KR102527114B1 - 개선된 증발 건조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물질(190)을 건조시키는 장치(100)를 제공하며, 장치(100)는 중심 축에 대해 회전 가능한 적어도 하나의 롤러(121)와, 제1 면(112') 및 제2 면(112'')을 구비하는 제1 벨트(112)로, 제1 벨트(112)의 제1 면(112')이 물질(190)을 수용하기에 적합한 제1 벨트와, 물질(190)을 가열하기 위해 제1 벨트(112)에 열을 유도하도록 배치되는 복수의 열 유도 소자(123)들을 포함하며, 작동 시, 제1 벨트(112)는 제1 면(112')을 통해, 롤러(121)의 외부 원주 표면을 향해 물질(190)을 가압하고, 물질이(190)이 가열되어 물질(190)로부터 유체가 제거된다.

Description

개선된 증발 건조 장치 및 방법
본 발명은 일반적으로 물질의 건조, 특히 슬러지의 증발 건조를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 배경에 관한 이하의 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이다. 그러나 이하의 설명은, 참조되는 모든 자료가 본 출원의 우선일 당시에, 어떠한 국가에서 발행, 공지 또는 일반상식의 일부임을 인정 또는 자인하는 것은 아님을 이해해야 한다.
슬러지는 반-고체 슬러리이며, 이는 하수 슬러지, 바이오가스 잔류물, 종이 슬러지 및 음식물 슬러지를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 슬러지 변이체(variants)는 중금속, 독소, 오염 물질 및 병원균을 포함할 수 있다. 따라서, 슬러지가 폐기되기 전에 적절히 처리되지 않는다면, 질병 확산, 중금속 중독 및 환경 피해의 위험이 될 수 있다. 하수 처리 설비에 의해 이루어지는 하수 또는 폐수 슬러지의 처리는, 일반적으로 농축, 탈수 및 건조 단계를 포함한다. 열 건조는 슬러지의 수분 함량을 제거하고, 병원균을 파괴하고 독소를 중화시킬 수 있다. 수분의 제거와 슬러지 건조를 위한 열 적용의 결과로, 하류 처리/폐기를 위한 건조된 슬러지를 안전하고 쉽게 취급할 수 있게 된다.
슬러지를 건조시키기 위해 몇 가지 방법들이 개발되었고, 이러한 방법에는 대류 건조법, 방사 건조법 및 간접(접촉 또는 전도) 건조법이 포함되지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 대류 방법에서는 가열된 건조한 공기가 드럼 또는 벨트 드라이어에서 슬러지와 접촉되고, 방사 방법에서는 발열 부재에 의해 방사되는 열이 슬러지를 건조시키는 데에 사용되되, 이러한 열은 태양 복사열 또는 적외선 발열체로부터 온 것일 수 있고, 간접 방법에서는 슬러지는 열원에 의해 가열된 표면과 접촉하여 건조된다.
미국특허 제5,091,079호는 슬러지, 특히 중금속이 포함된 슬러지에서 수분을 줄이기 위해 유도 가열을 제공하는 2개의 오븐과, 수분을 줄이고 있는 슬러지로부터 가스 및 증기를 배출하는 진공 배기 체임버를 사용하는 장치를 개시하며, 이때 슬러지는 단일 컨베이어 벨트를 따라 장치에서 이동한다.
한국 등록특허 제10-1005086호 및 한국 등록특허 제10-0976243호는 가열된 롤러 또는 드럼을 이용하여 슬러지를 건조시키는 슬러지 건조 장치를 개시한다. 열 매체로서 사용되는 열유가 롤러의 내부로 펌핑되어, 롤러의 내부 원주 표면으로 열을 전도시킨다. 이어서, 전도된 열은 롤러의 외부 원주 표면으로 이동하며, 건조되고 있는 슬러지는 벨트를 통해 롤러의 외부 원주 표면에 대해 가압된다. 이러한 건조 장치에는 몇 가지 단점이 있다. 첫 번째로, 열은 슬러지의 롤러와 접촉하는 면으로부터 다른 쪽 면으로 전도되는데, 롤러는 열유가 누출되는 것을 방지하기 위해 관통 불가한/비-다공성 표면을 가질 가능성이 있기 때문에, 수분 및 증발된 증기가 배출되기 위해서는 슬러지의 두께를 지나서 이동해야 한다. 따라서, 슬러지의 한쪽 면에서만 열이 전달되는 방식과, 슬러지의 한쪽 면으로부터 다른 쪽 면까지인 상대적으로 긴 수분 및 증기의 배출 경로 때문에, 슬러지의 두께가 제한된다. 두 번째로, 열 손실을 보충하기 위해, 롤러로부터 보일러/히터로 열유가 연속적으로 재순환되어야 한다. 이러한 재순환 중에, 슬러지 건조에 사용되지 않는 열유 배관, 보일러/히터 및 롤러들의 일부를 따라 내재적인 열 손실이 있어, 에너지 비효율로 이어진다.
세 번째로, 보일러/히터, 열 배관 및 오일을 순환시키기 위한 대형 펌프들은 장치 전체가 큰 공간을 차지하도록 한다. 네 번째로, 단일 또는 다중 롤러 구성에 있어서, 열유는 일반적으로 동일한 공급원, 즉 단일 보일러로부터 얻는다. 따라서, 건조 온도가 정확하게 제어될 수 없고, 다양한 건조 단계에서 변경된다. 다섯 번째로, 가열 온도는 열유의 최대 작동 온도에 의해 제한된다. 마지막으로, 실온에서 희망하는 건조 온도까지 장치를 데우는 데에 상당한 시간(대략적으로 1시간)이 필요하다. 또한, 장치가 여전히 뜨거울 때 유지보수 및 수리 작업을 수행하는 것이 안전하지 않을 것이므로, 장치를 완전히 식히기 위해 상당한 시간이 필요하다. 보편적으로 냉각하고 100℃에 도달하는 데에는 3시간 이상 걸린다.
따라서, 예컨대 종래 기술 장치의 건조 공정의 효율을 증가시키고, 처리되는 슬러지의 수분 함량을 더욱 감소시키며, 최종 생성물의 질을 향상시키고, 종래의 장치가 차지하는 공간을 줄이며, 가열 및 냉각에 필요한 시간을 향상시키는 것과 같은, 문제점을 완화시킬 필요성이 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐, "포함하는", "구성되는" 등의 용어는 비-한정적인 것으로, 즉 "포함하지만 이에 국한되지 않는"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
전술한 필요성은 적어도 부분적으로 충족되며, 본 발명에 따른 장치에 의해 기술 분야에서의 개선이 이루어진다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 물질을 건조시키는 장치가 제공되며, 상기 장치는 중심축에 대해 회전 가능한 적어도 하나의 롤러; 제1 면 및 제2 면을 갖는 제1 벨트로서, 제1 벨트의 제1 면은 물질을 수용하기에 적합하고; 및 물질을 가열하기 위해 제1 벨트에 열을 유도하도록 배치되는 복수의 열 유도 소자들을 포함하며, 작동 중에 제1 벨트는 제1 면을 통해 롤러의 외부 원주 표면의 일부를 향하여 물질을 가압하고, 물질은 가열되어 물질로부터 유체가 제거된다.
유도 가열 소자들이 제1 벨트를 가열하도록 배열된다는 사실은, 물질의 제1 벨트의 제1 면과 접촉하는 부분이 물질의 다른 부분보다 빠르게 가열되어, 더 짧은 수분 및 증기 배출 경로를 생성하게 하는데, 이는 제1 벨트의 동일한 면에 위치하는 수분과 증기가 먼저 증발되어, 모세관 압력으로 인해 그 표면에서 수분과 증기가 더 많이 이동되기 때문이다. 또한, 벨트가 롤러의 외부 원주 표면의 일부분에 슬러지를 가압할 때 슬러지에 가해지는 압력이 증가한다. 이는 가열된 벨트와 접촉하는 슬러지의 압축 및 표면적을 증가시킨다. 결과적으로, 종래 기술의 장치보다 수분 및 물이 훨씬 더 빠른 속도로 증발한다. 또한, 더 두꺼운 슬러지가 처리될 수 있어, 처리 용량이 증가한다. 또한, 본 발명은 열 유체를 사용하는 대신에 유도 가열 요소를 사용하는데, 이는 아래와 같은 이유로 바람직하다. 첫 번째로, 보일러/히터, 배관 및 펌프가 더 이상 필요하지 않기 때문에 장치가 더 양호한 에너지 효율(예를 들어, 장치의 다른 구성 요소로의 불필요한 열 손실이 감소됨) 및 공간을 적게 차지하게 된다. 두 번째로, 더 높은 작동 온도가 사용될 수 있고, 다양한 건조 단계에서 정확하고 즉각 반응하는 온도 설정으로 더 많은 제어가 가능해진다. 셋째로, 희망하는 작동 온도가 짧은 시간 내에 달성될 수 있고, 장치가 신속하게 냉각될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 롤러는 실질적으로 비-금속 재료로 구성된다. 보다 바람직하게는, 제1 벨트는 금속을 포함하고, 더욱 바람직하게는 제1 벨트는 미세한 금속 섬유로 제조되며, 제1 벨트는 다공성이다.
바람직하게는, 적어도 하나의 열 유도 소자가 롤러의 내에, 롤러의 내부 원주 표면의 일부에 근접하게, 그 둘레로 배치된다. 바람직하게는, 적어도 하나의 열 유도 소자가 롤러의 외부 원주 표면의 일부에 근접하게, 그 주위에 배치되어, 작동 시, 물질 및 제1 벨트가 롤러의 외부 원주 표면의 일부와 열 유도 소자들의 사이에서 구동된다.
바람직하게는, 장치는 제1 벨트에 장력을 가하는 적어도 하나의 장력(tensioning) 수단을 더 포함한다.
바람직하게는, 장치는 제1 벨트로부터 물질을 제거하기 위한 제거 수단을 더 포함한다.
바람직하게는, 장치는 제1 면 및 제2 면을 갖는 제2 벨트를 더 포함하고, 작동 시 물질이 제1 벨트의 제1 면과 제2 벨트의 제1 면 사이에 협지되며, 제1 벨트는 제1 면을 통해 롤러의 외부 원주 표면의 일부를 향해 물질과 제2 벨트를 가압한다.
바람직하게는, 제2 벨트는 금속을 포함하고, 보다 바람직하게는, 제2 벨트는 미세한 금속 섬유로 제조되며, 제2 벨트는 다공성이다.
바람직하게는, 복수의 열 유도 소자들이 물질을 가열하기 위해 제2 벨트에 열을 유도하도록 배치된다.
바람직하게는, 장치는 복수의 롤러를 구비하며, 작동 시 제2 벨트는 제1 면을 통해, 물질과 제1 벨트를 적어도 하나의 롤러의 외부 원주 표면의 일부를 향해 가압한다.
바람직하게는, 장치는 제2 벨트에 장력을 가하게 구성된 적어도 하나의 장력 수단을 더 포함한다.
바람직하게는, 장치는 제2 벨트로부터 물질을 제거하기 위한 제거 수단을 더 포함한다.
바람직하게는, 장치는 장치로부터 유체를 제거하도록 구성된 배출기를 더 포함한다.
바람직하게는, 장치는 물질의 표면으로부터 유체를 제거하기에 적합한 벤틸레이터를 더 포함한다.
바람직하게는, 장치는 제1 벨트의 제1 면 위에 물질을 분배하기에 적합한 장치를 더 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 본 발명의 제1 양태에 따른 장치에 사용하기 위한 롤러가 제공되며, 롤러는 롤러의 외부 원주 표면의 일부에 배치되는 복수의 돌출부를 포함한다.
바람직하게는, 돌출부들은 롤러의 재료와 다른 재료로 구성된다.
바람직하게는, 복수의 돌출부는 실질적으로 롤러의 길이를 따라 배치되는 롤러의 외부 원주 표면의 리지들을 포함한다.
바람직하게는, 복수의 돌출부는 롤러의 외부 원주 표면의 일부에 원주 방향으로 배치되는 리지들을 포함한다.
바람직하게는, 롤러의 외부 원주 표면은 증기의 배출을 허용하는 채널들을 포함한다.
바람직하게는, 복수의 돌출부 및 채널들은 슬리브의 표면상에 배치되고, 롤러는 슬리브 내에 끼워지도록 되어있다.
바람직하게는, 롤러는 롤러의 외부 원주 표면의 일부에 금속 층을 포함한다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 물질을 건조시키는 방법이 제공되며, 방법은, 제1 면 및 제2 면을 구비하는 제1 벨트에 물질을 분배하되, 제1 벨트의 제1 면이 물질을 수용하기에 적합한 단계, 복수의 열 유도 소자들을 통해 제1 벨트에 열을 유도하는 단계, 제1 벨트의 제1 면을 통해 중심축에 대해 회전 가능한 적어도 하나의 롤러의 외부 원주 표면의 일부분을 향해 물질을 가압하는 단계, 및 물질을 가열하여 물질로부터 유체를 제거하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 열 유도 소자가 롤러 내에, 롤러의 내부 원주 표면의 일부에 근접하게, 그 둘레에 배치된다.
바람직하게는, 적어도 하나의 열 유도 소자가 롤러의 외부 원주 표면의 일부분에 근접하게 그 둘레에 배치되고, 방법은 물질과 제1 벨트를 롤러의 외부 원주 표면의 일부와 적어도 하나의 열 유도 소자들 사이에서 구동시키는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은 제1 벨트에 장력을 가하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은 제1 벨트로부터 물질을 제거하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은 제2 벨트의 제1 면과 제1 벨트의 제1 면 사이에서 물질을 협지하고, 제1 벨트의 제1 면을 통해, 물질과 제2 벨트를 롤러의 외부 원주 표면을 향해 가압한다.
바람직하게는, 방법은 물질을 가열하기 위해 열 유도 소자들을 통해 제2 벨트에 열을 유도하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 방법은 복수의 롤러가 있을 때, 제2 벨트의 제1 면을 통해, 물질과 제1 벨트를 적어도 하나의 롤러의 외부 원주 표면의 일부분을 향해 가압하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은 제2 벨트에 장력을 가하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은 제2 벨트로부터 물질을 제거하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은 배출물을 통해 유체를 제거하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은 벤틸레이터를 통해 상기 물질의 표면으로부터 유체를 제거하는 단계를 더 포함한다.
이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여, 예시적인 방법으로 본 발명이 설명될 것이다.
도 1은 본 발명 장치에 대한 제1 실시예의 도면이다.
도 2는 도 1의 장치의 롤러에 대한 일 실시예의 확대 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 장치의 롤러에 대한 실시예들을 도시한다.
도 3은 도 1의 장치의 롤러에 대한 또 다른 실시예의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명 장치의 제2 실시예의 도면이다.
도 5는 도 4의 장치의 롤러에 대한 일 실시예의 확대 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 장치의 롤러에 대한 다른 실시예들을 도시한다.
도 6은 본 발명 장치의 제3 실시예를 도시한다.
도 7은 본 발명 장치의 제4 실시예를 도시한다.
본 발명의 다른 구성들이 가능하며, 결과적으로 첨부된 도면들은 본 발명의 앞선 설명의 일반성을 대체하는 것으로 이해되어서는 안된다.
본 발명의 특정 실시예들은 첨부되는 도면들을 참고하여 설명될 것이다. 본 명세서에 사용되는 용어들은 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위함은 아니다. 본 명세서에 사용되는 선택된 용어들에 대한 다른 정의들이 본 발명의 상세한 설명 내에서 발견될 수 있으며, 전반적으로 적용될 수 있다. 또한, 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 가능한 경우, 명확성 및 일관성을 위해 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호가 사용된다.
본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 "물질(substance)"은 제거되거나 감소되어야 하는 유체를 함유하는 재료 또는 재료들을 지칭하며, 이러한 재료들은 예컨대, 폐수 처리 슬러지와 같은 산업 폐기물, 식품 및/또는 유제품, 음식물 쓰레기 및 의약품을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 "유체"는 액체(예를 들어, 물 및 수증기) 및 가스(예를 들어, 증기)를 포함한다.
본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 "가열 소자"는 예컨대 벨트와 같은 장치의 구성 요소에 열을 생성, 전도, 대류, 방사 및/또는 유도하는 임의의 적절한 요소일 수 있으며, 금속, 세라믹, 복합재 가열 소자를 포함하지만, 이에 국한되지 않는다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 "열"은 전도, 대류, 복사 및 유도에 의한 가열을 포함한다. 가열 소자의 일 예로는 열 유도 소자(예를 들어, 유도 가열 코일) 또는 전기 가열 코일이 있다.
본 발명의 제1 실시예를 제공하는 도 1을 참조하면, 건조 장치(100)는 공급기(110), 건조 체임버(120), 환기 장치(130) 및 배출 스테이션(140)을 포함한다. 장치(100)는 또한, 이음매 없는 두 필터 벨트로, 상부 벨트(제2 벨트)(111) 및 하부 벨트(제1 벨트)(112), 처리 롤러(121) 및 열 유도 소자(123)들을 포함한다. 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 바와 같이, "열 유도 소자"는 소자를 통과하는 교류 전류의 결과로서 진동 자기장을 생성하는 소자를 지칭한다. 진동 자기장은 자속을 유도하고, 인접한 금속에 와전류를 생성할 수 있으며, 인접한 금속의 저항의 결과로서 상기 인접한 금속에 열이 유도된다. 벨트(111)는 제1 면(111')과 제2 면(111")을 가지며, 벨트(112)도 제1 면(112')과 제2 면(112")을 갖는다. 벨트(111, 112)들은 테이크-업 롤러들(114)의 축 양 단부에 연결되는 에어 실린더(113)에 의해 장력이 가해질 수 있다.
벨트(111, 112)들은 알루미늄, 구리, 황동, 철, 강, 합금 및 이들의 복합재를 포함하는 (하지만, 이에 국한되지 않는) 금속으로 제조된다. 벨트들(111 및 112)을 형성하기 위해 선택되는 재료는 유도에 의해 열의 효율적인 생산을 가능하게 하는 저항성 재료와, 실질적으로 균질한 열의 분포를 가능하게 하는 전도성 재료를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 벨트(111, 112)들은 포어들 및/또는 슬롯들을 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 벨트(111, 112)들은 아주 가는 금속 와이어로 제조되며, 벨트(111, 112)들은 매우 미세한 포어 크기로 다공성이다. 벨트(111, 112)들은, 열 유도 소자(123)에 의해 생성되는 자기장 및 유도 전류가 벨트(111, 112)들을 효과적으로 관통하여 효율적으로 벨트(111, 112)들을 가열할 수 있도록, 다공성인 것이 바람직하다. 그러나 적용에 따라서, 벨트(111, 112)들은, 예컨대 합성섬유와 같이, 열 유도 소자(123)들에 의한 유도를 통해 가열될 수 있는 금속을 포함할 수 있는 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다.
처리 롤러(121)들은 세라믹, 유리 섬유 및 이들의 복합재를 포함하는(하지만, 이에 국한되지는 않음) 실질적으로 비-금속 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 본 발명의 장치가 작동하는 동안에 벨트(111, 112)들과 접촉될 롤러(121)들의 적어도 원통형 부분은 비-금속 재료로 제조된다. 더욱 바람직하게는, 처리 롤러(121)들은 금속을 전혀 포함하지 않는다. 처리 롤러(121)들에서의 금속의 부재 또는 최소량의 금속의 존재는, 열 유도 소자(123)들에 의해 롤러(121)들에 불필요하게 열이 유도되지 않도록 할 것이다. 열 유도 요소들(123)이 슬러지(190) 가열을 위해 벨트(111, 112)들에만 열을 유도할 것이기 때문에, 이는 장치(100)의 보다 효과적인 에너지 전달 및 에너지 이용을 가능하게 할 것이다. 각각의 처리 롤러(121)는 자체적인 중심축을 중심으로, 예를 들어 A 방향으로 회전할 수 있다. 처리 롤러(121)의 배치에 따라서, 상기 롤러는 장치(100)의 한 측면에서 보았을 때 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 처리 롤러(121a)는 반시계방향으로 회전하고 있다. 작동 중에, 모터(도시되지 않음)가 처리 롤러(121)들을 회전시키고, 이로 인해 입력 슬러지(190)와 함께 벨트(111, 112)들을 건조 체임버(120)를 통해 이동 및 구동시킨다. 벨트(111, 112)들은 처리 롤러(121)가 아닌 다른 롤러에 의해, 또는 임의의 다른 적절한 수단에 의해 구동될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 오직 하나의 구동 수단이 벨트(111, 112)들의 이동 및 구동에 관련될 수 있음을 알 수 있다.
도 2는 도 1의 롤러(121), 벨트(111, 112)들 및 슬러지(190)의 일 실시예에 대한 확대 단면도를 제공한다. 열 유도 소자(123)들이 롤러(121) 내에, 롤러(121)의 내부 원주 표면의 일부에 가깝게, 그리고 주변에(about) 배치된다. 롤러(1221) 내에 설치되는 열 유도 소자(123)들의 수는 적용 예 및 필요요건에 따라 달라질 것이다. 각각의 롤러(121)가 단일 모듈로서 장치(100)에 공급 및 설치될 수 있기 때문에, 롤러(121)에 모듈성을 제공하여 장치(100)의 설치가 용이해지도록 하기 위해, 열 유도 소자(123)들은 롤러(121) 내에 위치되는 것이 유리하다. 롤러(211)들 모듈화의 결과로서, 전체 장치(100)는 작동하는 데 더 적은 공간이 필요할 것이다. 장치(100)의 롤러(121) 각각은 예를 들어 치수, 가열 소자(123)의 개수 및 외부 원주 표면들의 특성들과 같이 다양한 특징들을 가질 수 있어, 롤러(121)의 모듈식 성능 또한, 롤러(121)의 맞춤화(customization)를 향상시킨다. 열 유도 소자(123)는 벨트(111, 112)들이 롤러(121)와 최대로 접촉하는 부분에서 최적의 열 유도가 달성되도록, 장치(100)의 작동 중에는 고정되는 것이 바람직하다. 그러나 적용예에 따라서는, 작동 시 열 유도 소자(123)들이 롤러(121)와 함께 롤러(121)의 중심축을 중심으로 회전할 수 있다. 롤러(121)는 또한, 롤러(121)가 작동 시에 그것을 중심으로 회전하고, 롤러(121)가 장치(100)에 부착되도록 하는 중공 축(150)과, 열 유도 케이블(123)들에 전력을 공급하기 위한 케이블용 입구(151)를 포함한다. 열 유도 소자(123)들과 롤러(121)들의 내부 원주 표면 사이의 거리는 적용예 및 요건에 따라 개별적으로 조절될 수 있음을 알 수 있다.
열 유도 소자(123)들은 고주파수 교류 전류(도시되지 않음)를 제공할 수 있는 고주파수 전원에 연결된다. 자기장 및 유도 전류가 열 유도 소자(123)들에서 생성된다. 벨트(111, 112)들에서의 열 발생에 사용되는 적절한 열 유도 소자들의 예시가 미국특허 제5,133,402호 및 미국 특허공보 제2012/0318461 A1호에 개시되어있다. 적용예 및 요구 조건에 따라, 다른 형태의 유도 가열 방법 및 유도 가열 소자들이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 형태의 가열 소자들, 예를 들어 대류, 전도 및/또는 복사를 통해 열을 전달하는 전기 가열 코일들이, 본 발명에서 열 유도 소자(123)들을 대체하여 또는 바람직하게는 첨가되어 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 열 유도 소자(123)의 사용은 실온으로부터 건조 장치(100)의 작동 온도로 매우 신속하게, 몇 초 이내로 도달할 수 있도록 하고, 또한 건조 장치(100)가 매우 신속하게, 몇 분 이내로 냉각될 수 있도록 하며, 이는 당 업계에 공지된 냉각 수단, 예를 들어 팬 또는 송풍기에 의해 보조된다. 건조 장치(100)의 작동 온도는 100℃ 내지 400℃, 바람직하게는 200℃ 내지 400℃, 더욱 바람직하게는 200℃ 내지 300℃의 범위일 수 있다. 특정 무기질 슬러지의 경우 400℃, 더 바람직하게는 350℃의 온도가 바람직하지만, 특정 비-슬러지 건조 적용예서는 100℃만큼 낮은 또는 그보다 약간 낮은 온도가 바람직하다.
롤러(121)의 외부 원주 표면은 롤러(121)와 일체이고 단일체인 돌출부(128)들을 구비한다. 돌출부(128)들은 롤러(121)의 외부 원주 표면으로부터 형성될 수 있다. 돌출부(128)들은 롤러(121)의 외부 원주 표면 전체에 또는 그 일부에 배치될 수 있다. 돌출부(128)들은 도 2에 도시된 바와 같이, 반구형 단면을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 작동 중에, 벨트(111,112)들의 제2 면(111", 112")은 반구형 돌출부(128)들의 정점 부분과 접촉하게 된다. 하지만, 적용예에 따라서는, 돌출부(128)들이 예를 들어, 다각형 단면과 같은 다른 형상의 단면을 가질 수 있다. 벨트(111, 112)들이 가열될 때, 슬러지(190)의 외측의 액체가 증기(195a)로 변하여 벨트(111, 112)들을 통해 빠져나간다. 증기(195a)는 화살표 B'로써 도시된 것과 같이, 외측 벨트(즉, 롤러(121)로부터 가장 먼 벨트로, 도 2에서는 하부 벨트(제1 벨트))를 통해 빠져나갈 것이고, 증기(195a)는 화살표 B''로써 도시된 것과 같이, 내측 벨트(즉, 롤러(121)로부터 가장 가까운 벨트로, 도 2에서는 상부 벨트(제2 벨트))를 통해 빠져나갈 것이다. 돌출부(128)들은 이산적인 돌출부들일 수 있으며, 또는 돌출부(128)들은 도 2a에 도시된 바와 같이 롤러(121)의 외부 원주 표면에서 실질적으로 롤러(121)의 길이를 따라 연장하는 리지(128)들이다. 리지(128)들은 롤러(121)의 외부 원주 표면에서 실질적으로 롤러(121)의 길이를 따라 연장하는 채널(129)들을 형성한다. 도 2b에 도시된 대안적인 배치에서, 돌출부(128)들은 롤러(121)의 외부 원주 표면의 일부분 상에 그리고 그 둘레에 원주 방향으로 (즉, 롤러(121)의 길이를 가로지르는 방향으로) 배치되는 리지(128)들을 포함한다. 채널(129)들 또한, 롤러(121)의 외부 원주 표면상에 원주 방향으로, 그리고 그 둘레로 연장한다. 이러한 배치는, 작동 중에, 벨트(11, 112)들과 리지(128)들 사이의 전단 응력이 도 2a의 리지(128)의 배치에 비해 감소되기 때문에 바람직하다. 이로 인해, 롤러(121), 리지(128)들 및 벨트(111, 121)들의 마모가 감소된다. 또한, 도 2b의 리지(128)들의 배치는 내측 벨트로부터 빠져나가는 증기(195a)가 예를 들어, 벨트(111, 112)가 롤러(121)와 접촉하고 있지 않은 영역에서, 채널(129)들을 통해 쉽게 빠져나갈 수 있도록 한다. 리지(128)들 및 채널(129)들은 별도의 슬리브(160) 상에 형성되고, 롤러(121)가 슬리브 내로 끼워지도록 구성될 수 있음을 이해할 것이다. 이는, 롤러(121)의 외부 원주 표면의 보다 용이한 맞춤화를 제공하여, 장치(100)가 다양한 용도에 적용될 수 있도록 한다.
도 3은 돌출부(128)들이 롤러(121)의 재료와 다른 재료로 형성되는 롤러(121)의 또 다른 실시예의 단면도를 제공한다. 이는, 돌출부(128)들을 형성하는 재료가 롤러(121)를 형성하는 재료와 상이한 특성들을 가져, 보다 양호한 맞춤화로 이어지기 때문에 유리하다. 예를 들어, 돌출부(128)들은 고온(예를 들어, 100℃ 내지 400℃ 범위의 온도)에 견딜 수 있고 내마모성이고 내-연마성(anti-abrasive)인 재료로 제조될 수 있고, 롤러(121)는 고온(예를 들어, 100℃ 내지 400℃ 범위의 온도)에 견딜 수 있고 압축에 견딜 수 있을 정도로 강한 재료로 제조될 수 있다. 돌출부(128)들을 형성하는 재료는 비-금속인 것이 바람직하다. 돌출부(128)들은 세라믹, 실리콘 중합체 및 이들의 복합재를 포함하지만 이에 한정되지 않는 재료로 형성될 수 있으며, 롤러(121)는 세라믹, 유리 섬유 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 재료로 형성될 수 있다. 돌출부(128)들은 당 업계에 공지된 수단(용접을 포함하지만 이에 국한되는 것은 아님)에 의해 롤러(121)의 외부 원주 표면에 끼워 내장되고, 일체화되고, 결합/부착된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 돌출부(128)들은 대체로 환상의 단면을 가지며, 돌출부(128)들 단면적의 실질적으로 절반이 롤러의 외부 원주 표면을 따라 롤러(121)에 내장되고, 돌출부(128)들의 노출된 절반은 작동 중에 벨트(111, 112)들과 접촉하게 된다. 돌출부(128)들은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 리지(128)들의 형태일 수 있다.
롤러(121)들의 내부에 있는 열 유도 소자(23)들이 열 유도 소자(123)들을 손상시킬 수 있는 유체, 예를 들어 슬러지(190)에 의해 방출되는 증기에 노출되지 않도록, 롤러들(121)의 표면들은 연속적인 것, 즉 슬롯 및/또는 포어들이 없는 것이 바람직하다.
도 1의 실시예로 돌아가서, 작동 중에, 공급기(110)가 하부 벨트(112)의 제1 면(112') 상으로 슬러지(190)를 공급 및 분배하고, 제1 처리 롤러(121a)와 접촉하기 전에 벨트(111, 112)들에 의해 협지되고, 그 사이에 유지되는 슬러지(190)와 상부 벨트(111)의 제1 면(111')이 접촉하게 된다. 제1 롤러(121a)와 접촉할 때, 열 유도 소자(123)들은 열 유도 소자(123)들에 의해 생성되는 자기장을 통해 벨트(111, 112)들에 열을 유도한다. 바람직하게는, 열은 양 벨트(111, 112)들에서 동시에 발생된다. 하지만, 상부 벨트(111)가 하부 벨트(112)에 비해 열 유도 소자(123)들에 더 가깝기 때문에, 상부 벨트(111)의 열이 하부 벨트(112)의 열보다 빨리 생성될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 상황에서, 상부 벨트에서의 유체의 제거(예를 들어, 수분 증발)의 속도는 하부 벨트(112)에서보다 빠를 수 있다. 벨트(111, 112)들 사이에 유지되는 슬러지(190)가 처리 롤러(1221)들의 외부 원주 표면 둘레를 통과하는 동안, 슬러지(190)는 반경 방향 운동으로 인해 압착되어, 슬러지(190)에 가해지는 압력 충격 및 전단 응력을 증가시키며, 결과적으로 조밀도는 더 높아지고, 벨트(111, 112)들과의 접촉 면적이 더 커진다. 일 예시로서, 처리 롤러(121a)를 사용하면, 작동 중에, 하부 벨트(112)는 제1 면(112')을 통해, 슬러지(190) 및 상부 벨트(111)를 상기 처리 롤러(121a)의 외부 원주 표면을 향해 가압하여, 이로 인해 슬러지(190)를 압착 및 압축한다. 처리 롤러(121)들의 외부 원주 표면을 향한 벨트(111, 112)들의 가압 메커니즘은 에어 실린더(113)들 및 테이크-업 롤러(114)들 의해 벨트(111, 112)들에 장력을 가함으로써 달성된다. 에어 실린더(113)들 및 테이크-업 롤러(114)들은 벨트(111, 112)들의 장력을 유지 또는 변화시켜, 슬러지(190)의 압착에 영향을 줄 수 있다.
건조 공정의 시작 시, 슬러지(190) 내의 유체는 가열된 벨트(111,112)들의 제1 면(111', 112')과 접촉되어, 열 전도에 의해 증발된다. 유체가 슬러지 표면에서 가열되어 날아갈 때, 슬러지 표면에 압력이 낮은 영역이 생성되고, 이는 슬러지(190)의 내부로부터 슬러지(190)의 벨트(111, 112)들의 제1 면(111', 112')과 접촉하는 표면으로 모세관 압력에 의해 유체가 흐르도록 할 것이다.
제1 처리 롤러(121a)의 다음에, 벨트(111, 112)들과 슬러지(190)는 제2 처리 롤러(121b) 및 열 유도 소자(123)로 진행한다. 이 단계에서, 전술된 제1 처리 롤러(121a)에서의 건조 공정과 유사하게, 열 유도 소자(123)들에 의해 벨트(111, 112)에 열이 발생되고 슬러지(190) 내의 유체가 가열되어 날아간다.
다음의 제3 및 제4 처리 롤러(121c, 121d)에서도 마찬가지의 가열 및 건조 공정이 계속된다. 슬러지(190) 내의 더 많은 유체가 (예를 들어, 건조 공정을 따른 증발에 의해) 가열되어 날아감에 따라, 슬러지(190)는 더 얇아지고, 이는 슬러지(190)의 중심으로의 보다 양호한 열 침투를 가능하게 한다.
처리 롤러들의 개수는 용도 및 필요 요건에 따라 증가 또는 감소될 수 있다. 벨트(111, 112)들의 이동 속도와, 열 유도 소자들(123)에 의해 벨트(111, 112)들에서 발생되는 온도는 조절 가능하며, 이는 사용자로 하여금 건조 공정의 완료 시에 물질(예를 들어, 슬러지(190))의 희망하는 건조를 달성하기 위해 장치(100)를 쉽게 설정할 수 있도록 한다. 건조 온도 및 건조 시간은 물질의 최적의 건조를 달성하기 위한 두 가지 주요 파라미터이다. 예컨대, 수산화물/금속 슬러지와 같은 무기 슬러지의 건조를 위해서는, 짧은 건조 시간과 약 200℃ 내지 400℃의 높은 건조 온도가 바람직할 것이며, 2개 내지 4개의 처리 롤러(121)들이 필요하다. 특정 식품 물질의 건조를 위해서는, 긴 건조 시간과 약 100℃ 내지 200℃의 낮은 건조 온도가 바람직할 것이며, 4개 이상의 처리 롤러(121)가 필요하다.
건조 공정 직후에, 슬러지(190)는 뜨겁고, 예컨대 수분 및 수증기와 같은 유체는 건조된 슬러지 케이크(191)의 표면에 붙어 있다. 슬러지 케이크(191)의 건조를 더 향상시키기 위해 건조 공정 직후에 수분 벤틸레이터(130)가 설치된다. 수분 벤틸레이터(130)는 상기 벨트(111, 112)들에 근접하게 위치하는 2개의 후드(131)를 포함한다. 후드(131)들의 입구들에는 송풍기(132)가 설치되며, 슬러지 케이크(191)의 표면에 걸쳐 공기 흐름을 생성하여, 슬러지 케이크(191)의 표면에 부착된 유체를 제거하고, 이를 파이프(133)들을 통해 건조 장치(100)의 후드(134)로 배출시킨다. 슬러지 케이크(191)의 표면으로부터 유체가 제거됨으로써, 건조된 슬러지 케이크에 의해 유체가 다시 흡수되는 것이 방지된다.
건조 체임버(120)의 상부에 위치한 후드(134)는 송풍기(도시되지 않음)에 연결된다. 건조 공정 중에 생성되고 축적된 증기 및 가스는 추가 처리를 위해 후드(34)를 통해 제거된다.
건조된 슬러지 케이크(191)는 건조 장치(100)의 말단에 있는 배출 스테이션 (140)으로 진행하며, 건조된 슬러지(191)를 벨트(111, 112)들에서 털어내는 동시에, 벨트(111,112)들을 청소하기 위해 2개의 전동 브러시(141)가 설치된다. 털어낼 때, 슬러지 케이크(191)는 특히 "팬케이크" 형태의 작은 조각들(192)로 부서지고, 최종적으로 배출 활송장치(142) 내로 떨어질 것이다. 슬러지 케이크(192)의 작은 조각들은 잔류 유체의 추가 증발을 위해 총 표면적을 증가시키며, 결과적으로 최종 슬러지 케이크의 건조성이 향상된다.
도 4에 도시된 본 발명의 제2 실시예에서, 건조 장치(200)는 처리 롤러(221)들과 열 유도 소자(223)들을 구비하는 건조 체임버(220)를 포함한다. 이 실시예에서, 열 유도 소자(223)들은 처리 롤러(221)들의 외부 원주 표면의 일부에 근접하게, 그 둘레에 배치된다. 건조 장치(200)는 동작 중에, 벨트(211, 212)들이 열 유도 소자(223)들과 처리 롤러(221)들 사이에서 이동 또는 구동된다는 것을 제외하고는, 건조 장치(100)와 유사한 방식으로 작동한다. 열 유도 소자(223)들은 열 유도 소자(223)들에 의해 생성되는 자기장을 통해 벨트(211, 212)들에 열을 유도할 것이다. 바람직하게는, 양 벨트(211, 212)들에서 열이 동시에 발생된다. 하지만, 열 유도 소자(223)들로부터 더 가까운 벨트에서의 열은 열 유도 소자(223)들로부터 더 멀리 떨어진 벨트에서의 열에 비해 더 빠른 속도로 유도될 수 있다. 이러한 상황에서, 하나의 벨트(즉, 더 빨리 가열되는 벨트)에서의 유체 제거 속도(예를 들어, 수분 증발)는 다른 벨트에서보다 빠를 수 있다.
도 5는 도 4의 롤러(221), 벨트(211, 212)들 및 슬러지(290)의 확대된 단면도를 제공한다. 열 유도 소자(223)들은 처리 롤러(221)들의 외부 원주 표면의 일부에 근접하게, 그 주위로 배치된다. 열 유도 소자(223)들과 벨트(211, 212)들 사이의 거리는 희망하는 건조 결과를 얻기 위해 개별적으로 조절(D)될 수 있다. 용도 및 필요 요건에 따라 이 거리는 달라질 수 있다. 이 거리는, 일단 최적 거리가 결정되면, 열 유도 소자(223)들과 벨트(211, 212)들 사이의 상기 거리가 변하지 않도록 미리 정해질 수 있다.
열이 벨트(211, 212)에서 유도됨에 따라, 예컨대 수분과 같은 유체가 슬러지(290)로부터 배출된다. 슬러지(290)의 외측에 있는 증기(295a)는 화살표 C'로 표시된 바와 같이 벨트(212)의 슬롯/포어를 통해 최외측 벨트(212)(어떤 처리 롤러(221)에 벨트(211, 212)들이 위치하고 있는지에 따라 달라질 것임을 이해할 것이다)를 통과하여 빠져나가며, 처리 롤러(221)에 가장 가까운 슬러지(290)의 내측에 있는 증기(295a)는 화살표 C''로 표시된 바와 같이, 예를 들어 벨트(211)의 슬롯/포어들과 처리 롤러(221)의 벽의 슬롯 또는 포어들(222)을 통해 최내측 벨트를 통과하여 빠져나간다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 처리 롤러(221)의 제1 실시예 및 제2 실시예를 도시한다. 도 5a에서, 처리 롤러(221)는 슬롯(222)들의 배열을 갖는 원주 표면(224)을 구비한다. 슬롯(222)들은 슬러지(290)의 롤러(221)에 가장 가까운 부분으로부터 증기, 가스 및/또는 수분이 빠져나갈 수 있도록 한다. 도 5b에서, 처리 롤러(221)는 소정 거리에서 외측 플랜지(227)들 상에 결합되는 로드(226)를 구비하여, 처리 롤러(221)의 원주 표면상에 슬롯(222)들을 생성하며, 슬롯(222)들은 슬러지(290)의 롤러(221)에 가장 가까운 부분으로부터 증기, 가스 및/또는 수분이 빠져나갈 수 있도록 한다. 롤러(221)는 액슬 또는 샤프트(225)를 통해 장치(200)에 설치될 수 있다. 롤러(221)는 액슬 또는 샤프트(225)를 통과하여 길이 방향으로 연장하는 롤러의 중심축에 대해 회전할 수 있다.
롤러(221)는, 세라믹 및 그 복합재를 포함하지만 이에 국한되지 않는, 실질적으로 비-금속 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 장치(200)의 작동 중에 벨트(211, 212)들이 접촉될, 적어도 롤러(221)의 원통형 부분은 비-금속 재료로 제조된다. 더욱 바람직하게는, 처리 롤러(221)들은 금속을 전혀 포함하지 않는다. 처리 롤러(221)들 내의 금속의 부재 또는 최소량의 금속은, 열이 열 유도 소자(223)들에 의해 롤러(221)들에 불필요하게 유도되지 않도록 할 수 있다. 이는, 열 유도 소자(223)들이 슬러지(290)를 가열하기 위해 벨트(211, 212)들에서만 열을 유도할 것이므로, 장치(200)의 보다 효과적인 에너지 전달 및 에너지 이용을 가능하게 할 것이다.
도 6에 도시된 것과 같은 본 발명의 제3 실시예에서, 건조 장치(300)는 처리 롤러(321)들과 열 유도 소자(323)들을 구비하는 건조 체임버(320)를 포함한다. 이 실시예에서, 열 유도 소자(323)들은 처리 롤러(321)들의 외부 원주에, 그 주변에 배치되지 않고, 열 유도 소자(323)들은 벨트(311, 312)들의 제2 면(311", 312")을 따라, 그 근처에, 이웃하는 처리 롤러(321)들 사이에 배치된다. 이러한 배치에서, 슬러지(390)는 양 벨트(311, 312)들에 의한 순차적인 가열과 벨트(311, 312)들과 처리 롤러(321)들에 의한 압축을 경험한다. 이 배치에서는, 건조가 슬러지(390)의 양 측에서 일어나, 그때마다 더 두꺼운 슬러지가 처리될 수 있기 때문에, 적어도 하나의 유도 가열 소자(323)를 구비하는 것이 바람직하다. 따라서, 슬러지 처리 용량 증가가 증가한다. 벨트(311, 312)들의 제1 면(311', 312')들과 접촉하는 슬러지(390)의 표면들의 가열이 동시에 발생되는데, 이는 벨트(311, 312)들에 면들에 위치되는 열 유도 소자(323)들에 의해 열이 벨트(311, 312)들에 동시에 유도되기 때문이다. 하지만, 벨트들 중 하나의 벨트의 옆에만 배열되는 열 유도 소자들의 세트는 양 벨트(311, 312)들에 동시에 열을 유도하기에 충분할 수 있다. 건조 체임버(320)와, 전술된 것과 같은 건조 체임버(220) 및 건조 체임버(120) 사이의 차이들을 제외하면, 건조 장치(300)는 건조 장치(100) 및 건조 장치(200)와 유사한 방식으로 작동한다.
본 발명의 제4 실시예는 도 7에 제공되며, 건조 장치(400)는 처리 롤러(421) 둘레에서 구동되는 하나의 이음매 없는(endless) 필터 벨트(412)를 포함한다. 벨트(412)는 알루미늄, 구리, 황동, 철, 강, 합금 및 그 복합재를 포함하지만 이에 국한되지 않은 금속으로 제조된다. 벨트(412)를 형성하기 위해 선택된 재료는 유도에 의한 열이 효율적으로 생성되도록 하는 저항성 재료와, 열이 실질적으로 균질하게 분포하도록 하는 전도성 재료를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 벨트(412)는 바람직하게는 포어 및/또는 슬롯을 구비한다. 바람직하게는, 벨트(412)는 미세한 금속 와이어로 제조되어, 벨트(412)는 매우 미세한 크기의 포어들이 있는 다공성이다. 벨트(412)는 열 유도 소자(423)들에 의해 생성되는 자기장 및 유도 전류가 효과적으로 벨트(412)를 관통하여 효율적으로 벨트(412)를 가열할 수 있도록 다공성인 것이 바람직하다. 그러나 적용예에 따라서는, 벨트(412)가 예컨대 합성섬유와 같은 다른 적절한 재료로 제조될 수 있으며, 이는 열 유도 소자(423)들에 의해 벨트(412)에 열을 유도할 수 있도록 하는 예컨대 금속과 같은 재료를 포함할 수 있다. 벨트(412)는 제1 면(412') 및 제2 면(412'')을 구비한다.
처리 롤러(421)는 세라믹, 유리 섬유 및 이들의 복합재를 포함하지만 이에 국한되지 않는 실질적으로 비-금속 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 롤러(421)는 그 외부 원주 표면에 금속 층(도시되지 않음)을 포함한다. 금속 층은 롤러(421)가 끼워지기에 적합한 슬리브일 수 있다. 금속 층은 롤러(421)와 접촉하는 슬러지(490)를 가열하기 위해, 롤러(421)의 외부 원주 표면에서만 열을 유도할 수 있도록 한다. 롤러(421)의 외부 원주 표면은 도 2, 도 2a, 도 2b 및 도 3의 돌출부(128)들과 같은 돌출부들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
작동 중에, 벨트(412)는 테이크-업 롤러(414)의 샤프트 단부에 연결되는 2개의 에어 실린더(413)에 의해 긴장된다. 처리 롤러(421)는 자신의 중심축에 대해 회전할 수 있다. 모터(도시되지 않음)가 처리 롤러(421)를 회전시켜, 투입되는 슬러지(490)와 함께 벨트(412)를 건조 체임버(420) 내에서 이동 및 구동시킨다. 벨트(412)는 처리 롤러가 아닌 다른 롤러 또는 임의의 적절한 수단에 의해 구동될 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 단 하나의 구동 수단이 벨트(412)를 이동 및 구동시키는 데에 관여할 수도 있는 것으로 이해된다. 공급기(410)는 벨트(412)의 제1 면(412')에 슬러지(490)를 공급 및 분배한다.
열 유도 소자(423)들은 처리 롤러(421)의 내부에, 내부 원주 표면의 일부분의 둘레에, 그리고 처리 롤러(421)의 외부에, 외부 원주 표면의 일부분에 인접하게, 그 둘레에 위치된다. 내부 및 외부 원주 표면의 열 유도 소자(423)들이 배치되는 부분은 상당 부분일 수 있으며, 이로 인해 열 유도 소자(423)들은 내부 및 외부 원주 표면의 대부분을 덮는다. 열 유도 소자(423)들은 고주파 에너지 원(도시되지 않음)에 연결된다. 자기장 및 유도 전류가 열 유도 소자(423)들에서 생성된다. 열 유도 소자(423)들의 사용은 실온으로부터 매우 신속하게, 몇 초 내로 건조 장치(400)의 작동 온도에 도달할 수 있도록 하고, 또한 건조 장치(400)가 매우 신속하게, 몇 분 내로 냉각될 수 있도록 하며, 이는 예를 들어, 팬이나 송풍기와 같은 당 업계에 공지된 냉각 수단에 의해 보조될 수 있다. 벨트(412)와 처리 롤러(421)는 열 유도 소자(423)들에 근접하여 있으므로, 벨트(412) 및 롤러(421)의 금속 층은 열 유도 소자(423)들로부터의 자기장에 의한 유도를 통해 가열된다. 열 유도 소자(423)들의 개수는 변할 수 있다.
벨트(412)와 처리 롤러(421)에 의해 협지되고 그 사이에서 유지되는 슬러지(490)가 처리 롤러(421)의 원주 표면의 원호 둘레를 지나가는 동안, 벨트(412)는 제1 면(412')을 통해 슬러지(490)를 처리 롤러(421)의 외부 원주 표면을 향해 압박하여, 슬러지(490)는 반경 방향 운동에 의해 압착되고, 슬러지(490)의 압력 충격 및 전단 응력이 증가하고, 결과적으로, 압축을 강화시키고, 벨트(412)와 처리 롤러(412)의 접촉 면적이 증가된다. 처리 롤러(412)들의 외부 원주 표면을 향한 벨트(412)의 가압 메커니즘은 에어 실린더(413)들 및 테이크-업 롤러(414)들에 의한 벨트(412)의 긴장에 의해 달성된다. 에어 실린더(413)들 및 테이크-업 롤러(414)들은 벨트(412)의 장력을 유지 또는 변화시켜, 슬러지(490)의 압축에 영향을 미칠 수 있다.
벨트(412)에서 유도된 열과 롤러(421)의 금속 층은 압축되는 투입 슬러지(490)로 직접적으로 전달되며, 슬러지 내의 수분은 증발된다.
건조 공정의 시작 및 도중에, 벨트(412)의 제1 면(412')과 처리 롤러(421)의 외부 원주 표면의 금속 층과 접촉하는 슬러지(490) 내의 유체는 열 전도를 통해 제거된다. 유체가 슬러지 표면에서 가열되어 날아감(예를 들어, 수분 증발)에 따라, 슬러지 표면에 저압 영역이 생성되어, 슬러지(490)의 내부로부터 슬러지(490)의 벨트(412)의 제1 면(412') 및 처리 롤러(421)의 금속 층과 접촉하는 표면으로 모세관 압력에 의해 유체가 유동하도록 한다.
건조 공정의 끝에서, 처리 롤러(421) 상의 건조된 슬러지는 드럼 스크래퍼(445)에 의해 처리 롤러(421)로부터 긁어지고, 모터 달린 브러시(441)가 벨트(412)의 제1 면(412')에서 슬러지(490)를 털어낸다. 최종적으로 건조된 슬러지(492)는 스크루 컨베이어(446)로 낙하하여, 건조 장치(400)의 측면으로부터 배출된다.
위의 실시예들은 이하의 세부사항들과 같이, 본 발명의 예시로서만 제공된 것이며, 통상의 기술자에게 자명한 바와 같이, 그에 대한 추가의 수정 및 개선이 기술된 본 발명의 넓은 범위 및 영역 내에 포함되는 것으로 간주된다. 특히, 이하의 추가 사항들 및/또는 수정 사항들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
- 수분 벤틸레이터는 용도 및 필요 요건에 따라서 생략될 수 있으며, 또는 적당한 도 다른 장치 또는 디바이스로 대체될 수 있다.
- 처리 롤러들의 직경과, 이로 인한 처리 롤러들의 단면 둘레는 용도 및 필요 요건에 따라 달라질 수 있다.
- 벨트들의 긴장은 에어 실린더들 및 테이크-업 롤러들에 의해서만 달성될 필요는 없으며, 당 업계에 공지된 다른 적절한 수단으로 달성될 수 있다.
- 건조 장치 내 에어 실린더들 및 테이크-업 롤러들의 개수는 용도 및 필요 요건에 따라 달라질 수 있다.
- 벨트의 폭(벨트의 일 단부로부터 타 단부까지의 거리로, 상기 거리는 벨트가 구동되는 방향에 수직임)은 처리 롤러가 회전하는 중심축을 따른 처리 롤러들의 길이, 즉 처리 롤러의 일 단부로부터 타 단부까지의 거리와 같거나 작을 수 있다.
또한, 개별적인 실시예들이 논의되었지만, 본 발명은 논의된 실시예들의 조합도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 기술된 본 발명은 값들(예를 들어, 거리 및 온도)의 하나 이상의 범위를 포함할 수 있다. 값들의 범위는, 범위를 정의하는 값들을 포함하여 범위 내의 모든 값을 포함하며, 범위에 인접한 값들은 범위의 경계를 정의하는 값에 바로 인접한 값들과 동일하거나 실질적으로 동일한 결과를 초래하는 것으로 이해해야 한다.

Claims (37)

  1. 물질을 건조시키는 장치로서, 상기 장치는,
    중심축에 대해 회전할 수 있는 적어도 하나의 비-금속 롤러,
    제1 면 및 제2 면을 구비하는 제1 금속 벨트로, 제1 벨트의 제1 면은 물질을 수용하도록 구성된 제1 다공성의 금속 벨트, 및
    비-금속 롤러의 표면 일부에 근접하게, 그리고 상기 표면의 일부 주위에 배치되는 하나 이상의 열 유도 소자들을 포함하며,
    작동 시, 하나 이상의 열 유도 소자들은 물질을 가열하여 물질로부터 유체를 제거하기 위해 제1 금속 벨트에 열을 유도하되, 비-금속 롤러에는 열을 유도하지 않으며, 제1 금속 벨트는 제1 면을 통해, 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부를 향해 물질을 가압하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1 금속 벨트는 미세한 금속 섬유로 제조되는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  3. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 열 유도 소자가 비-금속 롤러 내에, 비-금속 롤러의 내부 원주 표면의 일부에 근접하게, 비-금속 롤러의 내부 원주 표면의 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  4. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 열 유도 소자가 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부에 근접하게, 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 주위에 배치되고, 작동 시, 물질과 제1 금속 벨트는 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부와 열 유도 소자 사이에서 구동되는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  5. 제1항에 있어서, 제1 금속 벨트에 장력을 가하게 구성된 적어도 하나의 장력 수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  6. 제1항에 있어서, 제1 금속 벨트로부터 물질을 제거하는(dislodging) 제거 수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  7. 제1항에 있어서, 건조 장치는 제1 면과 제2 면을 구비하는 제2 금속 벨트를 추가적으로 포함하며, 작동 시, 물질이 제1 금속 벨트의 제1 면과 제2 금속 벨트의 제1 면 사이에 협지되고(sandwitched), 제1 금속 벨트는 제1 면을 통해, 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부를 향해 물질을 가압하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  8. 제7항에 있어서, 제2 금속 벨트는 미세한 금속 섬유로 제조되고, 제2 금속 벨트는 다공성인 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 작동 시, 하나 이상의 열 유도 소자들은 물질을 가열하기 위해 제2 금속 벨트에 열을 유도하되, 비-금속 롤러에는 열을 유도하지 않는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 물질 건조 장치는 복수의 비-금속 롤러를 구비하고, 작동 시, 제2 금속 벨트는 제1 면을 통해 물질과 제1 금속 벨트를 적어도 하나의 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부를 향해 가압하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서, 제2 금속 벨트에 장력을 가하게 구성된 적어도 하나의 장력 수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  12. 제7항 또는 제8항에 있어서, 제2 금속 벨트로부터 물질을 제거하는 제거 수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  13. 제1항에 있어서, 건조 장치로부터 유체를 제거하게 구성된 배출기를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  14. 제1항에 있어서, 물질의 표면으로부터 유체를 제거하게 구성된 벤틸레이터를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  15. 제1항에 있어서, 제1 금속 벨트의 제1 면에 물질을 분배하게 구성된 장치를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  16. 제1항에 있어서, 비-금속 롤러는 복수의 돌출부와 복수의 채널들을 포함하며, 돌출부들과 채널들은 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부에 배치되고, 채널들은 작동 중에 물질로부터 유체가 배출될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  17. 제16항에 있어서, 100℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 작동 가능한 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 돌출부들은 비-금속 롤러의 재료와 상이한 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서, 복수의 돌출부는 실질적으로 롤러의 길이를 따라, 비-금속 롤러의 외부 원주 표면에 배치되는 리지들(ridges)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  20. 제16항 또는 제17항에 있어서, 복수의 돌출부는 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부에 원주 방향으로, 비-금속 롤러의 외부 원주 표면 둘레에 배치되는 리지들을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  21. 제16항 또는 제17항에 있어서, 돌출부들은 로드(rod)들을 포함하고, 채널들은 슬롯들을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  22. 제16항 또는 제17항에 있어서, 비-금속 롤러는 비-금속 롤러의 외부 원주 표면에 슬리브를 추가적으로 포함하고, 복수의 돌출부와 채널들은 슬리브의 외부 표면에 배치되는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  23. 제16항 또는 제17항에 있어서, 비-금속 롤러는 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부에 금속 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 장치.
  24. 물질을 건조시키는 방법으로,
    제1 면과 제2 면을 구비하는 제1 금속 벨트에 물질을 분배하는 단계로, 다공성의 제1 금속 벨트의 제1 면이 물질을 수용하게 구성되는 단계,
    중심축에 대해 회전 가능한 적어도 하나의 비-금속 롤러의 표면의 일부에 근접하게, 그리고 상기 비-금속 롤러 표면의 일부 주위에 배치되는 하나 이상의 열 유도 소자들에 의해, 물질을 가열하여 물질로부터 유체를 제거하기 위해, 제1 금속 벨트에 열이 유도되되, 비-금속 롤러에는 하나 이상의 열 유도 소자들에 의해 열이 유도되지 않는 단계, 및
    제1 금속 벨트의 제1 면을 통해, 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부를 향해 물질을 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 방법.
  25. 제24항에 있어서, 적어도 하나의 열 유도 소자가 비-금속 롤러 내에, 비-금속 롤러의 내부 원주 표면의 일부에 근접하게, 비-금속 롤러의 내부 원주 표면의 일부 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 물질 건조 방법.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 적어도 하나의 열 유도 소자가 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부에 근접하게, 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부 주위에 배치되고, 건조 방법은 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부와 적어도 하나의 열 유도 소자들 사이에서 물질과 제1 금속 벨트를 구동시키는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 방법.
  27. 제24항 또는 제25항에 있어서, 제1 금속 벨트에 장력을 가하는 것을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 방법.
  28. 제24항 또는 제25항에 있어서, 제1 금속 벨트로부터 물질을 제거하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 방법.
  29. 제24항에 있어서, 제2 금속 벨트의 제1 면과 제1 금속 벨트의 제1 면 사이에 물질을 협지하여, 제1 금속 벨트의 제1 면을 통해, 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부를 향해 물질과 제2 금속 벨트를 가압하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 방법.
  30. 제29항에 있어서, 물질 건조 방법은 물질을 가열하기 위해 하나 이상의 열 유도 소자들에 의해 제2 금속 벨트에 열을 유도하되, 비-금속 롤러에는 하나 이상의 열 유도 소자들에 의해 열이 유도되지 않는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 방법.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서, 복수의 비-금속 롤러가 있을 때, 제2 금속 벨트의 제1 면을 통해, 적어도 하나의 비-금속 롤러의 외부 원주 표면의 일부를 향해 물질과 제1 금속 벨트를 가압하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 방법.
  32. 제29항 또는 제30항에 있어서, 제2 금속 벨트에 장력을 가하는 것을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 방법.
  33. 제29항 또는 제30항에 있어서, 제2 금속 벨트로부터 물질을 제거하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 방법.
  34. 제29항 또는 제30항에 있어서, 배출기를 통해 유체들을 제거하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 방법.
  35. 제24항에 있어서, 벤틸레이터를 통해 물질의 표면으로부터 유체를 제거하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 건조 방법.
  36. 삭제
  37. 삭제
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