KR100918647B1

KR100918647B1 - 유기성폐기물 처리기에 사용되는 혼합기체 흐름 제어장치

Info

Publication number: KR100918647B1
Application number: KR1020080104752A
Authority: KR
Inventors: 김형종
Original assignee: 김형종
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2009-09-25

Abstract

본 발명은 유기성폐기물 처리기에 사용되는 혼합기체 흐름 제어장치에 관한 것으로서, 특히 가정 및 음식점 그리고 대량 급식시설에서 발생되는 음식물쓰레기를 비롯하여 농산·수산·축산시설 등이나 식품 가공공장 및 기타 산업시설에서 배출되는 각종 유기성폐기물을 유기물의 분해 소멸 능력을 가진 미생물에 접촉시켜 미생물의 활동으로 분해 및 소멸하여 감량 처리할 수 있도록 하는 유기성폐기물 처리기를 순환하는 혼합기체에서 수분 및 수분에 용해된 악취 성분을 효과적으로 제거하는 동시에 외부의 신선한 공기의 유입을 조절하여 상기 유기성폐기물 처리기에서 활동하는 미생물의 발효 분해혼합 기능이 적절히 발휘되도록 유지시키는 혼합기체 흐름 제어장치에 관한 것이다.

유기성폐기물 처리기, 혼합기체 흐름제어, 공기유량 조절밸브, 신기공급용 블로워, 믹싱밸브, 간접 냉각 방식

Description

유기성폐기물 처리기에 사용되는 혼합기체 흐름 제어장치{A mixed air flow control equipment for organic decomposer devices}

일반적으로 음식물쓰레기나 이와 유사한 대부분의 유기성폐기물은 건조 후 퇴비나 동물 사료로 활용되는 방법과 해양 투기나 매립과 같은 처리 방법으로 처리 되고 있으나, 어느 방법이든지 처리 비용이 과도하다거나 환경에 미치는 악영향을 미치는 문제, 혹은 재활용을 지속하거나 확대할 수 없게 하는 유기성 폐기물의 특성 때문에 근래에는 미생물을 이용한 소멸 감량기술이 주목을 받고 있다.

유기물을 분해 소멸과 소취능력을 가진 미생물이 포함된 목질의 미생물 칩과 잘 혼합하면, 유기물 분해성 미생물의 호기성 반응을 통해 유기성폐기물은 소화 분해되고, 이 과정에서 상당한 열이 발생하여 유기성폐기물에 함유된 수분이 증발됨으로써 감량의 과정은 더욱 촉진된다.　그러나 이와 같은 미생물의 분해소멸을 이용한 유기성폐기물의 감량처리 기술과 장치 제품이 이 분야의 해결 수단으로 주목을 받아 사용이 늘면서 많은 문제점이 도출되고 있으며, 그에 따른 더 많은 개선과 고안이 이루어지고 있다.

이러한 장치가 원하는 수준의 성능을 발휘하기 위해서는 몇 가지의 중요한 환경이 조성되어야 한다. 즉, 현실적으로는 다양한 종류의 유기성폐기물이 혼합되거나 시간을 달리 하여 서로 상이한 성분의 유기성폐기물이 투입되는 것을 고려하여 여러 종류의 미생물이 사용되고 있기 때문에, 이 같은 다양한 종류의 미생물들 각자의 특성에 따라 서식하기에 좋은 환경이 조성되어야 한다. 특히, 온도와 습도는 미생물이 호기성 소화 과정을 수행하는데 필요한 충분한 공기와 함께, 미생물이 사멸하지 않고 지속적으로 분해·소화 활동을 유지하기에 적절한 수준으로 매우 조심스럽게 관리되어야 한다.　통상 이와 같은 기초적인 주변환경을 만들어 주기 위해, 미생물과 유기성폐기물이 상호 접촉하여 반응하는 반응조를 설치하고, 그 안에 는 미생물과 유기성폐기물이 원활히 혼합되도록 하는 혼합 혹은 분쇄 가격장치가 설치되며, 반응과정에서 발생되는 열에 의해 증발되는 수분과 미생물의 활동으로 분해되는 유기성폐기물에서 생성되는 이산화탄소 등을 포함하는 다습한 폐공기를 제거하는 장치와 함께 폐공기와 함께 배출되는 악취 성분을 제거해 주는 탈취 장치가 설치된다.

도 1은 종래의 미생물 방식 유기성폐기물 처리장치(1)의 대표적인 구조를 보인 것으로, 통 속에서 수 개의 회전날개(3)가 미생물 칩과 유기성폐기물을 서로 뒤섞이도록 하는 구조를 가진 정지된 통과, 그 안에 놓인 역시 정지된 상태의 유기성폐기물을 회전 날개의 회전 동작으로 혼합하는 형식을 가지고 있다. 그런데 이러한 구조는 회전 날개가 통과하지 않는 단면에 놓인 유기성폐기물은 시간이 경과함에 따라 그 자리에 굳어 눌어붙어 버리는 현상이 발생하기도 하고, 분해 소멸에 필요한 충분한 공기 공급이 이루어지지 않아 분해 소멸 효과를 충분히 발휘하지 못하거나 또는 굳어진 유기성폐기물의 크기가 커지는 현상으로 인하여 회전날개의 회전부하가 늘어 종국에는 회전하지 못해 장치의 기능 자체가 정지되어 버리는 것이 큰 문제였다.

이에 본 출원인은 상기 도 1의 미생물 방식 유기성폐기물 처리장치(1)의 문제점을 인식하고, 이를 해결한 새로운 개념의 원통형 분해소멸식 유기성폐기물 처리장치를 특허출원 제2007-70609호로 출원하여 등록받았으며, 상기 특허기술의 효 과를 더욱 높이기 위해 통 전체가 회전하는 구조의 통 회전형 유기성 폐기물 처리장치를 특허출원 제2008-41246 호로 출원한 바 있다.

본 출원인의 선행특허에 대하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

특허출원 제2007-70609호의 원통형 분해소멸식 유기성폐기물 처리장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 일측면만을 막은 형태로 만든 회전원통(21A,21B) 두 개를 그 개방된 부분이 서로 마주보도록 중심축을 맞추어 배치하고, 그 사이에 양측의 원통 부분이 모두 개방된 상태로 형성된 고정원통(22)을 배치함으로써 세 개의 원통의 내부에 소정의 부피를 가지는 폐쇄된 원통을 형성하고, 상기 고정원통(22)의 상단부에는 개구된 투입구(51)가 구비되며, 상기 회전원통(21A,21B)은 동력장치(110)에 의하여 회전하되 상기 회전원통(21A,21B)의 폐단부의 내측 외주면에는 상기 두 개의 회전원통 (21A,21B)을 서로 연결해 주는 복수개의 교반혼합튜브(30)가 소정 간격으로 이격 되어 있는 구성을 가지고 있다.

특허출원 제2008-41246호는 통 회전형을 기본으로 하며, 전체적인 구조와 작동 특성은 도 3에 보인 바와 같다. 여기서는 유기성폐기물과 미생물 및 미생물의 서식처가 되는 칩이 들어가는 반응조에 해당되는 원통(100)이 회전 모터(112)에 의해 전체적으로 회전함으로써 통 안에 든 반응물질이 큰 궤적을 그리면서 회전하는 모양이 되도록 하고, 회전하는 유기물이 미생물과 미생물 칩 그리고 반응용 공기와 원활하게 접촉하도록 하기 위해 회전하는 통의 중심을 관통하여 설치된 회전 축(218)과 여기에 부착된 교반용 날개(216)를 설치하여, 두 가지의 회전 동작 장치 각각에 대하여 회전방향, 회전속도, 회전주기 등의 다양한 회전 특성을 부여하고 상호 조합함으로써, 교반 및 산소 접촉 효과를 극대화하였다.

또한 반응조의 내부에서 일어나는 호기성 반응에 의하여 생성되는 고온 다습한 공기를 뽑아낸 후 별도의 순환 경로를 통해 냉동기(314)로 구성된 냉동 싸이클의 저온 증발기 외부표면에 접촉시킴으로써 수분과 수용성 악취성분을 응축시켜 제거한 다음, 중온 저습 공기의 일부를 분할하여 가열기(328)로 가열하여 산화 촉매의 반응 온도인 150℃ 이상의 온도로 승온시킨 후 산화촉매(330)를 통과시켜 탈취하고, 고온의 정화 공기는 다시 반응조의 외부를 가열하는데 기여하도록 하여 장치의 에너지 활용 효율을 극대화 하였다.

상기와 같이, 본 출원인의 특허출원 제2007-70609호의 원통형 분해소멸식 유기성폐기물 처리장치와 특허출원 제2008-41246호의 통 회전형 유기성폐기물 처리장치는, 종래의 미생물 방식 유기성폐기물 처리장치에 비하여 유기성폐기물과 미생물 칩이 서로 혼합되는 효과를 획기적으로 향상시켰고, 유기성폐기물이 처리되는 동안 교반 불량이나 편-제습으로 인하여 굳어지는 현상을 방지하였으며, 제습과 탈취 과정에 필요한 에너지를 효과적으로 재활용하여 에너지 소모 효율을 높이는 방향으로 발전시킨 것이었다.

그러나 본 출원인은 상기 특허출원 제2007-70609호의 원통형 분해소멸식 유기성폐기물 처리장치를 개선한 특허출원 제2008-41246호의 통 회전형 유기성폐기물 처리장치도 다음과 같은 점에서 어느 정도의 개선의 여지가 있음을 발견하였다.

첫째, 상기 특허출원 제2008-41246호의 통 회전형 유기성폐기물 처리장치는 유기성폐기물의 분해 소멸의 과정에서 발생되는 폐-가스와 주변의 공기가 섞인 혼합기체는 고온 다습한 상태가 되었다가 블로어에 의하여 순환하면서 제습과 재가열의 과정을 거치게 되지만, 폐-가스에는 유기성폐기물 고유의 악취 성분과 미생물의 호흡 및 유기물의 분해 과정에서 배출되는 이산화탄소가 누적되어 결국에는 이 때문에 미생물의 원활한 분해 소멸의 능력이 저하될 수밖에 없기 때문에, 이에 대해 적절한 대책이 강구되어야 한다. 아울러 열 교환장치의 저온 표면을 고온다습한 혼합기체가 접촉하면서 통과하는 동안 수분과 수용성 악취성분이 보다 높은 효율로 제거되기 위해서는 혼합기체가 제습용 저온 표면을 통과하면서 접촉하는 시간이 많을수록 유리하기 때문에, 혼합기체의 경로 및 유속을 조절할 수 있도록 고안할 필요가 있다.

둘째, 상기 특허출원 제2008-41246호의 통 회전형 유기성폐기물 처리장치는 열 교환장치의 증발기 외부 표면의 저온 표면을 이용하여 고온 다습한 반응공기로부터 수분을 제거하기 때문에, 수분 제거에 소요되는 에너지가 너무 크다는 문제를 안고 있었다. 또한 반응조 안의 유기성폐기물이 많거나 수분이 많아서 특별히 응축수가 발생하는 냉각표면의 온도를 더욱 낮춰야 하는 경우를 대비하여, 기존의 직접 냉각방식과 같이 에너지 효율이 낮고 안정적이지 못한 열 교환장치에 대한 대안을 강구할 필요가 있다.

본 발명에 따른 유기성폐기물 처리기에 사용되는 혼합기체 흐름 제어장치는, 유기성폐기물과 상기 유기성폐기물을 분해·소멸시키는 미생물의 혼합물을 그 내부에 수용하는 반응조;와, 상기 반응조로부터 공급받은 혼합기체와 열교환을 하여 상기 혼합기체에 포함된 수분 및 수용성 가스 성분을 응축시키는 열교환기;와, 상기 반응조와 상기 열교환기 사이에 구비된 덕트구조 상에 설치되어, 상기 반응조와 열 교환기를 통과하는 상기 혼합기체의 흐름을 생성하는 공기순환용 블로워;와, 상기 열교환기를 통과하는 혼합기체와 열교환하는 열교환 매질을 상기 열교환기에 공급하는 냉각장치;와, 상기 열교환기로부터 공급된 혼합기체를 가열한 후 촉매와 반응시켜 상기 가열된 혼합기체를 탈취 및 제독하는 촉매장치;와, 상기 열교환기와 상기 촉매장치 사이에 구비된 덕트구조 상에 설치된 공기유량 조절밸브;와, 상기 반응조와 연결되어, 외부공기를 상기 반응조에 공급하는 신기공급용 블로워; 및 상기 열교환기와 공기유량 조절밸브 사이의 덕트구조와 상기 신기공급용 블로워와 반응조 사이의 덕트구조를 상호연결하는 덕트구조 상에 설치된 믹싱밸브;를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 실시예에서, 상기 냉각장치는 순차적으로 연결되어 일련의 싸이클을 이루는 증발기와 압축기와 응축기 및 팽창밸브를 포함하고, 상기 응축기는 외부의 공기를 송풍하는 팬에 의하여 냉각되며, 상기 증발기는 상기 열교환기의 내부에 설치될 수 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 냉각장치는 순차적으로 연결되어 일련의 싸이클을 이루는 증발기와 압축기와 응축기 및 팽창밸브를 포함하고, 상기 응축기는 외부의 공기를 송풍하는 팬에 의하여 냉각되며, 상기 증발기는 상기 열교환기의 내부에 설치된 순환파이프를 흐르는 열교환 매질인 액체를 냉각시키는 구성을 가질 수 있다.

상기 열교환기에는 응축수를 배출하는 드레인관이 구비되고, 상기 드레인관에는 배수트랩이 설치되는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 유기성폐기물 처리기에 사용되는 혼합기체 흐름 제어장치에 있어서, 상기 냉각장치로부터 공급되어 상기 열교환기를 통과하는 혼합기체와 열교환하는 열교환 매질이 흐르는 유로는 스테인레스를 포함하는 내식성 재질로 만들어지는 것이 바람직하며, 또한 상기 유로는 코일 또는 핀이 구비된 튜브의 형상으로 형성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 팬의 송풍에 의하여 상기 응축기를 냉각시킨 공기가 상기 신기공급용 블로워를 향하여 배출되도록 하여, 상기 신기공급용 블로워로부터 반응조로 공급되는 외부 공기의 온도를 상승시키도록 구성된다.

또한 상기 촉매장치를 거친 후의 가열된 공기가 상기 반응조의 외면을 향하여 배출되는 것이 바람직하며, 본 발명의 촉매장치는 상기 반응조 외면의 일부를 덮으면서 그 내부에 공간을 가지는 가열공기 충진부 내에 설치되고, 상기 가열공기 충진부에는 상기 촉매장치를 거친 후의 가열된 공기가 배출되는 배기구가 구비되도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 이는 촉매장치를 거친 후의 가열된 공기가 상기 반응조와 접촉하는 시간을 증대시키기 위함이며, 특히 상기 배기구는 상기 촉매장치 로부터 배출된 가열된 공기가 상기 반응조를 가열한 후 냉각되어 하강하는 흐름의 하류에 구비되는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명은, 상기 믹싱밸브를 거친 혼합기체와 상기 신기공급용 블로워로부터 공급된 외부 공기가 합류하는 공간 내부에 설치된 흡기히터를 더 포함함으로써, 상기 흡기히터가 반응조 내부보다 낮은 온도를 가지는 제습된 혼합기체와 외부 공기를 적절한 온도로 가열하는 것이 바람직하다.

이때 상기 반응조와 상기 열교환기 사이의 덕트구조 상에 설치된 온도센서 및 상기 온도센서로부터 감지된 온도를 입력받는 제어기를 더 구성하고, 상기 흡기히터의 발열량을 상기 온도센서로부터 감지된 온도가 사전에 설정된 값을 값을 유지하도록 상기 제어기에 의하여 제어하는 것이 보다 효율적이다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 유기성폐기물 처리기에 사용되는 혼합기체 흐름 제어장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

우선 본 발명은, 열교환기를 거친 후의 혼합기체의 흐름을 공기유량 조절밸브와 믹싱밸브의 개도량을 조절함으로써, 반응조 내부로 재유입되는 흐름과 촉매장치로 흐르는 흐름 각각에 대한 유량을 결정할 수 있다. 이와 같이 공기유량 조절밸 브와 믹싱밸브의 개도량에 따라 결정되는 각 흐름의 유량을 조절함으로써, 열교환기 내부에서 혼합기체의 정체현상을 유도하여 충분한 열교환이 가능하도록 할 수 있으며, 공기유량 조절밸브의 조작을 통하여 이후에 연결된 촉매장치의 처리효율을 최적의 상태로 유지할 수 있게 된다. 또한 상기의 열교환기를 통과한 후 믹싱밸브를 통하여 반응조로 재유입되는 혼합기체의 양을 조절함으로써 신기공급용 블로워를 통하여 반응조로 유입되는 외부의 신선한 공기와 혼합기체의 혼합비율을 조절할 수 있으며, 이와 같이 혼합기체와 외부공기의 혼합비율을 조절하여 신선한 외부공기가 일정비율을 유지하면서 유기성폐기물 처리기를 순환하도록 함으로써 폐-가스가 누적되어 발생할 수 있는 미생물의 반응이나 제습, 탈취와 같은 여러 과정 상의 문제가 효과적으로 억제될 수 있다.

그리고 본 발명의 일실시예서의 냉각장치는, 순차적으로 연결되어 일련의 싸이클을 이루는 증발기와 압축기와 응축기 및 팽창밸브를 포함하고, 상기 응축기는 외부의 공기를 송풍하는 팬에 의하여 냉각되며, 상기 증발기는 상기 열교환기의 내부에 설치된 순환파이프를 흐르는 열교환 매질인 액체를 냉각시키는 구성을 가진다. 이와 같이 증발기와 혼합기체 사이에 열교환의 중간매개체를 도입하게 되면, 냉각장치의 구동부하를 상대적으로 일정하게 유지할 수 있기 때문에 경제적인 면에서 유리하며, 이러한 간접 냉각 방식은 증발기의 표면을 부식성이 강한 폐-공기 회로에 노출할 필요가 없기 때문에 냉매의 유출로부터 안전하고, 또한 열교환 매질로 물이나 부동액을 사용함으로써 미세한 누출이 있더라도 냉각장치로서의 기능을 일 시에 상실하는 일을 막을 수 있게 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 다만 본 발명에 따른 혼합기체 흐름 제어장치는, 미생물의 분해·소멸 능력을 이용하여 유기성폐기물을 처리하는 다양한 종류의 장치에 적용이 가능한 것이기 때문에, 본 출원인의 선행 특허출원과 같은 구조의 유기성폐기물 처리장치에만 적용이 가능한 것으로 제한적으로 해석되어서는 안될 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명에 앞서, 본 발명의 이해를 돕고자 본 발명의 기본적인 기능 내지는 목적을 설명하면 다음과 같다.

미생물의 서식에 유리하도록 초기환경이 조성된 처리 탱크의 내부는, 유기성폐기물의 분해·소멸이 진행하면서 발생되는 가스 및 수증기 등의 혼합기체에 의하여 그 성상은 고온다습하고, 특히 각 가스는 산성의 성질을 띠게 된다. 이러한 혼합기체의 잔류에 의한 영향은, 결로현상에 의한 수분 과다 및 혼합기체 내에 포함되어있는 산성물질 등으로 인한 산성화로 미생물의 서식환경이 악화되는 문제, 그리고 황화수소(H₂S), 메틸메르캅탄(CH₃SH) 등 분해처리 중에 발생된 기체의 밀도가 증가하면서 호기성 미생물의 에너지원인 산소의 부족이 가속화되는 것으로 나타난다. 이러한 경우 유기성폐기물을 분해·소멸하는 과정에서 주요인자의 역할을 하는 미생물의 생육 및 생식의 기능이 저하되고, 극단에는 모든 미생물이 사멸하는 결과를 초래할 수 있다. 따라서 처리조 내에서 발생된 혼합기체를 외부로 배출하여야 하는 것은 기본적으로 요구되며, 더 나아가 처리조 내의 온도와 습도 그리고 산소량을 적절히 조절하는 것이 바람직하다.

또한 인위적으로 반응조 내의 혼합기체를 외부로 배기하는 경우 메틸메르캅탄이나 암모니아 등의 배기 확산으로 고유의 악취가 발생하게 된다. 이러한 악취의 발생은 유기성폐기물 처리기 운영자(소비자)의 활용 욕구 저하 및 날벌레 등의 유인에 의한 주위 환경 악화를 부르게 되어 초기의 처리기 운영 목적인 환경개선의 취지에 맞지 않는 결과가 발생된다. 따라서 외부로 배기되는 혼합기체의 후처리가 필요하다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기성폐기물 처리기에 사용되는 혼합기체 흐름 제어장치(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 반응조(10), 열교환기(20), 공기순환용 블로워(30), 냉각장치(40), 촉매장치(50), 공기유량 조절밸브(60), 신기공급용 블로워(70) 및 믹싱밸브(80)로 이루어진다.

상기 반응조(10)는 유기성폐기물과 상기 유기성폐기물을 분해·소멸시키는 미생물의 혼합물을 그 내부에 수용하는 것으로서, 본 발명의 반응조(10)는 본 출원인의 선행특허와 같은 회전식 교반기능을 가지는 것에 국한되는 것이 아니라 미생물의 분해·소멸 능력을 이용하여 유기성폐기물을 처리하는 처리기를 모두 포함하는 것을 의미한다.

상기 열교환기(20)는 유기성폐기물의 분해 소멸의 과정에서 발생되는 폐-가스와 주변의 공기가 섞인 혼합기체(12)를 상기 반응조(10)로부터 공급받고, 이를 상기 냉각장치(40)로부터 공급되는 차가운 열교환 매질과 열교환을 일으켜 상기 혼합기체(12)에 포함된 수분 및 수용성 가스 성분을 응축시키는 기능을 한다. 이와 같이 혼합기체(12)에 포함된 수분 및 수용성 가스 성분을 응축시키는 이유는, 앞서 언급한 바와 같이, 미생물의 서식에 유리하도록 환경이 조성된 반응조(10)의 내부에서 유기성폐기물의 분해소멸을 진행하면서 발생되는 가스 및 수증기 등의 혼합기체(12)의 성상은 고온다습하고, 따라서 이를 적절히 조절하지 않으면 미생물의 서식에 악영향을 주기 때문이다.

상기 냉각장치(40)로부터 공급되어 상기 열교환기(20)를 통과하는 혼합기체(12)와 열교환하는 열교환 매질이 흐르는 유로는, 산성의 기체 및 수용성의 산화유발 물질 등이 접촉하여도 산화 또는 손상이 발생하지 않도록, 스테인레스를 포함하는 내식성 재질로 만들어지는 것이 바람직하다.

또한 상기 유로는, 에어컨이나 엔진의 냉각에 사용되는 냉각용 코일이나 라디에이터와 같이, 열교환 매질과 혼합기체가 접촉하는 부분의 표면적을 가능한 한 넓게 하여 저온의 표면을 스치면서 통과하는 공기의 냉각이나 제습 효과를 크게 할 필요가 있다.　따라서 열교환 매질이 통과하는 유로를 지그재그의 형상과 같이 가능한 한 많은 굴곡을 갖는 코일 형상으로 배치하고, 필요하다면 튜브의 길이 방향으 로는 내부식성의 열전도도가 높은 재료의 핀을 만들어 붙여 제작한다.

그리고 상기 열교환기(20)에는 응축수를 배출하는 드레인관(22)이 구비되고, 상기 드레인관(22)에는 배수트랩(24)이 설치되는 것이 바람직하다. 상기 배수트랩(24)은 열교환기(20) 내부로 유입된 혼합기체(12)가 상기 드레인관(22)을 통하여 밖으로 유출되는 것을 배수트랩(24)의 굴곡부에 고여있는 물로 차단하는 역할을 한다.

상기 반응조(10)와 상기 열교환기(20) 사이에 구비된 덕트구조(32) 상에는 공기순환용 블로워(30)가 설치되어, 상기 반응조(10)와 열교환기(20)를 통과하는 혼합기체(12)의 흐름을 생성하게 된다. 즉, 상기 공기순환용 블로워(30)는 반응조(10) 내의 혼합기체(12)가 외부로 배기되는 유동의 원동력이 되는 압력구배를 형성하는 것이다.

그리고 상기 냉각장치(40)는 열교환기(20)를 통과하는 혼합기체(12)와 열교환하는 저온의 열교환 매질을 상기 열교환기(20) 내에 형성된 유로에 지속적으로 공급하는 역할을 담당한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 냉각장치(40)는 순차적으로 연결되어 일련의 싸이클을 이루는 증발기(41)와 압축기(42)와 응축기(43) 및 팽창밸브(44)를 포함하되, 상기 증발기(41)는 상기 열교환기(20)의 내부에 설치되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에서 상기 열교환 매질은 상변화되는 냉매가 되는 것이며, 저온의 냉매 가 흐르는 증발기(41)가 열교환기 내부의 유로가 되는 것이다. 이때 상기 응축기(43)는 외부의 공기를 송풍하는 팬(45)에 의하여 냉각된다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 냉각장치(40)는 순차적으로 연결되어 일련의 싸이클을 이루는 증발기(41)와 압축기(42)와 응축기(43) 및 팽창밸브(44)를 포함하고, 상기 응축기(43)는 외부의 공기를 송풍하는 팬(45)에 의하여 냉각되며, 상기 증발기(41)는 상기 열교환기(20)의 내부에 설치된 순환파이프(46)를 흐르는 열교환 매질인 액체(47)를 냉각시키는 구성을 가질 수 있다. 즉 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 저온의 냉매가 흐르는 증발기(41)가 열교환기(20) 내부에 설치되는 것이 아니라, 상기 증발기(41)에 의하여 냉각된 물이나 부동액과 같은 액체(47)가 열교환 매질의 역할을 하고, 상기 열교환기(20) 내에 설치된 순환파이프(46)가 상기 액체(47)의 유로가 되는 것이다.

이와 같이 증발기(41)와 혼합기체(12) 사이에 열교환의 중간매개체를 도입하는 것에는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째는, 증발기의 저온 표면을 이용하여 혼합기체를 직접 제습하는 것은, 혼합기체의 온도와 습도 등에 의하여 냉각장치의 구동부하가 지속적으로 변동되기 때문에 냉각장치의 효율이 떨어지거나, 또는 수시로 냉각장치의 운전상태를 조절해야 하기 때문에 장기적인 관점에서 경제적이지 못하다. 그리고, 예를 들어 50℃의 상대습도 90%의 고온 다습한 공기를 30℃의 표면에 접촉하여 제습하는 경우라면, 습공기 1kg을 통과시켰을 때 대략 5g 정도의 수분을 제거할 수 있다. 따라서 수분 함 유량이 90%인 10kg의 유기성폐기물을 미생물의 활동에 적합한 수분 함량인 40%의 상태로 6시간 안에 제습하여 유기성폐기물의 처리 주기인 24시간 동안 감량 처리가 가능하도록 하는 것은 대략 5㎥/min 미만의 송풍량만으로 처리가 가능하다. 그러므로 많은 에너지를 필요로 하는 직접 냉각 방식의 냉각장치의 사용을 대체하더라도 간접 냉각 방식으로 냉각수를 순환시켜 혼합기체의 수분을 응축시키더라도 충분한 제습 효과를 가질 수 있고, 간접 냉각 방식은 냉각장치의 구동부하를 상대적으로 일정하게 유지할 수 있기 때문에 경제적인 면에서 유리하다.

두번째 장점은, 간접 냉각 방식은 증발기의 표면을 부식성이 강한 폐-공기 회로에 노출할 필요가 없기 때문에 냉매의 유출로부터 안전하고, 또한 열교환 매질로 물이나 부동액을 사용함으로써 미세한 누출이 있더라도 냉각장치로서의 기능을 일시에 상실하는 일을 막을 수 있다는 것이다.　또한 누출된 물은 제습기능으로 수집된 응축수와 함께 제거될 수 있고, 누출수의 양이 정상적인 상태보다 많을 경우 또는 열교환 매질인 물이나 부동액의 양이 평소보다 눈에 띄게 감소했을 경우에는 이를 쉽게 감지할 수 있기 때문에 조기에 적절한 조치를 취할 수 있다는 장점이 있다.

상기 촉매장치(50)는 열교환기(20)로부터 공급된 혼합기체(12)를 가열한 후 촉매와 반응시켜 상기 가열된 혼합기체(12)를 탈취 및 제독하는 장치이다. 즉 상기 촉매장치(50)는 열교환기(20)를 거침으로써 수분과 수용성 악취성분이 응축되어 제거된 중온저습한 혼합기체(12)의 일부를 공급받아 이를 산화 촉매의 반응 온도인 150℃ 이상의 온도로 승온시킨 후 백금산화촉매를 통과시켜 탈취하고, 고온의 정화된 공기는 외부로 배기시키는 역할을 한다.

또한 본 발명은, 에너지 활용 효율을 극대화하기 위하여, 상기 촉매장치(50)를 거친 후의 가열된 공기가 상기 반응조(10)의 외면을 향하여 배출되도록 함으로써 반응조(10) 내부의 유기성폐기물과 미생물 칩의 혼합물의 온도가 미생물 생육에 적절한 수준을 유지하는데 기여하도록 하고 있다. 이때 상기 촉매장치(50)를, 반응조(10)의 외면의 일부를 덮으면서 그 내부에 공간을 가지는 가열공기 충진부(52) 내에 설치하고, 상기 가열공기 충진부(52)에는 상기 촉매장치(50)를 거친 후의 가열된 공기가 배출되는 배기구(54)가 구비되도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 이는 촉매장치(50)를 거친 후의 가열된 공기가 상기 반응조(10)와 접촉하는 시간을 증대시키기 위함이며, 특히 상기 배기구(54)는 상기 촉매장치(50)로부터 배출된 가열된 공기가 상기 반응조(10)를 가열한 후 냉각되어 하강하는 흐름의 하류에 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 열교환기(20)와 상기 촉매장치(50) 사이에 구비된 덕트구조(62) 상에 공기유량 조절밸브(60)를 설치하고, 외부공기를 상기 반응조(10)에 공급하도록 상기 반응조(10)와 연결된 신기공급용 블로워(70)를 구비하며, 상기 열교환기(20)와 공기유량 조절밸브(60) 사이의 덕트구조(62')와 상기 신기공급용 블로워(70)와 반응조(10) 사이의 덕트구조(72)를 상호연결하는 덕트구조(82) 상에 믹싱밸브(80)를 설치한다는 것이다.

이는 열교환기(20)를 거친 후의 혼합기체(12)의 흐름을, 공기유량 조절밸브(60)와 믹싱밸브(80)의 개도량을 조절함으로써, 반응조(10) 내부로 재유입되는 흐름과 촉매장치(50)로 흐르는 흐름으로 나누는 동시에 각각의 흐름에 대한 유량을 결정하기 위함이다. 이와 같이 공기유량 조절밸브(60)와 믹싱밸브(80)의 개도량에 따라 결정되는 각 흐름의 유량을 조절하면, 열교환기(20) 내부에서의 혼합기체(12)의 정체현상을 유도하여 충분한 열교환이 가능하도록 할 수 있으며, 또한 공기유량 조절밸브(60)의 조작을 통하여 이후에 연결된 촉매장치(50)의 처리효율을 최적의 상태로 유지할 수 있게 된다.

그리고 상기의 열교환기(20)를 통과한 후 믹싱밸브(80)를 통하여 반응조(10)로 재유입되는 혼합기체(12)의 양을 조절하면 상기 신기공급용 블로워(70)를 통하여 반응조(10)로 유입되는 외부의 신선한 공기의 유동저항이 변동되기 때문에, 혼합기체(12)와 외부공기의 혼합비율을 조절할 수 있게 된다. 이와 같이 혼합기체(12)와 외부공기의 혼합비율을 조절하여 신선한 외부공기가 3:1 내지 4:1의 비율로 희석된 다음 다시 반응조(10)로 들어가게 하면, 유기성폐기물 처리기를 순환하는 혼합기체(12)에는 항상 20% 내지 30%의 신선한 외부 공기가 혼합되어 있기 때문에, 폐-가스가 누적됨으로써 미생물의 반응이나 제습, 탈취와 같은 여러 과정의 진행에 발생할 수 있는 문제가 효과적으로 억제된다.

또한 상기 냉각장치(40)에 구비된 팬(45)의 송풍에 의하여 상기 응축기(43)를 냉각시킨 후의 공기가 상기 신기공급용 블로워(70)를 향하여 배출되도록 하면, 상기 신기공급용 블로워(70)로부터 반응조(10)로 공급되는 외부 공기의 온도를 상 승시킬 수 있다. 따라서 팬(45)의 송풍에 의하여 그대로 버려지게 되는 에너지를, 반응조(10) 내부의 혼합기체(12)의 온도보다 그 온도가 낮은 외부공기를 승온시키는데 활용함으로써, 유기성폐기물 처리기의 에너지 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

그리고 본 발명은, 상기 믹싱밸브(80)를 거친 혼합기체(12)와 상기 신기공급용 블로워(70)로부터 공급된 외부 공기가 합류하는 공간(74) 내부에 흡기히터(90)를 설치함으로써, 상기 흡기히터(90)가 반응조(10) 내부보다 낮은 온도를 가지는 제습된 혼합기체(12)와 외부 공기를 적절한 온도로 가열시키도록 하는 것이 바람직하다. 이때 상기 반응조(10)와 상기 열교환기(20) 사이의 덕트구조(32) 상에 온도센서(92)를 설치하고, 상기 온도센서(92)로부터 감지된 온도를 입력받는 제어기(94)를 더 구성하여, 상기 흡기히터(90)의 발열량을 상기 온도센서(92)로부터 감지된 온도가 사전에 설정된 값을 값을 유지하도록 상기 제어기(94)를 통하여 제어한다면 흡기히터(90)에서 소모하는 에너지를 보다 효율적으로 줄일 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 유기성폐기물 처리기에 사용되는 혼합기체 흐름 제어장치의 구성을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이나 변형 또는 개조가 가능하다는 것은 자명하다 할 것이고, 따라서 본 발명의 권리범위는 첨부된 도면에 의하여 예시된 실시예의 범위로 한정되지 않는다고 해석되어야 할 것이다.

도 1은 통 속에서 회전하는 수 개의 날개로 미생물 칩과 유기성폐기물을 교반하는 구조를 가지는 종래의 미생물 방식 유기성폐기물 처리장치의 구성도.

도 2는 본 출원인이 특허출원 제2007-70609호로 출원한 원통형 분해소멸식 유기성폐기물 처리장치의 사시도.

도 3은 본 출원인이 특허출원 제2008-41246호로 출원한 유기성폐기물 처리장치의 전체적인 구성을 개략적으로 보여주는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 유기성폐기물 처리기에 사용되는 혼합기체 흐름 제어장치의 전체적인 구성을 보려주는 도면.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 혼합기체 흐름 제어장치 10 : 반응조

12 : 혼합기체 20 : 열교환기

22 : 드레인관 24 : 배수트랩

30 : 공기순환용 블로워

32 : 반응조와 열교환기 사이의 덕트구조

40 : 냉각장치 41 : 증발기

42 : 압축기 43 : 응축기

44 : 팽창밸브 45 : 팬

46 : 순환파이프 47 : 열교환 매질용 액체

50 : 촉매장치 52 : 가열공기 충진부

54 : 배기구 60 : 공기유량 조절밸브

62 : 열교환기와 촉매장치 사이의 덕트구조

62' : 열교환기와 공기유량 조절밸브 사이의 덕트구조

70 : 신기공급용 블로워

72 : 신기공급용 블로워와 반응조 사이의 덕트구조

74 : 혼합기체와 외부 공기가 합류하는 공간

80 : 믹싱밸브

82 : 덕트구조(62')와 덕트구조(72)를 상호연결하는 덕트구조

90 : 흡기히터 92 : 온도센서

94 : 제어기

Claims

유기성폐기물과 상기 유기성폐기물을 분해·소멸시키는 미생물의 혼합물을 그 내부에 수용하는 반응조;

상기 반응조로부터 공급받은 혼합기체와 열교환을 하여 상기 혼합기체에 포함된 수분 및 수용성 가스 성분을 응축시키는 열교환기;

상기 반응조와 상기 열교환기 사이에 구비된 덕트구조 상에 설치되어, 상기 반응조와 열교환기를 통과하는 상기 혼합기체의 흐름을 생성하는 공기순환용 블로워;

상기 열교환기를 통과하는 혼합기체와 열교환하는 열교환 매질을 상기 열교환기에 공급하는 냉각장치;

상기 열교환기로부터 공급된 혼합기체를 가열한 후 촉매와 반응시켜 상기 가열된 혼합기체를 탈취 및 제독하는 촉매장치;

상기 열교환기와 상기 촉매장치 사이에 구비된 덕트구조 상에 설치된 공기유량 조절밸브;

상기 반응조와 연결되어, 외부공기를 상기 반응조에 공급하는 신기공급용 블로워; 및

상기 열교환기와 공기유량 조절밸브 사이의 덕트구조와 상기 신기공급용 블로워와 반응조 사이의 덕트구조를 상호연결하는 덕트구조 상에 설치된 믹싱밸브;

를 포함하고,

상기 냉각장치는 순차적으로 연결되어 일련의 싸이클을 이루는 증발기와 압축기와 응축기 및 팽창밸브를 포함하고, 상기 응축기는 외부의 공기를 송풍하는 팬에 의하여 냉각되며,

상기 열교환기를 흐르는 열교환 매질은 액체이고,

상기 촉매장치는 상기 반응조 외면의 일부를 덮으면서 그 내부에 공간을 가지는 가열공기 충진부 내에 설치되되, 상기 가열공기 충진부에는 상기 촉매장치를 거친 후의 가열된 공기가 상기 반응조의 외면을 향하여 배출되어 상기 반응조의 하부를 가열시키고 배출되도록 설치되고,

상기 촉매장치로부터 배출된 가열 공기가 상기 반응조를 가열한 후 냉각되어 하강하는 흐름의 하류부에 배기구가 구비된 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 처리기.
청구항 1에 있어서,

상기 증발기는 상기 열교환기의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 처리기.
청구항 1에 있어서,

상기 증발기는 상기 열교환기의 내부에 설치된 순환파이프를 흐르는 열교환 매질인 액체를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 처리기.
청구항 1에 있어서,

상기 열교환기에는 응축수를 배출하는 드레인관이 구비되고, 상기 드레인관에는 배수트랩이 설치되는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 처리기.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 냉각장치로부터 공급되어 상기 열교환기를 통과하는 혼합기체와 열교환하는 열교환 매질이 흐르는 유로는 스테인레스를 포함하는 내식성 재질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 처리기.
청구항 5에 있어서,

상기 유로는 코일 또는 핀이 구비된 튜브의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 처리기.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

상기 팬의 송풍에 의하여 상기 응축기를 냉각시킨 공기가 상기 신기공급용 블로워를 향하여 배출되는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 처리기.
삭제
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삭제
청구항 1에 있어서,

상기 믹싱밸브를 거친 혼합기체와 상기 신기공급용 블로워로부터 공급된 외부 공기가 합류하는 공간 내부에 설치된 흡기히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 처리기.
청구항 11에 있어서,

상기 반응조와 상기 열교환기 사이의 덕트구조 상에 설치된 온도센서 및 상기 온도센서로부터 감지된 온도를 입력받는 제어기를 더 포함하고, 상기 흡기히터의 발열량은 상기 온도센서로부터 감지된 온도가 사전에 설정된 값을 값을 유지하도록 상기 제어기에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 처리기.