JP3320057B2 - 木材の乾燥方法および乾燥装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は木材の乾燥方法およ
び乾燥装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在使用されている木材乾燥機を概観す
ると次の通りである。 蒸気乾燥機（蒸気╋熱風対流方式）： 一般的には、初
期に加湿のため蒸気を送入し蒸気ヒータからの熱風を対
流させ室温を１５０〜１６０℃に上げて、所要時間後湿
度を下げて乾燥させる。この方式の問題点としては、辺
材部が乾燥（約１０％）しても材芯部は乾燥していない
（含水率は４０〜５０％）。室温（材温）を１５０〜１
６０℃まで上げることは、木材の乾燥には不適と考え
る。乾燥工程で室内湿度を下げると、ひび割れを発生さ
せる原因となる。 燻煙乾燥機（燻煙を利用する方式）： 燻煙を与える方
法として、主に次の２種がある。（１）室内の木材の下
部で燻煙材をいぶす方法。（２）室外で燻煙を発生し、
これを送入する方法。問題点としては、乾燥ができてい
ない。ばらつきがある。乾燥条件を安定化できない。例
えば、乾燥室の上下温度差は２０〜３０℃ある。それに
より室内温度ばかりでなく、湿度にもばらつきが生ず
る。 マイクロ波乾燥機（マイクロ波で加熱する方式）： 問
題点−木材の中心部から加熱しているので、木材全体
（特に辺材部）は乾燥していない。材芯部が高温（１０
０℃以上）になり内部が沸騰、煮えの状態になり、木材
が乾燥しない上に材芯が破砕し、構造材として強度低下
となる。 高周波乾燥機（蒸気╋高周波加熱式）： 問題点−マイ
クロ波式とは逆に木材の外周部から加熱するので材芯温
度が上がらず、高度の乾燥はできない。外周部、辺材部
が先に乾燥すると、乾燥部は断熱効果を持ち熱伝導が悪
く、材芯温度は約６０℃以上には上がりにくいので乾燥
しない。上記の従来の乾燥機では木材乾燥について次の
ことが伺える。即ち、 （１）材温を上げて木材を外側から乾燥しようとしてい
る。 （２）外周部または材芯部を急に加熱するので、部分的
乾燥が先行している。 （３）燻煙方式では燻煙のみで乾燥させようとしてい
る。 （４）蒸気での加湿が効果的な乾燥に寄与していない。 このように、従来の乾燥機には一長一短があり、割れ、
曲がり、反り等が生ずるものも多く、表面が乾燥しても
芯部の含水率は高く、高度の乾燥（例えば含水率１０％
以下）には程遠いものである。特に現在９５％以上のシ
ェアを占める蒸気乾燥機でさえ、前処理機や自然乾燥に
頼る必要があり、なおかつ割れを防ぎ、芯持ち材の芯部
の含水率を例えば７日程度で２０％以下にする乾燥技術
と性能は有していない。そこで、樹木（主として国産
杉）について記述する。樹木の断面を示す図６におい
て、辺材部では、年輪と年輪の間には細胞導管が幹方向
に通っており、膜孔膜が細胞間の保水をしている（含水
率は１２０〜１５０％）。移行材部は１０〜１５年成長
期に成長し、材芯部と辺材部の水分の移動はさせない、
材芯部の保水性をカバーしている（白線帯とも言う）。
材芯部の含水率は高く（２００〜２５０％）、辺材部よ
り水分の除去がしにくい。このように木材の部位によっ
てそれぞれの機能があり、含水率にも差がある。更に内
部には成長応力が形成されており、このような木材を均
質材とみて乾燥方案を考えることではその成果は期待で
きない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】芯持ち材（特に国産
材）、一般材等の乾燥時（または後）の割れ、曲がり、
反りを防止し、高度（含水率２０％以下）の乾燥木材を
低コストで供給できるようにすることを目的としてい
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、木材
の収容されている乾燥室に生蒸気と燻煙を高速風で混合
還流させると共に乾燥室内の湿度を１００％またはその
近傍に保ちかつ材芯温を木材芯部の熱処理に必要な８０
〜９０℃に保つと共に木材内の水分を沸騰させることな
く１０〜１２０時間保ち、木材の芯部の含水率を先に目
標の２０％またはその近傍以下に近づけ、外部の含水率
はその後に下げていくことを特徴とする、木材の乾燥方
法である。

【０００５】請求項２の発明は、木材の収容される乾燥
室と、上記乾燥室に生蒸気と燻煙と熱風とを混合して還
流させる手段と、乾燥室内の温度、湿度、燻煙の濃度、
木材芯部の湿度の測定手段と、木材の芯部の含水率を先
に目標の２０％またはその近傍以下に近づけ、外部の含
水率はその後に下げるように制御する手段とを備えてい
ることを特徴とする、木材の乾燥装置である。

【０００６】請求項３の発明は、乾燥室の底部全面のス
リット板とその下側のフィンチューブヒータの下方空間
から成る送風ダクトと、乾燥室の天井部全面のスリット
板とその上側のフィンチューブヒータの上方空間から成
る排風ダクトと、上記送風ダクトと排風ダクトに夫々送
風口と吸入口とが接続している送風機と、上記吸入口に
接続した燻煙発生機と、上記送風口に接続した蒸気管と
を備え、上記吸入口を外気に連通するダンパーと、上記
排風ダクトの排風口を外気に連通するダンパーとを有す
る、請求項２に記載の木材の乾燥装置である。

【０００７】請求項４の発明は、上記スリット板の少な
くとも一方のスリットの開口率を上向き風量が均等化す
るように構成している、請求項３に記載の木材の乾燥装
置である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明を実施する際、まず、辺材
部に水分を与えて、材芯の方から先に水分を抜く。乾燥
中、乾燥室内湿度を１００％に保持する（即ち、辺材部
を先に乾燥させない）。乾燥中、材芯温度を８０〜９０
℃に保持する。乾燥室内温度は１１５℃より上げない。
目標乾燥含水率に達するまで燻煙、風の送入を絶やさず
続ける。本発明による木材の乾燥装置は、図１、図２で
明らかなように、乾燥室１、還流送風機部２、燻煙発生
機５、燻煙材貯蔵塔４、燻煙材（例えばおが屑、チッ
プ）投入機３、ボイラーユニット６から成り、乾燥室１
の前部（左端部）には入口７があり、木材ａを積載した
台車８が室内に搬入される。

【０００９】乾燥室１の底部全面には送風ダクト９、天
井部全面には排風ダクト１０が設けてあり、送風ダクト
９の上部及び排風ダクト１０の下部にはそれぞれ全面に
わたりフィンチューブ１１、１２が配置されている。

【００１０】送風ダクト９の上部と排風ダクト１０の下
部にはそれぞれ全面にわたりスリット板１３、１４が設
けてあり、これらスリット板のスリットの開口率（分布
密度）は、乾燥室１の奥側は大きく（開口の合計面積は
大きい）、入口側に向けて次第に小さくしてあり、風圧
が木材ａの全面に垂直且つ均等に当たるようにしてい
る。送風機１５からの風は、後述する蒸気管３９（図
２）からの蒸気とともに、送風口１６、送風ダクト９、
フィンチューブ１１、スリット板１３を経て、高湿度、
高温の熱風状態で乾燥室１、木材ａを通り、スリット板
１４、フィンチューブヒータ１２、排風ダクト１０の部
分で再加熱された状態で、排風口１７から出て、還流ダ
クト１８を通り、再び送風機１５の吸入口１９から送風
機１５内へ吸入加圧され、送風口１６から還流される。

【００１１】燻煙材投入機３内の燻煙材（おが屑、チッ
プ）ｂは送風機２０により空気とともに圧送され、サイ
クロン２１を通り、燻煙材貯蔵塔４に散布貯蔵される。
送風機２０はレベルセンサー２２が満量を検出するとそ
の信号により停止し、満量未満の減量信号により補給指
示をランプ表示（または／及びブザー警告）して再貯蔵
を始めるように構成している。

【００１２】燻煙材ｂは燻煙貯蔵塔４の底部から、スク
リュウコンベヤ２３で燻煙発生機５の中央底部の熱板２
４上に送り込まれる。一定時間毎に（燻煙材ｂの１バッ
チ燃焼時間経過毎に）スクリュウコンベヤ２３を停止さ
せ、熱板２４を下方に開放して燃焼灰ｄを落下排出した
後、熱板２４を元に戻して燻煙材ｂを送り込み、発煙を
再開する。

【００１３】燻煙ｃは燻煙発生機５内の垂直ダクト部２
６を通り、燻煙導入ダクト２７から送風機１５の吸入口
１９に入り、送風機１５で加圧された後、送風ダクト９
から乾燥室１内に送風される。

【００１４】燻煙ｃの送風を遮断する時には、スクリュ
ウコンベヤ２３を停止し、熱板２４も電源ＯＦＦし、燻
煙の発生を止めて電動ダンパー２８を閉塞する。

【００１５】燻煙発生機５の底部には、空気導入調整口
２９が設けてあり、その開度は、例えば熱板２４の温度
設定と共に初期調整し、固定してある。最頂部にはガス
抜き口２５が設けてあり、燻煙ｃの発生状況と送風機１
５への吸入状況を外部から目視可能としている。

【００１６】還流ダクト１８の上部には、電動ダンパー
３０、３１が設けてあり、電気制御部５５（図２）に接
続している。乾燥スケジュールの冷却（図５のＤ）で
は、電動ダンパー３０を閉じて、電動ダンパー３１を開
くと、還流風は室外に放出され、還流を停止する。この
時、電動ダンパー２８を閉じ、燻煙ｃの送入を停止さ
せ、吸入口１９の外側にある常時閉塞の電動ダンパー３
２を開いて外気を導入する。

【００１７】ボイラーユニット６から減圧弁３３で圧力
調整した生蒸気は、蒸気管３９の先端より送風口１６内
に放出される。減圧弁３４、３５で圧力調整された加圧
蒸気はフィンチューブヒータ１１、１２に送られ、乾燥
室１内の木材ａへの加熱と加湿と共に、排風ダクト１０
への還流風の加熱に使用される。なお、「生蒸気」と
は、ボイラーから発生したばかりの全圧力を持った蒸気
であり、一度何らかの目的で使用した廃気に対比される
蒸気である（ｌｉｖｅ ｓｔｅａｍ・・・１９８０年１
１月発行の研究社 新英和大辞典１２４２頁）。

【００１８】フィンチューブヒータ１１、１２の管路末
端にはスチームトラップ４０、４１が取り付けてあり、
ドレン水はボイラーユニット６内の給水タンクにリター
ンされる。

【００１９】燻煙発生機５の中央部には煙センサー４２
が設けてある。乾燥室１の入口上部には煙センサー４３
と湿度測定器４４が、更に温度測定センサー４５、４６
が入口側下部と奥側上部に取り付けてあり、これらは電
気制御盤５５に接続している。乾燥室底部には乾燥処理
中多量の凝縮水が溜まるが、この凝縮水は乾燥室コーナ
ーのオートドレイン４７から排水される。

【００２０】乾燥室１及び扉戸の内面には全面的に断熱
材４８が取り付けてあり、これら断熱材４８の保護板４
９は乾燥室１の気密保持のため乾燥室の壁等に全溶接さ
れている。乾燥室１の還流ダクト１８にも断熱材５０が
取り付けてあり、減圧弁３３、３４、３５から下流に延
びている蒸気管３９等にも断熱材（図示せず）が取り付
けてある。

【００２１】乾燥中の木材ａの芯部の含水率を測定する
ため、搬入前に、搬入後に乾燥室中央に位置する木材に
電極針を打ち込み、搬入後に湿度測定器５１とリード線
の接続を作業窓５２より行うように構成する。乾燥室１
の奥側中央に設けた圧力計５３は電気制御盤５５に接続
し、常に乾燥室１内の圧力を電気制御盤５５に供給、制
御することができる。乾燥室１の中央上部にはばね式安
全弁５４が設置されている。

【００２２】準備作業として、燻煙材送風機２０、燻煙
材貯蔵塔４、燻煙発生機５等を運転して乾燥室１内に燻
煙を充満させる。乾燥スケジュールは、例えば次の通り
である。 １．乾燥開始より送風を始めて （１）乾燥室内湿度を１００％ （２）材芯温度を８０℃ （３）燻煙の充満 を、できるだけ速く達成させる。 ２．目標乾燥含水率（例えば材芯２０％）に乾燥するま
で、材芯温度を８０〜９０℃に保持し、送風を続ける。 ３．材芯含水率が２０％に達したら （１）燻煙の送入を停止 （２）送風機の風量を下げ、冷却所要時間、例えば約４
８時間で （３）材芯温度を４０℃、乾燥室内湿度は８０％にす
る。 次に、乾燥作業を図５のスケジュール線図により説明す
る。 − フィンチューブヒータ１１に蒸気管３９から蒸
気を送り、同時に燻煙ｃを送入し、生蒸気を放出注入す
ると同時に送風機１５の運転によりこれらの高温高湿蒸
気（熱風）を還流させて、乾燥室１内を急速に高温度、
高湿度の燻煙風雰囲気に上昇させる。 − リグニンの熱軟化で成長応力が除去され、膜孔
膜の破壊により水分流出の準備が進む。 − 乾燥室１内を所定の温度、湿度、燻煙濃度に保
持しながら還流を続け、、水分を木材より誘出させる。 目標乾燥含水点に到達すると、燻煙の送入及び
ヒータは停止し、の設定冷却速度に沿って温度を下げ
ていく。この時、基本的には低速還流を続ける。 還流停止（実質的には乾燥終了−木材搬出Ｏ
Ｋ） 常温（乾燥終了−木材搬出） 冷却速度 燻煙の送入停止（乾燥室内の残留煙は徐々に減
衰する） 生蒸気の送入を停止する。 なお、図５において、区間Ａは昇温、加湿、燻煙送入、
Ｂは細胞膜破壊 リグニン熱軟化（歪み取り）、Ｃは水
分除去（乾燥）、Ｄは冷却（乾燥）を意味している。ま
た、−の材芯温度は８０〜９０℃、における目標
乾燥含水率は２０％以下、は還流停止、は外気温、
は冷却速度、は燻煙停止、は加湿停止を意味して
いる。

【００２３】前記課題を解決する手段を整理すると、概
ね次のようになる。温度測定センサー４５、４６、湿度
測定器４４、５１、煙センサー４３、圧力計５３からの
信号を電気制御盤５５のコンピュータにインプットする
と共に、乾燥室１内をコンピュータにより図５の燻煙濃
度、湿度、温度のスケジュール線図に沿って調整する。
この時、熱源としては蒸気管３９からの蒸気熱を利用す
る。同時に生蒸気と燻煙を高速風に混入して還流させ、
外気を流入させないことで熱効率を高め、また乾燥室１
内の湿度を例えば１００％に保ち、煙の遠赤（遠赤外
線）効果で木材内に熱を伝わり易くし、風速５〜１０ｍ
／秒で底面より均等に吹き上げ、積材にむらなく熱風を
与えることで乾燥むらをなくす。

【００２４】乾燥室１内の湿度を１００％に保つことで
木材表面に十分な湿潤（湿気）を与えることにより、木
材の半径方向および長手方向個所の含水率の違いを一定
の率になるまで持っていき、特に乾燥による木材の表面
割れを防ぐ。乾燥室１内温度が１００℃域を越えると、
他の蒸気乾燥機では湿度１００％を維持できなくなる
が、本発明による方法、装置では、燻煙の粒子を核に水
の粒子が付着することで湿度を確保し、燻煙の作用と相
俟って、木材芯温を乾燥室内温度に追従して、５〜２０
℃差で上げることに実験で成功した。

【００２５】木材芯温を乾燥室温度に沿って上げること
により、木材芯部を熱処理に必要な８０℃以上に保ち、
木材内の水分が沸騰しない９０℃以下の温度を例えば１
０〜１２０時間保たせることで細胞導管内の保水細胞弁
を破壊し、木材内の水分を外部に出やすくすることがで
きる。

【００２６】従来の乾燥機では小口から３０ｃｍ付近ま
でが特に乾燥が早く、乾燥による細胞導管の収縮のため
水分が抜けにくくなっていたが、本発明のように、十分
な水分と温度と燻煙を与えかつ、木材の割れを防ぎなが
ら木材内部の温度を上げて、熱処理することで内部応力
を除き、木材の癖を取りながら内部水の流出を妨げず小
口方向に抜いていくことができる。即ち、木材の芯部の
含水率を先に目標の例えば２０％に近づけ、容易に含水
率を下げられる外部はその後に下げていくことで、木材
の内外の含水率の差による割れを防ぎ、木材内部の煮え
と沸騰によるみかん割れも同時に防ぐことができる。

【００２７】芯部含水率が所定値まで下がった時点で、
燻煙を止め、外気温まで乾燥室内温度を徐々に下げる。
乾燥室内湿度は乾燥室内温度４０℃まで１００％で推移
させ、外気温までは外気を乾燥室内に流入させ、生蒸気
も止め、高速ファン（送風機１５）での風乾燥に切り替
えて木材の表面含水率を１０％まで徐々に下げていく。
以上において、温度、湿度、燻煙濃度、風の４要素のど
れが欠けても完全乾燥は困難なものとなる。従って、前
述のように、上記４要素は計測器でコンピュータ制御さ
れる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１の発明によると、割れ、曲が
り、反りのない高度（例えば材芯含水率１０〜２０％）
の乾燥木材を確実に得ることができる。

【００２９】請求項２の発明によると、請求項１の方法
の実施に適した装置を安価に得ることができる。

【００３０】請求項３の発明によると、乾燥スケジュー
ルの実施が容易になる。

【００３１】請求項４の発明によると、乾燥室内での上
昇熱風の均一化を図ることが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による乾燥装置の縦断側面図である。

【図２】 図１の一部縦断平面図である。

【図３】 図１のIII−III断面略図である。

【図４】 図１のIV−IV断面略図である。

【図５】 スケジュール線図である。

【図６】 木材の断面図である。

【符号の説明】

１ 乾燥室 ５ 燻煙発生機 ９ 送風ダクト １０ 排風ダクト １１、１２ フィンチューブヒータ １３、１４ スリット板 １６ 送風口 １９ 吸入口 ２９、３１ 電動ダンパー ３９ 蒸気管 ５５ 電気制御盤 ａ 木材

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 木材の収容されている乾燥室に生蒸気と
   燻煙を高速風で混合還流させると共に乾燥室内の湿度を
   １００％またはその近傍に保ちかつ材芯温を木材芯部の
   熱処理に必要な８０〜９０℃に保つと共に木材内の水分
   を沸騰させることなく１０〜１２０時間保ち、木材の芯
   部の含水率を先に目標の２０％またはその近傍以下に近
   づけ、外部の含水率はその後に下げていくことを特徴と
   する、木材の乾燥方法。
2. 【請求項２】 木材の収容される乾燥室と、上記乾燥室
   に生蒸気と燻煙と熱風とを混合して還流させる手段と、
   乾燥室内の温度、湿度、燻煙の濃度、木材芯部の湿度の
   測定手段と、木材の芯部の含水率を先に目標の２０％ま
   たはその近傍以下に近づけ、外部の含水率はその後に下
   げるように制御する手段とを備えていることを特徴とす
   る、木材の乾燥装置。
3. 【請求項３】 乾燥室の底部全面のスリット板とその下
   側のフィンチューブヒータの下方空間から成る送風ダク
   トと、乾燥室の天井部全面のスリット板とその上側のフ
   ィンチューブヒータの上方空間から成る排風ダクトと、
   上記送風ダクトと排風ダクトに夫々送風口と吸入口とが
   接続している送風機と、上記吸入口に接続した燻煙発生
   機と、上記送風口に接続した蒸気管とを備え、上記吸入
   口を外気に連通するダンパーと、上記排風ダクトの排風
   口を外気に連通するダンパーとを有する、請求項２に記
   載の木材の乾燥装置。
4. 【請求項４】 上記スリット板の少なくとも一方のスリ
   ットの開口率を上向き風量が均等化するように構成して
   いる、請求項３に記載の木材の乾燥装置。