KR20050108306A

KR20050108306A - 과열 증기를 사용한 열처리장치

Info

Publication number: KR20050108306A
Application number: KR1020040073277A
Authority: KR
Inventors: 다츠미 오노
Original assignee: 다츠미 오노; 아오키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2005-11-16
Also published as: CN1696246A; TWI269857B; JP4330488B2; US20050254803A1; KR100657994B1; JP2005325156A; TW200537066A; US7113695B2; CN100362080C

Abstract

열처리장치는, 처리물의 투입부와 배출부를 구비한 처리실과, 직렬 형상으로 배치한 과열 온도가 순차적으로 높아지는 복수의 파이프 형상 히터를 갖고, 이들 히터내에 물공급 기구로부터 도입한 증기 또는 안개 형상의 물을, 히터에 전압을 인가함으로써 가열하여 과열 증기로 하고, 상기 처리실내에 분출하여 처리물을 열처리하는 가열 기구와, 상기 처리실내의 과열 증기와 건류 가스를 흡인하고, 탈취 및 여과하여 상기 처리실내에 재차 공급하는 순환 기구와, 증기의 공급량, 처리 시간 등의 작업조건을 제어하는 제어부를 구비한 것이다.

Description

과열 증기를 사용한 열처리장치{HEAT TREATMENT SYSTEM USING SUPERHEATED STEAM}

본 발명은, 상압(대기압)하에서 과열 증기를 열원으로 하여, 예를 들면 목재, 대나무재를 건류하여 탄화물을 제조하는 동시에, 이 제조 공정에서 목초액, 죽초액을 얻거나, 가연성 폐기물의 가열 처리, 생활쓰레기의 건조 처리, 식품의 가열 조리, 냉동식품의 해동 처리, 식품을 비롯한 각종 제품의 멸균, 살균처리를 행하는 열처리장치에 관한 것이다.

종래의 과열 증기를 이용한 열처리장치로서는, 예를 들면 일본 특개 2001-115167호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 과열 증기 발생 수단과, 밀폐할 수 있는 건류가마와, 목재 또는 대나무재로 이루어지는 원료를 수납하는 통기성을 갖는 용기와, 이 용기중의 원료에 대해 과열 증기를 분사하는 분사 노즐과, 상기 건류가마로부터 발생한 열분해 생성물을 포함하는 가스로부터 건류 초액을 회수하는 냉각 회수 수단과, 내부의 가스를 배출하기 위한 연통을 갖는 것이 알려져 있다. 그리고, 이 열처리 장치에서는, 과열 증기가 분사됨으로써 목재 또는 대나무재로부터 발생한 가스는, 건류가마내에 갇힌 상태에서, 유효한 열분해 생성물이 발생할 때까지 소정 온도로 유지되고, 상기 유효한 열분해 생성물이 발생한 것을 확인하고 냉각 회수 수단을 가동시키고 있다.

상기 종래의 열처리장치는, 과열 증기 발생 수단에 증기과열부가 1종류밖에 설치되어 있지 않으므로, 수증기의 온도를 소정값 이상으로 올릴 수 없고, 예를 들면 400~600℃ 정도에서 행하는 건조 탄화처리, 900~1100℃ 정도에서 행하는 부활처리, 1500~2300℃ 정도에서 행하는 그래파이트화 처리를 행할 수 없다는 문제가 있다. 또, 연통으로부터 배기되는 가스에는 열분해 생성물이 포함되어 있어, 환경에 악영향을 끼친다는 문제도 있다. 본 발명은 상기의 각각의 문제를 해소한 과열 증기를 사용한 열처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 열처리장치는, 피처리물의 투입부와 배출부를 구비한 처리실과, 증기 또는 안개 형상의 물을 공급하기 위한 물공급 기구와, 이 물공급 기구로부터 도입한 증기 또는 안개 형상의 물을, 직렬 형상으로 배치한 가열온도가 순차적으로 높아지는 복수의 파이프 형상 히터로 과열 증기로 하여 상기 처리실내에 토출하는 가열 기구와, 환류 블로어로 상기 처리실내의 과열 증기와 건류 가스를 흡인 환류 파이프내에 흡인하고, 탈취 및 여과하여 상기 처리실내에 다시 공급하는 순환 기구와, 상기 인가전압, 물공급 기구로부터의 증기 또는 안개 형상의 물의 공급량, 처리 시간 등의 작업조건을 설정하고, 설정 조건을 유지하도록 제어하는 제어부를 구비한 것이다.

(발명의 실시형태)

도 1~도 3 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 열처리장치(1)는, 처리실(5)과, 이 처리실(5)내에 배치한 한쌍의 가열 기구(9, 9)와, 이들 가열 기구(9, 9)에 연결한 물공급 기구(6)와, 상기 처리실(5)에 연결한 순환 기구(12)와, 제어부인 콘트롤러(13)를 구비하고 있다.

상기 처리실(5)은, 스테인레스 등의 도전재로 이루어지고, 양끝의 끝벽(5a, 5a)과 원통 형상의 둘레벽(5b)으로 구성되고, 처리물을 투입하기 위한 투입부인 투입구(2)와, 처리물을 꺼내기 위한 배출부인 배출구(3)를 상기 둘레벽(5b)에 설치하고, 내부에는 교반 기구(4)를 구비하고 있다.

상기 한쌍의 가열 기구(9, 9)는, 동일 구성이며, 뒤에 상세히 기술하는 파이프 형상의 3개의 히터(42, 44, 46)와, 토출 파이프(48)로 이루어지고, 상기 처리실(5)내의 각각의 끝벽(5a, 5a) 내측에 각각 배치되어 있다. 상기 토출 파이프(48)의 일단측이 상기 처리실(5)내에 위치하는 토출구(7)가 되고, 타단측인 히터(42)의 일단은, 상기 처리실(5)을 기밀상태로 또한 절연 상태로 관통하고 상기 처리실(5) 외측에서 개구하여 도입구(8, 8)로 되어 있다. 이들 도입구(8, 8)에 상기 물공급 기구(6)의 일단이 연결되고, 상기 물공급 기구(6)가 공급하는 증기 또는 안개 형상의 물을 상기 각각의 도입구(8, 8)로부터 도입하고, 상기 각각의 히터(42, 44, 46)에 전압을 인가함으로써 도입된 증기 또는 안개 형상의 물을 가열하여, 과열 증기를 발생시킨다.

또, 상기 순환 기구(12)는, 환류 블로어(10)로 상기 처리실(5)내의 과열 증기나 건류 가스를 흡인 환류 파이프(11)내에 흡인하고, 흡인한 과열 증기나 건류 가스를 상기 흡인 환류 파이프(11)내의 이동 경로상에서 탈취 및 여과한 뒤 상기 처리실(5)내에 재차 공급하는 것이다. 또한, 상기 콘트롤러(13)는, 인가전압, 증기 또는 안개 형상의 물의 공급량, 처리 시간 등의 작업조건을 설정하고, 설정 조건을 유지하도록 제어하는 것이다.

도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 처리실(5)은, 베이스(14)상에 4개의 지지다리(15)로 수평으로 지지되어 있다. 또, 각각의 끝벽(5a, 5a)의 내면측은, 각각의 끝벽(5a, 5a)을 고열로부터 보호하고, 또한 원적외선 등의 열선을 반사시켜서 열효율을 높이기 위한 세라믹 리플렉터(16, 16)로 피복되어 있다. 더욱이, 둘레벽(5b)과 각각의 끝벽(5a, 5a)은 전기적으로 접지되어 있다. 게다가, 상기 둘레벽(5b)의 바닥부에는, 열분해에 의해 처리물로부터 추출되어서 처리실(5)내에 고인 물, 목초액 등의 액체를 배출하기 위한 드레인(17)을 설치하고 있다.

드레인(17)에는 드레인 탱크(17a)를 연결하고, 드레인(17)으로부터 배출된 물, 목초액 등의 액체를 일단 머물도록 하고 있다. 또, 각각의 끝벽(5a, 5a)의 외면측에 근접하여, 교반 기구(4)의 회전축(36)에 방열판(16a)을 설치하고, 상기 회전축(36)이 필요 이상으로 과열되어, 베어링부분에서의 회전에 지장이 생기는 것을 방지하고 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 순환 기구(12)는, 흡인 환류 파이프(11)내를 이동하는 과열 증기나 건류 가스의 이동 경로에서의 상류측에서 하류측을 향해서 순차적으로, 드레인(11a), 전환밸브(18a)를 구비한 분기 파이프(18), 이동 경로를 필요에 따라서 차단하기 위한 제 1 스톱 밸브(19), 온도조절 히터(20), 탈취 및 여과를 행하는 탈취 여과기(21), 과열 증기나 건류 가스의 유량을 조정하는 조정밸브(22), 제 2 스톱 밸브(23)를 구비하고 있다.

상기 드레인(11a)은, 외기에 의한 급격한 온도저하 때문에 수증기나 건류 가스가 액화되고, 액체가 온도조절 히터(20)나 탈취 여과기(21)에 유입되어, 이들 온도조절 히터(20)나 탈취 여과기(21)의 기능에 지장이 생기는 것을 방지하기 위한 것이다. 이 드레인(11a)에는 도시하지 않은 드레인 탱크를 연결하고 있다.

상기 온도조절 히터(20)는, 상기 탈취 여과기(21)의 기능을 저하시키지 않도록 적정한 온도로 유지하기 위한 것이다. 또, 상기 조정밸브(22)는, 처리실(5)내의 압력이 과열 증기나 건류 가스의 열팽창으로 상승한 경우에, 자동적으로 열려서 내부압력을 조정하기 위한 것이다.

또한, 흡인 환류 파이프(11)의 일단은, 처리실(5)의 둘레벽(5b) 하부를 기밀 상태로 관통하여 상기 처리실(5)내에 개구하는 한편, 이 흡인 환류 파이프(11)의 타단은, 흡기구(24)가 되어서 상기 둘레벽(5b)의 상부를 기밀상태로 관통하여 상기 처리실(5)내에 개구하고 있다. 상기 흡기구(24)의 상류측에는 공지의 여과기(24a)를 설치하고 있다.

이와 같이 하여 순환 기구(12)는, 환류 블로어(10)의 흡인 작용으로 상기 흡기구(24)로부터 흡인하여 여과기(24a)로 여과한 처리실(5)내의 과열 증기 및 건류 가스를, 탈취 여과기(21)로 탈취 및 여과한 뒤 상기 처리실(5)내에 재차 공급하는 것이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 분기 파이프(18)에는, 과열 증기 또는 건류 가스를 냉각하는 냉각부(25)와, 이 냉각부(25)로 냉각한 상기 과열 증기 또는 건류 가스의 온도를 조정하는 동시에, 상기 건류 가스를 탈취 처리하여 외기중에 배출하도록 구성한 가스처리부(26)를 구비한 보조 처리 기구(27)를 연결한다. 상기 냉각부(25)는, 상측부분에 상기 과열 증기 또는 건류 가스를 순환하여 냉각하는 쿨링타워(28)와, 액화된 수분을 여과하는 필터(29)와, 여과된 물을 꺼내는 드레인(30)으로 이루어진다. 상기 드레인(30)은 드레인 탱크(30a)에 연결되어 있다. 또, 상기 가스처리부(26)는, 상기 냉각부(25)의 하부에 연결 파이프(31)로 연결하는 것이고, 이 연결 파이프(31)에 연결한 흡인 블로어(32)와, 탈취기(34)와, 이 탈취기(34)의 기능을 적정에 유지하기 위해서, 흡인 블로어(32)로부터 보내지는 건류 가스의 온도를 조정하기 위한 온도조정용 히터(33)와, 배기 후드(35)로 이루어진다.

보조 처리 기구(27)는, 열처리작업을 끝냈을 때, 또는 열처리작업중에 처리실(5)내의 과열 증기나 건류 가스를 감소시키고 싶을 때 등, 필요에 따라서 작동시키는 것으로, 제 1 스톱 밸브(19) 및 제 2 스톱 밸브(23)를 개방상태로부터 폐쇄상태로 전환하는 동시에, 분기 파이프(18)의 전환밸브(18a)를 폐쇄상태로부터 개방상태로 전환하여, 흡인 환류 파이프(11)내의 과열 증기나 건류 가스의 흐름을 분기 파이프(18)로 유도한다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 처리실(5) 내부에 설치한 교반 기구(4)는, 양끝을 각각의 끝벽(5a, 5a)에 회전 가능하고 또한 기밀상태로 축지지하고, 수평방향으로 상기 처리실(5) 외측까지 뻗어 있는 회전축(36)을 구비하고 있다. 이 회전축(36)에는, 둘레벽(5b) 내면 근방의 원주를 궤도로 회전하는 긴 교반 날개(37a)와, 상기 원주보다도 작은 직경인 원주를 궤도로 회전하는 2조의 짧은 교반 날개(37b, 37a)를 부착하고 있다. 상기 회전축(36)의 일방의 외부끝에 설치된 스프로킷과, 베이스(14)상에 배치된 구동 모터(39)의 구동축에 설치한 스프로킷에는, 무단 벨트(38)가 걸쳐져 있다. 구동 모터(39)의 회전력을 회전축(36)에 무단 벨트(38)를 통하여 전달하므로, 회전축(36)의 고온이 직접적으로 구동 모터(39)에 전도되는 것을 막아, 구동 모터(39)의 기능을 저하시키지 않는다.

또, 처리실(5)내에는, 한쌍의 가열 기구(9, 9)에 처리물이 닿지 않도록 한쌍의 격벽(40, 40)을 배치하고 있다. 이들 격벽(40, 40)에는, 상기 가열 기구(9, 9)의 과열 증기의 토출구(7, 7)로부터 토출된 과열 증기를 통과시키는 다수의 통과 구멍(40a)을 설치하고 있다. 또한, 교반 기구(4)는, 열처리중은 고속회전하는 열처리운전 모드에 있고, 열처리가 종료되어 처리물을 꺼낼 때에는, 저속회전하는 취출 운전 모드로 바꾸고, 배출구(3)로부터 상기 처리물을 꺼내는 것이다.

다음에 한쌍의 가열 기구(9, 9)의 상세를 설명하지만, 각각의 가열 기구(9, 9)는 동일 구성이므로, 일방의 가열 기구(9)에 대해서만 설명한다. 도 3~도 5에 도시하는 바와 같이, 가열 기구(9)는, 100~600℃로 가열하는 고온 예열부 히터인 파이프 히터(42)와, 600~1400℃로 가열하는 파이프 형상의 고온부 히터인 탄화규소 모듈 히터(44)와, 1400~2800℃로 가열하는 파이프 형상의 초고온부 히터인 흑연 모듈 히터(46)와, 토출 파이프(48)로 이루어진다.

파이프 히터(42)는, 도전재인 인코넬, 하스텔로이 또는 스테인레스 등으로 이루어지는 파이프재를 끝벽(5a) 내측을 따라 나선 형상으로 배치하고, 전기절연재(41)(도 3 참조)를 개재시켜서 끝벽(5a)을 기밀상태로 관통하고 있다. 도 4에서 이해할 수 있는 바와 같이, 탄화 규소 모듈 히터(44)는, 탄화 규소의 코일(43)을 내장하는 비금속제의 파이프 형상 히터이다. 흑연 모듈 히터(46)는, 흑연의 코일(45)을 내장하는 비금속제의 파이프 형상 히터이다.

흑연 모듈 히터(46)에는, 둘레면에 복수의 토출구멍(47)을 갖고, 선단이 상기 토출구(7)인 비금속제의 토출 파이프(48)를 연결하고 있다. 또, 각각의 히터(42, 44) 사이는 금속제 파이프로 연결하는 한편, 각각의 히터(44, 46) 사이는 비금속제 파이프로 연결하고 있다. 이와 같이, 탄화 규소 모듈 히터(44), 흑연 모듈 히터(46), 토출 파이프(48) 및 상기 각각의 히터(44, 46)의 연결용 파이프를 비금속제로 한 것은, 금속제로는 1000℃ 정도의 열에서 파괴되기 때문이다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 파이프 히터(42)의 도입구(8)측과 출구측에는, 각각 방열판(49a, 49a)을 부착한 한쌍의 제 1 전원단자(49, 49)를 설치하고 있다. 탄화 규소 모듈 히터(44)의 탄화 규소 코일(43)의 양단에는, 각각 방열판(50a, 50a)을 부착한 한쌍의 제 2 전원단자(50, 50)를 설치하고 있다. 흑연 모듈 히터(46)의 흑연 코일(45)의 양끝에는, 각각 방열판(51a, 51a)을 부착한 한쌍의 제 3 전원단자(51, 51)를 설치하고 있다. 이들 각각의 한쌍의 제 1, 제 2, 제 3 전원단자(49, 49, 50, 50, 51, 51)에 소정의 전압을 인가함으로써, 각각의 히터(42, 44, 46) 내부의 증기를 가열하는 것이다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 파이프 히터(42)의 도입구(8)에는, 증기 또는 안개 형상의 물을 공급하기 위한 물공급 기구(6)의 공급 파이프(52)를 연결하고 있다. 이 물공급 기구(6)는 제 1 공급부(53)와 제 2 공급부(57)로 이루어진다. 제 1 공급부(53)는, 증기를 공급하기 위한 것으로, 보일러(도시 생략)에 연결되어 있다. 제 2 공급부(57)는, 물을 공급하기 위한 것으로, 수도에 연결한 물을 모아두는 탱크(54)와, 이 탱크(54)로부터 공급된 물에 압력을 걸기 위한 압력 펌프(55)와, 물을 안개 형상으로 하기 위한 분무 노즐(56)을 구비하고 있다. 이 제 2 공급부(57)에서는, 물 대신에 온수를 공급하도록 해도 좋다.

또한, 도 3에서, 부호 58은 제 1 공급부(53)의 유량을 조정하기 위한 콘트롤 밸브, 부호 59는 제 2 공급부(57)의 탱크(54)에의 물의 유량을 조정하기 위한 콘트롤 밸브, 부호 60은 제 2 공급부(57)의 분무 노즐(56)에의 물의 유량을 가감하는 콘트롤 밸브이다.

가열 기구(9)는, 증기 또는 안개 형상의 물을 물공급 기구(6)로부터 도입구(8)를 통하여 도입하는 동시에, 상용전원으로부터 전원 트랜스(61)(도 6 참조)를 통하여 각각의 한쌍의 제 1, 제 2, 제 3 전원단자(49, 49, 50, 50, 51, 51)에 각각 소정의 전압을 인가함으로써, 파이프 히터(42), 탄화 규소 모듈 히터(44) 및 흑연 모듈 히터(46)가 작동하여, 그 내부의 상기 증기 또는 안개 형상의 물이 과열 상태가 되어서 과열 증기가 발생하는 것이다. 상기한 바와 같이, 상기 파이프 히터(42)에서는, 가열한 증기온도는 100~600℃의 범위로 되고, 또, 탄화 규소 모듈 히터(44)에서는, 상기 파이프 히터(42)로 가열한 상기 증기를 더욱 가열함으로써 증기온도는 600도~1400℃의 범위가 되고, 또한, 흑연 모듈 히터(46)에서는, 상기 탄화 규소 모듈 히터(44)로 가열한 상기 증기를 더욱 가열함으로써, 증기온도는 1400~2800℃의 범위가 된다. 그리고, 이 가열 기구(9)에서는, 열처리의 종류에 따라 각각의 히터(42, 44, 46)의 작동을 제어하여, 과열 증기 온도를 변경하는 것이 가능하다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 제어부인 콘트롤러(13)는, 제 1, 제 2, 제 3 전원단자(49, 50, 51)에 인가하는 전압(전원 트랜스(61)의 제어), 파이프 히터(42)에 대한 증기공급량(물공급 기구(6)의 콘트롤 밸브(58, 59, 60)의 제어), 처리 시간 등으로 이루어지는 작업조건을 설정하는 입력 수단인 공지의 키나 볼륨(도시 생략)과, 설정한 작업조건을 유지하도록 제어하는 공지의 IC회로(도시 생략)를 구비하고 있다. 그리고 이 콘트롤러(13)에서의 입력 설정으로, 과열 증기의 토출시의 온도를 100℃~2800℃의 범위에서 운전하는 것이 가능하다.

상기한 열처리장치(1)는, 처리물에 따른 콘트롤러(13)에 의한 온도설정 및 가열 시간 설정을 행함으로써, 추출 처리(A)와, 건조 탄화처리(B)와, 탄소화 처리(C)와, 부활처리(D)와, 그래파이트화 처리(E)를 행하는 것이 가능하고, 또, 동일처리물에 대해, 상기 각각의 처리 (A)~(E)를 순차적으로, 자동운전에서 필요한 처리까지 연속적으로 행하는 것이 가능하다.

추출 처리(A)는, 열분해에 의해 처리물로부터 수분 및 용제(초액 등)를 추출하는 것이다. 추출 처리(A)는, 제 1로, 각종 식품가공 공장, 야채시장, 어시장 등에서 발생하는 야채 쓰레기, 과실 쓰레기, 어개류 쓰레기, 불량품, 기타 식료품의 잔재 처리, 제 2로, 음료 메이커에서의 커피, 일본차, 우롱차, 약초 등의 볶음 처리나 수분제거 처리, 제 3으로, 포장재, 주머니 형상의 물건, 트레이 용기의 용적축소 처리, 제 4로, 대나무재, 목재(예를 들면 간벌재의 칩)로부터의 죽초, 목초의 추출 처리에 적용하면 적합하다. 그리고 추출 처리(A)의 콘트롤러(13)에 의한 입력 조건은, 처리물의 양이나 종류에 따라 결정되는 것으로, 설정 온도가 150~250℃ 정도, 설정 가열 시간이 30~60분 정도이다.

여기에서, 상기 죽초, 목초, 약액의 추출은, 처리물의 수분이나 함유 용제의 80~90%가 과열 증기의 복합 열 에너지의 열분해에 의해, 과열 증기 특유의 방사 전열, 응축 전열로 단시간에 이루어지고, 추출액을 드레인(17)으로부터 드레인 탱크(17a)로 안내하여 모음으로써 이루어진다. 또, 잔재 처리 등에서의 처리후의 고형물은, 교반 기구(4)를 취출 운전 모드로 전환하여 저속회전으로 하여, 배출구(3)로부터 꺼낸다.

이 추출 처리(A)에서는, 설정 온도에 달할때 까지는, 가열 기구(9, 9)에서의 파이프 히터(42), 탄화 규소 모듈 히터(44), 흑연 모듈 히터(46)를 작동시키고, 상기 설정 온도로 된 후는 탄화 규소 모듈 히터(44)와 흑연 모듈 히터(46)의 작동을 정지하고, 파이프 히터(42)만에 의해 가열한다.

건조 탄화처리(B)는, 상기한 추출 처리(A)를 거쳐서 행하는 것으로, 건조와 탄화의 2단계가 있다. 제 1 단계의 건조는, 처리물에 따라 설정 온도를 400~600℃ 정도로 하여, 원하는 함수율의 건조물이 되도록 소정 시간 행하는 것이다. 이 건조물에 대해, 운전 시간을 더 연장하여 열처리를 행함으로써, 유기물의 헤미셀룰로스, 셀룰로오스, 리그닌 등의 대부분이 열분해되어, 제 2 단계의 탄화상태로 된다. 처리후의 탄화물은, 교반 기구(4)를 취출 운전 모드로 전환하여 저속회전으로 하고, 배출구(3)로부터 꺼낸다.

이 건조 탄화처리(B)에서는, 상기 추출 처리(A)의 경우와 마찬가지로, 설정 온도에 달할 때까지는, 가열 기구(9, 9)에서의 파이프 히터(42), 탄화 규소 모듈 히터(44), 흑연 모듈 히터(46)를 작동시키고, 상기 설정 온도로 된 후는 탄화 규소 모듈 히터(44), 흑연 모듈 히터(46)의 작동을 정지하여, 파이프 히터(42)만에 의해 가열한다.

탄소화 처리(C)는, 상기 추출 처리(A) 및 상기 건조 탄화처리(B)를 거쳐서 행하는 것으로, 설정 온도를 700~900℃ 정도로 하여 필요시간 행하는 것이며, 과열 증기 특유의 방사 전열, 응축 전열 효과에 의해 처리 시간은 짧게 끝난다. 또, 처리 온도가 높으므로, 상기 건조 탄화처리(B)에서 얻어지는 탄화물보다도 탄소량이 많은, 양질의 탄화물이 얻어진다. 이 처리후의 탄소량의 많은 양질의 탄화물은, 교반 기구(4)를 취출 운전 모드로 바꾸어서 저속회전으로 하여, 배출구(3)로부터 꺼낸다.

이 탄소화 처리(C)에서는, 설정 온도에 도달할 때까지는, 가열 기구(9, 9)에서의 파이프 히터(42), 탄화 규소 모듈 히터(44), 흑연 모듈 히터(46)를 작동시키고, 상기 설정 온도로 된 후는 흑연 모듈 히터(46)의 작동을 정지하고, 파이프 히터(42)와 탄화 규소 모듈 히터(44)로 가열한다.

부활처리(D)는, 상기 추출 처리(A), 상기 건조 탄화처리(B) 및 상기 탄소화 처리(C)를 거쳐서 행하는 것으로, 설정 온도를 900~1100℃ 정도로 하여 필요시간 행함으로써, 활성탄소를 얻는 것이다. 이 부활처리(D)에서는, 과열 증기 특유의 방사 전열, 응축 전열 효과에 의해 가스화한 과열 증기 입자가, 탄화물의 표면으로부터 복잡한 형상의 경로를 형성하고 침입하여, 상기 탄소화 처리(C)에서 형성된 매크로 구멍, 메소 구멍을 갖는 벽에, 상기 침입 경로에 의해 다량의 미크로 구멍을 더 형성하여, 비표면적, 세공용적이 크고 흡착성이 높은 활성탄을 얻을 수 있다. 처리후의 활성탄은, 교반 기구(4)를 취출 운전 모드로 전환해서 저속회전으로 하여, 배출구(3)로부터 꺼낸다.

이 부활처리(D)에서는, 상기 탄소화 처리(C)의 경우와 마찬가지로, 설정 온도에 도달할때 까지는, 가열 기구(9, 9)에서의 파이프 히터(42), 탄화 규소 모듈 히터(44), 흑연 모듈 히터(46)를 작동시키고, 상기 설정 온도로 된 후는 흑연 모듈 히터(46)의 작동을 정지하고, 파이프 히터(42)와 탄화 규소 모듈 히터(44)로 가열한다.

그래파이트화 처리(E)는, 상기 추출 처리(A), 상기 건조 탄화 처리(B), 상기 탄소화 처리(C) 및 부활처리(D)를 거쳐서 행하는 것으로, 설정 온도를 1500~2300℃ 정도로 하여 필요시간 행하는 것으로, 탄소량이 많고 탄소원자가 가장 안정된 그래파이트 구조를 가진 양질의 그래파이트를 얻을 수 있다. 이 그래파이트화 처리(E)는, 가열 기구(9)의 파이프 히터(42), 탄화규소 모듈 히터(44), 흑연 모듈 히터(46) 모두에 전압을 인가하여 행한다.

이 그래파이트화 처리(E)에서는, 설정 온도에 달할때까지는, 가열 기구(9, 9)에서의 파이프 히터(42), 탄화규소 모듈 히터(44), 흑연 모듈 히터(46)를 작동시키고, 상기 설정 온도로 된 후는, 상기 흑연 모듈 히터(46)의 작동을 정지하거나 개시하거나 하여, 온도를 제어한다.

계속하여, 상기한 열처리장치(1)의 동작을 설명한다. 콘트롤러(13)에 처리물 및 열처리의 종류에 따른 작업조건을 설정 입력하고, 전원 트랜스(61)를 제어함으로써, 우선, 제 1, 제 2, 제 3 전원단자(49, 50, 51) 모두에 소정 전압을 인가하고, 그 후 설정 온도에 따라, 제 1, 제 2 전원단자(49, 50)에만 소정 전압을 인가하거나, 또는 제 1 전원단자(49)에만 소정 전압을 인가하여, 가열 기구(9, 9)를 작동 제어한다. 동시에, 물공급 기구(6)를 제어하여 상기 가열 기구(9, 9)에 대해 증기 또는 안개 형상의 물을 소정량 공급하고, 또한 구동 모터(39)를 시동하여 교반 기구(4)를 열처리운전 모드로 하고, 긴 교반 날개(37a)와 짧은 교반 날개(37b, 37b)를 고속회전하여, 처리실(5)내의 처리물을 교반한다.

가열 기구(9, 9)에 공급된 증기 또는 안개 형상의 물은, 파이프 히터(42), 탄화 규소 모듈 히터(44), 흑연 모듈 히터(46)로 단계적으로 가열되어 과열 증기로 되고, 토출구(7, 7) 및 토출구멍(47)으로부터 토출되고, 격벽(40, 40)의 통과 구멍(40a)을 통과하여 처리실(5)내에 유입되어, 처리물에 대한 열처리가 행해진다.

처리실(5)내의 과열 증기나 처리물로부터 발생한 건류 가스는, 순환 기구(12)의 환류 블로어(10)의 흡인 작용으로, 여과기(24a)를 거쳐서 흡기구(24)로부터 흡인 환류 파이프(11)내에 흡인되고, 온도조정 히터(20)를 거쳐서 탈취 여과기(21)로 탈취 및 여과된 뒤, 상기 처리실(5)내에 재차 공급된다. 이와 같이, 열처리장치(1)는, 과열 증기를 순환을 이용함으로써, 열원의 에너지절약을 행하여, 효율이 좋은 열처리를 행할 수 있다. 또, 처리물로부터 발생한 악취를 동반하는 가스는, 처리실(5)내에서 열분해된 후, 상기 여과기(24a) 통과시에 여과된 뒤, 상기 탈취 여과기(21) 통과시에 더 여과되고, 처리실(5)내에 되돌려져서 재차 열분해되는 동작을 반복함으로써, 악취나 불순물이 확실하게 제거된다. 이 열처리중에서는, 과열 증기의 특성에 의해 처리실(5)내는 산소 부족상태가 되므로, 생활쓰레기나 발생한 건류 가스가 연소하는 일은 없어, 연소에 동반되는 다이옥신 등의 유해물질의 발생도 없다.

열처리작업중, 또는 열처리작업 종료후에, 처리실(5)내의 과열 증기나 건류 가스를 감소시키고 싶을 때에는, 보조 처리 기구(27)를 작동한다. 즉, 각각의 스톱 밸브(19, 23)를 개방상태로부터 폐쇄상태로 전환하고, 전환밸브(18a)를 폐쇄상태로부터 개방상태로 전환한 후, 흡인 블로어(32)를 작동하여, 흡인 환류 파이프(11)를 통하여 과열 증기나 건류 가스를 분기 파이프(18)내에 도입한다. 그리고 쿨링타워(28)에서 과열 증기나 건류 가스를 냉각하여 액화한 수분이나 함유 용제는, 필터(29)로 여과하고 드레인(30)으로부터 드레인 탱크(30a)내에 모으는 한편, 액화하지 않은 건류 가스는 탈취기(34)로 탈취한 뒤 배기 후드(35)로부터 외부로 배출한다.

이렇게 하여 열처리가 완료된 처리물은 배출구(3)로부터 꺼내지고, 추출액은 드레인 탱크(17a)로부터 꺼내진다.

또한, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 교반 기구(4)는, 긴 교반 날개(37a)와 짧은 척교반 날개(37b, 37b)를 설치한 것이 아니고, 스크류를 회전축(36)에 부착한 것이라도 좋다. 또, 이 교반 기구(4)를 설치하지 않아도, 처리 시간은 길어지지만, 처리는 가능하다. 또한, 투입구(2)에 처리물을 투입하기 위한 자동투입 장치(도시 생략)와, 배출구(3)로부터 처리 완료물을 꺼내기 위한 자동 배출 장치(도시 생략)를 설치하여, 낮은 요금의 야간전력을 이용한 자동운전을 행할 수 있도록 할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 과열 증기라고 하는 연소에 의하지 않은 깨끗한 열에너지를 열원으로 하므로, 환경에 악영향을 끼치지 않고 단시간에서의 처리가 가능한 동시에, 순환 기구(12)에 의해, 환류 블로어(10)로 상기 처리실(5)내의 과열 증기와 건류 가스를 흡인하고 그 이동 경로상에서 탈취 및 여과한 뒤 상기 처리실(5)내에 재차 공급하므로, 처리실(5)내의 온도에 불균일이 생기지 않고, 온도관리가 용이하고 확실한 처리를 행할 수 있는 이외에, 과열 증기와 건류 가스를 깨끗하게 유지하는 것이 가능하며, 또, 제어부(13)에서 작업조건을 설정하여 운전가능하므로, 각종 열처리를 자동적으로 또한 확실하게 행할 수 있고, 또한, 가열 기구(9, 9)는, 파이프 형상의 고온 예열부 히터(42), 파이프 형상의 고온부 히터(44) 및 파이프 형상의 초고온부 히터(46)를 직렬 형상으로 배치하여 이루어지므로, 폭넓은 온도범위를 설정할 수 있어서 각종 열처리를 행할 수 있는데다, 그 설정 온도까지 가열하는데 시간이 걸리지 않는다는 효과를 달성한다.

또, 보조 처리 기구(27)를 설치함으로써, 열처리작업중 또는 열처리작업이 종료한 후에, 보조 처리 기구(27)에 분기 파이프(18)를 통하여 과열 증기와 건류 가스를 유도하고, 냉각부(25)에 의해, 과열 증기를 냉각하여 물을, 또 건류 가스로부터 함유 용제를, 각각 분리하여 꺼내는 동시에, 가스처리부(26)에 의해, 건류 가스를 탈취하여 외부로 배출할 수 있으므로, 깨끗한 배기를 행할 수 있다는 효과를 달성한다.

도 1은 열처리장치의 일부를 종단하여 내부를 도시하는 정면도,

도 2는 열처리장치의 종단 측면도,

도 3은 물공급 기구와의 연결 상태를 도시하는 가열 기구의 측면도,

도 4는 일부를 생략한 가열 기구의 개략도,

도 5는 토출 파이프의 확대 정면도,

도 6은 열처리장치 전체의 블럭도,

도 7은 열처리에서의 가열 시간과 온도변화의 관계를 도시하는 그래프이다.

(부호의 설명)

1 열처리장치 2 투입구

3 배출구 4 교반 기구

5 처리실 5a 끝벽

5b 둘레벽 6 물공급 기구

7 토출구 8 도입구

9 가열 기구 10 환류 블로어

11 흡인 환류 파이프 11a 드레인

12 순환 기구 13 콘트롤러

14 베이스 15 지지다리

16 세라믹 리플렉터 16a 방열판

17 드레인 17a 드레인 탱크

18 분기 파이프 18a 전환밸브

19 제 1 스토퍼 밸브 20 온도조절 히터

21 탈취 여과기 22 조정밸브

23 제 2 스토퍼 밸브 24 흡기구

24a 여과기 25 냉각부

26 가스처리부 27 보조 처리 기구

28 쿨링타워 29 필터

30 드레인 31 연결 파이프

32 흡인 블로어 33 온도조정용 히터

34 탈취기 35 배기 후드

36 회전축 37a 긴 교반 날개

37b 짧은 교반 날개 38 무단 벨트

39 구동 모터 40 격벽

40a 통과 구멍 41 전기절연재

42 파이프 히터 43 탄화 규소 코일

44 탄화 규소 모듈 히터 45 흑연 코일

46 흑연 모듈 히터 47 토출구

48 토출 파이프 49 제 1 전원단자

49a 방열판 50 제 2 전원단자

50a 방열판 51 제 3 전원단자

51 방열판 52 공급 파이프

53 제 1 공급부 54 탱크

55 압력 펌프 56 분무 노즐

57 제 2 공급부 58, 59, 60 콘트롤 밸브

61 전원 트랜스

Claims

처리물의 투입부와 배출부를 구비한 처리실과, 증기 또는 안개 형상의 물을 공급하기 위한 물공급 기구와, 이 물공급 기구로부터 도입한 증기 또는 안개 형상의 물을, 직렬 형상으로 배치한 가열온도가 순차적으로 높아지는 복수의 파이프 형상 히터로 과열 증기로 하여 상기 처리실내에 토출하는 가열 기구와, 환류 블로어로 상기 처리실내의 과열 증기와 건류 가스를 흡인 환류 파이프내에 흡인하고, 탈취 및 여과하여 상기 처리실내에 재차 공급하는 순환 기구와, 상기 인가전압, 물공급 기구로부터의 증기 또는 안개 형상의 물의 공급량, 처리 시간 등의 작업조건을 설정하고, 설정 조건을 유지하도록 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 과열 증기를 사용한 열처리장치.
제 1 항에 있어서, 가열 기구는 일단에 설치한 도입구에 물공급 기구의 공급 파이프를 연결하고, 전압을 인가함으로써 상기 도입구로부터 도입한 증기 또는 안개 형상의 물을 가열하여 과열 증기를 생성하는 파이프 형상의 고온 예열 히터와, 전압을 인가함으로써 상기 고온 예열 히터로 생성한 과열 증기를 더욱 고온의 증기로 하는 파이프 형상의 고온부 히터와, 전압을 인가함으로써 상기 고온부 히터로 생성한 과열 증기를 보다 더욱 고온의 증기로 하는 파이프 형상의 초고온부 히터와, 이 초고온부 히터로 생성한 과열 증기를 처리실내에 토출하기 위한 토출 파이프를, 순차적으로 연결하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 과열 증기를 사용한 열처리장치.
제 1 항에 있어서, 처리실내에는 투입한 처리물을 교반하는 교반 기구를 설치한 것을 특징으로 하는 과열 증기를 사용한 열처리장치.
제 1 항에 있어서, 흡인 환류 파이프의 도중부분으로부터 분기된 분기 파이프 끝에 연결하고, 상기 흡인 환류 파이프내의 과열 증기 및 건류 가스의 흐름을 분기 파이프측으로 전환하기 위한 전환밸브를 가지고, 필요에 따라서, 상기 흡인 환류 파이프내의 과열 증기 및 건류 가스를 상기 분기 파이프를 통하여 도입하고, 도입한 가열 증기 및 건류 가스를 냉각하여 과열 증기로부터 물을, 또 건류 가스로부터 함유 용제를 각각 분리하여 꺼내는 동시에, 건류 가스를 탈취하여 외기로 배출하도록 한 보조 처리 기구를 설치한 것을 특징으로 하는 과열 증기를 사용한 열처리장치.
처리물의 투입부와 배출부 및 투입한 처리물을 교반하는 교반 기구를 구비한 처리실과, 증기 또는 안개 형상의 물을 공급하기 위한 물공급 기구와, 상기 처리실내에 배치하고, 일단은 상기 처리실내에서 개구하여 과열 증기 토출구로 하고, 타단은 상기 처리실을 기밀상태로 또한 절연 상태로 관통하여 외부에서 개구하고, 상기 물공급 기구로부터의 증기 또는 안개 형상의 물을 도입하는 도입구로 하는 동시에, 전압을 인가하여 상기 도입구로부터 도입한 증기 또는 안개 형상의 물을 가열하여 과열 증기로 해서 상기 처리실내에 토출하는 복수의 파이프 형상의 히터를 갖는 가열 기구와, 환류 블로어로 상기 처리실내의 과열 증기 및 건류 가스를 흡인 환류 파이프내에 흡인하고, 상기 흡인 환류 파이프내를 과열 증기 및 건류 가스가 이동하는 이동 경로상에서 탈취 및 여과한 뒤 상기 처리실내에 재차 공급하는 순환 기구와, 상기 흡인 환류 파이프의 도중부분으로부터 분기된 분기 파이프 끝에 연결하고, 상기 흡인 환류 파이프내의 과열 증기 및 건류 가스의 흐름을 상기 분기 파이프측으로 전환하기 위한 전환밸브를 가지고, 필요에 따라서 상기 흡인 환류 파이프내의 과열 증기 및 건류 가스를 상기 분기 파이프를 통하여 도입하고, 도입한 가열 증기 및 건류 가스를 냉각하여 과열 증기로부터 물을, 또 건류 가스로부터 함유 용제를 각각 분리하여 꺼내는 동시에, 건류 가스를 탈취하여 외기로 배출하도록 한 보조 처리 기구와, 상기 인가전압, 상기 물공급 기구로부터의 증기 또는 안개 형상의 물의 공급량, 처리 시간 등의 작업조건을 설정하고, 설정 조건을 유지하도록 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 가열 기구는, 도입구에 물공급 기구의 공급 파이프를 연결하고, 전압을 인가함으로써 상기 도입구로부터 도입한 증기 또는 안개 형상의 물을 가열하여 과열 증기를 생성하는 파이프 형상의 고온 예열부 히터와, 전압을 인가함으로써 상기 고온 예열부 히터로 생성한 과열 증기를 더욱 고온의 증기로 하는 파이프 형상의 고온부 히터와, 전압을 인가함으로써 상기 고온부 히터로 생성한 과열 증기를 보다더 고온의 증기로 하는 파이프 형상의 초고온부 히터와, 이 초고온부 히터로 생성한 과열 증기를 처리실내에 토출하기 위한 토출 파이프를 순차적으로, 직렬 형상으로 연결하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 과열 증기를 사용한 열처리장치.