KR102553286B1

KR102553286B1 - 초음파열분해장치

Info

Publication number: KR102553286B1
Application number: KR1020220120594A
Authority: KR
Inventors: 배덕관
Original assignee: (주)아크론에코
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2023-07-07
Also published as: WO2024063209A1

Abstract

본 발명은 초음파열분해장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고분자 폐기물을 열분해시켜 유효성분을 수취하는 과정에서 초음파 진동장치를 추가 장착하여 초음파에 의해 고분자 연결고리를 끊는 초음파분해를 수행하여 열분해와 초음파분해의 복합분해기술을 적용한 초음파열분해장치를 제공한다.

Description

초음파열분해장치 {ULTRASONIC PYROLYSIS DEVICE}

본 발명은 초음파열분해장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고분자 폐기물을 열분해시켜 유효성분을 수취하는 과정에서 초음파 진동장치를 추가 장착하여 초음파에 의해 고분자 연결고리를 끊는 초음파분해를 수행하여 열분해와 초음파분해의 복합분해기술을 적용한 초음파열분해장치에 관한 것이다.

폐기물은 생활폐기물과 산업용폐기물로 구분되며, 과거 대부분 매립, 해양 투기, 소각 등의 방법으로 처리하였으나, 근래에는 환경오염이나 자원 낭비의 문제를 해소하기 위해 폐기물을 이용해 재생 에너지를 획득하는 다양한 방법들이 개발되었다. 예를 들면, 폐기물을 건조하여 함수율을 떨어뜨리고, 건조된 폐기물을 고형 폐기물 연료(Solid Refuse Fuel, SRF)로 가공하여 화력 발전의 연료로 사용하는 방식이 있다. 이 방식은 폐기물을 처리하면서 재생 에너지를 생산할 수 있어 널리 사용되었다.

그러나, 화력발전은 미세먼지나 온실가스의 발생량이 높아 환경에 심각한 영향을 줄 수 있어 점차 발전량을 축소하는 추세이다.

따라서, 폐기물을 처리하면서 재생에너지를 생산할 수 있는 보다 친환경적인 처리방식이 요구되어 연속식 열분해 방식을 이용한 폐기물처리기술이 제안되었다.

열분해를 이용한 폐기물처리기술은 산소 공급이 제한된 조건에서 폐기물을 열분해함으로써, 폐기물로부터 가연성가스나 오일을 회수하는 친환경기술이다.

이와같이 폐기물로부터 유효성분을 회수하기 위해서는 산소공급이 차단된 밀폐 환경에서 열분해를 진행하고, 일정 단위로 끊어서 열분해가 이루어지는 회분식 열분해(Batch Pyrolysis) 방식과 연속적인 열분해가 이루어지는 연속식 열분해(Continuous Pyrolysis) 방식이 제공되고 있다.

최근에는 열분해성을 향상시키기 위해 초음파를 적용한 예가 제시되고 있다. 그러나, 열분해장치에 초음파를 적용시키기 위해서는 열분해로에 초음파 진동장치를 접촉시켜야되는데 이때 열분해로에서 전달되는 고온에 의해 초음파진동장치가 파손되는 문제점이 있다.

한국공개특허 [10-2002-0078551]에서는 폐 프라스틱 및 폐 고무등 고분자화합물의 열 분해시초음파를 이용한 분해장치를 구비한 열 반응장치로서내부를 진공으로하여 경질.중질유류 및 카본을 제조하는방법및장치가 개시되어 있다.

한국공개특허 [10-2002-0078551](공개일자: 2002.10.19)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고분자 폐기물을 열분해시켜 유효성분을 수취하는 과정에서 초음파 진동장치를 추가 장착하여 초음파에 의해 고분자 연결고리를 끊는 초음파분해를 수행하여 열분해와 초음파분해의 복합분해기술을 적용한 초음파열분해장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치는, 열분해로(100); 초음파진동자(210)를 포함하고, 상기 열분해로(100) 내부에 초음파 공동화 현상을 일으키는 초음파진동부(200); 및 상기 초음파진동부(200)를 냉각시키는 냉각부(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열분해로(100)는 상기 초음파진동부(200)의 일부가 삽입되는 관통공이 형성되며, 상기 초음파진동부(200)는 일측이 상기 열분해로(100) 외부에 노출되며, 타측이 상기 열분해로(100) 내부 공간에 수용되도록 구비되되, 상기 초음파진동자(210)가 상기 열분해로(100) 외부에 노출되도록 구비된 것을 특징으로 한다.

또, 상기 초음파진동부(200)는 상기 초음파진동자(210)의 초음파진동을 전달하는 진동가이드부(220)를 포함하며, 상기 진동가이드부(220)의 일측이 상기 초음파진동자(210)에 접하고, 상기 진동가이드부(220)의 타측이 상기 열분해로(100) 내부 공간에 수용되도록 구비되며, 상기 진동가이드부(220)는 일측 방향 끝 단면 보다 타측 방향 일부 단면의 단면적이 작은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 초음파진동부(200)는 상기 진동가이드부(220)의 일측 방향 끝 단면보다 단면적이 작은 부분이 상기 열분해로(100) 관통공에 삽입 고정되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 초음파진동부(200)는 상기 열분해로(100) 상부에 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열분해로(100)는 상기 열분해로(100) 내부에 회전 가능하도록 구비된 회전축부(130); 및 상기 회전축부(130)에 결합되어, 상기 회전축부(130)와 같이 회전하며, 스크류 형상으로 형성된 스크류부(140);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 열분해로(100)는 상기 스크류부(140)가 회전하면서 상기 초음파진동부(200)와의 접촉을 방지하기 위해, 상기 초음파진동부(200)가 구비된 구간에 상기 스크류부(140)가 끊어진 구간을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전축부(130)는 회전축을 중심으로 중앙이 중공된 도관 형태로 형성되며, 외부 화로(900)에 의해 가열된 유체가 도관 형태의 상기 회전축부(130)를 통과하면서 상기 열분해로(100) 내부를 가열하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 냉각부(300)는 상기 초음파진동부(200)에 일면이 접촉하는 제1펠티어소자부(310); 및 상기 제1펠티어소자부(310)의 타면에 접촉하며, 냉매를 순환시켜 상기 제1펠티어소자부(310)의 열을 냉각시키는 제1냉매순환부(320);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 냉각부(300)는 상기 제1냉매순환부(320)에 일면이 접촉하는 제2펠티어소자부(330); 및 상기 제2펠티어소자부(330)의 타면에 접촉하며, 냉매를 순환시켜 상기 제2펠티어소자부(330)의 열을 냉각시키는 제2냉매순환부(340);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치에 의하면, 고분자 폐기물을 열분해시켜 유효성분을 수취하는 과정에서 초음파 진동장치를 추가 장착하여 초음파에 의해 고분자 연결고리를 끊는 초음파분해를 수행하여, 열분해와 초음파분해가 동시에 진행될 수 있도록 함으로써, 열분해율을 증가시키며, 열분해율의 증가로 재생유 등의 유효성분 수취량을 증가시키는 효과가 있다.

또한, 초음파진동부의 일측이 열분해로 내부에 구비되도록 함으로써, 초음파 분해 효율을 더욱 높이는 효과가 있다.

또, 초음파진동부 단면적 크기차이를 두어, 초음파진동자에 열이 전달되는 것을 일부 차단함으로써, 초음파진동자의 기능을 향상시키며, 초음파 진동자의 냉각에 필요한 에너지를 줄이는 효과가 있다.

또한, 초음파진동부의 단면적이 작은 부분이 관통공에 삽입 고정되도록 함으로써, 열분해로의 외벽을 통한 열 전달을 최소화 시키는 효과가 있다.

또, 초음파진동부를 상부에 설치함으로써, 열분해된 물질로부터 초음파진동부의 초음파진동자에 전달되는 열을 최소화 시키는 효과가 있다.

또한, 회전축부와 스크류부를 구비함으로써, 열분해를 위해 투입된 물질의 이동경로를 제어하는 효과가 있다.

또, 스크류부가 끊어진 구간을 형성함으로써, 스크류부가 초음파진동부에 간섭되는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한, 화로에 의해 가열된 유체가 도관 형태의 회전축부를 통과하면서 열분해로를 가열하도록 함으로써, 열분해로 가열에 필요한 에너지를 줄일 수 있는 효과가 있다.

아울러, 펠티어소자와 냉매순환부로 초음파진동부를 냉각함으로써, 냉각 효율을 높이고, 펠티어소자로부터 발생된 전기에너지를 재활용 하여 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 더욱 뛰어있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 개념도.
도 2는 도1의 초음파진동부가 열분해로 내부에 삽입된 예를 보여주는 단면도.
도 3은 도 1의 열분해로 외측 부분을 절단하여 열분해로 내부의 예를 보여주는 부분 단면도 및 부분 확대도.
도 4 내지 도 5는 도 1의 열분해로가 연직방향으로 다단 형성된 예를 보여주는 개념도.
도 6은 초음파진동부의 상부면에 펠티어소자부와 냉매순환부가 구비된 예를 보여주는 개념도.
도 7은 펠티어소자부와 냉매순환부가 다중으로 구성된 예를 보여주는 개념도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 개념도이고, 도 2는 도1의 초음파진동부가 열분해로 내부에 삽입된 예를 보여주는 단면도이며, 도 3은 도 1의 열분해로 외측 부분을 절단하여 열분해로 내부의 예를 보여주는 부분 단면도 및 부분 확대도이고, 도 4 내지 도 5는 도 1의 열분해로가 연직방향으로 다단 형성된 예를 보여주는 개념도이며, 도 6은 초음파진동부의 상부면에 펠티어소자부와 냉매순환부가 구비된 예를 보여주는 개념도이고, 도 7은 펠티어소자부와 냉매순환부가 다중으로 구성된 예를 보여주는 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치는 열분해로(100), 초음파진동부(200) 및 냉각부(300)를 포함한다.

열분해로(100)는 폐플라스틱 열분해유 생산에 이용되는 열분해로로, 내부가 중공된 관 형태로 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 열분해로(100)는 상부가 개구되며, 단면이 U자 형상으로 형성된 베이스부(110) 및 상기 베이스부(110)의 상부를 덮어 밀폐시키는 커버부(120)를 포함할 수 있다.

이는 상기 열분해로(100)의 오픈이 용이하여 유지보수를 용이하게 할 수 있으며, 초음파진동부(200), 압력밸브 등 다른 기구의 설치를 용이하게 할 수 있다.

초음파진동부(200)는 초음파진동자(210)를 포함하고, 상기 열분해로(100) 내부에 초음파 공동화 현상을 일으킨다.

상기 초음파진동부(200)는 전원을 공급받아 초음파진동을 발생시키는 장치로, 상기 열분해로(100)에 설치되며, 발생된 초음파진동이 상기 열분해로(100)로 전달되게 한다.

상기 초음파진동부(200)로부터 발생된 초음파진동은 상기 열분해로(100) 내부에서 열분해 시키기 위한 물질(플라스틱 폐기물 등)에 전달되어, 진동에 의한 캐비테이션을 발생시키며, 캐비테이션은 열분해된 물질(용융된 플라스틱 폐기물 등)의 고분자 연결고리가 쉽게 끊어지는 환경을 조성하여 분해를 촉진시킨다.

냉각부(300)는 상기 초음파진동부(200)를 냉각시킨다.

상기 냉각부(300)는 상기 열분해로(100)에서 상기 초음파진동부(200)로 전달되는 열을 신속하게 흡수하여 상기 초음파진동부(200)의 온도를 낮출 수 있으므로, 고온환경에서도 상기 초음파진동부(200)의 열에 의한 파손을 방지하면서 장시간 초음파진동을 제공할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 열분해로(100)는 상기 초음파진동부(200)의 일부가 삽입되는 관통공이 형성될 수 있다.

이는, 상기 초음파진동부(200)의 일부가 상기 열분해로(100)의 내부에 삽입되도록 하기 위한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 초음파진동부(200)는 일측이 상기 열분해로(100) 외부에 노출되며, 타측이 상기 열분해로(100) 내부 공간에 수용되도록 구비되되, 상기 초음파진동자(210)가 상기 열분해로(100) 외부에 노출되도록 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.

초음파에 의해 고분자 연결고리를 끊는 초음파분해의 효과를 높이기 위해서는 열분해된 물질(용융된 플라스틱 폐기물 등)에 직접 초음파가 전달되도록 하는 것이 좋다.

상기 열분해로(100)의 내부는 열분해를 위해 높은 온도를 유지하게 되나, 상기 초음파진동부(200)는 높은 온도에서 제 기능을 못하거나 파손될 수 있다.

따라서, 상기 초음파진동부(200)의 초음파진동자(210) 부분은 상기 열분해로(100) 외부에 노출되도록 하고, 상기 초음파진동부(200)의 초음파 전달 부분(혼 부분, 진동가이드부(220))은 상기 열분해로(100) 내부 공간에 수용되도록 하는 것이 바람직하다.

도 2에서 상기 초음파진동부(200)가 우측에 하나만 도시된 예를 들었으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 회전축부(130)를 중심으로 좌우 양측에 구비되는 등 더 많은 초음파진동부(200)를 다양하게 설치하여 사용할 수 있음은 물론이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 초음파진동부(200)는 상기 초음파진동자(210)의 초음파진동을 전달하는 진동가이드부(220)를 포함하며, 상기 진동가이드부(220)의 일측이 상기 초음파진동자(210)에 접하고, 상기 진동가이드부(220)의 타측이 상기 열분해로(100) 내부 공간에 수용되도록 구비되며, 상기 진동가이드부(220)는 일측 방향 끝 단면 보다 타측 방향 일부 단면의 단면적이 작은 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 초음파진동부(200)는 높은 온도에서 제 기능을 못하거나 파손될 수 있다.

따라서, 상기 초음파진동부(200)의 초음파진동자(210) 부분에 열이 전달되는 것을 최소화 시키는 것이 바람직하며, 이를 위해, 상기 진동가이드부(220)를 구비하되, 상기 진동가이드부(220)의 상기 초음파진동자(210)에 접하는 부분 단면 보다 상기 열분해로(100) 측 일부 또는 전체 단면적이 작게 형성하는 것이 바람직하다.

도면 상에서는 상기 진동가이드부(220)의 형상이 상기 열분해로(100) 측으로 갈수록 단면이 작아지다가 일정해 지는 형상을 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 상기 관통공에 삽입되는 부분 또는 상기 관통공에 삽입되는 부분과 인접한 부분 단면이 상기 초음파진동자(210)에 접하는 부분 단면 보다 작게 형성되고, 이후 열분해된 물질(용융된 플라스틱 폐기물 등)에 직접 접촉되는 부분 단면이 점점 넓어지게 하는 등 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 초음파진동부(200)는 상기 진동가이드부(220)의 일측 방향 끝 단면보다 단면적이 작은 부분이 상기 열분해로(100) 관통공에 삽입 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

이는, 상기 초음파진동부(200)와 상기 열분해로(100) 외벽 부분의 접촉을 최소화 시켜, 상기 열분해로(100) 외벽을 통한 열 전달을 최소화 시키기 위함이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 초음파진동부(200)는 상기 열분해로(100) 상부에 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 초음파진동부(200)를 상기 열분해로(100)의 상부에 구비하는 것은 상기 열분해로(100)의 하부에 열분해된 물질(용융된 플라스틱 폐기물 등)이 있기 때문에, 열분해된 물질(용융된 플라스틱 폐기물 등)로부터 상기 초음파진동부(200)의 초음파진동자(210)에 전달되는 열을 최소화 시키기 위함이다.

열분해된 물질(용융된 플라스틱 폐기물 등)은 중력에 의해 상기 열분해로(100)의 하부에 고이기 때문에 초음파진동부(200)의 초음파진동자(210) 부분이 상부에 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 열분해로(100)는 상기 열분해로(100) 내부에 회전 가능하도록 구비된 회전축부(130) 및 상기 회전축부(130)에 결합되어, 상기 회전축부(130)와 같이 회전하며, 스크류 형상으로 형성된 스크류부(140)를 포함할 수 있다.

상기 열분해로(100)는 열분해를 시키고자 하는 물질이 투입구(180) 측으로 투입되면 열분해를 시키고, 목표한 만큼 열분해가 된 물질은 배출구(190)로 배출시켜야 한다.

상기 스크류부(140)는 열분해 시키기 위한 물질(플라스틱 폐기물 등) 또는, 열분해된 물질(용융된 플라스틱 폐기물 등)을 배출구(190) 방향으로 이동시키기 위한 것이고, 상기 회전축부(130)는 상기 스크류부(140)를 회전시키기 위한 구성이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 열분해로(100)는 상기 스크류부(140)가 회전하면서 상기 초음파진동부(200)와의 접촉을 방지하기 위해, 상기 초음파진동부(200)가 구비된 구간에 상기 스크류부(140)가 끊어진 구간을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

스크류 형상으로 형성된 스크류부(140)가 상기 회전축부(130) 전 구간에 형성되면, 상기 스크류부(140)가 회전하면서 상기 초음파진동부(200)와 부딛혀, 상기 초음파진동부(200)를 파손시킬 수 있다.

따라서, 스크류 형상으로 형성된 스크류부(140)가 상기 초음파진동부(200)와 접촉하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 상기 스크류부(140)의 날개 부분이 회전하여도 상기 초음파진동부(200)와 접촉되는 부분이 없도록 끊어진 구간을 형성할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 열분해로(100)는 상기 스크류부(140)가 상기 배출구(190)를 중심으로 날개의 방향이 반대가 되도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 배출구(190)를 상기 열분해로(100)의 가장 끝단에 설치한다면 상기 스크류부(140)의 날개 방향에 문제가 없겠으나, 상기 배출구(190)가 상기 열분해로(100)의 끝단에서 일정거리 이격되어 배치되었을 때, 상기 배출구(190)를 지나쳐간 열분해된 물질은 계속 상기 배출구(190)와 멀어지는 방향으로 이동되는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해, 상기 스크류부(140)가 상기 배출구(190)를 중심으로 날개의 방향이 반대가 되도록 형성함으로써, 상기 배출구(190)를 지나쳐간 열분해된 물질이 다시 상기 배출구(190) 측으로 이동되어 배출되도록 할 수 있다.

도 3에서 상기 배출구(190)의 좌측에 구비된 날개와 우측에 구비된 날개의 방향이 서로 반대가 되어있음을 확인할 수 있고, 날개의 방향이 서로 반대가 된다는 것은, 상기 회전축부(130)의 회전에 의해 상기 열분해로(100) 내부의 물질을 이동시키는 방향이 반대가 되도록 형성된 것을 말한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 회전축부(130)는 회전축을 중심으로 중앙이 중공된 도관 형태로 형성되며, 외부 화로(900)에 의해 가열된 유체가 도관 형태의 상기 회전축부(130)를 통과하면서 상기 열분해로(100) 내부를 가열하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 열분해로(100)의 내부를 가열하기 위해서는 외부에 전열기구를 부착하여 가열할 수도 있지만, 이러한 경우, 손실되는 열이 많아지기 때문에, 상기 열분해로(100)의 내부 가까이에 열원을 두는 것이 바람직하다.

열원으로 가열된 유체를 사용하고, 가열된 유체가 상기 회전축부(130)를 통과하도록 하면 보다 효율적으로 상기 열분해로(100) 내부를 가열시킬 수 있다.

상기 외부 화로(900)는 700~1000도 정도의 유체를 보내면 상기 열분해로(100) 내부의 온도를 450도로 유지하는 것이 가능하다.

도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 상기 열분해로(100)는 다수개가 연직 방향으로 다단 배치되어 구성될 수 있다.

다단으로 배치하는 것은 소형화를 위해 열분해관 설치를 위한 대지면적을 축소시켜 좁은 대지면적에도 설치가 가능하게 하기 위함이다.

연직방향으로 다단 배치하는 것은, 전단 배출구로 배출된 물질이 후단 투입구로 이동하는데 중력의 힘을 이용하여 더욱 용이한 배출과 투입이 가능하도록 하기 위함이다.

도 4 내지 도 5의 실시예에 대해 구체적으로 설명하면, 첫 번째(최상 측) 열분해로(100)의 투입구 측으로 투입된 물질은 150도 정도의 온도에서 수분이 제거되는 과정을 거치며 배출구 측 방향인 우측으로 이동된다.

첫 번째 열분해로(100)의 배출구를 거쳐 두 번째 열분해로(100)에 투입된 물질은 250도 정도의 온도에서 1차 열분해 및 염소가 제거되는 과정을 거치며 좌측으로 이동된다.

세 번째 열분해로(100)에 투입된 물질은 350도 정도의 온도에서 2차 열분해 및 1차 초음파 열분해 과정을 거치며 우측으로 이동된다.

네 번째 열분해로(100)(최 하측)에 투입된 물질은 450도 정도의 온도에서 3차 열분해 및 2차 초음파 열분해 과정을 거치며 좌측으로 이동된다.

즉, 다단으로 형성된 열분해로(100)는 다음 단으로 갈수록 온도가 높아지도록 하여 운영할 수 있다.

이때, 회전축(130)이 도관 형태로 형성되었기 때문에, 외부 화로(900)에 의해 가열된 유체가 도관 회전축부(130) 내부를 통과하도록 하기 위해, 배관을 연통시킬 수 있다.

도 4 내지 도 5의 실시예에서는 이해를 돕기위한 규칙성이 잘 보이게 하기위해 지그재그 식 배관연결을 예로 하였으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

또, 도 4에서는 단과 단의 사이에 가열된 유체가 머물 수 있는 챔버를 도시하였으나, 도 5와 같이 챔버를 생략하고 실시하는 것도 가능함은 물론이다.

또한, 상기 열분해로(100)는 내부 물질을 이동시키고자 하는 방향으로 일정 각도 기울기(도 4에서는 5도의 기울기를 형성함)를 형성하도록 배치할 수 있다. 이는, 스크류의 힘 외에도 중력의 힘을 이용하기 위함이다.

또, 상기 회전축(130)에 연결되는 베어링은 쿨베어링을 이용하는 것이 바람직하다. 이는, 상기 회전축 자체의 온도가 높기 때문에 회전이 용이해 지도록 하기 위함이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 냉각부(300)는 상기 초음파진동부(200)에 일면이 접촉하는 제1펠티어소자부(310) 및 상기 제1펠티어소자부(310)의 타면에 접촉하며, 냉매를 순환시켜 상기 제1펠티어소자부(310)의 열을 냉각시키는 제1냉매순환부(320)를 포함할 수 있다.

상기 초음파진동부(200)의 온도를 낮추기 위해, 냉매를 이용할 수 있으나, 본 발명에서는 상기 초음파진동부(200)와 제1냉매순환부(320) 사이에 제1펠티어소자부(310)를 개재 구비하여, 냉각 효율을 더욱 향상시켰으며, 상기 제1펠티어소자부(310)로부터 생산되는 전기 에너지를 재활용 할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파열분해장치의 냉각부(300)는 상기 제1냉매순환부(320)에 일면이 접촉하는 제2펠티어소자부(330) 및 상기 제2펠티어소자부(330)의 타면에 접촉하며, 냉매를 순환시켜 상기 제2펠티어소자부(330)의 열을 냉각시키는 제2냉매순환부(340)를 포함할 수 있다.

즉, 펠티어소자부(310, 330)와 냉매순환부(320, 340)를 다중으로 구성한 다중 냉각으로 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100: 열분해로
110: 베이스부 120: 커버부
130: 회전축부 140: 스크류부
180: 투입구 190: 배출구
200: 초음파진동부
210: 초음파진동자 220: 진동가이드부
300: 냉각부
310: 제1펠티어소자부 320: 제1냉매순환부
330: 제2펠티어소자부 340: 제2냉매순환부
900: 화로

Claims

열분해로(100);
초음파진동자(210)를 포함하고, 상기 열분해로(100) 내부에 초음파 공동화 현상을 일으키는 초음파진동부(200); 및
상기 초음파진동부(200)를 냉각시키는 냉각부(300);
를 포함하며,
상기 열분해로(100)는
상부가 개구되며, 단면이 U자 형상으로 형성된 베이스부(110); 및
상기 베이스부(110)의 상부를 덮어 밀폐시키는 커버부(120);
를 포함하며,
상기 커버부(120)는
상기 초음파진동부(200)의 일부가 삽입되는 관통공이 형성되며,
상기 초음파진동부(200)는
일측이 상기 열분해로(100) 외부에 노출되며, 타측이 상기 열분해로(100) 내부 공간에 수용되도록 구비되되, 상기 초음파진동자(210)가 상기 열분해로(100) 외부에 노출되도록 구비된 것을 특징으로 하고,
상기 초음파진동부(200)는
상기 초음파진동자(210)의 초음파진동을 전달하는 진동가이드부(220)를 포함하며,
상기 진동가이드부(220)의 일측이 상기 초음파진동자(210)에 접하고, 상기 진동가이드부(220)의 타측이 상기 열분해로(100) 내부 공간에 수용되도록 구비되고,
상기 진동가이드부(220)는 일측 방향 끝 단면 보다 타측 방향 일부 단면의 단면적이 작은 것을 특징으로 하며,
상기 초음파진동부(200)는
상기 열분해로(100) 상부에 구비된 것을 특징으로 하고,
상기 열분해로(100)는
상기 열분해로(100) 내부에 회전 가능하도록 구비된 회전축부(130); 및
상기 회전축부(130)에 결합되어, 상기 회전축부(130)와 같이 회전하며, 스크류 형상으로 형성된 스크류부(140);
를 포함하며,
상기 열분해로(100)에는 열분해를 시키고자 하는 물질을 투입하는 투입구(180)와 열분해된 물질을 배출하는 배출구(190)가 구비되며,
상기 스크류부(140)는 열분해 시키기 위한 물질 또는, 열분해된 물질을 상기 배출구(190) 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하고,
상기 스크류부(140)는
상기 배출구(190)의 위치를 중심으로 날개의 방향이 반대가 되도록 형성된 것을 특징으로 하고,
상기 냉각부(300)는
상기 초음파진동부(200)에 일면이 접촉하는 제1펠티어소자부(310); 및
상기 제1펠티어소자부(310)의 타면에 접촉하며, 냉매를 순환시켜 상기 제1펠티어소자부(310)의 열을 냉각시키는 제1냉매순환부(320);
를 포함하는 초음파열분해장치.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 초음파진동부(200)는
상기 진동가이드부(220)의 일측 방향 끝 단면보다 단면적이 작은 부분이 상기 열분해로(100) 관통공에 삽입 고정되는 것을 특징으로 하는 초음파열분해장치.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 열분해로(100)는
상기 스크류부(140)가 회전하면서 상기 초음파진동부(200)와의 접촉을 방지하기 위해, 상기 초음파진동부(200)가 구비된 구간에 상기 스크류부(140)가 끊어진 구간을 형성하는 것을 특징으로 하는 초음파열분해장치.
제1항에 있어서,
상기 회전축부(130)는 회전축을 중심으로 중앙이 중공된 도관 형태로 형성되며,
외부 화로(900)에 의해 가열된 유체가 도관 형태의 상기 회전축부(130)를 통과하면서 상기 열분해로(100) 내부를 가열하는 것을 특징으로 하는 초음파열분해장치.
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제1항에 있어서,
상기 냉각부(300)는
상기 제1냉매순환부(320)에 일면이 접촉하는 제2펠티어소자부(330); 및
상기 제2펠티어소자부(330)의 타면에 접촉하며, 냉매를 순환시켜 상기 제2펠티어소자부(330)의 열을 냉각시키는 제2냉매순환부(340);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파열분해장치.