KR910006531B1 - 하향 연소식 고형 연료 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

하향 연소식 고형 연료

본 발명은 탄소자재를 주 원료로 하는 하향 연소식 고형 연료에 관한 것으로, 특히 사용시 피복 및 사용 장소가 탄소 분진으로 오손되는 일이 없고, 1개비의 성냥불로서 용이하게 점화되며 점화 후 전소될 때까지 불이 꺼지지 않고 아래쪽으로 화광 연소되며 유해가스나 연기, 냄새가 나지 않으며 전소후 회분에 잔류되는 산화제의 독성이 제거되어 안전하고 위생적이며 사용이 간편하게 하얀 연소식 고형 연료에 관한 것이다.

종래 고형 연료중 탄소분(목탄, 개량연탄, 하향 연소탄, 연탄 등)을 주 원료로 하는 고형 연료는 사용시 까만 탄소 분진이 사용자의 손이나 얼굴, 의복등에 묻어 오손시키고 사용장소까지 오염시켜 왔다.

또한 이들 종래의 고형 연료는 제조시 무연탄분, 목탄분, 왕겨숯 등을 단독 또는 혼합사용하고 연소조제로서는 초산염(초산칼륨, 초산소다, 초산바리움)과 질산염(질산칼륨, 질산소다, 질산바리움), 스트론튜움, 중크롬산칼륨등의 산화제와 촉매제로서 알루미늄 분말, 규소철, 금속실리콘등의 고열을 발생시키는 것과 과망간산칼륨, 그리고 완충제 및 제독제로서 벤토나이트, 불석, 소석회, 과산화칼슘등을 탄소자재에 대하여 적당량을 접착제와 혼합하여 가압 성형한 후 건조하여 점화가 용이하고 무독, 무취, 무연의 고형 연료의 제조에 노력하여 왔다.

그러나 점화의 용이성과 발연은 개선되었으나 취기와 유해가스를 완전히 제거하지는 못했으며 따라서 연소시 눈이 맵고 눈물이 나며 속이 매스껍고 두통과 어지러움을 일으키는 등의 부작용이 발생되는 것이었다.

최근에는 하향 연소식 고형 연료가 출현되어 제반 문제점을 개선하기는 하였으나 연소시 산화제 특유의 냄새만은 제거하지 못하였다.

또한, 이들 하향 연소식 고형 연료는 전체에 대한 중량비로 10부 정도를 산화제와 탄소분말 또는 톱밥을 혼합한 것을 연소조제로 사용하여 가정용 연탄의 착화탄으로 사용되고 있으나 이들은 점화가 용이한 점은 있으나 폭발을 수반한 연소와 검은 연기, 다량의 염소가스의 발생으로 심한 공해를 발생하는 문제점이 있다.

또한 종래의 하향 연소식 고형 연료는 상부로부터 점화층, 착화층, 동체부로 구성하되, 이들 각층의 탄소자재는 목탄분 20부, 연탄분 40부, 왕겨숯 35부, 소석회 5부를 혼합 조성하고, 점화층과 착화층에는 질산바륨, 연소산 칼륨과 초산소다, 미량의 과망간산 칼륨, 과산화칼슘과 적당량의 접착제를 혼합하여 가압 성형 건조한 것이었다.

그러나 이러한 종래의 하향 연소식 고형 연료는 점화 초기에는 화광 연소되지만 곧 불꽃이 꺼지고 4-5분 후 다시 불꽃이 일면서 화광 연소되어 불꽃이 꺼진 4-5분 동안은 심한 악취와 매연이 다량 발생하여 눈이 시고 매우며 눈물이 나고 두통과 어지러움이 뒤따르기 때문에 실내에서 사용시에는 장시간 환기를 요하므로 동절기에 실내의 열을 손실하게 되며 또는 실외나 옥외에서 완전히 점화 시킨 후 실내의 사용이 가능하게 되므로 그 사용이 매우 번거롭게 되는 폐단이 있었다.

여기서 초산바리움과 질산바리움은 탄소자재에 대한 중량비로 40부 이상 사용하여야 불꽃이 일고 화광 연소되어 산화제 목탄분에서 발생되는 매연 및 가스를 재연소시킬 수 있다.

그러나 중요한 것은 질산바리움과 초산바리움은 연소후 회재에 BaO, BaO₂로 잔류되어 비를 맞거나 물에 젖으면 Ba(OH)₂로 흘러 내려 유독하다는 것이다.

또한 종래 고형 연료로서 목탄분, 무연탄분, 왕겨숯을 단독 또는 적당한 조성비로 탄소자재를 조성하고, 이에 대한 중량비로 적량의 연소조제와 미량의 촉매제, 완충제를 접착제와 혼합하여 제조한 것이 있었다.

여기서 연소조제는 상술한 바와 같고 발연, 유독가스, 냄새를 제거하기 위하여 과망간산칼륨, 질산동, 산화연, 금속실리콘, 알루미늄 분말, 규소철, 황성탄소, 제오라이트, 규조토, 벤토나이트, 과산화칼슘, 소금, 수산화칼슘, 양초, 질산연, 초산암모니움, 소듐, 하이드로마이드, 질산초산코발트, 산화철, 산화동이 사용되었으나 산화제 및 탄소의 연소시 발생되는 특유의 냄새는 완전히 제거할 수 없었다.

특히 질산 초산바리움은 산화제로 사용하는 경우 회분에 잔류하는 독성을 전혀 감안하지 않고 유통되고 사용하는 실정이므로 그 수요가 증가 일로에 있는 성냥 점화식 개량 목탄의 회재 처리가 중대한 문제로 대두되고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 종래의 제반 문제점을 해결하고 사용시 피부나 피복 및 사용 장소등이 탄소 분진으로 오손되는 일이 없으며 1개피의 성냥불로써 용이하게 점화할 수 있고 점화 후 전소될 때까지 불꽃이 꺼지지 않고 지속적으로 하향 화광 연소되면서 유해가스, 연기, 냄새가 발생되지 않고 전소후 회분에 잔류되는 산화제의 독성이 제거되어 안전하고 위생적이며 사용이 간편하게 되도록 한 하향 연소식 고형 연료를 제공하려는 것이다.

본 발명에 의한 하향 연소식 고형 연료는, 탄소자재와 연소조제 및 미량의 촉매제와 완충제를 접착제와 혼합하여 상부로부터 점화층, 착화층, 동체부로 구성함에 있어서, 상기 탄소자재는 각층 공히 목탄분을 100부로 조성하고 목탄분에 대한 중량비로서, 점화층에는 질산바리움 40-45부, 질산소다 5-7부와 유화철 0.15-0.2부, 백반 0.15-0.2부, 제오라이트 0.1-0.2부를 혼합하고, 착화층은 질산바리움 20-23부 질산소다 5부와, 유화철 0.3-0.5부와 백반 0.5부, 제오라이트 0.15부를 각각 혼합하며, 동체부는 유화철 0.5부, 백반 0.2부와 제오라이트 0.15부를 혼합하고, 접착제는 탄소자재에 대한 중량비로 1-2부를 혼합하여 가압 성형한 후 탄산칼슘 또는 소석회 60부와 백색 덱스트린 40부를 적당량의 물에 혼화하여 바인더 레벨이 40부를 유지토록 한 혼화물을 외표면에 분사, 건조하여 백색 피막을 형성하여서 됨을 특징으로 하는 것이다.

여기서 상기 질산바리움과 질산소다는 산화제이며, 유화철과 백반으로 제독제이고, 제오라이트는 탈취제이다.

상기 점화층, 착화층, 동체부의 구성비는 점화층 5부, 착화층 45부, 동체부 50부로 구성한다. 접착제는 소맥분 20부를 물 75부에 덩어리가 없도록 혼화하여 가성소다 5부를 적당량의 물에 용해하셔 믹서로 혼화하면서 가성소다를 추가하면서 수분간 교반하여 사용한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 고형 연료는 외부의 탄소분이 백색 피막되어 피부, 의복, 생활 환경을 오염시키지 않고 성냥 1개피 불에 용이하게 점화되면서 연기냄새, 유해가스가 발생없이 동체부까지 화광 연소가 진행되고 연소 후 회분의 독성이 제거되어 위생적이며 안전하고 사용이 간편하게 되는 것이다.

또한 본 발명의 고형 연료에서는 여러 개의 수직구멍을 천공함으로써 더욱 품질을 높일 수 있는 것이다.

상기 점화층에 있어 연소조제로는 질산바리움, 질산소다의 질산염을 사용하여 고온 584℃에서 분해되는 질산바리움의 분해는 질산소다(240℃에서 분해)이 용이케 하고, 질산바리움의 불꽃이 질산소다의 발연, 취기, 가스를 재연소시킴과 동시 유화철(FeS), 백반, 제오라이트의 사용으로 NO₂, Cl₂, CO₂, 가스를 억제 또는 제거시키며 제오라이트는 다공성으로 연소시 부족한 O₂를 공급하게 된다.

유화철은 회재에 잔류한 BaO, BaO₂를 고정하여 Ba(OH)₂의 생성을 억제하여 독성을 제독한다. 점화층의 고열에 의해 분해가 용이한 착화층의 연소가 연결되고 점화 착화층의 연소에 동체부가 연소되어 점화 후 불꽃이 꺼지지 않고 계속 화광 연소되면서 전소하게 된다.

연소시 발생되는 유해가스는 고형 연료의 여러 개의 뚫린 구멍을 통하여 연소층을 통과하면서 고열에 재연소되어 열효율을 높이고 발연, 취기, 유해가스를 효과적으로 처리하는 것이다.

고형 연료에 구멍이 뚫리지 않을 경우 연소시 측면과 하단부에서 발연, 취기, 가스가 발생되고 재연소할 수 없게 된다.

따라서 본 발명에 의하면 고형 연료 사용시 탄소 분진의 오염 없이 성냥불에 점화하여 연소도중 발연, 취기, 유해가스 없이 아래쪽으로 하광 연소가 진행되면서 전소되는 백색 피막 처리된 상하로 여러 개의 구멍이 뚫린 고형 연료를 제공할 수 있는 것이다.

이하 본 발명을 종래의 비교예와 비교하여 실시예로서 구분하여 설명한다.

[실시예 1]

다음 표 1과 같은 조성의 탄소자재와 연소조제를 혼합하여 점화층, 척화층, 동체부로 된 상하 여러 개의 구멍이 뚫린 고형 연료를 가압 성형후 백색 도포하여 건조하여 실험을 실시한 결과 탄소 분진이 피부, 의복에 접촉되어 더럽혀지지 않고 1개비의 성냥불로서 점화 용이하고 점화 2분만에 아래쪽으로 화광 연소가 진행되고 전소될 때까지 발연, 취기, 유해가스의 발생이 없었고 밀폐된 방(가로 2,5m, 세로 2.5m, 높이 3m)에서 인체에 부작용이 없었음.

회재를 열탕하여 Ba(OH)₂을 검출한 바, 대폭 감소됨을 확인할 수 있었다.

[표 1]

단, 연소조제와 접착제는 탄소조제에 대한 중량비이다.

접착제는 소맥분 20%을 물 78부에 덩어리가 없도록 혼화하고 2부의 가성소다를 물에 용해하여 서서히 투가하고 교반하여 사용하고, 백색 피막 또는 탄산칼슘 혹은 소석회와 백색 덱스트린을 적당량의 물에 혼화하되, 바인더 레벨이 40부가 되도록 유지하여 가압 성형 후 고형 연료 외부에 도포하여 건조시킨다.

[실시예 2]

다음 표 2와 같은 조성으로 제조하여 실험한 결과 실시예 1)과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

[표 2]

단, 연소조제와 접착제는 탄소조제에 대한 중량비이다.

접착제는 소맥분 20부를 물 78부에 덩어리가 없도록 적당량의 물에 혼화한 후 5부의 가성소다를 추가하면서 교반하여 사용하고 백색 피막 도포는 소석회, 탄산칼슘과 백색 덱스트린을 적당량의 물에 혼화하되 바인더 레벨이 40부가 되도록 하여 고형 연료 외부에 도포후 건조한다.

[비교예제 1]

다음 표 3과 같은 조성으로 제조한 결과 성냥불로써 점화되며 화광 연소후 불꽃이 꺼졌다가 4-5분 후 불꽃이 되살아나 화광 연소가 진행되었음. 불이 꺼진 4-5분 동안은 발연, 악취가 극심하였고 유독가스가 발생되어 눈이 시그럽고 따갑고 눈물이 나며 수분 후 두통, 어지러움의 인체에 부작용이 발생되고, 또한 염소산칼륨 혼합 과정에서 폭발되어 제조과정에서 위험성이 있고 가격이 고가이며, 회재를 열탕한 결과, Ba(OH)₂의 유출이 많았고, 탄소분이 손이나 기타 피부에 묻었고 의복을 오염케 하여 사용후 비누로 씻어야 했다.

[표 3]

[비교예제 2]

다음 표 4와 같은 조성으로 제조한 결과 탄소 분진이 오염되었고, 표 3보다는 취기가 감소되고 점화에서 동체까지 하향 연소되었으나 눈이 시그럽고 눈물이 났으며 어지러움이 있었다.

[표 4]

[비교예제 3]

표 5와 같은 조성으로 조제하여 연소 실험한 결과 점화시 백연을 동반하면서 폭발적인 연소로 순식간 불꽃이 꺼진 후 4-5분후 불꽃이 되살아나 연소가 진행되었으나 4-5분간의 발연취기는 표 3과 같다.

[표 5]

[비교예 4]

표 6과 같은 조성으로 제조후 성냥불 점화시 폭발적인 연소로 불꽃이 꺼지며 수분후 불꽃이 다시 발생되면서 화광 연소가 진행되었고 백연과 암모니아의 악취가 발생 되었음.

[표 6]

[비교예제 5]

표 7과 같은 조성으로 제조한 후 성냥불 연소 실험 결과 성냥불에 점화 양호한 화광 연소가 동체부까지 진행되고 취기는 감소되었으나 밀폐된 공간에서 수분 후 어지러움과 사지무력의 부작용이 있었음.

[표 7]

[비교예 6]

표 8과 같은 조성으로 제조후 연소 실험 결과 성냥불에 점화와 동시 백연과 함께 폭발되어 잔해가 튀어나가고 불꽃이 꺼져 악취, 유해가스가 다량 발생되었다.

[표 8]

상기 실험과 같은 방법으로 산화연도 비교예제 6과 같은 결과였고 과망간산카리는 0.02부 이상 사용일 때 백연을 동반하면서 폭발적인 연소로 점화후 불꽃이 꺼졌다.

[실험예 1]

Ba(NO₃)₂의 연소후 회재에 전류된 BaO, BaO₂의 제독제로서 MgSO₄를 사용하고…사용량은 질산바리움 사용량의 중량비로써 5%, 10%, 15%을 사용하여 H₂SO₄적하법에 의해 BaO을 산출한다.

1) 회재를 열탕하여 BaO₂를 녹아내려 분석하였음(BaO는 불용임).

2) 2BaO₂+ 2H₂O -- Ba(OH)₂+ O₂

Ba(OH)₂+ H₂SO₄-- BaSO₄+ 2H₂O

3) BaO₂+ O₂-- 2BaO + O₂

4) BaO₂+ H₂O -- Ba(OH)₂

BaO, BaO₂, Ba(OH)₂는 모두 유해함.

800℃ 이하에서는 BaO₂로 되나 800℃ 이상에서는 BaO로 되고 O₂발생되고 회재가 비를 맞거나 물과 접촉하면 Ba(OH)₂로 흘러내려 유독하다.

[실험예 2]

Ba(NO₃)₂의 제독제로써 Al₂(SO₄)₃, 2H₂O 및 FeS을 15% 사용하고 Ba(NO₃)₂의 사용량의 중량비에 상기 약품을 사용하였다.

[실험예 3]

Ba(NO₃)₂의 제독제로써 MgSO₄, Al₂(SO₄)₃, FeS을 Ba(NO₃)₂의 중량비에 각각 15% 사용하여 열탕하여 BaO의 검출 연소성을 실험한 결과 FeS는 연소의 방해는 주지 않고 MgSO₄, Al₂(SO₄)₃는 방해를 주어 연소 불량하였고 FeS는 Ba(NO₃)₂의 중량비에 0.15-0.2%가 연소에 최적이었다.

FeS를 사용하기 위해 유황의 비율이 높은 것으로 사용되어야 한다. FeS가 연소 중량비에 0.3부 사용하였을시 연소가 불량하였다.

[실험예 4]

백색 도포는 대부분 소석회와 분산제 아크릴산에스텔(합성수지) 소포제, 보교제(유화제) 암노니아등을 혼합하여 혼화하여 칠하거나 분사하여 사용하였으나 이들은 제조가격을 상승시키고 합성수지는 연소시 매연과 악취가 동반되어 사용이 불가하였다.

코팅용 안료로서 소석회와 탄산칼슘의 비교, 접착제(starch, 당밀, CMC)의 사용성 덱스트린(DEXTRIN)의 상용성 및 연소시 연기냄새 실험 테스트를 다음과 같이 하였다.

가. 상용성 테스트

나. 접착력 색상 시험

CaCO₃, Ca(OH)₂와 백색 덱스트린이 백색이 되고 연소시 냄새 연기가 없었고 합성수지 계통의 접착제는 접착력 색상이 양호하였다. 연소시 매연, 악취가 발생하였다.

다. CaCO₃, Ca(OH)₂바이더 비 시험

CaCO₃, Ca(OH)₂별 흡수량(반죽에 적합한 상태까지) 및 안료로서의 특성 바인더 비 시험임.

라. 코팅액 분산제 효과 시험

탄소칼슘과 덱스트린 사용시 특별한 분산제를 사용하지 않아도 분산이 용이하였음.

마. 코팅탄과 미 코팅탄의 가정연탄 가스측정시험

코팅탄(탄산칼슘 + 덱스트린)의 냄새 및 가스연기는 미 코팅탄과 비교하여 실험한다.

1) 코팅탄이 미 코팅탄보다 연소 초기에 CO₂가스의 발생이 다소 많으나, 연소되면서 작아졌고 연소시 발연냄새는 거의 없었다.

바. 코팅액 B/L Table Test

바인더 레벨이 3.5%(대탄산칼슘) 이하는 코팅이 손에 뭍어 나오고 안전케하려면 바인더 레벨이 40%이상 되어야 한다. 고형분 50% 바이더 레벨 40%를 유지하여 분사후 건조 사용할 것.

이상과 같은 본 발명은 탄소분을 사용되여 제조되는 고형 연료의 외부에 백색도포되어 생활환경을 청결하게 개선하고 위생적으로 사용할 수 있어 숯불구이, 레저용 연료, 불쏘시게로 다양하게 사용되는 것이다.

Claims (1)

1. 탄소자재와 연소조제 및 접착제를 혼합하여 상부로부터 점화층, 착화층, 동체부로 구성함에 있어서, 각종의 탄소자재는 목탄분을 100부로 조성하고, 각종의 연소조제는 탄소자재에 대한 중량비로서 점화층에는 질산바리움 40-50부, 질산소다 5-7부, 유화철 0.15-0.2부와 백반 0.15-0.2부, 제오라이트 0.1-0.2부를 혼합하며, 착화층에는 질산바리움 20-23부, 초석 5부, 유화철 0.3-0.5부, 백반 0.5부, 제오라이트 0.15부를 혼합하고, 동체부는 유화철 0.5부, 백반 0.2부, 제오라이트 0.15부를 혼합하며, 성형 후 그 외표면에 탄산칼슘 60부, 백색 덱스트린 40부를 적당량의 물에 혼화한 혼합물을 분사, 건조하여 백색 피막을 형성하여서 됨을 특징으로 하는 하향 연소식 고형 연료.