KR101541965B1 - 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치 - Google Patents

Abstract

로타리 드럼 반응기(Rotary Drum Reactor, 이하, RDR이라 함)를 이용한 생물학적 건조(bio-drying)를 위한 동적 송풍 제어가 가능한 송풍 시스템을 포함하는 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치가 개시된다. 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치는, 생활폐기물이 투입되는 폐기물 투입구와 배출되는 폐기물 배출구가 양단에 형성되고, 회전하는 드럼 및 상기 드럼의 중심축에 평행하고 상기 폐기물 배출구에서 상기 드럼 내부를 향해 연장된 길이가 서로 다른 복수개의 방출 파이프를 포함하여, 상기 폐기물 배출구를 통해 상기 드럼 내부에 공기를 주입 및 순환시키는 송풍 시스템을 포함하여 구성된다.

Description

로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치{DYNAMIC AERATION APPARATUS FOR ROTARY DRUM REACTOR}

본 발명은 생활폐기물 처리장치에 관한 것으로서, 로타리 드럼 반응기(Rotary Drum Reactor, 이하, RDR이라 함)를 이용한 생물학적 건조(bio-drying)를 위한 동적 공기 공급 장치에 관한 것이다.

생물학적 건조(bio-drying)는 폐기물 내의 유기성 물질이 호기성 미생물에 의해 분해될 때 발생하는 열로써 폐기물을 건조하여 폐기물이 더 잘 선별될 수 있게 하고, 건조된 산물을 고형연료로 생산하는 기술이다. 이 기술은 Velis 등의 최근 리뷰 논문(Velis C.A., Longhurst P.J., Drew G.H., Smith R., Pollard S.J.T. (2009) "Biodrying for mechanical biological treatment of wastes : a review of process science and engineering" Bioresource Technology, 100(11), 2747-2761.)에 의하여 그 학문적 성과나 상용 기술 현황이 상세히 알려진 바 있다. 생물학적 건조(bio-drying)는 호기성 미생물을 이용한다는 점에서는 퇴비화 처리(composting)와 비슷하지만, 퇴비화 처리(composting)의 목적이 생분해성이 제거된 안정된 산물의 생산에 있는 데 반해, 생물학적 건조(bio-drying)는 빠른 시간 내에 수분을 건조시키는 것이기 때문에 기술적 성격이 다르다. 특히, 생물학적 건조(bio-drying)는 퇴비화 처리(composting)에 비해 몇 배 빠른 기간 안에 처리되고, 증발된 수분의 배출을 위해 5~10배 더 많은 송풍이 필요하고, 이에 따라 더 낮은 온도에서 운전되는 등의 점에서 퇴비화 처리(composting)와 차이가 적지 않다.

RDR은 1930년대에 유기성 물질의 고속 퇴비화 장치로 발명되어 널리 보급되었으며, 1980년대에는 생활폐기물(Municipal Solid Waste, 이하, MSW라 함)을 안정화하는 장치로 개량 발명이 이루어지고 있다.

RDR은 회전되는 긴 원통형 구조물로서, 한 쪽 끝 부분에는 폐기물 투입구가 마련되고, 반대쪽 끝에는 폐기물 배출구가 마련되는데, 폐기물이 내부 공간의 60~85%를 채우게 되므로, 폐기물 투입구가 상단에 유지되도록 폐기물 투입구 쪽 막음 판은 고정된 장치로 마련되어 드럼에 접촉되며, 폐기물 배출구는 회전되어도 아래쪽으로 돌아왔을 때 배출될 수 있으므로, 폐기물 배출구 쪽 막음 판은 원통에 고정되어 있는 것이 일반적이다. 폐기물은 원통의 회전에 따라 폐기물 투입구 쪽에서 폐기물 배출구 쪽으로 점진적으로 이동하지만, 공기는 상단의 빈 공간을 통하여 폐기물 배출구 쪽에서 폐기물 투입구 쪽으로 역 방향으로 이동한다.

미국 등록특허 US5407809A은 가장 일반적인 RDR의 송풍 구조를 보여주고 있다. 위 특허에 따르면, 고정된 송풍장치에 연결된 파이프가 로타리 조인트를 통해 드럼의 중심축에 설치된 회전하는 파이프로 연결되고 이 파이프는 폐기물 배출구쪽 막음판을 관통하여 짧게 드럼 안에 돌출된 형태로 공기를 공급하는 단순한 구조이다. 또한 이러한 전통적인 퇴비화 처리(composting)를 위한 RDR은 서로 중복되지 않는 위치에 개구부를 가진 두 개 이상의 격판이 드럼 내부를 분할하고 있는 바, 드럼의 회전에 따라 하나 이상의 개구부는 반드시 폐기물에 묻히게 되고, 이때의 공기의 흐름은 드럼 위쪽의 빈 공간→폐기물 사이→묻힌 격판의 개구부를 통과해야 하므로 공기의 이동이 억제된다.

이러한 전통적인 RDR의 단순한 송풍 구조는 대량의 공기를 공급해야 하는 생물학적 건조(bio-drying)에는 부적합하다. 공기 공급의 양적 관점에서 보면, 수평 드럼의 수십 미터의 길이는, 이를 세로로 세웠을 경우, 수직형 반응기에서 수십 미터의 높이로 폐기물을 쌓은 것이나 마찬가지인데, 일반적으로 수직형 반응기가 수 m의 높이만을 이용한다는 점과 비교된다. 즉, 통상적인 방식으로는 생물학적 건조(bio-drying)에 필요한 적정한 공기를 공급할 수 없다.

유럽 공개 특허 EP1640445A1은 폐기물 배출구쪽 드럼의 내외부를 관통하여 설치된 복수의 공기 공급장치가 드럼의 회전에 따라 상부에 왔을 때만 공기를 공급하고 그 외의 시간 동안에는 스프링 장치를 통해 닫히게 되어 있는 장치를 개시하고 있다. 이로써 적은 에너지로 지속적인 공기 공급을 하면서, 공기 방출구를 통해 유입되는 이물질을 막을 수 있게 된다.

송풍장치와는 별도로, 폐기물 투입구 상부에 배풍 장치를 두어 폐기물 투입구나 폐기물 배출구를 열고 작업할 때 악취가 휘산되지 않도록 하는 경우도 있다.

최근, RDR의 높은 호기성 분해 능력을 생물학적 건조(bio-drying)에 이용하려는 EP1386675A2(2004)나 공개특허 10-2011-0090595(2011) 등의 발명들이 이루어지고 있다. 그러나, 이러한 발명들은 아직 완성된 수준에 이르지 못했으며, 퇴비화 처리(composting)와 생물학적 건조(bio-drying)의 공학적 차이에 대한 이해 부족이나 혹은 기계적 장치의 생물학적 효과에 대한 통찰의 빈곤을 보여주고 있다.

RDR이 생물학적 건조(bio-drying)에 사용될 때, 폐기물 투입구 쪽과 폐기물 배출구 쪽은 중앙부에 비하여 내부 온도가 10~20℃가 낮다. 폐기물 배출구 쪽에서는 차가운 외기가 대량으로 유입되고, 폐기물 투입구에서는 차가운 폐기물이 지속적으로 유입되기 때문이다. 미생물 생장과 건조 속도는 매 10℃마다 각각 약 2배의 차이를 가져오므로 이런 부위별 온도차는 최대 2~4배의 성능 차이로 귀결될 수 있다. 즉, 값비싼 장비인 RDR의 내부 공간이 효율적으로 사용되지 못해 더 큰 시설을 필요로 하게 된다.

퇴비화 처리(composting)는 호기성 미생물의 분해 활동이 최대가 되는 함수율과 온도 조건을 상수로 설정하고, 공기 및 수분 공급을 통하여 최적의 조건을 제공하려 하며, 주로 공기 공급으로 인한 온도 강하를 막기 위해 산소 공급에 필요한 최소의 공기만을 공급한다. 반면, 생물학적 건조(bio-drying)는 건조에 목적이 있고, 함수율이 지속적으로 하락하므로 최적 온도 또한 낮아지게 되는 바, 공기 공급 또한 이에 상응하여 축소되는 동적 제어를 필요로 하게 된다. 최적 함수율에서는 증발된 수분의 운반에 필요한 공기량이 산소 공급에 필요한 양의 10배 수준이므로 최대로는 퇴비화 처리(composting) 장치일 때보다 10배의 송풍이 가능해야 하고, 최소로는 건조가 진전되어 미생물 반응이 거의 중단되므로 산소가 불필요한 바, 자연건조에 준하는 공급량 관리가 바람직하다.

Velis의 리뷰 논문은 생물학적 건조(bio-drying)의 최적 온도가 퇴비화 처리(composting)의 경우보다 현저히 낮은 학문적 실험 결과들을 제시할 뿐, 미생물 활동이 가장 왕성한 퇴비화 처리(composting)의 최적 온도보다 낮은 이유를 밝히지 못하고 있어 학문적, 기술적 혼란을 보여준다. 그러나, 본 발명의 통찰에 의하면 이것은 지극히 당연한 귀결이다. 생물학적 건조(bio-drying)에서는 최적 온도라는 정적 개념은 존재할 수 없으며, 함수율과 연관된 동적 최적 온도가 있을 뿐이므로, 실험 결과들로 제시된 최적 온도는 평균적인 값을 의미할 뿐, 보편적 최적 온도라고 할 수 없다.

전통적으로 RDR에 적용되어온 단순한 역방향 통기 방법 역시 동적 최적 온도의 구현에는 부적절한 방법임이 명백하다. 부위별 온도의 현저한 차이가 바로 동적 최적화가 안 되어 있음을 의미하기 때문이다. 이런 현상을 좀 더 구체적으로 고찰하면 다음과 같다.

첫째, 폐기물 배출구 쪽에서는 외부의 차가운 공기가 대량 송풍되므로 현저하게 온도가 강하되는 것이 불가피하며, 이 경우 호열성 미생물의 대사 환경이 박탈되므로, 미생물에 의한 발열이 억압되고, 통기에 의한 자연 건조현상을 기대할 수 있을 뿐이다.

둘째, 중앙부에서는 상대적으로 과도한 열 축적과 상대습도가 100%에 도달하여 지나친 고온 다습 환경이 조성되어 건조가 제약되고, 미생물 활동이 억제된다.

셋째, 폐기물 배출 작업 시(하루 중 8~16 시간)에는 송풍이 불가능해진다. 폐기물 배출구 부근에서 송풍된 공기는 가장 가까운 열린 공간인 폐기물 배출구로 향하게 되고, 대량의 증기와 분진이 폐기물 배출구로 분출될 것이므로 이때는 송풍기를 가동할 수 없다. 생물학적 건조(bio-drying)는 강제 송풍을 필요로 하므로 이런 상황은 바람직하지 못하다.

넷째, 방출구의 막힘 혹은 공기 공급 파이프 내부로의 이물질의 유입이 심각해진다. 폐기물은 각종의 점착성 물질을 포함하므로 작은 구멍으로 된 노즐을 폐쇄시키는 경향이 있다. 반면 방출구 구멍을 크게 하면, 구형의 중량성 이물질의 유입이 심각해지는 경향이 있는데, 대형 송풍구는 이런 현상에 취약하다.

다섯째, 송풍에 많은 에너지가 소비된다. 폐기물 사이를 통과해서 송풍이 이루어져야 하는 경우, 압력 손실이 불가피하므로, 강한 압력이 불가피하고, 다량의 공기를 강한 압력으로 보내는 경우 많은 동력이 사용되어야 한다.

여섯째, 결국 현재의 RDR에서 이러한 문제를 피하려면, 충진율을 50% 전후로 낮추어 폐기물 처리에는 이용하지 못하고 공기 공급을 위해 할당해야 할 내부 공간을 늘리는 방법밖에 없는 실정이다.

일곱째, 퇴비화 처리(composting)에 있어서는 과도한 분해열이 오히려 미생물 대사를 억제하는 경향이 있으므로, 열을 순환적 재활용하기보다는 오히려 열을 배출하기 위한 방법이 모색되었어야 하지만, 생물학적 건조(bio-drying)에서는 빠른 건조를 위해 열의 재활용이 바람직하다.

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치는, 생활폐기물이 투입되는 폐기물 투입구와 배출되는 폐기물 배출구가 양단에 형성되고, 회전하는 드럼 및 상기 드럼의 중심축에 평행하고 상기 폐기물 배출구 쪽에서 상기 드럼 내부를 향해 연장된 길이가 서로 다른 복수개의 방출 파이프를 포함하여, 상기 파이프를 통해 상기 드럼 내부에 공기를 주입 및 순환시키는 송풍 시스템을 포함하여 구성된다.

일 측에 따르면, 상기 송풍 시스템은 상기 방출 파이프에서 공기가 방출되는 공기 방출구의 주변의 온도 및 생활폐기물의 함수율을 측정하여, 상기 각 방출 파이프에 공급되는 공기량을 조절하는 제어부가 더 구비될 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 송풍 시스템은, 공기 공급량을 제어하는 주밸브가 구비된 제1 파이프, 상기 제1 파이프에 연결되어 공기 공급을 위한 송풍기, 상기 송풍기에 연결되어 상기 드럼의 중심축까지 연장된 제2 파이프, 상기 드럼의 중심축에 위치한 제3 파이프, 상기 제2 파이프와 상기 제3 파이프를 연결하되, 상기 드럼이 회전함에 따라 상기 제3 파이프가 상기 제2 파이프에 대해서 회전 가능하도록 연결하는 로타리 조인트, 상기 제3 파이프에 직각으로 연결되고 상기 드럼의 중심축에서 방사상으로 설치되는 복수의 제4 파이프, 상기 제4 파이프 각각에 설치되어 상기 제4 파이프에 유동되는 공기의 공급량을 제어하는 밸브 및 상기 제4 파이프에 직각으로 연결되고 상기 드럼의 막음판을 관통하여 상기 드럼의 내주면을 따라 드럼 중심축에 평행하게 설치되되 길이가 서로 다른 제5 파이프를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제4및 제5 파이프는 3개 이상의 방출 파이프를 구비할 수 있다. 그리고 상기 방출 파이프는 상기 드럼의 내주면을 따라서 동일한 간격으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 제5 파이프는 상기 제4 파이프와 'T'자 형으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제5 파이프에서 상기 제4 파이프와 연결된 단부를 폐쇄하는 뚜껑이 구비될 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 송풍 시스템은, 10~20%의 신선한 공기가 유입되고, 유입된 만큼만을 악취처리시설로 보내면서, 나머지 공기는 열교환과 수분 제거 및 예열이 수행되는 순환 구조를 가질 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치에 의하면, 첫째, RDR 내부 각 부위에 건조의 진전에 적합한 최적의 예열된 공기를 동적으로 제공하므로 더 작은 반응기에서 더 빠른 건조를 실현한다.

둘째, 열의 재활용을 통해 건조가 진전됨에 따라 나타나는 수분의 부족으로 인한 건조 속도의 저하를 막아 더 빠른 건조를 실현한다.

셋째, 공기의 순환은 악취 공기의 순환을 의미하고, 악취처리의 대상이 되는 공기량을 최대 1/10로 대폭 줄이는 효과가 있다.

넷째, RDR 배출작업 중에도 송풍을 중단할 필요가 없어 RDR 성능향상에 기여한다.

다섯째, 송풍 파이프 내 이물질의 유입을 억제하고, 유입 시에도 간단하게 수리가 가능해 진다.

여섯째, 시설 규모 및 시간의 축소와 에너지 사용량의 축소는 장치비와 운영비를 최소화한다.

일곱째, 송풍공기의 온도 및 습도관리가 가능하므로, 계절 및 우천 등 외부의 기후 조건의 영향을 최소화하여, 정확한 제어가 가능한 시스템이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로타리 드럼 반응기 및 동적 공기 공급 장치의 모식도이다.
도 2는 도 1의 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치에서 송풍 시스템의 작동을 제어하는 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치의 공기 공급량을 설명하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치의 드럼 내의 공기 습도를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치의 드럼 내의 생활폐기물의 온도를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치의 드럼 내의 생활폐기물의 함수율을 보여주는 그래프이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 로타리 드럼 반응기(10)의 동적 공기 공급 장치에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로타리 드럼 반응기(10) 및 동적 공기 공급 장치를 간략하게 도시한 모식도이고, 도 2는 도 1의 로타리 드럼 반응기(10)에서 송풍 시스템(12)의 작동을 제어하는 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 그리고 도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 로타리 드럼 반응기(10)의 작동 효과를 보여주는 그래프들이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로타리 드럼 반응기(10)의 공기 공급량을 설명하는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로타리 드럼 반응기(10)의 드럼(11) 내의 공기 습도를 보여주는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로타리 드럼 반응기(10)의 드럼(11) 내의 생활폐기물(1)의 온도를 보여주는 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로타리 드럼 반응기(10)의 드럼(11) 내의 생활폐기물(1)의 함수율, 즉 건조효과를 보여주는 그래프이다.

도면을 참조하면, 로타리 드럼 반응기(10)는 생활폐기물(1)이 수용되어 처리되는 드럼(11)과, 드럼(11)에 공기(2)를 공급하기 위한 송풍 시스템(12) 및 드럼(11)에서 배출된 공기(2)를 순환시키기 위한 순환 시스템(13)을 포함하여 구성된다.

참고적으로, 본 발명의 실시예에서 설명하는 '생활폐기물(Municipal Solid Waste)'이라 함은 재활용품을 분리수거하고 남거나, 분리수거하지 않은 생활폐기물을 모두 지칭한다.

로타리 드럼 반응기(10)는 생활폐기물(1)에서 비닐 봉지와 같은 포장재를 찢고, 유기물만을 선별적으로 분쇄하여, 생활폐기물(1)을 유기성분과 가연성분으로 선별할 수 있도록 하는 RDR로서의 전처리 장치이다. 또한, 이 장치는 생활폐기물(1)을 건조함으로써 생활폐기물(1)의 선별성을 높이고, 최종 생산되는 고형연료의 품질을 높인다.

드럼(11)의 양단에는 생활폐기물(1)이 투입되는 폐기물 투입구(111)와 처리가 완료된 생활폐기물(1)이 배출되는 폐기물 배출구(112)가 형성되고, 드럼(11)이 회전함에 따라 생활폐기물(1)은 폐기물 투입구(111) 쪽에서 폐기물 배출구(112) 쪽으로 점진적으로 이동된다. 그리고 드럼(11)의 양단부에는 각각 드럼(11)을 폐쇄하는 막음판(111a, 112a)이 구비된다. 참고적으로, 드럼(11)은 자세히 도시되지 않았으나 소정 지지수단에 의해 지지되며 외부로부터 구동력을 전달받아 회전되며, 이와 같이 드럼(11)을 지지하고 회전시키기 위한 기술구성은 공지의 기술로부터 이해 가능하므로 자세한 설명은 생략한다.

드럼(11) 내에서의 생활폐기물(1)의 건조는 생분해에 의해 발생한 열이 수분을 증발시킴으로써 이루어진다. 이때, 공기는 온도에 따라 달라지는 포화증기압 이상의 수증기를 포함할 수 없기 때문에, 건조를 위해서는 많은 양의 공기가 지속적으로 공급되어야 하므로, 송풍 시스템(12)이 드럼(11) 내부로 공기를 공급한다. 본 발명의 실시예에서는, 동적 온도 제어의 개념을 도입하고, 이를 제어하기 위한 동적 송풍 제어를 위한 송풍 시스템(12)을 제공하는 데 있다. 또한, 공기 순환을 도입하여, 분해 시 발생하는 열을 재활용할 수 있도록 한다.

송풍 시스템(12)은 드럼(11)의 폐기물 배출구(112) 쪽에 연결되어 드럼(11) 내부로 공기를 방출하며, 특히, 드럼(11)의 폐기물 배출구(112) 쪽으로부터 내부를 향해 연장된 길이가 서로 다른 3개 이상의 파이프(129)를 구비함으로써, 드럼(11) 내부의 생활폐기물(1)에 공기(2)가 방출되는 지점을 다양화할 수 있다. 상세하게는, 송풍 시스템(12)은, 공기 공급량을 제어하는 주밸브(122)를 포함하는 제1 파이프(121), 공기 공급을 위한 송풍기(123), 일단이 송풍기(123)에 연결되고 타단이 드럼(11)의 중심축으로 연결되는 제2 파이프(124), 드럼(11)의 중심축에 연결된 제3 파이프(126), 드럼(11)이 회전함에 따라 제2 파이프(124)에 대해서 제3 파이프(126)가 회전 가능하도록 제2 파이프(124)와 제3 파이프(126)를 연결시키는 로타리 조인트(125), 제3 파이프(126)에 직각으로 연결되고 드럼(11)의 중심축에서 방사상으로 설치되는 복수의 제4 파이프(127), 제4 파이프(127) 각각에 설치되어 제4 파이프(127)에 유동되는 공기의 공급량을 제어하는 밸브(128) 및 제4 파이프(127)에 직각으로 연결되고 드럼(11)의 막음판(112a)을 관통하여 드럼(11)의 내주면을 따라 드럼(11) 중심축에 평행하게 설치되되 길이가 서로 다른 제5 파이프(129)를 포함하여 구성된다.

제4 파이프(127)는 드럼(11)의 중심축을 중심으로 등 간격의 방사상으로 구비된다. 예를 들어, 제4 파이프(127)는 120° 각도로 3개의 파이프(127a, 127b, 127c)가 구비되고, 각각의 파이프(127a, 127b, 127c)에 밸브(128)가 각각 구비될 수 있다.제4 파이프(127)는 드럼(11)의 막음판(112a) 외측부에 원형관 혹은 각형관의 형태로 구비되며, 드럼(11) 내주면을 따라 구비되는 제5 파이프(129)와 직각 'T'자형으로 연결된다. 제4 파이프(127)와 제5 파이프(129)의 연결 관계에 대해서는 아래에서 상세하게 설명한다.

제5 파이프(129)는 드럼(11) 내부에서 연장된 길이가 서로 다르게 형성되고, 3개 이상 복수개가 구비되며, 드럼(11) 내주면을 따라 각 파이프(129a, 129b, 129c) 사이의 간격이 서로 동일하게 구비된다. 예를 들어, 본 실시예에서는 120° 간격으로 3개의 방출 파이프(129a, 129b, 129c)가 구비되는 것을 예시하였다.

제5 파이프(129)는 드럼(11)의 길이를 고려하여, 방출 파이프(129a, 129b, 129c)의 길이가 서로 다르게 형성된다. 여기서, 서로 다른 길이를 갖는 방출 파이프(129a, 129b, 129c)가 설치됨에 따라, 드럼(11)의 길이 방향으로 더 많은 공기 방출구(1291)가 마련되므로, 건조가 진전됨에 따라 공기 공급량을 차감하는 더 정교한 제어를 할 수 있다. 여기서, 드럼(11) 내부의 생활폐기물(1)은 점진적으로 폐기물 투입구(111) 쪽에서 폐기물 배출구(112) 쪽으로 이동하는데, 그 이동 과정에서 건조가 계속 진행되고, 그 결과 미생물의 분해활동과 발열도 점점 약화된다. 따라서 건조가 완료되어 배출되는 것을 전제로 할 때, 폐기물 배출구(112) 쪽에서는 매우 적은 양만의 공기가 필요하며, 상대적으로 드럼(11)의 중앙부는 더 많은 공기를 필요로 하고, 양쪽 부위의 사이에서는 점진적으로 신선한 공기의 공급량이 차감되어야 한다. 이러한 공기 필요량을 고려하여 방출 파이프(129a, 129b, 129c)의 길이가 설정된다.

또한, 전통적으로 격판을 통해 공기 흐름을 방해하는 것은 바람직하지 못하다. 다량의 공기가 공급되고 있는 상황이므로 드럼(11)의 회전으로 인한 뒤집기에 따라 산소 공급이 충분히 일어나는 바, 공연한 에너지 낭비만 초래하기 때문이다. 본 실시예에 따르면, 다수의 방출 파이프(129a, 129b, 129c)가 공기 방출구(1291)의 위치가 서로 다르게 하여 구비되므로, 드럼(11) 내부에 충분한 공기를 공급할 수 있다. 이는, 사이 각이 동일한 공기 방출구(1291)가 3개 이상이면, 드럼(11) 내부의 생활폐기물(1) 충진율을 80%로 가정할 때, 빈 공간을 형성하는 부채꼴의 각이 120° 이하가 되는 바, 이 때 최소한 1개의 공기 방출구(1291)는 개방된 상태에서 공기(2)를 공급할 수 있게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 3개 이상의 방출 파이프(129a, 129b, 129c)를 드럼(11)의 내주면에 배치한다.

제5 파이프(129)는 원형의 관이어야 하고, 제4 파이프(127)와 연결되는 부분이 'T'자 형태로 연결되고, 제5 파이프(129)에서 공기 방출구(1291)의 반대쪽 단부(1292)를 돌출시켜서 뚜껑(1293)이 구비된다. 이와 같이 뚜껑(1293)이 구비되는 이유 및 방출 파이프(129a, 129b, 129c)가 드럼(11)의 내주면에 설치되는 이유는, 방출 파이프(129a, 129b, 129c)의 공기 방출구(1291)를 통해 드럼(11) 내의 이물질이 유입되는 것을 억제하고, 더불어, 이물질이 유입되었을 때 이를 제거하기 쉽도록 하기 위함이다. 만약, 방출 파이프(129a, 129b, 129c)가 드럼(11) 외주면에 설치되어 ‘ㄱ’자로 드럼(11)을 관통해야 하게 될 경우, 드럼(11)의 회전으로 공기 방출구(1291)의 방향이 폐기물(1)이 받는 중력과 일직선에 놓이게 되는 일이 반복됨에 따라 이물질의 유입이 늘어나고, 방출 파이프(129a, 129b, 129c)의 'ㄱ'자로 꺾인 부분 때문에 이물질 제거가 어려워진다.

또한, 방출 파이프(129a, 129b, 129c)는 드럼(11)의 내주면에 설치되므로 생활폐기물(1)과의 접촉에 따른 마모가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 방출 파이프(129a, 129b, 129c)는 드럼(11)의 회전 방향에 따른 마찰·충격이 심할 것으로 예상되는 쪽에 마모를 줄일 수 있는 보강재(미도시)가 구비될 수 있다.

송풍 시스템(12)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 각각의 방출 파이프(129a, 129b, 129c)의 공기 공급량은 공기(2)가 방출되는 지점의 온도와 습도, 혹은 생활폐기물(1)의 함수율을 측정하여 제어할 수 있다. 도 2에서 도면부호 140은 공기 공급량을 제어하기 위한 제어부(140)이다. 제어부(140)는 방출 파이프(129a, 129b, 129c)의 각 공기 방출구(1291) 부분에서의 온도와 함수율을 측정하여 각 방출 파이프(129a, 129b, 129c)의 공기 공급량을 조절한다. 참고적으로, 공기 공급량은 도 3의 그래프로 도시한 바와 같이 조절된다.

부위별 적정 온도는 폐기물 투입구(111) 근처에서 차가운 폐기물의 투입으로 낮은 온도인 부위를 제외하면, 함수율이 높은 폐기물 투입구(111) 쪽일수록 더 높게 관리되는 것이 바람직하다. 드럼(11) 내 빈 공간에서의 기류의 영향을 줄이려면 방출 지점에서 상대습도가 100% 미만에서 높게 관리되는 것이 바람직하므로, 공기 습도의 측정이 바람직하지만, 측정 장치가 생활폐기물(1) 및 수분과 반복적으로 접촉되므로 부근 공기의 습도 측정은 어려운 바, 주변 생활폐기물(1)의 전기전도도를 이용한 간접적인 측정이 현실적이다. 드럼(11)의 회전에 따라 전기전도도가 변하겠지만, 압착이 가장 강한 최하부에 이르렀을 때 최대값이 나타날 것이므로 싸이클별 최대값을 기본으로 하고, 비닐 등 부도체에 의한 방해가 있을 수 있으므로 이전 측정 시간과 측정값 및 좌우 측정기에 의한 측정값으로 보정할 수 있다.

제5 파이프(129)에서의 공기 공급량 조절은 제4 파이프(127)에 구비된 밸브(128)를 통해서 이루어지며, 방출 파이프(129a, 129b, 129c)에 대한 상대적인 방출량 조절 방식으로 실현된다. 공기 공급 총량의 제어는 제1 파이프(121)에 설치된 주밸브(122)나 혹은 주 송풍기(123) 동력에 대한 제어를 통해 실현될 수 있다.

드럼(11)에서 공기의 공급은 생활폐기물(1)의 호기성 반응을 촉진시켜서 온도를 상승시키는 측면과 증발 잠열을 통해 생활폐기물(1)의 온도를 하락시키는 양면성이 있다. 호기성 반응에 필요한 공기는 증발된 수분의 운반에 필요한 공기량의 1/7 수준이기 때문에, 공급량이 적으면 습도가 높아져 증발이 줄면서 온도가 오르게 되고, 공급량이 많으면 발열량보다 증발잠열이 커져 온도가 내려간다.

한편, 호기성 미생물들은 물에 용해된 산소만을 이용할 수 있으므로, 건조가 진행되어 함수율이 낮아지면, 발열량이 적어지고, 이에 따라 온도가 낮아지면 미생물 활동이 위축되므로 더욱 적은 공기만을 필요로 하게 된다. 폐기물의 함수율이 호기성 반응을 위한 최적 조건인50~60%인 지점에서는 미생물 대사에 최적인 50~55℃의 온도로 관리되는 것이 바람직하며, 건조가 진전됨에 따라 차츰 더 낮은 온도를 최적 온도로 간주해야 한다.

본 실시예에서는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 폐기물 투입구(111) 근처는 차가운 생활폐기물(1)이 투입됨에 따라, 최고 온도 55℃, 상대습도 100%인 공기(2)가 차가운 생활폐기물(1)에 열을 빼앗기면서 50℃ 정도로 냉각되고 수분 응축 현상을 보이게 되면서, 전열과 응축잠열을 통해 투입된 생활폐기물(1)의 온도를 올려 미생물이 활성화될 수 있는 조건을 제공하게 된다.

본 실시예에 따르면, 길이가 서로 다른 복수의 방출 파이프(129a, 129b, 129c)를 구비함으로써, 적어도 3개 지점에서의 공기(2) 공급이 가능하므로, 도 5에 도시한 바와 같이 드럼(11)의 생활폐기물(1)의 온도가 지나치게 낮거나 지나치게 높은 것을 해소하여 비교적 균일한 온도를 실현시킬 수 있고, 이에 따라 도 6에 도시한 바와 같이, 더 짧은 시간 안에 더 낮은 함수율, 즉 더 높은 건조를 달성할 수 있게 된다.

본 발명은 드럼(11)에서 배출되는 공기(2)를 순환시키는 순환 시스템(13)이 구비된다. 순환 시스템(13)은 드럼(11)에서 배출되는 공기(2)의 수분을 제거하고 재가열함으로써 수분 운반 능력을 갖게 할 뿐만 아니라, 건조가 많이 진행되어 미생물 활동이 약해진 배출구(112)쪽 폐기물(1)을 신속하게 건조시킬 수 있게 하고, 전체적으로는 미생물 활동을 활성화시키는 적절한 온도를 제공함으로써 시스템 전체의 성능향상을 가져온다.순환 시스템(13)은 드럼(11)에서 공기(2)를 배출시키는 순환 파이프(130), 배풍기(131), 열교환기(heat exchanger)(132), 냉각기(cooler)(133), 예열기(pre-heater)(134)를 포함한다. 이 과정에서 배출된 공기를 100% 순환시킬 경우, 호기성 반응에 필요한 산소를 공급할 수 없게 되므로, 예열기(134) 전단에는 신선한 공기를 공급하기 위한 공기 주입부(136)가 구비되며,열교환기 후단에는 여기서 추가된 공기만큼을 배출하는 배출부가 마련되고, 이것은 악취를 정화시키기 위한 바이오필터(bio-filter) 등의 악취 제거시설로 연결된다.이러한, 순환 시스템(13)의 상세한 기술구성은 공지의 기술로부터 이해 가능하므로 자세한 설명은 생략한다.

배풍기(131)를 사용하여 송풍된 공기(2)를 흡입함으로써, 폐기물 투입구(111)나 폐기물 배출구(112)로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 배풍기(131)의 용량을 송풍기(123)보다 5~10% 크게 하면, 드럼(11) 내부에 음압이 발생하여 악취와 분진이 외부로 누출되는 일을 막을 수 있다. 단 폐기물 투입구(111)는 외기의 유입이 최대한 차단된 구조를 갖추고 있어야 한다.

드럼(11)에서 배출된 50℃ 전후의 공기(2)는 열교환기(132)에서 42℃ 수준까지 냉각되고, 냉각기(133)에서 30℃ 수준까지 더 냉각되면서 응축수를 배출하게 된다. 열교환기(132)에서 가열된 열매체는 순환되어, 예열기(134)에서 공기(2)를 다시 38℃ 수준까지 예열시킨다. 냉각되는 과정에서는 상대습도가 계속 100%일 것이나, 다시 온도를 8℃를 높여주면 상대습도가 65%가 되면서 수분 운반능력이 생기게 되고 드럼(11) 내부에서의 온도 상승에 따라 더욱 큰 운반능력이 생기게 된다. 냉각기(133)로 가는 과정에서 10~20%의 공기(2)는 바이오 필터(135) 등의 악취처리시설로 보내지고, 예열기(134)에는 공기 주입부(136)를 통해서 10~20%의 신선한 공기(2)가 공급되어 필요한 산소를 공급할 수 있도록 한다.

이 때, 신선한 공기는 산소가 충분한 경우인 한, 시설 내 다른 부위에서 발생하는 악취공기인 것이 바람직하다. 이 경우 시설의 악취 처리 설비를 줄일 수 있다.

예열기(134)에서 38℃ 정도로 예열된 공기(2)는 폐기물 배출구(112) 부근에서는 미생물 반응이 거의 없어 건조되기 어려운 생활폐기물(1)을 건조시키는데 효과가 높아 낮은 함수율 조건하에서 건조 속도를 높이는데 기여한다. 또한, 공기(2)의 온도 40℃는 실험을 통해 호기성 미생물 증식을 유도하는 최적의 온도로 알려져 있으므로 수분이 존재하는 곳에서는 높은 미생물 대사를 달성할 수 있는 조건이 된다.

본 실시예에 따르면, 첫째, RDR의 드럼(11) 내부 각 부위에 건조의 진전에 적합한 최적의 예열된 공기(2)를 동적으로 제공하므로, 더 작은 반응기에서 더 빠른 건조를 실현할 수 있다. 둘째, 드럼(11)에서 발생하는 열을 재활용할 수 있으므로 건조가 진행됨에 따라 나타나는 수분의 부족으로 인한 건조 속도의 저하를 막아 더 빠른 건조를 실현할 수 있다. 셋째, 순환 시스템(13)을 구비하므로, 악취 공기를 순환시킬 수 있어서 악취 처리의 대상이 되는 공기량을, 순환시키지 않는 시스템에 비해 10-20% 수준으로 줄일 수 있게 된다. 넷째, RDR 배출 작업 중에도 송풍을 중단할 필요가 없기 때문에 성능 향상에 기여할 수 있다. 다섯째, 파이프가 'T'자 형으로 연결된 형태를 가지므로, 제5 파이프(129) 내로 이물질이 유입되는 것을 억제하고, 이물질의 유입 시에도 간단한 수리가 가능하다. 여섯째, 시설 규모 및 시간의 축소와 에너지 사용량의 축소를 통해, 시설비와 운영비를 최소화할 수 있다. 일곱째, 송풍 공기의 온도 및 습도 관리가 가능하므로, 계절 및 우천 등 외부의 기후 조건의 영향을 최소화하여, 정확한 제어가 가능한 시스템이 가능하다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1: 생활폐기물
2: 공기
10: 로타리 드럼 반응기
11: 드럼
111: 폐기물 투입구
111a: 투입구쪽 막음판
111b: 배기구
112: 폐기물 배출구
112a: 배출구쪽 막음판12: 송풍 시스템
121, 124, 126, 127, 129: 제1 내지 제5 파이프
122: 주밸브
123: 송풍기
125: 로타리 조인트
128: 밸브
129a, 129b 129c: 방출 파이프
1291: 공기 방출구
1292: 타단부
1293: 뚜껑
13: 순환 시스템
130: 순환 파이프
131: 배풍기
132: 열교환기(heat exchanger)
133: 냉각기(cooler)
134: 예열기(pre-heater)
135: 바이오 필터(bio filter)
136: 공기 주입부

Claims (8)

1. 생활폐기물이 투입되는 폐기물 투입구와 배출되는 폐기물 배출구가 양단에 형성되고, 회전하는 드럼; 및
   상기 드럼의 중심축에 평행하고 상기 폐기물 배출구에서 상기 드럼 내부를 향해 연장된 길이가 서로 다른 복수개의 방출 파이프를 포함하여, 상기 폐기물 배출구를 통해 상기 드럼 내부에 공기를 주입 및 순환시키는 송풍 시스템;
   을 포함하고,
   상기 송풍 시스템은,
   공기 공급량을 제어하는 주밸브가 구비된 제1 파이프;
   상기 드럼의 중심축까지 연장되는 제2 파이프;
   상기 드럼의 중심축에 위치한 제3 파이프;
   상기 제3 파이프에 직각으로 연결되고 상기 드럼의 중심축에서 방사상으로 설치되는 복수의 제4 파이프;
   상기 제4 파이프에 'T'자 형으로 연결되고 상기 드럼의 막음판을 관통하여 상기 드럼의 내주면을 따라 상기 드럼 중심축에 평행하게 설치되되 길이가 서로 다른 복수의 제5 파이프; 및
   상기 제5 파이프에서 상기 제4 파이프와 연결된 단부를 폐쇄하도록 구비되는 뚜껑;
   을 포함하는 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 송풍 시스템은 상기 방출 파이프에서 공기가 방출되는 공기 방출구의 주변의 온도 및 생활폐기물의 함수율을 측정하여, 상기 각 방출 파이프에 공급되는 공기량을 조절하는 제어부가 더 구비된 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 송풍 시스템은,
   상기 제1 파이프에 구비되어서 상기 제1 파이프의 공기 공급량을 제어하는 주밸브;
   상기 제2 파이프의 일단에 연결되어 공기 공급을 위한 송풍기;
   상기 제2 파이프와 상기 제3 파이프를 연결하되, 상기 드럼이 회전함에 따라 상기 제3 파이프가 상기 제2 파이프에 대해서 회전 가능하도록 연결하는 로타리 조인트; 및
   상기 제4 파이프 각각에 설치되어 상기 제4 파이프에 유동되는 공기의 공급량을 제어하는 밸브;
   를 더 포함하는 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제4 및 제5 파이프는 3개 이상의 방출 파이프를 구비하는 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 방출 파이프는 상기 드럼의 내주면을 따라서 동일한 간격으로 배치된 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 송풍 시스템은 10~20%의 신선한 공기가 유입되고, 유입된 만큼만을 악취처리시설로 보내면서,
   나머지 공기는 열교환과 수분 제거 및 예열이 수행되는 순환 구조를 가진 로타리 드럼 반응기의 동적 공기 공급 장치.

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