KR101826014B1 - 차압교반식 열풍 건조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고함수율 재료를 단시간에 대량으로 건조하여 처리할 수 있도록 하는 열풍 건조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체성분이 함유된 피건조물을 투입하기 위한 투입구 및 건조된 피건조물을 내부공간에서 배출하기 위한 배출구가 형성된 건조실, 피건조물을 투입구쪽에서 배출구쪽으로 교반하면서 이송시키기 위한 이송수단, 고온공기를 건조실 내부로 공급하기 위한 열풍공급수단 및 내부의 함습공기를 배기하는 배기수단을 가지는 열풍 건조장치에 있어서, 상기 이송수단은, 상기 건조실의 하부영역에 건조실의 종축 방향으로 설치된 축봉에 연속 스크류형, 분할 스크류형, 프로펠러형 또는 패들형의 스크류핀이 장착되어 있는 하나 또는 두 개의 스크류이며, 상기 건조실은, 소정의 위치에 상기 이송수단이 존재하는 하부영역 일부를 제외한 상부영역을 차단하는 하나 또는 복수개의 차단판에 의해 종방향으로 복수의 구획공간으로 구분되며, 상기 열풍공급수단 또는 열풍공급수단과 배기수단은 상기 건조실의 구획마다 독립적으로 설치되며, 투입구측 구획공간의 열풍공급 압력이 후단의 구획공간의 압력보다 고압이 되도록 제어되는 차압교반식 열풍 건조장치에 관한 것이다.

Description

차압교반식 열풍 건조장치{Hot Air Dryer having Multi-Sectors with Different Pressures}

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 열풍 건조장치에 관한 것이다.

식품 및 화공분야의 생산공정 및 하수처리장, 축산폐수처리장, 각종 산업현장에서 발생되는 건조 재료에서 목표건조 함수율은 후속공정의 요구조건에 따라 매우 다양하게 나타난다. 예를 들면 수산화마그네슘은 함수율 40% 수준에서 2%까지 건조되어야 하지만, 하수슬러지는 퇴비화를 위해서는 함수율 87%를 50% 수준으로, 연료화를 위해서는 10% 이하로 건조되어야 한다. 이렇듯 산업현장에 따라 매우 다양한 건조조건은 건조생성물의 후속처리까지 고려해야 되는 매우 복합적인 기술이 필요하다.

건조장치는 기본적으로 가능한 많은 양의 수분을 배출하되 배기량은 적어야 된다. 이를 위해, 에너지 비용이 적게 들어야 하고, 물성에 따른 최적 체류시간을 임의로 조절하여 목표함수율에 도달할 수 있어야 하며, 처리능력은 운전조건의 변화에 의해서 이루어질 수 있어야 하고, 배기량은 가급적 적게 하여 후속처리 부하를 낮출 수 있어야 한다.

건조는 크게 열풍 건조방식과 열전도 건조방식 및 마이크로파 가열방식으로 구분할 수 있다.

열풍 건조방식은 열풍의 가열방식에 따라 직접가열과 간접가열 방식이 있는 데, 직접가열 방식은 중유, LPG 등의 연소가스 즉，고온의 건조가스를 직접 건조공간 내부로 공급하는 방식이고, 간접가열 방식은 연소가스를 직접 공급하지 않고 열교환을 통해 생성된 열풍을 건조공간 내부로 공급하는 것이다.

열전도 건조방식은 열풍 또는 열매체가 건조대상물과 직접 접촉되는 대신에 금속판 등을 사이에 두고 접촉함으로써 표면으로부터 열전도에 의해 건조대상물을 건조시키는 방법이다.

마이크로파 가열방식은 파장을 이용하여 재료를 발열시켜 수분을 제거하는 기술이며 독립적으로 또는 다른 건조방식과 복합적으로 적용되는 경우가 많으며, 건조장치에 마그네트론을 장착하여 발생되는 전자파에 의해 재료 내부로 깊숙이 잔존하는 수분까지 가열하여 증발되도록 하는 방식이다.

등록특허 10-0534084(슬러지 복합건조 장치)는, 투입되는 하ㆍ폐수 슬러지(수분함량 70∼85%W.B.)가 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 입자가 유동현상에 의해 입자크기가 미세하게 부서지면서 부양되어 고온 연소열풍에 의해 2차 건조(수분함량 8∼10%W.B.)되는, 열전도 방식과 열풍 건조방식을 복합적으로 적용한 건조장치를 제시하고 있다.

등록특허 10-0684259(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 교반ㆍ이송용 스크류, 건조실로의 열 공급에 의해 피건조물의 건조가 이루어질 수 있도록 최소한 상기 건조실의 하면 외부를 에워싸는 형태로 설치된 건조열풍공급실 및 교반ㆍ이송용 스크류에 의한 피건조물의 교반ㆍ이송 시 중앙돌출부 주위에서의 재료 성층화 및 뭉침이 방지되도록 상기 교반ㆍ이송용 스크류와 나란한 방향으로 중앙돌출부 주위에 설치된 파쇄수단을 포함하는, 열풍 건조방식의 스크류건조기를 제안하고 있다.

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

기존의 기술에 의한 건조장치의 경우, 대부분 건조요구조건에 따라 맞춤식으로 재료공급속도，열전달량，배기속도，배기재순환속도, 재료의 체류시간을 임의로 조절하는데 상당한 한계가 있고, 처리효율이 낮으며, 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 스크류핀과 축에 달라붙는 현상이 발생하여 실질적으로 분쇄 작용은 거의 기대할 수 없고 결국 스크류에 과부하가 걸리는 문제점이 있다.

[본 발명에서 '건조열풍'이란 ' 열량을 가진 건조한 고온공기, 열공기의 흐름'이라 할 수 있지만 당업계에서 통상적으로 열풍, 건조열풍, 고온공기, 열공기를 같은 의미로 사용하므로 이하에서는 특별한 경우를 제외하고는 당업계의 관행에 따르기로 함.]

한편, 수분을 갖고 있는 재료(피건조물)를 일정온도, 습도하에 두면 재료의 함수율과 온도는 시간(연속식인 경우 건조거리)에 따라 도 1의 건조곡선과 같이 3단계로 변화한다[공급되는 열풍의 온도는 고정된 것으로 가정함]. 재료전열상승구간(I)에서 피건조물은 열풍에 의해 가열되는데, 재료의 온도가 아직 충분히 상승하지 않았기 때문에 증발이 활발하지 않다. 따라서 재료의 함수율은 약간 감소하며 재료를 통과한 열공기는 아직 많은 열량을 가지며, 수분함량은 많지 않다. 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 감소되는데, 따라서 이때 재료를 통과한 열풍은 상당한 수분을 함유하고 있다. 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 온도차에 의한 건조가 이루어지지 않는다. 따라서 통상 감률건조구간에는 열풍공급량을 줄이거나 열풍의 온도를 낮추는 방식으로 공급열량을 감소시킨다.

그런데 종래기술에 의하면 고온의 열풍이 필요하지 않은 감률건조구간에도 불가피하게 동일한 열풍을 공급하게 되므로 열효율이 낮을 수밖에 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해 공개특허 10-2002-0005917, 10-2016-0144536 등은 '건조거리'에 따라 분리된 다단식 건조기를 제안함으로써 열이용 효율을 높이고자 하였다(도 3 참조). 그러나 이에 의하면 복수개의 건조장치가 필요하기 때문에 제조원가의 증가 및 유지관리의 어려움이라는 불편함을 초래한다.

도 1의 건조곡선에서 확인하였듯이, 건조장치의 전단 즉, 재료전열상승구간에서 재료를 통과한 열공기는 여전히 비교적 고온이며 수분함량이 적다. 그런데 종래기술에 의하면 재료를 통과한 열풍은 온도차(=비중차)에 의해 건조장치의 상부에 머무르다가 배출될 뿐 재차 재료와 접촉하기 어렵다. 열풍(열량)의 재사용을 위해 상부에서 열공기를 회수한 후 재가열 또는 수분제거/재가열한 열풍을 다시 건조장치로 공급하는 방식이 제시되고 있다. 그러나 이에 의하면 별도의 회수/재순환 장치가 요구될 뿐 아니라, 열풍 회수시에 항률건조구간을 거친 함수율이 높은 공기가 혼합되어 회수되므로 재순환 효율이 좋지 않다(도 2 참조).

한편, 피건조물의 종류, 물성과 함수율 등에 따라 재료전열상승구간(I), 항률건조구간(II) 및 감률건조구간(III)에 요구되는 시간 또는 거리가 상이하다. 예를 들면 동일한 성분이라도 점성과 함수율이 높은 재료일수록 전열상승구간이 길고 감률건조구간이 짧은 것이 일반적이다. 그런데 종래 건조장치에 의하면 피건조물의 조건에 따라 각 구간을 적절하게 구분하는 것이 불가능하기 때문에 불필요한 구간(위의 예에서는 감률건조구간)까지 과도하게 긴 체류시간을 가지게 되므로 시간과 에너지의 낭비를 감수할 수밖에 없었다.

등록특허 10-0534084 등록특허 10-0684259 공개특허 10-2002-0005917 공개특허 10-2016-0144536

본 발명은 이상과 같은 문제점들을 개선하기 위하여 것으로서, 단순한 구조적 변경과 이에 따른 운전방법 변경으로 열공기 이용효율을 높이고, 내부로 공급된 열공기가 피건조물과 반복적으로 접촉되도록 함으로써 고함수율 재료를 단시간에 대량으로 건조처리 할 수 있는 열풍 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 일단 설치된 건조장치의 구조적 변경 없이 단순히 운전방법을 조절함으로써 피건조물의 종류와 상태, 성상에 따라 건조단계(구간)별로 최적의 체류시간이 되도록 하여 건조효율을 높일 수 있는 열풍 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이상과 같은 목적을 위한 본 발명은, 액체성분이 함유된 피건조물을 투입하기 위한 투입구 및 건조된 피건조물을 내부공간에서 배출하기 위한 배출구가 형성된 건조실, 피건조물을 투입구쪽에서 배출구쪽으로 교반하면서 이송시키기 위한 이송수단, 고온공기를 건조실 내부로 공급하기 위한 열풍공급수단 및 내부의 함습공기를 배기하는 배기수단을 가지는 열풍 건조장치에 있어서, 상기 이송수단은, 상기 건조실의 하부영역에 건조실의 종축 방향으로 설치된 축봉에 연속 스크류형, 분할 스크류형, 프로펠러형 또는 패들형의 스크류핀이 장착되어 있는 하나 또는 두개의 스크류이며, 상기 건조실은, 소정의 위치에 상기 이송수단이 존재하는 하부영역 일부를 제외한 상부영역을 차단하는 하나 또는 복수개의 차단판에 의해 종방향으로 복수의 구획공간으로 구분되며, 상기 열풍공급수단 또는 열풍공급수단과 배기수단은 상기 건조실의 구획마다 독립적으로 설치되며, 투입구측 구획공간의 열풍공급 압력이 후단의 구획공간의 압력보다 고압이 되도록 제어되는 차압교반식 열풍 건조장치에 관한 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 단일의 건조장치임에도 실질적으로 복수개의 분할된 건조장치 세트인 것처럼 활용할 수 있기 때문에 단순한 구조이면서도 열이용 효율이 높은 건조장치가 가능하게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 피건조물을 1차로 통과한 건조열풍이 재차 다시 피건조물을 통과할 수 있기 때문에 열풍 회수/재순환 장치가 필요 없거나, 적은 용량의 것으로도 열량의 효율적 재활용이 가능하게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 건조장치의 구조적 변경 없이 단순한 운정방식의 변경으로 피건조물의 특성에 따라 재료전열상승구간(I), 항률건조구간(II) 및 감률건조구간(III)의 길이 또는 체류시간을 제어할 수 있어 건조효율을 증대시킬 수 있게 된다.

도 1은 통상의 건조장치에 있어서 건조거리에 따른 피건조물의 온도와 함수율 변화를 개념적으로 보여주는 건조곡선.
도 2는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 열풍 건조장치 및 부대장치를 도시한 예시도.
도 3은 종래기술에 의한 다단식 건조장치의 예시도.
도 4~6은 각각 본 발명에 의한 건조장치 일의 개념적 종방향 외형도, 종방향 단면도, 횡방향 단면도.
도 7은 본 발명에 의한 건조장치의 일예에서 차단판에 의한 차단면적이 다름을 보여주는 개념적 횡단면도.
도 8은 본 발명에 의한 건조장치의 일예에서 피건조물의 이송양태와 건조열풍의 유동예의 개념적 단면도.
도 9는 본 발명에 의한 건조장치에서, 패들형 스크류핀과 축봉의 결합부 구조를 보여주는 예시적 단면도.
도 10a는 본 발명에 적용할 수 있는, 상호 대응되는 세레이션의 예시적 개념도.
도 10b는 본 발명에 적용할 수 있는 스플라인축과 스플라인너트의 예시적 사진.

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 청구범위의 구성요소에 도면부호가 병기되어 있는 경우, 이는 설명 위한 예시적인 것일 뿐 도면부호로 구성요소를 한정하려는 의도는 아니다.

본 발명은, 예컨대 도 2에 도시한 것과 같이, 액체성분이 함유된 피건조물을 투입하기 위한 투입구(12) 및 건조된 피건조물을 내부공간에서 배출하기 위한 배출구(13)가 형성된 건조실(10), 피건조물을 투입구(12)쪽에서 배출구(13)쪽으로 교반하면서 이송시키기 위한 이송수단(20), 고온공기를 건조실(10) 내부로 공급하기 위한 열풍공급수단(30) 및 내부의 함습공기를 배기하는 배기수단(40)을 가지는 열풍 건조장치에 관한 것이다.

건조실(10)은 피건조물이 전방에서 투입되어 파쇄ㆍ교반ㆍ이송되면서 열풍공급수단(30)으로부터의 건조열풍으로 피건조물에 함유된 수분을 증발시키는 기능을 하는 일종의 컨테이너이다. 건조실(10)은 내부의 함습공기를 배기하는 배기수단(40)과 연결되어 있다. 이러한 건조장치에서 투입구(12)는 전단 상부에, 배출구(13)는 후단 하부에 있는 것이 일반적이지만 이에 제한되는 것은 아니다.

보다 구체적으로 본 발명은 이러한 건조장치에 있어서, 특히 건조실(10)이 복수의 구획공간으로 구분된 것을 특징으로 한다. 도 4~6에 각각 본 발명에 의한 건조장치의 개념적 종방향 외형도, 종방향 단면도, 횡방향 단면도를 도시하였다.

본 발명에서 상기 이송수단(20)은, 상기 건조실(10)의 하부영역에 건조실(10)의 종축 방향으로 설치된 축봉(21)에 연속 스크류형, 분할 스크류형, 프로펠러형 또는 패들형의 스크류핀(22)이 장착되어 있는 하나 또는 두 개의 스크류이다. 도면에는 패들형 스크류핀(22)이 장착된 두 개의 스크류로 된 이송수단(20)을 예시적으로 제시하였다. 이때 각 스크류의 패들은 종방향에서 볼 때 상호 교차되어 있으며, 양 스크류 패들의 작동공간이 겹치는 것(도 6 참조)으로 하였다. 이러한 구성에 의해 피건조물이 건조실(10) 하부의 좁고 한정된 공간에서 이송수단(20)에 의해 격심하게 혼합ㆍ교반ㆍ파쇄되면서 건조열풍 공기와 활발하게 접촉하면서 이송된다.

통상의 스크류는 스크류의 회전에 따라 피건조물을 이송하게 되는데, 피건조물이 점도가 높은 고함수율 상태인 경우 스크류핀(22)에 의해 분쇄 내지 분산되기 어렵고 심지어는 스크류의 중간에서 피건조물이 압축됨으로써 궁극적으로는 스크류의 작동이 불가능하게 되는 상황이 종종 발생한다. 따라서 본 발명에 의한 건조장치에서 상기 메인스크류의 스크류핀(22)은 연속형일 수도 있지만, 날개단과 공동부(날개단과 날개단 사이의 빈 공간)가 반복된 불연속적인 분할 스크류형(Segmented Blade Screw)이거나, 프로펠러형이거나 패들형인 것이 바람직하다. 분할 스크류형이나 패들형인 경우 각각의 스크류핀(22)은 전통적인 이송기능을 하면서 동시에 개별적으로 회전칼날의 기능을 하게 된다. 따라서 피건조물은 스크류핀(22)에 의해 타격을 받으면서 용이하게 파쇄ㆍ교반ㆍ이송될 뿐만 아니라, 이러한 최적의 전단력과 마찰력에 의해 점착성인 피건조물이 스크류핀(22)에 달라붙는 현상이 방지된다. 스크류핀(22)의 설치 밀도나 피치각도는 피건조물의 특성과 건조장치의 사양 등에 따라 적절하게 선택할 수 있을 것이다.

본 발명에서 상기 건조실(10)은, 소정의 위치에 상기 이송수단(20)이 존재하는 하부영역 일부를 제외한 상부영역을 차단하는 하나 또는 복수개의 차단판(11)에 의해 종방향으로 복수의 구획공간으로 구분되어 있다. 도 5에 차단면적이 상이한 3개의 차단판(11)의 적용예가 도시되어 있고, 도 7에 이들의 차단예를 보여주는 개념적 횡단면도를 도시하였다. 도시된 예와는 달리 피건조물의 특성과 건조장치의 사양, 처리용량 등에 따라서 차단판(11)의 수나 차단면적을 적절하게 선택할 수 있을 것이다.

본 발명에서 상기 차단판(11)은, 차단판(11)의 아래 공간을 채우면서 이송되는 피건조물과 함께 작용하여 건조실(10)을 종방향으로 ―완전한 것은 아니지만― 부분적으로 차단하여 복수의 구획공간이 되도록 유도하는 기능을 한다. 즉, 차단판(11)에 의해 구분된 구획공간은 인접한 구획공간과는 피건조물의 온도, 수분함량, 피건조물 접촉후의 열풍 온도 및 수분함량 등이 달라지게 되는 것이다.

한편, 본 발명에 의한 건조장치의 운용 시에 액체성분 함량의 증발에 따라 피건조 물체의 부피는 건조기의 투입구(12)측(상류)에서 배출구(13)측(하류)으로 갈수록 줄어들게 된다. 따라서 상기 차단판(11)은 도면에 예시한 것처럼, 상류에서 하류로 갈수록 차단면적이 더 커지도록 조성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 차단판(11)의 전부 또는 일부는, 그의 하단이 상기 스크류 스크류핀(22)의 작동공간에 근접되도록 형성되도록 하거나, 상기 차단판(11)의 직하방에는 스크류핀(22)이 생략/단락되어 있고 상기 차단판(11)의 전부 또는 일부는 그의 하단이 상기 스크류의 축봉(21)에 근접되도록 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 도 7에 차단판(11)의 차단면적을 달리한 예를 도시하였는데, 구체적인 차단면적이나 차단판(11) 형상은 적절하게 선택할 수 있을 것이다.

도 8에 본 발명에 의한 건조장치의 일예에서 피건조물의 이송양태(청색)와 건조열풍의 유동예(적색 화살표)를 개념적으로 표현하였다. 각 구획공간에서 공급된 열풍은 피건조물과 1차접촉하여 열전달후 건조실(10)의 상부로 이동하는데 ―종래에 의하면 건조실(10) 상부의 공기는 전체적으로 혼합된 상태에서 그대로 배기됨― 차단판(11)에 의해 하류로 직접이동이 불가능하므로 차단판(11) 아래의 피건조물을 통과하여 하류의 구획공간으로 이동된다. 이러한 방식으로 본 발명에 의하면 건조실(10) 내부로 공급된 열풍공기가 수회에 걸쳐 피건조물과 접촉하게 되어 열전달 효율이 증대되는 것이다. 만일 두 번째 혹은 세 번째 구획공간 상부의 열풍이 재활용 불가능한 온도이거나 수분을 과다하게 함유하고 있다면 그 구획공간(도 8에서 A 또는 A')에서 배기한다.

한편, 경우에 따라서는 차단판(11) 하부를 지나는 피건조물로 열풍공기의 통과가 어려운 경우 구획공간 내부의 압력이 과도하게 상승하여 폭발의 위험이 있다. 이를 방지하기 위하여 차단판(11) 또는 구획공간의 배기수단(40)에 압력감응식 댐퍼(예를 들면 자중식 댐퍼)를 두어 과도한 압력이 발생하면 고압공기가 직접 인접한 구획공간으로 이동되거나 외부로 배출되도록 하는 것이 좋다(도시 생략).

이를 위해, 본 발명에서 상기 열풍공급수단(30) 또는 열풍공급수단(30)과 배기수단(40)은 상기 건조실(10)의 구획마다 독립적으로 설치되며, 투입구(12)측 구획공간의 열풍공급 압력이 후단의 구획공간의 압력보다 고압이 되도록 제어되도록 한다. 이때 건조실(10)의 높이에 따라 상기 열풍공급수단(30)에 의한 열풍이 건조실(10) 좌우에서 2단 내지 그 이상의 단으로 공급되도록 할 수 있을 것이다.

예컨대, 도시된 예의 건조장치에서 피건조물의 특성에 따라, 첫 구획공간을 재료전열상승구간으로, 두세 번째 구획공간을 항률건조구간으로, 마지막을 감률건조구간으로 운전조건을 설정하였다면, 첫 구획공간으로 가장 높은 온도와 압력의 열풍을 공급하고 따로 배기를 하지 않으며, 세 번째 구획공간에서 배기함으로써 재료전열상승구간을 거친 열풍을 두세 번째 구획공간에서 재활용하며, 마지막 구획공간의 압력이 세 번째 구획공간의 압력보다 다소 높게 하여 항률건조구간의 다습 공기가 감률건조구간으로 침투하지 못하도록 하는 것이다.

보다 구체적으로 예시하자면, 건조속도와 건조가능성을 결정하는 앞부분인 첫 구획공간으로 최대 1000mmAq, 통상적으로는 10~40mmAq의 고온(Max.400℃)열풍을 분사하여 이 영역에서 더욱 격심한 열교환이 이루어지도록 한다. 이 구간에서 피건조물층과 열교환된 공기는 포화습도가 상대적으로 낮으며 현열이 있으므로 이를 바로 후단에서 사용하거나 재순환시켜 에너지 효율을 향상시킨다. 이어서 최대의 수분배출이 일어나는 연속증발구간인 후단(두 번째 또는 두세 번째 구획공간)은 전단보다는 낮은 압력을 유지하도록 하는 것이다.

만일 위와 같은 운전조건에서 재료전열상승구간(첫 구획공간)을 거친 열풍은 수분함량이 높지 않다. 따라서 이 열풍이 두세 번째 구획공간에서 재활용하기에 낮은 온도인 경우에는, 첫 구획공간에서 배기를 하고 이를 열풍공급수단(30)으로 재순환시킴으로써 열효율을 증대시킬 수 있다. 종래 건조장치에 의하면 수분함량이 많은 항률건조구간의 공기와 혼합되므로 이를 재활용하기 위해서는 다량의 배기공기를 제습하는 단계를 거쳐야 했다.

한편, 피건조물의 종류와 특성에 따라 이송수단(20)에 의한 물질이송 속도를 달리하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에서 상기 이송수단(20)은 피치각(pitch angle) 조절이 가능한 조립식 패들형 스크류핀(22)을 가지도록 하는 것도 좋다.

'조립식'이 가능하도록 하기 위해 상기 축봉(21)에는 패들형 스크류핀(22)의 결합축(24)에 대응되는 결합홈부(23)가 형성된다. 도 9에 패들형 스크류핀(22)의 봉형상 결합축(24) 부분과, 이 결합축(24)이 축봉(21)에 결합되도록 상기 결합축(24)을 긴밀하게 수용하는 삽입홈(23a)과 삽입홈(23a)의 외곽으로 돌출된 고정허브(23b)를 가지는 결합홈부(23)의 예시적 단면도를 도시하였다. 도시된 예에서는, 먼저 결합홈부(23)의 삽입홈(23a)에 스크류핀(22)의 결합축(24)을 끼워 넣고 적절한 고정수단으로 양자를 고정하는 것이다. 도면에서는 고정수단으로 상기 고정허브(23b)의 외면에 형성된 나사산, 이 나사산에 외접하는 암나사산을 가지며 결합축(24)에 유격있게 고정된 고정너트(25)로 이루어진 male adaptor 구조가 예시되어 있으나 다른 다양한 고정수단도 가능함은 당연하다. 예를 들면 가장 단순하게는, 상기 고정허브(23b)를 관통하여 결합축(24)을 가압하는 고정볼트(도시 생략)일 수도 있을 것이다.

본 발명에서, 패들의 피치각의 조절을 위해 두 가지 방안을 제안한다.

첫 번째, 원형봉 형상의 결합축(24) 말단면에 방사상 세레이션(serration)을, 삽입홈(23a)의 바닥면에 결합축(24) 말단면의 세레이션에 대응되는 세레이션을 형성하는 것이다. 도 10a에 상호 대응되는 세레이션의 예를 도시하였다. 이러한 구성인 경우, 패들형 스크류핀(22)의 원통형 결합축(24)을 상기 결합홈부(23)의 삽입홈(23a)에 끼워 넣고 적절한 피치각이 되도록 돌린 다음 완전히 밀어 넣으면 서로 상응하는 세레이션이 맞물리면서 피치각이 고정되는 것이다.

두 번째, 패들형 스크류핀(22)의 결합축(24)과 결합홈부(23)를 각각 서로 대응되는 스플라인축(24')(spline shaft)과 스플라인너트(23')(spline nut)가 되도록 하는 것이다. 도 10b에 본 발명에 적용할 수 있는 스플라인축(24')과 스플라인너트(23')의 예시적 사진을 첨부하였다. 이러한 방식에서는 적절한 피치각이 되도록 결합축(24)을 회전하여 결합홈부(23)에 그대로 끼워 넣으면 피치각이 새롭게 고정되는 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의한 열풍식 건조장치는, 하수슬러지, 산업폐수슬러지, 축산폐수슬러지와 같은 오니(슬러지)류, 음식폐기물, 과일박, 쥬스박, 주정박, 농수산물가공 부산물, 제철슬러지, 제강슬러지 등의 폐기물을 재활용하거나 감량화하는데, 화공, 철강, 식품 등 산업생산공정에서 쇼트볼, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 산화철, 염료, 안료, 농약, 탄산칼슘, 황토 등과 같은 (중간)산물을 건조하는데 이용될 수 있다.

10. 건조실
11. 차단판 12. 투입구 13. 배출구
20. 이송수단
21. 스크류 축봉 22. 스크류핀 23. 결합홈부
23a. 삽입홈 23b. 고정허브 23'. 스플라인너트
24. 결합축 24'. 스플라인축 25. 고정너트
30. 열풍공급수단
40. 배기수단

Claims (7)

1. 액체성분이 함유된 피건조물을 투입하기 위한 투입구(12) 및 건조된 피건조물을 내부공간에서 배출하기 위한 배출구(13)가 형성된 건조실(10), 피건조물을 투입구(12)쪽에서 배출구(13)쪽으로 교반하면서 이송시키기 위한 이송수단(20), 고온공기를 건조실(10) 내부로 공급하기 위한 열풍공급수단(30) 및 내부의 함습공기를 배기하는 배기수단(40)을 가지는 열풍 건조장치에 있어서,
   상기 이송수단(20)은, 상기 건조실(10)의 하부영역에 건조실(10)의 종축 방향으로 설치된 축봉(21)에 연속 스크류형, 분할 스크류형, 프로펠러형 또는 패들형의 스크류핀(22)이 장착되어 있는 하나 또는 두 개의 스크류이며,
   상기 건조실(10)은, 소정의 위치에 상기 이송수단(20)이 존재하는 하부영역 일부를 제외한 상부공간을 종방향으로 차단하는 하나 또는 복수개의 차단판(11)에 의해 종방향으로 복수의 구획공간으로 구분되며,
   상기 열풍공급수단(30)과 배기수단(40)은 상기 건조실(10)의 구획공간마다 독립적으로 설치되고, 상기 각 구획공간마다 독립적으로 설치된 배기수단(40) 중 수분함량이 낮은 배기수단(40)의 배기공기만이 상기 열풍공급수단(30)으로 재순환되는 것을 특징으로 하는 차압교반식 열풍 건조장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 차단판(11)의 전부 또는 일부는, 그의 하단이 상기 스크류핀(22)의 작동공간에 근접되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차압교반식 열풍 건조장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스크류에서, 상기 차단판(11)의 직하방에는 스크류핀(22)이 생략 또는 단락되어 있고,
   상기 차단판(11)의 전부 또는 일부는, 그의 하단이 상기 스크류의 축봉(21)에 근접되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차압교반식 열풍 건조장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 차단판(11)은, 후단으로 갈수록 차단면적이 증가하는 것을 특징으로 하는 차압교반식 열풍 건조장치.
   
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이송수단(20)의 스크류핀(22)은 피치각(pitch angle) 조절이 가능한 조립식 패들형인 것을 특징으로 하는 차압교반식 열풍 건조장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 패들형 스크류핀(22)에서 축봉(21)에 결합되는 결합축(24)은 원형봉이면서 말단면에 방사상 세레이션(serration)이 형성되어 있고,
   상기 축봉(21)에서 상기 스크류핀(22)의 결합축(24)이 결합되는 부위에는, 상기 결합축(24)을 긴밀하게 수용하는 원통형홈이면서 바닥면에 상기 결합축(24) 말단면의 세레이션에 대응되는 세레이션을 가지는 삽입홈(23a)과, 삽입홈(23a)의 외곽으로 돌출된 고정허브(23b)를 가지는 결합홈부(23)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차압교반식 열풍 건조장치.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 패들형 스크류핀(22)에서 축봉(21)에 결합되는 결합축(24)은 스플라인축(24')(spline shaft)이며,
   상기 축봉(21)에서 상기 스크류핀(22)의 결합축(24)이 결합되는 부위에는, 상기 스플라인축(24')에 대응되는 스플라인너트(23')(spline nut)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차압교반식 열풍 건조장치.
   

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