JP3390757B2 - 炭焼窯及び製炭方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、木材や竹材から木
炭や竹炭を製造し、同時に酢酸液も採取できる炭焼窯
と、これによる製炭方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】木炭は昔から山中に築かれた土窯により
家業的に製造されてきた。その技術は、窯中に原木を立
て並べて装填し、その入口より着火して一部を燃焼させ
つつ残部を炭化させる方法であった。近年になり、産業
用木炭焼成窯の連続化等、各種改良が行われたほか、木
炭の燃料以外での効能が認識され、小規模なドラム缶製
炭に代表される趣味的な製炭方法も各所で見られるよう
になった。

【０００３】こうした従来の製炭方法は、原材料の装填
作業が非能率なこと、焼成時の火力維持と火の廻りの均
等化の難しさ、生産される炭の品質が一定しないこと、
炭の歩留りが低いこと、製炭時間が長いなど多くの問題
点があり、いわゆる３Ｋ作業で、しかも勘と経験に頼る
熟練を要する仕事であった。

【０００４】炭焼窯の改良には、作業の利便性、火力の
維持と均等化、あるいは熱風流路の改善、炭品質の選択
を目指して、幾つかの提案がなされている。例えば、特
開昭５４−１５９４０４、特開昭５５−８２１９４、特
開昭５９−７５９８２、特開昭５９−１４５２８２、特
開平１−１９３３９１、特開平３−１２２１９１、特開
２０００−１１９６６１、特開２０００−３１９６６
２、その他がある。

【０００５】大規模な設備に関しては、上記のように移
動床や連続化、熱風製造と製炭炉の分離などの近代化し
た方式が提案され実施されている。また上記の提案中に
は中小規模の窯における原材料の装填方法、製品の均質
化、熱風流路の改善等の改良に触れたものが見られる。

【０００６】ここに示した先行技術は、いずれも台車あ
るいは容器に原材料を搭載することにより、原材料の装
填及び製品の搬出作業の改善や、一部では台車や容器と
外壁内面との間隔設定による熱風流路の改善を図り、操
業の困難性や熟練の必要性を低減している。製品品質の
均一性と再現性の面から、外部で熱風を製造し送り込む
方式は有効なものが多いと思われる。

【０００７】しかし、内部燃焼式の単純な構成の窯で上
昇熱風流を主体とするものでは、原料の着火や上下方向
での炭質の不同が起こりやすく、横方向熱風流を主体と
するものでは、燃焼の維持や焼きムラ解消が不十分で窯
容積の利用効率が悪く生産性が低いなどの問題がある。
また、下降熱風流を主体とするものでは、燃焼維持が困
難である。

【０００８】一つの炭焼窯で異なった炭種を製造するも
のが開示されている。これは、軟質、硬質等の目標炭質
に応じた配合の成形原料を使用し、通風量を調節するこ
とにより、窯内の材料全体を同種の製品とすることを意
図するものである。つまりこの方法は、操作条件を変更
して異なる回に異なる炭種を製造しようとするものであ
るが、異なる炭種を同時に作り分けるものではない。

【０００９】また、個人でも実施できるような中小規模
の炭焼窯では、移動床や外部熱源など複雑高価な設備を
採用することは困難で、単一の固定床内燃式を採用する
ことになるが、しかしその場合は、従来の土窯やドラム
缶方式の窯に固有の上記の問題点（材料装填の非能率
性、焼成操業の不安定さ、製品のバラツキと歩留り不
良、長時間操業等）は未解決のままであり、別途解決を
図る必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、１基
の中小規模の炭焼窯により、軟質多孔質の木炭と硬質で
火持ちの良い木炭、木炭と竹炭、または植物の枝、葉、
花、果実などを原形のまま炭化させたオブジェ的炭素製
品を、それぞれ均一な品質で同時に作り分けること、な
らびに、原燃料を少ない労力で迅速に装填でき、熟練を
要せずに容易に製炭できること、である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、以下のよ
うに構成される本願発明に係る炭焼窯によって達成され
る。

【００１２】すなわち、途中から先細に形成されたトン
ネル状の外殻と、木材等製炭原燃料を搭載して外殻内に
収容されるバスケットとを有する炭焼窯であって、上記
の外殻は鉄板製で、直胴部とこれに連なる移行部からな
り、直胴部は断面積が一定で、蓋で開閉される前面入口
の下部から導入され床上で開口する吸気管を備え、移行
部は直胴部と共有する水平な床上で断面が先細に縮小し
て後壁で閉じられ、後壁下部に排気管を備え、また、上
記のバスケットは孔明き鉄板製で、その外縁がおおむね
外殻の内面に沿う先細の形状を有し、その全体が、奥行
き方向に製炭原燃料を搭載する複数のセクションに区画
され、各セクション間が、孔明き鉄板製隔壁により互い
に所定間隔だけ隔てられる。

【００１３】（作用）上記のように構成される本願発明
の炭焼窯では、以下に記載の通り、炭焼に最も重要な熱
風の流路が、炭焼窯の外殻と内部に収納されるバスケッ
トの形状の相互関係によって整えられる。すなわち、窯
の入口付近で燃焼する焚き付け材から生じた熱風が窯の
奥へ向かって流れ、排気管から排出される。この流れ
は、横方向への流れが主体で、外殻内面とバスケットと
の上下、左右の空隙に分配されて窯の後端へ向かう。

【００１４】この流れは、窯の入口下部から導入された
吸気管と後壁下部に設けられた排気管の配置によっても
維持される。つまりこれらにより、上昇流の卓越が抑制
され、窯上部への熱風の集中が防止される。さらに、断
面が漏斗状に絞られた移行部では、窯の上下にほぼ等し
い通気抵抗が生じ、横方向へのほぼ等しい流れがよどみ
なく排気管に向かって流れるので、燃焼がスムースに維
持され、温度分布の偏りによる局部的な製炭不良が防止
される。

【００１５】また、各セクションが空隙によって隔てら
れているので、各セクション内の原料が互いに接触せ
ず、この空隙内に熱風の一部が流れ込むことによりバス
ケットの上下左右の差圧が減少し、空隙内における熱風
の温度、組成が均等化されるから、空隙から各セクショ
ンに流入する熱風の温度、流量、組成が均等化される。
その結果、セクション毎にそれぞれの炭種製造に適した
異なる焼成環境（温度上昇速度、通風量、通気組成等）
が与えられ、焼きむらが低減し、品質が均一化され、製
炭の生産性が向上する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本願発明の実施の形態として、本
願の炭焼窯を利用する炭焼き方法を挙げる。

【００１７】外殻から引き出したバスケットの手前から
１番目のセクションに焚付け材を搭載し、次いで、２番
目のセクション以下の各セクションに製炭原料としての
木材又は竹材をそれぞれ搭載し、さらに最奥付近のセク
ションには自然のままの植物の枝、葉、花、果実等を搭
載した後、外殻内にバスケットを収容する工程と、上記
焚付け材に着火し、火が廻ったならば外殻入口を閉じ、
その後は、排気管温度を指標として吸気管風量を調節す
る工程と、を含み、木炭、竹炭、及び上記の植物を原形
のまま炭化したオブジェ状の炭素製品を同時に取得する
ことを特徴とする、本願発明の炭焼窯による製炭方法で
ある。

【００１８】上記の製炭方法によれば、着火から５〜６
時間後、煙の色が白色から青色になった時点で炭化工程
が終了するので、吸気管及び排気管を閉じて窯の冷却を
待つ。通常は１２〜１５時間で全作業が終了する。この
作業時間は従来の土窯やドラム缶方式の窯よりもかなり
短い。バスケットを引き出せば、セクション毎に異なる
種類の、品質が揃った炭を得ることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本願発明の炭焼窯について行った実施
例に関し、添付の図１〜図５を参照しつつ説明する。

【００２０】（炭焼窯の寸法及び構造）ここで使用した
炭焼窯を図１〜５に示す。外殻（９０）の直胴部（３）
の寸法は縦０．５５ｍ、横０．６ｍ、長さ１．２ｍであ
り、移行部（４）の長さは０．４ｍ、後壁（６）の寸法
は縦０．３５ｍ、横０．４ｍである。外殻の天井及び後
壁は曲率半径１ｍの蒲鉾型とした。直胴部前面の材料出
入口（２）には蓋（８）を設け、蓋の下部に直径５ｃｍ
の鋼管からなる吸気管（１）を設けた。吸気管は外殻内
約２０ｃｍまで挿入され、閉じた先端まで約１０ｃｍの
間に直径１ｃｍの空気流出孔を８個設けた。外殻床面に
はバスケットをスライドさせるアングルを敷設した。後
壁の中央下部に排気管取付け孔を設けた。

【００２１】図２にバスケット（１００）を示す。４０
ｍｍのアングルで支柱（９）を組み、側面と底面にエク
スパンドメタルを溶接した。全体の寸法は縦０．３９５
ｍ、横０．５ｍ、奥行き１．１５ｍ、先端は外殻の断面
に合わせて先細とした。バスケット全体を４分割し、手
前側から奥へ０．２４ｍ毎に仕切りアングル（９、１
２）を設け、このアングルの両面にエクスパンドメタル
２枚を溶接し（１９，２０）、その間を空隙（２３）と
した（図５参照）。また仕切アングルに直径１ｃｍの熱
風流通用の孔（２２）を設けた。 最奥部は奥行き０．
３８ｍで、全体を１セクションとした。バスケット下部
には、外殻の案内アングルに対応した位置にアングルを
設置した。この炭焼窯の全重量は約８０ｋｇで、人力で
移動することができる。

【００２２】排気管（５）は直径６ｃｍのステンレスパ
イプで、後壁の下部の取付け孔から約０．８ｍの立上り
の後、長さ５ｍ、傾斜角約１０°で先高の横引き管（１
４）を設けた。さらにその末端に８ｍの垂直部（１５）
を煙突状に設置した。排気管の立上り部約５０ｃｍの点
に温度計を設置した。横引き管の始点と垂直部の底部に
ドレインポット（１６，１７）を設けた。この炭焼窯を
地上に設置し、気密と断熱保温のため周囲に土をかぶせ
た状態で以下の炭焼き作業を実施した。

【００２３】（実施例１）バスケット（１００）の手前
から１番目のセクションに焚付け材として、枯れた竹片
を３０ｋｇ、２番目のセクションに炭原料としての木片
（３ｃｍ×５ｃｍのチップ状のもの）５０ｋｇをランダ
ムに装填、３番目のセクションに横約５ｃｍ、縦約１５
ｃｍに割った竹片を垂直積みで５０ｋｇを装填、最奥４
番目のセクションには、同様の竹片を６５ｋｇ装填し
た。

【００２４】このバスケットを外殻（９０）に押し入
れ、前面を開放して着火した。焚付け材に火が廻り後壁
の排気管に設置した温度計の指示温度が８５℃に達した
時点（約３０分後）で材料出入口に蓋をし、蓋の面も土
で覆った。以降は、通気は吸気管よりの自然通風で行っ
た。温度計が１００℃から次第に昇温して５時間で２８
０℃に到達するように吸気管のバルブによって空気供給
量を調節した。この状態で約５時間後、煙の色が青色に
変わった時点でバルブを閉め、排気管も閉鎖し、空気の
流通を絶って消火冷却段階に入った。約７時間の自然冷
却の後、前面の蓋を開放し、バスケットを引き出した。
１番目のセクションはほとんど灰化していたが、２番目
以降のセクションはほとんど燃焼せず完全に炭化してい
た。

【００２５】得られた炭の性状は、２番目のセクション
では黒色の比較的光沢のない多孔性の木炭が得られ、３
番目から４番目のセクションでは青黒色の光沢のある堅
い竹炭が得られた。そして４番目のセクションでは叩く
と金属音のする炭であった。

【００２６】また、第１及び第２のドレインポットから
は赤褐色の竹酢液がそれぞれ２．０リットル、２．５リ
ットル採取できた。第１のポットの酢酸液は薬用（水
虫、アトピーの治療）の用途に、第２のポットの酢酸液
は農業用の病害防除の用途に適したものであった。

【００２７】（実施例２）バスケットの手前から１番目
のセクションに、焚付け材として枯れた竹片を３０ｋ
ｇ、２番目のセクションに、製炭原料として使用済みの
竹製の割箸５０ｋｇを竹筒に収容して垂直方向に、第３
番目のセクションに横約５ｃｍ、縦約１５ｃｍに割った
竹片を垂直積みで５５ｋｇを装填、最奥の４番目のセク
ションには、長さ約３０ｃｍ直径８〜１０ｃｍの底に節
を持った竹筒に椿の花と葉を持った枝を挿入したもの
と、直径約１５ｃｍの南瓜をそれぞれ２個設置した。

【００２８】このバスケットを炭焼窯に押し入れ、前面
開放状態で着火した。焚付け材に火が廻り排気管に設置
した温度計の指示温度が８５℃に達した時点（約３０
分）で材料出入口の蓋を閉じ、その蓋の上も土で覆っ
た。温度計が１００℃から次第に昇温し、５時間で次第
に２８０℃に到達するように吸気管のバルブによって空
気供給量を調節した。この状態で約５時間経過後に煙の
色が青色に変わったのでバルブを閉め、排気管も閉鎖
し、空気の流通を絶って消火冷却段階に入った。

【００２９】約８時間の冷却の後、外殻の蓋を開け、バ
スケットを引き出した。１番目のセクション内はほとん
ど灰化していたが、２番目以降のセクション内はほとん
ど着火せず完全に炭化していた。

【００３０】２番目のセクションに装填した竹箸は原形
のままほとんど割れや変形もなく炭化していた。これら
は、コーヒーやお茶の撹拌子（マドラー）として使用す
ると水がまろやかになり、その味が改善される。３番目
のセクションの竹材は青黒色の堅い炭として、燃料用は
もちろん、吸着用、土壌改良用として優れた性能を示す
ものであった。 最奥の４番目のセクションの挿花及び
南瓜は、竹筒とともに原材料の形態のまま金属光沢を持
った堅い炭となっており、オブジェとして使用できるも
のであった。また、第１及び第２のドレインポットから
は赤褐色の竹酢を、それぞれ２．２リットル、２．５リ
ットル収得できた。

【００３１】（実施例３）炭焼窯外殻の直胴部及び移行
部の側面及び天井の表面に、直径１２ｍｍの水管を約１
０ｃｍ間隔で蛇行させて溶接し、前記実施例１のプロセ
スを実施した。そして、炭化工程終了３０分後に、水管
に水を通して窯の冷却を図った。この結果冷却時間は約
４時間に短縮され、１バッチの総所要時間も１０時間以
内に短縮できた。生産された炭は、自然冷却を行ったも
のより、全体として堅い性状のものとなった。

【００３２】

【発明の効果】第１請求項で示した窯の構成と第２請求
項で示した操業方法により、１つの窯で多種類の炭種を
同時に生産でき、製炭時の原材料の破損が少なく、植物
の枝、葉、花等が原形のまま炭化したオブジェ様の製品
を、特別な前処理なしに生産できる。また、バスケット
内の各セクションの炭種の性状が均一でバラツキが少な
く、焼きムラのない製品が生産できる。さらに、排気ガ
スの温度を監視して通気バルブを調節するだけで窯を制
御でき、経験や熟練が少ない人でも容易に操業すること
ができる。

【００３３】上記のほかに、本願発明の炭焼窯は構造が
簡単で重量が軽いので、容易に現地へ運んで製炭に当た
ることができる。また、外殻とバスケットを採用した結
果、バスケットへの原材料の装填並びに取り出しを窯外
ですることができ、作業がきわめて楽になるので、従来
の窯に比べて操業時間を短縮でき、生産性が高くなる。
さらに実施例３で示した冷却管付きの窯によれば、操業
時間をさらに短縮することができる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】炭焼窯外殻の側面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）で
ある。

【図２】バスケットの側面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）で
ある。

【図３】外殻の一部を切を欠き、バスケットが外殻に半
ば収納された状態を説明する側面図である。

【図４】吸気及び排気系統図である。

【図５】仕切板の構造を説明するため、図２における底
面付近の矢印の部分を拡大した一部切欠き斜視図であ
る。

【符号の説明】

１‥吸気管 ２‥前面部 ３‥直胴部 ４‥移行部 ５‥排気管 ６‥後壁 １２‥セクション隔壁 １３‥バルブ １６‥第１ドレインポット １７‥第２ドレインポット １８‥温度計 ９０‥外殻 １００‥内部バスケット

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−236572（ＪＰ，Ａ) 特開2000−144146（ＪＰ，Ａ) 特公 昭29−7031（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭15−18119（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭15−17442（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C10B 53/02 C10C 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】途中から先細に形成されたトンネル状の外
   殻と、木材等製炭原燃料を搭載して外殻内に収容される
   バスケットと、を有する炭焼窯であって、 前記外殻は鉄板製で、直胴部とこれに連なる移行部から
   なり、直胴部は断面積が一定で、蓋で開閉される前面入
   口の下部から導入されて床上で開口する吸気管を備え、
   移行部は直胴部と共有する水平な床上で断面が先細に縮
   小して後壁で閉じられ、後壁下部に排気管を備え、 前記バスケットは孔明き鉄板製で、その外縁がおおむね
   外殻の内面に沿う先細の形状を有し、その全体が、奥行
   き方向に製炭原燃料を搭載する複数のセクションに区画
   され、各セクション間が、孔明き鉄板製隔壁により互い
   に所定間隔だけ隔離される、ことを特徴とする前記炭焼
   窯。
2. 【請求項２】 前記外殻から引き出した前記バスケット
   の、最も手前の第１のセクションに焚付け材を搭載し、
   次いで、第２のセクション以下の各セクションに木材及
   び竹材をそれぞれ搭載し、さらに最奥付近のセクション
   には自然のままの植物の枝、葉、花、果実等を搭載した
   後、外殻内にバスケットを収容する工程と、 前記第１セクションの焚付け材に着火し、火が廻ったな
   らば外殻入口を閉じ、その後は、排気管温度を指標とし
   て吸気管風量を調節する工程と、を含み、 木炭、竹炭、及び前記植物を原形のまま炭化したオブジ
   ェ状の炭素製品を同時に取得することを特徴とする、請
   求項１記載の炭焼窯による製炭方法。