KR101516789B1 - 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치 - Google Patents

마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치에 관한 것으로서, 폐기물 공급부로부터 공급된 폐기물을 수용할 수 있도록 내부에 열분해 공간을 형성하며, 마이크로 웨이브에 의해 발열하는 유전발열체로 이루어진 발열로 본체와, 발열로 본체와 인접되게 설치되어 발열로 본체가 발열되도록 마이크로 웨이브를 발진시키는 제1발진기와, 발열로 본체 내에 설치되어 탄화 또는 열분해된 잔재를 발열로 본체의 일측에 형성된 배출구 측으로 이송시키는 이송유닛과, 발열로 본체에 설치되어 열분해 공간으로 에어를 공급하는 제1에어공급유닛을 구비한다.
본 발명에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치는 마이크로 웨이브를 이용하여 제1유전발열체를 발열시켜 이를 열원을 이용하므로 다량의 폐기물을 소각, 탄화, 건류가스화, 가스화용융, 가스연료화를 연속적으로 수행할 수 있으며, 내열부재를 통해 제1유전발열체가 산화되는 것을 방지하여 장치의 사용수명을 증가시키는 장점이 있다.

Description

마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치{Reductional thermal decomposition apparatus with microwave}
본 발명은 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 웨이브에 의해 환원 가열되는 제1유전발열체에 의해 폐기물을 소각, 탄화, 건류가스화, 가스화용융 또는 가스 연료화시키는 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치에 관한 것이다.
일반적으로 폐기물이란 쓸모없게 되어 버리는 물질을 총칭하며, 통상적 관념내지는 폐기물 관리법에 따르면 '쓰레기, 연소재 오니(汚泥), 폐유(廢油), 폐산, 폐알칼리, 동물 사체, 합성수지 등 사람의 생활이나 산업활동에 필요없게 되어버리는 물질'로 정의된다.
한편, 현재 사용되고 있는 폐기물 처리방안에는 감량, 재활용, 재생, 매립, 소각 등이 있다. 이 중에서 감량, 재활용, 재생 등은 최종적인 폐기물 처리방안이 되지 못하며, 매립은 장기간에 걸쳐 심각한 토질 및 수질오염을 초래하므로 각국의 강력한 규제대상이 되고 있다. 따라서, 소각, 탄화, 건류가스화, 가스화용융, 가스연료화 방법이 주로 사용되는 데, 이는 소각, 탄화, 건류가스화, 가스화용융, 가스연료화를 이용하여 폐기물을 에너지화해서 제거하는 방법이다.
그러나 소각에 의한 폐기물 처리방법은 폐기물에 직접적인 화염을 가하는 소각방법으로 폐기물의 적재량, 밀도, 수분 함유량, 소각로 크기, 가열 온도와 같은 여러 요인으로 인해 완전연소가 실질적으로 불가능하고, 불완전 연소에 따른 그을음, 먼지, 대기오염 공해 배출가스 등이 다량 발생하는 문제점이 있다.
이러한 점을 감안하여 고온 및 진공환경에서 폐기물을 열분해(pyrolysis)하거나 탄화시키는 방법이 제안되었다. 상기 제안된 방법을 이용한 폐기물 처리장치로서, 대한민국 특허등록 제 0019679호에는 열분해 장치를 이용한 폐기물의 열분해 방법이 게시되어 있으며, 특허등록 제 0777616호에는 고탄소성 산업폐기물의 저온 열분해장치가 게시되어 있으며, 특허등록 제 0375569호에는 고분자 폐기물을 위한 열분해장치가 게시되어 있다.
이러한 열분해를 이용하여 폐기물 처리장치는 열분해 과정에서 열분해로 내부를 진공으로 조성/유지시키는 과정이 필요하고, 이로 인해 상기 고온으로 가열된 열분해의 온도관리 장치를 구비함으로써 전체적인 장치가 과다하게 복잡해지는 문제점이 있다.
한편, 산업폐기물의 탄화장치가 특허공고 제 1994-06872호에 폐기물 탄화 처리 소각장치가 게시되어 있으며, 특허등록 제 787948호에는 유기성 폐기물 탄화를 위한 외열식 로타리 탄화로 장치가 게시되어 있으며, 특허 등록 제 0372775호에는 폐기물 탄화 소각장치가 게시되어 있다.
이러한 탄화장치는 열원으로 가스, 화석연료 등을 사용하고 있으므로 상대적으로 많은 유지비가 소요되며, 구조가 상대적으로 복잡하다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 쓰레기와 같은 폐기물의 소각, 탄화, 건류가스화, 가스화용융, 가스연료화를 연속적으로 수행할 수 있으며, 유전발열체가 산화되는 것을 방지할 수 있도록 제1유전발열체 내부에 내열부재가 마련된 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치는 폐기물 공급부로부터 공급된 폐기물을 수용할 수 있도록 내부에 열분해 공간을 형성하며, 마이크로 웨이브에 의해 발열하는 유전발열체로 이루어진 발열로 본체와, 상기 발열로 본체와 인접되게 설치되어 상기 발열로 본체가 발열되도록 마이크로 웨이브를 발진시키는 제1발진기와, 상기 발열로 본체 내에 설치되어 탄화 또는 열분해된 잔재를 상기 발열로 본체의 일측에 형성된 배출구 측으로 이송시키는 이송유닛과, 상기 발열로 본체에 설치되어 상기 열분해 공간으로 에어를 공급하는 제1에어공급유닛을 구비한다.
상기 제1에어공급유닛은 상기 발열로 본체의 하부에 설치되며, 상기 열분해 공간에 에어가 유입되도록 상기 발열로 본체의 하부에 형성된 다수의 공급공에 연통되는 내부공간이 마련된 공급부재와, 에어공급관에 의해 상기 내부공간에 연통되도록 상기 공급부재에 설치되며, 상기 내부공간으로 산소를 공급하는 에어공급부재를 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치는 상기 발열로 본체와 가스공급관을 통해 연결되어 상기 열분해 공간에서 폐기물이 열분해되는 과정에서 발생하는 가스가 유입 및 연소되는 가스 연소유닛을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 가스 연소유닛은 상기 가스공급관을 통해 상기 발열로 본체와 연통되며, 내부에 상기 가스공급관을 통해 공급된 상기 가스가 유입되는 연소공간이 마련되고, 마이크로 웨이브에 의해 발열하는 유전발열체로 이루어진 연소기 본체와, 상기 연소기 본체에 설치되어 상기 연소공간으로 에어를 공급하는 제2에어공급유닛과, 상기 연소기 본체에 인접되게 설치되어 상기 연소기 본체를 가열시키기 위해 마이크로 웨이브를 발진시키는 제2발진기를 구비한다.
상기 연소기 본체의 내주면은 길이방향을 따라 파형으로 연장되게 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치.
이때, 본 발명에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치는 상기 발열로 본체의 외주면이 외기에 접촉하는 것을 차단하기 위해 상기 발열로 본체의 외주면을 감싸도록 형성된 단열유닛과, 상기 발열로 본체의 내주면이 상기 열분해 공간의 내기에 접촉하는 것을 차단하기 위해 상기 발열로 본체의 내주면을 보호하도록 설치된 내열부재를 더 구비한다.
상기 단열유닛은 상기 발열로 본체의 외주면을 감싸도록 형성되며, 불활성 가스가 충진될 수 있도록 다수의 기공이 형성된 단열재와, 단열재의 기공에 충진된 불활성 가스가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 상기 단열재를 감싸도록 형성된 단열커버와, 상기 단열커버에 설치되어 상기 단열재에 상기 불활성 가스를 가스공급부를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치는 마이크로 웨이브를 이용하여 제1유전발열체를 발열시켜 이를 열원을 이용하므로 다량의 폐기물을 소각, 탄화, 건류가스화, 가스화용융, 가스연료화를 연속적으로 수행할 수 있으며, 내열부재를 통해 제1유전발열체가 산화되는 것을 방지하여 장치의 사용수명을 증가시키는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치에 대한 단면도이고,
도 2는 도 1의 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치의 가열유닛에 대한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치에 대한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치의 가스 연소유닛에 대한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치의 가스 연소유닛에 대한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 2에는 본 발명에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치(100)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치(100)는 폐기물 공급부(270)로부터 공급된 폐기물을 수용할 수 있도록 내부에 열분해 공간(211)을 형성하며, 마이크로 웨이브에 의해 발열하는 유전발열체로 이루어진 발열로 본체(210)가 마련된 가열유닛(200)과, 상기 발열로 본체(210)와 인접되게 설치되어 상기 발열로 본체(210)가 발열되도록 마이크로 웨이브를 발진시키는 제1발진기(300)와, 상기 발열로 본체(210) 내에 설치되어 탄화 또는 열분해된 잔재를 상기 발열로 본체(210)의 일측에 형성된 배출구 측으로 이송시키는 이송유닛(400)과, 상기 발열로 본체(210)에 설치되어 상기 열분해 공간(211)으로 에어를 공급하는 제1에어공급유닛(500)과, 상기 발열로 본체(210)와 가스공급관을 통해 연결되어 상기 열분해 공간(211)에서 폐기물이 열분해되는 과정에서 발생하는 가스가 유입 및 연소되는 가스 연소유닛(600)을 구비한다.
가열유닛(200)은 내부에 열분해 공간(211)이 마련된 발열로 본체(210)와, 상기 발열로 본체(210)의 외주면이 외기에 접촉하는 것을 차단하기 위해 상기 발열로 본체(210)의 외주면을 감싸도록 형성된 제1단열유닛(230)과, 상기 발열로 본체(210)의 내주면이 상기 열분해 공간(211)의 내기에 접촉하는 것을 차단하기 위해 상기 발열로 본체(210)의 내주면을 보호하도록 설치된 제1내열부재(220)를 구비한다.
발열로 본체(210)는 상면이 개방되며, 전후방향으로 소정길이 연장되고, 하방으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성된다. 발열로 본체(210)는 후방 바닥면에 열분해 공간(211)에서 폐기물의 연소로 발생된 재가 외부로 배출될 수 있도록 배출공(213)이 형성되어 있다. 또한, 발열로 본체(210)는 하면에 제1에어공급유닛(500)에 의해 공급된 공기가 열분해 공간(211)으로 유입될 수 있도록 다수의 공급공(212)이 형성되어 있다. 상기 공급공(212)들은 전후방향을 따라 형성되는 것이 바람직하다.
발열로 본체(210)는 유전발열체로 제작되므로 제1발진기(300)로부터 발진되는 마이크로 웨이브에 의해 가열되어 열분해 공간(211)의 온도를 500~1600℃로 높아진다. 이때, 열분해 공간(211)으로 공급된 폐기물은 연소되어 열분해된 후 가스 내지 가스연료 상태로 배출된다.
한편, 도면에 도시되진 않았지만, 발열로 본체(210)의 외주면에는 발열로 본체(210)가 산화되는 것을 방지할 수 있도록 산화방지 코팅층이 형성되어 있다. 상기 산화방지 코팅층은 마이크로파가 투과될 수 있도록 규산소나트륨 및 알루미나시멘트가 혼합되어 형성되는 것이 바람직하다.
제1내열부재(220)는 발열로 본체(210)의 내부에 삽입는 삽입본체(221)와, 상기 삽입본체(221)의 상면을 개폐하는 내열덮개(222)를 구비한다.
삽입본체(221)는 외주면이 발열로 본체(210)의 내주면에 밀착되도록 발열로 본체(210)의 열분해 공간(211)에 대응되는 크기와 형상으로 형성되며, 내부에 폐기물이 유입되는 내부공간이 마련된다. 또한, 삽입본체(221)는 내부공간으로 폐기물이 용이하게 투입될 수 있도록 상면이 개방되게 형성되어 있다.
삽입본체(221)는 하부에 발열로 본체(210)의 공급공(212)들에 대향되는 위치의 하면에 각각 상기 공급공(212)들에 연통되는 관통구가 형성되고, 발열로 본체(210)의 배출공(213)에 대향되는 위치의 하면에는 상기 배출공(213)에 연통되는 보조배출구가 형성되어 있다. 내열덮개(222)는 삽입본체(221)을 개폐할 수 있도록 삽입본체(221)의 상면에 설치된다.
상기 언급된 바와 같이 구성된 제1내열부재(220)는 발열로 본체(210)의 산화를 방지하기 위한 것으로서, 발열로 본체(210)가 제1발진기(300)의 마이크로 웨이브에 의해 고온으로 상승하게 되면서 공기와 접촉하면 공기와 접촉되는 접촉부분에서 산화가 진행되어 발열로 본체(210)의 사용수명이 급격하게 떨어지게 된다. 따라서 초고온에서도 견딜 수 있는 내열재인 알루미나, 지르코니아, 내열성 금속소재(SUS310) 또는 캐스타블을 이용해 제작한 제1내열부재(220)를 발열로 본체(210)의 내부에 설치하여 고온을 견디고 발열로 본체(210)의 내측이 공기와 접촉하여 산화되는 것을 차단한다.
제1단열유닛(230)은 삽입본체(221) 및 발열로 본체(210)의 외주면을 감싸도록 형성된 하부단열부(240)와, 내열덮개(222)의 상면을 감싸도록 형성된 상부단열부(250)와, 상기 하부단열부(240) 및 상부단열부(250)에 불활성 가스를 제공하는 제1가스공급부(254)를 구비한다.
하부단열부(240)는 외부로 노출된 삽입본체(221)의 외주면 및 발열로 본체(210)의 외주면을 감싸도록 형성된 제1단열재(241)와, 제1단열재(241)의 외주면을 감싸도록 형성된 제1단열커버(242)를 구비한다. 제1단열재(241)는 가스탱크로부터 공급된 불활성 가스가 충진될 수 있도록 다수의 공극이 마련된 유리섬유와 같은 단열소재로 형성된다. 제1단열커버(242)는 외부로 노출된 제1단열재(241)의 외주면을 감싸도록 형성되어 제1단열재(241)에 공급된 불활성 가스가 외부로 유출되는 것을 방지한다. 이때, 제1단열커버(242) 일측에는 제1단열재(241) 내부의 압력을 조절할 수 있도록 제1압력변(243)이 설치되어 있다.
상부단열부(250)는 외부로 노출된 내열덮개(222)의 상면을 감싸도록 형성된 제2단열재(251)와, 제2단열재(251)의 외주면을 감싸도록 형성된 제2단열커버(252)를 구비한다. 제2단열재(251)는 제1가스공급부(254)로부터 공급된 불활성 가스가 충진될 수 있도록 다수의 공급이 마련된 유리섬유와 같은 단열소재로 형성된다. 제2단열커버(252)는 외부로 노출된 제2단열재(251)의 외주면을 감싸도록 형성되어 제2단열재(251)에 공급된 불활성 가스가 외부로 유출되는 것을 방지한다. 이때, 제2단열커버(252) 일측에는 제2단열재(251) 내부의 압력을 조절할 수 있도록 제2압력변이 설치되어 있다.
제1가스공급부(254)는 복수의 가스공급관에 의해 제1 및 제2단열재(241,251)에 연결된 가스탱크를 구비하고, 상기 가스탱크 내부에는 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스가 충진되어 있다. 제1 및 제2단열재(241,251) 내부에 충진된 불활성 가스에 의해 발열로 본체(210) 및 제1내열부재(220)가 산소와 접촉하여 산화되는 것을 방지한다.
한편, 발열로 본체(210)의 하부에는 폐기물을 열분해 가스화 연소하여 발생된 재가 수용될 수 있도록 재배출관(261)에 의해 열분해 공간(211)에 연통된 재수집탱크(260)가 설치되어 있다. 상기 재배출관(261)은 일단이 발열로 본체(210)의 배출공(213)이 연통되며, 타단은 재수집탱크(260)에 연통되게 설치된다.
폐기물 공급부(270)는 하단부가 열분해 공간(211)으로 인입될 수 있도록 상부단열부(250) 및 내열덮개(222)를 관통되게 설치된 폐기물 공급관(271)과, 폐기물 공급관(271)의 상단에 연통되게 설치되며, 폐기물 공급관(271)을 통해 상기 열분해 공간(211)으로 폐기물을 공급할 수 있도록 내부에 폐기물이 수용되는 수용공간이 마련된 공급탱크(272)와, 상기 폐기물 공급관(271)의 내부유로를 선택적으로 개폐할 수 있도록 상기 폐기물 공급관(271)의 길이방향에 대해 교차하는 방향으로 슬라이딩 가능하게 상기 폐기물 공급관(271)에 관통되게 설치된 개폐플레이트(273)를 구비한다. 이때, 폐기물 공급관(271)은 상단이 공급탱크(272)의 하부에 연통되게 설치되며, 타단은 열분해 공간(211)에 연통되도록 내열덮개(222)의 전방부에 설치되는 것이 바람직하다.
제1발진기(300)는 다수개가 상기 발열로 본체(210)와 대응되는 제1단열커버(242)의 외주면에 설치된다. 상기 제1발진기(300)는 발열로 본체(210)의 양측에 설치함이 바람직하다.
상기 마이크로 웨이브는 300㎒ 내지 300㎓ 사이를 마이크로 웨이브로 규정하고 있는데, 상기 발열로 본체(210)를 가열하기 위한 제1발진기(300)는 2.45㎓ 이상의 마이크로 웨이브를 발진하는 발진기를 사용함이 바람직하다. 상기 제1발진기(300)는 마그네트론으로 이루어질 수도 있다.
상기 이송유닛(400)은 상술한 것처럼 발열로 본체(210)로 투입된 폐기물과 열분해 된 폐기물의 잔재를 배출하기 위한 것이다. 이송유닛(400)은 발열로 본체(210)의 하단에 길이방향을 따라 연장되는 이송스크류(410)와, 상기 이송스크류(410)를 회전시키는 스크류 구동부(420) 및 이송스크류(410)에 설치되어 발열로 본체(210)로 투입된 폐기물을 교반하는 복수의 교반봉(431)을 구비한다.
이송스크류(410)는 발열로 본체(210) 및 제1내열부재(220) 하부를 전후방향으로 관통하게 설치되며, 외주면에 길이방향을 따라 나선형의 블레이드가 형성되어 있다. 스크류 구동부(420)는 제1단열유닛(230)의 상부에 설치된 구동모터(421)와, 상기 구동모터(421)의 회전축에 설치된 구동스프로켓(422)과, 제1단열유닛(230)을 관통하여 외부로 돌출된 이송스크류(410)의 단부에 설치된 피동스프로켓(423)과, 상기 구동스프로켓(422) 및 피동스프로켓(423)에 연결된 전달체인(424)을 구비한다.
교반봉(431)들은 이송스크류(410)의 회전 중심선의 길이방향과 나란하게 연장되며, 이송스크류(410)의 회전중심에 대해 상호 대향되는 위치의 블레이드 가장자리에 관통되게 설치된다. 상기 교반봉(431)들은 이송스크류(410)의 회전에 의해 회전하여 발열로 본체(210) 내로 투입된 폐기물을 교반하므로 폐기물의 연소효율을 보다 향상시키는 장점이 있다.
제1에어공급유닛(500)은 발열로 본체(210)의 하부에 설치되는 공급부재(501)와 공급부재(501)로 에어를 공급하는 제1에어공급부(502)를 구비한다.
상기 공급부재(501)는 공급공(212)에 대응되는 발열로 본체(210)에 설치되며, 상기 공급공(212)에 연통되도록 내부에 내부공간이 형성된다. 공급부재(501)는 공급공(212)으로 용이하게 공급될 수 있도록 상면이 개방되게 형성된다. 제1에어공급부(502)는 에어공급관에 의해 상기 내부공간에 연통되도록 상기 공급부재(501)에 설치되며, 외부의 공기를 공급할 수 있도록 콤프레셔인 것이 바람직하다. 이때, 제1에어공급부(502)를 통해 공급된 에어는 다수의 공급공(212)을 통해 연소공간으로 유입되는 데, 상기 공급공(212)들이 전후방향을 따라 형성되므로 연소공간에 균일하게 에어가 공급된다.
한편, 가스 연소유닛(600)을 상세히 설명하면 다음과 같다.
가스 연소유닛(600)은 연소기 본체(610), 제2내열부재(620), 제2단열유닛(630), 제2내열부재(620), 제2발진기(640) 및 제2에어공급유닛(650)을 구비한다.
연소기 본체(610)는 가스공급관에 의해 상기 열분해 공간(211)에 연통되게 연결되며, 내부에 상기 가스공급관을 통해 공급된 상기 배기가스가 유입되는 연소공간이 마련되고, 마이크로 웨이브에 의해 발열할 수 있도록 유전발열체로 이루어진다.
연소기 본체(610)는 내부에 연소공간이 마련되며, 전후방이 개방되되, 전후방향으로 소정길이 연장된 원통형으로 형성된다. 연소기 본체(610)는 전자파 발진기로부터 발진되는 마이크로 웨이브에 의해 가열되어 연소공간의 온도를 1100~1800℃로 높이며, 연소기 본체(610)에 의해 온도가 높아지면서 연소공간으로 유입된 배기가스는 열분해 연소된 후 배출된다.
한편, 도면에 도시되진 않았지만, 연소기 본체(610)의 외주면에는 연소기 본체(610)가 산화되는 것을 방지할 수 있도록 산화방지 코팅층이 형성되어 있다. 상기 산화방지 코팅층은 마이크로파가 투과될 수 있도록 규산소나트륨 및 알루미나시멘트가 혼합되어 형성되는 것이 바람직하다.
제2내열부재(620)는 연소기 본체(610) 내에 삽입되며, 외주면이 연소기 본체(610)의 내주면에 밀착되도록 연소기 본체(610)의 내경에 대응되는 외경을 갖는 원통형으로 형성된다. 또한, 제2내열부재(620)는 전단부는 폐쇄되어 있되, 후단부는 열분해된 배기가스가 외부로 배출되도록 개방되게 형성되어 있다. 제2내열부재(620)의 전단부 외주면에는 열분해 공간(211)에 연통되는 가스공급관의 단부가 설치되어 있다. 가스공급관을 통해 열분해 공간(211) 내의 배기가스가 연소기 본체(610) 내부의 연소공간으로 유입된다.
상술한 제2내열부재(620)는 연소기 본체(610)의 산화를 방지하기 위한 것으로서, 연소기 본체(610)가 전자파 발진기의 마이크로 웨이브에 의해 고온으로 온도가 상승하게 되면서 공기와 접촉하면 공기와 접촉되는 접촉부분에서 산화가 진행되어 발열로 본체(210)의 사용수명이 급격하게 떨어지게 된다. 따라서, 초고온에서도 견딜 수 있는 내열재인 알루미나, 지르코니아, 내열성 금속소재(SUS310) 또는 캐스타블로 형성된 제2내열부재(620)를 연소기 본체(610) 내부에 설치하여 연소공간의 고온을 견디고 연소기 본체(610)의 내측이 공기와 접촉하여 산화되는 것을 차단한다.
제2단열유닛(630)은 제2내열부재(620)의 전단부 및 외주면, 연소기 본체(610)의 외주면을 감싸도록 형성된 제3단열재(631)와, 제3단열채의 외측면을 감싸도록 형성된 제3단열커버(632)와, 제3단열재(631)에 불활성 가스를 공급하는 보조탱크(미도시)를 구비한다.
제3단열재(631)는 보조탱크로부터 공급된 불활성 가스가 충진될 수 있도록 다수의 공극이 마련된 세라믹 섬유와 같은 단열소재로 형성된다. 제3단열커버(632)는 외부로 노출된 제3단열재(631)의 측면을 감싸도록 형성되어 제3단열재(631)에 공급된 불활성 가스가 외부로 유출되는 것을 방지한다. 이때, 제3단열커버(632) 일측에는 제3단열재(631) 내부의 압력을 조절할 수 있도록 제3압력변(633)이 설치되어 있다.
보조탱크는 보조공급관에 의해 제3단열재(631)에 연결되어 있고, 내부에 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스가 충진되어 있다. 제3단열재(631) 내부에 충진된 불활성 가스에 의해 연소기 본체(610) 및 제2내열부재(620)가 산소와 접촉하여 산화되는 것을 방지한다.
제2발진기(640)는 다수개가 상기 발열로 본체(210)와 대응되는 제2단열커버(252)의 외주면에 설치된다. 상기 제1발진기(300)는 발열로 본체(210)의 양측에 설치함이 바람직하다.
상기 마이크로 웨이브는 300㎒ 내지 300㎓ 사이를 마이크로 웨이브로 규정하고 있는데, 상기 발열로 본체(210)를 가열하기 위한 제1발진기(300)는 2.45㎓ 이상의 마이크로 웨이브를 발진하는 발진기를 사용함이 바람직하다. 상기 제2발진기(640)는 마그네트론으로 이루어질 수도 있다.
제2에어공급유닛(650)은 연소기 본체(610)의 내부에 에어를 공급할 수 있도록 제2내열부재(620)의 전방측 내부에 설치된 분사노즐(651)과, 보조공급관을 통해 분사노즐(651)에 연통되게 연결되어 상기 분사노즐(651)로 에어를 공급하는 제2에어공급부(652)를 구비한다.
분사노즐(651)은 도면에 도시되진 않았지만, 내부에 제2에어공급부(652)로부터 공급된 에어가 유동하는 유로가 마련되며, 단부에는 상기 유로를 통해 유동하는 에어가 연소공간으로 분사되도록 다수의 분사공이 마련되어 있다. 제2에어공급부(652)는 외부의 공기를 공급할 수 있도록 콤프레셔 또는 산소가 수용된 산소탱크인 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치(100)의 구동과정을 다시 한번 설명하면 다음과 같다.
먼저 폐기물 공급부(270)로부터 발열로 본체(210) 내부로 폐기물을 투입시킨다. 이때, 상기 발열로 본체(210)는 유전발열체로 제작되기 때문에 제1발진기(300)에서 마이크로 웨이브를 조사하면 유전발열체의 내부에 강한 전계가 가해지면서 발열로 본체(210)에 플러스 이온과 마이너스 전자로 이루어진 전자대가 전계의 방향 정렬되고, 역으로 전계가 가해지면 전자대도 역으로 배열된다. 이와 같은 분자 내에서 쌍극자 회전이나 진동이 발생하면서 발열로 본체(210)의 내부에서 열이 발생하게 된다.
따라서 이송유닛(400)을 통해 이송되던 폐기물은 발열로 본체(210)(100)에서 발생하는 열에 의해 열분해가 이루어지게 된다.
아울러 발열로 본체(210)(100)에서 폐기물이 열분해되는 과정에서 발생하는 가스 및 폐기물의 잔재에서 발생하는 가스는 가스공급관을 통해 연소기 본체(610)로 공급되어 완전 연소된다. 가스는 가스공급관을 통해 연소기 본체(610)의 연소공간으로 공급되고, 제2발진기(640)에 의해 발열하는 연소기 본체(610)에 의해 가열되어 재연소된다.연소되는 가스와 공기는 연소기 본체(610)의 개방된 후면을 통해 외부로 분사된다.
상기 언급된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치(100)는 마이크로 웨이브를 이용하여 제1유전발열체를 발열시켜 이를 열원을 이용하므로 다량의 폐기물을 소각, 탄화, 건류가스화, 가스화용융, 가스연료화를 연속적으로 수행할 수 있으며, 내열부재를 통해 제1유전발열체가 산화되는 것을 방지하여 장치의 사용수명을 증가시키는 장점이 있다.
한편, 도 3에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발열로 본체(610)가 도시되어 있다.
앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도면을 참조하면, 발열로 본체(610)는 내주면 바닥으로부터 상하 수직상으로 돌출되고, 길이방향을 따라 연장되어 상기 열분해공간을 두 부분으로 구획하는 구획판(661)이 마련되어 있다. 상기 구획판(661)도 유전발열체로 이루어지며, 마이크로 웨이브에 의해 가열되기 때문에 열분해 공간(211) 내에서 폐기물이 가열된 발열로 본체(610)와 접촉하는 접촉면적이 증가하게 된다.
이때, 발열로 본체(610)는 구획판(661)을 기준으로 구획된 두 부분에 대응되는 하면에 다수의 공급공(212)이 형성된다. 상기 공급공(212)들이 형성된 발열로 본체(610)의 하면에는 각각 공급부재(501)가 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 이송유닛(400)은 구획판(661)에 의해 구획된 발열로 본체(610)의 두 공간의 하부에 각각 회전가능하게 설치된 복수의 이송스크류(410)를 구비한다.
한편, 도 4에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 연소기 본체(701) 및 제2내열부재(702)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 연소기 본체(701) 및 제2내열부재(702)는 가스공급관으로 공급되어 열분해되는 가스가 이동하는 이동방향을 따라 파형으로 연장되도록 형성된다. 이렇게 제2내열부재(702)와 연소기 본체(701)의 내주면을 파형으로 형성하면, 이동하는 열분해 대상의 가스가 제2내열부재(702)의 내벽에 충동하면서 진행이 이루어지게 되므로 열분해 대상 가스가 연소공간 내에서 체류하는 체류시간이 증가하게 되어 연소효율이 보다 더 향상되는 장점이 있다.
한편, 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 연소기 본체(710) 및 제2내열부재(720)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 연소기 본체(710)는 전후방향으로 연장된 다수의 연소공간이 마련된다. 상기 연소공간의 전후면을 개방되게 연소기 본체(710)에 관통되게 형성된다. 이때, 상기 연소공간은 길이방향을 따라 파형으로 연장되도록 형성된다.
제2내열부재(720)는 가스공급관에 연통된 연통관(721)과, 연통관(721)에 연통되며, 상기 연소기 본체(710)의 내주면을 감쌀 수 있도록 상기 연소공간에 인입되는 다수의 인입관(723)을 구비한다.
상기 연통관(721)은 하면이 가스공급관에 연통되게 연결되며, 전단부에는 상기 분사노즐(651)이 설치되어 있다. 인입관(723)은 전단부가 연통관(721)에 연통되게 연결되며, 내부에는 연통관(721)을 통해 공급된 가스가 유동할 수 있도록 유동유로가 마련되어 있다. 이때, 인입관(723)은 후단면이 개방되고, 상기 연소공간에 대응되게 길이방향을 따라 파형으로 연장되도록 형성된다.
상기 언급된 바와 같이, 연소기 본체(710)는 다수의 연소공간이 마련되고, 제2내열부재(720)는 각 연소공간에 삽입되는 인입관(723)이 마련되어 있어 가스공급관으로부터 공급된 가스에 대한 연소기 본체(710)의 열접촉면적이 확장되어 가열효율이 향상되는 장점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치
200: 가열유닛
210: 발열로 본체
220: 제1내열부재
230: 제1단열유닛
260: 재수집탱크
270: 폐기물 공급부
300: 제1발진기
400: 이송유닛
410: 이송스크류
420: 스크류 구동부
421: 구동모터
422: 구동스프로켓
423: 피동스프로켓
424: 전달체인
500: 제1에어공급유닛
600: 가스연소유닛

Claims (7)

  1. 폐기물 공급부로부터 공급된 폐기물을 수용할 수 있도록 내부에 열분해 공간을 형성하며, 마이크로 웨이브에 의해 발열하는 유전발열체로 이루어진 발열로 본체와;
    상기 발열로 본체와 인접되게 설치되어 상기 발열로 본체가 발열되도록 마이크로 웨이브를 발진시키는 제1발진기와;
    상기 발열로 본체 내에 설치되어 탄화 또는 열분해된 잔재를 상기 발열로 본체의 일측에 형성된 배출구 측으로 이송시키는 이송유닛과;
    상기 발열로 본체에 설치되어 상기 열분해 공간으로 에어를 공급하는 제1에어공급유닛과;
    상기 발열로 본체의 외주면이 외기에 접촉하는 것을 차단하기 위해 상기 발열로 본체의 외주면을 감싸도록 형성된 단열유닛과;
    상기 발열로 본체의 내주면이 상기 열분해 공간의 내기에 접촉하는 것을 차단하기 위해 상기 발열로 본체의 내주면을 보호하도록 설치된 내열부재;를 구비하고,
    상기 단열유닛은
    상기 발열로 본체의 외주면을 감싸도록 형성되며, 불활성 가스가 충진될 수 있도록 다수의 기공이 형성된 단열재와,
    상기 단열재의 기공에 충진된 불활성 가스가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 상기 단열재를 감싸도록 형성된 단열커버와,
    상기 단열커버에 설치되어 상기 단열재에 상기 불활성 가스를 공급하는 가스공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1에어공급유닛은
    상기 발열로 본체의 하부에 설치되며, 상기 열분해 공간에 에어가 유입되도록 상기 발열로 본체의 하부에 형성된 다수의 공급공에 연통되는 내부공간이 마련된 공급부재와;
    에어공급관에 의해 상기 내부공간에 연통되도록 상기 공급부재에 설치되며, 상기 내부공간으로 산소를 공급하는 에어공급부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발열로 본체와 가스공급관을 통해 연결되어 상기 열분해 공간에서 폐기물이 열분해되는 과정에서 발생하는 가스가 유입 및 연소되는 가스 연소유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스 연소유닛은
    상기 가스공급관을 통해 상기 발열로 본체와 연통되며, 내부에 상기 가스공급관을 통해 공급된 상기 가스가 유입되는 연소공간이 마련되고, 마이크로 웨이브에 의해 발열하는 유전발열체로 이루어진 연소기 본체와,
    상기 연소기 본체에 설치되어 상기 연소공간으로 에어를 공급하는 제2에어공급유닛과,
    상기 연소기 본체에 인접되게 설치되어 상기 연소기 본체를 가열시키기 위해 마이크로 웨이브를 발진시키는 제2발진기를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연소기 본체의 내주면은 길이방향을 따라 파형으로 연장되게 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 환원 유전가열장치.












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