JP2019211088A - 有機物分解温水機、有機物分解温水機を使用した乾燥システム - Google Patents

Abstract

【課題】発熱量が低い有機物炭化分解炉による高温水の生成と高温水を用いた乾燥を可能にする、有機物炭化分解高温水による乾燥システムを提供する。【解決手段】壁内に処理水が流動可能な空間部を設け熱交換可能な略平板状の上壁部及び筒状の側壁部を具備する温水ジャケット１７を有する筐体状の温水循環部と、上壁部に垂設させ煙を排出する煙道と、上壁部に設けた有機物を投入する投入部１２と、側壁部下端近傍に設けた空気量調整可能な空気吸入手段１３とを備え、温水ジャケットの外周面全域に密着させて断熱材２０を覆設し、筒状の側壁部に囲繞され、外周側と側壁部との間に空気が流動可能な横方向の隙間を設け、内周側に有機物を燻焼可能な空間部を形成する略筒状の有機物炭化分解炉壁を配設した。【選択図】図２

Description

この発明は、有機物の炭化分解により発生する熱を利用した有機物分解温水機、及び前記有機物分解温水機で生成した高温水を用いる乾燥システムに関する。

有機物の炭化分解により発生する熱を利用して給湯する装置として、特許文献１では、加温の対象となる処理水を複数の給水管によって上流側から下流側に流すとともに、一の給水管とそれよりも下流側の他の給水管との間に熱源装置を介在させ、この熱源装置で前記処理水を加温するように構成された給湯装置の例が示されている。また、特許文献２では、磁化給気ラインを含み畜糞を燃料として燻焼する磁化給気式燻焼機と、給水加熱ライン、温水回収ラインを含み磁化給気式燻焼機の燻焼処理熱により給水を加熱し貯蔵する給水加熱蓄積装置と、給湯ラインを含み貯水タンクに蓄積された温水を外部に供給する給湯手段とを備えると記載されている。

特許第４７７９１８０ 特開２０１０−７８２０１

有機物の炭化分解により発生する熱は低いカロリーしか得られず、高温水の生成には用いられておらず、木質材料等の含有水分の蒸発乾燥には使用できなかった。

特許文献１では、加温の対象となる処理水を複数の給水管によって上流側から下流側に流すとともに、一の給水管とそれよりも下流側の他の給水管との間に熱源装置を介在させ、この熱源装置で前記処理水を加温するように構成された給湯装置の例が示されているが、高温水に関する記載はなく、生活温水に特定されており、加熱無しでは木質乾燥の熱源にはなり得ないという問題があった。

特許文献２では、磁化給気ラインを含み畜糞を燃料として燻焼する磁化給気式燻焼機と、給水加熱ライン、温水回収ラインを含み磁化給気式燻焼機の燻焼処理熱により給水を加熱し貯蔵する給水加熱蓄積装置と、給湯ラインを含み貯水タンクに蓄積された温水を外部に供給する給湯手段とを備える磁化給気式燻焼機利用の給湯装置が示されているが、発熱量が低い磁化給気式燻焼機と外部にある貯水タンクとを給水配管で繋いでおり、これでは放熱量が多く高温水はできないので、加熱無しでは木質乾燥の熱源にはない得ないという問題があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、発熱量が低い有機物炭化分解炉による高温水の生成と前記高温水を用いた木質乾燥を可能にする、 有機物炭化分解高温水による木質乾燥システムの提供にある。

上記課題を達成するため、請求項１の発明は、壁内に処理水が流動可能な空間部を設け熱交換可能な略平板状の上壁部及び筒状の側壁部を具備する温水ジャケット１７と、前記側壁部の下端の開口部を閉塞させる底面部と、を有する筐体状の温水循環部と、前記上壁部に垂設させ煙を排出する煙道１５ａと、前記上壁部に設けた有機物を投入する投入口１２と、前記側壁部下端近傍に設けた空気量調整可能な空気吸入管１３と、を備え、前記上壁部と前記側壁部との空間部を連通させ、前記温水ジャケット１７の外周面全域に密着させて断熱材２０を覆設し、前記筒状の側壁部に囲繞され、下端が前記底面部の上面と上下方向の隙間を設け上端が前記上壁部の下面と上下方向の隙間を設け、外周側と前記側壁部との間に空気が流動可能な横方向の隙間を設け、内周側に有機物を燻焼可能な空間部を形成する略筒状の有機物炭化炉１１壁を配設し、前記有機物炭化炉１１壁が、両端を前記側壁部の空間部に前記処理水を流動可能に接続させて横設させ、上下方向で交互に略直交させて配設し平面視で井型になるようにした複数の管路１８ａ，１８ｂ群と、前記管路１８ａ，１８ｂ間に設けた複数の遮蔽板１９とから構成されたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１の炎を伴わない燻焼による炭化分解の有機物材料として、樹皮（バーク）を用いることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１の燻焼時の発熱カロリーを制御するため、また煙道１５ａ内のタール焼却除去するため、および前記煙道１５ａ掃除のためのメンテナンスを行うために、前記煙道１５ａを垂直に高くし、前記煙道基部１５ｂに脱着機構と排気誘引手段１６を設けたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１の乾燥対象物３４の乾燥庫３０で排気ブロワー等による排気減圧手段３５と、高温水による加熱配管３２と載置トレイ３３を有することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、処理水を配管によって熱交換機構と一体化した温水ジャケット１７内に蓄え、また、前記温水ジャケット１７の外周を断熱材２０で被覆して放熱を防ぎ、空気量調整手段１３ａを設けた複数の給気管１３と、前記複数の給気管１３から供給された空気を用いて有機物を炭化分解する前記有機物炭化分解炉１１で、炎を伴わない有機物の炭化分解による発熱を高効率に捕集することによって、摂氏９０度を超える高温水を生み出すことができる。

温水ジャケット１７を備えただけの有機物炭化分解炉１１では、外気温が摂氏１５度の時の湯温は摂氏４０度程度だったが、断熱材２０で被覆することによって湯温を１０度以上上昇させることが出来た。更に、前記温水ジャケット１７に前記熱交換機能を加え、前記煙道基部１５ｂに設けた排気誘引手段１６の設置によって、沸騰温度に達することができた。

前記熱交換機能は、有機物を炭化分解する前記有機物炭化分解炉１１の熱源から直接熱を受ける炉壁を前記管路１８ａ，１８ｂと遮蔽板１９で構成させた熱交換炉壁４０によって付加され、前記熱交換炉壁４０は平板状の炉壁に比べて受熱面積を飛躍的に増大させるとともに、前記温水ジャケット１７の内平面の対面として前記管路１８ａ，１８ｂと遮蔽板１９で構成される曲面を構成し、両面が構成する排煙路４２を通過する燻焼に伴う高温のガスや煙を冷却しつつ貯留部４１内の処理水の湯温上昇に寄与した。

前記有機物炭化分解炉１１は、熱交換炉壁４０を前記管路１８ａ，１８ｂと遮蔽板１９で構成させて前記温水ジャケット１７に繋がれ、外周を前記断熱材２０で被覆しているので、貯留部４１の前記処理水の温度が摂氏１００度を超えないため、一般の炉体に比べて５倍を越す長寿命である。因みに、一般的な燃焼炉の炉体温度は、摂氏５００度を超える高温により炉体が赤く染まるほどになる。また、一般的な燻焼炉の炉体温度も蓄熱が進むと摂氏２００度超に達する。

請求項２記載の発明によれば、水分を多く含み森林からの搬出、集積、乾燥工程を経ることによってバイオマス燃料にも成り得る樹皮（バーク）を湿ったままで燻焼による炭化分解の有機物材料として用いることができる。

前記有機物炭化分解炉１１の投入口１２から炉内に投入された前記樹皮（バーク）は、最上部の前記投入口１２直下から順に、湿った前記樹皮（バーク）の層、その下には下部の燻焼熱と乾留ガスを受けて乾燥した前記樹皮（バーク）の層、その下には炭化が始まった前記樹皮（バーク）層、そしてその下は炭化が進み熱分解している層を成し、時間をかけて熱分解が進む。

このように、水分を含んだ前記樹皮（バーク）は、前記有機物炭化分解炉１１への投入から乾燥、炭化、熱分解まで長時間かけて進み、投入間隔が５〜１２時間と長くそれだけ投入頻度が低い。給水初期の湯沸かしの後は継続的に循環する高温水の保温用有機物燻焼材として用いられるが、投入頻度が低いことは火の番人にとっては省力になる優れた特徴である。

従来、樹皮（バーク）は、森林から搬出された後、集積および自然乾燥のための場所や設備を必要としたが、本発明によれば、前記樹皮（バーク）は水切り程度の未だ水分を含んだ状態で直ちに用いることができるので、乾燥のための場所や設備を必要としない。
今後の検討課題だが、前記樹皮（バーク）の炭化分解による高温水を用いた乾燥システムの乾燥対象物３４として前記樹皮（バーク）を対象にすることで、前記樹皮（バーク）は有機物燻焼材からバイオマス燃料として価値付加に利用できる可能性がある。

請求項３記載の発明によれば、前記煙道基部１５ｂに設けた排気誘引手段１６により燻焼時の発熱カロリーを制御し、また前記煙道部１５に設けた脱着機構により煙道基部１５ｂ内のタール焼却除去、前記煙道１５ａ掃除のためのメンテナンスを容易に行うことができる。

前記排気誘引手段１６は、送風手段１６ｂから排気誘引用吸気口１６ａを経て前記煙道基部１５ｂに設けられたノズルから長い煙道１５ａ内に圧縮空気を吹き込む構造で、長い前記煙道１５ａ内の流速を高めることによって前記煙道１５ａ内の流量が増幅され、エジェクター原理によって前記煙道基部１５ｂ内からの供給空気量が増え、前記煙道基部１５ｂへの空気の供給源である前記有機物炭化分解炉１１の内圧を下げ、前記複数の給気管１３から供給される空気量を増やし、前記有機物炭化分解炉１１の燻焼による炭化分解反応を促進し、発生熱量を増やして前記温水ジャケット１７内の湯温を上昇させる。

前記排気誘引手段１６は、前記煙道１５ａを垂直に高くすることとの相乗効果によって、前記煙道１５ａ内の排気流速を上げることによって、前記有機物炭化炉１１内からの空気の供給量を増大させて前記有機物炭化炉１１の内圧を押し下げ、前記複数の吸気管１３からの吸気を促し、前記炭化分解反応を促進し燻焼による発熱カロリーを押し上げる装置であるが、前記外部の送風手段１６ｂからの送風圧を下げれば前記複数の吸気管１３からの吸気量も減って、燻焼の発熱カロリーの押し上げ量も減らす、前記温水ジャケット１７内の温水温度調整装置として機能する。

また、前記煙道部１５は、前記煙道基部１５ｂを前記有機物炭化温水機１０および煙道１５ａと切り離して取り外し、前記煙道基部１５ｂ内に溜まったタールを焼却除去することができる。

前記煙道基部１５ｂを取り外して、作業がしやすい状態で前記煙道１５ａ内部の掃除やメンテナンス作業を行うことができる。
前記有機物分解温水機１０は、熱交換炉壁４０と一体化した温水ジャケット１７の高い熱交換効率によって排煙温度が比較的低いため、燻焼タールが溜まりやすい。バーナーの炎を当てて焼き切ることがタール除去の有効な除去手段であるが、前記煙道基部１５ｂを取り外すことによって、タール除去作業が容易にかつ安全に行うことができる。

前記有機物炭化炉１１の燻焼は、炎を伴う燃焼に比べて、得られる熱量が低いので、有毒ガスやダイオキシンなどの発生は無いことは、優れた特長である。しかし、乾留ガスによって大量のタールが発生する。このタールの除去のために、前記煙道基部１５ｂは、フランジ留めの脱着可能な形態を採っている。

請求項４記載の発明によれば、高温水による加熱配管３２によって熱せられた，載置トレイ３３上の乾燥対象物３４に含まれる水分は気化して、ブロア３５等による排気減圧手段３５によって能率的に乾燥庫３０外に排出される。気化に伴って水分の体積は常温で約１２４０倍に、摂氏９０度を超える高温では１７００倍にも増大するので、前記排気減圧手段３５により能率的な木質乾燥を行うことができる。

高前記排気減圧手段３５による乾燥によって、従来の日本の気候とファンに依る多湿の温風では得られなかった能率的な乾燥が可能になる。

乾燥庫３０の略気密が得られるものであれば、気密庫体３１は、図６に示すように、開放庫体の一部をビニールシート等の不透過性シート３８を用いて遮蔽することによって気密性を持たせてもよい。

請求項１および４記載の有機物分解温水機１０を使用した乾燥システム１は、前記有機物分解温水機１０に配設した貯留部４１からの配管と乾燥庫３０内に配設した加熱配管３２とを連結し閉回路で処理水を循環させる循環手段とを備えており、給水管２１からの給水は補給水程度で、排水管２２からの排水も常時は行われない。

前記有機物分解温水機１０と前記乾燥庫３０とを循環する処理水は、前記煙道基部１５ｂに設けた排気誘引装置により燻焼時の発熱カロリーを適度に抑える制御をしなければ沸騰するまで上昇を続ける。

本発明によれば、湿った樹皮（バーク）等の有機物材料を炭化分解する前記有機物炭化温水機１０と、排気減圧手段３５と高温水による加熱配管３２，載置トレイ３３を有する乾燥対象物３４の乾燥庫３０が組み合わされた乾燥システムの構築が可能となる。

前記有機物炭化分解炉１１には、前記複数の給気管１３から供給された微量の空気を用いるが、磁化給気によって炭化分解反応効果を高めることができる。

有機物炭化分解高温水による乾燥システムの概要図である。 有機物分解温水機の図であり（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 熱交換機能付き温水ジャケットを示す斜視図である。 有機物炭化分解炉１１と熱交換機能付き温水ジャケット１７の配置例図であり（ａ）は交互積み平面視、（ｂ）交互積み正面視、（ｃ）は直積み平面視、（ｄ）は直積み正面視である。 煙道基部の脱着可能範囲と排気誘引手段を説明する煙道基部の断面図である。 乾燥庫の実施例を示す図である。

本発明である有機物分解温水機１０は、図１から図４に示すように、熱交換炉壁４０付き温水ジャケット１７に上面と外周面を囲まれた有機物炭化分解炉１１と、前記温水ジャケット１７の上面と外周面を囲む断熱材２０とで構成されている。

本発明である有機物分解温水機１０は、図１に示すように、壁内に処理水が流動可能な貯留部４１を設け熱交換可能な略平板状の上壁部及び筒状の側壁部を具備する温水ジャケット１７と、前記側壁部の下端の開口部を閉塞させる底面部と、前記上壁部に垂設させ煙を排出する煙道部１５と、前記上壁部に設けた有機物を投入する投入口１２と、前記側壁部下端近傍に設けた空気量調整手段１３ａを具備した吸気管１３と、を備え、前記温水ジャケット１７の外周面全域に密着させて断熱材２０を覆設し、前記筒状の側壁部に囲繞され、下端が前記底面部の上面と上下方向の隙間を設け上端が前記上壁部の下面と上下方向の隙間を設け、外周側の前記側壁部との間に空気が流動可能な排煙路４２を形成する、内周側に有機物を燻焼可能な略筒状の有機物炭化分解炉１１を形成する熱交換炉壁４０を設け、前記熱交換炉壁４０が、両端を前記側壁部の貯留部４１に前記処理水を流動可能に接続させて横設させ、上下方向で交互に略直交させて配設し平面視で井型になるようにした複数の管路１８ａ、１８ｂ群と、前記管路１８ａ、１８ｂの上下間に設けた複数の遮蔽板１９とから構成されている。

前記有機物炭化分解炉１１は、図２および図５に示すように、壁内に処理水が流動可能な貯留部４１を設け熱交換可能な略平板状の上壁部及び筒状の側壁部を具備する温水ジャケット１７と、前記側壁部の下端の開口部を閉塞させる底面部と、前記上壁部に垂設させ煙を排出する煙道部１５と、前記上壁部に設けた有機物を投入する投入口１２と、前記側壁部下端近傍に設けた空気量調整手段１３ａを具備した吸気管１３と、を備えており、前記吸気管１３は前記有機物炭化分解炉１１の必要とする熱量に応じて複数備えてよい。また、前記有機物炭化分解炉１１内の燻焼状況を確認できる点検口１４を設けても良い。

前記熱交換炉壁４０は、前記筒状の温水ジャケット１７の側壁部に囲繞されて配設され、下端側に前記底面部の上面と上下方向の隙間を設けて、前記吸気管１３からの空気を流入し易くし、上端側に前記上壁部の下面と上下方向の隙間を設けて、前記有機物炭化分解炉１１内及び前記排煙路４２内の燻焼による乾留ガスを排出し易くしている。また、前記熱交換炉壁４０は、前記側壁部との間に乾留ガスの流動可能な排煙路４２を形成し、内周側に有機物を燻焼可能な略筒状の有機物炭化分解炉１１を形成する。

前記熱交換炉壁４０は、図１から図３に示すように、両端を前記側壁部の貯留部４１に前記処理水を流動可能に接続させて横設させた管路であって上下方向で交互に略直交させて配設した管路を平面視で井型になるようにした複数の管路１８ａ，１８ｂからなる前記管路１８ａ，１８ｂ群と、前記管路１８ａ，１８ｂの上下間に設けた複数の遮蔽板１９とから構成されて、略筒状体を形成している。

前記熱交換炉壁４０を構成する管路１８ａ，１８ｂ内の処理水は、有機物が炭化分解する時の燻焼熱を受けて加温され、前記加温されて温水となった処理水は前記温水ジャケット１７の貯留部４１に貯留される。また、前記温水ジャケット１７は、外周面全域を断熱材２０で覆われているので放熱が少なく保温効果が高い。

前記熱交換炉壁４０の形態は、図１から図３並びに図４（a）,（ｂ）に示すように井型状に限定されるものではなく、図４（ｃ），（ｄ）に示すように対向面間に同一方向の管路を接触させながら積み上げた形態でもよい。なお、図４（ｃ）、（ｄ）の場合は、管路１８ａ，１８ｂを設けない対向面は遮蔽板１９のみで構成される。

本発明である有機物分解温水機１０を使用した乾燥システム１は、図１に示すように、有機物分解温水機１０と、乾燥対象物３４の乾燥庫３０とを有し、高温水供給配管３６と、高温水戻り配管３７とで繋がっており、前記有機物炭化温水機１０は、給水管２１で前記給水系に、排水管２２で排水系に繋がっている。

図２または図３に示すように、前記熱交換炉壁４０付き温水ジャケット１７は、内側を多数の管路１８ａ，１８ｂと遮蔽板１９とで構成され、外部を断熱材２０で覆われている。

次に、図１に示すように、乾燥庫３０は、排気減圧手段３５を備えた気密庫体３１と、庫内に乾燥対象物３４を載せる載置トレイ３３と、前記載置トレイ３３を高温水により加熱するための加熱配管３２と、前記有機物炭化分解炉１１の前記温水ジャケット１７から前記加熱配管３２に高温水を送る高温水供給配管３６と、前記加熱配管３２から前記有機物炭化分解炉１１の前記温水ジャケット１７に使用済み温水を戻す高温水戻り配管３７とを有し、庫内を昇温加熱しながら排気減圧する。

載置手段として載置トレイ３３や金網などがある。

前記煙道基部１５ｂは、フランジ留めによって脱着が可能で、前記有機物炭化炉１１や煙道１５ａから取り外すことが出来る。

次に、図２または図４に示すように、前記有機物炭化分解炉１１は、排気誘引用吸気口１６ａを備えた煙道基部１５ｂを設けて、脱着機構と排気誘引手段１６を設けた。

１ 乾燥システム
１０ 有機物分解温水機
１１ 有機物炭化分解炉
１２ 投入口
１３ 吸気管
１３ａ 空気量調整手段
１４ 点検口
１５ 煙道部
１５ａ 煙道
１５ｂ 煙道基部
１６ 排気誘引手段
１６ａ 排気誘引用吸気口
１６ｂ 送風手段
１７ 温水ジャケット
１８ａ 管路（外周面）
１８ｂ 管路（断面）
１９ 遮蔽板
２０ 断熱材
２１ 給水管
２２ 排水管
３０ 乾燥庫
３１ 気密庫体
３２ 加熱配管
３３ 載置トレイ
３４ 乾燥対象物
３５ 排気減圧手段
３６ 高温水供給配管
３７ 高温水戻り配管
３８ 不透過性シート
４０ 熱交換炉壁
４１ 貯留部
４２ 排煙路

Claims (4)

1. 壁内に処理水が流動可能な貯留部を設け熱交換可能な略平板状の上壁部及び筒状の側壁部を具備する温水ジャケットと、
   前記側壁部の下端の開口部を閉塞させる底面部と、
   前記上壁部に垂設させ煙を排出する煙道部と、
   前記上壁部に設けた有機物を投入する投入口と、
   前記側壁部下端近傍に設けた空気量調整手段を具備した吸気管と、
   を備え、
   前記温水ジャケットの外周面全域に密着させて断熱材を覆設し、
   前記筒状の側壁部に囲繞され、下端が前記底面部の上面と上下方向の隙間を設け上端が前記上壁部の下面と上下方向の隙間を設け、外周側の前記側壁部との間に空気が流動可能な排煙路を形成する、内周側に有機物を燻焼可能な略筒状の有機物炭化分解炉を形成する熱交換炉壁を設け、
   前記熱交換炉壁が、両端を前記側壁部の貯留部に前記処理水を流動可能に接続させて横設させ、上下方向で交互に略直交させて配設し平面視で井型になるようにした複数の管路群と、前記管路の上下間に設けた複数の遮蔽板とから構成されたことを特徴とする有機物分解温水機。
2. 前記有機物が樹皮とすることを特徴とする請求項１記載の有機物炭化分解炉。
3. 前記煙道部が下部の煙道基部と上部の筒状の煙道とから構成され、前記煙道を立設し、前記煙道基部に排気誘引手段を設け、前記煙道基部自体を脱着可能とたことを特徴とする請求項１または２に記載の有機物炭化分解炉。
4. 乾燥対象物を載置する載置手段と、前記載置手段の上方に設けた排気減圧手段と、前記載置手段の下方に設けた前記有機物分解温水機からの高温水による加熱配管とを有する乾燥庫と、
   前記有機物炭化温水機内に配設した前記貯留部と前記乾燥庫内に配設した加熱配管とを連結し閉回路で処理水を循環させる循環手段と、を備えたことを特徴とする乾燥システム。

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