JP3893407B1 - 完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、農業用ビニールハウスを改良した温室に太陽熱をパッシブに取り入れて室内の桟積木材を乾燥し、生じた湿り空気を断熱円筒のドラフトを利用してパッシブに排気する完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置を提供する。
【解決手段】本発明の完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置は、構造と設置方位から東西型及び南北型に分類される。乾燥装置本体(ハウス)は屋根面1、南面2、東面(背面側)、西面(正面側)を間に薄い空気層を有する二重透明フイルム3とより厚い空気層を挟んで一重透明フイルム4からなる三重透明フイルム5で、北面6のみ不透明断熱壁で覆われた形状が半蒲鉾型の温室構造である。室内には桟積製材を覆うように炭素繊維シート(CFシート)7又はこれに類似した黒色シートが天井から空間を保って吊り下げられ、これが日射を吸収して集熱すると同時に、桟積製材への直射日射を遮る役目をする。
【選択図】図1

Description

本発明は、農業用ビニールハウスを改良した温室に太陽熱をパッシブに取り入れて室内の桟積木材を乾燥し、生じた湿り空気を断熱円筒のドラフトを利用してパッシブに排気する完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置に関する。
従来、木材の人工乾燥は、蒸気式、電気式等の方法による高温(100℃以上)の急速乾燥(乾燥日数3〜4日)で行われており、これによる乾燥材には曲がり、割れ、ひびなどの発生があって品質が良いとはいえない。
一方、太陽熱利用の木材乾燥は、強制循環式空気集熱器を設置してアクティブ利用による方法が試みられている(特許文献1を参照)。
この太陽熱乾燥技術は、炭素繊維シート(CFシート)を集熱材に使った面積120mの空気集熱器を屋根一杯に載せて、大型ファンで強力に集熱し、得られた温風を乾燥室に導き撹拌して行う太陽熱のアクティブ利用である。
これにより11mの針葉樹製材を9日間で水分20%以下まで乾燥した実績がある。
この方法は当時でもコスト的に引き合い、乾燥材の材質も良好とされたが、電力消費が大きく、その後のエネルギー情勢の緩和もあって普及に至らなかった。
本出願人は、北海道地方に豊富な温泉熱や太陽熱を熱源として、地域の自然エネルギーの複合利用によるカラマツ材の低温乾燥を行って、低コストで良質のカラマツ乾燥材を量産し、建築材として利活用しようとする、COを排出せず、環境にも配慮した木材乾燥装置及び低温乾燥方法を開発した(特許文献2を参照)。
この公知技術は、カラマツ丸太ハウス内部に透明シート(一部不透明シート)で造った箱形袋をハウス天井より天吊棒で蚊帳様につり下げて大型の乾燥室を構成し、室内に桟積みした桟積製材を数カ所に配置し、床(一部壁も使用)にはふく射乾燥用に床暖パネルを敷き、乾燥室天井に温風乾燥用の大型循環ファンを、適当な床高に熱交換器付きファンを、乾燥室裾部に小型循環ファンをそれぞれ設置したものである。
特開昭63−70048号公報 特開2003−245906号公報
本発明は、農業用ビニールハウスを改良した温室に太陽熱をパッシブに取り入れて室内の桟積木材を乾燥し、生じた湿り空気を断熱円筒のドラフトを利用してパッシブに排気する完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置を提供することを目的とする。
本発明の完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置は、東西方向向きの半蒲鉾型ハウスは屋根面、南面、東面及び西面が、間に薄い空気層を有する二重透明フイルムとより厚い空気層を挟んで一重透明フイルムからなる三重透明フイルムで覆われ、北面のみが不透明断熱壁で覆われた温室構造で、室内には炭素繊維シート又はこれに類似した黒色シートを天井から空間を保って桟積された製材の上方を覆うように吊り下げ、室内の南面裾部側には上向きにファンコンベクター及び北面天井部側には下向きに室内ファンを配置し室内の高温空気をゆっくり循環して桟積された製材の表面及び材間を通風して乾燥を促すように作用し、床面のコンクリート土間に床暖パネルを敷設し、外部には木質材料を燃料とする補助ボイラーを設置して、温水ポンプにより温水を床暖パネル及びファンコンベクターのコイルに供給し夜間の不照時あるいは日中の日射量不足に対して不足分を補給してふく射と対流によって桟積製材の乾燥を促進し、北面の東側と西側の隅に断熱円筒をそれぞれ直立に設置し、それら断熱円筒の下部に取り付けたダンパーを通して室内の湿潤空気を断熱円筒のドラフトを利用してパッシブ排気するものである。
本発明の完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置は、南北方向向きの蒲鉾型ハウスは屋根面、南面、東面及び西面が、間に薄い空気層を有する二重透明フイルムとより厚い空気層を挟んで一重透明フイルムからなる三重透明フイルムで覆われ、北面のみが不透明断熱壁で覆われた温室構造で、室内には炭素繊維シート又はこれに類似した黒色シートを天井から空間を保って桟積された製材の上方を覆うように吊り下げ、室内の東西面側の裾部には上向きにファンコンベクター及び室内の東西面側の天井部には反対向きに室内ファンをそれぞれ配置し、室内空気の循環は対角線上に配置された東面側のファンコンベクターと西面側の室内ファン及び西面側のファンコンベクターと東面側の室内ファンがそれぞれ一対となって連動して作動し室内の高温空気をゆっくり右循環又は左循環して桟積された製材の表面及び材間を通風して乾燥を促すように作用し、床面のコンクリート土間に床暖パネルを敷設し、外部には木質材料を燃料とする補助ボイラーを設置して、温水ポンプにより温水を床暖パネル及びファンコンベクターのコイルに供給し夜間の不照時あるいは日中の日射量不足に対して不足分を補給してふく射と対流によって桟積製材の乾燥を促進し、北面の東側と西側の隅に断熱円筒をそれぞれ直立に設置し、それら断熱円筒の下部に取り付けたダンパーを通して室内の湿潤空気を断熱円筒のドラフトを利用してパッシブ排気するものである。
本発明の完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置の(A)東西型は、カラマツ、トドマツ、エゾマツ等の針葉樹の製材容積12m3を一週間で含水率50%から20%まで乾燥させ得る性能を有する。
完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置の床面積22.5m2、初期設備費800万円程度、消費電力1W以下、乾燥費用は1,000円/m3で従来の蒸気乾燥方式より安上がりである。
補助ボイラーにはおが粉、ペレット等の木質燃料を用いた燃焼熱と太陽熱との併用による脱石油の技術である。
本発明の完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置の(B)南北型の性能及び費用は、前項の東西型とほぼ同様である。
相違点はファンコンベクター2台×2組=4台と室内ファン4個×2組=8個が必要で、2倍の設置台数となることであるが、その分、機器設備費、電気消費量が増えるが、1日を午前と午後に分けて室内空気の循環方向を左右交代することにより、乾燥ムラを少なくし、良質の乾燥材を生産できる特徴がある。
本発明の完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置の一実施例を添付図面に基づいて、以下に説明する。
本発明の完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置は、構造と設置方位から(A)東西型及び(B)南北型に分類される。
はじめに、完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置の(A)東西型について、以下に説明をする。
図1の概略断面図に示すように、乾燥装置本体(ハウス)は屋根面1、南面2、東面(背面側)、西面(正面側)を間に薄い空気層を有する二重透明フイルム3とより厚い空気層を挟んで一重透明フイルム4からなる三重透明フイルム5で、北面6のみ不透明断熱壁で覆われた形状が半蒲鉾型の温室構造である。
乾燥装置本体(ハウス)は桟積製材10〜12m3が収まる容積で、寸法は間口4.5m×奥行き5.0m×高さ3.0m程度で、西面(正面側)に搬入搬出用の出入口ドアがある。
乾燥装置本体(ハウス)は北面6のみ不透明断熱壁で、その他の屋根面1、南面2、東西面(背面、正面)は三重透明フイルム5で構成された透明壁で、室内には桟積製材を覆うように炭素繊維シート(CFシート)7又はこれに類似した黒色シートが天井から空間を保って吊り下げられ、これが日射を吸収して集熱すると同時に、桟積製材への直射日射を遮る役目をする。
北面6の隅には断熱円筒8を東側と西側にそれぞれ1本ずつ計2本を直立に設置し、各断熱円筒8の下部に取り付けた計2個の排気ダンパーD2を通して室内の湿潤空気を前記断熱円筒8のドラフトを利用してパッシブ排気する。
排気した相当分の空気は東西面の南面2側の裾部に設けた外気に通じる2個の吸気ダンパーD1を通して外気を取り入れる。
ここで、北面不透明断熱壁の内側表面は入射した日射の吸収を良くするために黒色塗装を施してある。
乾燥装置本体(ハウス)の室内の南面2側には2台のファンコンベクターFC1及び北面6側には4個の室内ファンF2が配置され、室内の高温空気をゆっくり矢印で示すように循環して桟積製材の表面及び材間を通風して乾燥を促すように作用する。
床面のコンクリート土間9に床暖パネルFHを敷設し、外部には木質材料を燃料とする補助ボイラーBHWを設置して、温水ポンプPHWにより温水を床暖パネルFH及びファンコンベクターFCのコイルに供給し、夜間の不照時あるいは日中の日射量不足に対して不足分を補給してふく射と対流によって桟積製材の乾燥を促進する。
ここで、床暖パネルFHを埋設したコンクリート土間9は乾燥のためのふく射効果と室温維持のための蓄熱効果を有しているし、コンクリート土間表面は入射した日射の吸収を良くするため黒色塗装をしてある。
乾燥は乾燥装置本体(ハウス)の室内に製材を桟積みにし、室内に入射した日射のふく射と炭素繊維シート(CFシート)7又はこれに類似した黒色シートにより生じた高温空気の循環による温風の対流で行われる。
三重透明フイルム5及び炭素繊維シート(CFシート)7又はこれに類似した黒色シートの組み合わせにより太陽熱は十分に捕集、集熱されて年間の平均集熱効率は65%以上に達する。
なお、SRは日射計、TRは温度センサー、HRは湿度センサーである。
次に、本発明の完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置の(A)東西型の制御及び稼働について、図1に基づいて説明する。
日中は、吸気ダンパーD1−1、D1−2と断熱円筒8の排気ダンパーD2−1、D2−2は連動して開度が自動的に変化し、乾燥装置本体(ハウス)の室内の湿り空気は断熱円筒8の排気ダンパーD2−1、D2−2から断熱円筒8のドラフトにより室外にパッシブ排気され、吸気ダンパーD1−1、D1−2から同量の外気が吸気される。
1日の乾燥工程は、日中の日照時に吸気ダンパーD1−1、D1−2及び排気ダンパーD2−1、D2−2は日射量に比例した開度に開いて日中モードとなり、夜間は1/3に閉じられて夜間モードになる。
朝、日射を受けて日射量が日射計SRの出力で0.02kW/m2以上になると吸気ダンパーD1−1、D1−2は開き始め、日射量とともに開度が増して排気量が増大し、日中モードで桟積製材の乾燥が促進される。
日中、日射のある間は吸気ダンパーD1−1、D1−2及び排気ダンパーD2−1、D2−2は日射量に比例した開度に開いて日中モードによる乾燥が継続する。
夕方、日射量が減じると吸気ダンパーD1−1、D1−2及び排気ダンパーD2−1、D2−2が閉じ始め、0.02kW/m2以下になると開度が1/3に閉じて夜間モードに切り替わり、夜間を通して継続する。
また、湿度センサーHRが室内湿度の異常な上昇を感知したときは吸気ダンパーD1−1、D1−2及び排気ダンパーD2−1、D2−2は自動で全開となり、湿度が低下するとこれらダンパーは再び1/3に閉じる。
なお、緊急時には各ダンパーD1、D2は個々に手動で開閉が可能である。
翌朝、日射の入射とともに乾燥装置本体(ハウス)は上記と同様な各ダンパーの制御で稼働が繰り返される。
その間、室内の南面2側の2台のファンコンベクターFC1−1、FC1−2及び北面6側の4個の室内ファンF2−1〜F2−4は常時作動し、室内空気をゆっくり矢印で示すように左回りに循環させて、温風による対流乾燥を行う。
夜間は室内温度が低下するので、補助ボイラーBHWからの燃焼熱で賄われ、温水ポンプPHWで床暖パネルFH及びファンコンベクターFCのコイルに50〜60℃の温水を供給し、温度センサーTRで制御されて室温が40℃に維持され、床暖パネルFHからのふく射及びファンコンベクターFCのコイルからの温風の対流により夜間モードで乾燥が行われる。
日中でも日射量が極端に減少したときは夜間モードになり、日射の回復とともに日中モードに戻る。
次に、本発明の完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置の(B)南北型について、以下に説明をする。
図2の概略断面図に示すように、乾燥装置本体(ハウス)は蒲鉾型で、屋根面1、南面(背面)、東面10、西面11は三重透明フイルム5で覆われた透明壁で、北面(正面)のみ不透明断熱壁である。
北面(正面)には断熱円筒8を東面10側と西面11側の隅にそれぞれ1本ずつ計2本を直立に設置し、各断熱円筒8の下部に取り付けた計2個の排気ダンパーD2を通して室内の湿潤空気を前記断熱円筒8のドラフトを利用してパッシブ排気する。
排気した相当分の空気は南面(背面)の東面10側と西面11側の裾部に設けたそれぞれ1個、計2個の外気に通じる吸気ダンパーD1を通して外気を取り入れる。
北面(正面)には搬入搬出用の出入口ドア12がある。
乾燥室の寸法、容量は東西型と同様で、桟積みした桟積製材10〜12m3が収まる容積で、寸法は間口4.5m×奥行き5.0m×高さ3.0m程度である。
木材の桟積製材の上方には炭素繊維シート(CFシート)7又はこれに類似した黒色シートが天井から空間を保って吊り下げられ、これにより木材を覆って日射の遮蔽及び吸収の効果を利用して、日射の室内への捕集と集熱及び桟積製材の材質保護の役目をしている。
ここで、三重透明フイルム5と炭素繊維シート(CFシート)7又はこれに類似した黒色シートの組み合わせにより年間の平均集熱効率は65%以上である。
乾燥装置本体(ハウス)の室内の東西面側の裾部には2台×2組、計4台のファンコンベクターFC1、FC2及び室内の東西面側の天井部には4個×2組、計8個の室内ファンF1、F2が配置され、室内空気をゆっくり矢印で示すように循環させる役目をする。
床面のコンクリート土間9に床暖パネルFHを敷設し、外部には木質材料を燃料とする補助ボイラー(図示せず)を設置して、温水ポンプ(図示せず)により温水を床暖パネルFH及びファンコンベクターFC1、FC2のコイルに供給し、夜間の不照時あるいは日中の日射量不足に対して不足分を補給してふく射と対流によって桟積製材の乾燥を促進する。
木材乾燥は、日中は三重透明フイルム5を透過した太陽熱を熱源した日中モードで行われ、夜間及び極度の日射量不足の日は床暖パネルFHとファンコンベクターFC1、FC2を介した燃焼熱で補助する夜間モードで行われる。
夜間モードではファンコンベクターFC1、FC2のコイル及びコンクリート土間9に埋設された床暖パネルFHに温水が送られ、前記ファンコンベクターFC1、FC2では温風による対流乾燥と、前記床暖パネルFHでは床暖によるふく射乾燥が行われる。
ここで、コンクリート土間9には駆体蓄熱の効果があり、表面は黒色塗装をしてある。
乾燥装置本体(ハウス)の室内には空気循環用に4組のファンコンベクターFC1、FC2、8個の室内ファンF1、F2が配置され、室内空気の循環は対角線上に配置された東面10側のファンコンベクターFC1と西面11側の室内ファンF1及び西面11側のファンコンベクターFC2と東面10側の室内ファンF2がそれぞれ一対となって連動して作動し、一方の一対が午前の実線矢印で示す右回りを受け持てば、他方の一対は午後の破線矢印で示す左回りを受け持つように制御される。
ファンコンベクターFC1、FC2及び室内ファンF1、F2はタイマーによる自動運転によって回転または停止する。
これにより桟積製材の乾燥が均一に行われ、材質の品位が保たれる。
次に、本発明の完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置の(B)南北型の制御及び稼働について、図2に基づいて説明する。
朝方、日射を受けて日射量が日射計SRの出力で0.02kW/m2以上になると吸気ダンパーD1−1、D1−2及び断熱円筒8下部の排気ダンパーD2−1、D2−2が開きはじめ、日射量に比例して開度が進み、やがて全開になって外気を十分に吸気し、湿り空気を十分に排気する日中モードで乾燥が継続される。
夕方、日射量が減じるとそれに比例して吸気ダンパーD1−1、D1−2及び排気ダンパーD2−1、D2−2が閉じ始め、0.02kW/m2以下になると開度1/3に閉じて夜間モードに入る。
また、湿度センサーHRが室内湿度の異常な上昇を感知したときは吸気ダンパーD1−1、D1−2及び排気ダンパーD2−1、D2−2は自動で全開となり、湿度が低下するとこれらダンパーは再び1/3に閉じる。
なお、緊急時には各ダンパーは個々に手動で開閉が可能である。
夜間モードでは温水ボイラー(図示せず)が作動し、温度センサーTRによって室温35℃-ON、40℃-OFFで制御された温水ポンプ(図示せず)によって温水が床暖パネルFHとファンコンベクターFC1、FC2のコイルに供給され、室温40℃前後が維持されて乾燥が継続される。
日中でも日射量が極端に減少し、室温が低下したときは夜間モードで温水供給が行われる。
翌朝、乾燥装置本体(ハウス)は日射を受けて始動し、日射量の増減とともに上記の制御と作動を繰り返す。
室内空気の循環は、対角線上に配置された一方のファンコンベクターFC1の2台及び室内ファンF1の4個の一対は午前0時から12時まで作動すれば、他方のファンコンベクターFC2の2台及び室内ファンF2の4個の一対は午後12時から24時まで作動して、それぞれ室内空気の右回転(実線矢印方向)及び左回転(破線矢印方向)に循環させる。
各一対のファンコンベクターFC1、FC2及び室内ファンF1、F2はタイマーによる自動運転で回転し、停止する。
完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置の(B)南北型はカラマツ、トドマツ、エゾマツ等の針葉樹の製材容積12m3を一週間で含水率50%から20%まで乾燥させ得る性能を有する。
本発明の完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置の(A)東西型の概略断面図である。 本発明の完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置の(B)南北型の概略断面図である。
符号の説明
1 屋根面
2 南面
3 二重透明フイルム
4 一重透明フイルム
5 三重透明フイルム
6 北面
7 炭素繊維シート(CFシート)
8 断熱円筒
9 コンクリート土間
10 東面
11 西面
12 出入口ドア


Claims (2)

  1. 東西方向向きの半蒲鉾型ハウスは屋根面、南面、東面及び西面が、間に薄い空気層を有する二重透明フイルムとより厚い空気層を挟んで一重透明フイルムからなる三重透明フイルムで覆われ、北面のみが不透明断熱壁で覆われた温室構造で、室内には炭素繊維シート又はこれに類似した黒色シートを天井から空間を保って桟積された製材の上方を覆うように吊り下げ、室内の南面裾部側には上向きにファンコンベクター及び北面天井部側には下向きに室内ファンを配置し室内の高温空気をゆっくり循環して桟積された製材の表面及び材間を通風して乾燥を促すように作用し、床面のコンクリート土間に床暖パネルを敷設し、外部には木質材料を燃料とする補助ボイラーを設置して、温水ポンプにより温水を床暖パネル及びファンコンベクターのコイルに供給し夜間の不照時あるいは日中の日射量不足に対して不足分を補給してふく射と対流によって桟積製材の乾燥を促進し、北面の東側と西側の隅に断熱円筒をそれぞれ直立に設置し、それら断熱円筒の下部に取り付けたダンパーを通して室内の湿潤空気を断熱円筒のドラフトを利用してパッシブ排気することを特徴とする完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置。
  2. 南北方向向きの蒲鉾型ハウスは屋根面、南面、東面及び西面が、間に薄い空気層を有する二重透明フイルムとより厚い空気層を挟んで一重透明フイルムからなる三重透明フイルムで覆われ、北面のみが不透明断熱壁で覆われた温室構造で、室内には炭素繊維シート又はこれに類似した黒色シートを天井から空間を保って桟積された製材の上方を覆うように吊り下げ、室内の東西面側の裾部には上向きにファンコンベクター及び室内の東西面側の天井部には反対向きに室内ファンをそれぞれ配置し、室内空気の循環は対角線上に配置された東面側のファンコンベクターと西面側の室内ファン及び西面側のファンコンベクターと東面側の室内ファンがそれぞれ一対となって連動して作動し室内の高温空気をゆっくり右循環又は左循環して桟積された製材の表面及び材間を通風して乾燥を促すように作用し、床面のコンクリート土間に床暖パネルを敷設し、外部には木質材料を燃料とする補助ボイラーを設置して、温水ポンプにより温水を床暖パネル及びファンコンベクターのコイルに供給し夜間の不照時あるいは日中の日射量不足に対して不足分を補給してふく射と対流によって桟積製材の乾燥を促進し、北面の東側と西側の隅に断熱円筒をそれぞれ直立に設置し、それら断熱円筒の下部に取り付けたダンパーを通して室内の湿潤空気を断熱円筒のドラフトを利用してパッシブ排気することを特徴とする完全パッシブ太陽熱利用木材乾燥装置。
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