KR101188454B1 - 바이오펠릿 제조장치 - Google Patents

Abstract

바이오펠릿 제조장치가 개시된다. 상기 바이오펠릿 제조장치는, 재료가 투입되는 호퍼; 로터리 피더를 개재하여 상기 호퍼의 하측에 배치되며, 상기 재료를 건조시키는 건조로; - 여기서, 상기 건조로는 횡방향으로 연장된 형상의 원통형 제1 케이스 및 상기 제1 케이스 내측에 배치되어 회전하는 제1 스크류 컨베이어를 포함함 - 상기 건조로의 하측에 배치되며, 상기 건조로에서 건조된 재료를 탄화시키는 탄화로; - 여기서, 상기 탄화로는 횡방향으로 연장된 형상의 원통형 제2 케이스 및 상기 제2 케이스 내측에 배치되어 회전하는 제2 스크류 컨베이어를 포함함 - 상기 탄화로에서 탄화된 재료를 펠릿 형상으로 성형하는 펠릿성형기; 및 상기 건조로와 상기 탄화로 각각의 적어도 일부를 수용하는 단열프레임을 포함한다. 이 때, 상기 단열프레임의 내부공간은 열풍이 공급되는 제1층, 상기 탄화로가 배치되는 제2층, 및 상기 건조로가 배치되는 제3층으로 구획되고, 상기 제1층과 상기 제2층을 구분하는 제1 차단막과, 상기 제2층과 상기 제3층을 구분하는 제2 차단막에는 각각 상기 열풍이 이동하는 이동홀이 형성되며, 상기 제1 차단막에 형성된 이동홀과 상기 제2 차단막에 형성된 이동홀은 서로 오버랩되지 않는다.

Description

바이오펠릿 제조장치{Apparatus for manufacturing torrefied pallet}

본 발명은 바이오펠릿 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 보일러는 주택이나 공공시설의 난방용으로 사용됨은 물론 산업용으로 사용되고 있음은 주지하는 바와 같다. 이러한 보일러의 사용 연료로는 대체적으로 기름이나 가스를 주원료로 한다. 이때, 보일러는 보통 온도조절장치가 구비되어 설정된 온도에 맞도록 기름이나 가스가 자동으로 연소실로 공급되도록 구성되어 연료가 점화되면서 발생되는 연소열을 통해 난방 및 산업설비의 동력원으로 사용된다.

한편, 전술한 바와 같은 보일러의 원료로 기름이나 가스는 연료투입과 온도조절 등의 관리가 용이하다는 점과 높은 연소열을 얻을 수 있다는 점에서 보일러의 원료로 많이 사용되고 있으나, 이러한 기름이나 가스는 상당히 고가이며 연료가 많이 소모되어 난방비가 상승하므로 경제적으로 부담될 뿐만 아니라 연소시에 배출되는 연소가스가 대기를 오염시켜 환경을 파괴하는 문제가 있다.

따라서, 전술한 바와 같이 기름이나 가스를 이용한 보일러에 비해 상대적으로 저렴한 나무를 원료로 사용하는 보일러가 보급되고 있는 추세이다. 이러한 목재를 이용한 보일러는 난방비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 기름이나 가스에 비해 친환경적이라 할 수 있다.

한국공개특허 제10-2011-0101366호 (2011. 09. 16.)

본 발명은 높은 에너지 밀도를 갖는 바이오펠릿 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 재료가 투입되는 호퍼; 로터리 피더를 개재하여 상기 호퍼의 하측에 배치되며, 상기 재료를 건조시키는 건조로; - 여기서, 상기 건조로는 횡방향으로 연장된 형상의 원통형 제1 케이스 및 상기 제1 케이스 내측에 배치되어 회전하는 제1 스크류 컨베이어를 포함함 - 상기 건조로의 하측에 배치되며, 상기 건조로에서 건조된 재료를 탄화시키는 탄화로; - 여기서, 상기 탄화로는 횡방향으로 연장된 형상의 원통형 제2 케이스 및 상기 제2 케이스 내측에 배치되어 회전하는 제2 스크류 컨베이어를 포함함 - 상기 탄화로에서 탄화된 재료를 펠릿 형상으로 성형하는 펠릿성형기; 및 상기 건조로와 상기 탄화로 각각의 적어도 일부를 수용하는 단열프레임을 포함하는 바이오펠릿 제조장치가 제공된다. 이 때, 상기 단열프레임의 내부공간은 열풍이 공급되는 제1층, 상기 탄화로가 배치되는 제2층, 및 상기 건조로가 배치되는 제3층으로 구획되고, 상기 제1층과 상기 제2층을 구분하는 제1 차단막과, 상기 제2층과 상기 제3층을 구분하는 제2 차단막에는 각각 상기 열풍이 이동하는 이동홀이 형성되며, 상기 제1 차단막에 형성된 이동홀과 상기 제2 차단막에 형성된 이동홀은 서로 오버랩되지 않는다.

한편, 상기 제1 스크류 컨베이어와 상기 제2 스크류 컨베이어는 각각 상기 재료를 혼합하기 위한 패들을 구비할 수 있다.

또한, 상기 건조로에서 발생하는 고온의 가스를 상기 제1층에 재공급하는 재공급관; 및 상기 재공급관에 설치되어 상기 가스에 포함된 수분을 제거하는 응축기를 더 포함할 수도 있다.

또한, 상기 제2 케이스는 상기 제1 케이스보다 열전도도가 더 우수한 재질로 이루어질 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 높은 에너지 밀도를 갖는 바이오펠릿 제조장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오펠릿 제조장치를 나타내는 개략도.
도 2는 도 1의 건조로를 확대하여 나타내는 단면도.
도 3은 바이오펠릿과 통상의 펠릿을 비교하여 나타내는 사진.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 바이오펠릿 제조장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오펠릿 제조장치를 나타내는 개략도이다. 도 1을 참조하면, 호퍼(10), 로터리 피더(15), 건조로(20), 탄화로(30), 펠릿성형기(40), 단열프레임(50), 제2 차단막(51), 이동홀(52), 제1 차단막(53), 이동홀(54), 제3층(55), 제2층(56), 제1층(57), 배기관(60), 재공급관(70), 응축기(80), 응축수 탱크(85), 열풍공급기(90), 모터(M) 가 도시되어 있다.

호퍼(10)는 재료가 투입되는 투입구로서, 재료로는 우드칩(wood chip) 및/또는 톱밥 등이 이용될 수 있을 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 바이오펠릿을 형성하는 데에 적합한 재료라면 무엇이든 이용될 수 있을 것이다.

호퍼(10)에 공급된 재료는 호퍼(10)의 아래에 배치된 로터리 피더(15)를 거쳐 그 아래에 위치하는 건조로(20)에 공급된다. 이와 같이 로터리 피더(15)를 이용하게 되면, 건조로(20)의 내부, 더 나아가서는 건조로(20)와 연통되어 있는 탄화로(30)의 내부로 외부의 산소가 유입되는 것을 최소화할 수 있어, 탄화로(30)에서의 보다 품질 높은 탄화 공정이 수행될 수 있게 된다.

건조로(20)는 호퍼(10)로부터 공급된 재료를 1차로 가열하여 그 안에 함유된 수분을 제거하는 기능을 수행하는데, 건조로(20)의 전부 또는 일부, 보다 구체적으로 실제로 가열을 통한 건조가 수행되는 부분은 단열프레임(50)의 내측에 수용된다. 본 실시예에서 단열프레임(50)의 내부공간은 3층 구조로 이루어지는데, 건조로(20)는 최상층인 제3층(55)에 위치한다.

건조로(20)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 횡방향으로 연장된 형상의 원통형 제1 케이스(21) 및 제1 케이스(21) 내측에 배치되어 회전하는 제1 스크류 컨베이어(SC)를 포함한다. 여기서 제1 스크류 컨베이어(SC)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 샤프트(22)와 블레이드(23) 및 재료의 혼합을 위한 패들(24)로 이루어질 수 있는데, 모터(M)에 의해 발생된 동력이 샤프트(22)에 전달되면 샤프트(22)에 결합된 블레이드(23)와 패들(24)이 회전하면서 재료들을 혼합 및 이동시키게 된다. 다만, 제1 스크류 컨베이어(SC)가 도 2의 구조에 한정되는 것은 아니며, 블레이드의 형상, 패들의 유무 등은 설계 상의 필요 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

건조로(20)의 내부 온도는 대략 100℃ 정도인데, 본 실시예에 따르면, 외부로부터 공급되는 열풍이 건조로(20) 내의 재료에 직접 공급되는 직접 가열방식이 아니라, 제1 케이스(21)를 매개로 하는 간접 가열방식이 적용된다. 즉, 열풍이 제1 케이스(21)를 가열하고, 가열된 제1 케이스(21)에 의해 재료가 건조되는 것이다. 한편, 재료의 건조 정도를 조절하기 위해 재료의 이동 속도를 조절하는 방법, 건조로(20)에 공급되는 재료의 양을 조절하는 방법, 또는 또는 가열 온도를 조절하는 방법 등을 이용할 수 있다.

건조로(20)에서 1차 가열되어 건조된 재료는 건조로(20)의 하측 즉, 단열프레임(50)의 내부공간 중 제2층(56)에 위치한 탄화로(30)에 공급되어 탄화된다. 탄화로(30)는 건조로(20)의 경우와 마찬가지로 전부 또는 일부는 단열프레임(50)의 내측에 수용된다. 여기서 탄화란 완전탄화뿐만 아니라 반탄화를 포함하는 의미이다.

탄화로(30)의 구조는 건조로(20)의 구조와 동일하다. 즉, 탄화로(30)는 횡방향으로 연장된 형상의 원통형 제2 케이스(31) 및 제2 케이스(31) 내측에 배치되어 회전하는 제2 스크류 컨베이어(SC)를 포함한다. 여기서 제2 스크류 컨베이어(SC)는 샤프트(32)와 블레이드(33) 및 재료의 혼합을 위한 패들(34)로 이루어질 수 이루어질 수 있는데, 모터(M)에 의해 발생된 동력이 샤프트(32)에 전달되면 샤프트(32)에 결합된 블레이드(33)와 패들(34)이 회전하면서 재료들을 혼합 및 이동시키게 된다. 그러나, 제2 스크류 컨베이어(SC)가 반드시 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 블레이드의 형상, 패들의 유무 등은 설계 상의 필요 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

탄화로(30)의 내부는 무산소 상태를 유지하는 것이 좋다. 그러나 여기서의 무산소 상태란 이론상으로 완전한 의미의 무산소 상태만을 의미하는 것은 아니고, 사용 상의 오차한계를 고려한 실질적인 무산소 상태를 포함하는 개념이다. 본 실시예의 경우 전술한 바와 같이 로터리 피더(15)를 이용하여 재료가 공급되므로, 건조로(20) 내부로 외부의 산소가 유입되는 것을 최소화할 수 있어, 탄화로(30) 내부의 무산소 상태 확보에 유리하다.

탄화로(30) 내부의 온도는 대략 250℃ ~ 350℃ 정도인데, 건조로(20)의 경우와 마찬가지로 외부로부터 공급되는 열풍이 탄화로(30) 내의 재료에 직접 공급되는 직접 가열방식이 아니라, 제2 케이스(31)를 매개로 하는 간접 가열방식이 적용된다.

탄화로(30)에서 탄화된 재료는 펠릿성형기(40)에 공급되어, 작은 원기둥 형상의 펠릿으로 성형된다. 펠릿성형기(40)는 건조 및 탄화공정이 완료된 재료를 고압으로 압축한 뒤 그 표면에 코팅제를 코팅하는 등의 공정을 수행하는 것으로서, 그 구체적인 구조는 당업자에게 널리 알려진 것과 다르지 않다. 도 3에는 바이오펠릿과 통상의 펠릿을 비교하여 나타내는 모습이 나타나 있다. 도 3의 왼쪽은 통상의 펠릿이며, 오른쪽은 본 실시예에 따른 장치에 의해 제조된 바이오펠릿이다.

한편, 전술한 바와 같이 단열프레임(50) 내부공간은 3층 구조를 갖는데, 제1층(57)과 제2층(56)은 제1 차단막(53)에 의해, 제2층(56)과 제3층(55)은 제2 차단막(51)에 의해 각각 구분된다. 전술한 바와 같이, 최상층인 제3층(55)에는 건조로(20)가 배치되고, 중간층인 제2층(56)에는 탄화로(30)가 배치된다. 그리고, 최하층인 제1층(57)에는 외부의 버너 등과 같은 연소장치 또는 열풍공급기(90)로부터 열풍이 공급된다.

이렇게 제1층(57)에 공급된 열풍은 제1 차단막(53)에 형성된 이동홀(54)을 통해 제2층(56)으로 이동하게 되고, 제2층(56)에 도달한 열풍이 탄화로(30)의 케이스(31)를 가열하게 됨으로써 그 내부에 위치하는 재료가 가열되어 탄화될 수 있게 된다.

또한, 제2층(56)에서 탄화에 이용된 열풍은 다시 제2 차단막(51)에 형성된 이동홀(52)을 통해 제3층(55)으로 이동하게 되고, 제3층(55)에 도달한 열풍이 건조로(20)의 케이스(21)를 가열하게 됨으로써 그 내부에 위치하는 재료가 가열되어 건조될 수 있게 된다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 제1층(57)에 공급된 열풍이 제2층(56)을 거쳐 제3층(55)에까지 이동하는 과정 중에 각 층에 위치하는 탄화로(30)와 건조로(20)에 열을 공급하여 탄화공정과 건조공정이 수행되도록 함으로써, 건조와 탄화에 각각 별도의 열원을 이용할 필요가 없는 장점이 있다.

또한, 전술한 바와 같이 건조공정에는 탄화공정에 비해 적은 양의 열에너지가 공급되어야 하는 점을 고려하여, 탄화로(30)를 제2층(56)에 배치하고 건조로(20)를 제3층(55)에 배치함으로써, 자연히 건조로(20)에 상대적으로 적은 열에너지가 공급되도록 하는 구조를 구현할 수 있다.

뿐만 아니라, 필요한 경우, 탄화로(30)를 구성하는 케이스(31)에 건조로(20)를 구성하는 제1 케이스(21)보다 더 우수한 열전도도를 갖는 재질을 적용할 수도 있을 것이다. 이 경우, 같은 환경 하에서도 탄화공정에 상대적으로 더 많은 열 에너지를 공급하는 효과를 나타낼 수 있으며, 반대로 건조공정에는 필요 이상의 열 에너지가 과잉 공급되는 현상을 방지할 수 있게 될 것이다.

한편, 제1층(57)에 공급된 열풍이 제2층(56)에서 충분히 활용된 뒤 제3층(55)으로 이동할 수 있도록 하기 위해, 제1 차단막(53)에 형성된 이동홀(54)과 제2 차단막(51)에 형성된 이동홀(52)은 서로 오버랩되지 않는다. 바람직하게는 제1 차단막(53)에 형성된 이동홀(54)과 제2 차단막(51)에 형성된 이동홀(52)은 단열프레임(50)의 중심축을 기준으로 서로 대칭되도록 반대편 끝 부분에 위치할 수 있다.

탄화공정 및 건조공정에 모두 사용된 열풍은 단열프레임(50) 상부에 형성된 배기관(60)을 통해 배출된다.

다른 한편, 건조로(20) 내에서의 건조공정 및/또는 탄화로(30) 내에서의 탄화공정 중에 발생하는 고온의 가스를 재활용하기 위한 재공급관(70) 및 응축기(80)가 마련될 수도 있다. 재공급관(70)은 건조로(20) 및/또는 탄화로(30)에서 발생하는 고온의 가스를 포집하여 열풍이 공급되는 제1층(57)에 재공급하는 경로를 제공하며, 응축기(80)는 재공급관(70)에 설치되어 고온의 가스 내에 함유된 수분을 제거하는 기능을 수행한다. 응축기(80)에 의해 응축된 수분은 응축수 탱크(85)에 저장된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

10: 호퍼 15: 로터리 피더
20: 건조로 21: 제1 케이스
22: 샤프트 23: 블레이드
24: 패들 30: 탄화로
31: 제2 케이스 32: 샤프트
33: 블레이드 34: 패들
40: 펠릿성형기 50: 프레임
51: 제2 차단막 52: 이동홀
53: 제1 차단막 54: 이동홀
55: 제3층 56: 제2층
57: 제1층 60: 배기관
70: 재공급관 80: 응축기
85: 응축수 탱크 90: 열풍공급기
M: 모터 SC: 스크류 컨베이어

Claims (4)

1. 재료가 투입되는 호퍼;
   로터리 피더를 개재하여 상기 호퍼의 하측에 배치되며, 상기 재료를 건조시키는 건조로; - 여기서, 상기 건조로는 횡방향으로 연장된 형상의 원통형 제1 케이스 및 상기 제1 케이스 내측에 배치되어 회전하는 제1 스크류 컨베이어를 포함함 -
   상기 건조로의 하측에 배치되며, 상기 건조로에서 건조된 재료를 탄화시키는 탄화로; - 여기서, 상기 탄화로는 횡방향으로 연장된 형상의 원통형 제2 케이스 및 상기 제2 케이스 내측에 배치되어 회전하는 제2 스크류 컨베이어를 포함함 -
   상기 탄화로에서 탄화된 재료를 펠릿 형상으로 성형하는 펠릿성형기; 및
   상기 건조로와 상기 탄화로 각각의 적어도 일부를 수용하는 단열프레임을 포함하며,
   상기 단열프레임의 내부공간은 외부로부터 열풍이 공급되는 제1층, 상기 탄화로가 배치되는 제2층, 및 상기 건조로가 배치되는 제3층으로 구획되고,
   상기 제1층과 상기 제2층을 구분하는 제1 차단막과, 상기 제2층과 상기 제3층을 구분하는 제2 차단막에는 각각 상기 열풍이 이동하는 이동홀이 형성되며,
   상기 제1 차단막에 형성된 이동홀과 상기 제2 차단막에 형성된 이동홀은 서로 오버랩되지 않고,
   상기 제2 케이스는 상기 제1 케이스보다 열전도도가 더 우수한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오펠릿 제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 스크류 컨베이어와 상기 제2 스크류 컨베이어는 각각 상기 재료를 혼합하기 위한 패들이 구비되는 것을 특징으로 하는 바이오펠릿 제조장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 건조로에서 발생하는 고온의 가스를 상기 제1층에 재공급하는 재공급관; 및
   상기 재공급관에 설치되어 상기 가스에 포함된 수분을 제거하는 응축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오펠릿 제조장치.
   
4. 삭제

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