KR100929576B1 - 목재 열처리 건조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건조실 내에 적재된 목재를 가열건조시키는 목재 열처리 건조 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목재열처리건조장치는 건조실로 열매체를 공급하는 열매체공급부를 구비하며, 열매체가 열매체공급부에서 방출되는 배기가스를 포함한다.

목재, 건조, 열처리, 열매체, 배기가스, 연소기

Description

목재 열처리 건조 장치{Heat-treating Apparatus for Drying Wood}

본 발명은 건조실 내에 적재된 목재를 희박산소 분위기에서 가열건조시키는 목재 열처리 건조 장치에 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 건조 즉 열처리 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 열처리 건조 과정을 거치게 되면, 함수율이 대폭 낮아지면서 수분 흡수력이 낮아지고, 목재를 구성하는 성분 중 세균의 먹이가 되는 헤미셀룰로오스가 분해되어 부패균이 서식하기 어렵게 된다. 이처럼, 열처리 건조는 목재의 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다. 최근에는 목재를 열처리 건조하여 여러 가지 다양한 용도로 사용하고 있다.

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

그러나, 과열증기를 이용한 장치를 제외하면 전술한 종래의 장치들은 열처리건조 과정에서 열처리건조로 내부의 고온으로 인하여 열처리건조 중인 목재에 화재가 발생할 우려가 있다. 이를 방지하기 위해 주기적으로 열처리건조로 내로 수증기를 공급하는 방법도 있지만, 그러한 방법은 별도의 수증기 발생 장치를 설치해야 하므로 비용을 증가시키고, 수증기 발생을 위해 별도로 물을 가열해야 하므로 열효율이 낮아지는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 연소기에서 발생하는 배기가스를 건조실 내로 직접 주입함으로써 건조실 내부를 산소가 희박한 상태로 유지하여 열처리건조 중인 목재에 화재가 발생하는 것을 방지하면서 장치의 열효율을 향상시킬 수 있는 목재 열처리 건조 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 목재열처리건조장치는, 건조실 내부에 적재된 목재를 가열건조시키는 열처리건조장치로서 건조실로 열매체를 공급하는 열매체공급부를 구비하고, 열매체가 열매체공급부에서 방출되는 배기가스를 포함하는 것을 주된 특징으로 한다.

바람직하게, 열매체공급부는, 건조실에서 회수한 유체를 열교환기를 통해 가열하는 연소기와, 연소기에서 방출되는 배기가스와 상기 회수한 유체를 혼합하는 혼합기와, 혼합기에서 나오는 혼합가스를 열매체로써 건조실로 공급하는 증폭기를 포함한다.

또한, 목재열처리건조장치는 연소기에서 혼합기로 배관을 통해 이송되는 배기가스의 유량을 조절하기 위한 제1밸브와, 건조실에서 열교환기로 배관을 통해 회수되는 유체의 유량을 조절하기 위한 제2밸브를 포함할 수 있다.

또한, 목재열처리건조장치는 건조실로 공급되는 열매체를 분배하는 열매체분 배부를 포함할 수 있다.

본 발명의 목재열처리건조장치는 고온의 배기가스를 직접 열처리건조용 열매체로 활용함으로써 별도의 수증기발생장치 없이 고온에서 열처리건조 중인 목재에 화재가 발생하는 것을 방지함과 동시에 열을 효율적으로 이용하여 장치의 열효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 목재열처리건조장치의 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 목재열처리건조장치는 열처리건조하고자 하는 목재가 적재되는 내부 공간을 구비한 건조실(1)과 이 건조실(1)로 열매체를 공급하는 열매체공급부를 구비하며, 열매체가 열매체공급부에서 배출되는 배기가스를 포함하는 것을 주된 기술적 특징으로 한다.

본 실시예에서, 열매체공급부는 연료를 연소시켜 열을 발생시킬 수 있는 장치 예컨대, 연소기를 포함한다. 또한, 열매체공급부는 연소기(16)에 의해 가열되는 열교환기(11)를 포함한다. 즉, 열교환기(11)는 열교환기(11)를 통과하는 유체(예컨대, 공기)에 열 에너지를 전달하여 공기의 온도를 높이는 장치를 포함한다. 또한, 열매체공급부는 열교환기(11)를 통과한 공기와 연소기(16)에서 방출되는 적어도 일부의 배기가스를 혼합하는 혼합기(10)를 포함한다. 상기 공기와 배기가스의 혼합물은 열매체(고온열유체)로써 건조실(1)로 공급된다.

건조실(1)에 공급된 열매체는 건조실(1) 내부를 통과하면서 목재를 가열한다. 그리고, 건조실(1)에서 방출되는 적어도 일부의 열매체(저온열유체 또는 배기열유체)는 열교환기(11)를 통해 다시 혼합기(10)로 공급된다. 건조실(10)에서 방출되는 배기열유체의 일부는 연소기(16)의 연소공기로서 이용될 수 있다.

전술한 구성에 의하면, 연소기(16)에서 나오는 배기가스를 건조실(1)에 순환 공급함으로써, 건조실(1) 내부를 산소가 희박한 분위기로 유지할 수 있다. 따라서, 열처리건조하고자 하는 목재에 불이 발생하는 것을 방지하면서 장치의 열효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 목재열처리건조장치를 도 2를 참조하여 좀더 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 목재열처리건조장치의 구성도이다. 도 2의 목재열처리건조장치에 있어서 도 1과 동일하거나 유사한 요소에는 동일한 참조부호를 붙인다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 목재열처리건조장치는 건조실(1), 열매체회수관(3), 열매체공급관(5), 증폭기(6), 배기가스도입관(7), 혼합기(10), 열교환기(11), 배기가스순환관(12), 교축변(13), 및 연소기(16)를 포함한다. 교축변(13)은 유량제어밸브 또는 팽창밸브라고도 한다.

건조실(1)은 열처리건조할 목재의 크기나 종류에 따라 소정 크기, 온도, 내부 압력을 갖도록 설계된다. 건조실(1)은 지붕 또는 천장, 벽체, 바닥, 문을 구비한 창고 형태의 장치이거나 소정 크기의 내부 공간을 갖는 건조로로 설계될 수 있다.

본 실시예에서, 건조실(1)은 목재의 적재(load) 및 적하(unload)를 위한 문(21, 23)을 구비한다. 문(21, 23)은 건조실(1)의 일측과 타측에 서로 마주하도록 설치되는 것이 바람직하다.

건조실(1) 내에 목재를 용이하게 적재하고 적하하기 위해 건조실(1)의 내부 바닥에는 도면에 명기되지 않은 레일이 설치되고, 그 레일 위에 대차(17)가 설치된다. 대차(17) 위에는 열처리건조할 목재(2)가 정리되어 적재된다. 목재(2)를 적재할 때에는 가능한 한 각각의 목재(2)의 전 표면이 열매체에 노출될 수 있도록 적재하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예의 목재열처리건조장치는 건조실(1)의 일측에 결합된 배기관(20)에 인접하게 설치된 제1 타공판(22)과, 건조실(1)의 타측에 유체소통가능하게 결합된 열매체공급관(5)에 인접하게 설치된 제2 타공판(24)을 포함한다. 제1 및 제2 타공판(22, 24)은 열매체공급관(5)과 배기관(20) 사이에서 열매체가 가능한 한 건조실(1)의 내부 공간에 고르게 분산되어 적재된 목재(2) 사이사이를 균일하게 이동할 수 있도록 작용한다.

제1 타공판(22)은 제1 문(21)과 일체로 결합하며, 제1 문(21)을 열면 동시에 열리도록 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 타공판(24)은 제2 문(23)과 일체로 결합하며, 제2 문(23)을 열면 동시에 열리도록 설치하는 것이 바람직하다.

열매체공급관(5)의 일단(열매체유입구)은 제2 문(23)과 제2 타공판(24) 사이에 위치하도록 설치하는 것이 바람직하다. 또한 배기관(20)의 일단(열매체흡입구)는 제1 문(21)과 제1 타공판(22) 사이에 위치하도록 설치하는 것이 바람직하다.

다른 한편으로, 제1 타공판(22)과 제2 타공판(24)을 제1 문(21) 및 제2 문(23)을 피하여 건조실(1)의 다른 측면에 설치할 수 있다. 이 경우, 열매체공급관(5)의 상기 일단과 배기관(20)의 상기 일단은 제1 타공판(22)과 건조실(1)의 측면 벽 및 제2 타공판(24)과 건조실(1)의 또 다른 측면 벽 사이에 위치하도록 설치할 수 있다.

전술한 제1 및/또는 제2 타공판(22, 24)은 건조실(1) 내에서 열매체를 분배 또는 분산하는 열매체분배부로 작용한다. 열매체분배부는 도면에 도시하지 않은 송풍장치(순환장치)를 포함할 수 있다. 순환장치(송풍장치)는 건조실(1) 내의 온도가 균일하게 유지될 수 있도록 건조실(1)에 결합하여 열매체를 순환 또는 송풍하는 장치를 포함한다.

배기관(20)의 타단에는 회수가스조절변(19)이 설치된다. 회수가스조절변(19)은 열매체회수관(3)으로 열매체를 순환할 때 열매체회수관(3) 내의 압력이 낮아져서 대기중의 공기가 역류하지 않도록 압력차이에 의하여 자동으로 개폐되도록 설치된다.

열매체회수관(3)을 통해 이송되는 열매체는 교축변(13)을 통해 그 적어도 일부가 배기가스순환관(12)으로 유입되고, 열교환기(11)를 통과한 후 연결배관(18)을 통해 혼합기(10)로 공급된다.

연소기(16)는 연소공기도입관(15)을 통해 유입되는 대기 중의 공기(연소 공기) 및/또는 열매체회수관(3)을 통해 이송되는 열매체를 소정의 연료와 함께 연소시키고 배기가스를 방출한다. 대기 중의 공기 및/또는 열매체는 송풍기(14)에 의해 연소기(16)로 공급될 수 있다. 연소기(16)에서 나오는 배기가스는 연소기(16)의 배기관(8)에 결합된 가스배출조절변(9)의 작용에 의해 대기 중으로 방출되거나 배기가스도입관(7)을 통해 그 일부 또는 전부가 혼합기(10)로 유동할 수 있다.

열교환기(11)를 통과한 유체와 연소기(16)에서 발생한 배기가스는 혼합기(10)에서 혼합되어 열매체로써 열매체공급관(5)를 통해 건조실(1)로 공급된다. 이때, 열매체는 증폭기(6)를 통해 건조실(1)로 공급될 수 있다. 증폭기(6)는 열매체의 유량과 압력을 조절할 수 있는 장치로, 예컨대 공기증폭기를 포함한다.

열매체공급관(5)에는 열매체공급관(5)을 통과하는 열매체의 온도를 측정하기 위한 온도센서(4)가 설치된다. 온도센서(4)는 도면에 명기되지 않은 컨트롤러에 검출된 온도 신호를 송출하고, 컨트롤러는 설정된 온도로 열매체의 온도를 조절할 수 있도록 가스배출조절변(9)을 제어할 수 있다.

예를 들면, 컨트롤러는 건조실(1)에 공급되는 열매체의 온도가 낮으면 가스배출조절변(9)을 제어하여 더욱 많은 배기가스가 공급되도록 하고, 건조실(1)에 공급되는 열매체의 온도가 높으면 가스배출조절변(9)을 제어하여 대기로 방출되는 배기가스의 양을 증가시킨다.

이하, 본 실시예의 목재 열처리 건조 장치의 작동과정을 설명하면 다음과 같 다.

연소기(16)에서 연료가 연소되면 약 600~800℃의 배기가스가 생성된다. 생성된 배기가스는 열교환기(11)의 제1 채널을 통과하면서 그 온도가 약 150~300℃로 낮아진다. 열교환기(11)의 제2 채널을 통과하는 유체(이하 저온열유체가 함)는 약 80~150℃로 가열된다.

열교환기(11)를 통과한 배기가스 중 적어도 일부는 가스배출조절변(9)를 통해 배기가스도입관(7)으로 유입되며 혼합기(10)에서 열교환기(11)를 통과한 80~150℃의 저온열유체와 혼합된다. 이렇게 혼합된 열매체는 증폭기(6)에 의해 적정량이 건조실(1)로 유입된다. 이때, 컨트롤러를 통해 열매체공급관(5)에 설치된 온도센서(4)로 열매체의 온도를 감시하고, 열매체의 온도가 설정된 온도에서 벗어나면, 가스배출조절변(9)을 제어하여 혼합기(10)로 공급되는 배기가스의 유량을 조절한다.

만일, 열매체의 온도가 충분히 높아 가스배출조절변(9)으로는 열매체의 온도를 제어할 수 없는 경우, 컨트롤러는 연소기(16)에서 연소되는 연료의 양을 줄여 발생 열량을 감소시키고, 그것에 의해 열매체의 온도를 제어할 수 있다. 전술한 경우, 부가적으로 연료 절감의 효과를 얻을 수 있다.

열매체공급관(5)에서 건조실(1)로 유입되는 열매체는 제2 타공판(24)을 통과하면서 건조실(1) 내부에 실질적으로 균일하게 공급된다. 목재(2)는 고온의 열매체에 의하여 건조된다. 목재(2)의 건조시 목재를 구성하는 헤미셀룰로오스는 분해된다.

건조실(1) 내에서 목재(2)를 가열건조한 열매체는 헤미셀룰로오스가 분해된 여러가지 물질, 즉 케톤류, 페놀류 등의 화학물질을 포함한 채로 배기관(20)으로 배출된다. 이러한 화학물질은 주로 낮은 온도에서보다는 약 200~300℃에서 다량 발생하게 되는데, 본 실시예의 목재열처리건조장치에서는, 전술한 화학물질이 포함된 열매체를 연소기(16)로 유도한 후 연소시켜 제거함으로써 대기 중에 오염물질로 배출되는 것을 방지한다.

아울러, 배기관(20)을 통해 대기 중으로 배출되는 화학물질에 의한 대기오염을 방지하기 위해, 도면에 도시하지 않은 필터 또는 화학물질제거장치가 배기관(20)의 타단에 결합될 수 있다.

배기관(20)에 설치된 회수가스조절변(19)을 잠그면, 건조실(1)에서 생성된 화학물질의 일부는 열매체회수관(3)을 통해 이동한 후 교축변(13)을 통해 폐회로 상에서 유동하게 되고, 상기 화학물질의 나머지는 연소기(16)로 유입되어 연료와 함께 연소된다.

한편, 건조실 내에서 생성되는 화학물질을 모두 연소기(16)으로 보내어 연소시키기 위해, 건조실 내부에 별도의 열교환기를 설치한 간접가열 구조를 채택할 수 있다. 이러한 구조에 대하여는 도 3을 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 목재열처리건조장치의 모식도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 목재열처리건조장치는 건조실(101), 제1 열교환기(111a), 제2 열교환기(111b), 송풍장치(113), 및 연소기(116)를 포함한다.

본 실시예에 있어서, 건조실(101)은 열처리건조할 목재를 적재하기 위한 내 부 공간을 구비하며, 상기 내부 공간에 제2 열교환기(111b)와 송풍장치(113)가 설치되는 것을 제외하고, 도 2를 참조하여 설명한 전술한 실시예의 건조실(1)과 실질적으로 동일할 수 있다.

제1 열교환기(111a)는 내부의 열매체가 연소기(16)에 의해 가열되는 장치를 포한다. 제2 열교환기(111b)는 열 에너지에 의해 간접적으로 목재(2)를 가열하는 장치를 포함한다. 제1 및 제2 열교환기들(111a, 111b)은 그 내부의 열매체가 제1 및 제2 열교환기(111a, 111b)의 내부 채널을 순환할 수 있도록 유체소통가능하게 서로 결합된다.

본 실시예에서 연소기(116)에서 방출되는 모든 배기가스는 건조실(101)에 공급된다. 건조실(101) 내에 적재된 목재는 고온의 배기가스와 제2 열교환기(111b)에 의해 열처리건조된다. 그리고, 건조실(101)에서 방출되는 배기유체(화학물질을 포함한 배기가스)는 열매체회수관(도 2의 참조부호 3 참조)을 통해 연소기(116)로 유동한 후 연소된다.

본 실시예에 의하면, 건조실(101)에서 생성된 유해 화학물질을 연소기(116)에서 모두 연소시켜 제거할 수 있으므로 환경오염을 방지할 수 있는 이점이 있다.

한편, 전술한 실시예들에 있어서, 목재열처리건조장치는 건조실 내에 적재된 목재의 중심부 온도를 측정하는 장치, 예컨대, 열전쌍 온도센서 등과 같은 온도감지기를 구비할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러는 온도감지기로부터 감지된 목재의 중심부 온도에 따라 열매체의 온도를 제어할 수 있다. 예컨대, 컨트롤러는 목재 중심부 온도가 최저 56℃ 이상에서 30분 이상 유지될 수 있도록 열매체의 온도를 조절 하거나, 건조실의 내부 온도 분위기가 목재의 함수율, 원하는 재색, 치수안정성, 표면경도 등을 고려하여 약 200~250℃에서 일정 시간동안 유지될 수 있도록 열매체의 온도를 조절할 수 있다. 또한, 목재열처리건조장치는 상기 목재의 중심부 온도를 자동기록하는 장치를 포함할 수 있다. 이러한 장치로는 퍼스널 컴퓨터 등이 이용될 수 있다.

본 발명의 목재열처리건조장치에 따르면, 건조실 내부에 열기를 공급하기 위한 연소장치에서 발생하는 배기가스를 건조실 내부로 직접 흘려 보냄으로써, 첫째 열 손실을 최소화하여 에너지 효율을 높일 수 있고, 둘째 건조실 내부를 희박산소 분위기로 유지할 수 있어서, 화재의 염려 없이 목재를 고온에서 건조할 수 있으며, 셋째 목재 건조시에 나오는 휘발성분(케톤류, 벤젠류 등의 화학물질)을 대기 중으로 배출하지 않으므로 환경오염을 방지하는 효과가 있다.

전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 목재열처리건조장치의 모식도.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 목재열처리건조장치의 구성도.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 목재열처리건조장치의 모식도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 건조실 2 : 목재

3 : 열매체회수관 4 : 온도계

5 : 열매체공급관 6 : 증폭기

7 : 배기가스도입관 8 : 배기관

9 : 가스배출조절변 10 : 혼합기

11: 열교환기 12 : 배기가스순환관

13 : 교축변 14 : 송풍기

15 : 연소공기도입관 16 : 연소기

17 : 대차 18 : 연결배관

19 : 회수가스조절변 20 : 배기관

21 : 제1 문 22 : 제1 타공판

23 : 제2 문 24 : 제2 타공판

Claims (4)

1. 건조실 내부에 적재된 목재를 가열건조시키는 열처리건조장치에 있어서, 상기 건조실로 열매체를 공급하는 열매체공급부를 구비하고, 상기 열매체는 상기 열매체공급부에서 방출되는 배기가스를 포함하며,

   상기 열매체공급부는, 상기 건조실에서 회수한 유체를 열교환기를 통해 가열하는 연소기와, 상기 연소기에서 방출되는 상기 배기가스와 상기 회수한 유체를 혼합하는 혼합기와, 상기 혼합기에서 나오는 혼합가스를 상기 열매체로써 상기 건조실로 공급하는 증폭기를 포함하는 목재열처리건조장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 연소기에서 상기 혼합기로 배관을 통해 이송되는 상기 배기가스의 유량을 조절하기 위한 제1밸브와, 상기 건조실에서 상기 열교환기로 회수되는 상기 유체의 유량을 조절하기 위한 제2밸브를 포함하는 목재열처리건조장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 건조실로 공급되는 상기 열매체를 분배하는 열매체분배부를 더 포함하는 목재열처리건조장치.

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