JP2017001320A - 木材処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却時間の短縮化を図りながらも、制御の簡略化を図り得る木材処理装置を提供する。【解決手段】容器１０内に高圧高温水蒸気を供給して該容器内に収容された被処理木材２を処理する木材処理装置１であって、前記容器内には、冷却媒体を流通させる冷却管路１７が当該容器内を通過するように設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、容器内に高圧高温水蒸気を供給して被処理木材を処理する木材処理装置に関する。

従来より、容器内に高圧高温水蒸気を供給して容器内に収容されたフリッチ材等の被処理木材に着色等の処理をする木材処理装置が知られている。このような木材処理装置においては、高圧高温水蒸気を供給した後に冷却する必要があるが、急激に圧力を降下させれば、処理された木材内部の水分が急激に沸騰・気化して木材が急激に乾燥し、割れが生じ易くなることが考えられる。そのため、徐々に排気したり、放置（自然）冷却したりすることが考えられるが、冷却時間が長期化するという問題があった。
例えば、下記特許文献１には、高圧蒸気釜内に木材の表面に散水する散水器を設けた着色装置が開示されている。

特開２００９−２８５８７５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたような着色装置では、散水器によって散水して蒸気釜内を冷却する際に、急激な圧力変動が生じないように圧力をコントロールしながら高圧水を散水する必要があり、更なる改善が望まれる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、冷却時間の短縮化を図りながらも、制御の簡略化を図り得る木材処理装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明に係る木材処理装置は、容器内に高圧高温水蒸気を供給して該容器内に収容された被処理木材を処理する木材処理装置であって、前記容器内には、冷却媒体を流通させる冷却管路が当該容器内を通過するように設けられていることを特徴とする。

本発明に係る木材処理装置は、上述のような構成としたことで、冷却時間の短縮化を図りながらも、制御の簡略化を図ることができる。

（ａ）、（ｂ）は、いずれも本発明に係る木材処理装置の一例を模式的に示し、（ａ）は、一部破断概略縦断面図、（ｂ）は、一部省略概略平面図である。 （ａ）は、同木材処理装置のシステム構成の一例を模式的に示す概略側面図、（ｂ）は、同木材処理装置の容器内に設けられる冷却管路の一変形例を模式的に示す一部破断概略側面図、（ｃ）は、同冷却管路の他の変形例を模式的に示す一部破断概略側面図である。 同木材処理装置を用いて処理された処理木材の実施例と比較例とを評価試験の結果とともに示す表である。

以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、以下の実施形態では、本実施形態に係る木材処理装置を設置した状態を基準として上下方向等の方向を説明する。

図１及び図２は、本実施形態に係る木材処理装置の一例を模式的に示す図である。
本実施形態に係る木材処理装置１は、容器１０内に高圧高温水蒸気を供給して容器１０内に収容された被処理木材２を処理する構成とされている。また、木材処理装置１は、容器１０内に、冷却媒体を流通させる冷却管路１７を、容器１０内を通過させるように設けた構成とされている。
この木材処理装置１によって加熱処理される被処理木材２としては、図１に示すように、長尺角柱状とされたフリッチ材としてもよい。この被処理木材２は、種々の樹種としてもよい。また、この被処理木材２の長さ、厚さ及び幅寸法は、加熱処理後や集成後になされる研磨等による寸法調整を考慮して適宜、設定された寸法としてもよい。なお、被処理木材２としては、長尺角柱状とされたものに限られず、平板状とされたものや、その他、種々の形状とされたものとしてもよい。

木材処理装置１の容器１０は、耐圧性を有しており、図２（ａ）に示すように、一方向に開口する横長円筒形状の容器本体１１と、この容器本体１１の開口を密閉するように閉止する開閉蓋１２と、を備えている。
容器本体１１には、被処理木材２が載置されるプレート状の載置部が設けられている。図例では、この載置部を、ローラー１３を介して出し入れ自在とした例を示している。
開閉蓋１２は、適宜の緊締手段によって、容器本体１１を気密的に封止し、かつ容器本体１１に対して着脱自在または開閉自在とされている。

この容器１０には、図１に示すように、複数本の被処理木材２の収容が可能とされている。図例では、容器本体１１の長手方向に長手方向を沿わせた複数本の被処理木材２を、複数列状に横並びに配し、かつ複数段状に積み重ねるように配した例を示している。また、隣り合う被処理木材２同士の間に隙間が形成されるように配した例を示している。図例では、複数本の被処理木材２を、横方向に間隔を空けてかつ上下方向に桟部材３を介在させて配した例を示している。また、最下段の被処理木材２と載置部との間にも桟部材３を介在させた例を示している。また、図例では、このように複数列及び複数段となるように配した複数本の被処理木材２を、長手方向に複数組（図例では、二組）並べるように配した例を示している。なお、容器１０内における被処理木材２の配置態様は、このような態様に限られず、その他、種々の変形が可能である。

容器本体１１の下部には、図２（ａ）に示すように、高圧高温水蒸気供給源１４からの高圧高温水蒸気を容器１０内に供給する水蒸気供給管が接続されている。この高圧高温水蒸気供給源１４としては、高圧ボイラー等としてもよい。また、容器本体１１の下部には、液化した水蒸気等を容器１０内から排出するドレン管や排水管等が接続されている。ドレン管には、スチームトラップやフィルタ等が設けられている。
また、容器本体１１の上部には、加圧エアー供給源１５からの加圧エアーを容器１０内に供給する加圧エアー管が接続されている。この加圧エアー供給源１５としては、エアーコンプレッサー等としてもよい。また、容器本体１１の上部には、容器１０内からの水蒸気乃至はガスを排出する排気管等が接続されている。
これら各管路には、開閉弁（ＯＮ／ＯＦＦ弁）がそれぞれに設けられている。

冷却管路１７は、この容器本体１１（容器１０）内において熱交換部として機能するように、容器本体１１内を通過するように設けられている。この冷却管路１７は、容器１０内に直接的に冷却媒体等を供給して直接的に冷却するものではなく、当該冷却管路１７内に流通される冷却媒体によって言わば間接的に冷却する熱交換部として機能する。
この冷却管路１７には、容器本体１１（容器１０）外の冷却媒体供給部１６に接続された供給管路が接続されている。この供給管路には、開閉弁（ＯＮ／ＯＦＦ弁）が設けられている。
このような冷却媒体供給部１６としては、冷却管路１７に、温度調整された冷却媒体を循環供給可能な構成とされたものとしてもよい。例えば、冷却媒体を循環させる循環ポンプや、循環される冷却媒体を所定温度となるように冷却するガス式や空冷式、水冷式等の冷却器等を備えた冷却媒体供給部１６としてもよい。

また、冷却媒体の温度は、常温程度としてもよく、また、例えば、５℃〜５０℃程度としてもよく、好ましくは、１０℃〜４０℃程度としてもよい。
また、冷却媒体としては、水等としてもよく、油系、アルコール系等の他の流体としてもよく、さらには、流体に限られず、気体としてもよい。
なお、冷却媒体供給部１６としては、上記のような循環供給可能な構成とされたものに限られず、例えば、工場等に設置されるクーリングタワー等としてもよく、さらには、水道（工業用水道、上水道）を冷却媒体供給部１６としてもよい。この場合は、冷却管路１７を通過させた冷却媒体が排水されるものとしてもよい。

冷却管路１７は、略円筒状で長尺状とされ、上流側端部が冷却媒体供給部１６の送媒側に接続され、下流側端部が冷却媒体供給部１６の返媒側に接続されている。
本実施形態では、この冷却管路１７を、図１（ａ）に示すように、被処理木材２の上方側に位置するように設けた構成としている。また、図１（ｂ）に示すように、冷却管路１７を、容器１０内の上方側空間において広範囲に亘って配されるように、水平面域方向に蛇行させるように設けている。図例では、上記のように容器１０の長手方向に長手方向を沿わせて配された被処理木材２の長手方向の複数箇所と平面視して重なり合うように、冷却管路１７を設けた例を示している。また、容器１０の幅方向に長手方向を沿わせた部位と容器１０の長手方向に長手方向を沿わせた部位とを組み合わせた冷却管路１７を示している。

なお、図例では、冷却管路１７の上流側端部及び下流側端部を、同方向に容器１０外に引き出したような例を示しているが、冷却管路１７の上流側端部と下流側端部とを異なる方向となるように容器１０外に引き出したような態様等としてもよい。また、冷却管路１７の途中部位等の適所を吊下等によって支持する支持部を容器１０内の適所に設けるようにしてもよい。
また、冷却管路１７の配管態様（配管パターン）は、上記のような蛇行状に限られず、容器１０内の上方側空間において広範囲に亘って配されるように、途中部位を複数本に分岐させたような態様等としてもよく、その他、種々の変形が可能である。
また、冷却管路１７の長さ寸法や径は、後記する冷却工程の際に、効果的な冷却がなされるように適宜、設定するようにしてもよい。
また、この冷却管路１７は、金属系材料等から形成されたものとしてもよい。

上記した供給管路の開閉弁を開放させ、冷却管路１７に冷却媒体を流通させれば、この冷却管路１７の表面において水蒸気が結露し、容器１０内の圧力が降下する。これにより、容器１０内の沸点が低下し、加熱処理後の被処理木材としての処理木材２Ａ中の水分が気化する際の気化熱によって処理木材２Ａの冷却がなされる。
なお、容器１０には、容器１０内の温度を測定する温度センサーや、圧力を測定する圧力センサー等が設けられている。
また、木材処理装置１には、上記した高圧高温水蒸気供給源１４や加圧エアー供給源１５、冷却媒体供給部１６、各開閉弁等を作動制御する制御部が設けられており、この制御部によって各部の制御がなされて後記する基本動作の実行がなされる。

次に、上記構成とされた木材処理装置１において実行される基本動作の一例を説明する。
まず、容器１０内に、上記したように被処理木材２を配置し、高圧高温水蒸気を供給する加熱処理工程を実行する。この加熱処理工程においては、容器１０内が所定の処理温度となるように高圧高温水蒸気を供給するようにしてもよい。例えば、この処理温度（容器１０内の雰囲気温度）を、１０５℃〜１６０℃程度、好ましくは、１２０℃前後としてもよい。また、被処理木材２が心部まで均一に着色されるように、所定の加熱処理時間が経過するまで加熱処理工程を実行するようにしてもよい。

次いで、加熱処理された処理木材２Ａを冷却する冷却工程を実行する。つまり、冷却媒体供給部１６からの冷却媒体を冷却管路１７に流通させる。これにより、上記のように容器１０内の圧力が降下し、処理木材２Ａの冷却がなされる。この際、容器１０内の圧力が急激に変動しない程度に、排水及び排気のうちの両方または一方を行うようにしてもよい。
この冷却工程においては、容器１０内が所定の冷却温度となるように冷却管路１７に冷却媒体を供給するようにしてもよい。つまりは、所定の冷却温度となれば、冷却工程を終了するようにしてもよい。この冷却温度は、容器１０を開放させた際に、処理木材２Ａに割れ等が生じないように適宜、設定するようにしてもよく、例えば、７０℃〜２０℃程度としてもよく、好ましくは、５０℃以下としてもよい。

そして、このように冷却工程を実行した後、適宜、排水等を行い、容器１０を開放させ、処理木材２Ａを取り出すようにしてもよい。このような処理が施された処理木材２Ａは、表面にスライサーや研磨等の平滑化処理や、その他、適宜、用途に応じた加工がなされるものとしてもよい。例えば、複数本の処理木材２Ａを集成し、薄板状にスライスしてスライス単板等として用いられるものとしてもよい。また、このようなスライス単板を適宜の基材に積層した積層板、または、処理木材２Ａ自体を、床材や壁材、天井材、造作材等の建材や、家具材、工芸品等として用いられるものとしてもよい。

本実施形態に係る木材処理装置１は、上述のような構成としたことで、冷却時間の短縮化を図りながらも、制御の簡略化を図ることができる。
つまり、高圧高温水蒸気が供給される容器１０を備えた構成としている。従って、容器１０内に収容された被処理木材２を着色したり、被処理木材２に耐光性を付与したりすることができ、このような処理が施された処理木材２Ａを製造することができる。
また、冷却媒体を流通させる冷却管路１７を、容器１０内を通過させるように設けている。従って、上述のように、加熱処理工程の後の冷却工程において冷却管路１７に冷却媒体を流通させることで、容器１０内の水蒸気を冷却管路１７表面において結露させて容器１０内の圧力を降下させ、この圧力降下を伴って処理木材２Ａを冷却することができる。これにより、徐々に排気したり、放置冷却するような態様と比べて、冷却時間の短縮化を図りながらも割れ等の発生を抑制することができる。また、蒸気釜内の圧力をコントロールしながら高圧水を散水するようなものと比べて、制御の簡略化を図ることができる。

また、本実施形態では、冷却管路１７を、被処理木材２の上方側に位置するように設けている。従って、冷却管路１７の表面における結露水を処理木材２Ａに散布することができる。これにより、処理木材２Ａの乾燥による割れ等をより効果的に抑制することができる。

次に、本実施形態に係る木材処理装置１に設けられる冷却管路の変形例について、図２（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。
なお、上記した例との相違点について主に説明し、同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略または簡略に説明する。
図２（ｂ）、（ｃ）は、いずれも冷却管路の変形例を示し、各変形例に係る冷却管路１７Ａ，１７Ｂは、冷却管路１７Ａ，１７Ｂの少なくとも下面側部位に、管路長手方向に間隔を空けて多数の突部１８，１８Ａを設けた点が上記した冷却管路１７とは異なる。
なお、各変形例に係る冷却管路１７Ａ，１７Ｂの配管態様（配管パターン）は、上記した例と同様としてもよく、その他、種々の態様とされたものとしてもよい。

図２（ｂ）は、第１変形例に係る冷却管路１７Ａを示している。
本変形例では、略円筒状の管路本体１７ａの外周に、フィン状（リボン状）の突部１８を設けた構成としている。また、突部１８を、管路本体１７ａの外周の周方向の全周に亘って設けた構成とし、管路長手方向に厚さ方向を概ね沿わせた薄円板状（薄型リング状）としている。また、突部１８を、螺旋状（スパイラル状）に設けた構成としている。つまり、突部１８を、螺旋状（スパイラル状）に長手方向に一連状に設けた構成としている。このようなものでも、冷却管路１７Ａの下面側部位には、管路長手方向に間隔を空けて多数の突部１８が設けられることとなる。また、突部１８を、管路長手方向に等間隔を空けて、つまり、等ピッチで設けた構成としている。この突部１８の間隔（ピッチ）は、突部１８の表面において結露した結露水の落下箇所の均等化を図る観点等から適宜の寸法としてもよく、例えば、５ｍｍ〜２００ｍｍ程度等としてもよい。

本変形例に係る冷却管路１７Ａを設けた木材処理装置１においても、上記した例の冷却管路１７を設けた木材処理装置１と略同様の効果を奏する。
また、本変形例では、冷却管路１７Ａの少なくとも下面側部位に、管路長手方向に間隔を空けて多数の突部１８を設けている。従って、このような突部１８を設けていない場合には、冷却管路表面の結露水の落下箇所に偏りが生じることが考えられるが、突部１８の箇所が結露水の落下箇所となるので、結露水の落下箇所の均等化を図ることができる。これにより、処理木材２Ａの乾燥による割れ等をより効果的に抑制することができる。
また、本変形例では、冷却管路１７Ａを、長尺略円筒状とされた管路本体１７ａの外周に、フィン状（リボン状）の突部１８を設けた構成としている。従って、突部１８の表面を含む管路表面と水蒸気との接触面積を効果的に大きくすることができる。これにより、容器１０内の水蒸気をより効果的に結露させることができ、より迅速に処理木材２Ａを冷却することができる。また、例えば、後記する第２変形例のように、冷却管路自体を屈曲させることで突部を設けたようなものと比べて、冷却管路１７Ａの内部を流通する冷却媒体の圧力損失を抑制することができる。

なお、本変形例では、突部１８を、一条ねじ状に管路本体１７ａの外周面に設けた例を示しているが、多条ねじ状に管路本体１７ａの外周面に設けた構成としてもよい。
また、本変形例では、突部１８を、螺旋状（スパイラル状）に長手方向に一連状に設けた例を示しているが、このような態様に代えて、独立した閉環状の突部１８を長手方向に間隔を空けて設けた構成としてもよい。
また、本変形例では、突部１８を、管路本体１７ａの周方向の全周に亘って設けた構成としているが、周方向に間隔を空けて設けたり、下面側部位のみに設けたりしてもよい。

図２（ｃ）は、第２変形例に係る冷却管路１７Ｂを示している。
本変形例では、冷却管路１７Ｂ自体を、上下に蛇行状に屈曲させて下面側部位に多数の突部１８Ａを設けた構成としている。つまり、上下に蛇行状に屈曲させた下方側に凸とされた屈曲部が突部１８Ａとなる構成としている。また、上記同様、多数の突部１８Ａを、管路長手方向に等間隔を空けて、つまり、等ピッチで設けた構成としている。
本変形例に係る冷却管路１７Ｂを設けた木材処理装置１においても、上記した第１変形例に係る冷却管路１７Ａを設けた木材処理装置１と概ね同様の効果を奏する。
なお、冷却管路１７Ａ，１７Ｂに設けられる突部１８，１８Ａとしては、上記した各例のようなものに限られず、例えば、下方側に向けて突出する略半球状突起や逆錐状突起等としてもよく、その他、種々の変形が可能である。

次に、本発明に係る木材処理装置を用いて処理された処理木材の実施例の一例と比較例とを、図３を参照して説明する。
実施例１では、図１に示したような突部１８が設けられていない円筒状（ストレート状）の冷却管路１７を図１のように設けた木材処理装置を用いた。
実施例２では、図２（ｂ）に示したようなフィン状（リボン状）の突部１８を設けた冷却管路１７Ａを上記同様に設けた木材処理装置を用いた。
比較例１，２では、冷却管路を設けていない木材処理装置を用い、また、比較例１では、容器外へ気体を吸引して排出する真空ポンプを容器に連通させるように接続した木材処理装置を用いた。
また、各実施例及び各比較例では、同種の木材（バーチ材）、同様の寸法（長さ寸法：６００ｍｍ、厚さ寸法：３４ｍｍ、幅寸法：８０ｍｍ）及び同数（２０本）の被処理木材を、上下に多段状とせずに、平面域方向に間隔を空けて並べて容器内に配置した。そして、同様の加熱処理工程（目標加熱温度：１２０℃、加熱処理時間：６０分）を実行した後、それぞれ下記のような冷却工程を行い、評価試験を行った。

実施例１では、円筒状（ストレート状）の冷却管路１７に冷却媒体を流通させて容器内の温度が所定の冷却温度（５０℃）となるように、冷却工程を実行した。
実施例２では、フィン状（リボン状）の突部１８を設けた冷却管路１７Ａに冷却媒体を流通させて容器内の温度が所定の冷却温度（５０℃）となるように、冷却工程を実行した。
比較例１では、容器内が大気圧（１００℃）となるまで徐々に排気して排気冷却工程を行った後、真空ポンプを起動させて容器内の温度が所定の冷却温度（５０℃）となるように、真空ポンプ冷却工程を実行した。
比較例２では、容器内の温度が所定の冷却温度（５０℃）となるまで放置した（放置冷却）。

結果は、図３に示すように、冷却所要時間が、実施例１では、２０分、実施例２では、１５分、比較例１では、８０分、比較例２では、１８０分であり、冷却工程を管路冷却とした実施例１及び実施例２が良好な結果となった。
また、これら実施例１，２及び比較例１，２の処理木材の表面の目視観察を行った。結果は、図３に示すように、割れが発生している本数が、実施例１では、２本、実施例２では、１本、比較例１及び比較例２では、それぞれ５本であり、冷却工程を管路冷却とした実施例１及び実施例２が良好な結果となった。
また、冷却所要時間及び割れ発生本数のいずれにおいても、突部１８を設けた冷却管路１７Ａとした実施例２の方が実施例１よりも良好な結果となった。

なお、上記した例では、冷却管路１７，１７Ａ，１７Ｂを、長尺の略円筒状とした例を示しているが、このような態様に限られない。例えば、冷却管路１７，１７Ａ，１７Ｂを、長尺の略多角筒状としたり、さらには、水平面域方向に比較的に大判の平板状管路としたりしてもよい。また、このような種々の態様とされた冷却管路の下面側に、金属系材料等からなる平板状部材を当接させて設けた態様としてもよい。この場合は、この平板状部材の少なくとも下面側を波形形状としたり、凹凸形状としたりしてもよい。
また、上記した例では、冷却管路１７，１７Ａ，１７Ｂを、被処理木材２の上方側に位置するように設けた例を示しているが、このような態様に代えて、または、加えて、被処理木材２の側方側や下方側等に位置するように設けた態様としてもよい。

１ 木材処理装置
１０ 容器
１７，１７Ａ，１７Ｂ 冷却管路
１８，１８Ａ 突部
２ 被処理木材

Claims (3)

1. 容器内に高圧高温水蒸気を供給して該容器内に収容された被処理木材を処理する木材処理装置であって、
   前記容器内には、冷却媒体を流通させる冷却管路が当該容器内を通過するように設けられていることを特徴とする木材処理装置。
2. 請求項１において、
   前記冷却管路は、前記被処理木材の上方側に位置するように設けられていることを特徴とする木材処理装置。
3. 請求項２において、
   前記冷却管路の少なくとも下面側部位には、管路長手方向に間隔を空けて多数の突部が設けられていることを特徴とする木材処理装置。

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