KR20040035858A

KR20040035858A - 리액터의 나선형 어레이를 포함하는 유체 처리 시스템

Info

Publication number: KR20040035858A
Application number: KR10-2004-7004137A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄슨크리스챤; 펜헤일더글러스; 스콧로저
Original assignee: 트로잰 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-29
Also published as: CN1286734C; CA2458969C; US7077965B2; EP1436231A2; US20030080071A1; AU2002333096A1; WO2003024874A2; CN1555344A; CA2458969A1; WO2003024874A3

Abstract

본 발명에는 유체 처리 시스템의 리액터 어레이(150)가 기술되어 있다. 상기 리액터(155)는 유체 유동이 거의 나선 방향으로 통과할 수 있는 방식으로 배열되어 있다. 상기 유체 처리 시스템은 다량의 유체(예컨대, 물)를 처리할 수 있는 동시에, 비교적 작은 설치 면적을 필요로 한다. 실질적으로, 본 발명의 유체 처리 시스템은 비교적 많은 수의 방사선 공급원을 비교적 좁은 공간에 집중시킴으로써, 다량의 유체(예컨대, 물)을 처리할 수 있다.

Description

리액터의 나선형 어레이를 포함하는 유체 처리 시스템{FLUID TREATMENT SYSTEM COMPRISING AN HELICAL ARRAY OF REACTORS}

유체 처리 장치 및 시스템이 공지되어 있다. 예컨대, 미국 특허 제4,482,809호, 제4,872,980호, 제5,006,244호 및 Re 36,896호(이들 특허는 모두 본원의 출원인에 양도되었슴)는 모두 유체에 존재하는 비활성 미생물에 대해 자외선(UV)을 사용하는 자연유하식 유체 시스템을 기술하고 있다.

'809호, '980호 및 '244호 특허에 기술된 이러한 장치 및 시스템은 대개 복수 개의 UV 램프를 포함하고, 이들 램프는 프레임의 2개의 지지 아암 사이에서 연장되는 슬리브 내에 각각 장착된다. 상기 프레임은 피처리 유체에 침지되며, 그 후 필요에 따라 상기 유체에는 빛이 조사(照射)된다. 유체가 받는 방사량(放射量)은 유체의 램프에 대한 근접도에 의해 결정된다. 하나 이상의 UV 센서를 이용하여 램프의 UV 출력을 모니터링할 수 있고, 일반적으로 유체의 레벨은 어느 정도까지는 유체 처리 장치의 하류에서 레벨 게이트 등에 의해 제어된다.

'896호 특허에 기술된 시스템은 '809호, '980호 및 '244호 특허에 기술된 장치 및 시스템에서 유래하는 많은 단점을 제거한 것으로서 해당 기술에서 현저한 발전을 이룬 것이다. 불행이도, '896호에 기술된 시스템은 개방 유로형 시스템에 사용하기에는 이상적으로 적합한 것이지만, 유체의 유동이 파이프내 압력을 받아 공급되는 완전 폐쇄형 시스템에 사용되도록 개조하기에는 쉽지 않은 것이다.

폐쇄형 유체 처리 시스템은 공지되어 있고, 예컨대 미국 특허 제5,504,335호(본원의 출원인에게 양도되었슴)를 참조하라. '335호 특허는 유체의 유동을 수용하기 위한 하우징을 포함하는 폐쇄형 유체 처리 장치를 교시한다. 상기 하우징은 유체 입구와, 유체 출구와, 상기 유체 입구 및 유체 출구 사이에 배치된 유체 처리 영역, 그리고 상기 유체 처리 영역에 배치된 하나 이상의 방사선 공급원 모듈을 포함한다. 상기 유체 입구, 유체 출구 및 유체 처리 영역은 서로에 대해 동일선 상에 위치하는 관계에 있다. 상기 하나 이상의 방사원 공급원 모듈은 레그에 밀봉 가능하게 연결된 방사선 공급원을 포함하고, 상기 레그는 상기 하우징에 밀봉 가능하게 장착된다. 상기 방사선 공급원은 유체의 유동에 대해 실질적으로 평행하게 배치된다. 상기 방사선 공급원 모듈은 상기 유체 입구와 유체 출구 중간에서 상기 하우징에 마련되어 있는 개구를 통해 분리 가능하며, 이로 인해 방사선 공급원의 수리를 위해 상기 장치를 물리적으로 분리할 필요가 없어진다.

'335호 특허에 교시된 폐쇄형 유체 처리 시스템(이 특허에서 인용한 종래의 장치도 포함)은 어느 정도 상업적으로 성공을 거두었지만, 관련 기술의 개선 여지는 여전히 존재한다.

구체적으로 말하면, 다량의 유체(예컨대, 물)를 처리하는 것이 바람직한 많은 시설에서는, '809호, '980호, '244호 및 '896호 특허에 기술된 바와 같은 장치를 사용하기 위한 공간이 불충분하다. 또한, '355호 특허에 교시된 바와 같은 장치는 충분히 처리 가능한(예컨대, 바람직한 처리를 수행하기에 충분한 방사선량을 유체로 하여금 받게 함) 유체(예컨대, 물)의 체적에 의해 제한을 받는다.

따라서, 당업계에서는 '809호, '980호, '244호 및 '896호 특허의 유체량 처리 용량을 통합하는 동시에, '335호 특허에 교시된 장치에서 사용되는 것에 비해 그다지 크지 않은 "설치 면적" 공간을 필요로 하는, 유체 처리 시스템이 필요하다.

본 발명의 한 가지 양태에서, 본 발명은 유체 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 다른 양태에서, 본 발명은 유체 처리 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유체 처리 시스템의 바람직한 실시예의 사시도.

도 2는 도 1에 예시된 시스템의 평면도.

도 3은 도 1에 예시된 시스템의 제1 측면도.

도 4는 도 1에 에시된 시스템의 제2 측면도.

도 5는 도 1 내지 도 4에 예시된 사용된 하나의 리액터의 단면도.

본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 단점 중 적어도 하나를 제거 또는 경감시키는 것이다.

따라서, 본 발명의 한 가지 양태에서, 본 발명은 유체의 유동이 거의 나선 방향으로 통과할 수 있는 방식으로 배열된 독립적인 유체 처리 리액터의 어레이를 포함하는 유체 처리 시스템을 제공한다.

본 발명의 다른 양태에서, 본 발명은 거의 나선 방향으로 배열된 독립적인 유체 처리 리액터의 어레이를 통하여 피처리 유체를 공급하는 단계를 포함하는 유체 처리 방법을 제공한다.

따라서, 본원의 발명자는 다량의 유체(예컨대, 물)를 처리할 수 있으면서 비교적 작은 설치 면적을 필요로 하는 유체 처리 시스템을 개발하였다. 실질적으로, 본 발명의 유체 처리 시스템은 비교적 많은 수의 방사선 공급원을 비교적 좁은 공간에 집중시킴으로써, 다량의 유체(예컨대, 물)을 처리할 수 있다.

본 발명은 대개는 유체 처리 장치에 관한 것이며, 이러한 시스템의 가장 바람직한 용례는 물(예컨대, 도시 하수, 음용수, 오염된 지하수, 산업 폐수 등)과 같은 액체를 처리하는 것이다. 그러나, 당업자라면 가스 등과 같은 다른 타입의 유체를 처리하는 것에 있어서도 본 발명의 유체 처리 시스템의 유용성이 있다는 것을 알 것이다.

본 발명의 유체 처리 시스템 중 일반적으로 바람직한 실시예는 상호 연결된 유체 처리용 서브 시스템, 즉 "리액터"의 나선형 구조를 포함한다. 바람직한 실시예에서는 3개의 리액터를 하나의 열로 하고 3개의 열이 적층 구조로 배열되어 있는 9개의 리액터가 있지만, 리액터의 개수는 특별히 한정되는 것은 아니다. 이러한 바람직한 구조를 이용하면, 모든 하드웨어(리액터, 밸러스트 등과 같은 시스템의 모드 하드웨어를 사실상 포함)를 비롯해서 예컨대 약 250 내지 약 650의 아말감(amalgam) 방사 램프를 포함하는 종합 처리 시스템을 실시할 수 있다. 이러한 나선형 패턴의 각 열에 있어서 리액터의 개수는 특별히 한정되지 않는다. 나선형 패턴에서 각 열은 3개 이상의 리액터를 포함하는 것이 바람직하며, 나선형 패턴의 열당 3개 내지 6개의 리액터를 포함하는 것이 더 바람직하다. 또한, 나선형 패턴에서 리액터의 열의 개수는 특별히 한정되지 않는다. 나선형 패턴은 바람직하게는 2열 이상, 더 바람직하게는 2 내지 10열의 상호 연결된 리액터를 포함한다.

유사한 부품을 유사한 도면 부호로 나타내고 있는 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 기술한다.

따라서, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 유체 처리 시스템(100)이 예시되어 있다. 유체 처리 시스템(100)은 유체 처리 리액터의 어레이(105)와, 상기 유체 처리 리액터의 어레이(105)로부터 멀리 떨어져 있는 주 제어 패널(110)을 포함한다.

유체 처리 리액터의 어레이(105)는 입구(115)와 출구(120)를 포함한다. 유체 처리 리액터의 어레이(105)는 스키드(skid)(125)를 더 포함한다. 유체 처리 리액터의 어레이(105)는 3개로 이루어진 동력 제어 페널(130, 135, 140)을 더 포함한다.

스키드(125)는 일련의 그리드형 수직 지지체(145)를 포함하며, 이들 수직 지지체는 일련의 수평 지지체(150)에 상호 연결되어 있다.

수직 지지체(145)와 수평 지지체(150)의 망상 구조는 9개의 방사 리액터(155)를 위한 지지 시스템을 제공한다. 각 리액터(155)의 구조는 동일하며, 이하에 보다 상세히 기술한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 방사 리액터는 3개를 하나의 열로 하고 서로의 위에 적층되어 있다. 이와 같은 구성은 필요에 따라 엘보우(160)의 사용을통해 용이해진다.

도 5를 참조하면, 방사 리액터(155)는 리액터 입구(165)와 리액터 출구(170)를 포함한다. 리액터 입구(165)와 리액터 출구(170)는 거의 관형인 하우징(175)에 의해 상호 연결된다. 관형 하우징(175) 내에는 일련의 긴 관(180)이 배치되어 있다. 상기 관(180)은 예컨대 석영 등과 같은 방사선 투과성 재료로 제조된다.

예시된 바와 같이, 각 관(180)의 일단부는 폐쇄되어 있지만, 타단부는 플레이트(185)에 대해 밀봉 결합되어 있다. 관(180)과 플레이트(185) 사이를 결합시키는 방식은 통상적인 것이며 당업자의 기술 범위 내에 있는 것이다. 각 관(180)의 내부에는 방사선 공급원(명료성을 위해 도시 생략)이 배치되어 있다. 방사선 공급원은 자외선 공급원이다. 상기 자외선 공급원의 특성은 특별히 한정되지 않는다. 한 가지 실시예에서, 자외선 공급원은 저압 자외선 램프일 수 있다. 다른 실시예에서, 자외선 공급원은 중압(中壓) 자외선 램프일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 자외선 공급원은 저압 아말감 램프일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 자외선 공급원은 저압 고출력(LPHO) 램프일 수 있다. 이러한 램프는 시중에서 구할 수 있는 것이며 당업계에 공지된 것이다. 당업계예 공지된 바와 같이, 방사선 공급원은 대개 전기 리드선(이 역시 명료성을 위해 도시 생략)을 포함하고, 본 실시예의 경우 상기 리드선은 관(180)의 개방 단부로부터 나와서 관형 하우징(175)의 플랜지(200)에 부착된 캡(195)으로 형성되어 있는 보조 하우징(190)까지 이른다.

상기 긴 관(180)을 그 폐쇄 단부 근방에서 각각 지지하는 역할을 하는 지지 플레이트(205)가 관형 하우징(175) 내에 배치되어 있다.

또한, 한 쌍의 청소용 요크(210)가 관형 하우징(175) 내에 배치되어 있다. 청소용 요크(210)는 스크류 드라이브(215)에 부착된다. 스크류 드라이브(215)는 상기 보조 하우징(190)에 배치된 구동 모터(220)에 부착되어 있다. 청소용 요크(210)는 기계적인 스크레이퍼를 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 청소용 요크(210)는 긴 슬리브마다 마련된 청소용 링을 포함할 수 있다. 청소용 링은 긴 관(180)을 둘러싸는 O-링으로 포함하는 것이 바람직하다. 청소용 요크(210)가 스크류 드라이브(215)에 의해 관(180)을 따라 움직일 때, O-링은 긴 관(180)의 외면으로부터 오염 물질을 벗겨낸다. 물론, 화학 기계적 청소 시스템(예컨대, 앞에 인용된 '896 특허에 기술되어 있는 것과 구조 및 작동이 유사) 등과 같은 다른 청소 시스템이 스크류 드라이브(215)에 부착될 수 있다.

관형 하우징(190) 내에 배치된 긴 관(180)의 개수는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 각 리액터(155) 내에 배치되는 관의 개수는 (그리고 그에 따른 방사선 공급원 또는 램프의 개수) 3 내지 72개 이다.

이제 유체 처리 시스템(100)의 작동을 설명한다.

소독을 필요로 하는 물이 유체 처리 시스템(100)의 입구(115)로 들어간다. 입구(115)는 하나의 리액터(155)의 리액터 입구(165)에 연결되어 있다. 그 후, 물은 상기 특정 리액터(155)에 들어가고, 긴 관(180)으로부터 방출된 방사선에 의해 처리된다. 그 후, 처리된 물은 출구(170)를 통해 상기 리액터(155)에서 나가고, 다음 리액터(155)에 들어간다. 이러한 현상의 순서는 유체가 9개의 리액터를 모두 통과한 후 출구(120)를 통해 유체 처리 시스템(100)에서 나올 때까지 되풀이된다.당업자라면 아는 바와 같이, 예시된 실시예에서 유체는 유체 처리 리액터의 어레이(105)를 통해 거의 나선 모양으로 이동한다. 또한, 당업자라면 아는 바와 같이, 리액터(155)는 유체 처리 리액터의 어레이(105)에서 최소한의 추가 부재[예컨대, 시스템의 입구/출구를 가장 가까운 리액터(155)에 서로 연결시키는 엘보우(160) 및 직선형 부분]를 구비하여 사용될 수 있는 반복적인 유닛일 뿐이다.

본 발명에 따른 유체 처리 시스템의 명백한 장점으로는, 유체가 일련의 9개의 리액터를 통과하므로 다량의 유체가 처리될 수 있다는 점이 있다. 물론, 다른 장점으로는, 전술한 장점이 유체 처리 리액터의 어레이에 대하여 매우 작은 설치 면적을 이용하면서 얻어질 수 있다는 점이 있다.

본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 도 1 내지 도 5에 도시되는 특정 구조를 변경할 수 있다는 것을 당업자라면 명백히 알 것이다. 예컨대, 엘보우(160)를 하나 이상의 T형부로 변경, 교체 또는 보강할 수 있는데, 상기 T형부는 유체 처리 리액터의 어레이(105)의 일부분으로부터 유체 유동을 (보조 관, 호스 등에 의해) 우회시키는 동시에 상기 어레이(105)의 나머지 부분을 작동 상태로 유지시킬 수 있는 적절한 밸브 등을 각각 포함한다. 이는 전체 시스템을 차단할 필요없이 상기 어레이의 일부분에 유지 보수를 실시하는 데 유익할 수도 있고, 처리되는 물의 투과도가 증대된 경우에 에너지를 보존하는 데 유익할 수도 있다. 또한, 예시된 실시예는 유체 처리 리액터의 어레이에서 리액터의 열의 개수를 증대시키거나 및/또는 상기 어레이의 각 열에서 리액터의 개수를 증대시키도록 변경될 수 있다. 또한, 예시된 실시예는 유체 처리 리액터의 어레이(105)로부터 멀리 떨어져있는 제어 패널(대개 프로그램 가능한 로직 제어기를 포함)을 보여주지만, 상기 예시된 실시예는 동력 제어 패널(130, 135, 140) 중 하나 이상에서 제어 패널(110)의 기능을 통합하도록 변경될 수 있음은 물론이다.

관형 하우징(175)의 직경은 특별히 한정되지 않는다. 직경은 약 6 내지 약 40 인치인 것이 바람직하다(8 인치, 12 인치, 16 인치, 20 인치, 24 인치, 30 인치 및 40 인치가 특히 바람직하다).

예시된 실시예에서, 각 리액터(155)의 입구는 유체 유동의 방향이 긴 관(180)에 대해 실질적으로 평행하도록 배향되어 있는 반면에, 리액터의 출구는 이를 통과하는 유체 유동이 긴 관(180)의 종방향 축선에 대해 실질적으로 횡단 방향으로 수직하도록 배향되어 있다. 이는 리액터 입구(165) 및 리액터 출구(170)를 유체 유동의 방향 및 긴 관(180)의 종방향 축선과 관련하여 매우 바람직하게 배향한 것이지만, 이러한 리액터(155)의 특정 구조를 변경할 수 있다.

본 발명에 따른 유체 처리 시스템의 다른 명백한 장점은, 유체 처리 리액터의 어레이에 사용된 리액터의 열이 모듈화될 수 있다는 것이다. 이는 시스템의 선적 및 구성을 용이하게 하고, 시스템 용량의 차후 확장 또는 감소를 용이하게 한다. 예컨대, 예시된 실시예에 있어서는, 수직 지지체(145)가 각 리액터(155)의 열을 둘러싸는 플랜지 플레이트 요소를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이를 통해, 리액터(155)의 열의 모듈화가 가능해지며, 그와 관련된 장점도 얻어질 수 있다.

본 발명은 예시적인 실시예와 예를 참조로 하여 기술되었지만, 전술한 내용은 한정적인 의미로 해석되도록 의도된 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 본 명세서를 참조하여 상기 예시된 실시예 및 본 발명의 다른 실시예를 다양하게 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구 범위는 이러한 모든 변형예 또는 실시예를 보호하는 것으로 고려된다.

본원에 인용된 모든 공보, 특허 및 특허 출원은 각 개개의 공보, 특허 또는 특허 출원의 내용이 구체적이고도 개별적으로 인용된 것으로 보이는 것과 동일한 범위로 그 내용이 참조로 인용되어 있다.

Claims

독립적인 유체 처리 리액터의 어레이를 포함하고, 상기 어레이는 유체 유동이 거의 나선 방향으로 통과할 수 있도록 배열되어 있는 것인 유체 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 어레이의 각 리액터는 실질적으로 동일한 것인 유체 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 어레이의 리액터는 서로 다른 것인 유체 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 어레이는 복수 개의 리액터 열을 포함하고, 각 열은 복수 개의 리액터를 포함하는 것인 유체 처리 시스템.
제1항에 있어서, 각 리액터는 리액터 입구와, 리액터 출구와, 상기 리액터 입구 및 리액터 출구 사이에 있는 긴 관형 하우징, 그리고 상기 긴 관형 하우징에 배치된 유체 처리 영역을 포함하는 것인 유체 처리 시스템.
제5항에 있어서, 상기 유체 처리 영역은 복수 개의 긴 방사선 공급원을 포함하고, 상기 긴 방사선 공급원은 각각 종방향 축선을 갖는 것인 유체 처리 시스템.
제6항에 있어서, 상기 긴 방사선 공급원의 종방향 축선은 유체 유동이 상기 유체 처리 영역을 통과하는 방향에 실질적으로 평행한 것인 유체 처리 시스템.
제6항에 있어서, 상기 긴 방사선 공급원의 종방향 축선은 유체 유동이 상기 유체 처리 영역을 통과하는 방향을 실질적으로 가로지르는 것인 유체 처리 시스템.
제6항에 있어서, 상기 긴 방사선 공급원의 종방향 축선은 유체 유동이 상기 유체 처리 영역을 통과하는 방향에 실질적으로 수직한 것인 유체 처리 시스템.
제5항에 있어서, 상기 리액터 입구는 이를 통과하는 유체 유동의 방향이 상기 긴 하우징의 종방향 축선에 실질적으로 평행하도록 배향되는 것인 유체 처리 시스템.
제5항에 있어서, 상기 리액터 출구는 이를 통과하는 유체 유동의 방향이 상기 긴 하우징의 종방향 축선을 실질적으로 가로지르도록 배향되는 것인 유체 처리 시스템.
제5항에 있어서, 상기 유체 처리 영역은 방사선 공급원 조립체로부터 오염 물질을 제거하기 위한 청소 시스템을 더 포함하는 것인 유체 처리 시스템.
제5항에 있어서, 각 리액터는 긴 처리 영역을 포함하는 것인 유체 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 어레이는 2개 이상의 상호 연결된 리액터 열을 포함하고, 이들 리액터 열은 각각 2개 이상의 상호 연결된 리액터를 포함하며, 리액터 열은 실질적으로 적층되는 것인 유체 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 어레이는 나선형 패턴으로 배열된 복수 개의 리액터 열을 포함하고, 상기 나선형 패턴의 각 열은 나선형 패턴의 열마다 3개 이상의 리액터를 포함하는 것인 유체 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 어레이는 나선형 패턴으로 배열된 복수 개의 리액터 열을 포함하고, 상기 나선형 패턴의 각 열은 나선형 패턴의 열마다 3 내지 6개의 리액터를 포함하는 것인 유체 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 어레이는 유체가 통과해 유동하는 실질적으로 나선형인 경로를 형성하도록 상호 연결된 복수 개의 리액터 열을 포함하는 것인 유체 처리 시스템.
제17항에 있어서, 상기 어레이는 상호 연결된 리액터의 열을 2 내지 10개 포함하는 것인 유체 처리 시스템.
거의 나선 방향으로 배열된 독립적인 유체 처리 리액터의 어레이를 통하여 피처리 유체를 공급하는 단계를 포함하는 것인 유체 처리 방법.