KR100771407B1 - 현장 열탈착 토양정화 시스템에 사용하는 가열장치 요소 - Google Patents

Abstract

현장 열탈착 (in situ thermal desorption: ISTD) 토양 정화 시스템 (20) 은 토양 (24) 중의 오염물을 제거하거나 줄이는데 이용될 수 있다. 토양 (24) 에는, 저항적으로 가열된 나금속 가열장치 요소 (56) 로부터 열이 전달될 수 있다. 이 가열장치 요소 (56) 는 토양 (24) 중에 직접적으로 위치할 수 있다. 또다르게는, 가열장치 요소 (56) 는 케이싱 (60) 내에서 매달릴 수도 있다. 가열장치 요소 (56) 는 전도 가열장치일 수도 있으며, 또는 가열장치 요소는 복사 가열장치 요소일 수도 있다. ISTD 토양 정화 시스템 (20) 은 토양으로부터 제거된 분리가스를 처리설비 (34) 에 전달하는 내온성, 내화학성, 가요성의 도관을 포함할 수 있다. 도관내에서의 분리가스의 잔류시간은 분리가스를 냉각하기에 충분한 시간으로 할 수 있으며, 상기 분리가스는 폴리머 재료로 제조된 파이프와 매니폴드를 통해 처리설비 (34) 를 통과할 수도 있다.

현장 열탈착, 토양 정화, 오염물, 가열요소, 분리가스

Description

현장 열탈착 토양정화 시스템에 사용하는 가열장치 요소 {HEATER ELEMENT FOR USE IN AN IN SITU THERMAL DESORPTION SOIL REMEDIATION SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 토양 정화에 관한 것이다. 더 자세히는, 본 발명은 현장 열탈착 토양 정화 과정중에 토양 온도를 상승시키기 위한 가열장치 요소에 관한 것이다.

지표 토양의 오염은 많은 지역에서 중요한 문제가 되었다. 지표 토양은 화학적, 생물학적, 및/또는 방사능 오염물로 오염될 수 있다. 지표 토양의 오염은 다양한 방식으로 발생할 수 있다. 물질 누설, 저장 용기 누설, 부적절하게 처리된 물질의 매립 누출은 토양이 오염될 수 있는 많은 방식중의 몇몇 예이다. 지표 토양의 오염물은, 오염물이 대수층, 공기중, 또는 음식 공급물로 이동하는 경우 공중 위생에 위험이 될 수 있다. 지표 토양의 오염물은 먹이 사슬의 부분인 다양한 종의 생물학적 축적을 통해 음식 공급물로 이동할 수 있다.

오염된 토양을 정화하기 위한 다양한 방법이 존재한다. "오염된 토양의 정화"는 토양 오염물을 제거하거나 또는 토양속의 오염물을 감소시켜 토양을 수용가능한 수준까지 처리하는 것을 의미한다. 오염된 지대를 정화하는 방법은, 토양을 굴착하고 별도의 처리 설비로 처리하여 토양속의 오염물 수준을 제거하거나 또는 감소시키는 것이다. 이러한 방법과 관련된 많은 문제는 이러한 방법의 유효성과 사용에 제한이 될 수 있다. 예를 들어, 이러한 방법과 관련된 하나의 문제는, 굴착에 의해 먼지가 발생해서 이 먼지로 인해 주위 환경 및 일꾼이 토양 오염물에 노출된다는 점이다. 또한, 작은 오염 지대라도 효과적으로 처리하기 위해서는 많은 양의 토양이 굴착될 필요가 있다는 점이다. 장비 비용, 노동 비용, 운송 비용, 및 처리 비용으로 인해 이러한 정화 방법은 다른 유용한 토양 정화 방법과 비교해서 엄청나게 비용이 많이 들 것이다.

생물학적 처리 및 현장 화학적 처리 또한 토양을 정화하는데 사용될 수 있다. 생물학적 처리 및/또는 화학적 처리는 물질을 토양에 주입하는 것이다. 화학적 처리중에 주입된 물질은, 토양 오염물과 반응하여, 토양으로부터 쉽게 제거될 수 있는 휘발성 생성물 또는 오염되지 않은 반응 생성물을 생산하도록 형성된 반응물일 수 있다. 화학적 처리중에 주입된 물질은, 토양으로부터 오염물을 제거하는 생성 웰쪽으로 오염물을 안내하도록 형성된 범람 작용제(flooding agent)일 수 있다. 범람 작용제는 증기, 이산화탄소 또는 다른 유체일 수 있다. 토양 이질성분 및 다른 인자는, 생물학적 처리 및/또는 화학적 처리를 사용하여 토양의 오염물 수준을 정부 규제에 의해 필요한 수준까지 감소시키는 것을 방해한다.

지표 토양으로부터 오염물을 제거하는데 사용될 수 있는 과정은 토양 증기 추출(Soil vapor extraction: SVE) 과정이다. 토양 증기 추출 과정은 토양에 진공을 적용시켜 지표 토양을 통해 공기 및 증기를 흡입한다. 진공은 토양/공기 계면에 적용될 수 있고, 또는 진공은 토양속에 위치된 진공 웰을 통해 적용될 수 있다. 공기 및 증기는 휘발성 오염물을 진공원쪽으로 끌어들여 운반할 수 있다. 진공에 의해 토양으로부터 제거된 분리가스는, 토양속에 존재했던 오염물을 포함할 수 있다. 분리가스는 처리 설비에 운반될 수 있다. 토양으로부터 제거된 분리가스는, 분리가스속의 오염물이 수용가능한 수준까지 제거되거나 또는 감소되도록 처리 설비에서 처리될 수 있다. 토양 증기 추출 과정에 의해, 토양을 이동시키거나 또는 상당히 어지럽힐 필요없이 오염물이 토양으로부터 제거될 수 있다. 토양 증기 추출 과정은 도로, 토대, 및 다른 고정된 구조물 하에서 작동할 수 있다.

지표 토양의 투과성은 토양 증기 추출 과정의 유효성을 제한할 수 있다. 공기 및 증기는 지표 토양, 주로 고 투과성 토양 지역을 통해 유동할 수 있다. 공기 및 증기는 저 투과성 토양 지역을 우회할 수 있다. 저 투과성 지역을 우회하는 공기 및 증기에 의해, 토양 증기 추출 과정이 토양을 처리한 후에도 다량의 오염물이 토양에 잔류할 수 있다. 수분 저류(water retention), 층화된 토양층, 및 토양속의 물질의 이질성으로 인한 감소된 공기 투과성은 SVE 토양 정화 과정의 유효성을 제한할 수 있다.

수분 저류로 인한 감소된 공기 투과성은 유동 공기와 토양속의 오염물과의 접촉을 억제할 수 있다. 수분 저류의 문제에 대한 부분적인 해결책은 토양을 탈수하는 것이다. 토양은 지하수면을 낮춤으로써 및/또는 진공 탈수 기술을 사용함으로써 탈수될 수 있다. 이들 방법은 토양의 기공을 개방하여 기류를 수용하는 효과적인 방법이 아니다. 모세관력은 지하수면이 낮아질 때 토양으로부터의 물의 제거를 억제할 수 있다. 지하수면을 낮춤으로써 결과적으로 습한 토양이 나타난다. 습한 토양을 통한 공기 전도성은 제한된다.

진공 탈수 기술은 실제적인 제한을 가질 수 있다. 진공 탈수 기술중에 발생된 진공은 탈수 웰로부터 거리에 따라 신속하게 감소될 수 있다. 진공 탈수 기술을 사용함으로써, 결과적으로 토양 수분 저류 문제에 대한 상당한 개선이 나타나지 않을 수 있다. 진공 탈수 기술을 사용함으로써, 결과적으로 탈수 웰에 인접하여 위치된 공기 전도성을 위한 우선적인 통로의 형태가 나타날 수 있다.

많은 종류의 토양은 고 투과성 및 저 투과성의 교차층을 갖는 수평층을 특징으로 한다. 층형 토양의 공통적인 예는 호수 침전물이다. 교차하는 미사층(silty layer) 및 모래층의 얇은 층은 호수 침전물의 특징을 나타낸다. SVE 웰이 이러한 여러개의 층을 차단할 경우, 유도된 거의 모든 기류는, 모래층속에서 발생하고, 미사층을 우회한다.

이질 성분은 지표 토양에 존재할 수 있다. 공기 및 증기는 이질 성분 토양의 특정한 지역을 통해 우선적으로 유동할 수 있다. 공기 및 증기는 다른 이질 성부 토양 지역을 통해 유동함으로써 저해될 수 있다. 예를 들어, 공기 및 증기는, 부족하게 채워진 충전 물질의 공간을 통해 우선적으로 유동하는 경향이 있다. 공기 및 증기는, 지나치게 채워진 충전 물질을 통해 유동함으로써 저해될 수 있다. 충전 물질속의 묻혀진 잔해는 또한 지표 토양을 통해 공기의 유동을 저해할 수 있다.

현장 열 탈착(ISTD)은 SVE 과정의 유효성을 증가시키는데 사용될 수 있다. ISTD 토양 정화 과정은, 토양의 온도를 상승시키면서 그와 동시에 토양으로부터 분리가스를 제거하는 토양 현장가열과 관련된 것이다. 토양을 가열함으로써 결과적으로, 공기 스트림 중에 오염물이 연행하는 것 외에 추가적으로 다수의 기구에 의해 오염물이 제거될 수 있다. 이러한 기구는: 토양으로부터 오염물의 기화 및 증기 운반; 수증기 중의 오염물의 연행 및 제거; 및 토양속의 열분해, 산화 또는 다른 화학 반응에 의한 오염물의 열적 열화 또는 변환을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 토양의 현장 가열은 SVE 과정의 유효성을 크게 증가시킬 수 있다.

ISTD 토양 정화 과정은, 안내 유체 또는 화학적 및/또는 생물학적 반응물을 토양에 주입하는 과정 및 SVE 과정에 대해 상당한 유리한 점을 제공할 수 있다. 평균적인 토양의 유체 유동 전도성은, 부분적으로 토양 이질 성분 및 토양속의 물에 기인한 토양 전체의 10⁸의 인자에 의해 변할 수 있다. 토양을 통한 균일한 물질 운반은, SVE 과정을 사용하는 처리 지대 또는 토양의 화학적 및/또는 생물학적 처리의 정화의 제한 인자일 수 있다. 평균적인 토양의 열 전도성은 약 2개의 전체 토양의 인자에 의해 변할 수 있다. 토양 전체에 열을 주입하는 방법은 동일한 토양을 통해 유체를 주입하는 방법보다 상당히 더 유효할 수 있다. 토양을 가열함으로써 결과적으로 토양의 투과성이 증가한다. 토양속으로 운반된 열은 토양을 건조시킬 수 있다. 토양이 건조되면, 토양의 미세한 및 거시적인 투과성이 증가할 수 있다. 가열된 토양의 투과성이 증가함으로써, ISTD 토양 정화 과정이 토양 처리 지역을 전체적으로 효과적으로 정화할 수 있다. 토양 투과성의 증가에 의해, 표준 토양 증기 추출 과정을 받지 못하는 저 투과성 진흙 및 미사의 현장 정화가 수행될 수 있다.

오염된 토양에 추가된 열은, 토양의 온도를 토양속 오염물의 기화 온도 이상으로 상승시킬 수 있다. 토양 온도가 토양 오염물의 기화 온도를 초과하는 경우, 오염물은 기화할 수 있다. 토양에 적용된 진공은, 기화된 오염물을 토양으로부터 흡입할 수 있다. 토양을 오염물의 기화 온도 이하의 온도로 가열하는 것도 유리한 효과를 가질 수 있다. 토양 온도를 증가시킴으로써, 토양속 오염물의 증기 압력이 증가될 수 있고, 또한 낮은 토양 온도에서 가능한 것보다도 더 많은 오염물을 (공기 스트림에 의해) 토양으로부터 제거할 수 있다.

대부분의 토양은 오염물과 비교해서 다량의 물을 포함한다. 토양 상태에서 토양 온도를 물의 기화점 이상으로 상승시킴으로써, 토양속의 물이 기화될 수 있다. 수증기(증기)는 오염물을 휘발 및/또는 연행시킬 수 있다. 토양에 적용된 진공은 휘발성 및/또는 연행된 오염물을 토양으로부터 제거할 수 있다. 오염물의 연행 및 증기 기화에 의해 결과적으로, 토양으로부터 중간 및 높은 비등점의 오염물이 제거될 수 있다.

토양으로부터 오염물을 더 많이 제거할 수 있는 것 외에도, 토양의 온도를 증가시킴으로써 결과적으로 현장에서 오염물이 파괴될 수 있다. 공기와 같은 산화제가 존재함으로써 결과적으로, 고온 토양을 통과하는 오염물의 산화가 나타난다. 산화제가 존재하지 않는 경우, 토양속의 오염물은 열분해에 의해 변경될 수 있다. "열분해"는 열 작용에 의해 발생하는 화학 변화를 의미한다. 토양에 적용된 진공은 토양으로부터 반응 생성물을 제거할 수 있다.

ISTD 토양 정화 시스템은 4개의 주요 시스템을 포함할 수 있다. 상기 4개의 주요 시스템은, 가열 및 증기 추출 시스템, 분리가스 수집 파이프 시스템, 분리가스 처리 시스템, 및 기구 및 전력 제어 시스템일 수 있다.

가열 및 증기 추출 시스템은, 깊은 토양 오염에 대해 토양속으로 삽입된 웰, 또는 얕은 토양 오염에 대한 열 블랭킷으로 형성될 수 있다. 웰 및 열 블랭킷의 조합도 사용될 수 있다. 예를 들어, 열 블랭킷은 웰 그룹의 중심에 위치될 수 있다. 열 블랭킷은 토양 표면 근처에서의 오염물의 농축을 억제할 수 있다. 토양은 다양한 방법에 의해 가열될 수 있다. 토양을 가열하기 위한 방법은, 열 전도에 의해 실질적으로 가열하는 방법, 무선 주파수 가열에 의한 가열 방법, 또는 전기 토양 저항 가열에 의한 가열 방법을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 열 전도 가열 방법에 의해 얻어지는 온도는 토양속의 물 또는 다른 극성 물질의 양에 좌우되지 않기 때문에, 이러한 열 전도 가열 방법은 유리할 수 있다. 실질적으로 물의 비등점 이상의 토양 온도는 열 전도 가열 방법을 사용하여 얻어질 수 있다. 약 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 500℃ 또는 그 이상의 토양 온도는 열 전도 가열 방법을 사용하여 얻어질 수 있다.

가열장치는 토양을 가열하기 위해 토양속 또는 토양상에 위치될 수 있다. 약 1 미터의 토양 표면속의 토양 오염에 대하여는, 전도열을 토양에 전달함에 있어 토양의 상부에 위치되는 열 블랭킷이 적용된다. 블랭킷 밑의 토양에는 블랭킷의 진공 포트를 통해 진공이 적용될 수 있다. 가열장치는 약 870℃에서 작동할 수 있다. 본원에 참고로 되어 있고 마르스덴(Marsden) 등에게 허여된 미국특허 제 5,221,827 호에서는 열 블랭킷을 사용하는 시스템이 개시되어 있다.

더 깊은 오염에 대해서는, 토양에 열을 공급하여 토양으로부터 증기를 제거하는 웰이 사용될 수 있다. 용어 "웰"은, 가열장치 웰, 흡인 웰, 및/또는 조합 형태의 가열장치/흡인 웰을 의미한다. 가열장치 웰은 열에너지를 토양에 공급한다. 흡인 웰은 토양으로부터 분리가스를 제거하는 웰이 사용될 수 있다. 흡인 웰은 분리가스 수집 파이프 시스템에 연결될 수 있다. 흡인 웰은 가열장치 웰에 결합되어 가열장치/흡인 웰을 형성할 수 있다. 가열장치/흡인 웰에 인접하는 부분에서, 토양속의 공기 및 증기 유동은 토양을 통과하는 열 유동에 대해 역류일 수 있다. 열 유동은 토양속에서 온도 구배를 생성할 수 있다. 공기 및 증기가 가열장치/흡인 웰에 접근하여 유입될 때, 물질 전달에 대한 역류 열 전달은, 진공원에 흡입되는 공기 및 증기를 고온에 노출시킬 수 있다. 공기 및 증기속의 오염물의 상당한 부분은, 공기 및 증기가 가열장치/흡인 웰의 내부 및 가열장치/흡인 웰을 둘러싸는 고온 구역을 통과할 때 열분해 및/또는 산화에 의해 파괴될 수 있다. 몇몇 ISTD 시스템에 있어서, 선택된 웰만이 가열장치/흡인 웰일 수 있다. 몇몇 ISTD 시스템에 있어서, 가열장치 웰은 흡인 웰로부터 분리될 수 있다. 가열장치 웰속 및 가열장치/흡인 웰속의 가열장치는 통상적으로 약 650℃ 내지 약 870℃의 범위에서 작동한다.

토양의 열 전도성 가열 방법은, 웰 케이싱을 복사식으로 가열하여 주위 토양을 전도적으로 가열하는 방법을 포함할 수 있다. 동시 또는 분리원 진공은 토양으로부터 증기를 제거하는데 적용될 수 있다. 증기는 생성 웰을 통해 토양으로부터 제거될 수 있다. 본원에 참고로 하고 있고 바인가(Vinegar) 등에게 허여된 미국특허 제 5,318,116 호에서는, 복사적으로 가열된 케이싱으로부터 토양에 적용된 열 전도성 가열 방법으로 오염된 지표 토양을 처리하기 위한 ISTD 과정이 개시되어 있다. 가열장치 요소는, 약 1250℃까지의 온도에서 작동되는 인코넬(Inconel) 601 덮개를 갖는 상업적인 산화 니크롬/마그네슘 관형 가열장치이다. 대안적으로, 탄화 규소 또는 란탄 크롬산염 "백열-바(glow-bar)" 가열장치 요소, 탄소 전극, 또는 텅스텐/석영 가열장치는 더 높은 온도를 위해 사용될 수 있다. 가열장치 요소는 밴드 끈에 의해 지지 부재에 매어질 수 있다.

웰은 다수의 가로열 및 세로열로 배치될 수 있다. 웰은 삼각형 패턴으로 유지되도록하여 배치될 수 있다. 대안적으로, 웰은 사각형 패턴, 5각형 패턴, 6각형 패턴 또는 이보다 고차의 다각형 패턴으로 정렬될 수 있다. 특정한 웰 패턴 실시형태에 있어서, 인접하는 웰 사이의 길이는, 등변 삼각형 웰 패턴 또는 정사각형 웰 패턴과 같은 다각형 웰 패턴이 규칙적인 웰 패턴이 되도록, 고정된 거리이다. 다른 웰 패턴 실시형태에 있어서, 웰의 간격의 결과로서, 비규칙적인 다각형 웰 패턴이 나타난다. 2개의 인접하는 웰 사이의 간격 거리는, 약 1 미터로부터 약 13 미터 또는 그 이상의 범위일 수 있다. 통상적인 간격 거리는 약 2 미터로부터 약 4 미터일 수 있다.

토양속에 삽입된 웰은, 생성 웰, 주입 웰 및/또는 시험 웰일 수 있다. 생성 웰은 토양으로부터 분리가스를 제거하는데 사용될 수 있다. 생성 웰은, 분리가스가 토양으로부터 생성 웰속으로 통과하도록 하는 천공된 케이싱을 포함할 수 있다. 케이싱의 천공은, 구멍 및/또는 슬롯일 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 천공은 가려질 수 있다. 케이싱은 케이싱의 길이를 따라 상이한 위치에서 여러개의 천공된 구역을 가질 수 있다. 케이싱이 토양속으로 삽입될 때, 천공된 구역은 토양의 오염된 층에 인접하여 위치될 수 있다. 케이싱의 천공된 구역에 인접하는 영역은 자갈 또는 모래로 채워질 수 있다. 케이싱은 비생성층에 인접하는 토양에 대해 밀봉될 수 있어서, 오염물이 오염되지 않은 토양속으로 이동하는 것이 억제된다. 생성 웰은 열이 웰에 인접하는 토양으로 전달되도록 가열요소를 포함할 수 있다.

몇몇의 토양 정화 과정에 있어서, 유체를 토양속으로 삽입하는 것이 바람직할 수 있다. 유체는, 증기 및 용제와 같은 열원, 산화제와 같은 화학 반응물, 또는 생물학적 처리 담체일 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 액체 또는 기체일 수 있는 유체는, 주입 웰을 통해 토양속으로 삽입될 수 있다. 주입 웰은 천공된 케이싱을 포함할 수 있다. 주입 웰은, 유체가 웰 케이싱의 천공을 통해 토양으로부터 제거되는 대신에 웰 케이싱의 천공을 통해 토양속으로 삽입되는 것을 제외하고는, 생성 웰과 유사할 수 있다.

웰은 또한 시험 웰일 수 있다. 시험 웰은 토양속의 오염물의 위치 및 농도를 결정하는 기체 샘플링 웰로서 사용될 수 있다. 시험 웰은 기록 관찰 웰(logging observation well)로서 사용될 수 있다. 시험 웰은, 싸여지지 않은 개구부, 싸여진 개구부, 천공된 케이싱, 또는 싸여진 개구부 및 싸여지지 않은 개구부의 조합 형태일 수 있다.

생성 웰, 주입 웰 또는 시험 웰을 위한 웰구멍(wellbore)은 토양속에 구멍을 뚫음으로써 형성될 수 있다. 구멍을 형성하는 중에 이루어진 절단은, 나머지 토양으로부터 별도로 처리되어야 한다. 대안적으로, 생성 웰, 주입 웰 또는 시험 웰을 위한 웰구멍은, 케이싱 또는 삽입관을 토양속으로 안내 및/또는 진동시킴으로써 형성될 수 있다. 보다인(Bodine)에게 허여된 미국특허 제 3,684,037 호 및 화이트(White)에게 허여된 미국특허 제 6,039,508 호에서는, 웰에 음파처리로 구멍을 뚫기 위한 장치가 개시되어 있다. 상기 특허들은 본원에 참고로 하고 있다.

처리 영역 위에 커버가 위치될 수 있다. 커버는, 토양으로부터 대기로의 유체 손실, 대기로의 열 손실, 및 토양속으로의 유체 유입을 억제할 수 있다. 열 및 진공은 커버에 적용될 수 있다. 열은 커버상 및 커버에 인접하는 토양속의 오염물의 농축을 억제할 수 있다. 진공은, 토양/공기 계면에 인접하는 토양으로부터 분리가스 처리 시스템으로 기화된 오염물을 제거할 수 있다.

분리가스 수집 파이프 시스템은 가열 및 증기 추출 시스템의 흡인 웰에 연결될 수 있다. 또한, 분리가스 수집 파이프 시스템은 분리가스 처리 시스템에 연결되어, 토양에서 제거된 분리가스가 처리 시스템으로 운반될 수 있다. 일반적으로 분리가스 수집 파이프 시스템은 금속 파이프로 제조된다. 분리가스 수집 파이프는 분리가스와 응축물을 처리 설비로 인도하는 가열되지 않은 파이프일 수 있다. 다른 방법으로, 분리가스 수집 파이프는 수집 파이프 내의 분리가스의 응축을 억제하는 가열된 파이프일 수 있다. 금속 파이프 사용으로 수집 시스템이 고가로 될 수 있다. 금속 파이프 수집 시스템의 설치는 노동 및 시간 집약적일 수 있다.

수집 파이프 시스템내의 분리가스는 분리가스 처리 시스템으로 운반될 수 있다. 처리 시스템은 토양으로부터 분리가스를 추출하는 진공 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 처리 시스템은 분리가스 내의 오염물을 허용가능한 수준으로 제거할 수 있다. 처리 설비는 열산화기와 같은 반응기 시스템을 포함하여, 분리가스내의 오염물을 허용가능한 수준으로 제거하거나 감소시킨다. 다른 방법으로, 처리 시스템은, 분리가스가 통과하는 활성화된 탄소 베드와 같은 물질 전달 시스템을 사용하여 분리가스내의 오염물을 허용가능한 수준으로 제거하거나 감소시킨다. 반응기 시스템과 물질 전달 시스템을 결합 사용하여 분리가스내의 오염물을 허용가능한 수준으로 제거하거나 감소시킬 수 있다.

기구 및 전력 제어 시스템은 가열장치 시스템의 가열율을 관찰하고 제어하는데 사용될 수 있다. 또한, 상기 기구 및 전력 제어 시스템은, 토양에 사용된 진공상태를 관찰하고 분리가스 처리 시스템의 작동을 제어하는데 사용될 수 있다. 전기 가열장치는 이 가열장치가 과열되는 것을 방지하는 제어기를 필요로 할 수 있다. 제어기의 유형은 상기 가열장치를 작동시키는데 사용되는 전기 유형에 의존할 수 있다. 예컨대, 실리콘 제어 정류기는 직류 전력원을 사용하는 가열장치에 가해지는 전력을 제어하는데 사용될 수 있고, 영점 교차 전기 가열장치 점화 제어기는 교류 전력원을 사용하는 가열장치에 가해지는 전력을 제어하는데 사용될 수 있다.

배리어는 처리될 토양 영역 주위에 배치될 수 있다. 상기 배리어는 오염된 토양 영역 주위부의 토양으로 안내된 금속판을 포함할 수 있다. 토양 정화 시스템용 상부 커버는 배리어에 밀봉될 수 있다. 배리어는 주위에서 처리 영역으로 유입되는 공기와 물의 양을 한정할 수 있다. 또한, 배리어는 오염된 영역의 오염물이 인접 영역으로 퍼질 가능성을 방지할 수 있다.
청구항 1 및 13 의 전제부에 따른 가열장치 웰 및 가열장치 요소는 미국특허 제 5,656,239 호로부터 공지되어 있다.

본 발명에 따르면, 가열장치 요소는, 당해 가열장치 요소에 의해 발생된 열을 자가적으로 조절할 수 있는 저항특성을 가지는 재료로 형성되거나, 그 일부가 상기 재료로 형성된다. 자가-조절 가열장치 요소를 사용하므로, 유리하게는, ISTD 토양 정화 시스템의 가열장치용 제어기를 설치할 필요성이 없어진다. 본 발명에 따른 가열장치 요소와 이 가열장치 요소를 구비한 가열장치 웰의 이러한 특징, 또다른 특징, 및 적용은 첨부된 청구범위에 기재되어 있다.

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가열장치 요소는 주위 재료를 전도적으로 가열하도록 구성될 수 있다. 주위 재료로는 토양 및/또는 패킹재료일 수 있다. 전도적 가열장치 요소의 가열장치부는 나금속일 수 있다. 가열장치 요소는 가열될 때 상방으로의 열팽창이 허용될 수 있다. 전도적 가열장치 요소는 토양으로 직접 안내될 수 있다. 충전물질은 케이싱 내에서 가열장치 요소를 패킹처리하는데 사용될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 가열장치 요소는, 토양에 음파처리로 또는 기계적으로 안내되어 "U" 자형을 형성하는 금속 스트립이다. 진공 웰 케이싱은 가열장치 요소의 레그 사이에 배치될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 가열장치 요소 및/또는 진공 웰 케이싱은 토양내의 뚫어진 개구내에 배치될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 가열장치 요소는 토양내에 형성된 도랑내에 배치될 수 있다. 가열장치 요소의 레그 사이의 공간 및/또는 진공 웰 케이싱은 모래, 자갈, 또는 다른 패킹재료로 막아질 수 있다.

가열장치 요소가 토양내에서 분리가스 및 다른 유체와 직접 접촉하기 때문에, 전도적 가열장치 요소는 고온에서 고내식성을 가진 재료로 제조될 필요가 있다. 다른 방법으로, 전도적 가열장치 요소는 가열장치 케이싱내에서 모래, 자갈, 또는 다른 패킹재료로 막아질 수 있다. 패킹재료는 가열장치 요소 웰 케이싱에 열을 전도적으로 전달시킬 수 있다. 가열장치 요소 케이싱은 추가적인 패킹재료 및/또는 토양에 열을 전달시킨다. 패킹재료는 가열장치 요소와 가열장치 케이싱 벽이 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 다른 방법으로, 전기 절연 스페이서는 가열장치 요소와 케이싱 벽 사이, 및 가열장치 요소의 레그 사이의 접촉을 방지하기 위해서 가열장치 요소의 길이를 따라서 정기적으로 배치될 수 있다. 종래의 복사 가열과 비교하여, 가열장치 스트립은 동일한 입력 전력에 대하여 낮은 온도에서 작동될 수 있다. 가열장치 요소의 낮은 작동 온도는 가열장치 요소의 수명을 연장할 수 있고 가열 시스템의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

전도적 가열장치 요소의 가열장치부는 종래의 복사 가열장치 요소의 단면적과 비교하여 더 큰 단면적을 가질 수 있다. 가열장치부의 단면적이 크게 되면, 동일한 길이의 종래의 복사 가열장치 요소와 비교하여, 가열장치 요소에 대한 전기 저항이 더 작아지게 된다. 이처럼 전기저항이 더 작아지면 수개의 스트립 가열장치를 일렬로 연결하는 것이 허용될 수 있다. 수개의 스트립 가열장치를 일렬로 연결하는 능력은 ISTD 토양 정화 시스템용 배선 조건을 크게 단순화시킬 수 있다. 또한, 가열장치부의 큰 단면적은 가열장치부와 이 가열장치부에 인접하게 배치된 물질과의 사이에 큰 접촉영역을 허용하게 된다. 큰 접촉 영역은 스트립 가열장치내에 형성된 열의 주위 토양으로의 발산을 향상시킬 수 있다.

토양내에 직접 배치된 전도 가열 요소용 충전물질은 오염물의 열분해를 촉진하는 알루미나와 같은 촉매 물질을 포함할 수 있다. 가열장치/흡인 웰은 천공된 케이싱을 전도적 가열 요소의 레그 사이에 삽입함으로써 형성될 수 있다. 천공된 케이싱을 진공원에 부착하게 되면, 진공에 의해 토양으로부터의 증기를 분리가스로서 제거할 수 있게 된다. U 자형 가열장치 요소의 레그 사이에 케이싱을 위치시킴으로써 분리가스는 토양으로부터 제거되기 전에 고온 구역을 통과하게 된다. 분리가스가 고온 구역을 통과함으로써, 분리가스내의 오염물의 산화 및/또는 열분해에 의해 오염물이 열적으로 열화될 수 있다.

가열장치 요소는 가열장치 케이싱을 복사 가열하도록 구성될 수 있다. 복사 가열장치 요소는 나금속일 수 있다. 가열장치 요소는 케이싱내에서 매달리거나 정화될 토양의 개구내에 매달려 있을 수 있다. 복사 가열장치 요소를 형성하는데 사용되는 금속의 단면적, 길이, 및 유형은, 가열장치 요소를 가열장치 요소의 길이를 따라서 정기적으로 지지 부재에 고정시키지 않고 이 가열장치 요소를 매다는 것을 허용한다. 가열장치 요소를 매달아 놓음으로써 가열될 때 가열장치 요소가 하방으로 열팽창하게 된다. 절연 스페이서는 정기적으로 가열장치 요소의 길이를 따라서 이격 배치되어, 가열장치 요소가 케이싱의 벽과 접촉하는 것을 방지한다. 또한, 절연 스페이서는 가열장치 요소의 레그 사이의 접촉을 방지할 수 있다. 헬륨과 같은 유체는 가열장치 요소에서 케이싱으로의 전도적 열전달이 촉진되도록 케이싱내에 배치될 수 있다. 가열장치 케이싱 벽은 가열장치 케이싱의 방사율을 증가시키도록 조직화, 흑화처리, 또는 다르게 처리될 수 있다. 증가된 방사율은 가열장치 요소와 가열장치 케이싱 사이의 복사 열전달을 개선할 수 있다.

전도 또는 복사 가열장치 요소는 가변 단면적으로 형성될 수 있고, 및/또는 상이한 저항 특성을 갖는 재료로 제조된 단면으로 형성되어서, 가열장치 요소의 다른 부분에서보다 가열장치 요소의 특정 부분 (더 작은 단면적 및/또는 더 큰 전기 저항을 갖는 단면) 에서 더 큰 열발산이 발생하게 된다. 가열장치 요소의 열발산이 큰 국부 단면은 가열장치 요소의 상하부에 인접한 토양의 단면 또는 젖은 토양과 같이 여분의 열발산을 필요로 하는 토양에 인접하게 위치될 수 있다. 가열장치 요소의 상하부에 인접한 영역은 단부 열손실 효과에 대항하도록 여분의 열을 필요로 한다. 가열장치 요소의 선택된 부분은 큰 단면적을 가진 부분으로 형성될 수 있다. 가열장치 요소의 큰 단면적 부분은 과적재된 및/또는 오염되지 않은 토양층에 인접하게 위치될 수 있다.

가열장치 요소 케이싱은 토양으로 안내되거나, 토양으로 매설되거나, 또는 토양내에 배치된 제 2 케이싱내에 매설될 수 있다. 제 2 케이싱은 진공 웰 케이싱일 수 있다. 제 2 케이싱과 가열장치 요소 케이싱 사이의 패킹재료는 충분히 다공성이어서, 분리가스가 가열장치 케이싱과 진공 케이싱 사이의 환형 공간 내 외로 쉽게 흐를 수 있게 한다. 가열장치 요소 케이싱내에 가열장치 요소를 배치함으로써 분리가스가 가열장치 요소와 직접 접촉하지 않기 때문에, 가열장치 요소는 비교적 값싼, 비내식성 재료로 제조될 수 있다. 가열장치 요소 케이싱은 토양 정화를 완료하기 위해 필요한 예상 시간동안 급진적 부식에 저항하도록 충분한 내식성을 가진 재료로 제조될 수 있다.

낮은 깊이의 토양 오염에 대하여, 가열장치 요소, 또는 케이싱내에 위치한 가열장치 요소는 오염된 토양내의 도랑에 배치될 수 있다. 토양 표면상에서 생성된 진공 및/또는 토양내에서 생성된 진공은 토양으로부터 분리가스를 제거하는데 사용될 수 있다. 도랑을 형성하고 이 도랑내에 가열장치 요소를 배치하는 것은, 토양내에 뚫어진 개구내에 가열장치 요소를 안내, 진동, 또는 배치시킴으로써 토양내에 가열장치 요소를 배치하는 것보다 덜 비쌀 수 있다. 더 깊은 토양의 오염에서, 가열장치 요소는 토양으로 진동되거나 안내되고, 또는 가열장치 요소는 뚫어진 개구내에 배치될 수 있다. 가열장치 요소는 지표면에 대하여 실질적으로 수직으로 배치되고, 또는 가열장치 요소는 토양내에서 기울어지거나 활형으로 배향되어 배치될 수 있다. 일치하게 또는 분리되게 위치된 진공 웰은 토양으로부터 분리가스를 제거하는데 사용될 수 있다.

싸여진 또는 싸여지지 않은 가열장치 요소는, 삼각형, 직사각형, 정사각형, 육각형, 타원형, 원형, 또는 난형을 포함하는 임의의 소망하는 단면 형상일 수 있으나, 이제 제한되는 것은 아니다. 특정 가열장치 요소의 실시형태에 있어서, 복사 가열장치 요소는 로드 스톡으로 제조된다. 특정 가열장치 요소의 실시형태에 있어서, 전도적 가열장치 요소는 로드 스톡 또는 바아 스톡으로 형성된다. 일반 스톡 재료의 간단한 형상 및 사용으로, 종래 가열장치 요소와 비교하여 가열장치 요소의 재료비 및 설치 비용은 50% 이상 비용 절감할 수 있는 장점이 있다. 토양내에 직접 배치된 전도적 가열장치 요소는 가열장치 요소 케이싱과 관련된 비용을 없앨 수 있는 장점이 있다. 자가 조절 가열 특성을 가진 재료로 제조된 가열장치 요소는 가열장치 요소 제어기의 필요성을 없앨 수 있는 장점이 있다.

토양내에 직접 배치되는 전도적 가열장치 요소의 설치 비용은 종래의 가열장치 요소의 설치 비용과 비교하여 75% 이상 감소될 수 있다. 토양내에 직접 배치되는 전도적 가열장치 요소를 포함하는 가열장치/흡인 웰의 설치 비용은 종래의 가열장치/흡인 웰의 설치 비용과 비교하여 50% 이상 감소될 수 있다. 또한, 토양내에 배치되는 전도적 가열장치 요소에 있어서는, 가열장치 웰 또는 가열장치/흡인 웰의 설치 시간은 종래의 가열장치 요소 또는 가열장치/흡인 웰의 설치 시간과 비교하여 상당히 감소될 수 있다. 예컨대, 싸여진 가열장치를 굴착된 구멍내에 배치시키고 가열장치 요소를 전력원에 연결하는데에는 약 6 시간이 걸릴 수 있다. 전도적 가열장치 요소를 직접 설치하고 가열장치를 전력원에 연결하는데에는 약 10 분 걸릴 수 있다.

수집 시스템은 토양 정화 시스템의 흡인 웰을 처리 설비에 연결시킬 수 있다. 수집 시스템은 종래의 금속 파이프 대신 중합체 진공 매니폴드와 호스를 포함할 수 있다. 호스는 고온의 호스일 수 있다. 호스는 고온의 고무 호스, 고온의 실리콘 고무 호스, 또는 피복된 고무의 가요성 금속 호스일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 수집 시스템은 통상적으로 진공상태에서 작동하고; 따라서, 호스는 이 호스의 접힘을 방지하는 구조적 강도를 가져야 할 필요가 있다. 호스는 이중벽 호스 또는 스틸 보강 호스일 수 있다. 진공 매니폴드는 염화 폴리비닐 염화물 (CPVC) 파이프와 같은 플라스틱 파이프일 수 있다. 호스를 통과하는 분리가스는 호스의 길이로 인해 호스내에 체류시간을 가진다. 체류시간은 분리가스가 진공 매니폴드 파이프의 작동 온도 한계내의 온도로 냉각될 수 있도록 충분히 긴 시간일 수 있다. 호스는 약 1 m 내지 10 m 이상의 길이를 가질 수 있다. 더 길거나 더 짧은 길이는 특정한 작동 요구조건을 만족하는데 사용될 수 있다.

호스 및 플라스틱 파이프 수집 시스템의 사용으로 종래의 금속 파이프 수집 시스템과 비교하여 비용 절감, 간단한 현장 작업, 및 운반 비용의 절감을 달성할 수 있다. 호스 및 플라스틱 파이프 수집 시스템은 분리가스의 응축을 방지하도록 절연 및 가열되지 않을 수 있다. 수집 시스템은 응축된 분리가스가 트랩 또는 처리 설비로 흐르도록 시작 라이저와 중력을 사용할 수 있다. 가열되지 않은 수집 시스템은 비용, 설치 시간, 및 수집 시스템의 작업 비용을 상당히 감소시킨다. 호스는 운반을 위해 코일로 말려질 수 있다. 플라스틱 파이프는 현장 근처의 지역에서 구입할 수 있다. 호스와 플라스틱 파이프는 현장에서 크기에 맞게 절단되어 용제 아교에 의해 연결될 수 있다. 금속 파이프의 정확한 위치결정은 불필요하다. 또한, 호스 및 플라스틱 파이프는 경량이어서, 설치시 들어올리고 위치시키는 특정 기계도 필요하지 않다. 염화 조성물로 오염된 토양에서, 이 토양으로부터 제거된 분리가스는 상당한 양의 염화 수소를 포함할 수 있다. 또한, 분리가스는 다른 부식성 화학물을 포함할 수 있다. 호스 및 플라스틱 파이프의 사용으로 인해, 부식성 분리가스를 취급하기 위한 값비싼, 내화학성 금속 파이프가 불필요하다는 장점이 있다.

처리 설비는 토양으로부터의 분리가스를 처리하여, 분리가스내의 오염물을 제거, 감소, 농축하거나 또는 다른 처리를 행한다. 또한, 처리 설비는 토양으로부터 분리가스를 제거하는 진공을 제공할 수 있다. 처리 설비는 분리가스를 액체 스트림과 증기 스트림으로 분리하는 응축기를 포함할 수 있다. 액체 스트림과 증기 스트림은 오염물을 제거, 감소 또는 농축하기 위해서 분리 처리될 수 있다. 액체 스트림은 분리기 및/또는 활성 탄소 베드를 사용하여 처리될 수 있다. 분리기는 수성 상 및 유기 (탄화수소) 상을 생성할 수 있다. 증기 스트림은 활성 탄소 베드 및/또는 공기 스트리퍼를 사용하여 처리될 수 있다. 토양 오염물의 성질에 따라서, 다수의 오염물은 토양내에서 또는 가열장치/흡인 웰에서 열분해 및/또는 산화에 의해 파괴될 수 있다. 남아있는 오염물은 농축, 저장되어 다른 장소로 운반되거나; 물질 전달 시스템내에 흡수되거나; 또는 현장에서 반응기 시스템내에서 파괴될 수 있다. 오염물의 유형에 따라서, 반응기 시스템은 화학처리 시스템 및/또는 열처리 시스템일 수 있다. 특정 토양 정화 스템의 일실시형태에 있어서, 처리 설비의 오염물 처리 부분은 가열장치 요소의 온도가 작동 온도까지 상승할 때 초기의 기동 기간 중에만 작동될 필요가 있다. 가열장치 요소가 작동 온도에 도달한 후, 오염물은 산화 및/또는 열분해에 의해 토양 또는 웰내에서 파괴될 수 있다.

종래의 처리설비에서는 열산화기의 사용이 필요했다. 처리설비에서 열산화기를 제거하면, 열산화기와 관련된 큰 설비비, 운송비 및 작업비를 없앨 수 있다. 열산화기를 제거하면 토양정화 작업을 무인으로 할 수 있다. 토양 정화 시스템의 적절한 작동을 위해 현장 감독자는 현장에서 시스템을 정기적으로 체크하고 통상적인 유지관리 작업을 할 수 있다. 작업자가 현장에서 토양정화 작업을 연속적으로 하는 일은 필요치 않을 수 있다.

본 발명의 다른 이점들은 첨부 도면을 참고로 이하의 상세한 설명을 통해 잘 알 수 있을 것이다.

도 1 은 토양 정화 시스템의 일예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 2 는 토양 정화 시스템의 일예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 3 은 토양으로 부터 제거된 분리가스를 처리하기 위한 처리 시스템의 일예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 4 는 토양에 삽입된 생성 웰의 일예를 나타내는 측면도이다.

도 5 는 토양에 삽입된 생성 웰의 일예를 나타내는 정면도이다.

도 6 은 복사 가열장치를 구비한 생성 웰의 일예를 나타내는 도면이다.

도 7 은 토양을 전도 가열하는 열주입 웰의 일예를 나타내는 도면이다.

도 8 은 케이싱안에 위치된 열주입 웰의 일예를 나타내는 도면이다.

도 9 은 토양을 전도 가열하는 열주입 웰의 일예를 나타내는 도면이다.

도 10 은 도랑안에 위치된 가열요소의 일예를 나타내는 도면이다.

도 11 은 상이한 종류의 스테인레스강으로 된 2개의 가열장치 시스템에 대해 전류 및 전력/길이 대 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 12 는 가변 단면을 갖는 가열장치부의 일부에 대한 사시도이다.

도 13 은 가열장치 요소의 일예를 나타내는 사시도이다.

도 14 는 2종류의 스테인레스강에 대해 저항 대 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 15 는 도랑에 위치된 가열장치 요소에 대한 레이아웃 플랜을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 16 는 가열장치 요소에 대해 전압, 전류 및 전력 데이타를 시간의 함수로 나타낸 도면이다.

도 17 은 도 16 의 가열장치 요소에 대해 온도 데이타를 시간의 함수로 나타낸 도면이다.

도 18 은 도 16 의 가열장치 요소에 대해 저항 데이타를 시간의 함수로 나타낸 도면이다.

도 19 는 도 16 의 가열장치 요소의 부근에서 전위 전압을 시간의 함수로 나타낸 도면이다.

본 발명에 대해 다양한 변형 및 다른 실시예가 가능하지만, 특정 실시예를 예로서 도면에 제시하였으며 이하 상세히 설명하도록 한다. 도면은 일정한 축적에 따라 그려지지 않았을 수도 있다. 그러나, 도면 및 이에 대한 설명은 본 발명을 특정 경우로 한정하려는 것은 아니고, 뒤의 청구항들에 제시된 바와 같은 본 발명의 범위내에서 다양한 변형, 등가구성 및 다른 실시예도 포괄하고자 하는 것임을 이해해야 한다.

현장 열탈착(ISTD) 토양 정화 시스템은 오염토양을 처리하는데 사용될 수 있다. 토양 정화 시스템은 선택된 토양 영역내의 오염물을 제거 또는 감소시킬 수 있다. 도 1 과 도 2 에는 ISTD 토양정화 시스템 (20) 의 실시예가 개략적으로 나와 있다. 도 1 에 도시된 토양정화 시스템 (20) 은 토양 (24) 내에 위치하는 하나 이상의 생성 웰 (22) 을 구비할 수 있다. 토양정화 시스템 (20) 은 하나 이상의 열주입 웰 (26), 하나 이상의 유체주입 웰 (28) 및 하나 이상의 시험 웰 (30) 도 구비할 수도 있다. 유체주입 웰 (28) 및/또는 시험 웰 (30) 은 생성 웰 (22) 과 열주입 웰 (26) 의 패턴의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 생성 웰 (22), 열주입 웰 (26), 유체주입 웰 (28) 및/또는 시험 웰 (30) 은 웰 케이싱을 가질 수 있다. 웰 케이싱에 구멍을 뚫어서 유체가 웰 케이싱 안으로 또는 밖으로 흐르도록 할 수 있다. 또는, 생성 웰 (22), 열주입 웰 (26), 유체주입 웰 (28) 및/또는 시험 웰 (30) 은 케이싱부 및 비케이싱부를 가질 수 있다. 비케이싱부는 오염토양에 인접할 수 있다.

처리 영역 주위의 탈수웰은 물이 처리영역내로 유입하는 것을 막기 위해 필요할 수 있다. 토양에서 생긴 오염수를 처리할 필요가 없을 때는 탈수웰을 오염되지 않은 토양에 둘 수 있다. 탈수웰은 둘 이상의 오프셋 열로 배열할 수 있다. 최외측 열의 웰은 배출되기 전에 처리가 거의 또는 전혀 필요치 않는 토양으로부터 실질적으로 깨끗한 물을 퍼올릴 수 있다. 최내측 열의 웰은 ISTD 토양 정화 작업에서 생긴 분리가스 또는 응축된 분리가스를 포함할 수도 있다. 최내측 및/또는 최외측 열의 탈수웰에서 제거된 물은 배출하기 전에 처리할 필요가 있을 수 있다. 이웃한 열의 탈수웰 사이의 압력차는, 이들 열 사이에 유동이 전혀 또는 실질적으로 전혀 생기지 않도록 가능한 작게 유지할 수 있다. 탈수웰에 의해 제거된 물에 대한 처리에는, 질량 이동, 반응 또는 농축화에 의한 오염물 제거 및/또는 오염물의 분리가 있다. 토양이 구역으로 처리된다면, 정화될 토양의 일부에 처음에 위치한 탈수웰은, 탈수웰이 위치해 있는 영역을 처리하기 위해 ISTD 토양 정화 작업이 진행될 때 탈수웰이 다른 용도로 쓰일 수 있도록 패턴으로 위치될 수 있다. 탈수웰은 열주입 웰 또는 생성 웰로 전용될 수도 있다.

생성웰 (22), 열주입웰 (26), 유체주입웰 (28) 및/또는 시험 웰 (30) 외에, 토양정화 시스템 (20) 은 지면 커버 (32), 처리 설비 (34), 증기수집 시스템 (36) 및 제어 시스템 (38) 을 포함할 수 있다. 대기중으로 열과 오염물 증기가 손실되는 것을 억제하기 위해 지면 커버 (32) 는 생성웰 (22), 열주입웰 (26), 유체주입웰 (28) 및/또는 시험웰 (30) 위에 배치될 수 있다. 지면 커버 (32) 는 또한 과잉 공기가 토양 (24) 에 흡수되는 것을 억제할 수도 있다. 지면 커버 (32) 는 열절연층을 가질 수도 있다. 지면 커버 (32) 는 오염물 증기 및/또는 공기에 대해서는 불투과성인 층을 가질 수 있다. 일 실시예에서 불투과성 층은 금속 시트로 되어 있다. 웰들은 용접되거나 또는 금속 시트에 봉합될 수 있다. 엔드 배리어를 형성하기 위해 수직 배리어를 금속 시트의 주위의 토양에 삽입할 수 있다. 열절연부는 일반적으로 불투과성 배리어 위에 배치된다. 열절연부는 미네랄 또는 코튼울, 글래스울 또는 파이버글래스, 폴리스티렌 폼 또는 알루미늄 처리된 마일라 또는 다른 열절연 재료가 될 수 있다.

선택적으로 표면 가열장치가 금속 시트위에 또는 그 아래에 배치될 수 있다. 표면 가열장치는 오염물이 지면 커버 (32) 상에서 응축되어 토양 (24) 안으로 역류하는 것을 억제할 수 있다. 표면 가열장치는 일반적으로 전기로 가동되는 가열장치이다.

지면 커버 (32) 의 기체 및 물 배리어는 정화 영역 위에 배치될 수 있다. 기체 및 물 배리어는 플라스틱 시트일 수 있다. 개구부 또는 장비에 대한 연결부는 실리콘 또는 다른 종류의 밀봉재로 밀봉될 수 있다.

토양 (24) 깊숙히 오염이 되어 토양을 가열하고 토양에서 분리가스를 제거하는 것이 토양의 지면 (40) 에서 효과가 미미하다면 지면 커버 (32) 가 필요치 않을 수도 있다. 커버가 사용되지 않으면, 웰에서 증기가 대기중으로 방출되는 것을 막기 위해 열주입웰 및/또는 생성웰의 웰헤드 (41) 의 주위에 진공을 생성시키기 위해 진공발생장치가 필요할 수 있다. 웰헤드는 웰의 개구부에 부착되는 장비 및/또는 구조물이다.

처리설비 (34) 는 생성웰 (22) 을 통해 토양 (24) 으로부터 분리가스 스트림을 흡인하는 진공 시스템 (42) 를 구비할 수 있다. 토양 정화 시스템이 표면 가열장치를 포함하면, 진공 시스템 (42) 이 생성웰 (22) 및 지면 (40) 에서 진공을 발생시킬 수 있다. 생성웰 (22) 에서 발생된 진공은 지면 (40) 에서 발생된 진공보다 강할 수 있다. 처리설비 (34) 는 분리가스내의 오염물을 처리하기 위한 오염물 처리 시스템 (44) 를 구비할 수 있다. 이 오염물 처리 시스템 (44) 은 분리가스 스트림으로부터 오염물을 제거할 수 있고, 오염물을 허용가능한 수준으로 감소시킬 수 있으며, 그리고/또는 현장 밖으로의 운반을 위해 오염물을 농축시킬 수 있다. 오염물 처리 시스템 (44) 은 분리기, 응축기, 반응기 시스템, 매스 전달 시스템 및 화학물질 저장 용기를 포함할 수 있으나, 이들에만 국한되는 것은 아니다.

도 3 에는 처리 시스템 (44) 의 일 실시예가 나와 있다. 증기수집 시스템 (36) 으로부터 나온 분리가스는 분리기 (45) 로 갈 수 있다. 이 분리기 (45) 는 분리가스를 액체 스트림과 증기 스트림으로 분리하게 된다. 증기 스트림과 직렬 연결되어 있는 진공 시스템 (42) 은 토양 (24) 에 진공을 제공하여 토양으로 부터 분리가스를 제거할 수 있다. 진공 시스템 (42) 은, 토양의 투과성과 처리 시스템내의 생성웰의 특정 조합에 대해 적절한 진공을 발생시킬 수 있어야 한다. 진공 시스템 (42) 은 0.01 대기압 내지 1 대기압 보다 다소 작은 진공을 발생시킬 수 있다. 진공 시스템은 수밀 펌프일 수 있다.

액체 및 증기 스트림이 처리 시스템 (44) 에 의해 처리되면 스트림 내의 오염물은 허용 수준까지 감소된다. 모니터링 장비는 처리된 스트림내에서 오염물의 양을 결정할 수 있다. 모니터링 장비는 경보를 울릴 수 있으며 그리고/또는 배출 스트림에서 너무 많은 오염물이 검출된 경우에는 처리 시스템 (44) 으로부터 배출 스트림을 처리 시스템의 도입부로 재순환시킬 수 있다.

제 2 분리기 (47) 에 의해 액체 스트림은 비수성 스트림과 수성 스트림으로 분리될 수 있다. 일 실시예에서 제 2 분리기 (47) 및 분리기 (45) 는 물리적으로 단일체가 될 수 있다. 비수성 스트림은 오일 및 다른 비수성 물질을 함유할 수 있다. 비수성 스트림은 수성 스트림에 비해 매우 작을 수 있다. 비수성 스트림은 처리 장치 (49) 에 보내질 수 있다. 처리 장치 (49) 는 비수성 스트림을 폐기물 배럴과 같은 저장 컨테이너에 둘 수 있다. 이 컨테이너는 처리를 위해 현장 밖으로 보내질 수 있다. 또는, 처리 장치 (49) 는 산화 시스템, 열 시스템 또는 비수성 스트림내의 오염물을 허용 수준까지 제거 또는 감소시키는 다른 반응 시스템일 수 있다.

펌프 (51) 는 활성 탄소 베드 (53) 를 통해 수성 스트림을 이송시킬 수 있다. 활성 탄소 베드 (53) 는 수성 스트림으로부터 오염물을 제거하게 된다. 이어서 잔류 수성 스트림이 배출될 수 있다. 예컨대, 수성 스트림을 활성 탄소 베드 (53) 에 통과시킨 후, 수성 스트림을 위생 하수구 (55) 로 보낼 수 있다.

분리기 (45) 로부터 나온 증기 스트림은 처리 장치 (57) 를 통과할 수 있다. 처리 장치 (57) 는 활성 탄소 베드와 같은 매스 전달 시스템, 열 산화기와 같은 반응기 시스템 또는 이들을 조합한 것이 될 수 있다. 송풍기 (59) 는 처리 장치 (57) 를 통해 증기 스트림을 흡인하고 잔류 스트림을 대기중으로 방출시키게 된다.

처리 시스템 (44) 에 대한 몇몇 실시예에서, 처리 시스템은 분리가스내의 오염물을 허용 수준까지 제거 또는 감소시키기 위한 열산화기를 갖지 않을 수도 있다. 탄소베드, 농축기, 또는 비 열반응기 시스템이 열산화기를 대신할 수 있다. 오염물을 제거 또는 감소시키는 다른 장비로 상기 열산화기를 대체하면, 설비비, 운송비 및/또는 ISTD 토양정화 시스템의 작동비를 줄일 수 있다. 열산화기는 그 가격이 비싸고 처리 부지까지 운반하는 데도 비용이 많이 든다. 그리고, 열산화 기가 제대로 작동하는 가를 보기 위해 작업자가 현장에서 열산화기를 모니터링할 필요도 있다. 토양정화 작업에서 열산화기를 없애면 작업의 경제성을 크게 개선시킬 수 있다.

증기 수집 시스템 (36) 은 토양 (24) 으로부터 처리 설비 (34) 까지 분리가스를 전달하는 파이프 시스템을 가질 수 있다. 파이프 시스템은 진공 시스템 (42) 과 생성웰 (22) 에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 파이프는 비가열 파이프 및/또는 비절연 파이프가 될 수 있다. 토양에서 생긴 분리가스는 처음에 수직으로 상승하고 이어서 밑으로 처리설비로 이동하게 된다. 처음에 상승하고 다음에 하강함으로써, 어떠한 응축 분리가스도 수집 시스템의 라인을 방해함이 없이 처리 시스템의 액체 트랩 또는 분리기로 갈 수 있게 된다. 다른 실시예에서, 파이프는 열적으로 절연되거나 가열될 수 있다. 파이프가 절연 및 가열되면 이 파이프내에서 분리가스가 응축되는 것이 방지된다. 비절연 및 비가열 수집 시스템의 경우에는, 비용, 설치 시간, 및 토양정화 시스템의 복잡성이 크게 줄어 든다.

제어 시스템 (38) 은 컴퓨터 제어 시스템일 수 있다. 제어 시스템 (38) 은 처리 설비 (34) 의 작동을 모니터링 및 제어하게 된다. 증기 수집 시스템 (36) 이 가열된 파이프를 가지면, 제어 시스템 (38) 은 파이프를 가열하는 라인 트레이서에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 생성웰 (22) 또는 열주입웰 (26) 이 비 자가 조절 가열장치 요소를 포함하면, 제어 시스템은 생성웰의 가열장치 요소에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.

ISTD 작업중에 토양 (24) 에 열이 공급될 수 있다. 열은 열주입웰 (26), 생성웰 (22) 및/또는 다른 열원으로부터 토양에 공급될 수 있다. 열은 생성웰에 위치된 전기저항 가열장치 요소로부터 토양 (24) 에 공급될 수도 있다. 전력은 케이블 (48) 을 통해 전력원 (46) 으로부터 생성웰 (22) 및 열주입웰 (26) 에 제공될 수 있다. 전력원 (46) 은 고압선에 연결된 변압기(들)일 수 있다. 토양정화 시스템에 대한 일부 실시예에서는, 전기저항 가열장치 요소로부터 공급되는 열에 추가로 또는 그 대신에 다른 열원으로부터 열이 토양에 공급될 수 있다. 열은 연소기, 열전달 유체에 의한 열전달, 라디오파 또는 마이크로파 및/또는 토양 저항 가열에 의해 토양에 공급될 수 있으며, 토양에만 공급되는 것은 아니다.

도 1 에 도시된 생성웰 (22) 은 가열장치/흡인 웰이다. 생성웰 (22) 내의 전기저항 가열장치에 의해 발생된 열은 토양에 전달된다. 생성웰 (22) 내의 가열장치 요소에 의해 발생된 열은 토양 (24) 내의 분리가스의 매스 유동에 대향류로 흐른다. 열과 매스의 대향류 흐름으로 인해, 분리가스는 생성웰 (22) 에 또한 그에 인접한 고온에 노출되게 된다. 고온은 분리가스내의 오염물의 상당 부분을 파괴할 수 있다. 토양정화 시스템의 다른 실시예에서, 생성웰의 일부, 또는 모든 생성웰은 토양을 가열하는 가열장치 요소를 포함하지 않을 수도 있다.

일부 토양정화 시스템의 실시예에서는, 가열장치/흡인 웰로부터만 열이 토양에 공급될 수 있다. 도 1 에 도시된 것과 같은 다른 실시예에서는, 토양내에서 선택된 웰만이 가열장치/흡인 웰이 된다. 일부의 가열장치/흡인 웰만을 사용하면 토양정화 시스템의 비용을 상당히 줄일 수 있다. 가열장치/흡인 웰은 일반적으로 가열장치 웰 보다 더 비싸다. 가열장치/흡인 웰의 설치 및 연결 시간은 가열장치 웰의 경우 보다 일반적으로 더 비싸고 시간도 많이 걸린다. 가열장치/흡인 웰만을 사용하는 토양정화 시스템에 있어서 증기 수집 시스템은 더 커야할 필요가 있고 따라서 더 비싸다.

토양정화 시스템에 대한 몇몇 실시예에서, 열주입웰 (26) 및/또는 생성웰 (22) 로부터 열이 토양 (24) 에 공급될 수 있다. 열주입웰 (26) 은 진공 시스템 (42) 에 연결되어 있지 않다. 열주입웰 (26) 의 가열장치 요소로 부터 발생된 열 및/또는 생성웰 (22) 로부터 발생된 열을 합하면, 처리 영역내 토양 (24) 의 온도를 토양의 정화에 필요한 온도까지 상승시킬 수 있다. 생성웰 (22) 은 토양 (24) 으로부터 분리가스를 제거할 수 있다. 분리가스는 토양 (24) 내에 있는 오염물 및/또는 오염물의 반응 생성물을 함유할 수 있다.

정화될 토양 (24) 내에 생성웰 (22) 과 열주입웰 (26) 은 요구되는 패턴으로 배치될 수 있다. 생성웰 (22) 과 열주입웰 (26) 의 패턴은, 삼각 패턴(생성웰 (22) 의 경우), 사각 패턴, 오각 패턴, 육각 패턴(열주입웰 (26) 의 경우) 또는 이 보다 고차의 다각형 패턴이 될 수 있는데, 물론 이러한 패턴에만 국한되는 것은 아니다. 일반적으로 실제의 토양정화 시스템은 도 1 에 개략적으로 나타낸 것 보다 처리 영역내에서 더 많은 웰을 가질 수 있다. 처리영역에서 균일한 가열 및 분리가스의 제거를 촉진시키기 위해 웰패턴은 규칙적인 패턴으로 할 수 있다. 예컨대, 웰패턴은 등변 삼각형 패턴 또는 정사각형 웰 패턴이 될 수 있다. 패턴의 생성웰 (22) 과 열주입웰 (26) 은 처리 영역에서 실질적으로 균일하게 배치될 수 있다. 토양 내 또는 그 위에 있는 장애물을 피하기 위해 일부 생성웰 (22) 및/또는 열주입웰 (26) 은 규칙 패턴으로부터 떨어져 있을 수 있다. 장애물로서는 구조물, 오염 토양중에 있는 불투과성의 비오염 영역, 소유지 구분선, 및 지하 또는 지상 파이프 또는 전기선이 있는데, 이들만 있는 것은 아니다. 웰 중심간의 거리는 약 1m 내지 13m 또는 그 이상이 될 수 있다. 이 거리는 정화에 허용되는 시간, 토양의 특성, 토양 정화의 종류 및 다른 요인에 영향을 받는다. 웰 거리는 가까우면 토양 온도를 요구되는 온도까지 올리는데 소요되는 가열 시간이 덜 걸리게 되지만, 웰 거리가 긴 경우 보다는 토양을 가열하는데 더 많은 추가적인 웰이 필요할 수 있다.

일부 토양정화 시스템은 유체주입 웰 (28) 를 포함할 수 있다. 이 유체주입 웰 (28) 은 유체를 토양 (24) 안으로 도입시키는데 사용된다. 유체로는 반응제, 생물학적 제재 및/또는 플러딩제가 있으며, 이들에만 국한된 것은 아니다. 유체는 펌핑장치 (50) 에 의해 토양 (24) 에 분사될 수 있다. 또는, 생성웰 (22) 에 발생된 진공에 의해 유체가 유체주입 웰 (28) 로부터 토양 (24) 안으로 들어갈 수 있다.

일부 토양정화 시스템은 시험 웰 (30) 을 포함할 수 있다. 선택된 위치와 시간에서 토양정화 작업을 결정할 수 있도록 유체샘플을 시험 웰 (30) 로부터 채취할 수 있다. 토양정화 작업중에 온도, 압력, 화학적 농도 또는 다른 특성을 모니터링하기 위해 모니터링 장비를 시험 웰 (30) 에 설치할 수 있다.

도 2 에는, 생성웰 (22) 로서 가열장치/흡인 웰만을 사용하는 ISTD 토양정화 시스템 (20) 이 제시되어 있다. 생성웰 (22) 내의 가열장치 요소를 가열하는 전력원 (46) 은 3상 변압기일 수 있다. 예컨대, 전력원 (46) 은 480 VAC 3상 일차 권선과 208 VAC 3상 이차 권선을 갖는 112.5 kVA 변압기일 수 있다. 각 상은 전기적으로 직렬로 연결된 일 그룹의 생성웰 (22) 에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 처리 영역에 대해 3개 그룹 이상의 생성웰 (22) 이 필요하다면, 영역의 구역들이 차례 대로 처리될 수 있고, 또는 전체 처리 영역을 한번에 처리할 수 있도록 추가의 전력원을 사용할 수 있다. 가열장치 요소가 자가 조절 온도 특성을 갖는 금속으로 만들어져 있으면, 웰 제어기를 사용하지 않고 생성웰 (22) 을 전력원 (46) 에 직접 연결할 수 있다. 생성웰 (22) 과 전력원 (46) 의 가열장치 요소는 전력원에 연결되면 요구되는 온도까지 이르도록 되어 있다. 가열장치 요소는 약 1250℃ 의 최대온도까지 가열할 수 있도록 되어 있다. 가열장치 요소는 약 900℃ 의 정상상태 작동온도를 지니도록 구성될 수 있다. 가열장치 요소의 작동범위는 주위의 토양 온도에서 부터 약 1250℃ 까지 될 수 있다.

진공에 의해 토양 (24) 으로부터 추출된 분리가스는 호스 (52) 및 진공 매니폴드 (54) 를 통해 처리설비 (34) 로 유입될 수 있다. 호스 (52) 및 진공 매니폴드 (54) 는 증기 수집 시스템 (36) 의 구성품일 수 있다. 호스 (52) 는 생성 웰 (22) 의 진공 케이싱 및 진공 매니폴드 (54) 에 부착될 수 있다. 진공 케이싱은 커버 (32) 를 통해 연장되며, 증기 수집 시스템 (36)의 나머지 부분이 처리설비 (34) 측으로 하향 경사하도록 충분한 높이까지 융기할 수 있다. 용접, 실리콘 고무 밀봉재 등의 밀봉재가, 생성 웰 (22) 의 케이싱 및 커버 (32) 를 관통하는 기타 구조물을 밀봉하기 위해 사용될 수 있다. 밀봉은 증기 및/또는 액체가 커버 (32) 의 내외로 통과하는 것을 방지할 수 있다.

호스 (52) 는 용제 아교 및/또는 클램프에 의해, 혹은 나사나 플랜지 (이들로 제한되지 않음) 등의 기타 부착법에 의해, 각 생성 웰의 케이싱과 진공 매니폴드 (54) 에 부착될 수 있다. 호스 (52) 는, 작업온도 상한값이 약 450 ℉ 인 고온 고무로 형성될 수 있다. 호스 (52) 는 분리가스를 생성 웰 (22) 로부터 진공 매니폴드 (54) 로 수송하기 위한 도관이다. 호스 (52) 를 통해 흐르는 분리가스는 이 호스 내에서 체류시간을 갖는다. 호스 (52) 는, 분리가스가 호스 내에서 냉각될 수 있을 정도로 충분히 호스 내에서 체류할 수 있게 충분한 길이를 갖는다. 분리가스는, 진공 매니폴드 (54) 를 형성하는 재료의 작업온도의 상한값 이하의 온도까지 호스 (52) 내에서 냉각될 수 있다.

진공 매니폴드 (54) 는 플라스틱 파이프로 형성될 수 있다. 이 플라스틱 파이프는 염화 폴리비닐 염화물 (CPVC) 파이프 또는 높은 작업온도 상한값을 갖는 기타 플라스틱 파이프일 수 있다. CPVC 파이프의 작업온도 상한값은 약 200 ℉ 이다. 진공 매니폴드 (54) 를 통해 흐르는 분리가스는 냉각될 수 있다. 생성 웰 (22) 로부터 멀리 위치한 진공 매니폴드 (54) 의 부분은, CPVC 파이프보다 낮은 작업온도 상한값을 갖는 PVC 파이프와 같은 플라스틱 파이프로 형성될 수 있다.

호스 (52) 및 플라스틱 파이프 진공 매니폴드 (54) 를 포함하는 수집 시스템을 이용함으로써, 금속 파이프 수집 시스템에 비해 비용이 절감되고, 현장작업이 간단하며 운반비용이 낮아진다. 이러한 수집 시스템은 분리가스의 응축을 방지하도록 절연 및 가열되지 않을 수 있다. 이렇게 하면, 비용, 설치시간 및 작업비용이 크게 절감된다. 호스 (52) 는 운송을 위해 코일로 감겨질 수 있다. 플라스틱 파이프는 현장 근처의 지역에서 구입할 수 있다. 호스 (52) 및 플라스틱 파이프는 현장에서 크기에 맞게 용이하게 절단될 수 있으며, 용제 아교나 기타 방법에 의해 접속 가능하다. 또한, 호스 (52) 및 플라스틱 파이프는 경량이어서 설치 도중에 승강을 위한 기계를 필요로 하지 않는다. 일부 금속 파이프와 달리, 호스 (52) 및 플라스틱 파이프는 분리가스에 의해 야기되는 부식에 높은 내성을 가질 수 있다. 예컨대, 분리가스는 염화수소를 포함할 수 있으며, 특히 토양 오염물은 염소화 탄화수소를 포함한다. 염화수소가 응축된 물과 함께 염산을 형성하면, 이 산은 금속성 증기 수집 파이프를 빠르게 부식시킬 수 있다. 호스 (52) 및 플라스틱 파이프는 HCI 부식에 높은 내성을 가질 수 있다.

도 4, 도 5 및 도 6 은 가열장치 요소 (56) 를 포함하는 생성 웰 (22) 의 실시예들을 도시한다. 가열장치 요소 (56) 는 광물질 절연체와 같은 절연 코팅이 없는 나금속일 수 있다. 비절연 나금속 가열장치 요소를 사용함으로써, 광물질 절연 케이블과 같은 종래의 가열장치 요소에 비해 가열장치 비용이 크게 절감될 수 있다. 가열장치 요소 (56) 는, 도관이나 지지용 케이블과 같은 지지부재에 묶이지 않고도 토양 (24) 내에 위치될 수 있다. 지지용 케이블이나 도관을 없앰으로써, 가열장치 요소를 설치하는데 드는 비용, 설치시간 및 노동력이 절감된다. 각 가열장치 요소 (56) 를 가열하기 위해 전류가 가열장치 요소를 통과한다.

진공 시스템은 진공 케이싱 (60) 내의 개구 (58) 를 통해 토양 (24) 으로부터 분리가스를 제거할 수 있다. 도 4 및 도 5 는 토양 (24) 을 전도적으로 가열하는 생성 웰의 실시예들을 도시한다. 도 4 및 도 5 에 도시된 가열장치 요소 (56) 는 인접 토양으로 열을 전도하는 패킹 (packing) 물질 (62) 을 가열한다. 패킹 물질 (62) 은 고온에 놓일 수 있는, 모래, 자갈 또는 기타 충전 물질일 수 있다. 충전 물질은 촉매 (64) 를 포함할 수 있다. 촉매 (64) 는, 패킹 물질을 통과하는 오염물의 열분해 또는 산화를 촉진시키는 금속, 금속 산화물, 또는 다른 유형의 촉매일 수 있다. 본 실시예에서, 촉매는 알루미나이다.

토양 내에서 충전 물질로 채워진 가열장치 요소는 가열시 표면쪽으로 열팽창할 수 있다. 가열장치 요소의 팽창을 위해 웰 헤드 (well head) 에 공차를 만드는 것이 필요하다.

도 6 은 가열장치 웰 케이싱 (66) 을 복사 가열하는 가열장치 요소 (56) 를 포함하는 생성 웰 (22) 의 실시예를 도시한다. 가열장치 웰 케이싱 (66) 의 내측면은, 가열장치 요소 (56) 와 가열장치 웰 케이싱 간의 복사열 전달을 증진시키도록 흑화, 조직화, 산화 또는 기타 가공처리될 수 있다. 가열장치 웰 케이싱 (66) 은 진공 케이싱 (60) 을 복사 가열할 수 있다. 진공 케이싱의 내측면은, 가열장치 웰 케이싱과 진공 케이싱 간의 복사열 전달을 증진시키도록 흑화, 조직화, 산화, 코팅 또는 기타 가공처리될 수 있다. 선택적으로, 가열장치 웰 케이싱과 진공 케이싱 사이의 환형 공간에는 패킹 물질이 채워질 수 있다. 이 패킹 물질은 패킹 물질을 통과하는 오염물의 열분해 또는 산화를 촉진시키는 촉매를 포함할 수 있다.

가열장치 웰 케이싱 (66) 은, 이러한 케이싱을 갖추지 않은 가열장치 요소에 의해 발생할 수 있는 토양 (24) 으로의 누전을 방지할 수 있다. 이 누전이 가열장치 요소로부터 전류가 유출되고 있는 물이나 토양을 가열할 수 있기 때문에, 얼마간의 누전은 허용될 수도 있다. 과도한 누전이 발생할 수 있다면, 가열장치 요소를 둘러싸도록 외측 케이싱을 사용할 수도 있다. 웰이 수분 포화지역 내에 위치되거나, 또는 염분 함량이 높거나 기수를 포함하는 토양 내에 위치될 때, 가열장치 웰 케이싱 (66) 이 이용될 수 있다.

가열장치 웰 케이싱 (66) 또는 토양 (24) 을 복사 가열하는 가열장치 요소 (56) 는 가열시 하측으로 팽창할 수 있다. 가열장치 웰 케이싱 (66), 또는 가열장치 요소가 놓여지는 개구벽 (67) 에 의해 한정되는 토양 내의 개구는 가열장치 요소 (56) 의 열팽창을 수용할 수 있도록 충분히 길어야 한다.

도 6 에 도시된 바와 같이, 스페이서 (68) 가 가열장치 요소 (56) 의 길이를 따라 배치되어, 가열장치 요소가 가열장치 웰 케이싱 (66) 과 같은 인접 도관과 접촉하는 것을 방지하거나, 가열장치 웰 케이싱 (66) 과 같은 인접 도관으로 전기 아크가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 스페이서 (68) 는, "U" 형상으로 구부러진 가열장치 요소 (56) 의 다리부 (70) 가 인접한 가열장치 요소의 다리부와 접촉하거나 상기 다리부로 아크가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 스페이서 (68) 는 세라믹 절연체로 제조될 수 있다. 예컨대, 스페이서는 고알루미나 세라믹 절연물질로 제조될 수 있다. 스페이서 (68) 는 쿠퍼 중공업 (Cooper Industries; 텍사스 휴스톤에 소재) 으로부터 입수가능하다. 스페이서 (68) 는 가열장치 요소 (56) 상에서 슬라이딩 가능하다. 스페이서 (68) 가 용접 비드를 통과할 수 없도록, 스페이서 (68) 가 위치되는 장소 아래에 용접 비드가 형성될 수 있다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 웰 내에 수직으로 위치된 가열장치 요소의 실시예에 있어서, 스페이서 (68) 는 가열장치 요소의 길이를 따라 약 1/3 m 내지 약 1/2 m 마다 위치될 수 있다. 특별한 가열장치 요소와 시스템 필수구성품을 수용하기 위해 더 짧거나 긴 간격으로 배치할 수도 있다. 가열장치 웰 케이싱 내부에 수평으로 배향되는 가열장치 요소는, 가열장치 요소의 가열시 가열장치 요소가 처지는 것을 방지하도록 보다 밀접한 간격으로 배치될 수 있다. 또한, 스페이서 (68) 는 진공 케이싱 (60) 및/또는 토양 및 충전 물질 (62) 을 전도 가열하는 가열장치 요소의 가열장치 요소 (56) 사이에 배치될 수 있다 (도 5 참조).

도 7, 도 8 및 도 9 는 열주입 웰 (26) 의 실시예들을 도시한다. 열주입 웰 (26) 은 가열장치 요소 (56) 를 포함한다. 가열장치 요소 (56) 를 저항식으로 가열하도록 전류가 가열장치 요소를 통과할 수 있다. 도 7 은 토양 (24) 을 전도식으로 가열하는 가열장치 요소 (56) 를 갖춘 열주입 웰 (26) 의 실시예를 도시한다. 도 8 은 가열장치 웰 케이싱 (66) 내에 감싸인 가열장치 요소 (56) 를 갖춘 열주입 웰의 실시예를 도시한다. 특정한 실시예에서는, 가열장치 웰 케이싱 (66) 이 충전 물질로 채워질 수 있다. 다른 실시예에서는, 가열장치 케이싱이 가열장치 케이싱을 복사 가열할 수 있다. 도 9 는 인접 토양 (24) 을 복사 가열하는 가열장치 요소 (56) 를 갖춘 열주입 웰의 실시예를 도시한다.

도 10 은 지표면 (40) 에 가까운 도랑 내에 위치되는 가열장치 요소 (56) 의 대표적 실시예를 도시한다. 가열장치 요소 (56) 는 비오염 토양 (74) 내에서 오염 계면 (72) 아래에 위치한다. 다른 실시예에서, 가열장치 요소 (56) 는 오염 토양 (76) 내에, 또는 오염 계면 (72) 근방에 위치될 수도 있다. 가열장치 요소 (56) 는 지표면에 대해 90°의 각도를 갖는다. 실제로, 도랑의 단부는 지표면을 향해 경사져 있으며, 가열장치 요소 (56) 의 단부는 90°의 각도를 갖는 대신에 도랑의 경사진 단부상에 놓여질 수도 있다.

처리설비에 의해 형성된 진공이 지표면 (40) 근처에 가해질 수 있다. 투과성 매트 (78) 가 지표면 (40) 위에 놓여질 수 있으며, 비투과성 배리어 (barrier; 80) 및 열적 배리어 (82) 가 매트의 위에 놓여질 수 있다. 매트 (78) 는 비투과성 배리어 (80) 하부의 유동을 위한 도관의 역할을 할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 매트 (78) 는 고투과성 모래 또는 기타 입상 물질로 된 얇은 층일 수 있다. 매트 (78) 는 이 매트를 통과하는 오염물의 열분해를 촉진시키는 촉매물질을 포함할 수 있다. 매트 (78) 는 분리가스가 토양 (24) 으로부터 나와 매트 위에 위치하는 진공 매니폴드 (54) 로 유출되도록 할 수 있다. 분리가스는, 진공이 매트 (78) 에 대해 비투과성 배리어 (80) 를 끌어당겨 매트를 압착시키는 경우에도 유동할 수 있다. 선택적으로, 흡인 웰이 토양으로부터 분리가스를 인출하도록 처리지역 전체에 걸쳐 토양 내에 삽입될 수 있다.

도 4 내지 도 10 에 도시된 바와 같이, 가열장치 요소 (56) 는 가열장치부 (84), 전이부 (86) 및 핀 (88) 을 포함할 수 있다. 일부 가열장치 요소 (56) 는 가열장치부 (84) 와 핀 (88) 사이에 전이부를 포함하지 않을 수도 있다. 가열장 치 요소 (56) 의 거의 모든 가열장치부 (84) 는 나금속일 수 있다. 여기서 사용되는 용어 "나금속 (bare matal)" 은, 사용 도중에 가열장치부 (84) 를 위한 전기 절연부를 제공하는 광물질 절연체와 같은 전기 절연체 층을 포함하지 않는 금속을 말한다. 나금속은 자연 발생한 산화층, 도포된 산화층 및/또는 필름과 같은 부식 방지체를 포함하는 금속을 포함할 수 있다. 나금속은, 가열장치 요소 (56) 의 가열장치부 (84) 의 통상 작동온도에서 전기 절연성을 유지할 수 없는 중합체 또는 기타 전기 절연체를 갖는 금속을 포함한다. 그러한 물질은 금속 위에 놓여져, 토양정화 과정 동안에 소멸될 수 있다. 가열장치부 (84) 의 연결부 및/또는 용접물질은 가열장치 요소의 성질을 절연된 가열장치 요소로 변화시키지 않으면서 전기 절연물질을 포함할 수 있다. 가열장치 요소 (56) 의 가열장치부 (84) 의 절연부는, 가열장치부의 길이의 5%, 1%, 0.5% 또는 0.1% 이하일 수 있다. 나금속 가열장치 요소 (56) 는, 절연된 가열장치부 (84) 를 포함하는 가열장치 요소에 비해 제조비용을 크게 절감시키며 가열장치 요소의 유용성을 크게 향상시킨다.

가열장치 요소 (56) 의 특정 실시예에서는, 전이부 (86) 의 부분 및/또는 핀 (88) 의 부분이 전기적으로 절연될 수 있다. 가열장치 요소 (56) 의 다른 실시예에서는, 가열장치 요소 전체가 나금속으로 될 수도 있다.

도 4 내지 도 10 에 도시된 가열장치 요소 (56) 는 대략 수직이나 수평으로 위치되어 있다. 가열장치 요소는 지표면에 대해 0°(수평) 내지 90°(수직) 사이에서 어떠한 각도로도 배향될 수 있다. 예컨대, 토양정화 시스템의 실시예에 있어서, 가열장치 요소는 약 45°기울어진 지질층 부근의 정화된 토양에 대해 약 45°로 배향될 수 있다. 이러한 배향은, 비교적 비용이 저렴하면서 신속하고 효율적인 토양정화를 도출하도록 선택될 수 있다.

가열장치 요소 (56) 의 가열장치부 (84) 는 높은 작동온도에서 지속적으로 사용할 수 있는 금속으로 형성될 수 있다. 가열장치 요소 (56) 의 일부는 주위 토양 온도로부터 1000 ℃ 이상의 지속 온도로까지 작동할 수 있다. 도 4, 도 5, 도 7, 도 9 및 도 10 에 도시된 가열장치 요소와 같은, 특정한 가열장치 요소의 실시예에 있어서, 가열장치 요소 (56) 의 전부 또는 일부분은 토양정화 도중에 분리가스에 노출될 수 있다. 그러한 가열장치 요소 (56) 는 내부식성 금속으로 제조될 필요가 있을 수 있다. 가열장치부 (84) 의 내부식성은 매우 중요할 수 있다. 가열장치부 (84) 가 높은 전류량 및 높은 온도로 작동하면 가열장치부 (84) 의 부식이 촉진될 수 있다. 부식은 가열장치부 (84) 의 길이를 따른 소정의 위치에서 가열장치부 (84) 의 단면적을 감소시킬 수 있다. 가열장치부 (84) 의 단면적이 감소되면 가열장치부 (84) 가 과열되어 장애가 발생할 수 있다.

가열장치부 (84) 는 스테인레스강으로 형성될 수 있다. 이 스테인레스강은 304 타입 스테인레스강, 309 타입 스테인레스강, 310 타입 스테인레스강 또는 316 타입 스테인레스강일 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 또한, 가열장치부 (84) 는 NICHROME, INCOLOY, HASTELLOY 또는 MONEL (HASTELLOY 및 MONEL 은 상표임) 로 형성되거나 이들을 포함하는 기타 금속으로 형성될 수도 있다. 예컨대, 가열장치부 (84) 는 NICHROME 80 또는 INCOLOY 800 으로 제조될 수 있다.

가열장치 요소 (56) 의 가열장치부 (84) 를 형성하는데 이용되는 특정 금속 은, 비용, 토양정화 공정의 온도, 금속의 전기적 성질, 금속의 물성 및 금속의 내화학성에 기초하여 선택될 수 있다. 예컨대, 310 스테인레스강은, 동일한 크기의 304 스테인레스강보다 약 20% 더 많은 전력을 발산할 수 있는 고온 스테인레스강이다. 310 스테인레스강의 내부식성은 304 스테인레스강의 내부식성보다 양호하다. 310 스테인레스강의 작업온도 상한값은 304 스테인레스강의 작업온도 상한값보다 약 160 ℃ 더 높다.

도 11 은 연결된 27 열의 "U" 형상 가열장치 요소들에 대한 전류와 발산된 전력/길이를 나타낸다. 각 가열장치 요소는, 1 인치 (2.54 cm) X 0.125 인치 (0.318 cm) X 20 피트 (6.1 m) 길이의 금속 스트립이다. 이들 가열장치 요소는 델타식으로 연결로 교류 전력원에 의해 직렬로 연결된다. 도면부호 "90" 은 310 스테인레스강 가열장치 요소에 대한 전류 곡선을 나타내고, 도면부호 "92" 는 310 스테인레스강 가열장치 요소에 대한 전력/길이 곡선을 나타낸다. 도면부호 "94" 는 304 스테인레스강 가열장치 요소에 대한 전류 곡선을 나타내고, 도면부호 "96" 은 304 스테인레스강 가열장치 요소에 대한 전력/길이 곡선을 나타낸다. 310 스테인레스강 가열장치 요소에 대한 전류 곡선과 전력/길이 곡선은, 304 스테인레스강 가열장치 요소에 대한 전류 곡선과 전력/길이 곡선에 비해 모두 낮다. 310 스테인레스강에 대한 이러한 낮은 곡선은, 동일한 가열효과를 발생하는데 304 스테인레스강 가열장치 요소보다 310 스테인레스강 가열장치 요소에 적은 전력이 필요하다는 것을 의미한다.

310 스테인레스강의 여분의 온도범위가 여분의 열을 토양으로 발산하여 정화 시간을 단축시키는데 이용될 수 있다. 상기 여분의 온도범위는 가열장치 요소가 과열되는 것을 방지하기 위한 안전 마진으로서 이용될 수 있다. 310 스테인레스강의 가격은 304 스테인레스강의 가격보다 약 25% 정도 비쌀 수 있다. 토양정화 공정의 설계 단계에서, 310 스테인레스강의 특성이 더 낳기 때문에 304 스테인레스강의 가격보다 비싼 310 스테인레스강의 가격을 용인할 수 있는지를 결정할 수 있다. 비슷한 비교를 다른 금속에 대해서도 행할 수 있다.

가열장치 요소 (56) 의 가열장치부 (84) 는, 가열장치 요소의 인접부보다 높거나 낮은 온도로 가열하는 선택부를 갖도록 형성될 수 있다. 인접부보다 높은 온도로 가열하도록 구성된 가열장치 요소 (56) 의 부분은 오염 토양 (76) 과 비오염 토양 (74) 사이의 계면 (72) 근처에 위치될 수 있다. 고온 부분에서 생성된 여분의 온도는 가열장치부 (84) 의 선단효과 (end effect) 에 기인한 열손실을 보상하는데 도움이 될 수 있다. 고온 부분은 가열장치부의 인접부보다 5%, 15%, 25% 또는 30% 이상 더 많은 열을 발산할 수 있다. 도 12 는 큰 단면적부분 (100) 에 인접 위치한 축소 단면적부분 (98) 인 고온 부분을 갖는 가열장치 요소 (56) 의 일부분을 도시한다. 금속은 가열장치부 (84) 의 일부분에서 제거되어, 가열장치부 (84) 의 고온 부분을 형성할 수 있다. 선택적으로, 인접 지역보다 고온으로 가열되어질 가열장치부의 부분은, 인접부의 금속보다 전기 저항성이 큰 상이한 금속으로 이루어진 부분일 수 있다. 더 큰 저항성을 갖는 금속은 가열장치부의 인접부보다 크거나, 같거나 또는 작은 단면적을 가질 수 있다. 열 및 전기 전도성 용접물이 두 부분 (98, 100) 을 서로 결합하는데 이용될 수 있다. 상 이한 금속의 선단들이 서로 접촉되도록 하고, 또 다량의 용접물에 의해 상이한 금속부분들이 서로 결합될 수 있도록 주의할 필요가 있다. 금속부분들을 접촉시키고 다량의 용접물을 사용함으로써, 사용 도중에 상기 금속들 사이의 접합부에서 아크발생 및/또는 부식으로 인한 장애가 일어나지 않도록 보장할 수 있다.

가열장치부 (84) 의 일부분은 주위부분보다 낮은 온도로 가열될 수 있다. 그러한 부분은 고온으로 가열될 필요가 없는 토층이나 장애물 부근에 위치될 수 있다. 예컨대, 저가열부가 두 개의 오염된 토층 사이의 불침투성 비오염 토층 부근에 위치하도록 설계될 수 있다. 저가열부는 인접 지역에 비해 큰 단면적을 갖는 가열부로 형성될 수 있다. 선택적으로, 저가열부는 가열장치부의 두 개의 인접 부분 사이에 용접된 전기 저항성이 낮은 금속으로 형성될 수 있다. 상이한 금속의 선단들이 서로 접촉되도록 하고, 또 다량의 용접물에 의해 상이한 금속부분들이 서로 결합될 수 있도록 주의할 필요가 있다. 열 및 전기 전도성 용접물이 부분들을 서로 결합하는데 이용될 수 있다. 금속부분들을 접촉시키고 다량의 용접물을 사용함으로써, 사용 도중에 상기 부분들 사이의 접합부에서 아크발생 및/또는 부식으로 인한 장애가 일어나지 않도록 보장할 수 있다.

가열장치 요소 (56) 의 전이부 (86) 는 가열장치 요소의 가열장치부 (84) 의 각 선단부에 용접될 수 있다. 핀 (88) 은 전이부 (86) 에 용접될 수 있다. 전이부 (86) 가 가열장치 요소 (56) 의 온도를 감소시켜, 핀 (88) 과 이 핀 부근의 온도는 핀 (88) 을 동력원 (46) 에 연결시키기 위해 절연 커넥터 케이블 (48) (도 4 참조) 을 사용할 수 있을 정도로 충분히 냉각된다. 전이부 (86) 는 가열장치 부 (84) 와 동일한 물질로 제조될 수 있지만, 이 전이부는 더 큰 단면적을 가질 수 있다. 선택적으로, 전이부는 가열장치부보다 낮은 전기 저항성을 갖는 물질로 제조될 수도 있다. 상기 두 부분은 서로 용접될 수 있다. 도 13 은 토양을 복사 가열하는데 이용될 수 있는 가열장치 요소 (56) 의 일 실시예를 도시한다. 이 가열장치 요소 (56) 는 전이부 (86) 와 가열장치부 (84) 사이에 용접부 (102) 를 포함한다. 열 및 전기 전도성 용접물이 두 부분 (84, 86) 을 서로 결합시키는데 이용될 수 있다. 금속부분들을 접촉시키고 다량의 용접물을 사용함으로써, 사용 도중에 상기 부분들 사이의 접합부에서 아크발생 및/또는 부식으로 인한 장애가 일어나지 않도록 보장할 수 있다.

핀 (88) 은 니켈 핀일 수 있다. 도 4 에 도시된 실시예와 같은 실시예에 있어서, 가열장치 요소 (56) 가 토양 (24) 내에 삽입될 때 핀 (88) 은 지면 커버 (32) 를 관통 연장한다. 접속부 (104) 에 의해 상기 핀이 케이블 (48) 에 전기적으로 결합될 수 있다. 접속부 (104) 는 기계식 커니 러그 (Kerney lug), 에폭시 캐니스터 (canister), 또는 다른 유형의 전기 커넥터일 수 있다. 케이블 (48) 은 동력원 (46) 에 전기적으로 결합될 수 있다. 케이블 (48) 은 전기 절연 케이블일 수 있다. 전이부 (86) 및 냉각 핀 (88) 에 의해, 가열장치 요소 (56), 토양 (24) 및/또는 커버 (32) 가 사용 도중에 케이블 절연체의 열분해를 방지하기에 충분한 정도로 냉각될 수 있다.

가열장치 요소의 특정한 실시예에 있어서, 비교적 낮은 저항성을 갖는 금속으로 된 기다란 부분이 가열장치부에 부착되어, 가열장치 요소상의 또는 이 가열장 치 요소 부근의 증기의 응축을 방지하기에 충분한 온도를 생성하는 기다란 가열부를 형성할 수 있다. 상기 낮은 저항성을 갖는 금속은 니켈, 또는 Alloy 30 과 같은 니켈과 구리의 합금일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 상기 기다란 가열부는 지표면에 가깝지 않은 깊은 토양 오염물을 위해 필요할 수 있다.

특정 실시형태에서, 가열장치 요소 (56) 의 가열장치부 (84) 는 가열장치 요소 온도를 자가-조절할 수 있는 금속으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 가열장치 요소는 304 스테인레스강, 310 스테인레스강 또는 316 스테인레스강으로 제조될 수 있다. 이러한 스테인레스강은 온도 곡선에 대해 저항성을 보이며 온도가 증가할수록 저항성은 실질적으로 선형적으로 증가한다. 도 14 는 310 스테인레스강 및 304 스테인레스강에 대하여 온도에 대한 저항성 도표를 도시한다. 자가-조절 물질로서 제조된 가열장치 요소를 통한 전력 분산 및 전류량은, 부분적으로 상기 물질의 저항성과 옴의 법칙에 의해 온도가 증가할수록 감소하며 온도가 감소할수록 증가한다. 가열장치 요소에 대한 실질적으로 일정한 전압 공급을 위해, 만약 가열장치 요소의 온도가 증가한다면, 상기 요소의 저항이 증가할 것이며, 상기 가열장치를 통하는 전류량은 감소할 것이고, 전력 분산은 감소하여 상기 가열장치 요소의 온도를 하강시킨다. 반대로, 만약 가열장치 요소의 온도가 감소한다면, 상기 요소의 저항이 감소할 것이며, 상기 가열장치 요소를 통하는 전류량이 증가할 것이고, 전력 분산이 감소하여 가열장치 요소의 온도를 증가하게 한다. NICHROME 과 같은 특정 유형의 몇몇 금속은 특정 온도 범위에 대해 온도가 증가함에 따라 감소하는 저항 곡선을 가진다. 그러한 물질은 자가 조절 가열장 치가 될 수 없을 것이다.

ISTD 토양 정화 시스템용 전력원 (46) (도 4 에 도시)은 토양 정화 시스템의 가열장치 요소에 실질적으로 일정한 전압을 제공할 수 있다. 상기 전력원 (46) 은 변압기를 통과하는 전력 선으로부터의 전기적 전력일 수 있다. 상기 변압기로부터의 출력은, 토양을 소정 온도로 가열하게 되는 적절한 전기적 회로를 공급하기 위해 평행한 및/또는 일련의 연결물에 의해 다수의 가열장치에 연결될 수 있다.

가열장치 요소 (56) 의 가열장치부 (84) 는 통상적인 복사 가열장치 요소에 비해 큰 단면적을 가질 수 있다. 큰 단면적은 가열장치 요소 (56) 가 동일한 길이의 통상적인 가열장치에 비해 작은 전기 저항을 가지도록 할 수 있다. 작은 전기 저항은 가열장치 요소 (56) 가 길게 되도록 한다. 가열장치 요소는 길이가 10 m, 50 m, 또는 100 m 이상, 300 m, 500 m 또는 600 m 일 수 있다. 작은 전기 저항은 몇개의 가열장치 요소가 일련으로 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 몇개의 가열장치 요소 (56) 를 일련으로 연결할 수 있어 토양 정화 시스템의 배선 조건이 매우 단순해 질 수 있다. 인접 물질을 전도적으로 가열하는 가열장치 요소에 대하여는, 가열장치부의 큰 단면적이 가열장치부와 인접 물질 간의 큰 접촉 면적을 의미한다. 인접 물질을 복사적으로 가열하는 가열장치 요소에 대하여는, 가열장치의 큰 단면적이 케이싱 벽 또는 토양으로의 열을 복사하는 큰 단면적을 가열장치부가 가지는 것을 의미할 수 있다. 또한, 가열 요소의 큰 단면적은 가열요소가 지지 구조물 없이도 토양에 배치될 수 있도록 한다. 복사 가열요소의 실시형태에서 대략 1 cm 의 직경을 가지는 304 스테인레스강 로드 스톡으로 상기 가열요소가 제조될 수 있다.

웰 케이싱 내에 설치되는 복사 가열요소는 긴 가열요소를 생산하기 위한 다양한 합금 및/또는 다양한 단면적의 망원부를 가질 수 있다. 제 1 부분은 가열요소의 작동 온도에서 높은 크립 저항을 가지는 물질로서 제조될 수 있다. 상기 제 1 부분은 상대적으로 두껍거나 또는 상대적으로 큰 유효 직경을 가질 수 있다. INCONEL 617 및 HR 120 과 같은 많은 고강도, 고크립저항 물질은 가열요소의 주요부분을 형성하기 위해 이용될 수 있는 스테인레스강보다 높은 전기 저항을 가진다. 높은 저항 물질은 상기 고강도 및 크립저항 부 (각 레그 위에 서로 겹쳐진 U 자형 가열요소) 가 비록 상기 부분이 큰 단면적을 가지더라도 높은 온도에 이르도록 가열되게 한다. 제 2 부분은 상기 제 1 금속에 용접되는 금속보다 덜 비싼 금속으로 제조될 수 있다. 상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분보다 작은 두께 또는 유효 직경을 가질 수 있다. 부가적인 부분들이 소정 길이를 가지는 가열요소를 형성하기 위해 상기 스트립에 용접될 수 있다. 금속의 저항성을 고려하여 다양한 금속의 직경이 실질적으로 가열장치의 전체 길이를 따르는 단위 길이당 실질적으로 동일한 양의 에너지를 발산하는 긴 가열요소를 생산하기 위해 조절될 수 있다. 상기 부분을 형성하기 위해 이용되는 금속은 INCONEL 617, HR 120, 316 스테인레스강, 310 스테인레스강, 및 304 스테인레스강을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 매달린 긴 복사 가열장치 요소의 실시형태에서, 대략 30 m 의 부분 내의 리드 (lead) 는 316 스테인레스강으로 제조되며 웰헤드로부터 가열장치 요소를 매달기 위해 이용된다. 부분 내의 리드는 가열요소의 가 열장치부로서 기능한다. 제 2 가열장치부는 좁은 단면적의 304 스테인레스강 (부분 내의 리드와 동일한 양의 열을 발산하는 대략 25% 작은 단면적) 으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 가열장치부는 특유의 실시형태에서 160 m 이며, 전체적으로 220 m 의 가열장치부로서 110 m (30 m + 80 m) 의 긴 가열부를 갖는 U 자 형의 가열장치 요소가 된다. 상기 가열장치장치 요소에서 180°굽혀진 부분 (또는 헤어핀 턴) 부근의 상기 제 2 가열장치부의 일부는 보다 인접하는 가열장치 부분보다 많은 열을 발산하기 위해 감소된 단면적 또는 다른 합금을 가질 수 있다.

복사 가열장치 요소의 특정 실시형태에서, 복사 가열장치 요소의 지지부는 실질적으로 일정한 단면적으로 테이퍼진 단면적을 가질 수 있다. 지지부는 가열장치 요소의 다른 부분과 동일한 물질로써 또는 다른 물질로써 제조될 수 있다. 상기 지지부는 높은 작동 온도로 상승될 필요가 없는 가열장치 요소의 전이부일 수 있다. 상기 지지부는 사용동안 높은 작동 온도로 상승하는 가열장치부의 일부일 수 있다.

인접 물질을 전도적으로 가열하는 가열장치 요소 (56) 에 대해, 가열장치부 (84) 는 실질적으로 사각 단면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 가열장치부 (26) 의 일 실시형태는 25 mm ×3mm 의 사각 단면 및 대략 6 m 의 길이를 가진다. 토양에 삽입되고 전력원에 결합될 경우 상기 가열장치부가 소정량의 열을 발생시키고 발산하도록 가열장치부의 치수가 선택된다. 사각이 아닌 다른 단면 형상 역시 이용될 수 있다. 단면 형상은 타원체, 원형, 아치형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 또는 이보다 고차의 다각형 형상일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 복사에 의해 열을 전달하는 가열장치 요소는 통상 실질적으로 원형의 단면을 가질것이지만, 상기된 단면과 같은 다른 단면 역시 이용될 수 있다.

가열장치 요소는 토양 내에 다양한 방법으로 배치될 수 있다. 도 7 에 개시된 가열장치 요소의 실시형태와 같은 몇몇 가열장치 요소 (56) 는 직접 토양 내에 배치될 수 있다. 도 4 의 실시형태에서 개시된 것과 같은 다른 가열장치 요소 실시형태는 패킹 물질 (62) 에 의해 토양으로부터 분리될 수 있다. 도 6 에 개시된 가열장치 요소와 같은 다른 가열장치 요소는 가열장치 케이싱 (66) 내에 배치될 수 있다. 상기 가열장치 케이싱 (66) 은 토양에 배치되거나 파묻혀질 수 있으며, 또는 상기 가열장치 케이싱은 토양 내에 배치되거나 파묻힌 진공 케이싱 (60) 에 배치될 수 있다. 가열장치 요소 (56) 를 가열장치 요소 케이싱 (66) 내에 배치시킴으로써, 분리가스가 상기 가열장치 요소와 직접 접촉하지 않을 것이므로 상기 가열장치 요소를 비교적 값싼 비-부식 저항 물질로 제조할 수 있다. 토양 정화를 완성하기 위해 요구되는 측정된 시간동안 부식에 저항하기 위해 상기 가열장치 요소 케이싱 (66) 은 충분한 부식 저항을 가지는 물질로 제조될 수 있다.

가열장치 요소 (56) 는 직접 토양 내로 안내될 수 있다. 드라이브 로드가 가열장치 요소 (56) 의 중심에 배치될 수 있다. 이후 상기 드라이브 로드가 토양 (24) 내로 박혀질 수 있다. 상기 가열장치 요소 (56) 가 소정 깊이로 삽입될 경우, 상기 드라이브 로드는 회수될 수 있다. 상기 드라이브 로드는 연속적인 로드일 필요가 없다. 상기 드라이브 로드는, 상기 드라이브 로드가 토양 (24) 내로 더욱 깊이 박혀질 경우 서로 결합될 수 있는 나사가공된 부분으로 제조 될 수 있다. 지오프로브 (geoprobe) 또는 콘 페네트로미터 리그 (cone penetrometer rig) 가 가열장치 요소 (56) 를 토양 (24) 내로 안내하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 소닉 리그 (sonic rig) 가 가열장치 요소 (56) 소정 깊이로 진동시키기 위해 이용될 수 있다. 상기 소닉 리그는 가열장치 요소 (56) 및 드라이브 로드를 소정 토양 깊이로 진동시키는 동심의 캠을 포함할 수 있다. 토양 (24) 내로 가열장치 요소 (56) 를 안내 또는 진동시키는 것은 토양 내에 굴착된 개구가 형성되는 경우에 발생되는 것과 같은 절단이 발생되지 않을 수 있다. 가열장치 요소 (56) 를 안내 또는 진동시킴으로써 굴착 구멍 형성동안 발생된 커팅 처리와 연관된 문제점을 제거할 수 있다. 커팅 발생의 방지는 유독하거나 복사능 지역에 특히 바람직하다. 또한, 토양 (24) 내로 가열장치 요소 (56) 를 안내 또는 진동함으로써 가열될 토양과 직접 접촉하도록 바람직하게는 가열장치 요소 (56) 의 일부를 배치할 수 있다.

개구 또는 웰 케이싱에 배치되는 가열장치 요소 (56) 에 대해, 상기 가열장치 요소 (56) 는 U 자 형상으로 형성될 수 있어 가열장치 요소의 양 레그 (70) 의 단부는 지면 (40) 으로부터 접근가능하게 된다. 양 레그 (70) 의 접근성으로 인해 다수의 가열장치 요소 (56) 가 서로 용이하고도 효율적으로 전기적으로 연결될 수 있다. 스페이서가 상기 가열장치 요소의 길이를 따라 소정 위치에 배치될 수 있다. 상기 가열장치 요소는 상기 개구 또는 케이싱 내로 하강될 수 있다. 상기 케이싱을 채우기 위해 충전물질이 이용된다면, 도 4 에 도시된 바와 같이, 충전물질 (62) 은 상기 가열장치 요소 (56) 의 근방에 배치될 수 있다. 충전물질 (62) 을 배치시키기 위해, 폴리비닐 염화물 파이프와 같은 충전 파이프가 U 자형 가열장치 요소 (56) 의 레그 (70) 사이로 삽입될 수 있다. 충전물질이 상기 가열장치 요소의 레그 (70) 와 토양 (24) 사이에 배치된다면, 와이어에 의해 매달린 튜브가 상기 가열장치 요소의 레그로 하강될 것이다. 충전물질 (62) 이 상기 개구에 배치됨에 따라 상기 튜브는 상승될 수 있다. 상기 튜브는 상기 가열장치 요소 (56) 를 적절히 배치시킬 수 있다. 특정 실시형태에서, 상기 충전 파이프는 상기 가열장치 요소를 상기 토양에 대해 가압할 수 있다. 상기 충전 파이프를 상기 토양 (24) 으로부터 상승시키는 동안 충전물질 (62) 이 상기 충전 파이프를 통해 삽입될 수 있다. 상기 충전물질 (62) 은 상기 가열장치 요소 (56) 와 상기 토양 (24) 사이의 공간을 채우게 된다. 상기 충전물질 (62) 은 모래 및/또는 자갈을 포함할 수 있다. 상기 충전물질 (62) 은 또한 알루미늄 산화물과 같은 촉매 (64) 를 포함할 수 있다. 촉매 (64) 는 생성 웰 (22) 및 열주입 웰 (26) 양쪽을 위한 충전물질의 구성요소일 수 있다. 상기 충전물질 (62) 은 상기 충전 파이프를 통해 삽입되기 이전에 습기 제거를 위해 가열될 수 있다. 상기 충전물질 (62) 은 상기 가열장치 요소 (56) 로부터의 배수를 촉진하기 위해 상기 토양 표면 (40) 에 마운드로 쌓여질 수 있다. 열전대 웰 (106) 이 U 자형 가열장치 요소 (56) 의 레그 (70) 사이의 충전물질 (62) 내에 배치될 수 있다. 상기 열전대 웰 (106) 내에 배치된 열전대는 토양 정화 동안에 상기 가열장치 요소 (56) 의 레그 (70) 사이의 온도를 측정하기 위해 이용된다. 상기 열전대는 선택된 깊이에서의 온도를 결정하기 위해 하강 또는 상승된다. 대안적으로, 상기 열전대는 상기 열전대 웰 내에 고정될 수 있다. 도 4 에 도시된 실시형태에서, 상기 열전대 웰 (106) 은 4 cm 직경의 스테인레스 진공 케이싱 (60) 의 중심 내로 삽입되는 직경 0.64 cm 의 스테인레스강 튜브이다. 상기 열전대 웰 (106) 내에 배치된 열전대는 상기 케이싱 (60) 부근의 가열장치 요소 (56) 의 온도를 모니터하기 위해 이용된다.

건조 충전물질은 웰 내에 실질적으로 일정한 방식으로 채워져야 한다. 충전물질 내의 물이 증발할 경우 충전물질의 틈 및/또는 침전이 형성되지 않도록 건조 충전물질이 이용될 필요가 있다. 상기 충전물질 내에 틈이 존재하면, 상기 가열장치 요소가 팽창할 경우 상기 가열장치 요소의 레그가 상기 틈 내로 팽창할 수 있다. 만약 가열장치 요소의 레그가 틈 내로 팽창하면, 상기 레그는 상기 가열장치 요소의 반대 레그에 접촉 또는 이를 수 있다. 만약 상기 레그가 반대 레그에 접촉하면, 상기 가열장치 요소가 짧아지게 되어 실패하게 된다. 만약 상기 레그가 반대 레그에 접근할 경우, 전기에 의해 반대 레그에 아크가 생겨 상기 가열장치 요소는 실패하게 된다.

만약 가열장치 요소 (56) 가 복사 가열요소라면, 상기 가열장치 요소는 도 13 에 도시된 바와 같은 상단 (108) 을 포함할 수 있다. 상기 상단 (108) 은, 상기 가열장치 요소를 위한 웰헤드를 형성하기 위해, 지면 (40) 근방의 가열장치 케이싱 (66) 에 체결되거나, 또는 상기 상단은 가열장치 케이싱에 용접될 수 있다. 만약 상기 케이싱이 봉입된 가열장치 케이싱 (66) 이라면, 상기 케이싱은 가스로 채워질 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 최초의 가열동안 가열반응 시간을 개선하기 위해 가열요소 (56) 와 케이싱 (66) 사이의 열전도를 상기 가스가 강화시킬 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 가스는 부식 방지제일 수 있다. 상기 상단 (108) 은 개구 (110) 를 포함할 수 있다. 충전 튜브가 제 1 개구에 배치될 수 있으며 상기 가스가 상기 케이싱 (66) 내로 유동될 수 있다. 본래 상기 케이싱 (66) 내에 있는 가스는 상기 제 2 개구로부터 유출될 수 있다. 소정의 가스가 상기 케이싱 (66) 을 채울 경우, 상기 제 2 개구가 연결되고 상기 튜브가 제거되며 상기 제 1 개구가 연결될 수 있다.

도 9 에 도시된 바와 같이, 만약 상기 가열요소 (56) 가 개방 웰보어 내에 배치된다면, 시멘트 (112) 또는 다른 유형의 설치 방법 또는 장치가 케이싱 (66) 을 상기 토양 (24) 에 고정할 수 있다. 상기 상단 (108) 은 상기 케이싱 (66) 에 결합되거나 용접될 수 있다.

도 15 는 도랑 내에 배치된 가열장치 요소 (56) 를 위한 배치의 실시형태의 평면도이다. 도랑 내에 배치된 가열장치 요소 (56) 는 긴 열 (row) 로 배치될 수 있다. 인접한 물질을 전도적으로 가열하는 가열장치 요소 (56) 에 대해, 가열장치 요소, 충전물질, 또는 스페이서 사이의 거리가 상기 가열장치 요소가 서로 접촉하거나 가까워져 아크를 이루지 않게 되는한 하나 이상의 가열장치 요소가 단일 도랑 내에 배치될 수 있다. 가열장치 케이싱을 복사적으로 가열하는 가열장치 요소에 대해, 하나 이상의 가열장치 요소가 단일 가열장치 케이싱 내에 배치될 수 있다. 가열장치 요소 (56) 는 구멍뚫는 장치에 의해 형성된 도랑 내에 배치될 수 있다. 상기 가열장치 요소 (56) 가 도랑 내에 배치되고 전력원에 전기적 으로 연결된 이후, 상기 도랑 제작시에 형성된 커팅은 상기 도랑을 채우기 위해 이용될 수 있다. 진공 시스템이 설치될 수 있으며, 상기 도랑 영역 위로 커버가 배치될 수 있으며, 상기 시스템이 활성화될 것이다. 도랑 내에 배치된 가열장치 요소는 지면 (40) 으로부터 대략 2 m 이내의 낮은 깊이의 토양 오염을 치유하기 위해 이용된다. 도랑 내에 배치된 가열장치 요소는 오염된 토양 (76) 을 가로지르는 긴 길이를 가질 수 있다. 특정 실시형태에서, 가열장치 요소 (56) 의 배열은 토양 (24) 내로 삽입된 가열장치 요소의 삽입 깊이의 대략 2 배와 동일한 거리에 의해 분리될 수 있다.

가열장치 요소 (56) 가 토양 (24) 내로 배치될 수 있어 가열장치부 (84) 의 일부가 오염된 토양 아래에 있으며, 가열장치부의 일부는 오염된 토양 (76) 위에 있다. 오염된 토양 (76) 아래에 있는 가열장치부 (84) 의 일부는 깊이가 1 피트 이상일 수 있다. 오염된 토양 (76) 아래의 오염되지 않은 토양 (74) 의 가열부는 중간 (72) 에서의 온도 하강을 방지할 수 있다. 오염 중간층 (72) 에 인접한 가열장치 요소 (56) 의 단면적은 작거나 또는 다른 물질로 제조될 수 있어, 상기 중간층에 인접한 토양으로 더욱 많은 열이 발산된다. 상기 중간층에 인접한 부분으로 보다 많은 열을 발산시켜 오염된 토양 (76) 을 통해 보다 균일한 온도 분포를 가능하게 한다.

도 1 에 개시된 과정과 같은, ISTD 토양 정화 과정을 수행하기 위해, 토양 내에 웰이 배치될 수 있다. 상기 웰은, 드릴가공된 개구 내에 웰을 배치하거나, 토양 내로 웰을 안내 및/또는 진공시키거나, 웰을 토양 내에 설치하기 위한 다른 임의의 방법에 의해 설치될 수 있다. 상기 웰은 생성 웰 (22), 열주입 웰 (26), 유체주입 웰 (28), 및/또는 시험 웰 (30) 일 수 있다. 탈수 웰의 링은 처리될 영역의 주위에 설치될 수 있다. 상기 탈수 웰은 치유 영역으로부터 물을 제거하거나 물이 처리 영역 내로 유입되는 것을 방지하기 위해 작동될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 생성웰 및/또는 유체 주입 웰 (및 다른 유형의 웰도 가능함) 은 탈수 펌프에 연결될 수 있어 처리 영역이 신속하고 효율적으로 탈수된다.

가열장치 요소를 포함하는 열주입 웰 (26) 및 생성 웰 (22) 은 제어기 (만약 필요하다면) 및 전력원 (46) 또는 전력원들에 연결될 수 있다. 상기 생성 웰 (22) 은 증기 수집 시스템 (36) 에 결합될 수 있다. 상기 증기 수집 시스템 (36) 은 처리 설비 (34) 에 연결될 수 있다. 유체 주입 웰 (28) 및 시험 웰 (30) 과 같은 다른 웰이 적절한 설비에 연결될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 처리설비 (34) 는 토양 (24) 으로부터 분리가스를 제거하기 시작하기 위해 결합될 수 있다. 가열장치 요소를 포함하는 열주입 웰 (26) 및 생성 웰 (22) 은 토양 (24) 을 가열하기 시작하도록 활성화될 수 있다. 상기 가열은 소정 시간동안 상기 토양이 소정 평균 온도에 이를 때까지 계속될 수 있다. 상기 소정 평균 온도는 상기 토양 (24) 내의 오염물의 고비등점보다 다소 높을 수 있다. 상기 소정의 평균온도는 100℃, 400℃, 600℃ 또는 그 이상일 수 있다. 상기 소정의 시간은 일, 주, 달 또는 그 이상일 수 있다. 상기 소정의 시간은 토양 (24) 으로부터 오염물을 제거하기에 충분한 시간이어야 한다.

토양 (24) 내로 열을 주입하는 웰은 소정의 치유 영역에서 토양 정화의 완성 이후에는 에너지 공급이 차단될 수 있다. 만약 처리 영역이 큰 처리 영역의 단지 일부라면 다음 부분이 진행될 수 있다. 제 1 부분에 작용된 열의 일부는 치유될 제 2 부분을 가열하기 위해 이용될 수 있다. 전달 유체를 가열하기 위해 제 1 부분 내의 웰 내부로 열전달 유체를 통과시킴으로써 제 1 부분으로부터 열이 회복될 수 있으며 이후 상기 제 2 부분을 가열하기 위해 제 2 부분 내로 열전달 유체를 통과시킨다. 대안적으로, 물이 선택된 생성웰 내로 주입되고 다른 생성웰로부터 증기가 발생할 수 있다. 상기 증기는 정화될 제 2 부분 내의 토양을 가열하기 위한 열전달 유체로서 이용될 수 있다. 처리된 토양은 시간의 경과에 따라 점차 냉각될 수 있다. 웰 (열 주입, 유체 주입, 생성, 및/또는 시험) 이 토양으로부터 제거될 수 있다. 상기 웰의 일부 또는 모두가 재사용가능하다.

도 16 은 11 일간의 시험동안 열주입 웰 내에 배치된 U 자 형의 가열장치 요소의 전기적 정보를 도시한다. 전력은 대략 1640 Watts/m 에서 시작하여 대략 20 시간의 작동 이후에 정상상태치인 대략 1245 W/m 로 감소했다. 전력 감소는 상기 가열장치 요소 부근의 모래 및 토양의 가열 및 건조를 감소시킨다. 도 17 은 상기 가열장치 요소의 레그 사이에 배치된 열전대에 의해 측정된 가열장치 요소의 온동 상승을 도시한다. 도 18 은 시간의 함수로서 상기 가열장치 요소 저항의 계산된 증가를 도시한다. 처음 20 시간동안 저항이 증가함에 따라 가열장치부의 전력분산은 감소한다. 저항의 증가는 부식 금속 손실을 초래한다. 그러나, 10 일 이상의 작동 이후 매우 적은 부식이 관찰되었다. 도 19 는 열주입 웰로부터 7 인치 (0.18 m) 및 14 인치 (0.36 m) 떨어져 위치하는 구리 말뚝에서 측정된 대지 전위값을 도시한다. 최초의 대지 전위는 단지 0.5 V 이고, 모래와 토양이 건조될 경우인 대략 20 시간의 작동 이후 40 mV 의 수준으로 감소했다. 상기 건조 모래 및 토양은 우수한 전기 절연체이다.

이러한 설명의 견지에서 본 발명의 다양한 양태의 추가적인 수정 및 대안적 실시형태가 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 이러한 설명은 단지 예시적일 뿐이고 당업자에게 본 발명을 수행하는 일반적인 방법을 알리기 위한 목적일 뿐이다. 상기된 본 발명의 형태는 실시형태의 예로서 고려됨이 이해되어야 한다. 상기되고 도시된 요소 및 물질은 치환될 수 있고, 부분 및 공정은 역으로될 수 있으며, 본 발명의 특정한 특징들은 독립적으로 이용될 수 있고, 본 발명의 이러한 잇점을 취한 이후에는 당업자에게 이러한 것이 명백해질 것이다. 청구항에 기술된 바와 같이 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 상기된 요소에 변화가 가해질 수 있다.

Claims (55)

1. 나금속 가열부를 구비하고서 토양의 개구내에 위치한 금속 가열장치 요소, 및

   상기 가열장치 요소에 전기적으로 결합되어 있으며, 또한 상기 가열부를 저항적으로 가열하기 위해 상기 가열장치 요소에 전기를 공급하는 전력원을 포함하는 가열장치 웰에 있어서,

   상기 나금속 가열부는 자가-조절 가열장치 특성을 가지는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치 웰.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가열장치 요소는, 초기의 주위 토양온도로부터 약 875℃ 까지의 작동온도범위 내에서 자가-조절 저항특성을 가지는 나금속 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치 웰.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 나금속 가열부는 304 스테인레스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치 웰.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 나금속 가열부는 310 또는 316 스테인레스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치 웰.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 가열장치 요소는, 복사열을 토양과 상기 가열장치 요소에 인접한 웰 케이싱중의 일방 또는 양방에 공급하고, 전도열을 토양과 상기 가열장치 요소에 인접한 충전물질중의 일방 또는 양방에 공급하는 것을 특징으로 하는 가열장치 웰.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 충전물질은 오염물의 열분해를 촉진시키는 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치 웰.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 가열장치 요소는, 토양으로부터의 유체와 당해 가열장치 요소와의 접촉을 저지하는 가열장치 웰 케이싱내에 위치하는 것을 특징으로 하는 가열장치 웰.
8. 제 1 항에 있어서, 가열장치 웰은 상기 가열장치 요소에 인접한 케이싱을 추가로 포함하고, 이 케이싱은 분리가스를 당해 케이싱 안으로 통과시키는 하나 이상의 케이싱 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열장치 웰.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 가열장치 요소는, 크리프저항 금속으로 형성된 지지부를 구비하는 매달린 복사 가열요소를 포함하고, 상기 지지부는, 선택적으로, 상기 가열부의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치 웰.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 개구는 도랑을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치 웰.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 가열부는 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 부분은 상기 제 2 부분보다도 더 많은 열을 발산하는 것을 특징으로 하는 가열장치 웰.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 부분은 오염된 토양과 오염되지 않은 토양간의 계면 근방에 위치하고, 상기 제 2 부분은 상기 오염된 토양에 인접하여 위치하는 것을 특징으로 하는 가열장치 웰.
13. 토양을 가열하기 위한 복사 가열장치 요소로서,

    상기 가열장치 요소를 지지하기 위해 웰헤드에 결합하도록 설계된 지지부,

    나금속으로 형성된 가열부, 및

    상기 가열장치 요소를 전기 전력원에 결합하도록 설계된 핀부를 포함하는 가열장치 요소에 있어서,

    상기 가열부는 자가-조절 특성을 가지는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치 요소.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 가열부와 상기 핀 사이에, 당해 핀의 온도를 당해 가열부의 온도보다도 더 낮게 유지하는 전이부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치 요소.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 가열부의 일부가 상기 지지부인 것을 특징으로 하는 가열장치 요소.
16. 제 13 항에 있어서, 상기 가열장치 요소의 길이를 따라 위치한 전기절연 스페이서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치 요소.
17. 제 13 항에 있어서, 상기 가열부는 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 부분은, 상기 제 2 부분이 당해 제 1 부분보다도 더 많은 열을 발산하도록, 상기 제 2 부분보다도 더 큰 저항을 가지는 것을 특징으로 하는 가열장치 요소.
18. 제 13 항에 있어서, 상기 가열부는 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하고, 상기 가열장치 요소는 상기 제 1 부분에 의해 매달려지고, 상기 제 1 부분은, 고온에서 상기 제 2 부분보다도 더 큰 크리프저항을 가지는 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 가열장치 요소.
19. 토양 정화중에 토양을 가열하기 위한 장치로서,

    토양내에 있는, 제 13 항 내지 제 18 항중의 어느 한 항에 따른 하나 이상의 가열장치 요소,

    토양내에 위치하며, 또한, 각각, 분리가스를 케이싱내에 유입시킬 수 있는 하나 이상의 개구를 토양에 인접하여 가지는 하나 이상의 케이싱,

    상기 하나 이상의 케이싱에 결합되어 있으며, 또한 토양으로부터의 분리가스를 상기 하나 이상의 케이싱의 개구를 통해 흡인하도록 설계된 진공 시스템, 및

    분리가스를 진공 매니폴드에 안내하는 가요성의 호스를 구비하며, 또한 상기 토양으로부터의 분리가스를 처리설비에 전달하도록 설계된 증기 수집 시스템을 포함하는 장치.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 진공 매니폴드는 플라스틱 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
21. 제 19 항에 있어서, 하나 이상의 가열장치 요소가 하나 이상의 케이싱에 부합하여 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 제 19 항에 있어서, 상기 가열장치 요소는, 초기의 주위 토양온도로부터 약 875℃ 까지의 작동온도범위 내에서 자가-조절 저항특성을 가지는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
23. 제 19 항에 있어서, 상기 금속은 304, 310, 또는 316 스테인레스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
24. 토양의 열적 정화방법으로서,

    제 13 항 내지 제 18 항중의 어느 한 항에 따른 복수의 가열장치 요소로부터 토양을 가열하여, 그 토양의 평균온도를 승온시키는 단계, 및

    토양으로부터 분리가스를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 가열장치 요소는, 당해 가열장치 요소의 토양중으로의 안내, 진동, 또는 안내 및 진동에 의해 토양내에 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제 24 항에 있어서, 상기 가열장치 요소는 토양의 도랑내에 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제 26 항에 있어서, 각 도랑내에는 하나 이상의 가열장치 요소가 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
28. 제 24 항에 있어서, 토양중에 하나 이상의 흡인 웰을 삽입하는 단계, 및

    상기 하나 이상의 흡인 웰을 진공원에 부착하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
29. 제 24 항에 있어서, 흡인 웰은 가열장치 요소와 부합하는 것을 특징으로 하는 방법.
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