KR102375559B1 - 목재로 만든 건조기 및 그 제조방법 - Google Patents

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박기형
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양승민
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Abstract

본 발명에 따른 목재로 만든 건조기는 내부에 목재 건조를 위한 건조실을 형성하기 위해 양측에 대향되도록 배치되는 좌측벽부 및 우측벽부; 상기 건조실의 바닥에 배치되는 바닥부; 상기 건조실의 상부에 배치되는 천장부; 상기 건조실의 전방에 배치되는 전방벽부; 및 상기 건조실의 후방에 배치되는 후방벽부;를 포함하고, 상기 좌측벽부 및 우측벽부는 목재로 된 내벽체, 상기 내벽체에 이격되어 배치되고 목재로 된 외벽체, 및 상기 내벽체와 외벽체 사이에 형성되는 공간부를 포함하는 벽체부를 각각 구비하고, 상기 건조실의 내부를 가열하기 위한 가열부를 포함하며, 상기 전방벽부는 개폐가능한 도어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

목재로 만든 건조기 및 그 제조방법{Wooden dryer and manufacturing method thereof}
본 발명은 목재로 만든 건조기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목재로 제조되는 함체를 이용하여 함체 내부에 배치되는 목재를 건조하는 목재로 만든 건조기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
목재를 각종 용도에 사용하기 전에 사용장소에 알맞은 평형함수율까지 건조한 다음 가공 이용하는데 건조 중에 어떻게 건조결함, 건조시간과 건조에너지를 최소화할 수 있느냐가 중요한 과제이다. 목재의 건조법에는 천연건조와 인공건조로 구분할 수 있고, 각 방법에는 고유한 장단점을 갖고 있다. 천연건조는 건조시간이 길면서도 기건 함수율 이하로 건조할 수 없으나, 에너지 절약이 가능하며, 건조에너지 절약을 위해서 인공건조의 예비건조 또는 옥외용재의 건조 등에 활용되고 있다(정희석 외, 1997, 침엽수 제재의 4계절별 천연건조 과정의 비교).
앞서 언급한 바와 같이 천연건조는 건조시간을 길게 소요함에도 기건 함수율 이하로 건조할 수 없는 문제점을 가지고 있으며 국내 기준에 맞춘 K15, K19에 맞추어 건조를 진행하기에 시간적인 소요가 큰 것을 문제로 들 수 있다. 국산 활엽수 기준 K15. K19 기준에 맞추어 건조하고자 할 때 건조기간은 약 3~6개월 소요되는 것으로 알려져 있으며 이는 제재소의 재고 순환과 입지적 문제로 인한 이자비용의 증가로 제재업자의 부담으로 이어지게 된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 국내·외 연구사례로 비닐하우스 건조를 진행한 바 있으며 비닐하우스 내부에 천연건조와 동일하게 목재를 적재하여 비치한 후 건조를 진행한 바 있다. 태양열을 이용해 비닐하우스 내부의 온도를 이용해 목재의 함수율을 배출 시키고 일정 시간 및 간격에 따라 비닐하우스를 개방하여 내부의 습도를 조절하는 천연건조 방식이다. 그러나 비닐하우스 건조를 실제로 진행한 바 함수율 50% 이상의 생재상태의 활엽수 목재를 건조 시 3개월 진행하여 섬유포화점까지 감소한 것을 확인할 수 있었다. 기존 천연건조에 비해서 공통된 함수율의 목재를 얻을 수 있는 것은 장점이라 할 수 있으나 획기적인 천연건조를 진행할 수 없는 문제가 있으며 비닐하우스 크기에 따라 제재소 내 입지를 차지하는 것을 고려할 시 천연건조 대안으로 삼기에는 문제가 있다.
인공건조의 경우에는 인위적으로 설정한 건조 조건을 이용하여 천연건조에서는 도달 할 수 없는 낮은 함수율까지 급속하게 목재를 건조시키는 것이 목적이다. 이러한 목재 인공건조시설의 경우에는 목재생산업체에서 필수 불가결적으로 사용하는 시설로서 목재를 생재상태 그대로 사용할 시 부후하기 쉽고 사용 중에 휘거나 틀어지는 등 결점을 나타내서 사용에 난점이 있기 때문에(이준호 외, 1997, 일본잎갈나무 정각재의 고온건조 온도가 내부온도, 건조속도 및 건조결함에 미치는 영향) 이러한 결점의 해결책으로 사용하는 시설 중 하나이다.
이러한 인공건조는 대부분 열기건조법에 의해서 진행되는 경우가 대부분이며, 열기 건조법은 열기를 만드는 방식, 열기의 순환방식, 건조작업의 진행방식에 따라 세분화 되어있다. 이러한 인공건조와 비슷한 방식으로는 특수건조법이 있다. 특수건조법에는 인공건조의 범위 내에 들어 있는 것도 있으나 일반적으로 사용되는 것이 아니고, 특수한 장치가 필요로 하기 때문에 따로 분류하면 진공건조, 약제건조, 고주파건조, 태양열건조, 고온건조, 증기건조, 제습건조, 연속승온식 건조, 용제건조, 끓인 기름에 의한 건조 등으로 나뉘어져 있다. 이러한 인공건조나 특수건조의 단점으로는 빠른 건조시간과 낮은 함수율을 가질 수 있는 장점에 비해서 잘못된 건조스케쥴을 사용시 건조결함이 많이 발생하는 큰 단점을 가지고 있다. 또한, 특수건조나 인공건조법을 진행하고자 할 경우 특허받은 장비나 특수한 장비를 사용해야하는 경우가 대부분이므로 건조기의 단가가 높아지고 목재생산업자 입장에서는 경제적 부담감이 증가하게 된다.
따라서, 이러한 목재생산업자의 천연건조 시 발생되는 시간적 비용과 인공건조나 특수건조를 진행하기 위해서 발생되는 경제적 비용의 부담감을 완화하고 국산 목재의 활용성 증대와 침엽수와 흡습재의 투습 및 흡습성능을 활용하여 혼합한 천연건조 방식의 건조기의 개발이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같이 인공건조법 및 특수건조법의 문제점을 해결하고, 기존 천연건조 방식과 인공건조법, 특수건조법과 비교하여 목재 건조 시 발생하는 건조결함을 최소화하고, 경제적 측면에서 기존 인공건조법과 특수건조법 대비 시간적, 경제적 비용을 감소시킬 수 있고 국산 침엽수의 투습성능과 흡습재의 흡습 및 방습 성능을 활용한 목재로 만든 건조기 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목재로 만든 건조기는 내부에 목재 건조를 위한 건조실을 형성하기 위해 양측에 대향되도록 배치되는 좌측벽부 및 우측벽부; 상기 건조실의 바닥에 배치되는 바닥부; 상기 건조실의 상부에 배치되는 천장부; 상기 건조실의 전방에 배치되는 전방벽부; 및 상기 건조실의 후방에 배치되는 후방벽부;를 포함하고, 상기 좌측벽부 및 우측벽부는 목재로 된 내벽체, 상기 내벽체에 이격되어 배치되고 목재로 된 외벽체, 및 상기 내벽체와 외벽체 사이에 형성되는 공간부를 포함하는 벽체부를 각각 구비하고, 상기 건조실의 내부를 가열하기 위한 가열부를 포함하며, 상기 전방벽부는 개폐가능한 도어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 벽체부(120)의 상기 공간부(123)에는 상기 내벽체(121)로부터 습기를 흡습하기 위한 흡습재가 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡습재는 폐활성탄, 저회(bottom ash), 소금 먹인 톱밥(salty sawdust) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 벽체부(120)의 상기 공간부(123)는 칸막이부재(122)에 의해 다수의 세부 공간부로 나뉘어지고, 상기 세부 공간부에 상기 흡습재가 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수의 세부 공간부에서 제1 세부 공간부(123a)에는 폐활성탄의 흡습재가 충진되는 것을 특징으로 하고, 바람직하게는 상기 폐활성탄이 충진된 망(126a) 또는 폐활성탄 블록이 상기 제1 세부 공간부(123a)에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수의 세부 공간부(123)에서 제2 세부 공간부(123b)에는 저회(bottom ash)의 흡습재가 충진되고, 바람직하게는 상기 저회가 충진된 망(126b) 또는 저회 블록이 상기 제2 세부 공간부(123b)에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수의 세부 공간부에서 제3 세부 공간부(123c)에는 소금에 절여 썩지 않게 처리하고 흡수성을 개선한 톱밥의 흡습재가 충진되고, 상기 톱밥이 충진된 망(126c)이 상기 제3 세부 공간부(123c)에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 좌측벽부(110) 및 우측벽부(130)의 벽체부(120)는 상기 목재로 만든 건조기(100)에 분리가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 후방벽부(140)는 목재로 된 내벽체(121), 상기 내벽체(121)에 이격되어 배치되고 목재로 된 외벽체(124), 및 상기 내벽체(121)와 외벽체(124) 사이에 형성되는 공간부(123)를 포함하는 벽체부(120)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 후방벽부(140)의 벽체부(120)는 상기 목재로 만든 건조기(100)에 분리가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 후방벽부(140)의 벽체부(120)에서 상기 공간부(123)는 상기 내벽체(121)로부터 습기를 흡습하기 위한 흡습재가 배치되고, 상기 흡습재는 폐활성탄, 저회(Bottom ash), 소금먹인 톱밥(Salty Sawdust) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도어는 목재로 된 내벽체(121), 상기 내벽체(121)에 이격되어 배치되고 목재로 된 외벽체(124), 및 상기 내벽체(121)와 외벽체(124) 사이에 형성되는 공간부(123)를 포함하는 벽체부(120)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도어의 벽체부(120)에서 상기 공간부(123)는 상기 내벽체(121)로부터 습기를 흡습하기 위한 흡습재가 배치되고, 상기 흡습재는 폐활성탄, 저회(Bottom ash), 소금먹인 톱밥(Salty Sawdust) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건조실(102)과 외부를 연통하고 개폐판(176)이 구비되는 습기 개폐구(175)를 더 포함하고, 상기 건조실(102) 내부 습도가 일정 습도 이상이 되면 상기 습기 개폐구(175)의 개폐판(176)이 개방되어 습기를 외부로 방출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바닥부(160)는 상기 건조실(102)의 바닥에 원적외선의 방출을 통해 목재 건조 효과를 증진하기 위한 목적으로 배치되는 맥반석 판재(161)를 포함하고, 상기 가열부(165)는 상기 맥반석 판재(161)의 하부에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열부(165)는 원적외선 히터 또는 전기 히터(180)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열부(165)는 온수가 순환되는 온수 파이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 기존 천연건조법으로 인해 발생되는 3개월에서 6개월간의 천연건조 기간을 기존 천연건조법 대비 대폭적으로 시간을 단축시킬 수 있으며, 천연건조시간의 단축으로 인하여 목재생산업종에서 발생하는 재고의 불순환 현상을 완화시킬 수 있는 목재로 만든 건조기가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 내부를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 벽체부의 구조를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 종단면도이며,
도 5는 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 측단면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기에 사용되는 흡습재의 흡습 및 방습율 시험 결과 그래프이며,
도 7은 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 건조실험 결과 목재로 만든 건조기 내부의 온도 및 습도 변화를 도시한 그래프이고,
도 8은 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 건조실험 결과 목재 함수율의 변화 그래프이고,
도 9는 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 다른 건조스케쥴에 따른 건조기 내부의 온도 및 습도 변화를 도시한 그래프이고,
도 10은 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 다른 건조스케쥴에 따른 목재의 함수율 변화 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 그에 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목재로 만든 건조기를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 내부를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 측벽부의 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 종단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 측단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목재로 만든 건조기(100)는 건조실(102)의 양측에 대향되도록 배치되는 좌측벽부(110) 및 우측벽부(130); 상기 건조실(102)의 바닥에 배치되는 바닥부(160); 상기 건조실(102)의 상부에 배치되는 천장부(170); 상기 건조실(102)의 전방에 배치되는 전방벽부(150); 및 상기 건조실(102)의 후방에 배치되는 후방벽부(140);를 포함한다.
본 발명에 따른 목재로 만든 건조기(100)는 건조실(102) 내부에 배치되는 목재를 건조하기 위한 것으로, 목재로 만든 건조기(100)의 본체 프레임(101)에 상기 좌측벽부(110), 우측벽부(130), 바닥부(160), 천장부(170), 전방벽부(150), 및 후방벽부(140)가 결합되어 이루어진다.
본체의 프레임(101)은 도시된 바와 같이 대략 직육면체의 목재로 만든 건조기(100)에서 모서리 부분을 이루고 본 실시예에서는 건조기 특성상 수분에 노출이 심하므로 녹이 스는 것을 방지할 수 있는 재료로 제작한다. 예를 들어, STS, SUS와 같은 스테인레스 재질의 프레임(101)을 사용하여 녹이 스는 것을 방지한다. 프레임(101)의 제작은 수요처에 의해 달라질 수 있으므로 수요처에 맞게 제작한다.
건조실(102)은 본체 프레임(101)에 결합되는 좌측벽부(110), 우측벽부(130), 바닥부(160), 천장부(170), 전방벽부(150), 및 후방벽부(140)에 의해 형성되는 내부 공간에 의해 형성되고, 도시된 바와 같이 예컨대, 정육면체 또는 직육면체 형상을 가질 수 있다. 건조실(102) 내부에 도시된 바와 같이 목재(T)를 적재하고, 적재된 목재(T) 하부에는 로드셀이 배치된다.
상기 좌측벽부(110) 및 우측벽부(130)는 건조실(102)의 좌우측면을 형성하는 것으로, 본체 프레임(101)의 좌,우측에 대향되도록 각각 배치된다.
좌측벽부(110) 및 우측벽부(130)는 각각 벽체부(120)를 포함하고, 상기 벽체부(120)는 본체 프레임(101)에 분리가능하게 결합된다. 벽체부(120)는 구체적으로 건조실(102)의 내측에 배치되는 내벽체(121)와, 외측에 배치되는 외벽체(124)와, 내벽체(121)와 외벽체(124) 사이에 형성되는 공간부(123)를 포함한다. 우측벽부(130)는 좌측벽부(110)와 동일하게 형성된다.
상기 내벽체(121)와 외벽체(124)는 목재로 이루어지고, 내벽체(121) 및 외벽체(124)의 제조공정은 다음과 같다.
내벽체(121) 및 외벽체(124)의 원재료로서 원목을 벌목하고 운송하여 야적한 후 제재소의 제재기를 이용하여 수요자의 수요에 따라 규격에 맞게 제재하는 공정을 수행한다. 본 실시예에서 목재로 만든 건조기(100)는 30㎥ 규격을 가지는 건조기를 기본으로 하며 수요처에 따라 위 규격은 달라질 수 있다. 이 때 주재료로서 사용될 수 있는 목재는 ISO-12572(Hygrothermal performance of building materials and products - Determination of water vapour transmission properties)에 따라 실험되어 선정된 국산 침엽수종 중 투습성이 우수한 수종을 선정하여 사용한다. 이때, 제재 시 건조에 의해 제재목의 수축이 일어날 수 있는 목재의 특성을 가지고 있으므로 수축을 고려하여 제재한다.
상기 서술한 목재의 제재가 완료되면 건조장으로 이동하여 일정한 두께와 길이의 잔목을 사용하여 건조를 진행한다. 건조 시 발생하는 할렬 및 틀어짐 등의 건조결함을 최소화하기 위해 잔목을 일정한 크기로 진행할 것을 명시하는 바이며 각 단의 상부에는 무거운 물체를 이용하거나 패킹 작업을 통해 틀어짐을 방지하도록 한다. 여름 장마철이나 건조가 불량할 수 있을 경우에는 인공건조법 중 하나를 선택하여 진행할 수 있도록 하며 건조응력이 완화될 수 있도록 충분한 컨디셔닝 과정을 거쳐 건조하도록 한다. 이때 모든 제재한 목재의 함수율은 기건함수율 즉, 12%~15%의 함수율을 가지도록 하며 공기 중의 습기와 평형상태를 이루도록 한다.
건조작업까지 마무리된 목재는 제재기에 다시 투입되어 내,외벽체(124)의 크기에 맞게 2차 제재를 진행한다. 각 내,외벽체(124)는 각 부위에 맞는 길이로 2차 제재를 진행한다. 본 실시예에서 목재로 만든 건조기(100)의 기본 규격은 30㎥ 규격을 기준으로 하며 목재로 만든 건조기(100) 규격에 맞추어 너비, 길이 작업과 두께를 맞추기 위한 대패작업을 실시한다. 작업이 완료된 목재는 프레임 내부에 부착을 진행하게 되며 프레임에 직접 부착할 경우 프레임의 손상이 가해지므로 추가적인 목재를 덧대어 그 위에 부착한다. 이때 사용되는 목재는 구성되는 목재와 동일한 목재를 사용하는 것이 가장 우선시 되며 이외에 타 수종 이용 시 수분에 의한 뒤틀림이 발생하지 않는 목재를 사용한다.
본 실시예에서 내벽체(121)와 외벽체(124)를 구성하는 각재(121a, 124a)는 전술한 바와 같은 제조과정을 거쳐 제조되고, 내벽체(121)와 외벽체(124)는 가로방향으로 일정 길이를 가지는 다수의 각재(121a, 124a)가 적층되어 이루어진다. 본 실시예에서 각재(121a, 124a)의 두께는 10mm~15mm로 구성한다. 따라서, 내벽체(121)와 외벽체(124)는 각재(121a, 124a)의 두께와 동일하게 10mm~15mm로 형성한다.
벽체부(120)에서 내벽체(121)와 외벽체(124) 사이에 형성되는 공간부(123)는 도시된 바와 같이 칸막이부재(122)에 의해 다수의 세부 공간부(123a, 123b, 123c)로 구분되고, 본 실시예에서 내벽체(121)와 외벽체(124) 사이 공간부(123)의 폭은 70mm~80mm로 구성한다.
또한, 본 발명에서는 다수의 세부 공간부(123a, 123b, 123c)에 추가적으로 각각 폐활성탄, 저회(Bottom ash), 소금먹인 톱밥(Salty Sawdust)이 흡습재로 충진된다.
도시된 바와 같이 제1 세부 공간부(123a)에 폐활성탄(125a)이 내부에 채워지는 폐활성탄 충진 망(126a) 또는 폐활성탄을 블록화하여 만든 폐활성탄 블록이 배치되고, 제2 세부 공간부(123b)에 저회(125b)가 내부에 채워지는 저회 충진 망(126b) 또는 저회를 블록화하여 만든 저회 블록이 배치되며, 제3 세부 공간부(123c)에 소금먹인 톱밥(125c)이 내부에 채워지는 톱밥 충진 망(126c)이 배치된다.
제1,2,3 세부 공간부(123a, 123b, 123c)는 칸막이부재(122)에 의해 구획되는데, 칸막이부재(122)는 공간의 구획 뿐만 아니라 흡습재가 수분을 흡습하여 중량이 증가될 경우 흡습재를 지지하여 처짐을 방지하게 된다.
칸막이부재(122)는 본 실시예에서 내벽체(121) 및 외벽체(124)와 마찬가지로 목재로 된 각재로 이루어지고, 바람직하게는 내벽체(121) 및 외벽체(124)에 사용된 수종과 동일한 수종으로 제조하여 내벽체(121)에 가로로 결합된다. 따라서, 공간부(123)가 상하로 일정 간격 이격되어 배치되는 다수의 칸막이부재(122)에 의해 세부 공간부(123)로 구획된다.
칸막이부재(122)는 벽체의 뒤틀림을 방지할 수 있는 위치에 설치하도록 하고, 각 칸막이부재(122) 사이의 간격은 내벽체(121)를 이루는 각재(121a)의 너비(도면상에서 상하높이)와 동일하게 설치한다. 다만, 칸막이부재(122) 사이의 간격은 각재(121a)의 너비보다 넓게 설치할 수도 있다.
각 세부 공간부(123a, 123b, 123c)에 충진되는 흡습재로 폐활성탄(123a)은 활성탄으로 쓰이고 버려지는 폐기물로 활성탄의 성질을 보유하고 있다. 활성탄의 경우 주로 정수기 필터로 사용되며 본 특허에서는 정수기 필터로 사용된 폐활성탄을 이용하였다. 활성탄은 활성화가 끝날 경우 내부에 무수히 많은 미세 공극을 가지고 있어 그 면적이 900~1700㎡/g 정도로 밝혀져 있다. 이러한 미세공극 면적이 흡착력을 나타내는 주요 요소로 흡착의 중요한 역할은 Micro pore(10~100Å)에 의해 흡착이 진행된다. 흡착의 기작은 활성탄 표면과 흡착지 사이의 인력 등에 의한 물리적 흡착과 화학적 흡착이 복합적으로 작용하며 활성탄의 흡착 작용은 Micro pore에 의한 모세관 현상으로 흡착되는 흡기물과 활성탄의 구성성분인 탄소와의 반응으로 발생하는 화학적 작용과 Micro pore 내부에서 발생하는 박테리아 생식으로 유기물을 산화 분해하는 흡착작용으로 구분된다.
저회(123b)는 화력발전소에서 보일러 하부에 석탄 연소 후 남게 되는 회분이다. 화력발전소에서 석탄을 태우고 남은 회분은 비중에 따라 비회(Fly-ash)와 저회(Bottom-ash)로 구분된다. 이 중 저회의 경우 발전소 보일러 하부 저장소에서 포집되는 석탄회로 전체 발생하는 회분의 15~20% 정도 발생되는 재활용이 어렵고 발생량이 적은 재료이다. 그러나 주성분이 SiO2로 이루어진 저회를 수분과 접촉 시 미량의 SiO2가 CaO와 수화하여 표면에 수화물을 형성하는 성질을 이용하고자 본 특허에서는 주성분이 SiO2로 이루어진 저회를 흡습재로 사용하였다.
톱밥(123c)의 경우 목재 가공 공정이나 제조 공정에서 다량 발생하는 부산물로 목재가 가지고 있는 성질을 그대로 가지고 있는 것이 특징이다. 특히 톱밥은 축사의 깔개로 지면으로 올라오는 습기를 조절하는 재료로 사용되기도 하며 퇴비화 첨가제로 사용되고 있다. 기존에 연구된 바에 의하면 톱밥의 경우 수분함량이 증가함에 따라 공기 투과성이 낮아지고 유체이동성이 낮아지는 것으로 연구된 바 있다. 건조기 특성 상 건조기내부의 수분이 외부 온도 조건이나 습기 조건에 의해 급격히 방출될 가능성이 있으므로 벽체로 이루어지는 보습이 필요하다. 이러한 보습효과는 일반적인 열기 건조기의 가습처리와 비슷한 역할을 수행하게 되며 결론적으로 컨디셔닝의 효과를 가져오게된다. 그러나 지속적으로 수분을 함유하고 있을 경우 유기물인 톱밥 부패의 원인이 되므로 본 발명에서는 톱밥을 소금에 절여 썩지않게 처리하고 흡수성을 개선하고자 하였다. 톱밥과 소금의 비율(중량비)은 6:4 내지 8:2로 교반하여 사용하였다.
각 흡습재는 배열 및 혼합방식 2가지로 나뉘어서 벽체부(120)에 충진되게 되며 그에 따른 방법은 다음과 같다.
건조기의 벽체 내부의 공간이 총 16칸으로 나뉘어져 있을 경우 컨트롤(빈 공간), 저회, 폐활성탄, 톱밥 순으로 투입하는 방법과 컨트롤(빈 공간), 폐활성탄, 저회, 톱밥 순으로 배열하는 방법 2가지 방법이 있으며, 예시로, 건조기의 벽면을 이루는 한 개의 벽체 내부에 12칸으로 구분되어 있을 경우 상부에서부터 Control, 폐활성탄, 바텀애쉬, 톱밥 순으로 나열하며 이에 대한 순서는 임의적으로 배치가 가능하다.) 혼합하는 경우 각 비율에 대한 조건표는 다음과 같다.(예를 들어 한 망에 100g 투입시 5:3:2 기준에서는 폐활성탄 50g, 바텀애쉬 30g, 톱밥 20g을 투입하여 섞은 후 투입)
비율(총 10) 흡습재명
Activated Carbon Bottom Ash Saw dust
5:3:2 5 3 2
5:2:3 5 2 3
4:3:3 4 3 3
3:3:4 3 3 4
흡습 및 방습성능이 우수한 폐활성탄을 기준으로 하여 각 비율을 산정하였으며 Control의 경우 건조속도는 빠를 수 있으나 건조결함에 있어 문제가 생길 수 있으므로 벽체에 흡습재를 투입하는 것이 목재 건조결함 감소에 이바지 할 수 있을 것으로 판단된다.
상기 흡습재를 세부 공간부(123a, 123b, 123c)에 충진한 다음 외벽체(124)를 내벽체(121)에 나사를 이용하여 결합한다. 외벽체(124)는 내벽체(121)와 동일하게 다수의 각재(124a)가 상하적층되도록 내벽체(121)에 결합한다.
이와 같이 구성되는 사각 형태의 벽체부(120)는 가장자리에 스테인레스 재질의 금속 테두리(129)가 결합되고 이러한 벽체부(120)는 목재로 만든 건조기(100)의 본체 프레임(101)에 분리가능하게 결합된다. 벽체부(120)는 좌우측 금속테두리(129)에 손잡이(129a)가 구비되고, 벽체부(120)가 결합되는 본체 프레임(101) 부분에 고무 패킹이 결합되어 내부 습기방출을 방지한다.
벽체부(120)는 금속 테두리(129)를 먼저 배치하고 각각의 각재(121a)를 테두리(129)에 부착하여 내벽체(121)를 형성한다. 그 다음, 내벽체(121)에 칸막이 부재(122)를 결합하고 칸막이 부재(122) 사이에 흡습재를 배치한다. 그리고 외벽체(124)를 구성하는 각각의 각재(124a)를 칸막이 부재(122) 및 내벽체(121) 상측에 결합시켜 외벽체(124)를 형성하여 벽체부(120)를 구성한다. 다만, 벽체부(120) 제조시 내벽체(121)를 구성한 다음 칸막이 부재(122) 및 외벽체(124)를 결합시킨 후 이를 금속 테두리(129)에 결합시켜 벽체부(120)를 제조할 수도 있다.
이 벽체부(120)는 본체 프레임(101)의 좌우측에 각각 결합된 후 다수의 클램프 부재(200)에 의해 가압된다.
클램프 부재(200)는 좌,우측벽부(130)에서 벽체부(120)를 외측에서 내측으로 가압하기 위한 것으로, 이에 의해 벽체부(120)와 본체 프레임(101) 사이가 밀폐된다.
건조실(102)의 후방에 배치되는 후방벽부(140)는 좌,우측벽부(110,130)의 구성과 동일하다. 즉 후방벽부(140)는 벽체부(120)를 포함하고, 후방벽부(140)의 벽체부(120)는 본체 프레임(101)에 분리가능하게 결합된다. 후방벽부(140)의 벽체부(120) 또한 좌우측벽부(110,130)와 동일하게 건조실(102)의 내측에 배치되는 내벽체(121)와, 외측에 배치되는 외벽체(124)와, 내벽체(121)와 외벽체(124) 사이에 형성되는 공간부(123)를 포함한다. 벽체부(120) 및 공간부(123)에 충진되는 흡습재의 구성은 좌,우측벽부(110,130)와 동일하다.
후방벽부(140)의 벽체부(120)의 제조공정 또한 좌우측벽부(110, 130)의 벽체부(120)와 동일하다.
다만, 후방벽부(140)는 좌우로 나란하게 배치되는 두 개의 벽체부(120)를 포함하고, 벽체부(120)가 좌,우측벽부(110,130)와 마찬가지로 전술한 클램프 부재(200)에 의해 가압된다.
건조실(102)의 전방에 배치되는 전방벽부(150)는 건조실(102)을 개폐하기 위한 도어(151, 152)를 포함한다.
전방벽부(150)의 도어(151,152)는 도시된 바와 같이 좌측 도어(151)와 우측 도어(152)로 구성되고, 좌측 도어(151)는 본체 프레임(101)의 좌측에 힌지(155)로 회동가능하게 결합되고, 우측 도어(152)는 본체 프레임(101)의 우측에 힌지(155)로 회동가능하게 결합된다.
좌,우측 도어(151,152)는 전술한 벽체부(120)와 동일한 구성의 벽체부(120)를 각각 포함한다. 즉, 좌,우측 도어(151)의 벽체부(120)는 건조실(102)의 내측에 배치되는 내벽체(121)와, 외측에 배치되는 외벽체(124)와, 내벽체(121)와 외벽체(124) 사이에 형성되는 공간부(123)를 포함한다. 벽체부(120) 및 공간부(123)에 충진되는 흡습재의 구성은 좌,우측벽부(110,130)와 동일하고, 좌,우측 도어(151,152)의 벽체부(120) 제조공정 또한 좌우측벽부(110,130)의 벽체부(120)와 동일하다. 다만, 좌우측 도어(151,152)에서 벽체부(120)의 가장자리 금속 테두리(129)는 본체 프레임(101)에 힌지(155)로 결합된다.
좌측 도어(151)의 우측 상,하단은 클램프 부재(200)에 의해 가압되고, 우측 도어(151)의 좌측 상,하단은 클램프 부재(200)에 의해 가압된다.
본 발명의 목재로 만든 건조기(100)에서 바닥부(160)는 건조실(102)의 바닥을 형성하는 것으로, 바닥부(160)는 건조실(102) 바닥에 맥반석으로 이루어지는 다수의 맥반석 판재(161)가 가로 및 세로 방향으로 배치되고, 맥반석 판재(161)의 하부에는 가열부(165)가 배치된다. 바닥부(160)는 본체 프레임(101)의 하부에 결합시켜 건조실(102)의 바닥을 형성하게 된다.
가열부(165)는 목재 건조를 위해 건조실(102) 내부의 온도를 적정 수준으로 유지하기 위한 것으로, 본 실시예에서는 예로서 온수 파이프 또는 면상발열체가 배치될 수 있다. 온수 파이프를 시공하는 경우 보일러로부터 온수가 공급되어 온수 파이프를 통해 온수가 순환하면서 맥반석 판재(161)를 가열하게 된다.
따라서, 가열부(165)에 의해 그 상부에 배치되는 맥반석 판재(161)가 가열된 후 방출되는 복사열 및 원적외선을 이용하여 건조실(102) 내부에 적재되는 목재(T)를 건조시킨다. 복사열 및 원적외선은 목재 내부의 수분 고리를 끊어 마이크로파와 유사하게 목재 내부로부터 수분을 끌어내는 역할을 한다.
한편, 가열부(165)의 다른 실시예로서 전기 히터가 사용될 수 있다.
또한, 바닥부(160)의 상부에는 건조실(102) 내에 원적외선 히터(180)가 추가로 설치된다. 원적외선 히터(180)는 전원이 공급되면 원적외선 봉이 가열되면서 봉으로부터 원적외선이 방출된다. 건조실(102) 내 바닥 상면에 설치되는 원적외선 히터(180)는 초기 건조실(102) 내부의 온도를 상승시키는 역할을 하고, 온도 하강시 재상승 역할을 한다.
본 발명의 목재로 만든 건조기(100)에서 천장부(170)는 건조실(102)의 상부에 배치되고 천장부(170)의 상, 하부는 STS, SUS 등의 스테인레스 재질의 금속판으로 이루어지고, 상,하부 사이에 단열재가 배치된다. 천장부(170)의 하부 금속판은 건조실(102) 내부 천장면을 형성하게 된다.
한편, 도5에 도시된 바와 같이 본 발명의 목재로 만든 건조기(100)에는 습기 개폐구(175)가 설치된다. 건조 과정 중 초기에는 목재(T)에서 빠져나온 수분이 건조실(102) 내부를 가득 채우게 되고 이로 인해 건조실(102) 내부의 습도가 이슬점을 초과할 경우 과다한 습기로 인하여 목재에 부후를 일으킬 수 있으며 곰팡이 생성을 유발할 수 있다. 또한 과다한 내부의 습도로 인해 목재 건조시간이 증가할 수 있다. 따라서, 이러한 문제점을 방지하기 위해 본 발명에서는 습기 개폐구(175)를 설치한다. 습기 개폐구(175)는 건조실(102)과 외부를 연통하고 사이에 개폐판(176)이 구비되어 건조실(102) 내부 습도가 일정 습도(예,75%) 이상이 되면 개폐판(176)이 개방되어 습기를 외부로 방출하게 된다.
습기 개폐구(175)의 위치는 도시된 바와 같이 천장부(170)의 상부에 위치하거나, 또는 목재로 만든 건조기(100)의 높이로부터 약 1/4 혹은 1/3 지점에 설치할 수 있다. 개폐구(175)의 크기는 건조기 규격에 맞추어 습도가 과다하게 방출되지 않도록 한다.
또한, 건조실(102) 내 상부에는 공기순환용 팬(182)이 설치된다. 공기순환용 팬(182)은 건조실(102) 내부의 공기를 순환시켜 건조실(102) 내부 위치에 따른 온도편차를 감소시키게 된다.
본 발명의 목재로 만든 건조기(100)는 건조실(102) 내부의 온도 및 습도를 적정 온도 및 습도로 조절하기 위한 제어반(300)이 구비된다.
제어반(300)은 적정 온도 및 습도를 설정하여 입력하기 위한 다수의 버튼(302), 및 스위치가 배치되고 또한 건조실(102) 내 온도 및 습도를 표시하는 디스플레이부(301)를 구비한다. 제어반(300)의 버튼(302) 및 스위치를 이용하여 적정 온도 및 습도를 입력하면, 제어반(300)과 연결된 가열부(165)를 통해 건조실(102) 내 온도를 조절하고, 제어반(300)과 연결된 습도조절기(220)를 통해 건조실(102) 내 습도를 조절하게 된다. 온도 조절을 위해 제어반(300)과 연결되는 온도센서가 건조실(102) 내 천장부(170) 하면에 배치된다.
습도조절기(220)(가습기)는 목재로 만든 건조기(100)의 상면에 배치되어 건조실(102) 내 습도를 조절하는 것으로, 구체적으로 습도가 낮을 경우 외부에서 공급된 물로부터 수증기를 발생시키고 이 수증기를 건조실(102)로 공급하여 습도를 높여주게 된다. 예로서, 습도조절기(220)는 초음파를 이용하여 수증기를 발생시킬 수 있고 이를 위해 초음파 진동자를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기(100)는 좌우측벽부(130), 후방벽부(140) 및 전방벽부(150)의 도어(151)부분의 벽체부(120)에서 내벽체(121)가 건조기 내부의 목재(T)가 방출하는 수분(습기)를 흡습하고 내벽이 투습한 수분을 공간부(123)를 통해 외벽체(124)가 다시 흡습하여 투습하는 방식을 통해 목재를 건조함으로써 목재 건조 시 발생하는 건조결함을 줄이고, 천연건조에 가까우면서도 경제적 측면에서 기존 인공건조법과 특수건조법 대비 시간적, 경제적 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 벽체부(120)의 내벽체(121)와 외벽체(124) 사이에 흡습재를 충진함으로써 내벽체(121)가 투습한 수분을 흡습재가 흡습하고 외벽체(124)가 다시 흡습재에서 방출되는 습기를 다시 흡습하여 흡습재가 완충역할을 하여 내부의 습기가 급격하게 방출되는 현상을 방지할 수 있어 건조결함을 최소화할 수 있고 건조효과가 보다 개선되어 목재의 건조품질이 향상되는 장점이 있다.
[실험예1] 흡습재의 흡습력/방습력 실험
상기 언급한 건조스케줄 1,2를 혼합하여 적용 시 내부의 습기가 외부로 급격하게 방출되는 현상을 방지하고 목재로 만든 건조기의 건조효과 개선을 위해 Sio2계열의 흡습재와 목재 부산물인 소금먹인 톱밥을 투입하였을 때 효과를 알아보기 위해 각 흡습재의 효과를 분석하였다.
흡습재로 사용된 제품은 Sio2 계열로 저회, 폐활성탄을 사용하였으며 저회의 경우 입자크기 1~5mm 크기를 사용하였고, 폐활성탄은 정수기 필터로 사용된 원형 제품을 사용하였다. 각 흡습재의 흡습율 및 방습율은 도 6에 나타내었다.
각 흡습재의 비교를 위해 상기 언급하였던 건조기 건조효율 실험과 동일한 유형의 Control을 준비하여 실험을 진행하였으며 흡습력 실험에서는 목판 상부에 흡습재를 배치하고 목판 하부에서 물을 증발시켜 목판을 통과하여 흡습하는 수분의 양을 측정하였고 방습력 실험에서는 반대로 목판 하부에 포수상태의 흡습재에서 목판을 통해 증발하는 수분의 양을 측정하여 중량값을 이용하여 비율로 평가하였다. 그리고, 톱밥의 경우 소금과 혼합하여 사용하였고 중량비 6:4로 교반하여 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 각 중량은 저회가 353g, 소금먹인 톱밥 130g, 폐활성탄 315g이다.
각 흡습재의 흡습 및 방습 실험결과가 도6에 나타나 있다. 각 재료별 흡습량은 톱밥(45.5%) → 폐활성탄(35.8%) → 저회(25.9%) → Control(빈공간)(2.6%)로 나타났다. 또한 방습력에 대한 실험결과는 Control(91%) → 저회(90%) → 폐활성탄(85%) → 톱밥(71%)으로 나타났다. 이러한 재료적 성질을 비교해 보았을 때 목재로 만든 건조기의 보습효과면에서 톱밥이 가장 우수한 것으로 나타났고, 탈습효과면에서는 저회가 가장 우수하게 나타났다. 상기 언급한 바와 같이 폐활성탄의 경우 2가지 재료에 비해서 공극의 비율이 큰 축에 속하며 흡습과 방습 측면에서 모두 상대적으로 우수한 효과를 나타내므로 타 재료에 비해 주로 사용하는 것이 옳은 선택으로 판단된다.
[실험예2] 목재로 만든 건조기 제작을 통한 활엽수 천연건조 효과 시험
본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 목재 건조 효과를 검증하기 위해 실제 본 발명의 건조기를 제작하여 함수율 50~60% 이상의 목재를 이용하여 내부 용적률 20%가 되도록 목재를 투입하여 목재 건조 실험을 진행하였으며 그 결과 건조실 내부 온습도 변화는 도 7과 같이 나타났다. 각 벽체별 흡습재 투입 중량 및 건조스케줄은 아래표와 같고 총 7일의 건조시간을 적용하였다.
1) 실험에 사용된 본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 벽체는 잣나무 수종을 사용하였다. 본 발명 목재로 만든 건조기의 목재 건조스케줄에 의한 온도는 35℃에서 70℃로 승온하는 건조스케줄을 작성하여 7일간 건조를 실시하였다.
각 흡습재는 개별 벽체당 상부에서 하부까지 나뉘어진 총 5개의 칸 안에 80g씩 흡습재를 소분하여 3개씩 투입하였다. 폐활성탄의 경우 흡습 및 방습 실험 시 나타난 결과를 통해 흡습력과 방습력이 타 2개 흡습재에 비해 방습효과와 흡습효과가 고르게 나타나는 흡습재로 결과가 도출되어 추가로 투입하였다.
1개망의 흡습재
투입중량(g)		 각 개별 벽체의 흡습재 투입 중량(g)
Control 0 0
저회(Bottom ash) 80 240
소금먹인 톱밥 80 240
폐활성탄 80 480
실험에 사용된 수종은 국산 참나무 수종으로 함수율 45~50% 이상의 생재만을 대상으로 하였으며 제재목의 말구에 파라핀 왁스를 이용하여 목재 내 수분의 급격한 이탈을 방지하였다.
또한, 목재로 만든 건조기의 활엽수 천연건조 성능 평가 실시를 위해 각 벽체에 흡습재를 투입하여 목재로 만든 건조기 형태로 제작하였으며 그에 따른 건조스케줄을 작성하여 실험한 실험 결과는 다음과 같다.
건조
일수(day)		 설정온도(℃) 설정습도(%) 설정EMC(%) 누적
건조시간(hr)
1 35 75 13.7 24
2 35 75 13.7 48
3 35 75 13.7 72
4 40 75 13.4 96
5 50 70 11.6 120
6 60 65 10.0 144
7 70 60 8.6 168
실시예 1은 기존 천연건조시간을 획기적으로 단축하는데 그 목적이 있으므로 초기에 목재 내부까지 열이 고르게 전달될 수 있게 건조스케줄을 작성하였다. 1일~3일간 35℃로 내부 수분으로 인해 차가운 목재를 가열하고, 온도는 10℃, 습도는 5% 씩 감소하여 가습장치와 더불어 목재에서 배출되는 수분이 건조기 내 습도를 유지할 수 있게 하였다.
도 7 은 7일간 건조에 따른 내부의 온습도 변화와 평형함수율(EMC)을 그래프화한 것으로 온도는 설정한 값에 따라 정상작동하였음을 확인하였으며 초기 내부의 습도는 거의 100%에 가깝게 상승한 것으로 나타났다. 이후 건조가 진행됨에 따라 습도는 3일간 큰 변동폭을 보이지 않고 유지되었다. 이후 목재가 건조되면서 가습장치의 역할이 줄어들고, 목재에서 방출되는 수분으로도 건조기 내부 수분이 유지될 수 있을 정도로 수분이 낮추어졌을 때 습도의 변동폭 발생을 확인하였다.
도 8은 7일간 건조에 따른 목재 함수율의 변화를 그래프화 한 표로 건조후 105℃ 건조기에서 완전건조를 실시하여 전건중량을 측정한 값을 이용하여 목재 함수율 계산식에 의해 계산된 값이다(도8에서 1번 내지 14번은 시편번호). 평균 최초함수율 51.1%의 국산 활엽수재(참나무류)를 건조한 결과이다. 건조재의 함수율이 섬유포화점에 도달한 기간은 5일이 소요되었으며 7일 건조 이후 최종적인 건조재의 함수율은 평균 23.2%로 나타났다.
목재의 함수율변화와 건조기내 온습도 변화를 비교하면 목재 내 수분이동 방식에 의함을 알 수 있으며, 목재 내 수분은 섬유포화점 이상에서는 자유수로, 섬유포화점 이하에서는 결합수의 이탈이 발생된다. 자유수의 경우 제거에 용이하여 건조에 어려움이 없으나 결합수의 경우 수분이 세포내 공극에 존재하여 제거에 자유수에 비해 어려움이 많다. 실시예 1은 천연건조기간 단축을 목적으로 하므로 자유수 제거에 목적을 두었으며 건조기 내부 온습도와 평형함수율과 비교하였을 때 5일차까지 습도의 변화폭이 상대적으로 6,7일차에 비해서 변동폭이 크지않고 일정히 유지되는 것을 확인 할 수 있다. 이는 목재에서 방출되는 수분의 양이 가습장치를 이용하면서 일정히 유지될 수 있을 정도로 많이 방출되는 것으로 유추할 수 있다.
기존 알려진 바에 의하면 일반적인 천연건조 기간은 활엽수 기준 3개월에서 6개월 가량 소요되며, 이는 수종에 따라 달라질 수 있으나 목재로 만든 건조기를 활용할 시 7일 이내로 건조할 수 있음을 확인하였다.
[실험예3] 목재로 만든 건조기 제작을 통한 활엽수 인공건조 효과 시험
본 발명에 따른 목재로 만든 건조기의 목재 인공건조 효과를 시험하기위해 실시예 2와 동일한 방법으로 실험을 실시하였다. 흡습재 또한 실시예2와 동일한 중량으로 투입하였으며, 건조스케줄을 변경하여 목재로 만든 건조기의 건조효과가 인공건조기와 비교하였을 때 수준을 비교하였다.
건조
일수(day)		 설정 온도(℃) 설정 습도(%) 설정 EMC(%) 누적
건조시간(hr)
1 35 75 13.7 24
2 35 70 12.2 48
3 40 65 11.1 72
4 50 65 10.6 96
5 60 60 8.6 120
6 60 60 8.6 144
7 70 55 7.8 168
1개망의 흡습재
투입중량(g)		 각 개별 벽체의 흡습재 투입 중량(g)
Control 0 0
저회(Bottom ash) 80 240
소금먹인 톱밥 80 240
폐활성탄 80 480
도 9는 35℃에서 70℃까지 승온하는 인공 건조 스케줄을 적용한 온도 및 습도 그래프로 최초 내부의 습도가 약 95%까지 상승하였다가 최종적으로 건조스케줄에 의해 60%까지 습도가 감소하였다(EMC:평형함수율).
건조 초기 습도의 상승폭은 크게 나타났으며 이후 건조스케줄에 의해 온도변경 시 습도 변화폭이 크게 나타나지 않았으나 건조 후기로 갈수록 변화폭이 크게 나타났다. 이는 실시예 1에서 나타난 현상과 동일하다. 그러나, 실시예 2는 건조재의 함수율을 섬유포화점 이하로 건조하여 국내 규범에서 지정하는 함수율 15%, 18% 이하로 건조하는 것을 목적으로 하였다. 천연건조를 진행하는 것과 인공건조를 통해 목재함수율을 섬유포화점 이하로 건조하는 것은 다른 방법을 적용하여야 하며 천연건조 기간 단축에 인공건조 기간 단축은 더 높은 수준의 기술을 요구한다. 특히 섬유포화점 이하에서부터는 건조결함이 발생할 확률이 높으므로 적정 건조스케줄을 적용하지 못할 경우 불용재가 될 가능성이 높다.
도 10은 상기 표기한 건조스케줄을 적용하여 건조하였을 때 함수율의 변화를 그래프화 한 것으로 건조재는 실시예 2와 동일하게 국산 활엽수재(참나무류)를 이용하였다(도10에서 1번 내지 14번은 시편번호). 건조 후 건조재는 모두 105℃ 건조기에서 완전건조를 실시하여 전건중량을 측정하였다.
최초 평균 함수율이 61.5%인 활엽수재(참나무류)를 건조한 결과, 7일 간 건조 후 건조재는 모두 섬유포화점 이하로 건조되었으며 평균 함수율은 9.8%로 측정되었다.
도 10의 함수율 변화는 1일차에서 4일차까지는 함수율의 감소가 급격한 감소를 보이고 있으며, 5일차부터는 완만한 형태의 그래프를 나타내고 있으며, 이는 상기 설명한 습도와 평형함수율, 목재 내 수분의 종류 및 이탈 속도와 관련이 있다.
평균을 통해 도출된 목재 함수율은 3일차에 섬유포화점 함수율(28~30%)에 도달한 것으로 계산되었으며, 대부분의 목재가 실제로 섬유포화점 근처 혹은 이하로 건조된 시점은 4일차로 계산되었다.
본 실험에서는 총 7일의 건조스케줄을 적용하였으므로 기존의 천연건조 대비 건조기간을 대폭적으로 단축시킬 수 있음을 확인하였으며, 추가로 7일간 건조스케줄을 적용하여 건조할 경우 기존 국내 목재 이용법에 의거한 함수율 15% 혹은 함수율 18%의 기준에 적합하도록 건조시킬 수 있을 것으로 판단된다.
전술한 본 발명의 목재로 만든 건조기에 의하면 기존 천연건조법으로 인해 발생되는 3개월에서 6개월간의 천연건조 기간을 기존 천연건조법 대비 대폭적으로 시간을 단축시킬 수 있으며, 천연건조시간의 단축으로 인하여 목재생산업종에서 발생하는 재고의 불순환 현상을 완화시킬 수 있게 된다.
또한, 인공건조법 및 특수건조법으로 인해 발생되는 초기 건조기 매입비용을 본 발명을 통해 절감할 수 있는 효과를 가져올 것으로 기대할 수 있다. 인공건조기를 구매하여 사용 시 설치 이후 경제성은 언급하는 건조기에 비해 뛰어날 수 있으나 초기 매입 비용이 건조기 30㎥ 기준 5~6,000만원 인 것에 비해 일반적인 열기 목재 건조기 30㎥ 기준 2억 5천 만원으로 약 4배~5배 차이로 제재업자로 하여금 부담을 완화할 수 있다.
또한, 인공건조법 및 특수건조법은 높은 온도나 특수한 장비를 사용하여 건조하기 때문에 고장 및 교체 시 유지보수 비용에 초기 매입비용에 거의 준하는 비용을 발생시키게 된다. 이를 본 목재로 만든 건조기와 비교할 시 목재로 만든 건조기는 건조기 프레임과 열원 및 팬(182)을 제외한 나머지는 모두 목재와 폐자재로 구성되어 목재 특성상 부후되거나 결함 발생 시 특정 부분을 교체할 경우 반 영구적으로 사용할 수 있는 장점을 가지고 있어 제재업자의 부담을 완화할 수 있다.
또한, 인공건조기나 특수건조기 사용시 발생되는 인력발생으로 인한 인건비 감소효과도 가져올 수 있을 것으로 판단된다. 인공건조법 중 한 개의 예시로 고열처리 과정의 경우 목재를 투입하는 인원과 고열처리 처리과정에서 관리하는 인원, 고열처리 이후 고열처리된 목재를 처리하는 인원등 약 10명에 가까운 인원이 투입되지만 본 발명의 경우 약 40℃의 온도에서 함수율 측정을 통해서 목재의 건조가 진행되는지의 여부와 온도체크, 습도체크의 간단한 업무가 주어지기 때문에 인건비 감소에도 효과적일 것으로 기대된다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명하였으나, 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 목재로 만든 건조기 110 : 좌측벽부
120 : 벽체부 121 : 내벽체
122 : 칸막이부재 123 : 공간부
124 : 외벽체 130 : 우측벽부
140 : 후방벽부 150 : 전방벽부
160 : 바닥부 170 : 천장부
200 : 클램프 부재 300 : 제어반

Claims (20)

  1. 내부에 목재 건조를 위한 건조실(102)을 형성하기 위해 양측에 대향되도록 배치되는 좌측벽부(110) 및 우측벽부(130);
    상기 건조실(102)의 바닥에 배치되는 바닥부(160);
    상기 건조실(102)의 상부에 배치되는 천장부(170);
    상기 건조실(102)의 전방에 배치되는 전방벽부(150); 및
    상기 건조실(102)의 후방에 배치되는 후방벽부(140);를 포함하고,
    상기 좌측벽부(110) 및 우측벽부(130)는 목재로 된 내벽체(121), 상기 내벽체(121)에 이격되어 배치되고 목재로 된 외벽체(124), 및 상기 내벽체(121)와 외벽체(124) 사이에 형성되는 공간부(123)를 포함하는 벽체부(120)를 각각 구비하고,
    상기 건조실(102)의 내부를 가열하기 위한 가열부(165)를 포함하며,
    상기 전방벽부(150)는 개폐가능한 도어를 포함하고,
    상기 벽체부(120)의 상기 공간부(123)에는 상기 내벽체(121)로부터 습기를 흡습하기 위한 흡습재가 충진되고,
    상기 흡습재는 톱밥에 소금이 혼합된 충진재인 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡습재는 폐활성탄, 또는 저회를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 벽체부(120)의 상기 공간부(123)는 칸막이부재(122)에 의해 다수의 세부 공간부로 나뉘어지고,
    상기 세부 공간부에 상기 흡습재가 배치되는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 다수의 세부 공간부에서 제1 세부 공간부(123a)에는 폐활성탄의 흡습재가 충진되는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 폐활성탄이 충진된 망(126a)이 상기 제1 세부 공간부(123a)에 배치되는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 다수의 세부 공간부(123)에서 제2 세부 공간부(123b)에는 저회(bottom ash)의 흡습재가 충진되는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 저회가 충진된 망(126b)이 상기 제2 세부 공간부(123b)에 배치되는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 톱밥에 소금이 혼합된 충진재는 망(126c)에 충진되어 상기 공간부(123)에 배치되는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌측벽부(110) 및 우측벽부(130)의 벽체부(120)는 상기 목재로 만든 건조기(100)에 분리가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 후방벽부(140)는 목재로 된 내벽체(121), 상기 내벽체(121)에 이격되어 배치되고 목재로 된 외벽체(124), 및 상기 내벽체(121)와 외벽체(124) 사이에 형성되는 공간부(123)를 포함하는 벽체부(120)를 구비하는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 후방벽부(140)의 벽체부(120)는 상기 목재로 만든 건조기(100)에 분리가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 후방벽부(140)의 벽체부(120)에서 상기 공간부(123)는 상기 내벽체(121)로부터 습기를 흡습하기 위한 흡습재가 배치되고,
    상기 흡습재는 폐활성탄, 저회(bottom ash), 소금먹인 톱밥 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 도어는 목재로 된 내벽체(121), 상기 내벽체(121)에 이격되어 배치되고 목재로 된 외벽체(124), 및 상기 내벽체(121)와 외벽체(124) 사이에 형성되는 공간부(123)를 포함하는 벽체부(120)를 구비하는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 도어의 벽체부(120)에서 상기 공간부(123)는 상기 내벽체(121)로부터 습기를 흡습하기 위한 흡습재가 배치되고,
    상기 흡습재는 폐활성탄, 저회(bottom ash), 소금먹인 톱밥 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 건조실(102)과 외부를 연통하고 개폐판(176)이 구비되는 습기 개폐구(175)를 더 포함하고, 상기 건조실(102) 내부 습도가 일정 습도 이상이 되면 상기 습기 개폐구(175)의 개폐판(176)이 개방되어 습기를 외부로 방출하는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 바닥부(160)는 상기 건조실(102)의 바닥에 배치되는 맥반석 판재(161)를 포함하고, 상기 가열부(165)는 상기 맥반석 판재(161)의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 가열부(165)는 온수가 순환되는 온수 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 목재로 만든 건조기.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004001498A (ja) * 2002-04-23 2004-01-08 Noboru Araki 建築用，家具用等の機能性パネル材の構造
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KR101865909B1 (ko) * 2016-06-15 2018-06-08 인태근 초단파를 이용한 목재 건조장치

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