KR102134846B1 - 피톤치드를 함유하는 축사 깔개용 왕겨 펠릿의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피톤치드를 함유하는 축사 깔개용 왕겨 펠릿의 제조방법에 관한 것으로서, 편백나무, 삼나무, 잣나무, 또는 비자나무의 가지 및 잎을 분쇄하여 목분을 제조하는 단계, 왕겨 100 중량부 및 상기 목분 5 내지 10 중량부를 펠릿화 장치에 투입하여 왕겨 펠릿을 제조하는 단계, 상기 왕겨 펠릿을 냉각하는 단계를 포함하며, 상기 펠릿화 장치는 분쇄용기 내에 한 쌍의 분쇄 롤러가 장착된 분쇄부 및 상기 분쇄부의 일단에 형성되며 투입구간, 성형구간 및 배출구간으로 구성되는 성형부로 이루어지며, 상기 분쇄는 150 내지 200℃의 온도에서 5초 내지 10초 간 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

피톤치드를 함유하는 축사 깔개용 왕겨 펠릿의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF CHAFF PALLET COMPRISING PHYTONCIDE}

본 발명은 피톤치드를 함유하는 축사 깔개용 왕겨 펠릿의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 분쇄 및 성형 방법을 개선하여 생산 효율을 향상시키고 가축의 사육환경을 개선시킬 수 있는 축사 깔개용 왕겨 펠릿의 제조방법에 관한 것이다.

왕겨는 폐기물관리법상 폐기물에 해당하기 때문에 왕겨 그 자체를 축사에 수분 조절제용 깔개로 사용할 경우 폐기물관리법에 위반된다. 따라서 왕겨를 분쇄하여 입자 크기를 1/10로 분말화하여 사용하는데, 이 경우 축분의 흡수율이 향상되어 수분조절제로서 적합한 성능을 나타낸다.

이때, 왕겨를 펠릿화함으로써 수분 조절제로서의 효과와 함께 폐기물관리법에 저촉되지 않는 축사용 깔개로서 제품화할 수 있는데, 일단 펠릿화되면 피톤치드 수용액을 분무하는 등의 후처리를 통해 항균, 방충, 탈취 효과까지 얻을 수 있어 가축의 사육환경을 개선시킬 수 있게 된다.

그러나 왕겨는 가볍고 질긴 섬유질껍질로 이루어지고 다량의 규산 및 섬유소를 함유하고 있어 분쇄하여 펠릿화하기가 어렵다. 이로 인하여, 일반적으로 접착 성분인 결착수지를 포함하여 제조되는데, 이 경우, 각종 첨가제를 함유하기 때문에 축사나 천연 퇴비 등에 활용하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 별도의 결착수지나 첨가제를 사용하지 않고 왕겨만을 직접 가공하여 성형함으로써 펠릿화하는 방법이 요구되고 있다.

예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-0660139호에서는 왕겨 분말의 함수율을 조절함으로써 펠릿화가 용이하도록 하는 기술이 개시되어 있고, 대한민국 등록특허공보 10-1065459호에서는 디스크와 롤러 사이에서 왕겨를 투입받아 분쇄하도록 한 왕겨 펠릿 성형장치를 이용하여 왕겨 펠릿을 제조하고 있다.

그러나 종래기술의 펠릿화 방법이나 장치를 활용하더라도 성형되지 않은 분말이 다량 발생하여 공정효율이 낮은 문제점이 있어 이를 개선할 필요가 있다.

대한민국 등록특허공보 10-0660139호 대한민국 등록특허공보 10-1065459호

본 발명은 상기와 같은 종래기술을 감안하여 안출된 것으로서, 결착수지나 첨가제를 혼합하거나 팽연화 등의 공정 없이 왕겨만을 원료로 하여 왕겨 펠릿을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 왕겨 펠릿을 제조할 때 피톤치드를 함유하는 목분을 혼합함으로써 항균, 방충, 탈취 효과를 나타내는 왕겨 펠릿을 제조하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 해결 과제를 해결하기 위한 본 발명의 피톤치드를 함유하는 축사 깔개용 왕겨 펠릿의 제조방법은 편백나무, 삼나무, 잣나무, 또는 비자나무의 가지 및 잎을 분쇄하여 피톤치드를 함유하는 목분을 제조하는 단계, 왕겨 100 중량부 및 상기 목분 5 내지 10 중량부를 펠릿화 장치에 투입하여 왕겨 펠릿을 제조하는 단계, 상기 왕겨 펠릿을 냉각하는 단계를 포함하며, 상기 펠릿화 장치는 분쇄용기 내에 한 쌍의 분쇄 롤러가 장착된 분쇄부 및 상기 분쇄부의 일단에 형성되며 투입구간, 성형구간 및 배출구간으로 구성되는 성형부로 이루어지며, 상기 분쇄는 150 내지 200℃의 온도에서 5초 내지 10초 간 수행하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 한 쌍의 분쇄 롤러는 롤러의 구동축이 상기 분쇄용기 내에서 회전하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 성형부는 성형구간 직경에 대한 길이의 비율이 6.2 내지 6.8인 원통형 구조로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 왕겨 펠릿의 제조방법은 결착수지나 첨가제를 혼합하거나 팽연화 등의 공정 없이 왕겨만을 원료로 하여 왕겨 펠릿을 제조할 수 있다.

또한, 왕겨 펠릿을 제조할 때 피톤치드를 함유하는 목분을 혼합함으로써 항균, 방충, 탈취 효과를 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 왕겨 펠릿의 제조방법을 수행하기 위한 펠릿화 장치(a) 및 펠릿화를 위한 성형부의 구조(b)를 나타낸 개념도이다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 피톤치드를 함유하는 축사 깔개용 왕겨 펠릿의 제조방법은 편백나무, 삼나무, 잣나무, 또는 비자나무의 가지 및 잎을 분쇄하여 피톤치드를 함유하는 목분을 제조하는 단계, 왕겨 100 중량부 및 상기 목분 5 내지 10 중량부를 펠릿화 장치에 투입하여 왕겨 펠릿을 제조하는 단계, 상기 왕겨 펠릿을 냉각하는 단계를 포함하며, 상기 펠릿화 장치는 분쇄용기 내에 한 쌍의 분쇄 롤러가 장착된 분쇄부 및 상기 분쇄부의 일단에 형성되며 투입구간, 성형구간 및 배출구간으로 구성되는 성형부로 이루어지며, 상기 분쇄는 150 내지 200℃의 온도에서 5초 내지 10초 간 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 편백나무, 삼나무, 잣나무, 또는 비자나무의 가지 및 잎에는 다량의 피톤치드가 함유되어 있으므로 이를 분말 형태로 왕겨 펠릿 성형시 혼합하면 제조된 왕겨 펠릿이 피톤치드 성분을 함유하게 된다.

일반적으로 왕겨 펠릿을 분쇄하면 비산되어 성형하기 어려운 문제점이 있어 종래기술에서는 적절한 수분과 열을 가하여 왕겨가 분쇄되기 용이하고, 펠릿화하기 쉽게 적당한 점착력을 가질 수 있도록 함수율을 조절하여 펠릿을 제조하고 있다. 그러나 이러한 처리에 의해서도 미분의 비산이 발생하는 문제를 억제할 수 없고 분쇄 후 추가적으로 수분을 가하는 등의 처리가 필요하다. 이는 왕겨 자체의 성질에 기인한 것인데, 왕겨는 조단백질, 조지방, 조섬유, 가용 탄수화물, 조회분, 규산, 중성 불용성 섬유소, 산성 불용성 섬유소, 목질소, 섬유소, 비스타치 다당류(pentosan 등), 다당류, 가소화 영양소 등의 다양한 성분으로 이루어져 있으며, 다량의 규산 및 섬유소를 함유하고 있어 성형 가공시 펠릿화되지 않고 미분 상태로 비산되는 부분이 다량 발생하여 생산 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.

본 발명에서는 건조된 왕겨를 펠릿화하는 공정을 최적화함으로써, 왕겨의 함수율을 조절하는 등의 별도의 공정 없이도 높은 수율로 왕겨 펠릿을 제조할 수 있게 된다.

또한, 상기 왕겨 펠릿을 제조하는 과정에서 피톤치드가 함유된 편백나무, 삼나무, 잣나무, 또는 비자나무의 가지 및 잎을 분말화하여 이를 혼합하기 때문에 피톤치드 성분이 함유된 왕겨 펠릿을 제조할 수 있게 된다.

피톤치드 성분을 함유하기 위하여 효과적인 방법으로는 피톤치드가 함유된 나무의 수액이나 상기 수액의 희석액을 분사하는 방법을 들 수 있는데, 이 경우, 나무 수액을 제조하는 공정이 별도로 필요하여 생산 단가가 상승하게 되며 액상을 분무하는 공정을 위한 설비가 필요하게 되는 등의 문제점이 있다.

또한, 왕겨를 성형하여 펠릿화하기 위해서는 왕겨의 함수율을 조절할 필요가 있다. 이를 위하여 종래기술에서는 왕겨에 수증기 또는 물을 분사하거나 분쇄된 왕겨에 수증기 또는 물을 분사하는 처리를 통해 함수율을 조절하고 있는데, 이러한 공정에서는 충분한 함수율을 가진 왕겨를 제조하기 위한 공정 조건을 제어하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명에서는 왕겨의 함수율을 특별히 조절하지 않고 다만 사용 전 충분히 건조하여 함수율이 15% 이하로 건조되기만 하면 되기 때문에 물을 분사하는 전처리 공정이 필요하지 않다. 이는 상기 왕겨에 함유되는 목분에 미량 함유되는 수분이나 섬유소, 셀룰로오스 등에 의해 왕겨의 비산을 억제할 수 있는 점, 또한, 최적화된 펠릿화 공정을 채용하기 때문이다.

상기 목분은 편백나무, 삼나무, 잣나무, 또는 비자나무의 잎 및 가지를 원료로 하여 이를 분쇄함으로써 제조되는데, 상기 원료에는 다량의 피톤치드가 포함되어 있으므로 항균, 방충 및 탈취 효과를 나타낼 수 있다.

상기 목분은 왕겨 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부의 범위에서 혼합되는데, 목분의 함량이 너무 많으면 생산 단가가 상승하며 왕겨의 응집이 원활하지 못하게 되며, 너무 적은 양을 혼합하면 피톤치드의 함량이 불충분하여 축사 깔개로 사용할 때 충분한 항균, 방충 및 탈취 효과를 얻을 수 없는 것으로 나타났다.

또한, 상기 목분은 편백나무, 삼나무, 잣나무, 또는 비자나무의 가지 및 잎을 그대로 분쇄하거나 건조로에서 건조한 후 분쇄하여 사용할 수 있는데, 통상의 분쇄기를 사용하여 분쇄하기 때문에 얻어진 분말의 입자 크기가 불규칙한 문제가 있다. 따라서 상기 펠릿화 장치에 투입할 때 3㎜ 이하의 망목 구조를 가지는 거름망이나 메쉬를 통과시켜 투입함으로써 상기 왕겨와 원활히 혼합될 수 있도록 분급 처리한 후 투입하는 것이 바람직하다.

상기 펠릿화 장치는 도 1(a)에 도시된 것과 같은 구조로 이루어진다. 즉, 상기 펠릿화 장치는 왕겨를 분쇄하기 위한 분쇄부와 펠릿화를 위한 성형부로 구성될 수 있다.

상기 목분과 왕겨는 왕겨 100 중량부 및 상기 목분 5 내지 10 중량부의 함량이 되도록 펠릿화 장치에 투입되는데, 동시에 상기 분쇄부에 공급하는 것이 바람직하다. 이는 분쇄부에서 분쇄하는 시간이 매우 짧기 때문에 투입과 동시에 혼합과 분쇄가 이루어지도록 하기 위한 것이다.

상기 분쇄부에 투입된 왕겨와 목분은 분쇄롤러에 의해 혼합되면서 분쇄가 이루어진다. 상기 분쇄롤러는 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 롤러로 구성될 수 있다. 각 분쇄롤러는 구동축의 회전 운동에 의해 구동되는데, 분쇄 효율을 향상시키기 위하여 상기 분쇄롤러가 맞물려 회전하는 회전체 전체가 상기 분쇄부 내에서 회전할 수 있도록 상기 한 쌍의 구동축이 한 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 이를 통하여 상기 분쇄부에 투입된 왕겨는 분쇄롤러 사이에서 분쇄됨과 동시에 상기 분쇄부 내를 회전하면서 혼련되며, 이를 통해 왕겨와 목분이 균질 혼합될 수 있다. 즉, 상기 분쇄부 내에서는 한 쌍의 분쇄롤러에 의한 분쇄 및 상기 구동축의 회전에 의한 입자의 혼합 및 비산이 동시에 발생된다.

상기 분쇄는 150 내지 200℃의 온도에서 5초 내지 10초 간 수행되는데, 짧은 시간의 분쇄를 통해 목분에 함유된 피톤치드 성분의 소실 없이 왕겨와 혼합되도록 하며 고온 조건에서 빠른 속도로 수분이 제거되면서도 비산은 억제할 수 있기 때문에 상기 공정 조건을 통해 왕겨 펠릿을 효율적으로 제조할 수 있게 된다.

이러한 분쇄 공정의 조건을 통해 분쇄된 왕겨는 1㎜ 이하의 크기의 입자로 분쇄되는데 0.1㎜ 이하의 미분도 포함된다. 상기 분쇄 공정을 5초 내지 10초 간 수행하는데, 이를 통해 왕겨 입자와 목분이 균질 혼합되면서도 성형부에 원활히 공급될 수 있게 된다. 상기 분쇄 공정의 시간을 지나치게 길게 하면 제조비용 및 시간이 증가하며 왕겨 분말이 지나치게 건조되어 비산이 발생하고 생산 효율이 저하되는 문제점이 있고, 너무 짧아도 유효성분이 왕겨 펠릿에 충분히 함유되지 못하며 함수율이 너무 높은 것으로 파악되어 이를 고려하여 상기 분쇄 공정의 시간을 최적화하였다.

예를 들어, 180±3℃의 분쇄부 내에서 10초 간 분쇄한 경우와 1분 간 분쇄한 경우의 왕겨 펠릿 제조 수율을 비교하면, 전자의 경우 미성형된 분말을 제외한 왕겨 펠릿의 양이 분무전 왕겨 원료 중량의 92 내지 93%였으나, 후자의 경우 80 내지 82%인 것으로 나타나 분쇄 조건에 따른 왕겨 펠릿의 제조수율이 크게 달라지는 것을 확인하였다.

또한, 상기 분쇄 공정 후 상기 분쇄된 입자는 상기 분쇄부 내부를 비산한 상태가 되는데, 상기 분쇄부 내를 비산하는 왕겨 입자는 성형부를 통과하면서 펠릿화된다. 이때 분쇄 공정이 진행되는 동안 분쇄된 입자가 성형부로 유입되지 못하도록 상기 성형부의 투입구간에 차폐막을 설치하여 상기 분쇄부와 성형부를 차단하고 성형 공정이 시작되면 상기 차폐막을 개방하여 성형 공정을 수행할 수 있다. 즉, 왕겨를 분쇄부에 투입하고 분쇄할 동안만 상기 성형부의 입구를 차폐막으로 막았다가 분쇄 시간이 종료되면 더 이상의 분쇄가 진행되지 않도록 상기 분쇄롤러의 회전은 멈추고 상기 분쇄롤러를 지지하는 한 쌍의 구동축이 회전하는 회전 운동만 유지하고 차폐막을 개방하면 분쇄된 왕겨 입자가 분쇄부에서 성형부로 빠르게 이동하게 된다. 즉, 분쇄부 내가 고온 상태인 것에 대하여, 개방된 성형부는 상대적으로 저온 상태이므로 이를 통한 유속이 발생하면서 저밀도의 혼합 분말이 빠른 속도로 성형부로 도입되게 된다.

또한, 상기 성형부는 도 1(b)에 도시된 것과 같이 투입구간, 성형구간, 및 배출구간으로 이루어지는데, 상기 투입구간을 통해 유입되는 왕겨 입자는 성형구간을 통과하면서 펠릿화되어 배출구간을 통해 배출될 수 있다. 또한, 상기 왕겨 입자의 이동을 촉진시키기 위하여 상기 배출구간 밖에 펌프를 설치하여 왕겨 입자의 유입 속도를 높일 수도 있다.

상기 성형부의 형상에 따라 펠릿화 공정의 효율이 달라지는 것으로 나타났다. 종래에 목재 펠릿을 제조하기 위하여 목분을 사용하는 경우 상기 성형부는 폭 8㎜, 성형구간의 길이 42.4㎜, 배출구간의 길이 12.6㎜가 되도록 제작된 성형부를 사용하고 있는데, 이러한 성형부를 적용하면 목재 펠릿은 효율적으로 생산할 수 있으나, 왕겨의 경우 미성형된 분말이 다량 배출되는 것으로 나타났다. 즉, 상기 목재 펠릿 제조를 위한 성형부를 적용할 경우, 제조된 왕겨 펠릿의 양이 원료 중량의 70~80% 정도인 것으로 나타났으나, 상기와 같이 성형부의 설계를 최적화하는 경우, 제조된 왕겨 펠릿의 양이 원료 중량의 85~95%로 증가하여 성형부의 설계에 의해 생산효율이 달라지는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 상기 성형부의 설계를 다양하게 변경한 결과, 상기 성형구간의 직경에 대한 길이의 비율이 6.2 내지 6.8인 원통형 구조로 이루어질 때 공정 효율을 높일 수 있는 것으로 나타났다. 일 실시예에서는 상기 성형부는 폭 8㎜, 성형구간의 길이 50.4㎜, 배출구간의 길이 4.6㎜이 되도록 성형부를 설계하였는데, 이 경우, 왕겨의 미성형된 분말이 전술한 성형부를 적용했을 때에 비해 약 70~80% 저감되는 것으로 나타나 왕겨 분말의 제조 효율이 크게 향상되는 것으로 나타났다.

또한, 상기 성형부의 전체 길이는 목재 펠릿의 제조를 위한 성형부와 동일하게 하면서 성형구간의 직경에 대한 길이 비율을 조절하기 때문에 상기 성형부를 교체하는 것만으로 목재 펠릿 제조 장치를 왕겨 펠릿 제조 장치로 쉽게 변경할 수 있게 된다.

본 발명의 제조방법의 효과를 확인하기 위하여 통상의 목재 펠릿 제조장치(성형기 폭 8㎜, 성형구간의 길이 42.4㎜, 배출구간의 길이 12.6㎜)에 적용하여 왕겨 펠릿을 생산한 결과 미성형된 분말을 제외한 왕겨 펠릿의 양이 원료 중량의 60~65%에 불과한 것으로 나타났다. 이에 대하여 본 발명의 제조방법에 따르면 왕겨 펠릿의 양이 원료 중량의 85~95%에 달하는 것으로 나타나 원료 중 미성형 분말이 제조 효율이 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시형태에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (3)

1. 편백나무, 삼나무, 잣나무, 또는 비자나무의 가지 및 잎을 분쇄하여 목분을 제조하는 단계;
   왕겨 100 중량부 및 상기 목분 5 내지 10 중량부를 펠릿화 장치에 투입하여 왕겨 펠릿을 제조하는 단계;
   상기 왕겨 펠릿을 냉각하는 단계;
   를 포함하며,
   상기 펠릿화 장치는 분쇄용기 내에 한 쌍의 분쇄 롤러가 장착된 분쇄부 및 상기 분쇄부의 일단에 형성되며 투입구간, 성형구간 및 배출구간으로 구성되는 성형부로 이루어지며,
   상기 분쇄는 180±3℃의 온도에서 10초 간 수행하며,
   상기 한 쌍의 분쇄 롤러는 롤러의 구동축이 상기 분쇄용기 내에서 회전하도록 구성되며,
   상기 성형부는 성형구간의 직경에 대한 길이의 비율이 6.2 내지 6.8인 원통형 구조로 이루어지는 것으로서, 폭 8㎜, 성형구간의 길이 50.4㎜, 배출구간의 길이 4.6㎜인 것을 특징으로 하는 피톤치드를 함유하는 축사 깔개용 왕겨 펠릿의 제조방법.
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