KR0153137B1 - 고체연료 조성물 및 고체연료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구항에 기재된 발명이 속하는 기술분야

육류 등의 구이용으로 사용되는 고체연료의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적과제

농산물 및 임산물의 가공시에 부산되어 공해의 요인이 되는 목분등의 연료화와 육류등의 열처리 가공시 독특한 미감을 가지는 고체연료를 제조하는 데 본 발명의 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 상기의 기술적과제를 해결하기 위하여 고체연료의 조성을 연소재로서 13내지 17%(w/w)의 목분과, 35내지 40%(w/w)의 활성탄과, 석탄 분말과 숯 분말의 단독 또는 혼합물 18내지 22%(w/w)를 사용하고, 10내지 15%(w/w) 점결제 및 탄소수 1내지 4의 단독 또는 혼합알콜 6내지 8%(w/w)로 하고 이와같이 조성된 원재료를 혼련기에서 충분히 혼련시킨후 몰드에 넣고 350내지 400Kg/㎠의 압력으로 가압성형하거나 또는 압출성형기에의한 압출 및 절단하여 고체연료를 제조함으로서 훈제효과를 같은 고체연료를 제조할 수 있었다.

4. 발명의 중요한 용도

요식업계 및 야외에서 사용되는 바베큐용 숯의 대용품 및 숯등의 착화제로서의 용도를 갖는다.

Description

[발명의 명칭]

고체연료 조성물 및 고체연료의 제조방법

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 육류 등의 구이용으로 사용되는 고체연료의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게는 건조시킨 야자박, 톱밥 및 미분당 등의 농, 임산 가공 폐기물을 주원료로서 사용하여 연소시에 유독가스 및 연기가 방출되지 않는 고체연료를 제조하는 방법에 관한 것이다.

농, 임산 및 광산물의 가공 처리 과정에서 부산되는 산업 폐기물의처리문제가 국가적으로 심각한 상태에 이르게 됨에 따라, 이러한 폐기물을 난방 및 조리용 연료로 사용하여 폐자원의 활용도를 높이는 방법에 대한 연구가 최근에 들어 크게 각방받고 있는 추세이다.

종래에는 구공탄 등을 성형하는 과정이나, 성형 후 이송하는 도중에 성형체간의 마찰이나 파괴로 얻어지는 탄분말을 주원료로 하여 높은 연소성을 가지며 우수한 열원으로서 사용될 수 있는 고체연료를 제조하는 방법 및 목가공 폐기물로서의 톱밥을 압착처리한 후 탄화시켜 고체연료를 제조하는 방법이 일반적으로 이용 되었다.

그러나 톱밥의 경우에 압착에 필요한 압력이 1마력 이상의 고압이 필요하고, 석탄분말의 경우에는 압착후의 점착력 부족으로 인하여 일정 크기로 압축성형하였을 경우에도 표면강도가 매우 약한 상태이므로 운송이나 보관시 표면마모로 인해 원형이 쉽게 파괴되거나 분진이 발생하는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같이 연료분의 점착성 부족으로 발생하는 문제점을 해결하기 위한 기술로서는, 카르복시메틸셀룰로스의 나트륨염과 호화전분으로 조성된 조연성 점착제를 사용함을 특징으로 하여 이를 갈탄미분, 폐피혁, 저질탄 등의 연료분과 혼합함으로써 고점착도를 갖는 고체연료의 제조방법이 대한민국 특허 공고 번호 제90-3790호에 의하여 공지된 바 있다.

이러한 방법은 종래의 갈탄 등과 같은 저질탄 분말로 된 연료의 점착력을 향상시킬 수 있고, 또한 점착제의 일 조성성분으로서 첨가되는 카르복시메틸셀룰로스나트륨의 역할에 의하여 연료의 연소를 일부 촉진할 수 있다는 장점을 가지고 있는 것으로 발표하고 있다.

그러나 상기한 갈탄 등과 같은 저질탄의 연료재는 탄소이외에 유황, 질소분등을 함유하고 있어 유황산화물, 질소산화물등의 기체가 발생하게 되며, 청화 후 발화가 시작될 때까지의 시간이 많이 소요되고, 발화 후 연료의 산화 발열반응에 필요한 충분한 크기의 활성화 열 에너지가 짧은 시간내에 연료 전체에 공급되지 않을 경우에는 불완전 연소에 의하여 일산화탄소 가스가 다량 발생하게 된다.

따라서, 이렇게 제조된 석탄계 연료재 고체연료를 요식업소 등에서 숯불 구이용으로 이용하기 위해서는 외부에서 발화시켜 일정한 정도까지 착화시킨 후 실내에서 사용해야 하기 때문에 외부공간에 별도로 화로 등과 같은 착화시설을 마련하여야 하는 번거로움이 있을 뿐 아니라, 이때 발생하게 되는 유독가스로 인하여 착화 단계의 사용자가 착화작업을 기피하는 문제점이 있었다.

또한 상기한 점착제로 사용되는 호화전분은 수산화나트륨, 수산화칼슘, 황화칼슘시아네이트, 요오드칼륨, 질산암모니아, 질산은, 고농도 염화물 또는 이들의 혼합물을 첨가 혼합하여 전분의 미세한 세포구조를 파괴시켜 점결성을 부여한 것으로서, 연소시 불연소분의 기체화를 줄일 수 있다는 장점이 있는 것으로 보고되고 있으나, 연료제조의 전체공정에 있어서 호화전분의 제조에 필요한 공정이 별도로 추가되어야 하고, 연소도중 질소산화물이나 유황산화물 등의 유독성 가스가 발생될 수 있으며, 더우기 제조시 첨가되는 화학약품들이 대체로 고가이기 때문에 생산원가의 상승요인으로 작용하는 문제점이 있었다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과, 대한민국 특허 출원 제95-343925호로 고체연료 및 그의 제조방법에 대하여 출원한 바 있다.

불연소 특성에 의한 유독가스의 발생이 거의 없는 건조된 목분 및 연소 초기에 발생되는 CO등의 유독가스를 흡착, 제거하는 작용을 하는 활성탄을 연료재로서 사용하고, 설탕의 제조과정 중 잔류 폐기되는 미분당을 셀룰로스와 함께 아세톤 등의 유기용매에 용해시켜 상기한 연료재의 점착을 위한 점결재로 사용하며, 여기에 알콜을 첨가하는 것으로서, 27내지 32%(w/w)의 목분과, 38내지 43%(w/w)의 활성탄과 8내지 12%(w/w) 셀룰로스와, 12내지 15%(w/w)의 미분당과, 3내지 5%(w/w)의 단독 또는 혼합된 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 크실렌등의 유기용매 및 탄소수 1내지 4의 단독 또는 혼합알콜 6내지 8%(w/w)의 조성으로 이루어진다.

상기의 본 발명자에 의한 출원의 상기한 조성비의 고체연료는 착화시간이 매우 짧고 발화시 질소산화물 또는 유황산화물 등의 유독가스의 발생이 없으며, 레저용이나 요식업소 등에서의 조리용 연료로 사용하고자 할때 별도의 착화시설에서 일정시간 착화시키는 과정이 없이 화덕내에서 직접 점화 및 착화하여 사용 할 수 있고, 제조시 연료재의 점착을 위해 첨가되는 점결제의 제조를 위한 별도의 제조공정이 필요하지 않을 뿐만 아니라, 그 조성성분 등의 일부로서 산업폐기물을 이용함으로서 환경공해의 유발요인의 제거에 이바지할 수 있었다.

그러나 본 발명자는 상기 선출원 발명의 고체연료는 상대적으로 고가인 활성탄등을 사용함으로서 생산원가가 상승되며, 연료자체의 연소가 활발하여 사용시간이 상대적으로 짧아지게 되어 사용자에 대한 상품화에 문제가 있었다.

본 발명자는 상기에서와 같은 문제점을 해결할 목적으로 연구를 거듭한 결과 상기의 선출원을 개량한 본 발명을 완성하게 되었다.

상기에서 기 설명한 바와같이 활성탄은 그 가격이 비교적 높은 관계로 인하여 생산원가를 상승시키는 요인이 되며, 이러한 이유로 활성탄의 함량비를 줄이게 되면 생산원가는 감소시킬 수 있지만 유, 무기 독성물질에 대한 흡착 효과는 크게 감소하는 문제점을 해결하고, 활발하게 진행되는 연소기간을 지연시켜 오랜시간동안 사용할 수 있는 착화제 및 그 착화제의 이용방법을 발명하게 된 것이다.

본 발명의 고체연료는 연소재로서 13내지 17%(w/w)의 목분과, 35내지 40%(w/w)의 활성탄과, 석탄 분말과 숯 분말의 단독 또는 혼합물 18내지 22%(w/w)를 사용하고, 10 내지 15%(w/w) 점결제 및 탄소수 1내지 4의 단독 또는 혼합알콜 6내지 8%(w/w)로 조성된다.

상기 연소재의 구성 요소 중 목분은 식물성의 셀룰로우스를 주성분으로 하고 있어 연소후 약간의 회분만을 남기고 거의 산화되는 특성을 이용하기 위한 것이고, 활성탄의 경우에 있어서는 연소재로서의 기능을 가질 뿐만아니라 초기 연소시 발생될 수 있는 유독성 가스의 흡착을 하여 유독가스의 발생을 방지하기 위한 것이며, 숯 분말과 석탄 분말의 단독 또는 혼합물은 연료의 연소속도 조절 및 활성탄의 함유비율을 감소시키는 목적으로 첨가된다.

목분은 원목재의 종류에 무관하나 폐자원의 재활용성을 고려할 때 야자박, 톱밥등의 산업폐기물을 이용함이 바람직하며, 또한 연소할 때 지속적으로 향내를 발산시킴으로서 숯불대용의 육류 조리용 연료로서 사용할 경우 향기가 육질에 스며들어 음식물의 독특한 미감을 발현 시킬 수 있으며 사용자로 하여금 향기에 의한 정신감응효과, 즉 아로마텔레파시(Aroma Telepathy)와 같은 독특한 효과를 나타낼 수 있는 향나무를 조성요소로서 첨가하는 것이 좋다.

단, 향나무 등은 그 생산량이 작을 뿐만 아니라 그 가격이 높은 것이므로 상기의 특성을 발휘할 수 잇는 적정량을 첨가하여 사용하여야 하며,또 향나무 목분이 과다하게 첨가될 경우에는 연소시의 향내가 자극적으로 느껴져 오히려 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있으므로 목분의 제조에 첨가하는 야자박, 톱밥, 향나무의 조성비는 2:1:1 내지 2.5:1:1로 하는 것이 바람직하다.

활성탄의 양은 선택되는 숯 분말 단독 또는 석탄 분말과의 혼합물의 양에 따라 가변될 수 있는 것이나 착화하기 위한 초기의 열에너지를 얻기 위하여는 상기의 비율로 하는 것이 가장 적합하며, 또 활성탄은 유, 무기 화합물질에 대해 강한 흡착성을 지니고 있어 연료의 초기 발화시나 연료가 연소되는 동안 발생하는 일산화탄소 및 질소산화물등의 유독가스를 지속적으로 흡착, 여과시키는 역할을 할 뿐만 아니라 연소가 용이하여 연소중 고열량을 나타내므로 연료재로서도 적합한 특성을 가지고 있는 것으로서, 그 함유비가 35%이하일 경우에는 초기 점화시 유독가스에 대한 충분한 흡착능력을 갖지 못하며 40% 이상일 경우에는 생산원가를 상승요인으로 상기의 범주내에서 사용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 목분 및 활성탄과 함께 연소재로서 첨가되는 숯 분말은 활성탄과 동일한 유, 무기 독성물질의 흡착 효과를 나타낼 수 있고, 연소속도를 지연시켜주는 역할을 담당하게 되며, 고가인 활성탄의 함량비를 감소시켜 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있는 것이다.

석탄 분말은 연료재의 전체 연소속도를 조절할 목적으로 첨가하나 첨가비가 과다할 경우 연소시 유황산화물 등의 유독가스를 발생시켜 활성탄의 기능을 감소시킬 우려가 크므로 연소속도를 조절하기에 충분한 양만 사용하는 것이 바람직하다.

상기한 점결제는 고체연료의 각 성분의 연소재를 고착시키기 위한 것으로, 본 발명자의 선출원에서와 같이 점결제로 환산하여 셀룰로스 35 내지 40%(w/w)와 미분당 45내지 50%(w/w)를 10 내지 20%(w/w)의 유기용매로 교질화시킨 것 또는 적정의 점도를 갖도록 유기용매에 용해시킨 폴리비닐알콜을 단독 또는 상기의 점결제와 혼합하여 고체연료 전체에 대하여 10내지 15%(w/w)를 사용한다.

상기의 점결제에 사용되는 유기 용매로는 일반적으로 사용되는 유기용매가 모두 사용될 수 있으나, 연소기 유해가스를 발생하기 쉬운 질소 또는 황성분등을 함유하지 않은 탄소, 산소, 수소로 구성된 유기용매가 좋다.

이렇게 구성된 점결제의 량이 15%이상 과량으로 첨가되면 착화시의 착화성이 불량해지는 결점을 지니게 되며, 10%이하로 적게 들어가게 되면 제조된 제품의 고착성의 약화로 운반도중 쉽게 부스러지는 결점을 지니게 된다.

이렇게 제조된 연소재 혼합물에 메탄올, 에탄올, 프로판올(이소프로판올), 부탄올등 탄소의 1내지 4가의 알콜을 6내지 8%(w/w)를 첨가하여 약 1분간 교반한 후 몰드에 넣고 350 내지 400Kg/㎠의 압력으로 가압성형하거나 또는 압축성형기에 의한 압출 및 절단에 의하여 고체연료를 제조할 수 있다.

상기의 유기용매는 휘발성이 매우 강하여 최종적으로 연료가 제조된 후에 잔유하는 비율이 크지 않아 연료의 완전연소에 큰 도움을 주지 못하기 때문에, 인화온도가 낮으면서도 상기한 유기용매들에 비하여 휘발성이 매우 작기 때문에 최종적으로 연료내에 잔유할 수 있는 메탄올, 에탄올, 프로판올(이소프로판올), 부탄올등의 탄소수 1내지 4가의 알콜을 첨가하여 점화시 즉시 발화할 수 있도록 함으로서 짧은 시간내에 연료재 전체에 산화발열반응에 필요한 충분한 크기의 활성화 에너지를 공급할 수 있도록 하여 상기한 연료재의 발화 초기의 불연소 특성에 의한 유독가스의 발생을 더욱 감소시키는 역할을 하게 된다.

이때 첨가되는 알콜의 함유비가 6% 이하일 경우에는 제조된 연료가 점화후 즉시 착화 되지 않으며 8%이상일 경우에는 연료의 농도가 묽어져 성형사출한 고체연료의 원형이 쉽게 붕괴되는 문제가 있으므로 6%내지 8%(w/w)의 함유비가 가장 적당하다.

본 발명에 의한 고체연료는 일반적으로 육류 등의 구이용 연료로서 직접 사용할 수 있으나, 점화시 연기의 발생이 없고 점화 즉시 착화되어 고열량을 나타내는 특성을 가지고 있으므로 숯 등의 목탄재 연료의 착화를 위한 착화탄의 용도로 사용하여도 우수한 효과를 나타낼 수 있다.

따라서 본 발명의 고체연료는 숯불구이 화덕의 착화탄으로서의 용도를 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 하며, 착화탄으로 이용할 경우에는 화덕의 하부에 본 발명의 고체연료를 적당량 장입하고 그 상부에 숯 등의 고체연료를 올려놓은 다음 성냥, 라이터, 또는 전자식 착화기구등을 이용하여 하부의 고체 연료를 연소시키면 고체 연료로 부터 발생되는 열에 의하여 상부의 숯등의 연료가 인화되게 되므로 본 발명의 고체연료만을 사용하는 경우보다 훨씬 경제적으로 유리하게 사용할 수 있게 된다.

본 발명을 하기한 실시예에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

[제조실시예 1 내지 6]

하기의 표 1과 같은 조성을 갖도록 구성하여 혼련기에 넣고 분당 30회의 속도로 10분간 교반한 후, 원통형의 몰드에 충진하고 360Kg/㎠의 압력으로 가압 성형하여 고체연료를 제조한 후, 점화성, 착화성, 견고성, 훈제효과 및 저장성을 시험하고 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.

[청화상태 시험]

상기의 실시예별로 제조된 고체연료 5개씩을 통풍이 잘되는 곳에서 10일간 방치한 후 하부에 통기공이 형성된 용기에 각각 넣고 상부에서 불꽃이 있는 점화구(라이터)를 이용하여 그 점화여부를 살펴보았다.

[착화성시험]

상기의 실시예에서 제조된 고체연료 5개씩을 확덕내에 넣고 점화시킨 후, 점화후 목분등의 연소재에 착화되어 연소되는 상태를 살펴보았다.

[견고성시험]

상기의 실시예에서 제조된 고체연료를 각각 5개씩 채취하여 엄지손가락 검지손가락의 사이에 넣고 손가락의 힘만으로 눌러서 그 변형정도를 살펴보았다.

[훈제효과시험]

상기의 실시예에서 제조된 고체연료를 각각 5개씩 채취하여 화덕내에 넣고 점화시킨후 그 위에 석쇠를 설치하고 석쇠위에 두게 1cm 가량의 고기를 얹어 구운후 고기로 부터이 훈제향을 맛으로 느껴보았다.

상기의 표2로 부터 알 수 있는 바와같이 아세톤이 과량 투입된 경우에는 점화시 약간의 폭발적 점화가 있었으며, 알코올의 함량이 과량인 경우에는 고체연료의 견고성이 약하여 운반도중 변형을 가져올 수 있는 소지가 있고, 향나무의 함량을 적게 투입하는 경우에는 육류로 부터 훈제의 향은 느낄 수 있었으나, 그 향이 매우 약해지는 것을 알 수 있었다.

또 제조된 고체연료를 숯불구이용 연료로서 이용하기 위하여 화덕에 넣어 밀폐된 실내에서 전자장치에 의하여 점화시킨 결과 점결제를 과량 첨가한 경우에는 청화 후 즉시 점화되지 않았으며, 석탄분말 만을 혼합한 경우에는 가스발생으로 인한 취기를 약간 느낄수 있었고, 실시예 1을 제외하고는 청화즉시 고체연료 외부전면에 불꽃이 발생 하였을 뿐만 아니라 점화시에 연기가 전혀 발생하지 않아 알콜의 휘발 억제에 의한 고체연료의 저장 안정성이 크게 향상 되었음을 알 수 있었다.

또한 실시예 3의 경우는 약간의 가스의 취기를 느낄 수 있었으나, 일반적으로 숯등의 연소시 발생하는 취기 정도로서 별로 문제될 정도의 것이 아니라고 판단되며, 전반적으로 1시간의 식사시간 동안 지속적으로 은은한 향나무의 연소향을 맡을 수 있었으며 식사를 마친 뒤 식사에 참여한 모든 사람들에게 일산화탄소에 의한 두통등의 증상이 전혀 나타나지 않았다.

본 발명은 점화시 즉시 발화가 가능하며 연소중 유독가스가 외부로 발산 되지 않는 고체연료를 제공함으로서 일반 사용자나 요식업등에서 조리용 연료로서 사용하고자 할 경우 외부에서 1차로 착화시킨 후 사용하여야하는 번거로움을 제거하였으며, 또한 제조에 사용되는 연료분의 교질화를 위한 점결제로 적정량의 폴리비닐알콜과 산업폐기물인 미분당을 혼합하여 사용하거나, 폴리비닐알콜만을 점결제로 사용하는 경우는 알콜의 휘발을 방지함으로서 저장안정성을 크게 향상시킬 수 있게 되어 상품화가 용이한 효과가 있다.

Claims (8)

1. 연소재로서 13내지 17%(w/w)의 목분과, 35내지 40%(w/w)의 활성탄과, 석탄 분말과 숯 분말의 단독 또는 혼합물 18내지 22%(w/w)를 사용하고, 10내지 15%(w/w) 점결제 및 탄소수 1내지 4의 단독 또는 혼합알콜 6내지 8%(w/w)로 구성됨을 특징으로 하는 고체연료 조성물.
2. 제1항에 있어서, 목분이 야자박, 톱밥, 향나무로 구성됨을 특징으로 하는 고체연료 조성물.
3. 제2항에 있어서, 야자박, 톱밥, 향나무의 비율이 2:1:1 내지 2.5:1:1인 것을 특징을 하는 고체연료 조성물.
4. 제1항 내지 제3항중 어느한항에 있어서, 활성탄이 입상활성탄인 것을 특징으로 하는 고체연료 조성물.
5. 제1항 내지 3항중 어느한항에 있어서, 점결제가 셀룰로우스와 미분당을 유기용제로 교질화 시킨 점결제인 것을 특징으로 하는 고체연료 조성물.
6. 제1항 내지 제3항중 어느한항에 있어서, 점결제가 폴리비닐알콜을 유기용매로 교질화 시킨 점결제인 것을 특징으로 하는 고체연료 조성물.
7. 연소재로서 13내지 17%(w/w)의 목분과, 35내지 40%(w/w)의 활성탄과, 석탄 분말과 숯 분말의 단독 또는 혼합물 18내지 22%(w/w)를 사용하고, 10내지 15%(w/w) 점결제 및 탄소수 1내지 4의 단독 또는 혼합알콜 6내지 8%(w/w)로 구성된 조성물을 몰드에 넣고 350내지 400Kg/㎠의 압력으로 가압성형하거나 또는 압출성형기에 의한 압출 및 절단함을 특징으로 하는 고체연료의 제조방법.
8. 연소재로서 13내지 17%(w/w)의 목분과, 35내지 40%(w/w)의 활성탄과, 석탄 분말과 숯 분발의 단독 또는 혼합물 18내지 22%(w/w)를 사용하고, 10내지 15%(w/w) 점결제 및 탄소수 1내지 4의 단독 또는 혼합알콜 6내지 8%(w/w)로 구성된 고체연료를 화덕의 하부에 장입하고 그 상부에 숯등의 연소재를 장입하여 상부 연소재의 착화제로 사용함을 특징으로 하는 고체연료의 이용방법.