KR100325313B1 - 마이크로파를 이용한 건조장치 - Google Patents

Abstract

고주파 구동 전원을 발생하는 전원공급수단과, 전원공급수단으로부터 구동전원을 인가받아 마이크로파를 발생하는 마그네트론과, 내부에 건조대상물을 수용할 수 있는 공간이 형성된 본체와, 건조대상물의 온도변화를 감지하는 온도센서와, 본체내에 수용된 건조대상물의 하부에 설치되어 건조대상물의 연속적인 중량변화를 감지하는 로드셀(Load cell)과, 온도센서 및 로드셀의 감지결과를 입력받아 상기 마그네트론의 동작을 제어하기 위한 신호를 출력하는 제어부와, 건조대상물의 종류에 따른 건조시간 및 건조 조건등의 정보를 저장하고 상기 제어부에 제공하는 기억장치와, 전원공급수단으로부터 전원을 제공받아 본체내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출하므로써 본체의 압력을 저하시키는 공기흡입장치와, 제어부의 제어신호에 따라 건조대상물을 예열시켜 유전율을 증가시키는 예열장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 건조장치.

Description

마이크로파를 이용한 건조장치{A DRYER USING MICROWAVE}

본 발명은 건조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공상태에서 마이크로파를 이용하여 목재를 건조시키는 장치에 관한 것이다.

목재를 건조시키는 방법은 자연건조방법과 강제건조방법이 있다. 자연건조방법은 단어가 의미하는 바와 같이, 대기중에 방치하여 시간의 경과에 따라 목재내의 수분을 증발시켜 건조하는 방법이고, 강제건조방법으로는 히터등의 전기적 발열체로부터 발생되는 열 또는 연료를 연소시켜 발생되는 열을 송풍시켜 건조하는 열풍건조 방법을 들 수 있다. 이러한 방법은 공기라는 매체를 가열하고 가열된 공기를 다시 피건조물의 표면부터 열을 전달시키는 대류전도 방식으로 건조시키므로 표면가열 및 고온공기의 유출에 의한 에너지의 낭비가 수반된다. 또한 이러한 열풍건조장치에 의해 목재를 건조할 경우 목재의 특성상 목재 표면이 갈라지거나, 열전달의 차로 인해 목재의 외부와 내부의 건조상태에 차이가 발생한다. 그리고 목재의 내부까지 완전하게 건조시키기 위해서는 장시간동안 열풍에 건조할 경우 목재의 외부 변형등의 문제점이 있으며, 목재의 외부가 손상되지 않을 정도의 낮은 온도로 열풍을 송풍할 경우 건조에 많은 시간이 소요되어 처리능력이 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다. 또한 열효율이 높지 않아서 건조에 많은 에너지가 소요되며, 가열온도의 제어도 용이하지 않으며, 따라서 건조공정을 자동화하는 데에는 많은 난점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 대두된 기술이 마이크로파를 이용한 건조방법이다. 마그네트론을 이용하여 마이크로파를 발사하여 마이크로파가 목재의 중심부에서 반사되면서 파장과 복사열로서 목재내의 수분분자를 유전가열의 원리로 증발시키는 방법이다. 마그네트론은 주로 레이다와 마이크로파 오븐에 이용되는 발진관으로 양극의 동체 내면에 양극 익편이 방사상 설치되어 있으며, 그 중심부에 음극 필라멘트가 위치하 마그네트론 본체의 상·하부에 영구자석이 설치되어 구성된다. 축방향으로 가해지는 양극 동체의 ＋전압에 따른 자계에 의해 전자에 지름 0.01㎜이하가 되는 회전운동을 주어 마이크로파를 발생케한다.

이러한 마이크로파를 이용한 건조방법은 열풍건조방법에 비해 크게 개선된 방법임에는 틀림없으나, 지금까지의 기술로는 건조시간을 미리 설정하여 마그네트론의 동작을 단순제어하는 것에 불과하였다. 따라서, 피건조대상 목재의 종류와 수분증발량의 변화에 따른 마그네트론의 실시간 제어가 불가능하였으며, 목재의 온도변화와 무관하게 설정된 시간동안 건조시키므로써 목재의 파손률이 높은 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 성형된 목재를 건조할 수 있는 장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 목재의 건조에 소요되는 시간을 단축시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 외관의 변형없이 목재를 건조시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 목재의 강도를 유지할 수 있는 건조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 목재를 균일하게 건조시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 건조대상 목재의 종류에 따라 효율적인 건조를 수행할 수 있는 건조장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 마이크로파를 이용한 건조장치에서 효율적인 건조를 이루기 위해 쳄버에 공기흡입장치와 예열장치를 부가하여 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부적 특징은 고주파 구동 전원을 발생하는 전원공급수단과, 전원공급수단으로부터 구동전원을 인가받아 마이크로파를 발생하는 마그네트론과, 내부에 건조대상물을 수용할 수 있는 공간이 형성된 본체와, 건조대상물의 온도변화를 감지하는 온도센서와, 본체내에 수용된 건조대상물의 하부에 설치되어 건조대상물의 연속적인 중량변화를 감지하는 로드셀(Load cell)과, 온도센서 및 로드셀의 감지결과를 입력받아 마그네트론의 동작을 제어하기 위한 신호를 출력하는 제어부와, 건조대상물의 종류에 따른 건조시간 및 건조 조건등의 정보를 저장하고 상기 제어부에 제공하는 기억장치와, 전원공급수단으로부터 전원을 제공받아 상기 본체내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출하므로써 상기 본체의 압력을 저하시키는 공기흡입장치와, 제어부의 제어신호에 따라 건조대상물을 예열시켜 유전율을 증가시키는 예열장치를 포함하여 구성됨에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 진공목재 건조장치의 구성을 나타낸 블록도,

도 2은 본 발명의 실시에 따른 진공목재 건조장치의 외관을 나타낸 사시도,

도 3은 도 2의 우측단면도,

도 4는 도 1에서의 전원공급장치와 마그네트론의 구성을 나타낸 회로도이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구성과 그 구성에 따른 동작을 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 목재건조장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 그 구성은 고주파 구동 전원을 발생하는 전원부(5)와, 상기 전원공급수단(5)으로부터 구동전원을 인가받아 마이크로파를 발생하는 마그네트론(6)과, 내부에 건조대상물을 수용할 수 있는 공간이 형성된 본체(9)와, 상기 본체내(9)에 수용된 건조대상물의 온도변화를 감지하는 온도센서(3)와, 상기 본체(9)내에 수용된 건조대상물의 하부에 설치되어 건조대상물의 연속적인 중량변화를 감지하는 로드셀(Load cell)(1)과, 상기 온도센서(3) 및 로드셀(1)의 감지결과를 입력받아 상기 마그네트론의 동작을 제어하기 위한 신호를 출력하는 제어부(2)와, 건조대상물의 종류에 따른 건조시간 및 건조 조건등의 정보를 저장하고 상기 제어부(2)에 제공하는 기억장치(2)와, 상기 전원부(5)으로부터 전원을 제공받아 상기 본체(9)내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출하므로써 상기 본체(9)의 압력을 저하시키는 공기흡입장치(7)와, 상기 제어부(4)의 제어신호에 따라 건조대상물을 예열시켜 유전율을 증가시키는 히터(8)를 포함하여 구성된다.

도 2는 본 발명의 실시에 따른 진공목재 건조기의 외관을 나타내는 사시도이다. 본체(9)는 철재로 제작되고, 전면에는 도어(31)가 설치되며 도어(31)에는 투시창이 구비되어 본체(9)내에서의 건조상황을 감시할 수 있다. 도어(31)와 본체(9)는 차폐 가스켓등의 씰링재로 접합하여 도어(31)를 통해 마이크로파가 누설되는 것을 방지한다. 마그네트론(6)은 본체(9)의 상부에 위치하며, 각 마그네트론에서 발생되는 마이크로파의 발진주파수는 2450MHz이고, 발진출력은 1.5Kw이다. 본체(9)의 후면에는 본체(9)내의 공기를 흡입하여 진공상태로 만들기위한 공기흡입장치(도시되지 않음)가 구성되어 있다.

도 3은 도 2를 우측면에서 바라본 측단면도이다. 본체(9)내에 수용된 건조대상물(10)의 하부에 설치되어 목재가 건조됨에 따라 변화되는 중량을 연속적으로 감지하는 로드셀(Load cell)(1)이 본체(9)의 하단부에 설치된다. 목재의 표면에는 목재의 온도변화를 감지할 수 있는 온도센서(3)가 부착된다. 로드셀(1)과 온도센서(3)의 감지 데이터는 전송선을 통해 제어부(4)에 전달된다. 제어부(4)는 연속적으로 제공되는 각 데이터들을 인식하고, 기억장치(도시되지 않음)로부터 읽어들인 피건조대상물의 건조조건 및 특성정보에 따라 마그네트론(6)의 동작을 제어하게 된다. 마그네트론(6)의 하단부에는 상기 마그네트론(6)으로부터 방사되는 마이크로파가 본체(9)내에 균일하게 분산시키는 스터러(Stirrer)(11)가 다수개 설치되어 있다.

한편, 상기 마그네트론(6)과 전원부(5)의 연결관계는 도 4에 도시된 바와 같이 고압트랜스(23), 고압콘덴서(25), 고압 다이오드(27)등으로 구성된다. 마그네트론(6)으로부터 마이크로파가 발생될 수 있도록 고주파전원이 공급된다. 즉, 제어부(4)의 마그네트론 구동신호에 따라 스위치(21)가 온(ON)상태가 되어 고압트랜스(23)의 일차권선의 일단자에 연결되며, 고압트랜스(23)의 2차권선 출력단자는 고압콘덴서(25),고압다이오드(27)를 거쳐 마그네트론(2)에 연결된다. 각 소자(고압트랜스, 고압콘덴서, 고압다이오드)의 적정 내압은 DC 10㎸ 이상이다.

전원부(5)로부터 전원이 공급되면 마그네트론(6)은 마이크로파를 방출하게 되고, 마이크로파가 본체 내부로 조사된다. 전원부(5)의 출력은 직류전압 4500 V, 직류전류 450 mA의 출력을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 공기흡입장치(7)는 마그네트론(6)과 동기되어 작동하여 본체(9)내의 공기를 외부로 강제배출시키므로 내부를 진공상태로 만들고, 마이크로파에 의해 가열, 증발된 습기를 강제배출시키는 역할을 수행한다.

마이크로파에 의해 수분을 가열하는 과정은 물분자 내에서 쌍극자 회전이나 진동이 발생해서 그 내부 마찰열에 의해 열이 발생되는 과정으로서 이는 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 마이크로파가 계속적으로 방사되므로써 목재에 직접 침투하거나 또는 본체 내벽에 반사되어 목재에 침투하면서 목재의 중심부에서 각 사방에서 침투된 마이크로파끼리 충돌하여 다시 외곽으로 반사된다. 이때, 외곽으로 반사되는 마이크로파의 파장과 복사열이 목재 내부 수분의 분자에 공진작용을 일으켜 목재내부에 열에너지가 골고루 확산되게 하고, 수분을 중심부에서 목재의 표면쪽으로 밀어내어 목재내의 수분이 증발되어 건조된다. 이 때 수분 증발량은 로드셀(1)에서 검출되는 목재의 중량변화로 감지가 가능하다. 또한, 온도센서(3)는 목재표면 또는 내부에 설치되어 목재에 가해지는 마이크로파의 에너지가 목재에 전달되는 정도를 감지할 수 있는 산출근거로 사용되며, 목재온도가 정해진 온도 이상으로 올라가지 않도록 제어하는데 사용된다.

상기 로드셀(1)은 약 0㎏∼150㎏ 범위의 값을 중량감지 범위로 하고 있으며, 감지된 중량데이터는 온도센서(3)로부터 검출되는 데이터와 함께 전송선을 통해 제어부(4)에 전달된다. 이 데이터들에 따라 제어부(4)는 목재내부에 포함된 수분량을 감지할 수 있으며, 기억장치내에 저장된 설정기준값과 비교하여 마그네트론(6)에 대한 제어값을 출력하게 된다.

예를 들어, 단풍나무의 적정 함수율이 10% 라 하면, 건조 전 로드셀(1)에 의해 감지된 중량과 건조 중, 실시적으로 측정되는 중량의 변화를 제어부(4)에서 인식하여 적정 함수율인 10% 정도가 되었다고 판단될 때, 마그네트론(6)의 출력을 차단하게 된다. 이 때, 제어부(4)의 제어에 기초가 되는 정보는 목재의 종류에 따른 적정 함수율 및 중량의 변화에 따른 함수율등의 자료로서 기억장치내에 저장되어 있어 제어부(4)에 제공된다. 외장재의 경우, 적정 함수율이 15% 인데 반해, 가구재는 8% 정도로 낮은 값을 갖는다. 따라서, 목재의 종류, 용도에 따라 건조시간이나 건조조건등을 차별화하여 건조시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 성형된 목공예등을 외관의 변형없이 짧은 시간내에 건조할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 목재의 종류에 따라 건조조건을 실시간으로 제어할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (3)

1. 고주파 구동 전원을 발생하는 전원공급수단과, 상기 전원공급수단으로부터 구동전원을 인가받아 마이크로파를 발생하는 마그네트론과, 내부에 건조대상물을 수용할 수 있는 공간이 형성된 본체와, 상기 건조대상물의 온도변화를 감지하는 온도센서와, 상기 본체내에 수용된 건조대상물의 하부에 설치되어 건조대상물의 연속적인 중량변화를 감지하는 로드셀(Load cell)과, 상기 온도센서 및 로드셀의 감지결과를 입력받아 상기 마그네트론의 동작을 제어하기 위한 신호를 출력하는 제어부와, 건조대상물의 종류에 따른 건조시간 및 건조 조건등의 정보를 저장하고 상기 제어부에 제공하는 기억장치를 포함하여 이루어지는 마이크로파를 이용한 건조장치에 있어서;

   상기 전원공급수단으로부터 전원을 제공받아 상기 본체 내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출하므로써 상기 본체의 압력을 저하시키는 공기흡입장치와, 상기 제어부의 제어신호에 따라 건조대상물을 예열시켜 유전율을 증가시키는 예열장치가 부가되어 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 건조장치.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 로드셀의 중량감지 범위가 0㎏∼150㎏의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 건조장치.
3. 제 1 항에 있어서; 목공예품을 건조대상물로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 건조장치.