WO2019163022A1

WO2019163022A1 - 製炭炉

Info

Publication number: WO2019163022A1
Application number: PCT/JP2018/006210
Authority: WO
Inventors: 勇巳島田
Original assignee: 有限会社紋珠
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2019-08-29
Also published as: JPWO2019163022A1; JP6755575B2

Abstract

製炭炉（１）は、原料燃焼部（２）と、壁部（３）と、煙突（５）と、熱交換器（４）と、を備える。煙突（５）は、筒状であって上方側に延びる領域を含み、一方端側に設けられた開口部（５０１）がガス流入室（Ｓ）に連通しており、他方端側が製炭炉の外部に露出しており、ガス流入室（Ｓ）から流入したガスを他方端側から排気する。熱交換器（４）は、煙突（５）およびガス流入室（Ｓ）のうちの少なくともいずれか一方内に配置され、ガスの熱を取り込む。熱交換器（４）の、ガスの排気方向の下流側には、ガスに含まれる不純物成分により煙突（５）内で発生した液状物を溜める貯留部（６）が設けられている。

Description

製炭炉

　本発明は製炭炉に関するものである。

　木炭および竹炭等の炭を製造する方法の１つとして、平炉が用いられる。このような平炉として、天井のない開放型の平炉が知られている。開放型の平炉として、例えば、４つの側壁と、窯底としての鉄板と、原材が炭化することにより発生するガスを排出する煙突と、を備えた製炭炉が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５５６０３８３号明細書

　特許文献１に開示された製炭炉では、原料の燃焼により高温のガスが発生する。このような高温のガスの熱エネルギーの有効利用が望まれている。

　本発明の目的は、熱エネルギーを有効に利用することができる製炭炉を提供することである。

　本発明に従った製炭炉は、原料を炭化して炭を製造する。製炭炉は、原料燃焼部と、壁部と、煙突と、熱交換器と、を備える。原料燃焼部は、通気孔が設けられており、原料をその上に配置可能な底部、および底部の周縁から立ち上がって延びる側部を含み、底部上に配置された原料を燃焼させて原料を炭化させる。壁部は、底部の下方側に設けられており、原料の燃焼により原料燃焼部内に発生したガスを通気孔から流入させるガス流入室を構成する。煙突は、筒状であって上方側に延びる領域を含み、一方端側に設けられた開口部がガス流入室に連通しており、他方端側が製炭炉の外部に露出しており、ガス流入室から流入したガスを他方端側から排気する。熱交換器は、煙突およびガス流入室のうちの少なくともいずれか一方内に配置され、ガスの熱を取り込む。熱交換器の、ガスの排気方向の下流側には、ガスに含まれる不純物成分により煙突内で発生した液状物を溜める貯留部が設けられている。

　本発明の製炭炉においては、原料燃焼部に原料を複数層積層するようにして積み上げる。積み上げられた原料と底部とによって、内部に配置される原料を蒸し焼きにして炭化する。この際に、内部に配置される原料の燃焼により発生した高温のガスは、積み上げられた原料によって上方への流れが規制され、底部に設けられた通気孔からガス流入室に流入する。そして、上方側に延び、ガス流入室と連通する開口部が一方端に設けられ、他方端が外部に露出する煙突を通じて、ガスは外部に排気される。

　煙突およびガス流入室のうちの少なくともいずれか一方内に熱交換器が配置されている。このような箇所に熱交換器を配置することで、原料燃焼部における原料の燃焼により順次発生する高温のガスに熱交換器を曝すことができる。そうすると、熱交換器を循環する熱媒体に高温のガスから熱が伝わり、温度上昇させた高温の熱媒体を取り出すことができる。高温の熱媒体は、そのまま熱エネルギーとして用いるか、または熱を利用した発電に用いることができる。

　原料燃焼部内に発生した高温のガスは、煙突の他方端に向うに従って冷却される。ガスが冷却され液状になると、ガスに含まれるタール等の不純物成分による液状物が発生する。この液状物は排気方向に逆らって、すなわち排気方向の上流側に向って落下する。ここで、熱交換器が配置される領域から排気方向の下流側に液状物を溜める貯留部が設けられている。そうすると、熱交換器の下流側に貯留部が設けられているため、落下する液状物が熱交換器に至る前に貯留部によって溜められ、熱交換器に付着することを抑制することができる。従って、液状物が付着することによる熱交換器の効率の低下を抑制することができる。また、熱交換器を含む煙突の清掃の頻度を少なくしてメンテナンス性を良好にすることができる。

　このように本発明の製炭炉によれば、熱エネルギーを有効に利用することができる。

　上記製炭炉において、熱交換器および貯留部は、煙突に設けられていてもよい。このような構成とすることで、煙突内部で発生する液状物を貯留部に溜めることができる。このため、煙突内に配置される熱交換器に液状物が付着することを抑制することができる。

　上記製炭炉において、貯留部は、煙突の内壁面を外方側に凹ませるようにして設けられていてもよい。このような構成とすることにより、煙突内において貯留部によってガスの排気が阻害されるおそれを低減することができる。

　上記製炭炉において、煙突は、一方端を含んで鉛直方向に延び、その内部に熱交換器が配置される第一の部分と、第一の部分のガス流入室が位置する側とは反対側の端部側から連なって鉛直方向に交差する方向に延びる第二の部分と、第二の部分の第一の部分が位置する側とは反対側の端部側から連なって鉛直方向に延び、貯留部が設けられている第三の部分と、を含むようにしてもよい。それぞれ鉛直方向に延びる第一の部分と第三の部分との間に、鉛直方向に交差する方向に延びる第二の部分があるため、煙突の他方端側に配置される第三の部分で生じた液状物が鉛直方向の下方側に向って落下しても、熱交換器は第一の部分に配置されているため、直接熱交換器に液状物が付着することが抑制される。

　上記製炭炉において、煙突は、一方端を含んで鉛直方向に延び、その内部に熱交換器が配置される第一の部分と、第一の部分のガス流入室が位置する側とは反対側の端部側から連なって鉛直方向に交差する方向に延びる第二の部分と、第二の部分の第一の部分が位置する側とは反対側の端部側から連なって鉛直方向に延びる第三の部分と、第三の部分の第二の部分が位置する側とは反対側の端部側から連なって鉛直方向に交差する方向に延びる第四の部分と、第四の部分の第三の部分が位置する側とは反対側の端部側から連なって鉛直方向に延び、他方端を含み、第一の部分の上方側に配置され、貯留部が設けられている第五の部分と、を含んでもよい。それぞれ鉛直方向に延びる第一の部分と、第三の部分と第五の部分との間に、鉛直方向に交差する方向に延びる第二の部分および第四の部分があるため、煙突の他方端側に配置される第五の部分で生じた液状物が鉛直方向の下方側に向って落下しても、熱交換器は第一の部分に配置されているため、直接熱交換器に液状物が付着することがさらに抑制される。また、第一の部分の鉛直方向上方側に、間隔をあけて第五の部分が配置されることで、第一の部分の鉛直方向上方側の空間を有効に利用しつつ、貯留部からの液状物の取出しを容易にすることができる。

　上記製炭炉において、第一の部分の一部は、原料燃焼部と隣り合う位置に設けられていてもよい。このようにすることで、製炭炉全体の省スペース化を図ることができる。

　上記製炭炉において、熱交換器は、原料燃焼部と隣り合う位置に設けられていてもよい。このような構成とすることで、熱交換器はより高温の熱を取り込むことができる。

　上記製炭炉において、熱交換器は、側部よりも上方側に設けられていてもよい。このような構成とすることで、熱交換器を第一の部分から着脱可能にすると共に、熱交換器の取り付けと取り外しとを容易にすることができる。

　上記製炭炉において、回転により空気を送る羽根部を含み、煙突内に設けられ、羽根部の回転によりガスの排気方向への流れを促進させるファンをさらに備えてもよい。このようにファンを回転させることでガスの排気方向への流れが促進され、熱交換器による熱の取り込みをより効率的に行うことができる。

　上記製炭炉において、貯留部には、貯留部に溜められた液状物を回収する回収口が設けられ、貯留部は、取り外し可能であって、回収口を覆う蓋部を含んでもよい。このようにすることで、貯留部に溜められた液状物をより容易に取り除くことができる。また、ある程度の量の液状物が貯留部に溜まった段階で、貯留部から液状物を取り除けば良いため、煙突内の清掃の回数を少なくすることができる。

　以上の説明から明らかなように、本発明の製炭炉によれば、熱エネルギーを有効に利用することができる製炭炉を提供することができる。

実施の形態１における製炭炉の一例を示す概略断面図である。実施の形態１における製炭炉の概略平面図である。実施の形態２における製炭炉の一例を示す概略断面図である。

　［本願発明の実施形態の詳細］
　以下、本発明にかかる製炭炉の一実施の形態を以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。

　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１における製炭炉の一例を示す概略断面図である。図１における上下の方向は、Ｚ軸方向であり、左右の方向はＸ軸方向であり、前後の方向はＹ軸方向である。なお、Ｚ軸方向は、鉛直方向であり、Ｘ－Ｙ平面は鉛直方向に直交する面である。図２は、実施の形態１における製炭炉の概略平面図である。図２は、図１における原料を取り除いた状態を示す図である。図１は、図２におけるＩ－Ｉで示す平面で切断した場合の断面図である。

　図１および図２を参照して、製炭炉１は、原料を炭化して炭を製造するための炉である。原料としては、例えば、木材、竹などの植物や貝殻である。特に、間伐材または剪定材を原料として用いることができる。原料の水分率としては、例えば、５０質量％～６０質量％程度である。製炭炉１は、原料を燃焼させる原料燃焼部２と、原料燃焼部２の下部に設けられ、ガス流入室Ｓを構成する壁部３と、ガスを排気する煙突５と、高温のガスから熱を取り込む熱交換器４と、を備える。

　原料燃焼部２で原料を燃焼して炭化し、炭を製造する。原料燃焼部２は、所定箇所の地面を掘って、そのスペースに配置して設けられる。原料燃焼部２は、平板状の底部２２と、側部２１と、を含む。底部２２は、Ｚ軸方向から平面的に見て矩形状（より具体的には正方形状）である。本実施の形態において、底部２２は、約５ｍ×約５ｍ程度の面積を有する。底部２２の上面２３上に、原料が配置される。底部２２には、Ｚ軸方向に貫通する複数の丸孔状の通気孔２２１が間隔を開けて設けられている。通気孔２２１の径は、おおよそ１０ｍｍである。

　側部２１は、底部２２の周縁２４からＹ軸方向に立ち上がって延びるように配置されている。側部２１は、底部２２上の原料が配置される空間を取り囲むように配置されている。側部２１は、底部２２からＺ軸方向に約２ｍ程度の高さを有するように構成されている。本実施の形態においては、側部２１は、複数の立方体形状のブロック２１１を底部２２の周縁２４に配置して設けられている。

　底部２２の下方側に壁部３が設けられている。壁部３は、第１壁部３１と、第２壁部３２と、第３壁部３３と、第４壁部３４と、第５壁部３５と、第６壁部３６と、を含む（特に、図２参照）。第１壁部３１～第４壁部３４は、Ｘ軸方向に沿って配置されている。第５壁部３５および第６壁部３６は、Ｙ軸方向に沿って配置されている。第１壁部３１～第４壁部３４のＸ軸方向に垂直な方向の断面の形状は、Ｚ軸方向を示す矢印の向きに凹む円弧状である。第５壁部３５のＹ軸方向に垂直な方向の断面の形状は、Ｚ軸方向に凹む円弧状である。第６壁部３６のＹ軸方向に垂直な方向の断面の形状は、Ｚ軸方向に凹む円弧状である。第１壁部３１～第４壁部３４の一方の端部は、第６壁部３６に接続されている。第２壁部３２～第４壁部３４の他方の端部は、第５壁部３５に接続されている。第５壁部３５の一方の端部は、第４壁部３４と接続されている。第１壁部３１および第５壁部３５の他方の端部は、煙突５に接続されている。

　製炭炉１には、第１壁部３１～第６壁部３６のそれぞれと、底部２２とによって取り囲まれたガス流入室Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４、Ｓ_５、Ｓ_６が設けられる。ガス流入室Ｓ_１～Ｓ_４は、それぞれ間隔を開けて設けられている。底部２２には、ガス流入室Ｓ_１～Ｓ_４に対応するそれぞれの領域にＸ軸方向に沿って複数の通気孔２２１が間隔を開けて設けられている。また、底部２２には、ガス流入室Ｓ_５に対応する領域にＹ軸方向に沿って複数の通気孔２２１が間隔を開けて設けられている。底部２２には、ガス流入室Ｓ_６に対応する領域にＹ軸方向に沿って複数の通気孔２２１が間隔を開けて設けられている。ガス流入室Ｓ_１～Ｓ_６は、底部２２に設けられた通気孔２２１と連通する。原料燃焼部２内で原料が燃焼されると高温のガスが発生する。ガスは、通気孔２２１を通じて、ガス流入室Ｓ_１～Ｓ_６に流入する。ガス流入室Ｓ_６に流入したガスは、ガス流入室Ｓ_１～Ｓ_４に合流する。ガス流入室Ｓ_１に流入したガスは、矢印Ｄ_１の向き（Ｘ軸方向を示す矢印の向きとは反対の向き）に流れ、煙突５内に流入する。ガス流入室Ｓ_２～Ｓ_４に流入したガスは、それぞれ矢印Ｄ_２～Ｄ_４（Ｘ軸方向を示す矢印の向きとは反対の向き）に流れ、ガス流入室Ｓ_５に合流する。ガス流入室Ｓ_５に流入したガスは、矢印Ｄ_５の向き（Ｙ軸方向を示す矢印の向き）に流れ、煙突５内に流入する。

　煙突５は、中空筒状の形状を有する。煙突５は、Ｚ軸方向から平面的に見て、正方形状の底部２２の１つの角部の上に配置されている。煙突５は、上方側に延びる領域を含む。煙突５の一方の端部５０１は、底部２２と接続されている。煙突５の端部５０１に形成された開口部５０１Ａは、通気孔２２１を通じて、ガス流入室Ｓと連通する。煙突５の他方の端部５０２は、製炭炉１の外部に露出している。端部５０２に形成された開口部５０２Ａは、製炭炉１の外部に通じる。このようにして、ガス流入室Ｓから流入したガスは、煙突５の端部５０２側に流れ、開口部５０２Ａから外部に排出される。なお、煙突５において、端部５０１から端部５０２に向う方向（Ｚ軸方向）が排気方向となる。煙突５の排気方向の上流側とは、端部５０１側であり、煙突５の排気方向の下流側とは、端部５０２側である。

　煙突５は、第一の部分としての第１配管５１と、第二の部分としての第２配管５２と、第三の部分としての第３配管５３と、第四の部分としての第４配管５４と、第五の部分としての第５配管５５とを含む。煙突５のうち、上方側に延びる領域は、第１配管５１、第３配管５３および第５配管５５である。煙突５の排気方向の上流側から順に第１配管５１と、第２配管５２と、第３配管５３と、第４配管５４と、第５配管５５とが設けられている。なお、第１配管５１、第３配管５３および第５配管５５の排気方向はＺ軸方向である。また、第２配管５２および第４配管５４の排気方向はＸ軸方向である。

　第１配管５１は、中空の角筒状の形状を有する下方側壁５１１と、上方側壁５１２と、を含む。第１配管５１は、Ｚ軸方向に延びるように設けられている。下方側壁５１１のＹ軸方向に垂直な方向の断面は、約９００ｍｍ×約９００ｍｍの大きさである。下方側壁５１１の一部は、原料燃焼部２内に配置されている。下方側壁５１１の下方側に、煙突５の端部５０１が設けられる構成である。下方側壁５１１のガス流入室Ｓが位置する側とは反対側の端部５１４側には、上方側壁５１２が連なって設けられている。Ｚ軸方向からの上方側壁５１２の投影面積は、下方側壁５１１よりも小さく設けられている。すなわち、上方側壁５１２に囲まれた内部空間は、下方側壁５１１に囲まれた内部空間よりも狭く設けられている。上方側壁５１２の下方側壁５１１が位置する側とは反対側に位置する端部５１５に上壁５１６が設けられている。上方側壁５１２の端部５１５に近い領域には、第２配管５２が接続されている。

　熱交換器４は、第１配管５１内に配置されている。熱交換器４は、下方側壁５１１における上方側であって、ブロック２１１よりも上方側に配置されている。このような構成とすることで熱交換器４が第１配管５１から着脱可能にすると共に、熱交換器４の取り付けと取り外しとを容易にすることができる。熱交換器４には、矢印Ｔ_１の向き（Ｘ軸方向を示す矢印の向き）に熱媒体を流す配管が接続されており、第１配管５１を流れるガスから熱媒体に熱が伝えられる。そして、矢印Ｔ_２の向き（Ｘ軸方向を示す矢印の向きとは反対の向き）に熱媒体を流す配管が接続されており、温度上昇させた高温の熱媒体として取り出すことができる。そして、熱媒体は再度矢印Ｔ_１、Ｔ_２の向きに流れ、熱交換器４を循環する。本実施の形態において、熱媒体は水であり、温水を取り出すことができる。

　第２配管５２は、中空円筒状の形状である。第２配管５２は、Ｚ軸方向に交差する方向に沿って延びるように設けられる。本実施の形態においては、第２配管５２はＺ軸方向に垂直なＸ軸方向に沿って延びる。より具体的には、第２配管５２は、上方側壁５１２からＸ軸方向を示す矢印の向きに延びるように設けられている。第２配管５２の一方の端部５２１には、第１配管５１が接続されている。第２配管５２の第１配管５１が位置する側とは反対側の端部５２２は、第３配管５３が接続されている。第２配管５２には、羽根部７２を含むファン７１が配置されている。ファン７１に電力を供給することにより、羽根部７２を回転させることができる。羽根部７２の回転により煙突５における排気方向へのガスの流れを促進することができる。

　第３配管５３は、中空の角筒状の側壁５３１と、側壁５３１の一方の端部５３２に設けられる底壁５３４と、側壁５３１の他方の端部５３３に設けられる上壁５３５とを含む。第３配管５３は、Ｚ軸方向に沿って延びるように設けられる。側壁５３１の端部５３２に近い領域に第２配管５２が接続されている。側壁５３１の端部５３３に近い領域に第４配管５４が接続されている。

　第４配管５４は、中空の角筒状の形状である。第４配管５４は、Ｚ軸方向に交差する方向に沿って延びるように設けられる。本実施の形態においては、第４配管５４はＺ軸方向に垂直なＸ軸方向に沿って延びる。より具体的には、第４配管５４は、第３配管５３からＸ軸方向を示す矢印の向きとは反対の向きに延びるように設けられている。第４配管５４の一方の端部５４１は、第３配管５３と接続されている。第４配管５４の第３配管５３が位置する側とは反対側の端部５４２には、第５配管５５が接続されている。

　第５配管５５は、中空円筒状の側壁５５４を含む。第５配管５５は、Ｚ軸方向に沿って延びるように設けられる。第５配管５５は、第１配管５１のＺ軸方向上方側に間隔をあけて配置されている。側壁５５４の上方側に煙突５の端部５０２が設けられる構成である。側壁５５４の端部５０２が位置する側とは反対側の端部５５１に近い領域５５５に第４配管５４が接続されている。

　第５配管５５の下方側の端部５５１に連なって、貯留部６が設けられている。貯留部６は、中空の直方体状の形状である。貯留部６は、上壁６０１と、上壁６０１と互いに対向して配置される下壁６０２と、上壁６０１と、下壁６０２との間に配置される側壁６０３と、を含む。上壁６０１と、下壁６０２と、側壁６０３とによって囲まれた空間Ｓ_９が、第５配管５５にて冷却されたガスから生じる液状物９（例えば液状やゲル状のタール）を溜める空間となる。上壁６０１の中央領域を開口して第５配管５５が接続されている。貯留部６は、側壁５５４の第４配管５４が接続される領域５５５からＺ軸方向下方側に位置する。

　第５配管５５にて冷却されたガスから生じる液状物９は、矢印で示すようにＺ軸方向下方側に向って落下する。なお、図１では理解の容易の観点から液状物９の液滴を大きく表示している。そして、液状物９は、貯留部６に設けられた空間Ｓ_９に溜められる。

　側壁６０３の下壁６０２に近い下方側の領域に中空円筒状の突出部６１が設けられている。突出部６１は、側壁６０３からＸ軸方向を示す矢印の向きとは反対の向きに突出するように配置されている。突出部６１の側壁６０３が位置する側とは反対側に位置する端部６１２には回収口６１１が設けられている。回収口６１１を覆うように取り外し可能な平板状の蓋部６２が配置されている。蓋部６２を取り外すことで、回収口６１１から液状物９が流れ出て、貯留部６に溜まった液状物９を回収することができる。

　次に、製炭炉１を用いて炭を製造し、熱エネルギーを取り出す方法について説明する。まず、木材の間伐材等から小片状の木材の原料Ｘ_１～Ｘ_３を準備する。図１を参照して、原料Ｘ_１を大きな空洞が出来ないように底部２２に敷き詰めて、平たく均して配置する。そして、松明等により原料Ｘ_１全体に着火する。原料Ｘ_１が熾火状態になったことを確認し、その上に原料Ｘ_２を大きな空洞が出来ないように敷き詰めて、平たく均して配置する。この追加した原料Ｘ_２に火が燃え移ったことを確認した後に、その上に原料Ｘ_３を空洞が出来ないように敷き詰めて、平たく均して配置する。この際に、図１とは異なるが側部２１よりも高くなるように原料Ｘ_３を配置する。

　次に、原料Ｘ_１およびＸ_２を外気から遮断する遮断層を形成するために、原料Ｘ_３の上部全体を押圧する。このようにすることで、原料Ｘ_１、Ｘ_２は、外気と遮断され、蒸し焼きの状態とすることができる。その結果、原料Ｘ_１、Ｘ_２の炭化が促進される。この際に約６００℃～１０００℃の温度で炭化される。上記のように原料Ｘ_１、Ｘ_２の炭化が促進されると、原料全体の体積は減少して、図１に示す状態となる。原料Ｘ_１、Ｘ_２の炭化が完了した後に、再度原料を原料Ｘ_３の上に敷き詰めて配置する。そして、配置された原料の上部全体を上記と同様に押圧して気密状態とし遮断層を形成する。このようにして、原料Ｘ_３の炭化を促進する。このような工程を複数回繰り返して行い、炭を製造する。

　上記の炭を製造する際に、原料の燃焼により高温のガスが順次発生する。高温のガスは、遮断層により上方側への流出が規制されるために、通気孔２２１が設けられた底部２２が位置する下方側に向う。そして、底部２２に設けられた通気孔２２１を通じて、ガスはガス流入室Ｓに流入する。そして、ガス流入室Ｓから第１配管５１に流入し、第２配管５２～第５配管５５を通じて、煙突５の外部にガスは排出される。

　第１配管５１に配置された熱交換器４には、熱媒体としての水を循環する。熱媒体としての水に高温のガスから熱が伝えられる。そして、温度上昇した温水が得られる。温水の温度は、例えば、７０℃～９５℃である。このようにして得られた温水を発電装置に供給することで電気エネルギーを得ることができる。発電装置としては、例えば、水より沸点の低い液体を上記温水によって加熱して蒸気を得て、その蒸気でタービンを回すバイナリ発電装置等を用いることができる。なお、上記の温水は、そのままの状態で用いてもよい。

　ここで、本実施の形態１の製炭炉１においては、原料燃焼部２に原料を複数層積層するようにして積み上げる。積み上げられた原料と底部２２とによって、内部に配置される原料を蒸し焼きにして炭化する。この際に、内部に配置される原料の燃焼により発生した高温のガスは、積み上げられた原料によって上方への流れが規制され、底部２２に設けられた通気孔２２１からガス流入室Ｓに流入する。そして、上方側に延び、ガス流入室Ｓと連通する開口部５０１Ａが一方の端部５０１に設けられ、他方の端部５０２が外部に露出する煙突５を通じて、ガスは外部に排気される。

　煙突５内に熱交換器４が配置されている。このような箇所に熱交換器４を配置することで、原料燃焼部２における原料の燃焼により順次発生する高温のガスに熱交換器４を曝すことができる。そうすると、熱交換器４を循環する熱媒体に高温のガスから熱が伝わり、温度上昇させた高温の熱媒体を取り出すことができる。高温の熱媒体は、そのまま熱エネルギーとして用いるか、または熱を利用した発電に用いることができる。

　原料燃焼部２内に発生した高温のガスは、煙突５の端部５０２に向うに従って冷却される。ガスが冷却され液状になると、ガスに含まれるタール等の不純物成分による液状の液状物９が発生する。この液状物９は排気方向に逆らって、すなわち排気方向の上流側に向って落下する。ここで、熱交換器４が配置される領域から排気方向の下流側（具体的には第５配管５５）に液状物９を溜める貯留部６が設けられている。そうすると、熱交換器４の下流側に貯留部６が設けられているため、落下する液状物９が熱交換器４に至る前に貯留部６によって溜められ、熱交換器４に付着することを抑制することができる。従って、液状物９が付着することによる熱交換器４の効率の低下を抑制することができる。また、熱交換器４を含む煙突５の清掃の頻度を少なくしてメンテナンス性を良好にすることができる。

　このように本実施の形態１の製炭炉によれば、熱エネルギーを有効に利用することができる。

　上記実施の形態では、煙突５は、端部５０１を含んでＺ軸方向に延び、その内部に熱交換器４が配置される第１配管５１と、第１配管５１のガス流入室Ｓが位置する側とは反対側の端部５１５側から連なってＸ軸方向に延びる第２配管５２と、第２配管５２の第１配管５１が位置する側とは反対側の端部５２２側から連なってＺ軸方向に延びる第３配管５３と、第３配管５３の第２配管５２が位置する側とは反対側の端部５３３側から連なってＸ軸方向に延びる第４配管５４と、第４配管５４の第３配管５３が位置する側とは反対側の端部５４２側から連なってＺ軸方向に延び、端部５０２を含み、第１配管５１のＺ軸方向上方側に配置され、貯留部６が設けられている第５配管５５と、を含む。それぞれＺ軸方向に延びる第１配管５１と、第３配管５３と、第５配管５５との間に、Ｘ軸方向に延びる第２配管５２および第４配管５４があるため、煙突５の端部５０２側に配置される第５配管５５で生じた液状物９がＺ軸方向の下方側に向って落下しても、熱交換器４は第１配管５１に配置されているため、直接熱交換器４に液状物９が付着することが抑制される。また、第１配管５１のＺ軸方向上方側に、間隔をあけて第５配管５５が配置されることで、第１配管５１のＺ軸方向上方側の空間を有効に利用しつつ、貯留部６からの液状物９の取出しを容易にすることができる。

　上記実施の形態では、第１配管５１の下方側壁５１１の一部は、原料燃焼部２と隣り合う位置に設けられている。このようにすることで、製炭炉１全体の省スペース化を図ることができる。

　上記実施の形態では、煙突５内に設けられ、羽根部７２の回転によりガスの排気方向への流れを促進させるファン７１を備える。このようにファン７１を回転させることでガスの排気方向への流れが促進され、熱交換器４による熱の取り込みをより効率的に行うことができる。

　上記実施の形態では、ファン７１は、第２配管５２に配置される構成としたが、これに限られるものではなく、ファン７１は、第２配管５２よりも排気方向下流側に配置されるようにしてもよい。より具体的には、第３配管５３、第４配管５４、または第５配管５５に配置するようにしてもよい。このようにファン７１が配置される場所は、ガスの排気方向への流れを促進させる観点から適宜変更される。なお、ファン７１は、ガスの排気方向への流れを促進される観点から複数配置されるようにしてもよい。

　上記実施の形態では、貯留部６には、貯留部６に溜められた液状物９を回収する回収口６１１が設けられている。貯留部６は、取り外し可能であって、回収口６１１を覆う蓋部６２を含む。このようにすることで、貯留部６に溜められた液状物９をより容易に取り除くことができる。また、ある程度の量の液状物９が貯留部６に溜まった段階で、貯留部６から液状物９を取り除けば良いため、煙突５内の清掃の回数を少なくすることができる。

　（実施の形態２）
　次に、本願の製炭炉の実施の形態２について説明する。図３は、実施の形態２における製炭炉の一例を示す概略断面図である。実施の形態２は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有する。しかし、実施の形態２においては、煙突５の構造が、実施の形態１の場合と異なっている。以下、主に実施の形態１の場合とは異なる点について説明する。

　図３を参照して、煙突５は、第一の部分としての第１配管８１と、第二の部分としての第２配管８２と、第三の部分としての第３配管８３と、を含む。煙突５のうち、上方側に延びる領域は、第１配管８１および第３配管８３である。煙突５の排気方向の上流側から順に第１配管８１と、第２配管８２と、第３配管８３とが設けられている。第１配管８１および第３配管８３はＺ軸方向に延びるように設けられている。なお、第１配管５１および第３配管５３の排気方向はＺ軸方向である。また、第２配管８２の排気方向はＸ軸方向である。

　第１配管８１は、中空の角筒状の形状を有する下方側壁８１１と、上方側壁８１２と、を含む。第１配管８１は、Ｚ軸方向に延びるように設けられている。下方側壁８１１の一部は、原料燃焼部２内に配置されている。下方側壁８１１の下方側に、煙突５の端部５０１が設けられる構成である。下方側壁８１１のガス流入室Ｓが位置する側とは反対側の端部８１４側には、上方側壁８１２が連なって設けられている。Ｚ軸方向からの上方側壁８１２の投影面積は、下方側壁８１１よりも小さく設けられている。すなわち、上方側壁８１２に囲まれた内部空間は、下方側壁８１１に囲まれた内部空間よりも狭く設けられている。上方側壁８１２の下方側壁８１１が位置する側とは反対側に位置する端部８１５に上壁８１６が設けられている。上方側壁８１２の端部８１５に近い領域には、第２配管８２が接続されている。

　熱交換器４は、第１配管８１内に配置されている。熱交換器４は、下方側壁８１１における上方側であって、ブロック２１１よりも上方側に配置されている。

　第２配管８２は、中空の角筒状の形状である。第２配管８２は、Ｚ軸方向に交差する方向に沿って延びるように設けられる。本実施の形態においては、第２配管５２はＺ軸方向に垂直なＸ軸方向に沿って延びる。より具体的には、第２配管５２は、上方側壁８１２からＸ軸方向を示す矢印の向きとは反対の向きに延びるように設けられている。第２配管５２の一方の端部８２１は、第１配管５１と接続されている。第２配管８２の第１配管５１が位置する側とは反対側の端部８２２には、第３配管８３が接続されている。

　第３配管８３は、中空円筒状の側壁８３４を含む。第３配管８３は、Ｚ軸方向に沿って延びるように設けられる。第３配管８３は、第１配管８１のＺ軸方向上方側に間隔をあけて配置されている。側壁８３４の上方側に煙突５の端部５０２が設けられる構成である。側壁８３４の端部５０２が位置する側とは反対側の端部８３１に近い領域８３５に第２配管８２が接続されている。

　第３配管８３の端部８３１に連なって、貯留部６が設けられている。貯留部６は、中空の直方体状の形状である。貯留部６は、上壁６０１と、上壁６０１と互いに対向して配置される下壁６０２と、上壁６０１と、下壁６０２との間に配置される側壁６０３と、を含む。上壁６０１と、下壁６０２と、側壁６０３とによって囲まれた空間Ｓ_９が、第３配管８３にて冷却されたガスから生じる液状物９（例えばタール）を溜める空間となる。上壁６０１の中央領域を開口して第３配管８３が接続されている。貯留部６は、側壁８３４の第２配管８２が接続される領域８３５からＺ軸方向下方側に位置する。

　第３配管８３にて冷却されたガスから生じる液状物９は、Ｚ軸方向下方側に向って落下する。なお、図３では理解の容易の観点から液状物９の液滴を大きく表示している。そして、液状物９は貯留部６に設けられた空間Ｓ_９に溜められる。

　上記実施の形態２の構造を有する製炭炉８によっても、実施の形態１と同様に、熱エネルギーを有効に利用することができる。

　なお、上記実施の形態では、煙突５は、端部５０１を含んでＺ軸方向に延び、その内部に熱交換器４が配置される第１配管８１と、第１配管８１のガス流入室Ｓが位置する側とは反対側の端部８１５側から連なってＸ軸方向に延びる第２配管８２と、第２配管８２の第１配管８１が位置する側とは反対側の端部８２２側から連なってＺ軸方向に延び、貯留部６が設けられている第３配管８３と、を含む。それぞれＺ軸方向に延びる第１配管８１と第３配管８３との間に、Ｘ軸方向に延びる第２配管８２があるため、煙突５の端部５０２側に配置される第３配管８３で生じた液状物９がＺ軸方向の下方側に向って落下しても、熱交換器４は第１配管８１に配置されているため、直接熱交換器４に液状物９が付着することが抑制される。

　上記実施の形態では、底部２２は正方形状の形状としたが、これに限られるものではなく、種々の形状を採用することができる。

　上記実施の形態では、貯留部６は、第３配管８３または第５配管５５に設けられる構成としたが、これに限られるものではなく、煙突５の内壁面を外方側に凹ませるようにして設けられていてもよい。このような構成とすることにより、煙突５内において貯留部６によってガスの排気が阻害されるおそれを低減することができる。

　上記実施の形態では、熱交換器４は、下方側壁５１１または下方側壁８１１における上方側に配置される構成としたが、これに限られるものではなく、下方側壁５１１または下方側壁８１１における下方側であって、ブロック２１１と隣り合う位置に配置されるようにしてもよい。さらに、原料Ｘ_１～原料Ｘ_３と隣り合う位置に配置されるようにしてもよい。このような構成とすることで、熱交換器４はより高温の熱を取り込むことができる。

　上記実施の形態では、熱交換器４における熱媒体が水である構成としたが、これに限られるものではなく、熱媒体としては、油等を用いてもよい。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　本発明の製炭炉は、熱エネルギーを有効に利用することが求められる製炭炉に、特に有利に適用され得る。

　１，８　製炭炉、２　原料燃焼部、３　壁部、４　熱交換器、５　煙突、６　貯留部、９　液状物、２１　側部、２２　底部、２３　上面、２４　周縁、３１　第１壁部、３２　第２壁部、３３　第３壁部、３４　第４壁部、３５　第５壁部、５１，８１　第１配管、５２，８２　第２配管、５３，８３　第３配管、５４　第４配管、５５　第５配管、６１　突出部、６２　蓋部、７１　ファン、７２　羽根部、２１１　ブロック、２２１　通気孔
５０１，５０２，５１４，５１５，５２１，５２２，５３２，５３３，５４１，５４２，５５１，６１２，８１４，８１５，８２１，８２２，８３１　端部、５０１Ａ，５０２Ａ　開口部、５１１，８１１　下方側壁、５１２，８１２　上方側壁、５１６，５３５，６０１，８１６　上壁、５３１，５５４，６０３，８３４　側壁、５３４，６０２　底壁、５５５，８３５　領域、６１１　回収口。

Claims

　原料を炭化して炭を製造する製炭炉であって、
　通気孔が設けられており、前記原料をその上に配置可能な底部、および前記底部の周縁から立ち上がって延びる側部を含み、前記底部上に配置された前記原料を燃焼させて前記原料を炭化させる原料燃焼部と、
　前記底部の下方側に設けられており、前記原料の燃焼により前記原料燃焼部内に発生したガスを前記通気孔から流入させるガス流入室を構成する壁部と、
　筒状であって上方側に延びる領域を含み、一方端側に設けられた開口部が前記ガス流入室に連通しており、他方端側が前記製炭炉の外部に露出しており、前記ガス流入室から流入した前記ガスを前記他方端側から排気する煙突と、
　前記煙突および前記ガス流入室のうちの少なくともいずれか一方内に配置され、前記ガスの熱を取り込む熱交換器と、を備え、
　前記熱交換器の、前記ガスの排気方向の下流側には、前記ガスに含まれる不純物成分により前記煙突内で発生した液状物を溜める貯留部が設けられている、製炭炉。
　前記熱交換器および前記貯留部は、前記煙突に設けられている、請求項１に記載の製炭炉。
　前記貯留部は、前記煙突の内壁面を外方側に凹ませるようにして設けられている、請求項１または請求項２に記載の製炭炉。
　前記煙突は、
　前記一方端を含んで鉛直方向に延び、その内部に熱交換器が配置される第一の部分と、
　前記第一の部分の前記ガス流入室が位置する側とは反対側の端部側から連なって鉛直方向に交差する方向に延びる第二の部分と、
　前記第二の部分の前記第一の部分が位置する側とは反対側の端部側から連なって鉛直方向に延び、前記貯留部が設けられている第三の部分と、を含む、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の製炭炉。
　前記煙突は、
　前記一方端を含んで鉛直方向に延び、その内部に熱交換器が配置される第一の部分と、
　前記第一の部分の前記ガス流入室が位置する側とは反対側の端部側から連なって鉛直方向に交差する方向に延びる第二の部分と、
　前記第二の部分の前記第一の部分が位置する側とは反対側の端部側から連なって鉛直方向に延びる第三の部分と、
　前記第三の部分の前記第二の部分が位置する側とは反対側の端部側から連なって鉛直方向に交差する方向に延びる第四の部分と、
　前記第四の部分の前記第三の部分が位置する側とは反対側の端部側から連なって鉛直方向に延び、前記他方端を含み、前記第一の部分の上方側に配置され、前記貯留部が設けられている第五の部分と、を含む、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の製炭炉。
　前記第一の部分の一部は、前記原料燃焼部と隣り合う位置に設けられている、請求項４または請求項５に記載の製炭炉。
　前記熱交換器は、前記原料燃焼部と隣り合う位置に設けられている、請求項４～請求項６のいずれか１項に記載の製炭炉。
　前記熱交換器は、前記側部よりも上方側に設けられている、請求項４～請求項６のいずれか１項に記載の製炭炉。
　前記煙突内に設けられ、羽根部の回転により前記ガスの前記排気方向への流れを促進させるファンをさらに備える、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の製炭炉。
　前記貯留部には、前記貯留部に溜められた前記液状物を回収する回収口が設けられ、
　前記貯留部は、取り外し可能であって、前記回収口を覆う蓋部を含む、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の製炭炉。