KR20210086226A

KR20210086226A - 우드칩 건조장치

Info

Publication number: KR20210086226A
Application number: KR1020190180025A
Authority: KR
Inventors: 안병일; 이승재; 김관석
Original assignee: 사회적협동조합 우리동네
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-07-08
Also published as: KR102327162B1

Abstract

우드칩 건조장치가 개시된다. 본 발명의 우드칩 건조장치는 우드칩 보일러에 사용되는 우드 칩을 대량으로 건조할 수 있다. 본 발명의 우드칩 건조장치는 종래와 달리 컨테이너 내부의 공기를 직접 데우는 방식이기 때문에 열풍방식과 직접 가열방식의 혼합 방식에 해당하고, 밀집하게 적재된 우드칩에서의 공기 순환이 원할하지 않아서 생기는 종래의 열풍 방식의 단점을 보완한다.

Description

우드칩 건조장치{Apparatus for Drying Wood Chips}

본 발명은 우드칩 보일러에 사용되는 우드 칩을 대량으로 건조하는 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 마련된 온풍챔버(111)가 마련되어 있다. 온풍챔버(111)에는 온풍장치에서 공급되는 열풍이 유입되는 일종의 공간으로서 상면이 평평하여 우드칩을 지지한다. 온풍챔버(111)의 상면에는 수 많은 배기구(111a)가 고르게 마련되어 있기 때문에, 온풍장치에서 공급되는 열풍은 온풍챔버(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 몇가지 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.

[관련선행기술]

대한민국 공개특허 제10-2017-0021732호 (우드칩 건조방법 및 장치)

본 발명의 목적은 우드칩 보일러에 사용되는 우드 칩을 대량으로 건조하는 우드칩 건조장치를 제공함에 있다.

이상의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 우드칩 건조장치는 컨테이너 본체, 온수배관, 발열판 및 송풍기를 포함한다.

컨테이너 본체는 상기 발열판에 의해 구분되는 바닥챔버와 건조챔버를 구비하며, 상기 건조챔버는 상기 바닥챔버의 상부에 마련되어 우드칩을 수용하며, 상기 바닥챔버에는 외부의 온수가 공급되는 온수구와 외부의 공기가 유입되는 흡기구가 마련된다. 상기 평판의 발열판은 상기 온수 배관에 올려진 상태에서 상기 온수배관에 의해 직접 데워져 상기 건조챔버 내부 공기를 데우며, 복수 개의 배기구가 마련되어 상기 바닥챔버와 건조챔버 사이를 환기한다. 온수 배관은 상기 바닥챔버에 수용되어 상기 온수구를 통해 유입되는 고온의 온수가 흐르며 상기 발열판을 직접 달군다. 송풍기는 상기 흡기구를 통해 상기 바닥챔버 내부로 외부의 공기를 고속으로 송풍함으로써, 상기 바닥챔버 내부로 유입된 공기가 상기 발열판에 의해 데워져 상기 건조챔버로 공급되도록 한다.

실시 예에 따라, 본 발명의 우드칩 건조장치는 상기 발열판의 상면에 배치되어 상기 건조챔버 내에 수용된 우드칩의 파편이 상기 배기구를 막지않도록 하는 바닥 패널을 더 포함할 수 있다. 바닥 패널은 상기 복수 개의 배기구와 마주보는 복수 개의 관통홀이 형성되고 상기 관통홀 부분이 다른 부분보다 높게 가공되어 우드칩의 미세 파편이 배기구를 막지 않도록 한다.

다른 실시 예에 따라, 상기 발열판은 열전도도가 좋고 단단한 바닥재 역할을 할 수 있는 구리판 또는 철판으로 구현될 수 있다.

본 발명의 우드칩 건조장치는 상기 온수구를 통해 고온의 온수를 공급하는 보일러 장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 우드칩 건조장치는 종래와 달리 컨테이너 내부의 공기를 직접 데우는 방식이기 때문에 열풍방식과 직접 가열방식의 혼합 방식에 해당하고, 밀집하게 적재된 우드칩에서의 공기 순환이 원할하지 않아서 생기는 종래의 열풍 방식의 단점을 보완한다.

본 발명의 건조장치는 발열판을 직접 가열하는 방식이므로 대형의 열교환기가 필요없으며, 컨테이너 내부에 마련된 발열판이 건조챔버 내부의 공기를 직접 데우기 때문에 열손실이 최소화된다.

본 발명의 건조장치는 외부에서 고온으로 가열된 공기를 배송하는 구조가 아니므로 덕트 구조를 사용하지 않게 되고 전체적으로 장치가 간단해진다.

도 1은 종래의 우드칩 건조장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 우드칩 건조장치를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 건조장치에 사용되는 온수 배관의 일 예를 도시한 도면, 그리고
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 우드칩 건조장치를 도시한 도면이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 우드칩 건조장치(200)는 컨테이너 본체(210), 온수 보일러(270) 및 송풍기(FAN)(290)를 포함하며, 컨테이너 내부에 발열장치가 있어서 컨테이너 내부 공기를 직접 달군다.

컨테이너 본체(210)는 우드칩을 수용하되, 내부는 바닥챔버(213)와, 바닥챔버(213)의 상부에 마련된 건조챔버(211)로 구분되며, 바닥챔버(213)와 건조챔버(211)는 발열판(230)에 의해 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 컨테이너 내부의 공기를 직접 달구기 위한 발열기구 역할과 함께 송풍기(290)로부터 공급되는 외기를 데워서 건조챔버(211)로 공급하는 열풍공급기의 역할도 한다. 바닥챔버(213)에는 외부의 온수 보일러(270)에서 온수가 공급되는 한 쌍의 온수구(213a)와, 외부의 공기가 유입되는 흡기구(213b)가 마련되며, 발열판(230)을 달구기 위한 온수배관(250)이 마련된다.

도 3을 참조하면, 온수구(213a)는 온수배관(250)과 연결되며, 온수 보일러(270)에서 공급되는 온수가 유입되는 급수구(301)와 온수배관(250)을 지나 식은 물이 배수되는 배수구(303)가 있다. 온수 보일러(270)에서 공급되는 온수의 온도는 대략 85~90 ℃의 고온수로서 온수배관(250)을 통과한다. 온수배관(250)은 발열판(230)을 달구기 위한 수단으로서, 열전도도가 높은 금속을 사용하는 것이 좋다. 발열판(230) 전체를 고르게 데우기 위하여, 도 3에 도시된 것처럼 지그재그 형식으로 발열판(230)의 하부에 고르게 배치하는 것이 좋다.

발열판(230)은 온수배관(250)에 의해 데워져 건조챔버(211) 내부의 공기를 직접 데울 뿐 아니라, 발열판(230)의 상면에 적재된 우드칩을 직접 가열한다. 또한, 흡기구(213b)를 통해 유입되는 외기를 달구어 건조챔버(211) 내부로 열풍을 공급한다. 따라서 발열판(230)은 열전도도가 좋을 뿐만 아니라 우드칩을 지지해야 하므로 단단한 평판의 패널을 사용하는 것이 좋으며, 예를 들어 구리판이나 철판 등을 사용할 수 있다. 발열판(230)은 아랫면에 밀착되어 시공된 온수배관(250)에 의해 데워진다. 발열판(230)과 온수배관(250) 사이의 열전달 효율을 높이기 위해, 온수배관(250)과 발열판(230)은 용접 등의 방식으로 최대한 밀착하는 방식으로 시공되어야 하며, 필요에 따라 온수배관(250)과 발열판(230) 사이에 공기보다 열전달 성능이 좋은 물질을 채우는 것도 좋다.

온수 보일러(270)에서 온수구(213a)를 통해 유입된 온수는 온수배관(250)을 돌면서, 열 에너지를 발열판(230)으로 전달하여 발열판(230)을 데운다. 데워진 발열판(230)은 건조챔버(211) 내부의 우드칩 뿐만 아니라 공기를 데움으로써 우드칩을 건조시킨다.

한편, 발열판(230)에는 바닥챔버(213)내부로 유입된 외기를 건조챔버(211)로 공급하기 위한 관통홀이나 관통 슬릿 형상의 배기구(231)가 마련되어 있고, 바닥챔버(213)의 일측에는 송풍기(290)가 연결되는 흡기구(213b)가 마련되어 있다. 송풍기(290)는 흡기구(213b)를 통해 외기를 일정한 풍속으로 바닥챔버(213) 내부로 공급한다. 흡기구(213b)를 통해 바닥챔버(213) 내부로 공급된 외기는 온수배관(250)과 발열판(230)에 의해서 데워지며, 발열판(230)의 배기구(231)를 통해 빠른 풍속의 열풍으로 변환되어 건조챔버(211)로 유입된다.

전체적으로. 건조챔버(211)에 수용된 우드칩은 건조챔버(211)의 바닥을 형성하는 발열판(230)에 적재된 상태이다. 발열판(230)은 온수배관(250)에 의해 고온으로 데워진 상태이므로, 우드칩 자체를 데울 뿐만 아니라 건조챔버(211) 내부 공기를 달구어 우드칩을 건조시킨다. 한편, 송풍기(290)가 바닥챔버(213)의 흡기구(213b)를 통해 공급하는 외기도 온수배관(250)과 발열판(230)에 의해 데워진 상태에서 배기구(231)를 통해 빠른 풍속의 열풍 상태로 건조챔버(211)로 공급되어 우드칩을 건조시킨다.

실시 예

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 발열판(230)의 배기구(231)를 막을 수 있다. 배기구(231)가 막히면, 열풍효과도 없어지지만, 미세한 파편들에 의해 건조장치(200) 고장의 원인이 될 수도 있다.

이러한 점을 해결하기 위해, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 건조장치(400)는 발열판(230)의 상면에 배치되는 바닥패널(401)을 더 포함할 수 있다. 바닥패널(401)은 발열판(230)의 배기구(231)와 마주보는 복수 개의 관통홀(401a)이 형성된다. 바닥패널(401)은 저전체가 완전한 평판이 아니라, 관통홀(401a) 부분이 다른 부분보다 높게 가공된 골곡면이다. 따라서 바닥패널(401)을 발열판(230)의 위에 설치하면, 마치 발열판(230)의 배기구(231)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(231)를 막지 않는다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims

우드칩 건조장치에 있어서,
발열판에 의해 구분되는 바닥챔버와 건조챔버를 구비한 컨테이너 본체. 상기 건조챔버는 상기 바닥챔버의 상부에 마련되어 우드칩을 수용하며, 상기 바닥챔버에는 외부의 온수가 공급되는 온수구와 외부의 공기가 유입되는 흡기구가 마련됨;
상기 바닥챔버에 수용되어 상기 온수구를 통해 유입되는 고온의 온수가 흐르며 상기 발열판을 직접 달구는 온수 배관;
상기 온수 배관에 올려진 상태에서 상기 온수배관에 의해 직접 데워져 상기 건조챔버 내부 공기를 데우며, 복수 개의 배기구가 마련되어 상기 바닥챔버와 건조챔버 사이를 환기하는 평판의 상기 발열판; 및
상기 흡기구를 통해 상기 바닥챔버 내부로 외부의 공기를 고속으로 송풍하는 송풍기를 포함하여, 상기 바닥챔버 내부로 유입된 공기가 상기 발열판에 의해 데워져 상기 건조챔버로 공급되는 것을 특징으로 하는 우드칩 건조장치.
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 배기구와 마주보는 복수 개의 관통홀이 형성되고 상기 관통홀 부분이 다른 부분보다 높게 가공된 패널로서, 상기 발열판의 상면에 배치되어 상기 건조챔버 내에 수용된 우드칩의 파편이 상기 배기구를 막지않도록 하는 것을 특징으로 하는 우드칩 건조장치.
제2항에 있어서,
상기 발열판은 열전도도가 좋고 단단한 바닥재 역할을 할 수 있는 패널로 구현되는 것을 특징으로 하는 우드칩 건조장치.
제1항에 있어서,
상기 온수구를 통해 고온의 온수를 공급하는 보일러 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우드칩 건조장치.