KR100498123B1 - 나선 축류식 열풍건조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축산분뇨나 음식쓰레기 등과 같이 수분을 많이 함유하고 있는 각종 슬러지(sludge)상의 유기물질을 효율적으로 건조시키기 위한 나선 축류식 열풍건조기에 관한 것이다.

본 발명은 건조기몸체(10)의 슬러지 처리공간을 관통하여 상하좌우 방향의 요동이 방지되도록 지지되고 그 외면에 길이방향으로 연속되게 슬러지를 이송 및 교반시키는 스크루날개(21)가 형성된 중공축(20)을 포함하는 열풍건조기에서 상기 중공축(20)의 한쪽끝단부분에 중공축(20)의 지름보다 1.5 내지 3배의 지름을 갖는 칼라(25)가 형성되고 이 칼라(25) 주위의 건조기몸체(10)에 칼라(25)의 중심 축 방향으로 이동됨을 수용하면서 지지하는 4개의 롤러타입 베어링(45)으로 마련된다. 또한 상기 중공축(20)은 외측에 전열면적의 증대와 열효율의 향상이 이뤄지도록 산형의 공간을 연속적으로 형성시킨 스크루날개(21)가 마련되며, 상기 스크루날개 (21)의 끝단부분에 연소가스가 배출되는 열풍분사공(22)이 천공되고 이 열풍분사공(22)이 슬러지에 의하여 막히지 않도록 하는 막힘 방지부재(23)가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

나선 축류식 열풍건조기{spiral and axial flow type hot blast dryer}

본 발명은 축산분뇨나 음식쓰레기 등과 같이 수분을 많이 함유하는 각종 슬러지(sludge)상의 건조대상물을 건조시키는 나선 축류식 열풍건조기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버너의 장기간 가동에 따른 중공축의 신장을 수용할 수 있는 중공축 양단의 지지구조가 마련되고, 전열면적의 증대로 보다 확실한 열전달효율을 꾀할 수 있는 외측에 속이 빈 산형의 스크루날개를 갖는 중공축으로 마련된 나선 축류식 열풍건조기에 관한 것이다.

일반적으로, 오수나 폐수의 슬러지, 축산분뇨, 음식물쓰레기 등과 같은 유기성 오염물질은 수분함량이 많기 때문에 이송이나 보관이 어렵고, 매립시 침출수의 발생이 많아 환경을 오염시키므로 건조에 의한 방법으로 함수율을 낮추어 처리하는 것이 필수적이다. 이러한 슬러지 상의 오염물질을 처리하는 방법은, 크게 미생물을 이용하는 미생물학적 방법과, 열을 이용하여 슬러지를 건조시키는 물리적 방법이 알려져 있다.

이와 같이 슬러지를 처리하는 방법 중에서 다수의 물리적인 처리방법들이 제안되어 있으며, 이들 중 대한민국 등록특허공보 등록번호 제120836호에는 슬러지가 투입되는 본체 내부에 다단으로 다수의 반원형 트로프(trough)를 마련하고 이 트로프에 각각 스크루를 설치하여 슬러지를 교반 및 이송시키고 상기 트로프의 내부로부터 그 외부로 열풍을 공급하여 슬러지를 건조시키는 것이나, 이는 트로프로부터 분사되는 열풍이 단순히 슬러지를 통과하는 것이어서 열 교환이 낮아 건조효율이 떨어지고 단시간에 충분한 건조가 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

이외에 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2001-0027512호는 스크루의 축 내부에 오일을 충진하고 이를 전기에너지로 가열하여 고온의 오일에서 발생하는 열로 슬러지를 건조시키는 것이고, 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제20-204595호는 롤러의 중공축에 고온의 스팀을 공급하여 그 열로 슬러지를 가열하여 건조시키는 것이 있으나, 이들은 모두 투입에너지가 전도와 복사열에 의해서만 슬러지의 건조가 이뤄지므로 슬러지의 건조에 효율적으로 사용되지 못하고 손실이 많아 에너지효율이 떨어지며, 또한 건조속도가 느리므로 동일량의 슬러지를 처리하기 위해서는 건조기의 설비가 대형화되어야 하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점들을 해소시킨 본 출원인에 의해 선출원된 특허출원 제2002-0016197호에는 장방형의 건조기몸체와, 이 건조기몸체를 관통하여 양단이 회전가능하게 베어링으로 지지되며 표면에 스크루날개와 막힘 방지판이 형성되고 내부와 외부를 관통하는 통공이 형성된 중공축과, 이 중공축의 한쪽에 버너와 이 버너에서 발생되는 열풍(연소가스)을 상기 중공축으로 분배하는 분배기와, 상기 건조기몸체의 상부에 설치되며 열교환을 끝낸 열풍과 슬러지에서 증발된 증기를 외부로 배출하는 배기수단이 형성된 덮개 및 상기 중공축을 회전시키는 구동장치를 포함하는 나선 축류식 열풍 건조기이다.

그러나 상기와 같이 구성된 본 발명의 선출원인 나선 축류식 열풍 건조기에 있어서, 열풍건조기의 가동은 필연적인 버너의 가동이 수반되고 버너의 장시간가동에 따른 중공축의 신장(열팽창)을 수용할 수 있는 어떠한 구조도 마련되어 있지 않아 중공축이 신장되면서 여타의 다른 부속장치(일예로, 베어링, 라비린스 패킹 등)들과 서로 저촉되어 중공축의 회전을 방해하고 심지어는 중공축이 정지되는 사례가 발생된다는 문제점이 있었다.

또한 중공축의 외면에 연속적으로 형성된 스크루날개가 단순한 나선형의 판재로 되어 있기 때문에 비교적 전열면적이 작고 이로 인하여 열전달효율이 낮다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 중공축의 양단부분에 칼라를 형성하고 이 칼라 주위의 본체에 칼라의 중심 축 방향으로 이동됨을 수용하면서 지지하도록 2개 이상의 롤러타입 베어링을 설치함으로써 버너의 장기간 가동에 따른 중공축의 신장(열팽창)을 수용할 수 있도록 한 나선 축류식 열풍건조기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 중공축의 외측에 속이 빈 산형의 공간을 연속적으로 형성시킨 스크루날개를 마련함으로써 전열면적의 증대가 이뤄지며 이로 인하여 연소가스가 갖는 열을 슬러지에 보다 확실한 열전달로 건조효율의 향상을 꾀할 수 있도록 한 나선 축류식 열풍건조기를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나선 축류식 열풍건조기는, 슬러지 처리공간의 한쪽에 투입호퍼가 형성되고 이 투입호퍼의 반대쪽 하부에 슬러지 배출구가 형성된 건조기몸체; 이 건조기몸체의 슬러지 처리공간을 관통하여 상하좌우 방향의 요동이 방지되도록 지지되고 그 외면에 길이방향으로 연속되게 슬러지를 이송 및 교반시키는 스크루날개가 형성된 중공축; 상기 건조기몸체의 한쪽끝단에 중공축을 회전시키는 구동장치; 상기 중공축의 다른 한쪽에 설치된 버너를 포함하는 열풍건조기에 있어서, 상기 중공축의 지지구조는 적어도 중공축의 한쪽끝단부분에 중공축의 지름보다 1.5 내지 3배의 지름을 갖는 칼라가 형성되고 이 칼라 주위의 건조기몸체에 칼라의 중심 축 방향으로 이동됨을 수용하면서 지지하는 4개의 롤러타입 베어링으로 마련됨을 특징으로 한다.

상기 중공축은 외측에 속이 빈 산형의 공간을 연속적으로 형성시킨 스크루날개가 마련되며, 이 스크루날개의 끝단부분에 연소가스가 배출되는 열풍분사공이 천공되고 이 열풍분사공이 슬러지에 의하여 막히지 않도록 하는 막힘 방지부재가 형성된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 나선 축류식 열풍건조기의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 나선 축류식 열풍건조기의 전체 구성을 나타내는 사시도면이고, 도 2는 도 1에서 덮개를 제거한 상태의 평면도이며, 도 3은 도 2의 A-A선에 대한 단면도이고, 도 4a는 본 발명의 열풍건조기에서 요부인 중공축의 일부분을 발췌하여 나타낸 상세 도면이며, 도 5는 본 발명의 열풍건조기에서 중공축의 구동장치를 나타내는 측면도이다.

도면에 나타난 바와 같이, 건조기몸체(10)는 그 내부의 슬러지 처리공간을 관통하여 회전 가능하게 2개의 중공축(20)이 설치되어 있으며, 상기 건조기몸체(10)의 한쪽상부에는 슬러지를 투입하는 투입호퍼(11)가 형성되고 이 투입호퍼(11)가 설치되는 반대쪽 하부에는 건조된 슬러지를 배출하는 슬러지 배출구(12)가 형성되어 있다.

상기 건조기몸체(10)의 투입호퍼(11) 하단에는 도 3과 같이, 항시 일정량의 슬러지를 공급하기 위한 댐퍼(14)가 설치되어 있으며, 이 댐퍼(14)는 하단이 중공 샤프트(20)의 회전에 지장 없이 스크루날개(21)의 상부를 감싸는 형상, 즉 스크루날개(21)의 중심상부를 감싸는 호형인 판재이다. 상기 댐퍼(14)의 하단은 반드시 호형이 아니어도 무방하며 스크루날개(21)의 상단과 일치하는 정도의 수평으로 형성할 수도 있다.

상기 건조기몸체(10) 측면의 열풍 분사공(13)과 중공축(20)의 끝단에는 이 중공축(20)에서 배출되는 연소가스를 회수하여 건조기몸체(10) 내부의 슬러지 처리공간으로 공급하는 연소가스 공급관(24)이 설치되어 있으며, 이 연소가스 공급관(24)은 중공축(20)의 한쪽끝단과 라비린스 패킹(labyrinth packing, 도시되지 않음) 등의 공지수단에 의하여 중공축(20)이 회전되더라도 연소가스가 외부로 누설되지 않도록 연결되어 있다.

상기 열풍 분사공(13)은 건조기몸체(10)의 일부분에 집중적으로 배치된 것으로 도시하고 설명하였으나 건조기몸체(10)의 슬러지 처리공간 전체에 골고루 분사되도록 분산 배치하여 연소가스 공급관(24)의 끝단을 연결할 수 있다.

상기 중공축(20)의 한쪽끝단에는 중공축(20)의 지름보다 1.5 내지 3배의 지름을 갖는 칼라(25)가 형성되어 있고 이 칼라(25) 주위의 건조기몸체(10)에 중공축(20)이 회전될 때 상하좌우로의 요동방지는 물론이고 중심 축 방향으로의 신축을 수용하도록 중공축(20)주위에 배열된 4개의 롤러타입 베어링(45)에 의하여 지지되어 있다. 상기 칼라(25)는 열팽창이 낮은 인바아(INVAR), 즉 불변강이라고 불리우는 재료로 마련됨이 바람직하다. 그 이유는 칼라(25)의 열팽창에 의해 발생될 수 있는 칼라(25)외면과 롤러타입 베어링(45) 사이의 간극격차를 최소화하여 중공축(20)이 회전될 때의 요동을 방지하기 위해서이다.

그리고 상기 중공축(20)의 다른 한쪽끝단에는 버너(30)에서 발생되는 연소가스를 2개의 중공축(20)으로 균일하게 분배하는 분배기(31)가 설치되어 있어 있고, 이 분배기(31)또한 연소가스 공급관(24)과 마찬가지로 라비린스 패킹(도시되지 않음)과 같은 공지의 수단에 의하여 중공축(20)이 회전되더라도 연소가스가 외부로 누설되지 않도록 연결되어 있다.

특히, 상기 중공축(20)은 도 4a에 나타낸 바와 같이, 외면에 그 길이방향으로 연속되게 슬러지를 이송 및 교반시키고 슬러지와의 전열면적을 최대로 확장시키기 위해 속이 빈 산형의 공간을 연속적으로 형성시킨 스크루날개(21)가 일정한 피치로 형성되어 있다.

또한, 상기 중공축(20)은 도 4b 및 도 4c와 같이, 스크루날개(21)의 끝단부분에 버너(30)의 연소가스가 분출되는 열풍분사공(22)을 천공하고 이 열풍분사공(22)이 슬러지에 의하여 막히지 않도록 하는 막힘 방지부재(23)를 형성할 수 있다.

상기 건조기몸체(10)의 한쪽끝단부분에는 도 5와 같이, 중공축(20)을 회전시키는 구동장치가 마련되어 있으며, 이 구동장치는 모터(40)와 이 모터(40)의 회전을 감속시키는 감속기(41), 그리고 회전력을 전달하는 체인(42) 및 구동기어(43)와 종동기어(44)로 이루어진다. 도1 및 도2에 예시된 바와 같이, 건조기몸체(10)에 설치되는 중공축(20)이 2개이므로 구동기어(43)와 종동기어(44)가 서로 맞물려 회전되도록 함으로써 상기 2개의 중공축(20)은 그 회전 방향이 서로 반대가 되도록 하는 것이 이송과 교반 및 건조에 효율적이다.

그리고 상기 건조기몸체(10)의 상부에는 건조기몸체(10)의 상부를 탈착 가능하게 덮는 덮개(50)가 설치되어 있으며, 이 덮개(50)에는 슬러지에서 증발된 증기와 열 교환을 완료한 낮은 온도의 연소가스를 배출하는 배기구(51) 또는 배기팬(52)을 형성한다. 상기 배기구(51)나 배기팬(52)은 피건조물의 종류에 따라 수분함량이 각기 다르므로 건조시 피건조물로부터 발생된 증기의 배출이 용이하도록 조절 가능하여야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 나선 축류식 열풍건조기는, 건조기몸체(10) 한쪽에 설치된 구동장치의 모터(40)를 구동시킴과 아울러 버너(30)를 가동시킨다. 이와 같이 구동장치의 모터(40)가 구동됨에 따라 발생되는 동력은 감속기(41), 체인(42), 구동기어(43) 및 종동기어(44)가 연동되고 상기 구동기어(43)와 종동기어(44)에 한 쌍을 이루는 2개의 중공축(20)이 서로 다른 회전방향으로 회전되게 된다. 이때, 중공축(20)은 피건조물에 따라 다르나 통상 1∼4RPM이다.

이와 동시에 버너(30)에 의해 연료가 연소되어 발생되는 고온의 연소 가스는 분배기(31)에 의해 균일하게 분배되어 회전중인 중공축(20) 내부로 공급되고 이렇게 중공축(20)으로 공급된 연소 가스는 속이 빈 산형의 공간을 포함하는 중공축(20)을 따라 중공축(20)의 끝단으로 이동되게 된다.

이때, 분배기(31)와 연소가스 공급관(24) 사이에서 중공축(20)이 회전될 때 그 연결부분이 라비린스 패킹(Labyrinth packing)으로 연결되어 있기 때문에 버너(30)로부터 공급되는 연소가스의 누출이 방지된다.

이와 같이 구동장치와 버너(30)를 가동시켜 본 발명의 열풍건조기가 예열되는 시점에서 건조기몸체(10)한쪽의 투입호퍼(11)에 피건조물인 슬러지를 투입하면 회전되는 중공축(20)의 스크루날개(21)에 의해 건조기몸체(10)끝단의 슬러지 배출구(12)를 향하여 이송되기 시작한다. 이때, 투입호퍼(11)내의 슬러지는 댐퍼(14)에 의해 투입호퍼(11)내의 잔량에 관계없이 일정량만이 공급되게 된다.

이렇게 투입호퍼(11)의 슬러지가 슬러지 처리공간으로 이송되면서 중공축(20) 외면의 스크루날개(21)로부터 발생되는 복사열이나 전도열에 의해 1차 건조되게 된다.

이와 같이 중공축(20)이 계속하여 회전되므로 슬러지는 건조기몸체(10)의 슬러지 배출구(12)를 향하여 이동되면서 점차 건조되게 되고, 또한 슬러지가 슬러지 처리공간을 통과하는 동안 중공축(20)내의 연소 가스는 연소가스 공급관(24)을 따라 건조기몸체(10)의 가스분사공(13)을 통하여 슬러지 처리공간으로 회수되어 슬러지의 건조에 활용된다.

상기와 같이 슬러지의 건조에 따라 슬러지로부터 증발된 증기와 열 교환을 완료한 낮은 온도의 연소가스(열풍)는 덮개(50)의 배기구(51)와 배기팬(52)을 통해 대기로 배출된다.

그리고 도 4b 및 도 4c와 같이, 중공축(20)의 스크루날개(21)에 열풍분사공(22)이 천공되어 있는 경우에는 중공축(20)의 스크루날개(21)로부터 발생되는 복사열이나 전도열에 의해 1차 건조됨과 아울러 중공축(20)의 열풍분사공(22)을 통해 분출되는 고온의 연소가스에 의해 슬러지가 교란되고 열 전달통로가 확보되면서 2차 건조되게 된다. 이때, 상기 열풍분사공(22)은 중공축(20)이 회전되더라도 그 회전방향에 대하여 슬러지가 투입되지 않도록 막힘 방지부재(23)가 씌워져 있으므로 막힐 염려가 없는 것이다.

특히, 슬러지의 건조초기, 즉 투입호퍼(11)로부터 슬러지 처리공간으로 막 공급된 부분의 중공축(20)에 후단보다 다수의 열풍분사공(22)을 형성하거나 크게 형성함으로써 보다 다량의 연소가스가 원활하게 공급되어 보다 빠른 슬러지의 건조를 꾀할 수 있는 것이다.

이와 같이 중공축(20)이 계속하여 회전되므로 슬러지는 건조기몸체(10)의 슬러지 배출구(12)를 향하여 이동되면서 점차 건조되게 되며, 이렇게 슬러지가 슬러지 처리공간을 통과하는 동안 중공축(20)의 열풍분사공(22)을 통하여 연소가스가 배출되고 중공축(20)내의 잔여 연소 가스는 연소가스 공급관(24)을 따라 건조기몸체(10)의 가스분사공(13)을 통하여 슬러지 처리공간으로 회수되어 슬러지의 건조에 활용된다.

상기와 같이 슬러지의 건조에 따라 슬러지로부터 증발된 증기와 열 교환을 완료한 낮은 온도의 연소가스(열풍)는 덮개(50)의 배기구(51)와 배기팬(52)을 통해 대기로 배출된다.

이상에서 설명한 나선 축류식 열풍건조기는 2개의 중공축이 연동되는 1단의 건조기이며, 피건조물의 함수율을 보다 낮출 필요가 있을 경우에는 본 발명의 나선 축류식 열풍건조기를 2층 이상으로 쌓아 설치하거나 수평방향으로 연장시켜 연결 설치함으로써 슬러지 배출구(12)에서 배출되는 1차 건조된 피건조물을 재차 건조시키는 다단의 건조기로 구성할 수 있다.

또, 이와는 다르게 건조기몸체(10)의 폭을 작게 터널형으로 마련하여 1개의 중공축(20)만을 설치할 수 있으며, 이 경우 구동장치는 모터(40)의 감속기(41)와 체인(42)을 통해서 전달되는 동력이 중공축(20)에 직접 전달되게 마련하고, 건조기몸체의 측면에 배기구의 조절이 가능한 다수의 댐퍼를 하나로 연결하고 그 끝단에 배기 팬이나 진공펌프를 마련할 수 있다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 나선 축류식 열풍건조기는 중공축의 양단부분에 칼라를 형성하고 이 칼라 주위의 본체에 칼라의 중심 축 방향으로 이동됨을 수용하면서 지지하도록 2개 이상의 롤러타입 베어링을 설치함으로써 버너의 장기간 가동에 따른 중공축의 신장(열팽창)을 수용할 수 있는 유용한 것이다.

또한, 중공축의 외측에 속이 빈 산형의 공간을 연속적으로 형성시킨 스크루날개를 마련함으로써 전열면적의 증대가 이뤄지며 이로 인하여 연소가스가 갖는 열을 슬러지에 보다 확실한 열전달로 건조효율의 향상이 이뤄지는 유용한 것이다.

이하, 본 발명이 보호받고자 하는 기술적 범위는 청구범위에서 특정될 것이지만, 본 발명의 상세한 설명에서 언급된 구성에서 단순히 설계를 변경한 구성은 본 발명의 기술적 범위에 속함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 나선 축류식 열풍건조기의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 나선 축류식 열풍건조기에서 덮개를 떼어낸 상태의 평면도.

도 3은 도 2의 A-A선에 대한 단면도,

도 4a는 본 발명의 열풍건조기에서 중공축의 일부분을 발췌하여 나타낸 확대도.

도 4b 및 도 4c는 본 발명에 따른 중공축의 다른 실시 예를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 열풍건조기에서 중공축의 구동장치를 나타내는 측면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 건조기몸체 11: 투입호퍼

12: 슬러지 배출구 13: 가스분사공

14: 댐퍼 20: 중공축

21: 스크루날개 22: 열풍분사공

23: 막힘 방지부재 24: 가스 공급관

25: 칼라 30 : 버너

31: 분배기 40 : 모터

41: 감속기 42: 체인

43: 구동기어 44: 종동기어

45: 베어링 50: 덮개

51: 배기구 52: 배기팬

Claims (3)

1. 슬러지 처리공간의 한쪽에 투입호퍼(11)가 형성되고 이 투입호퍼(11)의 반대쪽 하부에 슬러지 배출구(12)가 형성된 건조기몸체(10); 이 건조기몸체(10)의 슬러지 처리공간을 관통하여 상하좌우 방향의 요동이 방지되도록 지지되고 그 외면에 길이방향으로 연속되게 슬러지를 이송 및 교반시키는 스크루날개가 형성된 중공축(20); 상기 건조기몸체(10)의 한쪽끝단에 중공축(20)을 회전시키는 구동장치; 상기 중공축(20)의 다른 한쪽에 설치된 버너(30)를 포함하는 열풍건조기에 있어서,

   상기 중공축(20)의 지지구조는 적어도 중공축(20)의 한쪽끝단부분에 중공축(20)의 지름보다 1.5 내지 3배의 지름을 갖는 칼라(25)가 형성되고 이 칼라(25) 주위의 건조기몸체(10)에 칼라(25)의 중심 축 방향으로 이동됨을 수용하면서 지지하는 4개의 롤러타입 베어링(45)으로 마련됨을 특징으로 하는 나선 축류식 열풍건조기.
2. 제1항에 있어서, 상기 중공축(20)의 스크루날개(21)는 외측에 속이 빈 산형의 공간을 연속적으로 형성된 된 것을 특징으로 하는 나선 축류식 열풍건조기.
3. 제2항에 있어서, 상기 스크루날개(21)의 끝단부분에 연소가스가 배출되는 열풍분사공(22)이 천공되고 이 열풍분사공(22)이 슬러지에 의하여 막히지 않도록 하는 막힘 방지부재(23)가 형성된 것을 특징으로 하는 나선 축류식 열풍건조기.