KR101177368B1 - 연료받침부가 개선된 바이오매스 가스발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오매스 가스발생장치에서 바이오매스 연료를 건류시킬 때 연료받침부의 산화가 최대한 억제되고 바이오매스 연료를 완전히 건류시킬 수 있는 바이오매스 가스발생장치에 관한 것으로서, 일정 크기로 분쇄된 바이오매스 연료를 사용하여 가연성 가스를 제조하기 위한 바이오매스 가스발생장치에 있어서, 내벽이 내화층으로 형성된 건류실과, 상기 건류실의 상부에 상기 바이오매스 연료를 공급하는 연료공급부와, 상기 건류실의 하부에는 상기 건류실에서 연소된 재가 저장되는 재 처리실과, 상기 건류실과 상기 재 처리실사이에서 상기 연료공급부로부터 공급되는 바이오매스 연료를 퇴적시킬 수 있고, 상기 건류실에서 건류된 후 발생되는 재를 재 처리실로 배출하며 상기 건류실에 산소를 공급하는 연료 받침부와, 상기 연료 받침부에 외부 공기를 공급하는 공기공급부를 포함하고, 상기 연료 받침부는 냉각수단이 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바이오매스 가스발생장치는 연료받침부의 산화 부식을 억제시켜 그 수명을 연장시키고, 연료받침부의 조작 부품을 건류실 외부에 설치하므로 그 조작 부품의 수명을 연장시킬 수 있으며, 연료받침부의 제조가 용이하다.

가스발생장치, 연료받침부, 냉각수 챔버, 공기 챔버, 재 처리바 하우징

Description

연료받침부가 개선된 바이오매스 가스발생장치{Rostol for dry distillation system using biomass fuel}

본 발명은 바이오매스 연료를 건류하는 바이오매스 가스발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바이오매스 가스발생장치에서 바이오매스 연료를 건류시킬 때 연료받침부의 산화가 최대한 억제되고 바이오매스 연료를 완전히 건류시킬 수 있는 바이오매스 가스발생장치에 관한 것이다.

지구환경에 대한 오염이 증가하면서 지구온난화, 각종 유해물질의 증가 등과 같은 환경문제가 국가적인 차원을 넘어 국제적 현안으로 대두되고 있다.

지구온난화 방지를 위한 화석연료의 대체, 재생 가능한 에너지의 생산이라는 면에서 바이오매스(Biomass) 연료를 이용한 가스의 생산이 중요시되고 있다.

즉, 건설시 발생되는 목재 폐기물 등의 나무, 곡물의 껍질이나 짚 등의 농작물, 식물, 가축분뇨와 각종 음식물쓰레기 등을 의미하는 바이오매스를 연료화하여 화석연료를 대체함으로써, 유한한 화석연료의 사용을 최대한 줄일 수 있도록 노력하고 있다.

현재 우리나라는 바이오매스를 연료로의 전환이 활성화되지 못하고 있는 실 정이다.

이에 본 발명자는 바이오매스 연로를 건류하여 열분해 가스화(gasification)하는 가스 제너레이팅 시스템을 발명하여 제883952호로 특허를 받은 바 있다.

상기 특허 제883952호에 있어서는 도 1에 도시된 바와 같이, 일정 크기로 분쇄된 바이오매스 원료를 사용하여 가연성 가스를 제조하기 위한 가스 제너레이팅 시스템에 있어서, 내벽이 내화층(112)으로 형성된 연소실(110)과, 상기 연소실의 상부에 상기 바이오매스 원료를 공급하는 원료공급수단(121)과, 상기 연소실에는 상기 원료공급수단으로부터 공급되는 바이오매스 원료를 골고루 분산시키는 원료분산수단(131)과, 상기 연소실의 상부에 설치되어 상기 연소실에서 상기 바이오매스 원료가 최초로 연소되기 시작하는 경우에 발생되는 연기와 상기 연소실에서 상기 바이오매스 원료로부터 정상적으로 발생되는 가스를 배출하는 가스 배출구(117)와, 상기 가스 배출구에 연결되어 도 1에 도시되지 않은 제1의 전자밸브의 작동에 의해 상기 가스배출구(117)에서 배출되는 상기 연기를 배출하는 연통 및 제2의 전자밸브의 작동에 의해 상기 가스 배출구에서 배출되는 상기 가스를 수송하는 가스 수송관과, 상기 연소실(110)의 하부에는 상기 연소실에서 연소된 재가 저장되는 재 저장실과, 상기 연소실과 상기 재 저장실사이에서 상기 원료분산수단(131)으로부터 분산되어 공급되는 바이오매스 원료를 퇴적시킬 수 있고, 상기 연소실에서 연소된 재를 필요시 재 저장실로 배출하며 상기 연소실로 산소를 공급하는 구멍을 구비한 원료 받침부(104)와, 상기 재 저장실에 저장된 재를 처리하기 위한 재 처리수단 및 상기 재 저장실을 통하여 산소를 상기 연소실로 공급하기 위한 공기흡입구(103, 201, 202)를 포함하며, 상기 가스배출구(117)를 통하여 나가는 상기 가스의 온도는 50～250℃의 범위에서 운전되는 것을 특징으로 한다.

그러나 상기 종래의 가스 제너레이팅 시스템에서 로스톨이라 하는 연료받침부(104)는 가연성가스를 발생시키기 위한 최소 공기를 주입하여 건류하는 과정에서 고열에 의해 연료받침부(104)가 쉽게 산화되어 그 수명이 짧아지는 문제가 있었다.

또, 연료받침부(104)의 틈 사이로 소량의 외부 공기를 주입하여 1차 연소를 시도하였으나, 연소실 전체에 공기가 골고루 분포되지 아니하여 공기가 부족한 부분에서는 숫덩어리와 같은 덜 건류된 재가 누적되어 연료받침부(104)에 쌓이는 현상이 발생되어 바이오매스의 건류를 중단시켜야 하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가스발생장치에서 바이오매스 연료를 건류시킬 때 산화부식을 억제시켜 긴 수명의 연료받침부를 갖는 바이오매스 가스발생장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 바이오매스 가스발생장치의 연소실 전체에 공기를 골고루 분사시켜 바이오매스 연료의 건류가 완전히 이루어지는 바이오매스 가스발생장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 연료받침부의 조작 부품을 바이오매스 가스발생장치의 외부에 설치함으로써, 연료받침부의 조작부품의 수명을 연장시킬 수 있는 바이오매스 가스발생장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 바이오매스 가스발생장치는 일정 크기로 분쇄된 바이오매스 연료를 사용하여 가연성 가스를 제조하기 위한 바이오매스 가스발생장치에 있어서, 내벽이 내화층으로 형성된 건류실과, 상기 건류실의 상부에 상기 바이오매스 연료를 공급하는 연료공급부와, 상기 건류실의 하부에는 상기 건류실에서 연소된 재가 저장되는 재 처리실과, 상기 건류실과 상기 재 처리실사이에서 상기 연료공급부로부터 공급되는 바이오매스 연료를 퇴적시킬 수 있고, 상기 건류실에서 건류된 후 발생되는 재를 재 처리실로 배출하며 상기 건류실에 산소를 공급하는 연료 받침부와, 상기 연료 받침부에 외부 공기를 공급하는 공기공급부를 포함하고, 상기 연료 받침부는 냉각수단이 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 바이오매스 가스발생장치에 있어서, 상기 연료 받침부는 상부에 노즐이 부착되어 상기 건류실을 가로지르는 공기 챔버들과, 상기 냉각수단으로서 상기 공기 챔버의 상부에서 상기 노즐을 감싸도록 상기 챔버와 동일한 길이방향으로 형성된 냉각수 챔버들이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 바이오매스 가스발생장치에 있어서, 상기 노즐은 바둑판 모양으로 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 바이오매스 가스발생장치에 있어서, 상기 냉각수 챔버들 사이에는 상기 건류실에서 건류된 후 발생된 재를 채 처리실로 배출하기 위해 회전시킬 수 있는 재처리 바가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 바이오매스 가스발생장치에 있어서, 상기 재 처리바의 회전은 상기 건류실 외부에 설치된 구동부에 의해 구동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 바이오매스 가스발생장치에 있어서, 상기 건류실에서 발생된 가스가 외부로 유출되지 않도록 상기 재처리 바가 재 처리바 하우징에 의해 감싸인 상태로 상기 내화층을 관통하여 상기 구동부와 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 바이오매스 가스발생장치에 있어서, 상기 외부 공기는 상기 공기공급부에서 단속된 공기를 공급하기 위한 댐퍼를 거쳐 연료받침부에 공기가 공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바이오매스 가스발생장치에 의하면, 연료받침부의 산화부식을 억제시켜 연료받침부의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명에 따른 바이오매스 가스발생장치에 의하면, 연료받침부의 조작 부품을 연소로의 외부에 설치하므로 그 조작 부품의 수명을 연장시킬 수 있고, 연료받침부의 제조가 용이한 효과도 있다.

또, 본 발명에 따른 바이오매스 가스발생장치에 의하면, 연소실 전체에 공기를 골고루 분사시켜 바이오매스의 연료의 건류가 완전히 이루어질 수 있으며, 바이오매스 연료의 건류에 필요한 공기(산소)의 양을 용이하게 조절함으로써, 양호한 가스를 발생시킬 수 있는 효과도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 상세한 설명 및 첨부된 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명에서 상기 종래 기술과 동일한 부분은 그 설명을 생략하고, 종래 기술과 동일한 부분의 도면부호는 동일하게 부여하였다.

도 2는 본 발명에 따른 냉각수 챔버와 공기 노즐을 보여주는 바이오매스 가스발생장치의 제 1의 단면도(도 3의 A-A 선 단면도)이고, 도 3은 본 발명에 따른 연료받침부의 평면도이다.

도 2는 이하에서 설명될 도 3에 도시된 연료 받침부(200)에서의 A-A선 단면도이다.

도 2에 있어서, 도면부호 200은 연료투입구(121)로부터 공급되는 바이오매스 연료를 퇴적시키고, 바이오매스 연료가 건류실(110)에서 건류된 후 발생되는 재를 재 처리실(128)로 배출하며, 바이오매스 연료를 건류실에서 건류시킬 때 필요한 산소를 공급하는 연료 받침부이다.

연료 받침부(200)는 바이오매스 연료의 퇴적, 바이오매스 연료를 건류시키기 위해 필요한 산소의 공급 및 건류후 발생된 재를 처리하는 기능과 연료 받침부(200)를 냉각시키는 기능을 담당한다.

도 2에서 연료 받침부(200)는 송풍기(201), 유도덕트(202), 댐퍼(204), 공기 헤더(203) 및 관통관(204)으로 이루어지는 공기공급부로부터 공급되는 공기를 각각의 노즐(207)로 균일하게 분사시켜 공급하기 위한 공기챔버(205)가 바이오매스 가 스발생장치(100)의 내부를 관통하도록 다수열로 배치된다. 도 3을 참조하면 7개열로 배치되어 있다.

공기챔버(205)의 상부에는 노즐(207)이 부착되어 있으며, 공기공급부로부터 공급되는 공기는 각각의 노즐(207)을 통해 건류실(110)로 일정한 압력으로 분사된다.

또한, 공기챔버(205)의 상부에 부착된 노즐(207)을 감싸도록 냉각수 챔버(206)가 설치되어 있다.

연료 받침부(200)의 상부에는 건류실(110)이 마련되어 있고, 하부는 바이오매스 연료가 건류실(110)에서 건류된 후에 배출하기 위해 호퍼형 구조의 재 처리실(128)이 마련되어 있다.

재 처리실(128)에 쌓인 재는 도시하지 않은 배출수단에 의해 재 처리통(138)으로 배출된다.

그리고 건류실(110)은 내벽이 내열재로 이루어진 내화층(112)과 그 내화층(112)을 감싸고 있는 강철판(111)에 의한 원통형 공간을 이루고 있다. 건류실(110)의 상부에는 내화층을 포함하는 덮개(도면부호 미도시)로 덮여 있으며, 덮개에는 바이오매스 연료를 공급하기 위한 연료공급부인 연료투입구(121)가 마련되어 있다.

건류실(110)에는 연료투입구(121)를 통하여 바이오매스 연료를 투입할 때 연료를 골고루 분산시키는 스크류(131)가 설치되어 있고, 스크류(131)는 덮개의 상부에 설치된 감속모터(137)에 의해 회전된다.

연료 받침부(200)의 공기챔버(205)에 공기를 공급하는 공기공급부는 송풍기(201)에 의해 공기를 불어 넣으면 공기는 유도덕트(202)를 따라 댐퍼(204)와 공기 헤더(203)에서 관통관(204)을 통하여 각각의 공기챔버(205)로 공급된다.

여기서, 댐퍼(204)는 송풍기(201)에 의해 단속된 공기를 조절하여 원하는 양의 공기를 공기 헤더(203)로 공급하게 된다.

미설명 도면부호 117은 바이오매스 연료가 건류되면서 발생된 가스를 필요로하는 곳으로 배출하기 위한 가스배출구이다.

이하에서는 연료 받침부(200)의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.

우선, 바이오매스 연료를 건류시키기 위해 필요한 산소를 공급하는 산소공급 기능에 대해 설명한다.

공기공급부는 상술한 바와 같이 송풍기(201), 유도덕트(202), 댐퍼(204), 공기 헤더(203) 및 관통관(204)으로 이루어져 있다. 여기서 공기 헤더(203)는 댐퍼(204)로부터 조절되어 공급되는 공기를 냉각수 챔버(206)들의 하부에 있는 각각의 공기챔버(205)에 공급한다[도 6 참조]. 공기 헤더(203)와 공기 헤더(203)의 사이는 내화층(112)과 강철판(111)을 관통하는 관통관(204)에 의해 각각 연결되어 있다.

즉, 공기공급부에서 공급되는 공기는 공기 헤더(203)에서 각각의 관통관(204)을 통해 공기챔버(205)들로 공급되고, 공기챔버(205)들의 상부에 부착된 노즐(207)로 공급되어 각각의 노즐(207)에서 건류실(110)로 분사된다. 노즐(207)은 도 3에서 보는 바와 같이 일정 간격의 바둑판 모양으로 배열되어 있으므로 건류 실(110)에 공급되는 공기는 건류실(110) 전체에 골고루 분사되게 되며, 이로 인해 산소가 바이오매스 연료에 골고루 분사되므로 바이오매스 연료는 완전히 건류시킬 수 있게 된다.

다음은 바이오매스 연료가 건류실(110)에서 건류된 후 발생된 재를 재 처리실(128)로 배출하는 재 처리 기능에 대해 설명한다.

도 3에 있어서, 도면부호 301은 연료 받침부(200)에 쌓인 재를 재 처리실(128)로 내려보내기 위한 재처리 바이다.

재처리 바(301)는 양단에 회전축을 갖고 두께가 폭보다 얇은 긴 막대기 형태로 되어 있고, 공기챔버(205)와 공기챔버(205) 사이에 설치된다.

재처리 바(301) 양단에 결합된 회전축(215)은 건류실(110)의 바깥 즉, 도 4에서 보는 바와 같이 바이오매스 가스발생장치(100)의 외부에 설치되어 있는 회전부 프레임(230)에 베어링(217)을 개재하여 회전 가능한 상태로 고정되어 있다.

이와 같이 회전 가능한 재처리 바(301)를 바이오매스 가스발생장치(100)의 외부에 설치된 회전부 프레임(230)을 포함하는 구동부(210)에 의해 회전시킴으로써, 연료 받침부(200)에 쌓여 있는 재를 연료 받침부(200) 하부의 재 처리실(128)로 낙하시킬 수 있게 된다.

재처리 바(301)를 회전시키기 위한 구동부(210)는 회전축(215)에 체인 스프라켓(208)이 고정되어 있고, 인접한 재처리 바(301)의 회전축(215)에 고정된 체인 스프라켓(208)들이 체인(209)에 의해 회전 가능하게 결합되어 있다. 이와 같이 연료 받침부(200)의 재처리 바(301)를 구동시키기 위한 구동부(210)를 바이오매스 가스발생장치(100)의 외부에 설치하므로 그 조작 부품들의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

회전축(215)들 중 하나에는 핸들(219)이 결합되어 있으며, 핸들(219)을 돌려 재처리 바(301)를 90° 회전시켜 연료 받침부(200)에 쌓여 있는 재를 재 처리실(128)로 하강시킬 수 있다.

그리고 재처리 바(301)를 외부에서 구동시키기 위해 재처리 바(301)가 내화층(112)과 강철판(111)을 관통함에 따라 도 4 및 도 5에서 보여주는 바와 같이 재처리 바(301)는 재처리 바(301)를 밀착하여 감싸고 있는 재 처리바 하우징(305)에 끼워진 상태에서 내화층(112)과 강철판(111)을 관통하게 된다.

이와 같은 구성에 의해 건류실(110)에서 발생된 가스는 건류실(110) 외부로 유출되지 않게 된다.

다음은 연료 받침부(200)가 과열되지 않도록 냉각시키는 냉각기능에 대하 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 냉각수 챔버, 공기 노즐 및 재 처리바의 관계를 보여주는 연료받침부의 단면도(도 3의 C-C 선 단면도)이다.

도 6(a)는 재처리 바(301)가 닫혀 있는 상태이고, 도 6(b)는 재처리 바(301)가 90。 회전되어 열려있는 상태이다.

상술한 바와 같이 도 6에 있어서, 공기챔버(205)의 상부에는 노즐(207)이 부착되어 공기공급부로부터 공급되는 공기는 노즐(207)들을 통해 건류실(110)로 골고루 분사된다.

그리고 공기챔버(205)의 상부에 부착된 노즐(207)을 감싸도록 냉각수 챔버(206)가 설치되어 있다. 즉, 노즐(207)은 냉각수 챔버(206)를 관통하게 된다.

이와 같이 노즐(207)이 냉각수 챔버(206)를 관통함으로써, 바이오매스 연료가 건류될 때의 열이 노즐(207)에 전도되어도 도시하지 않은 냉각수 공급수단으로부터 냉각수 챔버(206)에 냉각수를 공급함으로써, 냉각수 챔버(206) 내의 물에 의해 노즐(207)이 냉각되므로 노즐(207)이 과열되어 산화 부식되는 것이 방지되고, 냉각수 챔버(206)에서 가열된 냉각수는 온수로서 사용하게 되므로 건류시 발생되는 열을 효율적으로 이용할 수 있다.

또한, 냉각수 챔버(206) 사이에 배치된 재처리 바(301)는 인접한 냉각수 챔버(206)에 의해 과열이 방지되므로 역시 산화 부식이 방지된다.

바이오매스 연료의 퇴적, 바이오매스 연료를 건류시키기 위해 필요한 산소의 공급 및 건류 후 발생된 재를 처리하는 기능과 연료 받침부를 냉각시키는 기능을 갖는 본 발명의 연료 받침부는 바이오매스 가스발생장치에서 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 바이오매스 연로를 건류하는 가스 제너레이팅 시스템의 도면

도 2는 본 발명에 따른 냉각수 챔버와 공기 노즐을 보여주는 바이오매스 가스발생장치의 제 1의 단면도(도 3의 A-A 선 단면도)

도 3은 본 발명에 따른 연료받침부의 평면도

도 4는 본 발명에 따른 연료받침부의 D 부분 확대도

도 5는 본 발명에 따른 재 처리바를 보여주는 바이오매스 가스발생장치의 제 2의 단면도(도 3의 B-B 선 단면도)

도 6은 본 발명에 따른 냉각수 챔버, 공기 노즐 및 재 처리바의 관계를 보여주는 연료받침부의 단면도(도 3의 C-C 선 단면도)

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 바이오매스 가스발생장치 110 : 건류실

117 : 가스배출구 200 : 연료받침부

201 : 송풍기 204 : 댐퍼

205 : 공기 챔버 206 : 냉각수 챔버

207 : 노즐 230 : 회전부 프레임

301 : 재처리 바 305 : 재처리 바 하우징

Claims (7)

1. 일정 크기로 분쇄된 바이오매스 연료를 사용하여 가연성 가스를 제조하기 위한 바이오매스 가스발생장치에 있어서,

   내벽이 내화층으로 형성된 건류실과,

   상기 건류실의 상부에 상기 바이오매스 연료를 공급하는 연료공급부와,

   상기 건류실의 하부에는 상기 건류실에서 연소된 재가 저장되는 재 처리실과,

   상기 건류실과 상기 재 처리실사이에서 상기 연료공급부로부터 공급되는 바이오매스 연료를 퇴적시킬 수 있고, 상기 건류실에서 건류된 후 발생되는 재를 재 처리실로 배출하며 상기 건류실에 산소를 공급하는 연료 받침부와,

   상기 연료 받침부에 외부 공기를 공급하는 공기공급부를 포함하고,

   상기 연료 받침부는 상부에 노즐이 부착되어 상기 건류실을 가로지르는 공기 챔버들과, 냉각수단으로서 상기 공기 챔버의 상부에서 상기 노즐을 감싸도록 상기 챔버와 동일한 길이방향으로 형성된 냉각수 챔버들이 구비된 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스발생장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 노즐은 바둑판 모양으로 배치된 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스발생장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각수 챔버들 사이에는 상기 건류실에서 건류된 후 발생된 재를 채 처리실로 배출하기 위해 회전시킬 수 있는 재처리 바가 더 구비된 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스발생장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 재 처리바의 회전은 상기 건류실 외부에 설치된 구동부에 의해 구동시키는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스발생장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 건류실에서 발생된 가스가 외부로 유출되지 않도록 상기 재처리 바가 재 처리바 하우징에 의해 감싸인 상태로 상기 내화층을 관통하여 상기 구동부와 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스발생장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 외부 공기는 상기 공기공급부에서 단속된 공기를 공급하기 위한 댐퍼를 거쳐 연료받침부에 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스발생장치.

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