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문제 정의
- 따라서 본 연구는 주요 침엽수재의 5두께 제재를 공시하여 가열판 압체식 진공건조에서 제재두께와 건조 속도 및 건조시간계수의 관계를 알고자 실시하였다.
제안 방법
- 건조속도는 수종과 제재두께별로 초기함수율과 최 종함수율의 차이가 크기 때문에 동일 함수율 범위에서 비교코자 30%에서 15% 범위에서 계산하였다. 제재 두께와 건조속도의 관계 및 제재두께와 건조시간의 관계, 그리고 건조시간과 제제두께의 회귀식을 이용하여 두께 5cm 제재를 기준으로 한 제재두께별 건조시간계 수(drying time factor)를 구하였고, 또한 건조시간 계수와 두께간의 관계식을 구하였다.
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2.4 건조속도와 건조시간
건조재의 최종함수율 15% 이하가 될 때까지 1일 간 격으로 무게를 측정하였다. 최종함수율은 건조목재의 횡단면으로부터 45〜50cm 부위에서 시험편을 절취하여 전건법에 의해 구하였으며, 건조목재의 전건무게는 건조종료시 제재무게와 최종함수율을 이용하여 구 하였다.
- 건조중 함수율은 제재의 전건무게와 건조중 무게를 이용하여 건조시간별로 계산하였고 3가지 건조스케줄 을 적용한 결과를 종합한 건조중 함수율과 건조의 주요 영향인자(두께, 초기함수율과 건조시간)간에 회귀식을 구하였다.
- 건조할 제재는 상하 알미늄 가열판 사이에 잔적하였다. 두께 3cm와 5cm 제재는 각각 4수종을 혼합잔적하였고, 7cm 제재는 초기함수율이 유사한 2수종씩 혼합잔적하고 강한 스케줄의 경우에만 4수종을 동시에 혼합잔적하였으며, 9cm 이상의 제재는 모두 초기함수 율이 유사한 2수종씩 짝을 지어 혼합잔적하였다.
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2.3 건조스케줄과 잔적
적용 온도의 고저에 따라 약한 스케줄(mild sched ule), 중간 스케줄(moderate schedule), 강한 스케줄 (severe schedule) 등 3가지로 구분하였고, 중간 건조스케줄은 Table 1과 같다. 중간 스케줄을 기준으로 하여 각 함수율 단계별로 약한 스케줄은 2P 낮고, 강한 스케줄은 2P 높게 적용하였다.
- 건조속도는 수종과 제재두께별로 초기함수율과 최 종함수율의 차이가 크기 때문에 동일 함수율 범위에서 비교코자 30%에서 15% 범위에서 계산하였다. 제재 두께와 건조속도의 관계 및 제재두께와 건조시간의 관계, 그리고 건조시간과 제제두께의 회귀식을 이용하여 두께 5cm 제재를 기준으로 한 제재두께별 건조시간계 수(drying time factor)를 구하였고, 또한 건조시간 계수와 두께간의 관계식을 구하였다.
- 적용 온도의 고저에 따라 약한 스케줄(mild sched ule), 중간 스케줄(moderate schedule), 강한 스케줄 (severe schedule) 등 3가지로 구분하였고, 중간 건조스케줄은 Table 1과 같다. 중간 스케줄을 기준으로 하여 각 함수율 단계별로 약한 스케줄은 2P 낮고, 강한 스케줄은 2P 높게 적용하였다. 두꺼운 제재는 얇은 제재보다 저온을 적용하였으며, 건조가 진행됨에 따라 온도를 차츰 상승시 켰다.
- 건조재의 최종함수율 15% 이하가 될 때까지 1일 간 격으로 무게를 측정하였다. 최종함수율은 건조목재의 횡단면으로부터 45〜50cm 부위에서 시험편을 절취하여 전건법에 의해 구하였으며, 건조목재의 전건무게는 건조종료시 제재무게와 최종함수율을 이용하여 구 하였다.
대상 데이터
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2.1 공시제재
공시수종은 강원도산 소나무, 잣나무, 낙엽송과 북미산 웨스턴 햄록이고, 이들 수종의 제재두께는 3, 5, 7, 9 및 11cm, 폭은 10〜 12cm, 길이는 90cm와 180cm 이다. 제재수량은 수종, 七께, 및 건조스케줄별로 각각 90cm 6본과 180cm 9본 모두 15본씩 사용하였다.
- 공시수종은 강원도산 소나무, 잣나무, 낙엽송과 북미산 웨스턴 햄록이고, 이들 수종의 제재두께는 3, 5, 7, 9 및 11cm, 폭은 10〜 12cm, 길이는 90cm와 180cm 이다. 제재수량은 수종, 七께, 및 건조스케줄별로 각각 90cm 6본과 180cm 9본 모두 15본씩 사용하였다. 제재의 초기함수율은 수종과 두께간에 차이가 있었고 Table 3과 같다.
성능/효과
- 4수종 5두께의 적용한 3가지 건조스케줄별 함수율 30%부터 15% 범위에서 건조속도는 Table 3과 같이 건조속도는 적용온도가 높을수록 크게 나타났다. 3 건 조조건에서 측정한 건조속도를 평균하여 각 수종의 두께별로 건조속도를 비교하면 두께 3, 5, 7, 9 및 11cm 제재별 평균 건조속도는 소나무의 경우 각각 0.69, 0.53, 0.47, 0.32 및 0.25%/hr이고, 잣나무의 경우 각각 0.62, 0.43, 0.27, 0, 25 및 0.16%/hr이며, 낙엽 송의 경우 0.44, 0.36, 0.27, 0.18 및 0.13%/hr이고, 웨스턴 햄록의 경우 0.71, 0.55, 0, 46, 0.31 및 0.20%/hr로서 수종별로는 웨스턴 햄록이 가장 컸고, 다음은 소나무, 잣나무와 낙엽송 순위 였다.
- 4수종 5두께의 적용한 3가지 건조스케줄별 함수율 30%부터 15% 범위에서 건조속도는 Table 3과 같이 건조속도는 적용온도가 높을수록 크게 나타났다. 3 건 조조건에서 측정한 건조속도를 평균하여 각 수종의 두께별로 건조속도를 비교하면 두께 3, 5, 7, 9 및 11cm 제재별 평균 건조속도는 소나무의 경우 각각 0.
- 두께 5cm를 기준으로 제재두께별 건조시간계수, 건조시간계수와 제재두께간의 회귀식은 Table 4와 같다. 4수종의 두께별 건조시간계수의 범위는, 3cm 제 재는 Q72〜0.77, 7cm 제재는 1.30-1.39, 9cm 제재는 1.69-1.93, Ucm 제재는 2.19〜2.70으로서 두께가 증가할수록 수종간의 차이가 커졌다.
- 4수종의 제재두께별로 함수율 30%에서 15%까지 소요되는 건조시간의 관계는 Fig. 2와 같이 두께 3cm 제재는 웨스턴 햄록이 20.3시간으로 가장 짧았고, 다음은 소나무 22.4시간, 잣나무 25.6시간, 낙엽송32.4시간 순위였다. 두께 11cm 제재는 소나무 63.
- 이와 같이 건조시간은 제재두 께가 증가함에 따라 곡선적으로 증가하였으며 곡선의기울기는 소나무가 가장 적었고, 다음은 웨스턴 햄록이고, 잣나무와 낙엽송의 순위로 컸으나 서로 비슷하였다. 건조스케줄 강약에 따른 건조시간은 제재두께가 증가함에 따라 분산이 커지는 경향을 보였으며, 특히 낙엽송 제재의 경우 두께가 증가할수록 건조스케줄의 영향이 매우 크게 나타났었다.
- 3가지 건조스케줄을 적용하여 종합한 건조중 함수율과 건조속도에 영향하는 제재두께, 초기함수율 및 건조시간 등 주요 건조인자간의 회귀식은 Table 2와 같다. 건조중 함수율은 제재두께와 초기함수율이 증가할수록, 그리고 건조시간이 경과할수록 감소하는 결과를 나타내고 있었으며, 이는 목재건조의 일반적인 원리를 나타내었다. 본 연구에서 모든 수종의 제재두께 는 5가지로서 동일하지만 각 수종의 초기함수율이 제 재두께간 상당한 차이가 있었지만, 이들 회귀식은 공시한 두께와 초기함수율 범위에서 이들 건조인자를 적용하여 건조중 함수율을 추정하는 데 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 소나무, 잣나무, 낙엽송과 웨스턴 햄록의 5두께 제재를 약한 스케줄, 중간 스케줄과 강한 스케줄을 적용하여 건조중 함수율, 제재두께와 건조속도의 관계, 제 재두께와 건조시간계수의 관계 등을 구명한 결과는 제 재두께, 초기함수율 및 건조시간에 따라 개략적인 건 조중 함수율을 측정할 수 있었다. 그리고 함수율 30% 에서 15% 범위에서 평균 건조속도는 웨스턴 햄록이 가장 컸고 다음은 소나무, 잣나무, 낙엽송 순위였으며 제재두께가 증가함에 따라 곡선적으로 감소하였다. 또한 건조시간계수는 제재두께가 증가함에 따라 곡선적으로 증가하였다.
- 또한 건조속도와 제재두께간 회귀식은 Fig. 1과 같이 건조속도는 제재두께가 증가함에 따라 완만한 곡선적 감소를 나타내었는데, 이는 목재두께가 증가함에 따라 내부수분의 이동거리가 비례적으로 증가하는데 기인된 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 4수종의 두께 9cm 제재의 건조시간은 Avramidis 등(1996)이 보고한 변장 9.1cm 정각재의 고주파 진공건조의 23시간보다 길었고 관행열기건조 시간 20일보다는 훨씬 짧았다. 본 연구의 건조시간계 수는 Higgins에 의한 제재두께에 따른 열기건조시간 계수는 두께 2인치인 경우 1.
- 1cm 정각재의 고주파 진공건조의 23시간보다 길었고 관행열기건조 시간 20일보다는 훨씬 짧았다. 본 연구의 건조시간계 수는 Higgins에 의한 제재두께에 따른 열기건조시간 계수는 두께 2인치인 경우 1.00을 기준으로 하면 1인치는 0.40, 1.5인치는 0.70, 2.5인치는 1.35, 3인치는1.75, 3.5인치는 2.25, 4인치는 2.85로 제시한 값보다 얇은 제재의 경우는 컸었고 두꺼운 제재의 경우는 적었다. 그리고 Kolhnman과 C6te(1968)이 열기건조 시간은 제재두께 비율의 제곱에 비례한다는 것보다 훨씬 적었으나, 두께간의 비는 얇은 목재일수록 적어진다는 보고 내용과는 부합하였다.
- 소나무, 잣나무, 낙엽송과 웨스턴 햄록의 5두께 제재를 약한 스케줄, 중간 스케줄과 강한 스케줄을 적용하여 건조중 함수율, 제재두께와 건조속도의 관계, 제 재두께와 건조시간계수의 관계 등을 구명한 결과는 제 재두께, 초기함수율 및 건조시간에 따라 개략적인 건 조중 함수율을 측정할 수 있었다. 그리고 함수율 30% 에서 15% 범위에서 평균 건조속도는 웨스턴 햄록이 가장 컸고 다음은 소나무, 잣나무, 낙엽송 순위였으며 제재두께가 증가함에 따라 곡선적으로 감소하였다.
- 8시간의 순위였다. 이와 같이 건조시간은 제재두 께가 증가함에 따라 곡선적으로 증가하였으며 곡선의기울기는 소나무가 가장 적었고, 다음은 웨스턴 햄록이고, 잣나무와 낙엽송의 순위로 컸으나 서로 비슷하였다. 건조스케줄 강약에 따른 건조시간은 제재두께가 증가함에 따라 분산이 커지는 경향을 보였으며, 특히 낙엽송 제재의 경우 두께가 증가할수록 건조스케줄의 영향이 매우 크게 나타났었다.
- Perr6 등(1995)이 진 공건조시간은 관행열기건조시간보다 3〜5배 정도 빠르다고 보고한 범위에 속하였는데, 건조시간계수는 두꺼운 제재일수록 더 컸었다. 진공건조시간은 목재의 투과성, 건조온도와 진공도 등에 좌우되지만, 가열판 압체식 진공건조시간은 고주파 진공건조시간보다 긴 편에 속하였고, 제재두께 증가에 따른 건조시간은 열 기건조에 비하여 짧았다.
후속연구
- 건조중 함수율은 제재두께와 초기함수율이 증가할수록, 그리고 건조시간이 경과할수록 감소하는 결과를 나타내고 있었으며, 이는 목재건조의 일반적인 원리를 나타내었다. 본 연구에서 모든 수종의 제재두께 는 5가지로서 동일하지만 각 수종의 초기함수율이 제 재두께간 상당한 차이가 있었지만, 이들 회귀식은 공시한 두께와 초기함수율 범위에서 이들 건조인자를 적용하여 건조중 함수율을 추정하는 데 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
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