专利名称：炭制造方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对炭制造方法和装置的改进。更具体地，本发明涉及能够通过在800℃或更高的高温下进行碳化来制造炭的炭制造方法和装置。
背景技术：
近年来，炭因为其除臭作用和有毒物质吸收作用等而应用于许多领域。迄今，炭通常采用以下方法制造将作为炭的原料的木材塞入由硬化土形成的窑中，将薪材放在该木材上，并且另外将薪材塞入靠近火口的部分，燃烧这些薪材以碳化该炭的原料，当从排烟口排出的烟已经由白色变为蓝色时关闭火口，并且通常在关闭火口3到5天之后完全堵塞通气口和排烟口。另一方面，从专利公开文献例如日本专利公开Nos.119661/2000，181646/2001和59642/1997，已知一种用于将空气引入窑内或窑内的空间的技术。
但是，在上述普通技术中，通过在低温(300到500℃)下碳化来制造炭。这种炭具有高的电阻值(从绝缘体到数MΩ)，并且作为生活用炭例如燃料是令人满意的。但是，这种炭不能令人满意地吸收有害气体例如甲醛、苯、甲苯、二甲苯、乙苯和氯苯，因此用于制造工业用炭，尤其是功能炭不能令人满意。此外，在专利公开文献所公开的技术中，有意将空气引入窑内空间以提高该窑内空间的温度。但是，在所有这些技术中，空气都是被引入窑内空间的下部并且没有进行令人满意地扩散，因而空气不会到达该窑内空间的上部。因此，整个窑内空间不能达到高的温度，并且不能在高的温度下处理炭的原料。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供能制造高质量的高温碳化炭的炭制造方法和装置。具体地，本发明的目的是提供一种适于制造已在800℃或更高的高温下被碳化并且其导电性为体积电阻率不大于10Ω·cm的炭(下文中通常被称为“高温炭”)的方法和装置。
根据本发明的第一方面，提供一种制造炭的方法，该方法包括烧制放置在窑内的炭的原料以热分解该炭的原料，其特征在于，所述方法包括一个将空气加压供给到所述窑内以将窑内温度保持在800℃或更高的高温精炼步骤。
将空气加压供给到该窑内空间能够使炭的原料活化，因而可实现有效的高温精炼。在此情况下，当空气中包含水蒸气时，可同时预期得到通过水蒸气获得的活化作用。在该高温精炼步骤中，优选地，在3个小时或更长时间内将窑内温度保持在800℃或更高。
根据本发明的第二方面，提供一种炭制造装置，其特征在于，该装置包括一用于在其中放置炭的原料的窑内空间；均设置在该窑内空间的前端的一火口和一通气口；一设置在该窑内空间的后端的排烟口；以及用于将空气加压供给到该窑内空间的空气加压供给装置。
该空气加压供给装置包括一送风管，该送风管穿过该窑内空间的底面的内部或上表面而到达靠近该排烟口的部分，并具有一位于该窑内空间中的空气排出口。该空气排出口位于该窑内空间的上部并且朝向该窑内空间的前端，由此被从送风管加压供给的空气可扩散到整个窑的内部，并且易于均匀保持窑内的温度。
该窑内空间包括宽度从该火口朝该窑内空间的中心逐渐增加的一发散部；构成该窑内空间的基本中心部分的一最大宽度部；以及宽度从该最大宽度部朝该排烟口逐渐减小的一收敛部。该窑内空间中的底面设置成在该窑内空间中从前端朝后端向下倾斜。
图1是根据本发明的炭制造装置的一个实施例的侧截面图；图2是沿图1的线A-A的横截面图。
图3是在根据本发明的炭制造装置中使用的一开闭门的正视图；图4是在根据本发明的炭制造装置中使用的炉篦(fire grate)的正视图；图5是在根据本发明的炭制造装置中使用的送风管的透视图；图6是示出在根据本发明的炭制造方法的碳化步骤中窑内空间的温度变化的曲线图。
具体实施例方式
下面将参照附图详细说明根据本发明的炭制造方法和装置的实施例。
图1和2示出实施根据本发明的炭制造方法和装置的实施例。在根据本发明的该实施例中的炭制造装置配备有一燃烧炉1。该燃烧炉1具有一用于在其中放置用于制造炭的原料37的窑内空间2。该燃烧炉1由例如混凝土形成，并且在该燃烧炉1的内部铺设有耐火砖。炭的原料37可以是木材，例如间伐材、废木材和竹材。
燃烧炉1包括均设置在窑内空间2的前端的一火口3和一通气口4，以及设置在窑内空间2的后端的一排烟口5。火口3和通气口4能够被图3中所示的一开闭门6打开/关闭。该开闭门6例如通过一铰链7安装在燃烧炉1上。该开闭门6可构造成手动或以遥控方式打开/关闭。
在开闭门6的下部设有一可与通气口4相连通的开口6a，并且设有一用于打开/关闭该开口6a的开闭盖8。该开闭盖8沿竖直方向可滑动地安装在固定在开闭门6上的框架9上。该开闭盖8用于在开闭门6关闭的情况下仅允许通气口4被打开/关闭。
排烟口5为从燃烧炉1的后端的下部突出的烟囱形状，并且一用于打开/关闭排烟口5的开闭门12设置在(该排烟口)与燃烧炉1相连接处。
炭的原料37放置在窑内空间2的中部，并且薪材38、39放置在炭的原料37的上部和前部。炭的原料37用薪材38、39进行烧制，然后被碳化，在此情况下，通过通气口4将空气引入窑内空间2中。碳化过程中生成的烟从排烟口5排出。稍后将对此进行更详细的说明。
如图2所示，在根据本发明的装置中，该窑内空间2包括宽度从火口3朝窑内空间2的中心逐渐增加的一发散部20；与该发散部20相连接并基本设置在该窑内空间2的中心部分的一最大宽度部21；以及从该最大宽度部21延伸出来并且宽度朝排烟口5逐渐减小的一收敛部22。根据这一结构，如稍后将说明的，当放置在窑内空间2中的炭的原料37被碳化时，可以容易地将通过通气口4被供给到窑内空间2的空气引入窑内空间2，并使之在窑内空间2中均匀扩散，然后朝排烟口5平稳地传送燃烧废气。此外，窑内空间2的底面2a设置成从火口3朝排烟口5向下倾斜(见图1)。倾斜角度优选地大约为5°。当该底面2a朝排烟口5向下倾斜时，在底面2a上流动的热空气会朝排烟口5平稳地流动。
根据本发明的炭制造装置的特征在于，该装置包含用于对炭的原料37进行高温精炼的空气加压供给装置。
如图1、2和4中所示，该空气加压供给装置包括一从燃烧炉1的前端到后端埋置在混凝土底面壁1a中的送风管100。该送风管100包括一从混凝土底面壁1a的前端朝外部伸出的空气导入口101，和一从混凝土底面壁1a的后端伸出到窑内空间2中的空气排出口102。
如图2中所示，一具有该空气导入口101的主导管103通过一联接器104(与燃烧炉)可拆卸地连接。该空气导入口101与用于将空气加压供给到该送风管100内的一鼓风机(未示出)相连接。
下面将更详细说明送风管100。如图2和4所示，该送风管100包括从靠近空气导入口101的部分以双路形式延伸的第一和第二水平部105、106，以及分别从该第一和第二水平部105、106的后部，即从靠近排烟口5的部分向上延伸的直立部107、108。该第一和第二水平部105、106埋置在该混凝土底面壁1a内，并且该直立部107、108从该混凝土底面壁1a暴露于窑内空间2中。此外，在该直立部107、108的端部分别设有朝窑内空间2的前端延伸的弯曲部109、110。该空气排出口102设置在该弯曲部109、110的一开口端。因此，空气从该空气排出口102朝向窑内空间2的前部释放。该空气排出口102优选地位于窑内空间2的上部，以便被释放的空气沿窑内空间2的上部运动(见图1)。
如图2和4中所示，该第一和第二水平部105、106可包括对应于窑内空间2的发散部20延伸的第一部分111，对应于窑内空间2的最大宽度部21延伸的第二部分112，以及对应于窑内空间2的收敛部22延伸的第三部分113。根据这一结构，当将送风管100设置在窑内空间2中时，送风管100可设置成与窑内空间2的形状相一致。其中放置炭的原料的空间可做成尽可能大。直立部107、108设置成通过一炉篦32，稍后将说明该炉篦。
从鼓风机(未示出)被加压供给该空气导入口101的空气在左和右水平部105、106内分岔，然后从左和右空气排出口102释放出来，经过炭的原料37的上方朝窑内空间2的前端移动，并从该前端潜行到窑内空间2的下侧，以便该空气流动到后端。因此，当将空气从后端的空气排出口102有意地释放到窑内空间2中时，窑内空间2的温度升高以使炭的原料37活化，从而可对炭的原料37进行高温精炼。
如图1所示，在燃烧炉1的底面2a上方设有作为空气通道的预定间隙40，并且设有一炉篦32。该炉篦32从燃烧炉1的火口3延伸到靠近排烟口5的部分。如图2和5中所示，炉篦32成格子形状，其使用多个杆状横向构件34和多个与该横向构件34相连接的杆状纵向构件35。此外，为了提供该预定间隙40，炉篦32通过接纳构件36(见图1和2)安装在窑内空间2的底面2a上。该炉篦32在窑内空间2的底面2a上提供空气通道。通过通气口4被供给的空气和从送风管100的空气排出口102释放并从窑内空间2的前端潜出的空气，通过该空气通道并从窑内空间2的后端排放到排烟口5中。燃煤33例如碎屑煤均匀地铺在炉篦32的上表面上。该燃煤33在对炭的原料37碳化精炼过程中释放辐射热以有助于窑内温度均匀化。在一个常规实施例中，炭的原料37例如以直立状态布置在燃煤33上。
在图2中，标号200、201、202和203均指示设置在窑内空间2的适当位置的温度计。温度计200是设置在该中心部的上层的用于高温区域测量的温度计，温度计201是设置在该中心部的中层的用于中温区域测量的温度计，且温度计202是设置在该中心部的下层的用于低温区域测量的温度计。温度计203是设置在排烟口5附近的用于低温区域测量的温度计。这些温度计与一控制器(未示出)相连接。该控制器根据这些温度计测量到的窑内空间2的温度以及可归因于该温度的碳化阶段的状态，来调节空气的进给速度或关闭/打开火门3、通风口4和排烟口5。
下面，将说明使用具有上述结构的炭制造装置的炭制造方法。
首先，将炭的原料37例如木材或竹材经由燃煤33而放置在炉篦32上。其次，将薪材38放置在炭的原料37的上部，然后将薪材39放置在火口3上。点燃放置在火口3上的薪材39。火逐渐移动到位于炭的原料37的上部的薪材38内以开始该干燥炭的原料37的步骤。如图6中所示，该干燥步骤在100℃左右的温度(温度计201测量的值)持续大约24到48小时。随着对炭的原料37的干燥继续进行，窑内温度逐渐升高，从干燥步骤转到碳化步骤以开始对炭的原料37热分解。在转到碳化步骤时关闭火门3。在通气口4打开的状态下，外部空气可以流入炉篦32的下侧的间隙40。碳化步骤在300到400℃范围内的窑内温度(温度计201测量的值)下持续大约36到48小时。当碳化进入结束阶段时，窑内温度升高到400到550℃(温度计201测量的值)，并且从排烟口5排出蓝色的烟，这表示进入精炼步骤。在确定转到精炼步骤后，从鼓风机(未示出)将空气加压供给到送风管100内。该加压供给的空气从送风管100的空气排出口102释放到窑内空间2的后端，并沿窑内空间2的上部朝前端蓄势流动。该被加压供给的空气从窑内空间2的前端朝向下一侧潜行，通过炉篦32的下侧的间隙40，再次朝后端一侧流动，并最终通过排烟口5排出。
因此，通过将空气加压供给到窑内空间2以增加氧气量，可使窑内空间2的温度升高。另外，通过使空气也在炉篦32的下侧流动，还可使从燃煤33所获得的辐射热增加以使窑内温度均匀化，从而可实现对炭的原料37的高温精炼。具体地，要求在加压供给空气以将窑内温度保持在900到1100℃(温度计201测量的值)之后，在此温度范围内精炼3小时或更长时间。可以在800℃或更高的窑内温度下进行高温精炼。当窑内温度过高时，恐怕会对炭的质量造成不利影响。因此，应注意使温度不会达到1200℃或更高。该加压空气吹送速度由窑内容积设定。例如，当窑内容积为16m3时，加压空气吹送速度优选地为大约10到20m3/min。在供给该空气期间，当空气作为与水蒸气的混合物被加压供给时，窑内空间2可以被进一步活化。当窑内容积为16m3时，在此情况下水蒸气的量优选为大约0.5到2.0升/分。
如图6中所示，在完成该精炼步骤时，停止加压供给空气，同时立即完全密封通气口4和排烟口5。将燃烧炉1保持在此状态下几天以使该燃烧炉1的内部冷却。然后打开燃烧炉1，并从窑内空间2中取出炭。如图6中的虚线所示，炭制造方法中的精炼步骤通常在大约400到550℃的窑内温度下进行5到10个小时。
从燃烧炉1取出的炭是高温炭。高温炭具有高水平的吸收甲醛、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、氯苯等的能力。因此，当该高温炭与具有高水平的吸收氨、胺等的能力的低温炭混合时，该高温炭的吸收性能和低温炭的吸收性能都能得以利用，因此可吸收多种有害气体。
在上述实施例中，已说明将送风管100埋置在混凝土底面壁1a内。在本发明中，可利用设置在炉篦32下方的用作空气通道的间隙40。在此情况下，可在第一和第二水平部105、106中设有大量空气排出孔，从而可以从窑内空间2的下侧向上供给空气。
如上所述，根据本发明的炭制造方法，在碳化步骤的后半个过程中，将空气加压供给到窑内空间以将窑内空气保持在800℃或更高的温度。这样可以简单的方式实现对炭的原料的高温精炼，并且实现高温炭的制造。
此外，本发明的炭制造装置构造成使得被加压供给到窑内空间的空气在窑内垂直循环。因此，减小了窑内空间的上部和下部之间的温度差，并且总是能在高温下均匀地进行精炼处理以制造具有稳定质量的高温炭。
权利要求
1.一种制造炭的方法，该方法包括烧制放置在窑内的炭的原料以使该炭的原料热分解，其特征在于，所述方法包括至少一个将空气加压供给到所述窑内以将窑内温度保持在800℃或更高的高温精炼步骤。
2.根据权利要求1的制造炭的方法，其特征在于，在将被加压供给的空气中包含水蒸气。
3.根据权利要求1的制造炭的方法，其特征在于，通过使该窑内温度处于800℃或更高并保持这一状态达3个小时或更长时间来进行该高温精炼步骤。
4.一种炭制造装置，其特征在于，该装置至少包括一用于在其中放置炭的原料的窑内空间；均设置在该窑内空间的前端的一火口和一通气口；一设置在该窑内空间的后端的排烟口；以及用于将空气加压供给到该窑内空间中的空气加压供给装置。
5.根据权利要求4的炭制造装置，其特征在于，所述空气加压供给装置包括一送风管，该送风管包括一设置在该排烟口附近部分的该窑内空间的上部的空气排出口，并且该空气排出口朝向该窑内空间的前端设置。
6.根据权利要求4的炭制造装置，其特征在于，该窑内空间的底面设置成从该前端朝向该后端向下倾斜。
7.根据权利要求4的炭制造装置，其特征在于，该窑内空间包括宽度从该火口朝该窑内空间的中心逐渐增加的一发散部；构成该窑内空间的一基本中心部分的一最大宽度部；以及宽度从该最大宽度部朝该排烟口逐渐减小的一收敛部。
8.根据权利要求4的炭制造装置，其特征在于，该窑的内壁由耐热砖形成。
全文摘要
本发明公开了可通过在800℃或更高的高温下的高温碳化来制造炭的炭制造方法和装置。该炭制造装置包括一用于在其中放置炭的原料(37)的窑内空间(2)；均设置在该窑内空间(2)的前端的一火口(3)和一通气口(4)；一设置在该窑内空间(2)的后端的排烟口(5)；以及用于将空气加压供给到该窑内空间(2)的空气加压供给装置。该空气加压供给装置包括一送风管(100)，该送风管包括一设置在该排烟口(5)的附近部分的该窑内空间(2)上部的空气排出口(102)，并且该空气排出口(102)朝向该窑内空间(2)的前端设置。
文档编号C10B53/02GK1665906SQ0381581
公开日2005年9月7日 申请日期2003年7月2日 优先权日2002年7月2日
发明者小松彻 申请人:山英建设株式会社