KR101310816B1 - 대체 연료용 슬러지의 건조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대체 연료로 사용하기 위하여 상/하수도의 이물질이나 음식물 쓰레기 등 각종 슬러지를 건조시켜 이송시키는 슬러지 건조용 컨베이어에 관한 것이다.
본 발명은 마이크로 웨이브 하나만으로 슬러지를 건조함으로써 에너지를 절감할 수가 있으며, 슬러지에 함유되어 있는 물 분자를 마이크로웨이브에서 발생하는 마이크로파와 이 마이크로파에 의하여 가열되고 반사시키는 탄화규소 발열체에 의하여 물 분자를 고속으로 자전과 공전을 시킴으로써 컨베이어의 온도를 80℃의 낮은 온도에서도 슬러지를 건조할 수가 있다.
또한, 본 발명은 슬러지 건조장치에 마이크로 웨이브만 전기를 공급하면 되므로 구조가 간단하고 제작단가를 절감할 수가 있다.

Description

대체 연료용 슬러지의 건조방법{The drying method of sludge for alternative fuel}

본 발명은 대체 연료로 사용하기 위하여 상/하수도의 이물질이나 음식물 쓰레기 등 각종 슬러지를 건조하면서 이송시키는 슬러지 건조용 컨베이어의 슬러지 건조방법에 관한 것이다.

일반적으로 화석연료는 석탄·석유·천연가스 같은 지하 자원을 이용하는 연료로서 현재 인류가 이용하고 있는 에너지의 대부분이 이에 해당한다.

상기와 같은 화석연료는 현대에 이르러 산업발달로 인하여 사용량이 급격히 늘어났고, 사용량의 증가로 인하여 매장량이 감소하면서 연료부족이라는 심각한 문제점을 않고 있다.

본 출원인은 대체연료로 사용하기 위하여 상/하수도에서 발생하는 음식물 쓰레기나 종이 및 직물 등의 각종 슬러지를 수거하여 건조하는 슬러지 건조용 컨베이어를 발명하였다.

즉 이송 컨베이어의 상측에 마이크로 웨이브와 팬을 설치하고 컨베이어의 하단부에는 히트를 설치하여 마이크로 웨이브에서 발생하는 마이크로파와 히터에서 발생하는 열기를 이용하여 슬러지가 이송 컨베이어를 타고 이송하는 동안 건조되도록 한 것이다.

상기의 슬러지 건조용 컨베이어는 마이크로 웨이브와 히터를 동시에 가동하여 마이크로 웨이브에서 발생하는 마이크로파와 히터에서 발생하는 열기를 동시에 이용하여 건조하는 방식이다.

그러나 상기의 슬러지 건조용 컨베이어는 마이크로 웨이브와 히터를 동시에 작동하여 약 250℃에서 건조함으로써 불필요한 에너지의 낭비가 심한 단점이 있다.

또한, 종래의 마이크로 웨이브를 이용한 건조방법은 도 1에서와 같이 400㎜의 슬러지에 마이크로 웨이브를 조사할 경우 약 25㎜는 완벽하게 건조되었으나 그 외부에는 건조가 미흡하여 습기를 머물고 있게 되는 문제점이 있었다.

이와 같이 종래의 마이크로 웨이브를 이용한 슬러지 건조장치는 도 2에서와 같이 슬러지 건조용 컨베이어에서 마이크로 웨이브가 조사될 때 마이크로 파가 슬러지게 함유되어 있는 물 분자를 통과하면서 물 분자를 고속으로 회전시키게 되면서 열이 발생하여 물이 증발하고, 컨베이어의 하단부에 설치된 히터에 의하여 찌꺼기가 가열되면서 습기의 증발을 도우는 방식이다.

그러나 상기의 방식은 마이크로웨이브에서 발생하는 마이크로파가 슬러지에 함유되어 있는 물 분자를 통과하면서 고속으로 회전시켜 가열하는 방법으로 이 이상의 효과를 얻을 수가 없는 단점이 있다.

한편, 본 출원인은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 슬러지를 이송시키는 이송 컨베이어의 하단부에 차단판을 설치하여 마이크로파가 슬러지를 통과한 다음 반사되어 다시 슬러지를 가열하도록 된 것이 안출되었다

그러나 상기의 슬러지 건조장치는 히터와 마이크로 웨이브를 같이 설치하고 이송 컨베이어의 하단부에 반사판은 설치하여 단순하게 마이크로파를 반사시키기 위한 것으로, 에너지의 낭비가 심하였다.

대한민국 특허공개 2011년 제0064822호(2011년 6월 15일 공개) 대한민국 특허공개 2011년 제0066050호(2011년 6월 16일 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 에너지의 낭비를 절감하고 슬러지를 완벽하게 건조할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 부가적인 목적으로는 마이크 웨이브 하나로 기존의 마이크로 웨이브와 히터가 설치된 슬러지 건조장치 이상으로 효과를 얻을 수 있도록 하는데 그 부가적인 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 수단을 설명하면 다음과 같다.

슬러지가 이송 컨베이어를 타고 이송하는 이송공정' 상기 이송공정에 의하여 이송되는 슬러지에 마이크로 웨이브에 의하여 마이크로파가 조사되어 슬러지가 건조하는 건조공정에 있어서,

상기 슬러지 건조공정에서 이송 컨베이어를 타고 이송되는 슬러지를 15㎜~25㎜로 하여서 된 것과,

상기 슬러지 이송공정에 의하여 이송 컨베이어를 타고 이송되는 슬러지의 상측에서 수평으로 약 180㎜ 간격으로 다수 개의 마이크로파가 발생하는 마이크로 웨이브를 약 20~35°경사지게 설치하되 이송 컨베이어에 올려지는 슬러지 바닥면과 마이크로웨이브의 사이의 높이를 50㎜~100㎜로 하여 마이크로파가 슬러지에 조사되도록 함으로써 슬러지에 함유된 물 분자가 고속으로 회전되도록 하되, 마이크로 웨이브를 이송 컨베이어 방향으로 좌우로 작동되게 하여 마이크로 웨이브 사이의 간격에서 발생하는 시간차를 없이할 수 있도록 한 마이크로 웨이브 조사공정;

상기 마이크로 웨이브 조사공정에 의하여 조사되는 마이크로 파가 이송 컨베이어의 하단부에 슬러지 바닥면과 5㎜~15㎜의 간격을 두고 15㎜~30㎜ 두께로 되어 있는 탄화규소 발열체(SIC)에 부딪쳐 탄화규소 발열체를 가열함과 동시에 마이크로파가 탄화규소 발열체에 부딪혀 반사되어 이송 컨베이어의 상측에 올려져 있는 슬러지를 다시 가열하도록 함으로써 슬러지에 있는 물 분자가 상측에서 조사되는 마이크로파에 의하여 일정한 방향으로 회전하고 있는 상태에서 탄화규소 발열체에 의하여 반사되는 마이크로파에 의하여 자전이 되도록 한 반사공정; 을 포함하여서 된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 1 실시 예

상기 이송 컨베이어의 하단부에 설치되어 마이크로파를 반사시키고 마이크로파에 의하여 가열되는 탄화규소 발열체를 고온에서 재결정화하며 분위기 가스 하에서의 최고온도 사용에 제한 있으며, 내 산화성이 뛰어나고 사용시간에 따른 전기적 특성 변화가 없는 규화몰리브덴 발열체(Mosi2)로 대체하여도 바람직하다.

본 발명의 제 2 실시 예

상기 이송 컨베이어의 하단부에 설치되어 마이크로파를 반사시키고 마이크로파에 의하여 가열되는 탄화규소 발열체를 충격이 규화몰리브덴 발열체보다 강한 란탄크로마이트로 대체하여도 바람직하다.

상기와 같이 본 발명은 마이크로 웨이브 하나만으로 슬러지를 건조함으로써 에너지를 절감할 수가 있으며, 슬러지에 함유되어 있는 물 분자를 마이크로웨이브에서 발생하는 마이크로파와 이 마이크로파에 의하여 가열되고 반사시키는 탄화규소 발열체에 의하여 물 분자를 고속으로 자전과 공전을 시킴으로써 컨베이어의 온도를 80℃의 낮은 온도에서도 슬러지를 건조할 수가 있다.

또한, 본 발명은 슬러지 건조장치에 마이크로 웨이브만 전기를 공급하면 되므로 구조가 간단하고 제작단가를 절감할 수가 있다.

도 1은 종래의 마이크로 웨이브에 의하여 슬러지에 함유되어 있는 물 분자의 회전을 보인 블록도
도 2는 본 발명 슬러지에 대한건조 부위를 보인 블록도
도 3은 본 발명의 공정을 보인 블록도
도 4는 본 발명의 마이크로 웨이브와 탄화규소 발열체의 설치상태를 보인 블록도
도 5는 본 발명의 건조방법에 의하여 슬러지에 함유되어 있는 물 분자의 회전을 보인 블록도
도 6은 본 발명의 건조장치를 이용하여 슬러지가 콘베이어에 올려져 건조하기 전의 상태를 보인 개략 평면도
도 7은 본 발명의 건조장치를 이용하여 슬러지가 건조 된 상태의 슬러지가 콘베이어에 올려진 상태를 보인 개략 평면도

도 3 및 도 4와 도 6에서와 같이 15㎜~25㎜(크기를 더 크게 하여도 15㎜~25㎜ 크기의 둥글게 중간 부분만 건조됨)로 된 슬러지가 이송 컨베이어를 타고 이송하게 되면 이송 컨베이어의 상측에 수평으로 약 180㎜ 간격으로 다수 개가 설치되어 있는 마이크로 웨이브에서 마이크로파가 발생하게 된다.

상기와 같이 약 20~35°경사지게 설치되어 있는 마이크로 웨이브에서 발생하는 마이크로파가 이송 컨베이어를 타고 이송되는 슬러지에 조사하게 되면 마이크로파에 의하여 슬러지에 함유되어 있는 물 분자가 도 3에서와 같이 고속으로 회전하면서 가열하게 된다.

이때 마이크로파를 발생하는 마이크로웨이브가 이송 컨베이어 방향으로 좌우로 작동하게 되므로 약 180㎜ 간격으로 설치되어 있는 마이크로웨이브와 마이크로웨이브 사이에 공간부가 없이 계속 마이크로파를 슬러지에 조사할 수가 있는 것이다.

한편, 마이크로 웨이브에 의하여 발생한 마이크로파가 슬러지에 조사된 다음 물 분자를 회전시키고, 이송 컨베이어의 하단부에 설치된 탄화규소 발열체에 부딪히게 되고, 이로 인하여 탄화규소 발열체가 가열됨과 동시에 마이크로파(일부분)를 반사시키게 된다.

상기와 같이 탄화규소 발열체에 부딪힌 마이크로파에 의하여 탄화 규소 발열체가 가열됨과 동시에 마이크로파는 반사되어 다시 이송 컨베이어의 상측에 있는 슬러지를 통과하게 된다.

이때 도 5에서와 같이 이송 컨베이어를 타고 이송되는 슬러지는 내부에 함유되어 있는 물 분자가 고속으로 자전을 하고 있는 상태에서 탄화규소 발열체에 의하여 반사된 마이크로파에 의하여 다시 공전을 하게 된다.

이와 같이 도 7에서와 같이 슬러지에 함유되어 있는 물 분자가 자전과 공전을 하게 됨으로써 물 분자가 빠르게 가열되므로 물 분자는 대류현상에 의하여 슬러지에서 분리되어 외부로 배출됨으로써 슬러지가 건조되는 것이다.

좀더 상세하게 설명하면 도 6에서와 같이 슬러지가 건조되기 전에 슬러지가 이송 컨베이어를 타고 이송되면서 마이크로웨이브의 마이크로 파가 조사되면 마이크로파의 일부는 슬러지속의 물 분자를 회전시키며 통과하여 탄화 규소 발열체를 발열시키고 또 다른 일부는 탄화규소 발열체에 반사되어 다시 슬러지를 통과하며 자체회전(자전)하고 있는 물 분자를 회오리처럼 다시 전체회전(공전)시켜려는 특성이 더 빠른 발열을 일으킨다.

그러나 실제론 슬러지 내부에서는 물 분자의 공전이 힘들어서 물 분자 속에 존재하는 전자의 이동에 의해 물 분자 속의 원자와 충돌하여 더 빠른 발열을 일으키게 된다.

상기와 같은 상태에서 슬러지가 건조되면 도 7에서와 같이 슬러지에[ 함유되어 있는 물기가 건조되면서 슬러지의 부피가 줄어들게 된다.

또한 이송 컨베이어의 하단부에 설치되어 있는 탄화규소 발열체가 마이크로파에 의하여 발열할 때 많은 양의 원적외선이 방출되어 더 빠른 건조가 이루어진다.

이와 같은 이유들 때문에 본 발명은 낮은 온도에서도 슬러지를 내부부터 건조시키게되는 것이다.

한편, 본 발명자가 테스트 한 결과 이송 컨베이어에 올려지는 슬러지 바닥면과 마이크로웨이브의 사이의 높이를 50㎜~100㎜로 하는 것이 효율이 높으며, 탄화규소 발열체의 두께는 15㎜~30㎜ 두께로 하는 것이 효율이 높았다.

한편, 본 발명에 설치되는 탄화 구소 발열체 대신에 규화몰리브덴 발열체를 대신하여도 바람직하다.

즉 규화몰리브덴 발열체는 고온에서 재결정화하며 분위기 가스하 에서의 최고온도 사용에 제한 있으며, 내 산화성이 뛰어나고 사용시간에 따른 전기적 특성 변화가 없음으로 탄화규소 발열체를 대체하여 규화몰리브덴 발열체를 사용하여도 바람직하다.

그리고 탄화규소 발열체를 란탄크로마이트로 대체하여도 되며, 란탄크로마이트로 대체할 경우 발열체의 온도를 높게 할 수는 있으나 란탄크로마이트의 가격이 고가인 단점이 있다.

한편 본 발명은 탄화규서 발열체 외에도 규화몰리브덴 발열체(MoSi2),란탄크로마이트,흑연,지르코마니아 발열체에도 응용 가능하다.

Claims (3)

1. 슬러지가 이송 컨베이어를 타고 이송하는 이송공정' 상기 이송공정에 의하여 이송되는 슬러지에 마이크로 웨이브에 의하여 마이크로파가 조사되어 슬러지가 건조하는 건조공정에 있어서,
   상기 슬러지 건조공정에서 이송 컨베이어를 타고 이송되는 슬러지를 15㎜~25㎜로 하여서 된 것과;
   상기 슬러지 이송공정에 의하여 이송 컨베이어를 타고 이송되는 슬러지의 상측에서 수평으로 180㎜ 간격으로 다수 개의 마이크로파가 발생하는 마이크로 웨이브를 20~35°경사지게 설치하되 이송 컨베이어에 올려지는 슬러지 바닥면과 마이크로웨이브의 사이의 높이를 50㎜~100㎜로 하여 마이크로파가 슬러지에 조사되도록 함으로써 슬러지에 함유된 물 분자가 고속으로 회전되도록 하되, 마이크로 웨이브를 이송 컨베이어 방향으로 좌우로 작동되게 하여 마이크로 웨이브 사이의 간격에서 발생하는 시간차를 없이할 수 있도록 한 마이크로 웨이브 조사공정;
   상기 마이크로 웨이브 조사공정에 의하여 조사되는 마이크로 파가 이송 컨베이어의 하단부에 슬러지 바닥면과 5㎜~15㎜의 간격을 두고 15㎜~30㎜ 두께로 되어 있는 탄화규소 발열체(SIC)에 부딪쳐 탄화규소 발열체를 가열함과 동시에 마이크로파가 탄화규소 발열체에 부딪혀 반사되어 이송 컨베이어의 상측에 올려져 있는 슬러지를 다시 가열하도록 함으로써 슬러지에 있는 물 분자가 상측에서 조사되는 마이크로파에 의하여 일정한 방향으로 회전하고 있는 상태에서 탄화규소 발열체에 의하여 반사되는 마이크로파에 의하여 자전이 되도록 한 반사공정; 을 포함하여서 된 것을 특징으로 대체 연료용 슬러지의 건조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 이송 컨베이어의 하단부에 설치되어 마이크로파를 반사시키고 마이크로파에 의하여 가열되는 탄화규소 발열체를 규화몰리브덴 발열체(Mosi2)로 대체하여서 된 것을 특징으로 하는 대체 연료용 슬러지의 건조방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 이송 컨베이어의 하단부에 설치되어 마이크로파를 반사시키고 마이크로파에 의하여 가열되는 탄화규소 발열체를 란탄크로마이트로 대체하여서 된 것을 특징으로 하는 대체 연료용 슬러지의 건조방법.

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