KR101945626B1 - 압력제어식 저온 열분해장치 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법 - Google Patents

압력제어식 저온 열분해장치 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법 Download PDF

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박기영
김영모
조진우
이종근
손동환
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건국대학교 산학협력단
광주과학기술원
세종대학교산학협력단
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 압력제어식 저온 열분해장치는 내부에 유기성 폐기물이 저장되는 수용부, 상기 수용부에 저장된 상기 유기성 폐기물을 교반하는 교반부, 상기 수용부를 가열하는 가열부, 상기 수용부의 가열 시, 증기 저장유무에 따라 기 저장된 증기를 상기 수용부의 내부로 선택적으로 공급하고, 상기 유기성 폐기물로부터 발성되는 증기를 회수한 후 저장하여 상기 수용부 내부의 압력에 따라 상기 수용부의 내부로 공급하거나 외부로 배출시켜 상기 수용부의 내부압력을 조절하는 압력조절부, 상기 수용부를 지지하고, 상기 수용부를 미리 설정된 각도로 회전시키는 회전 지지부, 그리고 상기 교반부, 상기 가열부, 상기 압력조절부 및 상기 회전 지지부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 신규 유기성 폐기물의 가열 시 이전 유기성 폐기물의 열분해 시 저장해 두었던 고온고압의 증기를 공급함으로써, 유기성 폐기물의 가열시간을 단축함은 물론, 에너지 손실을 최소화하여 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

압력제어식 저온 열분해장치 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법{PRESSURE CONTROLLED LOW TEMPERATURE PYROLYSIS EVAPORATOR AND ORGANIC WASTES DISPOSAL METHOD FOR USING THE SAME}
본 발명은 압력제어식 저온 열분해장치 및 이를 용한 유기성 폐기물 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기성 폐기물의 가열 시간을 단축하고, 반응조 내부압력을 일정하게 유지시킬 수 있는 압력제어식 저온 열분해장치 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 산업 발전으로 인한 공장 증가로 인해 난분해성 폐기물이 증가하고, 음식 문화의 다변화로 인해 수분을 많이 함유하는 음식물 쓰레기 및 축산농가로부터 배출되는 축산 폐기물과 같은 유기성 폐기물의 배출량은 대폭적으로 증대되고 있다. 그러나 이들 유기성 폐기물을 소정의 소각장치를 이용하여 건조 및 연소시켜 소각하는 데에는 처리비용 및 공간의 한계에 직면하게 되므로, 폐기물의 대부분은 매립(埋立) 또는 불법처리하는 방식을 채택하고 있는 실정이다.
이로 인해, 유기성 폐기물로부터 발생하는 침출수 등으로 인해 토질 및 지하수가 심각하게 오염되는 문제점을 갖게 된다.
이러한 유기성 폐기물을 처리하기 위해서 메탄 가스화설비, 퇴비화설비, 건조설비, 지렁이를 이용한 처리방법, 배치식의 열분해장치가 적용되었는데, 가스화를 하기 위해서는 대용량의 유기성 폐기물을 오랜 시간동안 저장하고 처리하기 위한 공간과 가스를 처리하기 위한 고도의 설비를 필요로 하며, 퇴비화하기에는 염분 농도 등 환경에 유해하기도 하였으며, 많은 에너지를 필요로 하는 건조 설비의 가동이 문제가 되었다. 그리고 지렁이 등과 같은 생물을 이용하여 친환경적으로 처리하는 방법도 고려되고 있으나 까다로운 생물들이 순간의 실수로 모두 폐사하게 되면 폐기물 처리를 몇 달 동안 처리를 하지 못하는 등의 문제들이 잠재되어 있어서 유기성 폐기물 처리의 어려움이 있다.
종래에 사용되는 열분해장치는 일정한 분량의 폐기물을 열분해실 내부에 투입시킨 후, 뚜껑을 닫아 외부로부터 고온의 열을 가하여 열분해실을 소정 온도로 가열함에 따라, 폐기물을 열분해시켜 액체, 기체 및 고체상태의 물질로 변환시키는 회분식 방법을 채택하고 있다.
이와 같은 종래의 열분해장치는 면서 열분해과정이 진행된다.
그러나 종래의 열분해장치는 ‘가열-유지-냉각’의 3단계를 거치며 열분해과정이 종료된 후, 다음 열분해과정이 진행될 경우 다시 유기성 폐기물을 가열하는데 긴 시간이 소요되고, 이로 인해 에너지 손실이 발생되는 문제점이 있었다.
한국등록특허공보 제10-0874160호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 신규 유기성 폐기물의 가열 시 이전 유기성 폐기물의 열분해 시 저장해 두었던 고온고압의 증기를 공급함으로써, 유기성 폐기물의 가열시간을 단축함은 물론, 에너지 손실을 최소화하여 에너지 효율성을 향상시킬 수 있고, 유기성 폐기물의 열분해 시 발생되는 고온고압의 증기를 회수하여 별도 저장하고, 이를 반응조 내부로 공급하거나, 외부로 배출시킴으로써, 유기성 폐기물의 열분해가 일어나고 있는 반응조 내부의 압력을 일정한 상태로 유지시켜 열분해 반응의 효율을 향상시킬 수 있는 압력제어식 저온 열분해장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 압력제어식 저온 열분해장치는 내부에 유기성 폐기물이 저장되는 수용부, 상기 수용부에 저장된 상기 유기성 폐기물을 교반하는 교반부, 상기 수용부를 가열하는 가열부, 상기 수용부의 가열 시, 증기 저장유무에 따라 기 저장된 증기를 상기 수용부의 내부로 선택적으로 공급하고, 상기 유기성 폐기물로부터 발성되는 증기를 회수한 후 저장하여 상기 수용부 내부의 압력에 따라 상기 수용부의 내부로 공급하거나 외부로 배출시켜 상기 수용부의 내부압력을 조절하는 압력조절부, 상기 수용부를 지지하고, 상기 수용부를 미리 설정된 각도로 회전시키는 회전 지지부, 그리고 상기 교반부, 상기 가열부, 상기 압력조절부 및 상기 회전 지지부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수용부는 일 측이 개구되고, 내부에 상기 유기성 폐기물이 저장되는 반응조, 상기 반응조의 입구를 개폐시키는 개폐부, 그리고 상기 반응조의 둘레를 감싸는 단열부를 포함할 수 있다.
상기 교반부는 상기 개폐부에 설치되는 모터, 상기 모터에 연결되어 상기 모터의 구동 시 회전력을 발생시키는 회전축, 그리고 상기 회전축의 단부에 연결되고 상기 회전축의 회전 시 상기 회전축과 함께 회전되어 상기 반응조 내부에 저장된 상기 유기성 폐기물을 교반하는 교반날개를 포함할 수 있다.
상기 가열부는 상기 단열부의 내측에 수용되어 상기 반응조의 둘레를 감싸 상기 반응조에 열을 가하는 코일형태로 형성될 수 있다.
상기 압력조절부는 상기 단열부의 내측에 설치되고 내부에 상기 증기가 저장되는 증기 저장부, 상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 반응조 내부의 증기를 회수하여 상기 증기 저장부로 유입시키는 증기 회수부, 상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 증기 저장부에 저장된 증기를 상기 반응조의 내부로 유입시키는 증기 공급부, 그리고 상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 증기 저장부에 저장된 증기를 외부로 배출시키는 증기 배출부를 포함할 수 있다.
상기 압력조절부는 상기 반응조 내부의 온도를 감지하는 온도센서 및 상기 반응조 내부의 압력을 감지하는 압력센서를 더 포함할 수 있다.
상기 회전 지지부는 지면에 설치되는 지지구조물, 상기 지지구조물에 설치되어 상기 반응조를 회전 가능하게 지지하는 회전 지지축, 그리고 상기 회전 지지축에 연결되어 상기 회전 지지축의 회전 각도를 조절 가능한 조작부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 압력제어식 저온 열분해장치를 이용한 유기성 폐기물 처리방법은 반응조의 내부에 유기성 폐기물의 투입여부를 확인한 후, 상기 반응조의 입구를 폐쇄하여 상기 반응조의 내부를 밀폐시키는 단계, 교반부를 통하여 상기 유기성 폐기물을 교반하고, 상기 반응조를 가열하여 상기 유기성 폐기물을 열분해 시키는 단계, 그리고 상기 유기성 폐기물의 열분해가 완료된 후, 상기 반응조가 기울어지도록 상기 반응조를 미리 설정된 각도로 회전시켜, 상기 반응조 내부에서 탄화된 유기성 폐기물을 외부로 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 교반부를 통하여 상기 유기성 폐기물을 교반하고, 상기 반응조를 가열하여 상기 유기성 폐기물을 열분해 시키는 단계는 증기 저장부로부터 증기 저장유무를 파악하고, 상기 증기 저장부의 증기 저장유무에 따라, 가열중인 상기 반응조의 내부로 기 저장된 증기를 선택적으로 공급하는 단계, 그리고 상기 반응조 내부의 온도 및 압력을 실시간 감지하고, 상기 유기성 폐기물의 열분해 시 발성되는 증기를 회수한 후 상기 증기 저장부에 저장하여, 상기 반응조의 내부압력에 따라 상기 반응조 내부로 증기를 공급하거나, 외부로 배출시켜 상기 반응조의 내부압력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 신규 유기성 폐기물의 가열 시 이전 유기성 폐기물의 열분해 시 저장해 두었던 고온고압의 증기를 공급함으로써, 유기성 폐기물의 가열시간을 단축함은 물론, 에너지 손실을 최소화하여 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 유기성 폐기물의 열분해 시 발생되는 고온고압의 증기를 회수하여 별도 저장하고, 이를 반응조 내부로 공급하거나, 외부로 배출시킴으로써, 유기성 폐기물의 열분해가 일어나고 있는 반응조 내부의 압력을 일정한 상태로 유지시켜 열분해 반응의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 유기성 폐기물이 저장되는 수용부를 지면에 대하여 다양한 각도로 회전 가능하게 함으로써, 탄화된 유기성 폐기물을 수용부로부터 용이하게 제거하여 작업자의 편의를 도모함은 물론, 보다 빠른 제거가 가능하여 전체적인 작업공정을 단축시킬 수 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력제어식 저온 열분해장치를 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압력제어식 저온 열분해장치를 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압력제어식 저온 열분해 장치를 이용한 유기성 폐기물의 열분해 방법을 나타낸 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
실시예의 구성
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력제어식 저온 열분해장치(100)를 나타낸 정면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압력제어식 저온 열분해장치(100)를 나타낸 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력제어식 저온 열분해장치(100)(이하 ‘열분해장치(100)’라 함)는 ‘가열-유지-냉각’의 3단계를 거쳐 내부에 수용된 유기성 폐기물을 열분해 시키는 회분식 열분해장치(100)로서, 수용부(10)를 포함한다.
수용부(10)는 내부에 유기성 폐기물이 저장되며, 입구의 개폐가 가능하고, 단열 가능한 구조로 형성된다.
더 자세하게는, 수용부(10)는 일 측이 개구되고, 내부에 유기성 폐기물이 저장되는 반응조(11)와, 반응조(11)의 상측에 설치되어 반응조(11)의 입구를 개폐시키는 개폐부(12)를 포함할 수 있다. 예컨대, 반응조(11)의 입구와 반응조(11)의 입구와 마주하는 개폐부(12)의 하측에는 서로 체결 가능한 체결구조가 적용될 수 있으며, 반응조(11)와 개폐부(12)가 서로 마주하는 면에는 반응조(11) 내부의 기밀유지를 위하여 패킹수단이 구비될 수 있다. 그리고, 개폐부(12)는 반응조(11)의 입구를 보다 용이하게 개폐할 수 있도록, 반응조(11)의 입구 일 측에 회전 가능한 구조로 결합될 수 있다. 그러나, 반응조(11)와 개폐부(12)의 구성은 이에 한정되지 않고, 다양한 형태로 변경될 수 있다. 또한, 수용부(10)는 단열소재로 제작되어 반응조(11)의 둘레를 감싸는 단열부(13)를 포함할 수 있다.
또한, 본 열분해장치(100)는 교반부(20)를 포함한다.
교반부(20)는 수용부(10)에 설치되어 수용부(10)에 저장된 유기성 폐기물을 교반한다.
더 자세하게는, 교반부(20)는 개폐부(12)에 설치되는 모터(21)와, 모터(21)에 연결되어 모터(21)의 구동 시 회전력을 발생시키는 회전축(22), 그리고 회전축(22)의 단부에 연결되고 회전축(22)의 회전 시 회전축(22)과 함께 회전되어 반응조(11) 내부에 저장된 유기성 폐기물을 교반하는 교반날개(23)를 포함할 수 있다. 예컨대, 회전축(22)과 교반날개(23)는 유기성 폐기물의 열분해 시에도 반응조(11) 내부에 배치된 상태를 유지하고 있어야 하므로, 내열 및 내부식성이 강한 소재로 제작되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 교반날개(23)는 유기성 폐기물에 힘을 가할 경우에도 변형이 발생되지 않도록 적당한 강성을 유지해야 하며, 유기성 폐기물에 균일한 힘을 전달하여 유기성 폐기물을 고르게 교반시킬 수 있도록, 노형, 프로펠러형, 터빈형 등 다양한 형상으로 적용되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 본 열분해장치(100)는 가열부(30)를 포함한다.
가열부(30)는 수용부(10)를 가열하여 유기성 폐기물이 저장된 수용부(10)의 내부를 미리 설정된 온도 및 압력으로 유지시킨다.
더 자세하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 가열부(30)는 단열부(13)의 내측에 수용되어, 반응조(11)의 둘레를 감싸 반응조(11)에 직접적으로 열을 가하는 코일형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 가열부(30)는 후술할 제어부(60)에 전기적으로 연결되어, 제어부(60)의 제어명령에 따라 제어될 수 있다. 즉, 가열부(30)는 제어부(60)의 제어명령에 따라, 작동유무가 결정될 수 있고, 가열온도 및 가열시간 등이 제어될 수 있다.
또한, 본 열분해장치(100)는 압력조절부(40)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 압력조절부(40)는 수용부(10)의 가열 시, 증기 저장유무에 따라 기 저장된 증기를 수용부(10)의 내부로 선택적으로 공급하고, 유기성 폐기물로부터 발성되는 증기를 회수한 후 저장하여 수용부(10) 내부의 압력에 따라 수용부(10)의 내부로 공급하거나 외부로 배출시켜 수용부(10)의 내부압력을 조절한다.
이와 같은, 압력조절부(40)는 단열부(13)의 내측에 설치되고 내부에 반응조(11)로부터 회수된 증기가 저장되는 증기 저장부(41)를 포함할 수 있다. 예컨대, 증기 저장부(41)는 단열부(13)의 내측에 별도 형성된 수용공간을 의미하거나, 내부에 수용공간이 형성되어 단열부(13)의 내측에 별도 설치된 박스 형태의 저장조를 의미할 수 있다.
또한, 압력조절부(40)는 반응조(11) 내부의 증기를 회수하는 증기 회수부(42), 증기 저장부(41)에 저장된 증기를 반응조(11)로 공급하는 증기 공급부(43), 그리고 증기 저장부(41)에 저장된 증기를 외부로 배출시키는 증기 배출부(44)를 포함할 수 있다.
증기 회수부(42)는 제어부(60)의 제어명령에 따라 반응조(11) 내부의 증기를 회수하여 증기 저장부(41)로 유입시킬 수 있다.
더 자세하게는, 증기 회수부(42)는 반응조(11)와 증기 저장부(41)를 연결하는 증기 회수관(421), 증기 회수관(421)에 설치되고 제어부(60)의 제어명령에 따라 반응조(11) 내부의 증기를 증기 회수관(421)으로 유입시켜 증기 저장부(41) 측으로 이동시키는 증기 회수펌프(422), 그리고 증기 회수관(421)에 설치되고 제어부(60)의 제어명령에 따라 증기 회수관(421)을 통해 증기 저장부(41)로 이동되는 증기의 유량을 제어하는 증기 회수밸브(423)를 포함할 수 있다.
증기 공급부(43)는 제어부(60)의 제어명령에 따라 증기 저장부(41)에 저장된 증기를 반응조(11)의 내부로 유입시킬 수 있다.
더 자세하게는, 증기 공급부(43)는 반응조(11)와 증기 저장부(41)를 연결하는 증기 공급관(431), 증기 공급관(431)에 설치되고 제어부(60)의 제어명령에 따라 증기 저장부(41)에 저장된 증기를 증기 공급관(431)으로 유입시켜 반응조(11) 측으로 이동시키는 증기 공급펌프(432), 그리고 증기 공급관(431)에 설치되고 제어부(60)의 제어명령에 따라 증기 공급관(431)을 통해 반응조(11)로 이동되는 증기의 유량을 제어하는 증기 공급밸브(433)를 포함할 수 있다.
증기 배출부(44)는 제어부(60)의 제어명령에 따라 증기 저장부(41)에 저장된 증기를 외부로 배출시킬 수 있다.
더 자세하게는, 증기 배출부(44)는 증기 저장부(41)와 외부공간을 연결하는 증기 배출관(441), 증기 배출관(441)에 설치되고 제어부(60)의 제어명령에 따라 증기 저장부(41)에 저장된 증기를 증기 배출관(441)으로 유입시켜 외부공간 측으로 이동시키는 증기 배출펌프(442), 그리고 증기 배출관(441)에 설치되고 제어부(60)의 제어명령에 따라 증기 배출관(441)을 통해 외부공간으로 이동되는 증기의 유량을 제어하는 증기 배출밸브(443)를 포함할 수 있다.
또한, 압력조절부(40)는 반응조(11) 내부의 온도를 감지하는 온도센서(45) 및 반응조(11) 내부의 압력을 감지하는 압력센서(46)를 더 포함할 수 있다.
이처럼, 압력조절부(40)는 신규 유기성 폐기물이 반응조(11)로 투입되어 가열될 경우, 증기 저장부(41)의 증기 저장유무에 따라, 가열중인 반응조(11)의 내부로 기 저장된 고온고압의 증기를 선택적으로 공급함으로써, 신규 유기성 폐기물의 가열시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 압력조절부(40)는 유기성 폐기물로부터 발성되는 고온 고압의 증기를 회수하여 저장하고, 이를 수용부(10) 내부의 온도 및 압력에 따라 수용부(10)의 내부로 공급하거나, 외부로 배출하여 수용부(10)의 내부압력을 일정한 상태로 유지시킬 수 있다.
또한, 본 열분해장치(100)는 회전 지지부(50)를 포함한다.
회전 지지부(50)는 수용부(10)를 지지하고, 수용부(10)를 미리 설정된 각도로 회전시켜 수용부(10)에 저장된 탄화된 유기성 폐기물을 수용부(10)의 외부로 배출시킨다.
더 자세하게는, 회전 지지부(50)는 지면에 설치되는 지지구조물(51), 지지구조물(51)에 설치되어 반응조(11)를 회전 가능하게 지지하는 회전 지지축(52), 그리고 회전 지지축(52)에 연결되어 회전 지지축(52)의 회전 각도를 조절 가능한 조작부(53)를 포함할 수 있다.
지지구조물(51)은 서로 대향되는 복수개의 기둥형태로 형성되어 내측에 수용부(10)를 수용할 수 있으며, 수용부(10)가 회전 시 지면에 접촉되는 것을 예방하기 위하여 수용부(10)의 높이보다 더 긴 길이로 형성될 수 있다. 예컨대, 지지구조물(51)은 지면에 완전히 고정될 수 있도록 하측에 지면에 고정 설치될 수 있는 고정수단(미도시)을 구비할 수 있고, 회전 지지축(52)이 결합되는 부위에는 회전 지지축(52)의 축방향 하중을 지지할 수 있도록 베어링(미도시)이 설치될 수 있다.
회전 지지축(52)은 복수개로 배치된 각 지지구조물(51)에 회전 가능하게 설치되고, 각 회전 지지축(52)의 일단은 수용부(10)의 단열부(13)를 관통하여 반응조(11)와 연결될 수 있다. 또한, 후술할 조작부(53)와 연결되는 회전 지지축(52)의 타단에는 조작부(53)와 결합되어 조작부(53)의 회전력을 전달하는 기어수단이 구비될 수 있다. 이때, 회전 지지축(52)과 반응조(11) 사이에는 단열부(13) 내부의 열이 외부로 유출되거나, 외부공기가 단열부(13) 내부로 유입되지 않도록 기밀처리가 될 수 있다. 또한, 각 회전 지지축(52)의 둘레에는 회전 지지축(52)보다 작은 외경의 크기로 형성되는 북수개의 보조축이 설치될 수 있다. 복수개의 보조축은 회전 지지축(52)에 가해지는 하중을 분산시켜, 수용부(10) 하중에 의한 회전 지지축(52)의 변형을 최소화 할 수 있으며, 이를 통해 보다 안정적으로 수용부(10)를 지지할 수 있다.
조작부(53)는 일 측에 기어수단을 구비하여 회전 지지축(52)의 타단에 구비된 기어수단에 연결되는 회전축(22)을 구비할 수 있다. 회전축(22)은 후술할 제어부(60)에 전기적으로 연결되어 제어부(60)의 제어명령에 따라 시계 또는 반시계 방향으로 회전되며 수용부(10)를 소정의 각도로 회전시킬 수 있다. 또한, 조작부(53)는 작업자가 수동으로 회전을 제어할 수 있도록 회전축(22)의 선단에 연결되는 핸들을 구비할 수 있다.
또한, 본 열분해장치(100)는 제어부(60)를 포함한다.
제어부(60)는 교반부(20)의 구동을 제어한다.
더 자세하게는, 제어부(60)는 교반부(20)에 전기적으로 연결되어, 반응조(11)에 투입되는 유기성 폐기물의 특성 및 양 등에 따라 교반부(20)의 회전속도 및 회전시간 등을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(60)는 가열부(30)의 구동을 제어한다.
더 자세하게는, 제어부(60)는 가열부(30)에 전기적으로 연결되어, 온도센서(45)로부터 감지된 반응조(11) 내부의 온도가 미리 설정된 기준온도 미만일 경우, 가열부(30)에 제어명령을 전달하여 가열부(30)의 가열온도를 상승시키고, 반응조(11) 내부의 온도가 기준온도를 초과할 경우, 가열부(30)에 제어명령을 전달하여 가열부(30)의 가열온도를 하강시킴으로써, 반응조(11) 내부의 온도를 미리 설정된 기준온도로 유지시킬 수 있다.
또한, 제어부(60)는 압력조절부(40)의 구동을 제어한다.
더 자세하게는, 제어부(60)는 압력조절부(40)에 전기적으로 연결되어, 압력센서(46)로부터 감지된 반응조(11) 내부의 압력이 미리 설정된 기준압력 미만일 경우, 증기 공급부(43)에 제어명령을 전달하여 증기 저장부(41)에 저장된 고온고압의 증기를 반응조(11) 내부로 공급하고, 반응조(11) 내부의 압력이 기준압력을 초과할 경우, 증기 회수부(42)에 제어명령을 전달하여 반응조(11) 내부의 증기를 증기 저장부(41)로 유입시킴으로써, 반응조(11) 내부의 압력을 미리 설정된 기준압력으로 유지시킬 수 있다. 또한, 제어부(60)는 반응조(11) 내부의 압력이 미리 설정된 기준치를 초과하되, 증기 저장부(41)에 이미 증기가 과저장된 된 경우, 증기 회수부(42) 및 증기 배출부(44)에 제어명령을 전달하여 반응조(11) 내부의 증기를 증기 저장부(41)로 유입시킴과 동시에, 증기 저장부(41)에 저장된 증기를 외부로 배출시켜 반응조(11) 내부의 압력을 미리 설정된 기준치로 유지시킬 수 있다. 또한, 제어부(60)는 증기 저장부(41)에 증기가 저장된 상태에서, 반응조(11)의 내부로 신규 유기성 폐기물이 투입될 경우, 가열부(30) 및 증기 공급부(43)에 제어명령을 전달하여 반응조(11)를 가열함과 동시에, 반응조(11) 내부로 기 저장된 고온고압의 증기를 공급함으로써, 반응조(11) 내부의 온도를 신속히 미리 설정된 기준온도로 유지시킴은 물론, 신규 투입된 유기성 폐기물의 가열시간을 단축시킬 수 있다. 여기서, 증기 저장부(41)에 증기가 저장된 상태는 신규 유기성 폐기물이 투입되기 전 적어도 1회 이상 유기성 폐기물이 열분해되는 과정에서 발생된 증기가 증기 저장부(41)에 저장된 상태를 의미한다.
또한, 제어부(60)는 회전 지지부(50)의 구동을 제어한다.
더 자세하게는, 제어부(60)는 회전 지지부(50)와 전기적으로 연결되어, 유기성 폐기물의 열분해가 완료된 경우, 회전 지지부(50)에 제어명령을 전달하여 회전 지지부(50)를 소정의 각도로 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 탄화된 유기성 폐기물이 저장된 반응조(11)는 지면에 대하여 경사지게 배치되고, 이로 인해 반응조(11) 내부의 탄화된 유기성 폐기물이 반응조(11)의 내면을 따라 자동적으로 반응조(11)의 외부로 배출될 수 있다. 여기서, 유기성 폐기물의 열분해가 완료된 경우라 함은, 반응조(11) 내부의 온도가 설정 온도 이하로 떨어진 후, 반응조(11)의 입구가 개방된 상태를 의미할 수 있다.
실시예의 방법
이하에서는 본 열분해장치(100)를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 대하여 설명하기로 한다.
참고로, 본 열분해장치(100)를 이용한 유기성 폐기물 처리방법을 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 열분해장치(100)를 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압력제어식 저온 열분해 장치를 이용한 유기성 폐기물의 열분해 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 열분해장치(100)를 이용한 유기성 폐기물 처리방법은 반응조(11)의 내부에 유기성 폐기물의 투입여부를 확인한 후, 반응조(11)의 입구를 폐쇄하여 반응조(11)의 내부를 밀폐시킨다(S100).
다음으로, 본 열분해장치(100)를 이용한 유기성 폐기물 처리방법은 교반부(20)를 통하여 유기성 폐기물을 교반하고, 반응조(11)를 가열하여 유기성 폐기물을 열분해 시킨다(S200).
즉, 본 열분해장치(100)는 반응조(11)에 투입되는 유기성 폐기물의 특성 및 양 등에 따라 교반부(20)의 회전속도 및 회전시간 등을 제어하여 유기성 폐기물을 교반시킴과 동시에, 가열부(30)의 가열온도 및 가열시간 등을 제어하여 반응조(11)를 가열시킨다. 이때, 본 열분해장치(100)는 온도센서(45)로부터 감지된 반응조(11) 내부의 온도가 미리 설정된 기준온도 미만일 경우, 가열부(30)의 가열온도를 상승시키고, 반대로 반응조(11) 내부의 온도가 기준온도를 초과할 경우, 가열부(30)의 가열온도를 하강시킴으로써, 반응조(11) 내부의 온도를 미리 설정된 기준온도로 유지시킨다.
여기서, 본 열분해장치(100)를 이용한 유기성 폐기물 처리방법은 증기 저장부(41)로부터 증기 저장유무를 파악하고, 증기 저장부(41)의 증기 저장유무에 따라, 가열중인 반응조(11)의 내부로 기 저장된 증기를 선택적으로 공급한다(S210).
즉, 본 열분해장치(100)는 반응조(11)의 내부로 유기성 폐기물이 투입될 경우, 반응조(11)를 가열함과 동시에, 증기 저장부(41)로부터 증기 저장유무를 파악한다. 그리고 본 열분해장치(100)는 증기 저장부(41)의 증기 저장유무에 따라 가열중인 반응조(11)의 내부로 기 저장된 증기를 선택적으로 공급한다. 더 자세하게는, 본 열분해장치(100)는 증기 저장부(41)에 증기가 저장되어 있을 경우, 가열중인 반응조(11)의 내부로 증기 저장부(41)에 기 저장된 고온고압의 증기를 공급하고, 반대로 증기 저장부(41)에 증기가 저장되어 있지 않을 경우, 반응조(11)의 가열만을 수행한다. 이를 통해, 본 열분해장치(100)는 반응조(11) 내부의 온도를 신속히 미리 설정된 기준온도로 유지시킬 수 있음은 물론, 유기성 폐기물의 가열시간을 단축시킬 수 있다. 예컨대, 증기 저장부(41)에는 증기 저장부(41)의 내부온도 및 내부압력을 감지할 수 있는 별도의 감지센서가 구비될 수 있다. 감지센서는 제어부(60)와 연결되어 제어부(60)에 감지 정보를 전달할 수 있다. 이에 따라, 제어부(60)는 증기 저장부(41)로부터 증기 저장유무를 파악할 수 있다.
그리고, 본 열분해장치(100)를 이용한 유기성 폐기물 처리방법은 가열중인 반응조(11)의 내부로 기 저장된 증기를 선택적으로 공급하는 과정이 종료된 후, 반응조(11)가 일정시간 가열될 경우, 반응조(11) 내부의 온도 및 압력을 실시간 감지하고, 유기성 폐기물의 열분해 시 발성되는 증기를 회수한 후 증기 저장부(41)에 저장하여, 반응조(11)의 내부압력에 따라 반응조(11) 내부로 증기를 공급하거나, 외부로 배출시켜 반응조(11)의 내부압력을 조절한다(S220).
즉, 본 열분해장치(100)는 압력센서(46)로부터 감지된 반응조(11) 내부의 압력이 미리 설정된 기준압력 미만일 경우, 증기 저장부(41)에 저장된 고온고압의 증기를 반응조(11) 내부로 공급하고, 반응조(11) 내부의 압력이 기준압력을 초과할 경우, 반응조(11) 내부의 증기를 증기 저장부(41)로 유입시킴으로써, 반응조(11) 내부의 압력을 미리 설정된 기준압력으로 일정하게 유지시킨다. 또한, 본 열분해장치(100)는 반응조(11) 내부의 압력이 미리 설정된 기준치를 초과하되, 증기 저장부(41)에 이미 증기가 과저장된 된 경우, 반응조(11) 내부의 증기를 증기 저장부(41)로 유입시킴과 동시에, 증기 저장부(41)에 저장된 증기를 외부로 배출시켜 반응조(11) 내부의 압력을 미리 설정된 기준치로 일정하게 유지시킨다.
다음으로, 본 열분해장치(100)를 이용한 유기성 폐기물 처리방법은 유기성 폐기물의 열분해가 완료된 후, 반응조(11)가 기울어지도록 반응조(11)를 미리 설정된 각도로 회전시켜, 반응조(11) 내부에서 탄화된 유기성 폐기물을 외부로 배출시킨다(S300).
즉, 본 열분해장치(100)는 유기성 폐기물의 열분해가 완료된 경우, 회전 지지부(50)를 소정의 각도로 회전시킨다. 이에 따라, 탄화된 유기성 폐기물이 저장된 반응조(11)는 지면에 대하여 경사지게 배치되고, 이로 인해 반응조(11) 내부의 탄화된 유기성 폐기물이 반응조(11)의 내면을 따라 자동적으로 반응조(11)의 외부로 배출된다. 여기서, 유기성 폐기물의 열분해가 완료된 경우는, 반응조(11) 내부의 온도가 설정 온도 이하로 떨어진 후, 반응조(11)의 입구가 개방된 상태를 의미할 수 있다.
실시예의 효과
이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 신규 유기성 폐기물의 가열 시 이전 유기성 폐기물의 열분해 시 저장해 두었던 고온고압의 증기를 공급함으로써, 유기성 폐기물의 가열시간을 단축함은 물론, 에너지 손실을 최소화하여 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 유기성 폐기물의 열분해 시 발생되는 고온고압의 증기를 회수하여 별도 저장하고, 이를 반응조(11) 내부로 공급하거나, 외부로 배출시킴으로써, 유기성 폐기물의 열분해가 일어나고 있는 반응조(11) 내부의 압력을 일정한 상태로 유지시켜 열분해 반응의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 유기성 폐기물이 저장되는 수용부(10)를 지면에 대하여 다양한 각도로 회전 가능하게 함으로써, 탄화된 유기성 폐기물을 수용부(10)로부터 용이하게 제거하여 작업자의 편의를 도모함은 물론, 보다 빠른 제거가 가능하여 전체적인 작업공정을 단축시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
100. 압력제어식 저온 열분해장치
10. 수용부
11. 반응조
12. 개폐부
13. 단열부
20. 교반부
21. 모터
22. 회전축
23. 교반날개
30. 가열부
40. 압력조절부
41. 증기 저장부
42. 증기 회수부
421. 증기 회수관
422. 증기 회수펌프
423. 증기 회수밸브
43. 증기 공급부
431. 증기 공급관
432. 증기 공급펌프
433. 증기 공급밸브
44. 증기 배출부
441. 증기 배출관
442. 증기 배출펌프
443. 증기 배출밸브
45. 온도센서
46. 압력센서
50. 회전 지지부
51. 지지구조물
52. 회전 지지축
53. 조작부
60. 제어부

Claims (9)

  1. 내부에 유기성 폐기물이 저장되는 수용부,
    상기 수용부에 저장된 상기 유기성 폐기물을 교반하는 교반부,
    상기 수용부를 가열하는 가열부,
    상기 수용부의 가열 시, 증기 저장유무에 따라 기 저장된 증기를 상기 수용부의 내부로 선택적으로 공급하고, 상기 유기성 폐기물로부터 발성되는 증기를 회수한 후 저장하여 상기 수용부 내부의 압력에 따라 상기 수용부의 내부로 공급하거나 외부로 배출시켜 상기 수용부의 내부압력을 조절하는 압력조절부,
    상기 수용부를 지지하고, 상기 수용부를 미리 설정된 각도로 회전시키는 회전 지지부, 그리고
    상기 교반부, 상기 가열부, 상기 압력조절부 및 상기 회전 지지부의 구동을 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력제어식 저온 열분해장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용부는
    일 측이 개구되고, 내부에 상기 유기성 폐기물이 저장되는 반응조,
    상기 반응조의 입구를 개폐시키는 개폐부, 그리고
    상기 반응조의 둘레를 감싸는 단열부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력제어식 저온 열분해장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 교반부는
    상기 개폐부에 설치되는 모터,
    상기 모터에 연결되어 상기 모터의 구동 시 회전력을 발생시키는 회전축, 그리고
    상기 회전축의 단부에 연결되고 상기 회전축의 회전 시 상기 회전축과 함께 회전되어 상기 반응조 내부에 저장된 상기 유기성 폐기물을 교반하는 교반날개
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력제어식 저온 열분해장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 단열부의 내측에 수용되어 상기 반응조의 둘레를 감싸 상기 반응조에 열을 가하는 코일형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력제어식 저온 열분해장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 압력조절부는
    상기 단열부의 내측에 설치되고 내부에 상기 증기가 저장되는 증기 저장부,
    상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 반응조 내부의 증기를 회수하여 상기 증기 저장부로 유입시키는 증기 회수부,
    상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 증기 저장부에 저장된 증기를 상기 반응조의 내부로 유입시키는 증기 공급부, 그리고
    상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 증기 저장부에 저장된 증기를 외부로 배출시키는 증기 배출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력제어식 저온 열분해장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압력조절부는
    상기 반응조 내부의 온도를 감지하는 온도센서 및 상기 반응조 내부의 압력을 감지하는 압력센서
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력제어식 저온 열분해장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 회전 지지부는
    지면에 설치되는 지지구조물,
    상기 지지구조물에 설치되어 상기 반응조를 회전 가능하게 지지하는 회전 지지축, 그리고
    상기 회전 지지축에 연결되어 상기 회전 지지축의 회전 각도를 조절 가능한 조작부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력제어식 저온 열분해장치.
  8. 반응조의 내부에 유기성 폐기물의 투입여부를 확인한 후, 상기 반응조의 입구를 폐쇄하여 상기 반응조의 내부를 밀폐시키는 단계,
    교반부를 통하여 상기 유기성 폐기물을 교반하고, 상기 반응조를 가열하여 상기 유기성 폐기물을 열분해 시키는 단계, 및
    상기 유기성 폐기물의 열분해가 완료된 후, 상기 반응조가 기울어지도록 상기 반응조를 미리 설정된 각도로 회전시켜, 상기 반응조 내부에서 탄화된 유기성 폐기물을 외부로 배출시키는 단계를 포함하고,
    상기 교반부를 통하여 상기 유기성 폐기물을 교반하고, 상기 반응조를 가열하여 상기 유기성 폐기물을 열분해 시키는 단계는,
    증기 저장부로부터 증기 저장유무를 파악하고, 상기 증기 저장부의 증기 저장유무에 따라, 가열중인 상기 반응조의 내부로 기 저장된 증기를 선택적으로 공급하는 단계, 및
    상기 반응조 내부의 온도 및 압력을 실시간 감지하고, 상기 유기성 폐기물의 열분해 시 발성되는 증기를 회수한 후 상기 증기 저장부에 저장하여, 상기 반응조의 내부압력에 따라 상기 반응조 내부로 증기를 공급하거나, 외부로 배출시켜 상기 반응조의 내부압력을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력제어식 저온 열분해 장치를 이용한 유기성 폐기물 처리방법.
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