KR100949104B1 - 폐기물 유화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물 유화장치에 관한 것으로서, 폐기물이 투입되는 내부 공간을 갖는 가열로; 상기 가열로의 상부에 개폐 가능하게 설치되는 덮개; 상기 가열로의 하측에 설치되는 제1 가열부; 상기 제1 가열부의 상측에 설치되는 제2 가열부; 상기 제2 가열부와 상기 덮개 사이에 설치되는 제3 가열부; 및 상기 덮개를 관통하여 설치되는 배출관;을 포함하며, 상기 제1 내지 제3 가열부는 상기 가열로를 서로 다른 온도로 가열하며, 상기 덮개는 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 폐기물 유화장치가 제공된다.

유화장치, 폐플라스틱, 폐전선

Description

폐기물 유화장치{WASTE MATERIAL PYROLYZER}

본 발명은 폐기물 유화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐플라스틱 및 폐전선 등과 같은 폐기물을 유화처리하여 유용한 연료를 추출하기 위한 재활용 기기에 관한 것이다.

자원 재활용에 대한 관심이 증대되면서, 폐기물을 재활용하기 위한 다양한 방법들이 개발되고 있다. 폐기물 유화장치란 이러한 시도 중의 하나로서, 폐플라스틱이나 폐전선 등의 폐기물을 열분해하여 액체 연료를 추출하여 폐기물을 처리하는 장치를 말한다.

이러한 폐기물 유화장치는 폐기물을 수용하는 가열로 및 상기 가열로를 가열하기 위한 가열장치를 포함하게 된다. 상기 가열로 내부에 폐플라스틱을 투입한 후 가열장치를 통해서 가열로 내부를 소정 온도 이상으로 가열하면, 폐플라스틱이 용해되면서 기체화하게 되고 이렇게 기체화한 폐플라스틱이 고온 분위기에서 열분해 되면서 기체 상태의 연료가 로 외측으로 배출된다. 이렇게 배출되는 기체 상태의 연료를 냉각 장치를 통해 액화시키면 액체 연료를 얻을 수 있게 된다.

이러한 유화장치는 컨베이어와 같은 이송장치를 사용하여 대량의 폐기물을 연속적으로 처리하는 형태의 것도 있고, 상대적으로 소용량의 가열로를 사용하는 형태의 것도 있다. 도 1은 종래의 소용량의 폐기물 유화장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 유화장치의 가열로(10)는 상측에 개폐 덮개(12)를 포함하고 있고, 내벽에는 코일 형태의 가열장치(14)가 설치된다. 한편, 상기 개폐 덮개(12)의 중앙부에는 기화된 연료를 배출시키기 위한 배출관(16)이 설치되어 있다.

상기 배출관(16)에는 도시하지 않는 냉각장치가 탑재되어 기화된 가스를 액화시켜 연료를 얻도록 한다. 상기 예에서는 폐플라스틱(W)을 상기 개폐 덮개(12)를 통해서 가열로(10)의 내부에 투입한 후 가열장치(14)를 이용하여 폐플라스틱을 가열하여 기화시키게 된다. 이렇게 기화된 가스는 가열로(10)의 상부로 이동하는 과정에서 열분해되어 배출관(16)을 통해서 외부로 배출되게 된다. 다만, 상기 기화된 가스가 열분해되기 위해서는 소정의 온도 조건을 만족하여야 하지만, 도 1에 도시된 바와 같이 기화된 가스가 가열로를 따라서 상승하면서 온도가 낮아지게 되어 열분해가 충분히 일어나지 않는 문제가 있다.

또한, 기화된 가스가 상기 배출관(16)을 통해서 원활하게 배출되지 못하는 경우, 일부의 기화 가스가 상기 개폐 덮개(12)의 표면에 응축될 수 있다. 이는 생산량의 저하로 이어지게 될 뿐만 아니라, 고온 분위기에서 연소하여 가열로의 내벽을 오염시키기도 한다.

아울러, 1회의 사이클이 종료된 후 재차 열분해 과정을 수행하기 위해서는 가열로가 완전히 냉각되기를 기다린 후 남은 찌꺼기를 제거하고 새로인 폐기물을 투입하여야 하나, 가열로가 냉각되는데에 상당한 시간이 걸리는 문제가 있다. 특히, 상기 가열로는 에너지 효율을 향상시키기 위해서 단열 구조를 갖게 되어 냉각에 소요되는 시간이 더욱 길어지고, 이로 인해서 시간당 처리할 수 있는 폐기물의 양이 줄어드는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 기화된 가스가 액화에 유리한 온도조건을 가질 수 있도록 하는 폐기물 유화장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

또한, 본 발명은 기화된 가스가 덮개의 표면에서 응축되지 않고 원활하게 배출될 수 있는 폐기물 유화장치를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.

본 발명은 또한, 열분해 작업이 완료된 후 신속하게 가열로를 냉각시킬 수 있는 폐기물 유화장치를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 폐기물이 투입되는 내부 공간을 갖는 가열로; 상기 가열로의 상부에 개폐 가능하게 설치되는 덮개; 상기 가열로의 하측에 설치되는 제1 가열부; 상기 제1 가열부의 상측에 설치되는 제2 가열부; 상기 제2 가열부와 상기 덮개 사이에 설치되는 제3 가열부; 및 상기 덮개를 관통하여 설치되는 배출관;을 포함하며, 상기 제1 내지 제3 가열부는 상기 가열로를 서로 다른 온도로 가열하며, 상기 덮개는 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 폐기물 유화장치가 제공된다.

본 발명의 상기 측면에서는 가열로를 따라서 3단계의 가열부를 형성하고, 이를 통해서 가열로 내측에서 적절한 온도 구배가 형성되도록 하여 기화된 가스가 원활하게 열분해될 수 있도록 하게 된다. 또한, 덮개가 상측으로 갈수록, 즉 배출관 으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성되므로 기화된 가스가 상승하면서 덮개의 표면에 머물지 않고 자연스럽게 배출관으로 배출될 수 있도록 한다.

바람직하게는, 상기 제1 내지 제3 가열부는 상기 가열로의 가열표면으로부터 이격되어 위치하도록 할 수 있다. 이를 통해, 가열부는 가열로의 표면을 직접 가열하는 것이 아니라 간접 가열하게 되므로 과도한 표면온도의 상승으로 인한 폐기물의 탄화 등을 방지할 수 있다.

여기서, 상기 가열로는 최외측에 위치하며, 개폐 가능한 통기공이 형성되는 외부 몸체; 및 상기 외부 몬체의 내측에 위치하는 내부 몸체를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 가열로는 상기 외부 몸체와 내부 몸체 사이에 위치하도록 할 수 있다. 상기 통기공은 가열로의 작동시에는 폐쇄되며, 냉각 과정에서는 개방되어 외부 공기가 가열로 내측부와 가열부로 직접 유입되도록 하여 냉각 시간을 단축시키는 역할을 한다.

바람직하게는, 이러한 냉각 시간을 더욱 단축하기 위해서, 상기 외부 몸체의 외측에는 상기 통기공 중 일부를 향해 공기를 불어넣는 송풍 장치가 설치될 수 있다.

한편, 상기 제1 내지 제3 가열부가 각각 500~550℃, 400~450℃, 300~350℃로 가열로를 가열하도록 할 수 있다.

또한, 상기 덮개의 내부에 제4 가열부가 추가적으로 설치될 수 있다. 이를 통해서, 상기 덮개 부분이 지나치게 냉각되는 경우에도 적정한 온도를 유지하도록 할 수 있다.

한편, 상기 덮개 및 상기 가열로의 상단부에는 서로 압접되는 플랜지가 각각 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 플랜지 중 일측에는 가열로의 중심측으로 연장되는 내측 플랜지가 형성되고, 상기 플랜지 중 타측에는 폐쇄 상태에서 상기 내측 플랜지의 상부 표면과 접하는 돌출부가 형성되도록 하여 덮개와 가열로 사이의 기밀성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 가열로의 저면으로부터 상향으로 돌출되도록 설치되는 제5 가열부를 추가적으로 포함할 수 있다. 이를 통해, 대용량의 폐기물을 처리하는 경우 가열부가 폐기물의 외측 표면 뿐만 아니라 내측으로 삽입된 상태로 존재하게 되므로, 가열 면적으로 확대로 인해 처리 시간을 더욱 단축할 수 있게 된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 상기 측면에서는 가열로를 따라서 3단계의 가열부를 설치하는 것에 의해 가열로 내측에서 적절한 온도 구배가 형성되도록 하여 기화된 가스가 원활하게 액화될 수 있도록 하게 된다. 또한, 덮개가 상측으로 갈수록, 즉 배출관으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성되므로 기화된 가스가 상승하면서 덮개의 표면에 머물지 않고 자연스럽게 배출관으로 배출될 수 있도록 한다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 폐기물 유화장치의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 폐기물 유화장치의 일 실시예를 도시한 것으로서, 도 2에서 가열로(100)는 전체적으로 직육면체의 형태를 가지며, 상부는 사각뿔 형태를 갖는다. 상기 사각뿔의 꼭지점 부근은 개페 덮개(110)가 가열로(100) 내부를 개폐할 수 있도록 설치되어 있으며, 분해 과정 중에서 가스가 새는 것을 방지하기 위해서 상기 개폐 덮개(110)와 가열로(100)는 플랜지(102, 112)가 서로 압접된 상태에서 결합되도록 구성된다.

한편, 도 2에 도시되어 있는 부분은 상기 가열로(100)의 외부 몸체(120)에 해당되며, 상기 외부 몸체(120)의 내측에는 후술할 내부 몸체(140, 도 3 참조)가 배치되어 있다. 다시 말해서, 상기 가열로(100)는 스테인레스 스틸로 이루어지는 이중 구조를 갖게 되며, 상기 외부 몸체(120)와 내부 몸체(140) 사이에는 공간이 형성되어 있다. 상기 외부 몸체(120)의 전면부에는 제1 개구부(124, 도 3 참조)가 형성되고, 상기 제1 개구부에 제1 도어(122)가 개폐 가능하게 장착된다. 상기 제1 도어(122)는 상기 외부 몸체(120)와 내부 몸체(140) 사이에 위치하는 공간을 개폐하는 것으로서, 제1 도어(122)의 개방하면, 상기 내부 몸체(140)의 표면이 드러나게 된다.

상기 제1 개구부(124)의 반대측면, 즉 상기 외부 몸체(120)의 배면에는 제2 개구부(128)가 위치하고, 상기 제2 개구부(128)에 제2 도어(126, 도 3 참조)가 위치한다. 상기 제2 도어(126)는 상기 제1 도어(122)와 동일한 구조를 갖는 것이며, 다만 그 위치가 상기 제1 도어(122)보다 상측으로 배치되는 점에서 차이를 갖는다.

상기 제1 도어(122)와 인접하여 송풍팬(130)이 위치한다. 상기 송풍팬(130) 은 송풍팬 지지대(132)에 의해서 상기 외부 몸체(120) 상에서 회전 가능하게 장착되어 있어, 평상시에는 도 2에서 우측면에 접하여 위치하게 되며, 상기 송풍팬 지지대(132)가 회전하면서, 상기 제1 도어(122)의 전면으로 이동할 수 있다.

따라서, 상기 제1 및 제2 도어를 개방하고, 상기 송풍팬(130)을 제1 개구부의 전면측에 위치시킨 상태에서 송풍팬(130)을 작동시키면 외부 공기가 상기 외부 몸체와 내부 몸체 사이의 공간을 통과한 후 상기 제2 개구부를 통해 배출된다. 따라서, 열분해 작업이 끝난 직후의 고온의 가열로를 신속하게 냉각시킬 수 있게 되며, 이로 인해서 가열로 내부에 남게 되는 탄화된 찌꺼기 및 구리선 등을 보다 이른 시간 내에 수거할 수 있게 된다.

도 3은 도 2에 도시된 실시예의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이 상기 외부 몸체(120)와 내부 몸체(140)의 사이에 공간이 형성되어 있고, 상기 공간의 내부에는 가열 장치로서의 전열선이 배치되어 있다. 상기 전열선은 상기 가열로의 하부 및 바닥면에 배치되는 제1 전열선(150), 상기 제1 전열선(150)의 상부에 배치되는 제2 전열선(160) 및 상기 제2 전열선(160)의 상부에 배치되는 제3 전열선(170)을 포함한다. 상기 각각의 전열선들은 상기 내부 몸체(140)의 외주부를 감싸도록 형성될 수도 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이 외부 몸체 및 내부 몸체 각각으로부터 이격되어 위치하여 가열로를 간접 가열 방식으로 가열할 수 있도록 한다.

구체적으로, 상기 전열선들은 전원이 공급되면 저항에 의해 가열되면서 빛을 조사하게 되고, 이러한 빛이 상기 내부 몸체(140)측으로 복사열을 전달하여 내부 몸체(140)가 소정 온도로 가열되도록 하는 것으로서, 이를 통해 내부 몸체(140)가 지나치게 과도하게 가열되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 제1 전열선(150)은 상기 가열로의 하부를 약 500 ~ 550℃로 가열하며, 제2 전열선(160)은 상기 가열로의 중앙부를 약 400 ~ 450℃로 가열하고, 제3 전열선(180)은 상기 가열로의 상부를 약 300 ~ 350℃로 가열한다. 즉, 상기 가열로를 따라서 상부로 갈수록 점차적으로 온도가 낮아지도록 구성된다.

이를 통해서, 가열로 하부에 투입되는 폐플라스틱이나 폐전선은 상대적으로 고온인 하부에서 용해된 후 기화 및 열분해 과정을 거쳐서 기화 연료가 발생된다. 이렇게 발생된 기화 연료는 상기 제2 가열부 및 제3 가열부를 거치면서 바로 응고되지 않고 기체 상태를 유지하게 된다. 특히, 응고를 방지하기 위해서는 상기 제3 전열선 부근의 온도가 300 ~ 350℃를 유지하여야 하므로 가열로의 상부에서의 온도 제어가 중요하다. 이를 위해서, 상기 덮개(110)의 내부는 내화 벽돌 및 보온재를 부착하여 단열 성능을 높이도록 하며, 이러한 내화 벽돌의 존재로 인해서 고온의 분위기가 의도한 온도 범위 내에서 유지되도록 할 수 있다. 이 외에도, 상기 덮개(110)의 내측에도 전열선을 추가적으로 설치하여 보다 정밀한 온도 제어가 가능하도록 할 수도 있다. 또한, 상기 기화 가스의 열분해를 보다 촉진하기 위해서 스테인레스 스틸(SUS) 재질의 촉매 구슬을 사용할 수도 있다.

아울러, 상기 덮개의 형상이 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 형태를 갖게 되므로, 분해된 가스가 덮개 표면을 따라서 자연스럽게 배출관(180)측으로 이동하게 되므로 덮개 내측에서 배출되지 못하고 응축되는 가스의 양을 최소화할 수 있게 된 다.

여기서, 상기 가열로의 저면으로부터 상측으로 돌출되도록 설치되는 추가적인 가열부를 갖도록 하는 예도 고려할 수 있다. 가령, 100kg 정도의 대량의 폐기물을 처리하는 경우 상기 제1 가열부가 폐기물의 표면으로만 열을 가하게 되므로 폐기물의 중앙부까지 완전히 용해되는데 시간이 소요되게 된다. 따라서, 폐기물의 내측으로 삽입될 수 있는 돌출 형태의 가열부를 추가하여 폐기물의 표면뿐만 아니라 내면에서도 동시에 가열이 이루어지도록 할 수 있어, 처리 시간을 더욱 단축할 수 있다.

이렇게 배출관(180)으로 이동한 가스는 제1 및 제2 냉각장치(182, 184)를 거치면서 액화되고, 액화된 연료는 연료 저장부(200)로 흘러들어가게 된다. 상기 연료 저장부(200)의 내측에는 도시되지 않은 필터가 장착되어 액화된 연료에 혼입되어 있는 불순물 등을 거를 수 있도록 한다. 또한, 상기 연료 저장부(200)의 상측에는 각각 오프 가스 배출관(190) 및 연료 배출관(192)이 설치되어 있어, 각각 불필요한 오프 가스를 배출시키고 연료를 저장부(200) 외부로 인출할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 연료 저장부(200)의 내측에는 도시되지 않는 제어부가 설치되어 상기 전열선 등과 같은 각각의 구성요소를 제어하게 되며, 상기 가열로 내측으로 돌출되도록 설치된 제1 및 제2 온도측정부(106, 108)를 통해서 가열로 내부의 온도를 적정한 범위 내로 제어하게 된다.

또한, 상기 덮개와 가열로의 상부 사이의 접촉면을 통해서 기화 가스의 일부 가 누설되는 것을 방지하기 위해서, 상기 가열로측 플랜지(102)의 내측면에 상기 가열로의 중앙으로 돌출되는 내측 플랜지(104, 도 4 참조)를 형성하고, 상기 덮개측 플랜지(112)의 저면에 상기 내측 플랜지(104)의 표면과 접하게 되는 돌출부(114)를 형성한다. 상기 돌출부(114)가 상기 내측 플랜지(104)의 표면과 밀착되게 되므로, 내부에 존재하는 가스의 누설을 보다 확실하게 차단할 수 있다. 아울러, 상기 가열로측 플랜지(102)의 상부면에는 오링(105)을 설치하여 기밀성을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 일반적인 폐기물 유화장치의 내부구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 폐기물 유화장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 3은 도 2 중 가열로의 내부 구조를 도시한 단면도이다.

도 4는 도 2 중 가열로의 상부를 확대하여 도시한 분해 사시도이다.

Claims (9)

1. 최외측에 위치하며 개폐 가능한 통기공이 형성되는 외부 몸체와 상기 외부 몸체와 이격되어 위치하며 내부에 폐기물이 투입되는 내부 공간을 갖는 내부 몸체를 포함하는 가열로;

   상기 가열로의 상부에 개폐 가능하게 설치되며, 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태를 갖는 덮개;

   상기 가열로의 하측에서 상기 외부 몸체와 내부 몸체 사이에 설치되는 제1 가열부;

   상기 제1 가열부의 상측에서 상기 외부 몸체와 내부 몸체 사이에 설치되며, 제1 가열부 보다 낮은 온도를 갖는 제2 가열부;

   상기 제2 가열부와 상기 덮개 사이에서 상기 외부 몸체와 내부 몸체 사이에 설치되며, 제2 가열부 보다 낮은 온도를 갖는 제3 가열부;

   상기 덮개를 관통하여 설치되는 배출관; 및

   상기 외부 몸체의 외측에 설치되며, 상기 통기공 중 일부를 향해 공기를 불어넣는 송풍 장치;를 포함하며,

   상기 제1 내지 제3 가열부는 서로 독립적으로 온도가 조절될 수 있는 폐기물 유화장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 내지 제3 가열부는 상기 내부 몸체부와 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 유화장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 내지 제3 가열부가 각각 500~550℃, 400~450℃, 300~350℃로 가열로를 가열하는 것을 특징으로 하는 폐기물 유화장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 덮개의 내부에 제4 가열부가 추가적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 유화장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 덮개 및 상기 가열로의 상단부에는 서로 압접되는 플랜지가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 폐기물 유화장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 플랜지 중 일측에는 가열로의 중심측으로 연장되는 내측 플랜지가 형성되고,

   상기 플랜지 중 타측에는 폐쇄 상태에서 상기 내측 플랜지의 상부 표면과 접하는 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 폐기물 유화장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 가열로의 저면으로부터 상향으로 돌출되도록 설치되는 제5 가열부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 유화장치.

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