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公開番号2025091343
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-18
出願番号2024123297
出願日2024-07-30
発明の名称熱分解原料及び生産品イメージ情報を用いた制御装置及び方法
出願人インスティテュート・フォー・アドバンスド・エンジニアリング
代理人個人,個人,個人
主分類C10B 47/30 20060101AFI20250611BHJP(石油,ガスまたはコークス工業;一酸化炭素を含有する工業ガス;燃料;潤滑剤;でい炭)
要約【課題】熱分解原料及び生産品イメージ情報を用いた制御装置及び方法の提供。
【解決手段】原料が投入されながら第1データを獲得する原料投入段階;原料が熱分解されながら移動する熱分解反応段階;熱分解反応物を排出しながら第2データを獲得する反応物排出段階;第1データ及び第2データのイメージサンプル数を追加的に確保するイメージサンプル収集段階;確保されたイメージサンプルを時系列的データに正規化し、RGBコード値をDBに格納するDB格納段階;格納されたDB値に基づいて第1データ及び第2データにラベルを付与するラベリング段階;第1データ及び第2データを活用して推定水分量である第3データ及び推定発熱量である第4データを生成するデータ加工段階;第3データ及び第4データに基づいて熱分解反応された反応物の発熱量基準品質の確保に必要な熱分解温度及び熱分解時間の制御値を導出する制御値導出段階;を含む熱分解反応方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
原料が投入されながら第１モニタリング手段を通じて第１データを獲得する原料投入段階；
前記投入された原料が熱分解されながら移動する熱分解反応段階；
前記熱分解反応された反応物を排出しながら第２モニタリング手段を通じて第２データを獲得する反応物排出段階；
前記第１データ及び前記第２データの正確度を向上させ、イメージサンプル数を追加的に確保するイメージサンプル収集段階；
前記確保されたイメージサンプルを時系列的データに正規化し、ＲＧＢコード値をＤＢに格納するＤＢ格納段階；
前記格納されたＤＢ値に基づいて前記第１データ及び前記第２データにラベルを付与するラベリング段階；
前記第１データのラベルは、水分量評価値を付与することによってＲＧＢ値と水分量との間の相関関係を導出し、前記第２データのラベルは、発熱量評価値を付与することによってＲＧＢ値と発熱量との間の相関関係を導出し、シミュレーションを通じて前記ＤＢに格納されたデータと比較した後、前記第１データ及び前記第２データを活用して推定水分量である第３データ及び推定発熱量である第４データを生成するデータ加工段階；及び
前記データ加工段階を通じて生成された前記第３データ及び前記第４データに基づいて熱分解反応された反応物の発熱量基準品質の確保に必要な熱分解温度及び熱分解時間の制御値を導出する制御値導出段階；を含み、
前記熱分解反応段階は、半炭化、バイオ炭反応、乾燥、活性炭反応及び炭化のうちいずれか一つ以上の熱分解が行われる熱分解反応手段を用いる熱分解反応方法。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
前記制御値導出段階において、前記熱分解温度は、熱風炉の原料供給モーター回転数、熱風炉の空気供給モーター回転数及びガス混合機の希釈空気供給モーター回転数のうちいずれか一つ以上を制御する、請求項１に記載の熱分解反応方法。
【請求項３】
前記制御値導出段階において、前記熱分解時間は、ロータリーキルンの駆動モーター回転数及び原料供給モーター回転数のうちいずれか一つ以上を制御する、請求項１に記載の熱分解反応方法。
【請求項４】
原料が投入されながら第１モニタリング手段を通じて第１データを獲得する原料投入手段；
前記投入された原料が熱分解されながら移動する熱分解反応段階；
前記熱分解反応された反応物を排出しながら第２モニタリング手段を通じて第２データを獲得する反応物排出手段；
前記第１データ及び前記第２データの正確度を向上させ、イメージサンプル数を追加的に確保するイメージサンプル収集手段；
前記確保されたイメージサンプルを時系列的データに正規化し、ＲＧＢコード値をＤＢに格納するＤＢ格納手段；
前記格納されたＤＢ値に基づいて前記第１データ及び前記第２データにラベルを付与するラベリング段階；
前記第１データのラベルは、水分量評価値を付与することによってＲＧＢ値と水分量との間の相関関係を導出し、前記第２データのラベルは、発熱量評価値を付与することによってＲＧＢ値と発熱量との間の相関関係を導出し、シミュレーションを通じて前記ＤＢに格納されたデータと比較した後、前記第１データ及び前記第２データを活用して推定水分量である第３データ及び推定発熱量である第４データを生成するデータ加工手段；及び
前記データ加工段階を通じて生成された前記第３データ及び前記第４データに基づいて熱分解反応された反応物の発熱量基準品質の確保に必要な熱分解温度及び熱分解時間の制御値を導出する制御値導出手段；を含み、
前記熱分解反応段階は、半炭化、バイオ炭反応、乾燥、活性炭反応及び炭化のうちいずれか一つ以上の熱分解が行われる熱分解反応手段を用いる熱分解反応装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱分解原料及び生産品イメージ情報を用いた制御装置及び方法に関し、より詳細には、投入される固体原料及び熱分解固体生成物イメージをモニタリングし、リアルタイムＡＩ分析及び運転変数制御を通じて熱分解反応を効率的に行えるようにする。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
バイオマスから生産されるバイオ燃料は、燃焼時に水と二酸化炭素に分解され、このように排出される二酸化炭素は、生物体が成長しながら光合成作用によってバイオマスに再吸収され、バイオマスの構成成分に再度含まれるので、炭素中立（Ｃａｒｂｏｎｎｅｕｔｒａｌ）燃料として規定している。しかし、バイオマスの特性上、含水率が高いので発熱量が低くなり、これによって、自体の燃焼時に運転効率性及びエネルギー生産効率が低下し、無酸素条件下での２５０℃～３００℃の温度で半炭化工程を通じたバイオマス燃料の品質向上が要求されている。
【０００３】
また、制限された酸素条件下で３５０℃以上でバイオマスを熱分解することによって製造されたバイオ炭内の炭素は、安定した形態の構造で再配列され、土壌に投入したときにも微生物などによって分解されることなく、長い間炭素を土壌中に隔離できるので、近年、気候変化の緩和技術として多く注目されている。バイオ炭は、土壌中の安全性に起因して、土壌に投入された炭素源を半永久的に土壌中に隔離することができ、温室ガスの排出を減少させ、土壌改良を通じた作物収穫量の増大効果を有する。
【０００４】
バイオマス熱分解工程で最も一般的な反応器の形態はロータリーキルン方式であって、回転軸を中心に回転するキルンによってバイオマス粒子と熱源媒体との間で熱及び物質が伝達される。ロータリーキルン反応器は、多様な適用分野で立証された技術であって、燃焼を通じて生成された熱風を用いて直接又は間接的にバイオマスを熱分解させることができる。供給原料と熱源媒体の流れは、並流或いは逆流で構成することができ、一般に、乾燥を促進させるために並流方式で構成される。キルンの回転によって各バイオマス粒子が回転しながら移動するので、キルンの回転速度及び傾きによって反応器内のバイオマスの滞留時間を調節することができる。
【０００５】
イメージ認識及び解釈技術は、最近のＡＩ技術の発達によって周辺の事物を認識・分類できるようにする技術であって、多様な種類のイメージを学習することによって、色相及び形態などの識別可能な特徴を探し出し、数千個の他のイメージと相互参照することによって各特徴を正確に認識し、ラベルを指定できるので、最近の生産品の品質管理工程にＡＩ事物認識技術が統合されながら有意味な活用事例が増加している。
【０００６】
従来のロータリーキルン技術は、熱電対から測定される反応温度にのみ依存して熱風量及び回転数などの運転を制御し、対象原料の引き込み条件による変動に対する先制的対応の困難さによって最終生産品の品質及び生産量の確保が難いので、最終的に製品生産の経済性が問題となっている。したがって、原料及び生産品のイメージ認識及び分析からの品質のリアルタイム推測を通じた熱風量及びキルン回転数などの制御のための運転パラメーターとして活用される必要がある。韓国公開特許第１０－１８０７０７７号公報は、間接式ロータリーキルン反応器に関するものであって、乾燥物を投入する乾燥物投入口と、投入された前記乾燥物が排出される乾燥物排出口と、投入された前記乾燥物が移動する通路である内筒と、前記内筒を取り囲み、外部から供給される熱風が移動する通路である外筒と、前記外筒に熱風を供給する熱風供給配管と、供給された前記熱風が排出される熱風排出配管とを含み、前記熱風供給配管は、前記外筒に少なくとも２以上の区域別に熱風を供給し、前記熱風と前記乾燥物は直接接触しなく、前記外筒は、前記熱風供給配管から供給される熱風に対応するように少なくとも２以上の区域に分ける区域板を含み、前記区域板は、一端が前記外筒に連結され、他端が前記内筒と一定の間隔を有するように形成され、前記熱風供給配管を介して供給された熱風が前記内筒との間隔を通じて隣接する区域に移動可能であり、前記外筒の上部空間の区域板が前記外筒の下部空間の区域板と交互に形成され、前記熱風供給配管から分岐されながら前記区域板によって分けられた前記外筒の各区域別に前記熱風を供給する熱風分岐管を含み、前記熱風分岐管は、内部に流れる熱風の量を調節できる制御バルブを含み、前記外筒に設置された区域板によって分けられる区域に対応する前記内筒の内部反応温度を感知できるように前記内筒に設置される多点式熱電対と、前記多点式熱電対から測定される前記内筒の内部反応温度によって前記制御バルブを調節する熱源供給量制御部とを含み、前記内筒と連結され、前記熱風によって乾燥物が乾燥される過程で発生するガス生成物が排出される生成ガス排出配管を含み、前記生成ガス排出配管と前記熱風排出配管は、前記生成ガス排出配管が前記熱風排出配管の内部を通過できるように二重構造で形成され、前記乾燥物を乾燥させる熱風は、前記内筒の反応温度勾配によって調節され、前記外筒に一定の区域別に供給される、間接式ロータリーキルン反応器を提供する。
【０００７】
特開第２００８－１８０４５１号公報は、外熱式ロータリーキルン及びその運転方法に関し、軸方向に回転するキルン内筒と、前記キルン内筒の周囲に加熱ガスを流通させる外筒とを備えており、前記キルン内筒の内部で処理物を軸方向に移送しながら加熱処理をする外熱式ロータリーキルンにおいて、前記キルン内筒は、軸方向に移動可能な可動側端部及び固定側端部で回転可能に支持され、前記キルン内筒の軸方向の熱成長量を計測する手段と、前記キルン内筒の軸方向の複数個の位置のシェル温度を前記外筒の周壁部で計測する複数の非接触式温度計とを備えたことを特徴とする外熱式ロータリーキルンを提供する。
【０００８】
特許第６０９０９９４号公報は、炭化物製造方法及び炭化物の品質検査方法に関し、炭化器を用いてバイオマスから炭化物を製造する炭化物製造方法であって、前記炭化物の色相を示す光学特性及び前記炭化物の粉砕性を、当該炭化物を製造した炭化条件ごとに測定したものであるプロファイルを用いて所望の粉砕性を有する炭化物に対応する炭化条件としての第１炭化条件を前記プロファイルで特定し、前記炭化器で製造された炭化物の光学特性を測定し、当該光学特性に対応する炭化条件としての第２炭化条件を前記プロファイルで特定し、前記第２炭化条件が前記第１炭化条件と一致するように前記炭化器を制御することを特徴とする炭化物製造方法を提供する。
【０００９】
韓国登録特許第１０－１７２８６６５号公報は、色差測定法を用いた半炭化バイオマスの発熱量予測方法に関し、木質バイオマスを加工及び乾燥させる段階と、半炭化反応器に前記木質バイオマスを投入し、反応器を加熱しながら内部に窒素ガスを投入することによって無酸素雰囲気を作り、高温の不活性条件下で熱処理して半炭化させる段階と、原木質バイオマスと半炭化バイオマスとの色差を測定するために前記バイオマスを粉砕した後、得た木粉を圧縮することによってディスクを作り、これを色差計で測定する段階とを含んで構成されることを特徴とする色差測定法を用いた半炭化バイオマスの発熱量予測方法を提供する。
【００１０】
従来技術は、キルンの内部反応温度を感知し、制御バルブなどを通じて反応温度を制御しているだけで、製造された製品が排出される排出口側にカメラなどのイメージビューアーなどを用いたリアルタイムでの製品の色相ベースの発熱量追跡及び装置制御方法を開示していないので、装置の効率的なエネルギー管理及び製品状態の確認のために装置の連続運転が停止するという問題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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