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煙突の取り付け[2007年09月05日(Wed)]

 新窯作りは6ミリ厚さの円筒形鉄板に耐火レンガを巻き、窯周辺は保温を高めるためにコンクリートブロックや廃材として集めていたコンクリートのテストピースを周辺に積み固めました。
 
 その隙間には赤土を付き固めながら充填していき、4月27日の鉄窯等の搬入、旧窯を撤去し、写真1に示すように5月4日に完成しました。その間2日間は中休みをしましたので、実質6日間で仕上げたことになります。




          写真1 完成した新炭窯

 最終段階の5月4日は後片付けと煙突の取り付けを行いました。インターネットで検索したところでは、私たちの炭窯の規模に比べて煙突は大きく、自慢できると思います。
 そこで、今回は煙突について書きました。


竹酢液を採取する方法

 図に示す炭窯の構造は、岸本定吉 監修、池嶋庸元 著「竹炭・竹酢液のつくり方と使い方」(社団法人 農山漁村文化協会)の中の「三浦標準窯(故三浦伊八郎東大名誉教授)から引用しました。竹酢液は窯底の排水管から抜いています。



 
 今回の新窯計画にあたり、竹酢液やタールを窯底から抜くことも検討し、工場製作ではΦ5センチの孔を窯底にあけ、使わない場合には栓で閉鎖してしまうことにして現地に搬入しました。 

 工事の段階で今までの煙突を再利用できること、窯底から抜くよりも煙突から竹酢液を採取する方がより合理的だと判断し、孔は栓をして使わないことにしました。


パイプ煙突は自然に入るときで切り替える

 その結果、煙突は従来と同じ方式を採用し、2004年5月から使っている旧煙突を再利用しました。

 窯を暖める段階から、煙道口の温度が約80℃になり、空気量を制限する自然(じねん)に入るまでは、写真2に示すように可搬式のパイプ煙突を煙道口に載せて窯内の燃焼を高める工夫をしています。




               写真2 火入れ時から自然までの煙突

 自然に入るとこの可搬式のパイプ煙突は、写真1のように焚口に突っ込み、煙突面にレンガを置いて空気量の調整を行います。

 また、移動した炭窯上面の煙道口には写真3に示すように、窯の上の赤土に馴染むように少し掘って受け皿を置き、受け皿にかぶさるように、取り外し可能な笠を取り付けることによって煙を煙突に導くようにしています。




        写真3 煙道口に受け皿と笠を取り付けている状況

 煙道からの煙は笠で集めて写真4のように、ステンレス製のパイプを通って外部へ拡散させています。

 その煙は長い煙突を通る間に温度が下がり、水蒸気が水滴となり、竹酢液として回収します。






      写真4笠で集められた煙が長いパイプを通って外気へ拡散

 次回は竹酢液の収集について書くことにします。
円形鉄製炭窯と耐火レンガとの目地[2007年08月29日(Wed)]

 連日の猛暑でみんな伸びきってしまっているのではないでしょうか。生き物だけでなく、レールもこの暑さで伸びてしまっているようです。

 8月15日には、「東武東上線は暑さでレールがゆがんだために森林公園〜小川町の上下線で運転を見合わせていたが、15日午後5時15分、運転を再開した。 東武東上線は、15日午後2時過ぎ、池袋方面に向かっていた車両の運転士から『線路がふくらんで見える』との報告があったため、森林公園〜小川町の上下線で運転を見合わせていた。一部区間の線路で、水をかけてレールを冷やすなどの復旧作業が行われ、午後5時15分に運転を再開した。この運転見合わせで約2万2000人に影響が出た」という記事が出ていました。
こんなに連日の猛暑にもかかわらず、この種のトラブルが全国あちこちで発生しているわけではありません。それは、各種の構造物などには気温の変化に対処するために、継ぎ手や目地を設けているからです。

 気温の変化に対処する目地だけでなく、炭窯では窯内での燃焼による温度変化や異なる物質の膨張率の違いがあり、目地が必要になります。

 今回新しく炭窯を作るに当り、6ミリ厚さでドラム缶と同じ大きさの炭窯の周りに保温性を高めるため、その周りに耐火レンガを巻くことにしました。そこでは、鉄窯内部の温度は700℃以上になっていて、その外側には耐火煉瓦を巻いています。
鉄と耐火レンガでは熱膨張率が異なりますので、鉄窯が膨張の過程でその周りを耐火レンガとの変形を吸収する目地を入れることにしました。そこで、今回は炭窯に設けた目地について書きます。


目地とは

 インターネットで『ウィキペディア(Wikipedia)』では、「目地(めじ)とは建築部材(主として仕上げ材)において、隣接する両部材間の境界部分の名称、またはそこに充填される材料のこと」と定義しています。

 土木構造物、コンクリート構造物における目地とは、「連続して造られるコンクリート構造物は、温度変化に伴い膨張、収縮、反り等を繰り返す。そのため、過大な応力の軽減を図る目的と施工法によってできる継目など一定間隔に設けた接合部分をいう」となっています。
大きな川に架かる橋や都市内の高架構造物にも、温度による伸縮や車両の重さによるたわみを吸収するために、伸縮継手や支承(沓)が設置されています。


身近な砂防ダムにも目地がありました


 8月第4土曜日の活動日に私たちが雑用水として使っているすぐ近くの砂防ダムに行きました。ふだんはこの上にいても気がつかなかったのですが、目地のことを書こうと思っていたので、このダムの躯体コンクリートにも目地が入っているのに気が付きました。



 写真でわかるように、ダム本体に凹凸の目地を入れています。これだけだと、この目地を伝って上流側の水が浸透していきますので、写真右側の目地に直角の黒い線が入っています。この黒い線はゴム製で止水の役目をしています。

鉄製竹炭窯に巻く耐火煉瓦の目地の必要性

 前回のドラム缶式炭窯では1.5ミリの薄い鉄板なので温度変化に追従しやすいが、今回の炭窯は6ミリの鉄板を円形加工して厚いため、温度変化を吸収するための逃げとして目地を設けなければならないと考えました。

 そこで、事前に耐火レンガのメーカーにメールで質問をしました。「確かに、熱膨張率の違いから、鉄とモルタルは剥離すると思います。接着は基本的に無理ですので、以下のようにされたらどうでしょうか。ただし、あくまでもアイデアですので保証する物ではありません。鉄板にセラミックスファイバーを巻く。1000℃以上の耐熱性のあるもの。その上にステンレス製のラスを巻く。
その上にモルタルでレンガを巻く。目地は耐火モルタルでOK。さらにその上にセラミックスファイバー、ラスを巻き同じくモルタルでレンガを巻く」と回答をもらいました。

 このアイデアでは、鉄と耐火レンガとを円周全体に目地を入れる提案でしたが、土木屋的な目地の入れ方は、耐火レンガどうしの隙間に目地を入れることで、円筒の鉄が膨張してもその変形を吸収できるだろうと考えました。


鉄窯周りに耐火レンガを積み、目地を入れる

 鉄窯の底は写真に示すように、耐火レンガを水平に積んでいます。



 鉄窯の底では、その隙間を耐火モルタルを詰め、円形にあわせてグラインダーで加工した耐火レンガを積んでいきました。
底は鉄窯の変形を吸収できると考え、目地は入れませんでした。


 耐火レンガの目地は円断面の水平まで積んだ段階で写真のように、イソウールブランケットを敷きました。



 さらに、鉄窯周り全体に耐火レンガが積まれた段階で写真のように鉛直に目地を入れました。


 鉄窯周りの耐火レンガ積みも写真に示すように最終段階に入りました。

鉄製炭窯の周りには耐火レンガを使用[2007年07月04日(Wed)]
 04年に据え付けたドラム缶式炭窯は3年でボロボロになったので、新しく窯を作りにあたっては、当初耐久性のあるステンレスドラム缶を計画していました。
 
 途中で6ミリ厚さの鉄製窯に変更しましたが、寸法は変わらないので当初計画のとおり窯の周りは耐火レンガを巻くことにしました。私はこの計画に最初から参画していなかったので、04年の窯と同じ普通の赤レンガを使わずに、耐火レンガを使った理由やその保温性についてすっきりしませんでした。そこで、インターネットで検索して三石耐火煉瓦へメールで質問しました。

・窯内部の温度を高温に保つためにレンガや赤土を巻いていると思いますが、耐火煉瓦と普通のレンガでは保温性の点では差異があるのでしょうか。

・三石耐火煉瓦の開発部のMといいます。弊社に関心を持っていただきありがとうございます。レンガの厚みは、20cm程度は欲しいところです。
 耐火レンガは赤レンガに対して保温性も良いと思いますが、なにより高温での耐久性に優れております。また、冬場に凍結割れしにくい材質です。熱による割れは発生しにくいので 空気漏れも少ないと思われます。炭焼き程度の温度でしたら 「SK34」程度の番号のシャ モット質の耐火レンガがよいのではないでしょうか。

 シャモット質とは何か知りませんので検索してみると、「語源はドイツ語【Schamotte】で、耐火レンガの原料を現します。窯業(焼き物)業界の中での技術的な用語としては、「生の原料粘土を一度焼いて砕いたもの」という意味があります。生の原料だけではなくシャモット原料を加えることによって、製造するときの割れや、寸法の狂いを少なくすることができます。特に耐火レンガにおいては、高温で長時間使用されても安定であることが大切ですので、生粘土よりもシャモット原料を多用することが品質向上につながります。
 また、製造検査後、どうしても出てくるペケ品(不良品)の多くは原料に還元することができるのです。品質向上に役に立ち、廃棄物を減らして環境保護にもつながることになります」ということがわかりました。

 新窯が出来上がって火入れしてみると、写真のように、鉄窯の周りを巻いた耐火レンガや赤土の厚さが左右の幅に比べて、上面の厚さが薄く窯からの熱が伝わり、化粧に使ったアルミのL型金物は高温になっていました。



 そこで、耐火レンガには窯からの熱膨張を吸収する目地(商品名:イソウール、セラミック・ファイバー)で使った残りを写真のように断熱材として使いました。


 その上に赤土を写真のように載せました。これで完全に窯からの高温を断熱することができました。



 新窯を運用するようになって、施工段階では気がつかなかったことを調べてみると、三石耐火の20センチ程度というアドバイスどおり、耐火レンガの寸法230×114×65の114ミリを鉄窯周りに巻いて赤土を載せたくらいでは断熱効果がないことがわかりました。今回の工事では目地材として購入したイソウールには
@高温に耐えるA軽くて蓄熱性が小さいB断熱性に優れているC急熱、急冷に耐えるD科学的に安定しているEいろいろの形状に作ることができる、の特長を活かして保温力を高めることができました。

 さらに、ネットの検索してみると、耐熱煉瓦として、世の中にあるものは耐火煉瓦と断熱煉瓦の2種類です。
耐火煉瓦:重い、硬い、高温(1000℃以上)に耐える。⇒高温で構造体として使用できる。      炉内で使用。
断熱煉瓦:軽い、軟らかい、高温(700℃以上)の熱を伝えにくくする(断熱)煉瓦。一般的に      は炉内で使用できない。高級断熱煉瓦で、クリーンな雰囲気ならば炉内に直接使      用可能なものもあります、と書いてあり、断熱煉瓦は内部に沢山の気泡を含み、そ      れが断熱層となって温度を外部に伝わることを防ぐ
 
 断熱煉瓦という断熱効果を高める商品があることを知りました。ただし、断熱煉瓦は耐火レンガの耐熱性・強度と断熱レンガの断熱性を併せ持った特長から価格が高くなるのは当然です。

 今回の新窯では、幸いに目地材のイソウールが断熱効果をあげることができて、高温で炭化した硬質の良い竹炭できるようになりました。
炭窯の据付け[2007年07月03日(Tue)]
 基礎工事ではそのまま残して利用する焚口前面の赤レンガとコンクリートブロックが基準になりました。整地された窯跡には、焚口から92センチの窯奥で5センチの勾配をつけて炭材から出てくるタール等をピットに溜まるようにしました。04年のドラム缶式窯ではこの勾配を右窯6センチ、左窯7センチとしましたが、タール分等は5センチの勾配で十分にタールピットに流れると判断しました。

 基礎の砕石は現場発生品を使って勾配にそって敷き並べ、にわか作りのたこで突き固めました。杉丸太に握り棒を取り付けて二人で突き固めるたこが現地ですぐに作れ、また、赤土を篩うのに重力を利用して労力を軽減する器具を作れたのは、機材がそろっている上に、それを器用に作れる人材がそろっているからで、その技術が大いに発揮されていました。

 04年のドラム缶式窯で円筒形が回転しやすいために鉄筋棒を打ち込んで両側を固定しなければならなかったのですが、この鉄窯では写真のような焚口に据付け用の鉄片を取り付けていたこと、煙道部はタールピットの箱部分は固定できました。円筒の前面、後部がこのように位置を簡単に決めることができ作業が短縮できました。



 ネットの検索によると「炭化中窯底の温度は窯内で最も低くなるので、炭材が底に接する部分は完全に炭化せず、煙の出る炭になりやすい」とありましたので、砕石を突き固めた基礎に写真のように耐火レンガを3列並べて、保温性を高めました。



 炭窯作りにはなぜ赤土が必ず使われているのか、と疑問を持ったので検索してみました。先人の知恵で、かまどづくりの材料とは、「土壁や炭窯に使ったものと同じ、粘りのある赤土に、腐食すると粘りを出して「つなぎ」の役目を果たす切りわらを混ぜたもの」とあり、「炭窯・・・赤土、砂(有機物を多く含んだ赤土だけだと炭窯の高温では燃えてしまうため、砂でひび割れを防ぐ)」と書いていました。

 そういえば、昨年11月に島本森のクラブへ炭窯作りを見学したとき、写真のように耐火レンガを積んだ窯の周りを赤土と砂利を混ぜて入念に突き固めていました。



 私たちの炭窯は鉄製の小規模なので、鉄窯の周りには耐火レンガで巻き、さらに前回の窯の赤レンガの発生品で耐火レンガを固定し、その隙間に赤土を入れて締め固めたので砂利は混ぜませんでした。
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