KR101655128B1

KR101655128B1 - 다목적 목재 건조장치 및 건조방법

Info

Publication number: KR101655128B1
Application number: KR1020150046512A
Authority: KR
Inventors: 장석태
Original assignee: 주식회사 티피에스
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2035-04-01

Abstract

본 발명은 단일의 목재 건조장치를 이용하여 경목과 연목으로 구분되는 다양한 제재목의 수종에 적합하게 건조방식을 설계할 수 있고, 운전방식을 열기건조방식이나 저온건조방식 중 어느 하나 혹은 열기건조방식이나 증기건조방식을 혼용하여 짧은 시간에 특정한 함수율을 갖는 목재를 건조할 수 있는 다목적 목재 건조장치 및 건조방법을 제안한다.

Description

다목적 목재 건조장치 및 건조방법{MULTIPURPOSE DRY APPARATUS FOR WOOD AMD METHOD FOR DRYING}

본 발명은 제재목을 건조시키기 위한 목재 건조장치 및 건조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일의 목재 건조장치를 이용하여 크게 경목과 연목으로 구분되는 다양한 제재목의 수종에 따라 적합한 건조방식을 설계하여 건조시킬 수 있는 다목적 목재 건조장치이고, 운전방식을 열기건조방식(이하 '열기건조방식' 이라 함)이나 저온건조방식(이하 '증기건조방식'이라 함) 중 어느 하나 혹은 혼용하여 다양한 수종을 건조할 수 있고, 불활성가스의 충진 및 건조실 급속한 압력소거에 의해 유리한 수정에 적합한 건조조건을 설계하고 운전할 수 있는 목재 건조방법에 관한 것이다.

제재목은 다량의 목재 수분을 포함하고 있으므로 생재는 무거울 뿐만 아니라 자연건조시 건조함수율까지 또는 그 이하로 건조되는데 상당히 오랜 시간이 소요되고, 건조과정에서 여러가지 건조결합이 발생된다.

따라서, 목재의 보호측면과 이용측면에서 볼 때, 제재목의 건조는 목재가공과정에서 매우 중요한 기본공정이 되고 있으며, 목재나 목재 제품이 사용중에 가질 수 있는 함수율까지 건조하면 수축에 의한 건조손상을 최소화할 수 있다.

다시 말해서, 사용장소의 평균함수율 이하로 제재목은 건조해서 사용하여야 한다.

목재는 함수율 감소에 따른 강도의 증가율은 강도에 따라 다르고, 종압축강도와 휨강도는 생재일 때보다 건조재의 것이 2배 정도 더 크며, 함수율 약 5%까지 인공건조는 생재에 비해 3배 정도 증가한다.

목재는 특히 가구, 마루 및 조리기구와 같은 목재 제품의 생산에 사용될 때, 사용 전에 그 내구성을 증가시킬 목적으로 제재목은 화학약품 및/또는 열(건조)에 의해 처리될 수 있다.

최근 붕산염을 이용한 화학기법을 통해 인위적으로 건조되는 목재는 붕산염의 환경적 문제로 인해 수입을 불허하는 국가가 늘어나면서 목재를 더욱 내구성이 있게 제조하기 위하여 열처리기법이 개발되고 있다.

목재를 건조시키는 주된 이유는 건축물 또는 가구 생산과 같은 후속의 제조에서 목재를 사용하기 전에 치수안정을 보장하기 위한 것이다. 건조 공정은 건설, 목재 기반 제조 및 공예 적용물에서 목재의 경제적인 활용을 위해 필수적이고, 그 가치는 매우 크다.

통상 제재된 생재(제재목)는 수분이 세포벽내에 포함되어 있으나, 세포간극 또는 세포내강 등의 공극에는 액상의 수분이 완전히 채워져 있지 않고 일부분만 존재한다. 생재함수율은 수종, 산지, 계절, 수건의 부위 등에 따라 다르지만 활엽수의 생재함수율은 45~160% 정도이나 침엽수와 활엽수의 대부분의 수종은 30~200% 범위에 속한다.

수분은 세포내강에 존재하는 자유수와 세포벽 중에 존재하는 결합수로 구분되는데, 자유수는 세포질벽과는 결합관계가 없고 단순히 모세관 인력에 의해 이동하며 물분자 상호간의 응집력에 의해 유지되고, 결합수는 세포벽질과 수소결합되는 반데르 바알스(Van der Waals)의 힘으로 결합되어 존재하므로 결합수는 수분이동이 어렵고, 제거 시 열을 필요로 하며, 결합수의 증감은 목재의 물리적/기계적 성질에 현저한 영향을 미치게 되므로 목재가공 이용시 매우 중요한 수분으로 취급된다.

현재 제재목 대부분의 건조 공장에서는 저온 증기 가열 건조 시스템을 채용하고 있다. 이러한 종래의 저온 증기 가열 건조 시스템은 건조 매체인 건조건조실에서는 공기의 조건이 필요에 따라 건조 공정을 가속화하거나 지체시키도록 온도, 습도 및 공기 순환의 관점에서 제어될 수 있는 밀폐된 건조실을 갖추고 있다.

그러나, 이러한 종래의 저온 증기 가열 건조 시스템에 의한 건조방법은 예를 들면, 상당히 긴 처리 시간, 즉, 수종에 따라 차이가 있으나 특히 고무나무의 건조는 총 10~13일의 기간을 필요로 하고, 에너지의 비효율적인 사용, 예를 들어, 종래의 건조 방법은 물을 증발시키는데 필요한 최소 에너지의 2 내지 4배가 필요한 뚜렷한 결점들이 있다.

예를 들어, GB 특허 제1,142,525호는, 21℃ 내지 66℃(70℉ 내지 150℉)의 온도에서 증기를 분출하고 물 분사하는 단계를 포함하는 건조실에서 경목을 건조시키는 방법을 개시하고 있는데, 위와 같은 종래의 건조방법은 완료하는데 14일이나 소요된다.

또한 전술한 종래의 저온증기건조방법은 공기를 배제하고 밀봉된 상태에서 습구온도를 100℃로 유지한 상태에서 건조하는 방식(super heated vapor drying)을 특징으로 하므로 고온건조방식(High-temperature drying)의 건조가 더 유용한 피나무(Basswood), 자작나무(Birch), 단풍나무(Soft maple), 참나무(Red oak), 백합나무(Yellow-popler), 튜 페로(Black yuprlo) 등과 같은 활엽수종은 수종에 적합한 건조장치를 별도로 설비해야 하는 문제가 있다.

즉, 제재목은 일반적으로 경목(비단자엽 속씨식물 나무에서) 또는 연목(침엽수)형으로서 분류되는데, 경목은 연목보다 복잡한 구조를 가지며, 목재 내의 기공 또는 혈관의 존재하므로 경목 제재목의 열처리 또는 건조는 연목 제재목의 건조보다 온도 및 습도의 더욱 정확한 제어, 즉 상당히 다른 설계의 건조 건조실을 필요로 하므로 저밀도로부터 중밀도 범위의 열대 경목으로 파생될 고급의 건조된 제재목의 높은 처리량을 위해 효과적인 제재목 건조장치 및 건조방법의 개발이 요구되고, 더욱 바람직하게는 연목의 건조를 통합적으로 운영할 수 있는 제재목 건조장치 및 건조방법이 요구된다.

전술한 종래의 건조장치는 등록특허 제10-0948625호, 공개특허 제10-2013-0054833호에서 상세히 개시되어 있다.

본 발명은 다양한 수종의 제재목에 대응하여 수종이 요구하는 함수율을 가지는 목재의 건조 및 고열처리가 가능하고, 특정 함수율을 갖는 목재의 생산 시 적은 인력으로 짧은 시간에 제조할 수 있는 다목적 목재 건조장치 및 건조방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 건조실내의 분위기를 열기건조방식과 증기건조방식을 혼용 혹은 선택적으로 운전할 수 있는 다목적 목재 건조장치 및 그 건조방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 증기건조방식에 의한 제재목 건조 시 건조실속으로 충진되는 불활성가스 압력과 급속한 압력제거에 의한 압력충격에 의해 목재내의 세포내강과 세포막사이에 존재하는 자유수와 결합수의 탈수를 촉진시켜 재재목의 건조효율을 높일 수 있고 건조시간을 단축시킬 수 있는 불활성가스 충진장치를 포함하는 다목적 목재 건조장치 및 그 건조방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 건조실내의 분위기 온도를 수종에 따라 건조실의 압력을 조절할 수 있는 건조실가압장치를 포함하는 다목적 목재 건조장치 및 그 건조방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 피건조 목재의 열처리에 적합한 건조와 열처리조건을 수종에 대응하여 정밀하게 설계할 수 있고 이수종(異樹種)을 선택적으로 건조할 수 있는 다목적 목재 건조장치 및 그 건조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제재목 건조장치는,

상기 건조실(101)의 내벽에 설치되어 상기 건조실내부 온도를 일정범위로 상승시키는 열기건조장치(104)와;

상기 건조실(101)의 저면에 마련되는 건조실(101)내에 증기압을 생성하는 증기발생장치(110)와;

상기 건조실(101)의 내부압력을 설정된 범위로 상승시키기 위하여 상기 건조실의 내부와 연결된 건조실가압장치(130)와;

상기 건조실의 압력을 일시에 소거할 수 있도록 상기 건조실에 연결되는 압력소거장치(120)와;

상기 건조실(101)속으로 불활성가스를 충진하는 불활성가스 충진장치(150)와;

가열된 상기 제재목을 냉각시키기 위하여 상기 건조실(101)의 상부에 설치되는 냉각수 살수장치(140) 및 ;

상기 건조실(104)의 내부압력과 온도를 검출하고 검출신호에 따라 상기 증기압발생장치(110) 상기 열기건조장치(104), 불활성가스 충진장치(150), 압력소거장치(120), 건조실가압장치(130)를 제어하는 컨트롤러(10)로 이루어진 다목적 목재 건조장치에 의해 구현될 수 있다.

상기 건조실내에는 기류를 형성할 수 있는 송풍기가 더 포함될 수 있다.

본 발명의 증기발생장치는 건조실의 저면에 물이 담긴 용기를 열기건조장치(104, 보일러)로 가열하여 건조실내에 증기압이 형성될 수 있고 증기압과 내부온도 및 습도는 압력센서와 온도센서 및 습도계(습도감지기)에 의해 검출되고 검출된 신호는 컨트롤러로 전달하여 건조실의 압력과 온도 및 습도를 제어할 수 있다.

본 발명은 건조실속으로 불활성가스를 충진하고 건조실가압장치에 의해 압력을 상승시키고, 압력소거장치를 통해 압력을 급속히 제거한 뒤 열기건조방식 혹은/및 증기건조방식에 일정시간 동안 건조실의 온도를 유지하여 제재목의 이쿼라이징과 컨디셔닝에 의해 양질의 목재로 건조하는 것에 특징이 있다.

본 발명은 건조실내의 압력을 임의로 증강시키는 건조실가압장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 건조실가압장치는 건조실의 내부압력을 증감시키기 위한 것으로 기압방식 또는 체적방식 중 어느 하나를 채용할 수 있다.

또한 건조실가압장치는 건조실내의 압력을 일시에 소거하여 압력충격에 의해 가열된 제재목의 세포내강과 세포막에 존재하는 자유수(free Water)와 결합수(bound water)의 제거효율을 개선시킬 수 있다.

본 발명에 따른 제재목 건조방법의 구현수단은,

(a)빠렛트위에 전술한 고무나무 제재목을 일정높이로 평적하고, 적층된 상기 제재목의 상면에 150kg 중량물을 올린 뒤, 상기 빠렛트를 건조실속에 넣고 뚜껑으로 건조실을 기밀되도록 밀폐시키는 단계와;

(b)컨트롤러의 운전모드 설정부를 통해 운전방식을 증기건조방식과 열기건조방식을 선택하고, 열기건조방식에 의한 건조실의 온도를 120~150℃, 제1 타이머로 증기발생장치 및 열기건조장치의 운전시간은 21시간, 불활성가스 충진압 4.2~4.4 hPa, 제2 타이머로 불활성가스 충진압 유지시간 2시간으로 각각 설정하고 운전을 개시하는 단계와;

(c)21시간이 경과하면, 상기 컨트롤러는 상기 건조실내의 압력이 4.2~4.4 hPa로 유지되도록 불활성가스 충진장치로 불활성가스를 충진한 뒤 건조실을 전술한 분위기 조건으로 증기건조방식과 열기건조방식으로 상기 (b)단계에서 설정한 온도범위로 2시간 운전하고, 설정된 시간이 경과하면, 상기 컨트롤러는 압력소거장치를 작동시켜 건조실의 압력을 급속히 제거하는 단계와;

(d)상기 (b)단계에서 설정한 온도 범위로 증기발생장치와 열기건조장치를 작동시키면서 건조실가압장치로 건조실내의 압력을 4hPa로 유지시켜 4시간 동안 운전하면서 이쿼라이징과 콘디셔닝을 수행하는 단계와;

(e)상기 건조실내의 압력을 서서히 배출시켜 제거한 뒤, 살수장치를 통해 제재목의 상부로 냉각수를 살수하여 제재목을 냉각시키는 단계 및;

(f)상기 빠렛트를 건조실에서 인출하여 냉각수를 자연건조시킨 뒤 건조된 고무나무를 완제품으로 가공하는 단계로 구현될 수 있다.

본 발명은 건조장치에 의해 건조실내의 분위기를 열기 혹은 증기 혹은 열기와 증기를 혼용하여 형성될 수 있어 증기건조방식에 유리한 수정에 적합한 건조조건을 구현할 수 있다.

본 발명은 건조실내의 수종에 따라 열기 혹은 증기 혹은 열기 및 증기를 혼용하여 제재목을 건조할 수 있으며, 특히 증기발생장치에 의해 건조실내의 분위기를 증기압을 이용한 증기건조방식으로 제재목을 건조할 수 있다.

본 발명은 증기건조방식에 의한 제재목 건조 시 충진되는 불활성가스와 급속한 압력제거에 의해 목재내의 세포내강과 세포막사이에 존재하는 자유수와 결합수의 탈수가 촉진되고, 특히 세포벽의 붕괴나 손상에 의해 자유수와 결합수의 탈출이 개선될 수 있고, 세포의 계면붕괴와 셀로로이드 제거효과가 증진되는 효과가 있다.

본 발명은 열기건조방식과 증기건조방식을 통해 침엽수나 활엽수종에 따라 선택적 혹은 혼용하여 운전이 가능하고 압력과 온도제어를 정밀하게 제어할 수 있어 단시간에 다량의 목재를 건조할 수 있고 건조효율과 건조품질을 증진시킬 수 있다.

본 발명은 건조공정의 후반부에 대략 제재목의 함수율이 목표시점에 이르렀을 때, 건조실의 온도를 일정시간, 일정압력으로 일정온도범위로 유지시켜 피 건조 제재목의 이쿼라이징과 콘디셔닝을 수행함으로 목표 함수율을 정밀하게 설계할 수 있다.

그러므로 본 발명은 처리 전 36~28%의 생재 함수율을 지닌 제재목을 처리 후 3~6%의 함수율을 지닌 처리목을 얻을 수 있고, 건조된 목재의 제재목의 이쿼라이징과 콘디셔닝에 의해 목재 저장이나 사용 혹은 가공시 안정적인 목재를 제조할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 의해서 다양한 수종의 제재목별 건조 조건은 이하의 실시예에서 도출될 수 있고 이하의 실시예를 응용하면 수종별 제재목의 건조 조건은 더욱 세부적으로 설계할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다목적 목재 건조장치를 개략적으로 예시한 종단면도,
도 2는 도 1에 도시된 다목적 목재 건조장치에 장착된 열기건조장치를 발췌하여 예시한 종단면도,
도 3은 도 1에 도시된 다목적 목재 건조장치에 장착된 건조실가압장치를 발췌하여 예시한 종단면도,
도 4는 도 1에 도시된 다목적 목재 건조장치에 장착된 압력소거장치를 발췌하여 예시한 종단면도,
도 5는 도 1에 도시된 다목적 목재 건조장치에 장착된 불활성가스 충진장치를 발췌하여 예시한 종단면도,
도 6은 도 1에 도시된 다목적 목재 건조장치에 장착된 살수장치를 발췌하여 예시한 종단면도,
도 7은 본 발명에 따른 다목적 목재 건조장치의 컨트롤러의 세부구성을 예시한 블럭다이야 그램이다.

이하, 본 발명에 따른 목재 건조장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 다목적 목재 건조장치(100)의 개략적인 종단면도로서, 본 발명에 따른 목재 건조장치(100)는 제재목이 적층된 빠렛트(105)를 슬라이드 가능하게 수납되는 건조실(101), 상기 건조실(101)의 바닥면에 장착되는 증기발생장치(110), 상기 건조실(101)에 장착되는 열기건조장치(104), 건조실가압장치(130), 불활성가스 충진장치(150), 압력소거장치(120) 및 살수장치(140)를 포함한다.

상기 건조실(101)은 제재목를 수용할 수 있는 공간으로, 일측에 건조실(101)을 기밀시키기 위한 뚜껑(도면부호 미표기)이 결합되어 있다. 상기 건조실(101)은 다양한 형상으로 채용하여도 무방하지만 본 발명은 건조실을 밀폐가능한 캡슐형으로 예시적으로 도시되어 있다.

또한 상기 건조실(101)은 바닥면에 보일러에 의해 증기가 발생되는 수조(103)가 마련되어 있고, 수조(103)의 상부에는 제재목을 적재한 상태로 건조실(101)내로 출입할 수 있도록 가이드 레일(105a)이 결합되어 있으며, 가이드 레일(105a)에는 제재목이 일정높이로 평적된 빠렛트(105)가 건조실(101)내부로 출입할 수 있도록 슬라이드되도록 설치되어 있다.

상기한 건조실(101)은 두께가 충분히 두꺼운 강판으로 이루어진 외피(104b)와, 외피(104b)의 내면에 내화벽돌(104a)이 개입되어 있고, 내화벽돌(104a)속에 열기건조장치(104)가 설치되어 있다.

상기 수조(103)는 증기발생장치(110)(보일러)에 의해 가열되고, 가열된 증기는 증기배출구(도면부호 미표기)를 통해 건조실(101)속으로 유입되고, 수조(103)의 다른 부위는 폐쇄되어 있다.

상기한 수조(103)에는 급수관(도면에는 미도시)과 내부에 저장된 물을 외부로 배출시킬 수 있는 드레인 밸브(도면에는 미도시)를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 도 2는 도 1에 도시된 다목적 목재 건조장치(100)에 장착된 열기건조장치(104)를 발췌하여 예시한 종단면도로서, 전술한 열기건조장치(104)는 열기에 의한 목재 건조시 열기에 의한 증기건조방식과 증기에 의한 증기건조방식 중 어느 하나의 방식 중 어느 하나 혹은 혼용하여 건조장치를 운전하기 위한 것으로, 열기건조장치(104)는 도 2에 도시된 바와 같이 건조실(101)를 구성하는 내벽에 마련되고, 전원에 의해 발열되며 건조실(101)내의 분위기 온도를 감지하는 온도감지센서(도면에는 미도시)의 센싱여부에 의해 작동이 제어될 수 있다.

즉, 온도감지센서가 센싱한 센싱값이 이하에서 설명하는 컨트롤러(10, 도 7참조)의 설정값과 비교하여 설정값보다 클 경우, 컨트롤러(10, 도 7 참조)에 의해 전원이 차단되고, 반대인 경우 전원을 공급하여 건조실(101)내의 온도를 제어할 수 있다.

상기한 열기건조장치(104)와 증기발생장치(110)는 작업자의 컨트롤러((10)의 운전모드 선택에 따라 선택적 혹은 혼용하여 함께 운전될 수 있다. 이 경우 건조 에너지 효율은 열기건조장치(104)만 운전하는 것에 비해 약 28% 절감효과가 있고 건조시간을 단축시키는 효과가 있다.

도 3을 참조하면, 도 3은 도 1에 도시된 다목적 목재 건조장치에 장착된 건조실가압장치를 발췌하여 예시한 종단면도로서, 건조실가압장치(130)는 건조실(101)내의 압력을 소정의 압력으로 증진시키기 위한 것으로, 건조실가압장치(130)는 외부에서 건조실(101)속으로 에어를 강제로 유입시켜 건조실내부의 기압을 임의로 상승시키는 공압방식이거나, 밀폐된 건조실(101)속으로 소정의 부피를 지닌 체적물(131)을 밀어넣어 건조실의 내부기압을 상승시키는 체적방식 중 어느 하나 또는 혼용하여 채용될 수 있다.

도 3은 건조실가압장치를 체적방식으로 구현한 것을 예시한 것으로, 공압방식은 건조실의 내부압력이 상승할수록 공압이 더 커야만 하므로 에너지 소비가 크고, 공압라인이 파손될 수 있거나 폭발의 위험성이 잠재되어 있으나 이와 같은 문제는 체적방식에서는 모두 극복할 수 있는 장점이 있다.

도 3에서 도면부호 130은 유압실린더이고, 131은 유압실린더의 작동에 의해 건조실(101)속으로 삽입되는 체적물이다. 상기한 유압실린더(130)는 건조실(101)의 외피에 복수 개가 설치될 수 있으며, 각각의 체적물(131)은 건조실의 압력이 차별적으로 조절될 수 있도록 서로 다른 체적으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 유압실린더(130)는 컨트롤러(10, 도 7 참조)에 의해 제어(On/Off)되고, 작동시간은 건조 수종에 따라 선택적으로 운전될 수 있다.

도 4를 참조하면, 도 4는 도 1에 도시된 다목적 목재 건조장치에 장착된 압력소거장치를 발췌하여 예시한 종단면도로서, 압력소거장치(120)는 건조실(101)내의 압력을 일시에 제거하여 제재목의 세포막과 세포내강내에 존재하는 수분을 목재의 외부로 배출시키는데 유용하다.

압력소거장치(120)는 건조실(101)의 외피 둘레에 결합되는 압력배관(121a)과, 상기 압력배관(121a)으로부터 분기되어 상기한 건조실(101)속에 배치되도록 결합된 압력배출구(121)를 포함한다.

상기 압력소거장치(120)의 압력배관(121a)에는 관로 개폐용 솔레노이드밸브(도면에는 미도시)를 갖춘 압력조절용 댐퍼(도면에는 미도시)가 결합되어 있다.

상기 댐퍼는 건조실의 압력을 급속히 제거될 때, 발생되는 압력과 소음을 완충한다.

상기 압력배관(121a)은 상기한 솔레노이드 밸브의 전방에 과압을 배출밸브를 통해 자동으로 배출되도록 하여 건조실을 보호할 수 있다.

도면에서 도면부호 122는 다수의 압력배출구(121)이 집결된 압력배관이 전술한 댐퍼와 연결되는 압력배출관이다.

도 5를 참조하면, 도 5는 도 1에 도시된 다목적 목재 건조장치(100)에 장착된 불활성가스 충진장치(150)를 발췌하여 예시한 종단면도로서, 불활성가스 충진장치(150)는 열기건조방식 혹은 증기건조방식 중 어느 하나 혹은 혼용하여 운전할 때 건조실(101)속으로 불활성가스를 충진하여 수증기와 압력이 제재목의 세포막과 세포내강속으로 침투가 용이하도록 즉, 목재 수분의 배출을 촉진시키기 위해 채용될 수 있다. 도면에서 도면부호 151은 불활성가스가 유입되는 노즐이다.

상기 불활성가스는 질소, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 헬륨가스 중 어느 하나를 채용할 수 있고, 바람직하게는 질소를 채용하는 것이 비용면에서 유리한 장점이 있다.

도 6을 참조하면, 도 6은 도 1에 도시된 다목적 목재 건조장치에 장착된 살수장치(140)를 발췌하여 예시한 종단면도로서, 살수장치(140)는 가열된 피건조 목재를 냉각시키기 위한 것으로, 건조실(101)의 상부에 외부에서 공급되는 물을 제재목(W2)위로 살수하는 살수노즐(141)이 결합된 냉각수 분배관(141a)을 포함한다. 도면부호 142는 냉각수 유입구이다.

살수노즐(141)에 의해 살수되는 물은 상기 살수노즐(141)들이 연결된 냉각수 분배관(141a)에 부착된 전자밸브(도면에는 미도시)에 의해 관로가 개폐될 수 있다. 상기의 전자밸브는 컨트롤러(10, 도 7 참조)에 의해 제어된다.

도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명에 따른 다목적 목재 건조장치의 컨트롤러의 세부구성을 예시한 블럭다이야 그램이다.

컨트롤러(10)는 열기건조방식이나 증기건조방식 혹은 이들을 혼용하는 건조방식을 선택할 수 있는 운전모드 설정부(11)와, 건조실(101)내의 분위기 온도를 설정하기 위한 온도 설정부(12)와, 건조실(101)내의 분위기 압력을 설정하기 위한 압력설정부(13), 건조실(101)내의 온도와 압력을 유지시키기 위한 분위기 유지시간 설정부(14)를 포함하는 설정부(10a)와, 건조실(101)내의 압력과 온도를 센싱하여 그 센싱값을 컨트롤러(10)로 전달하는 압력감지센서 및 온도감지센서 및 습도감지센서를 포함하는 센싱부(20) 및 센싱부(20)의 각 센싱값을 받아 설정값을 비교하여 증기발생장치(110), 열기건조장치(104), 건조실가압장치(130), 불활성가스 충진장치(150), 압력소거장치(120), 살수장치(140)의 작동여부를 제어하는 릴레이 또는 복수개의 타이머(도면에는 미도시)를 선택적으로 포함하여 구성되어 있다. 상기 타이머들은 건조장치의 운전시간과 관련하여 운전모드 설정시 작업자가 선택하여 설정될 수 있다.

통상 제재목의 건조는 수종, 두께, 건조실의 형식, 프로토콜의 변수(건조 스케쥴)에 따라 차이가 있으므로 본 발명에서는 프로토콜의 변수를 배제하여 동일한 시편을 본 발명과 종래의 저온증기건조방법으로 목표 함수율에 도달하는데 걸리는 시간을 실험하고, 그 결과를 통해 본 발명의 세부구성에서 나타나는 효과를 설명하게 될 것이다.

본 발명의 제재목의 건조효율을 확인하기 위하여 제재목 시편과 건조실은 아래와 같은 규격으로 동일 조건에서 운전된다.

본 발명에서는 경목에 속한 이종의 수종들을 30(T) × 100(W) × 600mm(L) 크기로 절단한 이종 제재목(참나무, 아카시아, 자작나무, 피나무, 밤나무, 고무나무)들을 빠렛트에 위 제재목 순으로 평적하여 약 420ℓ의 체적 용량을 지닌 건조실(101)속에 넣고, 제재목 상부에 중량물(15kg)을 올려놓고 기밀된 건조실(101)의 습구온도를 130±5℃, 건구온도 120℃로 설정하고, 증기건조방식과 열기건조방식을 병행하여 제재목의 건조를 개시한다. 건조실에 송풍팬이 설치되어 있으나, 건조시간에 변수로 작용될 수 있어 실험에서는 송풍기의 운전은 배제한다.

운전 개시 후 14시간 동안 14시간~16시간 범위에서 건조실(101)속으로 질소가스를 4.3기압이 유지되도록 충진하여 운전한 뒤 건조실의 압력을 대기압이 되도록 일시에 압력을 소거(이하 "불활성가스 충진방식"이라 함)한 뒤 다시 건조실의 분위기를 위 설명과 같은 조건으로 건조실을 조성하면서 각 제재목의 건조함수율이 4±5%에 도달되는 시간을 측정하였다.

한편, 종래의 저온증기건조방식은 본 발명의 열기건조방식과 불활성가스 충진방식을 배제한 조건 즉 증기건조방식으로 본 발명과 같은 운전하여 제재목의 건조함수율이 4±5%에 도달되는 시간을 측정하였다.

함수율은 다음과 같은 식으로 계산된다.

[실험예 1]

위 건조에 따른 운전에서 증기건조방식 및 열기건조방식 및 불활성가스 충진방식을 통해 시편별 함수율이 4±5%에 도달되는 건조시간을 검사한 성적은 아래의 표 1과 같다.

	함수율 4±5%에 도달되는 건조시간
수 종	종래의 저온증기건조방법	본 발명
참나무	72시간	23시간
아카시아	71시간	27시간
자작나무	69시간	23시간
피나무	71시간	23시간
밤나무	75시간	26시간
고무나무	74시간	27시간

[실험예 2]

아래의 표 2는 열기건조방식은 배제하고, 전술한 증기건조방식과 불활성가스 충진방식만으로 위 조건으로 운전하여 시편별 함수율이 4±5%에 도달되는 건조시간을 검사한 성적은 아래의 표 2와 같다.

	함수율 4±5%에 도달되는 건조시간
수 종	종래의 저온증기건조방법	본 발명
참나무	72시간	38시간
아카시아	71시간	42시간
자작나무	69시간	43시간
피나무	71시간	39시간
밤나무	75시간	34시간
고무나무	74시간	37시간

[실험예 3]

아래의 표 3은 전술한 증기건조방식은 배제하고, 열기건조방식과 불활성가스 충진공정만으로 전술한 조건으로 운전하여 시편별 함수율이 4±5%에 도달되는 건조시간을 검사한 성적은 아래의 표 3과 같다.

	함수율 4±5%에 도달되는 건조시간
수 종	종래의 저온증기건조방법	본 발명
참나무	72시간	44시간
아카시아	71시간	48시간
자작나무	69시간	49시간
피나무	71시간	41시간
밤나무	75시간	42시간
고무나무	74시간	42시간

[실험예 4]

아래의 표4는 전술한 불활성가스 충진방식을 배제하고, 증기건조방식 및 열기건조방식을 혼용하여 수종별 제재목의 함수율이 4±5% 도달되는 건조시간을 검사한 성적은 아래의 표 4와 같다.

	함수율 4±5%에 도달되는 건조시간
수 종	종래의 저온증기건조방법	본 발명
참나무	72시간	70시간
아카시아	71시간	69시간
자작나무	69시간	66시간
피나무	71시간	66시간
밤나무	75시간	72시간
고무나무	74시간	73시간

위 실험예 1 내지 4의 성적들을 대비해 보면, 표 4의 성적 즉, 증기건조방식 및 열기건조방식만으로 시편의 건조공정을 운전하였을 때, 목표 건조함수율의 도달시간이 종래의 저온증기건조방법에 비해 열효율이 우수한 점이 외에는 별다른 차이가 없으나, 표 1의 성적, 즉 증기건조방식 및 열기건조방식과 불활성가스 충진공정을 병행한 제재목 건조의 성적은 뚜렷한 차이가 있다.

위 표 2의 성적을 표 1과 대비해 보면, 위 표 2의 성적은 표 1의 성적(증기 및 열기건조방식과 불활성가스 충진)에 비해 목표 함수율 도달시간이 상대적으로 지연되는 것으로 보아 경목의 제재목 함수율을 목표에 도달함에 있어 증기건조방식과 불활성가스의 충진방식은 종래의 저온증기건조방법에 비해 건조시간이 더 단축되는 것을 알 수 있다.

또한 위 표 3의 성적을 다른 표의 성적과 대비해 보면, 표 3의 성적은 표 1의 성적에 비해 낮으나, 표 4와 표 2의 성적에 비해 건조속도가 증진된 것으로 나타나므로 불활성가스 충진과 압력 제거에 의한 충격방식에 의한 제재목 건조방식은 종래의 저온증기건조방법에 비해 건조시간을 단축시키는데 유용한 인자로 확인된다.

아래의 표 5는 위 표 1의 수종에서 참나무를 취해 종래의 저온증기건조방법과 위 시험에 의한 처리 전/후 시편의 조직을 1,000배로 촬영한 현미경 사진이다.


종래의 저온증기건조방법	본 발명
위 사진 중 S1은 세포내강, S2는 세포벽임

일반적으로, 제재목의 수분확산의 난이도는 밀도에 반비례하고, 확산도는 거의 밀도에 비례하지만 위 실험에서 불활성가스는 증기건조방식와 병행하여 운전(표 2 참조)하였을 때, 열기건조방식과 불활성가스 충진방식으로 운전(표 3)한 것에 비해 처리시간이 더 단축되는 것으로 보아 불활성 가스 입자가 목재표면에서 내부로 전도되는 열과 수증기의 침투속도를 촉진시키는 것으로 판단할 수 있다.

위 사진은 제재목의 고온건조시 자유수가 비점 이상으로 가열되면서 내부에 압력이 나타나고, 생긴 증기압력이 습선(濕線)에서 반대쪽으로 수증기의 유체동력학적 유동(hydrodynamin flow)을 일으키면서 열기건조에서 습선에서 목재표면까지 수분이동은 불활성가스의 충진압의 급속한 제거로 인해 제재목의 내부 깊숙히 침투한 압축 증기열과 건조실내의 압력에 의해 목재 표면쪽으로 급속히 탈출하면서 세포벽을 붕괴시키고 그와 동시에 세포막과 세포내강에 존재하는 자유수와 결합수가 함께 급속하게 탈출하는 것으로 판단된다.

위 표 1 내지 표 4의 실험예에 앞서, 예비적인 실험조건을 설정하면서 4hPa 이하에서는 표 1의 건조시간에 비해 더 지연되고, 4.5hPa 이상에서는 에너지소비가 증가할 뿐 뚜렷한 성적의 차이가 없고 위 실험에서는 건조실의 압력을 평균적인 4.3hPa로 설정한 것이다.

위 현미경 사진과 표 1 내지 표 4의 성적을 종합해 보면, 본 발명은 세포내강(S1)에 포함된 수분과 세포벽(S2)에 존재하는 수분이 거의 대부분 탈수된 것을 볼 수 있고, 세포벽은 속이 빈 앙상한 나무가지 형태로 세포내강과 세포막의 경계가 분명하게 변화된 것으로 관찰되므로 전술한 표 1의 건조공정은 매우 유용한 측면이 있음을 알 수 있다.

특히, 건조실의 불활성가스 충진 개시시간과 적절한 충진압 및 급속한 압력제거에 의한 압력충격에 의한 수분이동 촉진기법은 본 발명이 속한 기술분야에 통상의 기술을 가진 자가 본 발명의 상세한 설명을 통해 다양한 수종에 적합한 세부적인 운전조건을 도출하는데 별다른 어려움이 없을 것이다.

다만, 본 발명에 따른 불활성 가스와 급속한 압력제거로 인해 수분이동 이 촉진되지만 종래의 저온증기건조방식에 비해 목재의 경도저하, 갈라짐, 비틀림과 같은 변형이 약 0.4% 더 많은 량이 나타나는데, 이는 세포막과 세포내강내의 자유수와 결합수가 목재속에 침투한 수증기가 급속한 탈수가 진행되면서 세포벽과 세포내강의 붕괴에 의한 건조결함으로 예측되지만, 건조 시 에너지 효율성과 인건비 절감, 대량 생산의 효율성 및 대량으로 제재목을 건조하는 작업특성상 일부 제조결함으로 보더라도 본 발명을 채용하는데 큰 결함으로 보이지는 않는다.

이하에서는 본 발명의 건조장치를 통해 경목으로 분류된 고무나무의 함수율을 4±5%로 처리하기 위한 건조방법에 대하여 설명한다.

[실시예]

고무나무 제재목은 30(T) × 100(W) × 1800mm(L)이고, 건조실의 크기는 전술한 건조실의 12배의 크기로 본 발명에 따라 제조된 건조실이다.

상기한 고무나무의 재재목 크기는 마루나 바닥재와 같은 목재를 제조할 때 통상적인 제재목이다.

(a)빠렛트위에 전술한 고무나무 제재목을 일정높이(2.9m)로 평적하고, 평적된 제재목의 상부에 150kg 중량물을 올린 뒤, 상기 빠렛트를 건조실(101)속에 넣고 건조실을 뚜껑으로 기밀되도록 밀폐시킨다.

상기한 중량물은 제재목의 건조 시 제재목의 열변형이나 수축 혹은 뒤틀림에 의해 변형을 방지할 수 있다. 상기 중량물의 무게는 제재목의 적층 높이에 대응하여 작업자가 적절하게 선택하여도 무방하다.

(b)컨트롤러의 운전모드 설정부를 통해 운전방식을 증기건조방식과 열기건조방식을 선택하고, 열기건조방식에 의한 건조실의 온도를 120~150℃, 제1 타이머로 증기발생장치 및 열기건조장치의 운전시간을 21시간, 불활성가스 충진압 4.2~4.4hPa, 제2 타이머로 불활성가스 충진압 유지시간 2시간으로 각각 설정하고 운전을 개시한다.

건조실의 운전에 따라 온도감지센서와 압력감지센서, 습도감지센서의 센싱신호는 컨트롤러 전달되고 컨트롤러에 의해 증기발생장치와 열기건조장치의 작동이 제어된다.

(c)21시간이 경과하면, 컨트롤러는 상기 건조실(101)내의 압력이 4.2~4.4 hPa로 유지되도록 불활성가스 충진장치로 불활성가스를 충진한 뒤 건조실을 전술한 분위기 조건으로 증기건조방식과 열기건조방식으로 2시간 운전하고, 설정된 시간이 경과하면, 상기 컨트롤러는 압력소거장치를 작동시켜 건조실의 압력을 급속히 제거한다. 불활성가스는 전술한 가스 중 어느 한 종을 선택할 수 있다. 본 발명에서는 질소가스를 선택하였다.

대기압으로 건조실의 압력을 일시에 낮추는 횟수가 많을수록 고무나무는 건조결함이 발생할 수 있으므로 압력충격공정은 1 ~ 2회로 실시하는 것이 바람직하다.

압력충격공정을 2회 수행하는 경우 전술한 불활성가스 충진공정[위 (c) 공정]을 반복하도록 컨트롤러의 운전모드를 설정한다,

(d)증기발생장치를 작동시키면서 건조실가압장치로 건조실의 압력을 4hPa로 유지시킨 상태로 4시간 유지한다.

상기한 건조실가압장치는 전술한 컨트롤러의 제어에 의해 유압실린더가 작동되어 건조실속으로 체적물이 진입된다. 이는 풍선속에 특정 부피를 지닌 체적물을 밀어 넣은 것과 같은 원리로 건조실의 압력을 상승시키는데 비용이 거의 소요되지 않고, 압력조절을 정밀하고 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.

상기 건조실의 압력을 4hPa으로 4시간 유지하는 것은 급속한 건조실의 압력제거 시 고무나무의 함수율은 약 6%~8%가 되므로 탈수 압력에 비해 상대적으로 낮은 압력으로 분위기를 조성하여 목표 함수율인 4±5%에 도달하기 전에 이쿼라이징과 콘디셔닝을 실시하기 위한 것이다.

참고로, 이쿼라이징은 처리된 고무나무의 저장, 가공, 혹은 사용 중에 나타나는 변이를 방지하기 위해, 그리고 콘디셔닝은 고무나무의 건조응력 완화 및 제거 및 두께의 함수율 균일화를 위해 실시된다.

(e)상기 건조실(101)내의 압력을 서서히 배출시켜 제거한 뒤, 살수장치를 통해 제재목의 상면쪽으로 냉각수를 살수하여 제재목을 냉각시킨다.

(f)상기 빠렛트를 건조실(101)에서 인출하여 냉각수를 자연건조시킨 뒤 건조된 고무나무를 완제품으로 가공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 건조장치에 의해 건조실내의 분위기를 열기 혹은 증기 중 어느 하나 혹은 혼용하여 불활성가스의 충진 및 건조실 순간적인 압력소거에 의해 유리한 수정에 적합한 프로토콜을 설계할 수 있다.

또한 본 발명은 건조실내의 수종에 따라 열기 혹은 증기 또는 열기 및 증기를 혼용하여 제재목의 건조공정을 운전할 수 있으며, 특히 증기발생장치에 의해 증기건조방식으로 제재목을 건조할 수 있다.

또한 본 발명은 증기건조방식에 의한 제재목 건조 시 충진되는 불활성가스와 건조실가압장치 및 급속한 압력제거에 따른 압력변화충격에 의해 세포내강과 세포막사이에 존재하는 수분의 탈수효과가 촉진되므로 제재목의 건조시간이 현저히 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 목표 함수율 설계에 유리한 공정을 제공할 수 있다.

Claims

바닥면에 증기발생장치(110)에 의해 가열되는 증기가 배출되는 증기배출구를 갖춘 수조(103)를 구비하고, 개폐가능하게 결합되는 뚜껑에 의해 밀폐되며, 상기 수조(103)의 상측면에 제재목이 적층된 빠렛트(105)를 이동가능하게 수용하는 건조실(101)과;
상기 건조실(101)을 구성하는 외피의 내측 내화벽돌 속에 설치되어 상기 건조실(101)내부 온도를 설정된 범위로 가열시키는 열기건조장치(104)와;
상기 건조실(101)의 내부압력을 설정된 범위로 조절하기 위해 상기 건조실의 외벽에 결합되어 상기 건조실속으로 체적물(131)을 진후진시키는 유압실린더(130)로 구성된 건조실가압장치(130)와;
상기 건조실의 압력을 일시에 소거하기 위해 건조실(101)의 외피 둘레에 결합되는 압력조절용 댐퍼가 결합된 압력배관(121a)과, 상기 압력배관(121a)으로부터 분기되어 상기 건조실(101)속에 결합된 압력배출구(121)로 이루어진 압력소거장치(120)와;
상기 건조실(101)속으로 불활성가스를 충진하기 위한 불활성가스 충진장치(150)와;
상기 제재목을 냉각시키기 위하여 상기 건조실(101)의 상부에 설치되는 살수장치(140) 및;
운전모드 설정부(11)와, 건조실(101)내의 분위기 온도를 설정하기 위한 온도 설정부(12)와, 건조실(101)내의 분위기 압력을 설정하기 위한 압력설정부(13), 건조실(101)내의 온도와 압력을 4.3hPa 이내로 유지시키기 위한 분위기 유지시간 설정부(14)를 포함하는 설정부(10a)와, 상기 건조실(101)내의 압력과 온도를 센싱하여 그 센싱값을 컨트롤러(10)로 전달하는 압력감지센서 및 온도감지센서 및 습도감지센서를 포함하는 센싱부(20) 및 센싱부(20)의 각 센싱값을 받아 설정값을 비교하여 증기발생장치(110), 열기건조장치(104), 건조실가압장치(130), 불활성가스 충진장치(150), 압력소거장치(120), 살수장치(140)의 작동여부를 선택적으로 제어하는 릴레이 또는 복수개의 타이머를 선택적으로 포함하는 컨트롤러(10)로 구성된 것을 특징으로 하는 목재 건조장치.
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