KR101555012B1 - 커피박 펠렛 제조장치 및 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 커피박 펠렛 제조장치는,
커피박을 건조하는 건조유닛;
첨가제를 저장하는 첨가유닛;
상기 건조유닛으로부터 공급된 커피박과 상기 첨가유닛으로부터 공급된 첨가제를 혼합하고, 상기 건조유닛으로부터 공급된 커피박을 불활성 가스분위기에서 탄화시키고, 상기 커피박이 탄화되면서 나오는 수소가스를 연소시켜 상기 건조된 커피박을 탄화시키는 열로 재활용하는 탄화유닛; 및
상기 탄화된 커피박이 배출되어 저장되는 저장유닛;을 포함한다.
커피박을 건조하는 건조유닛;
첨가제를 저장하는 첨가유닛;
상기 건조유닛으로부터 공급된 커피박과 상기 첨가유닛으로부터 공급된 첨가제를 혼합하고, 상기 건조유닛으로부터 공급된 커피박을 불활성 가스분위기에서 탄화시키고, 상기 커피박이 탄화되면서 나오는 수소가스를 연소시켜 상기 건조된 커피박을 탄화시키는 열로 재활용하는 탄화유닛; 및
상기 탄화된 커피박이 배출되어 저장되는 저장유닛;을 포함한다.
Description
본 발명은 커피박 펠렛 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어, 목재 대신에 커피박으로 만든 펠렛이 연료로 많이 사용되고 있다.
커피박은 커피원두로부터 커피를 추출하고 남은 찌꺼기다.
커피박은 발열량이 4664 Kcal/kg으로 1급 목재펠렛 발열량인 4,300 Kcal/kg 보다 높다.
일반적인 커피박 펠렛 제조 기술은, 한국등록특허(10-1383528, 10-1033212)에 개시되어 있다. 한국등록특허(10-1383528, 10-1033212)에 개시된 커피박 펠렛 제조기술은, 커피박에 잔류된 불순물을 처리하기 위해 산 용액을 사용한다. 그러나, 산 용액은 취급이 어렵고, 폐기용액이 발생하는 문제점을 가진다. 또한, 산 용액이 대기에 노출되면 산 용액 취급자가 위험해지고 환경을 오염시킨다. 또한, 산성용액 세척공정이 필요하기 때문에 연속적인 생산설비를 제조하기 어렵고, 연속적인 생산설비를 제조하더라도 산 용액 설비 및 건조공정이 추가로 필요하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 산 용액을 사용하지 않고 커피박 펠렛을 제조하는 기술이 한국등록특허(10-1315522)에 개시되어 있다. 그러나, 한국등록특허(10-1315522)은, 커피박이 연소 되지 않는 낮은 온도에서 커피박을 탄화시키기 때문에, 커피박의 잔류 탄소량이 적다. 이렇게 제조된 커피박 펠렛은 발열량이 작아 연료로써 가치가 작다.
본 발명의 목적은, 고열량을 가진 커피박 펠렛을 산 용액을 사용하지 않고 제조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 커피박 펠렛 제조장치는,
커피박을 건조하는 건조유닛;
첨가제를 저장하는 첨가유닛;
상기 건조유닛으로부터 공급된 커피박과 상기 첨가유닛으로부터 공급된 첨가제를 혼합하고, 상기 건조유닛으로부터 공급된 커피박을 불활성 가스분위기에서 탄화시키고, 상기 커피박이 탄화되면서 나오는 수소가스를 연소시켜 상기 건조된 커피박을 탄화시키는 열로 재활용하는 탄화유닛; 및
상기 탄화된 커피박이 배출되어 저장되는 저장유닛;을 포함하는 커피박 펠렛 제조장치에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은,
커피박을 수집하는 제1단계;
상기 수집된 커피박을 건조하는 제2단계;
상기 건조된 커피박과 첨가제를 반응용기에 공급하는 제3단계;
상기 반응용기에 불활성가스를 공급하는 제4단계;
상기 반응용기를 가열하여 상기 반응용기에 공급된 커피박을 불활성 가스분위기에서 탄화시키고, 상기 반응용기에서 배출되는 수소가스를 연소시켜 상기 커피박을 탄화시키는 열로 재활용하는 제5단계;
상기 반응용기를 냉각하는 제6단계;
상기 반응용기로부터 탄화된 커피박을 배출하는 제7단계; 및
상기 배출된 커피박을 펠렛으로 성형하는 제8단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 커피박 펠렛 제조방법에 의해 달성된다.
본 발명은 커피박에 첨가제를 첨가하여, 커피박에 포함된 황, 질소, 염소를 제거한다. 이로 인해, 종래처럼 커피박에 포함된 불순물을 제거하기 위해 산 용액을 사용할 필요가 없다. 따라서, 종래 산 용액 사용에 따른 문제 즉, 산 용액은 그 취급이 어렵고, 폐기용액이 발생한다는 문제점이 근본적으로 해결된다.
또한, 산 용액이 대기에 노출되면 산 용액 취급자가 위험해지고, 주변 환경을 오염시킨다는 문제점도 해결된다.
또한, 산성용액 세척공정이 필요하기 때문에 연속적인 생산설비를 제조하기 어렵다는 문제점도 해결된다. 또한, 연속적인 생산설비를 제조하더라도 산 용액 설비 및 건조공정이 추가로 필요하다는 문제점도 해결된다.
또한, 커피박에 첨가제를 첨가하면, 커피박 탄화시, 안전한 가스(수소, 일산화탄소, 이산화탄소)만 대기에 배출시킬 수 있다.
한편, 본 발명은, 커피박이 탄화되면서 나오는 수소가스를 연소시켜 생산된 열을, 커피박을 탄화시키는 열로 재활용한다. 따라서, 커피박 펠렛을 제조하기 위한 에너지를 절약할 수 있다.
한편, 본 발명은 잔류 탄소량을 높이기 위해서, 커피박을 높은 온도(400 ~ 700℃)에서 가열시키되, 높은 온도에서 커피박이 연소되는 것을 막기 위해서, 반응용기 내부에 불활성가스(N2, Ar)를 채우고 반응용기를 밀폐한 상태에서, 커피박을 가열시킨다. 또한, 불활성가스가 반응용기의 바닥에서부터 위로 상승하면서, 커피박 사이 사이를 통과한다. 이로 인해, 불활성가스가 커피박 내부에 깊숙이 침투하여 커피박을 구성하는 분말 하나하나를 감싸, 커피박이 연소되는 것을 최대한 막아준다. 이러한 과정을 거쳐 제조된 커피박 펠렛은 발열량이 커 연료로써의 가치가 크다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커피박 펠렛 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 탄화유닛을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 탄화유닛의 작동상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피박 펠렛 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 탄화유닛을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 탄화유닛의 작동상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피박 펠렛 제조방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 커피박 펠렛 제조장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커피박 펠렛 제조장치를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 탄화유닛을 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 탄화유닛의 작동상태를 나타낸 도면이다. 도 3에서 점선 화살표는 반응용기의 바닥에서 위로 상승하는 불활성가스를 나타낸다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 커피박 펠렛 제조장치(1)는, 건조유닛(10), 첨가유닛(20), 탄화유닛(30), 저장유닛(40)으로 구성된다.
건조유닛(10)은 수거된 커피박(CP)을 열풍식 또는 가열식으로 건조한다.
첨가유닛(20)은 첨가제(AP)를 저장한다. 첨가제(AP)는 열분해 SOx, NOx 형태의 가스와 반응할 수 있는 고체분말이다. 이러한 첨가제(AP)로 생석회(CaO), 석회석, 방해석(CaCO3), KOH, NaOH이 사용된다.
탄화유닛(30)은, 반응용기(31), 히터(32), 버너(33), 교반기(34)로 구성된다.
반응용기(31)의 상면에는 제1구멍(31a) 및 제2구멍(31b)이 뚫린다.
제1구멍(31a)은 건조유닛(10)과 연결된다. 제1구멍(31a)에는 작업자가 임의로 개폐할 수 있는 제1밸브(V1)가 설치된다.
제2구멍(31b)은 첨가유닛(20)과 연결된다. 제2구멍(31b)에는 작업자가 임의로 개폐할 수 있는 제2밸브(V2)가 설치된다.
반응용기(31)의 하면에는 저장유닛(40)과 연결되는 제3구멍(31c)이 뚫린다. 제3구멍(31c)에는 작업자가 임의로 개폐할 수 있는 제3밸브(V3)가 설치된다.
반응용기(31)의 하단 좌측면에는 반응용기(31)의 내부로 불활성 가스가 들어오는 제4구멍(31d)이 뚫린다. 제4구멍(31d)에는 불활성 가스를 공급하는 제1배관(L1)이 연결된다. 제1배관(L1)에는 작업자가 임의로 개폐할 수 있는 제4밸브(V4)가 설치된다.
반응용기(31)의 상단 우측면에는 제5구멍(31e)이 뚫린다. 제5구멍(31e)에는 버너(33)와 반응용기(31)를 연결하는 제2배관(L2)이 연결된다. 제2배관(L2)에는 반응용기(31)의 내부 압력이 대기압(1atm) 이상이면 자동적으로 열리는 제5밸브(V5)가 설치된다.
반응용기(31)의 상면에는 반응용기(31) 내부의 압력을 측정하는 압력계(P)와 반응용기(31) 내부의 온도를 온도계(T)가 설치된다.
히터(32)는 반응용기(31)의 외주면을 감싼다.
버너(33)는 반응용기(31)의 하측에 위치된다.
교반기(34)는 모터(34a), 축(34b), 날개(34c)로 구성된다.
모터(34a)는 반응용기(31)의 상측에 설치된다.
축(34b)은 반응용기(31)의 내부에 위치된다. 모터(34a)에 축(34b)의 일단이 연결된다.
날개(34c)는 반응용기(31)의 내부에 위치된다. 축(34b)의 타단에 날개(34c)가 연결된다.
저장유닛(40)은 탄화유닛(30)으로부터 배출된 커피박(CP)을 저장한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 커피박 펠렛 제조장치로, 커피박 펠렛을 제조하는 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피박 펠렛 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 커피박 펠렛 제조방법은,
커피박을 수집하는 제1단계(S11);
상기 수집된 커피박을 건조하는 제2단계(S12);
상기 건조된 커피박과 첨가제를 반응용기에 공급하는 제3단계(S13);
상기 반응용기에 불활성가스를 공급하는 제4단계(S14);
상기 반응용기를 가열하여 상기 반응용기에 공급된 커피박을 불활성 가스분위기에서 탄화시키고, 상기 반응용기에서 배출되는 수소가스를 연소시켜 상기 커피박을 탄화시키는 열로 재활용하는 제5단계(S15);
상기 반응용기를 냉각하는 제6단계(S16);
상기 반응용기로부터 탄화된 커피박을 배출하는 제7단계(S17); 및
상기 배출된 커피박을 펠렛으로 성형하는 제8단계(S18);로 구성된다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 각 단계를 설명한다.
제1단계(S11)를 설명한다.
커피박(CP)을 수집한다.
건조유닛(10)에 수집된 커피박(CP)을 넣는다.
제2단계(S12)를 설명한다.
건조유닛(10)은 커피박(CP)을 열풍식 또는 가열식으로 건조한다. 커피박(CP)을 건조하는 온도는 100℃ 내외다. 커피박(CP)에 포함된 수분이 증발되면서, 커피박(CP)이 건조된다.
제3단계(S13)를 설명한다.
제1밸브(V1)를 연다. 제1구멍(31a)을 통해서, 건조된 커피박(CP)이 반응용기(31)의 내부로 공급된다.
제2밸브(V2)를 연다. 제2구멍(31b)을 통해서, 첨가제(AP)가 반응용기(31)의 내부로 공급된다.
교반기(34)는 커피박(CP)과 첨가제(AP)를 혼합한다.
이를 위해, 모터(34a)가 축(34b)을 회전시킨다. 축(34b)이 날개(34c)를 회전시킨다. 날개(34c)가 커피박(CP)과 첨가제(AP)를 혼합한다.
첨가제(AP) 중 KOH, NaOH는 커피박에 포함된 Cl 성분을 제거한다.
첨가제(AP) 중 CaCO3 는 커피박(CP)에 포함된 물, 황산가스와 반응한다. 이러한 반응은 제4단계(S14)에서 반응용기(31)가 가열될 때 일어난다.
반응식: H
2
SO
4
+
CaCO
3
+H
2
O ->
CaSO
4
.
2H
2
O
+CO
2
이러한 반응을 거친 커피박으로 만든 펠렛은, 연소시 유해가스(황산가스, 질산가스)를 발생시키지 않는다.
이렇게 본 발명은 산 용액을 사용하지 않고도, 첨가제(AP)를 사용하여, 커피박(CP)에 포함된 불순물을 제거할 수 있다.
제4단계(S14)를 설명한다.
제3밸브(V3)를 연다.
불활성가스가 제1배관(L1)과 제3구멍(31c)을 거쳐, 반응용기(31)의 내부로 들어온다. 불활성가스는 N2, Ar, 또는 N2 와 Ar 혼합가스이다. 불활성가스가 반응용기(31)의 바닥에서부터 위로 상승하면서, 커피박(CP) 사이 사이를 통과한다. 이로 인해, 불활성가스가 커피박(CP) 내부에 깊숙이 침투하여 커피박(CP)을 구성하는 분말 하나하나를 감싸, 커피박(CP)이 연소되는 것을 최대한 막아준다.
제5단계(S15)를 설명한다.
히터(32)가 반응용기(31)를 가열한다. 가열온도는 400 ~ 700℃ 이다. 열(H)이 반응용기(31)를 통해 커피박(CP)으로 전달된다. 교반기(34)는 커피박(CP)에 열이 골고루 전달되도록, 커피박(CP)이 가열되는 동안, 커피박(CP)을 골고루 저어준다.
공지된 바와 같이, 커피박(CP)은 320℃ 이상으로 열을 받으면 연소된다. 따라서, 400 ~ 700℃ 로 가열하면 당연히 연소가 일어난다.
그러나, 본 발명은 커피박(CP)의 연소를 인위적으로 막기 위해, 반응용기(31)의 내부를 불활성 가스로 채운다. 또한, 반응용기(31)로 산소가 유입되지 않게, 반응용기(31)를 밀폐한다.
이로 인해, 커피박(CP)을 400 ~ 700℃ 로 가열하여도, 커피박(CP)은 연소되지 않고 탄화만 된다. 이렇게 높은 온도(400 ~ 700℃)에서 커피박(CP)을 가열하면, 탄회된 커피박(CP)의 잔류 탄소량이 투입량 100% 대비 35% 이상이 된다.
반면, 종래처럼 커피박(CP)이 연소되는 것을 막고자 낮은 온도(225 ~ 320℃)에서 커피박(CP)을 가열하면, 탄화된 커피박(CP)의 잔류 탄소량은 투입량 100% 대비 10% 미만이 된다. 따라서, 본 발명을 사용하면, 탄회된 커피박(CP)의 잔류 탄소량이 많아져, 고열량의 커피박 펠렛을 만들 수 있다.
커피박(CP)을 가열하면, 커피박(CP)에 포함된 CH4 가 다음 반응식과 같이 분해된다. 반응식: CH 4 -> C + 2H 2
반응용기(31)의 내부 압력이 대기압 이상이면, 제4밸브(V4)가 자동적으로 열린다. 제4구멍(31d)을 통해서 수소가스(H2)가 배출된다.
배출된 수소가스는 제2배관(L2)을 통해서 버너(33)로 공급된다. 버너(33)는 공급받은 수소가스를 연소시켜 반응용기(31)를 가열한다. 이렇게 커피박이 탄화되면서 나오는 수소가스를 연소시켜 커피박을 탄화시키는 열로 재활용할 수 있다.
제6단계(S16)를 설명한다.
커피박(CP)의 탄화가 끝나면, 히터(32)와 버너(33)를 끈다. 반응용기(31)를 자연 냉각시킨다. 반응용기(31)를 급속히 냉각시키기 위해서, 반응용기(31)의 주변에 냉각기를 설치할 수도 있다.
제7단계(S17)를 설명한다.
제5밸브(V5)를 연다. 제5구멍(31e)이 열린다. 탄화된 커피박(CP)이 저장유닛(40)으로 배출된다. 저장유닛(40)은 탄화된 커피박(CP)을 저장한다.
제8단계(S18)를 설명한다.
저장유닛(40)에 저장된 커피박(CP)을 꺼낸다.
커피박(CP)을 성형하여 원통형, 사각형의 커피박 펠렛을 제조한다.
10: 건조유닛 20: 첨가유닛
30: 탄화유닛 31: 반응용기
31a, 31b, 31c, 31d, 31e: 제1~5구멍
V1, V2, V3, V4, V5: 제1~5밸브
32: 히터 33: 버너
34: 교반기 34a: 모터
34b: 축 34c: 날개
40: 저장유닛 CP: 커피박
AD: 첨가제 P: 압력계
T: 온도계 L1: 제1배관
L2: 제2배관
30: 탄화유닛 31: 반응용기
31a, 31b, 31c, 31d, 31e: 제1~5구멍
V1, V2, V3, V4, V5: 제1~5밸브
32: 히터 33: 버너
34: 교반기 34a: 모터
34b: 축 34c: 날개
40: 저장유닛 CP: 커피박
AD: 첨가제 P: 압력계
T: 온도계 L1: 제1배관
L2: 제2배관
Claims (5)
- 커피박을 건조하는 건조유닛;
첨가제를 저장하는 첨가유닛;
상기 건조유닛으로부터 공급된 커피박과 상기 첨가유닛으로부터 공급된 첨가제를 혼합하고, 상기 건조유닛으로부터 공급된 커피박을 불활성 가스분위기에서 탄화시키고, 상기 커피박이 탄화되면서 나오는 수소가스를 연소시켜 상기 건조된 커피박을 탄화시키는 열로 재활용하는 탄화유닛; 및
상기 탄화된 커피박이 배출되어 저장되는 저장유닛;을 포함하며,
상기 첨가제는, 생석회(CaO), 석회석, 방해석(CaCO3), KOH, NaOH와 같이, 열분해 SOx, NOx 형태의 가스와 반응할 수 있는 고체분말인 것을 특징으로 하는 커피박 펠렛 제조장치. - 커피박을 수집하는 제1단계;
상기 수집된 커피박을 건조하는 제2단계;
상기 건조된 커피박과 첨가제를 반응용기에 공급하는 제3단계;
상기 반응용기에 불활성가스를 공급하는 제4단계;
상기 반응용기를 가열하여 상기 반응용기에 공급된 커피박을 불활성 가스분위기에서 탄화시키고, 상기 반응용기에서 배출되는 수소가스를 연소시켜 상기 커피박을 탄화시키는 열로 재활용하는 제5단계;
상기 반응용기를 냉각하는 제6단계;
상기 반응용기로부터 탄화된 커피박을 배출하는 제7단계; 및
상기 배출된 커피박을 펠렛으로 성형하는 제8단계;를 포함하며,
상기 첨가제는, 생석회(CaO), 석회석, 방해석(CaCO3), KOH, NaOH와 같이, 열분해 SOx, NOx 형태의 가스와 반응할 수 있는 고체분말인 것을 특징으로 하는 커피박 펠렛 제조방법. - 삭제
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150079012A KR101555012B1 (ko) | 2015-06-04 | 2015-06-04 | 커피박 펠렛 제조장치 및 제조방법 |
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KR1020150079012A KR101555012B1 (ko) | 2015-06-04 | 2015-06-04 | 커피박 펠렛 제조장치 및 제조방법 |
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KR1020150079012A KR101555012B1 (ko) | 2015-06-04 | 2015-06-04 | 커피박 펠렛 제조장치 및 제조방법 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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