KR101579115B1 - 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿 및 그 제조방법 - Google Patents

커피부산물을 이용한 연료용 펠릿 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커피부산물에 톱밥, 참숯 및 파라핀을 소정 함량으로 배합하여 펠릿을 성형함으로써, 발열량, 함수율, 밀도 및 내구성 등이 1급 목재펠릿의 품질기준을 충족하며, 특히 발열량이 매우 높고, 성형성이 우수하여 제형상에도 하자가 없는 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿, 및 이를 효율적으로 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

Description

커피부산물을 이용한 연료용 펠릿 및 그 제조방법{FUEL PELLET USING COFFEE REMNANTS, AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커피부산물에 톱밥, 참숯 및 파라핀을 소정 함량으로 배합하여 펠릿을 성형함으로써, 발열량, 함수율, 밀도 및 내구성 등이 1급 목재펠릿의 품질기준을 충족하며, 특히 발열량이 매우 높고, 성형성이 우수하여 제형상에도 하자가 없는 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿, 및 이를 효율적으로 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
최근 지구온난화에 의한 온실가스 감축이 전세계적인 화두가 되면서 온실가스 발생량이 적은 목재칩, 목재펠릿 등 바이오매스 가공 연료에 대한 수요가 지속적으로 확대되고 있다.
그러나, 이러한 목재 원재료는 각국의 신재생에너지 공급 확대에 따라 가격이 지속적으로 상승하고 있고, 국내의 경우 2012년 신재생에너지 발전의무비율 할당제(Renewable Portfolio Standards; RPS) 시행에 따라 열병합발전소의 폐목재 싹쓸이 현상, 톱밥 가격 상승 등으로 일부 파티클보드(PB)업체 및 목재펠릿 제조공장의 가동이 중단되는 등 공급이 수요를 충족하지 못하고 있는 실정이다.
일반적으로, 커피는 전 세계인의 기호식품으로서 국내의 경우 거의 전량 수입되고 있으며 은은한 향과 카페인 중독으로 인해 그 소비량도 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.
현재 커피의 국내 수입에 따른 지출비용은 막대한데, 비교적 고가로 수입 및 판매되고 있는 원두커피는 한번 사용 후에는 그대로 버려지고 있는 실정이다. 특히 원두커피의 사용 후 재활용으로서 인정될 만한 것은 재떨이에 소량의 커피부산물(커피슬러지, 커피찌꺼기, 커피폐기물, 커피추출잔사라고도 함)을 담아 사용하고 있는 것이 거의 전부이며, 재떨이의 사용 후에도 그대로 버려지게 되는 것이 일반적이다.
이에 따라, 버려지는 커피부산물을 목재 등 산림 바이오매스를 대체할 수 있는 새로운 연료용 원재료로 사용하려는 시도들이 진행되고 있다. 구체적으로, 커피부산물은 고위발열량이 약 6,560kcal/kg로 4,000kcal/kg 내외인 목재보다 우수하고, 회분은 1.75%로 목재와 유사한 수준의 에너지 특성을 갖고 있으며, 펠릿 성형시 접착제 역할을 하는 리그닌도 소정량 함유하고 있어 기존의 목재펠릿을 대체할 수 있는 새로운 에너지자원으로 주목받고 있다.
그러나, 커피부산물을 이용한 종래의 연료 펠릿은 내구성이 상대적으로 열악하고, 특히 저위발열량이 연료 펠릿으로서 요구되는 수준에 미치지 못하고 있으며, 아울러 성형성이 부족하여 제형이 잘 되지 않는 문제점들이 존재한다.
이에, 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿으로서, 발열량, 함수율, 밀도 및 내구성 등 제반 특성이 우수하고, 특히 발열량이 매우 높아 바이오매스 연료로 적용하기에 매우 적합하며, 성형성 또한 우수하여 제조시 제형상으로도 하자가 없는 새로운 제품에 대한 개발이 요구되고 있다.
한국등록특허 제10-1033212호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 발열량, 함수율, 밀도 및 내구성 등의 항목 모두가 1급 목재펠릿의 품질기준(국립산림과학원 고시 제2009-2호)을 충족하며, 성형성 또한 우수한 고품질의 커피부산물 연료용 펠릿, 및 이를 효율적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 커피부산물 40~45 중량%; 톱밥 15~20 중량%; 참숯 25~30 중량%; 및 파라핀 5~10 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면으로, (a) 커피부산물 40~45 중량%, 톱밥 15~20 중량%, 참숯 25~30 중량%, 및 파라핀 5~10 중량%를 혼합하는 단계; 및 (b) 혼합물을 평판다이, 가압로울러 및 배출구를 포함하는 성형장치를 이용하여 2.0~2.5m/s의 저속 운전을 통해 펠릿으로 성형하는 단계;를 포함하는 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿은 발열량, 함수율, 밀도 및 내구성 등의 특성이 국립산림과학원 고시 제2009-2호에 따른 1급 목재펠릿의 품질기준을 충족할 정도로 매우 우수하다.
특히, 본 발명에 따른 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿은 성형성이 우수하여 제조시 제형 불량이 발생하지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿의 제조방법은 저속 운전 등 공정조건을 최적화함으로써, 제조되는 펠릿의 강도 등 펠릿의 품질을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿 성형품의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 연료용 펠릿 제조방법에 사용되는 펠릿 성형기의 일 예를 나타낸 3D 입체도면이다.
도 3은 본 발명의 연료용 펠릿 제조방법에 사용되는 원재료의 저항력과 다이 구조의 상관관계를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 연료용 펠릿 제조방법에 사용되는 평판다이의 상면 구조를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
커피부산물을 이용한 연료용 펠릿
본 발명에 따른 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿은 커피부산물 40~45 중량%; 톱밥 15~20 중량%; 참숯 25~30 중량%; 및 파라핀 5~10 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 커피부산물(또는 커피슬러지)은 원두커피액의 제조 후 잔존하게 되는 원두커피 찌꺼기로서, 본 발명에 따른 연료용 펠릿의 주원료이다.
상기 커피부산물로는 인스턴트 커피업체와 유명 커피전문점 등에서 쉽게 구할 수 있는 커피슬러지를 사용할 수 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 커피부산물은 연료용 펠릿 조성물에 있어 40~45 중량%(더욱 상세하게는, 40 중량%)의 함량으로 포함된다. 그 함량이 40 중량% 미만이면 종래의 목재 등 산림 바이오매스를 대체하기 위한 본 발명의 취지에 부합되지 않을 수 있으며, 45 중량%를 초과하면 톱밥, 파라핀 등 다른 성분들의 상대적 함량 감소로 발열량, 내구성 및 성형성이 저하될 수 있다.
상기 톱밥은 펠릿 성형시 바인더 역할을 하는 성분으로서, 이의 첨가를 통해 리그닌의 함유율이 더욱 높아져 결착력이 증가하고, 펠릿의 내구성 및 밀도가 향상되며, 함수율 또한 낮아지는 효과가 있다.
상기 톱밥으로는 당분야에서 통상적으로 사용되는 우드톱밥 등을 사용할 수 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 톱밥은 연료용 펠릿 조성물에 있어 15~20 중량%(더욱 상세하게는, 20 중량%)의 함량으로 포함된다. 그 함량이 15 중량% 미만이면 성형된 펠릿의 내구성 및 밀도가 저하되고 함수율이 10 중량% 넘게 높아질 수 있으며, 20 중량%를 초과하면 주원료 및 파라핀 등의 상대적 함량 감소로 발열량이 저하될 수 있다.
상기 참숯은 펠릿의 발열량 증가에 기여하고 발생가능한 제품의 이취 내지 악취를 제거하기 위해 첨가되는 성분이다.
상기 참숯은 당분야에서 통상적으로 사용되는 참숯 종류를 적절한 크기로 분쇄하여 사용할 수 있다.
상기 참숯은 연료용 펠릿 조성물에 있어 25~30 중량%(더욱 상세하게는, 30 중량%)의 함량으로 포함된다. 그 함량이 25 중량% 미만이면 펠릿의 발열량을 극대화하기 어려워지거나 제품에 원치않는 이취가 잔존할 수 있으며, 30 중량%를 초과하면 톱밥, 파라핀 등 다른 성분들의 상대적 함량 감소로 내구성 및 성형성이 저하될 수 있다.
상기 파라핀은 펠릿의 성형성(제형성)을 보장하고 발열량을 더욱 향상시키는 성분이다. 구체적으로, 본 발명자는 커피부산물, 톱밥 및 참숯만을 혼합하여 펠릿으로 제조할 경우 저위발열량이 상대적으로 낮고 제형에도 문제가 발생한 반면, 이에 소정량의 파라핀을 첨가할 경우 저위발열량이 20% 이상이나 증가하고 성형성 또한 좋아져 제형에 문제가 발생하지 않음을 확인하였다.
상기 파라핀으로는 파라핀 왁스를 사용할 수 있다. 파라핀 왁스는 함랍유에서 얻어지는 상온에서 결정성 고체인 탄화수소 혼합물로서, 고형 파라핀이라고도 불리며, 주로 곧은 사슬 파라핀으로 구성된다.
상기 파라핀은 연료용 펠릿 조성물에 있어 5~10 중량%(더욱 상세하게는, 10 중량%)의 함량으로 포함된다. 그 함량이 5 중량% 미만이면 제형 불량이 발생하거나 제조된 펠릿의 발열량 증대 효과가 미미해질 수 있으며, 10 중량%를 초과하면 연소시 유해 물질이 다량 발생되어 친환경적 연료 펠릿을 제공하기 어려워질 수 있다.
본 발명에 따른 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿은 커피부산물에 톱밥, 참숯 및 파라핀이 소정 함량으로 배합 및 성형된 혼합 펠릿으로서(도 1 참조), 국립산림과학원 고시 제2009-2호에 따른 1급 목재펠릿의 품질기준을 충족하는 것이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿은 저위발열량 4300~6500kcal/kg, 함수율 10%(중량 기준) 이하, 겉보기밀도 640~700kg/m3, 내구성 97.5% 이상의 고품질 연료 펠릿으로서 제공된다.
[표 1]
국내 목재펠릿 품질규격(국립산림과학원 고시 제2009-2호)
Figure 112015003192162-pat00001

커피부산물을 이용한 연료용 펠릿의 제조방법
본 발명의 다른 측면에 따르면,
(a) 커피부산물 40~45 중량%, 톱밥 15~20 중량%, 참숯 25~30 중량%, 및 파라핀 5~10 중량%를 혼합하는 단계; 및
(b) 혼합물을 평판다이, 가압로울러 및 배출구를 포함하는 성형장치를 이용하여 2.0~2.5m/s의 저속 운전을 통해 펠릿으로 성형하는 단계;를 포함하는 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿의 제조방법이 제공된다.
상기 (a) 단계는 커피부산물, 톱밥, 참숯 및 파라핀을 정해진 함량범위 내(예컨대, 커피부산물 40 중량%, 톱밥 20 중량%, 참숯 30 중량% 및 파라핀 10 중량%)로 배합하여 펠릿 성형을 위한 원재료 조성물을 구비하는 단계이다.
본 단계에서, 커피부산물, 톱밥, 참숯 및 파라핀을 배합하여 조성물로 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당분야의 통상적인 절차 및 방법을 통해 수행할 수 있다. 일 구체예로, 각각의 원료를 적절한 크기로 파쇄, 분쇄 및 건조한 다음 이들을 균질하게 혼합함으로써 펠릿 성형을 위한 원재료 조성물을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 파쇄는 크기가 큰 원료를 소입자로 분쇄하기 위한 전 단계로서, 원료를 적절한 길이로 1차 절단하는 과정이다. 상기 분쇄는 파쇄된 원료를 원하는 크기(예컨대, 10~150메시 정도) 정도의 소입자로 분말화하는 것으로서, 이를 통해 원료들의 혼합 및 이후의 과정인 건조 과정을 보다 용이하게 진행할 수 있다.
한편, 본 발명에 사용되는 성형원료는 원활한 펠릿화를 위해 다음과 같은 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
1) 원료의 형태: 가루 입자
2) 거칠기(입도): 40메시 이상, 거친 톱밥 수준
3) 함수율: 15~17 중량%
4) 원료 조성물 성분: 커피부산물 40~45 중량%, 톱밥 15~20 중량%, 참숯 25~30 중량% 및 파라핀 5~10 중량%
5) 열 분해성: 100℃ 이하에서 용해되지 않을 것, 50℃ 이상에서 굳지 않을 것
여기서, 상기 바인더 첨가 등을 통해 형성된 원료 조성물의 함수율은 15~17 중량% 정도가 적절한바, 함수율이 15 중량% 미만이면 펠릿으로의 성형이 어려워질 수 있으며, 17 중량%를 초과하여 너무 높으면 생산된 펠릿이 수직방향으로 트는 현상이 발생할 수 있다.
상기 (b) 단계는 (a) 단계에서 얻어진 원료 조성물(혼합물)을 소정의 성형장치(도 2 참조)를 통해 펠릿화하는 단계이다. 이러한 펠릿화 성형을 거치면 성형되지 않은 원료 대비 더욱 높은 열량의 연료를 제조할 수 있다.
상기 성형장치는 성형다이, 로울러 및 배출구 등을 부품으로 포함하는 펠릿용 성형기로서, 본 발명에서는 평판다이 및 저속 운전 방식을 사용한다.
상기 로울러는 일반 로울러의 경우 회전압축시 원자재가 로울러와 성형다이 사이로 투입되지 않고 외부로 밀리게 되어 올바른 펠릿 성형이 이루어지지 않는다. 이에, 일정 부분마다 홈을 주어 톱니바퀴처럼 원자재가 성형다이에 잘 맞물릴 수 있도록 설계된 가압로울러를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 성형다이 하부에는 절단기가 로울러 속도에 맞게 회전하면서 배출되는 펠릿을 일정 크기로 절단하도록 설계된다. 아울러 하부조정자를 두어 펠릿 성형기가 지면에 고정되도록 하여 성형과정에서 발생하는 소음 및 진동을 최소화하도록 설계하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 성형다이로서 원형다이가 아닌 평판다이를 사용한다. 평판다이 방식은 수평으로 설치된 다이 구멍을 통해 원재료들을 위에서 로울러를 이용해 아래로 눌러 구멍 아래로 성형하는 방식으로서, 소형 및 고품질의 연료 펠릿 제조에 적합하다. 평판다이와 원형다이의 장단점을 하기 표 2에 비교하여 나타내었다.
[표 2]
평판다이 방식과 원형다이 방식 비교
Figure 112015003192162-pat00002

한편, 원료 혼합물의 펠릿화를 위해서는 조금 더 정교한 균형있는 운전조건을 필요로 한다. 가장 기본적이고 중요한 조절방법은 다이(구멍을 가진 금속판)를 교체하는 방법으로 다이에 있는 구멍을 원재료가 통과할 때 적당한 정도의 저항이 걸리도록 설계하는 것이다. 적당한 다이 저항력은 원재료에 열을 가해 부드럽게 만들어 주는바, 원하는 형태로 성형되게 하고 내구성을 높여준다. 다만 다이 저항력이 너무 높은 경우 펠릿화 과정에서 원재료가 타는 현상이 발생할 수 있으며, 다이 저항력이 너무 낮은 경우 원재료가 성형되지 않고 그대로 구멍을 통과하는 현상이 발생할 수 있다. 다이 저항력은 구멍의 크기나 구멍의 개수로 조절할 수 있으며, 일반적으로 구멍이 클수록, 구멍 개수가 많을수록 다이 저항력은 떨어진다(도 3 참조).
일 구체예에서, 상기 (b) 단계의 평판다이의 다이 구멍 상부는 구멍 외주부로부터 내측으로 깊이 2mm, 폭 1mm의 하향 경사부가 형성된 것일 수 있다(도 4 참조). 또한 다이 구멍의 길이(상기 경사부를 제외한 원통형 공간의 길이)가 너무 짧으면 펠릿의 강도가 저하되며, 너무 길면 생산성이 저하되는바 적절한 길이로 다이 구멍을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 성형장치의 가압로울러가 2.0~2.5m/s(바람직하게는, 2.5m/s)의 저속으로 구동되도록 회전수를 조절한 저속 운전을 통해 펠릿을 생산하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 제조되는 펠릿의 강도 등 펠릿 품질을 보다 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 생산속도가 빠를수록 제조된 펠릿의 강도는 낮아지며, 생산속도가 느릴수록 제조된 펠릿의 강도는 높아진다. 또한 저속 생산방식의 경우 생산속도는 다소 느리지만 펠릿의 절단면이 직각에 가까워져 펠릿 운반시 부스러기가 덜 발생하는 반면, 2.5m/s가 넘는 고속 생산방식의 경우 펠릿 절단면이 삐쭉빼쭉하여 운반시 부스러기 발생률이 높아지게 된다. 이러한 펠릿의 부스러기 발생률은 펠릿보일러 이송시스템 등에 문제를 일으킬 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 상기 가압로울러로서 필요에 따라 가압부가 분리가능하도록 형성된 가압부 분리형 로울러를 사용할 수 있다. 이를 통해, 펠릿 성형용 원재료 및 성상 변화에 따른 다양한 용도의 펠릿 성형시, 가압로울러의 용이한 교체로 다양한 펠릿 성형이 가능하도록 하여 펠릿 성형장치의 활용성을 극대화할 수 있다.
상기 가압부 분리형 로울러를 적용하면 로울러축을 분리할 필요 없이 펠릿 성형시 실제 마모가 이루어지는 가압로울러의 가압부만을 분리하여 새로운 로울러로 교체하면 되는바, 사용의 편리성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 교체 및 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있다. 또한 펠릿 성형용 원재료의 물성이 변경되어 다른 타입으로 가압로울러를 변경해야 하는 경우에도 가압로울러의 외주연에 해당되는 가압부만 분리하거나 다수개 분할구성된 각각의 가압부를 분리하여 해당 가압부만을 교체하면 되는바, 가압부의 간단한 교체를 통해 작업성 및 생산성을 더욱 향상시킴은 물론 펠릿 성형장치의 활용성을 높일 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 사용가능한 펠릿 성형장치의 일 구체예를 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]
평판다이 방식의 펠릿 성형기 상세 스펙
Figure 112015003192162-pat00003
* 함수율: 15 중량%, 펠릿 크기: 직경 6~8mm(5~20mm 다변화 가능), 길이 50~80mm 기준
한편, 본 발명에서는 상기 (b) 단계 이후에, 성형탄을 분리 및 저장하는 단계가 추가적으로 수행될 수 있다.
성형탄을 분리하는 단계는 성형된 성형탄과 성형되지 못한 혼합물을 분리하여 성형되지 못한 혼합물을 다시 혼합과정으로 회수되도록 하는 단계이다. 또한 성형탄을 저장하는 단계에서는 성형탄의 훼손을 방지하고 저장되는 성형탄이 발화되지 않도록 불활성 가스인 질소를 주입하여 저장하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명자는 펠릿 성형기의 압축비율 및 압축각도비율의 조건을 변화시키며 세부 시험을 수행하였는바, 혼합물의 구체적인 성분 종류 및 함량에 따라 다르겠지만 통상적으로 압축비율은 3.0~5.5 정도, 압축각도비율은 0.6~1.2 정도가 적절함을 확인하였다.
* 압축비율 = 펠릿다이스길이(L) / 펠릿직경(d)
* 압축각도비율 = 너비압축길이(C) / 깊이압축길이(I)
<그림 1>
Figure 112015003192162-pat00004

참고를 위해, 다양한 원료에 따른 적정 압축비율(압축강도)를 하기 표 4에 나타내었다.
[표 4]
각종 원료별 펠릿 압축비율 조건
Figure 112015003192162-pat00005

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
커피부산물(일반 커피전문점에서 입수) 40 중량%; 톱밥(인천 남동공단 가구단지에서 입수) 20 중량%; 참숯 30 중량%; 및 파라핀 10 중량%;를 분말화(30메시 이하)한 다음 충분히 혼합하였다.
얻어진 혼합물을 평판다이, 가압로울러 및 배출구를 포함하는 성형장치를 이용하여 2.5m/s의 저속 운전을 통해 펠릿(직경 6mm)으로 성형함으로써, 연료 펠릿을 제조하였다.
비교예 1
커피부산물(일반 커피전문점에서 입수) 100%를 원형다이, 가압로울러 및 배출구를 포함하는 성형장치를 이용하여 3.0m/s의 고속 운전을 통해 펠릿(직경 6mm)으로 성형함으로써, 연료 펠릿을 제조하였다.
비교예 2
커피부산물(일반 커피전문점에서 입수) 50 중량%; 및 톱밥(인천 남동공단 가구단지에서 입수) 50 중량%;를 분말화(30메시 이하)한 다음 충분히 혼합하였다.
얻어진 혼합물을 가압로울러 및 배출구를 포함하는 성형장치를 이용하여 3.0m/s의 고속 운전을 통해 펠릿(직경 6mm)으로 성형함으로써, 연료 펠릿을 제조하였다.
비교예 3
커피부산물(일반 커피전문점에서 입수) 42.5 중량%; 톱밥(인천 남동공단 가구단지에서 입수) 15 중량%; 및 참숯 42.5 중량%;를 혼합한 것을 제외하고는, 비교예 2와 동일하게 연료 펠릿을 제조하였다.
비교예 4
커피부산물(일반 커피전문점에서 입수) 42.5 중량%; 참숯 42.5 중량%; 및 파라핀 15 중량%;를 혼합한 것을 제외하고는, 비교예 2와 동일하게 연료 펠릿을 제조하였다.
실험예
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 연료 펠릿 성형품에 대하여, 목재펠릿 품질규격(국립산림과학원 고시 제2009-2호) 시험방법에 따라 저위발열량, 함수율, 겉보기밀도(5L 용기 사용) 및 내구성(3.15㎜의 체 사용하여 미세분 발생량 산정)을 측정하였다.
또한, 펠릿으로 성형시 제형에 문제가 있는지 여부를 관찰하여, 이상이 없는 것을 "O"로, 펠릿으로 성형이 안되거나 불량이 발생한 것을 "X"로 구분하였다.
이러한 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
[표 5]
성형된 펠릿의 성능평가 결과
Figure 112015003192162-pat00006

상기 표 5에서 보듯이, 본 발명에 따른 실시예 1의 경우 발열량, 함수율, 밀도 및 내구성이 모두 목재펠릿 품질규격 1급을 만족하였으며, 성형성이 우수하여 제형 불량도 발생하지 않았다.
반면, 톱밥, 참숯, 파라핀 중 어느 하나 이상이 누락된 것인 비교예 1 내지 비교예 4의 경우 발열량, 내구성, 성형성 중 어느 하나 이상의 항목이 품질규격 1급에 미치지 못하거나 불량하였다.
특히, 파라핀이 첨가되지 않은 비교예 3의 경우 실시예 1 대비 저위발열량이 상대적으로 매우 낮았으며, 제형에 있어서도 문제를 노출하였다.

Claims (8)

  1. (a) 커피부산물 40~45 중량%, 톱밥 15~20 중량%, 참숯 25~30 중량%, 및 파라핀 5~10 중량%를 혼합하는 단계; 및
    (b) 혼합물을 평판다이, 가압로울러 및 배출구를 포함하는 성형장치를 이용하여 2.0~2.5m/s의 저속 운전을 통해 펠릿으로 성형하는 단계;를 포함하는 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 커피부산물 40 중량%, 톱밥 20 중량%, 참숯 30 중량%, 및 파라핀 10 중량%를 혼합하는 것임을 특징으로 하는 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 가압로울러를 2.5m/s의 속도로 구동하여 펠릿으로 성형하는 것임을 특징으로 하는 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 평판다이의 다이 구멍 상부는 구멍 외주부로부터 내측으로 깊이 2mm, 폭 1mm의 하향 경사부가 형성된 것임을 특징으로 하는 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    제조된 연료용 펠릿은 저위발열량이 4300~6500kcal/kg, 함수율이 10 중량% 이하, 겉보기밀도가 640~700kg/m3, 내구성이 97.5% 이상인 것을 특징으로 하는 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101831607B1 (ko) * 2016-11-21 2018-02-23 주식회사 포이엔 커피박을 함유하는 고형 연료용 펠릿의 제조 방법
KR20180060192A (ko) * 2016-11-28 2018-06-07 이태은 꺼피찌꺼기를 이용한 장작의 제조 방법
KR101914102B1 (ko) * 2017-07-25 2018-11-01 주식회사 창의산업 커피 원두 찌꺼기 재활용 시스템
EP3599267A1 (en) * 2018-07-28 2020-01-29 Service Srl Global Pellets realized by aggregants of coffee refuse and natural additives
KR102195626B1 (ko) * 2020-10-22 2020-12-28 김경희 숯 제조 방법
WO2022154210A1 (ko) * 2021-01-18 2022-07-21 주식회사 가배하우스 커피박을 이용한 캠핑용 펠릿 제조방법
KR20240070943A (ko) 2022-11-15 2024-05-22 주식회사 포아브 커피박을 이용한 펠릿 제조방법 및 이에 의해 제조된 커피박 펠릿
KR20240133238A (ko) 2023-02-28 2024-09-04 유와텍 주식회사 초임계 이산화탄소를 이용한 커피찌꺼기의 반탄화 처리장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009102468A (ja) * 2007-10-22 2009-05-14 Chiiki Hatten Kenkyu Center:Kk 燃料ペレット
KR101033212B1 (ko) 2011-03-10 2011-05-06 주식회사 이라산업 커피박 펠릿 연료 제조방법 및 이에 의해 제조된 커피박 펠릿
KR101307417B1 (ko) * 2012-03-12 2013-09-11 최재부 점화체 및 그의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009102468A (ja) * 2007-10-22 2009-05-14 Chiiki Hatten Kenkyu Center:Kk 燃料ペレット
KR101033212B1 (ko) 2011-03-10 2011-05-06 주식회사 이라산업 커피박 펠릿 연료 제조방법 및 이에 의해 제조된 커피박 펠릿
KR101307417B1 (ko) * 2012-03-12 2013-09-11 최재부 점화체 및 그의 제조방법

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101831607B1 (ko) * 2016-11-21 2018-02-23 주식회사 포이엔 커피박을 함유하는 고형 연료용 펠릿의 제조 방법
KR20180060192A (ko) * 2016-11-28 2018-06-07 이태은 꺼피찌꺼기를 이용한 장작의 제조 방법
KR101914102B1 (ko) * 2017-07-25 2018-11-01 주식회사 창의산업 커피 원두 찌꺼기 재활용 시스템
EP3599267A1 (en) * 2018-07-28 2020-01-29 Service Srl Global Pellets realized by aggregants of coffee refuse and natural additives
KR102195626B1 (ko) * 2020-10-22 2020-12-28 김경희 숯 제조 방법
WO2022154210A1 (ko) * 2021-01-18 2022-07-21 주식회사 가배하우스 커피박을 이용한 캠핑용 펠릿 제조방법
KR20240070943A (ko) 2022-11-15 2024-05-22 주식회사 포아브 커피박을 이용한 펠릿 제조방법 및 이에 의해 제조된 커피박 펠릿
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