木材の調湿乾燥方法及びその装置
【課題】 木材の内部割れ、変形を防止し、かつ乾燥時間の短縮が図れる木材の乾燥方法を提供する。
【解決手段】 乾燥室１内を高温の蒸気で１００℃近くに上げて木材を加熱し、所定時間保持して木材の芯部まで該温度になじませる第１の工程、乾球温度１１０〜１３０℃、湿球温度１００℃近傍に加熱して所定時間保持する第２の工程、所定温度まで又は所定時間もしくは木材が所定の含水率になるまで加熱を停止し、温度降下中、材内の水分を調湿して脱水する第３の工程、木材内部の平均含水率又は木材間の平均含水率が所望の含水率になるまで前記第２、第３の工程を繰り返す第４の工程を有する。さらに、前記第４の工程の後に、乾燥室１内を乾球温度６５〜１００℃好ましくは８０℃、湿球温度６３〜９８℃好ましくは７８℃で所定時間保持し、各木材の芯部へ向けての水分傾斜及び木材間の含水率がほぼ均一化されるまで調湿を行う第５の工程を付加するのが望ましい。
【解決手段】 乾燥室１内を高温の蒸気で１００℃近くに上げて木材を加熱し、所定時間保持して木材の芯部まで該温度になじませる第１の工程、乾球温度１１０〜１３０℃、湿球温度１００℃近傍に加熱して所定時間保持する第２の工程、所定温度まで又は所定時間もしくは木材が所定の含水率になるまで加熱を停止し、温度降下中、材内の水分を調湿して脱水する第３の工程、木材内部の平均含水率又は木材間の平均含水率が所望の含水率になるまで前記第２、第３の工程を繰り返す第４の工程を有する。さらに、前記第４の工程の後に、乾燥室１内を乾球温度６５〜１００℃好ましくは８０℃、湿球温度６３〜９８℃好ましくは７８℃で所定時間保持し、各木材の芯部へ向けての水分傾斜及び木材間の含水率がほぼ均一化されるまで調湿を行う第５の工程を付加するのが望ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱、土台、梁、桁等の建築構造材に使用される木材、特には針葉樹や広葉樹の芯持ち角材や梁桁材等、乾燥中に木材から流出した樹脂成分の付着によって変色しやすい木材の調湿乾燥方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築構造材として用いられる木材は、伐採後、時間をかけて十分乾燥したものを用いる必要があるが、乾燥期間を短縮するため、木材乾燥装置を用いて高温乾燥させている。
しかしながら、高いランニングコスト（電力、燃料）、低い歩留り（乾燥によるわれ、曲り等の発生）、生産性の低さ（乾燥時間が非常に長い）等により、柱材等は表層部１０〜２０ｍｍ程度を含水率２０〜２５重量％、芯部を３５〜５０重量％程度の乾燥で、乾燥材として市場に出荷されていたが、このような高温乾燥には、自然乾燥に比べて、木材の外観上の割れ、曲がり等が発生しやすく歩留まりが低いという難点があった。
近年、これらに対する対策の結果、高温乾燥技術が進歩し、特許文献１で示すような木材乾燥機を使用して木材を乾燥させ、日数はかかるものの芯持ち角材や梁桁材が表面割れすることなく、歩留まりの高い乾燥ができるようになってきた。
【０００３】
上記した従来の高温乾燥技術の一般的な乾燥工程は、以下の通りである。
第１工程（昇温昇湿工程）；木材を乾燥室内に搬入し、木材内部（以下、材内と略称する）の芯部が、９６〜９８℃の温度に到達するまで、１０〜２４時間、高温蒸気による蒸射を行い、加熱する。
第２工程（高温加熱工程）；乾燥室内を、加熱ヒータで加熱して乾球温度を１２０℃程度に上げ、同時に蒸気の一部を室外に排出（強制排湿）して木材の割れを防ぎつつ、木材表面を高温状態として乾燥する。この状態をほぼ２４時間維持する。
第３工程（高温脱水工程）；乾燥室内の温度を５〜１５℃刻みでステップ状に下げ、各温度で１０〜２４時間保持する。この間、蒸気の一部を室外に排出し、木材が所望の含水率、例えば、含水率１５％になるまで乾燥する。
第４工程（自然冷却工程）；所望の含水率に下がった時点で、加熱、加湿を停止して自然冷却を行い、木材の温度（以下、材温という）が充分に下がった時点で乾燥室から木材を搬出する。
通常、４寸角の杉芯持ち角材の場合で、乾燥室内への木材の搬入から搬出までに７〜９日間を要する。
【特許文献１】特公平４−６８５５０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記した従来の高温乾燥処理によって乾燥木材の表面割れは無くなったものの、木材の内部割れ、変形等による加工性や強度低下の問題、さらに、乾燥中に木材表面に生ずる変色による外観上の問題は、依然として解消されていない。
近年、建築に携わる人の建築用材に対する工務習熟度が以前に比べて低下しており、殆どプレカット材を組むだけになっている。また、プレカット加工を行う場合、乾燥した木材が変形していると加工機にかけるのが困難となり、乾燥後の加工歩留りを著しく低下させるため、事業者のなやみの種となっていた。
また、木材の内部に割れがあると、その割れが木材乾燥後のプレカットにより加工断面に出現して、継手部分の強度を著しく低下させるほか、加工断面に現れない木材の中央部において強度低下をもたらす。
また、木材の外観は、製材された生材時の色合いが好まれる傾向が残っているため、変色した高温乾燥材が敬遠される一因となっている。
【０００５】
したがって、本発明の課題は、従来の高温乾燥技術では避けられなかった木材の内部割れ、変形、さらには木材表面の変色を防止し、かつ従来の高温乾燥方法に比べて、乾燥時間の短縮が図れ、さらに、材内の水分傾斜が極めて小さく、乾燥中及びその後の寸法安定性に優れた乾燥材が得られる木材の調湿乾燥方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の木材の調湿乾燥方法は、乾燥室内に複数の木材を搬入して加熱乾燥する木材の調湿乾燥方法であって、乾燥室内の乾球温度及び湿球温度（以下、乾湿温という）を高温の蒸気で１００℃近くに上げて木材を加熱し、所定時間保持して木材の芯部まで該温度になじませる第１の工程（昇温昇湿工程）、乾球温度１１０〜１３０℃、湿球温度１００℃近傍に加熱して所定時間保持する第２の工程（高温加熱工程）、所定温度まで又は所定時間もしくは木材が所定の含水率になるまで加熱を停止し、温度降下中、材内の水分を調湿（湿度調整）して脱水する第３の工程（調湿脱水工程）、材内の平均含水率又は木材間の平均含水率が所望の含水率になるまで前記第２、第３の工程を繰り返す第４の工程（繰返し調湿脱水工程）を有することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の木材の調湿乾燥方法は、前記第４の工程の後に、乾燥室内を乾球温度６５〜１００℃好ましくは８０℃、湿球温度６３〜９８℃好ましくは７８℃で所定時間保持し、各木材の芯部へ向けての水分傾斜及び木材間の含水率がほぼ均一化されるまで調湿を行う第５の工程（水分均一化工程）を付加するのが望ましい。
さらに、前記第５の工程の後に、加熱及び加湿を停止し、室内の循環送風ファン及び湿度の高い雰囲気を徐々に排出し低湿の外気を導入する給排気ファンの風量を抑えて稼動し、室内結露の滴下を防止しながら木材の温度を低下させるのが望ましい。
【０００８】
さらに、本発明の木材の調湿乾燥方法において、第１の工程における加熱手段が高温蒸気又は高温蒸気と加熱ヒータであり、第２以降の工程における加熱手段がヒータ、加湿手段が湯気発生装置で発生させた常圧の湯気で行うのが望ましい。
なお、第３の工程における調湿脱水は、温度降下とともに乾湿温差が予め設定した数値となるように、発生させる湯気の量を調節して行うのが望ましい。なお、この乾湿温差は、一定値ではなく乾球温度の降下につれて、乾湿温差が小さくなるように調湿（湿度調整）するのが望ましい。
【０００９】
本発明の木材の調湿乾燥方法に使用する木材の調湿乾燥装置は、乾燥室内に高温蒸気を供給する手段、加熱ヒータで加熱する手段及びタンク内の水中に高温蒸気を導き常圧の湯気を発生させる湯気発生装置を有し、木材に取付けた材温センサー及び含水率センサーとこれらのセンサーに接続され木材の含水率を表示する含水率測定装置、並びに木材の調湿脱水乾燥を予め設定されたプログラムに従って制御する、制御装置を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の木材の調湿乾燥方法によれば、従来の高温乾燥方法による乾燥木材に見られた木材の内部割れ、捩れ、曲り、反り等の変形及び木材表面の変色が殆どなくなると共に、材内の水分傾斜が非常に少ない。従来法のものに比べて収縮率も小さく、乾燥中および乾燥後の木材の寸法安定性が非常に高い高品質な乾燥木材が得られる。さらに、従来の乾燥木材よりも、乾燥木材間の含水率にばらつきが無く、かつ乾燥時間も短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態を添付図面に基づき説明する。
図１は、本発明の木材の調湿乾燥方法に使用される乾燥装置の一例を示す概略断面図である。
この木材の調湿乾燥装置は、図１に示すように、縦断面構造が直方体形で、木材の強制乾燥は、乾燥室１の入口より、木材２を積載した台車３を搬入して行われる。
【００１２】
乾燥室１は、通常、上部に室温を上げる加熱ヒータ４からなる加熱装置と、乾燥室内の湿度を上げるために乾燥室の外に設けられたボイラーとそこから供給される高温蒸気を室内に噴射するためのスチームパイプ５とからなる加湿装置と、乾燥室内の空気を循環させる循環送風ファン６を有する循環装置とを備え、内壁に沿って、室外に設けられた給気・排気ファンに連通した管路７からなる給排気装置が設けられ、さらに、左右側壁に沿って設けられたタンク８と、このタンク８内の水中に、高温蒸気を供給するための管体９が配設された湯気発生装置を備え、底部には、乾燥によって木材から流出する樹脂液等を受け室外に排出するための水槽１０が設けられている。
【００１３】
前記した湯気発生装置は、乾燥室１の外部に設けられた高温蒸気発生機（図示せず）から延びるパイプ（図示せず）に管体９が連結されており、高温蒸気発生機から送出された高温蒸気が、管体９を経てタンク８内に導かれ、管体９に間隔をあけて設けられた小孔よりタンク８内の水中に噴出し、タンクの天板に設けられた小孔から常圧の湯気となって乾燥室１内に噴出するようになっている。
木材２は、台車３上に、桟木等を介して隙間をあけて積載され、乾燥室１に搬入された後、密閉された乾燥室内で、所望の温度・湿度に制御された雰囲気下で高温乾燥される。昇温時には、乾燥室内は、強力な循環送風ファン６で、室内雰囲気が循環するようになっている。
【００１４】
乾燥室内に搬入された木材は、加熱により表層部の水分が木目に沿って移動し、木材の両端面 (木口)から脱水される。同時に表層部の水分の減少によって材内への熱伝導は悪化し、かつ内部に水分が残留した状態で留まっているため、内部を１００℃以上に加熱することは極めて困難である。従って、高温乾燥を長時間続けても所望の含水率まで下げるのに極めて長時間を要する。また、このようにして乾燥された木材は、材内の水分傾斜及び収縮率が大きい。
【００１５】
本発明においては、所定時間、高温で加熱・乾燥した後、加熱を停止して調湿する。すなわち、加熱停止して降温中の乾湿温差を小さくすることで、内部の水分が木目に沿って移動し排出され、材内の水分傾斜は小さくなる。再度、高温加熱・乾燥して表層部の水分を排出して水分傾斜を生じさせた後、加熱停止・調湿を繰り返すことで、木材の芯部まで速やかに水分を移動させ排出させることができ、従来に比べて乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【００１６】
本発明の調湿乾燥方法では、乾燥室内の標準となる１乃至複数の木材に深さを変えて材温センサーと含水率センサーを取付けて含水率測定装置及び制御装置に接続し、これによって、特に、第３の調湿脱水工程において、材内の水分を制御装置（コントローラー）により自動的に調湿脱水を行うものである。なお、含水率測定装置には、得られた含水率を材内の温度及び湿度と共に表示させるのが望ましい。同時に乾湿温差も求め、これに基づいて湯気の発生量を調節することで調湿が行われる。この調湿は、室内の湿度を調節するように予め設定されたプログラムに従って制御装置により行われる。
このように、乾球温度が降下するにつれて乾湿温差が小さくなるように、湿球温度を 湯気の発生量で調節することで、材内の水分の表層への移動を調節することができ、材内の含水率を制御することができる。また、加熱停止して調湿し脱水するため、極めて省エネ効果が大きく、ランニングコストを従来より大幅に削減することができる。
【００１７】
以下、図１に示す乾燥装置を使用して、本発明の木材の調湿乾燥方法による木材の脱水乾燥工程を、前記した従来の乾燥方法の脱水乾燥工程と比較しつつ、順を追って説明する。
なお、本発明の木材の調湿乾燥方法により乾燥させる材内の目標含水率を、この例においては１５重量％とする。
第１の工程（昇温昇湿工程）；
乾燥させる木材２を積載した台車３を乾燥室１に搬入した後、乾燥室１内を密封し、乾燥室内の乾湿温を１００℃近く、好ましくは９６〜９８℃に上げて木材を加熱する。この状態を所定時間、木材の芯部がその温度に到達するまで続ける。
乾燥室内の昇温は、主にスチームパイプ５から高温蒸気を噴射（蒸射）して供給するが、加熱ヒータ４を併用して行ってもよい。これにより乾湿温が共に上がる。
【００１８】
上記所定時間は、乾燥室内の温度は蒸射によって１〜２時間で上がるが、木材中心部の温度が設定値の温度にほぼ到達する時間を基準とするため、木材の材質、太さ等によっても異なるが、木材の芯部に向けて厚さ１０ｍｍに対して１時間を目安として設定され、通常の角柱材、例えば４，５寸角であれば概ね５〜７時間でよい。
本発明の第１の工程は、従来の第１工程とほぼ同じであるが、所定時間保持して木材中心部の温度が前記所定温度に到達した後、予め設定されたプログラムに従って自動的に次の工程に移行する。
【００１９】
第２の工程（高温加熱工程）；
第１の工程後、蒸射を停止し、乾燥室内を所定時間、加熱ヒータで加熱して乾球温度１２０〜１３０℃に上げ、水中に高温の蒸気を導き発生する湯気で湿球温度１００℃近傍に保持する。前記所定時間は、乾燥させる木材及び厚みにもよるが、概ね１０〜２４時間とするのが望ましい。
前記した従来の第２の工程と本発明の第２の工程とは、同じ高温加熱処理であっても湿球温度が相違している。従来の第２の工程では、乾燥効率を上げるために乾燥室内の蒸気を強制排出している。そのため、これによって室外に持ち出されるエネルギー損失は大きい。
【００２０】
これに対して、本発明の第２の工程では、乾燥室内の湿球温度を１００℃近傍、即ち約９８〜１００℃に維持するために、従来法のような強制排出は行わず、逆に前記湿度を維持できない場合には常圧の湯気で加湿を行う。
この加湿は、従来法のようにスチームパイプ５からの蒸射で行うと、木材の表面を汚し、変色させるおそれがあるため、前記した湯気発生装置を使用し、タンク内の水中に配設した管体９に高温の蒸気を導き発生させた湯気で加湿するのが好ましい。
【００２１】
第３の工程（調湿脱水工程）；
第２の工程で高温加熱処理した後、一旦、乾燥室内の加熱を所定時間まで又は所定温度もしくは木材が所定含水率に達するまで停止する（以下、所定時間の停止で代表する）。このとき循環送風ファン６も停止させるか、あるいは、循環送風ファン６をインバーターにて低速運転し、極小風量（微風）にて運転してもよい。
第２の工程で乾球温度を１３０℃に設定した場合、第３の工程に移行する時点での乾球温度は１３０℃、湿球温度は９９．５〜１００℃になっているが、加熱と加湿を停止すると、乾球温度は湿球温度より早く下がり、乾球温度１００℃前後では、湿球温度は９８．０〜９８．５℃前後になり、当初３０℃あった乾湿温差が２℃差程度まで近づく。その後さらに乾湿温は下がって行くがその間、第３の工程を終える所定時間になったとき、乾湿温差ができるだけ小さくなっているように、乾湿温差に応じて適宜湯気を発生させて調湿する。これにより調湿効果が発生し、材内の水分傾斜が緩和し、内部応力の減少及び含水率のむらを減少させる他に、木材の内部割れの防止、更に木材の変形防止が図られる。前記所定時間は、概ね１０〜２４時間である。
【００２２】
このように第３の工程では、第２の工程において木材表層部の乾燥により生じた木材芯部に向けての水分傾斜を、乾湿温差を調節することで芯部の水分を木材表面へ移動させることができる。なお、調湿は、センサーから得たリアルタイムの乾湿温データを制御装置で演算処理して乾湿温差を求め、この値が設定値あるいはゼロに漸近化するように、設定値より大きい場合には、湯気発生装置に信号を出力して加湿し、設定値より小さい場合には、給排気ファンに信号を出力して排出することで行われる。
芯部の含水率の高い木材ほど表面への水分の移動量が大きいため、木材間の水分のバラツキが収束する傾向にあるためである。このように材内の水分傾斜を緩和し、これにより含水率のむらを減少させ、材内の応力を減少させることができる。
この調湿脱水工程を経た木材は、当初１００％〜１４０％もあった含水率が、内部割れを生じさせずに平均で一挙に５０〜７０％前後まで下がる。
【００２３】
第４の工程（繰返し調湿脱水工程）；
前記第２の工程及び第３の工程を、木材の平均含水率が１５±２〜３％になるまで繰り返して行う。
この工程では、先の第２の工程と同様に、再度、乾燥室１内をヒーターで加熱し乾球温度で１１０〜１３０℃、例えば１３０℃に昇温して１０〜１５時間保持する。この間、加湿して湿球温度を９９．５〜１００℃に保持する。これによって再度、表層部の乾燥が行われる。
次いで、先の第３の工程と同様、１０〜２４時間、加熱を停止して調湿し乾湿温差を小さくすることで、芯部の水分が表面に向けて移動し、材内の水分傾斜が小さくなり、内部応力が緩和される。このとき、加熱及び循環送風ファン等を全て停止して、あるいは加熱のみを停止し、循環送風ファンはインバーターにて低速の極小風量にて運転する。
【００２４】
この工程を終えると、先の第３の工程終了時点で５０〜７０％程度になっていた木材の含水率はさらに下がり、３０〜５０％程度になっている。この第２、第３の工程を繰り返すことにより含水率は次第に下がっていく。
この第４の工程においては、先の工程で水分傾斜が大幅に軽減されているため、水分の除去がより容易に行われ、従来の高温乾燥に比べても、所要時間は従来の５０〜６０％程度で済み、同一容積の乾燥機に比べ格段に生産性が高い。また、乾燥による木材の収縮量は、脱水が主に加熱を停止して降温しながらの調湿工程を繰り返すことによって行われるため、木材の内部組織を傷めず、従来の高温乾燥の場合の約５０〜６０％程度でおさまる。
【００２５】
この第４の工程で再度行われる前記第２の工程は、最初の第２，３の工程でかなり脱水されているため、木材の表面含水率はかなり下がっている。そのため、乾燥室内の湿球温度を目標値の９９〜１００℃近傍に維持できないことが多い。そのため、先の第２の工程と同様に、乾燥室内に備えた湯気発生装置から湯気を噴出させて、加湿し目標値の維持を行うようにすると良い。
なお、第１の工程で昇温昇湿に使用した高温蒸気の蒸射によって加湿すると、木材表面の変色度合いが非常に強くなる。これに対して湯気による加湿は、木材の変色防止に極めて有効であり、かつ木材の割れ防止にも効果的である。
【００２６】
前記した第２、第３の工程を繰り返す回数は、木材の種類、目標とする含水率等によっても異なるが、例えば、５寸角の芯持ち角材で所望の含水率が１５％であれば、概ね３〜４回で低下する。
この第４の工程を経ると、従来の高温乾燥で見られる乾燥木材の内部割れを発生させることなく、乾燥木材の平均含水率を所望の含水率、例えば１５％まで下げることができる。
【００２７】
第５の工程（水分均一化工程）；
この第５の工程は、前記した第１〜第４の工程を経て、センサーでモニターした木材の平均含水率が１５％に下がったところで、各木材の芯部へ向けての水分傾斜及び乾燥木材間の含水率の均一化を図り、含水率にバラツキのない高品質な乾燥木材を提供するため
に行う工程である
この第５の工程では、センサーを取り付けた木材の全ての含水率が１５％±３％になるまで、乾燥室内の乾球温度を６５〜１００℃、例えば８０℃、湿球温度を６３〜９８℃、例えば７８℃に設定し、この状態を所定時間（１０〜２０時間）維持する。これによって含水率の高いものも、低いものも１５％±３％に収斂する。なお、乾湿温差を２〜３℃に維持することが重要であり、材内又は木材間の水分傾斜が均一化されるまで行う。前記第４の工程を経た時点で、全ての含水率が１５％±３％に入っていれば、この第５の工程は省略しても良い。
この第５の工程でも、乾燥室内の加湿は、木材表面の汚れ、変色を防止するため、湯気発生装置を使用し常圧の湯気で行う。
【００２８】
以上の工程を経て木材の含水率が目標値に達した時点で、制御装置により加熱、加湿、送風等の全ての運転を停止して自然冷却を行い材温が充分に下がった時点で、乾燥室から木材を搬出する。
なお、材寸の大きなものは温度降下中にも水分蒸発があり、室内結露を生じ滴下して木材にしみの発生することがある。これを防ぐために、自動排湿冷却工程を採用しても良い。これは必要に応じてオプションで行う工程であり、特に温度降下に時間を要する大断面材に有効である。
【００２９】
この自動排湿冷却工程では、前記した第１〜第４若しくは第１〜第５の工程を経た後、乾燥室内の加熱、加湿を停止し、室内の循環送風ファン６及び給排気ファンをインバータ調整により稼動する。給排気ファンは、急激な温度や湿度の低下を防ぎ、材内に応力が発生せず、かつ品傷みがないように、室内雰囲気が３〜５分間程度で入れ替わる程度に風量を抑えて稼動する。このとき、外気を熱交換器を介して昇温させた低湿の外気を乾燥室内に導入するのと同時に、室内の湿度の高い雰囲気を室外に排出する。これにより、木材を急激に冷却することなく、排湿が可能となり、温度降下中、木材からの水分蒸発による室内結露を防ぎ、室内結露が滴下して木材にしみが発生することを防ぎながら、材温を低下させることが可能となる。
【００３０】
本発明の調湿乾燥装置は、乾燥室内に高温蒸気を供給する手段、乾燥室内をヒータで加熱する手段、タンク内の水中に高温蒸気を導き湯気（常圧飽和水蒸気）を発生させる湯気発生装置、木材に取付けた材温センサー及び含水率センサーと、これらのセンサーに接続され木材の含水率を表示する含水率測定装置、並びに前記した第１〜第５の工程を予め設定されたプログラムに従って制御する制御装置を備えており、これにより、木材乾燥に要する時間の短縮と無人化が実現できる。
【００３１】
初期の昇温昇湿工程では、速やかに木材の芯部まで所定温度に昇温する必要があるため、ボイラからの生蒸気を室内に直接蒸射噴霧し、ときには加熱ヒータを併用して加熱が行われるが、第２の工程以降においては、湯気発生装置を用いて、すなわち乾燥室内の側壁に沿って設けられたタンク内の水中に高温蒸気を導き発生させた常圧の湯気で室内の加湿が行われる。これは、ボイラからの生蒸気を直接蒸射すると、木材の変色が非常に強く現れるのを防止するためであり、かつ生蒸気で加湿すると、加湿（湿球温度の上昇）だけでなく、その保有熱量が大きいため乾球温度も共に上昇する。特に、乾燥室の断熱性能が高いほど顕著である。これに対して湯気は、生蒸気に比べて非常に保有熱量が低いため、乾球温度を上昇させることなく加湿することができ、乾湿温差の設定が容易である。
【００３２】
含水率測定装置には、材温センサー及び含水率センサーが接続され、さらに、含水率測定装置を経由して制御装置に接続されている。これらのデータは、自動記録及び表示することで木材の状態を常時監視することができ、さらに自動制御用のリアルタイムデータとしても利用される。上記センサーは、例えば、含水率センサーを木材長手方向のほぼ中間位置に、深さの異なる下穴を開けて挿入し、耐熱コーキングで目止めを行ってセットされる。
なお、含水率測定装置には、温度補正機能が組み込まれ、各温度で測定された含水率を常温での含水率として補正して表示することができる。
【００３３】
この制御装置には、予め設定されたプログラムが組み込まれ、各工程への移行のタイミングが制御される。これには、含水率測定装置や木材に取り付けた各センサーからのリアルタイムデータに基づいて、様々な移行条件を設定することが可能である。
例えば、［平均含水率が１５％］、あるいは［平均含水率が１５％でかつ最高含水率が１８％以下］、もしくは［全含水率が１７％以下］等、移行条件を様々に設定することができる。
さらに、これらの条件に時間や材温を付加することもできる。例えば、［平均含水率が１５％に到達後、４時間その状態を保持する］、あるいは［平均含水率が１５％でかつ最高含水率が１８％以下、かつ材温が１０４℃に到達後、さらに６時間その状態を保持する］等、複数条件を組み合わせて設定することもできる。このように一連の工程を全自動で行うことができる。
【００３４】
本発明の調湿乾燥方法及び装置を使用して生材、例えば、初期含水率１００〜１５０％以上の４寸角材を含水率１５％まで乾燥する場合、従来の高温乾燥法では７〜９日間要していたのが、ほぼ半分の３．５日で乾燥することができる。このため省エネ性能に優れ、総ランニングコストは、従来法のほぼ１／２程度以下である。
次に本発明の一例を下記の実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されず、様々な態様が可能である。
【実施例】
【００３５】
１３２ｍｍ×１３２ｍｍ×３ｍの杉芯持角柱材を５００本用意し、乾燥室への搬入前にこれらの柱材の含水率を測ったところ、含水率はほぼ１１０〜１６０％であった。これらの木材を木材間の風通しが良くなるように桟木を挟んで台車上に積載し、図１に示す乾燥室内へ搬入した。
このうちの適宜選択した６本の木材に、木材の木口から長手方向１．５ｍの位置にそれぞれ深さを変えて下穴を開け、１２点式含水率計の含水率センサー６点１組を２組、この下穴に挿入し、耐熱コーキングで目止を行った。同様に、材温センサー６点１組を２組、深さを変えて開けた下穴の個所に挿入し耐熱コーキングで目止を行った。下穴は、木材の表面から材芯に向けて、深さ３０ｍｍ、６０ｍｍの穴を、間隔をあけて穿孔し、それぞれ深さの底部にセンサーを設置した。これらのセンサーは、乾燥室外の操作室に設けた含水率計及び制御装置に接続し、数値及びグラフを表示し、かつ自動記録し、常時監視できるようにした。センサーケーブルには、非常に耐熱耐湿性の高いテフロン(登録商標)製コードを、また素線には無酸素銅銀メッキ線を採用した。
【００３６】
その後、木材乾燥室の搬入口の扉を閉めて、乾燥室内を密封し乾燥運転を開始した。
第１の工程（昇温昇湿工程）；
先ず、乾燥室内の乾湿温を、いずれも設定温度の９８℃まで上昇させた。上昇に要した時間は２時間である。９８℃の設定温度に到達後、その状態で６時間保持し、木材の芯部まで設定温度に馴染ませた。
【００３７】
第２の工程（高温加熱工程）；
第１の工程後、ヒーターで加熱して乾燥室内の乾球温度を１３０℃まで昇温させ、１５時間保持して高温乾燥処理を行った。その際、乾湿温差がほぼ３０℃となるように、湯気発生装置で湯気を発生させて調節し、乾燥室内の湿球温度を９９．５〜１００℃に保持した。
【００３８】
第３の工程（調湿脱水工程）；
次いで、加熱、加湿、室内送風ファンを停止し、若しくは室内送風ファンのみを極小風量（微風）にて稼動した。温度降下中、含水率、乾湿温をそれぞれリアルタイムでモニターし、乾湿温差が次第に小さくなるように湯気発生装置で発生させた湯気で調節した。加熱停止後、１０時間経過したところで、乾球温度８２℃、湿球温度８０℃で乾湿温差は２℃となり、木材は平均含水率で６０％となっていた。このとき、評価用サンプルを乾燥室内から取り出して切断し、確認したところ、調湿効果により材内の水分傾斜は緩和され、内部応力の減少効果により、内部割れや変形は認められなかった。
【００３９】
第４の工程（繰返し調湿脱水工程）；
再度、２回目の上記第２工程および第３工程を行うことで、木材の平均含水率は４０％となった。３回目では平均含水率２５％、４回目では平均含水率１５％となった。ここでこの第４の工程を終え、次の水分均一化工程に移行した。
【００４０】
第５の工程（水分均一化工程）；
センサーでモニターしている全ての含水率が１５％±３％になるまで、乾球温度を８０℃、湿球温度を７８℃に維持した。これには約１５時間を要した。
これにより、水分傾斜の緩和による応力の除去と、含水率の平均化がなされた乾燥材が得られたこととなる。なお、本工程においても、変色防止のために、湿球温度の維持を湯気で行った。
【００４１】
第６の工程（自動排湿冷却工程）；
含水率が１５％±３％になったところで、乾燥室内の加熱、加湿を停止し、室内の循環送風ファン、及び湿度の高い雰囲気を徐々に排出し低湿の外気を導入する給排気ファンをインバータ調整により稼動した。これにより、温度降下中、木材からの水分蒸発による室内結露を防ぎ、室内結露が滴下して木材にしみが発生することを防ぎながら、材温を低下させた。十分に温度が下がった時点で乾燥室から木材を搬出した。
なお、各工程での乾湿温、乾湿温差、工程間の移行のタイミング等は、予め設定されたプログラムに従って、各センサーからのリアルタイムデータに基づいて制御装置により自動的に制御された。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の木材の調湿乾燥方法及びその装置によれば、木材乾燥のみならず、高温蒸気を使用した湿球温度の安定した確実な制御を必要とするあらゆる分野の調湿装置として使用できるので、その産業上の利用価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の木材の調湿乾燥方法に使用される乾燥装置の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 乾燥室、
２ 木材、
３ 台車、
４ 加熱ヒータ、
５ スチームパイプ、
６ 循環送風ファン、
７ 管路、
８ タンク、
９ 管体、
１０ 水槽。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱、土台、梁、桁等の建築構造材に使用される木材、特には針葉樹や広葉樹の芯持ち角材や梁桁材等、乾燥中に木材から流出した樹脂成分の付着によって変色しやすい木材の調湿乾燥方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築構造材として用いられる木材は、伐採後、時間をかけて十分乾燥したものを用いる必要があるが、乾燥期間を短縮するため、木材乾燥装置を用いて高温乾燥させている。
しかしながら、高いランニングコスト（電力、燃料）、低い歩留り（乾燥によるわれ、曲り等の発生）、生産性の低さ（乾燥時間が非常に長い）等により、柱材等は表層部１０〜２０ｍｍ程度を含水率２０〜２５重量％、芯部を３５〜５０重量％程度の乾燥で、乾燥材として市場に出荷されていたが、このような高温乾燥には、自然乾燥に比べて、木材の外観上の割れ、曲がり等が発生しやすく歩留まりが低いという難点があった。
近年、これらに対する対策の結果、高温乾燥技術が進歩し、特許文献１で示すような木材乾燥機を使用して木材を乾燥させ、日数はかかるものの芯持ち角材や梁桁材が表面割れすることなく、歩留まりの高い乾燥ができるようになってきた。
【０００３】
上記した従来の高温乾燥技術の一般的な乾燥工程は、以下の通りである。
第１工程（昇温昇湿工程）；木材を乾燥室内に搬入し、木材内部（以下、材内と略称する）の芯部が、９６〜９８℃の温度に到達するまで、１０〜２４時間、高温蒸気による蒸射を行い、加熱する。
第２工程（高温加熱工程）；乾燥室内を、加熱ヒータで加熱して乾球温度を１２０℃程度に上げ、同時に蒸気の一部を室外に排出（強制排湿）して木材の割れを防ぎつつ、木材表面を高温状態として乾燥する。この状態をほぼ２４時間維持する。
第３工程（高温脱水工程）；乾燥室内の温度を５〜１５℃刻みでステップ状に下げ、各温度で１０〜２４時間保持する。この間、蒸気の一部を室外に排出し、木材が所望の含水率、例えば、含水率１５％になるまで乾燥する。
第４工程（自然冷却工程）；所望の含水率に下がった時点で、加熱、加湿を停止して自然冷却を行い、木材の温度（以下、材温という）が充分に下がった時点で乾燥室から木材を搬出する。
通常、４寸角の杉芯持ち角材の場合で、乾燥室内への木材の搬入から搬出までに７〜９日間を要する。
【特許文献１】特公平４−６８５５０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記した従来の高温乾燥処理によって乾燥木材の表面割れは無くなったものの、木材の内部割れ、変形等による加工性や強度低下の問題、さらに、乾燥中に木材表面に生ずる変色による外観上の問題は、依然として解消されていない。
近年、建築に携わる人の建築用材に対する工務習熟度が以前に比べて低下しており、殆どプレカット材を組むだけになっている。また、プレカット加工を行う場合、乾燥した木材が変形していると加工機にかけるのが困難となり、乾燥後の加工歩留りを著しく低下させるため、事業者のなやみの種となっていた。
また、木材の内部に割れがあると、その割れが木材乾燥後のプレカットにより加工断面に出現して、継手部分の強度を著しく低下させるほか、加工断面に現れない木材の中央部において強度低下をもたらす。
また、木材の外観は、製材された生材時の色合いが好まれる傾向が残っているため、変色した高温乾燥材が敬遠される一因となっている。
【０００５】
したがって、本発明の課題は、従来の高温乾燥技術では避けられなかった木材の内部割れ、変形、さらには木材表面の変色を防止し、かつ従来の高温乾燥方法に比べて、乾燥時間の短縮が図れ、さらに、材内の水分傾斜が極めて小さく、乾燥中及びその後の寸法安定性に優れた乾燥材が得られる木材の調湿乾燥方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の木材の調湿乾燥方法は、乾燥室内に複数の木材を搬入して加熱乾燥する木材の調湿乾燥方法であって、乾燥室内の乾球温度及び湿球温度（以下、乾湿温という）を高温の蒸気で１００℃近くに上げて木材を加熱し、所定時間保持して木材の芯部まで該温度になじませる第１の工程（昇温昇湿工程）、乾球温度１１０〜１３０℃、湿球温度１００℃近傍に加熱して所定時間保持する第２の工程（高温加熱工程）、所定温度まで又は所定時間もしくは木材が所定の含水率になるまで加熱を停止し、温度降下中、材内の水分を調湿（湿度調整）して脱水する第３の工程（調湿脱水工程）、材内の平均含水率又は木材間の平均含水率が所望の含水率になるまで前記第２、第３の工程を繰り返す第４の工程（繰返し調湿脱水工程）を有することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の木材の調湿乾燥方法は、前記第４の工程の後に、乾燥室内を乾球温度６５〜１００℃好ましくは８０℃、湿球温度６３〜９８℃好ましくは７８℃で所定時間保持し、各木材の芯部へ向けての水分傾斜及び木材間の含水率がほぼ均一化されるまで調湿を行う第５の工程（水分均一化工程）を付加するのが望ましい。
さらに、前記第５の工程の後に、加熱及び加湿を停止し、室内の循環送風ファン及び湿度の高い雰囲気を徐々に排出し低湿の外気を導入する給排気ファンの風量を抑えて稼動し、室内結露の滴下を防止しながら木材の温度を低下させるのが望ましい。
【０００８】
さらに、本発明の木材の調湿乾燥方法において、第１の工程における加熱手段が高温蒸気又は高温蒸気と加熱ヒータであり、第２以降の工程における加熱手段がヒータ、加湿手段が湯気発生装置で発生させた常圧の湯気で行うのが望ましい。
なお、第３の工程における調湿脱水は、温度降下とともに乾湿温差が予め設定した数値となるように、発生させる湯気の量を調節して行うのが望ましい。なお、この乾湿温差は、一定値ではなく乾球温度の降下につれて、乾湿温差が小さくなるように調湿（湿度調整）するのが望ましい。
【０００９】
本発明の木材の調湿乾燥方法に使用する木材の調湿乾燥装置は、乾燥室内に高温蒸気を供給する手段、加熱ヒータで加熱する手段及びタンク内の水中に高温蒸気を導き常圧の湯気を発生させる湯気発生装置を有し、木材に取付けた材温センサー及び含水率センサーとこれらのセンサーに接続され木材の含水率を表示する含水率測定装置、並びに木材の調湿脱水乾燥を予め設定されたプログラムに従って制御する、制御装置を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の木材の調湿乾燥方法によれば、従来の高温乾燥方法による乾燥木材に見られた木材の内部割れ、捩れ、曲り、反り等の変形及び木材表面の変色が殆どなくなると共に、材内の水分傾斜が非常に少ない。従来法のものに比べて収縮率も小さく、乾燥中および乾燥後の木材の寸法安定性が非常に高い高品質な乾燥木材が得られる。さらに、従来の乾燥木材よりも、乾燥木材間の含水率にばらつきが無く、かつ乾燥時間も短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態を添付図面に基づき説明する。
図１は、本発明の木材の調湿乾燥方法に使用される乾燥装置の一例を示す概略断面図である。
この木材の調湿乾燥装置は、図１に示すように、縦断面構造が直方体形で、木材の強制乾燥は、乾燥室１の入口より、木材２を積載した台車３を搬入して行われる。
【００１２】
乾燥室１は、通常、上部に室温を上げる加熱ヒータ４からなる加熱装置と、乾燥室内の湿度を上げるために乾燥室の外に設けられたボイラーとそこから供給される高温蒸気を室内に噴射するためのスチームパイプ５とからなる加湿装置と、乾燥室内の空気を循環させる循環送風ファン６を有する循環装置とを備え、内壁に沿って、室外に設けられた給気・排気ファンに連通した管路７からなる給排気装置が設けられ、さらに、左右側壁に沿って設けられたタンク８と、このタンク８内の水中に、高温蒸気を供給するための管体９が配設された湯気発生装置を備え、底部には、乾燥によって木材から流出する樹脂液等を受け室外に排出するための水槽１０が設けられている。
【００１３】
前記した湯気発生装置は、乾燥室１の外部に設けられた高温蒸気発生機（図示せず）から延びるパイプ（図示せず）に管体９が連結されており、高温蒸気発生機から送出された高温蒸気が、管体９を経てタンク８内に導かれ、管体９に間隔をあけて設けられた小孔よりタンク８内の水中に噴出し、タンクの天板に設けられた小孔から常圧の湯気となって乾燥室１内に噴出するようになっている。
木材２は、台車３上に、桟木等を介して隙間をあけて積載され、乾燥室１に搬入された後、密閉された乾燥室内で、所望の温度・湿度に制御された雰囲気下で高温乾燥される。昇温時には、乾燥室内は、強力な循環送風ファン６で、室内雰囲気が循環するようになっている。
【００１４】
乾燥室内に搬入された木材は、加熱により表層部の水分が木目に沿って移動し、木材の両端面 (木口)から脱水される。同時に表層部の水分の減少によって材内への熱伝導は悪化し、かつ内部に水分が残留した状態で留まっているため、内部を１００℃以上に加熱することは極めて困難である。従って、高温乾燥を長時間続けても所望の含水率まで下げるのに極めて長時間を要する。また、このようにして乾燥された木材は、材内の水分傾斜及び収縮率が大きい。
【００１５】
本発明においては、所定時間、高温で加熱・乾燥した後、加熱を停止して調湿する。すなわち、加熱停止して降温中の乾湿温差を小さくすることで、内部の水分が木目に沿って移動し排出され、材内の水分傾斜は小さくなる。再度、高温加熱・乾燥して表層部の水分を排出して水分傾斜を生じさせた後、加熱停止・調湿を繰り返すことで、木材の芯部まで速やかに水分を移動させ排出させることができ、従来に比べて乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【００１６】
本発明の調湿乾燥方法では、乾燥室内の標準となる１乃至複数の木材に深さを変えて材温センサーと含水率センサーを取付けて含水率測定装置及び制御装置に接続し、これによって、特に、第３の調湿脱水工程において、材内の水分を制御装置（コントローラー）により自動的に調湿脱水を行うものである。なお、含水率測定装置には、得られた含水率を材内の温度及び湿度と共に表示させるのが望ましい。同時に乾湿温差も求め、これに基づいて湯気の発生量を調節することで調湿が行われる。この調湿は、室内の湿度を調節するように予め設定されたプログラムに従って制御装置により行われる。
このように、乾球温度が降下するにつれて乾湿温差が小さくなるように、湿球温度を 湯気の発生量で調節することで、材内の水分の表層への移動を調節することができ、材内の含水率を制御することができる。また、加熱停止して調湿し脱水するため、極めて省エネ効果が大きく、ランニングコストを従来より大幅に削減することができる。
【００１７】
以下、図１に示す乾燥装置を使用して、本発明の木材の調湿乾燥方法による木材の脱水乾燥工程を、前記した従来の乾燥方法の脱水乾燥工程と比較しつつ、順を追って説明する。
なお、本発明の木材の調湿乾燥方法により乾燥させる材内の目標含水率を、この例においては１５重量％とする。
第１の工程（昇温昇湿工程）；
乾燥させる木材２を積載した台車３を乾燥室１に搬入した後、乾燥室１内を密封し、乾燥室内の乾湿温を１００℃近く、好ましくは９６〜９８℃に上げて木材を加熱する。この状態を所定時間、木材の芯部がその温度に到達するまで続ける。
乾燥室内の昇温は、主にスチームパイプ５から高温蒸気を噴射（蒸射）して供給するが、加熱ヒータ４を併用して行ってもよい。これにより乾湿温が共に上がる。
【００１８】
上記所定時間は、乾燥室内の温度は蒸射によって１〜２時間で上がるが、木材中心部の温度が設定値の温度にほぼ到達する時間を基準とするため、木材の材質、太さ等によっても異なるが、木材の芯部に向けて厚さ１０ｍｍに対して１時間を目安として設定され、通常の角柱材、例えば４，５寸角であれば概ね５〜７時間でよい。
本発明の第１の工程は、従来の第１工程とほぼ同じであるが、所定時間保持して木材中心部の温度が前記所定温度に到達した後、予め設定されたプログラムに従って自動的に次の工程に移行する。
【００１９】
第２の工程（高温加熱工程）；
第１の工程後、蒸射を停止し、乾燥室内を所定時間、加熱ヒータで加熱して乾球温度１２０〜１３０℃に上げ、水中に高温の蒸気を導き発生する湯気で湿球温度１００℃近傍に保持する。前記所定時間は、乾燥させる木材及び厚みにもよるが、概ね１０〜２４時間とするのが望ましい。
前記した従来の第２の工程と本発明の第２の工程とは、同じ高温加熱処理であっても湿球温度が相違している。従来の第２の工程では、乾燥効率を上げるために乾燥室内の蒸気を強制排出している。そのため、これによって室外に持ち出されるエネルギー損失は大きい。
【００２０】
これに対して、本発明の第２の工程では、乾燥室内の湿球温度を１００℃近傍、即ち約９８〜１００℃に維持するために、従来法のような強制排出は行わず、逆に前記湿度を維持できない場合には常圧の湯気で加湿を行う。
この加湿は、従来法のようにスチームパイプ５からの蒸射で行うと、木材の表面を汚し、変色させるおそれがあるため、前記した湯気発生装置を使用し、タンク内の水中に配設した管体９に高温の蒸気を導き発生させた湯気で加湿するのが好ましい。
【００２１】
第３の工程（調湿脱水工程）；
第２の工程で高温加熱処理した後、一旦、乾燥室内の加熱を所定時間まで又は所定温度もしくは木材が所定含水率に達するまで停止する（以下、所定時間の停止で代表する）。このとき循環送風ファン６も停止させるか、あるいは、循環送風ファン６をインバーターにて低速運転し、極小風量（微風）にて運転してもよい。
第２の工程で乾球温度を１３０℃に設定した場合、第３の工程に移行する時点での乾球温度は１３０℃、湿球温度は９９．５〜１００℃になっているが、加熱と加湿を停止すると、乾球温度は湿球温度より早く下がり、乾球温度１００℃前後では、湿球温度は９８．０〜９８．５℃前後になり、当初３０℃あった乾湿温差が２℃差程度まで近づく。その後さらに乾湿温は下がって行くがその間、第３の工程を終える所定時間になったとき、乾湿温差ができるだけ小さくなっているように、乾湿温差に応じて適宜湯気を発生させて調湿する。これにより調湿効果が発生し、材内の水分傾斜が緩和し、内部応力の減少及び含水率のむらを減少させる他に、木材の内部割れの防止、更に木材の変形防止が図られる。前記所定時間は、概ね１０〜２４時間である。
【００２２】
このように第３の工程では、第２の工程において木材表層部の乾燥により生じた木材芯部に向けての水分傾斜を、乾湿温差を調節することで芯部の水分を木材表面へ移動させることができる。なお、調湿は、センサーから得たリアルタイムの乾湿温データを制御装置で演算処理して乾湿温差を求め、この値が設定値あるいはゼロに漸近化するように、設定値より大きい場合には、湯気発生装置に信号を出力して加湿し、設定値より小さい場合には、給排気ファンに信号を出力して排出することで行われる。
芯部の含水率の高い木材ほど表面への水分の移動量が大きいため、木材間の水分のバラツキが収束する傾向にあるためである。このように材内の水分傾斜を緩和し、これにより含水率のむらを減少させ、材内の応力を減少させることができる。
この調湿脱水工程を経た木材は、当初１００％〜１４０％もあった含水率が、内部割れを生じさせずに平均で一挙に５０〜７０％前後まで下がる。
【００２３】
第４の工程（繰返し調湿脱水工程）；
前記第２の工程及び第３の工程を、木材の平均含水率が１５±２〜３％になるまで繰り返して行う。
この工程では、先の第２の工程と同様に、再度、乾燥室１内をヒーターで加熱し乾球温度で１１０〜１３０℃、例えば１３０℃に昇温して１０〜１５時間保持する。この間、加湿して湿球温度を９９．５〜１００℃に保持する。これによって再度、表層部の乾燥が行われる。
次いで、先の第３の工程と同様、１０〜２４時間、加熱を停止して調湿し乾湿温差を小さくすることで、芯部の水分が表面に向けて移動し、材内の水分傾斜が小さくなり、内部応力が緩和される。このとき、加熱及び循環送風ファン等を全て停止して、あるいは加熱のみを停止し、循環送風ファンはインバーターにて低速の極小風量にて運転する。
【００２４】
この工程を終えると、先の第３の工程終了時点で５０〜７０％程度になっていた木材の含水率はさらに下がり、３０〜５０％程度になっている。この第２、第３の工程を繰り返すことにより含水率は次第に下がっていく。
この第４の工程においては、先の工程で水分傾斜が大幅に軽減されているため、水分の除去がより容易に行われ、従来の高温乾燥に比べても、所要時間は従来の５０〜６０％程度で済み、同一容積の乾燥機に比べ格段に生産性が高い。また、乾燥による木材の収縮量は、脱水が主に加熱を停止して降温しながらの調湿工程を繰り返すことによって行われるため、木材の内部組織を傷めず、従来の高温乾燥の場合の約５０〜６０％程度でおさまる。
【００２５】
この第４の工程で再度行われる前記第２の工程は、最初の第２，３の工程でかなり脱水されているため、木材の表面含水率はかなり下がっている。そのため、乾燥室内の湿球温度を目標値の９９〜１００℃近傍に維持できないことが多い。そのため、先の第２の工程と同様に、乾燥室内に備えた湯気発生装置から湯気を噴出させて、加湿し目標値の維持を行うようにすると良い。
なお、第１の工程で昇温昇湿に使用した高温蒸気の蒸射によって加湿すると、木材表面の変色度合いが非常に強くなる。これに対して湯気による加湿は、木材の変色防止に極めて有効であり、かつ木材の割れ防止にも効果的である。
【００２６】
前記した第２、第３の工程を繰り返す回数は、木材の種類、目標とする含水率等によっても異なるが、例えば、５寸角の芯持ち角材で所望の含水率が１５％であれば、概ね３〜４回で低下する。
この第４の工程を経ると、従来の高温乾燥で見られる乾燥木材の内部割れを発生させることなく、乾燥木材の平均含水率を所望の含水率、例えば１５％まで下げることができる。
【００２７】
第５の工程（水分均一化工程）；
この第５の工程は、前記した第１〜第４の工程を経て、センサーでモニターした木材の平均含水率が１５％に下がったところで、各木材の芯部へ向けての水分傾斜及び乾燥木材間の含水率の均一化を図り、含水率にバラツキのない高品質な乾燥木材を提供するため
に行う工程である
この第５の工程では、センサーを取り付けた木材の全ての含水率が１５％±３％になるまで、乾燥室内の乾球温度を６５〜１００℃、例えば８０℃、湿球温度を６３〜９８℃、例えば７８℃に設定し、この状態を所定時間（１０〜２０時間）維持する。これによって含水率の高いものも、低いものも１５％±３％に収斂する。なお、乾湿温差を２〜３℃に維持することが重要であり、材内又は木材間の水分傾斜が均一化されるまで行う。前記第４の工程を経た時点で、全ての含水率が１５％±３％に入っていれば、この第５の工程は省略しても良い。
この第５の工程でも、乾燥室内の加湿は、木材表面の汚れ、変色を防止するため、湯気発生装置を使用し常圧の湯気で行う。
【００２８】
以上の工程を経て木材の含水率が目標値に達した時点で、制御装置により加熱、加湿、送風等の全ての運転を停止して自然冷却を行い材温が充分に下がった時点で、乾燥室から木材を搬出する。
なお、材寸の大きなものは温度降下中にも水分蒸発があり、室内結露を生じ滴下して木材にしみの発生することがある。これを防ぐために、自動排湿冷却工程を採用しても良い。これは必要に応じてオプションで行う工程であり、特に温度降下に時間を要する大断面材に有効である。
【００２９】
この自動排湿冷却工程では、前記した第１〜第４若しくは第１〜第５の工程を経た後、乾燥室内の加熱、加湿を停止し、室内の循環送風ファン６及び給排気ファンをインバータ調整により稼動する。給排気ファンは、急激な温度や湿度の低下を防ぎ、材内に応力が発生せず、かつ品傷みがないように、室内雰囲気が３〜５分間程度で入れ替わる程度に風量を抑えて稼動する。このとき、外気を熱交換器を介して昇温させた低湿の外気を乾燥室内に導入するのと同時に、室内の湿度の高い雰囲気を室外に排出する。これにより、木材を急激に冷却することなく、排湿が可能となり、温度降下中、木材からの水分蒸発による室内結露を防ぎ、室内結露が滴下して木材にしみが発生することを防ぎながら、材温を低下させることが可能となる。
【００３０】
本発明の調湿乾燥装置は、乾燥室内に高温蒸気を供給する手段、乾燥室内をヒータで加熱する手段、タンク内の水中に高温蒸気を導き湯気（常圧飽和水蒸気）を発生させる湯気発生装置、木材に取付けた材温センサー及び含水率センサーと、これらのセンサーに接続され木材の含水率を表示する含水率測定装置、並びに前記した第１〜第５の工程を予め設定されたプログラムに従って制御する制御装置を備えており、これにより、木材乾燥に要する時間の短縮と無人化が実現できる。
【００３１】
初期の昇温昇湿工程では、速やかに木材の芯部まで所定温度に昇温する必要があるため、ボイラからの生蒸気を室内に直接蒸射噴霧し、ときには加熱ヒータを併用して加熱が行われるが、第２の工程以降においては、湯気発生装置を用いて、すなわち乾燥室内の側壁に沿って設けられたタンク内の水中に高温蒸気を導き発生させた常圧の湯気で室内の加湿が行われる。これは、ボイラからの生蒸気を直接蒸射すると、木材の変色が非常に強く現れるのを防止するためであり、かつ生蒸気で加湿すると、加湿（湿球温度の上昇）だけでなく、その保有熱量が大きいため乾球温度も共に上昇する。特に、乾燥室の断熱性能が高いほど顕著である。これに対して湯気は、生蒸気に比べて非常に保有熱量が低いため、乾球温度を上昇させることなく加湿することができ、乾湿温差の設定が容易である。
【００３２】
含水率測定装置には、材温センサー及び含水率センサーが接続され、さらに、含水率測定装置を経由して制御装置に接続されている。これらのデータは、自動記録及び表示することで木材の状態を常時監視することができ、さらに自動制御用のリアルタイムデータとしても利用される。上記センサーは、例えば、含水率センサーを木材長手方向のほぼ中間位置に、深さの異なる下穴を開けて挿入し、耐熱コーキングで目止めを行ってセットされる。
なお、含水率測定装置には、温度補正機能が組み込まれ、各温度で測定された含水率を常温での含水率として補正して表示することができる。
【００３３】
この制御装置には、予め設定されたプログラムが組み込まれ、各工程への移行のタイミングが制御される。これには、含水率測定装置や木材に取り付けた各センサーからのリアルタイムデータに基づいて、様々な移行条件を設定することが可能である。
例えば、［平均含水率が１５％］、あるいは［平均含水率が１５％でかつ最高含水率が１８％以下］、もしくは［全含水率が１７％以下］等、移行条件を様々に設定することができる。
さらに、これらの条件に時間や材温を付加することもできる。例えば、［平均含水率が１５％に到達後、４時間その状態を保持する］、あるいは［平均含水率が１５％でかつ最高含水率が１８％以下、かつ材温が１０４℃に到達後、さらに６時間その状態を保持する］等、複数条件を組み合わせて設定することもできる。このように一連の工程を全自動で行うことができる。
【００３４】
本発明の調湿乾燥方法及び装置を使用して生材、例えば、初期含水率１００〜１５０％以上の４寸角材を含水率１５％まで乾燥する場合、従来の高温乾燥法では７〜９日間要していたのが、ほぼ半分の３．５日で乾燥することができる。このため省エネ性能に優れ、総ランニングコストは、従来法のほぼ１／２程度以下である。
次に本発明の一例を下記の実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されず、様々な態様が可能である。
【実施例】
【００３５】
１３２ｍｍ×１３２ｍｍ×３ｍの杉芯持角柱材を５００本用意し、乾燥室への搬入前にこれらの柱材の含水率を測ったところ、含水率はほぼ１１０〜１６０％であった。これらの木材を木材間の風通しが良くなるように桟木を挟んで台車上に積載し、図１に示す乾燥室内へ搬入した。
このうちの適宜選択した６本の木材に、木材の木口から長手方向１．５ｍの位置にそれぞれ深さを変えて下穴を開け、１２点式含水率計の含水率センサー６点１組を２組、この下穴に挿入し、耐熱コーキングで目止を行った。同様に、材温センサー６点１組を２組、深さを変えて開けた下穴の個所に挿入し耐熱コーキングで目止を行った。下穴は、木材の表面から材芯に向けて、深さ３０ｍｍ、６０ｍｍの穴を、間隔をあけて穿孔し、それぞれ深さの底部にセンサーを設置した。これらのセンサーは、乾燥室外の操作室に設けた含水率計及び制御装置に接続し、数値及びグラフを表示し、かつ自動記録し、常時監視できるようにした。センサーケーブルには、非常に耐熱耐湿性の高いテフロン(登録商標)製コードを、また素線には無酸素銅銀メッキ線を採用した。
【００３６】
その後、木材乾燥室の搬入口の扉を閉めて、乾燥室内を密封し乾燥運転を開始した。
第１の工程（昇温昇湿工程）；
先ず、乾燥室内の乾湿温を、いずれも設定温度の９８℃まで上昇させた。上昇に要した時間は２時間である。９８℃の設定温度に到達後、その状態で６時間保持し、木材の芯部まで設定温度に馴染ませた。
【００３７】
第２の工程（高温加熱工程）；
第１の工程後、ヒーターで加熱して乾燥室内の乾球温度を１３０℃まで昇温させ、１５時間保持して高温乾燥処理を行った。その際、乾湿温差がほぼ３０℃となるように、湯気発生装置で湯気を発生させて調節し、乾燥室内の湿球温度を９９．５〜１００℃に保持した。
【００３８】
第３の工程（調湿脱水工程）；
次いで、加熱、加湿、室内送風ファンを停止し、若しくは室内送風ファンのみを極小風量（微風）にて稼動した。温度降下中、含水率、乾湿温をそれぞれリアルタイムでモニターし、乾湿温差が次第に小さくなるように湯気発生装置で発生させた湯気で調節した。加熱停止後、１０時間経過したところで、乾球温度８２℃、湿球温度８０℃で乾湿温差は２℃となり、木材は平均含水率で６０％となっていた。このとき、評価用サンプルを乾燥室内から取り出して切断し、確認したところ、調湿効果により材内の水分傾斜は緩和され、内部応力の減少効果により、内部割れや変形は認められなかった。
【００３９】
第４の工程（繰返し調湿脱水工程）；
再度、２回目の上記第２工程および第３工程を行うことで、木材の平均含水率は４０％となった。３回目では平均含水率２５％、４回目では平均含水率１５％となった。ここでこの第４の工程を終え、次の水分均一化工程に移行した。
【００４０】
第５の工程（水分均一化工程）；
センサーでモニターしている全ての含水率が１５％±３％になるまで、乾球温度を８０℃、湿球温度を７８℃に維持した。これには約１５時間を要した。
これにより、水分傾斜の緩和による応力の除去と、含水率の平均化がなされた乾燥材が得られたこととなる。なお、本工程においても、変色防止のために、湿球温度の維持を湯気で行った。
【００４１】
第６の工程（自動排湿冷却工程）；
含水率が１５％±３％になったところで、乾燥室内の加熱、加湿を停止し、室内の循環送風ファン、及び湿度の高い雰囲気を徐々に排出し低湿の外気を導入する給排気ファンをインバータ調整により稼動した。これにより、温度降下中、木材からの水分蒸発による室内結露を防ぎ、室内結露が滴下して木材にしみが発生することを防ぎながら、材温を低下させた。十分に温度が下がった時点で乾燥室から木材を搬出した。
なお、各工程での乾湿温、乾湿温差、工程間の移行のタイミング等は、予め設定されたプログラムに従って、各センサーからのリアルタイムデータに基づいて制御装置により自動的に制御された。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の木材の調湿乾燥方法及びその装置によれば、木材乾燥のみならず、高温蒸気を使用した湿球温度の安定した確実な制御を必要とするあらゆる分野の調湿装置として使用できるので、その産業上の利用価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の木材の調湿乾燥方法に使用される乾燥装置の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 乾燥室、
２ 木材、
３ 台車、
４ 加熱ヒータ、
５ スチームパイプ、
６ 循環送風ファン、
７ 管路、
８ タンク、
９ 管体、
１０ 水槽。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥室内に複数の木材を搬入して加熱乾燥する木材の調湿乾燥方法であって、乾燥室内の乾球温度及び湿球温度を高温の蒸気で１００℃近くに上げて木材を加熱し、所定時間保持して木材の芯部まで該温度になじませる第１の工程、乾球温度１１０〜１３０℃、湿球温度１００℃近傍に加熱して所定時間保持する第２の工程、所定温度まで又は所定時間もしくは木材が所定の含水率になるまで加熱を停止し、温度降下中、材内の水分を調湿して脱水する第３の工程、木材内部の平均含水率又は木材間の平均含水率が所望の含水率になるまで前記第２、第３の工程を繰り返す第４の工程を有することを特徴とする木材の調湿乾燥方法。
【請求項２】
前記第４の工程の後に、乾燥室内を乾球温度６５〜１００℃、湿球温度６３〜９８℃で所定時間保持し、木材の芯部へ向けての水分傾斜及び木材間の含水率がほぼ均一化されるまで調湿を行う第５の工程を有する請求項１に記載の木材の調湿乾燥方法。
【請求項３】
前記第５の工程の後に、加熱及び加湿を停止し、室内の循環送風ファン及び湿度の高い雰囲気を徐々に排出し低湿の外気を導入する給排気ファンの風量を抑えて稼動し、室内結露の滴下を防止しながら木材の温度を低下させる請求項２に記載の木材の調湿乾燥方法。
【請求項４】
第１の工程における加熱手段が高温蒸気又は高温蒸気と加熱ヒータであり、第２以降の工程における加熱手段がヒータ、加湿手段が湯気発生装置で発生させた常圧の湯気である請求項１また請求項２に記載の木材の調湿乾燥方法。
【請求項５】
乾燥室内に高温蒸気を供給する手段、加熱ヒータで加熱する手段及びタンク内の水中に高温蒸気を導き常圧の湯気を発生させる湯気発生装置を有し、木材に取付けた材温センサー及び含水率センサーとこれらのセンサーに接続され木材の含水率を表示する含水率測定装置、並びに木材の調湿脱水乾燥を予め設定されたプログラムに従って制御する、制御装置を備えていることを特徴とする木材の調湿乾燥装置。
【請求項１】
乾燥室内に複数の木材を搬入して加熱乾燥する木材の調湿乾燥方法であって、乾燥室内の乾球温度及び湿球温度を高温の蒸気で１００℃近くに上げて木材を加熱し、所定時間保持して木材の芯部まで該温度になじませる第１の工程、乾球温度１１０〜１３０℃、湿球温度１００℃近傍に加熱して所定時間保持する第２の工程、所定温度まで又は所定時間もしくは木材が所定の含水率になるまで加熱を停止し、温度降下中、材内の水分を調湿して脱水する第３の工程、木材内部の平均含水率又は木材間の平均含水率が所望の含水率になるまで前記第２、第３の工程を繰り返す第４の工程を有することを特徴とする木材の調湿乾燥方法。
【請求項２】
前記第４の工程の後に、乾燥室内を乾球温度６５〜１００℃、湿球温度６３〜９８℃で所定時間保持し、木材の芯部へ向けての水分傾斜及び木材間の含水率がほぼ均一化されるまで調湿を行う第５の工程を有する請求項１に記載の木材の調湿乾燥方法。
【請求項３】
前記第５の工程の後に、加熱及び加湿を停止し、室内の循環送風ファン及び湿度の高い雰囲気を徐々に排出し低湿の外気を導入する給排気ファンの風量を抑えて稼動し、室内結露の滴下を防止しながら木材の温度を低下させる請求項２に記載の木材の調湿乾燥方法。
【請求項４】
第１の工程における加熱手段が高温蒸気又は高温蒸気と加熱ヒータであり、第２以降の工程における加熱手段がヒータ、加湿手段が湯気発生装置で発生させた常圧の湯気である請求項１また請求項２に記載の木材の調湿乾燥方法。
【請求項５】
乾燥室内に高温蒸気を供給する手段、加熱ヒータで加熱する手段及びタンク内の水中に高温蒸気を導き常圧の湯気を発生させる湯気発生装置を有し、木材に取付けた材温センサー及び含水率センサーとこれらのセンサーに接続され木材の含水率を表示する含水率測定装置、並びに木材の調湿脱水乾燥を予め設定されたプログラムに従って制御する、制御装置を備えていることを特徴とする木材の調湿乾燥装置。
【図１】
【公開番号】特開２００７−１４４８６６（Ｐ２００７−１４４８６６Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４４１２８（Ｐ２００５−３４４１２８）
【出願日】平成１７年１１月２９日（２００５．１１．２９）
【出願人】（５９７０９３６９８）株式会社新柴設備 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２９日（２００５．１１．２９）
【出願人】（５９７０９３６９８）株式会社新柴設備 (6)
【Ｆターム（参考）】
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