JP2006142703A - 木材乾留方法および木材乾留装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 不燃木材を製造するための前処理として、不燃剤の浸透効率、乾燥効率を高め、かつ、乾留中および乾留後において、木材にそりやよじれなどによる損傷が発生することを防止することができる木材乾留方法、木材乾留装置を得る。
【解決手段】 木材を酸欠状態および湿度飽和状態において加熱する木材乾留方法であって、前記木材の芯部を室温から１００℃の範囲で加熱する加熱工程と、前記温度範囲で冷却する冷却工程とを有し、これら加熱工程および冷却工程からなる熱サイクルを２回または３回繰り返す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、不燃木材を製造するための前処理として有用な木材乾留方法および木材乾留装置に関するものである。

従来から、木材に不燃剤を含浸させて不燃木材とする技術がある。この技術にあっては、木材への不燃剤の含浸量を高めるため、木材を前処理（予備処理）することが行われている。この前処理としては、通常、木材を加熱・乾燥処理する方法が採用されている。例えば、特許第２７５７１７０号公報には、図３，図４に示す木材処理装置を用いて、木材を加熱・乾燥処理させるとともに、加熱・乾燥処理後において、木材にそりやよじれなどによる損傷が発生することを防止する処理方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記木材処理装置は、燃焼室１０と処理室２０と給湯手段（図示せず。）とから概略構成されている。
燃焼室１０は、処理室２０内に設置されている木材１，１，…の加熱に用いられる、熱風などの加熱媒体を生産する場所である。この燃焼室１０には、燃料投入用ドア１１が設けられており、この燃料投入用ドア１１を介して燃料１２が室内に設置される。この燃料１２としては、可燃物であればよく、例えば、住宅廃材などの廃棄木材が用いられる。

燃焼室１０の下方には、空気供給部１３が設けられており、この空気供給部１３から燃焼室１０内に空気を供給することにより、燃料１２の燃焼を促進して、熱風を生産する。空気供給部１３には、ダンパ１４が設けられており、空気の供給量が調節されるようになっている。
燃焼室１０の天井には、煙突１５、複数の水供給部１６，１６，…が設けられており、不必要な熱風を外部へ放出するとともに、調節された量の水を噴出することにより、燃焼室１０内の温度および湿度が調節されるようになっている。また、燃焼室１０の天井には、温度および湿度を検知する燃焼室センサ１７，１７，…が複数設けられている。また、底部に残留した水に関しては、燃焼室１０から排出されるように、排水管１８が設けられている。

燃焼室１０の上方には、燃焼室１０と処理室２０とを連結する加熱媒体供給路２，２，２が３本設けられている（図４参照。）。この加熱媒体供給路２，２，２には、送風ファン３，３，３、ダンパ４，４，４が設けられており、燃焼室１０内の熱風が強制的に吸引されて処理室２０に供給されるとともに、熱風の供給量が調節されるようになっている。

処理室２０は、木材を加熱・乾燥処理する場所である。この処理室２０には、木材出入口ドア２１を通って、トロッコなどの運搬装置２２によって運搬された木材１，１，…が設置される。この木材１，１，…は、外気に触れやすいように、互いに間隙を持って、積載されている。また、処理室２０の下方には、上記加熱媒体供給路２，２，２の先端部が挿入されており、熱風が噴出され、木材１，１，…が加熱・乾燥処理されるようになっている。なお、木材１，１，…の内の１本には、木材の芯部、辺部における温度および湿度を検知する木材センサ２６が設けられている。また、加熱媒体供給路２，２，２には、噴出口が複数設けられており、これら噴出口は先端に近付くほど、開口面積が大きくなっている。従って、各噴出口から均等に熱風が噴出され、処理室２０内に均一に行き渡るようになっている。

処理室２０の天井には、複数の撹拌ファン２３，２３および換気装置２４ａ，２４ｂが設けられている。これにより、処理室２０内に供給された加熱媒体は、撹拌されて均一に分布するとともに、不必要な熱風は外部へ放出される。また、処理室２０の天井には、温度および湿度を検知する処理室センサ２３，２３，…が複数設けられており、上記燃焼室センサ１７，１７，…および木材センサ２６からの情報を合わせて考慮して、ダンパ４、煙突１５、水供給部１６，１６，…、撹拌ファン２３，２３、換気装置２４ａ，２４ｂの制御が行われる。

給湯室は、加熱・乾燥処理された木材に湯を散布して木材の水分量を一時的に上昇させる場所であり、処理室２０の木材出入口ドア２１に隣接されている。水分量が上昇した木材にあっては、加熱・乾燥処理によって木材成分が木材内部において再分布した後でも、木材内部の応力バランスが保持されるため、加熱・乾燥処理後において木材にそりやよじれなどによる損傷が発生することが防止される。その後、木材は、別途設けたビニールハウスなどの保管庫に移動され、自然乾燥されるとともに、常温まで冷却される。
このように、図３，図４の木材処理装置による木材処理方法によれば、木材を加熱・乾燥処理した後においても、木材にそりやよじれなどによる損傷が発生することを防止することができる。
特許第２７５７１７０号公報

しかしながら、特許文献１にかかる発明にあっては、加熱・乾燥処理した木材に不燃剤などの薬剤を含浸した際、要する含浸時間が長く、浸透効率が低いという問題があった。これは、一般に、木材中における水路である仮道管の側面が、壁孔膜によって塞がれているため、仮道管相互間における液体の移動が困難となっているためである。従って、含浸量を増加させるためには、不燃剤の含浸および乾燥を何度も繰り返す必要があり、工程数が増えて煩雑であるという問題があった。また、上記理由により、薬剤の乾燥効率が低いという問題もあった。

よって、本発明における課題は、不燃木材を製造するための前処理として、不燃剤の浸透効率、乾燥効率を高め、かつ、乾留中および乾留後において、木材にそりやよじれなどによる損傷が発生することを防止することができる木材乾留方法、木材乾留装置を得ることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、木材を酸欠状態および湿度飽和状態において加熱する木材の乾留方法であって、前記木材の芯部を常温から１００℃の範囲で加熱する加熱工程と、前記温度範囲で冷却する冷却工程とを有し、これら加熱工程および冷却工程からなる熱サイクルを２回または３回繰り返すことを特徴とする木材乾留方法である。

請求項２にかかる発明は、前記加熱工程における加熱媒体が、可燃物が燃焼して発生する燃焼ガスおよび煙であることを特徴とする請求項１または２記載の木材乾留方法である。

請求項３にかかる発明は、前記加熱工程における加熱媒体が、可燃物が燃焼して発生する燃焼ガスおよび煙であることを特徴とする請求項１または２記載の木材乾留方法である。

請求項４にかかる発明は、加湿方法および前記冷却工程における冷却方法が、加熱媒体の供給源である可燃物への水の放出であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の木材乾留方法である。

請求項５にかかる発明は、木材の乾留が行われる処理室と、該木材を加熱する加熱媒体が生産される燃焼室と、該燃焼室と前記処理室とを連結して、処理室内に加熱媒体を供給する加熱媒体供給路と、前記燃焼室内に燃焼用の空気を供給する空気供給部と、前記燃焼室内に温度および湿度を調節するための水を放出する水供給部と、前記燃焼室外に加熱媒体を排出する煙突と、前記処理室内に蒸気を供給する蒸気供給部と、前記処理室外に加熱媒体を排出する換気装置と、前記処理室と前記燃焼室とを連結して、処理室から排出された加熱媒体を燃焼室に還流する還流路とからなる木材の乾留装置であって、前記処理室および前記燃焼室内の温度、湿度、圧力に基づいて、前記空気供給部と前記水供給部と前記煙突と前記蒸気供給部と前記換気装置とを制御する制御部が設けられたことを特徴とする木材乾留装置である。

請求項６にかかる発明は、前記加熱媒体供給路内に加熱媒体の流量を調節するダンパが設けられ、該ダンパが前記制御部によって制御可能であることを特徴とする木材乾留装置である。

本発明によれば、熱サイクルを２回または３回繰り返して、木材中の水分を木材の外部または内部へ繰り返し移動させることにより、木材の仮道管の側面を塞いでいる壁孔膜を効果的に破壊することができる。従って、仮道管相互間における液体の移動が容易になり、不燃剤の浸透効率および乾燥効率を高めることができる。
また、本発明によれば、木材が湿度飽和状態においてゆっくりと加熱または冷却され、木材の含水率が木材全体において均一に変化するため、乾留中または乾留後において、木材にそりやよじれなどによる損傷が発生することを防止することができる。

本発明にかかる木材乾留装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。図１，図２は、本発明の木材乾留装置の一例であり、図３，図４の従来装置と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。

図１，図２の木材の乾留装置にあっては従来装置と異なるところは、処理室２０に蒸気供給部２７が設けられた点、処理室２０と燃焼室１０とを連結する還流路３０が設けられた点、この還流路３０に捕集手段３１が設けられた点、加熱媒体供給路２，２，２、処理室１０、空気供給部１３、処理室２０と通信ケーブルまたは無線通信によって通信可能である制御部４０が設けられた点である。

蒸気供給路２７は、処理室２０内に蒸気を噴出して、処理室２０内の湿度を上昇させるためのものである。これにより、燃焼室１０とは独立して、処理室２０内の湿度を調節することができる。還流路３０は、処理室２０の換気装置２４ａから排出された加熱媒体を燃焼室１０に還流するためのものである。これにより、加熱媒体が有する熱を有効に再利用できる。捕集手段３１は、加熱媒体に含まれるすすなどの個体物質を分離するためのものであり、例えば、サイクロンなどが用いられる。

制御部４０は、燃焼室１０および処理室２０内の温度、湿度、圧力を自動調節するためのものであり、例えば、パーソナルコンピュータなどが用いられる。この制御部４０は、燃焼室センサ１８，１８，…、処理室センサ２５，２５，…、木材センサ２６の情報を受信するようになっており、また、ダンパ４、空気供給部１３、煙突１５、水供給部１６，１６，…、撹拌ファン２３，２３、換気装置２４ａ，２４ｂ、蒸気供給部２７に動作信号を送信するようになっている。従って、操作者は、制御部４０を用いて木材乾留装置を簡易に操作することができる。
なお、本発明の木材乾留装置における各センサは、温度、湿度に加えて圧力も検知可能になっている。

以下、上記木材乾留装置を用いた木材乾留方法の一実施形態について説明する。
本発明においては、不燃木材を製造するための前処理として、木材の乾留を行う。この乾留とは、木材を酸欠状態において加熱することであり、木材を燃焼させることなく、その水分を蒸発させる方法である。この時、湿度を飽和状態に保持することにより、木材の辺部における乾燥速度を適宜遅らせて、芯部における水分の内部拡散を誘導し、木材全体を均一に乾燥させる。
具体的な手順を以下に説明する。

先ず、木材１，１，…を運搬装置２２に積載して、処理室２０内に移動させる。この時、木材１，１，…は生木の状態であり、その含水率は１００％以上であって、乾留処理が必要とされるものである。この木材１，１，…の内の１本に木材センサ２６を埋め込んで、木材１，１，…の芯部、辺部の温度および湿度を検知可能にしておく。その後、木材出入口ドア１０を閉め、換気装置２４ａ，２４ｂ内のダンパおよび加熱媒体供給路２，２，２内のダンパ４，４，４も閉めて処理室２０内を密閉する。
なお、木材１，１，…の木種としては特に限定されず、あらゆる木種が本発明に適応可能であり、例えば、杉、檜、カラマツ、ヒバなどが挙げられる。

次に、燃焼室１０に燃料１２を設置する。この時、燃料１２にあっては、４〜５日間継続して燃焼できるだけの量を用意する。その後、燃料投入ドア１１を閉め、煙突１５のダンパおよび空気供給部１３のダンパ１４を閉めて燃焼室１０内を密閉する。
このように密閉された状態において、燃料１２を燃焼させる。燃焼室１０は密閉されており、酸素量が不十分であるため、燃料１２は不完全燃焼を起こす。結果、大量の煙を含んだ燃焼ガスが発生する。このような燃焼ガスはすすを大量に含んでおり、木材１，１，…および燃焼室１０の内壁に付着してそこから遠赤外線を輻射するため、木材を均一に加熱する上で好適である。

一方、水供給部から、調節された量の水を燃料１２に散布する。これにより、蒸気を発生させて湿度を飽和させるとともに、燃焼室１０内の温度を９０〜１２０℃に調節する。
なお、燃焼室１０内には、空気供給部１３により、燃料１２が燃焼を維持できるだけの最低限の空気が供給される。また、空気が供給されている際には、この空気が処理室２０内に入らないように、加熱媒体供給路２，２，２内のダンパ４，４，４が閉められる。また、燃焼室１０内の圧力が必要以上に上昇した場合には、煙突１５を用いて、燃焼ガスを外部へ排出して圧力を調節する。

燃焼ガスが十分に発生した後、加熱工程を行う。具体的には、加熱媒体供給路２，２，２における送風ファン３，３，３を稼動させて燃焼室１０内の燃焼ガスを吸引するとともに処理室２０へ供給する。この時、ダンパ４，４，４を用いて燃焼ガスの供給量を調節する。このように燃焼ガスの供給量を調節することにより、処理室２０内に設置された木材の芯部における温度が、常温から９０〜１００℃まで、２０〜３０時間を掛けて上昇するように、ゆっくりと加熱工程を行う。この加熱工程により、木材の辺部における水分を蒸発させるとともに、芯部における水分を内部拡散させ、結果、木材全体を均一に乾燥させる。

一方、処理室２０における、還流路３０と連通した換気装置２４ａを開けて、処理室２０内に存在する空気を燃焼ガスとともに燃焼室へ還流する。これにより、処理室２０内には燃焼ガスが完全に充満して、酸欠状態が形成される。
なお、処理室２０内において湿度が不飽和であるときには、蒸気供給部２７を用いて適宜蒸気を供給して、処理室２０内を湿度飽和状態に保持する。また、処理室２０内の圧力が必要以上に上昇した場合には、外気と通じている換気装置２４ｂを用いて、燃焼ガスを外部へ排出して圧力を調節する。

ついで、冷却工程を行う。燃料１２への空気供給を停止するとともに、水供給部１６，１６から冷却水を散布することにより、燃焼ガスの温度を下げる。このような燃焼ガスを処理室２０に供給することにより、木材の芯部における温度が、９０〜１００℃から４５〜５５℃まで、２０〜３０時間を掛けて下降するように、ゆっくりと冷却工程を行う。この冷却工程により、燃焼ガス中に含まれる水分を、木材の辺部および芯部に吸収させて、木材を含水率が４０〜５０％の湿潤状態にする。

冷却工程の後、再び加熱工程を行う。加熱手順は上述の通りであり、木材の芯部における温度が４５〜５５℃から９０〜１００℃まで、２０〜３０時間を掛けて上昇するように、ゆっくりと加熱工程を行う。結果、木材は再び均一に乾燥される。
その後、再び冷却工程を行う。冷却手順は上述の通りであり、木材の芯部における温度が、９０〜１００℃から室温まで、２０〜３０時間を掛けて下降するように、ゆっくりと冷却工程を行う。結果、木材は、含水率が４０〜５０％の湿潤状態になる。

このように、加熱工程と冷却工程を繰り返すとともに、木材の乾燥と湿潤を繰り返すことにより、木材中の仮道管に適度なストレスを与えて、仮道管の側面を塞いでいる壁孔膜を破壊することができる。また、木材の含水率が木材全体において均一に変化するため、乾留中または乾留後において、木材にそりやよじれなどによる損傷が発生することを防止することができる。さらに、木材を酸欠状態において高温で加熱するため、木材の殺卵、殺虫を行うことができる。

なお、加熱工程と冷却工程とからなる熱サイクルは上述のような２回のみではなく、３回繰り返されてもよく、この場合においては、燃料１２の量、乾留時間が増加するが、より確実に壁孔膜を破壊することができる。

乾留後、処理室２０から木材１，１，…を積載した運搬装置２２を外部へ搬出する。この時、処理室２０内には、一酸化炭素などの有毒ガスが充満しているので、この有毒ガスに対応した換気装置を別途設けて、除去しておくことが望ましい。
乾留された木材にあっては、含水率が４０〜５０％であるため、この状態において、不燃剤の含浸を行うことは好ましくない。そこで、不燃剤の含浸を行うのに適するように、含水率が１５〜２０％になるまで乾燥を行う。この乾燥方法としては特に限定されるものではなく、自然乾燥、電気乾燥、化学乾燥などの公知の方法が用いられる。

以上の手順により、木材にあっては、浸透効率、乾燥効率が改善され、不燃木材の製造に有用な木材を得ることができる。また、上述した木材乾留装置における各操作にあっては、全て制御部４０において行うことが可能であり、上述した操作手順を制御部４０に予め入力しておくことにより、操作者は必要なボタン操作のみで木材乾留装置を簡易に操作することができる。
なお、図１において、制御部４０は木材乾留装置の中心付近に図示されているが、これは作図の関係上この位置に図示しているのみであって、木材乾留装置とは離れた他の場所に設置されてもよい。

以下、実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。本発明は、下記実施例に何ら制限されるものではない。

［実施例１］
実施例１では、本発明の木材乾留装置を用いて木材の乾留を行い、木材の仮道管における壁孔膜の破壊を試みた。以下に具体的な手順を説明する。

木材１，１，…の木種としては、杉を用いた。この木材１，１，…を、トロッコを用いて処理室２０内に搬入した。一方、燃焼室１０内には４日間継続して燃焼が可能な住宅廃材を設置して、燃料１２として用いた。この燃料１２を酸欠状態において不完全燃焼させることにより、大量の煙を含む燃焼ガスを得た。この燃焼ガスを用いて、木材１，１，…を湿度飽和状態において加熱および冷却し、その熱サイクルを２回繰り返した。

各工程における工程時間は２４時間であった。第１の加熱工程においては、木材１，１，…を常温から９５℃まで加熱し、第１の冷却工程においては、９５℃から５０℃まで冷却した。ついで、第２の加熱工程においては、木材１，１，…を５０℃から９５℃まで加熱し、第２の冷却工程においては、９５℃から常温まで冷却した。

乾留後における木材１，１，…の電子顕微鏡写真を図５に示す。この写真により、乾留後は、木材の仮道管における壁孔膜５０，５０，５０が破壊されて、ひびが生じていることが確認された。

本発明の実施形態にかかる木材乾留装置の側面模式図である。 本発明の実施形態にかかる木材乾留装置の上面模式図である。 従来の木材処理装置の側面模式図である。 従来の木材処理装置の上面模式図である。 乾留後における仮道管の電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１・・・木材、２・・・還流路、４・・・ダンパ、１０・・・処理室、１３・・・空気供給部、１５・・・煙突、１６・・・水供給部、２０・・・処理室、２４ａ，２４ｂ・・・換気装置、２７・・・蒸気供給部、３０・・・還流路、４０・・・制御部

Claims (6)

1. 木材を酸欠状態および湿度飽和状態において加熱する木材の乾留方法であって、前記木材の芯部を常温から１００℃の範囲で加熱する加熱工程と、前記温度範囲で冷却する冷却工程とを有し、これら加熱工程および冷却工程からなる熱サイクルを２回または３回繰り返すことを特徴とする木材乾留方法。
2. 前記加熱工程および前記冷却工程の工程時間がそれぞれ２０〜３０時間であることを特徴とする請求項１記載の木材乾留方法。
3. 前記加熱工程における加熱媒体が、可燃物が燃焼して発生する燃焼ガスおよび煙であることを特徴とする請求項１または２記載の木材乾留方法。
4. 加湿方法および前記冷却工程における冷却方法が、加熱媒体の供給源である可燃物への水の放出であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の木材乾留方法。
5. 木材の乾留が行われる処理室と、該木材を加熱する加熱媒体が生産される燃焼室と、
   該燃焼室と前記処理室とを連結して、処理室内に加熱媒体を供給する加熱媒体供給路と、
   前記燃焼室内に燃焼用の空気を供給する空気供給部と、
   前記燃焼室内に温度および湿度を調節するための水を放出する水供給部と、
   前記燃焼室外に加熱媒体を排出する煙突と、
   前記処理室内に蒸気を供給する蒸気供給部と、
   前記処理室外に加熱媒体を排出する換気装置と、
   前記処理室と前記燃焼室とを連結して、処理室から排出された加熱媒体を燃焼室に還流する還流路とからなる木材の乾留装置であって、
   前記処理室および前記燃焼室内の温度、湿度、圧力に基づいて、前記空気供給部と前記水供給部と前記煙突と前記蒸気供給部と前記換気装置とを制御する制御部が設けられたことを特徴とする木材乾留装置。
6. 前記加熱媒体供給路内に加熱媒体の流量を調節するダンパが設けられ、該ダンパが前記制御部によって制御可能であることを特徴とする木材乾留装置。
   

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