特許 7138424 ペレット製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-08

(45)【発行日】2022-09-16

(54)【発明の名称】ペレット製造装置

(51)【国際特許分類】

   B01J 2/20 20060101AFI20220909BHJP

【ＦＩ】

B01J2/20

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2017202005

(22)【出願日】2017-10-18

(65)【公開番号】P2019072689

(43)【公開日】2019-05-16

【審査請求日】2020-10-14

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術開発機構、戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業（実用化技術開発）／原料の生産・調達、ペレット燃料製造の研究開発、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000154901

【氏名又は名称】株式会社北川鉄工所

(72)【発明者】

【氏名】勝部 英一

(72)【発明者】

【氏名】吉川 俊作

【審査官】塩谷 領大

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２７２０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０７５８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０３１０１５１０（ＵＳ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４６８９７５９（ＣＮ，Ａ）

【文献】実開昭６３－０４６９３２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｊ ２／００－ ２／３０

Ｂ２９Ｂ ９／００－ ９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部空間を有するとともに、上部に材料を投入する投入口と、下部に製造されたペレットを排出する排出口とを備える箱体と、
前記内部空間を上下に仕切るように設けられ、上下に貫通する多数の貫通孔からなる孔群が環状に延びるように形成されたダイスと、
該ダイスの上側に配設され、孔群の上を転動することにより、投入口から投入された材料をダイスとの間で粉砕するとともに各貫通孔に押し込んで各貫通孔を通過させながら圧縮してペレットにする押込ローラとを備え、
前記押込ローラは、前記ダイスの前記孔群における外側部、中央部、及び内側部に投入された材料を押込み可能に構成され、
該押込ローラの外周面には、前記ダイスの孔群における内側部と外側部から踏込み可能に構成され、各貫通孔へ材料を効率的に押込む押込面と、
前記押込ローラが孔群の上を転動することにより、遠心力によって前記外側部に移動した材料を当該押込面の中央部近傍に誘導させる誘導溝と、が設けられ、且つ、
前記押込面と前記誘導溝とが周方向に交互に複数設けられていることを特徴とするペレット製造装置。

【請求項2】

請求項１に記載のペレット製造装置において、
前記誘導溝がＬ字型形状であることを特徴とするペレット製造装置。

【請求項3】

請求項１に記載のペレット製造装置において、
前記誘導溝がＵ字型形状であることを特徴とするペレット製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固形燃料として使用されるペレットを木材の端材、切り屑（鉋屑や鋸屑）、或いは樹皮、草本系植物などのバイオマス材料から製造するペレット製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、切り屑（鉋屑や鋸屑）、或いは樹皮、草本系植物などのバイオマス材料から、固形燃料用ペレットの製造がおこなわれている。
木材の端材やバイオマス材料などは、その嵩密度の低さから、輸送効率・在庫効率や燃焼効率の低いため、ペレット化することにより、効率的な輸送・在庫・燃焼が可能となっている。
これらのペレット化を行うため、例えば、特許文献１の如きペレット製造装置が使用されている。このペレット製造装置は、内部空間を有する箱体を備え、この箱体の上部には、原材料を投入する投入口が形成され、下部には、製造されたペレットを排出する排出口が形成されている。箱体内部には、内部空間を上下に仕切るダイスが設けられ、このダイスには上下に貫通する多数の貫通孔からなる孔群が平面視で環状に延びるように形成されている。ダイスの上側には、孔群に沿って転動する押込ローラが設けられている。そして、箱体の投入口から投入された材料を押込ローラがダイスとの間で粉砕するとともに各貫通孔に押し込んで当該各貫通孔を通過させながら圧縮させることでペレットを得るようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－２３７５３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１のペレット製造装置で成形した場合、ダイスの孔群に対して外側部、内側部、または中央部の箇所で成形されるペレットの品質が異なり、それに伴って強度の高いペレットと強度の低いペレットが混在する虞がある。

【0005】

というのも、図１で示すように投入された材料を押込ローラ５で押込む際に、材料ｚはローラ５に対して平行溝７に沿って左右外側に逃げてしまう。一方、中央部は逃げ場がない状態となる。その状態でダイス４に設けられた孔群６に押込まれるため、どうしても、孔群６においては、効率的に押込まれる中央部に比べて外側部及び内側部のペレット品質が劣る傾向にある。

【0006】

また、ローラ５の転動による遠心力によって、材料ｚが外側へ逃げるため、内側部のペレットの品質は更に影響を受けやすい。
したがって、そのような品質の悪い（強度の低い）ペレットは、ハンドリング中や輸送時、在庫時に粉化し、歩留りの悪化、輸送効率、保管効率の低下が発生する原因となる。

【0007】

そこで、本発明の目的は、ダイスの孔群の位置に関わらず、均一で強度の高いペレットを製造することができるペレット製造装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明のペレット製造装置は、内部空間を有するとともに、上部に材料を投入する投入口と、下部に製造されたペレットを排出する排出口とを備える箱体と、内部空間を上下に仕切るように設けられ、上下に貫通する多数の貫通孔からなる孔群が環状に延びるように形成されたダイスと、このダイスの上側に配設され、孔群の上を転動することにより、投入口から投入された材料をダイスとの間で粉砕するとともに各貫通孔に押し込んで各貫通孔を通過させながら圧縮してペレットにする押込ローラとを備え、この押込ローラの外周面には、各貫通孔へ材料を効率的に押込む押込面と、材料を当該押込面の中央部近傍に誘導させる誘導溝とが設けられ、押込面と誘導溝とが周方向に交互に複数設けられていることを特徴とする。

【0009】

上記構成によれば、押込ローラに踏まれた材料を押込ローラの内側及び外側へ逃がさず、中央部近傍へ誘導させることができる。すなわち、ダイスの孔群の位置に関わらず、均一で強度の高いペレットを製造することができる。

【0010】

また、本発明のペレット製造装置においては、誘導溝がＬ字型であることが好ましい。また、本発明のペレット製造装置においては、誘導溝がＵ字型であることも好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明のペレット製造装置によれば、ダイスの孔群の位置に関わらず、均一で強度の高いペレットを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】従来の押込みローラに踏まれた際の材料の動きを示した概略図で、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。

【図2】本発明の実施形態に係るペレット製造装置の概略断面図である。

【図3】ペレット製造装置の概略平面図である。

【図4】誘導溝の変形例１を示した図である。

【図5】誘導溝の変形例２を示した図である。

【図6】誘導溝の変形例３を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

【0014】

図２は、本発明の実施形態に係るペレット製造装置１を示し、図３は、ペレット製造装置の概略平面図を示している。図２および図３で示すように、ペレット製造装置１０は、バイオマス材料ｗからペレット６０を製造するものである。

【0015】

〈ペレット製造装置〉
ペレット製造装置１０の基本構成は、フロアに設置された金属製のベースフレーム２０と、該ベースフレーム２０の上部に固定された金属製の箱体３０とを備えている。

【0016】

箱体３０は、筒中心線Ｃ１が上下方向に向く略円筒状の側壁３１と、該側壁３１の下部から斜め下方に向かって延びる略角筒状の排出管３２とを備え、これら側壁３１及び排出管３２に囲まれた内側に内部空間Ｓ１が形成されている。

【0017】

側壁３１の上端は、内部空間Ｓ１にバイオマス材料ｗを投入可能な投入口３１ａが設けられている。
一方、排出管３２の下端は、製造されたペレット６０を排出する排出口３２ａとなっている。

【0018】

側壁３１の内周面における上下方向略中途部には、筒中心線周りに環状に延びる断面Ｌ字状の環状取付部３１ｂが形成されている。

【0019】

環状取付部３１ｂには、略円盤形状をなす金属製ダイス４０が取り付けられ、このダイス４０によって、箱体３０の内部空間Ｓ１は上下に仕切られている。

【0020】

ダイス４０の中央には、上下に貫通する回転支持孔４１が形成されており、また、ダイス４０の筒中心線Ｃ１周りには、上下に貫通する多数の貫通孔４２からなる孔群４３が環状に延びるように形成されている。
尚、以下、環状の孔群４３において、径方向内側（回転軸５１側）を“内側部”、その反対の径方向外側を“外側部”、内側部と外側部の間を“中央部”という。

【0021】

内部空間Ｓ１には、側面視で略Ｔ字状をなす回転加工体５０が配設されている。
該回転加工体５０は、上下に延びる回転軸心Ｃ２周りに回転可能な回転軸５１と、該回転軸５１と直交する方向に延びる回転軸心Ｃ３周りに回転可能な一対の押込ローラ５２とを備えている。

【0022】

回転軸５１は、ダイス４０の回転支持孔４１に嵌挿されている。
一方、両押込ローラ５２は、ダイス４０の上方で、且つ、回転軸５１の両側に設けられ、当該回転軸５１に軸支されている。

【0023】

〈押込ローラ〉
各押込ローラ５２は、ダイス４０の孔群４３に対応した位置となっていて、回転軸５１の回転動作に伴って外周面が孔群４３の上を転動するようになっている。
この押込ローラの外周面には、孔群４３の内側部及び外側部の各貫通孔へ供給されるバイオマス材料ｗについても効率的に押込む押込面５２ａと、材料を当該押込面の中央部近傍に誘導させる誘導溝５２ｂとが設けられており、押込面５２ａと誘導溝５２ｂとが周方向に交互に連続して複数設けられている。

【0024】

押込面５２ａは、回転軸心Ｃ３周りに連続した複数の誘導溝５２ｂが凹設されている。そして、この誘導溝５２ｂによって、バイオマス材料ｗを押込面５２ａの中央部近傍に誘導するようになっている

【0025】

誘導溝５２ｂは、図３で示すように平面視で略Ｌ字型形状をしており、バイオマス材料ｗを当該押込面５２ａの中央部近傍に誘導させるように回転方向側に行くにつれて開くように設けられている。また、中央部近傍とは、Ｌ字型形状のコーナー部の位置関係をいい、該コーナー部を押込ローラ５２の幅中心より回転軸５１（回転軸心Ｃ２）側寄りに設けている。

【0026】

そして、両押込ローラ５２の外周に設けられた押込面５２ａは、回転軸５１の回転動作で孔群４３の上を転動することにより、箱体３０の投入口３１ａから投入されたバイオマス材料ｗをダイス４０との間で粉砕するとともに各貫通孔４２に押し込むようになっている。各貫通孔４２に押し込まれたバイオマス材料ｗは、各貫通孔４２を圧縮されながら通過することでペレット６０が成形されるようになっている。

【0027】

上記内部空間Ｓ１におけるダイス４０の下方には、回転軸５１と直交する方向に延びる切断部材５３が設けられており、回転軸５１が回転すると、切断部材５３は回転軸５１周りを回動するようになっている。

【0028】

そして、各貫通孔４２を通過して製造されたペレット６０は、図１に示すように、回転軸５１周りを回動する切断部材５３に接触することで所定の長さに折られて落下するようになっている。

【0029】

また、回転軸５１の下端には、当該回転軸５１の外周面から外側方に円盤状に広がるガイド盤５４が回転軸５１と一体に回転するように取り付けられ、上記ガイド盤５４の上面は、外側方に行くにつれて次第に下傾するテーパ状の傾斜面５４ａとなっている。
すなわち、ダイス４０から成形されて落下する多数のペレット６０は、ガイド盤５４の傾斜面５４ａによって排出管３２に案内されるようになっている。

【0030】

次に、ペレット製造装置１０によるペレット６０の製造について詳述する。
まず、作業者は、ペレット製造装置１を稼働させて回転加工体５０の回転軸５１を回転させる。

【0031】

次に、箱体３０の投入口３１ａからバイオマス材料ｗを投入する。すると、ダイス４０の孔群４３の上を転動する各押込ローラ５２がバイオマス材料ｗを粉砕しながら各貫通孔４２に順次押し込んでいく。

【0032】

このとき、バイオマス材料ｗは、押込ローラ５２の押込面５２ａに設けられたＬ字型の誘導溝５２ｂに沿って、Ｌ字型のコーナー部へ誘導される。

【0033】

また、誘導される際、コーナー部を押込ローラ５２の幅中心より回転軸５１（回転軸心Ｃ２）側寄りに設けたことにより、遠心力の影響を受けても、孔群の回転軸５１側、またはその反対側に均一に材料は誘導されている。

【0034】

そして、各貫通孔４２に押し込まれたバイオマス材料ｗは、各貫通孔４２を通過する際にバイオマス材料ｗに加わる抵抗によって圧縮される。

【0035】

各貫通孔４１を通過して製造されたペレット１０は、各貫通孔４２の開口から飛び出してくる。すると、各貫通孔４２の開口から飛び出したペレット６０は、回転軸５１周りに回動する切断部材５３に接触して所定の長さで折れて落下する。落下する各ペレット６０は、ガイド盤５４の傾斜面５４ａに案内されながら排出管３２に向かって移動する。そして、排出管３２を通過した各ペレット６０は、排出口３２ａから排出される。

【0036】

以上より、本発明の実施形態によると、Ｌ字型の誘導溝５２ｂに沿って、Ｌ字型のコーナー部へ誘導されることで、押込ローラ５２の幅方向外側へのバイオマス材料ｗの逃げを抑制することができる。

【0037】

すなわち、均一で強度の高いペレットを製造することが可能となる。
また、コーナー部を押込ローラ５２の幅中心より回転軸５１側寄りに設けることで、遠心力の影響によるバイオマス材料ｗの逃げを更に抑制することができる。

【0038】

以下、変形例１～３を説明するが、これらは例示的なものであって、本開示はこれら変形例に制限されるものではない。

【0039】

（変形例）
上記本実施形態において、押込ローラ５２の押込面５２ａに設けられた誘導溝５２ｂとして、図３で示したように、略Ｌ字型形状を採用したが、これに限定されず、他の誘導溝を採用することができる。

【0040】

図４および図５は、一部の誘導溝の形状における概略変形例を示しており、図６は、一部の誘導溝の深さ形状における概略変形例を示している。なお、本変形例において、誘導溝以外の構成は、上記実施形態で示した構成と同じであるため、説明は省略する。

【0041】

図４に示す変形例１は、Ｌ字型形状の誘導溝をなくし、Ｕ字型形状の誘導溝を形成したことを特徴とする。また、図５に示す変形例２は、Ｌ字型形状の誘導溝をなくし、Ｖ字型形状の誘導溝を形成したことを特徴とする。さらに、図６で示す変形例３は、図１で示す従来の平行溝に対し、図６（ｂ）の矢視Ａ－Ａ断面で示すように中央にいくにつれて溝が深くなるＶ字型形状の誘導溝を形成したことを特徴とする。

【0042】

変形例１および２は、バイオマス材料を中央に誘導させることで材料の逃げを抑制することができる。また、変形例１のＵ字型形状は、従来の平行溝に対し溝の左右を回転方向側にいくにつれて傾斜する形状としている。すなわち、平行部５２ｃと傾斜部５２ｄとで構成されている。この平行部５２ｃの幅方向の長さを一定の長さに設けることで、効率的に押込まれる中央部の領域を確保しつつ、材料の逃げを抑制することで、より均一で強度の高いペレットを製造することができる。

【0043】

変形例３は、バイオマス材料を平行溝にそって、中央深くに誘導させることで材料の逃げを抑制することができる。

【0044】

以下、実施例により本開示をさらに詳細に説明するが、これらは例示的なものであって、本開示はこれら実施例に制限されるものではない。

【0045】

（実施例１）
誘導溝５２ｂをＶ字型形状とした上記ペレット製造装置１０を使用し、材料はサトウキビの搾汁残渣であるバガスを用いた。そして、押込ローラ５２の幅方向に対応する各貫通孔４２から成形されたペレットの嵩密度を測定した。

【0046】

比較対象は、図１で示す従来の一般的な平行溝７を設けたペレット製造装置１０で成形されたペレットを使用した。表１では便宜上、Ｖ字型形状の誘導溝をＶ字溝と表現する。

【0047】

【表1】

表１より、従来の平行溝よりＶ字溝の方が、ペレットの嵩密度は高いことが分かった。

【0048】

すなわち、Ｖ字溝の押込ローラ５２では、転動時に当該押込面５２ａがダイス４０の孔群４３の中央部、内側部及び外側部の材料を同時に踏込まず、先ず内側部と外側部から踏込み、最後に中央部を踏込んでいる。

【0049】

また、材料の一部を誘導溝５２ｂによってダイス４０の中央部へ供給させることで、押込ローラ５２の押込面５２ａの外に逃げる材料が減少し、効率的に各貫通孔４２へ押込まれている。

【0050】

それらの結果、各貫通孔４２にてより強固に圧縮され、孔群４３の内側部及び外側部のペレット品質が改善し、全体的なペレット嵩密度が向上したといえる。
そして、さらに、ペレットが強固に圧縮されたことにより、強度が向上したといえる。

【0051】

（実施例２）
次に、上記実施例１と同条件において、誘導溝５２ｂをＬ字型形状とした際の夫々のペレットの密度を測定し、その結果を比較対象と比較した。実施例２では、ペレットの密度は、ローラの幅方向内における内側部、外側部、及び略中央部に対応するダイス４０の各貫通孔４２から成形されたペレットを用いて測定した。

【0052】

尚、ここでいう内側部、外側部、及び略中央部とは、内側部を回転軸５１側とし、外側部をその逆側とする。また、略中央部はＶ字溝およびＬ字溝のコーナー部をいい、コーナー部に対応する貫通孔から成形されたペレットのことをいう。

【0053】

比較対象は、図１で示す従来の一般的な平行溝７を設けたペレット製造装置１０で成形されたペレットを使用した。表２では便宜上、Ｖ字型形状の誘導溝をＶ字溝、Ｌ字型形状の誘導溝をＬ字溝と表現する。

【0054】

【表2】

表２より、ペレット密度の平均は、平行溝に対して、Ｖ字溝の方が大きく、さらにＬ字溝の方が大きかった。すなわち、平行溝よりＶ字溝、さらにＶ字溝よりＬ字溝の方が、ペレット密度が向上した。

【0055】

また、Ｖ字溝は、誘導溝５２ｂのコーナー部のコーナー点の位置が押込ローラ５２の押込面５２ａの中央にあり、誘導溝５２ｂの直線部の長さが左右対称であるのに対して、Ｌ字溝は、誘導溝５２ｂのコーナー部のコーナー点の位置が回転軸５１（回転軸心Ｃ２）側寄りにあり、それに応じて誘導溝５２ｂの長さは左右非対称であり外側部の方が長いという特徴がある。

【0056】

通常、押込ローラ５２の転動による遠心力によって、材料が外側へ逃げ、内側部の材料供給が乏しくなるため、特に内側部の貫通孔で成形されるペレット品質が悪くなるが、Ｌ字溝では、材料を先ず内側部と外側部から踏込み、最後に中央部を踏込む動きに加え、誘導溝５２ｂによって中央部よりも更に内側部へ材料を供給したことで、特に、ダイス４０の孔群４３の内側部でペレット密度が高いペレット、すなわち強度の高いペレットを成形することができた。

【0057】

また、ペレット密度の標準偏差は、平行溝に対して、Ｖ字溝の方が小さく、さらにＬ字溝の方が小さかった。すなわち、平行溝よりＶ字溝、さらにＶ字溝よりＬ字溝の方がダイス４０の孔群４３の内側部および外側部によらず、均一なペレットを成形することができた。

【0058】

尚、本発明の実施形態では、２つの押込ローラ５２で各貫通孔４２にバイオマス材料ｗを押し込んでいるが、１つの押込ローラ５２で各貫通孔４２にバイオマス材料ｗを押し込む構成であってもよいし、３つ以上の押込ローラ５２で各貫通孔４２にバイオマス材料ｗを押し込む構成であってもよい。

【符号の説明】

【0059】

１０ ペレット製造装置
２０ ベースフレーム
３０ 箱体
３１ 側壁
３１ａ 投入口
３２ 排出管
３２ａ 排出口
４０ ダイス
４２ 貫通孔
４３ 孔群
５２ 押込ローラ
５２ａ 押込面
５２ｂ 誘導溝
６０ ペレット
１００ マシニングセンタ
Ｓ１ 内部空間
ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２ 回転方向
ｓ１～ｓ７ 切削開始位置
ｗ バイオマス材料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】