KR101749969B1 - 초본계 바이오매스의 미분쇄를 위한 원료공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하부로 갈수록 점진적으로 폭이 좁아지는 원료공급호퍼; 상기 원료공급호퍼의 하부에 회전 가능하게 배치되어, 공급되는 원료를 일측 출구로 이송 공급하는 이송스크류; 및 상기 이송스크류의 상부에 회전 가능하게 설치되어 상기 공급되는 원료가 뭉쳐지지 않게 교반하는 제1교반수단 및 제2교반수단으로 이루어진 교반수단;을 포함하는 원료공급장치에 관한 것이다.

Description

초본계 바이오매스의 미분쇄를 위한 원료공급장치{Feed supply apparatus for grinding plant biomass sources}

본 발명은 초본계 바이오매스의 미분쇄를 위한 원료공급장치에 관한 것이다.

화석연료의 생산비 증가와 자원고갈에 대응하기 위한 방안으로 다양한 천연자원을 이용한 대체연료의 개발이 가속화되고 있으며, 화석연료와 함께 사용 가능한 하이브리드 연료와 종래의 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 대체연료 개발에 많은 국가, 기업, 연구기관 들이 많은 연구에 몰두하고 있다.

화석연료의 경우, 지구 환경파괴와 온난화의 주범으로 지목되면서 새로운 대체 에너지의 개발 필요성에 따라 다양한 연구 개발이 이루어지고 있으며, 이러한 대체에너지의 하나로 천연 자연식물에서 획득할 수 있는 다양한 형태의 바이오매스에 대한 많은 연구가 진행 중에 있다.

이러한 다양한 바이오매스의 하나로 억새의 유용성에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 억새는 C₄ 광합성 식물로서 영년생 작물로 다른 비식량 에너지 작물에 비해 생산량이 많을 분만 아니라 재식 이후 경운 및 파종작업을 하지 않고 15 내지 20년간 수확할 수 있을 뿐만 아니라 줄기가 성숙하여 고사되기 시작하는 가을에 줄기의 양분이 땅속줄기로 이행한 후 수확하면 토양 비옥도가 대부분 유지되어 비료 요구율도 낮고, 자연상태에서 병충해 발생율도 비교적 낮은 친환경작물로서 근래에 들어서 바이오 연료용 원료작물로 각광받고 있다.

본 발명에서 언급되는 억새는 일반적으로 알려진 참억색(Miscanthus sinensis), 물억새(Miscanthus sacchariflorus) 및 거대억새를 포함한 의미로 사용되는데, 최근에는 국내 연구소에서 신품종 거대억새(물억새의 종류)를 바이오에너지 생산을 위한 연료로 개발한 바 있어, 거대 억새의 대량생산과 이의 활용성에 많은 연구가 진행 중에 있다.

이러한 억새를 바이오매스로 활용하기 위해서는 재배현장에서 수확하고 운송 및 가공하는 과정을 거쳐야만 한다. 특히 바이오연료용으로 사용하기 위해서는 대부분 미분쇄물 형태로 이용되기 때문에 효율적인 분쇄장치가 필수적이다.

억새와 같은 초본계 섬유질을 미분쇄하기 위해서는 원재료를 1차 조분쇄물 형태로 파쇄한 후 미분쇄하는 방법이 효과적이지만 조분쇄물이 서로 엉킴현상으로 미분쇄장치로 공급할 때 연속적인 공정이 이루어지기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 초본계 바이오매스를 대용량으로 미분쇄하기 위해서는 엉킴이 심한 초본계 바이오매스의 특성상 상기 초본계 바이오매스의 엉킴이나 터널현상 (브릿지현상) 없이 연속적으로 조분쇄물을 미분쇄 장치에 공급할 수 있는 효율적인 원료공급장치가 필요한 실정이다.

KR 공개 제10-2015-0065965호

본 발명은 원료의 하중으로 인한 이송스크류의 부하와 터널현상(공동화)을 해결하고 원료를 일정량씩 미분쇄 장치에 공급할 수 있는 원료공급장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 하부로 갈수록 점진적으로 폭이 좁아지는 원료공급호퍼; 상기 원료공급호퍼의 하부에 회전 가능하게 배치되어, 공급되는 원료를 일측 출구로 이송 공급하는 이송스크류; 및 상기 이송스크류의 상부에 회전 가능하게 설치되어 상기 공급되는 원료가 서로 뭉쳐지지 않도록 교반하는 제1교반수단 및 제2교반수단으로 이루어진 교반수단;을 포함하는 원료공급장치를 제공한다.

본 발명은 원료공급장치; 상기 원료공급장치의 일측 출구와 연결되어 상기 원료를 이송시키는 이송장치; 상기 이송장치와 연결되어, 상기 원료를 미분쇄하는 분쇄장치; 상기 분쇄장치와 연결되어 상기 분쇄장치의 분진을 집진하는 집진장치; 및 상기 싸이클론 장치로부터 미분쇄된 원료를 저장하는 저장공간;을 포함하는 초본계 바이오매스의 미분쇄 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 원료공급장치는 이송스크류의 상부에 회전 가능한 제1교반수단 및 제2교반수단을 포함하여 원료를 상기 이송스크류로 전달시킴으로써, 상기 이송스크류의 부하와 터널현상(공동화)을 해결하고 일정량의 원료를 출구로 이송시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 초본계 바이오매스의 미분쇄 시스템은 상술한 원료공급장치를 포함함으로써, 일정량의 원료를 분쇄장치로 이송시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예 따른 원료공급장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원료공급장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원료공급장치의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원료공급장치의 교반수단의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초본계 바이오매스의 미분쇄 시스템의 구성도이다.

본 발명은 원료의 하중으로 인한 이송스크류의 부하와 터널현상(브릿지 현상)을 해결하고 원료를 일정량씩 미분쇄 장치에 공급할 수 있는 원료공급장치에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 하부로 갈수록 점진적으로 폭이 좁아지는 원료공급호퍼; 상기 원료공급호퍼의 하부에 회전 가능하게 배치되어, 공급되는 원료를 일측 출구로 이송 공급하는 이송스크류; 상기 이송스크류의 상부에 회전 가능하게 설치되어 상기 공급되는 원료가 서로 뭉쳐지지 않도록 교반하는 제1교반수단 및 제2교반수단으로 이루어진 교반수단을 포함한다.

특히, 상기 제1교반수단 및 제2교반수단은 상기 상기 이송스크류와 병렬배치되도록 서로 이격되어 설치되는 교반축 및 상기 교반축의 외주면에 소정 간격 형성된 복수개의 교반날개가 형성될 수 있다.

특정 양태로서, 상기 제1교반수단 및 제2교반수단은 상기 이송스크류의 상부에 대칭으로 배치되며, 상기 제1교반수단 및 제2교반수단에 각각에 형성된 교반날개는 상호 어긋나게 배치될 수 있다.

이에 더하여, 상기 제1교반수단 및 제2교반수단은 상기 이송스크류의 상부에 평행하도록 인접하게 배치되어 상호 반대방향으로 회전되면서 상기 원료가 직접 하부에 설치된 이송스크류로 낙하되는 것을 방지하면서 상부로 분산시키는 역할을 한다.

한편, 본 발명은 상술한 원료공급장치를 포함하는 초본계 바이오매스의 미분쇄 시스템에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 초본계 바이오매스의 미분쇄 시스템은 상기 원료공급장치, 상기 원료공급장치의 일측 출구와 연결되어 상기 원료를 이송시키는 이송장치, 상기 이송장치와 연결되어, 상기 원료를 미분쇄하는 분쇄장치, 상기 분쇄장치와 연결되어 상기 분쇄장치의 분진을 집진하는 집진장치 및 상기 싸이클론 장치로부터 미분쇄된 원료를 저장하는 저장공간을 포함한다.

이에 더하여, 상기 분쇄장치는 상기 분쇄장치에서 분쇄된 원료를 상기 저장부 또는 상기 집진장치로 이송시키는 싸이클론 장치를 더 포함하고, 상기 싸이클론 장치는 상기 분쇄장치에서 분쇄된 원료 중 소정크기로 분쇄된 원료는 상기 저장공간으로 이송시킬 수 있으며, 이때, 소정크기라 함은 0.1 내지 3mm의 원료일 수 있으며, 싸이클론 장치는 상기 분쇄된 원료 중 3mm를 초과하는 원료를 상기 분쇄장치로 이송시키는 진동 스크린을 추가로 포함할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예 따른 원료공급장치의 정면도, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료공급장치의 평면도, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료공급장치의 측면도, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료공급장치의 교반수단의 사시도, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초본계 바이오매스의 미분쇄 시스템의 구성도이다.

이하, 도 1 내지 도 5와 실시 예를 통해 본 발명인 원료공급장치와 초본계 바이오매스의 미분쇄 시스템을 상세히 설명한다.

본 발명은 원료의 하중으로 인한 이송스크류의 부하와 터널현상(브릿지 현상)을 해결하고 원료를 일정량씩 미분쇄 장치에 공급할 수 있는 원료공급장치에 관한 것이다.

여기서, 터널현상(브릿지 현상) 이라 함은 억새와 같은 원료가 원료공급호퍼 내벽의 경사진 부분 즉, 폭이 좁아지는 부분에 걸려서 이송스크류 쪽으로 이동하지 못하고, 결국 이송스크류와 원료 사이에 빈 공간이 발생되는 현상을 의미한다.

한편, 본 발명에서 원료는 바이오 매스 중에서 초본계 바이오 매스(grass type biomass)를 의미할 수 있다.

여기서, 초본계 바이오매스라 함은 일반적으로 초지에 생육하는 수목 이외의 식료나 사료생산에 사용되는 벼과, 콩과작물 및 그 잔재를 총칭하며, 일 예로, 억새, 왕겨, 옥수수대, 볏짚, 보릿대, 밀대, 유채대, 해바라기대 등을 의미할 수 있다.

특정 양태로서, 본 발명의 원료공급장치에 공급되는 원료는 파쇄설비로 50 내지 70mm 로 1차 파쇄된 초본계 바이오매스일 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 원료공급장치(100)는 원료공급호퍼(110), 상기 원료공급호퍼(110) 내부에 배치되는 이송스크류(120) 및 교반수단(130, 140)을 포함하여 구성된다.

먼저, 도 1 내지 3을 참조하면, 원료공급호퍼(110)는 도시된 바와 같이 상부면에는 투입구가 형성되고 하측으로 갈수록 양측이 좁아지는 측벽이 구성되며, 상기 측벽이 모아지는 하부의 일측면에는 출구가 마련되어 있다.

상기 원료공급호퍼(110)에 대하여 구체적으로 살펴보면, 상부면은 개방되어 투입구가 형성되도록 함으로써 상기 원료공급호퍼(110) 내부로 원료를 필요한 만큼 지속적으로 공급될 수 있다. 한편, 상기 원료공급호퍼(110)의 상부면의 일부 또는 전부가 개방되도록 구성할 수 있으며, 경우에 따라 상기 투입구를 개폐하는 덮개를 추가로 마련하여 먼지 등의 이물질이 원료공급호퍼(110) 내부로 들어가는 것을 방지할 수 있다.

이에 더하여, 상기 투입구의 하측으로 갈수록 양측이 좁아지는 측벽 구조로 마련되어 투입되는 원료가 중력에 의해 낙하하여 이하에서 구체적으로 설명하게 될 이송스크류(120) 및 교반수단(130, 140)이 출구로 유도될 수 있게 된다.

한편, 원료는 원료공급호퍼(110) 내에서 중력에 의해 자연스럽게 이송스크류(120)에 유입되며, 상기 이송스크류(120)는 축회전에 의해서 원료의 이송 구동력을 제공하는 스크류 형상일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 이송스크류(120)는 이송축(121)과 상기 이송축(121)의 외주면에 스크류형태의 나사산(122)을 포함하여 구성되며, 상기 이송스크류(120)는 축 회전에 의해 원료를 출구로 이송시킬 수 있으며, 축 회전은 상기 이송축(121)에 연결된 모터에 의해 구동력을 제공받을 수 있다.

한편, 상기 이송스크류(120)의 일단과 타단은 상기 원료공급호퍼(110)의 양측면에 결합된 상태로 회전할 수 있으며, 상기 회전에 의해서 유입되는 원료를 상기 원료공급호퍼(110)의 일측에 형성된 출구로 이송시킬 수 있다.

이에 더하여, 본 발명은 상기 원료공급호퍼(110)의 내부 하측에는 원료공급호퍼(110)의 내측으로 투입된 원료를 일정량씩 이송스크류(120)로 투입되도록 하여 원료공급호퍼(110)의 내측에 쌓여진 원료들이 내부 아래쪽으로 배출되면서 발생될 수 있는 터널(공동화) 현상이 발생되지 않도록 상기 이송스크류(120)의 상부에 교반수단(130, 140)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로, 교반수단(130, 140)은 상기 이송스크류(120)의 상부에 회전 가능하게 설치되며, 제1교반수단(130)과 제2교반수단(140)으로 이루어질 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1교반수단(130) 및 제2교반수단(140)은 상기 이송스크류(120)와 병렬배치되도록 서로 이격되어 설치되는 교반축(131, 141)과 상기 교반축(131, 141)의 외주면에 소정 간격으로 형성된 복수개의 교반날개(132, 142)를 포함하여 구성된다.

이에 더하여, 상기 제1교반수단(130) 및 제2교반수단(140)은 상기 이송스크류(120)의 상부에 대칭으로 배치되며, 상기 제1교반수단(130) 및 제2교반수단(140)에 각각에 형성된 교반날개(132, 142)는 상호 어긋나게 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1교반수단(130)과 제2교반수단(140)에 형성된 각각의 교반날개(132, 142)가 교차배치되어 상기 원료공급호퍼(110)로부터 투입되는 원료에 골고루 교반 작용이 적용될 수 있다.

한편, 상기 제1교반수단(130) 및 제2교반수단(140)은 상기 이송스크류(120)의 상부에 대칭으로 배치되어 상호 반대방향으로 회전될 수 있으며, 특히, 상기 제1교반수단(130)과 제2교반수단(140)은 서로 바깥방향으로 회전될 수 있다. 도 4를 참조하면, 제1교반수단(130)이 시계 반대방향으로 회전할 수 있으며, 제2교반수단(140)은 시계방향으로 회전하여 하부에 있는 원료를 상부로 분산시킬 수 있다.

이에 따라, 원료가 직접 하부에 설치된 이송스크류(120)로 낙하되는 것을 방지하면서 상부로 분산키시는 역할을 한다.

즉, 본 발명의 교반수단(130, 140)은 제1교반수단(130)과 제2교반수단(140)의 회전을 통한 교반작용에 의해 원료공급호퍼(110) 내부로 투입되는 원료를 교반시켜, 바이오매스 원료간의 뭉침을 풀어줌과 동시에 상술한 이송스크류(120)에 한 번에 많은 양의 원료가 유입되는 것을 방지할 수 있고, 후술하게 되는 분쇄장치(300)에 정량의 원료를 공급할 수 있다.

한편, 상기 교반수단(130, 140)의 회전은 상기 교반축(131, 141)에 연결된 모터에 의해 구동력을 제공받을 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 원료공급장치(100)는 이송스크류(120)의 상부에 회전 가능한 제1교반수단(130) 및 제2교반수단(140)을 포함하여 원료를 상기 이송스크류(120)로 전달시킴으로써, 상기 이송스크류(120)의 부하와 터널현상(공동화)을 해결하고 일정량의 원료를 출구로 이송시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명은 상술한 원료공급장치(100)를 포함하는 초본계 바이오매스의 미분쇄 시스템에 관한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상술한 원료공급장치(100), 상기 원료공급장치(100)의 일측 출구와 연결되어 상기 원료를 이송시키는 이송장치(200), 상기 이송장치(200)와 연결되어, 상기 원료를 미분쇄하는 분쇄장치(300), 상기 분쇄장치(300)로부터의 상기 원료를 필터링하여 분진을 집진하는 집진장치, 상기 집진장치와 연결어 분진은 집진장치로 흡입시키고 미분쇄된 원료만을 이송하는 싸이클론 장치(500) 및 상기 싸이클론 장치(500)와 연결되어 상기 분쇄된 원료를 저장하는 저장공간(400)을 포함할 수 있다.

여기서, 집진장치라 분쇄 공정중에 발생하는 먼지와 같은 분진을 포획하는 장치를 의미하며, 본 발명에서는 통상의 집진장치를 사용할 수 있다.

한편, 상기 분쇄장치(300)는 원료공급장치(100)로부터 전달받은 원료를 0.1 내지 3mm 의 크기로 분쇄할 수 있으며, 3mm 를 초과하는 하는 원료는 다시 분쇄장치(300)로 이송되어 재분쇄될 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에서 싸이클론 장치(500)는 진동 스크린을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 진동 스크린은 분쇄된 원료를 배출하여 입자크기가 3mm 이하의 원료는 저장공간에 저장할 수 있도록, 저장공간으로 이송시킬 수 있고, 입자크기가 3mm 를 초과하는 경우에는 다시 분쇄장치(300)로 이송하여 재분쇄할 수 있다.

100: 원료공급장치
110: 원료공급호퍼
120: 이송스크류 121: 이송축
122: 나사산
130: 제1교반수단 131: 교반축
132: 교반날개
140: 제2교반수단 141: 교반축
142: 교반날개
200: 이송장치 300: 분쇄장치
400: 저장공간 500: 사이클론 장치

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 하부로 갈수록 점진적으로 폭이 좁아지는 원료공급호퍼(110), 상기 원료공급호퍼(110)의 하부에 회전 가능하게 배치되어, 공급되는 원료를 일측 출구로 이송 공급하는 이송스크류(120) 및 상기 이송스크류(120)의 상부에 회전 가능하게 설치되어 상기 공급되는 원료가 서로 뭉쳐지지 않도록 교반하는 제1교반수단(130) 및 제2교반수단(140)으로 이루어진 교반수단;을 포함하며, 상기 제1교반수단(130) 및 제2교반수단(140)은 각각 상기 이송스크류(120)의 상부에 설치되어, 상기 이송스크류(120)와 서로 이격되어 설치되는 교반축(141)과 상기 교반축(141)의 외주면에 소정 간격 형성된 복수개의 교반날개(132)로 이루어지며, 서로 평행하도록 인접하게 배치되되, 상기 제1교반수단(130) 및 제2교반수단(140)에 각각 형성된 교반 날개(132, 142)는 상호 어긋나게 배치되어, 상호 바깥방향인 반대방향으로 회전하되, 상기 제1교반수단(130)은 시계 반대방향으로 회전하고, 제2교반수단(140)은 시계방향으로 회전하여 상기 원료를 상부로 분산시켜, 상기 원료가 이송스크류(120)에 적체되는 것을 방지해 주는 것을 특징으로 하는 초본계 바이오매스의 미분쇄를 위한 원료공급장치(100);
   상기 원료공급장치(100)의 일측 출구와 연결되어 상기 원료를 이송시키는 이송장치(200);
   상기 이송장치(200)와 연결되어, 상기 원료를 미분쇄하는 분쇄장치(300);
   상기 분쇄장치(300)와 연결되어 상기 분쇄장치(300)의 분진을 집진하는 집진장치; 및
   상기 분쇄장치(300)로부터 미분쇄된 원료를 저장하는 저장공간(400);을 포함하는 초본계 바이오매스의 미분쇄 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 분쇄장치에서 분쇄된 원료를 상기 저장공간 또는 상기 집진장치로 이송시키는 싸이클론 장치를 더 포함하고,
   상기 싸이클론 장치는 상기 분쇄장치에서 분쇄된 원료 중 소정크기로 분쇄된 원료는 상기 저장공간으로 이송시키는 것을 특징으로 하는 초본계 바이오매스의 미분쇄 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 소정크기는 0.1 내지 3mm 인 것을 특징으로 하는 초본계 바이오매스의 미분쇄 시스템.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 싸이클론 장치는
   상기 분쇄된 원료 중 3mm 를 초과하는 원료를 상기 분쇄장치로 이송시키는 진동 스크린을 추가로 포함하는 초본계 바이오매스의 미분쇄 시스템.

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