KR20140078960A - 열분해 기능을 가진 건조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 건조장치는 건조실 벽으로 둘러싸이고 피건조물을 수용하는 건조실; 건조실에 회동 가능하게 구비되어 피건조물을 교반하는 교반기; 건조실 상부에 설치되어 건조실에 복사열을 제공하여 피건조물을 가열하는 작용과 아울러 건조실에서 발생하는 유기물을 열분해하는 연소부; 건조실 내부 공기를 연소부 주위로 순환시켜 연소관의 복사열이 피건조물에 전달되는 것을 용이하게 하는 컨벡션 팬; 건조실에서 발생된 유기물을 포함한 증기가 유입되며, 증기를 냉각시켜 응축수로 만드는 응축기; 및 공기 압력차를 발생하여 건조실의 증기를 응축기로 유입되게 하고, 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물을 연소부로 보내는 블로워를 포함하여 구성된다. 본 발명이 제공하는 건조장치는 연소부가 피건조물을 가열하여 증기를 생성하는 기능뿐만 아니라 동시에 증기에 포함된 유기물을 열분해 하는 작용을 하여 에너지 효율이 높고 악취와 오염물질의 발생을 감소시킨다.

Description

열분해 기능을 가진 건조장치 {Drying Apparatus With Pyrolysis Function}

본 발명은 피건조물의 건조 처리시 생기는 악취나 유해물질의 발생을 줄이고, 에너지 효율이 높은 건조장치에 관한 것이다. 구체적으로는 음식물 쓰레기를 건조하는 과정에서 가열수단이 그 복사열로 쓰레기를 가열하여 증기를 생성하는 작용뿐만 아니라, 동시에 증기에 포함된 유기물을 열분해하는 기능을 가진 에너지 효율이 향상된 건조장치에 관한 것이다.

생활 폐기물은 재활용, 매립, 그리고 소각하는 방식으로 주로 처리된다. 수분이 많은 음식물 쓰레기는 매립하거나 소각할 경우 여러가지 환경문제가 발생한다. 따라서 음식물 쓰레기의 처리는 매립하거나 소각시키는 대신 사료, 퇴비, 또는 연료로서 재활용하는 것이 바람직하다. 음식물 쓰레기를 재활용하기 위해서는 일반적으로 쓰레기에 포함된 수분함량을 줄이는 건조 과정이 필요하다.

음식물 쓰레기의 건조는 건조실에서 쓰레기를 가열하고, 이 과정에서 발생하는 증기를 제거하여 건조실에 남는 잔유물의 수분함량과 부피를 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 증기에는 악취의 원인이 되는 유기물이 포함되어 있는데, 환경보호와 악취로 인한 불쾌감을 줄이기 위해 이러한 유기물의 제거가 필요하다.

음식물 쓰레기로부터 발생하는 악취의 원인이 되는 유기물을 제거하는 방법으로는 직접 연소법, 촉매 산화법, 활성탄 흡착법등이 이용되고 있으나, 촉매 산화법과 활성탄 흡착법등은 주기적으로 부품의 교체가 필요하고 악취를 유발하는 유기물을 완전히 제거하지 못하는 것으로 알려져 있다. 이에 비교하여 직접 연소법은 유기물을 고온하에서 산화 또는 열분해하여 탈취효과가 뛰어나다.

그러나 종래의 기술에 따른 직접 연소법을 채택한 건조장치는 음식물 쓰레기를 가열하여 증기를 발생하는 가열수단과 증기에 포함된 유기물을 처리하는 탈취수단이 각각 따로 구비되어 구조적으로 복잡하고 효율적이지 못하다. 또한 탈취수단이 단위 시간당 처리할 수 있는 유기물의 탈취효율이 낮아 전체적인 건조시간이 증가하는 단점이 있다.

따라서 건조 처리를 통해 음식물 쓰레기를 재활용하는 방법이 지속적이고 효과적인 쓰레기 처리방법이 되기 위해서는 음식물 쓰레기를 처리하는 장치의 건조효율을 높여 에너지 소모를 줄이고, 증기와 함께 생성되는 악취를 포함한 유기물을 효율적으로 제거할 수 있는 음식물 쓰레기 건조장치가 필요하다.

본 발명은 음식물 쓰레기와 같은 피건조물을 건조 처리할 때 생성되는 악취 및 오염물질을 열분해하여 정화하고, 이 열분해 과정에서 사용된 열원을 피건조물의 건조에도 이용하여 종래의 방법보다 에너지효율이 향상된 건조장치를 제공하고자 한다.

등록특허: 10-0337475 (음식물 쓰레기 처리 장치) 등록특허: 10-0454876 (음식물 쓰레기 처리 시스템) 등록특허: 10-0480700 (쓰레기 처리기) 등록특허: 10-0776311 (음식물 쓰레기 처리장치) 등록특허: 10-0990164 (음식물 쓰레기 처리장치) 등록특허: 10-1025554 (음식물 쓰레기 처리장치) 특허출원: 10-2012-0141567 (열분해 기능을 가진 음식물 건조기)

음식물 쓰레기의 건조 처리는 그 과정상 악취의 원인이 되는 유기물과 증기를 발생시켜 환경문제와 주민들의 불쾌감을 유발한다. 종래의 기술에 따른 음식물 쓰레기와 같은 피건조물을 처리하는 건조장치는 건조효율 또는 유기물의 탈취효율이 낮다. 본 발명은 피건조물을 처리하는 장치의 건조효율을 높여 에너지 소모를 줄이고, 증기와 함께 생성되는 악취를 포함한 유기물을 효율적으로 제거할 수 있는 건조장치를 제공한다.

본 발명에 따른 건조장치는 건조실 벽으로 둘러싸이고 피건조물을 수용하는 건조실; 건조실에 회동 가능하게 구비되어 피건조물을 교반하는 교반기; 건조실 상부에 설치되어 건조실에 복사열을 제공하여 피건조물을 가열하는 작용과 아울러 건조실에서 발생하는 유기물을 열분해하는 연소부; 건조실 내부 공기를 연소부 주위로 순환시켜 연소부의 복사열이 피건조물에 전달되는 것을 용이하게 하는 컨벡션 팬; 건조실에서 발생된 유기물을 포함한 증기가 유입되며, 상기 증기를 냉각시켜 응축수로 만드는 응축기; 공기 압력차를 발생하여 건조실의 유기물을 포함한 증기를 응축기로 유입되게 하고, 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물을 연소부로 보내는 블로워; 및 연소부을 빠져나오는 배기가스가 통과하여 건조실 하부를 가열시키기 위해 건조실 하부 외벽에 형성된 가열공간;으로 구성된다.

상기 연소부는 열을 발산하는 가열수단; 가열수단을 둘러싸는 중공이 형성된 관으로, 가열수단에 의해 가열되어 그 복사열을 건조실로 제공하여 교반되는 피건조물을 가열하는 작용을 하는 연소관; 및 가열수단과 연소관 사이에 형성된 공간으로 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물이 유입되어 열분해되는 연소공간;으로 구성된다. 연소공간과 연소관은 가열수단에 의해 적어도 700℃ 이상 가열되며, 피건조물로부터 발생한 유기물은 연소공간을 0.5 초 이상 체류하여 통과하면서 열분해 정화된다.

상기 설명한 구성요소 이외에도 건조장치는 연소부가 위치한 건조실 상부과 교반기 사이에 설치되어, 건조실 상부를 교반되는 피건조물로부터 분리하는 격벽; 가열공간에서 열교환을 통해 온도가 낮아진 배기가스가 가열공간으로부터 외부로 배기되는 것을 용이하게 하는 송풍기; 및 건조실의 온도와 습도를 감지하는 센서부를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 건조장치는 다음과 같은 과정을 통해 피건조물을 건조하고 동시에 유기물을 열분해 한다.

가열수단이 열을 발산하면 연소공간과 연소관이 가열되면서 연소부의 온도가 상승한다. 연소부의 복사열에 의해 상승된 건조실 상부 공기는 컨벡션 팬에 의해 건조실 중심부로 강제 대류되어 수용된 피건조물을 가열한다. 또한, 연소관을 빠져나오는 고온의 배기가스가 가열공간을 통과하는 과정에서 건조실 하부에 열을 전달하여 피건조물의 가열이 더욱 촉진된다. 피건조물은 건조실에 구비된 교반기에 의해 교반되고 건조실 내부와 외부에서 동시에 가열되어 건조가 진행되면서 유기물을 포함한 증기를 발생한다. 유기물을 포함한 증기는 블로워에 의해 조리실 외부에 설치된 응축기로 유입된다. 유기물을 함유한 증기는 응축기에서 냉각되며, 그 응축수는 활성탄에 의해 정화되어 외부로 배출된다. 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물은 블로워를 거처 연소관 입구 근처로 유입되어 연소공간을 통과하면서 열분해 된다. 연소공간에서 생성된 배기가스는 가열공간을 가열한 후 외부로 배기된다.

본 발명에 따른 건조장치는, 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 연소부가 건조실에 복사열을 제공하여 피건조물을 가열하는 작용과 아울러 건조실에서 발생하는 유기물을 열분해하는 수단으로도 작용하는 방식을 채택하였는바, 가열수단과 탈취수단이 각각 구비된 종래의 건조장치에 비하여 에너지 효율이 높고 구조가 간단하다.

둘째, 피건조물이 건조실 내부와 외부에서 동시에 가열되어 건조속도가 빠르다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 건조장치(10)의 전체적인 구성을 보여주는 개략 측단면도.
도 2 는 도 1 의 2-2 를 절개한 단면도.
도 3 은 도 1 의 3-3 을 절개한 단면도.

상기 목적외에 본 발명의 다른 특징 및 작용을 이하 실시예를 통해 상세히 설명하고자 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 건조장치(10)의 전체적인 구성을 보여주는 개략 측단면도이다.

도 2 는 도 1 의 2-2 를 절개한 단면도, 도 3 은 도 1 의 3-3 을 절개한 단면도이다.

건조실(20)은 피건조물을 수용하고 구비된 교반기(26)로 피건조물을 교반/파쇄하는 공간으로 건조실 벽(24)으로 둘러싸여 있으며, 피건조물을 넣을 수 있는 투입구(22)가 건조실 벽(24)에 설치된다.

건조실(20) 상부에는 건조실에 복사열을 제공하여 피건조물을 가열하는 작용과 아울러 건조실(20)에서 발생하는 유기물을 열분해하는 연소부(100)가 설치된다. 상기 연소부(100)는 가열수단(30), 연소관(40) 및 연소공간(35)으로 구성된다. 가열수단(30)은 화석 연료 또는 인가되는 전기를 사용하여 열을 발산한다. 연소관(40)은 건조실(20) 상부에 설치되며 가열수단(30)을 감싸는 중공이 형성된 관으로, 연소관(40)의 말단에는 입구와 출구가 형성되고, 연소관 입구쪽에는 가열수단(30)이 연결된다. 가열수단(30)은 연소관(40)의 일부에 의해 둘러싸여 있으며, 가열수단(30)과 연소관(40) 사이에 공기가 유동할 수 있는 연소공간(35)이 형성된다. 연소공간(35)과 연소관(40)은 가열수단(30)에 의해 적어도 700℃ 이상 가열되며, 연소관(40)은 그 복사열이 건조실(20) 중심부로 전달되어 피건조물이 가열되는 것을 촉진하고, 연소공간(35)에서는 피건조물로부터 발생한 유기물이 유입되어 열분해 정화된다.

가열수단(30)은 연료의 산화로 발생한 화염 또는 인가되는 전기에 연결된 히터(heater)로 구성되며, 가열수단(50)이 열을 발산하기 위해 필요한 에너지는 열원(90)으로부터 제공된다. 연소관(40) 입구에 설치된 열원(90)은 기체 또는 액체 형태의 화석 연료이거나 전원에 연결된 전선이다.

연소관(40)은 세라믹이나 내열금속 중에서 선택된 어느 하나의 재질이거나 또는 세라믹과 내열금속의 조합으로 이루어진다. 세라믹관의 외부를 내열금속으로 둘러싸아 연소관(40)을 형성할 경우, 세라믹으로만 이루어진 연소관보다 외부 또는 열에 의한 충격에 강하다.

컨벡션 팬(80)은 모터에 연결된 팬이 회전하면서 건조실(20)의 공기를 대류시키는 장치이다.

격벽(85)은 연소부(100)가 위치한 건조실(20) 상부를 피건조물이 교반되는 건조실(20) 중심부로부터 차단하기 위해 건조실 벽(24)에 구비된다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 건조실(20)의 공기는 컨벡션 팬(80)에 의해 건조실(20) 상부로 이동하고(라인 H1), 건조실(20) 상부에서 연소부(100) 주위를 통과한 공기는 건조실 중심부로 다시 유입되어(라인 H2) 피건조물에 열을 전달한다. 건조실(20) 중심부의 온도와 연소부(100) 주위의 온도는 최고 600℃ 또는 그 이상 차이가 있어서, 건조실(20) 공기가 컨벡션 팬(80)에 의해 연소부(100) 주위를 통과하면서 강제 대류되면 결과적으로 건조실(20) 중심부의 온도를 상승시켜 피건조물의 가열이 촉진되고, 피건조물로부터 유기물을 포함한 증기가 건조실(20)에 발생한다.

건조실(20)에 발생되는 유기물을 포함한 증기는 입구와 출구를 가지며 공기의 압력차를 만드는 블로워(60)에 의해 응축기(50)로 유입된다(라인 F1). 응축기(50)의 일측에는 응축기(50) 내부로 유입된 증기가 응축되는 것을 촉진하기 위해 응축기에 공기를 불어 냉각시키는 냉각팬(미도시)이 설치된다. 응축기(50)에서 증기가 냉각되어 생성된 응축수는 응축수 탱크(55)에 모여(라인 F2) 활성탄에 의해 정화되고 외부로 배출된다. 응축기(50)에서 응축되지 않은 증기와 유기물은 블로워(60) 입구(미도시)를 통해 블로워로 유입되고(라인 F3), 다시 블로워(60) 출구(미도시)를 통해 연소공간(35)으로 유입된다(라인 F4). 여기서 연소공간(35)으로 유입되는 증기와 유기물은 연소관(40) 입구 근처, 즉 가열수단(30)의 근원 가까이 유입되어 오염물질이 가열수단(30)과 접촉하며 이동하는 거리를 크게하여 열분해 효율을 향상시키는 것이 바람직하다.

악취성분을 포함한 유기물은 700℃ 이상으로 유지되는 연소공간(35)을 0.5 초 이상 체류하면서 통과하여 열분해되고, 정화된 공기와 연소관(40)에서 생성된 배기가스는 연소관(40) 출구를 향해 이동한다(라인 P1). 고온의 배기가스는 연소관(40) 출구를 통해 연소관을 빠져나오거나(라인 F5) 또는 건조실(20) 내부로 이동한다 (라인 P2).

블로워(60)는 건조실(20) 공기를 외부로 이동시키는 작용 이외에도, 건조실(20) 압력을 실내 압력보다 낮게 유지하여 건조실(20) 내부 공기가 외부로 확산되는 것을 방지한다. 또한 블로워(60)의 회전속도를 제어함으로서 건조실(20)의 압력을 조절하거나 또는 열분해 되는 유기물의 양을 조절할 수 있다.

건조실(20) 하부 외벽에는 연소관(40)을 빠져나오는 배기가스가 통과하여(라인 F6) 건조실(20) 하부를 가열시킬 수 있는 가열공간(70)이 형성된다. 가열공간(70)은 건조실(20) 하부 외벽을 따라 형성된 관에 의해 만들어진 이중관 구조의 내부공간이다. 연소관(40)을 통과한 배기가스는 100℃ 이상 온도를 유지하여 그 열을 가열공간(70)을 통해 건조실(20) 하부로 전달함으로서 건조실(20)에서 교반되는 피건조물의 가열을 촉진한다. 이와같이 피건조물은 컨벡션 팬(80)에 의한 건조실(20) 내부 공기의 강제대류 및 가열공간(70)을 통한 열전달등 내부와 외부에서 동시에 가열되어 건조 처리되는 속도가 빠르다.

건조실(20)에는 또한 건조실 온도와 습도를 감지하는 센서부(110)가 구비된다. 건조실 벽(24)에 설치된 센서부(110)는 건조실(20) 내부 온도와 공기에 포함된 습도를 감지하여, 건조실의 온도와 습도가 미리 설정된 기준 이상으로 상승하면 컨벡션 팬(80)의 작동을 중단하거나 또는 가열공간(70)으로 이동하는 배기가스의 흐름(라인 F6)을 정지하고 곧바로 외부로 배기(라인 F8)되도록 건조장치(10)를 조절하는 기능을 한다.

가열공간(70)에서 열교환을 통해 온도가 낮아진 배기가스는 가열공간 출구를 통해 외부로 배기된다(라인 F7). 배기가스가 건조실(20)에 효과적으로 열은 전달하기 위해 가열공간(70)은 공기가 건조실(20) 하부를 고루 순환하는 구조로 형성된다. 가열공간(70)내 공기가 건조실(20) 하부 외벽을 고루 순환하는 구조를 가질 경우, 가열공간(70)을 이동하는 공기의 흐름이 느려지거나 차단될 수 있다. 따라서 가열공간(70)에서 열교환을 통해 온도가 낮아진 배기가스가 가열공간(70)으로부터 외부로 배기되는 공기의 흐름(라인 F7)을 용이하게 하는 송풍기(75)가 가열공간 출구와 연결되게 설치된다.

연소관(40) 출구를 통해 배기된 배기가스는 (라인 F5) 가열공간(70)으로 이동하여 건조실(20) 하부에 열은 전달할 수도 있고(라인 F6), 또는 피건조물의 건조가 완료되어 더 이상 건조실(20)의 가열이 필요하지 않는 경우 곧바로 외부로 배기될 수 있다(라인 F8).

피건조물은 또한 컨벡션 팬(80)에 의한 건조실(20) 내부 공기의 강제대류에 의해서도 가열됨으로, 피건조물의 가열이 더 이상 필요하지 않는 경우 컨벡션 팬(80)을 정지시킴으로서 피건조물의 건조를 종료할 수 있다.

상기 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 건조장치(10)는 연소부(100)가 유기물을 열분해 하는 작용 이외에 건조실(20)에 복사열을 제공하여 피건조물을 가열하는 두가지 작용을 동시에 할 수 있지만, 필요할 경우에는 유기물을 열분해하는 작용만 선택적으로 할 수도 있다.

본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명은 후술하는 청구의 범위에 의해서만 단지 제한된다.

10: 건조장치 20: 건조실
22: 투입구 24: 건조실 벽
26: 교반기 30: 가열수단
35: 연소공간 40: 연소관
50: 응축기 55: 응축수 탱크
60: 블로워 70: 가열공간
75: 송풍기 80: 컨벡션 팬
85: 격벽 90: 열원
100: 연소부 110: 센서부
F1: 건조실에서 발생한 유기물을 포함한 증기가 응축기로 유입되는 흐름.
F2: 응축기에서 생성된 응축수가 응축수 탱크로 이동하는 흐름.
F3: 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물이 블로워 입구로 유입되는 흐름.
F4: 블로워 출구로 배기되는 증기와 유기물이 연소공간으로 유입되는 흐름.
F5: 정화된 공기를 포함한 고온의 연소가스가 연소관 출구를 통해 연소관을 빠져나오는 흐름.
F6: 연소관을 빠져나오는 연소가스가 가열공간으로 유입되는 흐름.
F7: 가열공간에서 열교환을 통해 온도가 낮아진 배기가스가 가열공간으로부터 배기되는 흐름.
F8: 연소관을 빠져나오는 연소가스가 외부로 배기되는 흐름.
H1: 건조실의 공기가 컨벡션 팬을 통해 건조실 상부로 유입되는 흐름.
H2: 건조실 상부로 유입되어 연소부에 의해 온도가 상승한 공기가 건조실로 다시 유입되는 흐름.
P1: 연소관에서 생성된 배기가스가 연소관 입구쪽으로부터 연소관 출구 방향으로 이동하는 흐름.
P2: 연소관의 배기가스가 건조실 내부로 이동하는 흐름.

Claims (12)

1. 건조실 벽으로 둘러싸이고 피건조물을 수용하는 건조실; 건조실에 회동 가능하게 구비되어 피건조물을 교반하는 교반기; 건조실 상부에 설치되어 건조실에 복사열을 제공하여 피건조물을 가열하는 작용과 아울러 건조실에서 발생하는 유기물을 열분해하는 연소부; 건조실 내부 공기를 연소부 주위로 순환시켜 연소부의 복사열이 피건조물에 전달되는 것을 용이하게 하는 컨벡션 팬; 건조실에서 발생된 유기물을 포함한 증기가 유입되며, 상기 증기를 냉각시켜 응축수로 만드는 응축기; 공기 압력차를 발생하여 건조실의 유기물을 포함한 증기를 응축기로 유입되게 하고, 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물을 연소부로 보내는 블로워; 및 연소부을 빠져나오는 배기가스가 통과하여 건조실 하부를 가열시키기 위해 건조실 하부 외벽에 형성된 가열공간;으로 구성된 건조장치.
2. 제 1 항에 있어서, 연소부가 열을 발산하는 가열수단; 가열수단을 둘러싸는 중공이 형성된 관으로, 가열수단에 의해 가열되어 그 복사열을 건조실로 제공하여 교반되는 피건조물을 가열하는 작용을 하는 연소관; 및 가열수단과 연소관 사이에 형성된 공간으로 응축기에서 응축되지 않은 증기와 유기물이 유입되어 열분해되는 연소공간;으로 구성된 것을 특징으로 하는 건조장치.
3. 제 1 항에 있어서, 블로워가 건조실의 압력을 실내 압력보다 낮게 유지하여 건조실 공기의 외부로의 확산을 방지하는 것을 특징으로 하는 건조장치.
4. 제 1 항에 있어서, 연소부가 위치한 건조실 상부과 교반기 사이에 설치되어, 건조실 상부를 교반되는 피건조물로부터 분리하는 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조장치.
5. 제 1 항에 있어서, 건조실의 온도와 습도를 감지하는 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조장치.
6. 제 1 항에 있어서, 가열공간에서 열교환을 통해 온도가 낮아진 배기가스가 가열공간으로부터 외부로 배기되는 것을 용이하게 하는 송풍기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조장치.
7. 제 1 항에 있어서, 피건조물이 컨벡션 팬에 의한 건조실 내부 공기의 강제대류 및 가열공간을 통한 열전달등 내부와 외부에서 동시에 가열되어 건조되는 것을 특징으로 하는 건조장치.
8. 제 1 항에 있어서, 응축기 내부로 유입된 증기가 응축되는 것을 촉진하기 위해 응축기에 공기를 불어 냉각시키는 냉각팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조장치.
9. 제 2 항에 있어서, 가열수단이 연료의 산화로 발생한 화염 또는 전원과 연결된 히터(heater)중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 건조장치.
10. 제 2 항에 있어서, 연소관이 세라믹이나 내열금속 중에서 선택된 어느 하나의 재질이거나 또는 세라믹과 내열금속의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건조장치.
11. 제 2 항에 있어서, 블로워 출구로 배기되는 증기와 유기물이 연소관 입구 근처, 즉 가열수단의 근원 가까이 유입되어 오염물질이 가열수단과 접촉하며 이동하는 거리를 크게하여 열분해 효율을 향상시킨 것을 특징으로 하는 건조장치.
12. 제 3 항에 있어서, 블로워의 회전속도를 제어함으로서 건조실의 압력을 조절하거나 또는 건조실에서 발생된 유기물을 포함한 증기가 응축기로 유입되는 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 건조장치.

Images