(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物由来の粉状原料を圧縮成形または加熱圧縮成形して成る木質燃料ペレットを炭化させる装置であって、
前記植物由来の粉状原料には、マイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料としての粉炭が混入されており、電磁遮蔽された筐体内で、前記木質燃料ペレットにマイクロ波を照射することで前記発熱材料を発熱させ、該木質燃料ペレットを炭化させるマイクロ波発生装置を備え、
前記マイクロ波発生装置は、
前記筐体内に前記木質燃料ペレットを出し入れする出入口から前記筐体内に延び、非磁性および耐熱性を有する材料で形成されて、その内部の空間と筐体内の空間との間を気密に遮蔽する案内管と、
前記案内管内に敷設され、前記木質燃料ペレットを、該案内管の入口側から出口側へ搬送する搬送手段とを備えることを特徴とする木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項２】
前記案内管は、前記マイクロ波発生装置の筐体に形成された木質燃料ペレットの入口から出口の間を連通する直管であり、
前記搬送手段は、前記案内管の入口側から投入された木質燃料ペレットを出口側に押出してゆくスクリューであることを特徴とする請求項１記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項３】
前記スクリューには、その回転翼の先端付近において、予め定めるピッチで間隔を開けて、撹拌翼が設けられていることを特徴とする請求項２記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項４】
前記撹拌翼は、前記先端付近において、隣接する回転翼間を連結する板状体から成ることを特徴とする請求項３記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項５】
前記予め定めるピッチは、前記スクリューの２回転半であり、前記撹拌翼は、該スクリューの側面視で千鳥状に配置されることを特徴とする請求項３または４記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項６】
前記案内管において、スクリューの搬送方向上流側の端部は、前記木質燃料ペレットを投入する第１のホッパの底部に連結されていることを特徴とする請求項２記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項７】
前記第１のホッパの底部には、前記スクリュー上に、前記木質燃料ペレットによるブリッジの形成を予防する撹拌スクリューが設けられていることを特徴とする請求項６記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項８】
前記案内管において、スクリューの搬送方向下流側の端部には、炭化させた木質燃料ペレットを蓄積し、適宜のタイミングで、底部から排出する第２のホッパを備えていることを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項９】
前記スクリューにおいて、前記マイクロ波発生装置の入口および出口に臨む少なくとも１回転分の回転翼は、電磁遮蔽材から成ることを特徴とする請求項２〜８の何れか１項に記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項１０】
前記ホッパには、該ホッパ付近に、前記木質燃料ペレットが堆積しているか否かを検知する検知スイッチが設けられており、前記マイクロ波発生装置は、該検知スイッチで木質燃料ペレットの堆積が検知されている状態で、マイクロ波の照射を行うことを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項１１】
前記案内管の出口と第２のホッパとの間には、マイクロ波加熱によって木質燃料ペレットから発生するタールを含む高温のガスを吸引し、燃焼させて無害化して排出する無害化装置を備えていることを特徴とする請求項８記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項１２】
前記木質燃料ペレットは、前記植物由来の粉状原料としてのオガ粉または木粉を、前記加熱圧縮成形して成る木質バイオマスペレットであることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項１３】
前記案内管は、ガラス管またはセラミック管であることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【請求項１４】
前記粉炭は、５〜１０重量％混入されることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の木質燃料ペレットの炭化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物由来の粉状原料を圧縮成形または加熱圧縮成形して成る木質燃料ペレットを炭化させる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記木質燃料ペレットとしては、オガ粉、または建築廃材や間伐材などの自然木を粉砕した木粉を加熱圧縮成形または圧縮成形して成るものが普及している。このような木質燃料ペレットでは、オガ粉や木粉は、植物由来の粉状原料であり、原料となる木は、ＣＯ2を原料として、光合成によって成長するので、燃料として燃やしても、ゼロエミッションを実現することができ、環境面で好ましい。
【０００３】
ところで、現在、世界において、トレファクション（torrefaction）という熱処理技術が注目されている。トレファクションとは、国際エネルギー機関（IEA）では、「無酸素雰囲気下、２００〜３００℃で行う熱処理」と定義されている。トレファクションとは、本来、コーヒーや茶などの「焙煎」を意味するもので、日本国内では、このトレファクションを、半炭化或いは低温炭化と訳すケースもある。
【０００４】
そのトレファクション処理は、現在、ヨーロッパ等で、木質燃料ペレットを高性能化するために、設備の研究開発から、一部実際の製造まで行われている。前記の高性能化とは、木質燃料ペレットは、低発熱量や弱耐水性などの欠点を有しており、その欠点を克服することが可能になることである。このトレファクション処理を施すことで、石炭との混焼が可能になり、前記のゼロエミッションである該木質燃料ペレットを使用するだけ、石炭の使用を削減し、ＣＯ2発生量を抑えることが可能になる。
【０００５】
そこで、本件出願人は、前記のオガ粉や木粉などの植物由来の粉状原料を圧縮成形または加熱圧縮成形して成る棒状の人工原木であるオガライトに対して、現在実現されていないトレファクション処理を実現するために、先に特許文献１を提案している。この先行技術は、前記オガライトの原材料としてのオガ粉に、電気伝導性を有することでマイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料としての粉炭を混入しておき、得られた棒状のオガライトをマイクロ波発生装置に収容し、マイクロ波を照射することで、加熱するものである。
【０００６】
こうして、先行技術は、ごく簡単に、棒状人工原木であるオガライトの未炭化物（トレファクション処理物）を得るものであり、さらにそれに留まらず、マイクロ波出力やオガライトの製造（投入）スピードの調節によって、黒炭、また更に赤熱させ白炭までをも製造し得るようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許５４７４２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１は、未炭化物に留まらず、黒炭以上の炭をも低コストに作成できる優れた技術である。しかしながら、それでも、オガライト（人口原木）から発生したタールなどの高温のガスが、常温に近いマイクロ波発生装置の筐体の内壁面に触れて、付着してしまい、適宜、清掃などのメンテナンスが必要になって、生産性（スループット）の向上の余地を残している。また、上記の特許文献１は、大きな塊のオガライト（人口原木）を対象としているので、直径が８ｍｍ、長さが２０ｍｍ等に形成される多数の粒状の木質燃料ペレットの場合、その取り扱いに難がある。
【０００９】
本発明の目的は、木質燃料ペレットの取り扱いが容易で、その生産性を向上することができる木質燃料ペレットの炭化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の木質燃料ペレットの炭化装置は、植物由来の粉状原料を圧縮成形または加熱圧縮成形して成る木質燃料ペレットを炭化させる装置であって、前記植物由来の粉状原料には、マイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料としての粉炭が混入されており、電磁遮蔽された筐体内で、前記木質燃料ペレットにマイクロ波を照射することで前記発熱材料を発熱させ、該木質燃料ペレットを炭化させるマイクロ波発生装置を備え、前記マイクロ波発生装置は、前記筐体内に前記木質燃料ペレットを出し入れする出入口から前記筐体内に延び、非磁性および耐熱性を有する材料で形成されて、その内部の空間と筐体内の空間との間を気密に遮蔽する案内管と、前記案内管内に敷設され、前記木質燃料ペレットを、該案内管の入口側から出口側へ搬送する搬送手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、オガ粉や木粉などの植物由来の粉状原料を圧縮成形または加熱圧縮成形して成る木質燃料ペレットを炭化させるにあたって、前記植物由来の粉状原料には、電気伝導性を有することで、マイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料としての粉炭を混入しておき、その発熱材料にマイクロ波発生装置からのマイクロ波が照射されることで、該発熱材料が発熱し、前記木質燃料ペレットが炭化する。これによって、前記木質燃料ペレットを、未炭化の状態で得ることができ、さらにその未炭化の状態から赤熱させ、黒炭から、より高温の白炭まで作成することができる。
【００１２】
そして、そのマイクロ波照射の際、マイクロ波発生装置の電磁遮蔽された筐体内に、木質燃料ペレットを、そのまま収容するのではなく、木質燃料ペレットを収容する内側と、外側となる筐体内とを気密に遮蔽する案内管内に収容する。前記案内管は、非磁性および耐熱性を有する管から成る。なお、前記筐体に設けた開口となる木質燃料ペレットの入口と出口とは、個別に設けられ、すなわち案内管内に収容される木質燃料ペレットが入口側から出口側へ一方通行で挿入から排出されてもよく、或いは共用されて同じ出入り口から出し入れされてもよい。
【００１３】
したがって、マイクロ波加熱される木質燃料ペレットは、案内管で外囲されて筐体内とは気密に遮蔽されるので、該木質燃料ペレットから発生したタールなどの高温のガスが、常温に近いマイクロ波発生装置の筐体の内壁面に触れて、付着してしまうようなことは無く、前記内壁面へのガスの付着を防止することができる。これによって、清掃などのメンテナンス作業を軽減し、生産性（スループット）を向上することができる。なお、案内管も高温になるので、該案内管に前記高温のガスが触れても、殆ど付着することはない。
【００１４】
さらに、木質燃料ペレットは、多数の粒であるので、トレイなどに収容してマイクロ波発生装置へ出し入れするのでは、取り扱いに難があるとともに、生産性（スループット）も低い。そこで、前記案内管内に敷設され、ベルトやスクリューなどで実現されて前記木質燃料ペレットを搬送する搬送手段を設けることで、取り扱いが容易になるとともに、さらに生産性（スループット）を向上することができる。
【００１５】
また、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記案内管は、前記マイクロ波発生装置の筐体に形成された木質燃料ペレットの入口から出口の間を連通する直管であり、前記搬送手段は、前記案内管の入口側から投入された木質燃料ペレットを出口側に押出してゆくスクリューであることを特徴とする。
【００１６】
上記の構成によれば、案内管が直管であり、前記木質燃料ペレットが案内管の入口から投入され、一方通行で出口から排出される場合、前記搬送手段は、ベルトなどでも実現することができる。しかしながら、その場合、木質燃料ペレットを該ベルトの上に載せて、ベルト自身も移動してゆくので、往復の経路で敷設する必要があり、搬送手段のスペースが必要になるとともに、ベルトからこぼれ落ちたペレットは、案内管内の同じ場所に留まり、マイクロ波が照射され続け、炭化が進み過ぎるとともに、他のペレットに照射されるべきマイクロ波を吸収し、マイクロ波のロスも発生する。
【００１７】
これに対して、前記搬送手段がスクリューである場合、スクリューは同じ場所で静止し、その回転翼がペレットを押出してゆくので、搬送手段をコンパクトにできるとともに、案内管を円筒として、その内周面とスクリューの回転翼との間隔を狭くすることで、ペレットの搬送漏れを無くすこともできる。
【００１８】
さらにまた、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記スクリューには、その回転翼の先端付近において、予め定めるピッチで間隔を開けて、撹拌翼が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
上記の構成によれば、搬送手段としてスクリューを用いる場合、特に木質燃料ペレットの粒が小さかったり、湿気を含んでいたりすると、スクリューの回転に対する該木質燃料ペレットの動き（流れ）が悪く、回転翼間に詰まり（固まり）易くなる。そこで、所定ピッチで間隔を開けて、撹拌翼を設けることで、そのような詰まり（固まり）を解消し、木質燃料ペレットの動き（流れ）を良くすることができる。
【００２０】
これによって、マイクロ波のパワーと、搬送手段の搬送速度とによって、炭化度合いを、容易、かつ高精度に調整することができる。
【００２１】
また、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記撹拌翼は、前記先端付近において、隣接する回転翼間を連結する板状体から成ることを特徴とする。
【００２２】
上記の構成によれば、板状体は、スクリューの回転に伴い、半回転で、回転方向の下流の側面から、堆積した木質燃料ペレットの下方に潜り込み、掬い上げて次の半回転で落下させる。
【００２３】
したがって、回転翼間の目詰まり（固まり）を防止することができる。また、板状体は、ピンなどに比べて、強度を確保することができる。
【００２４】
さらにまた、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記予め定めるピッチは、前記スクリューの２回転半であり、前記撹拌翼は、該スクリューの側面視で千鳥状に配置されることを特徴とする。
【００２５】
上記の構成によれば、撹拌翼のピッチがスクリューの２回転半で、該撹拌翼が側面視で千鳥状に配置されることで、相互に隣り合う撹拌翼間で、一方の撹拌翼が木質燃料ペレットを掬い上げる工程を行っていれば、他方の撹拌翼は木質燃料ペレットを落下させる工程を行っており、同時に同じ工程を行うことがないので、撹拌翼の目詰まりを、より一層防止することができる。
【００２６】
また、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記案内管において、スクリューの搬送方向上流側の端部は、前記木質燃料ペレットを投入する第１のホッパの底部に連結されていることを特徴とする。
【００２７】
上記の構成によれば、第１のホッパに前記木質燃料ペレットを投入するだけで、該ペレットはスクリューの回転に伴い、定量で（一定の搬送速度で）搬送されてゆく。したがって、炭化装置への木質燃料ペレットの供給が容易であるとともに、炭化の度合いも均一に仕上げることができる。
【００２８】
また、該第１のホッパの底部に、前記粉炭が混入されている木質燃料ペレットを堆積させておくことで、前記案内管の入口側からのマイクロ波の漏洩を抑えることができる。さらに、該第１のホッパを金属材料で作成することで、木質燃料ペレットの堆積が少なくても、マイクロ波の遮蔽を行うことができる。
【００２９】
さらにまた、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記第１のホッパの底部には、前記スクリュー上に、前記木質燃料ペレットによるブリッジ（架橋）の形成を予防する撹拌スクリューが設けられていることを特徴とする。
【００３０】
上記の構成によれば、特に木質燃料ペレットの粒が小さかったり、湿気を含んでいたりすると、第１のホッパに投入された後、底部側のペレットは、圧縮されて、固まり易くなる。そこで、スクリュー上に、撹拌スクリューを設けておくことで、前記ペレットによるブリッジ（架橋）の形成を予防することができる。
【００３１】
また、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記案内管において、スクリューの搬送方向下流側の端部には、炭化させた木質燃料ペレットを蓄積し、適宜のタイミングで、底部から排出する第２のホッパを備えていることを特徴とする。
【００３２】
上記の構成によれば、第２のホッパの上方のスクリューの上部まで、前記木質燃料ペレットを堆積させておくことで、前記案内管の出口側からのマイクロ波の漏洩を抑えることができる。さらに、該第２のホッパを金属材料で作成することで、前記案内管の出口から漏れたマイクロ波を確実に遮蔽することができる。
【００３３】
さらにまた、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記スクリューにおいて、前記マイクロ波発生装置の入口および出口に臨む少なくとも１回転分の回転翼は、電磁遮蔽材から成ることを特徴とする。
【００３４】
上記の構成によれば、前記スクリューの少なくとも１回転分の回転翼によって、マイクロ波発生装置の入口や出口からのマイクロ波の漏洩を防止することができる。
【００３５】
また、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記第１および／または第２のホッパには、該ホッパ付近に、前記木質燃料ペレットが堆積しているか否かを検知する検知スイッチが設けられており、前記マイクロ波発生装置は、該検知スイッチで木質燃料ペレットの堆積が検知されている状態で、マイクロ波の照射を行うことを特徴とする。
【００３６】
上記の構成によれば、上述のように、粉炭が混入されている木質燃料ペレットを堆積させておくことで、前記案内管の出入口からのマイクロ波の漏洩を抑えることができるので、検知スイッチで、堆積していない状態が検知されている間は、マイクロ波発生装置のインターロックを行う。
【００３７】
したがって、安全性を向上することができる。
【００３８】
さらにまた、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記案内管の出口と第２のホッパとの間には、マイクロ波加熱によって木質燃料ペレットから発生するタールを含む高温のガスを吸引し、燃焼させて無害化して排出する無害化装置を備えていることを特徴とする。
【００３９】
上記の構成によれば、案内管からファンなどで高温のガスを吸引することで、タールの付着を一層抑えることができる。また、そのタールを燃焼させることで、無害化して外部へ排出することができる。
【００４０】
また、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記木質燃料ペレットは、前記植物由来の粉状原料としてのオガ粉または木粉を、前記加熱圧縮成形して成る木質バイオマスペレットであることを特徴とする。
【００４１】
上記の構成によれば、オガ粉や木粉の原料となる木は、ＣＯ2を原料として光合成によって作成されるので、炭化させた木質燃料ペレットを燃料として燃やしても、ゼロエミッションを実現することができる。
【００４２】
さらにまた、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記案内管は、ガラス管またはセラミック管であることを特徴とする。
【００４３】
上記の構成によれば、ガラス管またはセラミック管は、非磁性を有するとともに、高い耐熱性を有し、好適である。
【００４４】
また、本発明の木質燃料ペレットの炭化装置では、前記粉炭は、５〜１０重量％混入されることを特徴とする。
【００４５】
上記の構成によれば、木質燃料ペレットを比較的短時間で発熱させることができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の木質燃料ペレットの炭化装置は、以上のように、オガ粉や木粉などの植物由来の粉状原料を圧縮成形または加熱圧縮成形して成る木質燃料ペレットを炭化させるにあたって、前記植物由来の粉状原料に、発熱材料としての粉炭を混入しておき、その発熱材料にマイクロ波が照射されることで、該発熱材料が発熱し、前記木質燃料ペレットを、未炭化の状態で得ることができ、さらにその未炭化の状態から赤熱させ、黒炭から、より高温の白炭まで作成することができる。そして、マイクロ波発生装置の電磁遮蔽された筐体内には、木質燃料ペレットをそのまま収容するのではなく、ガラス管やセラミック管などの非磁性および耐熱性を有する管に収容する。
【００４７】
それゆえ、木質燃料ペレットから発生した、タールなどの高温のガスが、常温に近いマイクロ波発生装置の筐体の内壁面に触れて、付着してしまうようなことは無く、前記内壁面へのガスの付着を防止することができ、清掃などのメンテナンス作業を軽減し、生産性（スループット）を向上することができる。
【００４８】
さらに、木質燃料ペレットは、多数の粒であるので、前記案内管内は、ベルトやスクリューなどで実現される搬送手段で搬送することで、取り扱いが容易になるとともに、さらに生産性（スループット）を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の一形態に係る炭化装置の構造を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１は、本発明の実施の一形態に係る炭化装置１の構造を示す縦断面図である。この炭化装置１は、植物由来の粉状原料を圧縮成形または加熱圧縮成形して成る木質燃料ペレット８を炭化させる装置である。詳しくは、予め前記木質燃料ペレット８は、前記植物由来の粉状原料に、マイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料が混入されて成形されており、この炭化装置１は、前記木質燃料ペレット８に、マイクロ波発生装置２がマイクロ波を照射することで、前記発熱材料を発熱させ、前記植物由来の粉状原料を炭化させるものである。図１において、充填されたり、堆積している木質燃料ペレット８は、図面を見易くするために、一部に模式的に示し、他は省略している。
【００５１】
炭化の程度および用途については、前記特許文献１が詳しいが、概略的に、マイクロ波加熱温度が２００〜２５０℃の場合、未炭化物となり、３００〜５００℃の場合、炭化物となり、８００℃以上で高温処理炭となる。本実施形態の炭化装置１は、マイクロ波のパワーおよび加熱（後述の搬送）時間によって、任意の炭化度を得ることができ、白炭などの灰が少なく、コークス代替品となる高温処理炭まで作成可能であり、また、そこまで高温で処理しなくとも、バイオコークスの代替品となったり、石炭と混焼させることができる前述のトレファクション化処理された未炭化物を大量に生成できるだけでも、本実施形態の炭化装置１は、極めて有効である。
【００５２】
ここで、以下の本実施形態では、マイクロ波で炭化される材料としては、木質燃料ペレット８を対象として説明しているが、オガ粉などの植物由来の材料に、直接粉炭が混ぜられたもの、つまりペレットというレベルの粒より小さな粉状の材料をそのまま用いて、粉炭を作成するようにしてもよい。こうして得られた粉炭は、たとえば８００℃程度の水蒸気で賦活化することで、活性炭を作成することができ、本発明は、活性炭の作成にも、極めて有効である。また、ペレットは、円柱形に限らず、球形などでもよい。
【００５３】
前記木質燃料ペレット８は、前記植物由来の粉状原料としてのオガ粉または木粉を、前記加熱圧縮成形または圧縮成形して成る木質バイオマスペレット８である。前記植物由来の粉状原料についても、前記特許文献１が詳しいが、たとえば、木粉、竹粉、木粉と竹粉の混合物などの木質材料に限らず、広く他の植物性バイオマス、たとえば樹皮、果実核、果実残渣、コーヒー粕、パーム椰空房、落花生殻等々を用いることができる。したがって、これらの原料は、植物によって、ＣＯ2を原料として光合成によって作成されるので、炭化させた木質燃料ペレット８を燃料として燃やしても、ゼロエミッションを実現することができる。なお、前記木質燃料ペレット８の成型の際は、接着剤または粘結剤を混入してもよい。接着剤としては、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂やクレオソート等である。
【００５４】
たとえば、前記木質燃料ペレット８は、以下のように作成することができる。先ず、篩に掛けた原料に、発熱材料を、５〜１０重量％混合する。前記発熱材料としては、電気伝導性を有することで、前記マイクロ波の照射によって発熱する粉で、高温炭の粉である粉炭である。たとえば、木粉１００％の原料を使用し、前記篩に掛けて成形可能な粒度の木粉に調節した後、含水率が約５％に乾燥し、その原料に、含水率が約５％に乾燥した粉炭を混合してペレット成形機に投入し、前記木質燃料ペレットを成形する。粉炭の場合、５重量％程度で、充分発熱するので、混合する割合は、この５重量％程度が好ましい。
【００５５】
前記粉炭としては、たとえば、オガ炭を約６０メッシュの粒度に粉砕したものを用い、前記オガ炭の状態で、約３ｍｍの厚さに切り、ミリオーム計で、クリップで挟み１ｃｍ間の値を測定すると、２０ｍΩ前後で、粉炭の状態での電気抵抗値は１Ω以下である。そして、この粉炭は、８００〜１０００℃で作成した高温炭（白炭）であるので、その温度までは変質せず、マイクロ波の照射によって発熱することができる。粉炭は、細かく砕く程、コストが高くなるので、もっと粗い目の篩にかけたものでもよい。
【００５６】
図１に戻って、本実施形態の炭化装置１は、大略的に、マイクロ波発生装置２と、その前段に設けられる第１のホッパ３と、後段に設けられる第２のホッパ４と、マイクロ波発生装置２とホッパ４との間に設けられる無害化装置５と、搬送機構６とを備えて構成される。そして、本実施形態の炭化装置１は、ホッパ３から投入された木質燃料ペレット８を、搬送機構６によって、連続的にマイクロ波発生装置２へ搬送して、マイクロ波照射を行うとともに無害化装置５においてタール分を燃焼させることで前記木質燃料ペレット８を炭化させ、ホッパ４に貯留して、適宜取出すものである。
【００５７】
マイクロ波発生装置２は、マイクロ波源２１と、そのマイクロ波源２１からのマイクロ波を電磁遮蔽する筐体２２と、案内管２３とを備えて構成される。筐体２２は、鉄板などから箱形に形成された外部筐体２４に、マイクロ波遮蔽のシール材２５が内張りされて形成されており、その天面の略中央部に、マイクロ波源２１が配設される。マグネトロンなどから成るマイクロ波源２１は、適宜の場所に設置され、筐体２２内へ導波管などでマイクロ波が導入されてもよい。
【００５８】
注目すべきは、本実施形態の炭化装置１では、筐体２２に形成された入口２６から出口２７の間を、木質燃料ペレット８を案内する案内管２３が連通しており、該案内管２３の内部は外気に開放し、筐体２２内は外気と遮断されていることである。本発明では、案内管２３は、筐体２２に形成された１つの出入口に通じていればよいが、つまり案内管２３が有底筒状に形成されていてもよいが、入口２６と出口２７とを区分した単純な直管とすることで、搬送機構６によって、木質燃料ペレット８を一方向に（図１の例では右から左へ）連続して案内することができ、生産性（スループット）を向上することができる。
【００５９】
したがって、このように構成することで、マイクロ波加熱される木質燃料ペレット８は、案内管２３で外囲されて筐体２２内とは気密に遮蔽されるので、該木質燃料ペレット８から発生したタールなどの高温のガスが、常温に近いマイクロ波発生装置２の筐体２２の内壁面に触れて、付着してしまうようなことは無く、前記内壁面へのガスの付着を防止することができる。これによって、清掃などのメンテナンス作業を軽減し、生産性（スループット）を向上することができる。なお、案内管２３も高温になるので、該案内管２３に前記高温のガスが触れても、殆ど付着することはない。本実施形態では、筐体２２内は、上述のようにタールの付着などによる汚れが生じることはないが、熱気の排気などのために、適宜換気の手段が設けられていてもよい。
【００６０】
案内管２３は、非磁性を有するとともに、高い耐熱性を有する材料から成り、たとえばガラス管やセラミック管から成る。案内管２３は、木質燃料ペレット８を案内する管本体２３１と、その管本体２３１の長手方向の端部付近から延設されるフランジ板２３２，２３３とを備えて構成される。前記フランジ板２３２，２３３は、特に内部を流れる木質燃料ペレット８に引っ張られて軸方向のずれが生じないように、半径方向の外方に延びて形成され、該フランジ板２３２，２３３が筐体２２の壁面にボルト２８，２９によって固定されることで、案内管２３は、筐体２２内のマイクロ波照射に適した位置に保持される。
【００６１】
一方、筐体２２の入口２６側には、気密を確保するパッキン２３４を介在して、導入管３１が、前記ボルト２８によって連結されており、この導入管３１の上方には、ホッパ３が設けられている。ホッパ３は、その下端のフランジ３２が、導入管３１の上部に形成された開口３１１の周囲に、気密を確保するパッキン３６を介在して、ボルト３１３によって取付けられている。導入管３１の下部には、掃除用の開口３１４が形成されており、この開口３１４は蝶番３１５によって揺動自在の蓋３１６によって塞がれ、開口３１４の周囲と蓋３１６との間には、気密を確保するパッキン３７が介在されている。
【００６２】
ホッパ３は、円または角筒状の筒部３３の下方から錐台部３４が延びて形成されており、錐台部３４の下端に形成された開口部３４１が前記導入管３１の上部の開口３１１に連なり、またこの錐台部３４の下端が外方へ折り返されて前記フランジ３２が形成されている。筒部３３の上部の開口３３１は、蝶番３３２によって揺動自在の蓋３５によって塞がれ、該開口３３１の周囲と蓋３５との間には、気密を確保するパッキン３８が介在されている。導入管３１の端部は、内方へ折り返された端板３１７によって閉塞されている。
【００６３】
これに対して、筐体２２の出口２７側には、気密を確保するパッキン２３５を介在して、排出管５１が、前記ボルト２９によって連結されており、この排出管５１の上方には、無害化装置５が設けられている。排出管５１の後段には、気密を確保するパッキン５１１を介在して、ボルト５１２によって、ホッパ４が連結されている。
【００６４】
ホッパ４は、前記排出管５１に連なる上部４１と、下方の錐台部４２とを備えて構成される。上部４１の天面には、掃除・点検用の開口４１１が形成されており、その開口４１１は蝶番４３によって揺動自在の蓋４４によって塞がれ、開口４１１の周囲と蓋４４との間には、気密を確保するパッキン４５が介在されている。錐台部４２は、円錐台または四角錐台状に形成され、その底部には、適宜、所定のデューテイで開閉される間欠バルブ４６が設けられている。図１は、間欠バルブ４６が開いている状態を示している。ホッパ４の排出管５１とは反対側の端部は、内方へ折り返された端板４７によって閉塞されている。
【００６５】
無害化装置５は、マイクロ波加熱によって木質燃料ペレット８から発生するタールなどの高温のガスを吸引し、燃焼させて、無害化して乾燥機へ排出するものである。無害化装置５は、煙突５２と、処理部５３とを備えて構成される。煙突５２は、排出管５１から立ち上がっており、それに連なり、上方の処理部５３が設けられている。煙突５２の内周から、上方の開口端には、マイクロ波の漏洩を防止するための金網５４が内張りされている。金網５４は、ガスによる腐食を抑えるために、ステンレスの金網が好ましい。
【００６６】
処理部５３は、前記タールなどの高温のガスを燃焼させて無害化するものであり、外壁５３１に、耐火処理のためにキャスター５３２が内張りされている。処理部５３の頂部には、吸引用のファン５５が設けられている。処理部５３の下端付近には、点火プラグ５６およびガス供給口５７が設けられるとともに、空気取り入れ口５８が形成されている。そして、ガス供給口５７からガスを供給している状態で点火プラグ５６から火花５９を発生させることで、ガス供給口５７に種火６０を形成し、前記木質燃料ペレット８から発生したガスを空気取り入れ口５８からの酸素で燃焼し、処理することができる。なお、木質燃料ペレット８からから発生したガスの燃焼が開始すると、そのことを火炎検知器等で検知し、ガス供給口５７へのガスの供給を停止し、種火６０を消灯するようにしてもよい。
【００６７】
こうして、前記木質燃料ペレット８に充分なマイクロ波が照射されて、赤熱している状態で、該木質燃料ペレット８が排出管５１を通過すると、自燃し、黒炭から、より高温炭を作成することもできる。その自燃によって発生するガスを燃焼させて炉内温度を上げて、精練を行う精練装置を、この無害化装置５の後段に設けるようにしてもよい。
【００６８】
上述のように構成される炭化装置１において、炭化させるのが木質燃料ペレット８の多数の粒であることから、トレイなどに収容してマイクロ波発生装置２へ出し入れするのでは、取り扱いに難があるとともに、生産性（スループット）も低い。一方、案内管２３は、マイクロ波発生装置２の入口２６から出口２７を連通する直管である。そこで、また注目すべきは、本実施形態では、前記案内管２３内に敷設されて、前記木質燃料ペレット８を一方向に搬送する搬送装置６を設けている。搬送装置６は、前記一方向に搬送を行うことができるベルトやスクリューなどで実現することができ（図１の例ではスクリュー６１）、この搬送装置６を案内管２３内に敷設することで、木質燃料ペレット８の取り扱いが容易になるとともに、さらに生産性（スループット）を向上することができる。
【００６９】
そして、案内管２３内で木質燃料ペレット８を搬送する搬送装置６は、前記のベルトでも実現可能であるが、ベルトの場合、木質燃料ペレット８を該ベルトの上に載せて、ベルト自身も移動してゆく。そのため、ベルトの場合、案内管２３内に往復の経路で敷設する必要があり、搬送装置６のスペースが必要になるとともに、ベルトからこぼれ落ちたペレット８は、案内管２３内の同じ場所に留まり、マイクロ波が照射され続け、炭化が進み過ぎるとともに、他のペレット８に照射されるべきマイクロ波を吸収し、マイクロ波のロスも発生する。
【００７０】
これに対して、図１の例のように搬送装置６をスクリュー６１で実現することで、スクリュー６１は同じ場所で静止し、その回転翼６１２がペレット８を押出してゆくので、搬送装置６をコンパクトにできるとともに、案内管２３を円筒として、その内周面（特に下部側の内周面）とスクリュー６１の回転翼６１２との間隔を狭くすることで、ペレット８の搬送漏れを無くすこともできる。
【００７１】
搬送装置６は、前記スクリュー６１に加えて、プーリ６２を含む動力伝達機構と、図示しない動力源とを備えて構成される。動力源は、モータや、その駆動回路および制御回路などを備えて構成されている。動力伝達機構は、プーリ６２を最終段として、その手前に、前記モータからの動力を伝達するベルトやプーリおよび適宜減速機構を備えて構成される。前記制御回路は、モータの制御だけでなく、マイクロ波源２１からのマイクロ波パワーや、間欠バルブ４６などの制御も合わせて行うようにしてもよい。プーリ６２は、滑り止め効果のあるラックベルトで駆動されてもよく、動力伝達機構は、歯車などで実現されてもよい。
【００７２】
スクリュー６１は、回転軸６１１の回りに、螺旋状の前記の回転翼６１２が固着されて構成される。このスクリュー６１は、マイクロ波の吸収や反射を行わない、たとえば、ガラスやセラミックなどで実現することができ、或いはステンレスなども使用可能に思われる。ステンレスの場合、耐熱性の高い、ＳＵＳ３１０Ｓなどが好適である。その場合、このスクリュー６１は、適宜接地されていてもよい。
【００７３】
本実施形態では、スクリュー６１は、マイクロ波発生装置２の案内管２３内だけでなく、ホッパ３の下方の導入管３１から、該案内管２３を超えて、無害化装置５の下方の排出管５１およびホッパ４内まで延びて形成される。そのため、導入管３１およびホッパ４の端部には、回転軸６１１の両端をそれぞれ枢支するベアリング６３，６４が設けられている。また、その回転軸６１１の両端は、パッキン６５，６６によって、気密に封止されている。前記ベアリング６３，６４およびパッキン６５，６６は、ビス６７，６８によって、前記端板３１７，４７にそれぞれ固定されている。そして、端板３１７から突出した回転軸６１１の一端に、前記プーリ６２が固着されている。
【００７４】
スクリュー６１は、谷を深く、つまり回転軸６１１を細くして、回転翼６１２の幅を大きくする程、単位回転当りの搬送量を大きくすることができるが、搬送がまばらになる傾向がある。詳しくは、特にペレット８の粒が小さかったり、湿気を含んでいたりすると、スクリュー６１の回転に対する該木質燃料ペレット８の動き（流れ）が悪く、搬送方向（図１では紙面に向かって右から左へ）に、該ペレット８の粗密を生じ、密な部分で塊となって、回転翼６１２間に詰まったりする。
【００７５】
そこで、本実施形態のスクリュー６１には、回転翼６１２の先端付近において、予め定めるピッチで間隔を開けて、撹拌翼６１３が設けられている。したがって、そのような詰まり（固まり）を解消し、木質燃料ペレット８の動き（流れ）を良くすることができる。これによって、図示しない前記の制御装置などが、マイクロ波源２１からのマイクロ波のパワーと、スクリュー６１の搬送（回転）速度とを制御することによって、炭化度合いを、容易、かつ高精度に調整することができる。
【００７６】
ここで、前記撹拌翼６１３は、回転翼６１２の先端間を連結するピンなどでも実現することができる。しかしながら、前記の固まった木質燃料ペレットに、そのピンが突入すると、折損する可能性も生じる。そこで本実施形態のスクリュー６１では、前記撹拌翼６１３は、ピンなどに比べて、強度を確保することができる板状体から成り、前記先端付近において、隣接する回転翼６１３間を連結している。したがって、スクリュー６１の回転に伴い、板状体は、堆積した木質燃料ペレット８の下方に潜り込み、掬い上げた木質燃料ペレット８を落下させ、撹拌を行う。こうして、撹拌翼６１３が、回転翼６１２間のペレット８の目詰まり（固まり）を防止することができる。
【００７７】
また、本実施形態では、撹拌翼６１３の設けられるピッチは、スクリュー６１の２回転半分とされる。したがって、撹拌翼６１３は、該スクリュー６１の側面視で、図１で示すように、千鳥状に配置されることになる。これによって、相互に隣り合う撹拌翼間で、一方の撹拌翼が木質燃料ペレット８を掬い上げる工程を行っていれば、他方の撹拌翼は木質燃料ペレット８を落下させる工程を行っており、同時に同じ工程を行うことがないので、撹拌翼６１３の目詰まりを、より一層防止することができる。
【００７８】
なお、回転翼６１２自体にも、粗面処理や、タールの付着し難くなる処理施すなどして、木質燃料ペレット８などが付着しにくくしてもよい。そのような処理は、特に、前記木粉を直接搬送する場合に、効果がある。撹拌翼６１３は、撹拌によってマイクロ波照射を均等に行えるように、図１で示すように、回転翼６１２の、特に案内管２３内に位置する部分に設けられる。
【００７９】
このように構成することで、たとえばマイクロ波発生装置２のマイクロ波パワーが７００Ｗであり、案内管２３が、直径５０ｍｍ、炉内長さ４０〜５０ｃｍの場合、木質燃料ペレット８を、約１分で２００℃以上に加熱し、未炭化状態とすることができ、さらにその未炭化の状態から加熱を継続することで、赤熱させ、黒炭から、より高温の白炭まで作成することができる。なお、上記マイクロ波パワー、加熱時間および温度の関係は、一例に過ぎない。
【００８０】
そして、本実施形態の炭化装置１では、案内管２３において、スクリュー６１の搬送方向上流側の端部２３４は、木質燃料ペレット８を投入するホッパ３の底部に連結されているので、そのホッパ３に木質燃料ペレット８を投入するだけで、該ペレット８はスクリュー６１の回転に伴い、定量で（一定の搬送速度で）搬送されてゆく。したがって、炭化装置１への木質燃料ペレット８の供給が容易であるとともに、炭化の度合いも均一に仕上げることができる。
【００８１】
その炭化の度合いを調整するために、前記ガラス管から成る案内管２３を通して内部の木質燃料ペレット８の温度を測定する赤外線センサをマイクロ波発生装置２に設けたり、排出管５１に燃焼温度を測定する温度センサを設けるなどして、それらのセンサの検知結果に応答して、前記図示しない制御装置が、スクリュー６１の回転速度や、マイクロ波源２１からのマイクロ波パワーをセンサすることが好ましい。
【００８２】
また、案内管２３にホッパ３を連結していると、該ホッパ３に、参照符号８１で示すように、前記粉炭が混入されている木質燃料ペレット８を堆積させておくことで、案内管２３の入口２６側からのマイクロ波の漏洩を抑えることができる。さらに、導入管３１およびホッパ３を金属材料で作成することで、木質燃料ペレット８の堆積が少なくても、マイクロ波の遮蔽を行うことができる。
【００８３】
そのマイクロ波の一層の漏洩防止のために、ホッパ３の底部に、前記木質燃料ペレット８の堆積を検出するセンサ９１を設けたり、ホッパ３や導入管３１の蓋３５，３１６の開放を検出するセンサ９２，９３を設けたりして、それらのセンサ９１〜９３の検出結果に応答して、前記図示しない制御装置が、マイクロ波源２１にインターロックを掛けるようにしてもよい。これによって、安全性を向上することができる。
【００８４】
一方、ホッパ３を設けると、木質燃料ペレット８の堆積量が多かったり、木質燃料ペレット８の粒が小さかったり、湿気を含んでいたりすると、ホッパ３に投入された後、底部側のペレット８は、圧縮されて、固まり易くなり、スクリュー６１上に、該木質燃料ペレット８によるブリッジ（架橋）が形成されてしまう可能性がある。そのため、本実施形態では、ホッパ３の底部に、撹拌スクリュー９４を設けている。撹拌スクリュー９４は、モータ９５によって、連続して、或いは所定周期で間欠的に駆動される。こうして、ペレット８によるブリッジ（架橋）の形成を予防することができるようになっている。
【００８５】
また、本実施形態の炭化装置１では、スクリュー６１の搬送方向下流側には、炭化させた木質燃料ペレット８を蓄積し、適宜のタイミングで、底部の間欠バルブ４６から排出するホッパ４を備えているので、参照符号８２で示すように、そのホッパ４の上方のスクリュー６１の上部まで、前記木質燃料ペレット８を堆積させておくことで、案内管２３の出口２７側からのマイクロ波の漏洩を抑えることができる。さらに、該ホッパ４や排出管５１を金属材料で作成することで、前記案内管２３の出口２７から漏れたマイクロ波を確実に遮蔽することができる。
【００８６】
したがって、このホッパ４についても、上述のホッパ３と同様に、木質燃料ペレット８の堆積を検出するセンサ９６を設けたり、蓋４４の開放を検出するセンサ９７を設けたりして、それらのセンサ９６，９７の検出結果に応答して、前記図示しない制御装置が、マイクロ波源２１にインターロックを掛けるようにしてもよい。
【００８７】
なお、該炭化装置１を長時間休止した後や、掃除した後など、ホッパ４内の木質燃料ペレット８を総て排出した状態で、該炭化装置１の運転を開始する場合には、ホッパ４内にダミーの木質燃料ペレット８を堆積した後に運転を開始することが、マイクロ波の漏洩防止のために好ましい。
【００８８】
そのマイクロ波漏洩の防止のために、スクリュー６１の回転翼６１２において、マイクロ波発生装置２の入口２６および出口２７に臨む少なくとも１回転分を、電磁遮蔽材によって構成するようにしてもよい。
【００８９】
図１の例では、案内管２３および排出管５１の内径は、導入管３１の内径より、僅かに大きく形成されている。たとえば、案内管２３および排出管５１の内径は５０ｍｍ、導入管３１の内径はそれらより２ｍｍ小さく形成される。そして、入口２６における案内管２３と導入管３１との接合部において、案内管２３の中心軸と導入管３１の中心軸とは偏心しており、具体的には前記５０ｍｍの内径の案内管２３の中心軸から、４８ｍｍの内径の導入管３１の中心軸が１ｍｍ偏心して、それらの案内管２３および導入管３１の内周底面が面一に形成され、木質燃料ペレット８が円滑に案内されるようになっている。そのため、案内管２３の天面には、導入管３１との間に、段差を生じている。
【００９０】
このように構成することで、ホッパ３から圧縮されて搬送されてきたペレット８が、案内管２３内に入ると、その圧縮状態が緩和され、固まり難くなるとともに、前記ファン５５による吸引に対して、マイクロ波照射によって発生したタールの抜けが良くなる。
【００９１】
また、ホッパ３の前段に、木質燃料ペレット８を作成する装置を備えることが好ましい。そのペレット作成装置は、投入された木粉などの原料を加熱圧縮成形して木質燃料ペレット８を作成するので、成形されたペレット８は、たとえば２００℃以上の温度となる。したがって、その高温のままのペレット８をマイクロ波発生装置２に投入し、連続して処理することで、該マイクロ波発生装置２において、ペレット８の温度を１００℃程度も上昇させるだけで、未炭化状態の（トレファンクション処理された）木質燃料ペレット８を、短時間で作成することができ、或いは同じ作成時間でも、冷えた木質燃料ペレット８から加熱する場合より、マイクロ波のパワーを小さくすることができ、非常に効率的である。
【００９２】
さらにまた、前記の木質燃料ペレット８を作成する装置等からホッパ３へ、ペレットを連続投入する場合には、上述のように、該ペレットによってマイクロ波が遮蔽されるので、ホッパ３の蓋３５は開放したままであってもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１    炭化装置
２    マイクロ波発生装置
２１    マイクロ波源
２２    筐体
２３    案内管
２４    外部筐体
２５    シール材
２６    入口
２７    出口
３    第１のホッパ
３１    導入管
３３    筒部
３４    錐台部
４    第２のホッパ
４１    上部
４２    錐台部
４６    間欠バルブ
５    無害化装置
５１    排出管
５２    煙突
５３    処理部
５４    金網
５５    ファン
５６    点火プラグ
５７    ガス供給口
６    搬送機構
６１    スクリュー
６１１  回転軸
６１２  回転翼
６１３  撹拌翼
６３，６４    ベアリング
８    木質燃料ペレット
９１〜９３，９６，９７    センサ
９４    撹拌スクリュー
９５    モータ
【図１】
0006344988.tif 000002