JPH0310869B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 一バツチの木材産品を、マイクロウエーブ・
エネルギに対し不透性の壁を有する密閉チヤンバ
内に導入し、 該チヤンバ内にマイクロウエーブ・エネルギ場
を生成し、 最初に微滴状の水分を該チヤンバ内に導入して
水分含有量を高レベルに維持し、マイクロウエー
ブ・エネルギによる産品内の発生熱に応答して産
品の内部から外表面へ水分の移動が始まると該水
分含有量を減少させ、該チヤンバ内の空気温度を
前記表面温度より僅かに低く保つて産品内部から
外表面への水分の移動を容易にする逆向き温度勾
配を維持し、該表面温度の上昇と歩調を合わせて
該空気温度を順次上昇させるように、該チヤンバ
内の空気温度と水分含有量とを制御し、 空気の流れは通すがマイクロウエーブ・エネル
ギは遮断する多孔質金属壁の仕切りで該チヤンバ
から隔離された空間において、該空気をコンデン
サに接触させて前記産品から出る水分を除去し、 該乾燥処理の間マイクロウエーブ・エネルギの
パワー入力を制御すること を特徴とする木材産品の乾燥方法。

２ 前記チヤンバ内にマイクロウエーブ・エネル
ギを供給するために、複数のマイクロウエーブ発
生器を用いることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の乾燥方法。

３ 互いにかなり隔たつた周波数で作動するマイ
クロウエーブ発生器を用いることを特徴とする特
許請求の範囲第２項に記載の乾燥方法。

発明の背景 木材および他の木材産品の最も古くてしかも今
もなお優勢な乾燥法は産品を熱気が通るチヤンバ
に入れることである。温気が産品の外面をよぎつ
て流れ、それから水分を吸収する。水分は空気と
ともにチヤンバを出る。したがつてこの方法はオ
ープンサーキツトにおける連続処理法ということ
ができる。これにはいくつかの欠点と限界があ
り、その最も重要なものは次のものである。

木材産品は表面層が最初に乾燥されるような熱
伝導によつて乾燥される。乾燥現象はそれから進
行がだんだん遅くなりながら各産品の中心に向か
つて進む。これはいくつかの理由によつて好まし
くない。おもに木材はきわめて悪い熱伝導体であ
ることによつて、乾燥はきわめてゆつくりとしか
起こらない。さらに、水分の除去の遅さは水分の
こう配の方向によつてはさらにひどくなる。その
理由は、表面層が乾燥すると収縮し、木材繊維間
の距離が小さくなるので、それに対応して水分が
外に出るための通路が小さくなるからである。こ
の効果は木材の相異によつて異なり、多くの場合
表面層のひび割れが伴う。そのため或る種の木材
は強制空気循環による乾燥は全くできない。それ
で乾燥はきわめて長時間、極端な場合には数年か
かる。乾燥は完全にオープンシステムで行なわれ
るので、木材を出る空気中の余分の熱量は用いら
れない、すなわち換言すればこの方法の効率はき
わめて低い。

乾燥が外面から起こつてだんだん内部に進み、
長時間を必要とすることを避けるために、近時他
の方法も用いられている。この方法によれば、乾
燥すべき物品は高周波発生器に接続された２つの
電極の間に入れる。周知のように、このような状
況においては完全に無視できるエツジ（縁）効果
を考えないと、有用な電界は電極間の空間だけに
存在する。これは、実際上および経済上の理由か
ら、この方法の有用性は形が高周知乾燥に適し、
寸法が比較的小さい物品に限られることを意味す
る。第３の条件は物品はかなり連続して生産され
なければならないということである。これはたと
えば家具産業に用いる素材に当てはまる。この従
来の方法の有用性を制限する他の実際の情況は、
木材は高周波エネルギを吸収する能力が低いとい
うことである。これは必要な電極の高圧によつて
電気的なフラツシオーバをしばしば起こす。さら
に他の要求は、産品の断面積の変動は実際上許さ
れないことである。そうでなければ均等に乾燥さ
れず、ひび割れその他で損傷する。したがつてこ
のような乾燥現象を制御することは困難で、丸太
その他の乾燥に用いることはできないことは明ら
かである。

発明の要約 本発明の目的は、上記の欠点と制限のない木材
産品を乾燥する方法を得ることである。本発明は
以下の認識に基づく。

経済的要求を満足するためには、連続法を捨て
てクローズドチヤンバ（閉室）内で行なう不連続
法を用いる必要がある。第２に、処理時間を短縮
するためには、乾燥の方向は製品の外面からその
中心にではなくてその逆に、水分を中心から表面
層に強制的に移動させる。第３に、熱は電磁波に
よつて供給するが、従来の高周波（HF）法と異
なり、電磁エネルギの効果は２つの電極間の比較
的小さい空間に限定せず、はるかに大きな空間、
とくに全乾燥チヤンバ内で有用であるようにす
る。

本発明の他の目的は、制御が便利な乾燥法を得
ることである。後者の要請は２つある。１つの要
請は１バツチの産品を乾燥する間制御が良好なこ
とである。他の要請は、とくに木材の種類、水分
の量、および寸法に関する限り、方法が、異なる
型の製品に対して柔軟性を持つて適合することで
ある。とくに、最後の要請は、個々の場合に乾燥
法を制御する装置をプログラミングすることによ
り、最適乾燥のすべての条件を満足することを含
む。

上記および他の目的および利点は請求の範囲か
ら詳細が明らかな本発明の方法によつて達成され
る。しかし、本発明の基本的な概念は以下の認識
に基づく。高周波（HF）エネルギの代りにマイ
クロウエーブエネルギを用いることにより、乾燥
チヤンバ内全体に電磁場を発生させることができ
る。チヤンバ内の空気の湿度と温度とを制御する
ことにより、チヤンバ内の木材産品の乾燥を、上
述のようにひび割れその他の欠点の生じやすい表
面層が最初に乾燥されることを防止するように制
御することができる。チヤンバを閉じ、その中の
空気を再循環させることも本発明のおもな特徴で
ある。これは、熱が周囲の外気中に逃げないの
で、本方法のきわめて大きな経済的な改良であ
る。以下に説明するように、チヤンバへの唯一の
入力はマイクロウエーブエネルギであり、唯一の
出力はチヤンバ内で空気が産品から吸収した水分
であつて、それはチヤンバから除去される。

【発明の詳細な説明】

次に本発明の方法を詳述する。

既に述べたように、乾燥すべき木材産品をスロ
ーズドチヤンバに入れる。チヤンバの内部に、そ
の外部に設け、チヤンバに口を開く導波管に接続
した、１つまたはそれ以上の発生器（発振器）に
よつてマイクロウエーブエネルギ場を発生させ
る。発生器の数、すなわち主に全パワーは各場合
において実際の情況、とりわけチヤンバの容積と
発振器の発振周波数とを考慮して選ぶ。したがつ
て、ある場合には１つだけの発振器、たとえばマ
グネトロンを、他の場合にはいくつかの発振器を
用いれば十分で最も適している。後者の場合には
発振器は互いに異なる周波数で発振させることが
できる。妨害となる相互作用の防止は業界に周知
の原理によつてフイルタでなされる。マグネトロ
ンの周波数の選択に関する限り、まず考えるべき
ことは、周波数は産業上の目的のために許された
唯一のものであるいわゆるISMバンド内にならね
ばならぬことである。このバンド内での正確な周
波数の選択は、とくにチヤンバの容積、木材産品
の寸法、木の種類、および水分の量を含む実際の
動作パラメータによつて制御される。したがつ
て、本発明を実施するときには、周波数の選択は
一般に、異なる作用をする異なる理由の間の妥協
である。しかし木材がそれに含まれる水が出てし
まう前に乾燥し、ひび割れし、詰まるのを防止す
るために、熱の発生は水に集中して木に集中しな
いことが必要である。これは、圧倒的なエネルギ
吸収が水分含有量に比較的無関係な木材の抵抗損
によつて起こる場合のように、周波数はHF範囲
に近くてはならぬことを意味する。他方、高過ぎ
る周波数を用いると、水の双極子緩和周波数（約
20ギガヘルツ）に近づくので、透過深さが制限さ
れる。実用上の目的では周波数の上限は一般に約
10ギガヘルツである。

このことに関連して、水以外に木材はまたOH
基を含むリグニン、樹脂、および他の物質を含む
ことを述べることができる。周波数を正確に選ぶ
と、大部分の熱発生は水で起こり、２番目は前記
の物質で起こり、木材に吸収される熱量は取るに
足りない。

水が、供給されたマイクロウエーブエネルギの
大部分を吸収するということによつて、木材その
ものはほとんど加熱されないというだけでなく、
加熱された水は産品の外面の方に移動し、木材が
比較的低温なので、その“細孔”または“毛細
管”は開いたままで水がそれを通ることがでさ
る。すぐわかるように、この条件は従来の方法の
条件ときわだつた対照をなす。従来の方法では、
加熱は、産品の外面からその中心の方への伝導に
よつて逆方向に起こる。これは含湿材料内にもと
もとあつた水分移動路が収縮することを意味す
る。これは、従来の方法では、きわめて時間のか
かる乾燥法に甘んじるか、または表面層材料中の
木材細胞を破壊しなければならない理由である。
このような破裂はしばしば直ちにひび割れとなる
が、しかしまたしばしば乾燥処理後長期間たつて
製品を加工するときに初めて材料が駄目になる内
部応力が発生することもある。また、本発明によ
れば、外層の水分が先ず産品を出るが、今述べた
ばかりの理由によつてこの層における熱発生が減
少するので、そこにおける全熱吸収量は中心部に
おけるより小さい。木材は熱の不良導体なので、
実際上伝導による熱平衡は起こらないか、または
言い方を変れば、産品の中心部に順次高温が発生
する。

熱が伝導によつて外層から中心部へ伝達される
従来の方法と対照的に、産品の乾燥を中心領域か
ら出発して順次外層に進展させるためには、電磁
エネルギの熱エネルギへの変換は材料中の水に集
中するように処理を制御する必要があることは上
に述べた。しかしこのような制御は本発明の技術
的は利点を発揮するには十分ではない。とくにチ
ヤンバ内の“気候”に関する２つの他の条件を満
足しなければならない。これらの条件の１つは湿
度に関し、他方はチヤンバ内の空気の温度に関す
る。

したがつて、本発明の特徴は、乾燥処理の初期
段階の間は、製品の表面層が水分の周囲空気中へ
の放出によつて乾燥しないように空気の水分含有
量を高く保つことである。このことを達成するた
めに、初期段階の間は水を微滴状で供給して空気
の相対湿度を高める必要がある。

チヤンバの空気の温度に関する限り、従来の方
法におけると反対に、空気の温度は製品の内部の
温度より常に低くなければならない。このように
して産品は空気から熱を受け取ることができな
い。空気から熱を受け取ることは上述のように水
分の外方への所望の移動を防止する条件となる。
マイクロウエーブのエネルギが水および木材材料
を構成する他の物質によつて吸収されるとき、空
気の温度はもちろん上昇するが、産品の表面温度
より低い値に常に維持されなければならない。空
気の温度が製品の表面温度よりいくぶん高い従来
方法とのこの差のおもな重要性は、空気の影響に
よつて表面層がある程度乾燥するのを防止するこ
とにあるのではない。決定的な要因は、低い空気
温度によつて従来の方法によるものと反対向きの
温度こう配を製品中に維持することであつて、そ
れによつて水分の移動が容易になる。

空気の温度と水分含有量、および産品の内部に
おける熱の吸収に関するかぎり、実用的な範囲に
おいてチヤンバ内に均質条件を生成することが適
当である。均質な空気条件は、チヤンバ内に空気
を循環させる、とくに初期段階の間に供給された
微滴状の水を効果的に分布させるフアンによつて
得られる。このようなフアンは第２の機能を行な
う、すなわち空気中の水分を凝結させるコンデン
サ（凝結器）を収容する特別の空間にチヤンバの
空気を循環させ、それから空気を乾燥室に送り返
す。チヤンバと脱湿空間との仕切りは、それにマ
イクロウエーブは通させないが空気は自由に通さ
せる大きさの穴のある多孔性アルミニウムシート
であるのが適当である。

用途によつてはマイクロウエーブエネルギの分
布を改善する金属プロペラを用いることができる
こともある。プロペラの数とそれらの位置とは各
場合についてとりわけマグネトロンの数、導波管
の形、その他を考慮して決定する。製品による均
質なマイクロウエーブエネルギの吸収をさらに増
進させるためには、産品をゆつくり回転するテー
ブル上に置き、シヤドー効果が起こらないように
する。

フアンの使用とフアンによる空気の循環とは２
つの本質的な点において従来技術と異なつてい
る。これらの差はどちらも、本発明の方法はクロ
ーズドチヤンバ内で不連続的に行なわれるが、従
来の暖気乾燥はオープンシステムにおいて連続的
に行なわれるという事実から来る。１つの差はフ
アンの電力消費に関する。フアンはチヤンバ内の
空気を連続的に入れ換えるために用いるのではな
く、空気の温度と水分含有量に関するかぎり空気
を均質化する目的で同じ空気体積で“かくはん”
するためにだけ用いるので、フアンの電力消費は
通常の設備において要求されるものの端数にしか
過ぎない。第２の差は空気を再循環させること
で、その熱エネルギ含有量の大部分は保存され、
本方法の経済性の最も実質的な改善となる。

上述の本発明の好ましい実施例によれば、マイ
クロウエーブの観点から木材産品を収容するチヤ
ンバから絶縁されているが、空気の流れに関する
かぎりそれと連通している別の空間内で空気を除
湿するとき他の利点が得られる。１つのそのよう
な利点は、通常の温度および湿度信号送信機をマ
イクロウエーブのエネルギにさらされる場所に設
置する困難性の除去である。しかし、そのような
発信機をコンデンサを収容する別の空間内に設置
するのには全然問題はない。他方、送信機は、送
信信号が乾燥室内の状態を表わし得るように、コ
ンデンサから最大距離に設置するようにしなけれ
ばならない。一般に、適切な補正値を決定し、そ
れに対応して計器装置を較正するためにいくつか
の実験を行なうことは可能である。送信機によつ
て供給された信号は空気および湿度の制御の直接
の基礎となる。しかし、送信機はまた、乾燥処理
の間に供給されるマイクロウエーブエネルギの変
化に関する経験上の情報を間接的に供給する。そ
のような変化が必要な１つの理由は次のとおりで
ある。製品の水分含有量が減少するにつれて産品
の内部に乾燥した空胴が形成され、材料内部で場
の強さを増大させる多重共振空胴（くぼみ）効果
を発生する。たとえば樹脂の含有量の大きい部分
の存在によつて木質材料が均質でないと、加熱は
均一ではない。しかし、マイクロウエーブのパワ
ー入力を順次減少させることにより前記の効果を
補償することができるので、場の強さは常に最適
レベルに保つことができる。

本発明の方法を実施するときには、複数の基本
的入力パラメータ、チヤンバの形状寸法、マゲネ
トロンのパワー、その動作周波数、木材の数、位
置、および種類、産品の水分含有量および形を考
慮に入れなければならぬことは既に繰り返し強調
した。これは絶対数の形の作業指令を与えること
は不可能であることを意味する。その代り、初期
段階の間に、どの動作パラメータが入力パラメー
タに対応するかを実験によつて決定することが一
般に必要である。したがつて、乾燥が上述のよう
に水分の移動によつて起こるようにふん囲気を制
御するクローズドチヤンバ内で木製品をマイクロ
ウエーブのエネルギで加熱するどのような場合に
も本発明は用いられる。他方、実験を行なつて異
なる製品に対する最適の動作値を決めたときに
は、ある処理を繰り返すべきときに自動的にそれ
を制御するのに用いることができるプログラムを
編集することができる。上述のことからわかるよ
うに、そのようなプログラムは、とりわけ異なる
種類の木材に関するプログラムは、一般に互いに
かなり異なる。