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KR102755644B1 - 폐수지 연속 열분해 시스템 - Google Patents

폐수지 연속 열분해 시스템 Download PDF

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KR102755644B1
KR102755644B1 KR1020220050500A KR20220050500A KR102755644B1 KR 102755644 B1 KR102755644 B1 KR 102755644B1 KR 1020220050500 A KR1020220050500 A KR 1020220050500A KR 20220050500 A KR20220050500 A KR 20220050500A KR 102755644 B1 KR102755644 B1 KR 102755644B1
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Abstract

본 발명은 폐수지를 융해 및 기화 후 응축하여 난방 및 발전 등에 사용할 수 있는 재생유를 생산하기 위한 일련의 공정을 가지는 폐수지 연속 열분해 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐수지를 내부에 수용하여 융해 및 기화하여 가스를 생산하는 폐수지 유화장치(100);와 상기 폐수지 유화장치(100)에 폐수지를 공급하는 컨베이어(200);와 상기 폐수지 유화장치(100)에서 생성된 가스를 냉각하여 액체 상태의 재생유로 응축하는 응축부(300);와 상기 응축부(300)에 냉각수를 순환공급하는 냉각탑(400);과 상기 응축부(300)에서 생성된 재생유에 혼입된 수분을 비중 차이를 이용하여 분리하는 유수분리기(500);와 상기 유수분리기(500)에서 수분과 분리된 재생유를 저장하는 재생유 저장탱크(600);와 상기 폐수지 유화장치(100) 내부에 수용된 폐수지를 융해 및 기화하기 위한 연료를 저장하는 연료탱크(700); 및 상기 폐수지 유화장치(100) 외부 어느 한 곳에 구비되어, 폐수지 유화장치(100)와 컨베이어(200)의 작동을 제어하는 제어장치(800);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐수지 연속 열분해 시스템{Waste resin continuous pyrolysis system}
본 발명은 폐수지를 융해 및 기화 후 응축하여 난방 및 발전 등에 사용할 수 있는 재생유를 생산하기 위한 일련의 공정을 가지는 폐수지 연속 열분해 시스템에 관한 것이다.
폐수지의 재활용 방법으로는 폐수지를 녹여 재성형하는 물질적 재활용과, 폐수지를 용융하여 펠릿으로 성형하여 고형연료제품(SRF)을 생산하고, 고형연료제품(SRF)을 발전이나 난방에 사용하는 열적 재활용, 그리고 폐수지를 열분해하여 기화 후 응축하여 재생유를 생성하는 화학적 재활용으로 분류된다.
위의 폐수지 재활용 방법 중 하나인 열적 재활용의 경우 고형연료제품(SRF)이 연소시 다이옥신이 발생하여 대기환경오염에 문제가 있고, 이러한 문제점을 보완하기 위한 방법으로 폐수지로부터 재생유를 생산하는 화학적 재활용이 부각되고 있다.
폐수지의 화학적 재활용은 다른 말로 유화라고도 불리고 있으며, 폐수지를 유화하는 과정에서 다이옥신 발생의 원인이 되는 염소를 제거하는 기술이 개발되어 고체연료제품(SRF)과 같이 연소시 다이옥신이 발생하지 않아 환경 문제에도 이점이 있다.
폐수지의 유화로 생산되는 재생유는 보일러에 사용되는 등유 정도의 품질을 가지고 있으며, 원료로써 PE, PP, PS 등의 폐비닐 종류를 주로 사용하고 있으며, 폐수지의 유화 공정으로는 용융, 기화, 응축 과정을 포함하며, 융해로에 수용된 폐수지의 열분해 시 발생하는 재, 이물질은 융해로 내부에 적재되어 열전달 효율 저하 및 막힘 현상으로 융해로 내부를 일정주기마다 청소해 주어야 하며 이는 장치의 가동시간 손실 및 수익성 저하를 야기하게 된다.
일반적으로 폐수지를 열분해 하기 위한 융해로는 지면과 수평인 상태로 구성되며, 위와 관련된 선행기술의 일례로써, 대한민국 등록특허공보 제10-1448868호 "유화장치용 열분해 장치"가 개시되어 있다.
상기 선행기술은 폐수지의 열분해 과정 중 발생하는 분진(재)을 제거하기 위하여 집진기를 열분해로의 상단에 구성하였는데 집진기는 열분해로 내부의 열을 외부로 방출하여 열분해로 내부의 열손실을 야기하며, 분진(재)의 중량이나 부피가 커 집진기 외부로 빠져나가지 못할 경우에는 열분해로 내부에 적재되는 문제점이 발생할 수 있다.
위와 같은 구조에서 탄화물(재)를 배출할 수 있는 구조를 가지는 폐수지를 유화하기 위한 다른 선행기술로써, 대한민국 등록특허공보 제10-0516015호 "폐플라스틱 및 폐고무 열분해장치"가 개시되어 있다.
상기 선행기술에서 열분해부는 일정한 경사를 갖게 고정되어 내부에 폐수지가 수용되어 가열되는 연소관과, 상기 연소관 내에 설치되어 모터에 의해 구동되고 연소 후 남은 탄화물 찌꺼기를 연소관을 따라 이송할 수 있는 무축스크류가 형성된 컨베어스크류가 구비되고,
상기 무축스크류의 상단 지점의 연소관 바닥에 연통되어 구비되고 무축스크류에 의하여 이송된 탄화물 찌꺼기를 기밀을 유지하면서 하방으로 배출하는 배출관이 구비된다.
위의 구성에서 연소관 내부에 폐수지가 과투입되면 배출관이 폐수지에 의해 막히게 되는데, 이러한 문제를 방지할 수 있는 구조가 상기 선행기술에서는 제시되지 않고 있다.
통상적으로 위와 같은 연소관 내부에 폐수지가 과적재 되는 것을 막기 위한 방법으로 별도의 장치를 구성하지 않고, 경험 및 시행착오에 의해 폐수지의 투입량을 설정하게 된다.
연소관에 투입되는 폐수지는 형태가 불균일하며 체적 대비 중량 또한 다르게 형성되는데 위와 같이 경험에 의한 폐수지의 투입으로 이루어지는 열분해는 매 사이클 마다. 연소관에 투입되는 폐수지의 총량에 편차가 과하게 발생할 수 있다.
이에 따라 매 사이클 마다 같은 시간 동안 연소관 내부의 폐수지를 가열한다고 하였을 때, 폐수지가 적게 투입되었을 때는 폐수지의 유화가 끝난 다음에도 연료를 소비하게 되고, 폐수지가 많게 투입되었을 때는 유화 될 수 있는 폐수지가 남아 있는 상태에서 배출관으로 배출되기 때문에 열분해 장치 운용시간에 따른 열분해 효율이 낮아지게 될 소지가 있다.
용기에 담긴 유체의 유면을 측정하기 위한 수단으로는 대한민국 등록특허공보 제10-0858412호 "유면접점과 온도센서가 부착된 유면계"와 같이 케이스와, 이 케이스 내부에 구비된 중공부로 이루어지며 유체가 상기 중공부로 유입되도록 형성되는 유면계가 이용된다.
위의 폐수지를 열분해 하기 위한 장치에서 폐수지를 가열시 장치 내부에 유입되는 산소에 의해 폐수지가 연소되어 재가 형성되고, 폐수지(P)에 첨가되는 물질에 의해 불순물이 고체형태로 생성된다.
따라서 종래기술 제10-0858412호에 개시된 형태와 유사한 유면계를 사용기 유체가 유입되어야 할 중공부가 재와 불순물에 의해 막히게 될 수 있다.
또한, 위 제10-0858412호의 선행기술에서 중공부 내부에 수용되어 중공부로 유입되는 유체에 부유되는 부유접점과, 중공부의 하부에 고정 설치되어 상기 부유접점이 하강하면 상기 부유접점과 접촉되는 고정접점과, 상기 케이스 일측에 설치되며 상기 부유접점과 고정접점이 접촉되면 통전되어 저레벨경고신호를 발생시키는 경고신호발생수단을 포함하여 구성되는데,
이러한 종래 방식의 유면계를 폐수지 열분해 장치에 적용하게 되면, 중공부에 유입된 용융된 폐수지가 응고하면서 부유접점과 고정접점 사이를 차단하게 됨으로써 전기적인 유면 높이의 측정이 이루어지지 않게 될 수도 있어 종래의 방식의 유면계로 폐수지 열분해 장치에서 용융된 폐수지의 유면을 측정하기에 기술적 어려움이 있다.
아래에는 폐수지를 유화하는 장치의 운전 방식에 따라 분류되는 연속식과 비연속식에 대하여 서술한다.
비연속식은 폐수지를 한번 투입하고 나서 투입된 폐수지가 완전히 열분해가 이루어 지기 전까지 폐수지의 추가적인 공급이 없는 방식인데, 비연속식의 경우 다음 싸이클로 넘어가기까지 발생하는 열에너지 손실 및 장비 운전시간 손실 등으로 생산성 및 수익성이 떨어지게 된다.
연속식은 위와 같은 문제점을 개선된 방법으로 폐수지의 열분해 중에도 지속적으로 폐수지를 추가적으로 투입함으로써 비연속식에서 발생하는 열에너지 손실을 줄이고 장치의 운전시간을 지속할 수 있다.
*이러한 폐수지 열분해의 연속식 운전방식에 중요한 포인트는 폐수지를 폐수지 유화장치 내에 공급시 외부공기(산소)가 유입되지 않도록 하는 것이다.
장치 내부에 산소가 유입될 시 폐수지가 기화하여 생성된 가스가 산소와 반응하여 연소 및 폭발이 일어나며, 이는 생성되는 재생유의 생산량 저하와 충격으로 인한 설비의 손상, 화재의 위험을 야기한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1448868호 "유화장치용 열분해 장치" 대한민국 등록특허공보 제10-0516015호 "폐플라스틱 및 폐고무 열분해장치" 대한민국 등록특허공보 제10-0858412호 "유면접점과 온도센서가 부착된 유면계"
본 발명은 상기의 제반 문제점을 보다 적극적으로 해소하기 위하여 창출된 것으로, 폐수지 유화장치 내부에 수용된 폐수지의 열분해 과정에서 발생하는 재가 장치 내부에 적재되지 않게 배출 가능한 재 배출구를 구성하되, 재 배출구가 용융된 폐수지에 의해 막히지 않도록 하는 구조를 가진 폐수지 연속 열분해 시스템을 제공하는 것이 주된 해결과제이다.
또한, 폐수지를 열분해 하는 과정에 생성되는 재와, 불순물 및 폐수지를 유화 시키기 위한 열에 내성을 가지는 용융된 폐수지의 유면을 측정하기 위한 수단을 마련하고 이를 이용하여 용융된 폐수지의 유면을 측정함으로써, 폐수지 유화장치 내부에 일정량의 폐수지가 수용되게하여, 열분해 효율이 저하되는 것을 막는 것이 또 다른 해결과제이다.
본 발명의 폐수지 연속 열분해 시스템은, 폐수지를 내부에 수용하여 융해 및 기화하여 가스를 생산하는 폐수지 유화장치(100);와 상기 폐수지 유화장치(100)에 폐수지를 공급하는 컨베이어(200);와 상기 폐수지 유화장치(100)에서 생성된 가스를 냉각하여 액체 상태의 재생유로 응축하는 응축부(300);와 상기 응축부(300)에 냉각수를 순환공급하는 냉각탑(400);과 상기 응축부(300)에서 생성된 재생유에 혼입된 수분을 비중 차이를 이용하여 분리하는 유수분리기(500);와 상기 유수분리기(500)에서 수분과 분리된 재생유를 저장하는 재생유 저장탱크(600);와 상기 폐수지 유화장치(100) 내부에 수용된 폐수지를 융해 및 기화하기 위한 연료를 저장하는 연료탱크(700); 및 상기 폐수지 유화장치(100) 외부 어느 한 곳에 구비되어, 폐수지 유화장치(100)와 컨베이어(200)의 작동을 제어하는 제어장치(800);를 포함하며,
상기 폐수지 유화장치(100)는, 지면에서 설정 각도로 경사지게 구성되어 내부에 폐수지를 수용하여 융해 후 기화시키는 융해로(10);와 경사진 융해로(10)의 하측 상부에 연결되어, 폐수지를 외부에서 공급받고, 폐수지를 압착하여 공기를 일부 제거한 상태로 융해로(10)에 투입하는 공기압착 투입장치(20);와 경사진 융해로(10)의 상측 측면에 구성되어, 융해로(10) 내부의 폐수지에 열을 가하는 가열장치(30); 및 경사진 융해로(10)의 상측 하부에 구성되어, 융해로(10) 내부의 폐수지가 융해 및 기화 과정에 발생하는 재를 배출하되 외부의 공기가 유입되지 않도록 하는 재 배출장치(40);를 포함하고,
상기 융해로(10)는, 지면에서 설정 각도로 경사지게 구성되는 원통 형태의 외통(11);과 상기 외통(11) 내부에 구성되어 폐수지를 수용하여 융해 및 기화시키는 것으로써, 일측 상부에 폐수지가 기화하여 생성된 가스가 배출되는 가스 배출구(12a)와, 상기 가스 배출구(12a)의 아래 방향에 폐수지의 기화 과정 중 불순물 등이 연소하여 발생하는 재(T)를 배출하는 재 배출구(12b)가 형성되는 내통(12);과 상기 내통(12)의 양측단에 연결되어, 내통(12) 내부에 수용된 용융된 폐수지(M)를 교반 및 이송하여주는 스크루(13);와 상기 스크루(13)의 일단과 연결되어 스크루(13)를 회전시키는 모터(14); 및 내통(12)의 상측에 구비되어, 내통 내부에 수용된 용융된 폐수지(M)의 유면(M1)이 설정 높이에 도달하였을 때 이를 감지하고, 컨베이어(200) 및 공기압착 투입장치(20)의 작동이 멈추도록 함으로써, 내통(12) 내부에 폐수지(P)가 과투입되어 유면(M1)이 상승하고, 재 배출구(12b)가 막히는 것을 방지하는 유면감지부(15);를 포함하며,
상기 유면감지부(15)는, 내통(12) 상측의 내부 및 외부를 관통하여 형성되며, 내통(12) 내부에서 유면(M1)이 설정높이까지 도달하면, 용융된 폐수지(M)와 접촉하여 용융된 폐수지(M)의 열을 전달받는 열전도체(15a);와 열전도체(15a)의 둘레면 일부분을 감싸 내통(12)의 열이 열전도체(15a)로 전해지는 것을 막는 것과 동시에 내통(12) 내부로 외부의 공기가 유입되지 못하도록 기밀을 유지할 수 있게 구성되는 단열부재(15b);와 내통(12) 외부에 구성되며, 내통(12) 외부로 돌출된 열전도체(15a)의 온도를 측정하여, 측정값을 제어장치(800)로 보내는 온도센서(15c);를 포함하되,
열전도체(15a)가 유면(M1)과 접촉 후, 열전도체(15a)의 온도가 상승하여 설정치에 도달하게 되면, 제어장치(800)에서 컨베이어(200) 및 공기압착 투입장치(20)의 작동이 멈추도록 신호를 보내게 됨으로써, 내통(12) 내부에 폐수지(P)가 과투입되어 유면(M1)이 상승하고, 재 배출구(12b)가 막히는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 내통(12) 내부의 공기와 용융된 폐수지(M)에서 기화된 가스를 응측부(300)로 이동시킴으로써, 내통(12) 내부를 대기압 보다 낮은 진공 상태로 만들어, 용융된 폐수지(M)의 끓는점을 낮추어 주는 진공펌프(VP);와 가스 배출구(12a)와 진공펌프(VP) 사이의 배관에 형성되어 내통(12) 내부의 압력을 측정하며, 측정값을 제어장치(800)로 전송하는 전자압력계(EG);를 포함하되,
사용자는 제어장치(800)를 통하여 진공펌프(VP)에 의해서 형성되는 내통(12) 내부의 진공압의 수치를 설정할 수 있으며, 내통(12) 내부의 진공압의 수치가 설정한 값에 도달할 시 진공펌프(VP)의 RPM을 낮추어 진공펌프(VP)에 과부하가 걸리는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 응축부(300)는, 가스 배출구(12a)와 파이프 배관으로 연결되어 폐수지가 기화된 가스를 공급받아 냉각하여 액체상태로 응축하는 복수의 응축기(310); 및 상기 복수의 응축기(310) 사이에 구성되어 응축기(310) 내부에 가스가 전달되도록 하는 연결관(320);을 포함하며,
응축기(310)에서 응축되지 않는 가스가 가열장치(30)로 이송되는 배관 사이에는 전자유량계(PL)가 구비되어, 응축기(310)에서 가열장치(30)로 공급되는 응축기(310)에서 응축되지 않는 가스의 유량을 측정하고, 측정값을 제어장치(800)에 전달하며, 제어장치(800)에서는 연료탱크(700)에서 가열장치(30)로 공급하는 연료의 양을, 응축기(310)에서 가열장치(30)로 공급되는 비응축 가스의 유량만큼 제하여 공급하도록 펌프(PU)의 RPM을 조절하는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 열전도체(15a)가 유면(M1)과 접촉 후, 열전도체(15a)의 온도가 상승하여 설정치에 도달하게 되면, 제어장치(800)에서 컨베이어(200) 및 공기압착 투입장치(20)의 작동이 멈추도록 신호를 보내게 됨으로써, 내통(12) 내부에 폐수지(P)가 과투입되어 유면(M1)이 상승하고, 재 배출구(12b)가 막히는 것을 방지할 수 있는 효과 및 내통(12) 내부에 일정량의 폐수지(P)가 수용되게 함으로써, 내통 내부에 수용된 폐수지(P)가 부족하거나 넘치는 것을 방지하여, 폐수지(P)의 열분해 효율에 손실이 일어나는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 가스 배출구(12a)와 응축부(300)를 연결하는 배관 사이에는 전자압력계(EG)와 진공펌프(VP)가 구비되어 내통(12) 내부의 압력을 대기압 보다 낮은 진공 상태로 만들어 용융된 폐수지(M)의 끓는점을 낮추어 줌으로써, 용융된 폐수지(M)의 기화에 사용되는 연료를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제어장치(800)에서는 연료탱크(700)에서 가열장치(30)로 공급하는 연료의 양을, 응축기(310)에서 가열장치(30)로 공급되는 비응축 가스의 유량만큼 제하여 공급하도록 펌프(PU)의 RPM을 조절함으로써, 폐수지(P)를 열분해 하기 위한 연료의 소모량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 폐수지 연속 열분해 시스템를 이용하여 재생유를 생산하기 위한 공정도이다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예의 폐수지 연속 열분해 시스템의 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 단면도이다.
도 2c는 도 2b 중 A의 확대도이다.
도 2d는 도 2c 중 B-B'의 단면도이다.
도 2e는 본 발명이 제시하는 재 배출장치(40)의 사용상태도이다.
도 2f는 내통(12) 내부의 용융된 폐수지(M)가 기화가 이루어지는 유면(M1)의 수위를 제어하기 위한 시스템의 구성도.
도 3a는 본 발명이 제시하는 공기압착 투입장치(20)의 측면도이다
도 3b는 도 3a 중 B에서 B'까지의 단면도이다.
도 3c는 도 3b 중 압착판(23)의 확대도이다.
도 3d는 본 발명이 제시하는 공기압착 투입장치(20)의 사용상태도이다.
도 4a는 본 발명이 제시하는 가열장치(30)의 사시도이다.
도 4b는 본 발명이 제시하는 가열장치(30)의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 폐수지 연속 열분해 시스템에 의하여 생산되는 재생유의 시험성적서이다.
이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구성 및 이로 인한 작용, 효과에 대해 일괄적으로 기술하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그리고 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 폐수지 연속 열분해 시스템를 이용하여 재생유를 생산하기 위한 공정도이고, 도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예의 폐수지 연속 열분해 시스템의 사시도이며, 도 2b는 도 2a의 단면도이고, 도 2c는 도 2b 중 A의 확대도이며, 도 2d는 도 2c 중 B-B'의 단면도이고, 도 2e는 본 발명이 제시하는 재 배출장치(40)의 사용상태도이며, 도 2f는 내통(12) 내부의 용융된 폐수지(M)가 기화가 이루어지는 유면(M1)의 수위를 제어하기 위한 시스템의 구성도이다.
*본 발명의 폐수지 연속 열분해 시스템은 폐수지를 내부에 수용하여 융해 및 기화하여 가스를 생산하는 폐수지 유화장치(100);와 상기 폐수지 유화장치(100)에 폐수지를 공급하는 컨베이어(200);와 상기 폐수지 유화장치(100)에서 생성된 가스를 냉각하여 액체 상태의 재생유로 응축하는 응축부(300);와 상기 응축부(300)에 냉각수를 순환공급하는 냉각탑(400);과 상기 응축부(300)에서 생성된 재생유에 혼입된 수분을 비중 차이를 이용하여 분리하는 유수분리기(500);와 상기 유수분리기(500)에서 수분과 분리된 재생유를 저장하는 재생유 저장탱크(600);와 상기 폐수지 유화장치(100) 내부에 수용된 폐수지를 융해 및 기화하기 위한 연료를 저장하는 연료탱크(700); 및 상기 폐수지 유화장치(100) 외부 어느 한 곳에 구비되어, 폐수지 유화장치(100)와 컨베이어(200)의 작동을 제어하는 제어장치(800); 를 포함하여 구성된다.
위 폐수지 유화장치(100)는 지면에서 설정 각도로 경사지게 구성되어 내부에 폐수지를 수용하여 융해 후 기화시키는 융해로(10);와 경사진 융해로(10)의 하측 상부에 연결되어, 폐수지를 외부에서 공급받고, 폐수지를 압착하여 공기를 일부 제거한 상태로 융해로(10)에 투입하는 공기압착 투입장치(20);와 경사진 융해로(10)의 상측 측면에 구성되어, 융해로(10) 내부의 폐수지에 열을 가하는 가열장치(30);와 경사진 융해로(10)의 상측 하부에 구성되어, 융해로(10) 내부의 폐수지가 융해 및 기화 과정에 발생하는 재를 배출하되 외부의 공기가 유입되지 않도록 하는 재 배출장치(40);를 포함하여 구성된다.
그리고 융해로(10)는 지면에서 설정 각도로 경사지게 구성되는 원통 형태의 외통(11);과 상기 외통(11) 내부에 구성되어 폐수지를 수용하여 융해 및 기화시키는 내통(12);과 상기 내통(12)의 양측단에 연결되어, 내통(12) 내부에 수용된 용융된 폐수지(M)를 교반 및 이송하여주는 스크루(13);와 상기 스크루(13)의 일단과 연결되어 스크루(13)를 회전시키는 모터(14);를 포함하여 구성된다.
상기 외통(11)은 내주면에 구성되어 외통(11) 내부의 열이 외부로 손실되는 것을 막아주는 단열재(11a)와, 상기 단열재(11a)의 내주면에 위치하여 단열재(11a)에 화염이 닿지 않도록 하고 외통(11) 내부의 열을 흡수하여 저장하는 벽돌(11b)이 구성되며, 지면에서 기울어지게 구성된 외통(11)의 하측 방향에 연소가스가 배출되는 배기구(11c)가 형성된다.
도 2c 또는 도 2d와 같이, 상기 내통(12)은 일측 상부에 폐수지가 기화하여 생성된 가스가 배출되는 가스 배출구(12a)와, 상기 가스 배출구(12a)의 아래 방향에 폐수지의 기화 과정 중 불순물 등이 연소하여 발생하는 재(T)를 배출하는 재 배출구(12b)가 형성된다.
도 2a 내지 도 2e와 상기의 구성을 참조하여, 융해로(10)의 작동 순서와 원리를 설명하기로 한다.
지면에서 경사지게 설치된 내통(12)에서 하측 상부에 공기압착 투입장치(20)로부터 폐수지를 공급받고, 내통(12) 내부에 구성된 스크루(13)가 모터(14)에 의해 회전하며 내통(12)에 수용된 폐수지를 교반하며 가스배출구(12a)가 위치한 상측 방향으로 이송시킨다.
이때, 가열장치(30)가 외통(11)과 내통(12) 사이에 형성되는 공간(S) 내부의 공기를 가열하게 되고, 공간(S) 내부의 가열된 공기에 의해 내통(12)에 수용된 폐수지는 액체 상태로 융해가 이루어진다.
상기와 같이 가열장치(30)가 내통(12)에 직접적으로 열을 가하지 않고 공간(S) 내부의 공기를 가열하는 간접열전달 방식을 사용하는 것으로 내통(12)과 스크루(13)의 수명을 늘릴 수 있다는 이점이 있다.
또한, 가열장치(30)가 지면에서 경사지게 구성된 외통(11)의 상측 방향에 구성되고, 상기 공간(S)은 가열장치(30)가 위치한 방향에 구성되어 가열장치(30)로 부터 내부 공기가 가열되는 상측 공간(Sa);과 가스 배출구(12a)가 위치한 방향에 구성되어 상기 상측 공간(Sa)에서 가열된 공기의 열이 하측으로 전달되는 하측 공간(Sb);으로 나뉜다.
위와 같이 가열장치(30)가 상측 공간(Sa)을 가열하여 내통(12) 내부의 용융된 폐수지(M)가 기화가 이루어지는 유면(M1) 부위에 집중적으로 열을 가하고, 가열장치(30)에 의해 가열된 상측 공간(Sa)의 열이 하측 공간(Sb)으로 전달되며 하측 공간(Sb)과 접하는 내통(12) 내부의 하측에 수용된 폐수지를 예열하게 되는 것으로 연료사용의 효율을 올릴 수 있다.
도 2c 또는 도 2e와 같이, 융해된 폐수지(M)는 유면(M1)에서 기화가 되며, 생성된 가스는 가스 배출구(12a)로 배출되고, 폐수지에 함유된 이물질 등이 연소하여 생성되는 재(T)는 재 배출구(12b)로 떨어지게 된다.
이때, 유면(M1)의 높이는 내통(12) 내부에 투입되는 폐수지의 양과 스크루(13)에 형성되는 스크루 날(13a)의 위치에 따라 결정되는데, 스크루 날(13a)은 융해된 폐수지(M)에 의하여 재 배출구(12b)가 막히지 않도록 일부분만 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 지면에서 기울어진 내통(12)의 상측 하단에 재 배출구(12b)를 구성하고 재를 배출함으로써, 내통 내부에 재가 잔류하게 되어 폐수지의 열분해 효율이 저하되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
또한, 내통 내부에 잔류 되는 재의 양을 줄임으로써. 내통 내부의 청소 주기가 늘어남으로, 장비 운용의 시간 손실을 줄일 수 있다.
그리고 도 2c 또는 도 2d와 같이, 내통(12)의 상측에는 유면감지부(15)가 구비되어, 내통 내부에 수용된 용융된 폐수지(M)의 유면(M1)이 설정 높이에 도달하였을 때 이를 감지하고, 컨베이어(200) 및 공기압착 투입장치(20)의 작동이 멈추도록 함으로써, 내통(12) 내부에 폐수지(P)가 과투입되어 유면(M1)이 상승하고, 재 배출구(12b)가 막히는 것을 방지하도록 이루어진다.
위 내통(12) 내부에 수용되는 폐수지(P)는 열분해 되는 과정에서 유입된 산소에 의해 연소되어 생성되는 재와, 폐수지(P)에 첨가되는 물질에 의해 불순물이 고체형태로 생성된다.
따라서 위 유면감지부(15)는 내통(12) 내부의 유면(M1)을 측정하되, 내통(12) 내부에서 생성되는 재와 불순물에 의해 발생할 수 있는 오작동이 일어나지 않는 구조로 이루어져야 하며, 300도 이상의 고온의 열에도 망가지지 않도록 내구성을 가질수 있는 구조로 이루어져야 한다.
이를 위한 유면감지부(15)의 상세 구성으로, 유면감지부(15)는 열전도체(15a)와 단열부재(15b) 및 온도센서(15c)을 포함하여 구성된다.
열전도체(15a)는 내통(12) 상측의 내부 및 외부를 관통하여 형성되며, 내통(12) 내부에서 유면(M1)이 설정높이까지 도달하면, 용융된 폐수지(M)가 내통(12) 내부에 수용된 열전도체(15a)에 접촉하게 되어 용융된 폐수지(M)의 열을 전달받는다.
이때 용융된 폐수지(M)의 열전도율은 공기의 열전도율 보다 높아, 위와 같이 열전도체(15a)가 유면(M1)과 접촉하게 되면, 열전도체(15a)의 온도가 급상승하게 된다. (참고: 공기의 열전도율은 0.025 W/(m*K)이고, 용융된 폐수지(M)의 열전도율은 0.12 W/(m*K)이다.)
내통(12) 외부에 구성되는 온도센서(15c)가 내통(12) 외부로 돌출된 열전도체(15a)의 온도를 측정하여, 폐수지 유화장치(100) 외부 어느 한 곳에 구비되는 제어장치(800)에 신호를 보내게 된다.
그리고 위와 같이 열전도체(15a)가 유면(M1)과 접촉 후, 열전도체(15a)의 온도가 상승하여 설정치에 도달하게 되면, 제어장치(800)에서 컨베이어(200) 및 공기압착 투입장치(20)의 작동이 멈추도록 신호를 보내게 됨으로써, 내통(12) 내부에 폐수지(P)가 과투입되어 유면(M1)이 상승하고, 재 배출구(12b)가 막히는 것을 방지할 수 있게 된다.
위와 같이 내통(12) 내부에 폐수지(P)의 공급이 이루어 지지 않은 상태에서 용융된 폐수지(M)가 가열되어 기화가 이루어지면 유면(M1)이 하강하게 되고, 열전도체(15a)는 용융된 폐수지(M)와의 접촉되는 부위가 없어져, 용융된 폐수지(M)로 부터 열을 전달받지 않게 된다.
그리고 내통(12) 외부로 노출된 열전도체(15a) 부위가 외부 공기에 의해 냉각됨으로써, 열전도체(15a)의 온도가 내려가게 되고 이를 온도센서(15c)가 감지하여 제어장치(800)에 전달하게 되면, 제어장치(800)가 컨베이어(200) 및 공기압착 투입장치(20)를 작동시킴으로써, 내통(12) 내부에 폐수지(P)가 공급되게 된다.
이와 같이 내통(12) 내부에 일정량의 폐수지(P)가 수용되게 함으로써, 내통 내부에 수용된 폐수지(P)가 부족하거나 넘치는 것을 방지하여, 폐수지(P)의 열분해 효율에 손실이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
위 내통(12)의 재질은 철과 같은 금속으로 이루어질 수 있으며, 철은 공기 및 용융된 폐수지(M) 보다 높은 열전도율을 가진다. (참고: 공기의 열전도율은 0.025 W/(m*K)이고, 용융된 폐수지(M)의 열전도율은 0.12 W/(m*K)이며, 철의 열전도율은 83.5 W/(m*K)이다.)
따라서, 위와 같이 열전도체(15a)가 용융된 폐수지(M)와의 접촉에 의해 온도가 상승하도록 하려면, 내통(12)의 열이 열전도체(15a)에 직접 전달되는 것을 막아야 함이 바람직하다.
이를 위하여 단열부재(15b)는 열전도체(15a)의 둘레면 일부분을 감싸 내통(12)의 열이 열전도체(15a)로 전해지는 것을 막는 것과 동시에 내통(12) 내부로 외부의 공기가 유입되지 못하도록 기밀을 유지할 수 있게 구성하여, 외부 산소에 의해 폐수지(P)가 연소되는 것을 방지하도록 한다.
위와 같이 본 발명에서 제시하는 유면감지부(15)는 내통(12) 내부에서 생성되는 재와, 불순물에 고장이 나지 않는 구조를 가지는 열전도체(15a)와, 열전도체(15a)의 온도를 감지하는 온도센서(15c)는 내통(12) 외부에 위치하도록 구성함으로써, 폐수지의 열분해에 있어 우수한 내구성을 가진다.
도 3a는 본 발명이 제시하는 공기압착 투입장치(20)의 측면도이고, 도 3b는 도 3a 중 B에서 B'까지의 단면도이며, 도 3c는 도 3b 중 압착판(23)의 확대도이고, 도 3d는 본 발명이 제시하는 공기압착 투입장치(20)의 사용상태도이다.
공기압착 투입장치(20)는 상기 내통(12)의 일측 상부에 연결되어, 외부로부터 폐수지를 공급받는 원통형태의 투입관(21);과 상기 투입관(21)의 일측 상부에 구성되어, 상하작동을 수행하는 실린더 로드(22a)가 하측에 형성되는 상하실린더(22);와 상기 실린더 로드(22a)에 고정되어 투입관(21) 내부에 수용된 폐수지를 압착하여, 폐수지 간 공극의 공기를 일부 제거하는 압착판(23);과 상기 투입관(21)의 외측면에 구성되어 내통(12)으로 외부의 공기가 유입되지 않도록 차폐하여 주는 나이프 게이트 밸브(24);를 포함하여 구성된다.
투입관(21)은 일측 상부에 컨베이어(200)로부터 폐수지(P)를 공급받는 투입구(21a)가 형성되고, 하부에는 내통(12)과 연결되어 내통(12)으로 폐수지가 공급되는 배출구(21b)가 형성된다.
압착판(23)은 압착판(23)이 하강시 공기가 통과할 수 있는 통기구(23a)가 일정 간격으로 복수 형성되며, 상기 통기구(23a)의 상측에 힌지(H)로 연결되어 압착판(23)이 하강중에는 공기압에 의해 통기구(23a)를 개방하고, 압착판(23)이 멈추거나 상승시에는 자체하중에 의해 통기구(23a)를 닫아주는 복수의 커버(23b)가 형성된다.
나이프 게이트 밸브(24)는 상기 투입관(21)의 일측에 가로 방향으로 구성되어, 지면에서 수평방향으로 직선 운동을 수행하는 실린더 로드(24a1)가 투입관(21) 내측 방향으로 형성되는 실린더(24a)와, 상기 실린더 로드(24a1)에 고정되어, 판 형태를 가지며 슬라이드 방식으로 투입관(21) 내부의 개폐기능을 수행하는 나이프(24b)를 포함하여 구성된다.
도 3a 내지 도 3d와 상기의 구성을 참조하여, 공기압착 투입장치(20)의 작동 순서와 기능을 설명하기로 한다.
1. 컨베이어(200)에서 투입구(21a)를 향하여 이송된 폐수지(P)가 투입구(21a)를 통과하여 투입관(21) 내부로 공급된다.
이때, 나이프 게이트 밸브(24)는 투입관(21) 내부에서 차폐된 상태, 즉 실린더 로드(21a1)가 전진하여 폐비닐(P)과 외부공기가 내통(12)으로 유입되지 못하게 나이프(24b)가 가로막고 있는 상태이다.
따라서, 투입관(21) 내부에 공급된 폐수지(P)는 내통(12)으로 바로 공급되지 않고 나이프(24b) 윗면에 적재된다.
2. 상하실린더(22)의 실린더 로드(22a)와 압착판(23)이 하강하게 된다.
투입관(21) 내부의 압착판(23)과 나이프(24b) 사이의 공기가 압축되고, 공기압에 의해 통기구(23a)를 막고 있던 커버(23b)가 열리게 되고 압축된 공기는 통기구(23a)를 통하여 상부로 빠져나게게 된다.
이후 압착판이(23) 폐수지(P)를 압착하여 부피를 줄이고 폐수지(P) 간의 공극에 위치한 공기 또한 통기구(23a)를 통하여 빠져나가게 된다.
여기서 폐수지(P)는 압착이 가능한 비닐 종류가 사용될 수 있다.
3. 상기와 같이 폐수지(P)가 압착된 다음 실린더 로드(24a1)와 나이프(24b)가 후진하여 나이프 게이트 밸브(24)가 열리게 되고, 나이프(24b) 윗면에 적재되어 있던 폐수지(P)는 중력과 압착판(23)의 누르는 힘에 의해 아래로 떨어져 배출구(21b)를 지나 내통(12)으로 투입되게 된다.
이때, 압착판(23)은 나이프(24b) 보다 아래 높이까지 하강하여 폐수지를 밀어낸 후 상승하여 나이프(24b) 윗면보다 높은 위치에서 멈추게 되고, 커버(23b)는 자체 하중에 의해 통기구(23a)가 닫혀있는 상태를 만들어 외부공기가 압착판(23) 아래로 통과하지 못하도록 하게된다.
4. 상기와 같이 압착판(23)이 나이프(24) 윗면보다 높은 위치에 멈춘 상태에서, 나이프(24b)가 전진하여 외부공기가 투입관(21) 내부에서 나이프(24b) 아래로 통과하지 못하도록 기밀을 유지한 후 압착판(23)이 상승하여 완전히 원위치로 복귀하게 된다.
도 4a는 본 발명이 제시하는 가열장치(30)의 사시도이고, 도 4b는 본 발명이 제시하는 가열장치(30)의 단면도이다.
가열장치(30)는 상기 외통(11)의 일측 외주면에 구성되어 내부에 연료가 연소하여 화염이 생성되는 원통 형태의 점화로(31);와 상기 점화로(31) 일단에 구성되어 점화로(31) 내부에 연료를 분사하는 로터리 버너(32);와 상기 로터리 버너(32)의 측부에 구성되어 로터리 버터(32)에서 분사되는 연료를 착화시키는 파이프 버너(33);와 상기 로터리 버너의 측부에 구성되어 로터리 버너에서 분사되는 연료가 착화되는 것을 감지하는 불꽃감지 센서(34);와 상기 점화로(31) 외부에 파이프로 연결되어 점화로 내부(31)에 연료가 연소하기 위한 공기(Air)를 공급하는 피드 팬(35);과 상기 점화로(31)와 피드 팬(35)를 연결하는 파이프에 구성되어 로터리 버너(32)에서 분무되는 연료의 양에 따라 피드 팬(35)에서 점화로 내부로 공급되는 공기의 유량을 제어하는 비례제어 밸브(36);를 포함하여 구성된다.
상기 로터리 버너(32)는 연료를 착화시키는 기능을 가지지 않아 착화를 위한 별도의 파이프 버너(33)가 구성되고, 로터리 버너(32)에서 분사되는 연료에 착화가 이루어지면 불꽃감지 센서(34)가 감지하고 파이프 버너(33)의 작동을 멈추게 한다.
가열장치(30)의 작동 초기에는 연료탱크(700)에서 로터리 버너(32)로 연료를 공급하며, 폐수지가 용해로(10)에서 기화 후 응축부(300)에서 응축되지 않은 가스는 점화로(31) 내부로 공급되어 보조 연료로 사용될 수 있다.
또한, 응축부(300)에서 가스를 응축 후 유수분리기(500)를 거쳐 생산된 재생유는 재생유 저장탱크(600)에 저장되고 이를 로터리 버너(32)로 공급하여 연료로 사용 가능하며, 로터리 버너(32)와 재생유 저장탱크(600) 및 연료탱크(700) 사이에 연결된 배관에 밸브(V)를 구성하여 연료탱크(700)에서 로터리 버너(32)로 공급되는 연료를 차단하고, 재생유 저장탱크(600)에 저장된 재생유만을 연료로 로터리 버너(32)에 공급할 수 있다.
그리고 상기 밸브(V)와 로터리 버너(32) 사이의 배관에 펌프(PU)가 구성되어 재생유 저장탱크(600)에 수용된 재생유와 연료탱크(700)에 수용된 연료를 로터리 버너(32)로 공급하는 역할을 수행하며, 상기 펌프(PU)와 로터리 버너(32) 사이 배관에 압력계(PG)가 더 구성되고 로터리 버너(32)로 일정량의 재생유 및 연료가 공급되도록 한다.
상기의 재생유가 가지는 발열량은 45,880 J/g (도 5의 시험성적서 참조) 정도를 가지고 있으며, 이는 등유가 가지는 발열량(46,002.4 J/g, 비중 0.8 기준)과 유사한 수준이며, 경유가 가지는 발열량(44,380 J/g, 비중 0.85 기준)보다 높다.
상기 재 배출장치(40)는 상기 재 배출구(12b) 하단에 부착되는 내부가 비어있는 케이스(41);와 상기 케이스 내부에서 모터(미도시)에 의해 회전하도록 구성되는 회전체(42);와 상기 재 배출구(12b)와 회전체(42) 사이에 위치하여 케이스(41) 내부의 개폐를 수행하는 나이프 게이트 밸브(46);를 포함하여 구성되며, 상기 회전체(42)는 중심축에서 외측으로 복수의 날개(42a)가 일정 각도로 형성되고, 복수의 날개(42a) 사이에 형성되는 공간(42b)으로 재(T)가 상부에서 유입되어 회천체(42)가 회전시 공간(42b)에 수용된 재(T)가 하부로 배출되는 구조를 가진다.
이때, 날개(42a)와 케이스(41) 내부면이 접촉하는 부위는 기밀을 유지할 수 있도록 구성되어, 내통(12) 내부로 공기가 유입되는 것을 방지할 수 있게 하여 내통(12) 내부에서 생성된 가스가 연소되지 않도록 한다.
나이트 게이트 밸브(46)는 상기 케이스(41)의 일측에 가로 방향으로 구성되어, 지면에서 수평방향으로 직선운동을 수행하는 실린더 로드(43a1)가 케이스(41) 내측 방향으로 형성되는 실린더(46)와, 상기 실린더 로드(46a1)에 고정되어, 판 형태를 가지며 슬라이드 방식으로 케이스(41) 내부의 개폐기능을 수행하는 나이프(46b)를 포함하여 구성된다.
도 2e와 같이, 재 배출구(12b)를 통하여 떨어지는 재는 나이프(46b) 윗면에 적재되고, 재를 배출할 시에는 나이프(46b)가 후진하여 나이프(46b) 윗면에 적재된 재를 공간(42b)으로 낙하시키고, 나이프(46b)가 전진하여 내통(12)으로 외부 공기가 유입되는 것을 막도록 한다.
이때, 재 배출구(12b)에는 일정량의 재가 적재된 상태를 유지하도록 하여, 재 배출구(12b)에 적재된 재에 의해 나이프(46b)가 후진할 시 외부공기가 유입되는 것을 줄여줄 수 있다.
컨베이어(200)는 벨트 컨베이어 혹은 스크루 컨베이어를 사용할 수 있으며, 투입구(21a)로 폐수지(P)를 이송하여 낙하 방식으로 투입하고 공기압착 투입장치(20) 내부로 공급하게된다.
응축부(300)는 가스 배출구(12a)와 파이프 배관으로 연결되어 폐수지가 기화된 가스를 공급받아 냉각하여 액체상태로 응축하는 복수의 응축기(310);와 상기 복수의 응축기(310) 사이에 구성되어 응축기(310) 내부에 가스가 전달되도록 하는 연결관(320);을 포함하여 구성된다.
이때 가스 배출구(12a)와 응축부(300)를 연결하는 배관 사이에는 전자압력계(EG)와 진공펌프(VP)가 구비되어 내통(12) 내부의 압력을 대기압 보다 낮은 진공 상태로 만들어 용융된 폐수지(M)의 끓는점을 낮추어 줌으로써, 용융된 폐수지(M)의 기화에 사용되는 연료를 절감할 수 있다.
더 상세히 서술하자면 위 진공펌프(VP)는 내통(12) 내부의 공기와 용융된 폐수지(M)에서 기화된 가스를 응측부(300)로 이동시킴으로써, 내통(12) 내부를 대기압 보다 낮은 진공 상태로 만든다.
그리고 전자압력계(EG)는 가스 배출구(12a)와 진공펌프(VP) 사이의 배관에 형성되어 내통(12) 내부의 압력을 측정하며, 측정값을 제어장치(800)로 전송하게 된다.
사용자는 제어장치(800)를 통하여 진공펌프(VP)에 의해서 형성되는 내통(12) 내부의 진공압의 수치를 설정할 수 있으며, 내통(12) 내부의 진공압의 수치가 설정한 값에 도달할 시 진공펌프(VP)의 RPM을 낮추어 진공펌프(VP)에 과부하가 걸리는 것을 막도록 할 수 있다.
위 응축기(310) 내부에서 가스는 위쪽에서 아래 방향으로 채워지는데 첫번째 응축기 내부에 가스가 가득 채워지게 되면 첫번째 응축기 측면 아래에 연결되는 연결관(320)이 두번째 응축기 상부와 연결되어 가스가 이동되도록 하여 가스가 복수의 응축기(310)를 교차하며 응축되는 시간을 길게 가질 수 있도록 한다.
이때 응축기(310)에서 응축되지 않는 가스는 가열장치(30)로 공급되어 내통(12)에 수용된 폐수지를 열분해 하기 위한 보조연료로 사용된다.
위 응축기(310)에서 응축되지 않는 가스가 가열장치(30)로 이송되는 배관 사이에는 전자유량계(PL)가 구비되어, 응축기(310)에서 가열장치(30)로 공급되는 응축기(310)에서 응축되지 않는 가스의 유량을 측정하고, 측정값을 제어장치(800)에 전달하게 된다.
그리고 제어장치(800)에서는 연료탱크(700)에서 가열장치(30)로 공급하는 연료의 양을, 응축기(310)에서 가열장치(30)로 공급되는 비응축 가스의 유량만큼 제하여 공급하도록 펌프(PU)의 RPM을 조절함으로써, 폐수지(P)를 열분해 하기 위한 연료의 소모량을 줄일 수 있게 된다.
응축기(310) 내주면에는 냉각수가 수용되는 배관(미도시)이 구성되고, 상기 배관에 가스를 냉각하여 응축하기 위한 냉각수가 공급되는데, 냉각탑(400)에는 냉각수가 저장되고, 냉각탑과 응축기 사이에 구성되는 펌프(미도시)가 냉각탑(400)에 저장된 냉각수를 응축기(310)로 공급하며, 응축기(310)에서 뜨거워진 냉각수는 다시 냉각탑(400)으로 돌아와 냉각된다.
응축기(310) 하부에는 응축기 내부에 수용된 가스가 응축하여 생성되는 재생유를 배출하기 위한 밸브(311);가 구성되고, 밸브(311) 하부에 구성되는 유수분리기(500)에서 재생유를 받아, 재생유와 재생유에 혼입된 수분을 비중의 차이를 이용하여 분리하게 된다.
유수분리기(500)에서 수분이 제거된 재생유는 펌프(미도시)로 재생유 저장탱크(600)에 보내져 저장되고, 생성된 재생유는 난방이나 발전 등에 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100. 폐수지 유화장치
10. 융해로
11. 외통 11a. 단열재 11b. 벽돌
12. 내통 12a. 가스 배출구 12b. 재 배출구
13. 스크루 13a. 스크루 날
14. 모터 15. 유면감지부
15a.열전도체 15b.단열부재 15c.온도센서
20. 공기압착 투입장치
21. 투입관 21a.투입구 21b. 배출구
21c. 측면 통기구 21d. 측면커버
22. 상하실린더 22a. 실린더 로드
23. 압착판 23a. 통기구 23b. 커버
24. 나이프 게이트 밸브 24a. 실린더
24a1. 실린더 로드 24b. 나이프
25. 축 25a. 스토퍼
26. 푸셔 26a. 바늘구멍
27. 스프링
30. 가열장치
31, 점화로 32. 로터리 버너 33. 파이프 버너
34. 불꽃감지 센서 35, 피드 팬 36. 비례제어 밸브
40. 재 배출장치
41, 41', 41". 케이스 41a". 깔대기 41a1". 배출구
41b". 배출공
42. 회전체 42a. 날개 42b. 공간
45. 개폐장치
45a. 하우징 45b. 마개 45b1. 헤드
45b2. 축 45b3. 스토퍼 45c. 스프링
46. 나이프 게이트 밸브
46a. 실린더 46a1. 실린더 로드 46b. 나이프
200. 컨베이어 300. 응축부 310. 응축기
311. 밸브 320. 연결관 400. 냉각탑
500. 유수분리기 600. 재생유 저장탱크 700. 연료탱크
800. 제어장치
P. 폐수지 S. 공간 Sa. 상측 공간 Sb. 하측 공간
M. 용융된 폐수지 M1. 유면 PU. 펌프 PG. 압력계
T. 재 V. 밸브 Air. 공기 H. 힌지
PL. 전자유량계 EG. 전자압력계 VP.진공펌프

Claims (3)

  1. 폐수지를 내부에 수용하여 융해 및 기화하여 가스를 생산하는 폐수지 유화장치(100);
    상기 폐수지 유화장치(100)에 폐수지를 공급하는 컨베이어(200);
    상기 폐수지 유화장치(100)에서 생성된 가스를 냉각하여 액체 상태의 재생유로 응축하는 응축부(300);
    상기 응축부(300)에 냉각수를 순환공급하는 냉각탑(400);
    상기 응축부(300)에서 생성된 재생유에 혼입된 수분을 비중 차이를 이용하여 분리하는 유수분리기(500);
    상기 유수분리기(500)에서 수분과 분리된 재생유를 저장하는 재생유 저장탱크(600);
    상기 폐수지 유화장치(100) 내부에 수용된 폐수지를 융해 및 기화하기 위한 연료를 저장하는 연료탱크(700); 및
    상기 폐수지 유화장치(100) 외부 어느 한 곳에 구비되어, 폐수지 유화장치(100)와 컨베이어(200)의 작동을 제어하는 제어장치(800);
    를 포함하며,

    상기 폐수지 유화장치(100)는,
    지면에서 설정 각도로 경사지게 구성되어 내부에 폐수지를 수용하여 융해 후 기화시키는 융해로(10);
    경사진 융해로(10)의 하측 상부에 연결되어, 폐수지를 외부에서 공급받고, 폐수지를 압착하여 공기를 일부 제거한 상태로 융해로(10)에 투입하는 공기압착 투입장치(20);
    경사진 융해로(10)의 상측 측면에 구성되어, 융해로(10) 내부의 폐수지에 열을 가하는 가열장치(30); 및
    경사진 융해로(10)의 상측 하부에 구성되어, 융해로(10) 내부의 폐수지가 융해 및 기화 과정에 발생하는 재를 배출하되 외부의 공기가 유입되지 않도록 하는 재 배출장치(40);
    를 포함하고,

    상기 융해로(10)는,
    지면에서 설정 각도로 경사지게 구성되는 원통 형태의 외통(11);
    상기 외통(11) 내부에 구성되어 폐수지를 수용하여 융해 및 기화시키는 것으로써, 일측 상부에 폐수지가 기화하여 생성된 가스가 배출되는 가스 배출구(12a)와, 상기 가스 배출구(12a)의 아래 방향에 폐수지의 기화 과정 중 불순물 등이 연소하여 발생하는 재(T)를 배출하는 재 배출구(12b)가 형성되는 내통(12);
    상기 내통(12)의 양측단에 연결되어, 내통(12) 내부에 수용된 용융된 폐수지(M)를 교반 및 이송하여주는 스크루(13);
    상기 스크루(13)의 일단과 연결되어 스크루(13)를 회전시키는 모터(14); 및
    내통(12)의 상측에 구비되어, 내통 내부에 수용된 용융된 폐수지(M)의 유면(M1)이 설정 높이에 도달하였을 때 이를 감지하고, 컨베이어(200) 및 공기압착 투입장치(20)의 작동이 멈추도록 함으로써, 내통(12) 내부에 폐수지(P)가 과투입되어 유면(M1)이 상승하고, 재 배출구(12b)가 막히는 것을 방지하는 유면감지부(15);
    를 포함하며,

    상기 외통(11)은 내주면에 구성되어 외통(11) 내부의 열이 외부로 손실되는 것을 막아주는 단열재(11a)와, 상기 단열재(11a)의 내주면에 위치하여 단열재(11a)에 화염이 닿지 않도록 하고 외통(11) 내부의 열을 흡수하여 저장하는 벽돌(11b)이 구성되며, 지면에서 기울어지게 구성된 외통(11)의 하측 방향에 연소가스가 배출되는 배기구(11c)가 형성되며,
    지면에서 경사지게 설치된 내통(12)에서 하측 상부에 공기압착 투입장치(20)로부터 폐수지를 공급받고, 내통(12) 내부에 구성된 스크루(13)가 모터(14)에 의해 회전하며 내통(12)에 수용된 폐수지를 교반하며 가스배출구(12a)가 위치한 상측 방향으로 이송시키면, 가열장치(30)가 외통(11)과 내통(12) 사이에 형성되는 공간(S) 내부의 공기를 가열하게 되고, 공간(S) 내부의 가열된 공기에 의해 내통(12)에 수용된 폐수지는 액체 상태로 융해가 이루어지고, 가열장치(30)가 내통(12)에 직접적으로 열을 가하지 않고 공간(S) 내부의 공기를 가열하는 간접열전달 방식을 사용하며,
    가열장치(30)가 지면에서 경사지게 구성된 외통(11)의 상측 방향에 구성되고, 상기 공간(S)은 가열장치(30)가 위치한 방향에 구성되어 가열장치(30)로부터 내부 공기가 가열되는 상측 공간(Sa);과 가스 배출구(12a)가 위치한 방향에 구성되어 상기 상측 공간(Sa)에서 가열된 공기의 열이 하측으로 전달되는 하측 공간(Sb);으로 나뉘며,
    가열장치(30)가 상측 공간(Sa)을 가열하여 내통(12) 내부의 용융된 폐수지(M)가 기화가 이루어지는 유면(M1) 부위에 집중적으로 열을 가하고, 가열장치(30)에 의해 가열된 상측 공간(Sa)의 열이 하측 공간(Sb)으로 전달되며 하측 공간(Sb)과 접하는 내통(12) 내부의 하측에 수용된 폐수지를 예열하게 되며,
    융해된 폐수지(M)는 유면(M1)에서 기화가 되며, 생성된 가스는 가스 배출구(12a)로 배출되고, 폐수지에 함유된 이물질 등이 연소하여 생성되는 재(T)는 재 배출구(12b)로 떨어지게 되며,
    유면(M1)의 높이는 내통(12) 내부에 투입되는 폐수지의 양과 스크루(13)에 형성되는 스크루 날(13a)의 위치에 따라 결정되는데, 스크루 날(13a)은 융해된 폐수지(M)에 의하여 재 배출구(12b)가 막히지 않도록 일부분만 형성되며,
    상기 유면감지부(15)는,
    내통(12) 상측의 내부 및 외부를 관통하여 형성되며, 내통(12) 내부에서 유면(M1)이 설정높이까지 도달하면, 용융된 폐수지(M)와 접촉하여 용융된 폐수지(M)의 열을 전달받는 열전도체(15a);
    열전도체(15a)의 둘레면 일부분을 감싸 내통(12)의 열이 열전도체(15a)로 전해지는 것을 막는 것과 동시에 내통(12) 내부로 외부의 공기가 유입되지 못하도록 기밀을 유지할 수 있게 구성되는 단열부재(15b);
    내통(12) 외부에 구성되며, 내통(12) 외부로 돌출된 열전도체(15a)의 온도를 측정하여, 측정값을 제어장치(800)로 보내는 온도센서(15c);
    를 포함하되,
    열전도체(15a)가 유면(M1)과 접촉 후, 열전도체(15a)의 온도가 상승하여 설정치에 도달하게 되면, 제어장치(800)에서 컨베이어(200) 및 공기압착 투입장치(20)의 작동이 멈추도록 신호를 보내게 됨으로써, 내통(12) 내부에 폐수지(P)가 과투입되어 유면(M1)이 상승하고, 재 배출구(12b)가 막히는 것을 방지하며,

    공기압착 투입장치(20)는,
    상기 내통(12)의 일측 상부에 연결되어, 외부로부터 폐수지를 공급받는 원통형태의 투입관(21);과 상기 투입관(21)의 일측 상부에 구성되어, 상하작동을 수행하는 실린더 로드(22a)가 하측에 형성되는 상하실린더(22);와 상기 실린더 로드(22a)에 고정되어 투입관(21) 내부에 수용된 폐수지를 압착하여, 폐수지 간 공극의 공기를 일부 제거하는 압착판(23);과 상기 투입관(21)의 외측면에 구성되어 내통(12)으로 외부의 공기가 유입되지 않도록 차폐하여 주는 나이프 게이트 밸브(24);를 포함하여 구성되며,
    투입관(21)은 일측 상부에 컨베이어(200)로부터 폐수지(P)를 공급받는 투입구(21a)가 형성되고, 하부에는 내통(12)과 연결되어 내통(12)으로 폐수지가 공급되는 배출구(21b)가 형성되며,
    압착판(23)은 압착판(23)이 하강시 공기가 통과할 수 있는 통기구(23a)가 일정 간격으로 복수 형성되며, 상기 통기구(23a)의 상측에 힌지(H)로 연결되어 압착판(23)이 하강중에는 공기압에 의해 통기구(23a)를 개방하고, 압착판(23)이 멈추거나 상승시에는 자체하중에 의해 통기구(23a)를 닫아주는 복수의 커버(23b)가 형성되며,
    나이프 게이트 밸브(24)는 상기 투입관(21)의 일측에 가로 방향으로 구성되어, 지면에서 수평방향으로 직선 운동을 수행하는 실린더 로드(24a1)가 투입관(21) 내측 방향으로 형성되는 실린더(24a)와, 상기 실린더 로드(24a1)에 고정되어, 판 형태를 가지며 슬라이드 방식으로 투입관(21) 내부의 개폐기능을 수행하는 나이프(24b)를 포함하여 구성되며,

    가열장치(30)는,
    상기 외통(11)의 일측 외주면에 구성되어 내부에 연료가 연소하여 화염이 생성되는 원통 형태의 점화로(31);와 상기 점화로(31) 일단에 구성되어 점화로(31) 내부에 연료를 분사하는 로터리 버너(32);와 상기 로터리 버너(32)의 측부에 구성되어 로터리 버터(32)에서 분사되는 연료를 착화시키는 파이프 버너(33);와 상기 로터리 버너의 측부에 구성되어 로터리 버너에서 분사되는 연료가 착화되는 것을 감지하는 불꽃감지 센서(34);와 상기 점화로(31) 외부에 파이프로 연결되어 점화로 내부(31)에 연료가 연소하기 위한 공기(Air)를 공급하는 피드 팬(35);과 상기 점화로(31)와 피드 팬(35)를 연결하는 파이프에 구성되어 로터리 버너(32)에서 분무되는 연료의 양에 따라 피드 팬(35)에서 점화로 내부로 공급되는 공기의 유량을 제어하는 비례제어 밸브(36);를 포함하여 구성되며,
    상기 로터리 버너(32)는 연료를 착화시키는 기능을 가지지 않아 착화를 위한 별도의 파이프 버너(33)가 구성되고, 로터리 버너(32)에서 분사되는 연료에 착화가 이루어지면 불꽃감지 센서(34)가 감지하고 파이프 버너(33)의 작동을 멈추게 하며,
    가열장치(30)의 작동 초기에는 연료탱크(700)에서 로터리 버너(32)로 연료를 공급하며, 폐수지가 용해로(10)에서 기화 후 응축부(300)에서 응축되지 않은 가스는 점화로(31) 내부로 공급되어 보조 연료로 사용되며,

    상기 재 배출장치(40)는,
    상기 재 배출구(12b) 하단에 부착되는 내부가 비어있는 케이스(41);와 상기 케이스 내부에서 모터(미도시)에 의해 회전하도록 구성되는 회전체(42);와 상기 재 배출구(12b)와 회전체(42) 사이에 위치하여 케이스(41) 내부의 개폐를 수행하는 나이프 게이트 밸브(46);를 포함하여 구성되며, 상기 회전체(42)는 중심축에서 외측으로 복수의 날개(42a)가 일정 각도로 형성되고, 복수의 날개(42a) 사이에 형성되는 공간(42b)으로 재(T)가 상부에서 유입되어 회천체(42)가 회전시 공간(42b)에 수용된 재(T)가 하부로 배출되는 구조를 가지며,
    날개(42a)와 케이스(41) 내부면이 접촉하는 부위는 기밀을 유지하도록 구성되어, 내통(12) 내부로 공기가 유입되는 것을 방지하여 내통(12) 내부에서 생성된 가스가 연소되지 않도록 하며,
    나이트 게이트 밸브(46)는 상기 케이스(41)의 일측에 가로 방향으로 구성되어, 지면에서 수평방향으로 직선운동을 수행하는 실린더 로드(43a1)가 케이스(41) 내측 방향으로 형성되는 실린더(46)와, 상기 실린더 로드(46a1)에 고정되어, 판 형태를 가지며 슬라이드 방식으로 케이스(41) 내부의 개폐기능을 수행하는 나이프(46b)를 포함하여 구성되며,
    재 배출구(12b)를 통하여 떨어지는 재는 나이프(46b) 윗면에 적재되고, 재를 배출시 나이프(46b)가 후진하여 나이프(46b) 윗면에 적재된 재를 공간(42b)으로 낙하시키고, 나이프(46b)가 전진하여 내통(12)으로 외부 공기가 유입되는 것을 막도록 하며, 재 배출구(12b)에는 재가 적재된 상태를 유지하도록 하여, 재 배출구(12b)에 적재된 재에 의해 나이프(46b)가 후진할 시 외부공기가 유입되는 것을 줄여주며,
    응축부(300)는 가스 배출구(12a)와 파이프 배관으로 연결되어 폐수지가 기화된 가스를 공급받아 냉각하여 액체상태로 응축하는 복수의 응축기(310);와 상기 복수의 응축기(310) 사이에 구성되어 응축기(310) 내부에 가스가 전달되도록 하는 연결관(320);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐수지 연속 열분해 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    내통(12) 내부의 공기와 용융된 폐수지(M)에서 기화된 가스를 응측부(300)로 이동시킴으로써, 내통(12) 내부를 대기압 보다 낮은 진공 상태로 만들어, 용융된 폐수지(M)의 끓는점을 낮추어 주는 진공펌프(VP);
    가스 배출구(12a)와 진공펌프(VP) 사이의 배관에 형성되어 내통(12) 내부의 압력을 측정하며, 측정값을 제어장치(800)로 전송하는 전자압력계(EG);
    를 포함하되,
    사용자는 제어장치(800)를 통하여 진공펌프(VP)에 의해서 형성되는 내통(12) 내부의 진공압의 수치를 설정할 수 있으며, 내통(12) 내부의 진공압의 수치가 설정한 값에 도달할 시 진공펌프(VP)의 RPM을 낮추어 진공펌프(VP)에 과부하가 걸리는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 폐수지 연속 열분해 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    가열장치(30)와 재생유 저장탱크(600) 및 연료탱크(700) 사이에 연결된 배관에 구성되는 밸브(V);
    그리고 상기 밸브(V)와 가열장치(30) 사이의 배관에 구성되어, 재생유 저장탱크(600)에 수용된 재생유와 연료탱크(700)에 수용된 연료를 가열장치(30)로 공급하는 역할을 수행하는 펌프(PU);
    를 포함하되,
    응축부(300)에서 응축되지 않는 가스가 가열장치(30)로 이송되는 배관 사이에는 전자유량계(PL)가 구비되어, 응축부(300)에서 가열장치(30)로 공급되는 응축부(300)에서 응축되지 않는 가스의 유량을 측정하고, 측정값을 제어장치(800)에 전달하며, 제어장치(800)에서는 연료탱크(700)에서 가열장치(30)로 공급하는 연료의 양을, 응축부(300)에서 가열장치(30)로 공급되는 비응축 가스의 유량만큼 제하여 공급하도록 펌프(PU)의 RPM을 조절하며,
    응축기(310) 내주면에는 냉각수가 수용되는 배관이 구성되고, 상기 배관에 가스를 냉각하여 응축하기 위한 냉각수가 공급되는데, 냉각탑(400)에는 냉각수가 저장되고, 냉각탑과 응축기 사이에 구성되는 펌프가 냉각탑(400)에 저장된 냉각수를 응축기(310)로 공급하며, 응축기(310)에서 뜨거워진 냉각수는 다시 냉각탑(400)으로 돌아와 냉각되며,
    응축기(310) 하부에는 응축기 내부에 수용된 가스가 응축하여 생성되는 재생유를 배출하기 위한 밸브(311);가 구성되고, 밸브(311) 하부에 구성되는 유수분리기(500)에서 재생유를 받아, 재생유와 재생유에 혼입된 수분을 비중의 차이를 이용하여 분리하게 되며,
    유수분리기(500)에서 수분이 제거된 재생유는 펌프로 재생유 저장탱크(600)에 보내져 저장되고, 생성된 재생유는 난방이나 발전에 사용되는 것을 특징으로 하는 폐수지 연속 열분해 시스템.
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