KR102383638B1 - 피건조물 건조 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면은, 수분을 함유한 피건조물이 놓이는 베이스; 상기 베이스의 상방을 덮는 투광성의 반구형 돔; 및 상기 베이스의 상방에 수직방향 회전축을 중심으로 방사상으로 연장된 블레이드를 구비하여 회전가능하게 배치되는 프로펠러;를 포함하며, 상기 프로펠러의 회전을 통해 상기 블레이드는 상기 베이스 상에 상기 피건조물이 고르게 분포될 수 있도록 하고, 상기 반구형 돔은 태양의 복사에너지를 투과시켜 상기 피건조물을 건조시키는, 피건조물 건조 시스템을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 건조 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수분을 함유하고 있는 피건조물을 건조하기 위한 피건조물 건조 시스템에 관한 것이다.
수분을 함유하고 있는 피건조물의 건조는 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.
자연 건조의 대표적인 방법으로는 태양열 및/또는 자연풍에 의한 건조를 예로 들 수 있는데, 이는 태양이 떠 있는 동안, 바람이 부는 동안 등으로 시간적, 기후적인 조건에 의해 제한되는 한계가 있다.
인공 건조는 건조 공간을 고온화하여 열에 의해 피건조물을 건조시키는 방법인데, 일반적으로 화력, 원자력 등을 이용하여 건조 공간을 직접 가열하거나, 화력, 원자력 등을 이용하여 물 등 유체를 가열하여 가열된 유체와의 열교환을 통해 건조 공간을 간접적으로 가열하는 방식이 이용된다. 이러한 인공 건조 방식은 화력, 원자력 등을 이용하기 위한 재원의 낭비 및 이 과정에서 유발되는 환경 오염과 같은 한계가 존재한다.
일반적으로 전체 에너지 수요의 약 80%는 화석연료에 의존하고 있으며, 화석연료 중 약 50%는 석탄에 의존하고 있다. 국내도 전체 전력 생산의 약 30% 정도는 계속 석탄으로 유지되고 있다. 환경문제가 21세기의 중요한 테마로 부상하면서 화석연료 사용에 의한 유해 대기오염물질의 배출이 문제가 되고 있으며 그 규제는 점차 강화되어, 최근에는 SO2와 NOx에 강화된 규제가 적용되고 있고, CO2 규제도 2013년부터는 구체화되고 있다.
바이오메스는 석탄과 석유 다음으로 세계에서 바이오메스는 석탄과 석유 다음으로 세계에서 세 번째로 풍부한 에너지원이다. 세계 에너지의 약 14%에 해당하는 1,250백만 TOE를 차지하고 있으며, 개발도상국은 전체 에너지의 약 35%를 바이오메스로 공급하고 있고, 선진국도 중요한 에너지원으로 자리 잡고 있어서 미국은 약 70백만 TOE, 유럽은 국가마다 다르지만 약 20∼40백만 TOE를 바이오메스가 공급하고 있다. 바이오메스에는 전통적인 농림부산물과 에너지작물(Energy Crop)이 포함되며 화석연료를 제외한 하수슬러지, 폐기물 등이 모두 포함된다.
특히, 생활폐기물인 하수슬러지에 관해 세계 각국에서 하수슬러지 혼합연소 연구결과, 대규모의 미분탄 발전소에 적용하는 경우 발전소에 유효할 뿐만 아니라 환경적으로도 매우 유효하다는 결론이 도출되었다.
우리나라는 2001년 7월부터 일정규모 이상의 배출시설에서 발생하는 하수슬러지는 직매립을 금지하고 있다. 최근에는 하수슬러지 처리규제의 강화에 따라 폐기처분하여야 할 폐기물에서 가연성 유기물질을 다량 함유하고 있는 하수슬러지 특성을 이용하여 자원으로 재활용하려는 추세에 있으며, 하수슬러지 대신 바이오 고형물(Biosolids)로 칭하기도 한다.
특히 발전회사들은 하수슬러지 연료전용 발전소 건설을 목표로 하여, 하수 하수슬러지탄 연료화에 대한 석탄화력 발전소 현장 적용을 위해 전력연구원과 공동연구 중에 있다. 그러나, 국내에서 년간 650만 톤가량 발생하는 하·폐수 하수슬러지를 주축으로 한 유기성 하수슬러지의 대부분이 함수율이 70∼80%여서 곧바로 연료로 활용할 수 없어 효율적인 건조과정을 거칠 필요가 있다.
한편, 하수슬러지는 건조 과정에서 암모니아 악취가 발생할 수 있으므로, 일반적인 자연 건조 방식이 적합하지 않을 수 있으며, 일반적인 인조 건조 방식은 고열 제공을 위한 재원 및 설비 등의 낭비로 인해 비용이 많이 드는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 친환경 신재생에너지를 이용할 수 있는 피건조물 건조 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 수분을 함유한 피건조물이 놓이는 베이스; 상기 베이스의 상방을 덮는 투광성의 반구형 돔; 및 상기 베이스의 상방에 수직방향 회전축을 중심으로 방사상으로 연장된 블레이드를 구비하여 회전가능하게 배치되는 프로펠러;를 포함하며, 상기 프로펠러의 회전을 통해 상기 블레이드는 상기 베이스 상에 상기 피건조물이 고르게 분포될 수 있도록 하고, 상기 반구형 돔은 태양의 복사에너지를 투과시켜 상기 피건조물을 건조시키는, 피건조물 건조 시스템을 제공할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 베이스의 상면은 태양의 복사에너지를 흡수할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 베이스의 상면의 색상은 블랙인 것이 바람직하다.
본 실시예에 있어서, 상기 베이스에는 소정의 방향을 따라 나열되어 있는 복수의 제1 모세 유관을 구비하는 제1 모세 유관 모듈이 내설되어 있으며, 상기 제1 모세 유관 내부에는 상기 제1 모세 유관을 매개로 상기 베이스와 열교환되는 유체가 흐를 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 베이스 상면에는 고온 가스가 흐르는 가스관이 배치되며, 상기 가스관의 상부에는 고온 가스가 토출될 수 있도록 토출공이 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 반구형 돔은, 상부에 형성된 개구부 및 상기 개구부를 개폐할 수 있는 덮개를 포함하며, 상기 덮개는 상기 개구부의 폐쇄를 해제하여 상기 피건조물의 건조를 통해 증발된 증기를 외부로 배출할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 반구형 돔은, 상기 피건조물의 건조를 통해 증발된 증기의 악취를 제거하기 위해 상기 개구부 내측에 중화액을 분사하는 중화액분사유닛을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 블레이드는 상기 블레이드의 연장 방향과 평행한 방향의 중심축을 중심으로 소정 각도로 틸팅 제어될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 프로펠러는 상기 수직방향 회전축의 연장방향을 따라 상하 방향으로 이동가능할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 베이스 및 상기 반구형 돔의 외부에 배치된 패널과, 상기 패널의 배면에 소정의 방향을 따라 나열된 제2 모세 유관을 구비하는 제2 모세 유관 모듈을 포함하는 유체 가열 유닛을 더 포함하며, 상기 제2 모세 유관 내부에는 상기 제2 모세 유관을 매개로 상기 패널과 열교환되어 가열되는 유체가 흐르며, 상기 제2 모세 유관 내부에서 가열된 유체는 상기 제1 모세 유관 모듈로 공급될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 패널은 태양전지 패널 및 정면의 색상이 블랙이고 건물의 외벽을 구성하는 블랙월 중 적어도 하나일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 모세 유관 모듈로부터 유체를 공급받아 임시 저장하고 상기 제1 모세 유관 모듈에 유체를 공급하는 유체 저장조를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 모세 유관 모듈로부터 공급되는 유체 또는 지하수를 가열할 수 있는 히트펌프를 더 포함하며, 상기 제2 모세 유관 내부에서 가열된 유체의 온도가 기설정된 온도 이하인 경우에는 히트펌프를 가동시켜 상기 히트펌프를 통해 가열된 유체를 상기 제1 모세 유관 모듈로 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 피건조물 건조 시스템에 따르면, 반구형 돔을 통해 태양의 복사에너지를 투과시켜 피건조물을 건조시킬 수 있으므로, 외부로의 악취 등의 발생을 최소화하며 태양광을 이용한 자연건조를 통해 피건조물을 건조시킬 수 있는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피건조물 건조시스템을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 반구형 돔의 개구부가 폐쇄된 상태를 도시하였고, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 반구형 돔의 개구부가 개방된 상태를 도시하였다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 반구형 돔의 개구부를 확대 도시한 도면이고, 도 3의 (b)는 중화액분사유닛을 통해 반구형 돔의 개구부 내측에 중화액이 분사되는 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 피건조물 건조시스템의 돔형 유닛 내부를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러의 여러가지 모드에 대한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모세 유관 모듈의 여러가지 실시 형태를 도시한 도면이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스관 모듈의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가열 유닛이 구비되는 형태의 여러가지 예를 도시한 도면이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 반구형 돔의 개구부가 폐쇄된 상태를 도시하였고, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 반구형 돔의 개구부가 개방된 상태를 도시하였다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 반구형 돔의 개구부를 확대 도시한 도면이고, 도 3의 (b)는 중화액분사유닛을 통해 반구형 돔의 개구부 내측에 중화액이 분사되는 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 피건조물 건조시스템의 돔형 유닛 내부를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러의 여러가지 모드에 대한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모세 유관 모듈의 여러가지 실시 형태를 도시한 도면이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스관 모듈의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가열 유닛이 구비되는 형태의 여러가지 예를 도시한 도면이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피건조물 건조시스템(1000)은 수분이 함유된 피건조물을 건조시키기 위한 시스템으로서, 돔형 유닛(200), 돔형 유닛(200) 내부로 열교환유체를 공급하는 공급라인(300)과, 돔형 유닛(200)으로부터 열교환유체를 배출하는 배출라인(400)을 포함할 수 있다.
피건조물은 수분이 함유된 물질로서, 필요에 따라 소정의 수분의 제거가 요구되는데, 이 때 본 발명의 일 실시예에 따른 피건조물 건조시스템(1000)이 이용될 수 있다. 피건조물은 예를 들어, 수분이 함유된 하수슬러지일 수 있다. 본 발명의 설명에서 피건조물은 하수슬러지 것을 중심으로 설명하기로 한다.
피건조물 건조시스템(1000)은 외부로부터 돔형 유닛(200)으로 피건조물을 공급하기 위한 피건조물 공급라인(100)을 포함할 수 있다.
피건조물 공급라인(100)은 외부로부터 반입되는 피건조물을 임시 저장하는 피건조물 저장 탱크(110), 피건조물 저장 탱크(110)로부터 피건조물을 배출하기 위한 진공펌프(120), 진공펌프(120)를 통해 피건조물 저장 탱크(110)로부터 배출된 피건조물을 압축하여 예비 탈수하는 압축기(130) 및 압축기(130)를 통해 예비탈수된 피건조물을 이송하는 컨베이어 라인(140)을 포함할 수 있다.
돔형 유닛(200)은 베이스(210), 반구형 돔(dome, 220), 프로펠러(230), 응축용 열교환기(240), 제1 모세 유관 모듈(250) 및 가스관 모듈(260)을 포함할 수 있다.
베이스(210)는 수분을 함유한 피건조물이 놓일 수 있는 구조물일 수 있다. 베이스(210)는 콘크리트 공법에 의해 형성될 수 있다. 베이스(210)에 놓이는 피건조물은 피건조물 공급라인(100)의 컨베이어 라인(140)을 통해 이송되어 베이스(210) 상에 공급될 수 있다.
베이스(210)는 평면 방향 기준으로 대략 원형으로 형성될 수 있다. 베이스(210)의 상면의 중앙부에는 상방을 향하여 중앙측 돌출부(210a)가 형성될 수 있다. 이러한 중앙측 돌출부(210a)에는 후술하는 프로펠러(230)의 제1회전중심축(232)이 배치될 수 있다. 베이스(210)의 상면의 중앙부를 중심으로 소정 반경 떨어진 지점에는 상방을 향하여 원주 방향을 따라 외각측 돌출부(210b)가 형성될 수 있다. 이러한 외각측 돌출부(210b)는 후술하는 프로펠러(230)의 지지부(235)가 놓일 수 있는 구조를 제공할 수 있다.
중앙측 돌출부(210a) 및 외각측 돌출부(210b) 사이는 중앙측 돌출부(210a)와 외각측 돌출부(210b)에 의해 둘러쌓여 피건조물 공급라인(100)을 통해 이송되어 공급되는 피건조물이 안착될 수 있는 안착공간(211)이 형성될 수 있다. 안착공간(211) 일측에는 건조완료된 피건조물이 배출될 수 있는 배출구가 구비될 수 있다.
반구형 돔(220)은 베이스(210)의 상방을 덮는 투광성의 구조물일 수 있다. 이러한 반구형 돔(220)은 골격을 형성하는 프레임(221) 및 프레임(221)에 의해 지지되는 외피(222)를 포함할 수 있다.
프레임(221)은 소정의 중심점을 중심으로 원주방향을 따라 복수개 나열되는 원호 형상의 프레임(221a)을 포함할 수 있다.
외피(222)는 투광성 소재로 구성되고 프레임(221) 외부에 배치되어 프레임(221)에 의해 지지될 수 있다. 외피(222)는 투명 또는 반투명일 수 있으며 태양의 복사에너지를 투과시킬 수 있으면 어떠한 소재라도 이용될 수 있다. 이러한 외피(222)는 인접하는 2개의 원호 형상의 프레임(221a) 사이에 배치될 수 있는 단위체로 구성되어 복수 개가 마련될 수 있다.
프로펠러(230)는 베이스(210)의 상방에 수직방향 회전축(231)을 중심으로 방사상으로 연장된 블레이드(233)를 구비하여 회전가능하게 배치될 수 있다. 구체적으로, 프로펠러(230)의 수직방향 회전축(231)은 베이스(210)의 중앙측 돌출부(210a)에 배치된 제1회전중심축(232)을 중심으로 회전가능하게 배치될 수 있다.
프로펠러(230)의 회전을 통해 블레이드(233)는 베이스(210)의 안착공간(211) 상에 피건조물이 고르게 분포될 수 있도록 할 수 있다. 구체적으로, 블레이드(233)의 폭 방향 일단부는 피건조물 측에 인접하여 프로펠러(230)와 함께 회전하는데, 이 때 폭 방향 일단부는 피건조물을 쓸면서 베이스(210)의 안착공간(211) 상에 고르게 펼치게 된다. 블레이드(233)의 폭 방향 일단부는 연속적으로 반복 배치되는 요철(233a)을 구비하여 요철(233a)에 의해 뭉쳐 있는 피건조물, 예를 들어 하수슬러지 덩어리들을 으깰 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이렇게 베이스(210)의 안착공간(211) 상에 피건조물이 고르게 분포되면, 반구형 돔(220)은 외피(222)를 통해 태양의 복사에너지를 투과시켜 피건조물을 건조시킬 수 있다.
베이스(210)의 상면은 태양의 복사에너지를 흡수할 수 있도록 구성될 수 있다. 이 경우 피건조물은 반구형 돔(220)의 외피를 통해 투과되어 상방에서 전달되는 태양의 복사에너지에 의해 건조되기도 하지만, 그 태양 복사에너지를 흡수하여 데워지는 베이스(210)의 상면에 의해 건조될 수도 있다. 베이스(210)의 상면의 색상은 태양의 복사에너지를 잘 흡수할 수 있도록 블랙인 것이 바람직하다. 예를 들어, 베이스(210)의 상면에는 블랙 계열의 페인트가 도포될 수 있다.
베이스(210)에는 소정의 방향을 따라 나열되어 있는 복수의 제1 모세 유관(251)을 구비하는 제1 모세 유관 모듈(250)이 내설될 수 있다. 복수의 제1 모세 유관(251)은 직경이 수 mm 수준으로 얇게 형성되어 복수의 제1 모세 유관을 복수 개로 나열시 촘촘히 배치시킬 수 있어 베이스(210)와의 열교환 면적을 넓힐 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 모세 유관(251)은 직경이 3 내지 4 mm 로서, 상호 중심 사이의 거리를 10 mm 로 하여 복수 개 나열될 수 있다. 복수의 제1 모슈 유관(251)은 성형의 용이성, 플렉서블한 특성을 위하여 열가소성 폴리머, 예를 들어, 폴리에틸린렌(PE), PE-RT(PE-raised temperature 또는 PE-RT), 폴리프로필렌(PP), 롤리프로필렌 랜덤 공중합체(PP-R) 등과 같은 소재로 제조될 수 있다.
복수의 제1 모세 유관(251)은 길게 연장되어 있는 프레임관(252)을 따라 나열되어 일단부가 프레임관(252)의 측부에 연결될 수 있다. 일 예로, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 모세 유관(251)은 두 개의 프레임관(252a, 252b) 사이에 프레임관(252)의 길이 방향을 따라 나열되되 양단부는 각각 두 개의 프레임관(252a, 252b) 각각의 측부에 연결될 수 있다. 다른 예로, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 모세 유관(251) 각각은 U자형으로 벤딩되어 서로 인접하게 평행 두 개의 프레임관(252a, 252b) 각각의 측부에 연결될 수 있다. 이러한 제1 모세 유관 모듈(250)은 복수 개 마련되어 베이스(210) 상에 내설될 수 있다.
제1 모세 유관(251) 내부에는 제1 모세 유관(251)을 매개로 베이스(210)와 열교환되는 유체가 흐를 수 있다. 구체적으로, 두 개의 프레임관(252a, 252b) 중 어느 하나(252a)로 외부에서 유체가 유입되면 그 유체는 측부에 연결된 복수의 제1 모세 유관(251)의 내부를 따라 이동하여 베이스(210)와 열교환될 수 있다. 두 개의 프레임관(252a, 252b) 중 어느 하나(252a)로 유입되는 유체는 미리 가열되어 복수의 제1 모세 유관(251)을 통해 이동하며 베이스(210)와 열교환되어 베이스(210)가 높은 온도를 유지할 수 있도록 한다. 또한, 태양이 떠 있는 동안 베이스(210)의 상면은 태양의 복사에너지를 흡수하여 복수의 제1 모세 유관(251) 내부의 유체를 가열하며, 이렇게 가열된 유체는 베이스(210)의 상면 및 기타 부분과 열교환하여 베이스(210)가 높은 온도를 유지할 수 있도록 한다. 이로써, 베이스(210)에 의한 피건조물의 시간 당 건조효율은 향상될 수 있다. 복수의 제1 모세 유관(251)을 통해 이동하는 유체는 두 개의 프레임관(252a, 252b) 중 다른 하나(252b)로 배출될 수 있다.
베이스(210) 상에는 피건조물을 건조하기 위해 가스를 공급할 수 있는 가스관 모듈(260)이 구비될 수 있다.
가스관 모듈(260)은 고온 가스가 흐르는 가스관(261) 및 프레임관(262)을 포함할 수 있다.
한편, 베이스(210)의 안착공간(211) 상부에는 가스관 모듈(260)이 삽입 및 고정될 수 있는 안착홈(211a)이 형성될 수 있다.
가스관(261)은 복수 개 구비되어 두 개의 프레임관(262a, 262b) 사이에 프레임관(262a 262b)의 길이 방향을 따라 나열될 수 있다. 가스관(261) 양단부는 각각 두 개의 프레임관(262a, 262b) 각각의 측부에 연결될 수 있다. 두 개의 프레임관(262a, 262b) 중 어느 하나(262a)로 외부에서 가스가 유입되면 그 가스는 측부에 연결된 복수의 가스관(261)의 내부를 따라 이동하고 후술하는 토출공(261a)을 통해 배출된 가스를 제외한 잔여 가스는 두 개의 프레임관(262a, 262b) 중 나머지 하나(262b)로 배출될 수 있다.
가스관(261)의 상부에는 고온 가스가 토출될 수 있도록 토출공(261a)이 형성될 수 있다. 가스관(261)은 토출공(261a)을 개폐할 수 있는 마개(261b), 마개(261b)의 이동 거리를 제한하기 위해 마개(261b)와 가스관(261)의 일측 사이를 연결하는 탄성부재(261c) 및 탄성부재(261c)의 탄성변형 경로를 가이드하는 가이드부(261d)를 포함할 수 있다.
가스관(261) 내부로의 고온 가스 이동으로 토출공(261a) 부근에서 내부 압력이 외부 압력 및 탄성부재(261c)에 마개(261b)에 대한 단위면적 당 지지력의 합보다 높은 경우에는 마개(261b)는 상부로 이동하여 토출공(261a)이 개방될 수 있다. 이로 인해 고온 가스는 토출공(261a)을 통해 토출되어 피건조물에 고온 열량을 제공하며 피건조물이 건조될 수 있도록 한다. 아울러, 고온 가스는 상방으로 고압 분사되기 때문에 피건조물 내에 뭉쳐져 있는 덩어리들을 상방으로 불어내어 비산되도록 함으로써 덩어리들이 잘게 쪼개질 수 있도록 할 수 있다.
탄성부재(261c)는 스프링 부재로 구비될 수 있다. 아울러, 가이드부(261d)는 스프링 부재의 내측 공간에 길게 연장된 로드로 구비되어 스프링 부재의 탄성 변형 및/또는 복원에 의한 변형 경로를 가이드할 수 있다. 한편, 고온 가스의 공급이 중단되는 경우에는 탄성부재(261c)의 탄성 복원에 의해 마개(261b)는 하방으로 이동하여 토출공(261a)을 폐쇄할 수 있다.
반구형 돔(220)은 상부에 형성된 개구부(223) 및 개구부(223)를 개폐할 수 있는 덮개(224)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 개구부(223)는 링형 프레임(221b)로 구현될 수 있다. 링형 프레임(221b)의 외측에는 원호 형상의 프레임(221a)이 연결될 수 있다.
덮개(224)는 개구부(223)를 둘러싸는 돌출부(223a)에 힌지 결합될 수 있다. 이러한 덮개(224)는 개구부(223)의 폐쇄를 해제하여 피건조물의 건조를 통해 증발된 증기를 외부로 배출할 수 있다.
반구형 돔(220)은 피건조물의 건조를 통해 증발된 증기의 악취를 제거하기 위해 개구부(223) 내측에 중화액을 분사하는 중화액분사유닛(225)을 더 포함할 수 있다. 피건조물이 예를 들어, 하수슬러지인 경우 건조 과정에서 암모니아 등의 악취가 발생할 수 있는데, 이 때 중화액분사유닛(225)은 중화액을 분사하여 암모니아 등의 악취와 중화반응을 일으켜 악취를 제거할 수 있다. 여기서, 중화액은 악취를 유발하는 성분과 중화반응을 일으킬 수 있다면 그 어떠한 성분도 이용될 수 있다.
중화액분사유닛(225)은 링형 프레임(221b)의 둘레를 따라 복수 개 배치되는 노즐부(225a) 및 노즐부(225a)에 중화액을 공급하는 중화액 공급라인(225b)을 포함할 수 있다.
블레이드(233)는 그 연장 방향과 평행한 방향의 중심축을 중심으로 소정 각도로 틸팅 제어될 수 있다. 프로펠러(230)는 블레이드(233)의 연장 방향과 평행한 방향의 제2회전중심축(234)을 포함할 수 있다. 블레이드(233)는 제2회전중심축(234)과 일체화되거나 제2회전중심축(234)에 대하여 상대회전 가능하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 제2회전중심축(234)은 그 연장방향을 중심으로 회전하지 않고 일단부가 수직방향 회전축(231)에 연결되는 형태인 것을 중심으로 설명하기로 한다.
블레이드(233)는 그 일면이 베이스(210)의 상면과 수직한 상태로 틸팅된 제1모드(도 5의 (a) 및 (b) 참조)로 구동될 수 있다. 특히 피건조물이 외부로부터 공급되어 안착공간(211)에 투입되는 경우에는 블레이드(233)의 요철(233a)이 있는 단부가 하방을 향하도록 하여 안착공간(211) 상에 피건조물을 고르게 펼치며 피건조물 덩어리들도 으깰 수 있도록 할 수 있다.
이후 블레이드(233)는 그 일면이 베이스(210)의 상면과 수직하지도 않고 평행하지 않은 상태로 틸팅된 제2모드(도 5의 (d))로 구동될 수 있다. 이 상태에서 프로펠러(230)가 회전하는 경우에는 반구형 돔(220) 내부에서 상승기류를 형성하여 피건조물에서 증발되는 증기의 상방으로의 배출을 빠른 속도로 유도할 수 있다.
블레이드(233)는 그 일면이 베이스(210)의 상면과 평행한 상태로 틸팅된 제3모드(도 5의 (c))로 구동될 수도 있다. 가스관(261)에서 토출되는 고온 가스에 의해 피건조물의 일부 뭉쳐있는 덩어리들은 상방으로 떠오를 수 있는데, 덩어리들 중 일부는 표면만 건조되어 있고 내부에는 수분을 함유한 알갱이들도 있을 수 있다. 제3모드 상태에서 프로펠러(230)에 의해 회전하는 블레이드(233)는 그 일면이 넓게 펼쳐져 있기 때문에 피건조물 알갱이들이 블레이드(233)에 부딪혀 블레이드(233)를 넘어 상승하는 것을 방지할 수 있다. 또한 블레이드(233)와의 충격에 의해 겉표면만 건조된 상태의 알갱이들을 분쇄함으로써 내부에 함유된 수분이 다시 베이스(210) 상에서 건조될 수 있도록 유도할 수 있다.
제2회전중심축(234)의 수직방향 회전축(231) 측 일단부와 반대 측에 위치한 타단부에는 베이스(210)의 외각측 돌출부(210b) 사이에 배치되는 지지부(235)가 구비될 수 있다. 블레이드(233)는 제1회전중심축(232)을 중심으로 회전하는데, 이 때 블레이드(233), 제2회전중심축(234) 및 지지부(235)도 함께 제1회전중심축(232)을 중심으로 회전한다. 이러한 회전시 지지부(235)는 제2회전중심축(234) 및 블레이드(233)가 쳐지는 것을 방지할 수 있다.
프로펠러(230)는 수직방향 회전축(231)의 연장 방향을 따라 상하 방향으로 이동 가능할 수 있다. 이러한 이동 방식은 수직방향 회전축(231) 자체가 제1회전중심축(232)에 대해 상하 방향으로 이동하거나 또는 블레이드(233)가 수직방향 회전축(231)에 대해 상하 방향으로 이동함으로써 구현될 수 있다.
반구형 돔(220) 내부에는 응축용 열교환기(240)가 배치될 수 있다. 응축용 열교환기(240)는 피건조물로부터 증발된 증기와 열교환하여 응축수를 생성함으로써, 응축수를 통해 피건조물로부터 증발된 증기를 배출하게 할 수 있다.
공급라인(300)은 돔형 유닛(200) 내부로 열교환유체를 공급할 수 있다. 구체적으로, 공급라인(300)은 프레임관(252a)과 연결되어 베이스(210)에 내설되어 있는 제1 모세 유관 모듈(250) 내부로 열교환유체를 공급할 수 있다.
배출라인(400)은 돔형 유닛(200)으로부터 열교환유체를 배출하는 배출할 수 있다. 구체적으로, 배출라인(400)은 프레임관(252b)와 연결되어 베이스(210)에 내설되어 있는 제1 모세 유관 모듈(250)으로부터 열교환유체를 배출할 수 있다.
피건조물 건조시스템(1000)은 공급라인(300)을 통해 돔형 유닛(200) 내부로 열교환유체가 공급되기 전에 열교환유체를 가열할 유체 가열 유닛(500)을 더 포함할 수 있다.
유체 가열 유닛(500)은 돔형 유닛(200)의 외부에 배치된 패널과, 패널(511, 512)의 배면에 소정의 방향을 따라 나열된 제2 모세 유관을 구비하는 제2 모세 유관 모듈(520)을 포함할 수 있다.
패널은 돔형 유닛(200)의 외부, 구체적으로 베이스(210) 및 반구형 돔(220)의 외부에 배치될 수 있다. 패널은 태양전지 패널(511) 및 색상이 블랙이고 건물의 외벽을 구성하는 블랙월(512) 중 적어도 하나일 수 있다.
제2 모세 유관 모듈(520)의 대부분의 구성 및 구조는 제1 모세 유관 모듈(250)과 같을 수 있다.
일 실시 형태인 태양전지 패널(511)은 태양광에 의해 전력 생산시 열이 발생하는데 태양전지 패널(511)의 온도가 높아지면 높아질수록 전력 생산 효율이 떨어질 수 있다. 태양전지 패널(511)의 배면에 제2 모세 유관 모듈(520)을 배치하여 제2 모세 유관 내부에 유체를 공급하면 이 유체는 제2 모세 유관을 매개로 태양전지 패널(511)과 열교환되어 태양전지 패널(511)을 냉각할 수 있다. 이러한 열교환에 의해 유체는 가열될 수 있다.
다른 실시 형태인 블랙월(512)은 건물의 외벽을 구성하되 색상이 블랙이므로 태양 복사에너지를 잘 흡수할 수 있다. 블랙월(512)의 배면에 제2 모세 유관 모듈(520)을 배치하여 제2 모세 유관 내부에 유체를 공급하면 이 유체는 제2 모세 유관을 매개로 블랙월(512)과 열교환되어 태양 복사에너지를 간접적으로 흡수하고 이러한 열교환에 의해 유체는 가열될 수 있다.
제2 모세 유관 내부에서 가열된 유체는 공급라인(300)을 통해 제1 모세 유관 모듈(250)로 공급될 수 있다. 제1 모세 유관 모듈(250)로부터 배출된 유체는 배출라인(400)을 통해 제2 모세 유관 모듈(520)로 공급될 수 있다.
피건조물 건조시스템(1000)은 제2 모세 유관 모듈(520)로부터 공급되는 유체를 공급받아 임시 저장하고 제1 모세 유관 모듈(250)에 유체를 공급하는 유체 저장조(600)를 더 포함할 수 있다.
돔형 유닛(200)의 반구형 돔(220)은 태양이 떠 있는 동안에는 외피(222)를 통해 태양광이 투과되어 베이스(210) 상에 태양의 복사에너지를 공급할 수 있지만, 태양이 떠 있지 않는 동안에는 베이스(210) 상에 태양의 복사에너지를 공급하기 어렵다. 태양이 떠 있지 않는 동안에는 피건조물의 건조 효율이 떨어질 수 있는데, 이를 보완하기 위하여 제1 모세 유관 모듈(250)에는 태양이 떠 있는 동안보다 더 높은 온도의 유체를 공급하거나, 비슷한 온도의 유체를 공급하더라도 공급유속을 높여 빠른 순환이 이루어질 수 있도록 하여, 베이스(210) 상에 단위시간당 공급열량을 태양이 떠 있는 동안의 수준에 근접하도록 할 수 있다.
비슷한 온도의 유체를 공급하더라도 공급유속을 높여 빠른 순환이 이루어질 수 있도록 하기 위해서는 제2 모세 유관 모듈(520)을 통해 가열된 유체를 예비적으로 다량 확보할 필요가 있다. 유체 저장조(600는 제2 모세 유관 모듈(520)을 통해 가열된 유체를 임시 저장하고 필요에 따라 제1 모세 유관 모듈(510)로 공급 유량 및 유속을 조절해가며 유체를 공급할 수 있다.
한편, 제2 모세 유관 모듈(520)을 통한 유체의 가열도 태양이 떠 있지 않는 동안 또는 겨울에는 그 효과가 미비할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 피건조물 건조시스템(1000)은 제2 모세 유관 모듈(520)로부터 공급되는 유체 또는 지하수를 가열할 수 있는 히트펌프(700)를 더 포함할 수 있다.
제2 모세 유관 내부에서 가열된 유체의 온도가 기설정된 온도 이하인 경우에는 히트펌프(700)를 가동시켜 히트펌프(700)를 통해 가열된 유체를 제1 모세 유관 모듈(250)로 공급할 수 있다.
돔형 유닛(200) 내에서 베이스(210)는 65 ℃ 내지 95 ℃ 를 유지할 필요가 있는데, 제2 모세 유관 내부에서 가열된 유체의 온도가 65 ℃ 이하라면 제1 모세 유관 모듈(250)으로 공급된 유체는 피건조물의 건조를 위한 온도에 적합하지 않을 수 있다.
이 경우에는 히트펌프(700)를 작동시켜 제2 모세 유관 모듈(520)로부터 공급되는 유체의 온도를 적어도 65 ℃ 보다 크게 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 피건조물 건조 시스템에 따르면, 반구형 돔을 통해 태양의 복사에너지를 투과시켜 피건조물을 건조시킬 수 있으므로, 외부로의 악취 등의 발생을 최소화하며 태양광을 이용한 자연건조를 통해 피건조물을 건조시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 피건조물 건조 시스템에 따르면, 열교환 면적을 넓게 형성할 수 있는 모세 유관 모듈을 이용하여 베이스가 높은 온도를 유지할 수 있도록 함으로써, 태양광을 이용한 자연건조를 보조하며 피건조물을 효율적으로 건조시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 피건조물 건조 시스템에 따르면, 모세 유관 모듈에 공급되는 유체는 돔형 유닛 외부에서 별도의 모세 유관 모듈을 통해 태양광에 에너지를 직간접적으로 흡수한 유체가 이용되므로, 인공적인 에너지 투입을 최소화하며 피건조물을 효율적으로 건조시킬 수 있는 장점이 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1000: 피건조물 건조시스템
100: 피건조물 공급라인
200: 돔형 유닛
210: 베이스
220: 반구형 돔
223: 개구부
224: 덮개
225: 중화액분사유닛
230: 프로펠러
233: 블레이드
240: 응축용 열교환기
250: 제1 모세 유관 모듈
251: 제1 모세 유관
260: 가스관 모듈
261: 가스관
261a: 토출공
261b: 마개
261c: 탄성부재
300: 공급라인
400: 배출라인
500: 유체 가열 유닛
511: 태양전지 패널
512: 블랙월
520: 제2 모세 유관 모듈
600: 유체 저장조
700: 히트펌프
100: 피건조물 공급라인
200: 돔형 유닛
210: 베이스
220: 반구형 돔
223: 개구부
224: 덮개
225: 중화액분사유닛
230: 프로펠러
233: 블레이드
240: 응축용 열교환기
250: 제1 모세 유관 모듈
251: 제1 모세 유관
260: 가스관 모듈
261: 가스관
261a: 토출공
261b: 마개
261c: 탄성부재
300: 공급라인
400: 배출라인
500: 유체 가열 유닛
511: 태양전지 패널
512: 블랙월
520: 제2 모세 유관 모듈
600: 유체 저장조
700: 히트펌프
Claims (13)
- 수분을 함유한 피건조물이 놓이는 베이스;
상기 베이스의 상방을 덮는 투광성의 반구형 돔; 및
상기 베이스의 상방에 수직방향 회전축을 중심으로 방사상으로 연장된 블레이드를 구비하여 회전가능하게 배치되는 프로펠러;를 포함하며,
상기 프로펠러의 회전을 통해 상기 블레이드는 상기 베이스 상에 상기 피건조물이 고르게 분포될 수 있도록 하고,
상기 반구형 돔은 태양의 복사에너지를 투과시켜 상기 피건조물을 건조시키며,
상기 블레이드는 복수의 모드 중 하나의 모드로 선택되어 상기 블레이드의 연장 방향과 평행한 방향의 중심축을 중심으로 소정 각도를 유지할 수 있도록 틸팅 제어될 수 있으며,
상기 복수의 모드는 상기 블레이드의 일면이 베이스의 상면과 수직한 상태로 틸팅된 제1모드, 상기 블레이드의 일면이 베이스의 상면과 수직하지도 않고 평행하지 않은 상태로 틸팅된 제2모드 및 일면이 베이스의 상면과 평행한 상태로 틸팅된 제3모드를 포함하며,
상기 제2모드는 상기 반구형 돔 내부에서 상승기류를 형성하여 상기 피건조물에서 증발되는 증기의 상방으로의 배출 속도를 증가시킬 수 있도록 선택되며,
상기 제3모드는 상승하는 상기 피건조물 상의 알갱이들이 상기 블레이드의 일면 또는 배면에 부딪혀 더 이상 상승하는 것을 저감하고 분쇄될 수 있도록 선택되며,
상기 베이스 상면에는 고온 가스가 흐르는 가스관이 배치되며,
상기 가스관의 상부에는 고온 가스가 토출될 수 있도록 토출공이 형성되어 있으며,
상기 가스관은 토출공을 개폐할 수 있는 마개, 상기 마개의 이동 거리를 제한하기 위해 상기 마개와 상기 가스관의 일측 사이를 연결하는 탄성부재 및 상기 탄성부재의 탄성변형 경로를 가이드하는 가이드부를 포함하는 것인, 피건조물 건조 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 베이스의 상면은 태양의 복사에너지를 흡수할 수 있도록 구성된, 피건조물 건조 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 베이스의 상면의 색상은 블랙인, 피건조물 건조 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 베이스에는 소정의 방향을 따라 나열되어 있는 복수의 제1 모세 유관을 구비하는 제1 모세 유관 모듈이 내설되어 있으며,
상기 제1 모세 유관 내부에는 상기 제1 모세 유관을 매개로 상기 베이스와 열교환되는 유체가 흐르는, 피건조물 건조 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 반구형 돔은, 상부에 형성된 개구부 및 상기 개구부를 개폐할 수 있는 덮개를 포함하며,
상기 덮개는 상기 개구부의 폐쇄를 해제하여 상기 피건조물의 건조를 통해 증발된 증기를 외부로 배출하는, 피건조물 건조 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 반구형 돔은, 상기 피건조물의 건조를 통해 증발된 증기의 악취를 제거하기 위해 상기 개구부 내측에 중화액을 분사하는 중화액분사유닛을 더 포함하는, 피건조물 건조 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 프로펠러는 상기 수직방향 회전축의 연장방향을 따라 상하 방향으로 이동가능한, 피건조물 건조 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 베이스 및 상기 반구형 돔의 외부에 배치된 패널과, 상기 패널의 배면에 소정의 방향을 따라 나열된 제2 모세 유관을 구비하는 제2 모세 유관 모듈을 포함하는 유체 가열 유닛을 더 포함하며,
상기 제2 모세 유관 내부에는 상기 제2 모세 유관을 매개로 상기 패널과 열교환되어 가열되는 유체가 흐르며,
상기 제2 모세 유관 내부에서 가열된 유체는 상기 제1 모세 유관 모듈로 공급되는, 피건조물 건조 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 패널은 태양전지 패널 및 정면의 색상이 블랙이고 건물의 외벽을 구성하는 블랙월 중 적어도 하나인, 피건조물 건조 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 제2 모세 유관 모듈로부터 유체를 공급받아 임시 저장하고 상기 제1 모세 유관 모듈에 유체를 공급하는 유체 저장조를 더 포함하는, 피건조물 건조 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 제2 모세 유관 모듈로부터 공급되는 유체 또는 지하수를 가열할 수 있는 히트펌프를 더 포함하며,
상기 제2 모세 유관 내부에서 가열된 유체의 온도가 기설정된 온도 이하인 경우에는 히트펌프를 가동시켜 상기 히트펌프를 통해 가열된 유체를 상기 제1 모세 유관 모듈로 공급하는, 피건조물 건조 시스템.
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| KR1020190106144A KR102383638B1 (ko) | 2019-08-28 | 2019-08-28 | 피건조물 건조 시스템 |
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- 2019-08-28 KR KR1020190106144A patent/KR102383638B1/ko active IP Right Grant
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