KR102224846B1 - 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치 - Google Patents

슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 곡피를 사용하여 고형연료의 열량을 높이고, 강력하게 압착시켜 견고하며 길이가 긴 고형연료를 성형할 수 있고, 성형된 고형물은 고형연료뿐만 아니라 퇴비 보다 효과적인 바이오차의 자재로 사용할 수 있는 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치는 슬러지와 곡피분을 혼합시키는 혼합기; 상기 혼합기에서 혼합된 혼합물을 건조시키는 건조기; 상기 건조기에서 건조된 혼합물을 압착시켜 고형연료를 성형하는 압착기;를 포함하여 이루어지는 고형연료 성형장치에 있어서, 상기 압착기는 상기 혼합물이 유입되는 하우징과, 상기 하우징에 연결되고, 상기 하우징을 통해 유입되는 혼합물이 선행유입된 혼합물을 압착시켜 고형연료로 성형되도록 하는 성형파이프와, 상기 하우징 내부에서 회전하여 유입되는 혼합물을 분쇄시키는 분쇄블럭과, 상기 분쇄블럭과 연결되어 함께 회전하고, 상기 성형파이프에 내장되어서 분쇄된 혼합물을 배출구측으로 이송시키는 이송스크류를 포함하고, 상기 성형파이프는 다각형구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치{Extrusion press for making refuse-derived fuel biochar-resources}
본 발명은 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 곡피를 사용하여 고형연료의 열량을 높이고, 강력하게 압착시켜 견고하며 길이가 긴 고형연료를 성형할 수 있고, 성형된 고형물은 고형연료뿐만 아니라 퇴비 보다 효과적인 바이오차의 자재로 사용할 수 있는 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치에 관한 것이다.
통상적으로, 하수처리나 폐수처리, 또는 각종 가축분뇨 등의 처리에는 다량의 슬러지를 포함하고 있는 오폐수가 발생하게 되는바, 이를 슬러지와 분리하기 위하여 원심분리기나 농축기 등을 사용하여 슬러지를 수분과 분리시킨 후 적정의 과정을 거쳐 폐기하게 된다.
그러나 이와 같이 수분을 제거한 슬러지를 폐기할 경우는 심각한 토질의 오염과 더불어 환경을 오염시키는 문제점이 발생하게 된다.
그래서 등록특허 제10-0883751호 "폐수 슬러지를 이용한 코크스 제조장치 및 그의 제종방법", 등록특허 제10-1229005호 "슬러지를 이용한 연료 제조장치 및 제조방법" 등은 슬러지를 고형화시켜서 연료로 활용할 수 있도록 하여, 환경오염을 방지하면서 에너지원으로 사용되도록 하고 있다.
일반적으로 슬러지로 제조된 고형연료는 발화시 열량이 낮다. 그래서 높은 열원이 요구되는 곳에서는 고형연료를 에너지원으로 사용할 수 없는 한계가 있다.
등록특허 제10-1229005호를 보면, 건조된 슬러지는 성형홈이 형성된 제1성현롤러와 제2성형롤러가 마주보며 회전하여서 성형홈에 투입된 슬러지를 압착하여 구 형상의 고형물을 제조한다.
이처럼 성형롤러를 이용한 슬러지의 압착력은 약하다. 그래서 제조된 고형물도 견고하지 못하여, 운반이나 보관 중에 부서지기 쉽다. 또한, 견고하지 못하기에 고형물을 크게 성형할 수 없다.
슬러지로 성형된 고형물은 바이오차 자재로 사용될 수 있다.
바이오차(biochar)는 산소공급이 제한된 조건에서 바이오매스를 열분해시켜 생산할 수 있는 고체물질을 말한다. 목재를 불완전 연소시켜 숯을 만드는 것과 같다. 바이오매스(biomass)는 바이오와 매스의 합성어로 화학적 에너지로 사용 가능한 식물과 동물 미생물 등 모든 유기성 생물체를 포함하는 용어이다.
바이오차는 바이오매스와 숯(charcoal)의 합성어로, 토양 미생물이 잘 성장하도록 도와주고 탄소를 고정하여 작물의 생산성을 높인다.
바이오차를 퇴비 대시 이용하면 토양에서 배출되는 N2O의 발생을 감소시키고, 바이오차는 퇴비에 비해 분해속도가 아주 느려서 산이나 농경지에서 오랜기간 유기물의 기능을 기대할 수 있다.
본 발명은 이처럼 종래기술에 따른 고형연료 성형장치가 갖는 문제를 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 슬러지에 곡피를 혼합시켜 발화시 열량이 높은 고형연료를 성형하고, 슬러지와 곡피의 혼합물을 압착기에 강력하게 압착시켜 견고하며 길이가 긴 고형연료를 성형할 수 있고, 성형된 고형물은 고형연료뿐만 아니라 불완전연소시켜 바이오차를 만들 수 있는 바이오차재가 되는 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치를 제공함을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치는
슬러지와 곡피분을 혼합시키는 혼합기;
상기 혼합기에서 혼합된 혼합물을 건조시키는 건조기;
상기 건조기에서 건조된 혼합물을 압착시켜 고형연료를 성형하는 압착기;를 포함하여 이루어지는 고형연료 성형장치에 있어서,
상기 압착기는
상기 혼합물이 유입되는 하우징과,
상기 하우징에 연결되고, 상기 하우징을 통해 유입되는 혼합물이 선행유입된 혼합물을 압착시켜 고형연료로 성형되도록 하는 성형파이프와,
상기 하우징 내부에서 회전하여 유입되는 혼합물을 분쇄시키는 분쇄블럭과,
상기 분쇄블럭과 연결되어 함께 회전하고, 상기 성형파이프에 내장되어서 분쇄된 혼합물을 배출구측으로 이송시키는 이송스크류를 포함하고,
상기 성형파이프는 다각형구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 성형파이프에는 내부로 인입되어서 압착되는 혼합물의 외면을 눌러주는 누름판과, 상기 누름판을 탄성지지하여 가압력을 조절하는 탄성조절부재가 구비되는 것을 특징으로 하고,
상기 누름판의 단부는 혼합물의 이송방향으로 경사진 것을 특징으로 하고,
상기 이송스크류의 날개 중에서 전방측에 배치되는 날개의 단부에는 혼합물을 성형파이프의 중공 가장자리로 보내주는 경사면이 형성되는 것을 특징으로 한다.
위와 같이 구성되는 본 발명에 따른 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치는 곡피가 혼합되어서 발화시 높은 열량을 생성하여 보다 다양한 곳에서 에너지원으로 사용될 수 있고, 고형연료는 강력한 힘으로 압착되어 견고하게 성형됨으로써 보관면적을 1/5 수준으로 감소시키고, 운반이나 보관 과정에서 부숴지는 것이 방지되고, 견고한 만큼 보다 큰 부피로 성형이 가능하여 다양한 분야와 장소에서 에너지원으로 사용될 수 있는 고형연료를 성형하는 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치로서, 산업발전에 매우 유용한 발명이다.
도 1 은 본 발명에 따른 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 압착기의 구조를 보여주는 도면.
도 3 은 압착기에서 누름판을 요부로 하는 도면.
도 4a,b 는 압착기에서 성형파이프와 누름판과 탄성조절부재를 요부로 하는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치에 관하여 보다 구체적으로 설명하기에 앞서,
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.
도1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치는 호퍼(11, 12), 혼합기(20), 건조기(30), 압착기(40), 수거통(50)을 포함하여 이루어진다.
상기 호퍼(11, 12)는 각각 슬러지와 곡피분이 담기는 제1호퍼(11)와 제2호퍼(12)가 구비된다.
슬러지는 오폐수, 분뇨, 음식물 쓰레기 등의 처리 과정에 발생하는 유기물이고, 곡피분은 쌀, 보리, 콩, 깨 등의 곡물의 껍데기를 분쇄한 유기물이다.
곡피에는 상당량의 기름이 함유되어 있어서, 곡피를 이용한 고형연료는 발화가 용이하고 열량이 높다.
상기 혼합기(20)는 상기 제1호퍼(11)에서 공급된 슬러지와 상기 제2호퍼(12)에서 공급된 곡피를 혼합시켜 혼합물을 만든다. 혼합물의 성분은 대략 슬러지 80%와 곡피분 20%로 이루어진다.
상기 혼합기(20)에는 공급된 슬러지와 곡피를 뒤섞어서 혼합시키는 교반날개(21)가 구비된다.
상기 건조기(30)는 상기 혼합기(20)에서 혼합된 슬러지와 곡피분의 혼합물을 건조시킨다.
상기 혼합기(20)에서 혼합된 혼합물은 약 40% 정도의 수분을 함유하고, 상기 건조기(30)에서 건조되면 20%~5% 사이의 수분을 함유하게 된다.
상기 건조기(30)의 외면에는 건조기(30)를 가열하는 히터(31)가 구비되고, 내부에는 혼합물을 이송시키는 스크류(33)가 구비된다.
참고로, 상기 압착기(40)에서는 혼합물을 강력한 힘으로 압축시키면서 고온의 열이 발생된다. 이 발생되는 열을 회수하여 상기 건조기(30)를 가열시키는 열로 재활용하면 바람직할 것이다.
상기 압착기(40)는 상기 건조기(30)를 통해 건조된 혼합물을 압착하여 고형연료를 성형하고, 상기 수거통(50)은 상기 압착기(40)에서 성형되어 배출되는 고형연료를 일정 길이로 재단하여 수거한다.
도2를 참조하면, 상기 압착기(40)는 하우징(41), 성형파이프(42), 분쇄블럭(43), 이송스크류(44)를 포함한다.
상기 하우징(41)은 상기 건조기(30)의 출구측에 연결되어서 건조기(30)에서 배출되는 혼합물이 내부로 유입된다.
상기 하우징(41)의 내부는 전방으로 가면서 내경이 점진적으로 작아지는 구조로 이루어진다.
상기 분쇄블럭(43)은 상기 하우징(41)의 내부에 배치되고, 회전하여서 분쇄블럭(43)의 표면과 상기 하우징(41)의 내면 사이로 유입된 혼합물을 그라인딩하여 분쇄시킨다.
상기 분쇄블럭(43)으 표면에는 나선형의 분쇄날개(미도시)들이 형성되어서, 혼합물의 분쇄효율을 높인다.
상기 성형파이프(42)는 상기 하우징(41)의 전방으로 연결되어서, 하우징(41)에서 분쇄된 혼합물들이 유입되고, 유입된 혼합물이 이송스크류(44)에 의해 전방으로 이송되면서 압착되어서 고형연료가 성형되도록 한다.
도4a를 참조하면, 상기 성형파이프(42)는 다각형구조(도면에서는 6각형 구조)로 이루어진다.
성형파이프(42)에서 혼합물은 선행유입된 혼합물은 이송이 지체되면서 성형파이프(42) 내부의 중공(421)에 싸이고, 계속하여 후행유입되는 혼합물이 전진하여 선행유입된 혼합물을 밀어서 압착시킴으로써 고형화되도록 한다. 그래서 선행유입된 혼합물이 밀려 전진되려는 힘에 저항하는 힘이 강하면 혼합물을 보다 강력하게 압착되어 고형화된다.
이송스크류(44)는 회전하면서 혼합물을 전방으로 이송시킨다. 그래서 성형파이프(42)의 전방에서 압착되는 고형물은 전진하려는 힘과 회전하려는 힘을 받는다. 상기 성형파이프(42)가 원형구조로 이루어지면, 전진하려는 힘과 회전하려는 힘이 모두 전방의 고형물에 모두 전달되어서 고형물은 회전하면서 전진하여 상대적으로 약하게 압착되고, 성형파이프(42)가 각형구조로 이루어지면 전진하려는 힘은 고형물에 전달되지만 회전하려는 힘은 차단되어서 고형물은 회전없이 전진하여 상대적으로 강력하게 압착된다.
도2를 참조하면, 상기 이송스크류(44)는 상기 분쇄블럭(43)의 전방에 결합되어서 분쇄블럭(43)과 함께 회전하여, 상기 성형파이프(42) 내부 중공(421)에 배치되어서 성형파이프(42)의 중공(421)에 유입된 혼합물을 전방(즉, 배출구측)으로 이송시킨다.
상기 이송스크류(44)에는 혼합물을 전방으로 밀어 이송시키는 날개(441)가 형성되어 있다.
상기 이송스크류(44)의 날개(441) 중에서 전방측에 배치되는 날개의 외측 단부에는 중공(421)의 가장자리를 향하고 있는 경사면(443)이 형성된다. 전방에 배치된 날개에서 내측은 혼합물을 성형파이프(42)의 중공(421)에서 전방으로 밀고 외측의 경사면(443)은 혼합물은 중공(421)에서 외측의 가장자리로 밀어서 중공(421)에서 압착되어 성형되는 고형물은 내부와 외부가 전체적으로 균일한 힘으로 압착되어 고품질로 성형되도록 한다.
상기 이송스크류(44)는 슬러지를 이송시켜서 압축시키는 과정에서 발생되는 고열에 영향을 받고, 압축힘에 의해 마모가 되무로, 내열성과 내마모성이 우수한 재질로 이루어지거나 표면이 이러한 재질로 코팅되는 것이 바람직하다. 특히, 고열과 압력이 집중되는 이송스크류(44)의 전방 부위는 내열성과 내구성이 뛰어나 재질로 코팅되는 것이 바람직하다.
도3과 도4a를 참조하면, 상기 누름판(45)은 다각형 구조로 이루어지는 상기 성형파이프(42)의 각면에 구비되고, 내부의 중공(421)으로 인입되어서 압착되어 고형화되는 혼합물, 즉, 고형물의 외면을 눌러준다.
누름판(45)에 의해 눌려진 고형물은 전방측, 즉, 배출구측으로의 이송이 억제됨으로써 보다 강력하게 압착된다.
상기 성형파이프(42)의 외면에는 홀더프레임(46)이 결합되고, 상기 홀더프레임(46)에는 상기 누름판(45)을 탄성지지하는 탄성조절부재(47)가 구비된다.
상기 홀더프레임(46)은 상기 성형파이프(42)의 각진 모서리를 따라 이동가능하게 결합된다.
상기 탄성조절부재(47)는 상기 누름판(45)이 고형물을 탄성지지하는 가압력을 조절한다.
도4a를 참조하면, 상기 탄성조절부재(47)는 상기 홀더프레임(46)과 누름판(45)을 연결하는 체결핀(471)과, 상기 홀더프레임(46)의 외면에서 상기 체결핀(471)에 결합되는 너트(473)와, 상기 체결핀(471)의 외주연으로 삽입되며 상기 홀더프레임(46)과 상기 누름판(45) 사이에 개재되어서 상기 누름판(45)을 탄성지지하는 가압스프링(475)을 포함하여 이루어진다.
상기 너트(473)는 체결핀(471)을 따라 이동하여 체결핀(471)에 연결되는 누름판(45)이 성형프레임의 중공(421)으로 인입되는 깊이를 조절하고, 상기 가압스프링(475)은 탄성력으로 누름판(45)이 고형물을 가압하는 가압력을 조절한다.
고형물이 전방으로 이동하려는 힘이 상기 스프링에 의해 상기 누름판(45)이 누르는 가압력 보다 커지면 누름판(45)이 살짝 들리면서 고형물은 전방을 이동하게 된다.
고형물이 누름판(45)이 누르는 압력을 이기면서 전방으로 이송할 때 누름판(45)은 살짝 들릴뿐만 아니라 고형물과 함께 전방측으로 살짝 이동하게 된다. 누름판(45)이 무리없이 전방으로 이동할 수 있도록 누름판(45)의 단부는 경사진다. 누름판(45) 단부의 경사각도는 약 30도이다.
전방으로 이송한 누름판(45)이 원위치로 복귀되도록 상기 성형파이프(42)의 외면에서는 결합블럭(481)이 구비되고, 결합블럭(481)에는 당김핀(483)이 관통하고, 당김핀(483)의 전방은 상기 홀더프레임(46)에 연결되고 후방에는 복귀스프링(485)이 개재된다. 복귀스프링(485)의 탄성력으로 전진된 누름판(45)은 원위치로 복귀된다.
도4b를 참조하면, 상기 탄성조절부재는 상기 누름판(45)의 외측에 연결되고 외면에 경사면이 형성된 이동구배블럭(476)과, 상기 이동구배블럭(476)의 외측에 배치되고 내면에 경사면이 형성된 고정구배블럭(477)과, 상기 이동구배블럭(476)에 연결되는 푸시바(478)와, 상기 푸시바(478)를 탄성지지하여 상기 이동구배블럭(476)이 상기 고정구배블럭(477)을 타고 내측으로 이동하는 탄성력을 받도록 하는 스프링(479)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 이동구배블럭(476)는 스프링(479)과 고정구배블럭(477)에 의해 내측으로 이동하는 힘을 받아서 누름판(45)이 성형파이프(42) 내의 슬러지를 눌러 압착하도록 한다. 상기 이동구배블럭(476)에 의한 누름판(45)의 압려은 스프링(479)와 탄성력과 푸시바(478)의 일단에 구비된 조절너트로 조절할 수 있다.
상기 성형파이프(42) 내에서 고형물이 충분히 압축되어서 전진 이송하려는 힘이 누름판(45)이 누르는 힘보다 커져서 고형물이 전방으로 이송되면 누름판(45)도 함께 전방으로 이송되는데 이때 상기 이동구배블럭(476)이 고정구배블럭(477)을 타고 외측 및 전방으로 이동하여 고형물이 원활하게 이동될 수 있도록 한다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
11, 12 : 호퍼 20 : 혼합기
30 : 건조기 40 : 압착기
41 : 하우징 42 : 성형파이프
43 : 분쇄블럭 44 : 이송스크류
45 : 누름판 46 : 홀더프레임
47 : 탄성조절부재 50 : 수거통

Claims (4)

  1. 슬러지와 곡피분을 혼합시키는 혼합기;
    상기 혼합기에서 혼합된 혼합물을 건조시키는 건조기;
    상기 건조기에서 건조된 혼합물을 압착시켜 고형연료를 성형하는 압착기;를 포함하여 이루어지는 고형연료 성형장치에 있어서,

    상기 압착기는
    상기 혼합물이 유입되는 하우징과,
    상기 하우징에 연결되고, 상기 하우징을 통해 유입되는 혼합물이 선행유입된 혼합물을 압착시켜 고형연료로 성형되도록 하는 성형파이프와,
    상기 하우징 내부에서 회전하여 유입되는 혼합물을 분쇄시키는 분쇄블럭과,
    상기 분쇄블럭과 연결되어 함께 회전하고, 상기 성형파이프에 내장되어서 분쇄된 혼합물을 배출구측으로 이송시키는 이송스크류를 포함하고,
    상기 성형파이프는 다각형구조로 이루어지고,
    상기 성형파이프에는 내부로 인입되어서 압착되는 혼합물의 외면을 눌러주는 누름판과, 상기 누름판을 탄성지지하여 가압력을 조절하는 탄성조절부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 누름판의 단부는 혼합물의 이송방향으로 경사진 것을 특징으로 하는 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 이송스크류의 날개 중에서 전방측에 배치되는 날개의 단부에는 혼합물을 성형파이프의 중공 가장자리로 보내주는 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 슬러지와 곡피를 이용한 고형연료 및 바이오차자재 성형장치.
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