KR101606076B1

KR101606076B1 - 폐기물용 열분해기 및 이를 포함하는 열분해장치

Info

Publication number: KR101606076B1
Application number: KR1020150059704A
Authority: KR
Inventors: 이달은
Original assignee: 이달은
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2016-03-24
Also published as: WO2016175482A1

Abstract

본 발명은 폐기물을 열분해 시키는 열분해장치를 구성하는 구성 중 열분해기에 관한 것으로, 상세하게는 폐기물을 열분해 시킴에 있어 폐기물이 정체되지 않도록 하여 열분해가 잘 이루어지도록 순환시킬 수 있도록 하고, 열분해로의 내부온도가 편중되지 균일하게 유지될 수 있도록 하여 대용량의 폐기물을 처리가 가능한 폐기물용 열분해기 및 이를 포함하는 열분해장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명인 폐기물용 열분해기는, 폐기물을 열분해시키는 열분해장치의 구성으로, 승온을 위한 가열로와, 폐기물을 교반시키는 교반용 스크류축을 구비하는 열분해로를 포함한 열분해기에 있어서, 열분해로에는 나란하게 배치되는 제1, 제2 교반용 스크류축으로 이루어진 교반용 스크류축이 설치되고, 상기 제1, 제2 교반용 스크류축의 서로 반대측 단부에는 타측의 교반용 스크류축으로 폐기물을 이동시키는 폐기물 이동수단이 구비되며, 상기 제1, 제2 교반용 스크류축 사이에는 격벽이 설치되되, 제1, 제2 교반용 스크류축에 구비된 폐기물 이동수단에 의하여 폐기물이 타측의 교반용 스크류축으로 이동할 수 있는 이동통로를 형성하도록 이루어진다.

Description

폐기물용 열분해기 및 이를 포함하는 열분해장치{Pyrolysis machine of waste, and Pyrolysis apparatus including the same}

본 발명은 폐기물을 열분해 시키는 열분해장치를 구성하는 구성 중 열분해기에 관한 것으로, 상세하게는 폐기물을 열분해 시킴에 있어 폐기물이 정체되지 않도록 하여 열분해가 잘 이루어지도록 순환시킬 수 있도록 하고, 열분해로의 내부온도가 편중되지 균일하게 유지될 수 있도록 하여 대용량의 폐기물을 처리가 가능한 폐기물용 열분해기 및 이를 포함하는 열분해장치에 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 폐기물 처리방안에는 '감량', '재활용', '재생', '매립' 및 '소각' 등이 있으며, 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(참고 특허문헌 (KR) 등록특허공보 제10-0266852호, (KR) 등록특허공보 제10-0513932호, (KR) 등록특허공보 제10-0748624호).

일반적으로 고온 및 진공환경에서 폐기물을 열분해(pyrolysis) 하는 간접가열방식의 열분해장치는 크게 가열수단이 형성된 가열로와, 상기 가열로의 내측에 설치된 폐기물을 고온 및 온 및 진공상태에서 열분해 시키는 열분해로와, 상기 열분해로에서 폐기물은 가스와 오일, 차아(Char) 등으로 분해되고, 분해된 가스와 오일은 가스배출구를 통해 배출되어 가스/오일 포집장치로 안내되어 가스와 오일이 분리되어 포집되고, 나머지 차아(Char)은 차아 배출구를 통하여 배출된다.

상기 가스/오일 포집장치에 안내되는 고온의 배출가스에는 가스와 오일 외에 다량의 수분과 이물질을 포함하고 있음으로써 순도가 높은 가스와 오일만을 분리하여 포집하는 기술이 필요하며, 이러한 목적을 달성하고자 본 출원인은 특허문헌을 통하여 물이 저장된 수조를 이용한 다양한 오일회수장치 및 열분해 시스템에 대한 기술을 제공하였다(참고 특허문헌 (KR) 등록특허공보 제10-1202810호, (KR) 등록특허공보 제10-1379225호).

종래에 제시되어 있는 열분해기의 열분해로에는 열분해시 폐기물을 이동시켜 열분해가 균일하게 잘 이루어질 수 있도록 교반수단인 스크류형태의 날개를 구비한 교반용 스크류축이 구비되어 있다.

그러나, 교반용 스크류축이 구비되어 있음에도 불구하고, 다량의 폐기물이 투입된 경우에는 폐기물은 이동하지 못하고 상부의 폐기물과 하부의 폐기물만이 교반이 이루어짐으로써 열분해가 잘 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

특히, 폐기물이 순환하지 못하고 일정구간에 정체되고, 폐기물에 열이 균일하게 전달되지 못할 때에는 먼저 열분해가 진행되어 융용된 폐기물이 융해되지 못한 폐기물을 계속적으로 감싸고 있는 상태로 놓이게 되면서, 융용된 폐기물이 융해되지 못한 폐기물을 보호하는 융용막을 형성하게 됨으로써 열분해가 늦게 이루어지거나 일부 열분해가 이루어지지 않음으로써 열분해에 대한 효율성이 저하되는 문제점이 있다.

(KR) 등록특허공보 10-0266852(등록일: 2000.06.28) (KR) 등록특허공보 10-0513932(등록일: 2005.09.02) (KR) 등록특허공보 10-0748624(등록일: 2007.08.06) (KR) 등록특허공보 10-1202810(등록일: 2012.11.13) (KR) 등록특허공보 10-1379225(등록일: 2014.03.24)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로,

본 발명은 열분해시 폐기물이 열분해로를 순환할 수 있도록 함으로써 열분해가 균일하게 이루어질 수 있도록 함으로써 종래의 열분해기의 열분해로가 가지는 문제점을 해결하고자 한다.

즉, 복수의 교반용 스크류축을 구비하도록 하되, 폐기물이 열분해로의 내부를 순환할 수 있도록 하며, 열분해로의 내측 공간 온도를 균일하게 가열할 수있도록 한 격벽을 구비하는 폐기물용 열분해기 및 이를 포함하는 열분해장치를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하고자 하는 본 발명인 폐기물용 열분해기는, 폐기물을 열분해시키는 열분해장치의 구성으로, 승온을 위한 가열로와, 폐기물을 교반시키는 교반용 스크류축을 구비하는 열분해로를 포함한 열분해기에 있어서, 열분해로에는 나란하게 배치되는 제1, 제2 교반용 스크류축으로 이루어진 교반용 스크류축이 설치되고, 상기 제1, 제2 교반용 스크류축의 서로 반대측 단부에는 타측의 교반용 스크류축으로 폐기물을 이동시키는 폐기물 이동수단이 구비되며, 상기 제1, 제2 교반용 스크류축 사이에는 격벽이 설치되되, 제1, 제2 교반용 스크류축에 구비된 폐기물 이동수단에 의하여 폐기물이 타측의 교반용 스크류축으로 이동할 수 있는 이동통로를 형성함을 특징으로 한다.

상기 격벽은 열분해로 내측의 온도를 승온시키는 수단을 포함하는 것으로, 상기 격벽에는 가열로의 고온 공기가 유입되도록 가열로의 내부공간과 연통하는 가열용 공간부를 가진다.

상기 폐기물 이동수단은 제1, 제2 교반용 스크류축의 서로 반대쪽 단부에 설치되어 이동통로 부분에 위치하는 주걱날로 이루어진다.

상기 폐기물용 열분해로는 열분해 후 오일회수장치로부터 공급되는 수분 또는 수분과 침전물을 공급받도록 이루어지고, 이 수분 또는 수분과 침전물이 내부에 남아 있는 미세입자들과 결합하여 고형물로 배출함을 특징으로 한다.

이와 같이 이루어진 본 발명인 폐기물용 열분해기는 열분해시 폐기물을 교반 및 열분해로를 순환시키는 한편, 열분해로의 내부 온도를 균일하게 유지시킬 수 있는 장점을 가지며, 이로 인하여 폐기물을 균일하게 열분해시킬 수 있어 열분해에 대한 효율을 높일 수 있는 효과를 가진다.

아울러, 열분해 후 열분해로 내에 오일회수장치에서 회수되는 수분과 침전물을 투입하여 열분해되어 형성된 미세입자를 고형물로 형성함으로써 배출 및 처리를 용이하도록 할 수 있도록 하는 한편, 이 고형물은 다시 화성연료로 사용될 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일 실시 예인 열분해장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예인 열분해장치 중 열분해기에 대한 정단면 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예인 열분해장치 중 열분해기에 대한 측단면 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예인 열분해장치 중 열분해기에 대한 평단면 개략도.
도 5는 본 발명인 열분해기의 격벽을 설명하기 위한 정단면 개략도.
도 6은 본 발명인 열분해기의 격벽에 대한 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면 개략도.

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 진공, 고온의 상태에서 폐기물을 열분해하여 재생연료를 획득하도록 이루어진 열분해장치의 구성 중 열분해기에 관한 것이다.

도 1과 같이 열분해장치는 크게 가열로와 열분해로로 이루어진 열분해기(1)와, 상기 열분해기에서 열분해되어 배출되는 가스 내에 포함되어 있는 오일(Oil) 및 휘발성 가스를 수조를 이용하여 분리 및 회수하는 오일회수장치(2)와, 상기 오일회수장치에서 배출되는 휘발성 가스를 포집하는 가스회수장치(3)와, 오일회수장치(2)에 배출되는 배출 가스를 정화하여 대기로 배출하는 연도(4)를 포함한다.

본 발명에서는 오일회수장치(2)와 가스회수장치(3) 및 연도(3)에 대한 구성에 대하여 특별하게 한정을 하지 않는다.

특히, 오일회수장치(2)는 수조를 이용하여 오일을 회수하는 장치로써, 이와 관련된 기술은 본 출원인이 (KR) 특허등록 제10-1379225호의 '열분해장치용 가스/오일 포집장치', (KR) 특허등록 제10-1202810호의 '폐기물 열분해시스템' 등에서 제시한 사실이 있으며, 이를 참조하기로 한다.

도 2 내지 도 5를 참조하면,

열분해기(1)는 크게 승온(가열)수단인 버너(11)를 구비하는 가열로(10)와, 상기 가열로에 의하여 내부온도가 승온되며 밀폐구조로 이루어져 폐기물을 열분해시키는 열분해로(20)와, 상기 열분해로 내에 설치되어 폐기물을 순환 및 교반시키는 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b)으로 이루어진 교반용 스크류축(30)과, 상기 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b) 사이에 설치되되, 이동통로(50)를 형성하도록 설치된 격벽(40)을 포함한다.

상기 가열로(10)는 보통 열분해로(20)의 하측에 위치하여 열분해로(20) 내에 투입된 폐기물이 열분해가 이루어질 수 있도록 온도를 높이는 구성으로, 승온을 위한 버너(11) 및 하측에 형성되는 배출구(12)를 구비하며, 가열로(10)의 내부공간(10a)은 후설되는 격벽(40)에 형성된 가열용 공간부(40a)과 연통하며, 그 이유에 대하여 추후설명하도록 한다.

이러한, 가열로(10)의 폭은 상부 넓고 하부는 좁은 상광하협 형태로 이루어진다. 이는 열분해로(20)에 구비된 교반용 스크류축(30)이 복수로 이루어져 폭이 넓은 경우에도 하측의 폭이 좁아 차량을 이용한 운송이 가능할 수 있도록 할 수 있는 특징을 가질 수 있다(도 3 참조).

상기 열분해로(20)는 내부공간(20a)으로 투입된 폐기물을 고온, 진공상태에서 열분해시키는 구성으로, 상측에 구비되는 폐기물을 투입하는 폐기물 투입구(21)와, 열분해시 발생한 가스를 배출하는 가스 배출구(22) 및, 하측에 구비되는 열분해 후 열분해로(20) 내에 남아 있는 물질 배출하는 배출구(23) 및, 일측면에 구비되는 열분해 후 수분이 공급되는 수분공급구(24)를 포함한다.

상기 폐기물 투입구(21)는 대용량의 쓰레기가 담긴 쓰레기 포대를 통체로 투입할 수 있도록 크게 형성하여 빠른 투입이 이루어질 수 있도록 한다.

상기 배출구(23)는 교반용 스크류축(30)에 의하여 배출될 수 있도록 교반용 스크류축(30)의 일측단부에 형성된다(도 2와 도 4 참조).

상기 교반용 스크류축(30)은 폐기물을 교반 및 이동시켜 열분해로(20) 내를 순환하도록 하는 구성으로, 보통 나란하게 설치되는 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b)으로 이루어지나, 3개 이상의 교반용 스크류축으로 이루어질 수도 있다.

상기 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b)은 각각 회전방향을 조절할 수 있는 구조로 이루어져, 서로 동일한 방향으로 회전하거나, 서로 반대방향으로 회전할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이러기 위해서는 보통 각각의 전기모터(M)를 구비하도록 하나, 하나의 전기모터(M)를 이용하고 동력전달장치를 이용하여 서로 동일한 방향으로 회전하거나, 서로 반대방향으로 회전할 수 있도록 할 수도 있다.(도 4를 참조하며, 화살표는 폐기물의 이동방향을 나타낸다).

이러한 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b)은 일단부분이 회전하도록 지지되고, 전기모터(M)와 같은 구동수단과 연결되어 회전하는 회전축(31)과, 상기 회전축에 스크류 형태로 형성된 스크류 날개(32)와, 일측 단부분에 형성된 주걱날(33)로 구성된다. 상기 스크류 날개(32)의 일부분인 하측부는 열분해로(20)의 하부에 접촉하여 회전축(31)의 처짐 현상을 방지하도록 하고, 회전축(31)의 끝부분에 배출구(23)가 형성되도록 한다.

상기 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b)에 형성된 주걱날(33)은 서로 반대쪽에 형성되며, 후설되는 이동통로(50)에 위치하도록 한다. 이러한 상기 주걱날(33)은 폐기물이 이동통로(50)로 이동할 수 있도록 밀어주는 역할을 함으로써 폐기물 이동수단으로 이용되는 한편, 폐기물을 상측으로 퍼올림으로써 교반역할을 수행한다.

상기 격벽(40)은 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b)에 의하여 각각 반대방향으로 이동하는 폐기물이 서로 간섭형상을 일으키지 않도록 하여 폐기물을 열분해로(10) 내를 순환할 수 있도록 하는 구성으로, 열분해로(10) 내부공간(10a)의 중앙부분의 온도를 상승시킬 수 있는 구성으로도 이용된다.

이러한 상기 격벽(40)은 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b) 사이에 형성되되되, 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b)의 양측 끝부분에 폐기물이 이동할 수 있는 이동통로(50)가 형성될 수 있도록 설치되며, 보통 길이방향으로 상측은 좁고 하측은 넓은 형태를 가진다(도 2 참조).

또한 격벽(40) 내측은 가열로(10)의 내부공간(10a)과 연통하도록 형성하여 고온의 열기가 유입되는 가열용 공간부(40a)를 가진다(도 3 내지 도 5 참조).

상기 격벽(40)의 상부는 투입되는 폐기물이 쌓이지 않도록 이루어지며, 다량의 고온의 공기가 유입될 수 있도록 가열용 공간부(40a)의 상부는 넓은 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 마치 백열전구와 같은 형태로 이루어질 수 있다(도 6 참조).

상기 이동통로(50)는 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b)에 의하여 각각 이동하는 폐기물이 열분해로(20) 내를 순환할 수 있도록 하는 구성으로, 보통 격벽(40)에 의하여 형성되어, 제1 이동통로(51)와 제2 이동통로(52)로 이루어진다.

이와 같이 이루어진 본 발명인 폐기물용 열분해기(1)는 열분해로(20) 내에 투입되어 열분해가 이루어지는 폐기물은 교반용 스크류축(30)에 의하여 이동하되, 격벽(40) 및 이동통로(50)에 의하여 형성되는 이동로를 따라 열분해로(20) 내를 순환하며 열분해가 이루어진다.

특히, 다수개의 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b) 형성됨으로써 열분해로(20)의 폭이 넓어져 내부공간의 온도가 균일해지지 못할 문제점이 발생할 수 있으나, 격벽(40)에 형성된 가열용 공간부(40a)에 의하여 이를 해결할 수 있어 대용량의 폐기물을 처리할 수 있을 것이다.

또한, 열분해 후 수분공급구(24)로 수분을 열분해로(20) 내에 공급하여 열분해로(20) 내에 남아 있는 미세입자를 고형물로 형성할 수 있으며, 이는 배출 및 처리를 용이하게 할 수 있을 것이다. 상기 수분공급구(24)를 통하여 공급되는 수분은 수조식 오일회수장치(2)에서 회수된 수분을 공급하며, 이때 침전된 침점물도 함께 공급할 수도 있다.

특히, 이와 같이 열분해로(20) 내에 남아 있는 미세입자를 고형화시켜 고형물로 배출하는 경우에는 배출 및 처리가 용이할 뿐만 아니라, 고형물의 경우 화성연료로 재사용이 될 수도 있으며, 오일회수장치(2)에서 오일 회수시 회수되는 수분(물)과 침전물도 함께 처리할 수 있는 장점을 가질 수 있다.

즉, 보통 폐기물은 20~30%의 수분을 함유하고 있으며, 이는 열분해시 대부분 오일회수장치(2)로 이동하여 회수되게 된다. 이와 같이 오일회수장치(2)에 회수되는 수분(물)에 대한 처리시 별도의 처리과정을 거쳐 외부로 배출하여야 하나, 이러한 처리 문제점을 해결할 수 있는 한편, 오일회수장치(2)의 수조 내에 침전되는 침전물의 경우 더욱 큰 처리문제점을 가지나 이러한 문제점을 해결할 수 있을 것이다.

1 : 열분해기
10 : 가열로 11 : 버너
20 : 열분해로 21 : 폐기물투입구
22 : 가스배출구 24 : 수분공급구
30, 30a, 30b : 교반용 스크류축
40 : 격벽 40a : 가열용 공간부
50, 51, 52 : 이동통로

Claims

폐기물을 열분해시키는 열분해장치의 구성으로, 승온을 위한 가열로와, 폐기물을 교반시키는 교반용 스크류축을 구비하는 열분해로를 포함한 열분해기에 있어서,
열분해로(20)에는 나란하게 배치되는 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b)으로 이루어진 교반용 스크류축(30)이 설치되고,
상기 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b)의 서로 반대측 단부에는 타측의 교반용 스크류축으로 폐기물을 이동시키는 폐기물 이동수단이 구비되며,
상기 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b) 사이에는 격벽(40)이 설치되되, 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b)에 구비된 폐기물 이동수단에 의하여 폐기물이 타측의 교반용 스크류축으로 이동할 수 있는 이동통로(50)를 형성하는 한편,
상기 열분해로(20)는 열분해 후 오일회수장치로부터 공급되는 수분 또는 수분과 침전물을 공급받도록 이루어지고, 이 수분 또는 수분과 침전물이 내부에 남아 있는 미세입자들과 결합하여 고형물로 배출함을 특징으로 하는 폐기물용 열분해기.
제1항에 있어서,
상기 격벽(40)은 열분해로(20) 내측의 온도를 승온시키는 수단을 포함함을 특징으로 하는 폐기물용 열분해기.
제2항에 있어서,
상기 격벽(40)에는 가열로(10)의 고온 공기가 유입되도록 가열로(10)의 내부공간(10a)과 연통하는 가열용 공간부(40a)를 가짐을 특징으로 하는 폐기물용 열분해기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폐기물 이동수단은 제1, 제2 교반용 스크류축(30a, 30b)의 서로 반대쪽 단부에 설치되는 주걱날(33)로 이루어짐을 특징으로 하는 폐기물용 열분해기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항으로 이루어진 폐기물용 열분해기를 포함하는 열분해장치.
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