過熱蒸気を利用した熱処理木質材料製造装置及び熱処理木質材料製造方法
【課題】品質が一定の熱処理木質材料を得ることができる熱処理木質材料製造装置及び熱処理木質材料製造方法を提供する。
【解決手段】木質材料に対して熱処理を行う熱処理木質材料製造装置であって、所定量の木質材料を供給する定量供給装置１１と、第一収容口３１ａと第一排出口３１ｂとを有し、定量供給装置１１から供給される木質材料を第一収容口３１ａより収容し、第一スクリュー３２によって攪拌しながら第一排出口３１ｂへと搬送する第一処理室３１と、蒸気を作る蒸気発生装置４１と、蒸気発生装置４１から供給される蒸気を加熱して、第一処理室３１内に供給する過熱蒸気とする蒸気加熱装置４２と、第一処理室３１を加熱する第一補助加熱装置４４と、蒸気加熱装置４２を制御して過熱蒸気を所定温度に設定するとともに、第一補助加熱装置４４を制御して第一処理室３１を所定温度に設定する制御装置２１と、を備える。
【解決手段】木質材料に対して熱処理を行う熱処理木質材料製造装置であって、所定量の木質材料を供給する定量供給装置１１と、第一収容口３１ａと第一排出口３１ｂとを有し、定量供給装置１１から供給される木質材料を第一収容口３１ａより収容し、第一スクリュー３２によって攪拌しながら第一排出口３１ｂへと搬送する第一処理室３１と、蒸気を作る蒸気発生装置４１と、蒸気発生装置４１から供給される蒸気を加熱して、第一処理室３１内に供給する過熱蒸気とする蒸気加熱装置４２と、第一処理室３１を加熱する第一補助加熱装置４４と、蒸気加熱装置４２を制御して過熱蒸気を所定温度に設定するとともに、第一補助加熱装置４４を制御して第一処理室３１を所定温度に設定する制御装置２１と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質材料を過熱蒸気で熱処理することにより、木質材料の耐久性、耐蟻性、寸法安定性を向上させる熱処理木質材料製造に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、腐朽耐久性、防蟻性や寸法安定性の効果を木材に付加する為の熱処理装置は公知となっている。特許文献１に示すバッチ式の過熱蒸気処理装置では、板状の木材を加熱室内へと収容して、加熱室内へ蒸気を導入するとともに、導入された蒸気の一部を加熱して過熱蒸気として過熱室内を還流させ、加熱室内の蒸気を過熱状態に一定時間保持するものである。そうすることで、木材中の水分を蒸発させ、木材を乾燥させる。
【０００３】
しかしながら、上記のようなバッチ式の過熱蒸気処理装置を用いてチップ状の木質材料を乾燥する場合、かご等に木質材料を詰め、それを処理室（加熱室）内に載置し、過熱蒸気処理を行うと過熱蒸気により木質材料に付与する熱のムラが生じるため、木質材料の加熱温度にばらつきが発生してしまう。すなわち、かごの中心部付近の木質材料が十分に加熱されなかったり、かごの表面に近い木質材料が過剰な加熱により自己発熱したりし、均一な加熱ができず、安定した性能が木質材料に付与されなかったり、処理時間が非常に長くかかったりしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６３４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、品質が一定の熱処理木質材料を得ることができる熱処理木質材料製造装置及び熱処理木質材料製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、木質材料に対して熱処理を行う熱処理木質材料製造装置であって、所定量の木質材料を供給する定量供給装置と、第一収容口と第一排出口とを有し、前記定量供給装置から供給される前記木質材料を前記第一収容口より収容し、第一スクリューによって攪拌しながら前記第一排出口へと搬送する第一処理室と、蒸気を作る蒸気発生装置と、該蒸気発生装置から供給される蒸気を加熱して、前記第一処理室内に供給する過熱蒸気とする蒸気加熱装置と、前記第一処理室を加熱する第一補助加熱装置と、前記蒸気加熱装置を制御して前記過熱蒸気を所定温度に設定するとともに、前記補助加熱装置を制御して前記第一処理室を所定温度に設定する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第一処理室内に前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内を低酸素雰囲気とし、前記第一スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第一収容口から前記第一排出口へと搬送するとともに、前記補助加熱装置により前記第一処理室を所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行うものである。
【０００８】
請求項２においては、第二収容口と第二排出口を有し、前記第一処理室の前記第一排出口から排出される前記木質材料を前記第二収容口より収容し、第二スクリューによって攪拌しながら前記第二排出口へと搬送する第二処理室と、前記第二処理室を加熱する第二補助加熱装置と、をさらに備え、前記制御装置は、前記第一処理室内と前記第二処理室内とに前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内と前記第二処理室内とを低酸素雰囲気とし、前記第二スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一排出口から前記第二処理室内に供給された前記木質材料を攪拌しながら第二収容口から前記第二排出口へと搬送するとともに、前記第二補助加熱装置により前記第二処理室を所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行うものである。
【０００９】
請求項３においては、前記木質材料は、予め繊維飽和点以下に乾燥した木質材料である。
【００１０】
請求項４においては、前記木質材料は、乾燥処理が成されていない木質材料である。
【００１１】
請求項５においては、前記熱処理は、低温炭化処理である。
【００１２】
請求項６においては、前記請求項１に記載の熱処理木質材料製造装置を用いて、木質材料に対して熱処理を行う熱処理木質材料製造方法であって、前記定量供給装置により前記第一処理室に所定量の木質材料を供給する工程と、前記第一処理室内に前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内を低酸素雰囲気とする過熱蒸気供給工程と、前記第一処理室内において、前記第一スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第一収容口から前記第一排出口へと搬送するとともに、前記第一補助加熱装置により前記第一処理室を前記所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う第一熱処理工程と、を有する熱処理木質材料製造方法である。
【００１３】
請求項７においては、前記請求項２に記載の熱処理木質材料製造装置を用いて、木質材料に対して熱処理を行う連続式の熱処理木質材料製造方法であって、前記定量供給装置により前記第一処理室に所定量の木質材料を供給する工程と、前記第一処理室内と前記第二処理室内とに前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内と前記第二処理室内とを低酸素雰囲気とする過熱蒸気供給工程と、前記第一処理室内において、前記第一スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第一収容口から前記第一排出口へと搬送するとともに、前記第一補助加熱装置により前記第一処理室を前記所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う第一熱処理工程と、該第一熱処理工程により熱処理された前記木質材料を前記第二処理室に供給し、当該第二処理室内において、前記第二スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第二処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第二収容口から前記第二排出口へと搬送するとともに、前記第二補助加熱装置により前記第二処理室を前記所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う第二熱処理工程と、を有する請求項７に記載の熱処理木質材料製造方法である。
【００１４】
請求項８においては、前記木質材料は、予め繊維飽和点以下に乾燥した木質材料である。
【００１５】
請求項９においては、前記木質材料は、乾燥処理が成されていない木質材料である。
【００１６】
請求項１０においては、前記第一熱処理工程は、低温炭化処理を行う工程である。
【００１７】
請求項１１においては、前記第一熱処理工程は、前記木質材料を繊維飽和点以下にする乾燥処理を有する工程である。
【００１８】
請求項１２においては、前記第二熱処理工程は、低温炭化処理を行う工程である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２０】
本発明によれば、処理室を加熱することで処理室内の温度ムラを防止しながら、処理室内のスクリューによって木質材料を攪拌しながら搬送して、処理室内に供給される過熱蒸気の熱を木質材料に対して均一に伝えることができるため、品質が一定の熱処理木質材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る熱処理木質材料製造装置の全体の構成を示す模式図。
【図２】本発明の第二実施形態に係る熱処理木質材料製造装置の全体の構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、本発明の第一実施形態に係る連続式の熱処理木質材料製造装置１の全体構成について図１を用いて説明する。
【００２３】
尚、第一実施形態、及び、後述する第二実施形態における連続式の熱処理木質材料製造装置１・１００は、木質材料に対して所定の熱処理工程を行い、熱処理された木質材料を製造する装置である。
【００２４】
ここで、本発明の連続式の熱処理木質材料製造装置１・１００で熱処理される木質材料であるが、建築資材用に伐採された生木だけではなく、建築廃材や林地残材などの廃材、未利用資源を原料としたチップ材も含まれる。また、熱処理された木質材料は、屋上敷設資材や舗装材等の土木資材、木材プラスチック複合材の原料、および、燃料としての利用が可能である。
【００２５】
第一実施形態において、チップ状の木質材料は、予め繊維飽和点以下（通常、含水率３０％以下）に乾燥された状態で、定量供給装置１１により第一処理室３１内へ送られてくる。
【００２６】
定量供給装置１１は、定量タンク１２と繰出装置１３からなり、定量タンク１２内には、繊維飽和点以下の木質材料が収容される。繰出装置１３はロータリーバルブ１４を図示しないモーターによって駆動して内容物である木質材料を排出できるように構成されている。モーターは制御装置２１と接続されて所定のタイミングで駆動するようにインバータ制御されている。つまり、制御装置２１によるインバータ制御によって目的に応じた量の木質材料が定量タンク１２から第一処理室３１へと送られてくる。
【００２７】
前記定量供給装置１１の吐出側は、第一処理室３１の上流側の第一収容口３１ａに連結されており、定量供給装置１１の下部に固設された繰出装置１３によって、適宜のタイミングと投入量で木質材料を第一処理室３１へ供給するようになっている。
【００２８】
第一処理室３１は、円筒状のケース体（本実施形体において内径２００ｍｍ、長さ２０００ｍｍ）であり、その内部に第一スクリュー３２が設けられている。該第一スクリュー３２は駆動軸３３を有し、該駆動軸３３は、第一処理室３１の上流端部および下流端部に回動可能に支持される。駆動軸３３の一端には、動力伝達手段３４を介してモーター３５が連結されている。モーター３５は制御装置２１と接続され、制御装置２１によって所定のタイミングで駆動されるように制御されている。この第一スクリュー３２の回動は、繰出装置１３によって第一処理室３１内に送られてきた木質材料を第一処理室３１内の上流（第一収容口３１ａ側）から下流（第一排出口３１ｂ側）へと攪拌しながら搬送して、後述する所定温度の過熱蒸気の熱を木質材料に対して均一に伝えることが可能となるように構成されている。このとき、モーター３５がインバータ制御されていることで、第一スクリュー３２の回転速度が制御されており、第一処理室３１内での木質材料の滞留時間が制御可能になっている。
【００２９】
第一処理室３１の内部には、蒸気ボイラで構成された蒸気発生装置４１によって作られた蒸気が送りこまれてくる。該蒸気は蒸気加熱ヒーターにより構成された蒸気加熱装置４２によって加熱されて、所定温度の過熱蒸気となって第一処理室３１内へと送られる。蒸気加熱装置４２の出口付近には、温度センサー４３が配置されており、前記蒸気加熱装置４２とともに制御装置２１と接続されている。制御装置２１は、前記温度センサー４３により検出される蒸気加熱装置４２出口付近の過熱蒸気の温度検出値をもとに、蒸気加熱装置４２の出口付近において過熱蒸気が所定温度となるように蒸気加熱装置４２を制御することが可能である。つまり、制御装置２１は、蒸気加熱装置４２を制御して、第一処理室３１内に供給する過熱蒸気を所定温度に設定することが可能である。
【００３０】
尚、蒸気加熱装置４２は、電気式のヒーターとしているが限定するものではなく、バーナーに、ＬＰＧガスや天然ガス、灯油、軽油、重油等の燃料が供給されて燃焼されるようにして、蒸気発生装置４１からの蒸気を加熱してもよい。つまり、制御装置２１は、バーナーに供給される燃料を調整することで過熱蒸気の温度が任意の温度となるように構成してもよい。
【００３１】
第一処理室３１には、その外壁を包み込むように電気ヒーターで構成された第一補助加熱装置４４が巻かれ、第一処理室３１の内部には、第一処理室３１内の温度を検出する温度センサー（図示省略）が複数箇所に設けられている。第一補助加熱装置４４および温度センサーは、それぞれ制御装置２１と接続されている。制御装置２１は、前記複数の温度センサーにより検出される第一処理室３１内の各温度検出値をもとに、蒸気加熱装置４２と連動して、第一補助加熱装置４４を作動させることで第一処理室３１内を加熱し、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度ムラをなくすようになっている。すなわち、制御装置２１は、蒸気加熱装置４２を制御して、第一処理室３１内に供給する過熱蒸気を所定温度に設定するとともに、前記第一補助加熱装置４４を制御して前記第一処理室３１を所定温度に設定することで、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度ムラをなくすことができる。
なお、第一補助加熱装置４４としては、第一処理室３１の外壁において、複数の電気ヒーターを第一処理室３１の長さ方向に沿って並べるように複数箇所に巻回し、当該複数の電気ヒーターをそれぞれ独立して加熱するように制御する構成としてもよい。このように第一補助加熱装置４４を構成した場合、複数の電気ヒーターによりそれぞれ独立して第一処理室３１の加熱温度を制御することで、第一処理室３１内をより均一に加熱することができるため、第一処理室３１内の過熱温度の温度ムラをなくすことができる。
【００３２】
第一処理室３１の上出口には、蒸気排出管５１が接続されており、該蒸気排出管５１の下流には、制御装置２１と接続されているダンパー５２が配置されている。つまり、制御装置２１による制御によって、ダンパー５２は駆動され、第一処理室３１内で利用し終わった過熱蒸気（余剰の過熱蒸気）が所定の量だけ熱処理木質材料製造装置１の外部へ排出できるようになっている。
【００３３】
第一処理室３１の下部には、木質材料に過熱蒸気が熱を伝えることでドレン化した結露を第一処理室３１の外部へと排出するためのドレン配管５３が設置されている。
【００３４】
第一処理室３１の下部の第一排出口３１ｂには、接続管６１を介して出口タンク６２が接続されており、熱処理された木質材料が所定の量だけ貯められる構造となっている。出口タンク６２には、図示しない蒸気噴出口が設置され、さらに冷却用の蒸気が供給可能となっており、出口タンク６２内で木質材料は有酸素下で発火しない温度域まで冷却される。また、出口タンク６２は第一処理室３１と運転中（木質材料が熱処理中）は連結されているが、運転終了後には取り外し可能な構造になっている。
【００３５】
次に、第一実施形態に係る熱処理木質材料製造装置１に適用する熱処理木質材料製造方法について説明する。熱処理木質材料製造方法は、過熱蒸気供給工程と、木質材料供給工程と、第一熱処理工程と、冷却工程と、を主とし、それら工程を連続的に行う。以下において、各工程について説明する。
【００３６】
過熱蒸気供給工程では、第一処理室３１内に過熱蒸気を供給することによって第一処理室３１内を低酸素雰囲気とする。つまり、予め設定した第一処理室３１内における過熱蒸気の温度となるように、制御装置２１が、蒸気加熱装置４２を作動させ、蒸気発生装置４１から供給される蒸気を加熱し、第一処理室３１内へと過熱蒸気を供給する。そして、制御装置２１によって、木質材料の熱処理が終了するまでこの状態が保持するように制御される。
【００３７】
次に、木質材料供給工程が開始される。
【００３８】
木質材料供給工程では、定量タンク１２内に木質材料をセットし、そして、制御装置２１の制御によって、ロータリーバルブ１４が駆動し、定量タンク１２内の木質材料を所定量だけ第一処理室３１内へ供給するものである。本実施形態における木質材料としては、予め繊維飽和点以下に乾燥したものを対象とするが限定するものではない。
【００３９】
木質材料供給工程が、終了した木質材料は、第一熱処理工程へと進む。
【００４０】
第一実施形態の第一熱処理工程は、木質材料に対して腐朽耐久性、防蟻性や寸法安定性の効果を付加する為の熱処理を行う工程である。
【００４１】
すなわち、第一熱処理工程では、予め設定した第一処理室３１内における過熱蒸気の温度となるように、制御装置２１が、蒸気加熱装置４２を作動させ、蒸気発生装置４１から供給される蒸気を加熱し、第一処理室３１内へと過熱蒸気を供給する。この蒸気加熱装置４２の作動と連動して、制御装置２１は、第一補助加熱装置４４も作動させる。つまり、設定された過熱蒸気の温度となるように、制御装置２１は、温度センサー４３及び第一処理室３１内の温度センサーの検出値をもとに、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度ムラを防止するように制御する。そして、過熱蒸気の設定温度を保つとともに、第一補助加熱装置４４により第一処理室３１内を所定温度に加熱しながら、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度ムラも防止するように、制御装置２１が自動制御を行う。
【００４２】
さらに、制御装置２１は、予め設定した熱処理時間（滞留時間）となるように、モーター３５を作動させることで、第一スクリュー３２を所定の回転速度となるように回転させる。これにより、木質材料は、第一収容口３１ａから第一排出口３１ｂへと搬送される。
【００４３】
しがたって、第一処理室３１内の木質材料は、過熱蒸気に晒され、さらに第一スクリュー３２によって攪拌されながら下流へと搬送される過程で徐々に熱処理される。第一処理室３１内の木質材料は、攪拌されることで過熱蒸気に効率よく晒されるため、均一に熱処理することができる。
【００４４】
また、第一処理室３１内の結露は、ドレン配管５３を介して装置外部に排出される。第一処理室３１内の余剰の過熱蒸気は、制御装置１２１によって、ダンパー５２を作動させることで、装置外部に所定の量だけ排出される。
【００４５】
なお、上記第一熱処理工程においては、材種、初期含水率、寸法に応じて適宜の乾燥条件を決定すればよい。
【００４６】
第一熱処理工程が終了した木質材料は、接続管６１を介して、出口タンク６２へと供給され、冷却工程に進む。
【００４７】
冷却工程は、熱処理工程の終了後の木質材料が有酸素下で発火しない温度域まで下げるための工程である。
【００４８】
すなわち、第一熱処理工程では、熱処理直後の木質材料が、制御装置１２１によって出口タンク６２内に所定量だけ貯められるように制御される。出口タンク６２には、図示しない蒸気噴出口が設置され、さらに冷却用の蒸気が供給可能となっている。木質材料温度センサーにより木質材料温度が所定温度を下回ったことが検知されると、排出装置が作動し、出口タンク６２内の木質材料（木材）が取り出され、冷却工程は終了とする。
【００４９】
以上が第一実施形態に係る熱処理木質材料製造装置の構成及び熱処理木質材料製造方法である。
なお、第一実施形態においては、木質材料の投入から冷却を一連の工程の中で行う例を挙げたが、特に限定するものではなく、生木などの乾燥処理が成されていない木質材料を用いて、乾燥工程と熱処理工程を第一熱処理工程で行うようにして熱処理木質材料製造方法を構成することも可能である。
【００５０】
次に、本発明の第二実施形態に係る連続式の熱処理木質材料製造装置１００の全体構成について図２を用いて説明する。
【００５１】
第二実施形態に係る熱処理木質材料製造装置１００は、第一実施形態に係る熱処理木質材料製造装置１の第一処理室３１と出口タンク６２との間に第二処理室１３１が介在するように構成されている。尚、説明を容易とするため、第一実施形態と同様の部分については、同じ符号を付し、説明は省略する。また、制御装置２１に接続されたものは第二実施形態において制御装置１２１に接続されるものとする。
【００５２】
第二処理室１３１は、円筒状のケース体（本実施形体において内径２００ｍｍ、長さ２０００ｍｍ）であり、第一処理室３１の下方に所定間隔をおいて平行に設けられている。第二処理室１３１の上流側の第二収容口１３１ａは、第一処理室３１の下流側にある第一排出口３１ｂと連結管３６を介して連結されている。第二処理室１３１には、第二スクリュー１３２が設けられ、第一処理室３１内の第一スクリュー３２による木質材料の進行方向とは逆の進行方向となるように配置される。該第二スクリュー１３２は駆動軸１３３を有し、該駆動軸１３３は、第二処理室１３１の上流端部および下流端部に回動可能に支持される。駆動軸１３３の一端には、動力伝達手段１３４を介してモーター１３５が連結されている。モーター１３５は制御装置１２１と接続され、制御装置１２１によって所定のタイミングで駆動されるように制御されている。この第二スクリュー１３２の回動は、第一処理室３１から連結管３６を介して第二処理室１３１内に送られてきた木質材料を第二処理室１３１内の上流（第二収容口１３１ａ側）から下流（第二排出口１３１ｂ側）へと攪拌しながら搬送する。このとき、モーター１３５がインバータ制御されていることで、第二スクリュー１３２の回転速度が制御されており、第二処理室１３１内における木質材料の滞留時間が制御可能になっている。
【００５３】
第一処理室３１と第二処理室１３１の内部には、蒸気発生装置４１によって作られた蒸気が送りこまれてくる。該蒸気は蒸気加熱装置１４２によって加熱されて、それぞれの所定温度の過熱蒸気となって二つの供給管１４２ａ・１４２ｂを介して第一処理室３１と第二処理室１３１内へと送られる。供給管１４２ａ・１４２ｂには、それぞれに温度センサー４３・１４３が配置されており、蒸気加熱装置１４２とともに制御装置１２１と接続されている。制御装置２１は、温度センサー４３・１４３により検出される過熱蒸気の温度検出値をもとに、蒸気加熱装置１４２の出口付近における過熱蒸気が所定温度となるように蒸気加熱装置１４２を制御することが可能である。つまり、制御装置１２１は、蒸気加熱装置１４２を制御して、第一処理室３１に供給する過熱蒸気の温度と、第二処理室１３１に供給する過熱蒸気の温度を別途に設定することができる。
【００５４】
第二処理室１３１の外壁には電気ヒーターによって構成された第二補助加熱装置１４４が巻かれ、第二処理室１３１の内部には、第二処理室１３１内の温度を検出する温度センサー（図示省略）が複数箇所に設けられている。第二補助加熱装置１４４および温度センサーは、制御装置１２１と接続されている。制御装置２１は、前記複数の温度センサーにより検出される第二処理室１３１内の各温度検出値をもとに、蒸気加熱装置１４２と連動して、第二補助加熱装置１４４を作動させることで第二処理室１３１内を加熱し、第二処理室１３１内の過熱蒸気の温度ムラをなくすようになっている。すなわち、制御装置１２１は、蒸気加熱装置１４２を制御して、第二処理室１３１内に供給する過熱蒸気を所定温度に設定するとともに、前記第二補助加熱装置１４４を制御して前記第二処理室１３１を所定温度に設定することで、第二処理室１３１内の過熱蒸気の温度ムラをなくすことができる。
なお、第二補助加熱装置１４４としては、第二処理室１３１の外壁において、複数の電気ヒーターを第二処理室１３１の長さ方向に沿って並べるように複数箇所に巻回し、当該複数の電気ヒーターをそれぞれ独立して加熱するように制御する構成としてもよい。このように第二補助加熱装置１４４を構成した場合、複数の電気ヒーターによりそれぞれ独立して第二処理室１３１の加熱温度を制御することで、第二処理室１３１内をより均一に加熱することができるため、第二処理室１３１内の過熱温度の温度ムラをなくすことができる。
【００５５】
第二処理室１３１内の余剰の過熱蒸気は、連結管３６を介して第一処理室３１内に移動し、制御装置２１による制御によって、ダンパー５２が駆動され、第一処理室３１内の余剰の過熱蒸気とともに所定の量だけ熱処理木質材料製造装置１の外部へ排出するようになっている。
【００５６】
第二処理室１３１の下部には、結露を第二処理室１３１の外部へと排出するためのドレン配管１５３が設置されている。
【００５７】
第二処理室１３１の下部の第二排出口１３１ｂには、接続管６１を介して出口タンク６２が接続されており、所定量の熱処理された木質材料が貯められる構造となっている。
【００５８】
尚、第一実施形態および第二実施形態の熱処理木質材料製造装置１・１００には、木質材料を冷却するため出口タンク６２を設置しているが限定するものではなく、第一処理室３１と同様に室内を攪拌可能なスクリューを付けた冷却室を設けてもよい。該冷却室は、その内部に生蒸気を充満させたり、冷水のミストを噴射したりして、冷却室内の木質材料を冷却するように構成してもよい。
【００５９】
次に、第二実施形態に係る熱処理木質材料製造装置１００に適用する熱処理木質材料製造方法について説明する。熱処理木質材料製造方法は、過熱蒸気供給工程と、木質材料供給工程と、第一熱処理工程（乾燥工程）と、第二熱処理工程と、冷却工程と、を主とし、それら工程を連続的に行う。以下において、各工程について説明する。
【００６０】
過熱蒸気供給工程では、第一処理室３１内と第二処理室１３１内に過熱蒸気を供給することによって第一処理室３１内と第二処理室１３１内を低酸素雰囲気とする。つまり、予め設定した、第一処理室３１内と第二処理室１３１内における過熱蒸気の温度となるように、制御装置１２１が、蒸気加熱装置１４２を作動させ、蒸気発生装置４１から供給される蒸気を加熱し、第一処理室３１内と第二処理室１３１内へと過熱蒸気をそれぞれ供給する。そして、制御装置１２１によって、木質材料の熱処理が終了するまでこの状態が保持するように制御される。
【００６１】
次に、木質材料供給工程が開始される。
【００６２】
木質材料供給工程では、定量タンク１２内に木質材料をセットし、そして、制御装置１２１の制御によって、ロータリーバルブ１４が駆動し、定量タンク１２内の木質材料を所定量だけ第一処理室３１内へ供給するものである。
なお、上記木質材料供給工程においては、木質材料の材種、初期含水率、寸法に応じて適宜の乾燥条件を決定すればよい。例えば、スギチップを木質材料とした場合、好ましい乾燥条件としては、１時間当たりの木質材料の供給量は約７ｋｇ〜９．５ｋｇである。
【００６３】
木質材料供給工程が、終了した木質材料は、第一熱処理工程である乾燥工程へと進む。
【００６４】
乾燥工程は、前記第一処理室３１内に供給される過熱蒸気にて低酸素雰囲気（無酸素雰囲気）とし、定量供給装置１１によって所定量だけ供給された木質材料を第一スクリュー３２によって攪拌しながら移動させることで、第一処理室３１内の木質材料を所定の含水率（本実施形態では、１５％以下）まで乾燥させる工程である。
【００６５】
すなわち、乾燥工程では、予め設定した第一処理室３１内における過熱蒸気の温度となるように、制御装置１２１が、蒸気加熱装置１４２を作動させ、蒸気発生装置４１から供給される蒸気を加熱し、第一処理室３１内へと過熱蒸気を供給する。この蒸気加熱装置１４２の作動と連動して、制御装置１２１は、第一補助加熱装置４４も作動させる。つまり、設定された過熱蒸気の温度となるように、制御装置１２１は、温度センサー４３及び第一処理室３１内の温度センサーの検出値をもとに、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度ムラを防止するように制御する。そして、過熱蒸気の設定温度を保つとともに、第一補助加熱装置４４により第一処理室３１内を所定温度に加熱しながら、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度ムラも防止するように、制御装置１２１が自動制御を行う。
【００６６】
さらに、制御装置１２１は、予め設定した乾燥時間（滞留時間）となるように、モーター３５を作動させることで、第一スクリュー３２を所定の回転速度となるように回転させる。これにより、木質材料は、第一収容口３１ａから第一排出口３１ｂへと搬送される。
【００６７】
しがたって、第一処理室３１内の木質材料は、過熱蒸気に晒され、さらに第一スクリュー３２によって攪拌されながら下流へと搬送される過程で徐々に熱処理（本実施形態においては、乾燥処理）される。第一処理室３１内の木質材料は、攪拌されることで過熱蒸気に効率よく晒されるため、均一に熱処理（本実施形態においては、乾燥処理）することができる。
【００６８】
また、第一処理室３１内の結露は、ドレン配管５３を介して装置外部に排出される。第一処理室３１内の余剰の過熱蒸気は、制御装置１２１によって、ダンパー５２を作動させることで、装置外部に所定の量だけ排出される。
【００６９】
なお、上記乾燥工程においては、材種、初期含水率、寸法に応じて適宜の乾燥条件を決定すればよい。好ましい乾燥条件としては、例えば、スギチップを木質材料とした場合、第一処理室３１内に供給される過熱蒸気の設定温度が３６０℃、乾燥時間が４５分〜１時間、第一補助加熱装置４４の設定温度が３１０℃として、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度を約２２０℃とするものである。
【００７０】
乾燥工程が終了した木質材料は、連結管３６を介して、第二処理室１３１へと供給され、第二熱処理工程に進む。
【００７１】
第二熱処理工程は、前記乾燥工程終了後の木質材料に対して腐朽耐久性、防蟻性や寸法安定性の効果を付加する為の熱処理を行う工程である。また、第二処理室内の過熱蒸気の温度を所定範囲に設定することよって、低温炭化処理を行う工程でもある。
【００７２】
すなわち、第二熱処理工程では、予め設定した第二処理室１３１内における過熱蒸気の温度となるように、制御装置１２１が、蒸気加熱装置１４２を作動させ、蒸気発生装置４１から供給される蒸気を加熱し、第二処理室１３１内へと過熱蒸気を供給する。この蒸気加熱装置１４２の作動と連動して、制御装置１２１は、第二補助加熱装置１４４も作動させる。つまり、設定された過熱蒸気の温度となるように、制御装置１２１は、温度センサー１４３及び第二処理室１３１内の温度センサーの検出値をもとに、第二処理室１３１内の過熱蒸気の温度ムラを防止するように制御する。つまり、過熱蒸気の設定温度を保つとともに、第二補助加熱装置１４４により第二処理室１３１内を所定温度に加熱しながら、第二処理室１３１内の過熱蒸気の温度ムラも防止するように、制御装置１２１が自動制御を行う。
【００７３】
さらに、制御装置１２１は、予め設定した熱処理時間（滞留時間）となるように、モーター１３５を作動させることで、第二スクリュー１３２を所定の回転速度となるように回転させる。これにより、木質材料は、第二収容口１３１ａから第二排出口１３１ｂへと搬送される。
【００７４】
しがたって、第二処理室１３１内の木質材料は、過熱蒸気に晒され、さらに第二スクリュー１３２によって攪拌されながら下流へと搬送される過程で徐々に熱処理される。第二処理室１３１内の木質材料は、第一処理室３１と同様に、攪拌されることで過熱蒸気に効率よく晒されるため、均一な熱処理を行うことができる。
【００７５】
また、第二処理室１３１内の結露は、ドレン配管１５３を介して装置外部に排出される。第二処理室１３１内の余剰の過熱蒸気は、第一処理室３１の余剰の過熱蒸気とともに、制御装置１２１によって、ダンパー５２を作動させることで、装置外部に所定の量だけ排出される。
【００７６】
なお、上記第二熱処理工程においては、第一熱処理工程である乾燥工程と同様、材種、初期含水率、寸法に応じて適宜の乾燥条件を決定すればよい。好ましい乾燥条件としては、例えば、スギチップを木質材料とした場合、第二処理室１３１内に供給される過熱蒸気の温度が３６０℃、乾燥時間が４５分〜１時間、第二補助加熱装置１４４の設定温度が３００℃として、第二処理室１３１内の過熱蒸気の温度を約２４０℃とするものである。
【００７７】
第二熱処理工程が終了した木質材料は、接続管６１を介して、出口タンク６２へと供給され、冷却工程に進む。
【００７８】
冷却工程は、熱処理工程の終了後の木質材料が有酸素下で発火しない温度域まで下げるための工程である。
【００７９】
すなわち、冷却工程では、熱処理直後の木質材料が、制御装置１２１によって出口タンク６２内に所定量だけ貯められるように制御される。出口タンク６２には、図示しない蒸気噴出口が設置され、さらに冷却用の蒸気が供給可能となっている。木質材料温度センサーにより木質材料温度が所定温度を下回ったことが検知されると、排出装置が作動し、出口タンク６２内の木質材料（木材）が取り出され、冷却工程は終了とする。
【００８０】
以上が第二実施形態に係る熱処理木質材料製造装置の構成及び熱処理木質材料製造方法である。
なお、第二実施形態においては、木質材料の投入から冷却を一連の工程の中で行う例を挙げたが、特に限定するものではなく、第一実施形態のように、予め乾燥が行われた乾燥木質材料（例えば、含水率１５％以下）を用いて、前述した熱処理木質材料製造方法における第一熱処理工程で行った乾燥工程を省き、第一熱処理工程と第二熱処理工程とを二段階の熱処理工程として行うようにして熱処理木質材料製造方法を構成することも可能である。
【００８１】
次に、第二実施形態の熱処理木質材料製造装置１００を用いて実際に熱処理木質材料を試験的に製造した実施例について説明する。
【００８２】
（木質材料の寸法及び装置への１回あたりの供給量）
熱処理木質材料製造装置１００に、以下の条件の供試材（木質材料）を供給し、供試材の熱処理を行う。
供試材の寸法としては、長さ約２０〜３５ｍｍ、幅約２０〜３５ｍｍ、厚さ約５ｍｍの気乾状態にあるスギチップを用いた。熱処理木質材料製造装置１００への供試材（木材）の供給量（１回分）は、２８ｋｇ（全乾ベースで約２５ｋｇ）である。
【００８３】
連続式の熱処理木質材料製造装置１００の設定条件は次のとおりであった。
第一処理室３１及び第二処理室１３１内に導入する過熱蒸気の温度は３６５℃、上段の第一処理室３１の第一補助加熱装置４４の温度は３１０℃、下段の第二処理室１３１の第二補助加熱装置１４４の温度は３００℃に設定した。このとき、上段の第一処理室３１の内部温度は約２２０℃、下段の第二処理室１３１の内部温度は２４０℃であった。
【００８４】
供試材のロット間でのばらつきを調べるために、同じ試験を３回行った。そのうち１回は、チップの中に含水率と重量が既知のスギ辺材試験体（気乾状態で、接線方向と放射方向がそれぞれ２０ｍｍ、繊維方向さが１０ｍｍ）を３０体入れておき、処理後にスギチップの中から取り出して、全乾状態での重量と寸法を測定した。そのうち６体については３０℃で相対湿度が９５％の雰囲気下において平衡状態に達したときに再び重量と寸法を測定し、含水率および、全乾からその状態に至るまでの膨潤率を求めた。残りの２４体についてはＪＩＳ Ｋ１５７１に基づいて、室内腐朽試験を実施した。耐候操作の後、オオウズラタケならびに、カワラタケを供試菌とする抗菌操作に供し、重量減少率を求めた。ただし、重量減少率を求める際には、６０℃恒量に代えて、１０５℃での全乾重量を用いた。
【００８５】
条件Ａにおいて、ロータリーバルブ１４の駆動による定量供給装置１１からの木質材料の投入量は、１時間当たりの投入量を約７ｋｇとした。上下段の第一処理室３１及び第二処理室１３１内に滞在する時間（以降、処理時間という）の合計は１時間として熱処理を行った。
条件Ｂにおいて、ロータリーバルブ１４の駆動による定量供給装置１１からの木質材料の投入量は、１時間当たりの投入量は約９．５ｋｇとした。処理時間の合計は４５分として熱処理を行った。
【００８６】
その結果、処理に伴う重量減少率は、投入したチップ全体で見た場合、
条件Ａでは、平均２９．９％（２９．５〜３０．４％）、
条件Ｂでは、平均１８．０％（１７．４〜１８．７％）であり、
ロットごとでのばらつきは極めて少なかった。
【００８７】
また、そのうち１回の処理では上述したとおり、チップの中にスギ辺材試験体３０体をランダムに混ぜたが、この試験体の重量減少率は、
条件Ａでは、２８．２〜３１．４％（平均２９．５％）、
条件Ｂでは、１６．８〜１８．７％（平均１７．７％）であり、
ロット間だけではなく、ロット内でもほぼ均一な処理ができていることを確認した。
【００８８】
３０℃・９５％での含水率は、無処理のスギ辺材試験体が２２．５％であったのに対して、条件Ａでは１１．５％、条件Ｂでは９．６％で吸湿性の顕著な低下が観察された。
【００８９】
また、同条件での膨潤率は、無処理のスギ辺材試験体が９．７％であったのに対して、条件Ａでは４．４７％、条件Ｂでは４．５１％となり、処理によって寸法変化が半分以下になった。
【００９０】
ＪＩＳ Ｋ１５７１に基づく室内腐朽試験では、無処理のスギ辺材試験体の重量減少率がオオウズラタケで６２．９％、カワラタケで４０．７％であったが、条件Ａでは前者で１．２％、後者で０．１％、条件Ｂでは前者で２．７％、後者で０．２％となり、木材保存剤を含浸したときと同程度の高い耐朽性が、熱処理により付与されたことが確認できた。
【００９１】
次に、上記の熱処理によって得られたスギチップを粉砕後に全乾状態として、ＪＩＳ Ｍ ８８１４に準拠した熱量測定を行った。
【００９２】
その結果、無処理のスギチップでは１８．８ＭＪ／ｋｇであったが、条件Ａのスギチップでは２２．５ＭＪ／ｋｇ、条件Ｂのスギチップでは２１．３ＭＪ／ｋｇとなり、それぞれ約２０％、１３％の単位重量当たりの熱量が増加した。つまり、本装置で低温炭化処理を行うことができることを確認した。
【００９３】
なお、条件Ａのとき、熱処理木質材料製造装置１００に投入した（電気）エネルギーは、処理後のスギチップの総発熱量のおよそ２０％であり、エネルギー的にもバランスが取れることも分かった。併せて若干の成分分析を実施したが、熱処理に伴い減少するのはヘミセルロースのみであり、セルロースは変化がなく、クラーソン法で定量されるリグニン量はむしろ微増した。このような成分変化が、吸湿性の低下、耐朽性の発現や発熱量の増加に関連していることは確実と思われた。
【００９４】
次に、比較例として従来の木質材料の熱処理装置を用いて実際に熱処理木質材料を試験的に製造した比較例について説明する。
【００９５】
バッチ式の過熱蒸気処理装置（内寸法約４０ｃｍ（幅）×４０ｃｍ（高さ）×４５ｃｍ（奥行き）を用い、以下に示すような方法によって実施例で説明した供試材であるスギチップを処理した。なお、同装置は、上記の連続式の熱処理木質材料製造装置１００と同様に、ボイラで発生させた蒸気を電気ヒーターで加熱して、過熱蒸気として処理室内に導入する仕組みで、壁体内に電気ヒーターを備え、設備の性能（処理室内温度調節の能力）としては、連続式過熱蒸気処理装置と同等である。
【００９６】
内寸法約３５ｃｍ（幅）×３０ｃｍ（高さ）×３５ｃｍ（奥行き）のステンレス製のかごに気乾状態にあるスギチップ（長さ２０〜３５ｍｍ、幅約２０〜３５ｍｍ、厚さ約５ｍｍ）を詰めたところ、約４．５ｋｇ（全乾ベースで約４ｋｇ）であった。なお、そのチップの中に重量が既知のスギ辺材試験体（気乾状態で、接線方向と放射方向がそれぞれ２０ｍｍ、繊維方向さが１０ｍｍ）を７２体入れておき、処理後にスギチップの中から取り出して、全乾状態での重量を測定して、加熱処理に伴う重量減少率を求めた。さらに、それらの試験体は、ＪＩＳ Ｋ１５７１に基づく室内腐朽試験に供した。耐候操作の後、オオウズラタケならびに、カワラタケを供試菌とする抗菌操作に供し、重量減少率を求めた。ただし、重量減少率を求める際には、６０℃恒量に代えて、１０５℃での全乾重量を用いた。
【００９７】
スギチップの処理を行う前に、装置の空運転を行い、室内温度が２４０℃となる条件を求めた結果、過熱蒸気の温度を４２０℃、壁内の電気ヒーター温度を２４５℃に設定すれば良いことが分かったので、スギチップが詰まったかごを処理室内に入れ、扉を閉めた後、同条件で加熱処理を行った。
【００９８】
その結果、処理室内の温度は、加熱開始から２時間以内に２４０℃に達し、かごの表面に近いスギチップもそれより遅れること約１時間で同温度に到達したが、かごの中心付近のチップが２４０℃に達したのは加熱開始から８時間以上経過してからであり、そのとき、かごの表面に近いスギチップは過剰な加熱により自己発熱して、機械で制御できず、３１０℃に達した。かごの中心付近に入れたスギチップの温度が２４０℃に達した後、２時間処理を行い、放冷をした後かごを取り出し、全乾状態でのチップ全体の重量と、スギ辺材試験体個別の全乾重量を測定した。
【００９９】
処理に伴う重量減少率は、チップ全体の重量から求めたとき２０．３％であったが、個別のスギ辺材試験体から求めた重量減少率は９．０〜３０．４％（平均１９．９％）であり、かなりのばらつきが見られた。また、そのスギ辺材試験体を用いて行った室内腐朽試験の結果、腐朽に伴う重量減少率はオオウズラタケでは１．２〜３９．６％（平均１４．３％）、カワラタケでは０〜８．２％（同３．３％）であり、腐朽が見られない試験体もあれば、顕著に腐朽した試験体もあり、処理の不均一さが際だった。
【０１００】
本発明の連続式の熱処理木質材料製造装置１００と比較すると、バッチ式の装置では、処理時間が非常に長くかかること、および、木質材料に対する均一な加熱ができず、安定した性能が付与されていないことが明確であり、本発明の連続式の熱処理木質材料製造装置１００における優位性は自明であった。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 熱処理木質材料製造装置
１１ 定量供給装置
２１ 制御装置
３１ 第一処理室
３１ａ 第一収容口
３１ｂ 第一排出口
３２ 第一スクリュー
４１ 蒸気発生装置
４２ 蒸気加熱装置
４４ 第一補助加熱装置
１００ 熱処理木質材料製造装置
１２１ 制御装置
１３１ 第二処理室
１３１ａ 第二収容口
１３１ｂ 第二排出口
１３２ 第二スクリュー
１４２ 蒸気加熱装置
１４４ 第二補助加熱装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質材料を過熱蒸気で熱処理することにより、木質材料の耐久性、耐蟻性、寸法安定性を向上させる熱処理木質材料製造に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、腐朽耐久性、防蟻性や寸法安定性の効果を木材に付加する為の熱処理装置は公知となっている。特許文献１に示すバッチ式の過熱蒸気処理装置では、板状の木材を加熱室内へと収容して、加熱室内へ蒸気を導入するとともに、導入された蒸気の一部を加熱して過熱蒸気として過熱室内を還流させ、加熱室内の蒸気を過熱状態に一定時間保持するものである。そうすることで、木材中の水分を蒸発させ、木材を乾燥させる。
【０００３】
しかしながら、上記のようなバッチ式の過熱蒸気処理装置を用いてチップ状の木質材料を乾燥する場合、かご等に木質材料を詰め、それを処理室（加熱室）内に載置し、過熱蒸気処理を行うと過熱蒸気により木質材料に付与する熱のムラが生じるため、木質材料の加熱温度にばらつきが発生してしまう。すなわち、かごの中心部付近の木質材料が十分に加熱されなかったり、かごの表面に近い木質材料が過剰な加熱により自己発熱したりし、均一な加熱ができず、安定した性能が木質材料に付与されなかったり、処理時間が非常に長くかかったりしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６３４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、品質が一定の熱処理木質材料を得ることができる熱処理木質材料製造装置及び熱処理木質材料製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、木質材料に対して熱処理を行う熱処理木質材料製造装置であって、所定量の木質材料を供給する定量供給装置と、第一収容口と第一排出口とを有し、前記定量供給装置から供給される前記木質材料を前記第一収容口より収容し、第一スクリューによって攪拌しながら前記第一排出口へと搬送する第一処理室と、蒸気を作る蒸気発生装置と、該蒸気発生装置から供給される蒸気を加熱して、前記第一処理室内に供給する過熱蒸気とする蒸気加熱装置と、前記第一処理室を加熱する第一補助加熱装置と、前記蒸気加熱装置を制御して前記過熱蒸気を所定温度に設定するとともに、前記補助加熱装置を制御して前記第一処理室を所定温度に設定する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第一処理室内に前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内を低酸素雰囲気とし、前記第一スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第一収容口から前記第一排出口へと搬送するとともに、前記補助加熱装置により前記第一処理室を所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行うものである。
【０００８】
請求項２においては、第二収容口と第二排出口を有し、前記第一処理室の前記第一排出口から排出される前記木質材料を前記第二収容口より収容し、第二スクリューによって攪拌しながら前記第二排出口へと搬送する第二処理室と、前記第二処理室を加熱する第二補助加熱装置と、をさらに備え、前記制御装置は、前記第一処理室内と前記第二処理室内とに前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内と前記第二処理室内とを低酸素雰囲気とし、前記第二スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一排出口から前記第二処理室内に供給された前記木質材料を攪拌しながら第二収容口から前記第二排出口へと搬送するとともに、前記第二補助加熱装置により前記第二処理室を所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行うものである。
【０００９】
請求項３においては、前記木質材料は、予め繊維飽和点以下に乾燥した木質材料である。
【００１０】
請求項４においては、前記木質材料は、乾燥処理が成されていない木質材料である。
【００１１】
請求項５においては、前記熱処理は、低温炭化処理である。
【００１２】
請求項６においては、前記請求項１に記載の熱処理木質材料製造装置を用いて、木質材料に対して熱処理を行う熱処理木質材料製造方法であって、前記定量供給装置により前記第一処理室に所定量の木質材料を供給する工程と、前記第一処理室内に前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内を低酸素雰囲気とする過熱蒸気供給工程と、前記第一処理室内において、前記第一スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第一収容口から前記第一排出口へと搬送するとともに、前記第一補助加熱装置により前記第一処理室を前記所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う第一熱処理工程と、を有する熱処理木質材料製造方法である。
【００１３】
請求項７においては、前記請求項２に記載の熱処理木質材料製造装置を用いて、木質材料に対して熱処理を行う連続式の熱処理木質材料製造方法であって、前記定量供給装置により前記第一処理室に所定量の木質材料を供給する工程と、前記第一処理室内と前記第二処理室内とに前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内と前記第二処理室内とを低酸素雰囲気とする過熱蒸気供給工程と、前記第一処理室内において、前記第一スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第一収容口から前記第一排出口へと搬送するとともに、前記第一補助加熱装置により前記第一処理室を前記所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う第一熱処理工程と、該第一熱処理工程により熱処理された前記木質材料を前記第二処理室に供給し、当該第二処理室内において、前記第二スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第二処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第二収容口から前記第二排出口へと搬送するとともに、前記第二補助加熱装置により前記第二処理室を前記所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う第二熱処理工程と、を有する請求項７に記載の熱処理木質材料製造方法である。
【００１４】
請求項８においては、前記木質材料は、予め繊維飽和点以下に乾燥した木質材料である。
【００１５】
請求項９においては、前記木質材料は、乾燥処理が成されていない木質材料である。
【００１６】
請求項１０においては、前記第一熱処理工程は、低温炭化処理を行う工程である。
【００１７】
請求項１１においては、前記第一熱処理工程は、前記木質材料を繊維飽和点以下にする乾燥処理を有する工程である。
【００１８】
請求項１２においては、前記第二熱処理工程は、低温炭化処理を行う工程である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２０】
本発明によれば、処理室を加熱することで処理室内の温度ムラを防止しながら、処理室内のスクリューによって木質材料を攪拌しながら搬送して、処理室内に供給される過熱蒸気の熱を木質材料に対して均一に伝えることができるため、品質が一定の熱処理木質材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る熱処理木質材料製造装置の全体の構成を示す模式図。
【図２】本発明の第二実施形態に係る熱処理木質材料製造装置の全体の構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、本発明の第一実施形態に係る連続式の熱処理木質材料製造装置１の全体構成について図１を用いて説明する。
【００２３】
尚、第一実施形態、及び、後述する第二実施形態における連続式の熱処理木質材料製造装置１・１００は、木質材料に対して所定の熱処理工程を行い、熱処理された木質材料を製造する装置である。
【００２４】
ここで、本発明の連続式の熱処理木質材料製造装置１・１００で熱処理される木質材料であるが、建築資材用に伐採された生木だけではなく、建築廃材や林地残材などの廃材、未利用資源を原料としたチップ材も含まれる。また、熱処理された木質材料は、屋上敷設資材や舗装材等の土木資材、木材プラスチック複合材の原料、および、燃料としての利用が可能である。
【００２５】
第一実施形態において、チップ状の木質材料は、予め繊維飽和点以下（通常、含水率３０％以下）に乾燥された状態で、定量供給装置１１により第一処理室３１内へ送られてくる。
【００２６】
定量供給装置１１は、定量タンク１２と繰出装置１３からなり、定量タンク１２内には、繊維飽和点以下の木質材料が収容される。繰出装置１３はロータリーバルブ１４を図示しないモーターによって駆動して内容物である木質材料を排出できるように構成されている。モーターは制御装置２１と接続されて所定のタイミングで駆動するようにインバータ制御されている。つまり、制御装置２１によるインバータ制御によって目的に応じた量の木質材料が定量タンク１２から第一処理室３１へと送られてくる。
【００２７】
前記定量供給装置１１の吐出側は、第一処理室３１の上流側の第一収容口３１ａに連結されており、定量供給装置１１の下部に固設された繰出装置１３によって、適宜のタイミングと投入量で木質材料を第一処理室３１へ供給するようになっている。
【００２８】
第一処理室３１は、円筒状のケース体（本実施形体において内径２００ｍｍ、長さ２０００ｍｍ）であり、その内部に第一スクリュー３２が設けられている。該第一スクリュー３２は駆動軸３３を有し、該駆動軸３３は、第一処理室３１の上流端部および下流端部に回動可能に支持される。駆動軸３３の一端には、動力伝達手段３４を介してモーター３５が連結されている。モーター３５は制御装置２１と接続され、制御装置２１によって所定のタイミングで駆動されるように制御されている。この第一スクリュー３２の回動は、繰出装置１３によって第一処理室３１内に送られてきた木質材料を第一処理室３１内の上流（第一収容口３１ａ側）から下流（第一排出口３１ｂ側）へと攪拌しながら搬送して、後述する所定温度の過熱蒸気の熱を木質材料に対して均一に伝えることが可能となるように構成されている。このとき、モーター３５がインバータ制御されていることで、第一スクリュー３２の回転速度が制御されており、第一処理室３１内での木質材料の滞留時間が制御可能になっている。
【００２９】
第一処理室３１の内部には、蒸気ボイラで構成された蒸気発生装置４１によって作られた蒸気が送りこまれてくる。該蒸気は蒸気加熱ヒーターにより構成された蒸気加熱装置４２によって加熱されて、所定温度の過熱蒸気となって第一処理室３１内へと送られる。蒸気加熱装置４２の出口付近には、温度センサー４３が配置されており、前記蒸気加熱装置４２とともに制御装置２１と接続されている。制御装置２１は、前記温度センサー４３により検出される蒸気加熱装置４２出口付近の過熱蒸気の温度検出値をもとに、蒸気加熱装置４２の出口付近において過熱蒸気が所定温度となるように蒸気加熱装置４２を制御することが可能である。つまり、制御装置２１は、蒸気加熱装置４２を制御して、第一処理室３１内に供給する過熱蒸気を所定温度に設定することが可能である。
【００３０】
尚、蒸気加熱装置４２は、電気式のヒーターとしているが限定するものではなく、バーナーに、ＬＰＧガスや天然ガス、灯油、軽油、重油等の燃料が供給されて燃焼されるようにして、蒸気発生装置４１からの蒸気を加熱してもよい。つまり、制御装置２１は、バーナーに供給される燃料を調整することで過熱蒸気の温度が任意の温度となるように構成してもよい。
【００３１】
第一処理室３１には、その外壁を包み込むように電気ヒーターで構成された第一補助加熱装置４４が巻かれ、第一処理室３１の内部には、第一処理室３１内の温度を検出する温度センサー（図示省略）が複数箇所に設けられている。第一補助加熱装置４４および温度センサーは、それぞれ制御装置２１と接続されている。制御装置２１は、前記複数の温度センサーにより検出される第一処理室３１内の各温度検出値をもとに、蒸気加熱装置４２と連動して、第一補助加熱装置４４を作動させることで第一処理室３１内を加熱し、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度ムラをなくすようになっている。すなわち、制御装置２１は、蒸気加熱装置４２を制御して、第一処理室３１内に供給する過熱蒸気を所定温度に設定するとともに、前記第一補助加熱装置４４を制御して前記第一処理室３１を所定温度に設定することで、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度ムラをなくすことができる。
なお、第一補助加熱装置４４としては、第一処理室３１の外壁において、複数の電気ヒーターを第一処理室３１の長さ方向に沿って並べるように複数箇所に巻回し、当該複数の電気ヒーターをそれぞれ独立して加熱するように制御する構成としてもよい。このように第一補助加熱装置４４を構成した場合、複数の電気ヒーターによりそれぞれ独立して第一処理室３１の加熱温度を制御することで、第一処理室３１内をより均一に加熱することができるため、第一処理室３１内の過熱温度の温度ムラをなくすことができる。
【００３２】
第一処理室３１の上出口には、蒸気排出管５１が接続されており、該蒸気排出管５１の下流には、制御装置２１と接続されているダンパー５２が配置されている。つまり、制御装置２１による制御によって、ダンパー５２は駆動され、第一処理室３１内で利用し終わった過熱蒸気（余剰の過熱蒸気）が所定の量だけ熱処理木質材料製造装置１の外部へ排出できるようになっている。
【００３３】
第一処理室３１の下部には、木質材料に過熱蒸気が熱を伝えることでドレン化した結露を第一処理室３１の外部へと排出するためのドレン配管５３が設置されている。
【００３４】
第一処理室３１の下部の第一排出口３１ｂには、接続管６１を介して出口タンク６２が接続されており、熱処理された木質材料が所定の量だけ貯められる構造となっている。出口タンク６２には、図示しない蒸気噴出口が設置され、さらに冷却用の蒸気が供給可能となっており、出口タンク６２内で木質材料は有酸素下で発火しない温度域まで冷却される。また、出口タンク６２は第一処理室３１と運転中（木質材料が熱処理中）は連結されているが、運転終了後には取り外し可能な構造になっている。
【００３５】
次に、第一実施形態に係る熱処理木質材料製造装置１に適用する熱処理木質材料製造方法について説明する。熱処理木質材料製造方法は、過熱蒸気供給工程と、木質材料供給工程と、第一熱処理工程と、冷却工程と、を主とし、それら工程を連続的に行う。以下において、各工程について説明する。
【００３６】
過熱蒸気供給工程では、第一処理室３１内に過熱蒸気を供給することによって第一処理室３１内を低酸素雰囲気とする。つまり、予め設定した第一処理室３１内における過熱蒸気の温度となるように、制御装置２１が、蒸気加熱装置４２を作動させ、蒸気発生装置４１から供給される蒸気を加熱し、第一処理室３１内へと過熱蒸気を供給する。そして、制御装置２１によって、木質材料の熱処理が終了するまでこの状態が保持するように制御される。
【００３７】
次に、木質材料供給工程が開始される。
【００３８】
木質材料供給工程では、定量タンク１２内に木質材料をセットし、そして、制御装置２１の制御によって、ロータリーバルブ１４が駆動し、定量タンク１２内の木質材料を所定量だけ第一処理室３１内へ供給するものである。本実施形態における木質材料としては、予め繊維飽和点以下に乾燥したものを対象とするが限定するものではない。
【００３９】
木質材料供給工程が、終了した木質材料は、第一熱処理工程へと進む。
【００４０】
第一実施形態の第一熱処理工程は、木質材料に対して腐朽耐久性、防蟻性や寸法安定性の効果を付加する為の熱処理を行う工程である。
【００４１】
すなわち、第一熱処理工程では、予め設定した第一処理室３１内における過熱蒸気の温度となるように、制御装置２１が、蒸気加熱装置４２を作動させ、蒸気発生装置４１から供給される蒸気を加熱し、第一処理室３１内へと過熱蒸気を供給する。この蒸気加熱装置４２の作動と連動して、制御装置２１は、第一補助加熱装置４４も作動させる。つまり、設定された過熱蒸気の温度となるように、制御装置２１は、温度センサー４３及び第一処理室３１内の温度センサーの検出値をもとに、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度ムラを防止するように制御する。そして、過熱蒸気の設定温度を保つとともに、第一補助加熱装置４４により第一処理室３１内を所定温度に加熱しながら、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度ムラも防止するように、制御装置２１が自動制御を行う。
【００４２】
さらに、制御装置２１は、予め設定した熱処理時間（滞留時間）となるように、モーター３５を作動させることで、第一スクリュー３２を所定の回転速度となるように回転させる。これにより、木質材料は、第一収容口３１ａから第一排出口３１ｂへと搬送される。
【００４３】
しがたって、第一処理室３１内の木質材料は、過熱蒸気に晒され、さらに第一スクリュー３２によって攪拌されながら下流へと搬送される過程で徐々に熱処理される。第一処理室３１内の木質材料は、攪拌されることで過熱蒸気に効率よく晒されるため、均一に熱処理することができる。
【００４４】
また、第一処理室３１内の結露は、ドレン配管５３を介して装置外部に排出される。第一処理室３１内の余剰の過熱蒸気は、制御装置１２１によって、ダンパー５２を作動させることで、装置外部に所定の量だけ排出される。
【００４５】
なお、上記第一熱処理工程においては、材種、初期含水率、寸法に応じて適宜の乾燥条件を決定すればよい。
【００４６】
第一熱処理工程が終了した木質材料は、接続管６１を介して、出口タンク６２へと供給され、冷却工程に進む。
【００４７】
冷却工程は、熱処理工程の終了後の木質材料が有酸素下で発火しない温度域まで下げるための工程である。
【００４８】
すなわち、第一熱処理工程では、熱処理直後の木質材料が、制御装置１２１によって出口タンク６２内に所定量だけ貯められるように制御される。出口タンク６２には、図示しない蒸気噴出口が設置され、さらに冷却用の蒸気が供給可能となっている。木質材料温度センサーにより木質材料温度が所定温度を下回ったことが検知されると、排出装置が作動し、出口タンク６２内の木質材料（木材）が取り出され、冷却工程は終了とする。
【００４９】
以上が第一実施形態に係る熱処理木質材料製造装置の構成及び熱処理木質材料製造方法である。
なお、第一実施形態においては、木質材料の投入から冷却を一連の工程の中で行う例を挙げたが、特に限定するものではなく、生木などの乾燥処理が成されていない木質材料を用いて、乾燥工程と熱処理工程を第一熱処理工程で行うようにして熱処理木質材料製造方法を構成することも可能である。
【００５０】
次に、本発明の第二実施形態に係る連続式の熱処理木質材料製造装置１００の全体構成について図２を用いて説明する。
【００５１】
第二実施形態に係る熱処理木質材料製造装置１００は、第一実施形態に係る熱処理木質材料製造装置１の第一処理室３１と出口タンク６２との間に第二処理室１３１が介在するように構成されている。尚、説明を容易とするため、第一実施形態と同様の部分については、同じ符号を付し、説明は省略する。また、制御装置２１に接続されたものは第二実施形態において制御装置１２１に接続されるものとする。
【００５２】
第二処理室１３１は、円筒状のケース体（本実施形体において内径２００ｍｍ、長さ２０００ｍｍ）であり、第一処理室３１の下方に所定間隔をおいて平行に設けられている。第二処理室１３１の上流側の第二収容口１３１ａは、第一処理室３１の下流側にある第一排出口３１ｂと連結管３６を介して連結されている。第二処理室１３１には、第二スクリュー１３２が設けられ、第一処理室３１内の第一スクリュー３２による木質材料の進行方向とは逆の進行方向となるように配置される。該第二スクリュー１３２は駆動軸１３３を有し、該駆動軸１３３は、第二処理室１３１の上流端部および下流端部に回動可能に支持される。駆動軸１３３の一端には、動力伝達手段１３４を介してモーター１３５が連結されている。モーター１３５は制御装置１２１と接続され、制御装置１２１によって所定のタイミングで駆動されるように制御されている。この第二スクリュー１３２の回動は、第一処理室３１から連結管３６を介して第二処理室１３１内に送られてきた木質材料を第二処理室１３１内の上流（第二収容口１３１ａ側）から下流（第二排出口１３１ｂ側）へと攪拌しながら搬送する。このとき、モーター１３５がインバータ制御されていることで、第二スクリュー１３２の回転速度が制御されており、第二処理室１３１内における木質材料の滞留時間が制御可能になっている。
【００５３】
第一処理室３１と第二処理室１３１の内部には、蒸気発生装置４１によって作られた蒸気が送りこまれてくる。該蒸気は蒸気加熱装置１４２によって加熱されて、それぞれの所定温度の過熱蒸気となって二つの供給管１４２ａ・１４２ｂを介して第一処理室３１と第二処理室１３１内へと送られる。供給管１４２ａ・１４２ｂには、それぞれに温度センサー４３・１４３が配置されており、蒸気加熱装置１４２とともに制御装置１２１と接続されている。制御装置２１は、温度センサー４３・１４３により検出される過熱蒸気の温度検出値をもとに、蒸気加熱装置１４２の出口付近における過熱蒸気が所定温度となるように蒸気加熱装置１４２を制御することが可能である。つまり、制御装置１２１は、蒸気加熱装置１４２を制御して、第一処理室３１に供給する過熱蒸気の温度と、第二処理室１３１に供給する過熱蒸気の温度を別途に設定することができる。
【００５４】
第二処理室１３１の外壁には電気ヒーターによって構成された第二補助加熱装置１４４が巻かれ、第二処理室１３１の内部には、第二処理室１３１内の温度を検出する温度センサー（図示省略）が複数箇所に設けられている。第二補助加熱装置１４４および温度センサーは、制御装置１２１と接続されている。制御装置２１は、前記複数の温度センサーにより検出される第二処理室１３１内の各温度検出値をもとに、蒸気加熱装置１４２と連動して、第二補助加熱装置１４４を作動させることで第二処理室１３１内を加熱し、第二処理室１３１内の過熱蒸気の温度ムラをなくすようになっている。すなわち、制御装置１２１は、蒸気加熱装置１４２を制御して、第二処理室１３１内に供給する過熱蒸気を所定温度に設定するとともに、前記第二補助加熱装置１４４を制御して前記第二処理室１３１を所定温度に設定することで、第二処理室１３１内の過熱蒸気の温度ムラをなくすことができる。
なお、第二補助加熱装置１４４としては、第二処理室１３１の外壁において、複数の電気ヒーターを第二処理室１３１の長さ方向に沿って並べるように複数箇所に巻回し、当該複数の電気ヒーターをそれぞれ独立して加熱するように制御する構成としてもよい。このように第二補助加熱装置１４４を構成した場合、複数の電気ヒーターによりそれぞれ独立して第二処理室１３１の加熱温度を制御することで、第二処理室１３１内をより均一に加熱することができるため、第二処理室１３１内の過熱温度の温度ムラをなくすことができる。
【００５５】
第二処理室１３１内の余剰の過熱蒸気は、連結管３６を介して第一処理室３１内に移動し、制御装置２１による制御によって、ダンパー５２が駆動され、第一処理室３１内の余剰の過熱蒸気とともに所定の量だけ熱処理木質材料製造装置１の外部へ排出するようになっている。
【００５６】
第二処理室１３１の下部には、結露を第二処理室１３１の外部へと排出するためのドレン配管１５３が設置されている。
【００５７】
第二処理室１３１の下部の第二排出口１３１ｂには、接続管６１を介して出口タンク６２が接続されており、所定量の熱処理された木質材料が貯められる構造となっている。
【００５８】
尚、第一実施形態および第二実施形態の熱処理木質材料製造装置１・１００には、木質材料を冷却するため出口タンク６２を設置しているが限定するものではなく、第一処理室３１と同様に室内を攪拌可能なスクリューを付けた冷却室を設けてもよい。該冷却室は、その内部に生蒸気を充満させたり、冷水のミストを噴射したりして、冷却室内の木質材料を冷却するように構成してもよい。
【００５９】
次に、第二実施形態に係る熱処理木質材料製造装置１００に適用する熱処理木質材料製造方法について説明する。熱処理木質材料製造方法は、過熱蒸気供給工程と、木質材料供給工程と、第一熱処理工程（乾燥工程）と、第二熱処理工程と、冷却工程と、を主とし、それら工程を連続的に行う。以下において、各工程について説明する。
【００６０】
過熱蒸気供給工程では、第一処理室３１内と第二処理室１３１内に過熱蒸気を供給することによって第一処理室３１内と第二処理室１３１内を低酸素雰囲気とする。つまり、予め設定した、第一処理室３１内と第二処理室１３１内における過熱蒸気の温度となるように、制御装置１２１が、蒸気加熱装置１４２を作動させ、蒸気発生装置４１から供給される蒸気を加熱し、第一処理室３１内と第二処理室１３１内へと過熱蒸気をそれぞれ供給する。そして、制御装置１２１によって、木質材料の熱処理が終了するまでこの状態が保持するように制御される。
【００６１】
次に、木質材料供給工程が開始される。
【００６２】
木質材料供給工程では、定量タンク１２内に木質材料をセットし、そして、制御装置１２１の制御によって、ロータリーバルブ１４が駆動し、定量タンク１２内の木質材料を所定量だけ第一処理室３１内へ供給するものである。
なお、上記木質材料供給工程においては、木質材料の材種、初期含水率、寸法に応じて適宜の乾燥条件を決定すればよい。例えば、スギチップを木質材料とした場合、好ましい乾燥条件としては、１時間当たりの木質材料の供給量は約７ｋｇ〜９．５ｋｇである。
【００６３】
木質材料供給工程が、終了した木質材料は、第一熱処理工程である乾燥工程へと進む。
【００６４】
乾燥工程は、前記第一処理室３１内に供給される過熱蒸気にて低酸素雰囲気（無酸素雰囲気）とし、定量供給装置１１によって所定量だけ供給された木質材料を第一スクリュー３２によって攪拌しながら移動させることで、第一処理室３１内の木質材料を所定の含水率（本実施形態では、１５％以下）まで乾燥させる工程である。
【００６５】
すなわち、乾燥工程では、予め設定した第一処理室３１内における過熱蒸気の温度となるように、制御装置１２１が、蒸気加熱装置１４２を作動させ、蒸気発生装置４１から供給される蒸気を加熱し、第一処理室３１内へと過熱蒸気を供給する。この蒸気加熱装置１４２の作動と連動して、制御装置１２１は、第一補助加熱装置４４も作動させる。つまり、設定された過熱蒸気の温度となるように、制御装置１２１は、温度センサー４３及び第一処理室３１内の温度センサーの検出値をもとに、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度ムラを防止するように制御する。そして、過熱蒸気の設定温度を保つとともに、第一補助加熱装置４４により第一処理室３１内を所定温度に加熱しながら、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度ムラも防止するように、制御装置１２１が自動制御を行う。
【００６６】
さらに、制御装置１２１は、予め設定した乾燥時間（滞留時間）となるように、モーター３５を作動させることで、第一スクリュー３２を所定の回転速度となるように回転させる。これにより、木質材料は、第一収容口３１ａから第一排出口３１ｂへと搬送される。
【００６７】
しがたって、第一処理室３１内の木質材料は、過熱蒸気に晒され、さらに第一スクリュー３２によって攪拌されながら下流へと搬送される過程で徐々に熱処理（本実施形態においては、乾燥処理）される。第一処理室３１内の木質材料は、攪拌されることで過熱蒸気に効率よく晒されるため、均一に熱処理（本実施形態においては、乾燥処理）することができる。
【００６８】
また、第一処理室３１内の結露は、ドレン配管５３を介して装置外部に排出される。第一処理室３１内の余剰の過熱蒸気は、制御装置１２１によって、ダンパー５２を作動させることで、装置外部に所定の量だけ排出される。
【００６９】
なお、上記乾燥工程においては、材種、初期含水率、寸法に応じて適宜の乾燥条件を決定すればよい。好ましい乾燥条件としては、例えば、スギチップを木質材料とした場合、第一処理室３１内に供給される過熱蒸気の設定温度が３６０℃、乾燥時間が４５分〜１時間、第一補助加熱装置４４の設定温度が３１０℃として、第一処理室３１内の過熱蒸気の温度を約２２０℃とするものである。
【００７０】
乾燥工程が終了した木質材料は、連結管３６を介して、第二処理室１３１へと供給され、第二熱処理工程に進む。
【００７１】
第二熱処理工程は、前記乾燥工程終了後の木質材料に対して腐朽耐久性、防蟻性や寸法安定性の効果を付加する為の熱処理を行う工程である。また、第二処理室内の過熱蒸気の温度を所定範囲に設定することよって、低温炭化処理を行う工程でもある。
【００７２】
すなわち、第二熱処理工程では、予め設定した第二処理室１３１内における過熱蒸気の温度となるように、制御装置１２１が、蒸気加熱装置１４２を作動させ、蒸気発生装置４１から供給される蒸気を加熱し、第二処理室１３１内へと過熱蒸気を供給する。この蒸気加熱装置１４２の作動と連動して、制御装置１２１は、第二補助加熱装置１４４も作動させる。つまり、設定された過熱蒸気の温度となるように、制御装置１２１は、温度センサー１４３及び第二処理室１３１内の温度センサーの検出値をもとに、第二処理室１３１内の過熱蒸気の温度ムラを防止するように制御する。つまり、過熱蒸気の設定温度を保つとともに、第二補助加熱装置１４４により第二処理室１３１内を所定温度に加熱しながら、第二処理室１３１内の過熱蒸気の温度ムラも防止するように、制御装置１２１が自動制御を行う。
【００７３】
さらに、制御装置１２１は、予め設定した熱処理時間（滞留時間）となるように、モーター１３５を作動させることで、第二スクリュー１３２を所定の回転速度となるように回転させる。これにより、木質材料は、第二収容口１３１ａから第二排出口１３１ｂへと搬送される。
【００７４】
しがたって、第二処理室１３１内の木質材料は、過熱蒸気に晒され、さらに第二スクリュー１３２によって攪拌されながら下流へと搬送される過程で徐々に熱処理される。第二処理室１３１内の木質材料は、第一処理室３１と同様に、攪拌されることで過熱蒸気に効率よく晒されるため、均一な熱処理を行うことができる。
【００７５】
また、第二処理室１３１内の結露は、ドレン配管１５３を介して装置外部に排出される。第二処理室１３１内の余剰の過熱蒸気は、第一処理室３１の余剰の過熱蒸気とともに、制御装置１２１によって、ダンパー５２を作動させることで、装置外部に所定の量だけ排出される。
【００７６】
なお、上記第二熱処理工程においては、第一熱処理工程である乾燥工程と同様、材種、初期含水率、寸法に応じて適宜の乾燥条件を決定すればよい。好ましい乾燥条件としては、例えば、スギチップを木質材料とした場合、第二処理室１３１内に供給される過熱蒸気の温度が３６０℃、乾燥時間が４５分〜１時間、第二補助加熱装置１４４の設定温度が３００℃として、第二処理室１３１内の過熱蒸気の温度を約２４０℃とするものである。
【００７７】
第二熱処理工程が終了した木質材料は、接続管６１を介して、出口タンク６２へと供給され、冷却工程に進む。
【００７８】
冷却工程は、熱処理工程の終了後の木質材料が有酸素下で発火しない温度域まで下げるための工程である。
【００７９】
すなわち、冷却工程では、熱処理直後の木質材料が、制御装置１２１によって出口タンク６２内に所定量だけ貯められるように制御される。出口タンク６２には、図示しない蒸気噴出口が設置され、さらに冷却用の蒸気が供給可能となっている。木質材料温度センサーにより木質材料温度が所定温度を下回ったことが検知されると、排出装置が作動し、出口タンク６２内の木質材料（木材）が取り出され、冷却工程は終了とする。
【００８０】
以上が第二実施形態に係る熱処理木質材料製造装置の構成及び熱処理木質材料製造方法である。
なお、第二実施形態においては、木質材料の投入から冷却を一連の工程の中で行う例を挙げたが、特に限定するものではなく、第一実施形態のように、予め乾燥が行われた乾燥木質材料（例えば、含水率１５％以下）を用いて、前述した熱処理木質材料製造方法における第一熱処理工程で行った乾燥工程を省き、第一熱処理工程と第二熱処理工程とを二段階の熱処理工程として行うようにして熱処理木質材料製造方法を構成することも可能である。
【００８１】
次に、第二実施形態の熱処理木質材料製造装置１００を用いて実際に熱処理木質材料を試験的に製造した実施例について説明する。
【００８２】
（木質材料の寸法及び装置への１回あたりの供給量）
熱処理木質材料製造装置１００に、以下の条件の供試材（木質材料）を供給し、供試材の熱処理を行う。
供試材の寸法としては、長さ約２０〜３５ｍｍ、幅約２０〜３５ｍｍ、厚さ約５ｍｍの気乾状態にあるスギチップを用いた。熱処理木質材料製造装置１００への供試材（木材）の供給量（１回分）は、２８ｋｇ（全乾ベースで約２５ｋｇ）である。
【００８３】
連続式の熱処理木質材料製造装置１００の設定条件は次のとおりであった。
第一処理室３１及び第二処理室１３１内に導入する過熱蒸気の温度は３６５℃、上段の第一処理室３１の第一補助加熱装置４４の温度は３１０℃、下段の第二処理室１３１の第二補助加熱装置１４４の温度は３００℃に設定した。このとき、上段の第一処理室３１の内部温度は約２２０℃、下段の第二処理室１３１の内部温度は２４０℃であった。
【００８４】
供試材のロット間でのばらつきを調べるために、同じ試験を３回行った。そのうち１回は、チップの中に含水率と重量が既知のスギ辺材試験体（気乾状態で、接線方向と放射方向がそれぞれ２０ｍｍ、繊維方向さが１０ｍｍ）を３０体入れておき、処理後にスギチップの中から取り出して、全乾状態での重量と寸法を測定した。そのうち６体については３０℃で相対湿度が９５％の雰囲気下において平衡状態に達したときに再び重量と寸法を測定し、含水率および、全乾からその状態に至るまでの膨潤率を求めた。残りの２４体についてはＪＩＳ Ｋ１５７１に基づいて、室内腐朽試験を実施した。耐候操作の後、オオウズラタケならびに、カワラタケを供試菌とする抗菌操作に供し、重量減少率を求めた。ただし、重量減少率を求める際には、６０℃恒量に代えて、１０５℃での全乾重量を用いた。
【００８５】
条件Ａにおいて、ロータリーバルブ１４の駆動による定量供給装置１１からの木質材料の投入量は、１時間当たりの投入量を約７ｋｇとした。上下段の第一処理室３１及び第二処理室１３１内に滞在する時間（以降、処理時間という）の合計は１時間として熱処理を行った。
条件Ｂにおいて、ロータリーバルブ１４の駆動による定量供給装置１１からの木質材料の投入量は、１時間当たりの投入量は約９．５ｋｇとした。処理時間の合計は４５分として熱処理を行った。
【００８６】
その結果、処理に伴う重量減少率は、投入したチップ全体で見た場合、
条件Ａでは、平均２９．９％（２９．５〜３０．４％）、
条件Ｂでは、平均１８．０％（１７．４〜１８．７％）であり、
ロットごとでのばらつきは極めて少なかった。
【００８７】
また、そのうち１回の処理では上述したとおり、チップの中にスギ辺材試験体３０体をランダムに混ぜたが、この試験体の重量減少率は、
条件Ａでは、２８．２〜３１．４％（平均２９．５％）、
条件Ｂでは、１６．８〜１８．７％（平均１７．７％）であり、
ロット間だけではなく、ロット内でもほぼ均一な処理ができていることを確認した。
【００８８】
３０℃・９５％での含水率は、無処理のスギ辺材試験体が２２．５％であったのに対して、条件Ａでは１１．５％、条件Ｂでは９．６％で吸湿性の顕著な低下が観察された。
【００８９】
また、同条件での膨潤率は、無処理のスギ辺材試験体が９．７％であったのに対して、条件Ａでは４．４７％、条件Ｂでは４．５１％となり、処理によって寸法変化が半分以下になった。
【００９０】
ＪＩＳ Ｋ１５７１に基づく室内腐朽試験では、無処理のスギ辺材試験体の重量減少率がオオウズラタケで６２．９％、カワラタケで４０．７％であったが、条件Ａでは前者で１．２％、後者で０．１％、条件Ｂでは前者で２．７％、後者で０．２％となり、木材保存剤を含浸したときと同程度の高い耐朽性が、熱処理により付与されたことが確認できた。
【００９１】
次に、上記の熱処理によって得られたスギチップを粉砕後に全乾状態として、ＪＩＳ Ｍ ８８１４に準拠した熱量測定を行った。
【００９２】
その結果、無処理のスギチップでは１８．８ＭＪ／ｋｇであったが、条件Ａのスギチップでは２２．５ＭＪ／ｋｇ、条件Ｂのスギチップでは２１．３ＭＪ／ｋｇとなり、それぞれ約２０％、１３％の単位重量当たりの熱量が増加した。つまり、本装置で低温炭化処理を行うことができることを確認した。
【００９３】
なお、条件Ａのとき、熱処理木質材料製造装置１００に投入した（電気）エネルギーは、処理後のスギチップの総発熱量のおよそ２０％であり、エネルギー的にもバランスが取れることも分かった。併せて若干の成分分析を実施したが、熱処理に伴い減少するのはヘミセルロースのみであり、セルロースは変化がなく、クラーソン法で定量されるリグニン量はむしろ微増した。このような成分変化が、吸湿性の低下、耐朽性の発現や発熱量の増加に関連していることは確実と思われた。
【００９４】
次に、比較例として従来の木質材料の熱処理装置を用いて実際に熱処理木質材料を試験的に製造した比較例について説明する。
【００９５】
バッチ式の過熱蒸気処理装置（内寸法約４０ｃｍ（幅）×４０ｃｍ（高さ）×４５ｃｍ（奥行き）を用い、以下に示すような方法によって実施例で説明した供試材であるスギチップを処理した。なお、同装置は、上記の連続式の熱処理木質材料製造装置１００と同様に、ボイラで発生させた蒸気を電気ヒーターで加熱して、過熱蒸気として処理室内に導入する仕組みで、壁体内に電気ヒーターを備え、設備の性能（処理室内温度調節の能力）としては、連続式過熱蒸気処理装置と同等である。
【００９６】
内寸法約３５ｃｍ（幅）×３０ｃｍ（高さ）×３５ｃｍ（奥行き）のステンレス製のかごに気乾状態にあるスギチップ（長さ２０〜３５ｍｍ、幅約２０〜３５ｍｍ、厚さ約５ｍｍ）を詰めたところ、約４．５ｋｇ（全乾ベースで約４ｋｇ）であった。なお、そのチップの中に重量が既知のスギ辺材試験体（気乾状態で、接線方向と放射方向がそれぞれ２０ｍｍ、繊維方向さが１０ｍｍ）を７２体入れておき、処理後にスギチップの中から取り出して、全乾状態での重量を測定して、加熱処理に伴う重量減少率を求めた。さらに、それらの試験体は、ＪＩＳ Ｋ１５７１に基づく室内腐朽試験に供した。耐候操作の後、オオウズラタケならびに、カワラタケを供試菌とする抗菌操作に供し、重量減少率を求めた。ただし、重量減少率を求める際には、６０℃恒量に代えて、１０５℃での全乾重量を用いた。
【００９７】
スギチップの処理を行う前に、装置の空運転を行い、室内温度が２４０℃となる条件を求めた結果、過熱蒸気の温度を４２０℃、壁内の電気ヒーター温度を２４５℃に設定すれば良いことが分かったので、スギチップが詰まったかごを処理室内に入れ、扉を閉めた後、同条件で加熱処理を行った。
【００９８】
その結果、処理室内の温度は、加熱開始から２時間以内に２４０℃に達し、かごの表面に近いスギチップもそれより遅れること約１時間で同温度に到達したが、かごの中心付近のチップが２４０℃に達したのは加熱開始から８時間以上経過してからであり、そのとき、かごの表面に近いスギチップは過剰な加熱により自己発熱して、機械で制御できず、３１０℃に達した。かごの中心付近に入れたスギチップの温度が２４０℃に達した後、２時間処理を行い、放冷をした後かごを取り出し、全乾状態でのチップ全体の重量と、スギ辺材試験体個別の全乾重量を測定した。
【００９９】
処理に伴う重量減少率は、チップ全体の重量から求めたとき２０．３％であったが、個別のスギ辺材試験体から求めた重量減少率は９．０〜３０．４％（平均１９．９％）であり、かなりのばらつきが見られた。また、そのスギ辺材試験体を用いて行った室内腐朽試験の結果、腐朽に伴う重量減少率はオオウズラタケでは１．２〜３９．６％（平均１４．３％）、カワラタケでは０〜８．２％（同３．３％）であり、腐朽が見られない試験体もあれば、顕著に腐朽した試験体もあり、処理の不均一さが際だった。
【０１００】
本発明の連続式の熱処理木質材料製造装置１００と比較すると、バッチ式の装置では、処理時間が非常に長くかかること、および、木質材料に対する均一な加熱ができず、安定した性能が付与されていないことが明確であり、本発明の連続式の熱処理木質材料製造装置１００における優位性は自明であった。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 熱処理木質材料製造装置
１１ 定量供給装置
２１ 制御装置
３１ 第一処理室
３１ａ 第一収容口
３１ｂ 第一排出口
３２ 第一スクリュー
４１ 蒸気発生装置
４２ 蒸気加熱装置
４４ 第一補助加熱装置
１００ 熱処理木質材料製造装置
１２１ 制御装置
１３１ 第二処理室
１３１ａ 第二収容口
１３１ｂ 第二排出口
１３２ 第二スクリュー
１４２ 蒸気加熱装置
１４４ 第二補助加熱装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質材料に対して熱処理を行う熱処理木質材料製造装置であって、
所定量の木質材料を供給する定量供給装置と、
第一収容口と第一排出口とを有し、前記定量供給装置から供給される前記木質材料を前記第一収容口より収容し、第一スクリューによって攪拌しながら前記第一排出口へと搬送する第一処理室と、
蒸気を作る蒸気発生装置と、
該蒸気発生装置から供給される蒸気を加熱して、前記第一処理室内に供給する過熱蒸気とする蒸気加熱装置と、
前記第一処理室を加熱する第一補助加熱装置と、
前記蒸気加熱装置を制御して前記過熱蒸気を所定温度に設定するとともに、前記補助加熱装置を制御して前記第一処理室を所定温度に設定する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記第一処理室内に前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内を低酸素雰囲気とし、
前記第一スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第一収容口から前記第一排出口へと搬送するとともに、前記補助加熱装置により前記第一処理室を所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う、ことを特徴とする熱処理木質材料製造装置。
【請求項２】
第二収容口と第二排出口を有し、前記第一処理室の前記第一排出口から排出される前記木質材料を前記第二収容口より収容し、第二スクリューによって攪拌しながら前記第二排出口へと搬送する第二処理室と、
前記第二処理室を加熱する第二補助加熱装置と、をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第一処理室内と前記第二処理室内とに前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内と前記第二処理室内とを低酸素雰囲気とし、
前記第二スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一排出口から前記第二処理室内に供給された前記木質材料を攪拌しながら第二収容口から前記第二排出口へと搬送するとともに、前記第二補助加熱装置により前記第二処理室を所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理木質材料製造装置。
【請求項３】
前記木質材料は、予め繊維飽和点以下に乾燥した木質材料であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理木質材料製造装置。
【請求項４】
前記木質材料は、乾燥処理が成されていない木質材料であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の熱処理木質材料製造装置。
【請求項５】
前記熱処理は、低温炭化処理であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の熱処理木質材料製造装置。
【請求項６】
前記請求項１に記載の熱処理木質材料製造装置を用いて、木質材料に対して熱処理を行う熱処理木質材料製造方法であって、
前記定量供給装置により前記第一処理室に所定量の木質材料を供給する工程と、
前記第一処理室内に前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内を低酸素雰囲気とする過熱蒸気供給工程と、
前記第一処理室内において、前記第一スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第一収容口から前記第一排出口へと搬送するとともに、前記第一補助加熱装置により前記第一処理室を前記所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う第一熱処理工程と、を有する熱処理木質材料製造方法。
【請求項７】
前記請求項２に記載の熱処理木質材料製造装置を用いて、木質材料に対して熱処理を行う連続式の熱処理木質材料製造方法であって、
前記定量供給装置により前記第一処理室に所定量の木質材料を供給する工程と、
前記第一処理室内と前記第二処理室内とに前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内と前記第二処理室内とを低酸素雰囲気とする過熱蒸気供給工程と、
前記第一処理室内において、前記第一スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第一収容口から前記第一排出口へと搬送するとともに、前記第一補助加熱装置により前記第一処理室を前記所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う第一熱処理工程と、
該第一熱処理工程により熱処理された前記木質材料を前記第二処理室に供給し、当該第二処理室内において、前記第二スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第二処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第二収容口から前記第二排出口へと搬送するとともに、前記第二補助加熱装置により前記第二処理室を前記所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う第二熱処理工程と、を有する熱処理木質材料製造方法。
【請求項８】
前記木質材料は、予め繊維飽和点以下に乾燥した木質材料であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の熱処理木質材料製造方法。
【請求項９】
前記木質材料は、乾燥処理が成されていない木質材料であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の熱処理木質材料製造方法。
【請求項１０】
前記第一熱処理工程は、低温炭化処理を行う工程であることを特徴とする請求項６から請求項９の何れか一項に記載の熱処理木質材料製造方法。
【請求項１１】
前記第一熱処理工程は、前記木質材料を繊維飽和点以下にする乾燥処理を有する工程であることを特徴とする請求項６から請求項９の何れか一項に記載の熱処理木質材料製造方法。
【請求項１２】
前記第二熱処理工程は、低温炭化処理を行う工程であることを特徴とする請求項７から請求項１１の何れか一項に記載の熱処理木質材料製造方法。
【請求項１】
木質材料に対して熱処理を行う熱処理木質材料製造装置であって、
所定量の木質材料を供給する定量供給装置と、
第一収容口と第一排出口とを有し、前記定量供給装置から供給される前記木質材料を前記第一収容口より収容し、第一スクリューによって攪拌しながら前記第一排出口へと搬送する第一処理室と、
蒸気を作る蒸気発生装置と、
該蒸気発生装置から供給される蒸気を加熱して、前記第一処理室内に供給する過熱蒸気とする蒸気加熱装置と、
前記第一処理室を加熱する第一補助加熱装置と、
前記蒸気加熱装置を制御して前記過熱蒸気を所定温度に設定するとともに、前記補助加熱装置を制御して前記第一処理室を所定温度に設定する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記第一処理室内に前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内を低酸素雰囲気とし、
前記第一スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第一収容口から前記第一排出口へと搬送するとともに、前記補助加熱装置により前記第一処理室を所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う、ことを特徴とする熱処理木質材料製造装置。
【請求項２】
第二収容口と第二排出口を有し、前記第一処理室の前記第一排出口から排出される前記木質材料を前記第二収容口より収容し、第二スクリューによって攪拌しながら前記第二排出口へと搬送する第二処理室と、
前記第二処理室を加熱する第二補助加熱装置と、をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第一処理室内と前記第二処理室内とに前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内と前記第二処理室内とを低酸素雰囲気とし、
前記第二スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一排出口から前記第二処理室内に供給された前記木質材料を攪拌しながら第二収容口から前記第二排出口へと搬送するとともに、前記第二補助加熱装置により前記第二処理室を所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理木質材料製造装置。
【請求項３】
前記木質材料は、予め繊維飽和点以下に乾燥した木質材料であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理木質材料製造装置。
【請求項４】
前記木質材料は、乾燥処理が成されていない木質材料であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の熱処理木質材料製造装置。
【請求項５】
前記熱処理は、低温炭化処理であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の熱処理木質材料製造装置。
【請求項６】
前記請求項１に記載の熱処理木質材料製造装置を用いて、木質材料に対して熱処理を行う熱処理木質材料製造方法であって、
前記定量供給装置により前記第一処理室に所定量の木質材料を供給する工程と、
前記第一処理室内に前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内を低酸素雰囲気とする過熱蒸気供給工程と、
前記第一処理室内において、前記第一スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第一収容口から前記第一排出口へと搬送するとともに、前記第一補助加熱装置により前記第一処理室を前記所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う第一熱処理工程と、を有する熱処理木質材料製造方法。
【請求項７】
前記請求項２に記載の熱処理木質材料製造装置を用いて、木質材料に対して熱処理を行う連続式の熱処理木質材料製造方法であって、
前記定量供給装置により前記第一処理室に所定量の木質材料を供給する工程と、
前記第一処理室内と前記第二処理室内とに前記過熱蒸気を供給することによって前記第一処理室内と前記第二処理室内とを低酸素雰囲気とする過熱蒸気供給工程と、
前記第一処理室内において、前記第一スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第一処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第一収容口から前記第一排出口へと搬送するとともに、前記第一補助加熱装置により前記第一処理室を前記所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う第一熱処理工程と、
該第一熱処理工程により熱処理された前記木質材料を前記第二処理室に供給し、当該第二処理室内において、前記第二スクリューを所定の回転速度で回転させることで、前記第二処理室内の前記木質材料を攪拌しながら前記第二収容口から前記第二排出口へと搬送するとともに、前記第二補助加熱装置により前記第二処理室を前記所定温度に加熱しながら前記所定温度の過熱蒸気にて前記木質材料に熱処理を行う第二熱処理工程と、を有する熱処理木質材料製造方法。
【請求項８】
前記木質材料は、予め繊維飽和点以下に乾燥した木質材料であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の熱処理木質材料製造方法。
【請求項９】
前記木質材料は、乾燥処理が成されていない木質材料であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の熱処理木質材料製造方法。
【請求項１０】
前記第一熱処理工程は、低温炭化処理を行う工程であることを特徴とする請求項６から請求項９の何れか一項に記載の熱処理木質材料製造方法。
【請求項１１】
前記第一熱処理工程は、前記木質材料を繊維飽和点以下にする乾燥処理を有する工程であることを特徴とする請求項６から請求項９の何れか一項に記載の熱処理木質材料製造方法。
【請求項１２】
前記第二熱処理工程は、低温炭化処理を行う工程であることを特徴とする請求項７から請求項１１の何れか一項に記載の熱処理木質材料製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２０２６７３（Ｐ２０１２−２０２６７３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７０７０９（Ｐ２０１１−７０７０９）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（３９１０５７３９５）株式会社ヤスジマ (8)
【出願人】（０００２２５１４２）奈良県 (42)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（３９１０５７３９５）株式会社ヤスジマ (8)
【出願人】（０００２２５１４２）奈良県 (42)
【Ｆターム（参考）】
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