KR20100048135A - Apparatus for pretreatment of biomass - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A pretreatment apparatus for pretreating and transferring biomass is provided to prevent dilution of solvent and to enhance efficiency of pretreatment. CONSTITUTION: A pretreatment apparatus for pretreating and transferring biomass comprises: a transfer pipe(100) having a hollow; an injection(200) for inputting biomass, which is placed at one side of the transfer pipe; a screw(400) which is placed in the hollow of the transfer pipe and provides transfer driving force of biomass; and an outlet(300) which is placed at the other side of the transfer pipe and discharges biomass.

Description

바이오매스의 전처리 장치 {Apparatus for Pretreatment of Biomass}[0001] Apparatus for Pretreatment of Biomass [

바이오매스의 전처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이오매스를 전처리하고 이송하기 위한 장치로서, 바이오매스의 이송 통로로서 중공부를 갖는 이송관을 포함하고, 이송관 내부에 바이오매스의 이송 방향을 따라 형성된 가열관을 구비하며, 상기 가열관은 작동유체의 기체-액체 간의 상변화를 통하여 양단 사이에 잠열(latent heat)을 이용하여 열을 전달하는 전처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pretreatment apparatus for biomass, and more particularly to an apparatus for pretreating and transporting biomass, which comprises a conveyance pipe having a hollow portion as a conveyance passage for biomass, And the heating tube is a pretreatment device for transferring heat between latent heat and heat between a gas-liquid phase of a working fluid.

전세계적으로 화석 연료의 과다 사용에 따른 자원 고갈 및 환경오염에 대한 우려가 증가함에 따라 안정적이고 지속적으로 에너지를 생산하는 신재생 대체에너지 개념이 화두가 되고 있다. 그러한 대체에너지 개발의 일환으로 바이오매스 자원으로부터 알콜, 디젤, 수소 같은 각종 수용연료 등의 바이오에너지 (bioenergy) 를 생산하는 기술이 가장 주목을 받고 있다. As the global exhaustion of fossil fuels and concerns about environmental pollution increase, the concept of renewable and alternative energy that produces stable and sustainable energy is becoming a hot topic. As a part of the development of such alternative energy, the technology of producing bioenergy such as alcohol, diesel, hydrogen and various receiving fuel from biomass resources is receiving the most attention.

통상, 바이오매스는 화석 연료와 비교하여 꽤 풍부하면서도 상대적으로 저렴한 수집가능한 식물에서 유래된 물질들로 이루어진다. 또한 바이오매스는 잠재적 으로 공급 재료(feedstock)로 전환될 수 있거나 발전 용도로 사용될 수 있다. 바이오매스 소스는 예를 들어, 목재, 풀, 농업 및 농장 폐기물, 생물체 비료(manure), 폐지, 볏짚 또는 등겨, 옥수수 저장물, 옥수수 속대, 수수 줄기와 잎, 가금류 두엄, 사탕수수 바가스(sugarcane bagasse), 식물 오일 추출에 따른 폐기물, 땅콩 껍질, 코코넛 껍질, 갈가리 찢긴 수피(樹皮), 음식물 쓰레기, 대도시 쓰레기, 그리고 소도시 고체 폐기물을 들 수 있다. Typically, biomass is made up of materials that are quite abundant and relatively inexpensive to collect as compared to fossil fuels. Biomass can also be potentially converted to feedstock or used for power generation applications. The biomass source can be, for example, wood, grass, agricultural and farm wastes, manure, waste paper, rice straw or cornstarch, cornstalks, cornstalks and leaves, poultry manure, sugarcane bagasse, wastes from plant oil extraction, peanut shells, coconut shells, shredded bark, food waste, metropolitan garbage, and small-city solid waste.

이러한 바이오매스를 원료로 하여 에탄올이나 가스 등의 바이오에너지를 생산하기 위해서는 전처리(pretreatment) 과정이 필수적으로 요구된다. 이러한 전처리 과정을 통해 바이오매스 내의 탄수화물을 에탄올 발효가 가능한 발효성 당으로 전환할 수 있다. In order to produce bioenergy such as ethanol or gas using such biomass as a raw material, a pretreatment process is indispensably required. Through this pretreatment process, the carbohydrates in the biomass can be converted into fermentable sugars capable of ethanol fermentation.

대표적인 바이오매스 전처리 방법은 바이오매스를 고온고압 조건(예를 들어, 15기압/130도)에서 찌는 과정으로 대량 생산일 경우 배치 타입 방식을 이용한 공정은 효율성이 떨어지므로 압출기를 이용한 연속 공정이 활용되고 있다. Typical biomass pretreatment process is a process in which biomass is steamed under high temperature and high pressure conditions (for example, 15 atm / 130 degrees). In case of mass production, the process using batch type process is inefficient and continuous process using extruder is utilized have.

도 1에는 종래 고압증기를 공급하여 바이오매스를 전처리하는 장치가 모식적으로 도시되어 있다. FIG. 1 schematically shows an apparatus for pre-treating biomass by supplying high-pressure steam.

도 1을 참조하면, 전처리 장치는 바이오매스가 공급되는 투입구(20), 바이오매스가 가열 및 이송되는 이송관(10), 이송관(10)의 타 측에 설치되어 바이오매스를 배출하는 토출구(30), 및 이송관(10)의 내부에 장착된 스크류(40)로 이루어져 있다. 스크류(40)의 일 측에는 스크류(40)의 구동을 위한 모터(50)가 연결되어 있다. 또한, 이송관(10)의 외면에는 워터 자켓(60)이 장착되어 있는 바, 워터 자 켓(60)의 열이 이송관(10)을 통해 바이오매스에 가해짐으로써 바이오매스의 가열 및 전처리가 이루어진다. 1, the pretreatment apparatus includes a feed port 20 for feeding biomass, a feed pipe 10 for heating and conveying the biomass, a discharge port 10 for discharging the biomass, 30), and a screw (40) mounted inside the transfer pipe (10). A motor (50) for driving the screw (40) is connected to one side of the screw (40). The water jacket 60 is attached to the outer surface of the transfer pipe 10 so that the heat of the water jacket 60 is applied to the biomass through the transfer pipe 10, .

이러한 전처리 장치는 워터 자켓(60)을 이송관(10) 외부에 감아서 설치함으로써 열전도가 낮고 두꺼운 압출기와 워터자켓 효율 등에 의해 압출기 길이방향으로 균일한 고온 유지에 시스템적으로 어려움이 생길 수도 있다. In this pretreatment apparatus, the water jacket 60 is wound around the transfer pipe 10 to lower the thermal conductivity, resulting in a systematic difficulty in uniformly maintaining a high temperature in the longitudinal direction of the extruder due to a thick extruder and a water jacket efficiency.

구체적으로, 이러한 전처리 장치를 사용하여 30℃의 바이오매스를 130℃까지 가열하기 위해 투입되어야 하는 워터 자켓(60)의 온도를 예시적으로 살펴보면 하기와 같다. 장치 내의 바이오매스를 1개 Lumped Mass로 가정하고, 이송관(10)의 길이가 1 m, 내경이 (A3) 4.5 cm이고, 스크류의 외경(A4) 2.5 cm으로 하면, 바이오매스의 체적은 하기 식에서와 같다. Specifically, the temperature of the water jacket 60 to be charged to heat the biomass at 30 ° C to 130 ° C using the pretreatment apparatus will be described below. Assuming that the biomass in the apparatus is one lumped mass and the length of the transfer pipe 10 is 1 m, the inside diameter is 4.5 cm and the outside diameter of the screw is 2.5 cm, the volume of the biomass is As in the expression.

V=(A3-A4) × L ~ 1e-3 (m3) (1) → 바이오매스의 질량(M) = 1 (kg)V = (A3-A4) x L to 1e-3 (m 3 ) (1) Mass of biomass (M) = 1 (kg)

또한, 30℃의 바이오매스를 130℃까지 가열될 때, 바이오매스에 가해진 열량은 하기 식(4)에서와 같고, 바이오매스가 5분 동안 이송관을 통과했다면 초당 열량은 하기 식(3)과 같다.When the biomass at 30 캜 is heated to 130 캜, the amount of heat applied to the biomass is as shown in the following equation (4). If the biomass passes through the feed pipe for 5 minutes, same.

Q=M×Cp×dT =1000×1×(130-30) = 1e5 (cal) → 4.16e5J (2)Q = M 占 Cp 占 dT = 1000 占 1 占 (130-30) = 1e5 (cal)? 4.16e5J (2)

초당열량(W) = 4.16e5 / (60×5) = 1386 J/s (W) (3)(W) = 4.16e5 / (60x5) = 1386 J / s (W) (3)

이에, 1386 J/s의 초당열량을 가하기 위한 워터 자켓의 온도(x)를 도출하면, 열전달식 Q = k(스테인레스 스틸)×A2/L×(T1-T3)로부터 하기와 같이 652℃가 된다. Thus, when the temperature (x) of the water jacket for applying the heat per unit of 1386 J / s is derived, it becomes 652 ° C from the heat transfer equation Q = k (stainless steel) x A2 / L x (T1-T3) .

1386=16×(π × 0.03252 × 1)/(2e-2)×(x-130) 1386 = 16 占 (π × 0.0325 2 × 1) / (2e-2) × (x-130)

이와 같이, 바이오매스를 130℃로 유지하기 위해서는 워터 자켓의 온도를 652℃의 매우 고온으로 하여야 하므로 에너지 낭비가 생길 수 있다. As described above, in order to maintain the biomass at 130 ° C, the temperature of the water jacket needs to be set at a very high temperature of 652 ° C, which may waste energy.

더욱이, 워터 자켓의 경우 길이 방향으로 냉매의 열손실에 의해 온도 구배가 발생함으로써 바이오매스에 균일한 온도의 열을 가할 수 없다. Furthermore, in the case of a water jacket, a temperature gradient is generated due to the heat loss of the refrigerant in the longitudinal direction, so that heat of a uniform temperature can not be applied to the biomass.

작동유체의 상변화를 통하여 양단 사이에 잠열을 이용하여 열을 전달하는 가열관을 이송관 내부에 설치된 바이오매스의 전처리 장치를 제공하고자 한다. And a heat pipe for transferring heat using latent heat between the both ends through a phase change of the working fluid. The present invention provides a pretreatment apparatus for a biomass installed in a transfer pipe.

본 발명의 일 실시예에서 바이오매스를 전처리하고 이송하기 위한 장치는, 바이오매스의 이송 통로로서 중공부를 갖는 이송관을 포함하고, 이송관 내부에 바이오매스의 이송 방향을 따라 형성된 가열관을 구비하며, 상기 가열관은 작동유체의 기체-액체 간의 상변화를 통하여 양단 사이에 잠열(latent heat)을 이용하여 열을 전달하는 것으로 이루어져 있다. In an embodiment of the present invention, an apparatus for pretreating and transporting biomass includes a feed pipe having a hollow portion as a feed passage for biomass, and a heating pipe formed along the feed direction of the biomass in the feed pipe, , And the heating tube is configured to transfer heat through latent heat between both ends through a phase change between the gas and the liquid of the working fluid.

구체적인 예에서, 전처리 장치는 바이오매스의 이송 통로로서 중공부를 갖는 이송관; 상기 이송관의 일 측에 배치되고, 바이오매스를 투입하기 위한 주입구; 상 기 이송관의 중공부에 배치되고, 축회전에 의해 바이오매스의 이송 구동력을 제공하는 스크류; 및 상기 이송관의 타 측에 배치되고, 바이오매스를 배출하기 위한 토출구;를 포함하고, 상기 바이오매스에 균일한 열을 가할 수 있도록, 이송관 내부에 바이오매스의 이송 방향을 따라 형성된 가열관을 구비하며, 상기 가열관은 작동유체의 기체-액체 간의 상변화를 통하여 양단 사이에 잠열을 이용하여 열을 전달하는 것으로 이루어질 수 있다. In a specific example, the pretreatment device comprises a feed pipe having a hollow portion as a feed passage of the biomass; An inlet disposed at one side of the transfer pipe for inputting biomass; A screw disposed in the hollow portion of the conveyance pipe to provide a feed driving force of the biomass by rotation of the shaft; And a discharge port disposed on the other side of the transfer pipe for discharging the biomass. In order to apply uniform heat to the biomass, a heating pipe formed along the transfer direction of the biomass inside the transfer pipe The heating pipe may transmit heat between the both ends through a phase change between gas and liquid of the working fluid by using latent heat.

상기 작동유체는 기-액 상변화 온도를 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 소망하는 가열 온도에 따라 다를 수 있다. 상기 가열 온도는 전처리 대상인 바이오매스의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 가열 온도가 작동 유체의 융점 및 임계점 사이에 있도록 설정할 수 있다. The working fluid may be appropriately selected in consideration of the vapor-liquid phase change temperature, and may be different depending on a desired heating temperature. The heating temperature may vary depending on the kind of the biomass to be pretreated, and the heating temperature may be set to be between the melting point and the critical point of the working fluid.

하나의 예에서, 상기 가열관은 가늘고 긴 진공관 내에 작동유체가 채워져 있는 구조로서, 일 단부는 열원에 의해 작동유체가 기화되는 부위인 증발부이고, 타 단부는 기체의 방열에 의해 액화되는 응축부로 이루어질 수 있다. 즉, 열원에 의해 증발부에서 유체의 기화가 일어나고, 기체가 관을 따라 이동하면서 응축부에서 액화됨에 따라 열을 발산할 수 있다. In one example, the heating tube has a structure in which a working fluid is filled in an elongated vacuum tube, and one end is an evaporation portion that is a portion where the working fluid is vaporized by a heat source and the other end is a condensation portion that is liquefied by heat dissipation Lt; / RTI > That is, the vaporization of the fluid occurs in the evaporation portion by the heat source, and the heat can be dissipated as the gas moves along the pipe and is liquefied in the condensation portion.

이러한 구조의 가열관에서 발열은 응축부에서 발생하는 바, 상기 응축부는 이송관의 내부에 위치하고 증발부는 이송관의 외부, 특히 토출구 측에 위치시킬 수 있다. In the heating pipe having such a structure, heat is generated in the condensing portion, and the condensing portion is located inside the transfer pipe, and the evaporating portion can be located outside the transfer pipe, particularly at the discharge port side.

이 때, 상기 작동유체는 별도의 외력을 가하지 않고 증발부로 복귀될 수 있는 바, 예를 들어, 중력, 모세관력, 구심력, 정전기력, 자력, 삼투압력 및 기포력 중 어느 하나 이상에 의해 증발부로 복귀될 수 있다. At this time, the working fluid can be returned to the evaporator without applying any external force. For example, the working fluid is returned to the evaporator by at least one of gravity, capillary force, centripetal force, electrostatic force, magnetic force, osmotic pressure, .

구체적인 예에서, 상기 증발부를 응축부보다 하부에 위치시키는 경우 중력에 의해 액화된 작동유체가 응축부로부터 증발부로 복귀될 수 있다. In a specific example, when the evaporating portion is positioned below the condensing portion, the working fluid liquefied by gravity may be returned from the condensing portion to the evaporating portion.

또 다른 예에서, 상기 진공관의 내벽에 모세관력을 제공할 수 있는 소정의 구조(모세관력 제공 구조)를 형성함으로써 작동유체가 모세관력에 의해 증발부로 복귀되도록 할 수 있다. 상기 모세관력 제공 구조는 예를 들어, 금속막(screen) 구조, 금속분말 소결체 구조, 그루브(groove) 구조, 관(artery) 구조, 평판(slab) 구조, 복합 윅(composite wick) 구조, 및 단일 그루브(mono-groove) 구조 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In another embodiment, the working fluid may be returned to the evaporator by the capillary force by providing a predetermined structure (capillary force providing structure) capable of providing a capillary force to the inner wall of the vacuum tube. The capillary force providing structure may include, for example, a metal screen structure, a metal powder sintered structure, a groove structure, an artery structure, a slab structure, a composite wick structure, But may be any one of a mono-groove structure, but is not limited thereto.

상기 가열관은 작동 유체를 담지할 수 있는 형태라면 제한되지 않으며, 하나의 예에서 중공 구조의 원통형 관의 형태일 수 있다. The heating tube is not limited as long as it can carry a working fluid, and may be in the form of a cylindrical tube of hollow structure in one example.

상기 가열관은 바이오매스에 균일한 열을 가할 수 있도록, 이송관 내부에 위치할 수 있다. The heating tube may be located inside the transfer tube so as to apply uniform heat to the biomass.

하나의 예에서, 상기 가열관은 이송관 내부에 위치하는 스크류에 배치될 수 있고, 예를 들어 스크류의 중앙부 또는 외주부에 배치될 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 가열관은 이송관의 내면에 배치될 수 있다.In one example, the heating tube may be disposed in a screw located inside the transfer tube, for example, at the center or outer periphery of the screw. In another example, the heating tube may be disposed on the inner surface of the transfer tube.

상기 이송관의 길이 방향으로 온도 편차는 ±10℃ 이내일 수 있다. The temperature deviation in the longitudinal direction of the transfer pipe may be within 占 0 占 폚.

상기 가열관은 높은 열전도율을 발휘할 수 있으며, 열전도도(W/m℃)가 1500 ~ 2500 일 수 있다. The heating tube may exhibit a high thermal conductivity and may have a thermal conductivity (W / m ° C) of 1500 to 2500.

경우에 따라, 상기 이송관의 외면에는 바이오매스에 대한 국부적인 가열 또 는 냉각을 위해 가열 장치 및/또는 냉각 장치가 추가로 형성될 수 있다. In some cases, a heating device and / or a cooling device may be additionally formed on the outer surface of the transfer pipe for local heating or cooling of the biomass.

상기 가열관은 하나 이상일 수 있는 바, 이송관의 크기에 따라 복수 개가 포함되어 있을 수 있다. The number of the heating pipes may be one or more, and may be plural depending on the size of the transfer pipe.

또한, 상기 이송관 내에는 내부 온도를 측정하고 조절하기 위해 온도 센서가 구비되어 있을 수 있으며, 구체적인 예에서, 상기 온도 센서는 가열관의 증발부와 연결되어 있을 수 있다. 이 경우 열원으로부터 증발부로 열을 공급하지 않거나 공급함으로써 내부 온도를 낮추거나 높일 수 있다. In addition, a temperature sensor may be provided in the transfer tube to measure and control the internal temperature. In a specific example, the temperature sensor may be connected to the evaporator of the heating tube. In this case, the internal temperature can be lowered or increased by not supplying or supplying heat from the heat source to the evaporator.

이러한 바이오매스의 전처리 장치는, 에너지효율이 우수할 뿐만 아니라, 수분량 증가가 수반되지 않아 용매의 희석이 발생하지 않고 균일한 가열이 가능하므로 전처리의 효율성을 크게 높일 수 있다는 장점이 있으므로, 산업적 효용가치가 우수하다.Such a pretreatment apparatus for biomass is excellent in energy efficiency and can be heated uniformly without dilution of the solvent since moisture content is not increased. Therefore, the efficiency of the pretreatment can be greatly increased, .

이하, 본 발명의 이점들과 특징들 및 이를 수행하는 방법들이 하기 실시예들에 대한 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조함으로써 더욱 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 여기서 언급한 실시예들로만 한정되어 구성되는 것은 아니다. Hereinafter, advantages and features of the present invention and methods of performing the same will be more readily understood by reference to the following detailed description of the embodiments and the accompanying drawings. However, it should be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention.

바이오매스를 전처리하고 이송하기 위한 장치와 관련하여, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리 장치가 모식적으로 도시되어 있는 바, 이를 참조하여 구체적으로 살펴본다. Referring to FIG. 2, a pretreatment apparatus according to an embodiment of the present invention is schematically illustrated with reference to FIG. 2, in connection with an apparatus for pretreatment and transferring biomass.

본 실시예에 따른 전처리 장치는, 바이오매스의 이송 통로로서 중공부를 갖는 이송관(100); 상기 이송관의 일 측에 배치되고, 바이오매스를 투입하기 위한 주입구(200); 상기 이송관의 중공부에 배치되고, 축회전에 의해 바이오매스의 이송 구동력을 제공하는 스크류(400); 및 상기 이송관의 타 측에 배치되고, 바이오매스를 배출하기 위한 토출구(300);를 포함하는 것으로 이루어져 있다. The pretreatment apparatus according to the present embodiment includes: a conveyance pipe 100 having a hollow portion as a conveyance passage of the biomass; An injection port (200) disposed at one side of the transfer pipe for inputting biomass; A screw (400) disposed in the hollow portion of the conveyance pipe and providing feed driving force of biomass by shaft rotation; And a discharge port (300) disposed on the other side of the transfer pipe for discharging the biomass.

상기 이송관(100)의 내부에는 바이오매스에 균일한 열을 가할 수 있도록, 바이오매스의 이송 방향을 따라 형성된 가열관(600)이 구비되어 있는 바, 상기 가열관(600)은 기체-액체 간의 상변화를 통하여 양단 사이에 잠열을 이용하여 열을 전달할 수 있도록 이루어져 있다. 이처럼 가열관(600)은 작동 유체의 상태 변화에 수반하는 잠열을 이용하기 때문에 근소한 온도차로도 대량의 열을 신속히 열교환하고 수송할 수 있다.The heating tube 600 is disposed inside the transfer tube 100 along the transfer direction of the biomass so as to apply uniform heat to the biomass. The heating tube 600 includes a gas- So that the heat can be transferred between the both ends through the phase change using latent heat. Since the heating pipe 600 utilizes the latent heat accompanying the state change of the working fluid, a large amount of heat can be rapidly heat-exchanged and transported even at a slight temperature difference.

이와 같이 구성된 전처리 장치는 소정의 가열관(600)이 이송관(100)의 내부에 형성되어 있어서 열전달 길이를 줄임으로써 에너지 낭비를 최소화할 수 있다. 또한, 종래 고압 증기를 공급함으로써 바이오매스를 가열하였던 것과는 달리, 가열관을 통해 열 전달을 수행함으로써 수분량 증가가 수반되지 않아 용매의 희석이 발생하지 않는다. 뿐만 아니라, 기-액간 상변화에 의한 열전달 시스템으로 균일한 가열이 가능하므로 전처리의 효율성을 크게 높일 수 있다는 장점이 있다.In the pretreatment apparatus having such a structure, a predetermined heating pipe 600 is formed inside the transfer pipe 100 to reduce the heat transfer length, thereby minimizing energy waste. Further, unlike the conventional method of heating the biomass by supplying the high-pressure steam, the heat transfer is performed through the heating tube, so that the moisture content is not increased and dilution of the solvent does not occur. In addition, since the heating system can uniformly heat the heat transfer system due to phase-to-liquid phase change, the efficiency of the pretreatment can be greatly increased.

상기 가열관(600)의 하나의 예시적인 구조가 도 3에 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 가열관(600)은 가늘고 긴 진공관(610) 내에 작동유체(620)가 채워져 있는 구조로서, 일 단부는 열원에 의해 작동유체(620)가 기화되는 부위인 증발부(630)이고, 타 단부는 기체의 방열에 의해 액화되는 응축부(640)로 이루어져 있다. One exemplary structure of the heating tube 600 is shown in FIG. 3, the heating tube 600 has a structure in which a working fluid 620 is filled in an elongated vacuum tube 610, and one end of the heating tube 600 has an evaporator portion 630 at which a working fluid 620 is vaporized by a heat source ), And the other end portion is composed of a condensing portion 640 which is liquefied by heat dissipation of the gas.

이러한 구조에서, 상기 가열관(600)의 열 발산 과정을 살펴보면, 열원에 의해 증발부(630)에서 작동유체(620)의 기화가 일어나고, 기화된 작동유체(620)는 증발부(630) 와 응축부(640) 사이의 압력구배에 의하여 응축부(640) 로 단열 이동된다. 응축부(640) 에서 기화된 작동유체(620)는 열을 빼앗기고 다시 포화된 액체로 응축된다. 즉, 기체가 진공관을 따라 이동하면서 응축부(640)에서 액화됨에 따라 기체-액체 간의 상변화를 통하여 양단 사이에 잠열을 이용하여 열을 발산할 수 있다. In this structure, in the heat dissipating process of the heating tube 600, the working fluid 620 is vaporized in the evaporator 630 by the heat source, and the vaporized working fluid 620 is evaporated in the evaporator 630 And is adiabatically moved to the condenser 640 by a pressure gradient between the condenser 640. The working fluid 620 vaporized in the condenser 640 is deprived of heat and condensed again into a saturated liquid. That is, as the gas moves along the vacuum tube and becomes liquefied in the condenser 640, heat can be dissipated between the both ends through the phase change between the gas and the liquid using the latent heat.

이러한 구조의 가열관(600)은 길이 방향으로 열손실을 최소화하여 열을 전달함으로써 높은 열전도율을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 가열관(600)에서 길이 방향의 온도는 해당 부위의 기체압력에 해당되는 포화온도로 형성되는데 가열관(600)은 길이 방향으로 압력강하가 거의 없어서 결과적으로 온도가 일정하게 분포된다는 장점이 있다. The heating tube 600 having such a structure can exhibit a high thermal conductivity by minimizing heat loss in the longitudinal direction and transmitting heat. In addition, the temperature in the longitudinal direction of the heating tube 600 is formed to a saturation temperature corresponding to the gas pressure of the corresponding portion. The heating tube 600 has a substantially uniform temperature distribution .

따라서, 바이오매스에 균일한 열을 가함으로써 바이오매스의 국부적인 열화 및 과분해를 방지할 수 있으므로 전처리 효율을 크게 향상시킬 수 있다. Therefore, by applying uniform heat to the biomass, it is possible to prevent the local deterioration and overdispersion of the biomass, thereby greatly improving the pretreatment efficiency.

상기 증발부(630)에는 열원을 통해 열이 공급됨으로써 기화가 유도되므로, 상기 증발부(630)는 열원이 공급되기 용이하도록 이송관의 외부, 특히 토출구 측에 위치시킬 수 있다. 반면, 상기 응축부(640)는 이송관의 내부에 위치할 수 있다. Since the evaporation unit 630 is supplied with heat through a heat source to induce vaporization, the evaporation unit 630 can be positioned outside the transfer pipe, particularly at the discharge port side, so as to easily supply the heat source. On the other hand, the condenser 640 may be located inside the transfer pipe.

상기 작동유체(620)는 기-액 상변화 온도를 고려하여 소망하는 가열 온도에 따라 다를 수 있다. 상기 가열 온도는 전처리 대상인 바이오매스의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 가열 온도가 작동 유체의 융점 및 임계점 사이에 있도록 설정할 수 있다. The working fluid 620 may vary depending on the desired heating temperature in consideration of the vapor-liquid phase change temperature. The heating temperature may vary depending on the kind of the biomass to be pretreated, and the heating temperature may be set to be between the melting point and the critical point of the working fluid.

하나의 예에서, 상기 작동유체(620)는 중력 및/또는 모세관력에 의해 별도의 외력을 가하지 않고 증발부(630)로 복귀됨으로써 순환될 수 있다. In one example, the working fluid 620 can be circulated by returning to the evaporator 630 without applying any external force due to gravity and / or capillary force.

구체적인 예에서, 상기 증발부(630)를 응축부(640)보다 하부에 위치시키는 경우 중력에 의해 액화된 작동유체(620)가 응축부(640)로부터 증발부(630)로 복귀될 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 진공관의 내벽에 모세관력을 제공할 수 있는 소정의 구조(모세관력 제공 구조)를 형성함으로써 작동유체(620)가 모세관력에 의해 증발부(630)로 복귀되도록 할 수 있다. When the evaporator 630 is positioned below the condenser 640, the working fluid 620 liquefied by the gravity can be returned to the evaporator 630 from the condenser 640. In another example, by forming a predetermined structure (capillary force providing structure) capable of providing a capillary force to the inner wall of the vacuum tube, the working fluid 620 can be returned to the evaporator 630 by the capillary force .

도 3에는 모세관력 제공 구조의 일 예로서, 그루브 구조를 도시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 모세관력 제공 구조는 예를 들어, 금속막(screen) 구조, 금속분말 소결체 구조, 그루브(groove) 구조, 관(artery) 구조, 평판(slab) 구조, 복합 윅(composite wick) 구조, 및 단일 그루브(mono-groove) 구조 중 어느 하나일 수 있다. 3, the capillary force providing structure may include, for example, a metal screen structure, a metal powder sintered structure, a groove structure, May be any one of a structure, an artery structure, a slab structure, a composite wick structure, and a mono-groove structure.

상기 가열관(600)은 작동 유체를 담지할 수 있고, 이송관(100) 내부에 배치될 수 있는 형태라면 제한되지 않으며, 하나의 예에서 중공 구조의 원통형 관의 형 태일 수 있다. The heating pipe 600 is not limited as long as it can support the working fluid and can be disposed inside the transfer pipe 100, and in one example, it can be a hollow cylindrical pipe.

상기 가열관(600)은 이송관의 내부에 위치하는 바, 도 2는, 가열관(600)이 스크류의 중앙부에 1개 배치된 구조가 예시적으로 도시되어 있으나, 상기 가열관(600)의 위치는 이송관 내부라면 특별히 제한되지 않는다. 2 shows a structure in which a heating tube 600 is disposed at a central portion of a screw. However, the heating tube 600 is not limited to the structure shown in FIG. The position is not particularly limited as long as it is inside the transfer pipe.

일 예에서, 상기 가열관(600)은 상기 스크류 내부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 가열관(600)은 스크류 내부의 중앙부 또는 외주부에 배치될 수 있으며, 가열관(600)이 스크류 내부의 중앙부에 1 개 배치된 구조가 도 2에 예시적으로 도시되어 있고, 도 4-A에는 상기 가열관(600)이 스크류의 외주부에 4개 배치된 구조가 예시적으로 도시되어 있다. In one example, the heating tube 600 may be located within the screw. For example, the heating tube 600 may be disposed at a central portion or an outer peripheral portion of the screw, and a structure in which the heating tube 600 is disposed at a central portion inside the screw is illustrated in FIG. 2, 4A shows an exemplary structure in which four heating tubes 600 are arranged on the outer circumferential portion of the screw.

또 다른 예에서, 도 4-B에 도시된 바와 같이, 상기 가열관(600)은 이송관(100)의 내면에 배치될 수도 있다. 이 때, 효율적인 가열을 위하여 가열관(600)은 이송관(100) 내면에서 일정한 간격으로 2 개 이상 배치될 수 있다. In another example, the heating tube 600 may be disposed on the inner surface of the transfer tube 100, as shown in FIG. 4-B. At this time, two or more heating pipes 600 may be disposed at an interval on the inner surface of the transfer pipe 100 for efficient heating.

경우에 따라, 도 4-C에 도시된 바와 같이, 상기 이송관(100)의 외면에는 바이오매스에 대한 국부적인 가열 또는 냉각을 위해 가열 장치 및/또는 냉각 장치가 추가로 형성될 수도 있다. In some cases, as shown in FIG. 4-C, a heating device and / or a cooling device may be additionally formed on the outer surface of the conveyance pipe 100 for local heating or cooling of the biomass.

상기 가열관(600)은 하나 이상일 수 있으며, 이송관(100)의 크기에 따라 복수 개가 포함되어 있을 수 있다. The number of the heating pipes 600 may be one or more, and a plurality of the heating pipes 600 may be included depending on the size of the transfer pipe 100.

또한, 상기 이송관 내에는 내부 온도를 측정하고 조절하기 위해 온도 센서가 구비되어 있을 수 있고, 구체적인 예에서, 상기 온도 센서는 가열관의 증발부(630)와 연결되어 있을 수 있다. 이 경우 열원으로부터 증발부(630)로 열을 공급하지 않거나 공급함으로써 내부 온도를 낮추거나 높일 수 있다. In addition, the conveyance pipe may be provided with a temperature sensor for measuring and controlling the internal temperature. In a specific example, the temperature sensor may be connected to the evaporator 630 of the heating pipe. In this case, the internal temperature can be lowered or increased by supplying or not supplying heat from the heat source to the evaporator 630.

이러한 전처리 장치에서 상기 이송관(100)의 길이 방향으로 온도 편차는 ±10℃ 이내일 수 있다. In this preprocessing apparatus, the temperature deviation in the longitudinal direction of the transfer pipe 100 may be within ± 10 ° C.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

도 1은 종래 기술에 따른 바이오매스 전처리 장치의 모식도이다; 1 is a schematic diagram of a conventional biomass pretreatment apparatus;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스 전처리 장치의 모식도이다;2 is a schematic diagram of a biomass pretreatment apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 예시적인 가열관 구조의 단면도이다;Figure 3 is a cross-sectional view of an exemplary heating tube structure of the present invention;

도 4는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 바이오매스 전처리 장치의 모식도이다.4 is a schematic diagram of a biomass pretreatment device according to various embodiments of the present invention.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>DESCRIPTION OF THE RELATED ART [0002]

10, 100: 이송관 20, 200: 주입구10, 100: transfer pipe 20, 200: injection port

30, 300: 토출구 40, 400: 스크류30, 300: discharge port 40, 400: screw

50, 500: 모터 600: 가열관50, 500: motor 600: heating tube

Claims (9)

바이오매스의 이송 통로로서 중공부를 갖는 이송관; 상기 이송관의 일 측에 배치되고, 바이오매스를 투입하기 위한 주입구; 상기 이송관의 중공부에 배치되고, 축회전에 의해 바이오매스의 이송 구동력을 제공하는 스크류; 및 상기 이송관의 타 측에 배치되고, 바이오매스를 배출하기 위한 토출구;를 포함하고, A conveyance pipe having a hollow portion as a conveyance passage of the biomass; An inlet disposed at one side of the transfer pipe for inputting biomass; A screw disposed in the hollow portion of the feed pipe to provide a feed driving force of the biomass by rotation of the shaft; And a discharge port disposed on the other side of the transfer pipe for discharging the biomass, 상기 바이오매스에 균일한 열을 가할 수 있도록, 이송관 내부에 바이오매스의 이송 방향을 따라 형성된 가열관을 구비하며, 상기 가열관은 작동유체의 기체-액체 간의 상변화를 통하여 양단 사이에 잠열(latent heat)을 이용하여, 이송관 내부의 온도분포를 균일하게 하면서 열을 전달하는, 바이오매스를 전처리하고 이송하기 위한 전처리 장치. And a heating tube formed along the feeding direction of the biomass in the transfer tube so as to apply uniform heat to the biomass. The heating tube is disposed between the both ends through a phase change between the gas and the liquid of the working fluid, A pretreatment device for pre-treating and transporting biomass that uses heat and latent heat to transfer heat while uniformizing the temperature distribution inside the transfer pipe. 제 1 항에 있어서, 상기 가열관은 가늘고 긴 진공관 내에 작동유체가 채워져 있는 구조로서, 일 측은 열원에 의해 작동유체가 기화되는 부위인 증발부이고, 타 측은 기체의 방열에 의해 액화되는 응축부이며, 증발부와 응축부 사이에 단열부가 형성되는 전처리 장치.The condenser according to claim 1, wherein the heating tube is a condenser in which a working fluid is filled in an elongated vacuum tube, one of which is an evaporation portion that is a portion where the working fluid is vaporized by a heat source, And a heat insulating portion is formed between the evaporating portion and the condensing portion. 제 2 항에 있어서, 상기 작동유체는 진공관의 내벽에 형성된 모세관력 제공 구조에 의한 모세관력에 의해 증발부로 복귀되는 전처리 장치. The pretreatment apparatus according to claim 2, wherein the working fluid is returned to the evaporator by a capillary force by a capillary force providing structure formed on an inner wall of a vacuum tube. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 증발부는 응축부보다 하부에 위치하여 작동유체의 중력을 이용하는 전처리 장치. The pretreatment device according to claim 2 or 3, wherein the evaporator is located below the condenser and uses the gravity of the working fluid. 제 1 항에 있어서, 상기 가열관은 스크류의 중앙부, 스크류의 외주부, 및 이송관의 내면 중 하나 이상의 부위에 배치되는 전처리 장치. The pretreatment apparatus according to claim 1, wherein the heating tube is disposed at at least one of a central portion of the screw, an outer peripheral portion of the screw, and an inner surface of the transfer tube. 제 1 항에 있어서, 상기 이송관의 외면에 가열 장치 및/또는 냉각 장치가 추가로 형성된 전처리 장치.The pretreatment apparatus according to claim 1, further comprising a heating device and / or a cooling device on an outer surface of the conveyance pipe. 제 1 항에 있어서, 이송관의 내부에 온도 센서가 구비되어 있고, 상기 온도 센서는 가열관의 증발부와 연결되어 있어서 이송관 내의 온도를 조절하는 전처리 장치. The pretreatment apparatus according to claim 1, wherein a temperature sensor is provided inside the conveyance pipe, and the temperature sensor is connected to the evaporation portion of the heating pipe to adjust the temperature in the conveyance pipe. 제 1 항에 있어서, 상기 이송관의 길이 방향으로 온도 편차가 ±10℃ 이내인 전처리 장치. The pretreatment apparatus according to claim 1, wherein the temperature deviation in the longitudinal direction of the conveyance pipe is within 占 0 占 폚. 제 1 항에 있어서, 상기 전처리 장치는 바이오매스의 전처리를 위한 반응 용매가 투입될 수 있는 개폐식 밸브를 포함하는 전처리 장치. [2] The pretreatment apparatus according to claim 1, wherein the pretreatment apparatus includes a retractable valve into which reaction solvent for pretreatment of biomass can be injected.
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