KR102625941B1

KR102625941B1 - 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법 및 진공동결건조장치

Info

Publication number: KR102625941B1
Application number: KR1020230095567A
Authority: KR
Inventors: 김서진; 김택준; 조효진; 오병호
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2023-07-21
Filing date: 2023-07-21
Publication date: 2024-01-17

Abstract

본 발명은 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법 및 진공동결건조 장치에 관한 것으로, 유물의 건조 전 중량을 측정하는 제1중량 측정단계; 저온 진공 분위기에서 유물의 수분이 승화하여 유물의 건조가 진행되는 진공동결건조단계; 상기 진공동결건조단계에 의해 일부 수분의 건조가 이루어진 상기 유물의 중량을 측정하는 제2중량 측정단계; 및 상기 제1중량 측정단계에서 측정된 상기 유물의 중량과 상기 제2중량 측정단계에서 측정된 상기 유물의 중량을 비교하여, 상기 유물이 평형수분 상태인지를 판단하는 평형수분 판단단계;를 포함한다.
유물의 진공동결건조 전후의 중량을 비교하여 평형수분 상태를 정확히 판단할 수 있게 됨으로써 유물 내부의 수분을 보다 효율적으로 보다 빠른 시간 내에 완전하게 건조시킬 수 있다.

Description

해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법 및 진공동결건조 장치{VACUUM FREEZE DRYING METHOD AND VACUUM FREEZE DRYING APPARATUS FOR MARINE ARCHAEOLOGICAL WOOD ARTIFACT}

본 발명은 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법 및 진공동결건조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오랜 세월 동안 바닷속에 가라앉아 있던 목재 유물을 발굴 후 안정적인 상태로 보관하기 위한 보존처리 방법의 일부를 구성하는 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법과 그 실시에 이용되는 진공동결건조 장치에 관한 것이다.

본 발명의 출원인 국립해양문화재연구소는 1981년 신안선 선체 보존을 위한 보존처리장 건설 이후 우리나라 해역에서 발굴된 많은 해양 출수 유물을 전담하여 보존처리 하고 있다.

해양 출수 유물은 오랜 기간 바닷물에 침적되어 있었기 때문에 염분과 해양 생물로 인해 오염 및 약화되어 있어 많은 주의를 기울여 보존처리해야만 한다.

해양 출수 유물 중 목재 유물은 수침고목재(waterlogged archaeological wood)에 해당되며, 수침고목재는 목재의 주성분이 분해되고 수분이 이를 대신한 상태로서 출수 후 급격히 건조될 경우 본래의 강도와 형태를 잃게 되므로 원형 보존이 불가하다.

따라서 해양 출수 목재 유물의 보존처리의 목적은 목재 내의 수분을 안전하게 제거함으로써 목재의 수축 등 변형을 최소화하고 안정된 상태로 유지시키는 것이다.

상기와 같은 해양 출수 목재 유물의 보존처리는 탈염 → 처리 전 상태조사 → 세척 → 치수안정화처리 → 건조 → 표면처리 → 처리 후 상태조사 → 복원 → 전시 및 보관 순으로 진행된다.

이 중 상기 '건조' 단계는 조절건조 방법 또는 진공동결건조 방법으로 실시될 수 있다.

상기 조절건조 방법은 주변 습도를 일정하게 유지하여 서서히 건조하는 방법으로서 고농도의 PEG(Polyethylene glycol)로 치수안정화처리를 한 경우에 적합한 건조 방식이다.

또한 상기 진공동결건조 방법은 유물을 진공동결건조 장치의 내부에 투입하고 고진공 동결 상태에서 수분을 승화시켜 건조하는 방식으로서 저농도 PEG 치수안정화처리만으로도 양호한 보존처리 효과를 얻을 수 있으므로 보존처리에 소요되는 기간을 단축시키는데 도움이 된다.

한편, 종래의 진공동결건조 방법은 진공동결건조 장치의 내부에 유물을 투입하고(내부에 구비된 선반에 올려 둠), 유물의 평형수분이 이루어질 때마다 선반의 온도를 소정 양 상승시키면서 단계별로 건조시키는 방식으로 이루어진다.

상기 평형수분을 판단하는 방법은 유물의 온도가 선반의 온도와 같아질 때 평형수분이 이루어진 것으로 판단하는 것이다.

그러나 상기와 같은 평형수분 판단 방법에서 유물의 온도 즉, 수침목재 유물의 온도는 유물의 표면에 온도센서를 설치하여 획득한 표면온도로서 유물의 중심부 온도와는 차이가 있다(이하, 본 명세서에서 '유물'은 수침목재 유물을 의미함).

따라서 유물의 표면과 중심부가 동일한 건조 상태에 도달하였다고 볼 수 없으며 이에 유물의 표면온도가 선반온도와 동일하다고 해서 해당 시점에 유물의 평형수분이 완전하게 이루어진 것으로 판단하는 것은 정확성이 떨어진다는 문제점이 있었다.

종래의 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없을 것이다.

한국등록특허공보 제10-2134002호(2020.07.14. 공고)

전술한 문제점을 해소함에 있어, 본 발명의 목적은 수침목재 유물의 진공동결건조 시 유물의 평형수분 상태를 정확히 판단할 수 있게 됨으로써 유물 내부의 수분을 보다 효율적으로 빠른 시간 내에 완전하게 건조시킬 수 있도록 된 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법 및 진공동결건조 장치를 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결하고자 하는 과제는 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가지는 사람에 의하여 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법은, 치수안정화처리가 끝난 유물(수침목재 유물)을 진공동결건조 장치의 진공챔버 내부에 투입하여 선반에 놓인 플레이트 상면에 올려 두는 유물 투입단계; 상기 유물 투입단계에서 상기 플레이트에 올려진 유물의 건조 전 중량을 측정하는 제1중량 측정단계; 상기 제1중량 측정단계 이후 실시되고, 진공동결건조 장치를 가동하여 상기 선반의 온도를 진공동결건조 개시 온도로 냉각하여 상기 유물을 예비 동결하는 선반 냉각단계; 상기 선반 냉각단계 이후에 실시되고, 상기 진공동결건조 장치의 진공펌프를 가동하여 상기 진공챔버 내부에 진공동결건조를 실시하기 위한 진공압을 형성해주는 진공 형성단계; 상기 선반 냉각단계와 상기 진공 형성단계에 의해 형성된 저온 진공 분위기에서 본 동결을 실시하여 선반과 유물의 온도를 완전히 동기화시키고, 승화에 의해 유물의 수분을 제거하는 진공동결건조단계; 상기 진공동결건조단계 이후에 실시되고, 상기 진공챔버의 진공압을 제거하는 진공 배기단계; 상기 진공 배기단계 이후에 실시되고, 상기 진공동결건조단계에 의해 일부 수분의 건조가 이루어진 상기 유물의 중량을 측정하는 제2중량 측정단계; 및 상기 제1중량 측정단계에서 측정된 상기 유물의 중량과 상기 제2중량 측정단계에서 측정된 상기 유물의 중량을 비교하여, 상기 유물이 평형수분 상태인지를 판단하는 평형수분 판단단계;를 포함한다.

상기 제1중량 측정단계와 상기 제2중량 측정단계는 상기 진공챔버의 외측 상부에 설치된 호이스트와, 상기 호이스트에 매달린 호이스트저울을 이용하여 실시하되, 상기 호이스트저울의 후크를 상기 진공챔버에 형성된 측정홀을 통해 상기 진공챔버의 내부로 투입하여 상기 플레이트에 형성된 고리에 걸어주고, 상기 호이스트로 상기 플레이트와 그에 올려진 상기 유물을 상방으로 견인한 상태에서 중량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 평형수분 판단단계는 상기 제1중량 측정단계에서 측정된 상기 유물의 중량과 상기 제2중량 측정단계에서 측정된 상기 유물의 중량이 동일하면 평형수분 상태로 판단하고, 상기 두 중량이 동일하지 않으면 평형수분 상태가 아닌 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 평형수분 판단단계에서 평형수분 상태가 아닌 것으로 판단되면 선반온도를 현재의 설정온도로 유지하는 설정온도 유지단계를 실시한 후 상기 선반 냉각단계부터 상기 평형수분 판단단계를 반복 실시하고, 평형수분 상태인 것으로 판단되면 선반온도를 정해진 양만큼 상승 조절하는 설정온도 상승단계를 실시한 후 상기 선반 냉각단계부터 상기 평형수분 판단단계를 반복 실시한다.

상기 평형수분 판단단계에서 평형수분 상태로 판단되면 상기 평형수분 판단단계와 상기 설정온도 상승단계 사이에 건조온도범위 판단단계를 실시하고, 상기 건조온도범위 판단단계는 현재의 설정온도가 유물의 진공동결건조를 실시하는 선반온도 조절 범위 내에 있는지 여부를 판단하며, 현재 설정온도가 상기 선반온도 조절 범위 내에 있는 경우에는 상기 설정온도 상승단계를 실시하고, 반대로 현재의 설정온도가 상기 선반온도 조절 범위에 해당되지 않는 경우에는 진공동결건조 장치의 냉각장치 작동을 종료하는 냉각 종료단계, 상기 진공챔버의 진공압을 배출하는 진공 배기단계 및 상기 진공챔버의 도어를 개방하고 상기 유물을 상기 진공챔버의 외부로 인출하는 유물 인출단계를 순차적으로 실시하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 장치는, 내부에 냉각 온도 설정이 가능한 선반이 구비되고, 상기 선반에 고리가 형성된 플레이트가 놓이며, 상부에 복수의 측정홀이 형성된 진공챔버; 상기 진공챔버와 연결관을 매개로 연결되고, 상기 진공챔버 내부의 공기를 외부로 배출하여 상기 진공챔버에 진공압을 형성해 주는 진공펌프; 상기 진공챔버와 상기 진공펌프를 연결하는 연결관; 상기 진공챔버의 상기 측정홀 상부에 설치된 지지대; 상기 지지대에 설치된 호이스트; 및 상기 호이스트의 후크에 매달리는 구조로 설치되고, 필요시 자신의 하부에 연결된 후크가 상기 측정홀을 통해 상기 진공챔버의 내부로 투입되어 상기 플레이트의 고리에 걸려지는 호이스트저울;을 포함한다.

상기 진공챔버는 원통 형상이고, 전방 단부와 후방 단부에 각각 전방도어와 후방도어가 설치된다.

상기 복수의 측정홀에 각각 홀커버가 설치된다.

상기 플레이트에 올려진 유물의 중량 측정시 복수의 호이스트를 이용하는 경우, 상기 호이스트들에 연결된 호이스트저울들의 측정값을 모두 합산하여 중량값을 산출한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법 및 진공동결건조 장치는, 수침목재 유물의 진공동결건조 시 유물의 평형수분 상태를 정확히 판단할 수 있게 됨으로써 유물 내부의 수분을 보다 효율적으로 보다 빠른 시간 내에 완전하게 건조시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과는 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가지는 사람에 의하여 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법의 구성을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 추가 단계를 더 포함하는 실시예의 구성을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 장치의 정면도, 평면도, 좌측면도이다.

본 발명에 있어 첨부된 도면은 종래 기술과의 차별성 및 명료성, 그리고 기술 파악의 편의를 위해 과장된 표현으로 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어로서, 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 기술적 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 한편, 실시예는 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적 사항에 불과하고, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니며, 권리범위는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술적 사상을 토대로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, 어떤 구성이 어떤 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.

또한, 어떤 구성이 다른 구성에 "연결", "접속" 또는 "결합"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결', '직접적으로 접속' 또는 '직접적으로 결합'되어 있는 경우 만이 아니라, '그 중간에 다른 구성을 개재한 채로 연결', '그 중간에 다른 구성을 개재한 채로 접속' 또는 '그 중간에 다른 구성을 개재한 채로 결합'되는 경우도 있을 수 있음을 의미한다. 반면에, 어떤 구성이 다른 구성에 "직접 연결", "직접 접속" 또는 "직접 결합"되어 있다고 할 때는, 중간에 다른 구성이 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, "전", "후", "상", "하", "좌", "우", "일 단", "타 단", "양 단" 등과 같은 방향성 용어가 사용될 때 이는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 예시적으로 사용되는 것이므로 제한적으로 해석되어서는 안 되고, "제 1", "제 2"등의 용어가 사용될 때 이는 각 구성을 구별하기 위한 용어로서 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 발명의 실시예의 특징을 보다 명확히 설명하기 위하여, 이하의 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 사람에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서 자세한 설명은 생략하기로 한다. 그리고, 도면에서 실시예의 설명과 관계없는 부분에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법의 구성을 나타내는 순서도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예에 추가 단계를 더 포함하는 실시예의 구성을 나타내는 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 장치의 정면도, 평면도, 좌측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법은, 유물 투입단계(S10), 제1중량 측정단계(S20), 선반 냉각단계(S30), 진공 형성단계(S40), 진공동결건조단계(S50), 진공 배기단계(S60), 제2중량 측정단계(S70), 평형수분 판단단계(S80)를 포함한다.

상기 유물 투입단계(S10)는 치수안정화처리가 끝난 유물을 진공동결건조 장치의 진공챔버(10)(도 3 참조)내부에 투입하여 상기 진공챔버(10)의 내부에 구비된 선반에 올려 두는 단계이다. 본 발명의 경우 유물의 중량 측정을 위해 상기 선반에 고리가 형성된 플레이트(또는 트레이)가 먼저 놓이고, 유물은 상기 플레이트의 상면에 놓인다.

상기 제1중량 측정단계(S20)는 상기 유물 투입단계(S10)를 통해 진공동결건조 장치에 투입되어 상기 선반에 올려진(정확하게는 플레이트에 올려진) 유물의 중량을 처음으로 측정하는 단계이다. 즉, 건조 시작 전 유물의 중량을 측정하는 것이다.

유물이 진공동결건조 장치 내부로 투입된 상태에서 유물의 중량을 측정할 수 있도록 구성된 본 발명에 따른 진공동결건조 장치의 구성에 대해서는 이후 상세히 설명하기로 한다.

상기 선반 냉각단계(S30)는 진공동결건조 장치를 가동하여 진공동결건조 장치의 진공챔버(10)(도 3 참조) 내 선반(미도시)의 온도를 냉각함으로써 유물을 예비동결하는 단계이다.

해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 개시를 위해 상기 선반의 온도를 예를 들어 -40℃로 냉각시킬 수 있다.

통상 수침목재 유물의 진공동결건조는 유물을 지지하는 선반의 온도를 -40℃로 설정하고 시작하는 바, 상기와 같은 예비동결을 실시하여 건조 대상 유물의 온도를 선반온도에 미리 동기화함으로써 이후의 본 동결 및 진공동결건조 시간을 감소시킬 수 있게 된다.

상기 진공 형성단계(S40)는 진공동결건조 장치의 진공펌프(20)를 가동하여 진공챔버(10) 내부를 진공 상태로 만들어주는 단계이다. 진공동결건조가 이루어지는 동안 진공압은 5mTorr로 유지한다.

상기 진공동결건조단계(S50)는 상기와 같이 형성된 저온 진공 분위기에서 약 3일~7일 정도의 본 동결을 실시하여 선반의 온도와 유물의 심부 온도를 완전히 동기화시키고 진공동결건조를 실시하는 단계이다. 이 단계에서 유물의 수분이 승화하여 유물로부터 제거됨으로써 유물의 건조가 이루어진다. 특정 온도 및 압력 조건에서 수분의 승화량에는 한계가 있다. 즉, 현재 구현된 온도 및 압력 조건에서 평형수분이 이루어질 때 까지만 승화에 의한 건조가 이루어지게 된다.

상기 진공 배기단계(S60)는 이후 실시될 제2중량 측정단계(S70)를 실시하기 위해 진공챔버(10)의 진공압을 배기하는 단계이다.

상기 제2중량 측정단계(S70)는 상기 진공동결건조단계(S50)에서 소정량 건조가 이루어진 유물의 중량을 측정하는 단계이다. 이를 위해서 진공챔버(10)의 상부에 설치된 홀커버(14)를 열어 측정홀(13)을 개방하고, 상기 측정홀(13)을 통해 호이스트저울(60)의 후크(61)를 진공챔버(10) 내측으로 투입하여 상기 플레이트의 고리에 걸어준 후, 호이스트(50)로 플레이트를 소정량 견인한 상태에서 플레이트에 올려져 있는 유물의 중량을 측정한다.

상기 평형수분 판단단계(S80)는, 상기 제1중량 측정단계(S20)에서 측정된 유물의 중량과 상기 제2중량 측정단계(S70)에서 측정된 유물의 중량을 비교하여 유물이 평형수분 상태에 이르렀는지를 판단하는 단계이다. 즉, 상기 진공동결건조단계(S50) 실시 전후의 유물의 무게를 비교하여 두 중량이 동일할 경우 더 이상 수분 감소가 이루어지지 않는 평형수분 상태에 도달한 것으로 판단하고, 두 중량이 동일하지 않을 경우 추가 수분 감소가 가능한 상태 즉, 평형수분 상태가 아닌 것으로 판단한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법은 유물의 중량을 측정하여 수분 건조에 따른 중량 변화를 관찰함으로써 진공동결건조 중에 있는 유물의 평형수분을 판단한다. 이는 수분 건조에 의한 유물의 중량 변화에 따라 평형수분을 판단하는 것이므로 온도 측정에 의한 종래의 평형수분 판단 방법에 비해 근본적으로 정확하게 평형수분을 판단할 수 있다.

이와 같이 진공동결건조 진행 중 각 온도 단계별로 평형수분을 정확하게 판단할 수 있게 됨으로써 최적의 시기에 선반온도를 다음 단계로 상승 조절할 수 있게 되어 보다 효율적으로 진공동결건조를 진행할 수 있게 되고, 결과적으로 유물의 건조 시간을 단축할 수 있게 되는 효과가 있다.

한편, 상기 평형수분 판단단계(S80) 이후에는 그 판단 결과에 따라 설정온도 유지단계(S31)과 설정온도 상승단계(S32)를 더 실시할 수 있다.

상기 설정온도 유지단계(S31)는 상기 평형수분 판단단계(S80)에서 현재 유물의 상태가 평형수분 상태가 아닌 것으로 판단된 경우에 수행되는 것으로 현재의 설정온도를 유지한 상태에서 다시 상기 선반 냉각단계(S30)부터 반복 수행한다. 이를 위해 이전의 단계에서 중량 측정을 위해 연결했던 호이스트저울(60)의 후크(61)를 다시 분리하고 홀커버(14)를 닫아 진공챔버(10)를 폐쇄해야함은 물론이다.

상기 설정온도 상승단계(S32)는 상기 평형수분 판단단계(S80)에서 현재 유물의 상태가 평형수분 상태인 것으로 판단된 경우에 수행되는 것으로 현재의 설정온도를 정해진 양만큼 증가 조절(통상 10℃ 상향 조절함)하고 다시 상기 선반 냉각단계(S30)부터 반복 수행한다. 이 단계 수행 전에 미리 호이스트저울(60)의 후크(61)를 분리하고 홀커버(14)를 닫아야 함은 물론이다.

상기와 같이 유물이 평형수분 상태에 도달하지 않은 경우에는 동일한 온도에서 진공동결건조를 반복 수행함으로써 유물을 완전한 평형수분 상태에 도달시킬 수 있다. 이와 같은 과정을 거친 후 유물이 평형수분 상태에 도달하면 설정온도(선반 냉각 온도)를 증가 조절한 후 해당 온도 조건에서 진공동결건조를 다시 실시한다. 즉, 위에서 설명한 바와 같이 유물이 평형수분에 완전히 도달한 최적의 시기에 선반온도를 다음 단계로 상승 조절할 수 있게 됨으로써 단계적으로 진행되는 진공동결건조 작업을 보다 효율적으로 진행할 수 있게 되고, 이에 유물의 안정성을 확보하면서 건조 기간이 단축되는 효과가 있다.

한편, 상기 평형수분 판단단계(S80)에서 평형수분 상태인 것으로 판단된 경우, 상기 평형수분 판단단계(S80)와 상기 설정온도 상승단계(S32) 사이에 건조온도범위 판단단계(S90)를 더 실시할 수 있다.

상기 건조온도범위 판단단계(S90)는 현재의 설정온도가 유물의 진공동결건조를 실시하는 선반온도의 조절 범위 내에 있는지를 판단하는 것이다. 예를 들어 유물의 진공동결건조를 실시하는 선반온도(T) 범위가 -40℃ ≤ T ≤ 0℃ 이고 온도 상승 조절량이 10℃인 경우, 가장 마지막 단계에서는 선반온도 0℃인 상태에서 진공동결건조를 수행하게 된다. 그 마지막 진공동결건조 단계 이후의 평형수분 판단단계(S80)에서 평형수분인 것으로 판단되면 더 이상의 설정온도 상승단계(S32) 및 진공동결건조 단계(S50)의 추가 실시는 필요 없으므로 상기 건조온도범위 판단단계(S90)에서는 현재의 선반온도(T)가 -40℃ ≤ T ＜ 0℃ 인 경우에는 진공동결건조를 추가 실시할 필요가 있는 것으로 판단하고 이후의 단계 즉, 상기 설정온도 상승단계(S32)를 실시한다.

반면, 현재의 선반온도(T)가 T ≥ 0℃인 경우에는 더 이상 진공동결건조를 추가 실시할 필요가 없는 것으로 판단하고 냉각장치의 작동을 종료시키는 냉각종료단계(S100)를 실시한다.

상기 냉각종료단계(S100) 이후에는 진공챔버(10)의 진공압을 배출하는 진공배기단계(S110)를 실시한다.

이후, 진공챔버(10)의 내부압과 외부압이 평형이 되면 상기 전방도어(11) 또는 후방도어(12)를 개방하고 유물을 진공챔버(10)의 외부로 인출하는 유물인출단계(S120)를 실시한다.

상기와 같이 평형수분 판단단계(S80)와 설정온도 상승단계(S32) 사이에 상기 건조온도범위 판단단계(S90)를 실시함으로써 미리 설정된 온도 범위 내에서만 진공동결건조를 실시하고 불필요한 진공동결건조 단계의 반복 실시를 방지할 수 있게 됨으로써 적기에 진공동결건조를 종료할 수 있으며 진공동결건조 장치 가동을 위한 전력 낭비를 방지할 수 있다.

이제, 상기와 같은 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법을 수행하기 위한 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 장치에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 진공동결건조 장치 역시 일반적인 진공동결건조 장치가 기본적으로 갖추어야 할 구성은 모두 갖추고 있으며, 그러한 기본적인 구성에 대한 설명은 간략히 하거나 또는 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 진공챔버(10), 진공펌프(20), 연결관(30), 지지대(40), 호이스트(50) 및 호이스트저울(60)을 포함한다.

상기 진공챔버(10)는 외부에 대해 차단된 밀폐 공간을 형성하여 냉각(냉동) 및 진공 분위기를 제공한다. 상기 진공챔버(10)는 대략 길이가 긴 원통 형상이고 전방 단부와 후방 단부에는 내부 공간을 개폐할 수 있는 전방도어(11)와 후방도어(12)가 각각 설치된다. 이들 전방도어(11)와 후방도어(12)를 선택적으로 활용하여 진공챔버(10)의 양단부 중 어느 방향으로도 진공동결건조를 실시할 유물을 진공챔버(10)의 내부로 투입하거나 인출할 수 있다.

도시하지 않았으나 상기 진공챔버(10)에는 냉각장치가 부속 설치된다.

또한, 상기 진공챔버(10)의 내부에는 진공동결건조를 실시할 유물을 올려놓는 선반(미도시)이 구비되며, 상기 선반은 상기 냉각장치에 의해 원하는 설정 온도로 냉각할 수 있다.

또한, 상기 선반에는 상기 호이스트저울(60)을 이용한 유물의 중량 측정을 위해 유물을 올려 놓을 플레이트(또는 트레이)(미도시)가 구비되며, 상기 플레이트에는 호이스트저울(60)의 후크(61)를 연결할 수 있도록 원형의 고리가 설치된다.

또한, 상기 진공챔버(10)의 상부에는 길이 방향을 따라 동일 간격으로 복수의 측정홀(13)이 관통 형성되고, 각 측정홀(13)에는 이를 개폐할 수 있는 홀커버(14)가 설치된다.

따라서 상기 호이스트저울(60)에 연결된 후크(61)를 상기 측정홀(13)을 통해 진공챔버(10)의 내부로 투입하여 유물이 올려진 플레이트의 고리에 걸어줄 수 있다.

상기 진공펌프(20)는 상기 진공챔버(10)와 상기 연결관(30)을 매개로 연결되어 진공챔버(10) 내부의 공기를 흡입 배출함으로써 진공챔버(20)의 내부에 원하는 크기의 진공압을 형성할 수 있도록 해 주는 장치이다.

상기 연결관(30)은 위에 설명한 바와 같이 상기 진공챔버(10)와 상기 진공펌프(20)를 연결하는 부분으로서 이를 통해 진공펌프(20)가 진공챔버(10) 내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출할 수 있다.

상기 지지대(40)는 상기 진공챔버(10)의 상면에 진공챔버(10)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 복수 개 설치된다. 즉, 상기 지지대(40)는 상기 측정홀(13)이 설치된 위치마다 측정홀(13)의 상부에 설치된다.

상기 지지대(40)는 진공챔버(10)에 투입되는 길이가 길고 무거운 유물(예를 들면, 고선박의 선체를 구성하는 목재들)의 중량을 측정하기 위한 호이스트(50)와 호이스트저울(60)의 설치 장소를 제공한다.

상기 지지대(40)는 복수의 수직부재와 수평부재들을 서로 연결하여 제작한 원통 형상 또는 직육면체 형상의 틀(프레임) 구조물로서 상단 중앙에 위치한 수평부재에 상기 호이스트(50)가 먼저 설치되고, 상기 호이스트(50)의 후크에 상기 호이스트저울(60)이 매달리는 구조로 설치된다.

상기 호이스트(50)는 상기 지지대(40)의 상단 수평부재에 설치되어 상기 호이스트저울(60)을 매개로 진공챔버(10) 내부의 유물을 상방으로 소량 견인한다. 중량 측정이 가능하도록 상기 플레이트가 상기 선반 상면으로부터 약 1~2cm 정도 상승하는 정도면 충분하다.

상기 호이스트저울(60)은 상기 호이스트(50)의 후크에 매달리는 구조로 설치되며, 호이스트저울(60)에 연결된 후크(61)는 상기 측정홀(13)을 통해 진공챔버(10) 내부로 투입되어 상기 플레이트의 고리에 걸려질 수 있다.

상기 호이스트저울(60)은 내부에 구비된 로드셀(load cell: 하중측정소자)이 하중에 비례하여 전기 신호를 출력하고, 그 전기 신호의 변화를 디지털화하여 숫자로 표시함으로써 물체의 중량을 측정할 수 있다. 호이스트저울(60)은 측정 가능 중량 별로 다양한 제품이 생산 및 유통되고 있으므로 진공동결건조를 실시할 유물의 중량에 적합한 것을 구입하여 설치한다.

상기 호이스트저울(60)에 연결된 후크(61)가 유물이 올려진 플레이트의 고리에 걸려진 상태에서 상기 호이스트(50)가 작동하여 유물과 플레이트를 상방으로 견인할 수 있으며, 그와 같은 견인 상태에서 호이스트저울(60)에 측정 중량이 표시된다. 표시된 중량은 플레이트 중량을 포함한 것이므로 미리 플레이트 중량을 측정하여 유물 중량 측정 시 차감하거나, 또는 미리 플레이트 견인 상태에서 영점 조절을 하여 플레이트 중량이 제외된 순수 유물의 중량만 표시되도록 할 수 있다.

또한 유물의 중량 측정시 복수의 호이스트(50)를 이용한 경우에는 측정 대상 중량을 복수의 호이스트(50)가 분담하고 있으므로 사용된 호이스트(50)들에 연결된 호이스트저울(60)들의 측정값을 모두 합산하여 중량값을 산출해야만 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 장치는 진공챔버(10)의 상부에 측정홀(13)이 형성되고, 측정홀(13)의 상부에 호이스트(50) 및 호이스트저울(60)이 설치되어, 상기 측정홀(13)을 통해 후크(61)를 투입하여 유물의 중량을 측정할 수 있다.

따라서 유물의 중량 측정을 통해 유물의 동결건조 중 평형수분 상태를 판단할 수 있기 때문에 보다 정확하게 평형수분 상태를 판단할 수 있게 됨으로써 유물의 진공동결건조를 보다 효율적으로 실시할 수 있게 된다. 따라서 보다 양호한 유물 건조 상태를 획득할 수 있고, 보다 빠른 기간 내에 유물을 건조시킬 수 있게 된다.

또한 유물을 진공챔버(10) 외부로 인출하지 않고 중량 측정을 실시할 수 있게 됨으로써 유물의 중량 측정 작업을 보다 간편하고 신속하게 실시할 수 있게 되는 효과가 있다. 이러한 효과는 특히 유물이 고선박의 선체와 같이 크고 무거운 경우에 매우 유용하다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법 및 진공동결건조 장치는 중량 측정에 의해 유물의 평형수분을 판단하므로 보다 정확하게 평형수분을 판단할 수 있게 되어 보다 우수한 건조 효과를 얻을 수 있고, 유물을 진공챔버 내부에 그대로 둔 상태에서 중량을 측정할 수 있기 때문에 중량 측정 작업을 간편하고 신속하게 실시할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 기초로 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해해야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하 기술할 청구범위에 의하며, 상술한 발명의 구체적 내용을 토대로 정해져야 할 것이다.

본 발명은 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법 및 진공동결건조 장치에 관한 것으로, 크기와 중량이 큰 물품의 진공동결건조와 관련된 산업 분야에 이용 가능하다.

10: 진공챔버 11: 전방도어
12: 후방도어 13: 측정홀
14: 홀커버 20: 진공펌프
30: 연결관 40: 지지대
50: 호이스트 60: 호이스트저울
61: 후크

Claims

치수안정화처리가 끝난 유물(수침목재 유물)을 진공동결건조 장치의 진공챔버 내부에 투입하여 선반에 놓인 플레이트 상면에 올려 두는 유물 투입단계;
상기 유물 투입단계에서 상기 플레이트에 올려진 유물의 건조 전 중량을 측정하는 제1중량 측정단계;
상기 제1중량 측정단계 이후 실시되고, 진공동결건조 장치를 가동하여 상기 선반의 온도를 진공동결건조 개시 온도로 냉각하여 상기 유물을 예비 동결하는 선반 냉각단계;
상기 선반 냉각단계 이후에 실시되고, 상기 진공동결건조 장치의 진공펌프를 가동하여 상기 진공챔버 내부에 진공동결건조를 실시하기 위한 진공압을 형성해주는 진공 형성단계;
상기 선반 냉각단계와 상기 진공 형성단계에 의해 형성된 저온 진공 분위기에서 본 동결을 실시하여 선반과 유물의 온도를 완전히 동기화시키고, 승화에 의해 유물의 수분을 제거하는 진공동결건조단계;
상기 진공동결건조단계 이후에 실시되고, 상기 진공챔버의 진공압을 제거하는 진공 배기단계;
상기 진공 배기단계 이후에 실시되고, 상기 진공동결건조단계에 의해 일부 수분의 건조가 이루어진 상기 유물의 중량을 측정하는 제2중량 측정단계; 및
상기 제1중량 측정단계에서 측정된 상기 유물의 중량과 상기 제2중량 측정단계에서 측정된 상기 유물의 중량을 비교하여, 상기 유물이 평형수분 상태인지를 판단하는 평형수분 판단단계;
를 포함하는 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1중량 측정단계와 상기 제2중량 측정단계는 상기 진공챔버의 외측 상부에 설치된 호이스트와, 상기 호이스트에 매달린 호이스트저울을 이용하여 실시하되, 상기 호이스트저울의 후크를 상기 진공챔버에 형성된 측정홀을 통해 상기 진공챔버의 내부로 투입하여 상기 플레이트에 형성된 고리에 걸어주고, 상기 호이스트로 상기 플레이트와 그에 올려진 상기 유물을 상방으로 견인한 상태에서 중량을 측정하는 것을 특징으로 하는 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 평형수분 판단단계는 상기 제1중량 측정단계에서 측정된 상기 유물의 중량과 상기 제2중량 측정단계에서 측정된 상기 유물의 중량이 동일하면 평형수분 상태로 판단하고, 상기 두 중량이 동일하지 않으면 평형수분 상태가 아닌 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 평형수분 판단단계에서 평형수분 상태가 아닌 것으로 판단되면 선반온도를 현재의 설정온도로 유지하는 설정온도 유지단계를 실시한 후 상기 선반 냉각단계부터 상기 평형수분 판단단계를 반복 실시하고, 평형수분 상태인 것으로 판단되면 선반온도를 정해진 양만큼 상승 조절하는 설정온도 상승단계를 실시한 후 상기 선반 냉각단계부터 상기 평형수분 판단단계를 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 평형수분 판단단계에서 평형수분 상태로 판단되면 상기 평형수분 판단단계와 상기 설정온도 상승단계 사이에 건조온도범위 판단단계를 실시하고,
상기 건조온도범위 판단단계는 현재의 설정온도가 유물의 진공동결건조를 실시하는 선반온도 조절 범위 내에 있는지 여부를 판단하며, 현재 설정온도가 상기 선반온도 조절 범위 내에 있는 경우에는 상기 설정온도 상승단계를 실시하고,
반대로 현재의 설정온도가 상기 선반온도 조절 범위에 해당되지 않는 경우에는 진공동결건조 장치의 냉각장치 작동을 종료하는 냉각 종료단계, 상기 진공챔버의 진공압을 배출하는 진공 배기단계 및 상기 진공챔버의 도어를 개방하고 상기 유물을 상기 진공챔버의 외부로 인출하는 유물 인출단계를 순차적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 방법.
내부에 냉각 온도 설정이 가능한 선반이 구비되고, 상기 선반에 고리가 형성된 플레이트가 놓이며, 상부에 복수의 측정홀이 형성된 진공챔버;
상기 진공챔버와 연결관을 매개로 연결되고, 상기 진공챔버 내부의 공기를 외부로 배출하여 상기 진공챔버에 진공압을 형성해 주는 진공펌프;
상기 진공챔버와 상기 진공펌프를 연결하는 연결관;
상기 진공챔버의 상기 측정홀 상부에 설치된 지지대;
상기 지지대에 설치된 호이스트; 및
상기 호이스트의 후크에 매달리는 구조로 설치되고, 필요시 자신의 하부에 연결된 후크가 상기 측정홀을 통해 상기 진공챔버의 내부로 투입되어 상기 플레이트의 고리에 걸려지는 호이스트저울;
을 포함하는 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 진공챔버는 원통 형상이고, 전방 단부와 후방 단부에 각각 전방도어와 후방도어가 설치된 것을 특징으로 하는 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 복수의 측정홀에 각각 홀커버가 설치된 것을 특징으로 하는 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 플레이트에 올려진 유물의 중량 측정시 복수의 호이스트를 이용하는 경우, 상기 호이스트들에 연결된 호이스트저울들의 측정값을 모두 합산하여 중량값을 산출하는 것을 특징으로 하는 해양 출수 목재 유물의 진공동결건조 장치.