KR19990069256A - 폐기물 소각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물 소각장치에 관한 것으로, 상하로 연통된 다수의 열교환용 파이프 구조를 갖는 열교환기(HE)를 소각로(10)와 연도(40) 사이 및 덕트(D)내에 내설하여 외기로부터 강제흡입된 공기가 소각시 가열된 소각로(10)의 외표면과 접촉되어 열전달에 의해 가열되고, 그 가열된 열풍이 덕트(D)를 통과하면서 열교환기(HE)에 의해 고온의 폐열로부터 열을 재차 회수함으로써 원하는 고온의 열풍을 얻도록 한 것이다.

Description

폐기물 소각장치

본 발명은 폐기물 소각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기물 소각시 발생하는 폐열을 외부공기와 열교환하거나 이를 재순환하여 폐열을 효과적으로 회수하며 석유 또는 가스버너를 구비하여 필요에 따라 보일러로서도 사용하기 위한 폐기물 소각장치에 관한 것이다.

일반적으로 가정, 아파트단지, 공장 또는 농촌이나 상가 등에서 배출되는 각종 폐목재, 폐포장재 또는 폐비닐등과 같은 폐기물의 발생량은 급격하게 증가되고 있어 심각한 환경문제를 야기하고 있다. 이러한 폐기물의 처리방법은 통상적으로, 토양에 그대로 매립하거나 소각하는 방법 외에 극히 일부를 재활용하고 있는 실정이다.

그러나, 폐기물 매립은 단위면적당 매립되는 폐기물의 매립률이 낮아 광범위한 매립토지가 요구되고, 폐기물 노천소각의 경우에는 인체에 유해한 유독가스 또는 분진발생으로 인해 그 사용이 제한되고 있다. 또한, 폐기물 재활용의 경우에는 이물질 등의 포함되어 있거나 수집이 용이치 못하여 재활용 단가가 매우 높아 전체폐기물 발생량의 극히 일부분만이 수집재생되고 있다.

따라서, 대부분의 폐기물은 매립과 소각방법에 의존하고 있는 실정이다.

그러나, 매립은 상기한 바와 같이 우리 나라와 같은 경우에는 국토의 이용효율 및 매립을 위한 용지의 확보가 어려운 문제점이 있어 근래에는 소각장치의 사용이 적극적으로 권장되고 있다.

이러한, 소각장치는 주로 대형의 고가설비로서 일부 대단위 공장이나 규모가 큰 단체 등에서 자체적으로 사용하여 각종 폐기물을 소각하고는 있으나, 중소공장 또는 이와 유사한 크기의 사업장 등에서는 고가의 시설비용으로 인하여 그 사용이 적극적으로 이루어지고 않고 있다. 더욱이, 농촌 등지에서는 이와같은 고가의 소각장치 설치가 타지역에 비하여 현저히 낮음으로 인해 농업용 폐비닐등과 같은 폐기물의 소각이 원활히 이루어지기 않고 많은 양의 폐비닐 및 폐포장재가 토양에 그대로 방치됨으로써 토양오염이 가속화되고 있는 실정이다.

따라서, 소각장치의 중·소형화, 저단가 및 폐기물 소각시 발생되는 폐열의 이용을 적극적으로 고려하여야 할 필요성이 있다.

이러한, 소각장치의 중·소형화를 위하여 일본국 공개실용신안 공보 소49- 14071호 및 동 소59-103026호가 공개된 바 있다. 이러한 종래의 소각장치는 소각에 필요한 공기를 예열하는 구조로 되어있어 외부의 공기를 직접연소실로 공급하는 것에 비하여 완전연소를 유도하는 데에는 그 효과를 인정할 수 있으나, 소각시 발생되는 고온의 연소가스가 연도(煙道)를 통해 그대로 배출되기 때문에 폐열을 회수할 수 없는 단점이 있어 특히, 폐열회수의 이용측면을 전혀 고려하지 않은 비경제적인 것이었다.

이러한 비경제성을 감안하여 대한민국 실용신안공고 제96-449호에서는 폐기물 소각시 발생되는 폐열을 이용하여 난방용 열풍 및 난방용 온수를 동시에 얻도록 한 소각장치를 제한하고 있다. 이는 내부의 소각로와 외부의 외통을 구비하고, 이들의 공간에 나선형의 송풍안내관을 형성하고, 소각로의 내부에는 내벽면을 따라 공기공급용 파이프를 다수개 입설하여 바깥쪽 일편에 마련한 제2차 연소실의 위에 수조를 마련하고 있는 것에 의해 상기한 목적을 달성하고자 하고 있다. 그러나, 이는 외부의 공기를 곧바로 소각로의 외면을 따라 이동시키면서 열교환하기 때문에 단지 소각로에서의 연소열을 이용하는데 불과하고, 소각로에서 발생되는 고온의 연소가스는 연통을 통하여 외부로 소실되는 문제가 있다.

이러한 종래의 고안은 폐열을 이용하고자하는 데에는 그 효과를 어느 정도 인정할 수 있으나 고온의 연소가스로 부터 폐열의 회수율이 지극히 낮아 이 역시 비경제적인 단점이 있었고, 또한 연소에 필요한 공기공급이 직접 이루어져 연소실내의 폐기물의 완전연소를 기대할 수 없는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창출된 것으로서, 그 목적은 폐기물 소각시 발생되는 연소열을 이용하여 외부로부터 유입되는 공기와 접촉시키거나 이렇게 접촉된 공기를 원하는 온도와 위치까지 순차적으로 이동시켜 가열함으로써, 연소열을 효과적으로 회수하여 이용할 수 있도록 한 폐기물 소각장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상하로 연통된 다수의 파이프 구조를 갖는 연도를 열교환기로서 덕트내에 내설하여 연소가스가 열교환기내에 머무르는 시간을 지연함으로써 고온의 연소가스로 부터 폐열을 회수하여 적은 폐기물의 양으로 고열의 열풍을 수득할 수 있도록 한 폐기물 소각장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 폐기물 소각장치를 나타내는 사시도.

도 2는 도 1의 배면도.

도 3은 도 1의 종단면도.

≪도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명≫

10 : 소각로 12 : 공기유입부

12a : 통기공 20 : 소각로 케이싱

30 : 공기챔버 40 : 연도(煙道)

42 : 댐퍼 50 : 베이스

B : 버너 C : 덮개

D : 덕트 DO : 개구부

F1 : 송풍팬 F2 : 송풍팬

HE : 열교환기 P : 버너냉각용 배관

SP : 공기안내판 SW : 전원 스위치

이러한 본 발명의 목적은 버너에 의한 폐기물의 소각시 연소실로의 충분한 산소공급을 위하여 외기의 공기를 강제공급되도록 송풍팬과 연통되고, 소각된 폐열이 외기로 배기되도록 연도와 상단부가 연통된 소각로와; 상기 소각로를 내부에 이격되도록 보지(保持)하고, 덕트와 상단부가 연통되도록 설치된 소각로 케이싱과; 송풍팬에 의해 강제송풍된 공기가 상기 소각로의 외표면과 상기 소각로 케이싱 사이의 공간인 공기챔버의 하부로부터 상부로 유동되면서 연소열에 의해 가열된 상기 소각로의 외표면과 접촉되어 열전달에 의해 가열된 공기가 덕트를 통해 배기될 때 상기 소각로로 부터 배기되는 고온의 연소가스로 부터 폐열을 회수하여 보다 고온의 열풍을 수득할 수 있도록 상기 소각로와 연도 사이에 상하로 연통된 다수의 열교환용 파이프를 포함하여 덕트내에 배치된 열교환기를 포함하여 이루어진 폐기물 소각장치에 의해서 달성될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 폐기물 소각장치를 나타내는 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 배면도 및 종단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 폐기물 소각장치는 소각로(10)와 소각케이싱(20) 사이 공간인 공기챔버(30)내로 공기를 강제유입시켜 소각로(10)의 가열된 표면에 노출되도록 하여 폐열을 회수하고 덕트(D)를 통해 외기로 배기되도록 하고, 소각로(10) 상단 및 외기와 연통되어지되 덕트(D)내에 고온의 연소가스 배출용으로 다수의 열교환용 파이프가 상하로 연통된 열교환기(HE)를 내설하여 덕트(D)를 통해서 외부의, 예를들어 비닐하우스의 난방용 배관으로 배기되는 공기와 접촉시켜 폐열의 회수를 보다 효과적으로 구현함으로써 고온의 난방열풍을 수득할 수 있도록 구성되어 있다.

소각로(10)는 열전도성이 우수한 금속재로서, 폐기물이 충전소각되도록 연소공간이 형성되어있되 연소공간의 외벽에 하단에서 상단까지 나선형 공기안내판(SP)이 개별 또는 일체로 동일각도로 설치되어 그에 접촉하여 유동하는 공기로의 열전달이 효과적으로 이루어지도록 하고, 연소공간의 하단부에 연소공간과 차단된 중공(中空) 원뿔형상의 하부와 연소공간내로 돌설된 다수의 통기공(12a)이 타공된 중공 원통형상의 상부로 이루어진 공기유입부(12)의 하부가 송풍팬(F2)과 연통되도록 형성되어 외부의 공기가 연소실로 산소를 공급하게 되어있다. 여기서, 소각로(10)는 측면에 버너(B)가 설치되어 있는데, 버너(B)의 연소원은 LPG 또는 벙커C유이며, 버너(B)의 하단부에 연료량 조절밸브(V)가 설치되어 있다. 그리고, 버너냉각용 배관(P)이 송풍팬(F2) 및 버너(B) 입설부와 연통되어있되, 공기챔버(30)내에 설치되어 있다. 또한, 버너(B)는 베이스(B)의 상단부에 일정거리 이격되어 설치되도록 지지부재에 의해 고정되어 있고, 송풍팬(F2)은 전원 스위치(SW)와 전기적으로 연결되어 있다.

소각로 케이싱(20)은 열차단성이 양호한 금속재로서, 소각로(10)의 외표면과 이격되어 공기챔버(30)가 형성되도록 소각로(10)와 이격되어 외측에 배치되고, 상측단부는 덕트(D)와 연통되도록 형성되어 있으며, 베이스(50) 상단에 설치되어 있다. 여기서, 미설명부호 C는 소각로 케이싱(20)의 상단 개구부를 개폐할 수 있도록 설치된 덮개이다.

덕트(D)는 소각로 케이싱(20)의 상단측부에 연통된 사각형상으로서, 상단 개구부(DO)에 일정한 길이를 갖는 다른 덕트, 예를들어 농가의 비닐하우스로 향하거나 또는 작업장으로 향한 난방용 덕트가 연결되어지도록 형성되어 있다. 여기서, 덕트(D)내 열풍의 온도를 측정하도록 온도계(T)가 덕트(D)의 일정위치에 설치되어 있다.

열교환기(HE)는 다수의 열교환용 파이프가 상하로 연통된 구조로서, 하부는 소각로(10)의 상단측부와 연통되어 있고 상단은 덕트(D)의 외벽에 입설된 연도(40)와 연통되도록 형성되어있되 덕트(D)내에 내설되어 있다. 여기서, 열교환기(HE)는 도 3에 명확히 나타나 있지 않으나 다수의 인접이격된 열교환용 파이프가 후측방향으로 병렬되게 절곡배설된 구조로 형성되어 연소가스가 덕트내에 체류하는 시간이 길도록 하여 연소가스로 부터 폐열회수가 효과적으로 이루어지도록 되어 있다. 그리고, 연도(40)는 상하로 개구되어 있으며, 상단부를 개폐할 수 있도록 댐퍼(42)가 설치되어 있다.

베이스(50)는 소각로(10), 소각로 케이싱(20), 열교환기(HE) 및 덕트(D)등의 총하중을 견딜 수 있는 금속재로서, 양단에 외부 공기가 송풍팬에 의해 공기챔버로 유입되도록 철망이 설치되어 있고 수평 및 높이조절이 가능하도록, 부호가 표시되지 않은 다수의 볼트가 사방 모서리부분에 설치되어 있다. 그리고, 베이스(50)는 소각로 케이싱(20)의 하부와 연통되도록 상단 일정부분이 개방되어 있고, 그 개방된 하부의 이격된 위치에 송풍팬(F1)이 설치되어 있다. 여기서, 송풍팬(F1)은 전원 스위치(SW)에 의해 전술된 송풍팬(F2)과 동시에 작동되도록 전기적 연결되어 있다.

이상의 구조를 갖는 폐기물 소각장치의 소각작동관계를 설명하면 다음과 같다.

우선, 소각로 케이싱(20)의 개구부를 닫고있는 덮개(C)를 열어 폐목재, 폐비닐 또는 플라스틱 등과 같은 폐합성수지재, 폐포장재 등의 폐기물을 소각로(10)의 소각공간에 원하는 만큼 충전시키고 덮개(C)를 닫는다. 그런 다음, 연료량 조절밸브(V)를 개방하고 버너(B)를 가동하여 화염을 소각로(10)의 소각공간 내부로 전파시켜 폐기물을 소각한다. 이때, 전원 스위치(SW)를 조작하여 송풍팬(F2)과 송풍팬(F1)을 구동시킨다.

따라서, 송풍팬(F2)으로부터 강제송풍된 공기가 공기유입부(12)의 하부로부터 유입되어 소각공간 내부로 돌설된 상부 통기공(12)을 통해 소각로(10)의 소각공간 내부로 토출됨으로서 소각에 필요한 충분한 산소가 공급되어진다. 여기서, 통기공(12a)은 폐합성수지 폐기물을 다량소각하는 경우에 완전연소이전의 액상 폐기물에 의해 패쇄되지 않도록 도 3에 나타나 있는 바와 같이 하단부터 상단까지 전부 타공하지 않고, 소각공간의 바닥면으로부터 일정거리 이격된 위치부터 선택적으로 타공할 수도 있다. 그리고, 강제송풍된 공기의 일부는 버너냉각용 배관(P)으로 유도되어 버너(B)의 과열을 방지한다.

이와 함께, 송풍팬(F1)으로부터 강제흡입되는 공기는 공기안내판(SP)에 의해 유도되어 공기챔버(30)의 하단으로부터 상단으로 유동되는 과정에서 열전도성이 양호한 소각로(10)의 외벽과 접촉되어 열전달에 의해 가열된다. 여기서, 공기유입부(12)의 하단이 원뿔형상으로 형성됨으로써, 강제흡입되는 공기의 원활한 유동을 가능케 하는 한편, 송풍팬(F1)과의 소각로(10)의 사이를 인접되게 설치되도록 함으로써 동일한 성능을 갖는 소형의 소각장치를 제작할 수 있도록 한 것이다.

더욱이, 전술된 가열공기 열풍은 공기챔버(30)로부터 덕트(D)를 거치는 과정에서 열교환기(HE)를 거치는 동안 고온의 배기되는 연소가스로 부터의 폐열을 회수함으로써 더욱 고온의 열풍으로되어 덕트(D)의 개구부(DO)를 통해 도면에는 나타나 있지 않은 다른 덕트를 따라 원하는 위치로 배기되어 원하는 작업장 또는 비닐하우스와 같은 곳을 난방하게 된다. 그리고, 열교환기(HE)를 거쳐 열회수된 연소가스는 온도가 떨어진 상태에서 연도(40)를 통해 외기로 배기된다.

여기서, 본 발명은 열교환기(HE)의 열교환용 파이프를 상하로 연통되도록 설치함으로써 폐열이 연도로 배기되는 시간을 지연하여 열회수를 극대화한 것이다.

또한, 열풍의 온도가 온도계(T)에 의해 원하는 온도이상으로 판정된 경우에는 버너(B), 송풍팬(F2) 및 송풍팬(F1)을 선택적 또는 모두 가동을 중지시킴으로써 온도를 적정하게 조절하고, 원하는 온도이하인 경우에는 덮개(C)를 열어 폐기물을 추가적으로 공급함과 아울러 연료분사량을 증대시켜 온도를 적정하게 조절한다.

상기와 같이 폐기물을 소각하지 않고, 필요에 따라 LPG만을 연소원으로 하여 버너만 작동하여 공기를 가열하여 공급하게 할 수 있으며, 예를들어 비닐하우스 난방을 위한 경우와 같이 이산화탄소의 배출이 허용될 수 있는 경우에는 연소가스가 외부로 배기되지 않고 바로 덕트를 통해 배기되도록 할 수도 있다. 이때, 연도(40)의 댐퍼(42)를 조작, 상단 개구부를 패쇄하여 하방으로 열기가 배기되도록 함으로써 본 발명의 소각장치가 실내에 설치된 경우 주변온도를 신속히 상승시킬 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 구조는 폐기물의 소각을 완전연소에 가깝도록 소각함과 동시에 소각시 발생하는 연소가스의 폐열을 별도로 공급되는 공기에 의해 열교환함으로써 소각시 발생되는 열의 회수를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 구조는 소형, 저가(低價)로 제작할 수 있어 특히, 농촌 등과 같이 폐기물의 양은 많으면서도 경제적인 측면에서 소각장치의 구입이 어려워 폐기물을 매립이나 기타 노천소각에 의존하던 문제점을 해결할 수 있는 부가적인 효과가 있다.

Claims (3)

1. 열교환기가 설치된 소각장치에 있어서,

   버너(B)에 의한 폐기물의 소각시 충분한 산소공급을 위하여 외기의 공기가 강제공급되도록 송풍팬(F2)과 연통되고, 소각된 폐열이 외기로 배기되도록 연도(40)와 상단부가 연통된 소각로(10)와;

   상기 소각로(10)를 내부에 이격되도록 보지(保持)하고, 덕트(D)와 상단부가 연통되도록 설치된 소각로 케이싱(20)과;

   송풍팬(F1)에 의해 강제흡입된 공기가 상기 소각로(10)의 외표면과 상기 소각로 케이싱(20)의 사이 공간인 공기챔버(30)의 하부로부터 상부로 유동되면서 소각시 가열된 상기 소각로(10)의 외표면과 접촉되어 열전달에 의해 가열되고, 그 가열된 열풍이 상기 덕트(D)를 통해 배기될 때 상기 소각로(10)의 폐열을 회수하여 보다 고온의 열풍을 수득할 수 있도록 상기 소각로(10)와 연도(40) 사이에 상하로 연통된 연소가스 배출용의 다수의 열교환용 파이프가 배설된 열교환기(HE)를 포함하여 이루어진 폐기물 소각장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열교환기(HE)는 상기 덕트(D)내에 내설된 것을 특징으로 하는 폐기물 소각장치.
3. 제1항에 있어서,

   폐기물 소각시 버너(B)의 과열을 방지하도록 일단은 상기 송풍팬(F2)과 연통되고 타단은 상기 버너(B)의 입설부와 연통된 버너냉각용 배관(P)을 상기 공기챔버(30)내에 내설한 것을 특징으로 하는 폐기물 소각장치.