(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラマツ丸太と鋼製アングルからなる複合トラス材をフレームに用いた大型空間の建家を造り、該建家の屋根と側壁を透明シートで覆い温室構造のカラマツ丸太ハウスを構築し、該ハウス内部に透明シート製の大型の箱形袋を天井から蚊帳様につり下げて乾燥室とし、該乾燥室の天井と裾部に循環ファンを設け、前記乾燥室内に熱交換器付きファン及び床暖パネルを配置したことを特徴とする木材乾燥装置。
【請求項２】
カラマツ丸太と鋼製アングルからなる複合トラス材をフレームに用いた大型空間の建家を造り、該建家の屋根と側壁を透明シートで覆い温室構造のカラマツ丸太ハウスを構築し、該ハウスの内部に透明シート製の大型の箱形袋を天井から蚊帳様につり下げて乾燥室とし、該乾燥室の天井と裾部に循環ファンを設け、前記乾燥室内に熱交換器付きファン及び床暖パネルを配置した木材乾燥装置を形成し、該木材乾燥装置の乾燥室の内部にカラマツ材及びエゾマツ、トドマツ等の針葉樹材を桟積みし、熱源に温泉熱と太陽熱を複合利用した低温乾燥方法。
【請求項３】
温泉熱を利用した熱交換器付きファンを用いた温風乾燥及び床暖パネルを用いたふく射乾燥と対流乾燥、並びに温室効果を利用した太陽熱のパッシブ利用による温風乾燥とふく射乾燥を複合利用した請求項２記載の低温乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温室構造の大型カラマツ丸太ハウス内に桟積みされたカラマツ材及びエゾマツ、トドマツ等の針葉樹材を温泉熱と太陽熱等の地域エネルギーを複合利用して低温乾燥する木材乾燥装置及び低温乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラマツ材及びエゾマツ、トドマツ等の針葉樹材の乾燥には電気式除湿乾燥（図４）や蒸気加熱式乾燥（図５）等による１００℃以上の中、高温の急速乾燥法が用いられ、この方法では特にカラマツ材はネジレや細かい割れが発生して脆弱となり、梱包材、パレット材、土木用材等、価値の低い利用にしか向かず、建築材としての利用は不可能とされてきた。
カラマツ材を建築用材として付加価値を高めるためには、ネジレや割れの発生を抑えるよう８０℃以下の低温人工乾燥により含水率５０％から２０％以下に乾燥を行う必要がある。
しかし、乾燥に掛かる時間が長くなり、熱源となる燃料費や電気代、人件費等がかさむ結果、製材製品の価値が上昇し、外材との価値競争に勝てない状況にある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
北海道地方に豊富な温泉熱や太陽熱を熱源として、地域の自然エネルギーの複合利用によるカラマツ材の低温乾燥を行って、低コストで良質のカラマツ乾燥材を量産し、建築材として利活用しようとする、ＣＯ２を排出せず、環境にも配慮した木材乾燥装置及び低温乾燥方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明の木材乾燥装置は、カラマツ丸太と鋼製アングルからなる複合トラス材をフレームに用いた大型空間の建家を造り、該建家の屋根と側壁を透明シートで覆い温室構造のカラマツ丸太ハウスを構築し、該ハウスの内部に透明シート製の大型の箱形袋を天井から蚊帳様につり下げて乾燥室とし、該乾燥室の天井と裾部に循環ファンを設け、前記乾燥室内に熱交換器付きファン及び床暖パネルを配置したものである。
また、本発明の低温乾燥方法は、カラマツ丸太と鋼製アングルからなる複合トラス材をフレームに用いた大型空間の建家を造り、該建家の屋根と側壁を透明シートで覆い温室構造のカラマツ丸太ハウスを構築し、該ハウスの内部に透明シート製の大型の箱形袋を天井から蚊帳様につり下げて乾燥室とし、該乾燥室の天井と裾部に循環ファンを設け、前記乾燥室内に熱交換器付きファン及び床暖パネルを配置した木材乾燥装置を形成し、該木材乾燥装置の乾燥室の内部にカラマツ材及びエゾマツ、トドマツ等の針葉樹材を桟積みし、熱源に温泉熱と太陽熱を複合利用したものである。
さらに、本発明の低温乾燥方法は、温泉熱を利用した熱交換器付きファンを用いた温風乾燥及び床暖パネルを用いたふく射乾燥と対流乾燥、並びに温室効果を利用した太陽熱のパッシブ利用による温風乾燥とふく射乾燥を複合利用したものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の木材乾燥装置の実施の形態について、図面に基いて説明する。
まず、図１に示すように、カラマツ丸太１とアングル材２からなるトラス構造材をフレームとする大空間の建家を建設して、透明シート３で覆って温室構造のカラマツ丸太ハウスを構築する。
カラマツ丸太ハウス内部に透明シート３（一部不透明シート）で造った箱形袋４をハウス天井より天吊棒１１で蚊帳様につり下げて大型の乾燥室５を構成し、室内に桟積みした桟積材６を数カ所に配置する。
床（一部壁も使用）にはふく射乾燥用に床暖パネル７を敷き、乾燥室５天井に温風乾燥用の大型循環ファン８を、適当な床高に熱交換器付きファン９を、乾燥室５裾部に小型循環ファン１０を設置する。
【０００６】
次に、本発明の木材乾燥装置の操作動作について、図１に基づいて説明する。通常は、乾燥室５天井の大型循環ファン８（正転）で乾燥室５内の空気をカラマツ丸太ハウスの天井に向かって吹き出し、小屋裏を下方に下がった空気はハウスと乾燥室５間の両側部を通って乾燥室５裾部に送られ、再び小型循環ファン１０で乾燥室５内に取り込まれて温風の循環流を形成し、低温温風乾燥を行う。
日中日照時には、カラマツ丸太ハウスの小屋裏に太陽熱を受けて暖まった高温空気を大型循環ファン８（逆転）で乾燥室５天井から室内に直接引き込んで桟積材６に吹き付け、同時に熱交換器付きファン９で乾燥室５内の桟積材６に送風して中温温風乾燥を行う。
このとき乾燥室５裾部の小型循環ファン１０は停止しており、乾燥室５内の空気は裾部下端からハウス両側部に送り出され、温風の逆循環流を形成する。
これら空気の循環流路中にカラマツ丸太ハウスの適所に換気口（図示せず）を設け、桟積材６を除湿乾燥して湿り空気となった温風を一部外部に排出し、その分新しい乾燥空気を取り入れる。
温泉熱は不凍液に熱交換して床暖パネル７と熱交換器付きファン９に送り、それぞれ床暖パネル７によるふく射乾燥と対流乾燥及び熱交換器付きファン９による温風乾燥を常時行う（本装置全体をカラマツ丸太乾燥プラントという）。
乾燥の原理は、温室構造の大型カラマツ丸太ハウスを乾燥室５の上屋に備えて太陽熱のパッシブ利用を基本とし、これに温泉熱を併用して低温乾燥を促進することである。
【０００７】
【実施例】
（実施例１）
カラマツ供試材によるカラマツ乾燥プラントの実施例１を詳細に説明する（図１参照）。
（１）カラマツ丸太ハウス；大きさ（間口１４．４ｍ、奥行１８．０ｍ、軒高５．０ｍ（棟高８．５ｍ））で屋根、側壁を透明シート３で覆い温室構造として、かつ気密を保つ。（適所に除湿換気のための換気口あり）。
（２）乾燥室５；大きさ（１０．０ｍＷ×１４．０ｍＬ×５．０ｍＨ）で天井から天吊棒１１で蚊帳様に吊された透明シート（一部不透明）構造。
（３）集熱面積；乾燥室５床面積１４０ｍ２（＝１０．０ｍ×１４．０ｍ）に同じ。
（４）ふく射パネル；乾燥室５床面積１２０ｍ２（＝１０．０ｍ×１２．０ｍ）の温水床暖パネル７を敷設（側壁内側に付設することも可）。
（５）大型熱交換器；温泉熱から不凍液温水への熱交換器（２基）。
（６）送風機（ファン）；熱交換器付きファン９（１０台）、大型循環ファン８（５台）、小型循環ファン１０（１０台）。
（７）計測機器類；日射計、温度計、（気温、室温を含む）、熱量計、風量計、湿度計等及びデータ取り込み処理装置一式。
（８）システム制御装置一式。
（９）床暖パネル７、循環ポンプ、配管・バルブ類一式。
（１０）床・側壁；コンクリートまたはアスファルト製で断熱構造。
カラマツ供試材は、乾燥室５内部にカラマツ桟積材６（嵩容積３．０ｍＷ×４．０ｍＬ×３．０ｍＨ）を６個を配設し、この規模の乾燥プラントによって乾燥に要する期間は夏場で７日から１０日、冬場で１０日から１５日程度である。
【０００８】
温泉熱源；湧出量１００Ｌ／分、温度５３℃の温泉を本システムの熱源として使用するシステムフローの設計例。
１．直流式システムフロー；図２の温度表示には損失は考慮していない。
２．分流式システムフロー；図３の温度表示には損失は考慮していない。
上記システムの熱計算シミュレーションの例を直流式と分流式に分けて以下に示す。
【０００９】
（実施例２）
温泉熱源を前段熱交換器と後段熱交換器に直列に配管した実施例２を詳細に説明する（図２を参照）。
Ａ．直流式システム（図２に損失分を考慮する。）
１．温泉熱放熱量（流量×温度差）
（１）熱交換器付きファン９（温風乾燥）
前段熱交換器１次側；温泉流量Ｇ１＝１００Ｌ／分、５３℃→４８℃、△Ｔ１＝５℃、ηＦ１＝０．９
前段熱交換器２次側；不凍液流量Ｇ２＝５０Ｌ／分、５２℃→４２℃、ΔＴ２＝１０℃、ηＦ２＝０．８１
ＱＦ１＝ηＦ１・ｃ・Ｇ１・ΔＴ１＝０．９×１．０×１００×５＝４５０ｋｃａｌ／分＝６４８Ｍｃａｌ／日
ＱＦ２＝ηＦ２・ｃ・Ｇ２・ΔＴ２＝０．８１×１．０×５０×１０＝４０５ｋｃａｌ／分＝５８３Ｍｃａｌ／日
前段熱交換器効率  ＱＦ２／ＱＦ１＝５８３／６４８＝０．９０
（２）床暖パネル７（ふく射乾燥＋対流乾燥）
後段熱交換器１次側；温泉流量Ｇ１´＝１００Ｌ／分、４８℃→４３℃、△Ｔ１´＝５℃、ηｐ１＝０．９
後段熱交換器２次側；不凍液流量Ｇ２´＝５０Ｌ／分、４７℃→３７℃、ΔＴ２´＝１０℃、ηｐ２＝０．７７
Ｑｐ１＝ηｐ１・ｃ・Ｇ１´・ΔＴ１´＝０．９×１．０×１００×５＝４５０ｋｃａｌ／分＝６４８Ｍｃａｌ／日
Ｑｐ２＝ηｐ２・ｃ・Ｇ２´・ΔＴ２´＝０．７７×１．０×５０×１０＝３８５ｋｃａｌ／分＝５５４Ｍｃａｌ／日
後段熱交換器効率  Ｑｐ２／Ｑｐ１＝５５４／６４８＝０．８５
２．床暖パネル７放熱量
（１）ふく射放熱量（ふく射乾燥）
パネル面積ＡＰ＝１２０ｍ２、Ｔ１＝４７℃、Ｔ２＝３７℃、Ｔｍ＝４２℃
ＱＲ１２＝４．８８｛［（２７３＋４２）／１００］４−［（２７３＋３２）／１００］４｝×１．０×１２０＝５８５．６×（９８．５−８６．５）＝７０２７ｋｃａｌ／時＝１６９Ｍｃａｌ／日
（２）対流放熱量（対流乾燥）
床暖パネル７全放熱量    ＱｐＴ＝Ｑｐ２＝５５４ｋｃａｌ／日
床暖パネル７対流放熱量  ＱｐＣ＝Ｑｐ２−ＱＲ１２＝５５４−１６９＝３８５Ｍｃａｌ／日
対流放熱割合          ＱｐＣ／ＱＰＴ＝３８５／５５４＝０．７０
ふく射放熱割合        ＱＲ１２／ＱＰＴ＝０．３０
３．太陽熱
足寄町の年間平均日射量  Ｊ＝３．３８ｋＷｈ／ｍ２ｄ＝２９０７ｋｃａｌ／ｍ２ｄ
太陽集熱面積  ＡＣ（＝乾燥室５面積）＝１４０ｍ２
シート透過率  τＳ＝０．８
枠材間隙率    τｗ＝０．８
入射日射量  ＱＳ＝Ｊ・τＳ・τｗ・ＡＣ＝２９０７×０．８×０．８×１４０＝２６０Ｍｃａｌ／日
温泉放熱量    （＝２次側全放熱量）ＱＦ２＋ＱＰ２＝５８３＋５５４＝１１３７Ｍｃａｌ／日
温泉放熱量に占める太陽熱割合  ＱＳ／（ＱＦ２＋ＱＰ２）＝２６０／１１３７＝０．２２９≒１／４．４
４．合計熱量
温泉熱量＋太陽熱量＝１１３７＋２６０＝１３９７Ｍｃａｌ／日
【００１０】
（実施例３）
温泉熱源を１号熱交換器と２号熱交換器に並列に配管した実施例３を詳細に説明する（図３を参照）。
Ｂ．分流式システム（図３に損失分を考慮する。）
１．温泉放熱量（流量×温度差）
（１）熱交換器付きファン９（温風乾燥）
１号熱交換器１次側；温泉流量Ｇ１＝５０Ｌ／分、５３℃→４３℃、ΔＴ１＝１０℃、ηＦ１＝０．９
１号熱交換器２次側；不凍液流量Ｇ２＝５０Ｌ／分、５２℃→４２℃、ΔＴ２＝１０℃、ηＦ１＝０．８１
ＱＦ１＝ηＦ１・ｃ・Ｇ１・ΔＴ１＝０．９×１．０×５０×１０＝４５０ｋｃａｌ／分＝６４８Ｍｃａｌ／日
ＱＦ２＝ηＦ２・ｃ・Ｇ２・ΔＴ２＝０．８１×１．０×５０×１０＝４０５ｋｃａｌ／分＝５８３Ｍｃａｌ／日
１号熱交換器効率  ＱＦ２／ＱＦ１＝５８３／６４８＝０．９０
（２）床暖パネル７（ふく射乾燥＋対流乾燥）
２号熱交換器１次側；温泉流量Ｇ１´＝５０Ｌ／分、４３℃→４３℃、△Ｔ１´＝１０℃、ηｐ１＝０．９
２号熱交換器２次側；不凍液流量Ｇ２´＝５０Ｌ／分、４７℃→３７℃、ΔＴ２´＝１０℃、ηｐ２＝０．７７
Ｑｐ１＝ηｐ１・ｃ・Ｇ１´・ΔＴ１´＝０．９×１．０×５０×１０＝４５０ｋｃａｌ／分＝６４８Ｍｃａｌ／日
Ｑｐ２＝ηｐ２・ｃ・Ｇ２´・ΔＴ２´＝０．７７×１．０×５０×１０＝３８５ｋｃａｌ／分＝５５４Ｍｃａｌ／日
２号熱交換器効率  Ｑｐ２／Ｑｐ１＝５５４／６４８＝０．８５
２．床暖パネル７放熱量
（１）ふく射放熱量（ふく射乾燥）
パネル面積ＡＰ＝１２０ｍ２、Ｔ１＝５２℃、Ｔ２＝４２℃、Ｔｍ＝４７℃
ＱＲ１２＝４．８８｛［（２７３＋４７）／１００］４−［（２７３＋３７）／１００］４｝×１．０×１２０＝５８５．６×（１０５−９２）＝７６１３ｋｃａｌ／時＝１８３Ｍｃａｌ／日
（２）対流放熱量（対流乾燥）
床暖パネル７全放熱量    ＱｐＴ＝Ｑｐ２＝５５４ｋｃａｌ／日
床暖パネル７対流放熱量  ＱｐＣ＝Ｑｐ２−ＱＲ１２＝５５４−１８３＝３７１Ｍｃａｌ／日
対流放熱割合          ＱｐＣ／ＱＰＴ＝３７１／５５４＝０．６７
ふく射放熱割合        ＱＲ１２／ＱＰＴ＝０．３３
３．太陽熱
足寄町の年間平均日射量  Ｊ＝３．３８ｋＷｈ／ｍ２ｄ＝２９０７ｋｃａｌ／ｍ２ｄ
太陽集熱面積  ＡＣ（＝乾燥室５面積）＝１４０ｍ２
シート透過率  τＳ＝０．８
枠材間隙率    τｗ＝０．８
入射日射量  ＱＳ＝Ｊ・τＳ・τｗ・ＡＣ＝２９０７×０．８×０．８×１４０＝２６０Ｍｃａｌ／日
温泉放熱量    （＝２次側全放熱量）ＱＦ２＋ＱＰ２＝５８３＋５５４＝１１３７Ｍｃａｌ／日
温泉放熱量に占める太陽熱割合  ＱＳ／（ＱＦ２＋ＱＰ２）＝２６０／１１３７＝０．２２９≒１／４．４
４．合計熱量
温泉熱量＋太陽熱量＝１１３７＋２６０＝１３９７Ｍｃａｌ／日
以上の熱設計の結果、直流式と分流式では差はないが、分流式の方は床暖パネル温度が５℃高く、従って乾燥室温度がそれだけ高く、またふく射熱量もそれだけ多くなり、乾燥にはよい条件が創成されることが分かった。
よって分流式の方が若干有利となる。
【００１１】
次に、カラマツ材を乾燥（５０％→２０％）するのに要する必要熱量を計算する。
１）水の気化熱（蒸発熱）
２５℃において５８２．８ｋｃａｌ／ｋｇ≒５８３ｋｃａｌ／ｋｇ
１００℃において５３９．８ｋｃａｌ／ｋｇ≒５４０ｋｃａｌ／ｋｇ
平均      ５６２ｋｃａｌ／ｋｇ
２）供試木材の容積・質量
桟積み材の嵩容積＝３．０×４．０×３．０＝３６ｍ３
実容積＝嵩容積×０．６＝３６×０．６＝２１．６ｍ３
供試材密度；乾燥材（３０℃）のマツ（３７７ｋｇ／ｍ３）、スギ（３４１ｋｇ／ｍ３）の値から推測してカラマツ生材の密度を６００ｋｇ／ｍ３と仮定する。
１桟積み材の質量＝実容積×密度＝２１．６ｍ３×６００ｋｇ／ｍ３≒１３０００ｋｇ／積
同上  除水量＝１３０００ｋｇ×（０．５−０．２）＝３９００ｋｇ／積
同上  蒸発熱量＝３９００ｋｇ×５６２ｋｃａｌ／ｋｇ＝２１９２Ｍｃａｌ／積
乾燥に必要な全熱量（蒸発の潜熱）＝２１９２Ｍｃａｌ×６≒１３１５０Ｍｃａｌ／６積
平均１０日で乾燥するとして１日当たり必要熱量＝１３１５Ｍｃａｌ／日
上記、実施例２及び実施例３において、木材乾燥装置によって取得できる合計熱量１３９７Ｍｃａｌ／日であり、一方乾燥に要する熱量は１３１５Ｍｃａｌ／日であるので、木材乾燥装置を用いて所定の期間（年平均１０日間）でカラマツ材の乾燥が可能である。
【００１２】
【発明の効果】
このようにして、本発明の木材乾燥装置は、北海道地方に豊富な温泉熱や太陽熱を熱源として、地域の自然エネルギーの複合利用によるカラマツ材の低温乾燥を行って、低コストで良質のカラマツ乾燥材を量産し、建築材として利活用することができる。
さらに、本発明の低温乾燥方法は、カラマツに限らずエゾマツ、トドマツ等の針葉樹材にも適用でき、また副次的効果として化石燃料を使用せず、従ってＣＯ２を排出せず、環境にも配慮したものとなっている。
低温乾燥で得られたカラマツ無垢材を建築材に用いることにより、新建材使用によって引き起こされているシックハウス問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の木材乾燥装置の概略構成図である。
【図２】直流式システムフロー図である。
【図３】分流式システムフロー図である。
【図４】従来の電気式除湿機乾燥装置の概略構成図である。
【図５】従来の蒸気加熱式乾燥装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  カラマツ丸太
２  アングル材
３  透明シート
４  箱形袋
５  乾燥室
６  桟積材
７  床暖パネル
８  大型循環ファン
９  熱交換器付きファン
１０  小型循環ファン
１１  天吊棒
１２  風向ガイド
【図１】
0003577483.tif 000002
【図２】
0003577483.tif 000003
【図３】
0003577483.tif 000004
【図４】
0003577483.tif 000005
【図５】
0003577483.tif 000006