JP2001107055A - 木炭製造方法及び木炭製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 確実に良質な木炭を効率よく製造することが
できかつ木炭の工業的製造に適した木炭製造方法及び木
炭製造装置を提供する。 【解決手段】 木炭の原料である被処理物自体の中心部
温度を熱電対により検出し、この検出中心部温度が乾燥
工程、熱分解工程、木炭化工程、炭素化工程及び強制冷
却工程に分けて予め設定した温度の変化特性になるよう
に、熱源として炭化炉に供給する燃焼排ガスの供給量を
変更制御する。乾燥工程は別の乾燥炉において炭化炉か
らの排煙を導いてその熱の有効利用により炭化炉での処
理と並行して行ってもよい。冷却工程を、炭化炉の内壁
背面に送風供給する外気の供給量制御により温度の降下
速度が５℃／ｍｉｎ以下になるように間接的に強制冷却
して短縮化する。炭化炉内には被処理物を収容容器に充
填収容した状態で入れ、収容容器の壁を燃焼炎遮断板に
より形成して燃焼排ガスと共に燃焼炎が被処理物側に侵
入することを阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃木材等の木材も
しくはバイオマス等を原料（被処理物）として良質な木
炭を製造するために用いられる木炭製造方法及び木炭製
造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の木炭製造方法及び木
炭製造装置として、炭化炉内の炭化処理のための熱源と
して燃焼排ガスを供給するもの、あるいは、炭化処理後
の冷却工程を炭化炉外で行い炭化炉内での冷却工程に要
する時間を省略しようとするものなどが知られている
（例えば、特開平３−１２２１９１号公報、特許第２７
８５１０８号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
木炭製造方法及び木炭製造装置においては、炭化炉内で
の炭化処理温度の調整あるいは制御を炭化炉内の雰囲気
温度を検出しこの雰囲気温度に基づいて行うようにして
いるため、炭化処理の各工程に適した設定温度に対し上
記雰囲気温度を近づけるようにすることはできても、炭
化原料である被処理物自体の温度（被処理物中心部の温
度）は上記設定温度と離れたことになる。特に、昇温初
期においては設定温度になるように雰囲気温度を制御し
ても被処理物自体の温度はその設定温度よりも低温側に
大きくかけ離れたものになる上に、その後の最高温度ま
での昇温過程においても設定温度に対し被処理物自体の
温度は低温側に遅れを生じることになる。このため、炭
化処理した木炭は予定した品質の木炭からずれて品質に
おいて大きなばらつきを生じる結果となる。

【０００４】ここで、木炭の品質は炭化のための処理温
度の如何により大きく変化する。従って、良質な木炭を
製造するには上記雰囲気温度ではなく炭化処理する被処
理物自体の加熱温度の管理が極めて重要なものとなる。

【０００５】しかも、良質な木炭を製造するには被処理
物が原料状態から良質木炭に変わるまでの各反応現象に
応じた適切な温度条件に制御した種々の処理工程を行う
必要がある。

【０００６】その上に、被処理物を上記温度条件に昇温
させるための熱源として燃焼排ガスを用いる場合には、
燃焼排ガスのみを炭化炉に導入する必要がある。その
際、燃焼排ガスに混じって燃焼炎が炭化炉内の被処理物
に及んで接触すると、被処理物の表面が燃焼して灰化
（白化）したり、その被処理物が消し炭状態になったり
して木炭原料である被処理物に対する良質木炭の製造量
の低減を招いたり、木炭品質の低下を招いたりする。

【０００７】また、炭化炉内への被処理物をその長手方
向が上下方向に向くように配置し燃焼排ガスを炭化炉内
の上下方向に通過させるようにした場合、乾燥工程やそ
の後の加熱処理により被処理物には収縮（体積比におい
て例えば４０〜５０％の収縮）が生じ、この収縮により
被処理物に倒れ等が生じて被処理物間の空隙状態が変化
することになる。こうなると、上記燃焼排ガスの流れが
阻害されて均一ではなくなり加熱のばらつきが生じるこ
とにもなる。この結果、製造される木炭に品質のばらつ
きを招くことになる。

【０００８】一方、含水率６０％程度のウェットベース
の木材を被処理物とする場合には、被処理物の乾燥工程
に要する時間は、一般に、冷却工程を除く処理工程全体
に要する時間の３０％以上と大きな割合を占める一方、
この乾燥工程は徐々に行わないと木炭に著しい亀裂が発
生したり炭化度合が不均一になったりするなどの木炭の
品質に重大な影響を及ぼす重要な工程である。

【０００９】また、炭化処理終了後に被処理物を冷却す
るために炭化炉外にそのまま出すと外気の酸素と触れて
爆発的に自然着火してしまうため、通常は炭化炉内に収
容させたままで自然冷却させることになる。そうする
と、炭化炉自体が断熱されたものであるため、温度の降
下速度が極めて遅く（例えば平均０．２℃／ｍｉｎ以
下）、例えば８００℃まで加熱させた場合には冷却のた
めだけに３日以上も費やすことになり、木炭の工業的製
造には不向きなのとなる。その一方、何らかの手段によ
り急冷させると収縮亀裂等の発生を招くことになり、木
炭品質の低下を招くことにもなる。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、確実に良質な
木炭を効率よく製造することができかつ木炭の工業的製
造に適した木炭製造方法及び木炭製造装置を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、第１に適切な温度条件に設定した適切な
処理工程に分けその温度条件の管理を被処理物自体の温
度に基づいて確実に行う必要のあること、第２に熱源と
しての燃焼排ガスの供給を燃焼炎の混入を確実に阻止し
た状態で行う必要のあること、第３に加熱による被処理
物の収縮等が生じても炭化炉内の燃焼排ガスの通過を確
実に確保して加熱の均一化を図る必要のあること、第４
に乾燥工程を確実に行いつつ乾燥工程に要する時間を省
略する必要のあること、第５に冷却工程を木炭品質の低
下を招くことなく短縮化する必要のあることに着目して
なされたものである。

【００１２】具体的には、木炭製造方法に係る第１の発
明は、炭化炉内に木炭の原料である被処理物を充填収容
し、その炭化炉内に燃焼排ガスを供給することにより木
炭を製造する木炭製造方法を前提にして、その処理工程
を、上記被処理物に対し水分を蒸発させる乾燥工程と、
熱減成の開始により熱分解を行わせる熱分解工程と、木
炭化させる木炭化工程と、炭素化させる炭素化工程とを
順に行った後に、冷却工程を行うことを特定事項とする
ものである。加えて、上記被処理物自体の内部温度を検
出しながら、その検出内部温度が上記各処理工程の内の
少なくとも熱分解工程、木炭化工程及び炭素化工程にお
いて下記に特定する変化特性を示すように上記燃焼排ガ
スの供給量を変更調整することをも特定事項とする。す
なわち、上記熱分解工程では乾燥工程終了後から約４０
０℃〜約５５０℃の温度範囲まで上昇させ、上記木炭化
工程では上記約４００℃〜約５５０℃の温度範囲を所定
時間維持し、上記炭素化工程では上記約４００℃〜約５
５０℃の温度範囲から約９００℃〜約１１００℃の温度
範囲まで上昇させることである。

【００１３】この第１の発明を実施するための木炭製造
装置に係る第２の発明は、木炭の原料である被処理物を
充填収容する炭化炉と、この炭化炉と一体に又は独立に
構成され、被燃焼物を燃焼させてその燃焼により発生す
る燃焼排ガスを上記炭化炉内に対し供給する燃焼排ガス
供給手段と、この燃焼排ガス供給手段から上記炭化炉に
供給される燃焼排ガスの供給量を変更調整する燃焼排ガ
ス量変更調整手段と、上記被処理物自体の内部温度を検
出する被処理物温度検出手段と、この被処理物温度検出
手段により検出された検出内部温度が処理工程に応じて
予め設定された設定変化特性に基づいて変化するように
上記燃焼排ガス量変更調整手段の作動を制御する供給量
変更制御手段とを備えることを特定事項とするものであ
る。上記の「処理工程」とは上記乾燥工程、熱分解工
程、木炭化工程、炭素化工程及び冷却工程のことであ
り、「設定変化特性」とは第１の発明における変化特性
のことである。

【００１４】以下、上記第１及び第２の発明についての
解釈及びそれらに対する付加特定事項について説明す
る。

【００１５】乾燥工程を上記炭化炉においてこの炭化炉
に供給される燃焼排ガスにより行ってもよいし、上記炭
化炉とは別に乾燥炉を用意してこの乾燥炉において乾燥
工程を行うようにしてもよい。この場合には、上記乾燥
炉での乾燥熱源として上記炭化炉での処理により発生す
る排煙を導入する排煙導入管路を備えればよい。そし
て、上記乾燥炉において炭化炉から供給された排煙によ
り上記炭化炉で次回の熱分解工程以降の処理を行うため
の被処理物を常温から約１００℃〜約１３０℃の温度範
囲まで昇温させて乾燥工程を行うようにすればよい。こ
れにより、バッチ運転の初回は炭化炉側で乾燥工程〜冷
却工程まで行う必要があるものの、２回目以降は乾燥炉
で乾燥工程を終了した被処理物を炭化炉に移せば、炭化
炉側では常に熱分解工程からスタートさせることが可能
となり、炭化炉での乾燥工程に要する時間を省略し得る
上に乾燥炉での乾燥工程に対し炭化炉からの廃熱の有効
利用が可能となる。

【００１６】燃焼排ガスの供給方法としては、燃焼室内
の被燃焼物に対しその燃焼室の一端から燃焼用空気を供
給しながら上記被燃焼物を燃焼させ、発生した燃焼排ガ
スを上記燃焼室の他端から炭化炉内に供給するように
し、燃焼排ガスの供給量の変更調整は上記燃焼用空気の
供給量を変更調整することにより行うようにすればよ
い。この場合には、廃木材等の被燃焼物を燃焼させる燃
焼室と、この燃焼室の一端に対し燃焼用空気を供給する
送風ブロワとを備えて燃焼排ガス供給手段を構成し、こ
れからの燃焼排ガスの供給量の変更調整を行う燃焼排ガ
ス量変更調整手段としては上記送風ブロワによる燃焼用
空気の供給量を変更調整するように構成すればよい。

【００１７】上記の燃焼排ガスの供給量の変更調整は、
被処理物温度検出手段からの検出内部温度の変化傾向を
見ながら上記送風ブロワによる燃焼用空気の供給量の変
更を手動操作により行ってもよいし、自動制御により行
ってもよい。自動制御により行う場合には、被処理物温
度検出手段からの出力を受けて検出内部温度が設定変化
特性の如く変化するように上記送風ブロワの作動量の変
更制御あるいは送風ブロワに対する取り込み空気量を開
度変更により変更するダンパーの開度制御の一方もしく
は双方を供給量変更制御手段により行わせるようにすれ
ばよい。

【００１８】なお、上記の被処理物温度検出手段として
は例えば熱電対を用い、この熱電対の先端を被処理物の
表面から略中心部にまで穿った穴の奥まで差し込むよう
にすればよい。この熱電対はなるべく多くの被処理物に
対しそれぞれ配設し多数の検出値を平均化処理した値を
用いるのが好ましいが、少なくとも炭化炉内に充填収容
した多数の被処理物の内の平面視で略中央位置の被処理
物であってその上下方向略中央位置における被処理物に
１つ配設しその熱電対の検出値により全体を代表させて
もよい。

【００１９】上記の燃焼排ガス供給手段は炭化炉と一体
に構成してもよいし、炭化炉とは別体に独立して構成し
てもよい。燃焼排ガス供給手段を炭化炉とは独立して構
成する場合には、燃焼室の他端から炭化炉までを燃焼排
ガス供給管路により接続するようにすればよい。燃焼排
ガス供給手段を炭化炉と一体に構成する場合には、燃焼
室と、炭化炉内の被処理物との間に、上記燃焼室での燃
焼により生じる燃焼炎と燃焼排ガスとを互いに分離して
炭化炉内への上記燃焼炎の侵入を阻止しつつ上記燃焼排
ガスの侵入を許容する燃焼炎遮断板を配設し、この燃焼
炎遮断板により上記燃焼室と炭化炉の内部空間とを互い
に仕切るようにすればよい。

【００２０】上記の「燃焼炎遮断板」としては、パンチ
ングメタルのような多孔板、エキスパンドメタル、溶接
金網等の１又は２以上の貫通された開口部を有する板状
金属部材を用い、それぞれに形成された各開口部の開口
面積を２ｃｍ^２〜０．０１ｃｍ^２の範囲に制限しかつそ
の開口部の短い方の開口幅が５ｍｍ〜６ｍｍよりも小さ
くなるように制限するようにすればよい。開口部の形状
としては図１に示すように円形（楕円形を含む）、菱形
（平行四辺形を含む）、長方形、正方形等から採用すれ
ばよく、各形状における上記の短い方の開口幅としてｈ
_１〜ｈ_４により図示されている。

【００２１】上記の燃焼炎遮断板の態様としては、仕切
り壁として形成する場合と、収容容器として形成する場
合とが挙げられる。仕切り壁として形成する場合には、
その仕切り壁を燃焼室と、炭化炉の内部空間との境界位
置に両者を互いに仕切るように配設すればよい。また、
収容容器として形成する場合には、その収容容器とし
て、被処理物を収容した状態で炭化炉の内部空間に対し
出し入れ可能な形状にし、その収容容器を構成する壁を
上記燃焼炎遮断板により形成すればよい。

【００２２】上記の如き収容容器を用いる場合には、そ
の収容容器の水平方向に相対向する一対の内壁面間に１
もしくは２以上の杆状支持部材を着脱可能に掛け渡し、
各支持部材により上記収容容器の内部空間が平面視で２
以上に分割されるようにすればよい。これにより、収容
容器内に長い被処理物を上下方向に立て掛けさせて収容
した場合に、その立て掛けた被処理物が上記支持部材に
より一塊りの束状に拘束された状態となり、その被処理
物に熱収縮が生じても倒れ等は生じずに燃焼排ガスの流
れも各処理工程を通して一定に維持され、均等な加熱が
維持されることになる。

【００２３】冷却工程においては、強制冷却手段を付設
し、乾燥工程〜炭素化工程の炭化処理工程が終了した被
処理物を上記強制冷却手段により強制冷却するようにし
てもよい。この場合には、上記強制冷却手段として、冷
却用気体を送給する気体送給管路と、この気体送給管路
に対し冷却用気体を供給する気体送給器とを備えるもの
とし、上記気体送給管路を上記炭化炉の内表面となる内
壁との間で接触熱交換するようにその内壁の背面に沿っ
て延びるように配設すればよい。そして、例えば外気等
の冷却用気体を例えば送風ブロワもしくは送風ファン等
の気体送給器により上記気体送給管路内に流すことによ
り、炭化炉内に充填収容された状態の被処理物を自然冷
却よりも速くかつ最大で５℃／ｍｉｎとなる範囲の降下
速度で強制冷却させればよい。

【００２４】また、冷却工程においては、被処理物の内
部温度が約１００℃まで降下した後は自然冷却であると
上記内部温度がなかなか降下しないことから、その被処
理物に対し炭化炉の外部から導入した水を噴霧すること
により被処理物が外気と接触して自然着火しない温度
（例えば５０℃）まで被処理物の内部温度を降下させる
ようにしてもよい。この場合の手段としては、冷却用液
体を送給する液体送給管路と、この液体送給管路に対し
冷却用液体を送給する液体送給器とを備えるものとし、
上記液体送給管路の下流端を、上記炭化炉を貫通してそ
の内壁の上部領域に開口する噴霧ノズルに連通させるよ
うにすればよい。

【００２５】さらに、上記炭化炉としては、内部空間を
区画形成する内壁と、この内壁の背面を覆う断熱材層と
を備えるものとすればよい。この際、断熱材層として
は、従来の耐火レンガや断熱キャスタブル等の熱容量が
比較的高いもの（例えば所要量２０００ｋｇ／ｍ^３、比
熱０２５kcal／ｋｇ℃、熱伝導率１．０kcal／ｍｈ℃）
ではなく、シリカ（ＳｉＯ_２）及びアルミナ（Ａｌ_２Ｏ
_３）を主成分とする混合物を高温溶融して繊維化（ファ
イバ化）した無機系繊維を素材とする成形体により形成
するのが好ましい。これにより、断熱材層を軽量でかつ
同じ断熱性能を実現する上で小熱容量にすることができ
（所要量６０〜２５０ｋｇ／ｍ３、比熱０２５kcal／ｋ
ｇ℃、熱伝導率０．１〜０．３kcal／ｍｈ℃）、その
分、炭化炉内からの吸熱量を低くして供給熱量を被処理
物の加熱のために効率よく利用することが可能になる。

【００２６】上記成形体としては、上記無機系繊維を積
層したブランケット等の積層体や、上記無機系繊維に無
機・有機バインダを添加して成形したフェルトあるいは
ハードボード等の板状体が挙げられる。

【００２７】

【発明の効果】以上、説明したように、木炭製造方法に
係る第１の発明及び木炭製造装置に係る第２の発明によ
れば、確実に均質かつ良質な品質の木炭を得ることがで
きる上に、そのような品質の木炭を効率よく工業生産す
ることができる。

【００２８】具体的には、被処理物自体の内部温度の検
出値に基づいて加熱の温度管理をすることで確実に所期
設定の品質の木炭を得ることができ、木材が加熱過程で
示す物理的・化学的変化に対応した温度の変化特性に基
づいて温度条件を設定した熱分解・木炭化・炭素化の各
処理工程を経ることで高品質の木炭を製造することがで
きる。

【００２９】燃焼炎遮断板を適用することで熱源として
燃焼排ガスを用いる場合に被処理物側への燃焼炎の侵入
を確実に阻止して木炭品質の悪化及び被処理物の消耗を
防止することができる。支持部材を配設した収容容器を
用いることで燃焼排ガスの流れを確実に一定状態に維持
して炭化処理のばらつきを防止して均一化を図ることが
できる。炭化炉に加え乾燥炉を併設して炭化炉の廃熱を
利用して乾燥炉での乾燥工程を行うことで従来は長時間
を要していた乾燥工程の時間を省略し得る上に省エネル
ギー化をも図ることができる。強制冷却手段による強制
冷却を適用することで従来は長時間を要していた冷却工
程を木炭品質の低下を招くことなく大幅に短縮化して生
産性の向上を図ることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００３１】図２は、本発明の実施形態に係る木炭製造
装置を示し、２は炭化炉、３は炭化炉２の下側領域に付
設されて炭化炉２と一体に組み込まれた燃焼排ガス供給
手段、４は外気を冷却気体とする第１強制冷却手段、５
は冷却水を用いた第２強制冷却手段、６は炭化炉２内に
対し出し入れ可能な収容容器、７は破砕しない丸太状の
木材（ソリッド状態の木材）を対象とする被処理物、８
は乾燥炉、９は冷却器、１０は被処理物温度検出手段と
しての熱電対（例えばＫ熱電対）である。

【００３２】上記炭化炉２は６面がそれぞれ断熱壁２０
により形成されたものであり、その内の１面が開閉扉２
０ａとされている。各断熱壁２０は図３及び図４に詳細
を示すように炭化炉２の内表面を構成する内壁２１と、
この内壁２１の背面の全体を覆う断熱材層２２と、この
断熱材層２２の外表面の全体を覆う外壁２３とがそれぞ
れ接合されて形成されている。上記内壁２１は、ステン
レス鋼製の多数の短冊状板材２１１，２１１，…の各端
部同士を重ね合わせてビス、ボルト、リベット等の貫通
軸体２１２，２１２，…により相対移動可能な程度に緩
く連結して一体に連続させたものである。上記各貫通軸
体２１２を貫通させるための両板材２１１，２１１の二
つの孔は一方が丸孔で他方が長孔、あるいは、一方が上
下に長い長孔で他方が水平方向に長い長孔というように
各板材２１１の熱膨張・熱収縮を吸収し得るようになっ
ている。

【００３３】また、上記断熱材層２２は、シリカとアル
ミナとを主成分とする混合物を高温溶融してファイバ化
した無機系繊維を積層してブランケット状にした積層成
形体により形成されている。

【００３４】一方、上記内壁２１の背面には各板材２１
１の背面を内周面の一部として形成された気体送給管４
１が一体に形成され、相隣接する両板材２１１，２１１
の各気体送給管４１は熱変形を吸収し得るフレキシブル
管材製の接続管４２により互いに連通されている。この
気体送給管４１，４１，…と、接続管４２，４２，…と
からなる気体送給管路４３が気体送給器としての送風ブ
ロワ４４（図２参照）から冷却用気体の送給を受けこの
冷却用気体を炭化炉２の６面の各断熱壁２０内に通過さ
せた後に外部に放出させるようになっている。以上の気
体送給管路４３と、送風ブロワ４４とにより第１強制冷
却手段４ガ構成されている。

【００３５】また、上記炭化炉２（図２参照）の上端部
には複数の噴霧ノズル５１が内部空間に臨んで配設さ
れ、この噴霧ノズル５１，５１，…と、この各噴霧ノズ
ル５１に対し冷却液体である冷却水を圧送する液体送給
器としてのポンプ５２と、このポンプ５２の吐出口から
の冷却水を上記各噴霧ノズル５１まで送給する液体送給
管路５３とによって第２強制冷却手段５が構成されてい
る。

【００３６】上記炭化炉２の内部空間の内の下端部領域
は燃焼室３１とされ、この燃焼室３１に臨んで着火バー
ナ３２と、燃焼用空気を供給する空気供給管３３の先端
開口とが配設されている。上記空気供給管３３の基端側
は上記送風ブロワ４４の吐出口に連通され、途中には開
度調整により空気供給量を変更調整するダンパー３４が
介装されている。上記燃焼室３１と、着火バーナ３２
と、空気供給管３３と、送風ブロワ４４とにより燃焼排
ガス供給手段３が構成されている。また、上記ダンパー
３４が燃焼排ガス量変更調整手段の一部を構成してい
る。なお、図２中３５は燃焼室３１内に被燃焼物として
の木材片を投入するための開閉蓋である。

【００３７】上記収容容器６は、図５及び図６に示すよ
うに上面のみが開放されて炭化炉２内に開閉扉２０ａを
通して出し入れ可能な直方体もしくは立方体の全体形状
を有するものである。具体的には、上記収容容器６は骨
組み用枠部材６１，６１，…と、補強用枠部材６２，６
２，…とで構成されるフレームに対しそれぞれの内面側
に燃焼炎遮断板６３が４面の内側板及び底板としてそれ
ぞれ溶着等の手段により接合されて構成されたものであ
る。上記各枠部材６１，６２としては例えばステンレス
鋼製の角管を用いればよい。

【００３８】上記各燃焼炎遮断板６３は、所定サイズの
多数の丸孔形状の開口部６３１，６３１，…が貫通形成
されて燃焼室３１からの燃焼炎が収容容器６内に侵入す
るのを阻止しつつ燃焼排ガスを収容容器６内に導入する
ようになっている。上記各開口部６３１は直径６ｍｍの
円形状とされている。なお、上記内側板として接合され
た４面の燃焼炎遮断板６は、下端部領域（例えば下１／
３の領域）には上記開口部６３１はなく、それよりも上
側の領域に多数の開口部６３１が形成されている。な
お、上記の下端部領域に対してもその上側と同じ開口部
６３１を形成してもよいし、その場合には上側領域の開
口部６３１よりもサイズの小さい開口部を多数個貫通形
成するようにしてもよい。

【００３９】また、上記収容容器６の内側板の内、水平
方向に相対向する一対の燃焼炎遮断板６，６の内面位置
に桟部材６４がそれぞれ固定され、各桟部材６４の上面
に複数のＵ字状の固定金具６５，６５，…が固定されて
いる。そして、図７にも示すように相対向する桟部材６
４，６４間に杆状の支持部材６６を掛け渡して、その支
持部材６６の各端部を上記各固定金具６５に上から挿入
すれば水平方向にずれないように仮固定し得るようにな
っている。この支持部材６６は、収容容器６内に被処理
物７を立て掛けさせて充填していく際に相隣接する両支
持部材６６，６６間の複数の被処理物７，７，…を集合
として束ねて支持するとともに、その集合内の各被処理
物７間に燃焼排ガスの通り道となる空隙を炭化処理によ
る熱収縮が生じても維持確保するためのものである。

【００４０】なお、図５中６７，６７，…は収容容器６
をクレーン等により吊り下げるための吊り具である。

【００４１】上記熱電対１０は収容容器６内の特定位置
に収容充填される被処理物７，７，…に対し予め装着し
たものである。被処理物７への装着は、図８に示すよう
に、まず上下方向の中間位置、好ましくは中央位置の外
表面から上記被処理物７の長手方向中心軸Ｙ位置までに
到達する穴７１を穿ち、次にこの穴７１内に熱電対１０
を先端が上記中心軸Ｙ位置の穴底に突き当たるように挿
入すればよい。そして、熱電対１０からの耐熱コード１
０１を炭化炉２（図２参照）を貫通する取り出し孔から
外部に引き出すようにする。これにより、熱電対１０に
より被処理物７自体の内部温度（中心部温度）の検出が
可能になる。

【００４２】上記熱電対１０は、図９に示すように平面
視で略中央位置Ｃ１の被処理物７に少なくとも装着すれ
ばよく、好ましくは加えて周囲の４点位置Ｃ２〜Ｃ５の
各被処理物７にも装着して５点における被処理物７，
７，…の各内部温度の平均値を検出内部温度とすればよ
い。

【００４３】図２に戻り、冷却器９は、ポンプ５２から
の冷却水と、炭化炉２の上部から導出された排煙とを内
部に導入し、その排煙から木酢液を気液分離し、分離後
の排煙を乾燥炉８下部に設置された煙焼却炉１１に送給
するようになっている。

【００４４】そして、上記煙焼却炉１１は燃料と燃焼用
空気の供給を受けた燃焼バーナ１２により上記送給され
た排煙を燃焼させ、無害化された燃焼排ガスを上記乾燥
炉８と、熱交換器１３とのいずれか一方にもしくは双方
にダンパー切換えにより選択的に送給するようになって
いる。

【００４５】上記乾燥炉８は強制冷却手段４，５を除き
炭化炉２の断熱壁２０と同様構成の断熱壁により炭化炉
２とほぼ同じ形状に形成されたものである。そして、乾
燥炉８は、上記と同様の収容容器６を開閉扉２０ａを通
して出し入れ可能とされている。また、上記熱交換器１
３は燃焼排ガスを熱原として外気を加熱し、加熱された
空気を空気供給管１３１を通して送風ブロワ４４の吸い
込み口に対し供給するようになっている。この送風ブロ
ワ４４への供給に際してはダンパー１３２及び４４１の
開度調整により加熱空気のみ、外気のみ、あるいは、加
熱空気と外気との混合気を選択的に切換し得るようにな
っている。なお、乾燥炉８の断熱壁としては、炭化炉２
の断熱壁２０のように熱容量の小さい断熱材層２２を用
いなくてもよく、熱保持あるいは蓄熱の観点から例えば
断熱キャスタブルのように熱容量の比較的大きい断熱材
層を備えたもので構成してもよい。

【００４６】以上説明した木炭製造装置における送風ブ
ロワ４４及び／又はダンパー３４が燃焼排ガス量変更調
整手段を構成し、その送風ブロワ４４の回転数及び／又
はダンパー３４の開度が熱電対１０による被処理物７自
体の検出内部温度に基づき供給量変更制御手段を構成す
る図示省略のコントローラにより変更制御されるように
なっている。すなわち、燃焼用空気の供給量を変更制御
することにより、燃焼排ガスの炭化炉２への供給量が変
更調整されることになる。

【００４７】以下、各炭化処理工程と、それに応じた制
御とについて説明する。

【００４８】まず、準備作業として、二つの収容容器
６，６のそれぞれに被処理物７を収容充填させて熱電対
１０を所定位置に装着させておく。そして、上記収容容
器６，６の一方を炭化炉２内に、他方を乾燥炉８内にそ
れぞれ収容させる。

【００４９】炭化炉２では、送風ブロワ４４を作動させ
て燃焼室３１に燃焼用空気を供給しながら木材片や木材
くずを燃焼させて燃焼排ガスを発生させる。この燃焼排
ガスの供給を受け続けて炭化炉２内の被処理物７は図１
０に例示するように検出内部温度が１００℃近傍までに
なるように加熱されてほぼ２４時間をかけての乾燥工程
が行われる。

【００５０】燃焼排ガスの供給を継続的に受けて水分が
蒸発し上記検出内部温度が１３０℃近傍になると、被処
理物７の熱減成が開始されて熱分解工程が開始される。
この熱分解工程では上記熱減勢の開始により熱分解が急
激に進行して自ら発熱し、この自らの発熱量により検出
内部温度は急上昇し始める。この段階では外部からの熱
供給は必要としないため、検出内部温度の上昇度合に応
じて燃焼用空気の供給量を絞って燃焼室３１での燃焼を
抑制する。すなわち、燃焼排ガスの発生量（供給量）を
抑制する。

【００５１】数時間の経過により熱分解は終了して被処
理物７の直径の如何により異なるものの検出内部温度は
大体４００〜５５０℃の温度まで昇温した状態で安定す
ることになる。上記の燃焼排ガスの供給量の抑制を継続
して上記安定温度の状態を所定時間維持することにより
木炭化工程を行う。

【００５２】次に、所期の木炭品質をえるための炭素化
工程を行う。この炭素化工程では、燃焼用空気の供給量
を増大させて燃焼排ガスの発生量を増大させ、これによ
り、検出内部温度が８００℃程度になるまで昇温させ
る。そして、８００℃まで昇温したら、この８００℃を
数時間維持するように上記燃焼用空気の供給量を絞り、
被処理物７の全体が一様に炭素化されるようにする。な
お、さらに精錬を行う場合には検出内部温度が約１００
０℃まで昇温するように上記燃焼用空気の供給量増大を
継続させればよい。

【００５３】以上で炭化処理が終了し、次に、強制冷却
工程に入る。

【００５４】強制冷却工程では上記燃焼用空気の供給を
停止して燃焼室３１での燃焼を中止（燃焼排ガスの供給
停止）するか、あるいは、送風ブロワ４４の回転数は比
較的高回転数に維持しつつダンパー３４の開度を微小量
に変更することにより上記燃焼用空気の供給を大幅に絞
って燃焼排ガスの供給量を極微量にする。これと同時
に、ダンパー４５を閉状態から全開状態に変更して気体
送給管路４３に外気を流し、内壁２１からの伝導熱との
熱交換により被処理物７の冷却促進を図る。つまり、間
接的に強制冷却を行う。この際、検出内部温度の変化が
５℃／ｍｉｎ以下の降下速度で変化することになるよう
に上記ダンパー４５の開度及び／又は送風ブロワ４４の
回転数を変更調整する。これにより、自然冷却の場合よ
りも急激な勾配で温度降下するものの、４００℃近傍に
なるとその降下速度は鈍り以後は０．２３℃／ｍｉｎ程
度の降下速度で温度降下することになる。そして、強制
冷却工程開始時点から２３時間経過程度で検出内部温度
は１００℃程度まで降下する。１００℃程度まで降下し
たらポンプ５２を作動させて噴霧ノズル５１から被処理
物７に対し冷却水を霧状にして数秒間噴霧する。この噴
霧量を変更制御することにより、検出内部温度が０．８
３℃／ｍｉｎ程度の降下速度で降下するようにする。以
上の結果、ほぼ２４時間で被処理物７の検出内部温度は
８００℃から５０℃程度まで降下し、炭化炉２の外部に
取り出しても自然着火しないようにすることができる。

【００５５】以上で炭化炉２による炭化処理が開始して
から冷却工程が終了して木炭を取り出すことができるま
での１回目のバッチ処理を、ほぼ７２時間（３日）の経
過で行うことができるようになる。

【００５６】一方、上記乾燥工程の半ばから強制冷却工
程までの間に炭化炉２で生じた排煙を乾燥炉８側に導
き、この排煙を焼却した後の燃焼排ガスを乾燥炉８内に
供給して被処理物７の乾燥工程を図１１に示すように炭
化炉２での各炭化処理の進行と並行して行う。

【００５７】そして、上記乾燥炉８で乾燥工程が終了し
た被処理物７を収容容器６と共に炭化炉２側に移送する
一方、上記乾燥炉８には被処理物７を新しく収容充填し
た別の収容容器６を内部に入れる。炭化炉２での２回目
のバッチ処理は短時間だけ燃焼排ガスを供給して昇温さ
せることにより早期に熱分解工程が開始し、１回目のバ
ッチ処理における乾燥工程に要する時間（ほぼ２４時
間）を省略することができる。この２回目のバッチ処理
での熱分解工程〜冷却工程までの間に炭化炉２で生じた
排煙を利用して上記と同様に乾燥炉８において乾燥工程
を同時並行して進める。

【００５８】以後、炭化炉２での熱分解工程からのバッ
チ処理と、乾燥炉８での乾燥工程とを繰り返せば、炭化
炉２で乾燥工程〜冷却工程の全てを行う場合と比べ全体
として２／３の期間で木炭の製造が行い得ることにな
る。

【００５９】＜他の実施形態＞なお、本発明は上記実施
形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態
を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、
炭化炉２と乾燥炉８との間に冷却器９を介装して木酢液
の回収を行うようにしているため、乾燥炉８側では排煙
を燃焼バーナ１２により再度燃焼させる必要がある。従
って、炭化炉２で発生した排煙の有する熱の有効利用を
優先させる場合には、上記冷却器９を省略して炭化炉２
の上部から導出した排煙を乾燥炉８に対し直接導入する
ようにすればよい。

【００６０】上記実施形態では燃焼室からの燃焼炎が被
処理物に接触するのを阻止するための燃焼炎遮断板６３
によって収容容器６を形成し、燃焼室３１と、収容容器
６が収容される炭化炉２の内部空間との境界を開放させ
ているが、これに限らず、その境界に対し上記燃焼炎遮
断板により形成した仕切り壁を配設し炭化炉２の上記内
部空間と燃焼室３１とを上記仕切り壁により互いに仕切
るようにしてもよい。この場合には、上記仕切り壁によ
り燃焼炎の侵入が阻止されるため、収容容器をかなり大
きい網目サイズの金網を用いて形成するようにすればよ
い。

【００６１】また、上記実施形態では燃焼室３１を炭化
炉２の下側に配置し、燃焼排ガスを被処理物７が充填収
容された収容容器６の下側から上方に向けて供給し炭化
炉２の頂部から排煙を導出するようにしているが、これ
に限らず、上記燃焼排ガスを炭化炉の頂部もしくは上端
部付近から、つまり、内部に収容した収容容器の上側か
ら下方に向けて供給し炭化炉の底部もしくは下部から排
煙を導出するようにしてもよい。このように燃焼排ガス
を上から下に流す場合であって、燃焼室を収容容器の上
側位置に炭化炉と一体に配置する場合、あるいは、燃焼
室を炭化炉とは独立して配設するものの炭化炉に接近し
て配設し炭化炉の頂部に対し短い接続管を通して燃焼排
ガスを供給する場合には、上記実施形態の収容容器６の
上端開口部に対し燃焼炎遮断板６３により形成した開閉
蓋を連結して閉止するようにし、これにより、上側から
の燃焼炎の侵入を阻止するようにすればよい。なお、こ
の場合においても収容容器を燃焼炎遮断板で形成する代
わりに上記の如き仕切り壁を設けるようにしてもよい。

【００６２】さらに、燃焼排ガスを炭化炉内の収容容器
に対し水平方向の一端側から供給して排煙を他端側から
導出するようにしてもよい。すなわち、燃焼室を炭化炉
の横に炭化炉と一体に配置する場合、あるいは、燃焼室
を炭化炉とは独立して構成し炭化炉に接近して配置し炭
化炉の側部に対し短い接続管を通して燃焼排ガスを供給
する場合には、上記燃焼排ガスが炭化炉に対し供給され
る口と相対向する側の収容容器の壁を燃焼炎遮断板によ
り形成したり、上記口と相対向する位置もしくは境界位
置に燃焼炎遮断板により形成した仕切り壁を配設するよ
うにすればよい。

【００６３】上記実施形態では、被処理物７を長手方向
を上下に向けて立て掛けた状態で収容容器６内に配置し
ているが、これに限らず、被処理物７の長手方向を横向
きに寝かした状態で積み上げるようにしてもよい。この
場合には、被処理物を例えば一段積み上げる毎にスペー
サを介在させて順次積み上げることにより燃焼排ガスが
流れる空隙を積極的に確保するようにすればよい。

【００６４】さらに、上記実施形態では燃焼室３１を炭
化炉２に対し一体に組み込んだ例を示したが、これに限
らず、燃焼室を含む燃焼排ガス供給手段を炭化炉とは独
立して別体に構成し燃焼排ガスのみの供給管を炭化炉に
接続させるようにしてもよい。この場合において上記供
給管が十分に長く燃焼炎が炭化炉にまで到達し得ないも
のであれば、上記の如き燃焼炎遮断板による収容容器の
形成もしくは燃焼炎遮断板により形成した仕切り壁の設
置は不要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃焼炎遮断板の開口部の各種形状を示し、
（ａ）は円形開口部を、（ｂ）は菱形開口部を、（ｃ）
は長方形開口部を、（ｄ）は正方形開口部をそれぞれ示
す。

【図２】本発明の実施形態に係る木炭製造装置を示す一
部切欠説明図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線における一部省略した部分拡大
断面図である。

【図４】図３の炭化炉の断熱壁の外壁及び断熱材層を省
略した拡大正面図である。

【図５】収容容器の斜視図である。

【図６】図５の収容容器の中央縦断面図である。

【図７】支持部材の状態を示す説明図である。

【図８】被処理物に対し熱電対の装着方法を示す分解斜
視図である。

【図９】収容容器内の被処理物に対する熱電対の配置を
示す平面説明図である。

【図１０】各処理工程に対する経過時間と被処理物自体
の温度との関係図である。

【図１１】炭化炉及び乾燥炉の各被処理物自体の温度と
経過時間との関係図である。

【符号の説明】

２ 炭化炉 ３ 燃焼排ガス供給手段 ４ 第１強制冷却手段（強制冷却手段） ５ 第２強制冷却手段（強制冷却手段） ６ 収容容器 ７ 被処理物 ８ 乾燥炉 １０ 熱電対（被処理物温度検出手段） ２１ 内壁 ２２ 断熱材層 ３１ 燃焼室 ３４ ダンパー（燃焼排ガス量変更調整手段） ４３ 気体送給管路 ４４ 送風ブロワ（気体送給器） ５１ 噴霧ノズル ５２ ポンプ（液体送給器） ５３ 液体送給管路 ６３ 燃焼炎遮断板 ６６ 支持部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｌ 5/44 Ｆ２３Ｇ 5/027 ＺＡＢＺ ４Ｈ０１５ Ｆ２３Ｇ 5/027 ＺＡＢ 5/14 ＺＡＢＦ 5/14 ＺＡＢ 5/50 ＺＡＢＭ 5/50 ＺＡＢ Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ Ｆターム(参考） 3K061 AA18 AB02 AC17 BA01 CA01 CA07 FA08 FA21 FA26 3K062 AA18 AB02 AC17 BA02 BB01 BB02 CB03 DA01 DB12 DB17 3K078 AA01 BA03 BA06 BA08 BA22 CA02 CA21 4D004 AA02 AA12 BA03 CA26 CA32 CA42 CB44 CC01 CC02 CC03 DA01 DA02 DA03 DA06 DA12 4H012 JA00 JA04 LA05 4H015 AA01 AA12 AA13 AB01 BA09 BA12 BB03 CB01

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化炉内に木炭の原料である被処理物を
   充填収容し、その炭化炉内に燃焼排ガスを供給すること
   により木炭を製造する木炭製造方法において、 上記被処理物に対し水分を蒸発させる乾燥工程と、熱減
   成の開始により熱分解を行わせる熱分解工程と、木炭化
   させる木炭化工程と、炭素化させる炭素化工程とを順に
   行った後に、冷却工程を行うことにより木炭を製造する
   ようにし、かつ、 上記被処理物自体の内部温度を検出しながら、その検出
   内部温度が上記各処理工程の内の少なくとも熱分解工
   程、木炭化工程及び炭素化工程において下記のように変
   化するように上記燃焼排ガスの供給量を変更調整する。 （ア）．上記熱分解工程では乾燥工程終了後から約４０
   ０℃〜約５５０℃の温度範囲まで上昇させ、 （イ）．上記木炭化工程では上記約４００℃〜約５５０
   ℃の温度範囲を所定時間維持し、 （ウ）．上記炭素化工程では上記約４００℃〜約５５０
   ℃の温度範囲から約８００℃〜約１１００℃の温度範囲
   まで上昇させる。
2. 【請求項２】 請求項１記載の木炭製造装置であって、 炭化炉とは別に乾燥炉を用意し、上記炭化炉での処理に
   より発生した排煙を熱源として上記乾燥炉に供給するよ
   うにし、 上記乾燥炉において上記供給された排煙により上記炭化
   炉で次回の熱分解工程以降の処理を行うための被処理物
   を常温から約１００℃〜約１３０℃の温度範囲まで昇温
   させて乾燥工程を行うようにする、木炭製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の木炭製造方法であって、 燃焼室内の被燃焼物に対しその燃焼室の一端から燃焼用
   空気を供給しながら上記被燃焼物を燃焼させ、発生した
   燃焼排ガスを上記燃焼室の他端から炭化炉内に供給する
   一方、上記燃焼用空気の供給量を変更調整することによ
   り燃焼排ガスの供給量を変更調整するようにする、木炭
   製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の木炭製造方法であって、 冷却工程において、被処理物を炭化炉内に充填収容した
   状態で炭化炉の内壁の背面に対し冷却用気体を接触させ
   ながら通過させることにより上記被処理物の内部温度を
   自然冷却よりも速くかつ最大で５℃／ｍｉｎとなる範囲
   の降下速度で強制降下させるようにする、木炭製造方
   法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の木炭製造方法であって、 冷却工程において、被処理物の内部温度が約１００℃ま
   で降下した後、その被処理物に対し炭化炉の外部から導
   入した水を噴霧することにより被処理物が外気と接触し
   て自然着火しない温度まで被処理物の内部温度を降下さ
   せるようにする、木炭製造方法。
6. 【請求項６】 木炭の原料である被処理物を充填収容す
   る炭化炉と、 この炭化炉と一体に又は独立に構成され、被燃焼物を燃
   焼させてその燃焼により発生する燃焼排ガスを上記炭化
   炉内に対し供給する燃焼排ガス供給手段と、 この燃焼排ガス供給手段から上記炭化炉に供給される燃
   焼排ガスの供給量を変更調整する燃焼排ガス量変更調整
   手段と、 上記被処理物自体の内部温度を検出する被処理物温度検
   出手段と、 この被処理物温度検出手段により検出された検出内部温
   度が処理工程に応じて予め設定された設定変化特性に基
   づいて変化するように上記燃焼排ガス量変更調整手段の
   作動を制御する供給量変更制御手段とを備えている、木
   炭製造装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の木炭製造装置であって、 処理工程は、上記被処理物に対し水分を蒸発させる乾燥
   工程と、熱減成の開始により熱分解を行わせる熱分解工
   程と、木炭化させる木炭化工程と、炭素化させる炭素化
   工程とを順に行った後に、冷却工程を行うものであり、 設定変化特性は、上記熱分解工程では上記約１００℃〜
   約１３０℃の温度範囲から約４００℃〜約５５０℃の温
   度範囲まで上昇させ、上記木炭化工程では上記約４００
   ℃〜約５５０℃の温度範囲を所定時間維持し、上記炭素
   化工程では上記約４００℃〜約５５０℃の温度範囲から
   約８００℃〜約１１００℃の温度範囲まで上昇させるも
   のである、木炭製造装置。
8. 【請求項８】 請求項６記載の木炭製造装置であって、 燃焼排ガス供給手段は被燃焼物を燃焼させる燃焼室と、
   この燃焼室の一端に対し燃焼用空気を供給する送給器と
   を備え、 燃焼排ガス量変更調整手段は上記送給器による燃焼用空
   気の供給量を変更調整するように構成されている、木炭
   製造装置。
9. 【請求項９】 請求項６記載の木炭製造装置であって、 炭化炉内の被被処理物を冷却工程において強制冷却する
   強制冷却手段を備えており、 上記強制冷却手段は、冷却用気体を送給する気体送給管
   路と、この気体送給管路に対し冷却用気体を供給する気
   体送給器とを備え、上記気体送給管路は上記炭化炉の内
   部空間を区画形成する内壁との間で熱交換するようにそ
   の内壁の背面に沿って延びるように配設されている、木
   炭製造装置。
10. 【請求項１０】 請求項６記載の木炭製造装置であっ
    て、 強制冷却手段は、冷却用液体を送給する液体送給管路
    と、この液体送給管路に対し冷却用液体を送給する液体
    送給器とを備え、上記液体送給管路の下流端は上記炭化
    炉を貫通してその内壁の上部領域に開口する噴霧ノズル
    に連通されている、木炭製造装置。
11. 【請求項１１】 請求項６記載の木炭製造装置であっ
    て、 燃焼排ガス供給手段は炭化炉と一体に構成され、 上記燃焼排ガス供給手段を構成する燃焼室と、炭化炉内
    の被処理物との間には、上記燃焼室での燃焼により生じ
    る燃焼炎と燃焼排ガスとを互いに分離して炭化炉内への
    上記燃焼炎の侵入を阻止する一方、上記燃焼排ガスの侵
    入を許容する燃焼炎遮断板が配設され、この燃焼炎遮断
    板により上記燃焼室と炭化炉の内部空間とが互いに仕切
    られている、木炭製造装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の木炭製造装置であっ
    て、 燃焼室と、炭化炉の内部空間との境界位置には両者を互
    いに仕切る仕切り壁が配設され、 上記仕切り壁は燃焼炎遮断板により形成されている、木
    炭製造装置。
13. 【請求項１３】 請求項１１記載の木炭製造装置であっ
    て、 被処理物を収容した状態で炭化炉の内部空間に対し出し
    入れ可能な形状の収容容器を備え、 上記収容容器を構成する壁は燃焼炎遮断板により形成さ
    れている、木炭製造装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の木炭製造装置であっ
    て、 収容容器は水平方向に相対向する一対の内壁面間に着脱
    可能に掛け渡される１もしくは２以上の杆状支持部材を
    備えており、各支持部材は上記収容容器の内部空間を平
    面視で２以上に分割するように配設されている、木炭製
    造装置。
15. 【請求項１５】 請求項６記載の木炭製造装置であっ
    て、 被処理物温度検出手段は、被処理物の略中心部にまで先
    端を差し込んだ熱電対により構成されている、木炭製造
    方法。
16. 【請求項１６】 請求項６記載の木炭製造装置であっ
    て、 炭化炉とは別体の乾燥炉と、上記炭化炉での処理により
    発生する排煙を上記乾燥炉での乾燥熱源として導入する
    排煙導入管路とを備えている、木炭製造装置。
17. 【請求項１７】 請求項６記載の木炭製造装置であっ
    て、 炭化炉は、内部空間を区画形成する内壁と、この内壁の
    背面を覆う断熱材層とを備え、 上記断熱材層はシリカ（ＳｉＯ_２）及びアルミナ（Ａｌ
    _２Ｏ_３）を主成分とする混合物を高温溶融して繊維化し
    た無機系繊維を素材とする成形体により形成されてい
    る、木炭製造装置。