KR20110128392A - 왕겨 탄화 및 건조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕겨 자체의 탄화열에 의해 왕겨훈탄의 생산이 이루어지면서 그 열을 이용하여 농수산물, 슬러지, 퇴비화를 위한 분뇨 등을 건조할 수 있도록 한 왕겨탄화 및 건조장치에 관한 것으로 건조장치가 내장된 건조실이 중앙에 설치되고, 그 좌 우측에 열전도 판재로 구획되어 각기 왕겨탄화장치가 내장된 왕겨탄화실이 형성되는 박스형 구조로 이루어져 왕겨 탄화실의 복사열이 건조실에 직접 작용하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

왕겨 탄화 및 건조장치{ Carbonized Rice-hulls Burner and Drier}

본 발명은 왕겨 자체의 탄화열에 의해 왕겨훈탄의 생산이 이루어지면서 그 열을 이용하여 농수산물, 슬러지, 퇴비화를 위한 분뇨 등을 건조할 수 있도록 한 왕겨탄화 및 건조장치에 관한 것이며, 상세히는 왕겨 탄화 과정에서 왕겨 층 내부에 발생하는 수증기 및 가스를 통공이 형성된 배연통으로 수집하여 배출함으로써 초기 점화 후 저 산소 조건에서 연속적인 탄화가 이루어지도록 하여 왕겨 탄화물을 고 수율로 얻고, 왕겨의 탄화열을 이용하여 농 수산물 등을 건조함으로써 외부 에너지를 소비하지 않고 왕겨 훈탄 제조와 농수산물 등의 건조가 가능한 왕겨 탄화 및 건조장치에 관한 것이다.

왕겨는 벼 중량 대비 18% 정도 포함된 부산물로서 해마다 풍부하게 생산되고 있으나 SiO₂성분이 92% 이상으로서 부숙이 어려워 퇴비, 묘상배지 등의 재료로 사용하는 것은 한계가 있고, 300℃ 이상의 높은 온도에서 점화가 이루어지기 때문에 연료로서의 이용도 한계가 있어 발생량 중의 95% 이상이 가축의 깔개로 이용되고 있는 실정이다.

한편, 불완전 연소에 의한 탄화 과정에 의해 생성되는 왕겨 훈탄은, 톱밥 훈탄에 비하여 2배 이상 많은 40~50%의 수율로 생산되며, 탄화과정에서 멸균이 이루어지고, 강력한 보습작용, 공극과 배수 및 토양의 물리성을 향상하는 능력이 우수하여 고가의 수입 훈탄을 대체할 수 있고, 탄화과정에 의해 연소성능을 저해하는 물질이 분해되어 연소성이 향상됨으로 압축 성형 등의 공정을 통해 연료로서 활용할 수 있으며, 흡수력과 흡착력이 높아 분뇨 등과 혼합하여 고급 퇴비의 재료로 활용하거나 슬러지 안정화에 이용할 수 있는 장점이 있다.

이와 같은 이유 때문에 가축깔개로의 단순 이용범위를 벗어나 왕겨를 훈탄으로 생산하려는 노력이 다양하게 시도되고 있다.

그동안의 연구 성과에 의하면, 왕겨는 대략 280℃까지 산소 또는 무산소 조건에서 흡열과정을 거친 후 320℃ 이상 지속적으로 열을 가하였을 때 발열에 의한 연소가 이루어지고, 이 온도에서 공기가 공급되면 점화가 이루어지며, 대략 440℃까지 발열반응에 의한 열분해가 지속되어 셀룰로오스 등 고분자 물질들의 분자 결합이 파괴되면서 산화 분해되고, 600℃ 부근에서 탄소 성분은 거의 잔존하지 않고 회분만 남는 연소 특성이 있다.

또한, 왕겨는 280℃까지 흡열에 의한 열분해와 320℃ 이상에서 발열에 의한 열분해에 의해 초기 왕겨에 포함된 수분이 배출되면서 1차 8~10% 정도의 무게감소가 이루어지고, 320℃에서 저분자 휘발성 유기물이 휘산분해되어 40~50%의 무게감소가 이루어지며, 440℃에서 고분자물질 분자구조가 파괴되어 10~20%의 무게 감소가 이루어진다.

이와 같은 특성 때문에 왕겨의 훈탄화는 탄화통 내에 왕겨를 넣고 탄화통을 가열하여 증기 및 응축성 물질을 함께 배출시켜 탄화가 이루어지도록 하는 방법이 전통적으로 사용되어 왔으나 이러한 훈탄 제조방법은 소규모 훈탄 생산에 적합하지만 대량 생산이 어렵고, 투입-가열-배출이 단계적으로 이루어지는 배치 방식이기 때문에 생산성이 낮으며, 왕겨의 탄화가 공기 조건에서 이루어지기 때문에 적절히 온도를 제어하지 않으면 왕겨 자체의 점화에 의해 훈탄 수율이 떨어지고, 화재의 위험성이 높은 문제점이 있고, 탄화를 위한 에너지 소비가 지속적으로 이루어져야 함으로 생산 비용이 높은 문제점이 있었다.

대한민국 실용신안공보 20-0148825호는 훈탄탱크 상부에 어퍼호퍼(upper hopper)와 연도구를 형성하고, 훈탄탱크 하부에 착화히터, 송풍기 및 댐퍼를 형성하여 이송관을 통하여 왕겨를 훈탄탱크에 투입하고, 왕겨가 투입된 후 댐퍼를 열어 송풍공기를 공급한 상태에서 착화히터를 가동하여 왕겨를 점화하여 왕겨를 탄화시키고 동시에 어퍼호퍼에 흘러내린 목초액을 수거하며, 왕겨의 탄화가 완성되면 댐퍼를 닫아 소화시킨 후 훈탄을 배출하는 구조의 왕겨 훈탄 제조장치를 제시하고 있다.

상기 구조는 착화히터에 의한 초기 점화 후 왕겨 자체의 연소에 의해 훈탄과 목초액을 생산하는 구조로서 소형 훈탄 제조장치에 적용될 수 있으나 강제 공기 공급에 의해 왕겨를 연소시키는 구조로서 과열에 의한 화재 발생 우려가 매우 높고, 480℃ 이상의 왕겨 연소열에 의하여 연소가 이루어짐으로 훈탄 수율이 50% 이하로 떨어지고, 타르를 포함하는 목초액 성분이 연도를 협착화시키고, 왕겨의 최초 투입에서부터 최종 훈탄의 배출과정이 길어 생산성이 낮고, 훈탄의 수율을 높이기 위한 급기량의 조절이 매우 어려운 문제점이 있다.

특허 등록 제0316359호에 의한 왕겨훈탄 간접가열식 연속자동제조장치는 버너에 의한 가열장치로 가열한 연속된 탄화관에 왕겨를 투입하여 왕겨를 탄화시키고, 왕겨의 탄화과정에서 발생한 가연성가스를 회수하여 연소가스로 활용하며, 냉매가스의 타르에 의한 협착화를 방지하기 위하여 유압실린더에 의한 타르제거부를 설치하고, 액체질소를 이용하는 훈탄소화부가 포함된 구조로 이루어져 왕겨의 투입과 배출 및 배출훈탄의 소화가 연속적으로 이루어지는 왕겨훈탄 간접가열식 연속자동제조장치를 제시하고 있다.

상기 구조는 타르에 의한 탄화관의 급속한 협착화에 대한 대책이 없고, 탄화 과정에서 회수한 휘발성 가연성 가스가 탄화에 필요한 에너지의 일부를 대체할 수 있으나 충분하지 않고, 소화를 위한 질소가스가 계속적으로 소요되고 부대 설비의 규모가 대형이어서 유지 관리 비용이 과대하게 소비되어 훈탄의 생산 원가가 높고, 화재 예방 등의 고도의 안전관리가 요구되는 문제점이 있었다.

대한민국 특허등록제 0316360호에 의한 직화식 왕겨훈탄 연속제조장치는 가열부 상부측에 투입개폐댐퍼를 갖는 투입슈트와 압력계가 형성된 호퍼 형상의 연소실본체가 형성되고, 상기 연소실 본체 내부의 배출구 상부측에 연소공기 공급노즐 및 연소기가 형성되는 구조로서 연소기에 공기를 공급한 상태에서 연소실 내의 왕겨를 연소하고 연소과정에서 발생한 가연성가스는 가연성 가스를 추출하여 연소실 본체 내로 재투입함으로써 외부 연료 투입 없이 훈탄공정을 연속 수행하며, 하부 배출된 훈탄은 질소가스 및 이중 물 재킷에 의한 훈탄 냉각부에 의해 소화되는 구조로 이루어져 있다.

상기 구조는 왕겨의 자체 연소에 의해 탄화물인 훈탄을 생산하는 구조로서 연소 과정에서 발생한 타르가 연소실 본체 내부와 흡기관 및 싸이클론 내에서의 급속한 협착화 때문에 빈번히 가동을 중지하고 타르층을 제거해 주어야 하는 문제가 있고, 소화를 위한 질소가스가 계속적으로 소요되고 부대 설비의 규모가 대형이어서 유지 관리 비용이 과대하게 소비되어 훈탄의 생산 원가가 높고, 연소공기 조절에 의한 화재 예방 등의 고도의 안전관리가 요구되는 문제점이 있었다.

특허등록제10-0553383호에 의한 왕겨숯 제조장치는 소형의 훈탄탱크를 복수로 형성하여 연소시간 및 소화시간을 감소시킨 구조의 왕겨숯 제조장치를 제시하고 있으나 공기 공급 상태에서 훈탄공정이 진행되는 구조로서 급기량의 정밀한 조절이 훈탄 수율에 영향을 미치고, 과열에 의한 화재 위험이 높으며, 타르에 의한 연통부의 협착이 문제점으로 지적되고 있다.

한편, 기존의 왕겨훈탄 생산설비는 훈탄화 전용 설비로써 탄화 과정에서 발생한 열을 이용하지 않고 그대로 방치함으로써 에너지의 효율적 이용에 한계가 있었으며, 기존 농수산물 건조나 슬러지 등의 건조는 많은 에너지를 소비하는 구조로서 경제성이 낮은 단점이 있었다.

본 발명은 왕겨 자체의 탄화 열을 이용하고 외부 에너지는 사용하지 않으면서 고 수율의 훈탄을 생산할 수 있는 왕겨 탄화장치를 제시함과 동시에 탄화 과정에서 발생한 열을 이용하여 농수산물의 건조나 슬러지, 또는 가축분뇨 등을 건조할 수 있는 왕겨 탄화 및 건조장치를 제시할 목적을 갖는다.

또한, 본 발명은 왕겨의 탄화과정에서 발생한 열원으로 한 열풍과 복사열을 이용하여 직접 건조에 이용함으로 건조 효율을 향상한 왕겨 탄화 및 건조장치를 제시할 목적을 갖는다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 건조장치가 내장된 건조실이 중앙에 설치되고, 그 좌 우측에 열전도 판재로 구획되어 각기 왕겨탄화장치가 내장된 왕겨탄화실이 형성되는 박스형 구조로 이루어져 왕겨 탄화실의 복사열이 건조실에 직접 작용하도록 구성한 왕겨 탄화 및 건조장치를 제시한다.

또한, 본 발명은 상기 왕겨탄화실에 외부 공기를 흡입하여 왕겨탄화실 내부에서 열교환관으로 열을 흡수한 후 이를 건조실로 송풍하는 열풍장치에 의해 건조실에 열풍을 공급하는 구조의 왕겨 탄화 및 건조장치를 제시한다.

또한, 본 발명은 상기한 왕겨탄화장치를 구성함에 있어서, 왕겨탄화장치는 밀폐된 구조의 수직 통 형상으로 이루어지는 왕겨탄화실과 일체로 구성되고, 상기 왕겨탄화실의 하부에 왕겨를 초기 연소하여 자체 연소가 이루어지도록 유도하는 점화장치가 설치되고, 왕겨탄화실 내부로 공급되는 공기량을 조절하여 왕겨의 탄화를 제어하기 위한 급기장치와, 왕겨의 연소 과정에서 생성되는 탄화가스물질을 수집하고 왕겨내부의 압력을 낮추어 저산소조건에서 탄화를 유도하도록 왕겨탄화실 내에 균일한 분포로 설치되는 다수의 배연통과, 왕겨탄화실 내부로 왕겨를 지속적으로 투입하기 위해 설치되는 왕겨투입장치와 생성된 훈탄을 지속적으로 배출하기 위해 왕겨탄화실하부에 설치되는 훈탄배출장치를 기본 구성으로 한다.

본 발명은 초기 가열 후 왕겨 자체의 탄화과정에서 발생하는 열에 의해 왕겨의 열분해가 지속적으로 이루어져 왕겨훈탄이 생산되고, 왕겨의 탄화 과정에서 생성되는 열을 직접 이용하여 왕겨의 훈탄화와 농수산물의 건조를 동시에 수행함으로 외부 에너지를 공급할 필요가 없으며, 그에 따라 경제적으로 훈탄생산과 건조시설을 운영이 가능하고, 탄화실을 사이에 두고 건조실이 구비되어 있음으로 왕겨의 탄화에 의한 복사열이 건조실에 직접 작용하여 건조실 내부의 적정온도를 효과적으로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명은 열교환관을 통하여 탄화실에서 열을 흡수한 후 이를 건조실에 열풍으로 제공함으로써 농수산물뿐만 아니라 슬러지, 퇴비화를 위한 음식물 쓰레기 또는 가축분뇨 등의 건조까지 효과적으로 수행할 수 있다.

또한, 본 발명은 점화장치에 의해 왕겨의 초기 연소가 이루어진 상태에서 왕겨에 포함된 수증기와 열 분해과정에서 생성되는 탄화가스물질인 휘발성 유기물이 가까이에 있는 배연통을 통하여 수집되어 왕겨탄화실 외부로 방출되고, 압력의 외부 방출로 형성되는 왕겨 층 내부의 마이너스 압력에 의해 왕겨 연소에 필요한 최소의 공기 공급만으로 탄화에 필요한 연소가 이루어지고, 왕겨 탄화실 내부 왕겨 표면으로부터 일정 깊이에 연소층이 형성되고 상기 연소층은 연소공기가 소모된 하부와 연소공기가 공급되는 상부로 구분되어 하부는 자동으로 소화되면서 탄화물이 유지되고, 상부는 지속적으로 연소되어 탄화물이 형성됨으로써 훈탄의 생산수율이 높고 에부 에너지 공급 없이 탄화공정이 지속적으로 이루어져 구성이 간단하고 운전이 용이하며, 외부 에너지를 거의 사용하지 않음으로 왕겨 훈탄의 생산 및 건조 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 왕겨탄화 및 건조장치의 구성도
도 2는 본 발명에 의한 왕겨탄화 및 건조장치의 실시예도
도 3은 본 발명에 의한 왕겨탄화 및 건조장치의 다른 실시예도
도 4a 내지 도 4b는 도 2에 적용한 건조장치의 실시예도
도 5는 도 2에 적욕한 건조장치의 다른 실시예도
도 6은 도 2의 C-C 위치에서 본 탄화장치의 실시예도
도 7은 본 발명에 의한 왕겨탄화 및 건조장치에 후단 설비를 적용한 실시예도

도 1은 본 발명에 의한 왕겨 탄화 및 건조장치의 기본 구성을 도시한 평면 배치 구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명을 적용한 왕겨탄화 및 건조장치의 실시예로서 각기 평면 상태를 도시한 것으로서, 본 발명에 의한 왕겨 탄화 및 건조장치는, 건조장치(10)가 내장된 건조실(20)이 중앙에 설치되고, 그 좌 우측에 각기 왕겨탄화장치(30)가 내장된 왕겨탄화실(40)이 형성되는 박스형 구조로 이루어진다.

좌우 왕겨탄화실(40)과 중앙의 건조실(20)은 단열패널을 사용하여 박스형으로 이루어진 외부케이싱(50)에 의해 일체형으로 구성되고, 왕겨탄화실(40)과 건조실(20) 사이의 벽체는 열전도 성을 갖는 열전도성 금속패널(60)로 구성되어 왕겨탄화실에서 형성되는 열이 금속패널(60)을 통하여 건조실로 복사되어 건조실 내부는 왕겨의 탄화 속도에 따라 농수산물 건조에 최적 온도인 40~80℃의 온도를 유지할 수 있도록 구성된다.

건조장치(10) 및 왕겨탄화장치(30)는 각기 박스형상으로 구성되는 건조실(20)과 왕겨탄화실(40)에 내장되거나 일체 형태로 구성되며, 공지된 건조장치 및 왕겨탄화장치를 포함하여 다양한 구조가 적용될 수 있다.

상기한 구조에 의해 왕겨탄화실(40) 내에서 왕겨탄화장치(30)의 가동에 의해 왕겨의 탄화가 이루어지며, 상기 왕겨탄화장치에 의해 생성된 열은 건조실(20)에 복사되어 건조장치(10)에 재하된 건조대상물을 건조할 수 있어 외부 에너지 투입 없이 농수산물의 건조가 가능해진다.

본 발명은 상기 왕겨탄화실(40)에 외부 공기를 흡입하여 왕겨탄화실 내부에서 열교환관(70)으로 열을 흡수한 후 이를 건조실(20)로 송풍하는 열풍장치(70)를 설치하여 건조실에 열풍을 공급하는 구조가 포함될 수 있다.

상기한 열풍장치(70)는 왕겨탄화실 내에 설치된 열교환관(71)과 연결되도록 열풍관(72)을 설치하고, 상기 열풍관(72)에 송풍기(73)가 결합되는 구조로 이루어진다.

열교환관(71)은 왕겨탄화실(40)에서 발생하는 왕겨의 탄화열을 흡하하여 건조실에 열풍을 공급하기 위한 것으로 왕겨의 연소열과 접촉율이 높아지도록 나선형 코일관, 유자형 관 등 여러 유형으로 구성될 수 있으며, 도 2와 도 3과 같이 열교환관의 배치와 밀도를 목적에 따라 다양하게 구성할 수 있다. 상기 구조에 의해 외부의 공기가 열교환관을 거치는 동안 왕겨탄화실 내의 고온의 열을 흡수하여 건조실로 배출됨으로써 건조실 내에는 건조 효율을 높일 수 있는 고온의 건조한 바람이 제공되며, 함수율이 높은 슬러지나 분뇨 등을 효과적으로 건조할 수 있다.

본 발명은 상기 구조에서 건조실(20) 내부의 배출열을 회수하기 위하여 상기의 열풍관(72)의 외부공기 흡입경로와 건조실 배기관(80)의 내부 공기배출 경로를 열교환기(90)에 경유시켜 건조실의 고온 배출공기로부터 열을 회수하는 구조가 적용될 수 있다.

상기 구조는 겨울철 등 외부공기가 찬 경우에 1차 열교환에 의해 가온시킨 상태로 왕겨탄화실 내에서 2차 열교환이 이루어져 열풍의 생산 효율이 높아지고, 그 만큼 건조 능력이 향상되는 장점을 제공한다.

본 발명에서 건조장치(10)는 건조 대상물을 고려하여 다양한 구조가 적용될 수 있으며, 균일한 건조에 의한 건조효율을 높이기 위하여 건조물이 연속적으로 이동하는 형태의 건조장치가 바람직하다.

도 4a 및 도 4b는 건조장치를 예시하기 위하여 도 2의 A-A 및 B-B에서 표현되는 건조장치의 실시 구조를 도시한 것이고, 도 4c는 그 사용 형태를 예시한 것으로, 도시된 건조장치(10A)는 상부에서 하부로 지그재그로 나란히 설치한 무한체인(11)에 체인어태치먼트(12)를 부착하고, 상기 체인어태지먼트(12)에 건조대(13)을 걸어 각종 농수산물을 적재하는 구조로서 무환퀘도를 그리면 회전하는 체인(11)을 따라 건조대가 반복 순환 회전함으로써 건조 대상물을 정해진 시간 동안 건조하며, 오징어등의 수산물에 효과적으로 적용할 수 있다.

도 5는 건조장치의 다른 형태로서 도시된 건조장치(10B)는 금속 컨베이어벨트(14)를 상하 방향으로 지그재그 형태로 이격 배치하여 수평이송과 낙하이송에 의해 상부에서 하부로 단계별로 이송되는 과정에서 순차적으로 건조되는 다단 연속식 건조장치(10A)를 도시한 것으로, 상기 다단 연속식 건조기는 고추, 슬러지 등의 건조에 효과적으로 적용할 수 있다.

상기한 각 건조장치는 건조실 내 확보된 공간에 설치되며, 건조 대상의 특성을 고려하여 적정한 시간 동안 건조가 이루어지도록 규격이 설정된다.

예를 들면, 왕겨탄화가 이루어지면서 탄화열을 농수산물의 건조에 전량 이용하고, 건조실 내의 온도를 40~90℃ 정도로 유지할 경우, 각 왕겨탄화실의 폭을 1.5m~ 2m, 건조실의 폭을 2m~4m, 높이는 2~3m 범위에서 시설을 효율적으로 구성할 수 있으며, 건조장치의 길이는 건조 대상을 연속순환시켜 건조하거나 1회 행정으로 건조를 완료하는 경우에 따라 길이의 규격을 결정하는 것이 바람직하다.

이 경우 상기한 무한체인식 건조장치(10A)는 반복 순환 가능하기 때문에 주어진 공간에 따라 적정 길이로 구성할 수 있고, 상기한 다단 연속식 건조장치(10B)는 20m 이상의 수평이송길이를 적용하여 투입과 배출이 연속적으로 이루어지도록 구성할 수 있고, 건조시간이 길거나 반복 순환에 의한 건조가 필요한 대상물인 경우에는 하부 배출측에 리프트(15)를 설치하여 상향으로 반송시키는 구조로 실시할 수 있고, 그 경우 각층의 금속 컨베이어벨트(14)에 건조대상을 동시에 적재하거나 배출하여 적재 및 배출에 소요되는 시간을 절약할 수 있도록 투입 및 배출장치(16)가 함께 설치되는 구조로 실시될 수 있다.

건조실(20)은 상기 건조장치를 수용하고 건조에 필요한 온도, 습도, 바람을 적절히 유지시키기 위한 공간이며, 작업자의 출입과 건조대상의 투입과 배출 가능한 구조로 실시된다.

상기 건조실에는 바람의 흐름을 발생하기 위한 팬과 응축에 의해 고습 상태를 해소할 수 있는 응축기 등이 포함될 수 있다.

왕겨탄화실(40)은 투입된 왕겨의 탄화가 이루어지는 공간으로 건조실의 양측에 배치되며, 밀폐구조로 이루어지고, 탄화열이 외부케이싱(50) 외벽으로 전도되지 않도록 내화 및 단열 처리된다.

왕겨탄화실(40)의 밀폐구조는 왕겨의 연소를 제어하기 위한 공기의 공급을 통제하고, 탄화시 발생하는 연기와 냄새를 연계 설치되는 집진-탈취-목초액 수거시설을 통하여 관리 가능하게 한다.

왕겨탄화장치(30)는 상기한 왕겨탄화실(40)에 설치되는 구성요소로서 투입 왕겨를 탄화시켜 훈탄을 제조할 수 있도록 여러 구조로 실시될 수 있으나 본 발명은 외부 에너지 투입 없이 훈탄 생산이 가능하고 왕겨 생산 수율을 향상한 구조의 왕겨탄화장치를 제시한다.

상기한 왕겨탄화장치(30)는 상기한 왕겨탄화실(40)과 일체로 구성되며, 왕겨의 초기 연소를 유도하여 자체 연소가 이루어지도록 유도하는 점화장치(31)와, 왕겨의 탄화를 제어하기 위한 급기장치(32)와, 왕겨의 연소 과정에서 생성되는 탄화가스물질을 수집하여 배출하는 배연통(33)과, 왕겨를 지속적으로 투입할 수 있는 왕겨투입장치(34)와 생성된 훈탄을 배출하는 훈탄배출장치(35)가 기본 구성으로 포함된다.

초기 점화장치(31)는 왕겨 연소에 필요한 열을 가하여 초기 점화시키기 위한 장치로, 버너나 화목, 전열선 등의 다양한 수단을 사용하여 왕겨의 초기 점화가 이루어지도록 구성된다.

급기장치(32)는 왕겨의 초기 점화에 필요한 공기나 점화 후 탄화과정에서 필요한 공기를 공급하기 위한 것으로, 왕겨탄화실 하부에 제어장치에 연계된 셔터식 급기구로 구성하거나 제어장치에 연결된 풍로에 의해 급기하는 구조로 실시할 수 있다.

왕겨탄화실을 밀폐구조로 하여 상기 급기장치에 의해서만 공기 공급이 이루어지고, 최소 공기의 급기에 의해 탄화가 진행되도록 함으로써 초기 점화 후 탄화실 하부에 형성된 연소층은 하부에서 상부로 점차 이동하면서 탄화가 이루어지고, 연소에 필요한 공기를 충분히 공급하지 않음으로써 상기 연소층은 상부에서 하부로 이동하는 것이 방지되어 왕겨 탄화실 하부는 탄화왕겨(즉, 왕겨 훈탄)이 생성된다. 배연통(33)은 왕겨의 탄화시 발생하는 수증기와 타르를 포함한 응축물질, 휘발성 탄화물질을 신속히 배출하여 왕겨탄화실 내부의 왕겨 연소층 압력을 낮춤으로써 왕겨의 불완전 연소에 필요한 최소한의 공기가 왕겨탄화실의 상부에서 켜켜이 쌓인 왕겨 층을 통하여 공급되도록 작용한다.

상기 배연통(33)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 원형으로 구성하거나 또는 사각형 통 형상으로 구성할 수 있으며, 왕겨와 접촉하는 부위, 바람직하게는 연소층에 접하는 부위에 내외부를 관통하는 통공(331)이 일정하게 형성된 구조로서 케이싱(50) 외부로 연장되어 집진,탈취 및 목초액 회수를 위한 후단 시설(100)에 연결된다.

상기 배연통(33)은 왕겨탄화실에 균일하게 형성함으로써 수증기 및 탄화 생성물질을 신속하게 배출시킬 수 있고, 최소 산소 조건에서 왕겨의 불완전 연소에 의한 탄화가 가능하게 하여 고 수율의 훈탄 생산이 이루어지도록 작용한다.

상기 배연통의 통공은 목초액의 주 구성성분인 타르물질이 배출되는 경로가 되어 통공을 협착화(狹窄化) 시킴으로 이를 주기적으로 해소하기 위하여 모터의 구동력에 의해 회전하는 브러시를 설치할 수 있다.

왕겨투입장치(34)는 왕겨를 공급하기 위한 장치로 배치형으로 구성할 수 있고, 연속식으로 구성할 수 있으며, 배치형으로 구성하는 경우에 왕겨탄화실 상부 또는 측벽에 왕겨투입구(미도시)를 형성하여 상기 투입구를 통하여 인력 또는 흡입장치에 의해 왕겨를 투입하는 구조로 실시하며, 연속식으로 구성할 경우에는 도 4b 및 도6에 도시된 바와 같이, 왕겨탄화실(40)의 상부로 연장설치되는 스프링 구조의 이송스크루(341)를 설치하여 외부 왕겨저장호퍼(110)에 저장된 왕겨를 연속적으로 투입할 수 있도록 구성한다.

상기 이송스크루(341)는 상향 이송이 이루어지도록 구성하여 만일의 경우에 왕겨 연소 화염이 역류하는 것을 차단할 수 있도록 구성한다.

훈탄배출장치(35)는 왕겨탄화실(40) 하부에 설치되어 왕겨의 탄화에 의해 형성된 훈탄을 배출하기 위한 장치이며, 탄화에 의해 약간의 부피가 감소된 훈탄이 자연스럽게 하부로 흘러내릴 수 있도록 왕겨 탄화실 하부를 호퍼(351) 형태로 형성하고, 그 기저부에 길이방향으로 배출스크루(352)를 설치하여 탄화실 외부로 훈탄을 배출시키고, 배출된 훈탄은 상향으로 연속된 관을 사용하여 훈탄 저장사일로(120)에 공급한다.

도 7은 본 발명에 의한 왕겨탄화 및 건조장치와 연계 설치되는 후단시설(100), 왕겨저장호퍼(110), 훈탄 저장사일로(12)을 함께 구성한 실시 예를 도시한 것이다.

후단시설(100)은 각각의 배연통(33)은 집진관(130)을 통하여 후단시설(100)에 연결되며, 후단시설은 목초액수집장치(101), 집진장치(102), 탈취장치(103)등이 포함되는 백하우스를 구성하여 왕겨의 탄화, 건조장치에 의한 건조 과정에서 발생하는 목초액, 휘발성연소물질, 냄새 등을 처리한다.

왕겨저장호퍼(110)은 왕겨의 공급이 지속적이고 안정되게 이루어지도록 사일로 구조로 왕겨를 저장하는 시설이며, 왕겨투입장치(34)에 직접 연결되어 왕겨탄화실 내의 왕겨 량에 연동하여 자동으로 공급되도록 구성된다.

훈탄 저장사일로(12)는 훈탄배출장치(35)와 연결되어 생성된 훈탄을 일시저장하고, 고온 상태에서 외부공기와 훈탄의 접촉을 차단하여 만일의 경우 발화되는 것을 방지하는 작용도 수행한다.

상기 실시 예에 의한 본 발명의 동작은 다음과 같이 설명될 수 있다.

왕겨투입장치(34)를 이용하여 왕겨를 왕겨탄화실(40)의 대략 2/3 높이까지 채운다.

다음으로, 급기장치(32)에 의해 공기를 공급한 상태에서 초기 점화장치(31)을 사용하여 왕겨를 점화시키면 점화장치에 의한 열이 왕겨에 작용하여 왕겨는 통상적인 흡열단계와 발열단계를 거쳐 대략 320℃ 이상의 온도에서 점화되어 연소가 이루어진다.

320℃ 이상의 온도가 지속적으로 유지된 상태에서 공기공급이 계속적으로 이루어지면 왕겨탄화실 내에서 왕겨의 연소는 점차 확산되어 연속적인 탄화에 필요한 열량이 확보되며, 그 상태에서 외부공기를 줄이거나 공기공급을 중단하더라도 왕겨에 포함되는 공기 및 급기장치에 의해 제어 공급되는 미량의 공기만으로도 연속적인 탄화가 이루어진다.

이때 탄화과정에서 발생한 수증기, 탄화 가스물질은 균일하게 배열된 배연통(33)의 통공(331)을 통하여 수집되어 굴뚝 효과에 의해 왕겨탄화실 외부로 배출되고, 배출 압력에 의해 왕겨 내부에 존재하는 공기를 빨아 들이고 급기장치를 통하여 미량공급되는 공기를 흡수하여 연속적인 탄화가 이루어진다.

따라서, 상기 구조에 의한 왕겨탄화장치는 다음과 같은 연소특성을 갖는다.

첫째, 왕겨의 연소에 필요한 공기보다 항상 부족하게 공급됨으로써 왕겨의 열 분해 과정인 흡열에 의한 무게감소 과정과, 발열에 의한 탄소 분해과정과 최종 회분 생성과정을 거치지 않고, 연소 초기 단계에서 분해가 정지되며, 연소에 의해 형성된 열은 이웃 왕겨의 연쇄적인 연소로 이루어지며, 왕겨의 연소에 의해 제공된 공기가 소멸 됨과 동시에 연소가 정지되어 왕겨의 불완전 연소 물질인 훈탄이 고 수율로 생성되고, 탄화 가스물질의 배출과 외부 공기의 흡입이 어느 정도 균형을 이루어 왕겨 탄화실 내에는 항상 일정한 온도가 유지되어 과열 상태가 발생하지 않는다.

둘째, 왕겨탄화실 내에서 왕겨의 연소는 320℃ 이상의 온도가 일정시간 유지되고, 연소에 필요한 공기가 공급되는 조건을 만족할 때 연소층이 형성되며, 최초 왕겨탄화실 하부에서 공급되는 공기에 의해 점화되어 연소가 이루어지는 상태에서 하부로부터의 공기 공급을 차단되면 왕겨의 연소층(F)은 항상 상향으로 이동하는 특성이 있다.

따라서, 하층에 속해 있는 탄화된 왕겨훈탄은 발열분해에 의해 연소 방해물질인 규산 등이 분해됨으로써 쉽게 연소될 수 있으나 공기 공급이 이루어지지 않음으로 초기 연소되어 탄화과정을 거친 후 소화(消火)되며, 연소에 의해 발생한 열은 상층 왕겨의 연소에 이용되고 자신은 열을 빼앗겨 별도의 소화과정 없이도 시간이 경과 됨에 따라 식어 훈탄배출장치에 의해 연속적인 배출이 가능해지게 된다.

셋째, 왕겨의 연소가 상향으로 진행함으로써 연소층의 하부는 소화되고 상층은 연소가 진행하여 왕겨의 추가적인 공급이 없으면 점차 연소층이 상승하며, 최종단계에서 연소가 종료됨으로 왕겨투입량을 연소 속도에 맞춤으로써 왕겨탄화실 내의 연소층을 일정 높이로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명은 탄화장치와 건조 장치가 결합됨으로써 다음과 같은 특징을 갖는다.

첫째, 외부 에너지의 사용 없이 고품질의 왕겨 훈탄 생산과 농수산물 또는 슬러지 등의 건조가 가능하여 친환경 경제적인 건조장치의 구성이 가능하다.

둘째, 왕겨의 연소는 급기량에 따라 조절됨으로써 갈변 예방을 위해 낮은 온도에서 이루어지는 농수산물의 건조뿐만 아니라 고온의 열을 사용하여 단기간에 걸쳐 건조를 행하는 슬러지 등의 건조에도 효과적으로 사용할 수 있다.

셋째, 탄화열의 복사에 의한 건조와 탄화열을 이용하여 생성한 열풍에 의한 건조가 가능하여 건조에 필요한 열온도를 효과적으로 조절할 수 있다.

10: 건조장치 11: 무한체인 12: 체인어태치먼트
13: 건조대 14: 컨베이어벨트 15: 리프트
16: 투입 및 배출장치 20: 건조실
30: 왕겨탄화장치 31: 점화장치 32: 급기장치
33: 배연통 331: 통공 34: 왕겨투입장치
341: 이송스크루 35: 훈탄배출장치 351: 호퍼
352: 배출스크루 40: 왕겨탄화실
50: 외부케이싱 60: 열전도성 금속패널
70: 열풍장치 71: 열교환광 72: 열풍관
73: 송풍기 80: 배기관 81: 송풍기
90: 열교환기 100: 후단시설 101: 목초액수집장치
102: 집진장치 103: 탈취장치
110: 왕겨저장호퍼 120: 훈탄 저장사일로 130: 집진관

Claims (3)

1. 건조장치가 내장된 건조실이 중앙에 설치되고, 그 좌 우측에 열전도 판재로 구획되어 각기 왕겨탄화장치가 내장된 왕겨탄화실이 형성되는 박스형 구조로 이루어져 왕겨 탄화실의 복사열이 건조실에 직접 작용하도록 구성한 것을 특징으로 하는 왕겨 탄화 및 건조장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   외부에서 흡입한 공기를 왕겨탄화실 내부에 설치한 열교환관에 의해 가열 한 후 이를 건조실로 송풍하는 열풍장치가 설치된 것을 특징으로 한 왕겨 탄화 및 건조장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   왕겨탄화장치는 밀폐된 구조의 수직 통 형상으로 이루어지는 왕겨탄화실과 일체로 구성되고, 상기 왕겨탄화실의 하부에 왕겨를 초기 연소하여 자체 연소가 이루어지도록 유도하는 점화장치가 설치되고, 왕겨탄화실 내부로 공급되는 공기량을 조절하여 왕겨의 탄화를 제어하기 위한 급기장치와, 왕겨의 연소 과정에서 생성되는 탄화가스물질을 수집하고 왕겨내부의 압력을 낮추어 저산소조건에서 탄화를 유도하도록 왕겨탄화실 내에 균일한 분포로 설치되는 다수의 배연통과, 왕겨탄화실 내부로 왕겨를 지속적으로 투입하기 위해 설치되는 왕겨투입장치와 생성된 훈탄을 지속적으로 배출하기 위해 왕겨탄화실하부에 설치되는 훈탄배출장치가 포함된 것을 특징으로 하는 왕겨 탄화 및 건조장치.

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