KR19990072153A - 경량의 소형 쓰레기 처리 노 - Google Patents

경량의 소형 쓰레기 처리 노 Download PDF

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KR19990072153A
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피터 지. 트산트리조스
써오도라 알렉삭키스
미챌 지. 드로에트
플라톤 마놀리아디스
에드워드 엘. 주니어 레이드매처
티모씨 제이. 리버스
Original Assignee
피터 지. 트산트리조스
솔텍 엔지니어링 엘.엘.씨.
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Abstract

본 발명은 쓰레기를 처리하는데 사용되는 경량의 소형 노를 제공하는데 있다. 상기 노는 노의 중량이 최소화되고, 노를 설치하는 공간이 작은 곳에서 특히 적용 가능하다. 상기 노는 3개의 주요 챔버로 구성된다. 제 1 챔버(12)에서 물과 유기성분은 분해되며 증발되고, 금속과 세라믹은 유리화되며 용융 슬래그로 변형된다. 플라즈마 토오치(18) 또는 유도 코일은 작동하는데 필요한 에너지를 제공한다. 제 2 챔버(28)에서, 분해되고 증발된 성분은 플라즈마 토오치(32)를 사용하여 에어 또는 산소와 함께 태워져 필요한 에너지를 보충한다. 제 3 챔버(38)는 유리형 슬래그를 수용하고 저장한다. 상기 노는 독특한 경량의 다층 고온 챔버 벽 구조를 사용하며, 상기 벽 구조는 좋은 물질로 이루어져 높은 에너지 효율 및 동적인 냉각제어를 제공한다. 노에서 사용된 경량의 벽 구조는 본 발명의 주요 특징이다.

Description

경량의 소형 쓰레기 처리 노
군용 선박 및 상업용 선박은 실제로 전세계 항로에서 운항한다. 쓰레기의 관리측면에서 이들 선박들은 작은 해상 도시로 간주될 수 있다. 미해군 고형 쓰레기 관리부는 해양에서의 생활시 1인 하루당 고형 쓰레기의 약 1.4㎏(3.0파운드)가 발생된다고 지적하고 있다. 따라서, 통상적인 항공모함에서 생활하는 사람들은 하루에 9.9톤 이상의 고형 쓰레기를 발생시킨다. 전체적으로, 수천톤의 고형 쓰레기가 전세계 항로에서 발생되고 있다. 현재, 이들 쓰레기의 대부분이 바다로 버려져 엄청난 환경문제를 유발하고 있다.
1987년에 미합중국 의회는 세계 해양의 어떤 특정 구역에 고형 쓰레기의 방출을 금지하는 국제법을 만장일치로 비준했다. 이러한 법률은 미합중국 해군 선박을 포함한 모든 공공 선박들에 대해 확대 적용되었다. 2000년 1월 1일 기한으로 1993년에 입법화된 의회법은 미합중국 해군의 전함대가 상기 법을 따르도록 규정하고 있다.
현재, 미합중국 해군은 선박에 설치될 수 있는 쓰레기 처리 노를 필요로 하고 있다. 상기 설비는 경량, 소형, 및 모듈러 방식이라야 하며, 선박의 기본 구조를 변경하지 않고 선박의 내외부로 이동될 수 있어야 한다. 또한, 상기 설비는 높은 에너지 효율과 신속한 작동 및 정지 성능을 가져야 한다. 본 명세서에 기술된 기술적 내용들은 미합중국 해군의 모든 요건을 만족시키고 있다. 그러나, 본 명세서의 기술내용은 이동가능한 쓰레기 파괴 시스템과 같이 중량과 크기를 최소화해야 하는 모든 곳에 적용할 수 있다.
고형 쓰레기의 파괴를 위한 가장 유용한 기술중의 하나는 열처리 방식이다. 열처리는 소각 또는 열분해에 의해 달성될 수 있다.
소각 방식에 있어서, 고형 쓰레기는 산소가 풍부한 환경에서만 태워진다. 종이, 플라스틱 및 기타 유기성분과 같은 연소가능한 쓰레기 성분등은 충분히 높은 화염을 유지하기 위한 필요에 따라 추가되는 화석연료와 함께 연료로서 사용된다. 통상적으로, 소각방식은 대형 노, 불완전 연소, 다이옥신과 같은 오염물질의 배출, 및 재의 발생 등을 특징으로 한다. 이와같이, 종래의 소각방식은 검출가능한 오염물질을 발생해서는 않되는 경량 소형 설비로서는 실용적인 기술이 못된다.
다수의 발명자들이 시스템을 더욱 소형화하고 효율적으로 제조하기 위한 기술들을 제안해 왔다. 미국 특허 제 5,353,720호에는 종래의 공기 및 가스 또는 오일을 사용하는 대신에 압축 산소 및 수소를 사용하여 챔버내의 화염 온도를 2,250℃(4,000℉)로 유지하는 소각 시스템이 기술되어 있다. 산소 및 수소의 연소에 의해 가스 소요량을 충분히 감소시킬 수 있으므로 시스템의 크기도 상당히 감소시킬수 있다. 또한, 초고온에서의 연소에 의해 상기 탈가스내의 오염 배출물을 급격하게 줄일 수 있다. 그러나, 이러한 작동방식은 극히 위험하고 폭발 위험이 있어 이러한 기술의 상업화를 어렵게 하고 있음을 예상할 수 있다. 또한, 이러한 형태의 노를 작동시키기 위해서는 다량의 수소 및 산소를 사용해야 한다.
다른 소각방식의 기술이 미국 특허 제 4,627,365호 및 4,579,067호에 각각 기술되어 있다. 미국 특허 제 4,627,365호에는 가정용 쓰레기를 수거하는 트럭상에 설치된 휴대간편한 소각 설비가 기술되어 있다. 이러한 방식의 소각 노는 매우 작은 양의 고형 쓰레기만을 처리할 수 있도록 설계되었으며, 만족할만한 쓰레기의 파괴와 탈가스 배출물을 제거하는데 있어서 의심스러운 정도이다. 미국 특허 제 4,579,067호에는 오염원의 발생을 감소시키는데 효과적인 고온 연소온도를 제공하는 소각노가 기술되어 있다. 모든 소각노는 처리하기 곤란하고 독성을 가지며 매설 또는 또다른 처리를 요하는 비산재를 발생한다.
또다른 방식의 소각로가 미국 특허 제 4,479,443호 및 4,848,250호에 각각 기술되어 있다. 이들 기술은 노의 성능을 개선하는데 도움을 주는 추가의 에너지원과 결합된 소각로를 사용한다. 미국 특허 제 4,479,443호에는 폴리염화비닐의 파괴에 플라즈마와 연소 화염을 사용하는 노가 기술되어 있다. 상기 플라즈마는 연소온도를 증가시켜 폴리염화비닐의 파괴효율을 99.99% 이상으로 높히는데 사용된다. 미국 특허 제 4,848,250호에서는 고형 쓰레기가 내부에 부어져 처리되는 용융 금속욕의 온도를 일정하게 유지하기 위해서 유도코일을 사용하고 있다. 유도 및 소각 방식을 결합한 이러한 시스템은 높은 온도에서 쓰레기를 연소시킬수 있는 성능을 부여하여 탈가스내의 오염원을 감소시키고 비산재를 유리질화한다.
열분해 방식에 있어서, 쓰레기는 산소 빈약 환경하에서 540℃(1,000℉) 이상의 온도에 노출된다. 플라즈마 제트, 아아크 및 유도로에 의해 이송된 것과 같은 전기 에너지가 열원으로서 사용된다. 페기물내의 수분은 증발되고 유기물질은 H2, CO, CO2, C2H2와 같은 보다 간단한 휘발성 화합물을 형성하도록 분해된다. 나머지 재료, 대부분의 재, 유리 및 금속들은 극히 안정하고 환경오염 가능성이 없는 슬래그로 용융 및 유리화하기 위해 1,930℃(3,500℉) 정도의 온도로 더욱 가열될 수 있다. 사실상, 유리질화된 슬래그는 너무 안정해 핵 쓰레기와 같은 매우 위험스런 재료들도 비축가능하게 한다. 분해된 모든 휘발성 화합물을 포함하는 탈가스는 어떠한 독성을 배출하지 못하도록 더욱 더 처리되어야 한다. 통상적으로, 이러한 처리방식은 최소 1,095℃(2,000℉)에서 2초간 연소하는 단계를 포함한다. 공기 또는 산소가 연소에 사용된다. 탄화수소 연료는 약 1,095℃(2,000℉) 이상의 온도로 유지하는데 사용된다.
다수의 열분해 노들이 지난 20년간 제안되어 특허되어 왔다. 로테크사에 의해 발전되어온 하나의 설계방식에 있어서, 열분해를 위한 에너지를 공급하는데 플라즈마 토오치가 사용된다. 플라즈마 형성가스로서는 공기가 사용된다. 상기 노의 전체가 회전되어 용융 쓰레기가 노의 표면위로 분출될 수 있게 한다. 용융 쓰레기를 분출해냄으로써, 상기 로테크 기술은 처리가능한 표면적을 증가시키며 처리 효율을 개선한다고 주장하고 있다. 유리질화된 슬래그는 회전속도와 그와 관련된 원심력(슬래그가 구멍으로 흐를 수 있게 함)을 감소시킴으로써 회전로의 중심에 위치한 구멍을 통해 출탕된다.
다른 플라즈마 열분해로가 플라즈마 에너지 코포레이션(PEC)에 허여된 미국 특허 제 5,143,000호에 기술되어 있다. 상기 PEC 노에서, 고형 쓰레기는 노를 형성하는 칼럼으로 이송된다. 플라즈마 토오치는 쓰레기에 의해 둘러쌓인 플라즈마 방출단부를 갖는 상기 칼럼의 하부 내측으로 삽입된다. 상기 칼럼의 높이는 플라즈마 토오치의 높이보다 높게 유지된다. 플라즈마의 에너지는 혼합 쓰레기내의 유기 화합물을 분해하고 슬래그 내의 금속과 회분을 용융시키는데 사용된다. 휘발성 유기물질은 노의 상부를 통해 날아가지만 슬래그는 바닥으로부터 제거된다. 상기 PEC 노에서 플라즈마 토오치와 노 벽은 고정되어 있으며 플라즈마 제트에 의해 쓰레기에 전달된 운동량의 결과로 이동될 뿐이다. 그러나, 미국 특허 제 4,982,410호의 흑연 아아크 전극과 관련하여 기술된 바와같이 필요하다면 토오치의 운동을 가능하게 할 수도 있다.
캐나다 특허출원 제 2,076,199호에는 레테크 노와 PEC 기술과 유사한 플라즈마 열분해 노가 기술되어 있으나 상세한 설계방식의 제공에는 미흡하다. 상기 특허에서는 가정용 고형 쓰레기(MSW)을 1,100℃(2,010℉) 이상의 온도로 가열하기 위해서 내화재가 라이닝된 노의 내측에서 플라즈마 아아크를 사용하는 공정을 청구하고 있다. 노 내측으로의 공기의 진입은 부단한 노력으로 최소화됨으로써 보다 높은 가열온도를 갖는 탈가스를 발생한다. 열분해에 있어서, 탈가스는 탈가스를 연소시키기 위해 충분한 수소와 탄화수소를 포함하며 가스의 약 250Btu/ft3(9,315kJ/m3)가 회수된다.
소각 방식이든 열분해 방식에 상관없이 전술한 특허에 기술된 모든 노들은 노의 내측 표면을 덮고 있는 종래의 내화재 라이너를 사용함으로써 과잉의 열손실을 방지하고 노의 벽손상을 방지하고 있다. 또한, 이들 특허들은 탈가스의 처리를 위해 2차 연소 챔버(SCC)를 늘 수반해야 한다. 통상적으로, 상기 SCC의 내측 표면은 종래의 내화 라이너로 덮여 있어야 한다. 종래의 라이너, 심지어는 미국 특허 제 4,823,359호에 기술되고 노턴 컴패니에 의해 발전된 것과 같은 진보된 재료로 제조된 라이너라 할지라도 상기 노와 SCC의 중량을 현저하게 증가시킨다. 예를들어, 미국 특허 제 4,770,109호 및 5,143,000호에 각각 기술된 바와같이, 500㎾의 동력으로 작동하고 고형 쓰레기를 약 700lb/hr(320㎏/hr)로 처리할 수 있으며, 적합한 SCC 시스템과 결합된 플라즈마 노는 노벽의 약 200ft3를 덮기 위한 충분한 내화재를 필요로 한다. 약 20% 정도의 높은 에너지 손실을 허용할 수 있으면, 종래의 지르코니아 내화재 벽의 두께는 약 12인치(30㎝)로 될 수 있으며, 상기 노와 SCC는 기껏해야 40톤의 내화재만을 필요로 한다. 만일 낮은 열손실을 필요로 한다면, 내화재 벽은 보다 두껍고 무거워야 한다. 종래의 내화재가 라이닝된 노의 사용에 있어서의 다른 문제점은 조업의 시작 및 중단중 노의 가열과 냉각에 소요되는 시간이 길어진다는 점이다.
노의 작동에 SCC의 사용 필요성이 없다면 소요되는 내화재의 양도 상당히 감소시킬 수 있다. 미국 특허 제 4,644,877호에서는 쓰레기의 플라즈마 열분해로부터 유발된 탈가스의 퀀칭 및 제거를 위해 스프레이 링을 사용하고 있다. 캐나다 특허출원 제 2,135,204호에서, 플라즈마 노로부터의 탈가스는 노에서 발생된 슬래그와 동일한 방향으로 흐르게 함으로써 처리된다. 상기 두 특허에 있어서, 탈가스의 처리는 SCC 시스템의 제거를 목적으로 한다. 그러나, 상기 특허에 기술된 어느 기술도 적합한 처리를 제공하는 것으로 판단되지 않으며, 대부분의 적용에 있어서 미국법은 SCC 시스템의 사용을 요구하고 있다.
내화재 라이닝에 의해 유발된 노의 중량 증가와 대형화를 피하기 위한 최선의 방법은 보다 경량의 에너지 관리 시스템을 사용하는 것이다. 내화재 벽의 개선에 많은 기술들이 중점을 두고 있다. 예를들어, 미국 특허 제 4,802,425호에는 두 개의 섬유질 재료가 교대로 엇갈리도록 구성된 내화재 라이닝이 기술되어 있다. 제 1 섬유질 재료는 수축 또는 부식 저항의 측면에서 선택되나 제 2 섬유질 재료는 우수한 기계적 강도의 측면에서 선택된다. 이러한 형태의 설계방식은 고도의 부식 환경에서 개선된 성능을 발휘하지만, 내화재 라이닝의 중량이나 크기를 현저하게 감소시키지는 못한다.
종래의 내화재를 사용하지 않는 노의 단열을 위한 구조물이 미국 특허 제 4,398,474호에 기술되어 있다. 이러한 구조물은 일련의 내화재를 에워싸고 있는 외피와, 거의 평행하게 이격된 시이트로 구성되며, 상기 시이트의 하나 이상은 반사성을 가진다. 상기 단열 벽은 열원의 반대쪽의 고온 표면으로부터의 반사열을 반사부에 작동시켜 열손실을 감소시키도록 설계되어 있다. 이러한 구조물은 이론적인 연구에 근거한 것이나 많은 실제적인 적용에 있어서의 문제점들이 남아 있다. 예를들어, 상기 특허에는 소정의 특성을 얻는데 사용될 수 있는 재료들을 특정하지 않고 있다. 사실상, 전술한 구조물은 청정 에너지원에 의해 발생된 열을 포함하는 매우 낮은 온도(약 1,000℉ 또는 540℃)에서의 사용에 적합한 것으로 판단된다. 본원 발명자의 지식으로는 전술한 단열 구조물은 쓰레기 처리로로서 사용되기 곤란한 것으로 판단된다.
쓰레기 처리로에 사용하기 위한 경량의 노벽 설계에 있어서 고려해야 할 사항은 공급 재료의 조성에 있어서의 다양한 변수에 있다. 몇몇 쓰레기는 연소시 매우 큰 양의 에너지를 방출하는 대량의 유기물질을 포함한다. 다른 공급 쓰레기들은 매우 작거나 없는 무기물질을 포함하므로, 이들의 처리시에는 최소의 에너지만이 발생된다. 공급 쓰레기에 있어서의 유기물질의 함량은 꾸준히 변할 수 있으므로, 노 벽에 공급되는 에너지도 변하고 노의 냉각율도 벽의 온도를 일정하게 유지하기 위해서 변화해야 한다. 이러한 사항은 급격히 가열하고 냉각하도록 설계되어, 커다란 양의 에너지를 저장하여 노내에서 방출된 열의 일시적인 감소에도 불구하고 고온을 유지하는 종래의 내화 벽에 비해서 최소 에너지만을 저장해야 하는 노 벽에 특히 중요하다.
발명의 개요
본 발명에 따른 노는 선박, 트레일러 등에서와 같이 경량, 소형화 및 표준화가 필요한 상황하에서 혼합된 고형 쓰레기, 의학 쓰레기, 위험 페기물 및 오래된 군수품의 처리에 사용하고자 하는 것이다. 경량 소형화 노는 구조재로서 사용 또는 폐기하는데 적합하게 쓰레기 중의 유기질 성분을 가스 방출물로, 또한 무기물질을 불활성의 유리질화된 고형 쓰레기(슬래그)로서 변환시킬 수 있다.
본 발명의 노는 3개의 주 챔버, 즉 유기질 성분을 분해 및 증발시키고 무기질 성분을 유리질화하는데 사용되는 1차 고상 처리 챔버(PSTC)와, 상기 PSTC에서 발생된 모든 휘발성 성분의 완전 연소와 처리를 보장하는데 사용되는 2차 연소 챔버(SCC), 및 슬래그 처리 및 저장 챔버로 구성된다. 그러므로, 본 발명에 따른 노는 필수 구성요소로서,
(a) 쓰레기를 용융 슬래그 및 간단한 휘발성 성분으로 변형시키는 도가니를 구비한 1차 고상 처리 챔버와,
(b) 보다 완전한 연소를 위해 상기 1차 고상 처리 챔버내에서 발생된 휘발성 성분을 더 처리하기 위한 2차 연소 챔버와,
(c) 1차 고상 처리챔버의 도가니에서 형성된 슬래그를 냉각시키고 상기 노로부터 제거하기 위해 이송시킬 수 있는 슬래그 처리 및 저장 챔버를 구비하며,
(d) 상기 제 1 고상 처리 챔버 및 제 2 연소 챔버의 벽은 고온 작동온도에서 양호한 기계적인 성질을 갖는 금속으로 제조된 내부 벽 구조를 구비하고, 상기 내부 벽 구조의 한 측면은 고온 챔버 내부와 대면하고, 상기 내부 벽 구조의 다른 측면에는 상기 내부 벽 구조를 동역학적으로 냉동 제어할 수 있도록 가변식 냉각 에어가 통과하는 갭이 제공되어 있고, 상기 벽들은 상기 갭 뒤에 있는 외부 스틸 셀을 구비한다.
상기 갭을 통과하는 가변식 냉각 에어는 그 냉각 에어의 양 및/또는 속도가 변화될 수 있고, 이것은 갭의 측면상의 내부 벽 온도의 기능으로서, 예를들어 CPU 밸브 및 가변식 속도를 갖는 송풍기에 의해 조절되거나 제어될 수 있다. 상기 온도는 열전쌍에 의해서 측정될 수도 있다.
상기 내부 벽 구조는 고온 챔버 내부에 존재하는 온도 및 다른 상태에 좌우되므로, 스테인레스 스틸로 제조될 수도 있고, 바람직하게는 초합금으로 제조될 수도 있다. 상기 초합금은 고온 챔버 내부와 대면하는 측면상의 열적 배리어 코팅으로 제공되고, 가능한 부식 및 산화 방지 물질로 제조된 접착 피복부로 제공될 수도 있다. 상기 접착 피복부는 내부 벽 구조를 형성하는데 사용되는 초합금 또는 다른 적당한 금속에 열적 배리어 코팅을 접착하는데 사용된다.
통상적으로, 제 1 고상 처리 챔버 및 제 2 연소 챔버는 플라즈마 발생 장치에 의해서 동력 구동되고, 필요에 따라 하나의 대형 용기속으로 결합된다. 슬래그 처리 챔버는 플라즈마 환경에 노출되지 않고, 상당히 낮은 온도에서 작동된다.
제 1 고상 처리 챔버 플라즈마 발생 장치는 전송되거나 또는 비-전송되는 모드로 작동되는 플라즈마 토오치로 구성될 수도 있다(전송 모드란 플라즈마 아아크의 한단부가 토오치에서 전극에 부착되고, 다른단부가 용융 슬래그 풀(POOL)에 부착되는 것을 의미하는 반면에, 비-전송모드란 두 아아크 부착 전극이 플라즈마 토오치 내측에 있는 것을 의미한다). 본 발명의 다른 실시예에서, 유도 코일은 제 1 고상 처리 챔버에서 필요한 동력을 제공하는데 이용된다.
상기 고상 쓰레기는 미리 처리되어(예를 들어, 쓰레기는 파쇄에 의해서 그렇지 않으면 종래 기술에 의해서 처리될 수 있는 크기로 된다), 콘베이어 또는 나선형 이송기에 의해 노의 제 1고상 처리 챔버로 이송된다. 상기 제 1 고상 처리 챔버내에 혼합된 쓰레기는 구리와 같은 전기 유도성 물질로 제조된 도가니안으로 수용되어,약 2,800℉(1,540℃)의 온도로 가열된다. 상기 유도성 물질은 물 또는 에어로 냉각된다. 일반적으로, 전송 및 비-전송 모드에서 작동할 수 있는 플라즈마 토오치는 도가니에서 쓰레기를 가열하는데 사용된다. 에어는 플라즈마 형성 가스로서 이용되지만, 산소 또는 질소도 이용할 수도 있다. 유도 열은 에너지의 공급원으로 이용될 수도 있다.
도가니내에서 (i) 쓰레기에 포함된 물은 빠르게 증발되고; (ii) 유기물은 산소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 및 아세틸렌(C2H2)와 같은 상대적으로 작은 휘발성 분자로 분해되고, 그리고 (iii) 유리 및 금속과 같은 무기물은 용융되고, 혼합되어 산화되므로서, 용융된 세라믹 풀을 형성하여 냉각중에 매무 안정된 슬래그로 경화된다. 도가니에서 용융된 풀의 혼합은 용융된 풀의 표면상에 플라즈마 제트의 충돌에 의해서 그리고 플라즈마 토오치의 이동에 의해서 이루어진다. 결론적으로, 도가니 표면상의 제트의 충돌은 유압식 3-축 피봇팅 매카니즘을 이용한다. 유도 열이 슬래그를 용융시키기 위한 에너지 공급원으로서 이용되는 경우에, 자기 현상이 용융물에서 일어나고, 용융된 풀의 소정의 혼합물을 생산한다.
주기적으로, 도가니는 제 1 고상 처리 챔버내의 정상 작동 위치에서 슬래그 처리 및 저장 챔버까지 강하되고, 상기 슬래그 처리 및 저장 챔버는 제 1 고상 처리 챔버 밑에 직접 위치되고, 콘베이어상에 위치된 소형 모울드속에 위치된 용융 슬래그를 쏟아붓기 위해 경사진다. 선택적으로, 유입 플러그는 도가니 하부에 형성된 구멍을 개방하는데 이용될 수도 있고, 용융 슬래그는 상기 구멍을 통해 모울드 속으로 유입된다. 모울드가 용융 슬래그로 가득채워질 때, 콘베이어는 다음 모울드가 용융 슬래그를 수용하기 위한 위치에 있도록 이동된다. 결국, 콘테이너는 슬래그가 응고되고 저장되는 노의 냉각부 속으로 모울드를 이동시킨다.
용융된 도가니에 남는 휘발성 분자는 제 1 고상 처리 챔버에서 일부가 산화되어 저장되고, 상기 챔버에서의 가스 온도는 약 2,000℉(1,095℃)로 유지되고, 에어 또는 산소는 노 벽에서의 관통구멍 또는 플라즈마 형성가스가 연소중일 때 제 1 고상 처리 챔버속으로 이송시킨다. 이러한 분자의 처리는 제 2 연소 챔버에서 완성된다. 제 2 연소 챔버내에서 휘발성 분자는 거의 2,000℉(1,095℃)의 온도에서 완전히 태워진다. 연소를 완성하기 위해 전상적으로 제공되는 잔류시간은 2초 이상이다. 비-전송모드에서 작동되는 플라즈마 토오치는 온도를 특정 한계값 이하로 떨어뜨리지 않게 한다. 에어 또는 산소는 두가지 방법으로 휘발성 구성요소의 연소를 위해 제 2 연소 챔버로 공급된다. 즉, 첫 번째로 플라즈마 형성 가스와 같은 플라즈마 토오치를 통하고, 두 번째로 제 2 연소 챔버의 벽의 오리피스를 통해 상기 에어 또는 산소는 공급된다. 선택적으로, 과도한 에어가 제 1 고상 처리 챔버로 제공되므로, 제 2 연소 챔버에서 에어의 추가 필요성을 감소하거나 제거할 수 있다.
경량의 소형 노의 가장 혁신적인 요소중의 하나는 고온 노 내부용 벽 구조로서 내화라이닝을 하지 않는 것이다. 제 1 고상 처리 챔버 및 제 2 연소 챔버의 벽들은 2개의 층으로 구성된다. 제 1 층, 예를들어 고온 연소 영역과 대면하는 내부 벽 구조는 제트엔진의 고온부에서 적용되도록 항공산업에서 발전된 니켈계 초합금등으로 제조될 수 있다. 상기 초합금은 코발트-니켈-크륨-알류미늄계 합금(보통 CoNiCrAly 접착 피복재로 통칭됨)와 같은 부식 및 산화 방지 물질로 먼저 상기 고온 표면을 피복하고, 그리고, 노의 작동환경에 적합한 부분적으로 안정된 지르코니아 또는 다른 세라믹 열적 배리어 코팅(TBC)와 같은 열적 배리어 코팅으로 피복된다. 접착 피복재 및 열적 배리어 코팅은 매우 얇고, 그 전체 두께가 종래의 내화성 라이너가 갖는 두께 12인치(30㎝)보다 작은 0.08인치(0.2㎝) 이하를 보통 갖게된다. 게다가, 1,300~1,600℉(705~870℃)의 온도범위에서 작동되는 초합금 내부 벽의 내구성 및 안정성을 향상시킨다. 상기 내부 벽이 노의 고온에 노출되기 때문에, 초합금은 작동상태에서 양호한 기계적인 성질 및 양호한 부식 저항성을 제공하는 물질로 선택되어져야 한다.
내부 벽 구조의 냉각측면상에 위치된 노 벽의 제 2층은 냉각 에어 갭 및 외부 스틸 셀을 구비한다. 상기 에어 갭 및 스틸 셀 사이에 화이버프랙스(Fiberfrax)와 같은 세라믹 절연물질 층을 포함한다. 상기 세라믹 절연 물질은 매우 낮은 열 전도성(종래의 내화성 라이너는 10Btu/(hr·ft2)(℉/in)[1.4J/(s)(m)(℃)]를 갖는 것에 비해, 약 0.5Btu/(hr·ft2)(℉/in)[0.72 J/(s)(m)(℃)]를 가짐)과, 낮은 밀도(종래의 내화성 라이너는 약 450lb/ft3(7,200㎏/㎤)를 갖는 것에 비해, 약 10lb/ft3(160㎏/㎤)를 가짐)를 구비한다. 그러나, 세라믹 화이버 절연 물질은 그것의 빈약한 기계적인 성질 및 잠복된 부식 문제로 인하여 노에서 라이너로 직접 사용될 수 없다. 세라믹 화이버 절연 물질을 적용하여 보면, 상기 화이버 절연 물질은 감소된 온도(내부 벽 구조 및 냉각 에어 갭의 존재로 인해)를 보여주고, 노에의 어떠한 함유물과도 접촉하지 않고, 잠복되어 있는 부식성 노 환경에 노출되지 않는다.
약 0.5인치(1.3㎝)의 얇은 갭으로 보통 구성된 냉각 에어 갭은 내부 벽 구조를 동적으로 냉동 제어하는데 주로 이용되지만, 제 1 고상 처리 챔버 및 제 2 연소 챔버중의 하나 또는 모두에 에어 또는 산소를 공급하는데 이용될 수 있다. 에어 또는 산소는 갭을 통과하여 벽 구조의 일부에 있을 때, 내부 벽 구조 및 세라믹 화이버 절연 물질을 냉각한다. 이때. 고온 에어는 내부 벽 구조의 하나의 오리피스 또는 다수의 오리피스를 통해 반응로속으로 공급되고, 연소과정에 이용되거나 직접 외부 환경으로 방출된다. 그래서, 에어는 다음과 같은 4가지 목적을 위해 사용된다. 즉, (ⅰ) 노의 벽을 냉각하기 위해, (ⅱ) 휘발성 분자의 연소에 필요한 산소를 공급하기 위해,(ⅲ) 노 냉각 시스템을 에어 예열 시스템으로 전환시키므로서 노의 열효율을 증가 시키기 위해, (ⅳ) 노로부터 과도한 열을 제거하기 위해 제공된다.
본원에 기술된 노 벽을 설계하는데 매우 중요한 특징은 매우 짧은 시간에 상승되고 냉각되는 능력을 갖고 있는 것이다. 제 1 고상 처리 챔버 및 제 2 연소 챔버에서 노의 벽은 노가 적절히 작동하기 위해 고온으로 되어야 한다. 종래의 내화성 라인형 노에서 노의 예열은 약 6시간 정도 필요로 한다. 더욱이, 쓰레기 처리가 완성될 때, 세척 또는 유지를 위해 노를 개방하는 경우 내화성 라이닝내에 저장된 열을 제거하는데 많은 냉각 시간을 필요로 한다. 본원에 기술된 경량의 소형 노는 내부 벽 온도가 정상 작동온도 까지 즉시 증가될 수 있기 때문에 짧은 시간에 예열될 수 있다. 따라서, 노내의 냉각도 내부 벽을 냉각하는데 공정 에어를 사용하므로서 짧은 시간안에 이루어진다.
본원에 기술된 노의 또 다른 중요한 특징은 그것의 모듈방식이다. 675ib/hr의 혼합쓰레기를 처리할 수 있는 경량의 소형 노는 분당 약 1,200 표준 큐빅 피트(1,200scf/min, 또는 0.6㎥/s)의 폐가스를 발생하고, 체적이 150ft3(4.2㎥) 이상인 가스 처리 시스템을 필요로 한다. 이러한 노의 설치를 용기 내측에서 한다면, 설치중에 용기의 하부 조직에 중대한 손상을 가하게 된다. 상술된 노에서, 제 1 고상 처리 챔버, 츨래그 처리실, 제 2 연소 챔버는 다수의 모듈로 제조되며, 상기 모듈은 어떠한 변형도 없이 표준 용기 도어를 통과할 수 있다. 용기의 내측면에서 모듈은 소정의 처리 챔버를 제공하도록 조립된다.
요약하면, 본원에 기술된 노는 다음과 같은 중요한 특징 및 장점을 제공한다. 즉, (ⅰ) 균일한 벽의 에너지 관리 시스템의 도입으로 인하여 경량화 될 수 있다.(ⅱ) 제 1부(고상 처리) 및 제 2부(가스 처리)내의 인덕션(induction) 또는 플라즈마를 이용하고, 극적으로 폐가스의 체적을 추가시키는 탄화수소 연료의 사용을 방지하므로서 소형화 될 수 있다. (ⅲ) 벽 냉각 시스템을 에어 예열 시스템으로 전환하므로서 열효율을 증가시킬수 있다. (ⅳ) 모듈로 구성되어 어떠한 변형도 없이 설치위치에 바로 설치할 수 있다. (ⅴ) 대량의 에너지를 저장하는 종래의 내화성 라이너가 없으므로, 매우 빠르게 예열 및 냉각이 이루어질 수 있다. (ⅵ) 노의 내측면에서 방출되는 열의 변화에도 불구하고, 동적인 벽 냉각 시스템을 사용하므로서 거의 일정한 온도로 벽을 유지할 수 있다.
본 발명은 고온 챔버 내부를 갖는 임의의 노에 사용될 수 있는 신규의 경량 벽 구조를 또한 제공한다.
본 발명은 쓰레기의 처리에 사용되는 경량 소형 노의 신규한 설계에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상승된 작동온도에서의 구조적 안전성과 높은 에너지 효율 및 활발한 냉각제어를 제공하도록 진보된 재료로 제조된 경량의 다층식 내화벽 구조를 갖는 것과 같이 다수의 신규한 설계요소들을 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 설계된 노의 개략적인 측면도.
도 2는 도 1의 개략적인 평면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 설계된 노의 개략적인 측면도.
도 4는 본 발명의 노에 적합한 경량 벽의 단면도.
도 5는 도식적인 냉각 에어 제어 시스템을 갖는 벽 구조의 다른 단면도.
본 발명의 상세한 설명
도 1 및 도 2를 참조하면, 호퍼(10)를 구비하는 경량의 소형 쓰레기 처리를 위한 노의 측면도 및 정면도가 도시되어 있고, 상기 호퍼속으로 쓰레기는 들어가고, 호퍼속의 쓰레기는 제 1 고상 처리 챔버(PSTC, 12)로 이동한다. 상기 쓰레기의 통로는 진동 팬 콘베이어(14)에 의해 강화된다.
상기 제 1 고상 처리 챔버(12)는 호퍼(10)로부터 쓰레기가 전송되는 도가니(crucible, 16)를 구비하고, 상기 도가니에서 플라즈마 용융 토치(18)를 사용하여 상기 쓰레기를 용융시킨다. 상기 도가니(16)는 보통 수냉식이다. 상기 플라즈마 용융 토오치(18)는 피봇을 통해 필요한만큼 선회하기 때문에, 상기 도가니(16)내에서 만족스러운 혼합이 일어난다. 상기 토오치(18) 대신에, 도가니에서 상기 쓰레기를 약 1,540℃(2,800℉)까지 가열하기 위해 유도 코일(도시되지 않음)이 제 1 고상 처리 챔버(12)에서 필요한 동력을 제공하는데 이용될 수도 있다. 이에 따라, 쓰레기에 포함된 수분을 증발시키고, 유기물질을 산소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 및 아세틸렌(C2H2)와 같은 분자로 분해하고, 그리고 유리 및 금속과 같은 무기물을 혼합하여 용융시키므로서, 매무 안정된 슬래그를 만들 수 있다. 상기 혼합은 도가니(16)에서 용융된 풀(pool)의 표면상에 플라즈마 제트(22)의 충돌에 의해서 이루어지고, 플라즈마 토오치(18)는 피봇(20)을 통해 도가니의 표면상에 이동되고, 상기 피봇은 유압식으로 이루어지는 3-축 피봇팅 매카니즘을 이용한다.
상기 제 1 고상 처리 챔버(12)내에 생성된 가스는 화살표 24에 의해 도시한 바와 같이 통로를 통해 하나 이상의 제 2 연소부(28,30)로 형성되어질 수 있는 제 2 연소 챔버(SCC,26)로 흐른다. 이런 연소부의 수는 노의 전체 길이와 노의 쓰레기처리의 용량에 따라 다르다. 도시한 실시예에서는 두 개의 연소부가 도시되어 있다.
플라즈마 토오치(32)는 제 2 연소 챔버(26)내의 가스를 1,095℃(2,000℉)의 초과의 온도로 가열하고 그러므로서 완전연소를 보장하는데 사용된다. 공기 또는 산소는 또한 후술한 바와 같이, 제 2 연소 챔버 벽내의 오리피스와 플라즈마 토오치를 통해서 성취되는,휘발 성분의 연소을 위해 제 2 연소 챔버로 공급된다. 가스의 이탈은 개구(34)를 통해 이루어진다.
수냉식 도가니(16)는 제 1 고상 처리 챔버(12)내의 작동 위치로부터 제 1 고상 처리 챔버 아래에 위치되어 있는 슬래그 처리 및 저장 챔버(36)까지 주기적으로 하강된다. 그리고 나서 도가니는 경사져서 용융 슬래그를 콘베이어(40)상에 위치된 소형 주형틀로 부어진다. 주형틀은 차례로 슬래그로 채워지고 실제적으로 슬래그가 고체화하는 냉각부(42)로 이동하며, 냉각부로부터 슬래그가 도어(44)에 의해 제거된다.
본 예에서, 노의 높이(A)는 74"(1.85m)이고, 베이스 길이(B)는 54"(1.325m)이고, 베이스 폭(C)은 37"(0.925m)이며, 그러므로, 체적은 84ft3(2.273)이다.
도 3에서 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시하며, 여기서 이전 도면에서 도시한 동일한 요소는 동일 도면부호에 의해 식별된다. 도 3에 도시한 바와같이, 쓰레기는 호퍼(10)와 공급기 매카니즘(14)을 통해서, 이 실시예에서 고정 도가니인 도가니(16A)가 제공된 주 고상 처리 챔버(PSTC, 12)로 장착된다. 도가니(16A)에는 슬래그를 주형틀(38)에 부어넣기 위한 유도 플러그(17)가 구비되어 있다. 주 플라즈마 토오치(18)는 비이동식과 이동식 모드로 작동할 수 있는 이중 모드 토오치일 수 있다. 양극으로서 용융욕(molten bath)을 사용하는, 이동식 모드내의 토오치의 작업은 이 작동 모드가 통상적으로 약 90%의 매우 높은 토오치 효율을 가지기 때문에 매우 바람직하다. 그러나, 초기 동안에 고형화 슬래그는 전기적으로 전도성을 띠지 않고, 그러므로, 비이동식 작업이 바람직하다. 주 플라즈마 토오치(18)는 토오치 노즐과 용융물을 병렬식으로 전원에 연결하고 토오치의 접점을 개방함으로서 비이동식으로부터 이동식 모드로의 전환으로 아크를 이동하도록 허용한다.
제 1 고상 처리 챔버(12)내에 생성된 가스는 화살표 24에 의해 도시한 바와같이 통로를 통해 제 2 연소 챔버(SCC,26)로 흐른다. 고온 어레스터(25; arrester)는 오프 가스내에 포획된 어떠한 큰 입자도 제 1 고상 처리 챔버(12)로부터 떠나지 못하도록 통로(24)내에 포함될 수있다. 이 어레스터(25)는 이런 큰 입자의 필터로서 작용하고 정상적으로 여기에 장착된 서로 엇갈린 로드(27)의 몇 개의 열을 가진 원통형 요소로 형성되어 있다. 상기 로드(27)를 포함하는 완전한 어레스터(25)는 실리콘 카바이드와 같은, 양호한 내열충격성을 가지는 재료로 만들어진다. 제 2 연소 챔버(26)는 완전한 연소를 확보하기 위해 바람직한 온도로 가스를 가열하는데 제 2 플라즈마 토오치(32)를 구비한다. 가스의 이탈은 개구(34)를 통해 이루어진다.
본 실시예에서 도가니(16A)는 원형 단부를 갖는 반-타원체 도가니로 구성된다. 상기 도가니의 셀(shell)은 구리를 갖는 스테인레스 스틸 또는 니켈과 같은 물질로 제조된다. 상기 도가니에는 도가니 벽(15)이 제공되고,상기 도가니 벽(15)과 도가니의 외측 셀 사이의 통로가 있다.
상기 도가니는 유입구(19A,19B)를 통한 에어의 분사공정에 의해 냉각된다. 상기 에어 유출구는 도가니의 상부에 제공된다. 다공성 금속 패킹이 또한 통로내에 제공되어 도가니 벽으로부터 에어까지 열의 이송을 증진시킨다. 이러한 방식으로, 에어의 260scfm이 도가니로부터 22,200Btu/hr·ft2(70㎾/㎡)의 에너지를 제거할 수 있고, 그러므로서 도가니의 표면은 930℉(500℃)까지 냉각되는 것이 시험으로 증명되었다.
상기 슬래그 처리 챔버(36)는 수냉식 직사각형 챔버로 이루어지며, 상기 슬래그 인고트(ingot)는 약 10시간동안 냉각을 허용한다. 상기 용융 슬래그는 유도 플러그(17)를 통해 플러그 밑에 위치된 모울드(38)속으로 부어진다. 각 인고트의 중량은 보상형 부하 셀(도시되지 않음)로 제어되어, 인고트는 소정의 중량 예를들어 50lb를 초과하지 않는다. 모울드는 분리될 수 있는 두 반부로 형성될 수도 있다. 모울드의 두반부가 유압식 피스톤(도시되지 않음)에 의해 일부가 당겨져 모울드로부터 인고트(39)를 자유롭게 하기 전에 슬래그는 약 10분정도 모울드내에서 냉각된다. 인고트는 매우 자유롭게 될 때, 냉각챔버를 통해 밀리어지고, 팰릿(pallet)상에서 결국 종결되고, 상기 팰릿은 다수의 인고트를 지지하고, 상기 인고트들은 필요할 때 팰릿으로부터 제거될 수 있다. 상기 챔버는 물로 냉각되는 측벽들외에, 물로 냉각되는 바닥을 구비하며, 상기 냉각에 필요한 시간은 감소될 것이다.
상술된 바와같이 가능한 경량의 노를 제조하기 위해, 제 1 고상 처리 챔버(12) 및 제 2 연소 챔버(SCC,26)는 도 4 또는 도 5에 도시된 구조물로 제조될 수도 있다. 고온 챔버 내부와 대면하는 물질은 높은 작동 고온에서 양호한 기계적인 성질을 갖는 니켈계 초합금과 같은 초합금으로 구성된다.
상기 초합금은 지르코니아계 열적 배리어 코팅(TBC)와 같은 열적 배리어 코팅(48)으로 챔버 내부와 대면하는 고온 표면상에 피복된다. 초합금(46) 및 열적 배리어 코팅(48) 사이에는 코발트-니켈-크롬-알류미늄 계 합금과 같은 부식 및 산화 방지물질로 제조된 접착 피복부(47)가 제공된다. 이와같은 조합은 노의 내부 벽 구조를 구성하고, 그리고 얇은 갭(50)에 의해 후속된다. 상기 갭은 벽 구조의 냉각을 제어하는데 이용되며, 에어 또는 산소를 제 1 고상 처리 챔버(12) 및 제 2 연소 챔버(SCC,26)로 공급시킨다. 상기 에어 또는 산소는 오리피스(52)를 통해 내부벽에 제공된다. 또한, 갭(50)을 통과하는 에어의 속도 및/또는 체적(상기 체적 및 속도는 변화가능하다)을 제공하므로서, 내부 벽(46)을 위해 동역학적인 냉동 제어를 할 수 있다. 그래서, 도 5에 도시된 바와 같이, 열전쌍(53)이 내부벽(46)의 냉각면상에 장착되어 연속적으로 보면 상기 벽의 온도를 측정하고, 갭(50)을 통과하는 냉각 에어가 제어 CPU(57)를 갖춘 제어 밸브(55)에 의해 변화되므로, 송풍기(59)에 의해서 불리어지는 냉각 에어는 소정의 온도로 내부 벽(46)을 유지할 수 있다. 도 4에 도시된 벽 구조의 제 2부는 스틸 셀(56)상의 세라믹 화이버 절연 물질로 구성된다. 절연 물질(54)의 제 2층이 제공될 수도 있다. 화살표로 도시된 바와 같이, 갭(50)을 통과하는 에어 또는 산소는 초합금 벽(46)과, 세라믹 화이버 절연물질(54)을 냉각한다. 그래서, 상기 에어 또는 산소는 오리피스(52)를 통해 챔버 내부를 관통하기 전에 고온이 되므로, 챔버의 열효율을 증가시킨다. 절연물질(54)은 광학적이고, 도 5에 도시된 바와 같이 생략될 수도 있다.
아직도 온도가 매우 높으면, 외부 셀(56)을 냉각하는 것이 바람직하다. 바람직하게도, 이러한 셀은 일정온도로 유지되어 토오치될 때, 표면을 태우지 않는다. 이것은 상기 셀(56)내의 통로(60) 및 통로 내의 유동하는 물을 제공하거나, 물이 순환할 수 있는 외부 엔크로져(ENCLOSURE, 도시되지 않음)를 제공하므로서, 외부 셀(56)을 냉각하는 물에 의해서 이루어진다.
새로운 벽 구조의 전체 깊이 또는 두께는 4인치(10㎝)로 이루어지고, 이러한 두께는 종래의 내화성 라이너의 12인치(30㎝)와 비교하여 매우 양호한 두께이다.
도 4 또는 도 5에 도시된 벽 제조를 사용하면, 도 1 및 도 2에 도시된 노는 제 1 고상 처리 챔버 및 제 2 연소 챔버의 중량 이외에 플라즈마 토오치 및 진동 팬 콘베이어를 포함하는 약 5,000lb(2,250㎏)중량을 갖게된다. 이외에도, 동력 공급원 및 제어기와 같은 다른 유니트의 중량등 시스템의 전체 중량은 약 11,000lb(5,000㎏) 정도이고, 쓰레기 183lb/hr(82㎏/hr)를 처리할 수 있다. 대형 쓰레기를 처리하는데에는 대형 및 무거운 유니트가 필요하지만, 676lb/hr(300㎏/hr)의 용량을 처리하는데에는 종래 쓰레기 처리 시스템에서 필요한 20,000lb/hr(9,000㎏/hr)보다 작은 중량을 갖는 시스템을 필요로 한다. 명백히, 소형의 용량을 처리는 본 발명을 따라 설계된 소형의 크기 및 무거운 시스템에서 만족하게 된다.
본 발명의 통상의 전문가는 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않으면서 상기에 기술된 실시예와 다른 실시예를 실시할 수 있다.

Claims (32)

  1. 쓰레기를 처리하기 위한 경량의 소형 노에 있어서,
    (a) 쓰레기를 용융 슬래그 및 단순한 휘발성 성분으로 변형시키는 도가니를 구비한 제 1 고상 처리 챔버와,
    (b) 상기 1차 고상 처리 챔버내에서 발생된 휘발성 성분이 완전히 연소되도록 더 처리되는 제 2 연소 챔버와,
    (c) 상기 1 고상 처리 챔버의 도가니에서 형성된 슬래그를 냉각시키고 상기 노로부터 제거하기 위해 이송시킬 수 있는 슬래그 처리 및 저장 챔버를 구비하며,
    (d) 상기 제 1 고상 처리 챔버 및 제 2 연소 챔버의 벽은 고온 작동온도에서 양호한 기계적인 성질을 갖는 금속으로 제조된 내부 벽 구조를 구비하고, 상기 내부 벽 구조의 한 측면은 고온 챔버 내부와 대면하고, 상기 내부 벽 구조의 다른 측면에는 상기 내부 벽 구조를 동역학적으로 냉동 제어할 수 있도록 가변식 냉각 에어가 통과하는 갭이 제공되어 있고, 상기 벽들은 상기 갭 뒤에 있는 외부 스틸 셀을 구비하는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  2. 제 1항에 있어서, 도가니는 제 1 고상 처리 챔버내의 작동 위치에서 슬래그 처리 및 저장 챔버까지 주기적으로 강하될 수 있도록 경사지고 수직으로 이동가능하며, 또한 상기 도가니는 용융 슬래그를 응고시키는 모울드속으로 상기 용융 슬래그를 쏟아붓고, 상기 모울드에서 응고된 슬래그를 인고트 형태로 제거시키기 위해 경사지는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 도가니는 정지하고 드 바닥에 유도 플러그를 구비하고, 상기 유도 플러그를 통해 용융 슬러그는 상기 슬래그 처리 및 저장 챔버에 위치된 모울드 속으로 부어지고, 여기에서 용융 슬래그는 응고되고, 인고트 형태로 제거되는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  4. 제 1항 또는 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 도가니안에서 플라즈마 토오치가 쓰레기를 약 2,800℉(1,540℃)의 온도로 가열하는데 제공되고, 그러므로서 상기 쓰레기 내의 수분은 증발되고, 유기물을 산소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 및 아세틸렌(C2H2)와 같은 분자로 분해하고, 유리 및 금속과 같은 무기물을 혼합 하여 용융하여 슬래그를 만드는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 플라즈마 토오치는 전송 모드 이외의 비-전송모드에서도 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  6. 제 1항 또는 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 도가니안에서 유도 코일이 쓰레기를 약 2,800℉(1,540℃)의 온도로 가열하는데 제공되고, 그러므로서 상기 쓰레기 내의 수분은 증발되고, 유기물을 산소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 및 아세틸렌(C2H2)와 같은 분자로 분해하고, 유리 및 금속과 같은 무기물을 혼합 하여 용융하여 슬래그를 만드는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  7. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 도가니는 수냉식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  8. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 도가니는 공냉식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  9. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 제 2 연소 챔버를 약 2,000℉(1,095℃)의 온도로 유지하는데 적합한 플라즈마 토오치를 제공하는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 고상 처리 챔버 및 제 2 연소 챔버 사이에 통로가 제공되고, 상기 통로를 통해 제 1 고상 처리 챔버에서 발생된 휘발성 성분은 또다른 처리를 위해 제 2 연소 챔버로 이동하고, 상기 통로는 제 1 고상 처리 처리 챔버를 이탈하는 휘발성 성분을 동반하는 대형 미립자를 방지하기 위해 고온의 어레스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 어레스터는 양호한 열 충격 저항을 갖는 물질로 제조된 파상(波狀)형 로드의 다수열로 이루어진 원통형 요소로 구성되는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 원통형 요소 및 로드는 실리콘 카바이드로 제조되는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  13. 제 1항에 있어서, 슬래그 처리 및 저장 챔버는 수냉식 벽을 갖는 슬래그 냉각부를 구비하는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 슬래그 냉각부는 또한 수냉식 바닥을 구비하는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  15. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 모울드는 슬래그 인고트를 배출하기 위해 개별적으로 밀리어지는 두 분리 반부로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  16. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 보상형 부하 셀이 각 모울드에서 인고트의 중량을 제어하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  17. 제 1항에 있어서, 벽 내부 구조의 한 측면에 대면하는 갭을 통해 통과하는 에어는 상기 벽 구조를 냉각시키고, 열전쌍은 상기 내부 벽의 온도를 측정하도록 장착되고,
    온도 측정치를 제어기에 연결시키는 수단을 제공하고,
    상기 제어기는 밸브를 제어하여 충분한 냉각 에어를 갭으로 유동시킴으로써 상기 온도를 소정의 값으로 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  18. 제 1항 또는 제 17항에 있어서, 상기 내부 벽 구조에 오리피스들이 제공되어, 상기 오리피스들을 통해 분사되는 에어는 제 1 고상 처리 챔버 및 제 2 연소 챔버로 들어가 공정 에어로서 이용되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 갭 및 외부 스틸 셀 사이에는 적어도 하나의 세라믹 화이버 절연물질 층이 제공되는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  20. 제 1항 또는 제 19항에 있어서, 상기 외부 스틸 셀은 수냉식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 고상 처리 챔버 및 제 2 연소 챔버는 단일 용기로 결합되는 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  22. 제 1항 내지 제 21항 중의 어느 한항에 있어서, 상기 노는 모듈방식의 구조물인 것을 특징으로 하는 경량의 소형 노.
  23. 고온 챔버 내부를 갖는 노에서 사용되는 경량벽에 있어서,
    고온 작동온도에서 양호한 기계적인 성질을 갖는 금속으로 제조된 내부 벽 구조를 구비하고, 상기 내부 벽 구조의 한 측면은 고온 챔버 내부와 대면하고, 상기 내부 벽 구조의 다른 측면에는 상기 내부 벽 구조를 동역학적으로 냉동 제어할 수 있도록 가변식 냉각 에어가 통과하는 갭이 제공되어 있고, 상기 갭은 외부 스틸 셀 앞에 위치되는 것을 특징으로 하는 경량의 벽.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 내부 벽은 초합금 층, 고온 챔버 내부와 접촉하는 열적 배리어 코팅 및, 상기 초합금 층과 열적 배리어 코팅 사이를 접촉시키는 접촉 피복부로 구성되는 것을 특징으로 하는 경량의 벽.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 초합금 층은 니켈계 초합금 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경량의 벽.
  26. 제 24항 또는 제 25항에 있어서, 열적 배리어 코팅은 지르코니아계 열적 배리어 코팅으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경량의 벽.
  27. 제 24항 또는 제 25항에 있어서, 상기 접착 피복부는 CoNiCrAly 접착 피복부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경량의 벽.
  28. 제 24항 또는 제 25항에 있어서, 상기 배리어 코팅 및 접착 피복부는 전체 두께가 0.08인치(0.2㎝)를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 경량의 벽.
  29. 제 26항에 있어서, 공정 에어로서 사용되도록 갭을 통과하는 에어를 고온 챔버 내부로 관통하기 위해, 상기 벽 구조는 오리피스를 구비하는 것을 특징으로 하는 경량의 벽.
  30. 제 24항 또는 제 25에 있어서, 상기 벽은 외부 스틸 셀을 또한 구비하는 것을 특징으로 경량의 벽.
  31. 제 30항에 있어서, 벽 구조 및 외부 스틸 셀 사이에는 적어도 하나 이상의 세라믹 화이버 절연물질 층이 제공되는 것을 특징으로 경량의 벽.
  32. 제 30항 또는 제 31항에 있어서, 상기 외부 스틸 셀은 수냉식으로 이루어지는 것을 특징으로 경량의 벽.
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