KR101746803B1 - 일체형 바이오매스 반탄화 장치 - Google Patents
일체형 바이오매스 반탄화 장치 Download PDFInfo
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Abstract
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 일체형 바이오매스 반탄화 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 투입된 바이오매스 원료를 이송하는 이송수단을 내부에 포함하고, 하나의 챔버로 구성되는 반응챔버부; 상기 반응챔버부의 외부에 위치하고, 상기 반응챔버부의 전반부에 저온 열을 공급하여 이송되는 바이오매스 원료를 건조시키는 저온 열 공급부와 상기 반응챔버부의 후반부에 고온 열을 공급하여 이송되는 바이오매스 원료를 반탄화시키는 고온 열 공급부를 포함하는 열공급장치부; 및 상기 반응챔버부의 전반부를 통과한 바이오매스 원료 중 특정 반송률 만큼 반송시켜 상기 반응챔버부의 전반부에 재투입되도록 하는 반송장치부;를 포함한다.
Description
본 발명은 반탄화 효율이 높고, 장치 소형화가 용이한 일체형 바이오매스 반탄화 장치에 관한 것이다.
전 세계적으로 기후변화에 대응하기 위한 국제적인 규제가 강화되고 있으며, 우리나라는 현재 녹색성장기본법에 따라 국가 온실가스 감축목표를 수립하여 이의 달성을 위해 '온실가스 에너지 목표관리제'와 'RPS(Renewable Portfolio Standard)'를 시행하고 있다.
특히, 발전사들은 2012년 2%, 이후 매년 0.5% 혹은 1% 증가하여 2020년까지 전기 생산량의 약 10%를 의무적으로 신재생 에너지로 생산하여야 하며, 이에 따라 다양한 신재생 에너지 개발을 추진하고 있다.
특히, 신재생 에너지 자원 중 하나인 '바이오매스'는 우리나라의 산림자원, 농수산 부산물의 물량 등 환경 특성상 그 자원이 매우 한정되어 있고, 최근에는 개발도상국의 의무 감축이 논의되고 있어 세계적으로 바이오매스 수요가 급증 할 것으로 전망됨에 따라서 바이오매스 자원의 확보가 필요한 실정이다.
기존 바이오매스는 석탄과 혼소가 불가능하거나, 석탄에 비해 열량이 낮고, 분쇄가 용이하지 않아 혼소가 제한적이며, 자체 열량이 낮은 것 이외에도 높은 수분함수량과 생물학 반응을 지속하여 부패하는 까닭에 높은 보관비용 및 운송비용이 발생하고 그로 인해 그 사용에 있어서 경제성이 맞지 않는 등 원천적인 사용의 제약사항이 존재한다.
따라서, 우드칩, 우드펠릿 등 기존의 우드 바이오매스를 석탄화력발전소에서 혼소하기 위해서는 옥내 저장실이 필요하며, 낮은 분쇄특성으로 인해 별도의 분쇄기 설치가 요구되는 등 기존 발전시설의 보강이 필요하여 많은 투자비가 소요된다.
이에 석탄과 유사하게 옥외 저장이 가능하고, 기존 분쇄설비를 그대로 이용할 수 있는 품질의 바이오매스를 원자재로 사용한 대체 에너지의 개발이 절실히 요망되고 있다.
다양한 바이오매스를 원자재로 사용하여 생산되는 '바이오콜(bio-coal)'은 반탄화(Torrefaction)된 바이오매스를 집적(Densification)한 물건을 지칭하는 것으로서, 이러한 바이오콜을 생산하는 기술은 유럽과 북미를 중심으로 활발하게 연구가 진행 중에 있으며, 국내에서는 산림청 주관으로 기초 연구 단계를 진행 중에 있어 선진국들과 기술 격차가 매우 큰 상태이다.
국외에서 알려진 반탄화 연료(바이오콜) 제조과정은 진공상태에서 섬유질의 바이오매스를 약 200~250℃의 온도조건에서 가열하여 숯과 유사한 형태의 바이오콜을 생산하고 있다.
하지만, 기존의 바이오매스 원료에 대한 반탄화 장치는 원료를 건조시키는 건조 챔버와 반탄화 시키는 반탄화 챔버가 각각 분리되어 있는 구조로 되어 있어 건조 및 반탄화 공정의 연속성이 다소 떨어져 작업시간이 매우 길어지고, 장치의 구조가 복잡하고 설비 규모의 축소가 용이하지 않아 공간 효율성이 떨어지는 문제가 있으며, 원료의 건조 단계에서 충분한 수분 제거가 이루어지지 않은 경우라도 그대로 후속 공정인 반탄화 공정으로 투입되는 구조로 되어 있어 반탄화 효율이 현저히 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 반탄화 연료 제조공정이 기존 장치보다 연속적이고, 반탄화 효율이 높으며, 장치 소형화가 용이하여 설비의 공간 효율성이 높은 바이오 매스 반탄화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 하기의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 일체형 바이오매스 반탄화 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 투입된 바이오매스 원료를 이송하는 이송수단을 내부에 포함하고, 하나의 챔버로 구성되는 반응챔버부; 상기 반응챔버부의 외부에 위치하고, 상기 반응챔버부의 전반부에 저온 열을 공급하여 이송되는 바이오매스 원료를 건조시키는 저온 열 공급부와 상기 반응챔버부의 후반부에 고온 열을 공급하여 이송되는 바이오매스 원료를 반탄화시키는 고온 열 공급부를 포함하는 열공급장치부; 및 상기 반응챔버부의 전반부를 통과한 바이오매스 원료 중 특정 반송률 만큼 반송시켜 상기 반응챔버부의 전반부에 재투입되도록 하는 반송장치부;를 포함한다.
본 발명에 따른 일체형 바이오매스 반탄화 장치는 하나의 반응챔버부에서 바이오매스 연료의 건조 과정 및 반탄화 과정이 가능하여 기존의 건조 과정 및 반탄화 과정이 개별적인 챔버에서 각각 이루어지는 구조의 장치에 비해 반탄화 연료 제조공정이 보다 연속적이고, 장치의 소형화가 용이하여 공간 활용성을 높일 수 있는 이점이 있으며, 특히 하나의 반응챔버부 내에 건조 구간과 반탄화 구간 사이에 온도구배 구간이 존재하여 급격한 온도 변화에 의한 바이오매스 연료의 입자 변형 및 성능 변성 등의 문제를 최소화할 수 있어 보다 양질의 반탄화 연료를 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일체형 바이오매스 반탄화 장치는 바이오매스 원료의 건조 단계를 수행하는 반응챔버부의 전반부가 한 번에 목표로 하는 건조 수준을 만족하지 못할 경우 원료의 일부 또는 전부를 반응챔버부의 전반부로 반송시켜 반복적으로 건조과정을 거치도록 하는 구조로 되어 있어, 바이오매스 원료의 충분한 건조로 인해 후속되는 반탄화 과정의 반탄화 효율을 높일 수 있으며, 충분한 건조를 위해 반응챔버부의 규모가 클 필요가 없어 설비의 공간 효율성이 매우 높은 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 일체형 바이오매스 반탄화 장치의 내부 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 일체형 바이오매스 반탄화 장치의 반송장치부를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 일체형 바이오매스 반탄화 장치의 반송장치부를 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 바이오매스 원료의 건조과정과 반탄화과정을 하나의 반응 챔버 내에서 수행가능한 일체형 바이오매스 반탄화 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 투입된 바이오매스 원료를 이송하는 이송수단을 내부에 포함하고, 하나의 챔버로 구성되는 반응챔버부; 상기 반응챔버부의 외부에 위치하고, 상기 반응챔버부의 전반부에 저온 열을 공급하여 이송되는 바이오매스 원료를 건조시키는 저온 열 공급부와 상기 반응챔버부의 후반부에 고온 열을 공급하여 이송되는 바이오매스 원료를 반탄화시키는 고온 열 공급부를 포함하는 열공급장치부; 및 상기 반응챔버부의 전반부를 통과한 바이오매스 원료 중 특정 반송률 만큼 반송시켜 상기 반응챔버부의 전반부에 재투입되도록 하는 반송장치부;를 포함한다.
본 발명에서 상기 반응챔버부는 투입된 바이오매스 원료를 건조시킨 후 반탄화 시키는 공간으로서, 하나의 챔버로 구성되어 있으며, 상기 챔버 내부에는 투입된 바이오매스 원료를 이송하는 이송수단을 포함하고 있다.
본 발명에서 상기 바이오매스 원료는 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의하여 생성되는 식물체, 균체와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물유기체를 일컫는 것으로서, 상기 바이오매스 원료는 곡물, 감자류를 포함하는 전분질계의 원료와 초본, 임목과 볏짚, 왕겨와 같은 농부산물을 포함하는 셀룰로스계의 원료와 사탕수수, 사탕무우와 같은 당질계의 원료는 물론이고 가축의 분뇨, 사체와 미생물의 균체를 포함하는 동물 단백질계의 원료 등 다양한 성상일 수 있다.
특히, 국내에서만도 연간 수십 만톤(ton) 이상 발생하나 대부분 일반 쓰레기와 같이 소각되거나 매립처리되고 있는 커피부산물은 원두커피를 가공하고 남은 수분 함량이 높은 슬러지 형태의 찌꺼기로서, 상기 커피 부산물은 식물성인 원두커피를 일정온도 이상으로 가열하고 잘게 파쇄한 분말에서 커피 원액을 추출하고 남은 찌꺼기이므로, 식물의 주성분인 리그린(lignin), 셀룰로즈(cellulose) 등을 포함하는 다공성 물질로서, 식물세포 조직의 특성상 통기성이 뛰어나며, 입도분포가 균일하고, 15 ~ 25%의 커피오일이 함유되어 있으며, 그 고형분은 고열량을 가진 에너지 자원으로서 본 발명의 바이오매스 원료로 바람직할 수 있다.
본 발명에서 상기 이송수단은 상기 바이오매스 원료를 운반할 수 있는 것이라면 수평 이송수단이든, 수직 이송수단이든 무방하다. 다만, 반응챔버 내부에서 원료의 건조 및 반탄화가 연속적이면서 최대한 고르게 이루어질 수 있도록 하기 위해서는 회전하면서 전진하는 스크류 방식의 이송수단인 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에서 상기 반응챔버부는 챔버의 형태에 있어 특별히 제한적인 것은 아니나, 상기 이송수단을 스크류 방식의 이송수단을 사용할 경우에는 상기 이송수단에 의해 이송되는 바이오매스 원료에 열 전달이 고르게 잘 이루어지도록 하기 위해서는 파이프 형태의 챔버를 채택하는 것이 구조적인 측면에서 유리할 수 있으며, 이 경우 챔버의 단면의 곡률은 상기 스크류 방식의 이송수단의 임펠러의 곡률과 동일하고, 상기 임펠러는 가장자리 부분이 챔버의 내부 벽면과 최대한 근접하도록 형성되어 있는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에서 상기 열공급장치부는 상기 반응챔버부의 외부에 위치하고, 상기 반응챔버부의 전반부에 저온 열을 공급하여 이송되는 바이오매스 원료를 건조시키는 저온 열 공급부와 상기 반응챔버부의 후반부에 고온 열을 공급하여 이송되는 바이오매스 원료를 반탄화시키는 고온 열 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열공급장치부는 상기 반응챔버부의 외부에 위치하되, 반응챔버부의 외부 벽면에 밀착되도록 위치하든, 반응챔버부의 외부 벽면과 일정 간격으로 이격된 상태로 위치하든 어떠한 경우라도 가능하나, 상기 열 공급장치부가 가령 면상발열체 방식인 경우에는 상기 반응챔버부의 외부 벽면에 밀착되도록 위치하는 것이 열 공급 및 전달 측면에서 유리하며, 상기 열공급장치부가 가령 가연성 가스 연료와 공기를 혼합하여 화구로 내뿜음으로써 화염을 발생시키는 가스 연소기 방식인 경우에는 상기 반응챔버부의 외부 벽면에서 일정 간격으로 이격 위치하는 것이 열 공급 및 전달 측면에서 유리할 수 있다.
상기 열공급장치부에서 저온 열 공급부는 반응챔버부의 전반부에 저온 열을 공급하여 투입되어 이송되는 바이오매스 원료를 1차적으로 건조시키는 기능을 하는 것으로서, 상기 저온 열 공급 부에서 공급된 열에 의해 바이오매스 원료는 반응챔버부의 전반부를 지나는 동안 100 내지 120℃의 내부 온도에 노출되어 건조가 이루어진다.
상기 열공급장치부에서 고온 열 공급부는 반응챔버부의 후반부에 고온 열을 공급하여 바이오매스 원료를 2차적으로 반탄화시키기 위한 구간으로서, 상기 고온 열 공급 부에서 공급된 열에 의해 바이오매스 원료는 반응챔버부의 후반부를 지나는 동안 200 내지 300℃의 내부 온도에 노출되게 되어 반탄화가 이루어지게 된다.
본 발명의 일체형 바이오매스 반탄화 장치는 연료의 반탄화 효율을 극대화하기 위해서는 바이오매스 원료의 건조 단계에서 충분한 건조가 이루어지는 것이 중요하다. 즉, 상기 건조 단계에서 바이오매스 원료의 수분 제거가 부족하게 이루어지면, 후속단계인 반탄화 단계에서 바이오매스 연료의 반탄화가 충분히 이루어지지 않게 되어 반탄화 연료의 수율을 떨어뜨릴 수 있다. 한편, 반탄화 연료의 수율을 높이기 위해 원료의 반탄화 단계 체류시간을 증가시킬 경우에는 에너지 소비량이 상대적으로 많은 반탄화 단계의 구간이 길어지게 되고, 전체적인 에너지 수지(energy balance)가 역전하는 결과를 초래하여 바이오매스 연료의 경제성을 저해하는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 반응챔버부의 전반부에서 이루어지는 건조 단계에서 바이오매스 원료의 수분 함량에 따라 맞춤식으로 수분제거가 충분히 이루어지도록 제어하는 것이 중요할 수 있으며, 이를 위해 본 발명의 일체형 바이오매스 반탄화 장치는 반응챔버부의 전반부를 통과하면서 건조가 진행된 바이오매스 원료 중 일부 또는 전부를 곧바로 반탄화 단계로 진입시키지 않고 다시 건조 단계를 거치도록 반송시켜 원료에 대한 충분한 건조가 가능하도록 하는 반송장치부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 반송장치부는 상기 반응챔버부의 전반부를 통과한 바이오매스 원료 중 특정 반송률 만큼 반송시켜 상기 반응챔버부의 전반부에 재투입되도록 하는 구조라면 어떠한 구조라도 무방하며, 예를 들면 반응챔버부의 전반부의 후단에서 이송되는 바이오매스 원료 중 특정 반송률에 해당하는 양의 원료가 반응챔버부 외부로 배출되면, 상기 배출된 원료를 반응챔버부 전반부의 원료 투입부와 연결되어 있는 컨베이어 장치에 의해 이송시켜 반응챔버부의 전반부에 재투입하는 구조일 수 있다.
본 발명에서 상기 반송률은 반응챔버부의 전반부에 투입되는 바이오매스 연료의 함수율과 건조단계를 마쳤을 때의 바이오매스 연료의 목표 함수율을 기준으로 산정될 수 있다. 이에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 반응챔버부의 전반부에 투입되는 바이오매스 원료의 무게와 함수율(%)을 각각 Q1 (kg/hr), w1 (%)이라고 하고, 상기 반응챔버부의 전반부에서 이송되는 바이오매스 원료 중 반응챔버부 전반부의 후단을 지나는 바이오매스 원료의 무게 및 함수율을 각각 Q2 (kg/hr), w2 (%)라 하면, 상기 반응챔버부의 전반부(건조 구간)에서의 수분제거율(r)은 아래의 수학식 1과 같다.
상기 수학식 1에서, Q1, Q2, w1, w2는 모두 측정값에 해당한다.
본 발명에서는 상기 반응챔버부의 전반부(건조구간)를 통과하는 바이오매스 원료가 충분히 건조되지 않아 함수율(w2)이 높은 상태로 반응챔버부의 후반부(건조 구간)로 진입하게 될 경우 반탄화 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 이는 특히 함수율이 높은 바이오매스를 원료로 사용하는 경우 반탄화 효율 저하가 심해질 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 반응챔버부의 전반부(건조구간)를 통과하는 바이오매스 원료의 함수율을 목표로 하는 건조 수준(수분 함량, ws)으로 맞추기 위해 바이오매스 원료를 특정 반송률만큼 반송시키는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 반응챔버부의 전반부의 후단을 지나는 바이오매스 원료 Q2 (kg/hr) 중 일정량을 반응챔버부 전반부(건조구간)의 투입부로 다시 반송시켜, 새로 투입되는 바이오매스 원료 Q1 (kg/hr)과 혼합 및 이송되어 재 건조를 수행하게 된다.
반송되는 바이오매스 원료의 비율인 반송률 R(%) 개념을 도입할 경우, 최종적으로 건조를 마친 바이오매스 원료의 함수율 w3(%)은 아래에 나타난 수학식 2에 의해 산정될 수 있다.
최종적으로 건조를 마친 상태의 바이오매스 원료의 함수율 w3 (%)을 미리 목표값으로 설정할 경우에는, 반송률 R(%)은 상기 식에서 역산하여 그 값을 취할 수 있으며, 반송률 R(%)에 맞춰서 반응챔버부의 전반부(건조 구간)에서의 운전 조건을 조절할 수도 있다. 상기 수학식 2를 통해 반송률 R(%)을 산정하는 식을 나타내면 하기의 수학식 3과 같다.
상기와 같은 방식으로 반송률(R)이 산정되면, 산정된 반송률(R)에 따라 작업자는 수동식이든, 자동식이든 이송 중인 바이오매스 원료의 반송을 제어하면서 건조공정을 수행할 수 있다. 다만, 작업자의 편의성과 운전 제어의 정확성을 높이는 측면에서는 자동식으로 바이오매스 원료의 반송을 제어하는 것이 바람직할 수 있으며, 자동식으로 바이오매스 원료의 반송을 제어하는 경우에는 반응챔버부에 투입되는 바이오매스 원료의 무게(Q1)와 반응챔버부 전반부의 후단을 지나는 바이오매스 원료의 무게(Q2)를 측정하는 무게 측정센서부; 반응챔버부의 전반부에 투입된 바이오매스 원료의 함수율(w1)과 반응챔버부 전반부의 후단을 지나는 바이오매스 원료의 함수율(w2)을 측정하는 함수율 측정센서부; 및 상기 무게 측정센서부 및 함수율 측정센서부를 통해 얻어지는 원료의 무게 및 함수율 정보를 바탕으로 상기 반송률을 산정하고, 산정된 반송률에 따라 상기 바이오매스 연료의 반송을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 일체형 바이오매스 반탄화 장치는 하나의 반응챔버부에서 바이오매스 연료의 건조 과정 및 반탄화 과정이 가능하여 기존의 건조 과정 및 반탄화 과정이 개별적인 챔버에서 각각 이루어지는 구조의 장치에 비해 반탄화 연료 제조공정이 보다 연속적이고, 장치의 소형화가 용이하여 공간 활용성을 높일 수 있는 이점이 있으며, 특히 하나의 반응챔버부 내에 건조 구간과 반탄화 구간 사이에 온도구배 구간이 존재하여 급격한 온도 변화에 의한 바이오매스 연료의 입자 변형 및 성능 변성 등의 문제를 최소화할 수 있어 보다 양질의 반탄화 연료를 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일체형 바이오매스 반탄화 장치는 바이오매스 원료의 건조 단계를 수행하는 반응챔버부의 전반부가 한 번에 목표로 하는 건조 수준을 만족하지 못할 경우 원료의 일부 또는 전부를 반응챔버부의 전반부로 반송시켜 반복적으로 건조과정을 거치도록 하는 구조로 되어 있어, 바이오매스 원료의 충분한 건조로 인해 후속되는 반탄화 과정의 반탄화 효율을 높일 수 있으며, 충분한 건조를 위해 반응챔버부의 규모가 클 필요가 없어 설비의 공간 효율성이 매우 높은 장점이 있다.
이하에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 도면에 나타난 본 발명의 일예를 통해 설명하도록 한다. 하기 도면에 도시된 일 예는 본 발명을 설명하기 위한 예시에 지나지 않으며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 예에 따른 일체형 바이오매스 반탄화 장치를 나타내는 것으로, 특히 도 1은 본 발명의 일 예에 따른 일체형 바이오매스 반탄화 장치의 내부 구조를 도시한 것이며, 도 2는 본 발명의 일 예에 따른 일체형 바이오매스 반탄화 장치의 반송장치부를 도시한 것이다.
도 1에 의하면, 본 발명의 일체형 바이오매스 반탄화 장치는 하나의 반응챔버부(100)와 상기 반응챔버부(100)의 외부의 하부에 열공급장치부(200)가 위치하고 있다. 상기 반응챔버부(100)는 구체적으로 반응챔버부(100)의 전방 끝단에 바이오매스 원료가 투입되는 원료 투입부(110)를, 반응챔버부(100)의 후방 끝단의 하부에 바이오매스 원료가 건조 및 반탄화 과정을 거치면서 최종적으로 반탄화된 바이오매스가 배출되는 배출부(120)를 구비하고 있으며, 상기 반응챔버부(100)의 후방 끝단의 상부에는 반응챔버부(100) 내부에서 반탄화 과정 중 발생하는 반탄화 가스를 배출하는 가스 배출구(130)가 구비되어 있다.
또한, 상기 반응챔버부(100)의 내부에는 바이오매스 원료의 수평방향 이송수단인 스크류(140)가 위치하고 있으며, 상기 스크류(140)는 일 측 끝단에 구비된 구동 모터(150)의 동력에 의해 회전하게 되며, 이러한 스크류(140)의 회전 운동에 의해 바이오매스 원료가 점차적으로 전진 이송되게 된다.
도 1에 의하면, 상기 반응챔버부(100)의 외부의 하부에 열공급장치부(200)가 위치하고 있으며, 상기 열공급장치부(200)는 반응챔버부(100)의 전반부에 저온 열을 공급하여 이송되는 바이오매스 원료가 건조되도록 하는 저온 열 공급부(210)와 반응챔버부(100)의 후반부에 고온 열을 공급하여 이송되는 바이오매스 원료가 반탄화 되도록 하는 고온 열 공급부(220)를 포함하고 있으며, 가스 연료 공급부(230)에서 공급되는 가연성 가스 연료가 공기와 혼합되어 복수의 화구를 통해 분출되면서 화염을 뿜어내게 되며, 이에 의해 상기 반응챔버부(100)의 전반부 및 후반부 각각에 저온 열 및 고온 열을 공급하게 된다.
한편, 도 2에 의하면 본 발명의 일체형 바이오매스 반탄화 장치는 반응챔버부(100)의 전반부를 통과하는 바이오매스 원료 중 일부 또는 전부를 반응챔버부(100)의 전방 끝단에 구비된 원료 투입부(110)로 반송하는 반송장치부(300)를 포함하고 있으며, 상기 반송장치부(300)는 반응챔버부(100)의 전반부의 후단에 위치하는 반송관(160)을 통해 배출되는 바이오매스 원료를 컨베이어(310)를 통해 반응챔버부(100)의 원료 투입부(110)로 반송시키는 구조로 되어 있다.
특히, 상기 반송관(160)은 이송되는 바이오매스 원료 중 특정 반송률 만큼의 원료를 반응챔버부(100)로부터 배출되도록 하는 통로 기능을 하는 것으로서, 산정된 반송률에 비례하여 반송관(160) 통로의 개방 수준을 조절할 수 있도록 하는 개폐부재(170)를 구비하고 있으며, 상기 개폐부재(170)는 작업자가 직접 여닫는 방식의 수동식이든, 제어부(미도시)의 제어에 따라 자동적으로 여닫게 되는 자동식이든 모두 가능하다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술할 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 반응챔버부 110 : 원료 투입부
120 : 배출부 130 : 가스배출부
140 : 스크류 150 : 구동 모터
160 : 반송관 170 : 개폐부재
200 : 열공급장치부 210 : 저온 열 공급부
220 : 고온 열 공급부 230 : 가스 연료 공급부
300 : 반송장치부 310 : 컨베이어
120 : 배출부 130 : 가스배출부
140 : 스크류 150 : 구동 모터
160 : 반송관 170 : 개폐부재
200 : 열공급장치부 210 : 저온 열 공급부
220 : 고온 열 공급부 230 : 가스 연료 공급부
300 : 반송장치부 310 : 컨베이어
Claims (5)
- 투입된 바이오매스 원료를 이송하는 이송수단을 내부에 포함하고, 하나의 챔버로 구성되는 반응챔버부;
상기 반응챔버부의 외부에 위치하고, 상기 반응챔버부의 전반부에 저온 열을 공급하여 이송되는 바이오매스 원료를 건조시키는 저온 열 공급부와 상기 반응챔버부의 후반부에 고온 열을 공급하여 이송되는 바이오매스 원료를 반탄화시키는 고온 열 공급부를 포함하는 열공급장치부; 및
상기 반응챔버부의 전반부를 통과한 바이오매스 원료 중 특정 반송률 만큼 반송시켜 상기 반응챔버부의 전반부에 재투입되도록 하는 반송장치부;를 포함하는 일체형 바이오매스 반탄화 장치에 있어서,
상기 반송률은 하기의 수학식을 통해 산정되는 것을 특징으로 하는 일체형 바이오매스 반탄화 장치.
[수학식]
여기서,
Q1 : 반응챔버부의 전반부에 투입되는 바이오매스 원료의 무게[kg/hr]
Q2 : 반응챔버부 전반부의 후단을 지나는 바이오매스 원료의 무게[kg/hr]
w1 : 반응챔버부의 전반부에 투입되는 바이오매스 원료의 함수율[%]
w2 : 반응챔버부 전반부의 후단을 지나는 바이오매스 원료의 함수율[%]
w3 : 최종적으로 건조를 마친 상태의 바이오매스 원료의 목표 함수율[%]
r : 반응챔버부의 전반부에서의 수분제거율[%]
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
반응챔버부에 투입되는 바이오매스 원료의 무게(Q1)와 반응챔버부 전반부의 후단을 지나는 바이오매스 원료의 무게(Q2)를 측정하는 무게 측정센서부;
반응챔버부의 전반부에 투입된 바이오매스 원료의 함수율(w1)과 반응챔버부 전반부의 후단을 지나는 바이오매스 원료의 함수율(w2)을 측정하는 함수율 측정센서부; 및
상기 무게 측정센서부 및 함수율 측정센서부를 통해 얻어지는 원료의 무게 및 함수율 정보와 목표 함수율 정보(w3)를 바탕으로 상기 반송률을 산정하고, 산정된 반송률에 따라 상기 바이오매스 연료의 반송을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 바이오매스 반탄화 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 바이오매스 원료는 커피부산물인 것을 특징으로 하는 일체형 바이오매스 반탄화 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 이송수단은 스크류 방식의 이송수단인 것을 특징으로 하는 일체형 바이오매스 반탄화 장치.
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