KR101127369B1 - 이중 나이프 게이트 밸브를 구비한 열분해 폐기물 처리시스템 - Google Patents

Abstract

폐기물을 처리하기 위한 기기가 열적 챔버, 열적 챔버에 연결되어 열적 챔버 내에 폐기물을 공급하는 공급물 입구부, 열적 챔버를 가열하는 가열원, 및 기기의 내부 공간을 통한 폐기물의 통로를 제한하고 열적 챔버 내의 가스 유입을 한정하도록 기기 내에 위치한 적어도 하나의 이중 게이트 나이프 밸브를 갖는다. 이중 게이트 나이프 밸브는 다른 칼날을 향해 이동하는 적어도 하나의 가동 칼날을 갖는다.

Description

이중 나이프 게이트 밸브를 구비한 열분해 폐기물 처리 시스템{PYROLYTIC WASTE TREATMENT SYSTEM HAVING DUAL KNIFE GATE VALVES}

본 발명은 열분해 폐기물 처리에 관한 것이다.

열분해는 폐기물 처리를 위한 공지된 방법이다. 열분해 폐기물 처리 시스템은 미국 특허 제 4,759,300, 5,653,183, 5,868,085, 6,619,214호 및 미국 특허 공보 2005/0039655A1에 개시된다. (본 발명에서 참조) 소각로(incineration)와 달리, 열분해는 산소가 없는 상태에서 간접 열을 사용하여 폐기물의 파괴적 분해이다. 산소 존재 하에 직접 화염(flame)으로서 소각로를 통한 폐기물의 연소(burning)가 폭발적일 수 있으며, 연소 챔버 내의 난류를 야기할 수 있으며, 이는 릴리싱된 기체의 재결합을 촉진한다. 산소가 많은 분위기 하의 폐기물 파괴는 불완전하며 효과적이지 못하고 유해 물질을 생성한다.

반대로, 열분해 처리는 가장 바람직하게는 산소가 없는 분위기(예를 들어, 실질적 진공) 하에서 고온을 채택하여 고체 폐기물 성분을 작동 온도, 압력, 산소 함량 및 기타 조건에 의해 결정된 비율의 고체, 액체 및 기체 혼합체로 변경한다. 일반적으로 열분해 후 남은 고체 잔여물은 목탄(char)으로 지칭된다. 열분해의 증기화 생산물은 종종 산화 촉진 처리에 의해 취급되며, 이는 증기를 "정화(clean)"하여 오일 및 기타 오염 문제들을 제거하며, 결과적으로 기체가 대기로 안전하게 릴리싱되도록 한다.

열분해 폐기물 처리 시스템은 일반적으로 열적 챔버, 공급물 입구부, 및 공급물 출구부를 구비한다. 공지된 열분해 폐기물 처리 시스템은 전형적으로 적어도 하나의 단일-칼날 나이프 게이트 밸브(single-blade knife gate valve)를 가지며, 이는 열적 챔버의 진출 지점 및/또는 진입 지점 근처에 위치한다. 이러한 단일-칼날 나이프 게이트 밸브는 열분해 챔버 밖으로 공기를 유지하고, 공급물 입구부를 통해 열적 챔버 내로 폐기물의 통로를 제어하며, 그리고 공급물 출구부를 통해 열적 챔버 밖으로 폐기물(또는 목탄)의 진출을 제어한다. 전형적인 나이프 게이트는 미국 특허 제 5,295,661호에 개시되며 본 출원에서 참조된다.

그러나 이러한 단일-칼날 나이프 게이트 밸브는 몇 가지 단점을 갖는다. 예를 들어, 단일 나이프 칼날이 밸브 어셈블리의 수용 단부를 향해 칼날을 슬라이딩함으로써 폐쇄되는 경우, 폐기물은 종종 칼날의 수용 단부 내에서 막힌다(jammed). 시간에 따라, 이러한 밸브의 적당한 작업 연속을 위해 실질적인 정화가 필요하다. 또한, 이러한 밸브는 한번 막히면 정기적으로 연속하여 막히는 것으로 알려져 왔다. 단일-패널 밸브를 세정 및 막힘 수리를 위해 분해하는 것이 전형적이다. 이는 바람직하지 않은 시간 및 노동 자원 낭비를 야기한다.

더욱이, 열분해 시스템에 가용한 공지된 나이프 게이트 밸브는 밸브 하우징 내에 완전히 만회되지 못하는 나이프 칼날을 가져서, 칼날의 일부가 밸브가 개방 위치인 경우 입구부의 내부 경로(interior lumen) 내에 노출되도록 남긴다. 이러한 밸브의 불완전 개방은 효과적이지 못하며 폐기물 통로를 방해한다.

이러한 단점에도, 단일 칼날 디자인은 일반적으로 강하고, 내구성 있는 구성을 갖는 것으로 여겨지기에, 열분해 시스템은 전형적으로 단일-칼날 나이프 게이트 밸브를 사용한다. 밸브의 시트 내에 수용되는 단일 칼날은 전형적으로 그 위의 직접적 폐기물 중량을 견디기에 비교적 강한 것으로 여겨진다. 또한, 마치 주방장이 정육점 칼을 이용하여 도마 위에서 고기를 자르듯이, 칼날-시트 결합체는 부피가 큰 폐기물을 효과적으로 자르도록(chopping) 한다. 더욱이, 막힘 현상을 위해 분해와 결합이 필요하기에, 분해/결합을 위한 이동 부품을 최소화하도록 단일 칼날 밸브가 바람직하다.

장기간 요구되어 온 사항은, 비교적 보다 효과적이며 비교적 유지가 용이한 공급물 입구 제어 및 공급물 출구 제어를 구비한 증진된 열분해 폐기물 처리 시스템이다. 본 발명의 개념은, 이러한 증진된 열분해 폐기물 처리 시스템을 제공하는 것이다.

참조된 특허, 출원 및 문헌들은 본 발명에서 전체적으로 참조된다. 참조 문헌의 용어의 사용 및 정의가 본 발명에서 제공되는 정의와 상이하거나 다를 수 있으며, 참조 문헌에서 제공되는 용어의 정의가 본 발명에 적용되지 않는다.

본 발명은 폐기물을 처리하기 위한 기기, 시스템, 빛 방법을 지시한다. 기기는, 열적 반응기 내에 위치한 열적 챔버를 갖는 열적 반응기, 열적 반응기에 연결되어 열적 반응기의 열적 챔버 내에 폐기물을 공급하기 위한 공급물 입구부, 열적 챔버를 가열하기 위한 가열원 및 기기의 내측 공간을 통해 폐기물의 통로를 제한하기 위해 기기 내에 위치한 적어도 하나의 나이프 게이트 밸브를 포함한다.

다양한 실시예가 가능하나, 본 기기는 제 1 칼날 및 제 2 칼날을 갖는 제 1 나이프 게이트 밸브를 가질 수 있다. 더욱이, 제 1 칼날은 가동식 칼날이며 제 2 칼날을 향해 이동하고 접촉하는 것이 고려된다.

또한, 제 1 칼날과 제 2 칼날이 상호 협력작용하여, 기기 내측 공간을 통한 폐기물 일부를 절단할 수 있다.

기기는 제 1 칼날에 연결된 액튜에이터를 가질 수 있으며, 액튜에이터는 전기력, 유압력, 및 공압력 중 하나 이상에 의해 구동된다.

바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 칼날은 종방향 축, 상부측, 하부측, 칼날측 및 칼날 가장자리를 갖는다. 칼날 가장자리와 종방향 축은 90도가 아닌 다른 각도에서 수렴되는 것이 고려된다. 다른 바람직한 실시예에서 칼날 가장자리와 종방향 축은 75도의 각도에 있다.

기기는 제 2 칼날을 향해 이동할 수 있는 제 1 칼날을 가져서, 제 1 칼날의 가장자리측이 제 2 칼날의 가장자리측과 접촉하고 이를 누르며, 이에 따라 기기의 내측 공간을 통한 폐기물의 통로를 실질적으로 방해한다.

다른 칼날 구성은, 제 1 칼날이 제 2 칼날을 향해 이동하여 제 1 칼날의 하부측이 제 2 칼날의 상부측 일부와 접촉하여 통로의 단면 영역을 감소시키며, 이에 따라 기기의 내측 공간을 통한 폐기물의 통로를 실질적으로 방해한다.

바람직한 실시예에서, 제 1 칼날의 칼날측은 제 1 칼날의 하부측 및 가장자리측이 만나는 곳에서 생성된 리지(ridge)이다. 다른 바람직한 실시예에서, 제 1 칼날의 하부측과 가장자리측은 45도 각도로 만난다.

선택적으로 기기는 제 1 나이프 게이트 밸브와 열분해 챔버 사이에 작동적으로 위치한 제 2 나이프 게이트 밸브를 갖는다. 제 2 나이프 게이트 밸브는 제 3 및 제 4 칼날을 가지며, 이들은 상호 짝을 이루며 협력작용하여 기기의 내측 공간을 통한 폐기물의 통로를 제한한다.

기기 내의 다양한 위치에서 다수의 나이프 게이트 밸브의 많은 상이한 배열이 고려된다. 적어도 하나의 밸브는 입구부 섹션 내에 위치한다. 다른 적어도 하나의 밸브는 출구부 섹션 내에 위치한다. 예를 들어, 제 1 나이프 게이트 밸브 및 제 2 나이프 게이트 밸브는 공급물 입구부에 연결될 수 있어서 2개의 밸브의 각각의 제 1 및 제 2 칼날이 공급물 입구부 내부 경로 내에 이동 가능하게 위치한다. 더욱이, 제 3 및 제 4 나이프 게이트 밸브가 공급물 출구부의 내부 경로 내에 이동 가능하게 위치한다. 이러한 구성에서 제 1 및 제 2 나이프 게이트 밸브는 열적 챔버 내의 가스 및 폐기물의 진입을 작동적으로 제한하며, 제 3 및 제 4 나이프 게이트 밸브는 열적 챔버로부터 폐기물의 진출을 가동적으로 제한하고 공급물 출구부로부터 챔버 내측으로 가스의 유입을 제한한다.

본 발명의 다른 목적, 특징, 양상 및 장점들은 첨부된 도면으로부터의 본 발명의 바람직한 실시예를 기술한 이하의 설명으로부터 명백할 수 있으며, 여기에서 유사 구성요소에는 유사 도면부호가 지칭된다.

도 1은, 본 발명의 양상에 따른, 이중 게이트 나이프 밸브를 구비한 열분해 폐기물 처리 시스템의 제 1 실시예의 측면도이다.

도 2는, 도 1의 이중 게이트 나이프 밸브를 구비한 열분해 폐기물 처리 시스템의 평면도이다.

도 3은, 도 1의 이중 게이트 나이프 밸브를 갖는 열분해 폐기물 처리 시스템의 근접 단부로부터 본 사시도이다.

도 4는, 본 발명의 양상에 따른 이중 나이프 게이트 밸브의 제 1 실시예의 평면도이다.

도 5는, 개방 위치에서의 도 4의 밸브의 저면도이다.

도 6은, 공급-원료 입구부에 작동적으로 연결된 도 4의 밸브의 측면도이다.

도 7은, 본 발명의 제 1 실시예의 제 1 및 제 2 칼날의 평면도이다.

도 8은, 도 7의 칼날의 측면도이다.

도 9는, 본 발명의 일 양상에 따른 칼날의 제 1 실시예의 측면도이다.

도 10은, 본 발명의 일 양상에 따른 칼날의 제 2 실시예의 측면도이다.

본 발명 및 다양한 실시예들이 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 보다 잘 이해될 수 있으며, 이는 청구범위에서 한정되는 본 발명의 설명을 위한 실시예로서 이해되어야 한다. 청구범위에서 한정되는 본 발명의 범위는 이하에서 설명되는 실시예보다 더 넓을 수 있다.

본 발명의 개념 및 범위를 벗어나지 않고 당업자는 다수의 대안 및 수정이 가능함을 이해할 수 있다. 따라서, 도시된 실시예들은 오직 설명을 위한 것이며, 이하의 청구범위에 의해 한정되는 본 발명을 제한하여서는 안된다. 예를 들어, 청구범위에서 부재들이 특정 조합으로서 설명되어도, 본 발명은 상이한 또는 다소 적거나 많은 부재의 조합을 포함함을 주지하여야 한다.

본 발명에서 기재되는 명세서에 사용되는 용어들과 그 실시예들은 일반적으로 한정되는 의미를 지칭할 뿐만 아니라, 일반적으로 한정되는 의미 너머 본 발명의 구조, 물질 또는 작용의 한정으로도 포함된다. 따라서, 명세서에서 부재가 하나 이상의 의미를 포함하는 것으로서 본 발명에서 이해된다면, 청구범위에서의 그러한 용어의 사용은 명세서 및 그 단어 자체의 의미로서 지칭되는 모든 가능한 의미로서 이해되어야 한다.

따라서, 청구범위에서의 용어 또는 부재의 정의는 오직 설명되는 부재의 조합만을 포함하는 것이 아니라, 실질적으로 동일한 방법으로 실질적으로 동일한 결과를 얻기 위한 실질적으로 동일한 기능을 수행하기 위한 균등한 구조, 물질 또는 작용도 포함한다. 이러한 면에서, 둘 또는 그 이상의 부재의 균등한 대체는 이하의 청구범위에서 부재들 중 어느 하나를 위하여 이루어질 수 있으며, 또는 하나의 부재는 청구범위에서 둘 또는 그 이상의 부재로 대체될 수 있다. 특정 조합을 지칭하는 것으로 부재들이 기술되었으나, 소정의 경우 청구범위로부터 하나 또는 그 이상의 부재가 조합 가능하며, 청구범위는 그러한 조합의 서브-콤비네이션 또는 그 일례만을 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.

당업자의 입장에서 청구된 범위로부터의 실질적이지 않은 변형은, 또는 공지되거나 이후 알게 되는 변형은 본 발명의 청구범위의 표현의 대체이다. 따라서, 지금 또는 이후 당업자에게 명백한 실시예들은 청구범위로서 한정되어야 한다.

따라서 정확히 설명되고 기재되는 내용은 균등한 내용, 명백히 대체될 수 있는 내용 및 본 발명의 기본적 개념에 포섭되는 내용일 것이다.

따라서, 첨부된 도면과 연관되어 후술되는 상세한 설명은, 본 발명의 바람직한 실시예의 기술이며, 본 발명의 유일한 실시예를 기술하는 것이 아니며 또한 본 발명이 구현하고자 하는 또는 사용하고자 하는 유일한 형태가 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명을 구성하고 작동하기 위한 순차적인 단계 및 기능을 도시된 실시예와 연관지어 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 아우르는 상이한 실시예에 의해 동일하거나 균등한 기능이 이루어질 수 있음을 주지하여야 한다.

본 발명자는, 단지 하나의 나이프 칼날을 갖는 나이프 게이트 밸브를 사용하는 것 대신에 열분해 폐기물 처리 시스템에서 이중 칼날을 갖는 나이프 게이트 밸브를 사용하는 것이, 나이프 게이트 밸브 자리(seat)에 끼인(jammed) 폐기물 제거 필요성을 감소시킨다는 측면에서 바람직하다는 것을 발견하였다.

여기에서 사용되는 "열분해 챔버(pyrolytic chamber)"는 "열분해 챔 버(pyrolysis chamber)", "반응 챔버(reaction chamber)", 및 "열적 챔버(thermal chamber)"와 그 뜻이 동일하다. 이러한 용어들 모두 폐기물의 열분해가 이루어지는 챔버를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 열분해 폐기물 처리 시스템의 기본 구조를 일반적으로 도시한다. 열분해 폐기물 처리 시스템(100)은 열분해 챔버(또는 반응 챔버(110)), 공급물 입구부(120), 공급물 출구부(130), 가열 공급원, 및 다수의 이중 게이트 나이프 밸브(160A~D)를 포함한다. 열분해 챔버는 폐기물을 수용하고 폐기물을 가열하며, 챔버 내에 존재하는 열을 충분히 제한하여 챔버 내의 물질이 실질적으로 가열되도록 한다. 다수의 이중 게이트 나이프 밸브는 상호 작용하여 챔버 내의 가스 존재를 제한한다.

열분해 챔버(110)는 공급물 입구부(120)와 연결되어 먼저 공급물 입구부(120)의 상부 개구부를 통한 폐기물을 수용한다. 도 1에서의 시스템(100)은 선택적으로 입구부 측벽 상에 위치한 공급물 시각 윈도우(122)를 가져서 공급물 입구부(120) 내측을 가시적으로 보여준다. 윈도우(122)는 작동자가 공급물 입구부(120)를 통한 폐기물의 통과를 모니터하도록 한다. 도 1에 도시된 바와 같이 공급물 시각 윈도우는 이중 게이트 나이프 밸브(160A) 상부에서 이에 바로 인접하여 위치한다. 이러한 배열은 작동자가 선택적으로 이중 게이트 나이프 밸브(160A, 160B)의 작동을 바람직하게 모니터하도록 한다. 이러한 시각 윈도우를 위한 다른 위치 역시 가능하며, 밸브(160A, 160B) 사이에 위치할 수 있다. 유사하게, 시스 템(100)의 다른 부품 역시 시각 윈도우를 가질 수 있어서 시스템(100) 내측의 가시성을 제공한다.

열분해 챔버(110)는 공급물 출구부(130)를 가져서, 폐기물이 열분해 챔버 내에서 처리된 이후 폐기물 또는 공급물이 공급물 출구부(130)를 통과한다. 결과적으로 폐기물은 공급물 출구부(130)를 통과하여 (도시되지 않은) 바닥 개구부를 통해 목탄으로서 배출된다. 시스템은 챔버 내에서 생성되는 어떠한 유기 가스를 통과시킬 수 있는 오프-가스 파이프(135)를 가져서, 챔버 내에서 생성되는 어떠한 유기 가스도 가스가 연소되는 산화기(oxidizer)(후연소기(afterburner))로 유동하도록 한다.

열분해 챔버(110)는 가열 공급원에 열적으로 연결된다. 도 1에 도시된 가열 공급원은 연소 공기 매니폴드(140), 연소 송풍기(142), 및 천연 가스 연소기 매니폴드(144)를 포함한다. 이는 열분해 폐기물 처리 시스템을 위한 전형적인 가스 가열 공급원이다. 연소 송풍기(142)는 연소 공기 매니폴드(140)를 통한 공기의 유입을 허용한다. 또한, 천연 가스 연소기 매니폴드(144)는 가스 연소기와 협력작용하여 열분해 처리에 필요한 열을 생성한다.

당업자는, 기술된 가열 공급원이 다른 공지된 가열 메커니즘으로 용이하게 수정할 수 있을 것이며, 이는 특정 적용을 위해 필요한 기능 또는 심미적인 이유이다.

열분해 처리 시스템(100)은 열분해 챔버(110)의 내측에 위치한 (도시되지 않은) 샤프트에 연결된 유압 드라이브(150)를 갖는다. 드라이브(150)는 기계적으로 샤프트와 체결되고 샤프트를 회전시켜서 열분해 챔버 내의 폐기물을 다룬다. 당업자는 본 기술 분야에서 이러한 샤프트의 공지된 다양한 크기 및 구성이 본 발명에서 이러한 샤프트의 대체로서 가능함을 이해할 것이다. 더욱이, 드라이브(150)는 대안적인 전력 공급원으로 구동 가능하며, 예를 들어 드라이브(150)는 전기적 또는 기계적으로 구동 가능하다.

여기에서는 4개의 이중 게이트 나이프 밸브(160A~D)가 도시된다. 이중 게이트 나이프 밸브(160A, B)는 챔버(110) 상류에 위치하여, 폐기물의 적어도 일부가 챔버(110)에 진입하기 전에 밸브(160A, B)를 통과한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이중 게이트 나이프 밸브(160A, B)는 밸브(160A, B)의 폐쇄가 입구부(120)를 통한 폐기물의 통과를 제한하는 방식으로 공급물 입구부(120)에 연결된다. 자세히 후술하는 바와 같이, 이중 게이트 나이프 밸브(160A~D)는 서로를 향해 이동 가능한 2개의 가동 칼날을 가져서 실질적으로 통로를 폐쇄한다. 또한, 2개의 칼날은 상호 반대 방향으로 이동 가능하여 통로를 개방한다. 선택적으로 하나의 칼날이 이동 가능하며, 동일 밸브의 다른 칼날이 정지하여 남을 수 있다.

폐기물의 통로는, 폐기물이 열분해 폐기물 처리 시스템(100) 내로 이동하는 의도된 경로로서 한정되어 열분해 처리를 효과적으로 한다. 공급물 입구부(120)와 공급물 출구부(130) 모두 폐기물 통로를 위한 내측 공간에서 일반적으로 종방향 형태를 갖는다. 또한, 내측 공간은 내부 경로로서 고려된다. 또한, 폐기물 통로는 열분해 챔버(110)의 내측 공간을 포함한다. 전형적인 열분해 폐기물 처리 시스템에서, 폐기물은 먼저 공급물 입구부(120)의 내부 경로를 통과하고, 다음 열분해 챔 버(110)의 내측 공간 내로 진입하며, 다음 공급물 출구부(130)의 내부 경로로 이를 통해 이동된다.

각각의 이중 게이트 나이프 밸브(160A~D)는 독립적으로 밸브를 완전히 또는 부분적으로 폐쇄함으로써 폐기물의 통과를 실질적으로 제한할 수 있다. 이중 게이트 나이프 밸브(160A~D)는 개별적으로 작동하거나 제어될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이중 게이트 나이프 밸브(160A~D)의 기능은 열분해 챔버(110) 내에 가스 존재를 제한하고, 시스템(100)을 통한 폐기물의 통과량을 제어하고, 적정 길이 및 섹션으로 이들을 절단함으로써 폐기물을 예비-처리하고, 그리고 공급물 출구부(1300)의 내부 경로 내에 이들을 절단함으로써 폐기물을 열분해 처리하는 것을 포함한다.

작동시, 이중 게이트 나이프 밸브(160A, 160B)가 동시에 개방되지 않는 것이 바람직하다. 폐기물은 먼저 공급물 입구부(120)의 상부 개구부를 통해 시스템(100) 내에 진입한다. 밸브(160A)는 밸브(160B)가 폐쇄된 동안 개방되어, 폐기물이 밸브(160A)와 밸브(160B) 사이의 내부 경로 공간 내에 진입하도록 한다. 다음, 밸브(160A)는 폐쇄되고 밸브(160A)의 개구부를 가로질러 폐기물을 절단한다. 밸브(160A)가 폐쇄되면, 밸브(160B)가 개방되어 폐기물이 밸브(160A)와 밸브(160B) 사이의 내부 경로 공간 내의 폐기물이 공급물 입구부(120)를 떠나고 열분해 챔버(110)에 진입하도록 한다. 어느 순간에도 공급물 입구부는 밸브(160A, 160B) 중 어느 하나의 폐쇄에 의해 밀봉된다는 점을 주지하여야 한다. 이러한 디자인은 열분해 챔버(110) 내의 가스 (및/또는 공기) 흡입을 최소화하는 것으로 고려되어야 한다. 바람직하게는, 시스템(100) 외부로부터 열분해 챔버 내에 진입하는 가스 (및/또는 공기) 양은 제한되어, 열분해 챔버(110) 내의 가스 (및/또는 공기) 존재는 챔버(110) 총 체적의 25%보다 적으며, 바람직하게는 15%, 보다 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 1%보다 적다. 유사하게, 이중 게이트 나이프 밸브(160C, 160D) 역시 전술한 밸브(160A, 160B)와 같이 동시에 개방되지 않는다. 달리 말하면, 어느 순간에도, 챔버(100)는 각각의 단부의 이중 게이트 밸브 중 어느 하나에 의해 각각의 말단에서 폐쇄/밀봉된다.

도 2는 열분해 폐기물 처리 시스템(100)의 평면도이다. 공급물 입구부(120)는 (폐쇄 위치에서) 이중 게이트 나이프 밸브(160A)의 칼날이 공급물 입구부(120)의 상부 개구부를 통해 보이도록 도시된다. 이중 게이트 나이프 밸브(160B)는 이중 게이트 나이프 밸브(160A)의 직접 아래에 놓이며, 따라서 도 2의 평면도에서 도시되지 않는다. 이중 게이트 나이프 밸브(160C)는 부분적으로 도시되며, 오프-가스 파이프(135) 아래에 놓인다. 이중 게이트 나이프 밸브(160D)는 이중 게이트 나이프 밸브(160C) 바로 아래에 놓이며, 도 2의 평면도에서 도시되지 않는다.

도 3은 근접 단부에서 시스템(100)의 먼 단부를 향해 본 열분해 폐기물 처리 시스템(100)의 도면이다. 시스템(100)의 근접 단부로부터 보아서, 이중 게이트 나이프 밸브(160A, B)를 구비한 공급물 입구부(120)가 도시된다. 그러나 이중 게이트 나이프 밸브(160C)는 열분해 챔버(100)로 인해 가시적으로 도시되지 않는다.

도 4는 폐쇄 위치에서 상부로부터 이중 게이트 나이프 밸브(160)를 근접하여 본 도면을 제공한다. 이중 게이트 나이프 밸브(160)는 나이프 칼날(170A, B)을 구비한다. 여기에서, 동일 밸브(160)의 칼날(170A, 170B)은 밸브 프레임(196)에 의 해 한정된 공간 내로 이동하며 상호 짝을 이루어서 폐기물의 통로를 실질적으로 폐쇄한다. 도 4에서 2개의 칼날(170A, 170B)은 그 단부에서 짝을 이룬다. 후술하겠으나, 도 10에서 2개의 칼날은 겹침 표면(overlapping surface)에서 짝을 이룰 수 있다.

이중 게이트 나이프 밸브(160)는 칼날(170A, B)을 개방 위치에서 폐쇄 위치로, 그리고 폐쇄 위치에서 개방 위치로 이동시키기 위한 밸브 액튜에이터를 갖는다. 밸브 액튜에이터는 도 4~6에서 공압 밸브 액튜에이터(190)로서 도시된다. 공압 밸브 액튜에이터(190)는 공기압을 선형 이동으로 변환함으로써 이중 게이트 나이프 밸브(160)의 위치를 조정한다. 전형적으로, 선형 이동 장치는 게이트, 글러브, 편막, 핀치, 및 앵글형 밸브를 폐쇄 부재의 위치를 제어하는 슬라이딩 스템(sliding stem)으로서 개방 및 폐쇄한다. 여기에서, 밸브 액튜에이터(190)는 슬라이딩 스템(192)에 연결된 액튜에이터 바디(191)를 갖는다. 슬라이딩 스템(192)은 액튜에이터 바디(191) 내에 수용되고 피스톤-형 작동으로 액튜에이터 바디(191)의 안팎으로 슬라이딩 가능하다.

당업자는, 이러한 형식의 밸브 액튜에이터가 공압을 회전 운동으로 변환 가능함을 알 것이며, 이는 밸브의 작동 및 칼날 형식에 따른다.

회전 운동 장치는 볼, 플러그, 나비 밸브(butterfly valve)를 1/4회전(90°) 또는 그 이상 개방으로부터 폐쇄로 이동시킨다. 공압 밸브 액튜에이터를 위한 많은 작동 방법이 본 기술 분야에 공지된다. 편막 액튜에이터는 주로 선형 이동 밸브에 사용되지만 선형-회전 운동 연결 형식에 사용되는 경우 회전 이동에 적합하지 않다. 피스톤 실린더 액튜에이터는 선형 및 회전 이동 밸브에 적합하다. 전형적으로 랙-피니언(rack-and-pinion) 액튜에이터가 피스톤 실린더 액튜에이터의 선형 이동을 회전 이동으로 전환하도록 사용될 수 있다. 랙-피니언 디자인은 본 기술분야에서 수동-작동식 밸브를 조정하는데 적합한 것으로 공지된다. 선형 이동을 회전 이동으로 전환하도록 스카치 요크 장치가 사용될 수 있다.

슬라이딩 스템(192)의 먼 단부에 칼날 앵커(194)가 존재하여, 슬라이딩 스템(192)에 칼날(170)을 부착한다. 칼날 앵커(194)는 칼날(170)을 슬라이딩 스템(192)에 단단히 부착하여 슬라이딩 스템(192)의 미끄럼 이동이 칼날(170)을 동일한 방향으로 이동하도록 한다. 슬라이딩 스템(192)이 밸브 액튜에이터(190)에 의해 먼 방향으로 이동하도록 작동되는 경우, 슬라이딩 스템은 액튜에이터 바디(191) 밖으로 밸브 프레임(196)을 향해 이동하며, 밸브 프레임은 액튜에이터 프레임(193)을 통해 액튜에이터 바디에 연결된다. 또한, 슬라이딩 스템의 밸브 프레임(196)을 향한 선형 이동은 칼날(170)을 동일한 방향으로 이동하도록 하여 칼날(170)이 밸브 프레임(196) 내측으로 이동하도록 한다. 액튜에이터 프레임(193)은 구조적 지지를 제공하며, 액튜에이터 바디(191)를 밸브 프레임(196)에 연결한다.

도 5는, 개방 위치에서의 밸브로서, 바닥에서 본 도면으로서 도 4의 밸브(160) 및 칼날(170A, B)을 도시한다. 여기에서 (밸브 프레임(196)으로 둘러싸인 정사각 형태로 한정된) 통로는 제한되지 않으며 막히지 않는다. 개방 위치에서 칼날의 어떠한 부분도 통로에 남아 밸브를 통한 폐기물의 이동을 제한하지 않는다.

도 6은, 폐쇄 위치에서의 밸브로서, 공급물 입구부(120)의 단면을 통해 놓인 이중 게이트 나이프 밸브(160)를 도시한다. 여기에서 공급물 입구부(120)를 통한 폐기물의 통로는 효과적으로 막히며 실질적으로 제한된다.

공압 밸브 액튜에이터(190)는 선택적으로 다른 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 액튜에이터(190)는 토크 센서를 갖는 오버-토크 보호부(over-torque protection)를 가질 수 있어서, 안전 토크 레벨이 초과된 경우 전력 공급원을 차단한다. 또한, 액튜에이터(190)는 이동 멈추개(travel stop) 또는 이동 제한기(travel limit)를 가질 수 있어서 액튜에이터의 선형 또는 회전 이동을 제한하거나 방지할 수 있다. 더욱이, 공압 밸브 액튜에이터(190)는 전자 기계적 제한 스위치(콘택트) 또는 비-접촉 근접 센서를 가질 수 있어서, 원격 위치로부터 위치 감시를 허용한다. 밸브 액튜에이터(190)는 일체화된 누름 버튼 또는 수동 제어기를 포함할 수 있다. 다른 제어 장치는 수동 휠(hand wheel), 수동 레버, 또는 유압식 수동 펌프를 가질 수 있어서, 이들은 비상시 액튜에이터의 작동을 방지하도록 사용될 수 있다.

이중 게이트 나이프 밸브(190)는, 공기압을 사용하여 밸브를 일 방향으로 제한하는 단일-작용 메커니즘 및 밸브를 다른 방향으로 작동시키는 압축 스프링을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 이중 게이트 나이프 밸브(1690)는 공기압을 사용하여 밸브를 양 방향으로 작동하는 이중-작용 메커니즘을 사용한다.

밸브 액튜에이터(190)의 작동은 다수의 변수 및 특징을 가지며, 예를 들어 작동 시간, 제어 신호 입력, 작동 형태, 안전 위치, 공기 공급 압력 범위 및 작동 온도이다. 작동 시간은 밸브를 완전히 폐쇄하는데 필요한 시간이다. 미리 암페 어, 전압, 및 압력 신호는 일반적인 제어 신호 입력이다. 안전 위치는 선택적으로 제공되어 공압 밸브 액튜에이터가 제어 신호의 전압 실패 또는 손실의 경우 밸브를 개방하거나 폐쇄할지 여부를 결정하도록 제공된다. 공기 공급 압력 범위는 바람직한 토크 또는 스러스트 출력을 획득하는데 필요한 입력 압력이다. 스트로크 길이, 회전수, 및 액튜에이터 힘은 개시된 형식의 선형 이동 밸브를 이동시키는 공압 밸브 액튜에이터에 필요한 다른 특징이다. 더욱이, 밸브(160)는 선택적으로 가시적인 지시계 또는 전기적 디스플레이를 구비한 회전 이동 장치를 사용할 수 있어서 이동의 완전한 범위가 1/4회전, 일반적인 180° 또는 270° 회전, 또는 360° 이상의 다중 회전인지 여부를 지시한다.

도 7은, 칼날(170A, B)을 보다 상세히 도시한다. 칼날(170A, B)은 상부측(171)을 갖는다. 상부측(171)은, 이중 게이트 나이프 밸브(160)가 열분해 폐기물 처리 시스템(100) 상에 위치하고 작동되는 경우 칼날(170A, B)의 측면을 상방으로 면한다. 유사하게, 칼날(170A, B)은 하부측(172)을 갖는다. 하부측(172)은, 이중 게이트 나이프 밸브(160)가 열분해 폐기물 처리 시스템(100) 상에 위치하고 작동되는 경우 칼날(170A, B)의 측면을 하방으로 면한다.

칼날(170A, B)은 종방향 축(179)을 갖는다. 측면 가장자리(178)는 도 7에 도시된 바와 같이 축(179)과 평행하게 상부측(171) 및 하부측(172)의 외측 가장자리이다. 도 7~10에 지시되지는 않았지만, 당업자는 칼날의 두께로 인하여 각각의 칼날(170A, B)은 축(179)과 평행한 4개의 측면 가장자리(171)를 갖는 것을 이해할 것이다.

칼날(170A, B)은 각각 칼날 가장자리(174)를 가지는데, 칼날(170A)의 경우에 있어서 도 9에 도시된 바와 같이) 상부측(171)과(with) 또는 (칼날(170B)의 경우에 있어서 도 9에 도시된 바와 같이) 하부측(172)과 칼날측(175)이 수렴하는 릿지로서 칼날 가장자리가 형성된다. 칼날 가장자리(174)는 폐기물을 절단/전단하는 것을 용이하게 하도록 비교적 날카로운 리지를 생성하는 각도를 이루도록 형성된다. 각도는 일반적으로 칼날 가장자리(174)를 형성하는 인접한 측들에 의해 생성되는 각도로서 정의된다. 예를 들어, 도 8에서 칼날(170A)의 칼날 가장자리(174)는 칼날측(175)이 상부측(171)과 수렴하여 각도(182)를 형성하는 리지에 의해서 형성된다.
각도(182)는 25 내지 90도이며, 보다 바람직하게는 40 내지 80도, 가장 바람직하게는 45도이다. 45도는 칼날(170A, B)이 보다 효과적으로 협력작용하여 폐기물을 절단하고 시스템(100)을 통한 폐기물의 통로를 실질적으로 제한할 수 있는 최적의 각도임이 밝혀졌다.

무딘 칼날 가장자리(176)는 칼날 가장자리(174)와 평행하며, 칼날 가장자리(175)가 하부측(172)(도 9의 칼날(170A)의 경우) 또는 상부측(171)(도 9의 칼날(170B)의 경우)에 수렴하는 곳에서 리지로서 한정된다.

칼날은 그 이동 방향으로 수직인 단부를 가질 수 있다. 즉, 칼날 가장자리(174)는 축(179)에 수직이다. 바람직하게는 칼날은 도면들에 도시된 바와 같이 이동 방향에 수직이지 않은 단부를 갖는다. 칼날 가장자리(174)는 바람직하게는 축(179)에 대해 경사를 갖는다. 도 7에 도시된 바와 같이, 칼날 가장자리(174)는 축(179)에 대해 경사 각도(181)를 형성한다. 경사 각도(181)는 40 내지 90도이며, 바람직하게는 60 내지 90도이며, 보다 바람직하게는 적어도 70도이며, 가장 바람직하게는 75도이다. 75도는 칼날(170A, B)이 보다 효과적으로 협력작용하여 폐기물 을 절단하고 시스템(100)을 통한 폐기물의 통로를 실질적으로 제한하는 최적의 각도로 발견되었다. 도 7에서 축(179)이 측면 가장자리(178)와 평행하기에 가장자리(178)와 칼날 가장자리(174)에 의해 형성된 각도는 경사 각도(181)와 동일하다.

또한, 전술한 칼날의 단부는 베벨형 선단(beveled leading edge)을 갖는 것으로 기술될 수 있다. 베벨형 선단은 바람직하게 45도의 각도(각도(182))를 가질 수 있다. 이러한 베벨형 선단은 2개의 칼날에 짝을 맞추도록 짝을 이루는 가장자리일 수 있다.

짝을 이루는 것과 관련하여, 도 8~10은 2개의 칼날이 서로 누르거나 겹쳐서 짝을 이루는 것을 도시하며, 실질적으로 2개의 칼날 사이의 최소 통로 공간이 남도록 한다. 칼날들은 효과적인 짝을 이루기 위해 상호 직접 닿거나 닿지 않을 수 있다. 짝을 이루는 목적은, 밸브의 개방이 실질적으로 밸브의 개방을 통한 폐기물의 통로를 제한하도록 폐쇄하기 위함이다. 짝을 이루는 것은 2개의 칼날의 다양한 맞춤 구성으로 이루어질 수 있다. 도 9는 곧은 베벨형 단부가 짝을 이루는 것을 도시하며, 여기에서 칼날측은 측면도 상으로 곧으며 맞추어진 베벨형 단부들은 매우 양호하게 굽은형, 만입형, 원뿔형, 원뿔대형 등일 수 있다. 유사하게, 평면도로부터, 앞면 칼날 가장자리는 도 7에 도시된 바와 같이 곧은 형태 이외의 구성을 가질 수 있어서, 물결형, 부정형, 굽은형, 또는 주름형 등의 맞춤 단부일 수 있다.

도 9 및 10에 연관되어 설명되는 바와 같이, 협력작용하는 칼날(170A, B)은 상호 상이한 방식으로 접촉할 수 있다. 도 9에서, 칼날(170A, B)이 이중 게이트 나이프 밸브(160)에 실질적으로 인접하도록 작동된 경우, 칼날(170A, B)의 칼날 측(175)은 상호 접하거나 누른다. 칼날측(175)이 상호 누르면, 도 4에 도시된 바와 같이 이중 게이트 나이프 밸브는 폐쇄된다.

도 10에서, 칼날(170A, B)이 이중 게이트 나이프 밸브(160)에 실질적으로 근접하게 작동한 경우, 칼날(170A)의 상부측(171)은 칼날(170B)의 하부측(172)에 근접한다. 칼날(170A)의 상부측(171)이 칼날(170B)의 하부측(172)과 물리적으로 접촉할 수 있거나 또는 접촉할 수 없는 동안, 이중 게이트 나이프 밸브는 효과적으로 폐기물을 절단하며 폐기물의 통로를 실질적으로 제한한다. 도 9와 비교하여, 도 10의 칼날측(175)은 상호 누르지 않으며 이들이 만나는 지점까지 전진하여 2개의 협력작용 칼날이 겹치는 겹침 영역을 생성한다.

도면은 칼날(170A, 170B)이 상호 거울 역상인 것으로 도시하나, 2개의 협력작용 칼날(170A, B)은 상이한 크기, 구성, 형태, 각도(182) 정도, 무딘 각도(813) 정도, 및 경사 각도(181) 정도를 가질 수 있다. 목적은, 폐기물을 절단하면서 폐기물의 통로를 제한하는데 적합하도록 상호 물리적으로 접촉할 수 있거나 또는 접촉할 수 없는 가동 상호 작용 칼날을 갖는 것이다. 예를 들어, 이러한 목적은 도 10에 도시된 바와 같이 상호 겹치도록 짝을 이루는 칼날에 의해서 이루어질 수 있으며, 칼날 가장자리의 형태 및 크기가 상이한 칼날일 수 있다.

이중 게이트 나이프 밸브의 구성요소들은 특정 열분해 폐기물 처리 시스템에서 주변 환경 요소들(온도, 습도, 및 화학성분)을 견디는데 적합할 수 있으며, 이러한 물질들은 천연 또는 합성 폴리머, 다양한 금속 및 금속 합금, 천연 물질, 섬유질, 유리 및 세라믹 물질 및 가용한 어떤 조합일 수 있다. 칼날들은 가장 바람 직하게는 스테인레스 물질로 이루어진다.

이에 따라서, 이중 게이트 나이프 밸브의 특정 실시예 및 적용례가 기재되었다. 그러나 당업자는 본 발명의 개념을 벗어나지 않은 다양한 많은 수정이 가능함을 이해할 것이다. 따라서 이러한 설명은 첨부된 청구범위의 개념을 제한하는 것이 아니다. 더욱이, 청구범위 및 상세한 설명 모두에 기재된 용어들은, 문맥에서 일치되는 가능한 넓은 방식으로 이해되어야 한다. 특히, "포함하다(compromise, compromising)"는 부재, 구성요소, 또는 단계들을 완전히 구성되는 요소들로 이해되어서는 안되며, 참조되는 부재, 구성요소 또는 단계들이 존재하거나, 사용되거나, 또는 다른 부재, 구성요소 또는 단계들과 조합될 수 있다. A, B, C ... N으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 일부 중 하나 이상을 지칭하는 청구범위의 경우, A를 제외하고 N을 추가하거나 또는 B에 N을 추가하는 등의 그룹으로부터 오직 하나의 부재를 선택하는 것으로 이해될 수 있다.

Claims (22)

1. 열적 챔버(thermal chamber);

   상기 열적 챔버에 연결되어 상기 열적 챔버에 폐기물을 공급하는 공급물 입구부(feed-stock inlet);

   상기 공급물 입구부에 연결되어 상기 입구부의 내부 경로(lumen)를 통한 폐기물의 통로를 제한하는 제 1 나이프 게이트 밸브(knife gate valve); 및

   열분해 챔버(pyrolytic chamber)에 연결된 공급물 출구부(feed-stock outlet);를 포함하고, 그리고

   상기 제 1 나이프 게이트 밸브가 이동의 공통 평면 상에서 제 2 나이프 칼날과 정합되는 제1 컷팅 리지(ridge)를 구비하는 제 1 나이프 칼날을 포함하고,

   상기 제 1 나이프 게이트 밸브가 상기 열분해 챔버의 상류에 위치되고, 상기 제 1 나이프 칼날과 상기 제 2 나이프 칼날이 정합되어 상기 챔버 내 열분해를 촉진시키는 공기유동 밀봉을 형성하고,

   제 2 나이프 게이트 밸브가 상기 공급물 출구부에 연결되고 상기 열분해 챔버의 하류에 위치되어 상기 챔버 밖으로의 상기 폐기물의 유출을 조절하는,

   폐기물을 처리하기 위한 기기.
2. 제 1 항에 있어서,

   적어도 상기 제 1 나이프 칼날이 상기 제 2 나이프 칼날을 향해 이동 및 접촉이 가능한 가동 나이프 칼날이고,

   상기 기기의 내측 공간을 통과한 폐기물의 일부가 이러한 접촉에 의해 절단되는(severed),

   폐기물을 처리하기 위한 기기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 나이프 칼날의 액튜에이터가 전기식, 유압식, 또는 공압식 액튜에이터인,

   폐기물을 처리하기 위한 기기.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 나이프 칼날과 상기 제 2 나이프 칼날은 180도가 아닌 각도를 이루며 만나는,

   폐기물을 처리하기 위한 기기.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 나이프 칼날 및 상기 제 2 나이프 칼날은 접촉되었을 때 상기 제 1 나이프 칼날의 표면 및 상기 제 2 나이프 칼날의 표면이 오버랩되도록 정합되는,

   폐기물을 처리하기 위한 기기.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 나이프 게이트 밸브는 정합하는 제 3 나이프 칼날 및 제 4 나이프 칼날을 더 포함하는,

   폐기물을 처리하기 위한 기기.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 나이프 칼날은 상기 제 1 나이프 칼날의 칼날부(blade portion)의 측부(side) 상에 베벨형 가장자리(beveled edge)를 구비하는,

    폐기물을 처리하기 위한 기기.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 베벨형 가장자리는 40도 내지 80도 사이의 각도를 이루며 각진,

    폐기물을 처리하기 위한 기기.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 나이프 칼날 및 상기 제 2 나이프 칼날은 접촉시(at contact) 정합되는 베벨형 가장자리들을 갖는,

    폐기물을 처리하기 위한 기기.
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 열분해 챔버의 상류에 위치된 제 3 나이프 게이트 밸브를 더 포함하는,

    폐기물을 처리하기 위한 기기.
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제

Images