KR100718865B1 - 음식물쓰레기를 이용한 가스발생방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본원은 음식물쓰레기를 이용하여 가스를 발생시키기 위한 고체원료를 얻고 고체원료를 이용하여 가능한 최소량의 열원으로 가능한 최대한의 열을 발생시켜 재활용 할 수 있는 가스 발생방법 및 그 장치에 관한 것이다.

더욱 구체적으로 본원은 음식물쓰레기를 포함하는 고체원료(건조된 가스발생용 원료)로 고온을 발생시켜 발생 된 열로 음식물쓰레기에 함유된 수분을 건조시키는 공정에 사용하고, 남은 잔열은 타 시설의 난방용이나 기타의 산업용 열원으로 재활용 할수 있도록 하기 위한 가스 발생방법 및 가스 발생장치를 제공하고자 하는 목적을 갖는다

음식물쓰레기, 고체원료(건조된 가스발생용 원료), 혼합가스, 수성가스,

Description

음식물쓰레기를 이용한 가스발생방법 및 그 장치{gas generating method and its apparatus using food waste}

도 1은 본 발명의 실시 일례를 나타낸 공정도

도 2는 본 발명의 전체구성도

도 3은 투입장치를 보인 사시도

도 4는 본 발명에서 2차 가스발생장치의 배출구성을 보인 일부 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 원료투입장치 200 : 1차 가스발생장치

300 : 2차 가스발생장치 400 : 고열증강장치

101 : 저장호퍼부 102 : 이송콘베이어

103 : 고체원료이송로 110 : 투입관

111 : 가이드판 120 : 밀대

121 : 개폐판 130 : 제1가이드봉

131 : 연동판 140 : 제2가이드봉

150 : 연동구 151 : 작동간

152 : 탄성부재 153 : 감지구

153a : 감지핀 160 : 지지간

161 : 회동간 170 : 동력전달수단

180 : 나선축 181 : 작동구

210 : 연소실 211 : 격벽

220 : 1차가스발생실 230 : 배출로

240 : 체인콘베이어 241 : 화덕블럭

250 : 이송스크류 260 : 증기발생실

261 : 급수관 262 : 수증기 배기관

270 : 송풍관 280 : 수증기분사관

310 : 2차가스발생 320 : 연통로

330 : 구동수단 331 : 상부 댐퍼

332 : 하부 댐퍼 333 : 작동간

334 : 랙 335 : 피니언기어

360 : 감지스위치 370 : 증기분사관

380 : 동력전달수단

본 발명은 음식물쓰레기를 이용하여 혼합가스 및 수성가스를 발생시킬 수 있 도록 음식물쓰레기를 이용한 가스 발생방법 및 가스 발생장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 음식물쓰레기를 포함하는 고체원료(건조된 가스발생용 연료)로 고온을 발생시켜 발생 된 열로 음식물쓰레기에 함유된 수분을 건조시키는 공정에 사용하고, 남은 잔열은 타 시설의 난방용이나 기타의 산업용 열원으로 재활용할 수 있도록 하기 위한 가스 발생방법 및 가스 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 가정과 요식업계에서는 많은 음식물쓰레기가 발생된다. 이러한 음식물쓰레기는 땅에 매립되면 침출수가 발생되는 문제점, 침출수는 또 다시 땅속에 흡수되어 지질 및 지하수를 오염 시키게 되는 문제점을 발생하게 되며, 또한 음식물쓰레기를 소각시켜 제거하고자 할 때는 수분을 많이 함유하고 있는 음식물쓰레기가 불완전연소되어 다이옥신이 발생하고 대기를 오염시키는 문제점을 갖는다.

또한 음식물쓰레기로 사료 등 퇴비로 재활용하고자 할 경우에도 음식물쓰레기에 포함되어 있는 중금속의 문제, 염분 등을 해결해야 하는 어려움의 문제점이 있어 사료나 퇴비로도 적합하지 않을 뿐 아니라 사료나 퇴비로 만들 때 발생되는 폐수는 재처리를 하거나 해양투기로 2차 공해문제가 여전히 발생되고 있는 문제점을 갖고 있다.

또한 부패된 음식물쓰레기로 만든 가축사료 등은 가축의 질병을 유발하고 집단폐사의 원인을 제공할 우려가 있으며, 당장 발병은 없다 할 찌라도 이들 가축은 다시 사람이 먹어야 하는 식자재 재료로 공급되는 것이어서 당장 코앞의 문제를 해결하기 위해 더 큰 유전적 질병을 야기할지도 모를 음식물쓰레기의 가축사료화 문제는 간단히 낙관만 할수 있는 문제는 아니다.

그 외에 음식물쓰레기를 처리하기 위하여 메탄가스발생 제조장치가 개발되고, 지렁이를 이용한 음식물쓰레기 처리방법 등이 개시되었으나 많은 부지와 시간이 소모될 뿐 경제적 적용은 이루지 못한 상태이고, 또한 처리 후 침출수나 슬러지를 해결해야하는 문제점을 갖고 초기 시설비에 많은 비용이 발생하는 문제점을 갖는다.

또한 음식물 쓰레기를 처리하는 또 다른 방법으로 소각시설을 설치하여 소각시키는 방법이 시도되었으나, 이는 함수율이 70~80%에 이르는 음식물을 소각해야 하기 때문에 음식물 쓰레기를 사료로 사용할 때와 마찬가지로 물을 증발시키는데 따른 많은 기화열을 필요로 하기 때문에 이 기화열을 제공할 열원을 찾지못하여 그 경제적 타당성을 찾지 못하고 있는 문제점을 갖고 있다

본원은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 음식물쓰레기를 처리하기 위한 보다 근본적인 개선방법이 요구되고 있는 상황에서, 가능한 범위에서 음식물쓰레기의 특성을 살려 재활용이 가능하고 음식물쓰레기에 의한 환경오염을 방지할 수 있는 근원적 처리방법이 요구되고 점을 감안한 발명이다.

본원은 음식물쓰레기를 이용하여 가스를 발생시키기 위한 고체원료를 얻고 고체원료를 이용하여 가능한 최소의 열원으로 가능한 최대의 열을 발생시켜 음식물쓰레기 중의 물을 증발시키는데 필요한 기화열로 재활용할 수 있는 유용한 산업가스의 발생방법 및 그 장치를 제공하고자 하는 과제를 갖고 출발한 발명이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본원은 음식물쓰레기를 포함하는 고체원료(건조된 가스발생용 원료)로 고온을 발생시켜 발생된 열로 음식물쓰레기에 함유된 수분을 건조시키는 공정으로 리싸이클시켜 재 사용하고, 남은 잔열은 타 시설의 난방용이나 기타의 산업용 열원으로 재활용할 수 있도록 하기 위한 가스 발생방법 및 가스 발생장치를 제공하고자 하는 목적을 갖는다

본원은 음식물쓰레기를 포함하는 고체원료(건조된 가스발생용 원료)로 고온을 발생시켜 발생된 열로 음식물쓰레기에 함유된 수분을 건조시키는 용도로 이용하고,나머지 열은 타 시설의 난방용이나 기타의 산업용 열원으로 재활용 할 수 있도록 하기 위한 가스발생방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 구성으로서, 음식물쓰레기가 외부로부터 수거되는 첫 단계로부터 본원에서 열원으로 재활용할 수 있기까지 고열가스를 발생시키는 과정까지의 개요를 먼저 설명하도록 한다.

일반적으로 가정이나 식당 등에서 수거된 음식물쓰레기를 재활용하기 위해서는 분쇄기를 이용하여 분쇄시키고, 분쇄된 음식물쓰레기 중의 이물질을 선별기 등을 이용하여 이물질을 분리시키는 과정을 가지며, 선별된 음식물쓰레기는 저장탱크에 모아져 이용되게 되는바 이 때 음식물쓰레기는 약 70~80% 정도을 수분을 포함한다.

본원에서는 상기 저장된 음식물쓰레기와 타 원료를 배합하여 가스발생연료로 이용할 수 있는 고체연료를 얻고자 하는바, 고체원료를 얻기 위해 음식물쓰레기 70~85 중량%, 톱밥 8~17 중량%, 볏짚 3~5 중량%, 왕겨 3~5 중량% 및 밀풀접착제 1~3 중량% 범위로 원료배합탱크에서 반죽하여 제공되는 반죽물을 1차 건조로로 배출시키고, 1차 건조로는 콘베어식 다단 트레이나 철망형식의 건조기로 제공되고 건조로의 내부 온도가 110℃~150℃ 범위의 가열된 공간을 지나면서 배합 반죽된 음식물쓰레기를 포함한 고체원료 반죽물 중의 함수율을 50% 미만으로 건조시키는 단계를 갖고, 1차 건조된 원료는 고체원료성형기에서 계란형태나 조개탄 형태의 고체성형원료로 성형된다.

성형된 고체원료는 다시 2차 건조기에서 110℃~150℃ 범위의 가열된 공기로 2차 건조시켜 함수율을 40% 미만으로 건조시키고, 2차 건조된 고체성형원료는 자동투입 및 배출되는 연속식 가스발생장치로 투입된다.

가스발생장치는 원료공급부, 연소부, 혼합가스발생부 및 수성가스발생부로 구분되어 설명될 수 있는바, 먼저 가스발생장치에 투입된 고체성형원료는 원료공급부에 의해 연소실에 공급되어 발화 및 공기의 송풍으로 연소반응이 이루어지도록 하고, 연소로 적열탄소상태의 원료는 약 700℃~900℃ 범위온도가 유지되는 상태로 혼합가스발생부에 이송된다.

혼합가스발생부에 이송된 적열탄소상태의 원료에 공기와 고열의 수증기의 공급으로 혼합가스를 발생시키게 되며, 혼합가스발생부 거친 잔량의 적열탄소성분은 공기차단 수단을 갖는 수성가스발생부로 이송되어져 600℃~800℃ 범위온도를 유지하고 있는 적열탄소상태의 원료에 고온의 수증기를 적정량 분사하여 수성가스를 발 생시키게 된다.

상기에서 발생된 혼합가스 및 수성가스는 가스발화 고열증강장치로 보내져서 증강된 고열을 얻고 고열을 저열로 교환사용 할 수 있도록 하는 열교환장치에 보내져서 저열로 변환된 열을 음식물쓰레기의 1, 2차 건조공정 등의 전 처리공정에 필요한 에너지원으로 이용할 수 있고 기타의 에너지가 필요한 타 시설에도 이용하도록 제공되는 음식물쓰레기를 이용한 고열발생 방법 및 그 장치를 제공한다.

이하 본원의 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단을 제시하기 위하여 첨부도면을 참조하여 설명하고자 하며, 본원의 기술사상은 제시된 도면에 국한되지 않으며 발명의 실시 예를 통하여 개시되는 기술사상의 범위에서 균등물까지 확보되어야 함은 당연하다 할 것이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 실시 예에 의한 음식물쓰레기를 이용하여 혼합가스 및 수성가스를 발생할 수 있기까지의 각 공정을 음식물 수거에서부터 고체원료 배합 및 제조, 상기 고체원료를 이용하여 혼합가스 및 수성가스를 발생시키고 발생 된 가스를 발화 고열증강장치에 보내고 다시 고열을 저열로 교환 사용할 수 있도록 한 공정까지를 상세히 도시한 공정도이고, 도 2는 본 발명의 전체구성도이고, 도 3은 투입장치를 보인 사시도이고, 도 4는 본 발명에서 2차 가스발생장치의 배출구성을 보인 일부 단면도를 나타내었다.

도 1을 참조하여 구체적으로 설명하여 보면, 외부로부터 수거된 음식물쓰레 기(F1)를 이송하여 분쇄기(F2)에서 이송된 음식물쓰레기를 분쇄하면서 배출되는 단계와 선별기(F3)에서 분쇄된 음식물쓰레기에 이물질을 선별하여 제거하고 음식물쓰레기만 저장탱크 (F4)에 저장되고, 저장된 음식물쓰레기와 타 원료를 배합하여 고체원료를 얻는바, 선별된 음식물쓰레기 저장탱크(F4)와 톱밥저장탱크(F6)와 절단 파쇄한 볏짚저장탱크(F7)와 왕겨저장탱크 (F8)와 밀풀저장탱크(F9)로부터 특정량이 배출되어 원료배합탱크(F5)에서 아래의 배합비로 혼합된다.

고체원료의 배합비(중량%)

배합(F4) 음 식 물 쓰 레 기 : 85% ~70%

배합(F6) 톱 밥 : 8% ~ 17%

배합(F7) 절단 파쇄된 볏짚 : 3% ~ 5%

배합(F8) 왕 겨 : 3% ~ 5%

배합(F9) 접착제 밀풀 : 1% ~ 3%

배 합 합 계 : 100% ~ 100%

본 발명은 음식물쓰레기를 이용하여 가스발생원료로 이용할 수 있는 고체원료를 얻고 가스발생장치에서 산업상 유용한 가스를 발생시키기 위한 가능한 최소 양의 열원으로 가능한 최대 양의 열을 발생시켜 재활용할 수 있는 가스 발생방법 및 그 장치를 제공하고자 하는 것으로, 가스발생원료로 이용할 수 있는 고체원료를 제공하기 위해 상기 배합물질의 비율로 수없이 많은 시행오차법에 의한 실험결과로 상기 배합비의 고체원료가 본원의 가스발생장치에서 산업상 유용한 가스를 발생시 키는 사실을 확인하고 완성된 발명이다.

상기 고체원료를 이루는 각 배합물질에 대한 특성과 작용효과에 대하여 설명하기로 한다.

상기 고체원료를 얻기 위한 배합원료물(F4) 중 기본물질인 음식물쓰레기에는 수분이 약 70~ 80%, 기름성분이(육류, 어류, 곡류 등의 동물성기름 및 식물성기름) 약 6~8%, 섬유질 성분이 약 9~15%, 각종 식품의 영양성분 등이 약 5~7% 정도를 함유하고 있는바, 음식물쓰레기 중에 포함된 기름성분을 활용하여 가스발생원료를 배합 제조할 수 있도록 한 것이다.

가스발생원료 배합 제조에 톱밥(F6)을 배합하고자 하는 것은 음식물쓰레기에 함유된 수분과 각종 기름을 톱밥이 흡수한 상태에서 약 110℃~150℃ 범위의 온도로 가열된 뜨거운 공기로 비등점을 이용한 건조 과정에서 기름성분은 톱밥에 흡수되고 수분만 분리되면서 건조가 빠르게 진행되는 효과가 있고, 특히 톱밥에 함유된 각종 기름성분과 음식물쓰레기에 각종 섬유질, 영양성분이 합하여 고체원료인 탄소탄화물로 결집되는 작용효과를 갖는 것으로 인식된다.

또한 가스발생원료 배합 제조에 절단 파쇄한 볏짚(F7)을 배합하는 것은 건조상태에서 원료가 점화 발화될 시 볏짚은 고열증강을 도와주는 효과를 갖고 가스발생장치로 이송상태에서 고열 적열상태를 유지하는 역할을 하는 고열보유 효과를 제공하는 작용효과가 있다.

또한 가스발생원료 배합 제조에 왕겨(F8)를 배합하는 것은 왕겨는 수분이나 기름의 흡수가 잘되지 않는 물질이지만 분쇄된 왕겨를 배합하면 왕겨의 입자가 1/3~1/5 쪼개져 일부의 수분과 기름을 흡수하며 고체원료 내부에 결합되고, 가스발생원료가 점화 및 연소될 때 탄소탄화물로 결집 완성되면 처음 고체원료일 때의 부피보다 약 1/3정도 부피가 축소되어 결집되는 상태가 되는바, 축소된 고체원료에 골고루 배합되어 있던 왕겨입자는 왕겨의 부피를 유지한 상태로 탄화되어 공 집을 만든 상태가 되기 때문에 왕겨가 있던 공 집에 수증기가 잘 통과되도록 하는 가스발생 효과를 높이는 것으로 인식된다.

음식물쓰레기를 이용하여 가스발생원료 배합에 밀풀(F9)을 배합하는 작용효과는 고체원료를 계란형 등으로 성형할 때 접착효과를 제공한다.

본원의 음식물쓰레기, 톱밥, 볏짚, 왕겨 및 밀풀접착제 배합물을 원료혼합반죽기(F10)에서 배합되어 1차 건조기 (F11)에서 가열된 공기 열 110℃~150℃에 상태를 유지하면서 1차 건조기에서 고체원료 중의 수분을 50 %미만으로 건조시키게 된다.

그리고 성형 및 건조는 1차 건조기에서 건조된 가스발생원료를 고체원료성형제조기(F12)에서 계란형이나 조개탄형 등으로 성형 제조하는 단계와, 성형완료된 가스발생성형물은 2차 건조기(F13)에서 고체원료 중의 수분을 40% 미만으로 건조되는 단계를 거친다.

상기 공정과 방법에 의해 만들어진 가스발생 성형물은 혼합가스 및 수성가스를 발생할 수 있도록 가스발생장치로 투입되고, 잉여원료는 건조된 원료저장조(F14)로 보내진다.

도 2는 본 발명의 가스발생장치를 나타내고 있는바, 도면을 참조하여 구체적 으로 기술하면 다음과 같다.

본원의 가스발생장치는 고체원료를 공급하는 원료투입장치(100)와, 원료를 연소 및 혼합가스상태의 1차 가스발생장치(200)와, 저산소 상태에서 발생시키는 수성가스상태의 2차 가스발생장치(300)로 구분되어 설명될 수 있다.

상기 원료투입장치(100)는 가스발생용 고체원료가 일정량 자동 투입 및 배출되도록 하기 위하여 건조된 고체원료가 일시 저장되는 저장호퍼부(101)와 대기상태인 고체원료를 정량공급하기 위한 이송콘베이어(102)와 이송된 고체원료를 이송로(103)를 통해 후술하는 연소실(210)에 자동으로 투입되도록 하는 투입수단(100A)으로 구성한다.

도 3은 상기 투입수단(100A)을 보인 것으로,

이송로(103)와 연통되면서 연소실(210)과 수평상으로 연통되도록 형성되는 투입관(110)에 끼워지고 후방에 양측으로 가이드판(111)으로 안내되도록 밀대(120)를 구비하며, 상기 가이드판(111)의 외측면에 설치된 제1가이드봉(130)을 따라 전후진되도록 하는 연동판(131)을 밀대(120)에 연결하여 함께 밀대(120)가 전 후진되도록 구비한다.

상기 제1가이드봉(130)의 한쪽 외측으로 구비한 또 다른 제2가이드봉(140)을 따라 전후진하는 연동구(150)의 후방으로 양측에 작동핀(151a,151b)을 갖는 작동간(151)을 연결하고, 별도로 지지되는 지지간(160)에 회전되도록 축설된 회동간(161)의 한측단은 작동간(151)의 양 작동핀(151a,151b)의 사이에 위치하고 타측단은 이송로(103)를 개폐하는 개폐판(121)에 연동되게 연결하여 작동간(151)의 전 후진시 밀대(120)와 개폐판(121)이 서로 반대 방향으로 전후진되도록 구성한다.

상기 연동구(150)의 축상으로 끼워져 탄성부재(152)를 포함하면서 연동판(131)에 연결한 감지구(153)를 구비하면서 감지구(153)에 설정된 위치에서 제어하도록 설치된 감지스위치(S1)를 작동시키도록 감지핀(153a)를 갖는다.

또한, 상기 제2가이드봉(140)의 외측으로 모터(M)의 구동으로 동력전달수단(170)에 의하여 회전하도록 구비된 나선축(180)의 회전에 따라 전후진되도록 나사결합된 작동구(181)를 구비하고 이 작동구(181)에 설정된 작동거리범위 양측으로 구비된 감지스위치(S2,S2')를 작동시키는 감지핀(181a)를 갖는다.

상기 원료투입장치(100)에 의하여 투입되는 원료를 연소 및 가스발생 공정을 수행하는 혼합가스를 발생시키는 1차가스발생장치(200)에 대하여 도 2를 참조하여 살펴보면, 상기 투입관(110)이 상부에 연통되게 형성한 연소실(210)과 그 일측으로 하부는 개방되게 격벽(211)으로 구분되는 1차가스발생실(220)을 각각 형성하고 하부에 연소되는 원료를 받치면서 이송하도록 구비되는 체인콘베이어(240)에는 화덕블럭(241)이 일정간격으로 연속적으로 설치되어 원료가 연소되는 화덕기능을 수행한다.

상기 체인콘베이어(240)의 한측으로 체인콘베이어(240)로부터 빠져나오는 원료가 배출되도록 하는 배출로(230)를 형성하면서 체인콘베이어(240)의 하부에 하방으로 떨어지는 탄화재 등을 배출로(230)로 배출할 수 있도록 이송스크류(250)를 축설한다.

상기 연소실(210)의 외부 둘레에는 연소에 의한 가열로 고열증기를 발생하도 록 증기발생실(260)을 형성하고, 이 증기발생실(260)에는 급수관(261) 및 증기 배기관(262)을 각각 갖으며, 상기 연소실(210) 및 1차가스발생실(220)에는 외부로 발열 및 혼합가스를 배기하는 배기관(212,221)을 각각 갖는다.

상기 연소실(210)의 화덕블럭(241)상에 송풍할 수 있도록 송풍관(270)을 구비하고, 1차가스발생실(220)에 연소되는 원료에 의해 상기 수증기배기관(262)을 통해 나오는 고열의 수증기를 분사할 수 있도록 수증기분사관(280)을 구비한다.

상기 2차 가스발생장치(300)에 대하여 살펴보면,

홉퍼 형상으로 이루어져 적열 탄소상태의 원료를 수용하는 2차가스발생실(310)의 상부에 상기 배출로(230)와 연통되도록 연결되는 연통로(320)를 형성하고 이 연통로(320)의 상하부에 개폐기능을 갖는 상,하부 댐퍼(331,332)을 각각 구비하여 구동수단(330)에 의하여 서로 반대 방향으로 작동되도록 한 것이다.

상기 구동수단(330)은 모터의 구동이 동력전달수단(331)에 의하여 회전하는 나선축(332)에 나사결합으로 끼워져 회전방향에 따라 전,후진하도록 끼워진 작동간(333)의 단부에 상부 댐퍼(331)와 연결되도록 구비한 랙(334)과 하부 댐퍼(332)와 연결되는 랙(336)의 사이에 피니언기어(335)를 치합되도록 축설하여 피니언기어(335)의 회전에 따라 상,하부 댐퍼(331,332)가 서로 반대 방향으로 전,후진하도록 하며, 작동간(333)에 작동거리범위 양측으로 구비된 감지스위치(360,360')를 작동시키는 감지핀(333a))를 갖는다.

상기 가스발생실(310)의 하방부는 도 2 및 도 4에서와 같이 모타의 구동이 동력전달수단(380)에 의하여 회전되도록 축설한 이송스크류(340)를 구비하고 한 측 에 배출되는 탄화물이 밀집되면서 외부로 서서히 배출이 이루어지도록 긴 관체로 형성되는 배출관(350)을 형성하며, 가스발생실(310)의 상부에 수성가스를 배기하기 위한 배기관(311)을 구비하고 배기관(311)을 통하여 나가는 수성가스는 고열증강장치(400)으로 보내지며, 가스발생실(310)에 유입되는 적열상태의 적층원료 내부로는 고열의 수증기를 분사하도록 증기분사관(370)을 구비한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 작동상태를 구체적으로 기술하면 다음과 같다.

저장홉퍼(101)에 담긴 고체원료를 원료투입장치(100)에 의하여 1차 가스발생장치(200)의 투입관(110)을 통해 설정된 주기에 따라 연속 공급이 이루어지고 연소실(210)에 투입되는 고체원료는 그 하부에 위치한 체인콘베이어(240)상의 화덕블럭(241)에 적정량으로 유입된 상태에서 별도의 점화수단에 의하여 발화시키어 주고 동시에 송풍관(270)을 통해 발화부분에 송풍으로 충분한 발화가 이루어지면서 연소실(210)의 둘레에 형성된 증기발생실(260)의 물이 고열에 의하여 데워지면서 고열의 수증기를 발생시키어 증기배출관(262)을 통해 나오게 되고 고열의 발열은 배기관(212)을 통해 가스발화 고열증강장치(400)에 공급라인을 통해 보내진다.

그리고 연소로 인해 적열탄소상태가 된 고체원료는 설정된 회전속도인 저속상태에서 그 일측에 위치한 1차 가스발생실(220)로 서서히 유입되고 연소실(210)에는 1차 가스발생실로 보낸만큼의 고체원료가 공급되는 상태가 되며, 1차 가스발생실(220)로 유입되어 서서히 통과되는 적열탄소상태의 고체원료에 증기발생실(260)로부터 공급되는 고열의 수증기가 설정된 주기로 증기분사관(280)을 통해 분사되면 고열의 증기가 약 700℃~900℃ 범위온도를 갖고 있는 적열탄소상태의 고체원료에 접촉할 때 반응으로 고열을 포함하는 반수성가스상태의 혼합가스를 발생시키고 이 혼합가스는 배기관(221)을 통해 가스발화 고열증강장치(400)에 공급라인을 통해 각각 보내진다.

상기 1차가스발생실(220)에서 포집한 가스의 중량과 성분을 각각 가스메터와 가스크로마토그래피 방법으로 측정한 결과 일산화탄소 22~28%, 이산화탄소 3~6%, 수소 24~32%, 메탄류(類) 3~10%, 나머지는 질소와 산소 로 확인되어 혼합가스의 생성을 확인할 수 있었다.

상기 체인콘베이어(240)의 작동으로 1차가스발생실(220)을 거쳐 빠져나오는 고체원료는 배출로(230)를 거쳐 2차 가스배출장치(300)로 유입이 이루어지게 되는데 먼저 입구인 연통로(320)에 구비된 상부 댐퍼(331)가 차단하여 고체원료가 대기상태가 되고 하부 댐퍼(332)는 오픈된 상태에서 상부 댐퍼(331)가 구동수단(330)의 작동으로 오픈되면 동시에 하부 댐퍼(332)가 닫히어 고체원료의 적정량이 하부 댐퍼(332)로 이송이 되면 다시 상부 댐퍼(331)가 닫히고 하부 댐퍼(332)가 오픈되어 하부 댐퍼(332)에 위치한 고체원료가 2차가스발생실(310)로 유입되는 연속과정에 의하여 설정된 주기로 유입이 이루어진다.

상기 2차 가스발생실(310)로 유입된 적열탄소상태 원료는 외부공기의 유입이 어느정도 차단되는 저산소 상태에서 상기 수증기배기관(262)의 라인과 연결된 수증기분사관(370)을 통하여 공급되는 고열의 수중기가 적열탄소상태의 고체원료와 접촉하여 수성가스를 발생시키고 발생된 수성가스는 가스발화 고열증강장치(400)에 공급라인(311)을 통해 보내지게 되며, 2차가스발생실(310)의 하부에는 이송스크 류(340)가 설치되어 하부로 내려오는 연소탄화재를 배출관(350)을 통해 외부로 배출시키는데 배출관(350)이 긴 관체로 형성됨에 따라 배출되는 탄화재가 적체되면서 밀집되어진 상태로 서서히 배출되기 때문에 배출관을 통해 외부의 공기 유입을 차단하는 상태가 되는 것이다.

상기 2차가스발생실에서 적열탄소 성분을 공기차단 상태에서 600℃~800℃ 범위온도가 유지되는 수성가스 발생실에서 포집한 가스의 중량과 성분을 각각 가스메터와 가스크로마토그래피 방법으로 측정한 결과 수소 40~48%, 일산화탄소 32~40%, 이산화탄소 4~8%, 메탄 1~ 3%, 나머지 잔량은 질소로 측정되어 주로 수소, 일산화탄소, 메탄으로 확인되어 수성가스의 생성을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명은 음식물쓰레기를 포함하는 고체원료(건조된 가스발생연료)를 이용하여 가스발생장치에서 고온의 열로 혼합가스와 수성가스를 발생시켜 발생된 열을 리싸이클시켜 음식물쓰레기에 함유된 수분을 건조시키는 전처리 공정으로 재순환시켜 활용할 수 있고 남은 잔 열은 타 시설의 난방용이나 비닐하우스 등 기타 산업용 열원으로 재활용 할 수 있도록 하기 위한 고열발생방법 그 장치를 제공할 수 있음을 확인하고 완성된 발명이다.

본 발명은 원료투입장치(100)와, 1차가스발생장치(200)와, 수성가스상태의 2차 가스발생장치(300)로 구분되어 혼합가스를 생산하고, 수성가스 발생장치에서 수성가스를 생산하는 방법을 병행하거나 또는 선택하여 사용할 수 있고, 발생된 가스를 고열 증강장치(400)에 공급하여 고열에 가스의 화력에 의한 고열증강으로 1000℃~1100℃의 고열화시켜 이용하거나 외부공기를 희석 교환시키는 방법으로 가열된 고열을 110℃~130℃의 저열로 교환시켜 음식물쓰레기에 함유된 수분 약 70%~80%를 자체 발생 열로 충분히 건조시키고 약 40% 이상의 열원이 남을 것으로 예견되는바 이 잉여 열을 비닐하우스의 난방이나 공장시설의 난방 또는 기타 용도로 전환시켜 재활용할 수 있는 효과를 갖게될 것이다.

또한 본원의 근본적인 작용효과는 음식물쓰레기를 처리함에 있어 가장 큰 애로점인 폐수를 배출하지 않게 됨으로 음식물쓰레기 폐수로 인한 환경오염을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정하여 변형적용이 가능함을 알 수 있을 것이며, 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 기술사상을 포함하는 내용으로 특허청구의 범위에 의해 균등론적으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 음식물쓰레기를 이용하여 혼합가스 및 수성가스 발생 발화시켜 필요한 곳에 열을 재활용할 수 있도록 음식물쓰레기를 이용한 가스발생용 고체원료 배합제조와 가스발생장치 및 가스발화 고열증강 방법을 이용하여 소량에 원료로 대량의 열을 발생시키도록 하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 가스발생용 고체원료 제조에 있어 많은 수분과 각종 유기물 기름성분 등을 함유하고 있는 음식물쓰레기에 톱밥을 혼합하여 수분과 기름을 흡수하게하고 110℃~150℃의 온도로 건조하여 비등점을 이용한 수분과 기름을 분리하는 효과와 기름성분을 함유하고 있는 가스발생용 고체원료는 점화발화 시 기름성분과 함께 연소되면서 가스를 발생할 수 있는 적열탄소탄화물로 결집되게 하는 효과를 갖는다.

또한, 음식물쓰레기로 가스발생 원료배합 제조에 절단 파쇄된 볏짚을 배합하는 것은 건조상태에서 원료가 점화 발화될 시 볏짚은 고열증강을 도와주는 효과와 가스발생장치로 이송상태에서 고열 적열상태를 유지하는 역할을 하는 고열보유 효과가 있다.

또한 본원의 작용효과는 음식물쓰레기에 함유된 폐수를 탈수시키거나 배출 하지 않게 됨으로 음식물쓰레기 폐수로 인한 환경오염을 근복적으로 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (7)

1. 음식물쓰레기를 이용하여 산업상 유용한 가스를 발생시켜 에너지원으로 이용하기 위한 가스발생 방법에 있어서,

   음식물쓰레기를 수거하여 분쇄시키고 분쇄된 음식물쓰레기로부터 이물질을 분리시켜 선별된 음식물쓰레기를 저장시키는 단계;

   저장된 음식물쓰레기를 파쇄된 볏짚, 톱밥, 왕겨 및 밀풀접착제와 배합 및 반죽하여 반죽상태의 가스발생용 고체원료를 얻는 단계;

   상기 반죽상태의 가스발생용 고체원료를 110℃ ~ 150℃ 범위의 가열된 공기로 건조시켜 내용물 중의 함수율을 50% 미만으로 건조시키는 1차 건조단계;

   1차 건조된 배합원료를 원료성형기에서 일정크기를 갖는 고체원료로 성형하여 성형된 고체원료를 110℃~150℃ 범위의 가열공기로 2차 건조시키는 단계;

   2차 건조된 고체원료를 가스발생장치에 투입시키고 투입된 고체원료를 공기량을 조절하며 점화 및 연소시켜 고체원료를 적열시키는 단계;

   고체원료 중 휘발성분의 연소반응이 끝난 적열상태의 고체원료를 700~900℃ 가 유지되는 혼합가스발생로에 이송하여 수증기와 공기량을 조절하여 혼합가스를 발생시키는 단계;

   혼합가스발생로를 거쳐 이송되어 온 적열상태의 고체원료를 600~800℃가 유지되는 수성가스발생로에 이송시켜 공기차단 상태로 수증기를 조절 주입하여 수성가스를 발생시키는 단계;

   상기 혼합가스발생로 및 수성가스발생로에서 발생된 혼합가스 또는 수성가스를 음식물쓰레기를 건조하기 위한 건조 열로 이용하는 단계;

   를 포함하여 제공되는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 가스발생 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 반죽상태의 가스발생용 고체원료는 음식물쓰레기 85 ~ 70중량%, 톱밥8 ~ 17중량%, 절단 파쇄된 볏짚 3 ~ 5중량%, 왕겨 3 ~ 5중량%, 밀품접착제 1 ~ 3중량%로 배합되어 가스발생용 고체원료로 제공되는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 가스발생 방법.
3. 음식물쓰레기를 이용하여 산업상 유용한 가스를 발생시켜 에너지원으로 이용하기 위한 가스발생장치에 있어서,

   고체원료가 일시 저장되는 저장호퍼부(101)와, 고체원료를 연소실(210)에 자동으로 투입되도록 하는 투입수단(100A)으로 구성한 원료투입장치(100)와

   상기 원료투입장치(100)에 의해 투입된 원료를 연소 및 혼합가스를 발생시키는 1차 가스발생장치(200)와

   상기 1차 가스발생장치(200)를 거친 고체원료를 저 산소 상태를 유지하여 수 성가스상태를 발생시키는 2차 가스발생장치(300)가 하나의 시스템을 구성하여 각각 발생하는 가스를 가스발화 고열증강장치(400)에 공급라인을 통해 보내지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 가스발생 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 원료투입장치(100)의 투입수단(100A)은, 투입관(110)에 끼워지고 후방에 양측으로 가이드판(111)으로 안내되도록 밀대(120)를 구비하고, 상기 가이드판(111)의 외측면에 설치된 제1가이드봉(130)을 따라 전 후진되도록 연동되는 연동판(131)이 밀대(120)에 연결되고,

   상기 제1가이드봉(130)의 한쪽 외측으로 구비한 또 다른 제2가이드봉(140)을 따라 전 후진하는 연동구(150)의 후방으로 양측에 작동핀(151a,151b)을 갖는 작동간(151)을 연결하고, 별도로 지지되는 지지간(160)에 회전되도록 축설된 회동간(161)의 한 측단은 작동간(151)의 양 작동핀(151a,151b)과의 사이에 위치하고 타 측단은 이송로(103)를 개폐하는 개폐판(121)과 연동되도록 연결되며.

   상기 연동구(150)의 축상으로 끼워져 탄성부재(152)를 포함하면서 연동판(131)에 연결한 감지구(153)에 설정된 위치에서 제어하도록 감지핀(153a)을 갖는 감지스위치(S1)를 구비함며,

   상기 제2가이드봉(140)의 외측으로 모터(M)의 구동으로 동력전달수단(170)에 의하여 회전하도록 구비된 나선축(180)의 회전에 따라 전 후진되도록 나사결합되어 서 설정된 범위 내에서 이동되도록 한 작동구(181)를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 가스발생 장치.
5. 제3항에 있어서, 1차 가스발생장치(200)는,

   상기 투입관(110)이 상부에 연통되도록 형성된 연소실(210)과 그 일측으로 하부는 개방되게 격벽(211)으로 구분되는 1차가스발생실(220)을 각각 형성하고,

   하부에 화덕블럭(241)이 설치된 체인콘베이어(240)를 구비하며.

   상기 체인콘베이어(240)의 한측으로 원료가 배출되도록 하는 배출로(230)를 형성하여 체인콘베이어(240)의 하부하방으로 떨어지는 탄화재를 배출로(230)로 배출할 수 있도록 이송스크류(250)를 축설하고,

   상기 연소실(210)의 외부 둘레에는 연소에 의한 가열로 고열증기를 발생하도록 증기발생실(260)을 형성하고,

   상기 증기발생실(260)에는 급수관(261) 및 증기 배기관(262)을 각각 가지며,

   상기 연소실(210) 및 1차가스발생실(220)에는 외부로 발열 및 혼합가스를 배기하는 배기관(212,221)을 각각 갖도록 하고,

   상기 연소실(210)의 화덕블럭(241) 상에 송풍할 수 있도록 송풍관(270)을 구비하고,

   1차가스발생실(220)에 연소되는 원료에 상기 증기 배기관(262)을 통해 나오는 고열의 증기를 분사할 수 있도록 증기 분사관(280)을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 가스발생 장치.
6. 제3항에 있어서, 2차 가스발생장치(300)는,

   적열 탄소상태의 원료를 수용하는 2차 가스발생실(310)의 상부에 상기 배출로(230)와 연통되도록 연결되는 연통로(320)를 형성하고 이 연통로(320)의 상하부에 개폐기능을 갖는 상,하부 댐퍼(331, 332)를 각각 구비하여 구동수단(330)에 의하여 서로 반대 방향으로 작동되도록 함과,

   상기 가스발생실(310)의 하방부는 모타의 구동이 동력전달수단(380)에 의하여 회전되도록 축설된 이송스크류(340)를 구비하고 한 측에 긴 관체로 형성되는 배출관(350)을 형성하며, 가스발생실(310)의 상부에 가스를 배기하는 배기관(311)을 구비하고 내부에 고열의 증기를 분사하도록 증기 배기라인과 연결된 증기분사관(370)을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 가스발생 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 구동수단(330)은 모터의 구동이 동력전달수단(331)에 의하여 회전하는 나선축(332)에 나사결합으로 끼워져 작동거리 범위 내에서 회전방향에 따라 전,후진되도록 한 작동간(333)의 단부에 상부 댐퍼(331)와 연결되도록 구비한 랙(334)과 하부 댐퍼(332)와 연결되는 랙(336) 사이에 피니언기어(335)가 치합 축설되어 구성되는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 가스발생 장치.

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