KR102354474B1 - 폐기물 유화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, 폐기물이 투입되고 과열 수증기에 의해 열분해되는 공간을 제공하는 열분해탱크; 열분해탱크의 외부를 감싸면서 구성되고 열분해탱크 내부에 수증기공급수단으부터 과열 수증기가 공급되도록 하여 폐기물이 열분해되도록 하는 수증기공급재킷; 열분해탱크와 수증기공급재킷을 수용하는 공간을 가지고 수증기공급재킷의 외부를 가열하여 과열 수증기가 과열되도록 하는 가열수단; 및 열분해탱크의 후단부에 구성되고 열분해탱크의 열분해 과정에서 발생된 가스가 냉각 및 응축되도록 하여 가스를 증류 및 분리시키는 추출수단을 포함하는 폐기물 유화장치가 제공된다.

Description

폐기물 유화장치{Waste pyrolysis apparatus}

본 발명은 폐기물 유화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 촉매를 사용하지 않고 과열수증기를 이용하여 폐기물을 열분해하여 유분을 생성하고 이를 안전하게 배출시킨 후 물과 기름을 효율적으로 분리할 수 있는 폐기물 유화장치에 관한 것이다.

생활이 현대화될수록 공장체계의 사용되고 버려지는 플라스틱이나 해양 폐기물, 의료 폐기물 및 식품 폐기물 등이 환경오염을 가중시키고 있다. 이에, 최근에는 고병원성 폐기물이나 플라스틱 등과 같은 고분자 화합물을 열분해하여 대체 연료로 활용하도록 하는 방안이 개시되고 있다.

종래의 폐기물 유화장치는, 열분해탱크에 고분자 화합물을 투입한 후, 250도 내지 480도로 고분자 화합물을 직접 가열하여 고분자 화합물이 흡열반응으로 내부에너지(enthalpy) 보다 무질서도(entropy)가 증가하게 하여 분자를 활성화시켰을 때 열분해되면서 약한 결합이 끊어져서 새로운 저분자(C3-C38) 물질을 생성하도록 하고, 열분해탱크의 후단부에 구성되는 복수개의 추출수단에 의하여 열분해 과정에서 발생된 가스가 냉각 및 응축되는 증류 및 분리 공정이 실시되어 가스로부터 고품질의 유류가 분리되도록 하며, 추출수단의 후단부에 구성되는 가스연소수단에 의하여 추출수단으로부터 전달되는 가스가 연소되고 외부로 배기되도록 하고 있다.

그러나 종래의 폐기물 유화장치는, 고분자 화합물을 직접 가열시키면서 열분해를 하기 때문에, 열분해탱크 내에서 고분자 화합물이 연소되거나 폭발되어 안전사고가 발생되는 문제점이 있다.

또한, 열분해탱크의 내부에 직접 고분자 화합물을 가열시키는 가열원이 내장 설치 또는 외부로부터 관통 설치되어야 하는 복잡한 구조로 인하여 제조가 용이하지 못한 문제점이 있다.

또한, 고분자 화합물을 가열하는 가열원이 고온 및 고압의 진공 상태를 지속적으로 유지하지 못하는 경우 열분해 효율이 저하되는 문제점이 있다.

(특허문헌 0001) 등록특허 제10-1515287호

(특허문헌 0002) 등록특허 제10-0551939호

따라서 본 발명의 목적은 열분해탱크의 내부에 과열 수증기가 공급되어 폐기물이 대기압 조건하에서 열분해 되도록 함과 동시에 열분해탱크의 외부에 구성되는 가열수단에 의해 과열 수증기가 과열 상태를 유지하도록 하여 폐기물의 열분해 및 유화 효율이 향상되도록 할 수 있는 폐기물 유화장치를 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이를 위하여, 폐기물이 투입되고 과열 수증기에 의해 열분해되는 공간을 제공하는 열분해탱크; 열분해탱크의 외부를 감싸면서 구성되고 열분해탱크 내부에 수증기공급수단으부터 과열 수증기가 공급되도록 하여 폐기물이 열분해되도록 하는 수증기공급재킷; 열분해탱크와 수증기공급재킷을 수용하는 공간을 가지고 수증기공급재킷의 외부를 가열하여 과열 수증기가 과열되도록 하는 가열수단; 및 열분해탱크의 후단부에 구성되고 열분해탱크의 열분해 과정에서 발생된 가스가 냉각 및 응축되도록 하여 가스를 증류 및 분리시키는 추출수단을 포함하는 폐기물 유화장치가 제공된다.

여기서, 열분해탱크는, 통체 구조 또는 6면체를 가지는 열분해하우징; 열분해하우징의 상면 또는 측면에 개폐 가능하게 구성되고 폐기물이 투입되는 폐기물투입구; 열분해하우징의 상단을 제외한 측면과 저면에 다수개가 통공되어 수증기공급재킷으로부터 과열 수증기가 열분해하우징의 내부로 공급되도록 하는 수증기공급공; 및 열분해하우징의 상면과 추출수단의 연통 또는 육면체 구성되고 열분해시 발생되는 가스가 추출수단으로 공급되도록 하는 가스이동관을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 수증기공급재킷방식의 경우는, 열분해하우징의 외부를 감싸면서 구성되고 과열 수증기가 수증기공급공을 통해 열분해하우징의 내부에 공급되도록 하는 재킷과; 재킷으로부터 열분해탱크의 일측에 구성되는 수증기공급수단에 연결되어 재킷에 과열 수증기가 공급되도록 하는 수증기도입관을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 가열수단은, 중유나 경유 버너 또는 전기적 가열에 의해 직접 가열하는 방법이나, 열분해탱크와 수증기공급재킷이 수용되는 공간을 제공하고 내부에 가열수가 충전되는 가열하우징; 가열하우징의 내주면과 수증기공급재킷의 외주면 사이에 구성되고 열매가 순환되도록 하여 가열수의 열손실을 최소화하는 히트파이프; 가열수가 순환되는 외관과 히트파이프의 열매가 순환되는 내관의 이중관 구조를 가지고 가열하우징의 외측에 소정 지름의 나선 형상으로 위치된 상태에서 양단부가 가열하우징의 상측과 하측에 연장되며 나선 부위가 열원에 의해 가열시 가열수와 열매가 열교환되면서 외관과 내관에 이동되도록 하는 열교환관; 및 가열하우징의 상측과 하측에 구성되고 열교환관의 외관과 내관의 각 단부 및 히트파이프의 양단이 각각 연결되도록 하여 가열하우징의 상측에 외관으로부터 가열수가 공급되도록 하고 가열하우징의 하측으로부터 외관에 가열수가 공급되도록 함과 동시에 열매가 히트파이프를 따라 내관으로 순환되도록 하는 조인트를 포함하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에 의하면, 열분해탱크의 내부에 과열 수증기가 공급되어 폐기물이 대기압 조건하에서 열분해 되도록 하여 연소 및 폭발을 방지함과 동시에 열분해탱크의 외부에 구성되는 가열수단에 의해 과열 수증기가 과열 상태를 유지하도록 하여 폐기물의 열분해 및 유화 효율이 향상되도록 할 수 있다.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐기물 유화장치에 있어서 열분해탱크, 수증기도입재킷 및 가열수단을 나타낸 사시도;
도 2는 도 1의 폐기물 유화장치를 나타낸 단면도;
도 3은 도 1의 폐기물 유화장치에 있어서 가열수단의 열교환관을 나타낸 도면;
도 4는 도 1의 폐기물 유화장치에 있어서 히트파이프의 연결구조를 나타낸 도면; 및
도 5는 도 1의 폐기물 유화장치에 있어서 추출수단의 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐기물 유화장치는, 폐기물이 투입되고 과열 수증기에 의해 열분해되는 공간을 제공하는 열분해탱크(10), 열분해탱크(10)의 외부를 감싸면서 구성되고 열분해탱크(10) 내부에 수증기공급수단(30)으로부터 과열 수증기가 공급되도록 하여 폐기물이 열분해되도록 하는 수증기공급재킷(20), 열분해탱크(10)와 수증기공급재킷(20)을 수용하는 공간을 가지고 수증기공급재킷(20)의 외부를 가열하여 과열 수증기가 과열되도록 하는 가열수단(100) 및 열분해탱크(10)의 후단부에 구성되고 열분해탱크(10)의 열분해 과정에서 발생된 가스가 냉각 및 응축되도록 하여 가스를 증류 및 분리시키는 추출수단(40) 등을 포함한다.

열분해탱크(10)는, 폐기물 투입수단 등으로부터 내부에 투입된 폐기물 즉, 고분자 화합물이 진공 상태에서 과열 수증기에 의해 가열 및 열분해되도록 하는 공간을 제공하는 수단으로서, 통체 구조를 가지는 열분해하우징(11), 열분해하우징(11)의 상면에 개폐 가능하게 구성되고 폐기물이 투입되는 폐기물투입구(12), 열분해하우징(11)의 상단을 제외한 측면과 저면에 다수개가 통공되어 후술된 수증기공급재킷(20)으로부터 과열 수증기가 열분해하우징(11)의 내부로 공급되도록 하여 과열 수증기에 의해 폐기물이 열분해되도록 하는 수증기공급공(13) 및 열분해하우징(11)의 상면과 후술된 추출수단(40)에 연통 구성되고 열분해시 발생되는 가스가 추출수단(40)으로 공급되도록 하는 가스이동관(14) 등을 포함한다.

여기서, 열분해탱크(10)는, 열분해된 폐기물의 잔여물들이 열분해하우징(11)의 외부로 배출되도록 하는 스크류컨베이어 등과 같은 배출수단을 더 포함하며, 유화분 셀프 코팅을 통하여 내부식성 및 내열성을 가지는 것이 바람직하다.

따라서 열분해탱크(10)에 의하면, 열분해하우징(11)의 측면과 저면에 형성된 다수개의 통공을 통해 과열 수증기가 공급되는 구조를 가짐으로써, 종래와 같이 열분해하우징(11)의 내부에 직접 가열원이 관통 설치 또는 내장 설치되는 구조에 비해, 간단한 구성을 통하여 제조를 용이하게 할 수 있다.

또한, 열분해탱크(10)에 의하면, 수증기공급재킷(20)과 가열수단(100)을 통해여 과열 수증기가 공급된 후 폐기물이 열분해되므로, 별도로 내부 공간을 진공 상태로 만들지 않아도 되어 대기압 조건하에서도 폐기물의 열분해가 가능하고 이에 고압 유지에 의한 폭발 등의 문제점이 방지될 수 있다.

수증기공급재킷(20)은, 열분해탱크(10)의 외부를 감싸면서 구성되고 열분해탱크(10) 내부에 수증기공급수단(30)으로부터 과열 수증기가 공급되도록 하여 폐기물이 열분해되도록 하는 수단으로서, 열분해하우징(11)의 외부를 감싸면서 구성되고 과열 수증기가 수증기공급공(13)을 통해 열분해하우징(11)의 내부에 공급되도록 하는 재킷(21)과, 재킷(21)으로부터 열분해탱크(10)의 일측에 구성되는 수증기공급수단(30)에 연결되어 재킷(21)에 과열 수증기가 공급되도록 하는 수증기도입관(22) 등을 포함한다.

여기서, 수증기공급재킷(20)은, 유화분 셀프 코팅을 통하여 내부식성 및 내열성을 가지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어서, 수증기공급재킷(20)에 의해 열분해하우징(11)의 내부에 공급되는 과열 수증기는, 200℃~500℃의 온도를 가지고 액체도 아니고 기체도 아닌 아임계수 상태를 가짐에 따라 유기물의 분해 작용과 강한 가수 분해 작용이 제공되도록 하여 폐기물의 재자원화를 가능하게 할 수 있으며, 열분해 대상 폐기물 중량의 2배 내지 5배 정도가 공급되도록 하는 것이 바람직하다.

여기서, 과열 수증기의 온도가 200℃를 미만의 온도를 가질 경우에는 낮은 온도로 인하여 폐기물의 열분해 효율이 저하되고, 500℃를 초과하는 온도를 가질 경우에는 오히려 높은 온도에 따른 활발한 분자 운동으로 인하여 열분해하우징(11) 내부로 과열 수증기의 공급이 억제되므로, 싱가와 같은 온도 범위를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 과열 수증기의 공급량이 열분해 대상 폐기물 중량의 2배 미만일 경우에는 과열 수증기의 양이 부족하여 폐기물의 열분해 효율이 저하되고, 5배를 초과할 경우에는 열분해하우징(11) 내부로 과열 수증기가 지속적으로 공급되지 않으므로, 상기와 같은 공급량의 범위를 가지는 것이 좋다.

따라서 수증기공급재킷(20)에 의하면, 열분해하우징(11)의 외부로부터 수증기공급공(13)을 통해서 과열 수증기가 공급되도록 함으로써, 폐기물을 직접 가열하더라도 폐기물이 연소되거나 폭발되지 않으면서 열분해되도록 할 수 있고, 아임 계수 상태의 과열 수증기를 이용하여 폐기물이 열분해되어 다이옥신 등과 같은 발암물질의 발생을 억제할 수 있다.

한편, 수증기공급수단(30)은, 열분해하우징(11)의 내부로 공급되는 과열 수증기를 생성하는 수단으로서, 중유나 경유 등과 같은 화석에너지를 사용하는 버너나 전기 및 전자 방식으로 구동되는 통상의 버너나 보일러 등을 통하여 수증기를 생성할 수 있다.

또한, 수증기공급재킷(20)을 통해 열분해하우징(11) 내부로 공급된 과열 수증기는 순환되지 않고 가스이동관(14)을 통해 외부로 배출되는 것이 바람직하다.

가열수단(100)은, 열분해탱크(10)와 수증기공급재킷(20)을 수용하는 공간을 가지고 수증기공급재킷(20)의 외부를 가열하여 과열 수증기가 과열되도록 하는 수단으로서, 열분해탱크(10)와 수증기공급재킷(20)이 수용되는 공간을 제공하고 내부에 가열수가 충전되는 가열하우징(110), 가열하우징(110)의 내주면과 수증기공급재킷(20)의 외주면 사이에 구성되고 열매가 순환되도록 하여 가열수의 열손실을 최소화하는 히트파이프(120), 가열수가 순환되는 외관(131)과 히트파이프(120)의 열매가 순환되는 내관(132)의 이중관 구조를 가지고 가열하우징(110)의 외측에 소정 지름의 나선 형상으로 위치된 상태에서 양단부가 가열하우징(110)의 상측과 하측에 연장되며 나선 부위가 열원(F)에 의해 가열시 가열수와 열매가 열교환되면서 외관(131)과 내관(132)에 이동되도록 하는 열교환관(130) 및 가열하우징(110)의 상측과 하측에 구성되고 열교환관(130)의 외관(131)과 내관(132)의 각 단부 및 히트파이프(120)의 양단이 각각 연결되도록 하여 가열하우징(110)의 상측에 외관(131)으로부터 가열수가 공급되도록 하고 가열하우징(110)의 하측으로부터 외관(131)에 가열수가 공급되도록 함과 동시에 열매가 히트파이프(120)를 따라 내관(132)으로 순환되도록 하는 조인트(140) 등을 포함한다.

가열하우징(110)은, 가열수가 충전되고 열분해탱크(10)와 수증기공급재킷(20)이 수용되는 공간을 제공하여 수증기공급재킷(20)으로부터 열분해탱크(10)로 공급되는 과열 수증기가 과열되도록 하는 수단으로서, 통체 구조를 가지고 내주면에 히트파이프(120)가 구성되며 상측과 하측에 각각 조인트(140)가 구성되어 열교환관(130)으로부터 가열수가 공급되거나 가열수가 열교환관(130)으로 공급되도록 한다.

여기서, 가열하우징(110)은, 가열수가 수증기와 같은 고온의 기체 상태를 가질 수 있으므로, 유화분 셀프 코팅을 통하여 내부식성 및 내열성을 가지는 것이 바람직하다.

히트파이프(120)는, 가열하우징(110)의 내주면과 수증기공급재킷(20)의 외주면 사이에 구성되고 열매가 순환되도록 하여 가열수의 열손실을 최소화하는 수단으로서, 가열하우징(110)의 측면 내주면에 구성되는 안착홈이나 안착구 등에 파이프의 외주면 일측 부분이 삽입 안착된 상태에서 나선 형상을 가지면서 설치되거나 바닥면 부분에 지그재그 형상을 가지면서 설치될 수 있으며, 탄소강, 구리 및 스테인레스 등의 재질을 가질 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서, 열매는, 열교환기(130)의 내관(132)와 히트파이프(120)를 순환하면서 열원(F)의 가열에 의해 증기화되어 내관(132)와 히트파이프(120) 내부를 이동하면서 히트파이프(120) 외부로 열을 방출하는 조성물질로서, 크게, 아세톤 100 중량부, 상기 아세톤 100 중량부를 기준으로, 각각 에탄올 20~30 중량부, 1,2-프로필렌글리콜 10~20 중량부, 삼폴리인산나트륨 5~10 중량부, 증류수 30~50 중량부, 중크롬산칼륨 10~15 중량부, 과붕산나트륨 7~10중량부, 음이온 분말 2~5 중량부 등을 포함한다.

여기서, 열매는, 상기 음이온 분말 10 중량부에 대하여 계면활성제 2 중량부를 더 포함한다.

상기와 같은 열매는 다음과 같은 과정을 통해 혼합 조성되는데, 먼저 상기 증류수를 85℃로 가열하여 상기 중크롬산칼륨 및 과붕산나트륨과 혼합하여 투명해질 때까지 잘 섞어주고, 상기 증류수, 중크롬산칼륨, 과붕산나트륨 혼합액에 상기 음이온 분말을 혼합한다. 여기서, 상기 중크롬산칼륨(기화점 398℃)과 과붕산나트륨(기화되기 어려움)은 상온(常溫) 및 상압(常壓)에서 안정화되어 고온에서 유리하다. 이후, 상기 음이온 분말 10 중량부에 대하여 상기 계면활성제 2 중량부를 넣어준다. 여기서, 상기 계면활성제는 양이온성 고분자 집합체로써, 나노급 음이온 분말이 분산될 때 상기 계면활성제가 상기 음이온 분말 입자를 감싸 상기 음이온 분말이 침전되는 것을 방지한다. 이후, 상기 음이온 분말이 혼합된 혼합액에 나머지 아세톤과 에탄올을 혼합한다. 상기 아세톤(기화점 56.5℃)과 에탄올(기화점 78.32℃)은 낮은 온도에서 기화되므로 빠르게 열을 운반할 수 있다. 여기서, 열매의 음이온 분말의 양은 히트파이프(120)의 규모 및 작동유체의 양에 따라 조절할 수도 있으나, 효과적인 열전달 및 음이온 발생을 위하여 상기 혼합 비율을 따르는 것이 바람직하다. 이에, 상기와 같이, 상기 음이온 분말 입자의 침전을 방지하여 열매가 히트파이프(120)의 내부에서 순환할 때 균일하게 분포되어 히트파이프(120)의 전체 면적으로 고르게 음이온을 발생시킬 수 있다. 반면, 단순히 열매에 음이온 분말을 포함시킬 경우, 음이온 분말이 침전되거나 히트파이프(120)의 내부에서 어느 한쪽으로 쏠려 히트파이프(120)의 외부로 균일하게 음이온을 발생시킬 수 없다. 뿐만 아니라 열매의 주역할인 열전달 성능이 떨어질 수 있고, 음이온의 발생 및 그에 따른 효과를 기대하기 어렵다. 이에, 열매에 포함되어 있는 음이온 분말은 히트파이프(120)의 내부에서 순환하고, 히트파이프(120)의 외부로 발생되는 음이온은 가열하우징(110)의 주변에서 작업하는 작업자의 인체에 작용하여 혈액의 정화, 저항력 증가, 자율신경계 조절 등과 같은 효과를 발생시킨다.

한편, 본 발명에 따른 열매에는, 상기 조성물질 이외에, 열매의 조성물질들이 끓는점 이상으로 가열되어 돌발적으로 끓어오르는 현상(돌비현상)을 방지하기 위한 돌비현상억제결정체가 더 혼합되는 것이 바람직하며, 이를 통하여, 발열 기능 제공시 조성물질들이 과가열되어 히트파이프(120)의 내부 압력이 급팽창되는 것을 방지하여 히트파이프(120)의 손상을 방지할 수 있다.

상기 돌비현상억제결정체는, 끓임쪽이나 비등석이 중 적어도 어느 하나의 결정체를 포함하며, 보다 바람직하게는, 아세톤, 에탄올, 증류수, 중크롬산칼륨, 과붕산나트륨, 음이온 분말이 혼합된 조성물질 100 중량부를 기준으로 2 내지 5 중량부가 혼합되는 것이 좋다.

여기서, 상기 돌비현상억제결정체는, 입자크기가 1mm 이하인 것이 바람직하며, 이를 통하여, 열매의 내부에 고르게 혼합 및 분포되는 것이 좋다.

또한, 상기 돌비현상억제결정체가 열매의 조성물질 100 중량부를 기준으로 2 중량부를 미만하는 경우에는 돌비현상을 억제하기 위한 다공의 개수가 현저히 적어 열매 조성물질들의 과가열 방지 효과가 극히 미약하게 나타나게 되고, 5 중량부를 초과하는 경우에는 돌비현상 억제 효과가 증가하게 되지만 끓임쪽이나 비등석이 결정체 형태를 가지는 특성상 히트파이프(120)의 중공에서 차지하게 되는 부피가 커지게 되어 히트파이프(120)의 과열시 발생되는 고압 팽창시 히트파이프(120)의 팽창률이 커지게 되어 손상이 발생되는 문제점이 발생하게 된다.

이에, 상기 돌비현상억제결정체는 열매의 조성물질 100 중량부를 기준으로 2 중량부 내지 5 중량부의 임계적 의의를 가지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 열매에는, 상기 조성물질 이외에, 열에너지와 반응시 원적외선과 음이온을 발생시키는 원적외선발생결정체가 더 혼합되는 것이 바람직하며, 이를 통하여, 발열 기능 이외에 원적외선과 음이온이 발생되도록 하여, 가열하우징(110)의 주변에서 작업하는 작업자의 생체세포 성장과 건강을 증진시키는 기능이 더 제공되도록 할 수 있다.

상기 원적외선발생결정체는, 맥반석, 숯, 황토, 코발트, 옥 및 게르마늄 중 적어도 어느 하나의 결정체를 포함하며, 보다 바람직하게는, 상기 조성물질 100 중량부를 기준으로 5~10 중량부가 혼합되는 것이 좋다.

또한, 상기 원적외선발생결정체가 열매의 조성물질 100 중량부를 기준으로 5 중량부를 미만하는 경우에는 원적외선 발생량이 적어서 원적외선을 통한 효과 등이 극히 미약하게 나타나게 되고, 10 중량부를 초과하는 경우에는 원적외선 효과가 증가하게 되지만 원적외선발생결정체가 분말 형태를 가지는 특성상 히트파이프(120)의 중공에서 차지하게 되는 부피가 커지게 되어 열매의 과열시 발생되는 고압 팽창시 히트파이프(120)의 팽창률이 커지게 되어 손상이 발생되는 문제점이 발생하게 된다.

이에, 상기 원적외선발생결정체는 열매의 조성물질 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 10 중량부의 임계적 의의를 가지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어서, 히트파이프(120)는, 장시간 가열수와 접촉되더라도 부식을 억제하고 열전달 효율이 향상되도록 할 수 있는 열전달코팅제가 표면에 코팅되는 것이 좋다.

상기 열전달코팅제는, 중합체 100중량부에 충전재 50 내지 60중량부 및 인산 25 내지 50 중량부가 첨가 및 혼합되고, 중합체는, 공지의 실리콘수지(Si resin), 에폭시수지(epoxy resin), 아크릴계수지(acrylic resin), 그 혼합물 및 그 공중합체로 이루어진 군에서 선택되고, 충전재는, 제1평균입경을 갖는 제1충전재와, 제2평균입경을 갖는 제2충전재를 포함하고, 제1평균입경값은 10 내지 30㎛로 나머지 평균입경값들보다 크며, 제2평균입경값을 제1평균입경값으로 나눈 값은 0.17 내지 0.26이고, 상기 제1충전재와 제2충전재는 단경/장경의 평균값이 0.6 내지 0.8이고, 상기 제2충전재 질량의 합/제1충전재 질량의 합의 백분율은 11 내지 16이며, 제1충전재와 제2충전재는, 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 마그네시아(MgO), 베릴리아(BeO), 산화아연(ZnO), 탄화규소(SiC), 지르코니아(ZrO2) 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택되며, 인산은 히트파이프(120) 표면에 물 때 등이 흡착되는 것을 방지한다.

여기서, 중합체 100중량부에 충전재 50 내지 60중량부가 첨가되도록 하는 것은, 충전재가 상기 중량부를 미만하는 경우에는 열전도 효율이 저하되고, 상기 중량부를 초과하는 경우에는 점도 범위를 유지할 수 없어 히트파이프(120)의 표면에 코팅시 작업성이 저하되는 문제점이 있으므로, 상기와 같은 임계적 의의를 가지는 것이 좋다.

또한, 제1충전재는, 충전재 중 가장 큰 충전재로서, 평균입경이 10 내지 30㎛의 범위를 가지는데, 상기 범위를 벗어나는 경우 상기 중합체와의 혼합시 적절한 점도 범위를 유지할 수 있어 히트파이프(120)의 표면에 코팅시 작업성을 확보할 수 있고 최종적으로 히트파이프(120) 표면이 매끈하게 유지될 수 있으므로, 상기와 같은 임계적 의의를 가지는 것이 좋다.

또한, 제2충전재는, 중합체와 제1충전재 사이의 공간을 채우는 것으로서, 제2평균입경값을 제1평균입경값으로 나눈 값이 0.17 내지 0.26에 대응되는 평균입경을 가지는데, 상기와 같은 평균입경을 가지지 않는 경우 제1충전재와 접촉하지 못하고 이격되어 열전도 특성이 저하될 수 있으므로, 상기와 같은 임계적 의의를 가지는 것이 좋다.

또한, 상기 제1충전재와 제2충전재는 단경/장경의 평균값이 0.6 내지 0.8인 것이 바람직하며, 상기와 같은 단경/장경의 평균값을 가지지 않는 경우 큰 충전재 입자 사이의 공간이 완전히 채워지지 않아 열전도 특성이 저하될 수 있으므로, 상기와 같은 임계적 의의를 가지는 것이 좋다.

또한, 상기 제2충전재 질량의 합/제1충전재 질량의 합의 백분율은 11 내지 16인 것이 바람직하며, 상기와 같은 질량비를 가지지 않는 경우 작은 충전재가 큰 충전재가 형성하는 공간을 채울 정도만 첨가되지 않고 많이 첨가되거나 적게 첨가되며, 이에 큰 충전재가 이격되어 열전도 특성이 저하될 수 있으므로, 상기와 같은 임계적 의의를 가지는 것이 좋다.

또한, 상기 인산은, 히트파이프(120)에 흡착되는 물 때 등의 오염을 억제하는 것으로서, 25 중량부에 미만하는 경우에는 오염 물질 흡착 기능이 저하되고, 50 중량부를 초과하는 경우에는 조성물들의 교반성과 결합성이 저하되어 소정 두께의 코팅층을 확보할 수 없으므로, 상기와 같은 임계적 의의를 가지는 것이 좋다.

따라서 히트파이프(120)에 의하면, 열교환기(130)를 통해 열원(F)에 의해 발열된 열매가 가열하우징(110)의 내주면과 수증기공급재킷(20)의 외주면 사이에 순환되도록 함으로써, 열매의 발열에 의해서도 가열수가 열교환되도록 하여 가열하우징(110)에 충전되는 가열수가 빠르게 일정 온도로 가열되도록 할 수 있고 열원(F)이 제거되더라도 열매의 축열에 의해서 가열수의 열손실이 작아지게 하여 가열수가 빠르게 식는 것을 방지할 수 있다.

열교환관(130)은, 가열수가 순환되는 외관(131)과 히트파이프(120)의 열매가 순환되는 내관(132)의 이중관 구조를 가지고 가열하우징(110)의 외측에 소정 지름의 나선 형상으로 위치된 상태에서 양단부가 가열하우징(110)의 상측과 하측에 연장되며 나선 부위가 열원(F)에 의해 가열시 가열수와 열매가 열교환되면서 외관(131)과 내관(132)에 이동되도록 하는 열교환장치로서, 열전도율과 내열성이 우수한 금속, 스테인레스 및 테프론 재질을 가질 수 있다.

여기서, 내관(132)의 일단과 타단은 각각 조인트(140)을 통하여 가열하우징(110)의 히트파이프(120) 양단과 연통되어 열교환관(130)의 나선 부위에 가해지는 열에 의해 열매가 발열된 상태로 히트파이프(120)를 따라 순환되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 외관(131)의 일단과 타단은 각각 조인트(140)을 통하여 가열하우징(110)의 상측부와 하측부에 연통되어 열교환관(130)의 나선 부위에 가해지는 열에 의해 가열수가 가열된 상태로 가열하우징(110)에 대류되도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 열교환관(130)에 의하면, 이중관 구조를 통하여 가열수의 가열 대류와 함께 열매가 열교환된 상태로 가열하우징(110)에 순환되도록 하여 가열수의 신속한 가열과 함께 가열수의 열손실을 억제할 수 있다.

조인트(140)는, 가열하우징(110)의 상측과 하측에 구성되고 열교환관(130)의 외관(131)과 내관(132)의 각 단부 및 히트파이프(120)의 양단이 각각 연결되도록 하여 가열하우징(110)의 상측에 외관(131)부터 가열수가 공급되도록 하고 가열하우징(110)의 하측으로부터 외관(131)에 가열수가 공급되도록 함과 동시에 열매가 히트파이프(120)를 따라 내관(132)로 순환되도록 하는 연결 수단으로서, 'T'자 형상을 가지고 가열하우징(110)의 연결공에 연결되는 연결관(141), 연결관(141)의 일단에 해당되고 외관(131)의 단부가 결합되는 외관연결단(142), 연결관(141)의 타단에 해당되고 외관연결관(141)과 일직선으로 연통되는 가열수공급단(143), 연결관(141)의 일단에 해당되고 내관(132)의 단부가 결합되는 내관연결단(144) 및 연결관(141)의 중앙에 해당되고 내관연결단(144)과 수직으로 연통되며 히트파이프(120)의 단부가 연결되는 히트파이프연결단(145) 등을 포함한다.

즉, 조인트(140)에 의하면, 열원(F)에 의해 열교환된 가열수가 열교환관(130) 외관(131)을 따라 가열하우징(110) 상측의 외관연결단(142)에 유입된 후 가열수공급단(143)을 통해 가열하우징(110)의 상측으로 공급됨과 동시에, 가열하우징(110) 하측의 가열수가 가열하우징(110) 하측의 가열수공급단(143)에 유입된 후 외관연결단(142)에 연결된 열교환관(130)의 외관(131)을 따라 열원(F)을 향해 공급되어, 가열하우징(110)에 가열수가 대류되도록 할 수 있다.

또한, 조인트(140)에 의하면, 열원(F)에 의해 발열된 열매가 열교환관(130) 내관(132)를 따라 가열하우징(110) 상측의 내관연결단(144)에 유입된 후 히트파이프연결단(145)를 통해 히트파이프(120)의 상측으로 공급됨과 동시에, 가열하우징(110) 하측 히트파이프(120)의 열매가 가열하우징(110) 하측의 히트파이프연결단(145)에 유입된 후 내관연결단(144)에 연결된 열교환관(130)의 내관(132)를 따라 열원(F)을 향해 공급어, 히트파이프(120)에 열매가 순환되도록 할 수 있다.

따라서 조인트(140)에 의하면, 가열수가 가열하우징(110)에 순환되도록 함과 동시에 히트파이프(120)의 열매에 의해서도 가열 및 보온되도록 하여 가열수의 열손실을 최소화할 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서, 열원(F)은, 열교환관(130)의 나선 부위를 가열하여 가열수가 열교환되도록 함과 동시에 열매가 발열 동작되도록 하는 것으로서, 공지의 연소수단이나 전열수단으로 구성될 수 있다.

여기서, 연소수단은, 열교환관(130)의 나선 부위 하단부에 구성되는 보일러 등의 구성을 가질 수 있다.

또한, 전열수단은, 열교환관(130)의 나선 부위를 커버하면서 외부로부터 동작전원을 공급받아 소정의 온도로 발열되는 전기에너지가 열에너지로 변환되도록 하는 산업용 히터 등의 구성을 가질 수 있다.

따라서 가열수단(100)에 의하면, 열분해탱크(10)와 수증기공급재킷(20)을 수용하는 공간을 가지고 수증기공급재킷(20)의 외부를 가열함에 따라 수증기공급수단(30)으로부터 수증기공급재킷(20)에 공급되는 과열 수증기가 이동 과정에서 손실된 열을 보충하도록 할 수 있고 이를 통하여, 폐기물의 열분해 효율이 향상될 수 있으며, 종래의 단열부재의 구성을 생략할 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서, 가열수단(100)은, 수증기공급재킷(20)의 외부를 나선 구조로 감싸면서 설치되는 공지의 나선형 히트 등으로 구성하여도 좋다.

추출수단(40)은, 열분해탱크(10)의 후단부에 구성되고 열분해탱크(10)의 열분해 과정에서 발생된 가스가 냉각 및 응축되도록 하여 가스를 증류 및 분리시키는 수단으로서, 통체 구조를 가지고 상면에 가스이동관(14)이 연통되는 추출하우징(41), 추출하우징(41)의 내부에 구성되고 가스이동관(14)으로부터 이동되는 가스가 공급되고 Fe이나 Mg를 포함하는 물을 통하여 잔류 염소를 제거하는 유수분리기(42), 추출하우징(41)의 내부에 구성되고 유수분리기(42)에 의해 잔류 염소가 제거된 가스가 이동되면서 접촉시 응결되도록 하여 수분이 제거되도록 하는 경사판분리기(43), 경사판분리기(43)의 하측부에 구성되고 추출하우징(41)의 바닥부에 집수된 분리수를 취출하는 분리수취출구(44) 및 경사판분리기(43)의 상측부에 구성되고 추출하우징(41)의 천정부에 위치된 가스나 오일을 취출하는 분리유취출구(45) 등을 포함한다.

따라서 추출수단(40)에 의하면, 열분해탱크(10)로부터 과열 수증기와 함께 이동되는 열분해 가스를 수냉 및 공냉 방식으로 냉각시키면서 가스가 응축되는 과정에서 수분과 오일을 분리 추출할 수 있으며, 이를 통하여, 열분해된 폐기물의 가스로부터 방카유, 경유 및 가솔린 등이 추출되는 것을 통하여 대체 연료로 재활용되도록 할 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서, 열분해탱크(10)의 가스이동관(14)을 통해 외부로 배출되는 열분해 가스는, 추출수단(40)으로 공급되기 전에, 별도로 구성되는 탈염소수단(미도시)에서 염소 성분이 제거된 후 추출수단(40)으로 공급되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐기물 유화장치의 작용에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 열분해탱크(10)의 열분해하우징(11)에 열분해 공정이 실시될 대상물인 폐기물 즉, 고분자 화합물이 투입된다.

이후, 열분해하우징(11)의 외부를 감싸는 수증기공급재킷(20)으로부터 열분해하우징(11)의 내부에 과열 수증기가 공급되어 열분해 공간에 투입된 고분자 화합물이 열분해된다.

여기서, 열분해하우징(11)과 수증기공급재킷(20)은 가열수단(100)의 가열하우징(110) 내부에 수용된 상태를 가지고, 가열하우징(110)의 내주면과 수증기공급재킷(20)의 내주면 사이에는 가열수가 충전되고 히트파이프(120)가 구성되며, 가열수와 히트파이프(120)의 열매는 각각 열교환관(130)의 외관(131)과 내관(132)에 충전된 상태에서, 열교환관(130)을 가열하는 열원(F)에 의해 열매와 가열수가 가열되어, 수증기공급수단(30)으로부터 수증기공급재킷(20)까지의 이동 과정에서 손실된 과열 수증기의 열이 보충되는 상태를 가진다.

이후, 고분자 화합물의 열분해시 발생된 열분해 가스가 추출수단(40)로 이동되어 가스 중 추출물 즉, 유류가 분리된다.

따라서 본 발명에 의하면, 열분해탱크(10)의 내부에 과열 수증기가 공급되어 폐기물이 열분해 되도록 하여 연소 및 폭발을 방지함과 동시에 열분해탱크(10)의 외부에 구성되는 가열수단(100)에 의해 과열 수증기가 과열 상태를 유지하도록 하여 폐기물의 열분해 및 유화 효율이 향상되도록 할 수 있다.

상술한 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구 범위와 청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

1. 폐기물이 투입되고 과열 수증기에 의해 열분해되는 공간을 제공하는 열분해탱크(10); 열분해탱크(10)의 외부를 감싸면서 구성되고 열분해탱크(10) 내부에 수증기공급수단(30)으로부터 과열 수증기가 공급되도록 하여 폐기물이 열분해되도록 하는 수증기공급재킷(20); 열분해탱크(10)와 수증기공급재킷(20)을 수용하는 공간을 가지고 수증기공급재킷(20)의 외부를 가열하여 과열 수증기가 과열되도록 하는 가열수단(100); 및 열분해탱크(10)의 후단부에 구성되고 열분해탱크(10)의 열분해 과정에서 발생된 가스가 냉각 및 응축되도록 하여 가스를 증류 및 분리시키는 추출수단(40)을 포함하고,
   열분해탱크(10)는,
   통체 구조를 가지는 열분해하우징(11); 열분해하우징(11)의 상면에 개폐 가능하게 구성되고 폐기물이 투입되는 폐기물투입구(12); 열분해하우징(11)의 상단을 제외한 측면과 저면에 다수개가 통공되어 수증기공급재킷(20)으로부터 과열 수증기가 열분해하우징(11)의 내부로 공급되도록 하는 수증기공급공(13); 및 열분해하우징(11)의 상면과 추출수단(40)에 연통 구성되고 열분해시 발생되는 가스가 추출수단(40)으로 공급되도록 하는 가스이동관(14)을 포함하며,
   추출수단(40)은,
   통체 구조를 가지고 상면에 가스이동관(14)이 연통되는 추출하우징(41); 추출하우징(41)의 내부에 구성되고 가스이동관(14)으로부터 이동되는 가스가 공급되고 Fe이나 Mg를 포함하는 물을 통하여 잔류 염소를 제거하는 유수분리기(42); 추출하우징(41)의 내부에 구성되고 유수분리기(42)에 의해 잔류 염소가 제거된 가스가 이동되면서 접촉시 응결되도록 하여 수분이 제거되도록 하는 경사판분리기(43); 경사판분리기(43)의 하측부에 구성되고 추출하우징(41)의 바닥부에 집수된 분리수를 취출하는 분리수취출구(44); 및 경사판분리기(43)의 상측부에 구성되고 추출하우징(41)의 천정부에 위치된 가스나 오일을 취출하는 분리유취출구(45)를 포함하며,
   가열수단(100)은,
   열분해탱크(10)와 수증기공급재킷(20)이 수용되는 공간을 제공하고 내부에 가열수가 충전되는 가열하우징(110); 가열하우징(110)의 내주면과 수증기공급재킷(20)의 외주면 사이에 구성되고 열매가 순환되도록 하여 가열수의 열손실을 최소화하는 히트파이프(120); 가열수가 순환되는 외관(131)과 히트파이프(120)의 열매가 순환되는 내관(132)의 이중관 구조를 가지고 가열하우징(110)의 외측에 소정 지름의 나선 형상으로 위치된 상태에서 양단부가 가열하우징(110)의 상측과 하측에 연장되며 나선 부위가 열원(F)에 의해 가열시 가열수와 열매가 열교환되면서 외관(131)과 내관(132)에 이동되도록 하는 열교환관(130); 및 가열하우징(110)의 상측과 하측에 구성되고 열교환관(130)의 외관(131)과 내관(132)의 각 단부 및 히트파이프(120)의 양단이 각각 연결되도록 하여 가열하우징(110)의 상측에 외관(131)으로부터 가열수가 공급되도록 하고 가열하우징(110)의 하측으로부터 외관(131)에 가열수가 공급되도록 함과 동시에 열매가 히트파이프(120)를 따라 내관(132)으로 순환되도록 하는 조인트(140)를 포함하고,
   조인트(140)는,
   가열하우징(110)의 연결공에 연결되는 연결관(141); 연결관(141)의 일단에 해당되고 외관(131)의 단부가 결합되는 외관연결단(142); 연결관(141)의 타단에 해당되고 외관연결관(141)과 일직선으로 연통되는 가열수공급단(143); 연결관(141)의 일단에 해당되고 내관(132)의 단부가 결합되는 내관연결단(144); 및 연결관(141)의 중앙에 해당되고 내관연결단(144)과 수직으로 연통되며 히트파이프(120)의 단부가 연결되는 히트파이프연결단(145)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 유화장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 수증기공급재킷(20)은,
   열분해하우징(11)의 외부를 감싸면서 구성되고 과열 수증기가 수증기공급공(13)을 통해 열분해하우징(11)의 내부에 공급되도록 하는 재킷(21)과;
   재킷(21)으로부터 열분해탱크(10)의 일측에 구성되는 수증기공급수단(30)에 연결되어 재킷(21)에 과열 수증기가 공급되도록 하는 수증기도입관(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 유화장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 열매는,
   아세톤 100 중량부,
   상기 아세톤 100 중량부를 기준으로,
   각각 에탄올 20~30 중량부, 1,2-프로필렌글리콜 10~20 중량부, 삼폴리인산나트륨 5~10 중량부, 증류수 30~50 중량부, 중크롬산칼륨 10~15 중량부, 과붕산나트륨 7~10중량부 및 음이온 분말 2~5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 유화장치.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서, 가열수단(100)은,
   수증기공급재킷(20)의 외부를 나선 형상으로 감싸면서 나선형 히트인 것을 특징으로 하는 폐기물 유화장치.
   

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