で互いに逆向きに回転する。一対の各螺旋体２１，２２は、平面視において幅方向の内側に向かうと共に、正面視において上から下に向かう方向に回転する。
【００５６】
こうして処理部１０の動作を開始した後、ケーシング１１の投入口１２への被処理物の投入を開始する。本実施形態の被処理物としての木質材料は、粒径が３０〜５０ｍｍの木材チップである。
【００５７】
ケーシング１１内において、一対の第１螺旋体２１が互いのボス部２１１の表面で木材チップを挟み込み、螺旋羽根２１２の送り動作によって第２螺旋体２２側に移送する。第２螺旋体２２は、第１螺旋体２１のボス部２１１よりも径が大きいボス部２２１と、第１螺旋体２１の螺旋羽根部２１２よりもピッチが小さく、かつ、厚みが大きい螺旋羽根部２２２を有し、更に、圧縮室内で回転することにより、木材チップを逆流防止しつつ効果的に圧縮する。第２螺旋体２２で圧縮された木材チップは、螺旋羽根部２１２の端部から押し込み力を受け、第２内壁の内側面１６の逆テーパ面１６ａと、ドラム２３のテーパ面２３ａとの間を通って、第２内壁の内側面１６とドラム２３の外側面との間に導かれる。このドラム２３の外周面と第２内壁の内側面１６とで木質材料を挟む際の圧縮力と、ドラム２３の螺旋溝２３ｂの縁部と内側面１６の直線溝の縁部とが木質材料を挟んで接離する際のせん断力により、木質チップを粉砕し、更に、木質材料の主成分であるセルロース、ヘミセルロース及びリグニンで構成された強固な構造を分解する。このとき、木質材料は、圧縮熱と摩擦熱により２００〜２５０℃に温度上昇しているので、分解が困難な高分子成分であるセルロース及びリグニンが効果的に分解される。ここにおいて、高分子成分の分解とは、高分子鎖の一部を切断する概念をも含む。
【００５８】
ドラム２３と第２内壁の内側面１６との間で粉砕された木質材料は、粉砕室から端面室に導かれ、これに伴って高圧の粉砕圧力が急激に解除される。その結果、木質材料中の水分が急激に膨張して膨軟化が生じて繊維束が分離される。繊維束が分離された木質材料は、強固な構造が破壊されて綿状となり、回転刃の刃２６によって所定長さに切断され、排出口１３ａからケーシング１１の外部に排出される。
【００５９】
このようにして改質された木質材料は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンで形成された強固な構造が分解されて綿状となっているので高い吸水性を有し、また、微生物によって従来よりも短時間で分解可能である。したがって、コンポスト化を行う際に、従来のように広大な敷地に畝状に野積みして薬液を添加し、長期に亘って発熱発酵を行う必要が無い。すなわち、本実施形態の有機質改質装置によって改質した木質材料を用いることにより、従来よりも短時間で効率良く、また、少ない敷地面積により、しかも、薬液等により環境へ影響を与えることなく、コンポスト化を行って木質由来の堆肥を得ることができるのである。
【００６０】
このように、本実施形態の有機質改質装置は、分解され難いセルロース及びリグニンを含む有機質材料を短時間で改質することができるので、従来、大量生産のコンポストに殆ど利用されていなかった籾殻、稲藁、剪定材、林地残材、材木余材、芝生、枯れ草、落ち葉、割り箸、流木、伐根及び新聞紙等を、コンポスト材料として利用することができる。これらの有機質材料は、C/N値が高くて有効な炭素源であることから、例えば生ゴミや家畜し尿等の窒素源と組み合わせて微生物分解処理を行うことにより、良質の堆肥を高効率に製造することができる。上記籾殻や稲藁等の有機質材料を被処理物とする場合、事前にハンマー式やナイフ式の破砕機等によって３０〜５０ｍｍの粒径にしておくのが好ましい。また、本実施形態の有機質改質装置により、未完熟コンポスト、農業廃棄物、野菜屑、生ゴミ及び食品廃材等の有機物を改質してもよい。
【００６１】
本実施形態において、被処理物として木質チップを用いたが、例えば建築廃材のような水分量が比較的少ない木質材料を用いる場合、投入口１２に被処理物を投入する際に給水を行うのが好ましい。投入口１２から投入室内に供給された水は、第１螺旋体２１によって被処理物と共に第２螺旋体２２に送られて、この第２螺旋体２２によって圧縮室内から逆流することなく効果的に被処理物と混練される。したがって、水分の分離や逆流等の不都合を生じることなく、適切に被処理物の水分量を調節することができる。その結果、粉砕室から端面室に導かれた被処理物を効果的に膨軟化することができて、被処理物の改質を行うことができる。ここで、粉砕室から端面室に導かれた被処理物を有効に膨軟化するために、有機質材料の含水率が３０〜５０重量％となるように給水量を調整するのが好ましい。
【００６２】
また、上記実施形態において、端面室内を加熱するヒータを設けたが、ドラム２３を収容する粉砕室の周りにヒータを配置し、圧縮熱及び摩擦熱で温度上昇した被処理物を更に加熱して、被処理物の分解を促進してもよい。この粉砕室の周りにヒータを配置する場合、ケーシング１１の粉砕室に対応する部分の外側を帯状のヒータで取り囲み、この帯状のヒータの回りを断熱材で取り囲んで、粉砕室内の被処理物を加熱することができる。
【００６３】
また、本実施形態の有機質改質装置は、コンポスト材料の前処理のために利用する以外に、例えば家畜用の敷き藁材や飼料等の製造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施形態の有機質改質装置を示す平面図である。
【図２】有機質改質装置の処理部内を示す断面図である。
【図３】ドラム及び回転刃を示す斜視図である。
【図４】端面板を示す正面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 有機質改質装置
１０ 処理部
１１ ケーシング
１２ 投入口
１３ 端面板
１３ａ 排出口
１４ 投入室の底面
１５ 圧縮室の内側面
１６ 粉砕室の内側面
１７ 端面室の内側面
２１ 第１螺旋体
２２ 第２螺旋体
２３ ドラム
２４ 回転刃
２６ 刃
５１ 回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機質材料を改質するための有機質改質装置に関し、特に、木質材料のセルロース及びリグニンの分解促進を行うのに好適な有機質改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コンポストを製造するための有機質材料として、木質材料を用いることが検討されている。木質材料は高いC/N値（炭素／窒素の値）を有することから有効な炭素源としての利用が期待されるが、木質材料を構成するセルロース、ヘミセルロース及びリグニン等の高分子成分は分解が困難であり、コンポスト化に時間と手間がかかるという問題がある。詳しくは、木質材料はセルロースとヘミセルロースで繊維が形成され、この繊維間の隙間がリグニンで埋められて強固な構造に構成されており、これらの成分のうち、セルロースとリグニンが特に分解が困難な安定した物質である。しかも、リグニンは微生物の繁殖抑制作用を有することから、木質材料を自然環境に放置して腐朽によってコンポスト化する場合、数年の期間を要してしまう。
【０００３】
そこで、従来、木質材料の迅速なコンポスト化を行うため、木質材料をチップ化して高さ数メートルの畝状に野積みし、発熱や発酵を促進する薬剤を添加して、木質材料を６０℃程度の温度に上昇させて分解を行うコンポスト化方法が提案されている（例えば、特開平１０−６７５８９号公報参照）。
【０００４】
しかしながら、上記従来の木質材料のコンポスト化方法は、木質材料が十分に分解してコンポストが得られるまでに数ヶ月の期間が必要であり、なお時間がかかるという問題がある。また、木質材料のチップを野積みするための広大な敷地が必要であり、しかも、広大な敷地に高さ数メートルのチップの畝を形成する必要があって多大な手間がかかるという問題がある。更に、木質材料の分解促進に薬剤を添加するので、薬剤の飛散や漏出によって周辺環境に影響を与える虞がある。
【特許文献１】特開平１０−６７５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の課題は、木質材料のような難分解性の有機質材料を効果的に改質し、迅速かつ高効率にコンポスト化が可能なコンポスト材料とすることができる有機質改質装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の有機質改質装置は、被処理物の投入口を有すると共に、処理後の被処理物を排出する排出口が設けられた端面板を端面に有するケーシングと、
上記ケーシング内に互いに平行に配置され、互いに逆回りに回転駆動される一対の回転軸と、
上記一対の回転軸の投入口側に連結され、上記ケーシングの投入口から投入された被処理物を排出口側に送る一対の第１螺旋体と、
上記第１螺旋体の排出口側に隣接して一対の回転軸に連結され、圧縮室を形成する第１内壁に少なくとも一部が取り囲まれて、上記第１螺旋体からの被処理物を逆流防止しながら圧縮して排出口側に送る一対の第２螺旋体と、
上記第２螺旋体の排出口側に隣接して一対の回転軸に連結され、粉砕室を形成する第２内壁に取り囲まれて、上記第２螺旋体からの被処理物を外周面と上記第２内壁の内側面との間で加圧粉砕して排出口側に送る一対のドラムと、
上記ドラムの排出口側かつ上記端面板よりもケーシングの内側に形成され、上記ドラムで粉砕された被処理物が導かれる端面室と、
上記ドラムの端部に連結されていると共に、上記端面室内に上記端面板の内側面に近接して配置され、回転駆動されるに伴って被処理物を切断して端面板の排出口から押し出す回転刃と
を備えることを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、投入口からケーシング内に投入された被処理物は、第１螺旋体によって排出口側に送られ、第２螺旋体によって逆流防止されながら圧縮された後、ドラムの外周面と第２内壁の内側面との間に導かれる。第２螺旋体で圧縮された後にドラム側に導かれた被処理物は、圧縮熱と摩擦熱によって温度上昇した状態で粉砕される。したがって、被処理物が木質材料である場合、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンで形成された強固な構造が効果的に分解される。ドラムで粉砕された被処理物は端面室に送られ、回転刃によって切断されて排出口から排出される。被処理物が木質材料である場合、セルロース及びヘミセルロースで形成された繊維が回転刃によって効果的に所定長さに切断されて排出される。このように、被処理物を、第１及び第２螺旋体によって効果的に圧縮し、圧縮熱及び摩擦熱を生成させつつドラムで加圧粉砕を行うので、被処理物の強固な構造を効果的に分解して改質を行うことができる。
【０００８】
本発明の有機質改質装置は、第１螺旋体、第２螺旋体及びドラムを一対の回転軸で駆動する２軸駆動型であるので、被処理物が強固な構造を有する難分解性の木質材料であっても、被処理物を第１螺旋体によって確実に第２螺旋体に送ることができ、第２螺旋体により高圧圧縮してドラムに送ることができ、ドラムによって高圧粉砕を行うことができる。その結果、被処理物が木質材料であっても、効果的に改質することができるのである。
【０００９】
本発明の有機質改質装置で改質された木質材料は、微生物によって従来よりも短時間で分解可能であるので、コンポスト化を行う際に、従来のように広大な敷地に畝状に野積みして薬液を添加し、長期に亘って発熱発酵を行う必要が無い。したがって、この有機質改質装置でコンポスト材料の前処理を行うことにより、従来よりも少ない敷地により、短時間で効率良く、しかも、薬液により周辺環境に影響を与えることなく、コンポスト化を行うことができる。
【００１０】
一実施形態の有機質改質装置は、上記端面室に導かれた被処理物は、上記ドラムによる粉砕圧力が解除されるに伴って膨軟化する。
【００１１】
上記実施形態によれば、粉砕室でドラムによって粉砕圧力が与えられた被処理物は、端面室に導かれて粉砕圧力が解除されるに伴い、被処理物が含有する水分が急激に膨張して膨軟化する。被処理物が木質材料である場合、膨軟化により、セルロース及びヘミセルロースで形成されてリグニンで固定された繊維の束を効果的に分離できるので、木質材料の強固な構造を効果的に分解することができる。
【００１２】
一実施形態の有機質改質装置は、上記第１螺旋体及び第２螺旋体は、上記回転軸に外嵌するボス部と、このボス部の外周面に形成された螺旋羽根部とを夫々有し、上記第１螺旋体のボス部の径よりも、上記第２螺旋体のボス部の径が大きく形成されている。
【００１３】
上記実施形態によれば、被処理物が第１螺旋体によって第２螺旋体側に送られたとき、ボス部の回りに形成される被処理物の通路が狭まるので、被処理物を効果的に圧縮することができる。
【００１４】
一実施形態の有機質改質装置は、上記第１螺旋体及び第２螺旋体は、上記回転軸に外嵌するボス部と、このボス部の外周面に形成された螺旋羽根部とを夫々有し、上記第１螺旋体の螺旋羽根部のピッチよりも、上記第２螺旋体の螺旋羽根部のピッチが小さく形成されている。
【００１５】
上記実施形態によれば、被処理物が第１螺旋体によって第２螺旋体側に送られたとき、螺旋羽根の１ターンあたりの被処理物の収容体積が減少するので、被処理物を効果的に圧縮することができる。
【００１６】
一実施形態の有機質改質装置は、上記第１内壁の内径よりも、上記第２内壁の内径が小さく形成されている。
【００１７】
上記実施形態によれば、第１内壁の内径よりも第２内壁の内径が小さいので、軸方向視において、第１内壁で取り囲まれた第２螺旋体の端部の軌跡よりも内側に、第２内壁とドラムとの隙間が配置する。したがって、被処理物を第２螺旋体によって第２内壁とドラムとの間に効果的に押し込むことができる。したがって、ドラムによる被処理物の粉砕圧力を効果的に増大できる。
【００１８】
一実施形態の有機質改質装置は、上記第２内壁の第１内壁に隣接する部分が、投入口側から排出口側に向うにつれて内径が減少する逆テーパ状に形成されている。
【００１９】
上記実施形態によれば、第２内壁の逆テーパ状の部分において、被処理物の通路が排出口側に向うにつれて徐々に狭まるので、第１内壁内で圧縮された被処理物を滞りなく第２内壁とドラムとの間に導くことができる。これにより、ドラムの入り口の近傍で被処理物の滞留が生じたり、被処理物の詰まりが生じたりする不都合を防止できる。
【００２０】
一実施形態の有機質改質装置は、上記ドラムの第２螺旋体に隣接する部分が、投入口側から排出口側に向うにつれて外径が増大するテーパ状に形成されている。
【００２１】
上記実施形態によれば、ドラムのテーパ状の部分において、被処理物の通路が排出口側に向うにつれて徐々に狭まるので、第１内壁内で圧縮された被処理物を滞りなく第２内壁とドラムとの間に導くことができる。これにより、ドラムの入り口の近傍で被処理物の滞留が生じたり、被処理物の詰まりが生じたりする不都合を防止できる。
【００２２】
一実施形態の有機質改質装置は、上記ドラムの外周面と第２内壁の内側面に、複数の溝が夫々形成されている。
【００２３】
上記実施形態によれば、ドラムと第２内壁との間に導かれる被処理物に対して、効果的に圧縮力とせん断力を与えることができる。特に、ドラムの外周面と第２内壁の内側面との間を、極めて小さいクリアランスに形成することができ、その結果、被処理物を効果的に擂り潰して粉砕することができる。
【００２４】
一実施形態の有機質改質装置は、上記ドラムの外周面に形成された溝は螺旋溝である。
【００２５】
上記実施形態によれば、ドラムと第２内壁との間の被処理物を、効率良く排出口側に送ることができる。
【００２６】
一実施形態の有機質改質装置は、上記第２内壁の内側面に形成された溝は軸方向の直線溝である。
【００２７】
上記実施形態によれば、ドラム側の螺旋溝との相互作用により、ドラムと第２内壁との間の被処理物を効果的に擂り潰すことができる。
【００２８】
一実施形態の有機質改質装置は、上記端面室内を加熱するヒータを備える。
【００２９】
上記実施形態によれば、第２螺旋体やドラムの動作によって圧縮熱や摩擦熱で高温となった被処理物を、端面室において更に加熱することにより、効果的に分解できる。特に、被処理物が木質材料である場合、効果的に膨軟化を行うことができ、高分子成分のセルロース、ヘミセルロース及びリグニンを効果的に分解することができる。ここで、本発明において、高分子成分の分解とは、高分子鎖の一部を切断する概念をも含む。
【００３０】
一実施形態の有機質改質装置は、上記ドラムの粉砕動作と、上記端面室における膨軟化と、上記回転刃の切断動作により、上記被処理物に含まれるセルロース及びリグニンを分解する。
【００３１】
上記実施形態によれば、被処理物をドラムによって粉砕し、このドラムによる粉砕圧力を端面室で急激に解放して膨軟化し、さらに、回転刃によって切断することにより、木質材料を構成するセルロース、ヘミセルロース及びリグニンのうち、特に分解が困難であるセルロースとリグニンを分解することができる。
【００３２】
一実施形態の有機質改質装置は、上記被処理物は、木材、籾殻、稲藁、剪定材、林地残材、材木余材、芝生、枯れ草、落ち葉、割り箸、流木、伐根、新聞紙、未完熟コンポスト、農業廃棄物、野菜屑、生ゴミ及び食品廃材からなる群から選ばれた１つを含む。
【００３３】
上記実施形態によれば、木材、籾殻、稲藁、剪定材、林地残材、材木余材、芝生、枯れ草、落ち葉、割り箸、流木、伐根、新聞紙、未完熟コンポスト、農業廃棄物、野菜屑、生ゴミ及び食品廃材のいずれも、上記有機質改質装置で処理を行うことにより、迅速かつ高効率にコンポスト化が可能なコンポスト材料とすることができる。このように、木質に限られず、未完熟状態のコンポストや他の有機物を広く処理することにより、広い敷地を用いることなく、しかも、短時間にコンポスト化を行うことができるコンポスト材料が得られる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の有機質改質装置によれば、投入口からケーシング内に投入された被処理物を、２軸駆動される一対の第１螺旋体によって排出口側に送り、一対の第２螺旋体によって逆流防止しながら圧縮した後、一対のドラムによって加圧粉砕し、この加圧粉砕した被処理物を端面室に導いて回転刃で切断して排出口から排出するので、被処理物が有機質材料としての木質材料である場合、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンで形成された強固な構造を効果的に分解できる。したがって、従来よりも短時間で効率良くコンポスト化を行うことができるコンポスト材料が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の有機質改質装置を図示の実施形態により詳細に説明する。図１は、本実施形態の有機質改質装置を示す平面図であり、図２は、有機質改質装置の処理部内を示す断面図である。
【００３６】
この有機質改質装置は、被処理物として、有機質材料である木質材料を処理してコンポスト材料を製造するものである。この有機質改質装置１は、被処理物の圧縮及び膨軟処理を行う処理部１０と、この処理部１０に駆動力を発生して伝達するモータＭ、伝動装置Ｔ、減速機Ｖ及びギヤボックスＧとで大略構成されている。
【００３７】
上記処理部１０はケーシング１１を備え、このケーシング１１は、被処理物の投入口１２が上部に形成されていると共に、処理後の被処理物を排出する排出口１３ａが設けられた端面板１３が端面に固定されている。このケーシング１１内には、互いに逆周りに回転駆動される一対の回転軸５１，５１が、ケーシング１１の投入口１２側から排出口１３ａ側に向って延在するように配置されている。この回転軸５１は軸直角方向において六角形断面を有し、この回転軸５１に、投入口１２側から排出口１３ａ側に向って順に、第１螺旋体２１と第２螺旋体２２とドラム２３が外嵌している。ドラム２３の先端には、ドラム２３と共に回転する回転刃２４が連結されていて、この回転刃２４の端面が端面板１３の内側面に近接して対向している。
【００３８】
ケーシング１１内には、投入口１２と連なると共に第１螺旋体２１の全部と第２螺旋体２１の一部を収容する投入室が形成されている。この投入室の排出口１３ａ側に、第２螺旋体２２の他の部分を収容する圧縮室と、ドラム２３を収容する粉砕室と、回転刃２４を収容する端面室とが順次連なっている。圧縮室と粉砕室と端面室は、内径は互いに異なるが、いずれもシリンダ状に形成されている。端面室は、端面板１３の内側面に臨んで形成されている。
【００３９】
上記一対の回転軸５１，５１は、ギヤボックスＧに収容された一対の駆動軸５０，５０の先端に連結されている。これら一対の駆動軸５０，５０の先端部分は、ギヤボックスＧの前面とケーシング１１の背面とに形成された軸貫通孔を夫々挿通している。このギヤボックスＧの前面とケーシング１１の背面との間には所定の離隔が設けられており、ケーシング１１内の被処理物がギヤボックスＧ内に侵入する不都合を防止するようにしている。
【００４０】
ギヤボックスＧ内には、上記一対の駆動軸５０，５０と、この一対の駆動軸５０，５０に各々外嵌されて互いに噛み合う平歯車５２が収容されている。ギヤボックスＧ内において、一対の駆動軸５０の平歯車５２よりも前側がラジアルベアリングで支持されていると共に、平歯車５２よりも後ろ側がラジアルスラストベアリングで支持されている。一対の駆動軸５０，５０のうちの一方の後端部分が、ギヤボックスＧの背面から外側に突出し、ギヤボックスＧと減速機Ｖとの間に配置されたカップリング５３に接続されている。モータＭで発生された回転力が伝動機Ｔで伝達され、減速機Ｖで減速されて、カップリング５３を介して一方の回転軸５０に入力される。この一方の回転軸５０から平歯車５２を介して他方の回転軸５０に回転力が伝達されて、一対の回転軸５０，５０が矢印Ｒ１，Ｒ２で示すように互いに逆向きに等速回転するようになっている。
【００４１】
図２に示すように、ケーシング１１内の第１螺旋体２１と第２螺旋体２２は、回転軸５１に外嵌するボス部２１１，２２１と、このボス部２１１，２２１の外周面に固定された螺旋羽根部２１２，２２２を有する。各螺旋体２１，２２は、一対の螺旋羽根部２１２，２２２が互いに逆回りに形成されていて、この一対の螺旋羽根部２１２，２２２の回転軸５１，５１の間に位置する部分が重なり合うように配置されている。各螺旋体２１，２２のボス部２１１，２２１には、回転軸５０と嵌合する六角形断面の貫通孔が中心軸に沿って形成されている。この第１螺旋体２１の全部と第２螺旋体２２の一部が投入室内に収容されており、この投入室の底面１４は、第１螺旋体２１の螺旋羽根２１２の外縁と、第２螺旋体２２の螺旋羽根２２２の外縁とに近接する半円筒形状に形成されている。第２螺旋体２２の排出口側の部分は圧縮室に収容されており、この圧縮室を画定する第１内壁の内側面１５が、第２螺旋体２２の螺旋羽根部２２２の外縁を取り囲んでいる。この第１内壁は、螺旋羽根部２２２が近接して駆動されることから内側面１５に磨耗が生じやすいため、ケーシング１１と別体に形成して交換可能にするのが好ましい。
【００４２】
上記第２螺旋体２２のボス部２２１の径は、第１螺旋体２１のボス部２１１の径よりも大きく形成されている。これと共に、上記第２螺旋体２２の螺旋羽根部２２２のピッチは、第１螺旋体２１の螺旋羽根部２１２のピッチよりも小さく形成されている。更に、上記第２螺旋体２２の螺旋羽根部２２２の厚みは、第１螺旋体２１の螺旋羽根部２１２の厚みよりも大きく形成されている。これにより、第２螺旋体２２のボス部２２１の周りに形成される被処理物の通路が、第１螺旋体２１側よりも狭まるようにしている。更に、第２螺旋体２２の周りを圧縮室の内側面１５で取り囲むことにより、第１螺旋体２１から第２螺旋体２２に導かれた被処理物を逆流防止しつつ効果的に圧縮するようにしている。第２螺旋体２２のボス部２２１は、第１螺旋体２１に隣接する部分に、第１螺旋体２１側からドラム２３側に向うにつれて径が拡大するテーパ面２２１ａが形成されている。これにより、被処理物が滞留や詰まりを生じることなく第１螺旋体２１側から第２螺旋体２２側に移動するようにしている。
【００４３】
図３は、上記ドラム２３及び回転刃２４を取り出して端面側から観察した様子を示す斜視図である。
【００４４】
上記ドラム２３は概ね円筒形状を有し、第２螺旋体２２に隣接する部分に、第２螺旋体２２側から端面板１３側に向うにつれて径が拡大するテーパ面２３ａが形成されている。ドラム２３の外周面には、不等辺のＶ字形状断面を有する複数の螺旋溝２３ｂ，２３ｂ，・・・が形成されている。このドラム２３は、ケーシング１１内の粉砕室を確定する第２内壁に取り囲まれており、この第２内壁の内側面１６には、軸方向に延びる複数の直線溝が形成されている。この第２内壁の内側面１６とドラム２３の外周面との間隔は、被処理物を粉砕可能な距離に設定されている。上記第２内壁の内側面１６の投入口側には、ドラム２３のテーパ面２３ａに対向する位置に、排出口側に向うにつれて内径が縮小する逆テーパ面１６ａが設けられている。この内側面１６のテーパ面１６ａと、ドラム２３のテーパ面２３ａとによって、第２螺旋体２２からの被処理物を滞留することなく内側面１６とドラム２３の間に押し込むようにしている。第２内壁は、ドラム２３が近接して駆動されることから内側面１６に磨耗が生じやすいため、ケーシング１１と別体に形成して交換可能にするのが好ましい。
【００４５】
このドラム２３は、螺旋溝２３ｂの不等辺Ｖ字形状の長辺側（すなわち、螺旋溝２３ｂの側面のうち、外周面に対して傾斜角度が緩やかな面）が先行するように、矢印Ｒ３で示す方向に回転駆動される。これにより、ドラム２３の外周面の螺旋溝２３ｂの直角断面を成す縁部と、第２内壁の内側面１６の直線溝の縁部とが傾斜状態で順次接離して、この第２内壁の内側面１６とドラム２３の外周面との間に導かれる被処理物に、擂り潰し作用と切断作用を奏するようになっている。ドラム２３内には、断面六角形の有底孔が中心軸に沿って形成されており、この有底孔を回転軸５０の先端部分に外嵌して回転軸５０に取り付けられている。
【００４６】
上記回転刃２４は、プレート状のボス部２５と、このボス部２５の側面から径方向外側に延びる３つの刃２６，２６，２６を有する。この刃２６は、端面視において互いに等角度位置に形成されており、径方向の先端がドラム２３の外周よりも外側に突出している。また、この刃２６は、径方向視において傾斜した断面を有するように形成されており、矢印Ｒ３で示す方向に回転したとき、鋭角断面の縁部２６ａが先行するようになっている。これにより、回転刃２４が端面板１３に近接した状態で回転駆動されて、端面板１３の排出口１３ａから被処理物を押し出すと共に、この排出口１３ａの縁部と刃２６の縁部２６ａとで被処理物を効果的に切断するようになっている。刃２６の端面は、近接して駆動されることから磨耗しやすく、また、被処理物に混入した金属片等で欠けを生じやすい。そこで、刃２６の端面に、耐磨耗材料による肉盛溶接が施されている。この耐磨耗材料としては、タングステンカーバイド系材料を用いることができる。
【００４７】
この回転刃２４のボス部２５の背面には六角形の凸部が設けられており、この凸部をドラム２３の端面に形成された凹部に嵌合して回転刃２４をドラム２３に取り付けるようになっている。回転刃２４をドラム２３に取り付け、回転刃２４のボス部２５の表面側からボルトを挿通してドラム２３内の回転軸５１に螺着することにより、回転刃２４をドラム２３に固定すると共にドラム２３を回転軸５１に固定するようになっている。
【００４８】
この回転刃２４を収容する端面室は円筒形状を有し、回転刃２４を取り囲んで曲面を成す内側面１７の径が、ドラム２３を収容する粉砕室の径よりも大きく形成されている。これにより、粉砕室内でドラム２３と内側面１６の間で高い粉砕圧力を受けた被処理物が、端面室に導かれるに伴って粉砕圧力を解放して膨張する膨軟化を可能にしている。
【００４９】
図４は、ケーシング１１の端面に固定される端面板１３を示す正面図であり、ケーシング１１内に臨む側の面を示している。この端面板１３は、内側面が回転刃２４の端面に近接した状態でケーシング１１に固定されて、端面室の端面側壁を構成する。端面板１３には、回転刃２４が回転駆動されるときに刃２６が描く軌跡領域に亘って、複数の排出口１３ａ，１３ａ，・・・が設けられている。端面板１３の縁部には、この端面板１３をケーシング１１に固定するためのボルト用の貫通孔１３ｂ，１３ｂ，・・・が設けられている。この端面板１３は、表裏両面をケーシング１１の内側に臨んで固定可能になっており、回転刃２４が近接して回転駆動されることにより一方の面の磨耗が進行しても、表裏を交換することにより、端面板１３を長期に亘って使用可能にしている。
【００５０】
端面板１３には、上下方向に伸びる線形のヒータ６１が内蔵されている。このヒータ６１は、電気抵抗により発熱を行う抵抗加熱式のヒータであり、幅方向に複数列配置されており、この端面板１３の内側面が臨む端面室内を加熱するようにしている。本実施形態では、ヒータ６１を端面板１３の厚み方向に１列配置しているが、厚み方向に２列配置して、ケーシング１１への取り付け面を表裏両面の間で交換した場合においても端面室に対する加熱特性が殆ど変わらないようにできる。また、厚み方向の一方の列のヒータ６１が故障しても、他方列のヒータ６１によって被処理物を加熱することができるので、加熱機能の信頼性を向上できる。
【００５１】
端面板１３には、排出口１３ａを通過する被処理物の温度を測定する温度センサ６２が設けられている。この温度センサ６２は、信号配線が端面板１３の上端面から引き出され、端子６３を介して図示しない制御部に接続されている。この制御部は、温度センサ６２で測定した被処理物の温度に基づいて、ヒータ６１の発熱量及び/又はモータＭの回転数を制御して、端面室の温度が１００〜１８０℃の温度範囲となるようにしている。ここで、端面室の温度は、木質材料を効果的に膨軟化するため、概ね１８０℃に設定するのが好ましい。
【００５２】
なお、本実施形態ではヒータ６１を端面板１３に内蔵したが、ケーシング１１の端面室を取り囲む壁内にヒータを内蔵してもよく、要は、端面室を１００〜１８０℃の温度範囲の温度に加熱できれば、ヒータの配置場所は限定されない。
【００５３】
上記構成の有機質改質装置１は、以下のようにして、有機質材料としての木質材料を改質する。
【００５４】
まず、端面板１３のヒータ６１に電力を供給して、端面室の予備加熱を行う。これにより、運転の初期においても被処理物を有効に膨軟化することができる。
【００５５】
続いて、モータＭを起動し、モータＭの回転力を伝動機Ｔ、減速機Ｖ及びカップリング５３を介して駆動軸５０に伝達する。これにより、ギヤボックスＧ内の一対の駆動軸５０が互いに逆向きに駆動され、駆動軸５０に連なる回転軸５１に取り付けられた第１及び第２螺旋体２１，２２及びドラム２３と、このドラム２３の端面に固定された回転刃２４が、ケーシング１１内で互いに逆向きに回転する。一対の各螺旋体２１，２２は、平面視において幅方向の内側に向かうと共に、正面視において上から下に向かう方向に回転する。
【００５６】
こうして処理部１０の動作を開始した後、ケーシング１１の投入口１２への被処理物の投入を開始する。本実施形態の被処理物としての木質材料は、粒径が３０〜５０ｍｍの木材チップである。
【００５７】
ケーシング１１内において、一対の第１螺旋体２１が互いのボス部２１１の表面で木材チップを挟み込み、螺旋羽根２１２の送り動作によって第２螺旋体２２側に移送する。第２螺旋体２２は、第１螺旋体２１のボス部２１１よりも径が大きいボス部２２１と、第１螺旋体２１の螺旋羽根部２１２よりもピッチが小さく、かつ、厚みが大きい螺旋羽根部２２２を有し、更に、圧縮室内で回転することにより、木材チップを逆流防止しつつ効果的に圧縮する。第２螺旋体２２で圧縮された木材チップは、螺旋羽根部２１２の端部から押し込み力を受け、第２内壁の内側面１６の逆テーパ面１６ａと、ドラム２３のテーパ面２３ａとの間を通って、第２内壁の内側面１６とドラム２３の外側面との間に導かれる。このドラム２３の外周面と第２内壁の内側面１６とで木質材料を挟む際の圧縮力と、ドラム２３の螺旋溝２３ｂの縁部と内側面１６の直線溝の縁部とが木質材料を挟んで接離する際のせん断力により、木質チップを粉砕し、更に、木質材料の主成分であるセルロース、ヘミセルロース及びリグニンで構成された強固な構造を分解する。このとき、木質材料は、圧縮熱と摩擦熱により２００〜２５０℃に温度上昇しているので、分解が困難な高分子成分であるセルロース及びリグニンが効果的に分解される。ここにおいて、高分子成分の分解とは、高分子鎖の一部を切断する概念をも含む。
【００５８】
ドラム２３と第２内壁の内側面１６との間で粉砕された木質材料は、粉砕室から端面室に導かれ、これに伴って高圧の粉砕圧力が急激に解除される。その結果、木質材料中の水分が急激に膨張して膨軟化が生じて繊維束が分離される。繊維束が分離された木質材料は、強固な構造が破壊されて綿状となり、回転刃の刃２６によって所定長さに切断され、排出口１３ａからケーシング１１の外部に排出される。
【００５９】
このようにして改質された木質材料は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンで形成された強固な構造が分解されて綿状となっているので高い吸水性を有し、また、微生物によって従来よりも短時間で分解可能である。したがって、コンポスト化を行う際に、従来のように広大な敷地に畝状に野積みして薬液を添加し、長期に亘って発熱発酵を行う必要が無い。すなわち、本実施形態の有機質改質装置によって改質した木質材料を用いることにより、従来よりも短時間で効率良く、また、少ない敷地面積により、しかも、薬液等により環境へ影響を与えることなく、コンポスト化を行って木質由来の堆肥を得ることができるのである。
【００６０】
このように、本実施形態の有機質改質装置は、分解され難いセルロース及びリグニンを含む有機質材料を短時間で改質することができるので、従来、大量生産のコンポストに殆ど利用されていなかった籾殻、稲藁、剪定材、林地残材、材木余材、芝生、枯れ草、落ち葉、割り箸、流木、伐根及び新聞紙等を、コンポスト材料として利用することができる。これらの有機質材料は、C/N値が高くて有効な炭素源であることから、例えば生ゴミや家畜し尿等の窒素源と組み合わせて微生物分解処理を行うことにより、良質の堆肥を高効率に製造することができる。上記籾殻や稲藁等の有機質材料を被処理物とする場合、事前にハンマー式やナイフ式の破砕機等によって３０〜５０ｍｍの粒径にしておくのが好ましい。また、本実施形態の有機質改質装置により、未完熟コンポスト、農業廃棄物、野菜屑、生ゴミ及び食品廃材等の有機物を改質してもよい。
【００６１】
本実施形態において、被処理物として木質チップを用いたが、例えば建築廃材のような水分量が比較的少ない木質材料を用いる場合、投入口１２に被処理物を投入する際に給水を行うのが好ましい。投入口１２から投入室内に供給された水は、第１螺旋体２１によって被処理物と共に第２螺旋体２２に送られて、この第２螺旋体２２によって圧縮室内から逆流することなく効果的に被処理物と混練される。したがって、水分の分離や逆流等の不都合を生じることなく、適切に被処理物の水分量を調節することができる。その結果、粉砕室から端面室に導かれた被処理物を効果的に膨軟化することができて、被処理物の改質を行うことができる。ここで、粉砕室から端面室に導かれた被処理物を有効に膨軟化するために、有機質材料の含水率が３０〜５０重量％となるように給水量を調整するのが好ましい。
【００６２】
また、上記実施形態において、端面室内を加熱するヒータを設けたが、ドラム２３を収容する粉砕室の周りにヒータを配置し、圧縮熱及び摩擦熱で温度上昇した被処理物を更に加熱して、被処理物の分解を促進してもよい。この粉砕室の周りにヒータを配置する場合、ケーシング１１の粉砕室に対応する部分の外側を帯状のヒータで取り囲み、この帯状のヒータの回りを断熱材で取り囲んで、粉砕室内の被処理物を加熱することができる。
【００６３】
また、本実施形態の有機質改質装置は、コンポスト材料の前処理のために利用する以外に、例えば家畜用の敷き藁材や飼料等の製造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施形態の有機質改質装置を示す平面図である。
【図２】有機質改質装置の処理部内を示す断面図である。
【図３】ドラム及び回転刃を示す斜視図である。
【図４】端面板を示す正面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 有機質改質装置
１０ 処理部
１１ ケーシング
１２ 投入口
１３ 端面板
１３ａ 排出口
１４ 投入室の底面
１５ 圧縮室の内側面
１６ 粉砕室の内側面
１７ 端面室の内側面
２１ 第１螺旋体
２２ 第２螺旋体
２３ ドラム
２４ 回転刃
２６ 刃
５１ 回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物の投入口を有すると共に、処理後の被処理物を排出する排出口が設けられた端面板を端面に有するケーシングと、
上記ケーシング内に互いに平行に配置され、互いに逆回りに回転駆動される一対の回転軸と、
上記一対の回転軸の投入口側に連結され、上記ケーシングの投入口から投入された被処理物を排出口側に送る一対の第１螺旋体と、
上記第１螺旋体の排出口側に隣接して一対の回転軸に連結され、圧縮室を形成する第１内壁に少なくとも一部が取り囲まれて、上記第１螺旋体からの被処理物を逆流防止しながら圧縮して排出口側に送る一対の第２螺旋体と、
上記第２螺旋体の排出口側に隣接して一対の回転軸に連結され、粉砕室を形成する第２内壁に取り囲まれて、上記第２螺旋体からの被処理物を外周面と上記第２内壁の内側面との間で加圧粉砕して排出口側に送る一対のドラムと、
上記ドラムの排出口側かつ上記端面板よりもケーシングの内側に形成され、上記ドラムで粉砕された被処理物が導かれる端面室と、
上記ドラムの端部に連結されていると共に、上記端面室内に上記端面板の内側面に近接して配置され、回転駆動されるに伴って被処理物を切断して端面板の排出口から押し出す回転刃と
を備えることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項２】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記端面室に導かれた被処理物は、上記ドラムによる粉砕圧力が解除されるに伴って膨軟化することを特徴とする有機質改質装置。
【請求項３】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記第１螺旋体及び第２螺旋体は、上記回転軸に外嵌するボス部と、このボス部の外周面に形成された螺旋羽根部とを夫々有し、上記第１螺旋体のボス部の径よりも、上記第２螺旋体のボス部の径が大きく形成されていることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項４】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記第１螺旋体及び第２螺旋体は、上記回転軸に外嵌するボス部と、このボス部の外周面に形成された螺旋羽根部とを夫々有し、上記第１螺旋体の螺旋羽根部のピッチよりも、上記第２螺旋体の螺旋羽根部のピッチが小さく形成されていることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項５】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記第１内壁の内径よりも、上記第２内壁の内径が小さく形成されていることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項６】
請求項５に記載の有機質改質装置において、上記第２内壁の第１内壁に隣接する部分が、投入口側から排出口側に向うにつれて内径が減少する逆テーパ状に形成されていることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項７】
請求項６に記載の有機質改質装置において、上記ドラムの第２螺旋体に隣接する部分が、投入口側から排出口側に向うにつれて外径が増大するテーパ状に形成されていることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項８】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記ドラムの外周面と第２内壁の内側面に、複数の溝が夫々形成されていることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項９】
請求項８に記載の有機質改質装置において、上記ドラムの外周面に形成された溝は螺旋溝であることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の有機質改質装置において、上記第２内壁の内側面に形成された溝は軸方向の直線溝であることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記端面室を加熱するヒータを備えることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の有機質改質装置において、上記ドラムの粉砕動作と、上記端面室における膨軟化と、上記回転刃の切断動作により、上記被処理物に含まれるセルロース及びリグニンを分解することを特徴とする有機質改質装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記被処理物は、木材、籾殻、稲藁、剪定材、林地残材、材木余材、芝生、枯れ草、落ち葉、割り箸、流木、伐根、新聞紙、未完熟コンポスト、農業廃棄物、野菜屑、生ゴミ及び食品廃材からなる群から選ばれた１つを含むことを特徴とする有機質改質装置。
【請求項１】
被処理物の投入口を有すると共に、処理後の被処理物を排出する排出口が設けられた端面板を端面に有するケーシングと、
上記ケーシング内に互いに平行に配置され、互いに逆回りに回転駆動される一対の回転軸と、
上記一対の回転軸の投入口側に連結され、上記ケーシングの投入口から投入された被処理物を排出口側に送る一対の第１螺旋体と、
上記第１螺旋体の排出口側に隣接して一対の回転軸に連結され、圧縮室を形成する第１内壁に少なくとも一部が取り囲まれて、上記第１螺旋体からの被処理物を逆流防止しながら圧縮して排出口側に送る一対の第２螺旋体と、
上記第２螺旋体の排出口側に隣接して一対の回転軸に連結され、粉砕室を形成する第２内壁に取り囲まれて、上記第２螺旋体からの被処理物を外周面と上記第２内壁の内側面との間で加圧粉砕して排出口側に送る一対のドラムと、
上記ドラムの排出口側かつ上記端面板よりもケーシングの内側に形成され、上記ドラムで粉砕された被処理物が導かれる端面室と、
上記ドラムの端部に連結されていると共に、上記端面室内に上記端面板の内側面に近接して配置され、回転駆動されるに伴って被処理物を切断して端面板の排出口から押し出す回転刃と
を備えることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項２】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記端面室に導かれた被処理物は、上記ドラムによる粉砕圧力が解除されるに伴って膨軟化することを特徴とする有機質改質装置。
【請求項３】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記第１螺旋体及び第２螺旋体は、上記回転軸に外嵌するボス部と、このボス部の外周面に形成された螺旋羽根部とを夫々有し、上記第１螺旋体のボス部の径よりも、上記第２螺旋体のボス部の径が大きく形成されていることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項４】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記第１螺旋体及び第２螺旋体は、上記回転軸に外嵌するボス部と、このボス部の外周面に形成された螺旋羽根部とを夫々有し、上記第１螺旋体の螺旋羽根部のピッチよりも、上記第２螺旋体の螺旋羽根部のピッチが小さく形成されていることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項５】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記第１内壁の内径よりも、上記第２内壁の内径が小さく形成されていることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項６】
請求項５に記載の有機質改質装置において、上記第２内壁の第１内壁に隣接する部分が、投入口側から排出口側に向うにつれて内径が減少する逆テーパ状に形成されていることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項７】
請求項６に記載の有機質改質装置において、上記ドラムの第２螺旋体に隣接する部分が、投入口側から排出口側に向うにつれて外径が増大するテーパ状に形成されていることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項８】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記ドラムの外周面と第２内壁の内側面に、複数の溝が夫々形成されていることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項９】
請求項８に記載の有機質改質装置において、上記ドラムの外周面に形成された溝は螺旋溝であることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の有機質改質装置において、上記第２内壁の内側面に形成された溝は軸方向の直線溝であることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記端面室を加熱するヒータを備えることを特徴とする有機質改質装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の有機質改質装置において、上記ドラムの粉砕動作と、上記端面室における膨軟化と、上記回転刃の切断動作により、上記被処理物に含まれるセルロース及びリグニンを分解することを特徴とする有機質改質装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の有機質改質装置において、上記被処理物は、木材、籾殻、稲藁、剪定材、林地残材、材木余材、芝生、枯れ草、落ち葉、割り箸、流木、伐根、新聞紙、未完熟コンポスト、農業廃棄物、野菜屑、生ゴミ及び食品廃材からなる群から選ばれた１つを含むことを特徴とする有機質改質装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１７３６０５（Ｐ２００８−１７３６０５Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１３６３（Ｐ２００７−１１３６３）
【出願日】平成１９年１月２２日（２００７．１．２２）
【出願人】（５９１１１９６２４）株式会社御池鐵工所 (86)
【出願人】（５０４１４８６３１）ハリマ産業エコテック株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２２日（２００７．１．２２）
【出願人】（５９１１１９６２４）株式会社御池鐵工所 (86)
【出願人】（５０４１４８６３１）ハリマ産業エコテック株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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