KR102163773B1 - 고강도 목재 제조를 위한 목재 건조 및 고열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소프트우드를 건조 및 고열처리하여 하드우드와 유사한 강도를 가지도록 하여 생산된 목재의 실용성이 현저히 향상되도록 하는 고강도 목재 제조를 위한 목재 건조 및 고열처리 방법에 관한 것으로, 본 방법은 목재 탑재전의 건조챔버의 하중을 측정하는 초기하중 측정 단계(S10)와, 상기 건조챔버에 목재를 탑재하고 상기 건조챔버의 하중을 측정하는 탑재하중 측정 단계(S20)와, 상기 건조챔버의 목재 탑재전의 하중과 목재 탑재후의 건조챔버의 하중을 연산하여 목재의 하중을 계산하는 목재하중 계산 단계(S30)와, 상기 건조챔버를 밀폐시키고 내부 공기를 외부로 배출시켜 진공을 형성하는 진공 형성 단계(S40)와, 상기 건조챔버의 내부에 과열증기를 주입하여 목재를 건조 및 고열처리하는 과열증기 고열처리 단계(S50)와, 상기 건조챔버의 내부의 목재의 하중을 측정하여 함수율을 연산하고 유지하는 함수율 연산 및 유지 단계(S60)와, 상기 건조챔버의 내부의 압력과 온도를 서서히 강하시키는 압력 및 온도 강하 단계(S70)를 포함한다.

Description

고강도 목재 제조를 위한 목재 건조 및 고열처리 방법{METHOD FOR DRYING AND HIGH HEAT-TREATING WOOD TO PRODUCE HIGH-STRENGTH WOOD}

본 발명은 목재를 건조 및 고열처리하기 위한 목재 건조 및 고열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소프트우드를 건조 및 고열처리하여 하드우드와 유사한 강도를 가지도록 하여 생산된 목재의 실용성이 현저히 향상되도록 하는 고강도 목재 제조를 위한 목재 건조 및 고열처리 방법에 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 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 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 고열처리 건조하여 여러 가지 다양한 용도로 사용하고 있다.

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

그런데, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래의 건조 및 열처리 장치를 이용하여 생산된 건조 및 열처리 목재는 통상적으로 침엽수와 같은 소프트우드를 열처리하여 강도를 높이는 방법이지만, 인공적인 합성수지의 첨가 없이는 하드우드와 유사하거나 더 높은 강도를 가지는 목재를 생산하지 못하여 실용성이 저하되는 문제점이 있었다.

공개특허 제2015-0120028호 "내구성 및 내부후성이 증가된 목재 및 목질재료의 열처리 방법"(2015.10.27.)

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

본 발명의 목적은, 소프트우드를 건조 및 고열처리하여 하드우드와 유사한 강도를 가지도록 하여 생산된 목재의 실용성이 현저히 향상되도록 하는 고강도 목재 제조를 위한 목재 건조 및 고열처리 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "고강도 목재 제조를 위한 목재 건조 및 고열처리 방법"은, 목재를 수용하는 건조챔버와, 상기 건조챔버와 연결되는 증기주입관과, 상기 증기주입관과 연결되는 증기발생기와, 상기 건조챔버와 연결되는 가스배출관과, 상기 건조챔버에 설치되는 하중감지센서와, 상기 가스배출관에 연결되고 외부와 연결된 외부배출관이 구비되며 상기 증기발생기와 연결되는 재순환연결관이 구비되는 배출펌프를 포함하는 목재 건조 및 고열처리 장치를 이용하여 목재를 건조 및 고열처리하는 방법에 있어서; 목재를 탑재하지 않아 비어 있는 상태의 상기 건조챔버의 하중을 상기 하중감지센서로 측정하는 초기하중 측정 단계와; 상기 건조챔버에 함수율 10 내지 20% 사이의 목재를 탑재하고, 목재가 탑재된 상기 건조챔버의 하중을 상기 하중감지센서로 측정하는 탑재하중 측정 단계와; 상기 초기하중 측정 단계에서 측정된 건조챔버의 하중과 상기 탑재하중 측정 단계에서 측정된 건조챔버의 하중을 연산하여 탑재된 목재의 건조 전의 하중을 계산하는 목재하중 계산 단계와; 상기 건조챔버를 밀폐시키고, 상기 배출펌프를 작동시켜 상기 가스배출관을 통해 상기 건조챔버의 내부의 공기를 흡입하여 상기 외부배출관을 통해 외부로 배출시켜 진공 상태를 형성하는 진공 형성 단계와; 상기 건조챔버의 내부에 진공이 형성된 후에 상기 증기발생기를 작동시켜 상기 증기주입관을 통해 과열증기를 상기 건조챔버의 내부에 주입하여 상기 건조챔버 내부의 온도가 섭씨 140도 내지 170도 상태로 2시간 내지 4시간 동안 유지하면서 상기 건조챔버의 내부에 수용된 목재를 가열하여 건조 및 고열처리시키는 과열증기 고열처리 단계와; 상기 목재를 가열하는 중에 상기 하중감지센서를 통해 상기 건조챔버의 전체 중량을 측정하여 목재의 건조 후의 중량을 도출하고, 목재의 건조 전 중량과 목재의 건조 후 중량을 비교하여 목재의 함수율의 변화를 연산하며, 연산을 통해 목재의 함수율이 2 내지 4%가 되도록 고열처리를 유지하는 함수율 연산 및 유지 단계와; 목재의 함수율이 2 내지 4%가 되도록 고열처리를 완료한 후에 상기 배출펌프를 작동시켜 상기 재순환연결관을 통해 상기 증기발생기에서 증기주입관으로 증기주입관에서 건조챔버의 내부로 상기 건조챔버에서 상기 가스배출관으로 상기 가스배출관에서 상기 배출펌프로 내부 공기를 순환시키고, 공기가 순환되는 중에 상기 외부배출관을 통해 상기 건조챔버의 내부의 공기를 2 내지 3시간에 걸쳐 간헐적으로 배출시켜 내부 압력과 온도를 대기압력과 상온 수준으로 낮추는 압력 및 온도 강하 단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "고강도 목재 제조를 위한 목재 건조 및 고열처리 방법"은, 상기 압력 및 온도 강하 단계의 다음으로, 상기 건조챔버가 밀폐된 상태에서 상기 건조챔버의 내부로 천연 목재 오일을 분무시키고, 천연 목재 오일이 분무된 상태에서 상기 배출펌프를 작동시켜 상기 재순환연결관을 통해 상기 증기발생기에서 증기주입관으로 증기주입관에서 건조챔버의 내부로 상기 건조챔버에서 상기 가스배출관으로 상기 가스배출관에서 상기 배출펌프로 내부 공기를 2 내지 4시간 동안 순환시켜 목재의 외면에 오일 분무액을 도포시키며, 오일 도포 후에 상기 건조챔버의 내부에서 7 내지 10일간 목재를 보관하여 숙성시키는 오일도포 및 숙성 단계를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "고강도 목재 제조를 위한 목재 건조 및 고열처리 방법"의 상기 과열증기 고열처리 단계에서, 상기 배출펌프를 작동시켜 상기 재순환연결관을 통해 상기 증기발생기에서 증기주입관으로 증기주입관에서 건조챔버의 내부로 상기 건조챔버에서 상기 가스배출관으로 상기 가스배출관에서 상기 배출펌프로 내부 공기의 순환으로 상기 건조챔버로 주입된 과열증기를 순환시켜 에너지를 절감시키는 과정과, 상기 건조챔버의 외부로 상기 재순환연결관의 관로에 필터를 설치하여 내부 공기와 함께 과열증기가 상기 배출펌프에 의해 강제로 순환되는 중에 내부 공기에 포함된 이물질을 필터링하여 제거하는 과정을, 더 포함하고, 상기 진공 형성 단계에서, 진공을 위해 상기 건조챔버를 밀폐시키기 전에 상기 건조챔버의 내부로 탑재된 목재의 양측에서 목재를 향해 마이크로파조사기를 설치하고 상기 마이크로파조사기를 통해 마이크로파를 조사하여 목재의 내부를 가열하는 과정과, 마이크로파의 조사로 상기 목재의 내부의 온도가 상승되어 예열된 후에 적층된 상기 목재의 외부면에 무기질의 불연소액을 분무하여 도포하는 과정을, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 소프트우드를 건조 및 고열처리하여 하드우드와 유사한 강도를 가지도록 하여 생산된 목재의 실용성이 현저히 향상되고, 그에 따라 외부 환경에 노출되어 높은 강도가 필요한 데크, 디자인형 울타리, 목재펜스 등으로 적절히 사용될 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 목재 건조 및 고열처리 방법에 사용되는 목재 건조 및 고열처리 장치의 개략적인 종단면도,
도 2는 본 발명에 따른 목재 건조 및 고열처리 방법을 보인 단계도,
도 3은 본 발명에 따라 건조 및 고열처리된 목재의 시험성적표,
도 4는 본 발명에 비교되는 비건조된 목재의 시험성적표.

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 목재 건조 및 고열처리 방법에 사용되는 목재 건조 및 고열처리 장치의 개략적인 종단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용되는 목재 건조 및 고열처리 장치는 목재(W)를 수용하는 건조챔버(10)와, 상기 건조챔버(10)와 연결되는 증기주입관(20)과, 상기 증기주입관(20)과 연결되는 증기발생기(30)와, 상기 건조챔버(10)와 연결되는 가스배출관(40)과, 상기 건조챔버(10)에 설치되는 하중감지센서(50)와, 상기 가스배출관(40)에 연결되는 배출펌프(60)를 포함한다.

상기 건조챔버(10)는 중공된 원통형으로 형성되고 지면에 지지되도록 하면에 다수의 다리(11)가 구비되는 것으로, 목재(W)를 밀폐된 상태로 수용하는 역할을 한다. 상기 다리(11)는 상기 건조챔버(10)를 지면에서 지지하면서 동시에 상기 하중감지센서(50)가 설치되는 장소를 제공하는 역할을 한다. 이와 같은 구조의 상기 건조챔버(10)는 도시된 바와 같은 원통형뿐만 아니라 목재를 수용할 수 있는 다양한 형태의 입방체로 구비될 수 있다.

상기 증기주입관(20)은 상기 건조챔버(10)의 일측에 연결되고 관로상에 제1 개폐밸브(21)를 가지는 것으로, 상기 증기발생기(30)에 의해 생성된 증기가 상기 건조챔버(10)의 내부로 주입되는 통로를 제공하는 역할을 한다. 상기 제1 개폐밸브(21)는 상기 증기주입관(20)의 관로를 필요에 따라, 즉 증기의 공급 또는 증기 공급의 중지에 따라, 개방 또는 폐쇄시키는 밸브이며 상기 증기주입관(20)을 통해 증기의 역류를 방지하는 체크밸브이다.

상기 증기발생기(30)는 상기 증기주입관(20)에 연결되는 것으로, 내부에 수용된 물을 가열하여 증기를 만드는 공지의 장치이며, 상기 건조챔버(10)에 수용된 목재(W)를 증기로 건조시키기 위해 공급되는 가열원에 해당한다.

상기 증기발생기(30)에 의해 생성된 증기는 그 자체의 유동성에 의해 별도의 이송수단이 없이 자연적으로 상기 증기주입관(20)을 통해 상기 건조챔버(10)의 내부로 유입된다.

즉, 상기 증기발생기(30)를 통해 상기 건조챔버(10)의 내부로 공급된 증기는 계속된 공급에 의해 과열증기가 되고, 그에 따라 상기 건조챔버(10)의 내부에서 고압 및 고온의 상태가 되어 목재(W)를 가열할 수 있게 된다.

이때, 상기 건조챔버(10)의 내부의 온도와 압력은 상기 건조챔버(10)에 설치된 온도계(T)와 압력계(P)에 의해 측정되고 작업자에 의해 인지된다.

상기 가스배출관(40)은 상기 건조챔버(10)의 타측에 연결되고, 관로상에 제2 개폐밸브(41)를 가지는 것으로, 상기 건조챔버(10) 내부의 가스를 외부로 배출 가능하게 하는 것이다.

상기 제2 개폐밸브(41)는 상기 가스배출관(40)의 관로를 필요에 따라, 즉 가스의 배출 또는 가스의 배출 중지에 따라, 개방 또는 폐쇄시키는 밸브이다. 아울러, 상기 제2 개폐밸브(41)는 가스의 배출 또는 중지를 통해 상기 건조챔버(10)의 내부로 증기에 의한 압력의 하강 또는 상승을 유발하여 상기 건조챔버 내부의 온도의 하강 또는 상승을 조절하는 역할도 한다.

상기 하중감지센서(50)는 상기 다리(11)에 설치되는 것으로, 중량의 측정하는 공지의 장치로서, 상기 건조챔버(10)의 내부로 수용되는 목재(W)의 중량을 측정하는 역할을 한다. 보다 구체적으로는, 상기 하중감지센서(50)는 목재(W)가 탑재되기 전의 상기 건조챔버(10)의 전체 중량과 상기 목재(W)가 탑재된 후의 상기 건조챔버(10)의 전체 중량을 통해 상기 건조챔버(10)의 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 하중감지센서(50)를 통해 작업자의 목재(W)의 건조 후의 함수율을 인지할 수 있게 되고, 그에 따라 상기 하중감지센서(50)에 측정된 중량을 통해 작업자는 목재(W)가 특정한 함수율을 갖도록 손쉽게 조절할 수 있게 되고, 그에 따라 본 장치를 통한 건조 및 고열처리를 통해 특정한 함수율을 갖는 목재의 생산이 용이하게 이루어진다.

상기 배출펌프(60)는 상기 가스배출관(40)의 끝에 설치되는 것으로, 상기 가스배출관(40)을 통해 상기 건조챔버(10)의 내부의 공기를 흡입하여 상기 외부배출관(61)을 통해 외부로 강제로 배출시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 배출펌프(60)에 설치되는 재순환연결관(62)은 상기 배출펌프(60)와 증기발생기(30) 사이에 설치되는 것으로, 상기 가스배출관(40)을 통해 상기 배출펌프(60)로 유입된 고온 고압의 가스를 상기 증기발생기(30)로 유입시켜 에너지 절감이 이루어진 상태로 증기를 생성할 수 있도록 하는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 목재 건조 및 고열처리 방법을 보인 단계도이다. 도 1을 참조하여 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 목재 건조 및 고열처리 방법은 목재 탑재전의 건조챔버의 하중을 측정하는 초기하중 측정 단계(S10)와, 상기 건조챔버에 목재를 탑재하고 상기 건조챔버의 하중을 측정하는 탑재하중 측정 단계(S20)와, 상기 건조챔버의 목재 탑재전의 하중과 목재 탑재후의 건조챔버의 하중을 연산하여 목재의 하중을 계산하는 목재하중 계산 단계(S30)와, 상기 건조챔버를 밀폐시키고 내부 공기를 외부로 배출시켜 진공을 형성하는 진공 형성 단계(S40)와, 상기 건조챔버의 내부에 과열증기를 주입하여 목재를 건조 및 고열처리하는 과열증기 고열처리 단계(S50)와, 상기 건조챔버의 내부의 목재의 하중을 측정하여 함수율을 연산하고 유지하는 함수율 연산 및 유지 단계(S60)와, 상기 건조챔버의 내부의 압력과 온도를 서서히 강하시키는 압력 및 온도 강하 단계(S70)를 포함하며, 이와 같은 단계가 순차적으로 이루어져 목재의 건조 및 고열처리가 이루어진다.

본 발명에 따른 목재 건조 및 고열처리 방법에는 상술한 바와 같이 목재를 수용하는 건조챔버와, 상기 건조챔버와 연결되는 증기주입관과, 상기 증기주입관과 연결되는 증기발생기와, 상기 건조챔버와 연결되는 가스배출관과, 상기 건조챔버에 설치되는 하중감지센서와, 상기 가스배출관에 연결되고 외부와 연결된 외부배출관이 구비되며 상기 증기발생기와 연결되는 재순환연결관이 구비되는 배출펌프를 포함하는 목재 건조 및 고열처리 장치가 이용된다.

상기 초기하중 측정 단계(S10)는 목재를 탑재하지 않아 비어 있는 상태의 상기 건조챔버의 하중을 상기 하중감지센서로 측정하는 단계를 말한다. 이 단계는 목재가 탑재되지 않은 상기 건조챔버 자체의 하중을 측정하여 추후 목재의 하중을 계산하기 위한 자료로 활용할 수 있도록 하는 것이다.

상기 탑재하중 측정 단계(S20)는 상기 건조챔버에 함수율 10 내지 20% 사이의 목재를 탑재하고 목재가 탑재된 상기 건조챔버의 하중을 상기 하중감지센서로 측정하는 단계를 말한다. 이 단계는 목재가 탑재된 상태에서 상기 건조챔버 자체의 하중을 측정하여 추후 목재의 하중을 계산하기 위한 자료로 활용할 수 있도록 하는 것이다.

상기 목재하중 계산 단계(S30)는 상기 초기하중 측정 단계에서 측정된 건조챔버의 하중과 상기 탑재하중 측정 단계에서 측정된 건조챔버의 하중을 연산하여 탑재된 목재의 건조 전의 하중을 계산하는 단계를 말한다. 이 단계는 상기 건조챔버에 탑재된 목재의 순수 하중을 계산하여 도출하는 역할을 하고, 여기서 도출된 목재의 초기 하중은 함수율 변화를 측정하기 위한 기준 자료로 활용된다.

상기 진공 형성 단계(S40)는 상기 건조챔버를 밀폐시키고 상기 배출펌프를 작동시켜 상기 가스배출관을 통해 상기 건조챔버의 내부의 공기를 흡입하여 상기 외부배출관을 통해 외부로 배출시켜 진공 상태를 형성하는 단계를 말한다. 이 단계는 상기 건조챔버의 내부에 진공도를 형성하여 목재에 함유된 수분이 신속하게 배출될 수 있는 환경을 조성하면서 상기 건조챔버 내부에 잔류하는 이물질을 제거하는 역할을 한다. 이러한 잔류 이물질은 목재의 건조 및 열처리 중에 목재의 외면에 점착되어 목재 자체의 불량을 유발할 수 있다.

이와 같은 상기 진공 형성 단계(S40)는 진공을 위해 상기 건조챔버를 밀폐시키기 전에 상기 건조챔버의 내부로 탑재된 목재의 양측에서 목재를 향해 마이크로파조사기를 설치하고 상기 마이크로파조사기를 통해 마이크로파를 조사하여 목재의 내부를 가열하는 과정과, 마이크로파의 조사로 상기 목재의 내부의 온도가 상승되어 예열된 후에 적층된 상기 목재의 외부면에 무기질의 불연소액을 분무하여 도포하는 과정을 더 포함한다.

상기 목재 내부 가열 과정은 마이크로파를 조사하여 목재의 중심 부위를 가열하여 목재의 내부가 가열되면서 목재의 내부에 있는 수분이 신속하게 배출될 수 있는 환경을 조성하는 역할을 한다. 이와 같이 목재의 내부의 수분이 신속하게 배출될 수 있는 상태가 되면 추후 과열증기에 의한 건조 및 열처리 과정에서 목재의 내부와 외부가 보다 균일하게 건조 및 열처리된다.

상기 불연소액 도포 과정은 목재의 외부면에 불연소액을 도포하여 고온으로 목재를 건조 및 열처리하는 중에 목재의 연소 및 탄화가 적절히 방지될 수 있도록 하는 것이다. 이와 같은 불연소액은 무기질로 형성되어 목재의 건조 및 열처리가 완료된 후에 외부 환경에 노출되면 손쉽게 탈리되면서 제거될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 과열증기 고열처리 단계(S50)는 상기 건조챔버의 내부에 진공이 형성된 후에 상기 증기발생기를 작동시켜 상기 증기주입관을 통해 과열증기를 상기 건조챔버의 내부에 주입하여 상기 건조챔버 내부의 온도가 섭씨 140도 내지 170도 상태로 2시간 내지 4시간 동안 유지하면서 상기 건조챔버의 내부에 수용된 목재를 가열하여 건조 및 고열처리시키는 단계를 말한다. 이 단계는 특정 온도와 시간으로 과열증기를 통해 건조 및 고열처리하여 고강도의 목재를 생성하는 역할을 한다.

이와 같은 고강도의 목재는 도 3 및 도 4에 제시된 시험성적서로 증명되는데, 도 3의 시험성적서는 본 발명에 따라 함수율 16%의 낙엽송을 과열증기로 섭씨 160도 정도에서 3시간 정도 건조 및 고열처리하여 함수율 3%이고 압축강도 평방미리미터당 84.8N(뉴톤)이며 휨강도 평방미리미터당 102.1N인 하드우드와 유사한 강도를 가지는 고강도 목재가 생산되는 것을 보여준다.

이에 대비하여 도 4의 시험성적서는 건조 및 고열처리 전의 낙엽송이 함수율 16.1%이고 압축강도 평방미리미터당 37.9N(뉴톤)이며 휨강도 평방미리미터당 67.8N인 소프트우드임을 보여준다.

여기서, 상기 과열증기는 증기를 가열하여 섭씨 100도 이상의 고온 상태로 형성한 것으로, 고온으로 목재를 건조 및 열처리하면서 목재에 증기를 분사하여 건조 및 고열처리 중의 목재의 갈라짐이나 할열을 방지하는 역할을 한다.

이와 같은 상기 과열증기 고열처리 단계(S50)는 상기 배출펌프를 작동시켜 상기 재순환연결관을 통해 상기 증기발생기에서 증기주입관으로 증기주입관에서 건조챔버의 내부로 상기 건조챔버에서 상기 가스배출관으로 상기 가스배출관에서 상기 배출펌프로 내부 공기의 순환으로 상기 건조챔버로 주입된 과열증기를 순환시켜 에너지를 절감시키는 과정과, 상기 건조챔버의 외부로 상기 재순환연결관의 관로에 필터를 설치하여 내부 공기와 함께 과열증기가 상기 배출펌프에 의해 강제로 순환되는 중에 내부 공기에 포함된 이물질을 필터링하여 제거하는 과정을 더 포함한다.

상기 과열증기 순환 과정은 상기 증기발생기에 의해 생성된 과열증기를 순환시켜 상기 증기발생기로 다시 주입함으로써, 과열증기 생성에 필요한 에너지를 절감시키는 역할을 한다.

상기 이물질 필터링 단계는 과열증기 순환 중에 목재의 건조 및 고열처리에 의해 목재에서 배출된 오일이나 탄화물 등의 이물질이 상기 목재의 외면에 점착되지 않도록 필터링하여 제거함으로써, 고열처리 후에 생산되는 목재의 품질을 향상시키는 역할을 한다.

상기 함수율 연산 및 유지 단계(S60)는 상기 목재를 가열하는 중에 상기 하중감지센서를 통해 상기 건조챔버의 전체 중량을 측정하여 목재의 건조 후의 중량을 도출하고 목재의 건조 전 중량과 목재의 건조 후 중량을 비교하여 목재의 함수율의 변화를 연산하며 연산을 통해 목재의 함수율이 2 내지 4%가 되도록 고열처리를 유지하는 단계를 말한다. 이 단계는 함수율 연산을 통해 목재의 함수율이 2 내지 4%이 되도록 유지하는 역할을 하고, 2 내지 4%의 함수율이 되도록 목재를 유지하면 목재 자체가 수축되고 건조되어 목재의 강도를 향상시키는 역할도 한다.

상기 압력 및 온도 강하 단계(S70)는 목재의 함수율이 2 내지 4%가 되도록 고열처리를 완료한 후에 상기 배출펌프를 작동시켜 상기 재순환연결관을 통해 상기 증기발생기에서 증기주입관으로 증기주입관에서 건조챔버의 내부로 상기 건조챔버에서 상기 가스배출관으로 상기 가스배출관에서 상기 배출펌프로 내부 공기를 순환시키고 내부 공기가 순환되는 중에 상기 외부배출관을 통해 상기 건조챔버의 내부의 공기를 2 내지 3시간에 걸쳐 간헐적으로 배출시켜 내부 압력과 온도를 대기압력과 상온 수준으로 낮추는 단계를 말한다. 이 단계는 목재의 건조 및 고열처리가 완료된 후에 상기 건조챔버의 내부의 압력과 온도를 서서히 낮춰 급격한 압력 및 온도 변화에 의한 목재의 뒤틀림 및 할열이 적절히 방지되도록 하는 것이다.

본 목재 건조 및 고열처리 방법은 상기 압력 및 온도 강하 단계의 다음으로, 상기 건조챔버가 밀폐된 상태에서 상기 건조챔버의 내부로 천연 목재 오일을 분무시키고, 천연 목재 오일이 분무된 상태에서 상기 배출펌프를 작동시켜 상기 재순환연결관을 통해 상기 증기발생기에서 증기주입관으로 증기주입관에서 건조챔버의 내부로 상기 건조챔버에서 상기 가스배출관으로 상기 가스배출관에서 상기 배출펌프로 내부 공기를 2 내지 4시간 동안 순환시켜 목재의 외면에 오일 분무액을 도포시키며, 오일 도포 후에 상기 건조챔버의 내부에서 7 내지 10일간 목재를 보관하여 숙성시키는 오일도포 및 숙성 단계(S80)를 더 포함한다.

이 단계는 천연 목재 오일의 분무를 통해 목재의 외면에 대한 코팅으로 세균에 의한 목재의 부패가 현저히 저하되면서 그 수명이 연장되고 목재의 숙성을 통해 목재에 잔류하는 내부 응력이 적절히 제거되면서 상기 건조챔버의 외부에 노출되면서 발생할 수 있는 급격한 환경 변화에 따른 목재의 변형이 적절히 방지되도록 하는 것이다. 여기서, 천연 목재 오일은 상기 이물질 필터링 단계에서 필터링된 이물질에서 추출한 목재의 오일 또는 목초액을 사용할 수도 있다.

이와 같은 단계로 구성되는 본 발명은 소프트우드의 생목을 과열증기로 건조 및 고열처리하여 하드우드와 유사한 고강도의 목재를 생산하는 획기적인 방법으로, 이렇게 생산된 고강도 목재는 외부 환경에 노출되어 높은 강도가 필요한 데크, 디자인형 울타리, 목재 펜스 등으로 적절히 사용될 수 있다.

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 : 건조챔버
11 : 다리
20 : 증기주입관
21 : 제1 개폐밸브
30 : 증기발생기
40 : 가스배출관
41 : 제2 개폐밸브
50 : 하중감지센서
60 : 배출펌프
61 : 외부배출관 62 : 재순환연결관

Claims (3)

1. 목재를 수용하는 건조챔버와, 상기 건조챔버와 연결되는 증기주입관과, 상기 증기주입관과 연결되는 증기발생기와, 상기 건조챔버와 연결되는 가스배출관과, 상기 건조챔버에 설치되는 하중감지센서와, 상기 가스배출관에 연결되고 외부와 연결된 외부배출관이 구비되며 상기 증기발생기와 연결되는 재순환연결관이 구비되는 배출펌프를 포함하는 목재 건조 및 고열처리 장치를 이용하여 목재를 건조 및 고열처리하는 방법에 있어서;
   목재를 탑재하지 않아 비어 있는 상태의 상기 건조챔버의 하중을 상기 하중감지센서로 측정하는 초기하중 측정 단계(S10)와;
   상기 건조챔버에 함수율 10 내지 20% 사이의 목재를 탑재하고, 목재가 탑재된 상기 건조챔버의 하중을 상기 하중감지센서로 측정하는 탑재하중 측정 단계(S20)와;
   상기 초기하중 측정 단계에서 측정된 건조챔버의 하중과 상기 탑재하중 측정 단계에서 측정된 건조챔버의 하중을 연산하여 탑재된 목재의 건조 전의 하중을 계산하는 목재하중 계산 단계(S30)와;
   상기 건조챔버를 밀폐시키고, 상기 배출펌프를 작동시켜 상기 가스배출관을 통해 상기 건조챔버의 내부의 공기를 흡입하여 상기 외부배출관을 통해 외부로 배출시켜 진공 상태를 형성하는 진공 형성 단계(S40)와;
   상기 건조챔버의 내부에 진공이 형성된 후에 상기 증기발생기를 작동시켜 상기 증기주입관을 통해 과열증기를 상기 건조챔버의 내부에 주입하여 상기 건조챔버 내부의 온도가 섭씨 140도 내지 170도 상태로 2시간 내지 4시간 동안 유지하면서 상기 건조챔버의 내부에 수용된 목재를 가열하여 건조 및 고열처리시키는 과열증기 고열처리 단계(S50)와;
   상기 목재를 가열하는 중에 상기 하중감지센서를 통해 상기 건조챔버의 전체 중량을 측정하여 목재의 건조 후의 중량을 도출하고, 목재의 건조 전 중량과 목재의 건조 후 중량을 비교하여 목재의 함수율의 변화를 연산하며, 연산을 통해 목재의 함수율이 2 내지 4%가 되도록 고열처리를 유지하는 함수율 연산 및 유지 단계(S60)와;
   목재의 함수율이 2 내지 4%가 되도록 고열처리를 완료한 후에 상기 배출펌프를 작동시켜 상기 재순환연결관을 통해 상기 증기발생기에서 증기주입관으로 증기주입관에서 건조챔버의 내부로 상기 건조챔버에서 상기 가스배출관으로 상기 가스배출관에서 상기 배출펌프로 내부 공기를 순환시키고, 공기가 순환되는 중에 상기 외부배출관을 통해 상기 건조챔버의 내부의 공기를 2 내지 3시간에 걸쳐 간헐적으로 배출시켜 내부 압력과 온도를 대기압력과 상온 수준으로 낮추는 압력 및 온도 강하 단계(S70)를;
   포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 목재 제조를 위한 목재 건조 및 고열처리 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 고열처리 방법은,
   상기 압력 및 온도 강하 단계의 다음으로, 상기 건조챔버가 밀폐된 상태에서 상기 건조챔버의 내부로 천연 목재 오일을 분무시키고, 천연 목재 오일이 분무된 상태에서 상기 배출펌프를 작동시켜 상기 재순환연결관을 통해 상기 증기발생기에서 증기주입관으로 증기주입관에서 건조챔버의 내부로 상기 건조챔버에서 상기 가스배출관으로 상기 가스배출관에서 상기 배출펌프로 내부 공기를 2 내지 4시간 동안 순환시켜 목재의 외면에 오일 분무액을 도포시키며, 오일 도포 후에 상기 건조챔버의 내부에서 7 내지 10일간 목재를 보관하여 숙성시키는 오일도포 및 숙성 단계(S80)를;
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 목재 제조를 위한 목재 건조 및 고열처리 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 과열증기 고열처리 단계(S50)에서, 상기 배출펌프를 작동시켜 상기 재순환연결관을 통해 상기 증기발생기에서 증기주입관으로 증기주입관에서 건조챔버의 내부로 상기 건조챔버에서 상기 가스배출관으로 상기 가스배출관에서 상기 배출펌프로 내부 공기의 순환으로 상기 건조챔버로 주입된 과열증기를 순환시켜 에너지를 절감시키는 과정과,
   상기 건조챔버의 외부로 상기 재순환연결관의 관로에 필터를 설치하여 내부 공기와 함께 과열증기가 상기 배출펌프에 의해 강제로 순환되는 중에 내부 공기에 포함된 이물질을 필터링하여 제거하는 과정을, 더 포함하고,
   상기 진공 형성 단계(S40)에서, 진공을 위해 상기 건조챔버를 밀폐시키기 전에 상기 건조챔버의 내부로 탑재된 목재의 양측에서 목재를 향해 마이크로파조사기를 설치하고 상기 마이크로파조사기를 통해 마이크로파를 조사하여 목재의 내부를 가열하는 과정과,
   마이크로파의 조사로 상기 목재의 내부의 온도가 상승되어 예열된 후에 적층된 상기 목재의 외부면에 무기질의 불연소액을 분무하여 도포하는 과정을, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 목재 제조를 위한 목재 건조 및 고열처리 방법.

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