KR19980064935A - 리싸이클 공조 시스템을 이용한 유기성 폐기물 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부케이스 (115)에 의해 외체가 형성되어 있으며 이 케이스의 내외부에 설치되어 있는 고온다습한 공기의 흡입공기챔버 (102), 예냉코일 (103), 냉각코일(104), 응축수 드레인 PAN (157), 폐열회수 재열코일 (105), 백금촉매 탈취기 (111), 폐열회수장치 (154), 고온건공기 챔버 (106), 내부순환 공기 FAN (108), 냉매(지하수, 상수도용수)공급 수단(163), 고온열매체순환 수단(182)으로 되어 있고,

본발명의 다른 실시예에 의한 2차냉매(냉수라 함) 냉각시스템을 일체형 혹은 분리형 UNIT로서 구성할수 있으며,

본발명의 또다른 실시예에 의한 냉각코일에서 냉매로 사용하였던 용수를 중온수로서 재사용 할 수 있는 구조의 내부순환식 리싸이클 공기조화 시스템으로서,

유기성폐기물 처리장치의 처리조 상부에 위치한 연결구에 후렉시블 타입 기부 DUCT를 이용 배기구와 흡입구를 연결 하므로 설치가 완료되는 구조로 건조기, 발효기, 발효건조기, 소멸기등 특정 처리 방법에 구애받지 않고 모든 처리방법에 적용시켜 탁월한 성능을 나타낼 수 있는 유기성 폐기물 처리방법에 관한 것이다.

Description

리싸이클 공조 시스템을 이용한 유기성 폐기물 처리방법.

본발명은 유기성 폐기물 처리장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 잔반, 주방쓰레기, 농축산 쓰레기, 축산분뇨 등과 같은 유기성 폐기물을 처리하여 사료나 퇴비로 자원화 시키는 유기성 폐기물 처리장치에 있어서 중요한 부분인 발효 및 건조, 악취제거등 처리방법에 관한 것이다.

오늘날 전국적으로 발생하는 생활쓰레기는 47,774(톤/일) 이며 이중 약 31.6%인 15,075(톤/일)의 음식물 쓰레기가 발생하여 약 2.1%에 해당하는 일 316톤 만이 재활용 되고 발생량의 95.4%가 매립처리 되고 있으며 농수산 유통 과정의 폐기물 등과 함께 쓰레기 매립지에서의 침출수 발생, 인근 하천의 수질오염, 지하수오염을 야기 시키며 특히 매립지 주변 주민들의 민원으로 인하여 이에대한 대책마련 또한 시급한 실정이다.

이에따라 환경오염의 주범인 유기성 폐기물의 처리뿐 아니라 나아가서는 이러한 폐기물을 처리하여 재활용할수 있는 방법에 대한 관심이 점차 증폭되었으며 이러한 노력의 일환으로 유기성 폐기물을 처리하여 가축의 사료 또는 유기성 퇴비로 자원화 시킬수 있는 장치 및 설비가 속속 개발 되기에 이르렀으며 현재 전국적으로 약 200 여개에 이르는 업체가 생산에 참여하고 있고 생산기술연구원에서 그 성능을 심사하여 K-MARK 품질인증을 취득한 업체만도 약 30여개 업체에 이르고 있다.

이와같은 유기성 폐기물을 처리하기 위한 장치는 그 목적 및 방법에 따라 여러가지로 분류되며 생산기술연구원의 기술기준에 따른 분류방법에 의하면 발효기, 건조기, 발효건조기, 소멸기 등으로 구분하여 각각 그 처리방법과 기술기준등을 구분하고 있으며 각각 그 특성에 따라 처리장치 가동시 처리온도, 환경, 처리시간등이 구별되며 종래제품의 경우 처리시간이 상당히 지연되거나 에너지가 과다 투입되며 악취발생등 2차적인 문제를 야기시키고 있는것이 작금의 현실이다.

특히 유기성 폐기물의 처리과정에서 수분제거 및 악취처리는 필수적이며 처리방법 및 용량에 따른 폐기물의 처리온도유지와 수분을 기화시키기 위한 증발잠열에 요구되는 열 에너지를 지속적으로 공급하고 처리조 내의 환경을 최적의 상태로 유지하며 계속적으로 발생하는 수증기와 악취를 포함하는 가스를 어떻게 효과적으로 제거하느냐가 유기성 폐기물 처리기기의 기술의 과제이다.

도1] 에 도시된 입형구조의 유기성 폐기물 처리장치는 주로 소용량의 건조기나 고속발효건조기 등에 적합하며 외부 쟈켓부분( 11 ) 에 고온의 증기나 열매체를 통해 처리조내의 폐기물을 가열하면서 교반기(12) 를 가동하여 물질을 계속적으로 환적하여 주면 폐기물의 온도가 상승하게 되며 처리조내에서는 끊임없이 수증기와 가스등이 발생하게 된다.

이때 급기휀( 14 )으로 일정량의 공기를 처리조내에 공급하게 되면 수증기와 가스를 포함한 공기가 배기구 ( 17 ) 통하여 배출되며 처리조 내의 환경을 최적의 상태로 유지하며 기기를 계속 가동하므로 소기의 목적을 달성할수 있다.

도2]에 도시된 횡형구조의 처리장치는 대부분의 발효기, 발효건조기, 소멸기등에서 가장 일반적으로 응용되고 있는 방법으로 처리조 내의 환경을 최적의 상태로 유지하면서 발생하는 수증기 및 가스를 신속하게 외부로 배출시켜 주므로 또한 소기의 목적을 달성할 수가 있다.

상기한 바와 같이 유기성 폐기물을 처리하는데 있어서 어떠한 구조나 방법을 사용한다 하더라도 그성능을 결정 하는것은 처리조내의 환경을 그 처리방법에 따른 최적의 상태로 유지시키기 위한 열에너지의 입, 출 관계가 확실하여야하며 또한 끈임없이 발생하는 수증기와 악취를 포함하는 가스등을 효과적으로 처리하여 배출시키는것이라 하겠다.

그러므로 처리조에서 발생하는 수증기 및 가스류를 효과적으로 배출시키기 위하여는 적당량의 공기순환 및 배출이 필요하며 만일 공기의 순환량이 적으면 발생하는 수증기 및 가스를 미처 배출시키지 못하므로 처리시간이 현저하게 지연되며 공기순환량이 많으면 급기를 예열시키기 위한 에너지와 배기로 인한 열에너지의 손실이 많으므로 에너지의 효율면에서 비효율적이며 특히 배기가스의 탈취처리에 많은 비용이 요구된다.

이들 종래의 유기성 폐기물 처리기기의 배출공기 및 배기가스 처리장치는 도3]에 도시한 바와 같이 다양한 방법을 이용하고 있으며 그 처리방법에 따라 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도3-1]에 도시한 것은 흡착식과 오죤산화법을 병행한 방법으로 급기휀( 31 )에 의해 공급되는 공기는 예열히타( 32 )에서 일정온도로 가열된후 처리조에 유입이 되고 수증기와 가스류를 포함하는 공기는 배기구( 34 )를 통하여 배기휀( 35 ) 에 의해 배출되며 이때 오죤발생기( 36 )에서는 일정량의 오죤을 투여구를 통해 배기가스에 공급하여 특정가스류를 산화시킨후 흡착식탈취박스( 37 )를 통과 하면서 특정가스류가 흡착되어 탈취된후 대기중으로 배기된다.

그러나 오죤의 경우 배기량이나 배기가스의 종류에 따라 적정량을 조절할수 있는 제어장치가 없이 일정량을 계속적으로 투여 할수밖에 없으며 일부 특정가스에 대하여 탈취효과를 분명하게 나타내지만 또 일부 가스에 대하여는 전혀 영향을 나타내지 못하고 잔여 오죤이 대기중으로 배출될 경우 그 자체가 환경에 영향을 줄 수 있는 물질이므로 사용에 신중을 기하여야 하며 흡착제로는 활성탄류나 제오라이트등 가스류를 선별적으로 흡착하는 물질등을 사용하는데 배기중 수분의 영향으로 그 성능이 저하되고 일정기간후 흡착제를 주기적으로 교환해야 하는등 번거러움이 있으며 완벽한 탈취성능에는 현저하게 미흡한 방법이다.

도3-2]에 도시한 것은 바이오 메디아를 이용한 생물학적 처리방법으로 탈취탑( 41 ) 내에는 냄새를 분해시키는 미생물 균류가 배양된 담체( 48 ) 가 적체되어 있으며 배기가스가 바이오 메디아를 통과 할때 배기가스 중의 냄새를 미생물균류 등이 영양으로 흡수하여 분해 시키는 방법으로 일부 탈취효과를 나타낼수 있으나 미생물균류 등이 환경의 영향을 많이 받으며 기기의 장기 운휴시나 동절기 외기온도저하시 또는 환경의 영향으로 미생물들이 사멸되어 성능이 현저하게 저하되는 경우가 많이 발생하고 순환펌프를 통하여 지속적으로 물을 살수하여 담체를 적셔주어야 하며 배기가스와 담체의 접촉면적과 통과유속등의 제한을 받는 관계로 단위 처리풍량에 대한 탈취탑의 규모가 대형이어야 하는 치명적인 단점이 있다.

도3-3]에 도시한 것은 공기냉각식 처리방법으로 FIN TUBE (55)로 이루어진 COIL 내부에 배기가스가 통과하고 냉각휀 (57)을 통하여 COIL 표면을 냉각시키면 수증기가 응축이 되면서 수용성 가스류를 용해시키므로 탈취효과를 얻을 수 있는 방법이나 하절기 외기온도가 높을때에는 성능이 현저하게 저하되고 동절기 외기온도가 낮을때에는 동파우려가 있으므로 적용에 많은 어려움이 따른다.

이를 보완하여 나온 처리방법이 냉동 CYCLE을 이용한 냉각식 처리방법으로서 FIN TUBE로 이루어진 냉각COIL 내부에는 저온의 냉매가스가 통과하면서 냉매가스의 증발잠열에 의해 AL FIN 사이를 통과하는 배기가스를 급속냉각 시키므로 수증기 및 수용성 가스를 응축시켜 DRAIN 시키는 구조의 방법이 사용되고 있다. 그러나 수분 및 수용성가스류의 제거에는 탁월한 효과를 나타낼수 있으나 불용성가스는 처리할수 없는 치명적인 단점을 보완하기 위하여 흡착식이나 오죤산화법을 병행하여 설치하지만 배기가스의 완벽한 처리에는 근본적으로 미흡한 방법이다.

도3-4]에 도시한 것은 촉매산화 처리방법으로 배기가스류가 일반적인 상황 에서는 약 800℃∼1000℃ 이상에서 산화(연소)되나 백금 등으로 코팅되어있는 벌집모양의 담체로 이루어진 촉매를 통과 할때에는 상대적으로 매우 낮은 온도인 약 300℃∼350℃ 정도에서 산화 되는 것을 이용한 방법이다.

일반적으로 유기성 폐기물을 처리하는 온도는 약 50℃∼70℃ 정도이며 배기휀( 64 )에 의해 배출되는 배기가스의 온도 역시 처리조 내 온도에 해당하는 약50℃∼70℃ 이고 전기가열식 히타박스( 65 )를 통과 하면서 약 300℃∼350℃정도로 가열된후 백금촉매 담체( 66 )를 통과하게 되면 배기가스가 산화되어 거의 완벽하게 탈취효과를 낼 수 있는 탁월한 방법이다.

그러나 공기 1CMM 을 약 50℃∼70℃에서 약 300℃∼350℃로 가열하기 위해서는 (1CMM ×60MIN) × 1.28 (공기의 표준비중) × 0.29 (공기의 표준비열)× (350℃-70℃) = 6,236/HR 의 열 에너지 공급이 필요하며 에너지원 으로 전기가열기를 사용할 때 6,236/HR ÷ 860/HR = 7.3/HR 즉 배기가스 1 CMM을 처리하여 배출시키는데 약 7.3/HR 이상의 전기에너지가 필요하므로 탁월한 탈취성능에 비하여 고비용의 유지비가 요구되며 만일 전기가열기의 용량이 부족하여 예열온도가 낮으면 불완전 산화에 의해 탈취가 미흡하거나 촉매독이 발생하는 경우가 있으며 또한 백금촉매 담체가 매우 고가이고 배기가스중의 수분이나 분진등은 백금촉매의 성능 및 수명에 많은 영향을 끼치므로 배기가스를 전처리 하여 분진을 제거해야 하는 등 실제 적용에는 많은 어려움이 따르고 있는 실정이다.

상기한 바와 같이 처리조내의 수분과 가스류를 효과적으로 제거하기 위하여는 다풍량 구조의 처리방법이 필수적이나 종래의 처리 장치에서는 급기로 인한 처리조내 온도저하를 방지하기 위하여 예열히타를 가동하여야 하며 특히 동절기외기 온도가 낮을 때에는 더욱 많은 예열 에너지가 필요하고 배기가스를 처리하기 위한 고비용의 시설 및 유지비등의 영향으로 풍량을 최소한으로 제한 할수밖에 없으며 이에 따라 냄새 발생이 심하고 구조적으로 수분이 많은 국내의 폐기물을 효과적으로 처리 하는데 미흡한 점이 없지 않다는 문제점이 있었다.

도4]에 도시된 것은 가스압축식 냉동 SYSTEM을 이용한 다풍량 RECYCLE 공조시스템을 이용하여 종래의 다른 유기성 폐기물 처리장치가 가지고 있는 각종 문제점을 많은 부분 해소시킨 처리 방법으로서 가스압축식 직접 냉각 방식을 응용한 저온 공조 시스템의 순환계통을 나타낸 것으로 처리조 (70)에서 발생한 수증기와 가스류를 포함한 고온 다습한 공기는 배기구 (71)를 통하여 공조 UNIT의 챔버(72)에 유입이 되고 냉각코일(73)을 통과 하면서 약 10℃까지 급속냉각이 되며 수분 및 수용성 가스가 응축되어 드레인 되고 냉각제습된 차가운 공기는 다시 재열코일(74)에서 약 40∼45℃ 정도로 가열된 후 순환FAN (76)에 의해 처리조의 급기구 (77)를 통해 공급되는 내부순환구조로 되어 있다.

이때 재열코일(74)의 열원은 냉동 CYCLE 의 응축기폐열을 이용하게 된다.

이러한 처리방법은 종래의 다른 처리방법에 비하여 확실하게 효과적인 방법으로 극소량의 환기를 제외한 대부분의 공기를 리싸이클 구조로 순환 시키므로 근본적으로 악취를 배출하지 않기때문에 탈취효과가 탁월하며 급기를 예열하기 위한 별도의 에너지원이 필요 없는등 우수한 성능을 나타내고 있다.

그러나, 냉동 CYCLE의 특성상 공조 UNIT의 쳄버(72)에 유입되는 공기의 온도가 너무 높을 경우 냉동 시스템이 과부하 상태가 되어 가스 압축기의 고장의 원인이 되며 재열기(74)를 통하여 재열되는 공기의 온도 역시 냉동 CYCLE 응축 압력의 포화온도에 해당하는 약 45℃ 정도까지 가열할 수 밖에 없었다.

또한 냉각 COIL (73)에서 약 55∼60℃에 달하는 고온의 습한 공기를 10℃까지 급속 냉각시키기 위한 고성능의 냉동시스템이 매우 고가이므로 탁월한 성능에도 불구하고 적용하기에 많은 어려움이 따르는등 문제점이 있었다.

국내에서 배출되는 유기성폐기물은 발생장소에 따라 여러 가지 성상을 나타내며 이를 처리하여 재활용하기 위한 방법 또한 어떤 특정한 방법을 고집할수 없다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 유기성 폐기물 처리장치가 가지고 있는 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 다풍량 RECYCLE 구조의 공조시스템을 유기성폐기물의 발생장소에 따른 처리방법에 따라 적용하여 냄새발생이 적고 따라서 완벽한 탈취 효과를 얻을 수 있으며 기기의 각 특성에 따른 처리조내의 환경을 유지 시키면서 투입된 열에너지를 최대한 회수하여 저비용으로 양질의 유기성폐기물 처리 부산물을 유용한 자원으로 전환시킬 수 있는 유기성 폐기물 처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 건조기, 발효기, 발효건조기, 소멸기등 특정 처리 방법에 구애받지 않고 모든 처리방법에 적용시켜 탁월한 성능을 나타낼 수 있는 유기성 폐기물 처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 또한 용수의 공급이 불가능한 특별한 경우를 제외 하고는 냉동 시스템을 이용 하지 않고 지하수나 상수도 용수를 냉매로 이용하여 폐기물 처리조로부터 유입되는 고온 다습한 공기를 냉각시켜 수분 및 수용성가스를 응축 드레인시키며 냉각제습된 공기를 자체 폐열을 이용 재열하여 처리조로 공급하는 리싸이클 순환 구조의 공조 시스템으로 처리방법에 따른 처리조 내의 온도 차이에도 불구하고 모든 처리방법에 적용할 수 있으며, 냉매로 사용 하였던 용수는 깨끗한 중온수 로서 재사용 할수있는 유기성 폐기물 처리장치를 제공하는데 있다.

그러므로 본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 처리조로부터 고온다습한 공기를 유입하여 냉각 COIL에 고르게 분배할 수 있는공기챔버수단, 고온다습한 공기와 냉매인 용수가 대향류로 상호간 열을 주고 받으며 냉매인 용수는 단계적으로 가열되고 고온다습한 공기는 단계적으로 냉각이 되어 공기중 수분 및 수용성 가스를 응축시켜 드레인 시킬수 있도록 여러단으로 배열된예냉 및 냉각코일 수단, 예냉코일에서 가열된 냉매인 용수를 이용하여 냉각된 공기를 재열 시킬 수 있는폐열회수재열 수단, 공기를 리싸이클 시스템으로 순환시키기 위한순환 FAN 수단, 순환공기중 극소량의 공기를 배출시키며 배출된 공기만큼 자연적으로 급기시킬수 있는환기수단, 극소량의 공기를 완벽하게 처리하여 배출시키는백금촉매 탈취수단, 모든기능이 전자동으로 제어되는 자동제어 수단으로 구성되어 있는 유기성 폐기물 처리장치를 제공하고 있는 것이다.

도 1]은 입형구조의 유기성 폐기물 처리장치를 개략적으로 도시하는 도면.

도 2]는 횡형구조의 유기성 폐기물 처리장치를 개략적으로 도시하는 도면.

도 3]은 종래의 유기성 폐기물 처리기기의 배출공기 및 악취 처리장치를 그 처리방법에 따라 구분하여 개략적으로 도시하는 도면으로서,

도 3-1]은 흡착식과 오죤산화법을 병행한 처리방법의 개략 사시도.

도 3-2]는 바이오 메디아를 이용한 생물학적 처리방법의 개략 사시도.

도 3-3]은 공기냉각식 처리방법의 개략 사시도.

도 3-4]는 냉동 CYCLE을 이용한 냉각식 처리방법의 개략 사시도.

도 3-5]는 촉매산화 처리방법의 개략 사시도.

도 4]는 가스압축식 냉동 SYSTEM을 이용한 다품량 RECYCLE 공조시스템의 개략 사시도.

도 5-1]은 본 발명에 따른 리싸이클 공기조화 시스템의 사시도.

도 5-2]는 본발명의 다른 실시예에 의한 2차냉매(냉수라 함) 냉각시스템 일체형 UNIT의 사시도.

도 5-3]은 도5-2]에 의한 냉각 시스템 일체형 UNIT를 유기성 폐기물 처리 장치의 후면에 설치한 실시예를 나타내고 있는 사시도.

도 6]은 본 발명의 실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치 에서의 순환 공 기의 작용 및 상태를 나타낸 공조 순환 계통도.

도 7]은 본 발명의 각 구성에 대한 상세도.

도 7-1]은 열교환 코일을 나타내고 있는 사시도.

도 7-2]는 코일UNIT의 구성을 나타내고 있는 상세 블록도.

도 7-3]는 백금촉매 탈취시스템 및 폐열회수 장치를 나타내고 있는 상세 블록도

도 8]은 본발명의 다른 실시예에 의한 냉수 냉각시스템의 구성 및 순환 계통을 나타내고 있는 상세 블록도.

도 9]는 본발명의 또다른 실시예에 의한 온수발생 장치의 구성 및 순환계 통을 나타내고 있는 상세 블록도.

도 10]은 일반적으로 사용하고 있는 케리아 공기선도를 응용확대 하여 본 발명에 적용한 공기선도.

※ 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 ※

103 : 예냉 코일 104 : 냉각코일 105 : 재열 코일

108 : 순환 FAN 121 : 가스 압축기 122 : 공냉 응축기

125 : 냉각 탱크 127 : 냉수 순환 펌프 150 : 백금촉매 탈취기

151 : 백금촉매 탈취기 예열히타. 154 : 백금촉매 탈취 폐열 회수기

이하 첨부도면은 참조로 유기성폐기물 처리장치에 적용된 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도5-1]에 도시된 바와 같이 본 발명의 내부순환식 공기조화 시스템은 외부케이스 (115)에 의해 외체가 형성되어 있으며 이 케이스의 내 외부에 설치되어 있는 고온다습한 공기의 흡입공기챔버 (102), 예냉코일 (103), 냉각코일(104), 응축수 드레인 PAN (157), 폐열회수 재열코일 (105), 백금촉매 탈취기 (111), 폐열회수장치 (154), 고온건공기 챔버 (106), 내부순환 공기 FAN (108), 냉매(지하수, 상수도용수)공급 수단(163)으로 되어 있으며,

도5-2]는 본발명의 다른 실시예에 의한 2차냉매(냉수라 함) 냉각시스템 일체형 UNIT로서 도시된 바와 같이 외부케이스 (120),에 의해 외체가 형성되어 있으며 이 케이스의 내 외부에 설치되어 있는 가스압축기 (121), 응축기 (122), 팽창변 (124), 냉각탱크 (125), 냉수 순환펌프 (127), 및 기타 스위치류(126) 등이 도5-1]의 UNIT 하단부에 내장되는 구조로 되어있다.

도5-3]은 도5-2]에 의한 UNIT를 유기성 폐기물 처리장치의 후면에 설치한 실시예를 나타내고 있으며 처리조의 상부에 위치한 연결구에 후렉시블 타입 기부 DUCT를 이용 배기구와 흡입구를 연결 하므로 설치가 완료되는 구조로 특정 처리방법에 구애받지 않고 적용시킬수 있는 시스템이다.

도6]에 도시 한 것은 본 발명의 실시예에 따른 일반적인 유기성 폐기물 처리장치에서의 순환 공기의 작용 및 상태를 나타낸 것으로 유기성폐기물 처리장치가 정상적으로 가동되어 일정시간이 경과하면 처리조 (141)내 온도 및 물질의 온도가 상승하게 되며 이때 수증기와 함께 가스가 발생하게 되고 가스를 포함한 고온다습한 공기는 기부 DUCT를 통하여 에어챔버(144)에 유입이 된다.

에어챔버에서 공기는 예냉코일(103)에 골고루 분배되어 통과하면서 중간온도까지 예냉된후 냉각코일(104)에 유입이 되고 냉각되어 공기중에 수증기 상태로 기화되어 있던 수분이 이슬로 맺혀 응축되면서 드레인 PAN(157)에 고이게 되며 드레인 배출구(158)를 통하여 외부로 유출 시키므로 수분을 제거하게 된다.

이때 공기중에 포함되어 있는 가스류 중 대부분인 수용성 가스류가 함께 응축이 되어 배출되므로 1차 탈취 효과를 나타내게 된다.

냉각제습된 공기는 공기중에 포함되어 있던 수증기 및 수용성 가스가 제거되어 순환 공기중 가장 밀도가 낮은 상태가 되며 재열코일(105)에 유입이 되어 통과하면서 예냉코일에서 가열된후 공급된 냉매 水로부터 열을 흡수하여 재열되는데 이때 냉각코일에서 제거된 수증기와 수용성 가스의 분압에 해당하는 체적과 가열되면서 팽창된 공기의 체적과의 차이 만큼의 부족한 공기가 균압뎀파(156)를 통해 유입되고 호기성 발효에 필요한 산소의 공급원이 된다.

수분 및 가스가 제거되고 재열된 고온의 건공기는 공조시스템의 출구챔버(106)에 모이게 되고 내부순환 FAN에 의해 기부 DUCT를 통하여 처리조에 다시 공급된다.

이때 처리조에서는 수증기 및 가스류가 계속 발생하게 되므로 공기의 밀도가 상당히 높게 되며 처리조 내 공기압을 약간의 양압상태로 유지 시키기 위해서는 순환 FAN에 의해 처리조에 공급되는 공기중 일부는 외부로 배출할 필요가 있게 된다.

외부로 배출되는 공기는 전체 순환 공기량의 약 2% 미만으로서 내부순환 공기압의 평형을 유지할 수 있으며, 처리조내 산소농도는 20% 이상으로 유지할 수 있으므로 호기성 발효에 필요한 산소공급이 충분하며 백금촉매 탈취기(150)를 통해 완벽하게 처리된 후 폐열 회수장치(154)를 통하여 외부로 방출된다. 이때 백금촉매에 유입되는 공기는 수분 및 수용성 가스가 제거되어 고온건조하고 분진 (DUST)이 전혀 없는 상태로서 백금촉매 탈취기의 용량을 최소화 시킬수 있으며 가열히타와 백금촉매 담체의 성능 및 수명을 극대화 시킬수 있다.

도7에 도시된 도면을 참조로 본 발명의 각 구성에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 7-1]에 도시된 도면은 열교환 코일을 나타낸 것으로 열전도성이 우수한 동파이프 코일(161)의 내부에는 냉매 및 열매체가 통과하고 동 코일 외부에는 공기가 통과하여 상호 열교환을 하게 되는데 전열계수가 현저하게 낮은 공기측의 전열면적을 크게 해주기 위하여 AL FIN(162)을 부착한 FIN COIL의 일반적인 형태이다.

본 발명의 기술적 과제의 핵심은 공기 및 유체간의 열교환을 통하여 유기성폐기물 처리장치에서 발생하는 수분 및 가스를 제거하고 수분의 기화를 위한 증발잠열로 공급된 열에너지를 최대한 회수하여 재투입 하므로 소기의 목적을 이루기 위한 것으로서 동파이프 COIL과 AL FIN으로 구성된 FIN COIL의 우수한 열교환 기능을 응용하기로 하였다.

도7-2]에 보다 상세히 도시된 것 처럼 COIL UNIT는 전,후면에는 에어쳄버가 있고 여러단과 열의 FIN COIL로 이루어진 3 SET의 코일UNIT를 병렬로 배치하여 제1차 코일(103)은 예냉코일로 제2차 코일(104)은 냉각코일로 제3차 코일(105)은 재열코일로 구성하였다.

냉매 水를 냉각코일에 분배 공급할 수 있는 분배수단은 분배 HEADER(164)와 분기관(169)에 의해 예냉코일(103)과 냉각코일(104)에 분기하여 연결하였으며 예냉코일의 출구측 각 코일은 동배관(176)을 이용 냉각코일을 중심으로하여 재열코일에 대칭병열로 연결하였으며 냉각코일의 출구측 냉매 水(168)와 재열코일의 출구측 냉매 水(173)는 다시 합쳐져서 조절밸브(175)를 통해 배출되어 중온수로서 사용된다. PILOT UNIT에서 에어쳄버로부터 예냉코일에 유입되는 고온다습한 공기의 온도는 유기성 폐기물 처리장치가 정상으로 가동할 때 최적의 상태중 약간 높은 온도인 65℃를 기준으로 하였다.

풍량은 유기성 폐기물 100KG/20HR 처리당 2 CMM이 되게 하였으며 냉각 COIL의 단면적은 풍속이 0.5 M/S가 되도록 하였다.

냉매로 사용하는 용수의 온도는 18℃를 기준으로 하였고 순환량은 조절밸브(175)를 조정하여 출구 水의 온도가 약 42℃ ∼ 43℃정도의 중온수로 배출되도록 하였다.

기기가 정상으로 가동하면 에어쳄버(102)를 통해 65℃의 고온 다습한 공기가 예냉코일(103)에 유입이 되어 중간온도까지 예냉이 되고 다시 냉각코일(104)을 통과하면서 약 20℃까지 냉각이 되며 공기중 포함되어 있던 수증기와 수용성가스 등이 응축 결로되어 드레인 되므로 수분을 제거할수 있게 된다.

예냉코일 및 냉각코일에서의 냉매 水는 통과유속이 상당히 늦게 되도록 구성되어 있기 때문에 고온의 공기와 접하는 예냉코일의 입구측 코일을 통과하는 냉매 水는 약 63℃ 정도 까지 가열되고 통과순서에 따라 약 32℃정도 까지 가열되어 순환관 (176)에 의해 냉각코일을 중심으로 대칭이 되도록 재열코일로 보내어지고 냉각코일에서 약 20℃ 까지 냉각제습된후 재열코일에 유입이되어 통과하는 공기를 약 60 ℃ 까지 재열시키는 열원이 된다.

이때 예냉 코일에 유입되는 공기의 상태는 유기성폐기물 처리 장치가 처리조 온도 약 65℃ 유기성폐기물 100KG/20HR 처리당 공기순환량 2 CMM의 다풍량구조로 정상 가동할 때 [도 10]의 습공기선도상 가의 위치로 상대습도는 약 40% RH 정도로서 처리조 내에서 수증기 분압에 의한 영향을 많이 받지 않으며 흡습율에도 여유가 있는 상태 이었으며 공기가 가지고 있는 총 엔달피는 45Kcal/Kg이었고 절대습도는 약 0.0475 Kg/Kg이었으며 예냉코일과 냉각코일을 거쳐 냉각제습된 공기는 다의 위치로 총 엔탈피 14Kcal/Kg 온도 20℃ 상대습도 100% RH의 포화 습공기이고 절대습도는 0.015 (Kg/Kg)이므로 수분제거율은 (0.0475-0.015) = 0.0325 (Kg/Kg) 즉 순환공기 1KG 당 0.0325 Kg의 수분을 제습할 수 있었으며 0.0325 ×1.18( 20℃일 때 공기비중 ) = 0.03835(KG/CMM)의 제습 능력으로 유기성 폐기물 처리장치의 처리조 내부온도가 약 60℃∼70℃로 유지될 때 함수율 약 85%의 유기성폐기물 100Kg을 함수율 약 25%인 부산물로 처리하기 위해 필요한 80KG의 수분을 제습하기 위하여는 80KG ÷(0.03825×2CMM) ÷ 60MIN = 17.5 HR 즉 함수율 85%인 유기성 폐기물 100KG을 함수율 25%의 부산물로 처리하기 위하여 공기 순환량 2CMM으로 하였을 때 약 17.5시간이 소요 되었다.

냉각제습되어 재열코일을 통과하는 공기는 수분의 상태변화가 없으므로 1차 냉각코일에서 가열된 냉매 水 로부터 감열에너지만 흡수 하면서 약 60℃까지 재열 되었으며 상대 습도는 약 12 % RH 총 엔탈피는 약 24 (Kcal/Kg)의 건공기가 되었다.

또한 냉매 水 공급량을 순환공기 1 CMM당 60 L/HR 로 하였을 때 예냉코일을 통과하는 냉매 水가 공기선도상 가 위치의 고온다습한 공기를 나위치의 중간온도 까지 예냉 시키면서 총엔탈피 45-29 = 16 KCAL/KG 의 열에너지를 흡수한 후 냉각코일에서 냉각제습 되어 다위치의 상태로 재열코일에 유입되는 공기를 라의 위치까지 재열시키는데 필요한 24-14 =10 KCAL/KG의 열에너지를 공급한후 냉각코일을 통과하여 나오는 냉매 水와 합쳐져서 배출된다.

이때 총 냉각열량인 45-14 = 31 KCAL/KG 중 재열로 회수된 10 KCAL/KG를 제외한 21 KCAL/KG의 열 에너지가 냉매 水를 덥히는데 소요 되었으므로 21KCAL/KG × 1.18( 20℃ 공기비중 ) × 60MIN ÷ 60 L/HR = 24.7T 즉 냉매 水로 공급 되었던 18℃의 용수가 24.7℃ 가열되어 순환공기 1 CMM당 약 42∼43℃의 중온수를 시간당 60 L를 공급할수 있는 에너지 절약형 폐열회수 시스템을 구성할수 있다.

도7-5]에 보다 상세히 도시된 것처럼 백금촉매탈취 시스템은 외부케이스(205)에 의해 외체가 형성되어 있으며 이 케이스의 내외부에 설치되어 있는 배기 가스 인입구(196), 가열 HEATER (203), HOT GAS 통로 (198), 백금촉매 담체(199), HOT GAS 배기관 (200), HOT GAS 폐열 회수코일 (201), 배기가스 배기구 (202) 등으로 구성되어 있다.

공기챔버로부터 순환FAN(193)에의해 유입된 고온건조한 공기는 기부 DUCT(195)를 통하여 유기성폐기물의 처리조에 공급이되며 이때 일부의 공기가 배기구와 관 (196)을 통하여 백금촉매 탈취기의 배기가스 인입구에 유입이 된다.

배기량은 약 0.05CMM∼0.1CMM 정도이며 가열관(197) 에서 전기가열기(203)에 의하여 약 300∼350℃로 가열된다. 이때 가열 HEATER는 0.3Kw∼0.5Kw로 충분하며 HOT GAS 통로(198)를 통해 백금촉매 담체 (199)에 유입된 배기가스는 담체의 벌집과 같은 통로를 통과 하면서 산화되어 탈취가 된다.

백금촉매 탈취기에 유입이 되는 공기는 냉각 COIL에서 제습되면서 수용성가스가 응축되어 1차 탈취되고 80℃까지 가열 처리된 건공기이므로 DUST 및 수분이 거의 없어 가열 HEATER와 백금촉매의 성능 및 수명을 극대화 시킬수 있으며 거의 완벽한 탈취효과를 나타낼수 있다.

탈취처리된 배기가스는 배기관(200)을 통하여 공기챔버(191) 내에 설치된 HOT GAS 폐열회수 코일(201)에서 약 100℃까지 냉각이 된후 배기가스 배기구를 (202)통하여 배기된다.

[발명의 다른 실시 예]

유기성폐기물 처리 장치의 설치 장소는 매우 다양하며 본 발명의 매우 우수한 장점에도 불구하고 지하수나 상수도 용수의 공급이 불가능하거나 난공사로 인한 고비용의 공사비가 요구될 경우가 있으며 도8]에 도시한 것과 같이 별도의 수냉각시스템을 설치 하므로 전천후 시스템을 구성 할수 있으며 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도8]에 도시한 것은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차냉매 (냉수라 함) 의 순환계통을 나타낸 것으로 냉수로 사용되는 용액은 증류수와 에틸렌글리클 용액을 약 70 : 30 으로 혼합하여 빙점을 약 -18℃ 정도로 조정한 수용액이며 냉각냉크에서 약 10℃ 정도로 냉각된 냉수는 순환 PUMP(220)에 의해 냉각 C0IL의 HEADER (211)에 공급이 되고 예냉코일과 냉각코일에 분배된다.

이때 처리조에서 유입되는 공기의 온도는 60℃를 기준으로 하였으며 고온의 공기와 접하는 예냉코일의 입구측 코일을 통과하는 냉수는 약 58℃ 정도 까지 가열되고 통과순서에 따라 약 30℃정도 까지 가열되어 순환관 (213)에 의해 냉각코일을 중심으로 대칭이 되도록 재열코일로 보내어지고 냉각코일에서 약 15℃ 까지 냉각제습된 후 재열코일에 유입이 되어 통과하는 공기를 약 55℃까지 재열시키는 열원이 되며 냉각코일을 통과하여 나오는 냉수와 합쳐진 후 냉각탱크로 돌아온다.

이때 냉각코일에 공급되는 냉수의 유량은 제한할 필요가 없으며 고온의 공기와 접하는 예냉코일의 입구측 코일을 통과하는 순환관의 냉수온도를 가열 요구 온도인 약 58℃ 정도가 되도록 BY-PASS 발브(223)를 조정하여 주므로 소기의 목적을 달성할 수 있다.

또한 냉수순환펌프(220)의 용량을 충분히 하고 냉각코일 및 예냉코일을 거쳐 재열코일로 순환되는 냉수의 양보다 BY PASS(223) 되는 냉수의 양을 약 5배 정도 많게 해주므로 냉각 탱크의 입구온도를 약 15℃ 까지 낮출수 있고 냉각탱크에서 증발기부하 △t를 적게 해 주므로 냉각효율을 높일수 있다.

그리고 처리조에서 발생하여 냉각코일에 유입이 되는 순환공기의 열에너지 중 약 38%에 해당하는 열을 재열코일에서 회수하고 약 62%의 냉각부하에 해당하는 냉동 시스템만이 필요하며 후레온 냉동 CYCLE의 EVAPORATOR에서의 냉각효율이 현저하게 향상 되므로 본 출원인이 1997년 1월에 출원번호 제97-133호에 의해 발명특허를 출원하고 작금에까지 제작을 하던 [도 4]에 도시된 종래의 가스압축식 냉동 SYSTEM을 이용한 다풍량 RECYCLE 공조시스템에 대하여 약 50%에 해당하는 냉동 시스템만으로 동일한 성능의 냉각 능력을 나타낼수 있으며 더욱 안정된 CYCLE을 구성할 수 있었다.

또한 본 발명의 리싸이클 공기조화 시스템과 냉수냉각 시스템을 별도로 구성하고 순환 LINE을 연결하는 분리형과, 본 발명의 리싸이클 공기조화 시스템과 냉수냉각 시스템을 일체화 시켜 적용하는등 설치조건에 따라 응용이 가능하다.

[발명의 또다른 실시예]

본 발명의 리싸이클 공기조화 시스템이 정상적으로 가동할 때 약 42∼43 ℃ 의 중온수가 발생하며 주방용수로 재활용할 수 있다.

그러나, 수요에 따라 중온수의 온도를 좀더 높게 해줄것을 요구할 경우가 있고 본 발명의 순환 계통에 약간의 변화를 주므로 처리조에서 유입되는 고온다습한 공기에 대해 약 15℃T 인 약 50℃ 정도의 온수를 얻을 수 있으며 도시된 도면을 참조로 본 발명의 각 구성에 대하여 보다 상세하게 실명하면 다음과 같다.

도9]에 도시한 것은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기 및 냉매 水의 순환계통을 나타낸것으로 각 구성에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에 따르면 리싸이클 공기조화 시스템의 기본구성중 폐열회수 및 재열기능은 삭제 하였고 냉각제습된 순환공기의 재열을 위한 열 에너지는 처리조의 쟈켓(180) 으로부터 순환펌프(182) 및 배관(183)으로 연결된 재열코일(105)에 공급되는 고온의 열매체에 의해 감열 에너지를 흡수하여 재열하며 소형기종의 경우에는 소량의 감열 에너지 만으로도 충분 하므로 FIN COIL TYPE의 전기가열기로 가열하도록 구성하였다.

냉각코일(104) 및 예냉코일(103)에서 배출되는 물이 해더 (188)에서 합하여져서 배출될 때 총 냉각열량인 31 KCAL/KG의 열 에너지가 18℃ 냉매 水를 65℃ 고온다습한 공기에 대해 약 15℃T인 약 50℃ 정도의 중온수로 덥히는데 소요 되었으므로 50℃-18℃ = 32℃T 이고,

31KCAL/KG × 1.18( 20℃ 공기비중 ) × 60MIN ÷ 32℃T = 68 L/HR 즉 냉매 水로 공급 되었던 18℃의 용수가 32℃ 가열되어 순환공기 1 CMM당 약 50℃의 중온수를 시간당 68 L 공급할수 있으며 유기성폐기물 처리장치에 있어서 수분의 제거를 위하여 증발잠열에 투입되는 열 에너지를 100% 회수하여 재활용할 수 있는 공기조화 시스템을 구성할 수 있다.

따라서 본 발명의 유기성폐기물 처리장치에 따르면 리싸이클 공기 조화 시스템을 이용하여 처리조 내의 공기를 재순환 시키면서 처리조에서 발생하는 수증기 및 가스류를 완벽하게 처리하여 배출 시키며 공조 유니트의 냉각 시스템에 사용되는 냉매로 지하수나 상수도 용수를 사용하고 배출되는 냉매 水 또한 주방에서 중온수로 재사용 할수 있으며 순환 되는 공기 총량의 극히 일부 (약 2% 미만)만을 백금촉매 탈취기에서 완벽 탈취하여 배기시키는 시스템을 구성할 수 있으며 건조기, 발효기, 발효건조기, 소멸기 등 특정 처리방법에 구애받지 않고 모든 처리기기에 적용시켜 탁월한 성능을 나타낼 수 있다.

또한 처리조로부터 배출되는 고온다습한 공기에 함유된 에너지를 회수하여 약 32%는 재순환되는 공기를 재열하는데 사용하고 나머지 68%는 냉매 水를 가열하여 중온수로 전환시키는데 사용되므로 장치로부터 손실되는 열 에너지량이 최소화 되어 열역학적으로도 우수한 성능을 나타내게 된다.

본 발명의 다른 효과는 냉매로 사용할 지하수나 상수도 용수를 유입하기가 불가능하여 별도의 냉각시스템을 이용 냉매수를 순환시켜 사용하더라도 도4에 도시한 가스압축식 냉동 싸이클을 이용한 직접 냉각식 공조시스템에 비하여 재열코일에서 회수되는 약 38%의 에너지를 제외한 약 62%에 해당하는 냉각 부하를 처리할 수 있는 용량의 냉동 시스템만으로도 충분하며 냉동 CYCLE의 냉각기에서도 고온의 열가스가 아닌 14∼15℃ 정도의 냉수를 처리하므로 후레온 -22 냉매싸이클에서 전혀 무리가 가지 않는 냉동 CYCLE을 이룰수 있다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만 첨부 특허 청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 유기성폐기물 처리장치의 처리조로부터 발생하는 수증기 및 가스를 함유한 고온다습한 공기를 냉각제습, 탈취, 폐열회수재열, 추가가열한 후 순환공기중 극히 일부분인 약 2 % 이하의 공기만을 환기시키면서 재순환 시키는 리싸이클 공기조화 시스템으로,

   기부 DUCT를 통해 유입되는 공기를 골고루 분배하기 위한 SUCTION AIR CHAMBER 수단(144), 고온다습한 공기를 예냉시키면서 흡수한 열에너지를 이용 냉각제습된 공기를 재열시키는 열교환 수단, 수증기 및 수용성가스를 응축시켜 드레인 시켜주기 위한 냉각 수단(145), 재열된 순환 공기를 백금촉매의 폐열을 이용 가열시켜주는 추가가열수단(154), 전체 순환 공기량의 약 2 % 미만의 공기를 내부순환 공기압의 차압에 의해 자동으로 환기시켜 주는 환기수단(156), 백금촉매탈취기 (150), 내부공기의 RECYCLE 순환수단(148), 발명의 다른 실시예에 의한 냉수냉각 시스템 및 순환 수단(도8), 발명의 또다른 실시예에 의한 온수가열수단 (도9), 등으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 처리장치의 리싸이클 공기조화시스템
2. 제 1항에 있어서 상기 열교환 수단 및 냉각수단은 입구와 출구쪽에 공기쳄버가 있고 여러 SET의 FIN COIL로 이루어진 3 조의 코일군이 예냉코일(103), 냉각코일(104), 재열코일(105) 순으로 병열 구성되어 있으며, 예냉코일(103)과 재열코일(105)은 순환관 (176)에 의해 재열코일의 1번코일은 예냉코일의 8번코일에 재열코일의 8번코일은 예냉코일의 1번코일에 연결되는등 냉각코일을 중심으로 하여 예냉코일과 재열코일이 대칭으로 연결되거나 HEADER와 순환관에 의해 연결되어 있고 예냉코일에서 고온다습한 공기에 의해 가열된 냉매 水를 이용 냉각코일로부터 냉각제습되어 재열코일로 유입되는 공기를 재열시키도록 구성되어 있으며, 예냉코일과 냉각코일은 2 ROW의 구조로 병렬 구성되어 냉매 水와 고온다습한 공기가 상호 열교환 되며 예냉코일의 입구측 냉매 水는 고온다습한 공기의 약 2∼3 ℃의t까지 가열이 되고 출구측 냉매 水는 중간온도 까지 가열이 되어 재열코일에서의 열 에너지원이 되면서 예냉코일과 냉각코일을 통과하는 고온다습한 공기를 냉매수의 약 2∼3℃의t까지 냉각이 되는 구조로 냉각 코일의 단면적, 풍량과 풍속, 냉매 水의 유량등이 적절하게 구성된 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템
3. 제 2항에 있어서 예냉코일, 냉각코일 및 재열코일의 냉매로 사용되는 유체로 지하수나 상수도 용수를 이용하며 재열기에서 재순환되는 공기를 재열하는데 사용하고 남은 열 에너지를 이용 배출되는 냉매 水를 가열하여 중온수로 전환시켜 주방용수로 사용하며,

   지하수나 상수도 용수의 공급이 불가능한 지역에서 발명의 다른 실시예에 의한 냉수 냉각 시스템을 공조유니트와 일체형 혹은 분리형으로 구성하여 대체 냉매로 공급받는 2차 냉매(증류수+에틸렌글리클 혼합 용액으로 된 수용액 ⇒ 냉수라 칭함 )를 이용 적절하게 운용하므로 건조기, 발효기, 발효건조기, 소멸기등 처리방법에 불구하고 환경과 처리조건에 구애받지 않고 유기성 폐기물을 처리하는 모든 기기에 전천후로 적용할 수 있는 구조를 특징으로 하는 공기조화 시스템
4. 제 1항에 있어서 백금촉매 탈취 및 폐열회수 수단은 처리조에서 유입된 가스를 포함한 고온다습한 공기를 예냉후 냉각코일에서 냉각제습 되면서 수용성 가스가 수증기와 함께 용해, 응축되어 드레인 되어 1차 탈취 처리되고 재열후 추가가열되어 처리조에 공급되는 고온의 건조한 순환 공기중 약 2 % 미만에 해당하는 배출공기를 0.5 KW/HR 이내의 전기 가열기로 약 300∼350℃까지 가열시킨후90×50t의 소형 백금촉매 담체 1셋트만으로 초기함수율 약 85%인 유기성 폐기물을 20시간 이내에 처리할수 있는 용량의 처리기기에 적용하여 완벽한 탈취기능을 나타낼수 있는 초소형 고성능 구조의 백금촉매 탈취 및 폐열회수 구조를 특징으로 하는 공기조화 시스템
5. 제 1 항에 있어서 발명의 또다른 실시예에 의한 온수가열수단 (도9)은 재열기에서 순환공기의 재열을 위한 열 에너지는 처리조의 쟈켓(180)으로부터 순환펌프(182) 및 배관(183)에 의해 공급되는 고온의 열매체 및 전기가열기에 의해 감열 에너지를 흡수하여 재열하며, 예냉코일과 냉각코일에서 고온다습한 공기를 냉각제습 하면서 가열되는 냉매 水의 온도가 공기온도에 대해 약14∼15℃t 정도가 되도록 냉각 코일의 단면적, 풍량과 풍속, 냉매 水의 유량등이 적절하게 구성된 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템.