JP2006110883A - 木材乾燥装置および木材乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】木材乾燥における処理時間の短縮および均質乾燥並びにエネルギー効率の改善を可能にする木材乾燥装置および木材乾燥方法を提供する。
【解決手段】
木材固有の乾燥プロセスに応じて水蒸気または空気または水蒸気＋空気を電磁誘導加熱装置に通して熱媒体として、ほぼ大気圧下の乾燥室に供給し、その一部を回収して再び電磁誘導加熱装置を通す熱回収システムを具備した木材乾燥機および最適な木材乾燥方法を最も主要な特徴とする。
水蒸気ボイラー（１）によって供給される水蒸気で木材の昇温段階、恒常乾燥段階の熱供給、空気送風機（２）によって供給される空気で恒常乾燥段階、減率乾燥段階に応じた温度状態に電磁誘導加熱装置（３）によって昇温し、これらを熱媒体として乾燥室内（４）で木材を短時間で均質乾燥させる木材乾燥装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁誘導加熱装置により昇温した水蒸気と空気を熱媒体として乾燥室内で木材を短時間で均質乾燥させる木材乾燥装置および乾燥方法に関するものである。

従来の木材生産は、自然乾燥または人工乾燥が主流であるが、後者の人工乾燥では含水率１８％以下を乾燥品質規格値として出荷されている。人工乾燥機は木材を昇温し、水分の蒸発、除去をはかるものであるが、その加熱方法は水蒸気、空気、高周波加熱等、多岐に渡るものが開発されている。木材は、細胞膜を形成するセルロースとリグニンおよびヘミセルロース等からなり、木材の水分は木材細胞内の結合水と木材細胞間の自由水に大別され、概ね含水率２０％程度以上は自由水、以下では結合水が主となる。自由水の除去は比較的容易とされているが、結合水の除去は木材細胞の影響等などから一般に困難とされ、さまざまな試み、開発の対象となっている。

木材の細胞組織と水分の関係から、乾燥プロセスは３段階に分けられる。第１段階は、昇温プロセスである。木材は熱伝導度が低いため、表面から熱が伝わり、表面温度と中心部温度がほぼ等しくなるまで相当の時間を要する段階である。この表面部と中心部で大きな温度勾配がある状態では、熱膨張率の差から内部応力が発生し、熱流入が一定限度を超えると、「割れ」となって内部応力は開放される。この段階では、内部応力の発生を抑えつつ、温度分布の均一化をはかることが重要である。第２段階は、恒常乾燥プロセスである。自由水の蒸発段階であり、入熱量にほぼ比例して蒸発が進む。第３段階は減率乾燥プロセスである。自由水の蒸発がほぼ終わり、木細胞内の結合水の移動、拡散、蒸発の段階である。木細胞膜を水分が通過するプロセスであるので、温度設定等の乾燥手法によっては木細胞膜を傷める恐れがある。

従来の方法は、木材の熱伝導度が低いことから、熱伝達におけるエネルギー損失が大きく、運転コストが高くなる、あるいは木材の細胞膜を破壊せず、結合水を除去するには、比較的低レベルの熱量を長時間にわたって与える手法が採られ、従って乾燥に長時間を要するなどの欠点があった。

この改善策として、水蒸気を乾燥室内に設置した熱交換器に通す間接加熱では、熱効率が低いので、水蒸気の直接噴射による手法等が考案されているが、昇温プロセスでは有効でも、恒常乾燥、減率乾燥プロセスでは露点を下回ると水分の供給となり、水蒸気温度を上げる工夫があるが、圧力もそれに伴って上昇し、木材に対しては外圧となって、水分の蒸発を妨げることになり乾燥時間の延長と品質が安定しない。高周波加熱による手法では、木材の熱的均質化が図れ蒸気圧力に関係なく温度維持が可能である等の利点はあるが、昇温プロセスでは蒸気等による加湿設備を併設せざるを得ず、設備コストが高い上、連続制御が難しいため短時間の処理が難しい。
特開平３−９８２８６号公報 満久崇麿著 「木材の乾燥」森北出版 昭和４０年 北原覚一著 「木材物理」森北出版 昭和４３年

これら従来の木材乾燥機は、乾燥室内制御を蒸気または高周波熱源で乾燥する方式であり、木材を短時間に安定して、熱効率よく、乾燥できない諸問題点をかかえているものである。

本発明は、木材固有の乾燥プロセスに応じて水蒸気または空気または水蒸気＋空気を電磁誘導加熱装置に通して熱媒体として、ほぼ大気圧下の乾燥室に供給し、その一部を回収して再び電磁誘導加熱装置を通す熱回収システムを具備した木材乾燥機および最適な木材乾燥方法を最も主要な特徴とする。
上述した問題点を解決する請求項１の発明は、水蒸気ボイラー（１）によって供給される水蒸気で木材の昇温段階、恒常乾燥段階の熱供給、空気送風機（２）によって供給される空気で恒常乾燥段階、減率乾燥段階に応じた温度状態に電磁誘導加熱装置（３）によって昇温し、これらを熱媒体として乾燥室内（４）で木材を短時間で均質乾燥させる木材乾燥装置である。請求項２の発明は、温度制御と流量制御は乾燥室内温度検出器（１２）、木材温度検出器（１３）、圧力検出器（１６）からの信号によって制御、すなわち、乾燥室内温度検出器（１２）の温度上昇割合に比べ木材温度検出器（１３）の温度上昇割合が高い時は電磁誘導加熱装置（３）の設定温度を下げ、逆の場合は温度を上げて、処理プロセスによって設定した温度範囲に乾燥室（３）内を制御し、また圧力検出器（１６）による圧力が上昇する時は水蒸気流量調整弁（８）または空気流量調整弁（９）によって、流量を下げ、逆の場合は流量を上げて、処理プロセスによって設定した圧力範囲に乾燥室（３）を制御し、空気送風機（２）からの空気も同様にすることで、木材の昇温段階、恒常乾燥段階、減率乾燥段階のそれぞれの木材の最適乾燥条件とするために乾燥室（４）内の水蒸気及び空気の比率を水蒸気流量調整弁（８）及び空気流量調整弁（９）で自動又は半自動で調整乾燥させる木材乾燥装置である。請求項３の発明は、熱回収ライン補助送風機（６）により乾燥室（４）の出側から回収した熱媒蒸気を熱回収ライン流量制御弁（１０）で電磁誘導加熱装置（３）に流して再利用することで、省エネルギーと乾燥室内（４）を均質にさせる木材乾燥装置である。請求項４の発明は、乾燥室内温度検出器（１２）、木材温度検出器（１３）、圧力検出器（１６）を配置して、微細な無酸素雰囲気の過熱蒸気や高温空気を供給する温度制御精度が良い電磁誘導加熱装置（３）の制御と連動させる制御機能を有した制御装置（１７）を組み合わせた木材乾燥装置である。請求項５の発明は、乾燥室（４）内に均質状態を形成するために対流ファン（１４）を回転させ、整流板（１５）を配置してドレン分離器（５）でドレンを排出するための装置を配置した木材乾燥装置である。

請求項１の発明によると、水蒸気ボイラー（１）によって供給される水蒸気と空気送風機（２）によって供給される空気を電磁誘導加熱装置（３）によって昇温された熱媒体を乾燥室内（４）に投入できるので、木材の乾燥プロセスに応じた熱供給が可能となり木材を短時間で処理が可能となり、熱供給量を自由に調整できるため木材に適した均質乾燥が可能となる。請求項２の発明によると、木材の昇温段階、減率乾燥段階、恒常乾燥段階のそれぞれの木材の最適乾燥条件とするために乾燥室（４）内の水蒸気及び空気の比率を水蒸気流量調整弁（８）及び空気流量調整弁（９）および制御装置（１７）で自動又は半自動で制御が可能であり均質乾燥させることができる。請求項３の発明において、熱回収ライン補助送風機（６）により乾燥室（４）の出側から回収した熱媒蒸気を熱回収ライン流量制御弁（１０）で電磁誘導加熱装置（３）に流して再利用することで、省エネルギーと乾燥室内（４）を均質にさせるため均質乾燥と時間短縮が可能となる。請求項４の発明において、微細な無酸素雰囲気の過熱蒸気や高温空気を供給する温度制御精度が良い電磁誘導加熱装置（３）の制御と連動させる制御機能を有するため均質乾燥と時間短縮が可能となる。請求項５の発明において、乾燥室（４）内に均質状態を形成するために対流ファン（１４）を回転させ、整流板（１５）を配置してドレン分離器（５）でドレンを排出するため均質乾燥が可能となり、また対流ファン（１４）の攪拌効果により伝熱効率が良くなるため時間短縮が可能となる。したがって本発明の装置および乾燥方法は、ほぼ大気圧下で露点以上の高温常圧水蒸気を発生させることができ、昇温プロセスでの加湿、恒常乾燥プロセスでの乾燥した水蒸気の供給、減率乾燥プロセスでの高温空気の供給という、それぞれのプロセスに最適な熱媒体が１台の加熱装置で実現可能であり、かつ熱回収ラインによって電磁誘導加熱装置と乾燥室の循環ラインが形成され、高水準のエネルギー効率をもって運転できるという利点がある。

電磁誘導加熱装置の入口側に水蒸気ボイラーと空気送風機を木材の各プロセスに必要な熱媒量をバルブで調整できるように接続し、かつ熱回収ラインも接続することで熱の有効利用および効率的な熱伝達法で、木材を短時間に安定して、熱効率よく、乾燥できる木材乾燥装置が実現した。

図１は、本発明装置の１実施例であって、（１）は水蒸気ボイラー、（２）は空気送風機、（３）は電磁誘導加熱装置、（４）は乾燥室、（５）はドレン分離器、（６）は熱回収ライン補助送風機、（７）は水蒸気減圧弁、（８）は水蒸気流量調整弁、（９）は空気流量調整弁、（１０）は熱回収ライン流量制御弁、（１１）は熱回収ライン逆流防止弁、（１２）は乾燥室内温度検出器、（１３）は木材温度検出器、（１４）は対流ファン、（１５）は整流板、（１６）は圧力検出器、（１７）は制御装置である。

水蒸気ボイラー（１）からの水蒸気は水蒸気減圧弁（７）による圧力調整、水蒸気流量調整弁（８）による流量制御を経て、電磁誘導加熱装置（３）に入り、過熱水蒸気に加熱したのち乾燥室（４）に供給される。その温度制御と流量制御は乾燥室内温度検出器（１２）、木材温度検出器（１３）、圧力検出器（１６）からの信号によって制御される。すなわち、乾燥室内温度検出器（１２）の温度上昇割合に比べ木材温度検出器（１３）の温度上昇割合が高い時は電磁誘導加熱装置（３）の設定温度を下げ、逆の場合は温度を上げて、処理プロセスによって設定した温度範囲に乾燥室（４）を制御する。また圧力検出器（１６）による圧力が上昇する時は水蒸気流量調整弁（８）、または空気流量調整弁（９）によって、流量を下げ、逆の場合は流量を上げて、処理プロセスによって設定した圧力範囲に乾燥室（４）を制御する。空気送風機（２）からの空気も同様である。

熱回収ラインにおける流量調整は、熱回収ライン流量制御弁（１０）を使って制御装置（１７）によっておこなう。熱回収ライン補助送風機（６）は、水蒸気ボイラー（１）および空気送風機（２）のいずれよりも送風圧力が低いものであり、熱回収ラインからの逆流は発生しない。

乾燥室（４）内に発生する液体水分はドレン分離器（５）によって、乾燥室（４）外に排出される。また対流ファン（１４）を回転させ、整流板（１５）に当てることによって、乾燥室（４）内の温度分布の均等化を図る。

プロセスごとの熱媒体の使用方法は、昇温プロセスでは水蒸気、恒常乾燥プロセスでは水蒸気と空気、減率乾燥プロセスでは空気を主とするが、減率乾燥において乾燥速度が速すぎると判断される場合等には、補助的に水蒸気を使用する。

水蒸気は、大気圧下でも容易に結露に至らない温度まで、電磁誘導加熱装置（３）で加熱し、乾燥室（４）内に充満させるが、乾燥室（４）内の圧力が上昇する場合には、水蒸気流量調整弁（８）を絞り調整して、乾燥室（４）内を、ほぼ大気圧に制御する。

乾燥室（４）内における温度分布を均一化するため、対流ファン（１４）と整流板（１５）を設ける。

木材温度検出器（１３）は、木材原料または木材原料と同時に作られた試験材の木口中央部にきり穴をあけ、埋め込む。これらの検出器を利用して木材乾燥の自動制御を制御装置（１７）によっておこなう。

従来の木材乾燥機では、実現できなかった短い処理時間と高いエネルギー効率で、均質な木材乾燥を実行できるので、使用価値は高いと考えられる。

木材乾燥機の実現方法を示した説明図である。（実施例１） 水蒸気と空気の混合比率

符号の説明

１ 水蒸気ボイラー
２ 空気送風機
３ 電磁誘導加熱装置
４ 乾燥室
５ ドレン分離器
６ 熱回収ライン補助送風機
７ 水蒸気減圧弁
８ 水蒸気流量調整弁
９ 空気流量調整弁
１０ 熱回収ライン流量制御弁
１１ 熱回収ライン逆流防止弁
１２ 乾燥室内温度検出器
１３ 木材温度検出器
１４ 対流ファン
１５ 整流板
１６ 圧力検出器
１７ 制御装置

Claims (5)

1. 水蒸気ボイラー（１）によって供給される水蒸気と空気送風機（２）によって供給される空気を電磁誘導加熱装置（３）によって昇温し、熱媒体として乾燥室内（４）で木材を短時間で均質乾燥させる木材乾燥装置。
2. 請求項１において、木材の昇温段階、恒常乾燥段階、減率乾燥段階のそれぞれの木材の最適乾燥条件とするために乾燥室（４）内の水蒸気及び空気の比率を水蒸気流量調整弁（８）及び空気流量調整弁（９）で自動又は半自動で調整乾燥させる木材乾燥方法。
3. 請求項１において、熱回収ライン補助送風機（６）により乾燥室（４）の出側から回収した熱媒蒸気を熱回収ライン流量制御弁（１０）で電磁誘導加熱装置（３）に流して再利用することで、省エネルギーと乾燥室内（４）を均質にさせる木材乾燥装置。
4. 請求項２において、微細な無酸素雰囲気の過熱蒸気や高温空気を供給する温度制御精度が良い電磁誘導加熱装置（３）の制御と連動させる制御機能を有した木材乾燥装置。
5. 請求項２において、乾燥室（４）内に均質状態を形成するために対流ファン（１４）を回転させ、整流板（１５）を配置してドレン分離器（５）でドレンを排出するための装置を配置した木材乾燥装置。
   

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