JP2001354969A - 木炭冷却方法及び木炭冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 木炭の品質を損なうことなく効率よく短時間
で確実な冷却を行いながら、木炭層及び炭化炉に蓄熱さ
れた熱エネルギーを効率的に回収し、かつ良質の木炭を
工業的に製造するのに適した木炭冷却方法及び木炭冷却
装置を提供する。 【解決手段】 炭化炉内もしくは木炭収容容器内の高温
木炭層に、酸素を含まない低温の気体を循環送気して木
炭層を強制的に冷却し、木炭層の温度が１５０℃程度に
到達したとき、上記循環送気を行いながら、木炭層の温
度が５０℃程度に冷却されるまで、木炭層に水を間欠的
に繰返し短時間噴霧する。木炭層の熱で水蒸気となった
水は炭化炉外で冷却されて凝縮水として回収され、再び
木炭層に噴霧される。循環送気の気体及び水蒸気により
木炭層から搬出された熱エネルギーは温風もしくは温水
として熱回収される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃木材、未利用
材、竹、木質複合材などの木質系材料及び草木、植物性
残さなどのバイオマスなどを炭化して得られる木炭及び
炭化物の冷却方法及び冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、木質系材料及びバイオマスの
炭化装置には、バッチ式及び連続処理のロータリー式が
ある。木炭の冷却方法としては、前者の場合には、炭化
炉内で自然冷却するか、もしくは炭化炉外で冷却するも
の、あるいは炭化過程で発生した酸素を含まない排ガス
を貯留しておき木炭の冷却に再使用するものなどが知ら
れている（例えば、特許第２７８５１０８号公報、特開
平３−１２２１９１号公報参照）。

【０００３】また、後者のロータリー式の場合には、高
温の木炭を炭化炉から空気遮断の容器内に排出し、ここ
で直接冷却水を噴霧して冷却する方法などが知られてい
る（例えば、特開平８−２１８０７６号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
木炭冷却方法及び木炭冷却装置のうち、炉外に木炭を取
り出すと冷却方法においては、高温の木炭が外気の酸素
に触れると急激に燃焼するため、通常は炭化炉内で自然
冷却させることになる。そうすると、炭化炉自体が断熱
されているため炉内の温度の降下速度は極めて遅く、炉
内の木炭層の内部に至っては冷却に３日以上を費やすこ
ととなり、木炭の工業的生産には不向きとなっていた。

【０００５】また、上記従来の炭化過程で発生した排ガ
スを木炭層に送気する冷却方法においては、排ガスの発
生量が充分ではないため、例えば木炭層を８００℃から
５０℃程度にまで冷却するにはこの排ガスを循環使用し
なければならない。ところが高温の木炭層を通過すると
排ガスはすぐに高温に昇温して冷却能力が著しく低下さ
せることになる。このため冷却には長時間を要する問題
が生じることとなり、自然冷却方法と同様に工業的生産
には不向きとなる。

【０００６】また、上記従来の高温状態の木炭に冷却水
を直接噴霧する冷却方法においては、木炭が急激に冷却
されて収縮し、多数の亀裂を生じて木炭の品質を低下さ
せる原因となっていた。

【０００７】また、高温状態の木炭に冷却水を直接噴霧
する冷却方法においては、冷却水は木炭と熱交換して過
飽和の水蒸気あるいは熱水となって木炭層内や炭化炉内
にとどまるため、冷却した木炭に再度吸着及び凝縮付着
して木炭を水濡れ状態にすることがある。このことは木
炭の品質低下を起こすとともに計量袋詰などの後工程の
取扱作業を極めて困難にすることから、再度木炭の乾燥
工程が必要となる欠点があった。

【０００８】また、上記従来の木炭冷却方法及び冷却装
置においては、炭化終了後の高温の木炭層及び炭化炉壁
面に蓄えられている膨大な熱エネルギーは利用されるこ
となく無駄に、すべて自然放熱などで大気中に放散され
ていた。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みなされた
ものであり、その目的とするところは、木炭の品質を損
なうことなく効率よく短時間で確実な冷却を行うと同時
に木炭層および炭化炉に蓄熱された膨大な熱エネルギー
を無駄にすることなく効率的に回収することができ、か
つ良質の木炭を工業的に製造するのに適した木炭冷却方
法及び木炭冷却装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、第一に、木炭の品質の低下を起こすこと
なく、炭化炉内の高温の木炭層を効率よく均一に冷却し
て、冷却時間に要する時間を短縮化する必要のあるこ
と。第二には、高温の木炭層及び炭化炉に蓄えられた熱
エネルギーを無駄にすることなく回収して有効利用する
必要のあることに着目してなされたものである。

【００１１】具体的には、木炭冷却方法に係わる第１の
発明の一つ目は、木炭層の高温木炭と低温気体を直接接
触させて強制冷却する第１強制冷却方法であって、炭化
炉内の木炭層に木炭層内の木炭の温度より低い温度であ
り、かつ酸素を含まない気体を木炭層の下方もしくは上
方、あるいは側方より、強制的に送気して木炭層の木炭
及び炭化炉壁面と接触させ、木炭層の木炭の保有する熱
量及び炭化炉自身の保有する熱量を気体の昇温として気
体側に顕熱移行せしめて後炭化炉外に排出し、炭化炉外
でこの気体を冷却して移行した熱量を取り除き、再び炭
化炉内に循環送気して木炭層の木炭及び炭化炉壁面と接
触させて顕熱移行せしめ、木炭及び炭化炉自身の温度を
強制的に次第に低下させることである。

【００１２】また、木炭冷却方法に係わる第１の発明の
二つ目は、第１強制冷却方法により、即ち木炭層内の木
炭温度が木炭の温度より低い温度の気体の循環送気で冷
却されて２００℃から１００℃程度に到達したとき、上
記送気を行いながら、木炭層の上方もしくは下方、ある
いは側方より、冷却水を間欠的に繰返し短時間噴霧する
第２強制冷却方法を行うことであって、木炭層の木炭の
保有する熱量を噴霧水の昇温及び蒸発として顕熱及び蒸
発潜熱移行せしめ、水蒸気となった冷却水は木炭層を通
過する上記送気に乗せて炭化炉外に逐次排出され、炭化
炉外で冷却されて凝縮して水となり、再び炭化炉内の木
炭層の冷却水として噴霧され、木炭層の温度が５０℃程
度に冷却されるまで、繰返し循環使用されることであ
る。

【００１３】このとき、木炭層内では、局部的には、噴
霧水と接触する部分の木炭は噴霧水と接触しない他の部
分の木炭より一時的に低温化するが、木炭内部で高温側
から低温側へと熱伝導による熱移動が起こって温度差は
なくなり、木炭の温度は全体がほぼ同一となる。このよ
うに、一時的にしかも局部的に、木炭層内に温度分布の
むらが生じても、木炭層内で熱移動が起こって木炭層の
温度は均一化し、冷却水を繰返し噴霧することにより、
木炭層全体がほぼ一様に低温化して冷却していくことで
ある。

【００１４】また、木炭冷却方法に係わる第１の発明の
三つ目は、循環送気により炭化炉より搬出された高温の
気体を別の低温の気体もしくは液体と間接的に接触させ
て、木炭層および炭化炉より除去されて運び出された顕
熱及び潜熱を、別の気体もしくは液体に逐次移行させ、
温風もしくは温水として熱回収されることである。

【００１５】また、第１の発明を実施するための木炭冷
却装置に係わる第２の発明は、木炭冷却装置は、木炭層
及び強制冷却手段である冷却水噴霧手段を内蔵する炭化
炉と、この炭化炉から排出される循環気体中に含まれる
粉炭を除去する粉炭分離手段と、この気体に保有された
熱エネルギーを別の気体もしくは液体に移行せしめる熱
交換手段と、この気体が熱交換冷却されたときに生じる
凝縮水を分離貯蔵する気液分離手段と、循環気体を一時
的にあるいは恒久的に貯蔵調整する気体貯蔵手段と、強
制冷却手段である循環気体の強制送気手段と、冷却水の
強制供給手段とを備えることを特定事項とするものであ
る。

【００１６】以下に、上記の第１及び第２の発明につい
ての解釈及びそれらに対する付加特定事項について説明
する。

【００１７】木炭層の循環気体から熱エネルギー回収を
行うための熱交換手段には、熱エネルギーの回収を行わ
ない場合に備えて冷却媒体の強制冷却手段を設けてもよ
い。この場合には、熱エネルギーは強制冷却手段により
無駄に大気中に放出されることになる。

【００１８】また、循環気体を貯蔵調整する気体貯蔵手
段は、凝縮水を分離貯蔵する気液分離手段と一体に構成
されていてもよいし、さらにこの気体貯蔵手段は、別の
酸素を含まない気体の供給手段、例えば窒素ガス、炭酸
ガスなどのボンベ容器もしくは発生装置、あるいは燃焼
排ガスの貯蔵タンクもしくは発生装置などと接続されて
いて、循環気体の不足が生じた場合に、適宜供給可能と
なるようにしてもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上、説明したように、木炭冷却方法に
係わる第１の発明及び木炭冷却装置に係わる第２の発明
によれば、木炭の品質を損なうことなく効率よく短時間
で確実な冷却を行うと同時に、木炭層および炭化炉に蓄
熱された膨大な熱エネルギーを無駄にすることなく効率
的に回収することができ、かつ良質の木炭を工業的に生
産することができる。

【００２０】具体的には、炭化炉内及び木炭層が、高温
段階では、高温の木炭層の内部に冷却された気体を均等
に繰返し送気することで木炭層内部に貯留されている熱
量が少量ではあるが、繰返し速やかに炭化炉外に運び出
されることになり、木炭層の温度及び炉内温度を急激に
ではなく、効率よく無理のない状態でスムースにしかも
均一に低下させることができる。このため高温の木炭が
急激に冷却されず亀裂を生じることがなく、良質の木炭
が得られる。

【００２１】また、木炭層の温度が２００℃から１００
℃程度の低温段階に到達した低温段階からは、著しく冷
却速度が減少するため、一般的には木炭の炭化炉外への
排出が可能な５０℃程度までの冷却には極めて長時間を
費やす。ところがこの低温段階からは、望ましくは１５
０℃に到達時点で、間欠的な冷却水噴霧を併用すること
により木炭層の熱量は水蒸気にも変換して持ち出される
こととなり、冷却時間を大幅に短縮できて生産性の向上
を実現させることができる。

【００２２】また、噴霧した冷却水は、水蒸気となって
送気された気体とともに炭化炉外に運び出されるため、
木炭層には残らず木炭を適度の含水状態に維持できて、
再乾燥処理が不要となる。

【００２３】また、高温木炭層の温度が低温に至るとき
の時間は短縮化されるため、炭化炉内及び木炭層に保有
されていた熱エネルギーの時間当たりの移動量、即ちエ
ネルギー密度は大きくなり回収した熱エネルギーの利用
効果を高めることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２５】図１は、本発明の実施形態に係わる木炭冷
却装置を示し、２は炭化炉、３は炭化炉２と付設され、
不活性ガスもしくは酸素を含まない排ガスを冷却気体と
する第１強制冷却手段、４は水を用いた第２強制冷却手
段、５は冷却気体中に含まれる粉炭を分離する粉炭分離
手段、６は冷却気体と冷却媒体の熱交換を行わせる熱交
換手段、７は冷却気体の凝縮水を分離する気液分離手
段、８は冷却気体を貯蔵する気体貯蔵手段、９は冷却気
体の補給手段、１０は冷却媒体の強制冷却手段、１１は
炭化炉２から炭化処理中に発生する煙を処理する煙焼却
手段である。

【００２６】上記炭化炉２は６面がそれぞれ断熱壁２０
で構成されたものであり、この炭化炉の内部には炭化処
理終了後の木炭層２１が保持されている。

【００２７】また、上記炭化炉２には、炭化炉２の下部
に炭化処理の熱源となる燃焼ガスの供給口２２と、炭化
炉２の上部に炭化処理で発生する煙の排出口２３と、木
炭層２１の温度検出手段である熱電対２４と、炭化炉２
の下部に第１強制冷却手段３の冷却気体を木炭層２１の
下方から木炭層２１に供給する供給口３０と、第２強制
冷却手段４の水を木炭層２１に噴霧する複数の噴霧ノズ
ル４０が木炭層２１の上方に位置するよう設置されてい
る。

【００２８】ここで、第１強制冷却手段３の冷却気体の
供給口３０は、木炭層２１の下方に限らず、上方もしく
は周辺から自在に供給されるよう炭化炉２の壁面の任意
位置に複数個設置されてもよいし、燃焼ガス供給口２２
と共用されてもよい。

【００２９】以下、本発明の木炭冷却装置による木炭の
冷却方法について説明する。

【００３０】炭化処理終了後、炭化炉２の断熱層２０及
び木炭層２１の温度は、例えば５００℃から１２００℃
程度と高温度になっている。そこで、第１強制冷却手段
３を用いて、低温の冷却気体を冷却気体の供給口３０を
通してこの木炭層２１の下方から送気することにより、
断熱層および木炭層の熱エネルギーは冷却気体に移行す
るため、断熱層２０および木炭層２１の温度はそれだけ
降下することになる。熱エネルギーを得て温度上昇した
冷却気体は煙排出口２３を出て送気管２３１、送気管２
３２、ダンパー２３３経て粉炭分離手段５（例えばサイ
クロン）に送られる。このとき、冷却気体が煙焼却手段
１１に流出しないよう送気管２３４のダンパー２３５は
全閉にしておく必要がある。粉炭分離手段５に送られて
きた冷却気体は、木炭層２１を通過するときに粉炭を同
時に搬出していることがあるため、この粉炭分離手段５
で粉炭を冷却気体から分離する。分離された粉炭は適宜
バルブ５２を開くことにより回収される。

【００３１】粉炭分離手段５を出た冷却気体は送気管５
１を通って熱交換手段６の冷却管６１に送られる。冷却
気体が断熱層２０及び木炭層２１から奪った熱エネルギ
ーは、冷却管６１を通過するときに冷却管６１の外周辺
に存在する冷却媒体に熱移動するため冷却気体の温度は
それだけ降下する。

【００３２】熱交換手段６出た冷却気体は送気管６２を
経て冷却気体貯蔵手段８に一時的に貯蔵される。

【００３３】冷却気体貯蔵手段８に貯蔵された冷却気体
は、第１強制冷却手段３のブロア３２により、送気管３
１、送気管３３、ダンパー３４及び供給口３０を経て、
再び炭化炉２の木炭層２１に送られて断熱層及び木炭層
の熱エネルギーを奪い取って木炭層の温度をさらに降下
させる。

【００３４】木炭層２１の温度は、木炭層２１に取り付
けられた熱電対２４で検出して管理されており、その温
度が約１５０℃になるまで、木炭層２１には繰返し冷却
気体が第１強制冷却手段３によって送られる。

【００３５】木炭層２１の温度が約１５０℃に到達する
と、第２強制冷却手段４によって、水が複数の噴霧ノズ
ル４０から木炭層２１の上方に間欠的に数秒間噴霧され
る。このとき木炭層２１の熱エネルギーは噴霧された水
の顕熱及び蒸発潜熱として消費されることになり木炭層
２１の温度はそれだけ降下する。

【００３６】第２強制冷却手段４で噴霧された水は蒸気
となるが、この蒸気は、第１強制冷却手段３の冷却気体
とともに煙排出口２３を出て、粉炭分離手段５を通り熱
交換手段６に送られる。この熱交換手段６では上記蒸気
は冷却媒体により冷却されるため凝縮水となる。

【００３７】上記凝縮水を含む第１強制冷却手段３の冷
却気体は、気液分離手段７に送られて凝縮水と冷却気体
に分離される。

【００３８】分離された上記凝縮水は気液分離手段７に
蓄えられ、第２強制冷却手段４の送水管４１、ポンプ４
２、バルブ４３及び送水管４４を通って、再び噴霧ノズ
ル４０から木炭層２１に，木炭層２１の温度が約５０℃
に降下するまで繰返し間欠的に数秒間噴霧される。

【００３９】ここで、気液分離手段７と冷却気体貯蔵手
段８とは一体化されて構成されてもよい。

【００４０】また、気液分離手段７には新規の水補給手
段７１が接続されており、必要に応じて適宜、補給され
る。

【００４１】また、冷却気体貯蔵手段８には冷却気体の
補給手段９が接続されており、必要に応じて適宜、バル
ブ９１、送気管９２を通して冷却気体が補給される。

【００４２】また、熱交換手段６には冷却媒体、例えば
水を繰返し使用できるようにするため、冷却媒体の強制
冷却手段１０が接続されている。

【００４３】上記冷却媒体の強制冷却手段１０で冷却さ
れた冷却媒体は、ポンプ１０２、送水管１０３を通って
上記熱交換手段６に送られ、冷却気体の熱エネルギーを
奪って後、送水管１０５、バルブ１０６を通って、再び
上記強制冷却手段１０に返される。このときバルブ１０
７は全閉にしておく。

【００４４】上記冷却媒体の強制冷却手段１０には新規
の冷却媒体（例えば水）の補給手段１０１が接続されて
いる。

【００４５】また、上記熱交換手段６で、冷却気体の熱
エネルギーを温水として回収する場合には、冷却媒体と
して水を用い、この水をポンプ１０２で熱交換手段６に
送り、温水となった上記水をバルブ１０７、送水管１０
８より取り出せばよい。このときバルブ１０６は全閉に
しておく。

【００４６】また、上記熱交換手段６で、冷却気体の熱
エネルギーを温風として回収する場合には、冷却媒体と
して空気を用い、これをブロアなどで上記熱交換手段６
に送ればよい。

【００４７】＜他の実施形態＞なお、本発明は上記実施
形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態
を包含するものである。即ち、上記実施形態では炭化炉
２とした場合を示して説明したが、炭化炉２を木炭収容
容器としても上記実施形態と同様の考え方となる。

【００４８】また、本発明の第１強制冷却手段３、第２
強制冷却手段４は共に木炭層２１の直接的な強制冷却手
段であるが、これらの手段に、間接的な強制冷却手段、
即ち、炭化炉２もしくは木炭収容容器の壁面２０を空冷
もしくは水冷して木炭層もしくは木炭を冷却する冷却手
段を併用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わる木炭冷却装置を示す
説明図である。

【符号の説明】

２ 炭化炉 ３ 第１強制冷却手段（強制冷却手段） ４ 第２強制冷却手段（強制冷却手段） ５ 粉炭分離手段 ６ 熱交換手段 ７ 気液分離手段 ８ 冷却気体貯蔵手段 ９ 冷却気体の補給手段 １０ 冷却媒体の強制冷却手段 １１ 煙焼却手段 ２０ 壁面 ２１ 木炭層 ２４ 熱電対 ３０ 冷却気体供給口 ３２ ブロア ４０ 噴霧水ノズル ４１ ポンプ １０２ ポンプ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化処理終了後、外気と遮断されて炭化
   炉内もしくは木炭収容容器内に収容されている高温木炭
   層を低温にまで冷却する木炭冷却方法において、この高
   温木炭層の温度より低温の冷却気体を、高温木炭層内に
   強制循環送気して高温木炭層と接触させ、この高温木炭
   層の温度を強制降下させるようにする木炭冷却方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の木炭冷却方法であって、 上記冷却気体は、不活性ガスもしくは酸素を含まない排
   ガスなどであって、炭化炉内もしくは木炭収容容器を出
   た後、この冷却気体に含まれる粉炭を除去されて、水も
   しくは空気などの冷却媒体と熱交換し冷却されて凝縮水
   の分離後、再び炭化炉内もしくは木炭収容容器内の木炭
   層に強制循環送気させるようにする木炭冷却方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の木炭冷却方法であって、 高温木炭層の温度が約１５０℃まで降下した後、上記冷
   却気体を送気しながら、この木炭層に対して炭化炉もし
   くは木炭収容容器の外部から導入した水を噴霧すること
   により木炭層が外気と接触して自然発火しない温度にま
   で木炭層の温度を降下させるようにする木炭冷却方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載の木炭冷却方法であって、 上記高温の冷却気体と熱交換して高温になった上記冷却
   媒体は、温水もしくは温風となって再利用させるように
   する木炭冷却方法。
5. 【請求項５】炭化処理終了後の炭化炉もしくは高温木炭
   層を収容する木炭収容容器と、炭化炉もしくは木炭収容
   容器に内蔵する冷却水噴霧手段と、循環冷却気体に含ま
   れる粉炭の粉炭分離手段と、上記循環冷却気体に保有さ
   れた熱エネルギーを上記冷却媒体に移行させる熱交換手
   段と、上記循環冷却気体が冷却されたとき生じる凝縮水
   の気液分離手段と、上記循環冷却気体を貯蔵する気体貯
   蔵手段と、上記循環冷却気体の強制送気手段と、上記冷
   却水の強制噴霧手段と、を備えている木炭冷却装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の木炭冷却装置であって、 上記循環冷却気体の気体貯蔵手段には、不活性ガスもし
   くは酸素を含まない排ガスなどの冷却気体補給手段が接
   続されている木炭冷却装置。
7. 【請求項７】 請求項５記載の木炭冷却装置であって、 冷却媒体に移行させる上記熱交換手段には、この冷却媒
   体を強制的に冷却する強制冷却手段が接続されている木
   炭冷却装置。