KR101455752B1 - 음식물 폐기물의 연료화 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
열분해 반응조 내에서 유기성 폐기물인 음식물 폐기물을 이동시켜 태양광 집광체에 의하여 집광된 영역을 지나가도록 구성함으로써 기존의 다수 태양광 집광체와 솔라 타워 방식보다 설치비용을 낮출 수 있고, 또한, 열분해 반응조의 전단에 발효조를 배치하고, 열분해 반응조에 이용되고 남은 열에너지를 음식물 폐기물의 발효에 추가적으로 이용함으로써 연료화 시스템의 효율을 증가시킬 수 있고, 또한, 발효조 및 열분해 반응조를 밀폐식으로 구성하고, 발생된 바이오가스와 악취를 포함하는 공기를 산출물과 분리하여 수집할 수 있는, 음식물 폐기물의 연료화 시스템 및 그 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 음식물 폐기물의 연료화 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 유기성 폐기물(Organic Waste)인 음식물 폐기물(Food Waste)을 태양광 집광체에 의하여 집광된 영역을 지나가도록 열분해 반응조 내에서 이동시킴으로써 음식물 폐기물을 열분해하는 음식물 폐기물의 연료화 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
세계적으로 화석연료 고갈에 따라 재생에너지 기술개발에 대한 관심이 높아지고 있으며, 국내에서는 신재생에너지 공급의무화 제도 도입 등 저탄소 운동이 전개되고 있고, 해양기술관리법 시행으로 2013년 해양투기가 전면 금지됨에 따라 음식물 쓰레기, 분뇨 등을 처리할 수 있는 신규 플랜트 개발이 요구되고 있다.
음식물 폐기물은 가정이나 식당 등에서 버려지는 음식물 쓰레기로서, 삶의 질의 향상과 함께 생활폐기물 중 음식물 쓰레기가 차지하는 비중이 약 30%로 높아졌다. 국내 음식물 폐기물 발생량은 지속적으로 증가하여 2007년 14,500㎥/일에서 2012년 17,100㎥/일로 연3%씩 증가하는 추세이다. 따라서 버려지는 음식물로 연간 18조 원의 경제적 가치가 손실을 입고 있다.
이러한 음식물 폐기물은 함수율이 80~90%인 유기물로서, 사료, 퇴비, 바이오가스 생산을 위한 기질로서 사용될 수 있으며, 사료화는 음식물 쓰레기를 가축의 사료로 사용할 수 있다. 그러나 수요와 공급이 불확실하고, 가축의 질병발생 가능성과 이물질 혼입으로 인한 가축에 직접 및 간접적으로 피해를 줄 수 있으며, 특히 소비자가 제한되는 문제점이 있다.
또한, 음식물 쓰레기는 이를 그대로 방치할 경우, 침출수로 인한 2차 환경오염, 즉, 토양의 산성화와 악취 등을 유발하므로 그 처리는 환경적으로 중대한 문제가 되고 있다. 이러한 음식물 쓰레기를 처리하는 방법은 소각로에서 소각하는 방법과 일정부지에 매립하는 방법, 및 사료나 퇴비로 재활용하는 방법이 있다.
그러나 음식물 쓰레기를 소각하는 방법의 경우에는 소각에 드는 비용 문제와 소각시 발생하는 다이옥신 등 환경 유해물질 및 악취발생으로 심각한 환경문제를 수반한다. 또한, 음식물 쓰레기를 매립하는 경우에도, 매립된 음식물 쓰레기로부터 침출수가 발생하여 토양이나 지하수가 오염될 뿐 아니라, 쓰레기 매립을 위해서는 넓은 매립지를 확보해야만 하므로 국토가 좁고 인구밀도가 높은 우리나라와 같은 환경에서는 바람직한 방법이 아니다.
하지만, 최근 유기성 폐기물인 음식물 폐기물이 자원으로 재평가되고 있고, 이에 따라 유기성 폐기물의 자원화 사업이 각광을 받고 있다.
한편, 유기성 폐기물을 재활용하기 위한 선행 특허로서, 미국 공개특허번호 제2010-237291호에는 "바이오매스의 솔라-열 가스화를 위한 시스템 및 방법(Systems and Methods For Solar-Thermal Gasfication Of Biomass)"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 솔라 타워의 구조를 나타내는 도면으로서, 도 1a는 솔라 타워의 구조를 나타내며, 도 1b는 가스화 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 솔라 타워(10)는 고온의 집광된 태양복사열로 바이오매스를 가스화하기 위한 것으로, 복수의 집광체(12), 집광 필드(14) 및 반응조(16)를 포함하며, 도 1b에 도시된 바와 같이, 바이오매스 분말이 운반매체와 혼합된 상태로 통과하며 집광된 태양광의 복사열에 의해 가스화가 이루어지고, 반응조(16) 내의 각 튜브의 벽부는 복사 열전달이 잘 이루어지도록 투명한 재질로 이루어질 수 있다.
종래의 기술에 따른 솔라 타워(10)의 경우, 고온 확보가 용이하고 열변환이 없기 때문에 고효율인 장점이 있는 반면, 다수 태양광 집광체(12)와 솔라 타워(10)를 구축하기 위해 고비용이 들어간다는 단점이 있다. 이러한 단점은 태양광 집광체(12)마다 별도의 반응조(16)를 대응 배치함으로써 극복될 수 있으며, 각 반응조(16)에는 단일 집광체에 의해 처리될 수 있는 양의 유기성 폐기물을 공급하도록 한다.
이러한 종래의 기술에 따른 솔라 타워(10) 구조를 이용한 경우의 장단점을 보다 구체적으로 살펴보면, 장점으로는, 태양에너지를 전기 또는 열로 변환하는 설비를 이용하지 않기 때문에 에너지 활용률이 높고, 집광 필드(Concentration Field: 14)에 배치된 다수의 태양광 집광체(120)로부터 집광되는 태양광을 이용하기 때문에 가스화를 위한 고온의 확보가 용이하다. 또한, 고온의 확보가 용이하므로 많은 양의 바이오매스를 상대적으로 빠른 시간내에 가스화할 수 있어 안정적인 연료공급이 가능하다.
하지만, 종래의 기술에 따른 솔라 타워(10)의 경우, 다수의 태양광 집광체(120)를 설치하기 위한 넓은 공간이 필요하다. 또한, 상당한 높이의 솔라 타워(10) 상부에 위치한 반응조(16)로 바이오매스를 이송하기 위한 장비 및 에너지가 필요하다. 또한, 이송을 용이하게 하기 위하여 바이오매스를 분말로 만들어야 하며, 경우에 따라 별도의 운반매체(수증기)가 필요하다. 또한, 복사에너지 중의 일부는 여전히 활용되지 못하고 주위로 분산된다.
한편, 다른 선행 특허로서, 국제출원 공개번호 WO2010-110772호에는 "솔라-기반 전력 발생기(Solar-Based Power Generator)"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 솔라-기반 전력 발생기에서 하나의 반응조에 하나의 렌즈(태양광 집광체)가 대응되는 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 솔라-기반 전력 발생기(20)는, 태양에너지 집광으로 하수 유기물을 가스화 및 증기화해서 터빈을 구동하여 물(24)로부터 가용한 전력을 발생시키기 위한 시스템으로서, 베이스(23), 적어도 하나의 측벽(25) 및 개방된 상단부를 구비한 반응조(22)를 포함한다. 이때, 하나의 반응조(22)에 하나의 렌즈(태양광 집광체)가 대응되도록 구성되며, 이때, 렌즈(26)에 의하여 모아진 태양광은 초점 근처의 하수에 포함된 유기물을 열분해하며, 발생된 증기를 이용하여 증기터빈을 구동하고, 이때, 발생된 메탄을 이용하여 가스터빈을 구동하여 전기를 발생시킨다.
종래의 기술에 따른 솔라-기반 전력 발생기(20)의 경우, 저비용이라는 장점이 있지만, 렌즈(16)의 초점 부위만 고온의 열분해가 일어난다는 단점이 있다. 이러한 하나의 반응조에 하나의 렌즈(태양광 집광체)가 대응되는 구조를 이용한 경우의 장단점을 보다 구체적으로 살펴보면 장점으로는, 태양에너지를 전기 또는 열로 변환하는 설비를 이용하지 않기 때문에 에너지 활용률이 높다. 또한, 렌즈(26)를 이용하여 집광하므로 반사거울을 설치하기 위한 별도의 공간이 필요하지 않다. 또한, 렌즈(26)를 이용하여 집광하므로 기존의 솔라 타워와 같이 높은 구조물이 필요하지 않다. 또한, 밀폐된 반응조(22) 내부의 공간에서 바이오매스의 분해가 이루어지므로 렌즈(26)를 통하여 반응조(22) 내로 들어온 태양에너지를 최대한 이용할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 솔라-기반 전력 발생기(20)의 경우, 렌즈(26)에 의하여 집광된 영역에서만 고온이 형성되고, 열분해 또는 증기 형성이 이루어지며, 다른 영역에서는 열분해 또는 증기 형성에 필요한 정도의 고온이 형성되지 않는다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 열분해 반응조 내에서 유기성 폐기물인 음식물 폐기물을 이동시켜 태양광 집광체에 의하여 집광된 영역을 지나가도록 구성함으로써, 기존의 다수 태양광 집광체와 솔라 타워 방식보다 설치비용을 낮출 수 있고, 기존의 렌즈 초점 부위만 고온 열분해가 일어나게 되는 문제를 해소할 수 있는, 음식물 폐기물의 연료화 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 열분해 반응조의 전단에 발효조를 배치하고, 열분해 반응조에 이용되고 남은 열에너지를 음식물 폐기물의 발효에 이용함으로써, 연료화 시스템의 효율을 증가시킬 수 있는, 음식물 폐기물의 연료화 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 발효조 및 열분해 반응조를 밀폐식으로 구성하고, 발생된 바이오가스와 악취를 포함하는 공기를 산출물과 분리하여 수집할 수 있는, 음식물 폐기물의 연료화 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템은, 음식물 폐기물을 열분해하여 연료화하는 음식물 폐기물 연료화 시스템에 있어서, 지역에서 수집된 음식물 폐기물을 저장하는 음식물 폐기물 저장조; 태양광을 수집하여 소정의 영역으로 집중시키는 태양광 집광체; 상기 태양광 집광체에 의하여 태양광이 집중되는 소정 영역 내에 배치되어 상기 음식물 폐기물을 열분해하여 산출물을 배출하는 열분해 반응조; 상기 음식물 폐기물 저장조로부터 상기 열분해 반응조로 상기 음식물 폐기물을 이송시키는 이송장치; 및 상기 열분해 반응조의 전단에 배치되고, 상기 음식물 폐기물 저장조로부터 이송된 음식물 폐기물을 상기 열분해 반응조에 공급하기 전에 임시로 수용하여 상기 음식물 폐기물을 발효시키는 발효조를 포함하되, 상기 음식물 폐기물은 상기 열분해 반응조 내에서 이동되어 상기 태양광 집광체에 의하여 집광된 소정 영역을 통과하면서 열분해되고, 상기 이송장치는 상기 음식물 폐기물이 열분해될 수 있도록 상기 음식물 폐기물을 상기 열분해 반응조 내에서 조절된 속도로 이송시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템은, 상기 열분해 반응조에서 발생된 바이오가스와 악취를 포함하는 공기를 산출물과 분리하여 수집하는 수집 덕트를 추가로 포함할 수 있고, 상기 바이오가스는 메탄가스일 수 있다.
본 발명에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템은, 상기 이송장치의 이송속도를 제어하고, 상기 태양광 집광체의 구동을 제어하며, 상기 열분해 반응조의 열분해 반응을 제어하는 제어부를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 열분해 반응조 내에서 열분해된 음식물 폐기물은 상기 발효조가 배치된 영역을 통과하여 배출됨으로써, 상기 발효조 내에 수용된 상기 음식물 폐기물이 발효될 수 있도록 열에너지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 태양광 집광체 및 상기 열분해 반응조는 다수 개 배치되고, 태양광을 집광하는 각각의 태양광 집광체의 소정 영역마다 상기 열분해 반응조를 각각 배치하고, 상기 열분해 반응조 각각은 단일 태양광 집광체에 의해 처리될 수 있는 양의 음식물 폐기물을 공급하며, 상기 공급되는 음식물 폐기물의 이송 속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열분해 반응조 및 상기 발효조는 악취를 제거하도록 밀폐식으로 형성된다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 음식물 폐기물의 연료화 방법은, 음식물 폐기물을 열분해하여 연료화하는 음식물 폐기물 연료화 방법에 있어서, a) 음식물 폐기물을 수집하여 음식물 폐기물 저장조에 저장하는 단계; b) 상기 음식물 폐기물 저장조에 저장된 음식물 폐기물을 발효조를 경유하여 열분해 반응조로 이송시키는 단계; c) 발효조가 상기 음식물 폐기물 저장조에 저장된 상기 음식물 폐기물을 임시 수용하여 발효시키는 단계; d) 태양광 집광체가 태양광을 소정 영역으로 집중시키는 단계; e) 상기 태양광이 집중되는 소정 영역 내에 배치되는 열분해 반응조가 상기 이송된 음식물 폐기물을 열분해하여 바이오가스를 포함한 산출물을 배출하는 단계; 및 f) 상기 열분해 반응조로부터 배출되는 산출물을 수집하는 단계를 포함하되, 상기 음식물 폐기물은 상기 열분해 반응조 내에서 이동되어 상기 태양광 집광체에 의하여 집광된 소정 영역을 통과하면서 열분해되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 e) 단계의 열분해 반응조 내에서 열분해된 음식물 폐기물은 상기 발효조가 배치된 영역을 통과하여 배출됨으로써, 상기 발효조 내에 수용된 음식물 폐기물이 발효될 수 있도록 열에너지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 c) 단계에서 이송장치가 상기 음식물 폐기물이 열분해될 수 있도록 상기 음식물 폐기물을 상기 열분해 반응조 내에서 조절된 속도로 이송시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 태양광 집광체 및 상기 열분해 반응조는 다수 개 배치되고, 태양광을 집광하는 각각의 태양광 집광체의 소정 영역마다 상기 열분해 반응조를 각각 배치하고, 상기 열분해 반응조 각각은 단일 태양광 집광체에 의해 처리될 수 있는 양의 음식물 폐기물을 공급하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 f) 단계에서 상기 열분해 반응조에서 발생된 바이오가스와 악취를 포함하는 공기를 산출물과 분리하여 수집하고, 상기 바이오가스는 메탄가스일 수 있다.
본 발명에 따르면, 열분해 반응조 내에서 유기성 폐기물을 이동시켜 태양광 집광체에 의하여 집광된 영역을 지나가도록 함으로써 기존의 다수 태양광 집광체와 솔라 타워 방식에 의한 고비용을 낮출 수 있으며, 렌즈 초점 부위만 고온 열분해가 일어나게 되는 문제를 해소할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열분해 반응조의 전단에 발효조를 배치하고, 열분해 반응조에 이용되고 남은 열에너지를 음식물 폐기물의 발효에 이용함으로써, 연료화 시스템의 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 발효조 및 열분해 반응조를 밀폐식으로 구성하고, 발생된 바이오가스와 악취를 포함하는 공기를 산출물과 분리하여 수집할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 솔라 타워의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 솔라-기반 전력 발생기에서 하나의 반응조에 하나의 렌즈(태양광 집광체)가 대응되는 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템의 블록구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템을 구체적으로 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 방법의 동착흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템에서 각 태양광 집광체마다 배치되는 열분해 반응조를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템에서 태양광 집광체를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템에서 악취제거를 위해 발효조 및 열분해 반응조가 밀폐식 구조로 형성되는 것을 예시하는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 솔라-기반 전력 발생기에서 하나의 반응조에 하나의 렌즈(태양광 집광체)가 대응되는 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템의 블록구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템을 구체적으로 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 방법의 동착흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템에서 각 태양광 집광체마다 배치되는 열분해 반응조를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템에서 태양광 집광체를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템에서 악취제거를 위해 발효조 및 열분해 반응조가 밀폐식 구조로 형성되는 것을 예시하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템의 블록구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템을 구체적으로 예시하는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템(100)은 음식물 폐기물을 열분해하여 연료화하는 음식물 폐기물 연료화 시스템으로서, 음식물 폐기물 저장조(110), 이송장치(120), 발효조(130), 태양광 집광체(140), 열분해 반응조(150), 수집 덕트(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
음식물 폐기물 저장조(110)는 지역에서 수집된 음식물 폐기물(200)을 저장한다. 이때, 상기 음식물 폐기물 저장조(110)에 저장된 음식물 폐기물(200)은 이송 장치(120)를 통해 발효조(130) 및 열분해 반응조(150)에 공급될 수 있다.
태양광 집광체(140)는 다수 개 배치될 수 있고, 태양광을 수집하여 소정의 영역, 즉, 집광 영역으로 각각 집중시킴으로써, 열분해 반응조(150)에 고온을 제공하는 역할을 한다.
열분해 반응조(150)는 다수 개 배치될 수 있고, 상기 태양광 집광체(140)에 의하여 태양광이 집중되는 소정 영역인 집광 영역 내에 배치되어 상기 음식물 폐기물(200)을 열분해하여 산출물을 배출한다. 이때, 상기 열분해 반응조(150)가 상기 음식물 폐기물(200)을 고온으로 열분해하여 산출물을 배출하는 것은 당업자에게 자명하므로 상세한 설명은 생략한다.
발효조(130)는 상기 열분해 반응조(150)의 전단에 각각 배치되고, 상기 음식물 폐기물 저장조(110)로부터 이송된 음식물 폐기물(200)이 상기 열분해 반응조(150)에 공급되기 전에 임시로 수용하여 상기 음식물 폐기물(200)을 발효시킨다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템(100)에서, 열분해 반응조(150)의 전단에 발효조(130)를 배치하고, 상기 열분해 반응조(150)에 이용되고 남은 열에너지를 음식물 폐기물(200)의 발효에 이용함으로써, 연료화 시스템의 효율을 증가시킬 수 있다.
이송장치(120)는 상기 음식물 폐기물 저장조(110)로부터 상기 열분해 반응조(150)로 상기 음식물 폐기물(200)을 이송시킨다. 이때, 상기 이송장치(120)는 음식물 폐기물(200)이 열분해될 수 있도록 조절된 속도로 이를 상기 열분해 반응조(150) 내에서 이송시키며, 상기 열분해 반응조(150) 내에서 열분해된 음식물 폐기물(200)은 상기 발효조(130)가 배치된 영역을 통과하여 배출됨으로써 상기 발효조(130) 내에 수용된 음식물 폐기물(200)이 발효될 수 있도록 열에너지를 제공한다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템(100)은, 열분해 반응조(150) 내에서 유기성 폐기물인 음식물 폐기물(200)을 이동시켜 태양광 집광체(140)에 의하여 집광된 영역을 지나가도록 함으로써 기존의 다수 태양광 집광체와 솔라 타워 방식에 의한 고비용을 낮출 수 있으며, 렌즈 초점 부위만 고온 열분해가 일어나게 되는 문제를 해소할 수 있다.
수집 덕트(160)는 상기 열분해 반응조(150)에서 발생된 바이오가스와 악취를 포함하는 공기를 산출물과 분리하여 수집하며, 상기 수집 덕트(160)를 통해 분리된 연료화 산출물(300)에서 바이오가스를 취출할 수 있고, 이때, 상기 바이오가스는 메탄가스일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템(100)은, 상기 발효조(130) 및 열분해 반응조(150)를 밀폐식으로 구성하고, 발생된 바이오가스와 악취를 포함하는 공기를 산출물과 분리하여 수집할 수 있다.
제어부(170)는 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템(100)을 전반적으로 제어하기 위한 것으로, 예를 들면, 상기 이송장치(120)의 이송속도를 제어하고, 상기 태양광 집광체(140)의 구동을 제어하며, 상기 열분해 반응조(150)의 열분해 반응을 제어한다. 여기서, 상기 제어부(170)가 상기 이송장치(120)의 이송속도 제어, 상기 태양광 집광체(140)의 구동 제어 및 상기 열분해 반응조(150)의 열분해 반응 제어는 당업자에게 자명하므로 상세한 설명은 생략한다.
이에 따라 상기 음식물 폐기물(200)은 상기 열분해 반응조(150) 내에서 이동되어 상기 태양광 집광체(140)에 의하여 집광된 소정 영역을 통과하면서 열분해되고, 상기 이송장치(120)는 상기 음식물 폐기물(200)이 열분해될 수 있도록 상기 음식물 폐기물(200)을 상기 열분해 반응조(150) 내에서 조절된 속도로 이송시키게 된다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 각 태양광 집광체(140)마다 열분해 반응조(150)가 배치되고, 상기 열분해 반응조(150) 내에서 열분해된 음식물 폐기물(200)은 상기 발효조(130)가 배치된 영역을 통과하여 배출됨으로써, 상기 발효조(130) 내에 수용된 상기 음식물 폐기물(200)이 발효될 수 있도록 열에너지를 제공할 수 있다. 이때, 상기 열분해 반응조(150) 및 상기 발효조(130)는 악취를 제거하도록 밀폐식으로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 태양광 집광체(140) 및 상기 열분해 반응조(150)는 다수 개 배치되고, 태양광을 집광하는 각각의 태양광 집광체(140)의 집광 영역마다 상기 열분해 반응조(150)를 각각 배치하고, 상기 열분해 반응조(150) 각각은 단일 태양광 집광체(140)에 의해 처리될 수 있는 양의 음식물 폐기물(200)을 공급하며, 이때, 상기 공급되는 음식물 폐기물(200)의 이송 속도는 조절될 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템(100)의 경우, 태양 복사에너지를 이용하여 유기성 폐기물인 음식물 폐기물(200)을 열분해한다. 이때, 열분해가 균일하게 이루어지도록 음식물 폐기물(200)의 이송속도를 조절한다. 또한, 열분해 반응조(150)의 전단에 발효조를 배치함으로써, 열분해 잔류물의 폐열을 이용하여 발효 공정을 수행할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 방법의 동착흐름도이다.
전술한 도 3 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 방법은, 음식물 폐기물을 열분해하여 연료화하는 음식물 폐기물 연료화 방법으로서, 먼저, 음식물 폐기물(200)을 지역에서 수집하여 음식물 폐기물 저장조(110)에 저장한다(S110).
다음으로, 상기 음식물 폐기물 저장조에 저장된 음식물 폐기물을 발효조를 경유하여 열분해 반응조로 이송시킨다(S120). 이때, 상기 이송장치(120)가 상기 음식물 폐기물(200)이 열분해될 수 있도록 상기 음식물 폐기물(200)을 상기 열분해 반응조(150) 내에서 조절된 속도로 이송시킬 수 있다.
다음으로, 발효조(130)가 상기 음식물 폐기물 저장조(110)에 저장된 상기 음식물 폐기물을 임시 수용하여 발효시킨다(S130).
다음으로, 상기 음식물 폐기물 저장조(110)에 저장된 상기 음식물 폐기물(200)을 열분해 반응조(150)로 이송시킨다(S130).
다음으로, 태양광 집광체(140)가 태양광을 소정 영역으로 집중시킨다(S140). 이때, 상기 태양광 집광체(140) 및 열분해 반응조(150)는 다수 개 배치되고, 태양광을 집광하는 각각의 태양광 집광체(140)의 소정 영역마다 상기 열분해 반응조(150)를 각각 배치하고, 상기 열분해 반응조(150) 각각은 단일 태양광 집광체(140)에 의해 처리될 수 있는 양의 음식물 폐기물을 공급하게 된다.
다음으로, 상기 태양광이 집중되는 소정 영역 내에 배치되는 열분해 반응조(150)가 상기 이송된 음식물 폐기물을 열분해하여 바이오가스를 포함한 산출물을 배출한다(S150). 이때, 상기 열분해 반응조(150) 내에서 열분해된 음식물 폐기물은 상기 발효조가 배치된 영역을 통과하여 배출됨으로써, 상기 발효조 내에 수용된 음식물 폐기물이 발효될 수 있도록 열에너지를 제공하게 된다.
다음으로, 상기 열분해 반응조로부터 배출되는 산출물을 수집한다(S160). 이때, 상기 열분해 반응조(150)에서 발생된 바이오가스와 악취를 포함하는 공기를 산출물과 분리하여 수집하고, 상기 바이오가스는 메탄가스일 수 있다.
이에 따라 상기 음식물 폐기물은 상기 열분해 반응조 내에서 이동되어 상기 태양광 집광체에 의하여 집광된 소정 영역을 통과하면서 열분해된다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템에서 각 태양광 집광체마다 배치되는 열분해 반응조를 예시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템(100)은 음식물 폐기물(200)을 분말화하지 않고, 다수의 열분해 반응조(150)에 각각 투입하며, 도면부호 A로 도시된 바와 같이, 상기 열분해 반응조(150) 내에서 상기 음식물 폐기물(200)을 이동시켜 상기 태양광 집광체(140)에 의해 집광된 영역을 지나가도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템(100)은 상기 열분해 반응조(150)에서 열분해에 이용되고 남은 열에너지는 상기 음식물 폐기물(200)의 발효에 이용한다. 즉, 상기 열분해 반응조(150)에서 열분해된 산출물이 보유한 열에너지를 활용할 수 있도록, 상기 열분해 반응조(150) 각각에서 음식물 폐기물(200)을 열분해한 후, 산출물이 보유한 열에너지를 상기 음식물 폐기물(200)의 발효에 이용한다. 이때, 상기 발효조(130)는 상기 열분해 반응조(150)의 전단에 배치된다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템에서 태양광 집광체를 예시하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템(100)은, 태양광을 집광하는 각각의 태양광 집광체(140)의 소정 영역마다 각각의 열분해 반응조(150)를 배치하고, 상기 열분해 반응조(150) 각각은 단일 태양광 집광체(140)에 의해 처리될 수 있는 양의 음식물 폐기물(200)을 공급하며, 이때, 공급되는 음식물 폐기물(200)의 이송 속도를 조절한다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템에서 악취제거를 위해 발효조 및 열분해 반응조가 밀폐식 구조로 형성되는 것을 예시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템(100)은, 도면부호 B로 도시된 바와 같이, 상기 열분해 반응조(150) 및 상기 발효조(130)를 모두 밀폐식으로 구성하고, 또한, 도면부호 C로 도시된 바와 같이, 발생된 바이오가스와 악취를 포함하는 공기를 산출물과 분리하여 수집덕트(160)를 통해 수집할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 폐기물의 연료화 시스템(100)이 음식물 폐기물(200)을 연료화하는 것을 설명하였지만, 음식물 폐기물 이외의 다른 유기성 폐기물(Organic Waste)을 연료화할 수도 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 음식물 폐기물 연료화 시스템
200: 음식물 폐기물
300: 연료화 산출물
110: 음식물 폐기물 저장조
120: 이송장치
130: 발효조
140: 태양광 집광체
150: 열분해 반응조
160: 수집 덕트
170: 제어부
200: 음식물 폐기물
300: 연료화 산출물
110: 음식물 폐기물 저장조
120: 이송장치
130: 발효조
140: 태양광 집광체
150: 열분해 반응조
160: 수집 덕트
170: 제어부
Claims (13)
- 음식물 폐기물을 열분해하여 연료화하는 음식물 폐기물 연료화 시스템에 있어서,
지역에서 수집된 음식물 폐기물을 저장하는 음식물 폐기물 저장조;
태양광을 수집하여 소정의 영역으로 집중시키는 태양광 집광체;
상기 태양광 집광체에 의하여 태양광이 집중되는 소정 영역 내에 배치되어 상기 음식물 폐기물을 열분해하여 산출물을 배출하는 열분해 반응조;
상기 음식물 폐기물 저장조로부터 상기 열분해 반응조로 상기 음식물 폐기물을 이송시키는 이송장치; 및
상기 열분해 반응조의 전단에 배치되고, 상기 음식물 폐기물 저장조로부터 이송된 음식물 폐기물을 상기 열분해 반응조에 공급하기 전에 임시로 수용하여 상기 음식물 폐기물을 발효시키는 발효조
를 포함하며,
상기 음식물 폐기물은 상기 열분해 반응조 내에서 이동되어 상기 태양광 집광체에 의하여 집광된 소정 영역을 통과하면서 열분해되고, 상기 이송장치는 상기 음식물 폐기물이 열분해될 수 있도록 상기 음식물 폐기물을 상기 열분해 반응조 내에서 조절된 속도로 이송시키는 것을 특징으로 하는 음식물 폐기물의 연료화 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열분해 반응조에서 발생된 바이오가스와 악취를 포함하는 공기를 산출물과 분리하여 수집하는 수집 덕트를 추가로 포함하는 음식물 폐기물의 연료화 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 바이오가스는 메탄가스인 것을 특징으로 하는 음식물 폐기물의 연료화 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 이송장치의 이송속도를 제어하고, 상기 태양광 집광체의 구동을 제어하며, 상기 열분해 반응조의 열분해 반응을 제어하는 제어부를 추가로 포함하는 음식물 폐기물의 연료화 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열분해 반응조 내에서 열분해된 음식물 폐기물은 상기 발효조가 배치된 영역을 통과하여 배출됨으로써, 상기 발효조 내에 수용된 상기 음식물 폐기물이 발효될 수 있도록 열에너지를 제공하는 것을 특징으로 하는 음식물 폐기물의 연료화 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 태양광 집광체 및 상기 열분해 반응조는 다수 개 배치되고, 태양광을 집광하는 각각의 태양광 집광체의 소정 영역마다 상기 열분해 반응조를 각각 배치하고, 상기 열분해 반응조 각각은 단일 태양광 집광체에 의해 처리될 수 있는 양의 음식물 폐기물을 공급하며, 상기 공급되는 음식물 폐기물의 이송 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 음식물 폐기물의 연료화 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열분해 반응조 및 상기 발효조는 악취를 제거하도록 밀폐식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 음식물 폐기물의 연료화 시스템. - 음식물 폐기물을 열분해하여 연료화하는 음식물 폐기물 연료화 방법에 있어서,
a) 음식물 폐기물을 수집하여 음식물 폐기물 저장조에 저장하는 단계;
b) 상기 음식물 폐기물 저장조에 저장된 음식물 폐기물을 발효조를 경유하여 열분해 반응조로 이송시키는 단계;
c) 발효조가 상기 음식물 폐기물 저장조에 저장된 상기 음식물 폐기물을 임시 수용하여 발효시키는 단계;
d) 태양광 집광체가 태양광을 소정 영역으로 집중시키는 단계;
e) 상기 태양광이 집중되는 소정 영역 내에 배치되는 열분해 반응조가 상기 이송된 음식물 폐기물을 열분해하여 바이오가스를 포함한 산출물을 배출하는 단계; 및
f) 상기 열분해 반응조로부터 배출되는 산출물을 수집하는 단계
를 포함하되,
상기 음식물 폐기물은 상기 열분해 반응조 내에서 이동되어 상기 태양광 집광체에 의하여 집광된 소정 영역을 통과하면서 열분해되는 것을 특징으로 하는 음식물 폐기물의 연료화 방법. - 제8항에 있어서,
상기 e) 단계의 열분해 반응조 내에서 열분해된 음식물 폐기물은 상기 발효조가 배치된 영역을 통과하여 배출됨으로써, 상기 발효조 내에 수용된 음식물 폐기물이 발효될 수 있도록 열에너지를 제공하는 것을 특징으로 하는 음식물 폐기물의 연료화 방법. - 제8항에 있어서,
상기 c) 단계에서 이송장치가 상기 음식물 폐기물이 열분해될 수 있도록 상기 음식물 폐기물을 상기 열분해 반응조 내에서 조절된 속도로 이송시키는 것을 특징으로 하는 음식물 폐기물의 연료화 방법. - 제8항에 있어서,
상기 태양광 집광체 및 상기 열분해 반응조는 다수 개 배치되고, 태양광을 집광하는 각각의 태양광 집광체의 소정 영역마다 상기 열분해 반응조를 각각 배치하고, 상기 열분해 반응조 각각은 단일 태양광 집광체에 의해 처리될 수 있는 양의 음식물 폐기물을 공급하는 것을 특징으로 하는 음식물 폐기물의 연료화 방법. - 제8항에 있어서,
상기 f) 단계에서 상기 열분해 반응조에서 발생된 바이오가스와 악취를 포함하는 공기를 산출물과 분리하여 수집하는 것을 특징으로 하는 음식물 폐기물의 연료화 방법. - 제12항에 있어서,
상기 바이오가스는 메탄가스인 것을 특징으로 하는 음식물 폐기물의 연료화 방법.
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