JP5560383B1 - 炭化物生成窯 - Google Patents

Abstract

課題は、炭化物生成窯において、側壁の露出面がひび割れたりしたような場合に簡単にメンテナンスができると共に、熱により割れづらくして窯自体の長寿命化を図り、さらに熱保持効率を高めて冬季等の寒いときにおいても炭化効率を高めることである。
解決手段は、炭化物生成窯を、鉄筋のない立方体形状のコンクリートブロックを積層して形成して最大６面の組み換えができるようにすると共に、窯床鉄板５と窯底４とのあいだの排気空間Ｓに石等の蓄熱保持部材7を充填して蓄熱できるようにして寒いときでも炭化効率が低下しないようにする事である。

Description

本発明は、一度の炭化作業工程で大量の炭化物を連続的に製造することができる炭化物生成窯の技術分野に関するものである。

一般に、木や竹、椰子殻、椰子空房等の各種植物を炭化した木炭や竹炭、椰子殻炭、椰子空房炭等の炭化物は多孔質構造を有していて優れた吸着機能を発揮することから、単に燃料だけでなく、吸湿材、脱臭材、水質改良材、吸着材等、民生分野に限らず、各種の産業分野においても広く利用されている。そのため、吸着機能が一定した上質の炭化物とすることが要求されている。ところでこのような炭化物の製造手法として、従来、炭化物生成窯を移動式にしたものが知られている（特許文献１、２参照）が、移動式であるが故に炭化物生成窯の容量が小さく一度に大量の炭化物を生成できないという問題がある。そこで炭化物生成窯を固定式のものとして一度に大量の炭化物を生成するようにしたものが知られている（特許文献３、４参照）。
ところでこれら何れのものも、炭化物生成の工程を密閉式で行うものであるため、焚口や天井蓋を必要とするだけでなく炭化物生成に伴い原材料が減容したときに、減容に合わせて新たな原材料の供給は事実上できず、当初投入した原材料分しか炭化処理ができず、大量の炭化物生成という点で未だ問題がある。
そこで本発明の発明者は、開放式の炭化物生成窯の開発をし、炭化物生成に伴い原材料が減容した場合に、減容に合わせて新たに原材料を追加できるようにしたものを提唱した（特許文献５参照）。

特開２０００−３１９６７５号公報 特開２０００−４４９６３号公報 特開２００４−２３８４６０号公報 特開２００４−３０７７０２号公報 特許第５１１７５４８号公報

そして特許文献５のものは、天井のない開放型であるため、原材料の減容に伴い新たに原材料を投入することができ、一回の炭化物生成工程で大量の炭化物の生成が可能となった。ところでこのものでは、原材料投入および均平化等の作業をダンプトラックやホイールローダ、油圧ショベル等の作業用走行機械を用いて行うことを前提としているため、窯の周囲を形成する壁をコンクリートで固定的に形成すると共に、窯底に通気孔が穿設された鉄板を、窯床面から排気空間を存する状態で敷設し、炭化に伴い生成する排ガス（燻煙）をこの排気空間を通して窯の隅に配した排煙塔から排出するようにしていた。
ところでこのものにおいて、周壁に作業用走行機械が当たる等して周壁が破損することがあり、また周壁を構成しているコンクリートの一部に鉄筋を入れていた場合には鉄筋とコンクリートとでは熱膨張率が異なるため、炭化物生成時の熱により周壁にヒビが入ることで破損することもあるが、このように破損した場合の周壁の補修は事実上難しく、窯の寿命が短かくなるという問題がある。
さらにこのものでは、窯底の鉄板と窯床面とのあいだの排気空間が空洞化しているため、冬場や朝夕の冷え込みが強い時、あるいは雨や雪が降っているとき等においては窯内の炭化温度が低下し炭化速度が落ちるという問題があり、これら問題に本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、開放した天井面と、四角形状になった四面の側壁と、該側壁に囲撓される状態で窯底として敷設される通気孔が開設された鉄板と窯床面とのあいだに形成され炭化原材料が炭化することにより排出される排ガスが通る排気空間と、該排気空間に連通され、排ガスを燃焼する燃焼装置と、前記側壁のうちの少なくとも一つの側壁に連なり、該側壁の上面と同高さで作業用走行機械が走行可能なステージとを備えた炭化物生成窯において、該生成窯に投入される炭化原材料の水分率を生木状態にして、炭化原材料の炭化促進に伴って発生する水蒸気の膜により外気遮断をさせると共に、該生成窯に投入された炭化原材料の上面を押圧して外気遮断面にした状態で炭化促進をし、該炭化促進をすることに伴う減容に合わせて新たに水分率を生木状態にする炭化原材料を投入することを繰り返して行うことで、一度の炭化物生成工程で大量の炭化物生成ができるように構成するにあたり、前記側壁を、立方体形状をした鉄筋のないコンクリートで形成されたブロックの複数を縦横に積層して形成することで、窯側壁の露出面をブロック表面の組み換えにより変更可能に構成すると共に、窯床の鉄板と窯底面とのあいだの排気空間に、蓄熱保持部材が通気可能な状態で充填されていることを特徴とする炭化物生成窯である。
請求項２の発明は、生成窯は複数が仕切り側壁を介して隣接して設けられ、該隣接する生成窯同士を仕切る仕切り側壁は、作業用走行機械が走行可能となるようブロックを幅方向に複数列状に積層して幅広に構成していることを特徴とする請求項１記載の炭化物生成窯である。
請求項３の発明は、燃焼装置と排気空間とは、開閉自在な開閉板を備えた通気路を介して連通接続されていることを特徴とする請求項２記載の炭化物生成窯である。
請求項４の発明は。燃焼装置は、仕切り側壁に設けられていることを特徴とする請求項３記載の炭化物生成窯である。
請求項５の発明は、燃焼装置は、複数の生成窯のうちの少なくとも一つの生成窯の仕切り側壁と対向する位置に設けられ、燃焼装置がない生成窯の排気空間と燃焼装置とは、仕切り側壁に設けられ、開閉自在な開閉板を備えた通気路を介して連通接続されていることを特徴とする請求項３記載の炭化物生成窯である。

請求項１の発明とすることにより、開放した天井面側から水分率を生木状態にした炭化原材料を複数回投入することにより、炭化時に発生する水蒸気の膜と共に炭化原材料の上面を押圧して外気遮断を図って一度の炭化物生成工程で大量の炭化物を生成できるものでありながら、窯側壁の露出面が作業用走行機械の走行やぶつかることにより傷ついたような場合に、立方体形状をしたブロック表面を組み換えることにより最大６面の組み換えができてメンテナンス性に優れ、しかもブロックは鉄筋がないため熱膨張の違いによりブロックのひび割れを防止できて寿命の長い生成窯とすることができ、そのうえ排気空間に充填した蓄熱保持部材により、冬季等の寒い時期や降雨時等においても生成窯内の温度を高温に維持できることになって炭化を促進することができる。
請求項２の発明とすることにより、仕切り側壁を介して隣接する複数の生成窯を用いてより大量の炭化物を連続して生成することができる。
請求項３の発明とすることにより、炭化生成の過程にない生成窯の排気空間を通って外気が燃焼装置に浸入することがなくなって、炭化生成している生成窯からの排ガスを効率よく燃焼することができる。
請求項４の発明とすることにより、炭化生成している生成窯からの排ガスのみを燃焼装置により効率よく燃焼することができる。
請求項５の発明とすることにより、一つの生成窯に設けた燃焼装置を用いて残りの生成窯から発生した排ガスの燃焼ができることになる。

炭化物生成窯の概略縦断面図である。 炭化物生成窯の概略平面図である。 第二の実施の形態の炭化物生成窯の平面図である。 第二の実施の形態の炭化物生成窯の要部斜視図である。 第二の実施の形態の炭化物生成窯の要部縦断面図である。 第二の実施の形態の炭化物生成窯の要部縦断面図である。 第三の実施の形態の炭化物生成窯の要部縦断面図である。 （Ａ）（Ｂ）は第四、第五の実施の形態を示す炭化物生成窯の平面図である。 （Ａ）（Ｂ）は第六、第七の実施の形態を示す炭化物生成窯の平面図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図面において、１は炭化物生成窯であって、該生成窯１は、天井面が開放したものであって、四周の側壁２、２ａが鉄筋の入っていない中実コンクリート製のブロックＢを縦横に積層して形成されているが、ブロックＢは正方形面を外周に六面有する立方体形状になっている。図１、２に示される第一の実施の形態のものは生成窯１が一つのものであって、ブロックＢの複数個を高さ方向および前後左右方向に積層（本実施の形態では高さ方向に３個、前後左右方向に適数個積層）すると共に状態で四周の側壁２、２ａが形成されている。これら側壁２、２ａのうちの少なくとも一つ側壁２の外側面（本実施の形態では三つの側壁２の外側面）は、該側壁２の上端縁と同等高さに整備された背高の第一のステージ３に連なっているが、該第一ステージ３は、ダンプトラックやホイールローダ、油圧ショベル等の作業用走行機械が移動でき、必要な作業を側壁２と同等の高さで行えるようになっている。因みに、作業用走行機械は側壁２上まで移動して必要な作業ができるようになっている。

一方、残りの側壁２ａの外側面は、このような背高な第一ステージ３がなく、後述する生成窯１の窯底面と同等の背低の第二ステージ３ａと隣接しているが、本実施の形態では、第二ステージ３ａは最下段ブロックこの上面よりも僅かに低い設定となっている。そしてこの第二ステージ３ａでは、生成窯１で生成した炭化物を取り出す時や生成窯１の整備（メンテナンス）をする際に側壁２ａのブロックＢを取り外して出入り口を形成し、該出入り口から前記作業用走行機械を運転して生成窯１内に入り込んで該生成窯１内で必要な作業を行うことができるようになっている。

生成窯１の窯底面４は最下端ブロックＢの下面と同等高さになっており、所定間隔を存する状態で支持体５が前後左右に配設され、支持体５の上端に、通気孔（排気孔）６ａが前後左右に間隔を存する状態で穿設された窯床となる鉄板６が敷設されており、これによって窯底面４と窯床鉄板５とのあいだには排気空間Ｓが形成されるが、この排気空間Ｓにはバラス状の小石やレンガ等からなる蓄熱保持部材７が通気可能な状態で充填されている。

生成窯１の一角隅には排ガス（燻煙）を燃焼させるための燃焼装置８が設けられるが、該燃焼装置８は、排気空間Ｓを通った排ガスを燃焼させるものであり、該燃焼装置８の上部に設けた煙突９には通気量（排気量）を調整するためと空気を遮蔽（遮断）するためのシャッタ（遮蔽板、遮断板）１０が設けられている。そしてシャッタ１０による通気量調整をすることで、炭化作業中の排ガスを過度に吸引して炭化原材料が燃焼状態にならないよう制御できるようにされていると共に、炭化終了後の消火時にはシャッタ１０を閉じて通気量を遮断するようになっている。

次に、炭化物の生成作業について説明するが、この作業は基本的には前記特許文献５の記載に準じるものである。まず、側壁２ａを構成しているブロックＢを適宜取り外して出入り口を開設し、ここから作業用走行機械を用いて炭化原材料を搬入し、窯床鉄板６に均一状になるよう敷き詰めた後、前記取り外したブロックＢを用いて出入り口を塞ぐ。その状態でシャッタ１０を全開状態とし、松明等の着火手段によって前記敷き詰めた炭化原材料を全体的に着火する。そして炭化原材料が赤くオキ火状態になったら、その上に、第一ステージ３から作業用走行機械を用いて炭化原材料を新たに均一状に敷き詰める。この追加した炭化原材料に火が完全に燃え移ったことが確認できたことで初期段階が完了する。
次いで第一ステージ３に待機していた作業用走行機械で炭化原材料を生成窯１に均一になる状態で生成窯１の上端よりも高く山盛りとなるよう投入して積み上げる。このときに該生成窯に投入される炭化原材料の水分率は生木状態にしておくものであり、水分率は約５０％〜６０％くらいに保持する。炭化材料が乾燥状態になっているときには積み上げた炭化材料の上から散水して水分率を生木状態になるよう調整する。ついで作業用走行機械を利用して前記積み上げた炭化原材料の上面全体を押圧して気密状態とし、外気の導入障害となる遮断層を形成し、雫が垂れない程度に湿潤する生木状態の水分率を保持する炭化原材料の炭化促進に伴って発生する水蒸気の膜により外気遮断作用も相俟って炭化生成目標箇所（炭化原材料の下層部位）を外気と遮断し、炭化促進をする。

前記炭化生成目標箇所の炭化が約６００℃〜１０００℃の炭化温度で進むと、該箇所の炭化原材料が赤熱炭化物となり減容する。この減容に伴い炭化原材料の上面が下がることになるが、炭化原材料の上面が下がると前記遮断層の気密が緩んで外気が導入されることになって燃焼が促進されることになり、これを防ぐためシャッタ１０を閉鎖すると排ガス（燻煙）は、遮断層の気密が緩んだ箇所から噴出（排出）することになり、この噴出した個所を適宜に押圧して気密性の確保を図る。炭化原材料の炭化速度はシャッタ１０の開閉量により制御でき、次回の炭化原料の投入時期は、既投入炭化原料の上面が灼熱する直前であり、このような状態が伺えたら、前記同様、水分率を生木状態にする炭化原材料を作業用走行機械を用いて投入し均一に敷き詰めると共に上面を押圧して遮断層を形成し炭化処理を促進する。このような処理を複数回繰り返す（図１では、三層となっていて三回投入した状態が図示されている。）ことにより、生成窯１内では、炭化物が下層から上方に準じ積層する状態で生成することになる。
このように、投入する炭化物原材料としては、水分含有率が５０％〜６０％程度湿潤した生木状態の水分率を保持するものを用いることで、炭化原材料の表面圧密による遮断層の形成と生成窯１での加熱により炭化物原材料の水分を飛ばしながら発生する水蒸気の膜とによってより気密化がより図れることになって外気遮断効率が高められ、炭化物生成が促進される。

そして生成窯１内に相当高さの炭化物が生成窯１の殆ど上面まで生成し、最後の仕上げ段階と判断された場合に、炭化物原料の上面を完全に赤熱させる。赤熱が不均一であると判断された場合には、炭化原材料の表面を撹拌および敷均して未炭化原材料の残りがない状態にし、炭化原材料の上面が赤熱状態から白色に変わり始めた時点で給水ポンプ等の給水手段を用いて散水し、消火することになるが、この散水時にはシャッタ１０を全開状態にして内部温度の降下を促進する。そして表面全体が黒色化したらシャッタ１０を全閉にして排気ガスの排出を停止する。

生成した炭化物の表面温度が低下していることを確認したら、炭化物表面を押圧して固め、外気導入を阻止する遮断層を形成し、さらに、消火時に散水した水分が炭化物の加熱を受けて炭化物の上面に水蒸気の膜をはることになって外気と遮断する作用も相俟って遮断層を形成し、そのまま暫くの間放置する。そして、万が一の散水不足や押圧不足により不足な燃焼再燃を防止するために、炭化物の表面を足踏みしながら順次押し固める。このときに併せて、炭化物以外の石、金属等の不純物が存在していた場合にはこれを取り除くものである。その後、第二ステージ３ａからブロックＢを取り除いて出入り口を形成し、生成窯１内にある炭化物を作業用走行機械を用いて搬出する。この搬出に先立って、窯内および底板下部に存在する生ガスや水蒸気を排出するためにシャッターは開いた状態にして煙突からの排出を促進し、炭化物内に生ガスの混入を防止する。

叙述のごとく構成された本発明の実施の形態において、生成窯１は、窯内の炭化原材料が炭化することに伴う減容に合わせて開放した天井面側から炭化原材料が繰り返し投入されることになるため、一回の生成工程で大量の炭化物が生成することになるものであるが、生成窯１の側壁２、２ａは、従来のように鉄筋が入ったコンクリートによる一体型のものではなく、鉄筋のない正六面立方体のブロックＢを積み重ねて構成しているため、ブロックＢが、作業用走行機械がぶつかる等して窯内での露出面が破損した場合に、ブロックＢを組み換えて破損のない面が露出面となるようにすればよく、これによってブロックＢは最大６回の組み換えができるうえ、ブロックＢは鉄とコンクリートとの熱膨張率の違いによって早期のうちに割れてしまうことも回避されることになって生成窯１の長寿命化を達成できることになる。

そのうえこのものでは、窯床鉄板６と窯底４とのあいだに形成される排気空間Ｓに蓄熱保持部材７が充填されているため、生成窯１の保温確保ができることになって、冬場や朝夕の冷え込みが強い時、あるいは雨や雪が降っているとき等において生成窯１内の温度低下を回避できることとなって、円滑な炭化促進を行うことができる。

尚、本発明は、前記実施の形態に限定されないものであることは勿論であって、図３〜図６に示す第二の実施の形態のように一対の第一、第二生成窯１、１ａを隣接して設けることができる。この場合に、隣接する生成窯１、１ａ同士を仕切る仕切り壁１１を、作業用走行機械が走行可能となるよう複数列状（本実施の形態では二列）に積層して幅広に形成しており、このようにすることで、仕切り壁１１において作業用走行機械を用いて必要な作業が安定してできることになる。

そしてこのものでは、第一生成窯１に燃焼装置８が設けられ、第二生成窯１ａには燃焼装置８がないものとし、第二生成窯１ａの排気空間Ｓと燃焼装置８とを、最下端ブロックＢに設けた通気路１２を介して連通接続すると共に、該通気路１２をシャッタ１３により開閉調整できるようになっている。そしてこのようにすることで、第二生成窯１ａを使用していないときには、シャッタ１３を閉鎖することで第二生成窯１ａの排気空間Ｓから外気が燃焼装置８に流入することを回避することができるようになっている。

さらに本発明では、図７に示す第三の実施の形態のようにすることもできる。このものは排気空間Ｓを前後左右に格子溝１４状に形成したものであって、格子溝１４のない部位の窯底面４ａは窯床鉄板６に対して僅かに隙間があるものとして蓄熱保持機能を持たせたものであり、これにより生成窯１内の温度低下を回避するようにしている。

さらに本発明では、図８（Ａ）に図示される第四の実施の形態のように四面の生成窯１、１ａを前後左右に隣接させたものや、（Ｂ）に図示される第五の実施の形態のように一面の生成窯１ｂを大きくしたものとしても実施することができ、このような組み合わせは自由である。

また本発明では、図９（Ａ）（Ｂ）に図示される第六、第七の実施の形態のように、仕切り壁１１に燃焼装置８が備えられたものとして、全ての生成窯１ａ、１ｂには燃焼装置がないものとし、そして燃焼装置８と各生成窯１ａ、１ｂの排気空間とを、シャッタ１３付きの通気路１２を介して連通接続するようにしたものであり、このようにすることで、使用していない生成窯１ａ、１ｂがどれであっても、該使用していない生成窯１ａ、１ｂから燃焼装置８への外気導入を遮断することができることになる。

本発明は、木や竹、椰子殻、椰子空房等の各種植物を炭化することで得られる木炭や竹炭、椰子殻炭、椰子空房炭等の炭化物製造の分野、さらには食品製造時に発生する茶滓、コーヒー滓、食品滓、農産物の栽培・収穫時に発生する残滓、殻材、鞘材等の各種植物の炭化物製造の分野に利用することができる。

１ 炭化物生成窯
２、２ａ 側壁
３ 第一ステージ
３ａ 第二ステージ
４ 窯底
６ 窯床鉄板
７ 蓄熱保持部材
８ 燃焼装置
Ｂ ブロック
Ｓ 排気空間

Claims (5)

1. 開放した天井面と、四角形状になった四面の側壁と、該側壁に囲撓される状態で窯底として敷設される通気孔が開設された鉄板と窯床面とのあいだに形成され炭化原材料が炭化することにより排出される排ガスが通る排気空間と、該排気空間に連通され、排ガスを燃焼する燃焼装置と、前記側壁のうちの少なくとも一つの側壁に連なり、該側壁の上面と同高さで作業用走行機械が走行可能なステージとを備えた炭化物生成窯において、該生成窯に投入される炭化原材料の水分率を生木状態にして、炭化原材料の炭化促進に伴って発生する水蒸気の膜により外気遮断をさせると共に、該生成窯に投入された炭化原材料の上面を押圧して外気遮断面にした状態で炭化促進をし、該炭化促進をすることに伴う減容に合わせて新たに水分率を生木状態にする炭化原材料を投入することを繰り返して行うことで、一度の炭化物生成工程で大量の炭化物生成ができるように構成するにあたり、前記側壁を、立方体形状をした鉄筋のないコンクリートで形成されたブロックの複数を縦横に積層して形成することで、窯側壁の露出面をブロック表面の組み換えにより変更可能に構成すると共に、窯床の鉄板と窯底面とのあいだの排気空間に、蓄熱保持部材が通気可能な状態で充填されていることを特徴とする炭化物生成窯。
2. 生成窯は複数が仕切り側壁を介して隣接して設けられ、該隣接する生成窯同士を仕切る仕切り側壁は、作業用走行機械が走行可能となるようブロックを幅方向に複数列状に積層して幅広に構成していることを特徴とする請求項１記載の炭化物生成窯。
3. 燃焼装置と排気空間とは、開閉自在な開閉板を備えた通気路を介して連通接続されていることを特徴とする請求項２記載の炭化物生成窯。
4. 燃焼装置は、仕切り側壁に設けられていることを特徴とする請求項３記載の炭化物生成窯。
5. 燃焼装置は、複数の生成窯のうちの少なくとも一つの生成窯の仕切り側壁と対向する位置に設けられ、燃焼装置がない生成窯の排気空間と燃焼装置とは、仕切り側壁に設けられ、開閉自在な開閉板を備えた通気路を介して連通接続されていることを特徴とする請求項３記載の炭化物生成窯。

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