JPS58225195A

JPS58225195A - 固形燃料

Info

Publication number: JPS58225195A
Application number: JP10811782A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Sonedaka; 曾根高　和則; Atsushi Nishino; 敦西野; Yukiyoshi Iketani; 池谷　之良
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-06-22
Filing date: 1982-06-22
Publication date: 1983-12-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は暖房や調理などに利用する固形燃料に関する。

近年、石油危機を契機としたエネルギー情勢の変化を背
景に、石炭を中心とした炭素質燃料が再認識され、エネ
ルギー資源としてその有効なｆＦＩＪＪ月拡大が望まれ
ている。

従来、固形燃料は工業用と家庭・業務用に大男１１でき
るが、石炭を中心とする固形燃料の大部分は工業用であ
る。一方、家庭・業務用としてイ史用されている石炭利
用の固形燃料は練炭、豆炭力；」玉流で資源保護の観点
からも木炭利用の消費は年々減少傾向にあり、これらの
家庭・業務用固形燃Ｖ）は補助熱源として利用されてい
るにすぎない。し力為し木炭は高級調理用熱源として、
ホテル、レストランなど需要が次第に成長しつつあり、
肉やうなぎなどの調理用として重要視されている。これ
は木炭の有する赤外線放射効果によるところが大きい。

この木炭や石炭、コークスを輿−成分とする固形燃料の
赤外線放射１効果は、その主成分の炭素が非常に優れた
赤外線放射材で、疑似黒体として用いられていることか
らも明らかである。しかし、疑似黒体は酸化反応の生じ
ない条件でのみ測定されるもので、酸化反応、すなわち
、燃焼されると、炭素の燃焼にともない赤外輻射密度は
次第に減少し、赤外線放射量は小となる。！た、石炭、
木炭等の燃焼は表面より進行することから表面層の炭素
質は燃焼にともない灰化し、この灰分中には不純物とし
てのアルミナ、酸化ケイ素など赤外線放射率の優れた物
質が含有されている。しかし、これらの含有量は少ない
上に、同じく不純物として含有しているアルカリ金属あ
るいはアルカリ土類金属と燃焼時の高温で反応してガラ
ス化するので、赤外線放射効果はより小となっている。

次に、従来の固形燃料には、粘結剤、成形助剤として、
粘土、ベントナイト等を含有したものがあるが、これら
は一般的に、融点は低く、灰分中のアルカリ成分あるい
は粘土、ベントナイト中のアルカリ成分により、燃焼時
に容易にアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物
に変態、すなわちガラス化現象を生じるため　赤外線放
射効果は小となるなど、好ましい赤外線放射材とは言え
ない。

本発明は、上記の家庭・業務用固形燃料を単に補助熱源
として利用するのではなく、付加価値の高い新しいタイ
プ、すなわち従来の固形燃料にさらに赤外線放射効果を
大とした輻射特性と着火・火回り特性、燃焼特性などに
優れた固形燃料を提供するものである。

すなわち、本発明の固形燃料は炭素質燃料を主成分とす
る固形物に赤外線放射材を含有したもので、前記赤外線
放射材として、特に金属、酸化物。

硼素化物、ケイ素化物、炭化物および窒化物などが好ま
しい。

まず、本発明に用いる炭素質燃料について述べる０炭素
質燃料とは、炭素質を主成分とした天燃もしくは人工的
に合成された燃料で、石炭、コークス、木炭、素灰、黒
鉛２石油力−ボン、木くずまたはその他の炭素質燃料と
して、活性炭などを用いることができるが、石炭、コー
クス、木炭が資源的に豊富で、かつ低価格燃料として有
利である・特にその中７も好まし“燃料は炭素含有量が
　　　　　　１７０％以上の無煙炭、瀝青炭、コークス
、木炭からなり、燃焼時にススや煙の発生が少ないか、
あるいはススや煙の発生がないものが良い。まだ各種炭
素質燃料を混合、たとえば石炭と木炭、コークスと木炭
２石炭とコークス、石炭とコークスと木炭９石炭と木炭
と活性炭２石炭とコークスと素灰など二成分系、三成分
系等の多成分系として目的、用途に応じ用いることがで
きる。

次に赤外線放射材について述べる。赤外線放射材として
は、金属、酸化物、硼素化物、ケイ素化物、炭化物およ
び窒化物よりなる群から選ばれた少なくとも１種を含む
ことが好ましい。金属としテハ、マンガン、ニッケル、
クロム、コバルト。

１±＝タングステン、鉄および前記金属の少なくとも１
種を含有した合金などで、特にニッケルまたはニッケル
合金が好ましい。金属を用いる場合、燃焼時に酸化物を
生じるものが優れている。

酸化物としては、酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、
酸化クロム、酸化チタン、酸化ニッケル。

酸化マグネシウム、酸化トリウム、酸化セリウム。

酸化ランタン、チタン酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニ
ウム、ケイ酸アルミニウム、アルミニウム酸マグネンウ
ム、フェライトなどの酸化物および複合酸化物が好まし
く、特に前記酸化物の融点が１７００℃以上で、かつ炭
素質燃料中のアルカリ金属と反応性が少ないものが好ま
しい。硼素化物としては、硼化クロム、硼化チタン、硼
化ジルコニウム、硼化バナジウム、硼化タンタルなどで
、特に前記硼素化物の融点が１７００℃以上が好まシイ
。ケイ素化物としては、ケイ化モリブデン。

ケイ化クロム、ケイ化タンタル、ケイ化チタン。

ケイ化タングステンなどで、特に前記ケイ素化物の融点
が１７００℃以上が好ましい０炭化物としては、炭化硼
素、炭化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化
メンタル、炭化モリブデン。

□　炭化ケイ素、炭化バナジウムなどで、特に前記ケイ
素化物の沸点が１７００℃以上が好ましい。窒化物とし
ては、窒化チタン、窒化ジルコニウム。

窒化アルミニウムなどで、特に沸点が１７００℃以上が
好ましい。上記の金属、酸化物、硼素化物。

ケイ素化物、炭化物および窒化物の中で、特にニッケル
、チタン、タンタル、ジルコニウム、トリウム、セリウ
ム、マグネシウム、ケイ素およびアルミニウム化合物が
好ましい。またこれらの化合物にアルカリ金属の含有量
はゼロもしくは微量（赤外分光分析法でＷ以下）がよい
。赤外線放射材の沸点が１７００°Ｃ以下では炭素燃料
中のアルカリ金属、特にカリウム、ナトリウム、リチウ
ムなどとの反応性が犬で、ガラス化しやすい。また炭素
質燃料の理論燃焼温度は瀝青炭２３ｏＯ°Ｃ１褐炭２０
００°Ｃ１木材１６６０℃と高いが、実燃焼温度は空燃
比１．２〜１．７が一般的であり、それぞれ瀝青炭の場
合、２０００℃（空燃比１．２）、１０００°Ｃ（空燃
比１．４）、１６００℃（空燃比１．７）と言われてい
るが、家庭・業務用燃焼器を用いた場合、固形燃料層は
最高温度１３ｏＯ〜１７００℃であることから、好まし
い赤外線放射量の融点は１７００℃以上である。

また赤外線放射材の含有量は、０．６〜１０重量％の範
囲が好ましい。なぜなら０．５重量％以下になると、赤
外線放射材が未添加のものと大差なく１内赤外線放射量は大きく変わらない。一方、１０重量％以
上になると赤外線放射量は０．６重量％以下と同様に少
なくなる。赤外線放射材が多くなると、特に燃焼温度が
低くなること、着火・火回り特性が悪くなり、一部立消
えを生じるため未燃焼部が多くなり固形燃料全体として
は赤外線放射量は赤外線放射材の未添加物よりもさらに
少なくなる０次に赤外線放射材の含有量と、固形物中の
アルカリ金属化合物のアルカリ金属に換算した含有量で
は、赤外線放射材／アルカリ金属の重量比が１．４以上
にすることが好ましい。赤外線放射材とアルカリ金属が
高温で反応し、ガラス化現象が生しるため、過剰の赤外
線放射材が必要である。

第１図は各種固形燃料について、第２図のような燃焼器
で燃焼させて求めた受熱放射量比（ｊｏｏｏＫｃａＱ当
りの理論発熱量）と赤外線放射材の含有量との関係を示
したもので、ａは赤外線放射材としてジルコニアを用い
たもの、ｂは酸化−″を用″″も０を示す°な１・固形
燃料は　　　　　　％、１３０メツシュ以下で９０％以
上が３０〜３６０メツシユの範囲にある無煙炭と、６０
〜３００メツシユに整粒した赤外線放射材のジルコニア
または酸化ニッケルおよび粘結剤のカルボキシメチルセ
ルロースとを第１表に示す配合組成でよく乾式混合し、
成形に必要な水を添加し、押出し成形機で直径１６鵡の
棒状に成形後、１２０℃で３時間乾燥し、さらにこの成
形物を１６〜２５語に整粒したものでちる。

（以下余白）第１表また、第２図の燃焼器は、市販コンロを一部改良したも
ので、燃焼器本体１は、その側面に燃焼用皿上に均等に
充填した固形燃料、６は径５語のベレット状補助着火剤
である。７は受熱放射量を測定する放射計（東京精工製
ＲＥ型）で、放射計７とペレット状補助着火剤６との距
離αは５ＱＱｌ１Ｍ、燃焼部の中心より放射計７の角度
θは４６°の条件で測定した。なお、固形燃料６は３０
０ｑ、ペレット状補助着火剤６は２０ｇを用いた。また
、ベレット状補助着火剤６への着火には第３図の装置を
用いた。図中、８はガステープル本体を示し、ハｆ−９
Ｊ：　リ２　ＱＭ離れた所に直径１００Ｍ。

長さ３０ｗＩＬの円筒状受皿１ｏを支持台１１で保持し
、受皿１ｏに充填した補助着火剤６をガス炎で１分間加
熱し、着火した補助着火剤６を固形燃料５の上部中央部
に充填した。受熱放射量は補助着火剤６充填時より測定
を開始し、固形燃料５が自然消火するまでの量測定した
０第４図は受熱放射量の経時変化の一例を示す。

第１図に示した受熱放射量比（１ｏｏｏＫｃａＱ当り）
は、以下のようにして求めた。すなわち第４図の受熱放
射量の総面積Ｓ１１：理論発熱量（固形燃料の総発熱量
・・ハ・ＪＩＳ法により測定）を１０ｏ。

ＫｃａＱ　　に換算した値で割ったものである。第４図
は第１表の赤外線放射材が未添加の固形燃料（扁１）の
受熱放射量を示したもので、受熱放射量の総面積Ｓは１
１．８ｃｄ、固形燃料総発熱量は７７６０ＫｃａＱ　／
に／Ｘ　０．３’に／　＝　２３２６　ＫｃａＱであり
、固形燃料発熱量（３００ｇ）　　　２３２６ＫｃａＲ
。

＝　０．００６０８　ｃｉ　／　ＫｃａＱ上記０　、Ｏ
Ｏ５０８ｃ４　／　Ｋ　ｃａＱに１０００　ＫｃａＱに
換算した値、すなわち６．０８ｃ、ｊ／１　ｏ○□Ｋｃ
ａＱを受熱放射量比１００として規準値とした。

第１図から明らかがように、赤外線放射材の含　　　　
　　　１有量が、０．５〜１０重量％の範囲が好丑しく
、この範囲では受熱放射量比は約１０％以上向上してい
る。０．６重量％以下では未添加物との差は、はとんど
ない。一方１０重量％以上になると、立消えを生じ、受
熱放射量比は未添加物よりも小さくなっている。したが
って適切な範囲は０．６〜１０重量％で、さらに好まし
くは受熱放射量比が２０％以上向上する１〜７重量％の
範囲である０次に本発明の固形燃料の基本的な製造法に
ついて説明する。

その一つは固形物組成（炭素質燃料と赤外線放射材と必
要に応じ、脱硫剤、燃焼促進剤、成形助剤および粘結剤
を混合したもの）を乾式混合し、成形に必要な水を添加
し、混練する。次に成形機により任意の形状に成形し、
乾燥または熱処理し、固形燃料を製造する方法である。

また、固形物組成（炭素質燃料に必要に応じ、脱硫剤、
燃焼促進剤、成形助剤および粘結剤を混合したもの）を
乾式混合し、成形に必要な水を添加し、混練する。

次に成形機により任意の形状に成形し、乾燥後、赤外線
放射材を分散した加工水を表面に付着し、再乾燥または
熱処理し、固形燃料を製造する方法である。前者は一般
的な方法であり、後者は赤外線放射材の微粉末を溶媒等
に分散し、結合剤、沈降防止剤を必要に応じ添加し、塗
布または含浸法により、固形物の表面に付着させる方法
であり、これらは目的、用途、形状等により任意に選択
することができる。

固形物の配合割合は使用目的、用途により適切な組成が
あるが、代表的な固形物組成は次のとおりである。

炭素質燃料　　　　　７０〜９７重量％赤外線放射材　
　　　０．６〜１０重量％脱硫剤　　　　　　　０．５
〜２０重量％燃焼促進剤　　　　　　０〜１０重量％成
形助剤　　　　　　　０〜１０重量％粘結剤　　　　　
　　０．６〜６重量％ここで、必要に応じ添加する脱硫
剤、燃焼促進剤、成形助剤および粘結剤について説明す
る。脱硫剤としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属
の炭酸塩、水酸化物、酸化物などを言うが、前述のよう
に、特にアルカリ金属を多量に添加すると赤外線放射材
と高温で反応しゃすいため、脱硫剤中の主成分としては
アルカリ土類金属化合物を用いることが好ましい。たと
えば炭酸力１ノウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウ
ム、ドロマイト。

二酸化マンガンなどである。燃焼促進剤としては、アル
カリ金属、アルカリ土類金属の硝酸塩、ｊ最塩素酸塩、
塩素酸塩、炭酸塩および鉄、ニッケル。

、　　　　　　　コバルト、クロム、マンガン、バナジ
ウム？鉛すどの塩化物、水酸化物、酸化物などを言い、
硝酸カリウム、硝酸カルシウム、塩素酸ナトリウム。

塩化第二鉄、炭酸カリウム、二酸化マンガンなどである
。

次に成形助剤としては、粘土、ベントナイト。

メルク、界面活性剤など、粘結剤としては、ピッチ、タ
ール、フノリ、糖密、・ぐルブ排液、カルボキシメチル
セルロース、メチルセルロース、セメント、コロイダル
シリカ、コロイダルアルミナナどがある。

これらの脱硫剤，燃焼促進剤，成・形動剤および粘結剤
は一般的に使用されているものである。

ここで、以下の実施例に示す各種固形燃料の評価法につ
いて説明する。

第５図は補助着火剤による着火・火回り特性、燃焼特性
を測定する装置を示す０ここで用いた燃焼器は第３図に
示したものと同一のものである。

１２は本体１の上部を覆うフードで、側面には補助二次
燃焼用空気口１３、上部には排気口１４を有し、排気口
１４の１つには、排ガス測定用のパイプ１６を挿入しで
ある○ 受皿４上に３００９の固形燃料を充填した後、その上に
ガス炎法により１分間加熱して着火した補助着火剤を上
部中央部に充填し、この着火剤充填時から排ガス中の一
酸化炭素および二酸化炭素の濃度を測定した。第６図は
その一例を示す。そして、排ガス中の一酸化炭素のピー
ク値、すなわち補助着火剤番投入後からピーク値までの
時間をここでは着火・火回り時間とした。

ｆｘ＞、ｉＣｅ″１用また補助着火剤０組成“・岩手　
　　　　　％．１産木炭粉末１００重量部とカルボキシ
メチルセルロース２重量部である。

以下、具体的な実施例を説明する〇実施例１無煙炭（ベトナムホンゲイ炭３０〜３５０メツシュが９
０％以上）に、第２表に示す配合割合で６０〜３００メ
ツシユに整粒した各種赤外線放射材を調合［７、さらに
脱硫剤として、炭酸カルシウム、炭酸カリウム各１重量
％と粘結剤としてメチルセルロース２重量％をミキサー
で充分乾式混合後、混合物をニーダ−に投入し、成形に
必要な水を添加し、充分混練した。その後、混練物を押
出し成形機により、径１６Ｍのペレット形状に成形後、
１２０℃で２時間乾燥し、長さ１６〜２６ＴＲＩＩＬに
整粒し固形燃料とした。

以」二のようにして得た固形燃料を第２図，第６図に示
した方法で、受熱放射量比、着火・火回り特性、燃焼特
性をそれぞれ測定した。

（以下余白）第２表これらの結果から明らかなように、赤外線放射材の含有
量がＴｉＣにおいても第１表と同様に０．５〜１０重量
％の範囲が好ましい。また着火・火回り特性は赤外線放
射材の含有量が１０重量％以上になると悪く、さらに燃
焼初期（立上り特性）の−ｍ化炭素の濃度も高くなって
いる０以上のことから、赤外線放射材の含有量の好まし
い範囲は、受熱放射量比および着火・火回り時性、燃焼
特性から０．５〜１０Ｍ箪％である。

さらに赤外線放射材として、金属、ば化物、硼素化物、
ケイ素化物、炭化物および窒化物などが好ましい。特に
、金属では、ニッケル、ニッケル合金、酸化物では、酸
化ニッケル、酸化クロム（表に記載せず）、酸化チタン
、酸化セリウム（表に記載せず）、硼素化物では、硼化
ジルコニウム、硼化タンタル、ケイ素化物では、ケイ化
チタン、炭化物では、炭化チタン、炭化ケイ素、炭イ９
　、）ＪＬ／　：Ｉ　＝つ４（あよ１ｉｅｉｌＬ’ｎ−
１，ライＢ　ｐ　ｙ　ｐ　ｉｖ、　　　　　％　１（表
に記載せず）、窒化物では、窒化ジルコニウム、窒化ア
ルミニウムなどが優れていた６しかし、一般的に、金属
、硼素化物、ケイ素化物、窒化物は高価であることから
酸イし物、炭化物の赤外線放射材が使用上好ましいもの
と言える。また目的、用途に応じ酸化物は比較的融点が
低い（１７００〜２７００℃）ため、高融点である炭化
物などと併用することが可能である。

実施例２実施例１と同様の゛無煙炭に、赤外線放射材としてのケ
イ酸ジルコニウム（５ｉ０２３３％、　Ｚｒ０２６４％
）を２重量％、脱硫剤としての炭酸カルシウムを１重量
％、粘結剤としてのメチルセルロースを２重量％、さら
に脱硫剤としての炭酸カリウムを第３表に示す割合で混
合し、゛実施例１と同様の方法で同形燃料を製造した。

それらの各種特性結果を第４表に示す。

（以下余白）第３表表からも明らかなように、赤外線放射材とアルカリ金属
との重量比が１．４以下になると、赤外線放射材とアル
カリ金属が反応し、ガラス化現象を生じ、受熱放射量比
が著しく低下している０アルカリ金属、特に炭酸カリウ
ムの含有量が多くなると、着火・火回り特性、燃焼特性
は改善されているが、燃焼温度は徐々は上昇し、前記の
重量比が１．４以上になると、１０００°Ｃ以上になっ
ていることからガラス化しやすい温度となっている。な
お、燃焼温度の測定法は第６図に示していないが、固形
燃料層５の中央部に挿入したｐｔ−ｐｔ−ｐａ熱電対を
用いて測定した。また、熱電対による温度と光高温計に
よる温度差は、光高温計では熱電対に比較し、約２６０
〜３００℃高くなっている。また熱電対による最高温度
と光高温計による最高温度は時間的に異なり、光高温計
で測定する場合、最高温度はＧＯのピーク値近傍にある
。

実施例３１）無煙炭９６重量％、炭酸カリウム１重量％、炭シ酸カッ翫つム１重量％、メチルセルロース２重量％から
なる組成で、実施例１と同様の製法で固形物を作成した
。次に、ケイ酸ジルコニウム（２０゜メツシュ以下）２
０重量部、コロイダルシリカ（固形分２０％）ＳＯ重量
部、粘土９号２重量部の混合物をボールミルで約２時間
ミル引き後、上記固形物の表面にスプレーガンで塗布し
、１２０℃で２時間乾燥し、実施例１と同様の方法で各
種特性を測定した。赤外線放射材の担持割合と特性を第
６表に示す。

（以下余白）表から明らかなように、赤外線放射材を混合したタイプ
（Ａ３４）と同様に表面担持タイプ（扁５０．５１．５
２）においても受熱放射量比は大１′　　　　　　　き
い。寸だ混合タイプと表面担持タイプとでは、表面担持
タイプの方が赤外線放射材量が少なくて効果を発揮する
点で好ましいと言えるが、着火・火回り特性は少し悪く
なっていることから、使用目的、用途に応じ、適切な方
法を用いることが必要である。

実施例には詳述していないが、各種赤外線放射材との併
用したものも同様に優れた効果を得た。

まだ実施例では石炭（無煙炭）について詳述したが、そ
の他の石炭、コークス、木炭、素灰、黒鉛。

木くず９石油力−ボン、活性炭およびそれらを混合した
炭素質燃料を主成分としたものも同様に優れた効果を得
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は赤外線放射材の含有量と受熱放射量比の関係を
示す図、第２図は受熱放射量を測定する装置の縦断面図
、第３図は補助着火剤の着火装置の縦断面図、第４図は
第２図で測定した受熱放射量の経時変化を示すグラフ、
第６図は固形燃料の特性測定に用いた装置の縦断面図、
第６図は固形燃料の排ガス中のｃ　ｏ　、　ｃｏ２濃度
の経時変化と着火・火回り時間の例を示すグラフである
。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名い筬１図！、クト線々之身］ＪΔ−ウ　４；４−ｆ　　　（重　
量　５４ン第２図第４図煩χ充時間（１＞第５図５

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭素質燃料を主成分とし、赤外線放射材を含有す
ることを特徴とする固形燃料。
（２）赤外線放射材が、金属、酸化物、硼素化物。ゝ　　　　　　　　ケイ素化物、炭化物および窒化物よ
りなる群から選ばれた少なくとも１種である特許請求の
範囲第１項記載の固形燃料。
（３）　　赤外線放射拐の含有量が、０．６〜１０重量
％である特許請求の範囲第２項記載の固形燃料。
（４）赤外線放射拐の含有量と固形燃料中のアルカリ金
属の含有量との重量比が１・４以上である特許請求の範
囲第３項記載の固形燃料。