JPH063049A - 被乾燥材の自動乾燥方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 その都度変わる材質、形状にも係わらず常に
最適の乾燥条件で乾燥が進行する自動乾燥方法を提供す
ることである。 【構成】乾燥の進行を含水率の変化曲線でもって連続的
に監視し、最適含水率曲線との偏差を常にゼロとするよ
うに温度、湿度、および風量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被乾燥材、例えば木材
またはそれに類するもので、含水率計が使用できる被乾
燥材全般の自動乾燥方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】木材の乾燥をはじめ産業界には多くの乾
燥方法が実施されており、製造コストの低減、省エネル
ギー等の観点から今日でも多くの改善の試みが行われて
いる。以下、木材の乾燥を例にとって説明する。

【０００３】従来より、木材の乾燥法の制御には、単
にオン−オフ型の自動温度調節計を使用して、温度設定
値をその含水率の推移を監視しながら余り急激な含水率
変化（減少）が起こらないようにその都度設定して制御
する方法でいわゆる手動設定のもの、経験的に予め時
間的な乾燥スケジュールをインプットしてタイムスケジ
ュールにより制御する方法、乾燥による重量変化をロ
ードセルにて信号化し過度の重量変化が起こらないよう
に連続的に最適温湿度条件を設定していく方式のいずれ
かが使用されてきた。

【０００４】これら３方式のうちで、現状では、方式
が大部分であり、方式は高価で実用例が非常にまだ少
ない。方式は実体との乖離が問題で一定の安定した被
乾燥材には適するが、条件がその都度異なる木材乾燥へ
の適用には適せず、結局、相当の安全率をかけて操作を
行うため乾燥コストが非常に増大する欠点をもってい
る。

【０００５】また、上記のいずれの方式においても、乾
燥の制御といっても乾燥進行に伴う含水率の変化値と関
係なく作動するものであり、含水率に対する乾燥理論か
ら提案された乾燥スケジュールを完全に保証するものと
なっていない欠点を有する。時間経過に応じその都度推
定しながら設定するか、もしくはサンプル材の重量変化
の連続的測定によって事後的に設定されているのが実情
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、乾燥
の実態に則した自動乾燥方法であって、その都度変わる
材質、形態にも係わらず常に最適の乾燥条件で乾燥が進
行する自動乾燥方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】ここに、本発明者らは、
木材等の被乾燥材の含水率変化を直接連続的に計測する
ことでその信号を基準にして刻々と最適乾燥スケジュー
ルの条件を変更する機能を備えた全自動の制御システム
を実現できることを知った。しかも、このための制御機
器は従来品より安価かつ誰でも簡単に操作できる簡便性
を備えた機能となることを知り、本発明を完成した。

【０００８】さらに、本発明者らは、上述のような含水
率変化に対する最適乾球温度および湿球温度条件を予め
設定し、その設定値と実際の乾球温度および湿球温度と
を比較し、その差がゼロになるように排気弁・蒸気弁を
制御することにより簡便かつ精度の良い乾燥操業が可能
となることを知った。

【０００９】よって、本発明の要旨とするところは、被
乾燥材の初期含水率を測定する段階と、測定された初期
含水率と最終目標含水率までの乾燥工程を規定する最適
含水率変化曲線を乾球温度、乾燥勾配、材質および形態
を考慮して求める段階と、乾燥を開始し、時々刻々の含
水率を計測し、計測された含水率と前記最適含水率変化
曲線との差位を求め、その差位の程度に応答して乾燥雰
囲気の温度、湿度および風量の少なくとも１の条件変更
を、最適含水率変化曲線に沿って順次繰り返して行う段
階と、目標含水率に到達したことを確認して乾燥操作を
終了する段階とから成る、被乾燥材の自動乾燥方法であ
る。

【００１０】かくして、本発明によれば、最適含水率変
化曲線に沿った乾燥を維持する雰囲気制御、つまり木材
乾燥の乾燥スケジュール制御に関し、被乾燥材の含水
率変化に直接的に追随して乾球温度、湿球温度を制御す
るシステムが実現され、この新規なシステムは、セン
サ部である含水率自動計測器と、その信号を最適乾球温
度、湿球温度の制御信号に変換する変換器および温度・
湿度調節計から構成され、その操作部はファンの作動、
ヒータバルブ、ダンパーの開閉を掌る機構から成り、
前記含水率自動計測器からの信号を最適乾球温度、湿球
温度の操作信号に変換して現時点のそれらと比較するこ
とで、そのときの含水率に対する最適温度・湿度・風量
の少なくとも１の条件を自動的に変更する機能を有して
おり、システム自体も従来のものより簡便となってお
り、実用的なシステムと言える。

【００１１】本来、含水率で直接制御されるべき乾燥ス
ケジュールは、その比較・評価手段がなかったため作業
者の経験にもとづき人為的にその都度温度・湿度調節計
を操作していたが、本発明ではそれを乾球温度および湿
球温度と関連づけて規定することで、乾燥スケジュール
の設定、制御を容易にすることができるようにした。し
かもその関連づけにあって、多くの乾燥データを収集
し、実験式を求めることによって、複雑な演算を必要と
せず、乾燥スケジュールの追随をより正確なものとする
ことができる利点を有するものである。

【００１２】この点、従来の重量変化による自動制御シ
ステムでは、数本のモニター材を選定しその重量変化を
耐熱性のある特殊なロードセルで計測し、その信号をコ
ンピュータ処理する大がかりなシステムで制御を実施す
る機構になっており、その操作にも高度な知識を要する
など容易簡便とは言えなかった。しかも小片のサンプル
材でモニターするため実態との差が大きくかけ離れるリ
スクのある方式であった。

【００１３】

【作用】次に、本発明の作用についてさらに具体的に説
明する。本発明は、下記第一ないし第四段階のそれぞれ
から構成されるもので、それらの段階は次の通りであ
る。

【００１４】第一段階:乾燥作業開始に当たって被乾燥
材の現在時点での含水率（初期含水率）を決定する段階
である。なお、含水率の定義としては多くのものが考え
られるが、通常は次式で求められる。 含水率の定義

【００１５】

【数１】

【００１６】Ｇ_{A :} 全乾重量、Ｇ_B : 水分重量、Ｇ_C :
材料重量 (Ｇ_A は、恒温試験器により100 ℃で24時間全乾させた
値) 第二段階:初期含水率と最終目標含水率とから乾球温
度、乾燥勾配、材質および形態を考慮して最適含水率変
化曲線、つまり乾燥スケジュールを求める段階である。
本発明によれば、そのとき得られた乾燥スケジュール
を、被乾燥材毎に予めもとめた実験式によって乾球温度
および湿球温度に読みかえて表示する。したがって、乾
燥スケジュールの設定はそれぞれの温度を予めプログラ
ムにインプットするだけでよい。

【００１７】最適含水率曲線に見られる含水率と乾球温
度( 湿球温度) との関係を示す関数式例は、後述する図
３の被乾燥材の場合にあっては、実験式として次のよう
に示すことができる。 １) 乾球温度曲線 ｙ＝−0.5x＋(A＋20) ｙ: 乾球温度、ｘ: 含水率、 Ａ: 定数 (Ａは乾球初期温度、後述する図３の場合65) ２) 湿球温度曲線

【００１８】

【数２】

【００１９】ｙ: 湿球温度、ｘ: 含水率、 Ａ: 定数 (上記と同じく乾球初期温度、図３の場合65) このように、本発明にあっては、乾燥スケジュールと
は、乾球温度、乾燥勾配、樹種 (材質) ・形態を考慮し
て、含水率と温湿度条件を相関させた最適乾燥条件のテ
ーブルであり、これまでになした多くの乾燥試験結果か
ら技術的に帰納された乾燥の条件設定指針である。

【００２０】すなわち、木材乾燥のスケジュール決定要
素は、乾球温度、乾燥勾配、樹種、材厚および大きさな
どの形態、初期含水率および仕上り含水率であり、乾燥
スケジュール選定に当たっては常にこれらの要素が加味
されて選択される。例えば、初期含水率と仕上り含水率
との差を所要乾燥時間で割って平均含水率減少率を算出
し、これを乾球温度等を考慮して補正するとか、樹種、
材厚によっては１時間当たりの含水率減少割合が含水率
全体の１％を超えないようにして、前半の乾燥期間には
減少率を多くし、一方、後半の仕上がり期間中には減少
率を少なくするようにして全体として所定期間内に仕上
り含水率が得られるように含水率減少曲線を求める。さ
らにこの場合、樹種および形態によって決定される測定
点、例えば、柾目材、板目材、追征材を考慮して、板厚
中心、1/2 点、1/4 点などにおける含水率の測定点を決
定する。好ましくはこれらのいくつかの測定点で計測さ
れた含水率の平均値または最適条件点を選択し、最適含
水率変化曲線を決定する。

【００２１】このように、最適含水率変化曲線は樹種、
材厚および大きさなどの形態、初期含水率および仕上り
含水率を考慮して決定されるが、しかし、本発明にあっ
ては、そのような最適含水率曲線を得るために必要な乾
球温度および湿球温度を規定したことにより、乾燥開始
後は、乾燥条件の決定はそれらの要素のうち乾球温度お
よび湿球温度だけを基準に設定・制御すれば十分であ
る。なお、制御システムへの乾燥スケジュールインプッ
ト順序は、前述のように形状、乾燥勾配等より算出した
乾燥スケジュールの各含水率に対応する乾球温度および
湿球温度をそれぞれの信号変換器に設定することから始
める。これらの設定はインプット用の打込器によって実
施する。

【００２２】かかる制御は、含水率連続計測器とその信
号の変換器および乾球、湿球温度調節計を一体とした制
御システムによって容易かつ簡便に達成できる。乾燥操
作は、上述の設定されたスケジュール通りにいかなる手
段を用いて追随させるかがポイントであり、先に述べた
ように含水率で直接的に条件設定をしてやることが最も
望ましい方法である。

【００２３】なぜならば、スケジュールの確立は全て含
水率に対応した条件設定となっているためであり、本発
明はその操作の簡便性から乾球温度および湿球温度に置
き換えているが、それらも含水率に一定の強力な相関が
みられるため、本発明にあっても含水率による乾燥理論
にもとずく乾燥スケジュールが実現されることが理解さ
れる。なお、信号変換器の代わりにパーソナルコンピュ
ータによりインプットする方法も含まれる。

【００２４】第三段階:乾燥を開始し、含水率を計測
し、この計測された含水率と前記最適含水率変化曲線と
の差位を求め、それに応じて乾燥雰囲気の温度、湿度お
よび風量の少なくとも１の条件を変更する段階である。
このような条件変更は最適含水率変化曲線、つまり乾
球、湿球温度変化曲線に沿って順次繰り返し行う。

【００２５】選択した乾燥スケジュールに基づいて含水
率センサからの入力信号を温度調節器の入力信号に変換
する信号変換器を組込み、乾燥全工程を含水率変化に対
応した乾球温度および湿球温度をデジタル設定器により
設定する。設定数は最大２℃までとれるものとする。

【００２６】ある乾燥時点に対する含水率に対応して乾
球温度および湿球温度を制御する機能は、含水率２点間
の任意の位置において演算回路を介して温度調整器に温
度信号を発信して温度調節機能を働かせることによる。
従来の夜間無人で操作できない時間制御方式と異なり、
全く無人で仕上り含水率まで無駄なく制御してかつ終了
の操作も自動的に行うことができる。

【００２７】すなわち、乾燥開始後連続的に計測される
含水率と前述の最適含水率変化曲線から求めた含水率に
対する温湿度条件の差位がゼロになるように、乾燥雰囲
気の温度、湿度、そして風量の少なくとも１を変更す
る。この時、温度が異常に高くなっていれば乾燥材の表
面部分のみからの乾燥が異常に進行して、乾燥材の割れ
につながるため、いち早く温度を下げる操作を計器に指
示し、機能が作動する仕組であり、湿度、風量について
も同様な機能をくり返す。

【００２８】このような含水率の計測と偏差の算出と条
件変更とは順次繰り返し目標含水率に達するまで行う。
すなわち、計測された含水率と最適含水率変化曲線上の
条件との差異が、例えばある時点で１％を超えるように
なると、乾球温度と湿球温度を最適含水率変化曲線上の
それに近づくようアドバンス (前進させていく）させて
いくのである。

【００２９】第四段階:目標含水率に到達したことを確
認して乾燥操作を終了する段階である。図１は本発明に
かかる自動乾燥法を実施するための装置の概略説明図で
ある。

【００３０】図中、適宜乾燥炉内に置かれた被乾燥材で
ある木材10には、含水率測定センサ12が取り付けられて
おり、その信号は含水率計14に送られて連続的に含水率
が計測されている。一方、炉内には乾球温度センサ15と
湿球温度センサ16とが設けられて、それぞれの信号は乾
球温度調節計20、湿球温度調節計22に送られる。

【００３１】初期含水率と最終含水率とから決定される
乾燥スケジュールによる最適温度、湿度条件の入力は打
込み器26によって行われ、各変換器28、30を経て乾球温
度調節計20、湿球温度調節計22に信号が送られ、最適含
水率変化曲線、つまり乾球、湿球温度変化曲線で表わさ
れた最適乾燥スケジュールが設定される。

【００３２】乾燥が開始後、時々刻計測される含水率は
含水計14から各変換器28、30を経て対応する乾球温度お
よび湿球温度に変換され、各設定値との比較をし、差位
を求める。求められた差位に応じて各調節計20、22に信
号が出力される。符号32はヒータ電動弁、34はダンパー
モーターを示す。

【００３３】本発明の好適態様にあっては、そのように
乾燥状態を含水率特性と相関した乾球温度、湿球温度に
それぞれ変換されて処理されるから、以後の制御操作は
それらに基づいて行えばよい。

【００３４】したがって、本発明の制御操作は著しく簡
便容易となり、しかも乾燥の実態に密着したものとな
る。次に、実施例によってさらにその作用・効果を詳述
する。

【００３５】

【実施例】本例では、図１の装置を使い、本発明にした
がって、カバ材およびベイマツの乾燥を行った。本例の
場合の最適含水率変化曲線は、含水率は桟積の時点で測
定したものの平均値を用い、初期含水率60％を得た。こ
れを均等な減少率でもって最終含水率10％にまで乾燥さ
せるとして最適含水率変化曲線を想定した。

【００３６】これに対しては、各含水率に対応する乾球
温度および湿球温度をぞれぞれ実験式に基づいて求め、
それを制御指標として乾燥操業を開始した。ほぼ１時間
毎に含水率を計測し、そのときの乾球温度と湿球温度と
を上述と同じ実験式によって求め、最適含水率変化曲線
に対応する乾球温度と湿球温度とそれぞれ比較し、その
差位を求めてからそれをゼロとするように、温度、湿度
および風量を変化させた。

【００３７】それぞれの乾球温度および湿球温度の差位
が最適乾燥勾配値を越える場合には、危険雰囲気条件で
あるとして、加湿制御を行い適正雰囲気となるように最
適含水率変化曲線の追従操作を行った。図２は、カバ材
について行った本例の乾燥試験の結果を示すグラフであ
り、含水率と乾球温度および湿球温度との関係を示す。

【００３８】本例では予め決定した最適含水率変化曲線
とそれに基づいて決定した乾球温度および湿球温度の変
化曲線に沿った制御が行われ、ほぼスケジュール通りの
乾燥が行われた。図３は、表１に示すベイマツの乾燥ス
ケジュールを図表化したグラフである。本例の場合も、
図示の乾球温度および湿球温度の変化曲線に沿った制御
が行われ、ほぼスケジュール通りの乾燥が行われた。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、従来のように木材重量
変化を測定する間接的方式ではなく、含水率そのものを
連続的に計測し、その計測値に基づいて乾球温度と湿球
温度を予め設定された最適含水率変化曲線、つまり乾
球、湿球温度変化曲線で表わされた乾燥スケジュールに
したがって自動的に変えてゆく方式なので、操作は簡便
容易であり、常に最適状態での乾燥が行われるため、省
エネルギーも実現されるなど、その実用上の作用効果も
著しい。このように、本発明は、自動的に、乾球温度と
湿球温度が、含水率の低下により、自動的に切り変わっ
ていく方式を採用しており、特に木材の乾燥法として画
期的な自動制御であるといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための装置の概略説明図であ
る。

【図２】本発明の１の実施例の結果を示すグラフであ
る。

【図３】本発明の別の実施例で用いた乾燥スケジュール
を示すグラフである。

【符号の説明】

10 : 木材 12 : 含水率測定セン
サ 14 : 含水率計 15 : 乾球温度センサ 16 : 湿球温度センサ 20 : 乾球温度調節計 22 : 湿球温度調節計 26 : 28 : 変換器 30 : 変換器 32 : ヒーター電動弁 34 : ダンパーモータ
ー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被乾燥材の初期含水率を測定する段階
   と、測定された初期含水率と最終目標含水率までの乾燥
   工程を規定する最適含水率変化曲線を乾球温度、乾燥勾
   配、材質および形態を考慮して求める段階と、乾燥を開
   始し、時々刻々の含水率を計測し、計測された含水率と
   前記最適含水率変化曲線との差位を求め、その差位の程
   度に応答して乾燥雰囲気の温度、湿度および風量の少な
   くとも１の条件変更を、最適含水率変化曲線に沿って順
   次繰り返して行う段階と、目標含水率に到達したことを
   確認して乾燥操作を終了する段階とから成る、被乾燥材
   の自動乾燥方法。
2. 【請求項２】 前記最適含水率変化曲線を乾球温度およ
   び湿球温度のそれぞれの変化曲線に置き換え、一方、計
   測された含水率も相当する乾球温度および湿球温度にそ
   れぞれ変換し、それぞれを比較することを特徴とする請
   求項１記載の方法。