KR101611939B1 - 밤과 황토를 이용한 숯불구이용 성형탄의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밤과 황토를 이용한 숯불구이용 성형탄의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밤껍질, 썩은 밤 또는 2종 모두를 건조하는 단계와, 상기 건조된 건조물을 분쇄하는 단계와, 상기 분쇄된 분쇄물을 탄화하는 단계와, 황토, 밤 속껍질, 물을 혼합하여 가열하는 단계와, 상기 탄화된 탄화물과 상기 가열된 가열물, 황토를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 성형틀에 넣고 압력을 가해 성형하는 단계와, 상기 성형된 성형물을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 폐기물인 밤껍질, 썩은 밤 등을 이용함으로써, 저렴한 가격으로 착화성, 연소지속성 및 접착강도가 우수한 성형탄을 제조할 수 있으며, 화학물질을 사용하지 않고 천연 재료만을 사용하기 때문에 유독가스가 발생하지 않는 장점이 있다. 아울러, 황토를 혼합하여 제조함으로써, 연소 후 재의 비산이 없는 장점이 있다.

Description

밤과 황토를 이용한 숯불구이용 성형탄의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING BRIQUETTE USING RED CLAY AND CHESTNUTS}

본 발명은 밤과 황토를 이용한 숯불구이용 성형탄의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상품가치가 없는 썩은 밤과 폐기물인 밤껍질을 이용하여 물성이 우수한 성형탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 식당 및 가정에서 숯불구이용으로 이용되는 고체연료로는 참나무, 소나무, 대나무, 맹그로브 등을 연소한 숯이나, 목분을 탄화하여 압축시킨 성형 목탄 등이 사용되고 있다.

상기 나무를 연소하여 제조한 숯의 경우, 연소지속성 등에서 가장 좋은 것으로 평가되고 있으나, 착화가 어렵고, 가격이 비싸며, 산림을 훼손하는 부작용이 있다.

그리고 상기 목분을 탄화하여 압축시킨 성형 목탄은 생산에 있어 원료수급 문제와 제조단가 등의 경제적인 문제에 의해 수입에 의존하고 있으며, 착화가 어렵고 재의 비산이 많으며, 연소 지속성이 좋지 않을 뿐 아니라, 성형시 사용된 바인더로 인해 연소시 유해가스가 다량 발생하는 단점이 있다. 이러한 성형 목탄은 국내 공개특허 제10-1995-0000845호에 개시되어 있는데, 상기 공개특허에서는 천연소금을 함께 혼합하여 유해가스의 발생이 억제되도록 하였으나, 여전히 연소 지속성 및 착화성이 좋지 않으며, 재의 비산이 심한 단점이 있다.

또한, 이러한 초기 착화가 어려운 단점을 해소하기 위하여, 목분에 화공약품인 질산 바륨, 질산소다 등을 첨가시켜 착화성과 휴대성을 높인 순간착화 열탄 역시 제안되었으나, 화공약품의 사용으로, 바륨, 아연 등의 유해성분이 검출될 뿐 아니라, 벤조피렌 등의 발암물질 역시 발생하여 현장적용에 문제가 있었다. 이러한 착화을 개선한 열탄은 대한민국 등록특허 제10-0278791호, 대한민국 등록특허 제10-0144698호 등에 개시되어 있는데, 열탄 사용시 외부에서 착화하여 실내로 옮겨오는 과정을 생략하고, 실내에서 바로 착화하여 사용할 수 있도록 함으로써, 편의성을 높였으나, 다량의 유해가스가 배출되는 단점이 있다.

아울러, 상기한 종류의 고체연료 이외에도 연소 지속성, 착화성, 유해가스 배출 등을 고려한 다양한 연구가 진행되었는바, 그 선행기술을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 대한민국 공개특허 제10-1999-0046416호에서는 8∼30mesh의 야자 숯입자 65∼75중량%, 전분 5∼8중량%, 설탕 2∼6중량%, 물 15∼25중량%를 혼합한 인조 숯의 제조방법을 제시하여, 연소시 연기와 유해가스 발생이 억제되고 연소효율이 상승하도록 하였으나, 접착 강도가 낮아 보관 및 유통에 어려움이 있으며, 재의 비산 역시 심한 단점이 있다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-0365069호에서는 20mesh 이하의 야자 숯가루 100중량부에 점결제 6~14중량부를 혼합하고, 상기 혼합물에 100℃의 증기를 4~6kgf/㎠의 압력 하에서 분무하여 30~50중량부의 수분을 첨가한 후 이 혼합물을 사출성형하는 야자 숯가루를 이용한 성형 숯의 제조방법을 제시하였으나, 입자가 너무 작아 접착강도가 약하고, 연소시간이 짧으며, 화력이 약한 단점이 있다. 또한, 점결제의 다량 사용으로 냄새 발생이 심한 단점이 있다.

그리고 대한민국 공개특허 제10-1995-0026966호에서는 석탄에 질산 바륨 등의 화학물질을 첨가하여 고체연료를 제조하는 방법을 제안하여, 연소 지속성을 좋게 하였지만, 착화가 어렵고 화학물질의 사용으로 유해물질이 발생하는 단점이 있었다.

따라서, 화공약품을 사용하지 않으면서도, 연소 지속성, 착화성, 접착 강도 및 재의 비산이 없는 고체연료의 개발이 요구되고 있다.

KR 10-1995-0000845 A KR 10-0278791 B1 KR 10-0144698 B1 KR 10-1999-0046416 A KR 10-0365069 B1 KR 10-1995-0026966 A

따라서, 본 발명의 목적은 종래 숯불구이용 성형 탄이 갖는 제반 문제점을 해소하기 위한 것으로, 밤껍질, 썩은 밤, 황토 등을 이용하여 성형탄을 제조함으로써, 착화성, 연소지속성, 접착 강도가 우수하고, 연소시 재의 비산 및 유해가스의 발생이 없는 밤과 황토를 이용한 성형탄의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 밤과 황토를 이용한 숯불구이용 성형탄의 제조방법은, 밤껍질, 썩은 밤 또는 2종 모두를 건조하는 단계와, 상기 건조된 건조물을 분쇄하는 단계와, 상기 분쇄된 분쇄물을 탄화하는 단계와, 황토, 밤 속껍질, 물을 혼합하여 가열하는 단계와, 상기 탄화된 탄화물과 상기 가열된 가열물, 황토를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 성형틀에 넣고 압력을 가해 성형하는 단계와, 상기 성형된 성형물을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 황토, 밤 속껍질, 물을 혼합하여 가열하는 단계에서, 상기 황토는 물에 침전시켜 불순물을 제거한 상태인 것을 특징으로 한다.

상기 황토, 밤 속껍질, 물의 혼합비는 1 : 6~7 : 30~40 중량비인 것을 특징으로 한다.

상기 탄화된 탄화물, 상기 가열된 가열물 및 황토의 혼합비는 1 : 0.3~0.7: 0.03~0.07 중량비인 것을 특징으로 한다.

상기 성형된 성형물을 건조하는 단계는 50~60℃에서 2~5시간 건조하는 것을 특징으로 한다.

상기 탄화 단계 후, 상기 탄화된 탄화물을 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 폐기물인 밤껍질, 썩은 밤 등을 이용함으로써, 저렴한 가격으로 착화성, 연소지속성 및 접착강도가 우수한 성형탄을 제조할 수 있으며, 화학물질을 사용하지 않고 천연 재료만을 사용하기 때문에 유독가스가 발생하지 않는 장점이 있다. 아울러, 황토를 혼합하여 제조함으로써, 연소 후 재의 비산이 없는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 숯불구이용 성형탄의 제조공정도.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

종래의 숯불구이용 성형탄의 가장 큰 단점은 화공약품의 사용으로 인한 유독가스의 발생과, 좋지 않은 접착강도 그리고 재의 비산이었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 단점을 모두 해소하고자, 화공약품을 전혀 사용하지 않으면서도, 접착강도 및 재의 비산이 없는 숯불구이용 성형탄을 제조하고자 한다.

본 발명에 따른 숯불구이용 성형탄의 제조방법은, 밤껍질, 썩은 밤 또는 2종 모두를 건조하는 단계와, 상기 건조된 건조물을 분쇄하는 단계와, 상기 분쇄된 분쇄물을 탄화하는 단계와, 황토, 밤 속껍질, 물을 혼합하여 가열하는 단계와, 상기 탄화된 탄화물과 상기 가열된 가열물, 황토를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 성형틀에 넣고 압력을 가해 성형하는 단계와, 상기 성형된 성형물을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 숯불구이용 성형탄의 제조공정도로서, 도 1을 참조하여 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.

(a) 밤껍질, 썩은 밤 또는 2종 모두를 건조하는 단계.

먼저, 밤껍질, 썩은 밤 또는 2종 모두를 건조한다. 본 발명에서는 성형탄의 주재료로서 밤껍질과 썩은 밤을 이용하는 것으로, 밤껍질이란 밤의 겉껍질과 속껍질을 모두 포함하며, 겉껍질만을 이용할 수도 있고, 겉껍질과 속껍질을 함께 이용할 수도 있다.

즉, 밤은 통상 껍질을 제거하여 가공함으로써, 다양한 분야의 식자재료 이용되고 있으므로, 그 겉껍질 및 속껍질이 다량 배출되어 폐기되고 있다. 아울러, 썩은 밤은 섭취가 제한되므로 그대로 버려지고 있다. 따라서, 본 발명은 폐기되는 폐자재를 이용하여 자원으로 재활용함으로써, 종래 참숯 등과 같이 산림의 훼손이 없으며, 석탄, 코크스 등과 같이 유독가스의 발생이 없는 환경친화적인 성형탄을 제조하는 것이다.

여기서, 상기 밤껍질과 썩은 밤의 혼합량은 제한하지 않는바, 폐자원의 상황에 따라 밤껍질만을 이용하거나, 썩은 밤만을 이용할 수도 있고, 2종 모두를 혼합하여 사용할 수도 있다.

그리고 상기 건조 조건 역시 제한하지 않는데, 밤껍질과 썩은 밤의 수분함유량을 10% 이하로 낮출 수 있다면, 그 건조방법으로서 자연건조, 열풍건조, 가열로를 이용한 간접건조 등 모두 적용가능하다. 그 예로서, 열풍건조의 경우 50~60℃의 온도로 건조하거나, 간접건조의 경우 90~100℃로 가열된 건조로의 내부에서 간접적으로 건조할 수 있다.

(b) 상기 건조된 건조물을 분쇄하는 단계.

상기와 같이 건조가 완료되면, 상기 건조된 밤껍질, 썩은 밤 또는 2종 모두를 분쇄한다. 상기 분쇄는 입자의 직경이 약 1~3cm 정도로 분쇄하는 것으로 족한데, 입자가 너무 클 경우 탄화에 많은 시간이 소요되기 때문이며, 너무 작을 경우 탄화하더라도 충분한 발열량 및 강도가 확보되지 못하기 때문이다.

(c) 상기 분쇄된 분쇄물을 탄화하는 단계.

분쇄가 완료되면, 상기 분쇄된 분쇄물을 탄화한다. 상기 탄화는 100~900℃의 온도에서 밀폐 또는 진공 탄화기를 이용하여 탄화시킴이 바람직한데, 상기 탄화온도가 100℃ 미만일 경우 탄화가 이루어지지 않아 발열량 및 강도의 향상을 도모하기 어렵고, 900℃ 이상일 경우 발열량은 증가하나 강도가 현저히 저하되기 때문이다. 즉, 상기 탄화 단계는 발열량을 높이고, 강도를 향상시기 위한 과정인데, 상기한 온도범위를 벗어날 경우 이러한 탄화의 목적을 달성할 수 없기 때문이다. 상기 탄화시간은 제한하지 않으나 5~20분 정도로 탄화할 수 있다.

상기 탄화의 방법은 다양하게 적용 가능한바, 그 구체적인 방법을 제한하지 않으며, 종래 이 기술이 속하는 분야에서 공지된 다양한 방법을 적용할 수 있다.

(d) 상기 탄화된 탄화물을 분쇄하는 단계.

다음으로, 상기 탄화된 탄화물을 추가로 분쇄할 수 있다. 이때의 분쇄 입도는 0.01~0.1mm 정도로 함이 바람직한데, 탄화물의 성형성, 접착 강도 등을 고려한 것이다. 아울러, 이 단계는 생략하는 것도 가능하다.

(e) 황토, 밤 속껍질, 물을 혼합하여 가열하는 단계.

상기 밤껍질 및 썩은 밤을 준비하는 것과 별도로, 황토, 밤 속껍질, 물을 혼합하여 가열한다. 여기서, 상기 밤의 속껍질, 황토, 물과 혼합하여 가열하는 이유는, 밤으로부터 제거된 속껍질에는 밤의 전분성분이 어느 정도 붙어 있게 되므로 이를 물과 혼합하여 가열할 경우 바인더로 작용할 수 있기 때문이다. 아울러, 황토 역시 물과 함께 혼합하여 가열할 경우 바인더로서의 역할을 할 수 있어 성형성 및 접착강도를 좋게 하기 때문이다.

이때, 상기 황토는 물에 충분히 침전시켜 불순물을 제거한 상태의 것을 이용하는 것이 바람직한데, 불순불이 다량 포함될 경우 오히려 성형성이 떨어질 수 있기 때문이다.

그리고 상기 황토는 고온으로 가열할 경우 다량의 원적외선을 방사하는 것으로 알려진바, 황토를 성형탄의 재료로서 사용할 경우 다량의 원적외선을 방사하여, 숯불구이를 이용하는 사람들에게도 이로운 영향을 주며, 구워주는 육류의 육질도 개선하는 것이다. 또한, 황토를 사용하여 성형탄을 제조하면, 성형탄의 연소 후 발생하는 재의 형태유지가 가능하여 재가 비산되는 것을 막을 수 있어, 종래 성형탄의 문제점을 개선할 수 있게 된다.

여기서, 상기 황토, 밤 속껍질, 물의 혼합비는 1 : 6~7 : 30~40중량비이고, 가열조건은 90~100℃에서 30분~90분간 가열함이 바람직한바, 밤 속껍질의 혼합량이 너무 적으면 바인더로서의 역할이 미미하게 되고 과량이 되면 착화시 연기가 발생될 수 있기 때문이며, 황토의 혼합량이 너무 적거나 많을 경우 오히려 성형성이 좋지 못해지기 때문이고, 상기 가열온도가 너무 낮을 경우 바인더로서 사용할 수 없기 때문이다.

(f) 상기 탄화된 탄화물과 상기 가열된 가열물, 황토를 혼합하는 단계.

상기 탄화물 및 가열물의 준비가 완료되면, 상기 탄화물, 가열물 및 황토를 혼합한다. 여기서, 상기 탄화물은 연소되어 열량을 내기 위한 재료이며, 상기 가열물은 바인더로서 접착강도를 위한 재료이고, 상기 황토는 원적외선의 방사는 물론 성형탄의 사용 후 재의 형태를 유지시켜 재의 비산을 방지하기 위한 재료이다.

이때, 그 혼합비는 탄화물, 가열물 및 황토의 중량비로서 1 : 0.3~0.7: 0.03~0.07임이 바람직한바, 상기 가열물의 함량이 너무 적으면 접착강도가 좋지 못하게 되고, 과량이 되면 연소시 연기가 발생될 수 있으며, 황토의 혼합량이 너무 적으면 원적외선의 방사효과가 없으며 사용 후 재가 비산될 수 있고, 과량이 되면 초기 착화성이 떨어지기 때문이다.

또한, 혼합 시 별도의 물을 약간 추가하여 혼합할 수도 있는바, 이는 성형성을 위한 것이다. 이때, 그 혼합량은 탄화물과 물의 중량비로서 1: 0.2~0.5 중량비 내에서 혼합함이 바람직하다.

그리고 이 단계에서 사용되는 황토는 앞서 사용된 황토와 같이, 불순물이 제거된 황토일 수 있으며, 불순물의 제거 없이 그대로 이용하는 것도 가능하다.

(g) 상기 혼합된 혼합물을 성형틀에 넣고 압력을 가해 성형하는 단계.

혼합이 완료되면, 상기 혼합물을 성형틀에 투입한 후 압력을 가하여 성형한다. 이때, 상기 성형 틀의 모양은 제한하지 않는데, 예를 들면 통상의 육각 모양일 수도 있고, 밤 형태의 성형 틀을 이용할 수도 있다. 그리고 상기 성형압력은 100~900kgf/㎠ 정도면 족하다.

(h) 상기 성형된 성형물을 건조하는 단계

다음으로, 상기 성형된 성형물을 건조함으로써, 고체연료로서 사용되는 성형탄의 제조를 완료한다. 이때, 상기 건조는 50~60℃의 온도에서 2~5시간 동안 하는 것이 바람직한바, 성형물로부터 수분을 제거하여 착화력이 높아지도록 한다.

상기와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 성형 탄은 착화력이 좋아 초기 착화시간이 길지 않을 뿐 아니라, 연소 지속성 및 발열량이 종래 목재를 연소한 숯과 비슷한 정도이며, 연소시 연기의 발생 역시 없는 것이다. 아울러, 연소 후 형태가 그대로 유지되어 재의 비산 역시 없는 것이다.

이하, 구체적인 실시예를 설명한다.

(실시예 1)

밤껍질 2kg, 썩은 밤 400g을 5일 이상 자연건조하여 수분함유량이 10% 이하가 되도록 하였다. 이때 상기 썩은 밤은 건조효율을 높이기 위하여 겉껍질을 제거한 상태에서 두께 0.5cm가 되도록 세절하였다.

다음으로, 상기 건조된 밤껍질과 썩은 밤을 분쇄하여 그 입도가 약 2cm가 되도록 한 후, 이를 산소를 차단한 진공 탄화장치에서 500℃로 탄화한 후, 상기 탄화된 탄화물을 0.04~0.06mm의 입도를 갖도록 분쇄하였다.

한편, 상기 밤껍질과 썩은 밤을 준비함과 동시에, 불순물을 제거한 황토 30g, 밤 속껍질 200g, 물 1,000g 혼합하여 90~100℃에서 60분간 가열하였다. 그리고 상기 탄화물 1kg, 가열물 500g, 황토 50g, 물 300g을 혼합하고, 상기 혼합된 혼합물을 밤 형상의 성형 틀을 이용하여 300kgf/㎠으로 2분간 성형하였다. 다음으로, 상기 성형된 성형물을 50~60℃의 건조기에서 3시간 동안 건조하여 성형탄의 제조를 완료하였다.

(실시예 2)

실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 밤껍질 2kg만을 사용하였다.

(실시예 3)

실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 탄화온도를 900℃로 하였다.

(비교예)

비교예 1로서는 시중에서 판매 중인 A사의 수입 열탄, 비교예 2로는 B사의 백탄을 구입하여 준비하였다.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예들의 발열량을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 상기 발열량의 측정은 시료를 각각 250㎛ 이하가 되도록 분쇄한 뒤 각각 잘 혼합하여 기건시료로 만든 후, 이 기건시료를 포화식염용액을 담은 항습기속에 방치하여 제조한 항습시료를 각각 1g씩을 채취하여 KSE3707(석탄류 및 코크스류-발열량 시험방법)에 따라 시험하였다.

실시예 1 내지 3의 발열량 측정 결과.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
발열량(kcal/kg)	7,100	7,240	7,250	6,800	7,400

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3 모두 백탄과 유사한 발열량을 나타냄을 확인할 수 있었다.

다음으로, 실시예 1 내지 3 및 비교예들 각 500g을 연소시켜, 재 비산, 냄새, 착화성, 연소지속시간, 그을음 생성 여부를 시험하였다. 그리고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 재비산, 그을음 생성 여부는 육안으로 확인하였으며, 냄새는 후각을 통해 확인하였다. 그리고 상기 착화성은 500g의 시료 전체가 모두 착화될 때까지의 시간을 측정하여 나타내었으며, 연소지속시간은 시료의 상면으로부터 30㎝ 이상 떨어진 지점의 온도가 50℃ 이상인 시간을 측정하여 나타내었다.

실시예 1 내지 3의 연소시험 결과.

구분	재 비산	냄새	착화성	연소지속시간	그을음 생성 여부
실시예 1	없음	없음	6분	95분	없음
실시예 2	없음	없음	5분	90분	없음
실시예 3	없음	없음	5분	97분	없음
비교예 1	많음	약간	20분	65분	없음
비교예 2	약간	없음	8분	105분	없음

상기 실시예 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 실시예 1 내지 3은 재의 비산, 냄새, 그을음의 발생이 없으며, 연소지속시간 역시 백탄과 거의 유사할 뿐 아니라, 착화성은 백탄보다 우수함을 확인할 수 있었다.

아울러, 압축강도기를 이용하여 실시예 1 내지 3의 압축강도를 측정하여 본 결과, 모두 300kgf/㎠이상으로 보관 및 이동 시 파손될 염려가 없어 보관 및 유통 역시 용이함을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (6)

1. 밤껍질, 썩은 밤 또는 2종 모두를 건조하는 단계와,
   상기 건조된 건조물을 분쇄하는 단계와,
   상기 분쇄된 분쇄물을 탄화하는 단계와,
   황토, 밤 속껍질, 물을 1 : 6~7 : 30~40 중량비로 혼합하여 가열하는 단계와,
   상기 탄화된 탄화물과 상기 가열된 가열물, 황토를 1 : 0.3~0.7: 0.03~0.07 중량비로 혼합하는 단계와,
   상기 혼합된 혼합물을 성형틀에 넣고 압력을 가해 성형하는 단계와,
   상기 성형된 성형물을 건조하는 단계를 포함하며,
   상기 황토, 밤 속껍질, 물을 혼합하여 가열하는 단계에서,
   상기 황토는 물에 침전시켜 불순물을 제거한 상태인 것을 특징으로 하는 밤과 황토를 이용한 숯불구이용 성형탄의 제조방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 성형된 성형물을 건조하는 단계는 50~60℃에서 2~5시간 건조하는 것을 특징으로 하는 밤과 황토를 이용한 숯불구이용 성형탄의 제조방법.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 탄화 단계 후, 상기 탄화된 탄화물을 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밤과 황토를 이용한 숯불구이용 성형탄의 제조방법.

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