KR101888582B1 - 바이오매스를 이용한 바이오차 제조 장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오매스를 이용한 바이오차 제조 장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바이오매스가 분쇄기에 의해 길이 1~3 cm 크기의 소입자로 분쇄되고 이송컨베이어를 따라 이송되는 가운데 가열 건조가 이루어지는 건조부;
상기 건조부에서 건조되어 보관되는 바이오매스를 이송관을 통해 이송 및 투입하여 바이오매스를 바이오차로 변환하는 바이오차 변환부;
상기 바이오차 변환부에서 발생되는 연소연기를 고열 회수기로 회수하여 재연소시키고 이에 의해 발생되는 열원을 열원공급배관을 통해 공급하는 열원 회수부;
상기 열원 회수부에서 연소연기를 발생시키고 남은 바이오차를 바이오차 회수관을 통해 전달받아 냉각 및 분진을 분리 선별하여 바이오차를 회수하는 바이오차 회수부; 및
상기 고열 회수기에서 불완전 연소연기가 연소되는 과정에서 응축 생성되어진 목초액을 회수 및 정제시킨 후 저장시키는 목초액 저장부;를 포함하며,
상기 열원 회수부에서 상기 연소연기를 고열 회수기로 회수함에 있어서 상기 열원공급배관의 중간부에 강도 조절을 위한 인버터가 구비된 브로워가 더 설치되고,
상기 바이오차 회수부는 바이오차 회수관을 통해 바이오차 입자를 흡입하기 위한 흡입부가 설치되어 있으며, 물로 냉각시키는 수냉장치가 더 설치되고, 상기 흡입부에는 바이오차의 이송을 제어하는 컨트롤러가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 바이오차 제조 장치 및 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 바이오차 제조 장치 및 방법은, 과수 전정지, 가로수 전정지, 산림 간벌재 등 중량의 바이오매스를 반탄화가 아닌 완전탄화 방법으로 탄화함으로써 혐기 상태에서 스스로 탄화하는 방법으로 외부의 전기, 가스, 석유 등의 에너지가 거의 이용되지 않으므로 에너지 소비를 절감할 수 있고, 건조도가 낮고 중량이 비교적 큰 바이오매스를 통한 바이오차 제조과정에서 탄화 및 회수의 컨트롤이 용이하고, 별도의 외부 에너지를 사용하지 않기에 추가적으로 이산화탄소를 저감하는 효과를 갖는다. 또한, 바이오차 변환부(탄화로)에서 발생하는 폐열을 이용하여 원재료인 바이오매스의 건조 뿐 아니라 농산물인 벼, 고추 등을 건조할 수 있으며, 탄화로가 많을 경우에는 열병합 발전시설을 추가하여 열병합 발전도 가능한 효과가 있다.

Description

바이오매스를 이용한 바이오차 제조 장치 및 제조방법{MANUFACTURING ASSEMBLY AND MANUFACTURING METHOD OF BIOCHAR USING BIOMASS}

본 발명은 바이오 매스를 이용한 바이오차 제조 장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과수 전정지, 가로수 전정지, 산림 간벌재 등의 바이오매스를 반탄화가 아닌 완전탄화 방법으로 탄화하여 바이오차를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

1879년에 Herbert Smith는 아마존을 탐험하던 중 원주민의 설탕 농업에 대해, 사탕수수의 높이가 3m에 굵기가 손목 두께에 이르며 경이로운 생산력이 있는 것을 보고 이의 비밀이 아마존의 terra preta(dark earth, 검은 흙) 토양에 있다고 조사된바, 이의 연구 끝에 개발된 것이 바이오차(biochar)이다.

이러한 바이오차는 온실가스 저감의 경제적(환경적) 이익을 창출하는 것으로 연구되고 있다. 보다 구체적으로 유기물은 당, 탄수화물, 셀룰로오즈와 같이 빠르게 분해되는 물질과 리그린처럼 천천히 분해되는 물질이 있는바, 이때 분해시 발생하는 이산화탄소의 발생을 바이오차가 최소화함으로써, 전세계적으로 이슈화되고 있는 온실가스를 저감할 수 있다.

한편, 일반적으로 목재의 경우는 가구나 목조주택에 사용하면 목재에 약 50% 정도의 탄소를 저장하고 있으므로 목재의 사용이 이산화탄소를 저감하는 방법으로 인식되고 있지만, 목재는 부후되면 다시 일산화탄소나 이산화탄소로 바뀌어 공기중으로 나가기에 탄소 평행을 이루게 된다.

하지만, 목재를 바이오차로 전환할 경우에는 땅에 들어가도 분해가 되지 않으므로 탄소 네거티브의 역할을 한다고 할 수 있다.

본 발명은 과수 전정지나 가로수 전정지, 산림 간벌재 등 폐기되는 목재를 바이오차로 전환함으로써 이산화탄소를 저감하고 지구 온난화를 줄이는 대책으로 제안된다.

한편, 본 출원인은 선출원 등록특허인 대한민국 등록특허 제10-0378104호를 통해 제지 슬리지와 왕겨를 이용하여 가축 사육장의 깔짚과 퇴비공장에서 사용되는 수분조절제와 같은 농업용 원료를 제조하는 장치와 방법에 관한 기술을 제안한 바 있다.

이 특허에서는 농업부산물인 왕겨를 탄화하는 목적으로 발명된 기술로 왕겨처럼 비중이 가볍고 건조가 충분히 잘 이루어진(건조도 : 수분율 약 10%) 재료를 이용하여 숯으로 변환시킴으로써 숯 재료를 제조하고 여기에서 배출되는 열기를 이용하여 제지 슬러지를 건조시켜 이것을 사육장의 깔짚과 수분조절제로 사용하는 기술을 제안하였다.

이 기술에서는 농업부산물인 왕겨와 볏집과 같은 비중이 낮고 건조가 충분히 잘 된 재료를 사용하였기에 착화시간의 컨트롤이 필요하지 않았으며, 왕겨의 입자(8mm내외)가 작기에 밀도가 크므로 연소연기를 배출하는 브로워의 조절이 필요치 않았다. 또한 농업부산물인 왕겨의 탄화물은 비중이 낮고 입자가 작아 공랭에 의한 탄화물의 소화가 가능하였다.

그러나, 전정지나 간벌재 등은 비중이 높고, 건조도(수분율 : 약 30~40%)가 낮아 착화가 어렵기에 착화시간의 컨트롤이 필요하며, 입자(10~30mm)가 크기에 탄화로 내의 밀도가 작아지므로 착화 후 연소연기를 강하게 배출해 주는 브로워의 컨트롤이 필요하다. 또한 바이오차의 회수 과정에서도 공기로 냉각하는 부분은 문제점이 있었으므로 이에 대한 개선의 필요성이 있었다. 이에 과수 전정지나 가로수 전정지, 산림 간벌재 등의 목재로 구성된 바이오매스의 경우는 탄화 공정에서 상기 특허에서 개시된 기술로써는 탄화가 불가능한 부분이 있었으며, 회수의 어려움이 있어서 이의 개선이 필요한 상황이었다.

대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-1638822호 대한민국 특허공개공보 공개번호 제10-2016-0054938호 대한민국 특허공개공보 공개번호 제10-2016-0001832호 대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-1390454호

본 발명은 상기한 본 출원인의 선등록특허에서의 한계점 내지 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 과수 전정지, 가로수 전정지, 산림 간벌재 등 중량의 바이오매스를 반탄화가 아닌 완전탄화 방법으로 탄화함으로써 혐기 상태에서 스스로 탄화하는 방법으로 외부의 전기, 가스, 석유 등의 에너지가 거의 이용되지 않으므로 에너지 소비를 절감할 수 있는 특징을 가지며, 중량의 바이오매스를 통한 바이오차 제조과정에서 탄화 및 회수의 컨트롤이 용이하고, 별도의 외부 에너지를 사용하지 않기에 추가적으로 이산화탄소를 저감하는 효과를 갖는 바이오차의 제조 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은

바이오매스가 분쇄기에 의해 길이 1~3 cm 크기의 소입자로 분쇄되고 이송컨베이어를 따라 이송되는 가운데 가열 건조가 이루어지는 건조부;

상기 건조부에서 건조되어 보관되는 바이오매스를 이송관을 통해 이송 및 투입하여 바이오매스를 바이오차로 변환하는 바이오차 변환부;

상기 바이오차 변환부에서 발생되는 연소연기를 고열 회수기로 회수하여 재연소시키고 이에 의해 발생되는 열원을 열원공급배관을 통해 공급하는 열원 회수부;

상기 바이오차 변환부에서 연소연기를 발생시키고 남은 바이오차를 바이오차 회수관을 통해 전달받아 냉각 및 분진을 분리 선별하여 바이오차를 회수하는 바이오차 회수부; 및

상기 고열 회수기에서 불완전 연소연기가 연소되는 과정에서 응축 생성되어진 목초액을 회수 및 정제시킨 후 저장시키는 목초액 저장부;를 포함하며,

상기 열원 회수부에서 상기 연소연기를 고열 회수기로 회수함에 있어서 상기 열원공급배관의 중간부에 강도 조절을 위한 인버터가 구비된 브로워가 더 설치되고,

상기 바이오차 회수부는 바이오차 회수관을 통해 바이오차 입자를 흡입하기 위한 흡입부가 설치되어 있으며, 물로 냉각시키는 수냉장치가 더 설치되고, 상기 흡입부에는 바이오차의 이송을 제어하는 컨트롤러가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 바이오차 제조 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바이오차 변환부에는 바이오매스를 바이오차로 변환시키기 위한 히터봉이 단수 또는 복수개 구비되며, 상기 히터봉을 바이오매스의 상태에 따른 제어가 가능하도록 타이머가 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바이오차 변환부에는 내부 온도가 100~600℃가 되도록 산소 조절장치 및 온도 조절장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 열원 회수부에서 발생하는 열원을 상기 건조부로 공급하여 투입되는 바이오매스의 건조시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 열원 회수부에서 발생하는 열원을 제너레이터로 공급하여 열병합 발전에 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은

바이오매스를 건조부 내로 투입시켜 길이 1~3 cm 크기의 소입자로 분쇄 및 건조시키는 건조단계;

상기 건조부로 열풍을 공급하기 위한 연소연기를 발생시키기 위한 재료로서 바이오매스를 이송시킨 뒤 이를 착화시켜 바이오차를 형성함으로써 생성된 바이오차를 별도로 수냉 처리하여 분진을 분리 배출시키는 바이오차 제조단계;

상기 바이오차의 착화에 따라 발생되어진 불완전 연소연기를 고열회수기로 이송한 후 다시 착화시켜 고온으로 연소시킴으로써 고온의 열원을 회수하는 열원 회수단계;

상기 바이오차를 제조하는 과정에서 바이오차에서 발생되는 연소연기가 고열회수기에서 연소되는 과정에서 응축된 물질 중 타르를 분리 정제시켜 고순도의 목초액을 회수하는 목초액 회수단계;를 포함하여 구성되며,

상기 열원 회수단계에서 상기 연소연기를 고열 회수기로 회수함에 있어서 상기 열원공급배관의 중간부에 구비된 강도 조절을 위한 인버터가 구비된 브로워를 이용하여 브로윙하여 회수하는 것을 특징으로 하고,

상기 바이오차 제조단계에서 생성되는 바이오차를 바이오차 회수관을 통해 바이오차 입자를 흡입하기 위한 흡입부가 설치되되, 상기 바이오차 회수관에는 물로 냉각시키는 수냉장치가 더 설치되고, 상기 흡입부에는 바이오차의 이송을 제어하는 컨트롤러가 구비되어 바이오차의 중량에 따라 바이오차의 이송을 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 바이오차의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 바이오차 제조 장치 및 방법은, 과수 전정지, 가로수 전정지, 산림 간벌재 등 중량의 바이오매스를 반탄화가 아닌 완전탄화 방법으로 탄화함으로써 혐기 상태에서 스스로 탄화하는 방법으로 외부의 전기, 가스, 석유 등의 에너지가 거의 이용되지 않으므로 에너지 소비를 절감할 수 있는 특징을 갖는다.

또한, 건조도가 낮고 중량이 비교적 큰 바이오매스를 통한 바이오차 제조과정에서 탄화 및 회수의 컨트롤이 용이하고, 별도의 외부 에너지를 사용하지 않기에 추가적으로 이산화탄소를 저감하는 효과를 갖는다.

또한, 바이오차 변환부(탄화로)에서 발생하는 폐열을 이용하여 원재료인 바이오매스의 건조 뿐 아니라 농산물인 벼, 고추 등을 건조할 수 있으며, 탄화로가 많을 경우에는 열병합 발전시설을 추가하여 열병합 발전도 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오차 제조 장치의 개략적인 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 바이오차 제조 장치 중 건조부 구성 상세도.
도 3은 본 발명에 따른 바이오차 제조 장치 중 고열회수기 구성 상세도.
도 4는 본 발명에 따른 바이오차 제조 장치 중 바이오차 변환부 및 열원회수부 구성 상세도.
도 5는 본 발명에 따른 바이오차 제조 장치 중 바이오차 회수부 구성 상세도.
도 6은 본 발명에 따른 바이오차 제조 장치 중 목초액 저장부 구성 상세도.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명 제조 장치의 전체적인 구성을 도면을 통해 살펴보면, 호퍼(5) 및 투입컨베이어(3)를 통해 투입되는 과정에서 바이오매스(S)를 약 1~3 cm, 더욱 바람직하게는 약 1~2 cm의 길이를 갖는 입자로 분쇄하기 위한 제1, 2분쇄기(1,2) 및 분쇄된 바이오매스가 이송컨베이어(4)를 따라 이송되는 가운데 가열 건조가 이루어지도록 하는 건조부(10)가 구비된다.

또한, 상기 건조부(10)에서 건조되어 보관되는 바이오매스를 이송관(31)을 통해 이송 및 투입하여 바이오매스를 바이오차(T)로 변환하는 바이오차 변환부(300)를 포함하며,

상기 바이오차 변환부(300)에서 발생되는 연소연기를 고열 회수기(20)로 회수하여 재연소시키고 이에 의해 발생되는 열원을 열원공급배관(21)을 통해 공급하는 열원 회수부(30)와 상기 바이오차 변환부에서 연소연기를 발생시키고 남은 바이오차(T)를 바이오차 회수관(41)을 통해 전달받아 냉각 및 분진을 분리 선별하여 바이오차를 회수하는 바이오차 회수부(40)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 열원 회수부(30)에서 상기 연소연기를 고열 회수기(20)로 회수함에 있어서 상기 열원공급배관(21)의 중간부에 강도 조절을 위한 인버터(29-1)가 구비된 브로워(29)가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고열 회수기(20)에서 불완전 연소연기가 연소되는 과정에서 응축 생성되어진 목초액을 회수 및 정제시킨 후 저장시키는 목초액 저장부(50)를 포함하여 이루어지는 것을 구성적 특징으로 한다.

이때, 상기 바이오차 회수부(40)는 바이오차 회수관(41)을 통해 바이오차 입자를 흡입하기 위한 흡입부(42)가 설치되어 있으며, 물로 냉각시키는 수냉장치(400)가 더 설치되고, 상기 흡입부에는 바이오차의 이송을 제어하는 컨트롤러(420)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 건조부(10) 구성을 도 2를 통해 좀 더 상세히 살펴보면, 하우징 내부에는 이송컨베이어(4)가 높이를 달리하는 다단으로 구성되어 있어 이송과정에서 바이오매스(S)의 건조가 이루어질 수 있도록 하였는데, 각 경로상에는 바이오매스 재료를 균일하게 펼쳐주기 위한 펼침브러쉬(12) 및 하단의 컨베이어로 낙하되지 않은 재료를 털어주기 위한 털이브러쉬(11)가 복수의 개소에 설치되어 있으며, 바이오매스의 건조를 통해 암모니아 가스 및 수분을 증발시키기 위한 열풍이 공급되는 열풍 유입구에는 풍량을 조절하기 위한 풍량 조절기(13)가 설치되고, 장치 하단에는 건조 후 배출호퍼(6)를 통해 배출되는 바이오매스를 저장탱크(8)로 배출시키기 위한 배출컨베이어(7)가 구성되었다. 미설명 부호 9는 증기 배출을 위한 연통을 나타낸다.

그리고 고열회수기(20)는 도 3에서와 같이, 열원공급배관(21)에는 불완전 연소연기를 유도하기 위한 풍량기(21a)가 설치되며, 유도 공급된 연기가 1차로 저장되는 연기저장고(22), 연기저장고(22)로부터 연기를 연소실(24)로 안내하기 위해 설치된 다수의 연기토출관(23), 연소실(24) 내의 연소연기 점화를 위한 점화버너(25)가 포함된다.

이때, 본 발명에서 사용되는 전정지, 산립 간벌재 등과 같이 중량이 상대적으로 크고 입자가 큰 바이오매스의 경우에는 착화 후 연소연기를 배출해 주어야 탄화가 일어나는데, 연소연기가 원활하게 배출되지 않으면 바이오차의 형성이 안되고 재로 되어 버린다. 따라서 강한 힘으로 연소연기를 배출시킬 필요가 있으며 이에 따라 브로워(29)의 설치가 필수적이고, 상기 브로워(29)의 강도를 내부의 바이오매스의 상태에 따라 조절할 수 있는 인버터(29-1)의 설치가 필요하다.

도 3에서 미설명 부호 26은 배출차단 단파기이고, 27은 열선, 28은 목초액이 회수관(51')으로 유입됨을 단속하는 밸브를 나타낸다.

그리고 바이오차 변환부는 도 4에 도시된 바와 같이 바이오매스 이송관(31)을 통해 바이오매스 저장고(38)로부터 이송, 투입된 바이오매스가 순차적으로 투입되는 복수의 바이오매스 보관부(32), 각 바이오매스 보관부(32) 내에 투입되는 바이오매스를 착화시켜 연소연기가 발생되도록 하는 희터봉(33), 상기 바이오매스 보관부(32)의 하부에 위치하여 바이오차를 선별하여 바이오차 배출게이트(34)측으로 보내기 위한 타공망게이트(35), 그리고 공기량조절기(36)가 포함된다.

이때, 상기 바이오차 변환부(300)에는 내부 온도가 100~600 ℃, 더욱 바람직하게는 400~550 ℃가 되도록 산소 조절장치 및 온도 조절장치가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 바이오매스 이송관(31)은 바이오매스 저장고(38)로부터 바이오매스 입자를 상승시키기 위한 수직이송관(31a) 및 상승된 바이오매스를 다시 각 보관부(32)로 이송시키기 위한 수평이송관(31b)으로 이루어진 상태에서 각 이송관 내부에는 이송스크류(37)가 설치되며, 수평이송관(31b) 단부에는 잔여 바이오매스의 회수를 위해 배출시키는 잔여 바이오매스 배출구(39)가 구비되며, 미설명 부호 32a는 바이오매스 공급 확인기를 나타낸다.

또한, 본 발명에서는 상기 바이오차 변환부(300) 내에 희터봉(33)이 단수 또는 복수개로 설치되는데, 내부의 바이오매스의 상태에 따라 상기 희터봉(33)의 가열 시간을 조절할 수 있도록 제어판에 타이머(330)가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 바이오차 변환부(300)에서 생성되는 바이오차를 1차로 냉각시키기 위해 수냉장치(400)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다. 상기 본 출원인의 선등록특허에서는 입자가 작은 농업부산물(왕겨)를 냉각하기 위해서는 공랭에 의해서 쉽게 가능했지만 본 발명은 바이오매스를 사용하므로 내부의 온도를 효율적으로 냉각시키기 위해서는 공냉만으로는 부족하므로 물의 순환을 이용한 수냉 방법을 사용하였다. 이때, 수냉 방식으로 냉각을 실시하지만 바이오차가 수분을 흡수하지 않게 하기 위한 수냉 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 도 5는 바이오차 회수부(40)를 도시한 것으로, 각 바이오매스 보관부(32) 하부의 바이오차 배출게이트(34)를 통해 배출되는 바이오차(T)를 회수하기 위한 회수관(41), 바이오차의 회수를 위한 흡입력을 발생시키는 흡입부(42), 상기 흡입부(42) 흡입력에 의해 유입되어진 입자중 분진과 바이오차가 분리되는 바이오차 분리기(43), 상기 바이오차 분리기(43)로 유입되는 분진을 분리하여 집진하기 위한 분진 배출관(44) 및 분진 저장탱크(45)로 구성되었다. 또한, 상기 흡입부(42)에는 제조되는 바이오차의 이송을 제어하기 위한 컨트롤러(420)가 추가로 구비된다. 상기 컨트롤러는 상기 얻어지는 바이오차의 경우 과수 전정지, 가로수 전정지 및 산림 간벌재 등 중량의 목재를 이용하여 얻어지므로 기존과 같이 일반적인 브로워를 사용할 경우에는 이송이 원활하지 않고 분진과의 분리가 용이하지 않은 문제가 있다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 흡입기의 흡입력을 바이오차의 밀집도에 따라 조절할 수 있도록 하는 역할을 한다. 즉, 본 발명에서 얻어지는 바이오차는 바이오차는 밀도(밀집도)가 기존 왕겨나 제지 슬러지를 이용한 경우와 대비하여 매우 약하므로 흡입시 원활한 이송이 안 되고 이에 따라 분진과의 분리가 용이하지 않은 문제가 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 상기 흡입부(42)에 흡입력을 조절할 수 있는 컨트롤러(420)를 구비하여 해결하는 것을 특징으로 한다.

상기 바이오차 분리기(43) 하부에는 분리되는 바이오차를 정량적으로 배출시키기 위한 정량배출밸브(48)가 설치되어 있으며, 분진 저장탱크(45) 상부에는 분진을 집진시키기 위한 집진기(46) 및 공기 배출관(47)이 연결 구성된다. 미설명 부호 49는 단파기를 나타낸다.

또한, 목초액 저장부(50)는 도 6에서와 같이, 고열회수기(20)로부터 회수관(51,51')으로 연결되어 회수된 액을 정제로(67) 내에서 다시 가열하여 기화시키기 위한 가열버너(61), 기화된 가스를 응축시키기 위한 냉각기(62) 및 냉각팬(63), 응축된 목초액을 여과시키기 위한 여과탱크(64), 그리고 다수의 여과필터(65a,65b,65c), 여과되어 정제로(67) 저부에 침전된 타르를 외부로 배출하기 위한 타르 배출밸브(66)로 구성되어진 목초액 정제기(60)가 구성되었다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 열원공급배관(21)을 통해 고열회수기(20)로 안내되어 하부의 연기저장고(22)에 1차로 저장된 불완전 연소연기는 연소실(24)에서 점화버너(25)에 의해 점화되어 완전연소가 이루어짐으로써 약 100~600℃의 비교적 저온으로 전환되어 건조부(10)내로 열풍을 공급시키게 됨으로써 바이오매스의 건조에 사용된다.

한편, 고열회수기(20)내에서 열원의 연소에 의해 생성되어 바닥면에 고여지는 목초액은 목초액 회수관(51,51')을 통해 안내되어 도 6에 도시된 바와 같은 목초액 정제기(60)에서 정제가 이루어지게 되는데, 정제로(67)로 회수되는 목초액 중에 함유된 타르는 하부 바닥에 침전되어 배출밸브(66)를 통해 배출이 이루어지고, 액상의 목초액만이 가열버너(61)의 가열에 의해 기화되어 냉각기(62)를 통과하면서 다시 응축이 이루어지고, 응축된 목초액은 여과탱크(64)과 단계별 여과필터(65c)를 통과하는 가운데 정제가 이루어짐으로서 목초액 저장부(50)에는 순수한 목초액만이 저장되게 된다.

또한, 상기 바이오매스 보관부(32)에서 만들어진 바이오차는 바이오차 배출게이트(34)에 의해 배출되면 흡입부(42)의 흡입력에 의해 바이오차 회수관(41)을 따라 회수되는 가운데 수냉이 이루어지게 된다. 이때 바이오차에는 분진과 같은 미세 이물질이 함유되어 있는데, 이는 바이오차 분리기(43)에서 분리가 이루어진다. 즉, 흡입기(42)의 흡기력에 의해 바이오차 분리기(43)내로 유입되는 바이오차는 하강된 후 입자의 자중에 의해 하부에 쌓이게 되고, 미세한 분진은 하강된 후 분진 배출관(44)을 통해 재 상승된 후 집진기(46)에서 집진되어 분진저장탱크(45)로의 저장이 이루어지게 된다.

이상, 본 발명에 따른 바이오매스를 이용한 바이오차의 제조 장치 및 제조 방법에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다.

이상의 방법으로 제조되는 바이오차는 단독으로 포장하여 이산화탄소 저감을 위한 토양개량재, 건축용 단열재(열전도율 0.040w/mk), 제습제나 탈취제(자동차용 또는 실내용) 등으로 사용하거나, 또는 분변토(지렁이 분), 펄라이트, 버미큘라이트, 코코피트 피트모스 등과 혼합하여 상토를 제조할 수 있다. 특히, 바이오차를 공기가 통하도록 하는 봉지에 포장하여 쌀이나 과일 등과 함께 보관할 경우 신선도를 향상시켜 보존기간을 늘릴 수 있고, 풍미가 좋고, 쌀벌레 방지로 인한 뜸냄새가 방지될 수 있다. 또한 축분 유기질 비료에 5~15%를 첨가하면 발효에 의한 냄새제거를 할 수 있다. 그밖에 철강산업에서 보온재로 사용될수 있으며, 바이오차를 활성화하면 비표면적이 커져 활성탄을 대신할 수 있다. 또한 화석연료인 석탄을 대신해서 화력발전에 이용하면 탄소중립(carbon neutral)의 신재생에너지로 분류된다.

위에 기술된 실시예는 본원발명에 기술되는 원리를 나타내는 많은 구체적 실시예 중에서 일부분의 실시예를 예시하는 것이다. 따라서 본원발명의 실시예를 이용함에 따라 당업자들이 본원발명의 청구항에 의해 정의된 범위 내에서 많은 다른 배열들을 쉽게 구현해낼 수 있을 것이다. 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1,2 : 분쇄기 3 : 투입컨베이어
4 : 이송컨베이어 5 : 호퍼
7 : 배출컨베이어 8 : 저장탱크
10 : 건조부 13 : 풍량조절기
20 : 고열회수부 21 : 열원공급배관
22 : 연기저장고 23 : 연기토출관
24 : 연소실 25 : 점화버너
29 : 브로워 29-1 : 인버터
30 : 열원 회수부 31 : 농업 부산물이송관
32 : 농업 부산물보관부 33 : 희터봉
330 : 타이머 34 : 바이오차배출게이트
35 : 타공망게이트 36 : 공기량조절기
37 : 이송스크류 40 : 바이오차 회수부
41 : 바이오차 회수관 42 : 흡입부
420 : 컨트롤러 43 : 바이오차 분리기
44 : 분진배출관 45 : 저장탱크
50 : 목초액 저장부 51,51': 목초액 회수관
60 : 목초액 정제기 61 : 가열버너
62 : 냉각기 63 : 냉각팬
64 : 여과탱크

Claims (6)

1. 바이오매스가 분쇄기에 의해 길이 1~3 cm 크기의 소입자로 분쇄되고 이송컨베이어를 따라 이송되는 가운데 가열 건조가 이루어지는 건조부;
   상기 건조부에서 건조되어 보관되는 바이오매스를 이송관을 통해 이송 및 투입하여 바이오매스를 바이오차로 변환하는 바이오차 변환부;
   상기 바이오차 변환부에서 발생되는 연소연기를 고열 회수기로 회수하여 재연소시키고 이에 의해 발생되는 열원을 열원공급배관을 통해 공급하는 열원 회수부;
   상기 바이오차 변환부에서 연소연기를 발생시키고 남은 바이오차를 바이오차 회수관을 통해 전달받아 냉각 및 분진을 분리 선별하여 바이오차를 회수하는 바이오차 회수부; 및
   상기 고열 회수기에서 불완전 연소연기가 연소되는 과정에서 응축 생성되어진 목초액을 회수 및 정제시킨 후 저장시키는 목초액 저장부;를 포함하는 바이오매스를 이용한 바이오차 제조 장치로서,
   상기 열원 회수부에서 상기 연소연기를 고열 회수기로 회수함에 있어서 상기 열원공급배관의 중간부에 강도 조절을 위한 인버터가 구비된 브로워가 더 설치되고,
   상기 바이오차 회수부는 바이오차 회수관을 통해 바이오차 입자를 흡입하기 위한 흡입부가 설치되어 있으며, 물로 냉각시키는 수냉장치가 더 설치되고, 상기 흡입부에는 바이오차의 이송을 제어하는 컨트롤러가 구비되어 있는 것을 특징으로 하며,
   상기 바이오차 변환부에는 바이오매스를 바이오차로 변환시키기 위한 히터봉이 단수 또는 복수개 구비되며, 상기 히터봉을 바이오매스의 상태에 따른 제어가 가능하도록 타이머가 연결되고,
   상기 바이오차 변환부에는 내부 온도가 100~600℃가 되도록 산소 조절장치 및 온도 조절장치가 구비되며,
   상기 열원회수부에서 발생하는 열원을 상기 건조부로 공급하여 투입되는 바이오매스를 건조시키는 것을 특징으로 하고,
   상기 건조부는 하우징 내부에 이송컨베이어가 높이를 달리하는 다단으로 구성되어 있어 이송과정에서 바이오매스의 건조가 이루어질 수 있도록 하며, 각 경로상에는 바이오매스 재료를 균일하게 펼쳐주기 위한 펼침브러쉬 및 하단의 컨베이어로 낙하되지 않은 재료를 털어주기 위한 털이브러쉬가 복수의 개소에 설치되어 있고, 바이오매스의 건조를 통해 암모니아 가스 및 수분을 증발시키기 위한 열풍이 공급되는 열풍 유입구에는 풍량을 조절하기 위한 풍량 조절기가 설치되며, 장치 하단에는 건조 후 배출호퍼를 통해 배출되는 바이오매스를 저장탱크로 배출시키기 위한 배출컨베이어가 구성되어 있고,
   상기 바이오차 변환부는 바이오매스 이송관을 통해 바이오매스 저장고로부터 이송 투입된 바이오매스가 순차적으로 투입되는 복수의 바이오매스 보관부, 각 바이오매스 보관부 내에 투입되는 바이오매스를 착화시켜 연소연기가 발생되도록 하는 희터봉, 상기 바이오매스 보관부의 하부에 위치하여 바이오차를 선별하여 바이오차 배출게이트 측으로 보내기 위한 타공망게이트 및 공기량조절기가 포함되어 구성되며,
   상기 바이오매스 이송관은 바이오매스 저장고로부터 바이오매스 입자를 상승시키기 위한 수직이송관 및 상승된 바이오매스를 다시 각 바이오매스 보관부로 이송시키기 위한 수평이송관으로 이루어지며, 상기 각 바이오매스 이송관 내부에는 이송스크류가 설치되며, 수평이송관 단부에는 잔여 바이오매스의 회수를 위해 배출시키는 잔여 바이오매스 배출구가 구비되고,
   상기 바이오차 회수부는 상기 각 바이오매스 보관부 하부의 바이오차 배출게이트를 통해 배출되는 바이오차를 회수하기 위한 회수관, 바이오차의 회수를 위한 흡입력을 발생시키는 흡입부, 상기 흡입부 흡입력에 의해 유입되어진 입자 중 분진과 바이오차가 분리되는 바이오차 분리기, 상기 바이오차 분리기로 유입되는 분진을 분리하여 집진하기 위한 분진 배출관 및 분진 저장탱크로 구성되고, 상기 흡입부에는 제조되는 바이오차의 이송을 제어하기 위한 컨트롤러가 추가로 구비되며,
   상기 열원회수부에서 발생하는 열원을 제너레이터로 공급하여 열병합 발전에 사용하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 바이오차 제조 장치.
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