KR101162893B1

KR101162893B1 - 탄화목재 제조방법과 그를 이용하여 제작한 탄화목재

Info

Publication number: KR101162893B1
Application number: KR1020110091668A
Authority: KR
Inventors: 최현동
Original assignee: 최현동
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-07-05

Abstract

본 발명은 다양한 목재를 가공하여 그 경도가 높고 날씨나 기후에 따라 변성을 하지 않으며, 자연스러운 질감의 목재를 생산하는 탄화목재 제조방법과 그를 이용하여 제작한 탄화목재에 관한 것이다.
특히 본 발명의 탄화목재를 생산하는데 있어서, 건조와 탄화의 과정을 별도의 장소에서 수행하지 않고 탄화로 내부에서 순차적으로 진행시키고, 원목에 내재된 벌래나 유해물질의 제거를 위해서 별도의 솔루션에 침지시키는 방식도 제공하며, 탄화를 위한 목재를 적재한 패널단을 셋팅할 때 층가압장치와 폭조절수단을 이용하여 목재의 뒤틀림을 방지하기에 질 좋은 탄화목재를 생산할 수 있도록 한 탄화목재 제조방법과 그를 이용하여 제작한 탄화목재에 관한 것이다.

Description

탄화목재 제조방법과 그를 이용하여 제작한 탄화목재{The product method of timber in carbon reinforcement, and the timber}

본 발명은 다양한 목재를 가공하여 그 경도가 높고 날씨나 기후에 따라 변성을 하지 않으며, 자연스러운 질감의 목재를 생산하는 탄화목재 제조방법과 그를 이용하여 제작한 탄화목재에 관한 것이다.

특히 본 발명의 탄화목재를 생산하는데 있어서, 건조와 탄화의 과정을 별도의 장소에서 수행하지 않고 탄화로 내부에서 순차적으로 진행시키고, 원목에 내재된 벌래나 유해물질의 제거를 위해서 별도의 솔루션에 침지시키는 방식도 제공하며, 탄화를 위한 목재를 적재한 패널단을 셋팅할 때 층가압장치와 폭조절수단을 이용하여 목재의 뒤틀림을 방지하기에 질 좋은 탄화목재를 생산할 수 있도록 한 탄화목재 제조방법과 그를 이용하여 제작한 탄화목재에 관한 것이다.

일반적으로 목재의 경우, 원목을 커팅과 코팅의 가공만을 하여 사용하는 방법, 원목을 갈아서 접착제로 결합하여 적당한 형상을 내어 사용하는 방법, 원목을 일정한 형태의 칩으로 커팅하고 이들을 접착제를 통해서 일정한 형태로 결합시켜 사용하는 방법 등 많은 제작방법이 사용되고 있다.

본 발명은 이 중 목재를 적당한 크기로 커팅을 하고, 이 커팅된 목재에 탄화작업을 수행하여 천연의 색상을 내면서도 고강도를 이룰 수 있는 탄화목재를 제조하는 방법을 제안한다.

종래에도 이러한 많은 탄화목재 제조방법이 있었다. 그러나 이들은 모두 문제점이 많다. 따라서 종래 이러한 방법 중 하나를 설명하고 문제점을 집어 본다.

도 10에 도시된에서처럼 종래의 발명은 건조 단계(S110)와, 목재 보드 및 가압판 적층 단계(S120)와, 복수의 온도 조건에서의 탄화 단계(S130) 및 물세척 단계(S140)를 포함하며, 물세척 단계(S140) 이후에 수행되는 탄화 보드 코팅 단계(S150)를 더 포함할 수 있다. 건조 단계(S110)에서는, 일정 형상, 예컨대 판재 형상으로 가공된 목재 보드(210)를 건조로(미도시)에서 90℃의 온도에서 건조시킨다. 이후, 목재 보드(210) 및 가압판(220) 적층 단계(S120)에서는, 건조단계(S110)에서 건조된 목재 보드(210)를 탄화로(20) 내부로 장입하여 적어도 하나 이상 적층하고, 적층된 목재 보드(210) 사이에 열전도성이 있는 가압판(220)을 순차적으로 적층한다. 이때 탄화로(20)는 목재 보드(210)의 탄화가 이루어지는 챔버(21)와, 챔버(21) 내에 설치되는 목재 보드(210)와 가압판(220)이 적층되는 테이블(23)을 포함하며, 도시하진 않았지만 챔버(21) 내부를 가열하는 가열부를 포함한다.

적층의 방법은 다음과 같다. 탄화로(20) 내부에 가압판(220)이 적층되고, 가압판(220) 상부에 목재 보드(210)가 밀착되어 적층되는 방식으로 반복적으로 적층되되, 최하층에 적층된 목재 보드(210)의 하부 및 최상층에 적층된 목재 보드(210)의 상부에는 각각 가압판(220)이 밀착되어 적층될 수 있다.

이후, 목재 보드(210)의 탄화 단계(S130)에서는, 탄화로(20) 내부에 순차적으로 적층된 목재 보드(210)를 복수의 특정 온도 조건에서 탄화시켜 탄화 보드를 형성한다. 예컨대 탄화 단계(S130)는 300℃ 내지 1500℃ 중 선택된 복수의 온도가 조합된 온도 조건에서 목재 보드(210)를 탄화시켜 탄화 보드를 형성하게 된다. 한편, 목재 보드(210)의 탄화 단계(S130)에서는, 목재 보드(210) 내에 포함된 휘발성 유해물질이 휘발되어 제거될 수 있다.

탄화시 온도가열에 관한 방법으로는, 탄화로(20) 내부에 순차적으로 적층된 목재 보드(210)를 특정 저온부터 특정 고온까지 탄화 온도를 점진적으로 증가시키면서 일정 시간 가열하여 목재보드(210)를 탄화 보드로 탄화시키거나, 탄화로(20) 내부에 순차적으로 적층된 목재 보드(210)를 특정 고온부터 특정 저온까지 탄화 온도를 점진적으로 감소시키면서 일정 시간 가열하여 목재 보드(210)를 탄화 보드로 탄화시킬 수 있다. 예컨대, 탄화로(20)에서의 목재 보드(210)의 탄화 온도를 500℃부터 700℃까지 점진적으로 증가시키면서 일정 시간 가열하여 목재 보드(210)를 탄화 보드로 탄화시키거나, 목재 보드(210)의 탄화 온도를 700℃ 부터 500℃까지 점진적으로 감소시키면서 일정 시간 가열하여 목재 보드(210)를 탄화 보드로 탄화시킬 수 있다.

이후, 탄화 보드의 물세척 단계(S140)에서는, 탄화로(20)에서 탄화된 탄화 보드의 외관을 물세척한다.

이러한 종래의 방법은 다음과 같은 문제점을 양산한다.

첫째, 건조단계는 별도의 건조로에서 탄화는 별도의 탄화로에서 공정이 이루어지기에, 작업도 까다롭고 오랜 시간이 소모된다. 특히 그 생산량이 적다.

둘째, 건조로에서 온도를 올리는 열원에서 발생되는 비용에 부가하여, 다시 탄화로에서 온도를 상승시키는 열원의 사용비용이 추가되어 생산단가가 높다.

셋째, 목재의 경우 건조나 탄화시 목재가 뒤틀리거나 휘어지는 현상은 일반적이다. 이를 정확히 잡지 못하면 질이 떨어지는 목재가 생산되고, 후 가공이 어렵다. 전술된 종래의 방법은 서술하기에는 뒤틀림과 휘어지는 현상이 없다고는 하지만, 전혀 문제점을 해결할 수 없다.

이유는 다음과 같다. 건조나 탄화의 단계는 모두 목재 내부의 수분을 빼주는 공정이다. 세포들 사이에 존재하는 수분성분과 유액 및 화학적인 수액들은 외부로 배출되면서 내부에 공극을 형성하게 되는데, 이때 목재 내부에서 받아들이는 온도차이는 크다. 이 온도차이에 의해서 목재는 서로 다른 방향으로 힘을 받게 되는데, 이 힘의 불균형이 목재의 뒤틀림과 휘어짐을 발생시키게 된다. 전술된 종래의 방식은 이러한 문제점 해결을 위해서 탄화로 내부에 목재를 적재함에 있어서 가압판을 이용하여 눌러주는 작용만을 행한다. 이는 무리가 많아 문제점을 해결하기는 어렵다.

넷째, 목재의 경우 뒤틀림만이 문제가 아니고 마구리부분에서 발생되는 균열 즉, 목재의 할렬이 목재의 질을 좌우하는데 중요하다. 종래의 발명을 통해서 건조하고 탄화하는 과정에서는 이러한 할렬을 잡기 힘들어 불량의 탄화목재를 생산할 수밖에 없다.

본 발명은 다양한 목재를 가공하여 그 경도가 높고 날씨나 기후에 따라 변성을 하지 않으며, 자연스러운 질감의 목재를 생산하는 탄화목재 제조방법과 그를 이용하여 제작한 탄화목재를 제공하고자 한다.

특히 본 발명의 탄화목재를 생산하는데 있어서, 건조와 탄화의 과정을 별도의 장소에서 수행하지 않고 탄화로 내부에서 순차적으로 진행시키고, 원목에 내재된 벌래나 유해물질의 제거를 위해서 별도의 솔루션에 침지시키는 방식도 제공하며, 탄화를 위한 목재를 적재한 패널단을 셋팅할 때 층가압장치와 폭조절수단을 이용하여 목재의 뒤틀림을 방지하기에 질 좋은 탄화목재를 생산할 수 있도록 한 탄화목재 제조방법과 그를 이용하여 제작한 탄화목재를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 탄화목재 제조방법는, 목재를 건조하고 탄화시켜 탄화목재를 제조하는 방법에 있어서, 제1단계; 직사각형의 일정한 형태로 커팅된 목재패널(62)를 적재하되, 목재와 가압플레이트(61)를 순차적으로 적층하여, 탄화로에 패널층을 셋팅하여 패널단(100)을 형성하는 셋팅단계; 제2단계; 탄화로의 챔버(10) 내부에서 목재패널(62)을 증기를 공급하며, 건조하여 함수율이 0-5%까지 떨어트리는 건조단계; 제3단계; 건조된 목재를 탄화시켜, 탄화의 정도에 따라 진하고 연한색의 질감을 갖도록 하는 탄화단계; 제4단계; 스프링킬러를 통해서 온도를 떨어트리는 냉각단계;를 통해서 탄화목재를 생산한다.

또한 본 발명 탄화목재 제조방법에 따른, 제1단계인 탄화로에서 패널단(100) 셋팅 전단계에, 붕산과 석회로 이루어진 솔루션에 목재패널(62)을 침수시키되, 상기 솔류션은 중량비로 붕산이 80-98% 석회가 2-20%로 투입된 솔루션이고 : 목재패널(62)의 탄화로 패널단(100)의 셋팅이란, 레일(20, 30)을 타고 이동가능한 대차(40); 대차(40) 상부에 일정한 간격을 두고 배열되는 직사각형상의 목재패널(62)과 목재패널(62) 사이사이에 끼워지는 가압간격바(63)로 이루어진 패널층; 상기 패널층의 상부에 적층되는 가압플레이트(61); 상기 가압플레이트(61)의 상부로 배열하되, 상기 1단의 패널층과 동일하게 목재패널(62)과 가압간격바(63)로 이루어진 또 하나의 패널층; 및 최 상단의 패널층 상부에 올려지는 커버플레이트(42);를 포함하여 구성하되, 상기 패널층은 탄화로의 챔버(10)의 크기에 비례하여 다수층으로 패널층과 가압플레이트(61)를 순차적으로 적층하는 방식이며 : 대차(40), 가압플레이트(61), 가압간격바(63) 및 커버플레이트(42)는, 열전도율을 동일하게 하기 위해서 동일재질로 형성하되, 카본, 알루미나 및 금속물질로 제작한다.

또한 본 발명 탄화목재 제조방법에 따른, 패널층의 면적에 비하여 가압플레이트(61)의 면적이 더 크도록 적층하여 패널층의 목재패널(62)을 전면적으로 가압할 수 있도록 하고 : 최하단의 대차(40)와 커버플레이트(42)의 면적은 가압플레이트(61)에 비하여 더 크도록 형성하고, 4개의 모서리 부분에 패널층을 가압할 수 있도록 하는 층가압장치(50)를 설치하며 : 층가압장치(50)는, 하단의 레일케스터(41)의 상단에 위치한 대차플레이트(45)와 최 상단에 위치하는 커버플레이트(42)의 4개의 모서리 부위에 형성된 관통공; 상기 관통공을 관통하는 장형의 가압스크류(51); 상기 가압스크류(51)에 스크류 체결하되 대차플레이트(45)의 하단과 커버플레이트(42)의 상단에 장착되는 가압너트(52)를 포함하여 구성되어 상기 가압너트(52)를 회전시켜 패널층을 가압할 수 있도록 한다.

또한 본 발명 탄화목재 제조방법에 따른, 가압너트(52)는, 외주면에 회전손잡이를 형성하거나 또는 모터(53)를 통해서 자동 조절될 수 있도록 하고 : 커버플레이트(42)의 상단에는 수평계(43)를 장착하여 수평도를 조절할 수 있도록 하며 : 패널층을 형성하는 목재패널(62)과 가압간격바(63)는 폭조절수단(70)을 통해서 폭을 조절할 수 있도록 한다.

또한 본 발명 탄화목재 제조방법에 따른, 폭조절수단(70)은, 대차(40)의 대차플레이트(45)나 가압플레이트(61)의 일측에 고정되는 고정가압간격바(63A); 상기 고정가압간격바(63A)의 양단부분에서 간각바의 길이방향에 수직된 방향으로 대차플레이트(45)와 가압플레이트(61)에 파놓은 레일홈(76); 상기 레일홈(76)에 대응하여 끼워지는 레일돌기(77)가 하단에 체결된 가압간격바(63); 상기 고정가압간격바(63A)와 다수의 가압간격바(63)의 양끝단부분에서 전후방으로 관통된 관통공에 끼워지는 쌍의 간격조절스크류(71); 간격조절스크류(71)의 끝단에 스크류 체결되는 제1기어(72); 상기 제1기어(72)에 치합되어 끝단의 가압간격바(63)에 회전가능하게 고정되는 제2기어(73); 및 상기 제2기어(73)의 축을 회전시키는 감속기를 가진 회동모터(74);를 포함하여 구성되어 상기 회동모터(74)가 회전하면 상기 제1기어(72)와 제2기어(73)가 회전하며 가압간격바(63)를 밀어 사이에 낀 목재패널(62)을 가압하여 휨을 방지하고 : 가압간격바(63)와 목재패널(62)을 이용하여 패널층을 형성할 때, 상기 가압간격바(63)의 높이가 목재패널(62)에 비하여 낮은 높이를 가질 수 있도록 하며 : 탄화로의 챔버(10)로 안내되는 패널단(100)은, 챔버(10)의 내측 저면에 깔린 고정레일(20); 고정레일(20)에 대응되어 챔버(10)의 외측에서 고정레일(20)까지 파진 레일홈(32)에 끼워지되, 하단에 다수의 이송롤(31)이 형성된 연동레일(30)로 이루어진 패널단이동수단을 통해서 챔버(10) 외부에서 패널단(100)이 적재되어 챔버(10)의 내측으로 이동될 수 있도록 한다.

또한 본 발명 탄화목재 제조방법에 따른, 제2단계의 건조단계는, 마구리에 페인트칠된 목재패널(62)을 진공 중에 고온의 증기로서 수분을 공급하면서, 목재패널(62)에 발생되는 할렬을 최소화시키며, 온도 60-150℃로 건조시키고 : 제3단계의 탄화단계는, 건조된 목재패널(62)을 탄화로의 챔버(10) 내에서 진공 중에 150-1500℃로 선택적으로 가온하고, 증기로 수분을 공급하며, 탄화시키며 : 탄화시, 무른재질의 목재패널(62)의 경우 150-500℃의 온도로 탄화하고, 단단한 재질의 목재패널(62)의 경우 200-1500℃의 온도로 탄화를 한다.

또한 본 발명 탄화목재 제조방법에 따른, 탄화시, 열풍가온, 히터 및 고주파 가열을 통해서 내부까지 탄화시킨다.

또한 본 발명의 다른 특징인 탄화목재는, 전술된 사항에 따른, 제조방법 중 선택된 하나의 제조방법을 통해서 제조된 탄화목제재이고 : 건조와 탄화시, 목재패널(62)과 면접하는 대차플레이트(45), 가압간격바(63), 가압플레이트(61) 및 커버플레이트(42)의 표면을 민자로 형성하여, 생산된 목재패널(62)은 4개의 면이 모두 민자로 형성된 민자형 목재패널이며 : 건조와 탄화시, 목재패널(62)과 면접하는 대차플레이트(45), 가압간격바(63), 가압플레이트(61) 및 커버플레이트(42)의 표면에 무늬와 모양을 선택적으로 형성하여, 생산된 목재패널(62)은 무늬, 모양을 가진 목재패널이다.

또한 본 발명 탄화목재에 따른, 건조와 탄화시, 목재패널(62)과 면접하는 대차플레이트(45), 가압간격바(63) 및 커버플레이트(42)의 표면에 형성된 무늬와 모양은 홈이나 돌기이기에, 생산된 목재패널(62)의 무늬와 모양은 돌기나 홈의 무늬, 모양이 새겨진 목재패널이다.

본 발명에 따라 건조작업시 발생되는 목재의 할렬, 휨과 뒤틀림 현상을 차단할 수 있기에 질 좋은 탄화목재를 생산할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따라, 탄화된 목재의 강도가 강해지고, 변형률이 적어 목재를 이용하여 제작한 건축물의 외장재나 내장재 및 가구의 내구성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따라, 건조작업과 탄화작업을 하나의 탄화로 챔버 내에서 달성하기에 온도를 높이는데에도 적은 시간이 발생되며, 모든 작업의 수행이 용이하여 생산량을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명과 일반적인 탄화로 시스템의 기본적인 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 탄화로를 전체적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 탄화로와 그 외부에 깔린 레일구조를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 패널단 정면을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 패널단 측면을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 패널단 상면을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 가압플레이트와 가압간격바를 도시한 단면도,
도 8은 본 발명의 폭 조절수단을 도시한 사시도,
도 9는 본 발명의 폭 조절수단의 작동을 도시한 도면,
도 10은 종래 발명의 탄화공정 순서도이다.

본 발명은 탄화목재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 따라서 그 발명의 단계를 도시된 도 1 내지 9를 통해서 상세히 설명한다.

먼저 본 발명을 설명함에 있어서, 그간의 목재를 건조하고 가공하는데 발생되어 왔던 문제점과 탄화목재의 제조방법을 설명한다.

목재의 경우 건조되었을 때, 그 강도는 수분이 함유된 목재에 비하여 엄청나게 강하다. 이러한 이유로 목재는 항상 건조 후에 가공하여 내장재, 외장재 및 가구 등에 적용되어 사용되는 것이다. 그런데 이러한 건조과정에서 발생되는 문제점은 상기의 장점에 비례하여 악 조건이다. 반드시 건조되어야만 하는 목재는 건조과정에서 그 형상이 뒤틀어지고 갈라지는 현상이 발생되는 것이다. 목재의 가공에서 가장 중요한 부분은 결국 건조의 과정이라고 볼 수도 있는 것이다.

종래 이러한 문제점을 해결하기 위해서 사용하던 방식은 소금물에 침지시킨 상태에서 서서히 건조시키는 방법, 증기를 계속 공급하면서 강제 건조시키는 방법, 진공 중에서 가온하여 건조시키는 방법 등 다양하게 진행되고 있지만 이러한 모든 방법에도 다 문제점이 발생된다. 특히, 생산시간을 절감하고 대량으로 생산하기 위한 현대 물질문명에서는 이러한 문제점이 더욱 부각된다. 이러한 문제점은 탄화목재를 생산하는데에 있어서 더욱 심각하다. 건조의 과정 후에 또 한 번의 열처리를 해야만 하는 탄화목재 제조공정에서는 목재의 뒤틀림, 목재의 강도의 약화, 목재 할렬 현상이 더욱 심각하여 공정이 까다롭다. 종래 모든 탄화목재 제조방법에서는 이러한 문제점을 해결하지 못했지만, 본 발명에서는 이를 해결하였기에 그 방법을 아래에서 순차적으로 설명한다.

[제1단계; 직사각형의 일정한 형태로 커팅된 목재패널(62)를 적재하되, 목재와 가압플레이트(61)를 순차적으로 적층하여 , 탄화로에 패널층을 셋팅하여 패널단( 100)을 형성하는 셋팅단계 ]

제1단계에서 본 발명은 목재를 사용이 편리하게 커팅된 상태로 적재한다. 내장재나 외장재로 사용될 목재는 후일 사용처에 맞도록 적당한 형상을 유지하도록 커팅 가공하는 것이다. 대체적으로 도시된 도면에서처럼 일측 방향으로 장형인 직사각형의 형태로 가공하는 것이 일반적이다. 가공된 목재패널(62)은 가압플레이트(61)와 함께 순차적으로 적층이 되어 셋팅되는데, 이 셋팅되는 모습과 방식은 후술한다.

간략하게 설명하자면, 목재패널(62)의 상부에 가압플레이트(61)를 올리고, 다시 목재패널(62)을 쌓은 후 가압플레이트(61)를 올리는 방식으로 적재를 한다. 적재는 탄화로의 챔버(10)의 크기에 비례하여, 많은 량이 적재될 수 있다면 많이 적재해도 무방하며, 셋팅된 패널단(100)이 1개나 그 이상이 열을 지어 적재되어도 무방하다.

[제2단계; 탄화로의 챔버 (10) 내부에서 목재패널(62)을 증기를 공급하며 건조하여 함수율이 0-5%까지 떨어트리는 건조단계]

목재의 경우, 전술된 것처럼 건조가 중요하다. 건조를 하게 되면 목재는 그 강도가 강화되고 내구성이 향상된다. 단지 그 목재를 건조할 때 발생되는 목재의 휘어짐, 뒤틀림, 할렬이 우려가 될 뿐이다. 본 발명은 이러한 문제점을 모두 해결하면서 탄화로 내부에서 건조를 시킨다. 목재패널(62) 내부의 함수율이 약 0-5%가 될 때까지 건조를 시킨다. 후 작업인 탄화의 작업도 2단계인 건조의 작업도 본 발명은 모두 탄화로 내부에서 진행시키는 것이다. 중요한 점은 증기를 공급하면서 건조시키는 것이다. 이는 일반적인 일이지만 본 발명과 같이 탄화로 내부에서 건조도 하고 탄화시킬 때 아주 중요한 사항이다. 목재패널(62)의 휨이나 뒤틀림 및 할렬 현상을 최소화시킬 수 있는 방법이다.

이러한 작업이 유리한 이유는 다음과 같다.

첫째, 탄화로에 목재패널(62)을 적재하고, 건조하며, 이를 다시 탄화시키기에 목재패널(62)을 쌓아올린 패널단(100)을 이리저리 이동시킬 필요가 없다. 따라서 작업이 단순화된다.

둘째, 패널단(100)의 목재패널(62)을 건조하기 위해서 온도를 가온하고, 그 가온된 온도를 더 가온하여 탄화를 시키기에 연료의 낭비가 없다.

이외의 많은 장점이 발생된다.

[제3단계; 건조된 목재를 탄화시켜, 탄화의 정도에 따라 진하고 연한색의 질감을 갖도록 하는 탄화단계]

탄화단계에서 건조된 목재를 탄화시킴은, 그 시간과 온도 및 기타 조건이 중요하다. 많은 시간 탄화를 시키게 되면 탄화되는 정도가 심하여 진한색의 색감을 갖는 목재패널(62)이 된다. 적은 시간 탄화를 시키게 되면 탄화되는 정도가 약하여 연한색의 색감을 갖는 목재패널(62)이 생산된다.

이에 반하여 같은 온도로 탄화를 시키더라도, 오랜 시간 탄화를 시키게 되면 진한색의 색감을 얻을 것이고, 작은 시간 탄화를 시키게 되면 연한색의 색감을 얻을 것이다. 이는 상식적이고 일반적인 사항이기에 그리 중요치 않다. 단지 탄화로의 기능과 그 설치된 환경에 따라 시간과 온도는 얼마든지 변화가 가능하다는 것이다. 탄화로 내부의 단열환경, 온도를 가온시킬 수 있는 수단들의 기능 등이 이러한 조건을 변화시키는데 중요한 사항이 된다.

[제4단계; 스프링킬러를 통해서 온도를 떨어트리는 냉각단계]

탄화가 완성되면 본 발명은 스프링킬러를 통해서 물을 분사하여 탄화된 목재를 강제 냉각시키게 된다. 이 단계를 통해서 탄화된 목재가 더욱 단단해지며, 세척되는 효과를 가져온다.

탄화목재의 특성은 다음과 같다. 비록 일반적인 방식으로 건조를 시킨 목재에 비하여 다소 강도가 떨어지는 것은 사실이지만 그 떨어지는 정도가 미미하다. 그에 반하여 얻어지는 효과는 놀랍도록 뛰어나다. 즉, 별도의 도료나 안료를 이용하여 목재패널에 색상을 투입시키지 않아도 천연의 색감을 입힌 효과를 가져오게 된다. 내부까지 동일하게 탄화된 색상이 침투해 있기에 오랜 세월을 사용하게 되어도, 변색의 우려가 없다. 또한 휨강도나 탄성이 우수하여 형태가 변화되지 않는다.

일반적인 건조목재의 경우 건조 후에 물을 먹고 다시 자연건조되는 과정에서 형태가 변화하며, 뒤틀리는 현상이 발생되는데, 탄화목재의 경우 그러한 현상이 현저히 적다. 결국 내구성면에서 월등하고 우수한 목재로 변화되는 것이다.

그럼 이러한 본 발명의 탄화목재를 생산하는 방법과 그 생산을 위한 탄화로, 탄화로시스템의 구성과 공정의 상세한 특성을 설명한다.

본 발명의 전술된 제1단계인 패널단의 셋팅단계 전에 본 발명은, 솔루션에 목재패널을 침수시키는 단계를 추가할 수 있다.

즉, 탄화로에서 패널단(100) 셋팅 전단계에, 붕산과 석회로 이루어진 솔루션에 목재패널(62)을 침수시키되, 상기 솔루션은 중량비로 붕산이 80-98% 석회가 2-20%로 투입된 액상물임이 바람직하다.

본 발명은 원목을 직사각형의 형태로 커팅하는 가공을 한 후나 또는 원목 그 자체를 붕산과 석회로 이루어진 솔루션에 함침시켜 목재 내부의 당분과 지방 및 탄수화물을 제거할 수 있도록 하는 단계를 거친다. 그리고 상기 솔루션 함침 단계 후 탄화로의 내측으로 투입되어, 건조시키고 탄화시키는 공정이 따르는 것이다.

보다 상세하게는 대다수의 목재 내부에는 수분이 함유되어 있는데, 이 수분은 세포벽 구성 성분인 셀룰로우즈(C: Cellulose) , 헤마이 셀룰로우즈 (H: Hemi cellulose)와 리그닌(L: Lignin) 과 유리수산기로 결합된 수분이 대다수이다. 이러한 수분이 건조시 목재를 뒤틀리게도 하면서도 목재 내부에 잔존시 벌래 먹게 하는 원인이 된다. 바로 본 발명의 솔루션 함침의 단계는 이러한 현상을 미연에 방지하기 위한 예방공정인 것이다.

원목이나 일정한 형태로 커팅가공된 목재를 붕산과 석회로 이루어진 솔루션에 함침하는 이유를 다시 한 번 설명한다. 본 발명은 원목에 포함된 당분, 지방, 탄수화물을 제거하고자 한다. 모든 목재는 약간의 양적인 차이를 보이지만 셀룰로우즈(C: Cellulose) , 헤마이 셀룰로우즈 (H: Hemi cellulose)와 리그닌(L: Lignin) 과 유리수산기와 같은 당분, 지방, 탄수화물을 포함하고 있기에 벌레가 발생된다. 특히 수분과 함께하는 환경에서는 목재 속에 포함된 당분, 지방, 탄수화물을 갈아먹은 벌레들이 서식하게 되는데, 이를 제거하기 위해서 본 발명에서는 상기 가공된 목재에 붕산과 석회로 이루어진 솔루션에 함침시켜 이를 제거하는 것이다.

붕산이란 산화붕소가 수화되어 생기는 산소산으로 오쏘붕산, 메타붕산, 사붕산 등이 있으며 보통 오쏘붕산을 가리킬 때가 많다. 오쏘붕산은 붕규산유리, 도자기의 유약 등의 원료가 되며, 주사제의 용해를 촉진시키기도 한다. 그리고 이러한 붕산은 벌레를 퇴치시킬 때 사용되며, 바퀴벌레나 개미를 퇴치할 때도 사용되고 있다. 따라서 이러한 붕산에 본 발명의 가공된 목재를 함침시켜 그 조직 내부 깊숙히 침투시키고, 당분, 지방, 탄수화물을 완벽하게 빼주는 것이다.

같이 투입된 석회의 경우, 조직 내에서 당분, 지방, 탄수화물이 빠지게 되면 공극이 크게 생길 소지가 있기에 그 공극을 매울 수 있는 역할도 하지만, 지방의 배출을 돕고, 붕산이 조직의 내부에 보다 잘 침투할 수 있는 여건을 제공한다.

이러한 상기 붕산과 석회로 이루어진 솔루션은, 중량비로 붕산이 80-98% 석회가 2-20%로 투입된 솔루션으로, 솔루션에 함침된 후 생산된 건조와 탄화목재는 해충과 세균으로 피해를 받는 것을 방지한다. 사실상 붕산과 석회로 이루어진 솔루션은 큰 탱크에 내장된 상태를 유지하고, 이 탱크의 내부에 원목이나 가공된 목재를 함침시키게 된다. 특별한 온도 조건은 없고 상온에서 작업을 하는 것이다. 이때 솔루션을 이루는 붕산과 석회의 혼합방법은 일정한 중량비로 섞는 방법이다. 중량비로 붕산이 80-98% 석회가 2-20% 탱크 내에 투입한 상태에서 적당히 교반시키게 된다. 별도의 교반기를 사용해도 무방하다.

그리고 상기 솔루션 함침 단계 후 상기 가공된 목재들은 탄화로의 챔버 내측으로 투입되어 그 조직을 건조시키고 태워주게 된다. 탄화란 조직을 태워 검은 탄화된 색상을 유지시키는 역할을 하면서도 변형을 방지시키는 역할 및 벌레의 침입을 방지하는 역할을 한다. 태양광의 강한 자외선은 그동안 많은 건축 외장재의 색상을 변화시키고 있으며, 수분의 경우 외장재를 부식시키는 문제점을 낳았다. 이러한 문제점은 탄화를 통해서 완벽하게 해결할 수 있다. 탄화로에서 탄화가 되면 가공된 목재의 색상은 검은 색으로 변화하게 된다. 이때 외장목재로 활용될 원목의 경우 보다 많은 량을 태우는 것이 필요하고(진한색), 내장목재의 경우 적은 량을 태워 검은 색상이 다소 적은 형태로 제작함이 필요하다(연한색).

결국 본 발명에 따라 중요한 점은, 목재를 가공한 상태에서 붕산과 석회로 이루어진 솔루션에 투입하여 벌래먹는 현상을 방지하고, 탄화를 시켜 자외선에 변성되지 않는 색감을 내고 후 사용처에서 사용되게 된다.

그럼 본 발명에서 탄화로 내부 챔버에 적재되는 패널단과 탄화로 시스템의 상세한 설명을 한다.

전술된 목재패널(62)의 탄화로 패널단(100)의 셋팅이란, 레일(20, 30)을 타고 이동가능한 대차(40)가 있고, 대차(40) 상부에 일정한 간격을 두고 배열되는 직사각형상의 목재패널(62)과 목재패널(62) 사이사이에 끼워지는 가압간격바(63)로 이루어진 패널층이 있으며, 상기 패널층의 상부에 적층되는 가압플레이트(61)가 있다. 또한 상기 가압플레이트(61)의 상부로 배열하되, 상기 1단의 패널층과 동일하게 목재패널(62)과 가압간격바(63)로 이루어진 또 하나의 패널층이 있고, 최 상단의 패널층 상부에 올려지는 커버플레이트(42)가 있다. 따라서 상기 패널층은 탄화로의 챔버(10)의 크기에 비례하여 다수층으로 패널층과 가압플레이트(61)를 순차적으로 적층하는 방식이다.

도시된 도 4 내지 6에는 패널단(100)을 상세히 도시하고 있다. 도 4에는 패널단(100)을 정면에서 도시한 도면이고, 도 5는 패널단(100)을 측면에서 도시한 도면이며, 도 6은 상면에서 도시한 도면이다.

도시된 것처럼, 패널단(100)을 형성함에 있어서, 본 발명은 레일을 타고 이동할 수 있는 대차(40)를 형성한다. 이 대차(40)는 하단에 레일캐스터(41)가 고정되어 레일을 타고 이동할 수 있도록 되어 있다. 즉, 레일케스터(41)의 상부는 대차플레이트(45)가 결합되어 대차(40)를 형성한다. 이렇게 대차(40)를 형성한 이유는 패널단(100)을 셋팅하는 장소가 탄화기 챔버(10)의 내부나 외부에서도 이루어질 수 있도록 하기 위함이다. 대차(40)의 상부에는 목재패널(62)이 적재된다. 도시된 도면에서처럼 목재패널(62)과 가압간격바(63)가 배열되는데, 목재패널(62) 사이에 가압간격바(63)가 하나씩 끼워지는 방식으로 적재된다. 이때 가압간격바(63)는 항상 목재패널(62)의 외곽면에 밀착되게 적재된다. 최 좌측단에 가압간격바(63)가 목재패널(62)을 감싸도록 하고, 최 우측단에도 가압간격바(63)가 목재패널(62)의 외곽면을 감싸도록 적재된다. 목재패널(62)을 동일한 수준으로 탄화시키기 위해서 목재패널(62)의 외곽부를 모두 가압간격바(63)로 감싸는 것이다. 목재패널(62)의 상부는 가압플레이트(61)를 통해서 덮어 감싸게 된다. 이러한 패널층은 1단에서 다단까지 적재가 가능하다. 탄화기의 챔버(10)의 크기에 비례하여 층수를 높이며 적재하는 것이다.

중요한 점은 최 상단에 가압플레이트(61)를 적재하지 않고, 커버플레이트(42)를 적재하는 것이다. 이는 가압플레이트(61)와 동일한 재질로 동일한 목적을 위해서 적재된다. 다른 이유도 있으나 그 정확한 이유는 후술한다.

이러한 패널단의 구성에서 상기 대차(40), 가압플레이트(61), 가압간격바(63) 및 커버플레이트(42)는, 열전도율을 동일하게 하기 위해서 동일재질로 형성하되, 카본, 알루미나 및 금속물질로 제작함이 바람직하다. 본 발명의 탄화목재는 탄화시킨 목재이다. 목재의 외곽면은 물론 그 내부까지 동일한 정도로 탄화되어 색상의 변화를 차단해야만 한다. 이를 위해서 목재패널(62)과 면접하는 대차, 가압플레이트(61), 가압간격바(63) 및 커버플레이트(42)가 같은 재질이어야 한다. 본 발명에서는 고주파 가열을 사용할 의도이기에 금속재질이 합당하다. 같은 목적으로 카본이나 알루미나를 사용해도 무방하지만, 무게를 통해서 목재패널(62)이 휘어지거나 뒤틀리는 현상을 방지하기 위해서 금속재질로 사용함이 더 타당하다.

본 발명의 건조과정이나 탄화의 과정에서는 온도를 가온시킴으로 목재 내부의 수분을 탈취시키고, 건조시킨다. 이 과정에서 발생되는 목재의 뒤틀림은 가압플레이트(61)와 커버플레이트(42)의 중량으로 예방하는 것이다.

물론 이러한 방법이 모두 목재의 형상을 보존하기 위한 방법으로 완전하지 못하다. 본 발명에서는 이에 더 보강하여 층가압장치(50)와 폭조절수단(70)을 설치하고 있다. 보다 상세한 사항은 후술한다.

돌아와 본 발명의 패널단(100)을 셋팅함에 있어서, 패널층의 면적에 비하여 가압플레이트(61)의 면적이 더 크도록 적층하여 패널층의 목재패널(62)을 전면적으로 가압할 수 있도록 한 것이 바람직하다.

목재패널(62)과 가압간격바(63)로 이루어진 패널층이 완벽하게 가압되어 덮어질 수 있도록 하기 위함이다.

또한 그럼 앞에서 설명을 미룬 층 가압장치를 설명한다. 본 발명은 최하단의 대차(40)와 커버플레이트(42)의 면적은 가압플레이트(61)에 비하여 더 크도록 형성하고, 4개의 모서리 부분에 패널층을 가압할 수 있도록 하는 층가압장치(50)를 설치한다.

이 층가압장치(50)는, 하단의 레일케스터(41)의 상단에 위치한 대차플레이트(45)와 최 상단에 위치하는 커버플레이트(42)의 4개의 모서리 부위에 형성된 관통공이 있고, 상기 관통공을 관통하는 장형의 가압스크류(51)이 있으며, 상기 가압스크류(51)에 스크류 체결하되 대차플레이트(45)의 하단과 커버플레이트(42)의 상단에 장착되는 가압너트(52)를 포함하여 구성된다. 따라서 상기 가압너트(52)를 회전시켜 패널층을 가압할 수 있도록 한 것이다.

도시된 도 4 내지 6에서처럼, 패널단(100)의 상하부 가압은 가압플레이트(61)와 커버플레이트(42)의 무게만을 이용하는 것이 아니고, 상기 커버플레이트(42)와 대차플레이트(45)가 서로 간격을 좁히도록 하여 내측의 패널층이 상하방향에서 압력을 받아 건조와 탄화과정에서 휘어지거나 뒤틀리는 현상을 방지하는 것이다. 이를 위해서 본 발명에서는 패널층의 넓이에 비하여 가압플레이트(61)의 넓이를 더 크게 형성하였고, 가압플레이트(61)의 넓이에 비하여 대차(40)의 대차플레이트(45)와 커버플레이트(42)의 넓이를 더 크게 형성하였다. 대차플레이트(45)와 커버플레이트(42)의 4곳 모서리 부분에는 상하 방향의 관통공을 형성하여 상하로 관통되는 가압스크류(51)를 끼우고 가압스크류(51)의 상하로 별도의 가압너트(52)를 장착한다. 상기 가압너트(52)를 회전시키면 가압너트(52)는 전진이나 후진하며 대차플레이트(45)와 커버플레이트(42)를 가압하게 된다. 이 과정에서 대차플레이트(45)와 커버플레이트(42) 사이에 끼인 패널층도 가압된다. 결국 패널층을 형성하는 목재패널(62)은 그 가압력에 의해서 뒤틀림이 방지되고, 휘어짐이 차단되는 것이다.

상기 가압너트(52)는, 외주면에 회전손잡이를 형성하거나 또는 모터(53)를 통해서 자동 조절될 수 있도록 한다. 실외에서 패널단(100)을 장착할 때에는 작업자에 의해서 가압너트(52)를 회전시켜 패널층에 가해지는 압력을 조절할 수 있도록 가압너트(52)의 외주면에 회전손잡이를 장착한다. 그러나 탄화로에 장착되어서 온도를 받고 있는 상태에서는 작업자가 내부로 들어가기 힘들다. 결국 이러한 모든 문제를 해결하기 위해서 상기 가압너트(52)는 자동으로 회전되어야 한다. 본 발명에서는 상기 가압너트(52)를 회전시키기 위해서 별도의 동력수단을 비치한다. 모터(53)를 통해서 회전시켜 가압력을 조절할 수 있도록 한 것이다. 도시하지는 않았지만 별도의 기어나 스프로켓 및 체인 등이 선택적으로 채택되어 상기 가압너트(52)를 회전시킬 수 있도록 한다.

이러한 가압너트(52)를 회전시킴에 있어서, 패널층에 전체적으로 가해지는 압력이 동일하게 유지됨이 바람직하다. 즉, 커버플레이트(42)의 상단에는 수평계(43)를 장착하여 수평도를 조절할 수 있도록 함이 바람직한 것이다.

수평계(43)는 전자적으로 그 수평상태를 확인할 수 있을 수도 있으며, 시각적으로도 이를 관찰할 수 있다. 이 수평계(43)의 검측에 따라 4곳에 설치된 가압너트(52)의 회전수를 조절함으로 본 발명의 패널층은 거의 동일한 압력을 받으며 적재되고, 휨이나 뒤틀림이 방지된다. 생산된 목재의 두께나 폭도 동일함을 유지하여 질 좋은 탄화목재를 제조할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 패널층을 형성하는 목재패널(62)과 가압간격바(63)는 폭조절수단(70)을 통해서 폭을 조절할 수 있도록 한다고 전술한 바 있는데, 이에 대한 상세한 구성을 도시된 도 6 내지 9를 통해서 상세히 설명한다.

상기 폭조절수단(70)은, 대차(40)의 대차플레이트(45)나 가압플레이트(61)의 일측에 고정되는 고정가압간격바(63A)가 있고, 상기 고정가압간격바(63A)의 양단부분에서 간각바의 길이방향에 수직된 방향으로 대차플레이트(45)와 가압플레이트(61)에 파놓은 레일홈(76)가 있으며, 상기 레일홈(76)에 대응하여 끼워지는 레일돌기(77)가 하단에 체결된 가압간격바(63)가 있다. 또한 상기 고정가압간격바(63A)와 다수의 가압간격바(63)의 양끝단부분에서 전후방으로 관통된 관통공에 끼워지는 쌍의 간격조절스크류(71)가 있고, 간격조절스크류(71)의 끝단에 스크류 체결되는 제1기어(72)이 있으며, 상기 제1기어(72)에 치합되어 끝단의 가압간격바(63)에 회전가능하게 고정되는 제2기어(73)가 있다. 그리고 상기 제2기어(73)의 축을 회전시키는 감속기를 가진 회동모터(74)가 있다. 따라서 이들이 결합하여 상기 회동모터(74)가 회전하면 상기 제1기어(72)와 제2기어(73)가 회전하며 가압간격바(63)를 밀어 사이에 낀 목재패널(62)을 가압하여 휨을 방지하는 것이다.

전술된 층가압장치(50)를 통해서 목재의 건조와 탄화공정시 상하방향의 뒤틀림과 휨을 예방하였지만, 좌우 방향의 휨은 상기 폭조절수단(70)을 통해서 달성한다.

대차플레이트(45)와 가압플레이트(61)에 적재되는 가압간격바(63) 중 최 일측단에 장착되는 가압간격바(63)는 완벽하게 고정시킨다. 도 6의 평면도에서처럼 일측단에 장착된 하나의 가압간격바(63)를 설명의 편의를 위해서 본 발명에서는 고정가압간격바(63A)라 칭한다. 이 고정가압간격바(63A)의 측면으로 도시된 것처럼 목재패널(62)이 끼워지고, 그 측면으로 다시 가압간격바(63)가 배열되는 것이 본 발명의 패널층이다. 이렇게 다수의 가압간격바(63)와 목재패널(62)이 배열된다. 건조과정에서 상기 목재패널(62)이 좌우 방향으로 뒤틀리게 되면, 가압간격바(63)가 목재패널(62)을 면접한 상태에서 그 뒤틀림을 막아주게 되는데, 이러한 작용이 완벽하게 이루어지지 않는다. 이유는 목재패널(62)은 그 내부에서 수분이 빠지게 될 때 약간의 부피 변화도 이루어진다. 부피가 줄어드는 것이다. 이는 목재패널(62)과 가압간격바(63) 사이에 공간을 형성하게 되고, 이 공간은 목재가 좌우 방향으로 뒤틀어질 여지를 제공한다. 결국 본 발명은 이러한 여지도 예방하기 위해서 폭조절수단(70)을 갖춘 것이다.

폭을 조절하는 방식은 일측단에 형성된 고정가압간격바(63A)의 타측 즉, 반대 방향 끝단에 장착되는 가압간격바(63)에 제1기어(72), 제2기어(73) 및 회동모터(74)를 장착하는 것이다. 상기 양단의 고정가압간격바(63A)와 가압간격바(63)는 물론 그 사이에 끼인 가압간격바(63)의 좌우측 단에도 전후 방향으로 관통된 관통공이 형성된 상태이기에 이 관통공을 관통하는 별도의 간격조절스크류(71)를 장착하는 것이다. 물론 상기 간격조절스크류(71)의 끝단은 제1기어(72)가 스크류 체결된 상태이기에 상기 제1기어(72)가 회동모터(74)를 통해서 회전하게 되면 상기 제1기어(72)는 전진과 후진을 하게 된다. 이 작동을 통해서 목재가 수분이 빠지며 부피를 축소할 때, 그 간격을 보상할 수 있다.

이러한 간격을 조절할 때 상기 가압간격바(63)는 목재패널(62)을 향해 전진이나 후진으로 이동을 한다. 보다 정확하게 수직, 수평이동이 되어야 목재패널(62)의 형상을 유지시킬 수 있다. 이를 위해서 본 발명에서는 도시된 도 7과 도 8에서처럼 별도의 레일홈(76)과 레일돌기(77)를 형성한다. 레일홈(76)은 대차플레이트(45)의 상단과 층을 형성하는 가압플레이트(61)의 상단 좌우측에 형성하고, 이 위에 적층될 가압간격바(63)의 하단에는 대응되는 레일돌기(77)를 형성하는 것이다. 레일돌기(77)가 레일홈(76)을 타고 이동하게 되면 상기 가압간격바(63)는 정확한 수평운동을 하여 목재패널(62)의 외곽면을 정확하게 밀착하고 가압할 수 있도록 한다. 결국 목재의 부피 변화를 정확하게 대응하고자 하는 배려이다.

이와 같은 맥락으로 가압간격바(63)와 목재패널(62)을 이용하여 패널층을 형성할 때, 상기 가압간격바(63)의 높이가 목재패널(62)에 비하여 낮은 높이를 가질 수 있도록 한다. 즉, 목재패널(62)의 경우 건조와 탄화과정에서 부피가 축소될 우려가 있기에 그 높이가 다소 낮아질 우려가 있다. 그러나 금속재의 가압간격바(63)는 그 온도에 따른 부피변화가 심하지 못하다. 이를 위해서 도시된 도 4의 확대도에서처럼, 가압간격바(63)의 높이는 목재패널(62)의 높이에 비하여 낮게 설치하는 것이다. 후일 건조시 부피변화가 발생되어 목재패널(62)의 높이가 낮아질 때, 이를 수용할 수 있다.

또한 전술된 것처럼 본 발명은 패널단(100)을 셋팅함에 있어서, 탄화로의 내부와 외부에서 모두 수행할 수 있다. 이는 레일을 통해서 패널단(100)을 이동시킬 수 있도록 할 수 있기 때문이다. 즉, 탄화로의 챔버(10)로 안내되는 패널단(100)은, 챔버(10)의 내측 저면에 깔린 고정레일(20); 고정레일(20)에 대응되어 챔버(10)의 외측에서 고정레일(20)까지 파진 레일홈(32)에 끼워지되, 하단에 다수의 이송롤(31)이 형성된 연동레일(30)로 이루어진 패널단이동수단을 통해서 챔버(10) 외부에서 패널단(100)이 적재되어 챔버(10)의 내측으로 이동될 수 있도록 한다.

도 2와 3에서처럼 탄화로의 챔버(10)는 밀폐된 공간을 유지하고 폐쇄시킬 수 있도록 별도의 락킹도어(11)를 가지고 있다. 레일은 챔버(10) 내부에는 고정된 고정레일(20)을 갖추고 있어서 대차(40)의 레일캐스터(41)가 타고 이동할 수 있도록 한다. 그러나 상기 락킹도어(11)가 닫치기 위해서는 상기 챔버(10) 외측의 레일은 없는 것이 편리하다. 이를 위해서 상기 고정레일(20)과 대응되는 연동레일(30)이 챔버(10)의 외측에 깔린 상태에서 연동하게 된다. 연동레일(30)의 하단은 이송롤(31)이 다수 개 달려 있어, 고정레일(30)을 향해 연동이 가능하다. 이송롤(31)이 레일홈(32)을 타고 이동될 수 있기 때문이다.

결국 본 발명의 패널단(100)은 챔버(10)의 외측에서 셋팅되고, 연동레일(30)을 타고 챔버 내측의 고정레일(20)로 이동하며, 락킹도어(11)의 락킹작업을 위해서 연동레일(30)을 후방으로 뺄 수 있다. 이러한 작동에 따라 본 발명의 탄화로 챔버(10)는 다수의 대차를 이용한 패널단(100)을 형성하고 챔버(10)의 내측에 순차적으로 적층이 가능하다. 물론 처음부터 챔버(10)의 내부에서 패널단(100)을 셋팅할 수 있다.

한편 본 발명에서 언급된 가장 중요한 제2단계의 건조단계는, 마구리에 페인트칠된 목재패널(62)을 진공 중에 고온의 증기로서 수분을 공급하면서, 목재패널(62)에 발생되는 할렬을 최소화시키며, 온도 60-150℃로 건조시킨다. 목재의 경우 건조과정에서 모서리 부분이 찢어지고 갈라지는 할렬 현상이 발생된다. 본 발명의 탄화목재는 탄화로 내부에서 강재로 건조하고, 탄화시키는 공정이 있기에 이 과정에서 목재의 모서리 부분이 찢어지는 할렬을 방지하기 위한 별도의 수단으로 페인트칠을 하는 것이다. 수분이 빠져나오면서 발생되는 이 할렬을 방지하기 위해서 많은 방법이 사용되고 있는데, 본 발명에서는 페이트칠을 통해서 이 문제점을 해결한다.

또한 본 발명에서 사용되는 상기 제3단계의 탄화단계는, 건조된 목재패널(62)을 탄화로의 챔버(10) 내에서 진공 중에 150-800℃로 선택적으로 가온하고, 증기로 수분을 공급하며, 탄화시키는 것이 바람직하다.

탄화단계에서 사용되는 온도는 사실상 변화가능성이 높다. 챔버(10)의 단열문제, 가온의 방식, 목재패널(62)의 의도한 탄화의 정도에 따라 무한하게 변화 가능한 것이다. 이는 많은 실험과 시현을 통해서 경험적으로 얻어야 할 사항이다. 본 발명은 이를 위해서 많은 실험을 한 결과 다음과 같은 온도 조건을 얻었다. 탄화의 단계에서는 진공 중에 탄화를 함이 바람직하며, 온도는 약 150-800℃를 사용하는 것이 바람직하다. 전술된 조건에 따라 상기 온도는 천차만별로 변화될 수 있지만 진공 중에 사용함이 가장 합당하다. 진공 중에는 목재의 불이 붙지 않기에 고온으로 올려도 재가 되지 않는다. 이점을 고려하여 높은 온도까지 올려도 그 색상의 변화만 발생하게 된다.

보다 상세하게 세분하자면, 탄화시, 무른재질의 목재패널(62)의 경우 150-500℃의 온도로 탄화하고, 단단한 재질의 목재패널(62)의 경우 200-800℃의 온도로 탄화를 하는 것이 바람직하다. 무른재질의 목재는 건조와 탄화시 그 부피의 축소가 심하고 탄화의 정도가 심하다. 다소 낮은 온도로 탄화를 해도 단단한 재질의 목재에 비하여 진한 색상으로 변하게 된다. 모든 목재에 다 적용되는 것은 아니지만 이는 일반적인 사항이다. 따라서 무른 목재의 경우는 탄화의 온도를 낮게 설정하여 탄화를 하며 단단한 재질의 목재는 보다 높은 온도를 적용하여 탄화를 시킨다.

더 복잡한 조건을 보자면 그 시간이다. 시간을 오래 탄화를 시키게 되면 탄화의 정도가 심하며, 적은 시간을 사용하면 탄화의 정도가 약하다. 물론 탄화를 함에 있어서 1차, 2차 또는 그 이상의 단계를 적용하고, 각각의 단계에 따라서 적용되는 온도의 차도 달리 적용할 수 있다. 이는 모두 탄화목재의 제작자가 오랜 경험과 실험을 통해서 달성할 사항이다. 현재 이러한 탄화의 조건은 무궁무진하게 변화가 가능하기에 정확한 수치한정이 불필요할 정도이다.

단지 본 발명을 제안하면서 다수의 실험을 통해서 제한되고 한정된 탄화로를 통해서 얻어진 경험칙은 무른재질의 목재와 단단한 재질의 목재를 구분하고 그 온도에 따른 목재의 탄화 정도를 판단한 결과 전술된 온도의 수준이 가장 합당했다는 것이다. 이 온도를 준수함이 대체적으로 우수한 탄화목재를 얻을 수 있었다.

그리고 본 발명에서는 탄화시, 열풍가온, 히터 및 고주파 가열을 통해서 내부까지 탄화시키는 것이 바람직하다. 탄화란 실질적으로 목재에 온도를 가하여 태우는 작업이다. 열풍을 가하여 자연스럽게 건조시키고 태우는 공정은 수분의 빠른 배출로 인하여 뒤틀림이 심하다. 히터를 통한 복사열의 전달도 목재의 건조를 위해서 필요하지만 나름 문제점이 존재한다. 또한 본 발명의 경우 목재의 외곽부만이 아니고 그 내부 깊숙히 탄화시키길 희망한다. 결국 고주파 가열을 통해서 가온하고 이를 통해서 건조하고 탄화를 시키는 것이다. 본 발명에서는 이러한 모든 방법을 사용한다. 도 1과 2에는 사실상 본 발명의 탄화로를 도시하고 있다.

종래에도 이러한 탄화로가 존재하기는 했다. 그런데 이들 중 일부 구성이 빠진 상태로 실시되었다. 모두 의도한 목적에 따른 종래의 탄화로에서는 도 1에 도시된 구성요소 중 필요한 구성요소들만 갖춘 것이다. 도 1에 도시된 것처럼 각각의 구성요소들이 유기적으로 결합된 탄화로는 없었던 것이다. 본 출원인은 종래 사용되던 탄화로의 구성요소 중 일부구성들을 차용하고, 또 최적화된 상태로 조합하였다. 모두 공지된 구성이지만 최적화된 상태로 탄화로를 조합한 것이다. 특히 본 발명은 패널단을 형성함에 따라 목재의 휨과 뒤틀림을 방지시키기 위한 발명이 주요한 목적이기에 상세한 시스템 상의 설명은 피한다. 단지 도면에 기재된 구성요소의 명칭을 통해서 본 발명의 시스템이 어떻게 작동될 수 있는 가를 보여준다.

본 발명은 전술된 모든 내용에 비추어 탄화목재를 제조하는 방법을 설명하였다. 그러나 본 발명의 보다 중요한 사항은 이러한 방법을 통해서 제작된 목재에 특징이 있다. 즉, 본 발명의 다른 특징은 목재를 탄화시켜 제조한 탄화목재에 있어서, 전술된 모든 탄화목재 제조방법을 통해서 제조된 탄화목재도 큰 기술적인 창작품인 것이다.

이러한 탄화목재는 다음과 같은 형태로 제조함이 바람직하다.

즉, 건조와 탄화시, 목재패널(62)과 면접하는 대차플레이트(45), 가압간격바(63), 가압플레이트(61) 및 커버플레이트(42)의 표면을 민자로 형성하여, 생산된 목재패널(62)은 4개의 면이 모두 민자로 형성한다. 본 발명은 민자형 목재패널이면서 탄화목재인 것이다.

전술된 것처럼 본 발명은 건조와 탄화를 위해 먼저 패널단(100)을 셋팅한다. 이 셋팅을 위해서 패널층은 목재패널(62)과 가압간격바(63)로 이루어진다. 또한 다수의 패널층을 사이에 두고 상부와 하부에서 커버플레이트(42)와 대차플레이트(45)가 위치한다. 목재패널(62)의 모든 외곽면은 이 대차플레이트(45), 가압간격바(63), 커버플레이트(42), 가압플레이트(61)로 면접하여 밀착된다. 이때 건조와 탄화의 과정에서 목재패널(620은 부피변화를 일으키며 휨응력, 뒤틀림 현상이 발생된다. 이때 밀착된 상기 대차플레이트(45), 가압간격바(63), 가압플레이트(61) 및 커버플레이트(42)의 표면은 목재패널의 접촉면을 가압하여 그 형태를 새기게 되는 것이다. 결국 민자형의 대차플레이트(45), 가압간격바(63), 가압플레이트(61) 및 커버플레이트(42)를 사용하면 민자형의 탄화 목재패널이 생산되는 것이다.

더욱이 본 발명은 폭조절수단과 층가압장치를 통해서 목재패널을 건조과정과 탄화과정 중 고 압력으로 가압하고 있다. 이러한 면 접촉으로 발생되는 전사는 당연한 것이다.

이와 동일한 방식으로 본 발명의 탄화목재는 건조와 탄화시, 목재패널(62)과 면접하는 대차플레이트(45), 가압간격바(63) 가압플레이트(61) 및 커버플레이트(42)의 표면에 무늬와 모양을 선택적으로 형성하여, 생산된 목재패널(62)은 무늬, 모양을 가진 목재패널을 생산한 것이다. 즉, 본 발명은 무늬나 모양이 새겨진 탄화목재인 것이다.

또한 건조와 탄화시, 목재패널(62)과 면접하는 대차플레이트(45), 가압간격바(63), 가압플레이트(61) 및 커버플레이트(42)의 표면에 형성된 무늬와 모양은 홈이나 돌기이기에, 생산된 목재패널(62)의 무늬와 모양은 돌기나 홈의 무늬, 모양이 새겨진 목재패널이다.

대차플레이트(45), 가압간격바(63), 가압플레이트(61) 및 커버플레이트(42)의 표면에 모늬와 모양을 새겨서 패널단을 형성한 후, 건조와 탄화의 공정을 거치면, 대차플레이트(45), 가압간격바(63), 가압플레이트(61) 및 커버플레이트(42)의 표면에 새겨진 무늬나 모양이 그대로 전사되어 아름다운 형태의 탄화목재가 생산된다. 이러한 무늬와 모양은 음각이든 양각이든 상관이 없다.

만일 대차플레이트(45), 가압간격바(63), 가압플레이트(61) 및 커버플레이트(42)의 표면에 양각의 무늬와 모양을 새긴 상태로 건조와 탄화과정을 수행시키면, 탄화목재의 표면에는 그 무늬와 모양이 그대로 전사되어 음각의 무늬와 모양이 생성되는 것이다. 이와는 달리 만일 대차플레이트(45), 가압간격바(63), 가압플레이트(61) 및 커버플레이트(42)의 표면에 음각의 무늬와 모양을 새긴 상태로 건조와 탄화과정을 수행시키면, 탄화목재의 표면에는 그 무늬와 모양이 그대로 전사되어 양각의 무늬와 모양이 생성되는 것이다.

10; 챔버 11; 락킹도어
20; 고정레일 30; 연동레일
31; 이송롤 32; 레일홈
40; 대차 41; 레일케스터
42; 커버플레이트 45; 대차플레이트
50; 층가압수단 51; 가압스크류
52; 가압너트 53; 모터
61; 가압플레이트 62; 목재패널
63; 가압간격바 70; 폭조절수단
71; 간격조절스크류 72; 제1기어
73; 제2기어 74; 회동모터
76; 레일홈 77; 레일돌기

Claims

목재를 건조하고 탄화시켜 탄화목재를 제조하는 방법에 있어서,
제1단계; 중량비로 붕산이 80-98% 석회가 2-20%로 투입된 솔루션에 목재패널(62)을 침수시키킨 후, 직사각형의 일정한 형태로 커팅된 목재패널(62)을 적재하되, 목재와 가압플레이트(61)를 순차적으로 적층하고, 탄화로에 패널층을 셋팅하여 패널단(100)을 형성하는 셋팅단계;
제2단계; 탄화로의 챔버(10) 내부에서 목재패널(62)에 증기를 공급하며, 건조하여 함수율이 0-5%까지 떨어트리되, 마구리에 페인트칠된 목재패널(62)을 진공 중에 고온의 증기로서 수분을 공급하면서, 목재패널(62)에 발생되는 할렬을 최소화시키며, 온도 60-150℃로 건조시키는 건조단계;
제3단계; 건조된 목재를 탄화시켜, 탄화의 정도에 따라 진하고 연한색의 질감을 갖도록 하는 탄화단계;
제4단계; 스프링킬러를 통해서 온도를 떨어트리는 냉각단계;를 통해서 탄화목재를 생산하는 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
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제1항에 있어서,
목재패널(62)의 탄화로 패널단(100)의 셋팅이란,
레일(20, 30)을 타고 이동가능한 대차(40);
대차(40) 상부에 일정한 간격을 두고 배열되는 직사각형상의 목재패널(62)과 목재패널(62) 사이사이에 끼워지는 가압간격바(63)로 이루어진 패널층;
상기 패널층의 상부에 적층되는 가압플레이트(61);
상기 가압플레이트(61)의 상부로 배열하되, 상기 1단의 패널층과 동일하게 목재패널(62)과 가압간격바(63)로 이루어진 또 하나의 패널층; 및
최 상단의 패널층 상부에 올려지는 커버플레이트(42);를 포함하여 구성하되, 상기 패널층은 탄화로의 챔버(10)의 크기에 비례하여 다수층으로 패널층과 가압플레이트(61)를 순차적으로 적층하는 방식인 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제3항에 있어서,
대차(40), 가압플레이트(61), 가압간격바(63) 및 커버플레이트(42)는, 열전도율을 동일하게 하기 위해서 동일재질로 형성하되, 카본, 알루미나 및 금속물질로 제작함을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제3항에 있어서,
패널층의 면적에 비하여 가압플레이트(61)의 면적이 더 크도록 적층하여 패널층의 목재패널(62)을 전면적으로 가압할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제3항에 있어서,
최하단의 대차(40)와 커버플레이트(42)의 면적은 가압플레이트(61)에 비하여 더 크도록 형성하고, 4개의 모서리 부분에 패널층을 가압할 수 있도록 하는 층가압장치(50)를 설치한 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제6항에 있어서,
층가압장치(50)는,
하단의 레일케스터(41)의 상단에 위치한 대차플레이트(45)와 최 상단에 위치하는 커버플레이트(42)의 4개의 모서리 부위에 형성된 관통공;
상기 관통공을 관통하는 장형의 가압스크류(51);
상기 가압스크류(51)에 스크류 체결하되 대차플레이트(45)의 하단과 커버플레이트(42)의 상단에 장착되는 가압너트(52)를 포함하여 구성되어 상기 가압너트(52)를 회전시켜 패널층을 가압할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제7항에 있어서,
가압너트(52)는,
외주면에 회전손잡이를 형성하거나 또는 모터(53)를 통해서 자동 조절될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제7항에 있어서,
커버플레이트(42)의 상단에는 수평계(43)를 장착하여 수평도를 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제3항에 있어서,
패널층을 형성하는 목재패널(62)과 가압간격바(63)는 폭조절수단(70)을 통해서 폭을 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제10항에 있어서,
폭조절수단(70)은,
대차(40)의 대차플레이트(45)나 가압플레이트(61)의 일측에 고정되는 고정가압간격바(63A);
상기 고정가압간격바(63A)의 양단부분에서 간격바의 길이방향에 수직된 방향으로 대차플레이트(45)와 가압플레이트(61)에 파놓은 레일홈(76);
상기 레일홈(76)에 대응하여 끼워지는 레일돌기(77)가 하단에 체결된 가압간격바(63);
상기 고정가압간격바(63A)와 다수의 가압간격바(63)의 양끝단부분에서 전후방으로 관통된 관통공에 끼워지는 쌍의 간격조절스크류(71);
간격조절스크류(71)의 끝단에 스크류 체결되는 제1기어(72);
상기 제1기어(72)에 치합되어 끝단의 가압간격바(63)에 회전가능하게 고정되는 제2기어(73); 및
상기 제2기어(73)의 축을 회전시키는 감속기를 가진 회동모터(74);를 포함하여 구성되어 상기 회동모터(74)가 회전하면 상기 제1기어(72)와 제2기어(73)가 회전하며 가압간격바(63)를 밀어 사이에 낀 목재패널(62)을 가압하여 휨을 방지하는 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제3항에 있어서,
가압간격바(63)와 목재패널(62)을 이용하여 패널층을 형성할 때, 상기 가압간격바(63)의 높이가 목재패널(62)에 비하여 낮은 높이를 가질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제3항에 있어서,
탄화로의 챔버(10)로 안내되는 패널단(100)은,
챔버(10)의 내측 저면에 깔린 고정레일(20); 고정레일(20)에 대응되어 챔버(10)의 외측에서 고정레일(20)까지 파진 레일홈(32)에 끼워지되, 하단에 다수의 이송롤(31)이 형성된 연동레일(30)로 이루어진 패널단이동수단을 통해서 챔버(10) 외부에서 패널단(100)이 적재되어 챔버(10)의 내측으로 이동될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제1항에 있어서,
제3단계의 탄화단계는,
건조된 목재패널(62)을 탄화로의 챔버(10) 내에서 진공 중에 150-800℃로 선택적으로 가온하고, 증기로 수분을 공급하며, 탄화시키는 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제14항에 있어서,
탄화시, 무른재질의 목재패널(62)의 경우 150-500℃의 온도로 탄화하고, 단단한 재질의 목재패널(62)의 경우 200-800℃의 온도로 탄화를 하는 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
제15항에 있어서,
탄화시, 열풍가온, 히터 및 고주파 가열을 통해서 내부까지 탄화시키는 것을 특징으로 하는 탄화목재 제조방법.
청구항 제1항 및 제3항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 따른 제조방법을 통해서 제조된 탄화목재.
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