KR101431968B1 - 열분해 기능을 가진 건조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 건조장치는 건조실 벽으로 둘러싸이고 피건조물을 수용하는 건조실; 건조실에 회동 가능하게 구비되어 피건조물을 교반하는 교반기; 건조실의 외면 하부를 감싸도록 설치되며, 연소부에 의해 가열되어 건조실 하부를 가열하는 가열공간; 가열공간에 설치되며, 가열공간에 복사열을 제공하는 작용과 아울러 건조실에서 발생하는 유기물을 유입하여 열분해하는 적어도 하나의 연소부; 건조실에서 발생된 유기물을 포함한 증기가 유입되며, 상기 증기를 냉각시켜 응축수로 만드는 응축기; 및 공기 압력차를 발생하여 건조실의 유기물을 포함한 증기를 응축기로 유입되게 하고, 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물을 연소부로 보내는 블로워로 구성된다. 본 발명이 제공하는 건조장치는 연소부가 피건조물을 가열하여 증기를 생성하는 기능뿐만 아니라 동시에 증기에 포함된 유기물을 열분해 하는 작용을 하여 에너지 효율이 높고 악취와 오염물질의 발생을 감소시킨다.
Description
본 발명은 피건조물의 건조 처리시 생기는 악취나 유해물질의 발생을 줄이고, 에너지 효율이 높은 건조장치에 관한 것이다. 구체적으로는 음식물 쓰레기를 건조하는 과정에서 가열수단이 그 복사열로 쓰레기를 가열하여 증기를 생성하는 작용뿐만 아니라, 동시에 증기에 포함된 유기물을 열분해하는 기능을 가진 에너지 효율이 향상된 건조장치에 관한 것이다.
가정 또는 음식점 등에서 매일 배출되는 음식물 쓰레기는 폐기되거나 재활용된다. 수분이 많은 음식물 쓰레기는 매립하거나 소각할 경우 여러가지 환경문제가 발생한다. 따라서 음식물 쓰레기의 처리는 매립하거나 소각시키는 대신 사료, 퇴비, 또는 연료로서 재활용하는 것이 바람직하다. 음식물 쓰레기를 재활용하기 위해서는 일반적으로 쓰레기에 포함된 수분함량을 줄이는 건조 과정이 필요하다. 이를 위해 음식물 쓰레기 처리기가 널리 사용되고 있다.
음식물 쓰레기의 건조는 건조실에서 쓰레기를 가열하고, 이 과정에서 발생하는 증기를 제거하여 건조실에 남는 잔유물의 수분함량과 부피를 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 증기에는 악취의 원인이 되는 유기물이 포함되어 있는데, 환경보호와 악취로 인한 불쾌감을 줄이기 위해 이러한 유기물의 제거가 필요하다.
음식물 쓰레기로부터 발생하는 악취의 원인이 되는 유기물을 제거하는 방법으로는 직접 연소법, 촉매 산화법, 활성탄 흡착법등이 이용되고 있으나, 촉매 산화법과 활성탄 흡착법등은 주기적으로 부품의 교체가 필요하고 악취를 유발하는 유기물을 완전히 제거하지 못하는 것으로 알려져 있다. 이에 비교하여 직접 연소법은 유기물을 고온하에서 산화 또는 열분해하여 탈취효과가 뛰어나다.
그러나 종래의 기술에 따른 직접 연소법을 채택한 건조장치는 음식물 쓰레기를 가열하여 증기를 발생하는 가열수단과 증기에 포함된 유기물을 처리하는 탈취수단이 각각 따로 구비되어 구조적으로 복잡하고 효율적이지 못하다. 또한 탈취수단이 단위 시간당 처리할 수 있는 유기물의 탈취효율이 낮아 전체적인 건조시간이 증가하는 단점이 있다.
따라서 건조 처리를 통해 음식물 쓰레기를 재활용하는 방법이 지속적이고 효과적인 쓰레기 처리방법이 되기 위해서는 음식물 쓰레기를 처리하는 장치의 건조효율을 높여 에너지 소모를 줄이고, 증기와 함께 생성되는 악취를 포함한 유기물을 효율적으로 제거할 수 있는 음식물 쓰레기 건조장치가 필요하다.
본 발명은 음식물 쓰레기와 같은 피건조물을 건조 처리할 때 생성되는 악취 및 오염물질을 열분해하여 정화하고, 이 열분해 과정에서 사용된 열원을 피건조물의 건조에도 이용하여 종래의 방법보다 에너지효율이 향상된 건조장치를 제공하고자 한다.
음식물 쓰레기의 건조 처리는 그 과정상 악취의 원인이 되는 유기물과 증기를 발생시켜 환경문제와 주민들의 불쾌감을 유발한다. 종래의 기술에 따른 음식물 쓰레기와 같은 피건조물을 처리하는 건조장치는 건조효율 또는 유기물의 탈취효율이 낮다. 본 발명은 피건조물을 처리하는 장치의 건조효율을 높여 에너지 소모를 줄이고, 증기와 함께 생성되는 악취를 포함한 유기물을 효율적으로 제거할 수 있는 건조장치를 제공한다.
본 발명에 따른 건조장치는 건조실 벽으로 둘러싸이고 피건조물을 수용하는 건조실; 건조실에 회동 가능하게 구비되어 피건조물을 교반하는 교반기; 건조실의 외면 하부를 감싸도록 설치되며, 연소부에 의해 가열되어 건조실 하부를 가열하는 가열공간; 가열공간에 설치되며, 가열공간에 복사열을 제공하는 작용과 아울러 건조실에서 발생하는 유기물을 유입하여 열분해하는 적어도 하나의 연소부; 건조실에서 발생된 유기물을 포함한 증기가 유입되며, 상기 증기를 냉각시켜 응축수로 만드는 응축기; 및 공기 압력차를 발생하여 건조실의 유기물을 포함한 증기를 응축기로 유입되게 하고, 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물을 연소부로 보내는 블로워;로 구성된다.
상기 연소부는 열을 발산하는 가열수단; 가열수단을 둘러싸는 중공이 형성된 관으로, 가열수단에 의해 가열되어 그 복사열을 가열공간으로 제공하는 연소관; 및 가열수단과 연소관 사이에 형성된 공간으로, 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물이 유입되어 열분해되는 연소공간;으로 구성된다.
상기 설명한 구성요소 이외에도 건조장치는 건조실의 온도와 습도를 감지하는 센서부를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 건조장치는 다음과 같은 과정을 통해 피건조물을 건조하고 동시에 유기물을 열분해 한다.
먼저 가열수단에 전원이 공급되면, 가열수단이 열을 발산하여 연소공간의 온도가 상승한다. 가열수단이 발산하는 열은 또한 연소관을 통해 가열공간을 가열하여 가열공간의 온도가 상승한다. 가열공간의 열은 건조실 하부를 통해 피건조물로 전달되고, 피건조물로부터 유기물을 포함한 증기가 생성된다. 건조실의 유기물을 포함한 증기는 블로워에 의해 조리실 외부에 설치된 응축기로 유입된다. 유기물을 포함한 증기는 응축기에서 냉각되며, 그 응축수는 활성탄에 의해 정화되어 외부로 배출된다. 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물은 블로워를 거처 연소부로 이동하고, 연소관으로 유입되어 연소공간을 통과하면서 열분해 된다. 연소관을 빠져나온 고온의 배기가스는 가열공간을 거쳐 건조실 내부로 유입되어 피건조물을 직접 가열한다. 이와같이 피건조물이 가열공간에 의한 건조실 하부의 가열 및 가열공간을 빠져나오는 고온의 배기가스가 건조실 내부로 유입되어 가열되는 등 외부와 내부에서 동시에 가열되어 건조가 촉진된다. 상기 설명과 같이, 본 발명에 따른 구성이 밀폐된 상태에서 기체가 순환하는 구조를 이루기 때문에 응축기와 연소부에 의해 응축 및 열분해가 반복해서 이루워지고, 피건조물의 건조가 완료된 후 응축수를 외부로 방출함으로서 건조 및 열분해 과정이 종료된다.
본 발명에 따른 건조장치는, 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 가열수단을 포함하는 연소부가 열원을 제공하여 피건조물을 가열하는 작용과 아울러 건조실에서 발생하는 유기물을 열분해하는 수단으로도 작용하는 방식을 채택하였는바, 가열수단과 탈취수단이 각각 구비된 종래의 건조장치에 비하여 에너지 효율이 높고 구조가 간단하다.
둘째, 피건조물이 건조실 내부와 외부에서 동시에 가열되어 건조속도가 빠르다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 건조장치(10)의 전체적인 구성을 보여주는 개략 측단면도.
도 2 는 도 1 의 2-2 를 절개한 단면도.
도 3 은 연소부(100)의 제원을 나타내는 사시도.
도 2 는 도 1 의 2-2 를 절개한 단면도.
도 3 은 연소부(100)의 제원을 나타내는 사시도.
상기 목적외에 본 발명의 다른 특징 및 작용을 이하 실시예를 통해 상세히 설명하고자 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 건조장치(10)의 전체적인 구성을 보여주는 개략 측단면도이고, 도 2 는 도 1 의 2-2 를 절개한 단면도이다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 건조장치(10), 건조실(20), 투입구(22), 건조실 벽(24), 교반기(26), 가열수단(30), 연소공간(35), 연소관(40), 응축기(50), 응축수 탱크(55), 블로워(60), 가열공간(70), 센서부(80), 연소부(100)가 도시되어 있다.
건조실(20)은 피건조물을 수용하고 구비된 교반기(26)로 피건조물을 교반/파쇄하는 공간으로 건조실 벽(24)으로 둘러싸여 있으며, 피건조물을 넣을 수 있는 투입구(22)가 건조실 벽(24) 상부에 설치된다.
건조실(20) 외면 하부에는 가열공간(70)이 형성된다. 가열공간(70)은 건조실(20) 하부 건조실 벽(24)을 따라 감싸도록 형성된 관형 구조의 내부공간이다. 가열공간(70)에는 가열공간(70)에 복사열을 제공하는 작용과 아울러 건조실(20)에서 발생하는 유기물을 유입하여 열분해하는 적어도 하나의 연소부(100)가 설치된다. 상기 연소부(100)는 가열수단(30), 연소관(40) 및 연소공간(35)으로 구성된다.
가열수단(30)은 인가되는 전기를 사용하여 열을 발산하는 카트리지(cartridge) 히터 또는 튜블러(tubular) 히터 중 어느 하나로 구성된다. 가열수단(30)은 작동 중 그 표면온도가 적어도 700℃ 이상 장시간 유지되므로, 내식성 및 내열성이 우수한 인코넬(Inconel) 또는 인코로이(Incoloy) 중 어느 하나의 파이프 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
연소관(40)은 가열수단(30)을 둘러싸는 중공이 형성된 관으로, 가열수단(30)에 의해 가열되어 그 복사열을 가열공간(70)으로 제공한다. 연소관(40)은 내식성이 우수한 내열금속으로 이루어지거나 또는 세라믹과 내열금속의 조합으로 구성된다. 세라믹관의 외부를 내열금속으로 둘러싸아 연소관(40)을 형성할 경우, 세라믹관으로만 이루어진 연소관보다 외부 또는 열에 의한 충격에 강하다. 가열수단(30)과 연소관(40) 사이에는 공기가 유동할 수 있는 연소공간(35)이 형성된다.
연소공간(35)은 가열수단(30)에 의해 700℃ 이상 가열되며, 피건조물로부터 발생한 증기와 유기물이 유입되어 그 중 유기물은 연소공간(35)을 통과하는 도중 열분해 정화된다. 연소공간(35)을 빠져나온 배기가스는 가열공간(70)을 거쳐 건조실(20) 내부로 이동한다.
건조실(20) 외부에는 응축기(50), 블로워(60), 그리고 응축수 탱크(55)가 설치된다.
응축기(50)는 피건조물로부터 발생하는 배출가스를 냉각시켜 응축하는 수단으로, 그 내부에는 차가운 공기 또는 냉각수가 흐르는 관이 설치되어 배출가스와의 열교환이 이루어진다. 블로워(60)는 입구와 출구를 가지며, 공기 압력차를 만들어 유기물을 포함한 증기를 응축기(50)로 유입시키고, 응축되지 않은 증기를 포함한 유기물을 연소부(100)로 보낸다. 또한 블로워(60)의 회전속도를 제어함으로서 단위 시간당 응축기(50)로 유입되는 유기물을 포함한 증기의 양을 조절할 수 있다. 응축수 탱크(55)는 응축기(50)에서 증기가 냉각되어 생성된 응축수를 받아 저장하는 장소로서 응축기(50) 아래에 설치된다.
건조실(20)에는 또한 건조실 온도와 습도를 감지하는 센서부(80)가 구비된다. 건조실 벽(24)에 설치된 센서부(80)는 건조실(20) 내부 온도와 공기에 포함된 습도를 감지하여, 건조실(20)이 미리 설정된 온도와 습도를 유지하도록 한다.
이하 피건조물의 건조와 피건조물로부터 발생하는 증기를 포함한 유기물의 탈취 과정을 상세히 설명한다. 먼저 가열수단(30)에 전원이 공급되면, 가열수단(30)이 열을 발산하여 연소공간(35)의 온도가 상승한다. 가열수단(30)이 발산하는 열은 또한 연소관(40)을 통해 가열공간(70)을 가열하여 온도를 상승시킨다. 가열공간(70)의 열은 건조실(20) 하부를 통해 피건조물로 전달되고, 피건조물로부터 유기물을 포함한 증기가 건조실(20)에 생성된다.
건조실(20)의 유기물을 포함한 증기는 블로워(60)가 발생하는 공기 압력차에 의해 응축기(50)로 유입된다(라인 F1). 응축기(50)에는 응축기(50) 내부로 유입된 증기가 응축되는 것을 촉진하기 위해 응축기에 공기를 불어 냉각시키는 냉각팬(미도시) 또는 냉각수가 순환되는 관(미도시)이 설치된다. 응축기(50)에서 증기가 냉각되어 생성된 응축수는 응축수 탱크(55)에 모여(라인 F2) 활성탄에 의해 정화되고 외부로 배출된다. 응축기(50)에서 응축되지 않은 증기와 유기물은 블로워(60) 입구(미도시)를 통해 블로워(60)로 유입되고(라인 F3), 다시 블로워(60) 출구(미도시)를 통해 연소부(100)를 향해 이동한다(라인 F4).
연소관(40)으로 유입된 증기와 유기물은 700℃ 이상으로 유지되는 연소공간(35)을 0.5 초 이상 체류하면서 통과한다. 그 중 유기물은 연소공간(35)에서 열분해 정화된다. 연소공간(35)을 통과한 고온의 배기가스는 가열공간(70)으로 배출된다. 가열공간(70)의 배기가스는 가열공간(70) 출구(미도시)를 통해 빠져나와 건조실(20) 내부로 이동하여(라인 F5) 피건조물을 직접 가열한다. 이와같이 피건조물은 가열공간(70)에 의한 건조실(20) 하부의 가열 및 가열공간(70)을 빠져나오는 고온의 배기가스가 건조실(20) 내부로 유입되어 가열되는 등 건조실(20) 외부와 내부에서 동시에 가열되어 건조가 촉진된다. 건조실(20) 내부로 유입된 배기가스 및 피건조물로부터 생성된 증기를 포함한 유기물은 다시 응축기(50)로 유입되어 건조와 탈취 사이클을 반복한다.
상기 설명과 같이, 본 발명에 따른 건조와 탈취과정은 구성이 밀폐된 상태에서 기체가 순환하는 구조를 이루기 때문에 응축기(50)에 의한 증기의 응축과 연소부(100)에 의한 유기물의 열분해가 각각 반복되어 피건조물은 건조되고, 건조시 발생하는 오염물질은 정화된다.
이상 실시예를 통해 기술한 바와 같이, 조리중 발생하는 유기물을 완전히 열분해하기 위해서는 유기물을 700℃ 이상으로 유지되는 연소공간(35)에 적어도 0.5 초(second) 이상 체류시켜 통과시키는 것이 바람직하다. 이러한 유기물이 연소공간(35)을 통과하는 시간(t)은 제어될 수 있으며, 이를 하기 수학식 1 과 도 3 을 통하여 설명하면 다음과 같다.
여기서, t 는 유기물을 포함한 공기가 연소공간을 통과하는 시간, L 은 연소공간의 길이(m), A 는 연소관의 단면적(m2), a 는 가열수단의 단면적(m2), (A-a)는 연소공간의 단면적(m2), Q 는 연소공간으로 유입되는 공기의 유량(m3/초), V 는 연소공간으로 유입되는 공기의 속도(m/초)이다.
결과적으로, 유기물을 포함한 공기가 연소공간(35)을 통과하는 시간은 연소공간(35)의 길이, 연소공간(35)의 단면적, 연소공간(35)으로 유입되는 공기의 유량, 연소공간(35)으로 유입되는 공기의 속도를 조절함으로서 0.5 초(second) 이상을 유지할 수 있다. 특히 연소공간(35)으로 유입되는 공기의 유량 및 속도는 블로워(60)의 가동 조건을 조절하여 충분히 제어할 수 있음은 물론이다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 연소부(100)가 유기물을 열분해 하는 작용 이외에 건조실(20)에 복사열을 제공하여 피건조물을 가열하는 두가지 작용을 동시에 할 수 있어 종래의 방법보다 에너지 효율이 향상된 건조장치(10)가 제공된다.
본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명은 후술하는 청구의 범위에 의해서만 단지 제한된다.
10: 건조장치 20: 건조실
22: 투입구 24: 건조실 벽
26: 교반기 30: 가열수단
35: 연소공간 40: 연소관
50: 응축기 55: 응축수 탱크
60: 블로워 70: 가열공간
80: 센서부 100: 연소부
F1: 건조실(20)에서 발생한 유기물을 포함한 증기가 응축기(50)로 유입되는 흐름.
F2: 응축기(50)에서 생성된 응축수가 응축수 탱크(55)로 이동하는 흐름.
F3: 응축기(50)에서 응축되지 않은 증기와 유기물이 블로워(60) 입구로 유입되는 흐름.
F4: 블로워(60) 출구로 배기되는 증기와 유기물이 연소부(100)로 유입되는 흐름.
F5: 가열공간(70)을 빠져나오는 배기가스가 건조실(20) 내부로 유입되는 흐름.
22: 투입구 24: 건조실 벽
26: 교반기 30: 가열수단
35: 연소공간 40: 연소관
50: 응축기 55: 응축수 탱크
60: 블로워 70: 가열공간
80: 센서부 100: 연소부
F1: 건조실(20)에서 발생한 유기물을 포함한 증기가 응축기(50)로 유입되는 흐름.
F2: 응축기(50)에서 생성된 응축수가 응축수 탱크(55)로 이동하는 흐름.
F3: 응축기(50)에서 응축되지 않은 증기와 유기물이 블로워(60) 입구로 유입되는 흐름.
F4: 블로워(60) 출구로 배기되는 증기와 유기물이 연소부(100)로 유입되는 흐름.
F5: 가열공간(70)을 빠져나오는 배기가스가 건조실(20) 내부로 유입되는 흐름.
Claims (9)
- 건조실 벽으로 둘러싸이고 피건조물을 수용하는 건조실; 상기 건조실에 회동 가능하게 구비되어 피건조물을 교반하는 교반기; 상기 건조실의 외면 하부를 감싸도록 설치되며, 연소부에 의해 가열되어 건조실 하부를 가열하는 가열공간; 상기 가열공간에 설치되며, 가열공간에 복사열을 제공하는 작용과 아울러 건조실에서 발생하는 유기물을 유입하여 열분해하는 적어도 하나의 연소부; 상기 건조실에서 발생된 유기물을 포함한 증기가 유입되며, 상기 증기를 냉각시켜 응축수로 만드는 응축기; 및 공기 압력차를 발생하여 건조실의 유기물을 포함한 증기를 상기 응축기로 유입되게 하고, 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물을 연소부로 보내는 블로워;로 구성되며
상기 연소부가 열을 발산하는 가열수단; 상기 가열수단을 둘러싸는 중공이 형성된 관으로, 가열수단에 의해 가열되어 그 복사열을 가열공간으로 제공하는 연소관; 및 상기 가열수단과 연소관 사이에 형성된 공간으로, 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물이 유입되어 열분해되는 연소공간;으로 구성된 것을 특징으로 하는 건조장치. - 제 1 항에 있어서, 유기물이 700℃ 이상으로 유지되는 연소공간을 0.5 초 이상 체류하면서 통과하여 열분해되는 것을 특징으로 하는 건조장치.
- 제 1 항에 있어서, 피건조물이 가열공간에 의한 건조실 하부의 가열 및 가열공간을 빠져나오는 고온의 배기가스가 건조실 내부로 유입되어 가열되는 등 외부와 내부에서 동시에 가열되어 건조되는 것을 특징으로 하는 건조장치.
- 제 1 항에 있어서, 건조실의 온도와 습도를 감지하는 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조장치.
- 제 1 항에 있어서, 블로워의 회전속도를 제어함으로서 건조실에서 발생된 유기물을 포함한 증기가 응축기로 유입되는 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 건조장치.
- 제 1 항에 있어서, 응축기로 유입된 증기가 응축되는 것을 촉진하기 위해 응축기에 공기를 불어 냉각시키는 냉각팬 또는 냉각수가 순환되는 관이 설치된 것을 특징으로 하는 건조장치.
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