JPS5874793A - 固形燃料の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は着火性、火回シ性、燃焼性、火持ち性などに優
れた固形燃料の製造法に関するもので、少なくとも組成
の異なる二種以上の帯状ないし棒状の成形体を合体して
再成形することにより、二植以上異なる層状体からなる
着火性、燃焼性の優れた固形燃料を提供するものである
。

近年、石油危機を契機としたエネルギー情勢の変化を背
景に、石炭を中心とした炭素質燃料の見直しが活発化し
、重要なエネルギー斌源の有効な利用拡大が望まれてい
る。

石炭等の固形燃料の有効な利用拡大を図るには大きな技
術的問題も多い。現在−例として石炭利用拡大の大きな
技術開発課題は、（イ）石炭を高度利用して未利用資源
の有効利用を図る（たとえば、微粉炭、褐炭の有効利用
）、（ロ）排煙処理技術を確立し、環境保全、効率の向
上を図る（たとえば、公害防止技術）、（ハ）石炭を液
化し、輸送、貯蔵等の不便さを解消する（たとえば、０
０Ｍ燃料）、に）石油、天燃ガスの代替として利用する
（たとえば、高カロリーガス化）、（ホ）石炭１石炭灰
の再資源化、新規需要分野を開発する（たとえば、家庭
用燃料）などの取り組みが検討されている。

不発明は上記技術開発課題の中で、特に０）、（ホ）に
関連するもので、従来の固形燃料、すなわち練炭、豆炭
とは異なる新しいタイプの家庭用固形燃料を提供するも
のである。

従来、固形燃料は工業用と家庭用に大別できるが、石炭
を中心とする固形燃料は大部分工業用にい使用されてい
る。一方、家庭用として使用されている石炭利用の固形
燃料は練炭、豆炭が主流で、木炭利用の消費は年々減少
傾向にある０これらの家庭用固形燃料は補助熱源として
利用されているにすぎない゛。しかし、一方、木炭は高
級調理用熱源として、ホテル、レストランで使用され、
肉やうなぎなど調理用として重要視されている。

石炭、木炭の有効利用あるいは新規需要分野を考慮する
と、家庭用固形燃料を補助熱源として利用す、。アはな
く、付加価値。高い新しい、イブの固形燃料の開発は急
務である。しかしながら、現在市販の家庭用固形燃料は
一般的に練炭、豆炭であり、一部携帯用、非常用固形燃
料として、アルコール燃料を含有シたパラフィン、ワッ
クスなどがあるが、需要も少ない。

このように一般的な練炭、豆炭の技術開発は、かなり進
歩し、着火性、火回シ性、立消え、煙の発性、悪臭防止
等の改良がなされ、最近では点火削材練炭・豆炭も市販
されている。前記点火削材練炭、豆炭について詳述する
と、一般的に点火剤と着火剤と主燃料の三層構成で、第
１図に示すような主燃料層１の上部に着火剤層２を設け
、さらに着火剤層２に隣接して点火剤層３を設けた構成
である。このような比較的大きな固形燃料（３０９〜４
０００（Ｊ）は点火剤、着火剤、主燃料の組成、配合比
等により、着゛火性、火回り性を改良し、かなり燃焼特
性（排ガス特性）も向上しているが、特に燃焼初期（立
上り時）に多量の一酸化炭素が発生する０このことは着
火性、火回り性が遅いために発生する問題である。また
石炭を主燃料としているため、着火性が悪いことと、ブ
ロック当りの熱容量が大きいことなども原因である。こ
のような燃焼特性を論じる場合は燃焼機器と合せて評価
することが重要である。現在市販されている燃焼機器は
練炭コンロ、火鉢、アンカ等で、練炭。

豆炭が改良されていると同様に、練炭コンロ等も改良さ
れ、二次燃焼タイプ、軽量タイプなど燃焼機器特性も向
上されている。

以上のことから従来の練炭、豆炭等の固形燃料の欠点を
列記すると、次のようになる。

（１）　　練炭、豆炭のブロック当りの熱容量が大きく
、着火性が充分とは言えない。

＠）使用可能までの時間が長い。

（３）着火後、立消えすることもある。

（４）点火時、煙や悪臭が発生する。

（６）燃焼初期と燃焼末期に有害ガス、特に−酸化炭素
、二酸化イオウなどの発生量が多い。

（６）１個当りの重量が大きいことは熱容量も大きくな
り、燃焼温度が必然的に高くなる。したがって燃焼灰が
コンロに融着し、コンロの形状変化により排ガス特性が
悪化し、コンロが使用不能となる。これは石炭中のアル
カリ金属、アルカリ土類金属とコンロ成分中のシリカ、
アルミナが高温反応し、スピネル構造物となることによ
る。

本発明は、上記欠点を改善し、軽量かつ着火性等の優れ
た新しい固形燃料を提供するものである。

すなわち、本発明は少なくとも組成の異なる二種以上の
帯状体を成形し、これらを合体し再成形して固化させる
ものである。第２図は本発明による固形燃料の代表的な
形状を示す。４は（ａ）熱容量大、０））平均粒変人ま
たは（Ｃ）着火困難な性質を有し、６は（ａ）熱容量小
、０：））平均粒度小ｉたは（Ｃ）着火容易な性質を有
する。

さらに詳述すると、帯状ないし棒状の成形体の主成分が
、炭素質物質からなり、炭素質物質として１石炭、コー
クス、木炭、素灰、黒鉛１石油力−ボン等が用いられる
。これらの炭素質燃料と粘結剤と必要に応じ、脱硫剤、
燃焼促進剤、成形助剤等の補助成分を含有している゛。

粘結剤は一般的に使用されているピッチ、タール、フノ
リ、糖密、バルブ排液、セメント、ニカワ、石灰、水ガ
ラス、石こう９．１１粉、カルボキシメチルセルロース
（ａＭｅ）等を用いるｏさらに必要に応じ添加する成分
として、脱硫剤は炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、
炭酸マグネシウム等を用い、燃焼促進剤（酸化剤とも言
う）は硝酸カリウム、硝酸バリウム、過塩素酸カリウム
、酸化マグネシウム、酸化鉄、アルミニウム粉末、酸化
マンガン等、成形助剤はベントナイト、メルク。

粘土、カオリン等を用いることができる０これらの脱硫
剤、燃焼促進剤、成形助剤等の補助成分は前述したもの
以外、一般的に用いられているものはすべで使用可能で
ある。

次に本発明の重要なポイントである組成の異なる二種の
帯状体ないし棒状体の構成について説明する。ここで、
少なくとも組成の異なる二種の帯状体ないし棒状体成分
とは相互にｈ）熱容量の大。

小、■）平均粒度の大、小、（Ｃ）着火が困難、容易の
いずれかの関係にあるものである。このことは前述の欠
点である着火性、火回り性、燃焼性などを向上させる１
つの重要な要因である。さらに詳述すると、（ａ）の熱
容量の大、小とは、例えば同一粒度の石炭粉と木炭粉な
どのように、みかけ比重が異なるものを用いることによ
って区別できる。■）の平均粒度の大、小とは、例えば
同一石炭を用いた場合、粗粉砕したものと粉末に粉砕し
、たものを示す。（Ｃ）の着火が困難、容易とは、例え
ば着火温度の高、低や前記（ａ）　、、　（ｂ）の例の
もの、あるいは燃焼促進剤の有無などによって区別でき
る。さらに着火性、火回り性などの燃焼初期特性を向上
させるもう１つのファクターは練炭、豆炭のような熱容
量の大きなものでなく、見掛は密度と充填密度の小さな
形状に成・形することも重要である。

一方、第２図に示すような形状を得る方法として、たと
えば、着火困難な炭素質物質に粘結剤を添加し、混練し
た混線物（１）と着火容易な炭素質物質に（１）と同様
に粘結剤を添加し、混練した混線物（１１）を用い、成
形金型にまず（１）を充填し、予備加圧後、さらにその
上部に（１１）を充填し、本成形しても一同様の成形体
が得られる。しかし、 （１）　　本成形圧が小なる場合は、（＋）とＱｌ）の
面の密着強度は弱く、容易に剥離する。

（…）　本成形圧が大なる場合は、（ｉ）と（１１）の
密着強度は強いが、成形物のみかけ密度が大きくなり、
着火性が悪い。

［）　　ＣＩ）の本成形圧が小で、密着強度を大きくす
る方法として、粘結剤の含有量を多くすれば、目的物は
得られるが、悪臭や煙の発生が大となる。したがって本
発明の目的とする軽量かつ着火性の優れた固形燃料は得
られない。

練した混線物を成形することも考えられるが、このよう
な先入れ混合の場合、特に着火性を艮くするためには少
なくとも２０重量％以上（好ましくは３０重量％以上）
着火が容易な炭素質物質を含有しないと着火性を改善す
ることは困難である。

次に本発明を実施例に基づき説明する。

第２図に示す固形燃料を構成する一方の帯状体ないし棒
状体４は、ある大きさに粉砕分級された石炭粉と粘結剤
と必要に応じ、成形に足るだけの水を適量添加し、混練
後押出し成形機により成形したものである。他方の帯状
体ないし棒状体６も４と同様に粉砕分級された木炭粉に
粘結剤と成形に足るだけの水を適量添加し、混練後、成
形したものである０前記二種の異なる成形体を未固化状
態で合体するか、あるいは同時に押出し成形機、加圧成
形機等に供給し、ペレット状に再成形し固化して図示の
ような固形燃料を製造する。このような方法で製造した
固形燃料１．を再成形により、１つの成形体に、均一、
不均一断層構造、すなわち＜ａ＞熱容量の大、小構造、
［有］）平均粒度の大、小構造、０ ＜ｃ＞着火が困難、容易な構造の２層構造あるいはこれ
らの組合わされた複数層構造を有する〇前述のように、
主燃料と粘結剤と必要に応じ添加する燃焼促進剤、脱硫
剤、成形助剤等の補助成分を、単にニーダ−等で混練す
る場合は各種諸材料を均一分散させることができず、し
たがって、たとえば、必要に応じ添加する燃焼促進剤や
脱硫剤の添加量を必要以上に含有しなければ、その添加
効果大ならしめることはできない。しかし、本発明では
、少なくとも組成の異なる２種の成形体を再成形して１
個の固形燃料を得るものであるから、−次の成形体にお
いては各々均一分散を良好にすることができ、しかもで
き上シの固形燃料には均一あるいは不均一層状態が少な
くとも二層構成され、着火性、火回り性、燃焼特性を向
上させることができる０特に均一、不均一層状体が成形
体の両面に連続した層が構成されたものは着火性等の諸
物件は著しく向上する。

このように本発明より従来にない新しいタイプの固形燃
料を提供することができる。

さらに本発明の固形燃料は、従来の練炭、豆炭と比較し
重量が軽いこと、見掛は密度が小であること、燃焼させ
るときの充填密度が小であること等も重要である。固形
燃料成形体の１個当りの重量が０．２〜６０ｑ、見掛は
密度が１．１ｇ／ｃｃ以下、充填密度が０．８　ｇ／ａ
ｃ以下を満足する固形燃料が好ましいと言える。

本発明の固形燃料の着火性、火回り性、燃焼性について
概要を説明すると、固形燃料はまず、外部熱源により、
層６、すなわち点火しやすり層に点火され、層６が燃焼
を開始する。このとき、層４は層６の燃焼によシ徐々に
加熱され、層６から層４に熱伝播され、層４も着火し、
そして固形燃料全体が燃焼する。このとき、外部熱源か
ら層６を介して層４への熱伝播時には燃焼温度が低く、
未燃雑排ガス、特に−酸化炭素の発生が多い。このよう
な熱伝播過程がスムーズである、すなわち着火性、火回
り性を良くすることは排ガス特性はもちろんのこと、高
速調理、高速暖房の熱源として、今後新しい分野に応用
拡大化するための重要２− な要因であり、本発明の固形燃料はその目的、用途等を
満足させるものである。

次に着火性、火口シ性の優れた固形燃料を得るためには
、層４，６の配合比、さらに前述した（ａ）。

（ｂ）および（０）条件またはそれらの組合せ等も重要
である。特に家庭用固形燃料としては大別すると暖房用
と調理用があり、これらの燃焼機器とのマツチングも考
慮しなければならない。暖房用の場合、着火性、火口シ
性はもちろんのこと、高カロリー（火力が強い）タイプ
の固形燃料とする必要がある。一方調理用の場合は、暖
房用と同様の着火性、火回り性をもち、比較的低カロリ
ー（火力が比較的弱い）タイプであることが好ましい。

前述の高カロリー、低カロリーとは発熱量はもちろん、
燃焼時間も重要で、短時間燃焼用（暖房用）、長時間燃
焼用（調理用）とする一般的基準と考える必要があるが
、使用目的によシ、短時間燃焼用（調理用）、長時間燃
焼用（暖房用）の固形燃料として使用可能であるという
柔軟性をもつ必要がある０以上のことから好ましい配合
比の例を第１表に示した。（ム）、■）は同様の条件で
良いが、（Ｑ）は燃焼促進剤、脱硫剤、成形助剤などの
補助成分を表す。

配合比は乾燥後の重量％で示した。

第１表 表中、悼）は熱容量、平均粒度が大で、着火性が困難な
もの、Ｂは熱容量、平均粒度が小で、着火性が容易なも
のを示す。

以下、具体的な実施例によシ説明する。

実施例１ 第２表 第２表に組成（ム）、申）をそれぞれ混線機に−ダー）
で混線後、１０１０Ｘ６０の押出しノズルを設けた押出
し成形機を用い、シート状の帯状体（Ａ）。

比により、第３表の如く配合し再成形する。この時の（
ム）、俤）の供給方法は押出し成形機供給口に個々に挿
入させた。再成形法は押出しノズル径１０騙の押出し成
形機を用い、再成形後、乾燥炉（１２０℃）で固化させ
て固形燃料を製造する。

上記方法で得られた固形燃料の形状は第２図に示した（
ａ）、Φ）あるいは小）である０なお第３表中の■は關
、　（ＢＳの成形体を各々再成形した固形燃料をそれぞ
れ混合したもの、すなわち（Ｉ＋Ｖ）からなる固形燃料
である。

第３表 上記製造法により再成形した固形燃料を長さ１０〜２ｏ
ｗｘの範囲に調整後２ｏＯｑ秤量し、以下の燃焼法によ
り、着火、火回り特性、燃焼特性（排ガス、燃焼時間）
を測定した。なお、着火、火回り特性は点火方法として
ガス炎法、点火剤法の二種類を用いて測定し、燃焼特性
は点火剤法によった。

まず、ガス炎法について説明すると、都市ガス用テーブ
ルコンロを用い、第３図の装置で固形燃料の着火、火回
り特性を着火時間を測定することによシ判断した０この
時の着火時間は、ある一定時間ガス炎により点火し、ガ
ス炎を消火後、少なくとも１０分間以上燃焼することと
し、ガス炎加熱時間を着火・火回り時間とした０第３図
において、６はガステープルコンロ本体を示し、バーナ
ー７の上面より７Ｑａ離れた所に、直径１００１ａｌ、
高さ３ＱｊＥｌの円筒状の固形燃料受皿８を設置し、受
皿８の下面は６メツシユの金網９で構成し、受皿に固形
燃料１ｏを均等に充填させた０次に第４図は点火剤法に
用いた装置を示す。

１１は燃焼器本体を示し、本体の側面下部に燃焼用空気
口１２（ｆ−設け、内部に円筒状の固形燃料受皿１３を
設置し、受皿の下面は６メツシユの金網７ １４で構成し、金網の中央部に点火剤設置用の溝１６を
設けた構成である。点火方法は受皿１３に設けた溝１６
に点火剤１６を設置し、ガスライターでまず、点火剤に
着火させる。着火後、ただちに固形燃料１７を受皿１３
に吟等に充填させ着火・火回り特性、燃焼特性を測定す
る。第６図は着火・火回シ特性、燃焼特性を把握するた
めの排ガス測定装置の概要を示し、本体１１の上面に円
筒状フード１８を設け、フード１８の上面は複数の独立
した排ガス通気口１９を有し、通気口の中央部に排ガス
測定用バイブ２０を挿入し、排ガス（ＣＯ２゜Ｇｏ　、
　８０２　）　　を測定する。

点火剤法による着火・火回り特性は、点火後、排ガス中
の００２（二酸化炭素）濃度を測定し、Ｃ０２濃度のピ
ーク値までの時間で示す。その−例を第６図に示す。

以下燃焼特性として、ｃｏ２．　ｃｏ　、　ｓｏ２　　
測定結果はそれぞれピーク値を表し、燃焼時間の終点は
０．１％までの時間とした。

ここで第６図に示した点火剤１６の形状と組成について
説明する。ここに用いた点火剤の形状は外径２０５１１
１、内径１０ｍ、厚み１０′ＭＩＬの円筒体で、木炭６
０重量部、無煙炭２０重量部、硝酸カリウム１０重量部
、硝酸バリウム１６重量部、アルミニウム粉末３重量部
、過塩素酸カリウム２重量部の混合物を成形したもので
ある。

このような燃焼条件を設定し、各種幹性結果を第４表（
ガス炎法）、第６表（点火剤法）にそれぞれ示す。

第４表 ○：１０分以上分境上燃焼５−１０分種消え、×：０〜
６分で立消え５ｇｓ表 以上の結果より、Ｖ）ＩＩ）Ｖｌ）Ｉの順位で着火性が
良いことがわかる。Ｖは木炭単独であり、着火・火回り
特性は良好であるが、排ガスの中のＣＯの発生量がすこ
し増えている。特に…と■は同一配合であるが、■は面
接触タイプ、■は点接触タイプであり、着火・火口シ特
性は■の面接触タイプの方が優れている（配合比が少量
で着火・実施例２ 第６表に示す組成（Ｃ）　、　（Ｄ）　’に用い、実施
例１と同着火・木回り特性、燃焼特性も実施例１と同様
の方法で測定し、その結果を第８表（ガス炎法）、第９
表（点火剤法）にそれぞれ示す。

第６表 第７表 ※混合タイプ 第８表 ２ 第９表 以上の結果も実施例１と同様に着火・火回り特性も向上
した。またｎ、ｖ（混合物）では点火剤法では差があり
、Ｖ配合の固形燃料は立消えした。

実施例３ 第１０表に示す組成（ＩＥ）、（Ｆ）ｔ−用い、実施例
１とへ第１１表に示す配合比で再成形し、乾燥固化した
。その着火・火回り特性、燃焼特性も実施例１と同様の
方法で測定し、その結果を第１２表（ガス炎法）、第１
３表（点火剤法）にそれぞれ示す。

第１０表 第１１表 ４ 第１２表 第１３表 上記結果から燃焼促進剤を添加したものは、特に着火・
火回り特性はいちじるしく向上した。また■とＶの比較
も同様に着火・火回り特性は向上した。

実施例４ 実施例３の組成ＩＣ）　、　（Ｆ）中、ＣＭＣ溶液濃度
を６％としたものを用い、実施例１と同様の方法で幅と
（力を合体させ予圧成形後、ローリングさせ、外径３０
ｍ！の第２図ｅに示すような形状に成形し、ピアノ線で
長さ３ＱＩｌに切断後、乾燥固化した。

第１４表の配合比からなる固形燃料を実施例１と同様に
して測定した着火・火回り特性、燃焼特性をそれぞれ第
１６表（ガス炎法）、第１６表（点火剤法）に示す。

（以下余白） ６ 第１４表 第１６表 第１６表 上記結果から、着火容易の帯状体を用いたものは、着火
・火回り特性も著しく向上した。

実施例６ 実施例４と同じ組成からなる幅１０ＭＭ、長さ１０ｏＪ
ｌｌＢの帯状体（Ｋ）　、　ＣＦ）を合体し、加圧成形
後、厚み１ＱＩＩＢの成形体とし、ピアノ線により、大
きさ１ｏ×２ｏ騙の第２図（０のような形状とし、乾燥
固化した。上記配合比を第１７表に示し、その特性を第
１８表（ガス炎法）、第１９表（点火剤−法）に示す。

８ 第１７表 ′″を 第１８表 第１９表 上記結果より着火容易な帯状体を用いたものは着火・火
回り特性も優れている。

以上の結果より明らかなように、本発明による固形燃料
は、単一成形体からなる固形燃料と比較し、着火・火回
り特性を著しく向上させることができ、かつ燃焼特性、
特にＣＯの発生量も前記着火・火回シ特性を向上させる
ことにより、相対的に減少させることができる。本発明
の実施例には詳述していないが、三、四種の帯状体を合
体した固形燃料も同様に着火・火回り特性を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来市販の練炭の外観図、ｂは断面図、第２
図は本発明による代表的な固形燃料の形状を示す斜視図
、第３図は固形燃料の評価法の１つであるガス炎による
着火・火回り特性を測定する装置の縦断面図、第４図は
点火剤による着火・火回り特性を測定する装置の縦断面
図、第６図は排ガス特性を測定する装置の縦断面図、第
６図は第６図の装置によるＣ０２の発生曲線例を示す。 第１図 ｒａ）　　　　　　　（ｂ） 第２１！１ （ａ）　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　ＩＣ）ｔ
ｄ　）　　　　　　（ｇ　）　　　　　げ）第３図 １４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主成分が炭素質物質からなシ、少なくとも組成の異なる
   二種以上の帯状ないし棒状の成形体を合体し再成形する
   ことを特徴とする固形燃料の製造法０