KR101582842B1 - 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법 - Google Patents
음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가정이나 식품 가공공정에서 발생된 음식물쓰레기를 고온의 스팀 공급으로 기름을 가열시켜 튀기는 과정에서 음식물쓰레기에 포함된 수분을 제거하고, 수분이 제거된 음식물쓰레기를 압착하여 기름을 분리한 후 미세하게 분쇄하고 이를 압축 성형하여 고형연료를 제조할 수 있는 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치는, 내부에 투입되는 음식물쓰레기를 양쪽에서 가압시켜 음식물쓰레기를 튀기기 전에 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 미리 제거하는 예비수분제거기와; 내부에 기름이 저장되고 고온의 스팀이 주입되며, 스팀에 의해 가열된 기름으로 상기 예비수분제거기를 거친 음식물쓰레기를 튀겨 음식물쓰레기에 포함된 수분을 수증기로 증발시키는 튀김건조기와; 상기 튀김건조기를 통해 수분이 증발된 음식물쓰레기를 압착하여 기름을 추출하는 착유기와; 상기 착유기를 통해 기름이 추출된 음식물쓰레기를 분쇄시키는 분쇄기와; 상기 분쇄기를 통해 분쇄된 음식물쓰레기 분쇄물에 포함된 이물질을 선별하는 진동선별기와; 상기 분쇄기와 진동선별기를 거치면서 일부 소실된 음식물쓰레기에 포함된 기름의 함량을 보충하기 위하여 폐식용유를 분무시키는 터널식 분무기와; 상기 분무기를 통해 폐식용유가 코팅된 음식물쓰레기 분쇄물을 압축하여 고형연료로 성형하는 성형기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치는, 내부에 투입되는 음식물쓰레기를 양쪽에서 가압시켜 음식물쓰레기를 튀기기 전에 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 미리 제거하는 예비수분제거기와; 내부에 기름이 저장되고 고온의 스팀이 주입되며, 스팀에 의해 가열된 기름으로 상기 예비수분제거기를 거친 음식물쓰레기를 튀겨 음식물쓰레기에 포함된 수분을 수증기로 증발시키는 튀김건조기와; 상기 튀김건조기를 통해 수분이 증발된 음식물쓰레기를 압착하여 기름을 추출하는 착유기와; 상기 착유기를 통해 기름이 추출된 음식물쓰레기를 분쇄시키는 분쇄기와; 상기 분쇄기를 통해 분쇄된 음식물쓰레기 분쇄물에 포함된 이물질을 선별하는 진동선별기와; 상기 분쇄기와 진동선별기를 거치면서 일부 소실된 음식물쓰레기에 포함된 기름의 함량을 보충하기 위하여 폐식용유를 분무시키는 터널식 분무기와; 상기 분무기를 통해 폐식용유가 코팅된 음식물쓰레기 분쇄물을 압축하여 고형연료로 성형하는 성형기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가정이나 식품 가공공정에서 발생된 음식물쓰레기를 고온의 스팀 공급으로 기름을 가열시켜 튀기는 과정에서 음식물쓰레기에 포함된 수분을 제거하고, 수분이 제거된 음식물쓰레기를 압착하여 기름을 분리한 후 미세하게 분쇄하고 이를 압축 성형하여 고형연료를 제조할 수 있는 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 음식물쓰레기는 지속적인 산업발전과 삶의 질 향상을 통해 현재 다량으로 발생되고 있는 형편이다. 이전에는 매립을 통해 버려지곤 하였으나 매립은 2차 환경오염을 유발하게 되어 바람직하지 못하며, 현재는 각종 환경규제에 따라 무분별한 투기가 금지되고 있는 상황이다.
이에 따라 음식물쓰레기를 자원화하기 위한 시설이 개발되어 설치되고 있으며, 대표적으로 음식물쓰레기를 처리하기 위한 폐기물처리장치를 통하여 폐기물에 함유된 수분을 건조, 파쇄, 선별 등의 공정을 거쳐 제거하고 가연성 성분만을 가공하여 만든 연료를 제조하는 방법이 제시되고 있다.
그러나, 음식물쓰레기는 수분함량이 60~80 중량%이며, 수분함량을 10 중량% 이하로 건조하는 경우 자체 발열량은 높아지나 건조를 위한 비용이 많이 들고 심한 악취로 인해 자원으로 활용하기에는 많은 문제점을 안고 있다.
특히 음식물 쓰레기의 경우, 다량의 수분이 포함되어 있어 곧바로 자원화하기가 어려운 문제를 해결하기 위해 열에너지를 사용하여 강제 건조하는 방식을 사용하고 있다. 강제 건조를 위해 열풍건조기, 고온증기를 이용한 디스크건조기, 마이크로웨이브건조기 등을 사용하게 되는데, 상기 장치들을 이용하게 되면 과다한 에너지가 소모되어 비경제적이다.
또한, 강제 공기접촉순환방식의 발효 부숙을 기본으로 한 썬 드라이어공법, 미생물 발효열에 의한 퇴비화 건조공법을 기본으로 변형된 공법이 다수 존재하고 있으나, 처리공정 기간이 지나치게 길고 악취발생이 심각하며 미생물 대사활동에 의해 유기물이 소화되어 열량이 감소함으로써 연료로서의 가치가 떨어지는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일예가 하기 문헌 1에 개시되어 있다.
하기 특허문헌 1에는 음식물쓰레기를 건조기에서 스팀으로 간접 가열하여, 수분이 제거된 건조 음식물쓰레기를 생성하는 단계; 기름을 수증기 증발 가능한 고온으로 가열시켜서 건조 음식물쓰레기를 투입하는 단계; 상기 가열된 기름에 투입된 건조 음식물쓰레기를 회전하는 교반기로 교반시켜서 작은 입자들로 분해시키고, 가열된 기름으로 튀겨서 건조 음식물쓰레기에 함유된 수분을 수증기로 증발시키는 단계; 수분이 증발된 음식물쓰레기의 고형분을 압착하여 함유된 기름을 추출하는 단계; 기름이 추출된 고형분을 이용하여 고형연료를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 건조기는, 음식물쓰레기가 투입되는 드럼과, 드럼 중심부에서 횡 방향으로 설치되어 회전하고 내부에 스팀이 주입될 수 있도록 파이프 구조로 이루어지는 샤프트, 샤프트의 외주연에 고정 결합되고 내부에 스팀이 주입될 수 있도록 샤프트 내부에 연통되는 다수의 디스크, 드럼의 외부를 감싸고 스팀이 주입될 수 있도록 드럼의 외주면과 사이에 일정 간격의 공간을 형성하는 자켓, 스팀에 의해 간접 가열된 음식물쓰레기에서 증발되는 수분을 드럼 외부로 흡입하는 흡기팬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조방법에 대해 개시되어 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술은 샤프트 및 디스크를 통해 고온의 스팀이 드럼 내에 주입되면서 음식물쓰레기를 간접 가열시켜 건조하는 방식으로 이루어짐에 따라, 건조기 투입 이전부터 음식물쓰레기에 다량의 수분이 포함된 상태에서 스팀을 주입하여 가열 건조시킴에도 불구하고 여전히 수분이 포함되어 있으므로 건조 효율이 크게 떨어지는 한편, 과다한 수분이 포함된 상태로 가열된 기름에 투입하기 때문에 기름과 수증기가 튀는 폭발현상이 심하게 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 수분이 다량 함유된 음식물쓰레기를 가압하여 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 제거한 후 기름에 튀겨 냄으로써 음식물쓰레기에 포함된 수분을 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 기름과 수증기에 의한 폭발현상을 방지할 수 있는 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 튀겨진 음식물쓰레기를 분쇄하고 진동 선별하는 과정에서 음식물쓰레기에 포함된 기름이 일부 소실되기 때문에 폐식용유를 음식물쓰레기에 분무시켜 기름의 함량을 보충함으로써 고형연료로 사용 가능한 발열량을 갖는 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치는, 내부에 투입되는 음식물쓰레기를 양쪽에서 가압시켜 음식물쓰레기를 튀기기 전에 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 미리 제거하는 예비수분제거기와; 내부에 기름이 저장되고 고온의 스팀이 주입되며, 스팀에 의해 가열된 기름으로 상기 예비수분제거기를 거친 음식물쓰레기를 튀겨 음식물쓰레기에 포함된 수분을 수증기로 증발시키는 튀김건조기와; 상기 튀김건조기를 통해 수분이 증발된 음식물쓰레기를 압착하여 기름을 추출하는 착유기와; 상기 착유기를 통해 기름이 추출된 음식물쓰레기를 분쇄시키는 분쇄기와; 상기 분쇄기를 통해 분쇄된 음식물쓰레기 분쇄물에 포함된 이물질을 선별하는 진동선별기와; 상기 분쇄기와 진동선별기를 거치면서 일부 소실된 음식물쓰레기에 포함된 기름의 함량을 보충하기 위하여 폐식용유를 분무시키는 터널식 분무기와; 상기 분무기를 통해 폐식용유가 코팅된 음식물쓰레기 분쇄물을 압축하여 고형연료로 성형하는 성형기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조방법은, 음식물쓰레기를 튀기기 전에 가압하여 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 미리 제거하는 예비수분제거단계와; 수분 일부가 제거된 음식물쓰레기를 고온의 스팀으로 가열시킨 기름에 튀겨 음식물쓰레기에 포함된 수분을 수증기로 증발시키는 튀김 건조단계와; 수분이 증발된 음식물쓰레기를 압착하여 7~10 중량% 기름함량을 갖도록 기름을 추출하는 기름 추출단계와; 기름이 추출된 음식물쓰레기를 미세하게 분쇄하는 분쇄단계와; 분쇄된 음식물쓰레기 분쇄물에 포함된 이물질을 선별하는 진동 선별단계와; 상기 분쇄단계와 진동 선별단계를 거치면서 일부 소실된 음식물쓰레기에 포함된 기름의 함량을 보충하기 위하여 폐식용유를 분무시키는 폐식용유 코팅단계와; 폐식용유가 코팅된 음식물쓰레기 분쇄물을 압축하여 고형연료로 성형하는 고형연료 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법은, 수분이 다량 함유된 음식물쓰레기를 가압하여 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 제거한 후 기름에 튀겨 냄으로써 음식물쓰레기에 포함된 수분을 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 기름과 수증기에 의한 폭발현상을 방지하는 효과가 있다.
또한, 튀겨진 음식물쓰레기를 분쇄하고 진동 선별하는 과정에서 음식물쓰레기에 포함된 기름이 일부 소실되기 때문에 폐식용유를 음식물쓰레기에 분무시켜 기름함량을 보충함으로써 고형연료로 사용 가능한 발열량을 갖게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치의 예비수분제거기를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치의 튀김건조기를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치의 착유기를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조방법을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치의 예비수분제거기를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치의 튀김건조기를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치의 착유기를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조방법을 도시한 블록도.
본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치는, 내부에 투입되는 음식물쓰레기를 양쪽에서 가압시켜 음식물쓰레기를 튀기기 전에 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 미리 제거하는 예비수분제거기와; 내부에 기름이 저장되고 고온의 스팀이 주입되며, 스팀에 의해 가열된 기름으로 상기 예비수분제거기를 거친 음식물쓰레기를 튀겨 음식물쓰레기에 포함된 수분을 수증기로 증발시키는 튀김건조기와; 상기 튀김건조기를 통해 수분이 증발된 음식물쓰레기를 압착하여 기름을 추출하는 착유기와; 상기 착유기를 통해 기름이 추출된 음식물쓰레기를 분쇄시키는 분쇄기와; 상기 분쇄기를 통해 분쇄된 음식물쓰레기 분쇄물에 포함된 이물질을 선별하는 진동선별기와; 상기 분쇄기와 진동선별기를 거치면서 일부 소실된 음식물쓰레기에 포함된 기름의 함량을 보충하기 위하여 폐식용유를 분무시키는 터널식 분무기와; 상기 분무기를 통해 폐식용유가 코팅된 음식물쓰레기 분쇄물을 압축하여 고형연료로 성형하는 성형기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 예비수분제거기는 상부 일측에 음식물쓰레기를 투입하도록 투입구가 형성되고 하부 일측에 음식물쓰레기로부터 배출되는 폐수를 배출하기 위한 폐수배출구와 수분이 제거된 음식물쓰레기를 배출하기 위한 음식물쓰레기 배출구가 형성되는 본체와, 상기 본체의 외부 양측에 각각 설치되어 구동력을 발생시키는 구동부와, 상기 본체의 내부 양측에 각각 설치되어 상기 구동부에 의해 좌우로 이송되어 본체의 내부에 수용된 음식물쓰레기를 가압시키는 곡면형태의 가압플레이트와, 상기 본체의 내부에 설치되어 음식물쓰레기를 걸러내고 폐수를 배출시키는 거름망과, 상기 본체의 상부에 설치된 모터의 구동에 의해 회전되는 수직회전축 상에 일정간격을 두고 설치되어 음식물쓰레기를 뒤집어주는 다수의 반전부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튀김건조기는 상부 일측에 음식물쓰레기를 투입하도록 투입구가 형성되고 수증기를 외부로 배출하도록 흡기팬을 갖는 수증기배출구가 형성되는 건조기 본체와, 상기 건조기 본체의 내부 중앙에 건조기 본체의 길이방향으로 설치되어 구동모터에 의해 회전 구동되는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트의 양단에 각각 결합된 고정판에 고정 설치되어 상기 회전샤프트와 연동 회전되며 내부에 스팀이 공급되는 다수의 스팀파이프와, 상기 건조기 본체의 하부 외측면을 감싸도록 설치되어 내부에 스팀이 공급되는 자켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튀김건조기에서 배출되는 기름과 찌꺼기를 원심 분리하여 기름만 분리시키는 원심분리기와, 상기 원심분리기를 거쳐 분리된 기름을 일시 저장하였다가 필요 시 상기 튀김건조기에 공급하는 저장탱크와, 상기 튀김건조기에서 배출되는 수증기를 냉각 응축시키는 표면응축기와, 상기 표면응축기를 거쳐 액화된 물이 유입되어 물에 포함된 냄새를 제거하는 스크러버와, 상기 스크러버를 거쳐 냄새가 제거된 물을 재차 냉각 응축시키는 쿨링타워를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튀김건조기를 통해 수분이 증발된 음식물쓰레기에서 기름을 분리시키는 기름분리기와, 상기 기름분리기를 거쳐 기름이 분리된 음식물쓰레기를 스팀으로 예비 가열시키는 스팀히터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조방법은, 음식물쓰레기를 튀기기 전에 가압하여 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 미리 제거하는 예비수분제거단계와; 수분 일부가 제거된 음식물쓰레기를 고온의 스팀으로 가열시킨 기름에 튀겨 음식물쓰레기에 포함된 수분을 수증기로 증발시키는 튀김 건조단계와; 수분이 증발된 음식물쓰레기를 압착하여 7~10 중량% 기름함량을 갖도록 기름을 추출하는 기름 추출단계와; 기름이 추출된 음식물쓰레기를 미세하게 분쇄하는 분쇄단계와; 분쇄된 음식물쓰레기 분쇄물에 포함된 이물질을 선별하는 진동 선별단계와; 상기 분쇄단계와 진동 선별단계를 거치면서 일부 소실된 음식물쓰레기에 포함된 기름의 함량을 보충하기 위하여 폐식용유를 분무시키는 폐식용유 코팅단계와; 폐식용유가 코팅된 음식물쓰레기 분쇄물을 압축하여 고형연료로 성형하는 고형연료 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튀김 건조단계를 거쳐 배출되는 기름과 찌꺼기를 원심 분리하여 기름만 분리하는 원심분리단계와, 상기 분리된 기름을 일시 저장하였다가 튀김 건조 시 공급하는 기름 순환단계를 더 포함하며, 상기 튀김 건조단계에서 배출되는 수증기를 냉각 응축시키는 1차 응축단계와, 상기 1차 응축단계를 거쳐 액화된 물에 포함된 냄새를 제거하는 냄새 제거단계와, 상기 냄새 제거단계를 거쳐 냄새가 제거된 물을 재차 냉각 응축시키는 2차 응축단계와, 상기 2차 응축단계를 거쳐 액화된 물을 외부로 배출시키는 배출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치의 예비수분제거기를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치의 튀김건조기를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치의 착유기를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조방법을 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치는 내부에 투입되는 음식물쓰레기를 양쪽에서 가압시켜 음식물쓰레기를 튀기기 전에 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 미리 제거하는 예비수분제거기(10)와, 내부에 기름이 저장되고 고온의 스팀이 주입되며, 스팀에 의해 가열된 기름으로 상기 예비수분제거기(10)를 거친 음식물쓰레기를 튀겨 음식물쓰레기에 포함된 수분을 수증기로 증발시키는 튀김건조기(20)와, 상기 튀김건조기(20)를 통해 수분이 증발된 음식물쓰레기를 압착하여 기름을 추출하는 착유기(30)와, 상기 착유기(30)를 통해 기름이 추출된 음식물쓰레기를 분쇄시키는 분쇄기(40)와, 상기 분쇄기(40)를 통해 분쇄된 음식물쓰레기 분쇄물에 포함된 이물질을 선별하는 진동선별기(50)와, 상기 분쇄기(40)와 진동선별기(50)를 거치면서 일부 소실된 음식물쓰레기에 포함된 기름의 함량을 보충하기 위하여 폐식용유를 분무시키는 터널식 분무기(60)와, 상기 분무기(60)를 통해 폐식용유가 코팅된 음식물쓰레기 분쇄물을 압축하여 고형연료로 성형하는 성형기(70)를 포함한다.
또한, 상기 튀김건조기(20)에서 배출되는 기름과 찌꺼기를 원심 분리하여 기름만 분리시키는 원심분리기(80)와, 상기 원심분리기(80)를 거쳐 분리된 기름을 일시 저장하였다가 필요 시 상기 튀김건조기(20)에 공급하는 저장탱크(90)와, 상기 튀김건조기(20)에서 배출되는 수증기를 냉각 응축시키는 표면응축기(100)와, 상기 표면응축기(100)를 거쳐 액화된 물이 유입되어 물에 포함된 냄새를 제거하는 스크러버(110)와, 상기 스크러버(110)를 거쳐 냄새가 제거된 물을 재차 냉각 응축시키는 쿨링타워(120)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 튀김건조기(20)를 통해 수분이 증발된 음식물쓰레기에서 기름을 분리시키는 기름분리기(130)와, 상기 기름분리기(130)를 거쳐 기름이 분리된 음식물쓰레기를 스팀으로 예비 가열시키는 스팀히터(140)를 더 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 예비수분제거기(10)는 상부 일측에 음식물쓰레기를 투입하도록 투입구(111)가 형성되고 하부 일측에 음식물쓰레기로부터 배출되는 폐수를 배출하기 위한 폐수배출구(112)와 수분이 제거된 음식물쓰레기를 배출하기 위한 음식물쓰레기 배출구(13)가 형성되는 본체(11)와, 상기 본체(11)의 외부 양측에 각각 설치되어 구동력을 발생시키는 구동부(12)와, 상기 본체(11)의 내부 양측에 각각 설치되어 상기 구동부(12)에 의해 좌우로 이송되어 본체(11)의 내부에 수용된 음식물쓰레기를 가압시키는 곡면형태의 가압플레이트(13)와, 상기 본체(11)의 내부에 설치되어 음식물쓰레기를 걸러내고 폐수를 배출시키는 거름망(14)과, 상기 본체(11)의 상부에 설치된 모터(15)의 구동에 의해 회전되는 수직회전축(16) 상에 일정간격을 두고 설치되어 음식물쓰레기를 뒤집어주는 다수의 반전부재(17)를 포함한다.
특히, 상기 구동부(12)는 상기 본체(11)의 양측에 각각 설치된 받침대(114)에 고정 지지되며, 에어 또는 유압에 의해 상기 가압플레이트(13)의 이송을 제어하는 실린더로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 실린더의 선단에 형성된 실린더로드는 상기 본체(11)를 관통하여 가압플레이트(13)에 연결된다.
상기 가압플레이트(13)는 음식물쓰레기를 잘 모으면서 가압력을 높이도록 곡면형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 반전부재(17)는 상기 수직회전축(16)에 일정간격으로 이격 설치되는 다수의 수평연결대(171)와, 상기 수평연결대(171)의 단부에 형성되되 상하로 교차 형성되는 반전날개(172)로 구성된다. 상기 반전부재(17)는 상기 가압플레이트(13)가 작동하고 난 후 모터(15)의 구동에 따라 작동되어 가압플레이트(13)에 의해 1차로 가압된 음식물쓰레기를 뒤집어 주는 역할을 하게 된다. 상기 반전부재(17)를 통해 1차 가압된 음식물쓰레기를 뒤집어 준 후 재차 가압하여 음식물쓰레기의 함수량을 낮추게 한다.
이처럼, 상기 예비수분제거기(10)를 통해 수분이 다량 함유된 음식물쓰레기를 가압하여 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 제거한 후 기름에 튀겨 냄으로써 음식물쓰레기에 포함된 수분을 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 기름과 수증기에 의한 폭발현상을 방지할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 튀김건조기(20)는 상부 일측에 음식물쓰레기를 투입하도록 투입구(211)가 형성되고 수증기를 외부로 배출하도록 흡기팬(212)을 갖는 수증기배출구(213)가 형성되는 건조기 본체(21)와, 상기 건조기 본체(21)의 내부 중앙에 건조기 본체(21)의 길이방향으로 설치되어 구동모터(22)에 의해 회전 구동되는 회전샤프트(23)와, 상기 회전샤프트(23)의 양단에 각각 결합된 고정판(24)에 고정 설치되어 상기 회전샤프트(23)와 연동 회전되며 내부에 스팀이 공급되는 다수의 스팀파이프(25)와, 상기 건조기 본체(21)의 하부 외측면을 감싸도록 설치되어 내부에 스팀이 공급되는 자켓(26)을 포함한다.
상기 건조기 본체(21)의 내부에는 음식물쓰레기를 튀기기 위한 기름이 저장되며, 본 발명에서 사용되는 기름은 식물성기름 또는 돼지기름이나 소기름 등의 동물성기름을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 건조기 본체(21)에 저장된 기름은 180~200℃의 튀김온도를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 건조기 본체(21)의 일측에는 스팀을 주입하기 위한 스팀주입구(214)가 형성되고 타측에는 스팀이 배출되는 스팀배출구(215)가 각각 형성된다.
상기 구동모터(22)는 상기 건조기 본체(21)의 외측에 설치되어 회전력을 발생시키며, 상기 회전샤프트(23)의 일단에 설치된 체인기어와 체인으로 연결된다.
상기 회전샤프트(23)는 내부에 고온의 스팀이 주입될 수 있도록 상기 스팀파이프(25)와 마찬가지로 다수의 스팀홀이 형성된 원통의 파이프로 이루어지며, 회전이 가능하도록 양단에 각각의 로터리조인트가 결합되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 스팀파이프(25)에 공급되는 스팀은 스팀보일러(미도시)에서 고온의 증기를 생성하도록 하고 스팀보일러의 일단에 과열증기발생기(미도시)를 연통시켜 과열증기발생기에서 고온의 증기를 재차 가열하여서 얻게 되는 것이다.
상기 회전샤프트(23) 및 스팀파이프(25)에 주입되는 스팀에 의해 건조기 본체(21)의 내부에 투입된 기름을 가열시키며, 특히 상기 스팀파이프(25)가 다수개로 구성되기 때문에 스팀에 의한 음식물쓰레기의 가열면적을 넓힘으로써 음식물쓰레기에 포함된 수분을 효과적으로 제거할 수 있는 것이다.
상기 자켓(26)에는 상기 건조기 본체(21)의 내부로 스팀 열이 전달될 수 있도록 스팀파이프(25)와 마찬가지로 스팀이 공급되게 된다.
한편, 상기와 같이 구성되는 튀김건조기(20)에 의해 튀김 건조된 음식물쓰레기는 컨베이어를 통해 착유기(30)로 이송하기 전에 음식물쓰레기에 포함된 기름을 분리하기 위하여 기름분리기(130)에 공급되고, 상기 기름분리기(130)를 거쳐 기름이 분리된 음식물쓰레기는 컨베이어를 통해 스팀히터(140)로 공급되어 예비 가열공정을 수행한 후 착유기(30)로 공급된다. 상기 기름분리기(130)에 의해 분리된 기름은 별도의 기름저장탱크에 저장하였다가 상기 튀김건조기(20)로 재순환시켜 음식물쓰레기를 튀기는데 사용한다.
상기 스팀히터(140)는 스팀으로 가열되는 장치로서 착유기(30)에 음식물쓰레기를 공급하기 전에 음식물쓰레기를 예비 가열하여 착유가 잘되도록 한다.
한편, 상기 튀김건조기(20)에서 배출되는 기름과 찌꺼기는 원심분리기(80)에서 원심 분리하여 기름만 분리시켜 저장탱크(90)에 일시 저장하였다가 필요 시 상기 튀김건조기(20)에 공급하게 된다.
또한, 상기 튀김건조기(20)에서 음식물쓰레기를 기름에 튀기면서 음식물쓰레기에 포함된 수분이 수증기로 증발되어 수증기배출구(213)를 통해 배출되며, 배출된 수증기는 응축시켜 물로 만들기 위해 상기 표면응축기(100)로 공급된다.
상기 표면응축기(100)를 거쳐 액화된 물은 스크러버(110)로 공급하여 냄새를 제거한 후 다시 쿨링타워(120)로 공급하여 재차 냉각 응축시킨다. 상기 쿨링타워(120)를 거쳐 응축된 물은 일반 배수구를 통해 배수하거나 청소용수 및 농업용수 등으로 이용하게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 착유기(30)는 구동모터(31)와, 상기 구동모터(31)에 의해 구동되는 구동부(32)와, 음식물쓰레기가 투입되는 호퍼로 구성된 투입부(33)와; 상기 구동부(32)에 의해 회전되면서 투입부(33)에 투입된 음식물쓰레기를 압착 이송하여 음식물쓰레기에 포함된 기름을 짜내도록 외주면에 다수의 스크류가 구비된 스크류프레스(34)와, 상기 스크류프레스(34)의 외측에 설치되어 스크류프레스(34)와 함께 음식물쓰레기를 압착하는 파이프프레스(35)와, 상기 스크류프레스(34)와 파이프프레스(35)에 의해 착유된 기름을 외부로 배출하는 배유부(36)를 포함한다.
이와 같이 구성되는 착유기(30)는 상기 투입부(33)를 통해 투입된 음식물쓰레기를 구동모터(31)에 의해 회전되는 스크류프레스(34)로 공급하여 상기 스크류프레스(34)와 이의 외측에 설치된 파이프프레스(35)를 통해 강하게 압착시켜 기름을 짜내게 되는 것이다.
상기 분쇄기(40)는 상기 착유기(30)를 통해 기름이 추출된 음식물쓰레기를 분쇄시키는 장치로서, 음식물쓰레기 입자간 혼합이 이루어지면서 성형이 잘 이루어지도록 음식물쓰레기의 입자가 5mm이하의 크기로 분쇄하는 것이 바람직하며, 로터리 방식의 슈레이더형 또는 고속 회전하는 임펙트 방식을 적용할 수 있다.
상기 진동선별기(50)는 진동에 의해 음식물쓰레기를 이동시키면서 원하는 크기의 음식물쓰레기를 하부로 자유 낙하시키게 되고, 음식물쓰레기보다 비중이 가벼운 비닐 등의 이물질은 송풍에 의해 별도로 수거되게 한다.
상기 분무기(60)는 터널구조의 분무실을 통과하도록 설치되어 음식물쓰레기 분쇄물이 이송되는 컨베이어를 향해 설치되는 것이 바람직하며, 노즐을 통해 폐식용유의 입자가 안개처럼 분무된다. 이처럼, 상기 터널식 분무기(60)를 통하여 폐식용유가 음식물쓰레기 분쇄물에 걸쳐 고르게 분무되게 함으로써, 튀겨진 음식물쓰레기를 분쇄하고 진동 선별하는 과정에서 음식물쓰레기에 포함된 기름이 일부 소실되기 때문에 폐식용유를 음식물쓰레기에 분무시켜 기름함량을 보충함으로써 고형연료로 사용 가능한 발열량을 갖게 한다.
상기 성형기(70)는 상기 분무기(60)에 의해 폐식용유가 코팅된 음식물쓰레기 분쇄물을 일정한 형태로 성형하게 된다. 이때, 성형되는 고형연료의 형태는 성형기(70)의 배출구 형태에 따라 봉형, 사각형 등의 형상으로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조방법은 예비수분제거단계(S100), 튀김 건조단계(S200), 기름 추출단계(S300), 분쇄단계(S400), 진동 선별단계(S500), 폐식용유 코팅단계(S600), 고형연료 성형단계(S700)를 포함한다.
먼저, 예비수분제거단계(S100)에서는, 전술한 예비수분제거기(10)를 통해 음식물쓰레기를 튀기기 전에 가압하여 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 미리 제거하게 된다. 특히, 상기 예비수분제거단계(S100)에서 음식물쓰레기를 가압하여 발생된 폐수는 별도의 폐수처리장으로 재처리한다. 상기 예비수분제거기(10)를 통해 수분이 다량 함유된 음식물쓰레기를 가압하여 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 제거한 후 튀김건조기(20)에 투입시켜 기름에 튀겨 냄으로써 음식물쓰레기에 포함된 수분을 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 기름과 수증기에 의한 폭발현상을 방지한다.
상기 튀김 건조단계(S200)에서는, 예비수분제거기(10)를 통해 수분 일부가 제거된 음식물쓰레기를 튀김건조기(20)에 투입하여 고온의 스팀만으로 180~200℃의 온도로 가열시켜 건조하고, 건조 과정에서 발생된 수분을 수증기로 증발시킨다.
한편, 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조방법은 상기 튀김 건조단계(S200)를 거쳐 배출되는 기름과 찌꺼기를 원심 분리하여 기름만 분리하는 원심분리단계(S800)와, 상기 분리된 기름을 일시 저장하였다가 튀김 건조 시 공급하는 기름 순환단계(S810)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 상기 원심분리단계(S800)에서는 원심분리기(80)를 통해 상기 튀김건조기(20)에서 배출되는 기름과 찌꺼기를 원심 분리하여 기름만 분리시키며, 상기 기름 순환단계(S810)에서는 상기 원심분리기(80)를 거쳐 분리된 기름을 저장탱크(90)에 일시 저장하였다가 필요 시 상기 튀김건조기(20)에 공급한다.
한편, 본 발명은 상기 튀김 건조단계(S200)에서 배출되는 수증기를 냉각 응축시키는 1차 응축단계(S900)와, 상기 1차 응축단계(S900)를 거쳐 액화된 물에 포함된 냄새를 제거하는 냄새 제거단계(S910)와, 상기 냄새 제거단계(S910)를 거쳐 냄새가 제거된 물을 재차 냉각 응축시키는 2차 응축단계(S920)와, 상기 2차 응축단계(S920)를 거쳐 액화된 물을 외부로 배출시키는 배출단계(S930)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 1차 응축단계(S900)에서는 표면응축기(100)를 통해 상기 튀김건조기(20)에서 배출되는 수증기를 냉각 응축시키고, 상기 냄새 제거단계(910)에서는 스크러버(110)를 통해 상기 표면응축기(100)를 거쳐 액화된 물이 유입되어 물에 포함된 냄새를 제거하게 되며, 상기 2차 응축단계(S920)에서는 상기 스크러버(110)를 거쳐 냄새가 제거된 물을 재차 냉각 응축시킨다. 이러한 단계를 거쳐 최종 배출되는 물은 일반 배수구를 통해 배수하거나 청소용수 및 농업용수 등으로 이용할 수 있다.
상기 기름 추출단계(S300)에서는, 상기 튀김 건조단계(S200)를 거쳐 수분이 증발된 음식물쓰레기를 압착 이송하면서 음식물쓰레기에 잔존하는 기름을 추출한다. 이때, 음식물쓰레기에 잔존하는 기름을 완전히 제거하지 않고 고형연료 성형을 위하여 약 7~10 중량% 정도의 기름을 함유하는 것이 바람직하다.
상기 분쇄단계(S400)에서는, 기름이 추출된 음식물쓰레기를 분쇄기(40)를 통해 분쇄하게 되며, 이때 음식물쓰레기 분쇄물은 고형연료로서의 성형이 잘 이루어지도록 2~5mm의 크기로 분쇄하는 것이 바람직하다.
상기 진동 선별단계(S500)에서는, 분쇄된 음식물쓰레기 분쇄물을 진동선별기(50)에 공급하여 입도 크기별로 선별하고 음식물쓰레기 분쇄물에 포함된 비닐 등의 이물질은 별도로 수거한다.
상기 폐식용유 코팅단계(S600)에서는, 상기 분쇄단계(S400)와 진동 선별단계(S500)를 거치면서 일부 소실된 음식물쓰레기에 포함된 기름의 함량을 보충하기 위하여 음식물쓰레기 분쇄물을 터널식 분무기(60)를 통과시킨다. 터널식 분무기(60)를 통과하면서 음식물쓰레기에 폐식용유가 분무되어 코팅됨으로써 고형연료로 사용 가능한 발열량을 갖게 한다.
상기 고형연료 성형단계(S700)에서는, 폐식용유가 코팅된 음식물쓰레기 분쇄물을 성형기(70)에 투입한 후 압축하여 고형연료로 성형한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
10 : 예비수분제거기
11 : 본체
111 : 투입구, 112 : 폐수배출구, 113 : 음식물쓰레기 배출구, 114 : 받침대
12 : 구동부
13 : 가압플레이트
14 : 거름망
15 : 모터
16 : 수직회전축
17 : 반전부재
171 : 수평연결대, 172 : 반전날개
20 : 튀김건조기
21 : 건조기 본체
211 : 투입구, 212 : 흡기팬, 213 : 수증기배출구
22 : 구동모터
23 : 회전샤프트
24 : 고정판
25 : 스팀파이프
26 : 자켓
30 : 착유기
31 : 구동모터
32 : 구동부
33 : 투입부
34 : 스크류프레스
35 : 파이프프레스
36 : 배유부
40 : 분쇄기
50 : 진동선별기
60 : 분무기
70 : 성형기
80 : 원심분리기
90 : 저장탱크
100 : 표면응축기
110 : 스크러버
120 : 쿨링타워
130 : 기름분리기
140 : 스팀히터
11 : 본체
111 : 투입구, 112 : 폐수배출구, 113 : 음식물쓰레기 배출구, 114 : 받침대
12 : 구동부
13 : 가압플레이트
14 : 거름망
15 : 모터
16 : 수직회전축
17 : 반전부재
171 : 수평연결대, 172 : 반전날개
20 : 튀김건조기
21 : 건조기 본체
211 : 투입구, 212 : 흡기팬, 213 : 수증기배출구
22 : 구동모터
23 : 회전샤프트
24 : 고정판
25 : 스팀파이프
26 : 자켓
30 : 착유기
31 : 구동모터
32 : 구동부
33 : 투입부
34 : 스크류프레스
35 : 파이프프레스
36 : 배유부
40 : 분쇄기
50 : 진동선별기
60 : 분무기
70 : 성형기
80 : 원심분리기
90 : 저장탱크
100 : 표면응축기
110 : 스크러버
120 : 쿨링타워
130 : 기름분리기
140 : 스팀히터
Claims (7)
- 내부에 투입되는 음식물쓰레기를 양쪽에서 가압시켜 음식물쓰레기를 튀기기 전에 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 미리 제거하는 예비수분제거기(10)와;
내부에 기름이 저장되고 고온의 스팀이 주입되며, 스팀에 의해 가열된 기름으로 상기 예비수분제거기(10)를 거친 음식물쓰레기를 튀겨 음식물쓰레기에 포함된 수분을 수증기로 증발시키는 튀김건조기(20)와;
상기 튀김건조기(20)를 통해 수분이 증발된 음식물쓰레기를 압착하여 기름을 추출하는 착유기(30)와;
상기 착유기(30)를 통해 기름이 추출된 음식물쓰레기를 분쇄시키는 분쇄기(40)와;
상기 분쇄기(40)를 통해 분쇄된 음식물쓰레기 분쇄물에 포함된 이물질을 선별하는 진동선별기(50)와;
상기 분쇄기(40)와 진동선별기(50)를 거치면서 일부 소실된 음식물쓰레기에 포함된 기름의 함량을 보충하기 위하여 폐식용유를 분무시키는 터널식 분무기(60)와;
상기 분무기(60)를 통해 폐식용유가 코팅된 음식물쓰레기 분쇄물을 압축하여 고형연료로 성형하는 성형기(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치.
- 제1항에 있어서,
상기 예비수분제거기(10)는 상부 일측에 음식물쓰레기를 투입하도록 투입구(111)가 형성되고 하부 일측에 음식물쓰레기로부터 배출되는 폐수를 배출하기 위한 폐수배출구(112)와 수분이 제거된 음식물쓰레기를 배출하기 위한 음식물쓰레기 배출구(13)가 형성되는 본체(11)와, 상기 본체(11)의 외부 양측에 각각 설치되어 구동력을 발생시키는 구동부(12)와, 상기 본체(11)의 내부 양측에 각각 설치되어 상기 구동부(12)에 의해 좌우로 이송되어 본체(11)의 내부에 수용된 음식물쓰레기를 가압시키는 곡면형태의 가압플레이트(13)와, 상기 본체(11)의 내부에 설치되어 음식물쓰레기를 걸러내고 폐수를 배출시키는 거름망(14)과, 상기 본체(11)의 상부에 설치된 모터(15)의 구동에 의해 회전되는 수직회전축(16) 상에 일정간격을 두고 설치되어 음식물쓰레기를 뒤집어주는 다수의 반전부재(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치.
- 제1항에 있어서,
상기 튀김건조기(20)는 상부 일측에 음식물쓰레기를 투입하도록 투입구(211)가 형성되고 수증기를 외부로 배출하도록 흡기팬(212)을 갖는 수증기배출구(213)가 형성되는 건조기 본체(21)와, 상기 건조기 본체(21)의 내부 중앙에 건조기 본체(21)의 길이방향으로 설치되어 구동모터(22)에 의해 회전 구동되는 회전샤프트(23)와, 상기 회전샤프트(23)의 양단에 각각 결합된 고정판(24)에 고정 설치되어 상기 회전샤프트(23)와 연동 회전되며 내부에 스팀이 공급되는 다수의 스팀파이프(25)와, 상기 건조기 본체(21)의 하부 외측면을 감싸도록 설치되어 내부에 스팀이 공급되는 자켓(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치.
- 제1항에 있어서,
상기 튀김건조기(20)에서 배출되는 기름과 찌꺼기를 원심 분리하여 기름만 분리시키는 원심분리기(80)와, 상기 원심분리기(80)를 거쳐 분리된 기름을 일시 저장하였다가 필요 시 상기 튀김건조기(20)에 공급하는 저장탱크(90)와, 상기 튀김건조기(20)에서 배출되는 수증기를 냉각 응축시키는 표면응축기(100)와, 상기 표면응축기(100)를 거쳐 액화된 물이 유입되어 물에 포함된 냄새를 제거하는 스크러버(110)와, 상기 스크러버(110)를 거쳐 냄새가 제거된 물을 재차 냉각 응축시키는 쿨링타워(120)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치.
- 제1항에 있어서,
상기 튀김건조기(20)를 통해 수분이 증발된 음식물쓰레기에서 기름을 분리시키는 기름분리기(130)와, 상기 기름분리기(130)를 거쳐 기름이 분리된 음식물쓰레기를 스팀으로 예비 가열시키는 스팀히터(140)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조장치.
- 음식물쓰레기를 튀기기 전에 가압하여 음식물쓰레기에 포함된 수분 일부를 미리 제거하는 예비수분제거단계와;
수분 일부가 제거된 음식물쓰레기를 고온의 스팀으로 가열시킨 기름에 튀겨 음식물쓰레기에 포함된 수분을 수증기로 증발시키는 튀김 건조단계와;
수분이 증발된 음식물쓰레기를 압착하여 7~10 중량% 기름함량을 갖도록 기름을 추출하는 기름 추출단계와;
기름이 추출된 음식물쓰레기를 미세하게 분쇄하는 분쇄단계와;
분쇄된 음식물쓰레기 분쇄물에 포함된 이물질을 선별하는 진동 선별단계와;
상기 분쇄단계와 진동 선별단계를 거치면서 일부 소실된 음식물쓰레기에 포함된 기름의 함량을 보충하기 위하여 폐식용유를 분무시키는 폐식용유 코팅단계와;
폐식용유가 코팅된 음식물쓰레기 분쇄물을 압축하여 고형연료로 성형하는 고형연료 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 튀김 건조단계를 거쳐 배출되는 기름과 찌꺼기를 원심 분리하여 기름만 분리하는 원심분리단계와, 상기 분리된 기름을 일시 저장하였다가 튀김 건조 시 공급하는 기름 순환단계를 더 포함하며,
상기 튀김 건조단계에서 배출되는 수증기를 냉각 응축시키는 1차 응축단계와, 상기 1차 응축단계를 거쳐 액화된 물에 포함된 냄새를 제거하는 냄새 제거단계와, 상기 냄새 제거단계를 거쳐 냄새가 제거된 물을 재차 냉각 응축시키는 2차 응축단계와, 상기 2차 응축단계를 거쳐 액화된 물을 외부로 배출시키는 배출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조방법.
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