KR100682321B1 - 폐기물 압출성형장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐기물 압출성형장치에 관한 것으로, 압출유로와, 상기 압출유로의 내부에 축회전가능하게 구비되는 압출 이송스크류(15)와, 상기 압출 이송스크류(15)를 구동시키는 압출구동부 및, 상기 압출유로의 내부 공기를 진공시키는 진공펌프(20), 상기 압출유로에 연직방향으로 연통되어 구비되는 수직주입유로(30), 상기 수직주입유로(30)의 내부에 축회전가능하게 구비되는 수직 이송스크류(31), 상기 수직 이송스크류(31)를 구동시키는 수직구동부(32), 상기 수직주입유로(30)에 수평방향으로 연통되어 구비되는 수평주입유로(40), 상기 수평주입유로(40)의 내부에 축회전가능하게 구비되는 수평 이송스크류(41), 상기 수평 이송스크류(41)를 구동시키는 수평구동부(42)로 구성되어, 연소에 의하지 않고 폐기물을 용융시킴으로써 다이옥신을 발생시키지 않고 폐기물을 처리할 수 있고, 유기질 물질과 화학물질 및 무기질 물질이 진공접합된 융화물질을 제조할 수 있도록 된 것이다.
폐기물, 압출, 진공, 펠렛, 이송스크류
Description
도 1은 본 발명에 따른 폐기물 압출성형장치의 일실시예를 나타낸 개략적 측단면도,
도 2는 본 발명에 따른 폐기물 압출성형장치의 일실시예를 나타낸 개략적 평면구성도,
도 3은 본 발명에 따른 폐기물 압출성형장치가 설치된 폐기물 처리시스템을 나타낸 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 1차 압출유로 12 : 2차 압출유로
13 : 폐기물 유입구 14 : 노즐
15 : 1차압출 이송스크류 16 : 2차압출 이송스크류
17 : 1차압출 구동부 18 : 2차압출 구동부
20 : 진공펌프 30 : 수직주입유로
31 : 수직 이송스크류 32 : 수직구동부
40 : 수평주입유로 40a : 폐기물 투입구
41 : 수평 이송스크류 42 : 수평구동부
100 : 압축 펠렛성형기 200 : 펠렛 공급 컨베이어
300 : 압출성형장치 400 : 냉각압연롤러
500 : 냉각기 600 : 커팅기
본 발명은 폐기물 압출성형장치에 관한 것으로, 특히 가연성 폐기물을 소각처리하지 아니하고 난연성 고형체로 성형하는 폐기물 압출성형장치에 관한 것이다.
일반적으로, 산업폐기물이나 생활폐기물은 재활용 가능 여부에 따라 재활용하거나 폐기처리되고, 재활용이 불가능한 폐기물 중 부식물은 매립하여 처리하며, 부식되지 않는 폐기물은 연소 가능 여부에 따라 소각 처리하거나 용융 고화시켜 건설자재로 활용하기도 한다.
소각에 의한 폐기물처리는 연소시 많은 먼지와 다이옥신을 포함한 유해한 가스 등을 배출하여 환경오염의 원인이 되고 있고, 특히 다이옥신은 생명체에 치명적인 영향을 미치는 문제점이 있었다.
다이옥신은 대략 250℃-400℃에서 발생하고, 750℃ 이상에서 파괴되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 400℃ 이상의 온도로 소각처리할 경우 이미 다이옥신이 발생하게 되므로 다이옥신을 구속시킨 상태에서 이를 파괴하는 온도까지 상승시켜야 하므로 처리비용이 상승하게 되며, 더우기 폐기물의 혼합이 제대로 이루어지지 않은 경우에는 부분적인 저온구간이 발생하여 전체온도를 일정온도 이상으로 균일하게 상승시키기가 쉽지 않았다.
또한, 250℃ 이하에서 소각 처리할 경우 목재나 섬유와 같은 유기질은 완전 연소되나, 합성수지와 같은 화학물질은 불완전연소되는 문제점이 있었다.
이에 모래나 콘크리트와 같은 무기질 물질과 유기질 물질 및 화학물질을 분류시켜 별도로 소각하는 것은 분류공정에 막대한 시간과 노력이 들어가 폐기물 처리비용이 현격하게 상승하게 되어 현실적으로 어려운 실정이다.
따라서, 폐기물을 소각처리하지 않고 용융결합시켜 고형체로 제조함으로써 건설토목자재로 활용하는 기술이 개발되고 있으나, 250℃ 이하의 온도에서 무기질, 유기질, 화학 물질을 모두 겔(gel)상태로 합성해야 하는 과제를 안고 있었다.
즉, 화학물질이 겔화되기 시작하는 온도에서는 유기질 물질은 이미 완전연소하여 재로 변하고, 화학물질 중에서도 P.P P.E P.C 등은 100℃-160℃ 구간에서 이미 겔화되기 시작하나 POLY와 A.B.S 등이 겔화되기 시작하는 180℃-190℃에서는 인화됨으로써 POLY와 A.B.S과 같은 일부 화학물질만이 겔화됨으로써 고형체의 산출량이 투입량에 비해 급격히 감소할 뿐만 아니라, 인화되는 물질의 잔해로 인해 고형체의 강도와 응집력이 저하되어 건축자재로서의 품질에 미치지 못하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바의 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 진공상태에서 고온고압으로 폐기물을 용융시킴으로써 연소에 의하지 않고 폐기물이 연소되지 않게 하여 난연성 성형체로 압출성형함으로써 다이옥신을 발생시키지 않고도 폐기물을 처리할 수 있는 폐기물 압출성형장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압출유로와, 상기 압출유로의 내부에 축회전가능하게 구비되는 압출 이송스크류와, 상기 압출 이송스크류를 구동시키는 압출구동부 및, 상기 압출유로의 내부 공기를 진공시키는 진공펌프, 상기 압출유로에 연직방향으로 연통되어 구비되는 수직주입유로, 상기 수직주입유로의 내부에 축회전가능하게 구비되는 수직 이송스크류, 상기 수직 이송스크류를 구동시키는 수직구동부, 상기 수직주입유로에 수평방향으로 연통되어 구비되는 수평주입유로, 상기 수평주입유로의 내부에 축회전가능하게 구비되는 수평 이송스크류, 상기 수평 이송스크류를 구동시키는 수평구동부로 구성되어 있다.
상기 수평주입유로로 폐기물이 투입되면 수직주입유로를 통해 상기 압출유로로 유입되고, 이때 수평 이송스크류와 수직 이송스크류에 의한 압축력으로 폐기물을 압출유로로 압송하게 되며, 압출유로에서는 진공상태에서 압출 이송스크류의 고속회전에 의한 마찰열과 압축력을 통해 폐기물을 고온 고압의 상태로 용융시켜 고형의 폐기물을 배출시키게 된다.
상기 수직주입유로에는 이송스크류가 축방향으로 구비되므로 수직주입유로의 측면으로 폐기물을 투입할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이에 수직주입유로를 가로지르는 방향으로 수평주입유로를 적어도 1개 이상 구비하여 수직주입유로로 펠렛형상의 폐기물을 공급하며, 수직주입유로를 중심으로 다수개가 소정간격을 두고 구비하는 것도 가능하다. 이 경우 다수개의 유로에서 하나의 유로로 폐기물을 공급하게 되어 압밀상태의 폐기물을 압출유로로 공급하게 된다. 상기 수평주입유로에도 이송스크류가 구비되어 폐기물을 압송하게 된다.
상기 압출유로는 이송스크류의 축회전시 마찰력에 의해 폐기물의 온도를 상승시키고 동시에 폐기물을 압송시키게 되고, 외부로 배출되기 전에 폐기물의 용융점까지 온도를 상승시켜 폐기물을 완전히 용융시켜야 하므로, 이송스크류를 복수개 구비하여 구간온도와 압출속도를 독립적으로 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 압출유로와 수직주입유로 및, 수평주입유로에 구비되는 이송스크류는 복수개를 서로 소정간격을 두고 평행하게 구비함으로써 폐기물의 혼합과 마찰을 극대화하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수직주입유로(30)는 압출유로(11,12)의 폐기물 유입구(13)에 연직방향으로 연통되어 구비되고, 내부에 수직 이송스크류(31)가 축회전가능하게 구비되며, 그 수직 이송스크류(31)는 수직구동부(32)에 의해 구동된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수직주입유로(30)의 외측에는 4개의 수평주입유로(40)가 원주방향을 따라 소정간격을 두고 방사형으로 구비되어 연통되고, 각각의 수평주입유로(40)의 내부에는 수평 이송스크류(41)가 각각 축회전가능하게 구비되며, 각 수평 이송스크류(41)는 각각의 수평구동부(42)에 의해 구동되고, 각 수평주입유로(40)의 일측에는 폐기물 투입구(40a)가 각각 구비되어 있다.
상기 수평주입유로(40)의 폐기물 투입구(40a)로 투입되는 폐기물은 수평 이송스크류(41)에 의해 수직주입유로(30) 쪽으로 이송된다. 이때 4개의 수평주입유로(40)에서 1개의 수직주입유로(30)로 동시에 폐기물을 이송시킴으로써 수직주입유로(30)에는 압밀상태의 폐기물이 공급된다. 한편, 상기 압출유로(11,12)의 내부가 진공상태로 됨에 따라 외부의 압력에 의해 상기 수직주입유로(30)에서 압출유로(11,12) 쪽으로 폐기물이 이동하는 힘을 받게 된다.
상기 4개의 수평주입유로(40)를 통해 수직주입유로(30)로 이송된 폐기물은 수직 이송스크류(31)에 의해 압출유로(11,12)로 압송되며, 이때 폐기물이 수직주입유로(30)를 통과하면서 수직 이송스크류(31)와의 마찰접촉과 압력에 의해 온도가 상승하게 된다.
상기 수직주입유로(30)의 내부는 4개의 수평주입유로(40)로부터 공급되는 폐기물이 압밀상태로 이송되므로 폐기물이나 내부의 유체가 역류하지 못하게 되고, 다만 상기 수평주입유로(40) 상의 폐기물에서 발생하는 수증기가 폐기물 투입구(40a)를 통해 외부로 배출된다.
상기 수평주입유로(40)의 내부에서는 흙이나 모래, 콘크리트와 같은 무기질 물질과, 목재와 섬유와 같은 유기질 물질의 수분이 증발하여 건조되기 시작하며, 수직주입유로(30)를 통과하면서 내부온도가 지속적으로 상승하여 완전하게 건조된 상태가 된다. 그리고, 화학물질 중의 일부는 수직주입유로(30)를 통과하면서 겔화되기 시작하고 겔화되지 못한 화학물질은 고체의 상태로 압출유로(11,12)로 투입된다.
상기 압출유로(11,12)는 상기 수직주입유로(30)로부터 폐기물을 공급받는 1차 압출유로(11)와, 상기 1차 압출유로(11)에 연속하여 구비되는 2차 압출유로(12)로 구성되어 있다.
상기 1차 압출유로(11)에는 1쌍의 1차압출 이송스크류(15)가 축회전가능하게 구비되고, 상기 2차 압출유로(12)에는 1쌍의 2차압출 이송스크류(16)가 축회전가능하게 구비되며, 상기 1차압출 이송스크류(15)는 1차압출 구동부(17)에 의해 구동되고, 상기 2차압출 이송스크류(16)는 2차압출 구동부(18)에 의해 구동된다.
상기 1차 압출유로(11)의 일측에는 폐기물 유입구(13)가 형성되어 상기 수직주입유로(30)로부터 폐기물을 공급받게 되고, 상기 2차 압출유로(12)의 선단에 노즐(14)이 형성되어 외부로 폐기물을 배출시키게 된다.
상기 1차압출 이송스크류(15)와 2차압출 이송스크류(16)는 외주면에 스크류날개를 구비하여 압출유로(11,12) 내부로 유입되는 폐기물과 마찰접촉하게 되고, 그 마찰열에 의해 폐기물을 용융시키게 된다.
상기 1차압출 이송스크류(15)와 2차압출 이송스크류(16)는 서로 다른 회전속도로 축회전함으로써 1차 압출유로(11)와 2차 압출유로(12)의 내부를 통과하는 폐 기물의 온도를 서로 다르게 제어하게 된다.
예를 들어, 상기 1차압출 이송스크류(15)는 120rpm의 회전속도로 구동되고, 상기 2차압출 이송스크류(16)는 180rpm의 회전속도로 구동되며, 이때, 상기 압출유로(11,12)의 내부가 진공펌프(20)에 의해 진공됨으로써 산소의 공급이 차단되어 폐기물이 연소되지 않고 용융되어 겔(gel)상태를 유지하게 된다.
상기 진공펌프(20)는 상기 1차 압출유로(11)의 일측에 연결되어 1차 압출유로(11) 내부의 공기를 배출시키게 되고, 이때 상기 1차 압출유로(11)는 상기 수직주입유로(30)와 2차 압출유로(12)에 의해 양단이 밀폐된 상태에서 진공펌프(20)에 의해 공기가 배출됨으로써 진공상태가 되며, 상기 2차 압출유로(12)의 경우에는 일측에 노즐(14)이 형성되어 개방되어 있으나 2차 압출유로(12)의 내부에도 폐기물이 충진되어 밀폐된 효과를 가져오므로 진공상태가 될 수 있고, 상기 1차 압출유로(11)에 비해 진공율이 저하되는 것을 방지하기 위해 진공펌프(20)의 출력을 증가시키는 것이 바람직하다.
상기의 예에서 진공상태로 상기 1차 압출유로(11)를 통과하는 폐기물은 1차압출 이송스크류(15)와의 마찰에 의해 소정온도로 상승하게 되고, 연속하여 2차 압출유로(12)로 압송된 폐기물은 2차압출 이송스크류(16)와의 마찰접촉에 의해 온도가 다시 상승하게 된다.
따라서, 상기 1차 압출유로(11)의 내부에서 용융되지 않은 폐기물은 2차 압출유로(12)를 통과하면서 용융됨으로써 폐기물을 이루는 구성요소들이 서로 융화되어 하나의 물질을 형성하게 된다.
즉, 상기 1차 압출유로(11) 상에서는 무기질 물질과 유기질 물질이 완전히 건조된 상태를 유지하고, 화학물질 중 P.P(폴리프로필렌), P.C, P.E(폴리에틸렌) 등 융점이 낮은 물질은 겔화되고 그 일부는 액체상태가 되며, 상기 2차 압출유로(12) 상에서는 융점이 높은 A.B.S, POLY 등의 화학물질도 겔화됨으로써 화학물질이 무기질 물질이나 유기질 물질과 완전한 결합을 하게 된다.
다시 말하면, 진공상태에서 불연소된 유기질 물질이나 무기질 물질의 표면에 용융된 화학물질이 진공압착됨으로써 유기질 물질과 무기질 물질이 화학물질에 의해 서로 결합된 융화물질이 생성되는 것이다.
상기 2차 압출유로(12)는 노즐(14)의 형상에 따라 다양한 형태의 고형물질을 형성할 수 있게 된다. 예를 들어, 노즐(14)의 단면을 사각형으로 형성하여 판재를 생산할 수도 있고, 노즐(14)의 단면을 원형으로 형성하여 원기둥 형상의 자재를 생산할 수도 있게 된다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 압출성형장치(300)를 포함하는 폐기물 처리시스템은 분쇄기(도면미도시), 자력선별기(도면미도시), 압축 펠렛성형기(100), 펠렛 공급 컨베이어(200), 보조원료 공급기(도면미도시), 냉각압연롤러(400), 냉각기(500), 커팅기(600) 등을 포함하고 있다.
분쇄기에서 파쇄된 폐기물은 자력선별기를 거쳐 금속성 불순물이 제거되며, 압축 펠렛성형기(100)에 의해 원추형상으로 압축성형되고 펠렛 공급 컨베이어(200)에 의해 운반되어 본 발명의 수평주입유로(40)의 폐기물 투입구(40a)로 투입된다. 이때 상기 수평주입유로(40)의 폐기물 투입구(40a)로는 상기 보조원료 공급기를 통해 고형체의 물성을 향상시키기 위한 첨가물질이 투입될 수 있다.
여기서, 상기 자력선별기는 펠렛 공급 컨베이어(200) 상에 더 구비되어 폐기물로부터 금속성 불순물을 2차로 선별하는 것이 바람직하다.
본 발명의 압출성형장치를 통과한 폐기물은 고형체로 배출되면서 일정한 형상으로 배출되고, 냉각압연롤러(400)를 통과하면서 두께가 조정되고 압연처리되며, 냉각기(500)를 연속하여 통과하면서 냉각되어 안정화된 후 커팅기(600)에 소정의 길이로 절단된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 폐기물 압출성형장치에 의하면, 진공상태에서 폐기물에 압축마찰열을 가하여 연소에 의하지 않고 폐기물을 용융시킴으로써 다이옥신을 발생시키지 않고 폐기물을 처리할 수 있고, 유기질 물질과 화학물질 및 무기질 물질이 진공접합된 융화물질을 제조할 수 있으며, 불순물이 적고 응집력이 강한 양질의 난연성 건축자재를 생산할 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
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- 일측에 폐기물 유입구와 노즐이 구비된 압출유로;상기 압출유로의 내부에 축회전 가능하게 구비되는 압출 이송스크류;상기 압출 이송스크류를 구동시키는 압출구동부;상기 압출유로의 일측에 연결되어 상기 압출유로 내부의 공기를 배출시켜 진공시키는 진공펌프;상기 압출유로의 폐기물 유입구에 연직방향으로 연통되어 구비되는 수직주입유로;상기 수직주입유로의 내부에 축회전 가능하게 구비되는 수직 이송스크류;상기 수직 이송스크류를 구동시키는 수직구동부;상기 수직주입유로에 수평방향으로 연통되어 구비되고, 일측에 폐기물 투입구를 구비한 수평주입유로;상기 수평주입유로의 내부에 축회전 가능하게 구비되는 수평 이송스크류; 및상기 수평 이송스크류를 구동시키는 수평구동부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 폐기물 압출성형장치.
- 제3항에 있어서, 상기 수평주입유로는 상기 수직주입유로를 중심으로 원주방향으로 소정간격을 두고 다수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 폐기물 압출성형장치.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,상기 압출유로는 상기 수직주입유로와 연통되는 1차 압출유로와, 상기 1차 압출유로에 연속하여 구비되는 2차 압출유로로 구성되고,상기 압출 이송스크류는 1차 압출유로에 구비되는 1차압출 이송스크류와, 상기 2차 압출유로에 구비되는 2차압출 이송스크류로 구성되며,상기 압출구동부는 상기 1차압출 이송스크류를 구동시키는 1차압출 구동부와, 상기 2차압출 이송스크류를 상기 1차압출 이송스크류와 다른 회전속도로 구동시키는 2차압출 구동부로 구성된 것을 특징으로 하는 폐기물 압출성형장치.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,상기 압출 이송스크류와 상기 수직 이송스크류 및 상기 수평 이송스크류 중 적어도 어느 한편은 1쌍이 서로 소정간격을 두고 평행하게 구비되는 것을 특징으로 하는 폐기물 압출성형장치.
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