(57)【要約】【課題】耐久性に優れ、かつ乾留温度の制御が容易である、新規な揺動式炭化炉を提供する。【解決手段】円錐台状の炭化炉本体と、この炭化炉本体の小径端面側に設けた原料投入口および着火口と、炭化炉本体の周面下部に設けた複数の乾留用空気吹込口と、を有する炭化炉であって、前記炭化炉本体の軸方向に離間した複数箇所のそれぞれに、炭化炉本体の外周面に沿う同径のリング体を固定し、これらリング体を介して炭化炉本体をその軸が水平となる向きに支持し、いずれか少なくとも１のリング体は、このリング体を介して炭化炉本体に揺動を与える駆動機構を備える。【選択図】        図２
2004231783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐台状の炭化炉本体と、この炭化炉本体の小径端面側に設けた原料投入口および着火口と、炭化炉本体の周面下部に設けた複数の乾留用空気吹込口と、を有する炭化炉であって、
前記炭化炉本体の軸方向に離間した複数箇所のそれぞれに、炭化炉本体の外周面に沿う同外径のリング体を固定し、これらリング体を介して炭化炉本体をその軸が水平となる向きに支持し、いずれか少なくとも１のリング体は、このリング体を介して炭化炉本体に揺動を与える駆動機構を備えることを特徴とする揺動式炭化炉。
【請求項２】
乾留用空気吹込口に空気を供給する、乾留用空気供給ファンを炭化炉本体に搭載したことを特徴とする請求項１に記載の揺動式炭化炉。
【請求項３】
多数の乾留用空気吹込口を、炭化炉本体の原料投入側端から原料排出側端にかけて並べて配置すると共に、これら多数の乾留用空気吹込口を、炭化炉本体を軸方向に少なくとも３領域に分割した際の領域毎に分別し、乾留用空気吹込口に供給する空気量を、領域毎に独立して制御可能にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の揺動式炭化炉。
【請求項４】
乾留用空気吹込口に空気を供給する、乾留用空気供給ファンを、領域毎に設置したことを特徴とする請求項３に記載の揺動式炭化炉。
【請求項５】
各乾留用空気吹込口は、炭化炉本体の同一周線上で離間した少なくとも２点に吹込口を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の揺動式炭化炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、廃木材、生活ごみなど可燃性物質から炭化物を連続的に生産することのできる炭化炉に関し、特に高効率でかつ耐久性に優れた揺動式炭化炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃木材、生活ごみなど可燃性物質を炭化し炭化物を製造する炭化炉としては、ロータリーキルン式炭化炉、あるいは特許文献１に記載の揺動式炭化炉が知られている。
【０００３】
ロータリーキルン式炭化炉は、円筒状ドラムに炭化物とする原料を装入し、このドラムを回転させることにより、所謂ロータリーキルン内において排出方向に向かって原料を移動させながら、炭化を行うものであるが、原料と空気との接触が悪く、乾留温度のコントロールが極めて難しい。その点、特許文献１に記載の揺動式炭化炉は、原料投入口および着火口と、原料を炭化するための乾留用空気吹込口とを持つことから、炉の揺動運動により、原料投入口から排出側に向かって装入物が移動する間に、確実に炭化物とすることが可能であるため、連続生産に適している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３２６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記揺動式炭化炉であっても以下の問題の改善が待たれていたのである。まず、一つは耐久性の問題である。すなわち、揺動式炭化炉は、揺動にて原料を移動させるため炭化炉は円錐台形状であることから、炭化炉本体の両端部間で炉の揺動回転を支持しているが、この支持点が痛みやすく改善が必要であった。
【０００６】
残る問題は、原料（装入物）に対して乾留用空気を供給することで炭化を進める際、この乾留の制御が困難であること、および乾留用空気供給のラインが揺動運動にともない劣化し易いこと、にある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記の問題を解決することができる、耐久性に優れ、かつ乾留温度の制御が容易である、新規な揺動式炭化炉を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨構成は、次の通りである。
（１）円錐台状の炭化炉本体と、この炭化炉本体の小径端面側に設けた原料投入口および着火口と、炭化炉本体の周面下部に設けた複数の乾留用空気吹込口と、を有する炭化炉であって、前記炭化炉本体の軸方向に離間した複数箇所のそれぞれに、炭化炉本体の外周面に沿う同外径のリング体を固定し、これらリング体を介して炭化炉本体をその軸が水平となる向きに支持し、いずれか少なくとも１のリング体は、このリング体を介して炭化炉本体に揺動を与える駆動機構を備えることを特徴とする揺動式炭化炉。
【０００９】
（２）乾留用空気吹込口に空気を供給する、乾留用空気供給ファンを炭化炉本体に搭載したことを特徴とする上記（１）に記載の揺動式炭化炉。
【００１０】
（３）多数の乾留用空気吹込口を、炭化炉本体の原料投入側端から原料排出側端にかけて並べて配置すると共に、これら多数の乾留用空気吹込口を、炭化炉本体を軸方向に少なくとも３領域に分割した際の領域毎に分別し、乾留用空気吹込口に供給する空気量を、領域毎に独立して制御可能にしたことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の揺動式炭化炉。
【００１１】
（４）乾留用空気吹込口に空気を供給する、乾留用空気供給ファンを、領域毎に設置したことを特徴とする上記（３）に記載の揺動式炭化炉。
【００１２】
（５）各乾留用空気吹込口は、炭化炉本体の同一周線上で離間した少なくとも２点に吹込口を有することを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の揺動式炭化炉。
【００１３】
上記した、本発明の揺動式炭化炉は、その炭化炉本体の軸方向に離間した複数箇所のそれぞれに、炭化炉本体の周面に沿う同径のリング体を固定し、これらリング体を介して炭化炉本体をその軸が水平となる向きに支持し、いずれか少なくとも１のリング体は、このリング体を介して炭化炉本体に揺動を与える駆動機構を備えるところに特徴がある。
【００１４】
従って、この炭化炉は、円錐台形状でありながら、リング体の働きによって、支持点は同一水平面内に収まり、炭化炉本体の複数の支持点の相互間に高低差がないことから、その構造は極めて容易なものとなる。そして、同一水平面内で炭化炉本体を支持しているため、不要なスラストが生じないことも特徴である。従って、例えば前記リング体を支持ローラにて支持する場合に、その支持ローラのうち、一箇所の支持ローラをスラスト受け支持ローラの機能を持たせることによって、炭化炉本体を揺動自在に支持することが可能である。
【００１５】
また、揺動運動を行う炭化炉に乾留用空気を供給する乾留用空気供給ファンは炭化炉自体に搭載されているため、揺動運動の影響を受けることがない。従って、空気供給ラインに対して、例えばスイベルジョイントやフレキシブルホース等の特殊配管要素を必要としないため、空気供給系統を簡素化することができ、安定した操業の実現に寄与する。
【００１６】
さらに、多数の乾留用空気吹込口を、炭化炉本体の原料投入側端から原料排出側端にかけて並べて配置すると共に、これら多数の乾留用空気吹込口を、炭化炉本体を軸方向に少なくとも３領域に分割した際の領域毎に分別し、乾留用空気吹込口に供給する空気量を、領域毎に独立して制御可能にしたため、乾留のための温度制御が、主に空気供給量の制御で可能となる。
【００１７】
すなわち、原料として供給される廃木材、生活ごみなど可燃物の乾留において、過剰な空気供給は燃焼を促進して灰化をまねくことになる。そのため、炭化炉炉内の酸素雰囲気は１ｖｏｌ％以下、最適には乾留用空気吹込口の炭化炉長手方向の設置範囲を３つ以上の領域（ゾーン）、より具体的には、原料受け入れ乾燥ゾーン、原料の表面乾留ゾーン、内部乾留ゾーン、高温調整ゾーンおよび賦活化ゾーンの５つのゾーンに分割して、ゾーン毎に乾留用空気吹込口からの空気供給両を制御して、ゾーン毎の酸素雰囲気を制御することが推奨される。
【００１８】
ここで、前記のように、５分割のゾーンとするのが好適な理由は、廃木材、生活ごみ等から炭化物を得るに際し、従来の単なる「燃料」以外に転用できる性能を有する、炭化物を得るためには、５つのゾーンに分割するのが適当であるからであり、単なる「燃料」として利用する炭化物であれば、乾留用空気吹込口の設置範囲の分割は、原料受け入れ乾燥ゾーン、原料の表面乾留ゾーンおよび内部乾留ゾーンの３分割のゾーン構成とすれば十分である。したがって、このゾーン構成は、単なる炭化物を製造する場合は３分割とすればよい。一方、炭化物をさらに賦活化して多孔体として他の用途（例えば土壌改良材、活性炭に近い性能を持つ炭化物など）までの炭化物を製造する際には、前記３分割のゾーン構成に加えて、高温調整ゾーンおよび賦活化ゾーンを加えた５分割のゾーンとすることが好ましい。
【００１９】
これら分割ゾーンについて、図１を参照してさらに詳細に説明する。
図１（ａ）において、符号１は炭化炉本体であり、同２は原料受け入れホッパである。
廃木材を例にとると、大型の廃木材は破砕されて一定の大きさにされてから原料として原料受け入れホッパ２に供給される。原料は、炭化炉本体１内に供給装置３により送給され、電気ヒータ４によって着火される。この着火した原料には、まず、乾留用空気吹込口５、６、７、８および９の内、乾留用空気吹込口５からの空気供給により、原料の乾燥が行われる（原料受け入れ乾燥ゾーンである）。この原料受け入れ乾燥ゾーンを揺動運動によって移動して通過した原料は、その下流の表面乾留ゾーンにおける、乾留用空気吹込口６に移動し、ここから乾留工程が開始される。
【００２０】
ここで、図１（ｂ）は炭化炉本体１の、例えば表面乾留ゾーンの断面を模式的に示したものであり、炭化物となる原料が炭化炉本体１の揺動により移動する幅範囲（つまり炭化炉本体の円周方向）には乾留用空気吹込口６が配置してあり、原料の下部から乾留空気が供給可能に多数の細孔（図３参照）が炭化炉壁に形成されている。
【００２１】
次いで、図１（ａ）において、揺動により炭化炉本体内部を移動する原料は、表面乾留ゾーンから内部乾留ゾーンの乾留用空気吹込口７側に移動し、これらゾーンを経て表面および内部ともに乾留が加えられる。
【００２２】
さらに、前記したように、炭化物を賦活化して多孔体として他の用途（例えば土壌改良材や活性炭に近い性能を持つ炭化物など）までのいわゆる高級炭化物を製造する場合には、乾留用空気吹込口８を高温調整ゾーンとして、炭化物を少なくとも７００℃以上の高温側に保持する。そして、この温度状態にて、蒸気と接触させることにより賦活化処理を施す。この蒸気は、図１（ａ）に点線で示すように、例えば炭化炉本体後端側に接続された乾留過程で発生する乾留ガスの燃焼装置の廃熱回収装置から供給される。
【００２３】
なお、図１（ａ）中、符号１０、１１、１２および１３は、炭化炉本体に搭載される乾留用空気供給ファン（送風機）を示したものであり、乾留用空気吹込口８および９への空気供給ラインは図１（ａ）に示す通りであり、他の乾留用空気吹込口５、６および７への空気供給ラインは省略した。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の炭化炉について、図２を参照して具体的に説明する。なお、図２において、先の図１と同一部品には同一番号を付している。
この炭化炉では、例えば、河川、ダムなどの流木、家の解体などで発生する廃木材を、破砕機にかけ、チップ状にして炭化物の原料として用いる。そして、この原料を、図２に示すように、原料受け入れホッパ２に供給し、この原料を供給装置３（図示例はスクリューフィーダ）により、炭化炉本体１内の小径端面側から炉内に供給する。この小径端面側には、電気ヒータ４が設けられており、原料に電気ヒータ４で着火しその部分燃焼熱にて、炉温を４００℃から４５０℃まで昇温する。この昇温は、電気ヒータ４で着火以降、乾留用空気吹込口５からの空気供給による温度上昇にて操作する。この着火操作以降に連続供給される原料については、炭化炉本体１の小径端面側に存在する着火済み原料を火種として、連続着火処理が可能となる。
【００２５】
次に、炭化炉本体１の小径端面側から供給された原料は、炭化炉本体１が図中右側に向かって右下がりの傾斜をもつため、この内壁形状に従って、炭化炉本体１の揺動によって順次に右側に移動し、図１にて示した原料受け入れ乾燥ゾーン、原料の表面乾留ゾーン、内部乾留ゾーン、高温調整ゾーンおよび賦活化ゾーンの５分割のゾーンを経由して、炭化炉本体１の大径端面側から炭化物として排出される。
【００２６】
ここで、炭化炉本体１の揺動は、炭化炉本体１の炉体外周の、その軸方向に離間した複数箇所、具体的には３〜４箇所に配設した、リング体１４、１５および１６と、これらリング体１４、１５および１６を支持する支持体との組合わせにて可能としている。すなわち、リング体１４の支持体には、スラスト受け用に鍔付き支持ローラ１７を用い、リング体１５の支持体には、外周にスプロケットを配したチェーン駆動による歯車１８を用いて、ここから炭化炉本体１に揺動を与える駆動を伝達する。なお、符号１９は、歯車１８の駆動用電動機である。また、リング体１６は、鍔のない支持ローラ２０で支持する構造とした。
【００２７】
かような炭化炉本体１の支持構造において、略同一外径のリング体１４、１５および１６を使用することにより、略同一水平面内で炭化炉本体１を支持することができるため、支持構造は単純になり、その保守、点検および修理などを容易に実施できる。なお、炭化炉本体１の揺動は、駆動用電動機１９の正逆回転制御にて実施する。
【００２８】
一方、図２（ｂ）に示すように、炭化炉本体１の揺動に伴う炭化炉本体１内の原料移動・滞留範囲の幅に、乾留用空気吹込口５、６、７および８が設けられている。次に、この乾留用空気吹込口の構造の一例を、図３を用いて説明する。
【００２９】
すなわち、各乾留用空気吹込口は、図３（ａ）に示すように、原料が移動並びに滞留する範囲を、エアーチヤンバ３１で囲み、炭化炉本体１のエアーチヤンバ側面（底面）に空気供給用の細孔３０を多数設けて構成する。供給される空気は、エアーチヤンバ３１を介して細孔３０から炉内に供給される。そして、好ましくはエアーチヤンバ３１内を仕切り壁３１ｃで仕切り、エアーチヤンバ３１内の空気供給の室を左室３１ａ、右室３１ｂとし、空気を供給可能として仕切り壁３１ｃ部分からの空気供給は行わないことが好ましい。この理由は、エアーチヤンバ３１を配置した炭化炉本体１の中央（揺動中心部分）には、後述する揺動時の原料移動があっても常時原料が位置することになるため、この部分に細孔を配設して常時空気を供給すると燃焼が進み、原料の灰化が促進されてしまうからである。したがって、エアーチヤンバ３１の内、空気供給を左室３１ａおよび右室３１ｂに分けて行い、乾留して得られる炭化物の収率向上を図ることが好ましい。
なお、図３（ａ）に示す角度は、エアーチヤンバ３１における左室３１ａおよび右室３１ｂの配置を示す例示であり、この角度範囲に限るものではない。
【００３０】
続く図３（ｂ）〜（ｈ）は、炭化炉本体１の揺動に伴う原料の乾留を説明した図であり、同図（ｂ）は前記した炭化炉本体１の中央（揺動中心部分）での原料状況である。なお、炭化炉本体１を揺動させながら運転するため、この状態で常に原料が中央にくるわけではなく、同図（ｅ）〜（ｈ）の状況下でも原料は中央を含む位置に供されている。なお、図３（ｂ）〜（ｈ）では、エアーチヤンバ部分は省略し細孔のみを表示している。
【００３１】
以下に、各揺動位置での、原料の挙動を説明する。
まず、図３（ｂ）に示す状況下で揺動が始まると、同（ｃ）から（ｄ）に示すように、炭化炉本体１内で原料の移動が始まる。この移動は、装入した原料の安息角度に従い、図中単に矢印で示す反時計回りに生じる。すなわち、揺動が進行すると、炭化炉本体１内の原料は、傾き始めて表面から移動（矢印Ａ）し、同（ｄ）に示す最高揺動点では炭化炉本体１の左側細孔配置部分まで移動（矢印Ｂ）する。そして、揺動方向が切り替わり、今度は時計回りに揺動（矢印Ｃ，Ｄ）が始まる（図３（ｅ）〜（ｇ））。この揺動は原料にもよるが、廃木材などを破砕して原料とする場合は、片側６０°、両側で１２０°までとし、装置的には原料変化を見越して片側７０°、両側で１４０°の揺動運動を可能とすれば、炭化炉として十分である。したがって、炭化炉本体１に設ける細孔の配置範囲は、図３（ａ）に示す１２０°範囲に施工し、細孔を施工しない範囲は４０°の範囲とした。なお、以上の角度は、いずれも鉛直方向を中心とする角度である。
【００３２】
この図３（ｅ）に続く揺動の進行により、炭化炉本体１内の原料は、図３（ｆ）（ｇ）の状況となり、さらに図３（ｈ）で、原料は、炭化炉本体１の右室３１ｂの細孔配置部分まで移動（矢印Ｅ）する。この図３（ｂ）〜（ｈ）に示す期間、すなわち全運転期間にわたり、炭化炉内酸素雰囲気が１ｖｏｌ％以下の状態になるように、炭化炉本体１の細孔から常時空気が供給されて乾留が図られる。
【００３３】
また、乾留用空気吹込口５以降の部分では、以下の操作が行われる。
すなわち、乾留が進行する乾留用空気吹込口６、７および８の内、乾留用空気吹込口６の段階は、原料の表面乾留ゾーンである。ここでは、乾留進行により、炉内温度が４５０℃〜６００℃に達するように空気が供給され、乾留が原料表面から進行する。続いて、乾留用空気吹込口７の段階で内部乾留ゾーンとなり、炉内温度は６００〜７００℃となり、乾留が終了する。原料を「燃料」に変換する程度の乾留であれば、この段階で終了する。
【００３４】
次に、乾留用空気吹込口８では、得られた乾留物である炭化物を、賦活化操作を加える前工程として高温化する、この乾留用空気吹込口８の段階は高温調整ゾーンとして７００℃〜８５０℃に達するように空気（図２の実線の配管）および蒸気（図２の点線の配管）が供給される。
なお、賦活化ゾーンにおいては、前記高温炭化物を蒸気と接触させることにより賦活化処理を施す。なお、賦活化処理は、
Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２−Ｑ
の吸熱反応であり、水蒸気と空気を同時に加えることにより、
Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２＋Ｑ
の熱補償を行うことで実施する。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の炭化炉は、円錐台形状でありながら、炉体の複数支持点が同一水平面内に収まるため、その構造を簡素化することができる。また、同一水平面内で支持できるため、不要なスラストが生ぜず、構造簡素化による価格低減に加え、耐久性をもつ装置の提供が可能となる。
【００３６】
また、揺動運動を行う炭化炉本体内に乾留用空気を供給する乾留用空気供給ファンは、炭化炉本体自体に搭載されているため、揺動運動の影響を受けず、空気供給ラインにスイベルジョイントやフレキシブルホース等の特殊配管要素を必要とせずに空気供給系統が簡素化でき、炭化炉の安定操業を図ることができる。
【００３７】
さらに、多数の乾留用空気吹込口を炉体軸方向に分割して配置し、各分割部分を独立して乾留用空気の供給量を制御可能にしたため、原料の乾留制御も容易な装置となった。
【００３８】
さらにまた、高温調整ゾーンおよび蒸気を利用できる賦活化ゾーンを設けることにより、「燃料化」のみの炭化物製造から、炭化物を賦活化して多孔体として他の用途（例えば土壌改良材、活性炭に近い性能を持つ炭化物など）までの高級炭化物の製造までを可能とする装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭化炉の構造を示す模式図である。
【図２】本発明に従う炭化炉を示す図である。
【図３】炭化炉本体の揺動に伴う原料の挙動を説明する図である。
【符号の説明】
１  炭化炉本体
２  原料受け入れホッパ
３  供給装置
４  電気ヒータ
５、６、７、８、９  乾留用空気吹込口
１０、１１、１２、１３  乾留用空気供給ファン
【図１】
2004231783.tif 000003
【図２】
2004231783.tif 000004
【図３】
2004231783.tif 000005