KR20220070548A - 챠르 분리기 및 방법 - Google Patents

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안토니 엔. 테노어
오루와데어 오루와슨
데이비드 파울러
안토니 에프. 테노어
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브레이븐 인바이론멘탈 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 재사용 가능 연료를 처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 이 장치는 지지체 및 이 지지체 내부에 배치되는 복수의 오거(auger)를 포함한다. 오거는 증기 유동에 대해 회전하여, 응축성 탄화수소 및 비응축성 탄화수소를 포함하는 증기로부터 탄소 챠르를 제거한다. 구동 시스템이 복수의 오거를 구동시키고 제어하기 위해 연결되어 있다. 배출 시스템이 지지체에 연결되어 있다. 기어박스 하우징이 배출 시스템에 연결되고, 구동 시스템이 기어박스 하우징에 수용된다. 기어박스 하우징 내부에는 환기 시스템이 배치된다. 추가적으로, 열 팽창 시스템이 지지체에 연결되어 있다.

Description

챠르 분리기 및 방법{CHAR SEPARATOR AND METHOD}
본 발명은 일반적으로 열교환 기술을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 증기가 반응기에서 나갈 때 그 증기 내의 챠르(char)를 처리 및 정제하기 위해 흡수할 수 있는 재사용 가능 연료 처리 유닛의 일 부분인 장치 및 방법에 관한 것이다.
재사용 가능 에너지 장치에서 공급기 에어로크(airlock) 시스템을 사용하는 것이 알려져 있다. 공지된 장치의 예를 들면, Amrein 등의 미국 특허 제 5,762,666 호, Tailor의 미국 특허 제 3,151,784 호, 및 Kullgren 등의 미국 특허 3,129,459 호가 있다. 이들 특허에는, 측면 게이트를 갖는 에어로크(Amrein 등의 특허), 베인을 사용하는 에어로크에 대한 회전 공급기(Tailor의 미국 특허) 및 전기적 열(유도)을 사용하는 압출기(Kullgren의 미국 특허)가 기재되어 있다. Tailor의 장치는, 강재 베인이 축에 장착되어 기계 가공된 둥근 하우징 내부에서 회전하는 회전형 장치를 소개한다. 하우징의 정상부 및 바닥에는 개구가 있어 재료가 그 하우징에 출입할 수 있다. 베인은 입구과 출구 사이의 압력차를 차단한다. 그러나, 이 설계에는 다수의 제한이 있다. 제 1 제한은, 종래 기술의 개시된 구조적 설계는 팽창하여 내부 압력이 밖으로 누설될 수 있게 함에 따라 종래 기술의 재사용 가능 에너지 장치는 열을 견디지 못할 것이라는 것이다. 다른 제한은, 베인은 포켓으로서 작용하고 또한 분위기를 입구에서 출구로 전달한다는 것이다. 제 3 제한은, 회전 속도에 대한 것이다. 회전 속도는 재료가 배출부 밖으로 나가기 위한 시간이 확보될 수 있도록 느려야 하는데, 그렇지 않으면 재료는 다시 입구 주위로 보내져 입구로부터의 재충전을 방지하게 될 것이다. 제 4 제한은, 예컨대 고온 플라스틱과 같은 용융 재료가 종래 기술의 장치를 통과해 가로지르지 못한다는 것이다.
Amrein의 장치는 2개의 밸브를 사용하는 공급기 에어로크 시스템을 개시하는데, 그 밸브 사이에는 호퍼 또는 파이프가 있어 재료 충전을 가능하게 한다. 이러한 설계는 열을 견딜 수 있지만, 입구로부터 분위기가 공급기에 들어가 배출부로 갈 수 있다. 이는, 대기압 가스는 하류에서 문제를 일으키기 때문에 어떤 공정에서는 허용되지 않는다는 제한이 된다. 이 장치와 관련한 두번째 제한은, 고온 플라스틱과 같은 용융 재료는 장치를 통과할 수 없다는 것이다.
Kullgren의 장치는 유도 가열식 압출기를 나타낸다. 이 압출기는 전기 코일을 사용하는 유도 가열을 이용한다. 이 장치와 관련된 제한은, 에어로크를 생성하지 않아 플라스틱 재료의 연속적인 공급을 가능하게 하지 못하며 또한 플라스틱을 용융시키는데에 필요한 내부 압력과 열을 얻기 위해 매우 높은 마력을 필요로 하는 두껍고 긴 배럴을 필요로 하고 이에 따라 동력에 대한 요구량이 높게 된다는 것이다.
더 높은 품질의 연료를 생성하기 위해 연료로부터 특정한 탄소 챠르를 제거할 필요가 있는 경우에 종래 기술의 재사용 가능 에너지 장치에는 문제가 존재한다. 종래 기술은 일반적으로 다음과 같은 방법을 사용하여, 액체 연료로부터 챠르를 제거한다: 연료로부터 큰 입자를 제거하기 위한 여과, 하지만 필터는 막히게 될 것이고 주기적인 정화를 필요로 함; 탄소 물질의 99.9%를 제거할 수 있는 증류, 하지만 증류는 재사용 가능 연료를 생성하는 비용을 높이는 반응기 외부의 하위 공정임; 사이클론 시스템이 종종 사용되어 입자의 대부분을 제거하지만 큰 입자만 제거할 수 있고, 증기가 응축되어 액체(챠르를 다시 모으게 됨)를 형성하는 것을 막기 위해 사이클론은 열원을 필요로 함; 그리고 백(bag) 필터는 필터 백이 견딜 수 있는 열에 제한되고 액체 연료를 흡수하면 고장난다.
따라서, 사용 가능 및 재사용 가능 연료 증기를 최적화할 수 있는 더 효율적인 재사용 가능 에너지 장치를 만드는 것이 필요하다. 또한, 동일한 목적을 달성하기 위해 추가 장치 또는 추가 여과 공정의 추가 비용 없이 오염물을 줄이고/줄이거나 제거하는 개선된 시스템을 제공하는 것이 필요하다.
넓은 제 1 양태에 따르면, 본 발명은 재사용 가능 연료를 처리하기 위한 장치를 제공하고, 이 장치는, 지지체; 상기 지지체 내부에 배치되는 복수의 오거(auger); 상기 복수의 오거를 구동시키고 제어하기 위해 연결되는 구동 시스템; 상기 지지체에 연결되는 배출 시스템; 상기 배출 시스템에 연결되고, 상기 구동 시스템을 수용하는 기어박스 하우징; 및 상기 기어박스 하우징 내부에 배치되는 환기 시스템을 포함한다.
넓은 제 2 양태에 따르면, 본 발명은 재사용 가능 연료를 처리하기 위한 장치를 제공하고, 이 장치는, 지지체; 상기 지지체 내부에 배치되는 복수의 스크류형 오거; 상기 복수의 오거를 구동시키고 제어하기 위해 연결되는 구동 시스템; 상기 구동 시스템을 수용하는 기어박스 하우징; 상기 기어박스 하우징 내부에 배치되는 환기 시스템; 및 일 단부에서 상기 지지체에 부착되고 다른 단부에서는 상기 기어박스 하우징에 부착되는 배출 시스템을 포함하고, 상기 복수의 오거는 증기 유동에 대해 회전하여, 응축성 탄화수소 및 비응축성 탄화수소를 포함하는 증기로부터 탄소 챠르를 제거한다.
넓은 제 3 양태에 따르면, 본 발명은, 반응기에서 증기로부터 탄소 챠르를 제거하는 방법을 제공하며, 이 방법은, 지지체 내부에서 응축성 탄화수소 및 비응축성 탄화수소의 증기 유동을 받는 단계; 상기 지지체 내부의 온도를 제어하는 단계; 상기 지지체 내부에 배치된 복수의 오거를 상기 증기 유동에 대해 회전시키는 단계(복수의 오거 각각의 플라이트는 서로 교차함); 및 상기 지지체로부터 저 탄소 증기를 재사용 가능 연료로서 배출하는 단계를 포함한다.
여기에 포함되고 본 명세서의 일부분을 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 예시적인 실시 형태를 도시하고, 위에서 주어진 대체적인 설명 및 아래에서 주어지는 상세한 설명과 함께 본 발명의 특징적 사항을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 재사용 가능 에너지 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 도 1의 재사용 가능 에너지 장치의 가열식 에어로크 공급기의 조립도 및 분해도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 도 1의 재사용 가능 에너지 장치의 챠르 분리기의 조립도 및 분해도를 도시한다.
정의
용어의 정의가 그 용어의 통상적으로 사용되는 의미에서 벗어나는 경우, 다른 명시적인 언급이 없으면, 본 출원인은 아래에서 주어지는 정의를 이용한다.
앞의 대체적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 단지 예시적이고 설명적인 것이고 청구된 주제를 한정하지 않음을 이해할 것이다. 본 출원에서, 단수의 사용은 다른 명시적인 언급이 업으면 복수도 포함하는 것이다. 본 명세서 및 첨부된 청구 범위에서 사용되는 바와 같이, 단수형은 다른 명시적인 언급이 없으면 복수도 포함함을 유의해야 한다. 본 출원에서, "또는"의 사용은 다른 명시적인 언급이 없으면 "및/또는"을 의미하는 것이다. 또한, "포함하는" 이라는 용어 및 "포함한다" 및 "포함된"과 같은 다른 형태의 사용은 한정적이지 않다.
본 발명에서, "포함하는" 및 "갖는" 이라는 용어 및 이 말의 변형어는 개방형이고, 열거된 요소 외의 다른 추가적인 요소가 있을 수 있음을 의미한다.
본 발명에서, "정상", "바닥", "상측", "하측", "위", "아래", "좌측", "우측", "수평", "수직", "위로", "아래로" 등과 같은 방향을 나타내는 용어는, 본 발명의 다양한 실시 형태를 설명함에 있어 단지 편의를 위해 사용되는 것이다. 본 발명의 실시 형태는 다양한 방식으로 배향될 수 있다. 예컨대, 도면에 나타나 있는 그림, 장치 등은 뒤집혀지거나, 임의의 방향으로 90°만큼 회전되거나 반전될 수 있다.
본 발명에서, 그 값이 그 값, 특성 또는 다른 인자를 사용하는 수학적 계산 또는 논리적 결정을 사용하여 유도된다면, 어떤 값 또는 특성은 특정한 값, 특성, 조건의 만족 또는 다른 인자에 "근거"한다.
본 발명에서, 더 간결한 설명을 제공하기 위해, 여기서 주어진 양적인 표현 중의 일부는 "약" 이라는 용어의 수식을 받지 않음을 유의해야 한다. "약" 이라는 용어가 명시적으로 사용되는지의 여부에 관계 없이, 여기서 주어진 모든 양은 실제 주어진 값을 말하는 것이고, 또한 업계의 통상적인 기술에 근거하여 합리적으로 추론되는, 그러한 주어진 값에 대한 근사치(그러한 주어진 값에 대한 실험 및/또는 측정 조건으로 인한 근사치도 포함함)도 말하는 것이다.
본 발명에서, "주변 공기 온도" 라는 용어는, 일반적으로 주변 환경의 온도, 특히, 개시된 사이클론 응축 및 냉각 시스템의 주변 환경의 온도를 말한다.
본 발명에서, "분류(fractionation)" 라는 용어는, 탄화수소 사슬의 혼합물을 일 그룹의 탄소 사슬 또는 분류물로 분리하는 것을 포함한다.
본 발명에서, "실질적으로는" 라는 용어는 큰 또는 상당한 정도, 대부분, 본질적으로를 말하는 것이다.
본 발명에서, "열 분해" 라는 용어는, 원하는 탄소 화합물이 얻어질 수 있도록 석유 화합물의 탄소 사슬을 분해하기 위해 정련소에서 사용되는 공정을 말한다. 이 공정은 일반적으로 고열, 증류, 리보일링, 및 에너지 집약적인 냉각 공정을 포함한다.
설명
본 발명은 다양한 수정 및 대안적인 형태가 가능하지만, 그의 특정 실시 형태가 도면에 예시적으로 나타나 있고 아래에서 상세히 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 실시 형태에 한정되지 않고 오히려 본 발명은 본 발명의 정신과 범위에 속하는 모든 수정, 등가물, 대안을 포함한다.
본 출원은, 재사용 가능 연료 처리 유닛의 일부분인 장치에 관한 것이다. 플라스틱 폐기물은 잘려져 예컨대 열분해 반응기에 공급될 수 있다. 350℃ 이상의 열을 가하면, 그 잘린 플라스틱 폐기물이 용융되어 증발된다. 개시된 일 실시 형태에서, 가열식 에어로크 공급기 또는 시스템은, 잘린 플라스틱 재료를 열분해 반응기에 공급하는 장치이다. 이전에 종래 기술은 에어로크를 유지하면서 가열된 플라스틱을 공급기에 연속적으로 공급할 수 없는 것으로 밝혀졌다. 예시적인 설계에서, 개시된 실시 형태는 아래에서 설명하는 바와 같은 다음과 같은 장비를 포함할 수 있다.
재료 및 제조 인력을 줄이기 위해 가능한 한 짧게 설계되어 있는 기존의 기어박스는 이 특허 출원과 관련하여 제한된 기능을 갖는데, 왜냐하면, 긴 들어올림 축을 유지하는 힘이 선두 베어링에 극히 높은 압력을 주어 그 베어링의 수명이 단축되거나 그 힘을 다루는 헤비 듀티 베어링이 필요하게 되므로, 짧은 기어박스는 외팔보형 하중을 받음에 있어 제한을 받기 때문이다. 헤비 듀티 베어링이 사용되는 경우, 베어링이 더 크게 되어 기어박스 하우징 내의 포켓이 크게 된다. 포켓이 더 커지면, 하우징이 베어링을 지지할 수 있는 능력이 감소되고, 그래서 그 하우징은 더 두껍게 만들어질 것이다. 이러면, 표준 기어박스의 비용이 증가하게 된다. 이러한 설계에 의해, 베어링 사이의 간격이 커지고 베어링에 대한 하중이 감소된다. 베어링 사이의 간격을 더 크게 하면, 외팔보형 하중이 감소되고, 베어링 크기가 더 작아질 수 있으며, 하우징은 더 얇아질 수 있어, 전체 비용이 낮아지고 성능이 개선된다. 베어링 상의 연결점들의 사이가 더 클 수록, 축에서의 정렬이 더 곧게 되어, 마모가 감소되고 또한 기어박스의 수명이 증가된다.
카트(cart)와 프레임 사이에 부착되어 있는 평평한 바아에 의해, 장치는 열전달로 인해 팽창 및 수축될 수 있는데, 그 장치는 더 양호한 열전달을 가능하게 해주는 더 얇은 재료를 반응기 안에서 포함하고 있기 때문이다.
복수의 열 영역이 예컨대 2개의 가열기 영역으로서 사용되어, 플라스틱 재료가 잘린 고체 상태로부터 액체 상태로 될 수 있고, 공급기의 시동시에는 잘린 고체 플라스틱 재료가 있고 공급기의 끝에서는 액체 상태로 있다. 잘린 고체 상태와 액체 상태 사이에는 용융 상태의 플라스틱 재료가 존재한다. 용융 플라스틱 재료는 두껍고 끈적끈적하여, 공기가 반응기에 들어가는 것을 막기 위해 필요한 에어로크를 생성하는데에 필요한 압력을 형성할 수 있다.
증기 가스(천연 가스 또는 합성 가스) 및 클램쉘(clamshell) 버너의 사용으로, 플라스틱 재료의 처리시에 외부 열이 허용될 수 있고, 반면 종래 기술은 플라스틱 재료를 처리하기 위해 필요한 열을 생성하기 위해 전기 가열기 밴드 및 내부 압력을 사용하고 그 결과 전력 소비가 높게 된다. 증기 가스 및 클램쉘 버너의 사용에 의해, 전력 소비는 더 작게 되고, 처리 시간이 더 빨라지고, 또한 더 정확하고 일정한 열 생성이 가능하게 된다.
클램쉘 버너의 사용으로, 관통 파이프의 전체 표면에 걸쳐 열이 발생될 수 있고, 반응기 관에의 접근이 가능하게 된다. 클램쉘 버너의 사용으로, 내부 반응기에 대한 낮은 프로파일이 가능하여 열원과 관통 파이프 표면 사이의 간격의 양이 줄어들어, 버너 시스템에서 필요한 BTU 값을 증가시킴이 없이 열전달을 증가시킬 수 있다. 클램쉘 설계는 대류 열과 복사 열을 조합하여, 관통 파이프 주위에 고른 열원을 생성한다. 두 종류의 열의 조합은, 관통 관의 전체 길이 및 클램쉘 버너 내부의 바닥에서 위로 삼분의 일의 지점까지 이어져 있는 천공 스크린으로 달성된다. 이 설계는, 통상적으로 버너 박스에서 일어나는 열점을 방지한다. 이 시스템에서 기존의 시스템과 비교되는 다른 차이점은, 점화원은 천공 스크린 옆에서 클램쉘 버너 박스 내부에 있다는 것이다. 시스템은 화염 센서 및 공기 유동을 보장하는 팬(fan) 압력 스위치를 포함한다. 가스량 또는 공기량을 조절하여 이중 가스 흐름물을 사용하고, 반면 기존의 시스템은, 공기 대 가스의 비를 조절하기 위해 복잡한 공기 제어 감쇠기를 사용하며, 그래서 연료가 불균일하게 연소되어 화염 크기가 불규칙하게 된다. 가열식 에어로크 공급기의 일부분인 클램쉘 설계는 모든 표면에서 내화재로 라이닝되어 있는 것은 아니고, 클램쉘의 상측 절반부에서만 라이닝되어 있다. 클램쉘의 하측 절반부는 내화재로 라이닝되어 있지 않기 때문에, 축적된 열이 전체 박스 표면을 통해 소산될 수 있다. 이 설계는 또한 혼합 가스의 자동 점화의 기회를 감소시킨다.
개시된 실시 형태는, 저온 재료와 가열된 용융 재료(용융 플라스틱) 사이의 공급 재료에 배압을 가할 수 있다. 가열식 에어로크 공급기 시스템의 주요 구성 요소는 구동기, 커플링, 기어박스, 오거(auger), 하우징, 클램쉘(clamshell) 버너 박스, 팽창 카트 및 지지 프레임이다. 도 1은 재사용 가능 에너지 반응기 시스템(100)의 전체 어셈블리를 나타낸다. 도 2는 재사용 가능 에너지 반응기 시스템의 전체 어셈블리의 일부분인 가열식 에어로크 공급기(200)를 나타낸다. 구동 시스템은 높은 토크 비를 갖는 헬리컬 기어 구동기(59)(도 2)를 포함할 수 있다. 기어 구동기(59)는 시스템의 전체 길이를 줄이기 위해 수직 풋프린트를 갖는 것으로 선택된다. 이 구동기는 시어(sheer) 커플링에 연결될 수 있다. 이 커플링은 기어박스를 보호하기 위해 과부하 조건에서 분리되도록 설계되어 있다.
예시적인 실시 형태에서, 커플링은 주문 제작될 수 있는 2개의 오거(51)(도 2)로 이루어질 수 있다. 선택적인 실시 형태에서, 오거(51)는 기계 가공된 3-부분 시스템이다. 오거의 제 1 부분은 구동축이고, 한 구동축은 제 2 구동축 보다 길 수 있다. 이들 구동축은 축방향으로 회전 가능하게 기다랗게 되어 있다. 오거의 중간 부분은 축방향으로 회전 가능한 기다란 스크류이고, 각 스크류는, 기어 박스에서 시작하는 각 축의 길이의 절반을 따르는 외향 연장 헬리컬 플라이트(flight)를 갖는 기다란 축을 가지며, 또한 축방향으로 회전하는 매끄러운 표면 오거에 연결되며, 장치의 출력측에 있는 각 오거의 매끄러운 부분은, 각 오거와 기다란 관형 배럴 하우징 사이의 간격이 1 인치 보다 작도록 기계 가공되어 있다.
오거(52)는 도 2의 61 내부에 있는 도 2의 53 내부에 위치된다. 한 오거는 좌향 플라이트를 가지며, 다른 오거는 좌향 플라이트와 겹치는 우향 플라이트를 갖는다. 도 2의 오거(51) 중의 하나는 다른 오거 보다 길어, 기어박스를 통과해 돌출하여, 도 2의 기어박스(57) 내부에 위치하는 구동 커플링에 연결된다. 오거는 기계 가공을 위한 연결 슬립을 갖는 중실 재료로 만들어진다. 어셈블리를 제작하는 재료비 및 노동력 비용을 줄이기 위해 오거는 부분적으로 만들어질 수 있다. 그 부분들은 또한 더 간단한 제작을 위해 상호 교환될 수 있다. 기어박스(57) 내의 기어 구동기는 축에 키이 결합되어 양측에서 밀봉된다. 기어박스는 이중 립 시일, 베어링 및 평기어로 이루어진다. 기어박스의 길이는 스크류 플라이트(51, 52)(도 2)의 외팔보형 하중을 지탱하기 위해 연장되어 있다.
용접 후에 도 2의 양 요소(51, 52)의 접촉측에서 모든 표면이 기계 가공된다. 도 2의 하우징(53)은 내부의 기계 가공 전에 미리 용접되어 곧은 설계가 필요하다. 양 단부 및 입구에 있는 연결 플랜지는 기어박스 및 반응기 볼트 패턴과 일치한다. 도 2의 54는 가열식 에어로크 공급기(도 2) 내부의 배압을 증가시키기 위해 출구 영역이 감소하도록 기계 테이퍼져 있다. 이 공급기 어셈블리는 도 2의 반응기 매칭 플랜지(55)에 용접되고 그런 다음에 본체(53)에 용접된다. 도 2의 요소(52)는 도 2의 요소(51)에 용접되고, 그런 다음에 전체 어셈블리가 도 2의 본체(53)를 통해 슬라이딩하고, 출구 포트에 있는 단부(54)(도 2)에 평평하게 돌출한다. 기어박스 및 어셈블리 하우징은 지지 프레임(67)(도 2) 상에 안착된다. 이 어셈블리는 뒷 부분에서 전체 반응기를 위한 주 정착 지점에 볼트 체결된다. 가열식 에어로크 공급기가 열 때문에 팽창됨에 따라, 그 공급기는 길이 방향으로 팽창한다. 이 팽창을 억제하기 위해, 본 장치에는 카트(60)(도 2)로 지지되는데, 이 카트는 지지부에서 응력을 발생시킴이 없이 기계의 팽창을 허용한다. 기존의 종래 기술은, 함께 볼트 체결되고 열을 흡수하기 위해 매우 두꺼운 재료로 만들어지는 더 짧은 부분을 사용한다. 개시된 실시 형태에서, 예시적인 설계는 더 양호한 열전달을 위해 더 얇은 재료를 이용하지만, 가동 지지 시스템을 필요로 한다.
중실의 잘린 플라스틱 재료(주변 온도)가 도 2의 가열식 에어로크 공급기(56) 안으로 공급되고, 열이 도 2의 61에서 가해지고, 51이 도 2의 52에 연결되는 곳에서, 용융 상태에 있는 가열된 플라스틱 재료가 중실의 잘린 플라스틱 재료(주변 온도)로부터 생성된다. 51이 52에 연결되어 있어, 61 내부에 위치되는 53 내부에 위치되는 연속적인 오거가 제공된다. 에어로크는 단부를 미는 중실의 잘린 플라스틱 재료(주변 온도)의 배압으로부터 도 2의 단부(52)에서 생성된다.
이 장치는 가열된 플라스틱 재료를 주 반응기 안으로 유도하고 동시에 에어로크로서 작용하기 위해 사용된다. 중실의 잘린 플라스틱 재료와 용융 재료(용융 플라스틱 재료) 사이에서, 공급된 플라스틱 재료에 배압을 가함으로써, 무효(dead) 지점(52)(도 2)이 생기게 된다. 52에는 축에 플라이트가 없다. 이 공정으로 생기는 이 무효 지점(52)(도 2)에 의해, 유입하는 중실의 잘린 플라스틱 재료(주변 온도)가 도 2의 56에서 장치 안으로 공급됨으로써, 용융 플라스틱 재료가 압력을 형성할 수 있다. 이 영역(52)은 더 큰 축 영역을 가지며, 이 영역은 52와 53 사이의 간격을 채운다. 이 더 큰 축은 내부 압력을 증가시켜 에어로크 효과를 발생시키게 된다. 에어로크 공급기의 배출은 2개의 개구에 의해 도 2의 54에서 제한되고, 이들 개구는, 도 2의 56에서 중실의 잘린 플라스틱 재료(주변 온도)가 공급되는 개구에 비해 크기가 크게 감소되어 있다. 공급기가 가동 중단되면, 도 2의 공급기 오거(51)가 계속 회전함에 따라 플라스틱 재료가 도 2의 하우징(53)으로부터 밖으로 밀려 나가지 않을 것이기 때문에, 플라스틱 재료는 도 2의 영역(52)에서 공급기 내부에 잔류하게 된다. 이는, 새로운 중실의 잘린 플라스틱 재료(주변 온도)가 들어올 때에만, 가열된 용융 플라스틱 재료가 밖으로 밀려나가기 때문이다. 들어오는 플라스틱 재료는 압력을 발생시켜 영역(52) 내의 용융 플라스틱 재료를 변위시킨다. 이는, 에어로크 공급기가 냉각될 때 잔류 플라스틱 재료는 다음 실행 때까지 고체로 전환되어 밀봉됨을 의미한다. 다음 실행이 일어나면, 이 플라스틱 재료는 재가열되면 용융될 것이고 도 2의 오거(51)를 회전시킬 수 있다.
개시된 장치는 또한 도 2의 클램쉘 버너(61)로 플라스틱 재료를 증기 및 액체 상태로 가열한다. 이 에어로크 공급기를 위한 가열원은 복수의 클램쉘 가열기(61 ∼ 65)(도 2)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시되어 있는 예시적인 실시 형태에서, 이들 두 클램쉘 가열기 박스는, 에어로크 시일을 만들고 공급기 내부의 플라스틱의 증발을 시작하기 위해 필요한 열을 생성하다. 플라스틱 재료는 배출 단부에서부터 에어로크 공급기의 중간까지 가열된다. 2개의 가열기 영역이 있음으로해서, 재료는 일 단부에서의 액체 상태로부터 다른 단부에서의 잘린 상태로 전환된다. 이러한 전환 사이에, 용융 플라스틱 재료가 존재한다. 이 용융 플라스틱은 두껍고 끈적끈적하며, 에어로크 효과를 얻는데 필요한 압력을 형성한다. 이 클램쉘 박스는 도 2의 시일(63)로 에어로크 공급기와 접촉한다. 이리하여, 박스가 내부에서 절연되어 금속이 외부에서 처럼 팽창할 수 없기 때문에, 도 4의 하우징(53)이 클램쉘 파이어 박스로부터 더 크게 팽창할 수 있다. 가열식 에어로크 공급기는 2개의 클램쉘 박스 버너를 갖는다. 한 박스는 도 2의 52를 덮고 다른 박스는 오거의 51에서 오거를 가열한다. 두 클램쉘 가열기 박스 버너의 이점은 반응기의 시동 및 가동 중단시에 나타난다. 플라스틱이 밀봉되는 온도까지 도 2의 오거(51)가 냉각될 수 있어, 시동 및 가동 중단에 필요한 에어로크가 생성된다. 용융 플라스틱은 오거 및 하우징 주위에서 고체 상태로 냉각되어 공급기를 밀봉한다. 신속한 냉각의 가능성 또한 클램쉘 가열기를 사용하는 큰 이점이다. 버너의 화염은 꺼질 수 있고, 도 4의 하우징(53)을 냉각하기 위해 팬을 계속 가동시킬 수 있다.
가열식 에어로크 공급기는 용융 플라스틱을 생성하기 위해 열의 연속적인 고른 공급을 필요로 하므로, 클램쉘 버너 박스가 사용된다. 정확한 양의 피제어 열은 일정한 재료 유동을 위한 공정에 중요하다. 이러한 특성의 공정에서는 모든 방향으로부터 열이 필요하다. 원형 박스 내의 고속 공기 유동에 대한 필요가 이 공정에 충분할 것이다. 박스를 관통하는 공정 구조체를 갖는 가열 박스가 또한 누설을 방지하기 위해 시일 시스템을 필요로 할 것이다. 이 설계에서는 길이 및 직경 모두에서의 관통 구조체의 팽창이 고려되었다. 이 공정에서는 가열 및 냉각 모두의 가능성이 요구된다. 관통 구조체는 가열기 박스 시일에 대한 손상을 방지하기 위해 지지 능력을 필요로 한다. 관통 구조체(파이프 또는 관)은 가열기 박스 외부에서 지지될 필요가 있다. 관통 구조체에서의 열 팽창 때문에, 가동 지지부가 필요하다. 관통 구조체의 뒤틀림 및 가열기 박스를 손상시켜 장비를 손상시킬 수 있는 방향의 휨을 제한하기 위해 피제어 지지 시스템을 필요로 하는 휨을 방지하기 위해, 팽창 방향을 제어하기 위한 요건이 또한 필요하다. 또한, 소각, 요리, 용융 및 열이 필요한 다른 공정에서 필요한 열을 생성하기 위해 노 가열기 박스가 많은 공정에서 사용된다. 실린더 또는 관이 가열기 박스를 관통하면, 불균일한 가열, 시일 누설 및 팽창의 문제가 일어날 수 있다. 또한 관통 관 및 파이프에 접근할 필요가 있다. 이러한 이유로, 클램쉘 설계가 실행되었다. 클램쉘 설계에 의해, 관통 파이프 또는 관의 프로파일에 맞는 원형 형상이 가능하다. 고속 공기 유동과 함께 이러한 밀접한 프로파일에 의해, 관통 파이프 주위에서 고른 가열이 보장된다. 클램쉘 설계는 매우 낮은 프로파일의 내부를 가지고 있어, 열원과 관통 파이프 표면 사이의 간격의 양이 감소되어, 버너 시스템에서 필요한 BTU 값의 증가 없이 열전달이 증가된다. 개방 화염이 관통 파이프와 접촉할 수 없게 하는 거리에서 버너가 박스의 일측에서 부착되는 표준 버너 박스와 비교하여, 이 설계는 매우 작은 화염 점을 사용하여, 관통 파이프 주위의 길의 삼분의 일에서 열을 분산한다. 이리하여, 총 BTU 값이 감소된다. 이 설계는 열, 대류 및 복사의 종류를 조합하여, 관통 파이프 주위에 고른 열원을 생성한다.
도 2의 천공 스크린(61a)이 사용되는데, 이 스크린은 가스 연료를 분산시키고 가열기 박스를 통과하는 공기 유동을 허용하면서 화염 높이를 제어한다. 선반 버너 패키지가 사용되어 점화를 위한 가스와 공기 혼합물을 공급한다. 이 시스템에서의 차이는, 점화원이 천공 스크린의 옆에서 클램쉘 버너 박스 내부에 있다는 것이다. 점화를 보장하기 위해 화염 센서가 사용되고, 공기 유동을 보장하기 위해 팬(fan) 압력 스위치가 사용된다. 가스량 또는 공기량을 조절하여 이중 가스를 사용할 수 있다. 기존의 시스템은, 공기 대 가스의 비를 조절하기 위해 복잡한 공기 제어 감쇠기를 사용하며, 그래서 연료가 불균일하게 연소되어 화염 크기가 불규칙하게 된다. 혼합 가스가 천공 스크린 아래에서 점화하지 않도록 하기 위해 필요하면 혼합 가스가 천공된 구멍을 나갈 수 있도록, 공기 속도 및 압력은 일정한 비율로 있어야 한다. 이러한 설계는, 온도가 주어진 설정점 보다 높을 때 가스 유동을 중단시키고 공기를 계속 흐르게 하여 이 문제를 극복한다. 시스템이 냉각되면, 낮은 설정점의 가스가 다시 혼합물 안으로 들어가 재점화된다. 이 제어는 내부 온도를 나타내기 위해 열전대를 갖는 표준 PIO 제어기로 달성된다. 클램쉘 설계는, 클램쉘의 상측 절반에만 설치되는 내화 라이너에의 접근을 가능하게 한다. 알려져 있는 모든 가열기 박스는 일반적으로 모든 표면에서 내화재로 라이닝된다. 이 클램쉘의 하측 절반부는 내화 라이너를 가지고 있지 않아, 축적된 열이 박스 표면을 통해 소산될 수 있고 또한 표면 온도는 자동 점화 온도 아래로 유지된다. 천공 스크린은 혼합 가스와 위쪽의 화염 사이의 압력 조절기로서 작용한다. 이 챔버에는, 모두 주변 온도인 주변 공기와 혼합 가스가 공급된다. 이리하여, 클램쉘의 하측 절반부가 더 저온으로 유지된다. 하측 클램쉘에 내화재가 없으면, 내화재 교체는 필요 없다. 화염에서 나오는 복사 열은 도 2의 관통 관(53)의 바닥부와 접촉하지 않는다.
버너에서 나오는 공기 유동에 의해, 관통 관 주위의 공기가 자연적인 교란 때문에 관통 관 주위에서 완전히 열을 동반하게 된다. 이 공기의 운동은 과도한 열을 공기 흐름에 전달하여 관통 관 주위의 공기가 배출 포트를 통과하게 함으로써 관통 관의 복사 열 표면을 조절한다. 천공 스크린은 전체 길이에 걸쳐 관통 관 주위의 삼분의 일에 걸쳐 있는 작은 화염을 갖는다. 이리하여, 통상적으로 버너 박스에서 일어나는 열점이 방지된다. 관통 관을 모든 방향에서 가열하면, 팽창이 모든 방향에서 일어난다. 관통 관이 가열되는 중에 그 관통 관의 휨 또는 정렬 불량을 방지하기 위해, 팽창 방향은 지지 시스템으로 제어된다. 지지부가 팽창 관에 부착되고 원치 않는 방향의 움직임을 방지한다. 카트는 카트의 각 측에 하나씩 있는 평평한 2개의 구조적 바아 사이에 잡히는 캠 종동자로 이루어진다. 카트 폭은 평평한 2개의 구조적 바아의 폭 사이에서 1/8 인치 내에 있도록 설계되고, 그래서 카트는 평평한 구조적 바아 사이에 있게 되고 횡방향 움직임을 보장한다. 캠 종동자(롤러)는 관통 바아가 상하로 팽창하는 것을 방지하면서 그 관통 관의 중량을 지지한다. 이리하여, 팽창에 대한 제어가 가능하고, 직접적인 작용은 횡방향으로만 일어난다.
계속 도 2를 참조하면, 전형적인 파이프 지지 롤러는 복수의 방향으로의 팽창을 가능하게 한다. 이 설계는 팽창을 횡방향 운동에만 제한하여 관통 관의 정렬 불량을 방지한다. 어셈블리는 강재 스키드 마운트 프레임(67)에 장착된다. 클램쉘 가열기 박스는 상측 부분(61)과 하측 부분(64)으로 이루어진다. 이들 부분은 볼트 체결되는 매칭 플랜지 및 관통 관을 둘러싸는 시일 챔버(63)와 연결된다. 가스 공기 입구 박스는 바닥 부분(64)에 장착되어 공기 가스 혼합물이 하측 부분 안으로 들어가게 한다. 하측 부분은 하측 부분(64) 위로 대략 3 인치에서 용접되는 천공 금속 스크린(64a)을 갖는다. 이는 혼합된 공기와 가스를 천공 스크린을 통해 분산시키는 공기 챔버로서 작용한다. 천공 스크린에 있는 구멍의 양과 직경은, 가스와 공기의 혼합물이 통과할 수 있게 하면서 화염 높이를 제어하는데에 중요하다. 하측 클램쉘(64)은 공기 혼합물 박스(65) 및 이에 연결되는 버너 연결 포트(65a)를 갖는다. 혼합기 박스(65)는 공기 가스 혼합물을 천공 스크린(64a) 아래에 고르게 분산시키기 위해 나팔꽃 모양으로 벌어진 형태로 되어 있다. 혼합기 박스(65)는 공기 가스 혼합물에 대한 배압을 생성하며, 이 배압은 천공 스크린(64a)의 각 개구에 대한 일정한 가스 공기 비를 보장해 준다.
버너가 포트(65a)에 연결될 수 있다. 버너 점화기는 화염 인디케이터와 함께 천공 스크린(64a)의 정상부에 위치한다. 점화기 및 화염 센서(64c)가 장착되도록, 하측 클램쉘(64)과 천공 스크린(64a) 모두를 통과하는 접근 파이프(64b)가 사용된다. 연속적인 파일럿 라이트(64c)가 이 파이프를 통해 설치되고 천공 스크린(64c) 위쪽에서 멈춘다. 가스가 공기 가스 혼합물 안으로 들어갈 때까지 화염이 존재함을 나타내기 위해 화염의 파일럿 라이트 프루프가 요구된다. 열 설정점에 도달되면, 공기 가스 혼합물의 가스만 먼추고, 팬은 계속 가동되어 새로운 공기를 버너 박스에 통과시킨다. 가열 공정의 이 단계에서 파일럿 라이트는 계속 가동된다. 열의 제어에는 PID 제어기가 사용된다. 이 제어기는 상측 클램쉘(61)에 위치하는 열전대에 의해 공급을 받는다. 넓은 범위의 온도가 얻어질 수 있고 이러한 종류의 공정으로 제어될 수 있다. 연료 가스 사이의 전환 가능성이 이러한 설계로 또한 가능하다. 버너(65b)에 위치하는 두 세트의 솔레노이드 밸브는, 고정된 양의 가스가 일정한 양의 공기에 들어갈 수 있게 해주는 조절 가능한 오리피스를 갖는다. 공기와 혼합된 천연 가스는 다른 공기 혼합물 비를 필요로 하고, 합성 가스는 동일한 가스량을 필요로 한다. 고정된 오리피스의 조절로 가스 사이의 전환이 가능하게 된다. 관통 관(53)의 팽창은 카트 지지부(60)에 의해 제어된다. 이 카트는 무거운 금속 판 구조체로 이루어져, 프레임(67)에 용접되는 2개의 평평한 바아 유지기(60b) 사이에 안착된다. 이리하여, 캠 종동자가 매끄러운 표면 상에서 구를 수 있어, 상하 움직임을 방지한다. 카트 폭은 평평한 바아(60c) 사이의 간격 보다 단지 118" 작아, 좌우 방향 운동만 허용하면서 측방 운동과 상하 운동을 방지한다.
양압 및 높은 열 하에서 플라스틱 바이오매스 재료를 예열하고 증발시킴으로써, 도 1에 나타나 있는 주 반응기는 약 40 피트 만큼 짧아져, 표준 반응기 부분과 동일한 성능을 얻을 수 있다. 이리하여, 오거(도 2)와 함께 반응기(도 1) 팽창 길이가 감소된다. 이러한 크기 감소로 인해, 오거가 더 짧아지므로 이 영역에서 토크가 증가된다. 도 1에 나타나 있는 상측 반응기에 있는 오거는, 반응기 내에 들어 있는 다량의 액체 플라스틱 때문에 가장 큰 토크가 필요한 곳이다. 플라스틱이 도 1에 나타나 있는 반응기를 따라 아래로 더 멀리 이동할 수록, 더 많은 플라스틱 재료가 증기로 전환되고 또한 오거는 더 적게 일하면 된다.
도 2에 나타나 있는 버너 박스(61)는 두 부분으로 되어 있다. 그래서, 제어되는 열 영역이 얻어진다. 이 제어는 반응기의 시동 및 가동 중단 동안에 에어로크 효과를 유지하기 위해 필요하다. 반응기가 가열됨에 따라, 그 반응기는 내부에 압력을 형성하기 시작할 것이다. 이 압력은 반응기에서 나갈 것이다. 먼저, 도 2에 나타나 있는 본 특허 출원의 주제는 가열식 반응기 공급기이고, 압력이 시스템을 떠날 수 있는 제 2 및 3 영역은, 재(ash)/챠르(char) 배출부(400)(도 1) 및 도 3에 나타나 있는 챠르 분리기(300)의 단부에 있다. 재/챠르 배출부(400)는 증기 손실을 막는 슬라이드 게이트를 갖는 시일이다. 도 3에 나타나 있는 챠르 분리기(300)는 아래에서 설명하는 바와 같이 증기를 제거할 수 있다.
개시된 실시 형태의 이점으로서, 반응기를 떠나는 증기에 들어 있는 챠르가 흡수될 수 있다. 개시된 장치에서 흡수가 가능한 챠르 또는 탄소 재는, 반응기에 들어가는 잘린 플라스틱이 반응기의 고온 표면 영역과 접촉할 때 생긴다. 잘린 플라스틱이 반응기의 고온 표면과 접촉함에 따라, 그 플라스틱은 반응기의 표면을 가로질러 얇게 퍼지며 또한 잘린 플라스틱은 설계로 반응기의 열에 의해 증발된다.
잘린 플라스틱의 얇은 층 및 그 잘린 플라스틱에 들어 있는 오염물은, 공수되는(airborne) 고형 챠르로 되게 가열됨에 따라 반응기의 강재 관 뒤에 남아 있게 된다. 챠르의 작은 입자(예컨대, 대략 3 미크론 이하)는 공수적으로 되고 연료 증기와 함께 이동하게 된다. 챠르는 액체에 들어 있는 고형 입자이기 때문에, 이 챠르는 증기로 모여 높은 농도의 액체로 응축되고, 생성된 연료를 실질적으로, 어떤 경우에는 극히 농후한 액체로 되게 한다. 더 높은 풀질의 연료를 생성하기 위해서는 특정한 탄소 챠르를 연로에서 제거할 필요가 있다.
일 예시적인 실시 형태에서, 개시된 출원의 챠르 분리기는 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제를 해결할 뿐만 아니라 실질적으로 제거한다. 도 3을 다시 참조하면, 챠르 분리기(300)는, 수직 분할 관(75) 내에 있는 복수의 스크류형 컨베이어 오거(76)로 이루어지고, 이들 오거는 각각의 플라이트가 서로 교차하도록 배치된다. 수직 분할 관(75)은, 아래에서 설명하는 바와 같이 추가적인 구조체를 수용하고 또한 그에 어느 정도의 보호를 제공하기 위한 지지 관 구조체인 것으로 생각될 수 있다. 개시된 일 실시 형태에서, 수직 분할 관(75) 내부에는 3개의 스크류 컨베이어 오거(76)가 사용된다. 오거(76)는, 그들의 플라이트가 교차함에 따라, 하향 회전을 하여 축적물로부터 서로를 정화한다. 고온 증기는 반응기를 떠나 수직 분할 관(76)에 들어감에 따라 그 관 내부에서 위쪽으로 이동하게 된다. 증기는 수직 분할 관(75)을 따라 위쪽으로 올라감에 따라 열을 잃게 된다. 칼럼 내의 온도는, 유리한 탄화수소 사슬 증기가 수직 분할 관(75)을 통과하여 배출부(73)에서 그 수직 분할 관(73)을 떠나도록 제어되며, 그 배출부에서 증기가 모이게 된다. 증기가 올라가고 또한 그 증기의 온도가 고 탄소 사슬 연료가 응축하게 될 값으로 낮아짐에 따라, 증기는 오거(76) 상에 모일 것이고, 이 오거(76)는 응축된 연료를 다시 반응기 쪽으로 밀 것이다. 증기의 온도는 반응기의 설점정에 달려 있고, 이 설정점은 미리 규정된 연료 비등점(들)의 달성에 따라 변할 수 있다. 예컨대, 예시적인 실시 형태에서, 증기 설정점 온도는 대략 700 F ∼ 800 F 일 수 있다. 챠르 분리기(300)를 통과하는 증기의 유동 패턴은 일반적으로, 증기가 배출되기 전에 유닛을 통해 올라감에 따라 세 오거(76)의 오거 프로파일을 따른다.
응축된 탄화수소 연료는 끈적끈적한 물질이고 일반적으로 탄소 입자를 갖는 중질 타르(heavy tar)로 분류될 수 있다. 수직 분할 관(75)에서 흐르는 증기는 오거(76) 상에 응축된 끈적끈적한 탄화수소 연료를 가로질러 이동할 것이고, 끈적끈적한 물질은 증기와 함께 이동하는 탄소 재를 잡을 것인데, 탄소 재는 항상 접촉할 물질을 찾기 때문이다. 오거(76) 상에 모인 물질은 아래로 내려가 하측 반응기(예컨대, 별도의 시스템(나타나 있지 않음)) 안으로 들어가고, 거기서 반응기의 열에 복귀하고 또한 배출 플랜지(77)를 통해 열 영역으로 복귀하게 된다. 그런 다음, 모인 물질은 재사용 가능 연료 정치의 하측 반응기(예컨대, 별도의 시스템(나타나 있지 않음))에서 재가열되고, 여기서 증발되어, 고 탄소 사슬을 저 탄소 사슬로 분해한다. 그리고 저 탄소 사슬 재료는 다시 수직 분할 관(75)을 통과하고, 그 재료와 함께 이동하는 탄소는 오거(76)에 다시 부착되어 복귀돠며, 저 탄소 증기는 수직 분할 관(75)을 통과하여, 예컨대 깨끗한 증기로서 배출 포트(73)로부터 최종적으로 연료 냉각 시스템에 배출될 것이다. 따라서, 증기 흐름물의 응축 가능한 부분을 응축 또는 냉각시켜 다시 액체로 되게 하기 위해, 깨끗한 증기는 증류 칼럼 및/또는 응축 유닛을 통과할 수 있다. 응축된 액체는, 전체 공정의 최종 생성물인 디젤 연료 탄소 사슬 탄화수소를 형성한다.
수직 분할 관(75)에서의 열 증가량은 오거의 RPM 및 칼럼의 외부 절연으로 제어될 수 있다. 예컨대, 칼럼은 주변으로의 열 소산을 억제하기 위해 외부의 피복재로 절연될 수 있다. 수직 분할 관(75) 내부의 오거(76)를 작동시키기 위해 구동 시스템이 제공된다. 이 구동 시스템은, 오거(76)를 구동시키고 제어하기 위해 기어를 이용하는 오거 기어박스 구동기(68)를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 오거 기어박스 구동기(68)는 평기어를 사용하여 오거(76)의 회전 및 타이밍을 제어한다. 수직 분할 관(75) 내의 열을 제어하여, 선택된 발열량으로 선택되는 탄소-사슬 탄화수소 연료가 통과할 수 있다. 오거(76)는 증기 유동에 대해 회전하도록 구성될 수 있기 때문에, 응축성 탄화수소와 비응축성 탄화수소로 구성된 증기는 챠르 분리기(300)에 의해 탄소 챠르가 제거될 수 있다. 충분한 속도의 조절로, 원하는 점 또는 결과를 얻기 위한 다양한 파라미터가 얻어질 수 있다.
수직 분할 관(75)의 구성은 복수의 분할 관으로 이루어질 수 있다. 개시된 일 실시 형태에서, 예컨대, 도 3에 나타나 있는 최종 어셈블리에서 클로버 디자인과 같은 미리 규정된 기하학적 형상으로서 3개의 분할 관(75)이 이용되어 오거를 둘러쌀 수 있다. 클로버 디자인 형상은 선택적인 실시 형태에서 이용되는데, 오거(76)들은 자기 정화가 이루어질 수 있도록 서로 맞물릴 필요가 있기 때문이다. 도 3에 클로버 디자인이 도시되어 있지만, 둘러싸인 피지지 구조체를 제공하기에 적합한 어떤 디자인 형상도 필요에 따라 개시된 실시 형태에서 이용될 수 있다. 따라서, 당업자는 오거 주위에 전체적인 외부 관을 형성하기 위해 다른 형상을 갖는 3개 이상의 오거(76)를 이용할 수 있다. 그 형상은 함께 용접되고 복수의 외부 지지 밴드 또는 링(78)으로 지지되어 세 분할 관(75)의 전체 형상을 유지하여, 열적 뒤틀림에 노출되어도 그리고/또한 열적 뒤틀림이 있더라도 조립된 분할 관 구조체를 온전하게 유지할 수 있다.
기어박스 구동기(68)는 기어박스 하우징(69) 내부에 수용되어, 스크류 오거(76)의 연결된 구동 축을 통해 스크류 오거(76)를 구동시킨다. 개시된 일 실시 형태에서, 기어박스 하우징(69)은, 아래에서 더 설명하는 바와 같이, 기어박스 하우징(69) 내부에 배치되는 패킹 시일 공간 또는 공기 틈(70)을 갖도록 설계된다. 기어박스 하우징(69)은 또한 아래에서 상세히 설명하는 배출 하우징(72)에의 연결을 위한 지지 플랜지 및 시일(71)을 포함할 수 있다.
연결 플랜지(74)가 수직 분할 관(75)의 일 단부에 제공될 수 있다. 일 단부에서 대응하는 부착 플랜지(74a)를 갖는 배출 하우징(72)으로서 제공되는 배출 시스템이 제공되어 연결 플랜지(74)에 부착되어 최종 연결을 제공한다. 도시된 예시적인 실시 형태에서, 배출 포트(73)는 배출 하우징(72)의 일 측에 배치된다. 기어박스 하우징(69)의 지지 플랜지 및 시일(71)과의 최종적인 대응 연결을 제공하기 위해, 다른 대응하는 부착 플랜지(71a)가 배출 하우징(72)의 다른 단부에 제공될 수 있다. 수직 분할 관(75)은, 예컨대 다른 반응기(예컨대, 별도의 시스템(나타나 있지 않음))와 연결되도록 구성된 다른 단부에서 배출 플랜지(77)를 제공할 수 있다. 복수의 지지 링(78)이 수직 분할 관(75)의 길이를 따른 중간 지점에 배치되어, 그 수직 분할 관을 지지하고 또한 수직 분할 관(75)의 외주 형상의 유지를 용이하게 해준다. 각 지지 링(78)의 내주는 수직 분할 관(75)의 외주 형상에 대응할 수 있다.
열팽창 시스템이 팽창 카트 또는 구름 카트(79)로서 제공된다. 팽창 카트(79)에는 캠 종동자(80)가 제공될 수 있다. 개시된 실시 형태에서, 팽창 카트(79)는 수직 분할 관(75)의 일 부분 주위에 배치된다. 어떤 선택적인 실시 형태에서, 수직 분할 관(75)은 팽창 카트(79)에 고정될 수 있다(예컨대, 용접 연결을 통해). 아래에서 더 설명하는 바와 같이, 팽창 카트(79)는 재사용 가능 에너지 반응기 시스템(100)의 지지 구조체와 관련하여 챠르 분리기(300)를 지지하도록 사용 및 설계되어 있다. 또한, 팽창 카트(79)는, 챠르 분리기(300)를 지지하면서, 온도 변동으로 인해 재사용 가능 에너지 반응기 시스템(100)의 지지 구조체의 열 팽창 또는 수축에 따른 챠르 분리기(300)의 이동을 가능하게 해준다.
배출 가스는 500 ℉ 이상인 것으로 예상되며, 기어박스(69)를 과열시킬 수 있다. 기어박스의 과열을 방지하기 위해, 공기 틈(70)으로서 환기 시스템이 제공되어 환기를 가능하게 하는 유닛 내의 설계 특징 부분으로서 역할한다. 수직 분할 관(75)은 하측 반응기에 부착되고, 반응기의 열 팽창에 따라 이동하거나 움직여 그 열 팽창을 수용하도록 구성되어 있다. 이를 위해, 팽창 카트 또는 구름 카트(79)가 일반적으로 수직 분할 관(75)의 정상부에 배치된다. 팽창 카트 또는 구름 카트(79)는, 재사용 가능 에너지 반응기 시스템(100)의 프레임과 같은 외부 구조체를 따라 지지되도록 구성되어 있다(도 1). 개시된 일 예시적인 실시 형태에서, 구름 카트(79)는 바퀴를 가지며, 이 바퀴는, 재사용 가능 에너지 반응기 시스템(100)의 수용 구조체를 따라 배치되는 대응하는 궤도에 수용된다. 이 궤도는 챠르 분리기(30))의 중량을 수용하기에 충분한 강성적인 설계를 포함할 수 있다. 반응기가 팽창함에 따라 챠르 취급기는 바닥 반응기(온도 변동으로 팽창, 수축하거나 신장됨)에 직접 볼트 체결되어 있기 때문에, 구름 카트(79)는 열 팽창에 따라 관련 바퀴로 구를 수 있어 미리 규정된 방향으로의 팽창을 허용한다.
칼럼이 재사용 가능 에너지 반응기 시스템(100)에 부착되는 경우, 반응기의 그 부분은 더 작은 직경을 가지며, 증기가 다시 리본 플라이트를 통과할 수 있게 하면서 고형물의 더 빠른 제거를 가능케 하기 위해 리본형 플라이트를 사용한다. 이 부분은 반응기 내부에 위치하는 주 오거와는 반대로 회전하고, 주 오거는 건조한 챠르 또는 중질 연료 퇴적물을 챠르 배출부 쪽으로 민다. 주 반응기의 이 부분은 2개의 제어되는 피가열 영역을 가지며, 이들 영역은 고 탄소 사슬을 재가열하여 그의 열분해를 도와 줄 것이며, 그 고 탄소 사슬은 챠르 분리기(300)에 의해 다시 주 반응기 안으로 밀려 들어가게 된다.
개시된 설계의 이점은 신속한 작업장 조립 및 신속한 설치를 위한 모듈형 구성을 제공한다. 개시된 실시 형태는 현장에서의 용이한 유지 보수를 가능하게 한다. 개시된 모듈형 설계는 작업장에서 완전히 조립 및 시험될 수 있다.
본 발명의 많은 실시 형태를 상세히 설명했지만, 첨부된 청구 범위에 규정된 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 수정과 변화가 가능하다. 또한, 본 개시의 모든 예는, 본 발명의 많은 실시 형태를 예시하지만, 비제한적인 예로서 주어진 것이고, 그래서 그렇게 예시된 다양한 양태를 제한하는 것으로 생각되어서는 안 된다.
본 출원에서 인용된 모든 문헌, 특허, 저널 기사 및 기타 자료는 본 명세서에 참조로 관련되어 있다.
어떤 실시 실시 형태를 첨조하여 본 발명을 개시하였지만, 첨부된 청구 범위에 규정되어 있는 바와 같은 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이, 설명된 실시 형태에 대한 많은 수정, 변화 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명은 설명된 실시 형태에 한정되지 않고, 다음 청구 범위의 기재 사항 및 그의 등가물로 규정되는 전체 범위를 갖는다.

Claims (21)

  1. 재사용 가능 연료를 처리하기 위한 장치로서,
    지지체;
    상기 지지체 내부에 배치되는 복수의 오거(auger);
    상기 복수의 오거를 구동시키고 제어하기 위해 연결되는 구동 시스템;
    상기 지지체에 연결되는 배출 시스템;
    상기 배출 시스템에 연결되고, 상기 구동 시스템을 수용하는 기어박스 하우징;
    상기 기어박스 하우징 내부에 배치되는 환기 시스템; 및
    상기 지지체에 연결되는 열 팽창 시스템을 포함하는, 재사용 가능 연료를 처리하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지체는 복수의 분할 관을 포함하는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 분할 관은 최종 어셈블리에서 클로버(clover)의 기하학적 형상을 형성하는, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 오거는 스크류형 컨베이어 오거를 포함하는, 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 오거는 그의 각각의 플라이트(flight)가 서로 교차하도록 상기 지지체 내부에 배치되어 있는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 시스템은 상기 복수의 오거의 회전 및 타이밍을 제어하는, 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 구동 시스템은 오거 기어 구동기를 포함하는, 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 오거 기어 구동기는 평기어를 사용하여 상기 복수의 오거의 회전 및 타이밍을 제어하는, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 오거는 증기 유동에 대해 회전하여, 응축성 탄화수소 및 비응축성 탄화수소를 포함하는 증기로부터 탄소 챠르(char)를 제거하는, 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배출 시스템은 상기 배출 하우징의 일 측면 내에 배치되는 배출 포트를 갖는 배출 하우징을 포함하는, 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 배출 하우징은 일 단부에서 상기 지지체에 부착되는, 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 배출 하우징은 다른 단부에서 상기 기어박스 하우징에 부착되는, 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 환기 시스템은 공기 틈을 포함하는, 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지체에 연결되는 열 팽창 시스템을 더 포함하고,
    상기 열 팽창 시스템은, 상기 지지체에 연결되고 외부 구조체를 따라 더 지지되는 팽창 카트(cart)를 포함하는, 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 팽창 카트는, 상기 외부 구조체를 따르는 지지체의 지지를 유지하면서, 그 지지체의 열 팽창을 허용하는, 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 팽창 카트는, 열 팽창 동안에 상기 외부 구조체를 따라 구르도록 구성된 바퀴를 포함하는, 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지체의 외주 형상의 유지를 용이하게 하기 위해 지지체의 길이를 따른 중간 지점에 배치되는 복수의 지지 링을 더 포함하는, 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 지지 링 각각의 내주는 상기 지지체의 외주 형상에 대응하는, 장치.
  19. 증기로부터 탄소 챠르를 제거하기 위한 장치로서,
    지지체;
    상기 지지체 내부에 배치되는 복수의 스크류형 오거;
    상기 복수의 오거를 구동시키고 제어하기 위해 연결되는 구동 시스템;
    상기 구동 시스템을 수용하는 기어박스 하우징;
    상기 기어박스 하우징 내부에 배치되는 환기 시스템; 및
    일 단부에서 상기 지지체에 부착되고 다른 단부에서는 상기 기어박스 하우징에 부착되는 배출 시스템을 포함하고,
    상기 복수의 오거는 증기 유동에 대해 회전하여, 응축성 탄화수소 및 비응축성 탄화수소를 포함하는 증기로부터 탄소 챠르를 제거하는, 증기로부터 탄소 챠르를 제거하기 위한 장치.
  20. 반응기에서 증기로부터 탄소 챠르를 제거하는 방법으로서,
    지지체 내부에서 응축성 탄화수소 및 비응축성 탄화수소의 증기 유동을 받는 단계;
    상기 지지체 내부의 온도를 제어하는 단계;
    상기 지지체 내부에 배치된 복수의 오거를 상기 증기 유동에 대해 회전시키는 단계 - 복수의 오거 각각의 플라이트는 서로 교차함 -; 및
    상기 지지체로부터 저 탄소 증기를 깨끗한 재사용 가능 연료로서 배출하는 단계를 포함하는, 증기로부터 탄소 챠르를 제거하는 방법.
  21. 재사용 가능 연료를 처리하기 위한 장치로서,
    지지체;
    상기 지지체 내부에 배치되는 복수의 오거;
    상기 복수의 오거를 구동시키고 제어하기 위해 연결되는 구동 시스템;
    상기 지지체에 연결되는 배출 시스템;
    상기 배출 시스템에 연결되고, 상기 구동 시스템을 수용하는 기어박스 하우징;
    상기 기어박스 하우징 내부에 배치되는 환기 시스템; 및
    상기 지지체에 연결되는 열 팽창 시스템을 포함하고,
    상기 복수의 오거는 증기 유동에 대해 회전하여, 응축성 탄화수소 및 비응축성 탄화수소를 포함하는 증기로부터 탄소 챠르를 제거하는, 재사용 가능 연료를 처리하기 위한 장치.
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