KR20100031055A

KR20100031055A - 접촉식 열교환 유니트, 접촉식 열교환 방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 장치

Info

Publication number: KR20100031055A
Application number: KR1020090023282A
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: KR100968767B1; KR20100031057A; KR20100031058A; KR100968764B1; KR100967719B1; KR20100031056A; KR100968765B1

Abstract

본 발명은 유동성이 나쁜 저온의 슬러지와 유동성이 좋은 고온의 슬러지를 열교환하여 슬러지 가수분해의 열효율이 향상되도록 하는 접촉식 열교환 유니트, 접촉식 열교환 방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트는 고온 슬러지관, 저온 슬러지 이송장치 그리고 가압주입장치를 포함하여 이루어진다. 여기서, 고온 슬러지관은 내측으로 고온의 슬러지가 이동되도록 한다. 저온 슬러지 이송장치는 고온 슬러지관의 외측면에 저온의 슬러지를 얇게 밀착 이동시킨다. 그리고, 가압주입장치는 저온의 슬러지에 압력을 가하여 저온의 슬러지를 저온 슬러지 이송장치로 공급하거나 저온 슬러지 이송장치로부터 배출되도록 하며, 저온의 슬러지는 고온 슬러지관의 외측면에 접촉되어 이동하면서 가열되고 고온의 슬러지는 냉각된다.

슬러지, 열교환, 접촉, 가열, 냉각, 가수분해

Description

접촉식 열교환 유니트, 접촉식 열교환 방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 시스템 {Apparatus for contact type heat exchange, method for contact type heat exchange and system for hydrolyzing sludge using unit for contact type heat exchange}

본 발명은 유기물 슬러지 가수분해 기술에서 접촉식 열교환 유니트, 접촉식 열교환 방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬러지를 가수분해하기 위하여 슬러지를 가열하는 과정에서, 유동성이 좋은 가수분해된 고온 슬러지가 지나는 회전하는 고온 슬러지관의 외측면에 유동성이 나쁜 저온의 슬러지를 접촉시켜 고온 슬러지는 냉각되고 저온 슬러지는 가열되는 접촉식 열교환 유니트, 접촉식 열교환 방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 시스템에 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, 슬러지는 건조 후 1kg당 3000 kcal 이상의 많은 에너지가 포함되어 있는데, 슬러지를 처리하는 과정에서 상기 에너지 를 회수할 수만 있다면 경제적으로 매우 유용하겠지만, 슬러지의 함수율이 80% 수준으로 높아서 아직까지는 슬러지에 포함된 에너지가 경제적으로 활용되지 못하고 있다.

즉, 슬러지는 함유된 80% 이상의 많은 물을 제거하거나 미생물로 분해하면 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 슬러지가 해양투기나 퇴비 활용 등으로 처리되고 있다.

한편, 슬러지는 포도당이나 아미노산 및 지방산이 결합한 고분자 화합물인 탄수화물, 단백질, 지질 등의 영양 유기물이 포함되어 구성되고, 이 영양 유기물을 물과 함께 200℃ 이상 고온으로 가열하면 포도당이나 아미노산 등으로 분해되는데, 이러한 현상을 가수분해라고 한다.

상기 가수분해의 원리를 이용하여 슬러지를 처리하는 여러 가지 방법이 고안되었지만, 고온으로 가열하는 과정에서 많은 열에너지가 필요할 뿐 아니라 고온에 수반되는 물의 높은 증기압을 견디며 연속적으로 작동될 수 있는 장치 구성이 어려워 슬러지의 가수분해 장치가 아직 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

특히, 종래의 가수분해장치는 슬러지를 가수분해하기 위하여 상온의 슬러지를 200℃이상으로 직접 가열해야 하기 때문에 온도상승에 필요한 과다한 열에너지가 요구된다는 문제점이 있었다.

또한, 반복되는 가수분해 공정에서 가열 및 냉각 과정에 많은 열에너지를 사 용하고, 사용된 에너지가 그대로 버려지기 때문에 열손실이 클 뿐 아니라 별도의 냉각장치를 설치 운영해야 하기 때문에 장치의 효율이 낮다는 문제점이 있었다.

상기와 같이, 종래기술에 따른 가수분해장치는 투입되는 열에너지에 비하여 회수되는 고형물 등의 에너지가 적기 때문에 에너지효율이 낮으므로 폐기물인 슬러지의 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.

이렇게 가수분해된 고온의 슬러지와 가수분해될 저온의 슬러지를 열교환하면 에너지를 절약하는 좋은 방법이라는 것은 쉽게 이해하고 가수분해 기술에서 열교환의 필요성을 언급하고 있지만 탈수 슬러지의 유동성이 나빠서 열전달이 되지 않아 이 저온 슬러지를 열교환 가열하는 장치를 구성하는 구체적인 벙법을 아직 개발하지 못하여 슬러지 가수분해에서 전체 온도를 가열하고 다시 냉각하고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가수분해시 슬러지 가열에 사용된 에너지를 열교환을 통하여 재사용하는 구체적인 기술과 장치를 개발하여 가수분해에 에너지 효율을 높일 수 있는 열교환 장치를 개발하는 것이다.

이를 위하여, 유동성이 극히 불량하여 열전달이 잘되지 않아 열교환 장치의 구성이 어려운 슬러지에 고압을 가하여 열교환할 수 있도록 유동화하거나, 가수분해가 효과적으로 진행되는 210℃에서 발생하는 20기압의 높은 증기압 환경의 용기에 슬러지를 주입할 수 있는 슬러지 가압 주입장치를 개발하는 것이다.

또한, 본 발명은 연속적으로 가수분해하는 기술을 개발하고, 가열에 사용된 에너지를 열교환을 통하여 재사용하는 기술을 개발하여 가열에 필요한 에너지를 절감할 뿐 아니라 가수분해된 고온의 슬러지를 냉각하는 장치도 필요 없는 열교환 유니트를 개발하는 것이다.

이를 위하여, 100℃ 이하의 온도에서는 물의 증기압이 대기압보다 낮아 수증기가 발생하지 않기 때문에 수증기를 이용한 열교환을 하기 어려운데 이렇게 100℃ 이하의 온도로 저온 슬러지를 열교환 가열하기 위하여, 유동성이 좋은 가수분해된 고온 슬러지가 지나는 회전하는 고온 슬러지관의 외측면에 유동성이 나쁜 저온의 슬러지를 얇은 두께로 접촉시켜 고온 슬러지는 냉각되고 저온 슬러지는 가열되어 접촉에 의하여 열교환할 수 있는 접촉식 열교환 유니트를 개발하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 접촉식 열교환 유니트를 다수 개를 직렬로 배치함으로써 열교환을 반복하여 에너지를 여러 번 재사용하여 가수분해에 필요한 열에너지를 현저히 절감시키며 연속적으로 슬러지를 가수분해하는 슬러지 가수분해 시스템을 개발하는 데 있다.

상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 최대한 탈수되어 높은 점성저항으로 유동성이 극히 불량하여 일반 펌프로 흡입이 되지 않는 저온의 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입수단과 슬러지에 높은 압력을 가하는 가압수단으로 구성된 슬러지 주입장치를 이용하여 슬러지에 20기압 이상의 높은 압력으로 유동화함으로서 저온 슬러지를 열교환 가열하는데 필요한 장치와 밀폐 경로로 이동할 수 있도록 구성한다.

또한, 본 발명은 유동성이 극히 불량한 저온 슬러지를 고온의 용기에 접촉시켜 용기의 접촉면에서 열에너지를 전달받아 승온될 수 있도록 하되, 저온 슬러지는 유동성이 없어 열전달이 극히 불량하지만 얇은 두께로 고온의 용기와 접촉하면 접촉면에서 열전달 효과가 향상될 수 있기 때문에 저온 슬러지가 얇은 두께로 고온의 용기에 접촉하며 이동하며 고온 슬러지에서 저온 슬러지로 열전달이 이루어지는 접촉 열교환 방법을 활용하며, 이러한 접촉 열교환 방법은 대기압보다 낮은 증기압이 작용하는 100℃ 이하의 온도 구간에서 열교환하도록 구성한다.

또한, 본 발명은 가수분해되어 유동성이 매우 양호하여 대류 등 혼합에 의한 열전달이 잘 이루어지므로 두께를 얇게 유지할 필요는 없지만 높은 증기 압력이 발생할 수 있는 고온의 슬러지가 내측으로 이동하는 고온 슬러지 관의 용기가 압력에 잘 견딜 수 있는 접촉식 열교환 유니트, 이를 이용한 슬러지 가수분해 시스템 및 접촉식 열교환 방법을 제공하는 것이다.

구체적으로, 본 발명은 내측으로 고온의 슬러지가 이동되는 고온 슬러지관; 상기 고온 슬러지관의 외측면에 저온의 슬러지를 얇게 밀착 이동시키는 저온 슬러지 이송장치; 그리고 상기 저온의 슬러지에 압력을 가하여 상기 저온의 슬러지를 상기 저온 슬러지 이송장치로 공급하거나 상기 저온 슬러지 이송장치로부터 배출되도록 하는 가압주입장치를 포함하여 이루어지며, 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지관의 외측면에 접촉되어 이동하면서 가열되고 상기 고온의 슬러지는 냉각되는 접촉식 열교환 유니트를 제공한다.

여기서, 상기 저온 슬러지 이송장치는 상기 고온 슬러지관의 외부에 상기 저온의 슬러지를 공급하는 노즐; 상기 고온 슬러지관의 둘레를 따라 구비되는 다수개의 롤러; 그리고 상기 고온 슬러지관과 상기 롤러에 연결되되, 일부분이 상기 고온 슬러지관의 외측면에 밀착되어 상기 고온 슬러지관이 회전함에 따라 연동하여 이동하는 벨트를 포함하여 이루어지며, 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지관과 상기 벨트 사이에서 상기 고온 슬러지관의 외측면을 따라 이동됨이 바람직하다.

그리고, 상기 롤러는 상기 노즐로부터 공급되는 저온의 슬러지를 가압하여 상기 고온 슬러지관의 외측면과 상기 벨트의 사이로 얇게 도포 삽입되도록 하는 도포롤러; 상기 고온 슬러지관의 외측면에 얇게 도포되어 이동하면서 가열된 저온의 슬러지가 상기 고온 슬러지관의 외측면으로부터 이탈되도록 안내하는 분리롤러; 그리고 상기 벨트와 상기 고온 슬러지관이 분리된 구간에서 상기 벨트가 이동할 수 있도록 상기 벨트를 지지하는 지지롤러를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 고온 슬러지관은 적어도 한 쌍으로 구비되며, 상기 각각의 고온 슬러지관의 외측면은 기어형상을 가지면서 서로 맞물려 회전이 바람직하다.

그리고, 상기 저온 슬러지 이송장치는 내부 공간상에 상기 한 쌍의 고온 슬러지관이 설치되는 단위부재를 포함하며, 상기 단위부재는 내부에 공간을 형성하는 하우징과, 상기 저온의 슬러지가 유입되는 저온 슬러지 유입구와, 승온된 저온의 슬러지가 배출되는 저온 슬러지 배출구를 포함하고, 상기 한 쌍의 고온 슬러지관이 서로 맞물려 회전함에 따라 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지관의 외측면에 접촉되어 상기 고온 슬러지관의 외측면과 상기 하우징의 내측면 사이를 따라 이동하면서 승온되고, 상기 고온의 슬러지는 냉각됨이 바람직하다.

또한, 상기 가압주입장치는 상기 저온의 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입부과, 상기 주입부를 경유한 저온 슬러지를 가압하는 가압부를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 상기 주입부는 상기 저온의 슬러지가 자체하중에 의하여 하부로 유입되도록 하는 입구와, 상기 저온의 슬러지가 배출되는 출구를 갖는 케이스; 그리고 상기 케이스 내부에 설치되고, 서로 기어 결합되어 회전하면서 상기 입구에서 유입된 저온의 슬러지를 상기 출구 방향으로 밀어내는 한 쌍의 회전체를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

또한, 본 발명은 내측으로 고온의 슬러지가 이동되는 고온 슬러지관; 상기 고온 슬러지관의 외측면에 저온의 슬러지를 얇게 밀착 이동시키는 저온 슬러지 이송장치; 그리고 상기 저온의 슬러지에 압력을 가하여 상기 저온의 슬러지를 상기 저온 슬러지 이송장치로 공급하거나 상기 저온 슬러지 이송장치로부터 배출되도록 하는 가압주입장치를 포함하여 이루어지며, 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지관의 외측면에 접촉되어 이동하면서 가열되고 상기 고온의 슬러지는 냉각되는 접촉식 열교환 유니트; 공급된 증기에 의하여 슬러지가 고온에서 가수분해되어 배출되는 가열 유니트; 그리고 상기 접촉식 열교환 유니트로부터 배출되는 저온의 슬러지와 상기 가열 유니트로부터 배출되는 고온의 슬러지 사이에서 열교환이 되도록 하는 증기식 열교환 유니트를 포함하여 이루어지는 슬러지 가수분해 시스템을 제공한다.

그리고, 본 발명은 고온 슬러지관의 내측으로 고온의 슬러지가 이송되도록 하는 단계; 상기 고온 슬러지관의 외측면에 저온의 슬러지를 공급하는 단계; 그리고 공급되는 상기 저온의 슬러지가 상기 고온 슬러지관의 외측면에 얇게 도포되도록 하면서 저온의 슬러지를 이송시키는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 저온의 슬러지를 이송시키는 단계에서, 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지관에 접촉되어 이송되면서 가열되고 상기 고온의 슬러지는 냉각되는 접촉식 열교환 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 접촉식 열교환 유니트, 접촉식 열교환 방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 시스템의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 유동성이 불량하여 열교환 하기 어려운 슬러지를 접촉 열교환 유니트로 열교환 가열하여 슬러지 가수분해에 필요한 가열 에너지를 대폭 절감한다.

둘째, 접촉 열교환을 반복적으로 구성함으로서 절감되는 에너지를 더 많이 확보하게 되는데 이렇게 반복적으로 구성하면 약 50℃ 정도의 가열에너지를 열교환으로 무료로 확보할 수 있어 많은 열에너지 비용을 절감한다.

셋째, 고온으로 배출되는 가수분해된 고온 슬러지를 냉각하는 별도의 과정과 장치가 필요없게 된다.

넷째, 연속식 가수분해 시스템 구성에서 100℃ 하의상 온도 구간에서 접촉식으로 열교환 가열하는 기술을 제공하여 전체적인 가수분해 시스템의 에너지 효율을 향상한다.

상기의 기술적 과제를 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.

도 1 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 상기 접촉식 열교환 유니트(20)는 고온 슬러지관(40), 저온 슬러지 이송장치(50), 그리고 가압주입장치(70)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

여기서, 상기 고온 슬러지관(40)은 고온 슬러지의 높은 압력에 견딜 수 있도록 압력에 강한 원통형으로 형성되어 회전하며, 내측으로는 유동성이 좋아진 고온 의 슬러지(S_H)가 이동된다. 그리고, 상기 저온 슬러지 이송장치(50)는 상기 고온 슬러지관(40)의 외측에 설치되어 저온의 슬러지(S_L)가 상기 고온 슬러지관(40)의 외측면에 접촉하면서 이동되도록 함이 바람직하며, 이를 통해, 저온의 슬러지는 고온의 슬러지에 의해 가열된 상기 고온 슬러지관(40)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(50)는 저온의 슬러지(S_L)가 상기 고온 슬러지관(40)의 외측면에 얇게 펴져서 이송되도록 함이 바람직하며, 이에 따라, 저온의 슬러지(S_L)와 상기 고온 슬러지관(40)과의 열전달이 더욱 효과적으로 이루어지는 것이 가능해진다. 여기서, 상기 가압주입장치(70)는 저온의 슬러지에 압력을 가하여 유동성이 극히 불량한 상기 저온의 슬러지(S_L)를 유동화시켜 상기 저온 슬러지 이송장치(50)로 공급하도록 함이 바람직하다.

상세히, 상기 접촉식 열교환 유니트(20)에는 구조물을 이루는 설치프레임(30)이 구비되며, 상기 설치프레임(30)에는 내측으로 고온의 슬러지(S_H)가 이동하 고 회전이 가능하도록 상기 고온 슬러지관(40)이 설치된다.

이를 위해, 상기 고온 슬러지관(40)은 회전드럼(41), 유입부(45) 그리고 배출부(48)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

여기서, 상기 회전드럼(41)은 상기 고온 슬러지관(40)의 몸체를 형성하는데, 고온의 슬러지(S_H)가 이동할 수 있도록 내측에는 공간(42)이 형성되고, 고온의 슬러지의 높은 압력에 견딜 수 있도록 압력에 강한 원통형으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 회전드럼(41)의 외측면에는 상기 회전드럼(41)의 원주방향을 따라서 소정의 깊이로 홈(43)이 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 홈(43)의 깊이는 2~5mm일 수 있다.

또한, 상기 홈(43)은 상기 회전드럼(41)의 양단부로부터 각각 소정의 거리만큼 떨어져 형성됨이 바람직한데, 이에 따라 상기 회전드럼(41)의 양단부에 남아있게 되는 상기 회전드럼(41)의 원래의 외측면은 후술할 벨트(53)가 밀착하게 되는 밀착면(47)을 이루게 된다.

그리고, 상기 회전드럼(41)의 일측에는 상기 유입부(45)가 구비되는데, 상기 회전드럼(41)의 회전축 역할이 가능하도록 상기 유입부(45)는 상기 회전드럼(41)의 중심부에 축방향으로 구비됨이 바람직하다.

상기 유입부(45)의 내측에는 상기 회전드럼의 내측 공간(42)에 연통되도록 유로(46)가 형성될 수 있으며, 고온의 슬러지(S_H)는 상기 유로(46)를 통해 유입되어 상기 회전드럼(41)의 내측 공간(42)으로 이동할 수 있게 된다.

또한, 상기 회전드럼(41)의 타측에는 상기 배출부(48)가 구비되는데, 상기 유입부(45)와 마찬가지로 상기 회전드럼(41)의 회전축 역할이 가능하도록 상기 배출부(48)도 상기 회전드럼(41)의 중심부에 축방향으로 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 배출부(48)의 내측에는 상기 회전드럼(41)의 내측 공간(42)에 있으면서 열교환되어 냉각된 슬러지(S₁)가 배출될 수 있도록 유로(49)가 형성됨이 바람직한데, 이때, 상기 유로(49)는 상기 회전드럼(41)의 내측 공간(42)과 연통됨은 물론이다.

여기서, 상기 회전드럼(41)은 내측 공간(42)의 내측지름(D₁)이 상기 유입부(45) 및 상기 배출부(48)에 형성된 각 유로(46,48)의 내측지름(D₂,D₃)보다 크게 형성됨이 바람직하다.

이를 통해, 상기 유입부(45)를 통해 유입된 고온의 슬러지(S_H)가 상기 회전드럼(41)의 내측 공간(42)에 대량으로 수용되고 체류하는 시간도 연장될 수 있게 되며, 유동성이 좋은 고온 슬러지는 대류 작용에 의하여 열전달이 잘 이루어지기 때문에 고온의 슬러지와 상기 회전드럼(41)과의 열교환 효율이 향상될 수 있어 상기 회전드럼(41)이 효과적으로 가열될 수 있게 된다.

또한, 상기 회전드럼(41)은 열전달율이 우수한 재질로 이루어짐이 바람직하다.

한편, 상기 유입부(45) 및 상기 배출부(48)에는 각각 베어링조립체(31)가 결합될 수 있으며, 이를 통해, 상기 고온 슬러지관(40)은 상기 유입부(45) 및 상기 배출부(48)를 회전축으로 하여 회전하면서 고온 슬러지 유입과 배출이 가능해지게 된다.

여기서, 상기 베어링조립체(31)는 로터리 조인트나 배관 등의 다양한 구성요소를 포함하여 이루어질 수 있으며, 특정한 구성요소로 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기 설치프레임(30)의 일측에는 동력을 제공하는 제1구동모터(35)가 구비되며, 상기 제1구동모터(35)의 구동축에는 제1기어부(32)가 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기 제1기어부(32)는 상기 배출부(48)에 구비되는 제2기어부(36)와 기어결합됨이 바람직하며, 이를 통해, 상기 제1구동모터(35)에서 제공되는 동력에 의해 상기 고온 슬러지관(40)은 회전이 가능하게 된다.

한편, 상기 고온 슬러지관(40)의 외측에는 상기 저온 슬러지 이송장치(50)가 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 저온 슬러지 이송장치(50)는 노즐(55), 롤러 그리고 벨트(53)를 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 롤러는 상기 회전드럼(41)의 길이에 대응되는 길이로 형성되어 상기 회전드럼(41)의 외측에 구비되되, 상기 회전드럼(41)의 둘레를 따라 다수개가 구비될 수 있는데, 지지롤러(51), 도포롤러(51a) 그리고 분리롤러(51b)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

이때, 상기 각 롤러(51,51a,51b)는 상기 각 롤러(51,51a,51b)의 회전축인 제1회전축(52)의 축방향이 상기 회전드럼(41)의 축방향과 평행한 상태를 이루도록 구 비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 각 롤러(51,51a,51b)에는 상기 벨트(53)가 일방향으로 이동가능하도록 연결됨이 바람직한데, 이를 위해, 상기 지지롤러(51)는 상기 벨트(53)가 상기 회전드럼(41)과 분리된 구간에서 상기 벨트(53)가 이동할 수 있도록 상기 벨트(53)를 지지하게 된다.

또한, 상기 도포롤러(51a)와 상기 분리롤러(51b)는 상기 회전드럼(41)의 일측에 거의 근접하도록 구비될 수 있는데, 보다 바람직하게는 상기 도포롤러(51a)와 상기 분리롤러(51b)는 상기 벨트(53)의 두께에 대응되는 간격만큼 상기 회전드럼(41)의 외측면으로부터 이격되어 구비됨이 바람직하다.

이를 통해, 상기 벨트(53)는 상기 각 롤러(51,51a,51b)와 상기 회전드럼(41)에 연결되어 이동할 수 있게 된다.

이때, 상기 회전드럼(41)에 연결되어 이동하는 상기 벨트(53)의 일부분은 상기 회전드럼(41)의 외측면, 더욱 정확하게는 상기 회전드럼(41)의 양단부에 형성된 상기 밀착면(47)에 밀착되도록 연결됨이 바람직하다.

이에 따라, 상기 홈(43)의 상부는 상기 회전드럼(41)에 밀착되는 벨트(53)에 의해 덮히게 되고, 결과적으로는 상기 홈(43)과 상기 벨트(53)에 의하여 공간이 형성되게 된다.

그리고, 상기 공간을 통해서는 저온의 슬러지가 얇게 도포되어 상기 회전드럼(41)에 밀착된 상태로 이송되게 된다.

이를 위해, 상기 벨트(53)는 폭이 상기 홈(43)의 폭보다는 크고, 상기 회전 드럼(41)의 길이보다는 작게 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 도포롤러(51a)와 상기 분리롤러(51b)가 상기 벨트(53)의 두께에 대응되는 간격만큼 상기 회전드럼(41)의 외측면으로부터 이격되어 구비됨에 따라, 상기 밀착면(47)과 상기 벨트(53)와의 밀착면적이 넓어지고, 상기 밀착면(47)과 벨트(53)와의 밀착력도 증가될 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 제1구동모터(35)로부터 동력을 전달받아 상기 회전드럼(41)이 회전하게 되면, 상기 회전드럼(41)과의 마찰력에 의해 상기 벨트(53)는 상기 회전드럼(41)의 회전방향으로 이동하게 된다.

그리고, 상기 벨트(53)가 이동함에 따라 각각의 롤러(51,51a,51b)도 이동하는 벨트(53)와의 마찰력에 의해 각각의 제1회전축(52)을 중심으로 회전하게 된다.

여기서, 하나 이상의 롤러에는 상기 벨트(53)의 이동에 따른 마찰력에 의한 회전뿐만이 아니라, 그 자체에 회전동력이 공급되어 별도의 회전이 가능하도록 하기 위한 동력장치가 더 연결될 수도 있다.

한편, 상기 도포롤러(51a)와 상기 분리롤러(51b)의 사이에는 상기 노즐(55)이 구비됨이 바람직하다.

이때, 상기 노즐(55)은 상기 회전드럼(41)의 길이에 대응되는 폭으로 형성될 수 있는데, 더욱 바람직하게는 상기 홈(43)의 폭에 대응되는 폭으로 형성될 수 있으며, 내측으로는 저온의 슬러지(S_L)가 이송되게 된다.

그리고, 상기 회전드럼(41)을 향하는 상기 노즐(55)의 일측에는 내측에서 이 송되는 저온의 슬러지(S_L)가 분사되도록 하는 분사부(56)가 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 분사부(56)는 상기 도포롤러(51a)를 지나 상기 회전드럼(41)의 외측면에 밀착되면서 이동하는 벨트(53)와 상기 회전드럼(41)에 형성된 홈(43)의 사이에 위치됨이 바람직하다.

또한, 상기 분사부(56)는 상기 회전드럼(41)의 회전방향을 향하도록 형성되고, 상기 홈(43)의 폭에 대응되는 폭으로 형성됨이 바람직하다.

이를 통해, 상기 분사부(56)를 통해서 분사되는 저온의 슬러지(S_L)는 상기 도포롤러(51a)에 의해 가압되어 얇게 펴지면서 상기 홈(43)으로 균일하게 공급될 수 있게 된다.

그리고, 상기 홈(43)에 얇게 도포 삽입된 저온의 슬러지는 상기 회전드럼(41)이 회전하고 상기 벨트(53)가 연동하여 이동함에 따라 상기 홈(43)에 얇게 도포된 상태로 이동할 수 있게 된다.

여기서, 상기 회전드럼(41)은 상기 회전드럼(41)의 내측 공간(42)에서 이동하는 고온의 슬러지(S_H)에 의해 가열된 상태이므로, 상기 홈(43)에 수용되어 상기 회전드럼(41)에 밀착되어 이동하는 저온의 슬러지(S_L)는 상기 회전드럼(41)과의 열교환을 통해 점점 가열되어 진다.

그리고 이때, 상기 홈(43)에 공급되는 저온의 슬러지(S_L)는 상기 홈(43)의 상부를 덮는 벨트(53)와의 사이에서 얇은 막으로 도포되어 이송되게 됨으로써 두께 에 반비례하여 열에너지가 전도되고 동시에 가열될 슬러지의 양도 적어지기 때문에 가열 효과는 그 제곱으로 증가하기 때문에 상기 회전드럼(41)과 더욱 효과적으로 열교환될 수 있어 빠른 가열이 가능해지게 된다.

더욱이, 상기 회전드럼(41)의 내측지름(D₁)이 상기 유입부(45) 및 배출부(48)에 형성된 각 유로(46,49)의 내측지름(D₂,D₃)보다 크게 형성되어 유입된 고온의 슬러지(S_H)의 수용양과 잔류시간을 늘려 상기 회전드럼(41)의 고온화가 효과적으로 이루어짐에 따라, 저온의 슬러지(S_L)의 가열이 보다 효과적으로 이루어질 수 있게 된다.

그리고, 상기 회전드럼(41)의 내측에서 이동하는 고온의 슬러지(S_H)는 상기 회전드럼(41)을 통해 저온의 슬러지(S_L)로 열을 전달함으로써 냉각되어 감온된 슬러지(S₁)가 되어 상기 배출부(48)를 통해 배출되게 된다.

이때, 상기 고온 슬러지관(40)을 통과하는 고온의 슬러지(S_H)와 상기 노즐(55)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(41)에 연결되어 이동하던 벨트(53)는 상기 분리롤러(51b)를 거치면서 상기 회전드럼(41)으로부터 이탈되게 되는데, 이를 통해, 상기 홈(43)에 얇게 도포되어 이송되던 슬러지(S₂)도 상기 벨트(53)를 따라 이동하면서 상기 회전드럼(41)으로부터 이탈될 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 벨트(53)는 친수성을 가짐이 바람직한데, 이에 따라, 상기 홈(43)에 도포된 유동성이 불량한 저온의 슬러지는 친수성을 가지는 상기 벨트(53)에 부착되어 이동하는 성질이 강해져 상기 회전드럼(41)으로부터 용이하게 이탈될 수 있게 된다.

또한, 상기 회전드럼(41)의 표면은 발수처리가 됨이 바람직한데, 이를 통해, 상기 홈(43)에서 이동하는 슬러지는 상기 홈(43)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(51b)의 일측에는 상기 배출장치(60)가 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 배출장치(60)는 몸체부(61), 스크류(65), 분리판(66) 그리고 스크레이퍼(scraper)부(67)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

먼저, 상기 몸체부(61)는 상기 분리롤러(51b)의 길이방향으로 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 몸체부(61)의 상측에는 상기 노즐(55)의 하측에 위치되되, 상 기 회전드럼(41)의 길이에 대응되고 상기 홈(43)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되어 상기 홈(43)을 가로막도록 상기 분리판(66)이 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기 분리롤러(51b)에 근접한 상기 몸체부(61)의 일측에는 상기 스크레이퍼부(67)가 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 스크레이퍼부(67)는 상기 분리롤러(51b)에 연결되어 이동하는 벨트(53)에 접하도록 구비됨이 바람직하다.

이에 따라서, 가열된 슬러지(S₂) 중 상기 분리롤러(51b)를 따라 이동하는 벨트(53)에 부착되어 상기 홈(43)으로부터 이탈되지 못하고 상기 홈(43)에 도포되어 이동되던 슬러지(S₂)는 상기 분리판(66)에 부딪혀 이동이 차단되면서 상기 홈(43)에서 이탈되게 되고, 상기 분리롤러(51b)에 연결되어 이동하는 벨트(53)에 의해 외측으로 이송되게 된다.

그리고, 상기 분리판(66)에 의해 상기 홈(43)으로부터 이탈되거나, 상기 벨트(53)에 부착되어 상기 홈(43)으로부터 이탈된 가열된 슬러지(S₂)는 상기 분리롤러(51b)에 연결되어 이동하는 벨트(53)를 따라 이송되다가 상기 스크레이퍼부(67)에 의해 긁혀지게 된다.

따라서, 상기 벨트(53)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(43)에 잔존하는 가열된 슬러지가 상기 노즐(55)로부터 공급되 는 새로운 저온의 슬러지와 섞여 저온 슬러지의 비율이 감소되는 것을 방지함으로써 가열되는 저온의 슬러지 양이 줄어드는 것도 방지할 수 있고, 상기 회전드럼(41)과 저온의 슬러지 사이에 바람직한 열교환 효율도 유지될 수 있게 된다.

상기 분리판(66)과 상기 스크레이퍼부(67)는 상기 몸체부(61)와 일체로 형성되거나, 각각 별도로 이루어져서 상기 몸체부(61)에 구비될 수 있다.

또한, 상기 스크레이퍼부(67)는 상기 스크레이퍼부(67)에 의해 긁히게 되는 벨트(53)가 파손되는 것이 방지되도록, 상기 벨트(53)에 접하는 부분이 라운딩 처리되거나, 합성수지나 합성고무 등과 같이 강도 및 경도 등이 낮은 재질로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 스크레이퍼부(67)에 의해 긁혀져 벨트(53)로부터 떨어져나온 가열된 슬러지(S₂)는 상기 몸체부(61) 내측으로 이동하게 된다.

그리고, 상기 몸체부(61)의 내측에는 상기 스크류(65)가 구비됨이 바람직한데, 상기 스크류(65)는 제2회전축(63)을 중심으로 회전하면서, 유입된 가열된 슬러지(S₂)를 일방향으로 이송하여 배출하게 된다. 나아가, 상기 몸체부(61)의 일단부에는 가압주입장치(70)가 연결됨이 바람직하다.

상기 가압주입장치(70)는 상기 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입수단과, 상기 주입수단을 경유한 슬러지를 가압하는 가압수단(77)을 포함한다.

상기 주입수단은 상기 슬러지가 자체하중에 의하여 하부로 유입되도록 하는 입구(73)와 상기 슬러지가 배출되는 배출구(74)를 갖는 케이스(72)와, 상기 케이 스(72) 내부에 설치되고, 서로 기어 결합되어 회전하면서 상기 입구에서 유입된 슬러지를 상기 배출구 방향으로 밀어내는 한 쌍의 회전체(75)를 포함한다.

여기서, 상기 입구(73)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(75)는 수평방향으로 하나의 쌍을 이루도록 구비될 수 있으며, 각각의 회전체(75)가 상기 케이스(72)의 내측 중앙방향으로 회전하도록 서로 기어결합됨이 바람직하다. 이를 위해, 상기 회전체(75)는 서로 맞물려 돌아가는 기어일 수 있다. 상기 회전체(75)는 저온의 슬러지가 더욱 원활하게 이동할 수 있도록 탄성력이 높은 고무재질로 이루어질 수 있다

상기 주입수단의 하측에는 상기 가압수단(77)이 구비됨이 바람직하며, 상기 가압수단(77)는 20기압 이상의 고압으로 슬러지를 유동화할 수 있는 로터리 기어 펌프로 이루어질 수 있다. 상기 로터리 기어 펌프는 제1 구동모터(78)에 의해 동력을 전달받을 수 있으며, 상기 회전체(75)의 구동축이 상기 로터리 기어 펌프의 구동축에 체인이나 벨트와 같은 동력전달부재에 의해 연결됨으로써 상기 회전체(75)도 회전할 수 있게 된다.

여기서, 상기 가압수단(77)의 상부는 상기 배출구(74)의 하측과 연결됨이 바람직하며, 상기 가압수단(77)의 일측에는 가압배출부(79)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 유기물 슬러지 저장소로부터 배출되는 슬러지는 상기 가압주입장치(70) 에 의해 상기 접촉 열교환 유니트(20)로 공급될 수 있게 된다.

결과적으로, 상기 주입수단에 의하여 유동성이 불량한 저온의 슬러지가 주입되는 과정에서는 흡입압이 발생하지 않게 되고, 상기 가압수단(77)에 의해서는 저온의 슬러지가 일방향으로 원활하고 용이하게 주입될 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 접촉식 열교환방법의 흐름을 나타낸 흐름도이다.

도 7을 참조하여 상기 접촉식 열교환방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고온 슬러지관의 내측으로 고온의 슬러지가 이송되도록 한다(S100).

이에 따라, 상기 고온 슬러지관은 내측으로 이송되는 고온의 슬러지에 의해 가열되게 된다.

그리고, 상기 고온 슬러지관의 외측면에는 저온의 슬러지가 공급되도록 한다(S200).

이에 따라, 가열된 고온 슬러지관과 저온의 슬러지 사이에는 접촉에 의한 열교환이 이루어지게 되어 저온의 슬러지가 가열되게 된다.

여기서, 공급되는 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지관의 외측면에 얇게 도포되어 이송됨이 바람직한데(S300), 이를 통해, 상기 고온 슬러지관과 저온의 슬러지와의 접촉면적이 증가되어 더욱 높은 열전달이 이루어질 수 있어 저온 슬러지가 보다 효과적으로 가열될 수 있다.

그리고, 상기 고온 슬러지관의 내측으로 이송되는 고온의 슬러지는 계속해서 상기 고온 슬러지관으로 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 8을 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(20)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 용 기(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(20)로부터 공급된다. 상기 저온 슬러지는 유동성이 불량하기 때문에 제2 가압주입장치(90)에 의하여 가압되어 상기 저온 열교환 용기(310)로 주입된다.

한편, 상기 접촉식 열교환 유니트(20)는 유기물 슬러지 탱크(80)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(20)는 고온의 슬러지가 이동하는 고온 슬러지관(40)의 외측면에 저온의 슬러지를 접촉시켜 상기 저온의 슬러지와 고온의 슬러지를 상호 열교환 시키게 된다. 이때에도 상기 저온 슬러지는 유동성이 불량하기 때문에 제1 가압주입장치(70)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(100)에 의하여 상기 가열 유니트(400)로 공급된다.

전술한 바와 같은 증기식 열교환 유니트(300)는 상기 슬러지 가열 유니 트(400)와 접촉식 열교환 유니트(20) 사이에 구비되되, 저온 슬러지와 고온 슬러지 간의 열교환 효율을 증대시킬 수 있도록 다수 개가 직렬로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 상기 접촉식 열교환 유니트(20)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(20)를 거친 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.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트를 나타낸 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트를 나타낸 단면도이고, 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트에 구비된 단위부재를 나타낸 사시도이고, 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트에 구비된 회전수단을 나타낸 평면도이고, 도 13은 도 11의 B-B선 단면도이다.

도 9 내지 도 13에서 보는 바와 같이, 접촉식 열교환 유니트(120)는 가수분해된 고온의 유기물 슬러지가 이동하는 고온 슬러지 이송장치와, 가수분해될 저온 의 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 제 1,2 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 고액분리장치(도 5의 90)로 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 슬러 지는 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.

이와 같이, 상기 저온의 유기물 슬러지는 접촉식 열교환 유니트(120)에서 가열된 후, 증기식 열교환 유니트(80)로 이동된다.

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 본 발명의 제1실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트의 요부를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트를 나타낸 사시도.

도 3는 본 발명의 제1실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트의 일부를 절개한 부분절개 사시도.

도 4은 도 2의 A-A선 단면 사시도.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트의 작동 상태를 나타낸 작동상태도.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 가압주입장치를 나타낸 부분 절개 사시도.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 접촉식 열교환방법의 흐름을 나타낸 흐름도.

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트를 이용한 슬러지 가수분해 시스템의 구성을 나타낸 구성도.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트를 나타낸 사시도.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트를 나타낸 단면도.

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트에 구비된 단위부재를 나타낸 사시도.

도 12은 본 발명의 제2실시예에 따른 접촉식 열교환 유니트에 구비된 회전수단을 나타낸 평면도.

도 13는 도 11의 B-B선 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 유기물 슬러지 저장소 20,120: 접촉식 열교환 유니트

40: 고온 슬러지관 41: 회전드럼

43: 홈 50: 저온 슬러지 이송장치

51: 지지롤러 51a: 도포롤러

51b: 분리롤러 53: 벨트

55: 노즐 56: 분사부

60: 배출장치 66: 분리판

67: 스크레이퍼부 70: 가압주입장치

71: 주입부 75: 회전체

77: 가압부 80: 증기식 열교환 장치

90: 고액분리장치 91: 고형물 저장소

121: 제1 고온 슬러지관 122: 제2 고온 슬러지관

126: 단위부재 126a: 저온 슬러지 유입구

126b: 저온 슬러지 배출구 127: 하우징

127a: 제1 연결관 127b: 제2 연결관

S_H: 고온의 슬러지 S_L: 저온의 슬러지

S₁: 냉각된 슬러지 S₂: 가열된 슬러지

Claims

내측으로 고온의 슬러지가 이동되는 고온 슬러지관;

상기 고온 슬러지관의 외측면에 저온의 슬러지를 얇게 밀착 이동시키는 저온 슬러지 이송장치; 그리고

상기 저온의 슬러지에 압력을 가하여 상기 저온의 슬러지를 상기 저온 슬러지 이송장치로 공급하거나 상기 저온 슬러지 이송장치로부터 배출되도록 하는 가압주입장치를 포함하여 이루어지며, 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지관의 외측면에 접촉되어 이동하면서 가열되고 상기 고온의 슬러지는 냉각되는 접촉식 열교환 유니트.
제1항에 있어서,

상기 저온 슬러지 이송장치는

상기 고온 슬러지관의 외부에 상기 저온의 슬러지를 공급하는 노즐;

상기 고온 슬러지관의 둘레를 따라 구비되는 다수개의 롤러; 그리고

상기 고온 슬러지관과 상기 롤러에 연결되되, 일부분이 상기 고온 슬러지관의 외측면에 밀착되어 상기 고온 슬러지관이 회전함에 따라 연동하여 이동하는 벨트를 포함하여 이루어지며, 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지관과 상기 벨트 사이에서 상기 고온 슬러지관의 외측면을 따라 이동됨을 특징으로 하는 접촉식 열교환 유니트.
제2항에 있어서,

상기 롤러는

상기 노즐로부터 공급되는 저온의 슬러지를 가압하여 상기 고온 슬러지관의 외측면과 상기 벨트의 사이로 얇게 도포 삽입되도록 하는 도포롤러;

상기 고온 슬러지관의 외측면에 얇게 도포되어 이동하면서 가열된 저온의 슬러지가 상기 고온 슬러지관의 외측면으로부터 이탈되도록 안내하는 분리롤러; 그리고

상기 벨트와 상기 고온 슬러지관이 분리된 구간에서 상기 벨트가 이동할 수 있도록 상기 벨트를 지지하는 지지롤러를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 접촉식 열교환 유니트.
제1항에 있어서,

상기 고온 슬러지관은 적어도 한 쌍으로 구비되며, 상기 각각의 고온 슬러지관의 외측면은 기어형상을 가지면서 서로 맞물려 회전함을 특징으로 하는 접촉식 열교환 유니트.
제4항에 있어서,

상기 저온 슬러지 이송장치는 내부 공간상에 상기 한 쌍의 고온 슬러지관이 설치되는 단위부재를 포함하며,

상기 단위부재는 내부에 공간을 형성하는 하우징과, 상기 저온의 슬러지가 유입되는 저온 슬러지 유입구와, 승온된 저온의 슬러지가 배출되는 저온 슬러지 배출구를 포함하고, 상기 한 쌍의 고온 슬러지관이 서로 맞물려 회전함에 따라 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지관의 외측면에 접촉되어 상기 고온 슬러지관의 외측면과 상기 하우징의 내측면 사이를 따라 이동하면서 승온되고, 상기 고온의 슬러지는 냉각됨을 특징으로 하는 접촉식 열교환 유니트.
제1항에 있어서,

상기 가압주입장치는 상기 저온의 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입부과, 상기 주입부를 경유한 저온 슬러지를 가압하는 가압부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 접촉식 열교환 유니트.
제6항에 있어서,

상기 주입부는

상기 저온의 슬러지가 자체하중에 의하여 하부로 유입되도록 하는 입구와, 상기 저온의 슬러지가 배출되는 출구를 갖는 케이스; 그리고

상기 케이스 내부에 설치되고, 서로 기어 결합되어 회전하면서 상기 입구에서 유입된 저온의 슬러지를 상기 출구 방향으로 밀어내는 한 쌍의 회전체를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 접촉식 열교환 유니트.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 따른 접촉식 열교환 유니트;

공급된 증기에 의하여 슬러지가 고온에서 가수분해되어 배출되는 가열 유니트; 그리고

상기 접촉식 열교환 유니트로부터 배출되는 저온의 슬러지와 상기 가열 유니트로부터 배출되는 고온의 슬러지 사이에서 열교환이 되도록 하는 증기식 열교환 유니트를 포함하여 이루어지는 슬러지 가수분해 시스템.
고온 슬러지관의 내측으로 고온의 슬러지가 이송되도록 하는 단계;

상기 고온 슬러지관의 외측면에 저온의 슬러지를 공급하는 단계; 그리고

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

상기 저온의 슬러지를 이송시키는 단계에서, 상기 저온의 슬러지는 상기 고온 슬러지관에 접촉되어 이송되면서 가열되고 상기 고온의 슬러지는 냉각되는 접촉식 열교환 방법.