KR101473247B1 - 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치 - Google Patents

하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수 및 가축분뇨 찌꺼기의 건조장치로써, 외부 보일러의 열을 열원으로 하여 하우징 내부에 나선형 스크류를 축에 부착하여 하우징 내부로 들어오는 하수 및 가축분뇨 찌꺼기를 이송하고 구동모터의 회전력으로 하우징 내부의 축에 부착된 수평 및 수직 임펠러가 원심력을 찌꺼기에 가하여 찌꺼기가 뜨거운 하우징 내벽 즉 전열면적에 빠른 접촉속도로 찌꺼기를 부착시키고, 부착된 찌꺼기는 건조 및 이탈현상을 반복하면서 열효율 높게 함수율을 감소시키고 찌꺼기의 수분을 증기로 바꾸어 하우징 밖으로 배출하여 찌꺼기의 함수율을 저감시키는 건조장치로써 건조기의 구조가 일체형 구조로 되어 찌꺼기의 건조 시 외부로부터 하우징으로 유입되는 공기가 차단되어 단순히 찌꺼기 건조 시에만 발생되는 증기와 가스만을 처리하도록 하는 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치를 제공한다.

Description

하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치{A drying equipment to dry the sewage and livestock manure}
본 발명은 하수 및 가축분뇨 찌꺼기의 건조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기열매체 히터의 열을 열원으로 하여 하우징 내부의 일측에 나선형스크류 형상의 임펠러를 축에 부착하여 찌꺼기를 이송하고 하우징 내부의 타측에 수평 및 수직임펠러를 부착하여 구동모터의 회전력으로 수평 및 수직 임펠러가 원심력을 발생토록 하여 찌꺼기가 뜨거운 하우징 전열면적에 부착 및 건조, 이탈현상을 반복하여 찌꺼기 함수율을 저감시키는 건조장치에 관한 것이다.
하수 및 가축분뇨의 찌꺼기를 매립 및 해양투기하여 처리하는 방식은 가장 단순하지만 심각한 환경오염을 유발하기 때문에 상기 하수 및 가축분뇨 찌꺼기를 자원으로써 재활용하는 방안이 개발되고 있다. 상기 재활용의 방안으로써, 하수 및 가축분뇨를 건조, 개량하여 부숙토 및 토양개량재로 만들어 사용하여 토양오염을 방지하고 자연농지를 확보하는 방안이 있다.
여기서 상기 하수 및 가축분뇨를 건조, 개량하여 부숙토 및 토양개량재를 제조하는 제조공정 중 가장 핵심이 되는 부분은 상기 하수 및 가축분뇨를 일정 함수율 이하로 건조시켜서 후속공정인 발효공정이 이루어지도록 함에 있다.
종래의 하수 및 가축분뇨 찌꺼기의 건조장치는 외부 보일러에 의해 열이나 스팀을 상기 하수 및 가축분뇨 찌꺼기를 건조시키는 하우징 내부로 직접 투입 및 가열하여 건조시키거나 또는 찌꺼기의 유기물세포에 전기를 투입하여 세포에서 수분을 분리 및 탈수하는 전기침투식 방식을 사용하고 있다. 도 1은 종래의 스팀투입식 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치를 도시한 개략도이다.
도 1에서의 종래의 스팀투입식 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치(50)는 상기 하수 및 가축분뇨 찌꺼기(이하 찌꺼기)를 보관하는 슬러지탱크(10) 및 상기 슬러지탱크(10)에 보관 중인 찌꺼기를 이송시키는 슬러지펌프(11), 상기 슬러지펌프(11)를 통해 이송된 찌꺼기에 대하여 건조공정을 실시하는 하우징(12) 및 상기 하우징 내부에 설치된 스크류(13), 상기 스크류가 회전할 수 있도록 동력을 전달하는 하우징동력모터(14), 상기 하우징(12)에 연결되어 상기 찌꺼기에 스팀을 투입시키는 스팀보일러(15), 그리고 상기 건조공정을 마친 찌꺼기를 배출하는 슬러지배출구(16) 및 상기 건조공정 도중 생긴 반류수를 배출하는 반류수배출구(17)로 구성되며, 상기 하우징(12)에서 이루어지는 건조공정의 온도, 습도 등의 필요한 정보를 추출하는 센서부(20)가 하우징 내외부에 걸쳐 설치되며 상기 센서부(20) 내의 각각의 센서들은 제어장치(21)에 연결되어 상기 제어장치는 필요한 경우 자동제어 기능을 통해 모터 등의 회전율 등을 조절할 수 있다.
하지만 이는 상기 보일러(15)에서 발생하는 열이나 스팀을 직접 상기 건조기(50)의 하우징(12) 내부로 투입하여야 하기 때문에 상기 보일러(15)를 작동시키는 전력 외에도 펌프 등을 통해 열 또는 스팀을 전달시켜야 하기 때문에 추가적인 전력소요가 발생함으로 인하여 연료비용이 과다하게 소모되며, 외부공기의 유입으로 인해 악취가스로 인한 처리비용이 증가하여 비경제적이다.
특히 하수 및 가축분뇨 찌꺼기의 함수율은 매일 일정하지 않아 건조처리 후에도 함수율이 일정치가 않아 후속공정인 발효기에서 발효 시간과 발효 온도를 유지하는 데 어려움이 발생하고 있다. 상기 종래의 하수 및 가축분뇨 찌꺼기의 건조장치는 찌꺼기를 건조 시 하우징 내부로 유입되는 공기량와 악취가스의 물질 등이 달라붙어 이를 처리하는 데 많은 문제점이 발생되고 있다.
상기와 같은 종래의 하수 및 가축분뇨 찌꺼기의 처리방식을 개선하여 열매체를 이용한 간접 건조방식을 거치고 열매체가 순환하여 열소비를 줄이는 열매체 순환형 건조양생 장치가 특허 제 10-1077495호에 개시되어 있다.
하지만 상기의 특허는 내부의 스크류에 열을 전달 및 공급해야 하므로 장치의 구성이 복잡하며 내구성이 낮을 가능성이 있고, 악취가스 발생량 역시 높아 상기 종래의 하수 및 가축분뇨 찌꺼기의 처리방식을 완전하게 개선하였다고 보기는 어렵다.
본 발명은 상기의 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 원통형 하우징의 내벽을 전열이 되도록 하고 서로 다른 함수율의 하수 및 가축분뇨 찌꺼기가 하우징 내부로 유입 시 외부 구동모터의 회전력으로 축에 부착된 찌꺼기를 나선형 스크류로 공급하고 수평 및 수직 임펠러가 원심력을 가해 하우징 내부의 찌꺼기가 하우징의 전열면적에 고속으로 부착하면서 건조되는 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,
속이 빈 밀폐형의 하우징; 상기 하우징 내부 측면에 설치되고 외부의 보일러로부터 열을 공급받는 원통형의 오일자켓; 상기 오일자켓 내부에 설치되는 전열면; 상기 하우징의 양 측면을 관통하며 외부의 구동모터와 연결되어 회전하는 회전축; 상기 회전축의 하우징 내부 부분의 일측면에 장착되는 스크류; 상기 회전축의 하우징 내부 부분의 스크류와 반대쪽 면에 장착되는 임펠러; 로 구성되고 상기 스크류가 장착된 하우징의 측면 상단에 하수 및 가축분뇨 찌꺼기를 공급하는 찌꺼기투입구가 설치되고, 상기 임펠러가 장착된 하우징의 하측면에 찌꺼기배출구가 설치됨을 특징으로 하는 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치를 제공한다.
상기에서, 상기 하우징의 상단에는 가스배출구가 설치되어 건조공정 과정에서 발생하는 증기 및 가스를 처리하도록 함이 바람직하다.
또한 상기 하우징에서, 하우징의 내부 온도를 감지하는 하우징온도계를 설치하고 상기 오일자켓의 내부 온도를 감지하기 위한 걸쳐 오일자켓온도계를 설치함이 바람직하다.
또한, 상기 임펠러는 축과 수직으로 설치되는 하나 이상의 수직임펠러와 상기 하나 이상의 수직임펠러의 각각의 축 설치면과 반대편 일측에 설치되는 수평임펠러로 구성되도록 한다.
상기 구동모터의 회전 속도는 약 180~400rpm으로 구동하여 내부의 상기 수평임펠러가 상기 하우징 내부의 하수 및 가축분뇨 찌꺼기에게 원심력을 가하는 가속도가 약 10~30m/sec수준이 되도록 함이 바람직하다.
상기 구동모터 및 보일러, 하우징온도계, 오일자켓온도계는 자동제어장치와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어되도록 한다.
상기 하나 이상의 수직임펠러의 각각의 일측에는 하나 이상의 돌기가 부착되고, 반대편 일측에는 원형의 배이스플레이트가 장착되도록 함이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 자동제어장치를 통하여 구동모터의 회전력을 제어할 수 있도록 하여 구동모터의 회전속도에 따라 찌꺼기를 일정한 함수율로 배출할 수 있도록 상기 구동모터의 회전속도를 조절할 수 있다.
또한 구동모터의 회전력에 따른 원심력으로 찌꺼기를 하우징 내벽, 즉 전열면에 빠른 속도로 부착시켜 건조하므로 효율이 우수하며 일체형 하우징으로 구성되어 있어 단순히 건조시 발생하는 증기와 가스만을 처리하여 탈취효율을 안정화 시킬 수 있다.
도 1은 종래의 스팀투입식 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 건조장치의 개략도
도 3은 본 발명의 임펠러의 모습을 도시한 사시도
이하에서는 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 이해와 실시를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. 당업자들은 이하의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능함을 이해할 것이다.
먼저 도 2는 본 발명의 건조장치(1000)을 개시한 개략도이다. 본 발명의 건조장치는 밀폐되고 속이 빈 원통형의 하우징(100) 내에서 하수 및 가축분뇨 찌꺼기(이하 찌꺼기)를 건조시키며, 상기 하우징(100)의 측면 외벽은 단열재(110)로 제작되어 열효율을 높이고, 상기 하우징(100)의 단열재(110) 측면 안쪽으로 원통형의 오일자켓(120)이 설치되며 상기 오일자켓(120)의 측면 안쪽으로는 원통형의 전열면(130)이 상기 오일자켓(120)에 부착되어 내부의 찌꺼기에 열을 전달하게 된다.
또한 상기 오일자켓(120)은 외부로 연결된 두 개의 관(120a, 120b)을 통하여 보일러(200)에 연결되며 상기 오일자켓(120) 및 두 개의 관(120a, 120b) 내부는 열을 전달하는 매체인 열매체유(+)가 들어 있다. 또한 상기 보일러-자켓관(120a)에는 보일러펌프(210)가 설치되어 상기 열매체유(+)의 흐름을 제어한다.
그리고, 상기 하우징(100)의 내부에는 상기 하우징(100)을 관통하는 회전축(300)이 설치되며 상기 하우징(100)의 안쪽으로 들어간 회전축(300)의 일측에는 스크류(310)가 설치되고, 또한 상기 하우징(100)의 안쪽으로 들어간 회전축(300)의 타측에는 임펠러(320)가 설치되며 상기 하우징(100)의 바깥쪽으로 나온 회전축(300)의 일측에는 상기 회전축(300)에 회전 동력을 제공하는 구동모터(330)와 감속기(340)가 설치된다.
또한 하우징온도계(410)가 상기 하우징(100)에 설치되어 상기 하우징(100) 내부의 온도를 측정하고 오일자켓온도계(420)가 상기 하우징(100)에 설치되어 상기 오일자켓(120) 내부의 온도를 측정하게 된다. 또한 상기 하우징온도계(410) 및 오일자켓온도계(420), 보일러(200), 모터(330)는 자동제어장치(400)와 유선 또는 무선으로 연결되고 상기 자동제어장치(400)는 연결된 상기의 기기들(200, 330, 410, 420)을 제어하게 된다.
또한 상기 하우징(100)의 일측 측면 상단에는 찌꺼기투입구(500)가 설치되며 상기 찌꺼기투입구(500)는 찌꺼기저장탱크(510)에 연결되어 상기 찌꺼기를 제공받는다. 그리고 상기 하우징(100)의 일측 최하단에는 처리된 찌꺼기를 배출하는 찌꺼기배출구(520)가 설치되며 상기 찌꺼기배출구(520)에는 토출밸브(530)가 설치되고, 상기 하우징(100)의 일측 최상단에는 건조공정 시 발생하는 수증기 및 가스를 배출하는 증기배출구(540)가 더 설치되며, 상기 증기배출구(540)는 외부의 탈취팬(A), 저감기(B), 탈취기(C)를 통하여 처리된다.
도 3은 상기 임펠러(320)의 모습을 확대한 사시도이다. 상기 임펠러(320)는 회전축(300)과 수직으로 설치되는 세 개의 수직암(a)과 상기 세 개의 수직암(a)의 끝에 수직으로 각각 설치되는 세 개의 수평암(b)으로 구성되며 상기 수직암(a) 각각의 앞쪽에는 하나 이상의 돌기(c)가 설치되며, 상기 수직암(a)들의 뒷면에는 상기 수직암(a)들의 뒷면과 부착되도록 설치되는 원판 형태의 베이스플레이트(d)로 이루어지며 상기 하우징(100)의 전열면(130)과 접촉되지 않도록 설치된다.
이하에서는 상기 도 2 및 도 3을 통하여 본 발명의 작동예를 설명한다.
사용자는 찌꺼기를 하우징(100)에 투입하기에 앞서서 먼저 보일러(200)를 작동시켜 오일자켓(120) 및 상기 보일러(200)에 연결된 두 관(120a, 120b) 내부에 담겨진 열매체유(+)를 데우고 보일러펌프(210)를 가동시켜 상기 오일자켓(120)과 상기 보일러(200) 내부의 열매체유(+)를 순환시켜 상기 오일자켓(120) 내부의 온도를 상승시킬 수 있도록 한다.
상기 오일자켓(120)의 온도를 높인 후 사용자는 구동모터(330)를 작동시켜 상기 구동모터(330)와 연결된 회전축(300)이 회전할 수 있도록 한 후 찌꺼기배출구(520)의 토출밸브(530)를 잠근 후 찌꺼기저장탱크(510)의 찌꺼기를 찌꺼기투입구(500)를 통해 상기 하우징(100)에 투입한다.
찌꺼기가 상기 찌꺼기투입구(500)를 통해 투입되면, 찌꺼기는 회전하는 스크류(310)와 충돌하여 사방으로 퍼지게 되며 특히 임펠러(320) 쪽으로 퍼지도록 조절하여 상기 임펠러(320)에 상기 찌꺼기를 전달해주는 역할을 하게 된다. 사방으로 퍼진 상기 찌꺼기는 상기 오일자켓(120) 안쪽에 부착되어 충분한 온도로 가열된 전열면(130)에 부착되어 함수율이 떨어지게 되며 상기 하우징(100)의 측면 또는 상면의 전열면(130)에 부착된 찌꺼기는 상기 전열면(130)의 벽면을 타고 내려가거나 가열된 하우징 내부의 하면으로 낙하하면서 추가적으로 함수율이 감소된다.
상기 스크류(310)에 의해 찌꺼기가 고속으로 회전하는 상기 임펠러(320)에 위치하면, 상기 임펠러(320)의 수평암(b) 부분이 상기 하우징(100)의 하면에 위치하는 찌꺼기에 힘을 가하여 상기 하우징(100)의 전열면(130)에 찌꺼기를 골고루 부착시킴으로써 함수율 감소 효율을 증가시키면서 동시에 상기 수평암(b) 부분이 가하는 힘으로 인해 충격을 받은 찌꺼기분자의 경우, 찌꺼기의 비중이 물 분자에 비해 약간 낮으므로(찌꺼기:물 = 0.8~0.9:1 수준) 비중이 높은 물 분자가 상기 전열면(130)에 우선적으로 부착되도록 함으로써 가스배출구(540)로 배출되는 가스의 양을 줄이고 증기의 양을 상대적으로 늘리게 되어 함수율 감소를 극대화시키고 악취를 줄일 수 있다. 또한 본 발명의 건조장치(1000)의 하우징 내부는 밀폐형으로 외부로부터 입력되는 수증기 또는 열풍 등이 없으므로 건조공정 시 발생하는 증기와 가스의 양 자체가 적어 외부의 탈취팬(A), 저감기(B), 탈취기(C)를 통해 이루어지는 탈취공정을 최소화시킬 수 있다. 이때 상기 탈취팬(A), 저감기(B), 탈취기(C)는 종래의 제품을 사용할 수 있다.
상기에서, 상기 임펠러(b)의 수직암(a)은 상기 수평암(b)에게 원심력을 전달해주는 역할을 하며 상기 수직암(a)에 위치한 돌기(c)는 상기 고여 있는 찌꺼기가 굳어지는 것을 방지하고 상기 수평암(b)의 뒷면에 부착된 베이스플레이트(d)는 상기 하우징(100)의 발열면적이 아닌 면적에 상기 찌꺼기가 튀는 것을 방지함과 동시에 상기 하우징(100)과 회전축(300) 사이에 찌꺼기가 들어가는 것을 막는다.
상기와 같이 상기 하우징(100) 내부에 위치하는 찌꺼기에 상기 수평암(b)이 힘을 가해 상기와 같은 효과를 극대화하고 안정된 함수율 감소를 위해서는 상기 찌꺼기에 가해지는 가속도를 10~30m/sec로 하는 것이 바람직하며 이를 만족시키기 위해서는 구동모터(330)의 회전속도를 180~400rpm으로 함이 바람직하다. 사용자는 상기 구동모터(330)의 회전속도를 조절함으로써 원하는 함수율의 찌꺼기를 생산해낼 수 있는데, 상기 구동모터(330)의 회전속도 조절은 상기 구동모터(330)와 유선, 또는 무선으로 연결된 자동제어장치(400) 내의 인버터를 통해 제어할 수 있다. 또한 상기 자동제어장치(400)는 상기 보일러(200)와 하우징온도계(410), 오일자켓온도계(420)와도 유선 또는 무선으로 연결되어 상기 하우징온도계(410)와 오일자켓온도계(420)에서 제공하는 상기 하우스(100) 내부의 온도와 상기 오일자켓(120) 내부의 열매체유(+)의 온도를 측정하여 자동제어장치(400)에 전달하고, 상기 자동제어장치(400)는 상기 하우징온도계(410) 및 오일자켓온도계(420)에서 제공하는 온도 정보를 통해 상기 보일러(200)의 온도를 제어한다.
상기의 과정을 통해 건조공정을 완료하면, 사용자는 자동제어장치(400)를 통해 구동모터(330)를 중지시키고 보일러(200)와 보일러펌프(210)의 운행을 중지시킨 후 토출밸브(530)를 개방하여 찌꺼기배출구(520)를 통하여 건조공정이 완료된 찌꺼기를 배출하게 된다.
본 발명의 건조장치(1000)는 함수율 80~83% 수준의 찌꺼기를 50% 이하로 낮추는 데 그 목적이 있으며 상기의 함수율 감소를 충족시키기 위해 약 100kg의 찌꺼기를 10분 정도로 가동시켜 약 44% 수준으로 함수율이 감소한 찌꺼기를 배출하게 된다. 본 발명의 건조장치(1000)에 100kg의 찌꺼기를 투입 후 15분간 가동시키면 약 4.7%수준으로 함수율이 감소한 찌꺼기를 얻을 수 있어, 매우 낮은 함수율의 찌꺼기도 생성 가능함을 알 수 있다.
100 : 하우징. 110 : 단열재. 120 : 오일자켓. 120a : 보일러-자켓관.
120b : 자켓-보일러관. 130 : 전열면. 200 : 보일러. 210 : 보일러펌프.
300 : 회전축. 310 : 스크류. 320 : 임펠러. 330 : 구동모터.
340 : 감속기. 400 : 자동제어장치. 410 : 하우징온도계.
420 : 오일자켓온도계. 500 : 찌꺼기투입구. 510 : 찌꺼기저장탱크.
520 : 찌꺼기배출구. 530 : 토출밸브. 540 : 가스배출구.
A : 탈취팬. B : 저감기. C : 탈취기. a : 수직암. b : 수평암.
c : 돌기. d : 베이스플레이트.

Claims (7)

  1. 하수 및 가축분뇨 찌꺼기의 건조장치에 있어서,
    속이 빈 밀폐형의 하우징(100);
    상기 하우징(100) 내부 측면에 설치되고 외부의 보일러(100)로부터 열을 공급받는 원통형의 오일자켓(120);
    상기 오일자켓(120) 내부에 설치되는 전열면(130);
    상기 하우징(100)의 양 측면을 관통하며 외부의 구동모터(330)와 연결되어 회전하는 회전축(300);
    상기 회전축(300)의 하우징 내부 부분의 일측에 장착되는 스크류(310);
    상기 회전축(300)의 하우징 내부 부분의 스크류와 반대측에 장착되는 임펠러(320);
    상기 스크류(310)가 장착된 하우징의 측면 상단에 하수 및 가축분뇨 찌꺼기를 공급하는 찌꺼기투입구(500);
    그리고 상기 임펠러(320)가 장착된 하우징의 하측면에 설치되는 찌꺼기배출구(320)를 포함하고, 상기 임펠러(320)는 회전축(300)과 수직으로 설치되는 하나 이상의 수직암(a)과, 상기 하나 이상의 수직암(a)의 단부쪽에 상기 회전축(300)과 평행하게 설치되는 수평암(b)으로 구성됨을 특징으로 하는 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 하우징(100)의 상단에는 가스배출구(540)가 더 설치됨을 특징으로 하는 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 하우징(100) 내부온도를 측정하는 하우징온도계(410)가 설치되고 상기 오일자켓(120)의 내부온도를 측정하는 오일자켓온도계(420)가 더 설치됨을 특징으로 하는 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 구동모터(330)의 회전 속도는 180~400rpm으로 구동함을 특징으로 하는 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 구동모터(330), 보일러(200), 하우징온도계(410), 오일자켓온도계(420)는 자동제어장치(400)와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어됨을 특징으로 하는 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 수직암(a)의 각각의 일측에는 하나 이상의 돌기(c)가 부착되고, 반대편 일측에는 원형의 배이스플레이트(d)가 장착됨을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수 및 가축분뇨 찌꺼기 건조장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100955259B1 (ko) * 2009-02-23 2010-04-30 한국기계연구원 고효율 슬러지 건조기

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