JP2009185207A - 竪型炭化炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 高品質な炭を効率的に大量生産できる炭化炉を提供する。
【解決手段】 この炭化炉（１０）は、縦長の炉本体（１２）と、炉本体の上部に設けられた原料投入口（１４）と、炉本体の下部に設けられたホッパー部（１８）と、炉本体の下端部を冷却する冷却水パイプ（２６）と、ホッパー部とを冷却する冷却水ジャケット（２８）と、ホッパー部の下部に設けられた出炭口（２０）と、出炭口に設けられた開閉栓（４０）と、出炭口に着脱可能なシール蓋（４４）とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、籾殻を炭化させた籾殻炭を製造するための竪型炭化炉に関する。

現在、籾殻炭を製造するには、後記特許文献１〜４に記載されたような方法が知られている。ここでは、後記特許文献１に記載された方法について説明する。

籾殻のまま炭化炉に入れたので、籾殻が完全に燃えてしまうため、籾殻炭を得ることが困難である。

そこで、まず、図３に示したような籾殻圧縮機１で、籾殻ブリケット（籾殻圧縮固形物）７を製造する。籾殻圧縮機１は、籾殻２を収容するタンク３と、このタンク３の下部に設けられたコーン（円錐）形臼部４とを有している。図４に、コーン形臼部４の断面を示す。コーン形臼部４内には、回転するスクリュー駆動部５と、コーン形臼部４内で圧縮成形された籾殻を排出させる排出スクリュー６が備えられる。

タンク３内の籾殻２は、コーン形臼部４内に落下すると、回転するスクリュー駆動部５によって磨り潰されながら圧縮されていき、さらに排出スクリュー６によって圧縮成形されカール状の籾殻ブリケット７になって外部へ排出される。この籾殻ブリケット７は、図５に示したように、炭化炉８に入れて炭化させて籾殻炭９としていた。籾殻炭９は、消火冷却させた後に炭化炉８から取り出されていた。

この籾殻炭９は、図示しない粉砕機により超微粉末にして、この超微粉末を散布することによって、土壌中や水中の有害な化学物質を吸着させ、環境を改善させるとともに、籾殻の有効利用を図ることができる。
特開２００１−３８２０１号公報 特開２００４−１１５４３０号公報 特許第２５６７３２４号公報 特公平７−１０３３７５号公報

従来は、籾殻炭を製造するのに、前記したように、原料の籾殻ブリケット７を炭化炉８いっぱいに入れて加熱して炭化させた後に消火冷却してから籾殻炭９を取り出すという作業を繰り返すバッチ処理をしていた。しかし、これでは、炭化炉８いっぱいの原料の加熱と消火冷却に時間がかかって、籾殻炭９の大量生産が困難であるという問題があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、高品質な炭を効率的に大量生産できる炭化炉を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明の炭化炉は、縦長の炉本体と、炉本体の上部に設けられた原料投入口と、該炉本体の下部に設けられたホッパー部と、前記炉本体の下部に設けられた空気弁と、前記炉本体の下端部及び前記ホッパー部を冷却する冷却装置と、前記ホッパー部の下部に設けられた出炭口と、該出炭口に設けられた開閉栓と、前記出炭口に着脱可能なシール蓋とを備える。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の炭化炉において、前記出炭口は円形であり、前記シール蓋は周縁に水を満たした溝を有した円板であり、前記出炭口の周縁先端が前記溝中に挿入される。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明の炭化炉において、前記開閉栓は前記出炭口の直径に沿って水平に固定された回転軸回りに回転する円板である。

請求項４に係る発明は、請求項１、２又は３に係る発明の炭化炉において、前記冷却装置は、前記炉本体下端部に水平に挿通された冷却水パイプと、前記ホッパー部の外周を覆う冷却水ジャケットである。

請求項１に係る発明によれば、縦長の炉本体と、炉本体の上部に設けられた原料投入口と、該炉本体の下部に設けられたホッパー部と、前記炉本体の下部に設けられた空気弁と、前記炉本体の下端部及び前記ホッパー部を冷却する冷却装置と、前記ホッパー部の下部に設けられた出炭口と、該出炭口に設けられた開閉栓と、前記出炭口に着脱可能なシール蓋とを備えたから、炉本体の下半分程度は、空気弁を調節することによって、乾留に近い状態で加熱され、原料が分解される程度に止まり、揮発成分のみが燃焼して、原料が炭化して炭となる炭化帯とすることができる。しかも、炭化帯では原料中の揮発成分が燃焼するので、燃焼で発生した高温ガスが原料の間を上昇するので、焼き斑の少ない高品質の炭が得られる。また、炉本体の上半分程度は、炭化帯から高温ガスが上昇してくるので、原料を乾燥させる乾燥帯となる。原料が乾燥帯へ経ることにより、炭化帯内での炭化が迅速に進むようになる。一方、炉本体の下端部及びホッパー部は、製造された炭を冷却する冷却帯になる。出炭口に着脱可能なシール蓋を備えたから、冷却帯への酸素流入を完全に阻止でき、炭を確実に消火できる。このため、冷却帯では、炭化帯で原料が炭化する間に、炭を充分に冷却できる。

そこで、炭化帯の原料が炭化して炭になると、冷却帯の炭を外部へ落下させ、炭化帯の炭を冷却帯に落下させ、乾燥帯内の原料を炭化帯に落下させ、乾燥帯に原料を投入し、以下、炭の排出と原料の投入を繰り返すことによって、従来のように炭化炉いっぱいに原料を入れて、炭化炉全体を加熱及び消火冷却するようなバッチ処理を行う場合に比べて、高品質の炭を連続的かつ効率的に大量生産することができる。

この他、炉本体が縦長であるから、従来のバッチタイプの炭化炉に比べて建築面積を小さくでき、建築費を安くでき、原料自体を自発反応熱により炭化させるため、炭化温度維持のための燃料が必要なく経済的でもある。

請求項２に係る発明によれば、さらに、出炭口は円形であり、シール蓋は周縁に水を満たした溝を有した円板であり、出炭口の周縁先端が前記溝中に挿入されるから、シール蓋のシールが完全となって、炭をいっそう確実に消火できて、炭の冷却をいっそう迅速に行うことができる。

請求項３に係る発明によれば、さらに、開閉栓は出炭口の直径に沿って水平に固定された回転軸回りに回転する円板としたから、開閉栓は簡単な構造で丈夫となるうえ、回転軸が開閉栓の対称軸となるから、開閉栓を回転させるための動力が小さくて済む。

請求項４に係る発明によれば、さらに、冷却装置は、炉本体下端部に水平に挿通された冷却水パイプと、ホッパー部の外周を覆う冷却水ジャケットとしたから、炭は内外から略一様に迅速に冷却される。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施例に係る竪型炭化炉（以下、単に炭化炉という）について説明する。図１は、この炭化炉の縦断面図である。図２は、この炭化炉の出炭口付近の拡大縦断面図である。

この炭化炉１０は、縦長で円筒状の炉本体１２を有し、炉本体１２の上部に原料投入口１４と煙突１６が設けられ、炉本体１２の下部には逆円錐状のホッパー部１８が設けられ、ホッパー部１８の下部には出炭口２０が設けられている。炉本体１２は、耐火レンガ１２ａを円筒状に組み立てたもので、その外周を鉄皮１２ｂで覆われている。炉本体１２は、直径約１ｍ、高さ約２．５ｍ程度である。原料投入口１４には、開閉する蓋１４ａが設けられる。

この炭化炉１０の側部には、原料を原料投入口１４まで搬送するバケットコンベア２２が備えられる。煙突１６には、不完全燃焼の有害なガスを完全に燃焼させるための二次燃焼用バーナー２４が設けられる。

炉本体１２の下端部付近には、冷却装置として直径に沿って水平な１本の冷却水パイプ２６が通っている。冷却水パイプ２６の水出口２６ｂから出た水は、ポンプ（図示省略）によって冷却装置（図示省略）へ送られて冷却され、再び水入口２６ａから冷却水パイプ２６内へと戻るようになっている。冷却水パイプ２６が１本なのは、製造された籾殻炭の落下を妨げないようにするためである。

ホッパー部１８の外周は、冷却装置である冷却水ジャケット２８で覆われている。冷却水ジャケット２８は、ホッパー部１８の外周を二重の壁にして、両壁の間に冷却水を流すことができるようにしたものである。冷却水ジャケット２８は、下方に水入口２８ａがあり、上部に水出口２８ｂがある。冷却水ジャケット２８の水出口２８ｂから出た水は、ポンプ（図示省略）によって冷却装置（図示省略）へ送られて冷却され、再び水入口２８ａから冷却水ジャケット２８内へと戻るようになっている。炉内の冷却水パイプ２６とホッパー部１８外周の冷却水ジャケット２８で籾殻炭を冷却するため、籾殻炭は略一様に迅速に冷却される。

冷却水パイプ２６のやや上方の炉本体１２の壁面には、炉内の温度を測定するために対称位置の２個所に熱電対温度計３６が設置され、さらに、燃焼状態を調節するために周方向等間隔の４個所に空気弁３８が設置されている。

この炭化炉では、空気弁３８を調節することにより、酸素供給量を制御して原料を炭化させるので、冷却水パイプ２６より上側の炉本体１２の下半分程度は、乾留に近い状態で２００〜６００°Ｃ程度に加熱され、原料が分解される程度に止まり、揮発成分のみが燃焼して、原料の炭化が進む炭化帯３２となる。しかも、炭化帯３２では揮発成分が燃焼して発生した高温ガスが原料の間を上昇するので、焼き斑の少ない高品質の籾殻炭が得られる。炉本体１２の上半分程度は、炭化帯３２から高温ガスが上昇してくるので６０〜２００°Ｃ程度に加熱され、原料を乾燥させる乾燥帯３０となる。冷却水パイプ２６より下方は、製造された籾殻炭を５０°Ｃ程度まで冷却していく冷却帯３４になっている。

出炭口２０は、円形をしており、その内部に開閉栓４０が設けられている。開閉栓４０は、出炭口２０の直径に沿って水平に固定された回転軸４０ａ回りに回転できる円板であり、通常は製造された籾殻炭が落下しないように水平に保持されているが、籾殻炭を排出するときには鉛直線に平行になるように回転される。開閉栓４０は簡単な構造で丈夫なうえ、開閉栓４０の対称軸に回転軸４０ａが位置しているため、開閉栓４０を回転させるための動力が小さくて済む。

出炭口２０にはシール蓋４４も取り付けられる。シール蓋４４は、外周にリング状の溝４４ａを備え、この溝４４ａ内に水を満たした円板である。出炭口２０の周縁先端は、籾殻炭製造中は、シール蓋４４の水を満たされた溝内４４ａに挿入されており、出炭口２０を完全にシールして、冷却帯３４内への酸素の流入を遮断して、冷却帯３４での籾殻炭の消火を完全にして短時間の冷却を可能にする。

殻炭を排出するときには、シール蓋４４は、図示しない圧縮空気による作動開閉装置により、開閉栓４０の回転をじゃましないように、いったん下方へ移動させた後に、横方向に移動させる。

この炭化炉で籾殻炭を製造する方法を説明する。まず、出炭口２０を開閉栓４０とシール蓋４４で塞ぐとともに、原料投入口１４の蓋１４ａを開いて、点火した原料を原料投入口１４から炉内へ投入する。続いて、原料をバケットコンベア２２によって原料投入口１４から投入して、炉内を原料で満たした後に、原料投入口１４を蓋１４ａで塞ぐ。原料は、見かけ比重０．３〜０．５、直径４０〜５０ｍｍのコイル状に圧縮成形され、水分８〜１０％の籾殻ブリケットが最適である。この籾殻ブリケットは、前記特許文献１に記載されたような方法で製造される。

作業員は、熱電対温度計３６で検出した炉内温度と煙突１６から出る煙に注意しながら、空気弁３８の開度を調節して、炭化帯３２内で原料の炭化が適切に進むように、炉内の温度及び燃焼状態を制御する。所定の時間が経過して、炉内温度及び煙突１６から出る煙から、炭化帯３２で原料が略炭化して籾殻炭になったと判断したときは、シール蓋４４を外し、さらに開閉栓４０を開く。最初の排出の際には、冷却帯３４内の原料は炭化しないので、原料のみが排出される。この原料は、再度炉内に投入される。

冷却帯３４内の原料が略排出されたと判断したときは、開閉栓４０を閉じ、さらにシール蓋４４を閉じる。このとき、炭化帯３２内の籾殻炭は冷却帯３４に落下し、乾燥帯３０内の原料は炭化帯３２に落下する。そこで、原料投入口１４の蓋１４ａを開けて、空になった乾燥帯３０に原料を投入した後に、原料投入口１４に蓋１４ａをする。

すると、再び、炭化帯３２では原料の炭化が始まり、乾燥帯３０では原料の乾燥が始まり、冷却帯３４では籾殻炭の冷却が始まる。炭化帯３２で原料が略炭化して籾殻炭になったと判断されると、シール蓋４４を外し、さらに開閉栓４０を開いて、冷却帯３４内の籾殻炭を外部に排出し、炭化帯３２内の籾殻炭を冷却帯３４に落下させ、乾燥帯３０内の原料を炭化帯３２に落下させ、空になった乾燥帯３０に原料を投入する。以下、同様に籾殻炭の排出と原料の投入を繰り返して、連続的に籾殻炭を製造できる。

本実施例によれば、以上に説明したように、炉本体１２の下半分程度は原料が炭化して籾殻炭となる炭化帯３２となり、炉本体の上半分程度は原料を乾燥させる乾燥帯３０となり、冷却水パイプ２６より下方部分は籾殻炭を冷却する冷却帯３４になっている。炭化帯３２内の原料が炭化して籾殻炭になると、冷却された籾殻炭を冷却帯３４から放出し、空になった冷却帯３４に炭化帯３２から籾殻炭を落下させ、空になった炭化帯３２に乾燥帯３０の原料を落下させ、空になった乾燥帯３０に原料を投入することを繰り返して、連続的に籾殻炭を製造できる。したがって、本実施例によれば、従来のように炭化炉いっぱいに原料を入れて、炭化炉全体を加熱及び消火冷却するようなバッチ処理を行う場合に比べて、高品質の炭を連続的かつ効率的に大量生産することができる。

また、本実施例の炉本体１２が縦長であるから、従来のバッチタイプの炭化炉に比べて建築面積を小さくでき、建築費を安くできる。さらに、原料自体の自発反応熱により炭化させるため、炭化温度維持のための燃料が必要なく経済的である。

ところで、本発明は前記実施例に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、前記実施例では、原料に籾殻ブリケットを使用して籾殻炭を製造するものを説明したが、原料には、籾殻以外にも、適切な形状、比重、水分を有するバイオマスが使用可能である。また、炉本体１２を必ずしも円筒状にする必要はなく、角柱状でもよい。炉本体１２の形状に応じて、ホッパー部１８を角錐状にし、出炭口２０を角形にしてもよい。

本発明の一実施例に係る炭化炉の縦断面図である。 前記炭化炉の出炭口付近の拡大縦断面図である。 籾殻から籾殻炭の原料である籾殻ブリケットを製造する籾殻圧縮機の斜視図である。 前記籾殻圧縮機の主要部を説明する図である。 前記籾殻ブリケットから籾殻炭を製造する従来の方法を説明する図である。

符号の説明

１０ 炭化炉
１２ 炉本体
１４ 原料投入口
１８ ホッパー部
２０ 出炭口
２６ 冷却水パイプ（冷却装置）
２８ 冷却水ジャケット（冷却装置）
４０ 開閉栓
４４ シール蓋

Claims (4)

1. 縦長の炉本体と、炉本体の上部に設けられた原料投入口と、該炉本体の下部に設けられたホッパー部と、前記炉本体の下部に設けられた空気弁と、前記炉本体の下端部及び前記ホッパー部を冷却する冷却装置と、前記ホッパー部の下部に設けられた出炭口と、該出炭口に設けられた開閉栓と、前記出炭口に着脱可能なシール蓋とを備えた竪型炭化炉。
2. 前記出炭口は円形であり、前記シール蓋は周縁に水を満たした溝を有した円板であり、前記出炭口の周縁先端が前記溝中に挿入された請求項１に記載の竪型炭化炉。
3. 前記開閉栓は前記出炭口の直径に沿って水平に固定された回転軸回りに回転する円板である請求項２に記載の竪型炭化炉。
4. 前記冷却装置は、前記炉本体の下端部に水平に挿通された冷却水パイプと、前記ホッパー部の外周を覆う冷却水ジャケットである請求項１、２又は３に記載の竪型炭化炉。

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