(57)【要約】【課題】  樹木等のチップ又はチップや樹皮等の加工品を製炭技術によって連続的に熱分解を起こし熱分解により発生した分解熱を得て農業や園芸用の温室の暖房に利用する。【解決の手段】  林業や樹木を取り扱う作業で発生する樹木に関する幹、枝、葉、樹皮等をチップ又はチップ加工品にしたものを内熱連続式の炭化炉によって連続的に炭化し炭化の際に発生する分解熱を熱水や熱風又は温水や温風として取り出し農業や園芸等の温室の暖房として使用する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物の熱分解による炭化によって発生する分解熱を熱水又は温水、熱風又は温風として取り出し利用することを特徴とする炭化と分解熱利用に関する技術。
【請求項２】
請求項１の技術を利用することを特徴とする暖房設備。
【請求項３】
請求項２の暖房設備のための炭化炉
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  製炭の熱分解による製炭で炭化の際に発生する分解熱利用に関する。
【背景技術】
【０００２】  古来より行われている産業製炭は炭焼きと呼ばれる仕事であってその名の通り樹木等の炭材を燃やして炭にするものと考えられているが実際には燃やすことではない、しかし炭材を燃やすと考えられている様に大量の煙と熱が発生する、しかしこの熱が利用できると認識された形跡は見当たらない、その理由は製炭が酸素の供給を制限できる専用の製炭窯でなければできないことに加えて普通に火を燃やす様に簡単に火が着いて熱が発生し調節できるわけではなくある程度の量の炭材が無ければ起こせない燃焼の前段階つまり発火する前に起きる熱分解という化学現象であることにある。この化学現象は燃えることと殆んど見分けがつかないために製炭業にたずさわる者にも燃えると認識されているのが現実であるが職業的な面や工業技術の面から具体的に科学の力で熱利用を目的に窯の改良や技術に研究、開発の手が加えられた形跡はない。【０００３】
【非特許文献１】  炭のすべてがよくわかる炭のかがく  ２００３年７月２５日  発行  発行所  誠文堂新光社  東京都文京区本３−３−１１  ＴＥＬ０３−５８００−３６１１
【非特許文献２】  よい煙わるい煙を科学する  ２００２年９月２８日  発行  発行所  （株）中経出版  東京都千代田区麹町３の２相互麹町第一ビル  電話０３−３２６４−２７７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  人類が生活する為に必要としているエネルギー源の大部分を占めている化石燃料は地球規模で逼迫し始めている、人類はこれに変わる新しい熱エネルギ−源の確保の必要に迫られていて避けては通れない問題になっている、一方では化石燃料を使うことによって発生する二酸化炭素や有害物質の地球温暖化を始めとする自然に与える悪影響が地球の将来に係る大きな問題になっている。【０００５】人間が生活するために熱エネルギーを得るには何かを燃やさなければならないが化石燃料に限らず何かを燃やすと必ず二酸化炭素と有害物質が発生する、この問題を少しでも小さくするために燃やすことに比べ二酸化炭素の発生が格段に少ない上に有害物質の発生が皆無に等しい製炭技術を応用し燃焼とは異なる熱分解で分解熱を発生させ利用する技術を確立する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  ここでは林業に於ける樹木を活用することを主目的とする技術として説明してゆくが実際には樹木に限らず植物などの光合成で形成された有機物であれば何でも適用できる技術である。【０００７】  本発明は製炭の基本技術を応用したものであって山林の間伐材の様な樹木の幹、枝、葉まで全てをチップ化しそのまま或はチップを加工した物を連続的に炭化し発生した分解熱を利用する技術である。【０００８】  ここで炭ができる原理、炭化について説明しなければならない、炭ができる炭化の原理は大きく分けて燃焼によるものと熱分解によるものの二つに分けられる。【０００９】  一つは燃焼によるものであるが燃焼とは普通に物が燃えることであって酸素の介在が無ければ起こりえず燃焼が起これば必ず二酸化炭素が発生する、これを科学的に説明すると無制限に酸素が供給される中で熱分解と同時に酸化反応が起きている状態で熱分解で発生した生成物と生成ガスが激しい勢いで酸化し熱と光と煙を発生し最後は酸化物の灰になる、酸化が途中で止まった時に残るのが炭であり酸化が止まらずに最後まで進行すると灰という酸化物が残るが酸化の煙は二酸化炭素と水蒸気で目には見えない、目に見えるのはカ−ボンなどの粒子である。【００１０】  二つは熱分解による炭化で一般的に行われている産業製炭である、熱分解は植物等の有機物を約２６０℃まで加熱すると無酸素に近い条件下でも起きる化学反応である、この化学反応は植物の光合成と反対の化学反応と考えればよいものであって光合成の際に太陽光と共に吸収され有機物となって植物体に蓄積されている太陽熱を分解熱として放出しながら連鎖的に進行して行く、有機物は熱分解によって生成物と、生成ガス等（別表１）に分解されるが留出液は植物自体が土壌や空気中より吸収した大部分のミネラルを含んだまま分子の小さな水蒸気となって空気中に飛散する、この水蒸気は発生時の温度が約４００〜６００℃と高温なために分子が小さく燃焼の煙と見分けが付かない、そのために炭焼きが樹木を焼く、つまり樹木を燃やしていると思われている理由になっている、熱分解が終った時点で生成物を冷却すると残った炭素だけが炭となって残る。【００１１】  熱分解は植物の種類や形状などの条件によって発生する分解熱の量や分解の速度に差があるがいずれにしても酸素の消費が極めて少なく条件が整えば燃焼の様な二酸化炭素の発生が格段に少なく有害物質の発生は皆無に等しいのが大きな特徴である、又熱分解によって発生する分解熱の量を理論上科学的に見ると合成熱として光合成で太陽光と共に吸収された太陽熱の絶対量に等しいと考えられる。【００１２】  以上炭ができる炭化について説明したが前述の様に商業製炭は後者の熱分解による炭化を利用した技術である、本発明はこの製炭技術を応用したものであって無限に近く豊富な林産資源を次世代の熱エネルギ−資源として活用する新しい発想の技術であり地球温暖化対策等にも大きく貢献できる熱エネルギ−確保の技術である。
【発明の効果】
【００１３】  自然の中の樹木を燃料にすることは古来より行われてきた人類の行為であって極めて自然であるがやはり燃やせば二酸化炭素が出る、この様に何でも燃やせば必ず二酸化炭素や有害物質が出ると言うことで生活環境から出る植物でさえも燃やすことが規制、制限されている、しかし燃やさなくても燃やしたと同じことが出来る、それが熱分解による炭化と言う技術であってゴミとして扱われている植物等を資源に変ることのできる技術である。【００１４】  しかし熱分解でも生成ガスとして二酸化炭素は発生するが生成ガスに含まれるものだけを見ればよいものであって燃焼の酸化によって発生する二酸化炭素の最終絶対量と比較して見ると生成物の酸化で発生する二酸化炭素の分量だけ少なくて済むと考えられる。しかも本発明の炭化による分解熱の工業的な利用技術は歴史の中でも認識されたことの無い技術であって人類の最も身近にある最後で最大の熱エネルギ−資源の利用技術であると言っても過言ではない。【００１５】  本発明の炭化による熱分解の分解熱が利用できることで最大の目的である石油や石炭の化石燃料を燃焼させて得ている燃焼熱に変わって身近に豊富にある樹木などより無限に近い分解熱が得られる。【００１６】  本発明によって最も大きな効果が発揮されるのは農業、園芸等の温室設備の暖房である、農業、園芸等の温室は暖房設備が不可欠であって季節の上では一年間の三分の一を暖房に頼って作物を生産している、この現実は日本国内だけの事実ではなく地球規模で行われている化石燃料の大量消費という行為であってその化石燃料の消費量は想像することの出来ないほど大きい量であることは紛れも無い事実である。【００１７】  従って本発明の技術が以上述べた農業、園芸等の温室暖房の主力となる技術として普及すれば農業、園芸等の生産に貢献するばかりではなく地球規模で取り組んでいる二酸化炭素削減対策に貢献することの大きさも想像できないほど大きなものと考えられる。【００１８】  更には炭材を生産するために林業が活性化し荒廃している山林の管理が進むと共に新しい産業の育成にも繋がるはずである、又荒廃している山間地のかつての農地で炭材を生産すると言う様な産業が興るという相乗効果も十分期待できるものであってこの分野でも樹木など植物による二酸化炭素削減対策に貢献する効果は想像できないほど大きなものであると考えられる。【００１９】  又本発明の目的からすると副産物として回収される炭や臭気対策で生産できる前述の木酢液、竹酢液は農産物生産の肥料や特定農薬として高い評価を得ている農業生産資材なので併せてこれ等の生産技術を確立することで肥料や農薬の原料の大部分を輸入に頼っている省資源国日本の経済にとっては無限に近い資源が確保できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  本発明は鋼板制の炭化炉を用いて実施するが炭化炉が次の二つの条件を備えていることが絶対条件である、第一は内熱炭化式であること、第二は連続炭化式であること、この二つの条件を備えた炭化炉は説明図に示した様な炭化炉になる、この炭化炉の場合炭材は樹木を幹、枝、葉まで全てをチップにして混合したものかそれを加工した物を用いる。【００２１】  この炭化炉は一つの実用例であるが大別して二つの機能を備えている、一つは▲４▼空気口より上の部分が炭材を炭化する部分であり▲４▼空気口より下の部分は炭化した炭を冷却する働きをする、本発明の場合立体型の炭化炉で二つの機能を持たせたことを特徴とするが二つの機能を分けた形式の構造の炭化炉であっても本発明の目的を達成することに問題はない。【００２２】  炭化を機能する部分は炭化炉と言う表現よりも近年まで農家の庭先で行われていた籾殻燻炭製造手段に近い技術であって炭化炉本体に蓋は無くても支障は無く炭材を充填すればその上部は開放状態でも問題は無いが安全上蓋を付けるのが望ましい、しかし▲２▼煙突の底部を▲４▼空気口と同じ高さかやや低めに設定するがこれは炭窯の構造条件である。【００２３】  この炭化炉を稼動させた場合炭化部底部より上方向に向かって順次自然的に炭化が進行して行くが炭化が▲６▼炭材上部表面に達し炭化が終了すると自然に燃焼が始まる、本発明の場合はこの段階まで炭化が進行しない段階で炉本体下部の▲３▼シャツタ−を開いて冷却済の炭を抜き取ると炭化が終った高温の炭が冷却部に移行してくる、上方の炭化部には少なくなった炭材を補充しなければならないがこれ等一連の行程を繰り返すことによって休むことなく連続した炭化が実現できる。【００２４】  冷却部は火消し壷と考えればよく冷却部上層部の炭が火消し壷の蓋の役目をするので▲３▼シャツタ−部より酸素の供給が無ければ冷却部内の炭の温度はすぐに発火点以下の温度に冷却されてしまう、従って一定の時間を定めて間欠的に冷却された炭を抜き取ることが出来る。【００２５】  この一連の行程は炭化、冷却、炭抜き取り、炭材補給の４行程になるので説明図には炭化炉本体のみしか示していないが炉上部に炭材自動供給機構と▲３▼シャツタ−下部に炭自動搬出機構を設置すれば長時間の自動運転が可能になる。【００２６】  以上炭化炉の運転について説明したが運転中炭化の際には常時４００〜６００℃の分解熱を安定して発生させることができる、この分解熱はそっくり利用可能な熱エネルギ−と考えて差し支えないが現時点の技術では３０〜５０％位の利用率と考えられる。【００１９】  この分解熱の利用の仕方については二通りの方法がある、一つの方法は説明図に示した様に炭化部の周囲に▲５▼水槽を設け温水又は熱水として熱を取り出し利用する、二つ目の方法は▲５▼水槽部に水を充填することなく通風路として使用し取り出した熱風を利用するものであるが利用の仕方についてはそれぞれの用途に合わせて選択すればよい。【００２７】  本発明の分解熱利用の目的は農業や園芸等の温室暖房を目的に考案した技術なので前述の様な二つの利用方法が考えられるがこれ等の利用技術が発展すれば農業や園芸の分野以外でも広く利用できるものと考えられる。【００２８】  しかしながら熱分解で発生する水蒸気の状態の留出液と生成ガスは様々な薬効があるが独特の臭気がありその臭気が公害として扱われる可能性を否定することはできないので水蒸気と生成ガスの処理技術を確立することが必要である。【００２９】  近年の商業製炭では煙として出る水蒸気を冷却処理して木酢液、竹酢液と呼ばれる液体を採取、商品化し農業、園芸等の作物や植物栽培の資材として供給し高い評価を得ている、この技術は工業的には乾留に当るが技術的には極めて初歩的なもので効率は評価の域に達していない、従って煙とされている水蒸気の処理技術の確立も課題とされるがこの技術は物理的に温度の低い水と接触させることで比較的簡単に解決できるものと考えられる。
【実施例】
【００３０】  本発明の具体的な実施例を説明図よって説明する、炭化炉本体の構造は説明図の通りの鋼板製であって非常と言えるほど単純な構造であるが機能的には完璧なまで理に適った物である、しかし炭化炉の構造が極めて単純なものなので稼動に当たっての保守、管理も極めて単純なものとなっている、【００３１】  稼動にあたっては▲５▼水槽に水を充填し次に▲１▼炭化炉本体に▲６▼炭材を充填して▲３▼シャッタ−部より点火するとすぐに炭化がはじまる、炭化は自然的に上部方向に進行するが▲６▼炭材は炭化によって元の体積の７５〜８０％の体積に縮小するので炭化炉上部の開口内部を観察することで炭化の進行状況がわかる、従って炭化の進行状況に合わせて判断し適時に▲３▼シャツッタ−を開き冷却された炭を抜き取ると高温の炭と▲６▼炭材が下降するので▲６▼炭材を補給するがこの二つの作業と操作が基本的な保守管理である。【００３２】  基本的な連続運転に必要な一連の作業及び操作は冷却された炭の抜き取りと▲６▼炭材の補給のみであって、この二つの作業を間欠的に繰り返すことで炭化炉の連続運転が実現出来る、その結果▲５▼水槽内の水の温度は上昇し熱水として利用するが最終的には沸騰する。【００３３】  この熱水を▲７▼循環ポンプよって循環させて利用するが本発明の場合はこの熱水を配管による▲８▼温室内地熱暖房と放熱機による温風暖房によって農業用温室の暖房として実施したが現時点では実験の段階であるため具体的な使用方法や効率に関する資料は出していない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】  現時点で分解熱の利用が即可能と考えられるものは農業用、園芸用等の温室の暖房を始めとする様々な設備や施設の暖房設備及び給湯設備等であるが熱分解炉として使用すると焼却炉に変わる新しい廃棄物処理設備に利用できる可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】は本発明を実施するための炭化炉の稼動状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００３６】  ▲１▼炭化炉本体  ▲２▼煙突  ▲３▼シャツッタ−  ▲４▼空気口  ▲５▼水槽  ▲６▼炭材  ▲７▼循環ポンプ  ▲８▼温室内地熱配管及び放熱機
【配列表フリ−テキスト】
【００３７】  別表  １
2007077378.tif 000002
【図１】
2007077378.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月6日(2006.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】古来より行われている産業製炭は炭焼きと呼ばれる仕事であってその名の通り樹木等の炭材を燃やして炭にするものと考えられているが実際には燃やすことではない、しかし炭材を燃やすと考えられているように大量の煙と熱が発生する、しかしこの熱が利用できると認識された形跡は見当たらない、その理由は製炭が酸素の供給を制限できる専用の製炭窯でなければできないことに加えて普通に火を燃やす様に簡単に火が着いて熱が発生し調節できるわけではなくある程度の量の炭材が無ければ起こせない燃焼の前段階つまり発火する前に起きる熱分解という化学現象であることにある。この化学現象は燃えることと殆んど見分けがつかないために製炭業にたずさわる者にも燃えると認識されているのが現実であるが職業的な面や工業技術の面から具体的に科学の力で熱利用を目的に窯の改良や技術に研究、開発の手が加えられた形跡はない。その理由は炭の生産から利用に至るまでが日本固有の生活文化的なもので改良の必要が無かった為である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】二つは熱分解による炭化で一般的に行われている産業製炭である、熱分解は植物等の有機物を約２６０℃まで加熱すると無酸素に近い条件下でも起きる化学反応である、この化学反応は植物の光合成と反対の化学反応と考えればよいものであって光合成の際に太陽光と共に吸収され有機物となって植物体に蓄積されている太陽熱を分解熱として放出しながら連鎖的に進行して行く、有機物は熱分解によって生成物と留出液と生成ガス等（別表１）に分解されるが留出液は植物自体が土壌や空気中より吸収したミネラルの大部分を含んだまま分子の小さな水蒸気となって空気中に飛散する、この水蒸気は冷却するとミネラル分を豊富に含んだ木酢液、竹酢液と呼ばれる流出液になる、又この水蒸気は発生時の温度が約４００〜６００℃と高温なために分子が小さく燃焼の煙と見分けが付かない、そのために炭焼きが樹木を焼く、つまり樹木を燃やしていると思われている理由になっている、熱分解が終わった時点で生成物を冷却すると残った炭素だけが炭となって残る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】熱分解は植物の種類や形状など条件によって発生する分解熱の量や分解の速度に差があるがいずれにしても酸素の消費が極めて少なく条件が整えば燃焼の様な二酸化炭素の発生が格段に少なく有害物質の発生は皆無に等しいのが大きな特徴である、又熱分解によって発生する分解熱の量を理論上科学的に見ると合成熱として光合成で太陽光と共に吸収された太陽熱の絶対量に等しく利用可能な蓄積太陽熱と考えて良いものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】この炭化炉は一つの実用例であるが大別して二つの機能を備えている、一つは▲４▼空気口より上の部分が炭材を炭化する部分であり▲４▼空気口より下の部分は炭化した炭を冷却する働きをする、本発明の場合立体型の炭化炉で二つの機能を持たせたことを特徴とするが二つの機能を分けた形式の構造の炭化炉であっても本発明の目的を達成することに問題はなく炭化の目的が達成できれば特に炉の形式や構造にこだわる必要はない。