竪型ミル
【課題】竪型ミルにおいて、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕することで粉砕効率の向上を可能とする。
【解決手段】ハウジング１１内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブル１３を駆動回転可能に支持し、この粉砕テーブル１３の上方に対向して粉砕テーブル１３の回転に連動して回転可能な粉砕ローラ１８を配置し、ローラ駆動装置１９によりこの粉砕ローラ１８を駆動回転可能とすると共に、制御装置４１によりローラ駆動装置１９を制御して粉砕テーブル１３の周速と異なる周速となるように粉砕ローラ１８の回転速度を調整可能とする。
【解決手段】ハウジング１１内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブル１３を駆動回転可能に支持し、この粉砕テーブル１３の上方に対向して粉砕テーブル１３の回転に連動して回転可能な粉砕ローラ１８を配置し、ローラ駆動装置１９によりこの粉砕ローラ１８を駆動回転可能とすると共に、制御装置４１によりローラ駆動装置１９を制御して粉砕テーブル１３の周速と異なる周速となるように粉砕ローラ１８の回転速度を調整可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスなどの固形物を粉砕して微粉化する竪型ミルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ発電などの燃焼設備では、燃料として石炭や重油等の化石燃料が用いられることが多いが、この化石燃料は、ＣＯ２排出の問題から地球温暖化の原因となる。そのため、化石燃料の代替として、バイオマスを用いた燃料の利用促進が図られている。バイオマスは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等がある。このバイオマスを燃料として用いる方法の一つに、バイオマス固形物を粉砕して微粉化し、微粉炭焚きボイラに供給して燃料として用いるものがある。これは、石炭とバイオマスとをそれぞれを単独で粉砕する単独粉砕方式と、石炭とバイオマスとを混合してから粉砕する混合粉砕方式とが知られている。何れの方式においても、バイオマス固形物を粉砕するためのバイオマス粉砕装置が必要である。
【０００３】
この場合、石炭は、竪型ローラミルを用いて粉砕していたが、バイオマス固形物は伸縮性を有することから、石炭に比べて粉砕性が悪く、この石炭用の竪型ローラミルでは、所定の大きさまで粉砕することが困難である。そのため、従来は、ハンマーミルやカッターミルなどの粉砕機を用いてバイオマス固形物を粉砕している。しかし、ハンマーミルやカッターミルなどを用いたバイオマス固形物の粉砕方法では、多大な動力が必要となり、粉砕効率が悪化するだけでなく、寿命が短く、短期間でメンテナンスが必要となり、連続運転が困難である。
【０００４】
なお、竪型ミルを用いたバイオマス粉砕装置として、下記特許文献などが提案されている。例えば、特許文献１に記載されたバイオマス粉砕装置は、回転駆動する粉砕テーブル上に供給されたバイオマス固形物を、テーブルの回転と連動して作動するローラにより押圧して粉砕し、下部からの吹き上げ気流によりバイオマス粉砕物を上方に搬送して粗粉と微粉とに分級するものである。また、特許文献２に記載されたバイオマス粉砕装置は、ローラとテーブルとの距離に基づいてバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定範囲内になるようにローラの押圧力やテーブルの回転速度を制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９１６９２号公報
【特許文献２】特開２００８−０４３９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、バイオマス固形物は繊維質で軟らかく、ローラの圧縮力だけでは、このバイオマス固形物を効率良く粉砕することが困難であり、多大な動力と時間が必要であり、粉砕効率が良くないという問題がある。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであり、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕することで粉砕効率の向上を可能とする竪型ミルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の竪型ミルは、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって駆動回転可能に支持される粉砕テーブルと、前記粉砕テーブルの上方に対向して配置されて回転自在に支持される粉砕ローラと、前記粉砕テーブルの周速と異なる周速となるように前記粉砕ローラの回転速度を調整可能なローラ速度調整機構と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
従って、粉砕テーブルが駆動回転し、この粉砕テーブル上にバイオマスなどの固形物が供給されると、この固形物は、遠心力により外側に移動し、粉砕テーブルと粉砕ローラとの間に入り込み、粉砕テーブルの回転により粉砕ローラが回転することで固形物が粉砕され、このとき、ローラ速度調整機構により粉砕ローラの回転速度が調整されることで固形物にせん断力が作用して粉砕が促進されることとなり、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕することで粉砕効率の向上を可能とすることができる。
【００１０】
本発明の竪型ミルでは、前記ローラ速度調整機構は、前記粉砕ローラに駆動力または制動力を付与する制駆動装置を有することを特徴としている。
【００１１】
従って、制駆動装置が粉砕ローラに駆動力または制動力を付与することで、粉砕ローラの周速と粉砕テーブルの周速が相違することとなり、固形物にせん断力が作用して粉砕効率を向上することができる。
【００１２】
本発明の竪型ミルでは、前記ローラ速度調整機構は、前記粉砕ローラに駆動力を付与する駆動装置を有し、該駆動装置は、前記粉砕ローラの周速が前記粉砕テーブルの周速より速くなるように前記粉砕ローラの回転速度を調整可能であることを特徴としている。
【００１３】
従って、駆動装置が粉砕ローラの周速が粉砕テーブルの周速より速くなるように調整することで、粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に固形物が噛み込みやすくなり、固形物の粉砕効率を向上することができる。
【００１４】
本発明の竪型ミルでは、前記ローラ速度調整機構は、前記粉砕ローラを駆動回転する電気モータを有することを特徴としている。
【００１５】
従って、粉砕ローラの周速と粉砕テーブルの周速とを容易に相違させることができる。
【００１６】
本発明の竪型ミルでは、前記電気モータは、回生制動可能であることを特徴としている。
【００１７】
従って、粉砕ローラに回生ブレーキを付与することで、電気モータにより熱エネルギが電気エネルギに変換されて回収することができ、回収した電力の有効利用を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の竪型ミルによれば、粉砕テーブルの上方に対向して粉砕ローラを配置すると共に、ローラ速度調整機構により粉砕ローラが粉砕テーブルの周速と異なるように調整可能とすることで、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕することで粉砕効率の向上を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る竪型ミルにおける粉砕ローラ及びその駆動装置を表す正面図である。
【図２】図２は、実施例１の竪型ミルを表す概略構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施例２に係る竪型ミルにおける粉砕ローラ及びその駆動装置を表す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る竪型ミルの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１に係る竪型ミルにおける粉砕ローラ及びその駆動装置を表す正面図、図２は、実施例１の竪型ミルを表す概略構成図である。
【００２２】
実施例１の竪型ミルは、バイオマスなどの固形物を粉砕するものである。ここで、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源である。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ)などであり、ここに提示したものに限定されることはない。なお、本実施例の竪型ミルは、バイオマス固形物を粉砕するものに限定されることはなく、石炭やバイオマス固形物と石炭の混合物を粉砕することもできる。
【００２３】
本実施例の竪型ミルにおいて、図１及び図２に示すように、ハウジング１１は、円筒の中空形状をなし、上部にバイオマス供給管１２が装着されている。このバイオマス供給管１２は、図示しないバイオマス供給装置からハウジング１１内にバイオマス固形物を供給するものであり、ハウジング１１の中心位置に上下方向（鉛直方向）に沿って配置され、下端部が下方まで延設されている。
【００２４】
ハウジング１１は、下部に粉砕テーブル１３が配置されている。この粉砕テーブル１３は、ハウジング１１の中心位置にバイオマス供給管１２の下端部に対向して配置されている。また、この粉砕テーブル１３は、下部に鉛直方向に沿った回転軸心を有する回転軸１４が連結され、ハウジング１１に回転自在に支持されている。この回転軸１４は、駆動ギアとしてのウォームホイール１５が固結され、ハウジング１１に搭載された駆動モータ（図示略）のウォームギア１６がこのウォームホイール１５に噛み合っている。従って、駆動モータによりウォームギア１６、ウォームホイール１５、回転軸１４を介して粉砕テーブル１３が駆動回転可能となっている。
【００２５】
また、粉砕テーブル１３は、外周側にリング形状をなすテーブルライナ１７が固定されている。このテーブルライナ１７は、表面（上面）が粉砕テーブル１３の外周側に行くほどに高くなる傾斜面となっている。そして、この粉砕テーブル１３（テーブルライナ１７）の上方に対向して複数の粉砕ローラ１８が配置されると共に、各粉砕ローラ１８を駆動回転するローラ駆動装置１９が設けられている。このローラ駆動装置１９は、例えば、モータであって、粉砕ローラ１８に駆動力を付与することができる。
【００２６】
即ち、支持軸２１は、後端部がローラ駆動装置１９に支持され、このローラ駆動装置１９は、ハウジング１１の側壁部に取付軸２２に支持されることで、支持軸２１の先端部が上下方向に揺動可能となっている。この支持軸２１は、先端部が粉砕テーブル１３の回転軸心方向を向き、且つ、下方に傾斜するように配置され、粉砕ローラ１８が装着されている。
【００２７】
また、ローラ駆動装置１９（支持軸２１）は、上方に延びる上部アーム２４が設けられ、ハウジング１１に固定された押圧装置としての油圧シリンダ２５の押圧ロッド２６の先端部が、この上部アーム２４の先端部に連結されている。ローラ駆動装置１９（支持軸２１）は、下方に延びる下部アーム２７が設けられ、先端部がハウジング１１に固定されたストッパ２８に当接可能となっている。従って、油圧シリンダ２５により押圧ロッド２６を前進させると、上部アーム２４を押圧し、ローラ駆動装置１９及び支持軸２１を取付軸２２を支点として図１にて時計周り方向に回動することができる。このとき、下部アーム２７がストッパ２８に当接することで、ローラ駆動装置１９及び支持軸２１の回動位置が規定される。
【００２８】
つまり、粉砕ローラ１８は、粉砕テーブル１３（テーブルライナ１７）との間でバイオマス固形物を粉砕するものであり、粉砕ローラ１８の表面と粉砕テーブル１３（テーブルライナ１７）の表面との間に所定隙間を確保する必要がある。そのため、油圧シリンダ２５により支持軸２１が所定の回動位置に規定されることで、粉砕ローラ１８の表面と粉砕テーブル１３の表面との間に、バイオマス固形物を取り込んで粉砕可能な所定隙間が確保される。
【００２９】
この場合、粉砕テーブル１３が回転すると、この粉砕テーブル１３上に供給されたバイオマス固形物は、その遠心力により外周側に移動され、粉砕ローラ１８と粉砕テーブル１３との間に入り込む。粉砕ローラ１８は、粉砕テーブル１３側に押圧されているため、粉砕テーブル１３の回転力がバイオマス固形物を介して伝達され、粉砕ローラ１８は、この粉砕テーブル１３の回転に連動して回転することができる。
【００３０】
なお、本実施例にて、粉砕ローラ１８を先端部側の径が小さくなるような円錐台形状とし、粉砕ローラ１８の表面を平坦として構成したが、この形状に限定されるものではない。例えば、粉砕ローラ１８をタイヤ形状としたりしてもよい。また、本実施例にて、粉砕ローラ１８は、複数（３個）設けられ、粉砕テーブル１３の回転方向に沿って等間隔に配置されている。この場合、粉砕ローラ１８の数や配置は、粉砕テーブル１３、粉砕ローラ１８などの大きさなどに応じて適宜設定すればよいものである。
【００３１】
また、この実施例１では、粉砕テーブル１３の周速と異なる周速となるように各粉砕ローラ１８の回転速度を調整可能なローラ速度調整機構として、ローラ駆動装置１９を制御する制御装置４１が設けられている。また、粉砕テーブル１３の回転速度を検出する検出器４２が設けられており、この検出器４２は検出結果を制御装置４１に出力する。制御装置４１は、粉砕テーブル１３の回転速度に基づいてローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８の回転速度を調整する。
【００３２】
具体的に、制御装置４１は、検出器４２が検出した粉砕テーブル１３の回転速度に基づいて粉砕ローラ１８が対向する位置での周速を算出し、粉砕ローラ１８の周速がこの粉砕テーブル１３の周速と相違するように、ローラ駆動装置１９を駆動制御して粉砕ローラ１８の回転速度を設定する。
【００３３】
この場合、制御装置４１は、粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より若干速くなるように、ローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８の回転速度を設定することが望ましい。
【００３４】
ハウジング１１は、下部に粉砕テーブル１３の外周辺に位置して一次空気が送り込まれる入口ポート３１が設けられている。また、ハウジング１１は、上部にバイオマス供給管１２の外周辺に位置して粉砕したバイオマスを排出する出口ポート３２が設けられている。そして、ハウジング１１は、この出口ポート３２の下方にて、粉砕したバイオマスを分級する分級装置としてのロータリセパレータ３３が設けられている。このロータリセパレータ３３は、バイオマス供給管１２の外周部に設けられ、駆動装置３４により駆動回転可能となっている。また、ハウジング１１は、下部に異物排出管３５が設けられている。この異物排出管３５は、バイオマス固形物に混在する礫や金属片などの異物（スピレージ）を粉砕テーブル１３の外周部から落下させて排出するものである。
【００３５】
このように構成された実施例１の竪型ミルにて、バイオマスなどの固形物がバイオマス供給管１２からハウジング１１内に供給されると、この固形物は、バイオマス供給管１２内を落下し、粉砕テーブル１３上の中心部に供給される。このとき、粉砕テーブル１３が所定の速度で回転していることから、粉砕テーブル１３上の中心部に供給された固形物は、遠心力が作用して四方に分散するように移動し、粉砕テーブル１３の全面に一定の層が形成される。即ち、バイオマスなどの固形物が粉砕ローラ１８と粉砕テーブル１３との間に入り込む。
【００３６】
すると、粉砕テーブル１３の回転力がバイオマスなどの固形物を介して粉砕ローラ１８に伝達され、粉砕テーブル１３の回転に伴って粉砕ローラ１８が回転する。このとき、粉砕ローラ１８は、油圧シリンダ２５により粉砕テーブル１３側に押圧支持されていることから、粉砕ローラ１８は回転しながらこの固形物を押圧して粉砕する。
【００３７】
また、このとき、制御装置４１は、検出器４２が検出した粉砕テーブル１３の回転速度に基づいてローラ駆動装置１９を駆動制御して粉砕ローラ１８の回転速度を設定する。具体的に、制御装置４１は、粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より若干速くなるように粉砕ローラ１８の回転速度を調整する。そのため、粉砕ローラ１８と粉砕テーブル１３との間で速度差が生じ、固形物に対してせん断力を作用させることとなり、粉砕ローラ１８は、回転しながらこの固形物を押圧して切断し、効率良く粉砕することができる。
【００３８】
粉砕ローラ１８により粉砕された固形物は、入口ポート３１からハウジング１１内に送り込まれた一次空気により、乾燥されつつ上昇する。この上昇した粉砕済固形物は、ロータリセパレータ３３により分級され、粗粉は落下して再び粉砕テーブル１３上に戻されて再粉砕が行われる。一方、細粒粉は、ロータリセパレータ３３を通過し、気流に乗って出口ポート３２から排出される。また、バイオマスなどの固形物に混在した礫や金属片などのスピレージは、粉砕テーブル１３の遠心力により外周部から外方に落下し、異物排出管３５により排出される。
【００３９】
このように実施例１の竪型ミルにあっては、ハウジング１１内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブル１３を駆動回転可能に支持し、この粉砕テーブル１３の上方に対向して粉砕テーブル１３の回転に連動して回転可能な粉砕ローラ１８を配置し、ローラ駆動装置１９によりこの粉砕ローラ１８を駆動回転可能とすると共に、制御装置４１によりローラ駆動装置１９を制御して粉砕テーブル１３の周速と異なる周速となるように粉砕ローラ１８の回転速度を調整可能としている。
【００４０】
従って、粉砕テーブル１３が駆動回転し、この粉砕テーブル１３上にバイオマスなどの固形物が供給されると、この固形物は、遠心力により外側に移動し、粉砕テーブル１３と粉砕ローラ１８との間に入り込む。そして、粉砕テーブル１３の回転により粉砕ローラ１８が回転することで固形物が粉砕され、このとき、制御装置４１により粉砕ローラ１８の回転速度が調整されることで固形物にせん断力が作用して粉砕が促進されることとなり、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕することで粉砕効率の向上を可能とすることができる。
【００４１】
この場合、ローラ速度調整機構として、粉砕ローラ１８に駆動力を付与するローラ駆動装置１９を適用することで、このローラ駆動装置１９が粉砕ローラ１８に駆動力を付与し、粉砕ローラ１８の周速と粉砕テーブル１３の周速が相違することとなり、固形物にせん断力が作用して粉砕効率を向上することができる。
【００４２】
そして、制御装置４１は、粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より速くなるようにローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８の回転速度を調整している。従って、粉砕ローラ１８と粉砕テーブル１３との間に固形物が噛み込みやすくなり、固形物の粉砕効率を向上することができる。
【００４３】
なお、この実施例１にて、制御装置４１は、粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より速くなるようにローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８の回転速度を調整したが、粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より若干遅くなるようにローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８の回転速度を調整してもよい。また、制御装置４１は、粉砕ローラ１８の回転方向が粉砕テーブル１３の回転方向と逆方向となるようにローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８の回転方向を調整してもよい。更に、粉砕ローラ１８は、粉砕テーブル１３の回転力が固形物を介して伝達されてほぼ同速で回転することから、ローラ速度調整機構として、粉砕ローラ１８に制動力（ブレーキ力）を付与するローラ制動装置を適用し、粉砕ローラ１８の周速と粉砕テーブル１３の周速が相違するように、つまり、粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より遅くなるように調整してもよい。
【実施例２】
【００４４】
図３は、本発明の実施例２に係る竪型ミルにおける粉砕ローラ及びその駆動装置を表す正面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
実施例２の竪型ミルにおいて、図３に示すように、粉砕テーブル１３（テーブルライナ１７）の上方に対向して複数の粉砕ローラ１８が配置され、各粉砕ローラ１８は、ローラ駆動装置１９により駆動回転可能となっている。このローラ駆動装置１９は、モータジェネレータであって、電動機として機能することができると共に、発電機として機能することができる。
【００４６】
即ち、ローラ駆動装置（モータジェネレータ）１９は、インバータ５１が接続され、このインバータ５１に蓄電池５２が接続されており、制御装置４１は、このインバータ５１を制御可能となっている。ローラ駆動装置１９を構成するモータジェネレータは、蓄電池５２から供給された電力を機械的な動力に変換して支持軸２１に出力する機能と、支持軸２１に入力された機械的な動力を電力に変換して回収する機能を有している。
【００４７】
つまり、ローラ駆動装置（モータジェネレータ）１９がモータとして機能する場合には、支持軸２１を介して粉砕ローラ１８を回転することができる。この場合、制御装置４１は、インバータ５１により粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より若干速くなるようにローラ駆動装置１９を制御する。一方、ローラ駆動装置（モータジェネレータ）１９がジェネレータとして機能する場合には、粉砕テーブル１３の回転力が固形物を介して粉砕ローラ１８に伝達されて支持軸２１が回転することから、この支持軸２１の回転力を電力に変換して蓄電池５２に蓄電することができる。この場合、制御装置４１は、インバータ５１により粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より若干遅くなるようにローラ駆動装置１９を制御することとなり、電力回生ブレーキとして機能させる。
【００４８】
なお、本実施例の竪型ミルの作用は、上述した実施例１と同様であることから、詳細な説明は省略する。
【００４９】
このように実施例２の竪型ミルにあっては、ローラ駆動装置１９をモータジェネレータとし、このローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８を駆動回転可能とすると共に、制御装置４１により粉砕テーブル１３の周速と異なる周速となるように粉砕ローラ１８の回転速度を調整可能としている。従って、制御装置４１により粉砕ローラ１８の周速と粉砕テーブル１３の周速とが相違することで、粉砕ローラ１８は固形物にせん断力が作用して粉砕が促進されることとなり、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕することで粉砕効率の向上を可能とすることができる。
【００５０】
この場合、ローラ駆動装置１９をモータジェネレータとすることで、粉砕ローラ１８の周速と粉砕テーブル１３の周速とを容易に相違させることができる。そして、ローラ駆動装置（モータジェネレータ）１９は、回生制動可能であることから、粉砕ローラ１８に回生ブレーキを付与することで、熱エネルギが電気エネルギに変換されて回収することができ、回収した電力の有効利用を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る竪型ミルは、粉砕テーブルの上方に粉砕ローラを設けると共に粉砕テーブルの周速と異なる周速となるように粉砕ローラの回転速度を調整可能とすることで、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕して粉砕効率の向上を可能とするものであり、バイオマスなどの固形物を粉砕する装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１１ ハウジング
１２ バイオマス供給管
１３ 粉砕テーブル
１７ テーブルライナ
１８ 粉砕ローラ
１９ ローラ駆動装置（ローラ速度調整機構）
２１ 支持軸
２５ 油圧シリンダ（押圧装置）
４１ 制御装置（ローラ速度調整機構）
４２ 検出器
５１ インバータ
５２ 蓄電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスなどの固形物を粉砕して微粉化する竪型ミルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ発電などの燃焼設備では、燃料として石炭や重油等の化石燃料が用いられることが多いが、この化石燃料は、ＣＯ２排出の問題から地球温暖化の原因となる。そのため、化石燃料の代替として、バイオマスを用いた燃料の利用促進が図られている。バイオマスは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等がある。このバイオマスを燃料として用いる方法の一つに、バイオマス固形物を粉砕して微粉化し、微粉炭焚きボイラに供給して燃料として用いるものがある。これは、石炭とバイオマスとをそれぞれを単独で粉砕する単独粉砕方式と、石炭とバイオマスとを混合してから粉砕する混合粉砕方式とが知られている。何れの方式においても、バイオマス固形物を粉砕するためのバイオマス粉砕装置が必要である。
【０００３】
この場合、石炭は、竪型ローラミルを用いて粉砕していたが、バイオマス固形物は伸縮性を有することから、石炭に比べて粉砕性が悪く、この石炭用の竪型ローラミルでは、所定の大きさまで粉砕することが困難である。そのため、従来は、ハンマーミルやカッターミルなどの粉砕機を用いてバイオマス固形物を粉砕している。しかし、ハンマーミルやカッターミルなどを用いたバイオマス固形物の粉砕方法では、多大な動力が必要となり、粉砕効率が悪化するだけでなく、寿命が短く、短期間でメンテナンスが必要となり、連続運転が困難である。
【０００４】
なお、竪型ミルを用いたバイオマス粉砕装置として、下記特許文献などが提案されている。例えば、特許文献１に記載されたバイオマス粉砕装置は、回転駆動する粉砕テーブル上に供給されたバイオマス固形物を、テーブルの回転と連動して作動するローラにより押圧して粉砕し、下部からの吹き上げ気流によりバイオマス粉砕物を上方に搬送して粗粉と微粉とに分級するものである。また、特許文献２に記載されたバイオマス粉砕装置は、ローラとテーブルとの距離に基づいてバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定範囲内になるようにローラの押圧力やテーブルの回転速度を制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９１６９２号公報
【特許文献２】特開２００８−０４３９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、バイオマス固形物は繊維質で軟らかく、ローラの圧縮力だけでは、このバイオマス固形物を効率良く粉砕することが困難であり、多大な動力と時間が必要であり、粉砕効率が良くないという問題がある。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであり、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕することで粉砕効率の向上を可能とする竪型ミルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の竪型ミルは、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって駆動回転可能に支持される粉砕テーブルと、前記粉砕テーブルの上方に対向して配置されて回転自在に支持される粉砕ローラと、前記粉砕テーブルの周速と異なる周速となるように前記粉砕ローラの回転速度を調整可能なローラ速度調整機構と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
従って、粉砕テーブルが駆動回転し、この粉砕テーブル上にバイオマスなどの固形物が供給されると、この固形物は、遠心力により外側に移動し、粉砕テーブルと粉砕ローラとの間に入り込み、粉砕テーブルの回転により粉砕ローラが回転することで固形物が粉砕され、このとき、ローラ速度調整機構により粉砕ローラの回転速度が調整されることで固形物にせん断力が作用して粉砕が促進されることとなり、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕することで粉砕効率の向上を可能とすることができる。
【００１０】
本発明の竪型ミルでは、前記ローラ速度調整機構は、前記粉砕ローラに駆動力または制動力を付与する制駆動装置を有することを特徴としている。
【００１１】
従って、制駆動装置が粉砕ローラに駆動力または制動力を付与することで、粉砕ローラの周速と粉砕テーブルの周速が相違することとなり、固形物にせん断力が作用して粉砕効率を向上することができる。
【００１２】
本発明の竪型ミルでは、前記ローラ速度調整機構は、前記粉砕ローラに駆動力を付与する駆動装置を有し、該駆動装置は、前記粉砕ローラの周速が前記粉砕テーブルの周速より速くなるように前記粉砕ローラの回転速度を調整可能であることを特徴としている。
【００１３】
従って、駆動装置が粉砕ローラの周速が粉砕テーブルの周速より速くなるように調整することで、粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に固形物が噛み込みやすくなり、固形物の粉砕効率を向上することができる。
【００１４】
本発明の竪型ミルでは、前記ローラ速度調整機構は、前記粉砕ローラを駆動回転する電気モータを有することを特徴としている。
【００１５】
従って、粉砕ローラの周速と粉砕テーブルの周速とを容易に相違させることができる。
【００１６】
本発明の竪型ミルでは、前記電気モータは、回生制動可能であることを特徴としている。
【００１７】
従って、粉砕ローラに回生ブレーキを付与することで、電気モータにより熱エネルギが電気エネルギに変換されて回収することができ、回収した電力の有効利用を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の竪型ミルによれば、粉砕テーブルの上方に対向して粉砕ローラを配置すると共に、ローラ速度調整機構により粉砕ローラが粉砕テーブルの周速と異なるように調整可能とすることで、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕することで粉砕効率の向上を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る竪型ミルにおける粉砕ローラ及びその駆動装置を表す正面図である。
【図２】図２は、実施例１の竪型ミルを表す概略構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施例２に係る竪型ミルにおける粉砕ローラ及びその駆動装置を表す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る竪型ミルの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１に係る竪型ミルにおける粉砕ローラ及びその駆動装置を表す正面図、図２は、実施例１の竪型ミルを表す概略構成図である。
【００２２】
実施例１の竪型ミルは、バイオマスなどの固形物を粉砕するものである。ここで、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源である。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ)などであり、ここに提示したものに限定されることはない。なお、本実施例の竪型ミルは、バイオマス固形物を粉砕するものに限定されることはなく、石炭やバイオマス固形物と石炭の混合物を粉砕することもできる。
【００２３】
本実施例の竪型ミルにおいて、図１及び図２に示すように、ハウジング１１は、円筒の中空形状をなし、上部にバイオマス供給管１２が装着されている。このバイオマス供給管１２は、図示しないバイオマス供給装置からハウジング１１内にバイオマス固形物を供給するものであり、ハウジング１１の中心位置に上下方向（鉛直方向）に沿って配置され、下端部が下方まで延設されている。
【００２４】
ハウジング１１は、下部に粉砕テーブル１３が配置されている。この粉砕テーブル１３は、ハウジング１１の中心位置にバイオマス供給管１２の下端部に対向して配置されている。また、この粉砕テーブル１３は、下部に鉛直方向に沿った回転軸心を有する回転軸１４が連結され、ハウジング１１に回転自在に支持されている。この回転軸１４は、駆動ギアとしてのウォームホイール１５が固結され、ハウジング１１に搭載された駆動モータ（図示略）のウォームギア１６がこのウォームホイール１５に噛み合っている。従って、駆動モータによりウォームギア１６、ウォームホイール１５、回転軸１４を介して粉砕テーブル１３が駆動回転可能となっている。
【００２５】
また、粉砕テーブル１３は、外周側にリング形状をなすテーブルライナ１７が固定されている。このテーブルライナ１７は、表面（上面）が粉砕テーブル１３の外周側に行くほどに高くなる傾斜面となっている。そして、この粉砕テーブル１３（テーブルライナ１７）の上方に対向して複数の粉砕ローラ１８が配置されると共に、各粉砕ローラ１８を駆動回転するローラ駆動装置１９が設けられている。このローラ駆動装置１９は、例えば、モータであって、粉砕ローラ１８に駆動力を付与することができる。
【００２６】
即ち、支持軸２１は、後端部がローラ駆動装置１９に支持され、このローラ駆動装置１９は、ハウジング１１の側壁部に取付軸２２に支持されることで、支持軸２１の先端部が上下方向に揺動可能となっている。この支持軸２１は、先端部が粉砕テーブル１３の回転軸心方向を向き、且つ、下方に傾斜するように配置され、粉砕ローラ１８が装着されている。
【００２７】
また、ローラ駆動装置１９（支持軸２１）は、上方に延びる上部アーム２４が設けられ、ハウジング１１に固定された押圧装置としての油圧シリンダ２５の押圧ロッド２６の先端部が、この上部アーム２４の先端部に連結されている。ローラ駆動装置１９（支持軸２１）は、下方に延びる下部アーム２７が設けられ、先端部がハウジング１１に固定されたストッパ２８に当接可能となっている。従って、油圧シリンダ２５により押圧ロッド２６を前進させると、上部アーム２４を押圧し、ローラ駆動装置１９及び支持軸２１を取付軸２２を支点として図１にて時計周り方向に回動することができる。このとき、下部アーム２７がストッパ２８に当接することで、ローラ駆動装置１９及び支持軸２１の回動位置が規定される。
【００２８】
つまり、粉砕ローラ１８は、粉砕テーブル１３（テーブルライナ１７）との間でバイオマス固形物を粉砕するものであり、粉砕ローラ１８の表面と粉砕テーブル１３（テーブルライナ１７）の表面との間に所定隙間を確保する必要がある。そのため、油圧シリンダ２５により支持軸２１が所定の回動位置に規定されることで、粉砕ローラ１８の表面と粉砕テーブル１３の表面との間に、バイオマス固形物を取り込んで粉砕可能な所定隙間が確保される。
【００２９】
この場合、粉砕テーブル１３が回転すると、この粉砕テーブル１３上に供給されたバイオマス固形物は、その遠心力により外周側に移動され、粉砕ローラ１８と粉砕テーブル１３との間に入り込む。粉砕ローラ１８は、粉砕テーブル１３側に押圧されているため、粉砕テーブル１３の回転力がバイオマス固形物を介して伝達され、粉砕ローラ１８は、この粉砕テーブル１３の回転に連動して回転することができる。
【００３０】
なお、本実施例にて、粉砕ローラ１８を先端部側の径が小さくなるような円錐台形状とし、粉砕ローラ１８の表面を平坦として構成したが、この形状に限定されるものではない。例えば、粉砕ローラ１８をタイヤ形状としたりしてもよい。また、本実施例にて、粉砕ローラ１８は、複数（３個）設けられ、粉砕テーブル１３の回転方向に沿って等間隔に配置されている。この場合、粉砕ローラ１８の数や配置は、粉砕テーブル１３、粉砕ローラ１８などの大きさなどに応じて適宜設定すればよいものである。
【００３１】
また、この実施例１では、粉砕テーブル１３の周速と異なる周速となるように各粉砕ローラ１８の回転速度を調整可能なローラ速度調整機構として、ローラ駆動装置１９を制御する制御装置４１が設けられている。また、粉砕テーブル１３の回転速度を検出する検出器４２が設けられており、この検出器４２は検出結果を制御装置４１に出力する。制御装置４１は、粉砕テーブル１３の回転速度に基づいてローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８の回転速度を調整する。
【００３２】
具体的に、制御装置４１は、検出器４２が検出した粉砕テーブル１３の回転速度に基づいて粉砕ローラ１８が対向する位置での周速を算出し、粉砕ローラ１８の周速がこの粉砕テーブル１３の周速と相違するように、ローラ駆動装置１９を駆動制御して粉砕ローラ１８の回転速度を設定する。
【００３３】
この場合、制御装置４１は、粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より若干速くなるように、ローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８の回転速度を設定することが望ましい。
【００３４】
ハウジング１１は、下部に粉砕テーブル１３の外周辺に位置して一次空気が送り込まれる入口ポート３１が設けられている。また、ハウジング１１は、上部にバイオマス供給管１２の外周辺に位置して粉砕したバイオマスを排出する出口ポート３２が設けられている。そして、ハウジング１１は、この出口ポート３２の下方にて、粉砕したバイオマスを分級する分級装置としてのロータリセパレータ３３が設けられている。このロータリセパレータ３３は、バイオマス供給管１２の外周部に設けられ、駆動装置３４により駆動回転可能となっている。また、ハウジング１１は、下部に異物排出管３５が設けられている。この異物排出管３５は、バイオマス固形物に混在する礫や金属片などの異物（スピレージ）を粉砕テーブル１３の外周部から落下させて排出するものである。
【００３５】
このように構成された実施例１の竪型ミルにて、バイオマスなどの固形物がバイオマス供給管１２からハウジング１１内に供給されると、この固形物は、バイオマス供給管１２内を落下し、粉砕テーブル１３上の中心部に供給される。このとき、粉砕テーブル１３が所定の速度で回転していることから、粉砕テーブル１３上の中心部に供給された固形物は、遠心力が作用して四方に分散するように移動し、粉砕テーブル１３の全面に一定の層が形成される。即ち、バイオマスなどの固形物が粉砕ローラ１８と粉砕テーブル１３との間に入り込む。
【００３６】
すると、粉砕テーブル１３の回転力がバイオマスなどの固形物を介して粉砕ローラ１８に伝達され、粉砕テーブル１３の回転に伴って粉砕ローラ１８が回転する。このとき、粉砕ローラ１８は、油圧シリンダ２５により粉砕テーブル１３側に押圧支持されていることから、粉砕ローラ１８は回転しながらこの固形物を押圧して粉砕する。
【００３７】
また、このとき、制御装置４１は、検出器４２が検出した粉砕テーブル１３の回転速度に基づいてローラ駆動装置１９を駆動制御して粉砕ローラ１８の回転速度を設定する。具体的に、制御装置４１は、粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より若干速くなるように粉砕ローラ１８の回転速度を調整する。そのため、粉砕ローラ１８と粉砕テーブル１３との間で速度差が生じ、固形物に対してせん断力を作用させることとなり、粉砕ローラ１８は、回転しながらこの固形物を押圧して切断し、効率良く粉砕することができる。
【００３８】
粉砕ローラ１８により粉砕された固形物は、入口ポート３１からハウジング１１内に送り込まれた一次空気により、乾燥されつつ上昇する。この上昇した粉砕済固形物は、ロータリセパレータ３３により分級され、粗粉は落下して再び粉砕テーブル１３上に戻されて再粉砕が行われる。一方、細粒粉は、ロータリセパレータ３３を通過し、気流に乗って出口ポート３２から排出される。また、バイオマスなどの固形物に混在した礫や金属片などのスピレージは、粉砕テーブル１３の遠心力により外周部から外方に落下し、異物排出管３５により排出される。
【００３９】
このように実施例１の竪型ミルにあっては、ハウジング１１内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブル１３を駆動回転可能に支持し、この粉砕テーブル１３の上方に対向して粉砕テーブル１３の回転に連動して回転可能な粉砕ローラ１８を配置し、ローラ駆動装置１９によりこの粉砕ローラ１８を駆動回転可能とすると共に、制御装置４１によりローラ駆動装置１９を制御して粉砕テーブル１３の周速と異なる周速となるように粉砕ローラ１８の回転速度を調整可能としている。
【００４０】
従って、粉砕テーブル１３が駆動回転し、この粉砕テーブル１３上にバイオマスなどの固形物が供給されると、この固形物は、遠心力により外側に移動し、粉砕テーブル１３と粉砕ローラ１８との間に入り込む。そして、粉砕テーブル１３の回転により粉砕ローラ１８が回転することで固形物が粉砕され、このとき、制御装置４１により粉砕ローラ１８の回転速度が調整されることで固形物にせん断力が作用して粉砕が促進されることとなり、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕することで粉砕効率の向上を可能とすることができる。
【００４１】
この場合、ローラ速度調整機構として、粉砕ローラ１８に駆動力を付与するローラ駆動装置１９を適用することで、このローラ駆動装置１９が粉砕ローラ１８に駆動力を付与し、粉砕ローラ１８の周速と粉砕テーブル１３の周速が相違することとなり、固形物にせん断力が作用して粉砕効率を向上することができる。
【００４２】
そして、制御装置４１は、粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より速くなるようにローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８の回転速度を調整している。従って、粉砕ローラ１８と粉砕テーブル１３との間に固形物が噛み込みやすくなり、固形物の粉砕効率を向上することができる。
【００４３】
なお、この実施例１にて、制御装置４１は、粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より速くなるようにローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８の回転速度を調整したが、粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より若干遅くなるようにローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８の回転速度を調整してもよい。また、制御装置４１は、粉砕ローラ１８の回転方向が粉砕テーブル１３の回転方向と逆方向となるようにローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８の回転方向を調整してもよい。更に、粉砕ローラ１８は、粉砕テーブル１３の回転力が固形物を介して伝達されてほぼ同速で回転することから、ローラ速度調整機構として、粉砕ローラ１８に制動力（ブレーキ力）を付与するローラ制動装置を適用し、粉砕ローラ１８の周速と粉砕テーブル１３の周速が相違するように、つまり、粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より遅くなるように調整してもよい。
【実施例２】
【００４４】
図３は、本発明の実施例２に係る竪型ミルにおける粉砕ローラ及びその駆動装置を表す正面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
実施例２の竪型ミルにおいて、図３に示すように、粉砕テーブル１３（テーブルライナ１７）の上方に対向して複数の粉砕ローラ１８が配置され、各粉砕ローラ１８は、ローラ駆動装置１９により駆動回転可能となっている。このローラ駆動装置１９は、モータジェネレータであって、電動機として機能することができると共に、発電機として機能することができる。
【００４６】
即ち、ローラ駆動装置（モータジェネレータ）１９は、インバータ５１が接続され、このインバータ５１に蓄電池５２が接続されており、制御装置４１は、このインバータ５１を制御可能となっている。ローラ駆動装置１９を構成するモータジェネレータは、蓄電池５２から供給された電力を機械的な動力に変換して支持軸２１に出力する機能と、支持軸２１に入力された機械的な動力を電力に変換して回収する機能を有している。
【００４７】
つまり、ローラ駆動装置（モータジェネレータ）１９がモータとして機能する場合には、支持軸２１を介して粉砕ローラ１８を回転することができる。この場合、制御装置４１は、インバータ５１により粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より若干速くなるようにローラ駆動装置１９を制御する。一方、ローラ駆動装置（モータジェネレータ）１９がジェネレータとして機能する場合には、粉砕テーブル１３の回転力が固形物を介して粉砕ローラ１８に伝達されて支持軸２１が回転することから、この支持軸２１の回転力を電力に変換して蓄電池５２に蓄電することができる。この場合、制御装置４１は、インバータ５１により粉砕ローラ１８の周速が粉砕テーブル１３の周速より若干遅くなるようにローラ駆動装置１９を制御することとなり、電力回生ブレーキとして機能させる。
【００４８】
なお、本実施例の竪型ミルの作用は、上述した実施例１と同様であることから、詳細な説明は省略する。
【００４９】
このように実施例２の竪型ミルにあっては、ローラ駆動装置１９をモータジェネレータとし、このローラ駆動装置１９により粉砕ローラ１８を駆動回転可能とすると共に、制御装置４１により粉砕テーブル１３の周速と異なる周速となるように粉砕ローラ１８の回転速度を調整可能としている。従って、制御装置４１により粉砕ローラ１８の周速と粉砕テーブル１３の周速とが相違することで、粉砕ローラ１８は固形物にせん断力が作用して粉砕が促進されることとなり、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕することで粉砕効率の向上を可能とすることができる。
【００５０】
この場合、ローラ駆動装置１９をモータジェネレータとすることで、粉砕ローラ１８の周速と粉砕テーブル１３の周速とを容易に相違させることができる。そして、ローラ駆動装置（モータジェネレータ）１９は、回生制動可能であることから、粉砕ローラ１８に回生ブレーキを付与することで、熱エネルギが電気エネルギに変換されて回収することができ、回収した電力の有効利用を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る竪型ミルは、粉砕テーブルの上方に粉砕ローラを設けると共に粉砕テーブルの周速と異なる周速となるように粉砕ローラの回転速度を調整可能とすることで、バイオマスなどの固形物を効率良く粉砕して粉砕効率の向上を可能とするものであり、バイオマスなどの固形物を粉砕する装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１１ ハウジング
１２ バイオマス供給管
１３ 粉砕テーブル
１７ テーブルライナ
１８ 粉砕ローラ
１９ ローラ駆動装置（ローラ速度調整機構）
２１ 支持軸
２５ 油圧シリンダ（押圧装置）
４１ 制御装置（ローラ速度調整機構）
４２ 検出器
５１ インバータ
５２ 蓄電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって駆動回転可能に支持される粉砕テーブルと、
前記粉砕テーブルの上方に対向して配置されて回転自在に支持される粉砕ローラと、
前記粉砕テーブルの周速と異なる周速となるように前記粉砕ローラの回転速度を調整可能なローラ速度調整機構と、
を備えることを特徴とする竪型ミル。
【請求項２】
前記ローラ速度調整機構は、前記粉砕ローラに駆動力または制動力を付与する制駆動装置を有することを特徴とする請求項１に記載の竪型ミル。
【請求項３】
前記ローラ速度調整機構は、前記粉砕ローラに駆動力を付与する駆動装置を有し、該駆動装置は、前記粉砕ローラの周速が前記粉砕テーブルの周速より速くなるように前記粉砕ローラの回転速度を調整可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の竪型ミル。
【請求項４】
前記ローラ速度調整機構は、前記粉砕ローラを駆動回転する電気モータを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の竪型ミル。
【請求項５】
前記電気モータは、回生制動可能であることを特徴とする請求項４に記載の竪型ミル。
【請求項１】
ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって駆動回転可能に支持される粉砕テーブルと、
前記粉砕テーブルの上方に対向して配置されて回転自在に支持される粉砕ローラと、
前記粉砕テーブルの周速と異なる周速となるように前記粉砕ローラの回転速度を調整可能なローラ速度調整機構と、
を備えることを特徴とする竪型ミル。
【請求項２】
前記ローラ速度調整機構は、前記粉砕ローラに駆動力または制動力を付与する制駆動装置を有することを特徴とする請求項１に記載の竪型ミル。
【請求項３】
前記ローラ速度調整機構は、前記粉砕ローラに駆動力を付与する駆動装置を有し、該駆動装置は、前記粉砕ローラの周速が前記粉砕テーブルの周速より速くなるように前記粉砕ローラの回転速度を調整可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の竪型ミル。
【請求項４】
前記ローラ速度調整機構は、前記粉砕ローラを駆動回転する電気モータを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の竪型ミル。
【請求項５】
前記電気モータは、回生制動可能であることを特徴とする請求項４に記載の竪型ミル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２４５３７２（Ｐ２０１１−２４５３７２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８７６４（Ｐ２０１０−１１８７６４）
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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