KR101394623B1 - 슬러지를 건조하는 방법 및 상기 방법을 실행하는데 사용되는 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬러지를 건조하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 적어도 포화 증기를 주입하여 설정 압력까지 밀봉된 챔버(1)를 가압하고, 일정 시간 동안 상기 설정 압력을 유지하는 단계와; 상기 챔버(1)의 벽면에서 멀리 떨어져 위치하는 탱크의 내부를 적재 수단을 사용하여 채워 넣고, 동시에 상기 설정 압력을 유지하는 단계와; 마이크로파 공급원에서 가장 멀리 떨어져 위치하는 탱크의 벽면 가까이에서 작동하며 주입 수단(33)을 포함하는 혼합기(3)를 통하여 상기 슬러지(5) 내부로 과열 증기를 주입하는 단계와; 상기 슬러지(5)를 혼합하는 동안 실행되는 단계로서, 상기 탱크 쪽으로 주파수가 400 MHz 내지 2450 MHz인 마이크로파를 방사하여 상기 슬러지(5)의 중심을 가열하는 단계와; 상기 챔버의 벽면에서 응결되어 상기 벽면을 따라 상기 챔버(1)의 바닥 쪽으로 흘러내리는 수분을 외부와 연결되어 있는 밸브(6)를 통하여 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러기 건조 방법에 관한 것이다.
마이크로파 생성기, 과열 증기 생성기, 포화 증기 생성기, 슬러지, 혼합기, 혼합기 요소, 인클로저, 수분 제거 밸브, 도파관, 임피던스 커플러/어댑터

Description

슬러지를 건조하는 방법 및 상기 방법을 실행하는데 사용되는 장치{METHOD OF DRYING SLUDGE AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD}
본 발명은 슬러지(sludge)를 건조하는 방법과, 상기 방법을 실행하기 위해 사용되는 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 산업 슬러지, 혼합된 슬러지, 또는 도시 슬러지를 건조하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
하수 오물 슬러지 처리에 의해 발생되는 문제는 지방 자치 단체와 정부에 있어 매우 심각하고 중요한 문제이다. 사실, 하수 오물 슬러지의 양은 꾸준히 증가하고 있으며, 하수 오물 슬러지들이 토지, 지하수 및 환경에 발생시키는 유독 화학 약품 오염, 세균 오염 그리고 후각기 오염의 위험 또한 증가 추세에 있다. 따라서, 신뢰할 수 있고, 지속될 수 있고, 생태계 보호적이고, 경제적이며 그리고 모든 경우에 사용가능한, 하수 오물 슬러지를 처리하고 재사용하는 최적의 기술을 가질 필요가 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 슬러지 처리에 대한 몇몇 해결책들이 현존한다.
이러한 해결책들 중 하나는 특히 그 원리가 열전달에 기초한 대류를 이용하는 처리법이다. 이 기술의 문제점은 너무 고비용이라는 점이다.
또 다른 해결책은 제1 단계로서 슬러지를 건조시키는 단계와, 제1 단계 후 건조된 슬러지를 저장가능한 미립자 형태로 변화시키는 단계로 구성된다.
일반적으로, 건조 단계는 여전히 젖어 있는 슬러지들을 건조대에 위치시키고, 위치시킨 후에 슬러지들을 가열된 공기 스팀으로 쓸어 냄으로써 달성된다. 이러한 건조 단계의 마지막에 슬러지들은 미립자 형태로 변화된다.
이러한 유형의 슬러지 처리법의 문제점은 슬러지를 가열된 공기 유동으로 건조시키는 과정에 너무 많은 시간이 소요된다는 점이다.
프랑스특허공보 FR 2 115 951은 너무 긴 건조 시간의 문제점을 해결할 수 있는 장치를 제안하고 있고, 상기 장치는 처음에 슬러지들을 분해된 슬러지 형태로 변화시킨 후에 동물용 또는 비료용 건조 영양소 유형의 제품을 건조하는데 사용되며, 이러한 제품들을 살균하는데 사용된다. 이러한 장치는 분해된 슬러지의 이송 장치를 제공하는 튜브 형태의 따뜻한 공급 장치를 포함한다. 상기 이송 장치는 상기 튜브에 대해 축방향으로 배열되어 있는 샤프트를 포함하고, 나선형으로 배열된 베인(vane)들을 포함한다. 상기 이송 장치는 단일 물체로서 분해된 슬러지가 마이크로파로 처리될 영역 쪽으로 분해된 슬러지 전방으로 이동해야 한다. 마이크로파의 기능은 분해된 슬러지들을 살균하고 분해된 슬러지에 잔존하는 수분을 제거함으로써 건조 단계를 마무리하는 것이다. 따라서 다량의 건조된 슬러지가 상기 장치에서 배출되고 포장을 위해 수집된다.
이러한 장치의 문제점은, 생산물의 건조를 완성하기 위해 다수의 단계를 필요로 한다는 점, 특히 건조된 슬러지를 분해하는 단계를 필수적인 단계로 한다는 점이다. 이러한 다양한 단계들은 매우 복잡하고 부피가 매우 큰 장비을 필요로 한다.
이러한 건조 장치의 또 다른 문제점은 특정 경우에 화재 또는 폭발이 일어날 위험이 있다는 점이다. 세가지 인자, 즉 다량의 분말 내용물, 다량의 산소 내용물 그리고 발화 요인이 있는 경우에, 이러한 폭발의 위험이 존재한다. 따라서, 이러한 세가지 폭발 인자 중 어느 하나라도 존재하지 않도록 하는 것이 중요하다.
게다가, 이러한 기술을 사용하는 장치는 고가이며, 이러한 장치의 사용은 에너지 측면에서도 고비용이다.
건조 단계가 정확하게 실행될 때, 건조된 슬러지는 자연 발화할 수 있는 온도까지 가열될 수 있다. 따라서 이러한 발화 요인은 종종 슬러지의 건조 단계 중 존재한다. 따라서 나머지 두 가지 요소, 즉 분말 및 산소 내용물이 존재하지 않도록 해야한다.
본 발명의 목적은 폭발의 위험없이 슬러지 건조를 최적화하는데 사용될 수 있고, 동시에 매우 빠른 시간 내에 슬러지를 완벽하게 건조시킬 수 있으며 이로 인해 소모되는 에너지를 감소시킬 수 있는, 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은:
적어도 포화 수증기를 주입하여 설정 압력까지 밀봉된 인클로저의 압력을 상승시키고, 소정 시간 동안 상기 설정 압력을 유지하는 단계와;
상기 압력이 유지되도록 보장하는 적재 수단을 사용하여, 상기 인클로저의 벽면으로부터 일정 간격 떨어져 위치되는 탱크 내로 슬러지를 채워 넣는 단계와;
상기 마이크로파의 공급원에서 가장 멀리 떨어져 있는 상기 탱크의 벽면에 인접하여 작동하며, 주입 수단을 포함하는 혼합기를 사용하여 상기 슬러지 내로 과열 증기를 주입하는 단계와;
상기 슬러지를 혼합하는 동안 실행되는 단계로서, 상기 탱크 쪽으로 주파수가 400 MHz 내지 2450 MHz인 마이크로파를 방사하여 상기 슬러지의 중심까지 가열하는 단계와;
응결되어 상기 인클로저의 벽면을 따라 상기 인클로저의 바닥 쪽으로 흘러 내려서 수집된 수분을, 외부와 연결되어 있는 밸브를 사용하여 제거하는 단계;를 포함하는, 하수 오물 슬러지, 액상 분뇨, 또는 정화조의 배설물과 같은 슬러지를 건조하는 방법에 의해 달성된다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 건조 과정을 보다 더 균일하게 하기 위하여, 그리고 동시에 상기 마이크로파의 상기 물질 내로의 투과를 상당히 촉진하기 위하여, 전체 건조 기간동안 상기 혼합기를 사용하여 상기 슬러지를 혼합한다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 포화 수증기의 포화 압력은 1 bar 내지 3 bar이다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 포화 수증기의 포화 압력은 1 bar이다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 과열 증기의 압력은 1 bar 내지 5 bar이다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 과열 증기의 압력은 3 bar이다.
또 다른 특징에 의하면, 증발이 일어나도록 하기 위하여, 상기 인클로저의 온도는 상기 슬러지의 온도보다 낮아야만 한다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 마이크로파에 의한 조사는, 상기 슬러지의 온도가 110 ℃ 내지 140 ℃일 때 실행된다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 마이크로파에 의한 조사는, 상기 슬러지의 온도가 130 ℃일 때 실행된다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법을 실행하는데 사용되는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은: 밀봉된 탱크를 포함하고, 설정 압력을 견디도록 구성되고, 수정 결정 또는 마이크로파의 사용에 적절한 다른 물질로 된 하나 이상의 창을 통하여 하나 이상의 마이크로파 생성기와 연결되어 있고, 포화 증기 생성기 및 건조하고자 하는 슬러지의 투입구와 연결되어 있는 인클로저와; 상기 인클로저에 배열되고 과열 증기를 주입하는 수단을 포함하는 혼합기와; 건조된 슬러지를 배출하는 문;으로 구성되는, 상기 방법을 실행하는데 사용되는 장치에 의해 달성된다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 장치는 상기 장치의 최하단부에서, 수분 제거 밸브로 제어되어 중력에 의해 흘러내린 수분을 제거하는데 사용되거나 또는 상기 인클로저의 내부 압력을 조절하는데 사용되는, 지면 쪽으로 향해 있는 오리피스를 포함한다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 인클로저는, 가압된 환경과 접촉하는 상기 인클로저의 내부 벽면을 냉각시키기 위해 상기 인클로저의 최하단부에 위치된 냉각 수단을 포함하고, 상기 냉각 수단은 상기 인클로저의 특정 부분만 냉각시키도록 위치된다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 냉각 수단은 상기 인클로저의 1/2 내지 3/4을 냉각시키기 위해 사용된다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 혼합기는 튜브로 구성되고, 상기 튜브는 튜브의 말단에 부착된 하나 이상의 베인 형상의 혼합기 요소를 포함하고, 상기 혼합기 요소에는 상기 주입 수단이 위치된다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 튜브는 과열 증기 생성기에 연결되고, 상기 생성기에 의해 생성된 증기는 상기 튜브로 흘러, 상기 혼합기 요소에 도달하고, 도달한 후 상기 주입 수단으로 주입된다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 주입 수단은 상기 혼합기 요소에 형성된 개구들로 구성된다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 인클로저의 모든 개구는, 상기 압력 및 상기 마이크로파에 대해 밀봉 상태를 제공하도록 차폐 수단으로 차폐될 수 있다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 인클로저는, 상기 건조 처리법에 의해 증발된 수분의 응결을 촉진하기 위하여 상기 인클로저의 내부 표면의 일부분을 냉각시키는데 사용되는 냉각 수단을 포함한다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 장치는, 상기 압력 및 상기 마이크로파에 대해 밀봉 상태를 제공하기 위하여 자동문으로 폐쇄될 수 있는 하나 이상의 단부를 포함한다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 마이크로파 생성기는 마이크로파 커플러/어댑터를 통하여 상기 건조 인클로저와 연결되어 있다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 인클로저는 안전 밸브를 포함한다.
또 다른 특징에 의하면, 상기 탱크는, 응결된 수분이 흘러내릴 수 있도록 구멍이 형성된 지지부에 의해 상기 인클로저의 벽면과 일정 간격 떨어져 위치된다.
본 발명의 나머지 특징들과 장점들은 이하에 첨부된 도면을 참조하여 이하의 설명을 읽을 때 보다 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 종단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 일 실시예의 종단면도이고,
도 3은 도 2에 도시된 실시예의 단면도이다.
도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 인클로저(1)로 구성되고, 상기 인클로저는 이중 벽면을 가지며 금속 소재로 된 바람직하게는 원통형 및 긴 형상이고, 상기 이중 벽면은 첫째로 우수한 단열 효과와 증기의 압력에 대해 밀봉 효과를 제공하고, 둘째로 마이크로파에 대해 밀봉 효과를 제공한다. 상기 인클로저(1)는 외부에 개방되어 있고 문(10) 또는 뚜껑(10)로 폐쇄될 수 있는 하나 이상의 단부를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 인클로저(1)는 폐쇄될 수 있는 하나의 단부를 포함한다. 개구들을 폐쇄하는데 사용되는 문(10)은 상기 문(10)이 폐쇄될 때 상기 인클로저(1)가 공기, 증기 압력 그리고 마이크로파와 같은 전파에 전체적으로 밀봉되도록 설계된다. 따라서 상기 문(10)은 압력에 대해 밀봉하는 테프론(Teflon) 또는 실리콘 개스킷(102)과, 마이크로파에 대해 밀봉하는 금속 개스킷(101)을 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 상기 문(10)은 문에 연결된 바퀴(151)들을 포함하는 이동 시스템(152)에 의해 슬라이딩할 수 있다. 따라서 상기 이동 시스템은 상기 문이 상기 인클로저(1)에 대해 축방향으로 이동될 수 있게 한다. 이러한 실시예에서, 상기 문이 개방될 때 형성된 개구를 통하여 슬러지가 채워진다.
일반적으로, 상기 인클로저(1)는 지면에 정지해 있고, 받침대(15)로 고정되어 있으며, 지면에 정지해 있는 상기 받침대 부분은 상기 인클로저(1)의 바닥 부분을 형성한다.
내부에서, 상기 인클로저(1)는 바닥 부분에 추가 벽면을 포함하고, 상기 추가 벽면은 건조하고자 하는 슬러지(5)가 채워질 구형 탱크(7)를 형성한다. 상기 탱크(7)는 상기 인클로저(1)에 부착된 상부 리지(ridge)(71)를 포함하고, 작은 개구들이 상기 리지에 형성되어 있다. 이러한 개구들은 상기 인클로저(1)의 내부 벽면에 응결된 수분을 상기 인클로저(1)의 바닥 쪽으로 제거한다.
도 1에 도시된 실시예에서, 건조하고자 하는 물질(5)이 물질 투입구(8)를 통하여 상기 인클로저(1) 내로 채워진다. 상기 투입구(8)는 상기 인클로저(1)의 한쪽 측면에서 상기 인클로저(1)의 높이 중간에 위치된다.
도 2에 도시된 실시예에서, 왕복 이동하는 트롤리(151, 152)에 위치되어 있어 측방향으로 이동가능한 탱크에 의해 건조하고자 하는 물질(5)을 채워넣을 수 있고, 상기 탱크를 뒤집음으로써 상기 물질을 배출할 수 있다.
본 발명에 의해 처리되는 슬러지(5)들은 사실 하수 오물 슬러지, 액상 분뇨, 정화조의 배설물 등이다.
또한 상기 인클로저(1)는 창(2)을 형성하는 하나 이상의 구형인 또는 사각형인 개구(2)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 인클로저(1)는 다수의 창(2)을 포함한다. 상기 창(2)은 증기에 대해서는 밀봉되어 있지만 마이크로파 방사선은 통과하도록 하는 물질로 구성된다. 일 실시예에서, 상기 창(2)은 수정 결정(quartz crystal)으로 구성된다. 또 다른 실시예에서, 상기 창(2)은 테프론(Teflon), 또는 전자기 방사선은 통과시키고 증기에 대해서는 밀봉하는 다른 특정 물질로 구성된다. 이러한 가압된 창(2)은 상기 마이크로파(23)을 상기 인클로저(1)의 내부 쪽으로 보내는데 사용되며, 상기 창을 송출창(transmitting window)(2)이라 한다. 따라서 상기 창은 마이크로파(23)를 통과시키고, 이때 상기 마이크로파는 건조하고자 하는 슬러지(5)에 작용한다. 상기 마이크로파(23)는 도파관(24)에 의해 하나 이상의 창(2)으로 전달된다. 상기 도파관(24)은 임피던스 커플러(coupler)/어댑터(adapter)(21)를 통하여 마이크로파 생성기(22)에 연결된다. 따 라서 상기 전파 생성기(22, 23)는 건조하고자 하는 슬러지(5)를 처리하는데 사용된다. 상기 창(2)은 지면에 고정되어 있는 부분의 반대쪽 부분인 상기 인클로저(1)의 상부 부분에 위치된다.
도 1에 도시된 제1 실시예에서, 상기 인클로저(1)는 수직으로 세워져 있다. 이러한 경우에, 상기 인클로저의 높이가 폭보다 더 크다. 이러한 실시예에서, 상기 인클로저(1)는 지면에 고정되어 있는 단부의 반대쪽 단부에 개구를 포함한다. 이때 창(2)은 상부 부분에서 상기 개구 아래에 위치되고, 이로 인해 뚜껑(10) 아래에 위치하게 된다. 이러한 경우에, 마이크로파가 상기 창을 통과하여 빠져나가기 때문에, 상기 마이크로파는 상기 탱크의 바닥에 대해 수직방향이고, 이때 건조하고자 하는 물질(5)에 수직으로 도달하도록 다시 방향이 바뀐다.
또 다른 실시예에서, 상기 창(2)은 상기 뚜껑(10) 위에 위치되고, 이로 인해 직접적인 방사선을 허용하고, 상기 방사선은 건조하고자 하는 물질(5)에 수직으로 도달한다.
도 2에 도시된 제2 실시예에서, 상기 탱크는 수평으로 위치되고; 이로 인해 상기 탱크의 폭은 높이보다 크다. 이러한 경우에, 여전히 한쪽 단부에 있는 개구는 동력 공급장치의 반대쪽 측면에 위치될 것이다. 이때 상기 창(2)은 여전히 지면에 고정되어 있는 부분에 반대쪽 부분인 상기 인클로저(1)의 상부 부분에 위치될 것이다.
어떤 실시예에서든지, 상기 창(2)이 사각형일 때, 상기 창은 서로에 대해 역방향이도록 위치되고, 즉 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 창은 세로 방향으로 위 치되고, 인접한 다른 하나의 창은 가로 방향으로 위치된다.
상기 인클로저(1)는 두 개 이상의 파이프를 통하여 두 개 이상의 증기 생성 시스템과 연결되어 있다.
제1 생성기(9)가 포화 증기를 생산한다. 상기 포화 증기는 건조하고자 하는 물질(5)을 채워넣기 전에 상기 인클로저(1)의 내부에 전체적으로 주입된다.
제2 생성기(32)가 과열 증기를 생산한다. 상기 과열 증기는 건조하고자 하는 물질(5) 내로 직접 주입된다.
혼합기(3)가 상기 인클로저(1) 내부에 위치된다. 상기 혼합기(3)는 상기 인클로저(1)를 통과하는 튜브(31, 31')로 구성된다. 상기 튜브(31, 31')는 상기 과열 증기 생성기(32)에 연결되어 있다. 상기 튜브(31, 31')는 하나 이상의 혼합기 요소(35, 35')를 포함한다. 상기 혼합기 요소(35, 35')는 상기 과열 증기를 주입하는 수단(33, 33')을 가지고 있다. 상기 주입 수단(33, 33')은 상기 혼합기 요소(35, 35')에 형성된 개구(33, 33')들로 구성된다. 상기 과열 증기 생성기(32)로 생산된 과열 증기는 상기 튜브로 흘러, 상기 과열 증기가 상기 혼합기 요소(35, 35')에 도달하고, 그 후 상기 주입 수단(33, 33')에 의해 건조하고자 하는 물질(5)의 중심에 주입된다.
제1 실시예에서, 상기 혼합기 요소(35)는 상기 인클로저(1)의 바닥에 도달하는 튜브(31)의 단부에 부착된 베인(vane)으로 구성된다. 상기 혼합기는 상기 인클로저(1) 외부에 위치된 모터(34)로 회전한다. 상기 베인은 상기 탱크(7)의 바닥의 구형 또는 타원형 형상을 따른다.
상기 튜브는 상기 탱크의 대칭축(A)에 대해 이격되어 있고, 즉 상기 마이크로파 공급원에서 멀리 떨어져 있는 벽면 가까이에 위치된다.
제2 실시예에서, 상기 혼합기 요소(35')는 상기 튜브(31') 가장자리에 부착된 사각형 베인으로 구성되고, 바람직하게는 나선 형상으로 구성되어 있고 서로 이격되어 있다. 상기 튜브는 모터(34)로 회전하고 엔드리스 스크류(endless screw)처럼 거동한다.
상기 두 가지 실시예의 경우에, 상기 베인은 건조하고자 하는 물질(5)의 혼합양을 최대화하기 위하여 가능한 상기 탱크(7)의 바닥에 가까이 도달하도록 고정된다. 상기 베인에 사용되는 소재는 마이크로파를 견디는 물질이다. 상기 물질은 예를 들어 파이렉스(Pyrex) 또는 테프론(Teflon)일 수 있다.
상기 베인은 건조하기 전인 건조하고자 하는 물질(5)을 지나쳐 통과하지 못하도록 고정되고, 건조 과정의 마지막에 상기 마이크로파의 영향으로 인한 문제를 방지하기 위해 상기 베인이 과도하게 돌출되는 않도록 건조하고자 하는 물질(5)의 양이 선택된다.
상기 혼합기의 역할은 첫째로 균일하게 건조하기 위해 상기 슬러지(5)를 혼합하는 것이고, 둘째로 상기 슬러지 내로의 마이크로파의 투과력을 증가시키며 상기 건조 과정을 촉진하는 것이다. 사실 슬러지를 혼합하지 않는다면, 건조 껍질(dry crust)이 슬러지 표면에 빠르게 형성되고, 상기 건조 껍질은 마이크로파가 바람직하게 투과하는 것을 방해하고, 따라서 효율적이고 균일한 건조를 방해한다.
응결수(condensation water)가, 수분-제거 밸브(41)에 의해 제어되고 상기 인클로저의 바닥 부분에 위치되는 파이프(4)를 통하여 제거된다.
상기 수분 제거 밸브(41)는 상기 인클로저(1)를 요구되는 압력에 유지하는데 사용되고, 이러한 요구되는 압력이 너무 높다면 압력을 제거하는데 사용되며, 최종적으로 건조 과정이 완료될 때 상기 인클로저(1)를 대기에 개방하는데 사용된다.
상기 인클로저(1)의 상부 부분은 요구되는 압력에 따라 설정되는 안전 밸브(12)를 포함하고, 상기 안전 밸브는 상기 수분 제거 밸브(41)와 달리 압력을 조절할 필요가 있는 경우에만 작동할 것이다. 따라서 상기 안전밸브(12)는 상기 장치의 통상적인 작동 중에는 전혀 사용되지 않는다.
또한 상기 인클로저(1)는 인클로저의 이중벽에 냉각 수단(203)을 포함한다. 이러한 냉각 수단(203)은 상기 인클로저(1)의 바닥 부분을 냉각하도록 위치되고, 따라서 증발수를 응결시킨다. 상기 냉각 수단(203)은 예를 들어 냉각 가스가 흐르는 코일일 수 있다.
이러한 냉각 수단(203)은 상기 인클로저에 저온대(200)와 고온대(300)를 형성한다. 상기 저온대와 고온대 사이에 있는 분리대(202)는 상기 인클로저의 바닥 부분에서 1/2 내지 3/4에 위치된다.
상기 인클로저의 바닥 부분에서, 상기 인클로저(1)는 상기 건조 사이클이 완료되었을 때 건조된 물질을 제거하는데 사용되는 문(6)을 포함한다. 또한 도 1에 도시된 실시예에서, 상기 문(6)은, 상기 혼합기(3)가 일직선으로 유지되게 하고 혼합 과정 동안 상기 혼합기가 뒤집어 지는 것을 저지하는 가이드(guide)를 포함한다.
상기 인클로저(1)는 건조 과정 동안 파라미터들을 조절하기 위하여 온도 및 압력을 측정하는 수단(11)을 포함한다. 상기 인클로저(1)의 개구 조립체는 상기 인클로저(1)가 밀봉상태를 유지하도록 하여 마이크로파의 누출을 방지하는 밸브 시스템(91, 81, 61, 41)을 포함한다.
본 발명의 범위에서 사용되는 모든 압력 및 온도는 특히 몰리에 선도(Mollier diagram)에서 계산된다.
상기 장치를 사용하는 건조 방법은 다음의 작동 과정을 포함한다:
- 포화 증기의 요구되는 작동 온도에 대응하는 압력에 도달할 때까지 상기 인클로저(1) 내에 포화 증기를 주입하여 상기 인클로저(1)를 가압한다. 예를 들어, 포화 증기는 온도가 100 ℃이고 압력이 1 bar인 포화 증기에서, 온도가 130 ℃이고 압력이 3 bar인 포화 증기까지 선택할 수 있다.
- 슬러지 형태인, 건조하고자 하는 물질(5)을 투입한다. 이 단계에서, 상기 슬러지(5)는 70% 내지 80%의 수분을 포함한다.
- 상기 튜브(31, 31')와 혼합기 요소(35, 35')를 사용하여 건조하고자 하는 슬러지(5) 중심에 과열 증기를 주입하고, 동시에 슬러지를 혼합한다. 혼합 과정은 균일한 건조 과정을 가능하게 하므로 매우 중요하다. 상기 과열 증기는 1 bar 내지 5 bar인 압력에서 주입되고, 일 실시예에서는 3 bar에서 주입된다. 이는 슬러지(5)의 온도를 130 ℃에 근접하게 한다. 이러한 단계는 상기 물질을 예비 건조하는데 사용된다.
- 상기 온도가 130 ℃에 도달할 때, 상기 물질의 건조를 가속시키기 위해 상 기 마이크로파를 투과시킨다. 상기 마이크로파의 파장은 400 MHz 내지 2450 MHz이다.
따라서 상기 인클로저(1)의 상부 부분과 상기 슬러지(5)가 위치되는 인클로저(1)의 바닥 부분 사이에는 압력차가 존재한다. 이러한 압력 편차는 상기 슬러지(5) 외부 쪽으로 수분을 제거하는 것을 촉진한다. 상기 마이크로파 생성기의 출력은 슬러지 온도(5)가 포화 시스템의 온도 이상 되도록 계산된다.
포화 증기 압력에서, 슬러지 처리 과정 동안 상기 슬러지에서 방출된 습기는 저온 벽면을 따라 중력에 의해 흘러내려서, 상기 수분 제거 밸브(41)를 통하여 그릴(71) 아래에서 회수될 것이다. 상기 수분 제거 밸브(41)의 개구는 수위가 그릴에 인접할 때마다 감시 시스템(monitoring system)에 의해 일정 간격으로 개방될 것이다. 상기 인클로저(1)는 상기 수분 제거 밸브(41)의 자동 개방을 가능하게 하는 수위-감지 장치를 포함한다.
일정 시간 후에, 슬러지가 건조된 때, 상기 마이크로파 생성기 또한 정지하고, 상기 압력은 점진적으로 대기압에 도달하도록 감소된다.
상기 슬러지(5) 둘레의 주위 환경의 포화 압력까지 가압함으로써 그리고 마이크로파 출력을 적절히 사용함으로써, 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 에너지 소비량보다 더 적은 에너지 소비량으로, 상기 슬러지(5) 내에서 습기를 제거하는 과정을 가속화 시킬 수 있고 더 빠른 건조를 성취할 수 있다.
게다가, 포화 압력 이하에서의 작동함으로써 산소 발생을 방해하여 폭발 현상을 제거하는 효과도 있다.
본 발명이 청구범위에서와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 많은 다양한 특정 형태의 실시예들이 가능하다는 점은 당해 기술 분야에서 숙련된 당업자에게 명확할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도면에서만 관찰할 수 있지만, 첨부된 청구항의 범위에 의해 기재된 범위 내에서는 수정될 수 있고, 본 발명은 상기한 상세한 설명에 제한되어서는 안된다.

Claims (22)

  1. 마이크로파를 조사하여 하수 오물 슬러지, 액상 분뇨, 또는 정화조의 배설물과 같은 슬러지(5)를 건조하는 방법으로서,
    적어도 포화 수증기를 주입하여 설정 압력까지 밀봉된 인클로저(1)의 압력을 상승시키고, 소정 시간 동안 상기 설정 압력을 유지하는 단계와;
    상기 압력이 유지되도록 보장하는 적재 수단을 사용하여, 상기 인클로저(1)의 벽면으로부터 일정 간격 떨어져 있는 탱크 내로 슬러지를 채워 넣는 단계와;
    상기 마이크로파의 공급원에서 가장 멀리 떨어져 있는 상기 탱크의 벽면에 인접하여 작동하며, 주입 수단(33)을 포함하는 혼합기(3)를 사용하여 상기 슬러지(5) 내로 과열 증기를 주입하는 단계와;
    상기 슬러지(5)를 혼합하는 동안 실행되는 단계로서, 상기 탱크 쪽으로 주파수가 400 MHz 내지 2450 MHz인 마이크로파를 방사하여 상기 슬러지(5)의 중심까지 가열하는 단계와;
    응결되어 상기 인클로저의 벽면을 따라 상기 인클로저(1)의 바닥 쪽으로 흘러 내려서 수집된 수분을, 외부와 연결되어 있는 밸브(6)를 사용하여 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지를 건조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 건조 과정을 균일하게 하기 위하여, 그리고 동시에 상기 마이크로파가 상기 물질 내로 원활히 투과하도록, 전체 건조 기간동안 상기 혼합기(3)를 사용하여 상기 슬러지(5)를 혼합하는 것을 특징으로 하는 슬러지를 건조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포화 수증기의 포화 압력은 1 bar 내지 3 bar인 것을 특징으로 하는 슬러지를 건조하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 포화 수증기의 포화 압력은 1 bar인 것을 특징으로 하는 슬러지를 건조하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 과열 증기의 압력은 1 bar 내지 5 bar인 것을 특징으로 하는 슬러지를 건조하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 과열 증기의 압력은 3 bar인 것을 특징으로 하는 슬러지를 건조하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    증발이 일어나도록 하기 위하여, 상기 인클로저의 온도는 상기 슬러지(5)의 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 슬러지를 건조하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로파에 의한 조사는, 상기 슬러지(5)의 온도가 110 ℃ 내지 140 ℃일 때 실행되는 것을 특징으로 하는 슬러지를 건조하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마이크로파에 의한 조사는, 상기 슬러지(5)의 온도가 130 ℃일 때 실행되는 것을 특징으로 하는 슬러지를 건조하는 방법.
  10. 밀봉된 탱크를 포함하고, 설정 압력을 견디도록 구성되고, 수정 결정 또는 마이크로파를 사용할 수 있는 물질로 된 하나 이상의 창(2)을 통하여 하나 이상의 마이크로파 생성기(22)와 연결되어 있고, 포화 증기 생성기(32) 및 건조하고자 하는 슬러지(5)의 투입구(8)와 연결되어 있는 인클로저(1)와;
    상기 인클로저(1)에 배열되고 과열 증기를 주입하는 수단(33)을 포함하는 혼합기(3)와;
    건조된 슬러지를 배출하는 문(6);으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 슬러지를 건조하는 방법을 실행하는데 사용되는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 장치는 지면 쪽 방향의 최하단부에서, 수분 제거 밸브(41)로 제어하여 중력에 의해 흘러내린 수분을 제거하는데 사용되거나 또는 상기 인클로저의 내부 압력을 조절하는데 사용되는 오리피스(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 인클로저(1)는, 가압된 환경과 접촉하는 상기 인클로저의 내부 벽면을 냉각시키기 위해 상기 인클로저의 최하단부에 위치된 냉각 수단(203)을 포함하고, 상기 냉각 수단은 상기 인클로저의 특정 부분만 냉각시키도록 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉각 수단(203)은 상기 인클로저의 1/2 내지 3/4을 냉각시키기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 혼합기(3)는 튜브(31)로 구성되고, 상기 튜브는 튜브의 말단에 부착된 베인 형상의 혼합기 요소(35)를 하나 이상 포함하고, 상기 혼합기 요소에는 상기 주입 수단(33)이 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 튜브(31)는 과열 증기 생성기(32)에 연결되고, 상기 생성기에 의해 생성된 증기는 상기 튜브(31)로 흘러, 상기 혼합기 요소(35)에 도달하고, 도달한 후 상기 주입 수단(33)으로 주입되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 주입 수단(33)은 상기 혼합기 요소(35)에 형성된 개구들로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 인클로저(1)의 모든 개구는, 상기 압력 및 상기 마이크로파에 대해 밀봉 상태를 제공하도록 차폐 수단으로 차폐될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 인클로저(1)는, 상기 건조 처리법에 의해 증발된 수분의 응결을 촉진하기 위하여 상기 인클로저의 내부 표면의 일부분을 냉각시키는데 사용되는 냉각 수단(203)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 압력 및 상기 마이크로파에 대해 밀봉 상태를 제공하기 위하여 자동문(10)으로 폐쇄될 수 있는 하나 이상의 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 마이크로파 생성기(22)는 마이크로파 커플러/어댑터(21)를 통하여 상기 건조 인클로저(1)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제10항에 있어서,
    상기 인클로저(1)는 안전 밸브(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제10항에 있어서,
    상기 탱크는, 응결된 수분이 흘러내릴 수 있도록 구멍이 형성된 지지부에 의해 상기 인클로저의 벽면과 일정 간격 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
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