KR102276481B1 - 가열봉 온도제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염토양이 저장되는 하우징; 상기 하우징에 착탈이 가능하도록 구성되며 상기 오염토양으로 열을 인가하는 복수의 가열봉; 복수의 가열봉에 전원을 인가하는 전원공급수단; 상기 전원공급수단을 제어하여 복수의 가열봉에 대해 선택적인 전원의 인가가 가능하도록 하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열봉 온도제어 시스템에 관한 것이다.

Description

가열봉 온도제어 시스템{Heating rod Temperature control system}

본 발명은 가열봉에 의해 오염토양의 열탈착에 있어 적정의 위치에서 적정의 온도로 열탈착이 이루어지도록 하는 시스템에 관한 것이다.

최근 전 세계적으로 인구증가 및 산업 발달로 발생되는 폐기물과 유해화학물질로 인하여 토양 및 지하수 오염의 심각성이 고조되어 개발사업으로 영향 받게 되는 토양환경에 대한 중요성이 대두되고 있다.

특히 지속적인 경제발전과 소득수준이 향상되면서 산업활동과 더불어 자동차 보급으로 인한 유류사용량이 크게 증가하였다. 이에 따라 주유소의 유류저장탱크, 화학물질을 저장하고 있는 산업시설의 지하저장탱크 등에서 비수용상액체(NAPLs)로 분류되는 유류 및 유해화학물질의 유출로 인한 토양 및 지하수 오염 문제가 부각되고 있다.

이에, 다양한 열처리 시스템(열탈착 시스템)을 이용하여 오염토양을 정화하는 기술이 제시되고 있다. 여기서, 열처리 시스템이란 오염토양에 함유된 오염물질을 열탈착 반응으로 분리 제거하는 시스템으로서 오염토양을 고온으로 직접 가열하여 오염물질을 연소시키는 것이다.

선행문헌으로서 대한민국 특허등록 제10-847058호 등의 경우도 이러한 오염토양의 열처리 시스템에 관한 것이다.

상기 기술은 오염토양을 건조하고, 건조시 발생한 폐가스를 오염토양으로부터 분리 배출하는 건조기와; 건조된 오염토양을 밀폐된 상태로 간접 가열하여 오염토양을 정화토양과 열분해가스로 분리한 후, 정화토양과 열분해가스를 각각 분리 배출하는 열분해장치와; 배출된 열분해가스를 강제이송하는 이송팬과; 건조기에서 배출된 폐가스와, 이송팬에서 강제이송된 열분해가스를 산화시켜 열분해장치를 가열하는 버너와; 배출된 정화토양에 냉각수를 직접 분무하여 냉각하는 냉각설비를 포함하여 구성되어 있다.

그러나 상기 기술의 경우 처리해야 할 오염토양의 종류, 용량 등에 따른 선택적 처리가 용이하지 않은 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제10-847058호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 처리해야 할 오염토양의 종류, 용량 등 다양한 인자에 따라 효율적인 열탈착의 처리가 가능한 시스템을 제공하고자 함이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 가열봉 온도제어 시스템(이하 "본 발명의 시스템"이라함)은, 오염토양이 저장되는 하우징; 상기 하우징에 착탈이 가능하도록 구성되며 상기 오염토양으로 열을 인가하는 복수의 가열봉; 복수의 가열봉에 전원을 인가하는 전원공급수단; 상기 전원공급수단을 제어하여 복수의 가열봉에 대해 선택적인 전원의 인가가 가능하도록 하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 제어부에 의해 전원이 인가된 가열봉 및 가열봉에 의해 발현되는 온도가 현시되는 모니터부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 하우징에는 격벽에 의해 구획되어 하부에는 오염토양이 저장되는 저장부가 구성되며 상부에는 열처리를 통해 발생되는 가스가 포집되는 포집부가 구성되고 상면에는 상기 가열봉이 체결되는 체결공이 형성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 가열봉은 상기 체결공에 체결되며 외부의 전원과 전기적 연결이 가능하도록 하는 단자가 노출된 머리와, 상기 머리 하부에서 열선이 내재되어 발열이 이루어지는 몸체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 몸체는 내부에 열선이 내재되어 상기 저장부에 삽입되는 가열부와 상기 가열부 상부에서 상기 포집부에 내재되는 비가열부로 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 가열부와 상기 비가열부는 열차단재질로 구성되며 내부에 공간이 형성되고 열선과 전기적 연결을 위한 연결공이 구성되는 연결몸체와 상기 연결몸체 양단에서 각각 가열부와 비가열부에 체결되는 체결테두리를 포함하는 열차단연결구에 의해 연결됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 격벽은 가스를 통과시키는 메쉬망으로 구성되며, 상기 격벽에는 상기 체결공에 대향하는 관통공이 형성되어 상기 몸체가 관통하고, 상기 관통공이 형성된 위치에는 중앙부에 상기 관통공에 대향하여 상기 몸체에 있어 비가열부가 관통하는 제 2관통공과, 상기 제 2관통공과 연하여 단면이 요홈형상으로 형성되도록 하여 상기 비가열부에 응결된 물방울이 유도되어 저장되도록 하는 테두리요홈으로 구성된 응결수저장구가 포함되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 시스템은 처리해야 할 오염토양의 종류, 용량 등에 따라 선택적으로 가열봉을 제어하여 온도, 위치 등을 조절함으로써 효율적인 운전이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 시스템을 나타내는 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 구성으로 하우징과 가열봉을 나타내는 측단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 구성으로서 가열봉을 나타내는 개략도이고,
도 4는 도 3에 도시된 가열봉의 일 예를 도시한 측단면도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 부분도이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 시스템(1)은 도 1에서 보는 바와 같이 오염토양이 저장되는 하우징(2); 상기 하우징에 착탈이 가능하도록 구성되며 상기 오염토양으로 열을 인가하는 복수의 가열봉(3); 복수의 가열봉(3)에 전원을 인가하는 전원공급수단(5); 상기 전원공급수단(5)을 제어하여 복수의 가열봉(3)에 대해 선택적인 전원의 인가가 가능하도록 하는 제어부(4);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여 본 발명의 시스템(1)에는 도 1에서 보는 바와 같이 상기 제어부(4)에 의해 전원이 인가된 가열봉(3) 및 가열봉(3)에 의해 발현되는 온도가 현시되는 모니터부(8)가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

즉 본 발명의 시스템(1)은 오염토양을 EX-SITU하여 하우징(2)에 내재시킨 상태에서 가열봉(3)의 가열에 의해 하우징(2)의 오염토양에 열탈착이 이루어지도록 하는데 있어 복수의 가열봉(3)에 인가되는 전원을 제어부(4)에 의해 제어가 되도록 함으로써 처리해야할 오염토양의 종류, 량 등 다양한 인자에 따라 효율적인 운용이 가능하게 되는 것이다.

도 1에서 보는 바와 같이 하우징(2)에 장착된 복수의 가열봉(3)은 전원공급수단(5)에 전기적으로 연결되어 전원공급수단(5)에 의해 전원이 인가되면 가열봉(3)에 열이 발산되도록 하는 것이다.

여기서 전원공급수단(5)은 다양한 공지의 기술이 존재하는데 예로 자가발전수단으로 태양열에 의한 전원공급수단(5)도 적용될 수 있다. 이렇게 자가발전수단을 적용하는 경우 전기시설이 없는 오지 등에서도 시스템(1)의 운전이 가능하도록 하는 것이다.

특히 본 발명의 시스템(1)에서는 상기 제어부(4)가 상기 전원공급수단(5)을 제어하여 전원이 인가될 가열봉(3)을 선택할 수 있음과 동시에 각 가열봉(3)에 인가될 전원의 세기가 조절되도록 하여 전원이 인가된 가열봉(3)에서 발현되는 온도를 조절할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 제어부(4)에 의해 전원이 인가될 가열봉(3) 및 인가될 전원의 세기가 조절되도록 하여 처리해야할 오염토양의 종류, 오염물질의 농도, 오염토양의 용량 등 다양한 인자를 고려하여 효율적으로 운전이 가능하도록 하는 것이다. 즉 적정의 위치에서 적정의 온도가 발현되도록 하여 효율성을 높이도록 하는 것이다.

이러한 제어부(4)의 제어결과는 상기 모니터부(8)에 현시되도록 하여 사용자가 시스템의 작동상태를 용이하게 인지토록 하는 것이다. 물론 상기 모니터부(8)를 통해 제어부(4)의 제어명령을 입력토록 할 수 있다. 또한 도면에 도시된 바는 없으나 하우징(2)의 각 위치에는 각종 센서가 구비되도록 하여 내재된 오염토양에 있어 오염물질의 농도가 상기 모니터부(8)에 현시되도록 하고 이렇게 현시된 자료를 근거로 모니터부(8)를 통해 제어부(4)에 열을 인가할 위치 및 온도에 대한 명령을 입력함으로써 해당 위치에서 가열봉(3)이 작동토록 할 수 있다.

상기 하우징(2)은 도 2 등에서 보는 바와 같이 격벽(23)에 의해 구획되어 하부에는 오염토양(S)이 저장되는 저장부(21)가 구성되며 상부에는 열처리를 통해 발생되는 가스가 포집되는 포집부(22)가 구성되고 상면에는 상기 가열봉(3)이 체결되는 체결공(23)이 형성됨을 특징으로 한다.

도면에 도시된 바는 없으나 상기 저장부(21)는 개폐가 가능한 도어가 형성되도록 하여 EX-SITU 된 오염토양을 상기 도어를 통해 저장부(21)에 수용토록 하는 것이다.

상기 포집부(22)는 열탈착과정에서 발생되는 가스가 포집되는 공간으로 도면에 도시된 바는 없으나 상기 포집부(22)에는 가스배출라인이 형성되어 가스가 외부로 배출되도록 한다.

또한 상기 하우징(2)은 도면에 도시된 바는 없으나 외면이 단열재질 또는 단열구조로 형성되어 가열봉(3)에 의한 열이 외부로 유출됨을 제어토록 하는 것이 타당하다.

여기서 단열재질 또는 단열구조는 다양한 공지재질 또는 공지구조가 존재하므로 그 상세 설명은 생략한다.

상기 가열봉(3)은 도 2 등에서 보는 바와 같이 상기 체결공(23)에 체결되며 외부의 전원(5)과 전기적 연결이 가능하도록 하는 단자(311)가 노출된 머리(31)와, 상기 머리(31) 하부에서 열선(321-1)이 내재되어 발열이 이루어지는 몸체(32)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 머리(31)는 상기 체결공(23)에 체결되어 단자(311)가 외부로 노출되도록 하여 전원공급수단(5)에 각 단자(311)가 전기적으로 연결되어 전기가 인가되도록 하는 것이다.

상기 머리(31)가 상기 체결공(23)에서 상단이 노출되도록 체결되는 구조는 다양한 공지의 구조에 의해 구현될 수 있으므로 그 상세 설명은 생략한다. 단, 이러한 구조에 있어 노출되는 머리(31)와 체결공(23) 사이에는 수밀구조가 게재되어 가스가 노출되는 것을 방지토록 하여야 한다.

상기 가열봉(3)에 있어 상기 몸체(32)는 내부에 열선(321-1)이 내재되어 상기 저장부(21)에 내재되는 가열부(321)와 상기 가열부(321) 상부에서 상기 포집부(22)에 내재되는 비가열부(322)로 구성됨을 특징으로 한다.

즉 열선(321-1)은 상기 가열부(321)에만 내재되고 비가열부(321)에는 상기 열선(321-1)이 외부의 전원과 전기적 연결을 위한 전선(322-1)만이 내재되도록 하여 가열부(321)에서만 열이 발생되도록 하기 위한 것이다.

이렇게 구성하는 이유는 가열부(321)가 오염토양(S)이 내재된 저장부(21)에서 발열이 되어 오염토양(S)의 열탈착을 유도토록 하는 것이고, 열탈착과정에서 발생되는 가스가 상기 포집부(22)로 포집되는데 상기 포집부(22)에 포집된 가스는 고온의 가스이며 특히 오염토양의 함수율이 높은 경우 고온다습한 가스로서 이러한 고온다습한 가스가 외부로 배출시 백연 등이 발생될 우려가 높으며 후처리장치를 거치는 경우에 후처리장치에 부하가 발생될 우려가 높다. 이에 본 발명에서는 상기 포집부(22)에는 비가열부(322)가 내재되도록 하여 비가열부(322)에서 고온다습한 가스로부터 방열이 이루어지도록 하는 것이다. 비가열부(322)로 전달된 열은 상기 머리(31)를 거쳐 외부로 토출되는 것이다. 이를 위해 가열부(321), 비가열부(322) 및 머리(31)의 재질은 열전도성이 높은 알루미늄 재질 등이 사용됨이 타당하다.

즉 상기 가열봉(3)은 저장부(21)에서는 가열수단으로서 기능을 하고 포집부(22)에서는 방열수단으로서 기능을 하게 되는 것이다.

이에 비가열부(322)가 방열수단으로서 기능을 더욱 배가시키기 위한 실시예가 도 4에 도시되고 있다.

본 실시예는 상기 가열부(321)와 상기 비가열부(322)는 열차단재질로 구성되며 내부에 공간(711)이 형성되고 열선(321-1)과 전기적 연결을 위한 연결공(712)이 구성되는 연결몸체(71)와 상기 연결몸체(71) 양면에서 각각 가열부(321)와 비가열부(322)에 체결되는 체결테두리(72, 73)를 포함하는 열차단연결구(7)에 의해 연결됨을 특징으로 한다.

즉 상기 열차단연결구(7)의 구성에 의해 가열부(321)와 비가열부(322) 상호간에는 열전달이 제어되도록 하는 것이다.

이를 위해 우선 상기 열차단연결구(7)는 다양한 공지재질로서 열차단재질로 구성됨이 바람직한데 여기서 열차단재질은 열전도율이 비교적 낮은 재질을 사용함으로써 재질자체로서 가열부(321)와 비가열부(322) 상호간에는 열전달이 제어되도록 하는 것이다.

또한 구조적으로 가열부(321)와 비가열부(322)가 접하는 연결몸체(71)의 내부에 공간(711)이 형성되도록 하여 상호간 열차단구조가 형성되도록 하는 것이다.

도면에서 보는 바와 같이 상기 연결몸체(71)의 양면에 돌출되는 체결테두리(72, 73)가 각각 가열부(321)와 비가열부(322)의 내부에 삽입됨으로써 열차단연결구(7)에 의해 가열부(321)와 비가열부(322)가 상호 연결이 되는 것이다.

상기 격벽(23)은 저장부(21)에서 열탈착과정에서 생성된 가스(g)가 상방향으로 유동하며 상기 격벽(23)을 통해 상기 포집부(22)로 포집되도록 하여야 하는데 이를 위해 상기 격벽(23)은 복수의 간극이 형성된 메쉬망으로 구성됨이 타당하다.

이와 같이 격벽(23)을 복수의 간극이 형성된 메쉬망으로 구성되도록 하여 가스(g)가 상기 격벽(23)을 간극을 통해 관통하도록 하는 것은 물론 관통과정에서 가스(g)에 혼입된 이물질이 메쉬에 의해 여과가 이루어지도록 하기 위한 것이다. 즉 가스(g)에 포함된 오염물질을 1차적으로 격벽(23)에서 걸러내도록 하는 것이다.

도면에 도시된 바는 없으나 하우징(2)에서 격벽(23)은 착탈이 가능하도록 구성되어 격벽(23)의 폐색시 청소 또는 교체가 용이하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 격벽(23)에는 도 5에서 보는 바와 같이 상기 체결공(23)에 대향하는 관통공(231)이 형성되어 상기 몸체(32)가 관통하도록 하는 것이다.

그런데 상기에서 언급한 바와 같이 가열부(321)와 비가열부(322)는 열차단이 이루어지도록 하고는 있으나 비가열부(322)의 방열과정에서 가스(g)에 혼입된 수분이 비가열부(322)에서 응결되어 응결수(w)로 맺히게 되며 이러한 응결수(w)의 생성으로 가스(g)로부터 절대습도를 낮추어 백연생성 등의 문제가 제어되도록 하는데 문제는 이러한 응결수(w)가 비가열부(322)를 타고 낙하하여 관통공(231) 또는 격벽(23)의 간극을 통해 가열부(321)로 전달되는 경우 가열부(321)의 발열효율을 저하시키는 문제가 있다.

이에 본 실시 예에서는 상기 관통공(231)이 형성된 위치에는 중앙부에 상기 관통공(231)에 대향하여 상기 몸체(32)에 있어 비가열부(322)가 관통하는 제 2관통공(61)과, 상기 제 2관통공(61)과 연하여 단면이 요홈형상으로 형성되도록 하여 상기 비가열부(322)에 응결된 물방울이 유도되어 저장되도록 하는 테두리요홈(62)으로 구성된 응결수저장구(62)가 포함되도록 하여 상기와 같은 문제를 해결한다.

도면에서 보는 바와 같이 상기 응결수저장구(62)는 격벽(23)의 상부에 구성되는 것으로 비가열부(322)의 외주연에 맺힌 응결수가 낙하하여 상기 테두리요홈(62)으로 유도되어 저장되도록 함으로써 응결수가 하부에 위치하는 가열부(321)로 전달되는 것을 차단토록 함으로써 열효율이 저하되는 것을 방지토록 하는 것은 물론 오염물질이 다량으로 함유될 수 있는 응결수가 하부의 오염토양으로 재유입되어 열탈착효율도 저하시키는 것을 방지토록 하는 것이다.

상기와 같은 작동기작에 의해 테두리요홈(62)에 저장된 응결수는 열탈착이 종료후 등에 하우징(2)을 열어 처리토록 하는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

1 : 본 발명의 시스템 2 : 하우징
3 : 가열봉 4 : 제어부
5 : 전원공급수

Claims (7)

1. 오염토양이 저장되는 하우징;
   상기 하우징에 착탈이 가능하도록 구성되며 상기 오염토양으로 열을 인가하는 복수의 가열봉;
   복수의 가열봉에 전원을 인가하는 전원공급수단;
   상기 전원공급수단을 제어하여 복수의 가열봉에 대해 선택적인 전원의 인가가 가능하도록 하는 제어부;
   를 포함하고,
   상기 하우징에는 격벽에 의해 구획되어 하부에는 오염토양이 저장되는 저장부가 구성되며 상부에는 열처리를 통해 발생되는 가스가 포집되는 포집부가 구성되고 상면에는 상기 가열봉이 체결되는 체결공이 형성되며,
   상기 가열봉은 상기 체결공에 체결되며 외부의 전원과 전기적 연결이 가능하도록 하는 단자가 노출된 머리와, 상기 머리 하부에서 열선이 내재되어 발열이 이루어지는 몸체를 포함하고,
   상기 몸체는 내부에 열선이 내재되어 상기 저장부에 삽입되는 가열부와 상기 가열부 상부에서 상기 포집부에 내재되는 비가열부로 구성되며,
   상기 격벽은 가스를 통과시키는 메쉬망으로 구성되며, 상기 격벽에는 상기 체결공에 대향하는 관통공이 형성되어 상기 몸체가 관통하고,
   상기 관통공이 형성된 위치에는 중앙부에 상기 관통공에 대향하여 상기 몸체에 있어 비가열부가 관통하는 제 2관통공과, 상기 제 2관통공과 연하여 단면이 요홈형상으로 형성되도록 하여 상기 비가열부에 응결된 물방울이 저장되도록 하는 테두리요홈으로 구성된 응결수저장구가 포함되는 것을 특징으로 하는 가열봉 온도제어 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부에 의해 전원이 인가된 가열봉 및 가열봉에 의해 발현되는 온도가 현시되는 모니터부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 가열봉 온도제어 시스템.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 가열부와 상기 비가열부는 열차단재질로 구성되며 내부에 공간이 형성되며 열선과 전기적 연결을 위한 연결공이 구성되는 연결몸체와 상기 연결몸체 양단에서 각각 가열부와 비가열부에 체결되는 체결테두리를 포함하는 열차단연결구에 의해 연결됨을 특징으로 하는 가열봉 온도제어 시스템.
   
   
7. 삭제

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