(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の成形炭は燃焼中に火箸で叩いたり、挟んで持ち上げると容易に割れ、扱いにくかった。さらに、燃焼初期にバインダーが燃えて臭気が発生する等いくつかの問題点があった。成形炭は以上のような問題点を有している為に、焼肉用、焼き鳥用等の業務用炭として使用することが困難であった。【解決手段】燃焼中の衝撃及び圧力に対する強度を適度に持ち、火箸等でつかんでも形くずれせず、取扱いやすくかつ臭気及び煙が無い成形炭を提供するものである。また、本発明ではバインダーの添加量、加圧圧力、炭化物の粒度等によりその燃焼時間を任意に変化させる事ができ、様々な用途に応じた成形炭を提供するものである。本発明はさらに、連続式炭化炉(ロータリーキルン炉等)から得られる炭化物を任意の大きさに粉砕後、バインダーと乾燥状態で混合し、加水調整後、加圧成形、乾燥することを特徴とする成形炭の製造法を提供するものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
木屑等をチップ化後、炭化して得られる炭化物とアルギン酸ソーダ等の有機物系バインダー又は無機物系バインダー又は有機物系バインダー及び無機物系バインダーの混合品を混合し成形、乾燥してなる成型炭。
【請求項２】
成形炭に対して、木チップを炭化して得られる炭化物を90％〜99.5重量％、及びバインダーを0.5〜10重量％の量で混合し、加水調整後のかさ比重を木炭の１〜４倍程度とし、成形、乾燥してなる請求項１記載の成形炭。
【請求項３】
炭化物及びバインダーを乾燥状態で粉体混合し、さらに加水調整後から含水率40％〜60％以内の原料を加圧成形、乾燥してなる請求項１、請求項2記載の成形炭。
【請求項４】
主原料である炭化物の粒度が5〜50000umである請求項１〜３記載の成形炭。
【請求項５】
炭化物を粉砕した場合、得られた粉砕炭を主原料とする請求項１〜4記載の成形炭。
【請求項６】
加圧成形した際、空気穴をあけた場合、その穴が成形炭の断面積の80％以内である請求項１〜5記載の成形炭。
【請求項７】
木チップ炭化物の替わりに木炭、おが屑炭、ヤシガラ炭、コーヒー豆残渣炭化物等の炭化物を使用、またはこれらを木チップ炭化物と混合した主原料からなる請求項1〜6記載の成形炭。
【請求項８】
バインダーを水に溶解させた後、炭化物と混合し含水率40％〜60％以内の原料を加圧成形、乾燥してなる請求項１〜7記載の成形炭。
【請求項９】
請求項１〜8記載の成形炭の形状はエンドユーザーの要望に合わせることが容易に出来る成形炭。
【請求項１０】
請求項1〜9記載の成型炭を加圧成形後または、乾燥後に自動ブラシ機等で表面処理した成型炭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木チップ炭化物を主成分とし、アルギン酸ソーダ等の有機物系バインダー及び無機物系バインダーをバインダーとした成型炭及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
木炭は、火持ちのよい燃料として古くから暖房用または調理用の熱源として利用されてきた。しかし、国内における炭焼き作業の困難性から、主に中国産の木炭が主流となっていた。この中国産の木炭も原材料の枯渇化、環境保全により輸出禁止となった。これに替わる燃料として、製材所や合板製造工場から出る廃材を押出し成形後炭化したオガ炭が普及している。一般に、従来の成形炭は炭化物にバインダー、水を加えて混合及び粉砕し、混練した後、低圧成形し、乾燥して製造されるが、その構造上、燃焼中に成形炭表面の灰を取るために火箸で叩いたり、挟んで持ち上げると容易に割れ、扱いにくかった。さらに、燃焼初期にバインダーが燃えて臭気(ギ酸、酢酸等のカルボン酸類や、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等のアルデヒド類)が発生する等いくつかの問題点があった。成形炭は以上のような問題点を有している為に、焼肉用、焼き鳥用等の業務用炭として使用することが困難であった。このことも、オガ炭が普及する理由である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の成形炭はその構造上、燃焼中に成形炭表面の灰を取るために火箸で叩いたり、挟んで持ち上げると容易に割れ、扱いにくかった。さらに、燃焼初期にバインダーが燃えて臭気(ギ酸、酢酸等のカルボン酸類や、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等のアルデヒド類)が発生する等いくつかの問題点があった。成形炭は以上のような問題点を有している為に、焼肉用、焼き鳥用等の業務用炭として使用することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記課題を解決するために、木屑等をチップ化後、炭化して得られる炭化物90％〜99.5重量％とアルギン酸ソーダ等の有機物系バインダー又は無機物系バインダー又は有機物系バインダー及び無機物系バインダーの混合品0.5〜10重量％を混合し、加水調整後のかさ比重を木炭の１〜４倍程度とし、成形、乾燥してなる成型炭を開発した。また、成形原料は、粒度が5〜50000umである炭化物及びバインダーを乾燥状態で粉体混合し、さらに加水調整後から含水率40％〜60％以内の物を用いる。また、主原料とする炭化物は粉砕し得られた粉砕炭でもよい。
【０００５】
さらに、加圧成形時に空気穴をあけ、燃焼時の火力を強くすることができる。その穴は成形炭の断面積の80％以内である事が望ましい。また、成形炭の燃焼時の火力、強度の調整のため、木チップ炭化物の替わりに木炭、おが屑炭、ヤシガラ炭、コーヒー豆残渣炭化物等の炭化物を使用、またはこれらを木チップ炭化物と混合したものを主原料にできる。炭化物とバインダーとの混合は、水に溶解させたバインダーを使用できる。
【０００６】
成形炭の形状はエンドユーザーの要望に合わせることが容易に出来る。また、成型炭を加圧成形後または乾燥後に自動ブラシ機等で表面処理し、燃焼時の灰の色を天然木炭と同様の白色にすることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、燃焼中の衝撃及び圧力に対する強度を適度に持ち、火箸等でつかんでも形くずれせず、取扱いやすくかつ臭気及び煙が無い成形炭を提供するものである。また、本発明ではバインダーの添加量、加圧圧力、炭化物の粒度等によりその燃焼時間を任意に変化させる事ができ、様々な用途に応じた成形炭を提供するものである。本発明はさらに、連続式炭化炉(ロータリーキルン炉等)から得られる炭化物とアルギン酸ソーダ等の有機物系バインダー及び無機物系バインダーを乾燥状態で混合し、水を加えかさ比重を炭化物の1〜4倍程度となるように調整後、加圧成形、乾燥することを特徴とする成形炭の製造法を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に使用する木チップ炭化物とは、産業廃棄物である建設発生木材等の木材を粒径８〜18mmのチップ状に破砕して得た木チップを連続式炭化炉(ロータリーキルン炉等)で炭化して得られる炭化物である。通常、成形炭に対し90〜99.5重量％の量で使用される。木チップ炭化物以外の炭化物としては、木炭、おが屑炭、ヤシガラ炭、コーヒー豆残渣炭化物等を使用できる。木チップ以外の炭化物は通常、成形炭に対し任意の量で使用される。バインダーは、アルギン酸ソーダ等の有機物系バインダー及び無機物系バインダーを使用し、通常成形炭に対し0.5〜10重量％、好ましくは1.5〜3.5重量％の量で使用される。混合は木チップ炭化物を任意の大きさに粉砕後、アルギン酸ソーダ等の有機物系バインダー及び無機物系バインダーと乾燥状態で粉体混合し加水後のかさ比重を木炭の１〜４倍程度に調整した原料を、24時間以上放置する。成形は、24時間放置した後の原料を押出し成型機を用いて押出し速度15mm〜30mm／sec程度で加圧成形を行うことができる。成形圧は50〜400kg／cm2を適応しうる。成形後、常温または熱風、電気炉等で乾燥する。上記、成形炭の形状及び大きさは、特に限定されず、使用目的、または使用される燃焼器具に合わせて適宜に製造することができる。さらに、バインダーの添加量、加圧圧力、炭化物の粒度等によりその燃焼時間を任意に変化させる事により、様々な用途に応じて好ましい強度、燃焼時間等を調整した成形炭の製造することができる。また、成型炭はバインダー由来の成分が加圧時に表面に浮き出てくるため、燃焼時の灰の色が赤茶色となる。燃焼時の灰の色を天然木炭と同様の白色にするため、加圧成形後または乾燥後に成形炭を自動ブラシ機等で表面処理することができる。
【実施例】
【０００９】
七輪を用い、各木炭の燃焼試験を行った。            
試験項目：燃焼温度(網から2cm下部の位置)・灰の量
着火は、プロパンガスを使って行い、燃焼温度の測定は着火時を０分とし、180℃を切る時点までとした。また、どれも着火終了後3分たってから温度測定を開始した。
【００１０】
着火時について
それぞれの炭の着火時の特徴は、下記表の通りである。着火時間は、炭が立ち消えを起こさない程度の時間とした。表からわかるように着火時間は３〜15分間で、最大12分間の違いがある。着火時間が3分間のものは弊社成形炭と北海道黒炭である。北海道黒炭の着火性が良いのは、形状が薄く、かさ比重が軽いためと考えられる。形状が柱状の炭で着火時間が３分間だったものは、弊社の成形炭だけであった。着火時間が６分間の炭は、七輪に移動した後の火の回りはよかった。着火時間が１０分間を超えるオガ炭は、七輪に移動した後の火の回りも悪く温度上昇が遅かった。また、エコオガ炭は５分間で着火するが、着火部分がもろく、七輪に移動する際に壊れやすかった。また、今回の着火方法であると黒炭は岩手産、北海道産どちらもはぜた。安全に着火する時には、ゆっくりと加熱する必要があり、着火時間はさらに長くなると考えられる。さらに、北海道黒炭は匂いもきつかった。タイ産オガ炭、エコオガ炭も匂いがきつく、煙が出た。これらのことから、弊社成形炭は着火時間が短く、煙も出ないことから着火時の性能が優れていることがわかる。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
2.容積一定時の燃焼試験結果
長さは異なるが試験には前ページ表の通りそれぞれ5〜9本使用した。また、かさ比重の違いにより重量は152g〜483gとなっている。北海道黒炭、タイ産オガ炭、エコオガ炭は温度上昇が早く、約15分程度でピークに達すまで炎が届くことがあった。このような炎では肉が焦げてしまう恐れがある。さらにこれら3種は煙が発生した。以上のことから、これらの炭は店舗内での使用には不向きかと思われる。次に、国産オガ炭、マレーシア産オガ炭（四角）は、ほぼ同形状であり、燃焼温度の曲線もよく似ている。これらは、全体的な燃焼時間は長いが、肉が焼けると思われる180℃に達するまでの時間が約45分間と長かった。よって、店舗での使用時、特に平日などは最適な温度でお客さんを長く待たせず出す事は難しいかと考える。岩手黒炭は、温度上昇も遅く最高温度も一番低かった。また、180℃以上の時間も約１時間と若干短かった。中国備長炭とマレーシア産オガ炭(六角)は燃焼温度のピークまでは同じような曲線をとっている。しかし、マレーシア産オガ炭(六角)に比べ中国備長炭は高温域が長い。また、マレーシア産オガ炭（六角）は着火時に若干ではあるが、煙が出た。弊社成形炭は燃焼時間、最高温度ともに若干劣っているが中国オガ炭と同じような燃焼温度の曲線である。しかしこれは、燃焼温度がかさ比重などにより左右される事から、成形炭の直径を大きくする、かさ比重を上げるなどの改良により、燃焼時間、最高温度ともに向上させることは可能である。試験結果を下記に記す。
【００１３】
【表２】
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【００１４】
【表３】
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【００１５】
3.追い炭について
追い炭の試験は、まず500ccの炭を燃焼し、温度が200度を切ったところでさらに200ccの炭を追い炭として使用した。使用した追い炭は、着火せずに七輪に投入した。温度変化のグラフを下記に示す。
【００１６】
【表４】
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上記グラフからわかるように、弊社成形炭、中国オガ炭は追い炭により温度上昇が回復した。それぞれ、追い炭後200℃まで再び上昇するまでの時間は、弊社成形炭が9分、中国オガ炭が11分であった。また、岩手黒炭は追い炭の効果が見られなかった。
また、追い炭に使用した炭の形状は、上記写真のように弊社成形炭に比べ中国オガ炭は短い。これらのことから、成形炭の方が着火性が良く、追い炭としての利用法が優れているといえる。
【００１７】
4.加圧圧力の違いによる成型炭の性状
加圧圧力の違いによる燃焼温度のグラフを下記に示す。グラフはそれぞれ粒状炭の穴15mm、穴10mm、穴なしのものである。どのグラフも、加圧圧力を強くした方が燃焼温度が高く、燃焼時間も長い事がわかる。燃焼にはカロリーが重要な役割を果たすことから考えると、重量の重い成形炭の方が全体のカロリーは多くなる。このことから、燃焼温度は加圧圧力の強さつまり、重量の重さに起因していると考えられる。また、測定開始直後は加圧圧力の弱い成形炭が燃焼温度は高い。
これは、加圧圧力が弱いので空気を取り込みやすく早く火が全体にまわる為と考えられる。破砕炭についてもほぼ同様の結果となっている。
【００１８】
【表５】
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【００１９】
【表６】
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【００２０】
【表７】
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【００２１】
５．原料の違い（粒状炭、破砕炭）による成型炭の性状原料は粒状炭、破砕炭の２種類を使用した。２種類それぞれの全乾時のかさ比重は下記表の通りである。
【００２２】
【表８】
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これからわかるように、破砕炭の方が粒子が細かくなるため、充填が良くなる。
このため、同じ容積の原料で成形炭を作成すれば、破砕炭を使用した方が重量の重い成形炭ができる。（下記表参照）
【００２３】
【表９】
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つまり、同じ個数で燃焼した際、破砕炭の方がより多くの重量使用できる。前述の加圧圧力の違いで述べたように重量の重い方が燃焼温度は高く、燃焼時間は長くなる。よって、破砕炭で作製した成形炭のほうが燃焼温度は高く、燃焼時間は長くなると考えられる。
次に、粒状炭と破砕炭の1個当りの重量を同じにした成形炭の燃焼試験のグラフを下記に示す。グラフからわかるように、温度経過は最高温度に多少のばらつきはあるが、ほぼ同じであることがわかる。このことから、成形炭が同じ重量、同じ容積である場合、原料が粒状炭、破砕炭どちらであっても得られる結果は変わらないと言える。つまり、温度経過は原料の種類ではなく、成形炭の重量に起因していると考えられる。これらの事から、成形炭の重量を変化させることにより燃焼時間の調整が可能となると考えられる。
【００２４】
【表１０】
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【００２５】
本発明による成形炭の特徴は、下記のようにまとめられる。
１．火付きがよく温度上昇が早い事
２．加圧圧力及び形状により燃焼時間がコントロールできる事
３．炭の発熱量は7500cal。
４．灰の量は5％程度で残炭が無いこと。
５．燃焼しても無煙である。
６．継ぎ足しの際もそのまま投入して使える事。
７．近遠赤外線は備長炭以上、発生する事。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明における、成形炭は産業廃棄物である建設発生木材等の木材を粒径８〜18mmのチップ状に破砕して得た木チップを連続式炭化炉(ロータリーキルン炉等)で炭化して得られる炭化物を加工したものであり、循環型社会の必要性から考えても本発明の社会的必要性は今後ますます高まるものである。さらに平成16年10月には中華人民共和国からの木炭の輸出も止まり、日本国内における木炭の需要は高まっており、本発明品の成形炭は市場からも期待されている。