KR102601811B1 - 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템 및 방법 - Google Patents
건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시 예는 건조기로 음식물류 폐기물의 수분의 적어도 일부를 제거하여 전처리한 후 플라즈마 탄화기로 전처리된 폐기물을 탄화시켜 폐기물을 자원화시키고, 탄화시킬시 발생하는 전력량을 감소시키는 시스템을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템은 음실물류 폐기물이 수집되고, 상기 폐기물을 건조시켜 미부숙 건조물을 형성하는 건조기; 상기 건조기에서 생성된 상기 미부숙 건조물을 전달 받아 수용하는 호퍼; 및 상기 호퍼와 연결되고, 상기 호퍼로부터 상기 미부숙 건조물을 전달받으며, 상기 미부숙 건조물을 탄화시켜 부숙 탄화물을 형성하는 플라즈마 탄화기;를 포함한다.
Description
본 발명은 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 건조기로 음식물류 폐기물의 수분의 적어도 일부를 제거하여 전처리한 후 플라즈마 탄화기로 전처리된 폐기물을 탄화시켜 폐기물을 자원화시키고, 탄화시킬시 발생하는 전력량을 감소시키는 시스템에 관한 것이다.
도시가 발달하고 주거가 밀집되면서 가정마다 배출되는 음식쓰레기로 구성된 유기성물질이 집중되어 발생되고 있지만 님비 현상으로 유기성물질의 대량 처리장은 주거지역 외곽에 많이 설치되어 있어서 주거 밀집 지역에서는 유기성물질을 모은 후 외곽에 있는 유기성물질 처리장까지 운반하여 처리하고 있는데, 이러한 유기성물질의 저장, 운반 및 최종 처리 시에 악취, 유해 곤충의 발생 등 또 다른 민원소지가 있어서 음식 쓰레기는 발생 장소에서 발생자가 처리하여야 한다는 인식이 강해지고 있다.
따라서 이러한 인식에 부응하여 유기성물질을 발생지에서 처리할 수 있는 기술의 개발이 활발히 진행되고 있다. 가정에서 사용할 수 있도록 개발된 유기성물질의 처리 기술은 유기성물질을 분쇄기로 분쇄시켜 물과 함께 배수관으로 흘려보내는 기술로, 이 방법을 사용하면 가정에서 유기성물질의 처리는 간단하지만 하수처리장에서 유입되는 하수의 오염부하가 너무 높아져서 하수처리장 운영에 많은 문제점이 발생하게 된다.
유기성물질을 미생물을 이용하여 호기 분해하는 기술을 이용한 유기성물질 소멸장치는 처리방법이 친환경적인 장점은 있지만 유기성물질에 포함된 유기물을 미생물로 완전 분해시키는데 오랜 시간이 필요한 것과, 사용하는 미생물 종균을 지속적으로 공급하여야 하는 경제적인 부담, 일부 혐기성 미생물이 유기물을 분해하면서 황화수소, 멀캅탄(Mercaptan) 등의 악취물질을 발생시켜 가정마다 유기성물질 소멸장치를 설치하면 많은 점 오염원을 확대시키는 문제점 등이 있다.
한편 상기한 문제점들의 해소를 위하여 유기성물질을 압착 탈수시켜 발생하는 탈리액은 하수구에 버리고 고형물을 전기 히터 또는 화석 연료 버너로 건조 또는 탄화시키는 기술도 있는데, 이러한 기술은 유기성물질을 담은 비닐 봉지를 파봉한 후 유기성물질만 처리하여야 하는 사용상의 번거로움과 건조나 탄화를 전기히터를 이용하여 600℃ 이하의 온도에서 시행하여 처리시간이 많이 소요되고 탄화 시 발생하는 악취물질을 고온 열분해 시키지 못하여 악취가 다량 발생하는 문제점도 있다.
따라서, 근래에는 고온 플라즈마를 이용하여 유기성물질을 탄화하는 방법이 사용되었으나, 고온의 플라즈마 탄화기만 이용하여 유기성물질을 탄화시킬시 상당한 에너지가 소모되는 단점이 존재 하였다.
대한민국 등록특허 제 10-2195115호 (발명의 명칭: 음식물 쓰레기 처리 장치)에는 프레임, 상기 프레임에 설치되는 구동부, 상기 구동부의 구동원을 전달받아 음식물 쓰레기를 파쇄하는 파쇄부, 상기 파쇄부에서 파쇄된 음식물 쓰레기를 압착하여 탈수시키는 압착부, 그리고 상기 압착부에서 탈수된 고형물을 건조시키는 건조부,를 포함하며, 상기 압착부는 상기 파쇄부 또는 상기 압착부에서 생기는 오수를 배출하는 오수배출간극을 구비하고, 상기 오수배출간극을 설정된 범위 내에서 가변시키는 간극유지 플레이트를 구비하며, 상기 압착부는 압착부 케이스, 상기 압착부 케이스의 내부에 배치되어 파쇄된 음식물 쓰레기를 압착시키는 압착스크류, 상기 압착스크류를 관통하여 상기 압착부 케이스의 내부에 끼워지는 스크류 선단 고정부재, 상기 스크류 선단 고정부재에 고정되고 동시에 상기 압착스크류의 선단에 밀착되어 압착된 고형물을 배출하고 오수는 차단하는 실링, 그리고 상기 압착부 케이스에 결합되어 상기 실링을 축과 나란한 방향으로 가압하여 상기 실링을 고정하는 실링 고정부재를 포함하고 있다.
수분 함수율을 낮추는데 전력이 많이 드는것과 아래 탄화처리 시스템이 필요한것과 의미가 일관적이지 않음.
건조하는 것이 일반적이나 재활용에 부작용과 한계가 존재하기 때문에 탄화 처리해야 한다는 목적이며,
일반적인 탄화는 에너지가 많이 들기 때문에 일정함수율까지는 효율좋은 건조방법으로 처리하고 남은 것만 탄화처리하여 에너지를 줄일수 있다.(고함수율부터 탄화처리시는 건조구간에서도 높은 에너지 소모를 함)
그러나 종래 기술은, 건조기를 사용하여 건조물을 생성할시 탄화물이 적게 함량된 갈색의 건조물을 형성하여 수분을 재흡수할시 음식물쓰레기로 돌아가는 성질이 있어 건조물을 재활용에 부작용과 한계가 존재하는 문제가 있다. 이로 인해, 탄소 외의 가스가 분해 및 배출되어 수분 재흡수시 탄화물 형태를 유지하는 탄화처리가 필수적이지만, 일반적인 탄화는 전력 소모량이 많은 문제가 있다. 따라서, 일정함수율까지는 전력 소모 효율이 좋은 건조방법으로 처리하고, 남은 수분을 탄화처리하여 전체 에너지 소모량을 감소시키는 열풍건조기로 음식물을 건조한 후 전처리된 건조물을 플라즈마 건조기에 투입하여 탄화시키는 시스템이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 건조기로 전처리된 미부숙 건조물을 플라즈마 탄화기로 탄화시켜 자원화하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 건조기로 전처리된 미부숙 건조물을 플라즈마 탄화기로 탄화시킬시 발생하는 가스를 열원으로 이용하여 온수를 형성하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 건조기로 전처리된 미부숙 건조물을 플라즈마 탄화기로 탄화시켜 전력량을 감소시키는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 건조기로 전처리된 미부숙 건조물을 플라즈마 탄화기로 탄화시켜 함수율을 감소시키는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 음식물류 폐기물이 수집되고, 상기 폐기물을 건조시켜 미부숙 건조물을 형성하는 건조기; 상기 건조기에서 생성된 상기 미부숙 건조물을 전달 받아 수용하는 호퍼; 및 상기 호퍼와 연결되고, 상기 호퍼로부터 상기 미부숙 건조물을 전달받으며, 상기 미부숙 건조물을 탄화시켜 부숙 탄화물을 형성하는 플라즈마 탄화기;포함하고, 상기 건조기로 상기 폐기물의 수분을 일부 제거하여 전처리하고, 상기 플라즈마 탄화기로 탄화시켜 상기 부숙 탄화물의 생성시 소모되는 전력량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 건조기에서 생성되는 상기 미부숙 건조물의 함수율은 10% 내지 15%로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 탄화기에서 생성되는 상기 부숙 탄화물의 함수율은 1% 이하로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 하나의 플라즈마 탄화기는, 복수개의 건조기에서 형성되는 복수개의 미부숙 건조물을 동시에 전달받을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 탄화기는 상기 부숙 탄화물이 생성되며 가스 및 수분이 발생될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 탄화기는, 상기 가스를 촉매에 의한 촉매 전환 반응 통해 활성화시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 탄화기와 연결되고, 상기 플라즈마 탄화기에서 활성화된 상기 가스 및 상기 수분을 열원으로 온수를 형성하는 온수기;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법에 있어서, (a) 음식물류 폐기물이 수집되고, 상기 폐기물을 건조시켜 미부숙 건조물을 형성하는 건조기가 마련되어 폐기물이 전처리되는 단계; (b) 상기 미부숙 건조물이 호퍼에 투입되는 단계; (c) 상기 호퍼에 위치되는 상기 미부숙 건조물의 적어도 일부가 플라즈마 탄화기로 인입되는 단계; (d) 상기 플라즈마 탄화기에 인입된 상기 미부숙 건조물이 탄화되어 부숙 탄화물이 형성되는 단계; (e) 온수가 형성되는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (a) 단계는, (a1) 상기 폐기물이 상기 건조기의 수용공간에 수집되는 단계; (a2) 수집된 상기 폐기물이 상기 건조기의 교반부에 의해 교반되는 단계; (a3) 상기 건조기에서 형성된 열풍에 의해 상기 폐기물이 건조되어 상기 미부숙 건조물이 형성되는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 호퍼에서 상기 플라즈마 탄화기로 이동되는 상기 미부숙 건조물이 상기 플라즈마 탄화기의 수용공간에 수집되는 단계; (d2) 수집된 상기 미부숙 건조물이 상기 플라즈마 탄화기의 교반부에 의해 교반되는 단계; (d3) 상기 플라즈마 탄화기의 토치부가 플라즈마를 발생시켜 상기 미부숙 건조물을 탄화시켜 부숙 탄화물이 형성되는 단계;를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 건조기로 전처리된 미부숙 건조물을 플라즈마 탄화기로 탄화시켜 자원화시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 효과는, 건조기로 전처리된 미부숙 건조물을 플라즈마 탄화기로 탄화시킬시 발생하는 가스를 열원으로 이용하여 온수를 형성하는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 효과는, 건조기로 전처리된 미부숙 건조물을 플라즈마 탄화기로 탄화시켜 전력 소모량을 감소시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 효과는, 건조기로 전처리된 미부숙 건조물을 플라즈마 탄화기로 탄화시켜 함수율을 감소시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 효과는, 폐기물 발생지에서 처리하여 악취가 없으며 친환경적이고 재오염이 없어 수집 이동 비용이 최소화 되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 효과는, 발생한 탄화물을 이용하여 도시공원, 가로수, 가정 및 주말농장등에 사용하여 부산물 이동 비용을 최소화하고 부산물 폐기 비용을 최소화 하는 장점이 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조기를 이용한 건조방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조기를 이용한 건조방법의 실시방법이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 탄화기 및 호퍼의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 탄화기를 이용한 탄화방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 운반차량의 사시도 및 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법의 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화물의 함수율을 낮추는데 필요한 전력소모량의 비교도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 탄화 부산물에 포함된 유해성분의 분석표이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부숙 탄화물의 재활용 방안을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조기를 이용한 건조방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조기를 이용한 건조방법의 실시방법이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 탄화기 및 호퍼의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 탄화기를 이용한 탄화방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 운반차량의 사시도 및 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법의 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화물의 함수율을 낮추는데 필요한 전력소모량의 비교도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 탄화 부산물에 포함된 유해성분의 분석표이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부숙 탄화물의 재활용 방안을 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조기(100)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조기(100)를 이용한 건조방법의 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조기(100)를 이용한 건조방법의 실시방법이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 탄화기(200) 및 호퍼(300)의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 탄화기(200)를 이용한 탄화방법의 흐름도이다
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법의 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 운반 차량(400)의 사시도 및 확대도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법의 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화물의 함수율을 낮추는데 필요한 전력소모량의 비교도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 탄화 부산물에 포함된 유해성분의 분석표이며, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부숙 탄화물(600)의 재활용 방안을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 8에서 보는 바와 같이, 음식물류 폐기물이 수집되고, 폐기물을 건조시켜 미부숙 건조물(500)을 형성하는 건조기(100), 건조기(100)에서 생성된 미부숙 건조물(500)을 전달 받아 수용하는 호퍼(300), 호퍼(300)와 연결되고, 호퍼(300)로부터 미부숙 건조물(500)을 전달받으며, 미부숙 건조물(500)을 탄화시켜 부숙 탄화물(600)을 형성하는 플라즈마 탄화기(200)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템은, 건조기(100)로부터 미부숙 건조물(500)을 전달받아 호퍼(300)로 전달하는 운반 차량(400)을 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템은 플라즈마 탄화기(200)의 배기부와 결합되고. 플라즈마 탄화기(200)에서 부숙 탄화물(600)이 생성되는 동시에 생성되는 가스 및 수분을 이용하며, 온수를 형성하는 온수기를 더 포함할 수 있다.
건조기(100)는, 사용자가 직접 음식물 쓰레기를 건조기(100)의 개폐기를 통해 인입하거나, 음식물쓰레기 수거함에 수거된 음식물 쓰레기를 개폐기를 통해 인입하여 수용공간에 인입하고, 수용공간에 인입된 음식물 폐기물을 교반하며 열풍을 가하여 음식물 폐기물의 함수율을 감소시켜 함수율이 10% 내지 15 %로 형성되는 미부숙 건조물(500)을 형성할 수 있다.
이때, 건조기(100)를 통한 미부숙 건조물(500) 형성 과정에서 소모되는 전력량은 100kg 기준 약 100kwh정도며, 소모되는 시간은 13~15시간 정도 소요될 수 있다.
형성된 미부숙 건조물(500)은 미부숙 건조물(500)을 형성하며 형성된 열기를 식힌 후, 포대 등에 인입되어 운반 차량(400)에 의하여 이동될 수 있으며, 미부숙 건조물(500)은 운반 차량(400)에 의하여 호퍼(300)로 이동될 수 있다. 호퍼(300)로 이동된 미부숙 건조물(500)은 호퍼(300)에 투입되어 수용될 수 있으며, 호퍼(300)에서 적어도 일부의 미부숙 건조물(500)이 플라즈마 탄화기(200)로 이동될 수 있다.
다른 실시예로, 건조기(100)와 플라즈마 탄화기(200)가 인접하여 위치할시, 건조기(100)에서 형성된 미부숙 건조물(500)의 열기를 식힌 후, 호퍼(300)로 바로 인입할 수 있으며, 호퍼(300)로 이동된 미부숙 건조물(500)은 호퍼(300)에 투입되어 수용될 수 있으며, 호퍼(300)에서 적어도 일부의 미부숙 건조물(500)이 플라즈마 탄화기(200)로 이동될 수 있다.
다른 실시예로, 건조기(100)와 플라즈마 탄화기(200)가 인접하여 위치할시, 건조기(100)에서 형성된 미부숙 건조물(500)의 열기를 식힌 후, 플라즈마 탄화기(200)의 개폐부를 통해 플라즈마 탄화기(200)의 수용공간 내부로 이동될 수 있다.
플라즈마 탄화기(200)는, 사용자가 직접 미부숙 건조물(500)을 플라즈마 탄화기(200)의 개폐기를 통해 인입하거나, 하우징 측면에 호퍼(300)와 호스로 연결되는 투입구를 통해 호퍼(300)에서 전달받은 미부숙 건조물(500)이 플라즈마 탄화기(200) 내부 수용공간으로 이동될 수 있다. 수용공간에 인입된 음식물 폐기물을 교반부가 교반하며 토치부가 플라즈마를 발생시켜 수용공간 내부의 미부숙 건조물(500)을 탄화시켜 함수율이 1% 내지 5 %로 형성되는 부숙 탄화물(600)을 형성할 수 있다.
이때, 건조기(100)를 통한 미부숙 건조물(500) 형성하는 전처리를 거친 후, 탄화기(200)에 미부숙 건조물(500)을 투입하여 탄화시킬시 플라즈마 탄화기(200)가 소모하는 전력량은 약 35~40kwh로 형성될 수 있다.
플라즈마 탄화기(200)에서 부숙 탄화물(600)이 생성될시, 가스 및 수분이 발생될 수 있으며, 이때 발생된 CO와 NO2등 질소산화물 형태의 가스를 촉매에 의한 촉매 전환 반응을 통하여 활성화하여 CO를 산화 촉매를 통해 추가 공급된 O2와 결합하여 CO2를 형성하도록 하고, NOx는 환원제와의 환원촉매를 통해 N2와 H2O 형태로 변환 되어 무해한 가스로 변화될 수 있다.
이때, 무해하게 변환된 가스는 및 수분의 온도는 200℃ 내지 250℃ 유지될 수 있으며, 열원을 구비하는 가스를 플라즈마 탄화기(200)에 형성된 배기부와, 배기부와 결합되며, 배기부에서 배출되는 가스 및 수분을 열원으로 하여 온수를 형성하는 온수기로 온수를 형성할 수 있다.
건조기(100)로 전처리한 후 탄화기(200)를 사용하여 함수율 1% 이하로 탄화할 시 건조기(100)에서 사용되는 전력 약 100kwh + 플라즈마 탄화기(200)에서 사용되는 전력 약40kwh로 최대 약 140kwh가 소모될 수 있지만, 탄화기(200)만 사용한 경우 폐기물의 함수율 1% 이하로 형성하는데 필요한 전력은 약 300kwh로 전처리 후 플라즈마 탄화기(200)로 탄화할시 필요한 전력이 탄화기(200)만 사용할시 필요한 전력의 절반정도로, 전처리 후 탄화할시 전력량이 감소되는 것을 볼 수 있다.
하나의 플라즈마 탄화기(200)는 복수개의 건조기(100)에서 형성되는 복수개의 미부숙 건조물(500)을 동시에 전달받을 수 있다. 실시예에서 플라즈마 건조기(100)의 처리 용량은 하루에 99kg이고, 건조기(100)의 처리 용량이 하루에 99kg일시, 하루에 건조기(100)에서 생성되는 미부숙 건조물(500)의 무게는 인입된 음식물 폐기물의 수분이 증발되어 폐기물 용량의 적어도 15%이하로 형성될 수 있다.
즉 하나의 건조기(100)에 99kg의 폐기물을 인입할 시, 적어도 85%의 수분이 증발되어 적어도 84.15kg의 수분이 증발하여 하나의 건조기(100)에서 생성되는 미부숙 건조물(500)은 최대 14.85kg로 형성될 수 있으며 이보다 적게 형성될 수 있다.
이때, 플라즈마 탄화기(200)의 용량이 99kg로 형성되어 총 99kg의 미부숙 건조물(500)을 인입할 수 있으며 이를 위하여 복수개의 건조기(100)에서 생성된 복수개의 미부숙 건조물(500)을 하나의 플라즈마 탄화기(200)에 인입하여 미부숙 건조물(500)을 탄화시킬 수 있다. 하나의 플라즈마 탄화기(200)를 복수개의 건조기(100)에서 형성된 복수개의 미부숙 건조물(500)을 인입하여 탄화 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 건조기(100)는 건조 분해 방식을 이용하여 음식물 폐기물을 건조할 수 있으며, 건조기(100)는, 수용공간, 수용공간 상부에 위치하며 개폐되는 개폐기, 수용공간 내부에 위치하며 폐기물을 교반시키는 교반부, 교반부에 의해 교반되는 폐기물에 간접가열 방식을 통하여 폐기물의 수분을 증발시키는 가열부, 생성된 미분숙 건조물이 배출되는 배출부를 구비할 수 있다.
건조기의 최대 처리용량은 하루에 99kg으로 형성되고, 평균 소비 전력은 6kw/h로 형성될 수 있다.
건조기(100)는 내측이 비어있는 형상으로 형성되는 하우징을 구비할 수 있고, 하우징 내부에 형성되며, 미부숙 건조물(500)이 수용되는 수용공간을 구비할 수 있다.
수용공간은 수용공간의 중심축을 기준으로 미부숙 건조물(500)을 교반시키는 교반부를 구비할 수 있고, 교반부는 수용공간의 일측 끝단의 중앙 및 타측 끝단의 중앙과 결합되며 회전가능한 형상으로 형성되는 샤프트를 구비하고, 샤프트의 외주면에 복수개의 날개가 교차 배열되며 제1날개와 제2날개는 상반되는 방향으로 형성될 수 있고, 제2날개와 제3날개는 상반되는 방향으로 형성될 수 있다. 날개의 개수는 이에 한정되지 않는다.
수용공간 상부면에는 하우징 상부면에 결합되며 개폐되도록 형성되어 미부숙 건조물(500)이 투입되는 개폐부를 구비할 수 있고, 다량배출소용 건조기(110)의 개폐부에는 손잡이와 개폐부를 폐쇄한 상태로 고정시키는 복수개의 잠금장치를 구비할 수 있으며, 주거단지용 건조기(120)에는 RFID 카드접축부를 구비하여 RFID 방식의 카드를 접촉시키면 제어부가 주거단지용 건조기(120)의 개폐부를 개방하고 폐쇄할 수 있다.
수용공간은 열풍을 형성하는 열풍부를 구비할 수 있으며, 열풍부에서 형성된 열풍을 교반되는 음식물 폐기물에 접촉시켜 음식물 폐기물의 함수량을 감소시킬 수 있다.
이 과정에서 형성되는 수분은 응축시스템에 의해 응축수로 배출될 수 있고, 배출된 응축수는 중금속, 염분의 수치가 하폐수 처리장에서 처리될 수 있는 일반 폐기물 기준을 만족하는 할 수 있다.
건조기(100)는 다량배출소용 건조기(110)와 주거단지용 건조기(120)를 포함할 수 있으며, 다량배출소용 건조기(110)는, 개폐부 상부면에 손잡이를 구비하며 개폐부를 폐쇄한 상태로 고정하는 복수개의 잠금장치를 구비할 수 있다. 다량배출소용 건조기(110)는 군부대, 학교 등 다량의 음식물 폐기물이 한번에 배출되는 장소에서 활용될 수 있다.
주거단지용 건조기(120)는 카드접촉부 및 통신부를 더 구비하며, 주거단지용 건조기(120) 하우징 상부면 일부위에 형성된 카드접촉부에 RFID 방식으로 형성되어 반도체 칩이 내장된 태그(Tag), 라벨(Label), 카드(Card) 등을 태그하면 무선주파수를 이용하여 해당 카드의 정보를 읽어낼 수 있다.
카드접촉이 인식될시 통신부가 접촉 수신을 받아 제어부에 전달할 수 있고, 제어부가 주거단지용 건조기(120)의 개폐부를 열어 사용자가 음식물 폐기물을 투입할 수 있다. 음식물 폐기물 투입이 끝나면 카드를 다시 인식하여 카드접촉이 인식될시 통신부가 카드접촉부로부터 접촉 수신을 받아 제어부에 전달할 수 있고, 제어부가 투입구 닫은 후 배출량을 표시할 수 있다.
주거단지용 건조기(120)는 아파트 단지 등 소량의 음식물 폐기물이 복수번 나누어져 배출되는 장소에서 활용될 수 있다.
플라즈마 탄화기(200)는, 하우징, 하우징 상단에 개폐되도록 형성되며, 미부숙 건조물(500)이 투입되는 개폐부, 개폐부 하부에 형성되며 미부숙 건조물(500)이 투입되어 수용되는 수용공간, 수용공간의 중심축을 기준으로 미부숙 건조물(500)을 교반시키는 교반부, 수용공간과 결합되고, 미부숙 건조물(500)을 탄화시키는 플라즈마를 발생시키는 토치부 및 수용공간과 적어도 일부는 결합되고, 미부숙 건조물(500)에서 발생되는 가스를 활성화시키는 가스처리부, 생성된 부숙 건조물이 배출되는 배출부 및 가스 및 수분을 배출하는 배기부를 포함할 수 있다.
플라즈마 탄화기의 최대 처리용량은 하루에 99kg으로 형성되고, 평균 소비 전력은 16kw/h로 형성될 수 있다.
수용공간은 하우징 내부에 원형으로 형성되며, 하부에서부터 유기물이 쌓이도록 마련될 수 있다. 그리고, 수용공간은 유기물이 탄화될 때 녹이나 부식이 발생하지 않도록 스테인레스 재질로 마련될 수 있다.
수용공간 상부면에는 하우징 상부면에 결합되며 개폐되도록 형성되어 미부숙 건조물(500)이 투입되는 개폐부를 구비할 수 있고, 개폐부는 하우징 상단과 결합되며, 개폐되도록 형성되는 제1개폐부, 수용공간 상단과 결합되고, 개폐되도록 형성되는 제2개폐부를 포함할 수 있다.
사용자는 제1개페부를 개방하여 제2개폐부 상부면에 미부숙 건조물(500) 또는 음식물 폐기물을 투입할 수 있고, 제1개폐부가 폐쇄되면 제2개폐부가 개방되어 제2개폐부 상단에 위치한 미부숙 건조물(500) 또는 음식물 폐기물이 수용공간 내로 인입될 수 있다.
이로 인해, 개폐부가 2중으로 형성되어, 사용자는 기계가 작동되어 수용공간에서 열반응이 일어나고 있을시에도 수용공간에서 형성되는 열을 제2개폐부가 차단하여 기계 작동시에도 사용자가 미부숙 건조물(500) 또는 음식물 폐기물을 플라즈마 탄화기(200)에 투입할 수 있다.
하우징 측면은 호퍼(300)와 호스로 연결되는 투입구를 구비할 수 있으며, 호퍼(300)에 축적된 미부숙 건조물(500)이 호퍼(300)에서 호스로 투입구로 이동되고, 투입구와 수용공간이 연결되어 호퍼(300)에서 수용공간으로 미부숙 건조물(500)을 이동시킬 수 있다. 이로 인해, 대형 호퍼(300)를 구비할 시 호퍼(300)에서 플라즈마 탄화기(200)로 미부숙 건조물(500)을 이동시키는 별도의 노동력을 감소시킬 수 있다.
수용공간의 영역을 수용공간의 중심에서 횡축과 종축을 기준으로 상부 우측부터 반시계방향으로 1사분면, 2사분면, 3사분면, 4사분면으로 정의할 때, 출입구는 제1사분면 및 제2 사분면 중 어느 하나에 형성될 수 있다. 출입구는 제1사분면에 형성될 수 있다.
수용공간은 수용공간의 중심축을 기준으로 미부숙 건조물(500)을 교반시키는 교반부를 구비할 수 있고, 교반부는 수용공간의 일측 끝단의 중앙 및 타측 끝단의 중앙과 결합되며 회전가능한 형상으로 형성되는 샤프트를 구비하고, 샤프트의 외주면에 복수개의 날개가 교차 배열되며 제1날개와 제2날개는 상반되는 방향으로 형성될 수 있고, 제2날개와 제3날개는 상반되는 방향으로 형성될 수 있다. 날개의 개수는 이에 한정되지 않는다. 교반부는 로터를 구비하여 로터에 의해 회전될 수 있다.
1사분면에 출입구가 마련된 경우, 출입구를 통해 유입되는 유기물은 1사분면에서 4사분면 방향으로 이동하게 된다. 따라서, 회전축은 로터가 1사분면에서 4사분면 방향으로 이동하도록 시계방향으로 회전되게 마련될 수 있다.
토치부는 플라즈마를 발생시켜 수용공간 내부의 유기물을 탄화시키도록 마련되며, 토치부는 수용공간에 결합되되, 수용공간의 내부에 유기물이 쌓여 교반되는 위치의 반대편 측에 결합되도록 마련될 수 있다.
토치부는, 수용공간의 상부에 결합되도록 마련되며, 바람직하게는, 수용공간의 상부 우측의 1사분면 영역에 위치하도록 마련될 수 있다.
만약 토치부가 수용공간의 하부인 3사분면 및 4사분면 영역 위치한다면, 수용공간에 투입된 유기물이나 처리 대상물들에 의해 영향을 받게 될 수 있다. 특히, 음식물 등과 같이 다량의 수분이 포함된 유기물의 경우는 플라즈마 토치부에 수분이 침투하게 만들어 고장을 발생할 가능성이 높다. 따라서 이 경우, 유기물을 투입하기 시작할 때부터 유기물 처리 완료시까지 계속해서 플라즈마 작동을 위한 비활성 기체를 계속적으로 공급하여 플라즈마 토치부에 물이나 수분이 차는 현상을 방지해야만 한다.
그러나, 본 발명과 같이 토치부가 수용공간의 상부에 위치하면, 토치부에 수분 및 처리대상물이 영향을 주는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 토치부는 유기물이 투입되는 방향과, 교반부가 회전하는 방향과 일치하게 화염의 진행방향이 형성되도록 마련되어, 교반부가 토치부의 출구를 막지 않게 할 수 있다.
플라즈마 하우징의 일부위에 가스처리부를 구비할 수 있고, 탄화물 생성하는 과정에서 형성된 질소산화물 형태의 가스를 가스처리부가 촉매 반응을 통해 활성화 시켜 무해한 가스로 변환시킨 후, 배기부로 배출한후 온수기가 가스를 열원으로 이용하여 온수를 형성할 수 있다.
본 발명은 토치부가 플라즈마를 방출하여 수용부 내에 다양한 온도 영역이 형성되어 고온, 중온, 저온의 복합적인 온도로 미부숙 건조물(500)을 탄화하여 탄화 대상물에 존재하는 악취 성분을 제거하고 탄화에 필요한 최소한의 가스화가 유도됨으로써 전체 처리 온도와 압력을 낮게 하여 설비의 안전성이 향상되며, 탄화시 필요한 가스화를 필요한 정도만큼만 최소화할 수 있다.
플라즈마 화염은 중심부가 약 1400도 이상으로 형성되며 대기로 방사되며 급격하게 온도가 줄어드는데, 이때 해당 온도대역에서 반응 대상체를 유지하는 시간에 따라 건조 -탄화-가스화 단계를 유도할 수 있으며, 저온탄화를 통해 탄소회의 유기물이 남게 되어 발열량이 높아지고 토양에 사용시 식물의 양분으로 이용하여 지효성을 가지는 양분을 형성할 수 있다.
토치부에서 다양한 온도영역이 수용부에 형성되어 건조 구간에서도 일부의 저온탄화가 이루어지게 되고, 수분 함유량이 1% 이하로 형성되며 급격하게 고온탄화물이 형성될 수 있다.
교반과 다량의 수분에 의해 나머지 유기물은 열전달에 의해 저온으로 희석된다. 그리고 수분이 증발하면서 증발열을 유기물로부터 뺏어가게 되어 유기물의 온도가 급격하게 높아지지 않게 된다. 이때, 중온탄화가 발생할 수 있는 표면에서 저온탄화의 현상이 발생하게 된다.
만약 교반이나 수분이 존재하지 않는다면 매우 급격한 고온탄화가 발생하면서 다량의 가스화가 진행되게 될 수 있는데, 본 발명은 가스화량을 탄화에 필요한 정도만으로 최소화하여 소모 에너지의 경제성을 확보할 수 있고 가스화량이 최소화되도록 교반부의 교반속도를 조절하여 고온탄화를 진행시킬 수 있다.
도 6 내지 도 8에서 보는 바와 같이, 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법은 (a) 음식물류 폐기물이 수집되고, 폐기물을 건조시켜 미부숙 건조물(500)을 형성하는 건조기(100)가 마련되어 전처리되는 단계(S110), (b) 미부숙 건조물(500)이 호퍼(300)에 투입되는 단계(S120), (c) 호퍼(300)에 위치되는 미부숙 건조물(500)의 적어도 일부가 플라즈마 탄화기(200)로 인입되는 단계(S310), (d) 플라즈마 탄화기(200)에 인입된 미부숙 건조물(500)이 탄화되어 부숙 탄화물(600)이 형성되는 단계, (e) 온수가 형성되는 단계(S321)가 포함될 수 있다.
(a)단계인 음식물류 폐기물이 수집되고, 폐기물을 건조시켜 미부숙 건조물(500)을 형성하는 건조기(100)가 마련되어 전처리되는 단계는 (a1) 폐기물이 건조기(100)의 투입되고(S111) 수용공간에 수집되는 단계(S112), (a2) 수집된 폐기물이 교반부에 의해 교반되는 단계(S113) (a3) 건조기(100)에서 간접가열인 열풍을 형성해 폐기물의 수분을 증발하는 단계(S114) 및 (a4) 미부숙 건조물(500)의 함수율이 10% 내지15%로 형성(S120)될시 건조를 종료하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
도 2에서 보는 바와 같이, (a1)단계는, 음식물 폐기물이 건조기(100)의 하우징에 형성된 개폐되는 형상을 형성된 개폐부를 통해 수용공간으로 투입(S111)되어 수용공간에 폐기물이 수용(S112)될 수 있다.
(a2)단계는, 수용공간의 일측 끝단의 중앙 및 타측 끝단의 중앙과 결합되며 회전가능한 형상으로 형성되는 샤프트를 구비하며 샤프트의 외주면에 복수개의 날개가 교차 배열되며, 자세하게 샤프트의 외주면에 형성된 제1 날개와 제2날개가 상반되는 방향으로 형성되는 교반부가 폐기물을 교반하여 음식물 폐기물이 교반될 수 있다.(S113)
(a3)단계는, 건조기(100)에서 형성된 가열부에 의해 발생된 열풍에 의해 교반되는 폐기물에 열풍이 가해지고 폐기물이 교반되며 열풍과 접촉되어 열풍과 폐기물의 접촉면적이 넓어져 폐기물이 건조되어 미부숙 건조물(500)이 형성될 수 있다.(S114)
단계 S120에서, 건조기(100)는 폐기물의 수분 함수율을 측정하는 함수율 측정센서를 구비할 수 있으며, 함수율 측정센서에서 측정된 미부숙 건조물(500)의 함수율이 10% 내지 15%로 형성될시, 건조기(100)의 가동을 중지하고 형성된 미부숙 건조물(500)을 배출부를 통하여 배출할 수 있다.
반면에 S120에서, 함수율 측정센서에서 측정된 미부숙 건조물(500)의 함수율이 10% 내지 15%로 형성되지 않을시 S114 단계가 다시 수행될 수 있다.
배출부는 하향으로 경사지게 형성되어 미부숙 건조물(500)의 배출을 유도할 수 있으며, 배출부를 개폐하는 문을 구비하여 건조 및 교반 작업이 완료되기 전에는 음식물 폐기물이 외부로 유출되지 않고 폐쇄될 수 있으며, 건조 작업이 완료된 후 배출부를 개방하여 건조된 미부숙 건조물(500)을 배출할 수 있다.
(a)단계를 통해 소모되는 전력량은 도 9에서 보는 바와 같이 약 100kwh정도며, 소모되는 시간은 13~15시간 정도 소요될 수 있다.
(a)단계가 수행된 후, (b)단계인 미부숙 건조물(500)이 호퍼(300)에 투입되는 단계가 수행될 수 있고, (b)단계는, (b1) 미부숙 건조물(500)을 운반 차량(400)을 이용하여 호퍼(300)로 이동시키는 단계 (b2) 호퍼(300)에 미부숙 건조물(500)을 투입시키는 단계를 포함할 수 있다.
(b1) 단계는, 미부숙 건조물(500)이 구비하는 열을 식힌후 포대 등에 인입되어, 미부숙 건조물(500)을 운반 차량(400)을 이용하여 호퍼(300)로 이동시킬 수 있으며(S210), 운반 차량(400)은 도 7에서 보는 바와 같이, 운반 차량(400)의 전륜부분에는 차량의 운전석이 형성되고, 운반 차량(400)의 후륜 상부면에는 평평한 사각판 형상으로 형성되는 고정판을 구비하며, 고정판과 대응되는 위치에 고정판 일측 모서리와 힌지결합되며 사각판 형상으로 형성되는 이동판을 구비하고, 이동판은 제어에 따라 고정판과 소정각도로 회동될 수 있다.
이동판은 이동판의 각각의 모서리에 힌지 결합되어 형성된 지지대를 구비할 수 있으며, 지지대가 회동하여 이동판과 상부방향으로 수직한 방향으로 다른 지지대와 결합될시 상부면이 개방된 박스 형상으로 형성되어 이동판과 지지대 내부에 미부숙 건조물(500)이 축적될 수 있다.
이로 인해, 이동판이 고정판과 소정각도를 형성하며 이동하여 이동판에 위치된 미부숙 건조물(500)을 각도에 의해 하부 방향으로 용이하게 이동시킬 수 있다.
(b2) 단계는, 운전차량이 호퍼(300)로 미부숙 건조물(500)을 이동시킨 후 호퍼(300)에 미부숙 건조물(500)을 투입할 수 있다.
(b)단계가 수행된 후, (c)단계인 호퍼(300)에 위치되는 미부숙 건조물(500)의 적어도 일부가 플라즈마 탄화기(200)로 인입되는 단계가 수행될 수 있고, 호퍼(300)에 투입된 미부숙 건조물(500)이 제어부의 제어에 따라 제어부의 설정 무게만큼 플라즈마 탄화기(200)로 이동될 수 있다.
실시예로, 100kg의 미부숙 건조물(500)이 호퍼(300)에 위치되어 있다면 20kg씩 플라즈마 탄화기(200)에 5번 나누어 주입하여 플라즈마 탄화기(200)에 인입된 미부숙 건조물(500)과 플라즈마가 접촉되는 표면적을 늘릴 수 있다.
(c)단계가 수행된 후, (d)단계인 플라즈마 탄화기(200)에 인입된 미부숙 건조물(500)이 탄화되어 부숙 탄화물(600)이 형성되는 단계(S310)가 수행될 수 있고, (d)단계는, (d1) 호퍼(300)에서 플라즈마 탄화기(200)로 이동되는 미부숙 건조물(500)이 플라즈마 탄화기(200)로 투입되고(S311), 미부숙 건조물(500)이 플라즈마 탄화기(200)의 수용공간에 수집되는 단계(S312), (d2) 수집된 미부숙 건조물(500)이 유입되는 방향과 동일한 방향으로 회전되며 교반되는 단계(S313) (d3) 플라즈마 탄화기(200)의 토치부가 플라즈마를 발생시켜 미부숙 건조물(500)을 가열하는 단계(S314) 및 (d4) 미부숙 건조물(500)을 탄화시켜 부숙 탄화물의 함수율이 1% 이하로(S330) 일시 탄화를 종료하는 단계(S340)가 포함될 수 있다.
도 5에서 보는 바와 같이, (d1)단계는, 호퍼(300)에서 플라즈마 탄화기(200)로 이동된 미부숙 건조물(500)이 플라즈마 탄화기(200)의 하우징에 형성된 개폐되는 형상을 형성된 개폐부를 통해 수용공간으로 투입(S311)되어 수용공간에 미부숙 건조물(500)이 수용(S312)될 수 있다.
(d2)단계는, 수용공간의 일측 끝단 중앙 및 타측 끝단 중앙과 결합되며 회전가능한 형상으로 형성되는 샤프트를 구비하며 샤프트의 외주면에 복수개의 날개가 교차 배열되고, 자세하게 샤프트의 외주면에 형성된 제1 날개와 제2날개가 상반되는 방향으로 형성되는 교반부가 미부숙 건조물(500)을 교반하여 미부숙 건조물(500)이 교반될 수 있다.(S313) 이때 미부숙 건조물(500)이 투입되는 방향과 교반부가 회전되는 방향을 동일하게 형성될 수 있다.
(d3)단계는, 플라즈마 탄화기(200)는 건조기(100)를 이용하여 폐기물을 건조하고 미부숙 건조물(500)을 형성하는 전처리 후 플라즈마 탄화기(200)에 미부숙 건조물(500)을 인입하여 탄화시킬 수 있다.(S314)
단계 S330에서, 미부숙 건조물(500)의 수분 함수율을 측정하는 함수율 측정센서를 플라즈마 탄화기(200)가 구비할 수 있고, 부숙 탄화물(600)의 함수율이 1%이하로 형성될 시 플라즈마 탄화기(200)의 가동을 중지하고 형성된 부숙 탄화물(600)을 배출부를 통하여 배출할 수 있다.
반면에 S330단계에서, 함수율 측정센서에서 측정된 부숙 탄화물(600)의 함수율이 1% 이하로 형성되지 않을시 S314단계가 다시 수행될 수 있다.
배출부는 하향으로 경사지게 형성되어 부숙 탄화물(600)의 배출을 유도할 수 있으며, 배출부를 개폐하는 문을 구비하여 탄화 작업이 완료되기 전에는 미부숙 폐기물이 외부로 유출되지 않고 폐쇄될 수 있으며, 건조 작업이 완료된 후 배출부를 개방하여 탄화된 부숙 탄화물(600)을 배출할 수 있다.
(d)단계를 통해 소모되는 전력량은 도 9에서 보는 바와 같이 약 35~40kwh 정도로 소모될 수 있다. 이로 인해 전처리된 미부숙 건조물(500)을 플라즈마 탄화기(200)로 탄화시켜 전력량을 감소시킬 수 있으며, 플라즈마 탄화기(200)를 이용하여 탄화시켜 폐기물의 함수율을 감소시켜 발생지에서 발생된 폐기물을 재활용하여 부산물 이동 비용을 최소화하고 부산물 폐기 비용을 최소화 할 수 있다.
(d)단계가 수행된 후, (e)단계인 온수가 형성되는 단계가 수행될 수 있다. (e)단계는, (e1) 탄화물 생성하는 과정에서 질소산화물 형태의 가스를 배출하는 단계(S320) (e2) 배출된 가스를 가스처리부가 촉매 반응을 통해 활성화 시켜 무해한 가스로 변환하는 단계 (e3) 변환된 가스를 배기부를 통해 배기하는 단계 및 (e4) 배기부를 통해 배기된 가스를 열원으로 온수를 형성하는 단계(S321)를 포함할 수 있다.
(e1)단계는, 탄화에 의해 형성된 가스에서 수분과 미세 탄화 가루가 발생하고, 수분량이 1% 이하로 최소화될시 CO와 NO2등 질소산화물 형태의 가스가 배출될 수 있다.(S320)
(e2)단계는, 가스처리부가 CO를 산화 촉매를 통해 추가 공급된 O2와 결합하여 CO2를 형성하도록 하고, NOx는 환원제와의 환원촉매를 통해 N2와 H2O 형태로 변환시키도록 마련될 수 있어 가스처리부가 형성된 가스를 촉매 반응을 통해 무해한 가스로 변환시킬 수 있다.
(e4)단계는, 온수기는 배기부를 통해 배기된 가스를 공급받아 열원으로 온수를 형성할 수 있으며(S321), 온수기가 플라즈마 탄화기(200)로 탄화시킬시 발생하는 가스를 열원으로 이용하여 온수를 형성된 온수를 지역사회에 재 공급하여 자원이 순환될 수 있다. 이때, 배출되는 수분 및 가스의 온도는 200℃ 내지 250℃ 유지될 수 있으며, 수분 및 가스의 온도가 200℃ 미만이면 가스처리 효율이 감소되어 공정에 문제가 발생될 수 있고, 250℃를 초과할 경우 높은 온도로 인하여 설비의 내구성이 감소될 수 있다.
도 9에서 보는 바와 같이, 건조기(100)만 사용한 경우의 함수율 10~15%의 건조물을 형성하기 위한 전력은 약 100kwh이고, 필요한 시간은 13~15시간 정도로 형성될 수 있다. 또한 건조기(100)를 이용하여 탄화물의 함수율이 1%이하의 건조물을 생성할시, 탄소함량이 낮은 갈색의 건조물을 형성하고, 갈색의 건조물이 수분을 재흡수할시 음식물 쓰레기 형태로 다시 돌아갈 수 있다. 플라즈마 탄화기(200)를 이용하여 탄화할시 탄소 외의 가스가 분해 및 배출되어 수분 재흡수시 탄화물 형태를 유지할 수 있어 플라즈마 탄화기(200)를 이용하여 부숙 탄화물(500)을 형성하는게 필수적이다.
여기서, 건조기(100)에서 생성된 미부숙 건조물(500)의 최소 함수율은 10%로 형성될 수 있으며, 이는 건조기(100)로 음식물 폐기물을 건조하여 함수율 10% 미만으로 형성할시의 건조시간이, 최대 함수율을 10%로 형성할시의 건조시간 대비 약 2배 증가되어 건조기(100) 총 건조시간 및 소비 전력이 증가하게되며, 본 시스템 상에서의 총 전력 사용량 및 시간이 증가될 수 있다.
건조기에서 생성된 미부숙 건조물의 최대 함수율은 15%로 형성될 수 있으며, 건조기에서 생성된 미부숙 건조물의 함수율이 15%를 초과할 경우, 시간당 평균 소비전력이 16kw/h로, 시간당 평균 소비전력이 6kw/h인 건조기의 2배이상의 전력이 필요한 플라즈마 탄화기(200)의 사용시간이 증가하여 플라즈마 탄화기(200)의 소비 전력이 증가하여, 본 시스템 상에서의 총 전력 사용량이 증가될 수 있다
이로 인해, 건조기(100)에서 형성되는 미부숙 건조물(500)의 함수율을 10% 내지 15%로 설정할시, 건조기(100)와 플라즈마 탄화기(200)를 동시에 사용하는 본 시스템 상에서 전력 효율이 가장 높게 형성될 수 있다.
탄화기(200)만 사용한 경우의 함수율 1%를 형성하는데 필요한 전력은 약 300kwh이며, 필요한 시간은 15시간으로 탄화기(200)는 탄화기(200)만으로 음식물 폐기물을 이용하여 함수율 1% 이하의 탄화물을 형성할 수 있지만 약 300kwh라는 많은 전력이 필요한 것을 볼 수 있다.
건조기(100)와 탄화기(200)를 통시에 사용할 경우, 건조기(100)를 이용하여 함수율 10~15%의 건조물을 형성하기 위한 전력은 약 100kwh이고, 필요한 시간은 13~15시간 정도로 형성되고, 탄화기(200)를 이용하여 함수율 10~15%의 건조물을 함수율 1% 이하의 탄화물로 변환시키는데 약 35~40kwh가 필요한 것을 볼 수 있다.
즉, 건조기(100)만 사용할시에는 함수율 1%의 탄화물을 형성할 수 없고, 탄화기(200)만 사용할시에는 함수율 1%의 탄화물을 형성하는데 약 300kwh의 전력이 들며, 건조기(100)와 탄화기(200)를 동시에 사용하는 경우 약 140kwh 정도로 필요전력이 2배 이상 감소되는 것을 볼 수 있다.
이에 따라, 건조기(100)로 전처리된 미부숙 건조물(500)을 플라즈마 탄화기(200)로 탄화시키는 본 시스템은 전력량을 감소시키는 장점이 있으며, 플라즈마 탄화기(200)를 이용하여 미부숙 건조물(500)을 탄화시켜 함수을 감소시키는 장점이 있고, 폐기물 발생지에서 처리하여 악취가 없으며 친환경적이고 재오염이 없어 수집 이동 비용이 최소화 되는 장점이 있다
도 10에서 보는 바와 같이, 도10(a)는 2021년 4월 22일에 검사된 분석결과이며, 도10(b)는 2021년 11월 18일에 검사된 분석결과로, 도10(a)는 유기물의 비율이 92.65%이며 비소, 카드뮴 등 유해 인자가 검출되지 않았거나 공정규격의 2% 이내로 검출되었으며 부숙이 완료되었고, 수분량이 0.74%로 함수율이 1% 이하인 것을 볼 수 있다.
도10(b)는 유기물의 비율이 90.95%이며 비소, 카드뮴 등 유해 인자가 검출되지 않았거나 공정규격의 3% 이내로 검출되었으며 부숙이 완료되었고, 수분량이 2.4%로 함수율이 1% 내지 5% 이하인 것을 볼 수 있다.
도11에서 보는 바와 같이, 함수율이 1% 이하로 형성되는 부숙 탄화물(600)은 발생지에서 처리되어 발생지에서 재활용 될 수 있으며 그 방법으로, 도심 공원, 주말농장, 화분 비료, 도심 가로수, 재활용 스마트시티, 테마파크 및 식물원 등 다양한 곳에서 퇴비로 활용될 수 있다. 이로 인해, 발생지에서 발생된 폐기물을 발생지에서 재활용하여 자원화시켜 부산물 이동 비용을 최소화하고 부산물 폐기 비용을 최소화 할 수 있으며, 자원이 순환되어 취약계층 지원 및 정책을 수행할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 건조기
110 : 다량배출소용 건조기
120 : 주거단지용 건조기
200 : 플라즈마 탄화기
300 : 호퍼
400 : 운반 차량
500 : 미부숙 건조물
600 : 부숙 탄화물
110 : 다량배출소용 건조기
120 : 주거단지용 건조기
200 : 플라즈마 탄화기
300 : 호퍼
400 : 운반 차량
500 : 미부숙 건조물
600 : 부숙 탄화물
Claims (10)
- 음식물류 폐기물이 수집되고, 상기 폐기물을 건조시켜 미부숙 건조물을 형성하는 건조기;
상기 건조기에서 생성된 상기 미부숙 건조물을 전달 받아 수용하는 호퍼; 및
상기 호퍼와 연결되고, 상기 호퍼로부터 상기 미부숙 건조물을 전달받으며, 상기 미부숙 건조물을 탄화시켜 부숙 탄화물을 형성하고, 상기 부숙 탄화물을 생성시킬 시 고온의 가스 및 수분이 형성되는 플라즈마 탄화기;를 포함하고,
상기 건조기는, 내측이 비어있는 형상으로 형성되는 하우징; 및 상기 하우징 상부면과 결합되며, 개폐되도록 형성되어 상기 폐기물이 투입되는 개폐부;를 포함하며,
상기 개폐부는 RFID 카드 접촉부를 구비하며, 상기 카드 접촉부에 RFID방식의 카드를 접촉시켜 상기 개폐부를 개폐하고 상기 폐기물의 배출량을 표시하며,
복수개의 건조기에서 형성된 미부숙 건조물의 열기를 식힌 후, 상기 미부숙 건조물을 수거 및 운반하여 상기 호퍼에 전달하는 운반 차량;을 포함하고,
상기 플라즈마 탄화기는,
하우징, 하우징 상단에 개폐되도록 형성되며 미부숙 건조물이 투입되는 개폐부, 상기 개폐부 하부에 형성되며 미부숙 건조물이 투입되어 수용되는 수용공간, 상기 수용공간의 중심축을 기준으로 미부숙 건조물을 교반시키는 교반부, 상기 수용공간과 결합되고 미부숙 건조물을 탄화시키는 플라즈마를 발생시키는 토치부, 상기 수용공간과 적어도 일부는 결합되고 미부숙 건조물에서 발생되는 가스를 활성화시키는 가스처리부, 생성된 부숙 건조물이 배출되는 배출부 및 가스 및 수분을 배출하는 배기부를 포함하며,
상기 플라즈마 탄화기에 형성된 상기 수용공간의 상부면에는, 상기 미부숙 건조물이 투입되는 2중 개폐부인 제1 개폐부 및 제2 개폐부를 포함하되,
상기 제1 개폐부가 개방되었을 때 상기 제2 개폐부의 상부면에 상기 미부숙 건조물이 투입되고,
상기 제1 개폐부가 폐쇄되었을 때 상기 제2 개폐부가 개방되어 상기 제2 개폐부의 상단에 위치한 상기 미부숙 건조물이 상기 수용공간 내부로 인입되며,
상기 플라즈마 탄화기는, 상기 플라즈마 탄화기에 형성된 상기 가스 및 상기 수분을 열원으로 온수를 형성하도록 마련되되, 배출되는 상기 가스 및 상기 수분의 온도가 200℃ 내지 250℃가 되도록 제어하는 온수기;를 더 포함하며,
상기 건조기를 이용하여 상기 폐기물의 수분을 일부 제거함으로써 상기 폐기물에 대한 전처리를 수행한 다음, 상기 플라즈마 탄화기로 상기 폐기물에 대한 탄화를 수행함으로써,
상기 전처리에 의해, 상기 플라즈마 탄화기만 사용하여 상기 폐기물을 탄화시킬 시 소모되는 전력량과 비교하여 상기 부숙 탄화물의 생성 시 소모되는 전력량이 감소되는 것을 특징으로 하는 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 건조기에서 생성되는 상기 미부숙 건조물의 함수율은 10% 내지 15%로 형성되는 것을 특징으로 하는 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마 탄화기에서 생성되는 상기 부숙 탄화물의 함수율은 1% 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
하나의 플라즈마 탄화기는, 복수개의 건조기에서 형성되는 복수개의 미부숙 건조물을 동시에 전달받는 것을 특징으로 하는 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1항에 따른 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템을 이용하는 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법에 있어서,
(a) 음식물류 폐기물이 수집되고, 상기 폐기물을 건조시켜 함수율이 10% 내지 15%로 형성되는 미부숙 건조물을 형성하는 건조기가 마련되어 폐기물이 전처리되는 단계;
(b) 상기 미부숙 건조물이 호퍼에 투입되는 단계;
(c) 상기 호퍼에 위치되는 상기 미부숙 건조물의 적어도 일부가 플라즈마 탄화기로 인입되는 단계;
(d) 상기 플라즈마 탄화기에 인입된 상기 미부숙 건조물이 탄화되어 함수율이 1% 이하로 형성되는 부숙 탄화물이 형성되는 단계; 및
(e) 상기 플라즈마 탄화기를 이용한 상기 부숙 탄화물 형성 과정에서 형성된 가스를 열원으로 온수가 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 (a) 단계는,
(a1) 상기 폐기물이 상기 건조기의 수용공간에 수집되는 단계;
(a2) 수집된 상기 폐기물이 상기 건조기의 교반부에 의해 교반되는 단계; 및
(a3) 상기 건조기에서 형성된 열풍에 의해 상기 폐기물이 건조되어 함수율이 10% 내지 15%로 형성되는 상기 미부숙 건조물이 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 (d) 단계는,
(d1) 상기 호퍼에서 상기 플라즈마 탄화기로 이동되는 상기 미부숙 건조물이 상기 플라즈마 탄화기의 수용공간에 수집되는 단계;
(d2) 수집된 상기 미부숙 건조물이 상기 플라즈마 탄화기의 교반부에 의해 교반되는 단계; 및
(d3) 상기 플라즈마 탄화기의 토치부가 플라즈마를 발생시켜 상기 미부숙 건조물을 탄화시켜 함수율이 1% 이하로 형성되는 부숙 탄화물이 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 방법.
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