木材廃棄物燃焼装置

太平洋岸北西部における産業林業は、1827年にジョン・マクローリンがフォート・バンクーバー郊外に最初の製材所を建設したことから始まった。世紀末までに、蒸気機関と改良された鋸刃によって製材所の生産性は飛躍的に向上した。しかし、それは同時に、おがくず、樹皮、端材、その他多くの無駄な部分といった大量の廃棄物を生み出すことにもなった。樹木全体の体積を、テレピン油や後年のパーティクルボードといった木材以外の用途も含めて、利用可能な製品に変換する効率は決して高くなかった。1950年代でさえ、平均で30～40%程度だった。製材所には大量の廃棄物が積み上がり、深刻な火災の危険性をはらんでいた。^{[ 3 ]： 9}

製材所は、廃棄物を川に流したり、空き地に撒いたり、露天の穴で燃やしたりするなど、さまざまな方法で廃棄物を処理しました。^{[ 3 ]： 9}露天の穴で燃やすことの欠点の1つは、火花が制御不能に放出されることでした。

マスキーゴン・ボイラー・ワークスは1888年に、木材廃棄物専用の燃焼器を初めて特許取得した。競合他社もすぐに同様の設計の製品を製造し始めた。マスキーゴン・ボイラーは1908年に水冷式木材燃焼器を発明し、内側の耐火層の厚さを減らすとともに、蒸気発生に用いる予熱水の供給源としても利用できるようにした。ポートランドのコルビー・エンジニアリング社は1916年に空冷式を発明し、円錐形の形状を用いて炎を燃焼器の外殻から遠ざけることで、耐火層の必要性をなくした。^{[ 3 ]： 11}

シアトル・ボイラー工場は1917年に円錐形設計を改良し、基礎を不要にし、代わりに等間隔のリブと個別の基礎脚を使用しました。空気は円錐の底にあるダンパーを通して導入されました。この設計はボイラー工場のオーナーであるフランク・ホプキンスによって特許を取得しましたが、彼の発明は非常にシンプルであることが判明し、製粉所のオーナーは専門のボイラー製造業者に製造を依頼することなく、自分で製造することができました。そのため、薪ストーブの使用が大幅に増加しました。^{[ 3 ]： 11} 1930年代までに、ほとんどの製粉所が円錐形バーナーを採用しました。^{[ 4 ]}

特許なしでも技術のさらなる進歩が達成された。重要な発見は、円錐に接線方向に空気を導入すると燃焼室に渦が発生し、燃えている炭を回転させて燃焼の完全性を向上させることができるというものであった。^{[ 3 ]： 12}

第二次世界大戦中、日本の爆撃機パイロットが明るく照らされたバーナーを航行補助装置として利用するのではないかという懸念があった。製粉所の所有者は、燃えているおがくずの山に水をかけると再稼働が困難になるため、工場を灯火管制にすることに躊躇した。妥協案として、空襲時に使用するスプリンクラーを設置することが検討された。^{[ 3 ]： 12}

戦後、小規模な製粉所は、コンベアベルトを溶接したタンクなど、廃材から燃焼炉を製作した。しかし、木材のより効率的な利用法が開発され、公害への懸念が高まるにつれて、燃焼は減少していった。^{[ 3 ]： 13}

1967年、オレゴン州議会はオレゴン州立大学森林研究所に対し、よりクリーンな空冷式薪ストーブの研究を指示した。研究者らは、薪を800 °F（427 °C）で燃焼させ、酸素の供給をファンで慎重に制御すれば、煙を最小限に抑えられることを突き止めた。しかし、このような改造は費用がかさむ。^{[ 3 ]： 15}  

1970年の大気浄化法改正により、バーナーの使用は制限されたものの、完全に廃止されたわけではなかった。多くの製材所は汚染を軽減するために改修工事を行った。^{[ 3 ]： 13}また、木材廃棄物の別の用途を探そうとする者もいた。パーティクルボードの発明や、木材廃棄物をより効率的に利用するための多くのプロセスの開発により、廃棄物の排出量は減少した。^{[ 3 ]： 15}木材廃棄物は、木炭ブリケット、樹皮粉、紙やパルプの製造に利用されるようになった。 ^{[ 5 ]}しかし、 1970年代のオイルショックの間、トラック輸送が高額だったため、廃棄物を外部の処理施設へ輸送することは困難であった。 ^{[ 3 ]： 15}

オリビンバーナーは、汚染をさらに低減する試みとして1970年代に発明されました。第一次世界大戦後に主流となった空冷式の薄殻型とは異なり、オリビンバーナーは円筒形の厚い耐火性オリビン層を採用し、1,500 °F（820 °C）を超える温度で安定して燃焼させることができました。オリビンバーナーは非常に効率的でしたが、従来の薄殻鋼製バーナーよりもはるかに高価であったため、広く普及しませんでした。^{[ 3 ]： 15}  

1980年代までに、アメリカの林業は、小規模な事業では残っていたものの、薪の燃焼をほぼ放棄した。対照的に、カナダの林業は薪ストーブを使い続けた。カナダの業界は、調整可能な4方向ダンパーキャップを備えた「無煙」の薄殻設計で薪ストーブの最後の革新を導入した。これにより、安価な薄殻を維持しながら、より効率的な燃焼（最高1,200 °F（649 °C） ）が可能になった。 ^{[ 3 ]： 16}カナダは1990年代に薪ストーブのほとんどを段階的に廃止した。^{[ 3 ]： 17}著者ダニエル・ミハリョは、北米における薪ストーブの衰退はいくつかの要因によるものだと評価している。大気浄化規制と、まばらな森林資源の生態学的保護が一因となったが、木材の新しい利用方法の発明が決定打となった。エンジニアリング木材複合材と二次木材製品の作成により、以前は燃やす以外には役に立たないほど価値のない材料に大きな価値が与えられた。そのため、薪を燃やすことはもはや経済的ではなくなった。ミハリョによれば、何十年もの間、木全体の体積を利用可能な製品に変換する効率は低く、^{[ 3 ]： 9} 1980年以前に伐採された木材の約60％が薪ストーブによって「無差別に消費」されたという。^{[ 3 ]： 21}  

多くの薪ストーブは、木片やおがくずを入れるホッパーなど、他の構造物に転用されました。アイダホ州ボナーズフェリーやモンタナ州ラバリなど、いくつかは住居に改造されました。^{[ 3 ] : 17} 2003年、ウィグワムバーナー愛好家のカート・デザレージは、米国にまだ残っているウィグワムバーナーを131個数えました。^{[ 8 ]} 2019年までに、残っているのはわずか50～60個でした。^{[ 4 ]}

北米では薪ストーブの使用はほぼ終焉を迎えたが、発展途上国では1990年代以降も薪ストーブの使用が続いた。^{[ 3 ] : 17}現代の無煙燃焼は、耐火材で覆われた鋼鉄製の箱が層流の空気のカーテンを燃焼物に吹き込み、再循環させて煙の放出を防ぐエアカーテンバーナーによって実現できる。しかし、このようなバーナーは製材所では一般的に使用されておらず、主に森林製品や廃棄物の現場燃焼に使用されている。^{[ 9 ] [ 10 ]}