窯

窯は断熱された部屋で、オーブンの一種であり、硬化、乾燥、化学変化などのプロセスを完了するのに十分な温度を生成します。窯は、粘土から作られた物体を陶器、タイル、レンガに変えるために何千年も使用されてきました。さまざまな産業で、ロータリー窯が焼成処理（石灰石などの鉱石をセメント用の石灰に焼成する）やその他多くの材料の変換に使用されています。

オックスフォード英語辞典によると、kilnは古英語のcyline、cylene、cyln(e)から派生した語で、これらはラテン語の culina（台所）から派生した。中英語では、この単語はkulne、kyllne、kilne、kiln、kylle、kyll、kil、kill、keele、kieleとして確認されている。^{[1] [2]}ギリシャ語のκαίειν、kaieinは「燃やす」を意味する。

「kiln」という単語は、もともと「kil」と発音され、「n」は発音されず、1828年のウェブスター辞典 ^[3]や、 1900年のジェームズ・A・ボーエン著「上級生向けの英語の話し言葉と書き言葉」にも記載されている。「kilnには、lnの二重音節のnが現れる。窯から落ちると命を落とす恐れがある。」^[4]ボーエンは、「kill」と「kiln」が同音異義語であることを指摘していた。^[5]

ピット焼成陶器は、紀元前6000年頃の最も古い窯が現代のイラクにあるヤリム・テペ遺跡で発見される以前から数千年にわたって生産されていました。^[6]新石器時代の窯は900℃（1652℉）を超える温度を生み出すことができました。^[7] 用途には以下が含まれます。

• ガラスを焼きなまし、溶融、変形させる、またはガラスの表面に金属酸化物塗料を溶融させる
• 金属加工品の熱処理
• 陶芸
• レンガ工場
• 鋳造用の金属を溶かす
• 精錬前の回転窯での鉱石の焼成
• 化学物質の熱分解
• ポルトランドセメントの製造において石灰石と粘土を加熱するセメント窯
• 石灰石を加熱して生石灰や酸化カルシウムを作る石灰窯
• 石膏を加熱して焼石膏を作る
• 火葬用（高温）
• タバコの葉の乾燥
• 醸造やその他の発酵のために麦芽大麦を乾燥させる
• 醸造用のホップを乾燥させる（ホップ窯またはオーストハウスと呼ばれる）
• トウモロコシ（穀物）を粉砕または貯蔵する前に乾燥させる。トウモロコシ窯、トウモロコシ乾燥窯とも呼ばれる^[8]
• 生材 を乾燥させてすぐに使えるようにする
• 薪として使うために木材を乾燥させる
• 木材を熱分解するまで加熱して木炭を作る
• 松の丸太や根から松脂を抽出する

窯は、ほぼすべての種類の陶磁器の製造に不可欠な部分です。陶磁器は高温を必要とするため、化学的および物理的反応が起こり、未焼成の素地が永久的に変化します。陶器の場合、粘土材料を成形し、乾燥させてから窯で焼成します。最終的な特性は、粘土素地の組成と準備、および焼成温度によって決まります。1 回目の焼成後、釉薬が使用され、陶器は 2 回目の焼成で素地に釉薬が溶け込みます。上絵付けを固定するには、より低温で 3 回目の焼成が必要になる場合があります。現代の窯には、高度な電子制御システムが搭載されていることが多いですが、高温測定装置も使用されることがよくあります。

粘土は、比較的弱く多孔質の細粒粒子で構成されています。粘土は他の鉱物と混合されて、加工可能な粘土体を形成します。焼成プロセスには焼結が含まれます。これは粘土を加熱して粒子を部分的に溶かし、一緒に流動させ、細孔と結晶質が点在するガラス相からなる強固な単一の塊を作成します。焼成により細孔のサイズが縮小され、材料がわずかに収縮します。

最も広い意味では、窯には間欠式と連続式の 2 種類があり、どちらも内部の温度と雰囲気が制御された 断熱ボックスです。

連続窯はトンネル窯とも呼ばれ、中央部分のみが直接加熱される長い窯です。窯の入口の冷たい部分から、窯の中をゆっくりと窯内を移動し、窯の中央の最も熱い部分に近づくにつれて、窯の温度は着実に上昇します。窯内を移動し続けると、窯の温度は下がり、窯から出てくる窯の温度はほぼ室温になります。連続窯は、冷却中に放出される熱が窯に入ってくる窯の予熱に再利用されるため、エネルギー効率に優れています。設計によっては、窯を 1 か所に残し、加熱ゾーンがその上を移動します。このタイプの窯には、次のものがあります。

• ホフマン窯
• ブルズトレンチ窯
• ハブラ（ジグザグ）窯
• ローラー窯: 食器やタイル製造でよく使われる特殊なタイプの窯がローラー炉で、バットに載せられた陶磁器がローラーに乗って窯の中を運ばれます。

間欠窯では、窯の中に陶器を入れ、窯を閉じて、スケジュールに従って内部温度を上げます。焼成が完了すると、窯と陶器の両方が冷却されます。陶器を取り出し、窯を清掃して次のサイクルが始まります。このタイプの窯には以下のものがあります。^[9]

• クランプ窯
• スコヴェ窯
• スコッチ窯
• ダウンドラフト窯
• シャトル窯: これは片側または両側にドアがあるカー底窯です。バーナーは両側の上部と下部に配置され、乱流の円形気流を作り出します。このタイプの窯は一般に複数のカーを備えた設計で、白磁、工業用セラミック、耐火物をバッチ処理するために使用されます。窯の大きさに応じて、シャトル窯には焼成済みおよび未焼成の窯を窯の内外に搬送するためのカー移動装置が装備されている場合があります。シャトル窯は、上昇気流または下降気流のいずれかになります。シャトル窯の名前は、窯のカーがどちらの端からでもシャトル窯に入ることができるのに対し、トンネル窯では流れが一方向のみであるという事実に由来しています。

窯の技術は非常に古いものです。窯は、鍋と燃料ピットを詰めた単純な土の溝から、現代​​の方法へと発展しました。1 つの改良点は、バッフルと燃料穴を備えた鍋の周りに燃焼室を建設したことです。これにより熱が保持されました。煙突により、窯の空気の流れや吸引力が改善され、燃料がより完全に燃焼しました。

中国の窯技術は常に中国陶器の発展において重要な要素であり、最近数世紀までは世界で最も進んでいました。中国人は紀元前2000年より前に、約1,000 °Cで焼成できる窯を開発しました。これらは上昇気流窯で、多くの場合地下に建設されました。2つの主要なタイプの窯は西暦200年頃までに開発され、現代まで使用され続けました。これらは、通常、木材を燃料とし、細長く斜面を駆け上がる中国南部の丘陵地帯の龍窯と、より小さくコンパクトな中国北部の平原の馬蹄形の饅頭窯です。どちらも、磁器に必要な1300 °C以上の温度を確実に作り出すことができました。明代後期には、卵形の窯、つまり鎮窯が景徳鎮で開発され、主にそこで使用されました。これは他のタイプの窯の妥協案のようなもので、焼成室の場所によって焼成条件の範囲が広がりました。^[10]

古代ローマの陶器と中世中国の陶器はどちらも工業的に大量に焼くことができ、一回の焼成で何万個も焼くことができました。^[11]イギリスで発見されたより単純な窯の初期の例としては、ローマ帝国時代に屋根瓦を焼いた窯があります。これらの窯は斜面の側面に建てられており、底で火を灯すと熱が窯の中に上昇します。

伝統的な窯には以下のものがあります。

• 中国南部の竜窯：細長く、丘の斜面を登っていく。このタイプの窯は東アジアの他の地域に広がり、日本の穴窯を生み出し、 5世紀に朝鮮半島を経由して到達した。この窯は通常、1つの長い焼成室で構成され、片側に小さな陶器の積み重ね口が開けられ、一方の端に火室、もう一方の端に煙道がある。焼成時間は1日から数週間まで様々である。伝統的な穴窯はまた、通風を良くするために斜面に建てられている。日本の登り窯は、穴窯の設計から進化したもので、複数の部屋を持つ窯であり、最初は前面の火室から木材を積み重ね、その後側面の薪の穴からのみ木材を積み重ねる。前面の火室からの空気が600℃（1,112℉）まで加熱されるという利点があり、より効率的な焼成が可能になっている。

• クメール窯:穴窯に非常に似ていますが、伝統的なクメール窯は平らな屋根でした。中国、韓国、日本の窯はアーチ型の屋根です。これらのタイプの窯は大きさが異なり、数十メートルに達することもあります。焼成時間も異なり、数日間続くこともあります。
• ボトル窯: 間欠窯の一種で、通常は石炭を燃料とし、かつては陶器の焼成に使用されていました。このような窯は、典型的なボトルの形をした背の高いレンガ造りの小屋または円錐台に囲まれていました。食器は密閉された耐火粘土の壷に入れられ、火からの熱と煙がオーブンを通過すると、最高 1,400 °C (2,552 °F) の温度で焼成されました。
• ビスケット窯：最初の焼成はビスケット窯で行われます。
• グロスト窯: 素焼きの陶器に釉薬をかけ、グロスト窯で2度目のグロスト焼成を施しました。
• 龍窯よりも小さくコンパクトな中国北部の饅頭窯
• マッフル窯: 800 °C (1,472 °F) 以下の温度で、釉薬をかけた装飾を焼くために使用されました。これらの低温窯では、火からの煙が炉の外の煙道を通って排出されました。
• カテナリーアーチ窯: 通常は塩を使った陶器の焼成に使用され、その形状 (カテナリーアーチ) により、加熱と冷却のサイクルを繰り返しても形状が維持される傾向がありますが、他のタイプでは大規模な金属加工のサポートが必要になります。
• セーヴル窯：フランスのセーヴルで発明され、1,240 °C（2,264 °F）の高温を効率的に生成して、耐水性の陶器の素地と入手しやすい釉薬を生産します。ダウンドラフト設計が特徴で、薪焼きでも短時間で高温を生成します。
• 以前のものと似たバリー箱窯

産業時代になると、窯は電気や、天然ガスやプロパンなどのより精製された燃料を使用するように設計されました。多くの大型工業用陶芸窯は、一般的にクリーンで効率的で制御しやすいため、天然ガスを使用しています。現代の窯にはコンピューター制御が装備されており、焼成中に微調整が可能です。ユーザーは、温度上昇または傾斜の速度を制御したり、任意の時点で温度を維持または維持したり、冷却速度を制御したりすることができます。電気窯とガス窯はどちらも、産業や工芸、手作りや彫刻作品の小規模生産によく使用されます。

現代の窯には以下のものがあります。

• レトルト窯: 長時間にわたって約 1,500 °C (2,732 °F) の温度に達することができる窯の一種。通常、これらの窯は工業目的で使用され、窯の底と扉を構成する可動式の装入車を備えています。
• 電気窯:電気で稼働する窯は、主に学校、大学、趣味のセンターなどの小規模な用途向けに 20 世紀に開発されました。ほとんどの電気窯の設計では、酸素分子を消費する炎がないため、雰囲気は酸素が豊富です。ただし、適切なガス入力、または特定の方法でサガーを使用することで、還元状態を作り出すことができます。
• フェラー窯: 煙突からの未燃焼ガスを再利用して、火室に入る前の吸気を加熱することで、薪焼きに現代的なデザインを取り入れました。これにより、さらに短い焼成サイクルと、より少ない木材消費量を実現しました。このデザインでは、通常金属製である煙突内のラジエーターが溶けるのを防ぐために、外部換気が必要です。その結果、1 立方メートルの木材で 1 立方メートルの陶磁器を焼成できる非常に効率的な薪窯が誕生しました。^[要出典]
• マイクロ波アシスト焼成: この技術は、マイクロ波エネルギーと、放射ガスや電気加熱などの従来のエネルギー源を組み合わせて、セラミック材料を必要な高温まで処理します。マイクロ波アシスト焼成は、大きな経済的メリットをもたらします。
• 電子レンジ窯: これらの小型窯は、標準的な電子レンジ内に入れるように設計されています。窯の本体は、マイクロ波エネルギーを吸収するコーティングが施された多孔質セラミック材料で作られています。電子レンジ窯は電子レンジ内に置かれ、希望の温度まで加熱されます。温度監視機能が組み込まれていないため、加熱プロセスはほとんどの最新の電気窯よりも制御がはるかに困難です。ユーザーは、電子レンジにプログラムされた時間と電力レベルを調整しながら、希望する結果を得るためにプロセスを注意深く監視する必要があります。窯の蓋にある小さな穴から内部温度を視覚的に推定できます。熱い材料が光るためです。電子レンジ窯は、内部温度が 1400 °C を超えるように設計されており、一部の種類のガラス、金属、セラミックを加工するのに十分な熱さですが、窯の外側は熱いパッドやトングで扱えるほど冷たいままです。焼成後、窯を電子レンジから取り出し、耐熱面に置いて冷まします。電子レンジ窯はサイズが限られており、通常は直径8インチ以下です。^[12]
• トップハット窯: 陶器を焼くのに時々使用される間欠窯。陶器は耐火性の炉床または台座の上に置かれ、その上に箱型のカバーが下げられます。

伐採された木からそのまま出た生木は水分含有量が高すぎて商業的に利用できず、腐ったり、反ったり、割れたりします。広葉樹と針葉樹のどちらも、水分含有量が 18% から 8% になるまで乾燥させる必要があります。窯を使って加速させない限り、このプロセスは長くなる可能性があります。今日では、従来型、除湿型、太陽光型、真空型、高周波型など、さまざまな窯技術が存在します。

従来の木材乾燥窯^[13]は、パッケージ型（サイドローダー）またはトラック型（トラム）構造のいずれかです。ほとんどの広葉樹材用乾燥窯は、フォークリフトを使用して木材パッケージを窯に積み込むサイドローダー型です。ほとんどの針葉樹材用乾燥窯は、木材を窯/トラックカーに積み込んで窯に積み込むトラック型です。現代の高温、高風速の従来の乾燥窯は、通常、厚さ 1 インチ（25 mm）の生木を10 時間で水分含有量 18% まで乾燥できます。しかし、厚さ 1 インチの生の赤オークは、水分含有量 8% まで乾燥するのに約 28 日かかります。^[要出典]

熱は通常、オン/オフ空気圧バルブで制御されるフィン/チューブ熱交換器を通過する蒸気によって導入されます。湿気は通気口システムによって除去されますが、その具体的なレイアウトは通常、特定のメーカーに固有のものです。一般的に、冷たく乾燥した空気が窯の一方の端から導入され、暖かく湿った空気がもう一方の端から排出されます。従来の広葉樹窯では、乾燥サイクル中に窯内の相対湿度が低くなりすぎないように、蒸気スプレーまたは冷水ミストシステムのいずれかを介して湿気を導入する必要があります。ファンの方向は通常、窯の大きな充填物を均一に乾燥させるために定期的に反転されます。^{[引用が必要]}

ほとんどの針葉樹材用乾燥炉は 115 °C (239 °F) 未満の温度で稼働します。広葉樹材用乾燥炉の乾燥スケジュールでは、通常、乾球温度が 80 °C (176 °F) 未満に保たれます。乾燥が難しい樹種では、60 °C (140 °F) を超えない場合があります。

除湿窯は、基本的な構造が他の窯と似ており、乾燥時間も通常は同程度です。熱は主に、湿気も除去する一体型除湿ユニットから供給されます。除湿器を補うために、スケジュールの早い段階で補助熱が提供されることがよくあります。

ソーラー窯は従来の窯で、通常は初期投資コストを抑えるために愛好家が作ります。熱は太陽放射によって供給され、内部の空気循環は通常受動的です。

真空窯と高周波窯は、空気圧を下げて乾燥工程を早めようとします。こうした真空技術にはさまざまな種類があり、主に木材の投入物に熱を導入する方法が異なります。温水平板真空窯は、熱源として内部を循環する水を備えたアルミニウム加熱プレートを使用し、通常、大幅に低い絶対圧力で動作します。不連続式と SSV (過熱蒸気) は、大気圧を使用して窯の投入物に熱を導入します。窯の投入物全体が完全な大気圧になり、チャンバー内の空気が加熱され、最後に投入物が冷却されるにつれて真空が引き出されます。 SSV は、真空と従来の窯技術のハイブリッドで、通常大気圧の約 1/3 の部分大気圧で稼働します (SSV 窯は、北米の木材よりも地元で伐採された木材の方が乾燥しやすいヨーロッパで非常に人気があります)。RF/V (無線周波数 + 真空) 窯は、マイクロ波放射を使用して窯の充填物を加熱し、蒸発熱が地元の化石燃料や廃木材源ではなく電気によって供給されるため、通常、運用コストが最も高くなります。^{[引用が必要]}

さまざまな木材乾燥技術の経済性は、総エネルギー、資本、保険/リスク、環境への影響、労働、メンテナンス、および製品劣化のコストに基づいています。これらのコストは、プラント コストの大きな部分を占める可能性があり、特定のプラントにおける乾燥装置の存在による差異的な影響を伴います。グリーン トリマーからプレーナー ミルのインフィード システムまで、すべての機器は「乾燥システム」の一部です。乾燥システムの真のコストは、乾燥ありと乾燥なしのプラントの総コストとリスクを比較することによってのみ決定できます。^{[引用が必要]}

窯で乾燥させた薪は1980年代に開発され、その後、水分含有量の低い木材を販売することによる経済的かつ実用的な利点（20％未満の最適な水分レベルを達成するのがはるかに簡単）により、ヨーロッパで広く採用されました。^{[14] [15] [16] [17] [18]}

熱源を含め、木材窯から発生する総（有害）大気放出量は相当な量になることがあります。通常、窯の稼働温度が高いほど、排出される放出量（除去される水の質量単位あたり）は多くなります。これは特に、薄いベニア板の乾燥や針葉樹の高温乾燥で顕著です。^[要出典]

• 
  メコンデルタのレンガ窯。手前の貨物船は窯焼きの燃料として使われる米の殻を運んでいる。
• 
  ベトナムのホイアンにある薪焼き陶器窯。
• メコンデルタのレンガ窯に米の籾殻を投入する様子
• 
  高温電子管グレードの酸化アルミニウムセラミックを焼成するために使用される懸垂アーチ窯
• 
  1880 年頃のフランスのセーヴルにある2 階建てのアランディエ窯の磁器窯
• 
  蜂の巣窯の CAD 表現
• 
  トンネル窯のCAD表現
• 
  複数の窯がある窯場

• 鍛冶場 – 鉄を道具やその他の物に加工する鉄工である鍛冶屋の作業場
• 工業炉 – 工業用途で熱を供給するために使用される装置
• 石灰岩 – 石灰岩を焼成する古い方法
• オーブン一覧
• 上面照明式上昇気流ガス化装置
• 窯家具

• ハマー、フランク、ジャネット。『陶芸家の材料と技法辞典』。A & C Black Publishers、Limited、ロンドン、イギリス、第 3 版、1991 年。ISBN 0-8122-3112-0。 
• スミス編『ドライキルン設計マニュアル』。JEスミスエンジニアリングアンドコンサルティング、テキサス州ブルーミンググローブ。著者 JE スミスから購入可能。2006-08-29 にWayback Machineでアーカイブ済み
• M. Kornmann および CTTB、「粘土レンガと屋根瓦、製造と特性」、Soc. industrie minérale、パリ、(2007) ISBN 2-9517765-6-X 
• ラスムッセン、EF (1988)。米国農務省森林製品研究所。(編)。乾燥窯操作マニュアル。広葉樹研究評議会。

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ウィキメディア・コモンズには、窯に関連するメディアがあります。

• UCLA エジプト学百科事典の窯と焼成構造の項目
• 英国ストーク・オン・トレントのグラッドストーン陶器博物館によるボトルオーブン（窯）の歴史に関する情報。
• ボトル窯の仕組み