WO2014185183A1

WO2014185183A1 - 燃料用材料の加熱処理方法および人工原木の炭化装置

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Publication number: WO2014185183A1
Application number: PCT/JP2014/059507
Authority: WO
Inventors: 鈴木　健; 啓次郎鈴木
Original assignee: Suzuki Ken; Suzuki Keijirou
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2014-11-20

Abstract

　オガ粉や木粉などの植物由来の粉状の主材料に、電気伝導性を有する粉炭を混入し、圧縮処理または加熱圧縮処理して、棒状、球状、塊状または粒状に固形化して、燃料用材料を成形する。その燃料用材料は、マイクロ波が照射されると、前記粉炭が発熱し、燃料用材料全体を加熱して熱処理できるようになる。これによって、自然木では水分が無くなると加熱できなくなるが、本発明によれば、マイクロ波による加熱温度を調節することで、未炭化物、炭化物、または高温処理炭の何れの燃料用材料をも製造することができる。

Description

燃料用材料の加熱処理方法および人工原木の炭化装置

　本発明は、人工原木にマイクロ波を照射することによって、燃料用材料を生成する新規な燃料用材料の加熱処理方法に関し、またその加熱処理方法を用いて、棒状の人工原木を炭化させる際に好適に用いることのできる炭化装置に関する。

　現在、東日本大震災後のエネルギー安全対策として、原子力発電から他の発電方式へとシフトすることが検討されている。他の発電方式の一つには火力発電があり、該火力発電は、主に、ガス、石油または石炭を燃料にしている。この内、石炭燃焼による火力発電は、一番低価格であるが、ＣＯ₂の発生が一番多く、この点に問題がある。また、同じ石炭を原料とするコークスを使用する製鉄所においても、コークスは燃焼時のＣＯ₂の発生が多く、環境問題でＣＯ₂の削減が義務付けされ、コークス代替燃料が求められている。

　一方、山においては、木の間伐が進まず、放置されて荒廃が進んでいる。また、材木用途に木が伐採されても、根元や枝が切り落された、中間の直材と言っていい部分のみが利用されるだけである。そのため、木における前記根元や枝などの他の部分は、廃棄、または一部のみ利用されているのが現状である。そして、同じ木材である建築廃材の利用も、十分ではないのが現状である。

　そこで、前記のコークス代替燃料として、オガ炭（Ogatan(Japanese Saw Dust Briquette Charcoal)）が、ＣＯ₂ゼロ・エミッションから有効であることが理解され、有望視されている。前記オガ炭は、オガ粉や木粉などの植物由来の粉状原料を、圧縮成形または加熱圧縮成形して成る棒状の人工原木であるオガライト（Ogalite(Japanese Saw Dust Briquette)）を、さらに炭化させて作成される。しかしながら、日本国内製のオガ炭は、コストが高く、大手の製鉄所は、海外にオガ炭工場を建設し、製造を開始するようになっている。日本国政府は、国策として、コークス代替品として、また、山の荒廃防止策として、木および未利用木（前記根元や枝、建築廃材など）を粉砕し、オガライトおよびオガ炭の製造を推進することが必要である。

　そのオガ炭の製造、特に木材を炭化させるために、現在、家具の加工などで使用されているマイクロ波加熱を用いることが考えられる。具体的に、家具の加工では、木材をマイクロ波で加熱し、軟らかくして曲げたりしている。しかしながら、この加工技術では、単純に木材の水分をマイクロ波で加熱するので、含有する水分が蒸発する１００℃程度にまでは加熱できるが、水分が無くなると加熱できなくなり、炭化させるまでには至らない。

　そこで、特許文献１には、原木に、予め有機酸溶液を含浸させてから、マイクロ波で加熱する技術が開示されている。しかし、この技術でも、含浸させた有機酸溶液が原木の温度上昇に伴って蒸散してしまうので、２５０℃程度までしか加熱することができない。したがって、この特許文献１の従来技術も、人工原木を、いわゆる黒炭や白炭のレベルにまで炭化させることができない。また、有機酸溶液の蒸散を抑制するために、１６０℃／分程度の緩やかな温度上昇率に抑制する必要があり、加熱処理に時間を要するという問題もある。

　また、木材が加熱されると、特に炭化に至るような場合には、可燃ガスが吹き出て、その可燃ガスが炭化装置の内部で燃焼（自燃）したり、場合によっては爆発したりして、危険であるとともに、炭化装置には清掃などのメンテナンスが必要になり、量産には向かないという問題もある。
特開２００４－３１４４９９号公報

　本発明の目的は、植物由来の燃料用材料から成る人工原木に、マイクロ波によって所望の加熱処理を行うことができる燃料用材料の加熱処理方法、およびスループットを向上することができる人工原木の炭化装置を提供することである。

　上記目的を達成するために、本発明の一局面に係る燃料用材料の加熱処理方法は、植物由来の粉状の主材料と、電気伝導性を有する粉炭から成り、マイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料と、を含有する材料を、圧縮処理または加熱圧縮処理することによって、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化された燃料用材料を成形し、前記成形された燃料用材料にマイクロ波を照射することによって、前記発熱材料を発熱させ、当該発熱材料を核として、前記燃料用材料全体を加熱して熱処理することを特徴とする。

　したがって、一般に自然木の一部、たとえば木材チップをマイクロ波加熱する場合、水分が無くなると加熱できなくなるが、本発明によれば、電気伝導性を有する粉炭が散らばって存在するので、マイクロ波で加熱されたその粉炭が近在の材料を熱分解させ、炭化を進行させることができる。そして、マイクロ波による加熱温度を調節することで、未炭化物、炭化物、または高温処理炭の何れの燃料用材料をも製造することができる。

　また、上記目的を達成するために、本発明の他の局面に係る人工原木の炭化装置は、植物由来の粉状原料を圧縮成形または加熱圧縮成形して成る棒状の人工原木を炭化させる装置であって、前記植物由来の粉状原料にはマイクロ波が照射されることによって発熱する粉炭を混入しておき、その発熱材料にマイクロ波発生装置からのマイクロ波を照射することで、前記棒状の人工原木を炭化させるにあたって、マイクロ波発生装置の電磁遮蔽された筐体内に、棒状の人工原木を、そのまま収容するのではなく、人工原木を収容する内側と、外側となる筐体内とを気密に遮蔽する案内管内に収容することを特徴とする。

　したがって、人口原木から発生したタールなどの高温のガスが、常温に近いマイクロ波発生装置の筐体の内壁面に触れて、付着してしまうようなことは無く、前記内壁面へのガスの付着を防止することができる。これによって、清掃などのメンテナンス作業を軽減し、生産性（スループット）を向上することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料用材料の製造方法を説明するフローチャートである。図２は、本発明の一実施形態に係る燃料用材料の一部分の模式的な断面図である。図３は、本発明の実施の一形態に係る炭化装置であるマイクロ波加熱炉の構造を示す縦断面図である。図４は、植物由来の紛状原料と、電気伝導性を有する粉炭とを混合して、成形機で固形化した直後にマイクロ波加熱炉によって自動炭化する連続処理方法のフローチャートである。図５は、前記連続処理による燃料用材料の加熱処理装置の構成図である。図６は、電気伝導性を有する粉炭を含有した燃料用材料を、マイクロ波加熱炉に搬入して、連続的に加熱して、ピストンで棒状成形物を押し出し、自動的に加熱処理するバッチ処理方式のフローチャートである。

（実施形態１）
　以下に本発明の一実施形態に係る燃料用材料の製造方法について説明する。

　本発明に係る燃料用材料は、主材料としての植物由来の粉状原料に、発熱材料として、電気伝導性を有する粉炭が混合された後、圧縮処理または加熱圧縮処理によって、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化されて成ることを特徴としている。なお、上記燃料用材料には、接着材または粘結剤が混合されてもよい。

　本発明の一実施形態に係る燃料用材料の製造方法は、図１に示したように、主材料としての植物由来の粉状原料Ａに、発熱材料としての電気伝導性を有する粉炭Ｂを混合し、成形機１を用いて圧縮処理または加熱圧縮処理することによって、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化して、燃料用材料としての固形木質材Ｃを製造することを特徴としている。固形木質材Ｃは、たとえば、前記棒状に形成された場合は人工原木として、粒状に形成された場合はペレットとして、取り扱うことができる。このようにして製造された固形木質材Ｃには、図２に示したように、主材料としての植物由来の粉状原料Ａに、発熱材料としての電気伝導性を有する粉炭Ｂが、略均一に分散して含有されている。

　さらに、本実施形態に係る燃料用材料の製造方法は、前記の固形木質材Ｃを、マイクロ波加熱炉２に搬入してマイクロ波を照射することによって、前記発熱材料としての粉炭Ｂを加熱し、これを核として、当該固形木質材Ｃ全体を加熱して熱処理し、加熱処理された固形木質材Ｄを得ることを特徴としている。前記マイクロ波加熱炉２における加熱温度、つまりマイクロ波のパワーや加熱時間の設定によって、前記加熱処理された固形木質材Ｄとしては、未炭化物から白炭まで得ることができる。こうして、本発明の一実施形態に係る燃料用材料の製造方法によれば、粉状原料が成形機１に投入されることによって固形化され、さらにマイクロ波加熱炉２によって加熱処理されて、固形化された木質材由来の炭を生産可能となる。

　ここで、前記固形木質材Ｃが、棒状の人工原木である場合、日本国や中国などでは、オガ粉や木粉を加熱圧縮成形して成るオガライトが普及しており、欧米などでは、前記オガ粉または木粉を圧縮成形して成るソーダスト・ブリケットが普及している。したがって、前記成形機１としては、たとえば日本国や中国で使用されているオガライト成形機や、欧米のピストン式ソーダスト・ブリケット・マシーンを用いることができる。或いは、前記成形機１としては、バッチ式成形機、ペレット成形機等、所望とする成形物に適した、全ての成形機を用いることができる。

　しかしながら、特に日本国で開発された、スクリュー式の孔無しオガライト成形機で成形されたオガライトは、中心に孔が無い孔無しオガライト（No Hole Ogalite）であり、通常の孔有りオガライトに比べて優れている。詳しくは、前記固形木質材Ｃ，Ｄを、棒状の人工原木である前記オガライトやオガ炭とした場合、その軸方向に直角な断面での外形形状は、八角形、六角形、四角形等の多角形や、円形形状に成形可能である。そして、外周面には、必要に応じて、軸方向に延びて、１または複数本の溝が形成される。さらに、前記孔有りオガライトでは、中心を連通する孔が形成されている。この孔から、炭化の際にガスが吹き出すので、危険であるとともに、ガスの処理が必要になったり、オガライトが割れたりする可能性があり、孔無しが好ましい。その孔無しオガライトの製造方法は、たとえば日本国特許第４３１４２９０号に示されている。

　また、前記スクリュー式のオガライト成形機は、原料を連続的に固形化できるので、ピストンの往復運動によって固形化するソーダスト・ブリケット・マシーンに比べて、生産量が圧倒的に多い。また、成形に接着剤を使用しない。そのため、以下、前記成形機１としては、最も優れた孔無しオガライト成形機を想定する。スクリュー式のオガライト成形機は、棒状のオガライトを連続して押出してくるので、押出されたオガライトは、所望の長さに自動的に切断される。

　次に、以下には、前記固形木質材Ｃから固形木質材Ｄへの炭化の度合いの違いによる、固形木質材Ｄの性質の違いについて説明する。得られる固形木質材Ｄの例として、前記未炭化物と、前記白炭となる高温処理炭と、それらの中間である炭化物である。
＜未炭化物＞
　未炭化物とは、マイクロ波による加熱温度を２００～２５０℃とし、オガライトが吸湿しない状態にした、断面が黒茶褐色のオガライトである。

　このようなオガライトは、
（１）バイオコークスの代替品
（２）災害時用保存燃料（人工の薪）
（３）再粉末化されて、海上浮遊油の吸着剤および漏洩油の吸着剤
（４）再粉末化されて、バイオエタノールの製造用原料
（５）再粉末化されて、土中微生物に分解され易い土壌改良用の有機質材
等に提供、販売することができる。
＜炭化物＞
　炭化物とは、マイクロ波による加熱温度を３００～５００℃に調節し、製造したオガ炭であり、揮発分を多く含有する、黒炭と言われる低温処理炭である。

　このような低温処理炭は、
（１）家庭用暖房および炭火料理用の燃料
（２）再粉末化されて、水蒸気賦活活性炭の原料、土壌改良資材、および後述の高温処理炭の製造物を得る事
等、黒炭関係品として提供、販売することができる。
＜高温処理炭＞
　高温処理炭とは、マイクロ波による加熱温度を８００℃以上に調節し、加熱し、製造したオガ炭であり、揮発分の少ない、白炭と言われる高温処理炭である。

　このような高温処理炭は、
（１）家庭用暖房および炭火料理用の燃料
（２）コークス代替品
（３）再粉末化されて、白炭粉末土壌改良資材
（４）再粉末化されて、他の白炭粉利用用途
等、木質系白炭関係品として提供、販売することができる。

　以下の本発明の一実施形態においては、燃料用材料の具体的な製造方法を説明する。

　本発明では、固形木質材Ｃの主材料として、植物由来の粉状原料Ａには、
（ａ）木粉、竹粉、木粉と竹粉の混合物（混合比率は問わない）
（ｂ）上記（ａ）の混合物に、植物性バイオマス（樹皮、果実核、果実残渣、コーヒー粕、パーム椰空房、落花生殻等）の粉を混入した原料（混合比は問わない）
（ｃ）植物性バイオマス単品を粉末化し、オガライト化できる粉
のいずれかの原料を用いることができる。

　その内、本実施形態では、植物由来の粉状原料Ａとして、木粉１００％を使用し、その原料素材を篩い、成形可能な粒度の木粉に調節した後、含水率が約５％になるまで乾燥する。その乾燥した粉状原料Ａに、含水率が約５％に乾燥させた電気伝導性を有する粉炭Ｂを、原料の重量比で５～１０重量％混合する。混合した原料をオガライト成形機に投入し、前記固形木質材Ｃであるオガライトを成形する。

　ここで、炭の電気伝導性を調べることのできる器具である精錬計について説明する。精錬計は、木炭の精錬度や炭の性質を調べる器具として、岸本定吉氏らが開発したものである。この精錬計は、白炭（良く精錬された、高温処理炭）は電気を通すという性質を利用し、炭の電気抵抗を測定し、その度合いで、簡略的に炭がどの様な性質かを診るものである。具体的に、精錬計は、測定した電気抵抗値の指数（１０のｎ乗）を表示するもので、抵抗値そのものを正確に読取れるものではない。しかしながら、一対の触針を炭に当て、簡単にどの程度の（炭化が進んだ）炭なのかを判断できる器具である。

　本願発明者等が生産しているオガ炭を前記の精錬計で診ると、針は振り切る。メーターの最小値は"０"であるから、電気抵抗値は１０の０乗オーム以下、すなわち電気抵抗値は１Ω以下となっている。実際に本願発明者等が生産しているオガ炭は、８００～１０００℃で作成した高温炭（白炭）であり、約３ｍｍの厚さに切り、ミリオーム計で、クリップで挟んだ１ｃｍ間の値を測定すると、２０ｍΩ前後である。このオガ炭を、前記粉炭Ｂとして用いるために、約６０メッシュの粒度に粉砕した状態での電気抵抗値は、１Ω以下である。高温炭（白炭）は、前記の温度までは変質せず、マイクロ波の照射によって発熱することができる。粉炭は、細かく砕く程、コストが高くなるので、前記６０メッシュより、粗い目の篩にかけたものでもよい。

　前記のオガ炭（粉炭Ｂ）を木粉（粉状原料Ａ）に５重量％程混合した原料を加熱圧縮成形して固形化されたオガライト（固形木質材Ｃ）は、内部に電気伝導性を有する粉炭Ｂを含有する燃料用材料としてのオガライトである。そのオガライトを加熱圧縮する際の加熱温度は、成形機１の加熱筒において、３００～５００℃であり、成形を完了し、成形機１から出てきた直後のオガライトの断面中心温度は約１１７℃である。上述のように、混合前の原料は約５%の含有水分量であったが、加熱されて、成形直後のオガライトは無水状態であり、原子団も親水基がほとんどであり、吸湿性が非常に高い。このようなオガライト（固形木質材Ｃ）が、従来のオガライトと比較して異なる点は、ただ単に電気伝導性を有する粉炭Ｂが混入されている点だけである。

　成形機１から取出した前記のオガライト（固形木質材Ｃ）をマイクロ波加熱炉２に搬入してマイクロ波を照射することによって、前記粉炭Ｂを加熱し、前記未炭化物、炭化物、高温処理炭などの固形木質材Ｄを得る。こうして加熱処理された棒状のオガライトまたはオガ炭（固形木質材Ｄ）を、冷却して製品とし、出荷することができる。

　図３は、本発明の実施の一形態に係る炭化装置である前記マイクロ波加熱炉２の具体的構造を示す縦断面図である。このマイクロ波加熱炉２は、上述のような植物由来の粉状原料にマイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料が混入された後、圧縮成形または加熱圧縮成形して成る人工原木が、棒状の場合に適合して、それを炭化させる装置であり、前記棒状の人工原木には、前記のオガライトを用いる。このマイクロ波加熱炉２は、前記人工原木に、マイクロ波源２０がマイクロ波を照射することで、炭化させる。

　炭化の程度および用途については、上述の通りであり、概略的に、マイクロ波加熱温度が２００～２５０℃の場合、未炭化物となり、３００～５００℃の場合、炭化物となり、８００℃以上で高温処理炭となる。本実施形態のマイクロ波加熱炉２は、マイクロ波のパワーおよび加熱時間によって、任意の炭化度を得ることができる。したがって、本実施形態のマイクロ波加熱炉２は、特に白炭などの灰が少なく、コークス代替品となる高温処理炭を生成することが有効であるが、バイオコークスの代替品となったり、石炭と混焼させることができるトレファクション化処理された未炭化物を大量に生成できるだけでも、極めて有効である。

　ここで、現在、世界において、前記トレファクション（torrefaction）という熱処理技術が注目されている。トレファクションとは、国際エネルギー機関（IEA）では、「無酸素雰囲気下、２００～３００℃で行う熱処理」と定義されている。トレファクションとは、本来、コーヒーや茶などの「焙煎」を意味するもので、日本国内では、このトレファクションを、半炭化或いは低温炭化と訳すケースもある。

　そのトレファクション処理は、現在、ヨーロッパ等で、木質ペレットを高性能化するために、設備の研究開発から、一部実際の製造まで行われている。前記の高性能化とは、木質ペレットや、上述のオガライトおよびソーダスト・ブリケットは、低発熱量や弱耐水性などの欠点を有しており、その欠点を克服することが可能になることである。このトレファクション処理を施すことで、石炭との混焼が可能になり、ゼロエミッションの木質成形物Ｄを使用するだけ、石炭の使用を削減し、ＣＯ₂発生量を抑えることが可能になる。

　なお、上述のように、オガライトの中心に孔が形成されていると、マイクロ波照射時に内部から発生するガスがその中心孔を通じて外部に出て、ガスの管理が難しくなるとともに、マイクロ波の漏洩の可能性もあるのに対して、孔無しオガライトを用いることで、そのような不具合が発生することなく、安全性を向上することができ、好適である。さらに本実施形態では、その孔無しオガライトの外周面に、軸方向に延びる１または複数本の溝を形成している。これによって、ガス抜きを円滑に行うことができ、炭化を促進できるようになっている。

　こうして、たとえばマイクロ波加熱炉２のマイクロ波パワーが７００Ｗである場合、直径５２ｍｍ、長さ４０～５０ｃｍの人工原木を、約１分で２００℃以上に加熱し、未炭化状態とすることができ、さらにその未炭化の状態から加熱を継続することで、赤熱させ、黒炭から、より高温の白炭まで作成することができる。

　図３に戻って、本実施形態に係るマイクロ波加熱炉２で注目すべきは、マイクロ波源２０によるマイクロ波を電磁遮蔽する筐体３内に、前記棒状の人工原木は、そのまま収容されるのではなく、案内管４に収容されて配置されることである。これによって、該案内管４の内部空間と、筐体３の内部空間との間が気密に遮蔽されることになる。

　このように構成することで、マイクロ波加熱される棒状の人工原木は、案内管４で外囲されて筐体３内とは気密に遮蔽されるので、該人口原木から発生したタールなどの高温のガスが、常温に近いマイクロ波加熱炉２の筐体３の内壁面に触れて、付着してしまうようなことは無く、前記内壁面へのガスの付着を防止することができる。これによって、該マイクロ波加熱炉２への清掃などのメンテナンス作業を軽減し、該マイクロ波加熱炉２の生産性（スループット）を向上することができる。なお、案内管４も高温になるので、該案内管４に前記高温のガスが触れても、殆ど付着することはない。

　本実施形態のマイクロ波加熱炉２では、筐体３に形成された入口３１から出口３２の間を前記案内管４が連通しており、案内管４の内部は外気に開放し、筐体３内は外気と遮断されている。前記案内管４は、筐体３に形成された１つの出入口に通じていればよいが、つまり案内管４が有底筒状に形成されていてもよいが、本実施形態のマイクロ波加熱炉２は、上述のように入口３１と出口３２とを区分した単純な筒としているので、人工原木を連続して案内することができ、生産性（スループット）を向上することができる。

　筐体３は、鉄板などから箱形に形成された外部筐体３３に、マイクロ波遮蔽のシール材３４が内張りされて形成されており、その天面の略中央部に、マイクロ波源２０が配設される。マグネトロンなどから成るマイクロ波源２０は、適宜の場所に設置され、筐体３内へ、導波管などでマイクロ波が導入されてもよい。本実施形態のマイクロ波加熱炉２では、筐体３内は、上述のようにタールの付着などによる汚れが生じることはないが、熱気の排気などのために、適宜換気の手段が設けられていてもよい。

　案内管４は、管本体４１と、フランジ板４２，４３とを備えて構成される。管本体４１は、非磁性を有するとともに、高い耐熱性を有する材料から成り、たとえばガラス管やセラミック管から成る。案内管４は、前記オガライトから成る人工原木の外径、たとえば５２ｍｍに対して、各方向に１ｍｍ強の隙間を確保する、たとえば５５ｍｍの内径に形成されて前記人工原木を案内する。フランジ板４２，４３は、管本体４１の長手方向の端部付近から延設される。フランジ板４２，４３は、特に管本体４１が、その内部を流れる人工原木に引っ張られて軸方向のずれが生じないように、管本体４１の両端部から半径方向の外方に延びて形成される。このフランジ板４２，４３が筐体３の壁面にボルト４４によって固定されることで、案内管４は、筐体３内のマイクロ波照射に適した位置に保持される。

　一方、筐体３の入口３１側には、導入管５が取付けられており、この導入管５から前記人工原木が投入される。この導入管５の入口５１は、前記人工原木の外径の５２ｍｍと略等しい内径に形成される。そして、前記入口３１における案内管４との接合部において、案内管４の中心軸と、この導入管５の中心軸とは偏心している。具体的には、前記５５ｍｍの内径の案内管４の中心軸から、５２ｍｍの内径の導入管５の中心軸が、１．５ｍｍ偏心して、それらの案内管４および導入管５の内周底面が面一に形成される。これによって、人工原木の底面が円滑に案内されるようになっている。そのため、案内管４の天面には、導入管５との間に、段差４５を生じている。

　前記導入管５の入口５１付近には、レーザ使用の（光路を形成する）リミットスイッチなどから成り、人工原木の通過を検知する一対の検知スイッチ６１が設けられている。前記導入管５の入口５１より内方から、前記筐体３の入口３１の裏側にかけては、ステンレス製のスチールウールなどの導電性の糸がメッシュ状に形成された筒状のシールド部材７１が設けられている。このシールド部材７１の内径は、前記人工原木の外径の５２ｍｍと略等しく形成される。

　同様に、筐体３の出口３２側には、排出管８が取付けられており、この排出管８から前記人工原木が排出される。排出管８の排出端付近にも、レーザ使用のリミットスイッチなどから成り、人工原木の通過を検知する一対の検知スイッチ６２が設けられている。前記排出管８の出口８０より内方から、前記筐体３の出口３２の裏側にかけては、スチールウールなどの導電性の糸がメッシュ状に形成された筒状のシールド部材７２が設けられている。このシールド部材７２の内径は、たとえば半炭化して排出される人工原木の外径と略等しく形成される。

　ここで、筐体３に形成された人工原木の出入口３２，３１において、人工原木で塞がっている範囲は、該人工原木に混入された粉炭や黒鉛などの発熱材料によってマイクロ波が遮蔽されるが、人工原木の外周から出入口３２，３１の間の隙間からは、前記マイクロ波が漏洩する可能性がある。そこで、先ずその部分を覆うようにシールド部材７２，７１を設けておくことで、マイクロ波の漏洩を防止でき、安全性を向上することができる。

　次に、検知スイッチ６１，６２の検知結果に応答して、制御装置６３が前記マイクロ波源２０のマイクロ波照射を制御する。具体的には、投入端側の検知スイッチ６１によって人工原木の通過が検知され（筐体３内へ搬入され）た後、排出端側の検知スイッチ６１によって人工原木の通過が検知される（排出が開始される）までの間は、制御装置６３は、案内管４内に人工原木が収容されていると判断して、マイクロ波源２０にマイクロ波照射を行わせる。これに対して、何れかの検知スイッチ６１，６２で検知されている搬入中または排出中は、制御装置６３はマイクロ波源２０のインターロックを掛ける。このように構成することでも、人工原木が収容されていない状態で、不所望にマイクロ波が漏洩することを防止し、安全性を向上することができる。

　そして、前記人工原木としてのオガライトに、前記のように粉炭を５重量％程度混入するだけで、通常は白色に近いオガライトの断面は、ねずみ色から黒褐色になり、前記マイクロ波の漏洩を防止できるとともに、効率良く、比較的短時間で発熱させることができる。

　さらにまた、排出管８の途中は、上方に開放されて煙突８１が延設されるとともに、下方に開放されてダストシュート８２が延設される。ダストシュート８２は、加熱された人工原木としてのオガライトから剥がれ落ちるオガ粉などのダストを落下させるために設けられており、該ダストシュート８２の内周から、下方の開口端には、マイクロ波の漏洩を防止するための金網８３が内張されている。金網８３は、ガスによる腐食を抑えるために、ステンレスの金網が好ましい。

　前記煙突８１は、マイクロ波加熱によって人工原木から発生するタールなどの高温のガスを吸引し、無害化して乾燥機へ排出するものである。そのため、煙突８１は、前記排出管８に連結される下方の立ち上げ部８４と、それに連なる上方の処理部８５とを備えて構成される。立ち上げ部８４の内周から、上方の開口端には、マイクロ波の漏洩を防止するための金網８６が内張されている。

　処理部８５は、前記タールなどの高温のガスを燃焼させて無害化するものであり、外壁８７に、耐火処理のためにキャスター８８が内張されている。処理部８５の頂部には吸引用のファン８９が設けられている。処理部８５の下端付近には、点火プラグ９１およびガス供給口９２が設けられるとともに、空気取り入れ口９３が形成されている。そして、ガス供給口９２からガスを供給している状態で点火プラグ９１から火花９４を発生させることで、ガス供給口９２に種火９５を形成し、前記人工原木から発生したガスを空気取り入れ口９３からの酸素で燃焼し、処理することができる。なお、人工原木から発生したガスの燃焼が開始すると、そのことを火炎検知器等で検知し、ガス供給口９２へのガスの供給を停止し、種火９５を消灯するようにしてもよい。

　こうして、前記人工原木に充分なマイクロ波が照射されて、赤熱している状態で、該人工原木が排出管８を通過すると、自燃し、黒炭から、より高温炭を作成することもできる。その自燃によって発生するガスを燃焼させて炉内温度を上げて、精練を行う精練装置を、このマイクロ波加熱炉２の後段に設けるようにしてもよい。
（実施形態２）
　次に、本発明の他の実施形態の燃料用材料の製造方法を、図４を参照して説明する。図４に示したように、まず植物由来の粉状原料Ａを篩にかけて選別し、乾燥させて、サイクロンで捕集し、電気伝導性を有する粉炭Ｂを混合し、成形機１で固形化して、棒状のオガライト（固形木質材Ｃ）を製造し、さらにそのオガライト（固形木質材Ｃ）を所望の長さに自動切断する点は、実施形態１と同様である。実施形態１と異なるのは、オガライト（固形木質材Ｃ）の成形後、自動移動手段１５によって、マイクロ波加熱炉２に搬入することである。

　つまり、上述の実施形態１は、成形機１において成形したオガライト（固形木質材Ｃ）を一旦取出し、別に設置したマイクロ波加熱炉２に搬入し、加熱するバッチ処理を行う。これに対して、本実施形態は、成形機１からのオガライト（固形木質材Ｃ）を、自動移動手段１５によって、マイクロ波加熱炉２に自動的に搬入して加熱する連続処理を行う。したがって、本実施形態では、上述のように、中心で約１１７℃、外周で３００～５００℃となっている成形機１から出てきた直後のオガライト（固形木質材Ｃ）を、マイクロ波加熱炉２は、実施形態１よりも弱いマイクロ波パワーで、或いは短時間で、未炭化、黒炭化、白炭化等の所望の程度まで熱処理することができる。

　たとえば、マイクロ波加熱炉２は、木質の発火温度である約２６０℃以下の２００～２５０℃となるようにマイクロ波の加熱温度を調節することで、未炭化オガライト（固形木質材Ｄ）を得ることができる。このような未炭化オガライトは、日本家屋の外壁に見られる焼き杉板と同様の機能を有する。すなわち、前記焼き杉板は、杉板を焼くことで、木目を浮き上がらせ、美観を良くしただけでなく、板内部が未炭化状態となり、疎水基化され、吸湿性が低くなっている。そのため、防腐効果が高く、長持ちすると言う効果が得られる。未炭化オガライト（固形木質材Ｄ）は、この焼き杉板と同じ効果があるとともに、加熱圧縮成形されただけでなく、さらに２００～２５０℃に加熱されるので、より焼き固められ、収縮し、硬質化し、バイオコークスとも言われる製品となる。

　そのバイオコークスは、キューポラ炉やごみ溶融炉などで使用される石炭コークスの一部の代替燃料として使用可能な製品である。バイオコークスは、植物由来の材料のために、結果的にＣＯ₂を出さないゼロ・エミッションを実現でき、環境面で大いに貢献するものである。他の用途については、前述の＜未炭化物＞の項の通りであるが、再粉末化された粉は、日本国特許第２５６２９７７号に示されるような組織破壊された木質粉であり、バイオエタノールの製造用原料や土壌改良用の有機質材として利用することができる。

　図５は、本実施形態の燃料用材料の製造に用いることができる燃料用材料の加熱処理装置１０の構成を模式的に示す図である。この加熱処理装置１０は、連続処理を行う成形機１１と、前述のマイクロ波加熱炉１２とを備えて構成される。成形機１１は、ホッパ１３に投入された、植物由来の粉状原料Ａと、粉炭Ｂとが混合された材料を、圧縮処理または加熱圧縮処理することによって、棒状に固形化された燃料用材料、つまりオガライト（固形木質材Ｃ）を成形する成形機１の機能に加えて、成形したオガライト（固形木質材Ｃ）を連続して押出す機能を有する。マイクロ波加熱炉１２は、前記成形機１１にて成形されたオガライト（固形木質材Ｃ）にマイクロ波を照射することによって、加熱処理されたオガ炭（固形木質材Ｄ）を生成するマイクロ波加熱炉２の機能に加えて、オガライト（固形木質材Ｃ）の取込み機能およびオガ炭（固形木質材Ｄ）の排出機能を有する。

　そして、本実施形態では、成形機１１にて成形されたオガライト（固形木質材Ｃ）は、供給機１５によって、自動的に切断されて、マイクロ波加熱炉１２に、連続して供給されるように構成されている。

　この成形機１１については、前記特許第４３１４２９０号が詳しいが、概略的に、原料をスクリューでテーパー式の筒から押出して連続的に固形化するので、ピストンの往復運動によって固形化するソーダスト・ブリケット・マシーンに比べて、時間当りの生産量が圧倒的に多い。この成形機１１の排出口が、マイクロ波加熱炉１２における導入管５の入口５１に連通している。

　そして、オガライトの作成は高温で行われるので、成形されたオガライトは、たとえば軸直角の断面の中心で、１１６～１１７℃、外周で３００～４００℃の温度となる。また、成形直後のオガライトの含水量は無水状態であり、さらに原子団も親水基がほとんどであり、吸湿性が非常に高い。

　そして、本実施形態の加熱処理装置１０は、その生成された直後のオガライトを、そのままマイクロ波加熱炉１２に投入し、連続して処理する。これによって、オガライトの中心で、２００～３００℃と、さらに１００℃程度温度上昇させ、未炭化状態の（トレファンクション処理された）人工原木を、短時間で作成することができ、或いは同じ作成時間でも、冷えたオガライトから加熱する場合より、マイクロ波のパワーを小さくすることができ、非常に効率的である。

　成形機１１は、上述のように、連続して（切れ目無く）棒状のオガライトを押し出して来るので、その押出し中は、前記検知スイッチ６１，６２は、通過を検知したままとなる。ただ、こうしてオガライトを連続処理することで、非常に高効率で、むらの無いトレファン化処理された人工原木を得ることができるが、実際の商品には、所定寸法に裁断することも必要になる。一方で、オガライトは、上述のように、オガ粉や木粉を成形したもので、軸方向に繊維が無く、叩くだけで簡単に折ることができる。そのため、成形機１１は、押し出したオガライトに、前記所定寸法毎に小さなピン孔を押し開けてマイクロ波加熱炉１２に投入し、マイクロ波加熱炉１２の排出管８を出たオガライトを、前記ピン孔側が外側となるように緩くカーブした案内管を通すだけで、容易に分断することが可能になる。

　また、未炭化状態の（トレファンクション処理された）オガライトは、石炭と混焼される際に、棒状のままでも良いが、適切な長さにカットされていることで、石炭と同様にコンベアー輸送も出来、好適である。そのカットされたオガライトは、粒状の木質ペレットに比べて、石炭との空隙が大きく、空気の流通が良く、より燃焼効率を高めることができる。
（実施形態３）
　続いて、本発明のさらに他の実施形態の燃料用材料の製造方法を説明する。本実施形態でも、前記図５で示される加熱処理装置１０を用い、成形機１１で成形されたオガライト（固形木質材Ｃ）をマイクロ波加熱炉１２に自動的に搬入し、マイクロ波加熱温度を３００～５００℃に設定し、固形木質材Ｄとして、低温炭、いわゆる黒炭（オガ炭）を製造する。黒炭状のオガ炭は棒状であり、用途については、前述の＜炭化物＞の項の通りである。このオガ炭を再粉末化し、細かい粉状にして接着剤を混入することで、再度、棒状、球状、塊状および粒状にと、用途に合わせた形状物を作成でき、さまざまな黒炭用途に利用できる。さらに、前記オガ炭は、後述する高温処理炭をも作れる原料となり得る。
（実施形態４）
　続いて、本発明の他の実施形態の燃料用材料の製造方法を説明する。本実施形態でも、図５で示される加熱処理装置１０を用い、成形機１１で成形されたオガライト（固形木質材Ｃ）をマイクロ波加熱炉１２に自動的に搬入し、マイクロ波加熱温度を８００～１０００℃に設定し、固形木質材Ｄとして、高温処理炭化物を得る。この高温処理炭化物は、オガライトを炭化したにも係わらず、いわゆる揮発分の少ない白炭と言われる炭であり、前述の通り、電気伝導性のあるオガ炭である。用途については、前述の＜高温処理炭＞の項の通りである。

　上述の実施形態２～４において、特に、コークス代替品のバイオマスコークスとして、実施形態４の高温処理オガ炭に膨大な需要が見込まれるが、今までのオガ炭製造方法と違って、オガライト成形後、直ぐにマイクロ波加熱炉１２に自動搬入し、高温処理オガ炭を得ることは、非常に温度管理が容易で、またオガライト内部から炭化し、炭化時間も短縮でき、炭化炉も小型化できると言う大きなメリットがある。

　また、植物由来の材料から成る白炭、つまり電気伝導性を有する炭の粉の製造は、従来、植物由来の粉状材料を、自燃させて炭化させ、さらに白炭化には、空気を入れ、揮発分を燃やして高温化させることで行っている。このような従来の製造方法では、粉炭を白炭化する際に、焼却、灰化させてしまうこともあり、歩留まりが悪く、非効率的で、製造が非常に困難であった。これに対して、実施形態４で、固形化した高温処理オガ炭を製造した後、再粉末化し、粉炭を製造することは、固形状態で電気抵抗値も簡単に測定して確認できるので、所望の電気伝導性を有する粉炭の製造を確実にし、非常に優れた製炭方法である。
（実施形態５）
　次に、本発明のさらに他の実施形態として、電気伝導性を有する粉炭Ｂを植物由来の粉状原料Ａに混合した棒状の固形木質材Ｃを、ピストンでマイクロ波加熱方式の連続炭化炉に搬入し、自動炭化する加熱処理方法を、図６を参照して説明する。前記連続炭化炉としては、上述のマイクロ波加熱炉１２を使用することができる。図６に示したように、電気伝導性を有する粉炭Ｂを混合した粉状原料Ａを、別途工程で予め棒状に固形化した棒状の固形木質材Ｃを、ホッパーに供給（投入）する。すると、固形木質材Ｃの１本分の溝が形成されたホッパーの底から、ピストンを用いて、１本ずつ、前記固形木質材Ｃを押出して、マイクロ波加熱炉１２に搬入することが可能になる。加熱処理の温度を、２００℃以上に設定し、未炭化、黒炭化、白炭化等の所望の程度まで熱処理することができる。マイクロ波加熱炉１２から排出された棒状の固形木質材Ｄを、冷却して、製品として出荷することができる。

　上述の実施形態では、固形木質材Ｃの材料として、主材料としての植物由来の粉状原料Ａに、発熱材料としての電気伝導性を有する粉炭Ｂを混合しているが、他の材料がさらに混合されてもよい。たとえば、燃料として使用される場合に石炭を混合することができる。その場合、接着剤として、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂やクレオソート等を使用することができる。このようにバイオマス材料の量を増やすだけ、化石燃料の割合を下げることができ、ＣＯ₂排出が軽減された石炭系固形品を得ることができる。

　さらに、本発明は、主材料としての植物由来の粉状原料Ａに、発熱材料としての電気伝導性を有する粉炭Ｂを混合することを前提としているが、その植物由来の粉状原料Ａとして、植物性低温炭の粉炭、特に木粉や竹粉から得られた低温炭の粉炭（黒炭）を利用することができる。この植物性低温炭（黒炭）の粉炭に、電気伝導性を有する粉炭を混合する場合は、接着剤として、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂やクレオソート等を混入し、加熱硬化または加熱圧縮成形し、前記固形木質材Ｃに相当する固形物を製造する。その後、８００～１０００℃にマイクロ波加熱することで、前記固形木質材Ｄに相当する白炭を作成することができる。この白炭は、通常の石炭のみを材料とした石炭コークスの代替品となるバイオマスコークスとして使用することができる。このバイオマスコークスを、製鉄所や石炭火力発電所において、石炭コークスと混焼すれば、混焼した分だけ、ＣＯ₂を削減することができる。

　一方、粉状原料Ａとしての前記の粉炭（黒炭）に、さらに石炭の粉炭を混合した原料に、発熱材料の粉炭Ｂとしての白炭を混合し、これに接着剤として、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂やクレオソート等を混入し、加熱硬化または加熱圧縮成形したものを、８００～１０００℃にマイクロ波加熱することで、石炭の粉炭部分も揮発分の少ないコークスになる。こうして作成された石炭と植物性粉炭との混合品のコークスも、石炭コークスと同様に使用することができる。

　上述の実施形態では、固形木質材Ｃとして、オガライトやソーダスト・ブリケットのような棒状の人口原木を例に説明しているが、椰子殻の粉炭から作成される粒状活性炭のような、ペレットであってもよい。詳しくは、通常の造粒活性炭製造方法では、前記の椰子殻の粉炭に、接着剤としてクレオソートを混入し、ペレット機にて粒状固形物とした後、水蒸気賦活することで、粒状活性炭が製造される。したがって、椰子殻の粉炭に電気伝導性を有する粉炭を混入し（混合比率は問わない）、粒状固形物を成形した後、水蒸気下で、マイクロ波加熱を行い、粒状固形物を加熱すれば、粒状活性炭を作成することができる。こうして、温度管理が容易で、新しい造粒活性炭の製造方法を確立することができる。

　また、前記の椰子殻活性炭は、粒状ばかりでなく、さらに大きな体積を持つ固形物や、塊状、パイプ状、蜂の巣状等、種々の形状の固形物も、椰子殻の粉を成形できれば、高圧水蒸気下でマイクロ波加熱することで、たとえ肉厚であっても、固形物全体が高温になり、内部まで水蒸気を含侵させて、活性炭化することができると思われる。

　本発明は、燃料用材料を製造するにあたって、植物由来の粉状原料に、電気伝導性を有する粉炭を混合し、成形物をマイクロ波で加熱して炭化すると言う格別の手法を用いるので、さまざまな分野に利用可能で、非常に優れた燃料の製造方法である。

Claims

　植物由来の粉状の主材料と、電気伝導性を有する粉炭から成り、マイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料と、を含有する材料を、圧縮処理または加熱圧縮処理することによって、棒状、球状、塊状または粒状の何れかの形状に固形化された燃料用材料を成形し、
　前記成形された燃料用材料にマイクロ波を照射することによって、前記発熱材料を発熱させ、当該発熱材料を核として、前記燃料用材料全体を加熱して熱処理することを特徴とする燃料用材料の加熱処理方法。
　マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、２００℃以上に加熱処理することを特徴とする請求項１記載の燃料用材料の加熱処理方法。
　マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、２００～２５０℃の範囲に加熱処理し、
　前記材料を、吸湿性の低い未炭化物とすることを特徴とする請求項２記載の燃料用材料の加熱処理方法。
　マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、３００～５００℃の範囲に加熱処理し、
　前記材料を、揮発分を多く含有する黒炭状の低温炭とすることを特徴とする請求項２記載の燃料用材料の加熱処理方法。
　マイクロ波を照射することによって、前記材料全体を、８００℃以上に加熱処理し、
　前記材料を、揮発分の少ない白炭状の高温炭とすることを特徴とする請求項２記載の燃料用材料の加熱処理方法。
　前記主材料と、前記粉炭と、を含有する材料を、スクリュー方式のオガライト成形機を用いて加熱圧縮処理することを特徴とする請求項１記載の燃料用材料の加熱処理方法。
　植物由来の粉状原料を圧縮成形または加熱圧縮成形して成る棒状の人工原木を炭化させる装置であって、
　前記植物由来の粉状原料には、マイクロ波が照射されることによって発熱する発熱材料としての粉炭が混入されており、電磁遮蔽された筐体内で、前記人工原木にマイクロ波を照射することで前記発熱材料を発熱させ、該人工原木を炭化させるマイクロ波加熱炉を備え、
　前記マイクロ波加熱炉は、非磁性および耐熱性を有する材料から成り、前記筐体に形成された人工原木の出入口から前記筐体内に延び、内部の空間と筐体内の空間との間を気密に遮蔽する案内管を備えることを特徴とする人工原木の炭化装置。
　前記人工原木は、前記植物由来の粉状原料としてのオガ粉または木粉を、前記加熱圧縮成形して成る棒状のオガライトまたは圧縮成形して成る棒状のソーダスト・ブリケットであることを特徴とする請求項７記載の人工原木の炭化装置。
　前記案内管は、ガラス管またはセラミック管であることを特徴とする請求項７記載の人工原木の炭化装置。
　前記粉炭は、５～１０重量％混入されることを特徴とする請求項７記載の人工原木の炭化装置。
　前記案内管は、前記マイクロ波加熱炉の筐体に形成された人工原木の入口から出口の間を連通し、
　前記マイクロ波加熱炉の前段に、前記植物由来の粉状原料としてのオガ粉または木粉を加熱圧縮成形して、前記人工原木としてのオガライトを作成するオガライト成形機をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の人工原木の炭化装置。
　前記オガライトは、孔無しの棒状で、その外周面に、軸方向に延びる１または複数本の溝が形成されていることを特徴とする請求項１１記載の人工原木の炭化装置。
　前記筐体に形成された人工原木の入口または出口の少なくとも一方に、導電性の糸がメッシュ状に形成されたシールド部材が設けられていることを特徴とする請求項７記載の人工原木の炭化装置。
　前記筐体に形成された人工原木の出入口には、前記案内管内に人工原木が収容されているか否かを検知する検知スイッチが設けられており、前記マイクロ波加熱炉は、該検知スイッチで人工原木の収容が検知されている状態で、マイクロ波の照射を行うことを特徴とする請求項７記載の人工原木の炭化装置。