(57)【要約】      （修正有）【課題】半炭化処理において、木質バイオマス原料の全組織にわたって均等に炭化処理が行われた、処理バイオマス原料であって、農業廃棄用樹脂の破砕片との均一で充分な混練ができ、バイオマス燃料として高発熱量化したバイオマス燃料の製造方法の提供。【解決手段】発熱効率の良好な特別な構造とした炭化装置により500℃以下、最適には200℃〜450℃の範囲で木質バイオマス原料を半炭化処理し、次いで、半炭化処理された木質バイオマス原料Ｙと廃棄用の合成樹脂Ｘをそれぞれ粉砕して混練Ｓ１２し、その後加圧Ｓ１３成型Ｓ１４してバイオマス燃料に適した形状に成型するバイオマス燃料Ｆの製造方法。炭化室内で木質バイオマス原料を密閉し、エジェクーで炭化室内の空気を吸引して、無酸素状態とし、熱流路層からの輻射熱で加熱し、炭化する、バイオマス燃料の製造方法。【選択図】図１４
2018021173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化炉ケースと、炭化炉ケース内に収納された炭化室と、炭化炉ケース内側面と外周側面との間に形成した熱流路層と、熱流路層に形成したジグザグ状の熱流路と、熱流路に熱風供給路を介して連通した燃焼室と、炭化室と燃焼室との間に連通介設した乾留ガス移送管と、燃焼室に連通した燃焼ガス管と、炭化室を冷却するために熱流路に熱風にかわって冷風を送風するための送風機とより構成した炭化装置により500℃以下、最適には200℃〜450℃の範囲で木質バイオマス原料を半炭化処理し、次いで、半炭化処理された木質バイオマス原料と廃棄用の合成樹脂をそれぞれ粉砕して混練し、その後加圧成型してバイオマス燃料に適した形状に成型することを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。
【請求項２】
炭化室内では木質バイオマス原料を網状の上方開口の箱型炭化トレイに収納して重ねて段積みして炭化室を密閉しエジェクタ―機能により炭化室内の空気を吸引して無酸素状態として熱流路層からの500℃以下、最適には200℃〜450℃の範囲の輻射熱により木質バイオマス原料を加熱して炭化することを特徴とする請求項１に記載のバイオマス燃料の製造方法。
【請求項３】
炭化室外周の五側面にそれぞれジグザグ状に形成した熱流路は、互いに一定間隔を保持して並設した多数の隔壁間により熱単体流路を多数平行して形成すると共に、隣接する各熱単体流路はそれぞれ始端と終端においてのみ連通してジグザグを形成するように構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイオマス燃料の製造方法。
【請求項４】
熱流路は、外気と遮断した熱流路層において炭化室外周の五側面にそれぞれジグザグ状に形成すると共に、五側面のうち三側面のジグザグ状の熱流路はそれぞれ一本に連続した第１流路とし、他の二側面のジグザグ状の熱流路はそれぞれ連続した第２流路とし、更には、第１流路の始端と第２流路の始端は共に炭化室の一側面に開口した燃焼室からの熱風供給路の終端開口部に連通して合流すると共に、第１流路の終端と第２流路の終端は共に熱風供給路の終端開口部と反対側の炭化室の一側面に設けた熱風排出路の始端開口部に連通して合流したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバイオマス燃料の製造方法。
【請求項５】
半炭化処理された木質バイオマス原料と混練する廃棄用の合成樹脂は農業用廃棄ポリエチレン或いは塩化ビニルであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバイオマス燃料の製造方法。
【請求項６】
半炭化処理された木質バイオマス原料と廃棄用の合成樹脂とは約３対１の重量割合でそれぞれ粉砕して混練することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のバイオマス燃料の製造方法。
【請求項７】
炭化炉ケースと、炭化室と、炭化炉ケース内側面と外周側面との間の熱流路層と、ジグザグ状の熱流路と、熱流路に連通した燃焼室と、炭化室と燃焼室との間のガス移送管と、燃焼室に連通した燃焼ガス管とより構成した炭化装置は、移動可能なトレーラのシャーシに積載可能とすることにより木質バイオマス原料の発生個所に赴いてバイオマス燃料をつくることができることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバイオマス燃料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機質バイオマス原料、特に木質バイオマス原料を炭化処理することによりバイオマス燃料を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、各種産業界、畜産業界、下水処理場及び医療関係機関などの種々の業界で日々排出される有機系の廃棄物（以下、単に「炭化処理対象物」と言う。）の中で、特に木質バイオマス原料で現在未利用のものは発生範囲が広く全国に点在しているため火力発電所等でバイオマス燃料として利用するためには処理コストが高価となり、木質バイオマス原料の燃料化が進まない原因の一つとなっていた。
【０００３】
特に、木質バイオマス原料と目される木材部以外の枝葉部分等も未利用の木質バイオマス資源として有効に利用可能であるにもかかわらず運搬の嵩密度が高くなりこれがコストに影響してバイオマス燃料として利用されない原因ともなっている。
【０００４】
このことは、公園や河川などの維持管理で発生する剪定枝や剪定草木等含水率の高い原料にも当てはまることであり、発熱量の低下だけでなく、特に剪定処理後の管理が不十分であると原料が発酵して悪臭の原因となり、また自然発火のよる火災発生の原因ともなっていた。
【０００５】
更には、これらの木質バイオマス原料はセルロースやリグニン等の繊維質と共に水分含有量が約20％以上と石炭などの他の燃料とくらべて高いため炭化するに際しての熱効率が悪く乾燥効率の良い炭化処理技術も必要とされていた。
【０００６】
そこで、炭化処理対象物を無酸素状態で間接的に加熱することで熱分解し、固定炭素として資源化しこれをバイオマス原料とする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
このような有機廃棄物の炭化処理を経てこれをバイオマス化する従来の装置技術としては、熱風発生のための燃焼室と熱風が流通する箱型形状の炭化室とを備え、熱風を熱流路全体に送風循環させ炭化室内に収容した炭化処理対象物を炭化室外部から間接加熱して炭化、或いは半炭化処理し、この炭化したバイオマス原料を乾燥、粉砕、加圧成形して固形燃料する技術であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表第２０１３−５３３８９７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、これらのバイオマス燃料化技術はシンプルな構造装置で実現しつつも、炭化処理対象物の発生現場において短時間でバイオマス化できるものではなく、一旦炭化装置の設置された処理現場まで木質バイオマス原料を運搬しなければならず、また、かかる炭化処理のための装置の炭化室熱流路は単純な熱移動流路に形成されているだけであるため熱流路からの輻射熱は炭化室内の位置によって斑となり、方形状の炭化処理室内の温度は不均一となり熱斑が発生して炭化室内部の温度が不安定となり、バイオマス原料に対して炭化のための均等な安定した熱分解が行えない欠点があった。
【００１０】
また、この熱斑により各側面の熱膨張差を拡大させ炭化室に熱ひずみが生じてバイオマス化のための炭化処理に必要な炭化炉自体の寿命も短くしていた。
【００１１】
更には、炭化炉によって炭化したバイオマス原料を実際にバイオマス燃料として使用可能となるように破砕して一定の形状に成形するためには炭化したバイオマス原料との混練が行いやすく、同じような廃棄物として容易に入手して混練処理可能な材料を選択しなければならず、しかも、炭化処理が木質バイオマス原料の全組織にわたって均等に行われていないと均一で充分な混練ができず燃料として高発熱量化を期待できないおそれがあった。
【００１２】
本発明者はかかる炭化装置に関する炭化炉自体の改良技術については既に特許第６０５２６４９号を取得しているが、更にかかる炭化装置により炭化、或いは半炭化したバイオマス原料に対し農業用廃ポリ等の塩化ビニールを混練して破砕成形が容易となりバイオマス燃料として熱効率の面からも有効となることを発見した。
【００１３】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、熱交換効率の高い炭化処理設備をコンパクト化して運搬可能でバイオマス処理対象物の発生現場でバイオマス燃料化の処理作業が行えると共に、炭化処理バイオマス原料のその後の破砕、成形等のバイオマス燃料としての処理も容易に行えるように構成したバイオマス燃料の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記従来の課題を解決するために、この発明は、炭化炉ケースと、炭化炉ケース内に収納された炭化室と、炭化炉ケース内側面と外周側面との間に形成した熱流路層と、熱流路層に形成したジグザグ状の熱流路と、熱流路に熱風供給路を介して連通した燃焼室と、炭化室と燃焼室との間に連通介設した乾留ガス移送管と、燃焼室に連通した燃焼ガス管と、炭化室を冷却するために熱流路に熱風にかわって冷風を送風するための送風機とより構成した炭化装置により500℃以下、最適には200℃〜450℃の範囲で木質バイオマス原料を半炭化処理し、次いで、半炭化処理された木質バイオマス原料と廃棄用の合成樹脂をそれぞれ粉砕して混練し、その後加圧成型してバイオマス燃料に適した形状に成型することを特徴とするバイオマス燃料の製造方法を提供するものである。
【００１５】
また、炭化室内では木質バイオマス原料を網状の上方開口の箱型炭化トレイに収納して重ねて段積みして炭化室を密閉しエジェクタ―機能により炭化室内の空気を吸引して無酸素状態として熱流路層からの500℃以下、最適には200℃〜450℃の範囲の輻射熱により木質バイオマス原料を加熱して炭化することにも特徴を有する。
【００１６】
また、炭化室外周の五側面にそれぞれジグザグ状に形成した熱流路は、互いに一定間隔を保持して並設した多数の隔壁間により熱単体流路を多数平行して形成すると共に、隣接する各熱単体流路はそれぞれ始端と終端においてのみ連通してジグザグを形成するように構成したことにも特徴を有する。
【００１７】
また、熱流路は、外気と遮断した熱流路層において炭化室外周の五側面にそれぞれジグザグ状に形成すると共に、五側面のうち三側面のジグザグ状の熱流路はそれぞれ一本に連続した第１流路とし、他の二側面のジグザグ状の熱流路はそれぞれ連続した第２流路とし、更には、第１流路の始端と第２流路の始端は共に炭化室の一側面に開口した燃焼室からの熱風供給路の終端開口部に連通して合流すると共に、第１流路の終端と第２流路の終端は共に熱風供給路の終端開口部と反対側の炭化室の一側面に設けた熱風排出路の始端開口部に連通して合流したことにも特徴を有する。
【００１８】
また、半炭化処理された木質バイオマス原料と混練する廃棄用の合成樹脂は農業用廃棄ポリエチレン或いは塩化ビニルであることにも特徴を有する。
【００１９】
また、半炭化処理された木質バイオマス原料と廃棄用の合成樹脂とは約３対１の重量割合でそれぞれ粉砕して混練することにも特徴を有する。
【００２０】
また、炭化炉ケースと、炭化室と、炭化炉ケース内側面と外周側面との間の熱流路層と、ジグザグ状の熱流路と、熱流路に連通した燃焼室と、炭化室と燃焼室との間のガス移送管と、燃焼室に連通した燃焼ガス管とより構成した炭化装置は、移動可能なトレーラのシャーシに積載可能とすることにより木質バイオマス原料の発生個所に赴いてバイオマス燃料をつくることができることにも特徴を有する。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、炭化炉ケースと、炭化炉ケース内に収納された炭化室と、炭化炉ケース内側面と外周側面との間に形成した熱流路層と、熱流路層に形成したジグザグ状の熱流路と、熱流路に熱風供給路を介して連通した燃焼室と、炭化室と燃焼室との間に連通介設した乾留ガス移送管と、燃焼室に連通した燃焼ガス管と、炭化室を冷却するために熱流路に熱風にかわって冷風を送風するための送風機とより構成した炭化装置としたことにより、炭化処理設備をコンパクト化して木質バイオマス原料の発生現場で半炭化処理することができることは勿論、燃焼室で生成した熱風と炭化室内空間との間の熱交換効率を飛躍的に上昇させ、輻射熱としての熱風の有する熱エネルギーを最大限利用して比較的低い熱エネルギーであっても短時間で安定した半炭化処理を実現できる。
【００２２】
更には、500℃以下、最適には200℃〜450℃の範囲で木質バイオマス原料を半炭化処理するために熱エネルギーの利用効率が良好となりバイオマス原料の乾燥と10〜40％の単位発熱量の改善をしながらもそれに伴う熱損失は30％以下に抑制して熱効率のよいバイオマス原料の半炭化処理ができ処理経費、製造コストの削減に役立つ効果がある。
【００２３】
また、木質バイオマス原料を半炭化処理し、次いで、半炭化処理された木質バイオマス原料と廃棄用の合成樹脂をそれぞれ粉砕して混練し、その後加圧成型してバイオマス燃料に適した形状に成型することにより、燃焼効率のよい発熱量のバイオマス燃料となり、いわゆる半炭化木質混練バイオマス燃料として経済的で環境保全にも役立つ効果がある。
【００２４】
特に、半炭化処理によりバイオマス原料の破砕性が良好となり、かつ、含水率の高さに伴う原料の加熱効率の低下障害を解消してその後に半炭化処理をしたバイオマス原料に農業用の廃棄ポリエチレンや塩化ビニルを混練することにより全体に粘りがでて粉状組成様の半炭化物でありながら成形性が良好となりバイオマス燃料として匂いや吸湿性の問題の解決にもなる効果がある。
【００２５】
請求項２及び３によれば、炭化室内では木質バイオマス原料を網状の上方開口の箱型炭化トレイに収納して重ねて段積みして炭化室を密閉しエジェクタ―機能により炭化室内の空気を吸引して無酸素状態として熱流路層からの500℃以下、最適には200℃〜450℃の範囲の輻射熱により木質バイオマス原料を加熱して炭化したこと、また炭化室外周の五側面にそれぞれジグザグ状に形成した熱流路は、互いに一定間隔を保持して並設した多数の隔壁間により熱単体流路を多数平行して形成すると共に、隣接する各熱単体流路はそれぞれ始端と終端においてのみ連通してジグザグを形成するように構成したこと、また五側面のうち三側面のジグザグ状の熱流路はそれぞれ一本に連続した第１流路とし、他の二側面のジグザグ状の熱流路はそれぞれ連続した第２流路とし、更には、第１流路の始端と第２流路の始端は共に炭化室の一側面に開口した燃焼室からの熱風供給路の終端開口部に連通して合流すると共に、第１流路の終端と第２流路の終端は共に熱風供給路の終端開口部と反対側の炭化室の一側面に設けた熱風排出路の始端開口部に連通して合流したこと、等により熱風と熱流路を形成する隔壁や側面との接触面積を拡大すると共に、熱風が熱流路を流通する際に隣接する熱単体流路の始端や終端において効果的に旋回流（乱流）を生起して伝熱効率を向上することができ半炭化処理効率の向上に貢献できると共に、半炭化処理の加熱が原料の組織に対して均一におよびその後の破砕性や成形性が良好となり、また廃棄用の合成樹脂の裁断片との混練も充分になされることから最終的な成形品としてのバイオマス燃料の高い発熱量効果を得ることができる。
【００２６】
請求項５及び６によれば、半炭化処理された木質バイオマス原料と混練する廃棄用の合成樹脂は農業用廃棄ポリエチレン或いは／及び塩化ビニルとしたこと、また半炭化処理された木質バイオマス原料と廃棄用の合成樹脂とは約３対１の重量割合でそれぞれ粉砕して混練したこと等により、通常廃棄されるバイオマス原料の本来の組成から混合原料の発熱量の増大に役立ち、しかも、腐食せずに長期間廃棄されたまま屋外に放置されることの多い樹脂関係の廃棄原料がバイオマス燃料の一部混合材料として使用されて廃棄されることなく環境の保全にも貢献できる効果がある。
【００２７】
請求項７によれば、炭化炉ケースと、炭化室と、炭化炉ケース内側面と外周側面との間の熱流路層と、ジグザグ状の熱流路と、熱流路に連通した燃焼室と、炭化室と燃焼室との間のガス移送管と、燃焼室に連通した燃焼ガス管とより構成した炭化装置は、移動可能なトレーラのシャーシに積載可能としたことにより、木質バイオマス原料の廃棄個所や収集個所にトレーラで赴いてその場で直接的に炭化装置によりバイオマス原料を半炭化処理することができ、同時にその場で半炭化処理されたバイオマス原料はその後の破砕、樹脂裁断片との混練加圧、成形処理が行われてバイオマス原料の発生現場でバイオマス燃料が生成され、その結果木質バイオマス原料の有効利用による環境保全に役立ち、かつ生成したバイオマス燃料は発熱量も高くバイオマス火力発電所での燃料に有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置の全体構成の概念を示す説明図である。
【図２】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置の構成を示す正面図である。
【図３】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置の燃焼室の構成を示す説明図である。
【図４】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置の熱流路の構成を示す背後からの斜視図である。
【図５】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置の熱流路の構成を示す側方からの斜視図である。
【図６】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置の炭化室における正面側を除いた五側面に形成した各熱流路の構成を示す展開図である。
【図７】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置の全体を示す平面図説明図である。
【図８】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置の炭化室に収納する炭化トレイの斜視図である。
【図９】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置を搭載する炭化処理車両の荷積載面のレール構造を示す説明図である。
【図１０】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置を炭化処理車両に積載した状態を示す説明図である。
【図１１】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置を搭載する炭化処理車両の構成を示す説明図である。
【図１２】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置を搭載した炭化処理車両の側面図である。
【図１３】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置の炭化室内部における熱ガス対流の説明図である。
【図１４】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置により処理された木質バイオマス原料と廃棄用合成樹脂との破砕、混練、圧縮成型に至る過程を示す説明図である。
【図１５】本発明に係るバイオマス燃料の製造方法を実施するバイオマス燃料製造装置の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、炭化炉ケースと、炭化炉ケース内に収納された炭化室と、炭化炉ケース内側面と外周側面との間に形成した熱流路層と、熱流路層に形成したジグザグ状の熱流路と、熱流路に熱風供給路を介して連通した燃焼室と、炭化室と燃焼室との間に連通介設した乾留ガス移送管と、燃焼室に連通した燃焼ガス管と、炭化室を冷却するために熱流路に熱風にかわって冷風を送風するための送風機とより構成した炭化装置により500℃以下、最適には200℃〜450℃の範囲で木質バイオマス原料を半炭化処理し、次いで、半炭化処理された木質バイオマス原料と廃棄用の合成樹脂をそれぞれ粉砕して混練し、その後加圧成型してバイオマス燃料に適した形状に成型することを特徴とするバイオマス燃料の製造方法に関する。
【００３０】
ここで本発明者により既に特許された特許第６０５２６４９号では木質バイオマス原料は通常500℃以上の熱で炭化を行い結果としての炭化物をそのまま燃料として使用することを重要な技術構成としているが、本発明では炭化処理温度を500℃よりも低い温度、例えば200〜450℃、好適には250〜300℃で炭化処理を行う。
【００３１】
より具体的には200〜450℃の低炭化温度及び低酸素又は無酸素環境条件の下で炭化処理を行うと、木質バイオマス原料の主成分であるセルロースやリグニン、ヘミセルロース等の繊維質が熱分解を受け炭素成分が増加することで炭化物の破砕性が向上すると共に、木質バイオマス原料中の水分が蒸発して水分含有量が低下することで炭化物単位質量あたりの発熱量が増加する。
【００３２】
更には、原料組成中に一部完全炭化されない組織が残存したり熱分解に伴い生成される有機化合物等の可燃性成分が一部残留することで半炭化物の着火性を向上させる。
【００３３】
すなわち、かかる成果物としての低温処理炭化物を本発明では「半炭化物」と称し、本発明の要旨はかかる半炭化物の状態において廃棄用の合成樹脂と混練してバイオマス燃料に適した形状に成型化することにある。
【００３４】
また、炭化室内では木質バイオマス原料を網状の上方開口の箱型炭化トレイに収納して重ねて段積みして炭化室を密閉しエジェクタ―機能により炭化室内の空気を吸引して無酸素状態として熱流路層からの500℃以下、最適には200℃〜450℃の範囲の輻射熱により木質バイオマス原料を加熱して炭化する。
【００３５】
また、炭化室外周の五側面にそれぞれジグザグ状に形成した熱流路は、互いに一定間隔を保持して並設した多数の隔壁間により熱単体流路を多数平行して形成すると共に、隣接する各熱単体流路はそれぞれ始端と終端においてのみ連通してジグザグを形成するように構成している。
【００３６】
また、熱流路は、外気と遮断した熱流路層において炭化室外周の五側面にそれぞれジグザグ状に形成すると共に、五側面のうち三側面のジグザグ状の熱流路はそれぞれ一本に連続した第１流路とし、他の二側面のジグザグ状の熱流路はそれぞれ連続した第２流路とし、更には、第１流路の始端と第２流路の始端は共に炭化室の一側面に開口した燃焼室からの熱風供給路の終端開口部に連通して合流すると共に、第１流路の終端と第２流路の終端は共に熱風供給路の終端開口部と反対側の炭化室の一側面に設けた熱風排出路の始端開口部に連通して合流している。
【００３７】
また、半炭化処理された木質バイオマス原料と混練する廃棄用の合成樹脂は農業用廃棄ポリエチレン或いは塩化ビニルである。
【００３８】
また、半炭化処理された木質バイオマス原料と廃棄用の合成樹脂とは約３対１の重量割合でそれぞれ粉砕して混練している。
【００３９】
また、炭化炉ケースと、炭化室と、炭化炉ケース内側面と外周側面との間の熱流路層と、ジグザグ状の熱流路と、熱流路に連通した燃焼室と、炭化室と燃焼室との間のガス移送管と、燃焼室に連通した燃焼ガス管とより構成した炭化装置は、移動可能なトレーラのシャーシに積載可能とすることにより木質バイオマス原料の発生個所に赴いてバイオマス燃料をつくることができる。
【００４０】
以下、実施形態に係るバイオマス燃料の製造方法について図面を参照しながら説明する。図１は、バイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置の全体構成の概念を示す説明図である。また、図２は、炭化装置の外観を示す正面図である。図４は、炭化室２を囲繞する熱流路４の構成を一側面上方側からみた斜視図である。
【００４１】
〔１．炭化装置〕
本発明に係るバイオマス燃料の製造方法に使用する炭化装置Ａは、図１及び図２に示すように、その中央部に熱風を発生する燃焼室６と、燃焼室６の上方両端側に熱風が流通する熱流路層３、３’で正面を除いた外周を囲まれた２つの炭化室２、２’と、を備えており、熱風を熱流路層３、３’全域に亘って送風循環させ、炭化室２、２’内部に収容した炭化処理対象物を炭化室２外部から間接的に加熱して炭化しようとするものである。
【００４２】
熱流路層３には、図４に示すように、蛇型構造の熱流路４が形成されており、炭化室２、２の外周で熱風を規則的に流通させて熱エネルギーを効果的に炭化室２、２’内部の炭化処理対象物に伝熱する。
【００４３】
すなわち、熱風や冷風といった気体の流体が炭化室２へ与える様々な影響、例えば熱交換に伴う炭化室２側壁の熱膨張や熱斑、伝熱効率、熱流路４内を流通する流体の流速を加味した上で、複数の隔壁４１を炭化室２の外周に一定の規則性を有して配設し、ジグザグ状の熱流路４ａ、４ｂが形成される。
【００４４】
そして、このようなジグザグ状の熱流路４ａ、４ｂ内を熱風が流通することにより、熱風の熱エネルギーが炭化室２、２’内部の炭化処理対象物に極めて効果的且つ効率よく伝わり、炭化処理速度や固定炭化率といった炭化装置Ａとしての炭化処理機能を飛躍的に向上させている。
【００４５】
このように間接加熱方式の炭化装置Ａは、熱媒流体や冷媒流体との間で加熱や冷却といった熱交換率を飛躍的に上昇させる熱流路４ａ、４ｂを炭化室２、２’に対し一定の規則性に従って備え、熱交換時に発生する弊害を防止ししている。
【００４６】
次に、本実施例に係る炭化装置Ａの各構成について詳細に説明する。図５は、炭化室２を囲繞する熱流路４の構成を他側面下方側からみた斜視図である。なお、以下の説明において、左右対称構造を有する炭化室等について、炭化室２を中心に説明し、他方の炭化室等については説明を省略する。
【００４７】
炭化室２は、図４、図５及び図７に示すように、箱型方形状に形成しており、炭化室２と相似形の炭化炉ケース１内に収納されている。
【００４８】
すなわち、炭化炉本体１１は炭化炉ケース１と炭化炉ケース１内に収納する炭化室２とで入れ子構造とし、炭化炉ケース１内側面と炭化室２の炭化処理対象物出入口２ｆ側を除いた外周五側面との間に外気と遮断するように側板３ａにより外周が閉塞された熱流路層３を形成し、この熱流路層３にジグザグ状の熱流路４を形成している。
【００４９】
更には、図１及び図７に示すように、熱流路層３の外側板３ａと炭化炉ケース１の内側板との間には一定の間隙を形成して断熱空気層８０としている。従って、炭化炉ケース１とその内部に入れ子構造で収納した炭化室２との間には扉部１２と底面を除いて他の周側面間にこのような断熱空気層８０が形成されていることになる。
【００５０】
また、図２に示すように、炭化室２は、内部に炭化処理対象物を収容する空間と、正面側に炭化処理対象物の炭化室内部への装入及び炭化処理物の収集を可能とする正面開口の炭化処理対象物出入口２ｆを形成し、同炭化処理対象物出入口２ｆを閉塞して炭化室２内部に収容した炭化処理対象物と外気との接触を遮断する扉部１２が開閉自在に枢支されている。
【００５１】
かかる扉部１２と炭化炉ケース１のそれぞれの内部にはセラミックウール８１などの断熱素材が充填されており、実際にはシート状のセラミックウールを数枚積層して貫通ボルトなどにより固定している。
【００５２】
また、炭化室２は、図１及び図４に示すように、その一側面の中央部上部で乾留ガス移送管７を介して燃焼室６内と連通連設し炭化室２内で生成した乾留ガスを燃焼室６内に還流して高燃焼効率化を図っている。
【００５３】
かかる炭化室２の内部には、炭化処理対象物として、例えば廃棄材木や日用品のうち有機材料でできている廃棄物などが収納される。そのために、炭化室２内には炭化処理対象物の収納機構を取り出し自在に収納する。
【００５４】
次に、図１〜図３を参照しつつ、燃焼室６の構成について説明する。図３（ａ）は、燃焼室６の全体構成を示す説明図であり、図３（ｂ）は、燃焼室６内部における熱風の旋回流の発生状態を示す説明図である。
【００５５】
燃焼室６は、図１及び図２に示すように、直方体形状で前後二個の炭化室２の間に挟まれるように配設されている。燃焼室６は、前側壁６ａ略中央に熱風生成用のバーナー６１が設けられ、上側壁６ｂの前部位置から燃焼室６内方に乾留ガス移送管７、７が突出され、上側壁６ｂの後部位置には２つの熱風流入管５ａ、５ａ’及びその上部で連通する熱風送気部６２が配設され、熱風送気部６２後方には混焼部６３が形成されて構成している。なお、燃焼室６の全外周は耐火材料、例えば耐火煙瓦等で耐熱性壁体６４で囲繞している。
【００５６】
バーナー６１は、後述する灯油ガスを燃料として燃焼室６の内部で燃焼室６の後側壁６ｃに向かう火炎を噴射し、移送空気等を燃焼加熱して熱風を生成する。
【００５７】
また、一対の乾留ガス移送管７、７’は、燃焼室６の上側壁６ｂの前部位置から燃焼室６の内方にそれぞれ突出している。７ｃ、７ｃ’は乾留ガス移送管７、７’の先端開口部、６ｃは燃焼室６の後側壁を示す。
【００５８】
すなわち、一対の乾留ガス移送管７、７’の先端開口部７ｃ、７ｃ’は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、乾留ガス移送管７、７’から燃焼室６内部へ噴出供給される乾留ガスや燃焼用空気が左右両側壁６ｄ、６ｄ’に斜め方向に突き当たると共にバーナー６１の火炎噴射方向両側に沿って互いに回転方向を違える２つの旋回流を発生させるように配設している。
【００５９】
混焼部６３は、熱風送気部６２の後方で、燃焼室６の後側壁６ｃ、上下側壁及び左右両側壁６ｄ、６ｄ’で囲まれる所定空間として設けている。熱風送気部６２は、燃焼室６の上側壁６ｂの後部位置から上方に向けて突設された所定空間を有する箱型部材であり、その上部で２つの熱風流入管５ａ、５ａ’を連設している。
【００６０】
このように燃焼室６を構成することにより、互いに旋回方向を違えた乾留ガスと燃焼空気とからなる２つの旋回流は、負圧となる中心部に更なる乾留ガスや燃焼用空気を引き込みつつ、バーナー６１の火炎噴射方向に沿って燃焼しながら混焼部６３に移動する。
【００６１】
そして混焼部６３では、移動してきた旋回流が燃焼室６の後側壁６ｃや左右側壁６ｄ、６ｄ’に突き当たり乱流状態となることで混焼促進され乾留ガスを完全燃焼して高温の熱風を生起することを可能としている。
【００６２】
この熱風は、いったん燃焼室６の上側壁６ｂ後部の熱風送気部６２内に一定量が吹き溜まり一時的に滞留することで、燃焼室６の内圧や熱上昇付勢が滞留熱風に略均一化して働き、２つの熱風流入管５ａ、５ａ’に対して流入する熱風の分流量割合を一定としている。
【００６３】
このように、燃焼室６は、比較的小型でシンプルな構造を有しつつも乾留ガスの燃焼効率を飛躍的に向上して高温の熱風を生起することを可能としている。なお本実施形態の燃焼室６の内部容積は、約0.71ｍ3となるように設計されており、燃焼室を大型化することなく上述の構成を備えることで、効果的な高温の熱風生成を可能としている。
【００６４】
また、燃焼室６は、熱風流入管５ａ、５ａ’を介して炭化室２、２’の外周に形成した熱流路４、４’と連通連設している。すなわち、燃焼室６で生成した熱風は、熱風流入管５ａ、５ａ’を介して、上述の炭化室２、２’の外周に形成した熱流路４、４’を炭化室２、２’と熱交換をしながら循環し、熱風排出路１０である排出管１０ａを通じて煙突１０ｂから排出されることとなる。
【００６５】
次に、熱流路４の基本的な構成について、図４〜図６を参照しながら説明する。図６は、２つの熱流路４ａ、４ｂの流通過程を示す展開図である。
【００６６】
熱流路４は、図４〜図６に示すように、外気と遮断した熱流路層３において炭化室２外周の五側面にそれぞれジグザグ状に形成すると共に、五側面のうち三側面のジグザグ状の熱流路層３はそれぞれ一本に連続した第１流路４ａとし、他の二側面のジグザグ状の熱流路はそれぞれ連続した第２流路４ｂとして構成している。
【００６７】
更には、図４に示すように、第１流路４ａの始端と第２流路４ｂの始端は共に炭化室２の一側面２ａに開口した燃焼室６からの熱風供給路５の終端開口部５ｂに連通して合流すると共に、図５に示すように、第１流路４ａの終端と第２流路４ｂの終端は共に熱風供給路５の終端開口部と反対側の炭化室２の一側面２ａに設けた熱風排出路１０の始端開口部１０ｃに連通して合流する構成とし、ジグザグ形状を構成すると共に各流路間は複数の隔壁４１で区画されている。
【００６８】
換言すれば、炭化室２の外周側面に複数の隔壁４１を立設して炭化室２の外方をジグザグ形状に区画すると、この区画された通路が熱流路４となり、図４〜図６に示すようにその周囲を外側板３ａにより外気と遮断した熱流路層３を形成することとなる。
【００６９】
第１流路４ａと第２流路４ｂとは、熱風流入管５ａの終端開口部５ｂを略半分にする位置で炭化室２の一側面２ａに設けた分流壁４０により区画される。分流壁４０は、燃焼室６から送られてくる熱風を第１流路４ａと第２流路４ｂとに分流する部位であり、熱風流入管５ａが設けられた炭化室２の一側面２ａの背面２ｄ側近傍位置、すなわち熱風流入管５ａの終端開口を半分に分割する位置に炭化室２の一側面２ａに上下方向に連設している。
【００７０】
炭化室２外周の五側面の各熱流路４ａ、４ｂは、それぞれ各側面に所定間隔を隔てて複数の隔壁４１を立設することにより熱流路層３に形成される。なお、各流路４ａ、４ｂのより具体的な構成は後述するとおりである。
【００７１】
第１流路４ａは、図４〜図６に示すように、炭化室２の一側面２ａに形成した第１流路上流部４ａ−１と、炭化室２の上面２ｂに形成した第１流路中流部４ａ−２と、炭化室２の他側面２ｃに形成した第１流路下流部４ａ−３とで構成している。同様にして、第２流路４ｂは、炭化室２の背面２ｄに形成した第２流路上流部４ｂ−１と、炭化室２の下面２ｅに形成した第２流路下流部４ｂ−２とで構成している。
【００７２】
第１流路４ａは長流路とし第２流路４ｂは短流路とし、五側面に形成した熱流路長さを可及的長く形成することで、各流路内部を流通する熱風の流通時間を引き延ばしつつも２つの流路に熱風を分流させて炭化室２内部への熱交換効率を向上させている。
【００７３】
第１流路４ａや第２流路４ｂは、それぞれ上流側と下流側にかけて、各流路部の始端と終端でのみ連通している。また、第１流路４ａと第２流路４ｂのそれぞれの終端は、図５に示すように、炭化室２の分流壁４０を設けた一側面２ａと反対側の側壁６ｄに、熱風排出路１０である排出管１０ａの始端開口部１０ｃで連通して合流するように構成している。
【００７４】
すなわち、熱流路４は、最上流端に分流壁４０による分流部を形成して２つの流路に分けることで熱風の上流側と下流側の熱エネルギー差を可及的なくして熱斑の発生を抑制すると共に、２つの流路の最下流端には排出管１０ａの始端開口部１０ｃによる合流部を形成して一方の流路の熱風排出速度に応じて他方の流路の熱風を引き込むエジェクション効果を生起し、分流部にて各流路の体積に応じた熱風流入量を一定とすることを可能としている。
【００７５】
次いで、図１及び図３を参照しながら、燃焼室６の燃焼機構について説明する。燃焼室６のバーナー６１は、灯油ガス、または炭化処理対象物から熱分解時に発生する乾留ガスを燃料として燃焼し、熱流路４に熱風を供給して炭化室２を間接加熱する。
【００７６】
燃焼室６のバーナー６１の基部は、図１に示すように、灯油供給管１４ａを介して灯油タンク１４と、また、燃焼空気送管１３を介して燃焼用空気送風用の送風機９ａと、それぞれ連通連設している。
【００７７】
また、炭化室２と燃焼室６とを連通する乾留ガス移送管７の中途部７ｂには、送風機９ｂからの燃焼用空気を乾留ガスに混入する燃焼空気送管１６が連結している。より具体的には、乾留ガス移送管７の膨出形状の中途部７ｂ内で、送風機９ｂと連結した燃焼空気送管１６を、その終端開口を下流側に向けて（燃焼室６側方向）配設している。
【００７８】
すなわち、送風機９ｂは、乾留ガス移送管７に供給する空気流量に応じて、乾留ガス混焼用の空気を燃焼室６内へ吹き込むとともに、炭化室２で発生した乾留ガスを炭化室２から乾留ガス移送管７へ引き込むエジェクターとして機能する。
【００７９】
また、燃焼空気送管１３、灯油供給管１４ａ、燃焼空気送管１６、乾留ガス移送管７の中途部には、自動開閉バルブ１３ａ、１６ａ、１４ｂ、７ａが設けられ制御盤１５で制御される。
【００８０】
このうち乾留ガス移送管７の自動開閉バルブ７ａは、乾留ガス移送管７において燃焼空気送管１６の連結部位よりも上流側の中途部に装着しており燃焼室６への乾留ガスの過剰供給を防止している。
【００８１】
そして、燃焼室６のバーナー６１の燃焼調整は、炭化炉本体１１の外部に独立に配置した制御盤１５のタッチパネルディスプレーを通じて行う。例えば、バーナー６１の燃焼温度が燃焼室６に配設した温度センサー１５ｂ（望ましくはUVセンサー）からの情報を制御盤１５に内蔵されたバーナー制御ユニット１５ａを介して外部出力される。
【００８２】
燃焼室６への灯油ガスや乾留ガスの供給の自動調節は、制御盤１５に内蔵されたバーナー制御ユニット１５ａや図示しない炭化室制御ユニットを通じて、炭化室２の温度上昇に伴い炭化室２内部で発生した乾留ガスの供給量に応じて行う。なお、制御盤１５は、開閉バルブＶや炭化室温度を検出する熱電帯Ｔとも連絡している。
【００８３】
すなわち、制御盤１５は、バーナー６１の燃焼出力を40000kcl/h〜460000kcl/hとし、炭化室２の温度を０℃以上1000℃以下として燃焼室６への灯油ガスや乾留ガスの供給量を自動制御し、炭化室２内部に収容した炭化処理対象物を無酸素又は低酸素状態で高熱炭化を可能とする。
【００８４】
このように、本実施形態に係る炭化装置Ａの燃焼室６の燃焼機構は、制御盤１５を介して炭化室２、２’の情報と燃焼室６の情報とを連携することにより、炭化作業中の不意の事故を回避することができ、しかも低燃費化することができ、作業負担を軽減すると共に、極めて効率的で安定した炭化処理作業を実現可能としている。
【００８５】
次に、図４〜図６を参照しながら、２つの熱流路４ａ、４ｂの具体的な構成について説明する。燃焼室６で発生した高温の熱風は、炭化室２外周の五側面にそれぞれジグザグ状に形成した第１流路４ａと第２流路４ｂとを流通し、炭化室２と熱交換する。
【００８６】
第１流路４ａと第２流路４ｂは、図４〜図６に示すように、互いに一定間隔を保持して並設した多数の隔壁４１間により熱単体流路４２を多数平行して形成すると共に、隣接する各熱単体流路４２はそれぞれ始端４３と終端４４においてのみ連通してジグザグを形成するように構成している。
【００８７】
炭化室２の五側面に立設する隔壁４１は、長手を炭化室２の各互側面の幅員よりも短く且つ短手を炭化室２と炭化炉ケース１との幅員と略同じ長さに形成した平板であり、炭化室２各五側面において、それぞれ上下、左右、前後を互いにずらして所定間隔を隔てて平行に配設することで隣接する熱単体流路４２同士の始端４３や終端４４を連通する。また、隣接する隔壁４１の互いの間隔幅は、約200mmとしている。
【００８８】
そして、図６に示すように、第1流路上流部４ａ−１や第１流路下流部４ａ−３は、炭化室２の一側面２ａや他側面２ｃにおいて熱単体流路４２の長手方向を上下方向に沿うようにジグザグ状に複数の熱単体流路４２を多数平行して形成している。一方で、第１流路中流部４ａ−２は、炭化室２の上面で第1流路上流部４ａ−１や第１流路下流部４ａ−３の熱単体流路４２の長手方向に直交する方向でジグザグ状に熱単体流路４２を多数平行にして形成している。
【００８９】
また、第２流路上流部４ｂ−１は炭化室２の背面で熱風流通方向を上部から下部にかけて左右方向にジグザグ状に降下するように熱単体流路４２を多数平行して形成している。一方で、第２流路下流部４ｂ−２は炭化室２の底面で第２流路上流部４ｂ−１の熱単体流路４２の長手方向に直交する方向で、一端から他端にかけてジグザグ状にして熱単体流路４２を多数平行して形成している。
【００９０】
このように形成した熱流路４は、炭化処理対象物の炭化処理後に炭化室２を冷却する冷却流路として兼用することができる。すなわち、炭化室２の冷却は、図１に示すように、バーナー６１の燃焼を停止して送風機９ａや送風機９ｂの他に、送風機９ｃから供給される大容量の冷風を熱風供給路５を介して熱流路４に流通させることにより行う。
【００９１】
送風機９ｃは、炭化室２を強制冷却するために増量空気を送風する主力ブロアとして機能し、冷却空気送管１７を介して熱風流入管５ａの膨出状中途部で熱風流入管５ａと連結している。なお、冷却空気送管１７には自動開閉バルブ１７ａが装着されており、炭化加熱時は制御盤１５により自動開閉バルブ１７ａを閉鎖状態とする。
【００９２】
このような炭化処理後の冷風の流通により、熱流路４、４’を備えた炭化室２、２’の強制空冷機能を付与し、炭化室２の冷却時間を短縮することができる。
【００９３】
このように、本発明による炭化装置Ａは、炭化処理の際には少ない熱エネルギー源で優れた炭化処理機能を有しつつも、炭化処理後には冷却機能をも兼用できる流路構造を有しているためコンパクト化が可能であり、１つの燃焼室６に対して２つの炭化室２、２’を備えて大容量の炭化処理対象物を一度に炭化処理するこが可能としている。なお、本実施形態に係る炭化装置Ａおいて、上述のごとく内部容積を約0.71ｍ3とした燃焼室６は、内部容積（収容部）を約4ｍ3とした炭化室２と熱風供給路５を介して連通連設している。
【００９４】
すなわち、熱風生成空間を小型化した燃焼室６であるにも関わらず高温の熱風を生起するとともに、炭化室が熱交換効率を飛躍的に上昇させた構造を備えることで、２つの炭化室２、２’の内部に十分に熱を行き渡らせ、収納した炭化処理対象物を炭化することを可能としている。
【００９５】
このように構成した炭化室２の内部には、炭化処理対象物を直接装入して炭化処理に供することは勿論、図２及び図７に示すように、炭化処理対象物を収納した状態の収納機構９０として炭化トレイ２０を装入して炭化処理対象物を炭化処理することもできる。
【００９６】
すなわち炭化トレイ２０は、図２や図８に示すように、炭化室２内部空間よりやや小さくした方形状に形成し上方開放の箱型にして周壁は金網２０ａで構成し、底部四隅には脚体２０ｂを垂設して炭化トレイ２０を数段に重ねたときに脚体２０ｂを介して上下段の炭化トレイ２０の間にフォークリフトの爪が差し込まれる空間Ｓが形成されている。
【００９７】
このような構成により、炭化室２内において炭化トレイ２０に収納した任意に不整列に積層した不定形状の炭化処理対象物に可及的均一迅速にかつ万遍なく輻射熱が照射されるとともに、炭化処理対象物の間隙を熱分解に伴い生じる熱乾留ガスが効率よく流通して不定形状の炭化処理対象物の全面に可及的に熱風を接触させ炭化処理の効率化を行うことができる。
【００９８】
また、本発明による炭化装置Ａは、図９〜図１２に示すように、炭化処理車両３０に搭載可能な構造としている。図９及び図１０は、炭化室を炭化室ケースへ収容する際の載置構造を示す説明図である。図１１及び図１２は、炭化装置Ａを搭載する炭化処理車両３０を示す説明図である。
【００９９】
炭化炉本体１１は、図９及び図１０に示すように、炭化室２の底面の所定箇所、例えば、炭化室２の下方に敷設するレール３４、３４’に対応する位置の４か所に支持突起２１、２１’を突設し、炭化炉ケース１の底部にＨ鋼３５、３５’を介して敷設したレール３４、３４’上に載置可能に構成している。
【０１００】
しかも、炭化室２の支持突起２１、２１’はレール３４、３４’に穿設した突起支持孔３４ａ、３４ａ’に一定のクリアランスを保持して遊嵌されるように構成しており、熱膨張による構成部材の伸縮から生じる炭化室２の変形変位を突起支持孔３４ａ、３４ａ’のクリアランスで吸収すべく構成している。
【０１０１】
このように炭化炉本体１１を構成することにより、炭化室２、２’の熱膨張によって生起する構成部材の伸縮を、突起支持孔３４ａ、３４ａ’と支持突起２１、２１’との間のクリアランスで吸収することを可能としている。
【０１０２】
そして、図１１及び図１２に示すように、このように構成した二個の炭化炉本体１１、１１’と炭化炉本体１１、１１’の間の燃焼室６を、車載用のトレーラ３１のシャーシ３３に炭化炉本体１１、１１’の各部材や構造セクションの重量負荷を可及的に軽減できるような重量配分を行うように配設して炭化処理車両３０を構成している。
【０１０３】
すなわち、トレーラ３１のシャーシ３３の後半部３３ｂを前半部３３ａをよりやや下方位置に形成し、図１２に示すように、後半部３３ｂのシャーシ３３には二個の炭化炉本体１１、１１’を前後に配設すると共にその間に燃焼室６を介設し、前半部３３ａのシャーシ３３には操作及び作動関係の付属関連部材９１として制御盤１５を備える操作制御装置１９や発電装置１８、灯油タンク１４、灯油ポンプ１４ｃを配設している。
【０１０４】
このように構成することでシャーシ３３の後半部３３ｂに、前半部３３ａより下位置で二個の炭化炉本体１１の大重量負荷をかけてトラクター３２とトレーラ３１との連結部分における重量負荷の軽減を図ることができ、可及的に牽引動力の伝達を円滑に行うことができるために炭化装置の路上走行移動に伴う牽引に何ら支障がない。
【０１０５】
更には、トレーラ３１とトラクター３２とを連結して車両全体を長大化させて路上走行を行う場合に路上カーブのハンドリングに際し、シャーシ３３の後半部３３ｂでシャーシ３３の前半部３３ａより下位置において二個の炭化炉本体１１、１１’の重量負荷をかけているので、シャーシ３３の最後尾が振れる状態を可及的に防止することができることになりより安全な走行を行うことができる。
【０１０６】
また、シャーシ３３前半部３３ａに操作及び作動関係の付属関連部材９１を配設したことにより、装置の点検やメンテナンス作業が行い易く、また路上走行時の路面の凹凸に伴う走行振動が前半部３３ａが後半部３３ｂより高い位置にあるため振動衝撃を直接に受けることなく計器類の誤作動や故障を可及的に防止することができる。
【０１０７】
〔２．炭化処理車両の使用方法〕
次に、炭化装置Ａ及び同炭化装置Ａを搭載した炭化処理車両３０の使用方法について説明する。
【０１０８】
間接加熱方式の炭化装置Ａを搭載した炭化処理車両３０は、空の炭化トレイ２０を複数積んで廃棄物発生地を巡回し、廃棄物排出地で炭化処理対象物、すなわち、木質バイオマス原料、例えば木材の材部分を除く未利用の木質資源（バーク、枝条、草木類、竹、剪定枝、林地残材、植林の針葉樹、広葉樹、灌木、早生樹としてのユーカリ、ポプラ、コヨウザン、チャンチンモドキ、センダンなど、樹皮、建築廃材、稲わら、バガス、家畜用の敷き藁、野菜くず等）を炭化トレイ２０に収容する。ここで用いる木質バイオマス原料は廃棄物由来の砂、釘や植物本体の含有するシリカ等の含有量が少なくリグニン含有量の高いものが望ましい。
【０１０９】
木質バイオマス原料の収集後、二個の炭化室２、２’またはいずれか一方の炭化室２、２’に炭化トレイ２０を装入して扉部１２にて密閉し、炭化処理車両３０に搭載した制御盤１５を通じて燃焼室６のバーナー６１を作動させる。
【０１１０】
制御盤１５には、各種スイッチ（未図示）が装着されており、バーナー６１を自動で点火して、最初に灯油ガス燃料を利用してバーナー６１を燃焼させる。すなわち、燃焼空気送管１３の自動開閉バルブ１３ａ及び灯油供給管１４ａの自動開閉バルブ１４ｂの開放し、送風機９ａからの移送空気や灯油タンク１４からの灯油ガスがバーナー６１に供給し、燃焼室６内にバーナー６１の火炎噴射を発生させる。
【０１１１】
バーナー６１の燃焼により燃焼室６内に熱風を発生させ、炭化室２、２’を加熱すると、炭化室２、２’内部で可燃性の乾留ガスが発生する。炭化室２、２’内部で発生した乾留ガスの主な成分は、木質バイオマス原料の主成分であるセルロースやリグニン、ヘミセルロース等の繊維質が熱分解を受けて生成されたフェノール類等の可燃性有機化合物である。すなわち、木質バイオマス原料は炭化処理に伴い繊維質が熱分解されることで揮発性有機化合物や不揮発性有機化合物といった可燃性成分を生成する。
【０１１２】
そして、送風機９ｂの燃焼空気送管１６の自動開閉バルブ１６ａが開放され、送風機９ｂからの移送空気を乾留ガス移送管７内に導入して炭化室２内部で発生した乾留ガスを乾留ガス移送管７に吸引し、乾留ガスと燃焼用空気が燃焼室６に供給される。なお、外気と遮断された炭化室２内部は、木質バイオマス原料の熱分解の進行に伴い炭化室２内部に残存する酸素が消費されて無酸素状態となる。
【０１１３】
また、バーナー６１への灯油ガスの供給量は、乾留ガスの燃焼室６への供給量に応じて、制御盤１５により燃焼空気送管１３の自動開閉バルブ１３ａや灯油供給管１４ａの自動開閉バルブ１４ｂを閉鎖方向に絞ることで少なく調節する。
【０１１４】
一方で、炭化室２内部における乾留ガスの発生量が多い場合には、乾留ガス移送管７の自動開閉バルブ７ａを閉鎖方向に絞ることにより、燃焼室６内への乾留ガスの過剰供給による不意の事故を防止している。また、乾留ガスが不足した場合には、燃焼室６の温度低下を防止するため、灯油ガス燃料を供給してバーナー６１を追加的に燃焼させて発生する熱量を安定させている。
【０１１５】
すなわち、乾留ガスや灯油ガスの供給量は、各熱電帯Ｔや温度センサー１５ｂにより検出した燃焼室６や炭化室２内部の温度情報を元に、燃焼室６を40000kcl/h〜460000kcl/hで、且つ、それぞれの炭化室２、２’を０℃以上1000℃以下の温度となるように、制御盤１５により流量を自動調節している。
【０１１６】
また、炭化室２、２’の熱流路４、４’内の熱風と炭化室２、２’との間では、以下のような熱交換が行われる。
【０１１７】
まず、分流壁４０により第１流路４ａと第２流路４ｂにそれぞれ分流して流入した熱風は、第１流路４ａにおいてはジグザグ状の流路に沿って炭化室２の一側面２ａ、上面２ｂ、他側面２ｃを順次流通する一方、第２流路４ｂにおいてはジグザグ状の流路に沿って炭化室２の背面２ｄ、下面２ｅを順次流通して排出管１０ａの始端開口部１０ｃで合流する。
【０１１８】
つまり各側面に形成した第１流路４ａや第２流路４ｂをジグザグ状に順次なぞるようにして熱風が流通することで、各側面を均一な温度分布となるように加熱し、熱斑の発生を抑制している。
【０１１９】
より具体的には、図６に示すように、第１流路４ａを流通する熱風は、送風機９ａや送風機９ｂの熱風付勢圧と熱風の熱上昇も相俟って、第1流路上流部４ａ−１を背面２ｄ側から正面側に向けて上下ジグザグ状に流通して第１流路中流部４ａ−２に至る。
【０１２０】
次いで、第１流路中流部４ａ−２の熱風は、第1流路上流部４ａ−１や第１流路下流部４ａ−３の熱単体流路４２の長手方向に対して直交する方向で多数平行とした熱単体流路４２を前後ジグザグ状に流通し、第１流路下流部４ａ−３に至る。すなわち、第１流路中流部４ａ−２内の熱風の流通方向は、第1流路上流部４ａ−１内の流通方向と直交する方向であるため、炭化室２の上面２ｂでの熱風の対流時間を長くすると共に第1流路上流部４ａ−１への熱風の逆流を防止している。
【０１２１】
そして、第１流路下流部４ａ−３に至った熱風は、正面側から背面２ｄ側へ向けて第１流路下流部４ａ−３をジグザグ状に上下流通して排出管１０ａに至る。また、第２流路上流部４ｂ−１内の熱風は、送風機９ａや送風機９ｂの送気付勢圧により、上面２ｂ側から下面２ｅ側に向けて左右ジグザグ状に降下流通し、第２流路下流部４ｂ−２に至る。
【０１２２】
次いで、第２流路下流部４ｂ−２に至った熱風は、第２流路上流部４ｂ−１の熱単体流路４２の長手方向に対して直交する方向に多数平行した熱単体流路４２を前後ジグザグ状に流通し、第１流路下流部４ａ−３に至る。すなわち、第２流路下流部４ｂ−２内の熱風の流通方向は、第２流路上流部４ｂ−１内の流通方向と直交する方向であるため、炭化室２の下面２ｅでの熱風の対流時間を要すると共に第２流路上流部４ｂ−１への熱風の逆流を防止している。
【０１２３】
しかも、各熱流路４を形成する各隔壁４１が、熱風との接触面積を拡大して炭化室２、２’の各側面に熱伝導しているだけでなく、各熱単体流路４２の始端４３や終端４４の隔壁４１端部がフィンとして機能することで熱流路４内で熱風の旋回流を生起し、熱風と炭化室２との熱交換率を飛躍的に上昇させて、炭化室２内部に向けた輻射熱エネルギーを向上している。
【０１２４】
そして、熱風が各熱流路４ａ、４ｂを順次流通することにより、扉部１２で密閉した炭化室２、２’の六側面には僅かながら温度差が生起している。図１３（ａ）は、炭化室内部における熱ガス対流の側面図を示し、図１３（ｂ）は、炭化室内部における熱ガス対流の正面図を示す。
【０１２５】
すなわち、炭化室２、２’の六側面における温度の関係は、背面２ｄ≧熱風供給路５が配設される一側面２ａ＞下面２ｅ＞上面２ｂ＞熱風排出路１０は配設される他側面２ｃ＞扉部１２で炭化処理対象物出入口２ｆを閉塞して形成される正面２ｇの順となる。
【０１２６】
このような炭化室２の各側面の熱温度差により炭化室２内部に充満する乾留ガスの熱ガス対流現象が起こる。すなわち、比較的他の側面よりも高温状態の下面２ｅで加熱された乾留ガスは、図１３（ａ）に示すように、炭化室２内部の側面視において、背面２ｄ側→上面２ｂ側→正面２ｇ側→下面２ｅ側へと還流するように熱ガス対流を生起する。
【０１２７】
一方、図１３（ｂ）に示すように、炭化室２内部の正面視において、乾留ガスは、下面２ｅ側→一側面２ａ側→上面２ｂ側→他側面２ｃへと還流するように熱ガス対流を生起する。
【０１２８】
また、炭化トレイ２０に収納した任意に不整列に積層した不定形状の木質バイオマス原料に可及的均一迅速にかつ万遍なく輻射熱が照射されるとともに、木質バイオマス原料の間隙を熱ガスである乾留ガスが効率よく流通して木質バイオマス原料の全面に可及的に熱風を接触させる。
【０１２９】
このように炭化室２内部で乾留ガスの対流現象が起こることにより、炭化室２内部空間の温度分布を略均一にしている。すなわち、炭化トレイ２０に積載した炭化処理対象物としての木質バイオマス原料は、炭化室２からの輻射熱と炭化室２内の乾留ガスの対流熱とによって熱分解が助長されて短時間で極めて固定炭化率の高い炭化物となる。
【０１３０】
ここで上述の如く、炭化室２内に収容された木質バイオマス原料は、熱分解に伴い炭化室２、２内に充満する可燃性乾留ガスにより蒸し焼きされたような状態で熱分解を受けて炭化が行われる。
【０１３１】
その結果、木質バイオマス原料の熱分解により生成される可燃性成分が、既に炭化した多孔質の炭素分に吸着、具体的には炭化組成物の多孔質に由来する微細孔に吸着されたり、熱分解されない一部の組織内部に留まったりすることで高濃度となる。特に、500℃以下の低温度焼成を行うことで炭化処理された木質バイオマス原料中の可燃性成分の残留性を向上させる。
【０１３２】
なお、炭化室２内において、上述の送風機９ｂの非稼働時には乾留ガスの自然対流が発生しやすい状態となり、送風機９ｂの稼働時には乾留ガス吸引により熱ガスの強制対流が発生しやすい状態となる。
【０１３３】
そして、炭化処理対象物の炭化処理の終了後には、上述の強制冷却機構を稼働させることで炭化装置Ａを急冷し、炭化室２内部の炭化物を短時間で取出すことを可能としている。
【０１３４】
特に乾留ガス中の可燃性成分は、強制冷却機構により急冷されることで気体から固体へ可及的速やかに相転移し、炭素成分や熱分解されない一部の組織中だけなくその全表面に付着して確実に残存することで含有量を高め、半炭化物或いは炭化物の発熱量や着火性を飛躍的に向上させている。
【０１３５】
このように本発明に係る炭化装置Ａは、燃焼室で生成した熱風と炭化室内空間との間の熱交換効率を飛躍的に上昇させる構造を有し、熱風の有する熱エネルギーを最大限利用して比較的低い熱エネルギーであっても短時間で安定して、且つ、極めて高い固定炭化率の炭化処理対象物の炭化処理を実現できる。
【０１３６】
ここで参考に炭化原料として杉の木を使用してその炭化生成物の分析試験結果報告書の内容を示す。
分析項目(分析の方法  ＪＩＳ  Ｍ  8814  8812  8819)
・高位発熱量      34500  Ｊ/g
・低位発熱量      33900  Ｊ/g
・水分            6.0  ％
・水素            2.49  ％
【０１３７】
これらの分析結果をカロリー換算で通常の杉の木の発熱量と比較すると通常の杉の木の炭化物は6000カロリーであるが、本炭化装置による炭化物では約8000カロリーであり、それだけ炭化率が高く石炭やコークス同様の発熱量を実現することができる。
【０１３８】
すなわち、炭化装置Ａによれば、コンパクト化されてトレーラに積載することができるので木質バイオマス原料を収集することができる場所に移動してその現場で炭化処理が可能となり、しかも完全な半炭化処理をすることができるように原料と極めて優れた熱交換効率を保持することができる構造を備えており、従って炭化処理対象物を収集すると同時に即時に炭化処理作業ができることは勿論、省エネルギー化、省スペース化を実現し、炭化処理対象物の減容化、減量化、再エネルギー化を簡易にかつコスト上も有利に行うことができる。
【０１３９】
ここで、かかる炭化装置Ａの実施において、通常の木炭や竹炭を製造する場合は低酸素又は無酸素条件の下で約500℃以上の熱で原料を完全炭化処理するが、半炭化物を製造する場合はこれよりも低温度の熱で木質バイオマス原料を低温乾留処理、すなわち半炭化処理する。
【０１４０】
より具体的には、半炭化処理の炭化温度は、炭化装置の容量や炭化処理工程、木質バイオマス原料の種類や炭化処理工程の変化、バイオマス燃料のユーザーの要望などによって200℃〜450℃までの範囲の温度に設定できる。なお、約350〜500℃で約２〜３時間炭化処理して得られた半炭化物においては、含水率約０〜５％、固定炭素率69〜76％、灰率１〜４％、残分は揮発分であった。
【０１４１】
好適には、250℃〜300℃の炭化温度がエネルギー利用効率面から良好であり、かかる加熱条件で炭化処理を行うと木質バイオマス原料の乾燥と10〜40％の単位発熱量の改善が行われながらも熱損失は30％以下に押さえることができるという成果を得ることができる。なお、約250〜300℃で約２〜３時間炭化処理して得られた半炭化物においては、含水率約４〜８％、固定炭素率約65〜72％、灰率約３〜５％、残分は揮発分であった。
【０１４２】
すなわち炭化装置Ａによれば、木質バイオマス原料の半炭化物において、水分含量を０％〜８％と低くすることができ、灰分を可及的に抑えて固定炭素率65％〜76％と高炭化率を実現できる。
【０１４３】
また、本発明に係る炭化装置Ａを搭載した炭化処理車両３０を使用するため廃棄物排出地を巡回して木質バイオマス原料を炭化トレイ２０に収納して車両走行中に炭化処理も可能であり、木質バイオマス原料の回収作業の場所的障害と炭化処理作業の時間的弊害にとらわれずに自由に場所の制約なくバイオマス原料の炭化処理作業を行うことができる効果がある。
【０１４４】
このように本発明に係る炭化装置Ａは炭化処理車両３０に搭載して廃棄物排出地を巡回して木質バイオマス原料を収集してその現場で、或いは車両走行中に炭化処理ができるが、剪定草木等の木質バイオマス原料おいては炭化装置を設置した工場まで容易に原料を搬送することができるため炭化装置による炭化処理は車両による移動式ではなく据置型として炭化処理作業が行える。
【０１４５】
特に木質バイオマス原料をカゴ詰めにしてそのまま炭化処理するように構成した据置型炭化装置にあっては原料の形状に制約が少なくバークやイネ科植物のように粉砕が困難な原料やピンチップのような不定形のものや未破砕の大きな原料等も炭化処理することができる。
【０１４６】
このように、本発明に係る炭化装置Ａは、バイオマス原料発生の現場における木質バイオマス原料の効率的な回収と簡易な半炭化処理を実現し、再資源化を図ると共に、木質バイオマス原料により惹起される環境汚染の問題、処理装置の設置や炭化処理に要するエネルギー、木質バイオマス原料処理等のコストの問題を根本的に解消することができるものである。
【０１４７】
〔３・バイオマス燃料の成型方法〕
次に、図１４に示すのは、上記した本発明に係る炭化装置Ａにより半炭化処理された木質バイオマス原料である半炭化物と、廃棄用合成樹脂とをそれぞれ粉砕して混練し、その後成型してバイオマス燃料に適した形状とするまでの過程を説明した図である。
【０１４８】
混練する廃棄用合成樹脂Ｘは通常農業用マルチや農業用ビニールハウス、プラスチック製の農業用具などの廃棄物を利用するものである。なお、農業用マルチの廃棄物は畑の畝に敷設する一定幅長尺のビニール製の農業用素材であり、マルチとしての使用後は丸めて廃棄処分される。また、廃棄用合成樹脂Ｘは、その形状において限定されるものではなく、例えば固形状、フィルム状であってもよい。
【０１４９】
廃棄用合成樹脂Ｘは、ポリエチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂のいずれか又は２以上を混合して採用することができる。より具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル、アクリル、メタクリル、ＰＥＴ、ポリエチレンテフタレート、ＰＶＡ、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、アセタール、ポリアセタール、ポリブチレンテフタレート、フェノール、ユリア、メラミン、ポリエステル、エポキシ、エチルセルロース等での素材である。なお、環境と需要によっては本や新聞紙類等の紙を原料として採用することとしてもよいし、上述の合成樹脂と混合して用いてもよい。
【０１５０】
畑の現場でこれらの廃棄用合成樹脂Ｘの回収をするが、畑の土壌が付着しているので予め水で洗浄して木質バイオマス原料との混練時に土が混入するのを防止する。その後裁断し、或いは取扱いに便利なように適当な大きさに切断してそのまま半炭化物と混練装置に投入する。
【０１５１】
混練するための廃棄用合成樹脂Ｘは洗浄前の低位発熱量が9000kcal/kg（37.7MJ/kg）であるが、これを水で洗浄して計測すると低位発熱量は10000kcal/kg（41.8MJ/kg）まで上昇した。従って、農業用マルチの廃棄物を回収して木質バイオマス原料と破砕混練する場合は水洗した方が発熱量を増加することができる。
【０１５２】
なお、バイオマス燃料Ｆのコスト低減化のためには水洗過程を省略して少々の土壌の混入にもかかわらずコストを優先したバイオマス燃料Ｆの製造方法とすることができるが、マルチ洗浄のための水洗設備を安価に購入することができる場合はコスト的にも負担にならず農業用マルチの廃棄物を洗浄して使用することができる。また、洗浄する場合は農業用マルチの廃棄物は洗浄後自然乾燥してその後裁断破砕して木質バイオマス原料と混練する。
【０１５３】
半炭化物Ｙは、上述の如く炭化装置Ａにより半炭化処理Ｓ１０されて含水率を約０％とした一定の小塊に形成されており、その後の農業用マルチの廃棄物である廃棄用合成樹脂Ｘとの混練を行い易くしている。
【０１５４】
半炭化物Ｙにおいて木質バイオマス原料の種類などにより含水率が異なるものが複数存在する場合には、炭化装置Ａにより500℃以上の炭化温度で完全炭化処理した含水率ほぼ０％の炭化物を所定容量添加して半炭化物Ｙの全体的な含水率を低下させることで発熱量を向上させることができる。
【０１５５】
半炭化物Ｙと廃棄用合成樹脂Ｘとは混練する前に予めそれぞれ破砕処理Ｓ１１する。半炭化物Ｙは、木質バイオマス原料中の繊維質が熱分解されて破砕性が向上した大小の塊となっているのでこれを圧着ローラ等の破砕機で機械的に粉砕して小片又は粒状、粉状体とする。
【０１５６】
特に本実施形態にかかる半炭化物Ｙは、炭化装置Ａを使用した半炭化処理により、その繊維組織のほとんどが分解され含水率をほぼ０％としていることから良好な破砕性を具備しており、破砕処理Ｓ１１では可及的速やかに粉状或いは粒状に破砕される。また、粉状、粒状、片状に破砕された半炭化物Ｙは、それぞれ微細孔を有した多孔質であり、粉砕前に比べて着火性を向上させている。
【０１５７】
混合する農業用マルチの廃棄物、すなわち廃棄用合成樹脂Ｘは、半炭化物Ｙと同様に裁断された破砕状態とする。破砕状態とするためには裁断機で数５mmから数100mmレベル、好ましくは10〜50mmレベルの裁断片まで裁断する。
【０１５８】
また、半炭化物Ｙと廃棄用合成樹脂Ｘとの混合比は材料の種類や半炭化物の炭化状況に応じて適宜変更することができ、例えば重量割合で約１対１から約６対１とすることができる。換言すれば、重量部換算で半炭化物１重量部あたり廃棄用合成樹脂約0.1〜１重量部の混合比にすることができる。
【０１５９】
ここで半炭化物１重量部あたり１重量部以上の廃棄用合成樹脂を添加混合することとすると、発熱量や着火性を低下させるだけでなく合成樹脂の燃焼に伴うダイオキシン等の有害物質が大量に発生する虞があるため好ましくない。
【０１６０】
また半炭化物１重量部あたり0.1重量部未満の廃棄用合成樹脂を添加混合することすると、成型されるバイオマス燃料の保形性が低下する。
【０１６１】
従って半炭化物Ｙと廃棄用合成樹脂Ｘとの重量割合は重量割合で約１対１から約６対１、好適には約３：１〜４：１とすることで混練性、着火性、発熱量を向上することができる。
【０１６２】
半炭化物Ｙと廃棄用合成樹脂Ｘとの混練処理Ｓ１２及び圧縮処理Ｓ１３はスクリュウ撹拌機を使用して行われる。スクリュウの回転に伴い廃棄用合成樹脂Ｘは、強制破断されて半炭化物Ｙと混練され一体化されると共に、スクリュウの回転による強制的な撹拌混練作動でスクリュウ表面と摩擦して生成される摩擦熱や混合原料がスクリュウの押出端へ押圧圧縮される過程で原料自体から生成される圧縮熱よって一部軟化し、より迅速に半炭化物Ｙと一体的に混練された混練一体原料を生成する。
【０１６３】
すなわち摩擦熱や圧縮熱により混合原料中で完全溶融状態又は一部溶融状態となった廃棄用合成樹脂Ｘが、混練処理Ｓ１２及び圧縮処理Ｓ１３を受ける過程で、混合原料中に複雑に張り巡らせ、片状、粒状、又は粉状の半炭化物Ｙ中に一部含浸されたり他の廃棄用合成樹脂Ｘと結着するなどし、廃棄用合成樹脂Ｘを中心に半炭化物Ｙを結着集合させる。
【０１６４】
より具体的には、摩擦熱や圧縮熱により混合原料の温度を70℃〜200℃以上、好適には90〜160℃以上とすることで、混合原料中の合成樹脂Ｘが溶融する。なお、廃棄用合成樹脂Ｘの熱変形温度（融点温度帯を含む）は、ポリエチレン系樹脂でおおよそ45〜170℃、塩化ビニル系樹脂でおおよそ80〜220℃、ポリオレフィン系樹脂でおおよそ100〜140℃である。
【０１６５】
混練処理Ｓ１２においては、半炭化物Ｙと廃棄用合成樹脂Ｘが混練された混合原料が生成される。混合原料温度は処理過程で生成される摩擦熱により廃棄用合成樹脂Ｘの熱変形温度帯である約40〜60℃に達する。熱変形温度帯の廃棄用合成樹脂Ｘは軟化して粘稠性を生起し混練過程で捩られ歪を生じつつ粉砕状態の半炭化物Ｙに複雑に絡みあうことで混練された混合原料を生成する。
【０１６６】
圧縮処理Ｓ１３では、混練された混合原料を加圧圧縮して混練一体原料を生成する。熱変形温度帯に加熱された混合原料の温度は、圧縮処理Ｓ１３における圧縮熱によりさらに加熱されて廃棄用合成樹脂Ｘの融点温度帯約70〜200℃に達する。
【０１６７】
融点温度帯の廃棄用合成樹脂Ｘは、圧縮処理Ｓ１３において一部溶融して圧縮に伴い徐々に密着してくる半炭化物Ｙの多数の微細孔に吸着含浸されたり、溶融により粘着性を有した樹脂表面に半炭化物Ｙを付着させたり他の廃棄用合成樹脂Ｘと融着することで半炭化物Ｙと共に混練一体原料となる。
【０１６８】
一方、半炭化物Ｙは、上述の摩擦熱と圧縮熱とが相俟って温度が上昇する。特に、半炭化物Ｙは、そのほとんどが粉状、粒状の炭素成分であるため、各処理で生成された熱を可及的拡大した表面積で優先的に吸収し、その温度を上昇させる。
【０１６９】
その結果、混合原料中で高温状態となった半炭化物Ｙは、廃棄用合成樹脂Ｘを加熱しつつ融解軟化を助長させると共に、溶融した廃棄用合成樹脂Ｘを含浸したり廃棄用合成樹脂Ｘへの付着が助長される。また、半炭化物Ｙ自体に残存する可燃性成分の一部が融解、揮発して微細孔から離脱し、廃棄用合成樹脂Ｘと相乗的に一体混練された混練一体原料となる。
【０１７０】
なお、破砕処理Ｓ１１や混練処理Ｓ１２、圧縮処理Ｓ１３の際に電気ヒータなどにより追加加熱処理を同時に行うことで、廃棄用合成樹脂Ｘや半炭化物Ｙの成分の溶融性を高めて両原料の混練性をさらに向上させることができる。
【０１７１】
このような処理によりバイオマス燃料Ｆは、着火性の高い半炭化物Ｙを廃棄用合成樹脂Ｘ周囲に結着させることでバイオマス燃料Ｆの着火性と発熱量を向上させると共に歪形を保持したまま再硬化した廃棄用合成樹脂Ｘを形状保持骨格として有する。
【０１７２】
また、半炭化物Ｙと廃棄用合成樹脂Ｘとの混練により木質バイオマス原料の欠点である収集した時の嵩高さや高含水率を解消することができる。例えばピンチップ状の破砕物やイネ科草木等の取扱いについても半炭化処理を行うことで破砕性が良好となる。
【０１７３】
このようにして半炭化物Ｙと農業用マルチの廃棄用合成樹脂Ｘとの混練処理Ｓ１２、及び圧縮処理Ｓ１３が完了した後、混練一体原料は成型機により成型処理Ｓ１４してバイオマス燃料Ｆの使用に便宜な一定の形状とする。
【０１７４】
成形機による成型処理Ｓ１４で成型されるバイオマス燃料Ｆの形状は限定されるものではなく、例えば平板状の小型円盤燃料とする場合や粒状燃料とする場合や球状燃料とする場合等燃料として使用する状況に応じて適宜変形することができる。特に上述の廃棄用合成樹脂Ｘの形状保持骨格機能により多種多様な形状に成型することが可能である。
【０１７５】
なお他の変形実施例として、廃棄用合成樹脂Ｘの代わりに産業系廃棄物の古紙やプラスチックを採用した場合には、さらに成型性を良好とし、燃焼時の発熱量を従来の建築廃材や紙類を用いた場合よりも高くすることができ、匂いや吸湿性も少なくなる。
【０１７６】
〔４．バイオマス燃料製造装置〕
次にバイオマス燃料の製造過程を実施するためのバイオマス燃料製造装置について具体的に詳説する。図１５（ａ）は半炭化物と廃棄用合成樹脂とを混練するバイオマス燃料製造装置の平面図、図１５（ｂ）はその側断面図を示す。
【０１７７】
バイオマス燃料製造装置Ｂは、炭化物或いは半炭化物Ｙと、廃棄用合成樹脂Ｘとの両原料を破砕し、混練、圧縮、成型する機能を具備している。すなわち、半炭化処理された木質バイオマス原料と廃棄用の合成樹脂を粉砕する破砕部と、破砕された前記木質バイオマス原料と前記廃棄用の合成樹脂を混練する混練部と、混練された混合原料を加圧圧縮する圧縮部と、圧縮部で加圧圧縮された混練一体原料をバイオマス燃料に適した形状に成型する成型部を備える。
【０１７８】
より具体的には、図１５（ｂ）に示すように、バイオマス燃料製造装置Ｂの基枠１００の最上部には半炭化物バイオマス原料と廃棄用の合成樹脂とを投入する破砕部としてのホッパー部１１０を設け、ホッパー部１１０内には投入原料を破砕混練するための撹拌羽根１１１が回転自在に収納されており、該ホッパー部１１０の下方出口には混練部としてのスクリューコンベア１２１を収納したコンベア通路１２０を介して圧縮部１３０を設けており、圧縮部１３０には加圧シリンダ１３１の作動により破砕混合原料を連続圧縮するピストン（図示せず）が内蔵されており、ピストンの進出方向には成形部１４０としての押出アダプタ１４１が設けられて、この押出アダプタ１４１を取り替えることにより出口径のサイズの異なる成型物が数パターン成型される。なお基枠１００の最下部には各機能部の作動・停止を行うための制御部１５０が設けられている。
【０１７９】
この装置Ｂでは、破砕処理Ｓ１１として半炭化物Ｙ或いは炭化物と廃棄用の合成樹脂Ｘとをホッパー部１１０に投入すると、ホッパー部１１０の撹拌羽根１１１の回転作動により各投入原料は砕断状態となる。なお、撹拌羽根１１１はホッパー部１１０内に軸架した回転軸１１２に砕断刃として一定間隔で複数取付けられている。次いで、粉砕された両原料はホッパー部１１０内で混合される。
【０１８０】
次いで、砕断された混合原料は、コンベア通路１２０をスクリューコンベア１２１によりさらに混練処理Ｓ１２されながら通過し、下方の圧縮部１３０へ搬送されて加圧シリンダ１３１により連続圧縮されて混練一体原料となる。なお、圧縮圧力は、加圧シリンダ１３１の油圧調整で行い、油圧調整は駆動モータの回転と圧力バルブで調整を行い、最大圧力は約１００tonとする。
【０１８１】
コンベア通路１２０での通過混練過程ではスクリューコンベア１２１表面との摩擦熱により、また、加圧シリンダ１３１による連続圧縮過程では混合原料自体から生成される圧縮熱により、合成樹脂Ｘと半炭化物Ｙとの混練性が増す。すなわち、廃棄用合成樹脂Ｘの樹脂成分や半炭化物Ｙに残存する可燃性成分の一部が、処理工程中の摩擦熱や圧縮熱により互いに溶融して一体化することで着火性と発熱量を向上している。
【０１８２】
より具体的には、各工程における生成熱が混合原料における半炭化物や炭化物に残存する可燃性成分の一部を液化又は気化させると共に溶融した廃棄用合成樹脂との親和性を一層高め、成分レベルでの混練一体化を促す。その結果、バイオマス燃料Ｆの着火性や発熱量の向上を堅実とするだけでなく、成型後の保形性の向上を可能としている。
【０１８３】
なお、上述の破砕処理Ｓ１１や混練処理Ｓ１２、圧縮処理Ｓ１３の際に廃棄用合成樹脂Ｘの溶融性を高め半炭化物Ｙとの混練性を向上する追加加熱処理用のヒータを、ホッパー部１１０やコンベア通路１２０、圧縮部１３０に付設することができる。
【０１８４】
圧縮された混練一体原料は、押出アダプタ１４１により所定形状に成型されたバイオマス燃料Ｆとして排出される。押出アダプタ１４１による成型としては、例えばペレット状に成型される。すなわち破砕処理Ｓ１１、混練処理Ｓ１２、圧縮処理Ｓ１３の各工程で発生した摩擦熱や圧縮熱により加熱された半炭化物Ｙと廃棄用合成樹脂Ｘとの混練一体原料は、成型処理Ｓ１４でバイオマス燃料Ｆの形状に成型される。成型に際しては円筒状の金型内に混合原料を圧入し押出しながら短円柱型に形成し搬送しやすく取扱いに便利でかつ着火しやすくしておく。
【０１８５】
このようにして製造されたバイオマス燃料は製紙会社や火力発電所等の大規模施設や農業用のハウスボイラーのような小規模施設等のボイラの燃料として使用されることが多く、前述したように半炭化された木質バイオマス原料の発熱量の数値は高く通常の炭化物に比し高発熱量を得ることができると共にこれに農業用マルチの廃棄物が混練されるため更に熱効率を向上することができる。
【０１８６】
世界的に燃料資源の枯渇化が叫ばれている作今において、従来廃棄するために多大の経費をかけていた木質バイオマス原料をこのような半炭化処理と廃棄樹脂との混練成型技術によってバイオマス燃料として再生することができれば環境保全と共に資源の有効活用を推進することができ世界的な省エネルギー化の風潮にかなうものである。
【符号の説明】
【０１８７】
Ａ  炭化装置
１  炭化炉ケース
２  炭化室
３  熱流路層
４  熱流路
５  熱風供給路
６  燃焼室
７  乾留ガス移送管
９  送風機
１０  熱風排出路
１１  炭化炉本体
１２  扉
１３  燃焼空気送管
１４  灯油タンク
１５  制御盤
１６  燃焼空気送管
１７  冷却空気送管
８０  断熱空気層
Ｘ  廃棄用合成樹脂
Ｙ  半炭化物（半炭化処理された木質バイオマス原料）
Ｓ１０  半炭化処理
Ｓ１１  破砕処理
Ｓ１２  混練処理
Ｓ１３  圧縮処理
Ｓ１４  成型処理
Ｆ  バイオマス燃料
【図１】
2018021173.tif 000003
【図２】
2018021173.tif 000004
【図３】
2018021173.tif 000005
【図４】
2018021173.tif 000006
【図５】
2018021173.tif 000007
【図６】
2018021173.tif 000008
【図７】
2018021173.tif 000009
【図８】
2018021173.tif 000010
【図９】
2018021173.tif 000011
【図１０】
2018021173.tif 000012
【図１１】
2018021173.tif 000013
【図１２】
2018021173.tif 000014
【図１３】
2018021173.tif 000015
【図１４】
2018021173.tif 000016
【図１５】
2018021173.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月29日(2017.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化炉ケースと、炭化炉ケース内に収納された炭化室と、炭化炉ケース内側面と外周側面との間に形成した熱流路層と、炭化室外周側面にジグザグ状の第１流路と第２流路とに分けて形成し、各流路の両端は、一端を熱風供給路に他端を熱風排出路にそれぞれ連通合流した熱流路と、熱流路に熱風供給路を介して連通した燃焼室と、炭化室と燃焼室との間に連通介設した乾留ガス移送管と、燃焼室に連通した燃焼ガス管と、炭化室を冷却するために熱流路に熱風にかわって冷風を送風するための送風機とより構成した炭化装置により500℃以下、最適には250℃〜300℃の範囲で炭化室の五側面のジグザグ状の熱流路から熱と炭化室内の乾留ガスの対流熱とにより加熱処理し、炭化生成物の一部の組織内部に炭化生成物の熱分解により生成される可燃性成分を貯溜することにより原料に可燃性成分を残留させて着火性を向上するようにして固定炭素率の高い半炭化処理の木質バイオマス原料を製造し、
次いで、上記のように半炭化処理された木質バイオマス原料に廃棄用の合成樹脂をそれぞれ粉砕して混練する際に４〜８％の含水率とした半炭化処理された木質バイオマス原料の撹拌混練作動時に発生する摩擦熱や圧縮熱が有効に粉砕合成樹脂に伝熱し、樹脂の軟化を促進して混練一体の原料を生起し、その後加圧成型してバイオマス燃料に適した形状に成型することを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。
【請求項２】
炭化室内では木質バイオマス原料を網状の上方開口の箱型炭化トレイに収納して重ねて段積みして炭化室を密閉しエジェクタ―機能により炭化室内の空気を吸引して無酸素状態として熱流路層からの500℃以下、最適には200℃〜450℃の範囲の輻射熱により木質バイオマス原料を加熱して炭化することを特徴とする請求項１に記載のバイオマス燃料の製造方法。
【請求項３】
半炭化処理された木質バイオマス原料と混練する廃棄用の合成樹脂は農業用廃棄ポリエチレン或いは塩化ビニルであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイオマス燃料の製造方法。
【請求項４】
半炭化処理された木質バイオマス原料と廃棄用の合成樹脂とは約３対１の重量割合でそれぞれ粉砕して混練することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバイオマス燃料の製造方法。
【請求項５】
炭化炉ケースと、炭化室と、炭化炉ケース内側面と外周側面との間の熱流路層と、ジグザグ状の熱流路と、熱流路に連通した燃焼室と、炭化室と燃焼室との間のガス移送管と、燃焼室に連通した燃焼ガス管とより構成した炭化装置は、移動可能なトレーラのシャーシに積載可能とすることにより木質バイオマス原料の発生個所に赴いてバイオマス燃料をつくることができることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバイオマス燃料の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記従来の課題を解決するために、この発明は、炭化炉ケースと、炭化炉ケース内に収納された炭化室と、炭化炉ケース内側面と外周側面との間に形成した熱流路層と、炭化室外周側面にジグザグ状の第１流路と第２流路とに分けて形成し、各流路の両端は、一端を熱風供給路に他端を熱風排出路にそれぞれ連通合流した熱流路と、熱流路に熱風供給路を介して連通した燃焼室と、炭化室と燃焼室との間に連通介設した乾留ガス移送管と、燃焼室に連通した燃焼ガス管と、炭化室を冷却するために熱流路に熱風にかわって冷風を送風するための送風機とより構成した炭化装置により500℃以下、最適には250℃〜300℃の範囲で炭化室の五側面のジグザグ状の熱流路から熱と炭化室内の乾留ガスの対流熱とにより加熱処理し、炭化生成物の一部の組織内部に炭化生成物の熱分解により生成される可燃性成分を貯溜することにより原料に可燃性成分を残留させて着火性を向上するようにして固定炭素率の高い半炭化処理の木質バイオマス原料を製造し、次いで、上記のように半炭化処理された木質バイオマス原料に廃棄用の合成樹脂をそれぞれ粉砕して混練する際に４〜８％の含水率とした半炭化処理された木質バイオマス原料の撹拌混練作動時に発生する摩擦熱や圧縮熱が有効に粉砕合成樹脂に伝熱し、樹脂の軟化を促進して混練一体の原料を生起し、その後加圧成型してバイオマス燃料に適した形状に成型することを特徴とするバイオマス燃料の製造方法を提供するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
更には、500℃以下、最適には250℃〜300℃の範囲で木質バイオマス原料を半炭化処理するために熱エネルギーの利用効率が良好となりバイオマス原料の乾燥と10〜40％の単位発熱量の改善をしながらもそれに伴う熱損失は30％以下に抑制して熱効率のよいバイオマス原料の半炭化処理ができ処理経費、製造コストの削減に役立つ効果がある。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
請求項１及び２によれば、炭化室内では木質バイオマス原料を網状の上方開口の箱型炭化トレイに収納して重ねて段積みして炭化室を密閉しエジェクタ―機能により炭化室内の空気を吸引して無酸素状態として熱流路層からの500℃以下、最適には200℃〜450℃の範囲の輻射熱により木質バイオマス原料を加熱して炭化したこと、また炭化室外周の五側面にそれぞれジグザグ状に形成した熱流路は、互いに一定間隔を保持して並設した多数の隔壁間により熱単体流路を多数平行して形成すると共に、隣接する各熱単体流路はそれぞれ始端と終端においてのみ連通してジグザグを形成するように構成したこと、また五側面のうち三側面のジグザグ状の熱流路はそれぞれ一本に連続した第１流路とし、他の二側面のジグザグ状の熱流路はそれぞれ連続した第２流路とし、更には、第１流路の始端と第２流路の始端は共に炭化室の一側面に開口した燃焼室からの熱風供給路の終端開口部に連通して合流すると共に、第１流路の終端と第２流路の終端は共に熱風供給路の終端開口部と反対側の炭化室の一側面に設けた熱風排出路の始端開口部に連通して合流したこと、等により熱風と熱流路を形成する隔壁や側面との接触面積を拡大すると共に、熱風が熱流路を流通する際に隣接する熱単体流路の始端や終端において効果的に旋回流（乱流）を生起して伝熱効率を向上することができ半炭化処理効率の向上に貢献できると共に、半炭化処理の加熱が原料の組織に対して均一におよびその後の破砕性や成形性が良好となり、また廃棄用の合成樹脂の裁断片との混練も充分になされることから最終的な成形品としてのバイオマス燃料の高い発熱量効果を得ることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
請求項３及び４によれば、半炭化処理された木質バイオマス原料と混練する廃棄用の合成樹脂は農業用廃棄ポリエチレン或いは／及び塩化ビニルとしたこと、また半炭化処理された木質バイオマス原料と廃棄用の合成樹脂とは約３対１の重量割合でそれぞれ粉砕して混練したこと等により、通常廃棄されるバイオマス原料の本来の組成から混合原料の発熱量の増大に役立ち、しかも、腐食せずに長期間廃棄されたまま屋外に放置されることの多い樹脂関係の廃棄原料がバイオマス燃料の一部混合材料として使用されて廃棄されることなく環境の保全にも貢献できる効果がある。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
請求項５によれば、炭化炉ケースと、炭化室と、炭化炉ケース内側面と外周側面との間の熱流路層と、ジグザグ状の熱流路と、熱流路に連通した燃焼室と、炭化室と燃焼室との間のガス移送管と、燃焼室に連通した燃焼ガス管とより構成した炭化装置は、移動可能なトレーラのシャーシに積載可能としたことにより、木質バイオマス原料の廃棄個所や収集個所にトレーラで赴いてその場で直接的に炭化装置によりバイオマス原料を半炭化処理することができ、同時にその場で半炭化処理されたバイオマス原料はその後の破砕、樹脂裁断片との混練加圧、成形処理が行われてバイオマス原料の発生現場でバイオマス燃料が生成され、その結果木質バイオマス原料の有効利用による環境保全に役立ち、かつ生成したバイオマス燃料は発熱量も高くバイオマス火力発電所での燃料に有効に利用することができる。