KR20170079170A - 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치에 관한 것이다.
본 발명은 식물성 바이오매스가 저장되는 제1공급부와, 동물성 바이오매스가 저장되는 제2공급부, 및 유기성 바이오매스가 저장되는 제3공급부로 이루어지며, 상기 각각의 바이오매스들을 개별적으로 건조 및 분쇄하는 원료 처리부; 상기 원료 처리부와 연결되어 건조 및 분쇄된 바이오매스들과 추가적으로 바인더를 혼합하여 반탄화물을 이루는 혼합 연료를 제조하는 원료 혼합부와, 원료 혼합부를 통해 혼합된 혼합 연료가 저장되는 혼합물 저장부와, 상기 혼합 연료를 반탄화 처리부로 공급하는 혼합물 공급부를 포함하는 혼합물 처리부; 혼합 연료와 바인터를 혼합하고, 산소를 제거하여 탄화시켜 반탄화물로 제조하는 반탄화 처리부; 상기 반탄화 처리부에서 제조된 반탄화물이 공급되고, 상기 반탄화물을 사용자의 요구에 따라 선택적으로 성형이 이루어지도록 하는 반탄화물 처리부; 및 상기 원료 처리부, 혼합물 처리부, 반탄화 처리부 및 반탄화물 처리부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치{The manufacturing apparatus of half carbide using biomass mixture}
본 발명은 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 폐목재, 슬러지, 목재, 우분, 왕겨, 볏짚 등을 포함하는 바이오매스가 혼합되며, 수분함량을 최소화한 식물계, 동물계 및 유기성 바이오매스를 혼합하여 사용함으로써, 3,000~6000kcal/kg의 발열량을 유지하고, 활용 목적에 따라 발열량에 대한 품질을 선택적으로 조절하여 생산할 수 있는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치에 관한 것이다.
최근 석유 등과 같은 화석계 에너지의 대체 에너지로 주목받고 있는 바이오매스는 미가공 상태에서 내부 공극률이 매우 높아서 부피가 크고, 단위 중량당 에너지 밀도가 낮기 때문에, 비경제적인 단점을 가지고 있다.
이러한 단점을 해소하기 위해 최근에는 바이오매스 재료를 반탄화 처리하여 단위 중량당 에너지밀도(Kcal/kg)를 높이면서, 반탄화된 바이오매스 재료를 펠릿 형태로 제조하여 부피를 줄임으로써 경제성을 확보하는 기술 및 장치가 지속적으로 개발되고 있다.
여기서, 반탄화 처리는 고온의 무산소 상태에서 바이오매스 재료를 열처리하여 중량을 낮추는 것인데, 이때, 바이오매스의 발열량도 소폭 감소된다. 하지만, 결과적으로는 단위중량당 발열량 즉, 에너지밀도(Kcal/kg)는 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
일 예로, 대한민국 등록특허 제10-1344860호에는, 바이오매스 반탄화 장치에 있어서, 바이오매스 재료를 공급하는 공급부; 상기 공급부와 연결된 투입구 및 상기 투입구와 이격된 배출구가 형성된 반탄화공간을 구비하며, 상기 반탄화공간의 하부에 마련된 다공스크린과, 상기 반탄화공간으로 공급된 상기 바이오매스를 교반하면서 상기 배출구 측으로 이동시키는 교반기를 갖는 반탄화처리부; 상기 다공스크린의 하부 영역에 마련되는 히터와, 상기 히터의 하부에 인접하게 마련되는 열교환기를 갖는 가열부; 상기 가열부를 거쳐 상기 반탄화공간으로 송풍하는 송풍부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 반탄화장치가 개시된 바 있다.
그러나, 전술한 선행기술문헌에 따르면, 이와 같은 바이오매스 원료를 고형화(성형)하여 고형 연료로 제조할 경우, 공정이 단순한 장점이 있으나, 내흡수율이 떨어져 연료 보관 시에 수분에 취약한 점이 있어 연료 보관에 어려움이 있다. 또한, 바이오매스 자체보다는 성형을 통하여 비중을 높일 수는 있으나, 여전히 낮은 비중으로 인하여 운반 및 보관에 물류비가 증가되는 문제점을 가지고 있다
또한, 종래의 바이오매스 연료의 제조방법에서는, 바이오매스의 (반)탄화 과정에서 수분이 증발하면서 기공이 생성되며, 이렇게 생성된 기공에 의해 바이오매스 연료의 강도 및 겉보기 밀도가 약화된다. 따라서 바이오매스 연료의 저장 및 운송시 깨짐으로 인한 분진이 발생되어 바이오매스 미분연료의 상품성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1344860호
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전술한 배경기술에 의해서 안출된 것으로, 폐목재, 슬러지, 목재, 우분, 왕겨, 볏짚 등을 포함하는 바이오매스가 혼합되며, 수분함량을 최소화한 식물계, 동물계 및 유기성 바이오매스로 이루어진 반탄화물을 제공함으로써, 3,000~6000kcal/kg의 발열량을 유지하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 식물계, 동물계 및 유기성 바이오매스가 혼합된 혼합 원료를 사용함으로써, 사용자들이 필요로 하는 발열량에 대한 품질을 선택적으로 조절하여 생산할 수 있는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 일정한 발열량을 유지하는 반탄화물의 형상을 수요자의 요구에 따라 다양한 형상, 크기 및 모양을 자유롭게 성형하여 제공할 수 있는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 식물성 바이오매스가 저장되는 제1공급부와, 동물성 바이오매스가 저장되는 제2공급부, 및 유기성 바이오매스가 저장되는 제3공급부로 이루어지며, 상기 각각의 바이오매스들을 개별적으로 건조 및 분쇄하는 원료 처리부; 상기 원료 처리부와 연결되어 건조 및 분쇄된 바이오매스들과 추가적으로 바인더를 혼합하여 반탄화물을 이루는 혼합 연료를 제조하는 원료 혼합부와, 원료 혼합부를 통해 혼합된 혼합 연료가 저장되는 혼합물 저장부와, 상기 혼합 연료를 반탄화 처리부로 공급하는 혼합물 공급부를 포함하는 혼합물 처리부; 혼합 연료와 바인더를 혼합하고, 산소를 제거하여 탄화시켜 반탄화물로 제조하는 반탄화 처리부; 상기 반탄화 처리부에서 제조된 반탄화물이 공급되고, 상기 반탄화물을 사용자의 요구에 따라 선택적으로 성형이 이루어지도록 하는 반탄화물 처리부; 및 상기 원료 처리부, 혼합물 처리부, 반탄화 처리부 및 반탄화물 처리부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1내지 제3공급부는 각각의 바이오매스들이 개별적으로 저장되는 제1내지 제3원료 저장부와, 상기 제1내지 제3저장부로부터 바이오매스들이 이송되고, 이송된 상기 바이오매스들을 상기 제어부의 제어에 따라 상기 원료 혼합부로 공급하는 제1내지 제3원료 공급부를 더 포함하고, 상기 제1내지 제3원료 저장부와 상기 제1내지 제3 원료 공급부 사이에 구성되어 저장된 상기 각각의 바이오매스들을 건조시키는 제1내지 제3건조부가 선택적으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1내지 제3원료 저장부는 식물성, 동물성, 또는 유기성 바이오매스가 투입되는 투입부와, 상기 투입부를 통해 상기 바이오매스들이 각각 개별적으로 저장되며, 내부 공간을 분할하여 동일한 군의 바이오매스들이 종류별로 분리되게 저장되는 저장챔버와, 상기 바이오매스들에 포함된 수분을 제거하는 수분 제거장치와, 상기 식물성, 동물성, 또는 혼합 바이오매스를 상기 제어부의 제어에 따라 상기 혼합부의 원료 혼합부로 공급하는 공급부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 투입부에는 상기 저장챔버의 상부에 구성되며, 상기 투입부를 회전 작동시키는 회전판과, 상기 회전판을 회전시키는 구동모터와, 상기 저장챔버의 투입홀을 선택적으로 밀폐하는 밀폐판이 더 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1내지 제3건조부는 상기 바이오매스들을 이송 및 건조시키는 내통; 상기 내통의 외주에 구성되며, 상기 바이오매스의 건조가 이루어지도록 소정의 열풍을 순환시키는 외통; 상기 내통의 내주에 구성되어 상기 바이오매스들을 이송시키는 이송 스크류; 상기 외통의 일면에 구성되어 상기 제어부의 제어에 따라 일정량의 열풍을 제공하는 열풍 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1내지 제3원료 공급부는 상기 제1내지 제3건조부와 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 건조된 바이오매스들을 일정한 크기로 분쇄하는 분쇄기와, 분쇄된 바이오매스들의 분쇄물들을 상기 원료 혼합부측으로 정량 공급하는 정량 공급기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 원료 혼합부는 상기 식물성, 동물성 및 유기성 바이오매스들을 혼합하는 임펠라가 구성된 교반기와, 상기 임펠라에 구성되어 상기 바이오매스들을 분쇄하는 분쇄칼날을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합물 저장부에는 내부의 온도 및 습도를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 상기 제어부와 연동하는 온습도센서가 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합부에는 상기 원료 혼합부와 연결되어 상기 바이오매스들을 건조하는 혼합물 건조부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반탄화 처리부는 상기 혼합물을 반탄화시키는 반탄화부; 상기 반탄화부측으로 열원을 공급하는 열원 공급부; 및 혼합물의 탄화시 발생하는 유해가스를 흡입하여 정제시키는 정제부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반탄화물 처리부는 상기 반탄화 처리부를 통해 반탄화가 이루어진 반탄화물을 공급받아 이를 냉각시키고, 냉각된 반탄화물을 배출하는 반탄화 배출부; 상기 반탄화 배출부로부터 배출되는 상기 반탄화물을 저장하는 반탄화물 저장부; 상기 반탄화물 저장부로부터 일정량의 반탄화물을 공급받고, 이를 가공하여 3,000~6,000Kcal/kg 의 발열량을 가지는 반탄화물로 제조하는 반탄화 성형부; 상기 반탄화물 저장부로부터 일정량의 반탄화물이 공급되고, 이 반탄화물의 형태를 그대로 유지시킨 채 일정량의 발열량을 가지는 반탄화물을 제조하는 반탄화 비성형부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 바이오매스들의 수분 및 발열량에 대한 데이터들이 저장되는 데이터 관리부; 상기 제1내지 제3원료 저장부에 저장된 바이오매스들의 수분 및 발열량에 대한 데이터를 전송받아 상기 데이터 관리부에 기록된 데이터와 비교 및 분석하여 상기 원료 처리부 및 혼합물 처리부의 구동을 제어하는 원료 검지부; 상기 반탄화 처리부 내에 존재하는 산소를 제거하도록 제어하고, 상기 혼합 원료의 반탄화가 이루어지도록 상기 반탄화 처리부의 반응 온도 및 반응시간을 조절하는 반응 조절부; 상기 제1내지 제3원료 공급부들의 각각 개별적으로 제어하여 바이오매스의 종류별 공급량을 제어하는 공급량 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 폐목재, 슬러지, 목재, 우분, 왕겨, 볏짚 등을 포함하는 바이오매스가 혼합되며, 수분함량을 최소화 한 식물계, 동물계 및 유기성 바이오매스로 이루어진 반탄화물을 제공함으로써, 높은 발열량을 3,000~6000kcal/kg의 발열량으로 유지하여 발전소 등에서 석탄 연료와 함께 바이오매스 반탄화물 연료를 일정량 혼합하여 사용할 수 있는 양질의 반탄화물을 제공하여 에너지 절감 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 식물계, 동물계 및 유기성 바이오매스가 혼합된 혼합 원료를 사용함으로써, 사용자들이 필요로 하는 발열량에 대한 품질을 선택적으로 조절하여 생산할 수 있어 다양한 방면으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 일정한 발열량을 유지하는 반탄화물의 형상을 수요자의 요구에 따라 다양한 형상, 크기 및 모양을 자유롭게 성형하여 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반탄화물 제조장치를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반탄화물 제조장치의 원료 처리부를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반탄화물 제조장치의 혼합물 처리부를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반탄화물 제조장치의 반탄화 처리부를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반탄화물 제조장치의 반탄화물 처리부를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반탄화물 제조장치의 각 부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속" 된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반탄화물 제조장치를 개략적으로 나타낸 구성도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반탄화물 제조장치의 원료 처리부를 개략적으로 나타낸 구성도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반탄화물 제조장치의 혼합물 처리부를 개략적으로 나타낸 구성도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반탄화물 제조장치의 반탄화 처리부를 개략적으로 나타낸 구성도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반탄화물 제조장치의 반탄화물 처리부를 개략적으로 나타낸 구성도, 도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반탄화물 제조장치의 각 부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치는 폐목재, 목재, 왕겨, 볏짚과 같은 식물성 바이오매스와, 축분과 같은 동물성 바이오매스 및 하수 슬러지, 음식물류 폐기물과 같은 유기성 바이오매스를 각각 별도로 저장 및 분쇄하는 원료 처리부(100)와, 상기 원료 처리부(100)로부터 이송된 종류별 바이오매스를 혼합하는 혼합물 처리부(200)와, 상기 혼합물 처리부(200)로부터 이송되는 종류별 바이오매스의 혼합물을 반탄화 및 성형시켜 반탄화 성형 연료로 제조하는 반탄화 처리부(300)와, 상기 반탄화 처리부(300)를 통해 처리된 반탄화물을 수요자의 요구에 따라 성형하여 다양한 형상, 크기 및 모양을 가지도록 하는 반탄화물 처리부(400) 및 원료 처리부(100), 혼합물 처리부(200), 반탄화 처리부(300) 및 반탄화물 처리부(400)의 구동을 제어하는 제어부(600)를 포함하여 구성된다.
원료 처리부(100)는 바이오매스의 종류에 따라 각각 개별적으로 저장될 수 있도록 제1 내지 제3 공급부(110, 120, 130)로 분할 구성된다.
이때, 제1공급부(110)는 각각 식물성 바이오매스가 저장되도록 제1원료 저장부(112)가 구성되며, 제1원료 저장부(112)에 저장된 식물성 바이오매스를 건조하는 제1원료 건조부(114)와, 건조된 식물성 바이오매스를 파쇄 및 분쇄하고, 분쇄된 분쇄물을 혼합물 처리부(200)측으로 공급하는 제1원료 공급부(116)로 이루어진다.
또한, 제2공급부(120)는 각각 동물성 바이오매스가 저장되도록 제2원료 저장부(122)가 구성되며, 제2원료 저장부(112)에 저장된 동물성 바이오매스를 건조하는 제2원료 건조부(124)와, 건조된 동물성 바이오매스를 파쇄 및 분쇄하고, 분쇄된 분쇄물을 혼합물 처리부(200)측으로 공급하는 제2원료 공급부(126)로 이루어진다.
또한, 제3공급부(120)는 유기성 바이오매스가 저장되는 제3원료 저장부(132)가 구성되며, 제3원료 저장부(132)에 저장된 유기성 바이오매스를 건조하는 제3원료 건조부(134)와, 건조된 유기성 바이오매스를 혼합물 처리부(200)측으로 공급하는 제3원료 공급부(136)로 이루어진다.
여기서, 제1내지 제3원료 저장부(112, 122, 132)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 일면에 식물성, 동물성 및 유기성 바이오매스가 각각 종류별로 투입되는 투입부(512)가 구성될 수 있으며, 투입부(512)를 통해 투입된 바이오매스들이 종류별로 분리된 채로가 저장되는 저장챔버(514)와, 제어부(600)의 제어에 따라 저장된 바이오매스들에 포함된 수분을 제거하는 수분 제거장치(516)가 더 구성되며, 특히 저장되는 바이오매스들이 각각 분리되어 독립적으로 저장이 이루어질 수 있도록 저장챔버(514)를 분할하는 분할판(518)이 구성될 수 있다.
이때, 투입부(512)는 분할판(518)에 의해 분할된 저장챔버(514)의 내부로 서로 다른 종류의 바이오매스들이 투입될 수 있도록 저장챔버(514)의 상부에서 회전 가능한 구조로 구성될 수 있다.
즉, 투입부(512)는 구동모터(512c)에 의해 회전 작동이 이루어지는 회전판(512a)에 결합되어 제어부(600)의 제어에 따라 저장챔버(514)의 상부에 형성된 투입홀측으로 폐목재와 같은 바이오매스를 투입하게 되고, 이때 분할판(518)에 의해 분할된 다른 저장챔버(514)의 투입홀은 밀폐판(512b)에 의해 밀폐되도록 구성되는 것이다.
또한, 제1내지 제3원료 저장부(112, 122, 132)에는 저장챔버(514)에 저장된 바이오매스들을 제1내지 제3원료 건조부(114, 124, 134)로 공급하는 공급부재(515)가 구성되며, 이 공급부재(515)는 스크류 이송 방식, 또는 컨베이어 시스템 중 어느 하나로 이루어져 공급이 이루어지도록 구성된다.
제1내지 제3원료 건조부(114, 124, 134)는 원료 처리부(100)에 선택적으로 구성될 수 있는 것이다.
이러한 본 발명의 제1 내지 제3건조부(114, 124, 134)는 도 6에 도시된 바와 같이, 외통(522)과 이 외통(522)의 내부에 구비되며, 회전 작동이 이루어지도록 구성되는 내통(524)으로 분리 구성된다.
내통(524)은 제1 내지 제3원료 저장부(112, 122, 132)로부터 각각 이송되는 바이오매스들이 공급되며, 공급된 바이오매스들은 내통(524)의 내주에 구성되는 이송 스크류(526)를 통해 이송이 이루어지게 된다.
또한, 외통(522)은 내통(524)을 가열하여 내통(524)을 통과하는 바이오매스들을 건조하기 위하여 내주면으로 열풍을 공급하는 열풍 공급장치(528)가 구성된다.
이때, 열풍 공급장치(528)를 통해 유입되는 열풍은 외통(522)의 내주면을 순환하면서 내통(524)의 외주면을 가열시키고, 순환된 열풍은 다시 열풍 공급장치(528)로 유입되어 재사용이 이루어지도록 구성된다.
이러한 제1 내지 제3건조부(114, 124, 134)는 바이오매스들이 건조하는 동안 발생하는 분진과 수분을 배출하되, 분진은 별도로 사이클론과 같은 수단을 이용하여 분리 폐기하고, 수분의 경우에는 응축기를 이용하여 응축하여 폐기 처리한다.
수분 제거장치(140)는 분할 구성되는 저장챔버(514)들의 내부에 각각 구성되어 제어부(600)의 제어에 따라 저장된 종류별 바이오매스들에 포함된 수분을 제거하는 것으로서, 저장챔버(514)의 온도 및 습도를 체크하여 제어부(600)로 전송하고, 제어부(600)에서는 현재 저장챔버(514)의 온습도에 따라 수분 제거장치(140)의 구동 여부에 대한 신호를 전송하여 저장챔버(514)의 온습도를 항상 일정하게 유지시키도록 한다.
한편, 본 발명의 제1 및 제2원료 공급부(116, 126)는 도 8에 도시된 바와 같이, 상부가 내통(524)의 스크류(526)와 연결되어 건조된 바이오매스들을 공급받으며, 공급된 바이오매스들을 제어부(600)의 제어에 따라 일정한 크기로 분쇄하는 분쇄기(532)가 구성되며, 분쇄기(532)의 하부에는 분쇄된 바이오매스들의 분쇄물들을 혼합물 처리부(200)의 원료 혼합부(210)측으로 정량 공급하는 정량 공급기(534)가 구성된다.
이때, 내통(524)과 분쇄기(532) 사이에는 건조된 바이오매스들을 분쇄기(532)측으로 이송시키는 이송수단(536)이 구성되며, 이 이송수단(536)은 통상의 컨베이어 시스템으로 구성될 수 있다.
아울러, 제3원료 공급부(136)는 유기성 바이오매스들을 공급하는 것으로, 유기성 바이오매슬들의 특성상 별도의 분쇄공정이 이루어지지 않아도 무방하나, 선택적으로 제1 및 제2원료 공급부(116, 126)와 같이 별도의 분쇄기(532) 및 정량 공급기(534)가 구성될 수 있을 것이다.
혼합물 처리부(200)는 제1 내지 제3원료 공급부(116, 126, 136)로부터 각각 공급되는 원료들을 혼합하는 것으로, 다양한 종류의 바이오매스들과 추가적으로 바인더를 혼합하여 성형 연료를 이루는 혼합물을 제조하는 원료 혼합부(210)가 구성된다.
이때, 원료 혼합부(210)는 각기 다른 종류들의 바이오매스들이 서로 뒤섞이면서 혼합이 이루어질 수 있도록 교반기가 구성될 수 있으며, 이 교반기의 임펠라에는 전술한 분쇄기(532)를 통해 분쇄된 바이오매스들을 2차로 분쇄가 이루어지도록 분쇄칼날이 더 구성됨으로써, 교반기의 임펠라가 회전 작동이 이루어지면서 혼합 및 분쇄가 이루어지도록 구성되는 것이다.
여기서, 원료 혼합부(210)는 제1 내지 제3원료 저장부(112, 114, 116)에 각각 저장되며, 서로 다른 발열량을 가지는 바이오매스들을 혼합하여 발전소 등에서 사용하는 화석 원료와 함께 혼합하여 사용될 수 있도록 3,000~6,000kcal/kg의 발열량을 가지는 반탄화물을 이루는 혼합원료를 제조하는 것으로, 특히 바람직하게는 3,000~4,500kcal/kg의 반탄화물을 이루는 혼합원료를 제조하는 것이다.
즉, 본 발명의 원료 혼합부(210)는 폐목재, 목재와 같은 식물성 바이오매스들은 통상적으로 그 발열량이 높기 때문에 동물성, 또는 유기성 바이오매스를 일정량 혼합하여 기존의 발열량 보다 낮은 발열량을 가지도록 하는 것이며, 특히 발전소 등에서 석탄과 같은 화석 원료와 일정량 혼합하여 사용하되, 그 투입량이 중량비 10중량%를 초과하지 않는 범위 내에서 화석 원료와 혼합하여 발전소, 또는 소각 시설 등에 사용되는 연료 기준에 맞춰 사용이 가능한 반탄화물을 이루는 혼합 원료를 제조하는 것이다.
또한, 혼합물 처리부(200)에는 원료 혼합부(210)를 통해 혼합된 혼합물이 저장되는 혼합물 저장부(220)가 구성된다.
혼합물 저장부(220)는 혼합물이 저장되는 내부의 온도 및 습도를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 제어부(600)와 연동하는 온습도센서가 구성될 수 있으며, 원료 저장부(112, 122, 132)에 구성된 공급부재(515)가 구성되어 혼합물 건조부(230)측으로 저장된 혼합물의 이송이 이루어지도록 구성된다.
혼합물 건조부(230)는 원료 건조부(114, 124, 126)들과 마찬가지로 외통(522) 및 내통(524)으로 분리 구성되고, 내통(524)의 내부에 이송 스크류(526)를 구성하여 혼합물의 건조 및 이송이 이루어지도록 구성된다.
혼합물 공급부(240)는 혼합물 건조부(230)에서 건조된 상태의 혼합물을 반탄화 처리부(300)의 반탄화부(310)로 이송하는 구성요소로서, 컨베이어 시스템으로 구성됨이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
반탄화 처리부(300)는 혼합물을 탄화시켜 반탄화물로 이루어지도록 하는 반탄화부(310)와, 탄화로측으로 고열가스를 제공하는 열원 공급부(320) 및 혼합물의 탄화시 발생하는 유해가스를 흡입하여 정제시키는 정제부(330)를 포함하여 구성된다.
반탄화부(310)는 혼합물 공급부(240)부터 공급되는 혼합물이 수용되어 탄화가 이루어지도록 제1 내지 제3건조부(114, 124, 134)와 동일한 구조로 이루어진 탄화로가 구성되고, 이 탄화로측으로 고열가스를 제공하는 열원 공급부(320)가 더 구성된다.
이러한 반탄화부(310)는 혼합물의 반탄화 공정이 수행될 때, 탄화물의 중량 대비 3~5중량%의 바인더를 공급하여 혼합물과 혼합되면서 반탄화 공정이 이루어지도록 하는 바인더 공급부가 더 구성될 수 있다.
여기서, 열원 공급부(320)는 회전 작동이 이루어지는 탄화로의 외통(522)의 내부로 열원 공급이 이루어지도록 탄화로의 일측에 일체로 구성됨이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 반탄화부(310)에는 혼합물의 탄화시 발생하는 유해가스를 흡입하여 정제시키는 정제부(330)가 더 구성될 수 있다.
여기서, 정제부(330)는 유해가스를 분해하여 유해성분과 순수 고열가스로 분리하는 것으로, 유해성분은 별도의 저장탱크에 저장하여 폐기하도록 하며, 순수 고열가스는 열원 공급부(320)측으로 공급하여 재사용이 이루어지도록 할 수 있다.
아울러, 본 발명의 반탄화 처리부(300)에는 반탄화가 이루어진 원료들이 저장 및 보관되는 보관부가 더 구성될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
반탄화물 처리부(400)는 반탄화부(300)를 통해 반탄화가 이루어진 원료들이 공급되고, 공급된 원료들을 저장함과 동시에 이 반탄화가 이루어진 원료의 성형이 이루어지는 구성요소이다.
이러한 반탄화물 처리부(400)는 반탄화부(310)와 연결되어 반탄화가 이루어진 반탄화물을 배출하는 반탄화물 배출부(410)와, 반탄화물 배출부(410)로부터 배출되는 반탄화물이 저장되는 반탄화물 저장부(420)가 구성된다.
반탄화 배출부(410)는 반탄화부(310)를 통해 반탄화가 이루어진 반탄화물을 공급받아 이를 냉각시키고, 냉각이 완료되면 반탄화물 저장부(420)측으로 배출하여 저장되도록 하는 구성요소이다.
이러한 반탄화 배출부(320)는 제1 내지 제3건조부(114, 124, 134)와 같이 외통(522) 및 내통(524)으로 이루어지며, 내통(524)으로 반탄화물이 수용되어 이송되며, 외통(522)의 내주로 냉매가 순환하면서 내통(524)의 반탄화물을 냉각하도록 구성됨이 바람직하다.
이때, 외통(522)의 일면에는 냉매를 공급하는 냉각기가 별도 구성됨이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
반탄화물 저장부(420)는 반탄화물이 저장되며, 일면에 정량 공급기가 구성되어 제어부(600)의 제어에 따라 반탄화물 비성형부(430), 또는 반탄화물 성형부(440)측으로 일정량의 반탄화물을 공급하도록 구성된다.
여기서, 반탄화물 비성형부(430)는 반탄화물 저장부(420)에 저장된 반탄화물을 공급받으며, 이 반탄화물이 가지는 형상을 유지한 채로 탄화가 이루어지는 구성요소이다.
또한, 반탄화물 성형부(440)는 반탄화물 저장부(420)로부터 일정량의 반탄화물을 공급받고, 이를 가공하여 3,000~6,000Kcal/kg 의 발열량을 가지는 탄화 성형 연료로 제조하며, 사용자의 요구에 따라 반탄화물의 형상, 크기 및 모양을 다양한 형태로 자유롭게 성형이 가능함은 물론이다.
이러한 반탄화물 성형부(440)는 반탄화물이 공급되면, 이를 토출구측으로 압착하면서 성형 연료의 형태로 성형이 이루어지도록 하는 것으로, 성형시 발생하는 부산물들은 회수되어 반탄화물 저장부(420)로 이송되고, 성형이 완료된 성형 연료는 별도의 연료 저장부에 저장되며, 주변 환경에 의하여 연소가 발생하는 것을 방지하기 위하여 제어부(600)의 제어를 통해 주기적으로 불활성 가스인 질소가스가 투입된다.
제어부(600)는 원료 처리부(100), 혼합물 처리부(200) 및 반탄화 처리부(300) 및 반탄화물 처리부(400)의 구동을 제어하는 것으로, 제1내지 제3원료 저장부(112, 122, 132)에 각각 구성되는 투입부(512)의 회전 작동 여부를 제어하여 저장챔버(514) 내에 투입되는 제1원료가 서로 섞이지 않도록 한다.
이는, 각각의 식물성 바이오매스들이 가지는 특유의 특성에 따라 저장챔버(512)에 구성된 수분 제거장치(140)를 제어함으로써, 온습도를 세밀하게 제어하여 식물성 바이오매스가 최적의 상태를 유지하도록 하기 위함이다.
또한, 제어부(600)는 제1 내지 제3건조부(114, 124, 134)의 구동을 제어하며, 특히 열풍 공급장치(528)로부터 공급되는 열풍의 공급량과, 내통(524)으로 공급되는 바이오매스들의 공급량을 조절하기 위하여 제1내지 제3원료 공급부(116, 126, 136)을 제어할 수 있다.
아울러, 본 발명의 제어부(600)는 원료 혼합부(210)를 통해 각각 공급되는 식물성, 또는 동물성 바이오매스의 공급량을 각각 개별적으로 제어하여 일정 비율로 혼합이 이루어지도록 하고, 혼합물 저장부(220)의 온습도를 일정하게 유지할 수 있도록 온습도 센서를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 제어부(600)는 반탄화부(310)측으로 공급되는 바인더의 공급 여부, 공급량을 조절하기 위하여 바인더 공급부를 제어하고, 반탄화 진행시 탄화로 내의 산고를 제거하도록 제어하여 탄화로의 내부가 무산소화를 이루도록 함과 동시에 열원의 온도 및 공급량을 제어하여 고품질의 반탄화가 이루어지도록 제어함이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 제어부(600)는 제1내지 제3원료 저장부(112, 114, 116)에 각각 투입이 이루어지는 바이오매스들의 수분 및 발열량에 대한 데이터들이 저장되는 데이터 관리부(630)가 구성되고, 이 데이터 관리부(630)와 연동하고, 수분 제거장치(140)와 온습도센서 등으로부터 전송되는 저장된 바이오매스들의 수분 및 발열량에 대한 데이터를 전송받아 최초에 기록된 데이터와 비교 및 분석하여 바이오매스들의 수분 및 건조가 이루어지도록 원료 처리부(100) 및 혼합물 처리부(200)의 구동을 제어하는 원료 검지부(610)가 구성된다.
그리고, 제어부(600)에서는 반탄화 처리부(300)에서 혼합 원료의 반탄화가 이루어질 때, 탄화로 내에 존재하는 산소를 제거하도록 제어하고, 혼합원료가 250~300℃의 온도로 반탄화가 이루어지도록 반탄화 처리부(300)의 반응 온도 및 반응시간(혼합 원료의 체류 시간)을 조절하도록 제어하는 반응 조절부(620)가 구성된다.
또한, 본 발명의 제어부(600)에는 제1내지 제3원료 공급부(116, 126, 136)들의 각각 개별적으로 제어하여 바이오매스의 종류별 공급량을 제어하는 공급량 조절부(640)가 구성된다.
이러한 공급량 조절부(640)는 일 예로, 4,000Kcal/kg 의 발열량을 가지는 반탄화물을 제조하기 위하여 제1원료 공급부(116)를 통해 식물성 바이오매스가 혼합 원료의 중량 대비 10중량%로 투입되도록 제어하고, 제2원료 공급부(126)는 동물성 바이오매스가 혼합원료의 중량 대비 30중량%의 양만큼 투입이 이루어지도록 제어하며, 제3원료 공급부(126)의 경우, 유기성 바이오매스를 60중량% 만큼 혼합물 처리부(200)측으로 공급이 이루어지도록 제어할 수 있다.
여기서, 상기한 혼합 비율을 일 예로서, 사용자가 요구하는 발열량에 따라 그 비율이 달라질 수 있음은 물론이다.
이와 같이 구성된 본 발명은 바이오매스 원료의 반탄화 과정에서 강도 및 밀도를 극대화하여 반탄화 성형 연료의 발열량을 3,000~6,000Kcal/kg 까지 향상시켜 반탄화 성형 연료의 연소 효율을 향상시킬 수 있으며, 폐목재, 목재, 우분, 왕겨, 볏짚 및 슬러지 등을 포함하는 바이오매스가 혼합되며, 수분함량을 최소화 한 식물계, 동물계 및 유기성 바이오매스로 이루어진 반탄화 성형 연료를 제조함으로써, 양질의 반탄화 연료를 제공받을 수 있는 발명이다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 원료 처리부 110: 제1공급부
120: 제2공급부 130: 제3공급부
140: 수분 제거장치 200: 혼합물 처리부
210: 원료 혼합부 220: 혼합물 저장부
230: 혼합물 건조부 240: 혼합물 공급부
300: 반탄화 처리부 310: 반탄화부
320: 열원 공급부 330: 정제부
400: 반탄화물 처리부 410: 반탄화 배출부
420: 반탄화물 저장부 430: 반탄화물 비성형부
440: 반탄화물 성형부

Claims (12)

  1. 식물성 바이오매스가 저장되는 제1공급부와, 동물성 바이오매스가 저장되는 제2공급부, 및 유기성 바이오매스가 저장되는 제3공급부로 이루어지며, 상기 각각의 바이오매스들을 개별적으로 건조 및 분쇄하는 원료 처리부;
    상기 원료 처리부와 연결되어 사용자의 요구에 따라 건조 및 분쇄된 바이오매스들과 추가적으로 바인더를 혼합하여 반탄화물을 이루는 혼합 연료를 제조하는 원료 혼합부와, 원료 혼합부를 통해 혼합된 혼합 연료가 저장되는 혼합물 저장부와, 상기 혼합 연료를 반탄화 처리부로 공급하는 혼합물 공급부를 포함하는 혼합물 처리부;
    혼합 연료에서 산소를 제거하여 탄화시켜 반탄화물로 제조하는 반탄화 처리부;
    상기 반탄화 처리부에서 제조된 반탄화물이 공급되고, 상기 반탄화물을 사용자의 요구에 따라 선택적으로 비성형, 또는 성형이 이루어지도록 하는 반탄화물 처리부; 및
    상기 원료 처리부, 혼합물 처리부, 반탄화 처리부 및 반탄화물 처리부의 구동을 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3공급부는
    각각의 바이오매스들이 개별적으로 저장되는 제1 내지 제3원료 저장부와,
    상기 제1 내지 제3저장부로부터 바이오매스들이 이송되고, 이송된 상기 바이오매스들을 상기 제어부의 제어에 따라 상기 원료 혼합부로 공급하는 제1내지 제3원료 공급부를 더 포함하고,
    상기 제1내지 제3원료 저장부와 상기 제1내지 제3 원료 공급부 사이에 구성되어 저장된 상기 각각의 바이오매스들을 건조시키는 제1내지 제3건조부가 선택적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3원료 저장부는
    식물성, 동물성, 또는 유기성 바이오매스가 투입되는 투입부와,
    상기 투입부를 통해 상기 바이오매스들이 각각 개별적으로 저장되며, 내부 공간을 분할하여 동일한 군의 바이오매스들이 종류별로 분리되게 저장되는 저장챔버와,
    상기 바이오매스들에 포함된 수분을 제거하는 수분 제거장치와,
    상기 식물성, 동물성, 또는 혼합 바이오매스를 상기 제어부의 제어에 따라 상기 혼합부의 원료 혼합부로 공급하는 공급부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 투입부에는
    상기 저장챔버의 상부에 구성되며, 상기 투입부를 회전 작동시키는 회전판과,
    상기 회전판을 회전시키는 구동모터와,
    상기 저장챔버의 투입홀을 선택적으로 밀폐하는 밀폐판
    이 더 구성되는 것을 특징으로 하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3건조부는
    상기 바이오매스들을 이송 및 건조시키는 내통;
    상기 내통의 외주에 구성되며, 상기 바이오매스의 건조가 이루어지도록 소정의 열풍을 순환시키는 외통;
    상기 내통의 내주에 구성되어 상기 바이오매스들을 이송시키는 이송 스크류;
    상기 외통의 일면에 구성되어 상기 제어부의 제어에 따라 일정량의 열풍을 제공하는 열풍 공급장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3원료 공급부는
    상기 제1 내지 제3건조부와 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 건조된 바이오매스들을 일정한 크기로 분쇄하는 분쇄기와,
    분쇄된 바이오매스들의 분쇄물들을 상기 원료 혼합부측으로 정량 공급하는 정량 공급기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 원료 혼합부는
    상기 식물성, 동물성 및 유기성 바이오매스들을 혼합하는 임펠라가 구성된 교반기와,
    상기 임펠라에 구성되어 상기 바이오매스들을 분쇄하는 분쇄칼날
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물 저장부에는 내부의 온도 및 습도를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 상기 제어부와 연동하는 온습도센서가 구성되는 것을 특징으로 하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 혼합부에는 상기 원료 혼합부와 연결되어 상기 바이오매스들을 건조하는 혼합물 건조부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반탄화 처리부는
    상기 혼합물을 반탄화시키는 반탄화부;
    상기 반탄화부측으로 열원을 공급하는 열원 공급부; 및
    혼합물의 탄화시 발생하는 유해가스를 흡입하여 정제시키는 정제부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반탄화물 처리부는
    상기 반탄화 처리부를 통해 반탄화가 이루어진 반탄화물을 공급받아 이를 냉각시키고, 냉각된 반탄화물을 배출하는 반탄화 배출부;
    상기 반탄화 배출부로부터 배출되는 상기 반탄화물을 저장하는 반탄화물 저장부;
    상기 반탄화물 저장부로부터 일정량의 반탄화물을 공급받고, 이를 가공하여 3,000~6,000Kcal/kg 의 발열량을 가지는 반탄화물로 제조하는 반탄화 성형부;
    상기 반탄화물 저장부로부터 일정량의 반탄화물이 공급되고, 이 반탄화물의 형태를 그대로 유지시킨 채 일정량의 발열량을 가지는 반탄화물을 제조하는 반탄화 비성형부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 바이오매스들의 수분 및 발열량에 대한 데이터들이 저장되는 데이터 관리부;
    상기 제1 내지 제3원료 저장부에 저장된 바이오매스들의 수분 및 발열량에 대한 데이터를 전송받아 상기 데이터 관리부에 기록된 데이터와 비교 및 분석하여 상기 원료 처리부 및 혼합물 처리부의 구동을 제어하는 원료 검지부;
    상기 반탄화 처리부 내에 존재하는 산소를 제거하도록 제어하고, 상기 혼합 원료의 반탄화가 이루어지도록 상기 반탄화 처리부의 반응 온도 및 반응시간을 조절하는 반응 조절부;
    상기 제1내지 제3원료 공급부들의 각각 개별적으로 제어하여 바이오매스의 종류별 공급량을 제어하는 공급량 조절부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 바이오매스를 이용한 반탄화물 제조장치.
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