JPS6127435B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料ペレツト、特に工業用燃料であつ
て、ペレツト表面上に本質的に灰が蓄積しないよ
うに効果的に燃える本質的に均一な含水量の有機
繊維材料を本質的に対称形成のペレツトに形成す
ることにより製造された燃料ペレツトに関する。

米国農業省フオレストサービス・フオレスト・
プロダクツ・ラボラトリーにより1965年１月に発
行されたReinkeによるWood Fuel Preparation
（ウツド・フユエル・プレパレーシヨン）と題す
る米国フオレスト・サービス・リサーチ・ノート
FPL−090に記載されるように、木材は燃料とし
て本来有益なものである。木材は再生できる燃料
源であり、広く分布しており入手が容易である。
また木材は容易にかつ簡単な道具で取入れること
ができ、探査し、発堀しそして加工するために精
工な装置を必要としない。余暇を利葉して取り入
れたりまたは標準的な、あるいは通常の伐木作業
に関連して収穫される場合、木材は比較的安価な
ものである。また木材は種々の装置内で広く変更
される作業条件下にきれいに燃焼し、肥料として
価値のある最少値の灰を製造する。また開放炉に
おける木材の炎は審美的である。

木材は容易に燃え立ち、適正に製造され、好ま
しい装置内で燃焼させるなら燃焼速度は容易に調
節できる。一方、厚切れおよび短く切られていな
いグリーンスクラツプの形で使用するとき、含水
量は通常高く、各々製造され、取扱われ、燃焼さ
せる必要がある。いずれの場合も他の普通の固体
または液体燃料よりかさ高い。

木材製品に対する非常な要求により木材使用工
業のほとんどすべての作業において生ずる残留物
の使用に広い興味が持たれている。切りくず、磨
きくず、削りくず、小枝等の木材くずが木材から
製品を作るとき、プラスチツクスおよび金属のよ
うに溶解してモールドできないので、必ず発生す
る。

したがつて、木材および他の有機繊維類を燃料
として使用するに好ましい丸太またはペレツトに
成型することが提案されている。例えば、米国農
業省1964年発行のBriquets From Wood
Residue（ブリケツツ・クロム・ウツド・レジデ
ユー）と題する米国フオレスト・サービス・リサ
ーチ・ノートFPL−75には木材くず材料をブリケ
ツトに成型することが提案されている。この文献
においては、次のように述べている。粒状材料は
昇温下でブリケツト化するとき、それ自身で結合
するため結合剤を加えることを必要としない。こ
れらの１つとして木材がある。最低可塑性温度
（木材では325〓）以上の温度において、ブリケツ
ト化圧力の下材料にかかる弾性的張力は完全に緩
和され、粒子表面は互いに接触し始めるようにな
る。界面の密着、粒子のほうき状に突出する繊維
部分の結合および熱軟化されるリグニン（木材繊
維の天然結合剤）の接着可能性などは全て加圧下
の冷却後においてブリケツトに充分な強さを与え
る結合作用に寄与している。

木材くずの自己結合性質は現に米国において行
なわれている木材ブリケツト化法の基礎をなして
いる。この方法が行なわれる多くの工場はウツ
ド・ブリケツト・インコーポレイシヨン（アイダ
ホ州レウインストン在）製“プレス−ト−ログ
（Pres−to−log）”として知られる機械を使用し
ている。この機械は木材くず（切りくず、削りく
ずおよびオートミル大のスクラツプ粒）を、第１
圧縮室内へインチ当り約3000ポンドの圧力を働か
せる供給スクリユー手段により圧縮させるように
作動し、この過剰圧における摩擦により自己結合
するために必要な可塑性が生ずるに充分な熱を発
生させる。型は一定の間隔をおいて位置する直径
４インチの円筒状孔からなり、12インチ巾の大な
るはずみ車のリムを通して延び、型軸はそのはず
み車軸に平行である。型孔の底部は水圧ピストン
により閉じられ、該ピストンは充填中必要な抵抗
を供給し、型が充填された時に圧縮する。型が満
されると、型はずみ車がわずかに回転し、次の型
空間を充填系統内に送る。型部は水冷され、ブリ
ケツトはそれが一回転する時間までにその可塑化
温度以下に冷却される。冷却されたブリケツトは
ピストンが充填の準備のためその前方の型空間に
侵入すると、型から排出される。この機械によつ
て製造される４×12インチのブリケツトは手動燃
料供給には好ましいが、機械的燃料供給には適さ
ない。燃料用ブリケツト製造のための上記同一社
の機械は１インチ円型孔８個の群を介して連続棒
を形成するように自己結合材料を押し出す。押出
しヘツドからこの棒状物が出ると、それらは回転
ナイフで１インチ長さに切断され、機械的燃料供
給に好ましいペレツトを供給する。

切りくずのようなリグノーセルロース材料から
燃料用丸棒を製造する方法が米国特許第3227530
号明細書に開示されている。この方法によれば、
少なくとも15％含水のリグノーセルロース粒子は
水分を逃がしながらダイスを介して押出される。
押出しは粒子が分解して圧縮マスから水分が蒸気
として飛び出させる圧力および温度下で行なわれ
る。この分解粒子は即座に圧縮され、リグノーセ
ルロース材料内の天然結合材から強い周囲皮膜を
形成するため圧縮下で静止させて冷却する。冷却
された製品は通常20〜25％水分を含んでいる。

米国特許第3492134号明細書に開示された方法
は木材粉または削りくずおよび食品薫製用スパイ
スに混合物をタプレツト化プレス内でプレスして
タプレツトを製造するものである。細分化して材
料は500〜8500Kg／cm²の圧力でプレスされる。圧
縮される前に細分化材料は含水量７〜９重量％ま
で乾燥させる。

押出し、ブリケツト化およびペレタイジング化
機や方法の他の形式も利用される。しかしなが
ら、これらの機械および方法の製品は脆化または
分解し勝ちで望ましからざる灰を製造せずに効果
的に燃焼しないから機械的燃焼には全く好ましく
ない。

それ故、本発明は有機繊維粒子を種々の炉の燃
料として使用するに好ましいペレツトに圧縮成型
する改良された方法を提供することを目的とす
る。

本発明の他の目的は本質的に均一なカロリー出
力をもつてかつ硫黄および望ましからざる窒素酸
化物の意義量を生成することなく均一に燃焼する
木材等の有機物から燃料ペレツトを製造する方法
を提供することにある。

本発明の更に他の目的は市販の炉で効果的に燃
焼できる有機繊維材料の圧縮成型により製造され
る改良された燃料ペレツトを提供することにあ
る。

更に他の目的は炉、オーブン等の石炭を供給す
るに使用される入手可能な燃料装置を備えるもの
に供給できる外形および寸法を有する有機繊維材
料の燃料ペレツトを提供することにある。

また他の目的は添付図面にもとずく以下の説明
により明らかになるだろう。

第１図は本発明方法に一例を示すフローシート
で、第２図は本発明方法により提供される代表的
なペレツトの斜視図である。

上記目的は本発明にしたがつて達成される。一
般的にいつて、有機繊維材料を炉内において本質
的に均一に燃焼させる形にペレタイジングする方
法を提供することにより達成される。そのため、
形成されるペレツトの約85％を越えないように繊
維材料の粒子サイズを調節し、かつ繊維材料の水
分を約28重量％を越えず、かつ繊維材料を圧縮し
て密着したペレツトを成形するのに充分である割
合、好ましくは約16重量％から28重量％までの本
質的に均一含量となるように調節し、その調節さ
れた含水量において最大断面寸法1/2インチまた
はそれ以下を有する本質的に対称なペレツトに繊
維状材料を圧縮成型する。特に、本発明は好まし
い実施態様として有機繊維材料を燃料として燃焼
させるに適するペレツトに変換するに当り、農業
または木材廃棄物のような有機繊維材料を石、金
属および他の望ましからざる物質をそれから分離
するのに適用されるコンベアによつてハンマー・
ミルに輸送し、そこで有機繊維材料をそれから形
成されるペレツトの最小寸法の約85％を越えない
本質的に均一な粒子サイズに粉状化し、その粉状
化材料を乾燥機に送り、そこで含水量を約16〜約
28％に調節し、調節された粒子サイズおよび含水
量を有する生成物を、ペレツト・ミルのダイスを
介して固まりを供給するための測量スクリユー機
を備えたペレタイジング機に送り、得られたペレ
ツトをその含水量が大気と平衡になるように乾燥
する。繊維材料は約325〜350〓温度にダイス内の
ペレツトがなるような圧力で製造される。ほとん
どの有機繊維材料の含水量が28重量％を越えるの
で乾燥が必要であるが、含水量の低すぎる材料が
ペレタイジングのために利用されるのなら、その
含水量はペレタイジングする前に湿潤等により、
材料を圧縮して密着したペレツトを成形するのに
充分であるように、好ましくは約16〜28重量％に
調節する。

本発明により広く企図されるように、含水量は
約16〜28重量％の広範囲内にあるのがよいが、有
機繊維材料の含水量がペレタイジング時に約20〜
24重量％のときに最善の結果が得られるので、含
水量はこのさらに限定された範囲内にあるのが好
ましい。ペレツトはペレツト・ミルから排出され
た後すぐに空気を吹きつけて乾燥させてもよい。

有機繊維材料の粒子サイズを、形成されるペレ
ツトの最小寸法の約85％以下に調節するとともに
含水量を圧縮する前に約16〜18％の、好ましくは
約20〜24％の遊離含水量に調節することにより、
本質的に均一にかつ望ましからざる灰を形成する
ことなく燃焼するように繊維材料から浸出した物
質により形成された保護ワツクス状表面を有する
ペレツトが製造されることが見い出された（約
325〜350〓の温度において圧縮成型が行なわれる
と仮定して）。ペレツトの固まりの燃焼率が本質
的に均一になるように、形成された後周囲大気と
平衡になる本質的に均一な含水量まで乾燥され
る。そのペレツトは工業用または家庭用炉のすべ
ての燃焼において使用することができる。ペレツ
トは市販の傾斜ベルトコンベアまたは市販の燃料
供給装置により搬送することが容易である。

ペレツトは本質的に均一な形状および寸法であ
つて、必要ならば圧搾空気で搬送することもでき
る。さらにまた、燃料ペレツトは電力発電機ユニ
ツト又は浮遊燃焼ボイラーと連結して使用される
炉の浮遊燃焼に使用するため粉砕されてよい。こ
の粉状ペレツトはタービンでの直接燃焼のための
効果的な燃料を供給することを見い出した。灰の
量は少なくまた非常に柔かいのでタービンの金属
を摩滅させることはなく、又タービン中でのその
存在は不利なものでない。

ペレツトは本質的に円柱状また平行６面体形等
で、約1/8〜1/2インチの範囲内の最大断面を有す
るのが好ましい。事実上のペレツトサイズはペレ
ツト内の材料構成に対する外表面積によつて決定
される。ペレツトの最大厚さはいずれの方向にお
いても約1/2インチを越えるべきでなく、また約
1/8インチを下まわることもほとんどない。ペレ
ツトが大きすぎると、ダイスにおいて大量の材料
を処理しなければならないのでダイス内の物理的
作用が効果的に行われず、従つて有機材料から浸
出するワツクス状物質はペレツト内に均一に分散
されず、ペレツト内の材料を強固に結合すること
ができない。それ故、断面寸法が1/2インチまた
はそれ以上のペレツトは、比較的不均一に結合さ
れているので満足すべきものではない。この様な
大きい断面寸法のペレツトは、均一に燃焼せず、
機械的強度が小さいので取り扱い中に破壊されや
すい。本発明に従つて製造されるペレツトの実質
上の密度は立方フイート当り約65ポンド以上で、
含水量８％において立方フイート当り約90ポンド
またはそれ以上であることがしばしばである。ペ
レツトを製造するために使用される粒子密度は同
一含水量において立方フイート当り約10〜30ポン
ドである。市販“プレス−ト−ログ”の実質の密
度は立方フイート当り65ポンド以下で水よりも軽
い。

最大燃焼特性を備えるために、燃料マスは本質
的に同等のペレツトサイズで、全体にわたつて本
質的に均一な含水量を含む必要がある。それは均
一でない粒子サイズであつて含水量が高いと、工
業的に燃焼させることが望ましくなく費用が高い
からである。このようなタイプの燃料を用いる
と、過剰な酸素投入量を必要とし、燃料が冷却さ
れて高BTU損失および非効率的な燃焼が伴な
う。

第２図に例示したタイプのペレツトは第１図の
方法により製造されたもので、例えば、切りくず
または他の木材製品のような不均一な含水量の、
かつ乱雑な粒子サイズの天然材料は通常の空気搬
送を介してハンマーミル内に搬送され、そこで粒
子サイズが製造されるペレツトの最小厚さの約85
％以下の本質的に均一な最大寸法に調節される。
空気コンベアにおいては、石、金属および他の材
料はハンマーミルに到達する前に木材から分離さ
れる。木材から他の材料を分離する傾向の他のタ
イプのコンベアが使用されてよいが、最善の結果
は空気コンベアによつて得られる。ハンマーミル
からの製品は回転ドラムタイプの乾燥機に送ら
れ、そこで本質的に均一な寸法の木材粒子の含水
量は遊離水分重量で約16〜28％に調節される。こ
こで遊離水分とは通常の温度において蒸発により
除去することができる水分を意味し、繊維材料内
に存在するかもしれない結晶水を含まない。含水
量が約16〜28％に調節された粒子はペレタイジン
グ機に好ましくは空気コンベアで搬送される。好
ましいペレタイジング機としてはカリフオルニ
ア・ペレツト・ミル・カンパニー（カリフオルニ
ア洲サンフランシスコ）製のものが使用される。
この装置において、材料はホツパー内に供給さ
れ、所望の外形および形状のダイス内でプレスさ
れる。ペレツト・ミルは圧縮中ダイス内で繊維材
料の温度が約325〓から約350〓の範囲にまで上昇
させる圧力を与えることができるものでなければ
ならない。カリフオルニア・ペレツト・ミル社の
ものは例えば、ローラの衝撃（圧縮）地点におい
て40000ポンド負荷の適用圧力を働かせる。いく
つかのミルの場合は8000ポンド負荷程低くてもよ
いが、40000ポンド以上の圧力が使用されてよ
い。この範囲の圧力はペレタイジング中所望の温
度を生成する。ペレタイジング機のダイス内で
は、有機繊維材料は強い物理的作用を受け、これ
によりリグノール−セルロース材料からワツクス
性物質が浸出し、繊維材料を強固に結合し、燃料
が使用される時の粉砕および含水量の急変化から
ペレツトを保護する表面皮膜をペレツト上に形成
する。

ペレツト・ミルから出てくるペレツトは回転エ
ンドレスベルトコンベアに拡布され、そこでフア
ンの吹風を受けておよそ周囲の温度および含水量
に調節される。本質的に均一な含水量を有する製
品は安全に貯蔵することができ、また要すればす
ぐに使用されてもよい。ペレツトの平衡含水量は
大気湿度に依存するが、通常約７〜８％内にあ
る。

上述したように、リグノーセルロース材料のワ
ツクスおよび樹脂質は貯蔵中および輸送中に湿分
が変化しないようにペレツト上に表面被膜を形成
する。ペレタイジング中の圧力が約325〜350〓の
範囲の温度を生起するに充分な圧力であるなら、
粒子に結合剤を加える必要がない。しかし、要す
れば、ワツクス等の有機物質を繊維材料に加えて
粒子から浸出する物質を補足してもよい。

一連の実験はペレタイジング前に約20〜24％の
範囲に本質的に均一な寸法の有機繊維材料の含水
量を調節することを重要性を実証するため行なわ
れた。

１つの実験組において、アルダ（Alder）の樹
皮、薪炭、オーク切りくずおよびべいまつ切りく
ずを含水量約３〜５％まで予備乾燥し、微細分割
の粒子サイズまで切断する。従来、ペレツトを製
造することが非常に難かしく、かつゆつくりとし
ており、２馬力モータにより駆動されるカリフオ
ルニア・ペレツト・ミルの製造速度は15分当り約
１ポンドの製品しか製造できなかつた。このミル
はローラの衝撃地点において約8000ポンドの圧力
で働く。完全乾燥ストローを木材に置き換える
と、製造速度はほぼ同一であることが見い出され
た。べいまつを用いると、15分当り約２ポンドの
製品が製造されたが、その製品ペレツトはこわれ
やすく、取扱いできないものであつた。完全乾燥
した樹皮だけを使用すると、15分当り約６ポンド
のペレツトが製造できる。しかしながら、これら
のペレツトは非常にもろく、取扱いできない。ペ
レツトサイズが約3/4インチであるとき、亀裂お
よびひびが約25〜50％深さまで製品に生じた。多
くの場合、ペレツトは1/4インチ以下まで破砕さ
れる。

天然物質の含水量が増加すると、生産全体が増
加するのを見い出した。しかしながら、もし含水
量が約20〜24％の範囲内にあるなら、２馬力モー
タで駆動されるカリフオルニア・ペレツト・ミル
は分あたり約１〜1.3ポンドすなわち15分当り約
19.5〜20ポンドの速度で製品を製造できるだろ
う。温度が約325〜350〓に到るような圧力のと
き、これらペレツトは約1.5の密度を有し、ペレ
ツトの表面上に有害な灰が形成することなく本質
的に均一に燃焼する。ペレツトは本質的に均一な
BTUを生成して燃焼する。もし含水量が約24％
を越えるなら、生産性は減少し、28％以上では減
少は本質的なものとなる。

ハンマーミルからの製品を約20％以下の含水量
まで乾燥させることは実際的でないが、少なくと
も16％含水までの材料なら使用可能である。水分
を40％から20％まで減少させるより12％から７％
まで減少させる方が三倍も長い時間を要するから
である。

ペレツトの最大厚さまたは長さは約1/8〜1/2イ
ンチであることが必要である。さもなくば、ペレ
ツトは商業的に実施される時間内に本質的に均一
な含水量まで乾燥させることができない。更に、
本発明によつて形成される約1/2インチの最大寸
法を有するペレツトは本質的に均一に燃焼し、ポ
ンド当り約8500〜9000BTUとなる。

ペレツトは円柱形状に形成するのが最も実際的
であるが、本発明の観点からは粒子は好ましい対
称外形に形成されてよい。例えば、ペレツトは立
方形状であつても平行六面体形状であつてもよ
い。

実際的な貯蔵時間内で大容量貯蔵されたペレツ
トの含水量は本質的には均一とはならないので、
大なる容量で貯蔵される以前に周囲雰囲気と平衡
になる均一な含水量までペレツトを乾燥すること
が重要である。積み重ねた山の中心のペレツトと
表面のそれとの間には差異があるからで、このた
め、本発明はペレツトが拡布されている間に粒子
を乾燥し、大気と平衡となる約７〜８重量％の含
水量にしようとするものである。

本発明は上記実施例にもとずいて説明された
が、本発明の技術的範囲を逸脱せず種々変形でき
ることはいうまでもない。たとえば、第１図の粒
子サイズを調節するための細断装置と含水量調節
器の配置を逆にし、繊維材料の含水量を調節した
後、細断してもよい。

以下に本発明の技術的範囲に包含される好まし
い実施態様を挙げる。

１ 有機繊維材料から燃料ペレツトを製造するに
あたり、細断された繊維材料を約16〜約28重量
％までにその含水量を調節し、その材料をその
間上記含水量でかつ得られるペレツトの温度が
ダイスから出たとき約325〜350〓となるところ
の圧力でダイス内において対称形状に圧縮し、
そしてそのペレツトを周囲大気とほぼ平衡とな
る含水量まで乾燥させることを特徴とする燃料
ペレツトの製造法。

２ 有機繊維材料をハンマーミル内で細分する前
記１記載の方法。

３ 有機繊維材料断片を空気コンベアでハンマー
ミルまで搬送し、そこで製造されるペレツトの
最小寸法の約85％を越えない粒子サイズまで細
断し、細分した材料を含水量調整手段に搬送し
て約20〜約24重量％までに調節し、約325〜350
〓の温度でペレタイジングし、周囲大気とほぼ
平衡となる含水量まで乾燥する前記１記載の方
法。

４ 有機繊維材料の断片を断片細分手段に搬送し
て製造されるペレツトの最小寸法の85％を最大
とする寸法まで細分し、得られる粒子の含水量
を約20〜24重量％まで調節し、約325〜350〓の
温度において粒子を立方フイート当り約65ポン
ド以上の密度までペレタイジングし、そしてペ
レツトの含水量を周囲大気とほぼ平衡まで調節
する前記１記載の連続的に燃料ペレツトを製造
する方法。

５ 約1/2インチを越えない最大断面寸法、立方
フイート当り約65ポンド以上の密度および本質
的に均一に燃焼し、ポンド当り約8500〜
9000BTUを生成するために適合させた有機繊
維材料から浸出した天然物質の保護表面被膜を
有することを特徴とする燃料ペレツト。

６ ペレツトが断面約1/2インチの最大寸法を有
する前記１記載の方法。

７ ペレツトの断面最大寸法が約1/8〜1/2インチ
である前記５記載のペレツト。

８ 圧力が約8000ポンド以上である前記１記載の
方法。

９ 得られたペレツトの最大断面寸法が約1/2イ
ンチである前記４記載の方法。

10 ペレツトを加熱空気で含水量約７〜８重量％
まで乾燥させる前記４記載の方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を示すフローシ
ートで、第２図は第１図に示す方法により製造さ
れるペレツトの一例を示す斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 含水量が約16〜28重量％に調節され、かつ圧
   縮して密着したペレツトを成形するのに充分であ
   るように細断された木質繊維材料をペレツトミル
   のダイスとローラとの間で圧縮して、ペレツトミ
   ルのダイス内で木質繊維材料の温度を約325〜350
   〓とし、木質繊維材料から天然物質を浸出させ、
   かつダイスにより断面寸法が1/8インチより大き
   く1/2インチ未満であり、密度が立方フイート当
   たり約65ポンド以上であるペレツトを成形し、成
   形されたペレツトを周囲大気とほぼ平衡状態にあ
   る含水量まで乾燥することを特徴とする燃料ペレ
   ツトの製法。 ２ 成形されたペレツトが、木質繊維材料から浸
   出した天然物質から成る本質的に滑らかな保護表
   面被覆を有する特許請求の範囲第１項記載の製
   法。 ３ 含水量を調節した後に木質繊維材料を細断す
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の製
   法。