KR20100031057A

KR20100031057A - 슬러지 가수분해 장치 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 방법

Info

Publication number: KR20100031057A
Application number: KR1020090023284A
Authority: KR
Inventors: 박경식
Original assignee: 박경식
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2010-03-19
Also published as: KR20100031055A; KR100968765B1; KR100967719B1; KR20100031056A; KR100968764B1; KR100968767B1; KR20100031058A

Abstract

본 발명은 저온 슬러지와 고온 슬러지가 수증기를 매개체로 열교환되는 증기식 열교환 유니트와, 저온 슬러지와 고온 슬러지가 서로 혼합되지 않은 상태에서 열전도를 통하여 서로 열교환되는 접촉식 열교환 유니트와, 슬러지의 가수분해를 위하여 고온의 수증기를 사용하는 가열 유니트를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 방법에 관한 것이다.

슬러지, 가수분해, 가열 유니트, 접촉식 열교환 유니트, 증기식 열교환 유니트.

Description

슬러지 가수분해 시스템 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 방법{A system for hydrolysis treatment of sludge and a method using the same}

본 발명은 슬러지 가수분해 시스템 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬러지를 가수분해가 효과적으로 진행되는 200 이상의 온도에서도 연속적으로 가열하여 가수분해를 수행할 수 있고 가수분해에 소요되는 에너지를 줄일 수 있는 슬러지 가수분해 시스템 및 이를 이용한 슬러지 가열방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하수슬러지와 음식물 쓰레기 및 축산폐수 등의 유기물 슬러지(여기서는 슬러지라고 칭한다)가 폐기물로 그대로 배출되면 침출수나 악취 및 해충 발생 등의 환경오염을 일으킬 수 있다. 한편, 유기물 슬러지에는 건조 후 1kg당 3000 kcal 이상의 많은 에너지가 포함되어 있는데, 유기물 슬러지를 처리하는 과정에서 상기 에너지를 회수할 수만 있다면 경제적으로 매우 유용하겠지만, 유기물 슬러지의 함수율이 80% 수준으로 높아서 아직까지는 유기물 슬러지에 포함된 에너지가 경제적으로 활용되지 못하고 있다.

즉, 유기물 슬러지는 함유된 80% 이상의 많은 물을 제거하거나 미생물로 분 해하면 에너지를 회수할 수 있고, 이를 위하여 많은 기술이 개발되었지만, 대부분의 기술이 아직 회수되는 에너지보다 투입되는 에너지가 더 커서 경제성이 없거나 악취발생 등의 문제가 있다. 따라서, 현재까지는 대부분의 유기물 슬러지가 해양투기나 퇴비 활용 등으로 처리되고 있다.

한편, 유기물은 대부분 포도당이나 아미노산 및 지방산이 결합한 고분자 화합물인 탄수화물, 단백질, 지질로 구성되고, 이 유기물을 물과 함께 200이상 고온으로 가열하면 포도당이나 아미노산 등으로 분해되는데, 이러한 현상을 가수분해라고 한다.

상기 가수분해의 원리를 이용하여 유기물 슬러지를 처리하는 여러 가지 방법이 고안되었지만, 종래의 가수분해장치는 가열용기에 유입되는 저온 슬러지를 가수분해하기 위하여 상온의 슬러지를 200℃이상으로 직접 가열하여 온도상승에 필요한 과다한 열에너지가 요구된다는 문제점이 있었다.

가수분해를 위하여 슬러지를 가열해야 하는데 이러한 가열을 위한 종래의 방법으로 외부용기를 가열하는 방법이 많이 사용되고 있으나 슬러지의 유동성이 나빠 열전달이 잘 되지 않고 가열 과정여서 용기의 과열이 불가피하며 이때 부분적인 증기압력이 높아져 정치 전체에 높은 압력을 발생시키며 열분해로 가스가 발생하여 후처리 장치 구성이 복잡하여 가수분해가 경제적으로 이루어지지 못하였다.

기존의 외부용기 가열의 과열 문제를 개선하는 가열 방법으로 수증기를 혼합하여 수증기의 응축열로 슬러지를 가열하는 방법으로 배관속을 지나는 슬러지에 고압 증기를 주입하여 가열하는 증기 주입 가열기가 있다.

즉, 종래의 증기 주입식 가열기는 가열 구간과 가열시간을 매우 짧게 단축하기 위한 장치로 이를 위하여 가열온도보다 훨씬 높은 온도의 증기압을 가진 증기 사용이 필요하며 이 때문에 실제로는 225도에서 250도의 고온 고압 증기를 사용하여 180 정도로만 가열되는 것이다.

그런데 물의 증기압 곡선에 의하면 200도 이상에서 증기압이 급격히 상승하여 250도에서는 40기압의 증기압을 보이는데 이러한 고온 고압 증기를 생산하는 고압의 보일러 제작 비용과 가동 비용이 급격히 비싸진다.

뿐만 아니라, 슬러지를 고온으로 가열하는 과정에서 고온에 수반되는 물의 높은 증기압을 견디며 연속적으로 작동될 수 있는 장치 구성이 어려워 유기물 슬러지의 가수분해 시스템이 아직 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

또한, 종래기술에 따른 가수분해장치는 투입되는 열에너지에 비하여 회수되는 고형물 등의 에너지가 적기 때문에 에너지효율이 낮으므로 폐기물 처리방법으로는 경제성이 없었다. 따라서, 가수분해장치에 별도의 가열에 사용된 에너지가 재사용될 수 있도록 열교환을 시킬 수 있는 열교환 장치 등이 요구되며, 이러한 공급에너지 대비 회수에너지 효율을 높일 수 있는 장치가 적용되는 가수분해장치의 개발이 요구되는 실정이다.

뿐만 아니라, 슬러지는 유동성이 극히 불량하고 열전달이 잘되지 않기 때문에 기존의 기술로는 열교환 장치의 구성이 어려운 실정이다.

또한, 가열 온도가 180로 낮아 가수분해 시간이 오래 걸리며 이 시간동안 냉각되는 슬러지의 온도 유지를 위하여 가수분해 용기에 가득찬 슬러지 속에 수증기 를 주입하는데 가수분해 용기의 하부에서 주입하여 교반시키는 보온용 수증기 주입 장치의 구성이 어렵고 장치도 대단히 복잡해지며 가수분해 용기의 압력 변동도 심하여 고장도 많이 발생한다.

또한 균일한 온도 전달을 위하여 교반장치가 불가피한데 용기 전체가 슬러지로 채워지게 되면 교반장치 회전을 위한 외부 구동축의 베어링 부분에서 슬러지가 누액되어 베어링이 쉽게 망가지므로 오래 가동하지 못하고 자주 보수해야 한다.

따라서 이러한 문제점을 개선하여 효율적인 가수분해를 위하여 새로운 가열장치와 열교환 장치의 기술 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 슬러지의 가수분해를 연속적으로 수행할 수 있는 슬러지 가수분해 시스템 및 가수분해 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 슬러지의 가수분해에 소요되는 에너지량을 줄일 수 있는 슬러지 가수분해 시스템 및 가수분해 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열교환 방식으로 저온 슬러지가 가열됨에 있어서, 고온 슬러지와 저온 슬러지가 효율적으로 열교환 될 수 있는 슬러지 가수분해 시스템 및 가수분해 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 물의 증기압 특성으로 인하여 가수분해가 효과적으로 진행되는 210℃에서 발생하는 20기압의 높은 증기압 환경에서도 슬러지를 효과적으로 가수분해하는 가수분해 장치를 개발하는 것이다

본 발명의 또 다른 목적은 가열된 슬러지의 가수분해를 위하여 상기 슬러지를 보온하기 위하여 공급되는 수증기가 상기 슬러지를 효율적으로 가열할 수 있으며, 장치의 외부 구동축으로 누액이 발생하지 않아 장치의 사용 수명을 증가시킬 수 있는 슬러지 가수분해 시스템 및 가수분해 방법을 제공하는 것이다.

상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 유동성이 극히 불량한 저온의 슬러지와 가수분해된 고온의 슬러지 사이에 열교환이 이루어지는 구 체적인 장치를 구성하는 것으로, 이를 위하여 유동성이 불량한 저온의 유기물 슬러지는 접촉식 열교환 장치와 증기식 열교환 장치를 순차적으로 경유하게 하고 가수분해된 고온의 유기물 슬러지는 증기식 열교환 장치와 접촉식 열교환 장치를 순차적으로 경유하게 함으로써 가수분해에 필요한 가열 에너지를 최소화 할 뿐 아니라 가수분해된 고온의 슬러지도 효과적으로 냉각하고 장치의 제조비용도 줄일 수 있는, 슬러지 가열 장치와 열교환 장치로 구성된 새로운 슬러지 가수분해 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 저온 슬러지가 증기압 곡선의 온도와 압력을 가진 수증기 속을 지나면 접촉하는 수증기가 응축하면서 가열되는 가열 유니트를 제공하는 것이다. 구체적으로, 증기압 곡선의 온도와 압력을 가진 수증기는 약간만 냉각되면 바로 물로 변하는 상태인데 상기 가열 유니트에서는 이런 상태의 수증기로 가득 채워져 저온 슬러지가 이런 상태의 수증기와 접촉하게 되면 접촉된 수증기는 냉각되어 응축하면서 공간이 비워져 주변 수증기를 끌어와 슬러지와 계속 접촉시켜 응축이 계속 진행되고, 상기 저온 슬러지의 표면은 상기 수증기의 응축열에 의하여 가열되고, 상기 응축열은 상기 슬러지 내부로 열전달되어 상기 저온 슬러지가 가열되도록 고안된 증기 접촉 가열 방식이 사용된다.

또한 본 발명은 가수분해 용기에 격벽을 설치하여 무거운 슬러지 공간과 가벼운 수증기 공간이 상하로 분리되도록 구성하여 가수분해 시간동안 슬러지가 수증기와 계속적으로 접촉하여 슬러지가 냉각되지 않도록 고안된 가열용기를 사용한다. 이렇게 격벽으로 슬러지 공간과 수증기 공간이 분리되는 가열용기는 수증기 공간에 서 구동장치의 외부축을 연결하면 슬러지 누액이 발생하지 않는다.

또한 가수분해되어 물처렴 유동성이 좋아진 슬러지는 격벽을 넘어 배출 용기로 들어가 수위계와 배출장치에 의하여 배출되도록 고안된 배출용기를 사용한다.

또한, 본 발명은 소정 압력(예를 들어, 10기압) 이상에서는 직접 가열로 슬러지를 가열하고 상기 소정 압력 미만에서는 열교환 방식(가수분해된 고온의 슬러지와 저온의 슬러지 사이에 열교환이 일어나도록 하여 저온의 슬러지를 가열하고 고온의 슬러지는 냉각하는 방식)으로 슬러지를 가열하여 가수분해에 필요한 열에너지 비용을 최대한 줄일 수 있음과 동시에 냉각장치 비용도 줄일 수 있도록, 가열 유니트와 열교환 유니트로 구성된 새로운 슬러지 가수분해 시스템을 제공한다.

본 발명은 공급된 증기에 의하여 슬러지가 가열되고 가수분해되어 고온 슬러지로 배출되는 가열 유니트; 상기 가열유니트로부터 용기 내부로 주입된 고온 슬러지가 상기 용기 내부와의 압력차이로 인하여 수증기를 발생시키면서 냉각되고, 상기 용기 내부로 주입된 저온 슬러지는 상기 수증기와의 접촉하여 승온되는 증기식 열교환 유니트; 그리고, 외부에서 공급된 저온 슬러지와 상기 증기식 열교환 유니트로부터 배출된 고온 슬러지가 서로 혼합되지 않은 상태에서 열전도를 통하여 열교환 되는 접촉식 열교환 유니트를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 공급된 증기에 의하여 슬러지가 가열되고 가수분해되어 배출되는 가열 유니트; 100 이하의 온도에서 저온 슬러지와 고온 슬러지가 서로 혼합되지 않은 상태에서 열전도를 통하여 열교환 되는 접촉식 열교환 유니트; 그리고, 상기 접촉식 열교환 유니트에서 승온되어 배출되는 저온 슬러지와 상기 가열유니트 에서 배출되는 고온 슬러지가 수증기를 통하여 100 이상의 온도를 가지는 내부 공간에서 열교환 되는 증기식 열교환 유니트를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템을 제공한다

여기서, 상기 가열 유니트의 가수분해 용기와 상기 증기식 열교환 유니트의 저온 열교환 용기에는 물의 증기압 곡선의 경계상태에 있는 수증기가 채워지고, 상기 용기 내부로 주입된 저온 슬러지가 상기 용기 내부를 이동하면서 상기 수증기와 접촉하게 되어 상기 수증기는 응축하게 되고 상기 저온 슬러지의 표면은 가열되는 증기 접촉 가열에 의하여 가열될 수 있다.

또한, 상기 수증기를 이용하여 상기 저온 슬러지를 가열할 때 상기 수증기의 압력은 상기 가수분해 용기 및 상기 저온 열교환 용기에서 가열하고자 하는 온도의 증기압과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.

상기 접촉식 열교환 유니트는 내측으로 상기 고온 슬러지가 이동되는 고온 슬러지관; 상기 고온 슬러지관의 외측면에 상기 저온 슬러지를 얇게 밀착 이동시키는 제1 저온 슬러지 이송장치를 포함하며, 상기 저온 슬러지는 상기 고온 슬러지의 외측면에 접촉되어 이동하면서 가열되고 상기 고온 슬러지는 냉각될 수 있다.

상기 제1 저온 슬러지 이송장치는 상기 고온 슬러지관의 둘레를 따라 구비되는 다수 개의 롤러와; 상기 고온 슬러지관과 상기 롤러에 연결되되, 일부분이 상기 고온 슬러지관의 외측면에 밀착되어 상기 고온 슬러지관이 회전함에 따라 연동하여 이동하는 벨트를 포함하며, 상기 저온 슬러지는 상기 고온 슬러지관과 상기 벨트 사이에서 상기 고온 슬러지관의 외측면을 따라 이동될 수 있다.

또한, 상기 제1 저온 슬러지 이송장치는 내부 공간상에 외측면에 기어형상을 가지는 한 쌍의 고온 슬러지관이 설치되는 단위부재를 포함하며, 상기 단위부재는 내부에 공간을 형성하는 케이스와, 상기 저온 슬러지가 유입되는 저온 슬러지 유입구와, 승온된 저온 슬러지가 배출되는 저온 슬러지 출구를 포함하고, 상기 한 쌍의 고온 슬러지관이 서로 맞물려 회전함에 따라 상기 저온 슬러지는 상기 고온 슬러지관의 외측면에 접촉되어 상기 고온 슬러지관의 외측면과 상기 케이스의 내측면 사이를 따라 이동하면서 승온되고, 상기 고온 슬러지는 냉각될 수 있다.

또한, 상기 슬러지 가수분해 시스템은 상기 저온 슬러지가 이동되는 유로 상에 설치되어, 상기 저온 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입수단과 상기 주입수단을 경유한 저온 슬러지를 가압하는 가압수단을 갖는 가압주입장치를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 주입수단은 상기 저온 슬러지가 자체하중에 의하여 하부로 유입되도록 하는 입구와, 상기 저온 슬러지가 배출되는 배출구를 갖는 케이스; 상기 케이스 내부에 설치되고, 서로 기어 결합되어 회전하면서 상기 입구에서 유입된 저온 슬러지를 상기 배출구 방향으로 밀어내는 한 쌍의 회전체를 포함할 수 있다.

상기 증기식 열교환 유니트는 주입 전의 높은 압력과 주입된 후의 낮은 압력으로 인한 압력 차이에 의하여 고온 슬러지가 수증기를 발생시키면서 냉각되어 배출되는 고온 열교환 용기; 주입된 저온 슬러지가 이동하면서 상기 수증기와 접촉되고 상기 수증기의 응축에 의하여 승온되어 배출되는 저온 열교환 용기; 그리고, 상기 수증기가 상기 고온 열교환 용기에서 상기 저온 열교환 용기로 이동할 수 있 는 통로를 제공하는 연통부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 증기 열교환 유니트는 상기 저온 열교환 용기의 주입부로 주입된 저온 슬러지를 상기 저온 열교환 용기의 배출부로 이송시키는 제2 저온 슬러지 이송장치를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제2 저온 슬러지 이송장치는 일측 끝단은 상기 저온 열교환 용기의 주입부와 대응되는 위치에 설치되고, 타측 끝단은 상기 저온 열교환 용기의 배출부와 대응되는 위치에 설치되는 컨베이어 벨트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 저온 슬러지 이송장치는 상기 저온 슬러지를 상기 저온 열교환 용기의 내벽 방향으로 밀어내면서 하부로 이송시키는 제1 회전체; 상기 저온 슬러지를 상기 저온 열교환 용기의 중심방향으로 끌어들이면서 하부로 이송시키는 제2 회전체; 그리고, 상기 제1 회전체와 상기 제2 회전체를 회전시키는 회전축을 포함할 수 있다.

또한, 상기 증기 열교환 유니트는 상기 기 저온 열교환 용기로 주입된 저온 슬러지를 상기 저온 슬러지 이송장치의 상부로 분산하기 위한 분배장치를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 분배장치는 상기 저온 열교환 용기의 상부를 관통하여 설치되며 저온의 슬러지가 주입되는 고정 주입관과, 상기 고정주입관과 연통되며 회전하는 주입탱크와, 상기 고정 주입관과 상기 주입탱크를 연결하기 위한 연결장치와, 상기 주입탱크의 중심축에서 이격되며 상기 저온 슬러지 이송장치의 상부와 대응되는 위치에 설치되는 노즐을 포함할 수 있다.

또한, 상기 증기식 열교환 유니트는 상기 고온 열교환 용기의 주입부에 설치되는 고온 슬러지 주입장치를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 고온 슬러지 주입장치는 길이방향으로 복수 개의 저장공이 관통되어 형성된 회전부; 상기 회전부의 상부에 설치되고, 상기 저장공 중 어느 하나와 대응되는 제1 관통공이 형성된 상부덮개; 그리고, 상기 회전부의 하부에 설치되며, 상기 제1 관통공과 대응되는 저장공을 제외한 다른 저장공 중의 어느 하나와 대응되는 제2 관통공이 형성된 하부덮개를 포함할 수 있다.

또한, 상기 증기식 열교환 유니트는 상기 고온 열교환 용기의 주입부에 설치되는 고온 슬러지 주입장치를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 고온 슬러지 주입장치는 고온 슬러지가 주입하는 밸브를 포함할 수 있다.

상기 가열 유니트는 유입된 슬러지가 수증기로 채워진 공간상에서 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가수분해 되는 가수분해 용기; 상기 가수분해 된 슬러지가 배출되는 통로를 형성하는 배출용기; 상기 가수분해 용기의 내부공간을 상기 슬러지가 채워지는 슬러지 공간과, 상기 슬러지 공간의 상부에 위치하면서 상기 수증기가 통과할 수 있는 수증기 공간으로 구획하기 위한 격벽; 그리고, 상기 슬러지 공간과 상기 수증기 공간을 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 슬러지를 교반시킴과 동시에 상기 슬러지를 상기 배출용기 방향으로 이동시키는 교반장치를 포함하며, 상기 슬러지는 상기 슬러지의 표면에 수증기가 응축되는 증기접촉가열에 의하여 가열될 수 있다.

상기 가열 유니트는 상기 슬러지가 상기 가수분해 용기로 이송되기 전에 상 기 슬러지가 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가열되도록 하는 가열용기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 가열 유니트는 상기 가수분해 용기의 내부 압력을 상기 슬러지의 가수분해 온도의 증기압과 동일한 압력으로 일정하게 유지하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 본 발명은 물의 증기압 곡선의 경계상태에 있는 수증기를 용기 내부로 채우는 수증기 주입단계; 상기 용기 내부로 슬러지를 주입하는 슬러지 주입단계; 상기 슬러지를 상기 용기 내부에서 이동시키면서 상기 수증기와 접촉되도록 하여 상기 수증기를 응축시키는 접촉단계; 상기 수증기의 응축으로 인하여 상기 슬러지의 표면이 가열되는 가열단계; 그리고, 상기 수증기의 압력과 상기 용기에서 가열하고자 하는 증기압은 실질적으로 동일하게 유지하는 단계를 포함하는 슬러지 가수분해 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 공급된 증기에 의하여 슬러지가 가열되고 가수분해되어 고온 슬러지로 배출되는 가수분해단계; 상기 고온 슬러지가 낮은 압력을 가지는 용기 내부로 주입되면서 상기 용기 내부와의 압력차이로 인하여 수증기를 발생시키면서 냉각되고, 상기 용기 내부로 주입된 저온 슬러지는 상기 수증기와의 접촉하여 승온되는 증기 열교환 단계; 그리고, 외부에서 공급된 저온 슬러지와 상기 고온 슬러지가 서로 혼합되지 않은 상태에서 열전도를 통하여 열교환 되는 접촉 열교환 단계를 슬러지 가수분해 방법을 제공한다.

상기 가수분해 단계는 수증기로 용기 내부를 채우는 수증기 주입단계; 상기 용기 내부로 슬러지를 주입하는 슬러지 주입단계; 상기 용기 내부에 구비된 격벽에 의하여 형성되는 수증기 공간과 슬러지 공간에서 회전하는 교반장치에 의하여 상기 수증기와 상기 슬러지가 교반되면서 이동되는 교반단계; 그리고, 상기 수증기가 상기 슬러지의 표면에 접촉되어 응축되면서 상기 슬러지가 가열되는 증기접촉 가열단계를 포함할 수 있다.

상기 접촉 열교환 단계는 고온 슬러지 관의 내측으로 고온의 슬러지가 이송되도록 하는 단계; 상기 고온 슬러지 관의 외측면에 저온의 슬러지를 공급하는 단계; 그리고 공급되는 상기 저온의 슬러지가 상기 고온 슬러지 관의 외측면에 얇게 도포되도록 하면서 저온의 슬러지를 이송시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 저온의 슬러지 이송단계에서, 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지 관에 접촉되어 이송되면서 가열되고 상기 고온의 슬러지는 냉각되는 것이 바람직하다.

상기 증기식 열교환 단계는 높은 압력의 고온 슬러지가 낮은 압력 상태의 고온 열교환 용기 내부로 유입되는 단계; 저온 열교환 용기로 저온의 슬러지가 유입되는 단계; 상기 고온 슬러지의 압력변화로 인하여 수증기가 발생되어 상기 고온의 슬러지가 냉각되는 단계; 그리고, 상기 수증기가 상기 저온의 슬러지와 접촉하여 응축되면서 상기 저온의 슬러지가 승온되는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 슬러지 가수분해 시스템 및 슬러지 가수분해 방법의 효과는 다음과 같다.

첫째, 슬러지의 가수분해에 필요한 높은 온도로 슬러지를 연속적으로 가열할 수 있기 때문에 시간을 단축하고 장치의 효율을 대폭 향상시키고, 가수분해 용기를 냉각시키기 위한 별도의 냉각장치가 필요없는 이점이 있다.

둘째, 슬러지를 가수분해하기 위하여 요구되는 가열온도의 증기압과 동일한 압력의 증기를 사용하여 슬러지를 가열함으로서 일정하게 공급함으로써 고온의 증기를 생산하는 고압 보일러의 제작비용과 보일러의 운전비용이 줄어드는 이점이 있다.

셋째, 가수분해 용기의 공간을 슬러지 공간과 수증기 공간으로 상하 구획하는 격벽을 설치함으로써 상부에 위치하는 수증기가 자유롭게 통과하면서 하부의 슬러지 상면에 접촉함으로써 보다 효율적으로 슬러지가 보온될 수 있는 이점이 있다.

아울러, 가수분해 용기에 슬러지가 절반 정도만 채워진 상태에서 상기 슬러지와 수증기가 열교환을 하게 됨으로써 가수분해 용기에 구비된 교반장치에 가해지는 부하가 줄어들고 수증기 공간에서 구동장치의 외부축을 연결하여 상기 슬러지가 가수분해 용기의 외부로 누액되지 않아 가열 유니트의 보수가 적고 사용 수명이 길어지는 이점이 있다.

넷째, 슬러지를 가열함에 있어서 수증기를 사용한 직접 가열 방식과 열교환 방식(증기식 열교환 및 접촉식 열교환)을 통하여 슬러지의 가수분해에 필요한 에너지를 줄일 수 있는 이점이 있다.

다섯째, 가수분해된 고온의 슬러지에 포함된 에너지를 열교환을 이용하여 회수할 수 있어서 함수율 80%의 슬러지 1톤을 10만kcal의 작은 열에너지만을 사용하 여 가수분해에 필요한 고온까지 가열할 수 있다. 따라서, 유기물 슬러지가 보유한 70만kcal의 에너지를 바이오 가스나 고형 연료로 회수하여 슬러지 1톤당 60만kcal의 재생 에너지를 확보할 수 있는 이점이 있다.

여섯째, 해양 투기되어 해양을 오염시키는 유기물 슬러지를 악취없이 깨끗하게 처리하여 환경오염을 방지할 수 있는 이점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1을 참조하여, 물의 열적 특성에 대하여 먼저 설명하면 다음과 같다.

물은 에너지를 흡수하면 온도가 상승하거나 액체에서 기체로 상태를 변화하는데 물이 액체에서 기체로 상태가 변화는 온도 압력 곡선을 물의 증기압 곡선이라 한다. 특정 온도에서 증기압 곡선 압력보다 외부 압력이 높으면 물은 액체로 존재하고 외부 압력이 낮으면 기체로 존재한다.

특히 증기압 곡선상의 온도와 압력을 가진 수증기는 약간만 냉각되면 바로 물로 변하고, 또한 증기압 곡선상의 온도와 압력을 가진 물은 약간만 압력을 낮추어도 수증기로 변하며 증기압 곡선의 평형상태를 유지한다.

물이 수증기로 상태가 변할 때 100 1기압에서 540 kcal/kg의 에너지를 흡수하고 부피는 대략 1700배 팽창하며, 수증기에서 물로 변화할 때는 같은 에너지를 방출하고 응축한다. 상기 물의 증기압 곡선에서 압력과 온도 관계는 표 1에 나타나 있다.

온도 (℃)	압력 (기압)	온도 (℃)	압력 (기압)	온도 (℃)	압력 (기압)	온도 (℃)	압력 (기압)
100	1.0	140	3.6	180	10.0	220	23.3
110	1.4	150	4.7	190	12.6	230	28.2
120	2.0	160	6.2	200	15.6	240	33.8
130	2.7	170	7.9	210	19.2	250	40.1

물의 온도를 올리는데 필요한 열에너지는 100까지 100cal, 150까지 151cal, 200까지 203cal, 250까지 259cal, 300까지 321cal 로 온도-에너지 관계는 저온과 고온에서 서로 비슷하지만, 온도와 압력의 경우 표 1에 보는 것처럼 100에서 1기압이 150에서 4.7기압, 200에서 15.6기압, 250에서 40.1기압, 300에서 86.5기압으로 온도-압력 관계는 온도가 높아지면 급격하게 상승한다. 상기 온도-에너지 관계와 온도-압력 관계를 도시하면 도 1과 같다.

한편, 슬러지는 직접 가열을 통하여 가열될 수도 있고 열교환 가열을 통하여 가열될 수도 있다. 여기서, 직접 가열은 외부에서 열에너지를 공급하여 슬러지를 가열하는 방식이고, 열교환 가열은 외부의 열에너지 공급 없이 고온의 슬러지와 저온의 슬러지 사이에서 열교환으로 저온의 슬러지를 가열하는 방식이다.

상기 직접 가열과 열교환 가열에 소요되는 비용을 비교하면, 직접 가열은 에너지 비용과 장치비용이 모두 필요하지만 열교환 가열은 에너지 비용은 없고 장치비용만 필요하기 때문에 열교환 가열이 보다 경제적이다. 특히, 압력이 10기압 미만에서 열교환이 수행되는 경우에는 장치 비용도 저렴하고 열교환 가열에 소비되는 에너지가 없다. 하지만 10기압 이상의 압력에서 열교환 장치 구성은 아직 경제성이 없어 직접 가열하도록 구성한다.

본 발명에서는 열교환 가열을 보다 효율적으로 수행하기 위하여 100 이하에서는 접촉 열교환으로 슬러지를 가열하고 100 이상에서는 증기 열교환으로 슬러지를 가열하고 180 온도 이상에서는 슬러지를 직접 가열된다.

여기서, 접촉 열교환은 유동성이 불량하여 열전달이 잘 되지 않는 슬러지를 열교환시키기 위하여 고온 슬러지와 저온 슬러지가 서로 혼합되지 않은 상태에서의 열전도를 통하여 서로 열교환되는 방식이다.

또한, 증기식 열교환은 물의 증기압이 대기압보다 높은 100 이상에서 고온의 슬러지가 상기 증기압보다 낮은 압력 상태에 노출되면 수증기를 발생시키면서 냉각되고, 상기 수증기는 주입된 저온 슬러지와 접촉하면서 응축되고 이에 따라 상기 저온 슬러지가 가열되는 열교환 방식이다.

또한, 본 발명에 따른 슬러가 가수분해 시스템은 상온에서 180 정도까지는 여러 단계의 열교환 방식을 통하여 슬러지를 가열하고 최종 단계만 외부 에너지를 공급하여 200 이상의 가수분해 온도로 직접 가열한다. 이렇게 열교환 가열하여 가수분해된 고온의 슬러지는 배출되면서 저온의 슬러지와 열교환 방식으로 열을 교환하여 열을 재사용하기 때문에 열교환이 없는 경우에 비하여 1/3~1/5 정도의 열에너지만으로도 슬러지를 가수분해할 수 있고 별도의 냉각장치도 필요하지 않다.

아울러, 본 발명은 가수분해된 고온의 슬러지를 증기 열교환 하는 과정에서 증기폭파로 슬러지의 고형분을 효과적으로 파괴하여 고액분리를 촉진하는 장점도 가지게 된다. 상기 증기폭파는 고온의 슬러지가 증기압보다 낮은 저압 상태에 노출되면 폭발적인 수증기 발생으로 부피가 팽창하면서 세포막 등의 고형분을 파괴하기 때문에 발생되는 현상을 뜻한다.

유기물 슬러지 속에서는 녹말이나 단백질 같은 성분이 고분자 상태로 존재하고 열을 가하면 고분자가 길게 늘어지며 그 사이 사이에 물이 갇혀 있어 물리적으로 물과 분리되지 않는 고함수 상태로 존재한다. 그런데, 더 많은 열을 가하여 200 이상으로 가열하면 상기 고분자 상태의 긴 녹말과 단백질은 고온 고압에서 가수분해로 물분자가 삽입되면서 포도당이나 아미노산으로 분해되고, 상기 포도당이나 아미노산은 물에 잘 녹아 수용액으로 변하여 가수분해되지 않는 고형분과 분리된다.

이 때, 상기 증기폭파는 가수분해되지 않는 세포벽을 미세한 입자로 파괴하여 가수분해된 슬러지를 수용액과 고형분으로 쉽게 분리하게 해준다.

일반적으로 슬러지는 유동성이 나빠서 가열에 의한 대류 순환이 전혀 발생하지 않기 때문에 열전달 특성이 나쁘게 형성되는데, 용기의 외부를 고온으로 가열하여도 접촉된 슬러지 일부만 가열될 뿐 용기 내부의 슬러지는 전혀 가열되지 않는다. 따라서 열전달을 효과적으로 할 수 있는 방법으로 고온의 수증기를 이용하는 방법이 효과적이다.

그런데 종래의 증기 주입식 가열장치는 순간적으로 빠르게 슬러지를 가열하는 효과는 있지만 이를 위하여 커다란 압력 손실이 발생하고 기타 많은 문제점을 일으키고 있다. 또한, 슬러지 가수분해에는 200 이상의 온도에서 30분 정도 시간이 필요하기 때문에 종래의 증기 주입식 가열장치와 같은 순간적인 가열 효과보다는 장기간 온도가 유지되는 장기 가열 효과가 더 중요하다.

이를 위하여 본 발명에서 사용된 증기 접촉 가열 기술은 포화된 수증기 속으로 차가운 물체가 이동하면 이 물체와 접촉하는 수증기는 냉각되어 물의 증기압에 의하여 순간적으로 물로 변하는데 이렇게 물로 변하면 부피가 1/1700로 변하므로 빈 공간이 발생하여 인근 수증기가 진공압으로 끌려오고 이 수증기도 냉각되어 물로 변하면서 급속도로 인근 수증기를 빨아들이며 수증기가 접촉하는 면이 가열되어 수증기의 온도와 동일해질 때까지 응축이 급속하게 진행되는 기술이다.

이 수증기와 접촉한 물체는 표면이 먼저 수증기의 온도로 가열되는데 먼저 가열된 표면의 열은 열전달에 의하여 내부까지 가열이 순차적으로 이루어지며 이러한 물체 내부로 열전달에 따른 표면 냉각으로 수증기 응축도 계속적으로 이루어지게 되고 물체의 내부까지 수증기와 같은 온도가 될 때까지 지속적으로 접촉하는 수증기 응축에 의한 가열이 이루어지는데 이러한 가열을 증기접촉 가열이라고 한다.

이 증기접촉 가열 기술은 증기 열교환기의 저온 열교환용기에서도 같이 적용되는 원리로 가열하려는 물체와 가열하는 수증기의 온도가 동일하다는 기술적 특징이 있는데 이러한 특징으로 증기접촉 가열 기술은 가수분해 장치에서 수증기의 공급과 제어가 대단히 편리해지며 가열장치의 다른 여러 가지 문제점을 모두 해결 할 수 있다.

한편, 슬러지는 최대한 탈수하여 유동성이 극히 불량하지만 세포액으로 존재하는 80%의 물이 가수분해 된 이후에 수용액으로 존재하고 유동성을 방해하는 고형분이 미세하게 분쇄되어 가수분해 된 슬러지는 유동성이 급격하게 향상된다. 따라서 가수분해된 슬러지는 거의 물처럼 흐르게 되므로 가수분해된 이후의 고온 슬러지 이동 및 열교환 장치 구성에서는 이러한 유동성 변화를 고려하여 장치를 구성한다.

특히, 가수분해 용기나 증기 열교환장치의 고온 열교환 용기에서 배출장치를 구성하는 과정에서 수위센서를 이용하여 배출장치를 제어하는 방식은 이러한 가수분해된 슬러지의 유동성 특성을 고려한 것이다.

또한 접촉 열교환기에서 고온 슬러지를 원통형 관의 내부로 통과시키고 저온 슬러지를 고압으로 유동화하여 원통 외부에 얇게 도포하여 밀착 접촉시켜 열교환하는 장치의 구성도 이러한 유동성의 변화를 활용하는 기술이다.

즉 유동성이 증가하면 대류 작용에 의한 유체의 열전달이 이루어지므로 원통 내부에서 고온 슬러지의 내부 열전달이 원활하게 이루어져 원통 내부의 슬러지 온도를 동일하게 유지하므로 원통을 계속 고온으로 유지할 수 있다.

도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 슬러지 가수분해 시스템에 대하여 설명한다.

상기 슬러지 가수분해 시스템은 슬러지 가열 유니트(400), 증기식 열교환 유니트(300), 그리고 접촉식 열교환 유니트(200)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 가열 유니트(400)는 보일러(640)로부터 공급된 증기에 의하여 증기식 열교환 유니트(300)의 저온 열교환 용기(310)로부터 주입된 저온 슬러지를 가열시켜 가수분해하여 고온 슬러지로 되어 배출시킨다.

또한, 상기 증기식 열교환 유니트(300)는 저온 열교환 용기(310) 및 고온 열교환 용기(350)를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 가열 유니트(400)로부터 배출된 고온 슬러지가 고온 열교환 용기(350) 측으로 주입된다.

이후, 주입된 고온 슬러지의 증기압과 용기 내의 압력차에 의해 고온 슬러지에서 고온의 수증기가 발생한다. 이때, 고온 슬러지에서 수증기가 발생되므로 인하여 고온 슬러지는 수증기의 기화열로 인하여 냉각된다.

그리고, 상기 수증기는 상기 고온 열교환 용기(350)에서 저온 열교환 용기(310) 방향으로 이동한 후 상기 저온 열교환 용기(310) 내로 주입된 저온 슬러지와 접촉하여 응축되고, 상기 수증기의 응축으로 인하여 발생되는 응축열에 의하여 상기 저온 슬러지는 가열된다. 이때, 저온 열교환 용기로 주입되는 저온 슬러지는 접촉식 열교환 유니트(200)로부터 공급된다. 상기 저온 슬러지는 유동성이 불량하기 때문에 제2 가압주입장치(380)에 의하여 가압되어 상기 저온 열교환 용기(310)로 주입된다.

한편, 상기 접촉식 열교환 유니트(200)는 유기물 슬러지 탱크(100)로부터 저온 슬러지가 주입되며, 주입된 저온 슬러지가 1차적으로 상기 고온 열교환 용기(350)로부터 주입된 고온 슬러지와 접촉식 열교환을 시킨다. 구체적으로, 상기 접촉식 열교환 유니트(200)는 고온의 슬러지가 이동하는 고온 슬러지관(240)의 외측면에 저온의 슬러지를 접촉시켜 상기 저온의 슬러지와 고온의 슬러지를 상호 열교환 시키게 된다. 이때에도 상기 저온 슬러지는 유동성이 불량하기 때문에 제1 가압주입장치(270)에 의하여 상기 접촉식 열교환 유니트로 공급된다.

접촉식 열교환을 통하여 승온된 저온 슬러지는 증기식 열교환 유니트(300)의 저온 열교환 용기(310)로 주입된 후, 고온 열교환 용기(350)에 주입된 고온 슬러지와 열교환을 하게 된다. 이후에, 증기식 열교환을 통하여 승온된 저온 슬러지는 상기 슬러지 가열 유니트(400)로 주입되어 가열되고 가수분해 된다. 이때에도 마찬가지로, 승온된 저온 슬러지는 제3 가압주입장치(420)에 의하여 상기 가열 유니트(400)로 공급된다.

전술한 바와 같은 증기식 열교환 유니트(300)는 상기 슬러지 가열 유니트(400)와 접촉식 열교환 유니트(200) 사이에 구비되되, 저온 슬러지와 고온 슬러지 간의 열교환 효율을 증대시킬 수 있도록 다수 개가 직렬로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 상기 접촉식 열교환 유니트(200)도 다수개가 직렬로 연결될 수 있다.

각각의 열교환 유니트가 직렬연결되어 배치됨으로써 고온 슬러지와 저온 슬러지의 열교환을 여러 번 반복하여 열에너지 재사용을 최대화하여 저온 슬러지의 온도가 효율적으로 상승될 수 있다.

한편, 상기 슬러지 가열 유니트(400)로부터 고온 열교환 용기(350), 접촉식 열교환 유니트(200)를 거쳐 냉각된 가수분해된 슬러지는 고액 분리기(610)로 이동되어 고형물과 수용액으로 분리된다.

또한, 상기 고액분리기(610)를 통하여 침전된 고형물은 탈수기(620)로 이동되고, 수용액은 방출된다. 이때, 상기 탈수기(620)는 유입된 고형물을 탈수처리하여 탈수처리된 고형물은 고형연료 저장탱크(630) 측으로 이동시키고, 탈수처리된 수용액은 방출된다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 상기 슬러지 가수분해 시스템은 상기 슬러지 가열 유니트(400)와 상기 제3 가압주입장치(420)로만 구성될 수도 있다. 또한 열교환 유니트로 증기식 열교환 유니트(300)나 접촉식 열교환 유니트(200)의 어느 하나만 사용하도록 구성할 수도 있다.

도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트의 일 실시예에 대하여 설명한다.

상기 슬러지 가열 유니트는 유입된 슬러지가 수증기로 채워진 공간상에서 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가수분해 되는 가수분해 용기(450)와 상기 가수분해 된 슬러지가 배출되는 통로를 형성하는 배출용기(440)와, 상기 가수분해 용기(450)에 설치되는 격벽(453)을 포함한다.

상기 가수분해 용기(450)는 상기 격벽(453)을 경계로 배출용기(440)와 연결되어 있으며 상기 배출 용기(440)에 설치된 수증기 주입장치(482)를 통하여 가수분해 온도의 증기압과 실질적으로 동일한 압력의 수증기가 공급되며, 이 수증기는 용기를 포함한 모든 내부장치를 가열하면서 내부 공간을 가득 채우게 된다.

상기 가수분해 용기의 입구부에는 슬러지가 주입되는 슬러지 주입구(401)가 형성되어 있고, 상기 슬러지 주입구에는 상기 슬러지를 상기 가수분해 용기 내부로 주입하기 위한 가압주입장치(420)를 포함하는 슬러지 주입장치가 구비된다. 상기 슬러지 주입장치는 고온 고압의 수증기로 채워진 상기 가수분해 용기 내부로 슬러지를 주입하기 위하여 상기 가수분해 용기 내부 압력보다 더 높은 압력으로 상기 슬러지를 가압하여 주입하게 된다.

상기 슬러지 주입장치는 상기 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입수단과, 상기 주입수단을 경유한 슬러지를 가압하는 가압수단(423)을 갖는 가압주입장치(420)를 포함한다. 물론, 상기 슬러지 주입장치는 저온의 슬러지를 상기 가압주입장치로 이송하기 위한 별도의 슬러지 펌프를 포함하여 구성될 수도 있다..

또한, 상기 가수분해 용기(450)의 내부는 상기 격벽(453)과 중력에 의하여 슬러지 공간(451b)과 수증기 공간(451a)으로 구분되고, 상기 수증기 공간(451a)은 상기 슬러지 공간(451b)의 상부에 위치하게 된다. 상기 가수분해 용기로 주입된 슬러지는 상기 슬러지 공간(451b)에 담기고 상기 수증기는 수증기 공간(451a)에서 자유롭게 통과한다,

이 격벽(453)으로 형성된 상기 슬러지의 상면은 계속 상기 수증기에 접촉되어 슬러지의 온도가 유지되도록 함과 동시에 상기 슬러지 공간(451b) 높이가 상기 격벽(453)보다 높아지면 슬러지는 상기 격벽(453)을 넘어 상기 배출용기(440)로 흐르도록 구성된다.

구체적으로, 상기 격벽에 의하여 가수분해되어 유동성이 좋아지는 슬러지는 가수분해 용기와 격벽으로 형성되는 용기에 고이게 되어 상기 슬러지 공간을 형성하고 상부는 자연스럽게 수증기 공간이 형성된다.

여기서, 상기 슬러지가 상기 격벽(453)의 높이보다 높게 고이면 상기 격벽(453)을 넘어 상기 배출용기(440)로 흐르게 된다. 상기 가수분해 용기(450)는 하나의 원통관으로 구비될 수 있지만 가수분해 구간을 늘리거나 가수분해 용기의 길이를 단축하기 위하여 두 개의 원통관을 서로 수평으로 연결하여 설치될 수도 있다.

또한, 상기 가수분해 용기(450) 내부에는 상기 슬러지 공간(451b)과 상기 수증기 공간(451a)을 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 슬러지를 교반시킴과 동시에 상기 슬러지를 상기 배출용기(440) 방향으로 이동시키는 교반장치(455)가 설치된다.

결과적으로, 상기 가수분해 용기(450)의 내부에서 상기 슬러지는 상기 수증기와 접촉하게 되면서 가열되어 가수분해된다. 즉, 상기 슬러지는 상기 슬러지의 표면에 수증기가 응축되는 증기접촉가열에 의하여 가열되어 가수분해된다.

가수분해 된 슬러지는 유동성이 좋아진 상태에서 상기 교반장치(455)에 의하여 이송된다. 이후에 상기 슬러지가 상기 격벽(453)보다 높게 고이면 상기 격벽(453)을 넘어 상기 배출용기(440)로 유입된다.

또한, 상기 가수분해 용기(450)에는 상기 가수분해 용기 내부의 수증기 압력을 측정할 수 있는 압력센서(457)가 설치된다. 물론, 상기 압력센서(457)는 상기 배출용기(440)에 설치될 수도 있다.

상기 배출용기(440)에는 상기 슬러지의 수위를 측정하는 수위센서(447)가 설치된다. 또한, 상기 배출용기(440)의 배출부에는 상기 슬러지의 배출량을 조절하기 위한 슬러지 배출장치(481)가 설치된다. 상기 슬러지 배출장치(481)는 밸브로 구성될 수 있다.

또한, 상기 슬러지 가열 유니트에는 상기 압력센서(457)에서 측정된 측정값을 바탕으로 상기 수증기 주입장치(482)를 제어하여 상기 가열용기로 유입되는 수증기량을 조절하는 제어장치(미도시)가 설치된다. 구체적으로, 상기 제어장치는 상기 수증기의 공급량을 제어하여 상기 가수분해 용기(450)의 내부 압력을 상기 슬러지의 가수분해 온도의 증기압과 동일한 압력으로 일정하게 유지시킨다.

상기 수증기는 배출용기(440)나 가수분해 용기(450)가 연통되어 자유롭게 이동하므로 수증기 주입구(482)는 가수분해 용기(450)에 설치될 수도 있다.

또한, 상기 제어장치(미도시)는 상기 수위센서(447)에서 측정된 측정값을 바탕으로 상기 슬러지 배출장치(481)를 제어하여 슬러지의 배출량을 조절한다. 즉, 상기 제어장치(미도시)는 상기 배출용기에 구비된 수위센서(447)의 측정값에 따라 상기 슬러지 배출장치(481)의 개폐정도를 제어하여 슬러지 배출량을 조절한다.

상기 제어장치(미도시)는 상기 수위센서(447)에서 측정된 측정값을 바탕으로 상기 가수분해 용기로 주입되는 슬러지의 주입량을 조절할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트의 다른 실시 예를 설명한다.

본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트는 유입된 슬러지가 수증기로 채워진 공간상에서 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가열되면서 이동되는 가열용기(430), 상기 가열용기(430)와 소정 각도를 이루면서 연결되며, 상기 가열용기(430)로부터 이동된 슬러지가 상기 수증기로 채워진 공간상에서 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가수분해 되는 가수분해 용기(450), 상기 가수분해 용기(450)의 일측에 설치되어, 상기 가수분해 된 슬러지가 배출되는 통로를 형성하는 배출용기(440)를 포함한다.

또한, 상기 가열용기(430)의 입구부에는 저온의 슬러지를 고온 고압의 수증기로 채워진 상기 가열 용기 내부로 주입하기 위하여 슬러지를 용기 내부 압력보다 더 높은 압력으로 가압하여 주입하는 슬러지 주입장치가 구비된다. 상기 슬러지 주입장치는 상기 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입수단과, 상기 주입수단을 경유한 슬러지를 가압하는 가압수단(423)을 갖는 가압주입장치(420)를 포함한다. 물론, 상기 슬러지 주입장치는 저온의 슬러지를 상기 가압주입장치로 이송하기 위한 별도의 슬러지 펌프(470)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 가열용기(430)의 입구부에는 상기 슬러지를 가열하는 수증기를 주입하기 위한 수증기 주입장치(482)가 설치된다.

상기 가열용기(430)의 내부에는 상기 가열용기(430)로 주입된 슬러지와 상기 수증기와의 접촉 면적을 증가시키기 위하여 상기 슬러지를 반복적으로 수평이동 및 하강이동시키면서 상기 가수분해 용기(450)로 이송시키는 슬러지 이송장치(460)가 설치된다.

또한, 상기 슬러지 이송장치(460)와 상기 가압주입장치(420)의 사이에는 가열용기(430) 내부로 주입된 슬러지를 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부로 분산 공급하는 분배장치(410)가 설치된다.

결과적으로, 수증기로 가득채워진 가열용기(430) 내부로 주입된 저온의 슬러지는 상기 분배장치(410)에 의하여 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부로 분배된다. 이후에 상기 슬러지는 상기 슬러지 이송장치(460)에 의하여 이송되면서 상기 가열용기(430) 내부에 가득 채원진 증기압 곡선의 온도와 압력 상태에 있는 수증기와 접촉하여 가열된다. 이후에 가열된 슬러지는 상기 가열용기(430)와 소정의 각도로 연결된 가수분해 용기(450)로 주입된다.

상기 가열용기(430)와 가수분해 용기(450)는 수직을 이루면서 결합되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 가열용기(430)에서 슬러지가 이송될 때 가열용기(430)가 수직으로 세워지면 슬러지의 자체하중에 의하여 가장 효과적으로 하부로 이송되기 때문이다.

또한, 상기 가수분해 용기 내부에는 상술한 일 실시예와 마찬가지로 상기 가수분해 용기(450)의 내부 공간 중에 하부에 위치하는 슬러지 공간(451b)과 상기 슬러지 공간의 상부에 위치하며, 수증기가 자유롭게 통과할 수 있는 수증기 공간(451a)으로 분리하는 격벽(453)이 설치된다. 뿐만 아니라, 상기 가수분해 용기 내부에는 교반장치 및 압력센서가 설치되고, 상기 배출용기에는 수위센서가 설치된다. 뿐만 아니라, 상기 가열유니트는 상기 압력센서와 수위센서에서 측정된 측정값을 바탕으로 상기 가열용기로 유입되는 수증기량, 슬러지량 및 상기 배출용기로 배출되는 슬러지량을 제어하는 제어장치가 설치된다. 이들 구성은 상술한 일 실시예에 따른 슬러지 가열유니트에 구비된 구성과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 4 내지 도 7을 참조하여, 상기 슬러지 가열 유니트에 구비되는 가압주입장치(420), 분배장치(410), 슬러지 이송장치(460), 교반장치(455)에 대하여 구체적으로 설명한다.

상기 가압주입장치(420)는 가열용기(430)의 주입부에 설치되어 상기 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입수단과, 상기 주입수단을 경유한 슬러지를 가압하는 가압수단(423)을 포함한다.

상기 주입수단은 상기 슬러지가 자체하중에 의하여 하부로 유입되도록 하는 입구(421b)와 상기 슬러지가 배출되는 배출구(421a)를 갖는 케이스(421)와, 상기 케이스(421) 내부에 설치되고, 서로 기어 결합되어 회전하면서 상기 입구에서 유입된 슬러지를 상기 배출구 방향으로 밀어내는 한 쌍의 회전체(422)를 포함한다.

여기서, 상기 입구(421b)가 넓게 형성되어 있으므로 인하여 유동성이 불량한 저온의 슬러지라 하더라도 슬러지의 점성저항 보다 슬러지의 자체 하중이 더 큰힘을 갖게 된다. 결과적으로, 유동성이 불량한 저온의 슬러지라도 슬러지의 자체 하중에 의하여 하부로 이동되게 된다.

상기 회전체(422)는 수평방향으로 하나의 쌍을 이루도록 구비될 수 있으며, 각각의 회전체(422)가 상기 케이스(421)의 내측 중앙방향으로 회전하도록 서로 기어결합됨이 바람직하다. 이를 위해, 상기 회전체(421)는 서로 맞물려 돌아가는 기어일 수 있다. 상기 회전체(421)는 저온의 슬러지가 더욱 원활하게 이동할 수 있도록 탄성력이 높은 고무재질로 이루어질 수 있다

상기 주입수단의 하측에는 상기 가압수단(423)이 구비됨이 바람직하며, 상기 가압수단(423)는 로터리 기어 펌프로 이루어질 수 있다. 상기 로터리 기어 펌프는 제1 구동모터(525)에 의해 동력을 전달받을 수 있으며, 상기 회전체(422)의 구동축이 상기 로터리 기어 펌프의 구동축에 체인이나 벨트와 같은 동력전달부재에 의해 연결됨으로써 상기 회전체(422)도 회전할 수 있게 된다.

여기서, 상기 가압수단(423)의 상부는 상기 출구(421a)의 하측과 연결됨이 바람직하며, 상기 가압수단(423)의 일측에는 가압배출부(423a)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 유기물 슬러지 저장소로부터 배출되는 슬러지는 상기 가압주입장치(420)에 의해 상기 가열용기(430)의 내부로 공급될 수 있게 된다.

결과적으로, 상기 주입수단에 의하여 유동성이 불량한 저온의 슬러지가 주입되는 과정에서는 흡입압이 발생하지 않게 되고, 상기 가압수단(423)에 의해서는 저온의 슬러지가 일방향으로 원활하고 용이하게 주입될 수 있게 된다.

상기 가압주입장치(420)를 경유한 슬러지는 상기 가열용기(430) 내부에 설치된 분배장치(410)로 유입된다. 상기 분배장치(410)는 슬러지가 수증기와 잘 혼합이 될 수 있도록 상기 슬러지를 가늘게 분산시켜 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부로 공급하는 역할을 한다.

상기 분배장치(410)는 상기 가열용기(430)의 상부를 관통하여 설치되며 슬러지가 주입되는 고정 주입관(411), 상기 고정 주입관(411)과 연통되며 회전하는 분배탱크(412), 상기 고정 주입관(411)과 상기 분배탱크(412)를 연결하기 위한 연결장치(414), 그리고 상기 분배탱크(412)의 중심축에서 이격되어 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부와 대응되는 위치에 설치되는 노즐(413)을 포함한다.

상기 고정 주입관(411)은 상기 가압수단의 가압배출구(423a)와 연통되어 있으며, 상기 고정 주입관(411)을 통하여 슬러지가 유입되고, 상기 고정 주입관(411)을 통과한 슬러지는 분배탱크(412)로 유입된다.

이때, 상기 연결장치(414), 예를 들면 로터리 조인트는 상기 고정 주입관(411)과 상기 분배탱크(412)를 연통시키면서 고정된 상기 고정 주입관(411)과 회전하는 상기 분배탱크(412) 사이에 설치된다.

상기 연결장치(414)의 일측에는 상기 분배탱크(412)를 회전시키기 위한 웜휠기어(415), 상기 웜휠기어(415)와 맞물리는 웜기어(416), 상기 웜기어(416)에 구동력을 전달하기 위한 제2 구동모터(417)가 설치된다.

상기 분배탱크(412)는 상기 가열용기(430)의 단면 형상과 대응되는 형상을 가지며 상기 분배탱크(412)의 하면에는 슬러지가 배출되는 노즐(413)이 결합되어 있다.

결과적으로, 상기 고정 주입관(411)을 통하여 주입된 슬러지는 상기 연결장치(414)를 통하여 상기 분배장치(410)로 이동되고, 상기 분배장치(410)로 이동된 슬러지는 상기 노즐(413)을 통하여 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부로 이동된다. 이때, 상기 제2 구동모터(417)의 구동으로 인하여 상기 웜기어(416)가 회전하게 되면 상기 웜기어(416)와 맞물린 웜휠기어(415)가 회전하면서 상기 분배탱크(412)를 회전시키게 된다. 상기 분배탱크가 회전하면서 상기 노즐(413)을 통하여 슬러지를 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부로 분산시키게 된다.

상기 슬러지 이송장치(460)는 상기 슬러지를 상기 가열용기(430)의 내벽 방향으로 밀어내면서 하부로 이송시키기 위한 제1 회전체(462), 상기 슬러지를 상기 가열용기(430)의 중심방향으로 끌어들이면서 하부로 이송시키 위한 제2 회전체(463), 그리고 상기 제1 회전체(462)와 상기 제2 회전체(463)를 회전시키는 회전축(461)을 포함한다.

상기 제1 회전체(462)는 상기 가열용기(430) 내면에 밀착고정되고 중심부에 제1 토출구(462c)가 형성된 제1 받침대(462b)와, 상기 제1 받침대(462b)의 상면에 회전가능하도록 설치되어 상기 제1 토출구(462c) 측으로 상기 슬러지를 끌어들이도록 형성된 제1 회전날개(462a)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 제2 회전체(463)는 상기 가열용기(430) 내면에 밀착고정되고 외곽부에 제2 토출구(463c)가 형성된 제2 받침대(463b)와, 상기 제2 받침대(463b)의 상면에 회전가능하도록 설치되어 상기 제2 토출구(463c)로 저온 슬러지를 밀어내도록 형성된 제2 회전날개(463a)를 포함하여 이루어진다. 상기 제1 회전체(462)와 제2 회전체(463)는 복수개가 번갈아 가면서 설치되어 층을 이루고 있다.

여기서, 상기 제1 회전날개(462a)와 제2 회전날개(463a)는 동일한 회전축에 의하여 같은 방향으로 회전되지만, 날개의 굽어진 방향이 서로 반대방향으로 구비되어 있다. 그리고, 상기 회전축(461)은 상기 분배장치(410)의 하면과 연결되어 상기 분배장치(410)와 함께 회전하게 된다.

상기 슬러지 이송장치에 의하여 슬러지가 이송되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 노즐(413)에 의하여 분배된 슬러지가 상기 제1 받침대(462b)의 테두리부에 위치하게 되면 상기 제1 회전날개(462a)는 회전하면서 상기 슬러지를 제1 받침대(462b)의 중심부로 모으게 된다.

그러면, 상기 제1 받침대(462b)의 중심부로 모인 슬러지는 상기 제1 토출구(462c)를 통하여 자체 하중에 의하여 상기 제1 받침대(462b)의 하부에 위치하는 제2 받침대(463b)의 중심부로 떨어지게 된다. 이후에, 상기 제2 회전날개(463a)는 회전하면서 상기 제2 받침대(463b)의 중심부로 떨어진 슬러지를 제2 받침대의 테두리로 분산시키게 된다. 이후에, 상기 제2 받침대(463b)의 테두리로 분산된 슬러지는 상기 제2 토출구(463c)를 통하여 자체 하중에 의하여 다시 하부로 떨어지게 된다.

결과적으로, 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부로 주입된 슬러지는 상기 제1 회전체(462)와 제2 회전체(463)에 의하여 수평이동 및 하강이동을 하면서 수증기와 접촉을 하게 된다. 상기 슬러지 이송장치가 상기 슬러지를 수평이동 및 하강이동 시킴으로써 슬러지와 수증기의 접촉시간과 접촉면적은 증가하게 되고, 이로 인하여 수증기와 슬러지 사이의 열교환이 효율적으로 일어나게 된다.

상기 슬러지 이송장치에 의하여 가열용기의 슬러지는 가수분해 용기로 이동하게 된다. 상기 가수분해 용기(450)에는 상기 가수분해 용기 내부의 슬러지 공간(451b)과 수증기 공간(451a)을 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 슬러지를 교반시킴과 동시에 상기 슬러지를 상기 배출용기(440) 방향으로 이동시키는 교반장치(455)가 구비된다.

상기 교반장치(455)는 상기 가열용기의 길이방향으로 설치되며, 상기 교반장치(455)의 일측에는 상기 교반장치(455)를 구동시키기 위한 제3 구동모터(452)가 구비된다.

상기 교반장치(455)는 상기 수증기와 슬러지를 교반시켜 주기 위한 교반날개(457)와 상기 교반날개(457)를 회전시키기 위한 교반 회전축(456)을 포함하여 구성된다.

도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트에서 슬러지가 가수분해 되는 과정을 전체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 보일러에서 공급되는 수증기가 가열용기(430), 가수분해 용기(450), 배출용기(440)에 가득 채워진다.

이후에, 상기 가열용기(430) 내부로 슬러지가 주입되고, 주입된 슬러지는 상기 수증기와 접촉하여 가열되면서 상기 가수분해 용기(450) 방향으로 이동된다.

이때, 상기 슬러지는 상기 제1 회전체(462)에 의하여 일차적으로는 가열용기(430)의 중심방향으로 수평이동되고, 상기 중심방향으로 이동된 슬러지는 자체하중에 의하여 하부방향으로 이동된다. 이후에, 상기 슬러지는 상기 제2 회전체(463)에 의하여 가열용기(430)의 테두리 방향으로 수평이동된 후 자체 하중에 의하여 다시 하부방향으로 이동된다. 상기 슬러지는 상기 제1 회전체(462)와 제2 회전체(463)가 교대로 적층된 상기 슬러지 이송장치(460)에 의하여 이송되면서 수증기와 접촉을 하면서 상기 가수분해 용기(450)로 이동된다.

상기 가수분해 용기(430)로 이동된 슬러지는 상기 슬러지 공간과 수증기 공간을 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 슬러지를 교반시키는 교반장치(455)에 의하여 상기 배출용기(440) 방향으로 이동하게 된다.

이때, 상기 수증기는 상기 가수분해 용기에 구비된 격벽(453)에 의하여 형성되는 수증기 공간에서 자유롭게 이동되면서 상기 슬러지의 상면과 접촉하고, 상기 슬러지는 상기 가수분해 용기(450)의 슬러지 공간에서 일정 높이 이상인 경우에만 상기 배출용기(440)로 이동된다. 여기서, 상기 가수분해 용기의 내부 압력은 상기 슬러지의 가수분해 온도의 증기압과 동일한 압력으로 일정하게 유지된다.

상기 배출용기(440)로 이동된 슬러지는 일정한 수위 이상인 경우에 상기 배출용기(440)의 외부로 배출된다. 이때 슬러지의 배출 여부는 상기 수위센서에서 측정된 측정값을 바탕으로 결정된다.

물론, 본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트는 도 3과 같이 가열용기를 별도로 구비하지 않은 상황에서도 슬러지를 가수분해할 수 있다.

구체적으로, 먼저 수증기로 가수분해 용기 내부를 가득 채우고, 상기 가수분해 용기(450) 내부로 슬러지를 주입한다.

그리고, 상기 가수분해 용기(450) 내부에 구비된 격벽(453)에 의하여 형성되는 수증기 공간(451a)과 슬러지 공간(451b)에서 회전하는 교반장치(455)에 의하여 상기 수증기와 상기 슬러지가 교반되면서 이동하게 된다. 이때, 상기 수증기가 상기 슬러지의 표면에 접촉되어 응축되면서 상기 슬러지가 증기접촉 가열에 의하여 가열된다

여기서, 상기 가수분해 용기(450)의 내부 압력은 상기 슬러지의 가수분해 온도의 증기압과 실질적으로 동일한 압력으로 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.

뿐만 아니라, 상기 슬러지가 상기 가수분해 용기(450) 내부에서 일정 높이가 되는 경우에만 상기 슬러지 공간에서 상기 배출용기(440)로 흘러들어가게 된다. 이후에는 수위센서()의 측정값을 바탕으로 상기 슬러지가 배출되게 된다.

도 8 내지 12를 참조하여, 본 발명에 따른 가수분해 시스템에 구비된 증기식 열교환 유니트를 설명한다.

상기 증기 열교환 유니트(300)는 저온 열교환 용기(310), 고온 열교환 용기(350), 그리고 고온 열교환 용기(350)에서 저온 열교환 용기(310)로 수증기가 원활하게 이동할 수 있도록 연결하는 연통부(340)를 포함하여 이루어지며 내부는 증기압 곡선의 온도와 압력이 유지되는 수증기로 가득 채워져 있다.

상기 고온 열교환 용기(350)는 연통부(340)를 통하여 수증기가 원활하게 이동할 수 있도록 상기 저온 열교환 용기(310)와 연결되며, 고온 슬러지 주입장치(360), 용기본체(351), 그리고 고온 슬러지 배출장치(370)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 고온 슬러지 주입장치(360)는 제1 주입구(352) 일측에 구비되어 상기 제1 주입구(352)를 통하여 주입되는 점도가 낮은 고온 슬러지의 주입량을 조절한다.

상세히, 상기 고온 슬러지 주입장치(360)는 밸브의 개폐 정도의 조절을 통하여 상기 고온 열교환 용기(350) 내부의 압력을 조절할 수 있다.

이에 따라, 상기 고온 슬러지 주입장치(360)에 의해 주입된 고온 슬러지가 가지는 고온의 증기압과 상기 고온 열교환 용기(350) 내의 압력과의 차이에 따라 고온의 수증기가 폭발적으로 발생되면서 고온의 슬러지는 빠른 속도로 냉각되는데, 이렇게 고온 슬러지가 자기 증기압보다 압력이 낮은 용기로 주입하여 고온 슬러지에서 폭발적으로 수증기가 발생하며 슬러지가 냉각되는 과정을 증기폭파라고 부른다.

상기와 같이, 상기 고온 열교환 용기(350) 내에 발생된 고온의 수증기는 상기 고온 열교환 용기(350)와 연결된 연통부(340)를 통하여 상기 저온 열교환 용기(310)로 이동하여 상기 저온 열교환 용기(310)에서 이송되는 저온 슬러지와 접촉하여 응축하여 급속하게 물로 변하며, 고온 용기에서 발생 수증기와 저온 용기의 응축 수증기가 균형을 이루어 고온 열교환 용기의 압력은 일정하게 유지된다.

한편, 전술한 바와 같은 상기 고온 슬러지 주입장치(360)는 상기 제1 주입구(352)의 주입 단면적을 조절하는 제1 볼밸브로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 고온 슬러지 주입장치(360), 즉 상기 제1 볼밸브는 구동력 전달장치(미도시)로부터 전달되는 구동력에 의해 회전하는 웜기어(361), 상기 웜기어(361)와 연동되는 웜휠기어(362), 그리고 상기 웜휠기어(362) 일측에 연결되어 상기 제1 주입구(352)의 주입 단면적을 조절 및 밀폐하는 볼(365)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

이때, 상기 볼(365)은 구 형상으로 구비되어 중앙에 관통공(366)이 형성되며, 상기 웜휠기어(362)와 연결로드(367)에 의해 연결된다.

한편, 상기 고온 슬러지 배출장치(370)는 상기 고온 슬러지 주입장치(360)를 통하여 주입된 고온 슬러지가 수증기와 분리되고 자중에 의하여 자유 낙하하여 이송되는 상기 용기본체(351)의 이송공간(355)을 경유한 후, 제2 배출구(357) 측으로 배출시킨다.

여기서, 상기 고온 슬러지 배출장치(370)는 전술한 바와 같은 상기 고온 슬러지 주입장치(360)와 동일한 구조를 가지는 제2 볼밸브로 이루어짐이 바람직하다.

이러한 상기 고온 슬러지 배출장치(370)는 상기 제2 배출구(357)를 통한 고온 슬러지의 배출량을 조절한다.

또한, 상기 고온 열교환 용기(350)는 일측에 상기 고온 슬러지 주입장치(360)와 상기 고온 슬러지 배출장치(370)를 제어하는 제어장치(미도시)가 더 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 제어장치(미도시)는 상기 고온 열교환 용기(350) 내에 수증기 압력을 감지하는 압력센서(미도시)와, 주입된 고온 슬러지의 수위를 감지하는 수위센서(미도시)와, 상기 압력센서 및 상기 수위센서에 의해 감지된 값에 의하여 상기 고온 슬러지 주입장치(360) 및 고온 슬러지 배출장치(370)를 제어하는 마이컴(미도시)을 포함하여 이루어진다.

상기와 같은 제어장치(미도시)가 구비됨으로써 상기 수위센서로부터 감지된 수위에 따라 마이컴을 통하여 고온 슬러지 배출장치(370)를 제어하여 배출량을 조절할 수 있으며, 상기 압력센서에 의하여 감지된 압력을 조절하기 위하여 상기 고온 슬러지 주입장치(360)를 제어하여 상기 용기본체(351)의 이송공간(355) 내의 수증기 압력을 일정하게 유지할 수 있다.

상세히, 상기 제어장치(미도시)에 의해 상기 고온 슬러지 주입장치(360)의 개폐 정도가 조절되어 상기 고온 열교환 용기(350) 내부의 수증기 공급량을 조절할 수 있으며, 상기 수위센서로부터 감지된 수위에 따라 상기 고온 슬러지 배출장치(370)의 개폐 정도가 조절되어 배출량의 조절이 가능하다.

전술한 바와 같이, 상기 고온 열교환 용기(350) 내부의 압력, 즉 상기 이송공간(355) 내의 압력이 일정하게 유지됨으로서 상기 고온 열교환 용기(350) 내측으로 주입되는 고온 슬러지의 압력(고압)과 상기 고온 열교환 용기(350) 내의 이송공간(355)의 압력(저압)의 압력차에 따라 주입된 고온 슬러지가 증기폭파될 수 있다.

따라서, 고온 슬러지로부터 압력차에 의한 증기폭파후 발생된 수증기가 상기 연통부(340)를 통하여 제2 저온 슬러지 이송장치(330)에 의해 이송되는 상기 저온 열교환 용기(310)의 저온 슬러지와 접촉하여 수증기가 급속하게 응축하여 물로 변하여 고온 열교환 용기의 수증기의 압력이 일정하게 유지된다.

한편, 상기 저온 열교환 용기(310)에는 가압주입장치(380), 제2 저온 슬러지 이송장치(330), 그리고 저온 슬러지 배출장치(390)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다. 여기서, 상기 가압주입장치(380)과 저온 슬러지 배출장치(390)는 실질적으로 동일한 구성을 가진다.

뿐만 아니라, 상기 가압주입장치(380)과 상기 제2 슬러지 이송장치(330)의 세부적인 구성은 가열 유니트의 가압주입장치(420)와 슬러지 이송장치(460)과 실질적으로 동일한 구성을 가지므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 또한, 저온 열교환 용기 내부에 설치되는 분배장치(320)은 가열 유니트의 분배장치(410)과 실질적으로 동일한 세부구성을 가지므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

결과적으로, 상기 저온 열교환 용기(310)에서의 저온 슬러지의 흐름을 살펴보면, 저온 슬러지는 상기 가압주입장치(380)에 의해 상기 제1 주입구(311)를 통해 주입되며, 이후 저온 슬러지는 상기 분배장치(320)를 거쳐 분배되고 상기 제2 저온 슬러지 이송장치(330)를 통하여 교반되면서 이송되며, 접촉하는 수증기 응축에 의하여 가열되어 상기 저온 슬러지 배출장치(390)를 통하여 배출된다.

여기서, 상기 고온 열교환 용기(350) 내에 주입되는 고온 슬러지와 상기 저온 열교환 용기(310) 내에 주입되는 저온 슬러지 상호 간에 수증기를 열전달 매개체로 하여 고온 슬러지는 냉각되고 저온 슬러지는 승온되는 열교환이 이루어진다.

뿐만 아니라, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 상기 제2 저온 슬러지 이송장치는 일측 끝단은 상기 저온 열교환 용기의 주입부와 대응되는 위치에 설치되고, 타측 끝단은 상기 저온 열교환 용기의 배출부와 대응되는 위치에 설치되는 컨베이어 벨트를 포함할 수 있다.

저온 슬러지가 컨베이어 벨트에서 이송되면서 고온 슬러지에서 발생한 수증기와 접촉하게 된다. 이때, 저온 슬러지와 접촉한 수증기는 응축되고, 상기 수증기의 응축으로 인하여 상기 저온 슬러지의 온도는 상승하게 된다. 결과적으로, 고온 슬러지는 수증기의 발생으로 인하여 기화열을 빼앗기게 되어 냉각되고, 상기 저온 슬러지는 수증기의 응축열에 의하여 가열된다.

한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 증기식 열교환 유니트(300)는 슬러지 처리 시스템에서 열교환 온도를 여러 단계로 만들어 열효율을 높일 수 있도록 열교환 유니트 다수 개가 직렬 연결되도록 배치시켜 사용할 수 있다.

물론, 상기 증기식 열교환 유니트(300)는 슬러지 처리 시스템에서 다수 개가 직렬 연결되도록 배치되되, 수평방향 및 수직방향 등의 다양한 공간적 방향으로 배치되어 사용될 수 있다.

또한, 상기 다수 개의 증기식 열교환 유니트(300)를 거쳐 고온 슬러지의 수증기와 열교환으로 가열된 저온 슬러지는 가열 유니트(도 2의 400)를 통하여 최종 가열되어 가수분해된다.

전술한 바와 같이, 증기식 열교환 유니트(300)를 다수 개를 직렬로 배치함으로써 고온 슬러지와 저온 슬러지의 열교환이 반복될 수 있으며, 이에 따라 저온 슬러지를 가열하여 가수분해시키는 가열 유니트(도 2의 400)에서 증기식 열교환 유니트로부터 공급된 저온 슬러지의 가수분해에 필요한 열에너지의 공급을 현저히 절감시킬 수 있다.

한편, 도 8 내지 10을 참조하여, 증기식 열교환 유니트에서 저온 슬러지와 고온 슬러지의 상호 열교환되는 방법을 이하에서 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증기식 열교환 유니트(300)를 이용한 슬러지 열교환 방법은 먼저, 상기 저온 열교환 용기(310)와 연통되는 고온 열교환 용기(350) 내에 고온 슬러지 주입장치(360)의 조절에 의해 고온 슬러지가 주입된다.

상기와 같이, 주입된 고온 슬러지는 온도와 압력에 따라 기체와 액체로 변하는 물의 증기압 곡선 상의 평형상태에서 증기압 차이만큼 고온의 수증기가 발생시키면서, 냉각된다.

상세히, 상기 고온 슬러지 주입장치(360)의 조절을 통하여 고온 슬러지를 주입하면 상기 고온 열교환 용기(350) 내의 압력과 주입된 고온 슬러지의 증기압 차이만큼 고온의 수증기가 발생하고, 고온의 슬러지는 발생한 수증기에 해당되는 기화 열에너지를 잃어버리고 냉각되고, 상기 고온 열교환 용기(350)에서 발생한 수증기는 상기 연통부(340)를 통하여 연통되는 상기 저온 열교환 용기(310)로 공급된다.

상기 저온 열교환 용기(100)측에서는 가압주입장치(380)를 통해 저온 슬러지가 주입되어 제2 저온 슬러지 이송장치(330)에 의해 교반하면서 일방향으로 이송시키는 단계가 이루어진다.

이때, 상기 제2 저온 슬러지 이송장치(330)는 상기 가압주입장치(380)를 거쳐 분배장치(320)를 통하여 원주방향으로 고르게 분산되는 저온 슬러지를 교반하면서 수증기 속을 지나도록 일방향으로 이송시킨다.

이때 고온 열교환 용기에서 발생되어 증기압 곡선의 온도와 압력 평형상태에 놓인 고온의 수증기가 저온 슬러지와 접촉하면 급속도로 응축되면서 액화 열에너지를 전달하여 저온 슬러지를 승온시킨다.

전술한 바와 같은 상기 증기식 열교환 유니트(300)를 이용하면 수증기의 이동을 통한 열교환 방법에 의해 상기 고온 열교환 용기(350) 내에 주입되는 고온 슬러지와 상기 저온 열교환 용기(310) 내에 주입되는 저온 슬러지 상호 간에 고온 슬러지는 냉각되고, 저온 슬러지는 가열되는 열교환이 원활하게 이루어질 수 있다.

도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명에 따른 고온 열교환 용기에 구비된 고온 슬러지 주입장치에 대한 다른 실시예를 설명한다.

상기 고온 슬러지 주입장치(3600)은 가열 유니트에서 상기 증기식 열교환기의 고온 열교환 용기로 고온 슬러지가 주입시키는 역할을 한다.

상기 고온 슬러지 주입장치(3600)는 원통 케이스(3630)와, 원통 케이스(3630)의 내부에 회전가능하게 설치된 회전부(3620)와, 회전부(3620)의 윗면을 덮는 상부덮개(3610)와, 회전부(3620)의 아랫면을 덮는 하부덮개(3640)를 포함한다.

회전부(3620)에는 길이 방향으로 복수 개의 저장공(3621)이 관통되어 형성된다. 회전부(3620)는 회전모터(3650)에 의하여 소정 R.P.M.으로 회전된다.

상부덮개(3610)는 회전부(3620)의 윗면을 덮도록 원통 케이스(3630)에 설치된다. 상부덮개(3610)에는 저장공(3621) 중 어느 하나와 대응되는 제1 관통공(3611)이 형성된다. 바람직하게, 제1 관통공(3611)은 회전부(3620)의 외주와 동일한 곡률로 굽어져서 길게 형성된다. 이것은 가수분해된 고온의 슬러지가 저장공(3621) 속으로 유입될 수 있는 충분한 시간을 줄 수 있도록 하기 위해서이다.

하부덮개(3640)는 회전부(3620)의 아랫면을 덮도록 원통 케이스(3620)에 설치된다. 하부덮개(3640)에는 제1 관통공(3611)과 대응되는 저장공(3621)을 제외한 나머지 저장공(3621) 중 어느 하나와 대응되는 제2 관통공(3641)이 형성된다. 바람직하게, 제2 관통공(3641)은 회전부(3620)의 외주와 동일한 곡률로 굽어져서 길게 형성된다. 이것은 저장공(3621)에 저장된 가수분해된 고온의 슬러지가 상기 고온 열교환 용기로 배출될 수 있는 충분한 시간을 줄 수 있도록 하기 위해서이다.

회전부(3620)가 회전하여 저장공(3621)과 제1 관통공(3611)이 서로 연통되면 유동성이 좋은 가수분해된 고온의 유기물 슬러지가 저장공(3621)에 유입되고, 상기 저장공(3621)에 유입된 가수분해된 유기물 슬러지는 저장공(3621)과 제2 관통공(3641)이 서로 연통되면 고온 열교환 용기로 배출된다.

상기 고온 열교환 용기는 가열 유니트의 가수분해 용기보다 상대적으로 낮은 온도와 압력을 가지기 때문에 압력차에 의하여 가수분해된 유기물 슬러지가 폭발하면서 수증기를 발생시킨다. 가수분해된 유기물 슬러지가 폭발되면서 만들어진 수증기는 고온 열교환 용기의 내부 즉, 밀폐공간을 가득 채우게 된다. 상기 고온 열교환 용기와 연통되어 있는 저온 열교환 용기에 저온 슬러지가 유입되면, 저온 슬러지에 주위의 수증기가 응축하게 되고, 이러한 응축과정에서 발생된 응축열에 의하여 저온 슬러지가 가열된다.

이 때, 고온의 슬러지와 저온의 슬러지를 서로 동일한 속도로 동일한 양을 주입하면 상기 고온과 저온의 중간 온도에서 수증기의 기화와 응축이 일정하게 일어나면서 열교환 온도에 맞는 증기압이 일정하게 유지되는 열적 평형상태가 된다.

도 13 내지 도 17을 참조하여, 본 발명에 따른 슬러지 가수분해 시스템에 구비되는 접촉식 열교환 유니트에 대한 일 실시예를 설명한다.

상기 접촉식 열교환 유니트(200)는 고온 슬러지관(240), 저온 슬러지 이송장치(250), 그리고 가압주입장치(270)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다. 여기서, 상기 고온 슬러지관(240)은 고온 슬러지의 높은 압력에 견딜 수 있도록 압력에 강한 원통형으로 형성되어 회전하며, 내측으로는 유동성이 좋아진 고온의 슬러지(S_H)가 이동된다. 그리고, 상기 저온 슬러지 이송장치(250)는 상기 고온 슬러지관(240)의 외측에 설치되어 저온의 슬러지(S_L)가 상기 고온 슬러지관(240)의 외측면에 접촉하면서 이동되도록 함이 바람직하며, 이를 통해, 저온의 슬러지는 고온의 슬러지에 의해 가열된 상기 고온 슬러지관(240)과 접하여 이동하면서 열교환되어 가열되게 되고, 고온의 슬러지는 고온 슬러지관 내부를 지나면서 유동에 의한 대류 작용에 의하여 전체적으로 쉽게 혼합되어 냉각되게 된다.

특히, 저온 슬러지의 경우 열전달 에너지 양이 두께에 반비례하므로 두께가 얇아지면 더 많은 열에너지가 전도되면서 가열 효과가 대폭 향상되어 유동성 불량에 의한 열전달 지연 문제를 완전히 해결하게 되므로 저온 슬러지를 얇게 고온 슬러지 관과 접촉시키는 것이 효과적이다.

상기 저온 슬러지 이송장치(250)는 저온의 슬러지(S_L)가 상기 고온 슬러지관(240)의 외측면에 얇게 펴져서 이송되도록 함이 바람직하며, 이에 따라, 저온의 슬러지(S_L)와 상기 고온 슬러지관(240)과의 열전달이 더욱 효과적으로 이루어지는 것이 가능해진다. 여기서, 상기 가압주입장치(270)는 저온의 슬러지에 압력을 가하여 유동성이 극히 불량한 상기 저온의 슬러지(S_L)를 유동화시켜 상기 저온 슬러지 이송장치(250)로 공급하도록 함이 바람직하다.

상세히, 상기 접촉식 열교환 유니트(200)에는 구조물을 이루는 설치 프레임(230)이 구비되며, 상기 설치 프레임(230)에는 내측으로 고온의 슬러지(S_H)가 이동하고 회전이 가능하도록 상기 고온 슬러지관(240)이 설치된다.

이를 위해, 상기 고온 슬러지관(240)은 회전드럼(241), 유입부(245) 그리고 배출부(248)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

여기서, 상기 회전드럼(241)은 상기 고온 슬러지관(240)의 몸체를 형성하는데, 고온의 슬러지(S_H)가 이동할 수 있도록 내측에는 공간(242)이 형성되고, 고온의 슬러지의 높은 압력에 견딜 수 있도록 압력에 강한 원통형으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 회전드럼(241)의 외측면에는 상기 회전드럼(241)의 원주방향을 따라서 소정의 깊이로 홈(243)이 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 홈(243)의 깊이는 2~5mm일 수 있다.

또한, 상기 홈(243)은 상기 회전드럼(241)의 양단부로부터 각각 소정의 거리만큼 떨어져 형성됨이 바람직한데, 이에 따라 상기 회전드럼(241)의 양단부에 남아있게 되는 상기 회전드럼(241)의 원래의 외측면은 후술할 벨트(253)가 밀착하게 되는 밀착면(247)을 이루게 된다.

그리고, 상기 회전드럼(241)의 일측에는 상기 유입부(245)가 구비되는데, 상기 회전드럼(241)의 회전축 역할이 가능하도록 상기 유입부(245)는 상기 회전드럼(241)의 중심부에 축방향으로 구비됨이 바람직하다.

상기 유입부(245)의 내측에는 상기 회전드럼의 내측 공간(242)에 연통되도록 유로(246)가 형성될 수 있으며, 고온의 슬러지(S_H)는 상기 유로(246)를 통해 유입되어 상기 회전드럼(241)의 내측 공간(242)으로 이동할 수 있게 된다.

또한, 상기 회전드럼(241)의 타측에는 상기 배출부(248)가 구비되는데, 상기 유입부(245)와 마찬가지로 상기 회전드럼(241)의 회전축 역할이 가능하도록 상기 배출부(248)도 상기 회전드럼(241)의 중심부에 축방향으로 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 배출부(248)의 내측에는 상기 회전드럼(241)의 내측 공간(242)에 있으면서 열교환되어 냉각된 슬러지(S₁)가 배출될 수 있도록 유로(249)가 형성됨이 바람직한데, 이때, 상기 유로(249)는 상기 회전드럼(241)의 내측 공간(242)과 연통됨은 물론이다.

여기서, 상기 회전드럼(241)은 내측 공간(242)의 내측지름(D₁)이 상기 유입부(245) 및 상기 배출부(248)에 형성된 각 유로(246,249)의 내측지름(D₂,D₃)보다 크게 형성됨이 바람직하다.

이를 통해, 상기 유입부(245)를 통해 유입된 고온의 슬러지(S_H)가 상기 회전드럼(241)의 내측 공간(242)에 대량으로 수용되고 체류하는 시간도 연장될 수 있게 되며, 유동성이 좋은 고온 슬러지는 대류 작용에 의하여 열전달이 잘 이루어지기 때문에 고온의 슬러지와 상기 회전드럼(241)과의 열교환 효율이 향상될 수 있어 상기 회전드럼(241)이 효과적으로 가열될 수 있게 된다.

또한, 상기 회전드럼(241)은 열전달율이 우수한 재질로 이루어짐이 바람직하다.

한편, 상기 유입부(245) 및 상기 배출부(248)에는 각각 베어링조립체(231)가 결합될 수 있으며, 이를 통해, 상기 고온 슬러지관(240)은 상기 유입부(245) 및 상기 배출부(248)를 회전축으로 하여 회전하면서 고온 슬러지 유입과 배출이 가능해지게 된다.

여기서, 상기 베어링조립체(231)는 로터리 조인트나 배관 등의 다양한 구성요소를 포함하여 이루어질 수 있으며, 특정한 구성요소로 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기 설치 프레임(230)의 일측에는 동력을 제공하는 제1구동모터(235)가 구비되며, 상기 제1구동모터(35)의 구동축에는 제1기어부(32)가 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기 제1기어부(32)는 상기 배출부(248)에 구비되는 제2기어부(236)와 기어결합됨이 바람직하며, 이를 통해, 상기 제1구동모터(235)에서 제공되는 동력에 의해 상기 고온 슬러지관(240)은 회전이 가능하게 된다.

한편, 상기 고온 슬러지관(240)의 외측에는 상기 저온 슬러지 이송장치(250)가 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 저온 슬러지 이송장치(250)는 노즐(255), 롤러 그리고 벨트(253)를 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 롤러는 상기 회전드럼(241)의 길이에 대응되는 길이로 형성되어 상기 회전드럼(241)의 외측에 구비되되, 상기 회전드럼(241)의 둘레를 따라 다수개가 구비될 수 있는데, 지지롤러(251), 도포롤러(251a) 그리고 분리롤러(251b)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

이때, 상기 각 롤러(251,251a,251b)는 상기 각 롤러(251,251a,251b)의 회전축인 제1회전축(252)의 축방향이 상기 회전드럼(241)의 축방향과 평행한 상태를 이루도록 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 각 롤러(251,251a,251b)에는 상기 벨트(253)가 일방향으로 이동가능하도록 연결됨이 바람직한데, 이를 위해, 상기 지지롤러(251)는 상기 벨트(253)가 상기 회전드럼(241)과 분리된 구간에서 상기 벨트(253)가 이동할 수 있도록 상기 벨트(253)를 지지하게 된다.

또한, 상기 도포롤러(251a)와 상기 분리롤러(251b)는 상기 회전드럼(241)의 일측에 거의 근접하도록 구비될 수 있는데, 보다 바람직하게는 상기 도포롤러(251a)와 상기 분리롤러(251b)는 상기 벨트(253)의 두께에 대응되는 간격만큼 상기 회전드럼(241)의 외측면으로부터 이격되어 구비됨이 바람직하다.

이를 통해, 상기 벨트(253)는 상기 각 롤러(251,251a,251b)와 상기 회전드럼(241)에 연결되어 이동할 수 있게 된다.

이때, 상기 회전드럼(241)에 연결되어 이동하는 상기 벨트(253)의 일부분은 상기 회전드럼(241)의 외측면, 더욱 정확하게는 상기 회전드럼(241)의 양단부에 형성된 상기 밀착면(247)에 밀착되도록 연결됨이 바람직하다.

이에 따라, 상기 홈(243)의 상부는 상기 회전드럼(241)에 밀착되는 벨트(253)에 의해 덮히게 되고, 결과적으로는 상기 홈(243)과 상기 벨트(253)에 의하여 공간이 형성되게 된다.

그리고, 상기 공간을 통해서는 저온의 슬러지가 얇게 도포되어 상기 회전드럼(241)에 밀착된 상태로 이송되게 된다.

이를 위해, 상기 벨트(253)는 폭이 상기 홈(243)의 폭보다는 크고, 상기 회전드럼(241)의 길이보다는 작게 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 도포롤러(251a)와 상기 분리롤러(251b)가 상기 벨트(2253)의 두께에 대응되는 간격만큼 상기 회전드럼(241)의 외측면으로부터 이격되어 구비됨에 따라, 상기 밀착면(247)과 상기 벨트(253)와의 밀착면적이 넓어지고, 상기 밀착면(247)과 벨트(253)와의 밀착력도 증가될 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 제1구동모터(235)로부터 동력을 전달받아 상기 회전드럼(241)이 회전하게 되면, 상기 회전드럼(241)과의 마찰력에 의해 상기 벨트(253)는 상기 회전드럼(241)의 회전방향으로 이동하게 된다.

그리고, 상기 벨트(253)가 이동함에 따라 각각의 롤러(251,251a,251b)도 이동하는 벨트(253)와의 마찰력에 의해 각각의 제1회전축(252)을 중심으로 회전하게 된다.

여기서, 하나 이상의 롤러에는 상기 벨트(253)의 이동에 따른 마찰력에 의한 회전뿐만이 아니라, 그 자체에 회전동력이 공급되어 별도의 회전이 가능하도록 하기 위한 동력장치가 더 연결될 수도 있다.

한편, 상기 도포롤러(251a)와 상기 분리롤러(251b)의 사이에는 상기 노즐(255)이 구비됨이 바람직하다.

이때, 상기 노즐(255)은 상기 회전드럼(241)의 길이에 대응되는 폭으로 형성될 수 있는데, 더욱 바람직하게는 상기 홈(243)의 폭에 대응되는 폭으로 형성될 수 있으며, 내측으로는 저온의 슬러지(S_L)가 이송되게 된다.

그리고, 상기 회전드럼(241)을 향하는 상기 노즐(255)의 일측에는 내측에서 이송되는 저온의 슬러지(S_L)가 분사되도록 하는 분사부(256)가 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 분사부(256)는 상기 도포롤러(251a)를 지나 상기 회전드럼(241)의 외측면에 밀착되면서 이동하는 벨트(253)와 상기 회전드럼(241)에 형성된 홈(243)의 사이에 위치됨이 바람직하다.

또한, 상기 분사부(256)는 상기 회전드럼(241)의 회전방향을 향하도록 형성되고, 상기 홈(243)의 폭에 대응되는 폭으로 형성됨이 바람직하다.

이를 통해, 상기 분사부(256)를 통해서 분사되는 저온의 슬러지(S_L)는 상기 도포롤러(251a)에 의해 가압되어 얇게 펴지면서 상기 홈(243)으로 균일하게 공급될 수 있게 된다.

그리고, 상기 홈(243)에 얇게 도포 삽입된 저온의 슬러지는 상기 회전드럼(241)이 회전하고 상기 벨트(253)가 연동하여 이동함에 따라 상기 홈(243)에 얇게 도포된 상태로 이동할 수 있게 된다.

여기서, 상기 회전드럼(241)은 상기 회전드럼(241)의 내측 공간(242)에서 이동하는 고온의 슬러지(S_H)에 의해 가열된 상태이므로, 상기 홈(243)에 수용되어 상기 회전드럼(241)에 밀착되어 이동하는 저온의 슬러지(S_L)는 상기 회전드럼(241)과의 열교환을 통해 점점 가열되어 진다.

그리고 이때, 상기 홈(243)에 공급되는 저온의 슬러지(S_L)는 상기 홈(243)의 상부를 덮는 벨트(253)와의 사이에서 얇은 막으로 도포되어 이송되게 됨으로써 두께에 반비례하여 열에너지가 전도되고 동시에 가열될 슬러지의 양도 적어지기 때문에 가열 효과는 그 제곱으로 증가하기 때문에 상기 회전드럼(241)과 더욱 효과적으로 열교환될 수 있어 빠른 가열이 가능해지게 된다.

더욱이, 상기 회전드럼(241)의 내측지름(D₁)이 상기 유입부(245) 및 배출부(248)에 형성된 각 유로(246,249)의 내측지름(D₂,D₃)보다 크게 형성되어 유입된 고온의 슬러지(S_H)의 수용양과 잔류시간을 늘려 상기 회전드럼(241)의 고온화가 효과적으로 이루어짐에 따라, 저온의 슬러지(S_L)의 가열이 보다 효과적으로 이루어질 수 있게 된다.

그리고, 상기 회전드럼(241)의 내측에서 이동하는 고온의 슬러지(S_H)는 상기 회전드럼(241)을 통해 저온의 슬러지(S_L)로 열을 전달함으로써 냉각되어 감온된 슬러지(S₁)가 되어 상기 배출부(248)를 통해 배출되게 된다.

이때, 상기 고온 슬러지관(240)을 통과하는 고온의 슬러지(S_H)와 상기 노즐(255)에서 공급되는 저온의 슬러지(S_L)는 연속적으로 이송됨이 바람직하며, 이에 따라서, 고온의 슬러지가 냉각되고, 저온의 슬러지가 가열되는 공정은 연속적으로 이루어질 수 있게 된다.

한편, 상기 회전드럼(241)에 연결되어 이동하던 벨트(253)는 상기 분리롤러(251b)를 거치면서 상기 회전드럼(241)으로부터 이탈되게 되는데, 이를 통해, 상기 홈(243)에 얇게 도포되어 이송되던 슬러지(S₂)도 상기 벨트(253)를 따라 이동하면서 상기 회전드럼(241)으로부터 이탈될 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 벨트(253)는 친수성을 가짐이 바람직한데, 이에 따라, 상기 홈(243)에 도포된 유동성이 불량한 저온의 슬러지는 친수성을 가지는 상기 벨트(253)에 부착되어 이동하는 성질이 강해져 상기 회전드럼(241)으로부터 용이하게 이탈될 수 있게 된다.

또한, 상기 회전드럼(241)의 표면은 발수처리가 됨이 바람직한데, 이를 통해, 상기 홈(243)에서 이동하는 슬러지는 상기 홈(243)의 표면에서 쉽게 떨어져 나가는 것이 가능해진다.

여기서, 상기 발수처리는 발수제 코팅 또는 발수 재질의 사용 등 다양한 방법으로 적용될 수 있으며, 상기 벨트도 친수성 코팅 또는 친수 재질의 사용 등 다양한 방법이 적용될 수 있다.

한편, 상기 분리롤러(251b)의 일측에는 상기 배출장치(260)가 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 배출장치(260)는 몸체부(261), 스크류(265), 분리판(266) 그리고 스크레이퍼(scraper)부(267)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

먼저, 상기 몸체부(261)는 상기 분리롤러(251b)의 길이방향으로 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 몸체부(261)의 상측에는 상기 노즐(255)의 하측에 위치되되, 상기 회전드럼(241)의 길이에 대응되고 상기 홈(243)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되어 상기 홈(243)을 가로막도록 상기 분리판(266)이 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기 분리롤러(51b)에 근접한 상기 몸체부(261)의 일측에는 상기 스크레이퍼부(267)가 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 스크레이퍼부(267)는 상기 분리롤러(251b)에 연결되어 이동하는 벨트(253)에 접하도록 구비됨이 바람직하다.

이에 따라서, 가열된 슬러지(S₂) 중 상기 분리롤러(51b)를 따라 이동하는 벨트(253)에 부착되어 상기 홈(243)으로부터 이탈되지 못하고 상기 홈(243)에 도포되어 이동되던 슬러지(S₂)는 상기 분리판(266)에 부딪혀 이동이 차단되면서 상기 홈(243)에서 이탈되게 되고, 상기 분리롤러(251b)에 연결되어 이동하는 벨트(253)에 의해 외측으로 이송되게 된다.

그리고, 상기 분리판(266)에 의해 상기 홈(243)으로부터 이탈되거나, 상기 벨트(253)에 부착되어 상기 홈(243)으로부터 이탈된 가열된 슬러지(S₂)는 상기 분리롤러(251b)에 연결되어 이동하는 벨트(253)를 따라 이송되다가 상기 스크레이퍼부(267)에 의해 긁혀지게 된다.

따라서, 상기 벨트(253)는 가열된 슬러지가 떨어져 나간 깨끗한 상태를 유지할 수 있게 되는데, 이에 따라, 저온의 슬러지와의 친수성이 유지될 수 있어 저온 슬러지의 안정적인 이동이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 상기 홈(243)에 잔존하는 가열된 슬러지가 상기 노즐(255)로부터 공급되는 새로운 저온의 슬러지와 섞여 저온 슬러지의 비율이 감소되는 것을 방지함으로써 가열되는 저온의 슬러지 양이 줄어드는 것도 방지할 수 있고, 상기 회전드럼(241)과 저온의 슬러지 사이에 바람직한 열교환 효율도 유지될 수 있게 된다.

상기 분리판(266)과 상기 스크레이퍼부(267)는 상기 몸체부(261)와 일체로 형성되거나, 각각 별도로 이루어져서 상기 몸체부(261)에 구비될 수 있다.

또한, 상기 스크레이퍼부(267)는 상기 스크레이퍼부(267)에 의해 긁히게 되는 벨트(253)가 파손되는 것이 방지되도록, 상기 벨트(253)에 접하는 부분이 라운딩 처리되거나, 합성수지나 합성고무 등과 같이 강도 및 경도 등이 낮은 재질로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 스크레이퍼부(267)에 의해 긁혀져 벨트(253)로부터 떨어져나온 가열된 슬러지(S₂)는 상기 몸체부(261) 내측으로 이동하게 된다.

그리고, 상기 몸체부(261)의 내측에는 상기 스크류(265)가 구비됨이 바람직한데, 상기 스크류(265)는 제2회전축(263)을 중심으로 회전하면서, 유입된 가열된 슬러지(S₂)를 일방향으로 이송하여 배출하게 된다.

나아가, 상기 몸체부(261)의 일단부에는 가압주입장치(270)가 연결됨이 바람직하며, 상기 스크류(265)에 의해 이송 배출되는 슬러지는 상기 가압주입장치(270)에서 다시 가압하면 유동화되어 배관을 통해 다른 열교환 유니트나 가열유니트로 이송될 수 있다.

도 13내지 도 17을 참조하여 상기 접촉식 열교환 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고온 슬러지관(240)의 내측으로 고온의 슬러지가 이송되도록 한다. 이에 따라, 상기 고온 슬러지관(240)은 내측으로 이송되는 고온의 슬러지에 의해 가열되게 된다.

그리고, 상기 고온 슬러지관(240)의 외측면에는 저온의 슬러지가 공급되도록 한다.

이에 따라, 가열된 고온 슬러지관(240)과 저온의 슬러지 사이에는 접촉에 의한 열교환이 이루어지게 되어 저온의 슬러지가 가열되게 된다.

여기서, 공급되는 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지관(240)의 외측면에 얇게 도포되어 이송됨이 바람직한데, 이를 통해, 상기 고온 슬러지관(240)과 저온의 슬러지와의 접촉면적이 증가되어 더욱 높은 열전달이 이루어질 수 있어 저온 슬러지가 보다 효과적으로 가열될 수 있다.

그리고, 상기 고온 슬러지관(240)의 내측으로 이송되는 고온의 슬러지는 계속해서 상기 고온 슬러지관(240)으로 열을 전달함으로써 냉각되게 된다.

한편, 상기 접촉식 열교환 유니트는 두 대 이상이 직렬로 연결되어 사용될 수 있다.

이 경우, 각각의 접촉식 열교환 유니트는 고온의 슬러지의 흐름이 연결되도록 하고, 저온의 슬러지의 이동이 연결되도록 배치됨이 바람직하며, 이를 통해, 각 슬러지 간에 연속적인 열교환이 이루어질 수 있어 더욱 증가된 열교환 효과를 얻을 수 있다.

도 18 내지 도 20을 참조하여, 본 발명에 따른 슬러지 가수분해 시스템에 접촉식 열교환기의 다른 실시예를 설명한다.

도 18 내지 도 22에서 보는 바와 같이, 접촉식 열교환 유니트(120)는 가수분해된 고온의 유기물 슬러지가 이동하는 고온 슬러지 이송장치와, 가수분해될 저온의 유기물 슬러지가 이동하는 저온 슬러지 이송장치를 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 고온 슬러지 이송장치는 적어도 한 쌍의 제1,2 고온 슬러지관(121,122)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 각 제1,2 고온 슬러지관(121,122)의 외측면은 기어형상을 가지면서 서로 맞물려 회전할 수 있다.

그리고, 상기 저온 슬러지 이송장치는 수직으로 적층된 다수의 단위부재(126)를 포함하여 이루어질 수 있는데, 상기 단위부재(126)는 하우징(127), 저온 슬러지 유입구(126a) 그리고 저온 슬러지 배출구(126b)를 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 하우징(127)은 내부에 공간을 형성하며, 상기 내부 공간상에는 상기 한 쌍의 제1,2 고온 슬러지관(121,122)이 구비되게 된다.

그리고, 상기 저온 슬러지 유입구(126a)를 통해서는 저온의 슬러지가 유입되게 되며, 상기 저온 슬러지 배출구(126b)로는 승온된 저온의 슬러지가 배출되게 된다.

또한, 상기 고온 슬러지 이동장치의 열이 저온 슬러지 이동장치로 잘 전달될 수 있도록 제1,2 고온 슬러지관(121,122)은 열전도성이 양호한 금속으로 만들어지는 것이 바람직하다.

접촉식 열교환 유니트(120)는 주로 100 미만(즉, 1기압 미만)에서 점성이 큰 저온의 유기물 슬러지를 접촉식으로 열교환하는 유니트로서, 점성이 큰 유기물 슬러지의 특성에 맞도록 슬러지에 제1,2 돌출부(121a)(122a)를 이용하여 압력을 가하여 이동시키면서 제1,2 고온 슬러지관(121,122) 내부의 고온 유기물 슬러지와 제1,2 고온 슬러지관(121,122) 외부의 저온 유기물 슬러지 사이에 접촉식 열교환이 최대로 일어나도록 구성한 것이다.

즉, 저온의 유기물 슬러지가 제1,2 고온 슬러지관(121,122)과 최대한의 접촉면적을 유지하면서 상기 저온 슬러지 이송장치를 통하여 이동하고 고온의 유기물 슬러지가 제1,2 고온 슬러지관(121,122)을 통하여 이동하도록 함으로써 저온의 유기물 슬러지와 고온의 유기물 슬러지 사이에 열교환이 최대한으로 이루어질 수 있도록 한다.

고온 슬러지 이송장치는 가수분해된 고온의 유기물 슬러지가 이동되는 제1,2 고온 슬러지관(121,122) 및, 제1,2 고온 슬러지관(121,122)을 회전시키는 회전수단을 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 제1,2 고온 슬러지관(121,122)은 그 내부에 가수분해된 고온의 유기물 슬러지가 이동되는 관이다.

상기 가수분해된 고온의 유기물 슬러지는 증기식 열교환 유니트(도 5의 80)로부터 배출된 것일 수 있으며, 주입펌프(123)에 의하여 제1,2 고온 슬러지관(121,122)에 각각 주입된다.

이어서, 고온의 유기물 슬러지는 제1,2 고온 슬러지관(121,122)을 통하여 이동되면서 가수분해될 저온의 유기물 슬러지와의 열교환에 의하여 냉각된 후 고액분리장치로 배출될 수 있다.

상기 고온의 유기물 슬러지는 유동성이 매우 양호하여 제1,2 고온 슬러지관(121,122)을 통하여 용이하게 이동될 수 있다.

제1,2 고온 슬러지관(121,122)의 내부면은 가수분해된 고온 유기물 슬러지의 압력에 견디는 형태를 유지하면서 요홈(121b)(122b)이 반복적으로 형성된 구조가 바람직한데, 이것은 요홈(121b)(122b)이 반복적으로 형성된 구조가 열전달에 효과적이기 때문이다.

바람직하게, 제1 고온 슬러지관(121)의 외주면에 제1 고온 슬러지관(121)의 길이 방향을 따라 제1 돌출부(121a)가 형성되고, 제2 고온 슬러지관(122)의 외주면에 제2 고온 슬러지관(122)의 길이 방향을 따라 제2 돌출부(122a)가 형성된다.

제1,2 돌출부(121a)(122a)는 제1,2 고온 슬러지관(121,122)이 회전되는 경우에 저온의 유기물 슬러지를 제1 돌출부(121a) 사이에 수용하거나 제2 돌출부(122a) 사이에 수용한 상태에서 가열하면서 저온 슬러지 유입구(126a)에서부터 출구(126c) 쪽으로 효과적으로 이동시킨다.

상기 회전수단은 제1 고온 슬러지관(121)에 설치된 웜휠기어(124a)와, 구동모터(124b)에 의하여 회전되는 웜기어(124c) 및, 제1,2 고온 슬러지관(121,122)에 각각 설치된 맞물림 기어(124d)를 구비한다.

웜기어(124c)는 수직으로 설치되어 다수 개의 웜휠기어(124a)를 동시에 회전시킨다. 웜기어(124c)는 구동모터(124b)에 의하여 회전되고, 웜휠기어(124a)는 웜기어(124c)와 맞물려서 회전되어 제1 고온 슬러지관(121)을 회전시킨다.

제1 고온 슬러지관(121)이 회전되면 맞물림 기어(124d)에 의하여 제1,2 고온 슬러지관(121,122)이 함께 회전된다.

제1,2 고온 슬러지관(121,122)이 함께 회전되면, 제1,2 돌출부(121a)(122a)에 의하여 저온의 유기물 슬러지가 저온 슬러지 유입구(126a)에서부터 저온 슬러지 배출구(126b) 쪽으로 이동된다.

바람직하게, 상측과 하측의 제1 고온 슬러지관(121)은 서로 연결되고, 상측과 하측의 제2 고온 슬러지관(122)은 서로 연결된다.

즉, 하측의 단위부재(126)의 이동공간(126c)을 경유하는 제1 고온 슬러지관(121)의 끝단은 상측의 단위부재(126)의 이동공간(126c)을 경유하는 제1 고온 슬러지관(121)의 끝단과 제1 연결관(127a)에 의하여 서로 연결된다.

또한, 하측의 단위부재(126)의 이동공간(126c)을 경유하는 제2 고온 슬러지관(122)의 끝단은 상측의 단위부재(126)의 이동공간(126c)을 경유하는 제2 고온 슬러지관(122)의 끝단과 제2 연결관(127b)에 의하여 서로 연결된다.

상기 제1 연결관(127a)과 제1 고온 슬러지관(121) 사이에는 로터리 조인트(미도시)가 설치되고, 제2 연결관(127b)과 제2 고온 슬러지관(121) 사이에는 로터리 조인트(미도시)가 설치된다.

로터리 조인트는 회전하는 관과 고정된 관을 서로 연결하기 위해서 사용되는 장치로, 여기서는 설명을 생략하기로 한다.

이와 같이, 상,하측의 제1 고온 슬러지관(121)이 서로 연결되고, 상,하측의 제2 고온 슬러지관(122)이 서로 연결되어 있기 때문에 주입펌프(123)에 의하여 주입된 고온의 유기물 슬러지는 아래에서부터 위로 이동된다.

최상단의 제1,2 고온 슬러지관(121,122)으로부터 배출된 고온의 유기물 슬러지는 고액분리기(90)로 이동된다.

상기 저온 슬러지 이송장치는 수직으로 적층된 다수의 단위부재(126)를 포함한다.

상기 단위부재(126)는 저온의 유기물 슬러지가 유입되는 저온 슬러지 유입구(126a)와, 저온의 유기물 슬러지가 배출되는 저온 슬러지 배출구(126b) 및, 저온 슬러지 유입구(126a)와 저온 슬러지 배출구(126b) 사이에 형성된 이동공간(126c)을 포함한다.

상기 저온 슬러지 유입구(126a)는 상측에 설치된 단위부재(126)의 저온 슬러지 배출구(126b)와 연결되고 상기 저온 슬러지 배출구(126b)는 하측에 설치된 단위부재(126)의 저온 슬러지 유입구(126a)와 연결되며, 저온 슬러지 유입구(126a)를 통하여 유입된 저온의 유기물 슬러지는 저온 슬러지 배출구(126b)로 이동되는 동안에 제1,2 고온 슬러지관(121,122)에 의하여 가열된다.

제1,2 고온 슬러지관(121,122)은 이동공간(126c)을 따라 설치된다.

상기 저온의 유기물 슬러지는 유기물 슬러지 저장탱크로부터 이동된 후, 최상단에 위치한 단위부재(126)의 저온 슬러지 유입구(126a)를 통하여 유입된다.

이어서, 저온의 유기물 슬러지는 이동공간(126c)과 저온 슬러지 배출구(126b)를 경유하여 아래의 단위부재(126)로 이동한다.

이때, 제1,2 돌출부(121a)(122a)에 의하여 저온의 유기물 슬러지의 상기 이동이 촉진된다.

상기 이동공간(126c)을 경유하는 동안에 저온의 유기물 슬러지는 제1,2 고온 슬러지관(121,122)에 의하여 가열된다.

최하단 단위부재(126)의 저온 슬러지 배출구(126b)를 통하여 배출된 저온의 유기물 슬러지는 배출펌프(129)에 의하여 증기식 열교환 유니트(80)로 이동된다.

위에서 설명한 바와 같이, 고온의 유기물 슬러지는 제1,2 고온 슬러지관(121,122)의 하단에서 주입된 후 상단에서 배출되고 저온의 유기물 슬러지는 최상단의 단위부재(126)에서 주입된 후 최하단의 단위부재(126)를 통하여 배출되는 것이 바람직한데, 이것은 고온의 유기물 슬러지는 가수분해가 완료되어서 유동성이 크기 때문에 아래에서 위로 용이하게 이동될 수 있기 때문이다.

또한, 고온의 유기물 슬러지와 저온의 유기물 슬러지가 서로 반대방향으로 이동하면 열교환에 필요한 온도 차이를 일정하게 유지할 수 있기 때문에 열교환이 잘 이루어질 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

도 1은 물의 증기압 곡선 및, 물의 온도와 열에너지의 관계를 보여주는 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 슬러지 가수분해 시스템에 대한 일 실시예를 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 슬러지 가수분해 시스템에 구비된 슬러지 가열 유니트에 대한 일 실시예를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 슬러지 가수분해 시스템에 구비된 슬러지 가열 유니트에 대한 다른 실시예를 나타내는 도면.

도 5는 도 4의 슬러지 가열 유니트에 대한 주요부의 단면도.

도 6은 도 4의 슬러지 가열 유니트에 구비된 가열용기의 단면도.

도 7은 도 6의 가열용기에 구비된 슬러지 이송장치의 분해 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 슬러지 가수분해 시스템에 구비된 증기식 열교환 유니트를 나타낸 사시도.

도 9는 본 발명에 따른 슬러지 가수분해 시스템에 구비된 증기식 열교환 유니트의 내부구조를 나타낸 단면도.

도 10는 도 8의 증기식 열교환 유니트에 구비된 고온 슬러지 주입장치를 나타낸 부분 절개 사시도

도 11은 본 발명에 따른 열교환 유니트에 구비된 고온 슬러지 주입장치의 다른 실시예를 나타내는 분해사시도.

도 12은 도 10의 고온 슬러지 주입장치가 조립된 상태에서의 단면도.

도 13은 본 발명 따른 가수분해 시스템에 구비된 따른 접촉식 열교환 유니트의 일 실시예에 대한 요부를 나타내는 도면.

도 14는 본 발명 따른 가수분해 시스템에 구비된 따른 접촉식 열교환 유니트의 일 실시예를 나타낸 사시도.

도 15는 도 14의 접촉식 열교환 유니트의 일부를 절개한 부분절개 사시도.

도 16은 도 14의 A-A선 단면 사시도.

도 17은 도 14의 접촉식 열교환 유니트의 작동 상태를 나타낸 작동상태도.

도 18은 본 발명 따른 가수분해 시스템에 구비된 따른 접촉식 열교환 유니트의 다른 실시예를 나타낸 사시도.

도 19는 도 18의 접촉식 열교환 유니트를 나타낸 단면도.

도 20은 도 18의 접촉식 열교환 유니트에 구비된 단위부재를 나타낸 사시도.

도 21은 도 18의 접촉식 열교환 유니트에 구비된 회전수단을 나타낸 평면도.

도 22는 도 20의 B-B선 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명>

100: 유기물 슬러지 저장탱크 200: 접촉식 열교환 유니트

300: 증기식 열교환 유니트 400: 가열 유니트

410: 분배장치 420: 가압주입장치

430: 가열용기 440: 배출용기

450: 가수분해 용기 460: 슬러지 이송장치

Claims

공급된 증기에 의하여 슬러지가 가열되고 가수분해되어 고온 슬러지로 배출되는 가열 유니트;

상기 가열유니트로부터 주입된 고온 슬러지가 용기 내부와의 압력차이로 인하여 수증기를 발생시키면서 냉각되고, 상기 용기 내부로 주입된 저온 슬러지는 상기 수증기와의 접촉하여 승온되는 증기식 열교환 유니트; 그리고,

외부에서 공급된 저온 슬러지와 상기 증기식 열교환 유니트로부터 배출된 고온 슬러지가 서로 혼합되지 않은 상태에서 열전도를 통하여 열교환 되는 접촉식 열교환 유니트를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
공급된 증기에 의하여 슬러지가 가열되고 가수분해되어 배출되는 가열 유니트;

100 이하의 온도에서 저온 슬러지와 고온 슬러지가 서로 혼합되지 않은 상태에서 열전도를 통하여 열교환 되는 접촉식 열교환 유니트; 그리고,

상기 접촉식 열교환 유니트에서 승온되어 배출되는 저온 슬러지와 상기 가열유니트에서 배출되는 고온 슬러지가 수증기를 통하여 100 이상의 온도를 가지는 내부 공간에서 열교환 되는 증기식 열교환 유니트를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 가열 유니트의 가수분해 용기와 상기 증기식 열교환 유니트의 저온 열교환 용기에는 물의 증기압 곡선의 경계상태에 있는 수증기가 채워지고, 상기 용기 내부로 주입된 저온 슬러지가 상기 용기 내부를 이동하면서 상기 수증기와 접촉하게 되어 상기 수증기는 응축하게 되고 상기 저온 슬러지의 표면은 가열되는 증기 접촉 가열에 의하여 가열되는 것을 특징으로 하는 슬러지 가수분해 시스템.
제3항에 있어서,

상기 수증기를 이용하여 상기 저온 슬러지를 가열할 때 상기 수증기의 압력은 상기 가수분해 용기 및 상기 저온 열교환 용기에서 가열하고자 하는 온도의 증기압과 실질적으로 동일하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 슬러지 가수분해 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 접촉식 열교환 유니트는

내측으로 상기 고온 슬러지가 이동되는 고온 슬러지관;

상기 고온 슬러지관의 외측면에 상기 저온 슬러지를 얇게 밀착 이동시키는 제1 저온 슬러지 이송장치를 포함하며, 상기 저온 슬러지는 상기 고온 슬러지관의 외측면에 접촉되어 이동하면서 가열되고 상기 고온 슬러지는 상기 고온 슬러지관의 내측면에 접촉하여 냉각되는 슬러지 가수분해 시스템.
제5항에 있어서,

상기 제1 저온 슬러지 이송장치는

상기 고온 슬러지관의 둘레를 따라 구비되는 다수 개의 롤러와;

상기 고온 슬러지관과 상기 롤러에 연결되되, 일부분이 상기 고온 슬러지관의 외측면에 밀착되어 상기 고온 슬러지관이 회전함에 따라 연동하여 이동하는 벨트를 포함하며, 상기 저온 슬러지는 상기 고온 슬러지관과 상기 벨트 사이에서 상기 고온 슬러지관의 외측면을 따라 이동되는 슬러지 가수분해 시스템.
제5항에 있어서,

상기 제1 저온 슬러지 이송장치는 내부 공간상에 외측면에 기어형상을 가지는 한 쌍의 고온 슬러지관이 설치되는 단위부재를 포함하며,

상기 단위부재는 내부에 공간을 형성하는 케이스와, 상기 저온 슬러지가 유입되는 저온 슬러지 유입구와, 승온된 저온 슬러지가 배출되는 저온 슬러지 출구를 포함하고, 상기 한 쌍의 고온 슬러지관이 서로 맞물려 회전함에 따라 상기 저온 슬러지는 상기 고온 슬러지관의 외측면에 접촉되어 상기 고온 슬러지관의 외측면과 상기 케이스의 내측면 사이를 따라 이동하면서 승온되고, 상기 고온 슬러지는 냉각되는 것을 특징으로 하는 슬러지 가수분해 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 저온 슬러지가 이동되는 유로 상에 설치되어, 상기 저온 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입수단과 상기 주입수단을 경유한 저온 슬러지를 가압하는 가압수단을 갖는 가압주입장치를 더 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
제8항에 있어서,

상기 주입수단은

상기 저온 슬러지가 자체하중에 의하여 하부로 유입되도록 하는 입구와, 상기 저온 슬러지가 배출되는 배출구를 갖는 케이스;

상기 케이스 내부에 설치되고, 서로 기어 결합되어 회전하면서 상기 입구에서 유입된 저온 슬러지를 상기 배출구 방향으로 밀어내는 한 쌍의 회전체를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
제3항에 있어서,

상기 증기식 열교환 유니트는

주입 전의 높은 압력에서 주입 후에 낮아지는 압력으로 인한 압력 차이에 의하여 고온 슬러지가 수증기를 발생시키면서 냉각되어 배출되는 고온 열교환 용기;

주입된 저온 슬러지가 이동하면서 상기 수증기와 접촉되고 상기 수증기의 응축에 의하여 승온되어 배출되는 저온 열교환 용기; 그리고,

상기 수증기가 상기 고온 열교환 용기에서 상기 저온 열교환 용기로 이동할 수 있는 통로를 제공하는 연통부를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
제10항에 있어서,

상기 저온 열교환 용기의 주입부로 주입된 저온 슬러지를 상기 저온 열교환 용기의 배출부로 이송시키는 제2 저온 슬러지 이송장치를 더 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
제11항에 있어서,

상기 제2 저온 슬러지 이송장치는

일측 끝단은 상기 저온 열교환 용기의 주입부와 대응되는 위치에 설치되고, 타측 끝단은 상기 저온 열교환 용기의 배출부와 대응되는 위치에 설치되는 컨베이어 벨트를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
제11항에 있어서,

상기 제2 저온 슬러지 이송장치는

상기 저온 슬러지를 상기 저온 열교환 용기의 내벽 방향으로 밀어내면서 하부로 이송시키는 제1 회전체;

상기 저온 슬러지를 상기 저온 열교환 용기의 중심방향으로 끌어들이면서 하부로 이송시키는 제2 회전체; 그리고,

상기 제1 회전체와 상기 제2 회전체를 회전시키는 회전축을 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
제11항에 있어서,

상기 저온 열교환 용기로 주입된 저온 슬러지를 상기 저온 슬러지 이송장치의 상부로 분산하기 위한 분배장치를 더 포함하며,

상기 분배장치는 상기 저온 열교환 용기의 상부를 관통하여 설치되며 저온의 슬러지가 주입되는 고정 주입관과, 상기 고정주입관과 연통되며 회전하는 주입탱크와, 상기 고정 주입관과 상기 주입탱크를 연결하기 위한 연결장치와, 상기 주입탱크의 중심축에서 이격되며 상기 저온 슬러지 이송장치의 상부와 대응되는 위치에 설치되는 노즐을 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
제10항에 있어서,

상기 고온 열교환 용기의 주입부에 설치되는 고온 슬러지 주입장치를 더 포함하며,

상기 고온 슬러지 주입장치는 길이방향으로 복수 개의 저장공이 관통되어 형성된 회전부;

상기 회전부의 상부에 설치되고, 상기 저장공 중 어느 하나와 대응되는 제1 관통공이 형성된 상부덮개; 그리고,

상기 회전부의 하부에 설치되며, 상기 제1 관통공과 대응되는 저장공을 제외한 다른 저장공 중의 어느 하나와 대응되는 제2 관통공이 형성된 하부덮개를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
제10항에 있어서,

상기 고온 열교환 용기의 주입부에 설치되는 고온 슬러지 주입장치를 더 포함하며, 상기 고온 슬러지 주입장치는 고온 슬러지가 주입되는 밸브를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
제3항에 있어서,

상기 가열 유니트는

유입된 슬러지가 수증기로 채워진 공간상에서 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가수분해 되는 가수분해 용기;

상기 가수분해 된 슬러지가 배출되는 통로를 형성하는 배출용기;

상기 가수분해 용기의 내부공간을 상기 슬러지가 채워지는 슬러지 공간과, 상기 슬러지 공간의 상부에 위치하면서 상기 수증기가 통과할 수 있는 수증기 공간으로 구획하기 위한 격벽; 그리고,

상기 슬러지 공간과 상기 수증기 공간을 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 슬러지를 교반시킴과 동시에 상기 슬러지를 상기 배출용기 방향으로 이동시키는 교반장치를 포함하며, 상기 슬러지는 상기 슬러지의 표면에 수증기가 응축되는 증기접촉가열에 의하여 가열되는 슬러지 가수분해 시스템.
제17항에 있어서,

상기 슬러지가 상기 가수분해 용기로 이송되기 전에 상기 슬러지가 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가열되도록 하는 가열용기를 더 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
제17항에 있어서,

상기 가수분해 용기의 내부 압력을 상기 슬러지의 가수분해 온도의 증기압과 실질적으로 동일한 압력으로 일정하게 유지하기 위한 제어장치를 더 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
물의 증기압 곡선의 경계상태에 있는 수증기를 용기 내부로 채우는 수증기 주입단계;

상기 용기 내부로 슬러지를 주입하는 슬러지 주입단계;

상기 슬러지를 상기 용기 내부에서 이동시키면서 상기 수증기와 접촉되도록 하여 상기 수증기를 응축시키는 접촉단계;

상기 수증기의 응축으로 인하여 상기 슬러지의 표면이 가열되는 가열단계; 그리고,

상기 수증기의 압력과 상기 용기에서 가열하고자 하는 상기 슬러지의 증기압은 실질적으로 동일하게 유지하는 단계를 포함하는 슬러지 가수분해 방법.
공급된 증기에 의하여 슬러지가 가열되고 가수분해되어 고온 슬러지로 배출 되는 가수분해단계;

상기 고온 슬러지가 낮은 압력을 가지는 용기 내부로 주입되면서 상기 용기 내부와의 압력차이로 인하여 수증기를 발생시키면서 냉각되고, 상기 용기 내부로 주입된 저온 슬러지는 상기 수증기와의 접촉하여 승온되는 증기 열교환 단계; 그리고,

외부에서 공급된 저온 슬러지와 상기 고온 슬러지가 서로 혼합되지 않은 상태에서 열전도를 통하여 열교환 되는 접촉 열교환 단계를 슬러지 가수분해 방법.
제21항에 있어서,

상기 가수분해 단계는

수증기로 용기 내부를 채우는 수증기 주입단계;

상기 용기 내부로 슬러지를 주입하는 슬러지 주입단계;

상기 용기 내부에 구비된 격벽에 의하여 형성되는 수증기 공간과 슬러지 공간에서 회전하는 교반장치에 의하여 상기 수증기와 상기 슬러지가 교반되면서 이동되는 교반단계; 그리고,

상기 수증기가 상기 슬러지의 표면에 접촉되어 응축되면서 상기 슬러지가 가열되는 증기접촉 가열단계를 포함하는 슬러지 가수분해 방법.
제21항에 있어서,

상기 접촉 열교환 단계는

고온 슬러지 관의 내측으로 고온의 슬러지가 이송되도록 하는 단계;

상기 고온 슬러지 관의 외측면에 저온의 슬러지를 공급하는 단계; 그리고

공급되는 상기 저온의 슬러지가 상기 고온 슬러지 관의 외측면에 얇게 도포되도록 하면서 저온의 슬러지를 이송시키는 단계를 포함하여 이루어지고,

상기 저온의 슬러지 이송단계에서, 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지 관에 접촉되어 이송되면서 가열되고 상기 고온의 슬러지는 냉각되는 슬러지 가수분해 방법.
제21항에 있어서,

상기 증기식 열교환 단계는

높은 압력의 고온 슬러지가 낮은 압력 상태의 고온 열교환 용기 내부로 유입되는 단계;

저온 열교환 용기로 저온의 슬러지가 유입되는 단계;

상기 고온 슬러지의 압력변화로 인하여 수증기가 발생되어 상기 고온의 슬러지가 냉각되는 단계; 그리고,

상기 수증기가 상기 저온의 슬러지와 접촉하여 응축되면서 상기 저온의 슬러지가 승온되는 단계를 포함하는 슬러지 가수분해 방법.