連続減容炭化装置
【課題】安定した品位の炭化処理物を高能率で製出でき、炭化処理物の用途に応じて炭化度合を容易に調整でき、原料がサイズの小さいものや熱伝導性に劣るものでも効率よく炭化処理できる連続減容炭化装置を提供する。
【解決手段】炭化処理ケーシング１と、回転自在に軸支された中空状の回転ドラム２と、その駆動モーター３と、回転ドラム２内へ熱風を吹き込む熱風発生炉とを備える。回転ドラム２は、外周面に多数の処理ポケット２０が凹設されている。炭化処理ケーシング１は、上部側に原料投入口１１と、下部側に処理物排出口１２と、凹円弧状周壁部１３を備える。回転ドラム２を熱風Ｇ１によって加熱した状態で回転しつつ、原料投入口１１に炭化用原料Ｒを投入することにより、連続的に炭化用原料Ｒが処理ポケット２０に充填されて、処理物排出口１２まで移動する間に熱分解し、減容した炭化処理物Ｃとして排出される。
【解決手段】炭化処理ケーシング１と、回転自在に軸支された中空状の回転ドラム２と、その駆動モーター３と、回転ドラム２内へ熱風を吹き込む熱風発生炉とを備える。回転ドラム２は、外周面に多数の処理ポケット２０が凹設されている。炭化処理ケーシング１は、上部側に原料投入口１１と、下部側に処理物排出口１２と、凹円弧状周壁部１３を備える。回転ドラム２を熱風Ｇ１によって加熱した状態で回転しつつ、原料投入口１１に炭化用原料Ｒを投入することにより、連続的に炭化用原料Ｒが処理ポケット２０に充填されて、処理物排出口１２まで移動する間に熱分解し、減容した炭化処理物Ｃとして排出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば各種木質廃材、鋸屑、家畜糞、コーヒー粕、茶殻、果実殻等の有機質固形物を原料として、連続的に熱分解させて減容した炭化処理物を製出させるための連続減容炭化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、木炭を始めとする炭は、その調湿作用、脱臭作用、マイナスイオン放出作用、有害物質吸着作用、防黴性、防ダニ性等の優れた性質が注目され、本来の燃料として用いる以外に、一般家庭では室内各所や床下に配置したり、炊飯器内に入れたり、飲料水や風呂水等に浸漬して用いている。また、細片化ないし粉末化したものを各種の建築資材や建具、畳等にサンドイッチ状態にしたものや、布団等の寝具類の内部に納めたものも商品化され、更に土壌改質に用いたり、樹脂やセラミック材料等に混入する等、様々な方面に用途が拡がりつつあり、その需要はますます増大する傾向にある。
【０００３】
一方、最近では、近年、環境保全や省資源の観点から、例えば、間伐材や選定材、木材や竹材の削り屑、鋸屑、バーク（樹皮）、木質建築廃材、木製家具類廃棄物、牛糞、豚糞、鶏糞、馬糞、コーヒー粕、茶殻、果実殻、穀物殻、古紙、可燃ゴミ等の様々な可燃性固形廃物について、その減容及び有効再利用が要望されている。
【０００４】
従来、木質廃材の破砕チップ等を原料にして有用な消し炭状の炭化物を製出させる炭化装置として、上部側を開閉蓋付きの材料出入口とする炉本体の内部に、下部に熱気導入孔を備えた炭化用加熱筒が炉本体の中心部に立設されると共に、その上端側が横切り筒を介して外部の排気筒が接続配管され、炉本体の底部に空気取入れ口を有するものが提案されている（特許文献１）。また、本発明者らは、更に改良型の炭化装置として、前記の炭化用加熱筒に代えて、下部に炉内空間に連通する排気導入孔を備えて上部が閉塞した外筒と、この外筒内に同心状に配置して下端が炉外への排気路に繋がる内筒とからなる二重筒状の排気加熱筒を設けたものを開発・実用化している（特許文献２）。
【０００５】
上記前者の炭化装置では、炉本体内に装填された炭化用材料に底部側から着火して酸素不足状態で自発燃焼させるが、その燃焼ガスの吸入で赤熱した炭化用加熱筒からの熱放射により、炭化用材料の炭化が促進される。また、上記後者の改良型の炭化装置では、炭化用材料の自発燃焼にて発生する高温の燃焼排ガスが二重筒状の排気加熱筒内を上下往復して炉外へ出るため、燃焼排ガスから加熱排気筒への熱伝播量が増大し、加熱排気筒全体の蓄熱による赤熱化の急速な進行によって炉内温度がより早く上昇し、もって炭化用材料の熱分解及び自発燃焼がより促進され、完全炭化に要する時間がより短縮される。
【特許文献１】特開２００３−１１９４６８号公報
【特許文献２】特許第４０１７５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の炭化装置では、炉本体内に装填した分の原料を炭化処理し、製出した炭化処理物を取り出して新たに原料を装填して再度の処理を行うというバッジ方式であるため、その入れ換え作業に手間がかかって処理能率に劣ると共に、処理毎に得られる炭化処理物の品位が変動し易い上、炭化度合の調整が難しいという難点があった。
【０００７】
一方、炭化用原料は、従来では木材や竹材のチップとして数ｃｍから十数ｃｍ程度のサイズが主流であったが、最近では木質原料でも間伐材や伐採竹材を粉砕処理したものや、おが屑からのプレス処理でペレット化したもの等、概して１０ｍｍ以下の細かいものが多くなっている。これは、炭化物を燃料化したり、他の材料に混合したり、土壌改質材として土に混ぜたりする上で、粒度が小さい方が使い易いことによる。更に、木質以外のバイオマス廃物でも、例えば家畜糞、コーヒー粕、茶殻、果実殻、穀物殻等の形態的に細かいものが多い。しかるに、サイズの小さい炭化用原料では、炭化炉に装填した際の材料密度が高くなり、それだけ隙間に存在する空気量が減って燃焼しにくくなると共に、通気性の低下で熱気が浸透しにくい上、中央の排気加熱筒からの放熱も伝播しにくくなる。また、炭化用原料の処理形態や材質によって熱伝導性が低いこともあり、この場合には当然に熱分解性が悪くなる。従って、前記従来の炭化装置では、炭化用原料がサイズの小さいものや熱伝導性に劣るものである場合に、炭化に要する時間が長くなることに加え、炉内での位置による炭化の進行度合の差が大きいため、むら焼けによる炭化物の品質低下を生じ易いという難点があった。
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みて、連続方式によって安定した品位の炭化処理物を高能率で製出できる上、炭化処理物の用途に応じて炭化度合を容易に調整することが可能であり、しかも炭化用原料がサイズの小さいものや熱伝導性に劣るものでも非常に効率よく炭化処理できる連続減容炭化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る連続減容炭化装置Ｍは、炭化処理ケーシング１と、該炭化処理ケーシング１内で回転自在に軸支された中空状の回転ドラム２と、該回転ドラム２の回転駆動手段（駆動モーター３）と、該回転ドラム２内へ熱風を吹き込む熱風供給手段（熱風発生炉４）とを備え、回転ドラム２は、外周面に多数の処理ポケット２０が凹設されると共に、一端側の中空支軸５ａに熱風入口２１、他端側の中空支軸５ｂに熱風出口２２がそれぞれ形成され、炭化処理ケーシング１は、上部側で該回転ドラム２の外周面に臨む原料投入口１１と、下部側で同外周面に臨む処理物排出口１２と、その原料投入口１１から処理物排出口１２にわたって同外周面に近接する凹円弧状周壁部１３を備え、回転ドラム２を熱風Ｇ１によって加熱した状態で回転しつつ、原料投入口１１に炭化用原料Ｒを投入することにより、連続的に該炭化用原料Ｒが該回転ドラム２の処理ポケット２０に充填されて、処理物排出口１２まで移動する間の加熱によって熱分解し、該処理物排出口１２から減容した炭化処理物Ｃとして排出されるように構成されてなる。
【００１０】
請求項２の発明は、上記請求項１の連続減容炭化装置Ｍにおいて、炭化処理ケーシング１の凹円弧状周壁部１３の外側に加熱ジャケット１４が形成され、前記回転ドラムの熱風出口を出た熱風Ｇ１が該加熱ジャケット１４内を通過して排出されるように構成されてなる。
【００１１】
請求項３の発明は、上記請求項１又は２の連続減容炭化装置Ｍにおいて、熱風供給手段が熱風Ｇ１を燃料の燃焼ガスとして発生させる熱風発生炉４からなり、炭化用原料Ｒの熱分解に伴って発生する熱分解ガスＧ２を当該熱風発生炉４内へ燃料の一部として送る熱分解ガス送給手段６を有してなるものとしている。
【００１２】
請求項４の発明は、上記請求項１〜３の何れかの連続減容炭化装置Ｍにおいて、回転ドラム２内に蓄熱部７が設けられてなるものとしている。
【００１３】
請求項５の発明は、上記請求項４の連続減容炭化装置Ｍにおいて、蓄熱部７が回転ドラム２と同心の円筒状をなし、熱風入口２１から流入した熱風Ｇ１が該蓄熱部７の外周面と回転ドラム２の内周面との間の環状空間を通って熱風出口２２へ至るように構成されてなるものとしている。
【００１４】
請求項６の発明は、上記請求項４又は５の連続減容炭化装置Ｍにおいて、蓄熱部７が無機質蓄熱材の充填層７１を有してなるものとしている。
【００１５】
請求項７の発明は、上記請求項１〜６の何れかの連続減容炭化装置Ｍにおいて、各処理ポケット２０が回転ドラム２の幅方向に沿う凹溝状に形成され、周方向に隣接する処理ポケット２０，２０間の境界部が回転ドラム２に一体化したフィン状の仕切壁２３ａにて構成されてなるものとしている。
【発明の効果】
【００１６】
次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明に係る連続減容炭化装置では、回転ドラム２を熱風Ｇ１によって加熱した状態で回転しつつ、原料投入口１１に炭化用原料Ｒを投入することにより、該炭化用原料Ｒが該回転ドラム２の処理ポケット２０に充填されて、処理物排出口１２まで移動する間の加熱によって熱分解し、該処理物排出口１２から減容した炭化処理物Ｃとして排出される。しかして、この炭化装置によれば、連続方式によって高能率の炭化処理を行える上、回転ドラム２全体が均一な加熱状態になり、しかも各処理ポケット２０に充填された炭化用原料Ｒが定量で且つ同じ時間及び温度条件で処理されるから、安定した品位の炭化処理物Ｃを製出できる。また、この炭化処理では、炭化用原料Ｒの単位量に対する加熱面積が大きく、それだけ高い熱分解効率が得られるから、該炭化用原料Ｒがサイズの小さいものや熱伝導性に劣るものであっても支障なく短時間で均一に完全炭化させることができると共に、回転ドラム２の回転速度を変えることにより、製出させる炭化処理物Ｃの炭化度合を用途に応じて容易に調整可能である。
【００１７】
請求項２の発明によれば、炭化処理ケーシング１の凹円弧状周壁部１３が外側の加熱ジャケット１４内を通過する熱風Ｇ１によって高温化するから、回転ドラム２の処理ポケット２０に充填された炭化用原料Ｒが内外両側から加熱されることになり、もってより高い熱分解効率が得られる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、熱分解ガス送給手段６により、炭化用原料Ｒの熱分解に伴って発生する燃焼カロリーの高い熱分解ガスＧ２が熱風供給手段の熱風発生炉４内へ燃料の一部として送られるから、熱風生成に要する本来の燃料消費を少なくしてランニングコストを低減できる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、回転ドラム２内に蓄熱部７が設けられているから、吹き込まれる熱風Ｇ１から回転ドラム２側への移動熱量が大きくなり、それだけ熱効率が向上すると共に、回転ドラム２側の保持熱量の増大によって炭化処理温度が安定し、より高能率で均一な炭化処理を行える。
【００２０】
請求項５の発明によれば、熱風入口２１から回転ドラム２内に流入した熱風Ｇ１が円筒状の蓄熱部７の外周面と回転ドラム２の内周面との間の環状空間２４を通って熱風出口２２へ至る構成であるから、熱風Ｇ１と回転ドラム２側との熱交換効率がより向上する。
【００２１】
請求項６の発明によれば、回転ドラム２の蓄熱部７に無機質蓄熱材の充填層７１を有することから、該蓄熱部７が簡素な構造的で大きな蓄熱量を確保できる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、各処理ポケット２０が回転ドラム２の幅方向に沿う凹溝状に形成され、周方向に隣接する処理ポケット２０，２０間の境界部がフィン状の仕切壁２３ａにて構成されるから、回転ドラム２の外周側に処理ポケット２０を最大限に密に構成できると共に、各処理ポケット２０が回転ドラム２の周方向には短い幅になるため、該回転ドラム２の回転に伴って処理ポケット２０の傾きが増してゆく過程で、炭化用原料Ｒは熱分解で減容しても各処理ポケット２０内で僅かしか移動せず、もって各処理ポケット２０内での被処理物の偏りによるムラ焼けが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る連続減容炭化装置の一実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は連続減容炭化装置を含む炭化処理システムの構成例を示す概略側面図、図２は連続減容炭化装置の要部の縦断側面図、図３は同要部の縦断正面図、図４は同要部の平面図である。
【００２４】
図１に示す炭化処理システムは、ホッパー８１に投入した炭化用原料Ｒを傾斜べルトコンベヤ８２を介して原料槽ＲＴ内に収容し、この原料槽Ｔ１からべルトコンベヤ８３を介して所定量の炭化用原料Ｒを連続減容炭化装置Ｍの原料投入口１１へ送り、その炭化処理ケーシング１内で側方のバイオチップバーナー方式の熱風発生炉４から供給される熱風を利用して炭化処理し、製出した炭化処理物を下方の第一スクリューフィーダ８４、二段ダンパー８５、第二スクリューフィーダ８６を順次経て冷却させた上で、リフトコンベヤ８７を介してストックタンクＳＴに収容し、その下方の排出機８８より必要量を取り出すようになっている。なお、炭化処理ケーシング１の下部と熱風発生炉４との間に、熱分解ガス供給手段６としての送気ファン６ａを介在させたガス供給パイプ６ｂが接続されている。
【００２５】
図２〜図４に示すように、連続減容炭化装置Ｍは、架台９上に、水平回転軸心の回転ドラム２を内蔵した炭化処理ケーシング１と、その回転ドラム２を駆動伝達チェーン３ａを介して回転させる回転駆動手段の駆動モーター３とが設置されると共に、炭化処理ケーシング１の左右両側外部で回転ドラム２の左右両側の中空支軸５ａ，５ｂを回転自在に枢支する支持軸受３１，３１が設けてある。
【００２６】
炭化処理ケーシング１は、内蔵する円筒状の回転ドラム２の全体を包囲する形状であり、該回転ドラム２の軸心から側方へ離れた位置に、上方に開放した原料投入口１１と、下方に開放した処理物排出口１２とが上下対向状に設けられている。しかして、原料投入口１１及び処理物排出口１２は、共に回転ドラム２の幅方向に長い矩形に構成され、上下から各々該回転ドラム２の外周面に臨んでいる。そして、原料投入口１１の上部側には、原料レベル計１５が付設されている。また、原料投入口１１と処理物排出口１２との間は、回転ドラム２の外周面に近接した凹円弧状周壁部１３をなすと共に、この凹円弧状周壁部１３の外側に加熱ジャケット１４が設けられ、更に炭化処理ケーシング１の外面全体にガラスウールやロックウールからなる保温材１６が貼着されている。
【００２７】
回転ドラム２は、周壁部２ａと左右側壁部２ｂ，２ｂとで中空円筒状に構成され、その左右側壁部２ｂ，２ｂの各中央部に、中空支軸５ａ，５ｂの各々内端側が貫通状態に固着されており、両中空支軸５ａ，５ｂが各々軸受３２を介して炭化処理ケーシング１の側板部１ａを貫通した状態で各々支持軸受３１に軸支されている。しかして、一方（左側）の中空支軸５ａは熱風発生炉４から供給される熱風Ｇ１を回転ドラム２内へ導入する熱風入口２１を形成し、他方（右側）の中空支軸５ｂは導入された熱風Ｇ１を回転ドラム２外へ導出する熱風出口２２を形成している。また、熱風出口２２側の中空支軸５ｂの外端側には、既述の駆動伝達チェーン３ａを巻き掛けるスプロケット３３が固着されており、駆動モーター３の作動によって外回転ドラム２が炭化処理ケーシング１内で回転するようになっている。更に、中空支軸５ｂ側の支持軸受３１の下方には、スプロケット３３の周辺部に設けた指標３３ａを基準にして回転角度を検出する回転角度センサー３４が付設されている。
【００２８】
この回転ドラム２の外周面には、各々幅方向に沿う凹溝状をなす多数の浅い処理ポケット２０が、左右２列で全周にわたって密に配列している。その周方向に隣接する処理ポケット２０，２０同士の境界部は、回転ドラム２の周壁部２ａの外面側に周方向一定間隔置きに一体形成した幅方向に沿うフィン状の仕切壁２３ａにて形成されている。また、左右の処理ポケット２０，２０同士の境界部は、回転ドラム２の周壁部２ａの幅方向中央位置において周方向に連続する環状仕切壁２３ｂにて形成されている。更に、左右の処理ポケット２０，２０の各々外端側は、回転ドラム２の側壁部２ｂの全周にわたって延出するフランジ部２３ｃにて仕切られている。しかして、これらフィン状の仕切壁２３ａ及び環状仕切壁２３ｂとフランジ部２３ｃは、同じ頂端高さに設定されて全体として回転ドラム２の外周面を構成している。
【００２９】
回転ドラム２の内部には、当該回転ドラム２と同心の円筒状の蓄熱部７が一体的に設けられている。この蓄熱部７は、内外２重の周壁部７ａと、各々中央部が外側へ僅かに高く突出した円錐状の両側壁部７ｃ，７ｃとで円筒状をなすと共に、２重の周壁部７ａの内側空間がセラミック系材料等の無機質蓄熱材の充填層７１になっており、各側壁部７ｃの周辺側に突設した複数の取付片７ｃの先端部を回転ドラム２の側壁部２ｂ内面に溶接することにより、回転ドラム２に一体化されている。そして、蓄熱部７の外周面と回転ドラム２の内周面との間には環状空間２４が構成され、熱風入口２１から流入した熱風Ｇ１が該環状空間２４を通って熱風出口２２へ至るようになっている。
【００３０】
また、熱風出口２２側の中空支軸５ｂの外端部は、熱風循環パイプ１７の一端側の管継手部１７ａに相対回転自在で且つ気密に連結されている。そして、この熱風循環パイプ１７の他端側１７ｂは、炭化処理ケーシング１の上部側から加熱ジャケット１４の内側空間１４ａに連通接続されている。更に、炭化処理ケーシング１の上部には、原料投入口１１よりも回転ドラム２の軸心から離れるように位置して、該加熱ジャケット１４の内側空間１４ａに連通する熱風排出管１８が設けられている。なお、熱風循環パイプ１７の外周は保温材１５で被覆され、また一端側の管継手部１７ａには熱風用温度計３５が付設されている。
【００３１】
一方、炭化処理ケーシング１の処理物排出口１２の上部側方には熱分解ガス導出口１９が設けてある。そして、この熱分解ガス導出口１９は熱分解ガス送給手段６のガス供給パイプ６ｂ（図１参照）に接続されており、炭化処理に伴って炭化処理ケーシング１内で発生する熱分解ガスＧ２を送気ファン６ａを介して熱風発生炉４内へ送ることにより、該熱分解ガスＧ２を熱風発生用の燃料の一部として利用するようになっている。なお、熱分解ガスＧ２は、送気ファン６ａの回転で生じる吸引力により、回転ドラム２の外周囲と炭化処理ケーシング１の内周囲との隙間から熱分解ガス導出口１９へ誘導される。
【００３２】
上記構成の連続減容炭化装置Ｍにおいては、熱風発生炉４から供給される熱風が、回転ドラム２内へ軸方向一端側の熱風入口２１より送り込まれ、軸方向他端側の熱風出口２２より熱風循環パイプ１７に流入し、更に加熱ジャケット１４内を通過した上で熱風排出管１８から排出され、この過程で回転ドラム２の全体を内側から高温に加熱すると共に、該回転ドラム２の周面に対向した炭化処理ケーシング１の凹円弧状周壁部１３も外側（加熱ジャケット１４側）から高温に加熱する。一方、回転ドラム２は、その周面の上側一部と下側一部が常に炭化処理ケーシング１の原料投入口１１と処理物排出口１２に臨んでいるから、図２の矢印ａ方向に回転させれば、原料投入口１１側で炭化用原料Ｒが自動的に各処理ポケット２０内に充填され、該回転に伴って下方へ移動して処理物排出口１２に達すると、重力によって各処理ポケット２０から自然に落下排出することになる。
【００３３】
従って、炭化処理を行うには、原料投入口１１内に炭化用原料Ｒを所定レベル以上に堆積させておき、熱風発生炉４から熱風Ｇ１を連続的に供給し、熱風用温度計３５の計測値が予め設定した温度に達した際に、駆動モーター３を作動して回転ドラム２を回転させる。これにより、各処理ポケット２０に充填された炭化用原料Ｒは、処理物排出口１２へ向かう移動過程で、回転ドラム２側と炭化処理ケーシング１の凹円弧状周壁部１３側の両側から加熱され、自発的に熱分解し始め、更に水分の蒸発による乾燥を伴って炭化が進行してゆき、所定の炭化度合の炭化処理物Ｃとして処理物排出口１２から排出される。そして、得られた炭化処理物Ｃは、以降の搬送過程で冷却した上でストックタンクＳＴへ送られる。なお、原料投入口１１内の炭化用原料Ｒが消費されて所定レベルまで減少すれば、これを検知した原料レベル計１５からの信号に基づき、原料槽Ｔ１から新たな炭化用原料Ｒが原料投入口１１へ補給される。
【００３４】
この炭化処理では、原料投入口１１内に堆積させた炭化用原料Ｒが連続的に回転ドラム２の処理ポケット２０に充填されてゆき、処理物排出口１２から連続的に炭化処理物Ｃが排出されてくる連続方式である上、回転ドラム２内への熱風Ｇ１の送り込み、炭化用原料Ｒの補給、製出した炭化処理物Ｃの搬出等も自動制御で行えるから、非常に高い処理能率が得られる。しかも、回転ドラム２全体が均一な加熱状態になる上、各処理ポケット２０に充填された炭化用原料Ｒが定量で且つ同じ時間及び温度条件で処理されるから、安定した品位の炭化処理物Ｃを製出できる。更に、炭化用原料Ｒの単位量に対する加熱面積が大きく、それだけ高い熱分解効率が得られるから、該炭化用原料Ｒがサイズの小さいものや熱伝導性に劣るものであっても支障なく短時間で均一に完全炭化させることができると共に、回転ドラム２の回転速度を変えることにより、製出させる炭化処理物Ｃの炭化度合を用途に応じて乾燥程度から完全炭化まで容易に調整可能である。
【００３５】
特に、上述した実施形態においては、炭化処理ケーシング１の凹円弧状周壁部１３も加熱ジャケット１４内を通過する熱風Ｇ１によって高温化するから、回転ドラム２の処理ポケット２０に充填された炭化用原料Ｒが内外両側から加熱されることになり、もってより高い熱分解効率が得られる。また、回転ドラム２内に蓄熱部７を有するから、吹き込まれる熱風Ｇ１から回転ドラム２側への移動熱量が大きくなり、それだけ熱効率が向上すると共に、回転ドラム２側の保持熱量の増大によって炭化処理温度が安定し、より高能率で均一な炭化処理を行える。更に、実施形態の蓄熱部７は回転ドラム２と同心の円筒状をなし、熱風入口２１から回転ドラム２内に流入した熱風Ｇ１が該蓄熱部７の外周面と回転ドラム２の内周面との間の環状空間２４を通って熱風出口２２へ至るから、熱風Ｇ１と回転ドラム２側との熱交換効率がより向上する。
【００３６】
一方、実施形態では、各処理ポケット２０が回転ドラム２の幅方向に沿う凹溝状に形成され、周方向に隣接する処理ポケット２０，２０間の境界部がフィン状の仕切壁２３ａにて構成されるから、回転ドラム２の外周側に処理ポケット２０を最大限に密に構成できると共に、各処理ポケット２０が回転ドラム２の周方向には短い幅になるため、該回転ドラム２の回転に伴って処理ポケット２０の傾きが増してゆく過程で、炭化用原料Ｒが熱分解で減容しても各処理ポケット２０内で僅かしか移動せず、もって各処理ポケット２０内での被処理物の偏りによるムラ焼けが防止される。
【００３７】
なお、回転ドラム２は、連続回転で処理することも可能であるが、炭化用原料Ｒの自発的熱分解を妨げずにスムーズに炭化処理を進める上で、周方向に配列する処理ポケット２０の１個分あるいは数個分を１ピッチとして、一定時間の停止と送りを繰り返す間欠回転で処理することが推奨される。また、回転ドラム２の１周回における処理領域を長くとるために、その回転方向を基準にして、原料投入口１１の末端位置から処理物排出口１２の始端位置までが１／２周回以上になるように設定するのがよい。
【００３８】
しかして、このような炭化処理では、炭化用原料Ｒの熱分解に伴って高カロリーの熱分解ガスＧ２が発生するが、この熱分解ガスＧ２を実施形態のように熱分解ガス送給手段６によって熱風供給手段の熱風発生炉４内へ燃料の一部として送るようにすれば、それだけ熱風生成に要する本来の燃料消費が少なくなるから、ランニングコストを低減できるという利点がある。また、製出した炭化処理物Ｃも、熱風発生炉４等の熱風供給手段の燃料として利用できる。
【００３９】
この炭化処理に用いる炭化用原料Ｒとしては、可燃性の固形物で原料投入口１１から回転ドラム２の処理ポケット２０に自然に入り込み得るサイズのものであればよく、特に材料種に制約はないが、所謂廃材や廃物に類するもの、例えば間伐材や選定材、木材や竹材の削り屑、鋸屑、バーク、木質建築廃材、木製家具類廃棄物、牛糞、豚糞、鶏糞、馬糞、キノコ等の菌床、コーヒー粕、茶殻、果実殻、穀物殻、古紙、可燃ゴミ等が挙げられる。しかして、これらの内、木質の粗大材料については３〜１０ｍｍ程度のサイズに破砕して用いるのがよい。また、家畜糞等については、水分含量が多い場合は鋸屑等を混合して用いたり、嵩張る場合は砕いたりペレット化して用いればよい。更に、水分含量が少ないものについては、焼酎廃液や醸造廃液、家畜糞尿等を混ぜるようにすれば、これら液状廃物の処理にも利用できることになる。
【００４０】
製出した炭化処理物Ｃの用途としては、完全炭化させたものでは様々な分野に供される一般的な炭燃料の他、田畑の土壌改良材等が挙げられる。また半炭化させたものでは、そのままの状態もしくは各種廃液を吸着させた状態でバイオマス燃料としたり、同様に吸着させたものを炭化用材料Ｃとして再処理したり、おが屑等と混合して家畜敷床や堆肥に利用できる。
【００４１】
本発明の連続減容炭化装置は、炭化処理ケーシング１の形状、回転ドラム２における処理ポケット２０の配置ピッチ、回転ドラム２の軸支構造、回転駆動機構、熱風Ｇ１の流路構成、蓄熱部７の構造、熱風発生手段の構成等、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る連続減容炭化装置を含む炭化処理システムの構成例を示す概略側面図である。
【図２】同連続減容炭化装置の要部の縦断側面図である。
【図３】同連続減容炭化装置の要部の縦断正面図である。
【図４】同連続減容炭化装置の要部の平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 炭化処理ケーシング
１１ 原料投入口
１２ 処理物排出口
１３ 凹円弧状周壁部
１４ 加熱ジャケット
２ 回転ドラム
２０ 処理ポケット
２１ 熱風入口
２２ 熱風出口
２３ａ フィン状の仕切壁
２４ 環状空間
７１ 無機質蓄熱材の充填層
３ 駆動モーター（回転駆動手段）
４ 熱風発生炉（熱風供給手段）
５ａ，５ｂ 中空支軸
６ 熱分解ガス送給手段
７ 蓄熱部
Ｃ 炭化処理物
Ｇ１ 熱風
Ｇ２ 熱分解ガス
Ｍ 連続減容炭化装置
Ｒ 炭化用原料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば各種木質廃材、鋸屑、家畜糞、コーヒー粕、茶殻、果実殻等の有機質固形物を原料として、連続的に熱分解させて減容した炭化処理物を製出させるための連続減容炭化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、木炭を始めとする炭は、その調湿作用、脱臭作用、マイナスイオン放出作用、有害物質吸着作用、防黴性、防ダニ性等の優れた性質が注目され、本来の燃料として用いる以外に、一般家庭では室内各所や床下に配置したり、炊飯器内に入れたり、飲料水や風呂水等に浸漬して用いている。また、細片化ないし粉末化したものを各種の建築資材や建具、畳等にサンドイッチ状態にしたものや、布団等の寝具類の内部に納めたものも商品化され、更に土壌改質に用いたり、樹脂やセラミック材料等に混入する等、様々な方面に用途が拡がりつつあり、その需要はますます増大する傾向にある。
【０００３】
一方、最近では、近年、環境保全や省資源の観点から、例えば、間伐材や選定材、木材や竹材の削り屑、鋸屑、バーク（樹皮）、木質建築廃材、木製家具類廃棄物、牛糞、豚糞、鶏糞、馬糞、コーヒー粕、茶殻、果実殻、穀物殻、古紙、可燃ゴミ等の様々な可燃性固形廃物について、その減容及び有効再利用が要望されている。
【０００４】
従来、木質廃材の破砕チップ等を原料にして有用な消し炭状の炭化物を製出させる炭化装置として、上部側を開閉蓋付きの材料出入口とする炉本体の内部に、下部に熱気導入孔を備えた炭化用加熱筒が炉本体の中心部に立設されると共に、その上端側が横切り筒を介して外部の排気筒が接続配管され、炉本体の底部に空気取入れ口を有するものが提案されている（特許文献１）。また、本発明者らは、更に改良型の炭化装置として、前記の炭化用加熱筒に代えて、下部に炉内空間に連通する排気導入孔を備えて上部が閉塞した外筒と、この外筒内に同心状に配置して下端が炉外への排気路に繋がる内筒とからなる二重筒状の排気加熱筒を設けたものを開発・実用化している（特許文献２）。
【０００５】
上記前者の炭化装置では、炉本体内に装填された炭化用材料に底部側から着火して酸素不足状態で自発燃焼させるが、その燃焼ガスの吸入で赤熱した炭化用加熱筒からの熱放射により、炭化用材料の炭化が促進される。また、上記後者の改良型の炭化装置では、炭化用材料の自発燃焼にて発生する高温の燃焼排ガスが二重筒状の排気加熱筒内を上下往復して炉外へ出るため、燃焼排ガスから加熱排気筒への熱伝播量が増大し、加熱排気筒全体の蓄熱による赤熱化の急速な進行によって炉内温度がより早く上昇し、もって炭化用材料の熱分解及び自発燃焼がより促進され、完全炭化に要する時間がより短縮される。
【特許文献１】特開２００３−１１９４６８号公報
【特許文献２】特許第４０１７５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の炭化装置では、炉本体内に装填した分の原料を炭化処理し、製出した炭化処理物を取り出して新たに原料を装填して再度の処理を行うというバッジ方式であるため、その入れ換え作業に手間がかかって処理能率に劣ると共に、処理毎に得られる炭化処理物の品位が変動し易い上、炭化度合の調整が難しいという難点があった。
【０００７】
一方、炭化用原料は、従来では木材や竹材のチップとして数ｃｍから十数ｃｍ程度のサイズが主流であったが、最近では木質原料でも間伐材や伐採竹材を粉砕処理したものや、おが屑からのプレス処理でペレット化したもの等、概して１０ｍｍ以下の細かいものが多くなっている。これは、炭化物を燃料化したり、他の材料に混合したり、土壌改質材として土に混ぜたりする上で、粒度が小さい方が使い易いことによる。更に、木質以外のバイオマス廃物でも、例えば家畜糞、コーヒー粕、茶殻、果実殻、穀物殻等の形態的に細かいものが多い。しかるに、サイズの小さい炭化用原料では、炭化炉に装填した際の材料密度が高くなり、それだけ隙間に存在する空気量が減って燃焼しにくくなると共に、通気性の低下で熱気が浸透しにくい上、中央の排気加熱筒からの放熱も伝播しにくくなる。また、炭化用原料の処理形態や材質によって熱伝導性が低いこともあり、この場合には当然に熱分解性が悪くなる。従って、前記従来の炭化装置では、炭化用原料がサイズの小さいものや熱伝導性に劣るものである場合に、炭化に要する時間が長くなることに加え、炉内での位置による炭化の進行度合の差が大きいため、むら焼けによる炭化物の品質低下を生じ易いという難点があった。
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みて、連続方式によって安定した品位の炭化処理物を高能率で製出できる上、炭化処理物の用途に応じて炭化度合を容易に調整することが可能であり、しかも炭化用原料がサイズの小さいものや熱伝導性に劣るものでも非常に効率よく炭化処理できる連続減容炭化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る連続減容炭化装置Ｍは、炭化処理ケーシング１と、該炭化処理ケーシング１内で回転自在に軸支された中空状の回転ドラム２と、該回転ドラム２の回転駆動手段（駆動モーター３）と、該回転ドラム２内へ熱風を吹き込む熱風供給手段（熱風発生炉４）とを備え、回転ドラム２は、外周面に多数の処理ポケット２０が凹設されると共に、一端側の中空支軸５ａに熱風入口２１、他端側の中空支軸５ｂに熱風出口２２がそれぞれ形成され、炭化処理ケーシング１は、上部側で該回転ドラム２の外周面に臨む原料投入口１１と、下部側で同外周面に臨む処理物排出口１２と、その原料投入口１１から処理物排出口１２にわたって同外周面に近接する凹円弧状周壁部１３を備え、回転ドラム２を熱風Ｇ１によって加熱した状態で回転しつつ、原料投入口１１に炭化用原料Ｒを投入することにより、連続的に該炭化用原料Ｒが該回転ドラム２の処理ポケット２０に充填されて、処理物排出口１２まで移動する間の加熱によって熱分解し、該処理物排出口１２から減容した炭化処理物Ｃとして排出されるように構成されてなる。
【００１０】
請求項２の発明は、上記請求項１の連続減容炭化装置Ｍにおいて、炭化処理ケーシング１の凹円弧状周壁部１３の外側に加熱ジャケット１４が形成され、前記回転ドラムの熱風出口を出た熱風Ｇ１が該加熱ジャケット１４内を通過して排出されるように構成されてなる。
【００１１】
請求項３の発明は、上記請求項１又は２の連続減容炭化装置Ｍにおいて、熱風供給手段が熱風Ｇ１を燃料の燃焼ガスとして発生させる熱風発生炉４からなり、炭化用原料Ｒの熱分解に伴って発生する熱分解ガスＧ２を当該熱風発生炉４内へ燃料の一部として送る熱分解ガス送給手段６を有してなるものとしている。
【００１２】
請求項４の発明は、上記請求項１〜３の何れかの連続減容炭化装置Ｍにおいて、回転ドラム２内に蓄熱部７が設けられてなるものとしている。
【００１３】
請求項５の発明は、上記請求項４の連続減容炭化装置Ｍにおいて、蓄熱部７が回転ドラム２と同心の円筒状をなし、熱風入口２１から流入した熱風Ｇ１が該蓄熱部７の外周面と回転ドラム２の内周面との間の環状空間を通って熱風出口２２へ至るように構成されてなるものとしている。
【００１４】
請求項６の発明は、上記請求項４又は５の連続減容炭化装置Ｍにおいて、蓄熱部７が無機質蓄熱材の充填層７１を有してなるものとしている。
【００１５】
請求項７の発明は、上記請求項１〜６の何れかの連続減容炭化装置Ｍにおいて、各処理ポケット２０が回転ドラム２の幅方向に沿う凹溝状に形成され、周方向に隣接する処理ポケット２０，２０間の境界部が回転ドラム２に一体化したフィン状の仕切壁２３ａにて構成されてなるものとしている。
【発明の効果】
【００１６】
次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明に係る連続減容炭化装置では、回転ドラム２を熱風Ｇ１によって加熱した状態で回転しつつ、原料投入口１１に炭化用原料Ｒを投入することにより、該炭化用原料Ｒが該回転ドラム２の処理ポケット２０に充填されて、処理物排出口１２まで移動する間の加熱によって熱分解し、該処理物排出口１２から減容した炭化処理物Ｃとして排出される。しかして、この炭化装置によれば、連続方式によって高能率の炭化処理を行える上、回転ドラム２全体が均一な加熱状態になり、しかも各処理ポケット２０に充填された炭化用原料Ｒが定量で且つ同じ時間及び温度条件で処理されるから、安定した品位の炭化処理物Ｃを製出できる。また、この炭化処理では、炭化用原料Ｒの単位量に対する加熱面積が大きく、それだけ高い熱分解効率が得られるから、該炭化用原料Ｒがサイズの小さいものや熱伝導性に劣るものであっても支障なく短時間で均一に完全炭化させることができると共に、回転ドラム２の回転速度を変えることにより、製出させる炭化処理物Ｃの炭化度合を用途に応じて容易に調整可能である。
【００１７】
請求項２の発明によれば、炭化処理ケーシング１の凹円弧状周壁部１３が外側の加熱ジャケット１４内を通過する熱風Ｇ１によって高温化するから、回転ドラム２の処理ポケット２０に充填された炭化用原料Ｒが内外両側から加熱されることになり、もってより高い熱分解効率が得られる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、熱分解ガス送給手段６により、炭化用原料Ｒの熱分解に伴って発生する燃焼カロリーの高い熱分解ガスＧ２が熱風供給手段の熱風発生炉４内へ燃料の一部として送られるから、熱風生成に要する本来の燃料消費を少なくしてランニングコストを低減できる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、回転ドラム２内に蓄熱部７が設けられているから、吹き込まれる熱風Ｇ１から回転ドラム２側への移動熱量が大きくなり、それだけ熱効率が向上すると共に、回転ドラム２側の保持熱量の増大によって炭化処理温度が安定し、より高能率で均一な炭化処理を行える。
【００２０】
請求項５の発明によれば、熱風入口２１から回転ドラム２内に流入した熱風Ｇ１が円筒状の蓄熱部７の外周面と回転ドラム２の内周面との間の環状空間２４を通って熱風出口２２へ至る構成であるから、熱風Ｇ１と回転ドラム２側との熱交換効率がより向上する。
【００２１】
請求項６の発明によれば、回転ドラム２の蓄熱部７に無機質蓄熱材の充填層７１を有することから、該蓄熱部７が簡素な構造的で大きな蓄熱量を確保できる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、各処理ポケット２０が回転ドラム２の幅方向に沿う凹溝状に形成され、周方向に隣接する処理ポケット２０，２０間の境界部がフィン状の仕切壁２３ａにて構成されるから、回転ドラム２の外周側に処理ポケット２０を最大限に密に構成できると共に、各処理ポケット２０が回転ドラム２の周方向には短い幅になるため、該回転ドラム２の回転に伴って処理ポケット２０の傾きが増してゆく過程で、炭化用原料Ｒは熱分解で減容しても各処理ポケット２０内で僅かしか移動せず、もって各処理ポケット２０内での被処理物の偏りによるムラ焼けが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る連続減容炭化装置の一実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は連続減容炭化装置を含む炭化処理システムの構成例を示す概略側面図、図２は連続減容炭化装置の要部の縦断側面図、図３は同要部の縦断正面図、図４は同要部の平面図である。
【００２４】
図１に示す炭化処理システムは、ホッパー８１に投入した炭化用原料Ｒを傾斜べルトコンベヤ８２を介して原料槽ＲＴ内に収容し、この原料槽Ｔ１からべルトコンベヤ８３を介して所定量の炭化用原料Ｒを連続減容炭化装置Ｍの原料投入口１１へ送り、その炭化処理ケーシング１内で側方のバイオチップバーナー方式の熱風発生炉４から供給される熱風を利用して炭化処理し、製出した炭化処理物を下方の第一スクリューフィーダ８４、二段ダンパー８５、第二スクリューフィーダ８６を順次経て冷却させた上で、リフトコンベヤ８７を介してストックタンクＳＴに収容し、その下方の排出機８８より必要量を取り出すようになっている。なお、炭化処理ケーシング１の下部と熱風発生炉４との間に、熱分解ガス供給手段６としての送気ファン６ａを介在させたガス供給パイプ６ｂが接続されている。
【００２５】
図２〜図４に示すように、連続減容炭化装置Ｍは、架台９上に、水平回転軸心の回転ドラム２を内蔵した炭化処理ケーシング１と、その回転ドラム２を駆動伝達チェーン３ａを介して回転させる回転駆動手段の駆動モーター３とが設置されると共に、炭化処理ケーシング１の左右両側外部で回転ドラム２の左右両側の中空支軸５ａ，５ｂを回転自在に枢支する支持軸受３１，３１が設けてある。
【００２６】
炭化処理ケーシング１は、内蔵する円筒状の回転ドラム２の全体を包囲する形状であり、該回転ドラム２の軸心から側方へ離れた位置に、上方に開放した原料投入口１１と、下方に開放した処理物排出口１２とが上下対向状に設けられている。しかして、原料投入口１１及び処理物排出口１２は、共に回転ドラム２の幅方向に長い矩形に構成され、上下から各々該回転ドラム２の外周面に臨んでいる。そして、原料投入口１１の上部側には、原料レベル計１５が付設されている。また、原料投入口１１と処理物排出口１２との間は、回転ドラム２の外周面に近接した凹円弧状周壁部１３をなすと共に、この凹円弧状周壁部１３の外側に加熱ジャケット１４が設けられ、更に炭化処理ケーシング１の外面全体にガラスウールやロックウールからなる保温材１６が貼着されている。
【００２７】
回転ドラム２は、周壁部２ａと左右側壁部２ｂ，２ｂとで中空円筒状に構成され、その左右側壁部２ｂ，２ｂの各中央部に、中空支軸５ａ，５ｂの各々内端側が貫通状態に固着されており、両中空支軸５ａ，５ｂが各々軸受３２を介して炭化処理ケーシング１の側板部１ａを貫通した状態で各々支持軸受３１に軸支されている。しかして、一方（左側）の中空支軸５ａは熱風発生炉４から供給される熱風Ｇ１を回転ドラム２内へ導入する熱風入口２１を形成し、他方（右側）の中空支軸５ｂは導入された熱風Ｇ１を回転ドラム２外へ導出する熱風出口２２を形成している。また、熱風出口２２側の中空支軸５ｂの外端側には、既述の駆動伝達チェーン３ａを巻き掛けるスプロケット３３が固着されており、駆動モーター３の作動によって外回転ドラム２が炭化処理ケーシング１内で回転するようになっている。更に、中空支軸５ｂ側の支持軸受３１の下方には、スプロケット３３の周辺部に設けた指標３３ａを基準にして回転角度を検出する回転角度センサー３４が付設されている。
【００２８】
この回転ドラム２の外周面には、各々幅方向に沿う凹溝状をなす多数の浅い処理ポケット２０が、左右２列で全周にわたって密に配列している。その周方向に隣接する処理ポケット２０，２０同士の境界部は、回転ドラム２の周壁部２ａの外面側に周方向一定間隔置きに一体形成した幅方向に沿うフィン状の仕切壁２３ａにて形成されている。また、左右の処理ポケット２０，２０同士の境界部は、回転ドラム２の周壁部２ａの幅方向中央位置において周方向に連続する環状仕切壁２３ｂにて形成されている。更に、左右の処理ポケット２０，２０の各々外端側は、回転ドラム２の側壁部２ｂの全周にわたって延出するフランジ部２３ｃにて仕切られている。しかして、これらフィン状の仕切壁２３ａ及び環状仕切壁２３ｂとフランジ部２３ｃは、同じ頂端高さに設定されて全体として回転ドラム２の外周面を構成している。
【００２９】
回転ドラム２の内部には、当該回転ドラム２と同心の円筒状の蓄熱部７が一体的に設けられている。この蓄熱部７は、内外２重の周壁部７ａと、各々中央部が外側へ僅かに高く突出した円錐状の両側壁部７ｃ，７ｃとで円筒状をなすと共に、２重の周壁部７ａの内側空間がセラミック系材料等の無機質蓄熱材の充填層７１になっており、各側壁部７ｃの周辺側に突設した複数の取付片７ｃの先端部を回転ドラム２の側壁部２ｂ内面に溶接することにより、回転ドラム２に一体化されている。そして、蓄熱部７の外周面と回転ドラム２の内周面との間には環状空間２４が構成され、熱風入口２１から流入した熱風Ｇ１が該環状空間２４を通って熱風出口２２へ至るようになっている。
【００３０】
また、熱風出口２２側の中空支軸５ｂの外端部は、熱風循環パイプ１７の一端側の管継手部１７ａに相対回転自在で且つ気密に連結されている。そして、この熱風循環パイプ１７の他端側１７ｂは、炭化処理ケーシング１の上部側から加熱ジャケット１４の内側空間１４ａに連通接続されている。更に、炭化処理ケーシング１の上部には、原料投入口１１よりも回転ドラム２の軸心から離れるように位置して、該加熱ジャケット１４の内側空間１４ａに連通する熱風排出管１８が設けられている。なお、熱風循環パイプ１７の外周は保温材１５で被覆され、また一端側の管継手部１７ａには熱風用温度計３５が付設されている。
【００３１】
一方、炭化処理ケーシング１の処理物排出口１２の上部側方には熱分解ガス導出口１９が設けてある。そして、この熱分解ガス導出口１９は熱分解ガス送給手段６のガス供給パイプ６ｂ（図１参照）に接続されており、炭化処理に伴って炭化処理ケーシング１内で発生する熱分解ガスＧ２を送気ファン６ａを介して熱風発生炉４内へ送ることにより、該熱分解ガスＧ２を熱風発生用の燃料の一部として利用するようになっている。なお、熱分解ガスＧ２は、送気ファン６ａの回転で生じる吸引力により、回転ドラム２の外周囲と炭化処理ケーシング１の内周囲との隙間から熱分解ガス導出口１９へ誘導される。
【００３２】
上記構成の連続減容炭化装置Ｍにおいては、熱風発生炉４から供給される熱風が、回転ドラム２内へ軸方向一端側の熱風入口２１より送り込まれ、軸方向他端側の熱風出口２２より熱風循環パイプ１７に流入し、更に加熱ジャケット１４内を通過した上で熱風排出管１８から排出され、この過程で回転ドラム２の全体を内側から高温に加熱すると共に、該回転ドラム２の周面に対向した炭化処理ケーシング１の凹円弧状周壁部１３も外側（加熱ジャケット１４側）から高温に加熱する。一方、回転ドラム２は、その周面の上側一部と下側一部が常に炭化処理ケーシング１の原料投入口１１と処理物排出口１２に臨んでいるから、図２の矢印ａ方向に回転させれば、原料投入口１１側で炭化用原料Ｒが自動的に各処理ポケット２０内に充填され、該回転に伴って下方へ移動して処理物排出口１２に達すると、重力によって各処理ポケット２０から自然に落下排出することになる。
【００３３】
従って、炭化処理を行うには、原料投入口１１内に炭化用原料Ｒを所定レベル以上に堆積させておき、熱風発生炉４から熱風Ｇ１を連続的に供給し、熱風用温度計３５の計測値が予め設定した温度に達した際に、駆動モーター３を作動して回転ドラム２を回転させる。これにより、各処理ポケット２０に充填された炭化用原料Ｒは、処理物排出口１２へ向かう移動過程で、回転ドラム２側と炭化処理ケーシング１の凹円弧状周壁部１３側の両側から加熱され、自発的に熱分解し始め、更に水分の蒸発による乾燥を伴って炭化が進行してゆき、所定の炭化度合の炭化処理物Ｃとして処理物排出口１２から排出される。そして、得られた炭化処理物Ｃは、以降の搬送過程で冷却した上でストックタンクＳＴへ送られる。なお、原料投入口１１内の炭化用原料Ｒが消費されて所定レベルまで減少すれば、これを検知した原料レベル計１５からの信号に基づき、原料槽Ｔ１から新たな炭化用原料Ｒが原料投入口１１へ補給される。
【００３４】
この炭化処理では、原料投入口１１内に堆積させた炭化用原料Ｒが連続的に回転ドラム２の処理ポケット２０に充填されてゆき、処理物排出口１２から連続的に炭化処理物Ｃが排出されてくる連続方式である上、回転ドラム２内への熱風Ｇ１の送り込み、炭化用原料Ｒの補給、製出した炭化処理物Ｃの搬出等も自動制御で行えるから、非常に高い処理能率が得られる。しかも、回転ドラム２全体が均一な加熱状態になる上、各処理ポケット２０に充填された炭化用原料Ｒが定量で且つ同じ時間及び温度条件で処理されるから、安定した品位の炭化処理物Ｃを製出できる。更に、炭化用原料Ｒの単位量に対する加熱面積が大きく、それだけ高い熱分解効率が得られるから、該炭化用原料Ｒがサイズの小さいものや熱伝導性に劣るものであっても支障なく短時間で均一に完全炭化させることができると共に、回転ドラム２の回転速度を変えることにより、製出させる炭化処理物Ｃの炭化度合を用途に応じて乾燥程度から完全炭化まで容易に調整可能である。
【００３５】
特に、上述した実施形態においては、炭化処理ケーシング１の凹円弧状周壁部１３も加熱ジャケット１４内を通過する熱風Ｇ１によって高温化するから、回転ドラム２の処理ポケット２０に充填された炭化用原料Ｒが内外両側から加熱されることになり、もってより高い熱分解効率が得られる。また、回転ドラム２内に蓄熱部７を有するから、吹き込まれる熱風Ｇ１から回転ドラム２側への移動熱量が大きくなり、それだけ熱効率が向上すると共に、回転ドラム２側の保持熱量の増大によって炭化処理温度が安定し、より高能率で均一な炭化処理を行える。更に、実施形態の蓄熱部７は回転ドラム２と同心の円筒状をなし、熱風入口２１から回転ドラム２内に流入した熱風Ｇ１が該蓄熱部７の外周面と回転ドラム２の内周面との間の環状空間２４を通って熱風出口２２へ至るから、熱風Ｇ１と回転ドラム２側との熱交換効率がより向上する。
【００３６】
一方、実施形態では、各処理ポケット２０が回転ドラム２の幅方向に沿う凹溝状に形成され、周方向に隣接する処理ポケット２０，２０間の境界部がフィン状の仕切壁２３ａにて構成されるから、回転ドラム２の外周側に処理ポケット２０を最大限に密に構成できると共に、各処理ポケット２０が回転ドラム２の周方向には短い幅になるため、該回転ドラム２の回転に伴って処理ポケット２０の傾きが増してゆく過程で、炭化用原料Ｒが熱分解で減容しても各処理ポケット２０内で僅かしか移動せず、もって各処理ポケット２０内での被処理物の偏りによるムラ焼けが防止される。
【００３７】
なお、回転ドラム２は、連続回転で処理することも可能であるが、炭化用原料Ｒの自発的熱分解を妨げずにスムーズに炭化処理を進める上で、周方向に配列する処理ポケット２０の１個分あるいは数個分を１ピッチとして、一定時間の停止と送りを繰り返す間欠回転で処理することが推奨される。また、回転ドラム２の１周回における処理領域を長くとるために、その回転方向を基準にして、原料投入口１１の末端位置から処理物排出口１２の始端位置までが１／２周回以上になるように設定するのがよい。
【００３８】
しかして、このような炭化処理では、炭化用原料Ｒの熱分解に伴って高カロリーの熱分解ガスＧ２が発生するが、この熱分解ガスＧ２を実施形態のように熱分解ガス送給手段６によって熱風供給手段の熱風発生炉４内へ燃料の一部として送るようにすれば、それだけ熱風生成に要する本来の燃料消費が少なくなるから、ランニングコストを低減できるという利点がある。また、製出した炭化処理物Ｃも、熱風発生炉４等の熱風供給手段の燃料として利用できる。
【００３９】
この炭化処理に用いる炭化用原料Ｒとしては、可燃性の固形物で原料投入口１１から回転ドラム２の処理ポケット２０に自然に入り込み得るサイズのものであればよく、特に材料種に制約はないが、所謂廃材や廃物に類するもの、例えば間伐材や選定材、木材や竹材の削り屑、鋸屑、バーク、木質建築廃材、木製家具類廃棄物、牛糞、豚糞、鶏糞、馬糞、キノコ等の菌床、コーヒー粕、茶殻、果実殻、穀物殻、古紙、可燃ゴミ等が挙げられる。しかして、これらの内、木質の粗大材料については３〜１０ｍｍ程度のサイズに破砕して用いるのがよい。また、家畜糞等については、水分含量が多い場合は鋸屑等を混合して用いたり、嵩張る場合は砕いたりペレット化して用いればよい。更に、水分含量が少ないものについては、焼酎廃液や醸造廃液、家畜糞尿等を混ぜるようにすれば、これら液状廃物の処理にも利用できることになる。
【００４０】
製出した炭化処理物Ｃの用途としては、完全炭化させたものでは様々な分野に供される一般的な炭燃料の他、田畑の土壌改良材等が挙げられる。また半炭化させたものでは、そのままの状態もしくは各種廃液を吸着させた状態でバイオマス燃料としたり、同様に吸着させたものを炭化用材料Ｃとして再処理したり、おが屑等と混合して家畜敷床や堆肥に利用できる。
【００４１】
本発明の連続減容炭化装置は、炭化処理ケーシング１の形状、回転ドラム２における処理ポケット２０の配置ピッチ、回転ドラム２の軸支構造、回転駆動機構、熱風Ｇ１の流路構成、蓄熱部７の構造、熱風発生手段の構成等、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る連続減容炭化装置を含む炭化処理システムの構成例を示す概略側面図である。
【図２】同連続減容炭化装置の要部の縦断側面図である。
【図３】同連続減容炭化装置の要部の縦断正面図である。
【図４】同連続減容炭化装置の要部の平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 炭化処理ケーシング
１１ 原料投入口
１２ 処理物排出口
１３ 凹円弧状周壁部
１４ 加熱ジャケット
２ 回転ドラム
２０ 処理ポケット
２１ 熱風入口
２２ 熱風出口
２３ａ フィン状の仕切壁
２４ 環状空間
７１ 無機質蓄熱材の充填層
３ 駆動モーター（回転駆動手段）
４ 熱風発生炉（熱風供給手段）
５ａ，５ｂ 中空支軸
６ 熱分解ガス送給手段
７ 蓄熱部
Ｃ 炭化処理物
Ｇ１ 熱風
Ｇ２ 熱分解ガス
Ｍ 連続減容炭化装置
Ｒ 炭化用原料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化処理ケーシングと、該炭化処理ケーシング内で回転自在に軸支された中空状の回転ドラムと、該回転ドラムの回転駆動手段と、該回転ドラム内へ熱風を吹き込む熱風供給手段とを備え、
前記回転ドラムは、外周面に多数の処理ポケットが凹設されると共に、一端側の中空支軸に熱風入口、他端側の中空支軸に熱風出口がそれぞれ形成され、
前記炭化処理ケーシングは、上部側で該回転ドラムの外周面に臨む原料投入口と、下部側で同外周面に臨む処理物排出口と、その原料投入口から処理物排出口にわたって同外周面に近接する凹円弧状周壁部を備え、
前記回転ドラムを前記熱風によって加熱した状態で回転しつつ、前記原料投入口に炭化用原料を投入することにより、連続的に該炭化用原料が該回転ドラムの前記処理ポケットに充填されて、前記処理物排出口まで移動する間の加熱によって熱分解し、該処理物排出口から減容した炭化処理物として排出されるように構成されてなる連続減容炭化装置。
【請求項２】
炭化処理ケーシングの前記凹円弧状周壁部の外側に加熱ジャケットが形成され、前記回転ドラムの熱風出口を出た熱風が該加熱ジャケット内を通過して排出されるように構成されてなる連続減容炭化装置。
【請求項３】
前記熱風供給手段が熱風を燃料の燃焼ガスとして発生させる熱風発生炉からなり、前記炭化用原料の熱分解に伴って発生する熱分解ガスを当該熱風発生炉内へ燃料の一部として送る熱分解ガス送給手段を有してなる請求項１又は２に記載の連続減容炭化装置。
【請求項４】
前記回転ドラム内に蓄熱部が設けられてなる請求項１〜３の何れかに記載の連続減容炭化装置。
【請求項５】
前記蓄熱部が回転ドラムと同心の円筒状をなし、前記熱風入口から流入した熱風が該蓄熱部の外周面と回転ドラムの内周面との間の環状空間を通って前記熱風出口へ至るように構成されてなる請求項４に記載の連続減容炭化装置。
【請求項６】
前記蓄熱部が無機質蓄熱材の充填層を有してなる請求項４又は５に記載の連続減容炭化装置。
【請求項７】
前記の各処理ポケットが回転ドラムの幅方向に沿う凹溝状に形成され、周方向に隣接する処理ポケット間の境界部が回転ドラムに一体化したフィン状の仕切壁にて構成されてなる請求項１〜６の何れかに記載の連続減容炭化装置。
【請求項１】
炭化処理ケーシングと、該炭化処理ケーシング内で回転自在に軸支された中空状の回転ドラムと、該回転ドラムの回転駆動手段と、該回転ドラム内へ熱風を吹き込む熱風供給手段とを備え、
前記回転ドラムは、外周面に多数の処理ポケットが凹設されると共に、一端側の中空支軸に熱風入口、他端側の中空支軸に熱風出口がそれぞれ形成され、
前記炭化処理ケーシングは、上部側で該回転ドラムの外周面に臨む原料投入口と、下部側で同外周面に臨む処理物排出口と、その原料投入口から処理物排出口にわたって同外周面に近接する凹円弧状周壁部を備え、
前記回転ドラムを前記熱風によって加熱した状態で回転しつつ、前記原料投入口に炭化用原料を投入することにより、連続的に該炭化用原料が該回転ドラムの前記処理ポケットに充填されて、前記処理物排出口まで移動する間の加熱によって熱分解し、該処理物排出口から減容した炭化処理物として排出されるように構成されてなる連続減容炭化装置。
【請求項２】
炭化処理ケーシングの前記凹円弧状周壁部の外側に加熱ジャケットが形成され、前記回転ドラムの熱風出口を出た熱風が該加熱ジャケット内を通過して排出されるように構成されてなる連続減容炭化装置。
【請求項３】
前記熱風供給手段が熱風を燃料の燃焼ガスとして発生させる熱風発生炉からなり、前記炭化用原料の熱分解に伴って発生する熱分解ガスを当該熱風発生炉内へ燃料の一部として送る熱分解ガス送給手段を有してなる請求項１又は２に記載の連続減容炭化装置。
【請求項４】
前記回転ドラム内に蓄熱部が設けられてなる請求項１〜３の何れかに記載の連続減容炭化装置。
【請求項５】
前記蓄熱部が回転ドラムと同心の円筒状をなし、前記熱風入口から流入した熱風が該蓄熱部の外周面と回転ドラムの内周面との間の環状空間を通って前記熱風出口へ至るように構成されてなる請求項４に記載の連続減容炭化装置。
【請求項６】
前記蓄熱部が無機質蓄熱材の充填層を有してなる請求項４又は５に記載の連続減容炭化装置。
【請求項７】
前記の各処理ポケットが回転ドラムの幅方向に沿う凹溝状に形成され、周方向に隣接する処理ポケット間の境界部が回転ドラムに一体化したフィン状の仕切壁にて構成されてなる請求項１〜６の何れかに記載の連続減容炭化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１１１７１２（Ｐ２０１０−１１１７１２Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８２８４０（Ｐ２００８−２８２８４０）
【出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【出願人】（５０１４４３２３８）株式会社ビルメン鹿児島 (18)
【出願人】（５０３１５２１８５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【出願人】（５０１４４３２３８）株式会社ビルメン鹿児島 (18)
【出願人】（５０３１５２１８５）
【Ｆターム（参考）】
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