KR101774228B1 - 친환경 우드 브리켓 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화목 보일러의 연료로 사용되는 친환경 우드 브리켓 제조방법에 관한 것이다.
더욱 자세하게는, 발열량이 높은 소나무, 아카시아 나무 및 고무나무가 혼합된 톱밥에 스팀을 가하여 톱밥 내부에 있는 목초액(리그닌이 포함된 수분 8~9%는 유지)을 제거하고 고압으로 압착함으로써 4600~4700Kcal/kg에 달하는 높은 발열량을 내는 우드 브리켓을 제조하는데, 상기 우드 브리켓은 내부에 목초액이 제거되어 연소시 유황성분의 타르 발생량이 적어(0.3% 이하) 친환경적이며, 상기 우드 브리켓의 99% 이상이 연소되어 재(Ash) 발생이 거의 없는 것으로, 이는 보일러 청소 시기의 주기가 3배가량 길어지기 때문에 화목 보일러의 치명적인 단점인 수명을 증가시킬 수 있고, 상기 우드 브리켓의 형상은 사각으로 이루어져 팔레트 규격포장이 가능하여 공간활용 및 적재효율이 증대되는 특징이 있다.

Description

친환경 우드 브리켓 제조방법{Manufacturing of eco-friendly wood briquette}

본 발명은 화목 보일러의 연료로 사용되는 친환경 우드 브리켓 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 발열량이 높은 소나무, 아카시아 나무 및 고무나무가 혼합된 톱밥에 스팀을 가하여 톱밥 내부에 있는 목초액(리그닌이 포함된 수분 8~9%는 유지)을 건조하고 고압으로 압착함으로써 4600~4700Kcal/kg에 달하는 높은 발열량을 내는 우드 브리켓을 제조하는데, 상기 우드 브리켓은 내부에 목초액을 건조 시켜 연소시 유황성분의 타르 발생량이 적어(0.3% 이하) 친환경적으로 사용되는 것이며, 상기 우드 브리켓의 99% 이상이 연소되어 재(Ash) 발생이 거의 없는 것으로, 이는 보일러 청소 주기(Term: 텀)가 3배 가량 길어지기 때문에 화목 보일러의 치명적인 단점인 수명을 증가시킬 수 있고, 상기 우드 브리켓의 형상은 사각으로 이루어져 팔레트 규격포장이 가능하여 공간활용 및 적재효율이 증대되는 친환경 우드 브리켓 제조방법에 관한 것이다.

난로는 여러 종류의 연료나 전기 등을 이용하여 내부 온도를 올려 난방 등에 이용하는 장치를 말한다. 난로에 사용하는 연료로는 가스, 펠릿, 장작, 화목, 연탄 그리고 전기 등 다양하다.

최근 들어서는 난방비와 연료 등을 쉽게 구할 수 있고 편리하게 사용하기 위해 펠릿 난로를 많이 사용한다. 여기서, 펠릿(Pellet)은 보통 목재 펠릿을 칭하는 경우가 많은 데, 목재를 가공하는 제재소 등에서 나온 부산물을 분쇄하여 일정한 크기와 모양으로 압축한 것을 말한다.

이러한 펠렛은 통상적으로 6~10φ 정도의 굵기를 가지고 있는데, 이러한 굵기를 가지는 펠렛은 단위면적이 넓고, 비교적 작은 압축력으로 제조되어 연소가 빠르게 이루어져 높은 열량을 내기 어려워 브리켓 형태로 사용한다.

브리켓이란 가루를 빚어서 만든 덩어리를 말하는 것으로, 톱밥, 갈대, 왕겨, 볏 집, 초근목피, 목초, 나뭇가지, 나무뿌리, 폐목 등의 목질계와 초본계 원료를 분쇄하여 고압으로 압축함으로써 일정한 크기러 제조한 것을 칭하고, 상기한 브리켓은 주로 펠렛 보일러에서 연소됨으로써 친환경 바이오 매스로서 사용된다.

이에, 대한민국 등록특허공보 제10-1555013호(등록일: 2015.09.16.)에는 발명의 명칭 브리켓 제조장치라는 명칭의 선행문헌이 게시되어 있다.

하지만, 상기한 선행문헌은 브리켓을 건조시키는 과정이 없기 때문에 화목 보일러에 사용시 다량의 타르 매연이 발생하여 발열량이 적으며, 화목 보일러의 수명을 단축시키는 것은 물론이고 사용자의 건강을 해치는 심각한 문제점이 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 소나무, 아카시아 나무 및 고무나무가 혼합된 톱밥에 스팀을 가하여 내부의 목초액을 건조한 후 고압으로 압착하여 우드 브리켓을 제조하는데, 내부의 목초액이 건조된 브리켓은 연소시 타르 발생량이 적고 발열량이 증대되는 한편, 연소 시 매연 및 재가 거의 없어서 보일러의 청소 시기가 3배가량 길어지게 되고, 사각형상의 우드 브리켓으로 인해 공간활용 및 적재효율이 증대되는 것을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 소나무 40중량%, 아카시아 나무 20중량% 및 고무나무 40중량%를 0.1~0.7mm 크기의 톱밥(100)으로 제조하는 제1단계(S100); 상기 제1단계(S100)에서 준비한 톱밥(100) 내부의 목초액을 건조시키기 위해 스팀을 가하는 제2단계(S200); 상기 제2단계(S200)에서 건조된 톱밥(100)이 0.1~0.2mm의 크기로 형성될 수 있도록 분쇄하는 제3단계(S300); 상기 제3단계(S300)에서 분쇄된 톱밥(100)을 고압으로 압착하여 우드 브리켓(200)을 제조하는 제4단계(S400);로 이루어지는 것이다.

이때, 상기 제2단계(S200)는 톱밥(100) 내부에 수분이 8~9%가 유지될 수 있도록 130℃에서 60 내지 70분 동안 스팀을 가하는 것이다.

또한, 상기 제4단계(S400)는 유압프레스가 톱밥(100)을 750~800kg/cm³의 압력으로 압착하여 사각의 우드 브리켓(200)이 제조되는 것이다.

이에, 본 발명은 소나무, 아카시아 나무 및 고무나무가 혼합된 톱밥에 스팀을 가함으로써 톱밥 내부에 있는 목초액을 건조한 후 고압으로 압착하여 4600~4700Kcal/kg에 달하는 높은 발열량을 내는 우드 브리켓을 제조하는 것이며, 상기 우드 브리켓은 스팀으로 인해 내부에 목초액이 건조되어 연소시 유황성분의 타르 발생량이 적어(0.3% 이하) 매연이 거의 발생하지 않고, 상기 우드 브리켓은 99% 이상이 연소되어 재(Ash) 발생이 거의 없기 때문에 보일러 청소 시기의 텀이 3배가량 길어져 화목 보일러의 치명적 단점인 수명을 크게 개선시키고, 상기 우드 브리켓은 최종적으로 사각으로 이루어지기 때문에 팔레트 규격 포장으로 최소 3~4단 적재가 가능하여 공간활용 및 적재효율이 크게 증대되고 작업 인원을 절반으로 줄일 수 있어서 제작비용이 절감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 우드 브리켓 제조방법의 제작 공정을 나타낸 블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 우드 브리켓의 전체적인 모습을 나타낸 사시도이다.

먼저, 아래 표는 한국임업진흥원에 2017년 1월 16일자로 의뢰하여 발부된 본 발명(우드 브리켓)의 목재제품 규격 및 품질검사 결과통지서이다(접수번호: 2017-0257-1).

위 표에서 보는 바와 같이 본 발명은 목재의 지속 가능한 이용에 관한 법률 제20조, 동법 시행령 제19조 제4항, 제6항 및 동법 시행규칙 제15조 제2항에 따라 목재제품 규격 및 품질검사 결과를 획득하였다.

이때, 함수율은 8.7%로 확인된다.

또한, 저위 발열량은 4631kcal/kg이고, 고위 발열량은 4713kcal/kg으로 확인되며, 밀도는 0.9mg/cm³로 확인된다.

이때, 질소(N)는 0.1%, 황(S)은 0.03%, 염소(Cl)는 0.01% 타르는 0.3%로 확인된다.

또한, 크롬(Cr)은 1mg/kg, 구리(Cu)는 5mg/kg, 납(Pb)은 1mg/kg, 니켈(Ni)은 1mg/kg으로 확인된다.

이에, 비소(As), 카드뮴(Cd), 아연(Zn) 및 수은(Hg)은 0mg/kg으로 확인된다.

다음 표는 국립산림과학원에서 제공하는 목재브리켓 품질기준표이다.

본 발명의 목재제품 규격 및 품질검사 결과통지서와 목재브리켓 품질기준표와 대비할 경우 상기에서 언급한 바와 같이 B등급에 해당하는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1단계(S100), 제2단계(S200), 제3단계(S300), 제4단계(400) 및 톱밥(100), 우드 브리켓(200)으로 구성되어 이루어져 있다.

이때, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1단계(S100)는 소나무 40중량%, 아카시아 나무 20중량% 및 고무나무 40중량%를 0.1~0.7mm 크기의 톱밥(100)으로 제조한다.

이때, 상기 소나무, 아카시아 나무 및 고무나무는 나무 특성상 발열량이 높다.

이에, 상기 제2단계(S200)는 제1단계(S100)에서 준비한 톱밥(100) 내부의 목초액을 건조시키기 위해 스팀을 가한다.

이때, 상기 제2단계(S200)의 스팀은 톱밥(100) 내부에 수분이 8~9%(점성물질인 리그닌 포함)가 유지될 수 있도록 130℃의 온도에서 60 내지 70분 동안 스팀을 가하여 유압프레스로 가압시 우드 브리켓(200)이 견고하게 경화되는 것이다.

이에, 상기 톱밥(100)에 130°의 온도에서 60 내지 70분인 기준온도보다 많은 시간 및 많은 온도의 스팀을 가할 경우에는 톱밥 내부에 반드시 유지되어야 할 수분(리그닌이 포함된 수분 8~9%)이 메말라버려 추후 유압프레스로 가압했을 시에 톱밥들이 엉겨붙지 않는 것이며, 기준온도보다 적은 시간 및 적은 온도의 스팀을 가할 경우에는 목초액이 충분히 건조되지 않아 연소 시 타르발생량이 많아져 환경 및 인체에 유해한 것이다.

이에, 상기 목초액은 나무가 지니고 있는 독성물질을 포함하는 수분이며, 이를 100%로 하면, 수분 및 목초액을 건조시키고 전체를 8~9%를 남긴다는 의미이다.

또한, 상기 제3단계(S300)는 제2단계(S200)에서 건조된 톱밥(100)이 0.1~0.3mm의 크기로 형성될 수 있도록 분쇄하는 것이다.

이에, 상기 제4단계(S400)는 제3단계(S300)에서 분쇄된 톱밥(100)을 고압으로 압착하여 우드 브리켓(200)을 제조하는 것이다.

즉, 상기 톱밥(100) 압착 및 점성물질인 리그닌에 의해 사각의 고체 형태를 유지할 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 제4단계(S400)는 유압프레스가 톱밥(100)을 750~800kg/cm³의 압력으로 압착하여 사각의 우드 브리켓(200)을 제조하는 것으로, 상기 톱밥(100)의 크기가 0.3mm를 초과하게 되면 유압프레스로 압착을 하여도 각각의 톱밥의 밀착력이 떨어져 연소효율이 떨어지게 되는 것이다.

더욱 자세하게 말하면, 상기 우드 브리켓(200)은 톱밥(100)의 밀도를 높여 발열량을 높일 수 있도록, 750~800kg/cm³의 압력으로 압착하기에 앞서 300~350kg/cm³의 압력을 가한 이후 500~550kg/cm³의 압력을 가하고 나서 750~800kg/cm³의 압력을 가하는 것과 같이, 점진적으로 압력을 높여가면서 여러번 압력을 가하여 우드 브리켓의 밀도를 높여 경도 및 발열량을 높이는 것이다.

최종적으로, 본 발명은 발열량이 높은 소나무, 아카시아 나무 및 고무나무가 혼합된 톱밥에 스팀을 가하여 톱밥 내부에 있는 목초액(리그닌이 포함된 수분 8~9%는 유지)을 제거하고 고압으로 압착함으로써 4600~4700Kcal/kg에 달하는 높은 발열량을 내는 우드 브리켓을 제조하는데, 상기 우드 브리켓은 내부에 목초액이 제거되어 연소시 유황성분의 타르 발생량이 적어(0.3% 이하) 친환경적으로 사용되는 것이다.

또한, 상기 우드 브리켓(200)의 99% 이상이 연소되어 재(Ash) 발생이 거의 없는 바, 이는 보일러 청소 시기의 텀이 3배가량 길어지기 때문에 화목 보일러의 치명적인 단점인 수명을 증가시킬 수 있고, 상기 우드 브리켓의 형상은 사각으로 이루어져 팔레트 규격포장이 가능하여 공간활용 및 적재효율이 증대되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

S100 ... 제1단계 S200 ... 제2단계
S300 ... 제3단계 S400 ... 제4단계
100 ... 톱밥 200 ... 우드 브리켓
300 ... 밀랍 코팅층

Claims (3)

1. 소나무 40중량%, 아카시아 나무 20중량% 및 고무나무 40중량%를 0.1~0.7mm 크기의 톱밥(100)으로 제조하는 제1단계(S100); 상기 제1단계(S100)에서 준비한 톱밥(100) 내부의 목초액을 건조시키기 위해 스팀을 가하는 제2단계(S200); 상기 제2단계(S200)에서 건조된 톱밥(100)이 0.1~0.2mm의 크기로 형성될 수 있도록 분쇄하는 제3단계(S300); 상기 제3단계(S300)에서 분쇄된 톱밥(100)을 고압으로 압착하여 우드 브리켓(200)을 제조하는 제4단계(S400);로 이루어지는 것이며,
   상기 제2단계(S200)는 톱밥(100) 내부에 수분이 8~9%가 유지될 수 있도록 130℃에서 60 내지 70분 동안 스팀을 가하고,
   상기 제4단계(S400)는 유압프레스가 톱밥(100)을 750~800kg/cm³의 압력으로 압착하여 사각의 우드 브리켓(200)이 제조되며,
   상기 제4단계(S400)의 우드 브리켓(200)은 톱밥(100)을 300~350kg/cm³의 압력을 가한 이후 500~550kg/cm³의 압력을 가하고 750~800kg/cm³으로 압력을 가하여 사각의 우드 브리켓(200)이 제조되는 것을 특징으로 하는 친환경 우드 브리켓 제조방법.
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