(57)【要約】      （修正有）【課題】常温では固体であり特定な、動・植物性、鉱物性、合成のワックス類及び天然油脂類を高温に加熱溶融した液相下における木材の人工乾燥法及びこれら熱媒体自体の防水性を利用する耐候性機能付与法を行い得る装置を提供する。【解決手段】ワックス類など熱媒体の加熱方法は油焚きバーナー又は熱媒体を含む鉋屑やバークなどと混合したものを燃料とする木屑焚き排熱利用バーナーの併用とする。木材の各種液相処理加工を行うタンク１は、同一熱媒体の新旧交換あるいは異種熱媒体の交換を可能とするよう一般的な単層タンクの内側に更にタンクを装備する二重タンク方式とする。タンクへの木材の出し入れは木材ブロック化を図り、木材の浮力及び乾燥に伴う木材の収縮や反り抑制のため、また桟積作業の省力化を図るため鉄製の各種桟積み冶具を用いる。更にタンク内で発生する蒸気を回収し、これらに含まれる熱媒体２の熱変性分を除去し排水する分離装置を用いる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材の人工乾燥及び耐候性付与加工など常温では固体である特定なワックス類や天然油脂類を用いる高温液相下処理の目的に応じて、同一熱媒体の新旧交換あるいは異種熱媒体の交換を可能とする二重タンク方式の加熱制御装置
【請求項２】
高温液相下処理における木材のブロック化を安全に且つ確実に行うためのスプリング、ボルト・ナット、上下押さえ板、横桟及び間隔駒で構成される鉄製の圧締冶具
【請求項３】
高温液相下処理時に発生する水蒸気及びこれに含まれる熱媒体の熱変性分の回収分離装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、常温で固体であり疎水性を持ち比較的容易に加熱溶融できるパラフィンなどのワックス類及び天然油脂類などを用いる高温液相下において、木材の人工乾燥及び防腐性や防蟻性を持つ腐りにくい木材とする耐候性付与処理を実施するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
これまでの木材乾燥法には、蒸気式・高周波式など各種の気相乾燥法がある。また一般に木材の欠点といわれる腐りやすさを克服するための防腐・防蟻加工は、有毒性薬剤を用いていることが多い。一方、特許第３００８０１９号では、パラフィン・ワックスや天然油脂類を用いた液相乾燥法並びに熱媒体そのものの撥水性や防水性を活かした薬剤を用いない耐候性付与加工法が示されている。一方、その製法をより安全、確実に且つ安価に実施するための装置が求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼熱媒体容量の最少化と交換対応
ワックス類や天然油脂類など熱媒体の価格は製造コストに影響するため、その基本容量を最小限とすることが理想的である。処理ごとに木材への付着などにより熱媒体の装置タンク内容量は減少するため、適宜追加補充する。しかし各種液相処理の繰り返しの結果、木材から溶出される抽出成分やオガクスなど木屑により熱媒体は汚れが増していく。時には製品の仕上がりに支障を来たす程になり、新しい同一熱媒体と入れ替える必要性も生じる。また融点など異なる異種熱媒体による新たな液相処理を同一装置で行いたい場合もある。このように液相下での処理目的に応じて同一熱媒体の新旧交換あるいは異種熱媒体の交換に対応できる装置が求められる。
【０００４】
▲２▼木材のブロック化と鉄製桟積み圧締冶具
液相下では熱媒体の比重と木材の比重や処理量に応じて発生する浮力を考慮した装置タンク内への木材の出し入れが必要である。また木材は乾燥度が進むと収縮や反りが発生するため、これを抑制しながら数十本の木材の寸法変化に追随できる桟積み圧締ブロック化が必要である。また液相処理法は処理速度が速いため、ブロック化を行うための数種の冶具セットが多数必要であり安価な冶具が求められる。また圧締を行うため冶具の相当な強度も必要である。しかし、タンク内の１００℃を超える高温高湿度下において繰り返し使用されるため錆びない冶具である必要がある。
【０００５】
▲３▼水蒸気と熱媒体熱変性分の回収と分離
液相下における木材処理ではタンク内で木材の水分は脱水され、単位時間当たりでは樹種に応じた臭気を伴う高温の水蒸気が大量に発生する。また水蒸気は熱媒体固有の臭気を伴う熱変性分を含むため、処理加工現場及び周辺地域環境を考慮して水蒸気を回収し熱変性分を分離した後に排水する必要がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
▲１▼熱媒体容量の最少化と交換対応
目的に応じた複数の液相処理装置を使用すれば良いが、設備経費が高く困難である。熱媒体の加熱温度や保持時間などの制御装置は単一とするが、熱媒体を加熱溶融するタンクの長さ、幅及び深さがやや異なる寸法の二つのタンクを装備する二重タンク方式の高温液相処理装置とする。
【０００７】
▲２▼木材のブロック化と鉄製桟積み圧締冶具
単層タンク方式及び二重タンク方式に拘わらず共通である。木材ブロック本数はタンクの大きさや木材の断面形状により異なるが、タンク幅に応じて木材を数本ずつ数段に並べ、鉄製の横桟、間隔駒、圧締板及びスプリングで構成される冶具を用いて数十本の木材が液体中でも一体化を保つようブロック化を図る。これらの冶具は、熱媒体固有の金属に対する防錆効果を活用し鉄製で良いこと並びに間隔駒を用いる点が特徴である。
なお比較的融点の低いワックス類により鉄製冶具を予め液相下で加熱しなじませる錆び防止を行えば、従来の蒸気式乾燥法においても錆び防止のためのステンレス鋼材によらず鉄製の上記桟積み圧締冶具を用いることができ、且つ間隔駒を新たに採用することで従来のコンクリート製重石を従来桟積木材の最上段に載せる方法よりも確実な反り止め効果と作業の安全性と作業効率の向上が図られる。
【０００８】
▲３▼水蒸気と熱媒体熱変性分の回収と分離
タンク最上部の数箇所に排気口を設置する。次に排気口に直結する熱交換用ラジエーターを配し、その中の多数の細管内に高温蒸気を通し結露水として回収する。またラジエーターの蒸気入り口部に結露水の排出口を設ける。更にその下方に熱媒体の熱変性分を含む高温の結露水を流下・放熱しながら熱変性分の分離を繰り返し、水蒸気の浄化後に排水する分離浄化槽を設置する。これらの装置は木材の脱水に伴う蒸気に含まれる木材の各種抽出成分や熱媒体の熱変性分の強い腐食性に耐えるステンレス製が望ましい。
【０００９】
【作用】
▲１▼熱媒体容量の最小化と交換
熱媒体の交換容量は、二重タンク方式の装置図３より単層タンク方式の装置図１よりも少なく経済的である。
図１に示す単層タンク内の下部液中３に加熱バーナーの煙道４を配する構造の装置では、熱媒体の交換には十トンを超える熱媒体が必要となる。特に木材ブロック８とタンク底面までの熱媒体３の容積は煙道４の容積を差し引いても数トンを超える。二重タンク方式では木材ブロック全体が熱媒体に被覆される最小限の熱媒体２の交換容量で済むため単層タンク方式での全量交換容量と比較するとかなり小さくて済む。
また取り出すための一時貯蔵用の容器個数もその分少なくて済む。一時貯蔵する熱媒体は常温で固体化するが、内タンクに納まる数ケの小さな容器寸法とすれば、数トンの木材ブロックの出し入れ能力がある既設ホイストなどの運搬装置を使用し、容器ごとタンク内へ投入し再度加熱溶融することもできる。また取り出し固体化した熱媒体を再度加熱溶融するために、別途簡易な加熱装置を用いることも可能である。
【００１０】
▲２▼木材の桟積み圧締ブロック化
蒸気式木材乾燥法と同様に、液相処理加工においても装置本体の構造や熱媒体の温度・時間制御以外に、タンク内の円滑な熱媒体の対流、熱伝導のため「桟積み」は重要な因子である。更に、熱媒体による大きな浮力が働くため木材の浮き止めや荷崩れ防止対策として、図６のように多数の木材の桟積みブロック化を行う。
【００１１】
ア）横桟
後述する圧締方式のため、高温液相下処理においては強度や耐久性から従来の蒸気式乾燥法で用いる「木桟」は不適切である。横桟の断面形状はなるべく木材との接触面積が小さく熱媒体からの受熱面積が大きくなるようにするが、鉄製であるためその重量は桟積み作業効率に影響するのでなるべく軽量化を図る。図８に示すように直径が１ｃｍ程度の鉄製丸棒を２本並列した断面形状のもの、あるいは平鉄の幅数３ｃｍ厚さ１ｃｍ程度のものが良い。ブロック化する木材の断面形状により横桟の厚さや直径を調整する。
桟積みの手順は、図５及び図７に示すようにタンク幅に応じて木材を数本並べ、次の段に同様に数本並べる。この段ごとに鉄製の横桟１１を木材の長さ方向に一定の間隔で数本置く。本発明の鉄製の横桟は熱媒体でコーテイングされるため、未乾燥木材との摩擦係数が小さく、桟上での木材位置調整は極めて容易である。
【０００１２】
従来蒸気式乾燥では上下の木材間に定規的な「木桟」は用いているが、隣接する木材の配置は定規なしの手作業で行っているのが一般的である。本発明では、段ごとに数本の横桟を置き、その上段に一本ずつ木材１０と鉄製の間隔駒１２を交互に配し、次の段の桟積みに移る。一段分数本の木材には横桟の数に木材間の数を乗じた数の間隔駒を配置する。間隔駒は隣り合う木材がその厚み以上に近づき反ることを確実に防止する。後述する上下方向の圧締は、同列の数本の横並び木材の収縮量が異なり乾燥が速い木材は水平方向に反る猶予が発生し、上下の圧締効果が発揮されず水平方向の反り防止には完全な効力を持ち得ないため、間隔駒の果たす機能は非常に有効である。特に平角など捩れが発生しやすい木材の場合、その上下に間隔駒を配置すると反りを抑制し、その効果は大きい。また液相処理では熱媒体及び木材から発生する蒸気の通り道を確保するため、間隔駒は「縦桟」とも言える程重要である。
【０００１３】
次に、図６に示すように数段に桟積みした数十本の木材を上下一対の鋼製の圧締板及びスプリング９を用いて図５のように木材の長さ方向の数箇所に横桟とほぼ同位置にボルト・ナット１３で挟み込み締め付ける。木材の乾燥による収縮による寸法変化に追随できるよう押さえ板とナットの間にスプリングを挿入し、木材の収縮量と反りを想定したスプリングの締め量とする。
【０００１４】
▲１▼蒸気及び熱媒体の熱変性分の回収分離装置
蓋をしたタンク内で１００℃以上に加熱された木材内の水分は沸騰状態であり、蒸気圧の脱水作用により蒸気が短時間で大量に発生する。その蒸気はタンク最上部の数箇所の排気口５を通じ熱交換用ラジエーター１３内の多数の細管内に吸い込まれる。ラジエーター内部で忽ち水蒸気は結露水と化し、誘導管を通じて下方に設置された結露水の分離浄化槽１４に流下する。図１２に示す分離槽の第１槽目では未だ熱媒体の変性分を含む高温の結露水は冷却されながら底面部まで沈下移動し、僅かな通過口１５を経て第２槽の上面へ向かう。第２槽の最上面より僅かに低い位置に取水口を設けた放水管１９を通り第３槽に流下する。第３槽でも第１槽同様に更に冷却され、第４槽へと流下する。図１２の１８に示すようにワックス類の熱変性分は比重が小さく、第１槽目の最上部で結露水の上方に浮上しその多くが分離されるが、一部は次の槽まで結露水と共に流下してしまうため、以下第６槽まで順次繰り返し、結露水から熱変性分を分離し排水する。当然第６槽で分離が不十分であれば各槽の深さなど寸法を調整するか槽数を増やせば良い。
なお最後備に脱水量測定装置２０を配置し、排出される結露水を液相処理の木材量に応じて定量的に測定すれば処理ごとに脱水量を経過時間と共に計測できる。
【発明の方法による例示】
【００１５】
低融点が６０℃程度のパラフィン・ワックスによる液相乾燥法を連続して実施した。また、屋外で太陽光線を受けても木材表面の熱媒体が解けないよう更に高度な耐候性機能を付与する処理を行うため、比較的に融点の低いパラフィン・ワックスや天然油脂類でなく、１００℃を越える高融点のワックス類を用いた。パラフィン・ワックスを液状のまま取り出した。次に既存タンクより若干小さい寸法のタンクをホイストで吊り上げ装置内部に二重に設置し、新たな熱媒体として高融点ワックスを投入し、加熱溶融し粗挽き製材の乾燥や丸棒及び丸太の耐候性付与処理を連続して行った。
【００１６】
▲１▼二重タンク方式の装置
当初の単層タンク寸法は、長さ４５０ｃｍ、幅１５０ｃｍ、深さ１５０ｃｍである。その底部にバーナー煙道を配置しているため、実質使用できる深さは１１０ｃｍ程度である。一般の柱角では１０列の５段分で５０本程度である。
熱媒体である当初の低融点ワックス容積は、木材投入時の深さまでの容積（４５×１５×１２＝８１００リットル）から木材材積（１．２×１．２×４０×５０＝２８８０リットル）及びバーナー煙道容積（１．５×１．５×３．１４×４０×２＝５６５リットル）を減じ、４６５５リットルである。バーナー煙道部が熱媒体で被覆される容積は、その高さまでの容積（４５×１５×４＝２７００リットル）からバーナー煙道部容積（１．５×１．５×３．１４×４０×２＝５６５リットル）を減じ、２１３５リットルである。
【００１７】
一方、新たに設置する中タンク寸法は、長さ４３０ｃｍ、幅１３０ｃｍ、深さ１００ｃｍである。柱角では９列の５段分で４５本となる。熱媒体である高融点ワックスの容積は、木材投入時の深さまでの容積（４３×１３×８＝４６８０リットル）から木材材積（１．２×１．２×４０×４５＝２５９２リットル）を減じた２０８８リットルとなる。
【００１８】
単層タンク方式での全量交換４６５５リットルの場合と二重タンク方式での交換２０８８リットルの場合と比較すると、熱媒体の交換容積は半分以下で済む。また取り出すパラフィン・ワックス用交換容器数も、１０００リットル入りとすれば全量交換時の５ケから３ケ程度と少なくて済む。当然ながら単層タンク方式の装置を２基使用する場合の設備経費は遥かに高くなり、二重タンク方式対応の場合の何倍にもなる。
【００１９】
▲２▼木材のブロック化を行う鋼製圧締冶具
単層タンク装置での木材乾燥処理の場合では、柱角や平角を本発明による各種鋼製の圧締冶具を用いて木材のブロック化を行った。木製の桟では、乾燥前の生材の表面摩擦抵抗が大きく、一人では重い木材を桟上で動かし横並びに等間隔に置くことは困難である。しかしパラフィン・ワックスにコーテイングされた鋼製の桟及び間隔駒を用いたため、一人でも木材を整然と容易に桟積みすることが出来た。
【００２０】
一方、丸棒など通常の間隔駒では本来の機能を発揮できず大きく反りが発生してしまう場合もあった。また桟の上下に木材そのものがなく空間が生じる状態、例えば異なる長さの木材が上下になり桟と桟の間に空間が生じる場合などスプリングを用いた圧締力で厚さ１０ｍｍ程度の桟が折れ曲がるほどの反りが発生することがあった。このことから、発明による鋼製の桟、間隔駒、スプリング及び上下押さえ板の冶具を用いた木材ブロック化は反り防止と共に作業効率の向上や製造上の歩留まり向上に有効であった。
【００２１】
▲３▼蒸気回収分離槽
中タンク採用の二重タンク方式及び外タンクのみの単層タンク方式に共通で、高温液相処理においては、大量に発生する蒸気の回収が極めて重要である。
ラジエーターは、熱や腐食に強いステンレス製とした。一辺が３５ｃｍ角で長さが４ｍの冷却水容器内に直径２ｃｍの毛細管をおよそ５０本通した。タンクの最上部の蒸気排出口から蒸気はラジエーター内の毛細管に入り込む。蒸気はその中で冷却され結露水として分離層に流下する。
流下する結露水量、すなわち木材の脱水量は、木材量や処理前の含水率により異なる。また経過時間によっても結露水量は刻々変化するが、処理開始後２時間程度から中盤までが最も多い。
水と油の比重差を用いた分離を行い、蒸気に含まれる熱媒体の熱変性分は第一槽目にほぼ回収され赤褐色の浮遊層をなしたが、第２槽から第６槽まで繰り返し、結露水をほぼ浄化した後に排水した。分離槽の温度が低いときには熱変性分はゼリー状となるが、定期的に取り除いた。この一貫した蒸気回収分離により異臭の放散をほぼ防止できた。
【発明の効果】
本発明の二重タンク方式の単一装置及び冶具により、高温液相下での有毒性薬剤を用いない環境に優しく用途の広い耐候性付与加工及び木材の人工乾燥を容易に且つ安価に実施することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単層タンク方式の装置正面を示す概要図である
【図２】単層タンク方式の装置断面を示す概要図である
【図３】二重タンク方式の装置正面を示す概要図である
【図４】二重タンク方式の装置断面を示す概要図である
【図５】桟積みブロック例の正面図概要である
【図６】桟積み圧締ブロック断面を示す概要図である
【図７】間隔駒、横桟及び木材の正面図概要である
【図８】横桟、ボルト及び木材の平面図略図である
【図９】横桟及び間隔駒の断面を示す概要図である
【図１０】柱角及び平角の場合における間隔駒及び横桟の設置手順の概略図
【図１１】蒸気回収装置ラジエーター及び装置本体との取り付けを示す概要図である
【図１２】蒸気及び熱変性分の分離装置の断面を示す概要図である
【符号の説明】
１・・・断熱タンク                      ２・・・バーナー部上の熱媒体
３・・・バーナー部の熱媒体              ４・・・バーナー煙道
５・・・蒸気排気口                      ６・・・バーナー
７・・・中タンク                        ８・・・木材ブロック
９・・・スプリング                    １０・・・木材
１１・・・桟                            １２・・・間隔駒
１３・・・圧締用ボルト                  １４・・・分離槽
１５・・・第１槽通過管                  １６・・・第３槽通過管
１７・・・第５槽通過管                  １８・・・熱変性分浮遊層
１９・・・第２槽流下管                  ２０・・・結露水測定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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