Internal Wood Temperature Manipulation Using Quadratic Residue Diffusor Microwaves

Quadratic Residue Diffusor Microwave를 이용한 목재의 내부 온도변화에 관한 연구

In contrast to conventional microwaves, QRD (Quadratic Residue Diffusor) microwaves are a new energy-efficient technology that enhances the effect of sterilization based on changing the wavelength phase difference. Therefore, this study investigated the sterilization of wood using environmentally friendly and low energy consuming QRD microwaves. The results are as follows: for the QRD microwaves used in this study, the efficiency E = 5.75e0.32 S ($R^2$=0.908). Although the early water content was not constant, the average water content was 30.3% and after one week of natural drying, the water content was 22.6%, representing an average water content reduction of about 8%. When increasing the microwave level from 3 kW ~ 9 kW, the time taken for the temperature to increase was reduced. After the QRD microwave treatment, the wood samples showed no change in their flexural rigidity, compressive strength, or cleavage. The QRD microwave levels used in the experiments were 3, 5, 7, and 9 kW, where 9 kW was found to be the most efficient. Thus, for the purpose of eliminating nematodes and termites inside wood, a higher QRD microwave level was found to be more effective and energy efficient.

본 연구에서 사용한 QRD(Quadratic Residue Diffusor) 마이크로파는 일반적인 마이크로파와 달리 파장의 위상차를 변화시켜 균일한 살균을 유도할 수 있어 저전력으로 효과를 높일수 있는 새로운 기술로 알려져 있다. 따라서 친환경적이고 에너지 소비가 적은 QRD 마이크로파를 이용하여 목재를 소독 할 가능성에 대한 기초적인 연구를 수행하였으며 얻은 결과는 아래와 같다. 본 연구에 사용된 QRD microwave의 효율성은 E=5.75e0.32S ($R^2$=0.908)로 나타났으며 초기 수분 함수율은 일정하지 않았고 평균 수분함수율은 30.3%이었다. 자연건조 1주일 후의 수분 함수율은 22.6%로써 평균 약 8% 수분함량이 줄어들었다. 또한 마그네트론의 용량이 3 kW에서 9 kW까지 증가할수록 지수함수적인 관계로 온도 상승시간이 줄어드는 것을 알 수 있었다. 목재 강도 시험 결과에서는 QRD microwave 처리 전후로 휨강도, 압축강도, 할렬의 차이는 없었다. 따라서 QRD microwave 용량을 3, 5, 7, 9 kW로 제작하여 실험한 결과 9 kW가 가장 효율성이 높은 것을 알 수 있었다. 따라서 목재 내부의 선충이나 흰개미 등의 퇴치를 위해서 QRD microwave 용량을 일정부분까지 높여 공급할수록 에너지 효율성에서 유리한 것으로 나타났다.