숯 냉각장치 및 그 방법{Cooling apparatus and method for charcoal}

본 발명은 숯 냉각장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 뜨거운 숯을 찬 공기와 혼합하여 흡입한 다음 냉각관로를 통해 이송되도록 하여 숯을 강제적으로 냉각함으로써 숯의 냉각에 소요되는 시간을 단축시켜 제조에서 포장까지에 걸리는 시간의 단축을 꾀할 수 있도록 함과 아울러, 정량공급장치에 의해 포대에 공급되는 숯의 양을 일정하게 유지하면서 자동공급이 가능하도록 한 숯 냉각장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 농사를 짓는 토양은 벌목한 다음 화전(火田)을 하는 것이 가장 이상적인 토양 상태를 유지할 수 있게 되는데, 현재의 농토는 화학비료와 농약의 과다사용으로 인해 미생물이 서식할 수 있는 환경을 파괴시켜서 오히려 후사리움 등과 같은 병원성 세균이 서식할 수 있는 환경을 조성하여 이러한 병원성 세균이 전체 세균에 비해 상당량(약 25%이상) 점유하게 되었고, 이러한 오염에 의해 생겨난 부패형 토양은 현재 약 95% 이상에 육박하고 있다.

이러한 부패형 토양은 유기질 비료를 공급해도 부패성 세균들로 인해 그다지 큰 효과를 기대하기 어려우며, 토양을 근복적으로 환원시켜줄 수 있는 활성탄농법이 주목받고 있다.

이와 같은 활성탄농법에 사용되는 숯은 유효미생물의 서식공간 제공과 부패미생물의 밀도를 저하시키며, 산소를 대량으로 함유하고 있기 때문에 토양개량과 작물 생육에 효과가 큰 것으로 알려져 있다.

또한, 유기농법에 사용되는 숯에는 나무를 태워서 만든 숯보다 비교적 값이 저렴하고, 분쇄할 필요가 없는 톱밥이나 왕겨로부터 만들어진 숯을 이용하고 있는데, 이 숯을 제조하는 과정에서 남은 잔열 때문에 포장하기 전에 일정한 온도 이하로 떨어질 때까지 자연 방치한 상태로 냉각하고 있었다.

즉, 선출원 된 특허출원번호 제1996-034567호(명칭; 왕겨훈탄 자동제조 장치), 실용신안등록출원번호 제20-1997-0005714호(명칭; 대량생산이 가능한 왕겨훈탄 자동제조장치), 실용신안등록출원번호 제 20-1997-0017752호(명칭; 왕겨 훈탄 제조장치)에 공개된 바와 같이 왕겨를 훈탄탱크에서 서서히 연소시킨 후 연소를 위한 공기를 차단하거나 질소가스와 같은 불활성가스를 훈탄탱크 내부로 주입하여 연소시키는 구조로 되어 있었는데, 이런 과정을 통해 만들어진 숯(훈탄)은 상당량의 잠열을 가지고 있기 때문에 장시간에 걸쳐서 냉각하여야만 포장이 가능하게 된다.

이와 같이 숯을 자연 방치한 상태에서 냉각하게 되면, 표면으로 드러난 숯은 비교적 빠르게 냉각되지만 내부의 숯은 뒤집어 주지 않는 이상 보온효과에 의해 쉽게 식지 않기 때문에 많은 시간이 걸리게 되는데, 이는 숯을 냉각하기 위한 넓은 공간이나 시설을 필요로 하게 되는 문제점이 있었고, 제조에서 포장까지 소요되는 시간을 크게 연장시켜서 생산성을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.

한편, 종래에는 숯을 포장할 때 포대를 저울에 올려놓고, 저울의 눈금을 보면서 숯을 담아 포장하거나 사람의 육안에 의존해서 포대에 담았기 때문에 제품마다 중량 차가 크게 발생되어 제품에 대한 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있었으며, 인력에 의존하여 수동으로 포장하고 있었기 때문에 생산성을 향상시키는데 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 숯의 냉각을 보다 빠르게 할 수 있고, 포대에 정량공급할 수 있는 숯 냉각장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 탄화된 숯을 공급하기 위한 공급호퍼와, 공기유입구를 통해 흡입되는 공기와 함께 공급호퍼에 투입된 숯을 저장탱크로 이송함과 아울러 이송중에 대기와의 접촉으로 숯을 냉각시키기 위한 냉각관로와, 냉각관로에 형성된 공기유입구에서 부압을 발생시킴으로써 공급호퍼에 투입된 숯을 공기와 함께 흡입하여 냉각관로을 통해 이송하고, 흡입된 공기를 배출하기 위한 에어벤트를 갖는 공기흡입기와, 냉각관로의 말단부에 설치되어 서로 혼재되어 있는 숯과 공기를 서로 분리하여 가열된 공기는 공기배출관을 통해 대기중으로 방출하고, 냉각된 숯은 저장탱크로 모으기 위한 사이클론과, 사이클론으로부턴 분리된 숯을 저장하기 위한 저장탱크와, 저장탱크에 저장된 숯을 정량 배출하기 위한 정량공급기구로 � �성하여 숯 냉각장치가 제공된다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 부압을 발생시켜서 탄화된 숯을 대기중의 공기와 함께 흡입한 후 냉각관로로 통과시켜서 냉각하고, 냉각관로를 통과한 혼재된 상태의 숯과 공기를 분리하여 가열된 공기는 대기중으로 방출하고, 냉각된 숯은 모아서 정량배출하도록 구성하여 숯 냉각방법이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 숯 냉각장치의 구성을 나타낸 정면도.

도 2a는 본 발명에 따른 정량공급장치에 의해 저장탱크로부터 계량실로 이어지는 통로가 개방되어 저장탱크에 있던 숯이 계량실로 떨어지는 것을 나타낸 단면도.

도 2b는 본 발명에 따른 정량공급장치에 의해 저장탱크로부터 계량실로 이어지는 통로가 폐쇄된 것을 나타낸 단면도.

도 2c는 본 발명에 따른 정량공급장치에 의해 계량실로부터 하단부로 이어지는 통로가 개방되어 계량실에 있던 숯이 포대로 떨어지는 것을 나타낸 단면도.

도 2d는 본 발명에 따른 정량공급장치에 의해 통로가 모두 폐쇄된 상태를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

30 : 숯 40 : 공급호퍼

52 : 공기유입구 A : 공기

50 : 냉각관로 62 : 에어벤트

60 : 공기흡입기 72 : 공기배출관

70 : 사이클론 80 : 저장탱크

90 : 정량공급기구 92a : 계량실

92 : 숯배출관 93, 94 : 셔터

CL1,CL2 : 셔터개폐실린더

이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부도면 도1 내지 도2d에 도시된 바와 같이 탄화된 숯(30)을 공급하기 위한 공급호퍼(40)와, 앞단에 형성된 공기유입구(52)를 통해 흡입되는 공기(A)와 함께 상기 공급호퍼(40)에 투입된 숯(30)을 하기의 저장탱크(80)로 이송함과 아울러 이송중에 대기와의 접촉으로 숯(30)을 냉각시키기 위한 냉각관로(50)와, 상기 냉각관로(50)의 앞단에 형성된 공기유입구(52)에서 부압을 발생시킴으로써 상기 공급호퍼(40)에 투입된 숯(30)을 공기(A)와 함께 흡입하여 냉각관로(50)를 통해 이송하고, 흡입된 공기(A)를 배출하기 위한 에어벤트(62)를 갖는 공기흡입기(60)와, 상기 냉각관로(50)의 말단부에 설치되어 서로 혼재되어 있는 숯(30)과 공기(A)를 서로 분리하여 가열된 공기(A)는 공기배출관(72)과 공기흡입기(60)를 통해 대기중으로 방출하고, 냉각된 숯(30)은 저장탱크(80)로 모으기 위한 사이클론(70)과, 상기 사이클론(70)으로부터 분리된 숯(30)을 저장하기 위한 저장탱크(80)와, 상기 저장탱크(80)에 저장된 숯(30)을 정량 배출하기 위한 정량공급기구(90)로 구성하였다.

여기에서 상기 공기유입구(52)는 상기 공급호퍼(40)의 하단부에 설치되어 있는 배출관과 "T"자 형태를 이루도록 하고, 지면에 대해 일정높이 수평하게 설치하여 이 공기유입구(52)를 통해 숯(30)이 밑바닥으로 떨어지는 것을 방지하는 동시에 공기의 유입이 원활하게 이루어지도록 구성하였다.

또, 상기 냉각관로(50)는 공급호퍼(40)의 하단부로부터 수평하게 향하고, 다시 수직으로 상승하다가 사이클론(70)의 입구와 거의 대등한 높이에서 수평하게 뻗어서 사이클론(70)의 입구에 연결된다.

또한, 상기 사이클론(70)은 저장탱크(80)보다 높은 위치에 위치되며, 수직으로 설치된 관을 통해 저장탱크(80)의 상부와 연통된다.

한편, 상기 공기배출관(72)은 사이클론(70)의 상단 출구로부터 수직으로 상승한 후 다시 옆으로 수평하게 향하다가 밑으로 수직 하강되어 공기흡입기(60)의 입구에 이르러서 이 공기흡입기(60)에 수평하게 연결되도록 구성된다.

상기 투입호퍼(40)와 냉각관로(50)로 이어지는 관로상에 제 1로터리밸브(V1)를 설치하고, 사이클론(70)으로부터 저장탱크(80)로 이어지는 수직관로상에도 제 2 로터리밸브(V2)를 설치하여 각각 수동조작으로 통로를 개폐할 수 있도록 구성하였다.

또, 상기 저장탱크(80) 밑에는 두 개의 숯배출구(92)를 두어 두 곳에서 동시에 작업을 진행시킬 수 있도록 함으로써 생산성을 향상시킬 수 있도록 구성하였다.

상기 정량공급기구(90)는 숯(30)을 일정량씩 포대(100)에 담는 장치로서, 그 구성은 첨부도면 도2a 내지 도2d에 도시된 바와 같이 저장탱크(80)의 하단부에 설치되어 이 저장탱크(80)로부터 떨어지는 숯(30)을 일정량 채우기 위한 계량실(92a)을 갖는 숯배출관(92)과, 상기 숯배출관(92)의 상측과 하측에서 각각 이격되도록설치되어 숯(30)이 떨어지는 통로를 폐쇄하거나 개방하는 복수의 셔터(93)(94)와, 상기 셔터(93)(94)를 구동하기 위한 복수의 셔터개폐실린더(CL1)(CL2)로 구성된다.

또한, 상기 정량공급기구(90)에는 셔터개폐실린더(CL1)(CL2)의 전후단에 구비된 포트로 유입되는 유체의 유입방향을 제어하기 위한 제 1방향전환밸브(SV1)와 제 2방향전환밸브(SV2)가 각각 구비되고, 이 제 1방향전환밸브(SV1)와 제 2방향전환밸브(SV2)를 구동하기 위한 솔레노이드 구동부(96)가 제 1방향전환밸브(SV1)와 제 2방향전환밸브(SV2)의 솔레노이드에 각각 접속되고, 솔레노이드 구동부(96)를 통해서 제 1방향전환밸브(SV1)와 제 2방향전환밸브(SV2)를 제어하는 제어부(95)가 구비된다.

여기서 제 1방향전환밸브(SV1) 및 제 2방향전환밸브(SV2)는 예컨대, 4포트 3 절환 솔레노이드 밸브를 이용하여 구성될 수 있으며, 상기 셔터개폐실린더(CL1)(CL2)는 예를 들어서, 공압실린더를 이용하여 구성될 수 있으나 꼭 이러한 액추에이터에 한정하지 않고, 유압실린더를 이용하여 구성하거나 스크류와 너트 직선가이드를 조합한 직선운동장치를 이용하여 구성할 수도 있다.

그리고, 상기 셔터(93)(94)는 셔터개폐실린더(CL1)(CL2)의 피스톤로드(93a)(94a)에 각각 용접과 같은 체결수단에 의해 연결되어 있으며, 셔터개폐 실린더(CL1)(CL2)는 실린더브래킷(93b)(94b)을 통해 숯배출구(92)의 외측면에 수평하게 설치된다.

도면중 미설명 부호 120은 포대(100)를 이송하기 위한 벨트콘베이어를 나타낸 것이다.

이하 본 발명에 따른 작용을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도1에 도시된 바와 같이 아직 열기가 남아 있는 탄화된 숯(30)을 투입호퍼(40)에 투입한 다음 그 하단부에 설치된 제 1로터리밸브(V1)를 개방한 상태에서 공기흡입기(60)를 가동시키게 되면, 냉각관로(50)의 앞단에 형성된 공기유입구(52)에 부압이 형성되면서 외부의 공기(A)가 냉각관로(50)로 강하게 흡입되면서 투입호퍼(40)에 있던 숯(30)을 냉각관로(50)로 빨아들이게 된다.

이때 잠열이 있는 숯(30)은 찬 공기(A)와 섞이면서 냉각관로(50)를 통해 이송되어 사이클론(70)에 이르게 된다.

즉, 뜨거운 숯(30)은 찬 공기(A)와 섞이면서 냉각되는 동시에 찬 대기와 접촉하고 있는 비교적 긴 냉각관로(50)를 통과하면서 열을 빼앗기게 되어 결국 차게 냉각되는 것이다.

이때 사이클론(70)에 이른 숯(30)과 공기(A)는 서로 분리되어 뜨겁게 된 공기(A)는 공기배출관(72)과 공기흡입기(60)를 경유하여 에어벤트(62)를 통해 대기로 방출되고, 차게 냉각된 숯(30)은 밑으로 떨어져서 저장탱크(80)에 담긴다.

위와 같은 상태에서 투입호퍼(40)의 하단부에 위치된 제 1로터리밸브(V1)와 사이클론(70)의 하단부에 위치된 제 2로터리밸브(V2)를 닫은 상태에서 저장탱크(80)의 하단부에 설치된 정량공급장치(90)를 통해 포대(100)에 일정량씩 포장할 수 있게 된다.

이와 같이 정량공급장치(90)에 의해서 이루어지는 정량공급과정은 먼저, 첨부도면 도2a에 도시된 바와 같이 작업자가 배출버튼(도시 않됨)을 누르게 되면, 제어부(95)의 입력포트를 통해 이 신호가 입력되면서 다시 제어부(95)의 출력포트를 통해 상측에 위치된 셔터(93)를 개방하기 위한 셔터개방신호가 출력되는데, 이때 솔레노이드 구동부(96)에 의해 제 1방향전환밸브(SV1)에 구비된 좌측(도면상에서의 좌측)의 솔레노이드는 소자되는 동시에 우측(도면상에서의 우측)의 솔레노이드가 여자되면서 밸브가 우측으로 절환되어 상측에 위치된 셔터개폐실린더(CL1)의 피스톤로드(93a)와 셔터(93)가 후진된다.

이때 상측의 셔터(93)가 가이드 홈을 따라서 수평하게 미끄러지면서 통로가 개방되고, 저장탱크(80)에 채워져 있던 숯(30)이 계량실(92a)로 떨어져서 닫혀 있는 하측의 셔터(94) 위에 쌓이게 되며, 계량실(92a)은 숯(30)으로 채워지게 된다.

이후 첨부도면 도2b에 도시된 바와 같이 제어부(95)에 의해 다시 상측의 셔터(93)를 폐쇄하는 셔터폐쇄신호가 솔레노이드 구동부(96)로 출력되면서 제 1방향전환밸브(SV1)에 구비된 우측(도면상에서의 우측)의 솔레노이드는 소자되고, 좌측(도면상에서의 좌측)의 솔레노이드가 여자되면서 밸브가 좌측(도면상에서의 좌측)으로 절환되어 상측의 셔터(93)가 피스톤로드(93a)에 의해 전진되고, 저장탱크(80)와 계량실(92a) 사이의 통로가 차단된다.

그 다음 제어부(95)는 첨부도면 도2c에 도시된 바와 같이 하측의 셔터(94)를 개방하기 위한 셔터개방신호를 솔레노이드 구동부(96)로 출력하게 되는데, 이때 제 2방향전환밸브(SV2)에 구비된 좌측(도면상에서의 좌측)의 솔레노이드는 소자되고, 우즉(도면상에서의 우측)의 솔레노이드가 여자되면서 밸브가 우측(도면상에서의 우측)으로 절환되어 하측의 셔터(94)가 피스톤로드(94a)에 의해 후진되어 계량실(92a)에 채워져 있던 숯(30)이 포대(100)로 떨어지게 된다.

즉, 숯배출관(92)의 내부 상하측에서 이격되어 있는 두 개의 셔터(93)(94)에 의해 밀폐되거나 개방된 계량실(92a)이 형성되는데, 이때 저장탱크(80)에 저장된 숯(30)을 계량실(92a)에 임시로 담아서 포대(100)로 공급함으로써 정량공급이 가능 하게 된다.

이후 첨부도면 도2d에 도시된 바와 같이 제어부(95)는 하측의 셔터(94)를 폐쇄하기하기 위한 셔터폐쇄신호를 솔레노이드 구동부(96)를 통해 출력하게 되는데, 이때 제 2방향전환밸브(SV2)에 구비된 우측(도면상에서의 우측)의 솔레노이드는 소자되고, 좌측(도면상에서의 좌측)의 솔레노이드만이 여자되면서 밸브가 좌측(도면상에서의 좌측)으로 절환되어 피스톤로드(94a)와 하측의 셔터(94)가 전진되면서 닫히게 되며, 작업자가 배출버튼을 계속해서 누르게 되면, 도2a,도2b,도2c에 도시된 바와 같이 처음의 동작을 순차적으로 반복하면서 계속해서 또 다른 포대(100)에 숯(30)을 정량공급할 수 있게 되며, 작업자의 지시가 아닌 타이머에 의해 일정시간 간격으로 배출버튼이 작동되도록 설정하여 벨트콘베이어(120)를 통해 이송중인 포대(100)의 속도와 동기되면서 숯( 30)의 연속주입이 가능하도록 될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 잠열이 남아 있는 숯을 강제적으로 각하여 정량공급할 수 있도록 구성되어 있기 때문에 제조에서 포장까지에 걸리는 시간을 크게 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 정량공급장치에 의해 매번 일정한 량씩포대에 공급할 수 있기 때문에 포장되는 숯의 중량이 일정하게 유지되는 것은 물론이고, 포장작업이 신속 정확하게 이루어지는 효과가 있다.