KR100865027B1 - 목초액 가공용 탄화로 및 이를 이용한 목초액 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목초액 가공용 탄화로 및 이를 이용한 목초액 제조방법에 관한 것으로서, 파쇄용 초퍼(chopper)를 통해 원료를 적당한 크기로 가공하여 밀폐된 연소실로 투입하고, 상기 연소실로 투입된 원료를 버너 등과 같은 점화장치를 이용하여 탄화 및 건조시킨 다음, 냉각시켜 별도 저장하는 한편, 탄화되면서 발생하는 연소가스에 함유되어 있는 목초액의 주요성분을 저온으로 응축시켜 목초액을 회수하며, 재연소실을 통해 외부로 배출되는 연소가스 내의 불연소 휘발성 물질의 배출을 최소화시킬 수 있도록 추가로 재연소시키는 동시에, 연소실의 온도를 높일 수 있도록 연소가스를 상기 연소실로 재순환시킬 수 있도록 함으로써, 열손실이 발생하지 않아 목초액 회수율이 높으며, 연속적인 작업 공정으로 작업 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 환경오염을 획기적으로 방지할 수 있는 새로운 목초액 가공용 탄화로 및 이를 이용한 목초액 제조방법에 관한 것이다.

탄화로, 목초액, 제조, 연소실, 탄화스크류장치, 건조스크류장치, 냉각스크류장치, 냉각탑, 재연소실

Description

목초액 가공용 탄화로 및 이를 이용한 목초액 제조방법{Carbonizing oven and preperation method of poroligenous liquor using the same}

도 1은 본 발명에 따른 목초액 가공용 탄화로를 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 목초액 가공용 탄화로에서, 연소실을 나타내는 측면도,

도 3은 도 2의 연소실에서, 냉각스크류장치의 장착상태를 나타내는 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 원료 투입구 15 : 이송스크류장치

20 : 연소실 21 : 탄화스크류장치

22 : 밀봉부재 23a,23b : 이송연결관

25 : 건조스크류장치 30 : 점화장치

40 : 냉각스크류장치 41 : 배출관

50 : 냉각탑 51 : 이송용 배관

55 : 여과장치 60 : 재연소실

61 : 재순환용 배관 62 : 연기 배출관

본 발명은 목초액 가공용 탄화로 및 이를 이용한 목초액 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄화 원료 등을 투입하여 목질 탄화물과 목초액을 가공할 수 있는 목초액 가공용 탄화로 및 이를 이용한 목초액 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 탄화물은 각종 유기물을 무산소 또는 저산소 속에서 고온(800 ~ 850℃)으로 가열하면 수소메탄 등의 탄화수소, 일산화탄소 등으로 이루어진 가연성 가스가 발생되고, 액상인 식초산, 아세톤 메탄올과 같은 유기화합물을 함유하는 타르(tar)분, 또는 유분이 발생되며, 순탄소와 유리, 금속, 토사를 함유하는 숯을 포함하여 3가지 군(群)으로 화학적 분해가 이루어진다.

이때, 상기 가연성 가스와 액상인 타르분, 유분을 제외한 나머지 숯에는 탄소가 70 ~ 80% 함유되어 있어 고탄소(C) 탄화물로 이루어지며, 여기에는 유기물의 종류에 따라 많은 차이가 있는 불에 타지 않는 유리, 금속재, 토사 등이 포함되어 있다.

상기 숯은 통상적으로 나무를 탄화시켜 체적을 약 1/3로 줄이고, 세포막을 새카맣게 한 탄화물로서, 탄화온도와 굽는 방법에 따라 모양과 성분이 다르게 나타나는데 일반적으로 크게 나누어 백탄과 검탄으로 분류되며, 그 성분은 탄소가 약 85%, 수분이 약 10%, 회분 약 3%, 기타 2%로 이루어져 있다.

이러한 숯, 즉 목질 탄화물은 그 주성분이 탄소성분으로 이루어져 있어서 빛이나 생물에 의한 산화 및 분해가 이루어지지 않는 특성을 갖고 있으며, 특히 약 3% 정도 함유되어 있는 회분은 식물의 생장과 결실 등에 꼭 필요한 나무가 땅속에서 추출한 미네랄 성분으로 상기 목질 탄화물의 PH를 결정하는 것 외에 동식물에 미량 성분을 보급하는 효과가 있어 미생물을 증식시키는데 큰 영향을 미치고 있는 것으로 알려져 있다.

또한, 목질 탄화물을 현미경으로 확대해보면 사방팔방으로 이어지는 가는 파이프 모양의 수미크론에서 수백미크론에 이르는 크고 작은 구멍이 무수히 많음을 발견할 수 있는데 이 작은 구멍 때문에 목질 탄화물이 보수성(保水性)과 투수성(透水性)이 탁월한 특징을 가지며, 이 기공은 그 크기에 상응하여 박테리아, 방사균 등 미생물이 번식하기 쉽게 되어 있는 구조로 되어 있어 그 속에서 증식된 미생물에 의해 유기물의 분해를 촉진시키는 특성을 가지고 있다.

그리고, 상기 목질 탄화물은 내부 표면적이 크기 때문에 흡착력이 커서 농약등 물에 녹기 어려운 환경오염 물질들을 잘 흡착할 뿐만 아니라, 이곳에 미생물이 붙으면 넓은 미생물 막이 생겨 물이나 토양공기의 정화에 알맞은 특성을 가지며, 또한 집안의 습기를 방지하는 조절 기능도 있어 목초건물의 침상 밑 등에 결로 방지를 위한 조습제로 사용되고 있는 등 그 활용용도는 이루 말할 수 없을 정도로 다양하여 최근에는 숯불 문화의 정착과 더불어 환경보전형 농업자재로서의 역할이 날로 증대되고 있는 실정이다.

또한, 상기 목질 탄화물을 만드는 과정에서 나오는 연기를 액화시켜 채취한 뒤, 6개월 이상 숙성시켜 독성과 유해물질을 제거한 목초액은 농업에서는 농약 대신 이용하고, 축산업에서는 분뇨 냄새나 악취를 제거할 때 또는 가축의 사료로 이용하며, 의약품의 원료로 사용되어 무좀, 아토피 피부염 등에 효과가 있다.

그밖에 원예·버섯재배·건강 음료·탈취제 등으로 이용된다.

그런데, 종래의 목질 탄화물과, 목초액을 제조하는 장치는 열손실이 다량 발생하여 원료를 고르게 가열시키지 못함에 따라 목초액 회수율이 낮은 문제점이 있다.

또한, 종래의 제조장치는 목초액을 회수할 때마다 처음부터 다시 설치해야 하는 바, 해체 및 설치가 매번 반복됨으로써, 이에 따른 불편함이 발생하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 파쇄용 초퍼(chopper)를 통해 원료를 적당한 크기로 가공하여 밀폐된 연소실로 투입하고, 상기 연소실로 투입된 원료를 버너 등과 같은 점화장치를 이용하여 탄화 및 건조시킨 다음, 냉각시켜 별도 저장하는 한편, 탄화되면서 발생하는 연소가스에 함유되어 있는 목초액의 주요성분을 저온으로 응축시켜 목초액을 회수하고, 재연소실을 통해 외부로 배출되는 연소가스 내의 불연소 휘발성 물질의 배출을 최소화시킬 수 있도록 추가로 재연소시키는 동시에, 연소실의 온도를 높일 수 있도록 연소가스를 상기 연소실로 재순환시키도록 구성함으로써, 열손실이 발생하지 않아 목초액 회수율이 높으며, 연속적인 작업 공정으로 작업 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 환경오염을 획기적으로 방지할 수 있는 새로운 목초액 가공용 탄화로 및 이를 이용한 목초액 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 목초액 가공용 탄화로는 파쇄용 초퍼(chopper)에 의해 파쇄된 원료를 투입하기 위한 원료 투입구(10)와;

상기 원료 투입구(10)를 통해 투입된 원료를 이송하는 이송스크류장치(15)와;

상기 이송스크류장치(15)를 통해 이송된 원료를 점화장치(30)를 이용하여 탄화되도록 탄화 공간을 제공하는 연소실(20)과;

상기 연소실(20)과 별도로 이격·설치되어 이송된 탄화물이 일정한 온도로 냉각될 수 있도록 일정한 회전속도로 회전하면서 탄화물을 소정시간 동안 이송시키는 냉각스크류장치(40) 및 이와 연결되어 탄화물을 배출시키는 배출관(41)과;

상기 냉각스크류장치(40)에서 배출되는 고비중의 연소가스를 저온 응축시켜 목초액을 추출하는 냉각탑(50)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 냉각탑(50) 내에서 응축되지 않은 연소가스를 강제로 포집하여 재연소시키는 동시에 고온의 연소가스를 연소실(20)로 재순환시키는 재연소실(60)이 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 목초액 가공용 탄화로를 이용한 목초액 제조방법은, 탄화구간과 건조구간, 냉각구간, 이송구간으로 구성되어 밀폐상태에 있는 스크류 컨베이어가 일정 속도로 회전하면서 탄화물을 연속으로 이송시켜 탄화물 및 목초액을 제조하되,

원료 투입구(10)를 통해 투입되는 원료를 연소실(20)의 탄화 및 건조스크류장치(21,25)를 통해 10 ~ 500rpm 및 85 ~ 800℃의 연소조건으로 탄화 및 건조시키는 단계와;

냉각스크류장치(40)를 통해 탄화물 온도를 30 ~ 50℃로 냉각시키는 단계와;

냉각된 탄화물을 배출시켜 재활용하는 단계 및 연소실(20)에서 강제 배출된 연소가스를 냉각탑(50)에서 저온으로 응축시켜 목초액을 추출하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 냉각탑(50)에서 응축되지 않은 연소가스를 강제로 포집하여 재연소실(60)로 이송시키는 단계와;

이와 동시에, 상기 재연소실(60)에서 발생하는 고온의 연소가스를 다시 연소실(20)로 재순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 목초액 가공용 탄화로를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 목초액 가공용 탄화로에서, 연소실을 나타내는 측면도이며, 도 3은 도 2의 연소실에서, 냉각스크류장치의 장착상태를 나타내는 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 파쇄용 초퍼(chopper)를 이용하여 목초액을 추출하기 위한 원료로 사용되는 나무, 또는 나무의 열매 등을 적당한 크기(0.2 ~ 1cm) 로 파쇄하고, 이를 입구가 넓은 원료 투입구(10)를 통해 투입하게 된다.

상기 원료 투입구(10)를 통해 투입된 원료는 모터(미도시) 구동을 통해 작동하는 이송스크류장치(15)를 통해 연소실(20)로 이송하게 되는데, 상기 이송스크류장치(15)는 1차 가공된 원료를 연소실(20)의 작동 조건, 즉 일정한 회전속도(10 ~ 500rpm)와 온도(85 ~ 800℃) 조건에 맞게 투입 속도를 조절하게 된다.

상기 연소실(20)은 내열성이 우수한 재료로 사방이 밀폐된 상태로 형성되어 있고, 그 길이방향으로 탄화스크류장치(21)와 건조스크류장치(25)가 위,아래로 적층되어 있으며, 상기 탄화 및 건조스크류장치(21,25)의 둘레를 다시 타원형의 밀봉부재(22)를 통해 밀폐되도록 한 2중 밀폐구조로 되어 있는 바, 상기 탄화 및 건조스크류장치(21,25)는 상기 연소실(20)의 일측에 장착된 버너 등과 같은 점화장치(30)의 연소불꽃에 의하여 온도가 상기의 설정된 온도로 그대로 유지되면서 열손실 없이 원료가 이송되는 과정에서 단계적으로 탄화되고 건조될 수 있도록 스크류 컨베이어로 구성되어 있다.

상기 탄화 및 건조스크류장치(21,25)는 투입된 원료가 상기 스크류 컨베이어를 통해 일정 구간을 회전하면서 투입된 순서대로 탄화되고, 이송하면서 탄화 시에 원료에서 미쳐 빠져 나가지 못하고 응축된 수분을 건조시키게 된다.

이때, 상기 탄화 및 건조스크류장치(21,25)를 구동시키는 동력장치(미도시)는 상기 탄화 및 건조스크류장치(21,25)의 길이 및 외경에 따라 회전속도 및 온도가 적정하게 조절될 수 있도록 설정되어 있으며, 이러한 조건들은 탄화물이 연소실(20) 내에서 일정 시간동안 이송되면서 완전 연소되도록 하기 위함이다.

상기와 같은 회전속도로 진행하기 위해서는 스크류 컨베이어에 전달되는 회전 동력을 적절한 감속비율이 적용된 가운데 전달되어야 하므로 상기 동력장치의 역할이 상당히 중요하다.

상기 탄화 및 건조스크류장치(21,25)는 더욱 상세하게, 상하측에 나란하게 2개가 한 쌍이 되게 전방의 이송스크류장치(15)의 단부에서 후방의 이송연결관(23a)까지 길게 축 고정되어 있으며, 교반 날개로 이루어진 스크류 컨베이어가 길이방향을 따라 형성되어 있어 이송 과정에서 탄화물의 수분 및 가스 배출이 용이하도록 상기 탄화물을 교반시키게 된다.

상기 스크류 컨베이어의 외주연에는 금속체의 실린더부재가 외부의 공기와 완전히 차단될 수 있도록 스크류 컨베이어와 일정한 갭(gap)만을 유지한 상태에서 입출구만 제외하고, 완전 밀봉되어 있다.

상측에 형성된 탄화스크류장치(21)를 통해 원료 투입구(10)를 통해 투입된 원료가 앞서 언급된 바와 같이, 일정한 회전속도 및 온도로 탄화되면서 이송하게 되며, 이송연결관(23a)을 통해 건조스크류장치(25)로 이송된다.

이때, 상기 이송연결관(23a)은 상기 탄화스크류장치(21)의 이송로와 건조스크류장치(25)의 이송로를 서로 연결하도록 구성되며, 상기 탄화스크류장치(21)에서 스크류 컨베이어를 통해 이송된 탄화물이 적체됨이 없이 바로 건조스크류장치(25)로 이송될 수 있도록 적정 직경으로 이루어짐이 바람직하다.

상기 건조스크류장치(25)는 앞서 언급한 바와 같이, 탄화되어 이송되는 원료에 함유된 수분이 탄화 시에 빠져 나가지 못하고 응축된 것을 건조시킬 수 있도록 하는 장치로서, 상기 탄화스크류장치(21)와 동일한 회전속도로 회전하면서 탄화물을 이송하게 된다.

이렇게 이송된 탄화물은 냉각스크류장치(40)로 이송되어 배출관(41)을 통해 배출되는 바, 상기 냉각스크류장치(40)는 상기 탄화 및 건조스크류장치(21,25)가 설치된 연소실(20)과 별도로 이격·설치되어 있다.

즉, 상기 건조스크류장치(25)를 통해 이송된 고온의 탄화물이 바로 배출되지 않고 또 다른 이송연결관(23b)을 통해서 냉각스크류장치(40)로 이송된다.

이때, 상기 냉각스크류장치(40)는 상기 탄화 및 건조스크류장치(21,25)와 마찬가지로 동일한 형태의 스크류 컨베이어와, 상기 스크류 컨베이어의 외주연에 금속체의 실린더부재가 외부의 공기와 완전히 차단될 수 있도록 밀봉된 구조로 이루어져 스크류 컨베이어와 일정한 갭(gap)만을 유지한 상태에서 입,출구만 제외하고 완전 밀봉되어 있다.

즉, 배출된 탄화물이 상당시간 동안 지속적으로 고열을 방출하게 될 경우 양질의 탄화물을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 작업자가 탄화물 추출시 작업자의 안전에 위협이 되며, 화재 발생의 위험도 높아지게 되므로, 일정한 회전속도로 회전하면서 탄화물을 소정시간 동안 냉각되도록 하기 위함이다.

이때, 상기 냉각스크류장치(40) 내에서 이송 시, 시간이 경과함에 따라 고온의 탄화물이 냉각되는데, 이때의 탄화물의 온도는 30 ~ 50℃로 냉각된다.

이렇게 탄화되어 배출되는 탄화물은 별도의 저장장치를 통해 최소 20일 정도 밀폐된 상태에서 보관하는 바, 이는 혹시 모를 화재 발생을 차단하기 위함이며, 이 렇게 저장장치에 저장한 탄화물은 여과재 및 퇴비로 재활용 가능하게 된다.

이와 같이 상기 탄화물은 저장장치에 보관되고, 기체로 분리된 고비중의 연소가스는 공기보다 무거운 성질을 가지므로 고압의 송풍장치(미도시)를 이용하여 이송용 배관(51)을 타고 냉각탑(50)으로 유입되도록 강제 송풍시키게 된다.

상기 냉각탑(50)으로 유입된 연소가스는 휘발성분과 유지성분 등의 목초액의 주요 성분을 저온으로 응축시켜 원활하게 목초액을 추출하게 된다.

상기 냉각탑(50) 내부의 온도를 35℃이하로 유지하여 외부로 배출되는 연기를 최소한으로 줄일 수 있도록 하는데, 이때 사용되는 냉각시스템은 환류 냉각 방식으로 냉각수를 순환시켜 냉각탑(50) 내부의 온도를 낮추게 된다.

상기 냉각탑(50)의 하단부에는 응축되어 추출되는 목초액을 1차로 여과하여 보다 높은 순도의 목초액을 얻기 위한 여과장치(55)를 나타낸다.

이와 같이 여과장치(55)를 통과한 목초액이 배출관(41)을 통해 배출될 경우, 저온(2 ~ 4℃)에서 3주 ~ 1년동안 저장하는 바, 불순물을 제거하고 비중차를 이용하여 층분리된 액을 분리하여 순수한 목초액을 저장하게 된다.

한편, 상기 냉각탑(50)을 통해 유입된 연소가스는 불연소 휘발성 물질이 다량 함유되어 있어 공해를 유발하게 되는 바, 냉각탑(50) 내에서 응축되지 않은 연소가스를 강제로 포집하여 재연소실(60)로 이송시키게 된다.

이와 같이 재연소실(60)로 이송되는 연소가스는 재연소실(60)에서 재연소되어 연소가스 내의 불연소 휘발성 물질이 전부 산화되어 순수한 연기만이 연기 배출관(62)을 통해 배출될 수 있게 되므로 환경 오염을 원천적으로 방지할 수 있게 된 다.

이와 동시에, 상기 재연소실(60)에서 발생하는 고온의 연소가스는 재순환용 배관(61)을 통해 다시 연소실(20)로 재순환시켜 상기 연소실(20)의 온도를 높일 수 있도록 함에 따라 연소실(20) 내의 탄화물은 초기 온도보다 더 높은 온도로 탄화되므로 균일한 탄화 과정을 거쳐 배출되며, 이로 인하여 고품질의 목초액을 추출할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 목초액 가공용 탄화로 및 이를 이용한 목초액 제조방법에 의하면, 밀폐된 연소실 및 재연소실을 통해 탄화 및 건조작업을 수행하므로 열손실이 발생하지 않아 목초액 회수율이 높으며, 연속적인 작업 공정으로 작업 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연소가스를 추가로 재연소하는 동시에 재순환시켜 사용하므로 환경오염을 획기적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 파쇄용 초퍼(chopper)에 의해 파쇄된 원료를 투입하기 위한 원료 투입구(10)와;

   상기 원료 투입구(10)를 통해 투입된 원료를 이송하는 이송스크류장치(15)와;

   상기 이송스크류장치(15)를 통해 이송된 원료를 점화장치(30)를 이용하여 탄화되도록 탄화 공간을 제공하되, 내열성이 우수한 재료로 사방이 밀폐된 상태로 형성되어 있고, 그 길이방향으로 스크류 컨베이어를 통해 일정 구간 회전하면서 투입된 순서대로 탄화되고, 이송하면서 탄화 시에 원료에서 빠져 나가지 못하고 응축된 수분을 건조시키는 각각의 탄화 및 건조스크류장치(21,25)가 위,아래로 적층되어 있으며, 상기 탄화 및 건조스크류장치(21,25)의 둘레를 다시 타원형의 밀봉부재(22)를 통해 밀폐된 2중 밀폐구조로 이루어진 연소실(20)과;

   상기 연소실(20)과 별도로 이격·설치되어 이송된 탄화물이 일정한 온도로 냉각될 수 있도록 일정한 회전속도로 회전하면서 탄화물을 소정시간 동안 이송시키는 냉각스크류장치(40) 및 이와 연결되어 탄화물을 배출시키는 배출관(41)과;

   상기 냉각스크류장치(40)에서 배출되는 고비중의 연소가스를 저온 응축시켜 목초액을 추출하는 냉각탑(50)과;

   상기 냉각탑(50) 내에서 응축되지 않은 연소가스를 강제로 포집하여 재연소시키는 동시에 고온의 연소가스를 연소실(20)로 재순환시키는 재연소실(60)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 목초액 가공용 탄화로.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 냉각탑(50)은 그 하단부에 목초액을 1차로 여과하여 높은 순도의 목초액을 얻을 수 있도록 여과장치(55)가 설치된 것을 특징으로 하는 목초액 가공용 탄화로.
5. 탄화구간과 건조구간, 냉각구간, 이송구간으로 구성되어 밀폐상태에 있는 스크류 컨베이어가 일정속도로 회전하면서 탄화물을 연속으로 이송시켜 탄화물 및 목초액을 제조하되,

   원료 투입구(10)를 통해 투입되는 원료를 연소실(20)의 탄화 및 건조스크류장치(21,25)를 통해 10 ~ 500rpm 및 85 ~ 800℃의 연소조건으로 탄화 및 건조시키는 단계와;

   냉각스크류장치(40)를 통해 탄화물 온도를 30 ~ 50℃로 냉각시키는 단계와;

   냉각된 탄화물을 배출시켜 재활용하는 단계 및 연소실(20)에서 강제 배출된 연소가스를 냉각탑(50)에서 저온으로 응축시켜 목초액을 추출하는 단계와;

   상기 냉각탑(50)에서 응축되지 않은 연소가스를 강제로 포집하여 재연소실(60)로 이송시키는 단계와; 이와 동시에 상기 재연소실(60)에서 발생하는 고온의 연소가스를 다시 연소실(20)로 재순환시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 목초액 가공용 탄화로를 이용한 목초액 제조방법.
6. 삭제

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