KR101780983B1 - 건조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대량의 건조처리능력을 필요로 하는 철강, 화공, 농업분야에서 또는 가정이나 축사 등에서 발생하는 예를 들면 슬러지와 같은 고함수율 재료를 처리하기 위한 건조장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 예를 들면 하수슬러지, 산업폐수슬러지 등과 같은 고함수율 재료를 단시간에 대량으로 건조하여 처리할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 건조장치에 관한 것으로, 전단에 투입구(13)와 후단에 배출구(14)를 가지는 건조실(10), 상기 건조실(10) 내에 종방향으로 설치된 메인스크루(11), 상기 건조실(10)로 건조열풍을 공급하는 건조열풍공급부(20)를 포함하는 건조장치에 있어서, 상기 메인스크루(11) 스크루핀의 일부 또는 전부는 날개단(11a)과 공동부(11b)가 반복적으로 형성된 분절형이며, 날개부의 피치간격이 전단에서 후단으로 갈수록 좁아지는 부등피치형인 것을 특징으로 하는 건조장치에 관한 것이다.

Description

건조장치{Drying Equipment}

본 발명은 대량의 건조처리능력을 필요로 하는 철강, 화공, 농업분야에서 또는 가정이나 축사 등에서 발생하는 예를 들면 슬러지와 같은 고함수율 재료를 처리하기 위한 건조장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 예를 들면 하수슬러지, 산업폐수슬러지 등과 같은 고함수율 재료를 단시간에 대량으로 건조하여 처리할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 건조장치에 관한 것이다.

하수처리장, 식품공장과 섬유 및 제지공장 등의 각종 산업현장, 축산 농가에서 발생된 폐수를 후처리한 후 잔류물이나 분뇨 등의 유, 무기성 슬러지는 함수율이 약 75~95% 정도에 이른다. 이렇게 함수율이 높은 슬러지를 그대로 매립할 경우에는 체적이 커서 운송비용이 증대되고 매립 용적 또한 많이 차지하게 될 뿐만 아니라, 대량으로 발생되는 침출수에 의해 토질 및 지하수 오염은 물론 환경공해를 유발하게 된다. 따라서 대부분의 슬러지는 일정 함수율 이하로 탈수 또는 건조시킨 후 소각, 재활용, 지중 매립, 해양투기 등의 방법으로 처리한다.

슬러지는 함유된 수분을 대략 30~10% 이하로 탈수, 건조시키면 연소가 가능하여 에너지 자원으로 재활용 가치가 충분하고, 또한 매립물로서의 기준치에 적합하여 매립처리도 가능하기 때문에 그동안 다양한 건조장치가 개발되어 왔다.

이러한 슬러지 처리과정에서 가장 핵심적이면서 필수적인 것이 건조공정인데, 건조설비의 성능이 설비비와 운영비에 절대적인 영향을 미치게 되므로 매우 효율적이며 콤팩트화된 건조장치가 강하게 요구되고 있다.

한편, 슬러지처럼 고함수율, 고점도는 아니지만 덩어리 형태로 존재하여 덩어리 내부의 수분이나 용매 등을 얼마나 효과적으로 제거하느냐가 주요관건인 석탄, 철강재료, 농수산물 등의 효율적 건조를 위한 건조장치의 개발 역시 요구되고 있는 것이 현실이다.

열에 의한 건조 방법은 크게 열풍건조방식과 열전도건조방식 및 마이크로파가열방식으로 구분할 수 있다.

열풍 건조방식은 열풍의 가열방식에 따라 직접가열과 간접가열 방식이 있는데, 직접가열 방식은 LNG, LPG, 중유, 경유 등의 연소가스 즉, 고온의 건조가스를 건조에 필요한 만큼의 온도로 만들기 위해 외기와 혼합한 고온의 건조열풍을 직접 건조공간 내부로 주입하는 방식이고, 간접가열 방식은 연소가스를 직접 주입하지 않고 라디에이터를 갖춘 열풍 발생기나 열원과 별도의 열교환을 통해 생성된 열풍(건조가스)을 건조공간 내부로 주입하는 것이다.

열전도건조방식은 열풍 또는 열매체가 건조대상물과 직접 접촉되는 대신에 열전달을 위한 열매챔버의 금속판 등을 사이에 두고 접촉함으로써 표면에서의 열전도에 의해 건조대상물을 건조시키는 방법이다.

파장건조기의 대표적인 마이크로파가열방식은 독립적으로 또는 다른 건조방식과 복합적으로 적용되는 것으로서, 건조장치에 마그네트론을 장착하여 이의 작동에 의해 피건조물 내부의 수분을 활성화(가열)하여 증발되도록 하는 방식이다.

공개특허공보 제2002-0005917호(다단식 스크류 건조기)는, 스크류가 설치된 다수의 건조용 원통을 인접하게 나란히 배치하고, 최상단의 건조용 원통에 주입된 건조대상물은 상부에서 하부로 연속적으로 이송되어 최하단의 건조용 원통을 통해 배출되고, 최하단의 건조용 원통으로 주입된 열풍은 하부에서 상부로 연속적으로 이송되도록 최상단의 건조용 원통을 통해 배기되는, 즉 건조열풍의 흐름과 물질전달 방향이 향류(Counter Flow)가 열풍건조방식의 슬러지 건조장치를 제안하고 있다.

등록특허 제10-0407828호의 "적외선과 고주파를 이용한 수분건조방법"은, 직사각형으로 된 건조실에 벨트컨베이어를 설치하고, 벨트컨베이어의 상부에 고주파장치의 양극판과 음극판을 설치하여 건조재료에 파장을 가하도록 하며, 가열에 의해 발생된 증기를 배출시키는 환풍기를 건조용기에 설치하고, 배출구측에 적외선을 조사하여 건조재료가 통과하면서 적외선이 조사되는 건조실을 설치하여 건조가 이루어지는, 마이크로파가열방식에 의한 슬러지 건조방법을 제안하고 있다.

등록특허 제10-0534084호(슬러지 복합건조 장치)는, 투입되는 하ㆍ폐수 슬러지(수분함량 70∼85%W.B.)는 상부의 2중 원통으로 구성된 자켓형건조기에서 배기가스를 재가열한 간접열에 의해 1차 건조(수분함량 40∼60%W.B.)되며, 중간 건조된 슬러지 덩어리는 파쇄기에 의해 작은 알갱이로 파쇄되어져 하부의 건조열풍 유동식 건조기로 공급되고 이때 나선상 띠형 스크류에 부상날개가 부착된 스크류부상기가 고속 회전하면서 연속적으로 슬러지 입자는 유동현상에 의해 입자크기가 미세하게 부서지면서 부양되어 고온 연소열풍에 의해 2차 건조(수분함량 8∼10%W.B.)되는, 열전도방식과 열풍건조방식을 복합적으로 적용한 건조장치를 제시하고 있다.

등록특허 제10-0684259호(피건조물의 내부 성층화가 방지되는 연속식 스크류건조기)는, 피건조물이 건조되는 내부공간의 하부영역을 다수의 이송건조부로 구획하는 중앙돌출부와 투입구 및 건조된 피건조물을 배출구가 각각 설치된 건조실, 상기 건조실의 이송건조부마다 설치된 교반·이송용 스크류, 건조실로의 열 공급에 의해 피건조물의 건조가 이루어질 수 있도록 최소한 상기 건조실의 하면 외부를 에워싸는 형태로 설치된 건조열풍공급실 및 교반·이송용 스크류에 의한 피건조물의 교반·이송 시 중앙돌출부 주위에서의 재료 성층화 및 뭉침이 방지되도록 상기 교반·이송용 스크류와 나란한 방향으로 중앙돌출부 주위에 설치된 파쇄수단을 포함하는, 열풍건조방식의 스크류건조기를 제안하고 있다.

한편, 건조기의 건조효율은 크게 열전달 효율과 물질전달 효율로 나누어 볼 수 있다. 피건조물로의 열전달 속도 즉, ① 피건조물이 열전도매체(열풍 건조방식에서는 고온의 건조가스, 열전도 건조방식에서는 고온의 금속판)와 얼마나 빠르게 열전달이 이루어지는가에 의해 주로 결정된다. 그러므로 ② 건조에서 요구되어지는 온도를 무시하고 단순히 건조측면만 본다면 열전도매체가 얼마나 고온인가 ③ 피건조물이 건조열원과 잘 접촉할 수 있도록 쪼개고 뒤집어 건조열원과 접촉할 수 있는 비표면적이 얼마나 큰가 ④ 건조과정에서 증발된 수분을 함유하는 배기를 얼마나 빨리 배출하고, 배출공기중의 잔열을 회수하여 효율적으로 재활용할 수 있는가 등이 열효율과 건조속도에 직접적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 건조기의 규모를 줄일 수 있는 엔지니어링의 기초가 되기도 한다. 그러나 특히나 점착성 피건조물의 경우는 기계적인 교반 및 파쇄에 상당한 제한이 있어 위의 요건들을 충족하기 쉽지 않은 것이 현실이다.

종래기술에 의한 고함습 슬러지 건조처리에서는 슬러지가 적층된 상태에서 건조되므로 슬러지의 처리량이 제한되며, 처리효율이 낮고 유지비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 특히 스크류 방식을 적용하는 슬러지 건조장치는 스크류를 통해 슬러지의 분쇄와 이송을 목적으로 하고 있으나, 이송되는 슬러지의 표면은 건조되지만 내측의 슬러지는 건조되지 않고 점착성인 슬러지가 스크류블레이드와 축에 달라붙는 현상이 발생하여 실질적으로 분쇄 작용은 거의 기대할 수 없고, 결국 스크류에 과부하가 걸리는 문제점이 있다.

이에 따라 본 발명자는 건조처리실 내에 상하 한 쌍씩 총 4개의 스크루를 포함하는 난류접촉식 건조장치를 개발하여 출원번호 10-2012-0002421로 출원하여 등록받은 바 있다. 그러나 이에 의하면 슬러지가 반복적으로 파쇄되면서 대량의 고함수 폐기물(슬러지)를 빠른 시간 내에 건조시킬 수 있게 되었지만, 장치가 복잡하여 유지보수에 어려움이 있다.

또한 종래기술에 의하면 특히 점도가 있는 고함습 피건조물인 경우 투입구가 있는 건조실의 전단에 점성 피건조물이 쌓이면서 이송과 교반 자체가 이루어지지 않는 정체/적체현상이 종종 발생하였다. 정체/적체현상이 발생하면 작업자가 투입구를 열고 피건조물의 일부를 꺼내거나, 삽 같은 도구로 하류 쪽으로 피건조물을 밀어주어야 하는데, 이 작업은 시간이 소요될 뿐 아니라 매우 위험하기까지 하다.

또한 종래기술에 의하면, 건조실 하부에서 열풍이 공급되더라도 그 효과가 적층된 피건조물의 상부까지 전달되지 않아 교반과 건조가 불균일하게 되는 사례가 많다.

공개특허공보 제2002-0005917호 등록특허 제10-0407828호 등록특허 제10-0534084호 등록특허 제10-0684259호 공개특허 제10-2013-0081441호

본 발명은 열풍건조방식의 스크루식 슬러지 건조장치이면서도 함수율이 높은 상태의 초기 슬러지를 효과적으로 하류로 이송하면서 분쇄하며, 건조열가스와의 접촉효율을 증가시켜 건조효율을 개선시킨 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 전단력과 이송력이 우수하고 점착성인 슬러지의 달라붙음이 방지되는 구조를 가진 스크루 세트가 적용된 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 건조공간에서 열풍건조와 열전도건조가 동시에 일어나도록 함으로써 건조효율을 개선시킨 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전단에 투입구와 후단에 배출구를 가지는 건조실, 상기 건조실 내에 종방향으로 설치된 스크루, 상기 건조실로 건조열풍을 공급하는 건조열풍공급부를 포함하는 건조장치에 있어서, 상기 스크루 날개부의 일부 또는 전부는 날개단과 공동부가 반복적으로 형성된 분절형이며, 날개부의 피치간격이 전단에서 후단으로 갈수록 좁아지는 부등피치형인, 건조장치인 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에 의하면 분절형이면서 피치간격이 변하는 부등피치형인 스크루에 의해 피건조물이 건조실 전단에 정체/적층되지 않고 빠르게 이동됨과 동시에 반복적으로 파쇄되면서 그 사이로 건조열이 쉽게 전달되어 수분의 증발이 효과적으로 일어나기 때문에 대량의 고함수 폐기물(슬러지)를 빠른 시간 내에 건조시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면 피건조물이 스크루에 달라붙거나 뭉치지 않고 파쇄·교반되면서 효과적으로 열에너지가 피건조물로 전달되어 수분이 증발함과 동시에 피건조물이 이송된다. 즉, 본 발명에 의한 건조장치는 피건조물의 파쇄·교반·이송 효과가 우수한 장점이 있다.

도 1은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 건조장치 및 부대장치를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 의한 건조장치에 적용되는 분절형-부등피치형 메인스크류의 예시적 정면도 및 측면도.
도 3은 오버러닝스크루가 장착된 본 발명에 의한 건조장치의 예시적 종단면도.
도 4a는 본 발명에 의한 건조장치 일예의 횡방향 수직단면도이고, 도 4b는 본 발명에 의한 건조장치에서 건조실의 바닥을 형성하는 부품에 패드가 조립된 상태를 보여주는 사진.
도 5a는 본 발명에 의한 건조장치에서 간접식으로 건조열풍이 공급되는 예의 횡방향 수직단면도이고, 도 5b 및 5c는 각각 간접식에 적용될 수 있는 열교환기의 예시도.
도 6a, 6b는 각각 본 발명에 의한 건조장치에 상부열풍관이 적용된 예의 횡방향 수직단면도이고, 도 6c는 상부열풍관에 형성된 관통개구의 방향을 보여주는 단면도.
도 7a~7c는 각각 본 발명에 의한 건조시스템의 배치예를 보여주는 예시적 도면.
도 8은 일반적인 건조곡선 그래프.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

또한 이하에서는 주로 슬러지와 같은 고함수율, 고점도의 피건조물을 대상으로 설명할 것이지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 석탄, 철광원료, 곡물 등과 같이 비교적 저함수율이면서도 덩어리 형태인 재료들을 효율적으로 건조하는 데에도 활용될 수 있음은 명백하다.

수분을 갖고 있는 재료(피건조물)를 일정온도, 습도하에 두면 재료의 함수율과 온도는 시간(연속식인 경우 건조거리)에 따라 도 8의 건조곡선과 같이 3단계로 변화한다. 재료전열상승구간(I)에서 피건조물은 열풍에 의해 가열되고 건조기류와 평형을 이루는 온도에 도달한다. 가열기간에 재료표면으로 증발이 일어나므로 함수율은 다소 감소한다. 항률건조구간(II)에서 피건조물의 표면에 액상의 수분이 존재하는 한 기류와 재료의 온도차에 의해 전달되는 열량은 모두 이 수분의 증발열로 사용되므로 재료의 온도는 변화하지 않는다. 반면, 수분이 증발하므로 함수율은 비교적 빠른 일정한 속도로 감소된다. 감률건조구간(III)에서 피건조물 내부의 수분 이동이 표면으로부터의 증발을 따르지 못하면 재료의 온도는 표면부터 차츰 상승한다. 기류와 피건조물의 온도차는 점점 줄어들어 마침내 같은 온도에 도달한다. 또한 열량은 증발 이외에 재료의 가열에 사용되므로 건조속도는 점점 느려지며 기류와 재료가 같은 온도에 도달하게 되면 더 이상 건조가 이루어지지 않는다.

슬러지와 같은 고함수-고점도인 피건조물의 경우 구간 I과 II이 대략 함수율 70% 전후, 구간 II와 III이 대략 함수율 30% 전후에서 구분된다. 효율적인 건조를 위해서는 이러한 경계함수율을 고려한 건조시스템이 요구된다.

본 발명은, 예컨대 도 1에 도시한 것과 같은, 전단에 투입구(13)와 후단에 배출구(14)를 가지는 건조실(10), 상기 건조실(10) 내에 종방향으로 설치된 메인스크루(11), 상기 건조실(10)로 건조열풍을 공급하는 건조열풍공급부(20)를 포함하는 건조장치에 관한 것이다.

건조실(10)은 피건조물이 전방에서 투입되어 파쇄·교반·이송되면서 건조열풍공급부(20)로부터의 건조열풍 또는 고온유체로 피건조물에 함유된 수분을 증발시키는 기능을 하는 일종의 컨테이너이다. 건조실(10)은 내부의 함습공기를 배기하는 배기장치와 연결되어 있다. 이러한 건조장치에서 투입구(13)는 전단 상부에, 배출구(14)는 후단 하부에 있는 것이 일반적이지만 이에 제한되는 것은 아니다.

보다 구체적으로 본 발명은 이러한 건조장치에 있어서, 상기 메인스크루(11) 스크루핀의 일부 또는 전부는 날개단(11a)과 공동부(11b)가 반복적으로 형성된 분절형이며, 날개부의 피치간격이 전단에서 후단으로 갈수록 좁아지는 부등피치형인 건조장치에 관한 것이다. 이러한 분절형-부등피치형 메인스크루(11)의 예를 도 2에 도시하였다.

통상의 스크루는 스크루의 회전에 따라 피건조물을 이송하게 되는데, 피건조물이 점도가 높은 고함수율 상태인 경우 스크루핀에 의해 분쇄 내지 분산되기 어렵고 심지어는 스크루의 중간에서 피건조물이 압축됨으로써 궁극적으로는 스크루의 작동이 불가능하게 되는 상황이 종종 발생한다. 따라서 본 발명에 의한 건조장치에서 상기 메인스크루(11)의 날개부는 날개단(11a)과 공동부(11b)(날개단(11a)과 날개단(11a) 사이의 빈 공간)가 반복된 불연속적인 분절형 스크루(Segmented Blade Screw)이다. 이때 각각의 날개부는 전통적인 스크루 기능(이송기능)을 하면서 동시에 개별적으로 회전칼날의 기능을 하게 된다. 따라서 피건조물은 날개부에 의해 타격을 받으면서 용이하게 파쇄·교반·이송될 뿐만 아니라, 이러한 최적의 전단력과 미끄럼마찰력에 의해 점착성인 슬러지가 날개부에 달라붙는 현상이 방지된다. 도 2에는 날개부 한 피치를 6등분하여 각각 3개의 날개단(11a)과 공동부(11b)를 두었지만, 피치당 날개단(11a)과 공동부(11b)의 개수는 피건조물의 특성과 건조장치의 사양 등에 따라 적절하게 선택할 수 있을 것이다.

또한 일반적인 스크루의 날개부는 균일한 피치로 되어 있다. 이때 피건조물이 점도가 높은 고함수율인 경우 피건조물이 건조실(10)의 전단에 과도하게 축적됨에 반하여 후단에서는 건조에 의해 부피가 대폭 줄어들게 되므로 고른 열전달이 어렵게 된다. 이에 따라 본 발명에서는 전단의 투입구(13)로 투입되는 피건조물이 건조실(10) 내에서 효율적으로 분포되도록 피건조물을 빠르게 후단으로 이송시키기 위해 전단과 후단의 날개부 피치가 다른 부등피치형 스크루(variable pitch screw)를 적용하는 것이다. 이렇게 부등피치를 적용하여 점성으로 인하여 이송에 저항이 많이 걸리는 지점에서는 피치가 크고 재료의 현열온도가 올라감에 따라 피치가 작아져 항률건조구간에서 다량의 수분을 배출할 수 있도록 하는 것이다. 도 2에는 전단(A) 피치가 후단(B) 피치보다 약 1.5배 크게 한 예를 도시하였으나, 예를 들면 날개부의 피치가 전단에서 1m 까지는 300mm, 1~3m까지는 250mm, 3m 이후에는 200mm가 되도록 할 수도 있을 것이다.

한편, 본 발명에 의한 건조장치를 이용하여 점착성이 높은 피건조물을 처리할 경우에 투입구(13)로 투입되는 피건조물이 건조실(10)의 전단에 적층되어 이송과 교반 자체가 이루어지지 않는 정체/적체현상이 발생할 수 있다. 이러한 경우를 대비하여 본 발명에서는 건조실(10) 전단의 투입구(13)와 메인스크루(11) 사이에 종방향으로, 재료전열상승구간에 해당하는 부위에 소형 오버러닝스크루(12)를 추가로 장착하는 것이 바람직하다. 도 3에 오버러닝스크루(12)가 장착된 본 발명에 의한 건조장치의 예시적 종단면도를 도시하였다. 도면에서 메인스크루(11)는 편의에 따라 일반적인 형태로 도시하였다.

예를 들면, 본 발명에 의한 건조장치에서 메인스크루(11)의 상부에 건조실(10) 종단 길이의 1/4~1/6 정도 길이의 작은 오버러닝스크루(12)를 설치하고 상시적으로 또는 투입되는 피건조물이 일정 높이 이상 쌓이면 가동하도록 할 수 있다. 이에 의해 투입되는 피건조물은 1차로 러프하게 덩어리로 분리되면서 일부는 아래로 낙하하고 일부는 하단으로 이송된다. 따라서 피건조물의 분쇄와 고른 분배/이송이 가능하게 되는 것이다. 즉, 오버러닝스크루(12)에 의해 재료전열상승구간에서 열전달과 물질전달이 무난하게 이루어짐으로써 그 이후 후속건조구간 즉, 항률건조구간과 감률건조구간에서 소기의 건조효율을 달성하여 원하는 함수율까지 균일한 건조가 이루어질 뿐만 아니라 열효율이 높아 높은 경제성이 보장된다.

본 발명에 의한 건조장치에서, 건조열풍공급부(20)와 건조실(10) 사이에, 건조실(10)을 보온/가온하면서 건조열풍공급부(20)에서 발생된 건조가스 또는 고열을 건조실(10)로 효과적으로 공급하는 열공급실(30)을 두는 것이 좋다. 열공급실(30)은, 최소한 상기 건조실(10)의 하면 외부를, 바람직하게는 상면을 제외한 측면 및 하면 외부를 감싸는 형태로 설치되며, 상기 건조열풍공급부(20)와 연통되어 상기 건조실(10)로 열을 공급하는 기능을 한다. 이때 건조실(10)과 열공급실(30)이 접하는 격벽에는 건조가스의 이동을 위한 다수의 관통구(31)가 형성되어 있고, 하나 또는 다수 관통구(31)의 건조실(10)측에는 피건조물에 의한 구멍 막힘을 방지하도록 하류방향이 개구된 패드(32)가 설치되어 있다. 도 4a에 열공급실(30)이 있는 건조장치 일예의 횡방향수직단면도를 예시하였고, 도 4b에 본 발명에 의한 건조실(10)의 바닥을 형성하는 부품에 패드(32)가 조립된 상태를 보여주는 사진을 첨부하였다. 사진에서 패드(32)가 형성된 쪽이 건조실(10) 방향이며 사진에는 보이지 않는 관통구(31)가 각 패드(32) 아래에 형성되어 있다. 패드(32)는 도 4a에서처럼 종방향으로 일정 폭으로 크게 다수의 관통구(31)를 덮도록 형성될 수도 있고, 도 4b에서처럼 한두개의 관통구(31)를 덮도록 형성될 수도 있다.

상기 패드(32)로는 예를 들면 금속을 이용하여 각진 "[" 형태로 만든 것이나 완만한 곡면 형태로 만든 것이 모두 사용될 수 있다. 이러한 구성에 의하면 관통구(31)를 통과한 건조열풍이 건조실(10)의 벽면과 패드(32) 사이의 틈새를 통해 건조실(10) 안으로 분출·공급되는데, 패드(32)는 관통구(31)가 피건조물로 막혀버리는 문제를 방지한다.

이러한 관통구(31)와 패드(32) 구조에 의해, 건조열공기는 관통구(31)를 통하여 수직으로 상승하였다가 패드(32)에 의해서 90ㅀ회전하면서 패드(32)의 개구부로 "난류(Swirl)"상으로 분출된다. 이렇게 형성된 난류는 건조실(10) 내부의 메인스크루(11)에 의해 파쇄되고 있는 피건조물로 무작위적으로(균일하게) 퍼져나가게 건조가 더욱 효율적으로 진행되도록 한다

한편, 본 발명에서 상기 건조열풍공급부(20)는 건조장치의 운전조건이나 환경에 따라서 건조열풍을 소위 버너나 폐열을 이용한 '직접식'으로 발생시킬 수도 있고 열교환기(33)를 매개로 한 '간접식'으로 발생시킬 수도 있다.

직접식은, 상기 건조열풍공급부(20)가 고온연소가스(이하 "건조가스"라 함) 또는 고열을 발생시키는 버너 등과 같은 소정의 열풍발생기 및 발생된 건조열공기를 전달하는 송풍기를 포함하고 있어, 열조열풍공급부(20)에 의해 발생된 열풍이 상기 열공급실(30)의 관통구(31)를 통해 직접 건조실(10) 내부로 전달되는 방식이다. 이는 도 4a에 도시된 것과 같은 방식이다.

간접식은, 건조열풍공급부(20)가 열매체(예를 들면, 스팀)발생-순환기를 포함하고 있으며, 열공급실(30)은 내부에 상기 열매체발생-순환기와 연통된 열교환기(33)를 추가로 포함하고 있고, 건조열풍공급부(20)나 열공급실(30)에 송풍기가 설치되어 있어 열매체발생-순환기와 연통된 열교환기(33)를 송풍기에 의해 공기가 통과하면서 고온공기가 되어 건조실(10) 내부로 전달되는 방식이다. 이러한 방식은 예를 들면 도 5a에 도시한 것처럼 열교환기(33)를 열공급실(30) 내부에 설치하고 외부의(또는 순환되는) 공기를 주입하는 송풍기를 연결하여 열교환에 의해 고온으로된 공기가 건조실(10)로 공급되도록 하는 것이다. 이때 열교환기(33)(라디에터)는 도 5b, 5c에 도시한 것처럼 열매체 통과관의 주위로 방열핀을 설치한 형태나 열매체 통과관을 가늘게 분지시켰다가 다시 합하는 형태 등을 선택할 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면 다른 공정에서 발생한 폐 고온가스를 직접 활용할 수도 있고, 각종 연료를 이용한 버너를 이용하여 건조열풍을 생산하여 활용할 수도 있으며, 고온스팀을 이용하여 간접적으로 건조열풍을 생산할 수도 있게 된다. 이렇게 다양한 열공급수단을 상황에 맞추어 선택할 수 있게 되므로 건조장치를 다양한 조건과 환경에서 작동시킬 수 있게 되는 것이다.

한편 본 발명에 의한 건조장치에서, 횡방향 수직단면으로 볼 때 피건조물의 표면 부근 양측면으로는 건조열풍이 충분하게 공급되지 않을 수도 있다. 특히 피건조물이 고점도일 경우에는 더욱 그러하다. 건조효율을 높이기 위해서는 피건조물 전체 부피에 최대한 고르게 건조열풍이 공급/접촉될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에서는, 상기 건조열풍공급부(20)와 직접 또는 간접 연통되어 있고, 후단으로 연장되며 하방을 향해 관통개구되어 있는, 하방으로 향하는 상부열풍관(34)을, 상기 건조실(10)의 상부 메인스크루(11)의 양측 종방향으로 나란히 복수개 추가로 설치할 수 있다. 이때 상부열풍관(34)의 설치 밀도는 전단에서 후단으로 갈수록 낮아지도록 하는 것이 바람직하다. 피건조물의 부피가 급감하는 경우에는 후단 2/3~1/2 범위에는 상부열풍관(34)이 설치되지 않을 수도 있을 것이다. 상부열풍관(34)이 설치된 예의 횡방향 수직단면도의 예를 도 6a, 6b에 도시하였다. 전자는 상부열풍관(34)이 열공급실(30)과 직접 연결되어 있는 예이고, 후자는 다른 관을 매개로 간접 연결되어 있는 예이다.

상부열풍관(34)은, 도 6c에 예시된 것처럼 후단으로 연장되며 하방을 향해 즉, 피건조물의 진행방향을 마주하지 않는 방향으로 복수개 관통개구가 형성되어 있다. 이에 따라 상부열풍관(34)의 관통개구가 피건조물에 의해 막히는 것이 방지되면서 관통개구를 통해 건조열공기가 피건조물의 상부로 공급되는 것이다.

한편, 도면에 상세히 표현하지는 않았지만, 본 발명에 의한 건조장치에서 건조열풍공급부(20)→열공급실(30)→건조실(10)을 거쳐 배기되는 공기는 집진기(스크러버)를 통해 정화된 후 외부로 배기된다. 그러나 본 발명에서는 배기공기의 일부를 건조열풍공급부(20)로 재순환시켜 재활용할 수도 있다. 이 경우 배기공기의 열을 재활용함으로써 운전효율을 높일 수 있을 뿐 아니라 집진기의 부하를 상당히 감소시킬 수 있으므로 집진기의 설비비 및 운영비도 대폭 줄일 수 있게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명의 가장 이상적인 예에 의하면, 투입구(13)로 투입되는 피건조물은 오버러닝스크루(12)에 의해 일차로 분쇄됨과 동시에 건조실(10) 전단의 소정 거리 범위에서 고르게 비산된다. 이어서 건조실(10)에 안착된 피건조물은 분절형-부등피치형 메인스크루(11)에 의해서 분쇄/절단되고 이송되는데, 이때 건조실(10)의 저면 및 측면의 관통구(31)-패드(32)를 통해, 피건조물의 상부는 상부열풍관(34)을 통해 건조열풍이 공급되는 것이다. 이에 따라 건조장치에서 처리되는 피건조물이 효율적으로 건조된다.

한편, 피건조물의 건조곡선 특성을 고려한 또 다른 본 발명은, 전술한 건조장치를 포함하는 복합 건조시스템에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 의한 건조시스템은, (A) 전술한 건조장치로 이루어진 제1건조장치; (B) 전단 상면에 상기 제1건조장치의 배출구(14)와 연통된 투입구(13)와 후단 하면에 배출구(14)를 가지는 건조실(10); 상기 건조실(10) 내에 종축으로 설치된 메인스크루(11); 최소한 상기 건조실(10)의 하면 외부를 감싸는 형태로 설치되며, 상기 건조실(10)과 열공급실(30) 사이에 복수개의 관통구(31)가 형성되어 있고, 상기 건조열풍공급부(20)와 연통되어 상기 건조실(10)로 열을 공급하는 열공급실(30);을 포함하는 제2건조장치; 및 (C) 전단 상면에 상기 제2건조장치의 배출구(14)와 연통된 투입구(13)와 후단 하면에 배출구(14)를 가지는 건조실(10); 상기 건조실(10) 내에 종축으로 설치된 메인스크루(11); 최소한 상기 건조실(10)의 하면 외부를 감싸는 형태로 설치되며, 상기 건조실(10)과 열공급실(30) 사이에 복수개의 관통구(31)가 형성되어 있고, 상기 건조열풍공급부(20)와 연통되어 상기 건조실(10)로 열을 공급하는 열공급실(30);을 포함하는 제3건조장치;를 포함하고 있다. 즉, 본 발명에 의한 건조시스템은 전술한 건조장치 3대가 연속되어 있는 것이다. 이때 제2건조장치와 제3건조장치로 투입되는 피건조물은 함수율이 상당히 낮아져 있기 때문에 오버러닝스크루(12)나 분절형-부등피치형 메인스크루(11)가 반드시 요구되는 것은 아니다. 이러한 건조시스템의 예를 도 7a와 7b에 도시하였다. 도면에 표시하지는 않았지만, 제1건조장치의 투입구(13) 상부에는 투입전 피건조물을 잠시 체류시키는, 혼합기와 이송스크루를 가지는 정량공급호퍼가 장착될 수 있다. 도 7a에는 건조열풍공급부(20)에 의해 발생한 건조열풍의 일부(제1, 제2건조장치를 통과한 것)가 건조열풍공급부(20)로 재순환되고, 일부가 스크러버를 통해 정화되어 배기되는 것으로 표현되어 있으나 건조열풍 순환방식은 다양하게 선택할 수 있음은 당연할 것이다. 또한 도면에서 제1건조장치의 메인스크루(11)는 편의에 따라 부등피치형이 아닌 일반적인 형태로 도시하였다. 도 7b에는 세 개의 건조장치를 서로 접하도록 나란히 배치된 건조시스템의 개략적 사시도가 도시되어 있는데 이에 의해 건조시스템이 컴팩트해지고 인접 건조장치의 배출구(14)~투입구(13) 사이의 이송수단이 간략화 또는 생략될 수 있다.

예컨대 피건조물의 함수율이 85%에서 70%로 감소하면 부피는 약 50%로, 30%로 감소하면 부피는 약 20%로 줄어든다. 따라서 상기 제2건조장치 및 제3건조장치의 규격(용량)은 제1건조장치 규격(용량)의 50~60% 수준으로 될 수 있는데 구체적인 설계변수는 모델건조기의 실험을 통해서 정해지며 이것은 물성에 따라 다르게 결정될 것이다. 하단 건조장치의 용량이 이보다 작으면 불규칙적으로 피건조 물체의 양이 많아질 때 이를 수용할 수 없으며, 이보다 크면 하단의 건조장치를 충분히 활용하지 못하게 되어 건조 효율성이 떨어질 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 건조시스템이 외부에 노출되어 시설되는 경우 비바람 등에 의해 시스템의 노후화나 고장이 잦을 수 있고, 고온의 장치들로부터 열이 발산되어 시스템의 열효율이 저하될 수 있다. 이러한 불리함을 최대한 방지하기 위하여, 본 발명에 의한 건조시스템을, 유지보수에 지장이 없는 범위에서 노출면이 최소화되도록 집약적으로 배치하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 본 발명에 의한 건조시스템은, 도 7c에 예시한 것처럼, 수직측면에서 보았을 때, 상기 제1건조장치, 제2건조장치 및 제3건조장치가 위에서 아래로 경사진 라인을 따라 설치되고, 상기 경사진 라인 하부의 공간에 상기 열원공급장치를 포함하는 주변장치가 설치되도록 하는 것이 좋다.

이렇게 건조시스템에서 각 건조장치를 계단식으로 배치하고 건조열풍공급부(20) 및 급기-배기계통 등 주변장치를 계단의 하부에 위치시킴으로써 단열 및 보온 효과가 뛰어나 통상적인 건조기 본체 열손실을 7%대에서 5%이하로 줄일 수 있고, 복잡한 관로구성이 외부로 나타나지 않아 부식에 의한 손실이 줄며 정비가 용이하다.

이상과 같은 본 발명에 의한 건조시스템 운용시에 건조곡선의 특성을 고려하여, 제2건조장치 및 제3건조장치에서의 체류시간은 일반적으로 제1건조장치에서의 체류시간의 70~80% 정도가 되도록 운전하는 것이 바람직할 것이다.

10. 건조실
11. 메인스크루 11a. 날개단 11b. 공동부
12. 오버러닝스크루 13. 투입구 14. 배출구
20. 건조열풍공급부
30. 열공급실
31. 관통구 32. 패드 33. 열교환기
34. 상부열풍관

Claims (9)

1. 전단에 투입구(13)와 후단에 배출구(14)를 가지는 건조실(10), 상기 건조실(10) 내에 종방향으로 설치된 메인스크루(11), 상기 건조실(10)로 건조열풍을 공급하는 건조열풍공급부(20)를 포함하는 건조장치에 있어서,
   상기 메인스크루(11) 스크루핀의 일부 또는 전부는 날개단(11a)과 공동부(11b)가 반복적으로 형성된 분절형이며, 날개부의 피치간격이 전단에서 후단으로 갈수록 좁아지는 부등피치형이고,
   상기 건조실(10) 전단의 투입구(13)와 메인스크루(11) 사이의 재료전열상승구간에 종방향으로 설치되어, 투입되는 피건조물을 러프한 덩어리로 분쇄하여 아래로 비산시키는, 소형 오버러닝스크루(12)가 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 건조장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   최소한 상기 건조실(10)의 하면 외부를 감싸는 형태로 설치되며, 상기 건조열풍공급부(20)와 연통되어 상기 건조실(10)로 열을 공급하는 열공급실(30)을 추가로 포함하며,
   상기 건조실(10)과 열공급실(30) 사이에 복수개의 관통구(31)가 형성되어 있고, 상기 관통구(31)의 건조실(10)측에는 피건조물에 의한 관통구(31)의 막힘을 방지하도록 하류방향이 개구된 패드(32)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 건조장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 건조열풍공급부(20)는 열풍발생기 및 송풍기를 포함하며,
   건조열풍공급부(20)에 의해 발생된 열풍이 상기 열공급실(30)의 관통구(31)를 통해 직접 건조실(10) 내부로 전달되는 것을 특징으로 하는 건조장치.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 건조열풍공급부(20)는 열매체발생-순환기를 포함하며,
   상기 열공급실(30)은 내부에 상기 열매체발생-순환기와 연통된 열교환기(33)를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 건조장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 건조열풍공급부(20)와 직접 또는 간접 연통되어 있고, 후단으로 연장되며 하방을 향해 관통개구되어 있는, 하방으로 향하는 상부열풍관(34)이, 상기 건조실(10)의 상부 메인스크루(11)의 양측 종방향으로 나란히 복수개 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 건조장치.
   
7. (A) 제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 의한 제1건조장치;
   (B) 전단 상면에 상기 제1건조장치의 배출구(14)와 연통된 투입구(13)와 후단 하면에 배출구(14)를 가지는 건조실(10); 상기 건조실(10) 내에 종축으로 설치된 메인스크루(11); 최소한 상기 건조실(10)의 하면 외부를 감싸는 형태로 설치되며, 상기 건조실(10)과 열공급실(30) 사이에 복수개의 관통구(31)가 형성되어 있고, 상기 건조열풍공급부(20)와 연통되어 상기 건조실(10)로 열을 공급하는 열공급실(30);을 포함하는 제2건조장치; 및
   (C) 전단 상면에 상기 제2건조장치의 배출구(14)와 연통된 투입구(13)와 후단 하면에 배출구(14)를 가지는 건조실(10); 상기 건조실(10) 내에 종축으로 설치된 메인스크루(11); 최소한 상기 건조실(10)의 하면 외부를 감싸는 형태로 설치되며, 상기 건조실(10)과 열공급실(30) 사이에 복수개의 관통구(31)가 형성되어 있고, 상기 건조열풍공급부(20)와 연통되어 상기 건조실(10)로 열을 공급하는 열공급실(30);을 포함하는 제3건조장치;
   를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 건조시스템.
   
8. 삭제
9. 제 7 항에 있어서,
   수직측면에서 보았을 때, 상기 제1건조장치, 제2건조장치 및 제3건조장치가 위에서 아래로 경사진 라인을 따라 설치되고,
   상기 경사진 라인 하부의 공간에 상기 건조열풍공급부(20)를 포함하는 주변장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 건조시스템.
   

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