JPWO2004013256A1 - 炭製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

８００℃以上の高温で炭化された炭を製造することのできる炭製造方法及び装置が開示されている。この炭製造装置は、炭材３７を配置する窯内空間２と、該窯内空間２の前端にそれぞれ設けられた火口３及び通気口４と、前記窯内空間２の後端に設けられた排煙口５と、前記窯内空間２に空気を圧送するための空気圧送手段とを備え、該空気圧送手段が前記排煙口５の付近において窯内空間２の上部に空気俳出口１０２を有し、且つ前記空気排出口１０２が窯内空間２の前端に向けて設けられた送風管１００を備えて構成される。

Description

［発明の分野］
本発明は、炭製造方法及び装置の改良に関し、更に、詳細には８００℃以上の高温で炭化された炭を得ることのできる炭製造方法及び装置に関するものである。

近年、炭は、脱臭効果や有害物を吸収する効果などがあることから、種々の分野に用いられている。従来、炭の製造は、土を固めて形成された窯の中に炭材である木材を詰め、これら木材の上に薪材を載せると共に火口付近に薪材を詰め込み、これら薪材を燃焼することによって炭材を炭化させ、排煙口から出る煙が白から青になったら火口を閉め、次いで、通常、３〜５日経過したら通気口及び排煙口を完全に封鎖することによって一般的に行なわれてきた。一方、特開２０００−１１９６６１号、特開２００１−１８１６４６号および特開平９−５９６４２号等の特許公報が示すように、窯又は窯内空間に空気を導入する技術が公知である。
しかしながら、上記のような一般的な技術で製造された炭は、低温（３００〜５５０℃）で炭化された炭である。このような炭は電気抵抗値が高く（絶縁体〜数ＭΩ）、燃料等の生活用の炭としては十分であるが、例えばホルムアルデヒドやベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クロロベンゼンなどの有害ガスを十分に吸着することができず、工業用、特に機能炭を得るには不十分である。また、上記特許公報に示される技術では、空気を窯内空間に積極的に導入して窯内空間内の温度を高くするようにしているが、いずれも空気を窯内空間の下部に導入しているために空気が窯内空間の上部まで行き渡らない。そのために、窯内空間の全体を高温にすることができず、炭材を高温で処理することができなかった。
［発明の概要］
そこで、本発明の目的は、高品質の高温で炭化された炭を製造することのできる炭製造方法及び装置を提供することにある。特に本発明の目的は、８００℃以上の高温で炭化処理した炭であって、体積抵抗が１０Ω・ｃｍ以下の導電性を示す炭（以下、「高温炭」ということがある）の製造に適した方法および装置を提供することにある。
本発明の第一の態様によれば、窯内に配置した炭材に着火し、該炭材を熱分解する炭製造方法において、前記窯内に空気を圧送して窯内温度を少なくとも８００℃以上に保つ高温精錬工程を備えることを特徴とする炭製造方法が提供される。
窯内空間に空気を圧送することで炭材が賦活されるために高温精錬が効果的に行なわれる。その際、空気の中に水蒸気を含ませることで水蒸気による賦活効果も同時に期待することができる。なお、前記高温精錬工程では、窯内温度が８００℃以上である状態を３時間以上保持することが望ましい。
本発明の第二の態様によれば、炭材を配置する窯内空間と、該窯内空間の前端にそれぞれ設けられた火口及び通気口と、前記窯内空間の後端に設けられた排煙口と、前記窯内空間に空気を圧送するための空気圧送手段とを備えていることを特徴とする炭製造装置が提供される。
前記空気圧送手段は、前記窯内空間の床面の内部又は床面上を通って前記排煙口付近まで延び、且つ窯内空間内に空気排出口を有する送風管によって構成される。そして、空気排出口が窯内空間の上部に位置し、且つ窯内空間の前端に向けて設けられることで、送風管からの圧送空気を窯内全体に行き渡らせ、窯内温度を均一に保持することが容易となる。
前記窯内空間は、前記火口から窯内空間の中央に向かって徐々に広がる末広部と、前記窯内空間の略中央部を形成する最大幅部と、該最大幅部から前記排煙口に向かって幅が徐々に狭められた末小部とから形成されている。また、前記窯内空間の床面は、窯内空間の前端から後端に向かうに従って下方に傾斜するように形成されている。

図１は、本発明による炭製造装置の一実施形態を示す側断面図である。
図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
図３は、本発明の炭製造装置に用いられる開閉戸の正面図である。
図４は、本発明の炭製造装置に用いられる火格子の正面図である。
図５は、本発明の炭製造装置に用いられる送風管の斜視図である。
図６は、本発明の炭製造装方法の炭化工程における窯内空間の温度変化を示すグラフである。
［発明の具体的説明］
以下、本発明に係る炭製造方法及び装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１および図２は、本発明に係る炭製造方法および装置を実施するための実施例を示すものである。この実施例における本発明による炭製造装置は、燃焼炉１を備え、この燃焼炉１は炭を作るための材料となる炭材３７を収容する窯内空間２を有する。この燃焼炉１は、例えば、コンクリートによって形成され、内部が耐火レンガによって内張りされたものである。炭材３７としては、間伐材、廃材などの木材や竹を用いることができる。
燃焼炉１は、窯内空間２の前端に夫々設けられた火口３および通気口４と、窯内空間２の後端に設けられた排煙口５とを有する。火口３および通気口４は、図３に示される開閉戸６によって開閉可能とされる。この開閉戸６は、例えば、燃焼炉１に蝶番７で取り付けられている。この開閉戸６の開閉は、手動で行うようにしてもよいし、あるいは遠隔操作で行うようにしてもよい。
なお、開閉戸６の下部には前記通気口４に連通可能な開口６ａが形成され、この開口６ａを開閉するための開閉蓋８が設けられている。この開閉蓋８は開閉戸６に固定された枠９に上下方向に摺動可能に取り付けられている。また、この開閉蓋８は開閉戸６を閉じたまま通気口４のみを開閉することができるようにするためのものである。
排煙口５は、燃焼炉１の後端下部から突出する煙突状のもので、燃焼炉１との接続部には排煙口５を開閉するための開閉扉１２が配置されている。
前記窯内空間２の中央部には炭材３７が収容され、その上部お上び前部には焚き木３８、３９が配置される。炭材３７はこれら焚き木３８、３９によって着火されたのち炭化され、その際通気口４から窯内空間２の中に空気が導入される。炭化される際に発生する排煙は排煙口５から排出される。この点については後で詳細に説明する。
本発明による装置は、図２に示されるように、本発明では窯内空間２が火口３から窯内空間２の中央に向かって幅が徐々に広がる末広部２０と、この末広部２０に接続され且つ窯内空間２の略中央部に配置された最大幅部２１と、この最大幅部２１から延び且つ排煙口５に向かって幅が徐々に狭められた末小部２２とから形成されている。このようにすることで、後述するように窯内空間２の中に配置された炭材３７が炭化されるとき、通気口４から窯内空間２の中に導入される空気が窯内空間２の中に導入され易く、また窯内空間２の中に均一に広がり、次いで、燃焼ガスが排煙口５に向かって円滑に運ばれる。また、窯内空間２の床面２ａは火口３から排煙口５に向かうに従って下方に傾斜するように形成されている（図１参照）。なお、この傾斜は好ましくは約５°である。このように、床面２ａが排煙口５に向かって下方に傾斜していると、床面２ａ上を走る熱風が排煙口５に向かって円滑に流れ易くなる。
また、本発明による炭製造装置は、炭材３７を高温精錬するための空気圧送手段を備えることを特徴とする。
この空気圧送手段は、図１、２及び４に示されるように、燃焼炉１の前端から後端までコンクリート床壁１ａ内に埋設された送風管１００を備えてなる。この送風管１００は、コンクリート床壁１ａの前端から外部に突出する空気導入口１０１と、コンクリート床壁１ａの後端部から窯内空間２内に突出する空気排出口１０２とを備えてなる。
図２に示されるように、前記空気導入口１０１が形成された主導管１０３は、カップリング１０４を介して着脱自在に接続されている。また、空気導入口１０１は送風管１００内に空気を圧送するためのブロア（図示せず）に接続されている。
送風管１００について更に詳細に述べると、この送風管１００は図２および図４に示されるように、空気導入口１０１付近から二股状に延びる第一および第二の水平部１０５、１０６と、これら第一および第二の水平部１０５、１０６の後部、即ち、排煙口５の付近からそれぞれ上方に延びる起立部１０７、１０８とを有する。前記第一および第二の水平部１０５，１０６は、コンクリート床壁１ａ内に埋設され、起立部１０７、１０８がコンクリート床壁１ａから窯内空間２内に露出している。更に、これら起立部１０７、１０８の端部にはそれぞれ窯内空間２の前端に向かって延びる屈曲部１０９、１１０が形成されている。そして、これら屈曲部１０９、１１０の開放端に前述の空気排出口１０２が形成されている。従って、これら空気排出口１０２からは窯内空間２の前方に向かって空気が放出されることになる。なお、空気排出口１０２は、放出された空気が窯内空間２の上部に沿って移動するように、窯内空間２の上部に位置させるのが好ましい（図１参照）。
前述の第一および第二の水平部１０５、１０６は、図２および図４に示されるように、窯内空間２の末広部２０に相応して延びる第一の部分１１１と、窯内空間２の最大幅部２１に相応して延びる第二の部分１１２と、窯内空間２の末小部２２に相応して延びる第三の部分１１３とで形成することができる。このようにすると、送風管１００を窯内空間２内に配設した場合に、窯内空間２の形状に合わせて配置することができ、炭材の収容空間を可及的に大きくとることができる。なお、前記起立部１０７、１０８は、後述する火格子３２を貫通するようにして配置される。
図示しないのブロアから空気導入口１０１に圧送された空気は、左右の水平部１０５、１０６内に分岐されたのち、左右の空気排出口１０２から放出されて炭材３７の上方を窯内空間２の前端に向かって移動し、さらに前端から窯内空間２の下側に回り込んで後端に流れていく。このように、後端の空気排出口１０２から窯内空間２内へ積極的に空気を放出することで、窯内空間２の温度が上昇して炭材３７が賦活され、炭材３７の高温精錬が可能となる。
前記燃焼炉１の床面２ａの上方には、図１に示されるように、空気通路となる所定の隙間４０を設けて火格子３２が設置されている。この火格子３２は、燃焼炉１の火口３から排煙口５の近くまで延びており、図２および図５に示されるように、複数の棒状の横部材３４と、これら横部材３４に結合された複数の棒状の縦部材３５とで格子状に形成されている。また、所定の隙間４０を設けるために、窯内空間２の床面２ａの上に受部材３６を介して載置されている（図１及び図２参照）。この火格子３２によって窯内空間２の床面２ａ上に空気通路が形成されることになり、前記通気口４から導入される空気や送風管１００の空気排気口１０２から放出されて窯内空間２の前端を回り込んた空気が空気通路を通って窯内空間２の後端から排煙口５に排出される。また、火格子３２の上面には屑炭などの燃料炭３３が一様に配置される。この燃料炭３３は、炭材３７を炭化精錬する際に輻射熱を放出して窯内温度の均一化に寄与する。なお、炭材３７は、燃料炭３３の上に通常の態様、例えば、立てた状態で配列される。
なお、図２において、符号２００、２０１、２０２および２０３は、窯内空間２の適当な位置に配置された温度計を示す。温度計２００は中央部の上段に配設された高温域計測用の温度計を、温度計２０１は中央部の中段に配設された中温域計測用の温度計を、温度計２０２は中央部の下段に配設された低温域計測用の温度計をそれぞれ示す。また、温度計２０３は排煙口５付近に配設された低温域計測用の温度計である。これらの温度計はコントローラ（図示せず）に接続され、このコントローラはこれら温度計で計測された窯内空間２の温度や、この温度に起因する炭化工程の状態に基づいて、空気の供給量を調節したり、火口３、通気口４および排煙口５を開閉したりする。
次に、上記のように構成された炭製造装置を用いた炭の製造方法について述べる。
先ず、炭の材料となる木材や竹等の炭材３７を火格子３２の上に燃料炭３３を介して積載し、次いで、その上部に焚き木３８を積んだのち、火口３に積んだ焚き木３９に着火する。火は次第に炭材３７の上部の焚き木３８にも燃え移り、炭材３７の乾燥工程が開始する。この乾煙工程は図６に示したように、１００℃（温度計２０１の測定値）前後で約２４〜４８時間程度続く。炭材３７の乾燥が進んで窯内温度が次第に上がってくると、乾燥工程から炭化工程に移り炭材３７の熱分解が始まる。炭化工程に移ったら火口３を閉じる。通気口４は開いたままにしておき、火格子３２の下側の隙間４０に外部空気を流入する。炭化工程は窯内温度が３００〜４００℃（温度計２０１の計測値）の範囲で約３６〜４８時間程度続けられる。炭化が終了段階に入ると窯内温度が４００〜５５０℃（温度計２０１の計測値）に上昇し、排煙口５から青みを帯びた煙が出るようになって精錬工程に進んだことが示される。精錬工程に移ったことを見計らって、図示外のブロアから送風管１００に空気を圧送する。この圧送空気は送風管１００の空気排出口１０２から窯内空間２の後端に放出され、窯内空間２の上部に沿って前端に向かって勢いよく流れる。そして、窯内空間２の前端から下方側に回りこみ、火格子３２の下側の隙間４０を通って再び後端側に流れ、最終的に排煙口５から排出される。
このように、窯内空間２へ強制的に空気を圧送して酸素量を増やすことで窯内空間２の温度上昇が図られる。また、火格子４０の下面側にも空気の流れを作ることで燃焼炭３３から得られる輻射熱も大きくなり、窯内温度の均一化が図られて炭材３７の高温精錬が可能になる。特に、空気を圧送することによって窯内温度を９００〜１１００℃（温度計２０１の計測値）に保ち、その温度範囲で３時間以上精錬することが望ましい。なお、窯内温度が８００℃以上で高温精錬は可能であり、余り高すぎると炭の品質に悪影響を及ぼす恐れがあることから、１２００℃以上にならないように注意する必要がある。圧送空気の送風量は窯内容積によって設定されるが、例えば窯内容積が１６立方メートルの場合は１０〜２０立方メートル／分程度が望ましい。また、空気を送り込む際にその中に水蒸気も一緒に混ぜて圧送することで、窯内空間２をさらに賦活きせることができる。この場合の水蒸気の量は、窯内容積が１６立方メートルの場合は０．５〜２．０リットル／分程度が望ましい。
図６に示されるように、精錬工程が終了したら圧送空気の供給を停止すると同時に直ちに通気口４と排煙口５を完全に密閉する。数日間そのままの状態に置いて内部を冷却してから燃焼炉１を開け、窯内空間２から炭を取り出す。なお、図６に点線で示したように、一般的な炭製造方法の精錬過程は、窯内温度が約４００〜５５０℃で５〜１０時間行なわれる。
取り出された炭は高温炭である。高温炭はホルムアルデヒドやベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クロロベンゼンなどに対して高い吸着特性を有するので、これをアンモニア、アミンなどに対して高い吸着特性を有する低温炭と混合することで、互いの吸着特性を生かすことができ、多種類に及ぶ有害ガスの吸着が可能となる。
なお、上記の実施形態では送風管１００をコンクリート床壁１ａ内に埋設した場合について説明したが、本発明では前記火格子３２の下方に空気通路として形成した隙間４０を利用して配設することも可能である。その場合、第一および第二の水平部１０５、１０６に多数の空気放出孔を設けることで、窯内空間２の下側から上方に向けて空気を送り込むことができる。
以上説明したように、本発明の炭製造方法によれば、炭化工程の後半で窯内空間に空気を強制的に送り込んで窯内空気を８００℃以上に保持するようにしたので、炭材の高温精錬が可能となり高温炭を簡易な手段で得ることができる。
また、本発明の炭製造装置によれば、窯内空間に圧送された空気が窯内の上下を循環するように構成したので、窯内空間内の上下位置の温度差が少なくなって常に均一な高温で精錬処理することができ、品質の安定した高温炭を製造することができる。

Claims (8)

1. 窯内に配置した炭材に着火し、該炭材を熱分解する炭製造方法において、
   前記窯内に空気を圧送して窯内温度を少なくとも８００℃以上に保つ高温精錬工程を少なくとも含んでなることを特徴とする、炭製造方法。
2. 前記圧送される空気の中に水蒸気を含ませる、請求項１記載の炭製造方法。
3. 前記高温精錬工程が、窯内温度を８００℃以上とし、この状態を３時間以上保持することにより行なわれる、請求項１記載の炭製造方法。
4. 炭材を配置する窯内空間と、該窯内空間の前端にそれぞれ設けられた火口及び通気口と、前記窯内空間の後端に設けられた排煙口と、前記窯内空間に空気を圧送するための空気圧送手段とを少なくとも備えてなることを特徴とする、炭製造装置。
5. 前記空気圧送手段が、前記排煙口の付近において窯内空間の上部に空気排出口を有し、且つ前記空気排出口が窯内空間の前端に向けて設けられた送風管を備えてなる、請求項４記載の炭製造装置。
6. 前記窯内空間の床面が前端から後端に向かうに従って下方に傾斜するように形成されてなる、請求項４記載の炭製造装置。
7. 前記窯内空間が前記火口から窯内空間の中央に向かって徐々に広がる末広部と、前記窯内空間の略中央部を形成する最大幅部と、該最大幅部から前記排煙口に向かって幅が徐々に狭められた末小部とから形成されてなる、請求項４記載の炭製造装置。
8. 前記窯の内壁が耐火レンガよりなる、請求項４に記載の炭製造装置。

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