KR101544730B1 - 간접건조방식의 사이클론 건조장치 및 이를 구비하는 건조시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열매체를 통하여 피건조물을 건조하는 공정에서 건조효율을 증대시키고 건조기 내부의 유동 특성을 향상하며 건조물의 배출이 확실하게 이루어질 수 있는 간접건조방식의 사이클론 건조장치에 관한 것으로, 내부에 공간을 형성하고 피건조물이 투입되는 투입부와 중심의 하측에 형성되고 건조물이 배출되는 배출부를 구비하는 케이싱, 상기 케이싱 내부의 공간에 충전되고 피건조물과 혼합되는 제1열매체, 상기 케이싱 내부에 배치되고 상기 제1열매체를 교반하여 회전유동을 발생시키는 교반기, 상기 케이싱 내부에 배치되고 상기 제1열매체에 열전달하는 열매체순환부 및 상기 열매체순환부의 내부를 유동하는 제2열매체를 포함하고, 상기 열매체순환부는, 제2열매체의 열을 피건조물에 전달하여 수분을 증발시키며, 건조가 진행되면서 비중이 증가된 피건조물은, 원심력에 의하여 상기 케이싱의 내벽측으로 이동되고 중력과 원심력에 의하여 나선형으로 회전하면서 상기 케이싱 내부 공간의 하측으로 이동되어 수분의 함량이 가장 적어진 건조물이 상기 배출부를 통하여 배출되는 사이클론 건조장치를 제공한다. 따라서, 안정적이고 효율적인 피건조물의 건조가 이루어질 수 있고, 건조된 건조물의 분리가 확실하게 이루어진다.

Description

간접건조방식의 사이클론 건조장치 및 이를 구비하는 건조시스템{DRYER WITH CYCLONE USING INDIRECT HEATING METHOD AND DRY SYSTEM HAVING THE SAME}

본 발명은, 건조장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 열매체를 통하여 피건조물을 건조하는 공정에서 건조효율을 증대시키고 건조기 내부의 유동 특성을 향상하며 건조물의 배출이 확실하게 이루어질 수 있는 간접건조방식의 사이클론 건조장치 및 이를 구비하는 건조시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 슬러지(Sludge; 오니)는 일반가정이나 산업체등의 상/하수에 오염물질이 침전되어 있는 상태를 말한다. 슬러지는 화학공장 또는 염료/안료공장 등에서 배출되는 폐수의 처리과정에서 인위적으로 침전을 촉진시켜 발생되기도 하고, 하천 및 호수 등지에서 자연적인 침전에 의하여 발생될 수도 있다. 특히, 공장 등의 폐수처리공정에서는 생물학적 침전이나 응집 침전 등의 방식을 수행함으로써 슬러지의 침전을 촉진시켜 폐수를 정화시키기도 하는데, 이는 폐수처리작업에서 중요한 공정중의 하나이다.

이러한 슬러지는 미생물에 의하여 분해될 수 있는 유기물질을 함유하고 있기 때문에 유기성 폐기물로 분류되는 것이 일반적이다. 과거에는 폐수처리과정에서 발생된 슬러지를 주기적으로 수거하여 예를 들면, 로터리 킬른(Rotary Klin) 건조기와 같은 회전건조방식에 의하여 소정의 수분을 저감시킨 후에 해양에 투기하여 처리하기도 하였다. 그러나, 유기성 슬러지의 경우 환경오염을 가중시킬 가능성이 높기 때문에 런던협약에 의하여 해양투기 금지가 제안되고 국내에서는 최근 하수슬러지와 음식물 쓰레기와 같은 폐기물의 해양투기가 전면 금지되었다.

종래에는 슬러지를 소각하는 방식으로 처리하는 방식이 많이 사용되었으나, 최근 자원화의 필요성이 대두되고 있고, 연료화 및 자원화를 위한 기술들에 대한 요청이 증가되고 있는 추세이다. 따라서, 종래의 슬러지 건조방식의 단순한 고형화 수준을 넘어서 현재는 보다 효율적으로 에너지를 회수하고 재활용할 수 있는 방안에 초점이 맞추어져 있다.

슬러지 건조방식은 열전달의 방식을 기준으로 직접건조방식과 간접건조방식으로 구분되기도 하는데, 직접건조방식이란 고온의 열매체가 직접 슬러지와 접촉되어 연소가스의 대류에 의하여 슬러지를 건조하는 방식으로 열전달의 효율이 높고 처리속도가 빠른 장점이 있으나 배출가스의 처리와 분진폭발의 문제점이 있다. 간접건조방식이란 고온의 열매체를 소정의 열전달수단을 통하여 간접적으로 슬러지와 열교환 할 수 있도록 하여 수분을 저감하는 방식으로 배출가스 및 발열손실을 저감할 수 있는 장점이 있는 반면 열전달의 관점에서 효율이 비교적 떨어지고 건조속도가 저하되는 단점을 가지고 있다.

최근에는 슬러지와 기름을 혼합하여 건조처리하는 유중건조기술이 제시되기도 하는데, 이러한 유중건조기술의 경우 슬러지의 유동성과 열전달면적의 면에서 상기 건조방식들의 단점을 일부 보완할 수 있는 이점을 가진다.

그런데, 이러한 종래의 유중건조기술의 경우 기름의 분리를 위하여 별도의 공정이 필요하고, 일반적인 경우 전열 또는 후열의 과정이 필요하기 때문에 과도한 설비와 에너지 소비의 문제가 제기된다. 또한, 기름과 슬러지가 혼합되어 함께 배출되기 때문에 건조기 내부에서 제대로 건조되지 않고 배출되는 경우가 발생하고, 건조기에 점착 및 고착되어 내구성과 효율성을 저하시키는 원인이 되기도 한다.

본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 소정의 열매체를 통하여 슬러지와 같은 피건조물의 건조효율을 증대할 수 있으면서도 열전달효율을 상승시키고, 건조물의 분리배출 성능이 극대화될 수 있는 간접건조방식의 사이클론 건조장치 및 이를 구비하는 건조시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 간접건조방식의 사이클론 건조장치는, 내부에 공간을 형성하고 피건조물이 투입되는 투입부와 중심의 하측에 형성되고 건조물이 배출되는 배출부를 구비하는 케이싱, 상기 케이싱 내부의 공간에 충전되고 피건조물과 혼합되는 제1열매체, 상기 케이싱 내부에 배치되고 상기 제1열매체를 교반하여 회전유동을 발생시키는 교반기, 상기 케이싱 내부에 배치되고 상기 제1열매체에 열전달하는 열매체순환부 및 상기 열매체순환부의 내부를 유동하는 제2열매체를 포함하고, 상기 열매체순환부는, 제2열매체의 열을 피건조물에 전달하여 수분을 증발시키며, 건조가 진행되면서 비중이 증가된 피건조물은, 원심력에 의하여 상기 케이싱의 내벽측으로 이동되고 중력과 원심력에 의하여 나선형으로 회전하면서 상기 케이싱 내부 공간의 하측으로 이동되어 수분의 함량이 가장 적어진 건조물이 상기 배출부를 통하여 배출되는 사이클론 건조장치를 제공한다. 따라서, 안정적이고 효율적인 피건조물의 건조가 이루어질 수 있고, 건조된 건조물의 분리가 확실하게 이루어진다.

또한, 본 발명의 간접건조방식의 사이클론 건조장치는, 상기 열매체순환부가 코일형상으로 이루어지고 상기 교반기를 감싸도록 배치되며, 상기 제1열매체는 상기 열매체순환부의 코일 피치 사이의 공간을 통하여 열매체 순환부의 내측 및 외측으로 반복하여 유동되어 상기 열매체순환부와의 전열접촉이 증가될 수 있다. 따라서, 열효율이 극대화되고 생산성이 향상된다.

또한, 상기 제1열매체가 유동 과정에서 상기 열매체순환부의 외면을 지속적으로 세척하여 스케일의 형성을 방지할 수 있다. 따라서, 유지보수의 주기가 현저하게 단축되며 효율의 저하의 문제점이 방지된다

또한, 상기 제1열매체가 상기 열매체순환부의 코일 피치 사이의 공간을 통과하면서 유동의 속도가 증가될 수 있다. 따라서, 와류가 효과적으로 발생되고 건조가 진행된 건조물의 분리가 효율적으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1열매체가 폐식용유, 이온정제유, B-C유류 및 광물성 유류 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제2열매체가 스팀, 연소기의 배가스 또는 유류 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 간접건조방식의 사이클론 건조장치는, 상기 제2열매체를 가열하는 가열장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 간접건조방식의 사이클론 건조장치는, 피건조물로부터 증발된 수분을 응축하여 액상으로 분리하는 응축기를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 간접건조방식의 사이클론 건조장치는, 상기 배출부로부터 배출된 건조물에 혼입된 제1열매체를 분리하는 고형물 분리장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 열매체순환부가 상기 케이싱의 내벽측에 인접되도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 간접건조방식의 사이클론 건조장치를 포함하는 건조시스템으로서, 복수의 사이클론 건조장치가 직렬로 배열되어 피건조물을 각각 순차적으로 건조시키며, 각각의 사이클론 건조장치에 구비되는 열매체순환부는 상호 연통되는 건조시스템을 제공한다. 따라서, 건조물의 수분함량이 최소화될 수 있고, 열전달을 위한 구성이 단순화될 수 있다.

또한, 상기 제2열매체가 가열장치에 의하여 가열되어 복수의 사이클론 건조장치에서 열전달하도록 순환되고, 고온으로 유동되는 제2열매체는 상대적으로 건조가 더 진행된 피건조물에 열전달하고, 저온으로 유동되는 제2열매체는 상대적으로 건조가 덜 진행된 피건조물에 열전달할 수 있다. 따라서, 열전달 및 건조의 효율은 극대화된다.

또한, 상기 복수의 사이클론 건조장치의 배열에 대해 건조과정에서의 피건조물과 제2열매체의 이동방향이 상호 대향되는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 간접건조방식의 사이클론 건조장치 및 건조시스템은, 제1열매체에 의하여 효과적으로 피건조물을 건조시킬 수 있기 때문에 더욱 적은 에너지를 사용하면서도 건조의 효과는 극대화될 수 있다.

또한, 간접건조방식 사이클론형의 건조기를 사용하여 피건조물을 효과적으로 분산하고 이러한 분산 및 분리의 효과는 코일 형상의 열매체순환부에 의하여 더욱 증가되기 때문에 종래기술에서 교반의 효과 향상을 위하여 구비하였던 유도관 등의 장비가 생략될 수 있어 경제성이 더욱 향상될 수 있다.

또한, 열매체순환부의 코일 피치 사이의 공간을 통하여 제1열매체와 피건조물이 반복 이동되기 때문에 열교환부에서의 스케일의 형성에 의한 효율 저하가 방지되고 유동속도의 차이에 의하여 와류발생이 더욱 효과적으로 이루어지기 때문에 건조물의 분리가 더욱 확실하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

특히, 종래의 단순 건조방식에 비하여 본 발명의 건조장치 및 건조시스템에 의한 경우 건조물이 고품질의 재활용 연료로서 사용될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 간접건조방식의 사이클론 건조장치를 도시한 측단면도.
도 2는 도 1의 변형 예를 도시한 측단면도.
도 3은 본 발명의 건조시스템을 도시한 개념도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 간접건조방식의 사이클론 건조장치 및 이를 구비하는 건조시스템을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 개념에 따른 간접건조방식의 사이클론 건조장치를 도시한 측단면도이다.

본 발명의 사이클론 건조장치(100)는 기본적으로, 내부에 공간을 형성하고 피건조물이 투입되어 내부에서 교반되고 건조되어 배출되는 케이싱(110)과, 상기 케이싱(110)의 내부에 수용되는 제1열매체(141)와, 상기 제1열매체(141)와 피건조물의 혼합물을 교반하여 회전유동을 발생하는 교반기(120)와, 피건조물에 열전달하는 열매체순환부(130)와, 상기 열매체순환부(130)를 유동하여 피건조물에 열방출하는 제2열매체를 포함하여 이루어진다.

여기서, 건조대상인 피건조물은 반드시 하수 슬러지에 한정되는 것은 아니며 동식물성 가공품이나 튀김류 등의 식품과 같은 다양한 건조 대상물들이 포함된다.

케이싱(110)은 내부의 공간에서 피건조물이 교반 및 건조와 배출이 이루어질 수 있도록 소정의 공간을 형성하며, 후술될 바와 같이 피건조물과 제1열매체(141)의 회전유동이 발생하여 열전달 및 배출이 원활하게 이루어질 수 있도록 내벽에 의한 형상이 실질적으로 원기둥 내지는 콘(Corn) 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 다만, 상기 케이싱(110)의 형상은 선택에 따라 다양하게 이루어질 수 있다.

상기 케이싱(110)은 피건조물의 투입 및 배출과 수분의 배출이 이루어질 수 있는 소정의 개구를 구비할 수 있는데, 이에 따라 피건조물이 내부 공간으로 투입되는 투입부(121)와, 피건조물이 외부로 배출되는 배출부(122)와, 열전달에 의하여 피건조물로부터 증발된 수분이 외부로 배출되는 수분유출부(123)를 구비할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이 상기 투입부(121)는 자중에 의한 투입을 고려하여 케이싱(110)의 상측에 구비되고, 수분유출부(123)는 기상(氣像)의 수분의 배출을 고려하여 케이싱(110)의 상측에 구비되며, 배출부(122)는 후술될 바와 같이 비중의 차이에 의하여 건조가 완료된 피건조물이 배출될 수 있도록 하측에 구비되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 설명에서는 상기 투입부(121)에 의하여 투입되는 건조대상물을 피건조물로 정의하고, 배출부(122)에서 배출되는 건조대상물을 건조물로 정의하여 사용되는데, 여기서 건조물은 하나의 건조모듈에서 상대적으로 수분의 함량이 최소화된 피건조물의 상태를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 후술될 바와 같이 복수의 건조장치가 직렬로 배열되어 있는 상태에서는 각각의 건조장치에서 배출되는 상태가 건조물로 정의되어 표현될 수 있고, 최종 건조장치에서 배출되는 상태도 건조물로 표현될 수 있다.

제1열매체(141)는 상기 케이싱(110)의 내부에 충전되어 피건조물과 혼합되어 열전달을 극대화할 수 있는 유동체를 의미한다. 바람직하게는 상기 제1열매체(141)는 수분과의 비등점, 비중차이 및 열전달 효율을 고려하여 유류(油類)를 사용할 수 있고 이 경우에는 유중건조방식으로 이해될 수 있다.

상기 제1열매체(141)는 폐식용유, 이온정제유 또는 B-C(Bunker-C)유와 같은 동식물성 유류 중에서 선택되어 사용될 수도 있고, 광물류 중의 하나가 선택되어 사용될 수도 있으며, 상기 유류 중의 두 개 이상이 혼합되어 사용될 수도 있다.

상기와 같이 제1열매체(141)가 유류로 이루어지는 경우, 내부의 고온의 열을 전달받아 피건조물에서 수분이 증발되는 과정에서 유류가 물보다 비등점이 높기 때문에 유류와 물의 비등점 사이의 온도에서 가열이 이루어지게 되면 피건조물을 감싸고 있는 유류로부터 피건조물이 열전달을 받아 빠르게 수분만이 증발될 수 있다.

또한, 제1열매체(141)와 피건조물이 혼합되어 교반되기 때문에 유동성이 증가되고 열전달 면적이 넓어지는 이점이 있어 건조효율이 상승될 수 있다. 이때, 교반기(120)에 의하여 회전유동이 발생하기 때문에 이러한 건조과정은 내부에서 더욱 체계적으로 일어나고 효과적으로 건조물이 배출될 수 있는데 이와 관련하여서는 후술하였다.

한편, 케이싱(110) 내부에 충전되는 제1열매체(141)의 양은 피건조물과의 혼합비율을 고려하여 결정될 수 있는데, 제1열매체(141)의 비율이 낮으면 일반적으로 피건조물의 비중이 높기 때문에 하부 몰림 현상이 발생할 수 있고 이에 따라 배출부(122) 등의 배관이 폐색될 우려가 존재하기 때문에 제1열매체(141)의 피건조물에 대한 비율은 교반기에 의한 유동의 양 및 비중 등의 요소에 의하여 적절하게 선택될 수 있다.

교반기(120)는 상기한 바와 같이 케이싱(110)의 내부에 배치되어 제1열매체(141)와 피건조물을 혼합하고 회전유동을 발생시키게 된다. 이러한 교반기는 도면에 도시된 바와 같이 회전유동을 발생하는 임펠러와, 상기 임펠러의 회전중심이 되는 회전축(참조번호 미표시)과, 회전동력을 제공하는 구동부(참조번호 미표시)로 이루어질 수 있다. 상기 회전축의 배치는 교반 및 유동발생의 효율을 고려하여 실질적으로 케이싱(110)의 중심에 대략 수직으로 배치되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 임펠러는 제1열매체(141) 및 피건조물에 대해 직접적으로 회전유동을 발생시키되 선택에 따라 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 회전축에 배치되는 임펠러의 개수는 선택적으로 이루어질 수 있다.

이러한 교반기(120)는 실질적으로 도면의 배치상태를 기준으로 수평방향의 회전유동을 발생시키고, 이러한 회전유동은 케이싱(110) 내부에 수용된 물질들의 비중의 차이 및 자중에 의한 수직방향의 유동과 결합되어 나선형의 유동이 유도될 수 있다. 이러한 원심력에 의한 선회에 의한 건조 및 물질의 분리가 이루어질 수 있고, 이에 따라 본 발명은 사이클론(Cyclone)형의 건조장치의 개념을 제공하는 것이다. 구체적으로, 사이클론의 내부에서 회전유동의 발생에 따라 와류(渦流)가 발생되고 비중 차이에 의하여 건조가 진행되어 상대적으로 비중이 증가된 피건조물인 원심력에 의하여 케이싱(110)의 내측벽 및 하측으로 이동될 수 있으므로 분리가 진행될 수 있으며, 교반기(120)가 배치되는 중심측에서는 상승선회와류가 형성되어 상대적으로 건조가 덜 진행된 피건조물이 상측으로 이동될 수 있다.

열매체순환부(130)는 상기 제1열매체(141) 및 피건조물에 대해 열을 전달할 수 있는 부재로서, 내부에 제2열매체가 순환되어 고온의 열을 전달하고 외부로 회수되어 가열되어 다시 공급될 수 있다.

이러한 열매체순환부(130)의 형상과 배치는 선택에 따라 다양하게 이루어질 수 있는데, 제2열매체의 순환 및 전열면적의 극대화를 위하여 상기 열매체순환부(130)는 코일(Coil) 형상으로 이루어질 수 있다. 이러한 코일 형상의 열매체순환부(130)는 소정의 배관이 소정의 피치(Pitch)를 두고 가공된 것으로서, 이러한 배관과 배관 사이의 간격인 코일 피치는 제1열매체(141)와 피건조물의 점성 및 유동의 속도 등의 요소에 의하여 선택에 따라 다양하게 이루어질 수 있다.

상기 열매체순환부(130)는 코일 형상을 이루고 케이싱(110)의 내부에서 열전달의 면적을 최대한 확보할 수 있도록 교반기(120)를 감싸는 방식으로 배치될 수 있으며, 바람직하게는 케이싱(110)의 내측 벽에서부터 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.

상기 제1열매체(141) 및/또는 피건조물은 교반기(120)에 의한 회전유동에 따라 코일 피치 사이의 공간을 통하여 대략 원기둥 형상으로 이루어지는 열매체순환부(130)의 내측 및 외측 공간을 반복하여 유동됨으로써 전열시간 및 전열면적을 극대화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기와 같은 코일 피치 사이의 공간을 유동함으로 인하여 소정의 배관이 권취되는 방식으로 형성되는 열매체순환부(130)의 외면이 지속적으로 세척되기 때문에 스케일의 형성을 방지할 수도 있다. 여기서, 스케일이란, 금속면에 부착한 피막상의 불순물, 금속 산화물을 말하는데, 일반적으로 이러한 스케일은 열전도율이 상대적으로 낮기 때문에 건조과정에서 열전달 효율을 저감시키고 연료의 손실을 초래하며 부식의 문제를 초래하게 된다. 종래의 기술에서는 피건조물의 가열을 위한 공정에서 원반형의 전열판을 사용하는 경우가 많았는데, 이러한 경우는 슬러지 상태의 피건조물이 점착되고 고착되어 스케일이 점차적으로 가중되는 문제가 있는데 반하여, 본 발명의 개념에 따라 코일 방식의 열매체순환부(130)가 적용되어 그 내외측으로 유동이 반복 형성되는 경우 상기와 같은 스케일에 의한 문제점이 해소될 수 있는 이점이 있다.

한편, 상기 열매체순환부(130)의 코일 피치 사이의 공간으로 제1열매체(141) 및/또는 피건조물이 유동되는 과정에서 사이의 공간의 단면적이 다른 부위에 비하여 좁기 때문에 유동속도가 더욱 증가될 수 있다. 이러한 유동속도의 차이는 더욱 효과적으로 와류 및 회전유동을 발생시킬 수 있도록 한다.

제2열매체는 상기 열매체순환부(130)의 내부를 순환하고 제1열매체(141)와는 완전히 유동이 분리되기 때문에, 본 발명의 개념에 따른 사이클론 건조장치(100)는 다른 분류기준으로서 간접건조방식의 건조장치로 이해될 수 있다.

이러한 제2열매체는 소정의 열량을 흡수하여 저장하고 방출할 수 있는 유동물질이라면 선택적으로 이루어질 수 있는데, 바람직하게는 스팀, 연소기의 배가스 또는 유류 중에서 선택되어 사용될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 개념에 따른 사이클론 건조장치(100)의 작동을 설명하면, 투입부(121)를 통하여 제1열매체(141)가 충전된 케이싱(110)의 내부로 수분을 함유한 피건조물이 투입되고, 교반기(120)에 의하여 제1열매체(141)와 피건조물이 혼합되면서 회전유동이 발생된다. 이와 같은 제1열매체(141)와 피건조물의 유동과정에서 열매체순환부(130)를 순환하는 제2열매체의 열이 전달되어 피건조물에 함유된 수분을 증발시키고 이때 제1열매체(141)는 피건조물의 유동성을 증가시키면서 열전달의 효율을 더욱 향상하여 수분의 증발을 가속시키게 된다. 여기서 상대적으로 건조가 더 진행된 피건조물은 비중이 상대적으로 더 크기 때문에 원심력에 의하여 케이싱(110)의 내벽측으로 더 멀리 배치되고, 비중 차이에 의하여 하방으로 이동된다. 따라서, 가장 건조가 많이 진행된 피건조물은 케이싱(110)의 하측으로 배치되어 배출부(122)를 통하여 외부로 배출될 수 있는 것이다. 이에 따라, 상기 배출부(122)는 케이싱(110)의 중심측 하부에 배치되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 케이싱(110)의 하부의 내벽은 하방 경사지도록 형성되어 건조물이 배출부(122)로 집중되도록 할 수 있다.

상기 제2열매체는 열매체순환부(130)의 일측에 형성되는 제2열매체유입부(131)를 통하여 고온의 상태로 유입되어 케이싱(110) 내부에서 피건조물에 열전달하여 건조를 수행하고, 제2열매체유출부(132)를 통하여 저온의 상태로 유출되는데, 본 발명의 사이클론 건조장치(100)는 순환과정에서 제2열매체의 가열을 위한 가열장치(도 3의 200)를 더 포함할 수 있다. 이러한 가열장치는 공지의 유체가열수단이 선택되어 사용될 수 있다.

또한, 상기 케이싱(110)의 내부에서 증발된 수분은 수분유출부(123)를 통하여 유출되는데, 이러한 수분은 피건조물의 성분 또는 제1열매체(141)를 함유할 수 있기 때문에 악취 또는 오염을 발생시킬 우려가 존재한다. 따라서, 본 발명의 사이클론 건조장치(100)는 수분유출부(123)로부터 유출된 수분을 응축하여 액상으로 분리하는 응축기(도 3의 300)를 더 포함할 수 있다. 이러한 응축기는 기본적으로 증기의 열을 회수하여 액화하는 장치로서, 수냉, 공냉 또는 증발식 등의 다양한 응축기가 적용될 수 있다.

또한, 상기 배출부(122)로부터 배출되는 건조물은 상기된 바와 같이 피건조물 중에서 상대적으로 건조가 많이 진행된 것을 의미하는바, 잔여 수분 또는 제1열매체(141)를 포함할 수 있고 이러한 개념에 따라 본 발명의 사이클론 건조장치(100)는 고형물 분리장치(도 3의 400)를 더 포함할 수 있다. 이러한 고형물 분리장치는 원심력에 의하여 고형물과 제1열매체(141)를 분리하는 원심분리장치가 사용될 수도 있고, 가열을 통하여 제1열매체(141)를 증발시켜 분리하는 가열분리장치가 사용될 수도 있으며 선택에 따라 다양한 고/액 분리장치가 선택되거나 융합되어 사용될 수 있다.

상기 고형물 분리장치로부터 분리된 제1열매체(141)는 다시 케이싱(110)의 내부로 환원되어 재사용될 수 있다.

도 2는 상기된 간접건조방식의 사이클론 건조장치의 변형예를 나타내는 측단면도이다.

케이싱(110), 교반기(120) 및 제2열매체의 순환 등과 관련하여 도 1에서 설명된 사항과 중복되는 설명은 생략한다. 도 2에서는 상기 열매체순환부(130)가 코일 형상으로 이루어지고 교반기(120)를 감싸는 방식으로 배치되되 그 반경이 도 1의 경우보다 더 크게 형성되는 예가 제시된다.

즉, 상기 열매체순환부(130)의 연장 및 전열면적을 더욱 길고 넓게 할 수 있으며, 상기 열매체순환부(130)도 케이싱(110)의 내벽측에 인접되도록 배치되고 회전유동의 발생시 피건조물도 상기 케이싱(110)의 내벽 측에 주로 배치되므로 피건조물과 열매체순환부(130)의 접촉빈도가 증가되어 도 1의 경우에 비하여 전열효율이 향상될 수 있는 이점을 가진다.

상기에서 설명된 사이클론 건조장치(100)는 단일로서 배치될 수도 있지만, 피건조물의 수분함량을 더욱 저감할 수 있도록 복수의 사이클론 건조장치(100)가 배열되어 순차적으로 건조공정을 진행할 수 있다.

도 3은 이러한 복수의 사이클론 건조장치가 배열되는 건조시스템을 도시한 개념도이다.

본 발명의 건조시스템에서는 기본적으로 상기된 복수의 사이클론 건조장치(100)가 상호간에 직렬로 배열되어 순차적으로 피건조물을 건조시키게 된다. 도 3의 예에서는 사이클론 건조장치가 제1사이클론 건조장치(100a), 제2사이클론 건조장치(100b) 및 제3사이클론 건조장치(100c)의 3개가 배열되는 예가 도시되었으나 이러한 사이클론 건조장치의 배열되는 개수는 선택에 따라 이루어질 수 있다.

구체적으로, 피건조물이 제1사이클론 건조장치(100a)의 투입부(121a)를 통하여 투입되면 상기한 공정을 통하여 1차적으로 건조가 진행되고 제1사이클론 건조장치(100a)로의 배출부(122a)로부터 배출되는 피건조물은 제2사이클론 건조장치(100b)의 투입부(121b)로 투입되어 2차적으로 건조되고 배출부(122c)로 배출되며, 이러한 피건조물은 3차적으로 제3사이클론 건조장치(100c)에서 건조되어 배출부(122c)에서 건조물로서 배출될 수 있다.

각각의 사이클론 건조장치에서의 건조에 필요한 열전달을 위하여 각각의 케이싱의 내부에는 열매체순환부가 구비되고, 바람직하게는 각각의 열매체순환부는 상호간에 연통될 수 있다. 즉, 제1사이클론 건조장치(100a), 제2사이클론 건조장치(100b) 및 제3사이클론 건조장치(100c)에 배치되는 열매체순환부는 하나의 제2열매체의 유동로로 이루어질 수 있는 것이다.

여기서, 제2열매체의 열전달을 위한 이동방향은 피건조물의 이동방향 즉, 제1사이클론 건조장치(100a), 제2사이클론 건조장치(100b) 및 제3사이클론 건조장치(100c)의 순으로 이루어질 수 있으나, 건조의 효율을 극대화하기 위하여 제2열매체의 이동방향은 제3사이클론 건조장치(100c), 제2사이클론 건조장치(100b) 및 제1사이클론 건조장치(100a)의 순으로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서, 가장 건조가 많이 진행되는 제3사이클론 건조장치(100c)에서는 상대적으로 고온의 제2열매체의 열이 방출되고 가장 건조가 적게 진행되는 제1사이클론 건조장치(100a)에서는 상대적으로 저온의 제2열매체의 열이 방출되는 것이다. 이렇게, 복수의 사이클론 건조장치의 배열에 대해 건조과정에서의 피건조물과 제2열매체의 이동방향이 상호 대향되는 개념에 따라 각각의 사이클론 건조장치를 경유한 건조물의 수분함량은 더욱 최소화될 수 있다.

상기 제2열매체는 하나의 순환경로를 따라 이동되기 때문에 제1사이클론 건조장치(100a)에서 최종적으로 열방출한 제2열매체는 가열장치(200)로 환원되어 다시 열량을 흡수하고 고온의 열을 다시 제3사이클론 건조장치(100c)로 전달할 수 있다. 여기서 이동경로 a는 제2열매체의 순환경로를 나타낸다.

또한, 상기된 바와 같이 본 발명의 건조시스템은 최종 사이클론 건조장치로부터 배출되는 건조물로부터 제1열매체(141)를 회수할 수 있도록 고형물 분리장치(400)를 더 포함할 수 있고, 여기서 분리된 건조물은 수분의 함량이 최소화되기 때문에 자원화가 이루어지고 회수된 제1열매체(141)는 다시 최초의 사이클론 건조장치로 환원되어 재사용될 수 있다. 여기서 이동경로 b는 회수되는 제1열매체(141)의 이동을 나타낸다. 회수되는 제1열매체(141)의 최초 사이클론 건조장치로의 투입을 위하여 제1사이클론 건조장치(100a)는 제1열매체유입부(124)를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기된 복수의 사이클론 건조장치(100)는 직렬로 배열되어 순차적으로 피건조물을 건조시키되 열매체순환부는 직렬로 연통되지 않고 각각 독립적으로 제2열매체의 유동로를 이루도록 병렬로 배열될 수 있다.

한편, 각각의 사이클론 건조장치에서 증발되어 수분유출부(123a, 123b, 123c)로 배출된 수분은 응축기(300)를 통하여 응축되어 액상(液狀)으로 변화되고, 이러한 액상의 수분은 소정의 수처리장치(320)를 통하여 처리될 수 있다.

또한, 액화되지 않은 기체 성분은 바로 배출되는 경우 악취 또는 환경오염을 유발할 수 있기 때문에 탈취기(310)를 통하여 탈취처리가 이루어질 수 있다.

상기된 본 발명의 개념에 따른 간접건조방식의 사이클론 건조장치 및 건조시스템은 제1열매체(141)에 의하여 더욱 효과적으로 피건조물을 건조시킬 수 있기 때문에 더욱 적은 에너지를 사용하여 건조물의 함수율을 최소화할 수 있는 이점을 가진다. 특히, 종래의 단순 건조방식에 비하여 건조물이 고품질의 재활용 연료로서 사용될 수 있다.

또한, 간접건조방식 사이클론형의 건조기를 사용하면서도 비중차이에 의하여 피건조물을 효과적으로 분산하고 이러한 분산 및 분리의 효과는 코일 형상의 열매체순환부(130)에 의하여 더욱 증가되기 때문에 종래기술에서 교반의 효과 향상을 위하여 구비하였던 유도관 등의 장비가 생략될 수 있어 경제성이 더욱 향상될 수 있다.

또한, 열매체순환부(130)의 코일 피치 사이의 공간을 통하여 제1열매체(141) 및/또는 피건조물이 반복 이동되기 때문에 열교환부에서의 스케일의 형성에 의한 효율저하가 방지되고 유동속도의 차이에 의하여 와류발생이 더욱 효과적으로 이루어지기 때문에 건조물의 분리가 더욱 확실하게 이루어질 수 있는 이점을 가진다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

100,100a,100b,100c...사이클론 건조장치 110...케이싱
120...교반기 121,121a,121b,121c...투입부
122,122a,122b,122c...배출부 123,123a,123b,123c...수분유출부
124...제1열매체유입부 130...열매체순환부
131...제2열매체유입부 132...제2열매체유출부
141...제1열매체 200...가열장치
300...응축기 310...탈취기
320...수처리장치 400...고형물 분리장치

Claims (14)

1. 내부에 공간을 형성하고 피건조물이 투입되는 투입부와 중심의 하측에 형성되고 건조물이 배출되는 배출부를 구비하는 케이싱;
   상기 케이싱 내부의 공간에 충전되고 피건조물과 혼합되는 제1열매체;
   상기 케이싱 내부에 배치되고 상기 제1열매체를 교반하여 회전유동을 발생시키는 교반기;
   상기 케이싱 내부에 배치되고 상기 제1열매체에 열전달하는 열매체순환부; 및
   상기 열매체순환부의 내부를 유동하는 제2열매체;를 포함하고,
   상기 열매체순환부는, 제2열매체의 열을 피건조물에 전달하여 수분을 증발시키며,
   상기 제1열매체는, 유동 과정에서 상기 열매체순환부의 외면을 지속적으로 세척하여 스케일의 형성을 방지하고,
   건조가 진행되면서 비중이 증가된 피건조물은, 원심력에 의하여 상기 케이싱의 내벽측으로 이동되고 중력과 원심력에 의하여 나선형으로 회전하면서 상기 케이싱 내부 공간의 하측으로 이동되어 수분의 함량이 가장 적어진 건조물이 상기 배출부를 통하여 배출되는 것을 특징으로 하는 사이클론 건조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 열매체순환부는, 코일형상으로 이루어지고 상기 교반기를 감싸도록 배치되며,
   상기 제1열매체는, 상기 열매체순환부의 코일 피치 사이의 공간을 통하여 열매체순환부의 내측 및 외측으로 반복하여 유동되어 상기 열매체순환부와의 전열접촉이 증가되는 것을 특징으로 하는 사이클론 건조장치.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1열매체는, 상기 열매체순환부의 코일 피치 사이의 공간을 통과하면서 유동의 속도가 증가되는 것을 특징으로 하는 사이클론 건조장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1열매체는, 폐식용유, 이온정제유, B-C유류 또는 광물성 유류 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사이클론 건조장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2열매체는, 스팀, 연소기의 배가스 또는 유류 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사이클론 건조장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2열매체를 가열하는 가열장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클론 건조장치.
8. 제1항에 있어서,
   피건조물로부터 증발된 수분을 응축하여 액상으로 분리하는 응축기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클론 건조장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 배출부로부터 배출된 건조물에 혼입된 제1열매체를 분리하는 고형물 분리장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클론 건조장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 열매체순환부는, 상기 케이싱의 내벽측에 인접되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 사이클론 건조장치.
11. 내부에 공간을 형성하고 피건조물이 투입되는 투입부와 중심의 하측에 형성되고 건조물이 배출되는 배출부를 구비하는 케이싱, 상기 케이싱 내부의 공간에 충전되고 피건조물과 혼합되는 제1열매체, 상기 케이싱 내부에 배치되고 상기 제1열매체를 교반하여 회전유동을 발생시키는 교반기, 상기 케이싱 내부에 배치되고 상기 제1열매체에 열전달하는 열매체순환부 및 상기 열매체순환부의 내부를 유동하는 제2열매체를 포함하는 사이클론 건조장치를 포함하여 이루어며,
    상기 사이클론 건조장치는 직렬로 배열되어 피건조물을 각각 순차적으로 건조시키고,
    복수의 사이클론 건조장치에 구비되는 열매체순환부는 상호 연통되어 제2열매체의 열을 피건조물에 전달하여 수분을 증발시키는 것을 특징으로 하는 건조시스템.
12. 삭제
13. 제11항에 있어서,
    상기 제2열매체는, 가열장치에 의하여 가열되어 복수의 사이클론 건조장치에서 열전달하도록 순환되고,
    고온으로 유동되는 제2열매체는 상대적으로 건조가 더 진행된 피건조물에 열전달하고, 저온으로 유동되는 제2열매체는 상대적으로 건조가 덜 진행된 피건조물에 열전달하는 것을 특징으로 하는 건조시스템.
14. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 사이클론 건조장치의 배열에 대해 건조과정에서의 피건조물과 제2열매체의 이동방향이 상호 대향되는 것을 특징으로 하는 건조시스템.

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