JP2016135544A

JP2016135544A - 木材乾燥装置及び方法

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Publication number: JP2016135544A
Application number: JP2013065171A
Authority: JP
Inventors: 則久正木; Norihisa Masaki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2016-07-28
Also published as: WO2014157078A1

Abstract

【課題】木材を劣化なく内部まで充分に乾燥でき、かつ迅速な乾燥速度を得ることができる木材乾燥装置及び方法を提供する。
【解決手段】木材乾燥装置は、外部から供給された空気が接触し電磁波又は帯電粒子を放出可能な活性化部材を有する空気活性化手段と、空気活性化手段に連結され空気活性化手段から供給された空気を用いて燃料を燃焼し煙成分を発生する燃焼室と、燃焼室に連結され燃焼室で発生した煙成分によって内部に収納された木材を乾燥させるように構成された乾燥室とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、木材を乾燥させる乾燥装置及び方法に関する。特に、伐採後の丸太等の水分を含有する木材を燃料の燃焼によって発生した煙成分により加熱し乾燥させる木材乾燥装置及び方法に関する。

木材は、一般に、素材として使用する場合に使用する前に充分に乾燥させて用いられる。その理由としては、木材は水分を含んだままでは強度が低い点が挙げられる。さらに、木材は伐採した直後から水分が乾燥するにしたがって物理的な諸特性が変化するので、水分を含んだ状態で素材として使用すると使用中に諸特性が変化し問題となる点も挙げられる。しかしながら、木材を完全に乾燥させようとする場合、自然乾燥のみで乾燥を行うと、数年から数十年単位までの多大な乾燥時間を要する。このため加熱すること等により乾燥時間を短縮することが考えられるが、加熱を行うと木材の品質の劣化等が起こり易い。従って、乾燥時間を短縮し、かつその過程で木材の品質を劣化させない技術が従来から強く望まれている。

本願発明者は特許文献１において、乾燥室の内部に炭素膜を有し、この乾燥室への加熱により炭素膜から輻射熱を発生させて木材を加熱し、木材の芯部温度を維持することで乾燥させる木材の乾燥方法を開示している。この木材の乾燥方法は、乾燥室を加熱することで、炭素を備える炭素膜が加熱され、この炭素膜の略全面から炭素の輻射熱が発生して木材を効率良く均一に加熱することで、木材の表面と芯部とが均一に加熱され、芯部の温度条件を一定に維持することによって、木材の略全体に対して一定の乾燥状態を得ようとするものである。

特開２０１１−２１８７１８号公報

近年、木材に対して、その品質を保ちつつ、生産コストを従来以上に削減することが求められている。そのために、木材を劣化なく内部まで乾燥しつつ、さらに可能な限り短時間で乾燥を行うことが求められる。

本発明は上述した背景に基づいてなされたものであり、その目的は、木材を劣化なく内部まで充分に乾燥でき、かつ迅速な乾燥速度を得ることができる木材乾燥装置及び方法を提供することにある。

本発明によれば木材乾燥装置は、外部から供給された空気が接触し電磁波又は帯電粒子を放出可能な活性化部材を有する空気活性化手段と、空気活性化手段に連結され空気活性化手段から供給された空気を用いて燃料を燃焼し煙成分を発生する燃焼室と、燃焼室に連結され燃焼室で発生した煙成分によって内部に収納された木材を乾燥させるように構成された乾燥室とを備えている。

空気活性化手段に供給された空気は、その活性化部材と接触することによって、電磁波又は帯電粒子を放出する。これにより、空気の含有物が電磁波を受ける、又は、空気が帯電粒子を含有する等により、空気が活性化する。活性化した空気を用いて燃料を燃焼させて煙成分を発生させる。この煙成分を燃焼室に供給し木材を乾燥させることで、木材を劣化なく内部まで充分に乾燥でき、かつ迅速な乾燥速度を得ることができる。

空気活性化手段は空気を吸入する吸入口と空気を排出する排出口とを有し、この空気活性化手段の活性化部材は少なくとも１つの表面が吸入口と排出口とを結ぶ直線に対して非平行となるように構成され、空気活性化手段は非平行の少なくとも１つの表面に沿って空気が流通する流路を備えていることも好ましい。空気は活性化部材に接触しつつ、吸入口から排出口に向かう直線よりも長い距離の流路を移動する。このため、空気が活性化粒子に接触する時間が長くなる。

活性化部材は、セラミックに活性化粒子を分散した平板形状に構成されていることが好ましい。活性化部材に対する活性化粒子の含有量を容易に調節でき、平板の大きさ、数又は配置によって空気との接触面積や時間を調節できるため、有効に空気と接触が行われる活性化部材を設計できる。

活性化部材は、ラジウムを含有する粒子、角閃石、又は炭素及びケイ素を含有する粒子から選ばれる活性化粒子を含むことが好ましい。ラジウムを含有する粒子及び炭素及びケイ素を含有する粒子は電磁波を放出することができる。角閃石、又は炭素及びケイ素を含有する粒子は帯電粒子を放出することができる。これらの活性化粒子は比較的供給が容易である。

活性化部材は、活性化部材に対する重量比が４０〜８０重量％である活性化粒子を含むことが好ましい。活性化粒子の含有量がこの範囲内で、活性化部材の表面で空気に接触しやすく、活性化粒子が分散した活性化部材を成形しやすい。

活性化部材は、径が１〜１０００μｍである活性化粒子を含むことが好ましい。活性化粒子は充分な表面積が得られ、かつ活性化部材に分散させた場合に活性化部材の表面に現れている面積が大きいので、空気に接触しやすい。

また、本発明の木材乾燥方法は、空気を電磁波又は帯電粒子を放出可能な活性化粒子に接触させた後に燃焼室に供給し、燃焼室において供給された空気を用いて燃料を燃焼させることにより煙成分を発生させ、発生した煙成分を木材を収納した乾燥室に供給して木材を乾燥させる。

空気が活性化粒子に接触することによって、電磁波又は帯電粒子に接触し、空気の含有物が電磁波を受ける、又は空気が帯電粒子を含有する等により、空気が活性化する。活性化した空気を用いて燃料を燃焼させて煙成分を発生させる。この煙成分を燃焼室に供給し木材を乾燥させることで、木材を劣化なく内部まで充分に乾燥でき、かつ迅速な乾燥速度を得ることができる木材乾燥方法となる。

本発明によれば、空気活性化手段に供給された空気は、その活性化部材と接触することによって、電磁波又は帯電粒子を放出する。これにより、空気の含有物が電磁波を受ける、又は空気が帯電粒子を含有する等により、空気が活性化する。活性化した空気を用いて燃料を燃焼させて煙成分を発生させる。この煙成分を燃焼室に供給し木材を乾燥させることで、木材を劣化なく内部まで充分に乾燥でき、かつ迅速な乾燥速度を得ることができる。

本発明の実施形態における木材乾燥装置の全体構成を概略的に示す一部破断正面図である。図１の木材乾燥装置の全体構成を概略的に示す平面図である。図１の木材乾燥装置の空気活性化手段を概略的に示す斜視図である。図３の空気活性化手段における活性化部材を示す透過斜視図である。図３の空気活性化手段における活性化部材を詳しく示す一部切欠側面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態における木材乾燥装置１は、供給された空気を用いて燃料を燃焼し煙成分を発生する燃焼室２０と、燃焼室２０に供給管を介して連結され内部に木材３１を収納可能な乾燥室３０と、燃焼室２０に連結され外部から空気を供給する空気供給管５０とを備えている。木材乾燥装置１は、さらに、電磁波又は帯電粒子を放出可能な後述する活性化部材を有する空気活性化手段１０を備えている。燃焼室２０には、空気供給管５０を介して空気活性化手段１０が連結されている。

図３及び図４に示すように、空気活性化手段１０は、本体１２と、この本体１２内に設けられた少なくとも１つの活性化部材収納筐体１１とを備えている。本実施形態では、本体１２は金属筒から構成されている。本実施形態では、本体１２はステンレス製の角筒である。本体１２の下端には、円筒形状の吸入口部材１２ａが取付けられている。吸入口部材１２ａは、内径が本体１２の角筒の一辺の長さより大きい円筒形状となっており、本体１２内に空気４０ａを吸引し易いように構成されている。本体１２の上端には、内径が本体１２の角筒の一辺の長さより大きい円筒形状の排出口部材１２ｂが取付けられている。本体１２は、本実施形態では、２つの角筒をステンレス等の金属製のリブ部１２ｃで連結して構成されており、本体１２の外面には、後述する支持部材１４に本体１２を取付けるためのステンレス等の金属製の取付けフレーム１２ｄ及び１２ｅが溶接によって固着されている。

空気活性化手段１０は、空気４０ａを吸入するための吸入口１０ａと、空気供給管５０に連結され空気４０ｂを排出するための排出口１０ｂとを有している。本実施形態では、吸入口部材１２ａ及び排出口部材１２ｂを有する本体１２の下端及び上端がそれぞれ吸入口１０ａ及び排出口１０ｂに相当する。

本体１２内には、４つの図４に示す活性化部材収納筐体１１が連続して重なる状態で収納されている。

図４に示すように、各活性化部材収納筐体１１は、本実施形態では、本体１２内に収納可能な直方体形状を有している。具体的には、活性化部材収納筐体１１は、その６面をステンレス板で囲むことにより構成されている。ただし、この活性化部材収納筐体１１の底面部１１ａ及び頂面部１１ｂには、多数の通気孔１６及び１７がそれぞれ設けられている。本実施形態では、底面部１１ａ及び頂面部１１ｂの略全面に均一に分布するように、８×８の計６４個の通気孔１６及び１７がそれぞれ穿たれている。通気孔１６及び１７の各々は、円形の開口であり、底面部１１ａ及び頂面部１１ｂを貫通している。活性化部材収納筐体１１には、後述する活性化部材１３を支持するための複数の支持部材１５が設けられている。支持部材１５は、活性化部材収納筐体１１の図において前面及び背面の内壁から突出するピン部材である。これらピン部材は、円柱形状のステンレス製ピンから構成されており、活性化部材収納筐体１１の内壁に溶接によって固着されている。

各活性化部材収納筐体１１には、活性化部材１３が収納されている。本実施形態では、活性化部材１３は多数の活性化粒子１３ａを含有する板状の部材として構成されている。活性化部材１３はバインダ１３ｂに多数の活性化粒子１３ａが分散して形成されている。これら活性化粒子１３ａは、その一部が活性化部材１３の表面に露出するように構成されている。本実施形態では、活性化粒子１３ａはバインダ１３ｂ内に均一に分散されることで、その一部が活性化部材１３の表面に露出している。

各活性化粒子１３ａは、電磁波又は帯電粒子を放出可能な粒子である。電磁波を放出可能な粒子とは、例えば放射性物質若しくは遠赤外線等を放出する物質、又は圧電効果若しくは焦電効果を示す物質等を含む粒子等である。これらの物質の一例として、放射性物質であるラジウム元素を含む鉱石等がある。ラジウム元素を含む鉱石には、ラジウム元素が放射線を放出した産物であるラドン元素が含まれていることがある。電磁波を放出可能な粒子には、他に、遠赤外線を放出しやすい炭素を含んだ鉱石などがある。炭素を含んだ鉱石としては、さらに具体的には、ケイ素と炭素を含有するブラックシリカがある。

帯電粒子を放出可能な粒子とは、帯電した元素（例えばイオン）や、帯電した微粒子を放出可能な粒子である。イオンを放出可能な粒子には、例えば一般にマイナスイオンを発生するといわれる物質等を含む粒子が挙げられる。こうした粒子としては角閃石やトルマリンが挙げられる。本実施形態では、活性化粒子１３ａとしては、電磁波を発生する粒子として放射性物質のラジウム元素を含む鉱石の粒子を用いている。活性化粒子１３ａとしては、このラジウム元素を含む鉱石の粒子に角閃石である天照石及び乙姫石の粒子を混合して用いている。

活性化粒子１３ａとしては、径が１０００μｍ未満のものを用いるのが望ましい。径が大きすぎると表面積が小さくなり、空気４０と接触しにくくなる。径が小さすぎると活性化部材１３の表面に露出しにくくなり、空気４０と接触しにくくなる。本実施形態では２０〜６０μｍのものを使用している。活性化部材１３の活性化粒子１３ａの含有量は４０〜８０重量％が望ましい。活性化粒子１３ａの量がバインダ１３ｂに対して少なすぎると、空気４０と接触することによる効果が充分に得られない。バインダ１３ｂに対して多すぎると活性化部材１３を成形することができない。活性化粒子１３ａを４５〜５５重量％とし、バインダの割合を大きくすると活性化部材１３の強度が上がり扱いやすくなりコストが削減できる。又、活性化粒子１３ａを６０〜８０重量％とすると、活性化粒子１３ａの空気４０への接触面積が大きくなる。

バインダ１３ｂは活性化粒子１３ａと混練して活性化部材１３の成形を行いやすいように加えられる。バインダ１３ｂとしては、活性化粒子１３ａと混練しやすいものであれば任意の材料であっても良いが、例えばセラミック又は樹脂が用いられる。セラミックとしては粘土やその他の焼結体が使用できる。本実施形態では、バインダ１３ｂに粘土を使用している。

本実施形態では、活性化部材収納筐体１１内に複数の活性化部材１３が収納されている。これら活性化部材１３は、図４及び図５において前面及び背面の内壁から突出するピン部材である支持部材１５に架け渡されて配置されている。この場合、活性化部材１３は、正面及び背面の支持部材１５のうち、高さ位置の異なる支持部材１５間に架け渡されており、これにより活性化部材１３は、図示のように左右に傾斜して配置されている。即ち、左側が低い位置の支持部材１５に、右側が高い位置の支持部材１５にそれぞれ係合している。ただし、左上側及び右下側の活性化部材１３Ｂは、架け渡す長さが短くなるため、その他の活性化部材１３Ａに比べて、長さが短くなっている。なお、活性化部材１３の左右の端と、活性化部材収納筐体１１の内壁との間には、煙の通過する隙間４１が何らかの形態で形成されている。例えば、図５において、最も下方及び最も上方の活性化部材１３についてはそれらの左下端及び右上端と活性化部材収納筐体１１の内壁との間に隙間４１を設け、最も下方より一つ上の活性化部材１３については左下端を活性化部材収納筐体１１の内壁に当接させると共に右上端と活性化部材収納筐体１１の内壁との間に隙間４１を設け、その上の活性化部材１３の右上端を活性化部材収納筐体１１の内壁に当接させると共に左下端と活性化部材収納筐体１１の内壁との間に隙間４１を設け、以下同様に構成することにより、ジグザグ状の空気流路を形成することができる。

活性化部材１３の表面が空気活性化手段１０の吸入口１０ａ及び排出口１０ｂを結ぶ直線に対して傾斜していることにより、より具体的には、図５に示すように、活性化部材１３が活性化部材収納筐体１１の底面部１１ａ及び頂面部１１ｂに対して傾斜して配置されていることにより、空気４０ｃが傾斜した表面に沿って流通する流路が形成される。即ち、空気４０ｃは底面部１１ａの通気孔１６から供給され、活性化部材１３の表面に沿って流れ、隙間４１を通って次の活性化部材１３の表面に沿って流れ、以下同様にジグザグに流れた後、頂面部１１ｂの通気孔１７から放出されるように流路が形成されている。

支持部材１４は金属製の枠材から構成されており、空気活性化手段１０はこの支持部材１４に取付けフレーム１２ｄ及び１２ｅを溶接することによって固着されている。

燃焼室２０は、燃料２２を燃焼させ、乾燥室３０内の木材３１ａ及び３１ｂを乾燥させるための煙成分を生成するための燃焼炉である。本実施形態では、燃焼室２０は、壁部２１によって囲まれている。壁部２１は、断熱材を塗布した鋼板によって、断熱材を挟み込んだ複合的な構成素材によって構成される。断熱材は適宜選択できるが、本実施形態では耐火セラミックを使用している。この壁部２１の前面（図１において）に設けられ、開閉扉２３によって開閉可能な供給口２４から燃料２２が送り込まれ内部で燃焼が行われる。開閉扉２３はウィンチ機構２５によって上下に駆動可能となっており、供給口２４の開閉を行うように構成されている。燃料投入棚２６は供給口２４の外側に連結されており、開閉扉２３が開いた際にこの燃料投入棚２６上に載置された燃料が供給口２４を介して燃焼室２０内に投入されるように構成されている。燃料２２は、木質の燃料を使用するが、木質について特に樹種は問わず、雑木及び間伐材等を適宜利用できる。燃料２２として、バイオマス燃料を用いても良い。

燃焼室２０の下方には、壁部２１を貫通して空気供給管５０が連通しており、この空気供給管５０を介して燃焼室２０内に空気が供給される。燃焼室２０の上方には、壁部２１を貫通して第１の煙成分供給管５１が連通しており、第１の煙成分供給管５１を介して燃焼室２０内の煙成分６０が排出される。第１の煙成分供給管５１は供給ファン装置５２を介して第２の煙成分供給管５３に連通しており、この第２の煙成分供給管５３は、後述するように乾燥室３０に連通している。供給ファン装置５２は図示しない操作回路に接続されており、その作動や風速を制御できるように構成されている。なお、空気供給管５０、第１の煙成分供給管５１及び第２の煙成分供給管５３はステンレス製のパイプで形成されている。

乾燥室３０は、内部に搬入された木材３１ａ及び３１ｂを乾燥させるための区画であり、本実施形態では互いに隔離された第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂを備えている。第１の乾燥室３０ａは第２の乾燥室３０ｂより間口が広く構成されており、大型の丸太等の木材３１ａを大量に収容するのに適している。この第１の乾燥室３０ａの床面上には、第１の木材支持部材３２ａが戴置されている。第２の乾燥室３０ｂは小型の丸太や製材された木材３１ｂを収容するのに適しており、この第２の乾燥室３０ｂの床面上には第２の木材支持部材３２ｂが戴置されている。木材３１ａ及び３１ｂは第１の木材支持部材３２ａ及び第２の木材支持部材３２ｂ上に上下左右に間隔を設けて積み上げられ多数収納される。これら第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの前面を除く周囲は、壁部３３によって囲まれている。壁部３３は断熱材を塗布した鋼板によって、断熱材を挟み込んだ複合的な構成素材によって構成される。第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの前面には、手動によって開閉可能な片開き式の扉３４ａ及び３４ｂがそれぞれ設けられている。

第１の乾燥室３０ａは第２の乾燥室３０ｂの下方には、壁部３３を貫通して内部に導入された複数の第１の煙成分分配管５５ａ及び複数の第２の煙成分分配管５５ｂがそれぞれ配設されている。これら第１の煙成分分配管５５ａ及び第２の煙成分分配管５５ｂは、乾燥室の外部において分岐管５４に連通しており、この分岐管５４は第２の煙成分供給管５３に連通している。燃焼室２０からの煙成分６０は、第１の煙成分供給管５１、供給ファン装置５２、第２の煙成分供給管５３、分岐管５４並びに第１の煙成分分配管５５ａ及び第２の煙成分分配管５５ｂを介して第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂ内に分散供給される。第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの側面後方には、壁部３３を貫通して第１の煙成分排出管５６ａ及び第２の煙成分排出管５６ｂがそれぞれ連通しており、これら第１の煙成分排出管５６ａ及び第２の煙成分排出管５６ｂは排気用煙突５７に連通している。排気用煙突５７は、第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの外部において上方に延びている。第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂ内の煙成分６１は、第１の煙成分排出管５６ａ及び第２の煙成分排出管５６ｂ並びに排気用煙突５７を介して外部に排出される。

本実施形態の木材乾燥装置１で乾燥を行う対象である木材３１ａ及び３１ｂは、木材であればその種類及び形態は問わない。即ち、伐採からの期間、乾燥状態、大きさなどは特に規制されず、樹木種及びその部位も問わない。特に、スギ、カラマツなどの乾燥しにくく、曲がりが生じやすい種を含めあらゆる樹木種の各部位のものも利用できる。本実施形態では、第１の乾燥室３０ａには伐採後の丸太等の径及び長さの様々な木材３１ａを、第２の乾燥室３０ｂには丸太からある程度製材を行い、幅や長さの揃った例えば板材等の木材３１ｂを収納している。

第１の木材支持部材３２ａ及び第２の木材支持部材３２ｂは、木材３１ａ及び３１ｂの重量を支えられる強度と耐熱性を持つ材料で構成されている。即ち、木材３１ａ及び３１ｂへの熱の輻射を阻害しない隙間の多い形状と高さを有するように構成されており、例えば鋼材を組んで構成されている。これら第１の木材支持部材３２ａ及び第２の木材支持部材３２ｂは、木材３１ａ及び３１ｂを移動させやすいように、下部に車輪が設けられ台車となっている。

木材３１ａ及び３１ｂは、これら第１の木材支持部材３２ａ及び第２の木材支持部材３２ｂ上に戴置し、天井からの輻射熱が阻害されないように天井まである程度の距離を残した高さまで積み上げられる。第１の乾燥室３０ａでは、第１の木材支持部材３２ａ上にスペーサとなる桟木３５を挟んで、積み上げた際に木材３１ａ相互にある程度の隙間が生じるように配列して戴置している。第２の乾燥室３０ｂでは、第２の木材支持部材３２ｂ上に途中に中間支持部材３６を挟んで、板材等の木材３１ｂを配列して戴置している。

第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの側方内壁には、木材に対する遠赤外線による乾燥の効果を増幅するフェンス３７が設けられている。フェンス３７は、目が３〜５ｃｍのステンレス製の網状（メッシュ状）部材であり、第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの両側方内壁を覆うように固定されている。これらフェンス３７は、第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂ内で遠赤外線を放出するか、又は第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂ内に生じている遠赤外線を乱反射することで、木材３１ａ及び３１ｂに遠赤外線が当たりやすくする。

一部の木材３１ａ及び３１ｂの端部の芯部には、図示しない芯部温度センサが取り付けられている。木材の芯部とは、外周表面ではない中心部であり、木材を輪切りにした際の略中心部及びその周辺を指す。端部とは、木材の一端面から内部側に径の半分以上離れた部分である。木材の外周表面から、この端部の芯部に向けて温度センサ挿入口が穿たれ、芯部温度センサ（図示せず）が差し込まれている。芯部温度センサは先端部分に温度感知部を有する温度センサであり、木材の外周表面から内部に向けて差し込まれ、温度感知部が芯部に位置するように配置される。本実施形態では、芯部温度センサと、この芯部温度センサに接続され温度を測定及び記録する外部回路（図示せず）とから温度制御装置が構成される。芯部温度センサは、各木材について両端部の芯部２箇所に配置されていることが望ましい。

第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの内部には、温度を管理するための複数の室内温度センサ（図示せず）が設けられている。乾燥室内の位置によって、特に上部と下部とでは対流により温度差が発生するので、室内温度センサは、第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの壁面における上下位置や左右位置にそれぞれ複数設けられている。本実施形態では、第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの上下に２列、左右に３列の室内温度センサが設けられている。

次に、本実施形態における木材乾燥装置１を用いた木材乾燥方法について、図１、図２、図４及び図５を用いて説明する。まず、木材３１ａを第１の木材支持部材３２ａ上に、木材３１ｂを第２の木材支持部材３２ｂ上に載置する。第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの扉３４ａ及び３４ｂをそれぞれ開けて、第１の木材支持部材３２ａ及び第２の木材支持部材３２ｂをその車輪を利用して移動させ、木材３１ａ及び３２ｂをそれぞれ第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂ内部に収納する。

次いで、燃焼室２０内の燃料２２を燃焼させ、煙成分６０を発生させる。このとき、燃焼室２０内の燃料２２の燃焼と共に、その燃焼に必要とされる空気４０ｂは、空気活性化手段１０を通じて空気供給管５０から供給される。具体的には、図１に示すように、空気活性化手段１０の吸入口１０ａから空気４０ａが吸入され、排出口１０ｂから空気４０ｂが排出されて、この空気４０ｂが空気供給管５０を介して燃焼室２０内に供給される。このとき、図５に示すように、空気活性化手段１０内には空気４０ｃの流路が発生する。

空気活性化手段１０内において空気４０ｃの流れについてさらに詳細に説明する。吸入口１０ａから空気活性化手段１０内に供給された空気４０ａは、図５に示すように、通気孔１６を介して活性化部材収納筐体１１内に流入する。活性化部材収納筐体１１内に流入した空気４０ｃは、活性化部材１３の表面に沿って、活性化部材１３と活性化部材収納筐体１１との間及び活性化部材１３相互の空間４２内を流路を形成して移動する。具体的には、活性化部材１３の表面が空気活性化手段１０の吸入口１０ａ及び排出口１０ｂを結ぶ直線に対して傾斜していることにより、即ち、活性化部材１３が活性化部材収納筐体１１の底面部１１ａ及び頂面部１１ｂに対して傾斜して配置されていることにより、空気４０ｃは活性化部材１３に衝突しつつその傾斜した表面に沿って流れる。最も下方の活性化部材１３における左下端及び右上端と活性化部材収納筐体１１の内壁との間に隙間４１が設けられているため、空気４０ｃは、この隙間４１を通じて通気孔１７に近い図の上方の空間４２内に移動する。次いで、空気４０ｃは、活性化部材１３の表面に沿って空間４２内を図の左下に向かう流路と、そのまま図の右上に向い、隙間４１に向かう流路とを形成して移動し、次の隙間４１を通じて上方の空間４２内に移動する。以下同様にして、空気４０ｃは図５に示した流路を形成しつつ、活性化部材収納筐体１１内をジグザグに移動する。この過程で、空気４０ｃは活性化部材１３と長時間接触する。

空気４０ｃは、活性化部材１３と接触することで、活性化粒子１３ａの放出する電磁波又は帯電粒子と接触する。活性化粒子１３ａとのこれらの接触により影響を受けた空気４０ｃを、以下、活性化された空気４０ｂとする。本実施形態では、空気４０ｃがラジウム元素の放出する放射線を受けると共に、角閃石の放出するイオンが空気４０ｃに含有されることで、活性化された空気４０ｂとなる。

この活性化された空気４０ｂが燃焼室２０に送り込まれ、燃焼室２０内の燃料２２を燃焼させ、煙成分６０を発生させる。このように発生した煙成分６０は、供給ファン装置５２の作動により、第１の煙成分供給管５１、供給ファン装置５２、第２の煙成分供給管５３、分岐管５４並びに第１の煙成分分配管５５ａ及び第２の煙成分分配管５５ｂを介して第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂ内に供給される。

供給された煙成分６０は、第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの床側に流れ、対流によって天井側にも流れる。そのため、煙成分６０は第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの内面に一様に当ることとなる。この煙成分６０は第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの内面や木材３１ａ及び３１ｂの表面に被着して炭素膜を形成する。炭素膜は煙成分６０が引き続き供給されることにより成長し厚さが増大する。この炭素膜は加熱されることにより、遠赤外線又は赤外線を放射し、木材３１ａ及び３１ｂを穏やかに加熱する。木材３１ａ及び３１ｂは、煙成分６０が直接接触することによる熱伝導によっても加熱される。煙成分６０から木材３１ａ及び３１ｂへの熱伝導は、木材表面に形成された炭素膜にも伝わるため、この熱伝導によっても炭素膜が加熱され、遠赤外線又は赤外線の放射が行われる。このように、炭素膜の存在によって、煙成分６０が木材の表面に直接当たることがなく、木材３１ａ及び３１ｂの表面のみが過剰に加熱されて劣化の原因となるようなことがなくなる。

木材３１ａ及び３１ｂの乾燥及び炭素膜の形成に用いられた煙成分及び余剰の煙成分は、煙成分６１として、第１の煙成分排出管５６ａ及び第２の煙成分排出管５６ｂを介して排気用煙突５７から外部に排出される。

木材３１ａ及び３１ｂの芯部の温度は、芯部温度センサで計測され、燃料２２の量の調節、排気量の調節、気圧調節装置による酸素流入量又は気圧の調節、及び供給ファン装置５２の速度調節などを行うことにより、最適値に制御することができる。

木材３１ａ及び３１ｂの乾燥は、その芯部温度が、５５℃以上９５℃未満の値に維持されるように行われる。芯部温度が５５℃を下回ると木材の芯部が充分に加熱されず、細胞の壁孔が破壊されず、芯部全体が乾燥されない。さらにリグニンやヘミセルロースが軟化せず、木材に内部応力が残り、曲がりが生じて充分に良好な品質が得られない。９５℃以上となると芯部の細胞も破壊され劣化する可能性があり、表面温度はさらに高くなっているため劣化するおそれが大きい。充分に乾燥が得られかつ曲がりが除去でき、表面の劣化が少ない範囲としては、芯部温度は６０℃以上９０℃未満が特に望ましい。

上述の芯部温度を維持しつつ乾燥させるためには、燃焼室２０から煙成分６０を供給して木材の芯部温度を上述した温度まで上昇させた後、その温度を一定の乾燥時間だけ維持することが必要である。本実施形態の木材乾燥装置１では、第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂへの煙成分６０の供給開始より２〜４時間で木材の芯部温度を６５〜９５℃まで上げることができる。その後はこの芯部温度を２４〜９６時間前後の一定時間、継続して維持する。木材の曲がりを除去するには、３０時間以上を継続して乾燥する必要がある。

本実施形態では、６５〜９５℃の芯部温度を９６時間維持した後、燃焼室２０の燃焼を停止し、排気を行うことにより第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂを冷却する。具体的には、第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂ内の温度が室温前後となるまで半日〜１日前後を放置する。その後、扉３４ａ及び３４ｂを開き、第１の木材支持部材３２ａ及び第２の木材支持部材３２ｂをその車輪を利用して移動させることにより、木材３１ａ及び３２ｂをそれぞれ第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂから搬出し、風乾する処理を行う。

本実施形態においては、空気活性化手段１０の空気活性化作用により、木材３１ａ及び３１ｂを乾燥させる際に、その芯部温度を短時間で上昇させることができる。また、その乾燥の間、安定した芯部温度を維持することが可能となる。また、前述した炭素膜の作用により、燃焼室２０の温度、即ち煙成分６０の温度を高くしても木材の品質に劣化が生じないので、燃焼室２０の温度を高めることによって、乾燥時間をさらに短くすることができる。さらに、木材の原料となる木の品種や木材のサイズを問わず、短時間で乾燥させることが可能であるため、乾燥の作業を簡略化させることができる。さらにまた、乾燥の条件を定めるために試行錯誤せずにあらかじめ設定した一定の条件で乾燥を行うことができる。その結果、生産コストを削減した有効な木材生産を行うことが可能となる。

空気活性化手段１０の空気活性化作用により上述した効果が生じるメカニズムについては、正確には解明されていないが、活性化粒子１３ａより発する電磁波が、活性化部材収納筐体１１内に導入された空気４０ｃに含まれる分子や粒子に対して物理的作用を及ぼし、これによって得られた空気４０ｂを用いて燃焼を行い、得られた煙成分６０により木材の乾燥を行うことにより、その乾燥が促進されていると考えられる。さらに、活性化粒子１３ａより発する帯電粒子、特にいわゆるマイナスイオンが空気４０ｃ内に増加し、それらの粒子の影響によりその空気４０ｂを用いて得られた煙成分６０が乾燥を促進していると考えられる。加えて、活性化粒子１３ａが、空気４０ｃ内に含まれる乾燥を阻害するような物質を吸着するので、燃焼室２０へ送り込まれる空気４０ｂからはこれらの物質が除去されることで、得られる煙成分６０にもそのような物質が含まれず、その結果、木材の乾燥が促進されている可能性もある。

また、本実施形態による木材乾燥装置１を用いた木材乾燥方法を用いて乾燥した木材は、木質以外の化学物質の含有量が少ない木材となっている。具体的には、乾燥後の木材は、アルデヒド等の揮発性有機化合物、硫黄酸化物又は窒素化合物等の放出量が減少している。本実施形態では木材内部への乾燥が有効に行われるために、乾燥中に水分と共にこれらの物質が木材内部から除去される可能性がある。このため、大気に含まれる化学物質等が伐採前の樹木や乾燥前の木材に付着したとしても、この木材乾燥方法を用いた乾燥により除去することができる。

本実施形態おける活性化部材１３は、バインダ１３ｂに活性化粒子１３ａを混練し板状に成形することで形成されている。この場合、活性化粒子１３ａの含有量や配置は任意に調整でき、活性化粒子１３ａと空気４０ｃとが効率的に接触するように構成できる。そのため、溶岩や自然の鉱石を燃焼室等に配置してその輻射を利用する従来の方法に対して、効率的に電磁波や帯電粒子を発生するように構成可能である。

上述した実施形態の一変更態様として、活性化部材１３の表面が吸入口１０ａ及び排出口１０ｂを結ぶ直線に対して傾斜していなくとも良い。例えば、活性化部材１３の表面が上述した直線に対して略垂直でもあっても良く、活性化部材１３の表面が曲面を形成していても良い。

その他の変更態様として、空気活性化手段１０における本体１２や活性化部材収納筐体１１が、上述した材料以外の材料で形成されていても良い。例えば、電磁波又は帯電粒子を放出可能な素材を含有する構成材料で構成されていても良い。例として、活性化部材収納筐体１１が、上述したような角閃石の粒子をセラミックに分散させた材料で形成されていても良い。活性化部材収納筐体１１のこの構成により、空気４０ｃがより多くの角閃石の粒子と接触する。

さらに他の変更態様として、第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂ内の炭素膜に輻射を行わせるための手段として、炭素膜を加熱する手段が別個に設けられていても良い。例えば、第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂの内面の温度を上昇させ、炭素膜を過熱させる手段が設けられていても良い。

［乾燥試験］
内部表面が断熱材を塗布した鋼板によって断熱材を挟み込んで構成された壁、床及び天井によって囲まれた第１の乾燥室３０ａ（３．２ｍ×４．５ｍ×４．５ｍ）及び第２の乾燥室３０ｂ（２ｍ×４．５ｍ×３．５ｍ）と、燃焼室２０（３ｍ×２．３ｍ×１．７ｍ）と、燃焼室２０への空気供給路に設けられた空気活性化手段１０とを備えた木材乾燥装置１を用いて乾燥試験を行った。

活性化粒子１３ａとして、ラジウム元素を含む鉱石の粒子、並びに天照石及び乙姫石の粒子であってそれぞれ径が２０〜６０μｍのものを粘土のバインダ１３ｂに対して約５０重量％となるよう混練して板状の活性化部材１３を得た。５つのこのような活性化部材１３をステンレスを構成素材とする１５２×１３０×１７５ｍｍの活性化部材収納筐体１１内に収納して固定し、この活性化部材収納筐体１１を本体１２内に４つ収納固定することによって空気活性化手段１０とした。

実施例１として、この木材乾燥装置１の第１の乾燥室３０ａ内に伐採後のカラマツの丸木を桟木３５（６０ｍｍ×６０ｍｍの角パイプ）を入れて隙間を確保しつつ収納して木材３１ａとし、第２の乾燥室３０ｂ内にはスギを製材して得た板材を収納して積み重ね、木材３１ｂとした。このような木材３１ａ及び３１ｂに対して、燃焼室２０で雑木及び間伐材を燃料２２として燃焼させ、得られた煙成分６０を第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂに供給して乾燥を開始した。比較例１として、空気活性化手段１０及びフェンス３７を設けない木材乾燥装置を用いて同様に乾燥を行った。

第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂにおける木材３１ａ及び３１ｂの種々の位置における芯部温度を芯部温度センサを用いて測定すると共に、燃焼室２０、並びに第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂ内の種々の位置における室内温度を室内温度センサを用いて測定し、芯部温度が５５〜９５℃の範囲を維持するように燃焼室２０の燃料２２の量を調整した。その温度測定結果（℃）を、実施例１については表１に、比較例１については表２に示す。ただし、表１及び表２において、各欄は温度測定した位置を表わしており、各列は温度測定した時刻を表わしている。

表１において、「丸太室上」は第１の乾燥室３０ａの上部、「丸太室下」は第１の乾燥室３０ａの下部、「製品室上」は第２の乾燥室３０ｂの上部、「製品室下」は第２の乾燥室３０ｂの下部、「丸太上」は第１の乾燥室３０ａの上部に収納した木材３１ａ、「丸太中」は第１の乾燥室３０ａの中間部に収納した木材３１ａ、「丸太下」は第１の乾燥室３０ａの下部に収納した木材３１ａ、「製品上」は第２の乾燥室３０ｂの上部に収納した製材された木材３１ｂ、「製品中」は第２の乾燥室３０ｂの中間部に収納した製材された木材３１ｂ、「製品下」は第２の乾燥室３０ｂの下部に収納した製材された木材３１ｂをそれぞれ表している。また、表２において、「木材右奥」は乾燥室の前面から見て右奥に収納した木材、「木材右手前」は乾燥室の前面から見て右手前に収納した木材、「木材左手前」は乾燥室の前面から見て左手前に収納した木材、「木材右中」は乾燥室の前面から見て右中間部に収納した木材、「木材右上中」は乾燥室の前面から見て右上中間部に収納した木材、「木材左中」は乾燥室の前面から見て左中間部に収納した木材、「木材左上奥」は乾燥室の前面から見て左上奥に収納した木材、「木材右下奥」は乾燥室の前面から見て右下奥に収納した木材、「木材右上奥」は乾燥室の前面から見て右上奥に収納した木材、「室内左下奥」は乾燥室の前面から見て左下奥部、「室内右中手前」は乾燥室の前面から見て右中間部の手前、「室内右上手前」は乾燥室の前面から見て右上の手前、「室内右下手前」は乾燥室の前面から見て右下の手前をそれぞれ表わしている。

比較例１においては、燃焼室２０の温度を３００℃以上に上げると木材３１に割れが生じることがあるため、温度を３００℃未満に保った。一方、実施例１においては、予備的な実験において燃焼室２０の温度を３００℃以上としても木材３１ａ及び３１ｂに割れが生じなかったため、この試験では３００℃以上の温度に設定して燃焼を行った。

実施例１においては、開始から３〜４時間で目標とする芯部温度である６０℃前後に到達した。到達した後は、芯部温度はほとんど上下せず、安定に保たれていた。以後、芯部温度が安定に保った状態を続け、４日目に炉を停止し、１０時間冷却してから木材３１ａ及び３１ｂを第１の乾燥室３０ａ及び第２の乾燥室３０ｂから搬出した。一方、比較例１においては、目標とする芯部温度である９０℃前後に到達するまで開始から６〜７時間を要した。

なお、実施例１について、試験後に活性化部材収納筐体１１及び燃焼室２０内について、ＪＩＳＢ９９２９：２００６に規定された方法を用いて空気中のイオン密度を測定したところ、活性化部材収納筐体１１では９万／立方ｍ、燃焼室２０では１４万／立方ｍであった。

実施例１の木材は、その芯部まで均一に乾燥し、表面やその近くに熱劣化やひび割れは見られなかった。また、実施例１の木材は、その後の１か月ほどの風乾でも、ねじれ、反りなどの曲がりは発生しなかった。

一方、比較例１の木材では、乾燥後の木材をさらに角材などの形状に加工すると、木材の木目に応じて割れが生じることがあり、加工した際の歩止まりが４５〜７０％前後であった。これに対して実施例１の木材では、こうした割れが生じることがほとんどなく、歩止まりは８０〜１００％であった。これらの結果から、本発明の木材乾燥装置及び木材乾燥方法は、従来よりも短時間で木材の乾燥を行うことができ、乾燥した木材の劣化がより少ないことが示された。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々、設計変更した形態を技術的範囲に含まれるものである。

本発明は木材の利用及び処理の問題をいずれも解決し得るものである。木材の利用される建築や素材をはじめとするあらゆる分野に役立ち、利用と処理のいずれの面の利用によっても環境問題の解決に寄与する技術となるものである。

１木材乾燥装置
１０空気活性化手段
１０ａ吸入口
１０ｂ排出口
１１活性化部材収納筐体
１１ａ底面部
１１ｂ頂面部
１２本体
１２ａ吸入口部材
１２ｂ排出口部材
１２ｃリブ部
１２ｄ、１２ｅ取付けフレーム
１３、１３Ａ、１３Ｂ活性化部材
１３ａ活性化粒子
１３ｂバインダ
１４、１５支持部材
１６、１７通気孔
２０燃焼室
２１、３３壁部
２２燃料
２３開閉扉
２４供給口
２５ウィンチ機構
２６燃料投入棚
３０乾燥室
３０ａ第１の乾燥室
３０ｂ第２の乾燥室
３１ａ、３１ｂ木材
３２ａ第１の木材支持部材
３２ｂ第２の木材支持部材
３４ａ第１の扉
３４ｂ第２の扉
３５桟木
３６中間支持部材
３７フェンス
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ空気
４１隙間
４２空間
５０空気供給管
５１第１の煙成分供給管
５２供給ファン装置
５３第２の煙成分供給管
５４分岐管
５５ａ第１の煙成分分配管
５５ｂ第２の煙成分分配管
５６ａ第１の煙成分排出管
５６ｂ第２の煙成分排出管
５７排気用煙突
６０、６１煙成分

Claims

外部から供給された空気が接触し電磁波又は帯電粒子を放出可能な活性化部材を有する空気活性化手段と、該空気活性化手段に連結され該空気活性化手段から供給された空気を用いて燃料を燃焼し煙成分を発生する燃焼室と、該燃焼室に連結され該燃焼室で発生した前記煙成分によって内部に収納された木材を乾燥させるように構成された乾燥室とを備えていることを特徴とする木材乾燥装置。
前記空気活性化手段は前記空気を吸入する吸入口と前記空気を排出する排出口とを有し、該空気活性化手段の前記活性化部材は少なくとも１つの表面が前記吸入口と前記排出口とを結ぶ直線に対して非平行となるように構成され、前記空気活性化手段は該非平行の少なくとも１つの表面に沿って前記空気が流通する流路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の木材乾燥装置。
前記活性化部材は、セラミックに活性化粒子を分散した平板形状に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の木材乾燥装置。
前記活性化部材は、ラジウムを含有する粒子、角閃石、又は炭素及びケイ素を含有する粒子から選ばれる活性化粒子を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の木材乾燥装置。
前記活性化部材は、該活性化部材に対する重量比が４０〜８０重量％である活性化粒子を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の木材乾燥装置。
前記活性化部材は、径が１〜１０００μｍである活性化粒子を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の木材乾燥装置。
空気を電磁波又は帯電粒子を放出可能な活性化粒子に接触させた後に燃焼室に供給し、該燃焼室において供給された空気を用いて燃料を燃焼させることにより煙成分を発生させ、発生した煙成分を木材を収納した乾燥室に供給して前記木材を乾燥させることを特徴とする木材乾燥方法。