KR101783322B1 - 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 건조 및 연소 장치는 연소 공간을 제공하는 내통과, 상기 내통으로부터 소정 간격을 두고 이격되도록 배치된 외통을 포함하는 연소부; 상기 외통과 내통 사이의 공간인 메인 유로로 연소 공기를 공급하고, 상기 내통의 접선 방향으로 상기 연소 공기를 공급하기 위한 제 1 덕트 및 제 2 덕트; 상기 연소부 내부에서 건조 및 연소가 이루어지는 대상이 되는 폐기물을 이송시키는 호퍼 스크류; 상기 호퍼 스크류를 통해 이송되는 폐기물을 상기 연소부 내부로 이동시키는 인풋 스크류; 및 상기 연소부의 하측에 마련되고, 상기 인풋 스크류를 통하여 낙하하는 폐기물이 적층되도록 하는 화격자;를 포함한다.

Description

연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치{Apparatus for drying and combusting high humidity fuel by using combustion air}

본 발명은 고온의 연소 공기를 열원으로 사용하여 생목재, 축산분뇨, 음식물과 같이 수분이 다량 포함된 피연소물을 건조시키면서, 연소를 함께 진행할 수 있는 장치를 제안하고자 한다.

유기성 폐기물이란 각종 식료품을 만드는 과정에서 발생하는 찌꺼기나 음식물쓰레기는 물론 축산업에서 발생하는 가축의 분뇨 등을 포함한다.

환경 오염과 자원의 재활용에 관한 인식이 부족하였던 과거에는 유기성 폐기물을 쓰레기의 일종으로 취급하여 마구 버렸으며, 이로 인하여 환경오염과 자원낭비가 심각하였다. 하지만, 최근에는 오염물 배출에 대한 규제가 강화되고 오염물을 처리하는데 드는 비용이 증가함에 따라 유기성 폐기물을 재활용하거나 부피를 줄여서 처리비용을 절감하는 방안을 고려하고 있다.

유기성 폐기물은 수분의 함량이 80% 이상이 되는 경우가 많기 때문에 그 자체로는 활용가치가 떨어지고 처리비용이 많이 들고 있으며, 수분의 함량이 높아 처리과정에서 쉽게 부패하여 오염물을 발생시키거나 악취 등을 유발하게 된다. 따라서, 유기성 폐기물이 발생하는 시설을 기피하는 현상이 심각한 것이 사실이며, 축산시설이나 식료품을 가공하는 공장을 허가받더라도 주민들의 반대에 부딪혀 건설이 중단되거나 포기되는 경우가 많다. 이러한 이유로, 유기성 폐기물을 건조하여 수분을 제거한 후에 사료나 퇴비로 재활용하거나 연소시키는 시설에 대한 관심이 증대하고 있다.

(특허문헌 1) KR10-2017-0011202 A

위의 특허문헌 1은 유기성 폐기물의 처리에 대한 장치를 제안하면서, 건조장치의 내부 가압을 낮게하여 건조시 필요로 하는 온도를 낮추어서 에너지 소모를 줄이고 건조시간을 줄이는 구성과, 건조과정에서 발생하는 수증기를 응축하여 이물질을 제거하고 이러한 이물질이 제거된 응축수를 정화하여 유기산으로 재활용할 수 있는 소각로에 대한 구성을 제안하고 있다.

특히, 위의 특허문헌 1의 경우, 가열기와 교반기 및 감압기가 구성되는 건조장치와, 건조장치와 연통하도록 구성된 필터장치와, 필터장치와 연통되는 응축 장치 및 별도로 구성된 연소 장치를 구성하여야 한다.

즉, 수분이 다량 포함된 유기성 폐기물을 건조시키기 위한 장치를 별도로 구성하고, 유기성 폐기물을 건조하는 과정에서 발생하는 응축수 이물질을 배출 또는 이동시키기 위한 구성도 마련하여야 하며, 이러한 구성과 별도로 유기성 폐기물을 연소하기 위한 장치를 별도로 구성하여야만 한다.

연소 대상인 피연소물이 수분을 많이 포함하고 있는 경우에, 건조시키기 위한 장치와 연소시키기 위한 장치가 별도로 구비되어야 하는 것은 장치 구성을 위한 요구면적이 매우 증대될 뿐만 아니라, 건조를 위한 에너지 사용과 연소를 위한 에너지 사용으로 많은 에너지 낭비가 발생하게 된다.

또한, 건조와 연소가 별도의 장치에서 이루어지기 때문에, 공정에 따라 피연소물을 이동하여야 하는 불편함 뿐만 아니라, 건조된 피연소물이 연소 장치로 이동하는데 많은 시간과 비용이 부수적으로 발생하는 단점이 있다.

본 발명은 분뇨와 같이 수분이 다량 포함된 피연소물에 대해서 건조 후 연소가 단일 장치 내에서 이루어질 수 있는 장치를 제안하고자 한다.

또한, 본 발명은 피연소물이 연소 위치로 이동하는 동안에 완전 건조가 이루어지도록 하고, 연소 위치에 도착한 피연소물이 연소 공기에 의하여 연속적으로 완전연소가 이루어지도록 하는 장치를 제안하고자 한다.

또한, 본 발명은 건조와 연소를 위하여 챔버 내부가 고온으로 형성된다고 하더라도 강한 에어커튼 방식으로 내화벽이 없고 원심분리 공간 분할로 피연소물을 완전연소시킬 수 있도록 연소공기 투입속도와 피연소물 이동속도를 제어함으로써 연속적인 완전연소가 가능하도록 하는 장치를 제안하고자 한다.

본 발명의 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치는 연소 공간을 제공하는 내통과, 상기 내통으로부터 소정 간격을 두고 이격되도록 배치된 외통을 포함하는 연소부; 상기 외통과 내통 사이의 공간인 메인 유로로 연소 공기를 공급하고, 상기 내통의 접선 방향으로 상기 연소 공기를 공급하기 위한 제 1 덕트 및 제 2 덕트; 상기 연소부 내부에서 건조 및 연소가 이루어지는 대상이 되는 폐기물을 이송시키는 호퍼 스크류; 상기 호퍼 스크류를 통해 이송되는 폐기물을 상기 연소부 내부로 이동시키는 인풋 스크류; 및 상기 연소부의 하측에 마련되고, 상기 인풋 스크류를 통하여 낙하하는 폐기물이 적층되도록 하는 화격자;를 포함한다.

그리고, 상기 제 1 덕트는 상기 제 2 덕트 아래에 구성되고, 상기 외통과 내통 사이에는 상기 제 1 덕트를 통해 공급되는 제 1 연소 공기를 하강시키고 상기 제 2 덕트를 통해 공급되는 제 2 연소 공기를 상승시키기 위한 차단벽이 구성된다.

그리고, 상기 제 2 덕트의 상측에 구성되고, 상기 연소부 내부로 공급하기 위한 제 3 연소 공기를 송풍시키는 제 3 덕트를 더 포함하고, 상기 제 3 연소 공기는 상기 내통의 외벽을 따라 상승한 다음 상기 연소부의 상부벽에 의하여 상기 내통의 내벽을 따라 하강함으로써, 강한 하강 기류에 따른 내통의 냉각까지 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 호퍼 스크류는 모터를 포함한 구동 수단이 구성된 호퍼 구동부와, 일측이 분뇨통에 연결되고 타측이 상기 호퍼 구동부측에 연결되는 호퍼 파이프와, 상기 호퍼 파이프 내에 수용되는 호퍼 스크류축과, 상기 호퍼 스크류축 외주면을 따라 나사산 형태로 형성되는 호퍼 스크류와, 상기 호퍼 파이프 일측에 형성되어 이송되는 폐기물을 상기 인풋 스크류측으로 전달하기 위한 호퍼 연료 배출부를 포함한다.

그리고, 상기 호퍼 스크류는 상기 호퍼 스크류축의 회전에 의하여 상기 폐기물을 상기 분뇨통으로부터 상기 호퍼 구동부측으로 이송시키는 방향으로 배열된 제 1 스크류와, 상기 제 1 스크류와는 상이한 배치 방향을 갖도록 형성된 제 2 스크류를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치에 의해서, 연소실 내부벽을 따라 회전하면서 점차 하강하는 연소 공기에 의해서 연소실 중앙에 화염 불기둥이 형성되고, 연소실 내부에서 점차 하강하게 되는 분뇨 폐기물은 화염 불기둥에 의해 고온으로 급속히 건조가 이루어질 수 있다.

그리고, 이와 같이 수분이 다량 포함된 폐기물의 건조가 완전히 이루어지도록 인풋 스크류의 스크류축 회전속도를 제어할 필요가 있으며, 인풋 스크류를 통하여 폐기물이 배출되는 순간에는 완전 건조된 상태이어야 하며, 건조된 상태의 폐기물은 연소의 대상이 되는 연료로서 연소 공기에 의하여 완전 연소가 이루어짐으로써, 수분이 다량 포함된 폐기물일지라도 완전 연소가 가능해지는 장점이 있다.

도 1과 도 2는 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치의 전체 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 장치에서의 연소 공기의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 장치에서 내통 내부에 형성된 화염 불기둥의 사진이다.
도 7은 본 발명의 건조 및 연소 장치의 하부를 구성하는 회전부 구성을 보여주는 도면이다.
도 8과 도 9는 본 발명의 건조 및 연소 장치에 구성되는 화격자의 구성을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 건조 및 연소 장치에서 분뇨통의 폐기물을 이송시키기 위한 호퍼 스크류를 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 건조 및 연소 장치에서 호퍼 스크류와 결합되고 연소실 내부에 배치됨으로써 폐기물의 건조 및 연소 연료로의 공급이 이루어지도록 하는 인풋 스크류를 보여주는 도면이다.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

본 발명과 관련되는 설명에 사용되는 접미수 "장치", "수단" "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

도 1과 도 2는 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치의 전체 구성을 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 건조 및 연소 장치(100)는 연소 공기가 원심력에 의해 회전하며, 이 연소 공기를 통하여 완전 연소가 이루어진 화염 불기둥이 배칠되는 상측 연소부(400), 상측 연소부(400) 아래에 배치되어 연료가 공급되고 연소 공기와 연료가 혼합되어 완전 연소가 이루어지도록 구성되는 하측 연소부(300), 하측 연소부(300) 아래에 연결되며 인풋 스크류를 통하여 위에서 아래로 공급되는 연소 대상의 피연소물이 적층되도록 화격자가 구성된 회전부(200)를 포함한다.

그리고, 상기 상측 연소부(400) 위에는 비산재 분리부(700)가 더 구성될 수 있으며, 상측 연소부와 하측 연소부와 연통되도록 그 상측에 배치되는 것으로 연료 연소시에 발생될 수 있는 비산재를 열원으로 사용되는 고온의 연소 공기로부터 분리함으로써 정화된 연소 공기만 연결엘보우를 통해 스팀 보일러로 공급되도록 하기 위한 구성이다.

또한, 본 발명의 장치는 완전 연소의 대상이 되는 피연소물이 분뇨와 같이 수분이 다량 포함된 유기성 폐기물이 될 수 있기 때문에, 해당 분뇨 등이 보관되는 분뇨통(10)과, 상기 분뇨통(10)으로부터 건조 대상이자 연소 대상이 되는 분뇨를 상방향으로 끌어올리는 호퍼 스크류(30)와, 상기 호퍼 스크류(30)에 의하여 이송되는 분뇨를 상기 상측 연소부(400) 및 하측 연소부(300)에 형성되는 화염 불기둥으로 이동시키기 위한 인풋 스크류(40)를 포함한다.

상기 인풋 스크류(40)는 원심력에 의하여 회전되는 연소 공기에 의해 형성된 화염 불기둥이 형성되는 위치에 배치됨으로써, 상기 인풋 스크류(40)를 통하여 상기 회전부(200)까지 하측으로 이동되는 유기성 폐기물은 화염 불기둥에 의해 충분한 시간을 두고 건조되기 때문에, 상기 인풋 스크류(40)를 빠져나와 화격자 상측에 떨어지는 순간에는 완전 건조가 이루어진 상태가 된다.

완전 건조된 유기성 폐기물, 즉, 피연소물은 원심력에 의해 내통 내부에서 회전되는 연소 공기에 의하여 완전 연소가 이루어지도록 구성되어, 분뇨와 같은 유기성 폐기물의 건조 및 연소가 단일의 장치에서 효율적으로 이루어진다.

특히, 위에서 언급한 바와 같이, 수분이 다량 포함된 폐기물을 연소시키기 위해서는 반드시 건조 과정을 거쳐야하지만, 본 발명에서는 원심력에 의해 내통에서 회전하게 되는 연소 공기를 이용하여 폐기물을 완전 연소시키기 위하여, 연소가 시작되는 위치인 발화점에 폐기물이 도착하는 과정에 그러한 건조가 완전히 이루어지도록 함으로써 단일의 장치내에서 수분 제거를 위한 건조와 연소가 이루어진다.

상기 인풋 스크류(40) 내에서는 투입되어 있는 피연소물인 고수분의 연료가 수분 증발되기에 필요로 하는 전열 면적을 갖으며, 인풋 스크류(40)는 화염 불기둥 중앙에 위치하여 전연 면적 크기를 최소화하고도 최대의 에너지 흡수 효율을 갖도록 제작된다.

상세히, 상측 연소부(400)와 하측 연소부(300)는 연소 공기의 원심력을 이용하여 연료와의 혼합을 우수하게 함으로써 궁극적으로 연료를 완전 연소시키기 위한 구성으로, 연소부들은 외통(310)과 내통(320)으로 구분되어 이루어진다.

그리고, 상기 내통(320) 내부에서 폐기물의 건조 및 건조된 폐기물의 연소가 이루어진다. 즉, 내통(320) 내부를 배치되는 인풋 스크류(40)를 통하여 하강하게 되는 폐기물(피연소물)은 내통(320)내부에서 건조되고, 상기 인풋 스크류(40)로부터 배출된 폐기물은 내통(320) 내부의 연소 공기에 의하여 완전 연소가 이루어진다.

연소실(101) 내부로 공급되는 연소 공기를 점화시키기 위한 점화 수단이 별도로 구성될 수 있으며, 내통 일부에 노즐의 형태로 점화 수단이 마련될 수도 있다.

상기 외통(310)과 내통(320)은 상호간에 소정 간격 이격되도록 배치되는데, 이때 형성되는 공간('메인 유로'라고도 부를 수 있음)(301)의 일측에는 공기유입구가 형성되고, 이 공기유입구들 각각은 제 1 덕트(21), 제 2 덕트(22) 및 제 3 덕트(23)가 연결된다. 송풍 덕트(20)를 통하여 이동되는 연소 공기는 덕트들(21,22,23)을 통하여 각각 다른 위치의 공기유입구들을 통해 외통과 내통 사이의 메인유로로 공급된다.

상기 연소 공기가 메인 유로로 유입될 때 연소 공기의 유입 방향은 도 5에 도시된 바와 같이 내통(320) 외벽의 접선 방향과 일치하기 때문에 연소 공기는 메인 유로(301) 내부에서 원심력을 가지면서 이동하게 되고 그 원심력이 보존된 상태로 내통(320) 내부로 이동하게 된다.

본 발명의 건조 및 연소 장치의 상세 구성을 설명하기 위하여, 연소 공기의 이동 경로를 함께 설명하여 본다.

도 3은 본 발명의 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치의 내부 구성을 보여주는 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 장치에서의 연소 공기의 흐름을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 장치에서 내통 내부에 형성된 화염 불기둥의 사진이다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 보면, 분뇨통(10)에 보관되었던 분뇨 등의 폐기물은 호퍼 스크류(30)에 의하여 점차 이동되고, 상기 호퍼 스크류(30)를 통하여 이송되는 폐기물(연료)은 인풋 스크류(40)로 옮겨지게 된다. 이들 호퍼 스크류(30)와 인풋 스크류(40)를 구성하는 스크류의 회전 속도는 컨트롤 박스(3)에 의하여 제어된다.

상기 호퍼 스크류(30)에 의한 연료의 이송과, 인풋 스크류(40)에 의한 연료의 하강 이송에 대해서는 첨부되는 도면과 함께 더 자세히 설명하겠지만, 이들 스크류의 회전속도, 즉, 스크류 회전축의 회전 속도는 연소부 내부에서의 완전 건조 및 완전 연소가 이루어지기에 충분하도록 상기 컨트롤 박스(3)에 의해 제어된다.

상기 인풋 스크류(40)는 비산재 분리부(700), 상측 연소부(400) 및 하측 연소부(300)를 경유하는 길이로 구성되며, 단부는 회전부(200)까지 이어질 수 있다. 즉, 인풋 스크류(40)를 통하여 이송되는 연료는 화격자(500)로 배출되는데, 상기 화격자(500)를 구성하는 연료 적층 가이드(530)에 연료가 안전히 낙하할 수 있도록 인풋 스크류(40)의 길이가 결정될 수 있다.

특히, 상기 인풋 스크류(40) 속에서 이송되는 연료인 폐기물은 상측 연소부(400)와 하측 연소부(300)에 형성되는 화염 불기둥에 의하여 그 건조가 이루어지는데, 연소 공기 및 상기 연소 공기에 의해 형성되는 화염 불기둥에 대해서 설명하여 본다.

본 발명의 실시예에 의하면, 외통(310)과 내통(320) 사이의 메인 유로(301)로 공급되는 연소 공기는 제 1 덕트(21)로 공급되는 연소 공기와, 제 2 덕트(22)를 통해 공급되는 연소 공기를 포함한다. 추가로, 상기 제 2 덕트(22)의 상측에 연소 공기를 공급하는 제 3 덕트(23)가 더 형성될 수 있다.

상기 제 1 덕트(21)를 통해 유입된 연소 공기는 하측으로 이동되도록 하고, 제 2 덕트(22)를 통해 유입된 연소 공기는 상측으로 구분하여 이동되도록 하기 위하여, 상기 외통(310)에서 상기 제 1 덕트(21)와 제 2 덕트(22)가 연결되는 부위에는 차단벽(330)이 형성된다. 즉, 상기 외통(310)과 내통(320) 사이에 형성되는 공간에는 가스의 이동을 막기 위한 차단벽(330)이 형성되는데, 상기 차단벽(330)은 제 1 덕트(21)와 제 2 덕트(22) 위치 사이에 배치되도록 형성된다.

상기 제 1 덕트(21)를 통하여 메인 유로(301)로 유입되는 연소 공기(이하, 제 1 연소 공기 또는 A1이라 함)는 상기 차단벽(330)에 의하여 메인 유로(301)를 따라 회전하면서 하강한다. 메인 유로로 공급되는 연소 공기는 메인 유로를 따라 이동하면서 내통(320)과 외통(310)을 1차 냉각시킨 다음 연소실(101) 내부 공간으로 공급된다. 이때, 제 1 연소 공기는 원심력에 의해 하강 기류를 발생시키고, 하측의 화격자를 경유한 다음 연소부의 중심영역에 고온 열핵을 형성한다.

그리고, 상기 제 2 덕트(22)를 통하여 메인 유로(301)로 유입되는 연소 공기(이하, 제 2 연소 공기 또는 A2라 함)는 상기 차단벽(330)에 의하여 메인 유로(301)를 따라 회전하면서 상승한다. 그리고, 제 2 연소 공기(A2)는 내통(320)의 상측까지 외통(310) 내벽과, 내통(320) 외벽을 따라 회전하면서 상승한 다음 연소실(101) 내부로 공급된다. 이때, 제 2 연소 공기(A2)는 원심력에 의해 상기 내통(320)의 내벽을 타고 강한 하강기류를 형성한다. 이 강한 하강 기류에 의한 에어커는 효과는 연소실(101) 내부에서 발생되는 고온의 연소열이 상기 내통(320)으로 직접 전달되지 못하도록 해주므로 매우 효과적인 냉각 수단이 된다.

도시되어 있지는 않지만, 메인 유로(310)의 상부나 하부에는 연소 공기의 회전을 촉진하기 위하여 공기 흐름방향을 결정하는 블레이드가 설치될 수 있으며, 이 블레이드는 메인 유로를 따라 회전하는 연소 공기의 회전력을 계속 유지시켜 줌으로써 메인 유로(301) 상단에서 연소 공기의 회전 속도가 감소되는 방지해준다.

상기 내통(320)의 내벽을 따라 강한 하강 기류를 형성한 제 2 연소 공기(A2)는 화격자(500)까지 하강한 다음 상기 화격자(500) 상에 적층되는 연료를 연속적으로 연소시킨다. 상기 연료는 인풋 스크류(40)의 인풋 파이프(42)에 의해서 하측으로 이송되는 건조된 폐기물이며, 도 3과 도 4에는 연료(F)로 도시되어 있다.

메인 유로(301)를 따라 회전하면서 하강하였던 제 1 연소 공기(A1)와, 내통(320)의 내벽을 따라 하강한 제 2 연소 공기(A2)는 연소실(101) 중앙 부위로 이동하면서 연료(F)를 연소시킴으로써 화염 불기둥을 형성한다. 이때, 불완전 연소된 물질이나 비산재들은 내통(320) 내벽을 따라 강하게 하강하는 기류에 의해 화격자(500) 아래의 수집부를 통해 별도로 제거된다.

또한, 상기 제 2 덕트(22) 상측에는 제 3 덕트(23)가 더 구성될 수 있으며, 상기 제 3 덕트(23)를 통해 공급되는 연소 공기(A3)는 연료의 연소시에 발생될 수 있는 비산재를 제 2 연소 공기(A2)의 강한 하강 기류쪽으로 이동시켜 화격자(500) 하측의 수집부를 통해 배출시키도록 한다.

상세히, 상기 제 3 덕트(23) 역시 연소 공기의 유입방향이 내통(320) 외벽의 접선방향과 일치하도록 구성되고, 유입된 연소 공기(A3)는 원심력에 의해 회전하면서 상측으로 이동하도록 내부 구조가 형성된다.

여기서, 본 발명의 장치를 구성하는 상측 연소부(400)와 하측 연소부(300)는 각각 서로 다른 사이즈로 형성되는 것처럼 도시되어 있고, 외통(310)과 내통(320)은 하측 연소부(300)의 일부 구성인 것처럼 도시되어 있으나, 상측 연소부(400)와 하측 연소부(300)가 동일한 크기로 형성되고, 상기 내통(320)은 상측 연소부와 하측 연소부에 걸쳐서 모두 배치되도록 그 높이가 변경될 수 있다.

예를 들어, 상측 연소부(400)의 외통에 해당하는 상측 연소부 외통(410)과, 상측 연소부(400) 내부에 형성되는 비산재 후드(420)는 상기 외통(310)과 내통(320)과는 전혀 다른 구성이라고 보지 않아도 되며, 상기 외통(310)이 상측 연소부(400)의 외통이면서, 상기 내통(320)이 상기 상측 연소부(400)의 내통이 되도록 형성될 수 있다. 따라서, 상측 연소부와 하측 연소부의 사이즈 차이에 대해서는 특별한 의미를 부여할 필요가 없다.

한편, 상기 제 3 덕트(23)를 통하여 공급되는 연소 공기(A3)는 외통(310) 내벽을 따라 회전하면서 상승 기류를 형성하게 되는데, 상기 외통(310)의 내벽에는 제 3 덕트(23)를 통해 공급되는 연소 공기를 상승시키기 위하여 상기 외통(310) 내벽에는 제 1 차단박(340)과 제 2 차단막(341)이 형성된다. 이러한 차단막(340,341)에 의하여, 제 3 덕트(23)를 통해 공급된 제 3 연소 공기(A3)는 외통(310) 내벽을 따라 원심력으로 회전하면서 점차 상승하게 되고, 상측의 상부벽(103)에 의해 그 상방으로의 이동이 짧게 형성되고, 연소실(101) 내부로 유입된다.

상기 제 3 덕트(23)를 통하여 공급되는 제 3 연소 공기(A3)는 연료의 연소시 발생될 수 있는 비산재 등을 내통(320) 내벽을 따라 회전하면서 하강하는 기류에 의해 아래로 이동시키기 위한 역할을 한다.

한편, 연소실(101) 하부를 구성하는 회전부(200)의 구성에 대해서는 도 7을 참조하여 본다. 도 7은 본 발명의 건조 및 연소 장치의 하부를 구성하는 회전부 구성을 보여주는 도면이다.

연소실 외부에는 모터 기어(50)가 구성되고, 상기 모터 기어(50)는 적어도 하나 이상의 롤러(51,52)와 맞물리도록 구성되어 상기 모터 기어(50)의 동작시에 롤러(51,52)의 회전이 이루어지도록 한다.

상기 회전부(200)는 롤러들에 의하여 회전함으로써 예열된 연소 공기에 원심력을 부가하는 회전 본체(601)와, 회전 하우징(212)와 회전 본체(601) 사이에 구성되어 완전 연소가 이루어진 후 발생하는 소각재, 클링카, 비산재 등이 포집되는 소각재 처리실(620)을 포함한다.

여기서, 회전 본체(601)는 회전 하우징(212)과 회전 가능하게 결합이 이루어지도록 동력전달수단이 구비되며, 이 동력전달수단으로는 모터 기어(50)와 연결되어 회전력을 제공하는 회전축(446), 일단이 회전축(446)과 연결되어 회전축(446)의 회전력을 바탕으로 회전 본체(601)가 안정적으로 회전이 이루어지도록 안내하는 가이드 레일(644)을 포함한다.

또한, 회전 본체(601)의 하측에는 연소가 완료된 후 발생하는 분진, 소각재 및 클링카 등을 파쇄하는 파쇄 칼날(602)가 구성되며, 이 파쇄 칼날(602)에 의해 파쇄된 분진, 소각재 및 클링카 등이 소각재 처리실(620)측으로 유입된다. 그리고, 상기 파쇄 칼날(602)에 의해서 화격자(500)에 형성된 화격자 배출홀(511)에 남아있는 소각재 등을 파쇄하여 화격자(500) 하측으로 떨어지도록 한다.

인풋 스크류(40)에 의하여 이송되는 폐기물이 연료로 사용되도록 연료 적층이 이루어지도록 하는 화격자(500)에 대해서 설명하여 본다.

도 8과 도 9는 본 발명의 건조 및 연소 장치에 구성되는 화격자의 구성을 보여주는 도면이다.

도 8과 도 9를 참조하면, 본 실시예의 화격자(500)는 외측을 형성하는 원형의 화격자 바디(510)와, 상기 화격자 바디(510)로부터 내측방향으로 연장되면서 소정 각도 경사지도록 형성되는 화격자 경사부(520)와, 상기 화격자 경사부(520)의 중앙 부위에 형성되면서 상기 화격자 경사부(520)으로부터 돌출되도록 형성된 연료 적층 가이드(530)를 포함한다.

그리고, 상기 화격자 바디(510)에는 소정 간격을 두고 배치되는 복수의 화격자 배출홀(511)이 형성되며, 상기 화격자 배출홀(511)을 통하여 아래로 배출되지 못한 소각재 등은 상기 파쇄 칼날(602)의 회전에 의하여 파쇄됨으로써 홀을 통해 아래로 배출될 수 있다.

상기 화격자(500)의 연료 적층 가이드(530)와 화격자 경사부(520)는 그 상측에 배치된 인풋 스크류(40)를 통하여 낙하하는 연료가 순차적으로 적층되도록 하며, 화격자(500) 상부를 따라 이동하여 연소실 중앙으로 이동하는 연소 공기에 의하여 연료의 연속적인 연소가 이루어지도록 연료는 지속적으로 공급된다. 앞서 설명한 바와 같이, 연소실 내부에서 인풋 스크류(40)를 따라 하강하는 동안에 건조되는 폐기물이 연료로 사용되므로, 연소 공기에 의한 연속적인 연소가 이루어지도록 상기 인풋 스크류(40) 내부의 스크류 회전 속도가 적절히 제어되어야 한다.

도 10은 본 발명의 건조 및 연소 장치에서 분뇨통의 폐기물을 이송시키기 위한 호퍼 스크류를 보여주는 도면이고, 도 11은 본 발명의 건조 및 연소 장치에서 호퍼 스크류와 결합되고 연소실 내부에 배치됨으로써 폐기물의 건조 및 연소 연료로의 공급이 이루어지도록 하는 인풋 스크류를 보여주는 도면이다.

먼저, 도 10을 참조하면, 본 실시예의 호퍼 스크류(30)는 일측이 분뇨통(10) 내부에 구성되고 타측이 호퍼 구동부(31)에 연결되는 호퍼 파이프(32)와, 상기 호퍼 파이프(32) 내부에 배치되어 호퍼 구동부(31) 내부의 모터 동작에 의해 회전하는 호퍼 스크류축(34)과, 상기 호퍼 스크류축(34)에 나사산 형태로 형성되어 분뇨통(10) 내부의 분뇨 폐기물을 호퍼 구동부(31)측으로 이송시키는 호퍼 스크류(35)와, 상기 호퍼 파이프(32) 일측에 형성되어 상기 호퍼 스크류(35)를 통해 이송되는 분뇨 폐기물을 인풋 스크류(40)측으로 옮기기 위한 호퍼 연료 배출부(37)를 포함한다.

특히, 본 실시예의 호퍼 스크류(30)는 분뇨통(10) 내부에 수용된 분뇨 폐기물을 인풋 스크류(40)로 전달하기 위한 역할을 수행하는데, 호퍼 파이프(32) 일측에 홀 형태로 구성된 호퍼 연료 배출부(37)를 통하여 분뇨 폐기물이 원활히 배출될 수 있도록 역류 방지 구조가 구성된다.

즉, 상기 호퍼 연료 배출부(37)를 중심으로 상기 호퍼 스크류축(34)에 형성된 호퍼 스크류(35)의 배치 방향이 대칭되도록 구성된다. 좀 더 상세히, 상기 호퍼 스크류들 중에서 상기 호퍼 연료 배출부(37)와 호퍼 구동부(31) 사이에 형성되는 제 2 호퍼 스크류(35b)는 분뇨통(10)과 호퍼 연료 배출부(37) 사이에 형성되는 제 1 호퍼 스크류(35a)와는 역방향으로 배치된다.

만약, 상기 호퍼 스크류축(34)이 제 1 방향(예를 들면, 시계방향)으로 회전하면, 상기 제 1 호퍼 스크류(35a)에 의하여 분뇨통의 분뇨 폐기물이 끌려올려지는 경우에, 상기 제 2 호퍼 스크류(35b)는 제 1 방향으로의 회전에 의하여 분뇨 폐기물을 아래로 내리도록 형성된다. 이와 같이, 상기 호포 연료 배출부(37)에 인접하여 역방향으로 배열된 스크류에 의해 좀 더 원활하게 분뇨 폐기물이 상기 호퍼 연료 배출부(37)를 통해 배출될 수 있다.

상기 호퍼 연료 배출부(37)를 통하여 배출되는 분뇨 폐기물이 전달되는 인풋 스크류(40)의 구성에 대해서는 도 11을 참조하여 본다.

상기 인풋 스크류(40)는 상기 호퍼 연료 배출부에 연결되도록 구성되어 이송되는 폐기물을 전달받는 연료 투입부(47)와, 연소실(101) 내부에 배치되는 인풋 파이프(42)와, 상기 인풋 파이프(42) 내에 구성되는 인풋 스크류축(44)과, 상기 인풋 스크류축(44) 외주면에서 나사산 형태로 형성되는 인풋 스크류(45)와, 상기 인풋 스크류축(44)을 회전시기 위하여 동력을 발생시키는 모터가 구성된 인풋 구동부(41)를 포함한다.

상기 인풋 파이프(42)의 일단에는 건조된 폐기물이 배출되는 연료 배출부(43)가 형성되고, 차단에는 상기 인풋 구동부(41)가 연결된다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 인풋 스크류(45)를 따라 점차 하강하게 되는 분뇨 폐기물은 연소실(101) 내부의 화염 불기둥에 의해 건조되면서 점차 화격자 측으로 이동하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치는 연소실 내부벽을 따라 회전하면서 점차 하강하는 연소 공기에 의해서 연소실 중앙에 화염 불기둥이 형성되고, 연소실 내부에서 점차 하강하게 되는 분뇨 폐기물은 화염 불기둥에 의해 고온으로 급속히 건조가 이루어진다.

그리고, 이와 같이 수분이 다량 포함된 폐기물의 건조가 완전히 이루어지도록 인풋 스크류의 스크류축 회전속도를 제어할 필요가 있으며, 인풋 스크류를 통하여 폐기물이 배출되는 순간에는 완전 건조된 상태이어야 하며, 건조된 상태의 폐기물은 연소의 대상이 되는 연료로서 연소 공기에 의하여 완전 연소가 이루어진다.

단일의 장치를 통해서, 수분이 다량 포함된 폐기물의 건조와 연소가 함께 이루어진다는 것은 건조 장치와, 연소 장치를 별도로 구성하여야 하는 종래 기술에 비하여 일진보된 기술적 사상에 해당한다고 할 것이다.

10 : 분뇨통 20 : 송풍 덕트
30 : 호퍼 스크류 40 : 인풋 스크류
50 : 모터 기어 100 : 건조 및 연소 장치
200 : 회전부 300 : 하측 연소부
400 : 상측 연소부

Claims (10)

1. 연소 공간을 제공하는 내통과, 상기 내통으로부터 소정 간격을 두고 이격되도록 배치된 외통을 포함하는 연소부;
   상기 외통과 내통 사이의 공간인 메인 유로로 연소 공기를 공급하고, 상기 내통의 접선 방향으로 상기 연소 공기가 공급되도록 하기 위한 제 1 덕트 및 제 2 덕트;
   상기 연소부 내부에서 건조 및 연소가 이루어지는 대상이 되는 폐기물을 상기 외통 및 내통 상측으로 이송시키는 호퍼 스크류;
   상기 호퍼 스크류를 통해 이송되는 폐기물을 상기 연소부 내부에서 점차 하강 이동시키는 인풋 스크류; 및
   상기 연소부의 하측에 마련되고, 상기 인풋 스크류를 통하여 낙하하는 폐기물이 적층되도록 하는 화격자;를 포함하는 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 덕트는 상기 제 2 덕트 아래에 구성되고,
   상기 외통과 내통 사이에는 상기 제 1 덕트를 통해 공급되는 제 1 연소 공기를 하강시키고 상기 제 2 덕트를 통해 공급되는 제 2 연소 공기를 상승시키기 위한 차단벽이 구성되는 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 덕트의 상측에 구성되고, 상기 연소부 내부로 공급하기 위한 제 3 연소 공기를 송풍시키는 제 3 덕트를 더 포함하고,
   상기 제 3 연소 공기는 상기 내통의 외벽을 따라 상승한 다음 상기 연소부의 상부벽에 의하여 상기 내통의 내벽을 따라 하강하는 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 호퍼 스크류는 모터를 포함한 구동 수단이 구성된 호퍼 구동부와, 일측이 분뇨통에 연결되고 타측이 상기 호퍼 구동부측에 연결되는 호퍼 파이프와, 상기 호퍼 파이프 내에 수용되는 호퍼 스크류축과, 상기 호퍼 스크류축 외주면을 따라 나사산 형태로 형성되는 호퍼 스크류와, 상기 호퍼 파이프 일측에 형성되어 이송되는 폐기물을 상기 인풋 스크류측으로 전달하기 위한 호퍼 연료 배출부를 포함하는 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 호퍼 스크류는 상기 호퍼 스크류축의 회전에 의하여 상기 폐기물을 상기 분뇨통으로부터 상기 호퍼 구동부측으로 이송시키는 방향으로 배열된 제 1 스크류와, 상기 제 1 스크류와는 상이한 배치 방향을 갖도록 형성된 제 2 스크류를 포함하는 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 호퍼 스크류축에서 상기 호퍼 연료 배출부를 기준으로 상기 제 1 스크류와 제 2 스크류의 배치가 상호 대칭되도록 구성되는 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 인풋 스크류는 상기 연소 공기의 흐름에 의하여 상기 연소부 내부 중앙에 형성되는 화염 불기둥 위치에 배치되고, 상기 인풋 스크류 내에서 연소의 대상이 되는 고수분의 폐기물이 건조되는 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 인풋 스크류는 상기 호퍼 연료 배출부에 연결되도록 구성되어 이송되는 폐기물을 전달받는 연료 투입부와, 모터를 포함한 구동 수단이 수용되는 인풋 구동부와, 일측이 상기 화격자 상측에 위치하고 타측이 상기 인풋 구동부에 연결되는 인풋 파이프와, 상기 인풋 파이프 내에 수용되어 상기 인풋 구동부의 동작에 의하여 회전하는 인풋 스크류축과, 상기 인풋 스크류축 외주면에 배열된 스크류를 포함하는 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치.
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 화격자는 상기 인풋 스크류의 일단 아래에 배치되고,
   상기 화격자는 외측을 형성하는 화격자 바디와, 상기 화격자 바디로부터 내측방향으로 연장되면서 소정 각도 경사지도록 형성되는 화격자 경사부와, 상기 화격자 경사부 상에서 돌출되도록 형성된 연료 적층 가이드를 포함하는 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 화격자 바디에는 소정 간격을 두고 배치되는 복수의 화격자 배출홀이 형성되며,
    상기 화격자 바디 상측에는 모터 기어 및 롤러에 의하여 회전되는 회전 바디와, 상기 회전 바디의 하측에 구성된 파쇄 칼날이 구성되고,
    상기 파쇄 칼날은 상기 회전 바디의 회전시에 함께 회전되면서 상기 화격자 배출홀 상부에 접하도록 구성되는 연소 공기를 이용하여 건조와 연소를 동시에 갖는 고습 연료 직접 연소 장치.

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