KR101616755B1 - 건조효율이 향상된 건조기 및 이를 이용한 폐기물 건조방법 - Google Patents

건조효율이 향상된 건조기 및 이를 이용한 폐기물 건조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐기된 음식물, 하수 슬러지, 동물 사체 등의 가연성 폐기물을 건조함에 있어, 폐기물에 닿는 열의 접촉면적을 최대로 넓혀줌으로써 건조효율이 향상되고, 단속 작업이 아닌 연속작업에 의하여 이로 인해 건조 작업시간의 단축과 에너지 소모량을 절감할 수 있도록 건조효율을 향상시킨 건조기에 관한 것이다.

Description

건조효율이 향상된 건조기 및 이를 이용한 폐기물 건조방법{DRYING APPARATUS HAVING IMPROVED DRYING EFFICIENCY AND DRYING METHOD USING IT}
본 발명은 음식물 쓰레기 등을 포함하는 유기성 폐기물을 건조하되, 유기성 폐기물의 열 접촉면적을 극대화시킴으로써 적은 에너지를 이용하여 단시간 내에 다량의 유기성 폐기물의 건조가 가능하도록 하는 건조효율이 향상된 건조기 및 이를 이용한 폐기물 건조방법에 관한 것이다.
건조는 고체 중에 포함된 수분이나 다른 휘발성 물체를 주로 열을 가하여 제거하는 단위조작으로서 직접건조방식과 간접건조방식이 있으며, 건조조작에서 중요 평형관계는 고체와 습윤공기 사이의 평형이다. 젖은 고체를 자신의 수분함량보다 낮은 습도를 갖는 공기에 접촉시키면 고체 중의 수분은 공기로 전달되어 고체는 건조된다. 반대로 공기의 습도가 더 높으면 수분은 고체로 이동하여 고체의 수분함량이 오히려 더 상승한다.
함수율이 높은 유기성 폐기물의 건조는 간접가열 방식의 디스크건조기, 패들건조기 및 스크류건조기 등이 널리 이용되고 있다. 최근에는 에너지의 효율적 이용을 위해 일부 열풍을 이용하는 직접가열 방식의 회전건조기, 유동층건조기, 기류건조기 등이 이용되고 있다.
그러나 종래 대부분의 건조기의 경우 에너지 효율이 높지 않고, 건조에 상당시간이 소요되는 등의 문제가 있었다. 따라서 유기성 폐기물 등 필수적으로 건조과정을 요하는 대상을 건조하기 위해 건조효율과 에너지 효율이 높은 건조기가 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허 10-1271018(2013.05.29) 대한민국 등록특허 10-1241047(2013.03.04) 대한민국 등록특허 10-1213741(2012.12.12)
본 발명은 유기성 폐기물을 건조함에 있어 유기성 폐기물의 열 접촉면적을 최대로 늘려 단시간 내에 수분증발이 이루어지도록 하고, 열전달 효율을 높이면서 건조기 내부의 열이 외부로 방출되는 것을 최소화하고, 유기성 폐기물의 건조과정에서 발생하는 수증기가 악취가 제거된 상태에서 원활하게 배출될 수 있도록 함으로써 건조시간의 단축과 높은 에너지 효율을 갖는 건조효율이 향상된 건조기 및 이를 이용한 폐기물 건조방법을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부 통과 외부 통이 일체를 이루어 이중 통 구조를 이루되, 상기 내부 통과 외부 통 사이에 간격을 두어 유체 이동공간이 형성되고, 상기 외부 통의 일측으로 관통형성되는 고온유체 투입구와, 상기 외부 통의 타측으로 관통형성되는 고온유체 배출구가 형성되며, 건조기 내부로 유기성 폐기물을 투입하기 위해 상기 내부 통에 관통 형성되는 유기성 폐기물 투입구와, 상기 외부통을 감싸는 단열부를 포함하는 건조기 본체;와,
상기 건조기 본체의 유체 이동공간에 충진되는 고온 유체;와,
상기 내부 통의 중심축 하단에 형성되고 일측단은 이송스크류 회전모터와 연결되는 이송스크류;와,
상기 내부 통의 중심축에 설치되되, 내부 통의 길이방향으로 '
Figure 112014065395973-pat00001
' 형상의 프레임 구조체를 이루어 일정 각도범위 내에서 왕복운동을 하면서 내부 통의 내벽에 달라붙은 유기성 폐기물 미립자를 긁어내는 역할을 하는 회전체;와,
상기 건조기본체의 내측 저부에 형성된 다수의 홈으로 다수의 프로펠러를 설치하고, 상기 다수의 프로펠러 각각을 프로펠러 회전모터에 연결하여, 탈수과정을 마치고 건조기본체로 공급된 유기성 폐기물을 프로펠러로부터 발생한 회전력에 의해 분쇄와 동시에 공중에 부상시키는 공중부양부;와,
건조 처리과정 중에 발생한 상기 건조기본체 내의 수증기를 외부로 배출하기 위하여 건조기본체의 상부에 설치하는 수증기포집부;와,
상기 건조기본체 내에서 건조처리된 유기성 폐기물을 외부로 배출하기 위하여 상기 건조기본체 저부 일측에 형성되는 배출부;와,
상기 배출부의 길이방향으로 설치되되, 일측단이 배출스크류 회전모터와 연결되어 회전을 통해 유기성 폐기물의 배출량과 배출속도를 조절하는 배출스크류;와,
상기 배출스크류를 통해 배출되는 건조처리된 유기성 폐기물을 이송하기 위한 반출컨베이어;를 포함하여 이루어지는 건조효율을 향상시킨 건조기를 제공한다.
그리고 상기 건조기를 이용한 유기성 폐기물의 건조방법으로서,
유기성 폐기물의 사전 탈수단계와,
탈수 후 수분함량이 70~80%인 유기성 폐기물을 펌핑장치를 통해 상기 건조기 내부로 투입하는 단계와,
건조기 내부 온도를 150~200℃로 유지한 상태에서 연속적으로 건조과정을 수행하되, 건조기 내에 설치되는 공중부양부의 프로펠러 회전력에 의한 유기성 폐기물의 미세 입자화와, 미세 입자들의 열접촉을 통한 건조가 이루어지고, 이와 같이 건조된 유기성 폐기물을 이송스크류의 회전을 통해 배출구로 이동시키는 건조단계와,
상기 건조단계를 마친 유기성 폐기물을 배출하는 단계를 포함하여 이루어지는 유기성 폐기물 건조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 건조기는 이송스크류에 의한 유기성 폐기물의 이동과, 내부 통 내측면에 접촉하여 벽면에 붙어 엉켜있는 유기성 폐기물을 긁어내기 위한 왕복 회전운동을 하는 회전체와, 건조기 본체 하부에 설치되어 있는 공중부양부에 의한 유기성 폐기물을 미분쇄와 동시에 공중 부상을 이룸으로써, 건조기 본체 내의 유기성 폐기물의 열 접촉면적을 최대로 늘려주어 단시간 내에 많은 양의 유기성 폐기물의 건조가 가능하며, 높은 에너지 효율과 건조효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 건조기는 관의 외면에 가열판의 열전달 날개를 형성하여 열전달 효율을 극대화시킴과 동시에 진공 또는 단열재를 이용하여 단열을 통해 건조기 내부의 온도가 외부로 방출되는 것을 최소화하여 열효율을 높일 수 있도록 한다.
그리고 고속 프로펠러를 이용하여 유기성 폐기물을 미세입자화 하여 상부로 부상시켜주어 건조가 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 하며, 이와 같은 건조과정 중 수증기 배출관이 막히는 것을 뚫어주는 실린더를 포함하여 장치를 구성함으로써 건조기 내부의 수증기가 원활하게 배출되도록 하여 안전하면서도 원활한 건조과정이 이루어질 수 있도록 한다.
이외에 유기성 폐기물의 투입시 호퍼를 사용하는 대신 밀폐형 펌핑 장치를 이용함으로써, 외부의 찬 공기가 장치내로 유입되어 수증기 증발 효과가 떨어지는 문제를 방지하면서 수증기 방출관을 통해 공기와 수증기가 외부로 배출되므로 약간의 부압이 걸려 수증기 증발효과를 증대시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 건조기의 내부 구성을 포함한 전체 구성을 보인 정면도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 건조기의 전체 구성을 측방향에서 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 건조기의 전체 구성을 다른 측방향에서 보인 사시도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 건조기의 내부 측면 구성을 보인 것으로서, 회전체가 A지점에 위치한 상태를 보인 도면.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 건조기의 내부 측면 구성을 보인 것으로서, 회전체가 B지점에 위치한 상태를 보인 도면.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 건조기의 내부 측면 구성을 보인 것으로서, 회전체가 C지점에 위치한 상태를 보인 도면.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 건조기의 막힘방지 실린더의 작동상태를 보인 도면으로서, 실린더가 상부의 D 지점으로 이동한 상태를 보인 도면.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 건조기의 막힘방지 실린더의 작동상태를 보인 도면으로서, 실린더가 하부의 E 지점으로 이동한 상태를 보인 도면.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 건조기를 구성하고 있는 건조기 본체 내부를 보인 것으로서, 단열부(106)의 내부가 진공상태의 공간으로 이루어짐을
보인 도면.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 건조기를 구성하는 회전체의 끝단이 내부 통(101)의 내벽과 접촉면적을 넓힐 수 있도록 구성됨을 보인 도면.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 건조기의 내부 구성을 포함한 전체 구성을 보인 정면도.
이하, 상기의 기술 구성에 대한 구체적인 내용을 도면과 함께 살펴보고자 한다.
본 발명에 따른 건조기(1)는 건조기 본체(10) 내에 설치되는 이송스크류(30)와 회전체(40)의 설치위치와 건조기 본체(10)를 구성하는 단열부(106)의 설치 유무에 따라 2가지 형태의 실시예를 갖는다.
즉, 도 1 내지 도 10는 제1실시예에 따른 건조기(1) 관련 도면이며, 도 11은 제2실시예에 따른 건조기(1) 관련 도면이다.
이하에서는 제1실시예에 따른 건조기(1)를 위주로 설명하며, 제2실시예에 따른 건조기(1)에 대한 설명은 제1실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 건조기(1)는 내부 통(101)과 외부 통(102)이 일체를 이루어 이중 통 구조를 이루되, 상기 내부 통(101)과 외부 통(102) 사이에 간격을 두어 유체 이동공간이 형성되고, 상기 외부 통(102)의 일측으로 관통형성되는 고온유체 투입구(103)와, 상기 외부 통(102)의 타측으로 관통형성되는 고온유체 배출구(104)가 형성되며, 건조기 내부로 유기성 폐기물을 투입하기 위해 상기 내부 통(101)에 관통 형성되는 유기성 폐기물 투입구(105)와, 상기 외부통(102)을 감싸는 단열부(106)를 포함하는 건조기 본체(10);와,
상기 건조기 본체(10)의 유체 이동공간에 충진되는 고온 유체(20);와,
상기 내부 통(101)의 중심축 하단에 형성되고 일측단은 이송스크류 회전모터(301)와 연결되는 이송스크류(30);와,
상기 내부 통(101)의 중심축에 설치되되, 내부 통(101)의 길이방향으로 '
Figure 112014065395973-pat00002
' 형상의 프레임 구조체를 이루어 일정 각도범위 내에서 왕복운동을 하면서 내부 통(101)의 내벽에 달라붙은 유기성 폐기물 미립자를 긁어내는 역할을 하는 회전체(40);와,
상기 건조기본체(10)의 내측 저부에 형성된 다수의 홈(501)으로 다수의 프로펠러(502)를 설치하고, 상기 다수의 프로펠러(502) 각각을 프로펠러 회전모터(503)에 연결하여, 탈수과정을 마치고 건조기본체(10)로 공급된 유기성 폐기물을 프로펠러(502)로부터 발생한 회전력에 의해 분쇄와 동시에 공중에 부상시키는 공중부양부(50);와,
건조 처리과정 중에 발생한 상기 건조기본체(10) 내의 수증기를 외부로 배출하기 위하여 건조기본체(10)의 상부에 설치하는 수증기포집부(60);와,
상기 건조기본체(10) 내에서 건조처리된 유기성 폐기물을 외부로 배출하기 위하여 상기 건조기본체(10) 저부 일측에 형성되는 배출부(70);와,
상기 배출부(70)의 길이방향으로 설치되되, 일측단이 배출스크류 회전모터(801)와 연결되어 회전을 통해 유기성 폐기물의 배출량과 배출속도를 조절하는 배출스크류(80);와,
상기 배출스크류(80)를 통해 배출되는 건조처리된 유기성 폐기물을 이송하기 위한 반출컨베이어(90);를 포함하여 이루어진다.
그리고 도 11에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 건조기(1)는 내부 통(101)과 외부 통(102)이 일체를 이루어 이중 통 구조를 이루되, 상기 내부 통(101)과 외부 통(102) 사이에 간격을 두어 유체 이동공간이 형성되고, 상기 외부 통(102)의 일측으로 관통형성되는 고온유체 투입구(103)와, 상기 외부 통(102)의 타측으로 관통형성되는 고온유체 배출구(104)가 형성되며, 건조기 내부로 유기성 폐기물을 투입하기 위해 상기 내부 통(101)에 관통 형성되는 유기성 폐기물 투입구(105)를 포함하는 건조기 본체(10);와,
상기 건조기 본체(10)의 유체 이동공간에 충진되는 고온 유체(20);와,
상기 건조기 본체(10)의 내부 중심축에 형성되되, 일측단이 이송스크류 회전모터(301)와 연결되어 있는 이송스크류(30);와,
상기 이송스크류(30)와 동축에 설치되되, 내부 통(101)의 길이방향으로 '
Figure 112014065395973-pat00003
' 형상의 프레임 구조체를 이루어 내부 통(101)을 360°회전하면서 내부 통(101)의 내벽에 달라붙은 유기성 폐기물 미립자를 긁어내는 역할을 하는 회전체(40);와,
상기 건조기본체(10)의 내측 저부에 형성된 다수의 홈(501)으로 다수의 프로펠러(502)를 설치하고, 상기 다수의 프로펠러(502) 각각을 프로펠러 회전모터(503)에 연결하여, 탈수과정을 마치고 건조기본체(10)로 공급된 유기성 폐기물을 고속의 프로펠러(502) 회전을 이용하여 분쇄와 동시에 상부로 분사시켜 주는 공중부양부(50);와,
건조 처리과정 중에 발생한 상기 건조기본체(10) 내의 수증기를 외부로 배출하기 위하여 건조기본체(10)의 상부에 설치하는 수증기포집부(60);와,
상기 건조기본체(10) 내에서 건조처리된 유기성 폐기물을 외부로 배출하기 위하여 상기 건조기본체(10) 저부 일측에 형성되는 배출부(70);와,
상기 배출부(70)의 길이방향으로 설치되되, 일측단이 배출스크류 회전모터(801)와 연결되어 회전을 통해 유기성 폐기물의 배출량과 배출속도를 조절하는 배출스크류(80);와,
상기 배출스크류(80)를 통해 배출되는 건조처리된 유기성 폐기물을 이송하기 위한 반출컨베이어(90);를 포함하여 이루어진다.
밀폐형 펌핑장치를 통해 상기 건조기 본체(10)로 공급되는 유기성 폐기물은 사전 탈수과정을 거쳐 수분 함량이 70~80%로 조정된 것이기는 하나, 사전 탈수과정을 거치지 않은 유기성 폐기물을 공급하여 건조과정을 수행할 수도 있다.
그리고 이와 같이 밀폐형 펌핑장치를 통해 건조기 본체(10)로 공급되는 유기성 폐기물은 150~200℃의 온도조건에서 연속적인 건조과정을 거치게 된다.
함수율이 높은 유기성 폐기물, 특히 음식물 쓰레기는 사료화, 퇴비화, 중간원료 및 에너지화 등으로 재활용하기 위해서는 건조기술이 필수적이라 할 수 있다.
일반적으로 건조는 피건조물에 열을 가하여 수분을 제거하는 단위조작으로서 직접건조방식과 간접건조방식이 있다. 함수율이 높은 유기성폐기물의 건조는 간접가열 방식의 디스크건조기, 패들건조기 및 스크류건조기 등이 널리 이용되고 있다.
그러나 직접가열 건조인 경우에는 비표면적의 확대를 위해 슬러지 덩어리를 분쇄하여 입자화할 수 있는 파쇄장치 등이 필요하다.
건조는 열을 도입하여 수분을 기화 증발시켜 고액분리를 하는 단위조작으로서 크게 대류전열(convection heat transfer), 전도전열(conduction heat transfer), 복사전열(radiation heat transfer) 등을 이용하는 방식으로, 상대적인 의미로 액체 함량을 초기 치로부터 어떤 최종 치까지 줄이는 것을 의미한다.
일반적으로 재료에 함유되어 있는 수분량에 대해서는 습량기준의 함수율(Ww)을 표시할 때가 많다. 그러나 건조시에는 건조로 인해 그 전체량이 변화하므로 건조와는 무관한 무수재료 질량을 기준으로 건량기준 함수율(Wd)을 사용하는 것이 편리하다.
Wd와 Ww와의 사이에는 다음 식과 같은 관계가 있다.
Figure 112014065395973-pat00004

건조특성 곡선은 아래에 나타낸 바와 같이 예열기간, 항율건조기간, 감율건조기간으로 나누어 건조가 진행된다.
예열기간(A단계)은 투입된 피건조물이 습구온도까지 상승하는 구간으로 시간이 비교적 짧고 수분 변화는 적다.
항율건조기간(B단계)에서 유입열량은 모두 수분증발에 사용되며, 주위로부터 전열속도 피건조물 표면으로부터의 증발속도가 조화된 동적 평형에 있기 때문에 이 기간 중이 건조속도는 일정하며, 함수율은 건조시간에 비례하여 감소한다. 항율건조기간에서 감율건조기간으로 이동하는 임계점을 임계함수율(limited moisture content)이라 한다.
또한 감율건조기간(C단계)에는 피건조물의 표면에 마른 곳이 생겨 피건조물의 온도가 상승하기 시작하여 유입열량이 감소하게 되어 이 열량은 수분증발과 재료가열의 현열에 소비되므로 건조속도는 점차 감소하며, 건조조건과 평형을 이루는 한계함수율에 도달하여 건조가 완료된다.
Figure 112014065395973-pat00005

본 발명에 따른 건조기(1)를 통해 최종적으로 배출되는 건조 유기성 폐기물의 수분함량은 9.5~15% 이내이며, 이와 같은 수분함량은 건조시간을 더 늘림으로써 조정이 가능하다.
그러나 건조시간이 길어지면 에너지 소비가 많아지므로 음식물쓰레기가 쉽게 부패하지 않는 수분함량 9.5~15%로 유지하는 것이 경제적이다.
상기 건조기(1) 내의 건조에 필요한 열은 고온 유체로부터 발생하며, 상기 고온유체는 건조기 본체(10)를 구성하고 있는 내부 통(101)과 외부 통(102) 사이에 간격을 두어 형성되는 유체 이동공간에 충진된다.
상기 고온유체는 건조기 본체(10)를 이루는 외부 통(102)의 일측과 관통형성되는 고온유체 투입구(103)를 통해 유입되고, 이와 같이 유입된 고온유체는 순환하여 외부 통(102)의 타측에 관통형성되는 고온유체 배출구(104)를 통해 배출된다.
이와 같은 고온유체의 순환을 통해 건조기 본체(10) 내부로 유기성 폐기물의 건조에 필요한 열을 제공하게 된다.
이때 상기 고온 유체는 보일러 등의 가열수단을 통과하여 순환하도록 구성되어 있어 일정 수준의 온도범위를 유지하도록 구성된다.
상기 건조기 본체(10)로의 유기성 폐기물은 펌프를 통한 유기성 폐기물 투입구(105)를 통해 유입된다. 이때 유기성 폐기물의 투입을 위해 호퍼를 설치할 수도 있으나, 호퍼를 통한 유기성 폐기물의 투입의 경우 찬공기가 유기성 폐기물과 함께 건조 본체(10)로 유입되기 때문에 수증기 증발 효과가 현저히 떨어지는 문제가 발생하게 된다.
따라서 밀폐형의 펌핑 장치를 통해 유기성 폐기물 투입구(105)로 유기성 폐기물을 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 건조기 본체(10) 내부에는 이송스크류(30), 회전체(40), 공중부양부(50), 수증기포집부(60)를 포함하는 복합구성을 통해 유기성 폐기물의 건조가 효과적으로 이루어질 수 있도록 구성된다.
특히 열전도효율을 높이기 위해, 내부 통(101)의 외면으로 다수의 열전달 날개(101a)가 형성되고, 제1실시예의 경우, 열의 외부로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 외부 통(102)의 외면으로 단열부(106)가 부가형성된다.
상기 단열부(106)는 상기 외부 통(102)으로부터 간격을 두어 형성되는 단열커버(106a)와, 상기 외부 통(102)과 단열커버(106a) 사이의 공간을 도 9에 도시된 바와 같이 진공상태를 유지하거나, 또는 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이 단열재(106b)를 충진함으로써, 건조기 본체(10) 또는 고온 유체의 열이 외부로 빠져나가는 것을 최소화한다.
상기 이송스크류(30)는 제1실시예에 따르면, 내부 통(101)의 중심축 하단에 설치되고, 제2실시예에 따르면 내부 통(101)의 중심축에 설치되어 건조기 본체(10)의 상부로부터 공급되는 유기성 폐기물을 교반하면서 점진적으로 앞으로 이동시킨다.
이와 같은 이송스크류(30)의 작동과 더불어 내부 통(101)의 길이방향으로 '
Figure 112014065395973-pat00006
' 형상의 프레임 구조체를 이루는 회전체(40)가 설치되어 내부 통(101)의 내벽에 달라붙은 유기성 폐기물 미립자를 긁어내어 준다.
상기 회전체(40)는 내부 통(101)의 중심축에 설치되는 것으로서, 제1실시예의 경우 상기 회전체(40)는 중심축 하단에 설치되어 있는 이송스크류(30)에 의해 회전각도에 제한을 받는다.
즉 제1실시예에 따른 회전체(40)는 내부 통(101)을 왕복 회전운동하되, 이때 회전은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 이송스크류(30)의 축에 걸리기 때문에 240°의 각도 범위 내에서 회전하게 된다.
즉, 도 4에서 A지점에 있던 회전체는 도 5의 B 지점을 지나, 도 6의 C지점까지 이동한 후, 다시 도 4의 A지점까지 돌아오기를 반복하는 왕복운동을 하게 되며, 이와 같은 왕복운동 중에 건조기 본체(10)의 내벽에 붙어 있는 유기성 폐기물을 긁어 제거하게 된다.
이때 회전제어는 통상의 회전 센서를 이용하는 방법, 서보모터를 사용하는 방법, 래크와 피니언 및 실린더를 사용하는 방법 등의 공지의 방법을 이용할 수 있다.
제2실시예의 경우 상기 회전체(40)는 이송스크류(30)와 동축을 이루기 때문에 회전각도에 제한을 받지 않아, 내부 통(101)을 360°회전하면서 유기성 폐기물을 긁어 제거하게 된다.
유기성 폐기물이 내벽에 붙어 있는 경우에는 열전달에 영향을 주어 고온유체의 열이 건조기 본체(10)로 제대로 전달되지 않아 건조기능이 떨어질 수 있으므로, 상기 회전체(40)를 이용하여 주기적으로 건조기 본체(10) 내부 벽면에 붙은 유기성 폐기물을 긁어 없애준다.
상기 건조기 내부 통(101) 벽면에 닿아 유기성 폐기물을 긁어 없애주는 상기 회전체(40)의 접촉부는 다양한 형태로 제작할 수 있으나, 예시적 형태로서 도 10에 도시된 바와 같이 '┏┓'의 측단면 형상으로 제작되어 내부 통(101) 벽면과의 접촉 구간은 최대한 넓게 하되, 접촉면은 최소화하여 마찰을 최소화하면서도 넓은 범위에서 유기성 폐기물을 긁어낼 수 있도록 한다.
상기 이송스크류(30)와 회전체(40)의 일측단은 이송스크류 회전모터(301)와 회전체 회전모터(401)에 각각 체결되어 회전동력을 공급받는다.
그리고 건조기 본체(10)의 하부에는 공중부양부(50)가 설치되어 있어 공중부양부(50)를 구성하는 프로펠러의 회전력에 의해 유기성 폐기물을 분쇄하여 미세입자를 만들면서 상부로 날려 보내게 된다.
이때 상기 공중부양부(50)는 건조기 본체(10)의 내측 저부에 형성된 다수의 홈(501)에 다수의 프로펠러(502)가 설치되고, 상기 다수의 프로펠러(502) 각각은 다시 프로펠러 회전모터(503)에 연결되어 형성된다.
따라서, 상기 이송스크류(30)에 의해 건조기 본체(10) 내의 유기성 폐기물을 교반하면서 앞쪽으로 이동하고, 공중부양부(50)의 프로펠러(52)로부터 공급되는 회전력에 의해 유기성 폐기물을 미세한 입자로 만들어 건조기 내부 통(101)의 상부로 날림으로써 고온유체로부터 공급되는 열과의 접촉을 극대화시키고, 또한 입자 간의 충돌 등에 의해 단시간 내에 빠른 건조가 이루어진다.
이와 같이 상기 내투 통(101)에서의 건조효율을 향상시키기 위하여, 이송스크류(30), 회전체(40), 공중부양부(50), 수증기포집부(60)가 상호 유기적인 작용을 갖는 복합 구성을 이루어 유기성 폐기물의 미세 입자화, 열 접촉면의 상승이라는 복합요인에 의해 수분 증발이 가속화됨으로써 단시간에 건조를 이루게 된다. 이와 같이 건조과정이 급속도로 진전되어 수분 증발 속도의 가속화가 이루어지게 되어 종래 건조방식에 비해 100배 이상의 증발효과를 갖게 된다.
상기 건조기 내부 통(101) 내의 건조과정 중에 수증기는 지속적으로 발생하고, 이와 같이 발생한 수증기는 건조기 내부 통(101)의 상부에 설치되어 있는 수증기포집부(60)에 포집되고, 이와 같이 포집된 수증기는 상기 수증기포집부(60)의 일측에 형성되어 있는 수증기 방출배관(603a)을 통해 외부로 배출하게 된다.
이때 상기 수증기포집부(60)는 건조기 내부 통(101)과 관통결합되어 다수의 수직 관이 형성되되, 상기 수직관의 상부에서 90°로 꺾인 수평관이 형성되어 T형관을 이루는 제1수증기배출관(601)과,
상기 제1수증기배출관(601)의 수직 관 상단에 결합 형성되어 유압실린더의 상·하 운동을 통해 제1수증기배출관(601)을 막고 있는 유기성 폐기물 입자를 건조기 내부 통(101) 내부로 밀어 뚫어주는 막힘방지 실린더(602)와,
상기 제1수증기배출관(601)의 수평 관과 관통결합하여 상기 제1수증기배출관(601)을 통해 유입되는 수증기를 필터처리 후, 수증기 방출배관(603a)을 통해 대기중으로 배출하는 제2수증기배출관(603)을 포함하여 이루어진다.
건조기 내부 통(101) 하부에는 공중부양부(50)가 설치되어 있어 고속으로 회전하는 프로펠러(502)의 회전력에 의해 유기성 폐기물을 미세화시켜 상부로 날려 보내기 때문에 미세화된 유기성 폐기물 입자는 수증기와 함께 상승하여 상기 제1수증기배출관(601)으로 유입되어 순간적으로 관을 막히게 한다.
따라서 상기 제1수증기배출관(601)을 주기적으로 뚫어주지 않게 되면 건조기 내부 통(101) 내의 수증기가 적절하게 배출되지 않아 건조기 내의 내부압력 상승으로 인한 폭발 위험과, 수증기가 원활하게 증발되지 않아 건조가 제대로 이루어지지 않으며, 수증기 내에 포함되어 있던 악취가 제대로 제거되지 않는 문제를 일으키게 된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 상기 제1수증기배출관(601)에는 막힘방지 실린더(602)가 설치되어 있다.
도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 막힘방지 실린더(602)는 유압방식 또는 공압방식에 의해 상기 제1수증기배출관(601) 내부를 상·하운동하게 되며, 이와 같은 운동을 통해 제1수증기배출관(601) 내부를 막고 있던 유기성 폐기물 미세입자를 건조기 내부 통(101) 내의 하부로 밀어내어 관이 막힌 상태를 뚫어주게 된다.
즉, 상기 막힘방지 실린더(602)는 도 7에 도시된 D 지점으로부터 도 8에 도시된 E 지점까지 상·하운동을 하면서 유기성 폐기물에 의해 막힌 제1수증기배출관(601) 내부를 뚫어주게 된다.
상기 수증기포집부(60)에 포집되어 있는 수증기에는 악취물질이 포함되어 있으며, 상기 수증기에 포함되어 있는 악취물질을 제거하지 않은 채 그대로 대기중으로 방출하게 될 경우, 대기오염 및 악취로 인한 민원 발생의 원인을 제공하게 된다.
악취물질은 흡착에 의한 제거 방법이 가장 널리 사용되고 있으며, 액상이나 기상으로부터 용질이나 기체 분자가 물리적 또는 화학적 결합력에 의해 고체 표면에 축적되는 현상을 흡착이라 하고, 고체, 액체 내부에 침투하여 용액을 형성하는 현상을 흡수라 한다. 또한 이들 두 가지 현상이 동시에 일어나는 경우를 수착이라 칭한다.
흡착제로 사용되고 있는 물질의 일반적인 특성은 다공성으로 내부 표면적이 매우 크고, 흡착성이 높은 고체라는 점이다. 흔히 사용하고 있는 흡착제로는 활성탄, 폐타이어, 폐가죽, 농업부산물, 목질, 제올라이트, 토탄 등이 있다. 흡착은 통상 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류할 수 있다. 상기 물리적 흡착은 주로 Van der Waals력에 기인하여 가역적으로 일어나며, 용질과 흡착제 사이에서 분자의 인력이 용질과 용매 사이의 인력보다 클 때 용질은 흡착제 표면에 달라붙게 된다. 상기 화학적 흡착은 고체와 흡착된 용질 사이에 발생하며 그 반응은 보통 비가역적이다.
본 발명에서는 수증기포집부(60)에 포집된 수증기로부터 악취를 제거하기 위하여, 상기 수증기포집부(60)와 수증기 방출배관(603a)이 연결되는 지점에 악취제거 필터를 설치한다.
상기 악취제거 필터에는 악취제거제가 도포처리되어, 수증기에 포함되어 있는 악취물질을 제거하고, 악취제거된 수증기를 대기중으로 방출하게 된다.
상기 악취제거제는 입자크기가 330~710㎛이며, 800℃에서 1시간 동안 열처리한 굴껍질 분말 10~50wt%와,
질석 1~20wt%와,
황산제일철(FeSO4·7H2O), 황산철암모늄((NH4)2SO4·FeSO4·6H2O), 석회, 과인산석회, 묽은염산, 묽은황산 중 선택되는 어느 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합으로 조성된 중화제 40~80wt%와,
감잎추출물, 라벤더추출물, 레몬추출물, 자스민 추출물 중 선택되는 어느 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합으로 조성된 천연식물추출물 2~15wt%와,
아로마 방향제의 마스킹제 0.1~5wt%의 혼합으로 조성된다.
굴껍질에는 CaCO3과 단백질성분인 Conchiolin이 주성분으로 이루어져 있으며, Conchiolin에는 Arginine, Histidine, Lysine, Glycine, Triptophane, Tyrosine, Cystine, Methionine등의 아미노산이 함유되어 있다.
굴껍질의 이물질을 제거한 후 Ball Mill에 넣어 미세 분말을 제조한다.
미세 분말의 입자크기는 330~710㎛이며, 800℃에서 1시간 강열시켜 열처리 시료로서 사용한다.
상기 굴껍질을 열처리하는 이유는 악취 제거에 더욱 효과적이기 때문이며, 상기 미세 분말의 입자의 크기가 작을수록 NH4 +-N제거율이 높아진다. 따라서 상기 미세 분말의 입자크기가 710㎛를 초과하게 되면 상기의 NH4 +-N제거율이 떨어질 수 있기 때문에 상기 미세 분말의 입자크기 330~710㎛의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
점토광물의 이온교환반응에서 흔히 나타나는 양이온은 Ca2 +, Mg2 +, H+, K+, NH4+, Na+ 등이 있으며, 음이온교환반응에서 우세한 음이온을 말하기는 어렵지만 SO2-4, Cl-, NO3 -등이 있다. 반응에 참여한 양이온의 양을 양이온 교환용량(cation exchange capacity: CEC)이라 하고, 교환반응에 음이온이 참여하였다면 그 음이온의 양을 음이온교환용량(anion exchange capacity:ACE)이라 한다.
점토광물의 악취성분 제거의 주된 요인은 이온교환에 있다. 이는 악취성분의 흡착돠는 개념이 다른 것이다. 기존에 널리 사용되고 있는 흡착에 의한 악취 제거방법은 흡착제와 악취 성분 간의 분자교환에 의해 악취가 제거된다. 양이온교환용량은 질석이 일라이트보다 약 5배 정도 높다.
질석은 천연상태에서 운모와 비슷한 외관을 지닌 편상 함수 망강철-알미늄-규산염 광물에 대한 총칭적인 이름으로, 가열하면 팽창되는 성질을 이용해 산업적으로 여러 분야에 쓰인다. 900~1,000℃로 가열하면 층 사이에 있던 수분이 증기로 변하며 격자층이 부풀어 오르거나 벌레 모양으로 분리된다. 부피는 8~20배 증가하나 개별 편들은 최대 30배까지도 늘어날 수 있다. 팽창시킬 경우 저밀도에 최적의 절연 성질을 지니며 흡수력과 이온교환능력도 좋다. 또한 화학적으로는 독성이 없으며 안정되어 있다.
상기 건조기 내부 통(101) 내에서 건조과정을 마친 유기성 폐기물은 상기 건조기본체(10) 저부 일측에 형성되는 배출부(70)를 통해 외부로 배출하게 된다.
상기 배출부(70)에는 길이방향으로 설치되되, 일측단이 배출스크류 회전모터(801)와 연결되어 회전을 통해 유기성 폐기물의 배출량과 배출속도를 조절하는 배출스크류(80)가 설치되어 있어, 상기 건조기 본체(10)로부터 건조된 유기성 폐기물을 속도 및 배출량을 조절하면서 하부에 설치되어 있는 반출컨베이어(90)로 공급하게 된다.
상기 배출스크류(80)는 지면에 대해 45~60°로 기울어 경사를 이룸으로써, 일정량의 건조된 유기성 폐기물이 원활하게 배출될 수 있도록 한다.
상기 반출컨베이어(90)는 이송 컨베이어로서, 건조기에서 건조된 음식물쓰레기를 이동 차량에 공급하는 반출 장치이다.
상기 반출컨베이어(90) 내의 스크류 처리속도에 따라 속도조절이 가능한 것으로서, 타입은 스크류 컨베이어이며 처리량은 시간당 3톤이다. 이때 상기 스크류를 2중 구조의 더블 스크류로 사용하게 되면 10톤 이상의 반출도 가능하다.
본 발명에 따른 건조효율을 향상시킨 건조기는 유기성 폐기물의 펌핑장치 공급과 유기성 폐기물의 교반 이송과, 내부 통(101) 내에서 미세입자화한 것을 부상 시켜 유기성 폐기물의 열 접촉면을 극대화하여 건조과정을 수행함과 수증기 배출을 효과적으로 수행함으로써, 최소한의 열량으로 단시간 내에 최대의 건조효율을 얻을 수 있어 산업상 이용가능성이 크다.
10 : 건조기 본체 20 : 고온 유체
30 : 이송스크류 40 : 회전체
50 : 공중부양부 60 : 수증기포집부
70 : 배출부 80 : 배출스크류
90 : 반출컨베이어 101: 내부 통
101a : 열전달 날개 102: 외부 통
103: 고온유체 투입구 104: 고온유체 배출구
105: 유기성 폐기물 투입구 106: 단열부
106a: 단열커버 106b: 단열재
301: 이송스크류 회전모터 401: 회전체 회전모터
501: 홈 502: 프로펠러
503: 프로펠러 회전모터 601: 제1수증기배출관
602: 막힘방지실린더 603: 제2수증기배출관
603a: 수증기 방출배관 801: 배출스크류 회전모터

Claims (6)

  1. 내부 통(101)과 외부 통(102)이 일체를 이루어 이중 통 구조를 이루되, 상기 내부 통(101)과 외부 통(102) 사이에 간격을 두어 유체 이동공간이 형성되고, 상기 외부 통(102)의 일측으로 관통형성되는 고온유체 투입구(103)와, 상기 외부 통(102)의 타측으로 관통형성되는 고온유체 배출구(104)가 형성되며, 건조기 내부로 유기성 폐기물을 투입하기 위해 상기 내부 통(101)에 관통 형성되는 유기성 폐기물 투입구(105)와, 상기 외부통(102)을 감싸는 단열부(106)를 포함하는 건조기 본체(10);와,
    상기 건조기 본체(10)의 유체 이동공간에 충진되는 고온 유체(20);와,
    상기 내부 통(101)의 중심축 하단에 형성되고 일측단은 이송스크류 회전모터(301)와 연결되는 이송스크류(30);와,
    상기 내부 통(101)의 중심축에 설치되되, 내부 통(101)의 길이방향으로 '
    Figure 112014065395973-pat00007
    ' 형상의 프레임 구조체를 이루어 일정 각도범위 내에서 왕복운동을 하면서 내부 통(101)의 내벽에 달라붙은 유기성 폐기물 미립자를 긁어내는 역할을 하는 회전체(40);와,
    상기 건조기본체(10)의 내측 저부에 형성된 다수의 홈(501)으로 다수의 프로펠러(502)를 설치하고, 상기 다수의 프로펠러(502) 각각을 프로펠러 회전모터(503)에 연결하여, 탈수과정을 마치고 건조기본체(10)로 공급된 유기성 폐기물을 프로펠러(502)로부터 발생한 회전력에 의해 분쇄와 동시에 공중에 부상시키는 공중부양부(50);와,
    건조 처리과정 중에 발생한 상기 건조기본체(10) 내의 수증기를 외부로 배출하기 위하여 건조기본체(10)의 상부에 설치하는 수증기포집부(60);와,
    상기 건조기본체(10) 내에서 건조처리된 유기성 폐기물을 외부로 배출하기 위하여 상기 건조기본체(10) 저부 일측에 형성되는 배출부(70);와,
    상기 배출부(70)의 길이방향으로 설치되되, 일측단이 배출스크류 회전모터(801)와 연결되어 회전을 통해 유기성 폐기물의 배출량과 배출속도를 조절하는 배출스크류(80);와,
    상기 배출스크류(80)를 통해 배출되는 건조처리된 유기성 폐기물을 이송하기 위한 반출컨베이어(90);를 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 건조효율을 향상시킨 건조기.
  2. 내부 통(101)과 외부 통(102)이 일체를 이루어 이중 통 구조를 이루되, 상기 내부 통(101)과 외부 통(102) 사이에 간격을 두어 유체 이동공간이 형성되고, 상기 외부 통(102)의 일측으로 관통형성되는 고온유체 투입구(103)와, 상기 외부 통(102)의 타측으로 관통형성되는 고온유체 배출구(104)가 형성되며, 건조기 내부로 유기성 폐기물을 투입하기 위해 상기 내부 통(101)에 관통 형성되는 유기성 폐기물 투입구(105)를 포함하는 건조기 본체(10);와,
    상기 건조기 본체(10)의 유체 이동공간에 충진되는 고온 유체(20);와,
    상기 건조기 본체(10)의 내부 중심축에 형성되되, 일측단이 이송스크류 회전모터(301)와 연결되어 있는 이송스크류(30);와,
    상기 이송스크류(30)와 동축에 설치되되, 내부 통(101)의 길이방향으로 '
    Figure 112014065395973-pat00008
    ' 형상의 프레임 구조체를 이루어 내부 통(101)을 360°회전하면서 내부 통(101)의 내벽에 달라붙은 유기성 폐기물 미립자를 긁어내는 역할을 하는 회전체(40);와,
    상기 건조기본체(10)의 내측 저부에 형성된 다수의 홈(501)으로 다수의 프로펠러(502)를 설치하고, 상기 다수의 프로펠러(502) 각각을 프로펠러 회전모터(503)에 연결하여, 탈수과정을 마치고 건조기본체(10)로 공급된 유기성 폐기물을 고속의 프로펠러(502) 회전을 이용하여 분쇄와 동시에 상부로 분사시켜 주는 공중부양부(50);와,
    건조 처리과정 중에 발생한 상기 건조기본체(10) 내의 수증기를 외부로 배출하기 위하여 건조기본체(10)의 상부에 설치하는 수증기포집부(60);와,
    상기 건조기본체(10) 내에서 건조처리된 유기성 폐기물을 외부로 배출하기 위하여 상기 건조기본체(10) 저부 일측에 형성되는 배출부(70);와,
    상기 배출부(70)의 길이방향으로 설치되되, 일측단이 배출스크류 회전모터(801)와 연결되어 회전을 통해 유기성 폐기물의 배출량과 배출속도를 조절하는 배출스크류(80);와,
    상기 배출스크류(80)를 통해 배출되는 건조처리된 유기성 폐기물을 이송하기 위한 반출컨베이어(90);를 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 건조효율을 향상시킨 건조기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    내부 통(101)은 외면으로 다수의 열전달 날개(101a)가 형성되는 것임을 특징으로 하는 건조효율을 향상시킨 건조기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    외부 통(102)의 외면으로 단열부(106)가 부가형성되되,
    상기 단열부(106)는 상기 외부 통(102)으로부터 간격을 두어 형성되는 단열커버(106a)와, 상기 외부 통(102)과 단열커버(106a) 사이의 공간을 진공상태를 유지하거나, 또는 단열재(106b)를 충진하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 건조효율을 향상시킨 건조기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    수증기포집부(60)는 건조기 본체(10)와 관통결합되어 다수의 수직 관이 형성되되, 상기 수직관의 상부에서 90°로 꺾인 수평관이 형성되어 T형관을 이루는 제1수증기배출관(601)과,
    상기 제1수증기배출관(601)의 수직 관 상단에 결합 형성되어 유압실린더의 상·하 운동을 통해 제1수증기배출관(601)을 막고 있는 유기성 폐기물 입자를 건조기 본체(10) 내부로 밀어 뚫어주는 막힘방지 실린더(602)와,
    상기 제1수증기배출관(601)의 수평 관과 관통결합하여 상기 제1수증기배출관(601)을 통해 유입되는 수증기를 필터처리 후, 수증기 배출관(603a)을 통해 대기중으로 배출하는 제2수증기배출관(603)을 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 건조효율을 향상시킨 건조기.
  6. 유기성 폐기물의 사전 탈수단계와,
    탈수 후 수분함량이 70~80%인 유기성 폐기물을 펌핑장치를 통해 청구항 1 또는 청구항 2에 제시된 건조기 내부로 투입하는 단계와,
    건조기 내부 온도를 150~200℃로 유지한 상태에서 연속적으로 건조과정을 수행하되, 건조기 내에 설치되는 공중부양부(50)의 프로펠러 회전력에 의한 유기성 폐기물의 미세 입자화와, 미세 입자들의 열접촉을 통한 건조가 이루어지고, 이와 같이 건조된 유기성 폐기물을 이송스크류(30)의 회전을 통해 배출구로 이송하는 건조단계와,
    상기 건조단계를 마친 유기성 폐기물을 배출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 유기성 폐기물 건조방법.
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