KR102356298B1

KR102356298B1 - 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기

Info

Publication number: KR102356298B1
Application number: KR1020210110747A
Authority: KR
Inventors: 나민수
Original assignee: 나민수
Priority date: 2021-08-23
Filing date: 2021-08-23
Publication date: 2022-02-08

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기 등과 같은 유기성폐기물을 건조하는 시스템에서 건조 과정 중 배출되는 배출가스를 응축 처리하는 열교환기에 관한 것이다.
본 발명은 유기성폐기물 건조과정에서 배출되는 고농도의 응축폐수를 열교환기의 적절한 온도 제어를 통해 열교환시킨 후 비등점 차이를 이용하여 단계적으로 분리하여 고농도의 응축폐수와 저농도의 응축폐수를 구분하여 처리하는 새로운 응축폐수 저농도화 방식을 구현함으로써, 고농도 응축폐수의 배출량을 줄여서 외부 위탁 처리비용을 절감할 수 있고, 상대적으로 증가한 저농도 응축폐수를 자체 폐수처리한 후에 고도 처리 등을 거쳐 최종 처리하여 최종 처리수로 만든 다음, 이렇게 만든 최종 처리수를 재이용수로 활용함으로써, 재이용수 생산량의 증대에 따른 상수도 사용량을 줄일 수 있는 등 설비 운용 비용을 줄일 수 있는 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기를 제공한다.

Description

유기성폐기물 건조시스템의 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR ORGANIC WASTE DRYING SYSTEM}

본 발명은 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음식물쓰레기 등과 같은 유기성폐기물을 건조하는 시스템에서 건조 과정 중 배출되는 배출가스를 응축 처리하는 열교환기에 관한 것이다.

최근 대량 생산과 대량 소비로 이루어지는 현대사회는 대량 폐기물로 인한 심각한 환경오염문제를 초래하고 있으며, 대표적인 환경오염문제로는 대량 폐기물에 의한 토양ㆍ수질오염문제와 에너지의 대량소비에 의한 공기오염문제 등이 있다.

따라서, 근래에는 음식물쓰레기 등과 같은 유기성폐기물을 건조하여 재생 에너지 자원으로 활용하기 위한 건조 방법이 주목받고 있으며, 이렇게 유기성폐기물을 건조하여 함수율을 저감시키면 3,000∼4,000 kcal/kg 이상의 발열량을 가지는 우수한 고형 연료를 얻을 수 있다.

보통 유기성폐기물을 건조시키는 설비로는 열풍 및 스팀을 이용하는 직접 및 간접 건조방식의 건조기, 마이크로파 등을 이용하는 전자기파 건조방식의 건조기 등이 있다.

이러한 설비들을 이용하여 건조하는 과정에서는 필연적으로 다량의 수분과 유분을 함유하는 고농도의 응축가스가 발생하게 되며, 이렇게 발생한 응축가스를 처리하기 위해 건조기의 배출라인에는 응축기가 설치되고, 이렇게 설치되는 응축기를 이용하여 응축가스에 포함되어 있는 고농도의 유분(油分) 등을 제거한다.

보통 유기성폐기물을 건조하는 과정에서 배출되는 가스는 응축기로 보내져 응축 처리되며, 응축 처리 후에 발생되는 응축가스는 후 공정인 탈취 연소로에서 소각 처리됨과 더불어 고농도의 응축폐수는 외부로 반출되어 폐수처리장에서 정화 처리된다.

그러나, 유기성폐기물 건조과정에서 발생되는 상당한 양의 고농도 응축폐수를 전량 외부로 반출하여 폐수처리장에 위탁 처리하기 때문에 비용적인 측면에서 많은 부담이 있다.

그리고, 응축기에서 배출되는 응축폐수의 농도 및 배출량에 따라 후처리 공정인 폐수처리 공정의 과부하 요인 등 수처리에 문제가 되고 있는데, 예를 들면 보통 응축기에서 배출되는 응축폐수는 고농도일 뿐만 아니라 배출량도 많기 때문에 위탁 처리비용의 증가는 물론 폐수처리장에서의 과부하로 인해 폐수처리효율이 떨어지는 단점이 있다.

등록특허공보 제10-0864529호 등록특허공보 제10-2245939호 등록특허공보 제10-2277858호 공개특허공보 제10-2001-0091115호 공개특허공보 제10-2002-0014975호

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 유기성폐기물 건조과정에서 배출되는 고농도의 응축폐수를 열교환기의 적절한 온도 제어를 통해 열교환시킨 후 비등점 차이를 이용하여 단계적으로 분리하여 고농도의 응축폐수와 저농도의 응축폐수를 구분하여 처리하는 새로운 응축폐수 저농도화 방식을 구현함으로써, 고농도 응축폐수의 배출량을 줄여서 외부 위탁 처리비용을 절감할 수 있고, 상대적으로 증가한 저농도 응축폐수를 자체 폐수처리한 후에 고도 처리 등을 거쳐 최종 처리하여 최종 처리수로 만든 다음, 이렇게 만든 최종 처리수를 재이용수로 활용함으로써, 재이용수 생산량의 증대에 따른 상수도 사용량을 줄일 수 있는 등 설비 운용 비용을 줄일 수 있는 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기의 일 실시예는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기는 하단부의 배출가스 유입구와 상단부의 응축가스 배출구를 가지면서 내부는 각각의 튜브 시트에 의해 서로 구획되는 복수 개의 열교환실 및 응축수 챔버와 하단부의 배출가스 챔버로 조성되어 있는 다단식 구조의 열교환기 본체와, 상기 열교환기 본체의 각 단의 열교환실을 지나면서 각 응축수 챔버 사이 및 배출가스 챔버와 응축수 챔버를 연결하는 다수 개의 튜브와, 상기 각각의 열교환실의 내부에 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 입구 및 냉각수 출구와, 상기 각 응축수 챔버에 응축된 응축수를 배출하기 위한 응축수 배출구를 포함한다.

따라서, 상기 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기는 열교환기 본체의 내부로 들어온 배출가스가 튜브를 통해 각 단의 열교환실을 경유하는 과정에서, 각 단의 열교환실의 온도를 서로 다르게 제어하고, 배출가스 속에 포함되어 있는 각 성분들의 비등점 차이를 이용하여 각 성분들을 순차적으로 응축시킴으로써 응축수를 농도별로 구분하여 배출 처리할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 열교환기 본체의 하단쪽의 열교환실에서부터 상단쪽의 열교환실로 갈수록 열교환실의 온도를 상대적으로 낮게 제어함으로써, 하단쪽의 응축수 챔버에서는 상대적으로 저농도의 응축수를 얻을 수 있고, 상단쪽의 응축수 챔버에서는 상대적으로 고농도의 응축수를 얻을 수 있다.

이때의 각 열교환실의 온도는 냉각수의 유량 및/또는 냉각수의 온도를 컨트롤하는 방법을 이용하여 제어할 수 있다.

그리고, 상기 응축수 챔버의 내부에는 응축수 포집을 위한 응축수 포집기가 설치되고, 상기 응축수 포집기는 직경이 다른 여러 개의 링형 플레이트를 위아래로 일정 간격을 두고 배치함과 더불어 가장 윗쪽의 직경이 작은 것에서부터 가장 아래쪽의 직경이 큰 것의 순서로 상하 배치한 구조로 이루어질 수 있다.

바람직한 실시예로서, 상기 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기는 열교환실의 내부를 순환하는 냉각수의 체류시간을 늘려주는 수단으로서, 열교환실의 내부에 지그재그 형태로 배치되면서 냉각수의 지그재그 흐름을 유도하는 다수 개의 배플을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기의 다른 실시예는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기는 하단부의 배출가스 유입구와 상단부의 응축가스 배출구를 가지면서 내부는 각각의 튜브 시트에 의해 서로 구획되는 열교환실 및 응축수 챔버와 하단부의 배출가스 챔버로 조성되어 있는 열교환기 본체와, 상기 열교환기 본체의 열교환실을 지나면서 배출가스 챔버와 응축수 챔버 사이를 연결하는 다수 개의 튜브와, 상기 각각의 열교환실의 내부에 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 입구 및 냉각수 출구와, 상기 각 응축수 챔버에 응축된 응축수를 배출하기 위한 응축수 배출구를 포함한다.

따라서, 상기 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기는 열교환기 본체의 내부로 들어온 배출가스가 튜브를 통해 열교환실을 경유하는 과정에서, 열교환실의 온도를 제어하고, 배출가스 속에 포함되어 있는 각 성분들의 비등점 차이를 이용하여 각 성분들을 구분하여 응축시킴으로써 응축수를 농도별로 구분하여 배출 처리할 수 있도록 하는 것을 특징이다.

여기서, 상기 열교환실의 온도는 냉각수의 유량 및/또는 냉각수의 온도를 컨트롤하는 방법을 이용하여 제어할 수 있다.

본 발명에서 제공하는 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 유기성폐기물 건조과정에서 배출되는 고농도의 응축폐수를 열교환기에서 적절한 온도 제어를 통해 열교환시켜서 비등점 차이로 고농도의 응축폐수를 단계적으로 분리하는 과정을 통해 고농도의 응축폐수를 저농도의 응축폐수로 전환시킴으로써, 고농도 응축폐수의 배출량을 줄여서 외부 위탁 처리비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 고농도 응축폐수를 저농도 응축폐수를 전환하는 과정에서 발생하는 많은 양의 저농도 응축폐수를 자체 폐수처리한 후에 고도 처리 등을 거쳐 최종 처리하여 최종 처리수로 만든 다음, 이렇게 만든 최종 처리수를 재이용수로 활용함으로써, 재이용수 생산량의 증대에 따른 상수도 사용량을 줄일 수 있는 등 설비 운용 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

셋째, 열교환기의 내부에 설치되는 계단식 구조의 응축수 포집기를 적용함으로써, 빠져나가는 응축가스의 양은 줄일 수 있고 포집되는 응축수의 양은 늘릴 수 있는 등 응축수 포집 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

넷째, 고농도의 응축폐수를 저농도화하여 폐수처리장으로 보냄으로써, 폐수처리장의 오염 부하율을 감소시킬 수 있는 등 폐수처리량을 늘릴 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 생산 활동 중에 발생되는 응축폐수 배출을 최소화하여 정부자원순환정책에 기여하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기를 나타내는 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기에서 응축수 포집기를 나타내는 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기에서 튜브 시트를 나타내는 평면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기에서 배플을 나타내는 평면도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기를 나타내는 단면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 응축폐수의 농도는 크롬법(COD cr)으로 측정한 농도로서, 10,000∼12,000 mg/ℓ(ppm) 미만은 저농도라 정의하고, 10,000∼12,000 mg/ℓ(ppm) 이상은 고농도라 정의한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기를 나타내는 단면도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기에서 응축수 포집기, 튜브 시트, 배플을 각각 나타내는 사시도와 평면도이다.

도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기는 건조기 설비측에서 배출되는 배출가스(수분, 유분 등을 포함하는 배출가스)를 응축하는 공간을 제공하는 수단으로 다단식 구조의 열교환기 본체(15)를 포함한다.

상기 열교환기 본체(15)는 원통형의 탑 구조로서, 프레임 구조물에 의해 지지되면서 경사진 자세 또는 수직 자세로 설치된다.

이러한 열교환기 본체(15)의 하단부에는 배출가스의 유입을 위한 배출가스 유입구(10)가 형성되는 동시에 상단부에는 응축가스 배출구(11)가 형성된다.

이에 따라, 건조기 설비측에서 배출되는 배출가스는 배출가스 유입구(10)를 통해 열교환기 본체(15)의 내부로 들어와서 응축된 후, 응축을 마친 응축가스는 응축가스 배출구(11)를 통해 열교환기 본체(15)의 내부를 빠져나가 후속의 탈취 연소로측으로 보내져 처리될 수 있게 된다.

특히, 상기 열교환기 본체(15)의 내부는 각각의 튜브 시트(12)에 의해 서로 구획되면서 여러 개의 단(段)을 이루는 열교환실(13)과 응축수 챔버(14)로 조성되고, 이와 더불어 내부 아래쪽은 배출가스 유입구(10)와 통하는 배출가스 챔버(23)로 조성된다.

예를 들면, 상기 열교환기 본체(15)의 내부에는 가장 아래쪽에 배출가스 챔버(23)가 조성되고, 그 윗쪽으로 제1열교환실(13a) 및 제1응축수 챔버(14a), 제2열교환실(13b) 및 제2응축수 챔버(14b), 제3열교환실(13c) 및 제3응축수 챔버(14c)가 차례로 조성된다.

이에 따라, 각각의 열교환실(13a∼13c)과 각각의 응축수 챔버(14a∼14c)에서는 비등점이 다른 배출가스 속의 각 성분(예컨대, 에탄올, 메탄올 등)이 차례대로 응축됨과 더불어 농도를 달리하는 응축수가 각각 포집될 수 있게 된다.

바람직한 실시예로서, 상기 열교환실(13)의 내부에는 지그재그 형태로 배치되면서 냉각수의 지그재그 흐름을 유도하는 다수 개의 배플(22)이 설치되며, 이렇게 설치되는 배플(22)은 열교환실(13a∼13c)의 내부를 흐르는 냉각수의 체류시간을 늘려주는 역할을 하게 되고, 결국 이렇게 냉각수의 체류시간이 늘어남에 따라 냉각수와 배출가스 간의 열교환이 충분히 이루어질 수 있게 된다.

이때, 상기 배플(22)은 원판을 일정 면적 떼어낸 형태로 이루어질 수 있게 되며, 이러한 배플(22)에는 튜브(16)가 지나갈 수 있는 다수 개의 튜브 관통홀(25)이 형성된다.

또한, 상기 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기는 배출가스의 흐름을 위한 관로 역할을 하는 수단으로 다수 개의 튜브(16)를 포함한다.

상기 튜브(16)는 원형의 파이프 형태로서, 열교환기 본체(15)의 내부에 형성되어 있는 각 단의 열교환실(13)을 지나면서 위아래 각 응축수 챔버(14) 사이는 물론 배출가스 챔버(23)와 가장 아래쪽의 응축수 챔버(14) 사이를 연결하는 구조로 설치된다.

이렇게 설치되는 튜브(16)에 의해 배출가스 챔버(23)와 가장 아래쪽의 응축수 챔버(14) 사이, 위아래의 응축수 챔버(14)와 응축수 챔버(14) 사이가 서로 통할 수 있게 된다.

이러한 튜브(15)는 열교환기 본체(15)의 내부를 여러 단의 열교환실 및 응축수 챔버로 구획짓는 튜브 시트(12)에 양단 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.

이때, 상기 튜브(15)는 튜브 시트(12)의 튜브 관통홀(25)에 끼워져 고정되는 구조로 설치될 수 있게 되고, 이렇게 설치되는 튜브(15)의 상단부는 튜브 시트(12)의 바닥면보다 일정높이 높게 위치되며, 이에 따라 응축수 챔버(14)에 수집된 응축수가 튜브 시트(12)로 역류되는 것이 방지될 수 있게 된다.

따라서, 상기 튜브(15)의 내부를 흐르는 배출가스는 열교환실(13)에 속해 있는 구간을 경유하는 동안에 냉각수와의 열교환이 이루어지게 되고, 결국 이러한 열교환을 통해 응축된 응축수는 튜브 내벽을 타고 아래로 떨어져 응축수 챔버(14)와 배출가스 챔버(23)로 포집될 수 있게 된다.

또한, 상기 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기는 냉각수의 순환과 응축수의 배출을 위한 수단으로 냉각수 입구(17)와 냉각수 출구(18), 그리고 응축수 배출구(19)를 포함한다.

상기 냉각수 입구(17)와 냉각수 출구(18)는 열교환기 본체(15)에 형성되어 있는 각 열교환실(13)에 각각 설치되며, 이에 따라 냉각수 입구(17)를 통해 들어온 냉각수는 열교환실(13)의 내부를 경유한 후에 냉각수 출구(18)를 통해 빠져나갈 수 있게 된다.

이러한 냉각수의 순환을 통해 열교환실(13)의 내부에서는 튜브(16)를 흐르는 배출가스와 냉각수 간의 열교환 작용이 이루어질 수 있게 된다.

여기서, 상기 열교환실(13)의 내부로 공급되는 냉각수는 보일러, 냉각탑, 펌프 등과 같은 설비(미도시)의 가동과 컨트롤러(미도시)의 제어에 의해 그 온도와 유량이 제어될 수 있게 되고, 특히 각각의 열교환실(13)을 순환하는 냉각수의 온도와 유량은 각기 서로 다른 온도 및/또는 유량으로 설정될 수 있게 되며, 그 결과 각 단의 열교환실(13)의 온도는 각각 다른 설정온도로 제어될 수 있게 된다.

즉, 상기 각 열교환실(13)의 온도는 냉각수의 유량 및/또는 냉각수의 온도를 컨트롤러가 제어하는 방법으로 각각 다른 온도로 제어될 수 있게 된다.

상기 응축수 배출구(19)는 열교환기 본체(15)에 형성되어 있는 각 응축수 챔버(14)에 각각 설치되며, 이에 따라 각각의 응축수 챔버(14)에 수집되는 서로 다른 농도의 응축수는 각 응축수 배출구(19)를 통해 배출되어 처리될 수 있게 된다.

이와 같이 구성되는 열교환기에서는 배출가스 속의 각 성분이 비등점 차이에 의해 단계적으로 응축될 수 있게 된다.

즉, 상기 열교환기 본체(15)의 내부로 들어온 배출가스는 튜브(16)를 통해 각 단의 열교환실(13)을 경유하게 되고, 이 과정에서 각 단의 열교환실(13)의 온도를 서로 다르게 제어하여 배출가스 속에 포함되어 있는 각 성분들의 비등점 차이로 각 성분들을 순차적으로 응축시키게 됨으로써, 각각의 응축수 챔버(14)에 서로 다른 농도의 응축수를 구분하여 포집한 후에 배출 처리할 수 있게 된다.

특히, 상기 열교환기 본체(15)의 하단쪽의 열교환실(13)에서부터 상단쪽의 열교환실(13)로 갈수록 열교환실(13)의 온도를 상대적으로 낮게 제어하여, 하단쪽의 응축수 챔버(14)에서는 상대적으로 저농도의 응축수를 얻을 수 있게 되고, 상단쪽의 응축수 챔버(14)에서는 상대적으로 고농도의 응축수를 얻을 수 있게 된다.

예를 들면, 상기 제1열교환실(13a)의 온도는 약 95℃ 정도로 설정하고, 제2열교환실(13b)의 온도는 약 85℃ 정도로 설정하고, 제3열교환실(13c)의 온도는 약 65∼75℃ 정도로 설정함으로써, 배출가스 유입구(10)를 통해 열교환기 본체(15)의 내부로 들어온 약 100∼110℃ 정도의 배출가스가 각기 다른 온도로 제어되는 제1열교환실(13a) 내지 제3열교환실(13c)을 차례로 거치는 동안 냉각수와의 열교환이 이루어지면서 배출가스 속에 포함되어 있는 성분 중에 비등점이 높은 것부터 순차적으로 응축되면서 배출가스 챔버(23)와 각 응축수 챔버(14)에 포집될 수 있게 된다.

즉, 배출가스에 포함되어 있는 혼합물질의 성분 중 상대적으로 오염도가 낮고 비등점이 높은 성분의 저농도 응축수가 먼저 응축되고, 계속해서 상대적으로 오염도가 높고 비등점이 낮은 메탄올, 에탄올 등과 같은 유기산은 약 65∼75℃의 온도에서 차례차례 응축되면서 배출가스 챔버(23)나 응축수 챔버(14)에 포집될 수 있게 된다.

그리고, 상대적으로 양이 많은 배출가스 챔버(23)와 제1응축수 챔버(14a) 및 제2응축수 챔버(14b)에 포집된 저농도의 응축수는 폐수처리장으로 보내져 처리될 수 있게 되고, 상대적으로 양이 적은 제3응축수 챔버(14c)에 포집된 고농도의 응축수는 외부 위탁 처리될 수 있게 된다.

또한, 상기 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기는 응축가스 속의 응축수를 좀더 효율적으로 포집하기 위한 수단으로 응축수 포집기(20)를 포함한다.

상기 응축수 포집기(20)는 열교환기 본체(15)에 있는 응축수 챔버(14)의 내부에 설치되어 응축수 챔버(14)로 들어온 응축가스를 물리적인 접촉을 통해 응축하여 포집하는 역할을 하게 된다.

이를 위하여, 상기 응축수 포집기(20)는 직경이 다른 여러 개의 링형 플레이트(21)를 위아래로 일정 간격을 두고 배치한 구조, 예를 들면 상대적으로 직경이 가장 작은 링형 플레이트(21)를 최상단에 배치하고 상대적으로 직경이 점차 커지는 링형 플레이트(21)를 순차적으로 아래쪽으로 배치한 구조로 이루어지게 된다.

이러한 응축수 포집기(20)의 각 링형 플레이트(21)는 다리(26)에 의해 지지되는 구조로 설치될 수 있고, 이때의 응축수 포집기(20)의 저면부는 튜브(16)의 상단보다 높게 위치될 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 튜브(16)를 통해 응축수 챔버(14)의 내부로 유입된 응축가스는 윗쪽으로 흐르면서 응축수 포집기(20)의 각 링형 플레이트(21)에 의한 간섭을 받으면서 접촉되어 응축되고, 결국 링형 플레이트(21)에 표면에 응축되어 맺힌 응축수는 아래로 떨어져 응축수 챔버(14)의 바닥쪽에 모이게 된다.

이렇게 배출가스를 냉각수와의 열교환을 통해 응축하고, 이와 더불어 응축수 포집기(20)를 이용하여 한번 더 응축함으로써, 응축수 포집 효율을 높일 수 있게 된다.

따라서, 이와 같이 구성되는 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기의 전체적인 운전상태를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 유기성폐기물 건조기 설비(미도시)측에서 배출되는 고농도의 배출가스는 배출가스 유입구(10)를 통해 열교환기 본체(15)의 배출가스 챔버(23)로 유입된다.

다음, 상기 열교환기 본체(15)의 내부로 들어온 배출가스는 튜브(16)를 따라 각각의 열교환실(13)과 응축수 챔버(14)를 차례차례 거치면서 윗쪽으로 흐르게 된다.

다음, 상기 튜브(16)를 따라 흐르는 배출가스는 소정의 온도로 유지되는 냉각수가 흐르는 열교환실(13) 구간을 지나는 동안에 냉각수와 열교환이 이루어지면서 응축되고, 이때의 응축된 응축수는 응축수 챔버(14)와 배출가스 챔버(23)에 모이게 된다.

이러한 배출가스 응축 과정에서, 각각 다른 온도로 설정되어 있는 각각의 열교환실(13)에서 열교환이 이루어지는 배출가스 속의 혼합물질의 각 성분은 비등점 차이로 인해 단계적으로 순차 응축되는데, 예를 들면 비등점이 높은 성분부터 비등점이 낮은 성분까지 차례로 응축된다.

다음, 배출가스 챔버(23)와 아래쪽 및 중간의 각 응축수 챔버(14)에 포집된 저농도의 응축수는 응축수 배출구(19)를 통해 배출되어 폐수처리장으로 보내지게 되고, 윗쪽의 응축수 챔버(14)에 포집된 고농도의 응축수는 응축수 배출구(19)를 통해 배출되어 외부로 위탁 처리된다.

이렇게 비등점 차이를 이용하여 배출가스를 최대한 응축함으로써, 저농도의 응축수를 가능한 많이 만들 수 있는 동시에 고농도의 응축수는 상대적으로 적게 만들 수 있고, 결국 저농도 응축수를 이용한 재이용수의 활용도를 높일 수 있는 동시에 고농도 응축수의 위탁 처리 비용을 낮출 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기를 나타내는 단면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기는 건조기 설비측에서 배출되는 배출가스(수분, 유분 등을 포함하는 배출가스)를 응축하는 공간을 제공하는 수단으로 열교환기 본체(15)를 포함한다.

특히, 상기 열교환기 본체(15)의 내부는 위아래의 튜브 시트(12)에 의해 구획되는 열교환실(13)과 응축수 챔버(14)로 조성되고, 이와 더불어 내부 아래쪽은 배출가스 유입구(10)와 통하는 배출가스 챔버(23)로 조성된다.

이에 따라, 상기 열교환실(13)과 응축수 챔버(14)에서는 비등점이 다른 배출가스 속의 각 성분(예컨대, 에탄올, 메탄올 등)이 선택적으로 응축됨과 더불어 농도를 달리하는 응축수가 각각 포집될 수 있게 된다.

바람직한 실시예로서, 상기 열교환실(13)의 내부에는 지그재그 형태로 배치되면서 냉각수의 지그재그 흐름을 유도하는 다수 개의 배플(22)이 설치되며, 이렇게 설치되는 배플(22)은 열교환실(13)의 내부를 흐르는 냉각수의 체류시간을 늘려주는 역할을 하게 되고, 결국 이렇게 냉각수의 체류시간이 늘어남에 따라 냉각수와 배출가스 간의 열교환이 충분히 이루어질 수 있게 된다.

상기 튜브(16)는 원형의 파이프 형태로서, 열교환기 본체(15)의 내부에 형성되어 있는 열교환실(13)을 지나면서 위아래의 배출가스 챔버(23)와 응축수 챔버(14) 사이를 연결하는 구조로 설치된다.

이렇게 설치되는 튜브(16)에 의해 배출가스 챔버(23)와 응축수 챔버(14) 사이가 서로 통할 수 있게 된다.

이러한 튜브(15)는 열교환기 본체(15)의 내부를 열교환실 및 응축수 챔버, 그리고 배출가스 챔버(23)로 구획짓는 튜브 시트(12)에 양단 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.

따라서, 상기 튜브(15)의 내부를 흐르는 배출가스는 열교환실(13)에 속해 있는 구간을 경유하는 동안에 냉각수와의 열교환이 이루어지게 되고, 결국 이러한 열교환을 통해 응축된 응축수는 튜브 내벽을 타고 아래로 떨어져 배출가스 챔버(23)로 포집될 수 있게 된다.

상기 냉각수 입구(17)와 냉각수 출구(18)는 열교환기 본체(15)에 형성되어 있는 열교환실(13)에 설치되며, 이에 따라 냉각수 입구(17)를 통해 들어온 냉각수는 열교환실(13)의 내부를 경유한 후에 냉각수 출구(18)를 통해 빠져나갈 수 있게 된다.

여기서, 상기 열교환실(13)의 내부로 공급되는 냉각수는 보일러, 냉각탑, 펌프 등과 같은 설비(미도시)의 가동과 컨트롤러(미도시)의 제어에 의해 그 온도와 유량이 제어될 수 있게 되고, 특히 열교환실(13)을 순환하는 냉각수의 온도와 유량은 서로 다른 온도 및/또는 유량으로 설정될 수 있게 되며, 그 결과 열교환실(13)의 온도는 각각 다른 설정온도로 제어될 수 있게 된다.

즉, 상기 열교환실(13)의 온도는 냉각수의 유량 및/또는 냉각수의 온도를 컨트롤러가 제어하는 방법으로 각각 다른 온도로 제어될 수 있게 된다.

상기 응축수 배출구(19)는 열교환기 본체(15)에 형성되어 있는 응축수 챔버(14)에 각각 설치되며, 이에 따라 응축수 챔버(14)에 수집되는 응축수는 응축수 배출구(19)를 통해 배출되어 처리될 수 있게 된다.

이와 같이 구성되는 열교환기에서는 배출가스 속의 각 성분이 비등점 차이에 의해 선택적으로 응축될 수 있게 된다.

즉, 상기 열교환기 본체(15)의 내부로 들어온 배출가스는 튜브(16)를 통해 열교환실(13)을 경유하게 되고, 이 과정에서 열교환실(13)의 온도를 다르게 제어하여 배출가스 속에 포함되어 있는 각 성분들의 비등점 차이로 각 성분들을 응축시키게 됨으로써, 배출가스 챔버(23)에는 각기 다른 농도의 응축수를 포집한 후에 배출 처리할 수 있게 된다.

예를 들면, 상기 열교환실(13)의 온도는 약 95℃ 정도, 약 85℃ 정도, 약 65∼75℃ 정도로 각각 설정함으로써, 배출가스 유입구(10)를 통해 열교환기 본체(15)의 내부로 들어온 약 100∼110℃ 정도의 배출가스가 각기 다른 온도로 제어되는 열교환실(13)을 거치는 동안 냉각수와의 열교환이 이루어지면서 배출가스 속에 포함되어 있는 성분 중에 비등점이 높은 것에서부터 비등점이 낮은 것까지 선택적으로 응축되면서 배출가스 챔버(23)에 포집될 수 있게 된다.

즉, 배출가스에 포함되어 있는 혼합물질의 성분 중 상대적으로 오염도가 낮고 비등점이 높은 성분을 응축할 수 있고, 또 상대적으로 오염도가 높고 비등점이 낮은 메탄올, 에탄올 등과 같은 유기산은 약 65∼75℃의 온도에서 응축하여 배출가스 챔버(23)에 포집될 수 있게 된다.

이러한 선택적인 응축과정을 거치면서 높은 열교환실 온도에서는 상대적으로 많은 양의 저농도 응축수를 만들어 폐수처리장으로 보내져 처리될 수 있게 되고, 상대적으로 낮은 열교환실 온도에서는 적은 양의 고농도 응축수를 만들어 외부로 위탁 처리될 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 유기성폐기물 건조과정에서 배출되는 고농도의 응축폐수를 열교환기의 적절한 온도 제어를 통해 열교환시킨 후, 비등점 차이를 이용하여 단계적으로 분리하여 고농도의 응축폐수와 저농도의 응축폐수를 구분하여 처리하는 새로운 형태의 열교환기를 제공함으로써, 고농도 응축폐수의 배출량을 줄여서 외부 위탁 처리비용을 절감할 수 있고, 상대적으로 증가한 저농도 응축폐수를 재이용수로 활용하여 상수도 사용량을 줄일 수 있거나 폐수처리장으로 보내서 폐수처리장의 부하 및 처리비용을 줄일 수 있다.

10 : 배출가스 유입구
11 : 응축가스 배출구
12 : 튜브 시트
13 : 열교환실
14 : 응축수 챔버
15 : 열교환기 본체
16 : 튜브
17 : 냉각수 입구
18 : 냉각수 출구
19 : 응축수 배출구
20 : 응축수 포집기
21 : 링형 플레이트
22 : 배플
23 : 배출가스 챔버
24 : 드레인
25 : 튜브 관통홀
26 : 다리

Claims

하단부에는 배출가스 유입구(10)가 형성되어 있는 동시에 상단부에는 응축가스 배출구(11)가 형성되어 있고, 내부에는 각각의 튜브 시트(12)에 의해 서로 구획되는 복수 개의 열교환실(13)과 응축수 챔버(14)가 형성되어 있으며, 내부의 하단부에는 배출가스 챔버(23)가 형성되어 있는 다단식 구조의 열교환기 본체(15);
상기 열교환기 본체(15)의 각 단의 열교환실(13)을 지나면서 각 응축수 챔버(14) 사이를 연결함과 더불어 배출가스 챔버(23)와 응축수 챔버(14) 사이를 연결하는 다수 개의 튜브(16);
상기 각각의 열교환실(13)의 내부에 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 입구(17) 및 냉각수 출구(18);
상기 각 응축수 챔버(14)에 응축된 응축수를 배출하기 위한 응축수 배출구(19);
를 포함하며,
상기 열교환기 본체(15)의 내부로 들어온 배출가스가 튜브(16)를 통해 각 단의 열교환실(13)을 경유하는 과정에서, 각 단의 열교환실(13)의 온도를 서로 다르게 제어하고, 배출가스 속에 포함되어 있는 각 성분들의 비등점 차이를 이용하여 각 성분들을 순차적으로 응축시킴으로써 응축수를 농도별로 구분하여 배출 처리할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 열교환기 본체(15)의 하단쪽의 열교환실(13)에서부터 상단쪽의 열교환실(13)로 갈수록 열교환실(13)의 온도를 상대적으로 낮게 제어하여, 하단쪽의 응축수 챔버(14)에서는 상대적으로 저농도의 응축수를 얻을 수 있게 되고, 상단쪽의 응축수 챔버(14)에서는 상대적으로 고농도의 응축수를 얻을 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기.
청구항 2에 있어서,
상기 각 열교환실(13)의 온도는 냉각수의 유량 및/또는 냉각수의 온도를 컨트롤하는 방법을 이용하여 제어하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 응축수 챔버(14)의 내부에는 응축수 포집을 위한 응축수 포집기(20)가 설치되고, 상기 응축수 포집기(20)는 직경이 다른 여러 개의 링형 플레이트(21)를 위아래로 일정 간격을 두고 배치함과 더불어 가장 윗쪽의 직경이 작은 것에서부터 가장 아래쪽의 직경이 큰 것의 순서로 상하 배치한 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 열교환실(13)의 내부를 순환하는 냉각수의 체류시간을 늘려주는 수단으로서, 열교환실(13)의 내부에 지그재그 형태로 배치되면서 냉각수의 지그재그 흐름을 유도하는 다수 개의 배플(22)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 건조시스템의 열교환기.
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