KR101239111B1

KR101239111B1 - 숯 제조용 연속 탄화장치

Info

Publication number: KR101239111B1
Application number: KR1020110021212A
Authority: KR
Inventors: 이강민; 이오복
Original assignee: 주식회사 에스시티
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2013-03-11
Also published as: KR20120103138A

Abstract

본 발명은 숯 제조용 연속 탄화장치에 관한 것으로서, 내부로 주입되는 유기물 원료를 가열하여 탄화시키도록 연소용 버너가 구비된 탄화로; 및, 상기 탄화로의 하부에 마련되어 상기 탄화로에서 낙하되는 숯과 상기 탄화로 하부의 적열 분위기를 수냉식으로 냉각시키고, 숯의 낙하방향에 가로방향을 중심으로 회전되어 숯을 외부로 단속적으로 배출하는 수냉식 회전 배출 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 숯 제조용 연속 탄화장치에 의해 팜 껍질과 야자 껍질 등과 같은 유기물 원료의 탄화가 자동으로 이루어지고 탄화 정도가 일정한 우수한 품질의 숯을 생산할 수 있다.

Description

숯 제조용 연속 탄화장치 {CONTINUOUS CARBONIZATION APPARATUS FOR MANUFACTURING CHARCOAL}

본 발명은 숯 제조용 연속 탄화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 팜 껍질(palm shell)과 야자 껍질(coconut shell) 등과 같은 유기물 원료를 탄화시켜 숯을 만들기 위한 숯 제조용 연속 탄화장치에 관한 것이다.

숯은 예전부터 일반 목재(예컨대, 참나무나 소나무 등)를 원료로 탄화시켜 만들었으나 산림훼손의 부작용이 있고, 금액도 고가이며, 그 자원량이 절대적으로 부족하다. 이에, 미국, 중국, 인도, 아프리카 등 지구상의 거의 모든 나라에서는 산림벌채를 금지하고 있고 숯 수출도 금지하고 있는 실정이다.

최근에는 국내에서 폐목재(문틀, 장롱, 씽크대, 목재 파레트 등)를 원료로 탄화시켜 숯을 대신할 수 있는 탄소재를 생산하고 있으나, 이는 연소시 분진 및 환경오염물질들을 많이 발생시킬 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 원료를 탄화시키기 위해 원료를 태우는 연소 방식은 전통적으로 사용해온 가마형태의 탄화로를 사용하고 있기 때문에 원료를 채우고 불을 붙이고 제품을 꺼내는 모든 공정이 인력 작업에 의존하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 팜 껍질과 야자 껍질 등과 같은 유기물 원료의 탄화가 자동으로 이루어지고 탄화 정도가 일정한 우수한 품질의 숯을 생산할 수 있는 숯 제조용 연속 탄화장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 내부로 주입되는 유기물 원료를 가열하여 탄화시키도록 연소용 버너가 구비된 탄화로; 및, 상기 탄화로의 하부에 마련되어 상기 탄화로에서 낙하되는 숯과 상기 탄화로 하부의 적열 분위기를 수냉식으로 냉각시키고, 숯의 낙하방향에 가로방향을 중심으로 회전되어 숯을 외부로 단속적으로 배출하는 수냉식 회전 배출 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 숯 제조용 연속 탄화장치에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 수냉식 회전 배출 어셈블리는, 상기 탄화로의 하부에 연계 구비되고 내부로 냉각수가 흐르며 회전동작에 의해 숯을 외부로 배출하도록 구비된 회전 배출부와, 상기 회전 배출부에 연계되어 상기 회전 배출부로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 회전 배출부는, 외관을 형성하며 내부를 향해 고압의 냉각수를 분사하는 물 분사노즐이 구비된 배출 드럼 케이싱과, 상기 배출 드럼 케이싱의 내부에서 상기 배출 드럼 케이싱의 길이방향을 따라 중심부에 배치되되 외부로부터의 공기유입이 차단되게 마련되고 회전가능하게 구비되며 내부로 흐르는 냉각수에 의해 상기 탄화로 하부의 적열 분위기를 냉각시키는 냉각 회전부와, 상기 냉각 회전부에 연계되어 상기 냉각 회전부의 회전을 구동하는 배출 구동부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 냉각수 공급부는, 쿨링팬이 구비된 쿨링타워와, 상기 쿨링타워로부터 상기 냉각 회전부의 입수부로 연결된 제1 냉수배관과, 상기 제1 냉수배관에서 분기되어 상기 쿨링타워로부터 상기 물 분사노즐로 연결된 제2 냉수배관과, 상기 제1 냉수배관 및 상기 제2 냉수배관의 분기 지점과 상기 쿨링타워 사이에 구비된 냉각수 펌프와, 상기 냉각 회전부의 출수부로부터 상기 쿨링타워로 연결된 회수배관을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 탄화로에 구비되어 상기 탄화로 내부의 온도를 감지하는 감지부와, 상기 감지부에서 감지된 결과에 기초하여 감지된 온도가 미리 설정된 기준 온도 이하일 경우 상기 연소용 버너가 가동되도록 상기 연소용 버너를 제어하고, 미리 설정된 탄화시간에 기초하여 설정된 탄화시간 동안에는 숯이 배출되지 않도록 하다가 설정된 탄화시간이 종료된 후 회전동작에 의해 숯이 외부로 배출될 수 있도록 상기 수냉식 회전 배출 어셈블리를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 숯 제조용 연속 탄화장치에 의해 팜 껍질과 야자 껍질 등과 같은 유기물 원료의 탄화가 자동으로 이루어지고 탄화 정도가 일정한 우수한 품질의 숯을 생산할 수 있다.

또한, 탄화 초기에만 연소용 연료가 필요하고 이후로는 원료의 투입만 계속적으로 이뤄지면 더 이상의 연소용 연료는 필요없이 탄화 공정이 연속적으로 이루어질 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 숯 제조용 연속 탄화장치에 의해 제조된 야자 숯과 팜 숯 등은 활성 탄소의 제조나 성형 숯 제조에 이용가능하기 때문에 현재 버려지고 있는 다양한 종류의 유기물 원료들을 수거하여 재활용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 숯 제조용 연속 탄화장치의 공정 흐름을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 탄화로 및 회전 배출부를 도시한 측단면도,
도 3은 도 2의 탄화로 및 회전 배출부의 정단면도,
도 4는 도 1의 숯 제조용 연속 탄화장치의 제어 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 구현예에 의한 숯 제조용 연속 탄화장치의 개략도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 숯 제조용 연속 탄화장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 수직한 구조로 마련되고 상부에서 내부로 주입되는 유기물 원료를 가열하여 탄화시키도록 연소용 버너(118)가 하부 일측에 구비된 탄화로(110)와, 탄화로(110)의 하부에 연통되게 마련되어 탄화로(110)에서 낙하되는 숯과 탄화로(110) 하부의 적열 분위기를 수냉식으로 냉각시키고 숯의 낙하방향에 가로방향을 중심으로 회전되어 숯을 외부로 단속적으로 배출하는 수냉식 회전 배출 어셈블리(130)를 포함한다.

유기물 원료로는 팜 껍질(palm shell), 야자 껍질(coconut shell), 솔방울, 쌀 껍질, 톱밥 등이 사용될 수 있다.

이에 따라, 팜 껍질이나 야자 껍질과 같은 유기물 원료를 연속적으로 탄화시켜 숯을 제조할 수 있고, 자동화된 방법으로 탄화된 숯을 냉각시키면서 연속적으로 배출함으로써 탄화 정도가 일정하면서도 품질이 우수한 숯을 생산할 수 있다.

탄화로(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부에 연계되도록 구비된 원료공급호퍼(111)와, 상부로부터 투입되는 원료의 투입통로가 되도록 상부에 마련된 원료주입부(112)와, 원료의 탄화 시 내부에서 발생되는 연소공기가 외부로 배출되는 배출통로가 되도록 상부에 마련된 가스배출부(113)와, 원료공급호퍼(111) 및 원료주입부(112) 사이에 구비되어 원료공급호퍼(111)로부터 공급되는 유기물 원료들을 회전동작에 의해 원료주입부(112)로 이송시키는 스크류 피더(115)와, 스크류 피더(115)에 연계되어 스크류 피더(115)의 회전을 구동하는 피더 구동모터(116)와, 탄화로(110)의 하부 일측에 구비되어 탄화로(110)의 내부로 투입되어 낙하되면서 건조되는 원료들이 태워져 탄화되도록 탄화가 시작될 때에 원료를 점화시켜 열을 가하는 연소용 버너(118)를 포함한다.

연소용 버너(118)에 의해 원료가 탄화되는 정상적인 탄화 분위기에서 탄화로(110)의 내부 온도는 대략 1,000℃~1,200℃ 정도에 달하기 때문에 금속으로 된 내부 부품은 고온에 의해 열 부식되거나 손상될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 탄화로(110)의 내부는 내화 몰탈과 벽돌로 두께는 대략 80mm 정도가 되도록 설치하고, 탄화구역의 내부는 가로 650mm, 세로 450mm, 높이 1,500mm 크기로 플랜지에 의해 조립된 구조로 마련하며, 가열시 철판과 분리되는 것을 방지하기 위해 스테인리스 앵커를 설치하는 것이 바람직하다.

원료주입부(112)는 열 변형 및 부식이 방지될 수 있도록 재질을 SUS310으로 하는 직경 100mm의 파이프를 사용한다. 본 발명의 일실시예로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 원료주입부(112)의 하부에는 원료의 탄화 시 탄화로(110)의 내부에서 발생되는 연소가스의 역류를 방지하는 가스역류 방지 가이드(112a)가 구비된 것이 바람직하다. 가스역류 방지 가이드(112a)는 원료가 탄화로(110)의 내부로 골고루 분산될 수 있도록 대략 원뿔의 형상으로 마련되어 탄화로(110)의 내부로 투입되는 원료가 일정하게 투입되도록 한다.

연소용 버너(118)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 외기가 공급될 수 있도록 일측에 구비된 급기팬(118a)을 포함하고, 탄화로(110)의 내부에서 연소용 버너(118)의 상측에는 하향 경사지게 버너 가이드(118b)가 구비되어 연소용 버너(118)의 연소공간이 확보될 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 탄화로(110)의 가스배출부(113)에는 스크러버(scrubber)(120)가 연계되어 탄화 후 발생되는 배기가스 중에 존재하는 타르, 질소산화물, 일산화탄소, 이산화탄소 등은 응축되고 맑은 공기만 배출될 수 있다. 이를 위해 스크러버(120)는 사이클론 집진장치(cyclone dust collector)로 마련되고 스크러버(120)에는 배기팬(121)이 연결되어 스크러버(120)를 거쳐 정화된 배기가스를 외부로 배출하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 스크러버(120)를 거쳐 정화된 연소공기가 배기팬(121)으로 빨아 들여짐으로써 열교환기(미도시)와 냉각장치(미도시)를 거쳐서 대기 중으로 배출될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 탄화로(110)의 하부는 수냉식 회전 배출 어셈블리(130)에 연통되도록 하부가 개방되게 마련된다.

수냉식 회전 배출 어셈블리(130)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 탄화로(110)의 하부에 연계 구비되고 내부로 냉각수가 흐르며 회전동작에 의해 숯을 외부로 배출하도록 구비된 회전 배출부(140)와, 회전 배출부(140)에 연계되어 회전 배출부(140)로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부(150)를 포함한다.

회전 배출부(140)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 외관을 형성하며 내부를 향해 고압의 냉각수를 분사하는 물 분사노즐(141b)이 구비된 배출 드럼 케이싱(141)과, 배출 드럼 케이싱(141)의 내부에서 배출 드럼 케이싱(141)의 길이방향을 따라 중심부에 배치되되 외부로부터의 공기유입이 차단되게 마련되고 회전가능하게 구비되며 내부로 흐르는 냉각수에 의해 탄화로(110) 하부의 적열 분위기를 냉각시키는 냉각 회전부(142)와, 냉각 회전부(142)에 연계되어 냉각 회전부(142)의 회전을 구동하는 배출 구동부(147)를 포함한다.

이에 따라, 탄화로(110) 내부에서 탄화되어 제조되는 숯이 연속적으로 배출될 수 있도록 함과 동시에 외부 공기의 유입을 차단할 수 있으며, 냉각 회전부(142)의 내부에서 연속적으로 냉각수가 흐르도록 하면서 탄화로(110) 내부의 적열 분위기에 노출된 내부 부품들을 냉각시켜 원료의 탄화 시 탄화로(110) 내부의 적열 분위기에서 금속으로 된 내부 부품들이 고온에 의해 열 부식되거나 손상되는 것을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배출 드럼 케이싱(141)의 하부에는 원료가 탄화로(110) 내부에서 탄화되어 제조된 숯이 외부로 배출될 수 있도록 배출 통로가 되는 숯 배출구(141a)가 구비되고, 배출 드럼 케이싱(141)의 내부에는 복수의 물 분사노즐(141b)들이 구비된 분사노즐 배관(141c)이 구비되며, 분사노즐 배관(141c)에는 물 분사노즐(141b)에 의한 고압의 냉각수 분사가 단속될 수 있도록 분사밸브(141d)가 구비된 것이 바람직하다.

이에 따라, 탄화로(110)의 하부에서 적열된 숯이 배출되기 전에 고압의 냉각수를 분무하여 냉각시킬 수 있다.

냉각 회전부(142)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각수 공급부(150)의 후술할 제1 냉수배관(153)을 통해 공급되는 냉각수가 내부를 통해 흐르도록 중공체로 형성되며 배출 구동부(147)가 연계구비되어 배출 구동부(147)의 회전구동에 의해 회전되는 중공 회전축(142a)과, 중공 회전축(142a)의 전단부에 구비되어 제1 냉수배관(153)을 통해 냉각수 공급부(150)로부터 냉각수가 유입되는 입수부(143)와, 중공 회전축(142a)의 후단부에 구비되고 냉각수 공급부(150)의 후술할 회수배관(159)에 연결되어 사용된 냉각수를 회수배관(159)으로 유출시키는 출수부(144)와, 배출 드럼 케이싱(141) 내부에서 중공 회전축(142a)을 감싸되 중공 회전축(142a)의 외주면으로부터 이격되게 구비되고 내부에는 중공 회전축(142a)의 내부를 흐르는 냉각수가 유입되어 흐를 수 있도록 냉각수 유동 공간이 형성된 회전드럼(145)을 포함한다.

입수부(143)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 중공 회전축(142a)이 회전되더라도 제1 냉수배관(153)에 고정되게 연결되어 제1 냉수배관(153)을 통해 유입되는 냉각수가 누설되지 않도록 구비된 입수 로터리 조인트(143a)와, 입수 로터리 조인트(143a)의 일측에 구비되어 중공 회전축(142a)으로 유입되는 냉각수의 흐름을 개폐하는 입수 밸브(143b)를 포함한다.

출수부(144)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 중공 회전축(142a)이 회전되더라도 회수배관(159)에 고정되게 연결되어 회수배관(159)으로 유출되는 냉각수가 누설되지 않도록 구비된 출수 로터리 조인트(144a)와, 출수 로터리 조인트(144a)의 일측에 구비되어 중공 회전축(142a)으로부터 유출되는 냉각수의 흐름을 개폐하는 출수 밸브(144b)를 포함한다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 중공 회전축(142a)과 회전드럼(145) 사이에는 냉각 파이프(145a)가 연결 구비되어 중공 회전축(142a)으로 유입되는 냉각수가 회전드럼(145)의 내부로도 흘러들어가도록 마련되고, 탄화된 숯이 회전드럼(145)의 표면으로 낙하되어 중공 회전축(142a)의 회전에 의해 회전드럼(145)이 회전됨에 따라 숯 배출구(141a) 측을 통해 외부로 자유낙하에 의해 배출되기까지 소정의 공간 내에서 임시로 안착될 수 있도록 회전드럼(145)의 외주면에는 둘레를 따라 공간을 구획하는 복수의 게이트 격벽(145b)들이 구비된 것이 바람직하다.

이에 따라, 게이트 격벽(145b)들과 회전드럼(145)이 탄화구역으로부터 전달되는 열에 의해 과열되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일실시예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 게이트 격벽(145b)들은 회전 배출부(140)의 측면 상에서 대략 여섯 개의 공간이 구획되도록 방사상으로 여섯 개가 구비된 것이 바람직하다. 또한, 냉각 파이프(145a)는 게이트 격벽(145b)들에 의해 구획된 공간의 회전드럼(145)과 게이트 격벽(145b)들, 그리고 여기에 접촉되는 숯 제품들이 냉각될 수 있도록 중공 회전축(142a)으로부터 각각의 구획 공간의 회전드럼(145)을 향해 방사상의 형태로 연결된 것이 바람직하다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 중공 회전축(142a)과 배출 드럼 케이싱(141) 사이에는 공기의 유동을 막을 수 있도록 내열 구리스 패킹(141d)이 구비된 것이 바람직하다.

이에 따라, 본 발명에 따른 수냉식 회전 배출 어셈블리(130)의 회전 배출부(140)가 수냉식으로 냉각되면서 회전가능하게 구비되면서도 외부 공기의 유입이 차단되어 밀봉되는 구조로 마련됨으로써 로터리 킬른이나 고정식 연소장치 등과 같은 타 연소장치의 단점들을 해결할 수 있다.

배출 구동부(147)는 모터로 구비되고, 도 1에 도시된 바와 같이, 배출 구동부(147)의 회전 구동력이 중공 회전축(142a)으로 전달될 수 있도록 냉각 회전부(142)의 중공 회전축(142a)과 배출 구동부(147) 사이에는 전동부(149)가 구비된 것이 바람직하다. 본 발명의 일실시예로서, 전동부(149)는 기어(149a)와 베어링(149b)을 포함하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 수직 탄화로(110)의 하부에서 원료가 태워지는 일정 시간(탄화시간) 후 뜨거워진 숯(탄소)을 자동으로 배출할 수 있도록 탄화로(110)의 하부에 구비된 본 발명에 따른 회전 배출부(140)는 일정시간(대략 15분 정도) 동안 정지해 있다가 일정 각도(대략 120도 정도)로 회전되어 숯을 배출한 후 다시 일정시간(대략 15분 정도) 동안 정지해 있어야 하고, 이러한 정지와 배출은 후술할 제어부(190)에 의해 연속적으로 반복되어야 하는데, 이때 회전 배출부(140)가 정지해 있는 동안에 탄화로(110) 내부의 뜨거운 열이 회전 배출부(140)에 전달되더라도 회전 배출부(140)가 수냉식으로 냉각됨으로써 회전 배출부(140)가 과열되는 것을 방지할 수 있다.

냉각수 공급부(150)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 쿨링팬(152)이 구비된 쿨링타워(151)와, 쿨링타워(151)로부터 냉각 회전부(142)의 입수부(143)로 연결된 제1 냉수배관(153)과, 제1 냉수배관(153)에서 분기되어 쿨링타워(151)로부터 물 분사노즐(141b)로 연결된 제2 냉수배관(155)과, 제1 냉수배관(153) 및 제2 냉수배관(155)의 분기 지점과 쿨링타워(151) 사이에 구비된 냉각수 펌프(157)와, 냉각 회전부(142)의 출수부(144)로부터 쿨링타워(151)로 연결된 회수배관(159)을 포함한다. 이때, 회수배관(159)을 통해 쿨링타워(151)로 회수된 냉각수는 쿨링팬(152)에 의해 다시 냉각된 후 냉각수 펌프(157)를 통해 제1 냉수배관(153) 및 제2 냉수배관(155)을 거쳐 회전 배출부(140)로 다시 공급된다.

이에 따라, 탄화로(110)에서 회전 배출부(140)로 낙하되는 숯과 회전 배출부(140)를 비롯한 탄화로(110) 하부의 적열 분위기가 수냉식으로 냉각되도록 냉각수 공급부(150)에 의해 회전 배출부(140)의 중공 회전축(142a)과 물 분사노즐(141b)에 냉각수를 공급할 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 숯 제조용 연속 탄화장치(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전원이 필요한 모든 부품으로 전원을 공급하도록 구비된 전원부(160)와, 입력부(170)와, 저장부(175)와, 감지부(180)와, 제어부(190)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

입력부(170)는 탄화로(110) 내부에서 원료가 탄화되는 정상적인 탄화 분위기에서의 최저치인 기준 온도와 탄화 지속 시간, 탄화시간 종료 후 수냉식 회전 배출 어셈블리(130)의 회전 배출부(140)에 의한 숯의 배출시간 및 탄화로(110) 내부의 온도에 따른 배기팬(121)의 회전수(배기팬(121) 구동모터의 rpm) 등을 비롯한 제어부(190)에서 필요로 하는 모든 입력 정보를 입력받아 제어부(190)에 전달한다.

저장부(175)는 입력부(170)에서 입력받은 정보와 제어부(190)에 의해 산출된 정보를 제어부(190)로부터 전달받아 저장한다.

감지부(180)는 전원부(160)에 전기적으로 연결되어 전원부(160)로부터 전원을 공급받고, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 탄화로(110)에 구비되어 탄화로(110) 내부의 온도를 감지한다. 본 발명의 일실시예로서, 감지부(180)는 탄화로(110)의 상부와 하부에 각각 구비된 온도센서로 마련된 것이 바람직하다.

제어부(190)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 감지부(180)에서 감지된 결과에 기초하여 감지된 온도가 미리 설정된 기준 온도 이하일 경우 연소용 버너(118)가 가동되도록 연소용 버너(118)를 제어하고, 미리 설정된 탄화시간에 기초하여 설정된 탄화시간 동안에는 숯이 배출되지 않도록 하다가 설정된 탄화시간이 종료된 후 회전동작에 의해 숯이 외부로 배출될 수 있도록 수냉식 회전 배출 어셈블리(130)를 제어한다. 한편, 배기팬(121)은 제어부(190)의 제어신호에 의해 회전수가 조절될 수 있도록 구비된 것이 바람직하다.

좀더 구체적으로, 입수 밸브(143b), 출수 밸브(144b), 배출 구동부(147), 연소용 버너(118), 냉각수 공급부(150)의 쿨링팬(152) 구동모터와 냉각수 펌프(157), 분사밸브(141d), 피더 구동모터(116) 및 배기팬(121)을 비롯한 모든 부품들로 전원을 공급하는 전원부(160)를 제어부(190)는 감지부(180)에서 감지된 결과에 기초하여 연산해낸 판단 제어신호와 입력부(170)를 통해 입력된 입력신호로 제어하여 이들을 제어한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 숯 제조용 연속 탄화장치(100)에 의해 팜 껍질과 야자 껍질 등과 같은 유기물 원료의 탄화가 자동으로 이루어져 탄화 정도가 일정한 우수한 품질의 숯을 생산할 수 있고, 탄화 초기에만 연소용 연료가 필요하고 이후로는 원료의 투입만 계속적으로 이뤄지면 더 이상의 연소용 연료는 필요없이 탄화 공정이 연속적으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 수냉식 회전 배출 어셈블리(130)의 회전 배출부(140)는 배출 드럼 케이싱(141)이 탄화로(110)의 하부에 연통되게 일체로 구비되고 탄화로(110)의 하부에서 숯 배출구(141a)의 상부에 냉각 회전부(142)가 설치되어 구비될 수도 있다. 이때에, 냉각 회전부(142)는 회전드럼(145)이 따로 구비되지 않고 내부가 비워진 스크류의 형상으로 마련되어 배출 구동부(147)의 회전 구동에 의해 냉각 회전부(142)가 회전됨에 따라 탄화로(110)의 내부에서 탄화되며 낙하되는 숯을 숯 배출구(141a) 측으로 이송시키며, 스크류 형상의 냉각 회전부(142)의 내부를 따라 흐르는 냉각수에 의하여 냉각 회전부(142)에 접촉되는 숯을 냉각시킬 수 있다.

아울러, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 냉각 회전부(142)의 하부에 구비된 숯 배출구(141a)에는 냉각 이송부(210)가 설치된 것이 바람직하다. 냉각 이송부(210)의 내부에는 숯 배출구(141a)를 통해 유입되는 숯을 회전동작에 의해 이송시키는 스크류 회전축(211)이 구비되고, 스크류 회전축(211)에 의해 이송되는 숯에 냉각수를 분사할 수 있도록 냉각수 분사부(213)가 구비되며, 스크류 회전축(211)의 이송 말단에는 냉각된 숯을 최종적으로 배출하는 냉각 숯 배출구(215)가 구비된다.

이에 따라, 냉각 회전부(142)에 의해 냉각된 숯을 냉각 이송부(210)에 의해 이송되는 과정 중에 추가적으로 냉각시킬 수 있게 됨으로써 숯을 좀더 효과적으로 냉각시킬 수 있고, 숯 제조용 연속 탄화장치(100)에 의한 숯 제조공정이 좀더 연속적으로 이루어질 수 있도록 구성될 수 있다.

이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 숯 제조용 연속 탄화장치(100)를 통해 유기물 원료를 숯으로 제조하는 과정을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 제어부(190)는 입력부(170)로부터의 입력신호에 의해 회전 배출부(140)의 입수 밸브(143b)가 개방되도록 전원부(160)를 제어하여 입수부(143)를 통해 중공 회전축(142a)의 내부로 냉각수를 채우고, 배출 구동부(147)를 작동시켜 냉각 회전부(142)가 회전되도록 한다. 이때, 연소용 버너(118)에는 연소용 연료가 공급될 수 있도록 미리 오일호스를 연결해 두는 것이 바람직하다.

다음에, 제어부(190)는 연소용 버너(118)가 가동되도록 전원부(160)를 제어한다.

그리고, 제어부(190)는 쿨링타워(151)의 쿨링팬(152)과 냉각수 펌프(157)가 작동되도록 전원부(160)를 제어하고, 배기팬(121)과 스크류 피더(115)의 가동상태와 회전방향을 확인한 후 팜 껍질을 원료공급호퍼(111)에 넣고 스크류 피더(115)를 통하여 탄화로(110)의 상부로 투입한다.

초기에는 탄화로(110)에 원료를 채우고 하부의 연소용 버너(118)를 작동시켜 원료에 착화를 시킨다. 내부 온도가 서서히 상승하면 계속적으로 원료를 투입하는데 투입하는 원료는 하부에서 배출되는 숯 제품 양만큼만 보충되어야 한다. 이는 원료 투입 또한 제품 배출량에 맞추어서 간헐적으로 이루어져야 함을 의미한다.

배기팬(121)은 가동 초기에는 탄화 시 발생되는 연기만 제거될 정도로 약하게 회전되다가 정상적인 탄화 분위기에서는 감지부(180)에 의해 감지된 내부 온도에 따라서 배기량이 적합해지도록 제어부(190)는 배기팬(121)의 회전수를 제어한다.

본 발명에 따른 숯 제조용 연속 탄화장치(100)의 운전 조건은 15분 동안 탄화, 1분 동안 배출의 반복 작업으로 24시간 연속 탄화를 실시한다.

15분 동안 탄화 후 빨간 색으로 적열된 숯이 회전드럼(145)이 회전되면서 숯 배출구(141a)를 향해 낙하되어 배출될 때에 고압의 미세한 물 입자를 분무하여 온도를 낮춤과 동시에 숯에 붙은 불을 꺼지게 하여 제품으로 회수한다.

15분 동안 탄화된 후 1회 배출되는 숯 제품의 양은 폭 0.45m, 길이 0.65m, 두께 0.15m로서 체적은 44리터이며 1시간에 4회 배출할 수 있으므로 여기에 24시간을 곱하면 대략 4.2㎥를 생산하게 된다.

즉, 비중 0.5를 곱하면 하루에 생산되는 숯 제품의 중량은 대략 2.1톤이 된다.

<물성 측정>

상술한 본 발명에 따른 숯 제조용 연속 탄화장치(100)에 의해 제조된 팜 숯과 야자 숯의 시료(실시예1의 숯 제품)에 대한 고정탄소, 수분, 휘발분, 발열량에 대한 물성을 측정하여 표 1에 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 실시예1과 비교하기 위하여 일반 자연산 숯(망그로브 숯)과 열탄에 대한 물성을 함께 나타낸다.

<연소 실험>

또한, 실시예1의 숯 제품과 망그로브 숯, 열탄 각 450g을 10분 단위로 연소시켜 연소시 온도변화와 연소시간을 측정하여 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타난 바와 같이, 비교 예인 망그로브 숯과 열탄은 서서히 발열되어 10분 동안 연소시 224℃, 118℃이고, 20분 경과시 310℃, 236℃이며, 30분 경과시 488℃, 526℃로서 서서히 연소된다.

그러나, 본 발명의 숯 제조용 연속 탄화장치(100)에 의해 제조된 숯 제품은 10분 경과시 545℃, 20분 경과시 590℃, 30분 경과시 610℃의 연소온도를 나타내어 연소 초기부터 높은 온도를 유지하였다.

또한, 본 발명의 숯 제조용 연속 탄화장치(100)에 의해 제조된 숯 제품은 최고온도 및 연속시간이 비교 예인 망그로브 숯 및 열탄과 유사하지만, 최저온도가 510℃ 이상이며, 평균 온도도 망그로브 숯 및 열탄에 비하여 1.5배 이상 높은 품질이 우수한 탄소임을 알 수 있다.

이에, 본 발명에 따르면, 숯 제조용 연속 탄화장치(100)에 의해 팜 껍질과 야자 껍질 등과 같은 유기물 원료의 탄화가 자동으로 이루어져 탄화 정도가 일정한 우수한 품질의 숯을 생산할 수 있고, 본 발명에 따른 숯 제조용 연속 탄화장치(100)에 의해 제조된 야자 숯과 팜 숯 등은 활성 탄소의 제조나 성형 숯 제조에 이용가능하기 때문에 현재 버려지고 있는 다양한 종류의 유기물 원료들을 수거하여 재활용할 수 있다.

100 : 숯 제조용 연속 탄화장치 110 : 탄화로
118 : 연소용 버너 130 : 수냉식 회전 배출 어셈블리
140 : 회전 배출부 141 : 배출 드럼 케이싱
141b : 물 분사노즐 142 : 냉각 회전부
147 : 배출 구동부 150 : 냉각수 공급부
151 :쿨링타워 152 : 쿨링팬
153 : 제1 냉수배관 155 : 제2 냉수배관
157 : 냉각수 펌프 159 : 회수배관
180 : 감지부 190 : 제어부

Claims

내부로 주입되는 유기물 원료를 가열하여 탄화시키도록 연소용 버너가 구비된 탄화로; 및
상기 탄화로의 하부에 마련되어 상기 탄화로에서 낙하되는 숯과 상기 탄화로 하부의 적열 분위기를 수냉식으로 냉각시키고, 숯의 낙하방향에 가로방향을 중심으로 회전되어 숯을 외부로 단속적으로 배출하는 수냉식 회전 배출 어셈블리를 포함하되,
상기 수냉식 회전 배출 어셈블리는,
상기 탄화로의 하부에 연계 구비되고 내부로 냉각수가 흐르며 회전동작에 의해 숯을 외부로 배출하도록 구비된 회전 배출부와, 상기 회전 배출부에 연계되어 상기 회전 배출부로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부를 포함하고,
상기 회전 배출부는,
외관을 형성하며 내부를 향해 고압의 냉각수를 분사하는 물 분사노즐이 구비된 배출 드럼 케이싱과,
상기 배출 드럼 케이싱의 내부에서 상기 배출 드럼 케이싱의 길이방향을 따라 중심부에 배치되되 외부로부터의 공기유입이 차단되게 마련되고 회전가능하게 구비되며 내부로 흐르는 냉각수에 의해 상기 탄화로 하부의 적열 분위기를 냉각시키는 냉각 회전부와,
상기 냉각 회전부에 연계되어 상기 냉각 회전부의 회전을 구동하는 배출 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 숯 제조용 연속 탄화장치.
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제1항에 있어서,
상기 냉각수 공급부는,
쿨링팬이 구비된 쿨링타워와,
상기 쿨링타워로부터 상기 냉각 회전부의 입수부로 연결된 제1 냉수배관과,
상기 제1 냉수배관에서 분기되어 상기 쿨링타워로부터 상기 물 분사노즐로 연결된 제2 냉수배관과,
상기 제1 냉수배관 및 상기 제2 냉수배관의 분기 지점과 상기 쿨링타워 사이에 구비된 냉각수 펌프와,
상기 냉각 회전부의 출수부로부터 상기 쿨링타워로 연결된 회수배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 숯 제조용 연속 탄화장치.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 탄화로에 구비되어 상기 탄화로 내부의 온도를 감지하는 감지부와,
상기 감지부에서 감지된 결과에 기초하여 감지된 온도가 미리 설정된 기준 온도 이하일 경우 상기 연소용 버너가 가동되도록 상기 연소용 버너를 제어하고, 미리 설정된 탄화시간에 기초하여 설정된 탄화시간 동안에는 숯이 배출되지 않도록 하다가 설정된 탄화시간이 종료된 후 회전동작에 의해 숯이 외부로 배출될 수 있도록 상기 수냉식 회전 배출 어셈블리를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 숯 제조용 연속 탄화장치.