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窯とは、断熱された空間、つまりオーブンの一種で、硬化、乾燥、化学変化などの工程を完了させるのに十分な温度を発生させる装置です。窯は何千年もの間、粘土から陶器、タイル、レンガを作るために使用されてきました。様々な産業で、回転窯は焼成処理（石灰石などの鉱石を焼成してセメント用の石灰にするなど）や、その他多くの材料の加工に利用されています。
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、さらにラテン語のculina (「台所」) に由来する。中英語では、kulne、kyllne、kilne、kiln、kylle、kyll、kil、kill、keele、kiele という形で確認されている。[ 1 ] [ 2 ]ギリシャ語では、καίειν、kaieinは「燃やす」という意味である。
「kiln」という単語は元々「kil」と発音され、「n」は発音されませんでした。これは、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『上級生のための英語の話し言葉と書き言葉』にも記載されています。「二重音字ln（nは発音されない）はkilnに現れる。窯から落ちたら死ぬ可能性がある。」[ 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ました。[ 5 ]
穴窯で焼かれた土器は、紀元前6000年頃に遡る最古の窯が現代のイラクのヤリム・テペ遺跡で発見される何千年も前から生産されていました。[ 6 ]新石器時代の窯は900 ℃（1652 °F）を超える温度を出すことができました。 [ 7 ] 用途には以下が含まれます。
窯は、ほぼすべての種類の陶磁器の製造に不可欠な要素です。陶磁器は、焼成前の素地を永久的に変化させる化学的および物理的反応を起こすために、高温を必要とします。陶器の場合、粘土は成形され、乾燥され、その後窯で焼成されます。最終的な特性は、素地の組成と準備、および焼成温度によって決まります。最初の焼成後、釉薬が使用される場合があり、釉薬を素地に融合させるために2回目の焼成が行われます。上絵付けを定着させるために、より低い温度での3回目の焼成が必要になる場合があります。現代の窯は、多くの場合、高度な電子制御システムを備えていますが、高温計もよく使用されます。
粘土は、比較的脆く多孔質な微粒子から構成されています。粘土は他の鉱物と混合され、加工しやすい粘土質の塊となります。焼成工程には焼結が含まれます。焼結では、粘土粒子が部分的に溶融して一体化し、ガラス質の層と細孔、結晶質の物質が混在する強固な塊が形成されます。焼成によって細孔が小さくなり、材料がわずかに収縮します。
大まかに言うと、窯には断続式と連続式の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箱である。
連続窯（トンネル窯とも呼ばれる）は、中央部分のみが直接加熱される細長い窯です。冷たい入口から、陶器は窯の中をゆっくりと移動し、窯の中央の最も高温な部分に近づくにつれて温度が徐々に上昇します。窯の中を進むにつれて温度は徐々に下がり、窯から出る頃にはほぼ室温になっています。連続窯は、冷却時に放出される熱が再利用されて窯に入る陶器の予熱に使われるため、エネルギー効率に優れています。設計によっては、陶器を一箇所に留めたまま、加熱ゾーンが陶器の上を移動するものもあります。このタイプの窯には以下のようなものがあります。
間欠窯では、窯の中に陶器を入れ、窯を閉じ、スケジュールに従って内部温度を上昇させます。焼成が完了すると、窯と陶器の両方を冷却します。陶器を取り出し、窯を清掃し、次のサイクルを開始します。このタイプの窯には次のものがあります。[ 9 ]
窯の技術は非常に古くから存在します。窯は、土を掘って土の溝に壺を並べ、燃料を焚くだけのシンプルな方法から、現代の方法へと発展してきました。改良点の一つは、壺の周りに仕切り板と燃料投入口を備えた焼成室を設けることでした。これにより熱が保持されるようになりました。煙突は窯内の空気の流れ（吸引力）を改善し、燃料をより完全に燃焼させることができました。
中国の窯技術は、中国陶器の発展において常に重要な要素であり、近世まで世界で最も先進的な技術でした。中国人は紀元前 2000年以前に、約1000℃で焼成できる窯を開発しました。これらは上昇気流式の窯で、多くは地下に建設されました。200年頃までに2つの主要なタイプの窯が開発され、近代まで使用され続けました。これらは、中国南部の丘陵地帯で、通常は薪を燃料とし、細長く斜面を登るように設置された龍窯と、中国北部の平原地帯で、より小型でコンパクトな馬蹄形の饅頭窯です。どちらも、磁器に必要な1300℃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、景徳鎮で卵形の窯、すなわち鎮窯が開発され、主にそこで使用されました。これは他のタイプの窯の中間的なものであり、焼成室内にさまざまな焼成条件の場所を提供することができました。[ 10 ]
古代ローマの陶器と中世中国の陶器はどちらも工業規模で焼成でき、一度の焼成で数万個もの陶器が作られました。[ 11 ]イギリスで見つかったよりシンプルな窯の初期の例としては、ローマ占領時代に屋根瓦を製造していた窯があります。これらの窯は斜面に沿って建てられており、下部で火をつけると熱が窯の中に上昇する仕組みになっていました。
伝統的な窯には以下のようなものがあります。
産業革命以降、窯は電気と、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るようになりました。多くの大型工業用陶芸窯では、一般的にクリーンで効率的、かつ制御しやすい天然ガスを使用しています。現代の窯には、焼成中に微調整が可能なコンピューター制御システムを搭載できます。ユーザーは、温度上昇速度（ランプ）の制御、任意の温度での保持、冷却速度の制御を選択できます。電気窯とガス窯はどちらも、工業や工芸、手工芸、彫刻作品などの小規模生産で広く使用されています。
現代の窯には以下のようなものがある。
伐採したばかりの生木は水分含有量が高すぎるため、商業的に利用できず、腐ったり、反ったり、割れたりする。広葉樹も針葉樹も、水分含有量が8～18％になるまで乾燥させる必要がある。乾燥窯を使用しない限り、これは長い時間を要する。現在、乾燥窯には、従来型、除湿型、太陽光式、真空式、高周波式など、さまざまな技術が存在する。
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）のいずれかの構造である[ 14 ] 。ほとんどの広葉樹乾燥窯はサイドローダー式で、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。ほとんどの針葉樹乾燥窯はトラック型で、木材は窯/トラックカーに積み込まれて窯に投入される。現代の高温、高風速の従来の乾燥窯は、通常、厚さ25ミリメートル（1インチ）の生木を10時間で含水率18%まで乾燥させることができる。しかし、厚さ25ミリメートルの生のレッドオークは、含水率8%まで乾燥させるのに約28日かかる。
熱は通常、オン/オフの空気圧バルブで制御されるフィン/チューブ式熱交換器を流れる蒸気によって供給されます。湿度は通気システムによって除去され、その具体的な配置は通常、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。広葉樹の従来型乾燥窯では、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、蒸気噴霧または冷水ミストシステムによって湿度を導入する必要もあります。大量の乾燥物を均一に乾燥させるために、ファンの回転方向は通常、定期的に反転されます。[ 15 ]
ほとんどの針葉樹乾燥窯は115 ℃（240 °F）以下の温度で稼働します。広葉樹乾燥窯の乾燥スケジュールでは、通常、乾球温度を80 ℃（180 °F）以下に維持します。乾燥しにくい樹種は60 ℃（140 °F）を超えない場合があります。[ 16 ]
除湿乾燥窯は、基本的な構造は他の乾燥窯と似ており、乾燥時間も通常は同程度です。熱源は主に一体型の除湿ユニットで、このユニットは同時に除湿も行います。除湿器の機能を補うため、乾燥工程の初期段階で補助熱源が供給されることがよくあります。
ソーラーキルンは従来型の窯の一種で、初期投資費用を抑えるために趣味で製作する人が多い。熱源は太陽光であり、内部の空気循環は通常、自然循環である。
真空乾燥機や高周波乾燥機は、空気圧を下げて乾燥工程を加速させようとする。これらの真空技術には様々な種類があり、主に木材への熱の導入方法が異なっている。温水プラッテン式真空乾燥機は、内部を循環する水を熱源とするアルミニウム製の加熱プレートを使用し、通常は大幅に低い絶対圧力で運転される。断続式およびSSV（過熱蒸気）式は、大気圧を利用して乾燥機内の材料に熱を導入する。乾燥機内の材料全体が大気圧まで上昇し、チャンバー内の空気が加熱され、最後に材料が冷却されるにつれて真空が引き込まれる。 SSVは、真空と従来の乾燥窯技術を組み合わせたハイブリッド方式で、通常は全大気圧の約1/3程度の部分的な気圧下で稼働します（SSV乾燥窯は、北米産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特に人気があります）。RF/V（無線周波数＋真空）乾燥窯は、マイクロ波放射を利用して乾燥窯内の材料を加熱しますが、蒸発熱が地元の化石燃料や廃木材ではなく電気によって供給されるため、通常は運転コストが最も高くなります。
さまざまな木材乾燥技術の経済性は、総エネルギーコスト、設備投資コスト、保険／リスクコスト、環境影響コスト、人件費、メンテナンスコスト、および製品劣化コストに基づいて評価されます。これらのコストは工場コストのかなりの部分を占める可能性があり、特定の工場における乾燥設備の有無による影響の違いを考慮に入れています。生木トリマーからプレーナーミルへの供給システムに至るまで、すべての設備が「乾燥システム」の一部です。乾燥システムの真のコストは、乾燥設備の有無による工場全体のコストとリスクを比較することによってのみ判断できます。
窯乾燥薪は1980年代に先駆的に開発され、その後、含水率の低い木材を販売することによる経済的および実用的な利点（20%未満の最適な含水率は達成がはるかに容易である）から、ヨーロッパで広く採用されました。[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
木材乾燥窯（熱源を含む）から発生する（有害な）大気汚染物質の総量は、相当な量になる可能性がある。一般的に、乾燥窯の運転温度が高いほど、除去される水分量あたりの排出量は多くなる。これは、薄い単板の乾燥や針葉樹の高温乾燥において特に顕著である。
