KR101302370B1 - 농업부산물을 연료용 펠렛으로 제조하기 위한 건조시스템 - Google Patents

Abstract

농업부산물을 화력연료로 사용하기 위해 적정한 수분을 갖도록 하는 건조시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 건조시스템은 잘게 부순 농업부산물의 펠렛 원료가 저장되어 다음 공정으로 공급시키는 투입장치와, 투입장치에서 공급되는 펠렛 원료를 내부로 유입시켜 외곽에서 중심부쪽으로 지그재그 이송시키면서 건조하여 반대편으로 배출시키는 회전드럼과, 펠렛 원료의 투입방향으로 연통이 연결되어 열원을 공급하는 소각로와, 회전드럼의 출구쪽에 연결되어 건조된 펠렛 원료를 하측으로 분리시키는 원심분리장치와, 원심분리장치에 연결되어 흡입하는 송풍장치와, 원심분리장치의 하부에 설치되어 함수율 12%이하의 펠렛 원료만을 선택 배출시키는 배출제어장치를 포함함을 특징으로 한다. 배출제어장치는 수분센서와 레벨센서가 구비되고, 두 센서의 감지여부에 따라 건조가 끝난 펠렛 원료의 정상배출 및 비정상배출을 시키는 정역모터로 구성된다.

Description

농업부산물을 연료용 펠렛으로 제조하기 위한 건조시스템{Drying system for manufacturing agricultural byproducts into fuel pellets}

본 발명은 건조시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 볏짚이나 보리짚과 같은 농업부산물을 연료용 펠렛으로 제조하기 위해 적정 수분으로 제공하기 위한 건조시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 볏짚, 보리짚, 밀짚, 옥수수대, 고추대 등과 같은 농업부산물은 거름용도나 사료용으로 사용되어 왔으며, 연료용으로도 그 활용도가 높은 추세이다.

농업부산물을 연료용으로 사용한 예로는 한국공개특허 제2010-67399호(2010.06.21. 공개) "볏짚을 이용한 고기구이용 펠렛 연료 및 그 제조방법"을 들 수 있다.

상기 한국공개특허에서는 분쇄된 93-96%의 중량비의 볏짚 또는 보릿짚이 분쇄된 10-15% 중량비의 옥수수 또는 4-7% 중량비의 옥수수 전분과 혼합되어 스팀 공급에 의해 12-15%정도의 수분함량을 가지는 상태에서 펠렛으로 압축 성형되는 볏짚을 이용한 고기구이용 펠렛 연료를 제공하는 것이다.

또한, 볏짚 또는 보릿짚이 에어챔버에 의해 세정되고 절단기에 의해 크기 3-4cm정도로 절단되는 제1단계; 상기 볏짚 또는 보릿짚이 고속분쇄기에 의해 2-3mm정도의 크기로 분쇄되는 제2단계; 상기 분쇄된 볏짚 또는 보릿짚이 혼합기에 의해 0.5-1.2mm정도의 크기로 분쇄된 옥수수 또는 옥수수 전분과 혼합되는 제3단계; 상기 분쇄된 옥수수 또는 옥수수 전분이 혼합된 볏짚 또는 보릿짚에 스팀컨디셔너에 의해 압력 1.0-2.0kg/cm2 정도의 스팀이 공급되고 상기 분쇄된 옥수수 또는 옥수수 전분이 혼합된 볏짚 또는 보릿짚이 수분 12-15%정도, 온도 60-65℃를 유지하게 되는 제4단계; 및 상기 수분과 온도를 유지한 상태의 상기 분쇄된 옥수수 또는 옥수수 전분이 혼합된 볏짚 또는 보릿짚이 펠렛성형기에 의해 75-85℃정도의 온도에서 압축 성형되어 15kg/cm² 이상의 경도를 가지고 직경 6-8mm, 길이 10-15mm 정도의 원통형상을 가지는 펠렛으로 제조되는 제5단계;를 포함하는 고기구이용 펠렛 연료의 제조방법을 제공하는 것이다.

따라서 상기와 같은 펠렛은 볏짚 또는 보릿짚에 옥수수 또는 옥수수 전분이 혼합되어 펠렛으로 압축 성형되어 고기구이용 연료로 이용됨으로써, 볏짚이나 보릿짚 등과 같은 농업부산물의 재활용을 통하여 제조원가를 절감할 수 있고, 농업부산물의 가치를 증대시킬 수 있으며, 착화율이 강한 볏짚이나 보릿짚으로 인하여 고기구이시 착화를 빠른 시간에 이루어지도록 할 수 있게 된다.

또한, 펠렛의 연소시 볏짚 또는 보릿짚 및 옥수수의 향이 고기에 배게 되는 반직화구이를 가능하게 하여 육질의 맛을 향상시킬 수 있고, 친환경적인 구성물들의 조합을 통하여 연소과정에서 인체에 유해한 가스가 발생되지 않도록 할 수 있게 된다.

그리고 펠렛이 해당 고기구이용 로스터에서 공급되는 양에 의해 고기구이용 화력을 조절됨으로써, 화력과 함께 공급량 조절을 용이하게 하여 고기가 타는 것을 방지하고 불필요한 펠렛의 낭비를 방지할 수 있는 것이다.

상기와 같은 종래기술은 농업부산물을 이용하여 숯불의 대체연료로 활용하는 예를 보인 것으로, 농업부산물의 활용이라는 측면에서는 좋은 선정이지만, 우리나라 농지에서 발생되는 수많은 양의 농업부산물을 대량으로 활용할 수 있지는 않으므로 이러한 농업부산물을 대량으로 활용하기 위해 목탄과 같은 화력연료로의 개발 필요성도 있게 되었다.

그리고 대부분의 농업부산물은 높은 함수율을 갖고 있는데, 이와 같은 함수율에 따라 연료로 제작하였을때에 다량의 그을음이 발생되거나 불완전 연소가 되어 연료로서의 가치가 낮게 되는 문제를 극복할 필요성도 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하기 위해 안출된 것으로, 농업부산물을 화력연료로 사용하기 위해 적정한 수분을 갖도록 하는 건조시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

1~3mm로 분쇄한 농업부산물의 펠렛 원료가 저장되어 다음 공정으로 공급시키는 투입장치;

투입장치에서 공급되는 펠렛 원료를 내부로 유입시켜 외곽에서 중심부쪽으로 지그재그 이송시키면서 건조하여 반대편으로 배출시키는 회전드럼;

펠렛 원료의 투입방향으로 연통이 연결되어 열원을 공급하는 소각로;

회전드럼의 출구쪽에 연결되어 건조된 펠렛 원료를 하측으로 분리시키는 원심분리장치;

원심분리장치에 연결되어 흡입하는 송풍장치;

원심분리장치의 하부에 설치되어 함수율 12%이하의 펠렛 원료만을 선택 배출시키는 배출제어장치;를 포함함을 특징으로 하는 농업부산물을 연료용 펠렛으로 제조하기 위한 건조시스템을 제공한다.

이때, 배출제어장치는 원심분리장치에서 낙하되는 펠렛 원료가 쌓이는 저장탱크와, 저장탱크의 하부에 양측으로 연장되도록 설치되는 스크류와, 저장탱크내에 설치되어 펠렛 원료의 함수율을 체크하는 수분센서와, 저장탱크내에 설치되어 펠렛 원료의 저장여부를 체크하는 레벨센서와, 수분센서 및 레벨센서의 감지에 따라 스크류를 정방향 또는 역방향으로 작동시키는 정역모터와, 센서들 및 정역모터를 제어하는 콘트롤러로 구성됨이 바람직하다.

그리고 레벨센서는 저장탱크에 내장되는 페더와, 페더를 회전시켜 부하가 걸리는지 여부를 확인하는 레벨모터로 구성될 수 있다.

또한, 펠렛 원료가 함수율 12%이상이 되어 스크류가 역방향으로 회전될때에는 펠렛 원료는 다시 투입장치로 이송될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 건조시스템은 소각열풍과 회전드럼을 이용하여 분쇄된 농업부산물을 건조시키고, 출구에서 습도에 의한 제어에 의해 정상배출과 비정상배출로 구분하여, 비정상배출일 때에는 다시 회전드럼으로 재투입될 수 있도록 함으로써, 최적의 함수율을 갖도록 할 수 있게 된다.

도 1은 화력 연료용 펠렛을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 건조시스템을 나타낸 정면 설치도이고,
도 3은 본 발명에 따른 건조시스템을 나타낸 평면 설치도이고,
도 4는 본 발명에 따른 건조시스템을 나타낸 측면 설치도이고,
도 5는 회전드럼의 내부를 보인 도면이고,
도 6은 배출제어장치를 상세하게 보인 도면이며, 그리고
도 7은 배출제어장치의 제어흐름을 개략적으로 보인 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 농업부산물을 연료용 펠렛으로 제조하기 위한 건조시스템을 설명한다.

먼저, 본 발명의 건조시스템을 거쳐 완성되는 최종 목적물인 펠렛은 도 1에서 보는 것과 같이 5~10mm의 직경과 2~3cm의 길이를 갖도록 제작하고자 한다. 이러한 펠렛(10)은 볏짚이나 옥수수대와 같은 농업부산물을 3~8mm의 길이로 1차분쇄하고, 다시 1~3mm의 길이로 2차분쇄를 하여 준비하고, 준비된 분쇄 부산물(펠렛 원료)을 압축하여 펠렛으로 제작한다. 이때, 농지에서 가져온 농업부산물은 대략 25~50%의 평균 함수율을 갖게 되는데, 이 펠렛 원료가 연료용으로 적합하기 위해서는 12%이하의 함수율을 가져야 하며, 이러한 조건을 만족시키도록 하는 것을 본 발명의 최종 목적으로 한다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 건조시스템(100)은 펠렛 원료가 저장되어 다음공정으로 공급되는 투입장치(110)와, 투입장치(110)에서 공급된 펠렛 원료를 섞으면서 열풍으로 가열하여 건조시키고 다음공정으로 이동시키는 회전드럼(130)과, 회전드럼(130)으로 열풍을 공급하는 소각로(120)와, 회전드럼(130)에서 배출되는 펠렛 원료를 따로 분리하는 원심분리장치(140)와, 원심분리장치(140)에 연결되는 송풍장치(150)와, 원심분리장치(140)에서 배출된 펠렛 원료의 함수율에 따라 정상배출모드와 재투입배출모드로 자동 제어되는 배출제어장치(160)를 포함한다.

투입장치(110)는 함체 형상을 가지면서 상부면상에 투입구(112)가 형성된 저장통(111)과, 이 저장통(111)의 내부에 투입된 펠렛 원료(11)를 일측 방향으로 밀어주는 적어도 하나 이상의 이송스크류(113)와, 저장통(111)의 일측에 이송된 펠렛 원료가 낙하되어 쌓이는 투입탱크(114)와, 투입탱크(114)에서부터 회전드럼(130)의 입구까지 연결되는 스크류컨베이어(115)로 구성된다. 스크류컨베이어(115)는 원통형의 공급관 내부에 스크류가 내장되어 경사진 형태로도 공급이 자유롭게 설치된다.

소각로(120)는 펠렛 원료를 건조시키기 위한 열원을 공급하는 곳으로, 착화용 버너(122)가 구비되고, 회전드럼(130)의 입구측으로 연통(121)이 연결된다. 본 발명에 따른 건조시스템은 열풍과 펠렛 원료를 최종 단계의 송풍장치(150)에서 끌어 당기는 방법으로 작동되는 것으로, 소각로(120)에는 열풍을 공급하기 위한 송풍수단이 필요 없게 된다. 참고로, 소각로(120)는 1차 또는 2차 분쇄된 농업부산물을 소각원료로 사용하며, 이를 에어에 의해 자동으로 공급해주기 위한 공급기(123)가 구비될 수도 있다.

회전드럼(130)은 펠렛 원료와 열풍이 입구로 유입되어 반대쪽 출구로 배출되면서 건조되는 곳으로, 그 내부는 지그재그 형태로 제작된다. 즉, 도 5에서 보는 것과 같이 회전드럼(130)의 내경과 이격되어 열풍이 이격된 가장자리를 통해 반대편으로 이동되게 하는 격통(131)이 형성되고, 다시 격통(131)의 내부에는 격통(131)의 내경과 이격되어 열풍이 이격된 가장자리를 통해 반대편으로 이동되게 하는 출구통(132)이 형성된다. 그리고 회전드럼(130)의 내측면과 격통(131)의 내측면과 출구통(132)의 내측면상에는 각각 날개판(130a, 131a, 132a)이 일체로 형성된다.

따라서 회전드럼(130)으로 유입된 펠렛 원료는 중력에 의해 회전드럼(130)의 바닥으로 가라앉게 되는데, 가라앉은 펠렛 원료는 날개판(130a)에 의해 상측으로 올라가다가 낙하되면서 열풍에 의해 비산되며 점차 이송되어 회전드럼(130)의 타측까지 간 후 다시 격통(131)으로 유입된다. 격통(131)으로 유입된 펠렛 원료는 다시 날개판(131a)과 열풍의 작용으로 인해 격통(131)의 일측까지 간 후 다시 출구통(132)으로 유입되고, 출구통(132)으로 유입된 펠렛 원료는 다시 날개판(132a)과 열풍의 작용에 의해 회전드럼(130)의 출구(타측)로 배출된다.

회전드럼(130)과 그 내부의 격통(131) 및 출구통(132)은 모두 일체로 형성되어 있고, 회전드럼(130)의 외부에는 회전드럼(130)을 돌려주기 위한 구동모터(135)가 설치된다. 그리고 격통(131)의 일측은 열풍의 저항력을 낮추기 위해 뾰족하게 형성됨이 좋을 것이다.

원심분리장치(140)는 공지의 기술로서, 상광하협의 분리통(141)에 열풍과 펠렛 원료가 분리통(141)의 상측에 법선방향으로 유입되도록 하고, 분리통(141)의 상측 다른 방향에서 송풍장치(150)에 의해 바람을 흡입하도록 하는 구조를 갖는 것이다. 따라서 분리통(141)의 법선 방향으로 유입된 펠렛 원료는 분리통(141)의 내부를 어느 정도 돌다가 자중에 의해 낙하하고, 바람은 일정구간 소용돌이 치다가 송풍장치(150)쪽으로 배출되는 원리이다.

송풍장치(150)는 소각로(120)에서부터 회전드럼(130)을 거쳐 원심분리장치(140)까지 흡입력을 갖도록 하는 수단으로, 설치규모에 맞게 그 용량을 선택하여 사용하여야 한다.

도 6 및 도 7을 참고하면, 배출제어장치(160)는 분리통(141)에서 낙하되는 펠렛 원료(11)가 담기는 저장탱크(161)와, 저장탱크(161)의 하부에 양측으로 연장되도록 설치되어 정역 구동하는 스크류(162)와, 저장탱크(161)내에 설치되어 펠렛 원료의 함수율을 체크하는 수분센서(164)와, 저장탱크(161)내에 설치되어 펠렛 원료의 존재유무를 확인하는 레벨센서(165)와, 수분센서(164) 및 레벨센서(165)의 감지에 따라 스크류(162)를 정방향 또는 역방향으로 구동시키는 정역모터(163)와, 센서들(164, 165)의 감지여부를 판단하여 정역모터(163)의 정방향 또는 역방향 회전을 제어하는 콘트롤러로 구성된다.

본 발명에서 배출제어장치(160)를 두게 된 이유는, 첫 번째, 배출되는 펠렛 원료의 함수율을 체크하기 위한 목적과 함께, 두 번째, 보이지 않는 그리고 무인으로 작동되는 저장탱크(161)내에 실제로 펠렛 원료가 들어 있는지의 확인 여부가 반드시 필요하기 때문이다. 즉, 저장탱크(161)내에 펠렛 원료가 적정량 들어 있지도 않은 상태에서 수분센서(164)가 체크한 값이 본 발명에서 추구하고자 하는 펠렛 원료의 12%이하 함수율을 가진 다고 하여도 이를 참값으로 인정할 수는 없기 때문에 반드시 저장탱크(161)내에 펠렛 원료가 들어있는지를 레벨센서(165)에 의해 우선 감지하고, 그 조건하에서 수분센서(164)의 값으로 판단하기 위함이다.

이러한 레벨센서(165)는 저장탱크(161)내에 회전되는 페더(166)를 내장하고, 이 패달(166)을 회전시키는 레벨모터(167)를 저장탱크(161)의 외부에 장착하여, 페더(166)에 압력이 걸리게 되면 이를 저장탱크(161)내에 펠렛 원료가 들어 있는 것으로 판단하여 체크하게 된다. 따라서 페더(166)는 저장탱크(161)의 상측에 위치함이 바람직할 것이다.

본 발명의 배출제어장치(160)는 수분센서(164)의 체크가 12%이하의 함수율을 갖게 되면 정역모터(163)를 정회전시켜 펠렛 원료를 정상적으로 배출시키고, 12%이상의 함수율을 갖게 되면 정역모터(163)를 역회전시켜 펠렛 원료를 재투입탱크(도시되지 않음) 또는 투입장치(110)쪽으로 이송시키게 한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 펠렛 11 : 펠렛 원료
100 : 건조시스템 110 : 투입장치
111 : 저장통 112 : 투입구
113 : 이송스크류 114 : 투입탱크
115 : 스크류컨베이어 120 : 소각로
121 : 연통 122 : 버너
123 : 공급기 130 : 회전드럼
131 : 격통 132 : 출구통
130a,131a,132a : 날개판 140 : 원심분리장치
141 : 분리통 150 : 송풍장치
160 : 배출제어장치 161 : 저장탱크
162 : 스크류 163 : 정역모터
164 : 수분센서 165 : 레벨센서
166 : 페더 167 : 레벨모터

Claims (4)

1~3mm로 분쇄한 농업부산물의 펠렛 원료(11)를 저장하고 공급하기 위한 투입장치(110);
상기 투입장치(110)에서 공급되는 펠렛 원료를 내부로 유입시켜 외곽에서 중심부쪽으로 지그재그 이송시키면서 건조하여 반대편으로 배출시키는 회전드럼(130);
상기 펠렛 원료의 투입방향으로 연통(121)이 연결되어 열원을 공급하는 소각로(120);
상기 회전드럼(130)의 출구쪽에 연결되어 건조된 펠렛 원료를 하측으로 분리시키는 원심분리장치(140);
상기 원심분리장치(140)에 연결되어 흡입하는 송풍장치(150); 및
상기 원심분리장치(140)의 하부에 설치되어 함수율 12%이하의 펠렛 원료만을 선택 배출시키는 배출제어장치(160);를 포함함을 특징으로 하는 농업부산물을 연료용 펠렛으로 제조하기 위한 건조시스템

제 1 항에 있어서, 상기 배출제어장치(160)는 상기 원심분리장치(140)에서 낙하되는 펠렛 원료가 쌓이는 저장탱크(161)와, 상기 저장탱크(161)의 하부에 양측으로 연장되도록 설치되는 스크류(162)와, 상기 저장탱크(161)내에 설치되어 펠렛 원료의 함수율을 체크하는 수분센서(164)와, 상기 저장탱크(161)내에 설치되어 펠렛 원료의 저장여부를 감지하는 레벨센서(165)와, 상기 수분센서(164) 및 레벨센서(165)의 감지에 따라 상기 스크류(162)를 정방향 또는 역방향으로 작동시키는 정역모터(163)와, 상기 센서들(164,165) 및 정역모터(163)를 제어하는 콘트롤러로 구성됨을 특징으로 하는 농업부산물을 연료용 펠렛으로 제조하기 위한 건조시스템.

제 2 항에 있어서, 상기 레벨센서(165)는 상기 저장탱크(161)에 내장되는 페더(166)와, 상기 페더(166)를 회전시켜 부하가 걸리는지 여부를 확인하는 레벨모터(167)로 구성됨을 특징으로 하는 농업부산물을 연료용 펠렛으로 제조하기 위한 건조시스템.

제 2 항에 있어서, 상기 펠렛 원료가 함수율 12%이상이 되어 상기 스크류(162)가 역방향으로 회전될때에는 상기 펠렛 원료는 다시 투입장치(110)로 이송됨을 특징으로 하는 농업부산물을 연료용 펠렛으로 제조하기 위한 건조시스템.

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