KR102619712B1 - 친환경 고체연료 바이오매스 연탄 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
바이오매스 원료인 농업부산물을 탄소중립 고형 연료로 이용하는 친환경 고체연료 바이오매스 연탄 및 그 제조 방법이 개시된다. 친환경 고체연료 바이오매스 연탄의 제조 방법은, 하부 베이스 플레이트 상에서 이동하는 상부 파트 어셈블리에 설치되고, 하부 베이스 플레이트의 하부 커버에 의해 하부측 개구부가 밀폐되며, 연탄구멍에 대응하는 복수의 핀들을 구비하고 하부 커버와 마주하는 핀 플레이트와 핀 플레이트가 삽입되는 원통형 스템퍼와 핀 플레이트에 의해 한정되는 내부 공간에 압력을 가하는 가압설비를 구비한 분말 성형기를 중심으로 수행되는 것으로써, 혼합기로 주재료의 탄화분에 첨가물을 혼합하여 연탄 원료를 생성하는 단계, 연탄 원료를 혼합기로부터 분말 성형기에 공급하는 단계 및 분말 성형기의 스템퍼의 측면 개구부를 통해 복수의 핀들 사이에 삽입되는 상기 연탄 원료를, 핀 플레이트와 하부 커버 및 스템퍼에 의해 형성되는 밀폐 공간에서 연탄 원료를 가압 성형하여 연탄을 생산하는 단계를 포함하며, 여기서, 탄화분은 바이오매스 탄화분 및 농림부산물 탄화분 중 어느 하나 이상이고, 첨가물은 규산나트륨과 실리카 중 어느 하나, 탄화분, 탄산칼슘 및 수산화나트륨을 포함한다.
Description
본 발명은 다수의 구멍이 뚫려 있어 구멍탄으로도 불리는 연탄의 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 바이오매스 원료인 농업부산물을 탄소중립 고형 연료로 이용하는 친환경 고체연료 바이오매스 연탄 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
고형탄, 특히 연탄은 무연탄을 주원료로 하여 코크스, 목탄가루 등의 다른 탄화물을 분쇄 및 배합하거나 점결제를 혼합해서 성형 및 건조시킨 원통형 고체연료로서, 공기 구멍이 뚫려 있기 때문에 구공탄 또는 구멍탄이라고도 불린다.
한국산업표준규격(구멍탄: KS E 3731: 1989 (2019 확인))에는 무연탄을 주원료로 하여 만드는 구멍탄(holed coal briquette)으로 5종류가 규정되어 있다.
| 종류 | 지름(㎜) | 높이(㎜) | 무게(㎏) | 건조무게(㎏) |
| 1호 | 150 | 142 | 3.6 이상 | 3.3 이상 |
| 2호 | 158 | 152 | 4.5 이상 | 4.1 이상 |
| 3호 | 162 | 155 | 4.8 이상 | 4.4 이상 |
| 4호 | 157 | 161 | 4.9 이상 | 4.5 이상 |
| 5호 | 215 | 142 | 7.5 이상 | 6.8 이상 |
이 규정에서, 지름의 허용차는 ±1%, 높이의 허용차는 ±3%로 하며, 무게는 구멍탄을 만든 직후의 무게이다. 그리고, 구멍탄의 발열량은 4500kcal/㎏ 이상이어야 하고, 300㎜에서 전락시켰을 때 부서지지 않아야 한다.
연탄의 착화연소 시간은 보통 약 30분 정도가 소요되고 대기 중에 노출하여 연소시킬 경우 완전 연소에 걸리는 시간은 약 8시간 정도이다. 연탄이 탈 때 발생하는 유독성 가스는 비중이 0.6으로 공기보다 가벼워 금방 퍼지는 성질이 있으나, 실내 공간에서 공기 중 0.05% 이상이면 일산화탄소 중독 상태가 되어 인명피해로 이어지는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 국내 무연탄의 경우, 자원 고갈로 원료 채탄이 어렵고, 현재 장성과 화순, 도계 광업소에서 생산 중에 있으나 점차 품질이 저하되고 있는 실정이다. 수입 무연탄의 경우, 기름 성분이 많아 국내 석탄과의 배합 과정에서 일정 비율 이상 혼합할 수 없고, 중국에서 수입되던 북한산 무연탄의 경우, 고품질임에도 수입이 제한되고 있는 실정으로 석탄 공사에서는 해외 무연탄 탐사를 수시로 진행하고 있지만 현실적인 대안 제시는 못하고 있는 실정이다.
또한, 지구온난화, 대기 오염 등의 환경문제로 인해 최근 친환경 연탄에 대한 관심이 크게 높아져 있다. 하지만, 친환경 연탄을 위한 바이오매스 등의 연탄 원료를 사용하여 연탄을 제조하는 경우, 제조된 연탄의 경도가 부족하여 타고난 연탄이 쉽게 부서지는 등 기존 무연탄 기반의 연탄에 비해 경도가 크게 떨어지는 문제가 있다. 특히, 기존 바이오매스 기반 연탄은 보통 3500kcal/㎏의 열량을 가지므로, 연탄에 요구되는 열량(4500kcal/㎏) 이상을 확보하기가 쉽지 않은 문제가 있다.
이와 같이, 연탄 사용에 있어서 일산화탄소 및 중금속의 발생량이나 잔류 함량을 비약적으로 감소시킬 수 있고, 환경오염 및 일산화탄소 중독 위험을 크게 낮출 수 있는 친환경 연탄이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 종래 기술의 한계를 개선하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 친환경 바이오매스 원료와 이에 적합한 새로운 제조 방법을 채용하여 기존 바이오매스 기반 연탄의 열량부족을 해소할 수 있는, 친환경 고체연료 바이오매스 연탄 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 기존 바이오매스 기반 연탄의 경도 부족으로 연소된 연탄이 쉽게 부서지는 문제를 해결할 수 있는 친환경 고경도 고체연료 바이오매스 연탄 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존의 무연탄 기반 연탄과 유사한 연소 시간을 확보할 수 있는 친환경 고체연료 바이오매스 연탄 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 연소 후 남은 물질에 일산화탄소 및 중금속의 함량을 비약적으로 감소시킬 수 있고, 그에 의해 환경 오염 및 일산화탄소 중독 위험을 크게 낮출 수 있는, 친환경 고체연료 바이오매스 연탄 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 친환경 고체연료 바이오매스 연탄의 제조 방법은, 하부 베이스 플레이트 상에서 이동하는 상부 파트 어셈블리에 설치되고, 상기 하부 베이스 플레이트의 하부 커버에 의해 하부측 개구부가 밀폐되며, 연탄구멍에 대응하는 복수의 핀들을 구비하고 상기 하부 커버와 마주하는 핀 플레이트와 상기 핀 플레이트가 삽입되는 원통형 스템퍼와 상기 핀 플레이트에 의해 한정되는 공간에 압력을 가하는 가압유닛을 구비하는 분말 성형기를 포함한 연탄 제조 장치에 의해 수행되는 바이오매스 기반의 친환경 연탄을 제조하는 방법으로서, 혼합기로 주재료의 탄화분에 첨가물을 혼합하여 연탄 원료를 생성하는 단계; 상기 연탄 원료를 상기 혼합기로부터 분말 성형기에 공급하는 단계; 및 상기 분말 성형기의 스템퍼의 측면 개구부를 통해 복수의 핀들 사이에 삽입되는 상기 연탄 원료를, 핀 플레이트와 하부 커버 및 스템퍼에 의해 형성되는 밀폐 공간에서 상기 연탄 원료를 가압 성형하여 연탄을 생산하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 탄화분은 바이오매스 탄화분 및 농림부산물 탄화분 중 어느 하나 이상이고, 상기 첨가물은 규산나트륨과 실리카 중 어느 하나, 탄화분, 탄산칼슘 및 수산화나트륨을 포함한다.
일실시예에서, 친환경 고체연료 바이오매스 연탄의 제조 방법은, 상기 연탄을 생산하는 단계 후에, 상기 가압 성형된 연탄을 상기 하부 커버 상에서 배출하는 단계, 및 상기 배출된 연탄을 이송장치에 의해 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 친환경 고체연료 바이오매스 연탄은, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 제조 방법에 의해 제조된 연탄을 포함한다.
일실시예에서, 연탄 원료는 탄화분 100중량부에 대하여 규산나트륨 12~30중량부, 탄산칼슘 0.05중량부, 수산화나트륨 0.25~0.6중량부를 함유한다.
일실시예에서, 연탄 원료는 소정량의 전분과 수분을 더 함유할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 친환경 고체연료 바이오매스 연탄의 제조 방법은, 연탄 구멍에 대응하는 복수의 홈들을 구비하는 하부 커버가 설치된 하부 베이스 플레이트, 및 상기 하부 베이스 플레이트 상에서 왕복 운동하는 상부 파트 어셈블리를 구비하는 연탄 제조 장치에 의한 친환경 고체연료 바이오매스 연탄의 제조 방법으로서, 스탬퍼가 내부에 삽입되는 내경을 구비하는 중공 원통 형태의 셔틀 몰드의 측면 중공부와 상기 상부 파트 어셈블리의 스탬퍼의 측면 중공부를 통해 상기 스탬퍼 내부에 설치된 복수의 핀들 사이에 연탄 원료를 공급하는 단계; 상기 상부 파트 어셈블리에 설치된 제1 액추에이터의 동작에 따라 상기 스탬퍼와 상기 제1 액추에이터 사이에서 상기 제1 액추에이터 하부로 스토퍼 파이프를 이동시켜 복수의 핀들(pins);을 구비하는 핀 플레이트를 지지하고 고정하는 단계; 및 상기 제1 액추에이터의 구동축에 연결되는 상기 핀 플레이트를 상기 제1 액추에이터의 동작에 의해 상기 하부 커버 측으로 가압하는 단계;를 포함한다. 여기서, 상기 상부 파트 어셈블리가 상기 하부 베이스 플레이트 측으로 최대 이동한 상태에서, 상기 복수의 핀들의 말단부들은 상기 복수의 홈들에 각각 삽입되고, 상기 셔틀 몰드의 하부측 개구부는 상기 하부 커버에 의해 밀폐된다.
일실시예에서, 친환경 고체연료 바이오매스 연탄의 제조 방법은, 상기 스템퍼 플레이트 및 상기 셔틀 플레이트 중 어느 하나 또는 양측에 설치되는 제2 액추에이터에 의해 상기 스토퍼 파이프의 락위치 이동 및 원위치 복귀를 선택적으로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 바이오매스 원료인 농업부산물 등을 이용해 기존의 무연탄 기반의 연탄을 대체함으로써 탄소중립 고형연료를 제공할 수 있다. 즉, 바이오 매스 기반의 연탄은 파리협정 및 각종 환경협정에서 바이오매스 에너지를 자원 순환으로 인식하므로 탄소중립에 포함되므로, 이러한 고체연료인 바이오매스 원료를 이용하여 고품질의 친환경 연탄을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 일산화탄소, 중금속 등의 오염물질이 저감된 연소 잔유물을 배출하여 폐기 비용 및 환경오염의 위험을 낮추고, 사용 중 일산화탄소 중독의 위험을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 친환경 바이오매스 원료와 이에 적합한 새로운 제조 방법을 채용하여 기존 바이오매스 기반 연탄의 열량부족을 해소할 수 있는 고품질 친환경 연탄 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기존 바이오매스 기반 연탄의 경도 부족으로 연소된 연탄이 쉽게 부서지는 문제를 해결하는 친환경 고경도 바이오매스 연탄 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기존의 무연탄 기반 연탄과 유사한 연소 시간을 확보함으로써 사용 편의성 및 신뢰성을 갖춘 친환경 고체연료 바이오매스 연탄 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 친환경 고체연료 바이오매스 연탄의 제조 장치(이하 간략히 '연탄 제조 장치'라고 함)를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 연탄 제조 장치에 의한 연탄 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 도 1의 연탄 제조 장치를 구현한 장치 구성의 일부분을 예시한 부분 투시 정면도이다.
도 4는 도 3의 연탄 제조 장치의 주요 사용 상태를 나타낸 부분 투시 부분 정면도이다.
도 5는 도 3의 연탄 제조 장치의 상부 파트 어셈블리에 채용할 수 있는 핀 파트(pin part)를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 6은 도 5의 핀 파트에 대한 개략적인 평면도이다.
도 7은 도 3의 연탄 제조 장치의 상부 파트 어셈블리에 채용할 수 있는 스탬퍼 파트(stamper part)를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 8은 도 7의 스탬퍼 파트에 대한 개략적인 평면도이다.
도 9는 도 3의 연탄 제조 장치의 상부 파트 어셈블리에 채용할 수 있는 셔틀 파트(shuttle part)를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 10은 도 9의 셔틀 파트에 대한 개략적인 평면도이다.
도 11은 도 3의 연탄 제조 장치에 채용할 수 있는 분말 성형기의 주요 구성을 설명하기 위한 부분 투시 정면도이다.
도 12는 도 11의 분말 성형기에 채용할 수 있는 스탬퍼(stamper)를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 12의 분말 성형기에 채용할 수 있는 스토퍼 파이프(stopper pipe)을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 12의 분말 성형기에 채용할 수 있는 내부 구성 부품을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 3의 연탄 제조 장치의 하부 베이스 플레이트를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 16은 도 1 또는 도 3의 연탄 제조 장치의 연탄 제조 원리를 적용하여 연탄을 생산하기 위한 간이 연탄 제조 장치에 대한 예시도이다.
도 17은 도 16의 간이 연탄 제조 장치에 의해 제조된 연탄에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 연탄 제조 장치에 의한 연탄 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 도 1의 연탄 제조 장치를 구현한 장치 구성의 일부분을 예시한 부분 투시 정면도이다.
도 4는 도 3의 연탄 제조 장치의 주요 사용 상태를 나타낸 부분 투시 부분 정면도이다.
도 5는 도 3의 연탄 제조 장치의 상부 파트 어셈블리에 채용할 수 있는 핀 파트(pin part)를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 6은 도 5의 핀 파트에 대한 개략적인 평면도이다.
도 7은 도 3의 연탄 제조 장치의 상부 파트 어셈블리에 채용할 수 있는 스탬퍼 파트(stamper part)를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 8은 도 7의 스탬퍼 파트에 대한 개략적인 평면도이다.
도 9는 도 3의 연탄 제조 장치의 상부 파트 어셈블리에 채용할 수 있는 셔틀 파트(shuttle part)를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 10은 도 9의 셔틀 파트에 대한 개략적인 평면도이다.
도 11은 도 3의 연탄 제조 장치에 채용할 수 있는 분말 성형기의 주요 구성을 설명하기 위한 부분 투시 정면도이다.
도 12는 도 11의 분말 성형기에 채용할 수 있는 스탬퍼(stamper)를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 12의 분말 성형기에 채용할 수 있는 스토퍼 파이프(stopper pipe)을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 12의 분말 성형기에 채용할 수 있는 내부 구성 부품을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 3의 연탄 제조 장치의 하부 베이스 플레이트를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 16은 도 1 또는 도 3의 연탄 제조 장치의 연탄 제조 원리를 적용하여 연탄을 생산하기 위한 간이 연탄 제조 장치에 대한 예시도이다.
도 17은 도 16의 간이 연탄 제조 장치에 의해 제조된 연탄에 대한 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 친환경 고체연료 바이오매스 연탄의 제조 장치(이하 간략히 '연탄 제조 장치'라고 함)를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 연탄 제조 장치는, 하부 베이스 플레이트(100), 상부 파트 어셈블리(200), 메인 액추에이터(300), 원료 공급 장치(400), 연탄 배출 장치(500), 연탄 이송 장치(600) 및 제어장치(700)를 구비할 수 있다.
하부 베이스 플레이트(100)는 하부 메인 플레이트(120)와 하부 메인 플레이트(120) 상에 설치되는 하부 커버(110)를 구비한다. 하부 커버(110)는 분말 성형기(250) 내부에서 하방으로 연장하도록 설치되는 복수의 핀들의 말단부가 삽입되는 홈들을 구비할 수 있다. 홈들은 제조되는 연탄의 구멍들에 대응하도록 배열될 수 있다. 또한, 하부 커버(110) 또는 하부 커버(110)를 지지하는 하부 커버 플레이트는 하부 메인 플레이트(120) 상에 설치되는 제4 액추에이터(116)에 의해 하부 메인 플레이트(120) 상에 유격제어가능하게 설치될 수 있다. 제4 액추에이터(116)의 유격제어 동작은 제어장치(700)의 제어신호(S4)에 의해 정밀하게 제어될 수 있다.
상부 파트 어셈블리(200)는 지지 프레임의 하나인 핀 파트 플레이트(211)에 고정되는 제1 액추에이터(210)와, 제1 액추에이터(210)가 상단부에 결합하는 분말 성형기(250)를 구비한다. 상부 파트 어셈블리(200)가 제어장치(700)의 제어 신호(S1)에 따라 하부 베이스 플레이트(100) 측으로 이동할 때, 분말 성형기(250) 내 스탬퍼(252)의 하부측 개구부는 하부 커버(110)에 의해 밀폐될 수 있고, 스탬퍼(252) 내 핀 플레이트 상에 배열되는 복수의 핀들은 하부 커버(110)의 홈들에 삽입될 수 있다.
전술한 상부 파트 어셈블리(200)의 작동 상태에서 스탬퍼(252)의 측면 개구부를 통해 원료 공급 장치(400)의 연탄 원료가 스탬퍼(252) 하부의 내부 공간의 핀들 사이에 충전되고, 제어장치(700)의 제어 신호(S3) 혹은 제어 타이밍에 따른 제1 액추에이터(210)의 가압 동작에 의해 스탬퍼 하부의 내부 공간에 밀폐 충진된 연탄 원료가 연탄으로 생산될 수 있다. 이러한 분말 성형기(250)는 앞서 설명한 다른 실시예의 분말 성형기와 실질적으로 동일한 구성을 구비하고 실질적으로 동일한 작동 원리에서 동작할 수 있다.
또한, 상부 파트 어셈블리(200)는 핀 파트 플레이트(211) 상에 설치되어 제1 액추에이터(210)의 동작을 지지하는 스토퍼 파이프를 구비할 수 있다. 이 경우, 핀 파트 플레이트(211) 상에는 스토퍼 파이프의 이동 및 복귀를 위한 제2 액추에이터와 제3 액추에이터가 구비될 수 있다. 제2 및 제3 액추에이터 쌍은 제1 액추에이터(210)의 가압 동작에 따라 스토터 파이프를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시켜 핀들이 설치된 핀 플레이트 또는 핀 플레이트가 결합된 상부 커버 플레이트를 상기의 내부 공간을 밀폐시킨 위치에서 유지하고, 제1 액추에이터(210)의 복원 동작에 따라 스토퍼 파이트를 제2 위치에서 제1 위치로 복귀시켜 가압 상태를 완화시킬 수 있다.
메인 액추에이터(300)는 핀 파트 플레이트(211)에 결합하는 신축자재한 샤프트(shaft, 310)를 구비하고, 제어장치(700)의 제어에 따라 핀 파트 플레이트(211)를 상하 방향에서 왕복 운동시킬 수 있다.
원료 공급 장치(400)는 연탄 원료를 공급하는 혼합기 혹은 메인 저장 용기(410)와 메인 저장 용기(410)에 연결되어 분말 성형기(250) 내 스탬퍼(252)의 측면에 위치하는 개구부를 통해 연탄 원료를 공급하는 원료 공급관(420)을 구비할 수 있다. 메인 저장 용기(410)는 내부에 혼합기를 탑재한 구조를 구비할 수 있고, 제어장치(700)의 제어 신호(S2)에 따라 일정량의 연탄 원료를 스탬퍼(252)의 내부 공간에 공급할 수 있다.
또한, 원료 공급 장치(400)는 연탄 원료를 구성하는 원재료들을 단독으로 혹은 일부를 혼합기에 공급하는 원료 저장 용기(430)를 포함할 수 있다. 원료 저장 용기(430)는 바이오매스 탄화분이나 농업부산물 탄화분, 규산나트륨, 과망간산칼륨, 탄산칼슘, 수산화나트륨, 전분, 물 또는 이들의 조합을 저장하는 적어도 하나 이상의 용기 혹은 탱크를 포함할 수 있다. 연탄 원료는 농업부산물의 탄화분과 이 탄화분에 대하여 규산나트륨 12~30중량부, 탄산칼슘 0.05중량부, 수산화나트륨 0.25~0.6중량부, 및 소정량의 전분과 수분을 함유할 수 있다. 또한, 과망간산칼륨을 함유하는 경우, 연탄 원료는 농업부산물의 탄화분에 대하여 규산나트륨 25중량부, 과망간산칼륨 0.12중량부, 탄산칼슘 0.05중량부, 수산화나트륨 0.55중량부, 및 소정량의 전분과 수분을 함유하도록 형성될 수 있다.
또한, 원료 저장 용기(430)는 제어장치(700)의 제어 신호(S7)에 따라 혼합기 혹은 메인 저장 용기(410)에 미리 설정된 수량의 원재료를 독립적으로 공급하는 적어도 하나 이상의 펌프 등의 원재료 공급 수단을 구비할 수 있다.
연탄 배출 장치(500)는 하부 커버(110)의 상부까지 연장하는 신축자재한 암(arm, 510)을 구비한다. 암(510)은 제2 액추에이터나 다관절 로봇 등으로 구성될 수 있다. 분말 성형기(250)의 스탬퍼 내에서 연탄이 만들어지고 스탬퍼 및 분말 성형기(250)가 하부 커버(110)로부터 일정 거리이상으로 이격되어 상승할 때, 연탄 배출 장치(500)는 제어장치(700)의 제어신호(S5)에 따라 그 암(510)으로 앞서 제조되어 하부 커버(110) 상에 위치하는 연탄(B1)을 밀거나 잡아서 원하는 장소 예컨대, 연탄 이송 장치(600) 상으로 이송시킬 수 있다. 일례로, 연탄 배출 장치(500)는 하부 커버(110)와 연탄 이송 장치(600) 사이에 설치되는 경사면(140)을 따라 연탄(B1)이 이동하도록 연탄(B1)을 밀거나 잡아 이동시킬 수 있다.
연탄 이송 장치(600)는 하부 베이스 플레이트(100)의 하부 커버(110) 상에서 1차적으로 이동된 연탄(B2)을 원하는 장소로 이송할 수 있다. 연탄 이송 장치(600)는 제어장치(700)의 제어 신호(S6)에 따라 토글 방식으로 이송 동작과 정지 동작을 선택적으로 수행하도록 설치될 수 있다. 이러한 연탄 이송 장치(600)는 연탄(B2) 이송을 위한 컨테이어 벨트(610)를 포함할 수 있다.
제어장치(700)는 제어 신호(S1 내지 S7)를 통해 메인 액추에이터(310), 제1 내지 제4 액추에이터(210, 116), 원료 공급 장치(400), 원료 저장 용기(430), 연탄 배출 장치(500) 및 연탄 이송 장치(600)의 적어도 일부 동작이나 작동 타이밍을 제어할 수 있다. 이러한 제어장치(700)는 마이컴, PLC(progarmble logic controller), 마이크로프로세서, 컴퓨팅 장치 등을 포함하도록 구현될 수 있다. 또한, 제어장치(700)는 프로세서와 메모리를 구비하고, 메모리에 저장되는 연탄 제조 프로그램이나 명령어들을 실행하는 프로세서에 의해 액추에이터들, 원료 공급 장치, 연탄 배출 장치 및 연탄 이송 장치의 일련의 동작을 제어하여 분말 성형기를 통해 연탄을 제조할 수 있다.
도 2는 도 1의 연탄 제조 장치에 의한 연탄 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 실시예의 연탄 제조 방법을 구현하는 연탄 제조 장치는 하부 베이스 플레이트와 하부 베이스 플레이트 상에서 왕복 운동하는 상부 파트 어셈블리를 구비하고, 하부 베이스 플레이트는 연탄 구멍에 대응하는 복수의 홈들을 갖춘 하부 커버를 구비한다. 또한, 연탄 제조 장치는 상부 파트 어셈블리에 결합하는 분말 성형기를 구비한다. 그리고 분말 성형기는 하부 베이스 플레이트의 하부 커버에 의해 하부측 개구부가 밀폐되며, 연탄구멍에 대응하는 복수의 핀들을 구비하고 하부 커버와 마주하는 핀 플레이트를 구비하고, 핀 플레이트가 삽입되는 원통형 스템퍼를 구비하고, 핀 플레이트에 의해 한정되는 공간에 압력을 가하는 가압유닛을 구비한다.
도 2를 참조하면, 연탄 제조 방법은 먼저 혼합기를 통해 주재료인 탄화분에 첨가물인 규산나트륨/실리카, 탄산칼슘 및 수산화나트륨을 혼합하여 연탄 원료를 생성한다(S21). 첨가물은 탄화분에 대하여 규산나트륨 12~30중량부, 탄산칼슘 0.05중량부, 수산화나트륨 0.25~0.60중량부, 및 소정량의 전분과 수분을 함유하는 것이 원하는 강도의 연탄을 제조하는데 가장 바람직하다.
다음, 핀 플레이트와 하부 커버 및 스템퍼에 의한 내부 공간에 연탄 원료를 공급한다(S22). 즉, 혼합기에 저장되어 있는 연탄 원료 중 일정량의 연탄 원료를 유압식, 공압식 등의 소정의 액추에이터에 의해 구동하는 이송 수단을 통해 분말 성형기의 스템퍼의 측면 개구부를 통해 분말 성형기 내부로 투입할 수 있다.
여기서, 핀 플레이트와 하부 커버 및 스템퍼에 의해 분말 성형기 내부에 밀폐 공간이 형성되고, 상기의 일정량의 연탄 원료는 전술한 밀폐 공간에 투입된다. 즉, 스탬퍼가 내부에 삽입되는 내경을 구비하는 중공 원통 형태의 셔틀 몰드의 측면 중공부와 상부 파트 어셈블리의 스탬퍼의 측면 중공부를 통해 스탬퍼 내부에 설치된 복수의 핀들 사이에 연탄 원료가 공급될 수 있다.
다음, 액추에이터의 구동축에 연결된 핀 플레이트를 하부 커버 측으로 가압하여 연탄 원료를 성형한다(S23). 본 단계에서는 상부 파트 어셈블리에 설치된 제1 액추에이터의 동작에 따라 스탬퍼와 제1 액추에이터 사이에서 제1 액추에이터 하부로 스토퍼 파이프를 이동시켜 복수의 핀들(pins)을 구비하는 핀 플레이트를 지지하고 고정한 후, 제1 액추에이터의 구동축에 연결되는 핀 플레이트를 제1 액추에이터의 동작에 의해 하부 커버 측으로 밀어 가압하는 동작들이 수행될 수 있다. 또한, 본 단계에서는 상부 파트 어셈블리가 하부 베이스 플레이트 측으로 최대 이동한 상태에서, 복수의 핀들의 말단부들은 하부 커버의 복수의 홈들에 각각 삽입되고, 셔틀 몰드의 하부측 개구부는 하부 커버에 의해 밀폐될 수 있다. 이러한 구조를 통해 분말 성형기 내부의 밀폐 공간에서 다수의 구멍을 가진 연탄을 가압 성형하여 생산할 수 있다. 한편, 후술할 스템퍼 플레이트 및 셔틀 플레이트 중 어느 하나 또는 양측에 설치되는 제2 액추에이터에 의해 스토퍼 파이프의 락위치 이동 및 원위치 복귀를 선택적으로 제어한 후에 가압 성형 과정을 수행한 후에 다시 다음 연탄을 제조하기 위한 과정 및 상태로 되돌아갈 수 있다.
다음, 가압 성형된 연탄을 하부 커버를 통해 배출할 수 있다(S24). 연탄의 연속 제조 공정을 위해, 하부 커버는 그 하부측으로 연탄을 배출할 수 있도록 설치될 수 있다.
다음, 배출된 연탄을 하부 커버 하부에 설치된 이송장치로 연탄제조장치 외부로 이송할 수 있다(S25). 또한, 연탄의 연속 제조 공정을 위해, 하부 커버의 하부측에는 이송장치가 설치되어 하부 커버를 통해 배출된 연탄을 벨트컨베이어 등을 이용하는 이송 방식으로 연탄 제조 장치 외부로 이송할 수 있다.
도 3은 도 1의 연탄 제조 장치를 구현한 장치 구성의 일부분을 예시한 부분 투시 정면도이다. 그리고 도 4는 도 3의 연탄 제조 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 부분 투시 부분 정면도이다.
도 3을 참조하면, 친환경 고체연료 바이오매스 연탄 제조 장치(이하 간략히 '연탄제조장치'라고 한다)는, 하부 베이스 플레이트(100) 상에서 상하 방향으로 왕복 운동하는 상부 파트 어셈블리(200)를 포함하고, 상부 파트 어셈블리(200)는 분말 성형기(250)를 구비한다.
여기서, 상부 파트 어셈블리(200)가 하부 베이스 플레이트(100) 상으로 이동할 때, 분말 성형기(250)의 외부 몸체를 형성하는 셔틀 몰드(253)의 내부에 끼워지는 스탬퍼(252)의 하부측 개구부는 하부 베이스 플레이트(100) 상의 하부 커버(110)에 의해 밀폐된다. 스탬퍼(252)는 복수의 핀들(258)이 연장하는 내부 공간을 구비한다. 복수의 핀들(258)은 연탄 구멍을 형성하는데 이용된다.
내부 공간은 연탄 원료가 충진되어 연탄을 생산하는 공간으로써 복수의 핀들(258)의 말단부(258a)가 삽입되는 홈들(112)을 구비한 하부 커버(110)와, 하부 커버(110)와 마주하는 핀 플레이트(257) 또는 핀 플레이트가 결합합되는 상부 커버와, 원통형 스탬퍼(252)의 하측 부분에 의해 한정되는 공간으로 정의될 수 있다.
핀 플레이트(257) 또는 상부 커버에는 상부측에서 하부 커버(110) 측으로 압력을 가하는 가압설비가 연결될 수 있다. 가압설비는 제1 액추에이터(210)를 포함할 수 있다. 제1 액추에이터(210)는 유압 실린더, 공압 실린더, 유압 및 공압 겸용 실린더 등을 포함할 수 있다.
각 구성요소를 좀더 구체적으로 설명하면, 먼저 하부 베이스 플레이트(100)는 하부 커버(110), 하부 커버 플레이트(110a), 탄성 부재(114), 제4 액추에이터(116), 하부 메인 플레이트(120), 가이드 부쉬 블록(guide bush block, 140)을 구비한다.
하부 베이스 플레이트(100) 상에 설치되는 하부 커버(110)는 연탄 구멍에 대응하는 복수의 홈들(112)을 구비한다. 하부 커버(110)는 복수의 하부 커버들 예컨대 4개 이상의 하부 커버들이 일정 간격으로 배열되어 일체로 형성된 하부 커버 플레이트 구조로 형성될 수 있다.
또한, 하부 커버(110)는 상부 파트 어셈블리(200)의 분말 성형기(250) 내 스탬퍼(252)의 하단측 개구부가 하부 커버 플레이트(110a) 상에 안착되는 안착부(110b)로서 기능할 수 있다. 안착부(110b)는 스탬퍼(252)의 하단측 개구부의 가장자리가 부분적으로 끼워지는 단차부나 오목부를 구비할 수 있다.
하부 커버 플레이트(110a)는 탄성 부재(114)를 게재하고 하부 메인 플레이트(120) 상에 설치될 수 있고, 하부 메인 플레이트(120)에 배치된 액추에이터(116)(이하 제4 액추에이터라고 한다)에 의해 그 측면 등이 탄성적으로 지지될 수 있다.
탄성 부재(114)는 고무, 스프링 또는 이들의 조합 형태 등의 부재를 포함하고, 제4 액추에이터(116)은 에어 실린더, 유압 실린더 등의 가압유닛을 포함할 수 있다.
이러한 탄성 부재(114)와 제4 액추에이터(116)을 구비한 하부 베이스 플레이트(100)의 구조에 의하면, 하부 베이스 플레이트(100) 상에 설치되는 하부 커버(110)의 하부측과 측면을 탄성적으로 지지함으로써 상부 파트 어셈블리(200)의 분말 성형기(250)의 하단측 개구부, 즉 스탬퍼(252)의 하단측 개구부를 하부 커버(110)에 의해 효과적으로 밀폐시킬 수 있다.
또한, 하부 베이스 플레이트(100)에 설치되는 가이드 부쉬 블록(guide bush block, 140)은, 연탄 제조 장치의 구현에 따른 선택적 구성요소로서, 상부 파트 어셈블리(200)의 가이드 포스트 블록(guide post block, 270)과 꼭맞게 끼워지도록 설치될 수 있다. 가이드 포스트 블록(270)과의 충돌이나 과도한 마모 없이 꼭맞게 끼워지도록, 가이드 부쉬 블록(140)의 내측면에는 가이드 부쉬(142)가 설치될 수 있다.
본 실시예에서 4개의 하부 커버들(110)이 설치될 수 있다. 도 3의 부분 투시 정면도에서는 뒤쪽에 위치하는 2개의 하부 커버들이 앞쪽에 위치하는 2개의 하부 커버들에 가려져 보이지 않는 것으로 가정할 수 있다. 이와 유사하게, 가이드 부쉬 블록(140)로 하부 메인 플레이트(120)의 네 모서리에 설치될 수 있다.
다음, 상부 파트 어셈블리(200)를 설명하면, 상부 파트 어셈블리(200)는 핀 파트 플레이트(211), 제1 액추에이터(210), 스탬퍼 플레이트(221), 셔틀 플레이트(231), 스템퍼(252), 셔틀 몰드(253), 스토퍼 파이프(254), 핀 플레이트(257), 핀들(258), 가이드 포스트 블록(270), 제2 액추에이터(280) 및 제3 액추에이터(290)를 구비한다.
핀 파트 플레이트(211)와 스탬퍼 플레이트(221)는 밀착 적층될 수 있고, 스탬퍼 플레이트(221)와 셔틀 플레이트(231)는 제2 액추에이터(280)과 제3 액추에이터(290)를 사이에 두고 일정 간격 이격되어 적층될 수 있다. 이 경우, 제2 액추에이터(280)는 스탬퍼 플레이트(221)의 하부면에 설치되고, 제3 액추에이터(290)는 스탬퍼 플레이트(221)의 하부면과 마주하는 셔틀 플레이트(231)의 상부면에 설치될 수 있다.
제2 액추에이터(280), 제3 액추에이터(290) 또는 이들 모두는 스탬퍼 플레이트(221) 및 셔틀 플레이트(231) 중 어느 하나 또는 양측에 설치되고 스토퍼 파이프(254)의 제2 위치 또는 락위치(lock position)로의 이동 및 제1 위치 또는 원위치로의 복귀를 선택적으로 수행하도록 동작할 수 있다. 실제로 제1 위치와 제2 위치의 위치 변화는 작아서 도 3 및 도 4에 명확하게 도시되지 않을 수 있다.
핀 파트 플레이트(211)의 하부면 상에는 제1 액추에이터(210)가 설치될 수 있고, 제1 액추에이터(210)는 분말 성형기(250)의 개수에 따라 복수개가 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 4개의 분말 성형기들(250)에 따라 4개의 제1 액추에이터들(210)이 서로 이격되어 해당 위치에 설치될 수 있다. 다만, 도 3의 부분 투시 정면도에서는 뒤쪽에 위치하는 2개의 분말 성형기들이 앞쪽에 위치하는 2개의 분말 성형기들에 가려 보이지 않는 것으로 도시되어 있다. 아울러, 각 분말 성형기는 동일한 구성을 가지나, 도시의 편의상 일부 동일 구성요소가 하나의 분말 성형기에만 도시되고 다른 분말 성형기에서는 생략될 수 있다.
또한, 핀 파트 플레이트(211)의 하부면의 네 모서리 부근에는 4개의 가이드 포스트 블록들(270)이 설치될 수 있다. 각 가이드 포스트 블록(270)은 스탬퍼 플레이트(221)와 셔틀 플레이트(231)의 개구부를 관통하거나 측면 가장자리 옆을 지나쳐 연장하도록 설치될 수 있다.
스탬퍼 플레이트(221)는 스탬퍼(252)가 관통하여 설치되는 스탬퍼 개구부를 구비한다. 스탬퍼 개구부는 스탬퍼(252) 상단의 플랜지부가 안착되는 단차부를 구비할 수 있다.
셔틀 플레이트(231)는 스탬퍼 플레이트(221)를 사이에 두고 핀 파트 플레이트(211) 상에 적층 형태로 설치되며, 셔틀 몰드(253)가 관통하도록 설치되는 셔틀 개구부를 구비한다. 셔틀 개구부는 셔틀 몰드(253)의 상단 가장자리의 플랜지부가 안착되는 단차부를 구비할 수 있다.
다음으로, 분말 성형기(250)에 대하여 좀더 상세히 설명하면, 분말 성형기(250)는, 하부 커버(110)와 마주하는 대응 위치에 설치되는 제1 액추에이터(210), 제1 액추에이터(210)를 내부 공간에 수용하고 하부 커버(110)를 향해 일정 길이만큼 연장하는 중공 원통 형태의 스탬퍼(252), 및 스탬퍼(252)가 내부에 삽입되는 내경을 구비하는 셔틀 몰드(253)를 구비한다.
스탬퍼(252) 또는 셔틀 몰드(253)는, 상부 파트 어셈블리(200)가 하부 베이스 플레이트(100) 측으로 이동한 상태에서, 하부 커버(110)에 의해 그 하부측 개구부가 폐쇄되는 중공 원통 형태를 구비할 수 있다.
스토퍼 파이프(stopper pipe, 254)는 제2 액추에이터(280) 및 제3 액추에이터(290)의 동작에 따라 스탬퍼(252)와 제1 액추에이터(210) 사이의 제1 위치에서 제1 위치보다 하방 측에 위치하는 제2 위치로 이동하고, 제2 위치에서 제1 위치로 복귀하도록 설치될 수 있다.
핀 플레이트(257) 또는 핀 플레이트(257)과 결합하는 상부 커버 또는 상부 커버 플레이트는 스탬퍼(252) 내부에서 하부 커버(110)를 향하는 제1 액추에이터(210)의 구동축에 연결될 수 있다.
복수의 핀들(pins)(258)은 연탄 구멍의 내경에 대응하는 외경을 구비하고 핀 플레이트(257)에 장착되며, 스탬퍼(252) 또는 셔틀 몰드(253)의 하단에서 일정 길이만큼 연장 노출될 수 있다. 연장 노출되는 복수의 핀들(258)의 말단부(258a)는, 상부 파트 어셈블리(200)가 하부 베이스 플레이트(100) 측으로 이동한 상태에서 하부 커버(110)의 복수의 홈들(112)에 각각 삽입될 수 있다.
한편, 전술한 핀 파트 플레이트(211), 스탬퍼 플레이트(221) 및 셔틀 플레이트(231)의 적층 구조는 일실시예에 따른 것으로서, 본 발명은 이러한 플레이트들의 적층 구조로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 전술한 적층 구조는, 분말 성형기(250)의 가압 동작을 위한 제1 액추에이터(210)를 스탬퍼(252) 내부에 삽입 설치하고, 스탬퍼(252) 내부에서 스토퍼 파이프(254)가 제1 위치와 제2 위치 간에 그 위치를 변경할 수 있도록 스토퍼 파이프(254)에 제2 액추에이터(280) 및 제3 액추에이터(290)를 연결하여 설치하고, 제1 액추에이터(210)와 스토퍼 파이프(254)에 의한 일정 시간 안정적인 가압 모드에서 스탬퍼(252) 하부 측과 하부 커버(11)에 의해 형성된 내부 공간에 연탄 원료를 충전하고 가압하여 연탄을 생산하도록 설치되는 구성이라면 특별히 한정되지 아니한다.
다음으로 도 4를 참조하여 연탄 제조 장치의 작동 원리를 설명하면, 먼저 메인 액추에이터(300)를 이용하여 상부 파트 어셈블리(200)를 하부 베이스 플레이트(100) 측으로 이동시켜 분말 성형기(250)를 하부 커버(110)에 밀착시킨다. 이때, 분말 성형기(250)와 하부 커버(110)의 정렬은 가이드 포스트 블록과 가이드 부쉬 블록에 의해 정밀하고 안정적으로 수행될 수 있다. 또한, 하부 커버(110)나 이를 구비하는 하부 커버 플레이트(110a)는 제4 액추에이터(116)에 의해 탄성적으로 그리고 안정적으로 지지될 수 있다.
다음, 분말 성형기(250)의 측면 개구부를 통해 하부 커버(110)와 스탬퍼 내 상부 커버로 한정되는 스탬퍼 하부의 내부 공간에 연탄 원료(Bm)를 충진한다.
다음, 제1 액추에이터(210)를 이용하여 핀 플레이트가 결합되어 있는 상부 커버를 가압한다. 핀 플레이트에 체결되어 있는 복수의 핀들에 의해 내부 공간에 충진된 연탄 원료(Bm)는 그 내부에 미리 설정된 개수와 위치의 구멍들을 구비할 수 있다.
다음, 제2 액추에이터(280) 및 제3 액추에이터(290) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 스토퍼 파이프(254)를 가압 상태를 지지하기 위한 가압 위치로 이동시킨다.
일정 시간 경과 후, 1회 공정의 연탄 제조가 완료되면, 제2 액추에이터(280) 및 제3 액추에이터(290) 중 적어도 다른 하나를 이용하여 스토퍼 파이프(254)를 가압 해제 상태를 위한 복귀 위치로 이동시킨다.
다음, 제1 액추에이터(210)의 가압 상태를 해제하고, 메인 액추에이터(300)를 통해 상부 파트 어셈블리(200)를 상부 측으로 이동시킬 수 있다.
제조된 연탄은 하부 커버(110) 상에 남겨지고, 연탄 배출 장치나 연탄 이송 장치를 통해 미리 설정된 장소로 이송될 수 있다.
도 5는 도 3의 연탄 제조 장치의 상부 파트 어셈블리에 채용할 수 있는 핀 파트(pin part)를 개략적으로 나타낸 정면도이다. 도 6은 도 5의 핀 파트에 대한 개략적인 평면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상부 파트는 핀 파트 플레이트(211), 핀 파트 플에이트(211)의 일면 상에 설치되는 제1 액추에이터(210) 및 가이드 포스트 블록(270)을 구비한다. 핀 파트 플레이트(211), 제1 액추에이터(210) 및 가이드 포스트 블록(270) 각각에 대한 상세설명과 이들의 결합관계는 도 3 및 도 4를 참조한 설명과 중복되므로 생략한다.
또한, 상부 파트는 핀 파트 플레이트(211)와 스탬퍼 파트 플레이트 및 tu틀 파트 플레이트와의 결합을 위한 체결 수단을 구비한다. 체결 수단은 적층 방향 혹은 상하 방향에서의 플레이트들 간의 체결을 위한 제1 체결 수단(213)과 수평 방향 혹은 플레이트 평면 방향에서의 플레이트들 간의 체결을 위한 제2 체결 수단(215)을 구비한다. 그리고 상부 파트는 제1 액추에이터(210) 등에 전력이나 제어 신호를 전달하기 위한 배선이 삽입되는 홈 또는 덕트(217)를 구비할 수 있다.
도 7은 도 3의 연탄 제조 장치의 상부 파트 어셈블리에 채용할 수 있는 스탬퍼 파트(stamper part)를 개략적으로 나타낸 정면도이다. 도 8은 도 7의 스탬퍼 파트에 대한 개략적인 평면도이다. 도 7의 스탬퍼 파트에는 도시의 편의상 제2 액추에이터가 생략되어 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 스탬프 파트는 스탬퍼 파트 플레이트(221), 스탬퍼(252), 스토퍼 파이프(254), 핀 플레이트(257) 및 복수의 핀들(258)을 구비하며, 이들 각각에 대한 상세 설명과 이들의 결합관계는 도 3 및 도 4를 참조한 설명과 중복되므로 생략한다.
또한, 스탬퍼 파트는 스탬퍼 파트 플레이트(221) 상에 설치되고 스토퍼 파이프(254)와 연결되는 제2 액추에이터(280)를 구비한다. 본 실시예에서 제2 액추에이터(280)는 제2a 액추에이터(280a) 및 제2b 액추에이터(280b)의 쌍을 구비하며, 4개의 스토퍼 파이프들(254)에 각각 결합되도록 4쌍의 제2 액추에이터가 설치되어 있다. 그리고 스탬퍼 파트는 가이드 포스트 블록(270)이 관통하는 홀 또는 개구부(223)를 구비할 수 있다.
도 9는 도 3의 연탄 제조 장치의 상부 파트 어셈블리에 채용할 수 있는 셔틀 파트(shuttle part)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 10은 도 9의 셔틀 파트에 대한 개략적인 평면도이다. 도 9의 셔틀 파트에는 도시의 편의상 제3 액추에이터가 생략되어 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 셔틀 파트는 셔틀 파트 플레이트(231), 셔틀 몰드(253) 및 상부 가이드 보쉬 블록(233)를 구비한다. 셔틀 파트 플레이트(231), 셔틀 몰드(253) 및 상부 가이드 보쉬 블록(233)에 대한 상세 설명과 이들의 결합관계에 대한 설명 중 전술한 실시예에서의 설명과 중복되는 부분은 생략하기로 한다.
또한, 셔틀 파트는 셔틀 파트 플레이트(231) 상에 설치되고 스토퍼 파이프(254)와 연결되는 제3 액추에이터(290)를 구비한다. 본 실시예에서 제3 액추에이터(290)는 제3a 액추에이터(290a) 및 제3b 액추에이터(290b)의 쌍을 구비하며, 4개의 스토퍼 파이프들(254)에 각각 결합되도록 4쌍의 제3 액추에이터가 설치되어 있다.
상부 가이드 보쉬 블록(233)은 셔틀 파트 플레이트(231) 상에 설치되고 가이드 포스트 블록(270)을 관통시키면서 가이드 포스트 블록(270)을 지지한다. 이를 위해, 상부 가이드 보쉬 블록(233)은 가이드 포스트 블록(270)이 관통하는 개구부를 구비하고, 개구부 내측면에서 가이드 포스트 블록(270)의 외표면에 접하는 상부 가이드 보쉬(234)를 구비할 수 있다.
도 11은 도 3의 연탄 제조 장치에 채용할 수 있는 분말 성형기의 주요 구성을 설명하기 위한 부분 투시 정면도이다. 도 12는 도 11의 분말 성형기에 채용할 수 있는 스탬퍼(stamper)를 설명하기 위한 도면이다. 도 13은 도 11의 분말 성형기에 채용할 수 있는 스토퍼 파이프(stopper pipe)을 설명하기 위한 도면이다. 도 14는 도 11의 분말 성형기에 채용할 수 있는 주요 내부 구성 부품을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 14를 참조하면, 분말 성형기(250)는, 제1 액추에이터(210), 스탬퍼(252), 셔틀 몰드(253), 스토퍼 파이프(254), 샤프트 로드 플레이트(255a), 샤프트 플레이트(255b), 샤프트 스토퍼 블록(255c), 샤프트 로테이트 핀(255), 핀 백업 플레이트(256), 핀 플레이트(257) 및 핀(258)을 구비한다.
원통 중공형의 셔틀 몰드(253)에 삽입되는 원통 중공형의 스탬퍼(252)의 내부 공간(도 12의 252a)에는 샤프트 로드 플레이트(255a), 샤프트 플레이트(255b), 샤프트 스토퍼 블록(255c), 샤프트 로테이트 핀(255), 핀 백업 플레이트(256), 핀 플레이트(257) 및 핀(258)이 기재된 순서대로 결합되거나 순차 적층되어 있다(도 12 참조). 그리고 스탬퍼(252)는 도 12에 도시한 바와 같이 그 측면에 개구부(252b)를 구비한다.
샤프트 로드 플레이트(255a)는 제1 액추레이터(210)의 사프트에 결합하고, 샤프트 플레이트(255b)는 샤프트 로드 플레이트(255a)에 결합한다. 샤프트 스토퍼 블록(255c)는 샤프트 플레이트(255b)에 결합하고, 샤프트 로테이트 핀(255)은 샤프트 스토퍼 블록(255c)에 결합한다. 그리고 샤프트 로테이트 핀(255)은 회전 위치에 따라 제2 액추에이터 또는 제3 액추에이터와 결합한다.
스토퍼 파이프(254)는 샤프트 로테이트 핀(255)에 결합하고, 샤프트 로테이프 핀(255)의 회전 위치에 따라 가압 상태를 지지하거나 복귀 상태를 유지한다. 스토퍼 파이트(254)는 도 13의 (a) 내지 (c)에 나타낸 바와 같이 전면 측면에 L자 형태의 개구부(254a)를 구비하고, 배면 측면에 대략 사각형의 개구부(254b)를 구비한다. 또한, 스토퍼 파이프(254)는 외표면 상단의 서로 직교하는 4개의 방향에 각각 위치하는 4개의 제1 단차부(254c)와 그 외표면 하단의 서로 직교하는 4개의 방향에 각각 위치하는 4개의 제2 단차부(254d)를 구비한다. 제1 단차부(254c)는 샤프트 로테이트 핀(255)이나 샤프트 스토퍼 블록(255c)과의 결합에 이용될 수 있다. 제2 단차부(254d)는 스토퍼 파이프(254)의 설치 방향에 따라 제1 단차부(254c)를 대체할 때 이용될 수 있다.
핀 백업 플레이트(256)은 스토퍼 파이프(254)에 접하고, 스토퍼 파이프(254)를 통해 전달되는 압력을 핀 플레이트(257)에 전달한다. 핀 백업 플레이트(256)에는 핀 플레이트(257)과 핀들(258)과의 결합을 위한 다수의 볼트체결공이 구비될 수 있다. 유사하게, 핀 플레이트(257)에는 핀 백업 플레이트(256)과의 체결을 위한 다수의 볼트체결공과 핀들(258)과의 결합을 위한 일정 개수의 핀체결공이 구비될 수 있다. 각 핀(258)의 상부에는 핀 플레이트(257)를 관통하는 체결수단이 나사결합하는 나사홈이 각 핀(258)의 연장 방향의 중심축을 따라 일정 깊이만큼 형성되어 구비될 수 있다.
각 핀(258)은 제조되는 연탄의 높이보다 큰 길이를 갖고, 각 핀(258)의 말단부는 하부 커버의 홈에 용이하게 삽입되도록 그 끝으로 갈수록 점점 가늘어지는 테이퍼진(tapered) 형태를 구비할 수 있다.
도 15는 도 3의 연탄 제조 장치의 하부 베이스 플레이트를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 15를 참조하면, 하부 베이스 플레이트(100)는 하부 커버(110), 하부 커버 플레이트(110a), 탄성 부재(114), 제4 액추에이터(116), 하부 메인 플레이트(120), 가이드 부쉬 블록(guide bush block, 140)을 구비한다.
하부 베이스 플레이트(100) 상에 설치되는 하부 커버(110)는 연탄 구멍에 대응하는 복수의 홈들(112)을 구비한다.
하부 커버 플레이트(110a)는 본 실시예에서 2개의 하부 커버들(110)을 일정 간격으로 각각 배열한 제1 하부 커버 플레이트와 제2 하부 커버 플레이트가 서로 일정 간격 이격되어 하부 메인 플레이트(120) 상에 설치된다.
이때, 하부 커버 플레이트(110a)는 하부 메인 플레이트(120)와의 사이에 탄성 부재(114)를 게재하고 설치될 수 있다. 탄성 부재(114)는 고무, 스프링 또는 이들의 조합 형태 등의 부재를 포함한다.
또한, 하부 커버 플레이트(110a)는 적어도 세 방향의 측면들에 설치되는 제4 액추에이터들(116)에 의해 지지될 수 있다. 제4 액추에이터(116)은 에어 실린더, 유압 실린더 등의 가압유닛을 포함할 수 있다.
탄성 부재(114)와 제4 액추에이터(116)를 이용하면, 하부 메인 플레이트(120) 상에 설치되는 하부 커버 플레이트(110a)를 탄성적으로 지지할 수 있다.
아울러, 제4 액추에이터(116)를 이용하면, 상부 파트 어셈블리(200)의 분말 성형기의 하단측 개구부, 즉 스탬퍼의 하단측 개구부에 노출되는 핀들과 하부 커버(110)의 홈들(112)을 정렬할 때, 각각의 제4 액추에이터(116)의 샤프트 길이나 압력을 조절하여 정밀하게 정렬 작업을 수행할 수 있다.
가이드 부쉬 블록(140)은, 하부 가이드 부쉬 블록으로써 상부 파트 어셈블리의 가이드 포스트 블록(guide post block)과 정밀하게 정렬되도록 설치된다. 이를 위해, 가이드 부쉬 블록(140)의 내측면에는 가이드 부쉬(142)가 설치될 수 있다.
도 16은 도 3의 연탄 제조 장치의 연탄 제조 원리를 적용하여 연탄을 생산하기 위한 간이 연탄 제조 장치에 대한 예시도이다. 도 17은 도 16의 간이 연탄 제조 장치에 의해 제조된 연탄에 대한 사시도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 간이 연탄 제조 장치는 메인 액추에이터(300)로써 기능할 수 있는 프레임 장비의 상부 구조물에 상부 파트 어셈블리(200)를 설치하고, 프레임 장비의 하부 구조물 상에 하부 베이스 플레이트(100)를 설치하여 구성될 수 있다.
상부 파트 어셈블리(200)에서, 대략 사각형의 핀 파트 플레이트 상에는 4개의 분말 성형기(250)를 서로 일정 간격을 두고 설치하고, 4개의 가이드 포스트 블록(270)을 핀 파트 플레이트의 각 모서리 부분에 각각 설치하였다.
하부 베이스 플레이트(100)에는 4개의 분말 성형기(250)에 대응하는 위치에 4개의 하부 커버가 설치되고, 4개의 가이드 포스트 블록(270)에 대응하는 위치에 4개의 가이드 부쉬 블록을 설치하였다.
간이 연탄 제조 장치를 통해 제조한 연탄(B1)이 도 17에 도시되어 있다. 연탄(B1)은 19개의 구멍을 구비하고, 한국산업표준규격(구멍탄: KS E 3731: 1989 (2019 확인))에 규정된 구멍탄(holed coal briquette)의 5종류 중 하나에 대응되도록 제작되었다. 물론, 본 실시예의 연탄 제조 장치를 21개 등 또 다른 개수의 구멍을 가진 연탄을 제조하는데 사용할 수 있음은 당연하다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 하부 베이스 플레이트
200: 상부 파트 어셈블리
300: 연료 공급장치
400: 제어장치
500: 연탄 배출장치
600: 연탄 이송장치
BR1, BR2: 연탄
200: 상부 파트 어셈블리
300: 연료 공급장치
400: 제어장치
500: 연탄 배출장치
600: 연탄 이송장치
BR1, BR2: 연탄
Claims (7)
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- 연탄 구멍에 대응하는 복수의 홈들을 구비하는 하부 커버가 설치된 하부 베이스 플레이트, 및 상기 하부 베이스 플레이트 상에서 왕복 운동하는 상부 파트 어셈블리를 구비하는 연탄 제조 장치에 의한 친환경 고체연료 바이오매스 연탄의 제조 방법으로서,
스탬퍼가 내부에 삽입되는 내경을 구비하는 중공 원통 형태의 셔틀 몰드의 측면 중공부와 상기 상부 파트 어셈블리의 스탬퍼의 측면 중공부를 통해 상기 스탬퍼 내부에 설치된 복수의 핀들 사이에 연탄 원료를 공급하는 단계;
상기 상부 파트 어셈블리에 설치된 제1 액추에이터의 동작에 따라 상기 스탬퍼와 상기 제1 액추에이터 사이에서 상기 제1 액추에이터 하부로 스토퍼 파이프를 이동시켜 복수의 핀들(pins)을 구비하는 핀 플레이트를 지지하고 고정하는 단계; 및
상기 제1 액추에이터의 구동축에 연결되는 상기 핀 플레이트를 상기 제1 액추에이터의 동작에 의해 상기 하부 커버 측으로 가압하는 단계;를 포함하고,
상기 상부 파트 어셈블리가 상기 하부 베이스 플레이트 측으로 최대 이동한 상태에서, 상기 복수의 핀들의 말단부들은 상기 복수의 홈들에 각각 삽입되고, 상기 셔틀 몰드의 하부측 개구부는 상기 하부 커버에 의해 밀폐되는,
친환경 고체연료 바이오매스 연탄의 제조 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 상부 파트 플레이트에 포함되고 상기 스탬퍼가 관통하도록 설치된 스탬퍼 개구부를 구비하는 스탬퍼 플레이트, 및 상기 상부 파트 플레이트에 포함되고 상기 셔틀 몰드가 관통하도록 설치된 셔틀 개구부를 구비하는 셔틀 플레이트 중 어느 하나 또는 양측에 설치되는 제2 액추에이터에 의해 상기 스토퍼 파이프의 락위치 이동 및 원위치 복귀를 선택적으로 제어하는 단계를 더 포함하는, 친환경 고체연료 바이오매스 연탄의 제조 방법.
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2021
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Patent Citations (1)
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