KR102354445B1

KR102354445B1 - 버섯 폐배지 및 버개스를 이용한 슬러지 연료탄 제조 시스템

Info

Publication number: KR102354445B1
Application number: KR1020200132785A
Authority: KR
Inventors: 김기환; 홍동욱; 김경현
Original assignee: (주)진에너텍
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2022-01-25

Abstract

본 발명은 다양한 종류의 버섯 배양에 사용이 끝나 버려지는 다량의 폐배지와 사탕수수의 제당공정에서 발생하는 버개스, 그리고 생활하수에서 발생하는 막대한 양의 하수 슬러지를 이용하여 친환경적이면서 발열량도 우수한 연료탄을 제조하는 시스템을 제공할 수 있다. 그에 따라 식물성 잔재물의 재 활용성을 극대화할 수 있는 효과와 함께 안정적으로 오랜 시간 높은 발열량으로 인한 에너지 절약에도 크게 기여할 수 있는 효과는 물론 신 재생에너지로서의 활용가치가 높은 효과도 제공한다.

Description

버섯 폐배지 및 버개스를 이용한 슬러지 연료탄 제조 시스템{Sludge coal production device using waste mushroom medium and bagasse}

본 발명은 슬러지 연료탄의 제조 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 종류의 버섯 배양에 사용이 끝나 버려지는 다량의 폐배지와 벼, 사탕수수 등의 식물로부터 발생되는 식물성 잔재물 및 생활하수에서 발생하는 막대한 양의 하수 슬러지를 이용하여 친환경적이면서 발열량도 우수한 연료탄을 제조하는 시스템에 관한 것이다.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.

일반적으로 다양한 종류의 버섯을 배양하고 난 후의 폐배지는 연료로서의 재사용 가치가 높음에도 불구하고 대부분이 비료 또는 퇴비제조시 혼합되는 첨가제로만이 사용하는 것이 통상적이다. 또는, 음식물 처리 시 염분 농도를 희석하기 위한 내용물로 혼합되어 사료로 활용되기도 하나, 소화 흡수가 어려워 현실성이 떨어지는 단점을 가진다.

아울러, 버섯 생산량은 웰빙(well-being) 시대를 맞이하여 꾸준히 증가하면서 국내에서만 2011년도에 폐배지의 생산량은 1,500,000톤으로 집계되었다.

한편, 사탕수수는 동남아시아와 태평양에서 단순히 씹어 먹을 목적으로 재배된 것인데 오늘날 사탕수수는 많은 산업적 용도를 가지고 있으나 주로 설탕의 원료로 쓰인다. 설탕을 만들고 남은 사탕수수 찌꺼기인 당밀과 버개스 또한 산업적으로 아주 유용하다. 당밀(molasses)은 단순한 기술로는 더 이상 자당 결정을 얻어낼 수 없는 찌꺼기 액체로서 상등품은 식용으로도 무방하며, 감미료나 죽의 재료로 쓰이며, 탄수화물 함량이 높기 때문에 가축 사료로 아주 적합하다.

버개스(bagasse)는 사탕수수에서 수액을 뽑고 남은 섬유질 찌꺼기로써 종이, 마분지, 섬유판, 합판 등의 원료로 쓰인다. 제당공장에서 얻어지는 버개스는 약 10%의 수가용분(水可溶分), 수(髓:pith) 약 25%, 섬유 약 65%로 되어 있다. 설탕공장에서는 100톤의 사탕수수에서 32-34톤의 찌꺼기가 발생되는데, 연간 발생하는 막대한 물량의 사탕수수 찌꺼기를 퇴비나 재래식 연료로 활용하기에는 아까운 에너지원이며 이를 그대로 방치하면 온실가스인 메탄 등 환경오염물질이 많이 발생하여 문제가 될 수 있다.

그리고 생활하수에서 발생하는 하수 슬러지 역시 국내 2002년도 대략 6,000톤/일이 발생하고 있었으며, 해가 거듭할 수 있도록 그 양이 엄청나게 증가되고 있는 실정이다.

본 발명에서는 상기한 막대한 양의 버섯의 폐배지와 버개스 및 하수 슬러지를 이용하여 연료탄으로 활용하는 기술을 제공한다.

상기한 버섯의 폐배지를 활용하여 연료로서 사용하도록 한 종래의 선행기술에는 대한민국 등록특허공보 제10-1609696호, 대한민국 등록특허공보 제10-1728233호, 대한민국 등록특허공보 제10-1953361호, 대한민국 등록특허공보 제10-2078958호 등에 게시된 바 있다(이하 '선행기술문헌들 1'이라 한다).

또한 버개스를 활용하여 연료로서 사용하도록 한 종래의 선행기술 또한 대한민국 등록특허공보 제 10-1526840 호, 대한민국 등록특허공보 제 10-1757745 호, 대한민국 공개특허공보 제 10-2016-0044477 호 등에 게시된 바 있다(이하 '선행기술문헌들 2'이라 한다).

아울러, 하수 슬러지를 이용하여 연료로서 사용하도록 한 종래의 선행기술 또한 대한민국 등록특허공보 제10-1779136호, 대한민국 등록특허공보 제10-1896641호, 대한민국 등록특허공보 제10-2009184호 등에 게시된 바 있다(이하 '선행기술문헌들 3'라 한다).

상기한 선행기술문헌들 1 내지 3은 각각의 원료만을 이용하여 연료로서의 펠릿을 제조하였으나, 이러한 원료들 모두를 이용하여 연료탄을 제조하는 방법은 제시되지 않았다.

1. 대한민국 등록특허공보 제10-1609696호 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1728233호 3. 대한민국 등록특허공보 제10-1953361호 4. 대한민국 등록특허공보 제10-2078958호 5. 대한민국 등록특허공보 제10-1526840호 6. 대한민국 등록특허공보 제10-1757745호 7. 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0044477호 8. 대한민국 등록특허공보 제10-1779136호 9. 대한민국 등록특허공보 제10-1896641호 10. 대한민국 등록특허공보 제10-2009184호

상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 기술적 해결과제는 다양한 종류의 버섯 배양에 사용이 끝나 버려지는 다량의 폐배지와 식물성 잔재물, 특히 사탕수수의 제당공정에서 발생되는 버개스 및 생활하수에서 발생하는 막대한 양의 하수 슬러지를 이용하여 친환경적이면서 발열량도 우수한 연료탄을 제조하는 시스템을 제공하는 데 있다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 버섯 폐배지, 버개스 및 하수 슬러지를 포함하는 원료의 함수율을 조절하는 장치로서, 버섯 폐배지 및 하수 슬러지의 함수율을 낮추고, 버개스의 함수율을 높이는 전처리 장치; 상기 전처리된 원료들을 혼합하는 혼합기; 공기공급량을 제어하여 상기 원료 혼합물을 제1 함수율을 갖도록 1차 건조하는 바이오 드라잉 장치; 공급되는 스팀의 온도 및 가스 배출량을 제어하여 상기 1차 건조된 혼합물을 상기 제1 함수율보다 낮은 제2 함수율을 갖도록 2차 건조하는 열적 건조 장치; 및 상기 2차 건조된 혼합물을 가압 성형하여 연료탄을 형성하는 성형기;를 포함하는 슬러지 연료탄 제조 시스템을 제공한다.

또한 상기 바이오 드라잉 장치는 배출가스의 온도 변화에 따른 공기공급량을 조절하는 1차 제어 후 장치 내부의 CO₂ 농도 변화에 따른 공기공급량을 조절하는 2차 제어를 포함하는 루틴을 반복하여 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 열적 건조 장치는 배출가스의 온도를 측정하여 공급하는 스팀의 온도를 조절하는 1차 제어 후 장치 내부의 압력을 측정하여 가스 배출량을 조절하는 2차 제어를 포함하는 루틴을 반복하여 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 성형기는 상기 2차 건조된 혼합물을 성형기에 투입하여 압축 과정을 통해 발생하는 100 내지 130℃의 압축열과 마찰열에 이용하여 건조 및 성형하여 1차 연료탄을 형성하도록 제어되는 것을 것을 특징으로 한다.

또한 상기 성형기에 상기 1차 연료탄을 다시 투입하여 고압 압축 과정을 통해 발생하는 130 내지 160℃의 압축열과 마찰열을 이용하여 건조 및 성형하여 2차 연료탄을 형성하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다양한 종류의 버섯 배양에 사용이 끝나 버려지는 다량의 폐배지와 사탕수수의 제당공정에서 발생되는 버개스 및 생활하수에서 발생하는 막대한 양의 하수 슬러지를 이용하여 친환경적(악취 절감)이면서 발열량도 우수한 연료탄을 제조하는 시스템을 제공함으로써, 재 활용성을 극대화할 수 있는 효과와 함께 안정적으로 오랜 시간 높은 발열량으로 인한 에너지 절약에도 크게 기여할 수 있는 효과는 물론 신 재생에너지로서의 활용가치 높은 효과도 가진다.

도 1은 본 발명의 버섯 폐배지, 버개스 및 하수 슬러지를 이용한 연료탄을 제조하는 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2에 본 발명에 따른 연료탄 제조방법이 수행되는 시스템의 구성을 개략적으로 도시하였다.
도 3 내지 도 7은 바이오 드라잉 장치를 보다 구체적으로 도시한 예시도들로써, 도 3는 바이오 드라잉 장치의 내외부 구성을 개략적으로 도시한 평면 예시도이고, 도 4은 도 3와 다른 구성을 개략적으로 표시한 측면 예시도이다. 또한 도 5는 도 3의 A 방향에서 바이오 드라잉 장치의 전부(front part)와 중부 일부를 바라본 형태를 도시한 예시도이며, 도 6는 도 3의 B 방향에서 제1 맨틀부를 바라본 형태를 도시한 예시도이다. 또한, 도 7은 바이오 드라잉 장치의 전부에 구성되는 스파이럴을 도시한 예시도이다.
도 8 내지 도 13은 도 2의 열적 건조 장치를 보다 구체적으로 도시한 예시도들로써, 도 8는 본 발명에 따른 열적 건조 장치를 간략히 도시한 측면 투영 예시도이고, 도 9는 내부의 디스크 조립체의 구조를 좀 더 상세히 도시한 예시도이다. 그리고 도 10은 디스크를 측면에서 바라본 형태를 도시한 예시도이며, 도 11 내지 도 13은 디스크의 부분 단면을 도시한 사시도이다.

본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 또한 본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.

< 슬러지 연료탄 제조방법>

본 발명에 따른 슬러지 연료탄의 제조방법은 연료로서의 재사용 가치가 높은 다량의 버섯 폐배지와 사탕수수의 제당공정에서 발생되는 버개스, 그리고 막대한 양의 하수 슬러지를 이용하여 각 분야에서 연소용의 연료로 사용할 수 있는 연료탄을 제조할 수 있는 기술이다.

상기 슬러지 연료탄의 제조방법은 버섯 폐배지, 버개스 및 하수 슬러지를 포함하는 원료를 전처리하는 전처리단계(S1); 상기 전처리된 원료를 혼합하여 원료 혼합물을 얻는 혼합단계(S2), 상기 원료 혼합물을 바이오 드라잉 장치를 이용하여 제1 함수율을 갖도록 1차 건조하는 제1 건조단계(S3), 상기 1차 건조된 혼합물을 열적 건조 장치를 이용하여 상기 제1 함수율보다 낮은 제2 함수율을 갖도록 2차 건조하는 제2 건조단계(S4) 및 상기 2차 건조된 혼합물을 가압 성형하여 연료탄을 형성하는 성형단계(S5)를 포함한다.

상기 전처리 단계(S1)는 버섯 폐배지, 버개스 및 하수 슬러지를 포함하는 원료를 전처리하는 단계로서, 하수 슬러지를 함수율 80 중량% 이하(바람직하게는 70 중량% 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 70 중량% 내지 75 중량%)로 건조시키고, 버섯 폐배지를 함수율 50 중량 % 이하(바람직하게는 40 중량% 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 40 중량% 내지 45 중량%)로 건조시키며, 버개스를 50mm 이하의 크기로 분쇄 후 함수율 30 중량% 이상(바람직하게는 30 중량% 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 35% 내지 40%)으로 습식 처리하는 단계이다.

상기 함수율로 각각 전처리하였을 경우 안정적으로 오랜 시간 높은 발열량을 가져 신 재생 에너지로서의 높은 활용가치를 제공한다. 이를 뒷받침하기 위하여 전처리 조건에 따라 제조된 연료탄의 단위 중량당 발열량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 여기서, 하기 표 1에서 제시되는 함수율은 실제 공정에서 제시된 수치에 가깝게 조정된 것으로 정확하게 지정 수치를 갖는 것은 아닐 수 있다.

		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
함수율 (%)	하수 슬러지 (100kg)	80	70	75	전처리 X	85	65
	버섯 폐배지 (180kg)	50	40	45		55	35
	버개스 (60kg)	30	40	35		25	55
발열량(kcal/kg)		4963	5076	5134	3978	4223	4176
발열시간(hr)		11	12	12	8	10	9

상기 표 1에 나타난 것과 같이 본 발명의 실시예에 따라 전처리된 원료로 제조된 연료탄이 비교예에 따라 전처리되지 않은 원료로 제조된 연료탄이나 조건을 벗어나 전처리된 연료로 제조된 연료탄에 비하여 발열량 및 발열시간이 모두 우수한 것을 확인할 수 있으며, 특히 실시예 1 및 3에 따른 조건으로 전처리된 원료로 제조된 연료탄이 가장 안정적으로 오랜 시간 높은 발열량을 가져 신 재생 에너지로서의 높은 활용가치를 제공한다.

상기 하수 슬러지는 하수에서 유체를 분리하여 건조하고 남은 찌꺼기로서, 건조가 이루어지면 불에 잘 탈 수 있는 유기체로 이루어진다. 하수 슬러지에는 각종 이물질, 비닐이나 나뭇가지, 철 등이 포함되어 있으므로 이물질을 제거한다.

이렇게, 이물질이 제거된 하수 슬러지를 전처리 장치를 이용하여 함수율을 80 중량% 이하로 건조한다. 상기 하수 슬러지를 건조 시 직접 열을 가할 경우, 하수 슬러지가 탄화될 수 있는 관계로, 고형물 또는 톱밥 등을 투입하거나 간접 열인 열풍 등으로 건조하는 것이 바람직하다.

상기에서, 수거된 하수 슬러지의 수분을 80 중량% 이하로 건조하는 것은 원료 혼합 시 혼합 효율성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전처리된 버섯 폐배지와 버개스의 함수율을 감안하여 혼합된 원료 혼합물이 바이오 드라잉 장치를 이용하여 미생물 건조될 때의 최적의 건조효율을 갖도록 하며, 앞서 살펴본 것과 같이 우수한 발열량 및 발열시간을 제공한다.

상기 버섯 폐배지는 버섯 재배에 따른 수분을 많이 함유하고 있는 관계로, 상기 하수 슬러지와 마찬가지로 이물질 제거 후 전처리 장치를 이용하여 함수율을 60 중량% 이하로 건조한다.

상기에서, 수거된 버섯 폐배지의 수분을 50 중량% 이하로 건조하는 것은 원료 혼합 시 혼합 효율성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전처리된 하수 슬러지와 버개스의 함수율을 감안하여 혼합된 원료 혼합물이 바이오 드라잉 장치를 이용하여 미생물 건조될 때의 최적의 건조효율을 갖도록 하며, 앞서 살펴본 것과 같이 우수한 발열량 및 발열시간을 제공한다.

상기 버개스는 일반적으로 수분 함유량은 약 10％이고 유기물이 65％ 이상이지만 C/N율이 40 이하이므로 미생물이 성장할 수 있는 조건에 미달되어 있다. 따라서 버개스는 50mm 이하의 크기로 분쇄한 후 30 중량% 이상의 함수율을 갖도록 처리한다.

상기에서, 버개스를 분쇄하고 습식 처리하는 것은 하수 슬러지 및 버섯 폐배지와 혼합 시 혼합 효율성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전처리된 하수 슬러지와 버섯 폐배지의 함수율을 감안하여 혼합된 원료 혼합물이 바이오 드라잉 장치를 이용하여 미생물 건조될 때의 최적의 건조효율을 갖도록 하며, 앞서 살펴본 것과 같이 우수한 발열량 및 발열시간을 제공한다.

상기 혼합단계(S2)는 전처리된 버섯 폐배지, 버개스 및 하수 슬러지를 혼합하여 원료 혼합물을 얻는 단계로서, 건조된 하수 슬러지 100 중량부에 대하여 건조된 버섯 폐배지를 150 내지 200 중량부(바람직하게는 180 내지 200 중량부), 분쇄 및 습식 처리된 버개스를 50 내지 70 중량부(바람직하게는 60 내지 70 중량부) 혼합하는 단계이다.

상기 함량 비율로 혼합하였을 경우 안정적으로 오랜 시간 높은 발열량을 가져 신 재생 에너지로서의 높은 활용가치를 제공한다. 이를 뒷받침하기 위하여 혼합 비율에 따라 제조된 연료탄의 단위 중량당 발열량을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 여기서, 하기 표 2에서 제시되는 함수율은 실제 공정에서 제시된 수치에 가깝게 조정된 것으로 정확하게 지정 수치를 갖는 것은 아닐 수 있다.

		실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예 4	비교예 5	비교예 6	비교예 7
함량 (kg)	하수 슬러지 (75%)	100	100	100	100	100	100	100	100
	버섯 폐배지 (45%)	180	150	200	150	130	210	130	210
	버개스 (35%)	60	50	70	70	40	80	80	40
발열량(kcal/kg)		5134	4756	4978	4834	4031	4176	3956	3825
발열시간(hr)		12	10	11	11	9	10	9	8

상기 표 2에 나타난 것과 같이 본 발명의 실시예에 따라 혼합된 원료 혼합물로 제조된 연료탄이 조건을 벗어나 혼합된 원료 혼합물로 제조된 연료탄에 비하여 발열량 및 발열시간이 모두 우수한 것을 확인할 수 있으며, 특히 실시예 3 및 5에 따른 조건으로 혼합된 원료 혼한물로 제조된 연료탄이 가장 안정적으로 오랜 시간 높은 발열량을 가져 신 재생 에너지로서의 높은 활용가치를 제공한다.

상기 원료 혼합물은 상기 혼합기에서 혼합될 때 첨가제를 더 투입하여 혼합될 수 있다. 상기 첨가제는 숯, 활성탄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 제1 첨가제, 건조 오니, 건조된 커피슬러지 분말 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 제2 첨가제, 접착제, 리그닌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 제3 첨가제를 포함한다.

상기 첨가제는 상기 제1 첨가제, 제2 첨가제 및 제3 첨가제를 1:0.2~0.8:0.2~0.8 중량 비율로 포함하며, 상기 리그린은 소듐 리그노술포네이트(sodium lignosulfonate) 또는 칼슘 리그노술포네이트(calcium lignosulfonate)를 포함한다.

리그닌은 침엽수나 활엽수 등의 목질부를 구성하는 다양한 구성성분 중에서 지용성 페놀고분자를 의미하며, 비균일성(heterogeneous)과 무정형성(amorphous)의 특성을 가진다. 그로 인해 제3 첨가제 중 상기 리그닌을 단독 사용시에는 첨가량을 조절하여 별도의 접착제와 첨가제 없이도 연료탄의 강도 및 발열량을 조절할 수 있는 특징을 가진다.

상기에서, 첨가제는 혼합물의 성형성은 물론 강도 보강과 특히 제2 연료탄으로 최종 성형된 후 연소시 열량보강 역할을 함에 따라 연소 효율성이 뛰어남은 물론 우수한 발열량을 가질 수 있도록 하는 역할을 한다.

상기 첨가제는 건조된 하수 슬러지 100 중량부에 대하여 20 내지 30 중량부 혼합되며, 상기 첨가제는 제1 첨가제, 제2 첨가제 및 제3 첨가제를 1:0.4~0.6:0.4~0.6 중량비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 이러한 배합비율은 제조된 연료탄이 연소하는 과정에서의 발열량에 영향을 미친다.

상기 제1 건조단계(S3)는 상기 원료 혼합물을 바이오 드라잉(미생물 건조) 장치를 이용하여 제1 함수율을 갖도록 1차 건조하는 단계로서, 혼합물 내의 유기물이 미생물 또는 산소와의 접촉에 의해 분해 또는 산화되는 열에 의해 건조가 진행되는 단계이다.

더욱 구체적으로 제1 건조단계(S3)는 공기 중의 산소(O₂)를 바이오 드라잉 장치 내부에 공급하여 호기성 미생물의 대사 작용을 유도하고, 대사 작용에 의해 유기물이 이산화탄소(CO₂), 물(H₂O) 및 암모니아로 분해될 때 발생되는 대사열을 이용하여 원료 혼합물을 건조시킨다.

상기 제1 함수율은 대략 35 내지 40 중량% 인데, 제1 함수율이 40 중량%을 초과하는 경우 이후의 열적 건조 장치에 의한 제2 건조단계에서 다량의 연료가 소비되고, 35 중량% 미만인 경우 바이오 드라잉 장치의 크기가 증대되어야 하거나, 원료 혼합물이 바이오 드라잉 장치에서 체류하는 시간이 길어지게 된다. 즉, 제1 함수율의 조정에 따라 건조를 위한 연료 소비에 의한 경제성 저하 또는 바이오 드라잉 장치의 체류시간 증가로 인한 경제성 저하가 발생된다. 때문에, 제1 함수율은 바이오 드라잉 장치의 구조와 크기에 따라 조절되어야 하는 사항으로 반드시 특정 함수율로 규정되어야 하는 것은 아니다.

또한 상기 제1 건조단계(S3)는 바이오 드라잉 장치를 제어함에 있어서 배출가스 온도(또는 장치 내부 온도)와 CO₂ 농도를 공동지표로 활용하고, 바이오 드라잉 장치에 공급되는 공기공급량을 조절함으로써 건조 효율을 최적화할 수 있다. 즉, 바이오 드라잉 장치의 내부 또는 배출가스의 온도 및 CO₂ 농도가 일정 범위 내에서 유지되도록 하여, 배출되는 1차 건조된 혼합물의 건조상태(함수율)를 일정 수준으로 유지할 수 있다.

더욱 구체적으로, 배출가스의 온도 변화에 따른 공기공급량을 조절하는 1차 제어(온도가 특정 범위 내에서 일정하도록 공기공급량을 증가, 유지 또는 감소시키는 제어) 후 장치 내부의 CO₂ 농도 변화에 따른 공기공급량을 조절하는 2차 제어(CO₂ 농도가 특정 범위 내에서 일정하도록 공기공급량을 증가, 유지 또는 감소시키는 제어)를 포함하는 루틴을 반복하여, 배출되는 1차 건조된 혼합물의 제1 함수율을 유지한다.

상기 제1 건조단계(S3)에 있어서 단독 또는 주요 건조열원이 되는 호기성 미생물의 대사열은 생분해성 유기물질의 호기성 분해반응으로부터 생성되며, 이러한 분해반응의 정도를 배출가스 내 CO₂ 농도로 특정할 수 있다. 또한 배출가스 온도가 변하기 전에 CO₂ 농도의 변화가 먼저 관찰되므로 대사열 발생에 따른 온도 변화보다 더욱 미생물의 활동성을 판단하기에 민감한 반응 지표로서 바이오 드라잉 장치 내부의 건조 조건을 더욱 빠른 응답 속도로 제어할 수 있다.

다만 CO₂의 농도 변화에 정확하게 비례하여 온도가 변화하는 것은 아니기 때문에 CO₂ 농도만을 측정하여 공기공급량을 제어하는 것 또한 적절한 제어방법이 아니며 온도 변화에 따른 제어와 상호 보완적으로 제어함으로써 최적의 바이오 드라잉 효과를 제공할 수 있다.

상기 제2 지표로서 미생물의 대사 작용에 의해 발생되는 암모니아(NH₃) 농도 변화 또한 지표로 사용할 수 있지만 NH₃의 경우 CO₂에 비하여 물에 잘 녹는 특성상 건조 조건 파악에 대한 신뢰성이 떨어지므로 제2 지표로서 CO₂ 농도 변화를 측정하는 것이 바람직하다.

상기 제2 건조단계(S4)는 상기 1차 건조된 혼합물을 열적 건조 장치를 이용하여 상기 제1 함수율보다 낮은 제2 함수율을 갖도록 2차 건조하는 단계로서, 상기 1차 건조된 혼합물을 연료로 성형 가능한 함수율인 제2 함수율이 되도록 가열 수단에 의해 건조가 진행되는 단계이다.

상기 제2 건조단계(S4)는 이미 낮아진 함수율(제1 함수율)을 갖는 1차 건조된 혼합물이 2차 건조 과정에서 탄화 또는 산화되는 것을 방지하기 위해 열원에 의한 직접 가열 방식보다는 간접 가열방식을 이용하여 건조시킨다. 예를 들어, 보일러 또는 가열기를 통해 생성된 열풍 또는 스팀을 통해 용기 또는 교반부를 가열하는 방식으로 건조시킨다.

상기 제2 함수율은 연료로 성형 가능한 함수율로써 제1 함수율보다 낮은 함수율이면 제한되지 않으며, 반드시 특정 함수율로 규정되어야 하는 것은 아니다. 대략 10 중량% 이하로 건조되는 것이 좋다. 이는 연료탄으로의 성형하기 직전으로 가급적 수분 함유량을 최소화하기 위한 것이며, 수분이 완전히 없을 경우, 성형성이 떨어짐에 따라 소량의 수분을 함유한다.

또한 상기 제2 건조단계(S4)는 열적 건조 장치를 제어함에 있어서, 배출가스의 온도 및 장치 내부의 압력을 공동 지표로 활용하고, 열적 건조 장치로 공급하는 스팀의 온도 및 가스 흡입량(가스 배출량)을 조절함으로써 건조 효율을 최적화할 수 있다. 즉, 열적 건조 장치의 내부 또는 배출가스의 온도 및 내부 압력이 일정 범위 내에서 유지되도록 하여, 배출되는 2차 건조된 혼합물의 건조상태(함수율)를 일정 수준으로 유지한다.

더욱 구체적으로, 배출가스의 온도를 측정하여 공급하는 스팀의 온도를 조절하는 1차 제어(배출 가스의 온도가 특정 범위 내에서 일정하도록 공급하는 스팀의 온도를 증가, 유지 또는 감소시키는 제어) 후 장치 내부의 압력을 측정하여 가스 배출량을 조절하는 2차 제어(장치 내부의 압력이 특정 범위 내에서 일정하도록 가스 배출량을 증가, 유지 또는 감소시키는 제어)를 포함하는 루틴을 반복하여, 배출되는 2차 건조된 혼합물의 제2 함수율을 유지한다.

제2 건조단계(S4)에서 단독 또는 주요 건조 열원이 되는 스팀의 공급온도가 높을수록 내부의 혼합물에 전달되는 열 에너지양이 크며, 열적 건조 장치에서의 배출가스 온도를 관찰함으로써 내부의 혼합물이 보유한 수분의 증발 정도를 파악할 수 있다.

스팀의 공급온도가 높을수록 배출가스 온도가 상승함과 동시에 수분 증발속도가 증가한다. 그러나 스팀의 공급온도는 스팀 생산설비의 스펙에 의해 한정되며, 고온의 스팀 생산에는 더 많은 화석연료 또는 전력이 소비되어야 하므로, 스팀 공급온도의 적정 제어가 요구된다.

내부의 혼합물이 보유한 수분이 증발하여 발생한 수증기는 외부에서 유입된 공기와 함께 건조 장치 외부로 배출됨으로써 제2 건조단계가 이루어지므로 수분의 신속한 증발뿐만 아니라 증발된 수분(수증기)의 원활한 배출 역시 건조의 주요한 요소이며, 열적 건조 장치의 내부 압력을 관찰함으로써 수증기를 포함한 가스의 배출 정도를 파악할 수 있다.

가스배출량이 많을수록 열적 건조 장치 내부 압력은 낮아지고 가스의 배출은 원활해지지만, 열적 건조 장치 내부보다 현저히 온도가 낮은 외기의 유입량이 증가하여 냉각효과에 의해 건조성능이 감소될 수 있으므로, 가스배출량의 적정 제어 또한 요구된다.

또한 열적 건조 장치의 운영조건 및 상태에 따라 외기 유입요구량, 수증기 발생량 등이 상이하므로, 가스배출량의 관찰만을 통해서는 가스 배출의 원활함 정도를 파악하고 건조기 외부로의 가스 누출을 방지할 수 없다. 따라서 본 발명에서는 배출가스 온도와 열적 건조 장치의 내부 압력 모두를 제어의 지표로 활용함으로써 건조 효율을 최적화한다.

상기 성형단계(S5)는 상기 2차 건조된 혼합물을 가압 성형하여 연료탄을 형성하는 단계로서, 1차 성형단계(S51) 및 2차 성형단계(S52)를 포함한다. 먼저, 상기 2차 건조된 혼합물을 성형기에 투입하여 압축 과정을 통해 발생하는 100 내지 130℃의 압축열과 마찰열에 이용하여 건조 및 성형하여 1차 연료탄을 형성하는 1차 성형단계(S51)를 행한다.

이러한 1차 성형단계(S51)는 연료탄을 성형하기 위한 1차적인 임시 성형과정으로, 연료탄 형태의 모양을 갖추면서 2차 건조된 혼합물에 포함된 일부의 수분이 증발된다. 이때, 1차 성형된 연료탄은 후술하는 2차 성형 연료탄에 비해 무른 상태이다.

이렇게, 1차 연료탄이 성형 되면, 상기 1차 연료탄을 성형기에 다시 투입하여 고압 압축 과정을 통해 발생하는 130 내지 160℃의 압축열과 마찰열을 이용하여 건조 및 성형하여 2차 연료탄을 형성하는 2차 성형단계(S52)를 포함한다.

상기에서, 2차 연료탄은 연료용으로 즉시 사용할 수 있는 것으로, 취급시 크랙(crack) 또는 파손을 방지하기 위해 1차 연료탄에 비하여 더 건조하고, 응집이 높아 높은 강도를 가진다.

특히, 160℃에서 고압으로 압축함에 따라 1차 연료탄의 배합물 내의 공기가 완전히 빠짐으로써, 즉 2차 연료탄은 고밀도를 갖도록 성형됨에 따라 장시간 안정적으로 연소가 이루어질 수 있는 조건을 가진다.

< 슬러지 연료탄 제조 시스템>

본 발명의 또 다른 측면에서 본 슬러지 연료탄 제조 시스템은 버섯 폐배지, 버개스 및 하수 슬러지를 포함하는 원료의 함수율을 조절하는 전처리 장치(1); 상기 전처리된 원료들을 혼합하는 혼합기(10); 공기공급량을 제어하여 상기 원료 혼합물을 제1 함수율을 갖도록 1차 건조하는 바이오 드라잉 장치(20, 30); 공급되는 스팀의 온도 및 가스 배출량을 제어하여 상기 1차 건조된 혼합물을 상기 제1 함수율보다 낮은 제22 함수율을 갖도록 2차 건조하는 열적 건조 장치(40, 50); 및 상기 2차 건조된 혼합물을 가압 성형하여 연료탄을 형성하는 성형기(60)를 포함하여 구성된다. 또한 상기 슬러지 연료탄 제조 시스템은 집진기(70), 정화기(80) 및 집진배관(90)을 더 포함하여 구성된다.

여기서, 도 2 및 이하의 도면에서는 발명을 설명함에 있어서, 필요한 구성만을 기재한 것으로 실제 시스템 구축시 저장을 위한 호퍼, 가열을 위한 보일러, 스팀 배관, 공기 펌프, 호이스트와 같은 장치들이 추가될 수 있다. 다만, 생략된 구성은 당업자에 의해 용이하게 선택 적용할 수 있는 사항들로, 기재되지 않은 구성이 불필요한 구성임을 의미하는 것은 아니다.

도 2에 본 발명에 따른 슬러지 연료탄 제조가 수행되는 시스템의 장치 구성을 개략적으로 도시하였다.

상기 전처리 장치(1)는 원료의 함수율을 조절하는 장치로서, 그 구성에 제한이 없다. 예를 들어, 컨베이어 벨트로 이송하는 과정에서 고형물이나 톱밥을 투입하거나 열풍을 공급하여 함수율을 낮추거나 물을 분사하여 함수율을 높이며, 분쇄날을 포함하여 원료의 크기를 감소시키는 장치일 수 있다. 상기 전처리 장치(1)는 단일 장치로 구성되어 상기 원료를 순서대로 혼합기(10)에 공급하거나 복수개로 구성되어 상기 원료들을 동시에 혼합기(10)에 공급할 수 있다. 단일 장치로 구성되는 경우 하나의 원료가 전처리되어 혼합기에 투입된 후 나머지 원료가 전처리되어 혼합기에 투입될 때까지의 시간이 소요되어 시간이 지남에 따라 함수율이 변화할 가능성이 있으므로 바람직하게는 복수개로 구성되어 동시에 투입되는 것이 좋다.

상기 혼합기(10)는 상기 전처리 장치에서 각각 전처리된 원료들이 투입되면 치대거나 반죽하여 교반 혼합된 원료 혼합물을 생성하는 장치로서, 1차 건조를 위한 바이오 드라잉 장치에 연속적으로 원료 혼합물을 공급할 수 있다.

여기서, 하수 슬러지의 뭉침 현상과 버섯 폐배지 및 버개스의 작은 밀도로 인한 부유현상으로 인해 혼합이 원활하지 않기 때문에 혼합기는 혼합 원료들의 입자가 최대한 접촉함과 아울러, 하수 슬러지의 뭉침을 해소하여 혼합이 이루어지게 한다. 이 혼합기에 의해 원료 혼합물의 혼합율과 혼합 균일도가 더욱 높아지게 되며, 혼합된 입자의 크기가 작고 고르게 형성된다.

이를 위해, 혼합기는 용기 내부에 원료 혼합물을 뒤섞으면서 치댈 수 있는 형태의 혼합수단을 구비할 수 있다. 혼합수단은 스크류 형태의 날이 축에 연속적으로 형성된 것일 수도 있고, 패들이 복수로 구성된 것일 수 있다.

상기 바이오 드라잉 장치(20, 30)는 하수 슬러지에 존재하는 미생물의 발효 효율을 증진하고 발효 분해열에 의해 증발되는 수분을 효율적으로 제거하면서 친환경적 건조를 유도하는 제1 건조단계(S3)를 수행하는 수단으로서, 투입된 원료 혼합물의 조성을 유지하면서 공극 확보를 위해 회전을 유발하는 수단인 제1 드럼 건조기를 포함한다.

구체적으로 상기 바이오 드라잉 장치는 일방향으로 긴 하나의 파이프 형상으로 형성되고, 내부에 공간이 마련되어 원료 혼합물이 투입되어 발효건조되도록 내부에 교반 수단이 마련되는 제1 드럼; 상기 제1 드럼의 양단에 상기 제1 드럼이 회전 가능하게 각각 결합되는 제1 맨틀부와 제2 맨틀부를 포함하는 맨틀부; 상기 제1 드럼을 회전시키는 구동부; 및 공기공급기와 연결되어 상기 제1 드럼 내부에 공기를 공급하도록 상기 맨틀부를 통해 상기 제1 드럼 내부에 배치되는 공기공급부;를 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 제1 드럼은 원료 혼합물이 투입되는 전부, 1차 건조된 혼합물이 배출되는 후부 및 상기 전부와 상기 후부 사이의 중부를 포함하는 복수의 구간으로 구분되고, 상기 제1 드럼의 내부면에서는 상기 전부 및 중부에 교반수단이 설치되며 상기 후부에는 교반수단이 설치되지 않아, 상기 원료 혼합물이 상기 전부로부터 상기 후부로 진행할수록 이동속도가 느려지게 되는 것을 특징으로 한다.

도 3 내지 도 7은 바이오 드라잉 장치를 보다 구체적으로 도시한 예시도들로써, 도 3는 바이오 드라잉 장치의 내외부 구성을 개략적으로 도시한 평면 예시도이고, 도 4은 도 3와 다른 구성을 개략적으로 표시한 측면 예시도이다. 또한 도 5는 도 3의 A 방향에서 바이오 드라잉 장치의 전부(front part)와 중부 일부를 바라본 형태를 도시한 예시도이며, 도 6는 도 3의 B 방향에서 제1 맨틀부를 바라본 형태를 도시한 예시도이다. 또한, 도 7은 바이오 드라잉 장치의 전부에 구성되는 스파이럴을 도시한 예시도이다.

상기 바이오 드라잉 장치는 제어수단의 제어명령에 따라 송풍기 팬의 회전수 등을 조절하여 공급되는 공기의 공급량을 조절한다. 공기공급량이 너무 많으면 수분을 함유한 내부공기의 배출에는 유리하지만 바이오 드라잉 장치의 내부온도가 너무 낮아져 유기성분의 분해를 방해하게 되고, 반대로 공기공급량이 너무 적으면 바이오 드라잉 장치의 내부온도가 올라가 유기성분의 분해에는 유리하지만 수분을 함유한 내부공기의 원활한 배출이 이루어지지 않게 되므로 적절한 공급량을 유지하는 것이 중요하다.

바이오 드라잉 장치의 상류측에 원료 혼합물이 공급되면 하류측으로 갈수록 바이오 드라잉 공정이 진행됨에 따라 내부 온도가 상승하고, 이에 따라 하류측에서 증발되는 수증기량이 많아지게 된다. 이 때 공기가 원료 혼합물과 함께 상류측에 공급된다면 하류측으로 갈수록 이미 포함하고 있는 수증기가 많은 상태에서 상기 하류측에서 증발되는 수증기까지 포함하게 되므로 이 수증기는 과포화 상태에 이르러 다시 응축됨으로써 하류측에서 건조 효율이 감소하는 문제가 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 바이오 드라잉 장치는 원료 혼합물이 공급 및 배출되는 방향 및 공기가 공급 및 배출되는 방향이 반대로 구성된 장치로써, 공급되는 건조하고 낮은 온도의 공기를 배출되는 원료 혼합물과 접촉시켜 응결을 막아 하류측에서의 건조 효율 감소를 최소화할 수 있다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 상기 바이오 드라잉 장치(20, 30)는 제1 드럼(23), 맨틀(21, 22), 구동부(24: 24a, 24b) 및 공기공급부(28)를 포함하여 구성된다.

제1 드럼(23)은 맨틀부(21, 22)와 함께 원료 혼합물의 1차 건조를 위한 공간을 형성함과 아울러 원료 혼합물을 블렌딩(Blending) 하는 역할을 한다. 구체적으로 제1 드럼(23)은 일방향으로 긴 하나의 파이프 형상으로 형성되고, 전방 개구부와 후방 개구부에 제1 맨틀부(21)와 제2 맨틀부(22)가 각각 결합되어 전방 개구부와 후방 개구부가 폐쇄된다. 이 제1 드럼(23)에는 제1 맨틀부(21)를 통해 원료 혼합물이 투입되고, 공기가 배출되며, 제2 맨틀부(22)를 통해 건조된 원료 혼합물이 배출된다. 이러한 제1 드럼(23) 내부에는 원료 혼합물을 파쇄, 블렌딩 및 이송을 위한 수단이 마련되며, 이러한 파쇄, 블렌딩 및 이송을 위한 수단은 제1 드럼(23)에 고정 설치되어 제1 드럼(23)의 회전에 의해 원료 혼합물을 파쇄, 블렌딩 및 이송하게 된다. 이를 위해, 제1 드럼(23)의 외부에는 제1 드럼(23)을 회전시키기 위한 구동부(24)가 결합된다. 기본적으로 제1 드럼(23)은 일방향으로 지속적으로 회전하면서 원료 혼합물을 낙하시키는 방법으로 블렌딩하여 공기와의 접촉을 유도하고, 입자간의 뭉침과 응고를 방지하게 된다.

제1 드럼(23)은 전부(23a), 중부(23b) 및 후부(23c)의 3개 구간으로 구분될 수 있다. 여기서, 구간은 설명의 편의를 위한 것으로 반드시 이와 같이 구분되어야 하는 것은 아니다. 다만, 이하에서 설명되겠지만, 각 구간은 원료 혼합물의 이동속도가 상이해지며, 이동속도에 따라 각 구간을 구분한다. 즉, 본 발명의 바이오 드라잉 장치는 건조가 이루어지는 제1 드럼 내에서 원료 혼합물의 이동속도를 변화시켜 최적의 건조 효율이 달성되게 한다. 이러한 이동속도의 변화는 내부에 원료 혼합물과 접촉하는 스파이럴(25), 리프트 블레이드(27)와 같은 교반수단에 의해 달성되며, 본 발명에서는 제1 드럼(23)을 기울어지지 않는 평행상태로 설치하여 이용하게 된다.

구체적으로 제1 드럼(23)의 전부(23a)는 제1 맨틀부(21)를 통해 높은 함수율의 원료 혼합물이 투입된다. 이 높은 함수율의 원료 혼합물은 함수율로 인해 높은 점성을 가지며 제1 드럼(23) 내부에 부착되어 고착됨과 아울러, 원료 혼합물끼리 덩어리를 이루게 된다. 때문에 전부(23a)에서는 빠르게 함수율을 저하시키고, 덩어리 형태의 원료 혼합물을 파쇄함과 아울러 빠른 이송과 교반이 이루어지게 한다. 이를 위해, 전부(23a)는 스파이럴(25)과 와이어(26)를 포함하는 교반수단이 설치된다.

스파이럴(25)의 제1 드럼(23)의 회전에 의해 원료 혼합물을 상승시키고 낙하 시 중부(23b)를 향해 빠르게 이동되도록 하는 역할을 한다. 이를 위해 스파이럴(25)은 복수의 블레이드가 제1 드럼(23) 내부에서 나선을 형성하도록 배치되어 전부(23a)로 투입된 원료 혼합물을 후방으로 이동시키는 역할을 하며, 이러한 동작은 원료 혼합물의 리프트(lift) & 폴(fall) 과정에 의해 진행된다.

와이어(26)는 제1 드럼(23)의 내벽 2지점을 연결하여 제1 드럼(23) 내부를 가로지르도록 설치된다. 이러한 와이어(26)는 복수로 설치되며, 와이어(26)의 일단과 타단은 서로 어긋나게 제1 드럼(23) 내부에 결합된다. 즉, 일단이 전부(23a)의 전방에 결합되고, 타단은 일단에 비해 중부(23b) 방향으로 후퇴하여 제1 드럼(23)의 내벽에 결합된다. 이때, 와이어(26)는 제1 드럼(23)의 단면 중심을 지나도록 설치된다. 따라서, 복수의 와이어(26)가 설치되는 경우 도 5와 같이 단면 중심을 기준으로 방사상으로 배치되며, 측면에서 봤을 때 와이어(26)는 서로 사행하여 교차되도록 배치된다.

이러한 와이어(26)는 스파이럴(25)에 의해 리프트 앤 폭 되는 원료 혼합물이 낙하 시 와이어(26)와 접촉에 의해 분할 및 파쇄되도록 하여 1차적인 블렌딩이 이루어지게 한다. 이 와이어(26)는 투입 초기 점성은 강하지만, 기계적 강도가 낮은 원료 혼합물의 뭉침을 분쇄하는 역할을 하여 원료 혼합물이 작은 입자로 유지되도록 하고, 제1 맨틀부(21)를 통해 배출되는 공기와의 접촉율을 높여 빠른 초기 건조가 이루어질 수 있게 한다.

제1 드럼(23)의 중부(23b)에는 리프트 블레이드(27)가 다수 마련된다. 이 리프트 블레이드(27)는 블레이드의 날이 제1 드럼(23)의 길이방향(제1 맨틀부와 제2 맨틀부를 잇는 방향)과 나란(단면 방향에 직교하는 방향)하게 일정한 간격으로 복수로 마련된다. 도시된 바와 같이 리프트 블레이드(27)는 원주방향으로 복수개 설치되어 하나의 행을 구성하고, 이러한 블레이드 행이 일정한 간격으로 중부(23b) 전반에 설치된다.

리프트 블레이드(27)는 전부(23a)에서 이송되어 온 원료 혼합물의 리프트 앤 폴이 이루어지게 하는 역할을 하며 매우 느린 속도로 후방으로 이송되게 하는 역할을 한다. 이를 위해, 도 5에서와 같이 리프트 블레이드(27)의 날 종단은 다량의 원료 혼합물이 리프트될 수 있도록 미리 정해진 각도(예를 들어 120도 내지 140도)로 절곡될 수 있다. 이 절곡부위는 리프트 블레이드(27) 길이의 절반을 넘지 않는 영역에서 결정될 수 있다.

또한, 원료 혼합물이 제1 드럼(23) 내에서 매우 느린 속도로 후부(23c) 방향으로 이동할 수 있도록 길이방향과 나란한 상태에서 수 도 이내의 각도로 비스듬하게 배치될 수 있다. 즉 도 3에서와 같이 리프트 블레이드(27)은 길이방향(L)과 블레이드가 나란하게 배치되며, 이때 길이방향(L)을 잇는 선에 대해 비스듬해지도록 제1 드럼(23) 내에 결합될 수 있다. 즉, 이와 같은 형태로 비스듬하게 배치되어 원료 혼합물을 리프트하거나 낙하시키는 과정에서 조금씩 뒤로 이동시킬 수 있게 된다. 이를 통해, 중부(23b)에서는 전부(23a)에 비해 매우 느린 속도로 원료 혼합물을 이동시킬 수 있게 되며, 공기와의 접촉 시간을 증가시킬 수 있게 된다. 특히, 빠른 속도로 이동하는 경우 제1 드럼(23) 내부공간 사용의 효율이 저하되지만, 느린 속도로의 이동으로 인해 원료 혼합물이 제1 드럼 내부에 충분히 충전될 수 있게 하여 효율 저하를 방지할 수 있게 된다.

한편, 제1 드럼(23)의 후부(23c)에는 원료 혼합물을 혼합 또는 리프트하기 위한 리프트 블레이드(27) 등의 교반수단이 설치되지 않는다. 이 후부(23c)의 길이는 건조하는 원료 혼합물의 양, 제1 드럼(23)의 직경 및 길이, 원료 혼합물의 이동속도에 따라 다양하게 변경 가능하지만, 전체 길이의 1/4 ~1/6 정도의 길이로 정해질 수 있다.

후부(23c)는 중부(23b)에서 건조된 원료 혼합물이 이송된다. 이때, 이송을 위한 블레이드 리프트가 설치되지 않기 때문에 적체된 상태를 유지하며, 적체된 원료 혼합물이 중부(23b)를 통과하는 원료 혼합물에 대해 장애물로 작용하게 된다. 즉, 후부(23c)에서의 이동은 중부(23b)에서 건조된 원료 혼합물의 이송에 따라 후부(23c)에 적체된 원료 혼합물이 밀려나게 되면서 이루어진다. 이러한 후부(23c)에 적체된 원료 혼합물에 의해 중부(23b)에서 이동하는 원료 혼합물의 이동속도가 저하되고, 이를 통해 제1 드럼(23) 내부의 충진율 즉, 제1 드럼(23) 내부에 존재하는 원료 혼합물의 양이 증가하게 된다. 즉, 원료 혼합물이 제1 드럼(23) 내부에 장시간 머물게 되고, 미생물이 다량 존재하는 원료 혼합물과 상대적으로 적은 미생물이 존재하는 원료 혼합물의 접촉이 증대하여 건조 효율의 저하를 방지할 수 있게 되며, 제1 드럼(23) 내부 공간의 이용율을 증가시킬 수 있게 된다.

이러한, 후부(23c)에 적체되는 원료 혼합물은 서서히 밀려나서 제2 맨틀부(22)로 이동되고, 제2 맨틀부(22)와 연결되는 이송수단 또는 제2 맨틀부(22)에 마련되는 연결구(36)를 통해 외부로 배출된다.

맨틀부(21, 22)는 제1 드럼(23)의 전 후 개구부를 밀폐함과 아울러, 제1 드럼(23) 내부와 외부의 연결을 위해 마련된다. 이를 위해 맨틀부(21, 22)는 제1 맨틀부(21)와 제2 맨틀부(22)를 포함하여 구성된다.

제1 맨틀부(21)는 전부(23a) 측 개구부에 결합된다. 이 제1 맨틀부(21)는 투입구(30)가 마련되어 혼합기(10)로부터 원료 혼합물이 투입된다. 특히, 제1 맨틀부(21)에는 집진배관(90)이 연결되는 배출관(31)이 마련될 수 있다. 이 배출관(31)은 투입구(30) 관에 연결되어 투입구(30) 관을 통해 배출되는 제1 드럼(23) 내부의 공기가 집진배관을 통해 집진기(70)로 이동할 수 있게 마련된다. 이를 위해, 배출관(31)은 투입구(30)의 상단에 형성되는 개구에 결합된다. 한편, 배출관(31)의 일단 즉, 제1 드럼(23) 내부로 노출되는 부분에는 분진배출구(29)가 마련된다.

이 분진배출구(29)는 투입구(30)와 연통되는 관형상으로 형성되며, 투입구(30)과 직각을 이루는 방향, 제1 드럼의 상단(여기서, 상단은 지면과 먼쪽을 의미)을 향해 기립되어 설치된다. 이 분진배출구(29)의 흡입부는 도시된 바와 같이 제1 드럼 내부로 돌출되고, 하부(바닥을 바라보는 부분)는 경사지게 형성된다. 이 하부가 연통되어 하부를 통해 내부 공기가 분진배출구(29)로 흡입된다. 이 하부에는 제1 드럼(23) 내부의 분진이 분진배출구(29)를 통해 배출되는 것을 제한하기 위한 거름망이 마련될 수 있다.

한편, 분진배출구(29)와 배출관(31)은 투입구(30)를 통해 연결될 수 있으나, 분진배출구(29)와 배출관(31)을 연결하는 연결관로가 투입구(30)에 마련될 수도 있다. 다만, 배출관(31)을 통해 배출되는 혼합물의 양이 충분하고, 배출관(31)에 마련되는 혼합물의 배출구가 배출관(31)의 하부로 바닥을 향하게 형성되는 경우 연결배관을 생략하고 배출관(31)의 상단 공간을 이용하여 분진배출구(29)와 배출관(31)이 연통되도록 할 수 있다.

제2 맨틀부(22)는 제1 드럼(23)의 후부(23c) 측 개구부에 결합된다. 제2 맨틀부(22)는 연결구(36)가 마련되면, 연결구(36)를 통해 1차 건조된 혼합물이 배출된다. 연결구(36)에는 호퍼 또는 컨베이어가 연결되어 원료 혼합물을 중간 저장조 또는 열전 건조 장치(50)로 이송하게 된다.

또한, 제2 맨틀부(22)를 관통하여 공기공급배관(28)이 설치된다. 더욱 구체적으로 공기공급배관(28)은 복수로 구성되어 제2 맨틀부(22)에서 취합되고, 취합부(35)가 공기공급기와 연결되어 제1 드럼(23) 내부에 공기를 공급하게 된다.

구동부(24)는 제1 드럼(23) 외부에 접촉하여 제1 드럼(23)을 회전시킨다. 이를 위해 제1 드럼(23) 표면과 접촉화여 회전하는 휠(32), 휠(32)에 구동력을 제공하는 구동장치(33)를 포함하여 구성된다. 이러한 구동부(24)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 하나 이상 설치되어 제1 드럼(23)을 회전시키게 된다.

공기공급부(28)는 제1 드럼(23) 내부에 건조 및 미생물의 활동을 위한 공기를 공급한다. 이러한 공기공급부(28)는 공기공급기(미도시, 예를 들면 송풍기)와 연결되는 하나의 배관과 취합부(35)에 의해 연결되고, 취합부(35)에 의해 복수의 공기공급관(28a, 28b, 28c)로 분리되어 제1 드럼(23) 내부에 설치된다.

특히, 공기공급관(28a, 28b, 28c)는 서로 다른 길이로 형성되어 공기 노즐이 제1 드럼(23)의 서로 다른 부분에 위치하도록 마련된다. 도시된 바와 같이 하나의 공기공급관은 전부(23a)와 중부(23b)의 경계, 다른 하나는 중부(23b)의 중앙, 다른 하나는 중부(23b)와 후부(23c)의 경계에 공기를 공급하도록 마련될 수 있다.

이를 통해, 제1 드럼(23)의 각 위치의 미생물들에게 산소가 포함된 공기를 지속적으로 공급함으로써 미생물의 활성을 높은 상태로 유지할 수 있게 된다. 또한, 각 위치의 습도를 낮춤으로써 빠른 건조가 이루질 수 있게 한다. 또한 공기가 상기 바이오 드라잉 장치 내에서 원료 혼합물의 통과 방향과 반대 방향으로 통과하여 상기 바이오 드라잉 장치의 상류측에 구비되는 배출관(31)를 통해 연속적으로 배출된다.

상기와 같은 구성의 바이오 드라잉 장치는 제1 드럼 후반부에 회전하지 않는 슬러지 벽(wall)이 형성되어 슬러지 적체현상을 방지할 수 있게 된다. 이로써 슬러지가 고르게 교반되고 공간이 일정하게 유지되어 건조기 내부의 원료 혼합물의 충진 비율이 50% 이상으로 상승한다.

상기 열적 건조 장치는 바이오 드라잉 장치와 같이 연속투입 및 연속배출이 되도록 구성하는 것도 가능하지만, 이 경우 열적 건조 장치의 크기가 증대되고, 건조효율이 저하되기 때문에 일정량이 열적 건조 장치에 투입되면, 투입된 전량의 1차 건조된 혼합물을 목표 함수율인 제2 함수율이 되도록 건조하고, 건조가 완료되어 생산된 2차 건조된 혼합물을 모두 배출한 뒤 다시 1차 건조된 혼합물이 투입되도록 하는 방법을 이용할 수 있다.

따라서 바이오 드라잉 장치와 열적 건조 장치의 사이에는 바이오 드라잉 장치에서 배출된 1차 건조된 혼합물이 1차적으로 보관되는 중간 저장조가 마련될 수 있으나 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상기 열적 건조 장치(40, 50)는 공급되는 스팀의 온도 및 가스 배출량을 제어하여 상기 1차 건조된 혼합물을 상기 제1 함수율보다 낮은 제2 함수율을 갖도록 2차 건조하는 장치로서, 제2 드럼 내부에는 외부에서 공급되는 스팀이 유통되는 파이프 형태의 샤프트 및 상기 샤프트의 외주면에 미리 정해진 간격으로 복수로 결합되는 디스크를 포함하는 간접 가열 장치이다.

구체적으로 지면과 수평인 길이방향으로 길게 형성되고 길이방향 일단에 마련되는 투입구를 통해 1차 건조된 혼합물이 투입되고, 타단에 상기 2차 건조된 혼합물의 배출을 위한 배출구가 마련되는 제2 드럼; 상기 제2 드럼을 지지하기 위해 길이방향 양단에 결합되는 지지프레임; 상기 제2 드럼을 관통하여 상기 길이방향으로 배치되고, 양단이 상기 지지프레임에 결합되며 내부공간이 형성되어 외부에서 공급되는 스팀이 유통되는 파이프 형태의 샤프트; 상기 제2 드럼 내부에 배치되고 상기 샤프트에 미리 정해진 간격으로 복수로 결합되는 디스크;를 포함하여 구성된다.

상기 디스크는 링 형상의 원판이 한 쌍으로 구성되고 상기 샤프트와 결합되는 내주연은 이격되고, 외주연은 서로 접합되어 내부에 공간을 형성하는 디스크 바디; 및 링 형상의 원판으로 형성되고 상기 디스크 바디의 외측 가장자리에 결합되는 디스크 윙;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 8 내지 도 13은 도 2의 열적 건조 장치를 보다 구체적으로 도시한 예시도들로써, 도 8는 본 발명에 따른 열적 건조 장치를 간략히 도시한 측면 투영 예시도이고, 도 9는 내부의 디스크 조립체의 구조를 좀 더 상세히 도시한 예시도이다. 그리고 도 10은 디스크를 측면에서 바라본 형태를 도시한 예시도이며, 도 11 내지 도 13은 디스크의 부분 단면을 도시한 사시도이다.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 열적 건조 장치는 제2 드럼(43), 제2 드럼(43) 내부에 마련되는 디스크 조립체(50) 및 스팀 공급 수단(48)을 포함하여 구성된다.

제2 드럼(43)은 1차 건조된 혼합물의 2차 건조를 위한 공간을 형성하고, 2차 건조를 위한 열 공급 수단과 혼합물의 혼합을 위한 수단이 마련된다. 구체적으로 제2 드럼(43)은 일방향으로 긴 원통 파이프 형상으로 형성된다. 이하에서는 이 방향을 길이방향(L)으로 정의하기로 한다. 여기서 원통 파이프 형상으로 형성되나 상부에는 분진 및 습기의 포집을 위해 길이방향을 따라 일정한 폭과 높이로 돌출된 공간이 마련될 수 있다. 아울러, 제2 드럼(43)의 길이방향(L) 일측 종단에는 투입구(44)가 마련되고, 타측 종단에는 배출구(45)가 마련되어 1차 건조된 혼합물의 투입 및 2차 건조된 혼합물의 배출이 이루어진다. 이를 위해 투입구(44)에는 1차 건조된 혼합물을 제2 드럼(43) 내부에 투입하는 투입기(41)가 연결되고, 배출구(45)에는 건조 혼합물을 후단에 공급하기 위한 배출기(42)가 연결된다.

아울러, 투입구(44) 및 배출구(45)와 별도로 제2 드럼(43) 상부에는 집진배관(90)과 연결되어 분진 및 습기가 배출되는 배기구(46)가 마련된다. 이 배기구(46)는 전술한 바와 같이 돌출된 공간이 마련되는 경우 돌출된 공간에 형성된다.

제2 드럼(43)의 길이방향 양측 종단에는 지지프레임(47: 47a, 47b)이 마련된다. 지지프레임(47)은 제2 드럼(43)을 지면에 고정 및 지지한다. 또한, 지지프레임(47)은 샤프트(51)와 결합되어 디스크 조립체(50)를 지지한다. 이때 지지프레임(47)은 샤프트(51)가 회전 가능하도록 베어링 수단에 의해 샤프트(51)와 결합된다. 아울러, 지지프레임(47)에는 샤프트(51)의 양측 종단이 지지프레임(47)을 관통하여 결합된다.

이러한 제2 드럼(43) 내부에는 1차 건조된 혼합물의 가열 및 혼합을 위한 디스크 조립체(50)가 마련되고, 외부에는 디스크 조립체(50)의 회전 및 가열된 유체의 공급을 위한 스팀 공급 수단(48)이 마련된다.

스팀 공급 수단(48)은 제2 드럼(43) 내부의 1차 건조된 혼합물을 가열하기 위한 가열된 유체를 공급한다. 이하에서 가열된 유체는 고온의 수증기인 것으로 가정하고 설명을 진행하기로 한다. 하지만, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 가열된 물 또는 오일과 같은 고온의 액체를 이용할 수도 있는 것으로 제시된 바에 의해서만 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

스팀은 별도의 가열장치에서 생성되어 배관을 통해 공급된다. 여기서, 배관은 스팀을 샤프트(51)에 공급하는 공급배관과 샤프트(51)를 통과한 스팀을 회수하는 회수배관을 포함한다. 이러한 스팀을 디스크 조립체(50)에 마련되는 샤프트(51)에 공급하기 위해 제2 드럼(43)의 길이방향 양측 종단에는 스팀 주입구(48a)와 스팀 배출구(48b)가 마련된다. 스팀 주입구(48a)와 스팀 배출구(48b)는 회전하는 샤프트(51)와 고정된 배관을 연결하여, 배관으로부터 공급되는 스팀이 샤프트(51)를 거쳐 다시 배관을 통해 회수되도록 배관과 샤프트(51)를 연결한다. 이를 위해, 스팀 주입구(48a)와 스팀 배출구(48b)는 지지프레임(47)을 관통하여 노출된 샤프트(51)의 양측 종단에 각각 결합된다. 이러한 형태의 연결방법은 공지의 기술을 통해 구조 및 기밀 유지 방법이 이용되고 있으므로 본 발명에 대해서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

디스크 조립체(50)는 제2 드럼(43)에 설치되어, 외부로부터 공급되는 스팀에 의해 1차 건조된 혼합물을 가열하여 건조한다. 이를 위해 디스크 조립체(50)는 제2 드럼(43) 내부에 설치되는 샤프트(51), 디스크(52), 패들(53) 및 혼합 블레이드(57)를 포함하여 구성된다. 또한, 샤프트(51)의 회전을 위해 모터와 같은 구동장치(미도시)와 연결되는 풀리(49) 또는 기어가 샤프트(51)의 일측 종단에 마련된다.

샤프트(51)는 제2 드럼(43) 내부에 설치되어 디스크(52)와 결합되고, 스팀 형태로 공급되는 열에너지를 디스크(52)에 전달함과 아울러, 외부 동력에 의해 회전하여 디스크(52)를 회전시킨다. 이를 위해 샤프트(51)는 속이 빈 원통 파이프 형상으로 형성되고, 양측 종단이 제2 드럼(43) 및 지지프레임(47)을 관통하여 지지프레임(47)에 결합된다. 아울러, 샤프트(51)의 양측 종단에는 배관과의 연결을 중계하는 스팀 주입구(48a) 및 스팀 배출구(48b)가 연결된다. 이 샤프트(51)에는 미리 정해진 간격으로 복수의 디스크(52)가 결합된다. 아울러, 샤프트(51)에는 디스크(52)가 결합되는 부분에, 디스크(52)의 내부공간(96)에 스팀의 유통을 위한 스팀 유통홀(97)이 하나 이상 형성된다. 이를 통해 샤프트(51)는 스팀에 의한 열을 전도에 의해 디스크(52)에 직접 전달함과 아울러, 스팀 유통홀(97)을 통해 스팀을 직접 디스크(52) 내부에 유입시켜 가급적 많은 열이 혼합물에 전달되게 한다.

디스크(52)는 링 형태로 형성되어 내주연이 샤프트(51)의 외주연을 감싸며 결합되고, 1차 건조된 혼합물과 직접 접촉하여 이를 가열한다. 또한, 디스크(52)는 샤프트(51)의 회전에 의해 동조하여 회전함으로써 디스크(52) 종단에 구비되는 혼합 패들(53)과 혼합 블레이드(57)를 회전시켜 혼합물의 재혼합 및 파쇄하고, 길이방향으로 이송되게 한다.

이러한 디스크(52)는 디스크 바디(54)와 디스크 윙(55)으로 구성된다.

디스크 바디(54)는 내부에 공간이 형성되고, 둘레를 따라 디스크 윙(55)이 형성되거나 결합된다. 구체적으로 디스크 바디(54)는 한 쌍의 링 형상의 원판으로 형성되며, 상기 원판의 샤프트(51)와 결합되는 일단은 특정 간격으로 이격되어 각각 샤프트(51)에 결합된다. 그리고, 원판의 타단 종단은 서로 접합되어 디스크 바디(54) 절반의 단면 형상이 삼각형이 되도록 구성된다. 이 디스크 바디(54)의 내부공간(96)에는 스팀 유통홀(97)에 의해 샤프트(51)로부터 공급되는 스팀이 주입된다.

디스크 윙(55)은 디스크 바디(54)의 외측 가장자리에 결합되며, 판상의 링 형상으로 형성된다. 이 디스크 윙(55)는 디스크 바디(54)로부터 열을 전달받아 접촉면적을 넓히는 역할을 한다. 또한, 디스크 윙(55)에는 혼합물의 이송을 위한 다수의 이송홀(56)이 일정한 간격으로 형성된다. 구체적으로 디스크(52)는 제2 드럼(43)의 내부면과 마찰이 발생하지 않는 정도로 디스크 윙(55)의 외측 경계와 제2 드럼(43) 내면의 간격이 결정된다. 이 경우 이웃하는 디스크(52) 사이의 혼합물이 이동을 할 수 없게 된다. 때문에, 혼합물의 자중, 혼합 패들에 의한 혼합 및 혼합 블레이드에 의한 혼합 시 이웃한 공간으로 혼합물이 이동할 수 있게 디스크 윙(55)에 다수의 이송홀(56)이 형성된다.

한편, 디스크 윙(55)에는 혼합 패들(53)과 혼합 블레이드(57)가 결합된다.

혼합 패들(53)은 샤프트(51)에 결합되어 이웃하는 디스크(52)들의 사이에 있는 혼합물을 뒤섞는 역할을 한다. 이를 위해 혼합 패들(53)은 이웃하는 디스크(52) 양쪽에 연결된다. 이러한 혼합 패들(53)은 면이 디스크(52)의 지름과 나란하게 배치되록 이웃하는 디스크(52)들 사이에 결합된다. 이 혼합 패들(53)은 한 쌍의 디스크(52)에 한 개 이상 설치되며, 복수로 설치되는 경우 특정 간격으로 이격되어 설치된다. 또한, 이웃하는 혼합 패들(53)도 서로 특정 각도만큼 떨어지도록 배치된다. 즉, 도 9에서와 같이 첫 번째 디스크와 두 번째 디스크 사이에 결합되는 혼합 패들과 두 번째 디스크와 세 번째 디스크 사이에 결합되는 혼합 패들은 이격된다.

본 발명에서는 이웃하는 혼합 패들(53)이 90도 즉, 샤프트(51)의 일측 종단에서 디스크(52)를 바라봤을 때 직각을 이루도록 배치된 예가 도시되어 있다. 그러나, 이러한 각도는 변경 가능하며, 도시된 바에 의해서 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

한편, 혼합 패들(53)의 종단은 디스크 윙(55)의 외주연보다 돌출되어 제2 드럼(43)의 내면에 더 근접하도록 디스크(52)에 결합된다. 이를 통해 제2 드럼(43) 내면에 부착되는 혼합물을 긁어 낼 수 있게 함과 아울러, 디스크(52)와 제2 드럼(43) 내면 사이의 틈을 통해 혼합물이 디스크(52) 사이의 공간을 이동할 수 있게 마련된다. 이러한 혼합 패들(53)의 길이 즉, 디스크(52)와 접촉하는 부분의 길이는 윙(55)의 폭보다 좁게 형성되는 것이 설치의 편의성, 제조의 편의성 측면에서 유리하지만, 디스크 바디(54) 부분까지 신장되도록 하는 것도 가능하다.

혼합 블레이드(57)는 디스크(52)의 가장 자리에 하나 이상 결합된다. 이 혼합 블레이드(57)는 디스크(52)와 제2 드럼(43) 내면 사이의 혼합물을 긁어 내면서 혼합함과 아울러, 뭉쳐있는 혼합물 덩어리를 파쇄하여 디스크 사이의 공간으로 밀어내는 역할을 한다. 이를 위해 혼합 블레이드(57)는 블레이드(58)와 브레이커(59)로 구성될 수 있다.

블레이드(58)는 판상으로 형성되고, 디스크(52)의 가장자리에 결합된다. 이때, 블레이드(58)는 디스크면에 수직인 방향으로 블레이드(58) 면이 교차하도록 디스크(52)에 결합된다. 그리고, 회전방향측 표면에 브레이커(59)가 형성된다.

브레이커(59)는 블레이드(58) 면에 돌출되어 형성되며, 각지게 형성된다. 이를 통해 뭉쳐 있거나 제2 드럼 내면에 부착되어 있는 혼합물을 파쇄하여 제2 드럼 내면으로부터 분리시킬 수 있다. 아울러, 이 브레이커(59)는 혼합 패들(53)에도 하나 이상 형성될 수 있다.

이러한 혼합 블레이드(57)는 디스크 윙(55)의 가장자리에 결합될 수도 있고, 디스크 윙(55)이 생략된 디스크 바디(54)에 디스크 윙(55)을 대신하여 결합될 수도 있다. 또한, 혼합 블레이드(57)도 혼합패들(53)과 마찬가지로 이웃하는 디스크 간의 결합위치가 달라지도록 어긋나게 결합될 수 있다.

한편, 도 12와 도 13은 디스크의 다른 예를 도시한 것이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 디스크(52)는 샤프트(51)를 통해 공급되는 스팀을 통해 열을 공급받아 제2 드럼(43) 내부의 혼합물을 가열하는 역할을 한다. 이때 샤프트(51)의 표면도 혼합물과 접촉하여 가열하는 역할을 할 수 있으나, 접촉빈도가 적고 접촉하더라도 접촉면적이 작아 열효율이 저하된다. 때문에 디스크(52)는 이러한 접촉면적을 넓혀 열효율을 향상시키기 위해 사용된다.

이러한 열효율은 접촉면적과 직결된다. 때문에 디스크(52)의 표면적을 늘려 혼합물과 디스크의 접촉기회를 증가시키는 방법이 요구된다. 이를 위해, 디스크(52) 표면에는 요철(96: 96a, 96b)이 형성될 수 있다. 이러한 요철(96)은 도 12 및 13에 예시적으로 도시된 바와 같이 표면을 볼록하게 하여 형성될 수 있으며, 이를 위해 판상의 디스크를 가압하여 요철(96)을 형성함으로써 무게 증가없이 요철에 의한 표면적을 증가시킬 수 있다.

일례로 도 12 및 13에서와 같이 샤프트(51)를 중심으로 방사상의 요철(96a)와 샤프트(51)에 대해 동심원 형태의 요철(96b)를 형성할 수 있다. 이외에도 표면에 박스, 다각형 형상으로 요철을 형성하는 등 다양한 형태로 요철을 마련할 수 있다.

특히, 회전 방향의 높이가 더 높고 이어지는 부분의 높이가 점점 낮아지는 형태로 형성하여 요철을 블레이드와 같은 용도로 사용하는 것도 가능하다. 이외에도 엠보싱 형태로 반구와 같은 볼록부를 다수 형성하는 것도 가능하다.

상기 열적 건조 장치는 배출가스의 온도를 측정하여 스팀온도를 조절하는 제어 후 건조 장치 내부의 압력을 측정하여 가스 배출량을 조절하는 제어를 통해 건조 성능을 최적화할 수 있다.

상기 성형기(60)는 고압으로 가압 성형이 가능한 장치로서 구성에 제한이 없다. 예를 들어, 성형기(60)는 사출성형을 위한 사출툴, 사출툴에 2차 건조된 혼합물을 가압하는 가압부 및 가압부와 사출틀 사이에 2차 건조된 혼합물을 공급하는 공급부를 포함하여 구성될 수 있다. 이 성형기(60)는 펠릿(pellet) 형태뿐만 아니라 조개탄, 번개탄 등 큰 크기의 압축탄 형태로 형성할 수도 있다.

상기 집진기(70)는 슬러지, 버개스 등 원료의 전처리 및 혼합 과정에서 발생되는 분진을 집진하기 위해 마련된다. 이를 위해 집진기(70)는 회전과 중력을 이용하는 싸이클론 방식으로 구성될 수 있다. 이러한 집진기(70)는 각 장치와 연결되는 집진배관(90)과 연결되어, 집진배관(90)을 통해 수집되는 분진을 집진하여 재투입이 가능하도록 저장부에 보관하는 역할을 한다. 이를 위해 집진기(70)는 분진이 섞인 공기를 공급받는 공급부와 분진을 포집하는 집진부, 집진부에 의해 포집된 분진을 저장부에 배출하는 제1 배출부와 분진이 제거된 공기를 배출하는 제2 배출부를 포함하여 구성될 수 있다. 이 제2배출부는 정화기(80)와 연결될 수 있다.

상기 정화기(80)는 집진기(70)에서 배출된 공기에 포함된 미분을 제거하기 위해 마련된다. 이를 위해 정화기(80)는 미분의 흡착 및 거름을 위한 필터를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 정화기(80)는 집진기(70)에서 배출된 공기를 필터를 통과시켜 배출하고, 이를 통해 집진기(70)에 의해 포집되지 않은 미분을 제거하여 정화된 공기를 배출하게 된다.

전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

버섯 폐배지, 버개스 및 하수 슬러지를 포함하는 원료의 함수율 및 크기를 조절하는 전처리 장치;
상기 전처리된 원료들을 혼합하는 혼합기;
공기공급량을 제어하여 상기 원료 혼합물을 제1 함수율을 갖도록 1차 건조하는 바이오 드라잉 장치;
공급되는 스팀의 온도 및 가스 배출량을 제어하여 상기 1차 건조된 혼합물을 상기 제1 함수율보다 낮은 제2 함수율을 갖도록 2차 건조하는 열적 건조 장치; 및
상기 2차 건조된 혼합물을 가압 성형하여 연료탄을 형성하는 성형기;를 포함하고,
상기 바이오 드라잉 장치는 배출가스의 온도 변화에 따른 공기공급량을 조절하는 1차 제어 후 장치 내부의 CO₂ 농도 변화에 따른 공기공급량을 조절하는 2차 제어를 포함하는 루틴을 반복하여 제어되며,
상기 열적 건조 장치는 배출가스의 온도를 측정하여 공급하는 스팀의 온도를 조절하는 1차 제어 후 장치 내부의 압력을 측정하여 가스 배출량을 조절하는 2차 제어를 포함하는 루틴을 반복하여 제어되는 것을 특징으로 하는 슬러지 연료탄 제조 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 성형기는 상기 2차 건조된 혼합물을 성형기에 투입하여 압축 과정을 통해 발생하는 100 내지 130℃의 압축열과 마찰열에 이용하여 건조 및 성형하여 1차 연료탄을 형성하도록 제어되고,
상기 성형기에 상기 1차 연료탄을 다시 투입하여 고압 압축 과정을 통해 발생하는 130 내지 160℃의 압축열과 마찰열을 이용하여 건조 및 성형하여 2차 연료탄을 형성하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 슬러지 연료탄의 제조 시스템.