KR102027656B1 - 태양광을 이용한 슬러지건조장치의 다중건조드럼용 유도가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지모듈에서 발생된 전기로 구동되는 태양광을 이용한 슬러지건조장치의 다중건조드럼을 구성하는 N개의 원통을 동시에 급속고온으로 가열시키기 위한 고주파 유도가열장치에 관한 것으로서,
고주파전류발생장치(61)에 결합되고 강자성체인 제1원통(1)을 유도코일의 내부에 두고 제1원통과 동심을 이루도록 설치되는 제1유도코일(6)과; 제1유도코일과 제1원통에 삽입되며 제1유도코일의 내경보다 작은 외경을 갖고, 유도코일 내부에 제(N-1)원통(2)을 삽입시킨 상태로 설치되며 고주파전류발생장치(71)에 결합되는 제(N-1)유도코일(7)과; 제(N-1)유도코일과 제(N-1)원통에 삽입되며 제(N-1)유도코일의 내경보다 작은 외경을 갖고, 유도코일 내부에 제N원통(3)을 삽입시킨 상태로 설치되며 고주파전류발생장치(81)에 결합되는 제N유도코일(8)과; 밑면원판(42)에 결합된 원통형 보호커버(5,51)가; 동심을 이루도록 다중 배열됨을 특징으로 하며, 다중건조드럼을 구성하는 N개의 드럼원통을 순간고온가열이 가능하고, 가열온도 조절이 용이한 장점이 있어서 액상슬러지 건조처리 효율성을 제고시킬 수 있다.

Description

태양광을 이용한 슬러지건조장치의 다중건조드럼용 유도가열장치{ An induction heating apparatus for multi-drum of drying device for sludge by using solar energy }

본 고안은 분뇨, 하수, 축산폐수를 비롯한 각종 산업폐수 등의 액상 슬러지를 건조 처리하는 다중 건조드럼을 가열하는 고주파 유도가열장치에 관한 것이다.

태양광을 이용한 슬러지 건조장치의 다중건조드럼(특허 제10-1737262호)은 다중건조드럼을 구성하는 N개의 원통들을 가열하는 방법으로서

태양광을 집광하여 다중건조드럼의 조사투입구에 직접 조사하여 가열하는 방식과, 태양전지모듈에서 생산된 전기를 원통에 내장된 전열선에 공급하여 원통들을 가열시키는 방식을 구비하여 태양광을 집광시킬 수 없는 상태(우천 시, 흐린 날)에서도 슬러지 건조처리가 가능한 특징을 구비 한다.

일반적으로 사용되고 있는 고주파 유도가열장치는 IGBT소자와 DSP디지털 제어시스템, 대 전력 공진콘덴서와 유도코일 등으로 회로를 구성하며, 피열물이 되는 금속도체를 코일 내에 두고, 여기에 10khz - 500khz 대역의 고주파전류를 흘리면 자속의 변화가 발생하여 금속도체의 표면가까이에서 소용돌이 모양의 와전류가 생기고, 이 와전류 손실의 열로 가열하는 방법이다.

특히, 고주파 유도가열에서 주파수가 크면 맴돌이 전류는 금속도체 표면에만 집중되고 금속도체 내부로 침투하지 않은 특징이 있으며, 금속도체에서 직접 발열됨으로서 효율이 높고, 급속고온가열이 가능한 장점이 있다.

그리고 종래의 유도코일의 형태 및 설치방식을 살펴보면, 직렬 또는 병렬로 연결된 한 개 또는 복수개의 유도코일들이 단 하나의 금속원통에 대하여 원통의 길이방향으로 다단 또는 다중으로 감싼 것이 특징인 고주파 유도가열장치가 주류를 이루고 있다.

종래의 슬러지 건조장치의 다중건조드럼의 가열방식인 집광된 태양광을 다중건조드럼에 직접 조사하는 방식은 흐린 날 또는 우천 시에 태양광을 집광시킬 수 없어서 슬러지 건조가 어려워지는 문제점이 발생하고,

태양광을 활용하는 또 다른 방법으로서 태양전지모듈에서 생산한 전기로 구동되는 전열선에 의해 원통을 가열하는 경우 순간 고온 발생이 어려운 문제점이 있다.

신속한 건조와 열 접촉면적 최대화를 위해서 일정한 두께로 얇게 도포된 액체슬러지에 포함된 수분 양은 도포되는 액상슬러지의 폭과, 두께 그리고 원주길이에 의해서 결정되며, 이러한 수분을 증발시키는데 필요한 열에너지의 총량은 단위시간당 열에너지의 양에 가열시간의 곱으로 결정된다.

상기 가열시간은 다중건조드럼의 원주 속도를 결정하는 즉 다중건조드럼의 회전수에 영향을 미치며, 전열선으로 다중건조드럼을 가열하는 경우 열에너지 총량을 얻는데 시간이 길어지는 단점을 갖는다.

따라서 일조시간 동안에 슬러지를 건조처리 함에 있어서 효율성을 극대화시키기 위해서는 날씨에 영향을 받지 않으면서 다중건조드럼을 구성하는 각각의 드럼원통의 원주내면에 열에너지가 집중되고, 순간 가열이 가능한 가열방식이 요구된다.

따라서, 본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서,

태양광을 이용한 슬러지건조장치의 다중건조드럼을 구성하는 N개의 원통(1,2,3)을 동시에 급속고온으로 가열시키기 위해서

덮개(4)의 외측 면에 결합 설치되고 덮개를 관통하여 덮개의 내측 면에 고정 설치되는 출력단자를 구비한 고주파전류발생장치(61,71,81)와;

고주파전류발생장치(61)의 출력단자에 결합되고 강자성체인 제1원통(1)을 유도코일의 내부에 두고 제1원통과 동심을 이루는 동시에 제1원통의 외주 면과 일정한 간격을 두고 설치되는 제1유도코일(6)과;

제1유도코일과 제1원통에 삽입된 상태에서 고주파전류발생장치(71)의 출력단자에 결합되며, 유도코일 내부에 제(N-1)원통(2)을 둔 상태로 제(N-1)원통과 동심을 이루는 동시에 제(N-1)원통과 일정한 간격을 두고 설치되는 제(N-1)유도코일(7)과;

제(N-1)유도코일과 제(N-1)원통에 삽입된 상태에서 고주파전류발생장치(81)의 출력단자에 결합되며, 유도코일 내부에 제N원통(3)을 둔 상태로 제 N원통과 동심을 이루는 동시에 제N원통과 일정한 간격을 두고 설치되는 제N유도코일(8)과;

유도코일의 외주 면과 일정한 간격을 두고 유도코일과 동심이 되도록 밑면원판(42)에 결합 설치된 원통형 보호커버(5,51)가; 다중배열 됨을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 다중건조드럼용 유도가열장치는 태양전지 모듈에서 생산된 전기를 활용하여 가동되는 고주파유도가열장치로서,

가열온도 조절이 용이하며, 강자성체인 다중건조드럼의 드럼원통을 순간 고온가열이 가능하여, 액상슬러지의 건조처리 효율성을 제고시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 원통으로 구성된 다중건조드럼에 3개의 유도코일과 보호 커버가 동심이 되도록 다중 배열된 상태를 도시한 일부분을 절단한 분해 사시도.
도 2는 태양전지모듈에서 발생된 전기를 공급받아 구동되는 다중건조드럼의 고주파 유도가열장치를 도시한 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 제1원통 2 : 제(N-1)원통
3 : 제N원통 4 : 덮개
41 : 드럼외피 42 : 밑면원판
43 : 축 45 : 중심선
5, 51 : 보호커버 6 : 제1유도코일
7 : 제(N-1)유도코일 8 : 제N유도코일
61, 71, 81 : 고주파전류발생 장치
9 : 전력조절 및 변환장치 91 : 태양전지모듈

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 원통으로 구성된 다중건조드럼에 3개의 유도코일과 보호커버가 동심이 되도록 다중 배열된 상태를 도시한 일부분을 절개한 분해 사시도이다.

태양광을 이용한 슬러지건조장치의 다중건조드럼은,

밀폐된 공간을 형성하기 위한 드럼외피(41)와 덮개(4), 그리고 드럼외피와 덮개에 의해 회전가능한 상태로 지지되는 축(43)에 결합 일체화된 밑면원판(42)의 원주 부분에 결합된 제1원통(1)을 구비한 메인드럼과;

제1원통 내부에 삽입되고 제1원통보다 직경이 작으며 제1원통의 중심선(45)과 동심을 이루도록 밑면원판에 결합된 제(N-1)원통(2)과;

제(N-1)원통 내부에 삽입되고 제(N-1)원통보다 직경이 작으면서 제1원통과 동심을 이루도록 밑면원판에 결합된 제N원통(3)으로 구성됨을 특징으로 한다.

태양광을 이용한 슬러지건조장치의 다중건조드럼을 가열하는 고주파유도가열장치는 유도코일과 고주파전류발생 장치로 구성되며,

고주파유도가열장치의 고주파유도가열은 드럼원통을 코일 내부에 두고 여기에 고주파전류를 흘리면 자성체 재질의 드럼원통의 표면가까이에 자속 변화로 인한 기전력이 발생하고 이 기전력에 의한 드럼원통에 와전류가 생기며, 이러한 와전류의 손실 열로 자성체인 드럼원통의 온도를 상승시켜 가열하는 방법이다.

상기한 유도코일(6,7,8)은 멀티 턴 코일 형태를 이루며, 고주파전류발생 장치의 출력단자에 결합되고 절연단열 재질의 지지대를 이용하여 덮개의 내측 면에 결합고정되며, 출력단자로 부터 고주파전류를 공급받아 원통에 대하여 자기장의 변화를 발생시키는 기능을 수행한다.

상기한 고주파전류발생장치(61,71,81)는 덮개의 외측 면에 결합 설치되고, 태양전지모듈에서 발생된 전기를 공급받아 고주파전류를 생성하여 유도코일에 공급하는 기능을 수행하며, 덮개(4)를 관통하여 절연부재에 의해 덮개 내측 면에 고정 설치되는 출력단자를 구비함을 특징으로 한다.

고주파유도가열장치를 이용하여 태양광을 이용한 슬러지건조장치의 다중건조드럼을 구성하는 N개의 원통(1,2,3)을 동시에 급속고온으로 가열시키기 위해서,

고주파전류발생장치(61)의 출력단자에 결합되고 강자성체인 제1원통(1)을 유도코일의 내부에 두고 제1원통과 동심을 이루는 동시에 제1원통의 외주 면과 일정한 간격을 두고 설치되는 제1유도코일(6)과;

제1유도코일과 제1원통에 삽입된 상태에서 고주파전류발생장치(71)의 출력단자에 결합되며, 유도코일 내부에 제(N-1)원통을 둔 상태로 제(N-1)원통과 동심을 이루는 동시에 제(N-1)원통과 일정한 간격을 두고 설치되는 제(N-1)유도코일(7)과;

제(N-1)유도코일과 제(N-1)원통에 삽입된 상태에서 고주파전류발생장치(81)의 출력단자에 결합되며, 유도코일 내부에 제N원통(3)을 둔 상태로 제 N원통과 동심을 이루는 동시에 제N원통과 일정한 간격을 두고 설치되는 제N유도코일(8)과;

유도코일 외주 면과 일정한 간격을 두고 유도코일과 동심이 되도록 밑면원판(42)에 고정 설치된 원통형 보호커버(5,51)가; 다중배열 됨을 특징으로 한다.

상기한 원통형 보호커버(5,51)는 유도코일과 일정한 간격을 이루면서 일 끝단은 다중건조드럼의 밑면원판(42)에 원통들과 동심을 이루도록 결합됨을 특징으로 한다.

이러한 원통형 보호커버의 기능은 원통의 내주 면에 도포되는 액상슬러지가 회전 건조되는 과정에서, 또는 건조된 슬러지를 원통에서 분리 회수하는 과정에서 밑으로 떨어지는 슬러지가 유도코일에 부착되어 연소되고, 연소된 이후 유도코일 표면에 달라붙는 문제점을 방지하면서 액상슬러지가 건조되는 과정에서 발생된 유해한 물질이 포함된 수증기가 유도코일과 직접 접촉되는 것을 차단하는 역할을 한다.

또 다른 기능으로서 감싼 유도코일과 타 유도코일 간의 자기장 간섭을 최소화 시키는 차단기능도 갖는다.

도 2는 태양전지모듈에서 발생된 전기를 공급받아 구동되는 다중건조드럼의 고주파유도가열장치를 도시한 블록도이다.

동심을 갖도록 다중 배열된 유도코일(6,7,8)과 각각 결합된 고주파전류공급 장치(61,71,81)에 구동전기를 공급하기 위해서,

태양전지모듈(91)과; 전력조절 및 변환장치(9)와; 유도가열장치와 전력조절 및 변환장치를 제어하는 제어반으로 구성되는 태양광발전시스템이 요구된다.

상기한 태양전지모듈(91)은 건물지붕 및 축사지붕 그리고 지상에 고정 설치되어 태양광의 복사에너지를 받아서 전기에너지로 변환시켜 직류전기를 생산하는 기능을 수행한다. 태양전지모듈의 개수는 다중건조드럼에 투입되는 액상슬러지에 대한 수분증발 시 소요되는 전력량에 따라 결정된다.

그리고 태양전지모듈의 효율은 증대되는 추세이며 흐린 날 및 우천 시에도 전기 생산이 가능하도록 성능이 개선되고 있다.

상기한 전력조절 및 변환장치(9)는 복수개의 태양전지모듈에서 발생하는 직류전기를 직. 병렬로 연결하여 시스템에 필요한 전력을 집합시키는 장치로서 인버터를 보호하고, 모듈간의 충돌을 방지하면서 낙뢰보호 기능을 구비한다.

이러한 전력조절 및 변환장치는 태양전지모듈에서 발생된 직류전기를 고주파전류발생장치에 공급하고, 일부는 축전지에 충전시킴과 동시에 인버터를 경유 다중건조드럼을 구동시키는 동력원으로 사용함을 특징으로 한다.

또한 상용 저압전기를 공급받는 통로이기도 한다.

Claims (1)

1. 태양전지모듈에서 발생된 전기로 구동되고, 다중건조드럼을 구성하는 N개의 원통을 동시에 급속고온으로 가열하는 고주파유도가열장치에 있어서,
   고주파전류발생장치(61)에 결합되고 강자성체인 제1원통(1)을 유도코일의 내부에 두고 제1원통과 동심을 이루도록 설치되는 제1유도코일(6)과;
   제1유도코일과 제1원통에 삽입되며 제1유도코일의 내경보다 작은 외경을 갖고, 유도코일 내부에 제(N-1)원통(2)을 삽입시킨 상태로 설치되며 고주파전류발생장치(71)에 결합되는 제(N-1)유도코일(7)과;
   제(N-1)유도코일과 제(N-1)원통에 삽입되며 제(N-1)유도코일의 내경보다 작은 외경을 갖고, 유도코일 내부에 제N원통(3)을 삽입시킨 상태로 설치되며 고주파전류발생장치(81)에 결합되는 제N유도코일(8); 들이 동심을 이루도록 다중 배열됨을 특징으로 하는 태양광을 이용한 슬러지건조장치의 다중건조드럼용 유도가열장치.

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