KR101649095B1

KR101649095B1 - 마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101649095B1
Application number: KR1020150014083A
Authority: KR
Inventors: 최규웅; 김용국
Original assignee: (주) 토모우드
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2016-08-19
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: KR20160093284A

Abstract

본 발명은 목재의 건조와 탄화가 일괄적으로 이루어져 목재의 탄화 처리가 매우 간편하게 이루어지도록 하면서 목재의 내부와 외부가 거의 균일하게 건조되어 건조 초기와 후기에 목재 내부와 외부의 함수율 차이나 주변 환경의 급격한 변화에 의해 목재가 할열되거나 뒤틀리는 것이 원활히 방지되도록 하는 마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 장치에 관한 것으로, 본 장치는 전면에 도어를 가지고, 중앙에 다수의 관통공을 가지는 대차가 구비되며, 상기 대차에 적층된 상태로 실린 목재를 밀폐된 상태로 수용하는 챔버와; 상기 챔버의 내부에 설치되고 내부에 오일이 순환되는 내부순환관과, 상기 내부순환관에 폐회로를 형성하도록 연결되고 상기 챔버의 외부에 설치되는 연결관과, 상기 연결관의 관로상에 설치되는 오일펌프와, 상기 연결관의 관로상에 설치되고 오일이 저장되는 오일탱크와, 상기 오일탱크에 설치되어 저장된 오일을 가열하는 가열기를 포함하고, 상기 챔버의 내부로 목재의 건조 온도에서부터 목재의 탄화 온도까지 열을 발생시키는 건조 및 탄화처리부와; 상기 챔버의 내부에 설치되고, 상기 챔버의 내부의 공기를 순환시키는 공기순환팬과; 상기 챔버의 외부에 설치되고, 상기 챔버와 연통되게 배관으로 연결되어 상기 챔버의 내부의 공기를 외부로 배출시켜 상기 챔버의 내부에 진공을 형성하는 진공펌프와; 상기 챔버의 하부에 설치되는 전원공급기와, 상기 관통공에 대응하여 상기 챔버의 하부에 다수개로 구비되고 상기 전원공급기에 연결되어 전원이 공급되면서 마이크로파를 발생시키는 마그네트론과, 상기 마그네트론에 일단이 연결되고 타단이 상기 챔버를 관통하여 상기 관통공의 하부에 대응되는 도파관을 가지고, 마이크로파를 목재에 조사하여 목재의 내부를 건조시키는 마이크로파발생부를; 포함한다.

Description

마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INTEGRATEDLY DRYING AND CARBONIZING WOOD USING MICROWAVE}

본 발명은 목재 건조 및 탄화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목재의 건조와 탄화가 일괄적으로 이루어져 목재의 탄화 처리가 매우 간편하게 이루어지도록 하면서 목재의 내부와 외부가 거의 균일하게 건조되어 건조 초기와 후기에 목재 내부와 외부의 함수율 차이나 주변 환경의 급격한 변화에 의해 목재가 할열되거나 뒤틀리는 것이 원활히 방지되도록 하며 대각 목재도 손쉽게 건조될 수 있도록 하는 마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 목재는 벌목시 수분함량이 상대적으로 높다. 벌목한 목재를 그대로 이용하여 제품을 만들게 되면 시간이 지남에 따라 제품의 변형이 초래된다. 따라서, 벌목한 목재는 적절한 건조과정을 필요로 한다.

목재의 건조방법으로는 천연 건조와 열기 건조가 있는데, 천연 건조는 건조장에 목재를 쌓아두고, 대기의 온도, 습도와 바람을 이용하여 건조하는 방법으로 시설비가 적게 들고 작업이 비교적 간단하지만, 건조 소요 시간이 길고 넓은 건조장이 필요하며 기건(氣乾) 함수율 이하로는 건조할 수 없는 단점이 있다. 한편, 열기 건조는 건조실의 온도, 습도와 풍속 등의 건조 조건을 인공적으로 조절하여 건조하는 방법으로 건조 소요 시간이 상대적으로 짧고, 기건 함수율 이하로 건조할 수 있는 이점이 있다.

목재가 건조 과정을 거치게 되면, 함수율이 대폭 낮아지면서 수분 흡수력이 낮아지고, 목재를 구성하는 성분 중 세균의 먹이가 되는 헤미셀룰로오스가 분해되어 부패균이 서식하기 어렵게 된다. 이처럼, 목재의 건조는 목재의 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다. 최근에는 목재를 건조하여 여러 가지 다양한 용도로 사용하고 있다.

목재를 건조하기 위한 종래의 장치로는, 예를 들어, 전기 히터를 직접 건조챔버의 내에 설치하여 내부공기를 가열하는 장치나, 연소장치로부터 열을 얻는 열풍기를 통하여 가열한 공기를 건조챔버의 내로 주입하는 장치나, 연소장치에서 열매체를 가열한 후에 이를 건조챔버의 내로 주입하여 건조챔버 내의 공기를 간접 가열하는 장치나, 과열증기를 건조챔버의 내로 주입하는 장치나, 전극판을 통해 전극을 걸어 고주파로 가열하는 장치 등이 있다.

어느 정도 건조된 목재는 건축 내외장재, 바닥재 등으로 사용하기 위해 다양한 열처리가 수행된다. 이와 같은 열처리된 목재 중의 하나가 탄화처리된 탄화목이며, 이런 탄화목은 진공 상태에서 목재의 탄화점 근처의 높은 온도로 목재를 열처리하여 목재의 발화가 방지되는 상태로 목재 자체의 성질을 변환시켜 방부처리 없이도 방부성을 가지고 상대적으로 가볍고 견고한 탄화목을 제조하게 된다.

즉, 목재는 고열로 탄화 처리하는 과정을 거치게 되면, 함수율이 대폭 낮아지면서 수분 흡수력이 낮아지고, 목재를 구성하는 성분 중 세균의 먹이가 되는 헤미셀룰로오스가 분해되어 부패균이 서식하기 어렵게 된다. 이처럼, 탄화 처리는 목재의 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다. 최근에는 목재를 탄화 처리를 하여 여러 가지 다양한 용도로 사용하고 있다.

목재를 탄화시키기 위한 종래의 장치로는, 예를 들어, 전기 히터를 직접 열처리 챔버의 내에 설치하여 내부공기를 가열하는 장치나, 연소장치로부터 열을 얻는 열풍기를 통하여 가열한 공기를 열처리 챔버의 내로 주입하는 장치나, 연소장치에서 열매체를 가열한 후에 이를 열처리 챔버의 내로 주입하여 열처리 챔버 내의 공기를 간접 가열하는 장치나, 과열증기를 열처리 챔버의 내로 주입하는 장치 등이 있다.

그런데, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래에 목재를 건조시키거나 탄화시키기 위해서는 별도의 목재 건조 장치에서 건조한 후에 건조된 목재를 목재 탄화 장치로 옮겨 탄화를 수행하게 됨으로써, 목재의 탄화 처리가 매우 번거롭고 탄화목의 생산성이 상당히 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 목재 건조 장치에 의해 건조되는 목재는 그 내부와 외부의 함수율이 유사하거나 동일하게 건조되지 못하고, 특히 목재 내부의 건조가 원활하게 이루어지지 못하여 건조 후에 할열되거나 표면에 균열이 발생하거나 사용중에 할열되거나 뒤틀리려 변형되는 문제점이 있었다.

특히, 상대적으로 직경이나 구경이 큰 대각 목재의 경우에는 고온으로 장시간 동안 가열하더라도 그 내부가 충분히 건조되지 못하여 대각 목재의 건조가 매우 어려운 문제점이 있었다.

공개특허 제1996-0024197호 "목재의 건조방법 및 건조장치"(1996. 07. 20)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 목재의 건조와 탄화가 일괄적으로 이루어져 목재의 탄화 처리가 매우 간편하게 이루어지도록 하면서 목재의 내부와 외부가 거의 균일하게 건조되어 건조 초기와 후기에 목재 내부와 외부의 함수율 차이나 주변 환경의 급격한 변화에 의해 목재가 할열되거나 뒤틀리는 것이 원활히 방지되도록 하며 대각 목재도 손쉽게 건조될 수 있도록 하는 마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 장치 및 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 마그네트론을 냉각시켜 챔버의 열기와 마그네트론 자체의 열기에 의한 마그네트론의 수명 단축이나 고장이 원활히 방지되도록 하는 마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 장치"는, 전면에 도어를 가지고, 중앙에 다수의 관통공을 가지는 대차가 구비되며, 상기 대차에 적층된 상태로 실린 목재를 밀폐된 상태로 수용하는 챔버와; 상기 챔버의 내부에 설치되고 내부에 오일이 순환되는 내부순환관과, 상기 내부순환관에 폐회로를 형성하도록 연결되고 상기 챔버의 외부에 설치되는 연결관과, 상기 연결관의 관로상에 설치되는 오일펌프와, 상기 연결관의 관로상에 설치되고 오일이 저장되는 오일탱크와, 상기 오일탱크에 설치되어 저장된 오일을 가열하는 가열기를 포함하고, 상기 챔버의 내부로 목재의 건조 온도에서부터 목재의 탄화 온도까지 열을 발생시키는 건조 및 탄화처리부와; 상기 챔버의 내부에 설치되고, 상기 챔버의 내부의 공기를 순환시키는 공기순환팬과; 상기 챔버의 외부에 설치되고, 상기 챔버와 연통되게 배관으로 연결되어 상기 챔버의 내부의 공기를 외부로 배출시켜 상기 챔버의 내부에 진공을 형성하는 진공펌프와; 상기 챔버의 하부에 설치되는 전원공급기와, 상기 관통공에 대응하여 상기 챔버의 하부에 다수개로 구비되고 상기 전원공급기에 연결되어 전원이 공급되면서 마이크로파를 발생시키는 마그네트론과, 상기 마그네트론에 일단이 연결되고 타단이 상기 챔버를 관통하여 상기 관통공의 하부에 대응되는 도파관을 가지고, 마이크로파를 목재에 조사하여 목재의 내부를 건조시키는 마이크로파발생부를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 장치"의 상기 마이크로파발생부는, 상기 도파관의 선단에 밀착되게 상기 챔버의 내부면에 매입되는 강화유리 재질의 열차단창을, 더 포함하고, 상기 목재 건조 및 탄화 장치는, 상기 챔버에 설치되고, 상기 챔버의 내부를 냉각시키는 냉각부를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 "마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 장치"의 상기 마이크로파발생부는, 상기 마그네트론과 도파관을 밀폐되게 둘러싸면서 수용하도록 상기 챔버의 하면에 설치되는 밀폐케이스와, 상기 밀폐케이스에 적층되게 구비되는 냉각관과, 냉각수가 유동 가능하도록 상기 냉각관의 일단과 타단이 연결되고 내부에 수용된 물을 냉각시키는 물냉각기와, 상기 밀폐케이스의 외부로 상기 냉각관의 관로상에 설치되고 냉각수를 유동시키는 물펌프를, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 방법"은, 챔버의 내부로 목재를 탑재한 상태에서 상기 챔버를 밀폐시키는 목재 탑재 단계와; 상기 목재의 탑재가 완료되면 상기 챔버의 내부의 공기를 진공펌프를 통해 외부로 배출시켜 상기 챔버의 내부에 진공을 형성하는 진공 형성 단계와; 상기 챔버의 내부로 진공의 형성이 완료되면 상기 챔버의 외부에 있는 가열기와 오일펌프를 작동시키면서 상기 챔버의 내부에 있는 공기순환팬을 가동시켜 상기 챔버의 내부로 내부순환관을 통해 고온의 오일의 순환으로 상기 챔버의 내부를 간접적으로 가열하여 상기 목재의 외면을 건조시키는 목재 외면 건조 단계와; 상기 가열기와 오일펌프의 가동을 중지시키고 마이크로파발생부를 가동시켜 상기 챔버의 하부에서 상기 챔버의 내부로 상기 목재를 향해 마이크로파를 조사하여 상기 목재의 내부를 건조시키는 목재 내부 건조 단계와; 상기 공기순환팬이 계속 가동되는 상태에서 오일의 온도를 변화시키면서 상기 목재 외면 건조 단계와 상기 목재 내부 건조 단계를 반복적으로 수행하여 상기 목재가 건조되거나 건조 후에 탄화되도록 하는 반복 수행 단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 목재의 건조와 탄화가 일괄적으로 이루어져 목재의 탄화 처리가 매우 간편하게 이루어지고, 그에 따라 탄화목의 생산성이 현저히 향상되며, 마이크로파에 의해 목재의 내부와 외부가 거의 균일하게 건조되어 건조 초기와 후기에 목재 내부와 외부의 함수율 차이나 주변 환경의 급격한 변화에 의해 목재가 할열되거나 뒤틀리는 것이 원활히 방지되고, 그에 따라 고품질의 건조목 및 탄화목의 생산이 가능해지며, 상대적으로 직경이나 구경이 큰 대각 목재도 그 내부가 손쉽게 건조되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 마그네트론을 냉각시켜 챔버의 열기와 마그네트론 자체의 열기에 의한 마그네트론의 수명 단축이나 고장이 원활히 방지되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 목재 건조 및 탄화 장치의 개략적인 정단면도,
도 2는 본 발명에 따른 목재 건조 및 탄화 장치의 개략적인 요부 구성도,
도 3은 도 1의 요부 확대도,
도 4는 본 발명에 따른 목재 건조 및 탄화 장치의 개략적인 측단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 목재 건조 및 탄화 장치를 보인 개략적인 정단면도,
도 6은 본 발명에 따른 목재 건조 및 탄화 방법을 보인 단계도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 목재 건조 및 탄화 장치의 개략적인 정단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 목재 건조 및 탄화 장치의 개략적인 요부 구성도이며, 도 3은 도 1의 요부 확대도이고, 도 4는 본 발명에 따른 목재 건조 및 탄화 장치의 개략적인 측단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 목재 건조 및 탄화 장치는 중공 원통형의 챔버(10)와, 상기 챔버(10)에 설치되는 건조 및 탄화처리부(20)와, 상기 챔버(10)의 내부에 설치되는 공기순환팬(30)과, 상기 챔버(10)에 연결되는 진공펌프(40)와, 상기 챔버(10)의 하부에 설치되는 마이크로파발생부(50)를 포함한다.

상기 챔버(10)는 중공된 원통형의 압력용기 형태로 구비되고 전면에 도어(11)를 가지며 중앙에 다수의 관통공(13)을 가지는 대차(12)가 구비되는 것으로, 상기 대차(12)에 적층된 상태로 실린 목재(W)를 밀폐된 상태로 수용하는 역할을 한다.

상기 도어(11)는 상기 챔버(10)의 전면을 개폐할 수 있도록 하는 것으로, 상기 도어(11)의 개방한 상태에서 목재를 상기 챔버(10)의 내부로 진입시킨 후에 상기 도어(11)를 닫고 상기 챔버(10)를 밀폐시키게 된다.

상기 대차(12)는 상기 챔버(10)의 바닥면에 설치된 레일을 따라 수평으로 이동하면서 상기 챔버(10)의 외부에서 내부로 혹은 상기 챔버(10)의 내부에서 외부로 대량의 목재(W)를 간편하게 이송시킬 수 있도록 하는 것이다.

이와 같은 상기 대차(12)는 그 중앙에 일정한 간격으로 관통되게 상기 관통공(13)이 형성되는데, 상기 관통공(13)은 상기 마이크로파발생부(50)에서 발생된 마이크로파가 상기 대차(12)를 관통하여 상기 대차(12)에 실린 상기 목재(W)에 조사될 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 챔버(10)는 그 내부면에 마이크로파를 반사시키는 반사재가 도포되는 것이 바람직한데, 이는 상기 챔버(10)의 내측 하부에서 상부측으로 상기 마이크로파발생부(50)에 의해 조사되는 마이크로파가 상기 챔버(10)의 내부면에서 반사되어 상기 목재(W)에 다시 주입될 수 있도록 하기 위한 것이다. 여기서, 상기 반사재는 예를 들면 알루미늄 분말이나 알루미늄 박판일 수 있고, 알루미늄 분말은 내열성 접착제와 혼합되어 도포되고 알루미늄 박판은 내열성 접착제로 상기 챔버(10)의 내부면에 부착된다.

상기 건조 및 탄화처리부(20)는 상기 챔버(10)에 설치되는 것으로, 가열된 오일을 통해 상기 챔버(10)의 내부로 목재(W)의 건조 온도에서부터 목재(W)의 탄화 온도까지 열을 발생시키셔 목재(W)를 건조시키거나 목재(W)를 건조한 후에 탄화시키는 역할을 한다. 통상적으로 목재의 건조 온도는 섭씨 60도 내지 120도 정도이고, 목재의 탄화 온도는 180도 내지 230도 정도이다. 따라서, 상기 건조 및 탄화처리부(20)는 상기 챔버(10)의 내부의 온도를 섭씨 60도 내지 250도로 조절할 수 있다. 여기서, 통상적으로 오일은 섭씨 200도 내지 350도에서 끓는 것으로 알려져 있다.

이와 같은 상기 챔버(10) 내부의 건조 및 탄화 온도의 조절은 상기 챔버(10)의 내부의 온도를 감지하는 온도계(T)에서 전송되는 상기 챔버(10) 내부의 온도 정보를 통해 상기 건조 및 탄화처리부(20)의 작동을 제어하는 컨트롤러(C)에 의해 이루어진다.

이와 같은 역할을 하는 상기 건조 및 탄화처리부(20)는 상기 챔버(10)의 내부에 설치되고 내부에 오일이 순환되는 내부순환관(21)과, 상기 내부순환관(21)에 폐회로를 형성하도록 연결되고 상기 챔버(10)의 외부에 설치되는 연결관(22)과, 상기 연결관(22)의 관로상에 설치되는 오일펌프(23)와, 상기 연결관(22)의 관로상에 설치되고 오일이 저장되는 오일탱크(24)와, 상기 오일탱크(24)에 설치되어 저장된 오일을 가열하는 가열기(25)를 포함한다.

상기 내부순환관(21)은 상기 챔버(10)의 내부에 양측에 상기 목재(W)에 대응하여 지그재그 형태로 설치되는 것으로, 그 내부로 고온의 오일이 순환되면서 상기 챔버(10)의 내부의 공기를 가열하는 역할을 한다.

상기 연결관(22)은 상기 챔버(10)의 외부로 상기 내부순환관(21)과 연결되어 폐회로를 형성하는 것으로, 상기 오일펌프(23)를 포함하는 제반 장비가 설치되는 장소를 제공하는 역할을 한다. 상기 오일펌프(23)는 상기 오일탱크(24)에 저장된 오일을 상기 연결관(22)과 내부순환관(21)을 통해 순환시키는 역할을 한다.

상기 오일탱크(24)는 상기 연결관(22)과 내부순환관(21)을 통해 순환되는 오일이 저장되는 장소를 제공하면서 상기 가열기(25)에 의해 오일이 가열되는 장소를 제공하는 역할을 한다. 상기 가열기(25)는 화염이나 전열 등에 의해 상기 오일탱크(24)를 가열하여 상기 오일탱크(24)에 저장된 오일을 가열하는 역할을 한다.

상기 건조 및 탄화처리부(20)는 상기 내부순환관(21)을 통해 고온의 오일을 순환시켜 상기 챔버(10)의 내부를 가열함으로써, 상기 챔버(10)의 내부의 목재가 상기 내부순환관(21)의 열에 의해 간접적으로 가열되고, 그에 따라 목재의 건조나 탄화 중에 히터 등에 의한 목재의 직접 가열로 발생하는 목재의 할열 등의 제반 문제점이 적절히 해소된다.

상기 건조 및 탄화처리부(20)는 상기 연결관(22)의 관로상에 설치되는 오일냉각기(26)를 더 포함한다. 상기 오일냉각기(26)는 냉기를 통해 상기 연결관(22)을 통과하는 오일을 냉각시키는 역할을 한다. 이와 같이 상기 오일냉각기(26)에 의해 냉각된 오일은 상기 내부순환관(21)을 통해 순환됨으로써, 상기 챔버(10)의 내부가 냉각되고, 그에 따라 상기 챔버(10)의 내부로 건조 혹은 탄화가 완료된 목재(W)를 신속하게 냉각시킬 수 있게 된다.

상기 공기순환팬(30)은 상기 챔버(10)의 내부에 설치되는 것으로, 상기 챔버(10)의 내부의 공기를 순환시켜 상기 건조 및 탄화처리부(20)에 의해 생성된 열이 상기 목재(W)에 원활하면서 균일하게 전달될 수 있도록 하는 것이다. 이와 같은 상기 공기순환팬(30)은 대체로 상기 챔버(10)의 내부에 다수개가 설치된다.

상기 진공펌프(40)는 상기 챔버(10)의 외부에 설치되고 상기 챔버(10)와 연통되게 배관으로 연결되는 것으로, 상기 챔버(10)의 내부의 공기를 외부로 배출시켜 상기 챔버(10)의 내부에 진공을 형성하는 역할을 한다.

즉, 상기 진공펌프(40)는 상기 챔버(10)의 내부에 있는 불필요한 기체를 외부로 배출시키는 역할을 하면서 상기 챔버(10)의 내부를 필요에 따라 진공 상태로 만드는 역할을 한다. 이와 같이 상기 챔버(10)의 내부가 진공 상태가 되면 상기 건조 및 탄화처리부(20)에 의해 상기 목재(W)가 가열될 때 상기 목재(W)의 내부의 수분이 상대적으로 신속하고 용이하게 외부로 배출될 수 있게 되고, 아울러 목재의 탄화 처리시 고열에 의한 목재의 발화가 방지된다.

상기 마이크로파발생부(50)는 상기 챔버(10)의 하부에 설치되는 것으로, 상기 챔버(10)의 하부에서 그 내측으로 마이크로파를 목재(W)에 조사하여 목재(W)의 내부를 건조시키는 역할을 한다. 특히, 마이크로파에 의해 상대적으로 직경이나 구경이 큰 대각 목재도 그 내부가 손쉽게 건조된다.

이와 같은 역할을 하는 상기 마이크로파발생부(50)는 상기 챔버(10)의 하부에 설치되는 전원공급기(51)와, 상기 관통공(13)에 대응하여 상기 챔버(10)의 하부에 다수개로 구비되고 상기 전원공급기(51)에 연결되어 전원이 공급되면서 마이크로파를 발생시키는 마그네트론(52)과, 상기 마그네트론(52)에 일단이 연결되고 타단이 상기 챔버(10)를 관통하여 상기 관통공(13)의 하부에 대응되는 도파관(53)을 포함한다.

상기 마이크로파발생부(50)는 상기 전원공급기(51)를 통한 전원의 공급에 의해 상기 마그네트론(52)이 마이크로파를 발생시키고 이렇게 발생된 마이크로파가 상기 도파관(53)을 통해 상기 관통공(13)을 지나 상기 대차(12)에 적재된 상기 목재(W)의 하부에 조사됨으로써, 마이크로파에 의해 상기 목재(W)의 내부를 가열하여 상기 목재의 내부를 건조시키는 역할을 한다.

아울러, 상기 마이크로발생부(50)는 마이크로파를 통해 상기 목재의 내부의 수분을 가열하게 되고, 그에 따라 상기 목재의 내부에 잔존하는 해충이나 균이 제거되어 상기 목재가 전체적으로 손쉽게 살균 소독된다.

상기 전원공급기(51)는 다수개의 상기 마그네트론(52)에 일정한 전원을 동시에 공급할 수 있는 공지의 전력분배기이다. 상기 마그네트론(52)은 전원의 공급에 의해 마이크로파를 발생시키는 공지의 전자부품이다. 상기 도파관(53)은 상기 마그네트론(52)에 의해 발생된 마이크로파를 이동시키는 공지의 것이다.

상기 마이크로파발생부(50)는 상기 도파관(53)의 선단에 밀착되게 상기 챔버(10)의 내부면에 매입되는 강화유리 재질의 열차단창(54)을 더 포함한다. 상기 열차단창(54)은 상기 도파관(53)을 통해 조사되는 마이크로파를 통과시키면서 상기 챔버(10)의 내부로 상기 건조 및 탄화처리부(20)에 의해 생성되는 고온의 열이 상기 도파관(53)을 통해 상기 마그네트론(52)으로 전달되지 않도록 열을 차단하여 열에 의한 상기 마그네트론(52)의 손상이나 고장을 방지시키는 역할을 한다.

이와 같이 본 목재 건조 및 탄화 장치는 상기 건조 및 탄화처리부(20)에 의해 상기 목재(W)의 외면을 건조시키거나 탄화시키고 상기 마이크로파발생부(50)에 의해 상기 목재(W)의 내부를 건조시켜 상기 목재(W)의 외면과 내부의 함수율 차이에 의한 건조 및 탄화 중에 목재의 할열이나 뒤틀림을 방지시켜 품질이 매우 우수한 건조목 또는 탄화목을 생산할 수 있게 된다.

상기 마이크로파발생부(50)는 상기 마그네트론(52)과 도파관(53)을 밀폐되게 둘러싸면서 수용하도록 상기 챔버(10)의 하면에 설치되는 밀폐케이스(55)와, 상기 밀폐케이스(55)에 적층되게 구비되고 상기 마그네트론(52)과 이격되게 구비되는 냉각관(56)과, 상기 밀폐케이스(55)의 외부에 설치되고 냉각수가 유동 가능하도록 상기 냉각관(56)의 일단과 타단이 연결되고 내부에 수용된 물을 냉각시키는 물냉각기(57)와, 상기 밀폐케이스(55)의 외부로 상기 냉각관(56)의 관로상에 설치되고 냉각수를 유동시키는 물펌프(58)를 더 포함한다.

상기 밀폐케이스(55)는 상기 마그네트론(52)과 도파관(53)을 둘러싸서 이를 보호하는 역할을 하면서 상기 마그네트론(52)과 도파관(53)의 둘레로 밀폐된 공간을 형성하는 역할을 한다.

상기 냉각관(56)은 상기 물냉각기(57)에 의해 냉각된 물이 상기 물펌프(58)의 작동에 의해 순환되는 냉각수 순환 배관으로, 상기 밀폐케이스(55)의 내부를 냉각수로 냉각시켜 전원의 공급에 의해 상기 마그네트론(52) 자체에서 발생되는 열을 냉각시켜 상기 마그네트론(52)의 수명을 현저히 연장시키는 역할을 한다.

이와 같이 구성되는 본 목재 건조 및 탄화 장치의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다. 상기 도어(11)를 개방하고 생목 상태의 목재(W)를 상기 대차(12)에 실어 상기 챔버(10)의 내부에 탑재한 후에 상기 도어(11)를 닫아서 상기 챔버(10)를 폐쇄하게 된다. 이 상태에서 상기 진공펌프(40)를 작동시켜 상기 챔버(10) 내부에 진공을 형성한다.

이런 상태에서 상기 가열기(25)와 오일펌프(23)가 가동되면서 상기 공기순환팬(30)이 가동되어 고온의 오일의 유동으로 상기 내부순환관(21)이 가열되면서 상기 챔버(10)의 내부의 공기를 가열하게 되고, 이렇게 가열된 공기는 상기 공기순환팬(30)에 의해 상기 챔버(10)의 내부에서 순환되면서 상기 목재(W)의 외면을 건조시키게 된다.

상기 목재의 외면이 어느 정도 건조되면 상기 가열기(25)와 오일펌프(23)의 가동을 중지하고 상기 전원공급기(51)를 통해 상기 마그네트론(52)을 구동시켜 마이크로파를 발생시키고, 이렇게 발생된 마이크로파는 상기 도파관(53)을 통해 상기 챔버(10)의 내부로 주입되고, 상기 관통공(13)을 지나 상기 목재의 하면에 조사되어 상기 목재의 내부의 수분이 마이크로파에 의해 가열되어 상기 목재(W)의 내부가 건조된다.

상기 목재(W)의 내부의 수분이 가열 건조되면 그 수분이 상기 목재의 외부로 배출되는데, 이때 상기 마그네트론(52)의 구동을 중지하고 다시 상기 가열기(25)와 오일펌프(23)를 다시 가동시켜 상기 목재의 외면으로 이동된 수분을 건조시켜 제거하게 된다.

이와 같이 상기 가열기(25)와 오일펌프(23) 및 마그네트론(52)을 번갈아가며 구동시켜 상기 목재의 외면, 내부, 다시 외면 순으로 상기 목재를 건조시켜 상기 목재의 외면과 내부가 거의 유사하거나 동일한 함수율을 가진 상태로 건조된다.

이런 과정을 거쳐 상기 목재(W)의 외면과 내부가 거의 유사한 함수율을 가지도록 건조되면 상기 목재의 내외의 함수율 차이에 의한 상기 목재의 건조 후 또는 사용 중에 그 할열이나 뒤틀림 및 변형이 완전히 방지되고, 그에 따라 매우 우수한 품질의 건조목이 된다.

상기 목재가 원하는 함수율로 건조되면 상기 가열기(25)를 통해 오일을 300도 이상의 고온으로 가열하고, 이렇게 가열된 오일을 상기 오일펌프(23)를 통해 상기 내부순환관(21)으로 순환시켜 상기 챔버(10)의 내부의 공기를 300도 이상으로 가열하게 된다.

이런 고온의 가열된 공기는 상기 공기순환팬(30)에 의해 상기 챔버(10)의 내부에서 순환되면서 상기 건조된 목재의 외면에 도달되고, 그에 따라 상기 목재의 외면이 탄화가 되어 상기 목재는 탄화목이 된다.

이와 같이 본 목재 건조 및 탄화 장치는 고온의 오일을 통해 목재를 건조시키거나 필요에 따라 건조된 목재를 탄화시키는 등 목재의 건조와 탄화를 일괄적으로 수행할 수 있는 획기적인 발명이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 목재 건조 및 탄화 장치를 보인 개략적인 정단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 오일냉각기(26) 대신에, 상기 챔버(10)에 냉각부(60)가 설치될 수 있다. 상기 냉각부(60)는 상기 챔버(10)에 연통되게 양단이 연결되는 순환배관(61)과, 상기 순환배관(61)의 관로상에 설치되는 냉각탑(62) 및 공기펌프(63)와, 상기 챔버(10)에 연통되게 설치되는 물분사기(64)를 포함한다.

상기 물분사기(64)는 상기 챔버(10)의 내부로 목재의 건조 혹은 탄화가 완료된 후에 상기 챔버(10)의 내부에 물을 분사하여 물이 기화되면서 상기 챔버(10)의 내부의 공기가 냉각되도록 하는 것이다.

이와 같이 상기 물분사기(64)에 의한 공기의 분사로 물이 기화된 상태에서 상기 공기펌프(63)의 작동으로 상기 챔버(10) 내부의 기화된 공기를 상기 순환배관(61)을 통해 외부로 배출시켜 상기 냉각탑(62)을 통해 냉각시키고 물을 제거한 후에 상기 챔버(10)로 주입하여 상기 챔버(10)의 내부를 냉각시킨다.

상기 냉각탑(62)은 상기 챔버(10)의 내부의 고온의 공기를 실외의 공기와 직접 접촉시켜 냉각시키는 공지의 열교환 장치이다.

도 6은 본 발명에 따른 목재 건조 및 탄화 방법을 보인 단계도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 목재 건조 및 탄화 방법은 챔버에 목재를 탑재하는 목재 탑재 단계(S10)와, 챔버의 내부에 진공을 형성하는 진공 형성 단계(S20)와, 고온의 오일을 챔버의 내부로 순환시켜 목재의 외면을 건조시키는 목재 외면 건조 단계(S30)와, 마이크로파발생부를 통해 상기 목재의 내부를 건조시키는 목재 내부 건조 단계(S40)와, 상기 목재의 외면과 내부의 건조를 번갈아가며 반복적으로 수행하는 반복 수행 단계(S50)를 포함한다.

상기 목재 탑재 단계(S10)는 챔버의 내부로 목재를 탑재한 상태에서 상기 건조챔버를 밀폐시키는 단계이다.

상기 진공 형성 단계(S20)는 상기 챔버의 내부의 공기를 진공펌프를 통해 외부로 배출시켜 상기 건조챔버의 내부에 진공을 형성하는 단계를 말한다. 이 단계는 챔버 내부의 진공의 형성을 통해 이후의 상기 목재의 건조가 보다 원활히 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 목재 외면 건조 단계(S30)는 상기 챔버의 내부로 진공의 형성이 완료되면 상기 챔버의 외부에 있는 가열기와 오일펌프를 작동시키면서 상기 챔버의 내부에 있는 공기순환팬을 가동시켜 상기 챔버의 내부로 내부순환관을 통해 고온의 오일의 순환으로 상기 챔버의 내부를 간접적으로 가열하는 단계로, 이 단계를 통해 상기 목재의 외면에 열기가 가해져 상기 목재의 외면이 건조되거나 탄화된다.

상기 목재 내부 건조 단계(S40)는 상기 가열기와 오일펌프의 가동을 중지시키고 마이크로파발생부를 가동시켜 상기 챔버의 하부에서 상기 챔버의 내부로 상기 목재를 향해 마이크로파를 조사하는 단계로, 이 단계를 통해 마이크로파가 상기 목재의 내부의 수분을 가열하여 상기 목재의 내부가 건조된다.

상기 반복 수행 단계(S50)는 상기 공기순환팬이 계속 가동되는 상태에서 오일의 온도를 변화시키면서 상기 목재 외면 건조 단계(S30)와 상기 목재 내부 건조 단계(S40)를 반복적으로 수행하여 상기 목재가 건조되거나 건조 후에 탄화되도록 하는 단계를 말한다.

이와 같이 상기 목재의 외면과 내부의 건조를 각각 연속하여 번갈아 수행함으로써, 상기 목재의 외면의 수분이 제거되어 상기 목재의 내부의 수분이 목재의 외면으로 원활히 유동될 수 있는 상태에서 상기 목재의 내부를 가열 건조시키고, 이런 일련의 과정을 반복 수행하여 상기 목재의 내부에서 외부로 수분을 증발 제거시키게 된다.

따라서, 이런 반복 과정을 통해 상기 목재는 그 내부와 외면이 거의 동일한 함수율을 가진 상태로 건조되며, 상기 목재의 내부의 수분이 가열되면서 상기 목재의 내부에 잔존하는 해충이나 균이 제거되어 상기 목재가 전체적으로 손쉽게 살균 소독된다.

또한, 상기 목재의 건조가 완료된 후에 보다 높은 온도의 오일을 챔버의 내부로 순환시켜 상기 목재의 외면을 고온으로 탄화시키게 된다.

이와 같이 본 목재 건조 및 탄화 방법은 챔버의 내부로 순환되는 오일의 온도의 변화 및 상승을 통해 목재를 건조시키거나 건조된 목재를 탄화시킬 수 있어 목재의 건조와 탄화를 일괄적으로 수행할 수 있는 획기적인 방법이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

10 : 챔버
11 : 도어 12 : 대차
13 : 관통공
20 : 건조 및 탄화처리부
21 : 내부순환관 22 : 연결관
23 : 오일펌프 24 : 오일탱크
25 : 가열기 26 : 오일냉각기
30 : 공기순환팬
40 : 진공펌프
50 : 마이크로파발생부
51 : 전원공급기 52 : 마그네트론
53 : 도파관 54 : 열차단창
55 : 밀폐케이스 56 : 냉각관
57 : 물냉각기 58 : 물펌프
60 : 냉각부
61 : 순환배관 62 : 냉각탑
63 : 공기펌프 64 : 물분사기
W : 목재

Claims

전면에 도어(11)를 가지고, 중앙에 다수의 관통공(13)을 가지는 대차(12)가 구비되며, 상기 대차(12)에 적층된 상태로 실린 목재를 밀폐된 상태로 수용하는 챔버(10)와;
상기 챔버(10)의 내부에 설치되고 내부에 오일이 순환되는 내부순환관(21)과, 상기 내부순환관(21)에 폐회로를 형성하도록 연결되고 상기 챔버(10)의 외부에 설치되는 연결관(22)과, 상기 연결관(22)의 관로상에 설치되는 오일펌프(23)와, 상기 연결관(22)의 관로상에 설치되고 오일이 저장되는 오일탱크(24)와, 상기 오일탱크(24)에 설치되어 저장된 오일을 가열하는 가열기(25)와, 상기 연결관(22)의 관로상에 설치되는 오일냉각기(26)를 포함하고, 상기 챔버(10)의 내부로 목재의 건조 온도에서부터 목재의 탄화 온도까지 열을 발생시키거나 냉각시키는 건조 및 탄화처리부(20)와;
상기 챔버(10)의 내부에 설치되고, 상기 챔버(10)의 내부의 공기를 순환시키는 공기순환팬(30)과;
상기 챔버(10)의 외부에 설치되고, 상기 챔버(10)와 연통되게 배관으로 연결되어 상기 챔버(10)의 내부의 공기를 외부로 배출시켜 상기 챔버(10)의 내부에 진공을 형성하는 진공펌프(40)와;
상기 챔버(10)의 하부에 설치되는 전원공급기(51)와, 상기 관통공(13)에 대응하여 상기 챔버(10)의 하부에 다수개로 구비되고 상기 전원공급기(51)에 연결되어 전원이 공급되면서 마이크로파를 발생시키는 마그네트론(52)과, 상기 마그네트론(52)에 일단이 연결되고 타단이 상기 챔버(10)를 관통하여 상기 관통공(13)의 하부에 대응되는 도파관(53)을 가지고, 마이크로파를 목재에 조사하여 목재의 내부를 건조시키는 마이크로파발생부(50)를; 포함하고,
상기 마이크로파발생부(50)는,
상기 마그네트론(52)과 도파관(53)을 밀폐되게 둘러싸면서 수용하도록 상기 챔버(10)의 하면에 설치되는 밀폐케이스(55)와,
상기 밀폐케이스(55)에 적층되게 구비되고 상기 마그네트론(52)과 이격되게 구비되는 냉각관(56)과,
상기 밀폐케이스(55)의 외부에 설치되고 냉각수가 유동 가능하도록 상기 냉각관(56)의 일단과 타단이 연결되고 내부에 수용된 물을 냉각시키는 물냉각기(57)와,
상기 밀폐케이스(55)의 외부로 상기 냉각관(56)의 관로상에 설치되고 냉각수를 유동시키는 물펌프(58)를, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 장치.
제1항에 있어서,
상기 마이크로파발생부(50)는,
상기 도파관(53)의 선단에 밀착되게 상기 챔버(10)의 내부면에 매입되는 강화유리 재질의 열차단창(54)을, 더 포함하고,
상기 목재 건조 및 탄화 장치는,
상기 챔버(10)에 설치되고, 상기 챔버(10)의 내부를 냉각시키는 냉각부(60)를; 더 포함하며,
상기 냉각부(60)는,
상기 챔버(10)에 연통되게 양단이 연결되는 순환배관(61)과,
상기 순환배관(61)의 관로상에 설치되는 냉각탑(62) 및 공기펌프(63)와,
상기 챔버(10)에 연통되게 설치되는 물분사기(64)를, 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 장치.
삭제
챔버의 내부로 목재를 탑재한 상태에서 상기 챔버를 밀폐시키는 목재 탑재 단계(S10)와;
상기 목재의 탑재가 완료되면 상기 챔버의 내부의 공기를 진공펌프를 통해 외부로 배출시켜 상기 챔버의 내부에 진공을 형성하는 진공 형성 단계(S20)와;
상기 챔버의 내부로 진공의 형성이 완료되면 상기 챔버의 외부에 있는 가열기와 오일펌프를 작동시키면서 상기 챔버의 내부에 있는 공기순환팬을 가동시켜 상기 챔버의 내부로 내부순환관을 통해 고온의 오일의 순환으로 상기 챔버의 내부를 간접적으로 가열하여 상기 목재의 외면을 건조시키는 목재 외면 건조 단계(S30)와;
상기 가열기와 오일펌프의 가동을 중지시키고 마이크로파발생부를 가동시켜 상기 챔버의 하부에서 상기 챔버의 내부로 상기 목재를 향해 마이크로파를 조사하여 상기 목재의 내부를 건조시키는 목재 내부 건조 단계(S40)와;
상기 공기순환팬이 계속 가동되는 상태에서 오일의 온도를 변화시키면서 상기 목재 외면 건조 단계와 상기 목재 내부 건조 단계를 반복적으로 수행하여 상기 목재가 건조되거나 건조 후에 탄화되도록 하는 반복 수행 단계(S50)를;
포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 일체형 목재 건조 및 탄화 방법.