KR101418242B1 - 목재들을 처리하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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피터 알. 필립
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크소렐라 아게
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Abstract

목재를 처리하는 방법은 목재에 스팀 및 진공을 가하는 단계를 포함한다.
목재, 열, 스팀, 용기

Description

목재들을 처리하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TREATMENT OF WOODEN MATERIALS}
본 발명은 목재들을 처리하는 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
목재판들, 크레이트(crate)들, 팔레트(pallet)들 및 화물 깔개(dunnage)를 포함한 목재들은 운송 및 포장을 위하여 통상적으로 사용된다. 목재들은 나무를 소독하고 박테리아, 곰팡이, 진균류들, 효모균, 포자들, 곤충들 및 나무에 존재할 수 있는 다른 생물학적 유기체들을 제거하도록 처리될 수 있다. 그러나, 현재의 처리 방법들은, 과도한 에너지를 소모할 수 있고, 또한 목재들을 건조시킬 수 있다.
일반적으로, 목재는 감소된 압력 하에서 상기 목재를 열 처리 함으로써 박테리아, 곰팡이, 진균류들, 효모균, 포자들, 곤충들 및 다른 생물학적 유기체들을 포함한 페스트들을 소독하거나 제거하도록 처리될 수 있다.
하나의 양상에서, 목재를 처리하는 방법은 56℃이상의 온도로 목재를 가열하는 효율적인 시간 동안 목재에 스팀 및 진공을 가하는 단계를 포함한다. 목재의 온도는 유지 시간(holding time) 동안 56℃로 유지될 수 있다. 상기 유지 시간은 30분 이상일 수 있다.
일부 상황들에서, 상기 방법은 목재를 수용하는 용기(vessel) 내의 압력을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 다른 상황들에서, 상기 방법은 제 1 시간 동안 제 1 온도에서 목재를 가열하는 단계를 포함할 수 있으며 제 2 온도에서 목재를 가열하는 것을 포함하는 스팀 및 진공을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 제 1 및 2 온도는 실질적으로 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1 온도는 제 2 온도보다 실질적으로 더 낮을 수 있으며, 효율적인 시간은 제 1 시간보다 실질적으로 더 길어질 수 있다. 상기 방법은 목재에 유효 오존 량을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 소정 온도로 용기 내에서 소정 시간 동안 목재를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 유효 시간은 20분 이상 및 240분 이하일 수 있다. 효율적인 시간은 또한 60분 이상 및 200분 이하일 수 있다. 일부 상황들에서, 상기 효율적인 시간은 150분 이상 및 180분 이하일 수 있다. 스팀은 100도 이하 및 90도 이하의 온도를 가질 수 있다. 일부 상황들에서, 스팀은 60도 이상의 온도를 가질 수 있다.
또 다른 양상에서, 목재 처리 시스템을 제조하는 방법은 용기를 획득하는 단계, 스팀 발생기에 상기 용기를 연결하는 단계 및 목재에 스팀 및 진공을 가하도록 구성되는 제어기에 상기 용기를 연결하는 단계를 포함한다.
또 다른 양상에서, 목재 처리 시스템은 용기 및 목재에 스팀 및 진공을 가하도록 구성된 제어기를 포함한다.
제어기는 목재에 스팀 및 진공을 가하도록 구성될 수 있다. 제어기는 용기 내의 압력이 감소하도록 구성될 수 있다. 제어기는 유지 시간 동안 56℃로 목재의 온도가 유지하도록 구성될 수 있다. 유지 시간은 30분 이상일 수 있다. 제어기는 100℃이하, 90℃이하, 또는 60℃이상, 또는 이들의 조합의 온도에서 스팀을 가하도록 구성될 수 있으며, 시스템 내의 압력은 처리하는 동안 50mBar이상 및 700mBar 이하의 범위일 수 있다. 진공에서, 50mBar 이상 및 250mBar 이하의 압력이 생산될 수 있으며, 스팀하는 동안 압력은 200mBar이상 및 700mBar 이하일 수 있다.
목재는 목재 판, 목재 구조, 크레이트(crate), 화물 깔개(dunnage) 또는 다른 목재 물건들일 수 있다.
세부사항들은 첨부 도면들 및 이하의 설명에서 기술된다. 다른 특징들, 목적 들, 및 장점들은 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항으로부터 명백해질 것이다.
도1은 목재 처리 시스템을 묘사하는 개략도.
도2는 스팀으로 목재 처리 동안 온도 곡선들을 묘사하는 그래프.
도3은 스팀 및 오존으로 목재 처리 동안 온도 곡선들을 묘사하는 그래프.
도4는 스팀 및 목재의 온도 곡선들을 묘사하는 개략도.
목재들을 처리하는 방법은 목재에 스팀 및 진공을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 목재 처리 시스템은 목재를 수용하는 용기, 스팀 발생기, 및 목재에 스팀 및 진공을 가하도록 구성되는 제어기를 포함할 수 있다. 스팀 및 진공을 가하는 것은 효율적인 시간 동안 행해져, 목재의 내부 온도가 적어도 56℃에 도달하도록 한다. 온도는 유지 시간 동안 56℃로 유지될 수 있다. 유지 시간은 30분 이상일 수 있다. 목재의 열 처리는 박테리아, 곰팡이, 진균류들, 효모균, 포자들, 곤충들 및 다른 생물학적 유기체들에 의해 품질이 저하되기 쉬운 목재를 보호할 수 있다. 처리의 총 지속기간은 20분 이상 및 240분 이하일 수 있다. 효율적인 시간은 또한 60분 이상 및 200분 이하일 수 있다. 효율적인 시간은 또한 150분 이상 및 180분 이하일 수 있다. 상기 범위는 56℃로 목재를 가열하는데 필요로 되는 효율적인 시간 및 56℃로 목재 온도를 유지시키기 위한 유지 시간을 포함할 수 있다. 목재는 예를 들어, 무역, 운송 및 포장 용도들로 사용될 수 있는 것들과 같이 예를 들어, 목재판들, 목재 팔레트들, 크레이트(crate)들 또는 화물 깔개들을 포함할 수 있다. 목재 패널(panels), 판들, 크레이트(crate)들, 화물 깔개 또는 팔레트(pallet)들은 목재 처리 비용을 고려될 때에도 목재가 아닌 다른 재료들보다 더 비용 효율적이기 때문에 국제 운송을 위한 포장재로서 자주 선택된다.
미국 및 국제 식물 보호 협약(IPPC)은 운송 포장에 의한 페스트 급증들로 인해 외국의 페스트들의 도입을 저지하기 위하여 제약들을 설정하였다. 여러 국가들이 또한 목재 포장 재료들에 대한 제약들을 설정하였다. IPPC 표준(ISPM 15) 및 미국 규정들은 열 처리 또는 브롬화 메틸에 의한 훈증 중 하나에 의한 목재 처리를 요구한다. 포장을 훈증하는데 사용되는 브롬화 메틸에 기인한 환경적인 문제로 인해 열 처리가 선호될 수 있다. 열 처리의 경우에, 목재는 30분 동안 56℃로 코어에서 가열되어야 한다. 현재, 가열된 공기 및 과열된 스팀을 포함하는 대부분의 방법들은 목재를 완전히 건조시키는 경향이 있어서, 목재의 품질을 감소시키고, 목재의 코어를 효율적으로 가열시키지 못한다. 게다가, 목재를 건조시키는 현재의 방법들은 높은 작동 온도 또는 긴 작동 시간들 때문에, 불필요한 에너지를 소모한다. 따라서, 목재의 품질을 감소시키는 목재의 과도한 건조 없이 목재들, 특히 목재 팔레트(pallet)들 및 목재판들을 코어에 대해 처리하는 효과적이고, 에너지-효율적인 방법이 필요로 된다.
목재들에 대한 열 처리 프로세스는 목재를 가열하는 스팀의 도입에 앞서, 용기 내의 목재를 감소된 압력을 겪게 하는 것을 포함할 수 있다. 용기의 내부는 궁극적으로 목재를 조절하고 소독하는 약 80℃의 온도에 도달할 수 있다. 50mBar 이상 및 700mBar 이하 범위의 감소된 압력이 사용될 수 있다. 효율적인 시간은 20분 이상 및 240분 이하일 수 있다. 효율적인 시간은 또한 60분 이상 및 200분 이하일 수 있다. 게다가, 효율적인 시간은 또한 150분 이상 및 180분 이하일 수 있다.
일반적으로, 목재를 가열하는 것은 용기 또는 다른 컨테이너 내에 목재를 배치하고, 용기를 약 50 내지 250 mbar 범위의 감소된 압력으로 배기하는 것을 포함할 수 있다. 그 후, 스팀이 도입되고, 열은 전형적으로 20-240분 사이 처리기간 동안 목재에 침투하게 되며, 상기 스티밍(steaming) 단계 동안, 목재의 내부 온도는 대략 40 및 80℃ 사이로 증가한다. 효율적인 시간은 또한 60분 이상 및 200분 이하일 수 있다. 효율적인 시간은 또한 150분 이상 및 180분 이하일 수 있다. 그 후, 용기가 배기될 수 있고, 나머지 스팀이 동시적으로 인출되어 컨테이너 외부에 응축된다. 상기 절차는 반복될 수 있다. 처리의 끝에서, 목재가 제거된다. 적은 량의 잔여 습기가 증발되는 적절한 냉각 기간 이후에, 목재는 선적될 준비가 될 수 있다.
각각의 스팀 처리 단계는 목재의 내부가 40℃ 및 80℃ 사이에 도달하도록 할 수 있는 선택된 지속기간 동안 행해질 수 있고, 상기 목재 온도는 각각의 스티밍 사이클에 따라 증가한다. 56℃ 이상의 최종 내부 온도가 IPPC 표준들(ISPM15) 및 미국 표준들을 따르게 된다. 목재의 온도 모니터링은 온도 센서 프로브(temperature sensor probe)들을 사용하여 행해질 수 있고, 처리 단계 시간은 희망하는 내부 목재 온도에 의해 표시된다. 대안적으로, 목재 내로의 열 전달은 온도 센서들을 필요로 함이 없이, 용기 온도에 의해 판단될 수 있다. 다른 상황들에서, 열 처리는 또한 56℃ 이상이지만, 60℃를 초과하지 않게 목재의 내부 온도를 증가시키기 위하여, 실험적으로 발견될 수 있는 미리 계산된 시간 동안 행해질 수 있다. 상기 계산은 ISPM 표준들을 따르면서, 에너지를 보존할 수 있고, 비용을 절약할 수 있다. 사용되는 진공은 약 50 및 250mBar사이의 레벨일 수 있고, 최대 진공은 전형적으로 초기의 처리 단계에서 가해진다. 5개의 사이클 프로세스에 대해 50, 100, 200, 500 mBar의 진공들이 수용 가능하고, 진공은 주로 스팀 및 목재 사이의 열전달을 용이하게 하는 역할을 한다. 처리 단계들 및 상기 처리 단계들 사이에서 챔버를 재-배기하는데 필요로 되는 시간을 포함한 전체 프로세스 시간은 20 내지 240분 정도일 수 있다. 효율적인 시간은 20분 이상 및 240분 이하일 수 있다. 효율적인 시간은 또한 60분 이상 및 200분 이하일 수 있다. 효율적인 시간은 또한 150분 이상 및 180분 이하일 수 있다.
스팀 페이즈(phase)의 온도를 제 1 시간 동안 제 1 온도로부터 효율적인 시간 동안 하나 이상의 후속 열 처리로 연속적으로 증가시킴으로써 목재에 열 처리가 행해질 수 있다. 하나 이상의 시간들이 수반되는 경우, 제 1 시간에서 40 및 80℃ 사이의 스팀 페이즈 온도가 설정될 수 있고, 효율적인 시간 동안 부가적인 사이클에서 60 및 100℃ 사이의 스팀 페이즈 온도가 설정될 수 있다. 후속 열 처리들 동안 일정한 온도에서의 유지 시간을 증가시킴으로써, 결과들이 또한 개선될 수 있다.
스팀을 가할 때, 목재 처리에 필요로 되는 물의 량이 또한 액체의 재순환에 의해 크기순으로 감소될 수 있다. 열 처리 및 성취된 결과들은 진공 및 스팀 사이클을 적어도 한번 반복함으로써 간단한 방식으로 더 개선될 수 있다.
물, 또는 목재 처리용 다른 화학제들은 스티머 내의 액체 욕조의 볼륨에 따라 크기 조정되고 스티머와 함께, 손실된 액체만이 외부로부터 피드백되는 시스템을 형성하는 컨테이너들로부터 공급될 수 있고, 상기 손실된 액체는 스티밍된 재료에서의 잔여 습기 및 배기에 기인한다.
본 발명은 상기 방법을 실행하는, 제어기들 또는 밸브들을 통하여 물 및/또는 화학제 공급부 및 진공 펌프에 연결되는 가열된 스티머를 포함하는 시스템을 더 제공한다. 적어도 하나의 컨테이너, 펌프 및 적어도 두 개의 밸브들이 액체 및/또는 화학제 공급부에 제공되고, 상기 밸브들은 스티머 내로의 액체의 진입 및 스티머로부터의 액체의 방출을 제어한다.
다양한 가열 시스템들이 사용될 수 있다. 시스템은 폐쇄되거나 개방될 수 있다. 스팀 축적기를 포함하는 스팀 가열 시스템들 또한 사용될 수도 있다.
스팀이 공기보다 더 높은 열 용량을 가지기 때문에, 감소된 압력으로 스팀을 가하는 것은 목재로의 열 전달 레이트를 개선시켜, 목재의 내부 온도가 비교적 고속으로 상승되도록 할 수 있다. 열 전달은 80℃의 온도에 도달할 시에, 이론적으로 완료된다. 열 전달은 압력을 대략 100 mBar로 감소시키고 나서(도2 및 3 참조), 100 mbar 진공에 도달한 후에 온도를 대략 80℃의 미리결정된 값으로 가능한 한 고속으로 증가시킴으로써 가속될 수 있다. 스팀이 80℃에서 약 450 mbar의 증기 포화 압력을 가지기 때문에, 압력 차는 450-100 = 350 mbar이며, 이는 열을 목재 내로 더 효율적이고 고속으로 들어가도록 하는 것을 돕는다. 개선된 열 전달에 의하여, 목재의 내부 온도가 고속으로 증가됨으로써, 목재를 처리하는데 필요로 되는 시간을 단축시킨다. 감소된 압력은 또한 시스템이 보다 낮은 온도에서 작동할 수 있기 때문에, 에너지가 보존됨으로써, 소모될 수 있는 에너지의 량을 감소시키도록 한다.
도1을 참조하면, 목재 처리를 수행하는 시스템은 목재를 수용하도록 구성되는 용기(3), 진공 펌프(9), 진공 밸브(18), 및 제어기(20)를 갖는 스팀 발생기(11)를 포함할 수 있다. 스팀 축적기는 스팀 발생기와 함께, 스팀 발생기 대신에 사용될 수 있다. 스팀 축적기는 스팀을 저장하여 스팀이 필요로 될 때 상기 스팀이 방출됨으로써, 연결 파워(connecting power), 연료 및 유지보수 비용을 감소시킬 수 있는 방법을 제공한다. 제어기는 밸브를 포함할 수 있다. 제어기는 진공 밸브를 개방하도록 스위칭하여, 진공이 용기에 가해질 수 있다. 마찬가지로, 스팀 밸브는 닫힌 채로 있을 수 있으며 제어 유닛이 상기 밸브를 개방으로 스위칭하여 스팀이 용 기로 도입될 수 있다.
목재는 스팀 및 진공 처리로의 노출을 최대화하는 배열로 용기 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 목재들은 제한되지 않을 수 있다. 목재들은 또한 서스펜딩(suspending)될 수 있다. 목재들은 평평하게 놓이거나 컨베이어 또는 회전 구성 상에 배열되도록 만들어질 수 있다.
용기 내로의 스팀의 진입은 본원에 참조되어 있는 미국 특허 번호 5,291,757 및 미국 특허 번호 5,299,415에 설명된 바와 같이, 밸브들 또는 스팀 접근 개구들과 같은 제어기 장치에 의해 결정될 수 있다.
도2를 참조하면, 목재를 처리하는 방법은 처리 동안 (℃의) 온도 및 (mBar의) 압력 대 (분의) 시간의 전개를 포함할 수 있다. 초기 페이즈에서, 진공 밸브를 개방함으로써 50 mBar 및 250 mBar 사이의 제 1 진공이 용기 내에서 생성된다. 이로써, 용기 내에 최초에 수용된 공기는 가능한 한 많이 제거된다.
스티밍 페이즈에서, 시간 동안 하나 이상의 스티밍 사이클들이 수행될 수 있다. 이 시간 동안, 스티밍 밸브는 스팀을 용기에 가득차게 하기 위하여 개방될 수 있다. 규정된 온도에 도달한 후, 스팀 밸브는 폐쇄될 수 있고, 진공 밸브는 압력을 다시 약 200 mBar 또는 그 이하로 감소시키기 위하여 개방될 수 있다. 스티밍 기간들 동안, 용기 내의 압력은 대략 500 mBar일 수 있고, 온도는 대략 80℃일 수 있다. 압력은 80℃일 수 있는 선택된 스티밍 온도에서 물의 증기압에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 일반적인 스팀 및 진공 프로세스에서, 압력은 50 내지 700 mBar의 범위일 수 있다. 일단 스티밍 온도에 도달하면, 목재를 가열하는 효율적인 시간은 20 및 240분 사이의 범위일 수 있다. 효율적인 시간은 또한 60분 이상 및 200분 이하일 수 있다. 효율적인 시간은 또한 150분 이상 및 180분 이하일 수 있다. 효율적인 시간은 목재의 코어를 56℃ 이상으로 가열하는데 필요로 되는 시간일 수 있다. 유지 시간은 특정 온도가 유지되는 시간일 수 있다.
스티밍 사이클들은 목재들의 코어를 가열하기 위하여 필요로 될 때마다 반복될 수 있고, 스티밍 지속기간 및 진공에 의한 스팀의 인출의 비율은 가변될 수 있다. 스티밍 사이클의 지속기간은 목재의 온도가 최소의 에너지로 희망하는 온도에 이르도록 하기 위하여 실험적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 스팀이 규정된 시간 동안 감소된 압력 하에서 가해진 후, 상기 스팀은 스위치 오프 되어, 용기 온도가 60℃에 접근하도록 냉각되게 할 수 있다. 용기 온도가 60℃에 접근하는 동안, 목재의 온도는 56℃에 접근하거나 유지된다. 이 방식으로 목재들을 가열함으로써, 최소의 에너지가 사용된다. 최소의 에너지로 목재를 가열하기 위하여 필요한 용기 온도 및 스티밍 지속기간이 계산되고 적용될 수 있다. 상기 온도 및 시간은 예를 들어, 절연과 같은 시스템의 열적 특성, 감소된 압력을 설정하는데 필요로 되는 시간, 및 증발 레이트에 따라 가변될 수 있다.
도 3을 참조하면, 일반적인 프로세서는 선택적인 오존화 페이즈로 도시되어 있다. 스티밍 페이즈는 용기 내의 압력이 대기압(1 Bar)일 수 있는 동안 대략 5분 걸릴 수 있는 오존화 페이즈보다 앞설 수 있다. 용기는 오존 공급 밸브의 개방에 의하여 오존 저장소로부터 오존-함유 가스로 채워질 수 있다. 오존 발생기는 오존 저장소에 오존 함유 가스를 공급하는데 사용될 수 있다. 효율적인 시간은 효율적인 량의 오존을 공급하기 위해 선택될 수 있다. 시간은 약 3분 내지 약 24시간 사이에서 선택될 수 있다. 적절한 크기의 오존 발생기들이 적절한 노력들로 단지 몇 분 내에 필요로 되는 량의 오존을 공급할 수 없는 경우, 오존화 페이즈(phase)들 사이의 시간은 더 낮은 출력 레이트의 오존 발생기를 사용하여 오존 저장소를 채우는데 사용될 수 있다. 용기 내의 압력이 대략 500 mBar 또는 그 이하에 접근할 때, 오존은 목재 내로 인입될 수 있다. 오존은 가스 소스 또는 오존 발생기에 의해 공급될 수 있다. 오존 발생기는 자신의 가스 소스를 가질 수 있거나, 유전체 배리어 방전(dielectric barrier discharge: DBD)을 사용할 수 있다. 가스 소스는 오존 저장소에 상승된 오존 농도의 가스 스트림(gas stream)을 생성할 수 있다. 오존은 퍼징 가스로 퍼징될 수 있고 분해될 수 있다. 퍼징 가스 소스는 시스템에 포함될 수 있다.
스티밍 사이클은 또한 오존화 사이클 이후에 실행될 수 있다. 특히, 오존화 단계는 용기 내의 압력이 50 mBar 이상 및 700 mBar 이하의 압력으로 하강되는 감소된 압력 기간보다 앞설 수 있다.
오존화 페이즈는 퍼징 페이즈에 앞설 수 있다. 퍼징 밸브는 개방될 수 있고, 예를 들어, 정화된 공기 또는 산소와 같은 퍼징 가스가 용기가 안전하게 개방될 수 있다는 것을 오존 센서가 나타낼 때까지, 가스 소스에 의해 공급될 수 있다. 오존화 사이클 이후에, 스팀 및 진공 페이즈가 또한 반복될 수 있다.
도 4를 참고하면, 그래프는 처리에 사용된 스팀의 온도와 함께 플로팅된 목재 내 온도 센서의 온도 곡선들을 도시한다. 이 예에서, 스팀 온도는 100℃이하일 수 있다. 상기 스팀 온도는 또한 90℃이하일 수 있다. 상기 스팀 온도는 또한 60℃ 이상일 수 있다. 스팀 및 진공을 가하는 것은 20 및 240분 사이의 효율적인 시간 동안 수행될 수 있다. 효율적인 시간은 60분 이상 및 200분 이하일 수도 있다. 효율적인 시간은 150분 이상 및 180분 이하일 수도 있다.
목재에 스팀 및 진공을 가하면 다수의 놀라운 장점들이 성취된다. 첫째, 목재 빔들 또는 팔레트(pallet)들과 같은 목재들의 비교적 콤팩트한 특성에도 불구하고, 스팀은 목재 내로의 유효한 열 전달을 성취한다. 가열된 공기의 열 용량에 비하여, 더 높은 스팀의 열 용량은 열 전달 프로세스를 더 고속이고 더 에너지 효율적이도록 하며, 이는 경계적 및 환경적 이점들 둘 모두를 제공한다. 진공 및 감소된 압력의 상황에서, 이 이점은 더 낮은 스팀 온도가 사용됨으로써, 더 적은 열을 사용하고 에너지 효율을 개선시킬 수 있기 때문에, 더욱 강조된다. 일반적으로, 스팀 및 진공을 가하는 지속기간은 예를 들어, 처리될 재료의 종류, 밀도 및 두께와 같은 실제 요건에 적응될 수 있다. 스팀이 공기보다 더 높은 열 용량을 가지기 때문에, 감소된 압력으로 스팀을 가하는 것은 목재로의 열 전달 레이트를 개선시켜서, 목재의 내부 온도가 비교적 고속으로 상승하도록 한다. 열 전달은 80℃의 온도에 도달할 시에 이론적으로 완료된다. 열 전달은 압력을 대략 100 mBar(도2 및 3 참조)로 감속시키고 나서, 100 mbar 진공에 도달한 후에 온도를 대략 80℃의 미리 결정된 값으로 가능한 한 고속으로 증가시킴으로써 가속될 수 있다. 스팀이 80℃에서 약 450 mbar의 증기 포화 압력을 가지기 때문에, 압력 차는 450-100 = 350 mbar이고, 이는 스팀의 에너지를 목재 내로 더 효율적이고 고속으로 들어가도록 하는 것을 돕는다.
감소된 압력의 상황에서 스팀 및 진공을 가하는 것은 목재들의 품질을 유지하면서 소독하는 놀라운 장점을 갖는다. 예를 들어, 50 mBar 이상 및 700 mBar 이하의 감소된 압력에서, 100도 이하의 스팀 온도들이 가해질 수 있다. 도2-5가 나타낸 바와 같이, 시스템의 감소된 압력은 스팀 온도가 용기 내에서 100℃ 이하이도록 한다. 게다가, 감소된 압력 하에서, 90℃ 이하의 스팀 온도가 또한 가해질 수 있다. 감소된 압력은 또한 대략 80℃의 스팀 온도가 가해지도록 한다. 놀랍게도, 목재 내에 온도 센서들을 배치할 시에, 목재의 내부 온도는 56℃ 이상에 도달하게 될 수 있는 반면, 용기 온도는 100℃ 이하로 유지된다. 따라서, 감소된 압력은 목재의 내부 온도가 예를 들어, 100℃를 초과함이 없이, 미국 포장 규정들 및 ISPM 식물위생 표준에 의해 부과된 요건들에 따라 56℃ 이상에 도달하도록 한다. 결과적으로, 목재는 상기 목재를 과도하게 건조하고 상기 목재의 품질을 감소시킴이 없이, 소독 및 처리될 수 있다.
목재는 용기 내에서 제한되지 않고 감소된 압력을 받을 수 있어서, 목재의 내부 및 주위의 용기 사이에 압력 차가 형성된다. 상기 압력 차는 목재 코어 및 목재의 외부 사이의 압력 차에 의해 목재에 열이 전달되도록 한다.
스팀은 60도 이상의 온도를 가질 수 있다. 스팀은 또한 100℃ 이하 또는 90℃ 이하의 온도를 가질 수 있다. 스팀은 또한 대략 80℃의 온도를 가질 수 있다. 스팀은 약 0.5 Bar인 스티밍 온도에서의 물의 증기압과 동일한 압력으로 가해질 수 있다. 50 mBar 이상 및 700 mBar 이하의 범위의 압력이 또한 사용될 수 있다.
스팀 및 진공을 가하는 것은 목재의 내부 온도가 56℃ 이상의 가열된 온도를 성취하도록 할 수 있다. 충분한 처리에 의해 목재의 내부 온도는 60 내지 80도 사이에 도달할 수 있다. 이 온도에서, 박테리아, 곰팡이, 포자, 곤충 및 균류를 포함하는 대부분의 생물학적 유해물들은 제거될 수 있다.
목재는 적어도 하나의 시간 동안 스팀 및 진공으로 함께 처리될 수 있다. 하나 이상의 시간들은 또한 목재에 스팀 및 진공을 가하는데 사용될 수 있다. 하나 이상의 시간이 포함된다면, 40 및 80도 사이의 스팀 페이즈 온도가 제 1 시간에서 설정될 수 있고, 효율적인 시간 동안 부가적인 사이클에서 60 및 100℃ 사이에 설정될 수 있다.
예를 들어, 제 1 시간에서, 목재는 제 1 온도로 가열되고, 제 2 시간에서, 목재는 제 2 온도로 가열된다. 제 1 및 제 2 온도는 실질적으로 상이할 수 있다.
목재에 스팀 및 진공을 가하는 프로세스는 스팀 발생기에 연결될 수 있는 용기 내에서 실행될 수 있다. 스팀 발생기는 스티머를 포함할 수 있다. 스팀 발생기는 스팀 축적기를 포함할 수 있다. 적절한 스티머들이 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 스티머는 본원에 참조되어 있는 미국 특허 번호 6,904,903에 설명된 바와 같이, 강제적인 재순환을 이용하도록 설계될 수 있다. 스티머들은 선회적 커버(pivotal cover)에 의해 폐쇄 가능한 원통형 보일러를 포함할 수 있다. 스티머 내부에서, 수조가 가열 장치, 및 도입된 재료의 적절한 열 처리에 의해 스팀을 발생시킬 수 있다. 다른 상황들에서, 예를 들어 최적의 스팀 분위기를 보장하기 위하여 공기 포켓을 제거함으로써, 열이 재료에 더 양호하게 접근할 수 있도록 하기 위 하여 진공이 발생될 수 있다.
스팀 축적기는 목재 처리 방법 및 시스템에 포함될 수 있다. 스팀 축적기는 에너지를 저장하여 스팀이 필요로 될 때 상기 에너지가 방출됨으로써, 연결 파워(connecting power), 연료 및 유지보수 비용을 감소시킬 수 있는 방법을 제공한다.
하나의 예에서, 공기는 초기 가열 페이즈 동안 배기될 수 있다. 전력으로서 가해질 수 있는 파워는 물을, 예를 들어, 저장된 에너지의 폐쇄된 시스템 내에서 10 bar에서 대략 180℃로 가열할 수 있다. 감소된 압력 하에서, 물은 끓을 수 있고, 에너지가 스팀의 형태로 저장된다. 스팀은 공기를 축적기 밖으로 몰아낼 수 있다. 목재 처리 시스템은 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 디큘레이터(deculator)를 포함할 수 있다. 디큘레이터는 스팀 축적기 내의 임의의 공기를 밖으로 몰아내기 위하여 제공될 수 있다. 디큘레이터는 공기가 축적기 밖으로 몰아 내어지는 한 개방되고, 스팀만이 유지될 때 폐쇄되도록 구성되는 밸브를 포함할 수 있다. 디큘레이터는 누설을 방지하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예에서, 축적기 내의 임의의 나머지 공기를 제거하기 위하여 진공이 가해질 수 있다. 제어기는 용기가 스티밍 또는 진공 페이즈 동안 개방 또는 누설되지 않도록 할 수 있다.
스팀 축적기는 수조 대신, 또는 수조와 함께 사용될 수 있다. 스팀 축적기는 에너지를 저장하여 필요로 될 때 상기 에너지가 스팀으로서 방출됨으로써, 연결 파워, 연료, 및 유지보수 비용을 감소시킬 수 있는 방법을 제공한다. 스팀 축적은 요 구가 높을 때 소비자 요건들을 충족시키기 위한 후속 방출을 위해 요구가 낮을 때 생성된 잉여 에너지를 저장하는 프로세스이다. 시스템에 대한 스팀 요구가 낮고, 축적기가 요구되는 것보다 더 많은 스팀을 발생시킬 수 있을 때, 잉여 에너지는 압력 하에서 저장된 대량의 물을 방출할 수 있어, 에너지 전달을 발생시킨다. 저장된 물은 궁극적으로 축적기가 작동하고 있는 압력에 대하여 포화 온도를 성취할 때까지 온도를 증가시킬 수 있다. 용기는 포화된 스팀을 꾸준히 공급하도록 구성될 수 있다. 압력의 강하가 클수록, 필요로 되는 용기가 작아지며, 이는 더 높은 저장 용량을 제공하면서 시스템 비용을 감소시킬 수 있다. 스팀 축적기는 다양한 온도들로 적용될 수 있다. 예를 들어, 스팀 축적기는 목재가 가열되기 전에, 10 bar에서 180℃로 가열될 수 있다. 목재가 가열될 때, 용기 내의 온도 및 압력은 80℃ 및 470 mbar로 감소될 수 있다. 엔탈피의 차이는 목재 내로의 열의 전달을 촉진시킬 수 있다. 스팀 축적기들의 다양한 크기들 및 설계들이 희망하는 흐름 레이트를 성취하도록 한다. 스팀 축적기는 예를 들어, 영국의 David Oakland Associates로부터 입수 가능하다.
하나의 예에서, 스티머는 처리될 재료로 채워질 수 있다. 다음 단계에서, 100 mbar 이상의 진공이 스티머에서 발생될 때까지 진공 펌프가 스위치 온될 수 있다. 그 후, 펌프는 셧 오프(shut off)될 수 있다. 그 후, 물 또는 화학적 공급품에 대한 공급 밸브가 개방되고, 소정 량의 액체가 스티머 내로 진입되어, 액체 욕조를 형성한다. 액체 욕조 및 스팀 페이즈가 형성될 수 있고, 소정 온도로 가열된다. 처리될 목재가 포화된 스팀 페이즈에서 소정의 시간 동안 수용된 후에, 액체는 스티 머로부터 컨테이너 내로 펌핑된다. 그 후, 진공 펌프가 재활성화될 수 있다. 미리선택된 배기, 냉각 및 건조 기간 이후에, 진공 펌프는 스위치 오프될 수 있고, 대기가 스티머 내로 진입할 수 있고, 목재가 제거될 수 있다.
처리에 대한 효율적인 시간은 목재가 적어도 56℃의 온도에 도달하도록 하기 위하여 20분 이상 및 240분 이하일 수 있다. 효율적인 시간은 또한 60분 이상 및 200분 이하일 수 있다. 효율적인 시간은 또한 150분 이상 및 180분 이하일 수 있다. 일단 가열되면, 목재의 온도는 유지 시간 동안 대략 56℃로 유지될 수 있다. 유지 시간은 30분 이상일 수 있다. 효율적인 시간 및 유지 시간 동안, 박테리아, 곰팡이, 진균류들, 효모균, 포자들, 곤충들, 및 다른 생물학적 유기체들이 제거될 수 있다. 선택적으로, 목재들은 오존 처리를 겪을 수 있다. 효율적인 량의 오존을 공급하기 위하여 효율적인 시간이 선택될 수 있다. 시간은 약 3분 내지 약 24시간 사이에서 선택될 수 있다. 희망하는 결과에 따라, 부가적인 처리 페이즈들 및 사이클들을 위해 단계들이 반복될 수 있다. 예를 들어, 용기에서 공기 량을 감소시키기 위하여 부가적인 스티밍 기간이 수행될 수 있다. 직물 재료의 스티밍의 반복된 사이클들은 본원에 참조되어 있는 미국 특허 번호 6,557,267 및 6,094,840에서 설명되어 있다.
다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 존재한다.

Claims (23)

  1. 목재 처리 방법에 있어서,
    56℃ 이상의 온도로 목재를 가열하는 시간 동안 상기 목재에 스팀 및 진공을 가하는 단계를 포함하며,
    상기 스팀을 가하는 단계는 상기 목재를 수용하는 용기 내의 압력을 감소시키는 단계를 포함하는 목재 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 목재는 목재 판, 크레이트(crate), 팔레트(pallet) 또는 화물 깔개(dunnage)인 목재 처리 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 목재의 온도는 상기 스팀 및 진공을 가하는 시간인 유지 시간 동안 56℃로 유지되는 목재 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유지 시간은 30분 이상인 목재 처리 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 스팀은 100℃ 미만의 온도를 갖는 목재 처리 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 스팀은 90℃ 미만의 온도를 갖는 목재 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스팀은 60℃ 이상의 온도를 갖는 목재 처리 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 제 1 시간 동안 제 1 온도로 상기 목재를 가열하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 스팀 및 진공을 가하는 단계는 제 2 시간 동안 제 2 온도로 상기 목재를 가열하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 온도는 서로 상이한 온도인 것을 특징으로 하는 목재 처리 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 낮은 목재 처리 방법.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 제 2 시간은 제 1 시간보다 긴 시간인 목재 처리 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 목재에 오존을 가하는 단계를 더 포함하는 목재 처리 방법.
  14. 목재 처리 시스템 제조 방법에 있어서:
    용기를 획득하는 단계, 스팀 발생기에 상기 용기를 연결하는 단계 및 목재에 스팀 및 진공을 가하도록 구성되는 제어기에 상기 용기를 연결하는 단계를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 목재에 스팀을 가할 때 상기 용기 내의 압력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 목재 처리 시스템 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 제 14항에 있어서, 상기 제어기는 100℃ 이하의 온도로 스팀을 가하도록 구성되는 목재 처리 시스템 제조 방법.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 제어기는 90℃ 이하의 온도로 스팀을 가하도록 구성되는 목재 처리 시스템 제조 방법.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 제어기는 60℃ 이상의 온도로 스팀을 가하도록 구성되는 목재 처리 시스템 제조 방법.
  19. 목재 처리 시스템에 있어서:
    용기 및 목재에 스팀 및 진공을 가하도록 구성되는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 목재에 스팀을 가할 때 상기 용기 내의 압력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 목재 처리 시스템.
  20. 삭제
  21. 제 19항에 있어서, 상기 제어기는 100℃ 이하의 온도로 스팀을 가하도록 구성되는 목재 처리 시스템.
  22. 제 19항에 있어서, 상기 제어기는 90℃ 이하의 온도로 스팀을 가하도록 구성되는 목재 처리 시스템.
  23. 제 19항에 있어서, 상기 제어기는 60℃ 이상의 온도로 스팀을 가하도록 구성되는 목재 처리 시스템.
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