KR100512079B1 - 목재 건조 방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목재건조방법은 가열시스템에 의해 상기 건조실의 온도를 80도에서 100도까지 상승시키는 가열단계, 로터리 펌프에 의해 배출된 진공실과 상기 건조실 내부를 연결하여 상기 목재를 진공감압분출시키는 단계, 상기 건조실 내부를 상기 진공실로부터 분리시키는 단계; 및 주어진 온도에서 상기 건조실의 압력이 상기 건조실 내에서 발생하는 증기의 평형 압력에 도달할 때까지 상기 건조실 내부에 목재를 압력이 새지 않도록 밀폐시키는 유지단계를 구비하여 목재의 습기 함유량이 원하는 단계로 떨어질 때까지 상기의 전과정을 반복하여 실시한다.

건조실의 내부가 진공실과 연결될 때, 목재의 수분 함유량이 급격히 감소되어 온도는 급격히 떨어진다. 그 후, 건조실이 진공실로부터 격리되어 대기와 연결된 때, 건조실의 내부 온도가 다시 증가된다. 가열시스템은 전체 처리과정 동안 동작된다.

Description

목재 건조 방법과 그 장치{method of drying wood and a system}

본 발명은 목세공 또는 건축자재 산업에 필요한 목재 건조 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

진공 상태에서 건축 자재를 건조시키는 기존의 방법은 열반송자에 의해 목재의 수분을 증발시키는 수분분출단계와 진공감압분출(vacuum blowing)단계 및 상기 과정을 연속하여 반복적으로 수행한다. 건조하려는 목재는 가열과 진공감압분출 간에 각 단계에서 단열처리된다. 단열 처리되는 시간은 수분분출(blowing down) 시간과 동일하다. 수분분출은 온도 160℃에서 6분 동안 목재 1kg 당 15g의 습도를 가지도록 증기와 가스가 혼합된 상태로 행해진다. 진공감압분출은 300mmHg의 잔여압력으로 수행된다.

다른 종래의 목재 건조 방법은 그 목재로부터 나오는 증기를 제거하면서 동시에 뜨거운 압축공기를 전달시켜 진공감압분출 방법의 단계를 거쳐 냉각시키는 방법이다. 목재를 10kpa의 진공 압력 상태를 예비적으로 유지하고, 온도 50℃∼60℃의 압축공기를 전달시키며 첫 번째로 30kpa 압력상태하에 2.75m/s의 공기비율로 증기를 제거하고, 2차적으로 20kpa 압력상태하에 3.25m/s의 공기비율로 증기를 제거한다. 그리고 나서 1차적으로 3.54m/sec의 공기비율로 15kpa 압력과 2차적으로 4.5m/sec의 공기비율로 10kpa 압력의 진공상태에서 4℃∼20℃의 온도로 냉각한다.

또 다른 건조실 내에서 목재를 건조하는 종래의 방법은 증기를 제거하면서 압축공기를 가한 후 진공감압분출을 시키고, 대기상태에서 냉각하는 방법이다. 압축공기를 가하고 진공감압분출 시키는 시간은 대략 45초∼120초 동안이다.

건조실에서 목재를 건조시키는 또 다른 방법은 분출되는 증기를 제거하면서 열반송자(heat carrier)를 통해 목재를 건조시키는 방법이다. 이 방법은 온도 80℃∼100℃에서 목재에 열을 가하고, 진공감압분출을 행한 후 열반송자에 의해 배출(blow-down)한다. 압력이 새지 않는 공간에서 압력이 대기 상태에 이를 때까지 진공감압분출이 이루어 질 때, 목재는 수분이 30% 될 때까지 건조된다. 그리고 나서 진공감압분출은 30초∼120초 동안 압력이 10mmHg∼50mmHg 상태에서 이루어진다.

진공감압분출 후에 수분을 제거한다. 그리고 난 후 진공감압분출 시킨 시간과 동일하게 80℃∼150℃에서 열반송자를 이용해 배출한다. 그러므로 수분이 30%가 될 때까지 건조되는 과정은 전체 시간이 아래 정의된 비율에 도달할 때까지 반복된다.

상기 식에서 Pycl은 지정된 물질의 콘디셔널 밀도(단위는 kg/m3임)이고, Wh는 지정된 물질의 초기습기(단위는 %임)이고, 30은 자유수(,free moisture)의 제거단계에서 지정된 물질의 최종습기(단위는 %임)이고, 1.57는 습기의 양이며, 은 지정된 물질의 1m3 당 표면적(단위는 m2임)이다.

그 후에, 최종 수분 함유율까지 건조되는 과정은 진공가압분출에 소요되는 전체 시간이 아래 규정된 비율에 이를 때까지 반복된다.

상기 식에서 W_h는 최종습기이다.

상기 명기한 기존의 건조방식은 최종 생산품을 얻기까지 많은 시간과 노력과 비용이 소요된다.

도 1은 본 발명에 따라 목재 건조 시스템을 설명하는 도면이고,

도 2는 온도에 따라 목재의 수분 함량의 변화를 보여주는 도면이다.

본 발명은 최종 목재품을 얻기 위해 목재를 건조시키는 방법에 있어서 시간과 노력 그리고 비용을 절감하는데 그 목적을 두고 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 건조실에 탑재한 목재를 건조하는 방법은 가열시스템으로 80∼100℃ 정도로 건조실을 가열하는 단계, 건조실 내부 압력이 1mmHg에서 10mmHg로 떨어질 때까지 로터리 펌프에 의해 배출된 진공실(receiver)과 건조실 내부를 연결하여 목재를 진공감압분출시키는 단계, 진공실로부터 건조실 내부를 분리시키는 단계 및 주어진 온도에서 상기 건조실의 압력이 상기 건조실 내에서 발생하는 증기의 평형 압력에 도달할 때까지 상기 건조실 내부에 목재를 진공이 새지 않도록 밀폐시키는 유지단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

건조실 내부를 진공실과 연결시켰을 때, 목재의 수분은 현저히 감소되며 온도가 떨어진다. 그 다음에 진공실과 분리되고 대기와 연결되면 건조실 내부 온도는 다시 상승한다. 그러는 동안에, 가열 시스템은 전과정에서 작동된다. 상기 단계들은 하나의 사이클을 이루며, 원하는 수준으로 목재의 수분이 감소될 때까지 연속적으로 상기의 과정을 반복한다.

건조실과 진공실은 0.1초∼0.5초 사이 안에 연결하는 것이 바람직하다. 진공에서의 압력 해제는 평형상태 습기에 도달할 때까지 0.5초에서 5.0초 사이 안에 이루어진다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 목재 건조 장치는 건조실을 온도 80℃∼100℃까지 가열시키는 가열시스템, 목재에 진공감압분출을 가하기 위해 건조실 내부와 연결된 진공실, 진공실에 연결된 진공펌프, 진공펌프와 건조실을 연결하는 분기관(manifold), 진공실 내의 응축액을 배출하기 위해 진공실에 연결된 응결기(condenser), 건조실과 대기를 연결하기 위한 제1작동밸브 및 응결기와 진공실을 연결하기 위한 제2작동밸브를 구비한 것을 특징으로 한다.

가열시스템은 목재에 수직으로 열을 분사할 수 있게 설계하는 것이 바람직하다. 건조실은 여러 구역으로 나누어져, 각 구역은 가열 시스템의 진공 밸브에 신속하게 반응하도록 되어있다. 건조실 내부는 목재의 높이에 따라 균일하게 열기를 분사하기에 알맞도록 여러 요소를 갖추고 있다.

이 경우, 건조실과 진공실 사이에서 분기관을 연결하는 지름은 아래 공식에 의해 산출할 수 있다.

상기 식에서 P는 건조실 내의 압력이고, P0는 진공실 내의 압력이고, η은 동역학정성계수이고, l은 건조실로부터 진공실까지 분기관의 길이이고, V0 는 건조실의 작동용적이고, t는 평형상태이하의 배출시간이다.

목재의 함유된 수분은 일반적으로 2가지 기본적인 형태로 존재한다. 한가지는 세포와 모세관에 존재하는 자유수(free moisture)이고, 다른 한가지는 세포벽에 존재하는 결합수(bound moisture)이다.

따라서 氣孔의 크기는 1nm에서 10nm 이다. 목재의 결합수의 최대량은 대략 20℃에서 30%를 차지하며, 나머지 수분은 모두 자유수 형태(free type)로 존재한다. 목재를 건조시키기 위해 우선, 자유수를 제거하고 나서 결합수를 제거하여야 한다. 목재를 가열하면 결합수의 일부가 자유수로 바뀌어진다.

따라서 본 발명의 목재 건조는 2단계로 이루어진다.

첫 번째 단계는 건조실의 압력을 특정 온도에서 목재의 수분의 포화 수증기의 압력보다 낮게 만든 상태에서 자유수는 모세관과 모세관 사이에서 제거된다. 수분은 모세관에서 용해되어 고착된 가스가 팽창됨으로써 배출되게 된다. 이것은 부분적으로 증기로 되고, 점차적으로 건조실로부터 배출된다.

두 번째 단계는 결합수는 표면에서 제거되어지고, 표면에서 증발된다. 이 현상은 건조실을 진공실과 신속하게 연결함으로써 예열된 목재의 압력을 포화 수증기의 압력보다 낮게 감소시킬 수 있다.

목재 건조 방법은 아래와 같이 진행된다.

우선 건조실에서 목재를 80℃∼100℃ 정도로 가열한다. 이것은 모세관과 모세관 사이의 수분의 표면 장력을 떨어뜨리고 증기압을 대기압 수준으로 끌어올린다. 이어지는 진공감압분출로 수분에 가해지는 에너지는 상태 변화가 발생된다. 목재의 온도가 100℃ 이상 증가하면 품질의 저하를 가져오는 손상이 생기는 반면, 80℃보다 낮게 떨어지면 포화 수증기의 평형 압력을 감속시켜 가열, 진공감압분출, 배출(blowing down)의 각 단계를 포함하는 순환 횟수, 다시 말해 건조과정의 총합 시간을 증가시킨다. 그리하여 이 결과 에너지 소비의 증가를 야기한다.

목재를 예열한 후, 주어진 온도에서 0.5초에서 5.0초 동안 건조실의 압력을 포화 수증기의 평형상태압력까지 올릴 수 있도록 동작밸브에 의해 건조실은 진공실과 0.1초에서 0.5초 동안에 연결된다. 그리고 나서 잠시동안 진공상태를 유지한 다음, 진공감압분출로 건조실의 최소 잔여 압력을 유지한다. 그런 연후, 진공감압분출로 건조실을 분리시켜 방출된 수증기를 제거하고 배출시키기 위해 응결한다. 잔여 압력하의 목재는 80℃∼100℃의 온도로 가열한다. 그리고 다시 건조실은 작동밸브에 의해 진공실과 연결된다.

80℃∼100℃의 진공에서 목재를 가열하고, 포화 수증기 압력(355∼760mmHg)보다 낮게 압력을 설정하고 건조실과 진공실을 연결하여 진공상태를 유지하며, 방출된 수증기를 제거하고, 수분을 증발시키고, 다시 건조실을 진공실로부터 분리하며, 80℃∼90℃의 온도에서 잔여압력하에서 목재를 가열시키는 이러한 작동 주기는 목재의 잔여 수분의 30%가 될 때까지 수 차례 반복된다. 이 과정은 다음과 같은 물리적인 현상을 유발시킨다.

건조실의 압력을 포화 수증기의 평형 상태 압력보다 낮도록 빠르게 설정하는 것은, 포화 수증기를 비등점 이상으로 가열된 수증기의 상태로 변환시켜주어 목재의 모세관에 있는 수증기(water vapor)가 건조실 공간으로 빠르게 증발하고 없어진다.

표면에서의 집중적인 증발은 목재의 수분을 주어진 온도에서 끓는점보다 낮게 식히는 결과를 가져온다. 목재의 낮은 열전도성 때문에 전 용적에 대해 끓는점보다 낮은 온도에 있을 수 있는 시간이 없다. 그러므로 모세관 내에 형성된 수증기는 그 곳에서 없어진다.

모세관에서 추가로 배출되는 수분은 부분적인 증발로 이루어진다. 평형상태 압력보다 낮게 건조실의 압력을 빠르게 설정함은 모세관 수분에 용해된 가스와 고착된 가스를 급격히 팽창시켜, 모세관 수분을 건조실에서 배출한다.

잔여압력을 셋팅하기 위한 0.1∼0.5 초간의 시간은 건조실을 진공실과 연결하기 위해 걸리는 시간에 최상의 조건이다.

건조실과 진공실을 연결하는 시간을 0.1초 안으로 감소시키면 차단(shut-off) 부속품의 구성이 복잡해진다. 게다가, 잔여압력을 0.1초 안으로 셋팅하는 시간을 감소시키면 장치 구성은 복잡해진다. 그러므로, 그러한 시간감축은 바람직하지 못하다. 반대로 건조실과 진공실의 연결시간을 0.5초 이상 증가시키고, 잔여압력의 셋팅시간을 5초 이상 증가시키면 건조과정의 효율성이 떨어지게 된다.

이는 물에 용해된 가스는 저속으로 물에서 발산되기 위해 시간이 필요하고, 나머지 물의 관성을 극복하고 모세관 내에서 조정된 제트기류를 셋팅하는데 영향을 미치지 못한다는 사실로 규정된다.

건조실 안의 압력을 빠르게 떨어뜨리는 것은 진공실의 사용에 의해 이룰 수 있다. 지정한 지름의 분기관은 건조실을 진공실과 연결하는데 사용한다.

분기관을 연결하기 위한 분기관의 직경(d)은 아래공식으로 산출한다.

상기 식에서 P는 건조실 내의 압력이고, P0는 진공실 내의 압력이고, η은 동역학정성계수이고, l은 건조실로부터 진공실까지 분기관 길이이고, V0는 건조실의 작동용적이고, t는 건조실 내에서 규정된 압력에 도달하기 위한 시간이다.

진공실의 크기는 진공실의 잔여압력이 1㎜Hg∼10㎜Hg 상태에서 주어진 재료에 대해 짧은 시간동안 모세관의 평형 상태의 수분 압력보다 건조실의 압력이 낮도록 충분하게 제공되어야 한다.

모세관의 수분이 모세관의 표면에 대하여 남겨진 저항의 관성을 극복할 수 있게 하는 힘의 가치를 결정짓기 때문에 이러한 과정이 수행될 때, 건조실의 잔여압력의 값은 매우 중요하다.

목재의 모세관으로부터 습기를 제거하는 정도는 진공실에 의해 설정된 압력과 모세관의 수압 간의 차이로 인해 강화될 수 있다.

먼저 대기하에서 건조실에 적재된 목재에 열을 가하고, 잔여 평형 압력하에서 압력이 새지 않는 건조실 내에서 80℃에서 100℃의 온도로 열을 가함으로 인하여 진공실의 크기를 짧은 시간 내에 수증기 압력 보다 더 낮게 건조실의 압력을 설정하기 위해 앞서 요구된 크기에 비해 아주 작은 크기로 감소시킬 수 있다.

현존하는 산업용 회전식 진공 펌프를 사용하여 건조실에 5㎜Hg에서 15㎜Hg의 압력을 제공하도록 진공실내에서 1㎜Hg에서 10㎜Hg의 규정된 잔여 압력은 쉽게 획득될 수 있다. 그러므로 건조공정이 효과적으로 수행된다.

그 이상의 진공실내의 압력감소는 기술적으로 건조시스템 건설을 복잡하게 하는 반면에 그 이상의 압력 증가는 효율을 떨어뜨린다.

0.1초에서 0.5초 내로 건조실과 진공실을 연결하고, 건조실에서 0.5초에서 5.0초 내에 평형상태압력 보다 더 낮게 잔여 압력에 이를 때까지 압력 해제를 수행하고, 방출된 증기를 제거하기 위해 진공상태에서 목재를 가열하고, 응결된 수분을 배출하기 위해 목재에 열을 가하고, 잔여 진공 상태하에서 압력이 새지 않는 챔버에서 목재를 유지하고, 그리고 목재에 진공상태에서 80℃도에서 100℃의 온도로 열을 가해주는 일련의 결합된 단계들은 목재로부터 자유수를 기본적으로 약 30% 정도 제거할 수 있으며, 진공압착(vacuum squeezing)을 용이하게 할 수 있다.

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수분이 진공감압분출(vacuum blowing)을 하는 동안에 대치될 때, 모세관 내의 압력은 모세관내의 수분의 부분적 증발에 의해 유지된다.

상변화에 대한 열의 소모는 목재의 온도를 감소시킨다. 그것으로 인해 모세관내의 압력이 떨어지며 그러므로 수분의 대치가 일어난다.

잔여 압력의 감소는 표면장력의 힘에 의해 평형을 유지하고, 모세관으로부터 수분의 대치가 멈추게 된다.

만약 진공감압분출이 계속되면, 수분의 제거는 단지 수분의 증발을 통해서만 수행되며, 그것은 목재를 빨리 차갑게 만들고 목재의 내부를 얼린다.

삭제

목재 모세관으로부터 자유수의 제거는 기본적으로 액체상태로부터 상변화 없이 수행된다.

진공 배출을 통하여 건조실로부터 배출된 습기의 더 큰 부분은 진공에 의하여 제거되어지고, 채집기(collector)안에서 응결된다.

특별히 그 목재를 쌓아놓은 바닥에 존재하는 습기의 일부는 물이 흐를 수 있는 홈통 같은 것을 통해 흘러나오게 된다.

규정된 온도에서 물의 평형상태와 동등한 잔여압력하에서 압력이 새지 않는 건조실에서 80℃에서 100℃의 온도로 열 반송자에 의해 가열되어지므로 목재 표면으로부터 나오는 습기는 증기상태로 변환된다.

추출된 수증기는 건조실과 진공실과 빠르게 연결함으로써 건조실로부터 제거된다.

수분의 증발에 의해 생성된 열 손실은 80℃에서 100℃의 평균온도의 열반송자(heat carrier)로 목재를 감압분출하여 보상받게 된다.

열반송자의 온도는 과도하게 가열되어 목재 표면층을 손상시키거나 불충분한 가열로 예열의 효율을 떨어뜨리지 않도록 선택되어야 한다.

목재를 예열하기 위한 시간은 30분에서 120분 사이의 범위 내에서 선택된다. 왜냐하면 하한선 밖의 온도는 목재를 가열하는데 있어 요구되는 온도에는 불충분하고, 반면에 상한선 밖의 온도는 속피층과 표피층 사이의 커다란 습도차를 야기시켜, 목재에 압박을 가중시키고 그러므로 균열이 확대된다.

따라서 진공감압분출하고, 열린 상태와 닫힌 상태에서 진공을 유지하고, 열반송자를 이용하여 계속해서 목재를 건조시키고, 건조실과 평형상태보다 더 낮은 압력을 가진 진공실을 연결함에 의한 평형증기압력하에서의 진공감압분출의 단계로 구성된 공정에 의해 목재의 습기를 30%까지 감소시키고, 목재 내부에 영역 내 하부 세포의 습기인 결합수 만을 남겨두게 된다.

요구되는 수준의 결합수를 제거하기 위해, 건조과정의 주기가 반복되며, 건조과정은 예열단계와 동시에 행하는 진공감압분출단계, 목재를 압력이 새지 않는 챔버내에 0.5초에서 5.0초 동안 증기평형상태압력으로 유지시키는 단계, 건조실을 1㎜Hg에서 10㎜Hg의 압력을 가진 진공실과 연결하여 주어진 온도에서 평형상태보다 더 낮은 압력으로 건조실에 대한 압력을 해제하는 단계로 구성된다.

진공감압분출은 100℃에서 159℃의 온도를 가진 뜨거운 공기와 같은 열반송자에 의해 동시에 가열하면서 30분에서 120분 동안 수행된다.

그 때 건조실은 진공감압분출과는 격리되어 있으며, 목재의 온도가 80℃에서 100℃에 이를 때까지 30분에서 60분 동안 격리된 상태를 유지한다.

이러한 방식으로 그 주기는 요구된 습도 수준을 성취할 때까지 반복된다.

건조과정의 결과는 다음과 같다 :

목재 세포내의 결합수가 80℃에서 100℃의 온도를 가졌고, 건조실의 빈 용적과 대응되거나 혹은 더 큰 용적을 갖고, 목재의 수증기 평형상태압력 보다 더 낮은 1mmHg에서 10mmHg의 압력을 가진 진공실과 건조실을 빠르게 연결하여 소나무 목재를 위한 수증기의 압력이 35.7mmHg에서 76.2mmHg 일 때, 그 용적 전체를 통하여 모세관 습기가 급격히 끓어오른다.

건조실에서 점진적으로 발생된 목재의 기공으로부터 나온 증기는 진공감압분출에 의해 제거된다.

계속해서 진공상태에 그 목재를 두는 것이 목재 내의 습기의 동일한 분포를 제공하고, 목재의 뒤틀림과 분쇄를 야기 시키는 표면과 내부의 팽창력 제거를 제공한다. 물의 강한 상변화는 목재의 열손실을 가져오므로 결합수의 제거 강도가 저하된다. 이것을 막기 위해, 5분에서 30분 동안 진공감압분출단게에서 목재에 추가 가열한다. 또한 5분에서 30분 동안 압력이 새지 않는 건조실의 추가적 가열은 선택적이다. 압력이 새지 않는 건조실내에서 목재의 유지 시간이 5분 보다 작으면 목재의 용적을 통해 습기의 재분배가 발생되지 않고, 반면에 그 시간이 30분 보다 많으면 수증기 압력을 평형상태에 도달하게 해주고 수증기 제거를 멈추게 해 준다.

상기 과정은 도 1에 도시된 목재 건조 시스템에 의해 실현될 수 있으며, 본 발명의 목재 건조 시스템은 두개의 건조실(1)과, 목재의 전체 용적을 고르게 가열하기 위하여 각각의 건조실 내에 제공된 가열 장치와, 건조실 각각과 진공감압분출선을 0.1초에서 5.0초 내에 연결하기 위한 장치와, 두개의 건조실과 대기를 연결하기 위한 차단부속물과, 압력이 새지 않는 충전장치로 구성된다.

두개의 건조실(1)을 사용하여 부속물의 수행계수를 증가시키고 그 과정을 강화하는 것이 필요하다.

물질이 첫 번째 건조실(1) 안에서 가열되어지는 경우에 진공감압분출이 두 번째 건조실에서 수행된다.

첫 번째 트래퍼(trapper,2)는 수지(resins)를 포획하고 부분적으로 수분을 배출하기 위한 것이다.

참조 숫자 3은 작은 목재 조각을 배출하기 위한 여과기를 의미한다.

한 쌍의 두 번째 트래퍼(4)들은 진공감압분출선의 밀봉의 손실 없이 기갑(氣閘) 콘테이너(air-lock containers)를 통하여 시스템으로부터 수증기의 응결을 포획 및 제거하기 위해 제공된다.

참조 숫자 5는 진공실(receiver)을 의미하는데, 요구된 진공상태를 저장하여 0.1초에서 5.0초 내에 고속진공감압분출을 수행한다.

진공 펌프들(6)은 진공실 내에 동작 압력을 설정하기 위해 제공되며, 채집기(7)는 압착된 유동 습기의 표본을 수집하기 위해 제공된다.

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일예로 각각 길이가 6000mm, 너비가 150mm, 깊이가 50mm인 소나무 판자들의 건조과정은 다음과 같다.

초기 습도는 70%로 검출되었으나, 과정을 마친 후 최종 습도는 8%로 검출되었다. 판자들은 겹쳐 쌓여 수레위에 다수의 층을 형성하고 그 손수레는 인접한 판자 층 사이에 각각 25 X 25 X 1400 mm 크기를 가진 널빤지들의 층을 가지고 있다. 결과적으로 1400 X 1400 X 6000mm 크기를 가진 판자들의 한 더미가 레일을 따라 건조실(1)로 들어가고 뜨거운 공기 공급 장치가 장착되어 균일하게 그 목재들을 가열한다.

건조실(1)은 밀봉되어 닫혀 지게 되고, 140℃의 온도를 가진 뜨거운 공기에 의해 가열된다. 진공 펌프(6)는 진공실(5) 안에 5mmHg에서 10mmHg의 압력을 만들기 위해 사용된다. 목재가 90℃에 이르기까지 가열 되었을 때(75분), 건조실과 진공을 연결하는 작동 밸브는 100분 동안 진공감압분출을 수행하기 위해 스위치 되어지고, 건조실(1)은 진공감압분출로부터 격리되어 60분 동안 잔류 공기 하에 그 상태가 유지된다. 이 경우 가열은 계속되어 목재의 온도는 다시 90℃ 까지 올라간다.

이러한 동작들은 물질의 온도가 감도 좋은 진공감압분출에 의해 감소될 때까지 반복된다. 유동 습기의 제거에 있어, 목재의 온도는 30℃ 이하로 일정하다. 목재로부터 유동 습기의 제거가 완성되면 유동 습기는 건조실(1)의 밀봉의 손실 없이 채집기(7)로 배출된다. 물질을 열로서 고속진공감압분출을 인가하고 가열되는 진공상태 속에서 물질을 유지하는 과정이 하나의 건조 주기를 구성한다.

예를 들면, 75분 동안 물질을 예열한 후, 물질은 동시에 100분 동안 가열되는 고속진공감압분출을 인가하고, 잔여 진공 하에서 평형 압력에 도달할 때까지 60분 동안 가열된다. 고속진공감압분출과 동시에 100분 동안의 가열하고 잔여진공하에서 평형압력에 이를때 까지 60분 동안 가열하는 건조 주기는 3번 반복된다. 그러므로 예열을 포함한 그런 처리에 걸리는 시간은 총 555분이다.

결합수 제거의 시작은 고속진공감압분출의 과정에서 물질의 온도의 급격한 감소에 의해 결정되며, 그 온도는 20℃를 초과하지 않는다. 건조주기의 수가 증가할수록, 습도가 0에 가까워지게 감소한다. 결과적으로 고속진공감압분출의 시간이 15분으로 감소한다. 압력이 새지 않는 챔버는 20분 동안 가열된다. 결합수를 제거하기 위해 필요한 주기의 수는 8이다.

결합수를 제거하기 위해서는, 물질은 15분 동안 동시에 가열되고 고속진공감압분출을 가한다. 그 후에 잔여 진공상태 하에서 평형 압력에 이를 때까지 20분 동안 가열되어야 한다. 그러한 처리의 8 주기 반복 동안 걸리는 총 시간은 280분이다. 한 주기 동안 제거된 유동 습기의 총량은 약 20%이다. 한 주기 동안 제거된 결합수의 양은 약 3.7% 이다.

실험 결과에서 보여주는 바와 같이 유동 습기의 증가 혹은 감소는 단지 첫 번째 단계의 건조 때 한번만 영향을 주고 두 번째 단계 때에는 일정하다.

도 2는 본 발명에 따른 건조목재의 온도기록도를 나타낸 도면이다.본 발명에 따라 건조실내의 목재 가열단계, 로터리 펌프에 의해 배출된 진공실과 건조실 내부를 연결하여 목재를 진공감압분출시키는 단계, 건조실과 진공실을 분리시키는 단계 및 건조실의 압력이 건조실 내에서 발생하는 증기의 평형압력에 도달할 때까지 건조실 내부에 위치한 목재를 진공이 새지않도록 밀폐시키는 유지단계를 진행하는 건조작업의 진행초기에 목재 내에 함유된 수분이 이탈되면서 증발할 때 발생되는 기화열에 의해 목재의 온도는 급강하되고 온도의 편차폭이 크게되지만, 다시 상기의 과정이 계속 반복되면서 건조실 내의 목재가 건조되며 공기를 주입 하면 온도는 증가되고 다시 진공을 걸면 기화열에 의해 또 다시 급강하된다. 이러한 과정이 되풀이되면서 온도의 편차가 점점 작아진다. 최종적으로 목재 내의 함유된 수분이 이탈되면서 온도 편차의 폭은 없어지게 되는데 이때가 목재 건조작업의 종료시점이다. 그 방법은 가구공장의 조건에서, 한달에 300m3의 출력을 가지고 산업검사를 통과했다.

Claims (12)

1. 건조실 내에 유입된 목재를 건조하는 목재 건조 방법에 있어서,

   가열시스템에 의해 상기 건조실의 온도를 80도에서 100도까지 상승시키는 가열단계;

   로터리 펌프에 의해 배출된 진공실과 상기 건조실 내부를 연결하여 상기 목재를 진공감압분출시키는 단계;

   상기 건조실 내부를 상기 진공실로부터 분리시키는 단계; 및

   주어진 온도에서 상기 건조실의 압력이 상기 건조실 내에서 발생하는 증기의 평형 압력에 도달할 때까지 상기 건조실 내부에 목재를 진공이 새지 않도록 밀폐시키는 유지단계를 구비하여 상기의 전과정을 반복하여 실시하는 것을 특징으로 하는 목재 건조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유지단계는 압력이 새지 않는 상기 건조실에 진공상태로 목재를 유지시키는 것을 특징으로 하는 목재 건조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 가열단계에서 가열은 목재가 그 전체 용적에 걸쳐 평균 온도 80℃에서 100℃에 이르게 되는 것을 특징으로 하는 목재 건조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 진공감압분출은 상기 진공실 내의 압력이 1mmHg에서 10mmHg에 도달될 때까지 수행되는 것을 특징으로 하는 목재 건조 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 건조실과 진공실의 연결은 0.1초에서 0.5초 안에 수행되는 것을 특징으로 하는 목재 건조 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 건조실 내의 압력의 해제는 0.5초에서 5초 내에 수행되는 것을 특징으로 하는 목재 건조 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 건조실과 상기 진공실을 연결하기 위한 분기관의 직경은 이며, 상기 식에서 P는 건조실 내의 압력이고, P0는 진공실 내의 압력이고, η은 동역학정성계수이고, l은 건조실로부터 진공실까지 분기관 길이이고, V0는 건조실의 작동용적이고, t는 건조실 내에서 규정된 압력에 도달하기 위한 시간인 것을 특징으로 하는 목재건조방법.
8. 제 4 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공실의 용적은 상기 건조실에 주어진 온도에서 평형증기압력보다 낮은 압력을 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 목재 건조 방법.
9. 건조실 내에 유입된 목재를 건조하는 목재건조장치에 있어서,

   상기 건조실을 80℃에서 100℃의 온도까지 올리도록 가열하는 가열시스템;

   상기 목재에 진공감압분출을 가하기 위해 상기 건조실 내부와 연결된 진공실;

   상기 진공실에 연결된 진공펌프;

   상기 진공펌프와 상기 건조실을 연결시키는 분기관;

   상기 진공실 내의 응축액을 배출하기 위해 상기 진공실에 연결된 응결기;

   상기 건조실을 대기와 연결하기 위한 제1작동밸브; 및

   상기 응결기와 상기 진공실을 연결하기 위한 제2작동밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 목재건조장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 가열시스템은 뜨거운 공기를 상기 목재에 수직으로 가하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 목재건조장치.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 건조실은 다수로 나뉘어져 상기 가열시스템에 즉각 반응하는 진공 밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 목재건조장치.
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