JP2014227420A

JP2014227420A - 燃料用材料の加熱処理方法

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Publication number: JP2014227420A
Application number: JP2013105267A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　健; Takeshi Suzuki; 健鈴木; 啓次郎鈴木; Keijiro Suzuki
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Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2014-12-08
Anticipated expiration: 2033-05-17
Also published as: JP5474236B1

Abstract

【課題】本発明は、マイクロ波加熱によって加熱可能な材料、および、マイクロ波加熱によって加熱処理する方法を提供することを課題としている。
【解決手段】本発明では、粉状の加熱対象の主材料と、マイクロ波が照射されることによって発熱する粉状の発熱材料とを含有する材料を、圧縮処理または加熱圧縮処理することによって、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化させてマイクロ波加熱用材料を得る。また、前記マイクロ波加熱用材料に、マイクロ波を照射することによって、前記発熱材料を発熱させ、これを核として、前記材料全体を加熱して熱処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波を照射することによって加熱可能なマイクロ波加熱用材料に関するものである。

現在、大震災後エネルギーの安全対策として原発から他の発電方式へとシフトされる方向に考えられている。その一つに火力発電があり、他に、ガス、石油および石炭によるものがある。この内、石炭燃焼による火力発電が一番低価格であるが、CO₂の発生が一番多く、この点に問題がある。
一方で製鉄所においては、コークス燃焼でCO₂の発生が多く、環境問題でCO₂の削減が義務付けされ、コークス代替燃料が求められている。
一方、山においては、木の間伐が進まず、山が放置され荒廃が進み、荒れるがままになっているばかりか、用材として木が伐採されても、その利用は、根元及びほぼ側が切断された、直材と言っていい、中間部分のみの利用であって、他は廃棄、または一部のみ利用されているのが現状であり、建築廃材の利用も十分ではない。

コークス代替燃料として、人工原木のオガ炭がCO₂ゼロミッションから有効であることが理解され、特に穴なし人工原木である穴なしオガ炭が有望視される所であるが、日本国内でのオガ炭は、高すぎ、有名な一流の製鉄所は海外に穴ありオガ炭工場を建設、製造を開始している状況である。
日本政府は国策として、コークス代替品として、また、山の荒廃防止策として、木および未利用木を粉砕し、オガライト及びオガ炭の製造を推進することが必要である。なお、前記オガライトはオガ粉等を圧縮加熱した人工原木であり、前記オガ炭は前記オガライトを炭化したものである。

一般に自然木の一部、例えば木材チップをマイクロ波加熱し炭化する技術があるが、この技術では、含有する水分が蒸発するまでは加熱できるが、いわゆる水分がなくなるとマイクロ波による加熱が出来なくなり、炭化が進まないという問題がある。
そこで、特許文献１には、原木に予め有機酸溶液を含浸させてからマイクロ波加熱することによってマイクロ波加熱する技術が開示されている。しかし、この技術では、含浸させた有機酸溶液は原木の温度上昇に伴って蒸散してしまうので、２５０℃程度までしか加熱することができなかった。また、有機酸溶液の蒸散を抑制するために、１６０℃／分程度の温度上昇率に抑制する必要があり、加熱処理に時間を要するという問題があった。

特開２００４−３１４４９９号公報

コークス代替燃料として、従来のオガライト等の人工原木を炭化したオガ炭等は、日本国内では、高すぎるという問題があり、製鉄所の海外流出に歯止めをかけることが困難である。
かかる状況にあっては、コークス代替品となり得る人工原木を製造し、山の荒廃防止策とすることが求められている。
また、特許文献１に記載されている技術では、加熱する温度に限界があり、いわゆる黒炭や白炭を短時間で効率的に製造することは困難であった。
以上の課題を解決するために、今回の発明は、今までの人工原木の加熱処理方法と違う、今までの加熱処理方法を過去の遺物にしかねない画期的な製造方法である。

本願の大きな特徴は、
請求項１に記載されているように、
加熱対象の主材料に、マイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料を混入させてなることを特徴とするマイクロ波加熱用材料にある。
前記主材料を粉状原料として、その粉状原料に電気伝導性を有する粉炭を混合して固形化し、マイクロ波加熱用材料を製造し、このマイクロ波加熱用材料にマイクロ波を照射し加熱することによって、疎水基化され吸湿しない硬質の固形化されたマイクロ波加熱用材料、または炭材を製造することである。

本願の請求項2に係るマイクロ波加熱用材料は、
前記主材料は、植物由来の粉状原料とし、
前記発熱材料は、電気伝導性を有する粉炭もしくは黒鉛とし、
前記主材料と前記発熱材料とを含有する材料が、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化されてなることを特徴としている。
請求項３では、
前記材料は、接着材または粘結剤を含有してなることを特徴としている。
請求項４に係るマイクロ波加熱用材料の製造方法は、
粉状の加熱対象の主材料と、マイクロ波が照射されることによって発熱する粉状の発熱材料とを含有する材料を、圧縮処理または加熱圧縮処理することによって、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化することを特徴としている。
請求項５では、
前記主材料は、植物由来の粉状原料とし、
前記発熱材料は、電気伝導性を有する粉炭もしくは黒鉛とした。
請求項６では、
前記材料は、接着材または粘結剤を含有している。

本願の請求項7に係るマイクロ波加熱用材料の加熱処理方法は、
請求項１乃至３の何れか１項に記載のマイクロ波加熱用材料、または、請求項４乃至６の何れか１項の製造方法によって製造したマイクロ波加熱用材料に、マイクロ波を照射することによって、前記発熱材料を発熱させ、これを核として、前記材料全体を加熱して熱処理することを特徴としている。
請求項８では、
マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、２００℃以上に加熱処理する。
請求項９では、
マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、２００〜250℃の範囲に加熱処理し、前記材料を、吸湿性の低い未炭化物とする。
請求項１０では、
マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、３００〜５００℃の範囲に加熱処理し、前記材料を、揮発分を多く含有する黒炭状の低温炭とする。
請求項１１では、
マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、８００℃以上に加熱処理し、前記材料を、揮発分の少ない白炭状の高温炭とする。
請求項１２のマイクロ波加熱用材料の加熱処理装置は、
粉状の加熱対象の主材料と、マイクロ波が照射されることによって発熱する粉状の発熱材料とを含有する材料を、圧縮処理または加熱圧縮処理することによって、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化されたマイクロ波加熱用材料を成形する成形手段と、
前記成形手段にて成形された前記マイクロ波加熱用材料が供給され、供給されたマイクロ波加熱用材料にマイクロ波を照射することによって、前記発熱材料を発熱させ、これを核として、前記マイクロ波加熱用材料全体を加熱して熱処理する加熱処理手段と、
を備えたことを特徴としている。

なお、前記マイクロ波加熱用材料の原料となる加熱対象の主材料としては、粘土等のセラミック材料や植物由来の粉状原料を用いることができる。
前記植物由来の粉状原料は、植物性粉炭、石炭の粉炭、もしくは植物性粉炭と石炭の粉炭の混合物としてもよい。
また、マイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料としては、耐熱性を有し、前記電気伝導性を有する粉炭もしくは黒鉛を使用することができ、さらに、接着剤または粘結剤を混入してもよい。

固形化処理に際しては、穴ありオガライト成形機、穴なしオガライト成形機、ピストン式成形機、バッチ式成形機、ペレット成形機等々、それぞれの各成形物に適した、全ての成形技術を用いることができる。
また、欧米でソーダストブリッケットマシンとしてピストン式の粉状原料を圧縮成形する方式があるが、この方式を用いることができる。

なお、前記植物由来の粉状原料としては、以下の（ａ）（ｂ）（ｃ）の何れを使用することができる。
（ａ）木粉、竹粉、または木粉と竹粉の混合物（混合比率は問はない）。
（ｂ）上記（ａ）の混合物に植物性バイオマス（樹皮、果実核、果実残渣、コーヒー粕、パーム椰空房等々）の粉を混入した原料（混合比は問わない）。
（ｃ）植物性バイオマス単品を粉末化しオガライト化できる粉。

マイクロ波による加熱処理としては、本発明によって製造したマイクロ波加熱用材料を、連続して、マイクロ波加熱炉に自動的に送入して加熱する連続処理方式、または、本発明によって製造したマイクロ波加熱用材料を、一旦取り出して、別に設置したマイクロ波加熱炉に搬入して加熱するバッチ処理方式、の何れかの方式を採用することができる。

＜連続処理方式＞
連続処理方式では、本発明によって製造したマイクロ波加熱用材料を、連続して、マイクロ波加熱炉に自動的に送入し、マイクロ波を照射し、加熱して、製品の使用用途に合わせ、マイクロ波加熱温度を調節し、以下のような未炭化物、炭化物、高温処理炭を製造する事ができる。

＜未炭化物＞
未炭化物とは、マイクロ波加熱温度を200〜250℃とし、オガライトが吸湿しない状態にした、断面が黒茶褐色オガライトである。
このオガライトを、
（1）バイオコークスの代替品、
（2）災害時用保存燃料（人工の薪）、
（3）再粉末化して海上浮遊油の吸着剤および漏洩油の吸着剤、
（4）再粉末化してバイオエタノール製造用原料、
（5）再粉末化して土中微生物が容易に分解し易い有機質材とする土壌改良資材、
等に提供、販売することができる。

＜炭化物＞
炭化物とは、マイクロ波加熱温度を300〜500℃に調節し、製造したオガ炭であり、いわゆる揮発分を多く含有する黒炭といわれる低温処理炭である。このマイクロ波加熱で製造した低温処理炭を（1）家庭用暖房および炭火料理用の燃料（2）再粉末化して、水蒸気賦活活性炭の原料、土壌改良資材、及び後記高温処理炭の製造物を得る事等々黒炭関係品として提供、販売することができる。

＜高温処理炭＞
高温処理炭とは、マイクロ波加熱温度を800℃以上に調節し、加熱し、製造したオガ炭であり、いわゆる揮発分の少ない白炭といわれる高温処理炭である。
このマイクロ波加熱で製造した高温処理炭を、
（1）家庭用暖房及び炭火料理用の燃料、
（2）コークス代替品、
（3）再粉末化して白炭粉末土壌改良資材、
（4）再粉末化して他の白炭粉利用用途、等々として木質系白炭関係品、
として提供、販売することができる。

＜バッチ処理方式＞
前記バッチ処理方式は、電気伝導性を有する粉炭を混入したマイクロ波加熱用材料を製造し、一旦このマイクロ波加熱用材料を取り出し、別に設置したマイクロ波加熱炉に搬入し、未炭化物、炭化物、高温処理炭を製造する処理方式である。

＜マイクロ波加熱用材料の断面形状＞
上記マイクロ波加熱用材料を棒状とした場合には、その軸方向に直角な断面形状は以下のような種々の形状が可能である。
（1）中心に穴のあるオガライト及びオガ炭で、円形および八角形、六角形、四角形等々の多角形体、またそれぞれの各断面形状の外表面に一本以上の溝を形成した溝付き断面形状のもの。
（2）中心に穴のないオガライト及びオガ炭で、円形および八角形、六角形、四角形等々の多角形体、またそれぞれの各断面形状の外表面に一本以上の溝を形成した溝付き断面形状のもの。

一般に自然木の一部、例えば木材チップをマイクロ波加熱する場合、水分がなくなるとマイクロ波による加熱が出来なくなるが、本発明によれば、電気伝導性を有する粉炭を混合しているので、原木内部に散らばって存在する電気伝導性を有する粉炭が、水分が蒸散して含有されていなくても、マイクロ波に反応し加熱される。
そのため、前記電気伝導性を有する粉炭の近在の原料を熱分解させ、マイクロ波加熱装置において制御される加熱温度まで加熱して炭化を進行させる事が出来るのである。
したがって、本発明によれば、マイクロ波による加熱温度を調節し、未炭化物、炭化物、もしくは高温処理炭の何れをも製造する事ができる。
本発明の加熱処理方法は、セラミック等の焼成にも応用できる。

図１は、本発明に係るマイクロ波加熱用材料の製造方法を説明するフローチャート図である。図２は、本発明に係るマイクロ波加熱用材料の一部の断面図である。図３は、植物由来の紛状原料と、電気伝導性を有する粉炭を混合して、成形機で固形化した直後にマイクロ波加熱炉によって自動炭化する連続処理方法のフローチャート図である。図４は、電気伝導性を有する粉炭を含有したマイクロ波加熱用材料を、マイクロ波加熱炉に搬入して、連続的に加熱して、ピストンで棒状成形物を押し出し、自動的に加熱処理するバッチ処理方式のフローチャート図である。図５は、マイクロ波加熱用材料の加熱処理装置の構成図である。

以下に本発明に係るマイクロ波加熱用材料、その製造方法、およびその加熱処理方法について説明する。
本発明に係るマイクロ波加熱用材料は、主材料としての植物由来の粉状原料に、発熱材料として電気伝導性を有する粉炭もしくは黒鉛が混合されて、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化されてなることを特徴としている。なお、接着材または粘結剤が混合されてもよい。
本発明に係るマイクロ波加熱用材料の製造方法は、図１に示したように、主材料としての植物由来の粉状原料Ａに、発熱材料としての電気伝導性を有する粉炭または黒鉛Ｂを混合し、成形機１を用いて圧縮処理または加熱圧縮処理することによって、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化して、マイクロ波加熱用材料としての固形木質材Ｃを製造することを特徴としている。なお。接着材または粘結剤を混合してもよい。
このようにして製造された固形木質材Ｃには、図２に示したように、主材料としての植物由来の粉状原料Ａ、発熱材料としての電気伝導性を有する粉炭または黒鉛Ｂが含有されている。
本発明に係るマイクロ波加熱用材料の加熱処理方法は、前記固形木質材Ｃを、マイクロ波加熱炉２に供給してマイクロ波を照射することによって、前記発熱材料としての粉炭もしくは黒鉛Ｂを加熱し、これを核として、固形木質材全体Ｃを加熱して熱処理し、加熱処理された固形木質材Ｄを得ることを特徴としている。なお、前記マイクロ波加熱炉における加熱温度の設定によっては、前記加熱処理された固形木質材Ｄとしては、未炭化から白炭化まで得ることができる。
従って、本発明に係るマイクロ波加熱用材料の加熱処理方法によれば、粉状原料が成形機１に投入されることによって固形化され、さらにマイクロ波加熱炉２によって加熱処理されて、固形化された木質材由来の炭が生産出来るのである。
欧米のピストン式ソーダスト・ブリケット・マシーン、およびバッチ式の成形技術でも同様の生産が出来るが、日本で開発された、オガライト成形機はスクリュー方式であり、ピストン方式の往復運動による固形化方式と違って、原料を連続的に固形化出来るので、馬力および時間当たりの生産量が圧倒的に多い。欧米のピストン式ソーダスト・ブリケット・マシーンおよびバッチ式の成形技術と、スクリュー方式の前記オガライト成形機とを比較すると、飛行機に例えればプロペラとジェットの違いといってもいいほどの、馬力および時間当たりの生産量が異なる。
従って、以下においては、穴なしオガライト成形機を用いた実施例を説明する。

以下の実施例１においては、マイクロ波加熱用材料の製造方法を説明する。
マイクロ波加熱用材料としての固形木質材の製造に用いる主材料としての粉状原料は、
（a）木粉、竹粉、木粉と竹粉の混合物（混合比率は問はない）、
（b）上記（a）の混合物に植物性バイオマス（樹皮、果実核、果実残渣、コーヒー粕、パーム椰空房、落花生殻等々）の粉を混入した原料（混合比は問わない）、または
（c）植物性バイオマス単品を粉末化しオガライト化できる粉、
のいずれかの原料を用いる。
実施原料は木粉100％を使用し、原料素材を篩い、成形可能な粒度の木粉に調節、これを含水率約5％に乾燥し、これに含水率約5％に乾燥した電気伝導性の有する粉炭を、原料の重量比5〜10％量を混合し、これら混合された物を原料としてオガライト成形機に投入し、固形木質材であるオガライトを成形する。

ここで、電気伝導性を有する炭の性質を調べることのできる器具である精錬計について説明する。
精錬計とは、木炭の精錬度、炭の性質を調べる器具として、木炭博士として知られていた、岸本定吉先生（故人）らが開発されたものであり、白炭（精錬の良く効いた、高温処理炭）は電気を通すという性質を利用し、炭の電気抵抗を測定し、その度合いで簡略的に炭がどの様な性質かを見るものである。
精錬計は、測定した電気抵抗値の指数を表示したもので、抵抗値そのものの値ではないが、触針を炭に当て、簡単にどの程度の炭なのか判断出来る器具である。
本願発明者等が生産しているオガ炭を精錬計で診ると、針は振り切る。メーターの最小値は"0"であるから、電気抵抗値は10の0乗オーム以下、即ち電気抵抗値は1Ω以下となっている。
実際に本願発明者等が生産しているオガ炭を約3mmの厚さに切り、ミリオーム計で、クリップで挟み1cm間の値を測定すると20mΩ前後となる。

上記オガ炭を再粉末化した粉炭は電気伝導性を有する粉炭となる。オガ炭を約60メッシュの粒度に粉砕し、この粉炭を先述の原料（木粉100%）に重量比5〜10％混合した。
この混合原料を加熱圧縮して成形され固形化されたオガライトは、内部に電気伝導性を有する粉炭を含有するマイクロ波加熱用材料としてのオガライトである。
前記オガライトを加熱圧縮する際の加熱温度は、成形機加熱筒において300〜500℃であり、成形完了し成形機から出てきた直後の人口原木であるオガライトの断面中心温度は約117℃である。混合原料は約5%の含有水分量であり、その上加熱されて、成形直後のオガライトの含水量は無水状態であり、吸湿性が高く、原子団も親水基がほとんどであり、吸湿性が非常に高い。
この混合原料を用いて製造されたオガライトが、従来のオガライトと比較して異なる点は、ただ単に電気伝導性を有する粉炭が混入された点だけである。

次に、実施例２として、マイクロ波による加熱処理方法を、図３を参照して説明する。
図３に示したように、まず植物由来の粉状原料Ａを篩にかけて選別し、乾燥させて、サイクロンで捕集し、電気伝導性を有する粉炭Ｂを混合し、成形機１で固形化して、棒状の成形物を製造し、所望の長さに自動切断して、特許請求の範囲に記載されたマイクロ波加熱用材料としての固形木質材Ｃを得る。
以上の工程が、特許請求の範囲に記載されたマイクロ波加熱用材料の製造方法の工程である。
続いて、自動移動手段によってマイクロ波加熱炉２に供給して加熱する。このときの加熱処理温度を、２００℃以上に設定し、未炭化、黒炭化、白炭化等の所望の程度まで熱処理することができる。
前記マイクロ波加熱炉から排出され、加熱処理された棒状の固形木質材Ｄを得、これを冷却して製品とする。
以上の工程が、特許請求の範囲に記載されたマイクロ波加熱用材料の加熱処理方法の工程である。
得られた棒状の製品を出荷する。

この実施例では、固形化された前記オガライトをマイクロ波加熱炉へ自動的に送入し、木質の発火温度約260℃以下の200〜250℃にマイクロ波加熱温度を調節し、オガライト中心温度が約117℃から200〜250℃に変化するように加熱する。
オガライトには含有する水分がないが、電気伝導性を有する粉炭がオガライト内部に散在しており、この粉炭がマイクロ波に反応し加熱され、これを核として、粉炭近在の木粉が加熱熱分解され、オガライト全体が熱分解し、連続的にマイクロ波加熱炉中を通過して来、未炭化のオガライトが得られる。

この未炭化オガライトの原子団は疎水基化されており、吸湿しないオガライトである。
日本家屋の外壁に焼き杉板を使用されているのを見る事があるが、これによって、単に木目を浮き上がらせ、美観を良くしただけでなく、板内部が未炭化状態、疎水基化され、吸湿性が低いが故、防腐効果が高く、長持ちする作用効果も得られている。
未炭化オガライトは、これと同じ効果があると共に、オガライトが加熱圧縮成形されただけでなく、更に200〜250℃に加熱されているので、より焼き固められ、収縮し、より硬質化し、バイオコークスとも言われる製品となる。

キューポラ炉やごみ溶融炉の石炭コークスの一部の代替燃料として、使用可能な製品であり、CO₂を出さないゼロミッションにて環境面で大いに貢献するものである。
また、吸湿性がないので、災害時用保存燃料（人工の薪）として、また、再粉末化して海上浮遊油、及び漏洩油の吸着剤として、
また、再粉末化した粉は、第２５６２９７７号特許にて開示されているように組織破壊された木質粉であるため、微生物が容易に分解しやすい木質粉でもあり、バイオエタノール製造用原料として、また土中微生物が容易に分解し易い有機資材とする土壌改良資材として利用できる。

次に、実施例３として、300〜500℃に加熱する加熱処理方法を説明する。
この実施例では、電気伝導性を有する粉炭を混合し、成形されたオガライトをマイクロ波加熱炉に自動的に送入し、マイクロ波を照射、マイクロ波加熱温度を300〜500℃に設定し、連続的にオガライトがマイクロ波加熱炉中を通過する内に、水分が無くても、オガライト内部に散在する電気伝導性を有する粉炭はこの温度では変質しないので、この粉炭がマイクロ波に反応し、オガライト全体が熱分解し、300〜500℃に熱せられ、オガ炭を得る。この炭化物は低温炭であり、いわゆる黒炭である。

この黒炭状のオガ炭は棒状であり家庭用暖房および炭火料理用燃料として、また再粉末化して、水蒸気賦活活性炭の原料用粉炭及び土壌改良資材として、また再粉末し粉状にして接着剤を混入し、再度棒状、球状、塊状および粒状にと、用途に合わせた形状物を作れ、さまざまな黒炭用途に利用できる。更に後述する高温処理炭をも作れる原料となり得る。

続いて、実施例４として、800〜1000℃に加熱する加熱処理方法を説明する。
前記同様に、電気伝導性を有する粉炭を混合し、成形されたオガライトをマイクロ波加熱炉に自動的に送入する。
この実施例では、マイクロ波加熱温度を800〜1000℃に設定し、マイクロ波を照射する。オガライト内部に散在する電気伝導性を有する粉炭は、前述の通り、800〜1000℃で高温処理されたオガ炭を再粉末化した粉炭であり、この温度では変質しないので、連続的にオガライトがマイクロ波加熱炉中を通過する内に、水分が無くても、電気伝導性を有する粉炭がオガライト内部に散在しており、この粉炭がマイクロ波に反応し加熱され、これを核として、粉炭近在の木粉が加熱熱分解され、オガライト全体が熱分解し、設定温度の800〜1000℃の高温処理炭化物を得る。
この高温処理炭化物は、マイクロ波加熱用材料としてのオガライトを炭化したにも係らず、いわゆる揮発分の少ない白炭と言われる炭であり、前述の通り、電気伝導性のあるオガ炭である。

この様にして製造された高温処理オガ炭は、
（1）家庭用暖房及び炭火料理用燃料として、
（2）コークスの代替品として、
（3）再粉末化し粉末白炭土壌改良資材として、
（4）再粉末化し今回利用した様に、電気伝導性を有する粉炭として、
（5）再粉末化し他の白炭粉利用用途等へとして、木質系白炭関係品として
それぞれ提供、販売することができる。
特に、コークス代替品としてバイオマスコークスとして、高温処理オガ炭が膨大な需要が見込まれるが、今までのオガ炭製造方法と違って、オガライト成形、直ぐにマイクロ波加熱炉に自動送入し、高温処理オガ炭を得ることは、非常に温度管理が容易で、またオガライト内部から炭化し、炭化時間も短縮でき、炭化炉も小型化出来るという大きなメリットがある。

また、植物性の粉の白炭の製法は、いわゆる電気伝導性を有する粉炭製法は、粉自らの自燃での炭化、さらに白炭化は、空気を入れ、揮発分を燃やして高温化させる為、粉炭を焼却、灰化させ、歩留まりが悪く、非効率的で、製造が非常に困難であるが、固形化した高温処理オガ炭を製造し、再粉末化し粉炭を製造する事は、固形状態で電気抵抗値も簡単に測定し得、確認出来、電気伝導性を有する粉炭の製造を確実にし、非常に優れた製炭方法でもある。

実施例では、本発明に係る加熱処理装置において、日本国特許第4314290号の穴なしオガライトの技術を利用するので、中心にガス抜きの穴がある一般の穴ありオガ炭をマイクロ波で加熱する加熱処理方法に比較して、炭化時に発生するガスが中心穴を通じ、炭化炉外部に出煙し、燃焼し、危険であるという問題を解決することができる。
このように、炭化炉構造を複雑化することなく、前記特許の穴なしオガライト成形機で、直ぐに連続的に穴なしオガ炭を製造する技術の方が、一般の、中心の穴ありオガライトをマイクロ波で加熱することによって炭化する技術に比較して、より効果的である。

図５には、特許請求の範囲に記載されたマイクロ波加熱用材料の加熱処理装置の構成図を示した。
図示したように、このマイクロ波加熱用材料の加熱処理装置１０は、
粉状の加熱対象の主材料Ａと、マイクロ波が照射されることによって発熱する粉状の発熱材料とを含有する材料Ｂの混合された材料を、圧縮処理または加熱圧縮処理することによって、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化されたマイクロ波加熱用材料Ｃを成形する成形手段１１と、
前記成形手段１１にて成形された前記マイクロ波加熱用材料Ｃが供給され、供給されたマイクロ波加熱用材料Ｃにマイクロ波を照射することによって、前記発熱材料を発熱させ、これを核として、前記マイクロ波加熱用材料全体を加熱して熱処理し、加熱処理されたマイクロ波加熱用材料Dを排出するマイクロ波加熱処理手段１２とを備えている。
前記成形手段１１にて成形されたマイクロ波加熱用材料Ｃは、連続的且つ自動的に切断（図示しない自動切断手段等によって切断）されて前記加熱処理手段１２に自動的に供給されるように構成されている。
なお、前記成形手段１１としては、前記特許の穴なしオガライト成形機の技術に基づいた生成手段を採用することが好ましい。

以上は電気伝導性を有する粉炭を原料に混合し、オガライト成形後、直ぐに設置したマイクロ波加熱炉に自動的に送入、オガ炭を製造する事を述べたものであるが、オガライト成形機と、直後に併機してマイクロ波加熱炉を設置するのでなく、一旦製造された、電気伝導性を有す炭粉を含有するオガライトを取り出し、別な場所に設置したマイクロ波加熱炉に、搬入して、未炭化オガライト、オガ炭（黒炭）、高温処理オガ炭（白炭）の製造も前述と同様に製造できる。

この時の炉は、以前特許になっている、特許第1871791号連続オガ炭製造装置を、マイクロ波加熱の外熱方式による炭化炉に改造した装置を使用すればよい。
特許第1871791号連続オガ炭製造装置は、炭化時に発生するガスを自燃させて、パイプを保温、パイプ中を通過するオガライトを炭化継続させる装置であるが、温度管理が非常に難しく、運転は難しい。まして、未炭化オガライト、オガ炭（黒炭）、高温処理オガ炭（白炭）の種類別に製造する事は困難である。
そこで特許第1871791号連続オガ炭製造装置の駆動部分を生かし、炭化炉部分をマイクロ波加熱の外熱方式に改良した「マイクロ波加熱による連続オガ炭製造装置」とする。運転方法等は特許第1871791号とほとんど同じだが、ガス自燃の空気を入れず、マイクロ波加熱の温度調節の外熱加温方式であり、炉内を通過するオガライトのガイドは鉄製でなく、陶磁器を使用した物である。

次に、実施例５として、電気伝導性を有する粉炭を混合した棒状の固形木質材を、マイクロ波加熱方式連続炭化炉に搬入し、連続的に、ピストンで棒状成形物を押し出し、自動炭化する加熱処理方法を、図４を参照して説明する。
図４に示したように、
電気伝導性を有する粉炭等を混合した粉状原料を、別途工程で予め棒状に固形化した棒状の固形木質材Ｃを、ホッパーに供給し、前記ホッパーの底からピストンを用いてマイクロ波加熱炉部２に移動して供給して加熱する。このときの加熱処理温度を、２００℃以上に設定し、未炭化、黒炭化、白炭化等の所望の程度まで熱処理することができる。
前記マイクロ波加熱炉から排出された、加熱処理された固形木質材Ｄとしての棒状の製品を冷却して製品とする。
以上の工程が、特許請求の範囲に記載されたマイクロ波加熱用材料の加熱処理方法の工程である。
得られた棒状の製品を出荷する。

以下のように、石炭の粉炭と植物性の粉炭を固形化、成形したものも、マイクロ波加熱用材料として、本願の特許請求の範囲に含まれるものである。
（１）石炭の粉炭と高温処理オガ炭の粉炭（あるいは別な方法で生産された植物系高温処理粉炭）を混合し、接着剤として、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂やクレオソート等を混入し加熱硬化、加熱圧縮成形する。これら三点（石炭の粉炭、高温処理オガ炭の粉炭、接着剤）の混合比率は問わない。
こうして成形された固形物は,化石燃料である石炭と再生可能な植物性粉炭の混合品であり、CO₂排出が軽減された石炭系固形品である。

また、これをさらにマイクロ波加熱炉で800〜1000℃にて加熱すれば、高温処理オガ炭の粉炭は電気伝導性を有する粉炭であるので、マイクロ波に反応し、加熱されるので、固形物全体が加熱され、石炭の粉炭部分も揮発分の少ないコークス化し、化石燃料である石炭と再生可能な植物性粉炭の混合品であり、CO₂排出が軽減されたコークスとなる。
単なる石炭コークスと違い、今日の、製鉄所での排出CO₂の、また、石炭火力発電所での排出CO₂の削減対策燃料として、非常に優れた燃料となる。
今、石炭の粉炭に対して、重量比20％以上の電気伝導性のある粉炭（高温処理オガ炭の粉炭）を混合して、ここで述べた固形化された成形物を、石炭コークスの代替品として、燃焼させれば即20％以上のCO₂削減が可能となることが予想される。

（2）植物性低温炭、特に木粉及び竹粉の低温炭の製法が種々あり、この製品である低温炭の利用方法として、上記の製炭法と同様の事を述べる。
石炭の粉炭と植物性低温炭の粉炭（黒炭）とを混合した原料に、電気伝導性を有する粉炭を混合し、これに接着剤として、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂やクレオソート等を混入し加熱硬化、加熱圧縮成形する。これら四点（石炭の粉炭、植物性低温炭の粉炭（黒炭）、電気伝導性を有する粉炭、接着剤）の混合比率は問わない。
こうして成形された固形物は,化石燃料である石炭と再生可能な植物性粉炭の混合品であり、CO₂排出が軽減された石炭系固形品である。

また、これをさらにマイクロ波加熱炉で800〜1000℃にて加熱すれば、高温処理された電気伝導性を有する粉炭が固形物である成形物の内部に散在、含有されているので、この電気伝導性を有する粉炭がマイクロ波に反応し、加熱され、これを核として固形物全体が加熱され、石炭の粉炭部分も揮発分の少ないコークス化し、化石燃料である石炭と再生可能な植物性粉炭の混合品であり、CO₂排出が軽減されたコークスとなる。
単なる石炭コークスと違い、今日の、製鉄所での排出CO₂の、また、石炭火力発電所での排出CO₂の削減対策燃料として、非常に優れた燃料となる。
今、石炭の粉炭に対して、重量比20％以上の低温炭の粉炭を混合した原料に、さらに電気伝導性を有する粉炭を混合して、ここで述べた固形化された成形物を製造すると、石炭コークスの代替品として、燃焼させれば即20％以上のCO₂削減が可能化するであろう。

（3）以上（1）及び（2）は既に炭化した植物性の粉炭を石炭の粉炭と混合した場合の物を述べたものであるが、
（イ）石炭の粉炭と、炭化していない植物性の粉を混合した原料に、電気伝導性を有する粉炭を混合し、これを原料とし、この原料に接着剤として、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂やクレオソート等を混入し加熱硬化、加熱圧縮成形し固形物を製造する事。これら四点（石炭の粉炭、炭化していない植物性の粉、電気伝導性を有する粉炭、接着剤）の混合比率は問わない。
こうして出来た混合物の成形物をマイクロ波加熱により、加熱する、混合物の成形物内部には、電気伝導性を有する粉炭が散在しており、この粉炭がマイクロ波に反応し、加熱され、これを核として、成形時には炭化していなかった近在の植物性の粉も、マイクロ波加熱の制御温度に応じて炭化し、炭化物及び石炭粉炭と共に高温処理された炭化物をも得ることが出来る。

（ロ）炭化していない植物性の粉を原料として、電気伝導性を有する粉炭を混合し、これを原料とし、この原料に接着剤として、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂やクレオソート等を混入し加熱硬化、加熱圧縮成形し固形物を製造する事。これら三点（炭化していない植物性の粉、電気伝導性を有する粉炭、接着剤）の混合比率は問わない。

こうして出来た混合物の成形物をマイクロ波加熱により、加熱する。混合物の成形物内部には、電気伝導性を有する粉炭が散在しており、この粉炭がマイクロ波に反応し、加熱され、これを核として、成形時には炭化していなかった近在の植物性の粉も、マイクロ波加熱の制御温度に応じて炭化し、未炭化固形物、炭化固形物、高温処理炭化固形物をも得ることが出来る。
オガライト製造は接着剤を使用せずして、得たものである事を付記すると共に、ピストン式ソーダスト・ブリケット・マシーン、及びペレット機でも同様にできる。

（4）植物性低温炭（黒炭）の粉炭に、電気伝導性を有する粉炭を混合し、これを原料とし、この原料に接着剤として、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂やクレオソート等を混入し加熱硬化、加熱圧縮成形し固形物を製造する。これら三点（植物性低温炭（黒炭）の粉炭、電気伝導性を有する粉炭、接着剤）の混合比率は問わない。
こうして出来た混合物の成形物をマイクロ波加熱により、加熱する。
混合物の固形成形物内部には、電気伝導性を有する粉炭が散在しており、この粉炭がマイクロ波に反応し、加熱され、これを核として、低温炭粉も、マイクロ波加熱の制御温度に応じて加熱され、成形固形物全体が高温炭化し、高温処理炭化固形物を製造することが出来る。

こうして出来た成形固形物は、バイオマスコークスであり、石炭コークスの代替品として使用でき、石炭火力発電所や製鉄所で、石炭コークスと混焼すればCO₂削減策として、非常に有効である。
また、一般に椰子殻の粉炭に接着剤としてクレオソートを混入し、ペレット機にて粒状固形物を製造し、水蒸気賦活し、粒状活性炭を製造されているが、この造粒活性炭製造方法も、あらかじめ、椰子殻の粉炭に電気伝導性を有する粉炭を混入し（混合比率は問無い）、粒状固形物を成形し、水蒸気下で、マイクロ波加熱で粒状固形物を加熱すれば、粒状固形物内に散在する電気伝導性粉炭がマイクロ波に反応し、これを核として粒状固形物全体が高温化させることが出来、温度管理が容易で、あたらしい造粒活性炭製造法を確立出来る。
粒状ばかりでなく、さらに大きな体積を持つ固形物、塊状、パイプ状、蜂の巣状等いろんな形状固形物も、高圧水蒸気下で、マイクロ波加熱すれば、固形物がたとえ肉厚であっても、固形物全体が高温加熱するので、内部まで水蒸気を含侵させ活性炭化するであろう。

なお、前記マイクロ波加熱用材料の原料となる加熱対象の主材料として、粘土等のセラミック焼成用の原料を用い、発熱材料として、耐熱性を有し、前記電気伝導性を有する粉炭もしくは黒鉛を使用することによって、マイクロ波加熱によって、セラミックの焼成温度まで加熱することができるので、従来のセラミック焼成方法のように原料を外部から加熱するのではなく、内部から加熱することによって焼成することが可能となる。
また、単にセラミックを焼成するばかりでなく、この方法での焼成後セラミック製品は電気伝導性を有す粉炭を含有しているので、マイクロ波照射による発熱材として利用出来、例えば家庭及び厨房用の電子レンジ内で、発熱し得る陶磁器を製造出来る。
このように、本発明に係るマイクロ波加熱用材料の加熱処理方法によれば、炭に限らず、セラミックや他の種々の素材の加熱処理に広く応用することが可能となる。
なお、発熱材料としては、上記電気伝導性を有する粉炭や、黒鉛等の電気伝導性を有する炭素系材料や、それらの混合物を使用することができる。

以上、マイクロ波加熱用材料の製造時に、原料に「電気伝導性を有する粉炭」を混合し、成形物をマイクロ波加熱で加熱し炭化する方法は、さまざまな分野で利用出来、非常に優れた加熱処理方法である。

Ａ主材料、植物由来の粉状原料
Ｂ発熱材料、電気伝導性を有する粉炭もしくは黒鉛
Ｃマイクロ波加熱用材料、固形木質材、オガライト
Ｄ加熱処理されたマイクロ波加熱用材料、加熱処理された固形木質材、オガ炭
１成形機
２マイクロ波加熱炉
１０マイクロ波加熱用材料の加熱処理装置
１１成形手段
１２マイクロ波加熱処理手段

上記オガ炭を再粉末化した粉炭は電気伝導性を有する粉炭となる。オガ炭を約60メッシュの粒度に粉砕し、この粉炭を先述の原料（木粉100%）に重量比5〜10％混合した。
この混合原料を加熱圧縮して成形され固形化されたオガライトは、内部に電気伝導性を有する粉炭を含有するマイクロ波加熱用材料としてのオガライトである。
前記オガライトを加熱圧縮する際の加熱温度は、成形機加熱筒において300〜500℃であり、成形完了し成形機から出てきた直後の人工原木であるオガライトの断面中心温度は約117℃である。混合原料は約5%の含有水分量であり、その上加熱されて、成形直後のオガライトの含水量は無水状態であり、吸湿性が高く、原子団も親水基がほとんどであり、吸湿性が非常に高い。
この混合原料を用いて製造されたオガライトが、従来のオガライトと比較して異なる点は、ただ単に電気伝導性を有する粉炭が混入された点だけである。

本願の大きな特徴は、
請求項１に記載されているように、
植物由来の粉状の主材料と、電気伝導性を有する粉炭からなりマイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料と、を含有する材料を、圧縮処理または加熱圧縮処理することによって、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化されたマイクロ波加熱用材料を成形し、
前記成形された前記マイクロ波加熱用材料にマイクロ波を照射することによって、前記発熱材料を発熱させ、これを核として、前記マイクロ波加熱用材料全体を加熱して熱処理することを特徴とする燃料用材料の加熱処理方法にある。
前記主材料を粉状原料として、その粉状原料に電気伝導性を有する粉炭を混合して固形化し、マイクロ波加熱用材料を製造し、このマイクロ波加熱用材料にマイクロ波を照射し加熱することによって、疎水基化され吸湿しない硬質の固形化されたマイクロ波加熱用材料、または炭材を製造することである。

本願の請求項2では、
マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、２００℃以上に加熱処理することを特徴としている。
請求項３では、
マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、２００〜250℃の範囲に加熱処理し、
前記材料を、吸湿性の低い未炭化物とすることを特徴としている。
請求項４では、
マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、３００〜５００℃の範囲に加熱処理し、
前記材料を、揮発分を多く含有する黒炭状の低温炭とすることを特徴としている。
請求項５では、
マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、８００℃以上に加熱処理し、前記材料を、揮発分の少ない白炭状の高温炭とすることを特徴としている。
請求項６では、
植物由来の粉状の主材料と、マイクロ波が照射されることによって発熱する粉状の発熱材料と、を含有する材料を、スクリュー方式のオガライト成形機を用いて圧縮処理することを特徴としている。

一般に自然木の一部、例えば木材チップをマイクロ波加熱する場合、水分がなくなるとマイクロ波による加熱が出来なくなるが、本発明によれば、電気伝導性を有する粉炭を混合しているので、原木内部に散らばって存在する電気伝導性を有する粉炭が、水分が蒸散して含有されていなくても、マイクロ波に反応し加熱される。
そのため、前記電気伝導性を有する粉炭の近在の原料を熱分解させ、マイクロ波加熱装置において制御される加熱温度まで加熱して炭化を進行させる事が出来るのである。
したがって、本発明によれば、マイクロ波による加熱温度を調節し、未炭化物、炭化物、もしくは高温処理炭の何れをも製造する事ができる。

なお、前記マイクロ波加熱用材料の原料となる加熱対象の主材料として、粘土等のセラミック焼成用の原料を用い、発熱材料として、耐熱性を有し、前記電気伝導性を有する粉炭もしくは黒鉛を使用することによって、マイクロ波加熱によって、セラミックの焼成温度まで加熱することができるので、従来のセラミック焼成方法のように原料を外部から加熱するのではなく、内部から加熱することによって焼成することが可能となる。さらに、接着剤または粘結剤を混入してもよい。
また、単にセラミックを焼成するばかりでなく、この方法での焼成後セラミック製品は電気伝導性を有す粉炭を含有しているので、マイクロ波照射による発熱材として利用出来、例えば家庭及び厨房用の電子レンジ内で、発熱し得る陶磁器を製造出来る。
このように、本発明は、炭に限らず、セラミックや他の種々の素材の加熱処理に広く応用することが可能となる。
なお、発熱材料としては、上記電気伝導性を有する粉炭や、黒鉛等の電気伝導性を有する炭素系材料や、それらの混合物を使用することができる。

Claims

加熱対象の主材料に、マイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料を混入させてなることを特徴とするマイクロ波加熱用材料。
前記主材料は、植物由来の粉状原料とし、
前記発熱材料は、電気伝導性を有する粉炭もしくは黒鉛とし、
前記主材料と前記発熱材料とを含有する材料が、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化されてなることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波加熱用材料。
前記材料は、接着材または粘結剤を含有してなることを特徴とする請求項１、２の何れか１項に記載のマイクロ波加熱用材料。
粉状の加熱対象の主材料と、マイクロ波が照射されることによって発熱する粉状の発熱材料とを含有する材料を、圧縮処理または加熱圧縮処理することによって、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化することを特徴とするマイクロ波加熱用材料の製造方法。
前記主材料は、植物由来の粉状原料とし、
前記発熱材料は、電気伝導性を有する粉炭もしくは黒鉛としたことを特徴とする請求項４に記載のマイクロ波加熱用材料の製造方法。
前記材料は、接着材または粘結剤を含有していることを特徴とする請求項４、５の何れか１項に記載のマイクロ波加熱用材料の製造方法。
請求項１乃至３の何れか１項に記載のマイクロ波加熱用材料、または、請求項４乃至６の何れか１項の製造方法によって製造したマイクロ波加熱用材料に、マイクロ波を照射することによって、前記発熱材料を発熱させ、これを核として、前記材料全体を加熱して熱処理することを特徴とするマイクロ波加熱用材料の加熱処理方法。
マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、２００℃以上に加熱処理することを特徴とする請求項７に記載のマイクロ波加熱用材料の加熱処理方法。
マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、２００〜250℃の範囲に加熱処理し、
前記材料を、吸湿性の低い未炭化物とすることを特徴とする請求項８に記載のマイクロ波加熱用材料の加熱処理方法。
マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、３００〜５００℃の範囲に加熱処理し、
前記材料を、揮発分を多く含有する黒炭状の低温炭とすることを特徴とする請求項８に記載のマイクロ波加熱用材料の加熱処理方法。
マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、８００℃以上に加熱処理し、前記材料を、揮発分の少ない白炭状の高温炭とすることを特徴とする請求項８に記載のマイクロ波加熱用材料の加熱処理方法。
粉状の加熱対象の主材料と、マイクロ波が照射されることによって発熱する粉状の発熱材料とを含有する材料を、圧縮処理または加熱圧縮処理することによって、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化されたマイクロ波加熱用材料を成形する成形手段と、
前記成形手段にて成形された前記マイクロ波加熱用材料が供給され、供給されたマイクロ波加熱用材料にマイクロ波を照射することによって、前記発熱材料を発熱させ、これを核として、前記マイクロ波加熱用材料全体を加熱して熱処理する加熱処理手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波加熱用材料の加熱処理装置。