KR20230069677A - 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 고분자 폐기물로부터 열분해를 통해 유효성분을 수취하는 과정에서 고분자폐기물의 열분해율을 촉진시키기 위해 초음파진동장치를 설치하고, 장시간 고열에 의해 초음파진동장치가 파손되는 것을 방지하기 위해 초음파진동장치의 후면에 냉각수단을 형성하여 이동되는 폐기물에 초음파 전달시간을 증가시켜 열분해효율을 향상시킬 수 있는 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 고분자 폐기물을 열분해시켜 유효성분을 수취하는 과정에서 초음파진동장치를 추가 장착하여 초음파에 의해 고분자 연결고리를 끊는 초음파분해를 수행하여 열분해와 초음파분해의 복합분해기술을 적용하되, 초음파진동장치가 열에 의해 파손되는 것을 방지하기 위해서 초음파진동장치 후면에 냉각수단을 형성하여 장시간 초음파조사가 가능하게 한 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치에 관한 것이다.
폐기물은 생활폐기물과 산업용폐기물로 구분되며, 과거 대부분 매립, 해양 투기, 소각 등의 방법으로 처리하였으나, 근래에는 환경오염이나 자원 낭비의 문제를 해소하기 위해 폐기물을 이용해 재생 에너지를 획득하는 다양한 방법들이 개발되었다. 예를 들면, 폐기물을 건조하여 함수율을 떨어뜨리고, 건조된 폐기물을 고형 폐기물 연료(Solid Refuse Fuel, SRF)로 가공하여 화력 발전의 연료로 사용하는 방식이 있다. 이 방식은 폐기물을 처리하면서 재생 에너지를 생산할 수 있어 널리 사용되었다.
그러나, 화력발전은 미세먼지나 온실가스의 발생량이 높아 환경에 심각한 영향을 줄 수 있어 점차 발전량을 축소하는 추세이다.
따라서, 폐기물을 처리하면서 재생에너지를 생산할 수 있는 보다 친환경적인 처리방식이 요구되어 연속식 열분해 방식을 이용한 폐기물처리기술이 제안되었다.
열분해를 이용한 폐기물처리기술은 산소 공급이 제한된 조건에서 폐기물을 열분해함으로써, 폐기물로부터 가연성가스나 오일을 회수하는 친환경기술이다.
이와같이 폐기물로부터 유효성분을 회수하기 위해서는 산소공급이 차단된 밀폐 환경에서 열분해를 진행하고, 일정 단위로 끊어서 열분해가 이루어지는 회분식 열분해(Batch Pyrolysis) 방식과 연속적인 열분해가 이루어지는 연속식 열분해(Continuous Pyrolysis) 방식이 제공되고 있다.
최근에는 열분해성을 향상시키기 위해 초음파를 적용한 예가 제시되고 있다. 그러나, 열분해장치에 초음파를 적용시키기 위해서는 열분해로에 초음파진동장치를 접촉시켜야되는데 이때 열분해로에서 전달되는 고온에 의해 초음파진동장치가 파손되는 문제점이 있다.
한국등록실용신안 제20-0421124호(2006.07.03.등록; 이하 '선행문헌1'이라 함)은 폐플라스틱을 이용한 정제유 생산장치를 제시하였다. 상기 선행문헌1은 이송스크류를 내장한 열분해로를 다단으로 구비하고, 최하단 열분해로에는 외벽에 근접하여 버너를 설치함으로서 버너의 열로 인해 열분해로를 가열시켜 내부의 폐플라스틱이 열분해되는 구조이다.
한국등록특허 제10-2198416호(2020.12.29.등록; 이하 '선행문헌2'이라 함)은 폐기물의 연속식 열분해 기술을 이용한 재생에너지 및 친환경 자원생산장치를 제시하였다. 상기 선행문헌2는 폐기물을 열분해하는 열분해로를 다단으로 형성하고, 상기 열분해로 외면에는 내부로 열을 공급하는 가열부를 구비하되 상기 가열부는 전기히터, 온수히터, 열전히터 등으로 구성된다.
상기 선행문헌1 및 2는 열풍 또는 전열을 통해서 열분해로에 직접 열을 전달하여 내부의 폐플라스틱을 가열시켜 열분해가 이루어지게 한 것으로, 열분해를 촉진시키기 위한 추가수단이 없다.
한국공개특허 제10-2002-0078551호(2002.10.19.공개; 이하 '선행문헌3'이라 함)은 폐 프라스틱 및 폐 고무등 고분자화합물의 열 분해시 초음파를 이용한 분해장치를 구비한 열반응장치로서 내부를 진공으로 하여 경질, 중질유류 및 카본을 제조하는 방법 및 장치를 제시하였다. 상기 선행문헌3은 연소장치를 통해 열을 공급받으면서 측면에 초음파장치를 설치하여 초음파에 의한 열분해 촉진과 구조물로의 고착을 방지하고 있다.
상기 초음파진동장치는 열분해로에 최대한 근접해서 설치해야 진동전달에 의한 열분해를 촉진시킬 수 있지만, 선행문헌3은 별도의 초음파전달장치를 이용하여 간접적인 진동을 전달하기 때문에 구조물에 고분자화합물이 고착되는 것을 방지하는 효과는 있으나 실질적으로 진동전달에 의한 열분해촉진은 그 실효성이 미비하다.
따라서, 초음파진동장치의 진동을 직접 열분해로로 전달하여 열분해를 촉진시키면서 열에 의한 파손을 방지할 수 있는 새로운 구조를 갖는 열분해장치에 대한 필요성이 대두되었다.
이에 본 발명의 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치는,
고분자폐기물을 열분해시키는 열분해로 측벽에 이동경로를 따라 다수개의 초음파진동장치를 설치하여 초음파진동에 의해 고분자폐기물의 분해를 촉진시키되 초음파진동장치 후면측으로 냉각수단을 설치하여 열분해로에서 전달된 열을 신속하게 빼앗아 냉각시킴으로써 초음파진동장치의 파손을 방지하여 장치 유지비용을 절감시킬 수 있는 장치의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치는,
고분자 폐기물을 이동시키면서 열분해하는 초음파 열분해 이동장치에 있어서, 원통관인 열분해관을 다단으로 배치하되 각 단의 양측단부측에는 지그재그로 연통된 연결관이 형성되고, 최상단 열분해관의 단부측에는 투입구가 형성되어 폐기물을 유입하고, 최하단 열분해관의 단부측에는 배출구가 형성되어 열분해가 완료된 슬러지를 배출시키는 열분해조와; 상기 열분해조의 각 열분해관 내부에 설치하여 내입된 폐기물을 지그재그 형태로 이동시키는 스크류컨베이어와; 상기 열분해조의 열분해관 외면에 부착되어 전열을 제공해 내부에서 이동되는 폐기물을 가열시키는 전열밴드와; 상기 열분해관 하부측에 단일 또는 복수열로 길이방향으로 다수 설치되는 초음파진동장치와; 상기 초음파진동장치 후면에 결합되어 초음파진동장치에 전달된 열을 흡수하고 외부에서 발열이 이루어지는 냉각장치와; 상기 열분해관의 연결관과 대향되는 단부의 상부측에는 연통되도록 설치되는 가스배출구;를 포함하여 구성한다.
상기 열분해조의 열분해관은 상단에서 하단으로 갈수록 내부 열분해온도를 100℃에서 500℃의 범위에서 점진적으로 증가되도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 가스배출구에는 응축장치와 포집탱크를 순차적으로 연결하여 배출되는 열분해가스를 응축시켜 유효성분을 액상 또는 기상으로 분리 수취할 수 있다.
또한, 상기 열분해조의 투입구에는 호퍼가 장착되되, 상기 호퍼는 상부가 폐구된 밀폐구조로 형성되고, 측면에는 파쇄기가 호퍼스크류컨베이어에 의해 연결되어 파쇄된 폐기물을 공급받고, 호퍼 상부에는 응축장치와 관연결된 호퍼가스배출구가 형성되어 상단 열분해관에서 유입된 고온가스가 파쇄된 폐기물을 예열시킨 후 호퍼가스배출구로 배출되면서 응축장치를 통해 유효성분 수취가 이루어지게 한다.
또한, 상기 초음파진동장치는, 열분해관에 접하여 진동을 전달하는 초음파진동자와; 상기 초음파진동자의 후면에 면접설치되어 초음파진동자로부터 열을 흡수하는 펠티어소자;를 포함할 수 있다.
상기 냉각장치는, 상기 펠터어소자를 내포하고 일측에는 내부로 냉매를 충전 또는 배출시키는 냉매유입구 및 냉매배출구가 형성된 냉각자켓과; 상기 냉각자켓의 냉매유입구와 냉매배출구에 연통설치되어 유로상에 설치된 순환펌프에 의해 내부 냉매를 순환시키는 냉매순환관과; 상기 냉매순환관의 유로상에 설치되어 냉매를 냉각시키는 냉각기;를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 냉각자켓은, 펠티어소자를 개별적으로 내포되도록 구성하거나, 다수개의 펠티어소자를 하나에 내포되도록 구성하여 내부냉매의 순환에 의해 냉각이 이루어지게 할 수 있다.
상기 해결수단에 의한 본 발명의 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치는,
고분자 폐기물을 열분해로 내에서 이동시키면서 열을 공급하여 열분해가 이루어지도록 하고, 열분해로 외부에 초음파진동장치를 설치하여 초음파조사에 의해 고분자 연결고리를 끊는 초음파분해가 같이 수행되도록 하여 분해효율을 증가시키며, 분해율의 증가로 재생유 등의 유효성분 수취량을 증가시킬 수 있게 되었다. 특히 초음파진동장치의 후면에 냉각수단을 설치하여 열분해로에서 전달되는 열을 신속하게 흡수하여 제거할 수 있으므로, 고온환경에서도 열에 의한 파손을 방지하면서 장시간 초음파진동을 제공해 지속적으로 분해를 촉진시킬 수 있는 장치의 제공이 가능하게 되었다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 열분해 이동장치를 도시한 개략도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 열분해관에 전열밴드 또는 초음파진동장치의 설치상태를 나타낸 측면도 및 개략단면도.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 초음파진동장치를 개별적으로 내포하는 냉각자켓을 구비한 냉각장치를 도시한 단면도 및 구성도.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 초음파진동장치 다수개를 동시에 내포하는 냉각자켓을 구비한 냉각장치를 도시한 단면도 및 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 열분해관의 가스배출구를 통해 배출되는 라인을 개략적으로 도시한 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 호퍼부분을 도시한 개략단면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 열분해관에 전열밴드 또는 초음파진동장치의 설치상태를 나타낸 측면도 및 개략단면도.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 초음파진동장치를 개별적으로 내포하는 냉각자켓을 구비한 냉각장치를 도시한 단면도 및 구성도.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 초음파진동장치 다수개를 동시에 내포하는 냉각자켓을 구비한 냉각장치를 도시한 단면도 및 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 열분해관의 가스배출구를 통해 배출되는 라인을 개략적으로 도시한 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 호퍼부분을 도시한 개략단면도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "연통되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 연통되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 열분해 이동장치를 도시한 개략도이다.
참조한 바와같이 본 발명의 초음파 열분해 이동장치(10)는, 다수개의 열분해관(21,21a,21b,21c,21d)을 다단을 배치된 열분해조(20)와, 열분해조 내부 및 외부에 설치되는 스크류컨베이어(30) 및 전열밴드(40)와, 열분해관 하부측에 설치되는 초음파진동장치(50)와, 초음파진동장치를 냉각시키는 냉각장치(60)와, 열분해조 내부 기체를 배출시키도록 열분해관의 일측 상단에 형성된 가스배출구(70)를 포함하여 구성된다.
상기 열분해관(21,21a,21b,21c,21d)은 다수개로 구성하여 상하로 다단배치되고, 최상단 열분해관(21a)의 단부측에는 상부에 투입구(23)가 형성되어 고분자 폐기물을 유입시킨다. 또한, 최상단 열분해관(21a)에는 투입구(23)와 대향되는 단부측을 통해서 인접한 하부 열분해관으로 연통된 연결관(22)이 형성되어 상부 열분해관을 이동한 폐기물이 순차적으로 하부 열분해관으로 투입되어 이동되도록 한다. 여기서 상기 연결관(22)은 인접한 하단과 지그재그 형태로 연결하여 최종적으로는 투입구(23)로 유입된 폐기물이 다단의 열분해관(21)을 순차적으로 지그재그 통과하여 최하단의 열분해관을 이동한 다음 배출이 이루어지게 한다. 여기서 최하단 열분해관(21d)은 일측단의 상부에 연결관(22)이 연통되고 대향되는 타측단부의 하부에는 배출구(24)가 형성되어 이동하면서 열분해되고 남은 잔류물인 슬러지가 배출되도록 한다.
상기 열분해관(21)은 충분한 길이를 제공한다면 단일관으로 형성하는 것도 가능하지만, 소형화를 위해서는 다단으로 형성하여 열분해관의 설치면적을 축소시켜 좁은 공간에서도 설치가 가능하게 할 수 있다. 도면은 4단을 예시도 도시하였으나 이외에도 6단 8단 다수개의 열분해관을 이용하여 열분해조가 형성되게 할 수 있다.
상기 스크류컨베이어(30)는, 열분해조의 열분해관(21) 내부에 축설치되어 일측에서 유입된 폐기물을 타측방향으로 이동시킨다. 상기 스크류컨베이어(30)는 회전축을 열분해관의 축방향단부를 관통하여 외부로 표출하고, 구동모터(M)와 연결되어 회전력을 전달받아 회전이 이루어지게 한다. 여기서 각 스크류컨베이어(30)는 회전축마다 구동모터를 축설하여 회전력을 전달받거나, 하나의 구동모터에 기어 또는 벨트로 연결하여 회전력을 전달받는 등 다양한 방식으로 구동모터와 연결하여 회전력 전달이 이루어지게 할 수 있다.
상기 전열밴드(40)는 열분해관(21)의 외면에 부착되어 전원을 공급받아 열을 발생시켜 열분해관을 가열시키는 장치이다. 도 2a와 같이 상기 전열밴드(40)는 열분해관(21)의 양 단부측으로 편향되도록 설치하여 유입된 폐기물을 가열시키거나 연결관(22)을 통과하기 이전에 가열시켜 연결관을 통과하는 과정에서 액상화가 이루어진 폐기물이 다시 고형화되면서 융착되는 것을 방지할 수 있다. 상기 전열밴드는 양 단부측에만 설치되거나 열분해관의 중간부분에도 설치되는 등 양단부 이외 부분에도 설치할 수 있다.
또한 도 2b와 도 2c를 참조한 바와같이 상기 전열밴드(40)는 열분해관(21)의 외면 중 하부면 또는 하부면의 양측에 부착되되 축방향으로 길게 부착되어 열분해관의 전체 바닥면을 통해서 내부로 열을 공급해 이동되는 폐기물을 가열시켜 액상화 및 열분해가 이루어지도록 한다.
상기 전열밴드(40)는 다단의 각 열분해관(21)을 서로 다른 온도를 갖도록 형성되게 할 수 있다. 즉, 외부에서 폐기물이 유입되는 상단 열분해관에서 열분해가 완료되어 슬러지를 배출시키는 하단 열분해관의 내부 온도차이를 상부에서 하부로 100℃에서 500℃의 범위에서 점진적으로 증가되게 할 수 있다.
예컨대 열분해조(20)를 4개의 열분해관(21a,21b,21c,21d)으로 형성할 경우 최상단에서 아래 방향으로 50~100℃, 100~200℃, 200~300℃, 300~500℃의 내부환경이 조성되도록 함으로써 최상단에 유입된 폐기물이 각 열분해관을 순차적으로 통과하면서 점진적으로 높은 온도에 노출되어 용융되면서 액상화 및 열분해가 이루어지게 한다. 물론 상기 각 열분해관의 온도설정은 다양하게 형성할 수 있으나 유입초기에는 저온으로 제공하고 배출구로 갈수록 고온으로 제공해 점진적으로 높은 온도환경에서 열분해가 이루어지도록 한다.
상기 초음파진동장치(50)는 전원을 공급받아 초음파진동을 발생시키는 장치로서, 일측면이 열분해관(21)에 접하도록 설치되어 발생된 초음파진동이 열분해관으로 전달되게 한다. 상기 초음파진동은 열분해관 내부에서 열분해되는 폐기물에 전달되어 진동에 의한 캐비테이션을 발생시키며, 캐비테이션은 용융된 폐기물의 압력을 변화시켜 고분자 연결고리가 쉽게 끊어지는 환경을 조성하여 분해를 촉진시킨다.
상기 초음파진동장치(50)는 전열밴드(40)와는 분리되는 위치에 설치되어 최대한 열전달을 차단하여 열에 의한 파손을 최소화하는 것이 바람직하다. 도 2a에서는 열분해관(21)의 양단부측에 배치된 전열밴드(40) 사이에서 실질적으로 폐기물이 주로 이동되는 하부측에 길이방향으로 다수 결합할 수 있다. 또한, 도 2b에서는 열분해관(21)의 하부 저면에 전열밴드(40)가 장착되어 있으므로, 초음파진동장치(50)는 전열밴드(40)의 일측 또는 양측에 일정거리 이격되어 설치될수 있다. 또한, 도 2c에서는 열분해관(21)의 하부 양측에 전열밴드(40)가 부착되어 있으므로, 초음파진동장치(50)는 하부측 또는 상부측에 부착하여 초음파진동이 전달되게 하는 것이 바람직하다.
상기 냉각장치(60)는, 초음파진동장치의 후면에 결합되어 초음파진동장치에 전달된 열을 흡수제거하여 고열에 의해 초음파진동장치가 파손되는 것을 방지한다.
도 3a 내지 도 4b를 참조한 바와같이 초음파진동장치(50)는 열분해관(21)에 접하여 설치되는 초음파진동자(51)와, 상기 초음파진동자의 후면에 면접설치되어 초음파진동자의 열을 흡수하는 펠티어소자(52)가 적층된 구조로 제공된다. 상기 초음파진동자(51)는 전원이 공급되어 전원공급시 초음파진동을 발생시킨다. 또한, 상기 펠티어소자(52)도 전원공급시 초음파진동자와 접하는 전면은 냉각되어 초음파진동자로부터 열을 흡수하게 하고, 대향되는 후면에는 전면에서 흡수한 열을 배출시키는 방열이 이루어지게 한다. 여기서 초음파진동자(51)는 별도의 브래킷을 통해서 열분해관(21) 외면에 일체 또는 착탈가능하게 고정시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각장치(60)는 도 3a에 도시된 바와같이 초음파진동장치(50)의 펠티어소자(52)를 내포하도록 냉각자켓(61,61a,61b)을 형성한다. 상기 냉각자켓(61)에는 냉매유입구(611)와 냉매배출구(612)가 형성되고, 이에 냉매순환관(62)이 연통설치되어 냉각자켓 내부의 냉매를 외부로 배출시켜 냉각시키고, 냉각된 냉매를 다시 주입시키는 냉매순환이 이루어지도록 한다. 상기 냉매로는 다양한 소재가 사용될 수 있으나 바람직하게는 오일성분을 사용하여 순환이 이루어지게 하는 것이다.
도 3b에 도시된 바와같이 상기 냉매순환관(62)에는 유로상에 순환펌프(621)가 설치되어 냉매의 순환이 이루어지게 하고, 유로상에 냉각기(63)를 설치하여 냉각자켓(61) 외부로 배출된 냉매가 냉각기를 통해 외부와 열교환하여 냉각이 이루어지게 할 수 있다. 여기서 외부와의 열교환은 공냉 또는 수냉 등 다양한 방식이 적용될 수 있다.
또한 상기 냉각장치(60)는 도 3a에 도시된 바와같이 초음파진동장치(50) 마다 개별적으로 냉각자켓(61a)을 설치하고, 다수개의 냉각자켓(61a)과 냉각기(63)는 냉매순환관(62)에 의해 직렬연결되어 냉매순환이 이루어지게 할 수 있다. 물론 상기 다수개의 냉각자켓(61a)은 병렬로 냉각기와 연결되어 각각의 냉각자켓(61a)을 개별적인 냉매순환에 의한 냉각이 이루어지게 할 수 있다.
도 4a와 도 4b는 다수개의 초음파진동자(51)를 하나의 냉각자켓(61b)으로 냉각시키는 냉각장치를 도시하였다. 참조한 바와같이 다수개의 초음파진동장치(50)는 하나의 냉각자켓(61b)에 내입되어 냉매를 통한 냉각이 이루어지게 할 수 있다. 특히 상기 냉각자켓(61b)의 내부에는 초음파진동장치의 펠티어소자(52)가 각각 내입되어 순환되는 냉매와의 열교환을 통해 초음파진동자를 냉각시킬 수 있다.
또한 본 발명은 열분해관(21) 마다 하나의 냉각자켓(61b)을 구비하여 해당 열분해관에 설치된 초음파진동장치를 냉각시키게 하고, 각 열분해관(21)에 설치된 냉각자켓(61b)은 서로 직렬 또는 병렬로 냉각기와 연결되어 냉매의 냉각이 이루어지게 할 수 있다.
도 1을 참조한 바와같이 본 발명의 열분해관(21)에는 가스배출구(70)가 형성되어 열분해로 발생된 가스를 외부로 배출시킨다.
상기 가스배출구(70)는 각 단의 열분해관(21) 상부에 형성되되, 최상단 열분해관(21a)은 폐기물이 유입되는 투입구(23)와 대향되는 단부측에 형성된다. 예컨대 열분해관(21) 중 하부에 연결관(22)연통 또는 배출구(24)가 형성된 단부의 상부측에 가스배출구(70)를 형성하여 열분해된 가스의 배출이 이루어지게 한다.
상기 열분해관의 가스배출구(70)를 통해 배출되는 가스성분은 유증 및 가연성가스를 포함하는 유효성분은 물론 폐기물 건조시 발생되는 수증기가 포함되며, 각 단에 따라 생성되는 배출되는 가스비가 다르다. 즉, 투입구(23)가 형성된 최상단의 열분해관(21a)은 열분해보다는 건조 및 용융 목적이 더 크기 때문에 발생된 가스는 수증기의 비중이 크며, 하단의 열분해관(21b,21c,21d)은 내부 온도조건에 따라 열분해에 의해 유효성분의 열분해가스가 생성되어 배출된다.
도 5를 참조한 바와같이 상기 가스배출구(70)에서 배출되는 기체성분은 고온이므로, 응축장치(71)를 통과시켜 냉각이 이루어진 다음 포집탱크(72)에 포집이 이루어진다. 이때 상술한 바와같이 각 열분해관(21)은 서로 다른 온도환경을 제공하기 때문에 서로 다른 성분의 열분해가스를 배출시킴으로, 각단의 열분해관의 가스배출구를 각각 별도의 응축장치를 통해서 포집되게 함으로써 유효성분을 액상 또는 기상으로 분리 수취할 수 있다.
일예로 최상단의 열분해관(21a)에서는 다량의 수증기가 포함됨으로 적어도 최상단 열분해관에서 배출되는 가스만은 별도의 포집탱크(72)를 통해 포집이 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 나머지 열분해관(21b,21c,21d)의 가스배출구(70)에서 배출된 열분해가스는 하나로 포집하여 증류탑을 통해 성분을 분리수취하게 할 수 있다.
도 6을 참조한 바와같이 본 발명의 열분해조(20)는 투입구(23)에 호퍼(80)가 더 장착될 수 있다.
여기서 상기 호퍼(80)는 상단이 폐구된 밀폐구조로 제공되고, 측면에는 파쇄기(82)가 호퍼스크류컨베이어(83)에 의해 연결된다. 즉 고분자 폐기물을 파쇄기(82)를 통해 분쇄되고, 분쇄된 폐기물이 호퍼스크류컨베이어(83)에 안내되어 호퍼 내부로 유입된다.
또한 호퍼(80) 상부에는 호퍼가스배출구(81)가 형성된다. 상기 호퍼(80)는 최상단 열분해관(21a)의 투입구(23)와 연통설치되기 때문에 열분해관에서 생성된 열과 수증기를 포함하는 고온가스가 유입되고, 유입된 고온가스는 호퍼 상단의 호퍼가스배출구(81)를 통해 배출되되, 고온가스가 호퍼 내부를 통과하면서 분쇄 폐기물을 예열시켜 열분해관으로 투입되는 폐기물을 가열시키는 시간을 단축시킬 수 있다.
호퍼가스배출구(81)를 통해 배출된 고온기체는 다량의 수증기를 포함하므로 응축장치를 통과시켜 수분을 제거한 다음 포집탱크로 포집 또는 증류탑을 통한 성분분류가 이루어지게 할 수 있다.
상기한 바와같이 구성되는 본 발명에 따른 고분자 폐기물의 초음파 열분해장치(10)는,
파쇄기(82)에서 분쇄된 폐기물을 호퍼(80)로 공급하고, 호퍼에 적재된 폐기물은 열분해관의 투입구(23)를 통해 내부로 투입되어 스크류컨베이어(30)의 작동으로 일측에서 타측으로 이동되며, 다단 구성된 열분해관(21)을 순차적으로 통과하여 이동하되 이동과정에서 전열밴드(40))에서 열을 공급받아 열분해가 이루어지고, 초음파진동장치(50)에 의해 전달된 초음파에 의해 고분자 고리를 끊는 초음파분해가 이루어지는 등 열분해와 초음파분해의 복합적인 요인에 의해 고분자폐기물의 분해율을 촉진시킨다.
열분해가스는 가스배출구(70)를 통해 응축장치 또는 증류탑을 통해서 성분별 분리 포집되도록 한다.
초음파진동장치(50)는 초음파진동자(51)에 전달된 열을 후면의 펠티어소자(52)가 흡수하여 냉각시킴으로써 열에 의한 파손없이 장시간 작동이 가능하게 한다. 초음파진동자로부터 열을 흡수한 펠티어소자(52)는 냉각자켓(61) 내에 충전된 냉매와 열교환하여 열을 전달하고, 냉매는 냉매순환관(62)을 통해 외부의 냉각기(63)로 전달되어 냉각기에서 공냉 또는 수냉등의 다양한 방법을 통한 열교환으로 냉각되며, 냉각된 냉매는 다시 냉각자켓으로 전달되어 초음파진동장치를 냉각시키는 순환이 이루어진다.
10 : 초음파 열분해 이동장치
20 : 열분해조
21,21a,21b,21c,21d : 열분해관
22 : 연결관 23 : 투입구
24 : 배출구
30 : 스크류컨베이어
40 : 전열밴드
50 : 초음파진동장치
51 : 초음파진동자 52 : 펠티어소자
60 : 냉각장치
61,61a,61b : 냉각자켓 62 : 냉매순환관
63 : 냉각기
611 : 냉매유입구 612 : 냉매배출구
621 : 순환펌프
70 : 가스배출구
71 : 응축장치 72 : 포집탱크
80 : 호퍼
81 : 호퍼가스배출구 82 : 파쇄기
83 : 호퍼스크류컨베이어
20 : 열분해조
21,21a,21b,21c,21d : 열분해관
22 : 연결관 23 : 투입구
24 : 배출구
30 : 스크류컨베이어
40 : 전열밴드
50 : 초음파진동장치
51 : 초음파진동자 52 : 펠티어소자
60 : 냉각장치
61,61a,61b : 냉각자켓 62 : 냉매순환관
63 : 냉각기
611 : 냉매유입구 612 : 냉매배출구
621 : 순환펌프
70 : 가스배출구
71 : 응축장치 72 : 포집탱크
80 : 호퍼
81 : 호퍼가스배출구 82 : 파쇄기
83 : 호퍼스크류컨베이어
Claims (8)
- 고분자 폐기물을 이동시키면서 열분해하는 초음파 열분해 이동장치에 있어서,
내부에 고분자 폐기물을 이동시키면서 열분해시키는 열분해관(21)을 내포하는 열분해조(20)와;
상기 열분해관 하부측에 단일 또는 복수로 구성되고, 길이방향으로 다수 설치되는 초음파진동장치(50)와;
상기 초음파진동장치 후면에 결합되어 초음파진동장치에 전달된 열을 흡수하고 외부에서 발열이 이루어지는 냉각장치(60);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치. - 제1항에 있어서,
상기 열분해조(20)는, 원통관인 열분해관(21,21a,21b,21c,21d)을 다단으로 배치하되 각 단의 양측단부측에는 지그재그로 연통된 연결관(22)이 형성되고, 최상단 열분해관(21a)의 단부측에는 투입구(23)가 형성되어 폐기물을 유입하고, 최하단 열분해관(21d)의 단부측에는 형성되어 열분해가 완료된 슬러지를 배출시키는 배출구(24)를 포함하고;
상기 열분해조의 각 열분해관(21) 내부에는 스크류컨베이어(30)를 설치하여 내입된 폐기물을 지그재그 형태로 이동시키게 하고;
상기 열분해조의 열분해관(21) 외면에는 전열밴드(40)를 부착시켜 전열을 제공해 내부에서 이동되는 폐기물을 가열시키게 하고,
상기 열분해관(21)에서 연결관(22)이 연통된 부분과 대향되는 단부의 상부측에는 가스배출구(70)가 연통되도록 설치되어 열분해가스를 배출시키는 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치. - 제2항에 있어서,
상기 열분해조의 열분해관(21)은 상단에서 하단으로 갈수록 내부 열분해온도를 100℃에서 500℃의 범위에서 점진적으로 증가되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치. - 제2항에 있어서,
상기 가스배출구(70)에는 응축장치(71)와 포집탱크(72)를 순차적으로 연결하여 배출되는 열분해가스를 응축시켜 유효성분을 액상 또는 기상으로 분리수취하는 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치. - 제4항에 있어서,
상기 열분해조(20)의 투입구(23)에는 호퍼(80)가 장착되되,
상기 호퍼(80)는 상부가 폐구된 밀폐구조로 형성되고, 측면에는 파쇄기(82)가 호퍼스크류컨베이어(83)에 의해 연결되어 파쇄된 폐기물을 공급받고, 호퍼 상부에는 응축장치(71)와 관연결된 호퍼가스배출구(81)가 형성되어 상단 열분해관에서 유입된 고온가스가 파쇄된 폐기물을 예열시킨 후 호퍼가스배출구로 배출되면서 응축장치를 통해 유효성분 수취가 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치. - 제2항에 있어서,
상기 초음파진동장치(50)는,
열분해관(21)에 접하여 진동을 전달하는 초음파진동자(51)와;
상기 초음파진동자의 후면에 면접설치되어 초음파진동자로부터 열을 흡수하는 펠티어소자(52);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치. - 제6항에 있어서,
상기 냉각장치(60)는
상기 펠터어소자(52)를 내포하고 일측에는 내부로 냉매를 충전 또는 배출시키는 냉매유입구(611) 및 냉매배출구(612)가 형성된 냉각자켓(61);
상기 냉각자켓의 냉매유입구와 냉매배출구에 연통설치되어 유로상에 설치된 순환펌프(621)에 의해 내부 냉매를 순환시키는 냉매순환관(62)과;
상기 냉매순환관의 유로상에 설치되어 냉매를 냉각시키는 냉각기(63);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것을 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치. - 제7항에 있어서,
상기 냉각자켓(61)은, 펠티어소자를 개별적으로 내포되도록 구성하거나, 다수개의 펠티어소자를 하나에 내포되도록 구성하여 내부 냉매의 순환에 의해 냉각이 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 초음파 열분해 이동장치.
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102547205B1 (ko) | 2023-06-23 |
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