KR101452327B1 - 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응기에 제1, 2 에어공급 어셈블리와 열교환 유닛이 구비되며, 상기 제1, 2 에어공급 어셈블리는 상기 반응기에 투입되는 바이오매스의 성상 및 종류에 따라 산화 영역에 에어 공급량을 선택적으로 조절할 수 있고, 상기 열교환 유닛은 상기 반응기로부터 배출되는 합성가스의 높은 현열을 다시 가스화 공정에 필요한 에어를 가열하는데 재사용하도록 함으로써, 투입되는 바이오매스의 성상 및 종류에 따라 선택적인 운전이 가능하며 합성가스의 생산량을 증대시킬 수 있음은 물론, 배출되는 합성가스의 현열을 회수하여 산화제로 공급되는 에어의 온도를 높여 다시 가스화 공정에 투입 가능한 에너지 효율을 높일 수 있도록 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치에 관한 것이다.

Description

바이오매스를 이용한 가스화 반응장치{GASIFICATION REACTING APPARATUS USING BIOMASS}

본 발명은 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체 상태인 바이오매스를 열, 화학적인 에너지 변환에 의하여 기체 상태인 수소, 일산화탄소, 메탄 등의 합성가스로 생산하여, 이러한 합성가스를 보일러의 열원이나 내연기관의 연료로 활용하여 전력 생산이 가능하도록 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치에 관한 것이다.

일반적으로 가스화는 고체 상태의 물질을 열,화학적 에너지 전환방법에 의하여 기체 상태의 물질인 합성가스의 형태로 생산하는 것이며, 가스화 기술의 적용 대상으로는 주로 석탄, 폐기물, 목질계 바이오매스(왕겨, 옥수수대, 톱밥, 우드칩)등을 들 수 있다.

여기서, 가스화하는 방법은 크게 고정층 방식과 유동층 방식으로 구분되며, 고정층 방식은 상향식 가스화 방법, 하향식 가스화 방법, 향류식 가스화 방법으로 세분화되고, 유동층 방식은 순환유동층 가스화 방법, 버블베드 유동층 가스화 방법 등으로 나뉠 수 있다.

이중에서, 상향식 가스화 방법은 상측으로부터 고체 원료가 투입되고, 고체 원료와 대향되는 방향으로 가스화용 산화제가 공급되는 방식이다.

즉, 고체 원료가 투입되는 상측으로부터 건조영역(Drying zone), 열분해영역(Pyrolysis, Distillation zone), 환원영역(Reduction zone), 산화영역(Combustion zone) 으로 구획될 수 있다.

상향식 가스화 방법에서는 산화제인 공기는 주로 하부에서 원료가 투입되는 상측으로 공급되므로 투입되는 고체 원료에 대한 열전달 효율이 좋으며, 출구온도가 섭씨 250~300도 정도로 비교적 낮은 편이지만, 공정의 특성상 합성가스 내의 타르 함량이 높아 주로 보일러 등의 열원 대체 기술로 사용된다.

다음으로, 하향식 가스화 방법은 고체 원료의 투입 방향과 공기의 투입 방향이 평행을 이루는 방식이다.

즉, 고체 원료가 투입되는 상측으로부터 건조영역(Drying zone), 열분해영역(Pyrolysis, Distillation zone), 산화영역(Combustion zone), 환원영역(Reduction zone)으로 구분되며, 산화제인 공기의 투입방향이 고체 원료의 투입방향과 같은 방향이다.

하향식 가스화 방법에서는 합성가스의 생성이 이루어지는 상부의 건조영역과 열분해영역을 거치는 과정 중 하부의 산화영역으로부터 고체 연료간 충분한 열전달이 이루어지지 않아 열효율이 비교적 낮고 오직 복사열에 의한 열전달이 이루어져 합성가스의 배출온도가 섭씨 700~750도로 비교적 높은 편이다.

그러나, 하향식 가스화 방법은 합성가스 내에 포함된 타르의 함량이 비교적 적으므로(타르 저감도 95~99% 정도), 하향식 가스화 방법으로 생성된 합성가스는 내연기관의 발전기에 직접 투입하여 연료로 사용할 수 있을 정도이며, 이를 통한 열과 전기가 혼용된 열병합발전이 가능한 기술이다.

한편, 향류식 가스화 방법은 상향식 가스화 방법과 하향식 가스화 방법의 혼용이라 할 수 있으며, 산화제의 투입이 측면에서 이루어져, 합성가스 내의 타르 분해율이 떨어지는 특성이 있으며, 주로 왕겨, 톱밥 등과 같이 밀도가 낮은 고체 원료를 가스화하는데 적합하다.

따라서, 최근에는 타르의 함량이 비교적 적은 하향식 가스화 방법을 이용한 가스화 장치의 개발이 이루어지고 있다.

그러나, 이러한 하향식 가스화 방법을 이용한 가스화 장치는 고체 원료와 산화제인 공기의 투입 방향이 같아서, 이로 인한 고체 원료와 공기 상호간의 열전달 효율이 저하되므로, 배출되는 합성가스의 현열 온도가 비교적 높다는 점은 전술한 바와 같다.

따라서, 이러한 비교적 고온인 합성가스의 현열을 이용할 수 있음은 물론, 다양한 종류와 성상을 지닌 바이오매스 고체 원료들에 폭넓게 적용이 가능한 가스화 장치의 개발이 절실한 것이다.

특허출원 제10-2008-7025930호 미국특허공개 US2003/099593 미국특허공개 US2003/220531

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 투입되는 바이오매스의 성상 및 종류에 따라 선택적인 운전이 가능하며 합성가스의 생산량을 증대시킬 수 있도록 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치를 제공하기 위한 것이다.

그리고, 본 발명은 배출되는 합성가스의 현열을 회수하여 산화제로 공급되는 에어의 온도를 높여 다시 가스화 공정에 투입함으로써 에너지 효율을 높일 수 있도록 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상측으로부터 바이오매스(biomass) 및 산화제인 에어를 투입하여 상기 바이오매스로부터 합성가스(syngas)를 생산하는 것으로, 상기 바이오매스가 채워진 내부 공간의 상측으로부터 건조영역(drying zone), 열분해영역(pyrolysis zone), 산화영역(combustion zone), 환원영역(reduction zone)이 순차적으로 형성된 반응기; 상기 반응기의 상측으로부터 하향 경사지게 관통되어 상기 산화영역까지 연장되도록 상기 반응기의 외면을 따라 이격하여 배치되고, 상기 바이오매스의 연소를 위한 에어를 상기 산화영역에 공급하는 복수의 제1 에어공급 어셈블리; 상기 반응기의 상측으로부터 하향 경사지게 관통되어 상기 산화영역까지 연장되도록 상기 반응기의 외면을 따라 이격하여 배치되고, 상기 제1 에어공급 어셈블리와 이웃한 제1 에어공급 어셈블리 사이에 배치되며, 상기 바이오매스의 연소를 위한 에어를 상기 제1 에어공급 어셈블리보다 많이 상기 산화영역에 공급하는 복수의 제2 에어공급 어셈블리; 및 상기 반응기의 하부측에 형성되는 가스 배출구에 구비되고, 상기 환원영역으로부터 배출되는 상기 합성가스와 외부로부터 공급되는 에어를 상호 교차 유동시켜 열교환시키는 열교환 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치에 관한 것이다.

여기서, 상기 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치는, 상기 반응기의 상측 외면에 배치되고, 상기 열교환 유닛으로부터 열교환된 에어를 상기 건조영역의 열원으로 사용하면서 상기 제1 에어공급 어셈블리 및 상기 제2 에어공급 어셈블리로 공급하는 분배 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 분배 유닛은, 상기 반응기의 상측 외면을 따라 띠 형상으로 형성되어 상기 열교환된 에어가 일시 수용되는 체류 공간을 형성하는 분배 재킷과, 상기 열교환 유닛과 상기 체류 공간을 상호 연통시키는 연결 배관을 포함하며, 상기 제1 에어공급 어셈블리 및 상기 제2 에어공급 어셈블리는 각각 상기 체류 공간과 연통하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 에어는 상기 제1 에어공급 어셈블리 및 상기 제2 에어공급 어셈블리 중 하나 또는 전부를 통해 상기 산화영역에 투입되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 에어공급 어셈블리는, 상기 반응기의 상측 외면에 배치되고, 내부에 상기 열교환 유닛으로부터 열교환된 에어가 일시 수용되는 체류 공간을 형성하는 분배 유닛으로부터 상기 반응기의 하부측을 향하여 분기된 제1 메인 배관과, 상기 제1 메인 배관 내의 유로를 개폐하는 제1 밸브와, 상기 제1 메인 배관에 대하여 경사지게 연장되어 상기 산화영역에 상기 열교환된 에어를 주입하는 유로가 형성된 에어공급 배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제2 에어공급 어셈블리는, 상기 반응기의 상측 외면에 배치되고, 내부에 상기 열교환 유닛으로부터 열교환된 에어가 일시 수용되는 체류 공간을 형성하는 분배 유닛으로부터 상기 반응기의 하부측을 향하여 분기된 제2 메인 배관과, 상기 제2 메인 배관 내의 유로를 개폐하는 제2 밸브와, 상기 제2 메인 배관과 연통되어 상기 열교환된 에어가 통과하는 연통 공간을 형성하는 제1 실린더부와, 상기 제1 실린더부의 양단부를 관통하여 배치되고, 일단부로부터 공급되는 외부의 에어가 상기 연통 공간을 통과한 상기 열교환된 에어와 합류하여 타단부로부터 고속으로 분사되는 제2 실린더부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 실린더부는, 상기 제2 실린더부의 일측을 수용하는 원기둥 형상의 제1 실린더 본체와, 상기 제1 실린더 본체의 단부 가장자리로부터 연장되어 상기 제2 실린더부의 외주면을 감싸며, 상기 제2 실린더부의 외주면에 대하여 일정 각도로 경사진 원뿔대 형상의 가이드를 포함하며, 상기 열교환된 에어는 상기 가이드 내측의 경사면을 따라 유도되어 상기 제2 실린더부의 내주면을 통해 상기 제2 실린더부의 타단부로부터 상기 외부의 에어와 합류하여 분사되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제2 실린더부는, 제1 실린더부에 수용되고, 일단부는 외부로 노출되는 원기둥 형상의 제2 실린더 본체와, 상기 제1 실린더부의 단부 가장자리에 형성된 원뿔대 형상인 가이드의 경사면에 대하여 경사지게, 상기 제2 실린더 본체의 타단부 외주면을 따라 관통된 복수의 코안다(coanda) 오리피스와, 상기 제2 실린더 본체의 타단부로부터 상기 제1 실린더부의 외부로 노출되게 상기 제2 실린더 본체보다 점차 직경이 커지도록 연장되는 벤투리(venturi) 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 코안다 오리피스는 상기 가이드의 단부 가장자리와 근접하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 열교환 유닛은, 상기 가스 배출구와 연결되고 상기 합성가스가 배출되는 유로를 형성되는 가스 도관과, 일측에는 외부로부터 에어가 유입되는 에어유입 포트가 구비되고, 타측에는 상기 반응기의 상측 외면에 배치되는 분배 유닛의 체류 공간을 향하여 상기 열교환 유닛으로부터 열교환된 에어를 공급하는 에어배출 포트가 구비되며, 상기 가스 도관의 외주면 전체를 감싸고 내부에 교환 공간을 형성하는 교환 재킷과, 상기 교환 재킷의 내주면과 상기 가스 도관의 외주면 사이에 상기 교환 공간의 형성 방향을 따라 나선 형상으로 형성되는 에어 배플(baffle)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 반응기는, 상측으로부터 점차 넓어지는 형상으로 형성되고, 상기 건조영역과 상기 열분해영역이 내부에 형성되며, 상기 열교환된 에어가 일시 수용되는 체류 공간을 형성하는 분배 유닛이 상측 외면을 따라 상기 건조영역의 외부를 감싸도록 띠 형상으로 형성되는 반응기 상체와, 상기 반응기 상체의 하단부 가장자리로부터 연결되고, 일측에 상기 가스 배출구가 형성되는 외부 케이스와, 상기 외부 케이스에 수용되고, 상기 반응기 상체의 내부와 연통되어 상기 산화영역과 상기 환원영역이 내부에 형성되는 내부 케이스를 포함하며, 상기 제1 에어공급 어셈블리와 상기 제2 에어공급 어셈블리는 각각 상기 내부 케이스의 상측 내주면을 따라 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 반응기 상체는, 상기 건조영역의 하부로부터 상기 반응기 상체의 내주면을 따라 일정한 두께로 형성된 제1 내화벽층과, 상기 제1 내화벽층의 상단부에 상기 내부 케이스측을 향하여 하향 경사지게 형성된 내화벽 사면을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 내부 케이스는, 상측으로부터 점차 좁아지게 형성되는 연소 사면을 구비한 축경부와, 상기 연소 사면의 하단부 가장자리로부터 연장되어 점차 넓어지게 형성되는 확경부를 포함하며, 상기 산화영역은 상기 축경부와 상기 확경부의 상부에 형성되고, 상기 환원영역은 상기 확경부의 하부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 반응기는, 상기 반응기 상체의 상단부에 연결되고 상기 바이오매스가 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼의 상단부와 하단부에 각각 적어도 하나 이상 장착되어 회전하면서 투입되는 상기 바이오매스의 공급량을 감지하는 토크 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.

그리고, 상기 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치는, 상기 반응기의 하부측에 배치되고, 상기 환원영역으로부터 상기 합성가스가 배출되고 남은 재를 상기 반응기의 외부로 배출시키는 재 배출 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 재 배출 유닛은, 상기 반응기의 저면에 배치되는 구동모터와, 스러스트 베어링으로 회전 지지되고, 상기 구동모터로부터 구동력을 전달받아 회전하는 구동 샤프트와, 상기 구동 샤프트의 상단부에 연결되고, 상기 환원영역의 하부에 내장되어 일정 속도로 회전하면서 상기 환원영역으로부터 연소된 상기 바이오매스의 재를 일정량만큼 낙하시키는 복수의 단차를 형성한 원뿔대 형상의 그레이트 어셈블리와, 상기 반응기의 저면에 구비되어 낙하된 상기 바이오매스의 재를 일시 수용하는 공간을 형성한 재 수용 탱크와, 상기 재 수용 탱크의 하부로부터 상향 경사지게 형성되어 일방향으로 회전하는 배출 샤프트의 외주면을 따라 나선 형상으로 형성된 배출 스크류와, 상기 배출 샤프트의 단부에 연결되어 상기 배출 샤프트에 구동력을 전달하는 배출 모터와, 상기 재 수용 탱크로부터 연장되고 상기 배출 스크류를 내장하는 배출 유도관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

우선, 본 발명은 투입되는 바이오매스의 성상 및 종류에 따라 산화 영역에 에어 공급량을 선택적으로 조절할 수 있는 제1, 2 에어공급 어셈블리를 구비함으로써, 다양한 종류의 바이오매스에 폭넓게 적용하여 고효율 및 고품질의 합성가스를 생산할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명은 하향식 가스화 방법의 구조적 특성상 생산되어 배출되는 합성가스의 높은 현열을 다시 가스화 공정에 필요한 에어를 가열하는데 재사용할 수 있는 열교환 유닛을 구비함으로써, 불필요한 에너지의 낭비를 최소화하고 합성가스의 생산 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치의 전체적인 구성을 나타낸 단면 개념도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치의 평면 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치의 주요부인 제2 에어공급 어셈블리의 전체적인 구성을 나타낸 단면 개념도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치의 전체적인 구성을 나타낸 단면 개념도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치의 평면 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치의 주요부인 제2 에어공급 어셈블리의 전체적인 구성을 나타낸 단면 개념도이다.

참고로, 도 1에서 투명한 화살표는 환원영역(104)으로부터 배출되는 합성가스(105)의 이동 방향을 나타내고, 일점 쇄선으로 표시된 화살표는 바이오매스(108)의 재[灰, ash]가 배출되는 방향을 나타내며, 이점 쇄선으로 표시된 화살표는 냉각 재킷(680)에 유입되고 배출되는 냉각수의 이동 방향을 나타낸다.

그리고, 도 3에서 실선으로 표시된 화살표는 열교환 유닛(400)으로부터 열교환되어 유입된 에어의 이동 방향을, 점선으로 표시된 화살표는 열교환되지 않고 외부로부터 유입되는 에어의 이동 방향을 각각 나타낸다.

그리고, 미설명 부호로 도면 부호 107은 열교환되지 않고 외부로부터 유입되는 에어를 나타내며, 도면 부호 700은 반응기(100)를 받침 지지하는 지지 프레임을 나타낸다.

본 발명은 도시된 바와 같이 반응기(100)에 제1, 2 에어공급 어셈블리(200, 300)와 열교환 유닛(400)이 구비된 구조임을 파악할 수 있다.

반응기(100)는 상측으로부터 바이오매스(108, biomass) 및 산화제인 에어를 투입하여 바이오매스(108)로부터 합성가스(105, syngas)를 생산하는 것으로, 바이오매스(108)가 채워진 내부 공간의 상측으로부터 건조영역(101, drying zone), 열분해영역(102, pyrolysis zone), 산화영역(103, combustion zone), 환원영역(104, reduction zone)이 순차적으로 형성된 것이다.

제1 에어공급 어셈블리(200)는 반응기(100)의 상측으로부터 하향 경사지게 관통되어 산화영역(103)까지 연장되도록 반응기(100)의 외면을 따라 이격하여 배치되고, 바이오매스(108)의 연소를 위한 에어를 산화영역(103)에 공급하는 복수의 것이다.

제2 에어공급 어셈블리(300)는 반응기(100)의 상측으로부터 하향 경사지게 관통되어 산화영역(103)까지 연장되도록 반응기(100)의 외면을 따라 이격하여 배치되고, 제1 에어공급 어셈블리(200)와 이웃한 제1 에어공급 어셈블리(200) 사이에 배치되며, 바이오매스(108)의 연소를 위한 에어를 제1 에어공급 어셈블리(200)보다 많이 산화영역(103)에 공급하는 복수의 것이다.

이러한 제1, 2 에어공급 어셈블리(200, 300)의 배치구조는 도 2에서 명확하게 파악할 수 있다.

물론, 제1, 2 에어공급 어셈블리(200, 300)는 도시된 바와 같이 각각 등간격으로 번갈아 배치되도록 할 수 있음은 물론, 비대칭적으로 일측에 치우치게 배치할 수도 있는 등 다양한 변형 및 응용 설계가 가능함은 물론이다.

열교환 유닛(400)은 반응기(100)의 하부측에 형성되는 가스 배출구(106)에 구비되고, 환원영역(104)으로부터 배출되는 합성가스(105)와 외부로부터 공급되는 에어를 상호 교차 유동시켜 열교환시키는 것이다.

따라서, 본 발명은 제1, 2 에어공급 어셈블리(200, 300)에 의하여, 투입되는 바이오매스(108)의 성상 및 종류에 따라 산화 영역(103)에 에어 공급량을 선택적으로 조절할 수 있으므로, 다양한 종류의 바이오매스에 폭넓게 적용할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명은 하향식 가스화 방법의 구조적 특성상 생산되어 배출되는 합성가스(105)의 높은 현열을 열교환 유닛(400)에 의하여 다시 가스화 공정에 필요한 에어를 가열하는데 재사용함으로써, 불필요한 에너지의 낭비를 최소화하고 합성가스(105)의 생산 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.

반응기(100)는 전술한 바와 같이 투입된 바이오매스(108)로부터 합성가스(105)를 생산하기 위한 것으로, 크게 반응기 상체(110)와 외부 케이스(120)가 상호 연결되고, 내부 케이스(130)는 외부 케이스(120)에 내장되는 구조임을 파악할 수 있다.

반응기(100)의 각 구성부의 설명에 앞서 반응기(100) 내부에 상측으로부터 순차적으로 형성되는 건조영역(101)과 열분해영역(102)과 산화영역(103)과 환원영역(104)에 대하여 간략히 살펴본다.

우선, 건조영역(101)에서는 연소 열전달에 의하여 반응기(100) 내부에 투입된 바이오매스(108) 내부의 함수율을 조절하게 된다.

그리고, 열분해영역(102)에서는 연소 열전달에 의하여 반응기(100) 내부에 투입된 바이오매스(108) 내부로부터 예를 들면 촤(char)나 타르(tar)와 같은 가스상 전환물질을 추출하게 된다.

그리고, 산화영역(103)에서는 특별히 도시하지 않았으나, 반응기(100)와 연결된 점화버너에 의한 부분 연소가 일어나게 된다.

이러한 산화영역(103)의 부분 연소를 촉진하기 위하여 투입되는 바이오매스(108)들의 종류나 성상에 따라 후술할 제1, 2 에어공급 유닛(200, 300)을 통하여 에어가 투입되는 것이다.

또한, 환원영역(104)에서는 주로 촤(char, 숯)로 이루어진 영역으로, 열분해 가스가 이 영역을 통과하면서 수소와 일산화탄소로 전환되는 것이다.

한편, 반응기 상체(110)는 상측으로부터 점차 넓어지는 형상으로 형성되고, 건조영역(101)과 열분해영역(102)이 내부에 형성되며, 열교환된 에어가 일시 수용되는 체류 공간(511)을 형성하는 분배 유닛(500)이 상측 외면을 따라 건조영역(101)의 외부를 감싸도록 띠 형상으로 형성되는 것이다.

그리고, 외부 케이스(120)는 반응기 상체(110)의 하단부 가장자리로부터 연결되고, 일측에 가스 배출구(106)가 형성되는 것이다.

또한, 내부 케이스(130)는 외부 케이스(120)에 수용되고, 반응기 상체(110)의 내부와 연통되어 산화영역(103)과 환원영역(104)이 내부에 형성되는 것이다.

여기서, 후술할 제1 에어공급 어셈블리(200)와 제2 에어공급 어셈블리(300)는 각각 내부 케이스(130)의 상측 내주면을 따라 경사지게 배치된다.

이때, 내부 케이스(130)의 외면과 외부 케이스(120)의 내면 사이에는 내부 케이스(130)의 저면을 통하여 환원영역(104)으로부터 합성가스(105)가 배출되고 상승하여 가스 배출구(106)를 통하여 유도되며, 내부 케이스(130)의 저면을 통하여 환원영역(104)으로부터 재가 배출되는 배출 공간(125)이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 배출 공간(125)은 후술할 재 배출 유닛(600)과도 연결되는 것이다.

이때, 반응기 상체(110)와 외부 케이스(120)와 내부 케이스(130)는 단열성이 우수한 내화 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

반응기 상체(110)는 더욱 구체적으로 살펴보면 제1 내화벽층(111)과 내화벽 사면(112)을 포함하는 구조임을 알 수 있다.

제1 내화벽층(111)은건조영역(101)의 하부로부터 반응기 상체(110)의 내주면을 따라 일정한 두께로 형성된 것이다.

내화벽 사면(112)은 제1 내화벽층(111)의 상단부에 내부 케이스(130)측을 향하여 하향 경사지게 형성된 것으로, 내화벽 사면(112)은 투입된 바이오매스(108)가 하부측으로 원활하게 안내되어 하강할 수 있도록 마련된 것이다.

그리고, 내부 케이스(130)는 더욱 구체적으로 살펴보면 축경부(132)와 확경부(134)를 포함하는 구조임을 알 수 있다.

축경부(132)는 상측으로부터 점차 좁아지게 형성되는 연소 사면(131)을 구비한 것이며, 확경부(134)는 연소 사면(131)의 하단부 가장자리로부터 연장되어 점차 넓어지게 형성되는 것이다.

여기서, 산화영역(103)은 축경부(132)와 확경부(134)의 상부에 형성되고, 환원영역(104)은 확경부(134)의 하부에 형성되는 것이다.

반응기 상체(110)와 내부 케이스(130)의 구조에 대하여 더욱 상세하게 살펴보고자 한다.

우선, 도 1의 우측 하부에 도시된 도면 부호를 설명하면 다음과 같다.

도면부호 w1는 제1 폭으로 내화벽 사면(112)의 하단부 가장자리가 이루는 폭 또는 직경을 나타내며, 도면부호 w2는 제2 폭으로 반응기 상체(110)의 하단부 가장자리가 이루는 폭 또는 직경을 나타낸다.

도면부호 w3는 제3 폭으로 연소 사면(131)의 하단부 가장자리가 이루는 폭 또는 직경을 나타내며, 도면부호 w4는 제4 폭으로 확경부(134)의 하단부 가장자리, 즉 환원영역(104)의 하단부 가장자리가 이루는 폭 또는 직경을 나타낸다.

여기서, 제2 폭(w2)은 제1 폭(w1)보다 크게 형성되는 것이 바람직하며, 이는 반응기 상체(110)로부터 투입되는 바이오매스(108)가 브릿지(bridge) 현상없이 원활하게 투입되기 위한 구조이기 때문이다.

이때, 제4 폭(w4)은 제3 폭(w3)보다 크게 형성되는 것이 바람직하며, 이는 환원영역(104)으로부터 바이오매스(108)의 재가 원활하게 배출되도록 하기 위한 구조이기 때문이다.

그리고, 축경부(132)와 확경부(134)의 외부는 제2 내화벽층(133)으로 이루어진다.

또한, 반응기(100)는 반응기 상체(110)의 상단부에 연결되고 바이오매스(108)가 투입되는 호퍼(140)와, 호퍼(140)의 상단부와 하단부에 각각 적어도 하나 이상 장착되어 회전하면서 투입되는 바이오매스(108)의 공급량을 감지하는 토크 센서(150)를 더 포함하는 구조의 실시예를 적용할 수 있다.

토크 센서(150)는 호퍼(140)를 통하여 바이오매스(108)가 투입되는 것을 감지하면 회전하면서 바이오매스(108)의 투입량을 실시간으로 정량 제어하게 된다.

한편, 에어는 산화영역(103)에서 바이오매스(108)의 부분 연소를 촉진하기 위하여 투입되는 산화제로, 제1 에어공급 어셈블리(200) 및 제2 에어공급 어셈블리(300) 중 하나 또는 전부를 통해 산화영역(103)에 투입되는 것이다.

다시말해, 투입되는 바이오매스(108)가 목질계, 즉 왕겨, 옥수수대, 톱밥, 우드칩 등과 같은 물질일 때는 바이오매스(108)의 완전 연소를 위한 에어 공급량의 20% 내지 35% 정도(0.7 ~ 0.8 N㎥/kg) 정도 주입하면 되므로, 후술할 제1 에어공급 어셈블리(200)를 이용하면 될 것이다.

또한, 투입되는 바이오매스(108)가 석탄 및 폐기물 등 탄소 집약적이고 석유 화합물 등과 같은 고분자 물질일 때는 목질계인 바이오매스(108)의 에어 공급량 조건보다 30 내지 50% 정도 더 주입하면 되므로, 후술할 제2 에어공급 어셈블리(300)를 이용하면 될 것이다.

따라서, 제1, 2 에어공급 어셈블리(200, 300)는 위와 같은 조건을 감안하여 개별적으로 또는 전부 가동시키는 등의 다양한 운용 방법을 적용할 수 있음은 물론이다.

제1 에어공급 어셈블리(200)는 구체적으로 살펴보면, 제1 메인 배관(210)과 제1 밸브(220)와 에어공급 배관(230)을 포함하는 구조임을 알 수 있다.

제1 메인 배관(210)은 반응기(100), 즉 반응기 상체(110)의 상측 외면에 배치되고, 내부에 열교환 유닛(400)으로부터 열교환된 에어가 일시 수용되는 체류 공간(511)을 형성하는 분배 유닛(500)으로부터 반응기(100)의 하부측을 향하여 분기된 것이다.

그리고, 제1 밸브(220)는 제1 메인 배관(210) 내의 유로를 개폐하는 것이며, 에어공급 배관(230)은 제1 메인 배관(210)에 대하여 경사지게 연장되어 산화영역(103)에 열교환된 에어를 주입하는 유로가 형성된 것이다.

제2 에어공급 어셈블리(300)는 구체적으로 살펴보면, 제2 메인 배관(310)과 제2 밸브(320)와 제1, 2 실린더부(330, 340)를 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

제2 메인 배관(310)은 반응기(100)의 상측 외면에 배치되고, 내부에 열교환 유닛(400)으로부터 열교환된 에어가 일시 수용되는 체류 공간(511)을 형성하는 분배 유닛(500)으로부터 반응기(100)의 하부측을 향하여 분기된 것이다.

제2 밸브(320)는 제2 메인 배관(310) 내의 유로를 개폐하는 것이다.

제1 실린더부(330)는 제2 메인 배관(310)과 연통되어 열교환된 에어가 통과하는 연통 공간(335)을 형성하는 것이다.

제2 실린더부(340)는 제1 실린더부(330)의 양단부를 관통하여 배치되고, 일단부로부터 공급되는 외부의 에어가 연통 공간(335)을 통과한 열교환된 에어와 합류하여 타단부로부터 고속으로 분사되는 것이다.

즉, 제1, 2 실린더부(330, 340)는 바이오매스(108)의 가스화 공정에서 반응기(100) 내부에서 형성되는 흡입 압력을 이용하여 자연스레 외부로부터 유입된 에어가 반응기(100) 내부로 빨려들어가는 경우,유체의 벽 부착 현상, 즉 분류(噴流)의 흐름 등으로 말미암아 압력차를 발생시키고, 주(主)분류는 더욱 저압쪽으로 부착하여 흐르는 코안다 효과(coanda effect)에 의하여 고압, 고속으로 에어를 주입할 수 있게 한다.

제1 실린더부(330)는 더욱 상세하게 살펴보면 제1 실린더 본체(331)와 가이드(332)를 포함하는 구조임을 알 수 있다.

제1 실린더 본체(331)는 제2 실린더부(340)의 일측을 수용하는 원기둥 형상의 부재이며, 가이드(332)는 제1 실린더 본체(331)의 단부 가장자리로부터 연장되어 제2 실린더부(340)의 외주면을 감싸며, 제2 실린더부(340)의 외주면에 대하여 일정 각도로 경사진 원뿔대 형상의 부재이다.

따라서, 후술할 열교환 유닛(400)을 거쳐 열교환된 에어는 가이드(332) 내측의 경사면을 따라 유도되어 제2 실린더부(340)의 내주면을 통해 제2 실린더부(340)의 타단부로부터 외부의 에어와 합류하여 분사되는 것이다.

제2 실린더부(340)는 더욱 상세하게 살펴보면 제2 실린더 본체(342)와 코안다(coanda) 오리피스(343)와 벤투리(venturi) 노즐(344)을 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

제2 실린더 본체(342)는 제1 실린더부(330)에 수용되고, 일단부는 외부로 노출되는 원기둥 형상의 부재이다.

코안다 오리피스(343)는 제1 실린더부(330)의 단부 가장자리에 형성된 원뿔대 형상인 가이드(332)의 경사면에 대하여 경사지게, 제2 실린더 본체(342)의 타단부 외주면을 따라 관통된 복수의 부재이다.

벤투리 노즐(344)은 제2 실린더 본체(342)의 타단부로부터 제1 실린더부(330)의 외부로 노출되게 제2 실린더 본체(342)보다 점차 직경이 커지도록 연장되는 것이다.

코안다 오리피스(343)는 유체의 벽 부착 현상을 촉진하여 코안다 효과를 증대시킬 수 있도록 가이드(332)의 단부 가장자리와 근접하게 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 열교환 유닛(400)은 전술한 바와 같이 합성가스(105)와 외부로부터 공급되는 에어를 상호 교차 유동시켜 열교환시키기 위한 것으로, 가스 도관(410)과 교환 재킷(420)과 에어 배플(430, air baffle)을 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

가스 도관(410)은 가스 배출구(106)와 연결되고 합성가스(105)가 배출되는 유로를 형성되는 것이다.

교환 재킷(420)은 일측에는 외부로부터 에어가 유입되는 에어유입 포트(421)가 구비되고, 타측에는 반응기(100)의 상측 외면에 배치되는 분배 유닛(500)의 체류 공간(511)을 향하여 열교환 유닛(400)으로부터 열교환된 에어를 공급하는 에어배출 포트(422)가 구비되며, 가스 도관(410)의 외주면 전체를 감싸고 내부에 교환 공간(415)을 형성하는 것이다.

에어 배플(430)은 교환 재킷(420)의 내주면과 가스 도관(410)의 외주면 사이에 교환 공간(415)의 형성 방향을 따라 나선 형상으로 형성되는 것이다.

따라서, 에어유입 포트(421)를 통하여 유입된 에어는 에어 배플(430)의 형성 방향을 따라 지체 유동을 하면서 고온으로 배출되는 합성가스(105)와 충분한 열교환을 한 뒤, 제1 에어공급 어셈블리(100) 및 제2 에어공급 어셈블리(200)측으로 공급되는 것이다.

즉, 열교환 유닛(400)은 가스 도관(410)과 교환 재킷(420)이 교환 공간(415)을 두고 이중관의 구조로 되어 외부로부터 유입된 에어가 고온으로 배출되는 합성가스(105)와의 열교환을 통한 일종의 폐열회수 이용의 측면에서 마련된 것이라 할 수 있다.

경우에 따라 열교환 유닛(400)에 물 배관을 함께 배치하여 온수나 난방수로 공급되도록 하는 응용 및 변형 설계도 가능함은 물론이다.

한편, 본 발명은 반응기(100)의 상측 외면에 배치되고, 열교환 유닛(400)으로부터 열교환된 에어를 건조영역(101)의 열원으로 사용하면서 제1 에어공급 어셈블리(200) 및 제2 에어공급 어셈블리(300)로 공급하는 분배 유닛(500)을 더 포함하는 구조의 실시예를 적용할 수 있다.

분배 유닛(500)은 반응기(100) 내부의 건조영역(101)과 열분해영역(102)의 온도를 높여줌으로써 산화영역(103)에서 바이오매스(108)의 연소 부하를 경감시킬 수 있을 것이며, 크게 분배 재킷(510)과 연결 배관(520)을 포함하는 구조임을 알 수 있다.

분배 재킷(510)은 반응기(100)의 상측 외면을 따라 띠 형상으로 형성되어 열교환된 에어가 일시 수용되는 체류 공간(511)을 형성한 것이다.

연결 배관(520)은 열교환 유닛(400)의 에어배출 포트(422)와 체류 공간(511)을 상호 연통시키는 것이다.

따라서, 제1 에어공급 어셈블리(200) 및 제2 에어공급 어셈블리(300)는 각각 체류 공간(511)과 연통되어 열교환된 에어를 산화영역(103)에 공급하게 된다.

이러한 분배 유닛(500)은 바이오매스(108)가 투입되는 방향과 산화제인 에어의 투입 방향이 동일한 방향이므로, 건조영역(101)과 열분해영역(102)의 온도를 높여줄 구조가 필요한 것이다.

이러한 분배 유닛(500)의 구조는 바이오매스(108) 내부의 수분 건조를 촉진시키고, 바이오매스(108)를 열화학적으로 분해하는 (가스화) 과정의 열 엔트로피 증가를 완화시켜주는 역할 또한 하게 된다.

또한, 분배 유닛(500)은 열교환 유닛(400)을 통하여 열교환되고 가열된 에어를 제1 에어공급 어셈블리(200) 또는 제2 에어공급 어셈블리(300)를 통하여 산화영역(103)으로 주입하게 되면 산화영역(103)에서 바이오매스(108)의 국부적 연소를 촉진시킬 수 있으며, 합성가스(105)의 생산성 향상을 도모할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 분배 유닛(500)은 열교환 유닛(400)과 함께 일반적으로 바이오매스(108) 1kg 당 2 내지 2.5 N㎥의 합성가스(105)를 생산하는 가스화 반응장치에 있어서 중요한 역할을 담당하게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 반응기(100)의 하부측에 배치되고, 환원영역(104)으로부터 합성가스(105)가 배출되고 남은 재를 반응기(100)의 외부로 배출시키는 재 배출 유닛(600)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

재 배출 유닛(600)은 구동모터(610)와 스러스트 베어링(621)과 구동 샤프트(620)와 그레이트 어셈블리(630, grate assembly)와 재 수용 탱크(640)와 배출 스크류(650)와 배출 모터(660)와 배출 유도관(670)을 포함하는 구조임을 알 수 있다.

구동모터(610)는 반응기(100)의 저면에 배치되어 구동모터(610)와 연결된 구동 샤프트(620)에 구동력을 전달하고, 구동 샤프트(620)는 스러스트 베어링(621)으로 회전 지지되고, 구동모터(610)로부터 구동력을 전달받아 회전하는 것이다.

그레이트 어셈블리(630)는 구동 샤프트(620)의 상단부에 연결되고, 환원영역(104)의 하부에 내장되어 일정 속도로 회전하면서 환원영역(104)으로부터 연소된 바이오매스(108)의 재를 일정량만큼 낙하시키는 복수의 단차(631)를 형성한 원판들이 겹쳐져 있는 원뿔대 형상의 부재이다.

그레이트 어셈블리(630)는 특별히 도시하지 않았으나, 저면에 그릴 또는 메쉬 형태로 바이오매스(108)의 재가 배출될 수 있도록 한 구조를 형성하여, 간헐적으로 매우 느리게 회전하는 구동 샤프트(620)에 연동 회전하면서 주기적으로 환원영역(104)으로부터 바이오매스(108)의 재를 일정량만큼 배출시킨다.

재 수용 탱크(640)는 반응기(100)의 저면에 구비되어 낙하된 바이오매스(108)의 재를 일시 수용하는 공간을 형성한 것이다.

배출 스크류(650)는 재 수용 탱크(640)의 하부로부터 상향 경사지게 형성되어 일방향으로 회전하는 배출 샤프트(651)의 외주면을 따라 나선 형상으로 형성된 것이다.

배출 모터(660)는 배출 샤프트(651)의 단부에 연결되어 배출 샤프트(651)에 구동력을 전달하는 것이다.

배출 유도관(670)은 재 수용 탱크(640)로부터 연장되고 배출 스크류(650)를 내장하고, 일측에 재가 배출되는 재 배출 포트(671)를 구비한 것이다.

따라서, 재 수용 탱크(640)에 낙하되어 쌓이는 바이오매스(108)의 재는 배출 모터(660)가 가동되면 배출 샤프트(651)도 함께 회전함에 따라 배출 스크류(650)에 의하여 일방향으로 이송되면서 재 배출 포트(671)를 통하여 외부로 배출된다.

한편, 스러스트 베어링(621) 및 구동 샤프트(620)의 외측에는 외부로부터 냉각수가 유입되는 냉각수유입 포트(681)와 냉각수가 배출되는 냉각수배출 포트(682)를 구비한 냉각 재킷(680)을 더 구비하여 구동 샤프트(620)와 스러스트 베어링(621)의 발열 및 과열을 저감할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명은 투입되는 바이오매스의 성상 및 종류에 따라 선택적인 운전이 가능하며 합성가스의 생산량을 증대시킬 수 있음은 물론, 배출되는 합성가스의 현열을 회수하여 산화제로 공급되는 에어의 온도를 높여 다시 가스화 공정에 투입함으로써 에너지 효율을 높일 수 있도록 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 산업, 생활 폐기물 또는 석탄 등 다른 물질의 가스화에도 적용할 수 있는 등 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

100...반응기
101...건조영역
102...열분해영역
103...산화영역
104...환원영역
105...합성가스
106...가스 배출구
110...반응기 상체
111...제1 내화벽층
112...내화벽 사면
120...외부 케이스
125...배출 공간
130...내부 케이스
131...연소 사면
132...축경부
133...제2 내화벽층
134...확경부
140...호퍼
150...토크 센서
200...제1 에어공급 어셈블리
210...제1 메인 배관
220...제1 밸브
230...에어공급 배관
300...제2 에어공급 어셈블리
310...제2 메인 배관
320...제2 밸브
330...제1 실린더부
331...제1 실린더 본체
332...가이드
335...연통 공간
340...제2 실린더부
342...제2 실린더 본체
343...코안다 오리피스
344...벤투리 노즐
400...열교환 유닛
410...가스 도관
415...교환 공간
420...교환 재킷
421...에어유입 포트
422...에어배출 포트
430...에어 배플
500...분배 유닛
510...분배 재킷
511...체류 공간
520...연결 배관
600...재 배출 유닛
610...구동모터
620...구동 샤프트
621...스러스트 베어링
630...그레이트 어셈블리
640...재 수용 탱크
650...배출 스크류
651...배출 샤프트
660...배출 모터
670...배출 유도관
671...재 배출 포트
680...냉각 재킷
681...냉각수유입 포트
682...냉각수배출 포트

Claims (16)

1. 상측으로부터 바이오매스(biomass) 및 산화제인 에어를 투입하여 상기 바이오매스로부터 합성가스(syngas)를 생산하는 것으로, 상기 바이오매스가 채워진 내부 공간의 상측으로부터 건조영역(drying zone), 열분해영역(pyrolysis zone), 산화영역(combustion zone), 환원영역(reduction zone)이 순차적으로 형성된 반응기;
   상기 반응기의 상측으로부터 하향 경사지게 관통되어 상기 산화영역까지 연장되도록 상기 반응기의 외면을 따라 이격하여 배치되고, 상기 바이오매스의 연소를 위한 에어를 상기 산화영역에 공급하는 복수의 제1 에어공급 어셈블리;
   상기 반응기의 상측으로부터 하향 경사지게 관통되어 상기 산화영역까지 연장되도록 상기 반응기의 외면을 따라 이격하여 배치되고, 상기 제1 에어공급 어셈블리와 이웃한 제1 에어공급 어셈블리 사이에 배치되며, 상기 바이오매스의 연소를 위한 에어를 상기 제1 에어공급 어셈블리보다 많이 상기 산화영역에 공급하는 복수의 제2 에어공급 어셈블리; 및
   상기 반응기의 하부측에 형성되는 가스 배출구에 구비되고, 상기 환원영역으로부터 배출되는 상기 합성가스와 외부로부터 공급되는 에어를 상호 교차 유동시켜 열교환시키는 열교환 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치는,
   상기 반응기의 상측 외면에 배치되고, 상기 열교환 유닛으로부터 열교환된 에어를 상기 건조영역의 열원으로 사용하면서 상기 제1 에어공급 어셈블리 및 상기 제2 에어공급 어셈블리로 공급하는 분배 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 에어는 상기 제1 에어공급 어셈블리 및 상기 제2 에어공급 어셈블리 중 하나 또는 전부를 통해 상기 산화영역에 투입되는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 에어공급 어셈블리는,
   상기 반응기의 상측 외면에 배치되고, 내부에 상기 열교환 유닛으로부터 열교환된 에어가 일시 수용되는 체류 공간을 형성하는 분배 유닛으로부터 상기 반응기의 하부측을 향하여 분기된 제1 메인 배관과,
   상기 제1 메인 배관 내의 유로를 개폐하는 제1 밸브와,
   상기 제1 메인 배관에 대하여 경사지게 연장되어 상기 산화영역에 상기 열교환된 에어를 주입하는 유로가 형성된 에어공급 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 에어공급 어셈블리는,
   상기 반응기의 상측 외면에 배치되고, 내부에 상기 열교환 유닛으로부터 열교환된 에어가 일시 수용되는 체류 공간을 형성하는 분배 유닛으로부터 상기 반응기의 하부측을 향하여 분기된 제2 메인 배관과,
   상기 제2 메인 배관 내의 유로를 개폐하는 제2 밸브와,
   상기 제2 메인 배관과 연통되어 상기 열교환된 에어가 통과하는 연통 공간을 형성하는 제1 실린더부와,
   상기 제1 실린더부의 양단부를 관통하여 배치되고, 일단부로부터 공급되는 외부의 에어가 상기 연통 공간을 통과한 상기 열교환된 에어와 합류하여 타단부로부터 고속으로 분사되는 제2 실린더부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 열교환 유닛은,
   상기 가스 배출구와 연결되고 상기 합성가스가 배출되는 유로를 형성되는 가스 도관과,
   일측에는 외부로부터 에어가 유입되는 에어유입 포트가 구비되고, 타측에는 상기 반응기의 상측 외면에 배치되는 분배 유닛의 체류 공간을 향하여 상기 열교환 유닛으로부터 열교환된 에어를 공급하는 에어배출 포트가 구비되며, 상기 가스 도관의 외주면 전체를 감싸고 내부에 교환 공간을 형성하는 교환 재킷과,
   상기 교환 재킷의 내주면과 상기 가스 도관의 외주면 사이에 상기 교환 공간의 형성 방향을 따라 나선 형상으로 형성되는 에어 배플(baffle)을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 반응기는,
   상측으로부터 점차 넓어지는 형상으로 형성되고, 상기 건조영역과 상기 열분해영역이 내부에 형성되며, 상기 열교환된 에어가 일시 수용되는 체류 공간을 형성하는 분배 유닛이 상측 외면을 따라 상기 건조영역의 외부를 감싸도록 띠 형상으로 형성되는 반응기 상체와,
   상기 반응기 상체의 하단부 가장자리로부터 연결되고, 일측에 상기 가스 배출구가 형성되는 외부 케이스와,
   상기 외부 케이스에 수용되고, 상기 반응기 상체의 내부와 연통되어 상기 산화영역과 상기 환원영역이 내부에 형성되는 내부 케이스를 포함하며,
   상기 제1 에어공급 어셈블리와 상기 제2 에어공급 어셈블리는 각각 상기 내부 케이스의 상측 내주면을 따라 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치는,
   상기 반응기의 하부측에 배치되고, 상기 환원영역으로부터 상기 합성가스가 배출되고 남은 재를 상기 반응기의 외부로 배출시키는 재 배출 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.
   
9. 삭제
10. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 실린더부는,
    상기 제2 실린더부의 일측을 수용하는 원기둥 형상의 제1 실린더 본체와,
    상기 제1 실린더 본체의 단부 가장자리로부터 연장되어 상기 제2 실린더부의 외주면을 감싸며, 상기 제2 실린더부의 외주면에 대하여 일정 각도로 경사진 원뿔대 형상의 가이드를 포함하며,
    상기 열교환된 에어는 상기 가이드 내측의 경사면을 따라 유도되어 상기 제2 실린더부의 내주면을 통해 상기 제2 실린더부의 타단부로부터 상기 외부의 에어와 합류하여 분사되는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.
    
11. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 실린더부는,
    제1 실린더부에 수용되고, 일단부는 외부로 노출되는 원기둥 형상의 제2 실린더 본체와,
    상기 제1 실린더부의 단부 가장자리에 형성된 원뿔대 형상인 가이드의 경사면에 대하여 경사지게, 상기 제2 실린더 본체의 타단부 외주면을 따라 관통된 복수의 코안다(coanda) 오리피스와,
    상기 제2 실린더 본체의 타단부로부터 상기 제1 실린더부의 외부로 노출되게 상기 제2 실린더 본체보다 점차 직경이 커지도록 연장되는 벤투리(venturi) 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.
    
12. 삭제
13. 삭제
14. 청구항 7에 있어서,
    상기 내부 케이스는,
    상측으로부터 점차 좁아지게 형성되는 연소 사면을 구비한 축경부와,
    상기 연소 사면의 하단부 가장자리로부터 연장되어 점차 넓어지게 형성되는 확경부를 포함하며,
    상기 산화영역은 상기 축경부와 상기 확경부의 상부에 형성되고,
    상기 환원영역은 상기 확경부의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.
    
15. 청구항 7에 있어서,
    상기 반응기는,
    상기 반응기 상체의 상단부에 연결되고 상기 바이오매스가 투입되는 호퍼와,
    상기 호퍼의 상단부와 하단부에 각각 적어도 하나 이상 장착되어 회전하면서 투입되는 상기 바이오매스의 공급량을 감지하는 토크 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 가스화 반응장치.
    
16. 삭제

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