(57)【要約】【課題】木材の移動を伴うことなく圧力容器のみで木材の乾燥を行うことができる木材乾燥方法及び木材乾燥装置を提供することを目的とする。【解決手段】木材乾燥装置１において、圧力容器３内に木材を収容し、まず、蒸煮工程としてボイラ５及びボイラ水蒸気供給弁７を介して圧力容器内に飽和水蒸気を供給して蒸煮を行う。次に、減圧工程として、真空ポンプ１３により圧力容器内を減圧する。続いて、乾燥工程として、過熱水蒸気発生器９及び過熱水蒸気供給弁１１を介して圧力容器内に過熱水蒸気を供給して木材の乾燥を行う。かかる乾燥工程においては、過熱水蒸気発生器９により設定される容器内温度と、ボイラ水蒸気供給弁７及び真空ポンプ１３により設定される容器内圧力とによって乾燥条件が管理される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器内に木材を収容し、飽和水蒸気供給手段により該圧力容器内に飽和水蒸気を供給して蒸煮を行う蒸煮工程と、
減圧手段により前記圧力容器内を減圧する減圧工程と、
過熱水蒸気供給手段により前記圧力容器内に過熱水蒸気を供給して前記木材の乾燥を行う乾燥工程と、
を備えることを特徴とする木材乾燥方法。
【請求項２】
前記乾燥工程においては、前記過熱水蒸気供給手段により設定される容器内温度と、前記飽和水蒸気供給手段及び前記減圧手段により設定される容器内圧力とによって乾燥条件が管理される
ことを特徴とする請求項１に記載の木材乾燥方法。
【請求項３】
被乾燥対象の木材を収容する圧力容器と、
前記圧力容器に接続され該容器へ飽和水蒸気を供給する飽和水蒸気供給手段と、
前記圧力容器の圧力を減圧する減圧手段と、
前記圧力容器に接続され該容器へ過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給手段とを備えることを特徴とする木材乾燥装置。
【請求項４】
前記飽和水蒸気供給手段及び過熱水蒸気供給手段を操作して前記圧力容器内の温度を制御する温度制御手段と、
前記過熱水蒸気供給手段及び減圧手段を操作して前記圧力容器内の圧力を制御する圧力制御手段と
を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載の木材乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木材の乾燥に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
木材の人工乾燥方法としては現在、一次乾燥工程として蒸煮減圧処理を行い、続いて二次乾燥工程として蒸気式乾燥処理を行う、二段階の処理から構成された方法がある。すなわち、乾燥前処理として、圧力容器内に木材を収容し、蒸煮と減圧とを交互に数サイクル行って木材から急速に水分を除去する蒸煮減圧処理を行い、続いて、圧力容器から木材を取り出して蒸気式乾燥機内に入れ、目標の含水率まで低下させる蒸気式乾燥処理を行う（下記の、非特許文献１「今日からの木材乾燥」の４５頁、５５頁参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
長野県木材協同組合連合会の企画、吉田孝久氏（長野県林業総合センター）の著者による、「今日からの木材乾燥（乾燥マニュアル）」、２００２年２月２２日印刷
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような方法では、乾燥を完成させるまでに必ず木材の移動作業を強いられることになり、作業が煩雑で非効率的なものとなる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、木材の移動を伴うことなく圧力容器のみで木材の乾燥を行うことができる木材乾燥方法及び木材乾燥装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の木材乾燥方法は、圧力容器内に木材を収容し、飽和水蒸気供給手段により該圧力容器内に飽和水蒸気を供給して蒸煮を行う蒸煮工程と、減圧手段により前記圧力容器内を減圧する減圧工程と、過熱水蒸気供給手段により前記圧力容器内に過熱水蒸気を供給して前記木材の乾燥を行う乾燥工程と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
また、前記乾燥工程においては、前記過熱水蒸気供給手段により設定される容器内温度と、前記飽和水蒸気供給手段及び前記減圧手段により設定される容器内圧力とによって乾燥条件が管理される。
【０００７】
同目的を達成するための本発明の木材乾燥装置は、被乾燥対象の木材を収容する圧力容器と、前記圧力容器に接続され該容器へ飽和水蒸気を供給する飽和水蒸気供給手段と、前記圧力容器の圧力を減圧する減圧手段と、前記圧力容器に接続され該容器へ過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、上記装置は、好適には、前記飽和水蒸気供給手段及び過熱水蒸気供給手段を操作して前記圧力容器内の温度を制御する温度制御手段と、前記過熱水蒸気供給手段及び減圧手段を操作して前記圧力容器内の圧力を制御する圧力制御手段とを更に備えている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、本実施の形態に係る木材乾燥装置の構成を示す。木材乾燥装置１は、主に、オートクレーブ圧力容器３と、ボイラ５と、ボイラ蒸気供給弁７と、過熱水蒸気発生器９と、過熱水蒸気供給弁１１と、真空ポンプ１３と、圧力調整弁１５と、温度制御手段１７と、圧力制御手段１９とを備えている。
【００１０】
ボイラ５の出口側には、ボイラで作られた水蒸気を供給する共通流路２１が接続されており、この共通流路２１の下流側は、分岐点ａを介して二つに分岐している。分岐の一方側は、ボイラ水蒸気供給路２３を介して圧力容器３に接続している。かかるボイラ水蒸気供給路２３の途中には、ボイラ水蒸気供給弁７が設けられている。また、分岐の他方側は、過熱水蒸気供給路２５を介して圧力容器３に接続している。この過熱水蒸気供給路２５の途中には、過熱水蒸気発生器９及び過熱水蒸気供給弁１１が設けられている。過熱水蒸気発生器９は、ボイラ５において発生した飽和水蒸気を、電気ヒータ・燃料バーナ・加熱媒体・電磁誘導渦熱などを用いて加熱することによって、過熱水蒸気を発生させる装置である。そして、かかる過熱水蒸気発生装置９によって作られた過熱蒸気は、常圧もとで飽和水蒸気温度１００℃より更に高温に加熱された気体であって、１ｍ３当りの熱量は５００℃では熱風空気の約４倍に達する。また、この過熱水蒸気は、不活性ガスと同一で酸素を含まないため発火燃焼を起こさない。
【００１１】
圧力容器３には、空気抜き弁２７及びドレン抜き弁２９が接続されている。さらに、圧力容器３には排出流路３１が接続されており、この排出流路３１には真空ポンプ１３及び圧力調整弁１５が設けられている。また、圧力容器３内には、それぞれ容器内温度及び容器内圧力を検出する温度センサ３３及び圧力センサ３５が取り付けられている。これら温度センサ３３及び圧力センサ３５はそれぞれ、温度制御手段１７及び圧力制御手段１９に接続されており、温度制御手段１７及び圧力制御手段１９は、対応するセンサ３３，３５の検出値に応じて、温度及び圧力の制御系統接続点Ｔ１，Ｔ２，Ｐ１，Ｐ２を切り替えて目的の制御を行う。
【００１２】
次に、このような構成を有する本実施の形態に係る木材の乾燥方法について図１及び図２を参照しながら説明する。まず、被乾燥対象となる木材を圧力容器３内に収容し、蒸煮工程Ａを開始する。蒸煮工程Ａの開始に際して、過熱水蒸気供給弁１１、圧力調整弁１５及び空気抜き弁２７はすべて閉弁しておく一方、ボイラ水蒸気供給弁７は開弁させる。また、温度の制御系統に関しては接続点Ｔ１を選択し、温度制御手段１７は、温度センサ３３から得られる容器内温度の値に応じて、ボイラ水蒸気供給弁７の開度を調整する。一方、圧力の制御系統に関しては接続点Ｐ１も接続点Ｐ２も選択しない中立状態に維持され、すなわち、本工程は圧力制御をかけずに行う。
【００１３】
ボイラ水蒸気供給弁７が開かれると、飽和水蒸気としてボイラ５内のボイラ水蒸気が共通通路２１及びボイラ水蒸気供給路２３を介して圧力容器３内に供給され、かかる飽和水蒸気によって、圧力容器３内の木材の蒸煮が行われる。なお、飽和水蒸気の供給に際しては、空気抜き弁２７を数回開き、圧力容器３内の既存の空気を追い出すようにすると、飽和水蒸気の充填が円滑に行える。本実施の形態では、蒸煮工程Ａは、１１０℃±１０℃前後の飽和水蒸気にて４〜８時間程度、蒸煮処理することにより、木材の軟化を促す。この温度は木材の品質に影響がない限り高くしたほうが効果的であるが１５０℃以上になると後述するように変色表面割れ等の問題が出てくる。蒸煮工程中は、圧力容器３内の温度が企図した一定値になるようにボイラ水蒸気供給弁７の開度が調整されている。また、蒸煮時間に関しては、木材内部温度が上昇しサチュレーションして２〜６時間程度にすると好適である。
【００１４】
次に、蒸煮工程Ａから圧力及び温度を低下させる減圧工程Ｂを開始する。減圧工程Ｂの開始に際して、ボイラ水蒸気供給弁７、過熱水蒸気供給弁１１及び空気抜き弁２７をすべて閉弁しておく一方、圧力調整弁１５を閉弁させておく。また、圧力の制御系統に関しては接続点Ｐ２を選択し、圧力制御手段１９は、圧力センサ３５から得られる容器内圧力の値に応じて、圧力調整弁１５の開度を調整すると共に、真空ポンプ１３を起動させる。一方、温度の制御系統に関しては接続点Ｔ１も接続点Ｔ２も選択しない中立状態に維持され、すなわち、本工程は温度制御をかけずに行う。
【００１５】
真空ポンプ１３が起動し且つ圧力調整弁１５が閉弁すると、圧力容器３内の圧力が減圧される。本実施の形態では、圧力容器３内を０．０４〜０．０２ＭＰａまで減圧する。これにより木材にはドライングセットが形成される。すなわち、一般に、木材の乾燥が始まるとまず木材表面から乾燥して収縮しようとするが、木材内部は未だ乾燥していないので収縮できず、表面には引張応力、内部には圧縮応力が作用し、その結果表面割れが生じる。しかしながら、木材の乾燥初期に９０〜１３０℃の範囲で蒸煮処理を施し木材を軟化させた後に乾燥させることで、材表層を引張変形させた状態で固定し、すなわち、材表層に効果的な引張りのドライングセットを形成させる。そして、その後、乾燥が進行すると、材表部と材内部とで応力の転換が生じ、材表部には圧縮応力が作用するため、以降、乾燥処理における表面割れが抑制される。また、この処理は木材のキャラクターにより必要に応じて複数回実施すると好適である。
【００１６】
次に、乾湿球温度差を作出して、減圧工程Ｂから温度及び圧力が上昇する乾燥工程Ｃを開始する。本工程においては、乾燥条件を管理するための乾球温度として過熱水蒸気の供給に伴う圧力容器３の容器内温度を用い、湿球温度の代用値として圧力容器３の容器内圧力を用いる。したがって、まず、温度の制御系統に関しては接続点Ｔ２を選択すると共に、圧力の制御系統に関しては圧力容器３内を増圧するか減圧するかに応じて接続点Ｐ１／Ｐ２を切り替えて選択する。本実施の形態では、乾燥条件として、圧力容器３の容器内温度を１２０℃に、容器内圧力を０．０７ＭＰａに設定することで、乾球温度１２０℃、湿球温度９０℃の乾湿温度差３０℃の乾燥状態を作り出す。なお、容器内圧力と湿球温度との関係については、容器内圧力０．２ＭＰａは湿球温度１２０℃に相当し、０．１ＭＰａは１００℃に、０．０７ＭＰａは９０℃に、０．０２ＭＰａは６０℃にそれぞれ相当する。
【００１７】
また、本発明はこの態様には限定されず、乾球温度は１５０℃未満、湿球温度は５０℃以上の範囲内での乾湿球温度の組み合わせで処理を行うことができ、乾湿球温度差は１０〜５０℃が効果的である。これは、乾球温度が１５０℃以上の高温で処理がなされると、木材の変色や割れなどの品質に影響が生じる恐れがあり、また、湿球温度が５０℃未満になると、それに対応する圧力は０．０１２ＭＰａ以下となり装置精度の要求が厳しくなる割には効果が得られにくいからである。また、上記のようにドライングセットを構成するためには、蒸煮後の乾球温度は１００〜１３０℃程度に、湿球温度は７０〜１００程度に設定すると効果的である。また、乾球温度を高く、乾湿球温度差を大きくとると乾燥速度は上がるが、変色、割れが発生し品質に影響を及ぼすので、被乾燥対象の木材の乾燥し易さに応じて温度設定を好適に選択するとよい。例えば、芯持ち材や正角材のように乾燥しにくい類の木材の場合には、乾球温度を高く（９０〜１３０℃）、乾湿球温度差を大きめ（１０〜３０℃）にとると好適だが、板材のように乾燥しやすい木材の場合には、反りや曲がりが発生しやすいため、乾球温度は低く（５０〜９０℃）、乾湿球温度差を小さく（０〜２０℃）とると好適である。いずれにしても、乾燥条件の設定は、木材の乾燥特性、品種、サイズ、芯持ちの有無などに応じて決定する。なお、乾燥が進行し含水率が低下してきたら、芯持ち正角材の場合、内部割れ抑制のため、乾球温度を低く乾湿球温度差を小さくする。また、板材の場合、初期の反りや曲がりの恐れが収まってきたところで含水率低下に伴って、乾球温度を高く乾湿球温度差を大きくする。
【００１８】
具体的な動作としては、温度制御手段１７が、温度センサ３３から得られる容器内温度の値に応じて、過熱水蒸気供給弁１１及び空気抜き弁２７の開度を調整して圧力容器３内の内部通風量を制御すると共に、圧力容器３の容器内温度が目的の一定値となるように過熱水蒸気発生器９の温度調整を制御する。また、圧力制御手段１９は、増圧させる場合には接続点Ｐ１を選択して、圧力センサ３５から得られる容器内圧力の値に応じて、ボイラ水蒸気供給弁７及び空気抜き弁２７の開度を調整すると共に、圧力調整弁１５を全閉させる。一方、減圧させる場合には接続点Ｐ２を選択して、圧力調整弁１５の開度を調整すると共に、真空ポンプ１３を起動させ、ボイラ水蒸気供給弁７及び空気抜き弁２７を閉弁する。これにより、所定の乾湿温度差をもった乾燥条件が達成され、過熱水蒸気による木材の乾燥が進み、圧力容器内の木材の含水率が最終目標値まで低下する。なお、圧力容器３内に図示省略するファンを設け、乾燥工程において容器内雰囲気を攪拌、循環させるようにしてもよい。このようにして、本発明では、過熱水蒸気を用いることで、木材の移動を伴うことなくオートクレーブ圧力容器内のみで最終目標の含水率まで低下させる乾燥を行うことができる。さらに、水蒸気のみでの乾燥処理であるため、酸化がなく木材へのダメージも少ない。また、必要に応じて減圧下での温度制御も可能である利点がある。
【００１９】
なお、本発明は上記の態様に限定されるものではなく、以下のような改変を施して実施することも可能である。すなわち、かかる改変形態では、図３に示されるように、上記実施の形態の減圧工程Ｂと乾燥工程Ｃとの間に、再蒸煮工程Ａ’を実施する。この再蒸煮工程Ａ’は、減圧工程Ｂの前に行われている蒸煮工程Ａと同じ要領で行うものである。このように乾燥工程Ｃの前に再度、蒸煮処理を行うことによって、木材を軟化させた後に乾燥処理を行うこととなり、より強力なドライングセットを形成することが可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、過熱水蒸気を用いることによって、木材の移動を伴うことなく圧力容器のみで木材の乾燥を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る木材乾燥装置の概要を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る木材乾燥工程の温度、圧力及び乾湿球温度差の変化を示す線図である。
【図３】本発明の別の実施の形態に係る木材乾燥工程の温度、圧力及び乾湿球温度差の変化を示す線図である。
【符号の説明】
１  木材乾燥装置、３  オートクレーブ圧力容器、５  ボイラ（飽和水蒸気供給手段、過熱水蒸気供給手段）、７  ボイラ水蒸気供給弁（飽和水蒸気供給手段）、９  過熱水蒸気発生器（過熱水蒸気供給手段）、１１  過熱水蒸気供給弁（過熱水蒸気供給手段）、１３  真空ポンプ（減圧手段）、１７  温度制御手段、１９  圧力制御手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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