KR101815806B1 - 슬러지 건조기 및 이를 이용한 슬러지 건조방법 - Google Patents

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KR101815806B1 KR1020170050800A KR20170050800A KR101815806B1 KR 101815806 B1 KR101815806 B1 KR 101815806B1 KR 1020170050800 A KR1020170050800 A KR 1020170050800A KR 20170050800 A KR20170050800 A KR 20170050800A KR 101815806 B1 KR101815806 B1 KR 101815806B1
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Abstract

슬러지 건조기 및 슬러지 건조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는, 슬러지가 유입되어 상기 슬러지의 건조 반응이 일어나는 반응챔버; 상기 반응챔버의 외주면을 둘러싸되 상기 반응챔버와 이격되어 설치되는 하우징; 및 상기 반응챔버 및 상기 하우징 사이에 위치하여 스팀의 이동 경로를 제공하는 나선형의 제 1 스팀 가이드부를 포함할 수 있다.

Description

슬러지 건조기 및 이를 이용한 슬러지 건조방법{SLUDGE DRYER AND METHOD FOR DRYING SLUDGE USING THE SAME}
슬러지 건조기 및 이를 이용한 슬러지 건조방법에 관한 것이다.
일반적으로 슬러지는 각종 폐기물의 처리 과정에서 발생하는 잔재물이다. 이러한 슬러지는 함수율이 높으므로 건조 처리 과정을 거치게 된다. 슬러지 건조기에 사용되는 슬러지 건조기는 증기를 이용한 간접 건조방식의 슬러지 건조기가 많이 사용되고 있다. 하지만 종래의 슬러지 건조기는 슬러지가 초기에 신속히 건조되지 않아 내벽에 엉겨 붙을 뿐 아니라 건조효율이 현격히 떨어지고, 부착성이 강한 슬러지는 건조가 전혀 이루어지지 않는 문제점을 가지고 있다
따라서 상기의 문제점을 해결하기 위한 슬러지 건조기의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 일 실시예는 슬러지 건조기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 슬러지 건조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는, 슬러지가 유입되어 상기 슬러지의 건조 반응이 일어나는 반응챔버; 상기 반응챔버의 외주면을 둘러싸되 상기 반응챔버와 이격되어 설치되는 하우징; 및 상기 반응챔버 및 상기 하우징 사이에 위치하여 스팀의 이동 경로를 제공하는 나선형의 제 1 스팀 가이드부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는, 상기 반응챔버의 내부에 위치하는 샤프트; 상기 반응챔버의 내부와 상기 샤프트 사이에 위치하며 상기 슬러지의 이동 경로를 제공하는 나선형의 블레이드; 및 일단은 상기 샤프트에 연결되고 타단은 상기 블레이드에 연결되는 블레이드 지지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는, 상기 블레이드 내부에 위치하며 상기 샤프트에 연결되어 슬러지를 파쇄하는 슬러지 파쇄부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는, 상기 블레이드의 상측 또는 하측에 부착되는 보조 날개를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는, 상기 제 1 스팀 가이드부의 피치 사이에 위치하며, 상기 반응챔버의 외주면과 상기 반응챔버의 내주면의 법선 방향으로 폴딩(folding) 가능하도록 설치되는 제 2 스팀 가이드부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는, 상기 샤프트와 연결되어 상기 샤프트에 회전력을 부여하는 모터; 상기 슬러지를 반응챔버 내로 유입시키는 슬러지 유입부; 및 상기 슬러지를 반응챔버 외부로 유출시키는 슬러지 배출부를 더 포함하되, 상기 슬러지 유입부의 단면적은 슬러지 배출부의 단면적보다 작은 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조방법은, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기의 모터에 걸리는 부하가 기 설정된 값 이하일 경우 상기 슬러지 배출부에서 슬러지를 배출시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 에너지 효율이 높은 슬러지 건조기 및 슬러지 건조방법을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기의 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기의 사시도이다.
도 3 은 도 2 의 A 부분을 확대한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다. 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기의 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는 슬러지가 유입되어 상기 슬러지의 건조 반응이 일어나는 반응챔버(10); 상기 반응챔버의 외주면을 둘러싸되 상기 반응챔버와 이격되어 설치되는 하우징(20); 및 상기 반응챔버(10) 및 상기 하우징(20) 사이에 위치하여 스팀의 이동 경로를 제공하는 나선형의 제 1 스팀 가이드부(30)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(20)은 상기 반응챔버(10)의 외측면 뿐 아니라 하측면도 이격하여 둘러쌀 수 있다. 이에 따라, 스팀은 반응챔버(10)의 외측면 뿐 아니라 하측면에서도 열을 반응챔버(10) 내부로 제공할 수 있다.
상기 제1 스팀 가이드부(30)는 스팀이 반응챔버(10) 상측에서 하측으로 내려오도록 이동 경로를 제공하되, 나선형의 이동 경로를 제공할 수 있다. 이로써, 스팀의 열교환 면적 및 시간을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는 상기 제 1 스팀 가이드부의 피치(p) 사이에 설치되어, 상기 반응챔버의 외주면과 상기 반응챔버의 내주면의 법선 방향으로 폴딩(folding) 가능하도록 설치되는 하나 이상의 제 2 스팀 가이드부(32)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 스팀 가이드부는 나선형일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는 상기 하우징(20) 및 상기 반응챔버(10)의 이격된 틈 사이로 스팀을 주입하는 스팀 주입부(31); 상기 주입된 스팀을 배출시키는 스팀 배출부(도면 미도시); 상기 슬러지를 반응챔버 내로 유입시키는 슬러지 유입부(21); 및 상기 슬러지를 반응챔버 외부로 배출시키는 슬러지 배출부(22)를 포함할 수 있다.
나아가, 슬러지 배출부(22)는 슬러지 배출 모터(미도시)와 모터에 구동하는 스크루로 구성될 수 있다. 배출 시점에 해당하는 경우, 슬러지 배출 모터가 회전하고 이에 따라 스크루가 회전함으로써, 반응 챔버 내의 슬러지가 배출될 수 있다.
또한, 상기 슬러지가 건조됨에 따라 발생한 수증기가 배출되는 수증기 배출부(23)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는 상기 반응챔버(10)의 내부에 위치하는 샤프트(40); 상기 반응챔버(10)의 내부와 상기 샤프트(40) 사이에 위치하며 상기 슬러지의 이동 경로를 제공하는 나선형의 블레이드(50); 일단은 상기 샤프트(40)에 연결되고 타단은 상기 블레이드(50)에 연결되는 블레이드 지지부(60)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는 상기 샤프트와 연결되어 상기 샤프트에 회전력을 부여하는 모터(41)를 포함할 수 있다. 상기 모터(41)는 예를 들어, 약 120 내지 140rpm으로 회전할 수 있다. 또한 도 1의 하단에 도시된 바와 같이, 모터(41)는 X, Y 축 베어링 및 Z 축 베어링에 의하여 지지될 수 있다.
도 3 는 도 2 의 A 를 확대한 도면이다.
도 3 를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는 블레이드의 상측 또는 하측에 부착되는 보조 날개(51)를 포함할 수 있다.
또한, 도 3 를 참고하면, 블레이드 지지부의 단부는 테이퍼 형상을 가지되 블레이드와 접하는 부분의 두께는 블레이드의 두께와 동일할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기의 작동방법에 대하여 설명한다.
먼저, 슬러지 유입부(21) 통하여 슬러지가 장입된다. 상기 슬러지는 제지 슬러지, 하수 슬러지, 소화조 슬러지, 또는 무기성 슬러지일 수 있다. 상기 슬러지 유입부의 단면적은 슬러지 배출부의 단면적보다 작을 수 있다. 슬러지 유입부의 단면적이 슬러지 배출부의 단면적보다 클 경우 슬러지의 무게에 의하여 모터 부하가 필요이상으로 커질 수 있다.
슬러지가 장입되면, 스팀 주입부(31)를 통하여 하우징(20) 및 반응챔버(10)의 이격된 틈 사이로 스팀이 주입된다. 상기 주입되는 스팀과 상기 반응챔버의 내부의 열교환 반응에 의하여 반응챔버의 내부 온도가 상승하게 되어, 반응챔버의 내부에서 슬러지가 건조 된다.
주입된 스팀은 나선형의 제 1 스팀 가이드부를 따라 이동하게 된다. 상기 스팀 가이드부는 나선형으로 형성되어 있어, 스팀의 이동 거리가 길어지게 되고, 스팀의 체류 시간이 길어지게 되므로 열교환 효율이 증가된다.
제 2 스팀 가이드부는 필요에 따라 폴딩되어 건조기의 상부측 또는 하부측의 스팀 체류 시간을 길게하여 열교환 효율을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 건조 반응 초기에 상부측에 위치한 제 2 스팀 가이드부를 펼치게 되면 건조기의 상부측에서 스팀체류 시간이 길어져서 반응챔버 내부의 온도를 보다 빠르게 상승 시킬 수 있다. 반응챔버 내부의 온도가 충분이 높아진 경우 상부측에 위치한 제 2 스팀가이드부를 접고, 하부측에 위치한 제 2 스팀가이드부를 펼치게 되면 건조기 하부측 스팀 체류 시간이 길어져 슬러지의 온도를 보다 빠르게 상승 시킬 수 있다.
또한, 상기 스팀 주입부(31)는 스팀 배출부 보다 높은 곳에 위치하여, 건조기의 상부에서 하부로 스팀이 흐르도록 하여 열교환 효율을 증가시킬 수 있다. 약 110도 내외로 공급되는 스팀은 반응챔버 내부의 온도를 약 80 내지 90 ℃ 상승시켜야 한다. 그러나, 스팀이 하부에서 상부로 흐르게 된다면 상온의 장입 슬러지와 먼저 만나게 되어 많은 열을 잃어버리게 되어 반응챔버 상부의 온도를 높이기 어려운 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 스팀 주입부(31)가 스팀 배출부 상측에 위치하는 것은 에너지 효율 관점에서 이점이 있다.
한편, 상기 스팀 배출부에서 배출된 스팀은 상기 슬러지 유입부(21)로 제공될 슬러지를 예비 가열할 수 있다. 즉, 슬러지가 반응 챔버로 장입되기 전부터 슬러지를 가열할 수 있으므로, 에너지 효율이 보다 향상될 수 있다.
또한, 슬러지가 장입되면 모터(41)에 의하여 샤프트(40) 및 블레이드(50)가 회전하게 된다. 장입된 슬러지는 회전하는 나선형의 블레이드를 따라 상부로 이동하게 된다. 장입된 슬러지는 회전에 의한 원심력에 의하여 반응챔버의 외주면과의 접촉면적이 증가하여 건조 효율이 우수해진다.
또한, 상기 블레이드는 블레이드에 부착된 보조 날개를 더 포함하여, 블레이드에 부착된 보조 날개(51)에 의하여 블레이드 회전시 반응챔버 내부 벽면에 붙어있는 슬러지를 떼어낼 수 있다.
또한, 블레이드 지지부의 단부는 테이퍼 형상을 가지되 블레이드와 접하는 부분의 두께는 블레이드의 두께와 동일하게 하여, 큰 덩어리의 슬러지가 상부로 이동 중 블레이드 지지부의 단부와 부딪혀서 낙하되는 것을 방지할 수 있다.
나선형의 블레이드를 따라 상부로 이동한 슬러지는 다시 반응챔버의 바닥으로 낙하하게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조기는 상기 상기 블레이드 내부에 위치하며 상기 샤프트에 연결되어 슬러지를 파쇄하는 슬러지 파쇄부(도면 미도시)를 더 포함할 수 있다.
슬러지 파쇄부를 구비할 경우, 낙하된 슬러지는 블레이드 내부에 위치하며 샤프트에 연결된 슬러지 파쇄부에 의하여 파쇄될 수 있다. 또한, 낙하된 슬러지는 슬러지 파쇄부의 회전에 의하여 반응챔버의 내측벽으로 밀려나게 된다. 반응챔버의 내측벽으로 밀려난 슬러지는 회전하는 슬러지에 탑재되어 블레이드를 따라 상부로 이동하며 건조된다.
슬러지는 건조됨에 따라 생성된 수증기는 반응챔버 상부측 수증기 배출부를 통하여 배출된다. 상기 수증기 배출부는 상기 블레이드에서 반응챔버 높이의 1/5 이상 이격(와류 존으로 호칭될 수 있음)되어 설치할 수 있다. 그리하여, 수증기와 함께 비산되는 슬러지가 반응챔버 밖으로 배출되는 문제점을 방지할 수 있다.
슬러지는 건조 반응이 진행될수록 함수율이 낮아져 무게가 낮아지게 된다. 이에 따라 모터에 걸리는 부하가 감소된다. 슬러지의 함수율이 충분히 낮아져 모터에 걸리는 부하가 기 설정된 값보다 낮아지게 되면, 슬러지 배출부를 통하여 슬러지를 배출 시킨다. 예를 들어, 슬러지가 건조되어 감에 따라, 모터에 걸리는 부하가 감소하게 되므로 슬러지가 건조될수록 모터의 각속도가 증가하게 된다. 모터의 각속도가 일정 속도 이상으로 증가하게 되는 경우 슬러지를 배출 시킬 수 있다. 보다 구체적으로 80%의 수분 함수율을 가지는 슬러지가 장입되고, 30%의 수분 함수율을 가지도록 건조시켜야 하는 상황을 상정할 수 있다. 이 경우, 건조가 진행됨에 따라 모터의 부하가 감소하고, 30% 수분 함수율에 대응하는 모터 부하가 되는 경우, 슬러지 배출이 진행될 수 있다. 즉, 건조된 슬러지도 블레이드(60)가 제공하는 원심력에 의하여 슬러지 배출부(22)를 통하여 배출될 수 있다. 이 때, 30% 보다 다소 높은 수분 함수율 예를 들어, 35% 수분 함수율의 모터 부하에 이를 때 슬러지 배출이 진행될 수 있다. 이 경우, 슬러지가 배출된 후에도 슬러지가 가지고 있는 열에 의하여 추가적인 건조가 이루어지므로 원하는 30% 수분 함수율이 달성될 수 있다. 모터 부하 측정을 통하여 슬러지 배출 시점을 파악할 수 있으므로 별도의 센서 예를 들어, 수분 센서가 필요하지 않아 제조 비용을 절감할 수 있다. 나아가 슬러지가 가지고 있는 열에 의한 추가적인 건조까지도 고려하여 배출 시점을 파악할 수 있으므로 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 슬러지 건조기 및 슬러지 건조방법에 따르면, 스팀이 상측에서 하측으로 제공됨으로써, 반응챔버 내부 및 슬러지의 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있다. 이 때, 스팀이 반응챔버 외주면을 나선형으로 이동함으로써, 열교환 효율이 향상될 수 있다. 나아가, 스팀의 이동 경로를 제공하는 스팀 가이드의 피치를, 반응챔버 내부의 공기 온도 및 슬러지 온도의 관계에 따라 가변시킬 수 있으므로 에너지 효율을 극대화할 수 있다. 즉 에너지 효율 향상에 따라 건조 처리 시간을 단축시킬 수 있으므로 반응 챔버의 크기를 작게 할 수 있으므로 소형화가 가능하다는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10 : 반응챔버
20 : 하우징
21 : 슬러지 유입부
22 : 슬러지 배출부
30 : 제 1 스팀 가이드부
31 : 스팀 주입부
32 : 제 2 스팀 가이드부
40 : 샤프트
41 : 모터
50 : 블레이드
60 : 블레이드 지지부

Claims (7)

  1. 슬러지가 유입되어 상기 슬러지의 건조 반응이 일어나는 반응챔버;
    상기 반응챔버의 외주면을 둘러싸되 상기 반응챔버와 이격되어 설치되는 하우징;
    상기 반응챔버 및 상기 하우징 사이에 위치하여 상기 유입되는 슬러지보다 고온의 스팀에 대하여, 상기 반응챔버의 상단에서 하단으로 이동 경로를 제공하는 나선형의 제 1 스팀 가이드부; 및
    상기 반응챔버의 내부에 위치하며 상기 슬러지에 대하여 상기 반응챔버의 하단에서 상단으로 이동 경로를 제공하는 나선형의 블레이드;를 포함하되,
    상기 고온의 스팀은, 상기 나선형의 제1 스팀 가이드부의 이동 경로를 따라, 상기 반응챔버 외주면의 상단에서 하단으로 나선형으로 이동함으로써, 상기 반응챔버의 외벽을 통하여 상기 반응챔버 내부로 열을 공급하는, 슬러지 건조기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반응챔버의 내부에 위치하는 샤프트; 및
    일단은, 상기 샤프트에 연결되고, 타단은 상기 블레이드에 연결되는 블레이드 지지부를 더 포함하며,
    상기 블레이드 지지부의 타단과 상기 블레이드 지지부와 접하는 블레이드는 서로 동일한 두께를 가지는, 슬러지 건조기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반응챔버 내부에 위치하며 상기 샤프트에 연결되어 슬러지를 파쇄하는 슬러지 파쇄부를 더 포함하는 슬러지 건조기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 블레이드의 상측 또는 하측에 위치하되, 상기 블레이드에서 상기 반응챔버의 내주부 방향으로 돌출되게 설치되는 보조 날개를 더 포함하는 슬러지 건조기.
  5. 슬러지가 유입되어 상기 슬러지의 건조 반응이 일어나는 반응챔버;
    상기 반응챔버의 외주면을 둘러싸되 상기 반응챔버와 이격되어 설치되는 하우징; 및
    상기 반응챔버 및 상기 하우징 사이에 위치하여 스팀의 이동 경로를 제공하는 나선형의 제 1 스팀 가이드부;를 포함하되,
    상기 제 1 스팀 가이드부의 피치 사이에 위치하며,
    상기 반응챔버의 외주면과 상기 반응챔버의 내주면의 법선 방향으로 폴딩(folding) 가능하도록 설치되는 제 2 스팀 가이드부를 더 포함하는 슬러지 건조기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬러지를 반응챔버 내로 유입시키는 슬러지 유입부; 및
    상기 슬러지를 반응챔버 외부로 유출시키는 슬러지 배출부를 더 포함하되, 상기 슬러지 유입부의 단면적은 슬러지 배출부의 단면적보다 작은 것인 슬러지 건조기.
  7. 삭제
KR1020170050800A 2017-04-20 2017-04-20 슬러지 건조기 및 이를 이용한 슬러지 건조방법 KR101815806B1 (ko)

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