JP4136981B2 - 結合水の抽出方法 - Google Patents

Description

本発明は、細胞の閉塞有縁壁孔のトーラスが破壊された樹木から、細胞内に含まれる樹木成分を含む結合水を抽出する結合水の抽出方法に関する。

樹木から抽出される樹木成分は、殺菌や、消臭などの作用を持つ成分を有したものが知られている。また、樹木の細胞に含まれる結合水は、樹木成分を含んでおり、精神的または肉体的なストレスや、気管支ぜんそく、アトピー性皮膚炎などに効能があるとされている。この結合水を樹木から抽出し、そして結合水からこの樹木成分を抽出して、これらの治療などに用いられている。

従来、樹木成分を抽出する方法としては、小片とした樹木を、水を満たした容器に入れて煮沸し、圧力をかけて樹木成分を含んでいる精油などの抽出を行っている。しかし、この方法では、結合水を抽出することはできない。

これは、伐採前は通水路として細胞の有縁壁孔が開口した状態となっているが、樹木を伐採し切断すると、この通水路が閉じて、細胞内に蓄えられた結合水が外へ出てしまうことを阻害するからである。

詳細に説明すると、図５（ａ）に示すように、樹木は、隣接する細胞２０同士の間に有縁壁孔２１があり、この有縁壁孔２１を通水路として、生長に必要な水分を吸い上げている。生長時の樹木は、薄い網目状の壁孔膜であるマルゴ２２がトーラス２３を支持した状態で、マルゴ２２の部分を水分が通過することで、有縁壁孔２１が通水路として機能する。

しかし、樹木を伐採した場合、その切断面に面する細胞は、図５（ｂ）に示すように、トーラス２３が有縁壁孔２１の開口を閉鎖して閉塞有縁壁孔と呼ばれる状態にしてしまう。これは、樹木が、切断されて露出した細胞２０の内部の水分を保持しようとするためである。このような状態となった樹木から結合水を抽出するのは非常に困難である。

特開２００３−１６０７号公報 伊東繁，他３名，「水中衝撃波を利用した木材の改質（第１報）角材による実験」，第８回日本木材学会九州支部大会講演集木科学情報８巻別冊１号，日本木材学会九州支部，２００１年８月３０日，第８巻，第１号，ｐ．６３−６４ 長野司郎，他３名，「水中衝撃波を利用した木材の改質（第２報）丸材による実験」，第８回日本木材学会九州支部大会講演集木科学情報８巻別冊１号，日本木材学会九州支部，２００１年８月３０日，第８巻，第１号，ｐ．６５−６６

上述したように、従来の樹木成分の抽出方法では、小片とした樹木の表面の細胞が閉塞有縁壁孔となった状態で行われるので、樹木から結合水を抽出することができない。また、加熱することで結合水が変質してしまうという問題もある。

また、樹木を小片とし、煮沸して加圧するため、抽出後の樹木は、他に利用することが不可能な状態となってしまう。従って、抽出後の樹木は、廃棄物とするしかなくなり、環境保全の面からも好ましくない。

この細胞内の結合水を分離して細胞壁の外へ出すとともに、閉塞有縁壁孔となった樹木を、水中衝撃波によりトーラスを選択的に破壊する技術が非特許文献１，２に記載されており、その水中衝撃波によりトーラスを選択的に破壊した材木を用いた材木の処理方法が特許文献１に記載されているが、このトーラスが破壊された樹木から結合水を抽出する技術はまだ開発されていない。
そこで本発明は、細胞の一部または全部の有縁壁孔のトーラスが破壊された樹木から、結合水を常温で抽出することができ、抽出後の樹木を二次利用することが可能な結合水の抽出方法を提供することを目的とする。

本発明の結合水の抽出方法は、樹木の細胞内に含まれる結合水を取り出す結合水の抽出方法であって、前記樹木に衝撃波を与え、前記細胞の一部または全部の有縁壁孔のトーラスを破壊した後、前記樹木を密閉容器に格納し、前記密閉容器の内部の気体を負圧で吸引し、吸引した気体に含まれた結合水を貯留容器に捕集することを特徴とする。

公知の技術で、衝撃波により樹木の細胞内に含まれる樹木成分を含んだ結合水を分離して細胞壁の外へ出すとともに、樹木細胞のトーラスを一部または全部を破壊し、このトーラスが破壊された樹木を密閉容器へ格納して、負圧手段により密閉容器内部の気体を吸引することで、トーラスが破壊された樹木の有縁壁孔の開口から結合水が吸い出される。吸い出された結合水は、密閉容器から気体とともに吸い出される。そして吸い出された気体に含まれる結合水は、貯留容器で捕集され貯留される。この衝撃波は、水中で爆薬などを爆発させて発生させる水中衝撃波が使用できる。

ここで、前記の抽出方法は、前記負圧で結合水を抽出した後の樹木を水に浸漬し、超音波による振動を与えた後、ふたたび前記密閉容器に格納し、負圧による吸引を行うことが望ましい。

結合水を抽出した樹木は、抽出中に結合水に含まれる樹木成分が細胞壁に付着するため、結合水を全て抽出することができない。従って、この結合水を抽出した樹木を貯留された水に浸漬し、この水を超音波発生手段により振動を与えることで、この振動が樹木に伝達され、細胞壁に付着した樹木成分を洗い出し、再度、この樹木を密閉容器に格納し、負圧手段による結合水の吸い出しを行う。これにより、残留させることなく樹木成分を含む結合水の抽出を行うことができる。

本発明によれば次の効果を奏する。

（１）樹木の細胞内に含まれる結合水を取り出す結合水の抽出方法であって、前記樹木に衝撃波を与え、前記細胞の一部または全部の有縁壁孔のトーラスを破壊した後、前記樹木を密閉容器に格納し、前記密閉容器の内部の気体を負圧で吸引し、吸引した気体に含まれた結合水を貯留容器に捕集する。このように、トーラスが破壊された樹木から、負圧手段により密閉容器内部の気体を吸引することにより、トーラスが破壊された樹木の有縁壁孔の開口から結合水が吸い出されるので、結合水の抽出が可能である。
また、細かく小片としなくても、結合水の抽出が可能であり、結合水を抽出した樹木はその切断面の有縁壁孔が開口し、細胞内に空隙ができた状態となるので、固体粉末などが浸透させやすい。よって、高機能木材として、二次利用することが可能である。
また、従来の抽出方法では、木片を煮沸するため結合水が熱による成分変質を起こしていたが、常温で行うことができるので、成分変質のおそれがない。

（２）密閉容器で結合水を抽出した樹木を、貯留された水に浸漬可能な容器と、容器の水に振動を与える超音波発生手段とを備えたことにより、樹木に結合水を残留させることなく抽出を行うことができるので、効率のよい結合水の抽出が可能である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る結合水の抽出方法に用いられる樹木に衝撃波を与える衝撃波発生装置の断面図、図２は本発明の実施の形態に係る結合水の抽出方法に用いられる抽出装置の構成を示す図である。

まず、樹木細胞の有縁壁孔のトーラスを破壊する衝撃波発生装置を図１に基づいて説明する。

図１に示すように、衝撃波発生装置１０は、水１１を貯留可能な上面が開口した容器１０ａと、容器１０ａの開口を覆って密閉する蓋１０ｂを備えている。
この容器１０ａは、直径５ｃｍ〜１０ｃｍ程度、長さ５０ｃｍ〜１ｍ程度に切断した樹木１３が格納可能な大きさを有した容器である。容器１０ａの底面に、爆薬１２を保持するための保持部１０ｃが設けられている。この保持部１０ｃに保持された爆薬１２の下方に位置するように樹木１３を載置して、爆薬１２を爆発させることで、衝撃波が水１１を介して樹木１３へ伝わり、樹木細胞の有縁壁孔のトーラスの一部または全部を破壊する。

爆薬１２は、導爆線などが使用でき、塩化ビニールパイプに挿通させて保持部１０ｃに保持させることで、爆発時の衝撃波の強度を調整する。また、保持部１０ｃの高さを調整しても、爆発時の衝撃波の強度を調整することが可能である。

次に、有縁壁孔のトーラスが一部または全部が破壊された樹木から結合水を抽出する抽出装置を図２に基づいて説明する。

本発明の実施の形態に係る結合水の抽出装置１は、有縁壁孔のトーラスが一部または全部が破壊された樹木を内部に格納する密閉容器２と、密閉容器２内の気体を吸引する負圧手段である真空ポンプ３と、密閉容器２から吸引された気体の不純物を取り除く濾過手段であるマイクロミストセパレータ４と、密閉容器２から吸引された気体に含まれた結合水を捕集する第１の貯留容器５と、第１の貯留容器５に接続され、第１の貯留容器５から排出された気体を冷却する冷却装置６と、冷却装置６により冷却された気体に含まれた結合水を捕集する第２の貯留容器７とを備えている。

さらに、本発明の実施の形態に係る結合水の抽出装置１は、密閉容器２で結合水を抽出した樹木を、貯留された水に浸漬可能な洗浄用容器８と、洗浄用容器８に貯留された水に振動を与える超音波発生手段である超音波発生装置９とを備えている。

密閉容器２は、直径５ｃｍ〜１０ｃｍ程度、長さ５０ｃｍ〜１ｍ程度に切断した樹木を格納する程度の大きさを有した容器である。この密閉容器２に格納される樹木は、全ての樹木を用いることができ、公知の技術により、予め、有縁壁孔のトーラスの一部または全部を破壊するなどの処理が施されている。この密閉容器２は、真空ポンプ３により内部の空気を吸い出すことで、内部を０．０８ＭＰａ程度の気圧にすることが可能な密閉性を有している。

この密閉容器２の大きさは、格納する樹木と、真空ポンプ３の吸引力の度合いにより適宜決めることができる。

マイクロミストセパレータ４は、密閉容器２に接続されている。このマイクロミストセパレータ４は、密閉容器２から吸引された気体の不純物を取り除くために、通気路にメッシュフィルターを内蔵している。メッシュフィルターは、０．１μｍ〜０．２μｍの隙間のものを使用することができ、密閉容器２から吸引された気体に含まれる極小の木片や塵埃などの不純物を除去する機能を有している。

第１の貯留容器５は、マイクロミストセパレータ４からの導入管５ａと冷却装置６への導出管５ｂとに接続された密閉された容器である。真空ポンプ３により吸い込まれ、密閉容器２から吸い出された気体は、導入管５ａにより第１の貯留容器５に導入される。気体に含まれる結合水は、第１の貯留容器５の内側壁面または底面に付着するように捕集され、付着量が多くなってくると、滴下して底に貯留される。そして、第１の貯留容器５内部の気体は、導出管５ｂを介して冷却装置６へと流れていく。

冷却装置６は、第１の貯留容器５では捕集できなかった気体に含まれる結合水を、気体を冷却することで液化させる機能を有している。この冷却装置６は、−５℃程度まで、気体を冷却することができる。

第２の貯留容器７は、冷却装置６からの導入管７ａと真空ポンプ３への導出管７ｂとに接続された密閉された容器である。第２の貯留容器７は、第１の貯留容器５と同じ構造をしており、冷却装置６にて液化した結合水を、捕集して貯留する機能を有している。

真空ポンプ３は、第２の貯留容器７に導出管７ｂを介して接続されている。真空ポンプ３は、その吸引力が大きい方が望ましいが、０．０７ＫＰａ程度あればよい。

洗浄用容器８は、密閉容器２で結合水を抽出した樹木を、予め貯留された水に浸漬可能な大きさを有した金属製の容器である。この水は、水に含まれるごみなどが樹木に付着しないように、また、結合水が変質しないようにするために、純水とするのが望ましい。

超音波発生装置９は、２０ＫＨｚ〜４０ＫＨｚ程度の音波を発生する装置である。この超音波発生装置９は、金属製の伝達手段９ａを介して洗浄用容器８に接続されている。この伝達手段９ａにより、超音波発生装置９で発生した超音波を洗浄用容器８の外側から内側の純水へ超音波振動として伝達させる。この超音波振動は、洗浄用容器８に貯留される純水を介して樹木に伝わる。

伝達手段９ａが洗浄用容器８に貯留された純水を直接振動するようにした場合には、洗浄用容器８は、金属製でなくても、純水を貯留できればどのような材質のもので形成されていてもよい。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る結合水の抽出装置の動作および使用状況を図１から図４に基づいて説明する。図３は水中衝撃波により樹木の細胞内に含まれる結合水が分離することを説明する図である。図４は、有縁壁孔を閉鎖するトーラスが破壊された樹木を説明する図である。

まず、図１に示される衝撃波発生装置１０にて、直径５ｃｍ〜１０ｃｍ程度、長さ５０ｃｍ〜１ｍ程度に切断した樹木１３に水中衝撃波を与える。この水中衝撃波は、水中で爆薬１２を爆発させて発生する衝撃波である。容器１０ａに水１１を貯留し、この貯留した容器１０ａに樹木１３を浸漬して、蓋１０ｂにより密閉状態とする。次に、水中で爆薬１２を爆発させる。

樹木１３へ与える水中衝撃波は、爆薬１２に面する樹木１３の方向を変えながら複数回爆発させて発生させるのが望ましい。本実施の形態では、樹木１３を回転させながら６回行った。

この水中衝撃波により図３に示すように、樹木の細胞２０内である結合水２４が分離して細胞壁２５から外へ出る。また、この水中衝撃波により、図５（ｂ）に示される状態となっていた樹木は、図４に示すように樹木の細胞２０の有縁壁孔２１の開口を閉鎖していたトーラスが破壊され、この有縁壁孔２１を通水路として確保された状態となる。

この水中衝撃波を与えた樹木を、図２に示される密閉容器２へ格納する。そして、冷却装置６を稼働させておく。

次に、真空ポンプ３の運転を開始する。この真空ポンプ３の吸引により、密閉容器２内の気圧が下がってくる。

密閉容器２内の気圧の低下とともに、有縁壁孔のトーラスが破壊された樹木の細胞内の結合水が、開口した有縁壁孔から樹木の外へ吸い出される。

気体とともに吸い出された結合水は、マイクロミストセパレータ４を通過する際に極小の木片やごみや塵などが除去され、第１の貯留容器５へ導入管５ａを介して流れ込む。

吸い出された気体に含まれる結合水は、第１の貯留容器５の内側壁面または底面に付着するように捕集され、付着量が多くなってくると、滴下して底に貯留される。そして、第１の貯留容器５内部の気体は、導出管５ｂを介して冷却装置６へと流れていく。

冷却装置６に流れ込んだ気体が冷却されることで、第１の貯留容器５で捕集できなかった気体に含まれる結合水が液化する。

液化した結合水は、気体とともに導入管７ａを介して第２の貯留容器７へ導入され捕集される。そして、気体は、導出管７ｂを介して真空ポンプ３へ到達し排気される。

このようにして結合水を抽出した樹木を、密閉容器２から取り出し、予め純水を貯留した洗浄用容器８へ浸漬する。

これは、結合水を抽出した樹木においては、抽出中に結合水に含まれる樹木成分が細胞壁に付着するため、結合水を全て抽出することができない。そこで、この結合水を抽出した樹木を、純水を貯留した洗浄用容器８に浸漬し、超音波発生装置９により洗浄用容器８に振動を与えることで、この振動が樹木に伝達され、細胞壁に付着した樹木成分を洗い出し、結合水を吸い出す通路を確保する。

超音波発生装置９を稼働させて超音波を発生させ、洗浄用容器８内の樹木を洗浄する。この洗浄を、５分程度行う。

そして洗浄が完了した樹木を、再度、密閉容器２へ格納して、真空ポンプ３の吸引による結合水の抽出を行う。

このようにして、有縁壁孔のトーラスの一部または全部を破壊する処理が施された樹木から結合水を抽出することができる。

本実施の形態の結合水の抽出装置を用いて、直径７０ｍｍの杉材を、長さ６００ｍｍの長さに切断し、水中衝撃波による処理を施したものを、密閉容器２へ入れ、真空ポンプ３を稼働させた。その結果、１時間あたり１４０ｍｌの結合水を第１の貯留容器５および第２の貯留容器７に抽出することができた。また、抽出後の杉材を、純水を貯留した洗浄容器８へ入れ、超音波発生装置９から５分間ほど超音波による振動を杉材へ与えた。その後、再度、杉材を密閉容器２へ入れ、真空ポンプ３を稼働させた。これにより、第１の貯留容器５および第２の貯留容器７に、純水を含む結合水が１５０ｍｌ抽出することができた。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、マイクロミストセパレータ４は、密閉容器２と、第１の貯留容器５との間に接続されているが、マイクロミストセパレータのメッシュフィルターに付着する結合水の影響を避けるために、第１の貯留容器の後にマイクロミストセパレータを接続することも可能である。

本発明は、細胞の閉塞有縁壁孔のトーラスが破壊された樹木から、細胞内に含まれる樹木成分を含む結合水を抽出する結合水の抽出方法に好適である。

本発明の実施の形態に係る結合水の抽出方法に用いられる樹木に衝撃波を与える衝撃波発生装置の断面図である。 本発明の実施の形態に係る結合水の抽出方法に用いられる抽出装置の構成を示す図である。 水中衝撃波により樹木の細胞内に含まれる結合水が分離することを説明する図である 有縁壁孔を閉鎖するトーラスが破壊された樹木を説明する図である。 （ａ）は成長時の樹木の細胞の状態を説明する図、（ｂ）は伐採時の樹木の細胞の状態を説明する図である。

符号の説明

１ 結合水の抽出装置
２ 密閉装置
３ 真空ポンプ
４ マイクロミストセパレータ
５ 第１の貯留容器
５ａ 導入管
５ｂ 導出管
６ 冷却装置
７ 第２の貯留装置
７ａ 導入管
７ｂ 導出管
８ 洗浄用容器
９ 超音波発生装置
９ａ 伝達手段
１０ 衝撃波発生装置
１０ａ 容器
１０ｂ 蓋
１０ｃ 保持部
１１ 水
１２ 爆薬
１３ 樹木
２０ 細胞
２１ 有縁壁孔
２２ マルゴ
２３ トーラス
２４ 結合水
２５ 細胞壁

Claims (2)

1. 樹木の細胞内に含まれる結合水を取り出す結合水の抽出方法であって、前記樹木に衝撃波を与え、前記細胞の一部または全部の有縁壁孔のトーラスを破壊した後、前記樹木を密閉容器に格納し、前記密閉容器の内部の気体を負圧で吸引し、吸引した気体に含まれた結合水を貯留容器に捕集することを特徴とする結合水の抽出方法。
2. 前記負圧で結合水を抽出した後の樹木を水に浸漬し、超音波による振動を与えた後、ふたたび前記密閉容器に格納し、負圧による吸引を行うことを特徴とする請求項１記載の結合水の抽出方法。

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