KR100993561B1 - 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치에 관한 것으로, 그 목적은, 유기성 폐기물이 발효되는 과정에서 발생되는 바이오가스를 촉매 리엑터에서 반응시켜 탈취를 함과 동시에 촉매 연소열 에너지를 재활용하여 발효건조에 필요한 에너지로 사용하므로 에너지소비를 감소시키도록 한 것에 있으며, 이러한 목적은, 투입된 피처리물을 유기질 퇴비의 원료로 가공처리가능하도록 이중 재킷타입의 처리조를 갖는 본체와, 상기 처리조에서 발생되는 악취를 포함하는 포화수증기를 공급받아 악취제거 및 가열된 공기로 배출가능하도록 구성된 에너지 리사이클 반응수단과, 상기 본체 상부 타측에 설치되어 에너지 리사이클 반응수단으로부터 발생된 열을 공급받아 열교환시켜 상기 본체의 열매체 이동공간부로 열매체를 순환시키는 것에 의해 본체를 가열시킴과 아울러 유입되는 공기를 예열공급가능하게 구비되는 열교환부와, 상기 본체의 일면에 복수개의 조작버튼을 갖추어 상기 처리조에 내설된 센서의 감지된 값에 대응되게 상기 액상폐기물 투입용펌프와, 본체, 슬러지 폐기물 투입용 스크류컨베이어 및 에너지 리사이클 반응수단을 제어가능하도록 구비되는 제어부를 포함하여 이루어진 것에 의해 달성된다.

유기성 폐기물, 고속발효, 교반기, 리사이클, 악취

Description

신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치{Used the new and renewable energy biogas the high-speed taking effect system which will know}

본 발명은 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축산 폐기물이나 음식물찌꺼기 및 하수 슬러지와 같은 유기성폐기물을 고속으로 발효건조 처리하여 유기질 퇴비의 원료로 만드는데 있어서 수분제거를 위해 필요한 열에너지의 대부분을 신재생에너지 바이오가스의 연소열을 이용하기 위한 것으로서 유기성폐기물이 고속 발효건조 처리시 발생하여 배출되는 바이오가스를 완전 연소시켜 악취를 제거한 다음 그 연소열을 열교환시켜 재사용가능하도록 함으로써 전력소비를 감소시키도록 한 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치에 관한 것이다.

우리나라에서 발생하는 음식물찌꺼기는 2008년 현재 약 13,000톤 내외이며 그로부터 발생하는 고농도의 음폐수가 약 9,000톤 내외이고 그중 약 5,400톤 내외 가 해양 배출되고 나머지는 하수종말처리장에서 처리하고 있으며, 축산분뇨 중 매일 약 8,000톤(250만톤/년) 내외가 해양 배출 처리되고 있고, 하수 슬러지는 매일 약 7,000톤(250만톤/년) 내외 발생하며 그 처리는 매립 1%, 재활용 15%, 소각 13%, 해양배출 71%로서 그동안 안일하게 대처하던 종사자들의 관행으로 인해 잘 처리하면 유용한 자원으로 재활용될 수 있는 유기성 폐기물중 음식물찌꺼기를 탈염이라는 명분으로 대부분의 수분과 영양소를 짜내고 약간 남은 섬유소에 적당량의 톱밥을 섞어 비료를 생산하므로 그 품질이 저급하기 때문에 일반농가에 무상으로 공급하여도 사용을 기피하므로 또 다른 환경폐기물을 양산하고 있는 것이 작금의 현실이었다.

그런데 음폐수, 축산분뇨, 하수 슬러지와 같은 유기성 폐기물의 해양배출이 매해 20%씩 감축이 되어 2012년까지 전면 금지될 예정이지만 국토 여건상 육상처리를 위한 처리장 부지 확보에 한계성을 나타내고 있고 음식물 찌꺼기를 비롯한 유기성폐기물 처리 문제는 침출수 발생뿐 아니라 악취발생으로 인해 날로 강화되고 있는 법규의 규제와 지역 주민의 민원에 부딪혀 그 대책이 날로 심각해지고 있는 실정이다.

주지하는 바와 같이 음식물찌꺼기, 축산분뇨, 하수 슬러지와 같은 유기성 폐기물을 2차적인 환경오염을 유발하지 않고 가장 안전하게 처리하는 방법은 퇴비화가 가장 적절하지만 수분제거를 위한 과도한 에너지 비용문제를 해결하지 못한 종래의 처리방법이 안고 있던 공통적인 문제점들은 '다량의 부형제 조달문제', '넓은 면적의 처리장소 문제', 음폐수 및 침출수 발생문제', 악취 처리문제'와 같이 반드시 해결해야 할 과제가 있는데 본 발명의 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치는 음폐수 및 침출수를 전혀 발생하지 않고 단일의 유니트에서 소량의 부형제만으로 발효건조 및 악취 처리가 가능하도록 개발된 첨단 장치로서 처리하고자 하는 유기성 폐기물에서 신재생에너지를 발생시키고 생산된 바이오가스를 에너지 리엑터 시스템에서 완전 연소시켜 악취를 제거 한 다음 유기성 폐기물의 발효건조에 필요한 열에너지를 사용하므로 획기적인 에너지 효율을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 처리 후 배출되는 부산물을 우리나라의 토양에 아주 유용한 물질이므로 양질의 유기질 비료를 생산하여 친환경농업에 기여할 수 있는 최첨단 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성 폐기물 처리기술이다.

종래의 유기성 폐기물 중 축산분뇨의 가장 일반적인 처리방법은 퇴비화 처리시설의 경우 톱밥이나 왕겨와 같은 부형재와 혼합하여 장시간 야적한 후, 발효실에서 발효되어 퇴비로 생산되고 있지만 침출수가 생성되어 지하수 및 토양을 오염시키고 넓은 면적의 처리장에서 다량의 악취를 배출시킨다고 하는 문제를 안고 있었다.

또한, 음식물찌꺼기와 같은 유기성 폐기물의 경우에도 탈수 처리되어 대량으로 배출되는 고농도의 음폐수를 처리하기 위해 대단위의 시설이 필요하게 되고 그 시설 및 운영비용을 절약하기 위한 방안으로 해양배출을 하고 있지만 점진적으로 육상처리를 위한 시설을 확충해야 하는 실정이다.

그리고, 그동안 관행으로 위탁 처리되던 유기성 폐기물의 해양투기가 런던협약의 발효로 인해 점진적으로 중단되어 추후에는 전면 중단될 예정이므로 이를 추 가적으로 처리하기 위한 시설뿐만 아니라 톱밥 등 부형재의 수급에 막대한 차질이 예상되고 있어서, 부형재를 적게 사용하거나 거의 사용하기 않고 유기성 폐기물을 고석으로 처리하여 유기질 퇴비의 원료로 재생시키는 일은 재활용의 새로운 개념뿐만 아니라 환경 종합관리체제에도 부합되는 폐기물 처리대책으로 각광을 받고 있다.

특히, 유기성 폐기물을 처리하기 위한 공정 가운데 수분제거는 필수적이므로 고속 건조기 및 고속발효건조기와 같은 기계식 처리 방법의 경우 수분의 증발 잠열에 해당되는 막대한 양의 열에너지를 공급하는 방법에 따라 처리비용이 많이 차이가 나기 때문에 그 효용성을 결정하는 중요한 요인이 될 수 있으며, 처리과정에서 발생하는 수증기에는 다량의 악취와 가스류가 포함되어 있으므로 상기 수증기가 그대로 대기중에 방출되는 경우 심각한 환경문제를 야기시킬 수 있으므로 이를 완벽하게 처리하는 것은 시설의 운영상 중요한 관건이므로 폐기물의 처리뿐만 아니라 악취 및 가스류의 완벽한 처리방법에 대한 장치 및 설비가 개발되고 있는 추세에 있다.

또한, 종래의 다른 유기성 폐기물 처리시스템에는 그 설비 및 기기의 특성에 따라 생성된 수증기와 악취의 탈취 및 배기가스의 처리를 위하여 흔히 사용되었던 방법은 흡착법, 오존산화법, 바이오 메디아를 이용한 생물학적 처리방법, 워터부스를 이용한 세정식 처리방법, 냉각탑을 이용한 수냉식 응축시스템, 냉동 사이클을 이용한 급속냉각식 처리방법, 촉매 산화처리방법 등과 같은 처리방법들이 채용되고 있다.

여기서 상기한 유기성 폐기물을 발효건조기와 같은 기계화설비로 처리할 때 운영비 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 것은 수분을 제거하기 위한 열에너지 비용과 탈취처리를 위한 시설 운영비로서, 유기설 폐기물의 처리시설에서 배출되는 수증기와, 악취 그리고 가스류의 탈취처리를 하는 방법 중 유지비용을 무시한다면 가장 효과적인 방법으로는 촉매반응기를 이용한 저온연소 처리방법이라 할 수 있다.

이러한 폐기물 처리시설에서 발생되는 악취 및 가스류는 일반적인 상황에서는 약 900℃ 내지 1100℃ 내외에서 완전산화(연소)되지만, 상기 촉매 반응기에 의한 처리방법에 의하면, 백금 등으로 코팅되어 있는 벌집 형태의 담체로 이루어진 촉매를 통과할 때에 상대적으로 매우 낮은 온도인 약 300℃ 내지 320℃ 정도에서 산화되어 거의 완벽하게 탈취시킬 수 있게 된다.

하지만, 공기 1CMM을 약 65℃ 내지 75℃에서 약 300℃까지 가열하기 위해서는 (1CMM × 60MIN) × 1.29(공기의 표준비중) × 0.24(공기의 표준비열) × (300℃ - 65℃) = 4,365㎉/HR의 열 에너지 공급이 필요하게 되며, 에너지원으로서 전기가열기를 사용할 때는 5.1kW/HR 즉, 배기가스 1CMM을 처리하여 배출시키는데 약 5kW/HR 이상의 전기에너지가 필요하므로 백금촉매 반응기를 사용하는 경우 탁월한 탈취성능에 비하여 고비용의 유지비가 요구되며, 만일 전기 가열기의 용량이 부족하여 예열온도가 낮으면 불완전 산화에 의해 탈취가 미흡하거나 독성가스가 발생될 수 있다.

따라서, 백금촉매 반응기를 이용한 악취 및 가스류 등의 처리방법은 매우 탁월한 방법이라 해도 백금촉매 담체가 매우 고가인데다 고비용의 유지비로 인하여 유기성 폐기물 처리시설의 탈취설비에 적용하기에는 많은 어려움이 따르고 있는 실정이었다.

이에, 본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 폐기물을 처리조내에서 교반시키면서 유기질 퇴비의 원료로 재생시킬 때 발효과정에서 발생되는 바이오가스류를 소형의 백금촉매 담체를 구비한 촉매 반응기를 통하여 악취처리가 가능하도록 함과 아울러 악취처리가 완료된 배기가스중의 열에너지를 회수하여 열교환수단을 통하여 처리조를 예열하기 위한 자체 예열에너지로 활용하도록 함과 아울러 급기의 예열과 동절기 난방기로 열에너지를 활용하도록 함으로써, 유기성 폐기물을 고속으로 발효 건조처리하여 유기질 퇴비의 원료로 만듦과 동시에, 고속 발효 건조처리시 소비전력을 감소시킬 수 있도록 한 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 액상폐기물 투입용펌프에 의해 투입되는 저류조에 저장된 액상폐기물과, 슬러지 폐기물 투입용 스크류컨베이어에 의해 투입되는 슬러지 상태의 폐기물의 피처리물을 자동 공급받아 유기질 퇴비의 원료로 가공처리하기 위한 유기성 폐기물 처리용 고속발효장치에 있어서, 자동 투입된 상기 피처리물에 열을 제공함과 아울러 교반시켜 유기질 퇴비의 원료로 가공처리되면 자동 배출시키도록 바닥 일부가 구획 형성된 이중 재킷타입의 열매체 이동공간부가 형성된 처리조를 갖는 본체와, 상기 본체 상부 일측에 구비되어 처리조에서 발생되는 악취를 포함하는 포화수증기를 공급받아 가열된 공기로 배출하기 위해 서로 직렬로 연결된 다수개의 리사이클용 열교환기와 가열히터 및 백금촉매반응기가 내장되어 구성된 에너지 리사이클 반응수단과, 상기 에너지 리사이클 반응수단으로부터 발생된 열을 공급받아 열교환시켜 상기 본체의 열매체 이동공간부로 열매체를 순환시키는 것에 의해 본체를 가열시킴과 아울러 유입되는 공기를 예열공급가능하게 구비되는 열교환부와, 상기 본체의 일면에 복수개의 조작버튼을 갖추어 상기 처리조에 내설된 센서의 감지된 값에 대응되게 상기 액상폐기물 투입용펌프와, 교반기, 슬러지 폐기물 투입용 스크류컨베이어 및 에너지 리사이클 반응수단을 제어가능하도록 구비되는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기한 본체는, 전면 일측에 다수개의 조작버튼을 갖는 제어부가 설치되고 일면과 상면에는 저류에 저장된 액상 폐기물과 슬러지 상태의 폐기를 액상폐기물 투입용펌프와 슬러지 폐기물 투입용 스크류컨베이어를 통하여 공급받기 위한 투입구가 형성된 속이 빈 직사각 단면 형상의 함체와, 상기 함체에 실장되어 내부에 피처리물을 고속발효건조가능하도록 구비되는 처리조와, 상기 처리조에 회전가능하게 한 쌍으로 내설되는 교반기와, 상기 처리조에서 유기질 퇴비의 원료로 가공처리된 퇴비원료를 배출시키기 위해 일단이 상기 처리조의 내부와 연통되고 타단은 외부로 연결되어 구동모터에 의해 구동가능하게 구비되는 배출용 스크류컨베이 어로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에너지 리사이클 반응수단은, 상기 본체의 상부에 설치되어 고압송풍기를 통하여 송풍된 처리조내의 수증기를 포함한 악취가스를 가열시킴과 동시에 악취를 제거하여 상기 열교환부로 배출시키도록 입구와 출구가 형성된 직사각형상의 리사이클하우징과, 상기 리사이클하우징에 일정 간격으로 다수개 실장되는 것에 의해 상기 리사이클하우징에는 흡입챔버와 배출챔버로 구획되도록 고정 구비되는 리사이클용 열교환기와, 상기 리사이클하우징에 실장되어 설치되는 최종 리사이클용 열교환기의 후단에 설치되어 수증기를 포함한 바이오가스를 가열시키기 위해 구비되는 가열히터와, 상기 가열히터의 하부에 가열히터에 의해 가열된 수증기를 포함한 바이오가스에 포함된 악취를 제거하기 위해 구비되는 백금촉매반응기로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 열교환부는, 상기 에너지 리사이클 반응수단의 출구와 배관을 통하여 연결되도록 일단에 입구를 갖고 타단에 출구를 갖는 열교환용하우징과, 상기 열교환용하우징의 입구측에 내설되어 상기 에너지 리사이클 반응수단을 통하여 가열되어 송부되는 가열공기와 열교환되도록 내부에는 열매체오일이 충진되고 입구와 출구는 처리조의 유입구와 순환펌프가 갖추어진 배출구에 각각 기밀유지가능하게 연결되도록 구비되는 처리조용열교환기와, 상기 처리조용열교환기의 후단에 내설되되, 내부에는 배출되는 가열공기와 열교환되는 것에 의해 가열된 온수를 펌프를 통하여 공기예열기측으로 순환시켜 상기 처리조로 유입되는 외기를 예가열가능하도록 구비되는 공기예열용열교환기로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치에 따르면, 폐기물을 처리조내에서 교반시키면서 유기질 퇴비의 원료로 재생시키는 과정에서 수증기와 함께 발생되는 바이오가스를 소형의 백금촉매 담체를 구비한 촉매 반응기를 통하여 악취처리가 가능하도록 함과 아울러 처리조에서 배출될 때에는 약 65℃ 내외로서 재사용이 불가능한 폐열 상태이었던 배기가스가 바이오가스 연소 반응열까지 추가되어 약 150℃ 이상의 재사용이 가능한 열에너지로 환원되므로 배기가스 열에너지를 회수하여 열교환부를 통하여 처리조를 예열하기 위한 자체 예열에너지로 활용가능하도록 함과 아울러 급기의 예열과 동절기 난방기로 열에너지를 활용하도록 함으로써 유기성 폐기물을 고속으로 발효건조 처리하여 유기질 퇴비의 원료로 만듦과 동시에 고속 발효건조처리시 소비전력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치의 일실시예를 들어 상세하게 설명한다.

우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

첨부된 도면 도 1은 본 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치의 기본설비를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치의 내부를 개략적으로 도시한 정면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 액상폐기물 투입용펌프(111)에 의해 투입되는 저류조(110)에 저장된 액상폐기물과, 슬러지 폐기물 투입용 스크류컨베이어에 의해 투입되는 슬러지 상태의 폐기물의 피처리물을 자동 공급받아 유기질 퇴비의 원료로 가공처리 가능하도록 구성됨과 아울러, 상기 피처리물을 가공처리시 발생되는 열을 순환시켜 재사용함에 따른 전력소비를 감소시킬 수 있도록 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치(100)는, 자동 공급된 상기 피처리물에 열을 제공함과 아울러 교반시켜 유기질 퇴비의 원료로 가공처리되면 자동 배출시키도록 바닥 일부가 구획 형성된 이중 재킷타입의 열매체 이동공간부(1331c,1331c')가 형성된 처리조(133)를 갖는 본체(130)와, 상기 본체(130) 상부 일측에 구비되어 처리조(133)에서 발생되는 악취를 포함하는 포화수증기를 공급받아 가열된 공기로 배출하기 위해 서로 직렬로 연결된 다수개의 리사이클용 열교환기(1504)와 가열히터(1505) 및 백금촉매반응기(1506)가 내장되어 구성된 에너지 리사이클 반응수단(150)과, 상기 본체(130) 상부 타측에 설치되어 에너지 리사이클 반응수단(150)으로부터 발생된 열을 공급받아 열교환시켜 상기 본체(130)의 열매체 이동공간부(1331c,1331c')로 열매체를 순환시키는 것에 의해 본체(130)를 가열시킴과 아울러 유입되는 공기를 예열공급가능하게 구비되는 열교환부(170)와, 상기 본체(130)의 일면에 복수개의 조작버튼(도면부호 생략)을 갖추어 상기 처리조(133)에 내설된 센서(1335,1336)의 감지된 값에 대응되게 상기 액상폐기물 투입용펌프(111)와, 본체(130), 슬러지 폐기물 투입용 스크류컨베이어(113) 및 에너지 리사이클 반응수단(150)을 제어가능하도록 구비되는 제어부(190)를 포함하여 이루어진다.

이하에서, 상기한 본 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치(100)의 본체(130)는, 전면 일측에 다수개의 조작버튼을 갖는 제어부(190)가 설치되고 일면과 상면에는 저류조(110)에 저장된 액상 폐기물과 슬러지 상태의 폐기를 액상폐기물 투입용펌프(111)와 슬러지 폐기물 투입용 스크류컨베이어(113)를 통하여 공급받기 위한 도면부호가 생략된 투입구가 형성된 속이 빈 직사각 단면 형상의 함체(131)와, 상기 함체(131)에 실장되어 내부에 피처리물을 고속발효건조가능하도록 구비되는 처리조(133)와, 상기 처리조(133)에 회전가능하게 한 쌍으로 내설되는 교반기(135)와, 상기 처리조(133)에서 유기질 퇴비의 원료로 가공처리된 퇴비원료를 배출시키기 위해 일단이 상기 처리조(133)의 내부와 연통되어 구비되는 배출용 스크류컨베이어(137)로 구성된다.

즉, 상기 처리조(133)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 열교환부(170)를 통하여 가열된 액상의 열매체오일을 내부로 유입시키도록 상면과 저면에 유입구(1331a,1331a')와 배출구(1331b,1331b')를 각각 형성한 열매체 이동공간부(1331c,1331c')가 형성되게 제1판체(1331,1331')와 제2판체(1332,1332')로 밀폐형성되되, 바닥면은 내부 공간을 2분할시키도록 경계돌출부(1333)가 형성된 "W 형상의 단면을 형성된다.

여기서, 상기 처리조(133)의 열매체 이동공간부(1331c,1331c')에는 유입구(1331a,1331a')를 통하여 유입된 열매체와의 열교환을 증대시키도록 제1판체(1331,1331')와 제2판체(1332,1332')에 각 일단이 용접방식 의해 소정 거리 이격되어 서로 엇갈리도록 고정된 다수개의 열교환핀(1334,1334')이 구비된다.

또한, 상기 처리조(133)의 내부에는 센싱된 값을 제어부(190)로 인가하는 것에 의해 피처리물의 유입과 배출 즉, 투입된 피처리물의 양이 적을 경우 액상폐기물 투입용펌프(111)와, 슬러지 폐기물 투입용 스크류컨베이어(113)를 제어부(190)가 제어하는 것에 의해 자동 투입시킴과 아울러 투입된 피처리물이 유기질 퇴비의 원료로 가공처리되는 것에 의해 배출용 스크류컨베이어(137)를 제어하여 자동 배출가능하도록 미도시된 전극식 함수율센서를 이용하여 상위레벨센서(1335)와 하위레벨센서(1336)가 상하로 각각 설치된다.

그리고, 상기 처리조(133)의 배출구(1331b,1331b') 일측에는 최초 장치의 구동시 상기 처리조(133)를 가열시키도록 예열히터(1337,1337')가 제1판체(1331,1331')와 제2판체(1332,1332') 사이에 내설되어 제어부(190)의 제어에 대 응되게 제어가능하도록 구비된다.

상기한 교반기(135)는, 상기 처리조(133)의 경계돌출부(1333)를 기준으로 양측에 한 쌍으로 회전가능하게 구비된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 교반기(135)는 처리조(133)에 투입된 피처리물을 지속적으로 교반시키도록 상기 함체(131)의 내부 바닥면 일측에 구비되는 구동모터(1351)와, 상기 구동모터(1351)로부터 구동력을 전달받아 구동력을 감속시키기 위한 감속기(1352)와, 상기 감속기(1352)로부터 구동력을 전달받아 구동가능하게 구비되는 스프로킷휠(1353)의 중앙부에 일단이 고정 연결되어 타단은 베어링(도면부호 생략)에 고정되어 회전가능하게 상기 처리조(133)에 길이방향으로 각각 구비되는 회전축(1354)과, 상기 회전축(1354)의 외주면에 일정간격 다수개로 배열되어 피처리물을 교반시키기 위해 구비되는 교반날개(1355)로 이루어진다.

상기한 배출용 스크류컨베이어(137)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 처리조(133)의 일면에 일단이 연통가능하게 내설되어 제어부(190)의 제어에 대응되게 구동하는 것에 의해 상기 처리조(133)에서 유기질 퇴비의 원료로 가공처리된 유기질 퇴비원료를 자동배출시키도록 설치된다.

즉, 상기 배출용 스크류컨베이어(137)의 일단은 상기 처리조(133)에 내설되어 교반기(135)에 의해 교반되면서 처리조(133)의 일측으로 이동되는 유기질 퇴비원료를 이송 배출시키도록 유입구(도면부호 생략)가 형성되고 타단은 외부와 연결되어 배출구(도면부호 생략)를 형성하여 상기 함체(131)에 고정된 하우징(1371)에 일단은 베어링을 매개로 회전가능하게 내설된 스크류컨베이어(1372)와, 상기 스크 류컨베이어(1372)를 회전가능하게 구동시키기 위해 구비되는 구동모터(1373)로 구성된다.

상기 에너지 리사이클 반응수단(150)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본체(130)의 함체(131) 상부에 설치되어 고압송풍기(151)를 통하여 처리조(133)내에서 약 60℃ 내지 70℃의 온도를 갖는 수증기를 포함한 바이오가스를 다수개의 리사이클용열교환기(1504)를 교호로 지나면서 열교환시킨 후 열교환된 바이오가스를 가열히터(1505)로 가열시켜 촉매반응기에 의해 악취를 제거하여 배출되는 것에 의해 상기 열교환부(170)로 약 150℃ 내지 170℃의 고온의 공기를 송부가능하도록 상기 처리조(133)내의 수증기를 포함한 바이오가스를 압송시키기 위해 구비되는 고압송풍기(151)와 배관 연결되는 입구가 일측 저면에 형성되고 상면에는 열교환부(170)측으로 배출시키기 위한 출구가 형성된 직사각형상의 리사이클하우징(1501)과, 상기 리사이클하우징(1501)에 일정 간격으로 다수개 실장되는 것에 의해 상기 리사이클하우징(1501)에는 흡입챔버(1502)와 배출챔버(1503)로 구획되도록 고정 구비되는 리사이클용 열교환기(1504)와, 상기 리사이클하우징(1501)에 실장되어 설치되는 최종 리사이클용 열교환기(1504)의 후단에 설치되어 수증기를 포함한 바이오가스를 가열시키기 위해 구비되는 가열히터(1505)와, 상기 가열히터(1505)의 하부에 가열히터(1505)에 의해 가열된 수증기를 포함한 바이오가스에 포함된 악취를 제거하기 위해 구비되는 백금촉매반응기(1506)로 구성된다.

여기서 상기한 리사이클용 열교환기(1504)는 서로에 대하여 직각방향을 갖는 다수개(4개)의 유로가 교호로 적층되어 있는 구조를 가진 육면체로 구성되어, 4개 의 횡방향 모서리들 중 2개 또는 3개의 횡방향 모서리들이 상기 리사이클하우징(1501)에 지지되어 있고, 하나의 횡방향 모서리가 인접한 리사이클용 열교환기(1504)의 하나의 모서리에 맞닿도록 설치된다.

따라서, 상기 리사이클용 열교환기(1504)로 유입된 수증기를 포함한 바이오가스는 직렬로 배치되어 있는 상기 복수개의 리사이클용 열교환기(1504)에 의해 형성된 유입라인(도 3의 도면에 상부에 도시된 라인)과 같이 통과하게 되며, 이에 의해 최종 리사이클용 열교환기(1504)와 가열히터(1505) 사이의 공간에서 상기 백금촉매반응기(1506)를 지난 출구에서 나온 고온의 공기는 가열 에너지에 의해 약 270℃ 내지 280℃가 될 때까지 단계적으로 가열되며, 상기 최종 리사이클용 열교환기(1504)와 가열히터(1505) 사이의 공간에서 나온 가스는 상기 가열히터(1505)를 통과하면서 약 20℃ 내지 30℃ 정도 추가 가열되므로 약 300℃ 내지 310℃ 정도로 가열된 후 상기 백금촉매반응기(1506)로 유입된다.

상기 백금촉매반응기(1506)를 통과하면서 바이오가스(수증기포함)가 완전 연소처리된 배기가스는 막대한 양의 열에너지를 포함하고 있으며, 상기 리사이클용열교환기(1504)를 되돌아 통과하면서 상기 리사이클하우징(1501)의 유입구측으로 유입된 수증기를 포함한 바이오가스와 대향 교차류 형태로 흐르게 되어 고온의 공기의 열에너지가 상기 리사이클하우징(1501)의 유입구로 유입된 수증기를 포함한 바이오가스를 약 270℃ 내지 280℃ 정도로 가열시켜 주고 자신은 150℃ 내기 170℃로 냉각되어 열교환부(170)측으로 이송하게 된다.

한편, 상기한 악취가스를 제거하기 위해 본 발명에서는 백금촉매반응 기(1506)를 구비하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 예컨대 팔라듐 계열의 촉매로 구성할 수도 있다.

이러한 촉매 연소의 원리는 폐기물의 발효건조 과정에서 발생하는 악취 및 바이오가스와 같은 상변화성 물질들을 분해하는데 있어서, 일반적인 직연 방식에 의하면, 완전연소 분해하는데 약 900℃ 내지 1100℃ 정도의 고온 환경이 필요로 하는데 반하여, 촉매 환경의 저온 연소방식에 의하면, 약 300℃ 내지 320℃ 정도의 낮은 온도에서 거의 산화되어 이산화탄소와 수증기로 분해되므로 낮은 운전 온도로 인한 설비의 내구성 향상과 연소 반응열을 회수하여 재활용하기가 용이하므로 연료를 획기적으로 절감할 수 있는 연소처리 방법이며, 촉매의 역할은 가스 악취 등의 상변화성 물질들을 악취가 나지 않는 다른 성분으로 변환시켜주면서 연소 및 분해가 저온에서도 가능하게 하는 작용을 촉진시켜 주는 역할을 담당하게 된다.

상기한 열교환부(170)는, 상기 에너지 리사이클 반응수단(150)을 통하여 가열된 공기(약 150℃ 내기 170℃의 가열된 공기)를 내부에 설치되는 다수개의 열교환기(처리조가열용열교환기, 공기예열용열교환기 및 난방용열교환기)와 열교환되게 관통시키는 것에 의해 열교환기에 의해 열교환된 액상의 열매체를 상기 처리조(133)의 유입구(1331a,1331a')측으로 각각 유입시켜 처리조(133)를 가열시킴과 아울러 처리조(133)로 유입되는 외기를 가열시켜 예가열된 공기를 유입시키도록 구성된다.

즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 열교환부(170)는, 상기 에너지 리사이클 반응수단(150)의 출구와 배관을 통하여 연결되도록 일단에 입구를 갖고 타단에 출구를 갖는 열교환용하우징(171)과, 상기 열교환용하우징(171)의 입구측에 내설되어 상기 에너지 리사이클 반응수단(150)을 통하여 가열되어 송부되는 가열공기와 열교환되도록 내부에는 열매체오일이 충진되고 입구와 출구는 처리조(133)의 유입구(1331a,1331a')와 순환펌프(도면부호 생략)가 갖추어진 배출구(1331b,1331b')에 각각 기밀유지가능하게 연결되도록 구비되는 처리조용열교환기(172)와, 상기 처리조용열교환기(172)의 후단에 내설되되, 내부에는 배출되는 가열공기와 열교환되는 것에 의해 가열된 온수를 펌프를 통하여 공기예열기(A)측으로 순환시켜 상기 처리조(133)로 유입되는 외기를 예가열가능하도록 구비되는 공기예열용열교환기(173)로 구성된다.

또한, 상기 공기예열용열교환기(173)의 후단에는 처리조용열교환기(172)와 공기예열용열교환기(173)에 열교환되어 배출되는 잔여 열을 열교환시키는 것에 의해 가열된 온수를 펌프를 통하여 구동팬을 갖는 난방기(B)측으로 순환시켜 특히 동절기에 작업실(본 발명의 고속발효장치가 설치된 실내)을 난방가능하도록 난방용열교환기(174)가 더 구비된다.

여기서, 상기한 처리조용열교환기(172)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 처리조(133)의 상면 양측에 형성된 유입구(1331a,1331a')측으로 동일한 양의 열매체오일을 각각 유입시켜 열교환되면서 배출구(1331b,1331b')를 통하여 배출된 열매체오일을 순환펌프에 의해 각각 재순환가능하도록 상기 처리조(133)의 유입구(1331a,1331a')와 배출구(1331b,1331b')에 대응되게 한 쌍의 단일체로 구성된다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치를 구동시켜 피처리물 중 액상의 폐기물을 고속발효건조시키고자 할 경우에는, 첨부된 도면 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 먼저 본체(130)의 함체(131) 정면 일측에 구비된 제어부(190)의 구동버튼을 누름시킨다.

상기 구동버튼을 누름시키는 것에 의해 처리조(133)의 예열히터(1337,1337')가 구동함과 동시에 저류조(110)에 저장된 액상폐기물이 액상폐기물 투입용펌프(111)에 의해 상기 함체(131)에 실장된 처리조(133)로 투입된다.

상기 처리조(133)로 액상폐기물이 투입되면, 상기 처리조(133)의 경계돌출부(1333)를 기준으로 양측에 각각 감속기(1352)에 의해 감속되어 구비되는 교반기(135)가 구동하게 된다.

상기 예열히터(1337,1337')의 구동과 교반기(135)의 구동으로 처리조(133)의 내의 저온의 수증기를 포함한 바이오가스가 고압송풍기(151)에 의해 에너지 리사이클 반응수단(150)측의 리사이클하우징(1501)으로 유입된다.

상기 리사이클하우징(1501)으로 유입된 수증기를 포함한 바이오가스는 직렬로 배치되어 있는 복수개의 리사이클용열교환기(1504)에 의해 형성된 유입라인(도 3의 도면에 상부에 도시된 라인)과 같이 통과하여 최종 리사이클용열교환기(1504)와 가열히터(1505) 사이의 공간에서 백금촉매반응기(1506)를 지난 출구에서 나온 고온의 공기는 가열 에너지에 의해 약 280℃ 될 때까지 단계적으로 가열되며, 상기 최종 리사이클용열교환기(1504)와 가열히터(1505) 사이의 공간에서 나온 가스는 상기 가열히터(1505)를 통과하면서 약 20℃ 정도 추가 가열되므로 인하여 300℃ 정도로 가열된 후 백금촉매반응기(1506)로 유입된다.

상기 백금촉매반응기(1506)를 통과한 고온의 수증기를 포함한 악취가스는 막대한 양의 열에너지를 포함하고 있으며, 상기 리사이클용열교환기(1504)를 되돌아 통과하면서 상기 리사이클하우징(1501)의 유입구측으로 유입된 수증기를 포함한 악취가스와 대향 교차류 형태로 흐르게 되어 고온의 공기의 열에너지가 상기 리사이클하우징(1501)의 유입구로 유입된 수증기를 포함한 악취가스를 약 270℃ 정도로 가열시켜 주고 자신은 160℃±10℃ 내외로 냉각되어 열교환부(170)측으로 이송하게 된다.

상기 열교환부(170)로 유입된 160℃±10℃ 내외의 공기는 열매체오일이 각각 충진된 2개의 처리조용열교환기(172)와 먼저 열교환 된다.

열교환되는 것에 의해 상기 처리조용열교환기(172)에 충진된 열매체오일은 130℃±10℃ 내외로 가열이 되어 처리조(133)의 유입구(1331a,1331a')측으로 각각 유입되고 유입된 열매체오일은 제1,2판체(1331,1331',1332,1332')에 서로 엇갈리도록 일단이 용접된 열교환핀(1334,1334')에 의해 갈지자로 형성된 열매체 이동공간부(1331c,1331c')를 지나면서 처리조(133)와 열교환되면서 배출구(1331b,1331b')를 통하여 재순환된다.

따라서 상기 처리조(133)의 제1,2판체(1331,1331',1332,1332')는 130℃±10℃ 내외로 가열된 열매체오일의 순환에 의해 가열되어 액상의 폐기물을 발효건조시 고속으로 가공처리할 수 있게 된다.

또한, 상기 열교환부(170)로 유입되어 처리조용열교환기(172)와 열교환된 공 기는 상기 처리조용열교환기(172)의 후단에 내설된 공기예열용열교환기(173)와 열교환되는 것에 의해 85℃±5℃ 내외로 가열된 온수가 공기예열기(A)로 순환 공급되고 그로 인하여 처리조(133)로 유입되는 외기는 60℃±5℃ 내외로 예열되어 유입된다.

따라서, 상기한 처리조(133)는 130℃±10℃ 내외인 열매체오일에 의해 제1,2판체(1331,1331',1332,1332')가 가열되고 아울러 유입되는 공기가 60℃±5℃ 내외로 예가열되어 유입되므로 폐기물을 보다 신속하게 발효건조시킬 수 있게 된다.

또한, 동절기에는 상기 공기예열용열환기(173)의 후단에 설치되는 난방용열교환기(174)를 통하여약 50℃±5℃ 내외의 온수를 생산하여 실내를 난방할 수 있으므로 동절기 난방을 위해 별도로 난방기를 설치하지 않아도 되므로 전력소비를 감소시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 고속발효장치(100)가 구동하는 중에 처리조(133)에서 액상의 폐기물이 유기질 퇴비 원료로 가공되면, 상기 처리조(133)의 내부 상부에 구비된 상위레벨센서(1335)가 이를 감지하는 것에 의해 제어부(190)는 배출용스크류컨베이어(137)를 제어하게 된다.

상기 제어부(190)의 제어에 의해 상기 배출용스크류컨베이어(137)가 구동하는 것에 의해 유기질 퇴비 원료로 가공처리된 퇴비원료는 자동배출되게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치는 수분제거를 위한 열에너지의 대부분을 바이오가스 연소열로 사용하기 위하여 처리조에서 배출되는 수증기를 포함한 바이오가스를 에너지 리사이클 반응수단의 가열히터와 백금촉매반응기를 통하여 고온으로 가열시키는 것에 의해 악취를 제거함과 아울러 상기 에너지 리사이클 반응수단으로부터 배출된 악취가 제거된 공기를 이용하여 처리조를 가열시키므로 장치구동에 따른 전력소비를 감소시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치의 기본설비를 도시한 구성도

도 2는 본 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치의 내부를 개략적으로 도시한 정면도

도 3은 발명에 따른 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치를 도시한 개념도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 ; 고속발효장치

110 ; 저류조

130 ; 본체

150 ; 에너지 리사이클 반응수단

170 ; 열교환부

190 ; 제어부

Claims (7)

1. 액상폐기물 투입용펌프(111)에 의해 투입되는 저류조(110)에 저장된 액상폐기물과, 슬러지 폐기물 투입용 스크류컨베이어에 의해 투입되는 슬러지 상태의 폐기물의 피처리물을 자동 공급받아 유기질 퇴비의 원료로 가공처리하기 위한 유기성 폐기물 처리용 고속발효장치에 있어서,

   자동 투입된 상기 피처리물에 열을 제공함과 아울러 교반시켜 유기질 퇴비의 원료로 가공처리되면 자동 배출시키도록 바닥 일부가 구획 형성된 이중 재킷타입의 열매체 이동공간부(1331c,1331c')가 형성된 처리조(133)를 갖는 본체(130)와;

   상기 처리조(133)에서 발생되는 악취를 포함하는 포화수증기를 공급받아 가열된 공기로 배출하기 위해 서로 직렬로 연결된 다수개의 열교환기(1504)와 가열히터(1505) 및 백금촉매반응기(1506)가 내장되어 구성된 에너지 리사이클 반응수단(150)과;

   상기 에너지 리사이클 반응수단(150)으로부터 발생된 열을 공급받아 열교환시켜 상기 본체(130)의 열매체 이동공간부(1331c,1331c')로 열매체를 순환시키는 것에 의해 본체(130)를 가열시킴과 아울러 유입되는 공기를 예열공급가능하게 구비되는 열교환부(170)와;

   상기 본체(130)의 일면에 복수개의 조작버튼을 갖추어 상기 처리조(133)에 내설된 센서(1335,1336)의 감지된 값에 대응되게 상기 액상폐기물 투입용펌프(111)와, 본체(130), 슬러지 폐기물 투입용 스크류컨베이어(113) 및 에너지 리사이클 반응수단(150)을 제어가능하도록 구비되는 제어부(190)를 포함하되,

   상기 열교환부(170)는, 상기 에너지 리사이클 반응수단(150)의 출구와 배관을 통하여 연결되도록 일단에 입구를 갖고 타단에 출구를 갖는 열교환용하우징(171)과, 상기 열교환용하우징(171)의 입구측에 내설되어 상기 에너지 리사이클 반응수단(150)을 통하여 가열되어 송부되는 가열공기와 열교환되도록 내부에는 열매체오일이 충진되고 입구와 출구는 처리조(133)의 유입구(1331a,1331a')와 순환펌프가 갖추어진 배출구(1331b,1331b')에 각각 기밀유지가능하게 연결되도록 구비되는 처리조용열교환기(172)와, 상기 처리조용열교환기(172)의 후단에 내설되되, 내부에는 배출되는 가열공기와 열교환되는 것에 의해 가열된 온수를 펌프를 통하여 공기예열기(A)측으로 순환시켜 상기 처리조(133)로 유입되는 외기를 예가열가능하도록 구비되는 공기예열용열교환기(173)로 구성된 것을 특징으로 하는 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 본체(130)는, 전면 일측에 다수개의 조작버튼을 갖는 제어부(190)가 설치되고 일면과 상면에는 저류조(110)에 저장된 액상 폐기물과 슬러지 상태의 폐기를 액상폐기물 투입용펌프(111)와 슬러지 폐기물 투입용 스크류컨베이어(113)를 통하여 공급받기 위한 투입구가 형성된 속이 빈 직사각 단면 형상의 함체(131)와, 상기 함체(131)에 실장되어 내부에 피처리물을 고속발효건조가능하도록 구비되는 처리조(133)와, 상기 처리조(133)에 회전가능하게 한 쌍으로 내설되는 교반기(135)와, 상기 처리조(133)에서 유기질 퇴비의 원료로 가공처리된 퇴비원료를 배출시키기 위해 일단이 상기 처리조(133)의 내부와 연통되고 타단은 외부로 연결되어 구동모터(1373)에 의해 구동가능하게 구비되는 배출용 스크류컨베이어(137)로 구성된 것을 특징으로 하는 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 에너지 리사이클 반응수단(150)은, 상기 본체(130)의 상부에 설치되어 고압송풍기(151)를 통하여 송풍된 처리조(133)내의 수증기를 포함한 바이오가스를 가열시킴과 동시에 악취를 제거하여 상기 열교환부(170)로 배출시키도록 입축와 출구가 형성된 직사각형상의 리사이클하우징(1501)과, 상기 리사이클하우징(1501)에 일정 간격으로 다수개 실장되는 것에 의해 상기 리사이클하우징(1501)에는 흡입챔버(1502)와 배출챔버(1503)로 구획되도록 고정 구비되는 리사이클용 열교환기(1504)와, 상기 리사이클하우징(1501)에 실장되어 설치되는 최종 리사이클용 열교환기(1504)의 후단에 설치되어 수증기를 포함한 바이오가스를 가열시키기 위해 구비되는 가열히터(1505)와, 상기 가열히터(1505)의 하부에 가열히터(1505)에 의해 가열된 수증기를 포함한 바이오가스에 포함된 악취를 제거하기 위해 구비되는 백금촉매반응기(1506)로 구성된 것을 특징으로 하는 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치.
4. 삭제
5. 제2항에 있어서,

   상기 처리조(133)는, 상기 열교환부(170)를 통하여 가열된 액상의 열매체오일을 내부로 유입시키도록 상면과 저면에 유입구(1331a,1331a')와 배출구(1331b,1331b')를 각각 형성한 열매체 이동공간부(1331c,1331c')가 형성되게 제1판체(1331,1331')와 제2판체(1332,1332')로 밀폐형성되되, 바닥면은 내부 공간을 2분할시키도록 경계돌출부(1333)가 형성된 "W 형상의 단면을 형성되되, 상기 처리조(133)의 열매체 이동공간부(1331c,1331c')에는 유입구(1331a,1331a')를 통하여 유입된 열매체오일과의 열교환을 증대시키도록 제1판체(1331,1331')와 제2판체(1332,1332')에 각 일단이 용접방식 의해 소정 거리 이격되어 서로 엇갈리도록 고정된 다수개의 열교환핀(1334,1334')이 구비됨과 아울러, 상기 처리조(133)의 내측 상부에는 센싱된 값에 대응되게 액상폐기물 투입용펌프(111)와, 슬러지 폐기물 투입용 스크류컨베이어(113)를 제어부(190)가 제어하는 것에 의해 자동 투입시킴과 아울러 투입된 피처리물이 유기질 퇴비의 원료로 가공처리되는 것에 의해 배출용 스크류컨베이어(137)를 제어하여 자동 배출가능하도록 구비되는 상위레벨센서(1335)와 하위레벨센서(1336)와, 상기 배출구(1331b,1331b') 일측에는 최초 장치의 구동시 상기 처리조(133)를 가열시키도록 제1판체(1331,1331')와 제2판체(1332,1332') 사이에 내설되어 제어부(190)의 제어에 대응되게 제어가능하도록 구비되는 예열히터(1337,1337')로 이루어진 것을 특징으로 하는 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 공기예열용열교환기(173)의 후단에는 처리조용열교환기(172)와 공기예열용열교환기(173)에 열교환되어 배출되는 잔여 열을 열교환시키는 것에 의해 가열된 온수를 펌프를 통하여 구동팬을 갖는 난방기(B)측으로 순환시켜 난방으로 사용가능하도록 난방용열교환기(174)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치.
7. 제1항 또는 제6항에 있어서,

   상기 처리조용열교환기(172)는, 처리조(133)의 상면 양측에 형성된 유입구(1331a,1331a')측으로 동일한 양의 열매체오일을 각각 유입시켜 열교환되면서 배출구(1331b,1331b')를 통하여 배출된 열매체오일을 순환펌프에 의해 각각 재순환가능하도록 상기 처리조(133)의 유입구(1331a,1331a')와 배출구(1331b,1331b')에 대응되게 한 쌍의 단일체로 구성된 것을 특징으로 하는 신재생에너지 바이오가스를 이용한 유기성폐기물 고속발효장치.

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