KR101302967B1 - 과열증기를 이용한 목재 건조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목재를 건조하는 과정이 과열증기발생기로부터 발생된 과열증기를 이용하여 목재를 건조함에 따라 원하는 색감의 목재 자재를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 소나무와 낙엽송에 있는 송진제거 효과를 얻을 수 있으며 목재의 건조 과정에서 발생하는 크랙이나 목재의 변형을 방지할 수 있고 화학처리에 의한 환경오염을 방지할 수 있으며 내구성 및 내후성이 크게 향상될 수 있도록 한 과열증기를 이용한 목재 건조방법을 제공하고자 한다.
이를 위해 본 발명은, 목재고정지그에 건조하고자 하는 목재를 적층하는 제1공정(S1); 온도센서와 압력센서 및 저울이 구비되는 목재건조챔버에 목재가 적층된 목재고정지그를 장입하는 제2공정(S2); 증기보일러에 의해 150℃의 포화증기를 생산하는 제3공정(S3); 증기보일러에 의해 생산되는 포화증기를 공급받은 과열증기발생기에 의해 180℃ ~ 500℃의 과열증기를 생산하는 제4공정(S4); 제4공정에서 생산된 180℃ ~ 500℃ 과열증기를 목재건조챔버에 공급하여 과열증기로 목재를 건조하는 제5공정(S5); 제5공정에서 목재를 과열증기로 건조하는 동안에 목재건조챔버의 온도센서에 의해 온도를 체크하고 압력센서에 의해 증기압력을 체크하며 저울에 의해 함수율을 체크하는 제6공정(S6); 제6공정에서 체크된 온도와 압력 및 함수율이 설정된 값 이상일 때 목재건조챔버 내부의 증기를 일부 배출하는 제7공정(S7); 제7공정에서의 배출된 증기를 제습기로 제습하여 수분은 목초액수용구로 공급하여 목초액이 수용되도록 하고 수분이 제거된 증기는 다시 제4공정에서의 과열증기발생기로 순환시키는 제8공정(S8)이 포함되어 이루어진다.

Description

과열증기를 이용한 목재 건조 방법{overheated stem using manufacturing method of wood drying carbonization}

본 발명은 과열증기를 이용한 목재 건조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과열증기에 의해 목재를 건조시킴에 따라 습도의 변화에 따른 목재의 변형 및 크랙이 발생되는 것을 방지하고 화학방부재를 사용하지 않음에 따라 친환경 목재자재를 얻을 수 있으며 목재를 건조할 때 발생되는 비용을 절감시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 양질의 목재를 대량 생산하여 경제성을 향상시킬 수 있는 과열증기를 이용한 목재 건조방법에 관한 것이다.

일반적으로 목재의 건조는 함수률을 감소시켜 운반비를 절감하고 안전하게 저장할 수 있으며, 목재 수축에 의한 손상 방지, 목재강도의 증가, 못 이나 나사 보지력(保持力)의 증가, 접착성과 도장성의 개선, 전기 절연성의 증가, 열 절연성의 개선, 약재주엽의 용이, 충해방지, 변색 및 부패방지 등의 효과를 얻을 수 있다.

이와 같은 목재의 건조방법에는 자연건조와 인공건조의 두 가지 방법이 있으며, 자연 건조된 목재가 변형이 없고 양호한 성질을 갖고 있으나 건조기간이 너무 길고(2∼3년) 넓은 장소가 필요한 관계로 인공적인 열원을 공급하여 건조시키는 인공건조가 주로 행해지고 있다.

인공건조법은 인위적으로 설정한 건조조건을 이용하여 자연건조에서는 도달할 수 없는 낮은 함수률까지 급속하게 목재의 손상없이 건조시키는 것으로, 인위적으로 건조조건을 조정할 수 있는 장치나 방법에는 훈연건조와, 전열건조, 연소가스건조, 진공건조, 약품건조, 고주파건조 등 여러 가지가 있으나 현재 열기 건조법이 주로 사용되고 있다.

이러한 열기건조법은 열기를 만드는 방식과 열기의 순환방식 및 건조작업의 진행방식에 따라 세분되고 있으나, 열기를 공급하는 연소실이 캐리어 중앙부에 돌출되도록 설치되기 때문에 건조 대상목재를 적재하여 건조하는 경우, 목재가 직접 연소실의 복사로와 접촉되기 때문에 접촉부가 탄화되어 폐기처분되는 분량이 다량 발생되는 문제점이 있다.

또한, 열기를 배기하는 배기연통이 건조실 상부에서 관통되어 있기 때문에 고온의 열기가 쉽게 방출됨으로써 건조를 위한 에너지가 소비가 증가하게 되고, 특히 쉽게 열기가 방출됨으로써 목재건조의 가장 중요한 요소인 균일한 온도를 유지하기 곤란하다는 문제점이 있다.

또한, 건조실 내부에 별도의 수분을 공급하기 위한 수단을 구비하지 않아 목재에 함유되는 수분조절이 불가하여 목재의 변형이 심하게 발생되는 문제점과, 수요자가 요구하는 수분함유의 목재로 건조할 수 없다는 문제점이 있다.

종래 기술을 살펴보면, 등록특허 10-0577218호인 목재의 건조 방법이 안출된 바 있으며, 이는 폐목재 등의 목질계 연료를 연소가스 발생로의 하부에 설치한 연소실 속에 넣고 이 목질계 연료를 연소시켜 이 연소시에 발생한 고온의 연소가스를 생목재를 수용하는 건조실의 상부에 도입함으로써 상기 목재를 상기 연소가스에 의해 가열 건조하는 단계를 포함하는 목재의 건조 방법에 있어서, 상기 건조실내에 함유된 연소가스를 60 내지 95 (체적)% 범위의 높은 농도로 유지하고, 건조실내 분위기의 압력을 1.5 내지 5 기압 범위의 높은 압력으로 유지하는 연소가스의 농도를 높은 값으로 유지하도록 하여, 연소가스를 함유한 건조실내 분위기의 압력을 높은 값으로 유지하기 때문에 목재를 단시간에 효율적으로 건조할 수가 있는 효과를 기대하고 있다.

그러나, 종래 기술의 경우에는 너무 높은 압력에 의해 오히려 건조되는 목재에 크랙이 발생되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 크랙에 의한 건축자재로의 사용이 불가능하고 건축자재로 사용하기 위해서는 목재를 다시 재가공하여 다듬어야 하는 문제점이 있다.

또한, 건조되는 목재의 부패를 방지하기 위해 화학방부처리를 함에 따라 사용자나 또는 토지의 오염을 유발시키게 되는 문제점이 있다.

한편, 폐목재를 태워 탄화시킴으로써 얻어진 탄화물을 이용하여 비닐하우스의 농작용 흙에 섞어 이용되거나, 씨앗발아상자에 흙과 탄화분을 섞어 씨앗의 발아를 촉진시키는데에 사용되고 있으며, 도시의 화단의 경우에도 화단에 심어진 식물의 성장발육을 촉진시키기 위해 탄화물 숯가루는 근자들어 많이 이용되고 있다.

이와 같은 탄화물은, 타원형 탄화로내에 스크류 교반기를 회전축 외부에서 모터로 구동시켜 탄화물을 교반과 동시 배출 이송되게 함으로써 폐목의 탄화가 이루어지도록 하고 있으며, 탄화시 발생되는 배기열을 외부로 연장 설치된 배기통로 또는 재연소기에 배기되는 구성을 이루고 있다.

이에 따라, 탄화효율이 낮을 뿐만 아니라 통공이 있는 격판과 둥근판으로 안내판을 탄화통내에 복잡하게 구성하고 있음에 따라 탄화물의 이송배출이 원활하지 못하여 탄화물의 생산보다 재가 많이 나오는 문제점이 있고, 회전축에 의한 스크류 교반기를 탄화로 내하부에 설치하므로 복잡한 구조를 이루는 단점과 동력소모가 큰 결함이 뒤따르게 되는 문제점에 따라 효율적인 탄화물을 얻기에 미급한 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 목재의 건조과정 중에 생기는 목초액에 기름과 송진이 함께 포함되어 있기 때문에, 기름과 송진에 의한 또 다른 오염이 발생되는 문제점이 있다.

대한민국등록특허 10-0577218호(2006.04.28 등록) 대한민국등록특허 10-0320246호(2001.12.27 등록)

본 발명은 천연소재인 목재를 화학첨가물 없이 물에 의해 얻어지는 과열증기를 이용하여 목재를 고열처리함으로써 친환경의 목재자재를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 습도의 변화에 따른 목재의 뒤틀림이나 크랙이 발생되는 것을 방지하여 양질의 목재자재의 생산이 가능하도록 하고 목재의 생산성 및 작업효율성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 과열증기를 이용한 목재 건조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명인 과열증기를 이용한 목재 건조방법은, 목재고정지그에 건조하고자 하는 목재를 적층하는 제1공정; 온도센서와 압력센서 및 저울이 구비되는 목재건조챔버에 목재가 적층된 목재고정지그를 장입하는 제2공정; 증기보일러에 의해 150℃의 포화증기를 생산하는 제3공정; 증기보일러에 의해 생산되는 포화증기를 공급받은 과열증기발생기에 의해 180℃ ~ 500℃의 과열증기를 생산하는 제4공정; 제4공정에서 생산된 180℃ ~ 500℃ 과열증기를 목재건조챔버에 공급하여 과열증기로 목재를 건조하는 제5공정; 제5공정에서 목재를 과열증기로 건조하는 동안에 목재건조챔버의 온도센서에 의해 온도를 체크하고 압력센서에 의해 증기압력을 체크하며 저울에 의해 함수율을 체크하는 제6공정; 제6공정에서 체크된 온도와 압력 및 함수율이 설정된 값 이상일 때 목재건조챔버 내부의 증기를 일부 배출하는 제7공정; 제7공정에서의 배출된 증기를 제습기로 제습하여 수분은 목초액수용구로 공급하여 목초액이 수용되도록 하고 수분이 제거된 증기는 다시 제4공정에서의 과열증기발생기로 순환시키는 제8공정이 포함되어 이루어진다.

상기 제8공정에서 목초액수용구에 수용되는 목초액을 원심분리기로 기름과 송진 및 이물질을 분리하여 순수한 목초액을 생산하는 제9공정이 더 구비되어 이루어진다.

상기 제8공정에서 수분이 제거된 증기를 과열증기발생기로 순환시키기 전, 증기에 함유된 목재냄새와 이물질을 정화하여 깨끗한 증기만을 과열증기발생기로 순환시키는 제10공정이 더 구비되어 이루어진다.

본 발명은 목재를 건조하는 과정이 과열증기발생기로부터 발생된 과열증기를 이용하여 목재를 건조함에 따라 원하는 색감의 목재 자재를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 소나무와 낙엽송에 있는 송진제거 효과를 얻을 수 있으며 목재의 건조 과정에서 발생하는 크랙이나 목재의 변형을 방지할 수 있고 화학처리에 의한 환경오염을 방지할 수 있으며 내구성 및 내후성이 크게 향상될 수 있으며, 탄화과정에서 생기는 2차오염을 막고 원심분리기에 의해 목초액에 포함되는 기름과 송진을 분리할 수 있어 순수한 목초액만을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명인 과열증기를 이용한 목재 건조방법의 공정을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명인 과열증기를 이용한 목재 건조방법의 다른 실시예의 공정을 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명인 과열증기를 이용한 목재 건조방법의 또 다른 실시예의 공정을 나타낸 공정도이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도시된 바와 같이 본 발명인 과열증기를 이용한 목재 건조방법은,

목재고정지그에 건조하고자 하는 목재를 적층하는 제1공정(S1)과, 온도센서와 압력센서 및 저울이 구비되는 목재건조챔버에 목재가 적층된 목재고정지그를 장입하는 제2공정(S2)과, 증기보일러에 의해 150℃의 포화증기를 생산하는 제3공정(S3)과, 증기보일러에 의해 생산되는 포화증기를 공급받은 과열증기발생기에 의해 180℃ ~ 500℃의 과열증기를 생산하는 제4공정(S4)과, 제4공정에서 생산된 180℃ ~ 500℃ 과열증기를 목재건조챔버에 공급하여 과열증기로 목재를 건조하는 제5공정(S5)과, 제5공정에서 목재를 과열증기로 건조하는 동안에 목재건조챔버의 온도센서에 의해 온도를 체크하고 압력센서에 의해 증기압력을 체크하며 저울에 의해 함수율을 체크하는 제6공정(S6)과, 제6공정에서 체크된 온도와 압력 및 함수율이 설정된 값 이상일 때 목재건조챔버 내부의 증기를 일부 배출하는 제7공정(S7)과, 제7공정에서의 배출된 증기를 제습기로 제습하여 수분은 목초액수용구로 공급하여 목초액이 수용되도록 하고 수분이 제거된 증기는 다시 제4공정에서의 과열증기발생기로 순환시키는 제8공정(S8)으로 구비되어 이루어진다.

상기 제1공정(S1)은, 건조하고자 하는 목재를 다층으로 적층한 다음, 적층된 목재를 목재고정지그(미도시)에 의해 고정하는 것으로, 목재고정지그에 의해 목재가 고정됨에 따라 목재의 건조과정에서 생길 수 있는 목재 변형을 미연에 방지하여 주는 것으로, 이 때 목재고정지그는 건조과정에서 생기는 목재의 수축성을 함께 고려하는 것이 바람직하다.

상기 제2공정(S2)은, 목재가 적층된 목재고정지그를 목재건조챔버의 내부에 장입하는 것으로, 이 때 목재고정지그의 장입성의 용이하도록 하기 위해 목재건조챔버의 내부에 가이드레일을 추가로 설치하고 상기 목재고정지그에는 가이드레일을 타고 구름이동하는 가이드롤러를 구성함이 바람직하다.

상기 제3공정(S3)은, 증기보일러를 이용하여 150℃의 포화증기를 생산하는 것으로, 이 때 증기보일러에 사용되는 열원체는 석탄, 석유 어느 것이든지 가능하며 친환경을 고려할 때 나무의 부산물인 펠렛을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 제4공정(S4)은, 제3공정(S3)에서 생산되는 150℃의 포화증기를 과열증기발생기측으로 공급받아 과열증기발생기에 의해 180℃ ~ 500℃의 과열증기를 생산하는 것으로, 이는 과열증기발생기의 히터열을 이용하여 제3공정에서의 포화증기를 가열함으로써 180℃ ~ 500℃를 생산한다.

상기 제5공정(S5)은, 제4공정(S4)에서의 과열증기를 목재건조챔버의 내부에 공급함으로써 목재의 건조가 진행되도록 하는 것으로, 이와 같이 180℃ ~ 500℃의 과열증기를 이용하여 목재를 건조함에 따라 목재 전체를 원하는 색감으로 건조 생산할 수 있으며, 과열증기에 의해 신속하게 목재를 건조함으로써 목재에 잔류하는 낙엽송이나 또는 송진 등이 제거된다.

뿐만 아니라, 본 발명은 목재를 과열증기로 건조함은 물론 목재의 탄화까지도 가능하기 때문에 다양한 건축용 내외장재, 가구재, 바닥재, 한옥 주택용 목재를 생산할 수 있다.

상기 제6공정(S6)은, 목재가 건조되는 과정에서 목재건조챔버의 내부 온도와 내부증기압력을 감지하고 또한 저울의 중량에 따라 달라지는 함수율을 각각 실시간으로 감지하여 체크하는 것으로, 제6공정(S6)에서 체크된 감지값이 설정된 감지값보다 높을 경우에는 제7공정(S7)에 의해 목재건조챔버 내부의 증기를 자동으로 일부 배출함으로써 목재건조챔버의 내부온도와 증기압력 및 함수율을 설정된 값으로 낮춘다.

또한, 제8공정(S8)은, 제7공정(S7)에서 배출되는 증기를 제습기를 이용하여 수분을 제거한 다음, 제거된 수분은 목초액수용구측으로 공급하고 수분이 제거된 증기는 다시 과열증기발생기로 순환시켜 증기를 재활용함에 따라 증기를 과열시킴에 따라 야기되는 열원에 대한 낭비를 최소화할 수 있다.

뿐만 아니라, 목초액이 외부로 배출되지 않고 목초액수용구측으로 공급되어 모아짐에 따라 주변 환경에 대한 환경오염을 최소화할 수 있다.

상기와 같이 제8공정(S8)에서 목초액수용구에 수용되는 목초액은 다시 제9공정(S9)에 의해 원심분리기로 기름과 송진 및 이물질을 분리하여 순수한 목초액을 생산한다.

이와 같이 생산된 목초액은, 주변 농가에 보급하여 목초액을 다양한 용도로 이용하도록 할 수 있어 목초액이 버려지지 않음에 따라 친환경성을 유도할 수 있으며 경제적인 효율성을 더불어 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제8공정에서 수분이 제거된 증기를 과열증기발생기로 순환시키기 전, 증기에 함유된 목재냄새와 이물질을 정화하여 깨끗한 증기만을 과열증기발생기로 순환시키는 제10공정(S10)이 더 구비되어 이루어진다.

이에 따라, 순환되는 증기에 목재냄새와 이물질이 정화된 상태로 과열증기발생기측으로 재공급되어 사용됨에 따라 목재의 건조시에 야기되는 목재냄새를 최소화할 수 있으며 증기에 혼합된 이물질이 목재에 달라붙게 되어 목재 자재의 품질을 저하시키는 것을 미연에 방지할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 다양하게 변형실시가 가능한 것으로 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

S1 : 제1공정 S2 : 제2공정
S3 : 제3공정 S4 : 제4공정
S5 : 제5공정 S6 : 제6공정
S7 : 제7공정 S8 : 제8공정
S9 : 제9공정 S10 : 제10공정

Claims (3)

1. 목재고정지그에 건조하고자 하는 목재를 적층하는 제1공정(S1);
   온도센서와 압력센서 및 저울이 구비되는 목재건조챔버에 목재가 적층된 목재고정지그를 장입하는 제2공정(S2);
   증기보일러에 의해 150℃의 포화증기를 생산하는 제3공정(S3);
   증기보일러에 의해 생산되는 포화증기를 공급받은 과열증기발생기에 의해 180℃ ~ 500℃의 과열증기를 생산하는 제4공정(S4);
   제4공정에서 생산된 180℃ ~ 500℃ 과열증기를 목재건조챔버에 공급하여 과열증기로 목재를 건조하는 제5공정(S5);
   제5공정에서 목재를 과열증기로 건조하는 동안에 목재건조챔버의 온도센서에 의해 온도를 체크하고 압력센서에 의해 증기압력을 체크하며 저울에 의해 함수율을 체크하는 제6공정(S6);
   제6공정에서 체크된 온도와 압력 및 함수율이 설정된 값 이상일 때 목재건조챔버 내부의 증기를 일부 배출하는 제7공정(S7);
   제7공정에서의 배출된 증기를 제습기로 제습하여 수분은 목초액수용구로 공급하여 목초액이 수용되도록 하고 수분이 제거된 증기는 다시 제4공정에서의 과열증기발생기로 순환시키는 제8공정(S8)이 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 목재 건조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제8공정에서 목초액수용구에 수용되는 목초액을 원심분리기로 기름과 송진 및 이물질을 분리하여 순수한 목초액을 생산하는 제9공정(S9)이 더 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 목재 건조방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제8공정에서 수분이 제거된 증기를 과열증기발생기로 순환시키기 전, 증기에 함유된 목재냄새와 이물질을 정화하여 깨끗한 증기만을 과열증기발생기로 순환시키는 제10공정(S10)이 더 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 목재 건조방법.

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