목재 펠릿 기계 만드는 법

기능적인 구축 목재 펠릿 기계 이 공정은 느슨한 바이오매스를 금속 다이를 통해 강제로 통과시켜 고밀도 연료 실린더를 형성하는 고압 환경을 조성해야 합니다. 이 과정은 목재에 자연적으로 존재하는 리그닌을 약 80°C에서 100°C까지 가열하기 위해 마찰과 압력에 전적으로 의존합니다. 이 온도에서 리그닌은 외부 접착제 없이도 톱밥을 결합시키는 천연 접착제 역할을 합니다. 가정이나 산업 현장에서 이를 구현하려면 저속에서 높은 토크를 전달할 수 있는 변속 시스템과 경화 합금강으로 제작된 다이 및 롤러 어셈블리를 구축해야 합니다. 핵심 요소는 모터의 출력뿐만 아니라 다이의 압축비로, 이는 원료의 특정 밀도와 일치해야 합니다. 압축비가 잘못되면 기계는 펠릿을 형성하지 못하고 느슨한 먼지를 생성하거나 목재를 태울 것입니다.

펠릿 밀의 공학적 구조 이해

금속 절단이나 프레임 용접 전에 구동 시스템과 펠릿화 챔버 간의 상호작용을 반드시 이해해야 합니다. 펠릿 기계는 단순한 분쇄기가 아닙니다. 이는 고밀도화 장치입니다.

송전 시스템

기계의 핵심은 변속기입니다. 모터를 직접 펠릿화 샤프트에 연결할 수 없습니다. 속도가 너무 높고 토크가 너무 낮기 때문입니다.

평판형 다이 펠릿 밀에는 기어박스 또는 감속 장치가 필요합니다. 표준 1450 RPM 모터는 약 100~200 RPM의 축 속도로 감속되어야 합니다. 이 감속은 토크를 증폭시킵니다. 원자재를 롤러 위로 밀어내고 다이 구멍을 통과시키려면 높은 토크가 필수적입니다. 많은 DIY 애호가들은 폐차된 트럭이나 자동차의 후방 차동 장치를 활용합니다. 이는 상당한 스트레스를 견딜 수 있는 견고한 90도 기어박스 역할을 합니다.

펠릿화 챔버

이 영역에는 다이(구멍이 뚫린 평평한 금속판)와 롤러가 포함됩니다. 롤러는 다이 위에 위치합니다. 중앙 축이 회전하면 롤러가 다이 표면을 중심으로 회전합니다. 롤러와 다이 사이의 마찰로 원자재가 포착됩니다. 여기서 기하학적 구조가 매우 중요합니다. 롤러와 다이 사이의 간격은 조정 가능해야 하며, 일반적으로 0.1mm에서 0.3mm 사이여야 합니다. 이보다 큰 간격은 압력 축적을 방해합니다. 이보다 작은 간격은 금속 간 마모를 유발합니다.

금속 재료 및 야금학

다이에는 연강을 사용할 수 없습니다. 톱밥의 연마성과 고온이 결합되면 연강은 몇 시간 만에 파괴됩니다.

랜슨은 금형에 20CrMnTi 또는 40Cr 합금강을 사용하며, 이후 진공 열처리를 거칩니다. 자가 제작 시에는 고탄소강을 사용해야 합니다. 수천 개의 구멍을 뚫는 작업은 정밀도가 요구됩니다. 구멍 입구 쪽에는 재료를 유입시키기 위해 카운터싱크 가공이 필요합니다. 구멍 내부는 저항을 줄이기 위해 거울 같은 마감이 필요합니다.

압축비(CR)의 중대한 중요성

대부분의 자가 제작 펠릿 기계는 제작자가 압축비(CR)를 무시하기 때문에 실패합니다. CR은 다이 내 구멍의 유효 길이와 구멍 직경 간의 비율을 의미합니다.

공식:

6mm 펠릿을 만들고자 하며 사용 목재가 소나무 같은 연목인 경우, 압축비(CR) 1:5가 필요할 수 있습니다. 이는 구멍 두께가 30mm여야 함을 의미합니다. 참나무 같은 경목은 리그닌을 활성화할 만큼 충분한 열을 발생시키기 위해 더 높은 압축비(보통 1:6 또는 1:7 정도)가 필요합니다.

올바른 비율 계산하기

날이 너무 얇으면 목재가 너무 빨리 통과합니다. 열이 제대로 전달되지 않습니다. 결과적으로 흩어진 톱밥 더미만 남게 됩니다.

다이 두께가 너무 두꺼우면 저항이 지나치게 높아집니다. 목재가 구멍 안에서 타면서 기계를 막게 되는데, 이를 “막힘 현상”이라 합니다.”

산업용 제조업체인 랜슨(Lanson)은 고객의 특정 원자재에 맞춰 CR을 맞춤 제작합니다. DIY 제작의 경우 일반적으로 여러 다이(die)를 추측하거나 시험해봐야 하는데, 이는 비용과 시간이 많이 소요됩니다.

단계별 건설 과정

이 섹션에서는 구할 수 있는 부품들을 사용하여 평판형 다이 펠릿 밀을 제작하는 방법을 설명합니다.

1단계: 프레임 및 베이스 제작

안정성이 가장 중요하다. 펠릿화 과정에서 발생하는 진동이 매우 강하다.

1. 베이스 프레임에는 중량용 C형 강철을 사용하십시오.

2. 모터와 기어박스의 장착 지점이 완벽하게 수평을 이루도록 하십시오.

3. 여기서 정렬 불량이 발생하면 부하 하에서 커플링이 파손됩니다.

4. 모든 접합부를 완전히 용접하십시오. 가용접은 작동 중에 파손될 수 있습니다.

2단계: 후방 차동 장치 수정

차량 차동 장치를 사용하는 경우:

1. 차동 기어를 잠급니다. 입력축이 차동 작용 없이 차축을 직접 회전시키도록 해야 합니다.

2. 차동 장치를 수직으로 장착하십시오. 입력축은 (풀리를 통해) 모터에 연결됩니다. 한 축은 위를 향하여 펠릿화 어셈블리를 구동합니다. 다른 축은 절단하거나 막아야 합니다.

3. 수직 방향에서 오일 누출을 방지하기 위해 하우징을 밀봉하십시오.

3단계: 롤러 어셈블리 제작

롤러 외피에는 바이오매스를 잡아당기기 위한 홈이 필요합니다. 매끄러운 롤러는 톱밥 위에서 미끄러질 것입니다.

1. 롤러 표면에 홈이나 오목한 부분을 가공한다.

2. 롤러 쉘 내부에 중하중 테이퍼 롤러 베어링을 설치하십시오. 이 베어링은 반경 방향 하중과 축 방향 하중을 모두 처리합니다.

3. 롤러를 고정하는 샤프트는 고정 상태를 유지해야 합니다(일부 설계에서는). 또는 회전해야 합니다(다른 설계에서는). 표준 DIY 평판 다이 설계에서는 일반적으로 다이가 고정된 상태에서 롤러가 회전합니다.

4단계: 호퍼와 커터

1. 판금으로 깔때기 모양의 호퍼를 제작하십시오. 재료가 다이의 중심부로 직접 공급되어야 합니다.

2. 다이 아래에 “슬라이서” 또는 커터 나이프를 설치하십시오. 펠릿이 압출되면 아래로 늘어집니다. 회전하는 나이프가 이를 원하는 길이로 절단합니다. 나이프가 없으면 펠릿이 너무 길어져 불규칙하게 부러집니다.

원료 준비: 숨겨진 변수

기계적으로 완벽한 장치를 만들 수 있지만 여전히 펠릿을 생산하지 못할 수 있다. 목재의 화학적 성질이 변수이다.

수분 함량 제어

바이오매스의 수분 함량은 12%와 15% 사이여야 합니다.

• 아래 10%: 재료가 너무 건조합니다. 과도한 마찰을 발생시키고 다이를 막습니다.

• 18% 이상: 재료가 너무 젖어 있습니다. 수분이 다이 구멍 안에서 증기로 변합니다. 이 증기는 팽창하여 다이에서 빠져나올 때 펠릿을 터뜨립니다.

입자 크기 일관성

기계에 투입되는 톱밥은 제조하려는 펠릿의 직경보다 작아야 합니다. 6mm 펠릿을 제조할 경우 톱밥 입자는 5mm 이하여야 합니다. 큰 칩은 압축 구역을 방해합니다. 펠릿화 전에 목재를 분쇄하려면 해머 밀이 필요합니다.

비교: 직접 제작 vs. 랜슨 전문 기계

차고 프로젝트와 생산 자산의 차이를 인식하는 것이 매우 중요하다.

표 1: DIY 대 랜슨 산업 표준

기능	DIY / 집에서 만든 장비	랜슨 프로페셔널 시리즈
다이 재료	연강 또는 스크랩 플레이트	합금강 (20CrMnTi) + 진공 열처리
공차	± 1.0mm (수동 측정)	± 0.02mm (CNC 가공)
모터 수명	사용된 부품에 따라	산업용 등급 지멘스/WEG 모터
윤활	수동 그리스 건	자동 오일 순환 시스템
출력	10–50 kg/시간 (일관성 없음)	500kg–20톤/시간 (연속)
안전	최소한의	과부하 보호 및 비상 정지

랜슨 고급 모델의 기계는 수직 링 다이 설계를 채택합니다. 이는 중력을 이용해 재료를 균일하게 공급할 수 있게 합니다. DIY 기계는 거의 전적으로 평면 다이 유형입니다. 링 다이는 5축 CNC 센터 없이는 제작이 불가능하기 때문입니다.

사례 연구: DIY에서 산업용으로의 업그레이드

고객 프로필: 그린에코 바이오매스 주식회사.

위치: 미국 오리건주

기간: 2023년 2월 – 2023년 8월

도전 과제:

그린에코의 창립자는 자체 제작한 펠릿 밀 4대로 구성된 설비를 활용해 생산 규모를 확대하려 시도했습니다. 이 장비들은 트럭 차동기어와 용접 프레임을 이용해 제작되었습니다. 2023년 2월까지 유지보수 비용이 치솟았습니다. 기계는 가동 40시간마다 베어링 교체가 필요했습니다. 게다가 펠릿 밀도가 크게 달라졌습니다. 고객들은 운송 중 펠릿이 부서진다고 불만을 제기했습니다.

랜슨 솔루션:

그린에코는 2023년 3월 랜슨사에 연락을 취했습니다. 저희는 더글러스 전나무와 레드 시더 톱밥이 혼합된 원자재를 분석했습니다. 연목의 높은 수지 함량으로 인해 특정 압축 비율이 필요했으나, 자체 제작된 금형으로는 이를 유지할 수 없었습니다.

우리는 단일 Lanson L-508 링 다이 펠릿 밀을 설치했습니다. 이 장비는 네 대의 자체 제작 기계를 모두 대체했습니다.

결과 (2023년 8월 데이터):

1. 출력: 시간당 300kg(DIY 통합 기준)에서 시간당 1.5톤으로 증가했습니다.

2. 에너지: 펠릿 생산 톤당 전력 소비량이 35% 감소했습니다.

3. 노동: 기계 감시를 담당하는 정규직 운영자 2명에서 시간제 감독관 1명으로 축소되었습니다.

4. 품질: 펠릿 내구성 지수(PDI)가 88%에서 97.5%로 상승했습니다.

이 사례는 목재 펠릿 기계 제작 방법을 이해하는 것이 교육적 가치가 있음에도, 상업적 실현 가능성을 위해서는 산업적 정밀도가 필요함을 보여준다.

재료 호환성 및 비율

목재 종류에 따라 다이 사양이 달라집니다. 아래 표는 적절한 설정을 선택하는 데 필요한 데이터를 제공합니다.

표 2: 바이오매스 압축 지침

원재료	경도	권장 압축률	참고
소나무 / 가문비나무	부드러운	1:5 – 1:5.5	높은 리그닌 함량은 결합을 용이하게 합니다.
참나무 / 너도밤나무	어려운	1:6 – 1:7	접착을 위해 더 높은 압력이 필요합니다.
짚 / 풀	매우 부드러운	1:8 – 1:9	종종 바인더(유지 또는 전분)를 첨가해야 합니다.
대나무	매우 어려움	1:6.5	다이(금형)에 극도로 마모성이 강함.

일반적인 제작 문제 해결

자신만의 컴퓨터를 조립하면, 당신은 수리 기술자가 됩니다. 가장 흔한 고장과 해결 방법은 다음과 같습니다.

표 3: 문제 해결 가이드

증상	합리적 근거	시정 조치
펠릿이 나오지 않음	다이(금형)가 막혔거나 새 다이가 충분히 사용되지 않았습니다.	구멍을 뚫으십시오. 기름, 모래, 톱밥을 섞은 것으로 구멍을 연마하십시오.
펠릿은 부서지기 쉽다	수분 함량이 너무 낮거나 압력이 부족합니다.	혼합물에 물을 첨가하십시오. 롤러와 다이 사이의 간격을 확인하십시오.
펠릿이 부풀어 오르거나 갈라짐	수분 함량이 너무 높습니다.	원료를 건조시킨다. 수분을 15% 미만으로 감소시킨다.
기계가 심하게 진동한다	베어링이 마모되었거나 조립이 불균형합니다.	주축의 균형을 맞추십시오. 베이스 프레임 용접부를 점검하십시오.
모터 정지	부하가 너무 높거나 막힘 현상입니다.	급속도를 줄이십시오. 금속 파편이 챔버에 유입되었는지 확인하십시오.

열처리가 금형 수명에 미치는 영향

가정용 차고에서는 쉽게 재현할 수 없는 공정 중 하나가 열처리입니다.

랜슨이 금형을 제조할 때, 강철이 “연성” 상태일 때 가공합니다. 수천 개의 구멍을 뚫은 후 금형은 용광로로 들어갑니다. 극한 온도로 가열된 후 급랭됩니다. 이 과정은 강철의 분자 구조를 변화시켜 놀라울 정도로 단단하게 만듭니다.

표준 강철로 만든 DIY 다이(die)는 며칠 만에 구멍이 마모됩니다. 구멍이 타원형으로 변형됩니다. 이러한 형상 손실은 압축비를 파괴합니다. 기계는 펠릿 생산을 중단하고 분진을 만들기 시작할 것입니다. 기계를 제작 중이라면, 직접 드릴링하는 것보다 공급업체에서 열처리된 다이와 롤러 세트를 구매하는 것이 더 현명한 선택입니다.

안전 고려 사항

펠릿 기계는 위험합니다. 무거운 회전 중량과 높은 토크가 수반됩니다.

• 전단 핀: 구동계에 전단 핀을 장착하십시오. 볼트나 돌이 금형에 떨어지면 기계가 걸립니다. 전단 핀이 없으면 토크가 주축을 비틀거나 모터를 태워 버립니다. 핀이 부러져 기계를 보호합니다.

• 열: 다이 헤드는 90°C 이상의 온도에 도달합니다. 작동 중에는 만지지 마십시오.

• 먼지: 목재 분진은 폭발성이 있습니다. 작업 공간에 충분한 환기가 이루어지도록 하십시오.

결론 및 향후 계획

목재 펠릿 기계 제작은 야금학, 전동 기계학, 열역학을 아우르는 복잡한 공학적 과제입니다. 소규모 취미 활동가에게는 DIY 방식도 가능하지만, 공차와 재료 경도의 한계로 인해 생산량과 내구성이 종종 제한됩니다. 판매용 연료 생산이나 대규모 난방을 목표로 하는 기업이라면 전문 기계에 의존해야 일관성을 보장할 수 있습니다.

랜슨 바이오매스 폐기물을 가치로 전환하는 데 특화되어 있습니다. 압축비와 구동 장치 내구성의 미묘한 차이를 이해합니다.

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자주 묻는 질문(FAQ)

1. 세탁기 모터를 펠릿 밀에 사용할 수 있나요?

아니요. 세탁기 모터는 일반적으로 펠릿화 작업에 필요한 토크가 부족합니다. 세탁기 모터는 고속 및 저저항 운전을 위해 설계되었습니다. 펠릿 밀에는 고토크 산업용 모터가 필요하며, 일반적으로 3상 모터로, 크기에 따라 5HP에서 50HP까지 다양합니다.

2. 나무에 접착제나 바인더를 추가해야 하나요?

일반적으로 그렇지 않습니다. 목재에는 리그닌이 함유되어 있습니다. 압축 및 가열 시 리그닌은 액체 상태가 되어 천연 접착제 역할을 합니다. 그러나 리그닌 함량이 낮은 재료(예: 짚이나 오래되고 마른 나무)의 경우 소량의 식물성 기름이나 전분을 첨가하면 이 과정을 돕습니다.

3. 집에서 만든 주형은 얼마나 오래 사용할 수 있나요?

열처리되지 않은 일반 강철로 제작된 다이의 경우, 10~50시간의 작동 수명을 가질 수 있습니다. 전문적인 열처리 합금강 다이의 경우 랜슨 원료의 마모성에 따라 800시간에서 2000시간까지 지속될 수 있습니다.

4. 왜 내 펠릿이 부서지나요?

이는 일반적으로 수분 문제입니다. 목재가 너무 건조하면 접착되지 않습니다. 다이의 압축비가 해당 목재 종류에 비해 너무 낮으면 리그닌을 활성화시키기에 충분한 압력이 발생하지 않습니다.

5. 평판 다이 펠릿 기계의 최적 RPM은 얼마입니까?

다이 또는 롤러의 회전 속도는 일반적으로 분당 100회전(RPM)에서 300회전(RPM) 사이여야 합니다. 이보다 높은 속도는 과도한 원심력과 열을 발생시켜 펠릿이 형성되기 전에 타버릴 수 있습니다.

6. 젖은 목재 칩을 펠릿화할 수 있나요?

아니요. 목재 칩을 먼저 건조시켜야 합니다. 수분 함량은 15% 미만이어야 합니다. 젖은 목재는 다이 내부에서 증기 압력을 발생시켜, 출구에서 펠릿이 흩어지는 재료로 폭발하게 합니다.

7. DIY 펠릿 기계 제작 비용은 얼마인가요?

부품을 재활용(고철, 중고차 차동기어, 중고 모터)한다면 $500~$1000에 제작할 수 있습니다. 그러나 새 부품, 특히 다이와 롤러를 구입하면 비용이 $2000을 초과하게 되며, 이 경우 소형 초보자용 기계를 구입하는 것이 더 현실적인 선택이 됩니다.

8. 평형 다이와 링 다이의 차이점은 무엇입니까?

평판 다이 기계는 재료를 수직으로 수평 판을 통해 압착합니다. 구조가 단순하여 소규모 사용에 적합합니다. 링 다이 기계는 수직 링을 회전시키며 롤러가 재료를 바깥쪽으로 압착합니다. 링 다이 기계(예: 랜슨 산업용 모델은 대량 상업 생산에 더 에너지 효율적이고 내구성이 뛰어납니다.

9. 새 다이를 어떻게 길들여야 하나요?

새 다이의 구멍 내부에 미세한 긁힘 자국이 있습니다. 기름, 고운 모래, 톱밥을 섞은 혼합물을 기계에 30~60분간 통과시켜야 합니다. 이렇게 하면 구멍이 연마됩니다. 이 과정을 생략하면 기계가 즉시 걸릴 가능성이 높습니다.

10. 서로 다른 종류의 나무를 혼합해도 되나요?

그렇습니다만 주의해야 합니다. 단단한 참나무와 부드러운 소나무를 혼합하면 평균 밀도가 달라집니다. 펠릿 밀에 균일한 혼합물이 들어가도록 해머 밀 단계 전에 충분히 혼합해야 합니다. 불균일한 혼합물은 펠릿 길이가 고르지 않게 되고 모터 부하가 급증하는 결과를 초래합니다.