KR101832928B1 - 그래뉼 타입 축열메디아를 이용한 슬러지 성형 건조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건조대상체의 함수율을 조정하여 교반 회전체의 부하감소 및 고장방지를 도모하며, 또 히터에 의한 직접건조와 건조하우징에 미리 내장되어 예열된 씨드(seeds) 표면에 건조대상체가 도포되면서 건조되는 간접건조가 병행되도록 하여 건조효율을 높이고, 또 교반을 위한 회전체가 건조대상체를 성형하여 그래뉼화할 수 있도록 하는 성형 건조장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 성형 건조장치는 건조대상체 투입부 및 성형건조체 배출부를 구비한 건조하우징; 상기 건조하우징 내 배열되고 회전축에 방사상 배열된 복수의 성형기를 구비한 회전체, 이 회전체를 회전시키는 구동모터를 포함하는 성형건조부; 상기 건조하우징 내부를 가열하는 히터; 및 상기 건조하우징에 내장된 씨드(seeds);를 포함하여 이루어진다.

Description

그래뉼 타입 축열메디아를 이용한 슬러지 성형 건조장치{DRY APPARATUS}

본 발명은 히터에 의하여 건조대상체를 건조하는 성형 건조장치에 관한 것으로,

보다 상세하게는 건조대상체의 함수율을 조정하여 교반 회전체의 부하감소 및 고장방지를 도모하며, 또 히터에 의한 직접건조와 건조하우징에 미리 내장되어 예열된 씨드(seeds) 표면에 건조대상체가 도포되면서 건조되는 간접건조가 병행되도록 하여 건조효율을 높이고, 또 교반을 위한 회전체가 건조대상체를 성형하여 그래뉼화할 수 있도록 하는 그래뉼 타입 축열메디아를 이용한 슬러지 성형 건조장치에 관한 것이다.

가정, 산업, 식품, 축산, 폐기물처리 분야에서 다양한 건조장치가 제시되어 있다.

예를 들어 특허공개 제10-2007-0062401호(공개일자 2007년06월15일) [수지펠릿의 건조장치 및 그 방법]이 있는데,

이 공개특허는 수지성형기의 성형원료인 비결정화 수지펠릿 또는 결정화 수지펠릿에 부착된 수분이나, 함유된 결합수를 건조하는 수지펠릿의 건조장치 및 그 방법를 제시하고 있는바, 특히 1대의 장치로,비결정화 수지펠릿과 결정화 수지펠릿을 각각 효율적으로 건조할 수 있는 수지펠릿의 건조장치 및 그 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 장치 자체의 소형화를 도모하면서 수지펠릿을 효율적으로 건조할 수 있는 기술을 제시하고 있다.

그러나 이 특허는 함수율이 높은 건조대상체에 대한 원활하고 연속적인 처리방안이나 분말형 건조물로 인한 비산먼지 발생문제나 폭발 위험성 상존 문제에 대한 해결책을 제시하고 있지 않다.

또 특허등록 제10-1236331호(등록일자 2013년02월18일) [건조장치]가 있는데,

이 등록특허는 내부에서 피건조물의 교반 및 이송이 원활하게 이루어지고, 분진 발생이 적고 폭발의 위험이 경감되며, 열전도율과 건조효율이 우수하고, 건조 소요 시간이 단축되며, 부지 소요면적과 동력소요가 작고, 오염물질의 배출이 잘 통제될 수 있는 건조장치를 제시하고 있는바,

이 건조장치는, 피건조물을 가열하여 건조하는 건조실과, 상기 건조실 내부에 설치되며 피건조물을 교반 및 이송하는 레이커, 상기 레이커에 회전력을 전달하는 회전축, 상기 회전축을 통해 상기 레이커를 회전시키는 구동부 및, 상기 건조실에 직접 또는 간접적으로 열이 공급되도록 열을 발생하는 가열기를 포함하여 이루어진다. 상기 회전축과 레이커는 결합된 상태에서도 레이커가 회전축을 따라 이동(Sliding)할 수 있도록 상기 레이커 허브에 구비된 회전축 삽입구와 상기 회전축의 사이는 소정의 간격으로 이격되고, 상기 회전축의 회전력이 레이커에 전달되어 레이커가 회전될 수 있도록 상기 회전축 삽입구와 회전축은 그 단면의 형상이 타원형, 각형, 치차형 등과 같은 비원형이며 서로 대응되는 형상으로 성형되어 상기 레이커의 블레이드에 의하여 피건조물을 교반 및 이송함과 동시에 상기 레이커의 자중에 의하여 상기 레이커의 블레이드가 건조실 바닥면에 밀착되어 바닥면에 이물질 또는 피건조물이 점착되지 않고 스크레이핑(Scraping) 하도록 구성되어 있다.

그러나 이 종래문헌의 기술 역시 첫 번째 종래기술과 대동소이한 문제점을 안고 있다.

다음으로 특허등록 제10-1100614호(등록일자 2011년12월22일) [농축폐액 건조물의 펠렛화 장치 및 방법과 이를 이용한 유리조성개발 방법]이 있는데,

이 등록특허는 분말형태인 농축폐액 건조물을 유리화 설비에 투입이 용이한 펠렛 형태로 제조할 수 있는 농축폐액 건조물의 펠렛화 장치 및 방법과 이를 이용한 유리조성개발 방법으로,

이 특허 장치는 투입구와 배출구가 구비되는 본체프레임; 상기 투입구를 통해 이송투입되는 농축폐액 건조물을 공급해주는 호퍼; 상기 호퍼를 통해 공급되는 농축폐액 건조물을 특정위치로 일정량씩 이송/공급해주는 피더; 상기 호퍼를 통해 공급되는 덩어리 형태의 농축폐액 건조물을 분쇄/혼합해주는 교반기; 상기 교반기의 일측에는 상기 교반기 내로 투입된 농축폐액 건조물에 활택제를 공급해주는 첨가제공급부; 및 상기 피더를 통해 공급되는 농축폐액 건조물을 펠렛 형태로 가압제조하여 상기 배출구를 통해 배출시켜주는 펠렛프레스;를 포함한다.

그러나 이 등록특허는 별도의 펫렛프레스를 통하여 펠렛을 제조하는 것이어서 처리효율 부분에서 개선이 요구되어, 대용량의 산업 및 생활 폐기물의 처리에는 부적합하다.

이어서 특허등록 제10-1546382호(등록일자 2015년08월17일) [에너지 절약을 위한 미분 중간 배출형 그래뉼 건조장치]가 있는데,

이 등록특허는 하향 경사지게 구비되는 원통형의 로타리 드라이어에 다수의 타공홀을 지니는 원통 회전 스크린이 형성되어지고, 상기 로타리 드라이어의 일측에는 열풍 발생기가 구비되어 예비 건조되어진 미분을 상기 원통 스크린을 이용하여 분리하여, 분리되어진 그래뉼을 본 건조하는 에너지 절약을 위한 미분 중간 배출형 그래뉼 건조장치에 관한 것으로,

이 특허 장치는 하향 경사지게 구비되는 원통형의 로타리 드라이어를 이용하여 다량의 수분 또는 바인더가 첨가된 그래뉼 입자를 건조하기 위한 그래뉼 건조장치에 있어서, 상기 로타리 드라이어는 미분을 분리하기 위한 다수의 타공홀을 지니는 원통 회전 스크린이 형성되어, 상기 원통 회전 스크린을 중심으로 일측에 미분을 포함한 그래뉼의 표면만 건조하기 위한 예비 건조부가 마련되어지고, 타측에 그래뉼만 건조하기 위한 본 건조부가 마련되어지되, 상기 원통 회전 스크린을 에워싸도록 실링장치를 지니는 중간 후드가 구비되어지고, 상기 중간 후드에 미분 배출부가 형성되어 미분만 배출되어지며, 상기 로타리 드라이어의 일측에는 열풍 발생기가 구비되어 있다.

그러나 이 특허 장치는 이미 그래뉼 상태의 건조대상체를 건조하는 것이어서 활용 분야가 제한적이다.

아울러 특허공개 제10-2015-0104752호(공개일자 2015년09월16일) [음식물쓰레기 종량 및 연속건조 감량방법 및 장치]가 있는데,

이 공개특허는 음식물쓰레기를 개별적으로 사용자의 편의에 따라 수시로 버리는 것이 가능하고, 수시로 개별적으로 버리는 음식물쓰레기 배출자를 인식하고 배출무게를 계량하여 관할 지방자치단체에 송신하여 음식물쓰레기 종량제를 이루고, 배출된 음식물쓰레기를 배출된 곳에서 건조하여 감량함으로서, 음식물쓰레기를 근원적으로 줄이고 처리하는 음식물쓰레기 종량 및 감량처리기에 관한 것으로서, 음식물쓰레기 처리기에 RFID카드 또는 비밀번호 등 개인의 인식장치를 설치하여 배출자를 인식한 후, 음식물쓰레기를 버릴 수 있도록 뚜껑의 개폐를 RFID카드 또는 비밀번호에 의해 개폐되는 개폐장치와, 투입된 음식물쓰레기의 양을 계량하는 계량장치와, 배출자의 배출량을 수집한 배출정보를 관할 지방자치단체에 송신하는 송신장치를 포함한다.

그러나 이 공개특허는 건조기술 자체에 중점을 두기 보다는 쓰레기 배출량 정보 등의 관리와 관련된 송수신 방식 등에 중점을 둔 기술에 해당한다.

이에 본 발명은 건조대상체의 함수율을 조정하여 교반 회전체의 부하감소 및 고장방지를 도모하며, 또 히터에 의한 직접건조와 건조하우징에 미리 내장되어 예열된 씨드(seeds) 표면에 건조대상체가 도포되면서 건조되는 간접건조가 병행되도록 하여 건조효율을 높이고, 또 교반을 위한 회전체가 건조대상체를 성형하여 그래뉼화할 수 있도록 하는 성형 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 대용량 건조처리 및 연속 건조처리가 가능하도록 히터를 구성하는 열풍이 건조하우징에 내에 효율적으로 전달되면서 건조대상체에 침투 전달될 수 있도록 하는 열풍 안내로 형상을 제공하는 성형 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 장치의 유지 보수 편리성을 보장하기 위하여 성형건조부의 회전체의 성형기 단부에 교체형 내마모성 스크레이퍼를 도입하고, 필요에 따라 건조하우징 내주면 역시 내마모성 표면층을 도입한 성형 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러 본 발명은 회분식 또는 연속식 건조모드로 구성되며, 건조하우징 내에 상시 잔량의 성형건조체가 남아 있어 간접건조를 위한 씨드 역할을 하도록 한 성형 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 건조효율 향상 및 함수율 조정을 위하여 건조하우징의 투입부측으로 건조대상체를 반송하는 반송수단이 도입된 성형 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 원활한 함수율 조정과 씨드(또는 성형건조체)와 건조대상체의 균등 접촉을 위하여 투입부에 분리수단을 도입한 성형 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 성형 건조장치는

건조대상체 투입부 및 성형건조체 배출부를 구비한 건조하우징;

상기 건조하우징 내 배열되고 회전축에 방사상 배열된 복수의 성형기를 구비한 회전체, 이 회전체를 회전시키는 구동모터를 포함하는 성형건조부;

상기 건조하우징 내부를 가열하는 히터; 및

상기 건조하우징에 내장된 씨드(seeds);

를 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 성형 건조장치에서

상기 히터는 열풍공급수단이며,

상기 건조하우징의 하부에는 열풍의 상향 안내로가 구비되어 있고,

상기 히터에 의한 건조과정에서 히터에 의하여 예열된 상기 씨드 외주면에 건조대상체가 도포되면서 히터의 열에 의한 직접건조 및 예열된 씨드의 열전도에 의한 간접건조가 진행되며,

상기 성형건조부의 회전체는 열풍의 상승 방향과 같은 방향으로 회전하고, 성형기의 단부에는 교체형 내마모성 스크레이퍼가 구비되어 있고,

상기 건조하우징에는 상기 투입부측으로 건조대상체를 반송하는 반송수단이 더 구비되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 성형 건조장치는 건조대상체의 함수율을 조정하여 교반 회전체의 부하감소 및 고장방지를 도모하며, 또 히터에 의한 직접건조와 건조하우징에 미리 내장되어 예열된 씨드(seeds) 표면에 건조대상체가 도포되면서 건조되는 간접건조가 병행되도록 하여 건조효율을 높이고, 또 교반을 위한 회전체가 건조대상체를 성형하여 실시간으로 그래뉼화할 수 있고,

또 히터를 구성하는 열풍이 건조하우징에 내에 효율적으로 전달되면서 건조대상체에 침투 전달될 수 있도록 하는 열풍 안내로 형상을 제공하여 대용량 건조처리 및 연속 건조처리가 가능하고,

나아가 성형건조부의 회전체의 성형기 단부에 교체형 내마모성 스크레이퍼를 도입하고, 필요에 따라 건조하우징 내주면 역시 내마모성 표면층을 도입하여 건조장치의 유지 보수 편리성을 보장할 수 있고,

아울러 필요에 따라 회분식 또는 연속식 건조모드로 구성되어 편리하고, 건조하우징 내에 상시 잔량의 성형건조체가 남아 있어 간접건조를 위한 씨드 역할을 하도록 할 수 있고,

또 건조하우징의 투입부측으로 건조대상체를 반송하는 반송수단을 도입하여 건조효율 향상 및 함수율 조정 원활성을 확보하고,

또 투입부에 분리수단을 도입하여 원활한 함수율 조정과 씨드(또는 성형건조체)와 건조대상체의 균등 접촉이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 성형 건조장치의 개략도.
도 2는 성형건조부 중심의 개략도.
도 3은 건조하우징의 열풍안내로 중심의 개략도.
도 4는 성형건조부의 성형기를 구성하는 회전체 중심의 개략도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 공지기능 및 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략할 수 있다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소 등을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 우열이나 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

먼저 본 발명에 따른 성형 건조장치(A)의 전체 개략도에 대한 도 1과, 성형건조부(20) 중심의 도 2, 건조하우징 중심의 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이,

본 성형 건조장치(A)는 크게 건조하우징(10), 성형건조부(20), 히터(30), 축열메디아(또는 씨드 내지 성형건조체, 이하 병용함)(40), 반송수단(50), 그리고 배가스처리부(60)로 구성된다.

건조하우징(10)은 건조대상체 투입부(11) 및 성형건조체 배출부(13)를 갖고, 저면에는 드레인(19)을 구비하고 있으며, 상부에는 배가스처리부(60)와 배기파이프(15a)를 통하여 연결된 배기부(15)에 구비되어 있다.

구체적으로 투입부(11)는 건조대상체가 저장된 호퍼(ah)와 이송컨베이어(ac)로 구성될 수 있으며, 이 건조대상체는 예를 들어 생활 또는 산업 폐기물, 구체적으로 슬러지 일 수 있고, 통상 종말처리장에서 함수율 조정 없이 수거되는 80wt% 전후의 함수율을 갖는 슬러지에 해당하는 건조대상체 공급부(As)와 연결될 수 있다.

건조대상체 공급부(As) 및 투입부(11)로는 도 1의 좌측 사진과 같이 건조대상체(Sw)가 소정의 속도로 연속 공급되어 대용량 및 연속 처리가 가능한 형태로 구성될 수 있다.

나아가 투입부(11)는 건조대상체 공급부(As) 등에서 압밀된 슬러지를 분리 내지 파쇄할 수 있는 분리수단(일종의 grinder), 특히 무동력 분리수단(G)으로 구성되어 원활한 공급 및 건조 특성 보장, 함수율 조정과 축역메디아(씨드 또는 성형건조체)와 건조대상체의 균등 접촉을 보장하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이 무동력 분리수단(G)은 도 1의 좌측 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이, 노즐(11n) 구조를 갖는 투입부의 단부 배출구가 건조대상체(Sw)를 복수의 가닥 형태로 분리 압출하는 다양한 형상의 분리부(11A)를 갖는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로 이 무동력 분리수단(G)은 도 1의 좌측 분해 사진과 같이 1차 분리(또는 분쇄)용 스플리터(splitter)(11a)(연속된 이빨이 상부 패널 중앙의 투입구 내주면 둘레에 하향 돌설되어 있다)를 구비한 분리부(11A)와, 이 분리부 하부에 결합된 분리유지부(11B)로 구성된다.

이 분리부(11A)의 스플리터(11a)에 의하여 1차 분리된(또는 분쇄된 또는 찢어진) 건조대상체는

(건조대상체가 슬러지인 경우 수분과 하수 특유의 점성, 자중에 의한 압밀 상태로 인하여 마치 밀가루 반죽 유사 특성을 보이며, 구체적인 예로 슬러지 처리에서는 슬러지의 점성이 커져 덩어리 현상을 갖추게 되며, 특히 글루존(Glue Zone; 최대점성구간; 함수율 40wt% ~ 60wt% 구간)에서는 과부하에 의한 과다한 건조장치의 동력소모와 막힘현상 및 설비파손 문제의 주요 원인이 됨)

분리부(11A) 하부에 결합된 분리유지부(11B)의 가이더(11b)에 의하여 건조대상체가 분리된 상태 그대로 건조하우징(10)의 투입부(11)로 공급된다.

상기 분리유지부(11B)는 분리부(11A)의 상부 패널에 결합되는 하부 패널의 투입구 둘레에는 스플리터(11a)를 이격된 상태로 감싸는 연결패널이 구비되고, 이 연결패널에 하향 연결된 복수의 막대가 가이더(11b)의 역할을 하도록 구성되어 있고, 가이더를 구성하는 막대는 알파벳 'X'자를 이루를 형태로 교차하는 형태로 배열되어 있다.

이 건조대상체 공급부(As)에서는 건조대상체를 함수율 조절(예: 건조체와 혼합, 특히 건조 슬러지와 혼합) 없이 직투입하는 것이 가능하며, 이에 따라 컨베이어벨트, 혼합기 등의 전처리설비가 불필요하여 설비비, 운전비 등을 절약할 수 있고, 혼합기 마모에 따른 교체나 유지보수 비용이 획기적으로 절감된다.

또 성형건조체 배출부(11B)는 연속식으로 구성된 건조하우징의 구성에 맞게 성형건조부(20)에 의하여 성형체, 특히 그래뉼 타입 성형체인 성형건조체(예: 성형 건조 슬러지 또는 건(乾)슬러지)가 배출되도록 투입부 반대측에서 회전체(21)의 회전축(21B) 높이 부근에 형성되어 있고,

연속식의 경우 그래뉼 타입 성형건조체가 오버플로우가 이루어지는 배출부에는 배출파이프가 연결되고, 건조장치의 용량에 따라 배출파이프 말단에는 성형건조체, 특히 건조 성형 슬러지(그래뉼 타입)(Sd) 저장탱크(13T)가 구비되어 있고(또는 대안적으로 마대자루 또는 덤프트럭에 직접 저장 가능), 원활한 연속배출을 위하여 배출이송 스크류(13a)가 더 구비되어 있다(도 2 참조).

상기 건조하우징의 투입부로 공급되는 건조대상체의 함수율은 70~95wt% 이고, 기본적으로 상기 축열메디아 외주면에 건조대상체인 슬러지가 도포되면서 히터의 열에 의한 직접건조 및 예열된 그래뉼 타입 축열메디아의 열전도에 의한 간접건조가 진행되어 배출부에서는 배출되는 축열메디아를 내포하는(축열메디아에 건조된 슬러지가 도포되면서 건조 및 성형된) 그래뉼 타입 성형건조체의 함수율은 1~15wt% 이고, 상기 건조하우징은 45~95℃(바람직하기로는 45~90℃, 보다 바람직하기로는 50~85℃, 가장 바람직하기로는 50~80℃)의 저온 상태를 유지하는 것이 바람직하다.

다음으로 성형건조체 배출부(11B)에서의 그래뉼화(granulation) 성형건조체 배출 외에 미분(먼지)형 건조물 등이 포함된 배가스를 위한 배가스처리부(60)를 구성하는 집진기(61)를 이용하여 포집하고, 그래뉼화 성형건조체가 건조슬러지인 경우 그대로 보조연료로 납품하는 것이 가능하여 별도의 선별기가 불필요하며, 또한 후단 집진설비가 불필요하여 관련 부하가 그만큼 감소하게 된다.

이에 따라 단순히 미분 처리용 집진기(61)는 사이클론으로 구성될 수 있고, 또 그 후단의 웨트스크러버(63)(Wet Scrubber)가 구비되며 웨트스크러버는 펌프와 연결된 세정수공급탱크(63a)로부터 세정수를 공급받는다. 필요에 따라 후단설비로 미세한 악취 제거를 위한 세정탑 등이 도입될 수 있다.

특히 본 발명에 따른 성형 건조장치(A) 및 건조방법은 저온(45~95℃) 건조 방식을 취하므로 그만큼 악취발생량이 획기적으로 줄일 수 있어(기존 150~610℃ 온도의 열풍 등을 이용한 슬러지 건조에서는 특유의 악취(단백질 등의 연소가 원인임, 머리카락 탄내와 유사)가 발생됨) 건조설비 주변의 민원 발생 원인이 해소되며, 상기 건조하우징(10) 내부를 가열하여 건조 열원 제공하는 원천은 히터, 즉 열원(예: 열풍) 그 자체에 의한 직접 제1건조원, 예열된 그래뉼 타입 축열메디아(또는 씨드(seeds))(40)의 표면에 부착된 건조대상체가 축열메디아의 열전도에 의한 간접 제2건조원, 나아가 건조하우징 및 열풍 안내로 벽체(W)의 열기에 의한 간접 제3건조원이다.

이러한 3단계 건조원을 통하여 열효율을 획기적으로 높이고 그만큼 신속하고 완벽한 건조(함수율 1~15wt%)가 가능한 성형 건조장치 및 그 건조방법을 제공할 수 있다.

특히 예열된 씨드(seeds) 또는 건조하우징에 잔류하는 성형건조체는 축열메디아(heat storage media) 기능을 하는 것이어서 기존 건조장치와 건조효율에 있어 주된 차별성을 제공하는바,

축열메디아에 의한 간접 건조는 열원과 건조대상체에 대한 접촉면적을 획기적으로 확대하여 씨드(또는 성형건조체 내지 축열메디아, 이하 병용함) 외주면 전체가 극대화된 전열(傳熱)면적을 제공하므로 건조대상체의 간극수(水)가 자유수(水)로 노출되어 건조가 더 빠르게 진행하도록 하는 역할을 하게 한다.

도 1에서 이러한 제1열원인 히터(30)는 열풍공급수단으로 구성되어 있는바, 이를 위하여 히터(30)는 연료탱크(31)로부터 연료를 공급받는 버너(33)로 구성되며, 열풍 형성을 위하여 버너는 또 팬과 연결되어 있다.

열효율, 특히 동절기에도 건조 처리에의 효율성을 제고하기 위하여 상대적으로 저온인 배가스 배기부(15)의 열 마저도 회수하도록 응축부(30E)를 구성하여 배가스의 수분은 응축 배수하고, 히터(30)인 버너로 상온 이상의 연소공기(30a)를 공급하도록 구성하는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 2의 좌측 하부 일점 쇄선 원 내에서 확인할 수 있는 바와 같이,

히터(30)에서 제공되는 열풍은 곡선형(특히 회전체 성형기(21A)의 회전 운동 궤적에 상응하는 곡률을 갖는 것이 바람직함) 하면 구조를 갖는 건조하우징(10)에서 열풍 상향 안내로(17)를 따라 아래에서 위로 공급되어 가압된 열풍기류(도 4 [D] 참조)에 자연 대류적인 상승기류까지 더해져 투입부(11)에서 공급되는 건조대상체의 건조 및 성형(특히 그래뉼화(granulation)) 과정을 통한 성형건조체화의 효율성이 보장되고 극대화된다.

특히 성형건조부(20)의 회전체(21), 특히 처리 용량 보장을 위한 한 쌍의 회전체는 열풍의 상승 방향과 같은 방향으로 회전하여 열풍이 건조대상체 및 성형건조체에 보다 잘 전달되도록 구성되어 있다.

열풍은 160~230℃ 정도로 공급되나, 건조하우징(10) 내의 온도는 저온(45~95℃)이어서 성형건조체의 폭발 및 화재 위험이 제거된다(특히 성형건조체는 주되게 외경(φ0.3~15mm) 정도의 그래뉼 타입으로 성형되고, 폭발 위험요소인 미분은 극히 미량이면서도 배가스처리부(60)의 집진기(61)에 의하여 신속히 제거되므로 본 발명의 건조장치의 안정성은 극대화된다).

상기 건조하우징(10)은 곡선형(특히 원형) 하면 구조를 갖고 그 저부에 열풍 상향 안내로(17)가 구비되며,

이 안내로(17)는 건조하우징의 최저부 보다 상부에 열풍급기홀(17h)이 형성되어 있어 건조대상체 및 성형건조체가 열풍급기홀(17h)을 폐쇄하지 않도록 구성되어 있고,

또 도 2의 좌측 하부 일점 쇄선 원 내 건조하우징의 측면도 확대도와 같이 열풍홀(17h)은 슬릿(slit) 타입이고,

도 1 및 도 3 [A]의 평면도와 같이, 열풍 상향 안내로(17)는 건조하우징(10) 전체에 걸쳐 연속된 것이 아니라 격벽(17p)에 의하여 분리되어 있고, 격벽에 의하여 분리된 열풍 상향 안내로(17)의 구획부(P17) 마다(5개의 구획부(P17)) 히터(30)(열풍)의 파이프, 즉 분기덕트(17D)가 연결되어 있다.

아울러 본 발명에 따른 건조장치(A)의 건조하우징(10)은 버너(33)등의 히터(30)에서 공급되는 열풍이 분기덕트(17D)를 거쳐 각 구획부(P17)로 공급됨과 함께, 가급적 건조하우징 내의 응축수 발생 및 열손실 발생을 방지하고, 열풍이 건조하우징 전체를 가열하면서 재활용되도록 하기 위하여 열풍 상향 안내로(17)가 건조하우징(10) 외벽의 60% 이상, 바람직하기로는 80% 이상을 감싸는 형태로 구성되는 것이 좋다. 또 건조하우징(20) 상부와 같이 안내로(17)가 형성되지 않은 외벽 부위는 단열재(17i)로 감싸서 열효율을 높이도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

다음으로 성형건조부(20)는 건조하우징(10)에 내장된 회전체(21), 이 회전체를 회전시키는 구동모터(23)로 구성되며, 특히 한 쌍의 회전체를 갖는데, 처리 용량 필요성에 따라 하나 또는 셋 이상의 회전체가 도입될 수 있다.

성형건조부(40) 중심의 도 4에서, 도 4 [A]의 건조하우징(10) 상부에서 관찰한 평면도, [B]의 측면도, [C]의 정면도(하나의 타격성형기만 도시함), [D]의 측면도(도 4 [D]의 우측 일점쇄선 원 내 및 도 4 [D]에서 열풍의 공급 방향을 각각 "Hot Wind" 및 "H.W"로 표시하고 있다)에서 확인할 수 있는 바와 같이,

건조대상체(Sw)의 교반, 건조, 성형을 위한 성형건조부(30)의 회전체(21)는 회전축(21B)과, 이 회전축에 방사상 방향으로 성형기(21A)로 구성되고,

이 성형기는 연결된 복수의 링크(21b), 이 각 링크에 구비된 패들(paddle)(21c)을 포함하여 구성된다(도 4 [A, B, C]는 설계 사양에 가까운 도면이고, [D]는 이해의 편의를 위하여 개략적으로 도시한 도면임).

또 상기 패들(21c)의 슬러지 타격면(21d)은 회전축(21B) 축설 방향과 어긋난 방향으로 배열되고,

더 나아가 어느 한 패들(21c)의 슬러지 타격면(21d)은 인접한 다른 패들의 슬러지 타격면과 서로 다른 방향으로 배열되는 것이 건조대상체와 축열메디아인 성형건조체의 혼합 및 건조와, 건조대상체의 그래뉼 타입 성형 효율성에 더 적합한 것으로 확인되어 있다.

도 4 [B]에서와 같이 회전축(21B)의 한 원주면 위치에는 180도 간격으로 링크(21b)를 통하여 제1쌍의 패들(21c)이 연결되어 있고, 이격된 인접 위치에는 제1쌍의 패들과 90도 간격으로 어긋난 180도 간격의 제2쌍의 패들(31c)이 배열된 형태인 것을 확인할 수 있다. 그 외 다양한 배열 위치와 배열 각도를 선택할 수 있다.

또 회전축의 동일 원주면에 배열된 한 쌍의 패들은 회전축(21B) 축설 방향과 서로 다른 어긋난 방향을 갖는 것을 확인할 수 있다.

필요에 따라서는 도 4 [D]의 하부 우측 일점 쇄선 원 내 변형예와 같이, 상기 패들(21c)의 타격면(21d)은 회전축(21B)의 법선(링크(21b)는 법선 선상에 배열됨)과 어긋난 형태로 경사지게 배열될 수 있다.

한편, 본 발명에서 상기 건조하우징에 내장된 축열메디아인 씨드(40)는 외경φ 0.3~15mm 정도의 다양한 세라믹 또는 단순 흙 성형체일 수 있고, 특히 건조대상체의 성형 효율성을 고려하여 같은 슬러지 성형건조체(Sd) 자체인 것이 바람직하다. 최초 건조하우징에 충진되는 슬러지 성형체는 다양한 방식으로 성형된 제품을 투입하여 사용할 수 있다.

건조하우징(10)의 형상과 성형건조부(20)의 회전체(21) 및 패들(21c)의 타격면(21d) 구조로 인하여,

그리고 열원에 의한 직접 제1건조, 축열메디아(heat storage media)인 그래뉼 타입 성형건조체(Sd)에 의한 간접 제2건조, 건조하우징 및 열풍 안내로 벽체(W)의 열기에 의한 간접 제3건조로 인하여,

건조하우징 내의 단위 시간당 [건조대상체 : 축열메디아인 그래뉼]의 중량비가 [5~30 : 95~70] 정도로 공급되는 함수율 80wt% 이상의 건조대상체는 그 성상 및 투입량에 따라 20~60분 정도의 체류시간 내에

그래뉼레이션(granulation) 현상에 의하여 외경φ 0.3~15mm 정도의 그래뉼로 성형되어 배출된다.
회분식 또는 연속식 성형 건조장치에 맞게 축열메디아 용도로 그래뉼 타입 슬러지 성형건조체를 필요한 만큼 건조하우징에 일부 남기고, 나머지 성형건조체를 배출한다.

도 1에 도시된 건조하우징에서 이루어지는 그래뉼화 건조대상체(예: 슬러지) 건조는 연속식으로 구성되어 있으나, 필요에 따라 회분식으로 구성될 수 있고,

건조하우징에서 이루어지는 그래뉼화 슬러지 건조가 연속식 또는 회분식으로 구성되는 경우 성형건조체 배출부에서 배출되는 그래뉼 타입 성형건조체의 단위 시간당 배출량(연속식) 또는 1회 배출량(회분식)은 5~60wt%로 구성하여, 잔량의 그래뉼 타입 성형건조체는 다시 축열메디아(heat storage media)로 기능하게 된다.

이처럼 건조하우징에 내장된 축열메디아(heat storage media; 또는 열매체(heat transfer media), 이하 병용함), 특히 그래뉼 타입 슬러지 성형건조체가 히터, 즉 열원에 의하여 예열되어 일종의 유동체가 되어 회전체(21)의 패들(21c)의 타격에 의하여 빠르게 유동하면서 교반되고, 이에 따라 유동체화된 축열메디아인 씨드(40) 내지 성형건조체(Sd)와 건조대상체는 접촉면적이 극대화(건조대상체가 축열메디아 표면에 반복 코팅된다) 되어 빠르고 보다 완벽하게 열을 전도하여 건조대상체를 건조하고 이를 그래뉼화하도록 축열메디아의 외주면 전체가 극대화된 전열(傳熱)면적을 제공하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 축열메디아(씨드(40) 내지 성형건조체(Sd))를 이용한 성형 건조장치(A)를 이용한 건조방법은 건조하우징(10) 내에서 성형건조부(20)에서 유동체화된 축열메디아, 즉

대부분을 차지하는 축열메디아인 그래뉼 타입 성형건조체 대 (상대적으로) 소량의 건조대상체 비율로 인하여 회전체(21)에 의하여 일종의 부유성 교반(유동체화된 축열메디아와 건조대상체의 교반)이 가능하게 되고,

이에 따라 예를 들어 슬러지 건조공정에서의 주된 해결과제인 글루존(Glue Zone) 문제를 근원적으로 해결할 수 있게 된다.

나아가 부유성 교반 특성상 회전체에 가해지는, 건조대상체 자체에 의한 부하와 마찰빈도는 줄어들게 되므로 마모에 따른 회전체 부품의 교체가 거의 불필요하여 그만큼 운전비용의 절감과 연속 운전이 가능하게 된다는 장점을 제공할 수 있다.

본 발명에서는 건조장치(A)의 유지 보수 편리성을 보장하기 위하여 성형건조부(20)의 회전체(21)의 성형기(21A) 단부, 특히 패들(21c) 단부에 교체형 내마모성 스크레이퍼(21a)를 도입하고(도 2 참조), 필요에 따라 건조하우징 벽체(W) 내주면 역시 내마모성 표면층(필요에 따라 교체형으로 구성가능)을 도입할 수 있다.

한편, 본 발명의 건조장치(A)에서는 건조효율 향상 및 함수율 조정을 위하여 건조하우징(10)의 투입부(11)측으로 건조대상체를 반송(실질적으로는 건조 전 상태의 투입체, 건조 중인 투입체, 건조 완료된 투입체, 씨드가 구분없이 반송되나 주된 처리 대상이 건조대상체인 바 이를 대표하여 지칭한 것임)하는 반송수단(50)이 도입되는 것이 바람직하다.

이 반송수단의 유입부(51)는 건조하우징(10)의 드레인(19)을 공유하거나, 배출부(13)를 공유하거나, 별도로 건조하우징의 몸체의 저부 등에 설치되거나, 이 세 타입 중 일부 또는 모두일 수 있고,

또 배출부(53)는 건조하우징의 투입부(11)와 연결되거나 별도로 건조하우징의 상부에 설치될 수 있으며,

반송은 컨베이어벨트(55) 방식 등 다양하게 구현될 수 있다.

이어서 본 발명은 아래 다양한 실험예 및 실시예를 통하여 보다 구체적으로 이해될 수 있다.

먼저, 본 발명에 따른 성형 건조장치(A)의 건조하우징(10) 내에서 성형건조부(20) 및 히터(30)에 의하여 이루어지는 건조 그래뉼화 완료된 성형건조체(Sd), 특히 건조 성형 슬러지는 이 결과물 및 이 성형건조체(즉 건슬러지) 대한 파괴 결과(건조대상체인 습(濕, wet)슬러지의 반복된 피복·코팅을 통하여 소정 두께의 코팅층을 형성함)를 나타낸 아래 사진에서 확인할 수 있다.

[사진 1]

또한 본 발명에 따른 성형 건조장치(A)의 저온 건조 특성은 아래 건조과정의 건조하우징에 대한 열화상 카메라 촬영 결과 및 이를 그래프로 도시한 실험데이터 ② 및 ①에서 확인할 수 있고(③사진의 충청북도에 소재한 시험장 파일롯 설비 현장에서 진행한 것임), 이를 비교 정리한 에너지 소모량 비교그래프에서 더 극명하게 확인할 수 있다.

[사진 2]

[사진 3]

[에너지 소모량 비교]

한편, 본 발명에 따른 성형 건조장치(A) 및 이를 이용한 건조방법(편의상 본 발명의 특징을 부각시키기 위한 브랜드인 'HMFD'로 약칭하고 병용함; Hanmee Media Floating Dryer))과 타공법의 비교는 아래 요약표를 통하여 보다 선명하게 이해될 수 있다.

[비교 요약표]

나아가 본 발명에 따른 성형 건조장치(A) 및 이를 이용한 건조방법('HMFD')은 아래 축열메디아('HTM', heat storage media)인 그래뉼 관련 모식도 및 기술특징 요약을 통하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.

[모식도]

[기술특징-요약]

다음으로 본 발명에 따른 성형 건조장치(A) 및 이를 이용한 건조방법('HMFD')은 본 충청북도에 소재한 시험장 파일롯 설비 현장에서 12개월 이상 비밀 실험한 테스트 결과를 통하여 그 우수성을 보다 잘 이해할 수 있다.

[Pilot plant test 결과-01]

[Pilot plant test 결과-02]

이상의 설명에서 히터, 즉 열원, 특히 열풍 열원의 사양, 건조 처리 용량 등과 관련된 통상의 공지된 기술은 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구성을 갖는 건조장치 및 건조방법을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

A: 건조장치 10: 건조하우징
20: 성형건조부 30: 히터
61: 씨드 50: 반송수단

Claims (4)

1. 건조대상체인 슬러지 투입부 및 성형건조체 배출부를 구비한 건조하우징;
   상기 건조하우징 내 배열되고 회전축에 방사상 배열된 복수의 성형기를 구비한 회전체, 이 회전체를 회전시키는 구동모터를 포함하는 성형건조부;
   상기 건조하우징 내부를 가열하는 히터; 및
   상기 건조하우징에 내장된 축열메디아;를 포함하여 이루어지되,
   
   상기 히터는 열풍공급수단이며,
   상기 축열메디아는 그래뉼 타입 슬러지 성형건조체이고,
   건조하우징의 투입부로 공급되는 건조대상체인 슬러지의 함수율은 70~95wt%이고, 건조하우징 내의 단위 시간당 [건조대상체 : 축열메디아인 그래뉼]의 중량비는 [5~30 : 95~70]로 슬러지가 공급되고,
   건조하우징에 내장된 축열메디아가 열원에 의하여 예열되고, 성형건조부의 성형기를 구성하는 패들의 타격에 의하여 유동하면서 교반되고, 유동체화된 축열메디아 표면에 건조대상체인 슬러지가 반복 코팅되면서 건조되어, 상기 히터에 의한 건조과정에서 히터에 의하여 예열된 상기 축열메디아 외주면에 건조대상체인 슬러지가 도포되면서 히터의 열에 의한 직접건조 및 예열된 축열메디아의 열전도에 의한 간접건조가 진행되어 배출부에서 축열메디아를 내포하는 함수율 1~15wt%의 그래뉼 타입 성형건조체로 배출되며,
   
   상기 건조하우징의 투입부는 건조대상체 공급부에서 압밀된 슬러지를 분리 내지 파쇄할 수 있는 무동력 분리수단으로 구성되며,
   이 무동력 분리수단은 노즐 구조를 갖는 투입부의 단부 배출구가 건조대상체를 복수의 가닥 형태로 분리 압출하는 1차 분리용 스플리터를 구비한 분리부와, 이 분리부 하부에 결합된 분리유지부로 구성되고,
   이 분리유지부는 분리부의 스플리터를 이격된 상태로 감싸는 연결패널이 구비되고, 이 연결패널에 하향 연결된 복수의 막대가 가이더의 역할을 하도록 구성되어 있고, 가이더를 구성하는 막대는 알파벳 'X'자를 이루를 형태로 교차하는 형태로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 성형 건조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 건조하우징의 하부에는 열풍의 상향 안내로가 구비되어 있고, 이 상향 안내로는 건조하우징의 최저부 보다 상부에 열풍급기홀이 형성되어 있어 건조대상체 및 성형건조체가 열풍급기홀을 폐쇄하지 않도록 구성되어 있고,
   상기 건조하우징에는 상기 투입부측으로 건조대상체를 반송하는 반송수단이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 성형 건조장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 성형건조부의 회전체는 열풍의 상승 방향과 같은 방향으로 회전하고, 성형기의 패들 단부에는 교체형 내마모성 스크레이퍼가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 성형 건조장치.
4. 삭제

Images