KR20090112808A - 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치에 관한 것으로, 내부에 공급된 처리물에 열을 가하여 상기 처리물을 건조 또는 발효하는 처리부; 상기 처리부에서 상기 처리물이 건조나 발효됨에 따라 발생되는 악취 증기로부터 이물질을 걸러내는 집진부; 상기 악취 증기를 고온 처리하여 상기 악취 증기로부터 악취를 제거하는 탈취부; 상기 탈취부에서 고온 처리된 탈취 증기가 가진 열을 상기 처리부로 공급하고 상기 열로 상기 탈취부에 공급되는 악취 증기를 예열하는 열회수부; 상기 악취 증기와 탈취 증기의 흐름을 유도하는 펌핑수단; 및 상기 처리부, 탈취부 및 펌핑수단의 작동을 제어하는 제어부;를 포함한다. 이러한 본 발명에 따르면, 탈취에 사용된 열을 회수하여 재사용함으로써, 음식물 쓰레기나 사료 등의 처리물의 건조나 발효의 효율을 높일 뿐만 아니라, 악취를 함유한 수증기의 탈취를 위해 가해지는 열량을 줄여 에너지 소모를 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.

히트파이프, 열분해, 단열, 증기, 악취, 탈취, 열회수, 열교환

Description

처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치{APPARATUS FOR TREATING MATERIAL AND RECOVERING WASTE HEAT OF HIGH-TEMPERATURE VAPOR}

본 발명은 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 처리물을 처리하고 그 과정에서 발생하는 악취를 제거할 때 발생된 600~800℃인 고온의 증기로부터 열을 회수하여 재사용함으로써, 악취 제거에 필요한 열량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 처리물의 건조나 발효 효율을 향상시킬 수 있고, 고온의 증기 상태로 배출됨에 따른 열공해도 저감시킬 수 있는 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치에 관한 것이다.

일반적으로 음식물 쓰레기를 건조시키거나 사료 등을 발효시키기 위한 장치에서는 상기 음식물 쓰레기나 사료 등의 처리물에 열을 가하여 건조나 발효를 촉진시키고 있다. 그런데 상기 건조나 발효과정에서는 상기 처리물로부터 증발된 수증기가 발생하고, 상기 수증기에는 악취가 함유되어 있어 상기 수증기를 대기중으로 바로 배출하게 되면 상기 악취로 인한 공기오염이 심각해진다.

따라서 종래에는 상기 수증기를 600~800℃ 하에서 0.5초 이상 체류하게 하여 상기 수증기에 함유된 악취를 제거하는 방식을 사용하였었다. 실제로 상기 수증기 에 함유된 악취는 상기와 같은 조건하에서 상당부분 소멸되는 것으로 확인되고 있다.

그런데 이와 같은 종래기술에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 수증기의 악취를 제거하기 위한 600~800℃를 생성하기 위하여 지나치게 많은 에너지 소모가 있다는 문제점이 있었다. 다시 말해, 건조나 발효된 상태의 수증기는 100℃ 전후의 비교적 저온이므로, 상기와 같은 온도 범위를 생성하기 위해서는 상기 수증기에 그만큼 많은 열을 가해야 한다. 따라서 상기 수증기에 가해지는 열량이 커지게 되므로, 이에 따른 에너지 소모가 크게 나타나는 것이다.

또한 종래기술에서는, 악취가 제거된 탈취 증기를 직접 외기로 배출시키는 경우가 있었다. 그런데 상기에서 언급한 바와 같이, 상기 탈취 증기는 600~800℃로 가열된 상태이므로, 대기중의 온도보다 현저히 높은 온도를 갖는다. 따라서 상기 탈취 증기를 그대로 대기중으로 방출하게 되면 상기 탈취 증기의 높은 열로 인해 열공해(Thermal Pollution)가 발생되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 응축기를 두어 상기 탈취 증기를 상기 응측기에서 응축시켜 배수하는 방식이 사용되고 있으나, 응축과정에서 열기 회수효율이 높은 것이 없어 상기 탈취 증기가 여전히 고온인 상태로 대기중으로 배출되는 실정이었다. 따라서 상기 고온의 탈취 증기가 함유한 열량을 제대로 활용하지 못하고 배출함에 따라 에너지의 낭비가 심하게 발생하는 문제점이 있었다.

아울러, 이와 같은 종래기술에서는 상기 탈취 증기에서 온도를 저감시키는 효율이 높지 않았을 뿐만 아니라, 상기 탈취 증기에서 열을 회수하여 상기 열을 재 사용하지 못함으로써 탈취 증기의 열을 효율적으로 조절하고 활용하지 못하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탈취에 사용된 열을 회수하여 재사용하는 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 탈취 증기에서 열을 회수하는 방식을 개선하여 배출되는 탈취 증기의 온도를 저감하고 열회수 효율을 향상시키는 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 제1발명은 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치에 관한 것으로, 내부에 공급된 처리물에 열을 가하여 상기 처리물을 건조 또는 발효하는 처리부; 상기 처리부에서 상기 처리물이 건조나 발효됨에 따라 발생되는 악취 증기로부터 이물질을 걸러내는 집진부; 상기 악취 증기를 고온 처리하여 상기 악취 증기로부터 악취를 제거하는 탈취부; 상기 탈취부에서 고온 처리된 탈취 증기가 가진 열을 상기 처리부로 공급하고 상기 열로 상기 탈취부에 공급되는 악취 증기를 예열하는 열회수부; 상기 악취 증기와 탈취 증기의 흐름을 유도하는 펌핑수단; 및 상기 처리부, 탈취부 및 펌핑수단의 작동을 제어하는 제어부;를 포함한다.

제2발명은, 제1발명에서, 상기 열회수부는, 상기 탈취부에서 이루어지는 악취 증기의 고온 처리에 필요한 열량을 감소시키기 위하여 상기 집진부를 통과한 악 취 증기와 고온 처리된 탈취 증기를 교차시켜 상기 탈취 증기의 열을 상기 악취 증기로 공급하여 상기 악취 증기를 예열하는 제1열교환기와, 상기 탈취 증기의 열이 상기 처리부로 전달될 수 있도록 상기 처리부의 외곽에 공급될 냉각수와 상기 탈취 증기를 교차시켜 상기 고온 처리된 탈취 증기의 열을 상기 냉각수로 전달하는 제2열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제3발명은, 제2발명에서, 상기 제1열교환기는, 내측관과, 상기 내측관으로부터 방사상으로 이격되어 상기 내측관을 둘러 배치되고 상기 처리조에 접하는 외측관으로 구성되고, 탈취 증기와 외기의 접촉을 차단하기 위하여 상기 탈취 증기는 내측관을 통하여 이동하고, 악취 증기의 열이 처리조로 공급될 수 있도록 상기 외측관을 통하는 것을 특징으로 한다.

제4발명은, 제2발명에서, 상기 처리부는, 내부에 처리물을 보유하는 처리조와, 상기 처리조 저부에 배치되어 열을 생성하는 제1히터와, 상기 처리조의 저면과 측면의 하부에 배치되어 상기 히터로부터의 열을 상기 처리조로 공급하는 히트파이프와, 상기 히트파이프를 단열하기 위하여 상기 히트파이프를 외곽에 배치되는 내부 단열재와, 상기 내부 단열재 외부와 상기 처리조 측면의 상부에 배치되어 상기 제1열교환기에서 열을 공급받은 냉각수로 상기 히트파이프를 보온하고 상기 처리조로 상기 냉각수의 열을 전달하는 워터자켓과, 상기 워터자켓을 단열하기 위하여 상기 워터자켓의 외곽에 배치되는 외부 단열재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제5발명은, 제4발명에서, 상기 제2열교환기에서 워터자켓으로의 냉각수의 순환을 유도하는 순환펌프가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

제6발명은, 제4발명에서, 상기 탈취부는, 상기 제1히터의 저부에 배치되어 상기 악취 증기가 통과되는 통로가 마련된 열분해실과, 상기 제1히터와 협력하여 상기 열분해실을 통과하는 악취 증기에 600~800℃의 고온을 가하는 제2히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제7발명은, 제5발명에서, 상기 집진부는, 상기 처리조에서 발생되는 악취 증기를 외측관과 중앙관 사이로 유입하여 사이클론 방식으로 이동시켜 상기 악취 증기에 포함된 이물질을 하부에 구비된 저수통에 침착시키고 이물질이 걸러진 악취 증기는 상기 중앙관을 통해 상기 제1열교환기로 배출하는 것을 특징으로 한다.

제8발명은, 제1발명 내지 제7발명 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 펌핑수단은 상기 악취 증기와 탈취 증기가 이동되는 동선의 끝단부에 마련되는 배출펌프인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 주요한 용어에 대해 정의하면 다음과 같다.

(1) 악취 증기

"악취 증기"란, 처리조에서 음식물 쓰레기 또는 사료 등의 처리물이 건조 또는 발효되면서 발생되는 수증기에는 악취가 포함되어 있으므로, 상기 수증기에 대한 탈취 과정이 이루어지기 전까지 악취를 포함하고 있는 수증기를 의미한다.

(2) 탈취 증기

"탈취 증기"란, 상기 악취 증기가 탈취 과정을 거침으로써 악취가 제거된 수증기를 의미한다.

(3) 냉각 증기

"냉각 증기"란, 상기 탈취 증기에서 열회수가 이루어짐에 따라 고온으로 가열되어 있던 탈취 증기가 저온으로 냉각된 상태의 수증기를 의미한다.

본 발명에 따른 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치는, 탈취에 사용된 열을 회수하여 재사용함으로써, 음식물 쓰레기나 사료 등의 처리물의 건조나 발효의 효율을 높일 뿐만 아니라, 악취를 함유한 수증기의 탈취를 위해 가해지는 열량을 줄여 에너지 소모를 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.

즉, 배출되는 증기를 사이클론 방식의 집진부를 통하여 분진 등 이물질을 제거하고, 100℃ 이하의 저온 증기를 600~800℃로 가열된 탈취 증기와 교차시켜 탈취부에 유입되는 증기의 온도를 획기적으로 높여(300~400℃) 실제 탈취부에서 증기에 가하는 열량을 현저히 줄일 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 탈취 증기에서 열을 회수하는 방식을 개선하여 배출되는 탈취 증기의 온도를 저감하여 배출되는 탈취 증기로 인한 열공해를 해소할 수 있고 열회수 효율을 향상시키는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치의 대략적인 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 장치의 증기 순환과정을 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 처리부, 집진부 및 제1열교환기의 개략적인 구성을 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 열분해실의 개략적인 구성을 도시한 평면도이다. 또한 도 5는 본 발명에 따른 장치의 냉각수 순환과정을 도시한 구성도이다. 아울러, 도 6은 대기압하에서 순수한 물 1㎏의 열량과 온도변화를 도시한 온도변화곡선이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치는 처리부(10), 집진부(20), 탈취부(30), 열회수부(40), 배기펌프(50) 및 제어부(미도시)로 구성된다.

상기 처리부(10)는 내부에 공급되는 음식물 쓰레기나 사료 등의 처리물에 열을 가하여 건조 또는 발효 처리하는 역할을 한다. 상기 처리부(10)는, 처리조(11), 제1히터(12), 히트파이프(13), 내부 단열재(14), 워터자켓(15) 및 외부 단열재(16)를 포함한다.

상기 처리조(11)는 내부에 상기 처리물을 보유하는 것으로, 측부에 개폐문(17)을 구비하여 상기 개폐문(17)을 통해 처리물의 공급 및 회수가 이루어진다. 또한 상기 처리조(11) 내부에는 상기 처리물의 교반을 위한 교반장치(미도시)가 더 구비된다. 이러한 교반장치는 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 잘 알려진 것들이 사용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

그리고 상기 처리조(11) 아래에는 히트파이프(13)와 제1히터(12)가 순차적으로 배치된다. 먼저 상기 제1히터(12)는 열을 발생하여 상기 히트파이프(13)에 상기 열을 전달할 뿐만 아니라, 이하에서 설명될 열분해실(pyrolysis chamber)(31)로 열 을 공급하여 수증기의 탈취를 돕는 역할을 한다.

상기 히트파이프(heat pipe)(13)는 상기 처리조(11) 저면에 면하여 설치되고 상기 처리조(11) 측면으로도 연장 형성된다. 상기 히트파이프(13)에서 상기 처리조(11) 저면에 면한 부분에는 물과 같은 용액이 담겨 있고 상기 용액은 상기 제1히터(12)로부터 열을 공급받는다. 따라서 상기 히트파이프(13)에 저수된 상기 용액이 상기 제1히터(12)로부터 공급받는 열에 의해 수증기로 되면서, 상기 히트파이프(13)는 상기 수증기에 포함된 열을 상기 처리조(11)로 공급한다.

이때 상기 히트파이프(13)의 온도는 상기 처리조(11)에서의 처리물의 건조 또는 발효에 필요한 온도로 결정된다. 상기 히트파이프(13)의 온도는 상기 히트파이프(13)에 장착되는 온도센서(미도시)에 의해 감지되고, 상기 온도센서에 감지된 온도정보를 통해 제어부에서 상기 제1히터(12)를 조절한다. 따라서 상기 히트파이프(13)의 온도가 설정된 온도에 도달하게 되면, 상기 제어부가 상기 제1히터(12)의 발열량을 줄여 상기 히트파이프(13)가 설정된 온도를 유지하게 한다.

한편, 상기 히트파이프(13)의 외곽에는 내부 단열재(14)가 둘러 배치된다. 상기 내부 단열재(14)는 상기 히트파이프(13)를 단열하기 위한 것으로, 그 재료에는 특별한 한정이 없다.

이와 같은 내부 단열재(14)에 의해 상기 히트파이프(13)의 열은 상기 처리조(11)로만 절달되고, 상기 히트파이프(13)보다 상대적으로 저온인 워터자켓(15)의 냉각수로는 전달되지 않게 된다.

또한 상기 내부 단열재(14)의 외곽에는 워터자켓(15)이 형성된다. 상기 워터 자켓(15)은 상기 내부 단열재(14)의 외곽뿐만 아니라, 상기 히트파이프(13)가 설치되지 않은 상기 처리조(11)의 측면에도 마련되고, 집진부(20)와 제1열교환기(41) 및 순환펌프(60)의 외곽에도 설치된다.

이러한 워터자켓(15)에는 냉각수가 채워지는데, 상기 냉각수는 상기 탈취부(30)에서 가열된 고온의 탈취 증기로부터 열을 공급받아 데워진다. 따라서 상기 워터자켓(15)은 상기 히트파이프(13)(대략 130℃)보다는 저온(대략 90~95℃)이지만, 상기 처리조(11)와 히트파이프(13)를 보온함과 동시에 상기 처리조(11)로 열을 공급할 수 있게 된다.

또한 상기 워터자켓(15)의 상단부에는 상기 워터자켓(15)에 채워진 냉각수의 양을 외부에서 파악할 수 있도록 감지관(15a)이 마련될 수 있다. 따라서 상기 냉각수의 양이 줄어들게 되면 상기 감지관(15a)을 통하여 상기 냉각수를 워터자켓(15)에 공급할 수 있다.

그리고 상기 워터자켓(15)의 외곽에는 외부 단열재(16)가 둘러 형성된다. 상기 외부 단열재(16)는 상기 워터자켓(15)을 단열하기 위한 것으로, 그 재료에는 특별한 한정이 없다.

한편, 집진부(20)는, 상기 처리부(10)의 처리조(11)에서 처리물이 건조됨에 따라 발생되는 악취 증기로부터 분진 등의 이물질을 걸러내는 역할을 한다. 이러한 집진부(20)는, 상기 증기를 유입하는 외측관(21)과, 상기 외측관(21)과의 사이에서 상기 증기가 사이클론 방식으로 회전하게 함과 아울러, 상기 증기가 집진부(20)로부터 유출되는 통로가 되는 중앙관(23), 및 상기 집진부(20)의 하단에 구비되어 상 기 사이클론 방식으로 회전하는 증기에 포함된 이물질이 침착하도록 물이 담겨진 제1저수통(25)을 포함한다.

또한 상기 탈취부(30)는 상기 집진부(20)를 통과한 악취 증기를 고온 처리하여 상기 증기에 포함된 악취를 제거하는 역할을 한다. 일반적으로 공기를 600~800℃에서 체류시간을 0.5초 이상으로 하면, 상기 공기에 포함된 악취가 현저히 제거되는 것으로 알려져 있다. 따라서 상기 탈취부(30)는 상기 악취 증기에 600~800℃의 열을 가하면서 상기 악취 증기의 체류시간이 0.5초 이상되도록 구성된다.

보다 상세히 설명하면, 상기 탈취부(30)는 열분해실(31)과 제2히터(33)로 구성된다.

상기 열분해실(31)에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 악취 증기의 체류시간을 증가시키기 위하여 상기 증기의 이동동선을 연장하는 측벽(31a)이 다수 형성된다. 따라서 상기 증기는 상기 측벽(31a)에 의해 도 4에 도시된 화살표와 같이 지그재그로 이동하게 되어, 결국 상기 열분해실(31)에서의 체류시간이 증가된다.

또한 상기 제2히터(33)는 상기 열분해실(31) 저부에 형성되는 것으로, 상기 제1히터(12)와 더불어 상기 열분해실(31)을 가열하는 역할을 한다. 이때 상기 제2히터(33)는 제1히터(12)로부터 가해지는 열에 더하여 상기 열분해실(31)을 통과하는 증기의 온도가 600~800℃로 되도록 상기 열분해실(31)에 열을 공급한다.

한편, 열회수부(40)는 상기 탈취부(30)에서 600~800℃로 가열된 고온의 탈취 증기로부터 열을 회수하여 본 발명에서 처리물의 건조 및 증기의 탈취를 위해 필요한 열의 일부를 충당하도록 한다. 보다 상세히 설명하면, 상기 열회수부(40)는 제1 열교환기(41)와 제2열교환기(43)로 구성된다.

상기 제1열교환기(41)는, 상기 탈취부(30)에서 이루어지는 악취 증기의 고온 처리에 필요한 열량을 감소시키기 위하여 상기 집진부(20)를 통과한 악취 증기와 고온 처리된 탈취 증기를 교차시켜 상기 탈취 증기의 열을 상기 악취 증기로 공급하는 역할을 한다.

이러한 제1열교환기(41)는 상기 처리조(11)의 측면을 따라 높이방향으로 설치되고, 내측관(41a)과 외측관(41b)으로 구성된다. 상기 내측관(41a)으로는 상기 열분해실(31)을 빠져 나온 고온의 탈취 증기가 통과하고, 상기 외측관(41b)으로는 상기 처리조(11)로부터 생성되어 상기 집진부(20)에서 이물질이 걸러진 악취 증기가 통과한다.

이때 상기 내측관(41a)은 열전도율이 높은 소재로 제작되어 상기 내측관(41a)을 통과하는 탈취 증기로부터 상기 외측관(41b)을 통과하는 악취 증기로 많은 열이 전달되도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 외측관(41b)의 일부는 상기 처리조(11)에 면해 있고, 다른 일부는 외기에 면해 있다. 따라서 상기 외측관(41b)도 열전도율이 높은 소재로 제작하여 상기 외측관(41b)을 통과하는 악취 증기가 상기 처리조(11)로 열을 공급하도록 함과 동시에, 외기에 노출되는 부분은 워터자켓(15)과 외부 단열재(16)로 감싸서 열의 누출을 방지하는 것이 바람직하다.

이러한 제1열교환기(41)에서의 열교환을 통해 상기 악취 증기는 상기 열분해실(31)로 진입할 때 이미 300~400℃의 온도로 상승된 상태가 된다.

그리고 상기 제2열교환기(43)는, 상기 고온 처리된 탈취 증기의 열이 상기 처리부(10)로 전달될 수 있도록 상기 처리부(10)의 워터자켓(15)에 채워지기 전의 냉각수와 상기 탈취 증기를 교차시켜 상기 탈취 증기의 열을 상기 냉각수에 전달한다.

즉, 상기 제2열교환기(43)로 공급되는 저온의 냉각수는 상기 고온 처리된 탈취 증기와 열교환하여 상기 탈취 증기의 온도를 떨어뜨리면서 자신의 온도는 상승된다. 이러한 제2열교환기(43)로는 일반적으로 응축기(condenser)가 사용될 수 있다.

이때 제2열교환기(43)로 진입하는 탈취 증기는 상기 제1열교환기(41)에서 악취 증기에 보유 열의 일부를 전달하거나 외기에 의해 온도가 떨어져 있다. 그러나 본 발명에서는 상기 탈취 증기의 이동과정에서 외기와의 직접 접촉을 차단하기 위하여 상기 제1열교환기(41) 외부에 워터자켓(15)과 외부 단열재(16)를 설치하므로, 상기 제2열교환기(43)에 진입하는 탈취 증기는 약 300~500℃의 온도를 가질 수 있다. 따라서 상기 제2열교환기(43)로 진입하는 냉각수의 온도가 60~70℃인 경우, 상기 탈취 증기의 열은 상기 냉각수로 전달되면서, 탈취 증기의 온도는 더욱 떨어져 냉각 증기와 응축수의 혼합 상태가 되고, 상기 냉각수의 온도는 약 90~95℃까지 상승할 수 있게 된다.

또한, 이상과 같은 증기의 흐름을 유도하기 위하여 본 발명에서는 배기펌프(50)가 구비된다. 상기 배기펌프(50)는 상기 제2열교환기(43)를 빠져나온 냉각 증기와 응축수가 통과하는 배출관(53)의 말단부에 배치되어 상기 냉각 증기를 외기 로 배출하는 역할을 한다.

그리고 상기 배기펌프(50)에 도달하기 전의 배출관(53)에는 물이 담겨진 제2저수통(51)이 구비되어, 상기 응축수를 저수하고 외부로 배수하는 역할을 한다.

이때 상기 제2저수통(51)은 상기 집진부(20)에서의 제1저수통(25)과 별도로 구비될 수도 있지만, 하나의 저수통으로 통합 구성되는 것도 가능하다.

한편, 제어부는 본 발명에 따른 각부의 작동을 제어하는 역할을 하는 것으로, 히트파이프(13)에 대해서는 상기 온도센서를 통해 감지된 온도를 토대로 상기 제1히터(12)의 작동을 제어한다.

또한 상기 제어부는 열분해실(31)로 유입되는 증기의 온도를 토대로 상기 제1히터(12)와 제2히터(33)의 발열량을 제어한다. 이때 상기 열분해실(31)에 유입되고 이동하는 증기의 온도를 감지하기 위하여, 상기 열분해실(31)에는 하나 이상의 온도센서가 구비되는 것이 바람직하다.

도면에서 설명되지 않은 도면부호 60과 61은 각각 상기 냉각수의 순환을 유도하는 순환펌프와 순환펌프로 냉각수가 유입과 유출되는 통로인 순환관이다.

다음으로 본 발명에 따른 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치의 작용에 대해 설명한다.

처리조(11)에 처리물이 공급되고 본 발명에 따른 장치가 가동되면 제1히터(12)에서 열이 발생하여 히트파이프(13)에 열이 공급된다. 이때 상기 제1히터(12)는, 상기 히트파이프(13)의 온도가 설정 온도에 도달하도록 열을 공급하여 상기 설정 온도에 따른 히트파이프(13)의 열이 상기 처리조(11)에 전달되도록 한다.

상기 히트파이프(13)의 온도는 상기 히트파이프(13)에 장착된 온도센서에 의해 지속적으로 감지된다. 그리고 상기 히트파이프(13)의 온도가 설정온도에 도달하면, 제어부에서는 상기 온도센서에서 감지된 온도 정보에 따라 상기 제1히터(12)에서 발생되는 열을 감소 또는 차단시킨다.

상기 히트파이프(13)의 열은 상기 처리조(11)로 전달되어 처리조(11) 내부에 공급된 처리물이 건조 또는 발효되도록 한다. 이때 상기 처리물의 건조 또는 발효 효율을 높이기 위하여 상기 처리조(11)에는 교반장치가 구비되어 상기 처리물을 교반시키는 것이 바람직하다.

열이 공급됨에 따라 상기 처리물에 포함된 수분은 보다 활발히 증발되어 증기가 된다. 이때 발생되는 증기는 처리물의 악취를 포함하는 악취 증기로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 처리조(11)로부터 유출되어 집진부(20)로 유입된다.

그리고 상기 집진부(20)는 사이클론 방식으로 상기 악취 증기에 포함된 먼지 등의 이물질을 제거한다. 즉, 상기 집진부(20)의 외측관(21)으로 상기 악취 증기가 유입되어 상기 외측관(21)과 중앙관(23) 사이를 따라 회전하면서 아래로 이동된다. 이때 상기 집진부(20)의 하부에는 제1저수통(25)이 구비되어 있어 상기 아래로 이동된 악취 증기가 상기 중앙관(23)을 통하여 상승(도 3에서 ⊙표시)할 때 상기 이물질은 상기 증기 중 일부 응축된 응축수와 함께 상기 제1저수통(25)에 저수된 물에 침착되면서 상기 악취 증기에서의 이물질이 제거된다(도 2 참조).

상기에서 언급한 바와 같이, 상기 악취 증기는, 비록 이물질이 제거되었지만 상기 처리물의 건조나 발효 과정에서 생성된 것이므로, 악취를 포함하고 있다. 따라서 상기 악취 증기를 그대로 외기로 배출하면 악취로 인한 공해가 발생되므로, 상기 악취 증기에 대한 악취 제거를 위하여 상기 악취 증기는 탈취부(30)로 이동된다.

그런데 그 전에 상기 악취 증기는 제1열교환기(41)를 통과하면서 예열된다. 즉, 상기 증기의 악취를 탈취하기 위해서는 상기 악취 증기에 600~800℃의 고온을 가해야 하는데, 상기 악취 증기를 예열하여 상기 증기의 온도를 높이면 그만큼 상기 탈취부(30)에서 상기 악취 증기에 가해야할 열량이 줄어들게 된다.

따라서 상기 증기는 제1열교환기(41)에서 외측관(41b)을 통하여 이동하면서(도 3의 ⓧ표시), 내측관(41a)을 통과하는 고온의 증기(도 3의 ⊙표시)로부터 열을 받아 예열된다. 이때 상기 고온의 증기는 직전에 상기 탈취부(30)에서 탈취과정을 통해 600~800℃로 된 탈취 증기이므로, 상기 외측관(41b)을 통과하는 악취 증기에 열을 공급할 수 있게 된다.

상기 제1열교환기(41)에서 예열된 증기는 탈취부(30)의 열분해실(31)로 유입된다. 상기 열분해실(31)은 제1히터(12)와 제2히터(33)로부터 받는 열에 의해 상기 악취 증기를 600~800℃로 가열한다. 그런데 상기 증기는 제1열교환기(41)에서 예열되어 대략 300~400℃ 상태이므로, 상기 제1히터(12)와 제2히터(33)가 상기 증기에 가해야할 열량이 그만큼 줄어들게 된다.

즉, 400℃인 1㎏의 수증기는 도 6에서 ①의 열량을 예열과정을 통해 받은 상 태이므로, 상기 수증기를 800℃로 상승시키기 위해 필요한 열량은 도 6의 ②와 같이, 192㎉(=0.48(㎉/㎏·℃)*1(㎏)*(800-400)℃)이다. 따라서 상기 증기는 상대적으로 적은 열량을 받고서도 악취제거를 위해 필요한 온도인 600~800℃에 도달할 수 있고, 100℃의 수증기나 물을 800℃로 가열하는 것에 비해 상당히 많은 열량을 절감할 수 있다.

다시 말해, 본 발명에서와 같은 예열과정이 없다면, 처리조(11)에서 증발된 증기는 최대 100℃ 정도의 수증기거나 물 상태이다. 따라서 도 6의 ③과 같이, 100℃의 수증기를 800℃로 상승시키기 위해서는 336㎉(=0.48(㎉/㎏·℃)*1(㎏)*(800-100)(℃)) 만큼의 열량이 필요하다.

한편, 100℃의 물을 800℃의 수증기로 만들기 위해서는, 도 6의 ④와 같이, 975㎉(={539(㎉/㎏)*1(㎏)}+{0.48(㎉/㎏·℃)*1(㎏)*(800-100)(℃)}) 만큼의 열량이 필요하다. 그러므로 본 발명에서와 같이 열분해실(31)에 유입되는 증기를 예열시킴으로써 그렇게 하지 않는 경우에 비해 1㎏당 42~80%의 열량을 절감할 수 있음을 알 수 있다.

그리고 악취 제거를 위해서는 상기 악취 증기가 600~800℃에서 0.5초 이상 머물러야 한다. 이를 위해 상기 열분해실(31)에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 측벽(31a)이 설치되어 있어 상기 증기가 지그재그 형태의 이동동선을 따라 이동하도록 되어 있다. 따라서 상기 증기는 상기 열분해실(31)에서 충분한 시간을 머물게 되면서 상기 증기의 악취가 제거된다.

상기 열분해실(31)에서 탈취된 상태로 빠져나온 탈취 증기는, 상기에서 언급 한 바와 같이, 제1열교환기(41)의 내측관(41a)을 통과하면서(도 3의 ⊙표시), 열분해실(31)로 들어가기 전의 악취 증기에 열을 공급한다. 그리고 고온의 탈취 증기는 상기 제1열교환기(41)에서 내측관(41a)을 통과하므로, 직접 외기에 면하지 않게 되어 급격한 열손실이 차단된다.

따라서 이렇게 제1열교환기(41)를 통과한 탈취 증기는 300~500℃ 정도의 온도인 상태로 제2열교환기(43)로 유입될 수 있게 된다. 상기 제2열교환기(43)에서는 60~70℃인 상대적으로 저온의 냉각수와 열교환하면서 상기 냉각수의 온도를 약 90~95℃로 높이게 된다. 즉, 상기 탈취 증기는 응축되면서 상기 증기에 포함된 열을 배출하게 되고 상기 냉각수는 상기 증기가 배출하는 열로 인해 데워진다.

제2열교환기(43)에서 열교환이 마쳐지면 탈취 증기는 냉각되어 냉각 증기가 되거나 더욱 냉각되면 액체 상태의 응축수로 된다. 이러한 냉각 증기와 응축수는 배기펌프(50)에 이끌려 배출관(53)을 통해 외기로 배기된다. 이때 상기 냉각 증기는 탈취부(30)에서 악취가 제거되었을 뿐만 아니라, 제1열교환기(41) 및 제2열교환기(43)를 포함하는 열회수부(40)에서 열을 배출하였으므로, 악취가 나지 않고 저온의 기체 상태가 된다. 따라서 상기 증기가 배출되더라도 악취 및 고온으로 인한 공해는 발생하지 않는다.

그리고 상기 탈취 증기가 냉각되면서 발생되는 응축수는 상기 배출관(53)에 구비되는 제2저수통(51)에 유입되어 배기된다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2열교환기(43)에서 상기 탈취 증기로부터 열을 공급받은 냉각수는 데워진 상태로 상기 처리조(11)의 워터자켓(15)으 로 유입된다. 상기 워터자켓(15)은 항상 냉각수로 가득차 있는 상태이고, 상기 워터자켓(15)으로 계속하여 데워진 90~95℃의 냉각수가 공급되므로 상기 워터자켓(15)은 상기 처리조(11)와 히트파이프(13)를 보온함과 동시에 상기 처리조(11)에서의 건조 또는 발효를 돕게 된다.

상기 워터자켓(15)에 유입된 물은 상기 워터자켓(15)의 하부에 형성된 순환관(61)을 통하여 배수되어 순환펌프(60)에 의해 다시 상기 제2열교환기(43)로 유입된다.

본 발명은 이상과 같은 과정을 통하여 600~800℃인 고온의 증기로부터 열을 회수하여 재사용함으로써, 악취 제거를 위하여 600~800℃의 고온의 증기를 만드는데 필요한 열량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 처리조(11)에서의 건조나 발효 효율을 향상시킬 수 있고, 고온의 증기 상태로 배출됨에 따른 열공해도 저감시킬 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 본 발명에 따른 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치의 대략적인 구성을 도시한 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 장치의 증기 순환과정을 도시한 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 처리부, 집진부 및 제1열교환기의 개략적인 구성을 도시한 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 열분해실의 개략적인 구성을 도시한 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 장치의 냉각수 순환과정을 도시한 구성도,

도 6은 대기압하에서 순수한 물 1㎏의 열량과 온도변화를 도시한 온도변화곡선이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 처리부 11 : 처리조

12 : 제1히터 13 : 히트파이프

14 : 내부 단열재 15 : 워터자켓

16 : 외부 단열재 20 : 집진부

21 : 외측관 23 : 중앙관

25 : 제1저수통 30 : 탈취부

31 : 열분해실 33 : 제2히터

40 : 열회수부 41 : 제1열교환기

43 : 제2열교환기 50 : 배기펌프

51 : 제2저수통 53 : 배출관

60 : 순환펌프 61 : 순환관

Claims (8)

1. 내부에 공급된 처리물에 열을 가하여 상기 처리물을 건조 또는 발효하는 처리부;

   상기 처리부에서 상기 처리물이 건조나 발효됨에 따라 발생되는 악취 증기로부터 이물질을 걸러내는 집진부;

   상기 악취 증기를 고온 처리하여 상기 악취 증기로부터 악취를 제거하는 탈취부;

   상기 탈취부에서 고온 처리된 탈취 증기가 가진 열을 상기 처리부로 공급하고 상기 열로 상기 탈취부에 공급되는 악취 증기를 예열하는 열회수부;

   상기 악취 증기와 탈취 증기의 흐름을 유도하는 펌핑수단; 및

   상기 처리부, 탈취부 및 펌핑수단의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 열회수부는,

   상기 탈취부에서 이루어지는 악취 증기의 고온 처리에 필요한 열량을 감소시키기 위하여 상기 집진부를 통과한 악취 증기와 고온 처리된 탈취 증기를 교차시켜 상기 탈취 증기의 열을 상기 악취 증기로 공급하여 상기 악취 증기를 예열하는 제1열교환기와,

   상기 탈취 증기의 열이 상기 처리부로 전달될 수 있도록 상기 처리부의 외곽 에 공급될 냉각수와 상기 탈취 증기를 교차시켜 상기 고온 처리된 탈취 증기의 열을 상기 냉각수로 전달하는 제2열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1열교환기는, 내측관과, 상기 내측관으로부터 방사상으로 이격되어 상기 내측관을 둘러 배치되고 상기 처리조에 접하는 외측관으로 구성되고,

   탈취 증기와 외기의 접촉을 차단하기 위하여 상기 탈취 증기는 내측관을 통하여 이동하고, 악취 증기의 열이 처리조로 공급될 수 있도록 상기 외측관을 통하는 것을 특징으로 하는 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 처리부는,

   내부에 처리물을 보유하는 처리조와,

   상기 처리조 저부에 배치되어 열을 생성하는 제1히터와,

   상기 처리조의 저면과 측면의 하부에 배치되어 상기 히터로부터의 열을 상기 처리조로 공급하는 히트파이프와,

   상기 히트파이프를 단열하기 위하여 상기 히트파이프를 외곽에 배치되는 내부 단열재와,

   상기 내부 단열재 외부와 상기 처리조 측면의 상부에 배치되어 상기 제1열교환기에서 열을 공급받은 냉각수로 상기 히트파이프를 보온하고 상기 처리조로 상기 냉각수의 열을 전달하는 워터자켓과,

   상기 워터자켓을 단열하기 위하여 상기 워터자켓의 외곽에 배치되는 외부 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2열교환기에서 워터자켓으로의 냉각수의 순환을 유도하는 순환펌프가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 탈취부는,

   상기 제1히터의 저부에 배치되어 상기 악취 증기가 통과되는 통로가 마련된 열분해실과,

   상기 제1히터와 협력하여 상기 열분해실을 통과하는 악취 증기에 600~800℃의 고온을 가하는 제2히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 집진부는,

   상기 처리조에서 발생되는 악취 증기를 외측관과 중앙관 사이로 유입하여 사이클론 방식으로 이동시켜 상기 악취 증기에 포함된 이물질을 하부에 구비된 저수통에 침착시키고 이물질이 걸러진 악취 증기는 상기 중앙관을 통해 상기 제1열교환 기로 배출하는 것을 특징으로 하는 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌핑수단은 상기 악취 증기와 탈취 증기가 이동되는 동선의 끝단부에 마련되는 배출펌프인 것을 특징으로 하는 처리물의 처리 및 고온 증기의 폐열회수 장치.

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