KR101293557B1 - 스팀을 이용한 톱밥 건조방법 및 이를 이용한 축사바닥깔개용 펠렛 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스가 주성분인 목재가공부산물을 축사용 깔개로 제공하기 위한 것으로 톱밥원료를 원료성분중 리그닌의 용융점인 170℃~240℃에서 건조시켜서 되는 분말톱밥과; 톱밥원료를 챔버에서 가열후 스팀을 이용하여 압축팽화시켜서 되는 과립형 톱밥, 가래떡형, 블록형 및 판상펠렛 제품 등 다양한 습식 팽화제품을 제공함으로써, 구제역, 돼지독감 및 조류독감 바이러스외 병원균을 사멸할 뿐 아니라 재선충 및 솔잎혹파리 등 병원충을 사멸하므로써 상기 병원충 유래의 동식물 전염병을 예방할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

Description

스팀을 이용한 톱밥 건조방법 및 이를 이용한 축사바닥깔개용 펠렛 제조방법{A method of drying sawdust and pelletizing for sawdust product for livestock by using steam}

본 발명은 리그닌의 융점을 이용하여 톱밥을 멸균·살충건조하거나 나아가 이를 상기 톱밥을 압축성형하여 block 또는 pannel형태의 펠렛을 제조하는 신규한 팽화제품의 제조방법에 관한 것이다.

톱밥은 벌목지, 제재소, 목재가공공장에서 다량 생산되는 목재가공부산물이다.

상기 톱밥은 대략 퇴비용, 가축사료용, 연료용, 건축재재용, 버섯재배용 등 다양한 산업적 용도로 가공된다. 또, 상기 산업상 용도에 따라 톱밥의 가공 즉, 건조방법 및 그 장치들도 달라지며 그 결과물도 다양하게 가공되어 진다.

일반적으로 톱밥은 토양시비를 위한 퇴비용 또는 가축사료용으로 사용하는 경우에는 넓은 공간의 야적장 또는 온실이나 하우스내에서 다른 가공재료와 함께 혼합하거나 단독으로 태양열 또는 인공건조열에 의해 적치상태에서 건조 및 발효시켜서 유기질 비료 또는 유기질 사료로서 사용된다.

국내 실용신안공고 제20-1989-5887호에는 톱밥속에 함유하고 있는 수분을 증발시키고 탄화시켜 탄화물을 얻을 목적으로 건조관 내에 순환시켜 균일하게 건조시킬 수 있는 톱밥 소화연소용 건조장치가 개시되어 있다.

국내 등록실용신안 제20-223525호에는 악취저감과 질병이환 감소목적으로 열풍에 의하여 축사바닥에 깔린 톱밥을 혼합하고 건조시키는 장치가 개시되어 있다.

국내 실용신안공개 제20-2009-3455호에는 축사깔개용, 사료용 또는 버섯재배 및 연료용으로 적합한 열풍에 의한 톱밥의 대량 건조시스템이 개시되어 있으며 또, 국내 등록특허 제10-967433호에는 톱밥의 수분을 균일하게 제거하여 균일한 함수율을 유지하기 위해 건조할 목적으로 열풍을 가하는 건조장치가 개시되어 있다.

그러나, 상기 공지된 문헌들에 따르면, 대부분 목재가공부산물로서의 톱밥을 균일하게 탄화시키거나 함수율이 균일하게 건조시키거나 또는 능률적으로 대량 건조하기에 적합한 건조장치를 제공할 뿐, 톱밥에 함유된 병원균이나 병원충을 멸균·살충하기에 적합하고 균일하게 건조될 수 있는 건조방식이 개시되어 있지 않을 뿐 아니라 톱밥의 멸균·살충 및 건조에 적절한 스팀주입방식도 전혀 암시되어 있지 않다.

한편, 대한민국 특허공개 제10-2005-38983호에는 퇴비분말을 펠렛트화시키는 펠렛제조장치가 개시되어 있으며, 호퍼와 이송스크류와, 가연기구와; 펠렛토출구와 펠렛절단기구로 구성되어 있으며 국내 공개특허 제10-2010-59141호에는 이를 펠렛재료의 이송스크류의 과부하에 의한 부하 파손 변형을 방지하기 위해 토출가압실내 가압롤러를 부가시킨 펠렛제조장치가 개시되어 있다.

그러나, 상기 공지된 문헌들에 따르면 톱밥의 구성성분의 특성을 이용하여 톱밥을 건조하거나 축사깔개용 펠렛의 성형화방법에 관하여는 전혀 개시되거나 암시된 바가 없다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 점들을 감안하여 안출한 것으로 목재가공 부산물인 톱밥 그 자체만을 균일하게 건조하되 멸균·살충되도록 하고 나아가 압축성형하여 신규한 축사용 펠렛을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 축사용 펠렛을 제조하기 위한 가장 바람직한 톱밥의 압축성형방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 상기 목적은 톱밥을 호퍼를 통하여 투입하고 열선이 매립된 스크류 또는 전열판을 통과시켜 멸균·살충한 다음 스팀을 주입한 후 압축성형기를 통과시켜 수화·팽화된 펠렛을 회수함으로써 달성하였다.

본 발명은 가축의 구제역, 조류독감 바이러스 기타 소나무 재선충 및 혹파리병원충의 멸균이 가능하면서도 균일한 경도와 밀도를 가지는 다양한 형태의 축사바닥깔개용 톱밥건조물 또는 펠렛제품을 제공하는 뛰어난 효과가 있다.

도 1a는 본 발명을 실시하기에 적합한 톱밥건조장치의 전체 사시도이고, 도1b는 톱밥건조장치의 뚜껑(Hood)를 제거한 상태의 양동형 쌍측 피드스크루를 보인 그림이다.
도 2는 본 발명을 실시하기에 바람직한 톱밥과립화장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명을 실시하기에 바람직한 톱밥을 이용한 가래떡형 펠렛화 톱밥성형기의 개략도이다.
도 4는 본 발명 7cm×7cm×5cm 크기의 블록형 펠렛을 압축성형하기에 바람직한 장치를 보인 그림이다.
도 5a는 본 발명 180cm×90cm×5cm 크기의 판상펠렛을 압축성형전 사용하기에 적합한 건조기이고, 도 5b는 판상펠렛을 제조하기에 적합한 압축성형기의 개략도이다.

세계적인 A형 인플루엔자 바이러스 H1N1의 인체감염사례는 2009. 4월 멕시코, 미국에서 첫 발생 보고된 후, 돼지유래 신종 플루(Swine influenza)도 급속히 전세계로 확산일로에 있다.

2009년 12월까지 신종 플루로 인한 사망자수는 전세계에 걸쳐 11,516명에 이르렀고 국내 질병관리본부의 보고에 의하면 2009년 5월 국내 최초 신종 플루 감염환자 보고 이후 8월 15일 경남에서 첫 사망환자가 발생했고 그 해 12월 초에 감염환자 수가 1만명에 육박했으며 117명이 사망하였다.

다양한 바이러스제는 변종 인플루엔자 바이러스 출현으로 기존 약물에 내성이 있으며 부작용과 또는 안전성이 미흡하다는 지적이 있어 왔다.

한편, 지난 해 2010년 11월 29일 청주에서 인플루엔자 바이러스성 구제역이 첫 발생한 후 소독의 늑장대응 및 부실과 강추위로 인하여 12월 및 1월에 이르러 청정지역이라 하는 경남, 호남지역에까지 이르렀고 전국에 소, 돼지, 오리, 닭 등 320여만 마리의 가축이 살처분된 바 있다.

본 발명은 상기와 같은 인플루엔자 바이러스 유래의 고병원성 가축질환을 예방하기에 적합한 톱밥을 이용한 축사바닥깔개용 펠렛 및 그 제조장치의 개발이 시급한 점에 착안하였다.

목재 유래의 톱밥은 대략 목재의 종류에 따라 다르지만 셀룰로오스(Cellulose) 50%, 헤미셀룰로오스(Hemicellulose) 25~27%, 리그닌(Lignin) 23~25%를 함유한다. 이 중 리그닌 성분은 170℃에서 융해되며 점착성을 가지는 물질이다.

따라서 톱밥을 170℃이상으로 가열하면 리그닌이 녹아 다른 성분물질들을 가교결합할 수 있으며 다시 170℃이하로 냉각시키면 녹았던 리그닌성분이 다시 경화되어 존재하고 있는 상기 섬유성분들을 결합시킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 톱밥성분중의 리그닌성분의 열가소성을 이용하여 건조방법을 제공하고자 한다. 본 발명은 상기 건조된 톱밥을 이용하여 축사바닥깔개에 적합한 크기와 모양과 밀도를 가지는 팽화된 펠렛을 제공한다.

지금까지 톱밥을 건조시키는 방법에는 태양열, 온실열 또는 히터열을 공급하여 건식건조시키는 것들이 공지되어 있다. 특히 톱밥을 히터를 통하여 가열하여 건조하는 경우에는 톱밥중에 셀룰로오스 또는 헤미셀룰로오스 등 섬유성분이 세포막이 탄화되고 리그닌성분이 열화된 후 응고되는 과정에서 불균일한 톱밥응괴가 발생하였다.

상기 히터(Heater)를 이용한 톱밥의 인위적인 가열건조방식은 본 발명 축사바닥깔개용 펠렛성형을 위한 톱밥건조방식으로는 바람직하지 않다.

본 발명의 수증기, 즉 스팀(Steam)을 이용한 톱밥의 건조방식의 장점은 톱밥을 구성하는 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스와 같은 섬유소성분의 세포막이 탄화를 방지할 뿐 아니라 세포 또는 세포간극 및 세포벽에 존재하는 병원성의 바이러스, 세균, 곰팡이와 같은 진균 등을 멸균하고 나아가 병원성 해충을 효과적으로 사멸하는 데 있다.

본 발명에 있어서, 톱밥의 스팀건조방식의 다른 잇점은 170℃이상의 수증기의 공급에 의하여 170℃에서 용융점을 가지는 리그닌성분이 용해되었다가 스팀에 의한 열공급이 차단될 때 톱밥이 다시 냉각되면서 응괴가 지연될 때 응괴의 크기(Size)가 작아 후에 축사깔개용 펠렛화 성형시 균일한 톱밥분말구조를 유지할 수가 있다.

본 발명에 있어서, 톱밥의 리그닌성분은 열을 받으면 점착성이 발생하고 열이 제거되면 스스로 응고되는 열가소성이 있다. 따라서 본 발명 톱밥분말 또는 과립화, 펠렛화에는 어떠한 점착제도 필요하지 않다.

또, 본 발명 톱밥의 습식건조방식에 따르면, 멸균·살충된 분말톱밥을 제공하고 과립화 톱밥 나아가 펠렛화 성형기를 통과시켜 블록형 또는 판상펠렛화 제품을 가공할 수 있다.

분말톱밥 건조시에는 70℃~240℃의 온도를 자동 조절할 수 있는 전열판(미도시)이 내장설치된 챔버(1)내에 호퍼를 통해 톱밥을 투입하여 압출스크류로 밀어 출구로 베출시키므로써 달성할 수 있다. 이와 같은 건조방식에 적합한 건조기는 도 1a~도 1b에 도시한 바와 같은 양동형 쌍축(Double shaft)(2) 피드스크류(6)(60)가 챔버실(C)내에 설치된 것이 바람직하다. 이 때 톱밥원료를 투입구(Hopper)(5)(50)에 공급한 후 쌍축 스크류의 회전속도를 150~1,000rpm으로 회전시키고 자동온도 조절판이 내장설치된 챔버(1)의 온도를 210℃에서 유지시키므로써 달성할 수 있다.

이 때, 챔버(1)내 압력을 5Mpa에서 10초간 수증기 분사노즐(미도시)을 통하여 분사하여 완료한다.

본 발명은 더 나아가 상기 톱밥원료를 사용하여 과립형 톱밥, 가래떡형 또는 블록형 톱밥을 제조할 수 있다.

본 발명 도 2에 따르면, 톱밥투입구(5)로 톱밥원료를 투입하면 수평으로 배치된 이중벽구조의 스테이터(1)챔버에서 그 내부에 핀(3)부착 샤프트(2)가 피드스크류(6)에 의하여 톱밥이 입구(5)에서 출구(7)쪽으로 이동되며 이 때 스테이터의 과립화영역의 상부면에 관통홀을 통하여 스팀분사노즐(9)이 삽입된다.

상기 공급된 톱밥원료와 수증기는 급격히 휘산되어 상기 피드스크류의 회전방향으로 흡입되는데 이 때 톱밥중의 병원균과 병원충을 사멸시키게 되고 톱밥중의 리그닌성분은 용해되어 휘산되는 수증기와 함께 균일하게 혼합되어 톱밥에 혼합되어 출구(outlet)(7)쪽으로 밀려나오면서 과립화되어 과립톱밥을 얻을 수가 있게 된다.

또, 본 발명 도 3에 따르면, 톱밥투입구(5)에 톱밥원료를 투입하면 전열선 또는 히팅열이 공급되게 구성된 실린더(1)의 가열부(11)에 의하여 리그닌성분이 열화되어 용융되고 셀룰로오스 또는 헤미셀룰로오스성분을 가교결합시킨다. 이어서 챔버(C)내 쌍축 피드스크류(6)(60)에 의하여 이송되는 톱밥원료는 실린더 챔버의 출구영역에서 압축수증기 주입부의 노즐(9)에 의하여 공급되는 210℃의 수증기에 의하여 10초간 가열압축되고 출구다이를 통과하면서 대기압상태로 압력이 낮아지면 용융물의 급격한 팽화가 일어난다. 이 때 톱밥원료중의 병원균과 병원충이 완전히 사멸된다.

최종 팽화된 톱밥의 습식건조물은 절단부(10)를 통과하면서 절단부영역에서 5~10cm 바람직하게는 7.0cm로 절단하여 팽화된 가래떡형 펄렛 톱밥을 얻을 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 또 다른 제품형태로 도 4에 따르면, 압축팽화된 톱밥 습식건조물의 블록형 펠렛을 들 수 있다. 톱밥의 습식펠렛화 방식에는 펠렛화 성형기로서 상기 도 3과는 달리 이것은 건조열선(11)이 매립된 피드스크류(6)를 사용하여 70~100℃로 자동유지되게 하여 달성하는 것이다. 먼저 투입구(5)에 톱밥원료를 투입하면 습식펠렛화 성형기의 상기 피드스크류(6)에 의하여 원료가 출구(7)쪽으로 이송되는데 이 때, 톱밥원료의 섬유들은 리그닌성분에 의해 가교결합되면서 챔버내 압력이 5Mpa하에서 출구쪽 ⅓지점에 설치한 수증기 노즐(미도시)을 통하여 가장 바람직하기는 스팀을 10초간 분사하면 210℃의 수증기 열에 의하여 병원균과 병원충이 완전 사멸된다. 그 후 제2차 전열선이 매립되어 자동온도조절되는 70~100℃의 압축가열부(70)를 통과시켜 팽화후 펠렛 자동성형부(12)에 의하여 성형시켜 7cm×7cm×5cm 크기의 사각블록형 펠렛을 제조할 수 있다. 블록형 펠렛 자동포장기(12)는 상하좌우 이동가능하여 가열부에서 팽화되어 퇴출되어 밀려나오는 정사각형 블록을 순차적으로 적층하도록 고안되어 있다.

상기와 같이 하여 제조된 과립형, 가래떡형 및 블록형 톱밥펠렛들은 구제역 또는 조류 바이러스의 사멸온도 50~70℃에서 10~30초 살균에 의하여도 해결할 수 있으므로 소, 돼지, 오리, 닭장용 깔개로서 매우 적합하다. 또 축사에 깔아두면 가축이 배변할 때 수분 흡수력이 좋아 질병이환율을 낮추고 후에 유기질비료로서 사용할 수 있으므로 가축의 청정지역화 및 농작물의 유기농화를 달성할 수 있다.

본 발명에서 240℃에서 1초이상 가열하면 리그닌이 탄화되며 균일한 과립화 및 펠렛화가 곤란하며 170℃에서 30초이상 가열하여도 리그닌의 탄화와 응괴로 인하여 바람직한 본 발명제품을 얻을 수 없다.

상기 다양한 형태의 깔개용 제품들은 수증기에 의해 팽화시킨 제품이므로 밀도 0.7~1.2g/㎤이며 수분함량이 6~23%를 함유하게 되어 축사바닥에 던져 넣는 경우 부서지지 않을 정도의 경도(硬度)를 가지며 대가축 특히 소가 누울 때에는 쉽게 부서지는 정도의 굳기정도를 가지면 족하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 도 5a~도 5b에서 도시한 바와 같은 상하 및 좌우로 이동하는 이송스크류(6)에 의하여 톱밥원료가 톱밥압축성형기(1)로 도입되면 에어콤프레셔(M)에 의하여 뚜껑(8)이 덮힌 상태에서 가열가압되어 180cm×90cm×5cm 크기의 판상블록형 펠렛을 성형제조할 수 있다.

이 때 스팀을 공급하기 위한 수증기 분사노즐(미도시)의 온도조건, 톱밥압축성형기에 매립된 전열선의 온도는 도 4의 실시예에서와 동일하게 수행한다.

이상 실시예들에 의하여 제조되는 톱밥분말, 과립톱밥, 가래떡형 또는 블록형 펠렛 그리고 판상형 펠렛은 구제역 병원 바이러스 사멸온도 56℃에서 30분~76℃에서 7초 가열범위를 유지할 뿐 아니라 축사바닥깔개용에 적합한 경도와 수분함량이 보유할 정도로 팽화된 제품이므로 소나무 재선충, 솔잎혹파리충 등 병원충도 모두 제거되는 장점이 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 목재부산물인 폐자원을 구제역, 조류독감, 돼지독감 바이러스 예방용 축사깔개로서 사용할 수 있으며 톱밥에 존재하는 재선충 또는 솔잎혹파리 등 병원충을 사멸할 수 있는 효과가 있으므로 동물질환예방 나아가 자원산업 및 산림보호산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

1 : 챔버 또는 실린더
2 : 스크류샤프트
6, 60 : 피드스크류
11 : 전열선
9 : 수증기(스팀) 분사노즐

Claims (4)

1. 70℃ ∼ 240℃의 분말톱밥에 170℃ ∼ 210℃의 수증기를 분사하면서 건조시킴을 특징으로 하는 멸균ㆍ살충된 분말톱밥 제조방법.
   
2. 70℃ ∼ 240℃의 분말톱밥에 챔버내 압력 5Mpa하에서 1초 ∼ 30초간 170℃ ∼ 210℃의 수증기(steam)를 분사하여 피드스크류로 이송 팽화시킴을 특징으로 하는 톱밥 가공방법.
   
3. 제2항의 방법으로 가공되어 과립펠렛, 가래떡형 펠렛, 블록형 펠렛, 판상펠렛 중 어느 하나의 팽화된 톱밥가공제품.
   
4. 제3항에 기재된 톱밥가공제품의 밀도가 0.7~1.2g/㎤, 수분함량 6~23%의 톱밥가공제품.

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