KR20020088307A - 열탄제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 야자활성탄을 주원료로 열탄을 제조하는 열탄제조방법 및 제조장치에 관한 것으로 열탄제조방법은 점결제 준비단계와. 야자활성탄을 예열한 후 이를 계량하는 예열 및 계량단계와, 상기 예열된 야자활성탄을 혼합기에 투입하고 점결제를 노즐 스프레이방식으로 야자활성탄 입자의 외피에만 도포하는 점결제 도포단계와, 상기 점결제가 도포된 활성탄을 일정한 규격의 성형열탄으로 제조하는 성형단계와, 상기 성형열탄을 마이크로웨이브로 건조하고 저온으로 냉각하여 결정화하는 냉각건조단계로 구성되고, 본 발명의 열탄제조장치는 활성탄 저장탱크(10)와, 활성탄을 혼합기에 보내기 전에 일정온도를 유지하도록 가열하는 예비 가열기(20)와, 계량기(30)와, 내부에 노즐스프레이(41)와 함수율측정기(42)가 형성된 혼합기(40)와, 성형기(50)와, 터널식 구조를 가지고 있으며 내부에 고주파 발생장치와 냉각기가 형성되어 성형 활성탄을 건조시키는 급속 냉각건조기(60)를 구비한다. 본 발명의 열탄제조방법은 전공정이 자동생산공정으로 이루어져 있어서 생산성을 높일 수 있으며, 활성탄을 원료로 사용함에 따른 화재유발을 방지하고 본 발명의 방법으로 제조한 열탄은 열효율과 성형성이 뛰어나고 연기 및 냄새의 방출이 적다.

Description

열탄제조방법 및 제조장치{A method and apparatus for manufacturing charcoal}

본 발명은 야자활성탄를 주원료로 열탄(숯)을 제조하는 열탄제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 숯은 참나무 숯이 가장 좋으나 고가의 비용으로 인한 원료공급의 한계가 있으므로 이를 보완하기 위해서 한국특허출원 제 1996-037805호에서는 톱밥을 주성분으로 하여 제조된 활성탄을 주원료로 하여 인위적으로 숯을 가공하는 방법이 고안되었으나, 이렇게 톱밥을 주재료로 하는 숯은 연기와 냄새가 매우 많이 발생되어 실내에서 사용에 곤란한 점이 있으므로 최근에는, 한국특허출원 제 1999-007831호와 같이 야자숯입자를 인조숯의 주원료로 사용하는 방법들이 제시되고 있으나 여기에서는 야자활성탄, 전분, 설탕과 물을 단순히 혼합하는 것이므로 야자숯입자가 미세하여 접착성이 떨어져서 성형이 이루어 지지 않는다는 단점이 있으며, 별도의 성형공정이 필요하나 전 처리된 야자숯입자를 사용하므로 가열에 의하여 성형한다면 화재의 위험이 있다는 문제가 있었다.

한국특허출원 제 1999-0065718호에서는 야자숯가루를 주원료로 하여 인조숯을 성형함에 있어서 접착성을 보완하기 위하여 수증기를 사용하였으나 이 경우 함수율이 높아져서 건조시간이 매우 길게 소요되며, 함수율 포화상태의 활성탄입자에 점결제를 투입하여도 접착력이 떨어지는 단점이 있으며 점결제로 사용되는 전분의 특성상 물에 용해 되지 않고 상온에서는 점성을 나타내지 않음으로 혼합시에 점결제의 온도상승시까지 혼합시간이 지연되는 단점이 있었다.

그리고, 상기 종래의 방법들은 수작업으로 이루어지짐에 따라 생산량이 저조하고 생산원가가 높고 일정한 규격의 품질로 생산되기 어렵다는 문제점들이 있었다.

따라서, 본원발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 보완하여 야자활성탄을 주원료로 하는 열탄을 동일한 규격으로 단시간에 대량생산할 수 있는 열탄제조방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.

본원발명의 다른 목적은 매연과 분재발생을 줄일 수 있고 성형성이 뛰어난 열탄제조방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본원발명의 또 다른 목적은 화재발생가능성이 적은 안전한 열탄제조방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 점결제를 배합하고 예열하는 점결제 준비단계와. 야자활성탄을 예열한 후 이를 계량하는 예열및 계량단계와, 상기 예열된 야자활성탄을 혼합기에 투입하고 예열 준비된 점결제를 노즐 스프레이방식으로 야자활성탄입자의 외피에만 도포하는 점결제 도포단계와, 상기 점결제가 도포된 활성탄을 일정한 규격의 성형열탄으로 제조하는 성형단계와, 상기 성형열탄을 마이크로웨이브로 건조하고 저온으로 냉각하여 결정화하는 냉각건조단계를 포함하는 제조방법을 통하여 열탄을 제조하고,

이와 같은 본 발명의 열탄제조방법은 원료인 야자활성탄을 저장하는 활성탄 저장탱크(10)와, 활성탄을 혼합기에 보내기 전에 일정온도를 유지하도록 가열하는 예비 가열기(20)와, 다음단계인 혼합기로 보내지는 예열된 활성탄의 양을 계량하는 계량기(30)와, 활성탄에 점결제가 설정된 함수율 만큼 외부에만 도포되도록 내부에 노즐 스프레이(41)와 함수율측정기(42)가 형성된 혼합기(40)와, 상기 점결제가 도포된 활성탄을 성형열탄으로 제조하는 성형기(50)와, 터널식구조를 가지고 있으며, 내부에 고주파수 발생장치(61)와 냉각기(62)가 형성되어 성형활성탄을 건조시키는 급속 냉각건조기(60)를 구비한 열탄제조장치를 통해서 행해질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 야자활성탄을 이용한 열탄 제조공정을 나타낸 공정도이다.

도 2a는 본 발명의 방법으로 제조 성형된 팔각형 모양 열탄의 단면도이다.

도 2b는 본 발명의 방법으로 제조 성형된 팔각형 모양 열탄의 측면도이다.

도 3a는 본 발명의 방법으로 제조 성형된 원판 다공형 모양 열탄의 단면도이다.

도 3b는 본 발명의 방법으로 제조 성형된 원판 다공형 모양 열탄의 측면도이다.

도 4a는 본 발명의 방법으로 제조 성형된 육각형 뒤틀림형상 열탄의 단면도이다.

도 4b는 본 발명의 방법으로 제조 성형된 육각형 뒤틀림형상 열탄의 측면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 활성탄 저장탱크 20 : 계량기

30 : 예비 가열기 40 : 혼합기

50 : 성형기 60 : 급속 냉각건조기

70 : 점결제 제조장치80 : 분리장치

90 : 포장부

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 야자활성탄을 이용한 열탄 제조공정을 나타낸 공정도로서 이다.

본 발명에 의한 열탄의 제조방법은 점결제를 배합하고 예열하는 점결제 준비단계와, 야자활성탄을 예열후 계량하는 예열 및 계량단계와, 상기 예열된 야자활성탄을 혼합기에 투입하고 점결제를 노즐 스프레이방식으로 야자활성탄입자의 외피에만 도포하는 점결제 도포단계와, 상기 점결제가 도포된 활성탄을 일정한 규격의 성형열탄으로 제조하는 성형단계와, 상기 성형열탄을 마이크로웨이브로 건조하고 저온으로 냉각하여 결정화하는 냉각건조단계와, 상기 건조열탄을 분리장치에서 건조된 열탄과 그 운반대를 분리한 후 완성된 열탄을 비닐포장하고 다시 박스로 포장하는 분리포장단계로 구성되고, 상기 점결제 도포단계는 혼합기내에서 점결제를 1차로 분무한 후 점결제와 활성탄의 함수비를 측정하여 설정된 함수비와 비교하여 다음 점결제 재도포 여부를 결정하는 것으로 구성된다.

본 발명의 제조장치는 주원료인 야자활성탄을 저장하는 활성탄 저장탱크(10)와, 활성탄을 혼합기에 보내기 전에 일정온도를 유지하도록 가열하는 예비 가열기(20), 다음단계로 보내지는 예열된 활성탄의 양을 계량하는 계량기(30), 활성탄에 점결제가 설정된 함수율 만큼 외부에만 도포되도록 내부에 노즐 스프레이(41)와 함수율측정기(42)가 형성된 혼합기(40), 상기 점결제가 도포된 활성탄을 성형열탄으로 제조하는 성형기(50), 터널식구조를 가지고 있으며, 내부에 고주파수 발생장치(61)와 냉각기(62)가 형성되어 성형활성탄을 건조시키는 급속 냉각건조기(60)를 구비하고 있다.

그리고, 상기 혼합기(40)에는 노즐을 통해서 점결제 원료저장탱크(71a,71b,71c)와, 각각의 저장탱크와 연결되며 상기 점결제 원료를 계량하는 점결제 원료 계량기(72)와, 점결제 배합 시에 사용되는 물이 저장된 물탱크(73)와, 적정량의 물을 계량하는 수량기(74)와 점결제의 원료와 물을 교반하면서 예열하는 교반예열기(75), 점결제를 혼합기에 보내는 펌프(76)를 구비하는 점결제 제조장치(70)가 연결되어 있다.

또한, 상기 급속 냉각건조기(60)에는 건조된 열탄과 그 운반대를 분리하는 분리장치(80)와 상기 분리장치와 연결되며 운반대와 분리된 열탄을 비닐포장하는 비닐포장기(91)와, 비닐포장된 열탄을 박스로 포장하는 박스포장기(92)와, 출하 및 저장운반대(93)로 이루어지는 포장부(90)와 상기 분리장치(80)와 연결되며 열탄과 분리된 운반대를 세정하고 재순환시키는 운반대 세정기(100)가 부가로 연결되어 있다.

이상의 구성을 갖는 본 발명의 열탄제조장치를 통해서 본 발명의 열탄제조방법을 설명하면 다음과 같다.

점결제 준비단계에서는 상기 점결제 원료저장탱크(71a,71b,71c)내에 저장된 야자전분분말, 옥수수 등의 식물성전분분말, 물엿, 설탕을 계량기(72)에서 적정량 계량한 후 교반예열기(75)로 보내고 물탱크(73)내의 물을 계량한 다음 이에 연결된 교반예열기(75)로 보낸다. 상기 점결제 원료와 물은 교반예열기(75)에서 가열되면서 교반되어 점결제가 제조된다. 점결제 가열온도는 60℃~80℃ 정도가 적절하고 이렇게 예열된 점결제의 온도는 40℃~60℃를 유지하는 것이 좋은데, 이 온도의 범위에서 전분의 점도가 최적의 젤상태를 유지할 수 있으며 분리현상을 배제할 수 있다는 것을 수회의 실험을 통해 확인한 것이다. 상기와 같이 제조된 점결제는 펌프(76)를 통해서 혼합기(40)에 유입되게 된다.

상기 예열 및 계량단계에서는 본원발명의 열탄의 원료는 약 2000℃의 고온에서 생산되는 야자활성탄 제조시에 발생되는 규격미달의 활성탄을 이용하며 이를 활성탄 저장탱크(10)에 저장하게 된다. 상기 활성탄 저장탱크(10)내의 야자활성탄을 Screw Conveyor(미도시)를 통해 예비 가열기(20)로 이송하여 활성탄을 혼합기에 보내기 전에 일정온도를 유지하도록 가열한다. 상기 예비 가열기(20)는 이중구조로 되어 있으며 예비 가열기(20)내부에 상기 야자활성탄을 투입한 상태에서 그 외부에서 열매체 오일을 사용하여 열전도의 방법으로 가열하게 된다. 상기와 같이 직접 가열방식이 아닌 열전도 방식을 사용하는 것은 본 발명에서 사용되는 활성탄이 약 2000℃의 고온에서 생산되는 야자활성탄 제조후에 생기는 것이므로 화재위험성이 높기 때문이다. 상기 열매체 오일의 온도는 화재위험성을 고려하여 너무 높게 유지하지 않는 것이 좋다. 이와같은 예열을 통해서 활성탄의 온도를 60~80℃의 정도로 유지하는 것이 좋다.

이와 같이, 예열된 활성탄은 상기 계량기(30)를 통해서 다음단계로 보내지는 적절한 양을 계량한다.

점결제 도포단계에서는 상기 예열된 활성탄을 혼합기(40)에 유입시킨 후 준비된 점결제를 혼합기(40) 내부에 형성된 노즐스프레이(41)를 통하여 야자활성탄 입자의 외피에만 짧은시간 내에 도포하기 위해서 Nozzle Spray방식으로 도포하는데, 도포되는 점결제의 양을 조절하기 위해서 1차로 기본 량의 점결제를 Nozzle Spray방식으로 혼합기(40)내부에 분무시켜 활성탄의 입자외피에만 도포하고 이를 혼합시킨 다음, 혼합기 내부에 별도로 설치된 함수율측정기(42)를 통해서 1차로 분무시킨 점결제와 활성탄의 함수비를 측정하여 측정된 함수비가 설정된 함수비보다 부족할 경우에는 자동으로 점결제를 추가적으로 분무시키면서 혼합시킨 다음, 함수율측정기(42)를 통해서 다시 함수율을 측정하여 설정 함수비와 일치하게 되면 배출준비가 되며 대기한다. 여기에서 활성탄의 설정 함수비는 50~70%가 좋으며, 보다 바람직한 설정 함수비는 60%이다.

이때, 예열된 활성탄에 예열된 액상의 점결제를 분무하면 예열에 의해 외피에만 도포가 되며 활성탄 입자내부에 점결제가 침투되지 않고 활성탄입자의 외피에만 확장되면서 최소량으로 도포되어 열탄의 소결강도를 높일 수 있고, 열탄의 이용시 열탄의 강도에 의해 연소시 연기와 적게 나고 발열량의 효율을 높일 수 있을 뿐 아니라 열탄을 사용시에 파생된 분재가 발생되지 않게 된다. 또한, 활성탄이 최적의 함수율을 갖게 되므로 다음에 이어지는 건조공정 시간을 단축시킬 수 있다.

성형단계에서는 점결제가 도포된 활성탄을 분리장치(80)와 운반대 세정기(100)를 통해서 공급되는 운반대에 올려놓은 다음 운반대에 올려진 활성탄을 성형기(50)에 장착된 일정한 모양의 Mold에서 열효율을 높일 수 있는 적절한 형상의 열탄으로 성형한다. 열탄의 열효율을 높이기 위해서는 공기중의 산소와 접촉면이 넓어야 하므로 단면의 경우 다공형으로 형성되는 것이 좋고 측면의 경우에는 비틀림 구조가 바람직하다.

열효율을 높일 수 있는 열탄형상의 예시로 본 발명에서는 도2 내지 도4에 열탄의 형상의 단면과 측면을 예시하고 있다.

냉각건조단계에서는 성형된 열탄에 잔재되어 있는 부스러기를 제거하기 위해 열탄을 성형기와 연결되어 있는 규격측정기(51)에서 그 형상을 체크함과 동시에 부스러기를 제거한 다음,

열탄을 터널식구조를 갖는 급속 냉각건조기(60)내부로 이송하고 급속 냉각건조기(60)내부에 설치된 냉각기(62)와 고주파수 발생장치(61)를 통해서 성형된 열탄을 건조시키면서 급속도로 냉각시킨다. 이때, 성형된 열탄내부로 마이크로웨이브가 침투함에 따라 점결제의 수분에 의해 발열되어 건조되고 급속 냉각건조기(60)에 형성된 냉각기(chiller, 62)를 사용하여 가열건조된 열탄을 급속도로 냉각시켜 활성탄을 응축시키고 점결제를 건조 및 소결시킨다. 이와같이 고속으로 건조 및 소결이 일어나므로 건조공정의 시간이 단축되고 활성탄의 세공직경이 응축되어 소결되었으므로 최적의 내구성(성형강도)을 갖는 열탄을 제조할 수 있게 된다.

상기 급속 냉각건조기(60)는 건조시간을 단축하기 위해서 길게 형성되는 것이 좋으나 동일한 급속 냉각건조기 여러 개를 병렬로 연결하여 사용할 수도 있다.

그리고, 건조된 열탄은 상기 급속 냉각건조기(60)에 연결된 분리장치(80)를 통과하면서 높이가 다른 차이를 이용하여 완성된 열탄은 포장부(90)로 가서 비닐포장기(91)에서 비닐포장한 다음 박스포장기(92)로 이동하여 박스내에 포장되게 된다. 그리고, 열탄을 운반하던 운반대는 재 순환하기 위해서 승강기(81)를 통해서 운반대 세정기(100)로 옮겨져서 운반대를 세정한 다음 성형기(50)로 재 유입되게 된다.

본 발명에서는 먼저 활성탄을 가열하여 활성탄 외피에 있는 세공의 직경이 넓힌 다음, 이에 가열되어 젤상태인 점결제를 분무하여 점결제가 넓어진 활성탄외피의 세공구멍을 도포하여 입자와 입자를 접착시키게 하고, 건조와 냉각을 통하여 활성탄의 세공구멍을 축소하여 접착결속력을 증가시키면서 최적의 내구성을 유지하게 된다.

상기 구성에 의해 본 발명은 다음과 같은 효과를 가져온다.

본 발명의 방법으로 제조된 야자활성탄을 주원료로 하는 열탄은 자동생산공정으로 생산되어 일정한 규격과 품질을 갖으며 성형성과 내구성 및 열효율이 높을 뿐 아니라, 사용시 연기의 발생이 적고 냄새를 줄일 수 있으며 야자의 고유에 향이 음식물에 내포될 수 있다는 탁월한 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명의 열탄제조방법은 전공정이 자동생산공정으로 이루어져 있으며 특히 건조공정 시간단축으로 생산성을 높일 수 있으므로 생산원가를 절감할 수 있다는 효과를 갖으며, 활성탄을 원료로 사용함에 따른 화재유발을 방지하는 효과를 갖는다.

Claims (6)

1. 점결제를 배합하고 예열하는 점결제 준비단계와;

   야자활성탄을 예열후 이를 계량하는 예열 및 계량단계와;

   상기 예열된 야자활성탄을 혼합기에 투입하고 예열 준비된 점결제를 노즐 스프레이방식으로 야자활성탄입자의 외피에 도포하는 점결제 도포단계와;

   상기 점결제가 도포된 활성탄을 일정한 규격의 성형열탄으로 제조하는 성형단계와;

   상기 성형열탄을 마이크로웨이브로 건조하고 저온으로 냉각하여 결정화하는 냉각건조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열탄제조방법.
2. 제1항에 있어서, 점결제 도포단계에서 혼합기내에서 점결제를 1차로 분무한 후 점결제와 활성탄의 함수비를 측정하여 설정된 함수비와 비교하여 다음 점결제 재도포 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 열탄제조방법.
3. 원료인 야자활성탄을 저장하는 활성탄 저장탱크(10)와;

   활성탄을 혼합기에 보내기 전에 일정온도를 유지하도록 가열하는 예비 가열기(20)와;

   다음단계인 혼합기로 보내지는 예열된 활성탄의 양을 계량하는 계량기(30)와;

   활성탄에 점결제가 설정된 함수율 만큼 외부에만 도포되도록 내부에 노즐 스프레이(41)와 함수율측정기(42)가 형성된 혼합기(40)와;

   상기 점결제가 도포된 활성탄을 성형열탄으로 제조하는 성형기(50)와;

   성형활성탄을 건조시키는 급속 냉각건조기(60)를 구비하는 것을 특징으로 하는 열탄제조장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 급속 냉각건조기(60)는 터널식구조로 되어 있으며, 마이크로 웨이브를 발생하여 열탄을 건조시키는 고주파수 발생장치(61)와 상기 건조된 열탄을 냉각시키는 냉각기(62)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 열탄제조장치.
5. 제 3항에 있어서, 상기 혼합기(40)에는 노즐을 통해서 점결제 원료저장탱크(71a,71b,71c)와;

   각각의 저장탱크와 연결되며 상기 점결제 원료를 계량하는 점결제 원료 계량기(72)와;

   점결제 배합시에 사용되는 물이 저장된 물탱크(73)와 적정량의 물을 계량하는 수량기(74)와;

   점결제의 원료와 물을 교반하면서 예열하는 교반예열기(75)와;

   점결제를 혼합기에 보내는 펌프(76)를 구비하는 점결제 제조장치(70)가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 열탄제조장치.
6. 제3항 또는 제5항에 있어서,

   상기 급속 냉각건조기(60)에 건조된 열탄과 그 운반대를 분리하는 분리장치(80)와;

   상기 분리장치와 연결되며 운반대와 분리된 열탄을 비닐포장하는 비닐포장기(91)와, 비닐포장된 열탄을 박스로 포장하는 박스포장기(92)와 출하 및 저장운반대(93)로 이루어지는 포장부(90)와;

   상기 분리장치(80)와 연결되며 열탄과 분리된 운반대를 세정하고 재순환시키는 운반대 세정기(100)가 부가되는 것을 특징으로 하는 열탄제조장치.