KR20210001621U - 하이브리드 우드칩 건조장치 - Google Patents

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Abstract

하이브리드 우드칩 건조장치가 개시된다. 본 고안의 우드칩 건조장치는 우드칩 보일러에 사용되는 우드 칩을 태양광 및 태양열을 이용하여 대량으로 건조할 수 있다. 본 고안의 우드칩 건조장치는 태양열 온풍기를 이용하여 온풍을 만들어 공급하는 열풍 건조방식을 이용한다. 한편, 송풍기 등을 운용하기 위한 전력은 태양광 발전을 이용함으로써 전체적으로 화석 연료를 사용하지 않는 친환경 방식을 사용한다.

Description

하이브리드 우드칩 건조장치{Hybrid Wood Chips Drying Apparatus}
본 고안은 우드칩 보일러에 사용되는 우드 칩을 태양광과 태양열을 이용하여 대량으로 건조하는 하이브리드 우드칩 건조장치에 관한 것이다.
기후변화에 대한 관심이 증폭되면서 난방 재료로 나무가 다시 주목을 받고 있다. 나무는 고유가 시대의 안정적인 대체 에너지일 뿐아니라 이산화탄소의 배출이 상대적으로 작은 친환경 소재이기 때문이다. 나무가 연소할 때도 이산화탄소를 배출하지만, 이때 배출되는 이산화탄소는 나무가 성장하면서 흡수한 이산화탄소이므로 전체 온실가스의 총량이 증가하지 않는 것이다.
목재는 살아있는 유기물체이기 때문에 상당한 수분을 포함하고 있다. 나무에 포함되어 있는 수분을 양을 나타내는 함수율이 60% 이상이다. 보일러에서 잘 연소되도록 하기 위해서는 함수률이 20% 이하가 되도록 건조해야 하고 일정한 크기이하로 파쇄해야 한다. 따라서 보일러용으로 사용되는 목제는 통상 우드펠릿이나 우드칩(Wood chip)의 형태로 가공된다.
우드펠릿(Wood Pellet)은 통나무를 갈아 톱밥 수준의 미세한 크기로 분쇄한다음 다시 압축하여 일정한 크기로 인발(引拔)한 연료이다. 우드펠릿은 통나무를 가공하지 않고 사용하는 것보다 연소가 잘되고 열효율이 좋다. 단점이라면, 우드펠릿의 생산 공정이 우드칩에 비해 상대적으로 복잡하고 고비용 구조라는 점이다. 우드 펠릿은 파쇄기도 필요하지만, 고출력의 압축기도 있어야 한다. 그래서 우드펠릿은 통나무보다 비싸고, 소량으로 구입하기 어렵다.
우드펠릿의 단점이 보완된 친환경 연료가 우드칩이다. 우드칩은 연소가 용이하도록 통나무를 칩(Chip) 형태로 크기를 작게 만든 것이다. 통나무를 우드칩으로 가공하는 과정은 커터를 이용하여 부수는 것 뿐이므로 우드 펠릿에 비해 매우 단순하다.
일단 칩 형태로 절단되면, 우드칩을 건조하여 함수율을 낮추어야 한다. 100%로 완전 건조하는 것이 가장 좋겠지만 건조에 소용되는 에너지와 시간을 고려하면 비효율적이기 때문에, 함수율 20% 이하로 건조한다.
건조방식
도 1은 종래의 우드칩 건조장치이다. 우드칩 건조장치(100)는 우드칩 컨테이너(110)와, 컨테이너(110)와 연결되어 고온의 열풍을 제공하는 온풍장치로 구성된다. 온풍장치는 일측에 컨테이너(110)에 연결된 열교환기(130)와, 열교환기(130)로 공기를 이송하는 송풍기(140)를 구비한다. 필요에 따라, 송풍기(140)의 전단이나 열교환기(130)의 후단에 필터(151)가 마련되어 공기에 포함된 먼지 등을 제거한다. 열교환기(130)는 외부에서 공급되는 고온의 온수가 가진 열에너지로 송풍기(140)를 통해 이송되는 공기를 고온으로 데워 덕트(131)를 통해 컨테이너(110) 내부로 고온의 열풍을 공급한다.
컨테이너(110)는 우드칩을 수용하는 수용하며, 내부 바닥에 바닥챔버(111)가 마련되어 있다. 바닥챔버(111)에는 온풍장치에서 공급되는 열풍이 유입되는 일종의 공간으로서 상면이 평평하여 우드칩을 지지한다. 바닥챔버(111)의 상면에는 수많은 배기구(111a)가 고르게 마련되어 있기 때문에, 온풍장치에서 공급되는 열풍은 바닥챔버(111)로 유입된 다음 배기구(111a)를 통해 수용부(113)로 공급되어 우드칩을 열풍으로 건조한다.
컨테이너(110)는 우드칩을 보관되고 하적하는 번거로움을 줄이기 위하여 대용량으로 설계되고 필요에 따라 온풍장치와 결합하는 형태로 제작된다. 이런 특징은 산업용 건조장치로서 당연한 선택이지만, 이러한 선택에 의해 도 1에 도시된 방식은 몇 가지 문제를 가진다. 수용부(113)에 수용된 우드칩은 밀집하여 적재되어 있어서 전체 양이 상당하고 전체 하중이 매우 무겁다. 따라서 아무리 강력한 풍속의 열풍이라도 풍속을 유지하면서 우드칩 사이를 통과하기 어렵다. 따라서 열풍 건조의 효율이 떨어질 수밖에 없다
또한, 이런 이유로 온풍장치의 송풍기(140)는 최대한 대용량의 터보 팬(Turbo Fan)으로 설계되기 때문에, 따라서 온풍장치도 전체적으로 대용량 장치로 설계될 수밖에 없다. 상대적으로 저효율 고비용 장치일 뿐만 아니라, 매우 큰 에너지 소모와 소음은 물론이고, 컨테이너(110)와 송풍기(140) 사이를 연결하는 덕트(131)에는 틈이 생기면서 바람이 새는 일이 비일비재하다. 그럼에도 건조에 상당한 시간이 소요된다. 무엇보다, 우드칩이라는 것이 친환경 난방장치의 원료로 사용하기 위한 것인데, 우드칩 자체의 생산에 상당한 화석 연료를 사용한다는 점이다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0021732호 (우드칩 건조방법 및 장치)
본 고안의 목적은 우드칩 보일러에 사용되는 우드 칩을 태양광과 태양열을 이용하여 대량으로 건조하는 우드칩 건조장치를 제공함에 있다.
이상의 목적을 달성하기 위해, 본 고안의 우드칩 건조장치는 바닥챔버와 건조챔버를 구비한 컨테이너 본체, 온풍기, 송풍기 및 태양광발전부를 포함한다.
상기 건조챔버는 상기 바닥챔버의 상부에 마련되어 우드칩을 수용하며, 상기 바닥챔버에는 온풍기에서 온풍이 유입되는 연결구가 마련된다. 온풍기는 상기 컨테이너 본체의 일측에 마련되어 태양광으로 온풍을 생산하여 상기 연결구를 통해 온풍을 공급한다. 송풍기는 상기 온풍기와 연결구 사이에 마련되어 상기 온풍기에서 생산되는 온풍을 상기 연결구를 통해 상기 바닥챔버로 공급한다. 태양광발전부는 상기 태양광 패널을 구비하여 상기 송풍기의 동작전원을 생산한다.
실시 예에 따라, 상기 태양광발전부는, 일측은 상기 컨테이너 본체의 외면에 고정되고 타측은 상기 태양광 패널의 일측에 부착되어 유압 실린더 또는 공압 실린더를 이용하여 상기 태양광 패널을 들어올리는 지지부재를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 상기 상판은 열전도도가 좋고 단단한 바닥재 역할을 할 수 있는 패널로 구현될 수 있다.
또 다른 실시 예에 따라, 본 발명의 건조장치는 상기 상판의 상면에 배치되는 바닥패널을 더 포함할 수 있다. 바닥 패널은 바닥챔버 상판의 복수 개의 배기구와 마주보는 복수 개의 관통홀이 형성되고 상기 관통홀 부분이 다른 부분보다 높게 가공된 패널로서, 상기 건조챔버 내에 수용된 우드칩의 파편이 상기 배기구를 막지 않을 수 있다.
도 1은 종래의 우드칩 건조장치의 구성도,
도 2는 본 고안의 우드칩 건조장치를 도시한 도면,
도 3은 본 고안의 건조장치의 태양광 패널의 자세를 바꾼 상태를 도시한 도면, 그리고
도 4는 본 고안의 다른 실시 예에 따른 우드칩 건조장치를 도시한 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 고안을 더욱 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 고안의 우드칩 건조장치(200)는 컨테이너 본체(210), 온풍기(230), 송풍기(FAN)(250) 및 태양광발전부(270)를 포함하며, 온풍기(230)가 생산하여 고온의 열풍으로 우드칩을 건조한다.
컨테이너 본체(210)는 우드칩을 수용하되, 내부는 건조챔버(211)와, 건조챔버(211)의 바닥에 마련된 바닥챔버(213)로 구분된다. 건조챔버(211)의 상부는 개방되어 있기 때문에, 우드칩을 그대로 건조챔버(211)에 적재할 수 있고, 컨테이너 본체(210)를 뒤집어 건조된 우드칩을 비울 수 있다.
바닥챔버(213)는 온풍기(230)에서 공급되는 고온의 열풍을 건조챔버(211)로 공급하는 통로로 역할을 하며, 온풍기(230)로부터 열풍이 유입되는 연결구(213a)가 일측에 마련되어 있고, 연결구(213a)와 온풍기(230)의 급기구(237) 사이에 송풍기(250)가 연결된다.
바닥챔버(213)의 상판(215)은 건조챔버(211)의 바닥판 역할을 하며, 복수 개의 배기구(215a)가 마련된다. 배기구(215a)는 관통홀이나 관통 슬릿 형상으로 상판(215) 전체에 고르게 마련되는 것이 좋다. 연결구(213a)를 통해 바닥챔버(213)의 내부로 유입된 열풍은 배기구(215a)를 통해 건조챔버(211)로 공급된다. 바닥챔버(213)의 상판(215)은 바닥챔버(213)로 유입된 열풍에 의해 데워질 수 있도록 열전도성이 좋은 소재로 구현되어 상판(215)에 적재된 우드칩을 직접 가열하는 것이 좋다. 한편 상판(215)은 건조챔버(211)에 수용된 우드칩을 지지해야 하므로 단단한 평판의 패널을 사용하는 것이 좋으며, 예를 들어 구리판이나 철판 등을 사용할 수 있다.
송풍기(250)는 온풍기(230) 내의 공기배관(231)에 음압을 형성하여 온풍기(230) 내에서 생산되는 열풍을 바닥챔버(213) 내부로 공급한다. 온풍기(230)에 복수 개의 급기구(237)가 마련되어 있고 바닥챔버(213)에 마련된 복수 개의 연결구(213a)와 연결되어 있다면, 개별 연결마다 송풍기(250)가 마련될 수 있다. 송풍기(250)의 동작 전원은 아래에서 설명하는 것처럼 태양광발전부(270)에서 공급한다.
온풍기(230)는 태양열을 이용하는 방식의 태양열 온풍기를 사용하며, 컨테이너 본체(210)의 외측면 일 측에 마련된다. 태양열 온풍기는 종래에 이미 다양한 방식이 있으며, 종래에 알려진 어떠한 방식의 태양열 온풍기를 사용해도 무방하다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것처럼, 온풍기(230)는 외기가 유입되는 공기배관(231)을 밀폐된 내부공간부(233)에 수용하고 있으며, 전면(233a)이 투명 또는 반투명 소재로 마련되어 있어서 태양광이 내부공간부(233)로 입사되어 내부공간부(233) 자체와 공기배관(231)을 데우는 방식이다. 공기배관(231)은 그 일 측에 외기가 유입되는 적어도 하나의 흡기구(235)가 마련되고 타 측에 적어도 하나의 연결구(213a)와 연결된 적어도 하나의 급기구(237)가 마련되며, 태양열을 흡수하기 좋도록 검정색으로 도색되어 있을 수도 있고, 외면을 늘리기 위해 알루미늄 주름관의 형태로 구현될 수도 있다. 외기가 흡기구(235)를 통해 유입되어 급기구(237)를 통해 배출되는 중에, 태양광은 온풍기(230)의 전면(233a)을 통해 내부공간부(233)로 입사된다. 온풍기 전면(233a)을 통해 내부공간부(233)로 입사되는 태양광은 공기배관(231)을 직접 달구기도 하고, 내부공간부(233)도 태양광이 가진 열에너지를 가두어 공기배관(231)을 데운다. 따라서 공기배관(231) 내부를 흐르는 공기도 상당한 온도로 데워진다. 급기구(237)에서 배출되는 열풍의 온도는 여름철에는 80℃ 이상이 될 수 있고, 겨울철이라도 60℃ 이상이 될 수 있다.
공기배관(231)에 의해 데워진 공기는 송풍기(250)를 통해 연결구(213a)를 통해 컨테이너 본체(210)의 바닥챔버(213) 내부로 유입된다. 송풍기(250)는 공기배관(231) 내부에 음압을 만들어 공기배관(231) 내부의 데워진 공기를 일정한 풍속으로 바닥챔버(213) 내부로 공급한다.
연결구(213a)를 통해 바닥챔버(213) 내부로 공급된 공기, 즉 열풍은 상판(215)의 배기구(215a)를 통해 빠른 풍속의 건조챔버(211)로 유입되어 우드칩을 건조시킨다. 한편. 상판(215)도 바닥챔버(213)에 의해 데워진 상태이므로, 우드칩를 직접 데울 뿐만 아니라 건조챔버(211) 내부 공기를 달구어 우드칩을 건조시킨다. 우드칩은 시간이 너무 많이 걸릴 뿐이지 상온에서도 건조가 된다. 실험에 의하면, 80℃ 이상의 온풍에서는 대략 24시간, 25℃ 이상 온풍에서는 대략 35시간 이상이면 우드칩이 충분히 건조될 수 있다.
태양광발전부(270)도 온풍기(230)와 마찬가지로 컨테이너 본체(210)의 외측면 일 측에 마련되며, 송풍기(250)의 동작전원을 공급한다. 태양광발전부(270)도 종래에 알려진 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 태양광발전부(270)는 태양광을 전기적 에너지로 변환하는 태양광 패널(271)과, 태양광 패널(271)에서 생산된 전기 에너지를 축전하여 송풍기(250)의 동작전원으로 변환하는 인버터(Inverter) 시스템(273)을 포함한다.
실시 예; 태양광 패널 지지부재 (도 3)
한편, 태양광 패널(271)과 온풍기(230)가 같은 면에 배치됨으로써, 태양광 패널(271)과 온풍기(230)가 남쪽을 향하도록 컨테이너 본체(210)를 배치할 수 있다면 큰 문제가 아닐 수 있지만, 태양광 패널(271)과 온풍기(230)가 컨테이너 본체(210)의 서로 다른 외측면에 설치되어 있다면 태양광발전부(270)의 태양광 패널(271)과 온풍기(230) 중 하나는 태양광의 입사가 최대가 되도록 자세를 변경할 필요가 있다.
따라서 본 고안에서는 도 3 및 도 4에서처럼 태양광 패널(271)의 자세를 변경하는 구조로 설계하였다. 도 3을 참조하면, 태양광 패널(271)은 상측이 컨테이너 본체(210)에 고정되어 있고 힌지구조에 의해 하부가 최대 90°까지 들리는 구조로 배치된다. 이를 위해, 태양광발전부(270)는 일측은 컨테이너 본체(210)의 외면에 고정되고 타측은 태양광 패널(271)의 일측에 부착된 유압 실린더 또는 공압 실린더 등을 이용하여 태양광 패널(271)을 들어올리는 지지부재(275)를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 도 2 및 도 3과 달리, 온풍기(230)의 자세를 변경하는 구조로 설계할 수도 있다. 이 경우, 온풍기(230)는 상측이 컨테이너 본체(210)에 고정되어 있고 힌지구조에 의해 하부가 최대 90°까지 들리는 구조로 배치될 수 있다. 이를 위해, 태양광발전부(270)도 일측은 컨테이너 본체(210)의 외면에 고정되고 타측은 태양광 패널(271)의 일측에 부착된 유압 실린더 또는 공압 실린더 등을 이용하여 온풍기(230)를 들어올리는 지지부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.
실시 예: 바닥 패널 (도 4)
건조챔버(211)에 적재된 우드칩 자체에도 미세한 파편들이 있지만, 바닥챔버(213)로부터 공급되는 열풍에 의해서도 우드칩로부터 미세한 파편들이 만들어질 수 있다. 이처럼 미세하게 분쇄된 파편들은 건조챔버(211)의 바닥에 쌓이는 과정을 반복하게 되고, 결국은 상판(215)의 배기구(215a)를 막을 수 있다. 배기구(215a)가 막히면, 열풍효과도 없어지지만, 미세한 파편들에 의해 건조장치(200) 고장의 원인이 될 수도 있다.
이러한 점을 해결하기 위해, 본 고안의 다른 실시 예에 의한 건조장치(400)는 상판(215)의 상면에 배치되는 바닥패널(401)을 더 포함할 수 있다. 바닥패널(401)은 상판(215)의 배기구(215a)와 마주보는 복수 개의 관통홀(401a)이 형성된다. 바닥패널(401)은 전체가 완전한 평판이 아니라, 관통홀(401a) 부분이 다른 부분보다 높게 가공된 골곡면으로 형성된다. 따라서 바닥패널(401)을 상판(215)의 위에 설치하면, 마치 상판(215)의 배기구(215a)마다 모자를 씌운 것과 같은 형태가 되고, 관통홀(401a) 부분은 산이 되고 나머지 부분은 마치 계곡과 같은 형상이 된다. 건조챔버(211) 내에 수용된 우드칩의 파편은 우선 계곡부터 쌓이게 되면서 관통홀(401a)과 배기구(215a)를 막지 않는다.
이상에서는 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 고안은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 고안의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (4)

  1. 우드칩 건조장치에 있어서,
    바닥챔버(213)와 건조챔버(211)를 구비한 컨테이너 본체(210). 상기 건조챔버(211)는 상기 바닥챔버(213)의 상부에 마련되어 우드칩을 수용하며, 상기 바닥챔버(213)에는 온풍기(230)에서 온풍이 유입되는 연결구(213a)가 마련되고 상판(215)에는 복수 개의 배기구가 마련됨;
    상기 컨테이너 본체(210)의 일측에 마련되어 태양열로 온풍을 생산하여 상기 연결구(213a)를 통해 온풍을 공급하는 상기 온풍기(230);
    상기 온풍기(230)와 연결구(213a) 사이에 마련되어 상기 온풍기(230)에서 생산되는 온풍을 상기 연결구(213a)를 통해 상기 바닥챔버(213)로 공급하는 송풍기(250); 및
    태양광 패널(271)을 구비하여 상기 송풍기(250)의 동작전원을 생산하는 태양광발전부(270)를 포함하는 것을 특징으로 하는 우드칩 건조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양광발전부(270)는,
    일측은 상기 컨테이너 본체(210)의 외면에 고정되고 타측은 상기 태양광 패널(271)의 일측에 부착되어 유압 실린더 또는 공압 실린더를 이용하여 상기 태양광 패널(271)을 들어올리는 지지부재(275)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우드칩 건조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상판(215)은 열전도도가 좋고 단단한 바닥재 역할을 할 수 있는 패널로 구현되는 것을 특징으로 하는 우드칩 건조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배기구(215a)와 마주보는 복수 개의 관통홀(401a)이 형성되고 상기 관통홀 부분이 다른 부분보다 높게 가공된 패널로서 상기 상판(215)의 상면에 배치되는 바닥패널(401)을 더 포함하여, 상기 건조챔버(211) 내에 수용된 우드칩의 파편이 상기 배기구(215a)를 막지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 우드칩 건조장치.
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KR20100024271A (ko) * 2008-08-25 2010-03-05 김태익 태양열과 실리카겔을 이용한 음식물 쓰레기 건조기
KR20170021732A (ko) 2015-08-18 2017-02-28 가스통 글록 우드 칩 건조 방법 및 장치
KR101870091B1 (ko) * 2017-11-29 2018-07-19 정미영 이종 열원을 갖는 이종 열원을 갖는 열병합 방식 목재 건조장치

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