JP2018119060A - 炭化炉 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の表面に灰を発生させずに炭化することが可能な炭化炉を提供すること。【解決手段】燃料を炭化する炭化炉１は、内部空間１０Ａを有し、内部空間１０Ａを加熱することが可能な外枠炉１０と、外枠炉１０の内部空間１０Ａに配置され、燃料が内部に収容される内枠炉２０と、を備え、内枠炉２０は、内枠炉２０の内部と、内枠炉２０の外部であって外枠炉１０の内部空間１０Ａと、を連通する循環筒２４を有し、循環筒２４は、内枠炉２０の外部側の端部２４ａに当該端部２４ａを塞ぐ第１状態から、当該端部２４ａを開放する第２状態に変動する蓋部２４１を有し、蓋部２４１は、第１状態になるように付勢されており、内枠炉２０の内圧により、第１状態から、第２状態に変動する。【選択図】図１

Description

本発明は、炭化炉に関し、詳しくは、燃料を炭化する炭化炉に関する。

従来、植物（例えば、木材や籾殻等）による燃料を炭化する炭化炉が知られている。
このような炭化炉として、燃料料を加熱する加熱燃焼室を設け、その高温燃焼ガスを、天井蓋近くまで伸びる加熱燃焼室の燃焼ガス排気筒により、天井空間まで上昇させ、上昇した高温燃焼ガスが、二重構造の側壁の外壁と細かい孔の開いた内壁の間の循環空間を通り、炉底面と炭材載置ロストルの間の底面空間を通り、加熱燃焼室側面の流通孔を通って加熱燃焼室に入る炭化炉が提案されている（特許文献１）。
この炭化炉によれば、炭化木ガスが加熱燃焼室内で燃焼しながら燃料を立体的に短時間で炭化することが可能となる。

特開２０１２−７７２３１号公報

しかしながら、特許文献１の炭化炉のように、燃料を直接的に高温燃焼ガスに曝した場合、燃料が炭化ではなく、燃えてしまい、燃料の表面に灰が発生してしまう。この場合、別行程で灰を取り除くことが必要である。ところが、密度の高い燃料、例えば、籾殻を高密度で圧縮したモミガライトのように、中心に穴が開いている燃料（製造工程において中心の穴が必要）の場合は、中心の穴の表面の灰を取り除くことは事実上、不可能である。

本発明は、燃料の表面に灰を発生させずに炭化することが可能な炭化炉を提供することを目的とする。

（１） 燃料を炭化する炭化炉であって、
内部空間を有し、前記内部空間を加熱することが可能な外枠炉と、
前記外枠炉の前記内部空間に配置され、前記燃料が内部に収容される内枠炉と、を備え、
前記内枠炉は、前記内枠炉の内部と、前記内枠炉の外部であって前記外枠炉の前記内部空間と、を連通する循環筒を有し、
前記循環筒は、前記内枠炉の外部側の端部に当該端部を塞ぐ第１状態から、当該端部を開放する第２状態に変動する蓋部を有し、
前記蓋部は、前記第１状態になるように付勢されており、前記内枠炉の内圧により、前記第１状態から、前記第２状態に変動する炭化炉。

（１）の発明によれば、炭化炉は、燃料を炭化し、外枠炉と、内枠炉と、を備える。
外枠炉は、内部空間を有し、内部空間を加熱することが可能である。
内枠炉は、外枠炉の内部空間に配置され、燃料が内部に収容される。
そして、内枠炉は、内枠炉の内部と、内枠炉の外部であって外枠炉の内部空間と、を連通する循環筒を有する。
循環筒は、内枠炉の外部側の端部に当該端部を塞ぐ第１状態から、当該端部を開放する第２状態に変動する蓋部を有する。
蓋部は、第１状態になるように付勢されており、内枠炉の内圧により、第１状態から、第２状態に変動する。

これにより、外枠炉からの熱が、外枠炉の内部空間を介して、内枠炉に伝わり、内枠炉の内部に収容された燃料に伝わり、燃焼し、炭化する。よって、燃料に直接的に熱源（例えば、炎等）に曝されないので、燃料に着火せず、表面に灰が発生しない。

また、例えば、燃料をモミガライトとした場合、燃焼することで、タールを含む可燃性ガスが発生する。この可燃性ガスが、内枠炉の内部側端部から循環筒内に入り込み、蓋部を塞ぐ第１状態から、当該端部を開放する第２状態に変動させ、外枠炉の内部空間に流出し、内部空間内の酸素と反応して、炎が発生する。この炎が、更に、内部空間の温度を上昇させるので、炭化効率が向上する。

また、蓋部は、内枠炉の内圧が上昇するまで、循環筒の端部を塞ぐ第１状態に付勢されている。これにより、内枠炉の内部が冷やされず、かつ、内枠炉の内部に酸素が入りにくい状態となっているので、内枠炉の内部に収容された燃料が炭化し易く、かつ、着火しない。
したがって、燃料の表面に灰を発生させずに炭化することが可能な炭化炉を提供できる。

（２） 前記循環筒の前記内枠炉の外部側の前記端部は、前記内枠炉の底部側に向いている（１）に記載の炭化炉。

（２）の発明によれば、循環筒の内枠炉の外部側の端部から流出した可燃性ガスに着火した炎により、内枠炉の底部を加熱できるので、より効率的に、内枠炉の内部に収容された燃料を炭化できる。

（３） 前記循環筒の前記内枠炉の外部側の前記端部は、前記内枠炉の外縁近傍に配置されている（１）又は（２）に記載の炭化炉。

（３）の発明によれば、循環筒の内枠炉の外部側の端部から流出した可燃性ガスに着火した炎により、内枠炉の中心に比べ、熱が伝わり難い内枠炉の外縁近傍を加熱できるので、より効率的に、内枠炉の内部に収容された燃料を炭化できる。

本発明によれば、燃料の表面に灰を発生させずに炭化することが可能な炭化炉を提供できる。

本発明の実施形態に係る炭化炉１の概要を説明する図である。 前記実施形態に係る内枠炉２０を下方から視た図である。 前記実施形態に係る蓋部２４１の動作を説明する図である。図３（ａ）は第１状態の蓋部２４１を示しており、図３（ｂ）は第２状態の蓋部２４１を示している。 前記実施形態に係る炭化炉１の使用方法を説明する図である。 前記実施形態に係る炭化炉１の使用方法を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。

まず、前記実施形態に係る炭化炉１の構成について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る炭化炉１の概要を説明する図である。図１は、炭化炉１の断面を示している。

本実施形態に係る炭化炉１は、燃料（例えば、籾殻を高密度で圧縮したモミガライト）を炭化し、外枠炉１０と、内枠炉２０と、を備える。

外枠炉１０は、内部空間１０Ａを有し、内部空間１０Ａを加熱することが可能である。
詳細には、外枠炉１０は、円板形状の底部１１と、底部１１の外縁から立設する円筒形状の側壁１２と、側壁１２の上端に配置される蓋１３と、底部１１の下面に設けられ、薪等の加熱用燃料を燃焼させる燃焼室１４と、側壁１２の上端に蓋１３を着脱自在に固定する固定部１５と、外枠炉１０を支持する脚部１６と、を備える。

内部空間１０Ａは、底部１１、側壁１２及び蓋１３により囲まれた空間である。
底部１１には、燃焼室１４が設けられた部分に、開口部１１Ａが形成される。燃焼室１４で加熱用燃料が燃やされることで、炎や熱気が開口部１１Ａから内部空間１０Ａに流入する。

蓋１３には、煙突１３Ａが設けられている。蓋１３は、その内部に砂や石等の断熱材を詰めるのが望ましい。
燃焼室１４で加熱用燃料が燃やされることで発生した熱気や煙は、内部空間１０Ａを通って、煙突１３Ａから外部に排出される。

内枠炉２０は、外枠炉１０の内部空間１０Ａに配置され、燃料が内部に収容され、外枠炉１０の内部空間１０Ａに出し入れ可能である。
詳細には、内枠炉２０は、円板形状の底部２１と、底部２１の外縁から立設する円筒形状の側壁２２と、側壁２２の上端に配置される蓋２３と、内枠炉２０の内部と、内枠炉２０の外部であって外枠炉１０の内部空間１０Ａと、を連通する循環筒２４と、側壁２２の上端に蓋２３を着脱自在に固定する固定部２５と、内枠炉２０を支持する脚部２６と、を備える。

蓋２３は、その内部に砂や石等の断熱材を詰めるのが望ましい。
蓋２３は、側壁２２の内径と略同一寸法の外径である内蓋と、側壁２２の内径より大きい寸法の外径である外蓋と、を有する。このように、蓋２３を、側壁２２を内側から塞ぐ内蓋と、側壁２２を外側から塞ぐ外蓋と、の２重蓋とすることで、内枠炉２０内の気密性が向上する。

循環筒２４は、上端側から底部２１側に延び、底部２１を貫通して配置されている。
循環筒２４は、底部２１を貫通し、内枠炉の外部側に突出し、屈曲し、この突出した側の端部２４ａが、内枠炉２０の底部２１側に向いている。

図２は、前記実施形態に係る内枠炉２０を下方から視た図である。
図２に示すように、循環筒２４は、底部２１の外縁側において、底部２１に外縁に沿った方向に複数（本実施形態では４本）設けられている。
複数（４本）の循環筒２４は、それぞれ、隣接する他の循環筒２４の方向に向けて屈曲されている。

図２に戻って、循環筒２４は、内枠炉２０の外部側の端部２４ａに当該端部２４ａを塞ぐ第１状態から、当該端部２４ａを開放する第２状態に変動する蓋部２４１を有する。

図３は、前記実施形態に係る蓋部２４１の動作を説明する図である。図３（ａ）は第１状態の蓋部２４１を示しており、図３（ｂ）は第２状態の蓋部２４１を示している。
蓋部２４１は、循環筒２４に取り付けられた蝶番２４１ａと、蝶番２４１ａに回動自在に支持された蓋２４１ｂと、を有する。

蝶番２４１ａは、弾性部材（例えばバネ部材等）が設けられており、蓋２４１ｂを第１状態（図３（ａ）に示す状態）になるように付勢している。
蓋２４１ｂは、循環筒２４の内径と略同一寸法の外径である内蓋と、循環筒２４の内径より大きい寸法の外径である外蓋と、を有する。このように、蓋２４１ｂを、循環筒２４の端部２４ａを内側から塞ぐ内蓋と、端部２４ａを外側から塞ぐ外蓋と、の２重蓋とすることで、蓋２４１ｂが第１状態における内枠炉２０の気密性が向上する。

蓋２４１ｂは、第１状態（図３（ａ）に示す状態）から、燃焼室１４（図１参照）で加熱用燃料が燃やされ、内枠炉２０が加熱され、内枠炉２０内に収容された燃料から可燃ガスが発生することで、内枠炉２０の内圧が上昇する。そして、内枠炉２０の内圧が上昇することで、内枠炉２０の内圧により、蓋２４１ｂは、蝶番２４１ａの弾性部材の弾性力に抗い第２状態（図３（ｂ）に示す状態）に変動する。

図１に戻って、固定部２５は、蓋２３の外縁に沿って複数設けられ、側壁２２の外表面の上端近傍に回動自在に取り付けられている側壁側係合部２５１と、蓋２３の外縁に設けられ、側壁側係合部２５１と係合する蓋側係合部２５２と、を有する。
側壁側係合部２５１は、環形状に形成され、使用者に把持される把持部と、把持部に一端が接続され、ねじ山が形成された軸部と、軸部と螺号し、側壁２２に回動自在に取り付けられているベースと、を備える。
蓋側係合部２５２は、側壁側係合部２５１の軸部が挿入可能であり、側壁側係合部２５１の把持部の外形の幅より小さい寸法の内法寸法で形成された凹部が形成されている。

次に、炭化炉１の使用方法について説明する。
図４及び図５は、前記実施形態に係る炭化炉１の使用方法を説明する図である。
使用者は、内枠炉２０の内部に燃料Ｃを入れ、側壁２２の上端に蓋２３を配置し、固定部２５の側壁側係合部２５１を回動させ、側壁側係合部２５１の軸部を、蓋側係合部２５２の凹部に挿入し、側壁側係合部２５１の把持部を回転させ、側壁側係合部２５１を締め込むことで、側壁側係合部２５１と蓋側係合部２５２とを係合させる。そして、同様に、外枠炉１０の側壁１２の上端に蓋１３を配置し、固定部１５により、側壁１２に蓋１３を固定する。

そして、使用者は、燃焼室１４内において、加熱用燃料Ｆに着火することで、図４に示す状態となる。
その後、内部空間１０Ａ内の温度が上昇し、内部空間１０Ａ内に配置されている内枠炉２０の内部の温度も上昇し、内枠炉２０の内部に収容されている燃料Ｃから可燃性ガスが発生する。この可燃性ガスは、循環筒２４の上端側から流入し、蓋部２４１を、端部２４ａを塞ぐ第１状態から、当該端部２４ａを開放する第２状態に変動させ、内部空間１０Ａ内に流出する。

内部空間１０Ａ内に流出した可燃性ガスは、内部空間１０Ａ内の酸素と反応して、炎が発生し、図５に示す状態となる。そして、この炎が、更に、内枠炉２０の底部２１を暖める。このような自己循環する炭化炉１は、例えば、加熱用燃料Ｆを１時間燃焼させた後に、１時間３０分ほど、燃料Ｃから発生した可燃性ガスにより、内枠炉２０の底部２１を暖めることで、内枠炉２０の内部温度が略９００℃まで上昇し、燃料Ｃが炭化する。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１ 炭化炉
１０ 外枠炉
１０Ａ 内部空間
１１ 底部
１１Ａ 開口部
１２ 側壁
１３ 蓋
１３Ａ 煙突
１４ 燃焼室
１５ 固定部
１６ 脚部
２０ 内枠炉
２１ 底部
２２ 側壁
２３ 蓋
２４ 循環筒
２４ａ 端部
２５ 固定部
２６ 脚部
２４１ 蓋部
２４１ａ 蝶番
２４１ｂ 蓋
２５１ 側壁側係合部
２５２ 蓋側係合部
Ｃ 燃料
Ｆ 加熱用燃料

Claims (3)

1. 燃料を炭化する炭化炉であって、
   内部空間を有し、前記内部空間を加熱することが可能な外枠炉と、
   前記外枠炉の前記内部空間に配置され、前記燃料が内部に収容される内枠炉と、を備え、
   前記内枠炉は、前記内枠炉の内部と、前記内枠炉の外部であって前記外枠炉の前記内部空間と、を連通する循環筒を有し、
   前記循環筒は、前記内枠炉の外部側の端部に当該端部を塞ぐ第１状態から、当該端部を開放する第２状態に変動する蓋部を有し、
   前記蓋部は、前記第１状態になるように付勢されており、前記内枠炉の内圧により、前記第１状態から、前記第２状態に変動する炭化炉。
2. 前記循環筒の前記内枠炉の外部側の前記端部は、前記内枠炉の底部側に向いている請求項１に記載の炭化炉。
3. 前記循環筒の前記内枠炉の外部側の前記端部は、前記内枠炉の外縁近傍に配置されている請求項１又は２に記載の炭化炉。