KR101335240B1

KR101335240B1 - 수평 연속 방식의 탄화장치

Info

Publication number: KR101335240B1
Application number: KR20120145156A
Authority: KR
Inventors: 전호건
Original assignee: 전호건
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-11-29
Also published as: CN104822802A; WO2014092420A2; CA2894251A1; WO2014092420A3

Abstract

본 발명은 산림잔여물을 탄화하는 장치에 있어서: 내통체(11)와 외통체(12)의 사이에 격벽판(14)을 구비하고, 내통체(11)의 내부에 이송스크류(22)를 수용하며, 높이의 변동이 가능한 다수의 조절다리(35)와 함께 조절다리(35) 중의 적어도 일부는 완충기(37)를 구비하는 연소통(10); 상기 격벽판(14)으로 구분되는 가열공간의 내부에 각각 설치되는 다수개의 버너(31); 및 상기 연소통(10)의 하류단에 배출관(28)을 개재하여 연결되고, 이송스크류(42)로 이송하면서 냉각을 수행하며, 하류단에서 생성된 연료를 설정된 형태의 펠렛으로 생성하도록 배출다이(48)를 구비하는 냉각통(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 대량의 산림잔여물을 수평으로 원활하게 이송하면서 순차적인 열분해 과정을 거쳐 원하는 형태의 연료를 연속적으로 생성할 수 있는 효과가 있다.

Description

수평 연속 방식의 탄화장치{Horizontal and continuous carbonizing apparatus}

본 발명은 수평 연속 방식의 탄화장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 대량의 산림잔여물을 수평으로 원활하게 이송하면서 순차적인 열분해 과정을 거쳐 원하는 형태의 연료를 연속적으로 생성할 수 있는 수평 연속 방식의 탄화장치에 관한 것이다.

산림 바이오매스 중에서 무한하게 생성되고 에너지 함유량이 높아 선호되는 것은 나무이다. 일예로, 나무를 베어낸 줄기와 가지는 물론 지스러기를 연소열로 열분해하고 펠렛(pellet) 형태로 생성하면 숯에 버금가는 에너지를 발생하는 연료로 활용이 가능하다. 이와 관련되는 선행특허로서 한국 공개특허공보 제2012-0027069호, 한국 등록특허공보 제0994207호 등이 알려져 있다.

전자의 선행특허는 산림잔여물 칩 등을 연료매체로 탄화하는 장치에 있어서: 외통과 내통으로 이루어지는 이중 구조의 본체; 상기 내통 상에 회전 가능하게 수용되고, 연료매체를 하강 이송하는 이송스크류; 상기 내통의 다수의 지점에 연결되고, 가스의 배출을 유도하는 배기관; 및 상기 외통의 하부공간에 배치되고, 내통을 향해 열풍을 송출하는 버너;를 포함한다. 이에 따라, 작은 공간을 차지하도록 설치가 가능하여 공간효율성을 향상하고 수직방향의 연소에 따라 작업시간을 단축할 수 있는 효과를 기대한다.

그러나 상기 선행특허는 수직형 구조로서 작은 공간을 차지하고 소형화에 적합한 반면 대량의 산림잔유물 처리 시 밀도가 높아지는 하단에서 구동 부하가 막대하여 동력소모가 증대되거나 정지되는 사태가 자주 발생한다.

후자의 선행특허는 보온케이스 내부의 열을 내측으로 전달하여 내부에 투입된 원료를 가열하여 탄화시키는 본체와; 상기 보온케이스의 일 측에 형성되어 상기 본체로 원료를 투입하는 투입부와; 상기 본체의 말단을 감싸게 되며 하측에 배출구가 형성되어 상기 본체에서 생성된 숯을 하고 배출하며 본체에서 배출되는 가열된 연소 가스는 상측에 부설된 파이프라인을 통해 수집하는 가스하우스;를 포함한다. 이에 따라, 본체의 무게가 적어 회전 시 에너지의 소모를 줄이고 비용을 절감하는 효과를 기대한다.

그러나 이는 목재류 보다는 왕겨, 옥수수속, 짚단에 적용하기 무난한 구조로서 일단 설정된 양으로 투입 후에 가열을 거치고 배출구로 인출해야 하므로 연속적 생산이 불가능하여 생산성 향상에 한계성을 보이고 있다.

1. 한국 공개특허공보 제2012-0027069호 “수직 원통형 탄화장치”(공개일자 : 2012. 3. 21.) 2. 한국 등록특허공보 제0994207호 “로타리 킬른식 탄화로”(공개일자 : 2009. 11. 3.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 대량의 산림잔여물을 수평으로 원활하게 이송하면서 순차적인 열분해 과정을 거쳐 원하는 형태의 연료를 연속적으로 생성할 수 있는 수평 연속 방식의 탄화장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 산림잔여물을 탄화하는 장치에 있어서: 내통체와 외통체의 사이에 격벽판을 구비하고, 내통체의 내부에 이송스크류를 수용하며, 높이의 변동이 가능한 다수의 조절다리와 함께 조절다리 중의 적어도 일부는 완충기를 구비하는 연소통; 상기 격벽판으로 구분되는 가열공간의 내부에 각각 설치되는 다수개의 버너; 및 상기 연소통의 하류단에 배출관을 개재하여 연결되고, 이송스크류로 이송하면서 냉각을 수행하며, 하류단에서 생성된 연료를 설정된 형태의 펠렛으로 생성하도록 배출다이를 구비하는 냉각통;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

삭제

또, 본 발명에 따르면 상기 연소통은 단열성을 지닌 2개의 격벽판을 사용하여 3개의 가열공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 냉각통은 환형의 유로를 지닌 냉각 링과, 냉각 링에 배치되는 노즐과, 노즐을 통한 냉각매체의 분무상태를 조절하는 분무제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

삭제

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 대량의 산림잔여물을 수평으로 원활하게 이송하면서 순차적인 열분해 과정을 거쳐 원하는 형태의 연료를 연속적으로 생성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 탄화장치를 모식적으로 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 변형예에 따른 탄화장치를 나타내는 구성도.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 산림잔여물, 즉 나무를 베어낸 줄기나 가지 등을 탄화하는 장치에 관련된다. 탄화는 산림잔여물과 같은 폐목재를 원재료(100)로 하여 잘게 분쇄된 폐목재 내의 잔존 수분과 가스를 제거하는 열분해 과정 상태를 의미한다.

본 발명에 따르면 내통체(11)의 내부에 이송스크류(22)를 수용하는 연소통(10)이 내통체(11)와 외통체(12)의 사이에 격벽판(14)을 구비하는 구조이다. 내통체(11)와 외통체(12)는 동심의 수평축 상으로 배치되어 내통체(11)와 외통체(12)의 사이에 가열공간을 형성한다. 연소통(10)의 가열공간은 격벽판(14)으로 구분되고, 상류단에서 호퍼(16)가 내통체(11)로 연결된다. 호퍼(16)는 산림잔여물 원재료(100)를 칩(chip) 형태로 절단하는 커터(도시 생략)를 구비할 수도 있다. 내통체(11)에 수평으로 수용되는 이송스크류(22)는 일단에서 감속기(26)를 개재하여 모터(24)에 연결된다.

이때, 상기 연소통(10)은 단열성을 지닌 2개의 격벽판(14)을 사용하여 3개의 가열공간을 형성하는 것이 좋다. 이와 같이 연소통(10)의 가열공간을 상류부, 중간부, 하류부로 구분하면 대량의 산림잔여물 원재료(100)를 단시간에 순차적으로 열분해하는데 유리한 구조로 된다. 격벽판(14)은 내통체(11)와 외통체(12)를 지지하는 역할을 하는 동시에 단열 기능에 의하여 가열공간에서 상류부, 중간부, 하류부의 온도가 독립적으로 유지되도록 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 격벽판(14)으로 구분되는 가열공간의 내부에 각각 버너(31)가 설치되는 구조이다. 도시에는 각각의 가열공간에 하나의 버너(31)만 나타내지만 복수로 배치될 수도 있다. 가열공간의 상류부는 대략 200~600℃ 내외, 바람직하게는 250~400℃ 내외로 유지하여 열분해 전단계로서 수분을 증발시킨다. 가열공간의 중간부는 대략 400~900℃, 바람직하게는 500~700℃ 내외로 유지하여 일차적인 열분해 과정을 수행한다. 가열공간의 하류부는 대략 300~800℃, 바람직하게는 400~600℃ 내외로 유지하여 이차적인 열분해를 지속한다. 이러한 가열공간의 온도 구분은 원재료(100)의 종류, 온도, 수분함량에 따라 달라지며, 버너(31)에 인접하여 설치되는 열풍유도구(33)를 이용하여 조절될 수 있다. 열풍유도구(33)는 버너(31)의 화기가 원재료(100)에 직접 닿는 것을 차단하면서 열풍 량을 변동하는 구조로 설치된다.

도시에는 생략하나, 연소통(10)의 가열공간(상류부, 중간부, 하류부)은 온도를 측정하기 위한 센서를 다수 구비한다.

한편, 내통체(11)는 다수의 지점에서 가스를 외부로 배출하도록 배기관(18)을 구비한다. 배기관(18)은 개별적인 배출을 위한 독립배관으로 구성하거나 전체를 하나로 연결한 통합배관으로 구성할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 이송스크류(42)로 이송하면서 냉각을 수행하는 냉각통(40)이 상기 연소통(10)의 하류단에 배출관(28)을 개재하여 연결되는 구조이다. 배출관(28)은 연소통(10)의 하류단 저면에서 냉각통(40)의 상류단 상면으로 연결된다. 냉각통(40)도 연소통(10)과 마찬가지로 원재료(100)를 이송하기 위한 이송스크류(42)를 지니고, 이송스크류(42)는 일단에서 감속기(46)를 개재하여 모터(44)에 연결된다. 냉각통(40)은 연소통(10)에서 분말형태로 배출되는 약 400℃ 정도의 탄화물을 고르게 냉각하면서 뭉치도록 하는 역할을 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각통(40)은 환형의 유로를 지닌 냉각 링(51)과, 냉각 링(51)에 배치되는 노즐(52)과, 노즐(52)을 통한 냉각매체의 분무상태를 조절하는 분무제어기(56)를 구비한다. 냉각통(40)의 외주면에 설치되는 냉각 링(51)은 내주면 상에 다수의 노즐(52)을 구비한다. 냉각매체는 물을 기본으로 사용하고 약간의 점도액과 공기를 포함할 수도 있다. 냉각 링(51)은 냉각관(54)을 개재하여 분무제어기(56)에 연결된다. 분무제어기(56)는 노즐(52)을 통해 분무되는 물의 양과 압력을 변동한다. 원재료(100) 탄화물은 냉각통(40)의 상류단에서 약 400℃ 내외의 온도로 유입되고 하류단에서 약 150℃ 내외의 온도로 배출된다.

이때, 냉각통(40)의 길이가 길어지는 경우 냉각수단(50)을 복수로 설치할 수 있으며, 이 경우 상류 측의 노즐(52)은 물 또는 일말의 점도액을 포함한 물을 분무하고 하류 측의 노즐(52)은 공기를 분무하도록 설정할 수도 있다. 물론 물이나 공기 외에 원료로 사용 시 점도를 유지하는 성분이나 연소를 촉진하는 성분을 포함시켜 분무할 수도 있다.

한편, 상기 냉각통(40)은 하류단에 연료를 설정된 형태의 펠렛으로 생성하도록 배출다이(48)를 구비하는 것도 가능하다. 배출다이(48)는 탄화물을 원형단면, 각형단면 등으로 배출하면서 일정 길이로 절단하는 기능도 포함한다. 배출다이(48)를 통과하면서 약 70~120℃ 내외(바람직하기로는 80~100℃ 내외)의 탄화물 펠렛이 배출된다.

도 2에서, 본 발명의 변형예에 따르면 상기 연소통(10)은 높이의 변동이 가능한 다수의 조절다리(35)를 구비하고, 조절다리(35) 중의 적어도 일부는 완충기(37)를 구비하는 구성도 가능하다. 본 발명의 수평식 연소통(10)은 수직식에 비하여 이송스크류(22)의 작동이 원활하지만 외형이 커질수록 모터(24)의 부담이 증가된다. 이러한 경우를 고려하여 연소통(10)의 저면에 다수의 조절다리(35)를 설치하여 연소통(10)의 구배를 허용하는 것이 바람직하다. 조절다리(35)는 높이의 가변이 가능한 잭(Jack) 또는 단순한 볼트구조로 설치된다. 특히, 상류단과 하류단을 제외한 중간의 조절다리(35)는 완충기(37)를 구비하면 좋다. 완충기(37)는 단순한 스프링을 사용할 수도 있으며, 연소통(10)에서 발생하는 진동을 완화하기도 한다.

물론, 냉각통(40)의 저면에도 연소통(10)과 마찬가지로 조절다리(35)를 설치할 수 있다. 어느 경우에나 연소통(10)과 냉각통(40)의 상대적인 운동을 허용하도록 배출관(28)은 적어도 부분적으로 플렉시블 관을 포함한다.

작동에 있어서, 산림잔여물 원재료(100)가 호퍼(16)를 통하여 내통체(11)의 상류단에 유입되고, 이송스크류(22)에 의하여 정해진 속도로 이송되면서 크게 3단계의 열분해 과정을 거치고, 약 2~30분 내에 원재료(100)로서의 탄화물(에너지 발생 연료) 활용 형태로 배출관(28) 쪽으로 배출되면서 냉각통(40)으로 투입되며, 다시 이송스크류(42)에 의하여 정해진 속도로 이송되면서 펠렛 등의 형태 원료로 생성된다.

이와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 호퍼(16)에 원재료(100)를 연속적으로 투입하더라도 순차적인 열분해를 거치면서 냉각통(40)의 배출다이(48)에서 원료가 연속적으로 생성된다. 연소통(10)의 길이를 작게는 몇 m에서 길게는 30m 이상으로도 형성할 수 있으므로 대량의 산림잔여물 원재료(100)를 순조롭게 효율적으로 처리할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 연소통 11: 내통체
12: 외통체 14: 격벽판
22, 42: 이송스크류 24, 44: 모터
28: 배출관 31: 버너
33: 열풍유도구 35: 조절다리
37: 완충기 40: 냉각통
48: 배출다이 50: 냉각수단
51: 냉각 링 52: 노즐
54: 냉각관 56: 분무제어기
100: 원재료

Claims

산림잔여물을 탄화하는 장치에 있어서:
내통체(11)와 외통체(12)의 사이에 격벽판(14)을 구비하고, 내통체(11)의 내부에 이송스크류(22)를 수용하며, 높이의 변동이 가능한 다수의 조절다리(35)와 함께 조절다리(35) 중의 적어도 일부는 완충기(37)를 구비하는 연소통(10);
상기 격벽판(14)으로 구분되는 가열공간의 내부에 각각 설치되는 다수개의 버너(31); 및
상기 연소통(10)의 하류단에 배출관(28)을 개재하여 연결되고, 이송스크류(42)로 이송하면서 냉각을 수행하며, 하류단에서 생성된 연료를 설정된 형태의 펠렛으로 생성하도록 배출다이(48)를 구비하는 냉각통(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수평 연속 방식의 탄화장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 연소통(10)은 단열성을 지닌 1개 이상의 격벽판(14)을 사용하여 2개 이상의 가열공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 수평 연속 방식의 탄화장치.
제1항에 있어서,,
상기 냉각통(40)은 환형의 유로를 지닌 냉각 링(51)과, 냉각 링(51)에 배치되는 노즐(52)과, 노즐(52)을 통한 냉각매체의 분무상태를 조절하는 분무제어기(56)를 구비하는 것을 특징으로 하는 수평 연속 방식의 탄화장치.
삭제