KR101434472B1 - 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법 및 장치와 이에 의해 건조된 한옥용 목재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 침엽수 목재의 건조 시에 수분과 송진이 신속하면서 안정적으로 제거되도록 하고 특정한 함수율을 가지는 목재의 건조가 용이하게 이루어지도록 하면서 목재의 함수율의 조절이 간편하면서 용이하게 이루어지도록 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법에 관한 것으로, 상기 건조 방법은 생목을 규격에 맞게 판형의 목재로 가공한 후에 자연 건조시키는 자연 건조 단계와; 상기 자연 건조되어 일정한 함수율을 갖는 목재를 건조 챔버의 내부에 탑재하고 상기 건조 챔버를 폐쇄한 후에, 상기 건조 챔버에 설치된 중량검출기를 통해 상기 목재의 중량을 측정하여 초기 중량을 도출하는 초기 중량 측정 단계와; 물을 가열하여 포화증기를 생성하고 생성된 포화증기를 다시 가열하여 400℃ 내지 600℃ 사이의 온도의 과열증기를 생성한 후에, 상기 과열증기를 건조에 적합한 온도인 300℃ 내지 350℃로 낮춘 상태로 상기 건조 챔버에 주입하여 고온 고압 하에서 상기 건조 챔버의 내부에 수용된 목재를 가열하여 건조시키는 과열증기 건조 단계와; 상기 목재를 과열증기로 건조하는 중에 상기 중량검출기를 통해 상기 건조 챔버에 탑재된 상기 목재의 중량을 측정하여 건조 중량을 도출하는 건조 중량 측정 단계와; 상기 목재의 초기 중량과 상기 목재의 건조 중량을 비교하여 상기 목재의 함수율의 변화를 연산하는 함수율 연산 단계와; 상기 연산된 목재의 함수율이 요구되는 목재의 함수율과 일치되면 상기 과열증기의 주입을 중지하고, 건조가 완료된 상기 목재를 상기 건조 챔버의 내에서 일정한 시간동안 보관하여 자연 냉각시키면서 숙성시키는 목재 냉각 숙성 단계를; 포함한다.

Description

과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법 및 장치와 이에 의해 건조된 한옥용 목재{METHOD AND APPARATUS FOR DRYING CONIFER WOOD USING SUPERHEATED STEAM AND WOOD DRIED THEREBY FOR A KOREAN-STYLE HOUSE}

본 발명은 과열증기를 이용하여 침엽수와 같이 송진을 가지는 목재를 건조시키는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법 및 장치와 이에 의해 건조된 한옥용 목재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 침엽수 목재의 건조 시에 수분과 송진이 신속하면서 안정적으로 제거되도록 하고 특정한 함수율을 가지는 목재의 건조가 용이하게 이루어지도록 하면서 목재의 함수율의 조절이 간편하면서 용이하게 이루어지도록 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법 및 장치와 이에 의해 건조된 한옥용 목재에 관한 것이다.

일반적으로 소나무나 낙엽송과 같은 침엽수종은 그 목재 자체에 송진을 함유하고 있다. 송진은 소나무과의 나무가 손상을 입었을 때 분비되는 발삼으로 깨끗한 것은 무색 투명한 액체이나 시간이 지나면 희뿌옇고 끈질긴 성질이 생기는 것이다. 이와 같은 송진의 주요 성분은 수지분(로진)이 70∼75%, 정유(精油: 테레빈유)가 18∼22%, 물 및 기타 불순물이 5∼7%로 이루어져 있다.

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 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 건조 및 고열처리 탄화 과정을 거치게 되면, 함수율이 대폭 낮아지면서 수분 흡수력이 낮아지고, 목재를 구성하는 성분 중 세균의 먹이가 되는 헤미셀룰로오스가 분해되어 부패균이 서식하기 어렵게 된다. 이처럼, 고열처리 건조는 목재의 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다. 최근에는 목재를 고열처리로 건조 및 탄화하여 여러 가지 다양한 용도로 사용하고 있다. 여기서, 목재의 탄화란, 과도하게 건조되어 표면부터 검게 숯으로 변화되는 과정을 말한다.

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

특히, 최근에는 특정한 함수율을 갖도록 건조되거나 고열 탄화 처리된 목재의 사용이 많아지면서 목재의 함수율을 원활히 조정하기 위한 다양한 방법과 장치들이 제안되고 있다. 일반적으로 사용되는 방법은 목재의 건조 및 고열 탄화 처리가 완료된 후에 목재의 외면에 압흔을 형성하고 압흔의 정도에 따라 목재의 함수율을 측정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 다른 방법으로는 목재 건조 및 고열 탄화 처리 장치에 습도계를 설치하고 장치의 건조 챔버의 내부의 습도를 통해 목재의 함수율을 측정하는 방법도 제안되었다.

그런데, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

상기와 같이 송진을 함유하고 있는 침엽수 목재를 건조하는 경우에, 통상적으로 목재에 함유된 수분을 제거하는 정도의 온도인 70℃ 내지 120℃ 사이의 온도로 침엽수 목재를 건조하기 때문에, 침엽수 목재에 함유된 송진에 의해 침엽수 목재의 수분이 원활히 제거되지 않을 뿐만 아니라 송진 자체도 목재에서 제거되지 않아 목재 건조 시간이 상대적으로 오래 걸리고 송진에 의해 목재가 건조된 후에 쉽게 변형되는 문제점이 있었다.

또한, 목재와 함께 건조된 상태 혹은 일부만 건조된 상태로 목재의 내부에 존재하는 송진은 일종의 불순물로 작용하여 건조된 목재의 고유한 성질을 저하시키면서 건조를 위해 주입되는 과열증기가 목재의 내부로 진입하는 것을 방해하는 요인이 되는 문제점이 있었다.

또한, 종래와 같이 건조가 완료된 목재에 압흔을 통해 함수율을 측정하는 방식은 목재가 특정한 함수율을 가지도록 하기 위해 건조 과정을 반복적으로 수행해야 하는 등 특정한 함수율을 가지는 목재의 생산에 많은 인력과 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 종래와 같이 목재 건조 장치에 습도계를 설치하고 건조 챔버의 내부의 습도를 통해 함수율을 측정하는 방법이 있지만, 목재의 외면과 내부의 함수율의 차이가 커 목재의 함수율을 정확하게 맞추지 못하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 침엽수 목재의 건조 시에 수분과 송진이 신속하면서 안정적으로 제거되도록 하고 특정한 함수율을 가지는 목재의 건조가 용이하게 이루어지도록 하면서 목재의 함수율의 조절이 간편하면서 용이하게 이루어지도록 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법 및 장치와 이에 의해 건조된 한옥용 목재를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 과열증기를 공급하는 초기에 고온의 과열증기에 포화증기를 혼합하여 상기 고온의 과열증기에 의한 목재의 급격한 온도 변화로 발생하는 목재 자체의 손상이나 균열이 원활히 방지되도록 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법 및 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 목재의 건조 시에 배출되는 유해가스와 유해물질을 안정적으로 여과시켜 유해가스와 유해물질의 배출에 따른 환경오염 및 유해 환경 조성이 원활히 방지되도록 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 목재의 건조 시에 외부로 배출되는 폐열을 회수하여 목재의 건조 시에 사용되는 에너지의 절감이 이루어지도록 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 건조 챔버의 내부에 순환팬을 설치하고 건조 챔버로 주입된 증기를 순환시켜 증기가 목재에 보다 깊숙하면서 균일하게 침투되도록 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법"은, 생목을 규격에 맞게 판형의 목재로 가공한 후에 30% 내지 40% 사이의 일정한 함수율을 갖도록 자연 건조시키는 자연 건조 단계와; 상기 자연 건조되어 일정한 함수율을 갖는 목재를 건조 챔버의 내부에 탑재하고 상기 건조 챔버를 폐쇄한 후에, 상기 건조 챔버에 설치된 중량검출기를 통해 상기 목재의 중량을 측정하여 초기 중량을 도출하는 초기 중량 측정 단계와; 물을 가열하여 포화증기를 생성하고 생성된 포화증기를 다시 가열하여 400℃ 내지 600℃ 사이의 온도의 과열증기를 생성한 후에, 상기 과열증기를 건조에 적합한 온도인 300℃ 내지 350℃로 낮춘 상태로 상기 건조 챔버에 주입하여 고온 고압 하에서 상기 건조 챔버의 내부에 수용된 목재를 가열하여 건조시키는 과열증기 건조 단계와; 상기 목재를 과열증기로 건조하는 중에 상기 중량검출기를 통해 상기 건조 챔버에 탑재된 상기 목재의 중량을 측정하여 건조 중량을 도출하는 건조 중량 측정 단계와; 상기 목재의 초기 중량과 상기 목재의 건조 중량을 비교하여 상기 목재의 함수율의 변화를 연산하는 함수율 연산 단계와; 상기 연산된 목재의 함수율이 요구되는 목재의 함수율과 일치되면 상기 과열증기의 주입을 중지하고, 건조가 완료된 상기 목재를 상기 건조 챔버의 내에서 일정한 시간동안 보관하여 자연 냉각시키면서 숙성시키는 목재 냉각 숙성 단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법"의 상기 과열증기 건조 단계에서, 상기 건조 챔버 내부의 압력은 3bar 내지 5bar이며, 과열증기를 주입하여 목재를 건조하는 시간은 8시간 내지 15시간이며, 상기 목재 냉각 숙성 단계에서, 상기 목재를 냉각 및 숙성시키는 시간은 6시간 내지 10시간인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법"의 상기 과열증기 건조 단계에서, 상기 고온의 과열증기를 상기 건조 챔버의 내부에 주입하기 시작할 때 적어도 1시간 동안 포화증기를 과열증기와 함께 주입하고, 상기 주입되는 포화증기의 양은 시간이 갈수록 감소되게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법"은, 상기 목재 냉각 숙성 단계의 다음으로, 상기 건조 챔버의 내부로 상대적으로 저온의 물을 분사하여 상기 건조 챔버와 상기 건조된 목재를 강제로 냉각시키는 목재 강제 냉각 단계를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치"는, 목재를 밀폐된 상태로 수용하고, 지면에 지지되도록 하면에 다수의 다리가 구비되는 건조 챔버와; 상기 건조 챔버의 일측에 설치되고 포화증기를 발생시키는 증기발생기와, 상기 증기발생기와 건조 챔버 사이에 연결되고 관로상에 개폐밸브를 가지는 증기주입관을 가지는 증기주입부와; 상기 증기주입관의 관로상에 연결되어 포화증기가 이동되는 가열관과, 상기 가열관의 외주면을 둘러싸는 상태로 설치되고 상기 가열관을 가열하여 과열증기를 생성하는 히터를 가지는 과열증기 생성부와; 상기 건조 챔버의 하부에 연통되게 설치되고, 상기 건조 챔버 내의 압력을 일정하게 자동 조절하면서 상기 건조 챔버에서 건조되는 목재에서 배출되는 송진과 불순물 및 가스를 상기 건조 챔버의 외부로 배출시키는 압력조절 배출부와; 상기 다리에 설치되고, 상기 건조 챔버의 내부로 수용되는 목재의 중량을 측정하는 중량검출기를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치"의 상기 압력조절 배출부는, 상기 건조 챔버의 하면에 외부와 연통되게 구비되는 배출관과, 상기 배출관의 관로상에 설치되고 상기 건조 챔버 내부의 압력이 일정한 압력보다 낮으면 폐쇄된 상태를 유지하다가 상기 압력에 도달하면 자동으로 개방되는 압력조절 댐퍼와, 상기 건조 챔버의 하면으로 상기 배출관을 밀폐되게 둘러싸고 상기 배출관을 통해 배출되는 송진과 불순물을 포집하는 포집탱크와, 상기 건조 챔버에서 상기 포집탱크로 배출된 가스가 외부로 배출되도록 상기 포집탱크에서 외부와 연통되게 연결되는 배기관을, 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치"는, 상기 배기관의 끝에 설치되고, 상기 배기관을 통해 상기 건조 챔버의 내부에서 외부로 배출되는 유해가스 및 분진을 여과시키는 가스여과부를; 더 포함하며, 상기 가스여과부는, 상기 배기관의 단부를 둘러싸고 내부에 물이 저장되는 여과탱크와, 상기 여과탱크의 내부를 구획하면서 상단이 개방되게 설치되는 격벽과, 상기 격벽의 일측으로 상기 여과탱크에 배치되고 물을 통과한 가스에서 있는 미세한 오염물을 필터링하는 필터와, 상기 필터를 통과한 가스가 외부로 배기되도록 상기 필터의 하부로 상기 여과탱크의 일측에 구비되는 여과배출관을, 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치"는, 상기 가스여과부와 상기 증기발생기 사이에 설치되고, 상기 가스여과부를 통과한 고온의 가스의 폐열을 회수하여 상기 증기발생기로 공급되는 물을 예열하는 폐열회수부를; 더 포함하며, 상기 폐열회수부는, 상기 여과배출관에 연결되어 여과된 고온의 가스가 공급되는 고온가스관과, 상기 고온가스관의 끝에 연결되는 전열관과, 상기 전열관의 끝에 연결되어 상기 전열관을 통과한 가스가 외부로 배출되는 저온가스관과, 상기 고온가스관과 저온가스관이 관통되고 상기 전열관을 둘러싸며 상기 전열관이 잠기도록 내부에 물이 수용되는 열교환탱크와, 상기 열교환탱크와 상기 증기발생기 사이에 연결되는 물공급관과, 상기 물공급관의 관로상에 설치되는 공급펌프를, 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치"의 상기 증기주입부는, 상기 증기발생기와 건조 챔버 사이에 연결되고 관로상에 보조개폐밸브를 가지며 상기 건조 챔버의 내부로 포화증기를 주입하는 보조증기주입관을, 더 포함하며, 상기 건조 챔버는, 그 내부에 설치되고 상기 건조 챔버의 내부로 주입된 증기를 상기 건조 챔버의 내부에서 순환시키는 순환팬을, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법에 의해 건조된 한옥용 목재"는, 상기한 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법에 의해 건조되어 제조되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 침엽수 목재의 건조 시에 수분과 송진이 신속하면서 안정적으로 제거되고, 특정한 함수율을 가지는 침엽수 목재의 건조가 용이하게 이루어지며, 침엽수 목재의 함수율의 조절이 간편하면서 용이하게 이루어지고, 그에 따라 품질이 우수한 침엽수 건조목의 생산이 단시간에 손쉽게 이루어지는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 과열증기를 공급하는 초기에 고온의 과열증기에 포화증기를 혼합하여 상기 고온의 과열증기에 의한 목재의 급격한 온도 변화로 발생하는 목재 자체의 손상이나 균열이 원활히 방지되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 목재의 건조 시에 배출되는 유해가스와 유해물질을 안정적으로 여과시켜 유해가스와 유해물질의 배출에 따른 환경오염 및 유해 환경 조성이 원활히 방지되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 목재의 건조 시에 외부로 배출되는 폐열을 회수하여 목재의 건조 시에 사용되는 에너지의 절감이 이루어지는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 건조 챔버의 내부에 순환팬을 설치하고 건조 챔버로 주입된 증기를 순환시켜 증기가 목재에 보다 깊숙하면서 균일하게 침투되고, 그에 따라 목재가 보다 균일하며 안정적으로 건조되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 침엽수 목재 건조 방법을 보인 단계도,
도 2는 본 발명에 따른 침엽수 목재 건조 장치의 개략적인 정단면도,
도 3은 본 발명에 따른 침엽수 목재 건조 장치의 작동 상태를 보인 개략적인 정단면도,
도 4는 본 발명에 따른 침엽수 목재 건조 장치의 다른 실시예를 보인 개략적인 정단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 침엽수 목재 건조 방법을 보인 단계도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법은 생목을 자연 건조시키는 자연 건조 단계(S10)와, 자연 건조된 목재를 건조 챔버에 탑재하고 목재의 초기 중량을 측정하는 초기 중량 측정 단계(S20)와, 과열증기를 통해 목재를 건조하는 과열증기 건조 단계(S30)와, 상기 건조 챔버에서 건조된 목재의 건조 중량을 측정하는 건조 중량 측정 단계(S40)와, 목재의 함수율을 연산하는 함수율 연산 단계(S50)와, 상기 건조 챔버에서 목재를 냉각 숙성시키는 목재 냉각 숙성 단계(S60)를 포함한다.

상기 자연 건조 단계(S10)는 생목을 규격에 맞게 판형의 목재로 가공한 후에 30% 내지 40% 사이의 일정한 함수율을 갖도록 자연 건조시키는 단계이다. 이 단계는 생목을 판재로 가공하여 상기 건조 챔버의 내부에 적재하기 알맞으며 건조 후에 2차 가공하기 알맞은 상태로 만들면서 과열증기에 의해 건조되기 전에 목재가 일정한 함수율을 가진 상태가 되도록 하는 것이다.

상기 목재가 일정한 함수율을 가짐으로써, 본 방법을 통해 건조된 후에 상기 목재는 균일하게 함수율이 저하된 상태가 되어 요구되거나 필요한 함수율을 가지는 건조목을 적절하게 생산할 수 있게 된다.

일반적으로 목재의 함수율은 생목 또는 자연 건조목에 따라 그리고 수종에 따라 구별되지만 같은 수종이라면 자연 건조 상태에 따라 거의 일정한 함수율을 가지고 있고, 이와 같은 수종에 따른 함수율은 이미 데이터베이스화되어 널리 이용되고 있으며, 또한 건조 챔버에 넣기 전 목재는 함수율 측정기를 통해 그 함수율을 손쉽게 측정할 수 있으므로, 상기 자연 건조가 완료된 상태의 목재의 함수율은 통상의 함수율 측정기에 의해 측정된다.

상기 초기 중량 측정 단계(S20)는 상기 자연 건조되어 일정한 함수율을 갖는 목재를 건조 챔버의 내부에 탑재하고 상기 건조 챔버를 폐쇄한 후에, 상기 건조 챔버에 설치된 중량검출기를 통해 상기 목재의 중량을 측정하여 초기 중량을 도출하는 단계이다. 이 단계는 상기 자연 건조된 목재가 과열증기에 의해 건조되기 전의 초기 중량을 측정하여 추후에 목재의 함수율의 연산에 필요한 데이터로 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 과열증기 건조 단계(S30)는 물을 가열하여 포화증기를 생성하고 생성된 포화증기를 다시 가열하여 400℃ 내지 600℃ 사이의 온도의 과열증기를 생성한 후에, 상기 과열증기를 건조에 적합한 온도인 300℃ 내지 350℃로 낮춘 상태로 상기 건조 챔버에 주입하여 고온 고압 하에서 상기 건조 챔버의 내부에 수용된 목재를 가열하여 건조시키는 단계이다. 이 단계는 포화증기를 수분이 완전히 제거된 건포화 과열증기로 만들고, 이렇게 생성된 상대적으로 고온의 과열증기를 통해 침엽수 목재에 함유된 수분과 함께 송진까지 녹여서 상기 목재에서 제거되도록 하는 것이다.

상기 과열증기는 400℃ 내지 600℃ 사이의 온도로 생성되는데, 이는 상기 포화증기에 열량과 엔탈피를 최대한 투입하여 증기에 함유되는 수분이 완전히 사라진 건포화 과열증기를 생성하기 위한 것이다.

이와 같이 생성된 400℃ 내지 600℃ 사이의 온도의 과열증기는 건조에 적합한 온도로 낮추진 후에, 즉 건포화된 건증기 상태에서 300℃ 내지 350℃ 사이의 온도로 낮춰진 후에 상기 건조 챔버에 투입되어 상기 목재를 건조시킨다.

즉, 상기 건조 챔버의 내부로 투입되는 과열증기의 온도는 300℃ 내지 350℃인 것이 바람직한데, 이는 상기 과열증기의 온도가 300℃보다 낮으면 침엽수 목재에 함유되는 송진이 적절히 녹지 않게 되기 때문이며, 상기 과열증기의 온도가 350℃보다 높으면 침엽수 목재에 함유되는 송진을 녹여서 제거하는 중에 상기 목재 자체가 고온 환경에 의해 손상되거나 균열 또는 할열될 수 있기 때문이다.

상기 과열증기 건조 단계(S30)에서 상기 건조 챔버 내부의 압력은 3bar 내지 5bar인 것이 바람직한데, 이는 상기 건조 챔버 내부의 압력이 3bar보다 낮으면 과열증기가 목재의 내부로 적절하게 침투되지 않기 때문이며, 상기 건조 챔버 내부의 압력이 5bar보다 높으면 고온의 과열증기가 목재의 내부에 너무 빠르게 침투하여 상기 목재 자체가 손상될 우려가 있기 때문이다.

상기 과열증기 건조 단계(S30)에서 상기 과열증기를 주입하여 목재를 건조하는 시간은 8시간 내지 15시간인 것이 바람직한데, 이는 상기 과열증기를 주입하여 목재를 건조하는 시간이 8시간보다 짧으면 상기 목재에 함유된 수분과 송진이 충분이 제거되지 않기 때문이며, 상기 과열증기를 주입하여 목재를 건조하는 시간이 15시간보다 길면 상기 과열증기가 너무 장시간 동안 목재에 주입되어 상기 목재 자체가 손상될 수 있기 때문이다.

상기 과열증기 건조 단계(S30)에서 상기 고온의 과열증기를 상기 건조 챔버의 내부에 주입하기 시작할 때 적어도 1시간 동안 포화증기를 과열증기와 함께 주입하고 상기 주입되는 포화증기의 양은 시간이 갈수록 감소되게 하는 것이 바람직하다.

이는 상기 건조 챔버에 탑재된 목재를 건조하기 위해 고온의 과열증기를 주입할 때 통상적으로 100℃ 정도의 상대적으로 저온인 포화증기를 함께 주입함으로써, 상기 과열증기의 온도를 낮춘 상태에서 서서히 높여 상기 과열증기에 의한 상기 목재의 급격한 온도변화로 인해 상기 목재가 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉, 상기 과열증기를 주입하는 초기에 포화증기를 함께 주입하여 상기 목재가 과열증기의 온도에 적절히 적응할 수 있도록 하는 것이다.

상기 포화증기를 주입하는 시간이 적어도 1시간인 것이 바람직한데, 이는 경험상으로 도출된 수치로서 적어도 1시간 정도 서서히 온도를 상승시키면 목재가 과열증기에 적절히 적응할 수 있기 때문이다.

상기 건조 중량 측정 단계(S40)는 상기 목재를 과열증기로 건조하는 중에 상기 중량검출기를 통해 상기 건조 챔버에 탑재된 상기 목재의 중량을 측정하여 건조 중량을 도출하는 단계이다. 이 단계는 상기 초기 중량과 비교할 수 있는 건조가 완료된 후의 목재의 중량인 건조 중량을 도출하는 단계이다.

상기 함수율 연산 단계(S50)는 상기 목재의 초기 중량과 상기 목재의 건조 중량을 비교하여 상기 목재의 함수율의 변화를 연산하는 단계이다. 이 단계는 건조 전과 건조 후의 목재의 중량의 변화를 통해 목재의 함수율을 연산하는 단계이다. 이와 같은 연산을 통해 요구되는 함수율에 도달한 상태로 목재가 건조되면 과열증기의 주입을 중지하게 된다.

즉, 목재의 중량의 변화는 목재의 건조를 통해 목재에서 배출된 수분의 중량에 해당함으로, 이와 같은 배출된 수분의 중량을 통해 목재의 현재 함수율을 도출하게 된다.

예를 들어, 건조 전의 목재의 함수율이 16%이고 상기 건조 챔버에 탑재된 목재의 중량이 100kg이라면, 목재의 총 중량 중의 수분에 해당하는 부분의 16kg에 해당한다는 것을 알 수 있다.

이와 같이 수분의 중량이 인지된 상태에서 목재를 상기 건조 챔버에 탑재하고 과열증기로 건조시킨 후에 건조된 목재의 중량을 측정하고, 이렇게 측정된 목재의 건조 중량이 90kg이라면, 목재의 중량 변화량은 10kg이고 이는 목재에서 10kg의 수분이 배출된 것임을 알 수 있다.

따라서, 목재는 초기에 16kg의 수분 함량에서 건조된 후에 6kg의 수분 함량으로 변하였고, 이는 목재의 함수량이 16%에서 6%로 변경되었다는 것을 나타낸다.

이런 함수율의 연산은 각각 도출되는 데이터를 단말기나 컨트롤러에 입력하여 자동으로 연산된 후에 외부에 표시되어 작업자가 함수율 변화를 인지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 목재 냉각 숙성 단계(S60)는 상기 연산된 목재의 함수율이 요구되는 목재의 함수율과 일치되면 상기 과열증기의 주입을 중지하고, 건조가 완료된 상기 목재를 상기 건조 챔버의 내에서 일정한 시간동안 보관하여 자연 냉각시키면서 숙성시키는 단계이다.

이 단계는 작업자에 의해 미리 설정된 함수율에 도달하면 상기 건조 챔버의 내부로 과열증기의 공급을 자동을 중단하여 건조를 중지시키고, 이와 같이 상기 목재의 건조가 중지된 상태에서 상기 건조 챔버의 내에서 건조된 목재를 바로 반출하면 상기 건조 챔버 내의 고온 고압의 환경과 상대적으로 저온 저압의 외부 환경의 차이에 의해 상기 목재가 균열, 할열 또는 손상될 우려가 있으므로, 외부 환경에 적응시키기 위해 상기 건조 챔버의 내부에서 자연 냉각시키면서 숙성시키는 과정을 거치는 것이다.

상기 목재 냉각 숙성 단계(S60)에서 상기 목재를 냉각 및 숙성시키는 시간은 6시간 내지 10시간인 것이 바람직한데, 이는 상기 목재를 냉각 및 숙성시키는 시간이 6시간보다 짧으면 고온 환경에서 충분히 냉각 및 숙성되지 않을 수 있어 환경 차이에 의한 목재의 손상을 유발할 우려가 있기 때문이며, 상기 목재를 냉각 및 숙성시키는 시간이 10시간보다 길면 냉각 및 숙성에 불필요하게 많은 시간을 사용되는 것이기 때문이다.

본 건조 방법은 상기 목재 냉각 숙성 단계(S60)의 다음으로 상기 건조 챔버의 내부로 상대적으로 저온의 물을 분사하여 상기 건조 챔버와 상기 건조된 목재를 강제로 냉각시키는 목재 강제 냉각 단계(S70)를 더 포함한다.

상기 목재 강제 냉각 단계(S70)는 상기 건조 챔버의 내부로 상대적으로 저온의 물을 노즐로 분사하여 상기 건조 챔버의 내부의 온도와 상기 건조된 목재 자체의 온도를 강제로 냉각시켜 상기 건조 챔버에서 상기 목재를 신속하게 인출할 수 있도록 하는 것이다.

즉, 상기 목재의 건조나 열처리가 완료된 후에도 상기 목재 혹은 상기 건조 챔버 자체는 상당한 고온 상태로 유지되는데, 이와 같은 고온 상태의 상기 건조 챔버나 목재를 취급하기 위해서는 또한 상당히 긴 냉각 시간을 필요로 하게 되며, 이와 같은 냉각에 필요한 시간을 최소화하기 위해 상기 건조 챔버의 내부로 물을 분사하여 상기 건조 챔버 자체와 목재를 강제로 냉각시키게 된다.

상기 건조 챔버의 내부로 물을 분사할 때는 상기 목재에 물이 직접 접촉되지 않도록 상기 건조 챔버의 내부의 빈공간이나 상기 건조 챔버의 내벽을 향해 물이 분사되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 본 침엽수 목재 건조 방법은 침엽수 목재의 건조 시에 수분과 송진이 신속하면서 안정적으로 제거되도록 하고 특정한 함수율을 가지는 목재의 건조가 용이하게 이루어지도록 하면서 목재의 함수율의 조절이 간편하면서 용이하게 이루어지도록 하는 획기적인 발명이다.

도 2는 본 발명에 따른 침엽수 목재 건조 장치의 개략적인 정단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치는 건조 챔버(10)와, 상기 건조 챔버(10)의 일측에 구비되는 증기주입부(20)와, 상기 증기주입부(20)와 건조 챔버(10) 사이에 설치되는 과열증기 생성부(30)와, 상기 건조 챔버(10)의 하면에 설치되는 압력조절 배출부(40)와, 상기 건조 챔버(10)에 설치되는 중량검출기(50)를 포함한다.

상기 건조 챔버(10)는 목재(W)를 밀폐된 상태로 수용하는 것으로, 지면에 지지되도록 하면에 다수의 다리(11)가 구비되는 것이다. 이와 같은 상기 건조 챔버(10)는 다수개가 적층되어 일정한 크기의 적층단으로 구비되는 목재(W)를 반입 또는 반출하거나 건조를 위해 밀폐된 상태로 혹은 진공 상태로 수용할 수 있도록 하는 것이다. 상기 목재(W)는 이송대차(P)의 위에 1차 가공된 일정한 크기의 판재를 일정한 크기의 단으로 적층한 후에 상기 이송대차(P)를 이동시켜 상기 건조 챔버(10) 내에 탑재된다.

상기 다리(11)는 상기 건조 챔버(10)를 지면에서 지지하면서 동시에 상기 중량검출기(50)가 설치되는 장소를 제공하는 역할을 한다. 이와 같은 구조의 상기 건조 챔버(10)는 도시된 바와 같은 사각 입방체형뿐만 아니라 목재(W)를 수용할 수 있는 다양한 형태의 입방체로 구비될 수 있다.

상기 건조 챔버(10)는 그 내부에 설치되는 순환팬(12)을 더 포함한다. 상기 순환팬(12)은 상기 건조 챔버(10)의 내부로 주입된 증기를 상기 건조 챔버(10)의 내부에서 순환시키는 역할을 한다.

상기 건조 챔버(10)는 온도계(미도시)와 압력계(미도시)가 설치되어 상기 건조 챔버(10) 내부의 온도와 압력이 측정되고 이와 같은 온도와 압력은 작동자에 의해 인지될 수 있도록 외부에 표시되며 그 정보는 컨트롤러에 입력된다.

상기 증기주입부(20)는 상기 건조 챔버(10)의 일측에 설치되고 포화증기를 발생시키는 증기발생기(21)와, 상기 증기발생기(21)와 건조 챔버(10) 사이에 연결되고 관로상에 개폐밸브(23)를 가지는 증기주입관(22)을 가지는 것으로, 상기 건조 챔버(10)에 주입되는 포화증기를 생성하여 공급하는 역할을 한다.

상기 증기발생기(21)는 내부에 수용된 물을 가열하여 포화증기를 발생시키는 장치로서, 도시된 바와 같이 전열선을 이용하여 물을 가열할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니고 화목, 석유, 가스 등의 연료를 연소시키는 버너에 의해 물을 가열할 수도 있다.

상기 증기주입관(22)은 상기 증기발생기(21)에서 생성된 포화증기를 상기 건조 챔버(10)의 내부로 주입하기 위한 배관이다. 상기 개폐밸브(23)는 상기 증기주입관(22)의 관로를 필요에 따라, 즉 증기의 공급 또는 증기의 공급 중지에 따라, 개방 또는 폐쇄시키는 밸브이다. 아울러, 상기 개폐밸브(23)는 개폐의 정도를 조절하여 상기 건조 챔버(10)의 내부로 공급되는 증기의 양을 조절할 수 있으며 상기 건조 챔버(10)에서 증기의 역류를 방지하는 체크밸브의 역할도 한다.

상기 증기주입부(20)는 상기 증기발생기(21)와 건조 챔버(10) 사이에 연결되고 관로상에 보조개폐밸브(25)를 가지며 상기 건조 챔버(10)의 내부로 포화증기를 주입하는 보조증기주입관(24)을 더 포함한다.

상기 보조증기주입관(24)은 상기 증기주입관(22)에 의해 주입되는 증기와는 별도로 상기 건조 챔버(10)에 포화증기를 주입할 수 있도록 하는 것이며, 상기 보조개폐밸브(25)는 상기 개폐밸브(23)와 마찬가지로 상기 보조증기주입관(24)의 관로를 필요에 따라 개방 또는 폐쇄시키고 개폐의 정도를 조절하여 상기 건조 챔버(10)의 내부로 공급되는 증기의 양을 조절할 수 있으며 상기 건조 챔버(10)에서 증기의 역류를 방지하는 체크밸브의 역할을 하는 것이다.

상기 보조증기주입관(24)은 상기 증기주입관(22)을 통해 공급된 포화증기가 상기 과열증기 생성부(30)에 의해 500℃ 정도의 과열증기로 상기 건조 챔버(10)의 내부에 공급되는 초기에 과열증기의 높은 온도에 의해 상기 건조 챔버(10)에 탑재된 목재(W)가 손상되는 것을 방지하기 위해 상기 건조 챔버(10)로 상대적으로 100℃ 정도의 저온인 포화증기를 별도로 더 공급하기 위한 것이다.

즉, 상기 증기주입관(22)을 통해 공급된 증기가 상기 과열증기 생성부(30)를 통해 과열증기 상태로 상기 건조 챔버(10)의 내부에 공급될 때 일정시간 동안 상기 보조증기주입관(24)이 개방되어 상기 건조 챔버(10)로 상대적으로 저온의 포화증기가 공급됨으로써, 고온의 과열증기와 저온의 포화증기가 혼합되고, 그에 따라 상기 건조 챔버(10)의 내부에 과열증기가 공급되는 초기에 목재(W)의 급격한 온도 변화가 방지되면서 상기 목재(W)가 고온의 과열증기에 적절히 적응하게 된다.

상기 과열증기 생성부(30)는 상기 증기주입관(22)의 관로상에 연결되어 포화증기가 이동되는 가열관(31)과, 상기 가열관(31)의 외주면을 둘러싸는 상태로 설치되고 상기 가열관(31)을 가열하여 과열증기를 생성하는 히터(32)를 가지는 것으로, 상기 증기주입관(22)을 통해 상기 건조 챔버(10)로 공급되는 포화증기를 가열하여 고온의 과열증기로 변환시키는 역할을 한다.

상기 가열관(31)은 상기 증기주입관(22)의 관로 상에 설치되고 상기 히터(32)에 의해 가열되는 특수 금속재 배관으로, 그 내부를 통해 유동되는 포화증기를 고온의 과열증기로 변환시키는 역할을 한다. 상기 히터(32)는 열선이 구비된 것으로, 전기의 공급에 의해 열을 발생시켜 상기 가열관(31)을 가열시키는 역할을 한다.

상기 과열증기 생성부(30)는 100℃ 정도의 포화증기를 가열하여 400℃ 내지 600℃ 사이의 과열증기로 변환시키며, 이와 같이 변환된 고온의 과열증기는 습기가 완전히 사라진 건포화 과열증기(또는 과열 건증기)로서, 목재(W)의 수분뿐만 아니라 목재(W)에 함유된 송진까지 녹여서 제거시킨다.

상기 압력조절 배출부(40)는 상기 건조 챔버(10)의 하부에 연통되게 설치되는 것으로, 상기 건조 챔버(10) 내의 압력을 일정하게 자동 조절하면서 상기 건조 챔버(10)에서 건조되는 목재(W)에서 배출되는 송진과 불순물 및 가스를 상기 건조 챔버(10)의 외부로 배출시키는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 상기 압력조절 배출부(40)는 상기 건조 챔버(10)의 하면에 외부와 연통되게 구비되는 배출관(41)과, 상기 배출관(41)의 관로상에 설치되는 압력조절 댐퍼(42)와, 상기 건조 챔버(10)의 하면으로 상기 배출관(41)을 밀폐되게 둘러싸는 포집탱크(43)와, 상기 포집탱크(43)에서 외부와 연통되게 연결되는 배기관(44)을 포함한다.

상기 배출관(41)은 상기 건조 챔버(10)의 하면에 내부와 연통되게 설치되는 배관으로, 건조 중에 목재(W)에서 배출되는 수분, 송진, 불순물 등이 상기 건조 챔버(10)의 내부 바닥면에서 이를 통해 상기 건조 챔버(10)의 외부로 배출될 수 있는 통로이다.

상기 압력조절 댐퍼(42)는 상기 건조 챔버(10)의 내부의 압력에 따라 자동으로 개폐되는 것으로, 상기 건조 챔버(10) 내부의 압력이 일정한 압력보다 낮으면 폐쇄된 상태를 유지하다가 상기 압력에 도달하면 자동으로 개방되는 것이다. 즉, 상기 압력조절 댐퍼(42)는 작업자가 상기 건조 챔버(10)의 내부 압력을 일정하게 설정하면 그 설정된 압력에 맞추어 자동으로 개폐되면서 상기 건조 챔버(10) 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 것이다.

예를 들면, 상기 건조 챔버(10)의 압력을 3bar로 설정한 경우에, 상기 증기주입관(22)을 통해 과열증기가 상기 건조 챔버(10)로 계속 주입되면 상기 건조 챔버(10)의 내부의 압력이 어느 순간 3bar보다 커지고, 이와 같이 설정 압력보다 커진 경우에 상기 압력조절 댐퍼(42)가 상기 배출관(41)을 개방시키고, 그에 따라 상기 건조 챔버(10)의 내부와 외부가 연통되어 압력을 평형을 이루면서 상기 건조 챔버(10)의 압력이 내려가게 된다. 상기 건조 챔버(10)의 압력이 설정 압력 이하로 내려가면 상기 압력조절 댐퍼(42)가 상기 배출관(41)을 폐쇄하게 되고, 그에 따라 압력의 저하가 중지된다.

즉, 상기 압력조절 댐퍼(42)는 상기 배출관(41)을 자동으로 개폐하여 상기 건조 챔버(10)의 내부의 압력을 설정된 압력으로 자동 조절하게 되는 것이다. 아울러, 상기 압력조절 댐퍼(42)에 의한 상기 배출관(41)의 개방과 함께 상기 배출관(41)을 통해 상기 건조 챔버(10)의 내부 바닥면에 있던 수분, 송진, 불순물 등이 상기 배출관(41)을 통해 외부로 배출된다.

상기 포집탱크(43)는 상기 배출관(41)을 통해 배출되는 수분, 송진, 및 불순물 등을 포집하는 역할을 한다. 상기 배기관(44)은 상기 압력조절 댐퍼(42)에 의한 상기 배출관(41)의 개방으로 상기 건조 챔버(10)에서 상기 포집탱크(43)로 배출된 가스가 외부로 배출되는 통로이다.

상기 중량검출기(50)는 상기 다리(11)에 설치되는 것으로, 상기 건조 챔버(10)의 내부로 수용되는 목재(W)의 중량을 측정하는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 중량검출기(50)는 상기 건조 챔버(10)의 내부에 탑재된 목재(W)의 중량을 측정할 수 있는 전자저울, 로드셀, 중량 측정기 등 다양한 기기가 사용될 수 있다.

즉, 상기 중량검출기(50)는 목재(W)가 탑재되기 전의 상기 건조 챔버(10)의 전체 중량과 상기 목재(W)가 탑재된 후의 상기 건조 챔버(10)의 전체 중량을 통해 상기 건조 챔버(10)의 내부에 탑재된 목재(W)의 중량을 측정하거나 건조된 후의 목재(W)의 중량을 측정할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 목재(W)의 중량을 측정할 수 있는 상기 중량검출기(50)를 통해 작업자는 목재(W)가 건조된 후에 목재(W)의 함수율을 인지할 수 있게 되고, 그에 따라 상기 중량검출기(50)에 측정된 중량을 통해 작업자는 목재(W)가 특정한 함수율을 갖도록 손쉽게 조절할 수 있게 되고, 그에 따라 본 장치를 통한 목재(W)의 건조를 통해 특정한 함수율을 갖는 목재(W)의 생산이 용이하게 이루어지게 된다.

본 건조 장치는 상기 배기관(44)의 끝에 설치되는 가스여과부(60)를 더 포함한다. 상기 가스여과부(60)는 상기 배기관(44)을 통해 상기 건조 챔버(10)의 내부에서 외부로 배출되는 유해가스 및 분진을 여과시키는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 상기 가스여과부(60)는 상기 배기관(44)의 단부를 둘러싸고 내부에 물이 저장되는 여과탱크(61)와, 상기 여과탱크(61)의 내부를 구획하면서 상단이 개방되게 설치되는 격벽(62)과, 상기 격벽(62)의 일측으로 상기 여과탱크(61)에 배치되고 물을 통과한 가스에서 있는 미세한 오염물을 필터링하는 필터(63)와, 상기 필터(63)를 통과한 가스가 외부로 배기되도록 상기 필터(63)의 하부로 상기 여과탱크(61)의 일측에 구비되는 여과배출관(64)을 포함한다.

상기 가스여과부(60)는 물이 채워진 상기 여과탱크(61)를 통해 상기 배기관(44)을 통해 배기되는 가스가 물을 통과하도록 한 후에, 상기 여과탱크(61)의 물을 통과한 가스를 다시 상기 필터(63)를 통과시켜 상기 건조 챔버(10)의 내부에서 외부로 배출된 가스에서 분진, 유해가스, 냄새 등을 제거하는 역할을 한다.

도 3은 본 발명에 따른 침엽수 목재 건조 장치의 작동 상태를 보인 개략적인 정단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 건조 챔버(10)의 내부로 이송대차(P)를 이용하여 목재(W)를 탑재한 상태에서 상기 건조 챔버(10)를 밀폐시킨다.

상기 건조 챔버(10)가 밀폐된 상태에서 상기 증기발생기(21)를 작동시켜 포화증기를 발생시키고, 상기 증기발생기(21)에 의해 발생된 포화증기는 상기 개폐밸브(23)의 개방과 함께 상기 증기주입관(22)을 통해 상기 건조 챔버(10)를 향해 이동된다.

상기 증기주입관(22)을 통해 이동되는 포화증기는 상기 가열관(31)을 통과하면서 가열되어 약 500℃ 정도의 고온의 과열증기가 되면서 건포화 과열증기가 되고, 이렇게 생성된 고온의 과열증기는 약 350℃ 정도로 낮춰진 후에 상기 증기주입관(22)을 통해 상기 건조 챔버(10)의 내부로 계속 주입된다.

상기와 같이 고온의 과열증기가 상기 건조 챔버(10)의 내부로 주입되기 시작하면, 상기 보조개폐밸브(25)가 개방되면서 상기 보조증기주입관(24)을 통해 약 100℃ 정도의 상대적으로 저온인 포화증기가 상기 건조 챔버(10)의 내부로 주입되어 과열증기와 혼합되면서 상기 목재(W)가 고온의 과열증기에 적응되도록 한다.

일정 시간 동안 상기 보조증기주입관(24)을 통해 포화증기를 주입하되 그 양을 점차 감소시켜 상기 목재(W)가 과열증기에 적절히 적응되도록 한 다음에는 상기 보조개폐밸브(25)를 폐쇄하여 상기 보조증기주입관(24)을 통한 포화증기의 주입을 중지시킨다.

이 상태에서도 상기 증기주입관(22)을 통한 과열증기의 주입 계속되고, 이와 같이 주입된 과열증기에 의해 상기 건조 챔버(10)의 내부에 탑재된 목재(W)가 건조되면서 그 내부에 함유되는 습기와 송진이 제거된다.

상기 목재(W)에 과열증기가 균일하게 접촉 및 침투하도록 하기 위해 상기 건조 챔버(10)의 내부에 설치되는 상기 순환팬(12)을 작동시키게 된다.

과열증기의 주입으로 상기 목재(W)가 건조되면서 배출된 송진 및 불순물 등은 상기 건조 챔버(10)의 내부 바닥면으로 흘러내려가게 되고, 상기 배출관(41)의 상단에 포집된다.

상기 증기주입관(22)을 통해 과열증기가 상기 건조 챔버(10)의 내부로 계속 주입되면서 상기 건조 챔버(10)의 내부 압력이 계속 상승하게 되고, 상기 건조 챔버(10)의 내부 압력이 설정 압력보다 높아지면 상기 압력조절 댐퍼(42)가 개방되면서 상기 건조 챔버(10)와 외부를 연통시켜 상기 건조 챔버(10)의 내부의 압력이 자동으로 조절된다.

상기 압력조절 댐퍼(42)에 의해 상기 건조 챔버(10)의 압력이 조절되는 순간에, 즉 상기 압력조절 댐퍼(42)에 의해 상기 배출관(41)이 개방되는 순간에, 상기 배출관(41)의 상단에 포집되어 있던 송진, 불순물, 수분 등이 상기 배출관(41)을 통해 하부측으로 이동되어 상기 포집탱크(43)에 포집된다.

상기 배출관(41)의 개방과 함께 상기 건조 챔버(10)의 내부에서 상기 포집탱크(43)로 배출된 가스는 상기 배기관(44)을 통해 상기 가스여과부(60)로 이동되어 물과 필터(63)에 의해 여과된 후에 외부로 배출된다.

아울러, 작업자는 상기 중량감지기를 통해 상기 건조 챔버(10)의 내부에 탑재된 목재(W)의 중량 변화를 인지하여 요구되는 함수율을 갖는 목재(W)로 건조되고 있는지를 판단하게 된다.

또한, 본 장치에 설치된 컨트롤러는 과열증기의 주입으로 목재(W)가 건조되어 미리 설정된 함수율에 도달하면 상기 개폐밸브(23)를 폐쇄하여 과열증기의 주입을 중지시켜 상기 목재(W)의 건조를 완료한다.

건조가 완료된 상기 목재(W)는 상기 건조 챔버(10)의 내부에 일정한 시간 동안 보관하여 자연 냉각시키면서 숙성시키는 과정을 거친 후에 상기 건조 챔버(10)의 외부로 상기 이송대차(P)를 통해 반출하게 된다.

이와 같은 과정을 거쳐 일정한 함수율을 갖도록 완전히 건조되면서 송진이 제거된 건조목은 표면 가공 등의 2차 가공이 수행되어 완제품으로 제조된다.

도 4는 본 발명에 따른 침엽수 목재 건조 장치의 다른 실시예를 보인 개략적인 정단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치는 상기 가스여과부(60)와 상기 증기발생기(21) 사이에 설치되는 폐열회수부(70)를 더 포함한다. 상기 폐열회수부(70)는 상기 가스여과부(60)를 통과한 고온의 가스에 함유된 폐열을 회수하여 상기 증기발생기(21)로 공급되는 물을 예열하는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 상기 폐열회수부(70)는 상기 여과배출관(64)에 연결되어 여과된 고온의 가스가 공급되는 고온가스관(71)과, 상기 고온가스관(71)의 끝에 연결되는 전열관(72)과, 상기 전열관(72)의 끝에 연결되어 상기 전열관(72)을 통과한 가스가 외부로 배출되는 저온가스관(73)과, 상기 고온가스관(71)과 저온가스관(73)이 관통되고 상기 전열관(72)을 둘러싸며 상기 전열관(72)이 잠기도록 내부에 물이 수용되는 열교환탱크(74)와, 상기 열교환탱크(74)와 상기 증기발생기(21) 사이에 연결되는 물공급관(75)과, 상기 물공급관(75)의 관로상에 설치되는 공급펌프(76)를 포함한다.

상기 고온가스관(71)은 상기 가스여과부(60)로부터 배출되는 고온의 가스가 상기 열교환탱크(74)측으로 유입되는 통로의 역할을 하고, 상기 전열관(72)은 상기 고온가스관(71)을 통해 유입된 고온의 가스가 유동되면서 상기 열교환탱크(74)의 내부에 수용된 물과 열교환을 하여 물을 예열시키는 역할을 한다.

상기 저온가스관(73)은 상기 전열관(72)을 통해 물과 열교환되어 냉각된 가스가 외부로 배출되는 통로의 역할을 한다. 상기 열교환탱크(74)는 상기 전열관(72)이 잠기도록 내부에 물을 수용하면서 상기 전열관(72)과 물 사이의 열교환이 이루어지는 장소를 제공하는 역할을 한다.

상기 물공급관(75)은 상기 전열관(72)에 의해 열교환이 이루어져 예열된 상태의 물이 상기 열교환탱크(74)에서 상기 증기발생기(21)로 이동되는 통로의 역할을 하며, 상기 공급펌프(76)는 상기 물공급관(75)을 통해 상기 열교환탱크(74)의 내부에 있는 물을 상기 증기발생기(21)로 이송시키는 역할을 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 상기 폐열회수부(70)를 통해 외부로 배출되는 가스에 있는 폐열을 회수하여 상기 증기발생기(21)에 공급되는 물을 예열함으로써, 상기 건조 챔버(10)의 내부로 목재(W)의 건조에 사용되는 에너지가 상당히 절감하게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

10 : 건조 챔버
11 : 다리 12 : 순환팬
20 : 증기주입부
21 : 증기발생기 22 : 증기주입관
23 : 개폐밸브 24 : 보조증기주입관
25 : 보조개폐밸브
30 : 과열증기 생성부
31 : 가열관 32 : 히터
40 : 압력조절 배출부
41 : 배출관 42 : 압력조절 댐퍼
43 : 포집탱크 44 : 배기관
50 : 중량검출기
60 : 가스여과부
61 : 여과탱크 62 : 격벽
63 : 필터 64 : 여과배출관
70 : 폐열회수부
71 : 고온가스관 72 : 전열관
73 : 저온가스관 74 : 열교환탱크
75 : 물공급관 76 : 공급펌프

Claims (10)

1. 생목을 규격에 맞게 판형의 목재로 가공한 후에 30% 내지 40% 사이의 일정한 함수율을 갖도록 자연 건조시키는 자연 건조 단계(S10)와;
   상기 자연 건조되어 일정한 함수율을 갖는 목재를 건조 챔버의 내부에 탑재하고 상기 건조 챔버를 폐쇄한 후에, 상기 건조 챔버에 설치된 중량검출기를 통해 상기 목재의 중량을 측정하여 초기 중량을 도출하는 초기 중량 측정 단계(S20)와;
   물을 가열하여 포화증기를 생성하고 생성된 포화증기를 다시 가열하여 400℃ 내지 600℃ 사이의 온도의 과열증기를 생성한 후에, 상기 과열증기를 건조 온도인 300℃ 내지 350℃로 낮춘 상태로 상기 건조 챔버에 주입하여 고온 고압 하에서 상기 건조 챔버의 내부에 수용된 목재를 가열하여 건조시키는 과열증기 건조 단계(S30)와;
   상기 목재를 과열증기로 건조하는 중에 상기 중량검출기를 통해 상기 건조 챔버에 탑재된 상기 목재의 중량을 측정하여 건조 중량을 도출하는 건조 중량 측정 단계(S40)와;
   상기 목재의 초기 중량과 상기 목재의 건조 중량을 비교하여 상기 목재의 함수율의 변화를 연산하는 함수율 연산 단계(S50)와;
   상기 연산된 목재의 함수율이 요구되는 목재의 함수율과 일치되면 상기 과열증기의 주입을 중지하고, 건조가 완료된 상기 목재를 상기 건조 챔버의 내에서 일정한 시간동안 보관하여 자연 냉각시키면서 숙성시키는 목재 냉각 숙성 단계(S60)를; 포함하고,
   상기 목재 냉각 숙성 단계(S60)의 다음으로, 상기 건조 챔버의 내부로 상대적으로 저온의 물을 분사하여 상기 건조 챔버와 상기 건조된 목재를 강제로 냉각시키는 목재 강제 냉각 단계(S70)를; 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 과열증기 건조 단계(S30)에서, 상기 건조 챔버 내부의 압력은 3bar 내지 5bar이며, 과열증기를 주입하여 목재를 건조하는 시간은 8시간 내지 15시간이며,
   상기 목재 냉각 숙성 단계(S60)에서, 상기 목재를 냉각 및 숙성시키는 시간은 6시간 내지 10시간인 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 과열증기 건조 단계(S30)에서, 상기 고온의 과열증기를 상기 건조 챔버의 내부에 주입하기 시작할 때 적어도 1시간 동안 포화증기를 과열증기와 함께 주입하는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법.
   
4. 삭제
5. 목재를 밀폐된 상태로 수용하고, 지면에 지지되도록 하면에 다수의 다리(11)가 구비되는 건조 챔버(10)와;
   상기 건조 챔버(10)의 일측에 설치되고 포화증기를 발생시키는 증기발생기(21)와, 상기 증기발생기(21)와 건조 챔버(10) 사이에 연결되고 관로상에 개폐밸브(23)를 가지는 증기주입관(22)을 가지는 증기주입부(20)와;
   상기 증기주입관(22)의 관로상에 연결되어 포화증기가 이동되는 가열관(31)과, 상기 가열관(31)의 외주면을 둘러싸는 상태로 설치되고 상기 가열관(31)을 가열하여 과열증기를 생성하는 히터(32)를 가지는 과열증기 생성부(30)와;
   상기 건조 챔버(10)의 하부에 연통되게 설치되고, 상기 건조 챔버(10) 내의 압력을 일정하게 자동 조절하면서 상기 건조 챔버(10)에서 건조되는 목재에서 배출되는 송진과 불순물 및 가스를 상기 건조 챔버(10)의 외부로 배출시키는 압력조절 배출부(40)와;
   상기 다리(11)에 설치되고, 상기 건조 챔버(10)의 내부로 수용되는 목재의 중량을 측정하는 중량검출기(50)를;
   포함하는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 압력조절 배출부(40)는,
   상기 건조 챔버(10)의 하면에 외부와 연통되게 구비되는 배출관(41)과,
   상기 배출관(41)의 관로상에 설치되고 상기 건조 챔버(10) 내부의 압력이 일정한 압력보다 낮으면 폐쇄된 상태를 유지하다가 상기 압력에 도달하면 자동으로 개방되는 압력조절 댐퍼(42)와,
   상기 건조 챔버(10)의 하면으로 상기 배출관(41)을 밀폐되게 둘러싸고 상기 배출관(41)을 통해 배출되는 송진과 불순물을 포집하는 포집탱크(43)와,
   상기 건조 챔버(10)에서 상기 포집탱크(43)로 배출된 가스가 외부로 배출되도록 상기 포집탱크(43)에서 외부와 연통되게 연결되는 배기관(44)을,
   포함하는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 배기관(44)의 끝에 설치되고, 상기 배기관(44)을 통해 상기 건조 챔버(10)의 내부에서 외부로 배출되는 유해가스 및 분진을 여과시키는 가스여과부(60)를; 더 포함하며,
   상기 가스여과부(60)는,
   상기 배기관(44)의 단부를 둘러싸고 내부에 물이 저장되는 여과탱크(61)와,
   상기 여과탱크(61)의 내부를 구획하면서 상단이 개방되게 설치되는 격벽(62)과,
   상기 격벽(62)의 일측으로 상기 여과탱크(61)에 배치되고 물을 통과한 가스에서 있는 미세한 오염물을 필터링하는 필터(63)와,
   상기 필터(63)를 통과한 가스가 외부로 배기되도록 상기 필터(63)의 하부로 상기 여과탱크(61)의 일측에 구비되는 여과배출관(64)을,
   포함하는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 가스여과부(60)와 상기 증기발생기(21) 사이에 설치되고, 상기 가스여과부(60)를 통과한 고온의 가스의 폐열을 회수하여 상기 증기발생기(21)로 공급되는 물을 예열하는 폐열회수부(70)를; 더 포함하며,
   상기 폐열회수부(70)는,
   상기 여과배출관(64)에 연결되어 여과된 고온의 가스가 공급되는 고온가스관(71)과,
   상기 고온가스관(71)의 끝에 연결되는 전열관(72)과,
   상기 전열관(72)의 끝에 연결되어 상기 전열관(72)을 통과한 가스가 외부로 배출되는 저온가스관(73)과,
   상기 고온가스관(71)과 저온가스관(73)이 관통되고 상기 전열관(72)을 둘러싸며 상기 전열관(72)이 잠기도록 내부에 물이 수용되는 열교환탱크(74)와,
   상기 열교환탱크(74)와 상기 증기발생기(21) 사이에 연결되는 물공급관(75)과,
   상기 물공급관(75)의 관로상에 설치되는 공급펌프(76)를,
   포함하는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치.
   
9. 제5항에 있어서,
   상기 증기주입부(20)는,
   상기 증기발생기(21)와 건조 챔버(10) 사이에 연결되고 관로상에 보조개폐밸브(25)를 가지며 상기 건조 챔버(10)의 내부로 포화증기를 주입하는 보조증기주입관(24)을, 더 포함하며,
   상기 건조 챔버(10)는,
   그 내부에 설치되고 상기 건조 챔버(10)의 내부로 주입된 증기를 상기 건조 챔버(10)의 내부에서 순환시키는 순환팬(12)을, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 장치.
   
10. 청구항 제1항에 기재된 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법에 의해 건조되어 제조되는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법에 의해 건조된 한옥용 목재.

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