(57)【要約】      （修正有）【課題】個体差に拘らず、炭化室に配置される原材の均一な炭化を行なわせて炭材の歩留りを大幅に向上させる製炭装置を提供する。【解決手段】  機体１６内で炭化室１００とそれに隣接する燃焼室１０１とを仕切り形成するように投入口１４近傍に対向して障壁１８を立設させる。機体１６の天壁２０は脱着自在に開閉される。障壁１８を介して予熱工程、炭化工程、精錬工程を行なえ、良質の炭を製造する。原材の炭化室１００への搬入、炭化後の炭化室１００からの取り出しは、全開放状態の天壁２０を開放させて行なわれる。【選択図】図１
2005139313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁の一部に投入口を形成した内部を閉鎖する機体と、
機体内において炭化室とそれに隣接する燃焼室とを仕切り形成するように投入口近傍に対向して立設された障壁と、を含み、
機体の天壁は脱着自在に開閉されるように設けられたことを特徴とする製炭装置。
【請求項２】
機体の天壁を覆蓋する際に、機体内を気密閉鎖させる気密閉鎖手段が設けられた請求項１記載の製炭装置。
【請求項３】
気密閉鎖手段は、周壁の上端部と天壁の周縁との間に介在させた粘土要素と、
その状態で天壁を常時下方に弾力付勢しつつ機体内部を気密閉鎖する付勢手段と、を含む請求項２記載の製炭装置。
【請求項４】
炭化室には吊り上げ吊り降し自在に炭材を充填した籠体が配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の製炭装置。
【請求項５】
籠体を複数段あるいは複数列に整列配置させるようにそれらの吊り降し時に設置位置に導き案内する案内手段が設けられた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製炭装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木あるいは竹材等を炭化させて炭を製造する製炭装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
木材や竹材から製造される炭は燃材としての利用とともに、その大きな比表面積から吸臭、吸湿、浄化機能に優れ、社会に一定の有用な機能を提供しうるものである。炭は閉鎖室内に原材（木、竹）を配置させ、酸素供給を遮断あるいは制限した状態で燃焼を生じさせずに原材のセルローズ、リグニン、ペントーザン等を熱分解させ、炭素、酸素、水素の重合、複分解を通じて生成される。従来、炭の製造に際しては原材を得やすい山間地に炭釜を設置して行われていたが、炭の燃料としての需要の減少、安価な輸入木材使用による国産材利用の減少、林業労働人口の減少等により伝統的な炭釜による製炭並びにその生産量は低迷している。一方、前記した炭の吸臭、吸湿、浄化機能に優れる点は種々の新しい商品開発に際しての利用に大きな可能性を有するものであり、炭の一定量の供給が実現することによりその開発促進が図れる。一般的な従来の炭釜としては、例えば大きな空洞の炭化室に木質物を充填し、前方の焚き口から燃焼ガスを送り込んで炭化させる方法のものが知られている。一方、炭化室内の天井部分の温度は着火後の炭化期には５００℃以上の高温となりひび割れ等の補修を容易にさせる必要があり、また、酸素供給の遮断状態で高熱のガスを炭化室側に供給させるため炭化室の気密遮断性の必要のために、一般に炭釜の高さは低く設定されている。従来の炭釜による製炭作業は気密のためにそのような低い天井高さの炭化室内に中腰姿勢で作業者が入り、１本づつ外部から分割された木材や竹材等の原材を手渡しで受け取りながら炭化室への積み込み等を行い、また、炭化後に室内から取り出す作業が無理な不安定姿勢の繰り返しとなり、重労働でしかも作業効率が劣るものであった。また、取り出し時には炭化室が閉鎖室であるから炭素ガスに汚染される事故等に遭いやすく危険を伴う作業でもある。また、製炭後の炭の取り出し時には炭釜の冷却に最短でも１週間程度もかかるという問題があった。
【０００３】
これに対し、小木質物の炭化の装置として、例えば実用新案文献１のような炭化炉が提案されており、それによれば、空洞状の炭化室を有する炉本体と、その前方開口部を開閉する扉体を設け、炭化室内に木質物トレイを多段にして前方開口部から引き出し自在に収納する多段トレイ棚を設け、さらに各段の木質物トレイ間にガス流路用間隙を設けて各原材に均一な炭化を行なわせるようにした構造のものが示されている。
【特許文献１】実公平７−２１５５０号（明細書の実用新案登録請求の範囲、段落番号００１０、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、樹木の枝葉・樹皮類・鋸屑・小切れ木材等の小木質物の場合には、そのように多段トレイの各トレイに横積み等で載置した状態で炭化室内に配置させることが可能であるが、通常の６０ｃｍ程度の長さで分割された木材や竹材では収容スペースが小さすぎ、実用し得ないとともに、原木は１本１本が個体差をもった材と切り出し部分からなるので含水率や乾燥度がおのおのについて異なり、単に燃焼室の燃焼ガスをいきなり原材に供給するだけでは灰化する部分が多く生成されて、結局は炭の歩留まりが向上せず、原材からの炭の生産効率の大幅な向上を期待することができないという課題があった。さらに、炉体の側面側を開閉させて原材や炭材の出し入れを行うから、各段ごとのトレイへの配列と、それらの引き出し入れ動作による炭化室への投入に時間がかかる上に、製炭後の炭材取り出し前の炉内の冷却時間がかかるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、主に通常の燃材、脱臭、浄化材等に用いられるある程度の長さを備える炭を製炭する装置であり、含水度合い等の個体差に拘らず、炭化室に配置される原材の均一な炭化を行なわせて炭材の歩留りを大幅に向上させうる製炭装置を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、炭化後の冷却時間を短縮させて良好な炭を量産製造させる製炭装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、炭化後の燃焼残渣ガス等により作業者が人身事故に遭遇するおそれをなくするようにした製炭装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は、周壁１２の一部に投入口１４を形成した内部を閉鎖する機体１６と、機体内において炭化室１００とそれに隣接する燃焼室１０１とを仕切り形成するように投入口１４近傍に対向して立設された障壁１８と、を含み、機体１６の天壁２０は脱着自在に開閉されるように設けられた製炭装置１０から構成される。機体１６は、炭化室及び燃焼室を形成する空洞を有した中空立体構造であれば直方体形状に限らず、立体多角形、円筒形、その他の任意の立体形状でもよい。それらは耐火あるいは耐熱構造とされ、耐火レンガ等を鋼板の内側に張設させるとよい。機体の大きさは１辺１ｍ程度の立方体程度のものでも良く、また、長さ１０メートル、高さ２メートル、幅２メートル程度の大型のものであってもよい。障壁１８の高さは予熱工程（湿度調整工程）から炭化工程への切り替えなどを行なう際に炎の制御に直接関連するが、ある程度の通炎開口を確保すれば良く、したがって機体全体はむしろ障壁の高さに対応させて製造するとよい。炭化室における原材の充填配置は、基本的には任意であり、単に底壁上から直に積み上げてもよいし、また、棚を設けてもよいが、天壁を開放して原材の搬出、入をおこなうから上下方向に積み込み、積み上げが容易な配置の仕方であるのが好ましい。
【０００７】
また、機体１６の天壁２０を覆蓋する際に、機体１６内を気密閉鎖させる気密閉鎖手段（６８）を設けるとよい。燃焼室での燃材の燃焼時の天壁内側の温度は５００℃以上程度にもなるから耐火、耐熱性の気密材をもちいるとよい。気密材としては例えば天壁と周壁上端側とに介設されるパッキン部材であるが、耐火、耐熱性を有し、ある程度柔軟に変形可能な粘土要素を用いるとよい。粘土は使用により硬化収縮するが、安価で環境負荷がかからないので、例えば当該機体の炭化使用時ごとに粘土を周壁上端部等に配備するとよい。
【０００８】
また、気密閉鎖手段（６８）は、周壁１２の上端部と天壁２０の周縁との間に介在させた粘土要素６８と、その状態で天壁２０を常時下方に弾力付勢しつつ機体１６内部を気密閉鎖する付勢手段７６と、を含むとよい。気密閉鎖のための付勢構成は任意でよいが、コイルばね、板ばね等のばね部材を用いるのがよい。
【０００９】
また、炭化室１００には吊り上げ吊り降し自在に炭材を充填した籠体５２が配置されるとよい。
【００１０】
また、籠体５２を複数段あるいは複数列に整列配置させるようにそれらの吊り降し時に設置位置に導き案内する案内手段（５６）を設けるとよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の製炭装置は、周壁の一部に投入口を形成した内部を閉鎖する機体と、機体内において炭化室とそれに隣接する燃焼室とを仕切り形成するように投入口近傍に対向して立設された障壁と、を含み、機体の天壁は脱着自在に開閉されるように設けられた構成であるから、障壁を介して予熱工程、炭化工程、精錬工程を行なえ良質の炭を良好な歩留まり率で得らるうえに、炭化室からのあるいは炭化室への炭材の出し入れが容易で、しかも多量の炭材の充填、取り出しを短時間に行なうことが可能である。
【００１２】
また、機体の天壁を覆蓋する際に、機体内を気密閉鎖させる気密閉鎖手段が設けられ
た構成であるから、天壁を開閉する構造であっても炭化室内の気密を保持して炭化のため
の酸素供給の制限、あるいは遮断等の炭化条件の制御を精度良く行なえる。
【００１３】
また、気密閉鎖手段は、側壁の上端部と天壁の周縁との間に介在させた粘土要素と、その状態で天壁を常時下方に弾力付勢しつつ機体内部を気密閉鎖する付勢手段と、を含む構成とすることにより、天壁の脱着構成を維持しつつ炭化室内の気密保持を確実に行なえる。特に、付勢手段により気密保持を粘土要素の体積変動に追従して行なわせるので、気密保持効果が高い。
【００１４】
炭化室には吊り上げ吊り降し自在に炭材を充填した籠体が配置される構成とすることにより、籠の空隙からのガス流通による原材の炭化を十分に促進させながら多量の炭材の搬入、搬出を可能とし、かつ、それらの作業を容易に行なわせることができる。
【００１５】
また、籠体を複数段あるいは複数列に整列配置させるようにそれらの吊り降し時に設置位置に導き案内する案内手段が設けられた構成とすることにより、所定の配列位置に整列状態で配置し、炭化室への搬入、搬出を円滑に行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の製炭装置の実施の形態について説明する。本
発明の製炭装置は、多量の原材の炭化処理でありながら、個体間の含水状態の違いにも拘らず均一な炭化を行なえ、原材の機体への充填、排出ならびに炭化後の機体からの炭材取出しを短時間でおこなえる炭化装置である。
【００１７】
図１ないし図８は、本発明の実施形態に係る製炭装置１０を示しており、図１において、製炭装置１０は、周壁１２の一部に投入口１４を形成した内部を閉鎖する機体１６と、該機体内にあって投入口に所要の間隙を置いて対向して立設された障壁１８と、機体の天面を脱着自在に開閉する天壁２０と、を含む。機体１６内に炭化室と燃焼室を形成し、炭化室に木材や竹材等の原材が充填配置される。
【００１８】
図１ないし図４において、機体１６は、鋼板を四周を囲むように立てて矩形に組み付け、その内側に耐火レンガを積み上げ接合した周壁１２と、底壁２２と、天壁２０から構成されている。底壁２２の鋼板の内側にも耐火レンガが敷設され全体が耐火構造となって、高熱、長期使用にも耐えうる構造となっている。それぞれの直方体形状の接合部分は気密状に接合され、内部のガス等が外部に漏れないようになっている。
【００１９】
実施形態において、機体１６は一方向に長い中空直方体形状であり、長辺側の二つの側壁は閉鎖されるとともに、短辺側の一つの側壁１２Ａに燃材の投入口１４が形成され、短辺側の他の側壁１２Ｂは排気装置２４に連通している。図１において、側壁１２Ａの中段よりやや上方位置には機体内の燃焼室での燃材の状態を監視する覗き口２６が設けられ、該側壁１２Ａの中段よりやや下方位置に燃材の投入口１４が設けられ、さらに下端側位置には空気取り入れ口２８が設けられている。覗き口２６は、湿度調整燃焼時の炎の高さやその後の原材への着火確認等を行なう。投入口１４は、開口に開閉蓋３０をヒンジ等により開閉自在に設けた構成であり、燃料用の間伐材、端材等を投入するに十分な程度の大きさの開口で必要以上の空気流入が抑制されるようになっている。
【００２０】
側壁１２Ｂの下端側は連通開口３２が形成され排気装置２４に連通している。排気装置２４は、大空隙部３４とそれに通じるダクト状煙道部３６を有するボトル形状の排気器３８を含み、煙道部３６の基部にはガス排気量調節用のバタフライバルブ４０が設けられるとともに、さらに該煙道部３６の曲がり上部位置付近には外気により冷却された木酢あるいは竹酢液の採水部４２が設けられて還流パイプ４４を介して回収できる。この排気器３８には、図示しない温度計あるいはセンサが設置されており、機体あるいは炉体からの排気部分の温度を計測して原材の湿度状態、精錬着火タイミング、精錬工程管理、消化タイミング等の判断を行なう。
【００２１】
図１、図３において、機体内において投入口１４に対向するように投入口から離隔した位置に障壁１８が底壁から立設固定されている。障壁１８は、機体内を炭化室１００と、燃焼室１０１とに仕切り形成するように投入口１４に離隔する位置にあって該投入口１４にその壁面を面して立設され、燃材の燃焼炎が直接に炭化室側に至らないようにさせる炎の障壁手段である。障壁１８は機体内を短辺側全幅にわたって形成されるとともに、天壁２０よりも低い高さ位置に設定されて、湿度調整後、炭化処理開始時に炎が障壁を越えて炭化室側に届かせる開口４６を形成している。障壁１８は、中央鋼板４８の両側に耐火レンガを積み上げ接合させて構成された耐火壁構造体であり、実施形態では底壁に固定的に設置されている。この障壁はクランプ等の連結具を介して障壁の上端高さを上下に調整可能にするとよい。障壁１８と投入口１４との間隔部分にはロストル５０が取り付けられ、該ロストル５０上に燃料用の間伐材、端材等が投入される部分が燃焼室１０１とされる。      
【００２２】
炭化室１００は、炭の原材料を充填配置させる空洞部分であり、本実施形態では、炭材（原材および炭化物を含む）を充填した籠体５２が上下に吊り上げ、吊り降ろし自在に配置される。このように、炭化室１００には上下に吊り上げ、吊り降ろし自在に炭材を充填した籠体５２を配置させることにより、多量の原材を充填できる上に、機体内に対する炭材の搬入、搬出を短時間で完了させうる。図１において、底壁２２の上面側には炭化室の略底壁全体にわたり、気体通流に十分な空隙を設けて金属枠部材を縦横に組み付けた金属フレーム台５４が配置されている。金属フレーム台５４は、上部に炭材を充填した籠体５２を載置させつつそれらの籠体の下面側から通炎開口４６を介して排気器３８に至る炭化によるガスを通流させる気体流路を形成する。
【００２３】
図１、図３、図５において、籠体を吊り上げ、吊り降ろしする際に炭化室１００内において、整列配置させるように導き案内する案内部材５６が機体本体から突設固定されている。案内部材５６は、炭化室内の所定の縦、横の列に整列配置し、特に複数列あるいは複数段について所定位置に吊り上げ、吊り降ろし案内する案内手段であり、本実施形態において、図３，５に示すように、縦方向にＴ形溝を有するガイド金具からなり、それぞれ整列段積みした籠体５２の中央間隙部分と両端部分に機体側から突設されている。実施形態では１段目に並列させた２個の籠体を２組配置して４個配置し、その上段に対応してそれぞれ１個を載置させた計８個の籠体５２が配置されている。籠体５２は、金属製網籠体から構成され、多数の網目空隙を形成して気体が自由にその内外を通流しうるようになっている。そして、これらのそれぞれの籠体の両端側には図５のような係合部材５８が突設され、このＴ字形の係合部材５８が案内部材５６のＴ形溝内で係合しつつ上下にスライド状に案内されて所定の縦横の列及び積み上げ段位置に案内配置される。なお、その際、図６に示すように、籠体５２の上部横ロッド６０には複数の受け部材６２が固定されており、この受け部材に受けられて位置決めされた状態で通しロッド６４が横並びの２個の籠体の上部を幅方向に架設されて配置されている。受け部材６２は上方に逆ハ字状に広がった部材からなり、その中央部に通しロッドを位置決め配置させる。通しロッド６４を配置させることにより、段積みする籠体の強度を補強し、さらに、該通しロッドを載置離脱自在に籠体に配置させるから籠体の吊り上げ、吊り降ろし自在の出し入れを確保しうる。
【００２４】
本発明において、１つの特徴的なことは、機体１６の天壁２０は脱着自在に開閉されるように設けられたことである。そして、閉鎖時には機体内外の気密を確保させる。実施形態において、長四角形状の周壁１２の上端に囲まれた底壁と略同じ大きさの機体の天面全体が開口されており、この開口を上方から覆蓋、取り外し自在に天壁２０が設けられる。天壁は例えば、矩形の耐熱鋼板からなり、上面側複数箇所に吊り金具６６が固定されている。
【００２５】
実施形態において、気密閉鎖手段は、側壁上端部と天壁の周縁部との間に介在される粘土要素６８と、その状態で天壁を常時下方に付勢する付勢機構７０と、を備えている。気密閉鎖手段としては、たとえば側壁上端部と天壁の周縁部との間に気密材を介在させ、単に天壁の自重により閉鎖させるようにしてもよい。その際、気密材は耐火、耐熱性の弾性体であるとよい。本実施形態においては、気密材を粘土要素６８で構成し、さらに、その状態で天壁の鋼板を常時下方に弾力付勢する付勢機構７０を設けている。実施形態では、図７，８に示すように天壁を構成する鋼板の周縁下部側において周壁１２の上端部を挟むように周壁の幅方向両端側から垂下する垂下片７２が天壁の全周部分において下方に向けて突設されており、垂下片７２の間に周壁上端部に盛られた粘土を挟むようにして上方から吊り降ろして側壁と天壁部分の気密を行なわせる。
【００２６】
付勢機構７０は、図７ないし図９に示すように下端側を周壁１２側に枢支させ軸他端側にその中心孔を通係させた２個の締め金具７４の中間に付勢ばね（押しばね）７６を介在させたロッド７８と、天壁２０側から突設されたロッド受け８０と、を含み、粘土を挟んで天壁２０を上方から覆蓋させた状態で、図８のようにロッド７８の自由端側を起こし、ロッド受け８０に嵌合させた状態でロッドに取り付けたハンドル８２を回動操作することにより、天壁と周壁上端との気密を確保する。特に、所要の締め付け力でハンドルを操作して締め付けておくと付勢羽根７６の付勢力により粘土が膨張，収縮してその体積変化を生じる場合にも確実に天壁と周壁上端との気密が確保される。
【００２７】
次に、図に基づいて実施形態の製炭装置１０の作用について説明すると、図１０のように機体の天壁を離脱移動させて天面全体を開放状態とし、その状態で、例えばクレーン等の重機に吊支させたバランス吊具８４を介して原材を適宜に投入した籠体５２を案内手段（案内部材５６等）を介して所定の水平配列位置に案内配置させ、さらに必要に応じて炭化室を満杯にするように上段にも籠体を積み上げ載置させる。その状態で、気密閉鎖手段の粘土要素（圧接するとある程度変形する程度の粘性を有する粘土）を周壁の上端部の全周について盛り付ける。そして、その状態から他のバランス吊具８６を介して吊支した天壁２０をその垂下片７２の間に粘土及び周壁上端部分を挟むようにして上方から吊り降ろし、機体の天面を閉鎖する。そして、図７ないし図９に示すようにロッド７８を起立させて天壁のロッド受け８０に嵌合させ、立てた状態でハンドル８２を締め込んで付勢羽７６により常時天壁を下方に付勢させるばね力を付与させるようにする。粘土要素は天壁の自重と付勢ばねのばね力により圧接されて圧縮され変形して周壁上端部分と天壁との気密を確実に保持させる。なお、その際、最上部の籠体５２の上面には小枝、枯葉、その他の補助燃材を予め均一状に載置させておく。本実施形態の炭の製造工程は、（１）予熱工程と、（２）炭化工程と、（３）精錬工程の順に行なわれ、原材を炭化室内に配置させた状態で、投入口１４から小枝や間伐材等の燃材を燃焼室１０１内に投入して、着火し予熱工程が行なわれる。予熱工程は、機体の出口部分例えば排気器３８の温度を６５℃以下程度に維持するように燃焼室での燃焼状態を維持し、炎を障壁１８から炭化室側に直接に流動させないようにして原材を蒸し焼き状態とする工程であり、これを例えば４８時間程度維持することにより、含水率にバラツキをもった個々の原材をある所定の含水率以下となるようにし、原材全体を均一な乾燥状態とさせる。予熱工程後、燃焼室内への酸素あるいは燃材自体の増加等を通じて燃焼炎を大きくし、障壁を炎が越えて炭化室に至るように着火させる炭化工程に続く。障壁を越えた炎は補助燃材を着火して燃焼させ、炭化室全体について酸素供給を制限あるいは遮断した状態で炭化工程が行なわれる。このとき、機体の出口温度は例えば８２℃以下程度に維持される。炭化工程が例えば約７０時間程度維持され現在が炭化される。良好な炭を得るためにその後、燃焼室の燃焼温度を上げて炭材の焼き締めが行われて精錬工程が行なわれる。この精錬工程では例えば機体の出口温度が２５０℃〜４３０℃程度に維持され、これを例えば４８時間程度行なうことで精錬を終了する。精錬工程では天井温度は例えば５００℃〜７００℃以上にもなるが、これによって粘土要素６８は乾燥して収縮し体積変動を生じてもその間、常時付勢機構７０により天壁が周壁上端側に押し付け力を加えているので気密状態を保持し、良質な炭を製造しうる。各工程で排出されるガスは底部の上面側の空気通路から連通開口３２を介して排気器３８に至りさらに煙道から排出される。精錬工程終了後、消化し天壁２０を全開放状態にすることにより短時間で炭化室内が冷却され、早期に製炭品を回収し得る。
【００２８】
本実施形態では、このように、障壁１８を介して予熱工程、炭化工程、精錬工程を行なえるので、良質の炭が良好な歩留まり率で得られる。その際、天壁２０の開閉を通じて炭材を機体内から搬出できるから障壁１８が邪魔になるということがない。さらに、天面全体を開閉自在とするから、原材の搬入、搬出が容易となる上に、炭化終了後に冷却時間として１週間もかかるようなことがなく、製炭効率を向上させる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の製炭装置は、木材、竹材、あるいはそれらに限らず、任意の炭化用素材についてもそれらからの炭の製造のための装置として適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る製炭装置の縦断面説明図である。
【図２】図１の製炭装置の平面図である。
【図３】図１の製炭装置の天壁を開放した状態（一方側の２個の籠体のみを配置させた状態）の平面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図５】籠体部分の一部省略拡大平面図である。
【図６】籠体の拡大正面図である。
【図７】周壁と天壁との接続部分の一部省略拡大断面図である。
【図８】図７の気密閉鎖手段の作用説明図である。
【図９】図７の一部省略平面説明図である。
【図１０】図１の製炭装置の作用説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    製炭装置
１２    周壁
１３    送り機構
１６    機体
１８    障壁
２０    天壁
５２    籠体
５６    案内部材
６８    粘土要素
７０    付勢機構
７６    付勢ばね
１００    炭化室
１０１    燃焼室
【図１】
2005139313.tif 000003
【図２】
2005139313.tif 000004
【図３】
2005139313.tif 000005
【図４】
2005139313.tif 000006
【図５】
2005139313.tif 000007
【図６】
2005139313.tif 000008
【図７】
2005139313.tif 000009
【図８】
2005139313.tif 000010
【図９】
2005139313.tif 000011
【図１０】
2005139313.tif 000012