KR102579005B1

KR102579005B1 - 바이오매스 탄화기

Info

Publication number: KR102579005B1
Application number: KR1020230071072A
Authority: KR
Inventors: 김정호; 김정길; 박영무
Original assignee: 주식회사 한빛에코텍
Priority date: 2023-06-01
Filing date: 2023-06-01
Publication date: 2023-09-18

Abstract

본 발명은 바이오매스 탄화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부가 비어 있으며 상부 일측에는 원료 투입구가 구비된 하우징; 상기 하우징 내부를 상부 공간부(S1)와 하부 공간부(S2)로 분리하기 위한 구획판; 상기 상부 공간부(S1)에 위치하여 투입된 원료를 가열하면서 제1 길이 방향으로 탄화물을 운반하기 위한 가열부재; 상기 탄화물을 상기 하부 공간부(S2)로 가이드하기 위한 제1 이송관; 상기 하부 공간부(S2)에 위치하며 상기 제1 이송관에 의해 운반된 탄화물을 제2 길이 방향으로 운반하기 위한 제1 이송부재; 및 상기 하부 공간부(S2)에 위치하되 상기 제1 이송부재 아래에 구비되어 상기 제1 이송부재에 의해 운반된 탄화물을 제1 방향으로 운반하기 위한 제2 이송부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 탄화기에 관한 것이다.

Description

바이오매스 탄화기{Biomass Carbonization Device}

본 발명은 바이오매스 탄화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축분이나 우분 등 바이오매스를 건조 및 열분해시켜 탄화물을 생산할 수 있는 바이오매스 탄화기에 관한 것이다.

유기물 자원으로 분류될 수 있는 가축분뇨는 효율적으로 관리하면 이용 가치가 크지만 그렇지 않을 때에는 환경을 오염시키는 원인으로 작용할 수 있다. 국내 한우 사육 농가수와 사육 두수는 2005년 192천호 1,819천두에서 2014년 104천호 2,759천두로 농가수는 크게 줄어들었으나 사육두수는 오히려 52%가 증가하였고, 이는 한우 사육 농가 호당 사육두수가 크게 증가하였음을 의미한다.

이와 같이 한우 축분을 유기질 퇴비 등으로 이용할 농경지 면적은 지속적으로 줄어들고 있는 반면, 한우 사육 마릿수는 지속적으로 증가하다보니 우분의 발생량과 이용량에 수급 불균형이 발생하고 있다.

따라서 우분을 유기질 퇴비 등으로의 지속적인 활용과 함께 에너지원 또는 탄화시킴으로써 유용한 자원으로 활용하려는 시도가 활발하게 이루어지고 있다.

한편 바이오촤는 바이오 숯이라고도 하며, 다양한 용도로 사용될 수 있기 때문에 이의 기능과 중요성에 대한 관심이 집중되고 있다.

바이오촤는 자연적으로 생성될 수도 있고, 또 인위적인 합성에 의해서도 생성될 수 있는데, 자연적으로 생성된 바이오촤는 토양 내에서 이산화탄소를 포집하여 장기적으로 축적함으로써 지구온난화를 방지하고 나아가 식생을 조성하는데 기여할 수 있다.

또한, 인위적인 합성에 의해서 생성되는 바이오촤는 예를 들면, 바이오매스의 열분해 공정을 통하여 생성될 수 있으며, 음이온 공급원이나 습도 조절, 보온 효과, 산화방지 효과 등 다양한 효과를 기대할 수 있다.

일반적으로 바이오촤를 인위적으로 생산하기 위해서는 무산소 분위기나 저산소 분위기에서 외부 가열원에 의한 간접가열로 유기물질을 열분해하여 생산한다.

하지만 열분해 공정 이전에 유기성 폐기물에 포함된 수분의 제거와 건조가 선행되어야 하며, 이를 위해서는 다량의 에너지가 필요하다는 점은 큰 장애물로 지적되고 있다.

한국공개특허공보 제2016-0093290호 한국공개특허공보 제2014-0070273호 한국공개특허공보 제2015-0096349호 한국공개특허공보 제2013-0088682호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 유기성 폐자원인 가축분을 원료로 하여 탄화물을 생산할 수 있는 바이오매스 탄화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서는 건조 및 열분해 과정시 에너지 소모량을 최소화할 수 있는 바이오매스 탄화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

게다가 본 발명에서는 콤팩트한 구조로 이루어져 있어 설치 부지를 줄일 수 있는 바이오매스 탄화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 바이오매스 탄화기는, 내부가 비어 있으며 상부 일측에는 원료 투입구(110)가 구비된 하우징(100); 상기 하우징(100) 내부를 상부 공간부(S1)와 하부 공간부(S2)로 분리하기 위한 구획판(200); 상기 상부 공간부(S1)에 위치하여 투입된 원료를 가열하면서 제1 길이 방향으로 탄화물을 운반하기 위한 가열부재(300); 상기 탄화물을 상기 하부 공간부(S2)로 가이드하기 위한 제1 이송관(400); 상기 하부 공간부(S2)에 위치하며 상기 제1 이송관(400)에 의해 운반된 탄화물을 제2 길이 방향으로 운반하기 위한 제1 이송부재(500); 및 상기 하부 공간부(S2)에 위치하되 상기 제1 이송부재(500) 아래에 구비되어 상기 제1 이송부재(500)에 의해 운반된 탄화물을 제1 방향으로 운반하기 위한 제2 이송부재(600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 바이오매스 탄화기에서, 상기 가열부재(300)는, 일측 상면에는 상기 원료 투입구(110)와 연결되는 제1 개구부(311)가 구비되는 한편 타측 하면에는 상기 제1 이송관(400)과 연결되는 제2 개구부(312)가 구비된 채, 내부가 비어 있는 원통 형상의 제1 드럼(310); 상기 제1 드럼(310) 내부에 위치하며 외면을 따라서는 나선 모양의 제1 이송날개(321)가 구비되고 내부가 비어 있는 원통 형상의 제2 드럼(320); 및 상기 제1 드럼(310) 외면을 감싸고 있는 히팅 자켓(330);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 바이오매스 탄화기에서, 상기 히팅 자켓(330)은 전기에 의해 가열되는 세라믹 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 바이오매스 탄화기에서, 상기 제2 개구부(312) 인근에 위치하는 제2 드럼(320)에는 가연성 가스가 통과할 수 있는 제3 개구부(322)가 마련되고, 상기 가연성 가스가 연소될 수 있도록 상기 제2 드럼(320) 타측 내부에는 점화 플러그가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 바이오매스 탄화기에서, 상기 제1 이송부재(500)는, 타측 상면에는 상기 제1 이송관(400)과 연결되는 제4 개구부(511)가 구비되는 한편, 저면에는 제5 개구부(512)가 구비된 내부가 비어 있는 원통 형상의 제3 드럼(510), 및 상기 제3 드럼(510) 내부에 위치하는 제1 이송스크류(520)를 포함하되, 상기 제5 개구부(512)는 슬릿 모양이고 길이 방향을 따라 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 바이오매스 탄화기에서, 상기 제2 이송부재(600)는, 길이 방향을 따라 구비되며 일부분이 상기 하우징(100) 외부로 돌출하는 제2 이송스크류(610), 상기 제2 이송스크류(610) 아래에 위치하면서 상부가 개방되고 아래로 갈수록 단면적이 작아지는 반원기둥 형상의 포집부(620), 외부로 돌출한 제2 이송스크류(610)를 감싸도록 배치되며 타측 단부는 밀폐되는 한편 저면에는 탄화물이 배출되는 제6 개구부(631)가 구비된 제2 이송관(630)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 바이오매스 탄화기에서, 상기 포집부(620)에 모인 탄화물의 높이를 측정하기 위한 레벨센서(724)가 상기 하우징(100) 내부에 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 바이오매스 탄화기에서, 상기 제2 드럼(320), 제1 이송스크류(520) 및 제2 이송스크류(610)를 회전시키기 위한 구동부재(700)를 더 포함하되, 상기 구동부재(700)는, 모터(710); 상기 모터(710)와 상기 제2 드럼(320) 타측을 연결하는 제1 체인(721), 상기 모터(710)와 제1 이송스크류(520) 타측을 연결하는 제2 체인(722), 및 제1 이송스크류(520) 일측과 상기 제2 이송스크류(610) 일측을 연결하는 제3 체인(723)을 포함하는 체인(720); 및 상기 제2 이송스크류(610) 일측에 구비된 전자 클러치(730)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 바이오매스 탄화기에서, 상기 제2 드럼(320) 내부로 에어를 공급하기 위한 송풍부재(800)를 더 포함하되, 상기 송풍부재(800)는, 상기 제2 드럼(320) 타측과 연통되도록 연결된 에어 공급 배관(810), 및 상기 에어 공급 배관(810)과 연결된 송풍기(820)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오매스 탄화기에 의하면, 다량의 수분이 포함된 축분을 사용하더라도 탄화물을 생산할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명의 바이오매스 탄화기에 의하면, 열분해시 발생한 가연성 가스를 열원으로 사용하기 때문에 에너지 비용을 절약할 수 있다는 이점이 있다.

게다가 본 발명의 바이오매스 탄화기에 의하면, 투입된 원료가 지그재그 및 하방을 향해 이동하도록 운반하는 구조이어서, 설치부지를 최소할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오매스 탄화기를 일 방향에서 바라본 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 바이오매스 탄화기를 타 방향에서 바라본 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 바이오매스 탄화기를 일 방향에서 바라본 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 바이오매스 탄화기를 타 방향에서 바라본 정면도이다.
도 5는 도 2에 도시한 바이오매스 탄화기의 분해 사시도이다.
도 6은 도 2에 도시한 바이오매스 탄화기를 A-A방향을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 도 2에 도시한 바이오매스 탄화기를 A-A방향을 따라 절단한 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시한 바이오매스 탄화기에서 제3 드럼과 제2 이송관의 확대 사시도이다.
도 9는 도 2에 도시한 바이오매스 탄화기를 B-B방향을 따라 절단한 단면도이다.
도 10은 도 2에 도시한 바이오매스 탄화기를 B-B방향을 따라 절단한 사시도이다.

본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바이오매스 탄화기에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

명세서 전체에서 ‘일측’은 원료가 투입되는 입구 측, ‘타측’은 탄화물이 배출되는 출구 측을 의미한다. 또 ‘제1 길이 방향’은 원료가 투입되는 입구 방향에서 탄화물이 배출되는 출구 방향, 그리고 ‘제2 길이 방향’은 제1 길이 방향과 반대 방향인 탄화물이 배출되는 출구 방향에서 원료가 투입되는 입구 방향으로 정의하기로 한다. 또 하우징에 유입되기 전의 바이오매스는 원료로 정의하며, 비록 완전한 열분해가 진행되지 않았더라도 설명의 편의를 위해 하우징 내부의 바이오매스는 탄화물이라고 정의하기로 한다.

본 발명에서 바이오매스는 축분, 보다 정확하게는 우분 또는 돈분을 의미하지만 반드시 이들로 제한하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오매스 탄화기를 일 방향에서 바라본 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 바이오매스 탄화기를 타 방향에서 바라본 사시도이다. 또 도 3은 도 1에 도시한 바이오매스 탄화기를 일 방향에서 바라본 정면도, 도 4는 도 1에 도시한 바이오매스 탄화기를 타 방향에서 바라본 정면도이고, 도 5는 도 2에 도시한 바이오매스 탄화기의 분해 사시도이다.

도 1 내지 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바이오매스 탄화기는, 하우징(100), 구획판(200), 가열부재(300), 제1 이송관(400), 제1 이송부재(500), 제2 이송부재(600), 구동부재(700), 송풍부재(800), 및 다이부(900)를 포함하여 구성된다.

먼저 하우징(100)은 전술한 구획판(200), 가열부재(300), 제1 이송관(400), 제1 이송부재(500) 및 제2 이송부재(600)를 수납할 수 있도록, 내부가 비어 있으며 전체적인 외형은 장방형 육면체일 수 있다.

그리고 상부 일측에는 탄화대상물에 해당되는 원료, 상세하게는 일정 수분을 함유한 축분이나 우분 등 바이오매스가 하우징(100) 내부로 유입될 수 있도록 원료 투입구(110)가 마련된다.

여기서, 하우징(100)의 재질은 특별히 제한하지 않지만 고온으로 가열 내지 가온하여 바이오매스의 유기물을 열분해해야 하므로 단열성이 우수한 소재인 것이 바람직하다.

구획판(200)은 탄화기의 열손실방지를 위한 것으로 하우징(100) 내부를 2개의 공간부, 보다 상세하게는 400℃ 이상의 고온으로 유지되는 상부 공간부(S1)와, 대략 200℃ 이하로 유지되는 상대적으로 저온인 하부 공간부(S2)로 구분하기 위한 것으로, 외형은 대략 플레이트 모양이다.

제1 드럼(310), 제2 드럼(320) 및 히팅 자켓(330)으로 구성되는 가열부재(300)는 상부 공간부(S1)에 위치하는데 투입된 원료를 가열하면서 제1 길이 방향으로 운반하기 위한 것이고, 제1 이송관(400)은 열분해된 탄화물을 하부 공간부(S2)로 가이드하기 위한 것이다.

제3 드럼(510)과 제1 이송스크류(520)로 구성되는 제1 이송부재(500)는 가열부재(300) 아래인 하부 공간부(S2)에 위치하여 제1 이송관(400)에 의해 운반된 탄화물을 제2 길이 방향으로 운반한다.

또 제2 이송스크류(610), 포집부(620) 및 제2 이송관(630)으로 구성되는 제2 이송부재(600)는 하부 공간부(S2), 보다 상세하게는 제1 이송부재(500) 아래에 위치하여 탄화물을 제1 방향으로 운반한 후 하우징(100) 외부로 배출하기 위한 구성으로, 이들 가열부재(300), 제1 이송관(400), 제1 이송부재(500) 및 제2 이송부재(600)와 관련한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

구동부재(700)는 제2 드럼(320), 제1 이송스크류(520) 및 제2 이송스크류(610)를 회전시키기 위한 것으로, 모터(710), 체인(720), 전자 클러치(730) 및 롤러(740)를 포함하여 구성된다.

체인(720)은 제1 체인(721), 제2 체인(722) 및 제3 체인(723) 등 총 3개로 구성된다. 제1 체인(721)은 모터(710)와 하우징(100) 외부로 돌출하도록 연장된 제2 드럼(320) 타측에 장착되어 있는 제1 원판기어(323)와 연결되며, 제2 체인(722)은 모터(710)와 하우징(100) 외부로 돌출하도록 연장된 제1 이송스크류(520) 타측의 제2 원판기어(521)와 연결하도록 체결된다. 또 제3 체인(723)은 하우징(100) 외부로 돌출하도록 연장된 제1 이송스크류(520) 일측의 제3 원판기어(522)와 제2 이송스크류(610) 일측의 제4 원판기어(611)가 서로 연결되도록 체결된다.

롤러(740)는 제2 회전드럼(320)의 일측 외면과 밀착하도록 배치된 한 쌍의 제1 롤러(741)와, 타측 외면과 밀착하도록 배치된 한 쌍의 제2 롤러(742)로 구성될 수 있고, 이러한 롤러(740)에 의해 제2 회전드럼(320)을 지지하는 한편 원활하게 회전할 수 있도록 도와준다.

상기와 같이 본 발명의 탄화기에서는 한 개의 모터(710)를 사용하더라도, 제2 드럼(320), 제1 이송스크류(520) 및 제2 이송스크류(610)를 동시에 회전시키는 것이 가능하여, 설치 비용을 줄일 수 있다.

한편 전자 클러치(730)는 제2 이송스크류(610) 일측의 제4 원판기어(611) 인근에 위치하여, 제2 이송스크류(610)의 회전 여부를 제어하는데 이와 관련하여서는 후술하기로 한다.

송풍부재(800)는 원료를 열분해하는 과정에서 발생하는 가연성 가스, 예를 들어 메탄 등 탄화수소류, 일산화탄소 및 수소 등이 발생하며 이들 가연성 가스가 연소될 시 필요한 에어를 공급하기 위한 구성으로, 제2 드럼(320) 타측과 연통되도록 연결된 에어 공급 배관(810), 및 에어 공급 배관(810)과 연결된 송풍기(820)를 포함하여 구성될 수 있다.

다이부(900)는 전술한 모터(710)와 송풍기(820)를 안정적으로 지지하기 위한 구성으로, 플레이트 모양의 제1 다이(910)와 제2 다이(920), 그리고 이들 제1 다이(910)와 제2 다이(920)를 지지하기 위한 다수개의 다리(930)로 구성될 수 있다.

이때, 송풍기(820)는 제1 다이(910), 모터(710)는 제2 다이(920)에 안착될 수 있다.

도 6은 도 2에 도시한 바이오매스 탄화기를 A-A방향을 따라 절단한 단면도이고, 도 7은 도 2에 도시한 바이오매스 탄화기를 A-A방향을 따라 절단한 사시도이다. 또 도 8은 도 7에 도시한 바이오매스 탄화기에서 제3 드럼과 제2 이송관의 확대 사시도, 도 9는 도 2에 도시한 바이오매스 탄화기를 B-B방향을 따라 절단한 단면도 그리고 도 10은 도 2에 도시한 바이오매스 탄화기를 B-B방향을 따라 절단한 사시도이다.

이들 도 6 내지 10을 참조하면서 가열부재(300), 제1 이송관(400), 제1 이송부재(500) 및 제2 이송부재(600)에 관해 상세하게 설명하기로 한다.

제1 공간부(S1)에 위치하는 가열부재(300)는 원료의 수분을 제거하면서 유기물의 열분해를 진행하고 또 탄화물을 운반하기 위한 구성으로, 제1 드럼(310), 제2 드럼(320) 및 히팅 자켓(330)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 제1 드럼(310)은 하우징(100)의 길이 방향을 따라 위치하며 내부가 비어 있는 긴 원통 형상으로, 일측 상면에는 원료 투입구(110)와 연결되는 제1 개구부(311)가 구비되는 한편, 타측 하면에는 제1 이송관(400)과 연결될 수 있도록 제2 개구부(312)가 마련되어 있다.

제2 드럼(320)은 내부가 비어 있는 원통형으로, 제1 드럼(310) 내부에 위치하면서 양측 단부는 하우징(100) 외부로 일정 길이 돌출하도록 위치하며, 외면을 따라서는 탄화물의 운반을 위해 나선 모양의 제1 이송날개(321)가 구비된다. 또 타측 가장자리 부근에는 가연성 가스가 내부로 유입될 수 있도록 다수개의 제3 개구부(322)가 형성되는 한편, 가연성 가스의 연소를 위한 점화 플러그(미도시)가 타측 내부에 마련되어 있고, 게다가 타측 단부에는 전술한 제1 체인(721)이 체결될 수 있도록 제1 원판기어(323)가 장착되어 있다.

히팅 자켓(330)은 제1 드럼(310) 외면을 감싸도록 배치되며, 일예로 세라믹 소재일 수 있으며, 비록 도면에는 도시하지 않았지만 히팅 자켓(330)을 가열하기 위한 별도의 전원 케이블(미도시)이 연결된다.

제1 이송관(400)은 내부가 비어 있는 원통 형상으로 제1 드럼(310)에서 배출되는 탄화물을 제1 이송부재(500)로 운반하기 위한 구성으로, 일측 가장자리는 제1 드럼(310)의 제2 개구부(312)와 연결된 채 수직하게 위치하고 있다.

계속해서, 제2 공간부(S2)에 위치하는 제1 이송부재(500)는 내부가 비어 있는 긴 원통 형상으로 하우징(100)의 길이 방향을 따라 위치하는 제3 드럼(510)과, 제3 드럼(510) 내부에 위치하는 제1 이송스크류(520)를 포함하여 구성된다.

여기서, 제3 드럼(510) 타측 상면에는 제1 이송관(400)의 타측 가장자리와 연결될 수 있도록 제4 개구부(511)가 구비되어 있다.

제1 이송스크류(520)의 타측 단부에는 전술한 제2 체인(722)이 체결될 수 있도록 제2 원판기어(521)가 구비되어 있으며, 일측 단부에는 제3 체인(723)이 체결될 수 있도록 제3 원판기어(522)가 장착되어 있다.

특히 제3 드럼(510) 저면, 상세하게는 아래를 향하는 저면에는 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 있는 슬릿 모양의 제5 개구부(512)가 다수개 형성되어 있는데, 이는 제2 이송부재(600)로 운반된 탄화물이 특정 영역에만 집중되는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉, 제1 이송스크류(520)의 회전에 의해 탄화물이 이동하는데, 이때 제3 드럼(510)의 길이 방향을 따라 구비된 다수개의 제5 개구부(512)를 통해 원료가 아래로 떨어지므로 특정 영역에만 탄화물이 쌓이는 것을 방지할 수 있다.

제2 공간부(S2)에 위치하면서 제1 이송부재(500) 아래에 구비된 제2 이송부재(600)는, 제2 이송스크류(610), 포집부(620) 및 제2 이송관(630)을 포함하여 구성된다.

제2 이송스크류(610)는 길이 방향을 따라 구비되며 양측 가장자리 일부분이 하우징(100) 외부로 돌출하도록 배치되는데, 일측 단부에는 제3 체인(723)과 체결될 수 있도록 제4 원판기어(611)가 장착되어 있다.

포집부(620)는 제3 드럼(510)으로부터 운반된 탄화물을 모으기 위한 것으로, 제2 이송스크류(610)를 아래에서 감싸는 모양으로 배치된다. 상세하게, 포집부(620)는 상부가 개방되고 또 탄화물이 잘 모일 수 있도록 아래로 갈수록 단면적이 작아지는 반원기둥 형상이다.

제2 이송관(630)은 탄화물을 외부로 배출하기 위한 구성으로 하우징(100) 외부에 노출되도록 위치한다. 구체적으로, 내부가 비어 있는 원통 형상으로, 일측 단부는 포집부(620)와 연통되며 타측 단부는 막혀 있고, 저면에는 탄화물이 배출되는 제6 개구부(631)가 형성되어 있다.

한편 도면에는 도시하지 않았지만, 포집부(620)가 위치하는 하우징(100) 내면에는 포집부(620)에 모인 탄화물의 높이를 측정하기 위한 레벨센서가 구비되는 것이 바람직하다. 레벨센서에서 측정한 탄화물의 높이가 설정된 높이에 도달하면 전자 클러치(730)로 신호를 전송하여 제2 이송스크류(610)를 회전시켜 탄화물을 배출하고, 반대로 설정된 높이까지 탄화물이 모이지 않았을 시에는 제2 이송스크류(610)가 작동하지 못하도록 전자 클러치(730)가 작동한다.

이하에서는 전술한 구성으로 이루어진 탄화기를 사용하여 바이오매스를 탄화하는 과정에 관해 설명하기로 한다.

먼저 상부 공간부(S1)에 위치하는 제1 드럼(310)이 400~700℃ 정도가 되도록 가열한다. 구체적으로, 제1 드럼(310) 외면을 감싸고 있는 히팅 자켓(330)에 전원을 공급하여 제1 드럼(310)을 가열한다.

이어서 원료인 일정 수분을 함유하고 있는 바이오매스를 하우징의 원료 투입구(110)를 통해 공급하는 한편, 모터(710)를 작동시켜 제2 드럼(320)과 제1 이송스크류(520)를 회전시킨다.

그러면 유입된 원료는 건조와 열분해가 진행되어 가연성 가스를 발생시키면서 제1 길이 방향으로 서서히 이동하여 제1 이송관(400)으로 유입된다.

한편 열분해에 의해 일정량의 가연성 가스가 생성되면 가연성 가스를 연소시켜 열분해에 필요한 에너지원으로 사용한다. 상세하게는, 송풍기(820)를 작동시켜 제2 드럼(320) 내부로 외부 공기를 유입시키면, 가연성 가스는 제3 개구부(322)를 통해 제2 드럼(320) 내부로 함께 빨려 들어가기 때문에 점화 플러그의 전원 공급에 의해 제2 드럼(320) 내부에서 연소반응이 일어난다.

물론 열분해가 진행되어야 하므로 공급되는 공기는 가연성 가스의 연소에 필요한 양만큼 공급하는 것이 바람직하다. 또 가연성 가스의 연소에 의해 생성된 열원만으로 제1 드럼(310) 내부가 설정한 온도를 유지할 수 있다면 히팅 자켓(330)의 전원 공급을 차단해도 무방하며, 가연성 가스가 부족할 시에는 히팅 자켓(330)을 작동시켜 열원을 보충하는 방식으로 운전되는 것이 바람직하다.

제1 이송관(400)을 통해 제3 드럼(510)으로 유입된 탄화물의 상당량은 열분해가 진행된 상태이나, 아직 열분해가 완전히 진행되지 않은 일부 원료가 남아 있을 수 있으므로, 제2 길이 방향을 향해 원료를 서서히 이동시키면서 탄화물을 아래로 떨어뜨린다.

즉, 제3 드럼(510)의 저면에는 제5 개구부(512)가 다수개 형성되어 있어 제1 이송스크류(520)에 의해 이송되는 과정에서 탄화물들이 아래로 떨어지게 되는 것이다.

특히 포집부(620)로의 균등한 배분을 위해, 제5 개구부(512)는 슬릿 모양이면서 길이 방향을 따라 소정 간격 이격된 다수개로 이루어져 있는 것이 좋다.

여기서, 제3 드럼(510)은 구획판(200)에 의해 차단되어 있는 하부 공간부(S2)에 위치하기 때문에 대략 200~400℃ 정도 범위일 수 있다.

마지막으로, 포집부(620)에 쌓인 탄화물은 제2 이송스크류(620)에 의해 제1 길이 방향으로 이동된 후, 제2 이송관(630)의 제6 개구부(631)를 통해 하우징 외부로 배출된다.

제3 드럼(510)에서 공급된 탄화물은 여전히 고온이어서 외부 반출시 열손실과 발화의 위험성이 있어 서냉이 필요하고 따라서 포집부(620)에서 일시적으로 체류하는 것이 바람직하다.

한편 포집부(620)에 쌓인 탄화물이 설정된 높이만큼 쌓일 시에만 배출시키는 것이 바람직하다. 좀 더 상세하게 설명하면, 포집부(620)에 쌓인 탄화물이 설정된 높이만큼 쌓이지 않으면 탄화물이 외부로 배출되지 못하도록 제2 이송스크류(610)는 작동하지 않는다.

이는 제2 이송스크류(610)의 회전을 최소화하여 마모를 방지하고, 제2 이송스크류(610)의 회전을 제어하는 전자 클러치(730)의 작동 빈도를 줄여 수명을 늘이며, 또 비교적 높은 온도에서 일정 시간 체류시키는 것이 고품질의 탄화물을 얻는데 유리하기 때문이다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.

100: 하우징 110: 원료 투입구
200: 구획판
300: 가열부재
310: 제1 드럼
311: 제1 개구부 312: 제2 개구부
320: 제2 드럼
321: 제1 이송날개 322: 제3 개구부
323: 제1 원판기어
330: 히팅 자켓
400: 제1 이송관
500: 제1 이송부재
510: 제3 드럼
511: 제4 개구부 512: 제5 개구부
520: 제1 이송스크류
521: 제2 원판기어 522: 제3 원판기어
600: 제2 이송부재
610: 제2 이송스크류 611: 제4 원판기어
620: 포집부
630: 제2 이송관 631: 제6 개구부
700: 구동부재
710: 모터
720: 체인
721: 제1 체인 722: 제2 체인
723: 제3 체인
730: 전자 클러치
740: 롤러
741: 제1 롤러 742: 제2 롤러
800: 송풍부재
810: 에어 공급 배관 820: 송풍기
900: 다이부
910: 제1 다이 920: 제2 다이
930: 다리
S1: 상부 공간부 S2: 하부 공간부

Claims

내부가 비어 있으며 상부 일측에는 원료 투입구(110)가 구비된 하우징(100);
상기 하우징(100) 내부를 상부 공간부(S1)와 하부 공간부(S2)로 분리하기 위한 구획판(200);
상기 상부 공간부(S1)에 위치하여 투입된 원료를 가열하면서 제1 길이 방향으로 탄화물을 운반하기 위한 가열부재(300);
상기 탄화물을 상기 하부 공간부(S2)로 가이드하기 위한 제1 이송관(400);
상기 하부 공간부(S2)에 위치하며 상기 제1 이송관(400)에 의해 운반된 탄화물을 제2 길이 방향으로 운반하기 위한 제1 이송부재(500); 및
상기 하부 공간부(S2)에 위치하되 상기 제1 이송부재(500) 아래에 구비되어 상기 제1 이송부재(500)에 의해 운반된 탄화물을 제1 방향으로 운반하기 위한 제2 이송부재(600); 및 구동부재(700);를 포함하되,
상기 가열부재(300)는, 일측 상면에는 상기 원료 투입구(110)와 연결되는 제1 개구부(311)가 구비되는 한편 타측 하면에는 상기 제1 이송관(400)과 연결되는 제2 개구부(312)가 구비된 채, 내부가 비어 있는 원통 형상의 제1 드럼(310); 상기 제1 드럼(310) 내부에 위치하며 외면을 따라서는 나선 모양의 제1 이송날개(321)가 구비되고 내부가 비어 있는 원통 형상의 제2 드럼(320); 및 상기 제1 드럼(310) 외면을 감싸고 있는 히팅 자켓(330);을 포함하고,
상기 제1 이송부재(500)는, 타측 상면에는 상기 제1 이송관(400)과 연결되는 제4 개구부(511)가 구비되는 한편, 저면에는 제5 개구부(512)가 구비된 내부가 비어 있는 원통 형상의 제3 드럼(510), 및 상기 제3 드럼(510) 내부에 위치하는 제1 이송스크류(520)를 포함하되, 상기 제5 개구부(512)는 슬릿 모양이고 길이 방향을 따라 복수개 형성되고,
상기 제2 이송부재(600)는, 길이 방향을 따라 구비되며 일부분이 상기 하우징(100) 외부로 돌출하는 제2 이송스크류(610), 상기 제2 이송스크류(610) 아래에 위치하면서 상부가 개방되고 아래로 갈수록 단면적이 작아지는 반원기둥 형상의 포집부(620), 외부로 돌출한 제2 이송스크류(610)를 감싸도록 배치되며 타측 단부는 밀폐되는 한편 저면에는 탄화물이 배출되는 제6 개구부(631)가 구비된 제2 이송관(630)을 포함하고,
상기 구동부재(700)는 상기 제2 드럼(320), 제1 이송스크류(520) 및 제2 이송스크류(610)를 회전시키기 위한 구성으로, 모터(710); 상기 모터(710)와 상기 제2 드럼(320) 타측을 연결하는 제1 체인(721), 상기 모터(710)와 제1 이송스크류(520) 타측을 연결하는 제2 체인(722), 및 제1 이송스크류(520) 일측과 상기 제2 이송스크류(610) 일측을 연결하는 제3 체인(723)을 포함하는 체인(720); 및 상기 제2 이송스크류(610) 일측에 구비된 전자 클러치(730)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 탄화기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 히팅 자켓(330)은 전기에 의해 가열되는 세라믹 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 바이오매스 탄화기.
제1항에 있어서,
상기 제2 개구부(312) 인근에 위치하는 제2 드럼(320)에는 가연성 가스가 통과할 수 있는 제3 개구부(322)가 마련되고, 상기 가연성 가스가 연소될 수 있도록 상기 제2 드럼(320) 타측 내부에는 점화 플러그가 구비된 것을 특징으로 하는 바이오매스 탄화기.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 포집부(620)에 모인 탄화물의 높이를 측정하기 위한 레벨센서가 상기 하우징(100) 내부에 더 구비된 것을 특징으로 하는 바이오매스 탄화기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제2 드럼(320) 내부로 에어를 공급하기 위한 송풍부재(800)를 더 포함하되,
상기 가변형 송풍부재(800)는, 상기 제2 드럼(320) 타측과 연통되도록 연결된 에어 공급 배관(810), 및 상기 에어 공급 배관(810)과 연결된 송풍기(820)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 탄화기.