JP2004268494A

JP2004268494A - 木材の乾燥方法及び乾燥装置

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Publication number: JP2004268494A
Application number: JP2003064710A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Yokoshita; 俊章横下; Masami Shirato; 正美白戸; Tomoko Komoda; 朋子菰田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】圧力容器を用いて短時間で目標含水率を達成する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、減圧工程Ａとして真空ポンプ１３により容器内を減圧した後、昇温乾燥工程Ｂとして熱風発生器９により高温空気よりなる熱風を導入して木材を昇温させ乾燥させる。続いて、再減圧工程Ｃとして真空ポンプ１３により容器内を減圧した後、再昇温乾燥工程Ｄとして熱風による木材乾燥を行う。以降、最終目標の含水率に達するまで、再減圧工程と再昇温乾燥工程とを交互に複数回繰り返す。
【選択図】図２

Description

【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】
現在、圧力容器を利用した木材の人工乾燥方法では、圧力容器内の木材を飽和水蒸気で蒸煮し、続いて減圧することによって、木材の含水率を低下させる方法がある（下記の、非特許文献１「今日からの木材乾燥」の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、このような既存の方法では、木材を飽和水蒸気で昇温させるため、蒸気内の水分が木材に浸入し、減圧工程で低下した含水率は、蒸煮工程で再び増加する。したがって、蒸煮・減圧工程を相当回数繰り返しても、目標の含水率まで低下させることが困難な場合があり、効率のよい乾燥とはいえなかった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、圧力容器を用いて短時間で目標含水率を達成する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。
【０００６】
【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、減圧手段により該圧力容器内を減圧する減圧工程と、前記減圧工程後に前記圧力容器内に高温空気からなる熱風を導入して木材を昇温させ乾燥させる昇温乾燥工程とを備える。
【０００７】
前記昇温乾燥工程後に前記圧力容器内に蒸気を導入して木材の蒸煮を行う蒸煮工程を更に含むようにすると好適である。さらに、前記昇温乾燥工程後又は前記蒸煮工程後に前記圧力容器内を減圧する再減圧工程と、前記再減圧工程後に前記圧力容器内に高温空気からなる熱風を導入して木材を昇温させ乾燥させる再昇温乾燥工程とを更に含むようにすると好適である。また、前記再減圧工程と前記再昇温乾燥工程とは交互に複数回繰り返すようにすると好適である。
【０００８】
同目的を達成するため、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蒸気を供給する蒸気供給手段と、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高温空気からなる熱風を導入する熱風供給手段とを備えることを特徴とする。
【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、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、熱風発生器９と、熱風供給弁１１と、真空ポンプ１３と、圧力調整弁１５と、温度制御手段１７と、湿度制御手段１８と、圧力制御手段１９とを備えている
【００１０】
圧力容器３には、蒸気供給路２３を介してボイラ５が、また、熱風供給路２５を介して熱風発生器９が接続されている。蒸気供給路２３は、ボイラ５で作られたボイラ蒸気を圧力容器３に供給するものであり、その途中にはボイラ蒸気供給弁７が設けられている。熱風供給路２５は、熱風発生器９で作られた熱風を圧力容器３に供給するものであり、その途中には熱風供給弁１１が設けられている。本実施の形態においては、空気を加熱することによって非常に乾いた高温空気を作り出し、かかる高温空気を熱風として用いている。
【００１１】
また、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が接続されている。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の中には、それぞれ容器内温度、容器内湿度及び容器内圧力を検出する温度センサ３３、湿度センサ３４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、湿度センサ３４及び圧力センサ３５はそれぞれ、温度制御手段１７、湿度制御手段１８及び圧力制御手段１９に接続されている。また、温度制御手段１７は、後述する各処理工程Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに応じて、温度の制御系統の接続点Ｔ１，Ｔ２を切り替えて制御を行う。同様に湿度制御手段１８も、湿度の制御系統の接点Ｍ１の開閉で制御を行う。
【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、減圧工程Ａを開始する。減圧工程Ａの開始に際して、ボイラ蒸気供給弁７、熱風供給弁１１及び空気抜き弁２７はすべて閉弁しておく。そして、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、真空ポンプ１３の運転と圧力調整弁１５の開度とを調整する。なお、本工程は温度制御、湿度制御をかけずに行う。真空ポンプ１３の起動及び圧力調整弁１５の閉弁によって、圧力容器３内が減圧される。本実施の形態では、常温、常圧の状態から０．０２〜０．０４ＭＰａまで減圧される。減圧工程Ａは、好適には減圧に０．５〜１時間をかけ１〜２時間その減圧状態を保持する。
【００１３】
続いて、減圧工程Ａから圧力及び温度を上昇させる昇温乾燥工程Ｂを開始する。昇温乾燥工程Ｂの開始に際しては、真空ポンプ１３を停止させると共に、圧力調整弁１５及び空気抜き弁２７を閉弁しておく。そして、熱風供給弁１１を開弁して熱風発生器９からの熱風を圧力容器３内に導入する（なお圧力は常圧に戻る）。これによって、圧力容器３内の木材を昇温させ乾燥させる。ここで、乾いた高温空気からなる熱風は、木材内部まで浸透し内部水の温度を上昇させるので、木材内部水の沸騰がし易く、以降に効率の良い乾燥が実現する。具体的には、圧力容器３内の温度を５０〜１００℃、湿度を１０〜８０％程度とする範囲で高温空気を圧力容器３内に吸引することによって実施する。また、温度制御は制御系統の接続点Ｔ２を選択して熱風発生器９の温度設定で行い、湿度制御は制御系統の接点Ｍ１を閉じてボイラ蒸気供給弁７で行う。さらに、導入する熱風の温度と湿度とを木材のキャラクターに応じて調整することによって、以降の含水率の低下速度を調整することが可能である。昇温乾燥工程Ｂは、好適には昇温に１〜２時間をかけ、１〜４時間程度その昇温状態を保持する。
【００１４】
続いて、昇温乾燥工程Ｂから圧力及び温度を低下させる再減圧工程Ｃを開始する。再減圧工程Ｃの開始に際しては、ボイラ蒸気供給弁７、熱風供給弁１１及び空気抜き弁２７をすべて閉弁しておく。そして、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、真空ポンプ１３の運転と圧力調整弁１５の開度とを調整する。真空ポンプ１３の起動及び圧力調整弁１５の開弁によって、圧力容器３内が減圧される。ここで、圧力容器３内では、前述のように昇温乾燥工程Ｂにおいて木材内部水が沸騰しやすくなり、しかも減圧行程Ａから昇温乾燥工程Ｂへの移行に際して急激な圧力変化が発生するので、木材の内部組織が破壊され、水分の移動が容易になっている。そして、この状態で、本再減圧行程Ｃによる減圧が行われると、内部水が沸騰し、初期状態よりも遥かに水が抜け易くなっていた為、効率よく含水率を低下させることができる。
【００１５】
これに続いて、再昇温乾燥工程Ｄを開始する。再昇温乾燥工程Ｄは、上述した昇温乾燥工程Ｂと同じ要領で熱風発生器９からの熱風を圧力容器３内に導入し、木材を昇温させ乾燥させる。さらにこれ以後、図２に示されるように、再減圧工程Ｃと再昇温乾燥工程Ｄとを交互に複数回繰り返して、圧力容器３のみでより短時間に最終目標含水率を達成する乾燥を完了させることができる。なお、１サイクルのインターバルは、再昇温乾燥工程Ｄが２〜４時間、再減圧工程Ｃが０．５〜２時間、トータルで２．５〜６時間が好適である。
【００１６】
次に、木材乾燥装置１を用いて行う、図２とは異なる手順の乾燥方法について説明する。図３に示されるように、まず、上記と同様な減圧工程Ａ及び昇温乾燥工程Ｂを行い、それに続いて、昇温乾燥工程Ｂから更に圧力及び温度が上昇する蒸煮工程Ｅを開始する。蒸煮工程Ｅの開始に際しては、熱風供給弁１１、圧力調整弁１５及び空気抜き弁２７を閉弁しておく。また、温度制御は制御系統の接続点Ｔ１を選択しておき、温度制御部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、ボイラ蒸気供給弁７の開度を調整する。湿度の制御系統に関しては接点Ｍ１を開いておく。これによって、圧力容器３内には、ボイラ５からの蒸気が導入され、４〜８時間程、木材の蒸煮が行われる。かかる蒸煮は昇温乾燥工程Ｂによる木材内部の温度が上昇したところで蒸気を導入することによって行われるため、木材を効率よく軟化させる。なお、ボイラ５からの蒸気を圧力容器３内に導入する際には、圧力容器３内にある既存の空気を追い出すために、空気抜き弁２７を必要に応じて数回開弁させ、蒸気導入を容易にすると好適である。
【００１７】
続いて、蒸煮工程Ｅから圧力及び温度を低下させる再減圧工程Ｃを開始する。図３の再減圧工程Ｃも、図２のものと同様な要領で行う。このように、蒸煮工程Ｅの後に再減圧工程Ｃを行うことで、木材は軟化した後に減圧による表面乾燥を受け、いわゆる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。
【００１８】
再減圧工程Ｃに続いて、さらに再昇温乾燥工程Ｄを開始する。再昇温乾燥工程Ｄは、上述した昇温乾燥工程Ｂと同じ要領で熱風発生器９からの熱風を圧力容器３内に導入し、木材を昇温させ乾燥させる。さらにこれ以後、図２と同様に、再減圧工程Ｃと再昇温乾燥工程Ｄとを交互に複数回繰り返して、圧力容器３のみでより短時間に最終目標含水率まで落とす乾燥を完了させることができる。
【００１９】
次に、木材乾燥装置１を用いて行う、図２及び図３とも異なる手順の乾燥方法について説明する。すなわち、本方法では、図４に示されるように、図３と同様な要領で減圧工程Ａ、昇温乾燥工程Ｂ、蒸煮工程Ｅ及び再減圧工程Ｃを行い、その後、後述する要領で再昇温乾燥工程Ｆを行う。再昇温乾燥工程Ｆにおいては、熱風供給弁１１及び空気抜き弁２７を開き、温度制御に関しては制御系統接続点Ｔ２を選択し、温度制御手段１７は圧力容器３の容器内温度が一定値となるように熱風発生器９の温度設定を調整する。また、湿度制御手段１８は、接点Ｍ１を閉じ、これによって湿度センサ３４から得られる容器内湿度の値に応じて、ボイラ蒸気供給弁７の開度を調整し、容器内湿度が一定となるようにする。このように圧力容器内の温度と湿度とを一定に保った状態で、目標含水率を達成するまで乾燥処理を継続する。乾燥条件の設定は、木材の乾燥特性、品質、品種、サイズ、芯持ちの有無などに応じて決定する。例えば、芯持ち正角材の場合、内部割れ抑制のため、含水率の低下に伴い、温度を低く、湿度を高めにする。板材の場合、初期の反り、曲りを抑制するため、乾燥初期は湿度を高くし、含水率の低下に伴い、温度を高く湿度を低くした運転を行う。
【００２０】
なお、上記の実施の形態では、一つの木材乾燥装置で、図２〜図４に示す３タイプを含む複数の乾燥方法を実施することができるように、制御系統を切り替えるための接続点を設けていたが、本発明はこれには限定されない。従って、一つの木材乾燥装置で実施する乾燥方法が一通りに決まっている場合には、制御系統の切り替え手段等は設けられていなくてもよく、逆に、より複雑多種な乾燥方法を実施できるようにするために図１の構成よりも更に複雑な切り替え手段等を設けてもよい。さらに、圧力容器３内にファン等を設け、各工程において容器３内雰囲気を攪拌、循環させるようにしても良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、圧力容器内に木材を収容し、減圧工程後に前記圧力容器内に高温空気からなる熱風を導入して木材を昇温させ乾燥させるので、圧力容器のみを用いて短時間で目標含水率を達成することができる。
【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第１の木材乾燥過程の温度及び圧力変化を示す線図である。
【図３】本実施の形態に係る第２の木材乾燥過程の温度及び圧力変化を示す線図である。
【図４】本実施の形態に係る第３の木材乾燥過程の温度及び圧力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（蒸気供給手段）、７ボイラ蒸気供給弁（蒸気供給手段）、９熱風発生器（熱風供給手段）、１１熱風供給弁（熱風供給手段）、１３真空ポンプ（減圧手段）。

Claims

圧力容器内に木材を収容し、減圧手段により該圧力容器内を減圧する減圧工程と、
前記減圧工程後に前記圧力容器内に高温空気からなる熱風を導入して木材を昇温させ乾燥させる昇温乾燥工程と
を備えることを特徴とする木材乾燥方法。
前記昇温乾燥工程後に前記圧力容器内に蒸気を導入して木材の蒸煮を行う蒸煮工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の木材乾燥方法。
前記昇温乾燥工程後又は前記蒸煮工程後に前記圧力容器内を減圧する再減圧工程と、
前記再減圧工程後に前記圧力容器内に高温空気からなる熱風を導入して木材を昇温させ乾燥させる再昇温乾燥工程と
を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の木材乾燥方法。
前記再減圧工程と前記再昇温乾燥工程とを交互に複数回繰り返すことを特徴とする請求項３に記載の木材乾燥方法。
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蒸気を供給する蒸気供給手段と、
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高温空気からなる熱風を導入する熱風供給手段と
を備えることを特徴とする木材乾燥装置。