JP4351141B2 - 燻煙乾燥設備および木材の燻煙乾燥方法 - Google Patents

Description

本発明は、燻煙乾燥木材を製造するための燻煙乾燥設備および木材の燻煙乾燥方法に関する。

従来の木材の燻煙乾燥方法として、木材の燻煙乾燥時に発生する燻液に、燻煙乾燥前の木材を浸した後、木材中心温度７０〜９０℃で、乾燥対象木材および外気温度に応じ５〜１０日間低温燻煙乾燥し、その後、外気温度と木材の中心温度差が８度以内になるまで放置する方法がある（特許文献１参照）。

特開２００１−１３３１４７号公報

しかしながら、特許文献１記載の燻煙乾燥方法では、低温燻煙乾燥後、放置して冷却するため、冷却日数がかかり全乾燥工程の日数が長くなるという課題があった。また、乾燥室内の湿度の調節ができないため、乾燥木材の含水率のばらつきが大きくなるという課題もあった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、全乾燥工程の日数を短縮することができ、乾燥木材の含水率を調節可能な燻煙乾燥設備および木材の燻煙乾燥方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る燻煙乾燥設備は、内壁と外壁と燃焼炉と送風装置とを有し、前記内壁は熱伝導構造を有して内部に乾燥室を形成し、前記外壁は断熱構造を有して前記内壁を包囲し、前記内壁と前記外壁との間に通気層が設けられ、前記内壁は内面に結露した水を前記外壁の外に排出する排出口を有し、前記燃焼炉は前記乾燥室に燻煙を供給可能に設けられ、前記送風装置は前記通気層に前記乾燥室の室温より低温の空気を送風可能に設けられていることを、特徴とする。

本発明に係る木材の燻煙乾燥方法は、本発明に係る燻煙乾燥設備の前記乾燥室に燻煙処理用の木材を配置して前記燃焼炉を燃焼させ、前記乾燥室の室温を測定し、測定した前記室温を所定の設定温度と比較して高いとき前記燃焼炉の燃焼温度を下げ、低いとき前記燃焼炉の燃焼温度を上げ、測定した前記室温が所定の設定温度に達してから所定時間を経過したとき前記送風装置を一定時間作動させて前記通気層に送風することを、特徴とする。

本発明に係る燻煙乾燥設備および木材の燻煙乾燥方法は、送風装置が通気層に乾燥室の室温より低温の空気を送風すると、内壁が熱伝導構造を有しているため、通気層の空気の温度と乾燥室の室温との温度差で、内壁の内面に乾燥室内の水蒸気が結露する。この結露した水を排出口から外壁の外へ排出することにより、乾燥室の室内を除湿することができる。このため、乾燥室の室内の湿度を調節して、乾燥木材の含水率を調節することができる。

また、送風装置が通気層に乾燥室の室温より低温の空気を送風することにより、熱伝導構造の内壁を通して間接的に乾燥室の室内を冷却することができる。このため、放置して冷却する場合に比べ冷却日数を短縮して、全乾燥工程の日数を短縮することができる。

本発明に係る木材の燻煙乾燥方法では、設定温度を１００度より低く設定し、低温燻煙乾燥を行うことが好ましい。例えば、設定温度をカラマツのとき７５度、杉のとき８５度、双方を混在させたとき８０度に設定する。この場合、木材の細胞が破壊されたり、木肌の良さが失われたり、木材にねじれや割れが発生したりするのを防ぐことができる。

本発明に係る燻煙乾燥設備は、前記乾燥室の室内の空気を対流させるための空気循環装置を有することが好ましい。この構成では、空気循環装置により乾燥室の室内の空気を対流させて、乾燥室の室内の温度や湿度にムラが生じるのを防ぎ、乾燥木材の品質を一定に保つことができる。

本発明によれば、全乾燥工程の日数を短縮することができ、乾燥木材の含水率を調節可能な燻煙乾燥設備および木材の燻煙乾燥方法を提供することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図８は、本発明の実施の形態の燻煙乾燥設備および木材の燻煙乾燥方法を示している。
図１乃至図３に示すように、燻煙乾燥設備１０は、内壁１１と外壁１２と排出口１３と燃焼炉（図示せず）と送風装置１４と空気循環装置１５と温度センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃと加圧室（図示せず）と機械室１７と制御室１８とを有している。

図３に示すように、内壁１１は、ステンレス製で熱伝導構造を有している。内壁１１は、内部に気密性の乾燥室２１を形成している。
図１乃至図３に示すように、外壁１２は、断熱性のパネルから成り、断熱構造を有している。外壁１２は、内壁１１との間に通気層２２を設けて、内壁１１を包囲している。
図１および図２に示すように、燻煙乾燥設備１０は、正面に、内壁１１および外壁１２により一体的に形成され、乾燥室２１に出入りするための断熱性の扉２３を有している。

図１乃至図３に示すように、排出口１３は、燻煙乾燥設備１０の側面に設けられている。排出口１３は、内壁１１の内面と外壁１２の外部とを連通し、内壁１１の内面に結露した水を外壁１２の外に排出するようになっている。排出口１３は、外壁１２の外側に除湿バルブ２４が取り付けられ、除湿バルブ２４を開閉することにより排水量を調節可能になっている。
燃焼炉は、乾燥室２１の地下に設けられている。燃焼炉は、製材所等から出る木屑、廃材、解体材等を燃やし、乾燥室２１を直接加熱し、乾燥室２１に燻煙を供給可能に設けられている。

図１乃至図３に示すように、送風装置１４は、燻煙乾燥設備１０の屋根の上に設けられた排気装置２５と、燻煙乾燥設備１０の側面に設けられた吸気装置２６とを有している。排気装置２５および吸気装置２６は、風量調節可能なベンチレーターから成る。送風装置１４は、吸気装置２６から通気層２２に外気を取り入れ、通気層２２を通った空気を排気装置２５から排気するよう設けられている。送風装置１４は、乾燥室２１を加熱したとき、通気層２２に乾燥室２１の室温より低温の空気を送風可能である。

図３に示すように、空気循環装置１５は、乾燥室２１の室内の上部に設けられている。空気循環装置１５は、乾燥室２１の室内の空気を一定速度で対流させるようになっている。空気循環装置１５は、空気の速度を調節可能になっている。

温度センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、測温抵抗体温度センサから成り、乾燥室２１の室内の下部、上部および中部、通気層２２の内部（図示せず）、直射日光が当たらない外壁１２の外部（図示せず）の５箇所に取り付けられている。乾燥室２１の室内の下部の温度センサ１６ａは、木材を載せる架台の高さに取り付けられている。上部の温度センサ１６ｂは、木材を最高に積み上げたときの高さに取り付けられている。中部の温度センサ１６ｃは、それらの中間の高さに取り付けられている。

加圧室は、燃焼炉の隣に設けられ、燃焼炉への空気の供給口を有している。加圧室は、供給口を開閉可能な手動ダンパと自動ダンパとを有している。
図２に示すように、機械室１７は、燻煙乾燥設備１０の背面側に設けられ、内部に室内循環ブロワと加圧ファンとを有している。室内循環ブロワは、ダクト２７を介して空気循環装置１５に接続され、空気循環装置１５を制御可能に構成されている。加圧ファンは、加圧室の内部に送風して、加圧室の内部の圧力を調節可能になっている。

制御室１８は、機械室１７の隣に設けられ、内部に制御盤やコンピュータ、監視モニタなどから成る制御装置を有している。制御装置は、乾燥室２１の室内の温度センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが測定した温度により、乾燥室２１の室内の温度を調節するよう、加圧ファンや自動ダンパ、送風装置１４を制御可能である。制御装置は、乾燥室２１の室内の温度センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが測定した温度により、乾燥室２１の室内の温度が均一になるよう、室内循環ブロワを制御可能である。制御装置は、乾燥室２１の室内の温度センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが測定した温度と、通気層２２の内部の温度センサが測定した温度との温度差や、時間設定により、乾燥室２１の室内の湿度を調節するよう、送風装置１４や除湿バルブ２４を制御可能である。制御装置は、乾燥工程の終了の目安にするよう、乾燥室２１の室内の温度センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが測定した温度と、外壁１２の外部の温度センサが測定した温度との温度差を監視可能である。

次に、作用について説明する。
燻煙乾燥設備１０は、以下に示す木材の燻煙乾燥方法により好適に使用される。
図３に示すように、まず、燻煙処理用の木材１を架台２の上に並べて積み上げる。このとき、隣り合う木材１の間にも空気が循環するようスペーサを挟み、木材１同士の間隔を開けるようにする。この木材１を、図２に示すフォークリフト３により、正面の扉２３から架台２ごと乾燥室２１の室内に搬入し、図３に示すように配置する。

燃焼炉を燃焼させ、温度センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより乾燥室２１の室温を測定する。燃焼とともに測定した室温が所定の設定温度と比較して高いとき、制御装置により加圧ファンや自動ダンパを制御して燃焼炉の燃焼温度を下げ、制御装置により送風装置１４を制御して乾燥室２１の室内を冷却する。このとき、送風装置１４が通気層２２に乾燥室２１の室温より低温の空気を送風することにより、熱伝導構造の内壁１１を通して間接的に乾燥室２１の室内を冷却することができる。また、測定した室温が所定の設定温度と比較して低いとき、制御装置により加圧ファンや自動ダンパを制御して燃焼炉の燃焼温度を上げる。こうして、乾燥室２１の室温を所定の設定温度に維持することができる。

設定温度を維持することにより、木材１が含む水分を蒸発させて、木材１を乾燥させることができる。このとき、設定温度を１００度より低く設定し、低温燻煙乾燥を行う。これにより、木材１の細胞が破壊されたり、木肌の良さが失われたり、木材１にねじれや割れが発生したりするのを防ぐことができる。

また、燃焼とともに酸性の燻液を蒸発させる。これにより、木材１を軟らかくし、乾燥効率を向上させることができる。また、燻液の成分が木材１の中心まで含浸するため、防腐・防虫効果が高くなる。

測定した室温が所定の設定温度に達してから所定時間を経過したとき、送風装置１４を一定時間作動させて通気層２２に送風する。このとき、外気温が乾燥室２１の室温より低いため、通気層２２に乾燥室２１の室温より低温の空気が送風される。内壁１１が熱伝導構造を有しているため、通気層２２の空気の温度と乾燥室２１の室温との温度差で、内壁１１の内面に乾燥室２１の室内の水蒸気が結露する。制御装置により除湿バルブ２４を開き、この結露した水を排出口１３から外壁１２の外へ排出することにより、乾燥室２１の室内を除湿することができる。このため、乾燥室２１の室内の湿度を調節して、乾燥した木材１の含水率を調節することができる。

また、熱伝導構造の内壁１１を通して間接的に乾燥室２１の室内が冷却されるが、制御装置により加圧ファンや自動ダンパを制御して燃焼炉の燃焼温度を上げて、設定温度を維持することができる。なお、手作業で手動ダンパを開いて燃焼炉に空気を送り、燃焼炉の燃焼温度を上げて、設定温度を維持してもよい。

あらかじめ設定した時間、設定温度を維持した後、燃焼炉の燃焼を止める。送風装置１４を作動させて通気層２２に送風し、乾燥室２１の室内を冷却する。これにより、放置して冷却する場合に比べ冷却日数を短縮して、全乾燥工程の日数を短縮することができる。
制御装置により、乾燥室２１の室内の温度センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが測定した温度と、外壁１２の外部の温度センサが測定した温度との温度差を監視して、温度差が５〜１０度以内になったとき全乾燥工程を終了とする。

なお、全乾燥工程を通して、制御装置により室内循環ブロワを制御し、空気循環装置１５を作動させる。これにより、乾燥室２１の室内の空気を対流させて、乾燥室２１の室内の温度や湿度にムラが生じるのを防ぎ、乾燥した木材１の品質を一定に保つことができる。

以下に、本発明の実施の形態の燻煙乾燥設備および木材の燻煙乾燥方法を使用した実験例を示す。
燻煙処理用の木材は、縦１２５ｍｍ、横１２５ｍｍ、長さ４０００ｍｍであり、図４（ａ）に示すように、２５本（図中の１番〜２５番）が横方向に５本づつ並べられ、縦方向に５段積み上げられている。木材の内部の温度を測定するため、木材の一端から３００ｍｍの位置の断面中心に、温度センサが取り付けられている。乾燥室の室内の湿度を測定するため、湿球温度計が空気循環装置付近に取り付けられている。なお、乾球温度として、乾燥室の室内の温度センサの測定値の平均値を使用する。
また、図４（ｂ）に示すように、各木材の両端からそれぞれ３００ｍｍの位置ａ，ｂの断面で各木材の含水率を測定した。ａ，ｂの位置で２箇所×４面の計８箇所について含水率計（高周波水分計）により水分測定を行った。さらに、図４（ｃ）に示すように、試験体断面を９分割し、木口含水率分布を検出した。その含水率の測定は、全乾重量法（旧ＪＩＳ Ｚ ２１０２ｂ）により行った。全乾重量法により測定したデータを基に、含水率計で測定したデータを補正し、ロット全体の含水率分布を算出した。

図５（ａ）に示す従来の乾燥工程に比べて、低温でも乾燥期間を長くして木材を十分に乾燥させるよう、図５（ｂ）に示すように、乾燥室の室内の温度を、始めの２４時間で８０度まで上昇させ、２４時間から９６時間まで８０度を維持し、９６時間以降に冷却を行うよう設定している。この温度設定に従って低温燻煙乾燥を行った結果、図６に示すように、１２日以内に全乾燥工程が終了した。また、図６に示すように、温度制御が正確に行われ、乾燥室の室内の絶対湿度が低下している。なお、送風装置を作動させて除湿を始める時間を、乾燥室の室内が８０度に到達した時点（図６の矢印）に設定している。

図７に示すように、全乾燥工程終了後の図４（ａ）に示す３番、１１番、１３番、１５番、２３番の木材の全乾重量法による含水率は、中央の１３番の木材を除いては、ほぼ１８％より低くなっている。図８（ａ）に示す３番、１１番、１３番、１５番、２３番の木材の全乾重量法による含水率と、水分計による含水率との相関関係から、全ての木材の水分計による含水率を補正して推定含水率を求めた。その結果、図８（ｂ）に示すように、中心付近の木材の含水率がやや高いものの、含水率の低い一定の品質の良い乾燥木材を得ることができた。

本発明の実施の形態の燻煙乾燥設備を示す正面図である。 図１に示す燻煙乾燥設備の右側面図である。 図２に示す燻煙乾燥設備のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態の木材の燻煙乾燥方法で燻煙処理される木材の（ａ）積み重ねた状態を示す側面図、（ｂ）含水率測定位置を示す側面図、（ｃ）含水率測定位置を示す断面図である。 （ａ）従来の木材の燻煙乾燥方法の理想的な温度変化および湿度変化を示すグラフ、（ｂ）本発明の実施の形態の木材の燻煙乾燥方法の理想的な温度変化および湿度変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態の木材の燻煙乾燥方法の温度変化および湿度変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態の木材の燻煙乾燥方法による乾燥木材の全乾法による（ａ）含水率測定位置を示す断面図、（ｂ）３番の木材の両端ａ，ｂの含水率の分布およびその平均値、（ｃ）１１番の木材の両端ａ，ｂの含水率の分布およびその平均値、（ｄ）１３番の木材の両端ａ，ｂの含水率の分布およびその平均値、（ｅ）１５番の木材の両端ａ，ｂの含水率の分布およびその平均値、（ｆ）２３番の木材の両端ａ，ｂの含水率の分布、その平均値および全体の含水率の平均値である。 本発明の実施の形態の木材の燻煙乾燥方法による乾燥木材の（ａ）全乾法による含水率と水分計による含水率との相関関係を示すグラフ、（ｂ）積み重ねた状態を示す側面図、（ｃ）（ａ）の相関関係から求めた各乾燥木材の推定含水率である。

符号の説明

１ 木材
２ 架台
３ フォークリフト
１０ 燻煙乾燥設備
１１ 内壁
１２ 外壁
１３ 排出口
１４ 送風装置
１５ 空気循環装置
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 温度センサ
１７ 機械室
１８ 制御室
２１ 乾燥室
２２ 通気層
２３ 扉
２４ 除湿バルブ
２５ 排気装置
２６ 吸気装置
２７ ダクト

Claims (3)

1. 内壁と外壁と燃焼炉と送風装置とを有し、
   前記内壁は熱伝導構造を有して内部に乾燥室を形成し、前記外壁は断熱構造を有して前記内壁を包囲し、前記内壁と前記外壁との間に通気層が設けられ、前記内壁は内面に結露した水を前記外壁の外に排出する排出口を有し、
   前記燃焼炉は前記乾燥室に燻煙を供給可能に設けられ、
   前記送風装置は前記通気層に前記乾燥室の室温より低温の空気を送風可能に設けられていることを、
   特徴とする燻煙乾燥設備。
2. 前記乾燥室の室内の空気を対流させるための空気循環装置を有することを、特徴とする請求項１記載の燻煙乾燥設備。
3. 請求項１または２記載の燻煙乾燥設備の前記乾燥室に燻煙処理用の木材を配置して前記燃焼炉を燃焼させ、前記乾燥室の室温を測定し、測定した前記室温を所定の設定温度と比較して高いとき前記燃焼炉の燃焼温度を下げ、低いとき前記燃焼炉の燃焼温度を上げ、測定した前記室温が所定の設定温度に達してから所定時間を経過したとき前記送風装置を一定時間作動させて前記通気層に送風することを、
   特徴とする木材の燻煙乾燥方法。

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