KR102111631B1

KR102111631B1 - 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치

Info

Publication number: KR102111631B1
Application number: KR1020190123043A
Authority: KR
Inventors: 김동원; 조용태
Original assignee: 김동원; 조용태
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2019-10-04
Publication date: 2020-05-15

Abstract

본 발명은 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금 코팅층을 구비함으로 원적외선 방사에너지의 양을 극대화하여 고온-고압의 포화증기와 함께 내부에 수용된 유기물 또는 무기물의 처리 효율을 극대화할 수 있도록 이루어진 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치에 관한 것이다.
이를 위해 반응기의 내측 표면과 교반기의 외측 표면에 용사 코팅 방법에 따라 합금 코팅층을 설정의 두께로 형성한다.

Description

원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치{Organic and inorganic matter Decomposition apparatus having Far-infrared radiation Alloy coating layer}

본 발명은 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용사 코팅 방법에 따라 합금 코팅층을 구비함으로 원적외선 방사에너지의 양을 극대화하여 고온-고압의 포화증기와 함께 내부에 수용된 유기물 또는 무기물의 처리 효율을 극대화할 수 있도록 이루어진 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치에 관한 것이다.

산업의 고도 성장과 더불어 그 성장 과정에서 필수적으로 발생되는 산업, 생활 폐기물에 대한 처리 문제가 매우 심각하게 대두되고 있다.

특히, 음식물 쓰레기, 비닐, 플라스틱, 의료 폐기물 등 유기성 및 무기성 폐기물의 처리는 토양 오염, 대기 오염 등 2차적인 환경오염을 유발할 뿐 아니라 그 처리 과정이 어려워 소각 처리하거나 땅속에 매립 또는 해양에 투기하는 형태를 벗어나지 못하고 있다.

이에 따라 유기성 및 무기성 폐기물의 처리는 사회적, 경제적, 도덕적인 문제로 심각하게 부각되고 있는 실정이다.

한편, 일반적으로 유기물이란 단백질, 지방, 탄수화물과 같이 탄소를 주 골격으로 이루어진 화합물로, 이러한 유기물은 화학적 또는 생물학적, 또는 고온처리와 같은 물리적 방법으로 파쇄한 후 처리되고 있다.

그러나 무기물의 경우 이러한 유기물 처리방법을 활용하지 못하고 결국 별도 분리하여 소각하거나 별도 포집 처리하는 방법으로 처리되고 있다.

이로써, 음식물 쓰레기 등과 같은 유기성 폐기물의 처리 장치와, 비닐, 플라스틱, 의료 폐기물과 같은 무기성 폐기물의 처리 장치가 각각 따로 마련되어야 하므로, 유기성 및 무기성 폐기물을 포괄하여 통합 처리가 가능한 처리 장치의 개발이 요구되어 왔다.

한편, 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 (특허문헌 0001) 한국등록특허공보 제10-0572301호에서는 "유/무기성 및 가연성 페기물의 재활용 장치에서의 자숙기구조 및 그를 이용한 자숙방법"이 제안된 바 있다.

이는 유/무기성 가연 폐기물의 처리 대상물을 포화증기에 의해 조성되는 고온고압의 환경에서 교반과 함께 자숙(煮熟)처리할 수 있도록 한 것이다.

개시된 구성에 의하면, 15~25㎏/㎤의 압력이 제공되는 자숙기 내에서 유/무기성 폐기물이 톱밥과 교반되면서 150∼250℃ 전후의 포화증기를 통해 대략 1시간 동안 자숙 처리가 행해짐으로써, 처리 대상물이 완전히 분해되고 바이러스나 균류가 완전 사멸되고 냄새가 제거되며 소분자화와 짧은 시간 내에 퇴비화가 가능하여 양질의 퇴비, 사료, 부숙토 등을 추출할 수 있다고 개시되어 있다.

그러나, 종래의 장치에서는 유/무기성 및 가연성 폐기물을 자숙기 내에서 150∼250℃ 전후의 포화증기로 대략 1시간 동안 자숙 처리하기 때문에, 페트(PET)나 플라스틱, 의료 폐기물 등과 같이 270℃ 이상의 고온에서 녹는 무기성 폐기물은 완전히 분해할 수 없는 문제점이 있었다.

게다가, 무기성 폐기물을 분해하면, 완전히 녹은 무기성 폐기물의 찌꺼기가 자숙기의 내측면에 고착되는데, 이와 같이 고착된 무기성 폐기물의 찌꺼기는 작업자가 직접 자숙기 내에 들어가 떼어내야 하는 번거로움이 있고, 이를 위해서는 고온의 자숙기가 식을 때까지 기다려야 하므로 많은 시간이 소요되어 작업성이 저하되는 문제가 있었다.

더불어, 종래의 장치에서는 단순 자숙기내에서 포화증기만을 이용하여 유기물 및 무기물을 처리하기 때문에 이를 처리하기 위해 많은 시간이 소요될 수 밖에 없었고, 단순 자숙 처리로 유기물 또는 무기물을 분해한다기 보다는 녹아내려 모으는 것으로 결국에는 녹아내린 유기물 또는 무기물을 재차 후처리해야하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 기술로 (특허문헌 0002) 한국등록특허공보 제10-1088095호 "유기물의 분해 장치 및 그를 이용한 유기물의 분해 방법"에서는, 분해할 유기물을 수용하는 반응기 내로 15∼50기압의 압력으로 200∼260℃의 포화증기를 투입하여 유기물을 분해하는 장치가 개시된 바 있다.

이러한 장치의 내부에는 플라즈마 이온 주입에 의한 세라믹 코팅층이 0.05nm∼0.1nm 의 두께로 형성하여 전자기파의 반사율을 높여 유기물을 분해한다고 개시되고 있다.

그러나, 플라즈마 이온 주입에 의한 코팅은 처리하고자 하는 물건(반응기)를 대형 플라즈마 발전기에 넣고 전위 처리를 통해 표면에 매끄러운 표면의 층을 형성하는 것으로, 코팅하고자 하는 물건의 크기가 한정적일 수 밖에 없다.

이에 따라, 처리 장치의 핵심을 담당하는 반응기의 크기가 한정적일 수 밖에없고 이는 장치가 처리할 수 있는 처리량이 필요에 의한 양보다 작아질 수 밖에 없고, 요구되는 양의 처리를 위해서는 별도로 다수개의 장치를 설치해야 하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 장치는 무기물을 함께 분해할 수 있는 기술적 구성이 전혀 제시되지 못하고 있을 뿐만 아니라, 세라믹 코팅층의 두께가 0.05nm∼0.1nm 로 형성되어 명칭은 코팅층이라고 하지만 굉장히 얇은 박막의 형태로 형성됨에 따라 무기물을 함께 처리할 경우 반응기 내부에서의 부딪힘에 의해 코팅층의 파손을 가져오거나 수명을 저하시킬 수 밖에 없는 문제점을 초래하였다.

더불어, 세라믹 코팅층은 표면에 대하여 박막의 형태로 매끄러운 형태를 가지는 바, 비표면적이 작을 수 밖에 없고 전자기파의 반사율이 한정적일 수 밖에 없어 전체 유기물 또는 무기물의 분해 처리 효율이 낮은 문제점이 있었다.

한국등록특허공보 제10-0572301호 (2006. 04. 12. 등록) 한국등록특허공보 제10-1088095호 (2011. 11. 23. 등록)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 반응기의 내부로 설정의 두께를 가지는 합금 코팅층을 용사 코팅 방법에 따라 형성함으로, 원적외선 방사에너지의 양을 극대화하면서 비표면적을 보다 넓혀 고온-고압의 포화증기와 함께 내부 수용된 유기물 또는 무기물의 처리 효율을 극대화할 수 있도록 이루어진 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치는, 수용공간을 갖는 반응기의 내부에 투입된 유기물 또는 무기물을 교반기를 이용해 교반하고 설정의 압력과 설정의 온도를 가지는 포화증기를 이용해 유기물 또는 무기물을 분해 처리한다.

이때, 본 발명은 반응기의 내측 표면과 반응기의 수용공간 상에 노출된 교반기의 외측 표면에, 용사 코팅 방법에 따라 고속으로 뿌려져 거칠기를 가지는 미세 돌출 표면을 형성함으로 비표면적을 넓힌 합금 코팅층을 0.1∼0.4mm 두께로 형성한 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 합금 코팅층은, 크롬 카바이드(Cr₃C₂) 분말과 니켈크롬(NiCr) 분말을 용사 코팅 방법에 따라 분사하여 형성한다.

보다 구체적으로, 합금코팅층은, 반응기 내측 표면와 교반기 외측 표면의 이물질 제거를 위한 샌딩 과정과 크리닝 과정을 포함하는 전처리 단계와; 1차 코팅 조성물로 니켈(Ni)과 크롬(Cr)을 설정의 배율로 포함한 니켈크롬(NiCr) 분말을 0.01∼0.1 mm 두께를 가지도록 반응기 내측 표면와 교반기 외측 표면에 뿌리는 1차 용사코팅 단계와; 2차 코팅 조성물로 크롬 카바이드(Cr₃C₂) 분말과 니켈크롬(NiCr) 분말을 설정의 배율로 포함하여 0.1∼0.3mm 두께를 가지도록 반응기 내측 표면와 교반기 외측 표면에 뿌리는 2차 용사코팅 단계를 포함하는 용사 코팅 방법에 따라 형성한다.

이에 따라, 반응기의 내측 표면와 교반기의 노출된 외측 표면에 0.1∼0.4 mm 의 두께를 가지도록 합금 코팅층을 형성한다.

한편, 필요에 따라, 1차 용사코팅 단계 이후에, 1차 코팅 조성물이 안정화되도록 설정에 따른 시간 동안 방치하는 1차 안정화 단계를 포함하고; 2차 용사코팅 단계 이후에, 2차 코팅 조성물이 안정화되도록 설정에 따른 시간 동안 방치하는 2차 안정화 단계를 포함한다.

한편, 본 발명에 적용한 반응기는, 내측 표면에 요철 형상을 구비하고, 벽을 구성하는 내벽과 외벽 사이에 설정의 제어에 따라 포화증기가 유입되는 이격된 공간으로 스팀자켓을 형성하여 포함한다.

그리고, 교반기는, 반응기의 내부 수용공간을 관통하여 구동수단에 의해 회전하는 회전축과, 반응기의 내측 표면을 향해 회전축에서 연장된 지지축에 의해 고정 설치된 다수개의 교반날개를 포함한다.

또한, 본 발명은 회전축에 설정의 간격으로 돌출되게 구비되어 연결된 샌드공급관을 통해 공급된 모래를 노즐을 통해 반응기의 내측 표면에 고압 분사하는 샌딩노즐부를 더 포함하여 구성한다.

이와 같이 본 발명에 따른 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치는, 반응기의 내측 표면과 교반기의 외측 표면에 용사 코팅 방법을 이용해 설정 두께의 합금 코팅층을 형성함으로 원적외선 방사에너지의 양을 높은 수준으로 끌어올려 예열 시간을 획기적으로 감소시켜 빠른 시간안에 반응기의 내부를 고온으로 상승토록 하여 유기물 또는 무기물의 처리 효율을 극대화하는 효과를 가진다.

또한, 용사 코팅 방법에 따라 형성한 합금 코팅층은 거칠기를 가지는 미세 돌출 표면을 형성해 비표면적을 극대화하여 전자기파의 반복적인 난반사를 높여 유기물과 무기물의 파쇄 효과 및 가수분해 효율을 극대화하여 처리 효율을 높이는 효과를 가진다.

더불어, 반응기 내부의 유기물 및 무기물을 고온고압의 포화증기(건증기)와 원적외선을 이용하여 미립자로 파쇄하고, 파쇄된 미립자의 유기물 및 무기물을 가수분해하여 폐기물과 액체로 분리하여 회수함으로 별도의 화학약품을 사용하지 않고도 처리할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치를 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치에 적용한 반응기의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치에 적용한 반응기의 내측 표면을 확대한 개략적인 확대도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치에 적용한 합금 코팅층을 형성하기 위한 용사 코팅 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 5와 도 6은 본 발명에 따른 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치에 적용한 합금 코팅층의 원적외선 방사 실험을 보여주는 그래프이다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공기기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치(1)는, 고온-고압의 포화증기(건증기)와 합금 코팅층에 의한 원적외선을 이용하여 유기물 및 무기물을 미립자 단위로 분해하여 처리할 수 있도록 이루어진다.

이를 위해, 본 발명은 크게 분해하고자 하는 유기물 또는 무기물이 투입되도록 수용공간(S)을 갖는 반응기(10)와, 반응기(10)의 내부에 투입된 유기물 또는 무기물을 교반날개(21)를 회전시켜 교반하는 교반기(20)와, 반응기(10) 내로 23∼25 기압의 압력으로 270∼500℃의 온도를 가지는 포화증기를 공급하는 보일러(30)를 포함한다.

그리고, 반응기(10)의 내측 표면과 반응기(10) 수용공간(S) 상에 노출된 교반기(20)의 외측 표면-후술의 회전축, 교반날개 등-에는, 용사 코팅 방법에 따라 고속으로 뿌려져 거칠기를 가지는 미세 돌출 표면(31)을 형성함으로 비표면적을 넓힌 합금 코팅층(30)을 형성한 것을 특징으로 한다.

이러한 합금 코팅층(30)은 설정의 두께(a)로 형성하는데, 바람직하게 원적외선 방사에너지양을 유지하면서 크랙발생을 방지하고 내마모성을 높일 수 있도록 0.1∼0.4 mm 의 두께로 형성한다.

알려진 바와 같이, 원적외선은 파장이 25㎛ 이상인 적외선으로 가시광선보다 파장이 길어 열작용이 크고 침투력이 강하며, 유기화합물 분자에 대한 공진 및 공명 작용이 강한 것으로 알려져 있다.

이에 따라 원적외선은 대상물의 분자 내에 에너지를 발생하여 분자를 활성화시키는 것으로 알려져 있다.

본 발명은 이러한 원적외선 방사에너지의 양을 높은 수준으로 유지하면서도 높은 압력과 온도에서 견딜 수 있도록 상술의 합금 코팅층(30)을 설정의 두께(a)로 형성한 것을 특징으로 한다.

한편, 용사 코팅 방법은, 분말 혹은 선형재료를 고온열원으로부터 용융액적으로 변화시켜 고속으로 기재에 충돌시켜 급냉응고 적층한 피막(코팅층)을 형성하는 방법이다.

이에 따라 본 발명의 합금 코팅층(30)은, 도 3에서와 같이, 표면 거칠기가 거친 미세 돌출 표면(31)을 형성하게 되고, 이에 따라 비표면적이 통상의 매끈한 표면보다 넓게 형성한다.

바람직하게 합금 코팅층(30)은 크롬 카바이드(Cr₃C₂ )와 니켈크롬(NiCr)을 설정의 배율로 포함한 조성물을 재료로 하여 형성되며, 방사에너지의 양을 높은 수준으로 끌어올려 무기물 및 유기물을 미립자 단위로 파쇄하면서도 동시에 반응기(10) 내부의 예열 시간을 획기적으로 감소시키고 빠른 시간 안에 반응기의 내부를 고온으로 상승토록한다.

그리고, 연기, 냄새 등의 발생을 최소화하면서 고온-고압의 포화증기와 함께 내부 수용된 유기물 또는 무기물의 처리 효율을 극대화한다.

도 1과 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치(1)를 보다 구체적으로 살펴보면 하기와 같다.

먼저, 본 발명에 적용한 반응기(10)는, 스테인리스, 텅스텐 등의 금속 소재로 제조되어 80MPa 이상 견딜 수 있는 내압성능을 가지며 내부 수용공간(S)을 가지는 원통 형상을 가진다.

또한, 반응기(10)는 일측에 내부 수용공간(S)으로 유기물 또는 무기물이 투입되는 투입구를 가지며, 분해된 유기물과 무기물을 배출하기 위한 배출구를 구비한다.

그리고, 교반기(20)는 반응기(10) 내로 투입된 유기물 및 무기물을 교반시켜섞어주기 위한 것으로, 반응기(10)의 내부 수용공간(S)을 관통하여 구동수단에 의해 회전하는 회전축(22)과, 반응기(10)의 내측 표면을 향해 회전축(22)에서 연장된 지지축에 의해 고정 설치된 다수개의 교반날개(21)를 포함한다.

바람직하게 교반날개(21)는 일 실시예로 기울어진 "T"형상을 가지며 반응기(10)의 내측 표면(11a)과 그 단부가 근접하게 구비되며, 이에 따라 반응기(10)의 내측 표면(11a)에 유기물 또는 무기물이 처리 과정 중 고착되는 것을 방지한다.

한편, 본 발명의 교반기(20)를 구성하는 회전축(22)에는 반응기(10)의 내측 표면으로 모래를 고압 분사하여 표면에 고착된 폐기물을 제거하는 샌딩노즐부(40)를 구성한다.

바람직하게, 샌딩노즐부(40)는 회전축(22)에 설정의 간격으로 돌출되게 구비되며, 교반기(20)의 교반날개(21)가 미치지 못하는 반응기(10)의 내측 표면을 향해 모래를 고압 분사한다.

이러한 샌딩노즐부(40)는 회전축(22)의 일측 단부를 통해 회전축(22) 내로 삽입되는 샌드공급관을 포함하며 공급된 모래를 노즐을 통해 분사한다.

반응기(10) 내에서 포화증기 및 원적외선에 의해 폐기물(유기물 및 무기물)이 분해되는 과정에서 유기물보다 무기물의 표면 고착화 현상이 더 자주 발생하게 되는데, 종래에는 반응기(10)가 식기를 기다렸다가 작업자가 반응기(10) 내부로 들어가 수작업으로 폐기물 찌꺼기를 제거해야만 했다.

그러나, 이러한 샌딩노즐부(40)의 구비로 반응기(10)가 완전히 식지 않더라고 고착물이 완전히 굳기 전에 고압 분사되는 모래를 이용해 분리시킴으로, 전체 분해 처리 시간을 단축시키고 작업 효율성을 높일 수 있다.

그리고, 반응기(10)의 내측 표면과 반응기(10) 수용공간(S) 상에 노출된 교반기(20)의 외측 표면은, 용사 코팅 방법에 따라 고속으로 뿌려져 거칠기를 가지는 미세 돌출 표면(31)을 형성함으로 표면적을 넓힌 합금 코팅층(30)을 형성한다.

또한, 반응기(10)의 벽을 형성하는 내벽(11)와 외벽(12) 사이에는 유기물 또는 무기물의 분해 휴지 시에 반응기(10)의 온도를 유지시키기 위한 이격된 공간의 스팀자켓(14)을 형성한다.

그리고, 반응기(10)의 내측 표면(11a)에는 전자기파의 난반사를 유도하고 반응기 내부 표면의 비표면적을 최대로 확장할 수 있도록 요철 형태를 갖는다.

한편, 반응기(10)의 외부 표면에는 스팀자켓(14)과 더불어 휴지 시에 반응기의 온도를 유지하기 위한 보온 단열재(13)를 구비한다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치(1)의 작동 상태를 살펴보면 하기와 같다.

먼저, 외부 보일러(30)에서 공급된 23∼25 기압의 압력으로 270∼500℃의 포화증기는, 반응기(10) 내부의 분해할 유기물 또는 무기물과 포화증기 입자와 공기 입자가 섞이는 환경을 만든다.

이때, 높은 전위가 발생하며 강한 전기장이 포화증기와 공기 입자 속에 유도된다.

유전율이 80인 물에 비해 공기의 유전율은 1에 불과하므로, 포화증기 보다는 공기 입자 속에 더 강한 전기장이 유도되며, 이로 인하여 공기 입자 및 포화증기 속에 방전이 일어나고, 이러한 방전에 의해 전자기파(Shock wave)가 발생한다.

또한, 상기와 같은 방전 및 고온의 환경에 의해 기체와 포화증기가 플라즈마 상태로 유도되며, 산소, OH 등의 라디칼들이 발생되고, 이러한 방전에 의하여 발생된 전자기파(Shock wave)는 연속적으로 발생되어 유기물 또는 무기물을 미립자로 파쇄한다.

상술한 바와 같이, 반응기(10)의 내측 표면(11a)은 요철 형상을 가지며, 이러한 내측 표면(11a)은 용사 코팅 방법에 따라 거칠기를 가지는 미세 돌출 표면(31)을 가지는 합금 코팅층(30)을 형성하고 있다.

이에 따라, 전자기파(Shock wave)는 요철 형상의 내측 표면(11a)과 거친 표면(31)의 합금 코팅층(30)에 의해 반복적으로 난반사 되면서 파쇄 효과를 기하급수적으로 증대시킨다.

그리고, 형성된 라디칼들은 유기물 또는 무기물을 효과적으로 가수분해하여 유기물 또는 무기물을 분해물과 액체로 분리한다.

이때, 합금 코팅층(30)에서 방사된 원적외선은 반응기(10) 내부의 유기물 또는 무기물을 가열하면서 분자 단위로 공진 및 공명하여 처리 시간을 최대한으로 단축하면서 유기물 및 무기물의 파쇄효과를 더욱 증대시킨다.

이와 같이 분리된 분해물은 반응기(10)의 배출구를 통해 회수되고, 포화증기는 응축되어 응축수로 별도의 배출관을 통해 응축수 탱크로 배출되어 회수된다.

한편, 이러한 유기물 또는 무기물의 분해 처리는 필요에 따라 연속적으로 수행되는데, 연속적인 유기물 및 무기물 분해 처리를 위해 반응기(10)는 130∼170℃ 정도로 유지하는 것이 바람직하다.

이를 위해 유기물과 무기물을 배출하여 처리하는 분해 휴지 시에는 별도의 포화증기 공급관을 통해 스팀자켓(14) 사이로 포화증기를 유입하여 충전하여 반응기(10)의 온도를 일정 온도로 유지시키고, 이후 분해 처리 과정이 재차 수행될 때 설정의 제어에 따라 스팀자켓(14) 사이의 포화증기는 배출되어 회수된다.

이어서, 본 발명의 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치(1)에 적용한, 합금 코팅층(30)을 보다 상세하게 살펴보면 하기와 같다.

본 발명에 적용한 합금 코팅층(30)은, 반응기(10) 내부의 높은 압력와 온도를 견디면서 원적외선 방사에너지 양을 높일 수 있도록, 크롬 카바이드(Cr₃C₂ )와 니켈크롬(NiCr)을 설정의 배율로 포함한 조성물을 용사 코팅 방법을 통해 뿌려짐으로 형성한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 적용한 합금 코팅층(30)은, 크게 전처리 단계(S1), 1차 용사코팅 단계(S2), 2차 용사코팅 단계(S3)를 포함하는 코팅 방법을 통해 형성한다.

먼저, 전처리 단계(S1)는 코팅이 용이하게 이루어지도록 반응기(10) 내측 표면과 교반기 외측 표면의 이물질을 제거하기 위한 것으로, 고착된 이물질을 제거하는 샌딩 과정과 표면을 닦아내는 크리닝 과정을 포함한다.

이러한 전처리 단계(S1)를 통해 합금 코팅층(30)의 형성될 부분은 이물질이 없이 깨끗한 표면을 가진다.

이어서, 1차 용사 코팅 단계(S2)는, 1차 코팅 조성물로 니켈과 크롬을 설정의 배율로 포함한 니켈크롬(NiCr) 분말을 녹여 0.01∼0.1 mm 두께를 가지도록 반응기(10) 내측 표면와 교반기(20) 외측 표면에 뿌리는 단계이다.

이러한 1차 용사 코팅 단계(S2)를 통해 후술의 2차 용사 코팅과의 밀착력을 높이고 용이한 합금 코팅층(30)이 형성될 수 있게 한다.

1차 용사 코팅 단계(S2)에서 0.01mm 미만의 두께는 2차 코팅 시 조성물과의 결속력이 미미하여 1차 코팅의 의미가 없으며, 0.1 mm 초과의 두께는 경화를 위한 안정화 과정에서 미세하나마 크랙 발생의 우려가 있어 0.01∼0.1 mm 두께로 형성함이 바람직하다.

한편, 1차 용사 코팅 단계(S2)에서 사용하는 니켈크롬(NiCr) 분말은 니켈과 크롬을 6∼7:3∼4의 비율로 합성되는데, 바람직하게는 6.5:3.5의 비율로 형성한다.

이에 따른 니켈크롬에 의한 1차 코팅면은 조직이 치밀하고 부식에 대한 저항이 높으면서, 이어지는 2차 코팅 조성물과의 결속력을 높인다.

상술의 비율 이외의 배율은 2차 코팅 조성물과의 결속력을 낮추게 된다.

이어서, 2차 용사 코팅 단계(S3)는, 2차 코팅 조성물로 크롬 카바이드(Cr₃C₂) 분말과 니켈크롬(NiCr) 분말을 설정의 배율로 포함하여 0.1∼0.3mm 두께를 가지도록 반응기(10) 내측 표면와 교반기(20) 외측 표면에 뿌리는 단계이다.

이때, 크롬 카바이드(Cr₃C₂) 분말과 니켈크롬(NiCr) 분말은 7∼8:2∼3의 비율로 합성되는데, 바람직하게는 7.5:2.5의 비율로 형성한다

이에 따른 2차 코팅면은 조직이 치밀하고 고온에서의 내마모성, 내산화성이 우수한 특성을 갖는다.

상술의 비율 이외의 배율은 1차 코팅 조성물과의 결속력을 낮추게 될 뿐만 아니라, 원적외선 방사에너지 양을 설정의 양으로 방사하지 못할 우려가 있다.

더불어, 2차 코팅 조성물의 코팅 두께가 0.1mm 미만일 경우, 마찬가지로 최종적 합금 코팅층의 원적외선 방사에너지 양이 최적의 양으로 방사하지 못할 우려가 있으며, 0.3mm 초과의 두께일 경우 최종적으로 합금 코팅층의 두께가 너무 두꺼워져 처리 과정 중 미세하나마 크랙 발생 또는 마모의 우려가 있다.

이와 같은 1차 용사 코팅 단계(S2)와 2차 용사 코팅 단계(S3)를 거치면서, 반응기(10)의 내측 표면(11a)과 교반기(20)의 노출된 외측 표면-회전축, 교반날개 등-에는 전체 합금 코팅층(30)이 0.1∼0.4 mm을 가지도록 형성한다.

필요에 따라 1차와 2차 용사 코팅 단계는 반복적인 과정을 통해 이루어질 수 있다.

도 5와 도 6을 참고하여 <표1>을 확인하면, 상술한 바와 같이, 전처리 단계(S1), 1차 용사코팅 단계(S2), 2차 용사코팅 단계(S3)를 통해 형성한 합금 코팅층(30)은 높은 원적외선 방사율과 높은 원적외선 방사에너지를 갖는다.

[표 1]

이러한 합금코팅층(30)을 구비한 본 발명에 따른 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치(1)는, 종래의 장치에 비하여 원적외선 방사에너지의 양을 높은 수준으로 끌어올려 반응기(10) 내부의 예열 시간을 줄이고 빠른 시간에 고온으로 상승가능토록 한다.

또한, 연기, 냄새 등의 발생을 최소화하면서 고온-고압의 포화증기와 함께 내부 수용된 유기물 또는 무기물의 처리 효율을 극대화한다.

더불어, 전체 장치의 전력소모를 줄일 수 있고, 열팽창이 적어 고열에 대해 열적 안정도 및 보온을 유지할 수 있고, 반응기(10) 및 교반기(20)의 사용 수명의 연장이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

1 : 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치
10 : 반응기
11 : 내벽
11a : 표면
12 : 외벽
13 : 보온 단열재
14 : 스팀자켓
20 : 교반기
30 : 합금 코팅층
40 : 샌딩노즐부

Claims

수용공간(S)을 갖는 반응기(10)의 내부에 투입된 유기물 또는 무기물을 교반기(20)를 이용해 교반하고, 설정의 압력과 설정의 온도를 가지는 포화증기를 이용해 유기물 또는 무기물을 분해 처리하는 유기물 및 무기물 분해 장치에 있어서,
상기 반응기(10)의 내측 표면과 반응기(10)의 수용공간(S) 상에 노출된 상기 교반기(20)의 외측 표면은, 용사 코팅 방법에 따라 고속으로 뿌려져 거칠기를 가지는 미세 돌출 표면을 형성함으로 비표면적을 넓힌 합금 코팅층(30)을 0.1∼0.4mm 두께로 형성하고;
상기 합금 코팅층(30)은, 크롬 카바이드(Cr₃C₂) 분말과 니켈크롬(NiCr) 분말을 용사 코팅 방법에 따라 분사하여 형성하되;
상기 합금 코팅층(30)은,
반응기(10) 내측 표면와 교반기(20) 외측 표면의 이물질 제거를 위한 샌딩 과정과 크리닝 과정을 포함하는 전처리 단계(S1)와;
1차 코팅 조성물로 니켈(Ni)과 크롬(Cr)을 설정의 배율로 포함한 니켈크롬(NiCr) 분말을 0.01∼0.1 mm 두께를 가지도록 반응기(10) 내측 표면와 교반기(20) 외측 표면에 뿌리는 1차 용사코팅 단계(S2)와;
2차 코팅 조성물로 크롬 카바이드(Cr₃C₂) 분말과 니켈크롬(NiCr) 분말을 설정의 배율로 포함하여 0.1∼0.3mm 두께를 가지도록 반응기(10) 내측 표면와 교반기(20) 외측 표면에 뿌리는 2차 용사코팅 단계(S3)를 포함하는 용사 코팅 방법에 따라 형성하며,
상기 반응기(10)의 내측 표면와 교반기(20)의 노출된 외측 표면에 0.1∼0.4 mm 의 두께를 가지도록 형성한 것을 특징으로 하는 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치.
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제 1항에 있어서,
상기 1차 용사코팅 단계(S2) 이후에, 상기 1차 코팅 조성물이 안정화되도록 설정에 따른 시간 동안 방치하는 1차 안정화 단계(S4)를 포함하고;
상기 2차 용사코팅 단계(S3) 이후에, 상기 2차 코팅 조성물이 안정화되도록 설정에 따른 시간 동안 방치하는 2차 안정화 단계(S5)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치.
제 1항에 있어서,
상기 1차 코팅 조성물은 니켈(Ni)과 크롬(Cr)을 6∼7:3∼4의 비율로 합성한것이며,
상기 2차 코팅 조성물은 크롬 카바이드(Cr₃C₂) 분말과 니켈크롬(NiCr) 분말을 7∼8:2∼3의 비율로 합성한 것을 특징으로 하는 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치.
수용공간(S)을 갖는 반응기(10)의 내부에 투입된 유기물 또는 무기물을 교반기(20)를 이용해 교반하고, 설정의 압력과 설정의 온도를 가지는 포화증기를 이용해 유기물 또는 무기물을 분해 처리하는 유기물 및 무기물 분해 장치에 있어서,
상기 반응기(10)의 내측 표면과 반응기(10)의 수용공간(S) 상에 노출된 상기 교반기(20)의 외측 표면은, 용사 코팅 방법에 따라 고속으로 뿌려져 거칠기를 가지는 미세 돌출 표면을 형성함으로 비표면적을 넓힌 합금 코팅층(30)을 0.1∼0.4mm 두께로 형성하되;
상기 반응기(10)는, 내측 표면(11a)에 요철 형상을 구비하고, 벽을 구성하는 내벽(11)과 외벽(12) 사이에 설정의 제어에 따라 포화증기가 유입되는 이격된 공간으로 스팀자켓(14)을 포함하며;
상기 교반기(20)는, 반응기(10)의 내부 수용공간(S)을 관통하여 구동수단에 의해 회전하는 회전축(22)과, 반응기(10)의 내측 표면을 향해 회전축(22)에서 연장된 지지축에 의해 고정 설치된 다수개의 교반날개(21)를 포함하고;
회전축(22)에 설정의 간격으로 돌출되게 구비되어 연결된 샌드공급관을 통해 공급된 모래를 노즐을 통해 상기 반응기(10)의 내측 표면에 고압 분사하는 샌딩노즐부(40)를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 원적외선 방사 합금 코팅층을 구비한 유기물 및 무기물 분해 장치.