KR102440545B1 - 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치 - Google Patents

Abstract

공기의 원활한 공급을 통해 고속으로 유기성 폐기물을 건조 발효시킬 수 있도록, 지면에 수직으로 배치되고 내부에 유기성 폐기물 수용 공간을 구비하여 유기성 폐기물을 건조 발효 처리하기 위한 발효탱크, 상기 발효탱크에 설치되어 발효탱크로 투입된 분뇨를 교반하기 위한 교반기, 상기 교반기의 분사교반날개를 통해 상기 발효탱크 내부로 공기를 공급하기 위한 공기공급부를 포함하고, 상기 공기공급부는 송풍기를 통한 외부 공기 공급과 콤프레셔를 통한 고압의 압축공기를 선택적으로 공급하는 구조의 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치를 제공한다.

Description

유기성 폐기물 고속 건조 발효장치{APPARATUS FOR FAST DRYING FERMENTATION OF ORGANIC WASTE}

본 개시 내용은 가축 분뇨 등 유기성 폐기물을 고속으로 건조 발효하기 위한 고속 건조 발효장치에 관한 것이다.

예를 들어, 축산농가에서 배출되는 가축 분뇨를 포함한 유기성 폐기물은 자원화시설을 통해 건조 발효하여 퇴비 등으로 재처리될 수 있다.

가축 분뇨 등을 자원화하기 위한 건조 발효장치는 발효탱크와 발효탱크 내부에 구비되는 교반날개를 포함한다. 발효탱크에 수용된 유기성 폐기물은 교반날개에 의해 연속적으로 교반되면서 발효 처리된다. 유기성 폐기물의 발효는 호기성 미생물의 유기물 분해를 통해 이루어진다. 대량의 유기물을 단시간에 고속으로 분해하기 위해서는 미생물의 개체수 증식에 필요한 공기를 발효탱크 내에 원활하게 공급할 필요가 있다.

공기의 주입은 통상, 발효탱크의 저부나 교반날개를 통해 이루어진다.

그런데, 발효탱크 저부를 통한 공기 공급 구조는 공기를 발효탱크 내부의 폐기물 전체에 균일하게 공급하기 어렵다. 이에, 발효 효율이 떨어지는 단점이 있다.

교반날개를 통해 공기를 주입하는 구조의 경우, 공기를 보다 균일하게 공급할 수 있고 점성이 높은 폐기물에 대해서도 처리가 가능하다. 그러나 교반날개로 공기를 공급하기 위한 구조가 매우 복잡하여 설치 및 유지 보수가 용이하지 않다. 또한, 공기가 원활하게 배출되지 못하고 노즐의 막힘 현상이 빈번한 문제가 있다. 즉, 종래의 장치는 단순히 송풍기를 통해 교반날개 내부 공간으로 공기를 지속적으로 공급하여 홀을 통해 단순 배출하는 구조로, 공기를 원활하게 배출하기 어려우며 교반날개에 형성된 노즐이 쉽게 막히게 된다. 폐기물의 점성이 높은 경우 공기의 균일 공급은 더 어려워 발효 효율이 떨어지며 수위를 낮춰 운전해야 하므로 생산성이 저하된다.

또한, 송풍기를 통해 공기의 공급압을 높이는 데 한계가 있으며, 공기를 각 교반날개의 공급하여 노즐을 통해 원하는 유속과 유량으로 분사하지 못하였다. 이에, 교반날개를 통한 공기의 공급이 원활하지 않고, 노즐의 막힘 역시 해소하는 데 어려움이 있다.

최근 들어, 축산 분뇨에 대한 자원화 요구가 높아지면서 보다 신속하고 효율적인 발효 설비에 대한 요구가 높아지고 있다. 이에, 종래 건조 발효장치를 개선하는 것은 사용자에게 많은 잇점을 제공한다.

본 과제는 공기의 원활한 공급을 통해 고속으로 유기성 폐기물을 건조 발효시킬 수 있도록 된 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치를 제공하는 것이다.

본 과제는 분사교반날개에 구비된 공기 분사 노즐의 막힘을 원천적으로 방지할 수 있도록 된 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치를 제공하는 것이다.

본 과제는 고압의 압축 공기를 각각의 분사교반날개 말단까지 효과적으로 공급할 수 있도록 된 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치를 제공하는 것이다.

본 과제는 설치 및 유지 보수가 용이한 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치를 제공하는 것이다.

본 구현예의 발효장치는 지면에 수직으로 배치되고 내부에 유기성 폐기물 수용 공간을 구비하여 유기성 폐기물을 건조 발효 처리하기 위한 발효탱크, 상기 발효탱크에 설치되어 발효탱크로 투입된 분뇨를 교반하기 위한 교반기, 상기 교반기의 분사교반날개를 통해 상기 발효탱크 내부로 공기를 공급하기 위한 공기공급부를 포함하여, 상기 공기공급부로부터 공급되는 공기를 상기 교반기의 말단까지 원활하게 공급할 수 있는 구조일 수 있다.

상기 교반기는 상기 발효탱크 중심에 상하로 연장되어 회전가능하게 설치되는 교반축, 상기 교반축을 따라 간격을 두고 설치되고 외측으로 공기를 분사하는 적어도 하나 이상의 분사교반날개, 상기 교반축에 연결되어 교반축을 회전시키기 위한 구동부를 포함할 수 있다.

상기 교반기는 상기 교반축을 따라 상기 분사교반날개 상부에 배치되고 공기의 분사없이 유기성 폐기물을 교반하는 적어도 하나 이상의 교반날개를 더 포함할 수 있다.

상기 공기공급부는 송풍기를 통한 외부 공기 공급과 콤프레셔를 통한 고압의 압축공기를 선택적으로 공급하는 구조일 수 있다.

상기 공기공급부는 외부 공기 공급기와, 상기 외부 공기 공급기와 상기 교반축 선단 사이에 연결되어 상기 외부 공기 공급기로부터 공급되는 공기를 공급하는 제1 공기공급관, 상기 제1 공기공급관에서 분기되고 상기 교반축 내부를 따라 연장되어 각 분사교반날개로 공기를 개별적으로 공급하는 하나 이상의 제2 공기공급관, 상기 분사교반날개 내부에 설치되고 상기 분사교반날개로 연장된 제2 공기공급관과 연결되는 제3 공기공급관, 상기 제3 공기공급관을 따라 설치되고 상기 분사교반날개에 형성된 토출구를 통해 공기를 분사하는 적어도 하나 이상의 분사노즐을 포함할 수 있다.

상기 공기공급부는 상기 제1 공기공급관에 연결되어 외부 공기를 공급하는 송풍기를 포함할 수 있다.

상기 공기공급부는 상기 제1 공기공급관에 연결되어 압축 공기를 공급하기 위한 압축공기부를 포함할 수 있다.

상기 압축공기부는 상기 제1 공기공급관에 연결되는 압축관, 상기 압축관에 연결되어 압축 공기를 공급하기 위한 콤프레셔와 압축공기를 저장하는 공기탱크, 상기 압축관을 개폐하는 개폐밸브, 및 상기 송풍기 전단에서 상기 제1 공기공급관에 설치되어 압축공기가 송풍기로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브를 포함할 수 있다.

상기 제3 공기공급관은 상기 분사교반날개의 토출구 형성면 내측에 고정되어 한 몸체를 이루고, 상기 제3 공기공급관에 형성된 분사노즐이 상기 분사교반날개의 토출구에 바로 연결된 구조일 수 있다.

상기 제1 공기공급관과 상기 제2 공기공급관 및 상기 제3 공기공급관은 내경이 상이한 구조일 수 있다.

공기의 공급방향을 따라 상기 제1 공기공급관과 상기 제2 공기공급관 및 상기 제3 공기공급관으로 갈수록 내경이 작아지는 구조일 수 있다.

상기 공기공급부는 상기 제3 공기공급관과 상기 제2 공기공급관 사이를 선택적으로 연결하는 연결커넥터를 더 포함할 수 있다.

상기 발효장치는 공기의 공급을 제어하여 송풍기를 통해 외부 공기를 공급하거나 콤프레셔를 통해 고압의 압축 공기를 공급하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 교반날개 또는 상기 분사교반날개를 따라 연장 설치되며 외측 선단으로 갈수록 뾰족한 삼각 단면 형상을 이루어, 회전시 저항을 저감시키는 돌출부를 더 포함하여, 구동부의 토크를 감소시켜 구동에너지(전력량)을 절감할 수 있게 된다.

이와 같이 본 구현예에 의하면, 분사교반날개를 통해 공기를 유기성 폐기물 내에 보다 원활하게 공급함으로써, 고속으로 유기성 폐기물을 건조 발효시킬 수 있게 된다.

송풍기의 공기 공급과 더불어 콤프레셔에 의한 고압의 압축공기를 이용하여 여 공기의 공급 효율을 높일 수 있으며, 분사교반날개의 토출구가 막히는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.

송풍기와 콤프레셔에서 공급하는 공기(압축 공기)를 제1 공급관에서 수직 교반축에 2개 이상의 복수의 제2 공기공급관으로 나누어 공기를 전달하고, 분사교반날개의 제3 공급관을 통해 분사교반날개의 말단 토출구로 공급함으로써, 각 분사교반날개 말단까지 보다 적은 에너지로도 압력손실을 최소화하면서 공기를 효과적으로 공급할 수 있고 전체 분사교반날개의 토출구를 통해 공기를 원활하게 분사할 수 있게 된다.

공기 공급 관로의 연결이 용이하여 교반축에 분사교반날개를 보다 용이하게 조립 및 분해할 수 있어, 설치 및 유지관리가 용이하다.

각 분사교반날개 내부 공간 내에 별도의 공기 공급 관로를 마련함으로써, 분사교반날개의 설계 자유도를 확보할 수 있다.

압축공기를 공급함으로써, 수직형 발효탱크 내부 수압에 대응하여 공기를 원활하게 공급할 수 있다. 이에, 발효탱크 내의 수위를 최대한 높여 수 보다 많은 양의 유기성 폐기물을 한 번에 처리하여 생산성을 높일 수 있다.

교반날개의 회전 저항을 저감시킴으로써, 구동부의 토크를 감소시켜 구동에너지(전력량)을 절감할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2와 도 3은 본 실시예에 따른 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치의 제2 공기공급관 구조를 도시한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 도 3의 A-A선 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며, 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이하 본 실시예는 유기성 폐기물로 고점도 축산 분뇨, 저점도 축산분뇨, 우분, 낙농분, 계분, 돈분, 음식물류 폐기물이나 하수 폐수 슬러지 등 다양한 유기성 폐기물의 처리에 모두 적용될 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 고속 건조 발효장치의 전체적인 구성을 도시하고 있으며, 도 2와 도 3은 고속 건조 발효장치의 일부 구성을 상세하게 나타내고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 고속 건조 발효장치(이하, 발효장치(100)라 한다)는 지면에 수직으로 배치되고 내부에 유기성 폐기물 수용 공간을 구비하여 유기성 폐기물을 건조 발효 처리하기 위한 발효탱크(10), 발효탱크(10)에 설치되어 발효탱크(10)로 투입된 분뇨를 교반하기 위한 교반기(20), 교반기(20)의 분사교반날개(23)를 통해 발효탱크(10) 내부로 공기를 공급하기 위한 공기공급부(30)를 포함할 수 있다.

본 실시예의 발효장치(100)는 발효탱크(10)에 투입된 유기성 폐기물을 교반기(20)로 교반하면서 외부 공기를 공급함으로써, 호기성 미생물의 유기물 분해를 통해 유기성 폐기물을 건조 발효시킬 수 있다.

발효탱크(10)는 내부가 빈 원통형 단면구조를 이룬다. 본 실시예는 발효탱크(10)가 지면에 수직으로 세워져 설치되는 수직형 구조일 수 있다.

이하 설명에서, 도 1에서 발효탱크(10)를 지면에 수직으로 세운 상태에서 y축 방향을 상하방향 또는 수직방향이라 하며, y축 방향을 따라 위쪽을 상 또는 상부라 하고 아래쪽을 하 또는 하부라 한다.

발효탱크(10) 상부에 유기성 폐기물 투입을 위한 입구(12)가 마련되며, 하부에는 발효 완료된 퇴비를 배출하는 출구(14)가 마련될 수 있다. 발효탱크(10)의 크기나 구조는 다양하게 변형될 수 있다.

본 실시예의 교반기(20)는 교반축(21)과, 교반축(21)에 설치되는 분사교반날개(22)와 교반날개(23), 교반축(21)을 회전시키기 위한 구동부(23)를 포함할 수 있다.

교반축(21)은 발효탱크(10)의 중심에 배치되어 수직방향을 따라 상하로 연장된다. 교반축(21)의 양 선단은 예를 들어, 볼베어링을 매개로 발효탱크(10)의 상단과 하단에 회전가능하게 설치될 수 있다.

교반축(21)의 일단에 구동부(23)가 연결되어 교반축(21)을 회전 구동시킬 수 있다. 본 실시예에서, 구동부(23)는 발효탱크(10) 하부에 마련되어 교반축(21)의 하단에 연결 설치될 수 있다. 구동부(23)는 예를 들어, 구동실린더의 신축 구동력이나 모터의 회전력을 이용한 구조일 수 있다.

교반축(21)을 따라 교반날개(23)와 분사교반날개(22)가 간격을 두고 설치될 수 있다.

본 실시예에서, 교반날개(23)는 분사교반날개(22)의 상부에 배치될 수 있다.

교반날개(23)은 분사교반날개(22)와 달리 공기공급부(30)와 연결되지 않아 공기를 분사하지 않는 구조로, 교반축(21)의 구동에 따라 회전되면서 유기성 폐기물을 교반하는 작용을 한다.

교반축(21)을 따라 높이차를 두고 교반날개(23)가 배열 설치될 수 있다. 또한, 원주방향을 따라 각 위치에서 하나 또는 두 개 이상의 교반날개(23)가 교반축(21)의 원주방향을 따라 간격을 두고 배열 설치될 수 있다. 교반날개(23)의 설치 위치나 개수는 다양하게 변형될 수 있다.

교반날개 아래쪽에 공기를 분사할 수 있도록 된 분사교반날개(22)가 구비된다. 분사교반날개(22)는 교반축(21)을 따라 복수개가 상하로 간격을 두고 설치될 수 있다.

본 실시예는 도 1에 도시된 바와 같이, 교반축(21)을 따라 간격을 두고 상부와 중부 및 하부 위치에 각각 분사교반날개(22)가 구비된 구조일 수 있다. 교반축(21)에 설치되는 분사교반날개(22)의 개수는 이에 한정되지 않으며, 다양하게 변형될 수 있다.

또한, 상부나 중부 또는 하부 각 위치에서 분사교반날개(22)는 하나 또는 두 개 이상이 교반축(21)의 원주방향을 따라 소정 각도로 간격을 두고 배열 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 교반축 가장 아래쪽에 위치한 분사교반날개는 원주방향을 따라 두 개 이상이 배열 설치될 수 있다. 이에, 교반력을 높임과 더불어 보다 많은 공기를 발효탱크 하부에서 분사하여 건조 발효 효율을 높일 수 있다.

분사교반날개(22)는 일단이 교반축(21)에 직각으로 설치되며, 타단은 발효탱크(10)의 내면을 향해 연장된다. 분사교반날개(22)는 교반축(21)에 용접으로 고정 설치될 수 있다.

교반축(21)과 분사교반날개(22)는 내부가 빈 중공의 파이프 구조로 이루어질 수 있다. 이에, 외부 공기 공급을 위한 별도의 관 구조물을 교반축(21)과 분사교반날개(22) 내부에 설치할 수 있다. 교반축(21)의 측면에는 분사교반날개(22) 설치 위치에 맞춰 교반축(21)과 분사교반날개(22) 내부를 연통시키기 위한 구멍(25)이 형성된다.

구동부(23)가 작동되면 교반축(21)이 회전되고, 교반축(21)에 설치된 교반날개(23)와 분사교반날개(22)가 돌면서 발효탱크(10)에 채워진 유기성 폐기물을 휘저어 주게 된다.

교반날개(23) 또는 분사교반날개(22)에는 저항 감소를 위한 돌출부(27)가 설치될 수 있다. 이하, 분사교반날개(22)에 설치되는 돌출부(27)를 예로서 설명한다. 교반날개에 설치되는 돌출부는 이에 갈음한다.

돌출부(27)는 분사교반날개(22)의 회전방향을 따라 전면 즉, 토출구(36) 형성면의 반대쪽 면에 설치된다. 돌출부(27)는 분사교반날개(22)를 따라 연속적으로 형성된다. 이에, 분사교반날개(22) 회전시 앞쪽 면에 설치된 돌출부(27)가 유기성 폐기물의 저항을 저감시키게 된다.

돌출부(27)는 선단으로 갈수록 뾰족한 삼각 단면 형상을 이루는 구조로 되어 있다. 본 실시예에서, 돌출부(27)는 이등변 삼각형이나 직각삼각형태의 단면 구조로 형성될 수 있다. 돌출부(27)는 예를 들어, 두 개의 플레이트를 소정 각도로 접합하거나 하나의 플레이트를 소정 각도로 절곡시켜 분사교반날개(22)에 접합하여 설치할 수 있다.

이에, 분사교반날개 회전시 회전방향을 따라 앞쪽에 배치된 돌출부에 의해 분사교반날개에 걸리는 회전저항을 저감시킬 수 있다. 따라서, 구동부의 토크를 감소시켜 구동에너지(전력량)을 절감할 수 있게 된다.

분사교반날개(22)가 유기성 폐기물 속에서 회전하는 과정에서, 공기공급부(30)를 통해 외부공기가 분사교반날개(22)를 통해 유기성 폐기물로 분사될 수 있다.

공기공급부(30)는 압력손실을 최소화하면서 공기를 각 분사교반날개를 통해 분사할 수 있다. 이에, 공기공급부(30)에서 공급되는 공기 또는 고압의 압축 공기를 각 분사교반날개(22)의 말단까지 개별적으로 효과적으로 공급할 수 있게 된다.

이를 위해, 본 실시예의 공기공급부(30)는 외부 공기 공급기, 외부 공기 공급기에 설치되고 교반축(21) 선단에 연결되어 공기를 공급하는 제1 공기공급관(31), 제1 공기공급관(31)에서 분기되고 교반축(21) 내부를 따라 연장되어 분사교반날개(22)로 공기를 공급하는 복수개의 제2 공기공급관(33), 분사교반날개(22) 내부에 설치되고 분사교반날개(22)로 연장된 일측 제2 공기공급관(33)과 연결되는 제3 공기공급관(34), 제3 공기공급관(34)을 따라 설치되고 분사교반날개(22)에 형성된 토출구(36)를 통해 공기를 분사하는 적어도 하나 이상의 분사노즐(35)을 포함할 수 있다.

이에, 제1 공기공급관(31)을 통해 공급된 공기는 제2 공기공급관(33)에 의해 나뉘어져 교반축(21)을 따라 분기 이송된 후 각 분사교반날개(22)로 공급될 수 있다. 종래의 경우 공기를 교반축을 통해 분기하여 공급하지 못하는 구조로, 각 분사교반날개를 통한 공기의 공급이 제대로 이루어지지 못하였다.

외부 공기 공급기는, 송풍기나 컴프레셔 등 전력에 의해 구동되어 제1 공급관을 통해 외부 공기를 강제 공급하기 위한 장치로 이해할 수 있다.

본 실시예의 외부 공기 공급기는 제1 공기공급관(31)에 설치되어 외부 공기를 공급하기 위한 송풍기(32), 제1 공기공급관(31)에 연결되어 고압의 압축 공기를 공급하는 압축공기부(40)를 포함하여, 외부 공기나 고압의 압축 공기를 선택적으로 공급할 수 있다.

또한, 공기공급부(30)는 송풍기(32)에 의한 외부 공기의 공급과 압축공기부(40)을 통한 압축공기의 공급을 제어하는 제어부(50)를 더 포함할 수 있다. 제어부(50)는 예를 들어 유기성 폐기물의 점도 등 운전 조건에 따라 외부 공기 또는 고압의 압축공기의 공급 또는 공급량 등을 적절히 제어할 수 있다.

송풍기(32)는 제1 공기공급관(31)에 연결되어 제1 공기공급관(31)으로 외부 공기를 공급한다. 본 실시예에서, 송풍기(32)는 외부 공기를 상시 공급하는 구조일 수 있다. 송풍기(32)의 구동에 따라 외부 공기가 제1 공기공급관(31)과 각 제2 공기공급관(33)을 통해 각 분사교반날개(22)의 제3 공기공급관(34)에 연속적으로 공급된다.

본 실시예에서, 압축공기부(40)은 필요에 따라 간헐적으로 또는 설정된 시간 간격으로 고압의 압축 공기를 제1 공기공급관(31)을 통해 공급하는 구조일 수 있다.

이를 위해, 압축공기부(40)은 제1 공기공급관(31)에 연결되는 압축관(41), 압축관(41)에 연결되어 압축 공기를 공급하기 위한 콤프레셔(42)와 압축공기를 저정하는 공기탱크(43), 압축관(41)을 개폐하는 개폐밸브(44), 송풍기(32) 전단에서 제1 공기공급관(31)에 설치되어 압축공기가 송풍기(32)로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브(46)를 포함할 수 있다.

콤프레셔(42)는 외부 공기를 압축하여 공기탱크(43)에 저장한다. 공기탱크(43)에 저장된 고압의 압축공기는 압축관(41)을 통해 제1 공기공급관(31)으로 공급된다.

압축관(41)은 공기탱크(43)와 제1 공기공급관(31) 사이를 연결한다. 압축관(41) 일측에는 압축관(41)을 개폐하는 개폐밸브(44)가 설치된다.

개폐밸브(44)는 제어부(50)에 의해 제어 구동될 수 있다.

개폐밸브(44)가 개폐 구동됨에 따라 압축관(41)과 제1 공기공급관(31)이 연결되어, 공기탱크(43)에 저장된 고압의 압축공기가 압축관(41)을 통해 제1 공기공급관(31)으로 공급된다.

송풍기(32)의 전단에는 체크밸브(46)가 설치되어 있어서, 개폐밸브(44) 구동에 따라 압축관(41)으로부터 제1 공기공급관(31)으로 고압의 압축공기를 공급하는 과정에서, 압축공기가 송풍기(32)로 역류되는 것을 차단할 수 있다. 이에, 고압의 압축 공기에 의해 송풍기가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 송풍기(32)를 통해 외부 공기를 공급과 더불어 설정된 시간 간격이나 조건에 따라 필요시 고압의 압축공기를 각 분사교반날개(22)로 선택적으로 공급할 수 있게 된다.

이에, 공기는 제2 공기공급관(33)을 통해 분기되어 제2 공기공급관(33)에 연결된 분사교반날개(22)로 개별적으로 공급됨으로써, 압력손실을 최소화하면서 공기의 공급이 각 분사교반날개(22)의 말단까지 원활하게 이루어질 수 있다.

따라서, 장치 가동 중에 지속적이고 안정적으로 공기를 발효탱크 내부로 공급할 수 있으며, 각 분사교반날개(22)에 마련된 분사노즐(35)이 막히는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.

공기공급부(30)의 구동에 따라 공기가 제1 공기공급관(31)과 각 제2 공기공급관(33)을 통해 각 분사교반날개(22)의 제3 공기공급관(34)에 연속적으로 공급된다.

제1 공기공급관(31)은 유체 이송을 위한 관 구조물로, 교반축(21)의 상단에 연결되어 교반축(21) 내에 설치된 복수개의 제2 공기공급관(33)과 연결된다.

교반축(21)의 상단에는 제1 공기공급관(31)과 제2 공기공급관(33)을 연결하기 위한 공기분배실(37)이 마련될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 공기분배실(37)은 교반축(21) 상에 구비되며 공기분배실(37)의 하부에 복수개의 제2 공기공급관(33)이 연통 설치된다. 그리고, 제1 공기공급관(31)이 공기분배실(37)의 상부에 기밀 상태를 유지하며 회전가능하게 설치될 수 있다. 제1 공기공급관(31)과 공기분배실(37) 사이에는 기밀 유지와 원활한 회전을 위해 실링부(38)가 설치될 수 있다. 실링부는 예를 들어, 파이핑 하이드로릭 홀더(piping hydraulic holder)이나 리테이너씰(retainer seal)이 사용될 수 있다.

공기분배실(37)은 내부에 공간을 형성한 챔버 구조로, 제1 공기공급관(31)과 복수의 제2 공기공급관(33)을 연결한다. 공기분배실(37)의 내부 공간 크기는 다양하게 변형될 수 있다.

제1 공기공급관(31)을 통해 공급된 공기는 공기분배실(37) 내부 공간으로 유입된다. 복수의 제2 공기공급관(33)은 공기분배실(37)에 연통되어 있어서, 공기는 복수개의 제2 공기공급관(33)으로 분기되어 나가게 된다.

이와 같이, 공기분배실(37)을 구비함으로써, 제1 공기공급관(31)에서 공급된 공기를 복수개의 제2 공기공급관(33)으로 고르게 분기하여 공급할 수 있게 된다.

제2 공기공급관(33)은 유체 이송을 위한 관 구조물로, 제1 공기공급관(31)을 통해 공급된 공기를 분기하여 각 분사교반날개(22)로 공급한다.

제2 공기공급관(33)은 중공 구조의 교반축(21) 내부에 설치된다. 제2 공기공급관(33)의 상단은 공기분배실(37)에 연통 설치되어 제1 공기공급관(31)과 연결된다. 제2 공기공급관(33)의 하단은 교반축(21)을 따라 하부까지 연장되며, 교반축(21)에 형성된 구멍(25)을 통해 분사교반날개(22)에 설치된 제3 공기공급관(34)과 연결된다.

각 제2 공기공급관(33)은 교반축(21) 내주면에 접하여 내면을 따라 설치될 수 있다. 이에, 교반축(21) 내에 복수개의 제2 공기공급관(33)을 보다 안정적으로 설치할 수 있다.

본 실시예에서, 제2 공기공급관(33)은 교반축(21)의 원주방향을 따라 배치된 분사교반날개(22)의 개수에 맞춰 구비될 수 있다. 각 제2 공기공급관(33)에는 교반축 원주방향을 따라 같은 위치에서 상하로 배치된 적어도 하나 이상의 분사교반날개가 연결 설치된다. 예를 들어, 분사교반날개(22)가 교반축(21)의 원주방향을 따라 120도 각도로 3개가 배치된 구조의 경우 제2 공기공급관(33) 역시 3개가 마련될 수 있다. 3개의 제2 공기공급관(33)은 교반축(21)을 따라 하부까지 수직으로 연장되며, 해당 위치에서 상하로 배치된 분사교반날개(22)의 제3 공기공급관으로 분기된다. 제2 공기공급관(33)의 설치 개수는 다양하게 변형될 수 있다.

이에, 제1 공기공급관(31)을 통해 공급된 공기는 제2 공기공급관(33)으로 분기되어 각 제2 공기공급관에 연결된 분사교반날개(221)로 각각 공급될 수 있다. 따라서, 제1 공기공급관으로부터 공급된 공기를 에너지의 손실을 최소화하면서 각 분사교반날개(22)의 말단까지 보낼 수 있게 된다.

이와 같이, 본 실시예는 교반축(21) 내부에 각 분사교반날개(22)로 공기를 공급하기 위한 별도의 제2 공기공급관(33)들이 마련됨에 따라, 보다 적은 에너지로도 송풍기(32)에 의한 외부 공기나 콤프레셔(42)에 의한 고압의 압축공기를 제3 공기공급관(34)을 통해 분사할 수 있게 된다.

제3 공기공급관(34)은 유체 이송을 위한 관 구조물로, 제2 공기공급관(33)과 연결되어 제2 공기공급관(33)을 통해 공급된 공기를 분사교반날개(22)를 통해 외부로 분사한다.

제3 공기공급관(34)은 분사교반날개(22)의 내부 공간 내에 별도로 마련되어 설치된다. 이에, 공기는 제3 공기공급관(34) 통해 유통되어 제3 공기공급관(34)에 설치된 분사노즐(35)을 통해 분사될 수 있다.

이에, 분사교반날개(22)의 내부 공간의 크기가 커지더라도 공기는 제3 공기공급관(34)을 통해 압력 손실없이 분사압력과 분사유속을 유지하면서 분사될 수 있다.

따라서, 보다 효과적으로 발효탱크(10) 내부에 공기의 공급이 가능하며, 장치 설계 조건이나 작업 환경 조건 등에 따라 분사교반날개(22)의 크기를 자유롭게 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 점성이 높은 유기성 폐기물을 교반할 수 있도록 분사교반날개의 크기를 보다 크게 형성할 수 있다. 분사교반날개의 크기가 커지더라도 공기는 제3 공기공급관을 통해 공급되므로 압력손실은 발생되지 않는다.

종래 구조의 경우 단순히 분사교반날개 내부 공간으로 외부 공기를 공급함에 따라 압력 손실에 의해 공기를 효과적으로 분사하기 어려웠다. 또한, 점성이 높은 폐기물에 대응하여 교반날개의 크기를 증가시키는 경우, 압력손실은 더 커지게 되고 보다 큰 에너지가 사용되어야 하므로, 분사교반날개의 크기를 증가시키기 어려웠다.

또한, 통상적으로 교반날개는 교반축에 직각방향으로 설치하여, 중공의 교반축과 중공의 교반날개의 토출구를 통하여 외부 공기를 공급하는 구조로 되어 있다. 이러한 구조는 저점도의 유기성 폐기물에 저압과 저속의 송풍기에 맞춰 개발된 구조이다. 그러나, 고점도의 유기성 폐기물에는 저압 저속의 공기 공급만으로는 외부 공기 공급이 용이하지 않다.

본 실시예는 복수개의 제2 공기공급관(33)을 마련하고, 분사교반날개(22) 내부에 제3 공기공급관(34)을 구비하여 제2 공기공급관(33)에 연결함에 따라, 분사교반날개(22)를 교반축(21)에 용이하게 설치할 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명하도록 한다.

각 분사교반날개(22)에 설치되는 제3 공기공급관(34)의 구조는 모두 동일하다.

제3 공기공급관(34)을 따라 복수개의 분사노즐(35)이 배열 설치된다. 분사노즐(35)은 분사교반날개(22)에 형성된 토출구(36)와 연결된다. 이에, 분사노즐(35)에서 분사된 공기가 토출구(36)를 통해 분사교반날개(22)에서 외부로 분사될 수 있다.

본 실시예에서, 보다 적은 에너지로 압력 손실을 최소화하면서 공기를 공급할 수 있도록, 제1 공기공급관(31)과 제2 공기공급관(33) 및 제3 공기공급관(34)은 내경이 상이한 구조일 수 있다. 즉, 공기의 공급방향을 따라 제1 공기공급관(31)과 제2 공기공급관(33) 및 제3 공기공급관(34)으로 갈수록 내경이 작아지는 구조일 수 있다.

제2 공기공급관(33)의 내경은 제1 공기공급관(31)보다 작은 구조로, 제1 공기공급관(31)을 통해 소정의 압력과 유량으로 공급되는 공기는 복수개의 제2 공기공급관(33)으로 분기되어 공급되더라도, 그 압력과 유량을 유지하면서 각 분사교반날개(22)로 공급될 수 있다.

제3 공기공급관(34)은 제2 공기공급관(33)보다 직경이 작은 구조로, 제2 공기공급관(33)에 복수개의 분사노즐(35)이 형성되어 있더라도, 제2 공기공급관(34)으로 공급된 공기는 각 분사노즐(35)을 통해 계산된 유속과 압력으로 분사될 수 있다.

따라서, 본 실시예는 에너지의 손실을 방지하여, 보다 적은 에너지(유량과 유속)를 사용하더라도, 제1 공기공급관(31)으로부터 말단인 각 분사교반날개(22)까지 공기를 효과적으로 공급할 수 있다. 이에, 분사교반날개(22)의 토출구(36)에서 최종 분사되는 공기의 분사압력과 분사유속을 극대화할 수 있다.

이와 같이, 전체 분사교반날개에 수십개에서 수백개에 이르는 분사노즐이 구비된다 하더라도, 각각의 분사노즐(35)을 통해 공기를 원하는 유량과 속도로 분사할 수 있게 된다.

또한, 에너지 손실이나 압력 손실없이 분사교반날개(22)를 통해 공기를 분사할 수 있게 되어, 송풍기(32)나 압축공기부(40)의 콤프레셔(42) 사양을 낮출 수 있다. 이에, 제조비용을 줄여 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.

제3 공기공급관(34)은 분사교반날개(22) 내부에 고정 설치되어 하나의 유닛을 이룰 수 있다. 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 공기공급관(34)은 분사교반날개(22) 내부에 고정 설치된다.

예를 들어, 용접 또는 고정브라켓 등으로 분사교반날개(22)의 토출구(36) 형성면에 고정되어 내면을 따라 설치될 수 있다. 이에, 분사교반날개(22)에 형성된 토출구(36)와 제3 공기공급관(34)에 설치된 분사노즐(35)이 바로 연결될 수 있다. 따라서, 제3 공기공급관(34)으로 공급된 공기는 분사노즐(35)에서 분사되어 유속이나 압력의 손실 없이 바로 토출구(36)를 통해 외부로 분사될 수 있다.

또한, 분사교반날개(22)에는 돌출부(27)가 설치되어 있어서, 제3 공기공급관(34)이 토출구(35) 형성면에 치우쳐져 설치되더라도 분사교반날개(22)의 무게중심이 토출구쪽으로 쏠리지 않는다. 즉, 분사교반날개(22)의 중심부를 기준으로 한쪽에는 제3 공기공급관(34)이 설치되고, 반대쪽으로는 돌출부(27)가 설치되어 있어서, 서로 무게의 균형을 이룰 수 있다. 따라서, 분사교반날개(22)는 자체적으로 비틀림을 최소화하면서 회전될 수 있다.

제3 공기공급관(34)과 제2 공기공급관(33) 사이에는 관 사이를 선택적으로 연결하는 연결커넥터(39)가 더 구비될 수 있다.

연결커넥터(39)는 예를 들어, 제3 공기공급관(34)과 제2 공기공급관(33) 선단에 각각 설치되어 서로 맞물려 결합하는 암수 커플링 구조로 원터치로 연결 및 연결 해제하는 구조일 수 있다. 연결커넥터(39)는 제3 공기공급관(34)과 제2 공기공급관(33) 선단을 연결 또는 연결 해제할 수 있는 구조면 모두 적용될 수 있다.

이에, 제3 공기공급관(34)과 한 몸체로 된 분사교반날개(22)를 보다 용이하게 교반축(21)에 설치할 수 있다. 즉, 분사교반날개(22)를 교반축(21)에 고정 설치하는 과정에서 연결커넥터(39)를 통해 교반축(21)의 제2 공기공급관(33)과 분사교반날개(22)의 제3 공기공급관(34)을 쉽게 연결할 수 있다.

언급한 바와 같이, 제2 공기공급관(33)은 교반축(21) 원주방향으로 분사교반날개(22)의 배치에 맞춰 복수개가 개별적으로 마련되어 있고, 각 제2 공기공급관(33)에는 상하방향을 따라 분사교반날개(22)가 설치될 구멍(25) 위치에 맞춰 분기되어 연결커넥터(39)가 설치되어 있다.

이에, 작업자는 분사교반날개(22)에 설치된 제3 공기공급관(34)의 연결커넥터(39)를 제2 공기공급관(33)에 설치된 연결커넥터(39)에 체결하여 제2 공기공급관(33)에 제3 공기공급관(34)을 쉽게 연결할 수 있다. 이 상태에서, 분사교반날개(22)를 교반축(31)에 용접으로 고정함으로써 간단하게 설치할 수 있다.

이하, 본 실시예의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

이하 본 실시예의 발효장치(100)가 송풍기(32)와 콤프레셔(42)를 통해 공기를 공급하는 구조를 예로서 설명한다.

발효탱크(10) 내부에 유기성 폐기물이 투입되고, 본 발효장치(100)가 가동되면 교반축(21)이 회전되면서 분사교반날개(22)에 의해 유기성 폐기물의 교반이 이루어진다. 이 과정에서 외부 공기가 분사교반날개(22)를 통해 유기성 폐기물로 공급된다.

제어부(50)는 발효장치(100)의 구동 조건 또는 유기성 폐기물 발효 상태에 따라 송풍기(32)를 통해 외부 공기를 공급하거나 고압의 압축 공기를 공급할 수 있다.

제어부(50)의 신호에 따라 개폐밸브(44)가 구동되어 송풍기(32)에 의한 외부 공기 또는 콤프레셔(42)를 통한 고압의 압축공기를 선택적으로 제1 공기공급관(31)을 통해 공급할 수 있게 된다.

압축관(41)의 개폐밸브(44)가 폐쇄 작동됨에 따라, 송풍기(32)에 의한 외부 공기가 제1 공기공급관(31)으로 공급된다. 외부 공기는 복수개의 제2 공기공급관(33)으로 분기되고 각 제2 공기공급관(33)에 연결된 각 분사교반날개(22)로 공급된다.

각각의 제2 공기공급관(33)으로 분기된 외부 공기는 제2 공기공급관(33)에 연결된 제3 공기공급관(34)으로 공급되고, 제3 공기공급관(34)의 분사노즐(35)을 통해 분사된다. 분사노즐(35)을 통해 분사된 공기는 각 분사교반날개(22)의 토출구(36)를 통해 외부로 분사되어 유기성 폐기물 내에 공급된다.

송풍기(32)가 계속 구동함에 따라 제3 공기공급관(34) 내부에는 일정한 압력으로 공기가 지속적으로 공급되며, 분사교반날개(22)의 토출구(36)를 통해 연속적으로 외부로 분사될 수 있다.

이 상태에서, 제어부에 의해 압축공기부(40)이 구동되어 고압의 압축공기를 분사할 수 있다.

제어부(50)의 신호에 따라 압축관(41)의 개폐밸브(44)가 개방 작동함에 따라 공기탱크(43)에 저장된 고압의 압축공기가 제1 공기공급관(31)으로 공급된다.

고압의 압축공기는 제1 공기공급관(31)에 연결된 복수개의 제2 공기공급관(33)으로 분기되어 각 분사교반날개(22)로 공급된다. 제2 공기공급관(33)을 통해 각각의 분사교반날개(22)로 압축공기를 고르게 분배 공급할 수 있다.

각 제2 공기공급관(33)으로 공급된 압축공기는 제2 공기공급관(33)에 연결된 제3 공기공급관(34)으로 공급되고, 제3 공기공급관(34)의 분사노즐(35)을 통해 분사된다. 이에, 분사노즐(35)과 연결된 분사교반날개(22)의 토출구(36)를 통해 고압의 압축공기가 외부로 분사된다.

고압의 압축공기를 분사함으로써, 고점도의 유기성 폐기물에 대해서도 공기가 유기성 폐기물 내에 깊숙하게 분사되어 공기 공급 효율을 높일 수 있게 된다.

이와 같이, 본 실시예의 발효장치(100)는 송풍기(32)에 의해 지속적으로 공기를 분사하면서 필요시에 고압의 압축공기를 분사함으로써 보다 효과적으로 유기성 폐기물을 건조 발효 처리할 수 있게 된다.

또한, 고압의 압축 공기 공급을 통해 분사노즐(35)이나 분사교반날개(22)의 토출구(36)가 막히는 것을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10 : 발효탱크 12 : 입구
14 : 출구 20 : 교반기
21 : 교반축 22 : 분사교반날개
23 : 교반날개 25 : 구멍
26 : 구동부 27 : 돌출부
30 : 공기공급부 31 : 제1 공기공급관
32 : 송풍기 33 : 제2 공기공급관
34 : 제3 공기공급관 35 : 분사노즐
36 : 토출구 37 : 공기분배실
38 : 실링부 39 : 연결커넥터
40 : 압축공기부 41 : 압축관
42 : 콤프레셔 43 : 공기탱크
44 : 개폐밸브 46 : 체크밸브
50 : 제어부

Claims (7)

1. 지면에 수직으로 배치되고 내부에 유기성 폐기물 수용 공간을 구비하여 유기성 폐기물을 건조 발효 처리하기 위한 발효탱크, 상기 발효탱크에 설치되어 발효탱크로 투입된 유기성 폐기물을 교반하기 위한 교반기, 및 상기 교반기의 분사교반날개를 통해 상기 발효탱크 내부로 공기를 공급하기 위한 공기공급부를 포함하여, 상기 공기공급부로부터 공급되는 공기를 상기 교반기의 말단까지 원활하게 공급할 수 있도록 된 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치이고,
   상기 교반기는 상기 발효탱크 중심에 상하로 연장되어 회전가능하게 설치되는 교반축, 상기 교반축을 따라 간격을 두고 설치되는 적어도 하나 이상의 분사교반날개, 및 상기 교반축에 연결되어 교반축을 회전시키기 위한 구동부를 포함하고,
   상기 공기공급부는 외부 공기 공급기와, 상기 외부 공기 공급기와 상기 교반축 선단 사이에 연결되어 상기 외부 공기 공급기로부터 공급되는 공기를 공급하는 제1 공기공급관, 상기 제1 공기공급관에서 분기되고 상기 교반축 내부를 따라 연장되어 분사교반날개로 공기를 개별적으로 공급하는 복수개의 제2 공기공급관, 상기 분사교반날개 내부에 설치되고 상기 분사교반날개로 연장된 일측 제2 공기공급관과 연결되는 제3 공기공급관, 상기 제3 공기공급관을 따라 설치되고 상기 분사교반날개에 형성된 토출구를 통해 공기를 분사하는 적어도 하나 이상의 분사노즐을 포함하여,
   상기 외부 공기 공급기로부터 공급되는 공기를 상기 제1 공기공급관과 연결되고 상기 교반축 내에 별도로 마련된 복수개의 상기 제2 공기공급관을 통해 분기하여 상기 교반축을 따라 이송하고, 상기 제2 공기공급관에 연결되어 상기 분사교반날개 내부에 별도로 마련된 상기 제3 공기공급관을 통해 각 분사교반날개의 말단으로 공급할 수 있고,
   상기 제1 공기공급관과 상기 제2 공기공급관 및 상기 제3 공기공급관은, 공기의 공급방향을 따라 상기 제1 공기공급관과 상기 제2 공기공급관 및 상기 제3 공기공급관으로 갈수록 내경이 작아지는 구조의 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치.
2. 지면에 수직으로 배치되고 내부에 유기성 폐기물 수용 공간을 구비하여 유기성 폐기물을 건조 발효 처리하기 위한 발효탱크, 상기 발효탱크에 설치되어 발효탱크로 투입된 유기성 폐기물을 교반하기 위한 교반기, 및 상기 교반기의 분사교반날개를 통해 상기 발효탱크 내부로 공기를 공급하기 위한 공기공급부를 포함하고,
   상기 교반기는 상기 발효탱크 중심에 상하로 연장되어 회전가능하게 설치되는 교반축, 상기 교반축을 따라 간격을 두고 설치되는 적어도 하나 이상의 분사교반날개, 및 상기 교반축에 연결되어 교반축을 회전시키기 위한 구동부를 포함하고,
   상기 공기공급부는 상기 교반축 선단에 연결되는 제1 공기공급관, 상기 제1 공기공급관에 설치되어 외부 공기를 공급하기 위한 송풍기, 상기 제1 공기공급관에서 분기되고 상기 교반축 내부를 따라 연장되어 상기 분사교반날개로 공기를 개별적으로 공급하는 복수개의 제2 공기공급관, 상기 분사교반날개 내부에 설치되고 상기 분사교반날개로 연장된 일측 제2 공기공급관과 연결되는 제3 공기공급관, 상기 제3 공기공급관을 따라 설치되고 상기 분사교반날개에 형성된 토출구를 통해 공기를 분사하는 적어도 하나 이상의 분사노즐, 및 상기 제1 공기공급관에 연결되어 압축 공기를 선택적으로 공급하기 위한 압축공기부를 포함하여, 상기 송풍기를 통한 외부 공기나 상기 압축공기부의 콤프레셔를 통한 고압의 압축공기를 선택적으로 공급하는 구조이고,
   상기 제1 공기공급관과 상기 제2 공기공급관 및 상기 제3 공기공급관은, 공기의 공급방향을 따라 상기 제1 공기공급관과 상기 제2 공기공급관 및 상기 제3 공기공급관으로 갈수록 내경이 작아지는 구조의 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 압축공기부는 상기 제1 공기공급관에 연결되는 압축관, 상기 압축관에 연결되어 압축 공기를 공급하기 위한 콤프레셔와 압축공기를 저장하는 공기탱크, 상기 압축관을 개폐하는 개폐밸브, 및 상기 송풍기 전단에서 제1 공기공급관에 설치되어 압축공기가 송풍기로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브를 포함하는 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치.
5. 삭제
6. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제3 공기공급관은 상기 분사교반날개의 토출구 형성면 내측에 고정되어 한 몸체를 이루고, 상기 제3 공기공급관에 형성된 분사노즐이 상기 분사교반날개의 토출구에 바로 연결된 구조의 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 공기공급부는 상기 제3 공기공급관과 상기 제2 공기공급관 사이를 선택적으로 연결하는 연결커넥터를 더 포함하여, 상기 분사교반날개를 상기 교반축에 설치시 상기 연결커넥터를 통해 교반축의 제2 공기공급관과 분사교반날개의 제3 공기공급관을 연결하는 구조의 유기성 폐기물 고속 건조 발효장치.

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