JP2001348575A - 木竹炭の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間に、表面から芯までが均一に且つ完全
に炭化された木竹炭を製造できる製造方法及び製造装置
を提供する。 【解決手段】 炭原材料の出入れが可能な開閉蓋と内部
に炭原材料を収容する炭化槽を備えその下部に燃焼室を
設けた燃焼窯において、燃焼室と炭化槽の間にセラミッ
クスを用いた熱緩衝層を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、木材、竹材などを
高温加熱して炭化する木竹炭の製造技術に関する。

【従来の技術】

【０００２】従来、木竹炭の製造においては、一般に次
のような炭化窯が用いられていた。我が国の農家で旧来
より用いられてきた炭焼き窯は、原料が自生している山
中でその周りの土をドーム状に形成し、その内部に原料
を仕込み、原料に着火した後約３〜４日かけて木竹炭を
製造している。その窯は、炭の焼き上がりと同時に木竹
炭を取り出すために天蓋部を取り壊される。この製法に
よる木竹炭は長時間かけて焼き上げるため品質的には優
れるが設置場所、労働条件などから生産性、経済性の面
で問題があった。一方、工業的に用いられる各種製造方
法や製造装置としては、例えば、「特開平２−２６６９
０１」「特開平５−２６３０８７」「特開平８−２０９
１４９」などが提案されているが、短時間で良質の製品
を製造するにはほど遠く例えば、「特開平８−２０９１
４９」の製造方法によれば、原材料の初期加熱は「燻煙
期」と呼ばれるもので、原材料の乾燥工程であるこの工
程に４０〜５０時間をとることが肝要としているなど、
いずれも産業として採用するには問題がある。そこで発
明者は独自に、全体が鉄、ステンレスなどの金属で構成
され、構造は縦型筒状の形態をなし、その上部開口部に
は着脱自在の蓋が設けられ、その胴内部には炭材原材料
を収容する炭化槽が上下スライドできる状態で納めら
れ、その下部に側面から焚き口を設けた燃焼室を備えた
製造装置（特開平１０−３３８８８２）を開発した。な
お、上記炭化槽は上部が開口した有底円筒状の形態をな
し、底面は目皿状となっている。また、炭化槽と燃焼室
の間には金属製のネットを層状に重ねた熱緩衝層が設け
られている。この熱緩衝層は、燃焼室からの熱流をジグ
ザグに上昇させ熱流の均一分散化をはかっていた。しか
し、前述の金属製のネットによる熱緩衝層により熱流の
均一分散化はなされたが、炎による加熱は近赤外線であ
り赤外線の波長が短いことから、原料の表面炭化はすす
むが内部まで熱が十分伝達されないため、原料の表面と
内部の炭化状態が均一に行えないという問題があった。
その問題が木竹炭の品質を低下させていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、これまで
の炭化窯では木竹炭の表面から芯までの炭化が均一に行
えないという問題に着目し、短時間で表面から芯までが
均一に且つ完全に炭化される木竹炭の製造方法及び製造
装置を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】発明者は鋭意研究の結
果、下記のごとく表面から芯までが均一に且つ完全に炭
化される木竹炭の製造方法及び製造装置を発明した。

【０００５】すなわち、本発明の第１発明は、燃焼室と
炭材原料の間にセラミックスを用いた熱緩衝層を設けて
炭材原料を炭化することを特徴とする木竹炭の製造方法
である。

【０００６】第２発明は、内部に炭原材料を収容する炭
化槽を備えその下部に燃焼室を設けた燃焼窯において、
燃焼室と炭化槽の間にセラミックスを用いた熱緩衝層を
設けたことを特徴とする木竹炭の製造装置である。

【０００７】第３発明は、前記セラミックスが粒状もし
くはロッド状であることを特徴とする特許請求の範囲請
求項１に記載の木竹炭の製造方法及び請求項２に記載の
木竹炭の製造装置である。

【０００８】第４発明は、前記熱緩衝層がセラミックス
を焼結した有孔板であることを特徴とする特許請求の範
囲請求項１に記載の木竹炭の製造方法及び請求項２に記
載の木竹炭の製造装置である。

【０００９】第５発明は、内部に炭原材料を収容する炭
化槽を備えその下部に燃焼室を備えた燃焼窯において、
燃焼室と炭化槽の間に粒状又はロッド状のセラミックス
を配列した有孔受皿を用いた熱緩衝層を設けたことを特
徴とする木竹炭の製造装置である。

【００１０】

【作用】第１発明の木竹炭の製造方法は、燃焼炉と炭材
原料の間にセラミックスを用いた熱緩衝層を設けたとこ
ろに特徴がある。一般にセラミックスは加熱すると遠赤
外線を発生させる性質がある。炎のような光線や高温に
加熱された金属の発する熱線は物体に当たると表面で吸
収され深部まで透過しない。しかし、遠赤外線は、波長
の長い熱線であるため物体の組織を通して深部まで透過
する作用がある。前述の遠赤外線は、光エネルギーの一
種、電磁波である。光または電磁波は、可視光線（４０
０〜７００ｎｍ）より長波長領域を赤外線とよび、４μ
ｍ〜１０００μｍの電磁波を遠赤外線と呼ばれている。
水や、有機物の多くは一般に３μｍ以上の波長の遠赤外
線帯域に吸収スペクトルのピークがあると言われてい
る。それは、これら分子を構成している原子間の伸縮運
動や変角運動等の振動運動に固有な振動数が遠赤外線の
振動数（１／波長）に一致し、それによって遠赤外線が
その分子の振動に共鳴して吸収されるからである。この
共鳴吸収によって遠赤外線は水や有機物質に効果的に吸
収され、分子間の振動を増幅させて「発熱」現象を生じ
させるといわれている。従って、木竹炭の原料において
は、遠赤外線の放射を受けた有機組織はその表面、内部
に関わらずその分子組織は励起され振動・発熱に至り、
組織内部に保有した水分を早期に蒸発させることとな
る。発明者は、セラミックスが遠赤外線を発生する性質
に着目し、セラミックスを熱緩衝層に用いることで、木
竹炭が表面から芯まで均一に炭化できることを発見し
た。

【００１１】第２〜５発明は、前記セラミックスを用い
た熱緩衝層を設けた木竹炭の製造装置に関する。前記熱
緩衝層に用いられるセラミックスは、陶磁器の原料に用
いられる陶土を粒状又はロッド状に成形して８５０〜９
００℃で焼成し、いわゆる素焼きの状態に形成してあ
る。セラミックスの原料は、粒状又はロッド状に焼成で
きる粘土であればよく、セラミックスの遠赤外線放射材
料は、例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリ
カ、ジルコン、マグネシア、イットリア、コージライト
などが知られるが、一般に陶土はシリカ、アルミナを主
成分として構成されるため本発明に使用される遠赤外線
放射体としては前記の遠赤外線放射材料のいずれかを含
んでおればよく、その種類や成分には特に限定されな
い。粒状の寸法は、１０〜２０ｍｍ径が望ましい。ま
た、ロッドは例えば１０ｍｍ径、長さ３０ｍｍに成形さ
れたものを用いる。

【００１２】第４発明の熱緩衝層は、有孔板状に成形さ
れたセラミックスであり、例えば、陶土を厚さ２０ｍ
ｍ、直径が９００ｍｍの円盤で１０ｍｍ径の孔が２０ｍ
ｍピッチで全面に明けて成形して焼結したもので、ま
た、第５発明の熱緩衝層は金属製有孔受皿に粒状または
ロッド状のセラミックスを配列したものであり、燃焼室
からの熱流は、またセラミックスが粒状またはロッド状
の場合はその隙間から木竹炭原材料を収容した炭化槽に
送られる。

【００１３】加熱された前記セラミックスは、遠赤外線
を発生して上部に設置された炭化槽の木竹炭原料を芯か
ら加熱する。この遠赤外線加熱により、特に原材料の乾
燥工程に当たる「燻煙期」と称する窯本体内部温度が常
温から１８０℃の間に、原材料の水分除去が均一且つ速
やかに行われる。

【００１４】なお、本発明で製造された木竹炭は均質且
つ完全に炭化している。その証明は次の検査方法で確認
できる。市販のテスターを用いて導通試験を行い木竹炭
の導通状態を検知する。例えば、テスターの抵抗レンジ
を２０００キロΩにセットし検体にテスターのリード端
子を約１０ｍｍ間隔で当て、テスターに表示される数値
を読みとる。上記レンジで数値が読みとり不可のものを
炭化不足と見なす。すなわち、２０００キロΩ未満の抵
抗の検体を完全炭化炭と見なしている。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施例について以下図面
を参照して説明する。図１は本発明実施例の木竹炭の製
造装置の断面を示す側面図である。図２はセラミックス
粒を配列した熱緩衝層の一部切断面を示す斜視図であ
る。

【００１６】本発明実施例の木竹炭の製造装置は、全体
が縦型の円筒状に形成され、窯本体１は、材料がステン
レススチール鋼材（ＳＵＳ−３０４）板厚５ｍｍを用い
て直径１１０ｃｍ、高さ１４０ｃｍの円筒状に成形さ
れ、その下部に、側面１カ所の焚口１１を設けその反対
側に灰出口１２を設けた燃焼室１３を備え、燃焼室１３
の外壁すなわち下部の内壁及び床面には厚さ１０ｃｍ高
さ３０ｃｍの耐火煉瓦１４が張り巡らしてある。また、
上部開口部には後述する蓋体を受ける溝縁１５が周縁に
設けられ、側面上部には左右２カ所の煙道１６が設けら
れ、また空気取り込み口１７が前記燃焼室下部側面と窯
本体１上側部に設けられ、窯本体１側面に１カ所温度セ
ンサー差込口１８が設けられている。なお、窯本体外側
部は厚さ３０ｍｍのグラスウール１９で包囲してある。

【００１７】前記窯本体１内部には、前記窯本体１と同
じ材料を用いて成形された直径１００ｃｍ、高さ８０ｃ
ｍの有底円筒状で、底面は径１０ｍｍの孔２１が２０ｍ
ｍ間隔で全面に配列された炭化槽２が納められている。
炭化槽２の上縁部には円周に４カ所の吊手２２が設けら
れ、クレーン等の機材を用いて前記窯本体１の開口部よ
り挿入される。

【００１８】前記炭化槽２とその下部に位置する燃焼室
１３との間には、前記窯本体１同じ材料を用いて成形さ
れた直径８４ｃｍで縁の高さが５ｃｍの盆状で底面は径
１０ｍｍの孔３１１が２０ｍｍ間隔で全面に配列された
受皿３１で、その底面に、後述するセラミックス粒を配
列した熱緩衝層３が着脱自在に設置されている。

【００１９】前記熱緩衝層３には、陶磁器の信楽焼に使
用される陶土（表１）を直径１０〜１５ｍｍの球状に成
形し８５０〜９００℃、６０分焼成して成形された素焼
のセラミックス粒３２が３〜４層前記受皿３１に配列さ
れている。

【００２０】前記熱緩衝層３に用いられるセラミックス
の原材料を表１に示す。 （表１） 原料名 信楽長野長石（分類名：アプライト） 鉱山名 信楽長野鉱山（滋賀県甲賀郡信楽町長野） 主成分 石英、カリ長石、斜長石

【００２１】前述のごとく形成されたセラミックスは５
００〜８００℃の加熱において、分光放射率（ε）が波
長２．５μｍ〜５μｍの波長に対して黒体の７６％以上
であり、５μｍ以上の波長では８３％を越えている。

【００２２】前記窯本体１の開口部に被せられる窯蓋４
は、前記窯本体１と同じ材料を用いて成形された直径１
２０ｃｍで周縁に高さが２０ｃｍの立ち上がりとその周
縁にリング４１を水平に設けてあり、上面は周縁から中
央にかけて１０ｃｍの高さに盛り上げた円錐状に形成さ
れ、その頂部に煙道４２と、上面に１カ所温度センサー
差込口４３と別の位置に吊手４４を設け、外面は厚さ３
０ｍｍのグラスウール４５で包囲してある。なお、窯蓋
４は、前記リング４１が窯本体１の溝縁１５に当接し、
窯本体１の上部周縁の溝１５１に溜められた砂の中に縁
を約２０ｍｍ程度潜らせて、いわゆるサンドシールされ
た状態で窯本体１の開口部に設置される。

【００２３】本実施例の使用について、竹炭の製造例を
挙げて以下本発明の使用方法を説明する。まず、竹炭の
原材料として、伐採後約半年以上屋外で自然乾燥した３
年生以上の孟宗竹（太さが８〜１０ｃｍ径）を、長さ約
１ｍに切断し、竹の太さに応じ縦に２または４分割し、
節抜きしたものを用意する。前記炭原材料は、前記炭化
槽２に縦積みにできるだけ密に充填する。１回の仕込量
は炭化槽２の内容量約１立方メートルに対し４００〜４
５０ｋｇである。なお、上記炭化槽２は窯本体１の内側
に図１の位置に設置される。

【００２４】次いで燃焼方法について以下説明する。窯
本体の煙道に取り付けた４カ所の空気調整用シャッター
１６１を全開にし、かつ窯本体１に設置した４カ所の空
気取り込み口１７に設けた空気調整バルブ（図示せず）
を全開にした状態で、焚口１１から雑竹を着火源として
約２時間燃焼し、竹炭原材料に着火する。着火検知は、
窯蓋に取り付けた温度センサー差込口４３に挿入した温
度センサー（図示せず）で行われ、センサー表示温度で
約１００℃が着火の目安ある。この段階で竹炭原材料自
体が熱源となり燃焼を開始し、煙突からの排煙が激しく
なり、また煙道下部に取り付けた竹酢液取り出し口（図
示せず）より竹酢液が抽出を始める。この時点で焚口１
１を閉じる。竹炭原材料着火後、焚き口１１を閉じた段
階から赤熱された熱緩衝層３のセラミックス粒３３から
発生する遠赤外線により炭化槽に収容された竹炭原材料
の炭化が下部より上部へと進行する。前記着火から約１
０時間経過した頃より排煙量が減少する。この段階で窯
本体下部に設置した４カ所の前記空気調整バルブを閉
じ、窯本体１上部に設置した４カ所の空気取り入れ口１
７に設置した前記空気調整バルブを開き、炭材の完全炭
化をはかるいわゆる「精錬期」に入る。この操作で排煙
量はしばらく増加し、窯本体内部温度が上昇する。この
時の温度センサー差込口１８から挿入した温度センサー
（図示せず）の表示温度は７５０〜８００℃となりこの
表示温度が炭化終了の目安となる。この段階で排煙はか
すかな紫色を呈し、炭化が完了したことが確認される。
この時点で窯本体の煙道シャッター１６１及び全ての空
気調整バルブを閉じる。炭化終了から自然放冷に入り、
窯本体内部は約１３〜１５時間で常温となる。この時点
でクレーン等で窯蓋４を開け、炭化槽２を外に取り出し
木竹炭製品を取り出す。製品の収量は約半年自然乾燥し
た原材料の場合、仕込重量に対して１５〜２０％であ
る。

【００２５】上述のごとく製造された竹炭と、同じ原材
料を用いて従来の木竹炭窯で製造された竹炭を検査する
と、次の結果が得られた。

【００２６】本発明実施例の製造装置により３回に分け
て製造された竹炭（合計約８１ｋｇ）の導通試験結果を
表２に示す。 （表２） 電気抵抗値 発生頻度（％） 性状 ２０００キロΩ以上 ０ − ２０００〜１０００キロΩ ３ やや硬質・一部膨れ １０００〜１００キロΩ ４ やや硬質・膨れ無し １００〜１キロΩ ６ 硬質・膨れ無し １０００〜５００Ω １６ 高硬質・膨れ無し ５００〜１００Ω ４３ 高硬質・膨れ無し １００Ω以下 ３２ 高硬質・膨れ無し

【００２７】本発明の製造装置の熱緩衝層３のセラミッ
クス粒を取り除き、ステンレススチール鋼材を用いた穴
明き目皿３２のみとし、その他は前述と同じ条件で３回
に分け製造した場合の竹炭（合計約７８ｋｇ）比較例の
導通試験結果を表３に示す。 （表３） 電気抵抗値 発生頻度（％） 性状 ２０００キロΩ以上 ０ − ２０００〜１０００キロΩ ７ 軟質・膨れあり １０００〜１００キロΩ ６ 軟質・膨れあり １００〜１キロΩ １６ やや硬質・膨れあり １０００〜５００Ω ２４ やや硬質・一部膨れ ５００〜１００Ω ３８ 硬質・膨れ無し １００Ω以下 ９ 高硬質・膨れ無し

【００２８】前述の製品性状で「膨れ」とは、竹炭の主
に表皮側に生じた膨れのことであり、その性状は、５〜
１０ｍｍ径、高さ１〜３ｍｍ程度の丘状の盛り上がりで
内部に空洞を形成している。この「膨れ」は加熱時原材
料内部に含有する水蒸気が内部に閉じこめられて表皮を
押し上げた状態で表皮が炭化したものである。このこと
は、原材料内部の水分が十分蒸発しないいまま赤外線放
射により表皮のみ加熱が進み炭化したものであり、原材
料の表面と内部の温度差が大きいため生じたものと推測
される。

【００２９】上記検査結果から、本発明の製造装置で製
造された竹炭すなわち熱緩衝層にセラミックスを用いた
竹炭の場合は、熱緩衝層にステンレス鋼材のネットを使
用した従来製法による竹炭と比較すると、一見してその
性状すなわち「膨れ」の有無に表れ、また数値的には導
通試験で明らかである。

【００３０】本発明製造方法及び製造装置で製造された
竹炭は、その表面から芯まで均質な焼き上がり状態を示
していることが確認できる。このことは前述のした如
く、「燻煙期」と呼ばれる焚き始めから原材料への着火
時そして精錬期において、加熱されたセラミックスから
放射される遠赤外線により原材料の乾燥及び炭化が均一
且つ速やかに行えたことを意味する。

【発明の効果】

【００３１】本発明の木竹炭の製造方法によれば、燃焼
室と炭原材料の間にセラミックスを用いた熱緩衝層を設
けて炭原材料を炭化することで、遠赤外線の放射で炭原
材料の深部まで加熱が促進される作用により短時間に木
竹炭の均質且つ完全な炭化状態が得られる。また、本発
明によれば、セラミックスを用いた熱緩衝層を設けたこ
とにより構造及び焼成条件は同じ工程で格段に品質の高
い木竹炭が短時間に製造できる製造装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明実施例の断面を示す側面図であ
る。

【図２】 図２はセラミックス粒を配列した熱緩衝層の
一部切断面を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 窯本体 １１ 焚口 １２ 灰出口 １３ 燃焼室 １３１ 灰分離板 １４ 耐熱煉瓦 １５ 溝縁 １５１ 溝 １６ 煙道 １６１ 排煙シャッター １７ 空気取り入れ口 １８ 温度センサー差込口 １９ グラスウール １０１ 本体補強材 ２ 炭化窯 ２１ 底板 ２１１ 底板補強材 ２２ 吊手 ３ 熱緩衝層 ３１ 受皿 ３１１ 孔 ３２ セラミックス ４ 窯蓋 ４１ リング ４２ 煙道 ４３ 温度センサー差込口 ４４ 吊手 ４５ グラスウール

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室と炭原材料の間にセラミックスを
   用いた熱緩衝層を設けて炭原材料を炭化することを特徴
   とする木竹炭の製造方法。
2. 【請求項２】 上部が開口する筒状の窯本体とその窯本
   体開口部に着脱できる窯蓋と、窯本体内部に炭原材料を
   収容する炭化槽を備えその下部に燃焼室を設けた燃焼窯
   において、燃焼室と炭化槽の間にセラミックスを用いた
   熱緩衝層を設けたことを特徴とする木竹炭の製造装置。
3. 【請求項３】 前記セラミックスが粒状もしくはロッド
   状であることを特徴とする特許請求の範囲請求項１に記
   載の木竹炭の製造方法及び請求項２に記載の木竹炭の製
   造装置。
4. 【請求項４】 前記熱緩衝層がセラミックスを焼結した
   有孔板であることを特徴とする特許請求の範囲請求項１
   に記載の木竹炭の製造方法及び請求項２に記載の木竹炭
   の製造装置。
5. 【請求項５】 上部が開口する筒状の窯本体とその窯本
   体開口部に着脱できる窯蓋と、窯本体内部に炭原材料を
   収容する炭化槽を備えその下部に燃焼室を設けた燃焼窯
   において、燃焼室と炭化槽の間に粒状又はロッド状のセ
   ラミックスを配列した有孔受皿を用いた熱緩衝層を設け
   たことを特徴とする木竹炭の製造装置。