(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉可能な投入口及び取出し口を有する炉本体の中心部に、下部に当該炉本体の内部に連通する排気口を備えた排気筒が立設され、この排気口の開度調節手段を有し、炉本体の底部に複数の下部空気入口と点火口を備えると共に、該炉本体の上部に上部空気取入れ口を有し、前記投入口より炉本体内に投入された植物質原料の堆積層底部に点火口から着火し、該植物質原料を不完全燃焼させて炭として前記取出し口より取り出すように構成されてなる炭化炉。
【請求項２】
複数の下部空気入口が前記排気筒を中心とする円周方向に等配して設けられ、これら空気入口が単一の下部空気取入れ口に連通し、この下部空気取入れ口と前記の上部空気取入れ口とに開度調節手段を有してなる請求項１記載の炭化炉。
【請求項３】
炉本体の周壁が金属板からなる請求項１又は２に記載の炭化炉。
【請求項４】
炉本体の内周面に常温遠赤外線放射体塗装が施されてなる請求項３記載の炭化炉。
【請求項５】
炉本体は、略縦円筒形をなし、上部から下部へ次第に内径が増大するように設定されてなる請求項１〜４のいずれかに記載の炭化炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば木片や竹片等の有機質原料を不完全燃焼させて消し炭状の炭とする炭化炉に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
近年、社会全般の健康指向に伴い、木炭を始めとする炭の持つ調湿作用、脱臭作用、マイナスイオン放出作用、有害物質吸着作用、防黴性、防ダニ性等の優れた性質が注目され、既に一般家庭においても炭自体を室内各所や床下に配置したり、炊飯器内に入れたり、飲料水や風呂水等に浸漬して用いられるようになってている。また、細片化ないし粉末化した炭を壁材、天井材、床材の如き建築資材、襖や間仕切りの如き建具、畳等にサンドイッチ状態にしたものや、布団等の寝具類の内部に納めたものも商品化されており、更に土壌改質に用いたり、樹脂やセラミック材料等に混入する等、様々な方面に用途が拡がりつつあり、その需要はますます増大する傾向にある。
【０００３】
しかるに、古典的な炭焼き釜によって製造される炭は、備長炭に代表されるように緻密で固いため、例えば脱臭剤や吸着剤あるいは土壌改質剤等の用途には不向きであり、しかも製造に時間と手間がかかって量産性に乏しい上、収率が低く、原料も限定されて高コストにつき、また釜の設置場所にも大きく制約を受けるという難点があった。
【０００４】
本発明は、上述の事情に鑑みて、様々な原料を利用でき、その種類に応じて燃焼状態を調整でき、しかも脱臭性能や吸着性能に優れた柔らかな消し炭状態の炭を短時間で簡単に量産でき、構造的にも簡素であると共に設置場所の制約が少ない炭化炉を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る炭化炉は、図面の参照符号を付して示せば、密閉可能な投入口１０及び取出し口１１を有する炉本体１の中心部に、下部に当該炉本体１の内部に連通する排気口２１…を備えた排気筒２が立設され、この排気口２１…の開度調節手段３を有し、炉本体１の底部に複数の下部空気入口４…と点火口５を備えると共に、該炉本体１の上部に上部空気取入れ口６を有し、前記投入口１０より炉本体１内に投入された植物質原料の堆積層底部に点火口５から着火し、これら植物質原料を不完全燃焼させて炭として前記取出し口１１より取り出すように構成されてなる。
【０００６】
この炭化炉では、炉本体１内の植物質原料の堆積層底部に着火すれば、植物質原料の燃焼に伴って下部空気入口４…及び上部空気取入れ口６より空気が自然に炉本体１内に吸入されると共に、燃焼ガスが排気口２１…より排気筒２内に入り、この排気筒２より外部へ放出される。このとき、使用する植物質原料の種類や粒度等に応じて排気口２１…の開度を調整し、且つ下部空気入口４…及び上部空気取入れ口６からの空気吸入量を制限して不完全燃焼状態とすることにより、下方に消し炭状の炭を残しつつ燃焼位置が次第に堆積層の下方から上方へ移行してゆき、最終的に堆積層の頂部まで全て消し炭状の炭となる。
【０００７】
請求項２の発明では、上記請求項１の炭化炉において、複数の下部空気入口４…が前記排気筒２を中心とする円周方向に等配して設けられ、これら空気入口４…が単一の下部空気取入れ口４０に連通し、この下部空気取入れ口４０と前記の上部空気取入れ口６とに開度調節手段７，８を有してなる構成としている。この場合、開度調節手段７，８にて下部空気取入れ口４０及び上部空気取入れ口６の通気量を調整できるから、植物質原料の炭化に好適な燃焼状態をより容易に設定できる。
【０００８】
請求項３の発明では、上記請求項１又は２の炭化炉において、炉本体１の周壁１ｂが金属板からなる構成を採用しているから、熱伝導性の高い金属板によって燃焼熱が外部へ放散され易く、炉内温度の高温化に起因した燃焼過度による灰化の進行が抑制され、もって炭の収率が向上する。
【０００９】
請求項４の発明では、上記請求項１〜３のいずれかの炭化炉において、炉本体１の内周面に常温遠赤外線放射体塗装９が施された構成としているから、遠赤外線によって炭化効率が向上する。
【００１０】
請求項５の発明では、上記請求項１〜４のいずれかの炭化炉において、炉本体１は、略縦円筒形をなし、上部から下部へ次第に内径が増大するように設定されてなる構成としている。この場合、植物質原料の燃焼炭化に伴って堆積層の体積が減少してゆくが、炉本体１内は下方が広くなっていることから、堆積層は体積減少と共に内部に空洞を生じることなく全体が低くなり、該空洞に溜まる二酸化炭素で燃焼が停止するといった懸念はない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について、図面を参照して具体的に説明する。図１は炭化炉全体の半断面側面図、図２は図１のＡ−Ａ線の断面矢視図、図３は図１のＢ−Ｂ線の断面矢視図、図４は付属設備を含む概略側面図である。
【００１２】
図１〜３において、１は複数本の支脚１３にて支持された鋼板又はステンレス鋼製の略縦円筒形をなす炉本体であり、その軸心に沿って排気筒２が貫設されており、上板部１ａには開閉蓋１０ａ付きの投入口１０と開度調整手段である摺動ダンパー８付きの上部空気取入れ口６とを備え、周壁部１ｂには開閉蓋１１ａ付きの取出し口１１を有し、底板部１ｃには直立Ｔ字管４０よりなる多数の下部空気入口４…が当該炉本体１の軸心周りの円周方向に沿って等間隔で設けられている。そして、この炉本体１の周壁部１ｂは、当該炉本体１の内径が上部から下部へ次第に増大するように、鉛直方向に対して角度２〜３度程度となる裾広がり状に傾斜している。
【００１３】
排気筒２は、開放した下端２ｂが底板部１ｃに突設された複数の位置決め突起１４にて横ずれ不能に位置決めされた状態で当該底板部１ｃに当接すると共に、開放した上端部２ａが上板部１ａを貫通して外部へ突出しており、下部周面に上下方向に沿うスリット状の複数の排気口２１…を有すると共に、これら排気口２１…の開度調整手段をなすスリーブ３が上下移動可能に且つ固定ねじ３１によって定位置に固定可能に外嵌している。また、排気筒２の外部へ突出した上端部に、煙道管２２の拡径した基端部をなす木竹酢液一次回収ケース２３が外嵌しており、このケース２３の底部より木竹酢液出口管２３ａが導出している。
【００１４】
なお、炉本体１の内面全体ならびに排気筒２の該炉本体１内に位置する外周面とスリーブ３の外周面には、天然石粉末を分散させた耐熱塗料によって常温遠赤外線放射体塗装９が施されている。
【００１５】
一方、炉本体１の底板部１ｃの下面側には、中央に配置する点火室５０と、その周囲を取り囲む環状の空気分配室４１が構成されている。しかして、点火室５０は、下面側が枢支ピン５１を中心として回動可能な蓋板５２にて開閉する点火口５を構成すると共に、上部が炉本体１の底板部１ｃに穿設した透孔１５によって排気筒２内に連通している。５３は透孔１５の点火室５０側に張設された金網である。また、空気分配室４１は、下部空気入口４…の全部に連通すると共に、開度調整手段である摺動ダンパー７付きの下部空気取入れ口４２が側方に突設されている。なお、各下部空気入口４を構成する直立Ｔ字管４０は、該Ｔ字の横棒をなす上管部４０ａが上に凸の円弧状に湾曲し、その両端が炉本体１内に斜め下向きに開口し、もって原料及び生成した炭による詰まりを防止している。
【００１６】
図４に示すように、煙道管２２は、炉本体１の上部から側方へ導出し、垂下部２２ａより水平部２２ｂを経て垂直の煙突部２２ｃに至るように構成されており、水平部２２ｂには熱交換器２４、ファン２５、活性炭を充填した脱臭塔２６が順次介装されている。そして、熱交換器２４の位置から木竹酢液二次回収管２７が導出している。
【００１７】
上記構成の炭化炉にて炭を製造するには、まず使用する木片や竹片等の植物質原料の種類や粒度等に応じ、排気筒２の排気口２１…の開度をスリーブ３の上下位置設定によって調整した上で、投入口１０より炉本体１内に所定量の植物質原料を投入する。そして、この投入した植物質原料の堆積層の底部に、点火口５からバーナー等の適当な着火具で着火し、該点火口５を閉じると共に下部空気入口４…及び上部空気取入れ口６を摺動ダンパー７，８にて炭化に適した開度に設定し、炉本体１内の植物質原料の全量が炭化するまで一定時間放置すればよい。
【００１８】
すなわち、上記のように植物質原料の堆積層の底部に着火すれば、この植物質原料の燃焼に伴って下部空気入口４…及び上部空気取入れ口６より空気が自然に炉本体１内に吸入されると共に、燃焼ガスが排気口２１…より排気筒２内に入って外部へ放出されるが、排気口２１…と下部空気入口４…及び上部空気取入れ口６の開度設定によって空気吸入量が制限され、植物質原料の燃焼は不完全燃焼状態となるため、下方に消し炭状の炭を残しつつ燃焼位置が次第に堆積層の下方から上方へ移行してゆく形になり、最終的に堆積層の頂部に達して全て消し炭状の炭となる。
【００１９】
そして、この実施例構成では、単一の下部空気取入れ口４０からの空気が排気筒２を中心とする円周方向に等配した下部空気入口４…に均等に流入するから、炉内の燃焼状態に偏りを生じず、燃焼位置が炉内全体で同じレベルのままで堆積層の下方から上方へ移行し、もって投入した植物質原料がむらなく炭化され、安定した良品位の炭が得られると共に、全ての下部空気入口４…ての通気量を下部空気取入れ口４０の開度のみで調整できる。また、炉本体１の内周面と排気筒２の外周面に常温遠赤外線放射体塗装９が施されているから、その遠赤外線放射効果によって燃焼効率が向上し、堆積層全体の炭化が短時間で終了するという利点がある。
【００２０】
図５は、常温遠赤外線放射体による綿布乾燥テストの結果を示す。これは、縦横約１５×８ｃｍ，重量３ｇの綿布に水を含ませて拡げた形態のものと絞った形態のもの（共に水含有量約３．７ｇ）を２点ずつ用意し、各形態の綿布を一方は常温遠赤外線放射体の箱内に吊るした状態、他方は金属缶内に吊るした状態で、空気温度６０．５℃に設定した乾燥室内に置き、乾燥時間と綿布重量との関係を調べたものである。図中、曲線Ａ１は常温遠赤外線放射体の箱内で拡げた形態の綿布、曲線Ａ２は金属缶内で拡げた形態の綿布、曲線Ｂ１は常温遠赤外線放射体の箱内で絞った形態の綿布、曲線Ｂ２は金属缶内で絞った形態の綿布、の各々特性である。このテスト結果から、常温遠赤外線放射体の遠赤外線放射効果によって綿布の乾燥が著しく促進されることが明らかであり、本発明の前記実施例における常温遠赤外線放射体塗装９による燃焼効率の向上作用が示唆される。
【００２１】
一方、このような炭化炉においては、植物質原料の燃焼炭化に伴って堆積層の体積が減少してゆくが、本実施例構成では炉本体１内は下方が広くなっているため、堆積層は体積減少と共に全体が低くなってゆき、内部に空洞を生じることがないから、該空洞に溜まる二酸化炭素で燃焼が停止するといった懸念はない。なお、この炭化炉では、例えば、植物質原料の投入量が８００Ｋｇであるとすると、生成する炭は一般的に３００Ｋｇ程度であり、炉本体１内に投入した植物質原料の堆積層が燃焼前に図１のレベルＬ１であれば、炭化終了後には同図のレベルＬ２程度となる。また燃焼温度は、植物質原料の種類や大きさによって異なるが、通常は４５０〜５００℃程度になるように設定される。
【００２２】
しかして、炉本体１内が高温化し過ぎると、炭化後の燃焼による灰化が進んで収率の低下を招くことになるが、上記実施例構成では、炉本体１の周壁１ｂをなす熱伝導性の高い金属板によって燃焼熱が外部へ効率よく放散されるため、内部の高温化が回避され、燃焼過度による灰化の進行が抑制されることにより、炭の収率が向上する。これに対し、該周壁１ｂが煉瓦のように熱伝導率の低い材質である場合は、蓄熱高温化して赤熱状態となるため、前記灰化が著しく進行して収率低下を招くことになる。なお、炉本体１内の高温化をより確実に防止する目的で、図１の仮想線で示すように、炉本体１の外周に水冷用ジャケット１２を設け、熱交換によって積極的に排熱する構成としてもよい。
【００２３】
使用する植物質原料としては、木片、竹片、ナッツ類の殻の如き堅果殻等が挙げられ、これらは混合形態でも使用できると共に、大きさが不揃いであっても全く支障はない。また木片や竹片については、各種木竹製品の廃材、製材工程や加工工程で生じる不要残材や削り屑、剪定の切り枝、刈り取った柴等、従来では廃棄・焼却処分の対象であったものも使用可能である。なお、使用する原料が雨水に濡れたりして水分を多量に含む場合は、炉本体１内へ投入後、下部空気取入れ口４０から加熱空気を送給することにより、予め乾燥させた上で着火する手法を採用すればよい。
【００２４】
ところで、古くには木材乾留として工業的に行われていたように、木材や竹材の加熱に伴って気化する揮発成分中には酢酸を主として種々の有機成分が含まれており、その凝縮によって木材からは木酢液、竹材からは竹酢液が得られ、これらは現在では貴重なものとなっている。そこで、上記実施例の炭化炉では、排気筒２の上端部に嵌合する木竹酢液一次回収ケース２３において、煙道管２２の垂下部２２ａの手前までで燃焼ガス中から自然冷却によって凝縮した木酢液や竹酢液を受け、これを木竹酢液出口管２３ａを通して回収すると共に、該煙道管２２の水平部２２ｂに介在させた熱交換器２４によって燃焼ガス中の揮発成分を強制冷却し、凝縮した木酢液や竹酢液を木竹酢液二次回収管２７より導出して回収するようにしている。なお、燃焼ガスは、脱臭塔２６を通過する際に臭気成分を除かれ、炭酸ガス及び窒素ガスを主体とした殆ど無臭の排気として煙突部２２ｃから外部へ放出される。
【００２５】
本発明においては、排気筒２の排気口２１…の開度調整手段、上部空気取入れ口６及び下部空気取入れ口４２の開度調整手段として、例示以外の種々の方式を採用可能である。例えば排気筒２については、排気口２１…と同様のスリット状の開口部を備えた外筒を排気筒２に周方向回転に外嵌させ、この外筒の開口部と排気口２１…との重なり度合によって開度を調節するようにしてもよい。また、炉本体１の底部の下部空気入口４…は、原料及び生成した炭による詰まりを生じにくい形態であればよく、例示した直立Ｔ字管４０以外の様々な構造に設定できる。なお、燃焼ガスの排出部については、木酢液や竹酢液の回収を意図しない場合は脱臭塔２６等の排ガス浄化機構のみを付設した煙道管を採用すればよく、また設置場所によって臭気等への配慮が不要な場合は排気筒２に単なる煙突を接続すればよい。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、炭化炉として、様々な原料を利用でき、その種類に応じて燃焼状態を調整でき、しかも脱臭性能や吸着性能に優れた柔らかな消し炭状態の炭を短時間で簡単に量産でき、構造的にも簡素であると共に設置場所の制約が少ないものが提供される。
【００２７】
請求項２の発明によれば、上記炭化炉として、上下の空気取入れ口の開度を調節できるから、植物質原料の炭化に好適な燃焼状態をより容易に設定できるものが提供される。
【００２８】
請求項３の発明によれば、上記の炭化炉として、燃焼熱が外部へ放散され易く、炉内温度の高温化に起因した燃焼過度による灰化の進行が抑制され、もって高い炭収率が得られるものが提供される。
【００２９】
請求項４の発明によれは、上記の炭化炉として、遠赤外線放射によって炭化効率が向上することから、より短時間で炭化を行えるのが提供される。
【００３０】
請求項５の発明によれば、上記の炭化炉として、植物質原料の燃焼炭化に伴って堆積層の体積が減少してゆく際、堆積層全体が内部に空洞を生じることなく低くなり、該空洞に溜まる二酸化炭素で燃焼が停止するといった懸念のないものが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る炭化炉の半断面側面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ線の断面矢視図である。
【図３】  図１のＢ−Ｂ線の断面矢視図である。
【図４】  同炭化炉の付属設備を含む概略側面図である。
【図５】  綿布乾燥テストにおける乾燥時間と綿布重量の相関図である。
【符号の説明】
１      炉本体
１０    投入口
１１    取出し口
２      排気筒
２１    排気口
３      スリーブ（開度調節手段）
４      下部空気入口
４０    下部空気取入れ口
５      点火口
６      上部空気取入れ口
７，８  摺動ダンパー（開度調節手段）
９      常温遠赤外線放射体塗装
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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