JP2010018032A - 積層した木材を高温熱処理する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、積層した木質要素、特に積載した木材を高温熱処理する方法に関する。
【解決手段】囲繞した処理スペースを使用して高温熱処理を行い、取り扱う木質材料の積載物５を処理するための手段を含み、木質材料の積載物を処理する前記囲繞空間内には、処理対象の積載物５の上流に位置する「高圧室」である第１室８と、積載物の下流に位置する「回復室」としての第２室９と、前記囲繞空間１内を循環する伝熱流体を加熱するための加熱手段１０と、前記伝熱流体を連続的に循環させるための循環手段１１と、前記囲繞処理空間の温度および湿度を規制するための規制手段１２と、積載物の頂部と底部を密閉するためのシール手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温熱処理によって、積層した木質要素、特に積載した木材を高温熱処理する方法に関する。本発明は、特に、熱的に木を処理するための方法に関し、全ての特性を保持しかつ改良するものであり、湿気がある状態でその寸法安定性とともに、その機械的特性、音の特性および絶縁性のような特性をすべて保持しつつさらに改善するよう方法に関する。

そのような熱処理は、微生物及び除去されるべき型を生成する手段を許容する。この熱処理は、さらに、木の成分の高分子鎖構造間の化学的リンクを、抑制された大気中かつ最低温度摂氏２３０度の雰囲気内で許容する。高温熱処理中に獲得できる主な特質は、寸法安定性、および老化と腐敗に結びつくある種のアタックに対する抵抗力が著しく改善される。

先行技術、特に本願出願人が出願した特許（特許文献１）は、既に木質の材料の高温熱処理用のそのような装置を開示している。その特許は特に、取り扱われるべき木質の材料の積層物を処理するための手段を含む囲繞処理スペースについて記述しており、木質材料の積載物は、前述の囲繞空間内に収納されており、取り扱う積載物の上流に位置する「高圧室」としての第１室と、同じく積載物の下流に位置する「回復室」としての第２室と、前記囲繞空間内を循環する伝熱流体を加熱するための加熱手段と、前記伝熱流体を連続的に循環させるための循環手段と、前記囲繞空間の温度および含水率をモニターするためのモニタリング手段と、前記囲繞処理空間の温度および湿度を規制するための規制手段と、そして、積載物の頂部と底部を密閉するためのシール手段とを備える。

そのような装置は、酸素を除去した空気を中性の雰囲気を作り出すために燃焼ガスと混合させた伝熱ガスを連続的に循環させることで作動する。摂氏２３０度の最低温度まで連続する処理ステップで加熱する。処理ステップは、取り扱う木質の材料に関連するパラメーターに基づいて定める。伝熱ガスは、加熱手段によって熱せられているポイントから、処理サイクルの間、連続的に循環する。例えば、バーナーによって伝熱ガスを、取り扱う木質材料の積載物に向けて、その内部のすべてのポイントで平衡状態にある流量および速度で通過させ、熱処理に必要な熱エネルギーを一様に供給する。処理サイクルには、積載物を通るいくつかの流体経路を必要とする。このサイクルが終わった時、高圧室内の伝熱ガス経路中に高圧の冷水をスプレーすることにより、温度が連続的に降下する。囲繞空間内の圧力は、この冷却過程中に生じる伝熱流体の縮小が中性ガスによって補われるので、処理ゾーン内では維持される。

そのような熱処理装置は公知であるが、それらは、様々な材質の木製の積載物に対してハイ・レベルの安全性、および熱処理および均質性のあるレベルを許可することを目指して開発され続ける。

フランス特許ＦＲ−Ａ−２７９０６９８号

したがって、本発明の目的は、積層した木質要素、特に積載した木材を高温で熱処理する方法を提案することである。この処理は、高温の影響下にある生成物が含む液体や分解可能物質をリリースすることについて、生成物の熱伝導率および抵抗の点から、生成物の挙動を考慮することを可能にする。

この目的のために、本発明の主題は、積層した木質要素、特に積載した木材を高温で熱処理する方法であり、囲繞した処理スペースを使用して高温熱処理を行い、取り扱う木質材料の積載物を処理するための手段を含み、木質材料の積載物を処理する前記囲繞空間内には、積載物の上流に位置する「高圧室」である第１室と、そして積載物の下流に位置する「回復室」としての第２室と、前記囲繞空間内を循環する伝熱流体を加熱するための加熱手段と、前記伝熱流体を連続的に循環させるための循環手段と、前記囲繞空間の温度および含水率をモニターするためのモニタリング手段と、前記囲繞処理空間の温度および湿度を規制するための規制手段と、そして、積載物の頂部と底部を密閉するためのシール手段とを備え、該方法は、前記モニタリング手段を用いて前記各室を永久的にモニターし、その後、前記モニタリング手段で検出されるデータを比較し、加熱の際の加熱手段のパワーの変化及び、もしあれば、熱伝達ガスの冷却の際の前記規制手段による冷却に応じて同時かつ一様に作用し、このように熱処理サイクルを実行し、温度の上昇をあらかじめ定めた温度の段階レベルおよびそれらの期間にわたりリニアにあるいは段階的に生じさせ、その後、温度のこの上昇は、その熱伝導率および流量の点から、前記二つの室の間の伝熱流体の速度平衡の関数として、また木質材料の積層物の挙動の関数として管理される。

本発明の主な利点のうちの一つは、オーブンの動作原理にある。製品の挙動に応じた自然な形態で作動させ得る。すなわち、この処理は、高温の影響下にある生成物が含む液体や分解可能物質をリリースすることについて、生成物の熱伝導率および抵抗の点から、生成物の挙動を考慮することを可能にする。

本発明の実施形態を示し、４つの垂直壁および１つの屋根を含む囲繞空間を示す図である。

本発明の好ましい態様によれば、高圧室の温度と回復室の温度の間に平衡がある場合、前記処理サイクルの各温度レベルに到達する。この平衡は次式を使用して決定される。
処理サイクルの温度が上昇している場合：Ｔ１＝Ｔ２−Δ℃
処理サイクルの温度が下がっている場合：Ｔ２＝Ｔ１＋Δ’℃
ここで定数ΔおよびΔ’は、摂氏５度〜２５度の範囲の温度定数である。

好ましい具体例によれば、定数ΔおよびΔ’は、それぞれ摂氏５度及び２０度である。

また本発明によれば、囲繞空間内が３％未満の酸素成分を含んでいる場合のみ、少なくとも摂氏１００度と等しいレベルまでの進行が許される。

別の好ましい態様によれば、加熱手段に関するなんらかの事象が摂氏１２０度を上回る平均温度を越えて検知される場合、処理サイクルの再開を許す前に、摂氏１００度未満の平均温度が室内で検知されるまで、温度規制手段がオフのままとされる。

さらに別の好ましい態様によれば、オーブンを制御する電子制御手段は、これもコンピューター化された設備に接続する。そして、囲繞空間内のセンサーからのデータをすべてリアルタイムにかつ温度曲線とともに処理サイクル中にプリント可能とする。

別の好ましい態様によれば、伝熱流体が循環する速度は、その速度のモニタリングによって囲繞処理スペース内で一定に保たれ、伝熱流体を送り込む手段の流量に作用する。

本発明の上述の特性は、他のものとともに、木質材料の高温熱処理用のデバイスの縦断面を概要で示す単一の付属の図を参照して後述する典型的な具体例の記述を読むことでより明白になるであろう。

添付した単一の図は、４つの垂直壁２および１つの屋根３を含む囲繞空間１を示す。囲繞空間の垂直壁２の少なくとも１つにはドア４を備え、取り扱う木質材料５を積層することができるようになっている。

木質材料５の積層物は、囲繞空間１の内部に置くためのｐａｒａｌｌｅｌｅｐｉｐｅｄａｌ（水平面において長方形）構造を組織するために、互いに積み重ねた木板６から構成する。

好ましくは、板６は、それらの長さが囲繞空間の縦方向に沿わせて置く。それらの横方向に沿ってスペーサー７を配置して互いを分ける。これらのスペーサー７の厚さは、取り扱う木材の厚さ、積層物の諸元、および囲繞空間１および木質材料５内での流体の循環に関係する物理的なパラメーターによって定める。

取り扱う木質材料５の積層物は、囲繞空間内に、「高圧室」とする第１室８を積層物５の上流に位置させ、また、積層物５に下流に「回復室」として別の部位である室９を位置させる。

また特許文献１に言及されているように、囲繞空間１はさらに、加熱手段１０を備えて囲繞空間１中へ循環する伝熱流体を加熱し、また伝熱流体を連続的に循環させるための循環手段１１を備えるとともに、囲繞空間の温度および含水率をモニターするための手段、囲まれた処理空間の温度および湿度を規制するための規制手段１２を一定間隔で配置して備える。また囲繞空間１は材料の積載物の頂部と底部とを密閉することができ、伝熱流体が積層物から勝手なルートに沿って流れることを防いでいる。

上述の手段の例証のために、伝熱流体を加熱するための手段１０が、囲繞空間１の上部の加熱室とする室１３内に少なくとも１つのガスバーナーを含む。一方、循環手段１１には、回復室９から伝熱流体を引き、かつ加熱室１３へそれを送り込むための少なくとも１つのファンを備える。規制手段は、例えば、高圧室８内に位置する水平の高圧水スプレー・ブーム１２を備える。このスプリンクラー・ブーム１２には、冷水を高流量のミストとしてスプレーするために多くのノズルを備える。

プログラム可能な電子制御手段（図示せず）は、囲繞処理スペースの温度差ステップ・レベルおよび含水率のコントロールを可能とする。

この囲繞処理スペース１は、本発明による方法によって運転する。前記モニタリング手段を用いて前記各室を永久的にモニターし、その後、前記モニタリング手段で検出されるデータを比較し、加熱の際の加熱手段のパワーの変化及び、もしあれば、熱伝達ガスの冷却の際の前記規制手段による冷却に応じて同時かつ一様に作用する。このように熱処理サイクルを実行し、温度の上昇をリニアにあるいは段階的に生じさせる。温度のこの上昇は、その熱伝導率および流量の点から、前記二つの室８、９の間の伝熱流体の速度平衡の関数として、また木質材料の積層物５の挙動の関数として管理される。

本発明の他の好ましい態様によれば、温度の上昇が直線的に達成され得ることが理解できる。

すなわち、モニタリング手段は、特に、温度、圧力、湿度および酸素分析センサーであり、２室の部屋８、９に配置し、連続的に流体を循環させるために加熱手段１０と循環手段１１をスタートさせる許可を確立することを可能とする。あるいは、他方では、これらの作動を不能とし、特に、あらかじめ定めた処理サイクルの温度上昇の間に回復室の温度が高圧室の温度を上回ったとき、温度と湿度を規制するための規制手段１２を関わらせる。

取り扱う製品５を通り抜ける際の圧力低下によって生じ、かつ伝熱ガス間の熱エネルギーの交換による様々な圧力および温度帯は、オペレーション、および処理パラメーターの容易で正確なコントロールを許容する。

したがって、あらかじめ確立している処理サイクル中に達成され、電子制御手段に組み込まれたレベルは、２室の温度間の平衡によって決定される。この平衡は、処理サイクルの温度が上昇している場合は式Ｔ１＝Ｔ２−Δ°Ｃによって決定され、そして、処理サイクルの温度が下がっている場合、Ｔ２＝Ｔ１＋Δ’℃によって決定される。Ｔ１は高圧室の温度に相当し、Ｔ２は回復室の温度に相当する。また、ΔおよびΔ’は、摂氏５度〜２５度の範囲の温度定数である。

本発明の方法による一つの運転モードを、１２〜１４％の含水率を備えた木材のような木質の材料５について以下に例証する。

下記のレベルは、摂氏２３０度までの温度上昇と後述する制御された温度降下を含む処理サイクルの実行のために下記のように決定した。
第１レベル ４０℃ 期間：平衡後の１時間 含水率６０％
第２レベル ６０℃ 期間：平衡後の２時間 含水率６０％
第３レベル １００℃ 期間：平衡後の２時間 含水率４０％
第４レベル １４０℃ 期間：平衡後の１時間 Ｏ_２＜３および含水率２０％
第５レベル １７０℃ 平衡
第６レベル １９０℃ 平衡
第７レベル ２１０℃ 平衡
第８レベル ２３０℃ 平衡

オーブンを動作させるとすぐに、囲繞した処理スペース内に含まれていた空気を、ファンを使用して循環させるようにセットする。囲繞処理スペース内は、大気圧を上回る圧力に保つ。

特に伝熱流体の囲繞空間内での流動性および速度に関係のあるデータの収集を行う。

空気の循環は、二つの室８、９内で流量および速度が予め設定した平衡に達するまで行い、木質材料５の積層物のすべての部位に対して確実に熱を一定に与える。

最後に、処理サイクルは、伝熱流体を熱する加熱手段１０をスタートさせることにより開始する。高圧室８内の伝熱流体の酸素成分の一定の測定値および室８、９の上部における一酸化炭素ガスの一定の測定値は、酸素あるいは一酸化炭素ガス濃度が所定レベルを超える場合に、加熱手段１０の動作を不能にする。

囲繞空間の温度は摂氏４５度に達すると、それは室１１中の第１温度レベルのしきい値に一致するので、バーナー１０はその力を減縮さえる。また、温度が上昇し続ける場合、スプリンクラー・ブーム１２が作動し、冷水をまき散らす。必要ならば、冷蔵した水をまく。

高圧室８の温度が、回復室９の温度から温度定数Δを引いた値に等しい場合、好ましくは摂氏５度の場合、上記したサイクルの温度レベルに到達する。この温度レベルは、上記した手段を用いてこの温度を規制して、所定期間の間、本例では１時間にわたり維持される。

このレベルを保つ期間が経過したらすぐに、電子制御手段は次の上記のレベルへの温度の上昇を同じ動作状況等でトリガーし、摂氏２３０度の温度へ到達させるようにする。

摂氏１００度のレベルからの進行は、好ましくは囲繞空間内が３％未満の酸素を含んでいるという条件に従うことに注目されたい。

さらに、オーブンの囲繞空間は、処理サイクル中は絶対圧力４±ｍｍＨ_２Ｏとする。これを実行するために、バーナー１０によって生成された余分の伝熱ガスを放出することを可能にするために、公知の安全弁を囲繞空間に備える。

処理温度に到達した後、囲繞空間１の温度は、スプリンクラー・ブームを使用して伝熱流体に冷水をスプレーすることにより段階的に降下させる。この温度を低下させるレベルは、例えば、摂氏２００、１７０、１３０、９０、５０℃のように定める。

既述のように、回復室９の温度Ｔ２の平衡が、好ましくは高圧室８で記録された温度Ｔ１に温度定数Δ’を加えた値、例えば摂氏２０度に等しくなる場合、一つのレベルからの他のレベルへの進行が起きる。

温度が下降する場合、電子制御は囲繞空間の圧力を記録し、室内の圧力を保つために窒素中で自動的に送ることによって伝熱ガスの容積減少により引き起こされる下降を補償する。

囲繞空間内の安全性を保証するために、本発明の方法は、加熱手段に関するなんらかの事象が摂氏１２０度を上回る平均温度を越えて検知される場合、上記と同様にスプリンクラー・ブームを用いて囲繞空間内の温度を、処理サイクルの再開を許す前に、平均温度が例えば摂氏１００度未満となるまで下げる。

オーブンを制御する電子制御手段は、これもコンピューター化された設備に接続する。そして、囲繞空間内のセンサーからのデータをすべてリアルタイムにかつ温度曲線とともに処理サイクル中にプリント可能とする。

熱処理の質および等質性の点で好結果を得るためには、同じ積載物中に異なる厚さのものや種の異なるものを混ぜないことが望ましいことに留意すべきである。

様々な安全機能をモニターする手段としてののみ電子的かつコンピューター化された手段のセットが動作し、要求された動作を許すか妨げるかの判断と、オーブンの活動に関する情報を中継することを行う。そのような方法は、特定用途のプログラムを持つことなく、非常に異なる種類の処置を可能とする。温度レベルおよびその維持期間を変更することは必要かもしれないが、オーブンの動作は製品の必要量に自動的に適応しなければならない。

以上のように本発明を記述してきたが、本発明は記述した特別の具体例、手段その他の技術的な相当物には限定されない。

予期された結果を産み出す本発明による処理デバイスの検出と制御手段の組みあわせは、伝熱流体が循環する速度は、囲繞処置スペース内で一定に保たれ、そして木質の材料の積荷を通しても一定に保たれる。これは、伝熱流体を流す手段の流量に及ぼす働きによる。

１：囲繞空間
２：垂直壁
３：屋根
４：ドア
５：木質材料
６：木板
７：スペーサー
８：第１室（高圧室）
９：第２室（回復室）
１０：加熱手段
１１：循環手段
１２：規制手段（スプリンクラー・ブーム）
１３：加熱室

Claims (7)

1. 積層した木質要素、特に積載した木材を高温熱処理する方法であって、囲繞した処理スペースを使用して高温熱処理を行い、取り扱う木質材料の積載物５を処理するための手段を含み、木質材料の積載物を処理する前記囲繞空間内には、処理対象の積載物５の上流に位置する「高圧室」である第１室８と、積載物の下流に位置する「回復室」としての第２室９と、前記囲繞空間１内を循環する伝熱流体を加熱するための加熱手段１０と、前記伝熱流体を連続的に循環させるための循環手段１１と、前記囲繞空間の温度および含水率をモニターするためのモニタリング手段と、前記囲繞処理空間の温度および湿度を規制するための規制手段１２と、そして、積載物の頂部と底部を密閉するためのシール手段とを備え、該方法は、前記モニタリング手段を用いて前記各室を永久的にモニターし、その後、前記モニタリング手段で検出されるデータを比較し、加熱の際の加熱手段１０のパワーの変化及び、もしあれば、熱伝達ガスの冷却の際の前記規制手段１２による冷却に応じて同時かつ一様に作用し、温度の上昇をあらかじめ定めた温度の段階レベルおよびそれらの期間にわたりリニアにあるいは段階的に生じさせ、その後、温度のこの上昇は、その熱伝導率および流量の点から、前記二つの室８、９の間の伝熱流体の速度平衡の関数として、また木質材料の積層物５の挙動の関数として管理される、ステップからなる方法。
2. 請求項１の方法において、高圧室８の温度と回復室９の温度の間に平衡がある場合、前記処理サイクルの各温度レベルに到達するものであり、前記平衡が、処理サイクルの温度が上昇している場合、Ｔ１＝Ｔ２−Δ℃と、処理サイクルの温度が下がっている場合、Ｔ２
   ＝Ｔ１＋Δ’℃とされ、定数ΔおよびΔ’は、摂氏５度〜２５度の範囲の温度定数であることを特徴とする方法。
3. 請求項２の方法において、定数ΔおよびΔ’は、それぞれ摂氏５度及び２０度であることを特徴とする方法。
4. 請求項１から３のいずれかの方法において、囲繞空間１内が３％未満の酸素成分を含んでいる場合のみ、少なくとも摂氏１００度と等しいレベルまでの進行が許されることを特徴とする方法。
5. 請求項１から４のいずれかの方法において、加熱手段１０に関するなんらかの事象が摂氏１２０度を上回る平均温度を越えて検知される場合、処理サイクルの再開を許す前に、摂氏１００度未満の平均温度が室８、９内で検知されるまで、温度規制手段１２がオフのままとされることを特徴とする方法。
6. 請求項１から５のいずれかの方法において、オーブンを制御する電子制御手段はコンピューター化された設備に接続し、囲繞空間内のセンサーからのデータをすべてリアルタイムにかつ温度曲線とともに処理サイクル中にプリント可能とすることを特徴とする方法。
7. 請求項１から６のいずれかの方法において、伝熱流体が循環する速度は、その速度のモニタリングによって囲繞処理スペース内で一定に保たれ、伝熱流体を送り込む手段の流量に作用することを特徴とする方法。
   

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