JP5283082B2

JP5283082B2 - 木材乾燥装置

Info

Publication number: JP5283082B2
Application number: JP2009067296A
Authority: JP
Inventors: 明一原田
Original assignee: Micro Denshi Co Ltd
Current assignee: Micro Denshi Co Ltd
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: JP2010216782A

Description

本発明は、木材にマイクロ波電力を照射し、柱や原木などの木材を乾燥させる木材乾燥装置に関する。

木材を乾燥させないで使用すると、割れが発生するなどの弊害が生じるため、一般的には乾燥させてから使用する。
乾燥には、木材を放置して乾燥させる自然乾燥の他に、木材を蒸気で加熱して乾燥する蒸気乾燥の方法がある。
自然乾燥は乾燥時間が長くなり、また、蒸気乾燥は木材の表面から加熱するため、内部との偏乾燥が生じ、短時間乾燥には有利であるが、柱や丸太のように肉厚のある木材の場合には割れが生じることがある。

木材を丸太のままで内部から加熱し短時間乾燥が可能な装置としてマイクロ波電力を使用する乾燥装置が既に提案されている。
図６はこの種の木材乾燥装置の一例を示す簡略図で、この木材乾燥装置は、木材１０を搬入するシールドケース１１と、シールドケース１１内の木材１０にマイクロ波電力を照射する照射アンテナ１２と、照射アンテナ１２にマイクロ波電力を供給するマイクロ波電源１３と、シールドケース１１の底部に配設され、木材１０を搬入、搬出する移動コンベア１４とを備えている。

シールドケース１１は、複数のケースユニット１５を直列に連結し、細長い筒状となっている。
ケースユニット１５は、両端を開放した角筒状で、マイクロ波電力が漏れないように連結してシールドケース１１を構成している。
シールドケース１１は両端を開口して出入口１６となっているが、木材１０を入れてマイクロ波電力を照射している状態で、マイクロ波電力が外方に漏れないいようにするため、これら出入口１６には開閉扉１７が設けてある。

照射アンテナ１２とマイクロ波電源１３は、各々のケースユニット１５の上部に形成された電源室１８に配設されている。
マイクロ波電源１３はマグネトロンから出力されたマイクロ波電力を導波管１９を介して照射アンテナ１２に供給される。
また、照射アンテナ１２は、シールドケース１１内の木材１０の移送方向に離して複数配設し、木材１０の上から一定の間隔でマイクロ波電力を照射するように電源室１８に下向きに開口されている。

上記した木材乾燥装置は、複数の照射アンテナ１２から照射されたマイクロ波電力が互いに干渉するが、移送コンベア１４やシールドケース１１内で反射、拡散されて木材１０を照射し、木材１０を乾燥させる。

特許第２８０８４４４号公報

上記した木材乾燥装置は、木材１０の上部が、照射アンテナ１２から照射されるマイクロ波電力に直接照射される他、シールドケース１１を構成する金属壁や木材１０を支持、移送する移送コンベア１４などの反射波によって照射されて加熱乾燥される。
これに対し、木材１０の裏側は、シールドケース１１の底板金属壁の反射波と移送コンベア１４の反射波だけが木材１０に照射されて加熱乾燥される。

このため、木材１０の上部と下部の乾燥レベルが大きく異なる偏乾燥状態となる。
そこで、この木材乾燥装置では、移送コンベア１３を動作させて木材１０を前後に往復運動させる構成を採用しているが、しかし、この往復運動構成では上記した木材１０の上部と下部の偏乾燥（加熱ムラ）の問題については解決することができない。

一方、この木材乾燥装置は、ラッパ状に広がった構造の照射アンテナ１２を備えており、マイクロ波電界を広げて放射することができて有利である。
つまり、この特性を用いれば、木材１０の長さ方向にマイクロ波電界の指向性を一致させることができるから、加熱効率を上げることができる。

しかしながら、このような特徴を採用しても上記したところの木材１０の上部と下部の偏乾燥の問題は解決することができない。
木材１０の偏乾燥は、木材１０の反りや割れなどに繋がる致命的な問題となる。

なお、上記したようなラッパ状の照射アンテナ１２は、他の照射アンテナから照射されたマイクロ波電力やアプリケータ壁面の反射波のうち、周波数の位相が一致するものを効率良く受信するため、極端な場合は、マイクロ波発生デバイスに反射波電力を戻すことがあり、このため、マイクロ波発生デバイスが故障することがある。

本発明は、上記したような木材１０の上部と下部の加熱ムラの問題を可能なるかぎり少なくして木材１０全体を均一乾燥することができる木材乾燥装置を提案することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明では第１の発明として、マイクロ波電力を木材に照射して乾燥させる木材乾燥装置において、木材を搬入してマイクロ波電力を照射するアプリケータには、木材を載せて移動するコンベアを備え、このコンベアは、アプリケータ内の上下方向の中央位置或いは中央位置から上方又は下方に幾分離した位置を木材の移動通路とするローラーコンベアによって構成し、
さらに、前記したローラーコンベアの上方と下方となる前記アプリケータの内面部所にはマイクロ波電力の照射アンテナを設け、これらの照射アンテナは、アプリケータの壁面に向かってマイクロ波電力を照射する構成としたことを特徴とする木材乾燥装置を提案する。

第２の発明としては、第１の発明の木材乾燥装置において、前記アプリケータは、天井壁、左右壁、底板壁からなる四辺形断面の長形箱状体として形成し、このアプリケータ内の四辺形断面のほぼ中段に沿った長形方向に複数のローラーを設けたローラーコンベアを配設し、さらに、前記ローラーコンベアのローラーの上方と下方となるアプリケータの左右壁各々にマイクロ波電力の照射アンテナを設け、上方の照射アンテナは天井壁面に向かって、下方の照射アンテナは底板壁に向かってマイクロ波電力を照射させる構成としたことを特徴とする木材乾燥装置を提案する。

第３の発明としては、第１の発明の木材乾燥装置において、前記アプリケータは、天井壁、左右壁、底板壁からなる四辺形断面の長形箱状体として形成し、このアプリケータ内の四辺形断面のほぼ中段に沿った長形方向に複数のローラーを設けたローラーコンベアを配設し、さらに、前記ローラーコンベアのローラーの上方となるアプリケータの天井壁と前記ローラーコンベアのローラーの下方となるアプリケータの左右壁各々にマイクロ波電力の照射アンテナを設け、天井壁に設けた照射アンテナはアプリケータの側壁に向かって、ローラーコンベアの下方の照射アンテナは底板壁に向かってマイクロ波電力を照射させる構成としたことを特徴とする木材乾燥装置を提案する。

上記第１の発明の木材乾燥装置は、ローラーコンベアをアプリケータの中央又はほぼ中央に設け、また、そのローラーコンベアに対し照射アンテナを上方と下方に設けると共に、これら照射アンテナはアプリケータの壁面に向かってマイクロ波電力を照射する構成となっている。
したがって、ローラーコンベアの上方と下方の各々の照射アンテナから直接照射された強い電界強度を含むマイクロ波電力がアプリケータの壁面で反射されて弱められて均一化されるので、その反射波（多重反射波を含む）が木材に照射されることから、木材の加熱ムラが改善され、全体的に均一した乾燥が可能になる。
また、ローラーコンベアの上方と下方とにマイクロ波電力を供給するので、木材の上部と下部とにバランス良くマイクロ波電力（反射波）が照射し、木材の上部と下部の偏乾燥が改善される。

上記第２の発明の木材乾燥装置は、天井壁、左右壁、底板壁からなる四辺形断面のアプリケータを備え、そのアプリケータのほぼ中段位置にローラーコンベアを設けたことが特徴となっており、上記第３の発明の木材乾燥装置は、アプリケータの天井壁に照射アンテナを設け、この照射アンテナよりアプリケータの側壁に向かってマイクロ波電力を照射させる構成としたことが特徴となっており、その他は第１の発明の木材乾燥装置と同じ構成となっている。
したがって、第２、第３の発明の木材乾燥装置においても、第１の発明と同様の効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態を示す木材乾燥装置の平面図である。図１上のＡ−Ａ線拡大断面図である。図２上のＢ−Ｂ線に沿って切断した上記木材乾燥装置の断面図である。本発明の第２実施形態を示す木材乾燥装置の平面図である。図４上のＣ−Ｃ線拡大断面図である。従来例として示した木材乾燥装置の簡略的な断面図である。

次に本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図１は、第１実施形態の木材乾燥装置を示す平面図、図２は図１上のＡ−Ａ線拡大断面図、図３は図２上のＢ−Ｂ線に沿って切断した木材乾燥装置の断面図である。

図示するように、この木材乾燥装置は、四辺形断面の長形箱状として形成したアプリケータ２１の天井壁２１ａの表面に４台のマイクロ波発振器２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを備え、これらマイクロ波発振器２２ａ〜２２ｄが各々の導波管２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを介してアプリケータ２１の左右壁２１ｂの上位部所に連結してある。

図２にはマイクロ波発振器２２ａと導波管２３ａの断面図が示してあるが、その他のマイクロ波発振器２２ｂ〜２２ｄと導波管２３ｂ〜２３ｄは同じ構成のものである。
すなわち、マイクロ波発振器２２ａは、マイクロ波電力を発振するマグネトロン２４ａを備え、マグネトロン２４ａのアンテナが高周波結合器２５ａに挿入されている。

高周波結合器２５ａはマイクロ波電力を導波管２３ａに結合させるもので、マイクロ波電力が導波管２３ａを通してアプリケータ２１内に供給される。
導波管２３ａの先端側は、アプリケータ２１の左壁２１ｂの上部部所に連結してある。
すなわち、アプリケータ２１の内側から左壁２１ｂの上部部所に取り付ける照射アンテナ２６ａに接続固定してある。

また、照射アンテナ２６ａはマイクロ波電力の照射方向がアプリケータ２１の天井壁２１ａ側に傾斜するようになっている。
具体的には、照射アンテナ２６ａには、照射面の垂直方向がアプリケータ２１の天井壁２１ａに向かう構成とした照射部が設けてある。
なお、その他の導波管２３ｂ〜２３ｄについても上記同様に構成した照射アンテナ２６ｂ〜２６ｄ（照射アンテナ２６ｂ、２６ｃは図示省略）に接続固定してある。

また、アプリケータ２１の左右壁２１ｂの下方側には、４台のマイクロ波発振器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄを備え、これらマイクロ波発振器２７ａ〜２７ｄが各々の導波管２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄを介してアプリケータ２１の左右壁２１ｂの下位部所に連結してある。

図２にはマイクロ波発振器２７ｃと導波管２８ｃの断面図が示してあるが、その他のマイクロ波発振器２７ａ、２７ｂ、２７ｄと導波管２８ａ、２８ｂ、２８ｄは同じ構成のものである。
すなわち、マイクロ波発振器２７ｃは、マイクロ波電力を発振するマグネトロン２９ｃを備え、マグネトロン２９ｃのアンテナが高周波結合器３０ｃに挿入されている。

高周波結合器３０ｃはマイクロ波電力を導波管２８ｃに結合させるもので、マイクロ波電力が導波管２８ｃを通してアプリケータ２１内に供給される。
導波管２８ｃの先端側は、アプリケータ２１の右壁２１ｂの下部部所に連結してある。
すなわち、アプリケータ２１の内側から右壁２１ｂの下部部所に取り付ける照射アンテナ３１ｃに接続固定してある。

また、照射アンテナ３１ｃはマイクロ波電力の照射方向がアプリケータ２１の底板壁２１ｃ側に傾斜するようになっている。
具体的には、照射アンテナ３１ｃには、照射面の垂直方向がアプリケータ２１の底板壁２１ｃに向かう構造とした照射部が設けてある。
なお、その他の導波管２８ａ、２８ｂ、２８ｄについても上記同様に構成した照射アンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｄに接続固定してある。

上記のように、下側の照射アンテナ３１ａ〜３１ｄをアプリケータ２１の底板壁２１ｃに設けずに、左右壁２１ｂに設けたのは、木材２０の乾燥工程中に発生した蒸気が結露してできた水が溜まるのを防ぐために、底板壁２１ｃは水抜き構造とする場合があることと、照射アンテナ３１ａ〜３１ｄの接続面の信頼性を考慮すると、底板壁２１ｃに比べ左右壁２１ｂが有利であるからである。

一方、アプリケータ２１は、マイクロ波電力を遮断するシールド構造としてあり、天井壁２１ａ、左右壁２１ｂ、底板壁２１ｃからなる四辺形断面で、木材２０の全体を収容できるように長形の箱状のものとしてある。
そして、このアプリケータ２１の搬入口には上下方向に移動する搬入シャッター扉３２を設け、同様に搬出口には上下方向に移動する搬出シャッター扉３３を設けてマイクロ波電力の漏洩を防止する構成としてある。

また、アプリケータ２１内には、木材２０を搬送するローラーコンベア３４が設けてある。
このローラーコンベア３４は、アプリケータ２１の四辺形断面に対する上下方向のほぼ中央位置として多数のローラーを長形方向に配列した構成としてある。
具体的には、乾燥が想定される最大径の木材２０の根本側がアプリケータ２１内のほぼ中央となるように、ローラーコンベア３４のローラー位置（高さ）を設定することが好ましい。

上記の如く構成した本実施形態の木材乾燥装置は、搬入シャッター扉３２を開け、木材２０をローラーコンベア３４によってアプリケータ２１内に搬入する。
続いて、搬入シャッター扉３２を閉めた後、各マイクロ波発振器２２ａ〜２２ｄ、２７ａ〜２７ｄを運転して木材２０の乾燥工程に移る。

この乾燥工程では、上側のマイクロ波発振器２２ａ〜２２ｄから出力されるマイクロ波電力が照射アンテナ２６ａ〜２６ｄの照射部からアプリケータ２１の天井壁２１ａに向かって照射されるから、天井壁２１ａやその他のアプリケータ壁面で反射されたマイクロ波反射電力が木材２０に照射される。

同様に、下側のマイクロ波発振器２７ａ〜２７ｄから出力されるマイクロ波電力が照射アンテナ３１ａ〜３１ｄの照射部からアプリケータ２１の底板壁２１ｃに向かって照射されるから、底板壁２１ｃやその他のアプリケータ壁面で反射されたマイクロ波反射電力が木材２０に照射される。

このように、照射アンテナから照射されるマイクロ波電力が木材２０に直接に照射されずに、マイクロ波電力の強い電磁界成分がアプリケータ壁面で反射されて弱められ、また、反射を繰り返して間接的に木材２０に照射されるので、木材２０全体の均一乾燥が可能になる。

さらには、上側の照射アンテナ２６ａ〜２６ｄから照射されるマイクロ波電力に基づいて木材２０の上部側が主に加熱され、下側の照射アンテナ３１ａ〜３１ｄから照射されるマイクロ波電力に基づいて木材２０の下部側が主に加熱されるので、木材２０の上部と下部とで偏乾燥が生ずることがない。
なお、本実施形態の木材乾燥装置によれば、乾燥工程中に木材２０を前後に往復移動させたり、回転させたりしなくとも効率良く乾燥させることができる。
乾燥工程の終了後は、搬出シャッター扉３３を開けて木材２０をアプリケータ２１外に搬出する。

図４は、第２実施形態の木材乾燥装置を示す平面図、図５は図４上のＣ−Ｃ線拡大断面図である。
本実施形態は、図示するように、アプリケータ２１の天井壁２１ａの表面に４台のマイクロ波発振器２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを備え、これらマイクロ波発振器２２ａ〜２２ｄが各々の導波管２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを介してアプリケータ２１の天井壁２１ａに連結して構成した点に特徴があり、その他は上記した第１実施形態の木材乾燥装置と同じ構成となっている。

図５にはマイクロ波発振器２２ａと導波管２３ａの断面図が示してあるが、その他のマイクロ波発振器２２ｂ〜２２ｄと導波管２３ｂ〜２３ｄは同じ構成のものである。
すなわち、マイクロ波発振器２２ａは、マイクロ波電力を発振するマグネトロン２４ａを備え、マグネトロン２４ａが出力するマイクロ波電力が高周波結合器２５ａを介して導波管２３ａに結合され、マイクロ波電力が導波管２３ａを通してアプリケータ２１内に供給される。

導波管２３ａの先端側は、アプリケータ２１の天井壁２１ａに連結してある。
すなわち、アプリケータ２１の内側から天井壁２１ａに取り付ける照射アンテナ２６ａに接続固定してある。
また、本実施形態では、照射アンテナ２６ａはマイクロ波電力の照射方向がアプリケータ２１の左壁２１ｂ側に傾斜するようになっている。
具体的には、照射アンタナ２６ａには、照射面の垂直方向がアプリケータ２１の左壁２１ｂに向かう構成とした照射部が設けてある。
なお、その他の導波管２３ｂ〜２３ｄについても上記同様に構成した照射アンテナ２６ｂ〜２６ｄ（照射アンテナ２６ｂ、２６ｃは図示省略）に接続固定してある。

この第２実施形態の木材乾燥装置においても、照射アンテナ２６ａ〜２６ｄから照射されるマイクロ波電力が木材２０に直接に照射されずに、マイクロ波電力の強い電磁界成分がアプリケータ２１の左右壁２１ｂで反射されて弱められ、また、反射を繰り返して間接的に木材２０に照射されるので、木材２０全体の均一乾燥が可能になる。
下側の照射アンテナ３１ａ〜３１ｄから照射するマイクロ波電力については第１実施形態と同様となる。

さらには、上側の照射アンテナ２６ａ〜２６ｄから照射されるマイクロ波電力に基づいて木材２０の上部側が主に加熱され、下側の照射アンテナ３１ａ〜３１ｄから照射されるマイクロ波電力に基づいて木材２０の下部側が主に加熱されるので、この点では第１実施形態と同様に木材２０の上部と下部とで偏乾燥が生ずることがない。

マイクロ波電力を照射して柱や丸太などの木材を短時間に乾燥させる乾燥装置に適用することができる。

２０木材
２１アプリケータ
２１ａ天井壁
２１ｂ左右壁
２１ｃ底板壁
２２ａ〜２２ｄマイクロ波発振器
２６ａ〜２６ｄマイクロ波電力の照射アンテナ
２７ａ〜２７ｄマイクロ波発振器
３１ａ〜３１ｄマイクロ波電力の照射アンテナ
３４ローラーコンベア

Claims

マイクロ波電力を木材に照射して乾燥させる木材乾燥装置において、
木材を搬入してマイクロ波電力を照射するアプリケータには、木材を載せて移動するコンベアを備え、
このコンベアは、アプリケータ内の上下方向の中央位置或いは中央位置から上方又は下方に幾分離した位置を木材の移動通路とするローラーコンベアによって構成し、
さらに、前記したローラーコンベアの上方と下方となる前記アプリケータの内面部所にはマイクロ波電力の照射アンテナを設け、
これらの照射アンテナは、アプリケータの壁面に向かってマイクロ波電力を照射する構成としたことを特徴とする木材乾燥装置。
請求項１に記載した木材乾燥装置において、
前記アプリケータは、天井壁、左右壁、底板壁からなる四辺形断面の長形箱状体として形成し、このアプリケータ内の四辺形断面のほぼ中段に沿った長形方向に複数のローラーを設けたローラーコンベアを配設し、
さらに、前記ローラーコンベアのローラーの上方と下方となるアプリケータの左右壁各々にマイクロ波電力の照射アンテナを設け、
上方の照射アンテナは天井壁面に向かって、下方の照射アンテナは底板壁に向かってマイクロ波電力を照射させる構成としたことを特徴とする木材乾燥装置。
請求項１に記載した木材乾燥装置において、
前記アプリケータは、天井壁、左右壁、底板壁からなる四辺形断面の長形箱状体として形成し、このアプリケータ内の四辺形断面のほぼ中段に沿った長形方向に複数のローラーを設けたローラーコンベアを配設し、
さらに、前記ローラーコンベアのローラーの上方となるアプリケータの天井壁と前記ローラーコンベアのローラー下方となるアプリケータの左右壁各々にマイクロ波電力の照射アンテナを設け、
天井壁に設けた照射アンテナはアプリケータの側壁に向かって、ローラーコンベアの下方の照射アンテナは底板壁に向かってマイクロ波電力を照射させる構成としたことを特徴とする木材乾燥装置。