KR100532794B1

KR100532794B1 - 감압식탄화기

Info

Publication number: KR100532794B1
Application number: KR1020040091386A
Authority: KR
Inventors: 김대현
Original assignee: 김대현
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2005-12-01

Abstract

본 발명은 농산물 또는 음식물의 폐기물을 탄화하는 장치에 관한 것으로서, 금속재질로 된 용기로서 그 내부에 폐기물이 수용되어 탄화과정이 진행되는 탄화기본체; 상기 탄화기본체의 하부에 설치되어 탄화과정에 필요한 열을 공급하는 가열기; 상기 탄화기본체의 상부와 가스배출관으로 연결되는 냉각콘덴샤(Cooling Condenser); 상기 냉각콘덴샤에서 응축된 탄화액을 보관하는 진공저장탱크; 상기 탄화기본체, 상기 가열기, 상기 냉각콘덴샤, 및 상기 진공저장탱크의 작동을 제어하는 콘트롤러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 감압식탄화기에 관한 것이다.

Description

감압식탄화기{Vacuum Carbonizer}

기술분야

본 발명은 농산물 또는 음식물 폐기물을 가열하여 탄화물을 생성하는 장치에 관한 것으로서, 보다 자세히는 탄화과정에서 발생하는 가스와 탄화과정의 결과물인 탄화물을 효과적을 활용할 수 있는 감압식탄화기에 관한 것이다.

종래기술

종래에는 농산물 또는 음식물 폐기물의 처리는 매립하거나 소각하여 처리되는 경우가 대부분이었다.

그러나 농산물 또는 음식물의 폐기물을 매립하거나 소각하는 경우 매립지 및 소각지의 확보가 필요하고, 소각시 다량의 유독가스가 발생하여 환경친화적인 관점에서도 바람직하지 못하여 점점 재활용의 방향으로 음식물 폐기물 등의 처리방식이 변하고 있다.

그러나 음식물 폐기물 등을 재활용하는 방식은 주로 음식물 폐기물 등에 왕겨 또는 톱밥 등을 혼합하여 음식물 폐기물 중에 함유되어 있는 수분을 증발시켜 사료화 하는 것과 같은 단순 처리방식에 지나지 않는 바, 실질적인 재활용 방식으로의 이용실태가 미비하였다.

또한 음식물 등의 폐기물을 탄화처리하는 종래의 탄화기의 경우 직접가열의 방식을 채택하여 화기가 직접 폐기물에 접촉되어 폐기물의 연소가 이루어지는 바 탄화온도가 높고, 온도조건 및 연소조건에 따라 화학적 반응에 기인한 유독가스가 발생하는 문제점과 함께, 탄화액의 추출을 원하는 경우에도 탄화과정에서 상당한 양의 가스와 대기로 방출되어 탄화액의 수율이 현저히 낮아 탄화액의 추출이 곤란한 문제점이 있으며, 수분이 대량으로 함유된 음식물 폐기물의 경우에는 직접가열의 방법에 탄화과정 자체를 진행하기가 곤란한 경우도 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 음식물 등의 폐기물을 간접가열하여 발생되는 가스를 응축하여 탄화액을 재활용하는 수단을 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.

둘째, 간접가열의 결과 생성된 탄화물을 재활용하는 수단을 제공함을 본 발명의 다른 목적으로 한다.

셋째, 탄화과정이 보다 효율적으로 수행될 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.

넷째, 탄화과정에서 공해물질의 발생을 최소화할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 다음과 같다.

본 발명은 농산물 또는 음식물의 폐기물을 탄화하는 장치에 관한 것으로서, 금속재질로 된 용기로서 그 내부에 폐기물이 수용되어 탄화과정이 진행되는 탄화기본체; 상기 탄화기본체의 하부에 설치되어 탄화과정에 필요한 열을 공급하는 가열기; 상기 탄화기본체의 상부와 가스배출관으로 연결되는 냉각콘덴샤(Cooling Condenser); 상기 냉각콘덴샤에서 응축된 탄화액을 보관하는 진공저장탱크; 상기 탄화기본체, 상기 가열기, 상기 냉각콘덴샤, 및 상기 진공저장탱크의 작동을 제어하는 콘트롤러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1에 도시된 본 발명의 전체구성도에 의하면, 금속재질로 된 용기로서 그 내부에 폐기물이 수용되어 탄화과정이 진행되는 탄화기본체(100), 탄화기본체(100)의 하부에 설치되어 탄화과정에 필요한 열을 공급하는 가열기(200), 탄화기본체(100)의 상부와 가스배출관(160)으로 연결되는 냉각콘덴샤(300), 냉각콘덴샤(300)에서 응축된 탄화액을 보관하는 진공저장탱크(400), 상기 탄화기본체(100), 상기 가열기(200), 상기 냉각콘덴샤(300), 및 상기 진공저장탱크(400)의 작동을 제어하는 콘트롤러(500)를 포함하여 구성된다.

탄화기본체(100)는 도2에 도시된 바와 같이 금속재질의 용기로서 그 내부에는 폐기물이 수용되어 탄화과정이 진행된다.

탄화기본체(100)는 상부 일측에 개폐가능하도록 설치되어 폐기물을 투입하는 투입구(110)가 마련되어 있다.

탄화과정이 완료되어 생성된 탄화물은 탄화기본체(100) 하부 일측에 걔폐가능하도록 설치된 배출구(120)를 통하여 배출된다.

첨부도면에는 도시하지 않았으나 상기 투입구(110)와 배출구(120)는 닫을 경우 밀폐가 완전하게 이루어질 수 있도록 테프론 재질 등의 팩킹재가 투입구(110)와 배출구(120) 둘레에 구비됨이 바람직하다.

탄화기본체(100) 내부 중심에는 수직으로 설치되어 모터(133)에 의하여 회전하는 회전축(131)과 상기 회전축(131)에 연결된 교반날개(132)로 구성되는 교반기(130)가 설치된다.

교반기(130)는 탄화과정에서 탄화기본체(100)의 내부에 수용되어 가열되는 음식물 등의 폐기물을 교반하여 탄화가 균일하게 이루어지도록 하여 탄화효율을 향상시킬 수 있다.

왜냐하면, 이와 같은 교반을 통하여 가열기(200)의 열이 페기물에 골고루 전달될 수 있기 때문이다.

또한, 탄화기본체(100) 상부 내측에는 온도 및 압력센서(140)가 설치되어 탄화기본체(100) 내부의 온도와 압력을 감지하여 콘트롤러(500)에 전달한다.

가열기(200)는 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 탄화기본체(100)의 하부에 설치되어 탄화과정에서 필요한 열을 탄화기본체(100)에 공급한다.

가열기(200)의 종류는 특별한 것으로 한정되지 않으며 본 발명의 구체적인 실시예에서는 가스버너가 사용되었다.

가열과정에서 열효율을 향상시키기 위하여 탄화기본체(100)의 외벽에는 단열재(150)가 구비되어 열손실을 최소화하였으며, 가열기(200)의 외부에도 단열재(210)를 설치하여 가열기의 열이 외부로 손실되는 것을 최소화하였다.

가열기(200)에 의하여 탄화기본체(100) 내부의 온도는 300℃ 내지 400℃ 정도로 상승되고 이와 같은 온도에서 폐기물의 탄화가 진행된다.

다시 말하면 음식물 등의 폐기물을 직접 태워서 탄화시키는 것이 아니라 밀폐된 탄화기본체(100) 내부의 폐기물에 열을 전달시켜(즉 ,간접가열) 탄화과정이 진행되도록 한다.

도3에 도시된 냉각콘덴샤(300)는 원통형의 쉘(310) 및 쉘(310)의 내부에 길이방향으로 배열된 다수 개의 튜브(320)를 포함하여 구성된다.

다시 말하면, 대형 원통관 내부에 소형 원통관이 다수 개 배열되어 있는 형상이 된다.

쉘(310)은 일측에 냉각수유입관(330)이 연결되고 타측에 냉각수배출관(340)이 연결되며, 튜브(320)는 탄화기본체(100)와 가스배출관(160)을 통하여 연결된다.

다시 말하면, 가스배출관(160)이 냉각콘덴샤(300)에서 다수 개의 튜브(320)로 분기되어 쉘(310)의 내부에 배열되는 구조가 된다.

따라서 튜브(320)의 내부에는 탄화과정에서 발생된 가스가 통과하고, 튜브(320) 외부(즉, 쉘(310)의 내부가 된다)에는 냉각수펌프(350)에 의하여 냉각수가 순환하게 된다.

이와 같이 가스배출관(160)으로 배출된 가스가 튜브(320)에서 분기되어 냉각콘덴샤(300)의 내부를 통과하면서 쉘(310)의 내부를 순환하는 냉각수와 열교환을 통하여 튜브(320) 내부의 가스는 응축되어 탄화액으로 변하게 된다.

냉각수는 냉각수펌프(350)에 의하여 쉘(310)의 냉각수유입관(330)으로 유입되어 쉘(310)의 내부에서 튜브(320) 내부를 통과하는 가스와 열교환을 하고 난 후, 쉘(310)의 냉각수배출관(340)으로 배출되어 도1에 도시된 바와 같이 냉동기와 같은 냉각수단에 의하여 냉각된 후 다시 냉각수유입관(330)으로 유입되는 순환이 이루어진다.

냉각수의 온도는 냉각콘덴샤(300)의 냉각효율을 고려하여 정해질 사항이나 통상적으로 10℃ 내지 15℃로 조절되도록 운전하여 튜브(320) 내부를 통과하는 가스를 강제적으로 60℃ 정도로 냉각하여 탄화액으로 응축한다.

진공저장탱크(400)는 도1에 도시된 바와 같이 상부 일측에 탄화액유입관(410)이 마련되어 냉각콘덴샤(300)의 튜브(320)와 연결된다.

즉, 냉각콘덴샤(300)의 다수 개의 튜브(320)를 통과하면서 응축된 탄화액이 탄화액유입관(410)에서 하나로 합쳐져 진공저장탱크(400)로 유입되어 저장된다.

진공저장탱크(400)의 상부 타측에는 진공펌프(430)와 연결되는 진공펌프연결관(420)이 구비된다.

따라서 가열기(200)가 작동하여 탄화기본체(100) 내부의 온도와 압력이 소정의 수치에 도달하면 이를 감지한 콘트롤러(500)가 진공펌프(430)를 작동시켜 진공저장탱크(400) 내부를 진공상태로 만들고, 결과적으로 탄화기본체(100) 내부와 진공저장탱크(400) 내부의 압력차이가 더욱 커지게 되어 탄화기본체(100)에서 생성된 가스가 가스배출관(160)을 통하여 보다 원활하게 배출된다.

또한, 바이패스밸브(450)가 구비된 바이패스배관(440)이 진공저장탱크(400)의 상부 소정의 위치에 설치되어 진공저장탱크(400) 내부의 가스를 외부 대기로 배출한다.

바이패스배관(440)은 진공펌프연결관(420)과는 달리 별도의 동력원에 의하여 진공저장탱크(400) 내부의 가스를 외부로 배출하는 것이 아니라 단순히 바이패스밸브(450)를 개방함으로써 자연적인 대류에 의한 가스배출이 이루어진다.

이와 같이 바이패스배관(440)이 설치되어 있음으로 인하여 진공펌프(430)를 작동시키지 않더라도 바이패스배관(440)을 통한 가스배출이 이루어질 수 있는 바, 탄화기본체(100)에서 생성된 가스가 냉각콘덴샤(300)에서 응축된 후, 탄화액유입관(410)을 통하여 진공저장탱크(400)로 유입될 수 있다.

진공저장탱크(400)의 하부에는 드레인밸브(460)가 설치되어 진공저장탱크(400)에 저장된 탄화액의 배출통로가 된다.

콘트롤러(500)는 탄화기본체(100)에 설치된 온도 및 압력센서(140)에 감지한 온도와 압력을 입력받고, 가열기(200)의 작동, 냉각수펌프(350)의 작동, 진공펌프(430)의 작동 등을 제어하여 최적의 탄화공정이 이루어지도록 한다.

즉, 탄화기본체(100) 내부의 온도 및 압력을 감지하여 진공펌프(430)의 작동여부를 결정하여 제어하고, 가열기(200)의 온도 및 가열시간을 제어하며 냉각수펌프(350)의 작동조건 등을 제어하게 된다.

도4에는 본 발명에 따른 공정순서도가 기재되어 있으며, 이와 같은 공정에 의하여 생성된 탄화액은 유기농 대체비료로 활용하고 탄화물은 토양개선용 퇴비로 활용하여 버려지는 농산물 및 음식물 폐기물을 효과적을 재활용할 수 있다.

상기한 구성의 본 발명의 기술적 효과는 다음과 같다.

첫째, 음식물 등의 폐기물을 간접가열하여 발생되는 가스를 응축하여 탄화액을 재활용할 수 있다.

다시 말하면, 본 발명은 탄화기본체의 하부에 별도의 가열기를 설치하여 음식물 등의 폐기물을 간접가열하고 이 때 발생되는 가스를 냉각콘텐샤를 통하여 응축한 탄화액을 진공저장탱크에 수집하여 이를 유기농 대체비료, 영양제 및 살충제 등으로 재활용할 수 있다.

둘째, 간접가열의 결과 생성된 탄화물을 재활용할 수 있다.

다시 말하면, 탄화기본체 내부에서 탄화된 탄화물을 수거하여 토양개선용 퇴비로 재활용할 수 있다.

셋째, 탄화과정이 보다 효율적으로 수행될 수 있다.

다시 말하면, 탄화기본체의 내부에 교반기가 마련되어 음식물 등의 폐기물을 균일하게 탄화시킬 수 있으며, 진공저장탱크에 진공펌프가 연결되어 탄화기본체에서 생성된 가스를 가스배출관을 통하여 보다 효과적으로 배출할 수 있다.

넷째, 탄화과정에서 공해물질의 발생을 최소화할 수 있다.

다시 말하면, 음식물 등의 폐기물을 직접 연소시키는 것이 아니라 폐기물을 밀폐된 탄화기본체 내부에서 간접가열의 방식으로 탄화시키고, 이 때 발생되는 가스는 응축하여 재활용하고, 생성된 탄화물도 재활용하는 바, 탄화과정에서 공해물질의 발생을 최소화할 수 있다.

도1은 본 발명의 구성요소들의 결합상태를 도시하는 전체적인 구성도이다.

도2는 본 발명의 구성요소인 탄화기본체 및 그 하부에 설치된 가열기의 구체적인 실시예이다.

도3은 본 발명의 구성요소인 냉각콘덴샤의 구체적인 실시예이다.

도4는 본 발명인 감압식 탄화기을 운전하는 공정순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:탄화기본체

110:투입구 120:배출구

130:교반기 131:회전축

132:교반날개 133:모터

140:온도 및 압력센서 150:단열재

160:가스배출관

200:가열기

210:단열재

300:냉각콘덴샤

310:쉘(Shell) 320:튜브

330:냉각수유입관 340:냉각수배출관

350:냉각수펌프

400:진공저장탱크

410:탄화액유입관 420:진공펌프연결관

430:진공펌프 440:바이패스배관

450:바이패스밸브 460:드레인밸브

Claims

농산물 또는 음식물의 폐기물을 탄화하는 장치에 관한 것으로서,

금속재질로 된 용기로서 그 내부에 폐기물이 수용되어 탄화과정이 진행되는 탄화기본체;

상기 탄화기본체의 하부에 설치되어 탄화과정에 필요한 열을 공급하는 가열기;

상기 탄화기본체의 상부와 가스배출관으로 연결되는 냉각콘덴샤(Cooling Condenser);

상기 냉각콘덴샤에서 응축된 탄화액을 보관하는 진공저장탱크; 및,

상기 탄화기본체, 상기 가열기, 상기 냉각콘덴샤, 및 상기 진공저장탱크의 작동을 제어하는 콘트롤러;

를 포함하여 구성되되,

상기 탄화기본체는,

상부 일측에 개폐가능하도록 설치되어 폐기물을 투입하는 투입구;

하부 일측에 개폐가능하도록 설치되어 탄화과정으로 생성된 탄화물을 배출하는 배출구;

내부 중심에 수직으로 설치되어 모터에 의하여 회전하는 회전축과 상기 회전축에 연결된 교반날개로 구성되는 교반기; 및,

상부 내측에 설치되어 상기 탄화기본체 내부의 온도와 압력을 감지하는 온도 및 압력센서;

를 포함하여 구성되고,

상기 냉각콘덴샤는,

원통형의 쉘(Shell); 및,

상기 쉘의 내부에 길이방향으로 배열된 다수 개의 튜브;

를 포함하여 구성되며,

상기 쉘은 일측에 냉각수유입관;이 연결되고 타측에 냉각수배출관;이 연결되며,

상기 튜브는 상기 가스배출관과 연결되어, 상기 튜브 내부에는 탄화과정에서 발생된 가스가 통과하고 상기 튜브 외부에는 냉각수펌프;에 의하여 냉각수가 순환하는 것을 특징으로 하는 감압식탄화기.
제1항에서, 상기 진공저장탱크는,

상부 일측에 탄화액유입관;이 마련되어 상기 튜브와 연결되고,

상부 타측에 진공펌프;와 연결되는 진공펌프연결관;이 구비되는 것을 특징으로 하는 감압식탄화기.
제1항 또는 제2항에서, 상기 탄화기본체의 외벽과 상기 가열기의 외부에 단열재;가 구비되는 것을 특징으로 하는 감압식탄화기.
제3항에서, 상기 진공저장탱크는,

상부 소정의 위치에 설치되어 상기 진공저장탱크 내부의 가스를 외부 대기로 배출하는 바이패스밸브;가 구비된 바이패스배관; 및,

하부 소정의 위치에 설치되는 드레인밸브;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감압식탄화기.
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