KR101509102B1 - 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물을 무산소 상태하에서 간접가열하여 가스와 오일 및 차아 등으로 분해하고, 이를 각각 회수하도록 이루어진 폐기물 열분해시스템에 관한 것으로, 상세하게는 열분해가 이루어진 후 냉각시 열분해장치가 잔존하는 고온의 가스 및 압력강하 등으로 인하여 폭발 및 파손되는 현상을 방지할 수 있도록 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명인 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템은, 폐기물을 가열하여 열분해 하는 폐기물 열분해시스템에 있어서, 가열수단이 형성된 가열로 내측에 진공상태하에서 열분해를 하도록 이루어진 열분해로가 설치되어 간접가열방식으로 폐기물을 고온 및 진공상태하에서 열분해시키는 간접가열방식의 열분해장치(A)와; 상기 열분해장치(A)로부터 공급되는 배출가스를 수조를 이용하여 가스와 오일을 분리하여 포집하는 가스/오일 포집기(B)와; 상기 열분해장치(A)에서 배출되는 배출가스를 가스/오일 포집기(B)로 안내하되, 역방향으로 이동을 방지하도록 이루어진 배출가스 안내장치(C)와; 상기 열분해장치(A)의 열분해로 내에 냉각으로 압력강하시 냉각수를 공급하여 압력강하현상이 발생하지 않도록 하는 폭발방지수단(E)을 포함한다.

Description

폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템{Explosion prevention measures are provided Pyrolysis system}

본 발명은 폐기물을 무산소 상태하에서 간접가열하여 가스와 오일 및 차아 등으로 분해하고, 이를 각각 회수하도록 이루어진 폐기물 열분해시스템에 관한 것으로, 상세하게는 열분해가 이루어진 후 냉각시 열분해장치가 잔존하는 고온의 가스 및 압력강하 등으로 인하여 폭발 및 파손되는 현상을 방지할 수 있도록 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템에 관한 것이다.

사회가 본격적인 산업화 양상을 나타내면서 '대량생산과 대량소비'에 따른 폐기물이 급증하는 가운데 폐기물 처리에 수반되는 환경오염 문제가 심각하게 대두됨에 따라 효율적인 폐기물 처리방안이 시급히 요구되고 있는 실정이다.

일반적으로 폐기물이란 쓸모없게 되어 버리는 물질을 총칭하며, 통상적 관념내지는 폐기물 관리법에 따르면 '쓰레기·연소재·오니(汚泥)· 폐유(廢油)·폐산·폐알칼리·동물 사체 등 사람의 생활이나 산업활동에 필요 없게 되어 버리는 물질'로 정의된다. 현재 사용되고 있는 폐기물 처리방안에는 '감량', '재활용', '재생', '매립' 및 '소각' 등이 있다.

이 중에서 감량, 재활용, 재생의 폐기물 처리방안은 최종적인 폐기물 처리방안이 되지 못하며, 극히 일부만이 폐기물들만이 가능한 관계로 제외하고, 매립은 장기간에 걸쳐 심각한 토질 및 수질오염을 초래하므로 각국의 강력한 규제대상이 되고 있다. 따라서 현재로서는 주로 '소각'의 방법이 사용되는데, 이는 화염(火焰)을 이용하여 폐기물을 태워 제거하는 방법이다. 하지만 '소각'에 의한 폐기물 처리방법 역시 여러 가지 문제점이 있다. 즉, 폐기물에 직접적인 화염을 가하는 소각의 경우에 폐기물의 적재량, 밀도, 수분 함유량, 소각로 크기, 가열온도와 같은 여러 요인으로 인해 완전연소가 실질적으로 불가능하고, 불완전 연소에 따른 그을음, 먼지, 대기오염 공해배출가스 등이 다량 발생하는 2차적인 문제점을 가진다.

이에 따라 최근에는 고온 및 진공환경에서 폐기물을 열분해(pyrolysis)하는 다양한 방법이 소개되었으며, 첨부된 특허문헌들과 같이 다양한 열분해 장치 및 방법이 제시 및 개발되어 사용되고 있으며, 더욱더 향상된 기술을 제공하고자 지속적으로 기술을 개발하고 있다.

도 1을 참조하면, 고온 및 진공환경에서 폐기물을 열분해(pyrolysis) 하는 간접가열방식의 열분해장치는 크게 가열수단(1a)이 형성된 가열로(1)와, 상기 가열로(1)의 내측에 설치된 폐기물을 열분해 시키는 열분해로(2)와, 상기 열분해로(2)의 투입구(20a)로 투입된 폐기물을 이동시키는 스크류날개(3a)가 형성된 스크류축(3)과, 상기 스크류축(3)을 구동시키는 구동장치(4)로 구성되어, 상기 열분해로(2)에 투입된 폐기물은 스크류축(3)에 의하여 이동하면서 간접가열방식으로 고온으로 가열되되, 진공환경상태에서 폐기물이 열분해가 이루어지도록 열분해로(2)의 내부는 진공상태를 유지하게 된다. 이와 같은 방식에 의하여 폐기물은 열분해로(2)에서 고온 및 진공상태에서 열분해 하여 가스와 오일, 차아(Char) 등으로 분해되고, 분해된 가스와 오일은 가스배출구(2b)를 통해 배출되어 미도시된 회수장치에 의하여 가스와 오일이 분리되어 회수되고, 나머지 차아(Char)는 차아 배출구를 통하여 배출된다.

그러나, 열분해로 내측에 설치되어 회전하는 스크류 축을 지지하는 동시에 기밀을 유지시켜 열분해로를 진공상태로 유지시키기 위해서는 매우 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 본 발명의 출원인은 (KR) 등록특허 제10-1202810호인 폐기물 열분해시스템을 제공하였다.

상기 (KR) 등록특허 제10-1202810호인 폐기물 열분해시스템은, 폐기물의 열분해과정시 가열분해로 내에서는 휘발성인 고온가스가 생성되어 배출가스로 배출되고, 이러한 배출되는 배출가스를 순도 높은 가스와 오일로 분리하여 회수할 수 있도록 이루어져 있다.

그러나, 열분해 과정이 끝난 후의 경우 열분해로는 냉각모드로 전환하게 되며, 이때 열분해로 내로 공급되는 공기는 차단되어 있음으로, 냉각으로 인하여 열분해로 내에서는 압력강하가 발생하게 된다.

이와 같이 냉각시 열분해로 내에 발생하는 압력강하 현상은 아래와 같은 문제점을 발생시킨다.

첫째, 압력강하로 인하여 열분해로 내의 압력상태가 음압(진공압)이 형성됨으로써 기밀을 위한 실링부분 등의 파괴로 인하여 열분해로의 기밀유지상태가 파괴될 수 있는 문제점이 있다.

둘째, 열분해로의 내에는 고온의 휘발성 가스가 잔존함으로써 기밀상태의 파괴로 인하여 공기(산소)의 유입시 폭발사고의 위험성을 가지는 문제점이 있다.

(KR) 등록특허공보 등록번호 10-0198980(등록일: 1999.03.03) (KR) 등록특허공보 등록번호 10-0266852(등록일: 2000.06.28) (KR) 등록특허공보 등록번호 10-0513932(등록일: 2005.09.02) (KR) 등록특허공보 등록번호 10-0748624(등록일: 2007.08.06) (KR) 공개특허공보 공개번호 10-2011-0061434(공개일: 2011.06.09) (KR) 등록특허공보 등록번호 10-1202810(등록일: 2012.11.13)

본 발명은 상기와 같이 본 출원인이 제공한 (KR) 등록특허 제10-1202810호인 폐기물 열분해시스템 및 종래의 폐기물 열분해시스템이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 냉각시 발생하는 압력강하 현상으로 인한 기밀상태 유지파괴 및 이로 인한 폭발사고를 방지할 수 있도록 이루어진 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 발명된 본 발명인 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템은, 폐기물을 가열하여 열분해 하는 폐기물 열분해시스템에 있어서, 가열수단이 형성된 가열로 내측에 진공상태하에서 열분해를 하도록 이루어진 열분해로가 설치되어 간접가열방식으로 폐기물을 고온 및 진공상태하에서 열분해시키는 간접가열방식의 열분해장치(A)와; 상기 열분해장치(A)로부터 공급되는 배출가스를 수조를 이용하여 가스와 오일을 분리하여 포집하는 가스/오일 포집기(B)와; 상기 열분해장치(A)에서 배출되는 배출가스를 가스/오일 포집기(B)로 안내하되, 역방향으로 이동을 방지하도록 이루어진 배출가스 안내장치(C)와; 상기 열분해장치(A)의 열분해로 내에 냉각으로 압력강하시 냉각수를 공급하여 압력강하현상이 발생하지 않도록 하는 폭발방지수단(E)을 포함하도록 구성됨을 특징으로 한다.

상기 폭발방지수단(E)은 냉각수가 저장된 폭발방지용 수조와, 상기 폭발방지용 수조와 열분해로를 연통하시키되, 냉각수가 열분해로 방향으로만 이동하도록 하는 동시에 폭발방지용 수조 내의 냉각수가 열분해로의 냉각시에 공급되도록 하여 압력강하가 발생하지 않도록 이루어진 연통로를 포함한다.

상기 연통로에는 열분해로에서 배출되는 배출가스가 배출되는 것을 차단하고, 냉각으로 인한 압력강하시 냉각수가 열분해로로 공급되도록 하는 체크밸브가 구비되고, 상기 체크밸브는 기계식구조의 체크밸브와, 열분해로의 압력을 측정하고 이를 이용하여 개폐하도록 하는 전자식구조의 체크밸브를 포함한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명인 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템은, 폐기물을 간접가열방식으로 열분해시키도록 이루어진 열분해로의 냉각시 발생하는 압력강하 현상으로 인한 문제점인 기밀상태의 파괴, 이로 인한 공기 유입으로 잔존하는 고온의 휘발성 가스의 연소로 인한 폭발 등의 문제점을 해결할 수 있음으로써 유지보수의 비용의 절감 및 안전사고를 방지할 수 있다.

도 1은 종래에 사용 중에 있는 간접가열방식의 열분해장치의 개략단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 나타낸 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템의 구성 개략도.
도 3은 본 발명인 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템에서 간접가열방식의 열분해장치(A)에 대한 작동상태를 나타낸 단면개략도.
도 4는 도 3의 a-a선 단면개략도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예를 나타낸 것으로 간접가열방식의 열분해장치(A)에서 기밀유지장치 부분에 대한 단면개략도.
도 6은 본 발명인 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템에서 가스/오일 포집기(B)에 대한 일 실시 예인 정단면개략도.
도 7은 본 발명인 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템에서 가스/오일 포집기(B)에 대한 일 실시 예인 평단면개략도.
도 8은 본 발명인 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템에서 가스/오일 포집기(B)에 대한 일 실시 예인 부분단면개략도.
도 9는 본 발명인 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템에서 배출가스 안내장치(C)의 일 실시 예인 정단면 개략도.
도 10은 본 발명인 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템에서 폭발방지수단(E)의 일 실시 예인 평면개략도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 폐기물을 진공상태에서 간접가열방식으로 가열하여 가스와 오일 및 차아(Char) 등으로 열분해시키고, 상기 열분해되어 배출가스로 혼합되어 배출되는 가스와 오일을 분리하여 포집(회수)하도록 이루어진 폐기물 열분해(Pyrolysis)시스템에 관한 것으로, 상세하게는 폐기물을 열분해 시키는 열분해로가 열분해 후 냉각시 냉각으로 발생하는 압력강하 현상에 의하여 발생하는 문제점을 해결할 수 있도록 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템에 관한 것이다.

도 2를 참조하면, 이러한 본 발명의 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해(Pyrolysis)시스템은, 간접가열방식으로 고온가열하여 폐기물을 고온 및 진공상태하에서 열분해시키는 간접가열방식의 열분해장치(A)와, 상기 열분해장치(A)에서 열분해되어 공급되는 배출가스를 냉각수(물)가 저장된 수조를 이용하여 가스와 오일을 분리하여 포집하는 가스/오일 포집기(B)와, 상기 열분해장치(A)에서 열분해되어 배출되는 배출가스를 가스/오일 포집기(B)로 안내하는 배출가스 안내장치(C)와, 상기 열분해장치(A)에서 배출되는 폐열을 이용하여 폐기물을 건조하는 폐기물 건조기(D)와, 상기 열분해장치(A)의 열분해로(20)에 냉각수를 공급하여 열분해 후 냉각시 발생하는 압력강하 현상으로 발생하는 폭발사고 등의 문제점을 해결하도록 하는 폭발방지수단(E)으로 구성된다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 간접가열방식인 상기 열분해장치(A)의 구성은 크게 폐기물이 열분해가 일어날 수 있도록 고온으로 가열하도록 하는 가열수단인 가열용 버너(11)가 구비되는 내부공간(10a)을 가지는 가열로(10)와, 상기 가열로 내측인 내부공간(10a)에 설치되되, 가열용 버너(11) 측의 일단(20')가 타측의 단부(20") 보다 하향되게 설치되며, 타측의 단부(20") 측의 상부에 폐기물 투입구(21)와, 가스 배출구(22)가 형성되고, 하부에 차아 배출구(23)가 형성된 열분해로(20)와, 상기 열분해로(20)의 내측에 설치되어 공급된 폐기물을 가열용 버너(11) 측으로 이동시키는 스크류 날개(31)가 형성된 스크류축(30)과, 상기 스크류축(30)을 정회전과 역회전시키는 구동장치(40)와, 상기 스크류축(30)과 구동장치(40) 사이에 설치되는 기밀유지장치(50)로 구성된다.

상기 가열로(10)는 통상적인 가열용 버너(11)가 구비되어 간접방식으로 열분해로(20)를 가열하도록 이루어진 것으로, 외부로 열이 배출되어 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 단열처리된다.

상기 열분해로(20)는 폐기물을 진공상태 하에서 간접가열방식으로 가열하여 가스와 오일 및 차아(Char) 등으로 열분해시키는 것으로, 가열용 버너(11) 측의 일단(20')가 타측의 단부(20") 보다 하향되게 설치되어 투입된 폐기물이 가열용 버너(11) 측이 이동이 용이하도록 하며, 타측 단부(20")의 상측에는 폐기물을 열분해로(20) 내측에 투입할 수 있는 밀폐용 덮개(21a)가 설치된 폐기물 투입구(21)와, 폐기물이 열분해 되어 발생한 가스와 오일이 배출되는 가스 배출구(22)가 형성되고, 하측에는 열분해 후 나머지 차아(Char)을 외부로 배출하도록 하는 밀폐용 덮개(23a)가 설치된 차아 배출구(23)가 형성된다.

상기 열분해로(20)는 도 3과 같이 상측으로 열분해로 발생한 가스와 오일이 이동할 수 있도록 회피용 공간부(20a)가 형성될 수 있도록 도 4와 같이 열분해로(20)의 단면은 'U'자 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 'U'자 형태로 단면이 형성되어 하측에는 폐기물을 이동시키는 스크류 날개(31)가 형성된 스크류축(30)이 설치되고, 상측에 회피용 공간부(20a)가 형성될 수 있도록 한다.

이와 같이 스크류축(30)의 상측에 형성된 회피용 공간부(20a)를 통하여 이동하는 가스와 오일이 정체되어 일부분에 모이는 현상을 방지할 수 있도록 도 2와 같이 제1곡선부(R1)와 제2곡선부(R2)를 형성한다. 상기 제1곡선부(R1)와 제2곡선부(R2)에 의하여 가스와 오일은 도 3과 같이 가스 배출구(22)로 정체되지 않고 이동하여 배출되도록 한다.

상기 열분해로(20)에는 내부온도와 내부압력과 진공상태를 확인하기 위한 각각의 게이지의 설치는 당연한 것이며, 본 실시 예에서는 도시하지 않는다.

상기 스크류축(30)은 열분해로(20)의 내측에 설치되어 투입된 폐기물을 열분해과정 시 가열용 버너(11) 측 방향으로 이동시키고, 열분해 후 나머지 차아를 차아 배출구(23) 방향으로 이동시켜 배출하도록 하는 구성으로, 일단은 가열용 버너(11) 측의 열분해로(20) 일단(20')부에 축방향으로 회전가능하도록 지지되며, 타단부는 열분해로(20) 타단(20")부에 형성된 실링부(20-1)에 축방향으로 회전가능하도록 지지되어 관통한 후 단부에는 종동기어(43)가 설치되어 기밀유지장치(50)에서 구동장치(40)의 회전축(41)에 설치되어 있는 원동기어(42)와 치합한다. 즉, 상기 스크류축(30)은 구동장치(40)의 회전축(41)에 설치되어 있는 원동기어(42)와 단부에 설치되어 있는 종동기어(43)로 이루어진 동력전달장치로 구동장치(40)와 동력이 전달되도록 연결되어 정회전 또는 역회전을 한다.

이때, 상기 동력전달장치인 원동기어(42)와 종동기어(43)는 평(spur) 기어로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 온도변화에 따른 스크류축(30)의 신축현상시 종동기어(43)가 스크류축(30)의 축방향으로 이동을 가능하도록 한다.

도 5와 같이 상기 열분해로(20) 타단(20")부에 형성된 실링부(20-1)에는 스크류축(30)이 회전하는 동시에 기밀이 유지될 수 있도록 기밀유지용 베어링부재(P1)로 지지되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 열분해로(20) 타단(20")부에 형성된 실링부(20-1)에서 스크류축(30)을 회전을 하면서 기밀을 유지시키기가 어려움으로써 일반 베어링, 부시(Bush)로만 지지할 수도 있다. 즉, 후설되는 기밀유지장치(50)에 의하여 기밀을 유지시킬 수 있음으로써 열분해로(20) 타단(20")부에 형성된 실링부(20-1)에서는 기밀상태를 유지시키기지 않아도 열분해로(20)의 진공상태를 유지시킬 수 있다.

상기 스크류축(30)에 형성된 스크류 날개(31)에는 도 4와 같이 다수의 관통홀(32)이 형성되거나, 또는 스크류 날개(31)를 메쉬판으로 형성하여 다수의 관통홀(32)과 대응하는 다수의 메쉬공을 가지도록 할 수도 있다.

상기 스크류 날개(31)에 형성된 다수의 관통홀(32) 또는 다수의 메쉬공은 열분해 과정시 폐기물이 압축되는 현상을 방지하고, 다수의 관통홀(32) 또는 다수의 메쉬공을 통하여 열분해되고 있는 폐기물이 통과하여 교반작용을 일으킬 수도 있다.

도 5를 참조하면, 상기 기밀유지장치(50)는 스크류 날개(31)와 구동장치(40) 사이에 위치하여 열분해로(20)의 진공상태가 열에 의한 변형으로 파괴되는 현상을 방지하는 것으로, 냉각용 유체가 이동할 수 있도록 냉각용 유체 유로(51a)가 형성되고, 내부공간(51b)을 가지며 열분해로(20)의 실링부(20-1)와 연결되는 기밀유지용 몸체(51)와, 상기 기밀유지용 몸체(51)의 내부공간(51b)에 위치하는 구동장치(40)의 회전력을 스크류축(30)에 전달하는 구동장치(40)의 회전축(41)에 설치된 원동기어(42)와 스크류축(30)에 설치된 종동기어(43)로 이루어진 동력전달장치로 구성된다.

상기 기밀유지용 몸체(51)는 냉각용 유체가 이동하는 냉각용 유체 유로(51a)를 구비함으로써 고온으로 가열되는 현상을 방지할 수 있어 열에 의한 팽창과 수축의 차를 줄일 수 있는 것으로, 이러한 기밀유지용 몸체(51)에는 냉각용 유체의 입구와 배출구가 형성되어 있으며, 내부는 열분해로(20)의 내부와 함께 진공상태가 유지되도록 밀폐형태로 이루어진다.

상기 구동장치(40)는 기밀유지용 몸체(51)의 외측에 위치하며, 보통 전기모터를 사용한다. 이러한 구동장치(40)의 회전축(41)은 스크류축(30)과 평행하게 설치되며, 기밀유지용 몸체(51)의 내부가 진공상태가 유지될 수 있도록 기밀유지용 베어링부재(P2)로 지지된다.

상기 기밀유지용 베어링부재(P2)는 냉각용 유체 유로(51a)에 의하여 기밀유지용 몸체(51)의 내부온도가 비교적 낮고, 변화가 작아 회전축(41)의 신축변화가 작음으로써 기밀상태가 쉽게 파괴되지 않게 된다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 열분해장치(A)로부터 고온의 가스상태로 배출되는 배출가스를 오일가 가스로 분리하여 포집(회수)하는 가스/오일 포집장치(B)는, 제1격판(112)과 제2격판(113)인 다수의 격판(111)이 설치되어 내부공간이 배출가스 안내장치(C)로 안내되어 공급되는 고온의 배출(공급)가스를 가스와 오일로 분리하고, 가스를 저장하며, 오일을 임시저장하는 가스/오일 분리실(120)과, 상기 가스/오일 분리실(120)에서 분리된 오일만을 저장하는 오일 저장실(130)과, 상기 가스/오일 분리실(120)에 설치되어 있는 분리용 수조(150) 내의 수위를 조절하기 위한 수위조절용 실(140)로 구획되는 밀폐형 포집용 몸체(110)로 이루어진다.

상기 가스/오일 분리실(120)은, 배출가스 안내장치(C)의 공급관(260)으로 안내되어 공급되는 고온의 배출가스를 물을 이용하여 냉각시켜 가스와 오일로 분리하고, 분리된 가스를 저장하고, 오일은 임시저장되는 장소이다.

이러한 가스/오일 분리실(120)의, 하측의 일측에는 배출가스 안내장치(C)로 안내되어 공급되는 고온의 배출가스를 물을 이용하여 가스와 오일로 분리하도록 하는 물이 저장된 상부가 개구된 분리용 수조(150)가 형성되고, 상기 분리용 수조(150)에서 분리된 오일을 임시저장하는 상부가 개구된 오일조(160)가 형성되며, 상측에는 분리용 수조(150)에서 분리된 가스를 저장할 수 있도록 충분한 가스저장용 공간(120a)을 가지며, 상기 공간(120a)에 저장된 가스를 인출할 수 있도록 밸브(V)가 설치된 가스배출구(123)가 형성된다.

상기 오일 저장실(130)은 가스/오일 분리실(120)에서 분리된 오일을 저장하는 곳으로, 일측인 하측에는 저장된 오일을 인출할 수 있도록 밸브(V)가 설치된 오일배출구(131)가 형성되고, 상측에는 가스를 배출하기 위한 통기구(에어벤트구)(132)가 설치된다.

상기 수위조절용 실(140)은 가스/오일 분리실(120)의 분리용 수조(150)의 수위를 조절하기 위한 곳으로, 수위유지용 격판(141)이 설치된 수위조절용 수조(170)와, 상기 수위유지용 격판(141)으로 구획되는 보조수조(171)가 형성되고, 상측에는 가스를 배출하기 위한 통기구(에어벤트구)(142)가 설치된다.

상기 가스/오일 분리실(120)에 형성된 분리용 수조(150)는, 저장된 물을 이용하여 배출가스 안내장치(C)로 안내되어 공급되는 고온의 배출가스를 냉각시켜 수분 등과 같은 이물질이 제거된 가스와 오일로 분리하는 것으로, 상기 분리용 수조(150) 내에는 배출가스 안내장치(C)에서 공급되는 배출가스가 상측으로 이동시 넓게 퍼져 이동할 수 있도록 타공판(151)이 설치되며, 상기 타공판(151)은 1단으로 설치되거나 또는 복수단으로 설치될 수도 있다.

이러한 타공판(151)은 배출가스 안내장치(C)에서 공급되는 배출가스가 빠르게 상측으로 이동하는 것을 방지하는 동시에 균일하게 퍼져 상측으로 이동하도록 함으로써 배출가스를 빠르게 냉각시킬 수 있는 동시에 비중이 큰 이물질이 분리되어 침전되는 효율을 높일 수 있으며, 배출가스 내에 포함되어 있는 수분의 제거효율을 높일 수 있다.

이러한 상기 분리용 수조(150)는 제2격판(113)의 하측 부분에 형성된 관통홀(113a)에 의하여 수위조절용 실(140)의 수위조절용 수조(170)와 연통된다.

도 6을 참조하여 상세하게 설명하면, 상기 분리용 수조(150)에 형성되어 있는 오일용 분리격판(121)의 상단(121a)의 높이보다 수위조절용 수조(170)에 혈성된 수위유지용 격판(141)의 상단(141a)의 높이를 낮게 하여 약간의 높이차(h)을 가지도록 하며, 상기 분리용 수조(150)과 수위조절용 수조(170)의 물은 관통홀(113a)을 통하여 서로 이동하도록 함으로써, 분리용 수조(150)의 수위가 수위조절용 수조(170)의 수위유지용 격판(141)에 의하여 유지된다.

즉, 공급되는 배출가스에는 다량의 수분을 포함하고 있음으로 이러한 수분에 의하여 분리용 수조(150)의 수위가 상승할 수 있으나, 분리용 수조(150)의 물이 관통홀(113a) 통하여 이동하고, 이동한 물을 수위유지용 격판(141)을 넘어가게 된다.

상기 가스/오일 분리실(120)에 형성된 오일조(160)는, 상기 분리용 수조(150)에서 분리된 오일을 공급받아 임시 저장하는 곳으로, 도 6과 같이 분리용 수조(150)와 오일용 분리격판(121)으로 분리되어 상기 오일용 분리격판(121)을 통하여 넘어오는 오일을 임시저장한다.

즉, 상기 분리용 수조(150)에서 분리된 가스는 상측의 공간(120a)에 충진되고, 오일은 비중의 차에 의하여 물이 저장된 분리용 수조(150)의 상측에 위치하게 된다. 상기 분리용 수조(150)의 상측에 위치한 오일은 배출가스 안내장치(C)으로 공급되는 배출가스에 의하여 발생하는 너울(출렁임)현상 등에 의하여 오일용 분리격판(121)을 넘어가게 된다.

이러한 오일조(160)는 도 6과 도 7과 같이 2차 오일용 분리격판(122)이 설치되어 제1오일조(16a)와 제2오일조(160b)으로 구분되며, 상기 2차 오일용 분리격판(122)의 상단(122a)은 오일용 분리격판(121)의 상단(121a)보다 낮게 형성된다.

상기 오일조(160)에 임시저장된 오일은 가스유입방지용 오일관(180)을 통하여 오일 저장실(130)로 이동하여 저장된다.

상기 가스유입방지용 오일관(180)은 오일조(160)에 임시 저장되는 오일만이 오일 저장실(130)로 이동하도록 하고, 가스/오일 분리실(120) 내의 가스가 오일 저장실(130)로 유입되는 것을 방지하는 구성으로, 도 6과 도 7과 같이 'ㄱ'자 형태로 형성되어 오일조(160)에 위치한 입구(181) 측은 오일 저장실(130)에 위치한 타측의 출구(182) 측보다 높이가 낮도록 설치되며, 상기 입구(181) 측은 오일조(160)의 오일수위보다 낮은 위치에 위치한다.

또한, 도 6과 같이 분리용 수조(150)의 물의 온도가 상승하는 것을 방지 및 물의 부족현상을 방지하기 위한 냉각수단(190)을 구비할 수 있으며, 상기 냉각수단(190)은 펌프(191)와, 열교환기(192)로 구성되어, 상기 수위조절용 실(140)의 보조수조(171) 내의 물을 냉각하여 분리용 수조(150)에 공급하여 분리용 수조(150)의 온도상승과 물부족현상을 방지한다.

즉, 배출가스 안내장치(C)로 공급되는 고온의 배출가스에 의하여 분리용 수조(150) 내의 물의 온도가 상승할 수 있으며, 물의 온도가 상승함으로써 냉각효율이 떨어져 오일과 가스 및 수분 등의 이물질이 분리되지 않아 분리효율이 떨어지는 문제점을 발생시킬 수 있다.

도 9를 참조하면, 배출가스 안내장치(C)는 열분해장치(A)에서 열분해되어 배출되는 배출가스를 가스와 오일을 분리 포집하는 가스/오일 포집장치(B)에 안내하는 구성으로, 상기 배출가스 내에 포함되어 있는 미세입자를 제거하는 동시에 배출가스가 역류하는 현상을 방지한다.

이러한 배출가스 안내장치(C)는 열분해장치(A)에서 열분해되어 배출되는 고온의 배출가스를 안내할 수 있도록 일측 단부에 유입구(211)가 형성되고 타측 단부에 배출구(212) 형성된 안내용 이물질분리 몸체(210)와, 상기 안내용 이물질분리 몸체(210)의 중심선 방향으로 설치되되 중심선을 중심으로 회전하도록 설치된 스크류 날개(221)가 형성된 배출가스용 스크류축(220)과, 상기 배출가스용 스크류축(220)을 회전시키는 배출가스용 구동장치(230)와, 상기 배출가스용 스크류축(220)과 배출가스용 구동장치(230) 사이에 설치되는 배출가스용 기밀유지장치(240)와, 상기 이물질분리 몸체(210)의 배출구(212)와 연통되는 제1챔버(250a)와, 상기 제1챔버(250a)와 구획되며 가스/오일 포집기(B)와 연결되는 공급관(260)이 설치된 제2챔버(250b)로 구성되며, 상기 제1챔버(250a)와 제2챔버(250b) 사이에 배출가스가 역류하는 것을 방지하기 위한 역류방지수단(252a)이 설치된 연통로(252)가 구비된 역류방지챔버(250)로 구성된다.

상기 안내용 이물질분리 몸체(210)는 보통 원통 형태의 금속의 관(pipe)으로 이루어지며, 일측 단부와 형성된 유입구(211)와 타측 단부에 형성된 배출구(212)의 각각에는 설치가 용이하도록 플랜지부가 형성되며, 밀폐형태로 이루어져 기밀을 유지할 수 있도록 이루어지며, 지면과 수평의 선과 안내용 몸체(210)의 중심선은 소정의 각도(θ)로 경사지게 형성되어 배출구(212) 측이 유입구(211) 측보다 높게 형성되도록 설치하는 것이 바람직하다. 이는 배출가스의 흐름을 좋게 하고, 미세입자의 배출가스를 따라 이동하는 것을 방지하는 동시에 미세입자의 배출을 용이하도록 한다.

이러한 이물질분리 몸체(210)의 일측의 밑면부분에는 중심선을 중심을 회전하도록 설치되는 배출가스용 스크류축(220)의 일단이 관통되게 설치되며, 상기 관통되는 배출가스용 스크류축(220)을 회전지지하는 동시에 기밀상태를 유지할 수 있도록 기밀유지용 베어링(패킹)(P1)이 설치된 실링부(210-1)가 형성된다.

상기 배출가스용 스크류축(220)은 이물질분리 몸체(210)의 중심선과 동심을 가지도록 설치되어 중심선을 중심으로 회전되도록 설치되는 것이 바람직한 것으로, 양단부분은 회전이 가능하도록 베어링 또는 베어링 역할을 하는 패킹 등에 의하여 지지된다.

이러한 배출가스용 스크류축(220)은 이물질분리 몸체(210) 내측에 설치되어 스크류날개(121)에 의하여 배출가스의 이동을 나선형태로 회전하며 이동하도록 유도하게 된다.

이와 같이 배출가스가 배출가스용 스크류축(220)에 형성된 스크류날개(221)에 의하여 나선형태로 회전하고, 배출가스의 이동거리가 길어짐으로써 배출가스 내의 미세입자가 배출가스와 함께 이동하지 못하고, 이물질분리 몸체(210) 내에서 포집된다.

상기 배출가스용 구동장치(230)는 보통 전기모터를 사용하며, 배출가스용 구동장치(230)는 이물질분리 몸체(210) 내에 포집되어 있는 미세입자의 배출시 배출가스용 스크류축(220)를 구동(회전)시키는 구성으로, 정/역회전용 모터뿐만 아니라 일방향 회전모터의 사용도 가능하다.

상기 배출가스용 기밀유지장치(240)는, 고온의 배출가스에 의하여 이물질분리 몸체(210) 내의 기밀이 파괴되는 것을 방지할 수 있도록 배출가스용 스크류축(220)과 배출가스용 구동장치(230) 사이에 설치되는 것으로, 전술된 열분해장치(A)에서의 기밀유지장치(50) 구성과 동일하며, 추가설명하지 않는다.

상기 역류방지챔버(250)는 내측에 격판(251)이 설치되어 이물질분리 몸체(210)의 배출구(212)와 연통되는 제1챔버(250a)와, 가스/오일 포집기(B)와 연결되는 공급관(260)이 설치된 제2챔버(250b)로 구획되고, 상기 격판(251)에는 체크밸브 등으로 이루어지는 역류방지수단(252a)이 설치된 연통로(252)이 설치되어 배출가스가 제1챔버(250a)에서 제2챔버(250b)으로 이동하도록 하나, 제2챔버(250b)에서 제1챔버(250a)으로 역류되는 현상으로 방지하도록 한다.

또한, 상기 공급관(260)의 단부에도 체크밸브 등으로 이루어지는 역류방지수단(260a)이 형성된다.

도 2를 참조하면, 상기 폐기물 건조기(D)는 간접가열방식의 열분해장치(A)에서 배출되는 폐열을 이용하는 것으로, 음식물 또는 열분해장치(A)에 공급되는 폐기물 등을 건조시켜 부패현상을 방지 및 악취발생을 방지하고, 수분에 의한 문제점을 해결한다.

상기 폐기물 건조기(D)에서 배출되는 침출수는 열분해장치(A)에 가열수단(11)에 공급하여 소각처리할 수도 있다.

도 2와 도 3과 도 10을 참조하여 폭발방지수단(E)에 대하여 상세하게 설명하면, 상기 폭발방지수단(E)은 열분해장치(A)의 열분해로(20)에서 열분해가 완료된 후 냉각시 발생하는 압력강하 현상으로 인한 문제점을 해결하기 위한 수단(구성)으로서, 냉각시 열분해로(20)에 냉각수를 공급하여 압력강하현상을 방지하게 된다.

즉, 열분해장치(A)의 열분해로(20) 내는 열분해 과정시 고온이며 다량의 휘발성 가스를 포함하고 있으며, 상기 휘발성 가스는 배출가스에 포함되어 배출가스 안내장치(C)를 통하여 배출되게 된다.

열분해 과정이 끝난 후 냉각과정 시에는 기밀유지상태로 형성된 열분해로(20) 내는 다량의 고온의 휘발성 가스를 포함하고 있으며 냉각으로 인하여 열분해로(20) 내의 압력이 낮아진다. 이때, 배출가스 안내장치(C)를 통하여 배출가스는 가스/오일 포집기(B) 방향으로 배출되나 열분해로(20) 내로 외부공기 등의 유입은 역류방지챔버(250)에 의하여 차단이 된다.

그러므로, 열분해로(20) 내의 압력은 냉각으로 낮아져 압력강하현상이 발생하고 이로 인하여 열분해로(20)의 기밀유지상태 파괴되는 현상이 발생하는 한편, 산소를 포함하는 외부공기의 유입시에는 폭발사고가 발생하는 문제점을 가진다.

이러한 문제점을 해결하고자, 상기 폭발방지수단(E)은 열분해 과정 후 냉각으로 열분해로(20) 내의 압력이 낮아질 경우 냉각수를 공급하여 열분해로(20) 내의 온도를 낮추는 동시에 압력강하현상이 발생하지 않도록 한다.

이러한 상기 폭발방지수단(E)은 도 10과 같이 냉각수가 저장된 폭발방지용 수조(310)와, 상기 폭발방지용 수조(310)와 열분해로(20)를 연통하시키되, 냉각수가 열분해로(20) 방향으로만 이동하도록 하는 동시에 폭발방지용 수조(310) 내의 냉각수가 열분해로(20)의 냉각시에 공급되도록 하여 압력강하가 발생하지 않도록 이루어진 연통로(320)를 포함한다.

상기 연통로(320)에는 열분해로(20)에서 배출되는 배출가스가 배출되는 것을 차단하고, 냉각으로 인한 압력강하시 냉각수가 열분해로(20)로 공급되도록 하는 체크밸브(330)가 구비되고, 상기 체크밸브(330)는 기계식구조의 체크밸브(331)와, 열분해로(20)의 압력을 측정하고 이를 이용하여 개폐하도록 하는 전자식구조의 체크밸브(332) 중 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 또는 안전성을 높이기 위하여 2가지를 모두 채택하여 사용할 수 있다.

상기 전자식구조의 체크밸브(332)는 열분해로(20) 내의압력을 측정하는 압력센서(341)와, 상기 압력센서(341)의 정보를 이용하는 컨트롤러(340)로 제어된다.

상기 폭발방지수단(E)은 열분해로(20)의 열분해과정 시에는 연통로(320)가 차단되어 폭발방지용 수조(310) 내의 냉각수가 열분해로(20) 내로 유입되지 않으며, 열분해 과정 후 열분해로(20)의 냉각시 열분해로(20) 내의 압력이 낮아질 경우 연통로(320)가 개방되어 냉각수가 열분해로(20) 내로 유입되도록 함으로써 열분해로(20)의 냉각시 압력강하현상에 의한 문제점을 해결할 수 있도록 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 폐기물 열분해시스템은 폐기물을 간접가열방식으로 열분해시키고, 열분해되어 생성되는 가스와 오일을 높은 순도로 포집할 수 있음으로써 아주 널리 이용될 수 있을 것이다.

또한, 열분해장치에서 발생하는 폐열을 이용하여 폐기물을 일차로 건조시키도록 이루어짐으로써 수분을 포함하는 폐기물에 대한 문제점을 해결할 수 있어 아주 널리 이용될 것으로 예측된다.

또한, 열분해장치를 보다 안정적으로 사용함으로써 사고로 인한 인적 물적 피해를 예방할 수 있음으로 아주 널리 이용될 수 있을 것이다.

A : 열분해장치
10 : 가열로 11 : 가열용 버너
20 : 열분해로 20a : 회피용 공간부
30 : 스크류축 31 : 스크류 날개
32 : 관통홀 40 : 구동장치
50 : 기밀유지장치 51 : 기밀유지용 몸체
B : 가스/오일 포집기
110 : 포집용 몸체 111, 112, 113 : 격판
120 : 가스/오일 분리실 121 : 오일용 분리격판
130 : 오일 저장실
140 : 수위조절용 실 141 : 수위유지용 격판
150 : 분리용 수조 160, 160a, 160b : 오일조
170 : 수위조절용 수조 180 : 가스유입방지용 오일관
190 : 냉각수단
C : 배출가스 안내장치
210 : 이물질분리 몸체 220 : 배출가스용 스크류축
230 : 배출가스용 구동장치 240 : 기밀유지장치
250 : 역류방지챔버 260 : 공급관
D : 폐기물 건조기
E : 폭발방지수단
310 : 폭발방지용 수조 320 : 연통로
330, 331, 332 : 체크밸브
340 : 컨트롤러 341 : 압력센서

Claims (4)

1. 폐기물을 가열하여 열분해 하는 폐기물 열분해시스템에 있어서,
   가열수단(11)이 형성된 가열로(10) 내측에 진공상태하에서 열분해를 하도록 이루어진 열분해로(20)가 설치되어 간접가열방식으로 폐기물을 고온 및 진공상태하에서 열분해시키는 간접가열방식의 열분해장치(A)와;
   상기 열분해장치(A)로부터 공급되는 배출가스를 수조를 이용하여 가스와 오일을 분리하여 포집하는 가스/오일 포집기(B)와;
   상기 열분해장치(A)에서 배출되는 배출가스를 가스/오일 포집기(B)로 안내하되, 역방향으로 이동을 방지하도록 이루어진 배출가스 안내장치(C)와;
   상기 열분해장치(A)의 열분해로(20) 내에 냉각으로 압력강하시 냉각수를 공급하여 압력강하현상이 발생하지 않도록 하는 폭발방지수단(E)을 포함하되,
   상기 폭발방지수단(E)은 냉각수가 저장된 폭발방지용 수조(310)와, 상기 폭발방지용 수조(310)와 열분해로(20)를 연통하시키되, 냉각수가 열분해로(20) 방향으로만 이동하도록 하는 동시에 폭발방지용 수조(310) 내의 냉각수가 열분해로(20)의 냉각시에 공급되도록 하여 압력강하가 발생하지 않도록 이루어진 연통로(320)를 포함하는 한편,
   상기 연통로(320)에는 열분해로(20)에서 배출되는 배출가스가 배출되는 것을 차단하고, 냉각으로 인한 압력강하시 냉각수가 열분해로(20)로 공급되도록 하는 체크밸브(330)가 구비되고,
   상기 체크밸브(330)는 기계식구조의 체크밸브(331)와, 열분해로(20)의 압력을 측정하고 이를 이용하여 개폐하도록 하는 전자식구조의 체크밸브(332)를 포함함을 특징으로 하는 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 열분해장치(A)에서 배출되는 폐열을 이용하여 폐기물을 건조하는 폐기물 건조기(D)를 더 포함하는 폭발방지수단이 구비된 폐기물 열분해시스템.
3. 삭제
4. 삭제

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