KR100722432B1 - 충돌제트기류를 이용한 폐입자 건조장치 - Google Patents

충돌제트기류를 이용한 폐입자 건조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직 기류건조관의 내부에 제트기류가 형성되게 함으로써 슬러지 등의 폐입자를 신속하게 건조할 수 있도록 하는 충돌제트기류를 이용한 폐입자 건조장치에 관한 것으로, 호퍼를 통해 공급되는 다량의 수분이 포함된 슬러지의 파쇄부, 분쇄된 폐입자를 건조시키는 건조부와, 건조부에서 건조된 폐입자만을 선별하여 회수하는 폐입자 회수수단을 포함하는 폐입자 건조장치에 있어서, 상기 건조부는, 하부 둘레에 구비되어 상기 호퍼로부터 슬러지를 유입받는 유입관과 내부 하부에 구비되어 유입된 슬러지를 분쇄와 동시에 상부로 선회 유동시키는 회전날개를 포함하는 회전수단 및 상부에 구비되어 상기 폐입자 회수수단과 연결되는 배출관을 포함하는 수직 기류건조관과, 상기 수직 기류건조관의 내부로 폐입자에 함유된 수분을 건조할 수 있도록 충돌제트 열풍을 공급하는 열풍 공급수단을 포함함을 특징으로 한다.
충돌기류, 제트노즐, 호퍼, 건조부, 회전날개

Description

충돌제트기류를 이용한 폐입자 건조장치{Drying equipment of waste particle using impingement jet stream}
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 건조장치를 나타낸 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예의 건조장치를 구성하는 수직 기류건조관을 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 제2 실시예의 건조장치를 나타낸 전체 구성도.
도 5는 도 4의 B-B선 단면도.
도 6은 종래의 통기건조방식을 이용한 분출층(Spouted bed) 슬러지 건조장치를 나타낸 개략 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 호퍼
2 : 건조부
21 : 수직 기류건조관
211 : 유입관, 212 : 배출관
22 : 회전수단
221 : 회전날개, 222 : 회전축, 223 : 구동부
23 : 제트열풍 공급수단
231 : 제트노즐, 232 : 둘레챔버, 233 : 제트노즐, 234 : 수직챔버
24 : 열풍기
3 : 폐입자 회수수단
31 : 싸이클론
32 : 폐입자 회수탱크
본 발명은 충돌제트기류를 이용한 폐입자 건조장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 수직 기류건조관의 내부에 20~90m/sec의 고속 열풍인 선회 유동형 제트기류가 형성되게 함으로써 폐입자의 수분과 공기의 경계층인 경막이 쉽게 파괴되어 국소적으로 매우 높은 열전달로 신속한 건조가 이루어지도록 하는 충돌제트기류를 이용한 폐입자 건조장치에 관한 것이다.
일반적으로 하?폐수에 혼합된 슬러지(이하, “폐입자”라 칭함)는 수분함량이 70~85%W.B.로 높고, 건조과정이 유동성단계와 점착성 단계와 입자화 단계로 복잡하여 교반기를 이용하는 간접가열방식의 열전도 건조장치인 디스크건조기, 스크류건조기, 패들건조기 등이 널리 이용되며, 일부 직접열풍을 이용하는 회전건조기, 기류건조기, 유동층건조기 등의 입자 유동식 대류건조장치가 사용되고 있다.
즉 통상적으로 알려진 입자 유동식 통기건조방식은 함수율이 높은 슬러지에 건조된 슬러지 입자를 적당히 혼합하여 함수율을 40%W.B.이하로 낮추어 입자화(폐입자) 상태에서 자유기류(free jet, 1~10m/sec이하)의 열풍을 불어줌으로써 열풍과 폐입자가 접촉하여 수분을 증발시키는 건조방식이다.
이에, 도 6은 종래의 통기건조방식을 이용한 슬러지 건조용 분출층 건조장치(Spouted bed dryer)를 나타낸 개략 구성도로서, 호퍼(100)를 통해 공급되는 수분이 다량 포함된 슬러지와 최종 건조된 슬러지 입자를 혼합한 폐입자를 송풍공기를 통해 건조시키는 건조부(200)와 건조된 폐입자만을 선별하여 회수하는 폐입자 회수수단(300)으로 구성된다.
그리고 상기 건조부(200)는 양측이 개방되어 있고 상부 양측에는 폐입자가 공급되는 공급관(202)이 구비되어 있고 중간에는 수직 배출관(203)이 구비되어 있는 수평 건조관(201)과, 상기 건조관(201)의 양측에 구비되어 공기를 강제 송풍하는 양 송풍기(204)로 구성된다.
또한 상기 폐입자 회수수단(300)은 상기 배출관(203)으로부터 배출되는 폐입자와 공기를 선별하여 각기 배출하는 싸이클론(301)과 싸이클론(301)에서 배출되는 공기를 회수하는 폐입자 회수탱크(302)로 구성된다.
한편 상기 배출관(203)의 상부에는 폐입자 중 입자가 작은 폐입자를 상기 폐입자 회수탱크(302) 또는 호퍼(100)로 재 공급하는 소 폐입자 회수부(400)가 더 구비되어 있는 것이다.
따라서, 상기와 같이 구성된 건조장치의 작동과정을 설명하면, 먼저 건조관(201)의 양측에 구비되어 있는 송풍기(204)을 작동시켜 건조관(201)의 양측으로 고속 송풍공기를 불어준다.
그런 다음 호퍼(100)를 통해 수분이 조절된 폐입자를 건조관(201)의 양측으로 연속 투입하게 되면, 투입된 폐입자는 건조관(201)을 통과하면서 상기 건조관(201)의 중앙부에서 상호 충돌된 후 배출관(203)을 통해 수직으로 상승되어 싸이클론(301)을 거쳐 회수탱크(302)로 취합되는 것이다.
즉 상기 폐입자가 건조관(201)을 통과되면서 송풍공기와 접촉됨으로써 폐입자에 함유된 수분이 증발되어 기체상으로 배출됨에 따라 폐입자에 포함된 수분이 제거되는 것이다.
그러나, 상기와 같이 구성된 폐입자 건조장치를 사용할 경우에는, 송풍공기량이 대폭 증가할 뿐만 아니라 수평 건조관(201)을 따라 직선으로 유동함으로 폐입자의 체류시간이 짧아져 건조효율이 저하된다. 또한 호퍼에 공급되는 70~85%W.B.의 고함수율일 경우 건조관에 직접투입이 곤란하므로 최종 건조된 폐입자를 약 30~50%정도로 혼합하여 수분을 40%W.B.이하로 조절해야 하며, 충돌후의 기류속도가 현저하게 낮아져 대류전열 및 물질 확산속도가 느려짐에 따라 건조시간이 많이 걸리게 됨으로써, 단위시간당 폐입자의 처리효율이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 다수의 노즐을 통해 동일한 충돌제트기류를 일으킴으로써 폐입자의 건조속도를 최대로 빠르게 할 수 있는 충돌제트기류를 이용한 폐입자 건조장치를 제공함을 목적으로 한다.
또한 수직 기류건조관의 하부에 회전날개를 구비함으로써, 폐입자를 작은 입자로 분쇄시킨 다음 건조하여 표면적 증가에 따른 건조효율 향상뿐만 아니라 최종입자의 크기를 균일하게 할 수 있는 충돌기류를 이용한 폐입자 건조장치를 제공하는 다른 목적도 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 호퍼를 통해 공급되는 수분이 포함된 폐입자를 건조시키는 건조부와, 건조부에서 건조된 폐입자만을 선별하여 회수하는 폐입자 회수수단을 포함하는 폐입자 건조장치에 있어서, 상기 건조부는, 하부 둘레에 구비되어 상기 호퍼로부터 폐입자를 유입받는 유입관과 내부 하부에 구비되어 유입된 폐입자를 분쇄와 동시에 상부로 선회유동 형태로 상승시키는 회전날개를 포함하는 회전수단 및 상부에 구비되어 상기 폐입자 회수수단과 연결되는 배출관을 포함하는 수직 기류건조관과, 상기 수직 기류건조관의 내부로 폐입자에 함유된 수분을 건조할 수 있도록 제트열풍을 공급하는 제트노즐을 구비한 열풍 공급수단을 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 건조장치를 나타낸 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예의 건조장치를 구성하는 수직 기류건조관을 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.
이에, 본 발명에 따른 제1 실시예의 건조장치는, 호퍼(1)를 통해 공급되는 수분이 다량 포함된 폐입자를 건조시키는 건조부(2)와, 건조부(2)에서 건조된 폐입자만을 선별하여 회수하는 폐입자 회수수단(3)을 포함하는 폐입자 건조장치에 있어서, 상기 건조부(2)를 개량하여 제트노즐을 이용하여 충돌기류를 일으킴으로써 폐입자의 건조효율을 향상시킬 수 있는 구성을 특징으로 한다.
즉 상기 건조부(2)는, 하부 둘레에 구비되어 상기 호퍼(1)로부터 폐입자를 유입받는 유입관(211)과 내부 하부에 구비되어 유입된 폐입자를 상부로 상승시키는 회전날개(221)를 포함하는 회전수단(22) 및 상부에 구비되어 상기 폐입자 회수수단(3)과 연결되는 배출관(212)을 포함하는 수직 기류건조관(21)과, 상기 수직 기류건조관(21)의 내부로 폐입자에 함유된 수분을 건조할 수 있도록 노즐에 의해 제트열풍을 공급하는 열풍 공급수단(23)으로 구성된다.
그리고 상기 유입관(211)에는 구동부를 통해 회전되는 스크류 컨베이어가 연결되어 있어 호퍼(1)의 폐입자를 정량적으로 수직 기류건조관(21)의 내부로 공급할 수 있는 것이다.
특히, 상기 폐입자 회수수단(3)은, 상기 배출관(212)으로부터 배출되는 폐입자와 공기를 선별하여 각기 배출하는 싸이클론(31)과 싸이클론(31)에서 배출되는 공기를 회수하는 폐입자 회수탱크(32)로 구성되는 것이다.
그리고, 상기 회전수단(22)은, 상기 수직 기류건조관(21)의 하판에 회전축(222)이 관통되면서 하판의 상부에 구비되는 회전날개(221)와, 상기 회전날개(221)의 회전축(222)을 회전시키는 구동부(223)로 구성되는 것이다.
즉 상기 회전날개(221)는 하부 회전판을 포함함으로써 폐입자의 분쇄와 상승 효과를 좀더 향상시킬 수 있는 것이다.
또한 상기 구동부(223)는 상기 회전축(222)에 구비된 풀리와 이 풀리와 밸트를 통해 연결되어 구동력을 전달하는 모터로 구성되며, 고속 회전을 통해 슬러지 덩어리를 균일한 폐입자로 분쇄와 동시에 선회유동시켜 상부로 상승시키는 것이다.
또한, 상기 제트열풍 공급수단(23)은, 상기 수직 기류건조관(21)의 측벽 둘레에 형성되어 수직 기류건조관(21)의 내부로 20~70m/sec의 고속 열풍을 분사하는 다수의 제트노즐(231)과, 상기 제트노즐(231)들과 연통되게 수직 기류건조관(21)의 외측에 구비되는 둘레챔버(232)와, 상기 둘레챔버(232)로 고속 열풍을 공급하는 열풍기(24)로 구성되는 것이다.
그리고 상기 제트노즐(231)들은, 수직 기류건조관(21)의 측벽 둘레에 등간격의 수직열로 높이를 달리하여 구비되어 있으며, 열풍을 선회 유동시킬 수 있도록 건조관 둘레를 따라 원주방향으로 경사지게 구비되는 것이다.
또한 상기 열풍기(24)는 열선 등을 이용하여 열기를 얻은 상태에서 송풍기을 통해 열풍를 강제 송풍하는 장치로서, 이러한 열풍기는 이미 널리 알려진 장치로 본 발명을 설명함에 있어서 그 구체적인 설명은 생략한다.
이하, 상기와 같이 구성된 제1 실시예의 건조장치의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 수직 기류건조관(21)의 하부에 구비되어 있는 회전수단(22)의 구동부(223)를 동작시켜 회전날개를 회전시킨다.
그리고 열풍기(24)를 동작시켜 열풍을 둘레챔버(232)로 공급함으로써 수직 기류건조관(21)의 측벽에 다수로 구비되어 있는 제트노즐(231)을 통해 열풍이 건조관의 원주방향으로 분사되도록 한다.
다음 상기와 같이 회전날개(221)가 회전되고 열풍이 분사되는 과정에서 호퍼(1)를 통해 수분이 다량 함유된 슬러지 등이 수직 기류건조관(21)의 하부로 공급된다.
그러면, 상기 수직 기류건조관(21)의 내부 하부로 공급되는 슬러지는 회전날개(221)의 회전력으로 인하여 상승되고 이와 같이 폐입자가 상승되는 과정에서 일측으로 경사진 노즐(231)들에서 열풍이 동시에 분사됨으로써, 폐입자가 기류건조관(21)의 원주방향으로 회오리형태인 선회유동으로 상승되면서 폐입자에 함유된 수분이 증발 건조되는 것이다.
즉 상기 수직 기류건조관(21)의 내부 하부에 구비되어 있는 회전날개(221)가 200~300rpm의 고속으로 회전됨으로써 폐입자가 분쇄됨과 동시에 회전날개(221)의 원심력으로 인하여 분쇄된 폐입자가 회오리형태인 선회유동으로 상승되면서, 상기 충돌 제트기류와 충돌됨으로써 폐입자에 함유된 수분이 신속하게 건조되는 것이다. 그리고 이와 같이 수분이 제거되는 과정에서 미처 분쇄되지 않은 비교적 큰 폐입자는 회전날개(221)의 원심력에 의해 상부로 상승되지 못하고 하부로 낙하되면서 다시 회전날개(221)와 충돌되어 재분쇄 됨으로써 미세 입자들만 회오리 형태로 부상되어 수분이 건조되므로 최종 건조입자의 크기가 비교적 균일하게 되는 것이다.
다시 말해 상기 노즐에서 분사되는 열풍은 빠른 속도로 분사된다. 그러므로 상기 다수의 노즐(231)을 통해 분사되는 빠른 속도의 열풍이 수직 기류건조관(21) 의 내부에서 폐입자와 균일하게 충돌되는 충돌 제트기류가 형성되는 것이다. 즉 상기와 같이 충돌 제트기류가 형성되게 되면 대류전열 및 물질의 확산속도가 증가됨으로써 폐입자의 건조속도를 크게 증가시킬 수 있고, 폐입자의 건조시간을 최대로 단축할 수 있어 종래의 건조장치에 비해 크기를 대폭 줄일 수 있는 것이다.
그리고, 최종적으로 수직 기류건조관(21)에서 건조된 폐입자와 수분을 함유한 제트기류는 배출관(212)을 통해 싸이클론(31)으로 유입되어 수분이 함유된 제트기류는 배기가스 형태로 외부로 방출되고 건조된 폐입자는 폐입자 회수탱크(32)에 포집됨으로써 폐입자에 함유된 수분을 연속적으로 제거할 수 있는 것이다.
따라서, 상기와 같이 구성된 제1 실시예의 장치를 통해 폐입자에 함유된 수분을 제거하는 과정에서는, 다수의 노즐을 통해 충돌 제트기류를 형성함으로써 폐입자와 공기의 접촉을 원활하게 하고, 함유된 수분과 공기의 경계층이 쉽게 파괴되어 경막 전열계수의 값이 증가되어 열전달이 높아짐은 물론, 공기의 제트기류속도가 증가됨으로써 폐입자 표면과 폐입자 내부의 압력차가 커지기 때문에 내부 수분의 확산 속도가 빨라지게 됨에 따라서, 폐입자의 건조효율을 최대로 향상시킬 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 제2 실시예의 건조장치를 나타낸 전체 구성도이고, 도 5는 도 4의 B-B선 단면도이다.
이에, 본 발명에 따른 제2 실시예의 건조장치는, 제트노즐을 구비한 열풍 공급수단(23)을 제외한 타 구성은 상술한 제1 실시예의 건조장치와 동일함을 전제한다.
그러므로 본 발명에 따른 제2 실시예의 건조장치를 구성하는 제트열풍 공급수단(23)은, 상기 수직 기류건조관(21)의 내부에 수직으로 세워지고 둘레에는 열풍을 분사하는 다수의 제트노즐(231)이 구비된 수직챔버(234)와, 상기 수직챔버(234)로 고속 열풍을 공급하는 열풍기(24)로 구성됨을 특징으로 한다.
그리고 상기 제트노즐(231)들은, 수직챔버(234)의 측벽 둘레에 등간격의 수직열로 높이를 달리하며 구비되어 있고, 열풍을 상승시킬 수 있도록 일측방향으로 경사지게 구비되어 있는 것이다.
따라서, 상기 제2 실시예의 건조장치의 작동을 설명하면, 먼저 수직 기류건조관(21)의 하부에 구비되어 있는 회전수단(22)의 구동부(223)를 동작시켜 회전날개를 회전시킨다.
그리고 열풍기(24)를 동작시켜 열풍을 수직챔버(234)로 공급함으로써 수직챔버(234)의 측벽에 다수로 구비되어 있는 제트노즐(231)을 통해 열풍이 고속 분사되도록 한다.
다음 상기와 같이 회전날개(221)가 회전되고 열풍이 분사되는 과정에서 호퍼(1)를 통해 슬러리등의 수분이 함유된 폐입자를 수직 기류건조관(21)의 하부로 공급한다.
그러면, 상기 수직 기류건조관(21)의 내부 하부로 공급되는 폐입자는 회전날개(221)의 회전력으로 인하여 상승되고 이와 같이 폐입자가 상승되는 과정 중 일측으로 경사진 제트노즐(231)에서 열풍이 동시에 분사됨으로써, 폐입자가 수직챔버(234)의 주위를 선회유동하여 상승되면서 폐입자에 함유된 수분이 증발 건조되는 것이다.
그리고, 최종적으로 수직 기류건조관(21)에서 건조된 폐입자와 수분을 함유한 제트기류는 배출관(212)을 통해 싸이클론(31)으로 유입되어 수분이 함유된 제트기류는 배기가스 형태로 외부로 방출되고 건조된 폐입자는 폐입자 회수탱크(32)에 적제됨으로써 폐입자의 함유된 수분을 연속적으로 제거할 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 다수의 제트노즐을 통해 충돌기류를 일으킴으로써 폐입자의 건조속도를 최대로 빠르게 하여 건조효율을 최대로 향상시킨 건조장치를 제공하는 효과가 있다.
또한 수직 기류건조관의 하부에 회전날개를 구비함으로써, 폐입자를 작은 입자로 분쇄시킨 다음 이를 상승시키면서 충돌제트기류와 충돌되게 함에 따라 건조속도를 좀더 빠르게 할 수 있는 효과도 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (6)

  1. 호퍼(1)를 통해 공급되는 수분이 포함된 폐입자를 건조시키는 건조부(2)와, 건조부(2)에서 건조된 폐입자만을 선별하여 회수하는 폐입자 회수수단(3)을 포함하는 폐입자 건조장치에 있어서,
    상기 건조부(2)는,
    하부 둘레에 구비되어 상기 호퍼(1)로부터 폐입자를 유입 받는 유입관(211)과 내부 하부에 구비되어 유입된 폐입자를 상부로 상승시키는 회전날개(221)를 포함하는 회전수단(22) 및 상부에 구비되어 상기 폐입자 회수수단(3)과 연결되는 배출관(212)을 포함하는 수직 기류건조관(21)과,
    상기 수직 기류건조관(21)의 내부로 폐입자에 함유된 수분을 건조할 수 있도록 제트열풍을 공급하는 제트열풍 공급수단(23),
    을 포함함을 특징으로 하는 충돌제트기류를 이용한 페입자 건조장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 회전수단(22)은,
    상기 수직 기류건조관(21)의 하판에 회전축(222)이 관통되면서 하판의 상부에 구비되는 회전날개(221)와,
    상기 회전날개(221)의 회전축(222)을 회전시키는 구동부(223)로 구성됨을 특징으로 하는 충돌제트기류를 이용한 폐입자 건조장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제트열풍 공급수단(23)은,
    상기 수직 기류건조관(21)의 원주방향으로 형성되어 수직 기류건조관(21)의 내부로 열풍을 분사하는 다수의 제트노즐(231)과,
    상기 제트노즐(231)들과 연통되게 수직 기류건조관(21)의 외측에 구비되는 둘레챔버(232)와,
    상기 둘레챔버(232)로 고속 열풍을 공급하는 열풍기(24)로 구성됨을 특징으로 하는 충돌제트기류를 이용한 폐입자 건조장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제트노즐(231)들은,
    수직 기류건조관(21)의 측벽 둘레에 등간격의 수직열로 높이를 달리하며 구비되어 있고,
    열풍을 선회유동 형태로 상승시킬 수 있도록 일측방향으로 경사지게 구비됨을 특징으로 하는 충돌제트기류를 이용한 폐입자 건조장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제트열풍 공급수단(23)은,
    상기 수직 기류건조관(21)의 내부에 수직으로 세워지고 둘레에는 열풍을 분사하는 다수의 제트노즐(231)이 구비된 수직챔버(234)와,
    상기 수직챔버(234)로 고속 열풍을 공급하는 열풍기(24)로 구성됨을 특징으로 하는 충돌제트기류를 이용한 폐입자 건조장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제트노즐(231)들은,
    수직챔버(234)의 측벽 둘레에 등간격의 수직열로 높이를 달리하며 구비되어 있고,
    열풍을 선회유동 형태로 상승시킬 수 있도록 일측방향으로 경사지게 구비됨을 특징으로 하는 충돌제트기류를 이용한 폐입자 건조장치.
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