JP3165817B2 - 木材の熱処理乾燥方法 - 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、特に桟積み
した木材を加熱室内で熱処理乾燥する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】板材その他の木材を乾燥炉などで乾燥す
る際には、乾燥すべき木材の間に適宜の桟を挟んで積み
上げる所謂桟積みが行われる。このように桟積みした木
材を乾燥する場合、従来はこれを乾燥炉内へ装入し、炉
内の空気を加熱装置で加熱したり、乾燥炉内へ熱風を送
ったりして乾燥するようにしていた。

【０００３】然しながら、木材は乾燥の過程で曲がりや
ヒビ割れを生じることが多いが、従来の方法ではこれを
防ぐことができず、また乾燥前から歪みを有している木
材を乾燥過程で矯正することも不可能であった。乾燥工
程で乾燥前の歪みを矯正し、真っ直ぐな角材や反りのな
い板材が得られれば大変に好都合であるが、そのような
乾燥方法は提案されていない。又、従来の乾燥方法で
は、木材は伐採後、ある期間自然乾燥させた後、乾燥炉
で乾燥させていたが、この方法であると、伐採後、製品
を得る迄に相当の期間を要するばかりでなく、乾燥に伴
う材の変形が大きく、そのため乾燥後の仕上加工が不可
避であり、相当の取代を見込んでおく必要があった。

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するためなされたものであり、その目的とすると
ころは、桟積みした木材を曲がりやヒビ割れを生じるこ
となく効率よく乾燥させ得る熱処理乾燥方法を提供する
ことにある。本発明の他の目的は、伐採直後の生材を変
形させることなく乾燥させ、小さな許容誤差範囲内で所
望の形状、寸法の材を得ることができる熱処理乾燥方法
を提供することにある。本発明の更に他の目的は、伐採
直後の生材を直ち処理するので、伐採から製材までの期
間が短く、そのため経済的に極めて効率が良く、短時間
内に所定の含水率の乾燥材を得ることができる熱処理乾
燥方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

【０００５】上記の目的は、伐採直後の生材を所望の形
状に製材し、これをリグニン軟化温度以上の過熱蒸気雰
囲気中で熱処理、乾燥させることにより達成される。而
して、上記の処理に際しては、処理された木材が所望の
形状となるように矯正負荷を負荷するか、又は、変形が
阻止されるようにして、熱処理することが望ましい。半
乾燥材や、表層部などが部分的に乾燥した材は、そのリ
グニン軟化温度が高くなっているので、本発明により処
理する材としては好ましくはないが、本発明は生材の乾
燥のみに限定されるものではない。

【０００６】本発明の一実施例に於いては、伐採した木
材は、直ちに製材、桟積みされ、その上に矯正負荷用の
重錘を載置した状態で加熱室内に搬入される。次いで、
加熱室に蒸気、望ましくは飽和蒸気を供給してエアパー
ジを行うと共に、加熱室内の木材温度をその木材のリグ
ニン軟化温度以上に上昇させ、更にその温度上昇過程に
於いて、加熱室内の蒸気の一部を外部に取り出し、これ
を適宜の加熱装置、例えば高温の蒸気が供給される熱交
換機で加熱し、過熱蒸気として加熱室に戻し、この過熱
蒸気雰囲気中で材の熱処理、乾燥を行うものである。而
して、材の乾燥に伴って発生する蒸気は加熱室外に設け
た凝縮器に導き、冷却、復水し、適宜の廃水処理装置で
浄化し、放流する。

【０００７】更に具体的には、上記の目的は、下記(a)
ないし(g) のステップ、即ち、 (a) 桟積みされた木材を加熱室内に搬入し、加熱室を閉
鎖する装入ステップ。 (b) 加熱室内へ蒸気を導入し、室内の空気を室外に排出
するエアパージステップ。 (c) エアパージステップの実行過程中又はその終了後に
開始されるステップであって、室内の蒸気の一部を取り
出し、加熱し、過熱蒸気として室内に還流せしめ、加熱
室内の木材温度を木材のリグニン軟化温度以上に上昇さ
せる昇温ステップ。 (d) 昇温ステップに引き続き行われるステップであっ
て、加熱室内の蒸気の一部を取り出し、加熱し、過熱蒸
気として加熱室内に還流せしめ、一定時間、室内の木材
温度をそのリグニン軟化温度以上の一定温度に保持する
熱処理ステップ。 (e) 熱処理ステップに引き続き行われるステップであっ
て、加熱室内の蒸気の一部を取り出し、余剰の蒸気を加
熱室外に排出すると共に、残部を加熱し、過熱蒸気とし
て室内に還流せしめ、室内の木材温度をリグニン軟化温
度より高い所定の乾燥温度に保持しつつ、木材中の水分
を蒸発させる乾燥ステップ。 (f) 乾燥ステップを停止し、木材温度を低下させる、冷
却ステップ。 (g) 加熱室を開扉し、乾燥された木材を取り出す搬出ス
テップ。とから成る、桟積みされた木材を加熱室内で熱
処理乾燥する方法により達成される。

【０００８】上記の如き方法であると、加熱室内を蒸気
で満たして室内の温度を処理される木材のリグニン軟化
温度より高い温度に保持する熱処理ステップにおいて、
木材のセルロース組織間のリグニンが充分に軟化し、桟
積みの上から加わる圧力によって反り等の変形が矯正さ
れ、その後の乾燥ステップにおいて変形不能に拘束され
た状態で乾燥が行われるため、曲がり等を生じることな
く効率良く乾燥を行い得るものである。本発明方法によ
るときは、小さい許容誤差で所望の形状の材が得られ、
後の仕上げ工程で必要とする取り代が少なくて済むの
で、極めて好都合である。

【０００９】而して、本発明を実施するときは、熱処理
ステップにおける矯正が迅速かつ確実に行われるよう、
桟積みされた木材を加熱室内に搬入する前又は搬入後に
於いて、木材が所望の形状となるように矯正負荷を掛け
た状態で処理を行うようにすることが推奨される。木材
が板材の場合、桟積みを、剛性を有するパレットの上で
アルミニウム製の角形管から成る桟を用いて行い、矯正
負荷が板材の主平面に垂直に加わるようにすることが推
奨される。

【００１０】その場合、矯正負荷が、桟積みされた木材
の上部に搭載される、単位負荷面積当たり６００kg以
上、１２００kg以下の重量を有する重錘により負荷され
るように構成することが望ましい。又、必要に応じて、
木材を桟積みしたパレットを２段に積み重ね、その上に
重錘を搭載するようにしても良い。

【００１１】処理される木材が生材である場合、昇温ス
テップに於いて、室内温度が７５℃ないし１５０℃の範
囲内から選ばれる熱処理温度まで上昇せしめられ、熱処
理ステップに於いて、室内温度が上記７５℃ないし１５
０℃の範囲内から選ばれる熱処理温度に保持されるよう
構成することが推奨される。

【００１２】而して、上記の如き本発明に係る木材の熱
処理乾燥方法を実施するには、下記(a) ないし(j) の構
成要素を備えた木材熱処理乾燥装置、即ち、(a) 主体部
が断熱壁で構成され、扉と、木材を桟積みしたパレット
の搬送装置とを有し、密閉可能な加熱室と、(b) 加熱室
内の空気を大気中に排出する装置と、(c) 蒸気供給源
と、(d) 蒸気供給源が発生する蒸気を加熱室内に随時導
入し得る蒸気ラインと、(e) 加熱室内の気体を加熱し得
る加熱装置と、(f) 加熱室内の蒸気を排出する装置と、
(g) 加熱室内の温度を計測、制御する装置と、(h) 少な
くとも一部の木材の温度を計測する装置と、(i) 少なく
とも一部の木材の重量変化を計測する装置と、(j) 熱処
理乾燥工程の進行を制御する中央制御装置と、を備えた
木材熱処理乾燥装置が好適に利用できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施例
を説明する。図１は本発明に係る木材の熱処理乾燥方法
に用いられる熱処理乾燥装置の一実施例を示す説明図、
図２は桟積みされた材に矯正負荷を与えるため用いられ
る重錘を示す断面図、図３は、図１に示した木材熱処理
乾燥装置に於ける処理プロセスの一例を示すタイムチャ
ートである。

【００１４】而して、図中、１は加熱室、２は加熱室１
内の空気を排出する排気装置、３は蒸気発生用のボイラ
ー、４は蒸気供給ライン、５は蒸気加熱装置、６は蒸気
排出装置、７、７は桟積台、８、８は熱処理される板
材、９、９は桟積に用いられる桟、10は板材８に矯正負
荷を与える重錘である。尚、図面が煩雑となるのを避け
るため図示を省略したが、この加熱室１内部には、必要
に応じて、室内蒸気温度及び板材８表面の温度を計測す
る温度検出器、板材８の重量変化を計測する重量検出
器、木材の水分分析計その他各種の計測装置が設けら
れ、又、外部には、供給及び／又は排出される蒸気の温
度検出器などが設けられている。加熱室１は、断熱壁11
で囲まれた炉室であり、開閉自在の扉12と、安全弁13と
を具備し、かつ、その内部には桟積された材を搬送する
ためのチエーンコンベア14が設けられている。

【００１５】排気装置２は、加熱室１内から外気に通じ
る管路に設けた排気弁22から成る。蒸気供給ライン４
は、ボイラー３の発生蒸気を加熱室１に導く管路であ
り、その管路内に制御弁41と、止弁42を具備する。蒸気
加熱装置５は、加熱室１内から蒸気を取り出し、再加熱
し、過熱蒸気として加熱室１内に戻す装置であり、熱交
換器51、管路52及び53、整流器54、加熱用蒸気制御弁5
5、トラップ56、循環ファン57及び吸気弁58などから成
る。

【００１６】又、蒸気排出装置６は、加熱室１内で板材
８から蒸発した蒸気を冷却、復水し、図示されていない
廃水処理装置に送る装置であり、排気ファン61、制御弁
62、冷却器63、シャワー64及び管路65などから成る。板
材８は、アルミの角管から成る桟９を用いて、桟積台７
の上に桟積されており、桟積台７は二段に積み重ねら
れ、その上に重錘10が載置された状態で、図中右側にそ
の一部を示したチエーンコンベアにより搬送され、加熱
室１内のチエーンコンベア14によって加熱室１内に搬入
される。

【００１７】重錘10は、図２に示されているように、方
形板状の鉄塊100 に複数の吊手 101を一定の範囲で移可
能に設けて成る。吊手101 は、その中間胴部101aの上部
には頭部101bが、下部には円錐台形の脚部101cがそれぞ
れ設けられており、取付板102 とボルト103 とを用いて
鉄塊 100の上面に取り付けられる。吊手101 と、と取付
板102 の間には、隙間103 が設けられており、これによ
り吊手101 は一定の範囲で鉄塊100 の上面に沿って移動
可能に取り付けられる。重錘10をこのように構成するの
は、この重錘10を図示されていない自動クレーンによっ
て積み卸しする際、クレーンによって確実に把持できる
ようにするためである。

【００１８】而して、材の搬入後、加熱室１の扉12を閉
め、熱処理乾燥処理を開始するが、その稼働状況は図３
に示されている。図３中、曲線Ａ及びＢは、加熱室１内
の整流器54内のそれぞれ異なった２点での蒸気温度を示
す曲線、曲線Ｃは加熱室１中央部の蒸気温度を示す曲
線、曲線Ｄは加熱室１から外部に排出される蒸気温度を
示す曲線、曲線Ｅ、Ｆ及びＧは処理されている板材８の
表面温度を示す曲線、曲線Ｈは桟積台７の上に二段に桟
積されている板材８、桟９及び重錘10の総重量の変化を
示す曲線である。

【００１９】先ず時刻Ｔ0 に於いては、桟積みされた板
材８、８が加熱室１内に搬入され、加熱室１の扉12が閉
じられ、エアパージステップが開始される。このエアパ
ージステップでは、止弁42が開かれ、ボイラー３の発生
する蒸気が制御弁41により減圧されて加熱室内に導入さ
れ、同時に排気弁22が開かれ、加熱室１内の空気が蒸気
によって大気中に押し出される。次いで、本実施例に於
いては、上記エアパージステップが終了した時点Ｔ1 に
於いて、次の昇温ステップが開始される。この為、排気
弁22が閉じられ、循環ファン57が起動されると共に、加
熱用制御弁55が開かれ、蒸気加熱装置５が作動せしめら
れる。これらの昇温ステップは、上記エアパージステッ
プが完了する以前に開始し、一時期、両ステップを同時
に進行させるようにしても良い。

【００２０】然るときは、循環ファン57により加熱室１
内から抽出され管路52を通って熱交換器51に供給された
蒸気はやや低温となっているので、これを、ボイラー３
から加熱用蒸気制御弁55を介して供給される高温、高圧
の蒸気により加熱し、過熱蒸気として蒸気整流器54によ
り加熱室１内に均等に分配、供給する。これにより加熱
室１内の温度は処理される木材のリグニン軟化温度以上
の高温度に高められる。

【００２１】この昇温ステップに引き続き、時点Ｔ2 に
於いて、熱処理ステップが開始される。このステップで
は、加熱室１内で発生する蒸気が循環ファン57により抽
出され、加熱され、過熱蒸気として加熱室内に還流せし
められ、これにより一定時間、加熱室内温度がリグニン
軟化温度以上の一定温度に保持され、板材８の熱処理が
行われる。

【００２２】この熱処理ステップに於いては、排気弁2
2、止弁42及び制御弁62は総て閉鎖され、加熱室１内の
蒸気は飽和状態に保たれ、このため、板材からの蒸気発
生は僅かである。この熱処理ステップの所要時間は板厚
によって変わるが、通常１時間前後である。板材８は、
この熱処理ステップ期間中、リグニン軟化温度以上の一
定温度で重錘10の重量を受け、曲がりや反りが矯正さ
れ、歪のない平坦な板となる。

【００２３】熱処理ステップが終了した時点Ｔ3 で、乾
燥ステップに移行するため、制御弁62を開き、加熱室１
内で発生した蒸気の排出を開始する。加熱室１内で発生
した余剰の蒸気は、制御弁62を経て排気ファン65に吸引
され、凝縮器63に送られ、シャワー64から供給される冷
却水により冷却さて復水せしめられ、図示されていない
廃水処理装置に送られ処理される。この排気の温度は曲
線Ｄに示されている。この乾燥ステップでは、前段の熱
処理ステップに引き続き加熱室１内で発生する蒸気が循
環ファン57により抽出され、熱交換器51により加熱さ
れ、過熱蒸気として加熱室内に還流せしめられ、このた
め、板材８からの蒸気蒸発が盛んに行われるようにな
り、板材８の温度は、曲線Ｅ、Ｆ及びＧに示す如く、一
時的に低下はするものの、間もなく上昇に転じる。

【００２４】曲線Ｅ、Ｆ及びＧの違いは板材８の樹種、
材質、寸法及び初期含水率などの相違によるものであ
る。これらは総て杉材に関するデータであり、曲線Ｅは
初期含水率の低い辺材、曲線Ｆ及びＧは初期含水率の高
い芯材に関するデータである。曲線Ｈに示す材の重量
は、例えば、代表的な桟積台７の一つをストレンゲージ
等の重量変換器を介して押し上げ、支持することによっ
て知られる。曲線Ｈに示す材の重量及び曲線Ｅ、Ｆ及び
Ｇに示された材の温度、並びに、それらの変化率に基づ
いて、板材８の乾燥度が判定され、所期の乾燥度が得ら
れた時点Ｔ4 に於いて加熱用蒸気制御弁55を閉じ、ボイ
ラー３からの蒸気供給を停止、加熱室１内部を自然冷却
する。

【００２５】一般的にこの乾燥ステップの所要時間は５
ないし10時間程度、冷却ステップのそれは２ないし５時
間程度である。乾燥の進行に伴って、リグニン軟化温度
が上昇するので、冷却ステップに於いて、重錘10による
圧力下で、材の温度はそのリグニン軟化温度より充分に
低い温度に冷却されるが、その冷却工程中においても、
板材８には重錘10による矯正負荷が掛けられているの
で、極めて平坦度の高い乾燥した板材が得られる。加熱
室１内の木材温度が充分に低下した時点Ｔ6 に於いて加
熱室１の扉12を開き、乾燥した材を取り出し、桟バラシ
を行う。

【００２６】

【発明の効果】本発明は叙上の如く構成されるから、本
発明によるときは、伐採直後の生材を効率良く、曲がり
やヒビ割れを生じることなく乾燥させ、小さな許容誤差
範囲内で所望の形状、寸法の材を得ることができる。本
発明に於いては、好ましくは伐採直後の生材を直ち処理
するので、伐採から製材までの期間が短縮され、そのた
め経済的に極めて高い効率が得られる。尚、生材はリグ
ニン軟化温度が低いので、本発明方法で処理するのに適
しているが、半乾燥材又は乾燥材をも処理し得ること勿
論である。

【００２７】尚、本発明の構成は、叙上の実施例に限定
されるものでなく、例えば、処理すべき材は板材に限ら
ず、角材や丸太でも良く、又、加熱室の構造、熱源の種
類、桟積みの方法、矯正負荷の負荷方法等は勿論のこ
と、材の搬出入装置や廃液処理装置等は、自由に設計変
更し得るものであり、本発明はそれらの変更例の総てを
包摂するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る木材の乾燥方法に用いられる木材
熱処理乾燥装置の一実施例を示す説明図である。

【図２】桟積みされた材に矯正負荷を与えるため用いら
れる重錘の一実施例を示す断面図である。

【図３】図１に示した木材熱処理乾燥装置に於ける処理
プロセスの一例を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１・・・・加熱室 12・・・・扉 13・・・・安全弁 14・・・・チエーンコンベア ２・・・・排気装置 22・・・・排気弁 ３・・・・ボイラー ４・・・・蒸気供給ライン 41・・・・制御弁 42・・・・止弁 ５・・・・蒸気加熱装置 51・・・・熱交換器 52、53・・管路 54・・・・整流器 55・・・・加熱用蒸気制御弁 56・・・・蒸気トラップ 57・・・・循環ファン 58・・・・吸気弁 ６・・・・蒸気排出装置 61・・・・排気ファン 62・・・・制御弁 63・・・・冷却器 64・・・・シャワー 65・・・・管路 ７、７・・桟積台 ８、８・・板材 ９、９・・桟 10・・・・重錘

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−5237（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−90983（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−50662（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−8881（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F26B 9/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理すべき木材（８）を、矯正負荷を掛
   けた状態で乾燥炉内に収容し、炉内空気を蒸気により置
   換した後、炉内蒸気の一部を炉外に排出しつつ、炉内蒸
   気を加熱し、木材（８）をそのリグニン軟化温度以上の
   過熱蒸気中に保持することにより木材（８）中の水分を
   蒸発させることを特徴とする木材（８）の熱処理乾燥方
   法。