개선된 폐기물 처리 시스템

개선된 폐기물 처리 시스템{IMPROVED WASTE TREATMENT AND DISPOSAL SYSTEM}

본 발명은 유기체 오수의 효율적이고 생태학적인 개선된 처리 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 승객 수송 차량 등과 같은 가동 장치, 또는 종래의 처리 수단이 사용될 수 없는 고정 장치로부터 발생되는 인간의 폐기물 또는 다른 유사한 유기체 폐기물의 처리에 관한 것이다. 여기서 설명되는 처리 시스템은 폐기물의 적절한 처리에 충분한 열을 배출하는 내연기관 또는 기타 다른 장치의 작동 동안 배출되는 열을 이용한다. 또한 본 발명은 빌지수(bilge water) 및 다른 유수 폐기물(oil water waste)을 포함하는, 석유 및/또는 다른 유기 혼합물을 포함하는 폐기물을 처리할 수 있다.

폐기물을 처리하는데는 여러 가지 종래의 방법이 있다. 특정 처리 방법의 선택은 주로 2개의 요인, 즉 1) 처리를 요하는 특정 폐기물, 및 2) 처리 시설이 설치되어야 하는 특정 위치에 달려 있다. 특히 과다한 집중으로 상당한 건강 위험을 제기하는 박테리아, 특히 분변계대장균형 박테리아(fecal coliform bacteria)를 함유하는 오수(sanitary waste)와 흔히 관련되는 인간의 폐기물이 특히 중요한 관심 사항이다. 오수의 발생은 처리와 관련되는 고유의 문제를 나타내는 원거리 이동식 설비와 같은 장소에서 흔히 발생된다. 종래의 폐기물 처리 시스템이 이들 경우를 위하여 설계되었지만, 종래의 시스템은 많은 문제점을 가지고 있다.

일반적으로 원거리 이동식 설비용 종래 처리 시스템은 폐기물을 수용하고 저장하는 대형 보관 탱크를 포함한다. 폐기물은 적당한 화학약품을 사용하여 소독될 수 있고, 일단 소독되면, 상기 폐기물은 다른 장소에서 다른 처리를 위하여 제거될 수 있을 때까지 통상적으로 저장된다. 차량, 선박, 항공기 및 철도차량 등과 같은, 이동식 설비를 위하여, 폐기물은 이동식 설비가 폐기물 수용지에 도달할 때까지 저장되어야 한다. 특히 전통적인 하수구 및 부패성 시스템이 사용될 수 없는 원거리 설비를 위하여, 폐기물은 폐기물 수용지에 이송되어 제거될 수 있을 때까지 저장되어야 한다. 처리되는 폐기물뿐만 아니라, 화학약품을 저장해야 할 필요가 있는 것은, 상당한 저장 용량을 요구하며, 이동식 또는 원거리 설비의 제조 비용 및 작동 비용을 증가시킨다.

선박의 경우에, 종래의 처리 시스템은 박테리아 함유물을 박멸하기 위하여 화학약품 및/또는 간접적인 열을 이용하여 폐기물질을 처리한다. 일단 처리되면, 폐기물은 자연 환경으로 배출될 수 있다. 화학 시스템은 사용되는 화학약품의 비용 및 그 사용으로 유리되는 유해한 악취를 포함하여, 다수의 단점을 가지고 있다. 또한, 화학 시스템은 반드시 박테리아를 박멸하는데 아주 효과적이지 않아, 배출되는 폐기물질이 여전히 오염 및 환경 문제를 일으킬 수 있다. 또한 폐기물질을 멸균하기 위하여 간접적인 열을 이용하는 시스템도 단점을 가지고 있는데, 특히 폐기물을 충분하게 멸균하는데는 상당히 많은 양의 열전달이 소요되며, 화학 산화제 및 필요한 열을 생성하기 위한 연료를 필요로 할 수 있는데, 이것은 제조 및 작동 비 용을 증가시킨다.

또한, 점점 더 엄격한 환경 규제는 내륙 수로 및 호수와 같은 지역에서 처리된 폐기물질의 배출조차도 금지한다. 이들 지역에서는 종래의 처리 시스템이 사용될 수 없으며, 따라서 폐기물 수용지에 도달될 수 있을 때까지 보관을 위하여 충분한 저장 용량의 설비를 필요로 한다. 폐기물 수용지에 위치시키고 이동시켜야만 하는 비용 및 불편함은, 규제를 무시하고, 환경 규제의 목적을 좌절시키면서, 보관 탱크를 직접 주변에 배출하도록 하는 원인으로 작용한다.

본 발명자의 미국 특허 6,106,703호는, 위생 및 다른 타입의 폐기물의 배출에 내연기관의 배기가스를 이용한 폐기물 처리 시스템을 공개했다. 미국 특허 6, 106,703호의 공개는 참조로 여기에 통합된다. 이 특허는 대체로, 헤드(head), 갤리선(galley), 샤워 설비, 빌지 탱크(bilge tank)와 같은 입력 소스, 또는 다른 유사한 소스로부터 발생되는 폐기물을 수용하는 보관 탱크, 상기 보관 탱크에 연결되는 적어도 하나의 해리기(macerator), 고형 폐기물의 특정 크기를 감소시키는 리듀서(reducer), 원심 분리기, 인젝터 펌프, 및 내연기관의 배기 매니폴드 내에 배치되는 인젝터 노즐로 이루어지는 폐기물 처리 시스템을 개시하고 있다.

본 발명은 여러 가지 면에서 미국 특허 6,106,703호에 개시된 폐기물 처리 시스템을 개선한 것이다. 본 발명은 유체 운동 장치용 공통 에너지원을 이용함으로써 시스템 작동을 단순화한다. 또한, 본 발명은 열처리 이전에 폐기물을 조절하기 위하여 오존 발생기 및 고주파 활성제(activators)를 통합한다. 또한 본 발명은 폐기물을 배기 스트림에 주입하기 이전에 열적으로 조절하는 액체/액체 및 가스/액체 예열기를 통합한다. 폐기물의 예열은 처리 효율을 향상시키고 작동 용량 한계를 증가시킨다. 사이징 스크린 설계에 대한 개선, 블레이드 설계에 대한 개선, 반대의 작동을 가능하게 하는 장치의 변형, 재순환 입구 포트의 추가, 및 외부 펌핑 용량을 포함하여, 여기서 균질기로 부르는, 리듀서에 대하여도 상당한 개선이 이루어졌다. 이들 변형은 입자 마찰을 개선하고, 원심 분리기와 같은 고형 폐기물 분리 장치에 대한 필요를 제거한다. 또한 본 발명은 기존의 배기 매니폴드를 변형시킬 필요를 제거한 배기 매니폴드 스풀 피스(spool piece)의 추가와 함께 인젝터 설계를 개선한다. 마지막으로, 다른 변형과 함께 추가된 프로세스 제어 향상은 전체 시스템 효율 및 성능을 개선하고 상기 시스템의 설치에 필요한 공간을 감소시킨다.

도 1은 본 발명의 개선된 폐기물 처리 시스템의 바람직한 일 실시예의 프로세스 흐름도이다.

도 2는 외부 펌프를 가지는 균질화장치의 바람직한 일 실시예의 단면도이다.

도 3은 내부 펌프를 가지는 균질화장치의 바람직한 다른 실시예의 단면도이다.

도 4는 균질화장치 내에 이용되는 블레이드 어셈블리의 바람직한 일 실시예의 측면도이다.

도 5는 도 4의 블레이드 어셈블리의 정면도이다.

도 6은 도 4의 블레이드 어셈블리에 사용되는 3개의 블레이드 중 제1 블레이드의 정면도이다.

도 7은 도 4의 블레이드 어셈블리에 사용되는 3개의 블레이드 중 제2 블레이드의 정면도이다.

도 8은 도 4의 블레이드 어셈블리에 사용되는 3개의 블레이드 중 제3 블레이드의 정면도이다.

도 9는 도 4의 블레이드 어셈블리를 가지는 균질화장치의 바람직한 일 실시예의 단면도이다.

이어지는 실시예에 관한 상세한 설명에서는, 실시예의 일부를 형성하는 도면이 참조되며, 상기 도면에는 본 발명이 실시되는 특정의 실시예가 도시되어 있다. 본 발명의 기술적 사상으로부터 이탈됨이 없이 다른 실시예가 사용될 수 있고, 또한 구조적 변경도 행해질 수 있음이 이해되어야 할 것이다.

도 1에는 폐기물 처리 시스템의 일 실시예가 도시되어 있다. 대기 탱크(1)는 화장실, 샤워, 하수통, 부엌, 오수, 및 다른 유기 폐기물원(source)과 같은 폐기물 발생원으로부터 폐기물을 받는다. 폐기물 발생원으로부터의 폐기물은 연결관(2)을 통하여 대기 탱크(1)로 전달된다. 대기 탱크(1)는 공기구(atmospheric vent)(3) 및 배출관(4)을 포함한다. 폐기물은 배출관(4)을 통하여 대기 탱크(1)로부터 그라인더 펌프(5)로 흐른다. 그라인더 펌프(5)는 대기 탱크(1) 내에 존재하는 임의의 고체 폐기물의 크기를 감소시키고 대기 탱크(1) 내의 폐기물을 연하게 함으로써, 대기 탱크(1)로부터의 폐기물의 상태를 조절한다. 분쇄된 폐기물은 균질기(9)와 유체 소통하는 도관(7)을 통하여 그라인더 펌프(5)로부터 배출된다. 균질기(9)가 작동 중인 상태에서, 그라인더 펌프(5)로부터의 분쇄된 폐기물의 일부는 대기 탱크(1) 내의 폐기물을 연하게 하는 것을 돕는 대기 탱크(1)로 도관(6)을 통하여 재순환된다. 균질기(9)가 작동하고 있지 않을 때, 그라인더 펌프(5)로부터 배출된 폐기물은 대기 탱크(1)로 재순환된다. 도관(7) 내의 체크 밸브(8)는 폐기물이 균질기(9)로부터 대기 탱크(1)로 역류(backflow)하는 것을 방지한다.

균질기(9)는 제1 구동기(10)에 의해 구동되는데, 상기 제1 구동기(10)는 원심변위 또는 정변위(positive displacement) 회전 장치를 구동하기 위하여 사용될 수 있는 통상적인 유도 모터 또는 다른 장치일 수 있다. 제1 구동기(10)는 역유도 모터인 것이 바람직하다. 균질기(9)를 구동하는 것에 더하여, 제1 구동기(10)는 공통의 축을 통하여 그라인더 펌프(5)를 구동하는데 또한 사용될 수 있다. 그러나 설명의 편의를 위하여, 도 1은 공통의 축에 의해 구동되지 않는 별도의 펌프 유닛으로 그라인더 펌프(5)를 나타내고 있다. 균질기(9)는 폐기물을 일련의 커터 블레이드(39) 및 사이징 스크린(40)(도 2, 3, 9 참조)에 통과시켜 사이징 스크린의 가장 작은 개구보다 큰 입자는 균질기(9)를 빠져나가지 못하도록 함으로써, 폐기물의 고체 성분의 입자 크기를 감소시킨다. 사이징 스크린의 가장 작은 개구보다 큰 입자는 크기가 감소할 때까지 균질기(9) 내에 머물게 된다. 폐기물의 액체 부분은 실질적으로 균일한 크기의 고체 폐기물 입자와 함께 균질화되고, 도관(11)을 통하여 균질기(9)로부터 배출된다.

소독 및 처리 공정을 촉진하기 위하여, 상업적으로 이용가능한 오존 발생기(34A)를 사용하여, 벤추리관(35A)을 통하여 도관(11) 내로 오존을 주입하여 균질화된 폐기물을 사전에 조정할 수 있다. 오존은 박테리아를 파괴하여 폐기물을 소독하고, 또한 배기 스트림(22)에 일단 주입된 유기물의 산화를 위해 추가적인 산소를 제공한다. 벤추리관(35A) 단독으로 충분히 높은 오존 분해를 달성하지만, 분해를 더 증가시키기 위해 혼합기가 사용될 수 있다. 기계적, 정적, 또는 다른 형식의 혼합기가 폐기물 특성, 설비의 제한, 비용, 퇴적 경향, 기계적 내구성에 따라 사용될 수 있다. 도 1에는 고주파 활성기(36A), 초음파 장치가 사용되고 있다.

사전에 조정되고 균질화된 폐기물은 인젝터 펌프(12)에 공급되고, 상기 인젝터 펌프(12)는 공통의 축을 통하여 제1 구동기(10)에 의해 구동된다. 인젝터 펌프(12)는 정변위 형식의 펌프인 것이 바람직하다. 사전에 조정되고 균질화된 폐기물은 인젝터 펌프(12)로부터 도관(13)으로 배출된다. 도관(13)으로부터 균질화된 폐기물 스트림은 나누어진다. 도관(13)으로부터의 균질화된 폐기물 스트림의 일부는 대기 탱크(1)로 재순환된다. 균질기(9)로 재순환된 균질화된 폐기물은, 도 1, 2, 3, 9에 도시되어 있는 바와 같이, 재순환 포트(47)를 통하여 균질기(9)에 공급되거나, 도관(7)에서 대기 탱크(1)로부터의 공급과 결합하여 유입 포트(38)를 통하여 균질기(9)에 공급될 수 있다.

인젝터 펌프(12)로부터의 균일화된 폐기물 스트림의 나머지는 예비가열기(16), 액체/액체 열교환기로 진행한다. 예비가열기(16)에 들어가기 전에, 균질화된 폐기물은 제2 오존 발생기(34B)와 그와 연결된 벤추리관(35B)을 사용하여 더 조 정될 수 있다. 상류의 대응하는 고주파 활성기(36A)에 유사하게, 고주파 활성기(36B)가 오존 분해를 최대화하기 위해 사용된다. 셸 및 튜브 타입의 열교환기인 것이 바람직한 예비가열기(16)는 균질화된 폐기물 연료 스트림에 열을 전달하기 위하여 내연기관 또는 다른 장치와 연결되어 있는 물 또는 다른 매체를 사용할 수 있다. 대안으로는, 열 전달 유체는 내연기관 또는 다른 장치와 관련된 매체로부터 열을 받아 폐기물 스트림에 열을 전달하는 중간 열 싱크로서 사용될 수 있다. 균질화된 폐기물 스트림을 예비 가열하는 것은 폐기물 스트림의 수분 성분의 온도를 증가시키고, 폐기물이 주입되는 배기 스트림에 대한 냉각 효과를 감소시켜, 시스템 작업량을 최대화한다. 예비가열기(16)를 빠져나간 후에, 폐기물은 예비가열기(16)에 공급하는 도관(17)을 계속하여 통과한다. 예비가열기(18)는 기체/액체 열교환기이다. 상기 열교환기에서 열은, 폐기물 스트림의 수분 성분이 폐기물의 주입 전에 증발 온도에 가깝거나 또는 증발 온도보다 높은 것을 보증하면서 배기 스트림(22)으로부터 폐기물 스트림으로 흡수된다. 폐기물 스트림의 수분 성분이 증발 온도에 가깝거나 증발 온도보다 높은 상태에서, 폐기물이 일단 주입되고 나면, 수분 성분을 휘발시키는데 요구되는 열은 최소화된다. 예비가열기(18)는 배기가스(22)로부터 폐기물 스트림으로 열을 전달하기 위하여 열전달 유체를 사용하는 액체/액체 열교환기일 수 있다. 스풀 부재(19)는 예비가열기(18)와 인젝터 노즐(20)을 수용한다. 스풀 부재(19)는 임의의 소요되는 변경을 제거함으로써 현존하는 배기가스 매니폴드에 시스템의 설치를 용이하게 한다.

스풀 부재(19)는 또한 배기가스(22)의 속도를 증가시키는 팬 또는 유사한 기 구를 포함하여, 주입되는 폐기물의 난류 및 반경 방향으로의 분배를 보장할 수 있다. 대안으로는, 공기 또는 재순환된 배기가스(22)와 같은 추가적인 물질원으로 배기가스(22)를 보충함으로써, 배기가스(22)의 유량을 증가시켜 그 속도를 증가시킬 수 있다.

폐기물은 배기가스(22) 흐름에 함께 흐르거나 반대로 흐르도록 인젝터 노즐(20)을 통하여 배기가스(22)에 주입될 수 있다. 스풀 부재(19)의 직경을 가로지르는 폐기물의 분배를 최대화하기 위하여, 폐기물은 배기가스(22) 유동에 반대로 흐르도록 주입되는 것이 바람직하다. 부가적으로, 도관(17)로부터 배기가스(22)로 폐기물 스트림을 끌어들이기 위하여 벤추리관 타입의 스풀 부재가 사용될 수 있다. 벤추리관 타입의 스풀 부재는 폐기물 스트림의 액체의 일부를 원자화하는 이점을 추가적으로 가지고 있다. 또한, 벤추리관 노즐이 사용될 수 있다. 벤추리관 노즐은 스풀 부재(19) 내에서 중심부에 배치되고 있고, 벤추리관 타입의 스풀 부재와 유사하게, 도관(17)으로부터 폐기물 스트림을 끌어들이기 위하여 배기가스(22) 스트림을 이용한다. 예비 가열되고 균질화된 폐기물의 주입시, 폐기물 연료 스트림의 수분 성분은 증기로 휘발하고, 배기가스(22)를 따라 배기가스 스택(stack)(23)을 통하여 스풀 부재(19)를 빠져나간다. 폐기물 스트림에서의 고체 폐기물 입자는 건조되고, 산화를 야기하기 위하여 충분한 열을 흡수한다. 산화는 불활성 무기물 재(mineral ash)와 수증기를 생성하는 결과를 가져온다. 불활성 무기물 재와 수증기는 배기가스(22)와 함께 배기가스 스택(23)을 흘러나온다.

온도 센서(21)는 배기가스 스택(23)에 들어가기 전에 배기가스(22)의 온도를 측정한다. 압력 센서(33)는 인젝터 라인 압력을 측정한다. 이들 센서(21,33)는 스풀 부재(19)에 수용되고, 이들의 측정값을 컴퓨터(24)에 전달하는 전달기를 구비하고 있다. 컴퓨터(24)는 원격 또는 휴대가능한 장치로부터 동력을 받고, 동력 공급선(25)을 통하여 상기 장치에 설치되어 있고 전 시스템의 작동을 제어한다. 배기가스 온도 및 인젝터 라인 압력에 더하여, 컴퓨터(24)는 하이 레벨 센서(31), 로 레벨 센서(32), 및 대기 탱크(1) 내에 장착되어 있는 하이 레벨 경보기(102)로부터의 값을 받을 수 있다. 대안으로는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 하이 레벨 센서(31), 로 레벨 센서(32), 및 대기 탱크(1) 내에 장착되어 있는 하이 레벨 경보기(102)는 그라인더 펌프(5)와 일체화된 제어기로만 향할 수 있다. 이러한 구성에서는, 그라인더 펌프(5)는 시스템의 나머지 부분과 독립적으로 작동한다. 시스템 작동으로부터 분리된 그라인더 펌프(5)의 작동으로, 컴퓨터(24)는, 밸브(59)를 열어 폐기물이 균질기로 흐르도록 하기에 앞서, 그라인더 펌프(5)가 작동 상태에 있음을 보증하기 위하여 압력 센서(62)를 사용한다. 또한, 컴퓨터(24)는 폐기물 처리 시스템(100)에 배기가스(22)를 전달하는 내연기관 또는 다른 장치로부터 추가적인 데이터를 받을 수 있다. 컴퓨터(24)는 시스템의 작동을 제어하고, 원격 패널(26)을 통하여 내부 및 외부 매개변수의 모니터링을 허용한다.

또한, 도 1은 균질기(9)의 역류세척과 다양한 시스템 구성요소의 정화를 가능하게 하는 백플러쉬(backflush) 시스템과 깨끗한 물을 이용한 정화 시스템을 도시하고 있다. 컴퓨터(24)는 제1 구동기(10)의 작동을 반전시켜 균질기(9) 및 인젝터 펌프(12)의 작동을 반전시킴으로써 백플러쉬 시스템을 제어한다. 균질기(9) 및 인젝터 펌프(12)의 작동을 반전시킴으로써, 시스템은 균질기(9)를 통하여 간단하게 백플러쉬시키고, 이리하여 균질기(9) 내에 수용되어 있는 내부 이물질을 자정한다. 유사하게, 컴퓨터(24)는 폐기물의 처리를 중지하고 전 시스템이 단지 깨끗한 물을 처리하도록 함으로써 정화 시스템의 작동을 제어한다. 깨끗한 물은 휴대용 물탱크(28)와 같은 임의의 소스로부터 시스템에 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 휴대용 물탱크(28)로부터의 깨끗한 물은 예비가열기(16,18), 오존 벤추리관(35A,35B), 고주파 활성기(36A,36B)와 같은 임의의 보조 장치뿐만 아니라, 인젝터 노즐(20), 인젝터 펌프(12), 및 균질기(9)를 정화한다. 역류 방지기(29)는 백플러쉬 동안에, 휴대용 물탱크(28)의 오염을 방지한다.

컴퓨터(24)는 솔레노이드 밸브와 같은, 유량 조절 제어 밸브와 전개/전폐(full open/full closed) 타입의 밸브를 사용하는 프로그램된 공정 제어 구성을 통하여 다양한 시스템 구성요소의 작동을 제어한다. 유사하게, 컴퓨터(24)는 재순환되고 균질화된 폐기물 스트림을 제어 밸브(15)를 통하여 조정함으로써, 재순환 포트(47)를 통하여 균질기(9)로 되돌아가는 재순환되고 균질화된 폐기물을 양을 제어한다.

도 1에 도시되어 있는 실시예에서는, 주입량은 유량 제어 밸브(14)와 솔레노이드 밸브(58,59)에 의해 제어된다. 통상의 작동 동안에, 솔레노이드 밸브(58,59)는 완전히 개방되어 있고, 제어 밸브(14,15)는 대기 탱크(1)로 재순환되는 유량을 조정한다. 제어 밸브(14)의 위치는 온도 센서(21) 및/또는 압력 센서(33)의 측정값에 기초하여 컴퓨터(24)에 의해 설정된다. 또한, 제어 밸브(14)의 위치는 배기 가스(22)를 공급하는 장치의 회전 속도와 같은 다른 시스템 매개변수에 의해 설정될 수도 있다. 셧 다운 시스템(shut down system)이 백플러쉬 및 정화 시스템뿐만 아니라, 솔레노이드 밸브(58,59), 제어 밸브(14,15), 다른 시스템 구성요소에 연결될 수 있다. 예를 들면, 만일 컴퓨터(24)가 배기가스(22) 공급 장치로부터 신호, 예컨대 사전에 설정되어 있는 최소 회전 속도값 또는 다른 측정값을 받거나, 또는 압력 센서(33)로부터 고압이 측정되어 전송된다면, 컴퓨터(24)는 솔레노이드(59)를 닫음으로써 대기 탱크(1)로부터의 폐기물이 균질기(9)에 들어가는 것을 방지한다.

그 다음, 컴퓨터(24)는 균질기(9)에서 임의의 잔류물을 제거하면서, 역류세척 사이클을 활성화시킨다. 역류세척 사이클 후, 컴퓨터(24)는 역류세척을 초기화한 상태가 제거되었다는 것을 확인하는 데이터를 받는다. 만일, 그러한 상태가 제거되지 않았다면, 제2 역류세척 사이클이 행해질 수 있다. 역류세척 사이클에 이어서, 컴퓨터(24)는 밸브(27,27A,64)를 열고 밸브(59)를 닫아 시스템에 폐기물이 없다는 것을 확인하기 위하여 깨끗한 물을 사용한 정화 사이클을 시작할 수 있다. 최종적으로, 역류세척 및 정화 사이클이 종료된 후에, 컴퓨터(24)는 솔레노이드 밸브(58)를 닫고, 제어 밸브(14)를 완전히 열어, 전체 폐기물 스트림의 재순환을 가져온다. 그 다음, 균질기(9)는 솔레노이드 밸브(59) 및 제어 밸브(15)를 여는 컴퓨터(24)에 의해 다시 작동 상태에 놓일 수 있고, 전체 균질기(9) 배출은 대기 탱크(1)로 재순환된다. 또는, 균질기(9)는 작동하지 않은 상태를 유지할 수 있고, 여기서는 단지 그라인더 펌프(5)가 대기 탱크(1) 내의 폐기물을 연하게 하는데 사용된다. 시스템 매개변수에 의해 초기화된 역류세척 사이클에 더하여, 컴퓨터(24) 는 사전에 설정되어 있는 시간 간격으로 역류세척 사이클을 개시함으로써, 시스템이 폐기물을 자신으로부터 제거하고 자정장치로서 작동하도록 한다.

역류세척 작동 동안에, 솔레노이드 밸브(58)는 개방된 채로 남아, 인젝터 노즐(20)로부터의 반전된 유동이 균질기(9)를 통과하도록 한다. 실시예에서, 역류세척 작동은 상대적으로 짧은 시간 동안 지속되고, 단지 물질의 소량만이 시스템을 통하여 거꾸로 흐른다. 그러나 휴대용 물탱크(28)로부터 깨끗한 물을 공급하는 것은 균질기(9)의 유출구로 향할 수 있고, 그 후 보다 긴 시간 동안 완전한 역류세척을 위하여 대기 탱크(1)로 향할 수 있다. 정화 작동 동안에, 솔레노이드 밸브(59)는 대기 탱크(1)로부터의 폐기물이 균질기(9)로 들어가는 것을 방지하면서 폐쇄된다. 제어 밸브(27)는 개방되어, 깨끗한 물이 균질기(9)로 들어간 다음, 통상의 작동 경로를 통하여 인젝터 노즐(20)로 흐르도록 하여, 균질기(9)와 인젝터 노즐(20) 사이에 장착된 모든 장치를 정화한다. 대안으로는, 탱크(28)로부터의 정화 폐기물은 제어 밸브(27A)를 통하여 인젝터 펌프(12)로 향하거나, 제어 밸브(64)를 통하여 스풀 부재(19)로 향할 수 있으며, 교환기(18) 및 인젝터 노즐(20)은 정화될 수 있다.

도 2는 균질기(9)의 바람직한 실시예를 나타낸다. 균질기(9)는 고체와 액체가 유입 포트(38)로 들어갈 수 있게 하고, 일련의 균질기 스테이지(44)와 접촉할 수 있게 한다. 각각의 균질기 스테이지(44)는 멀티-에지 회전 블레이드(39), 사이징 스크린(40), 각각의 사이징 스크린(40) 사이의 거리를 유지하는 스페이서(60), 및 역전 공간(45)을 포함한다. 각각의 회전 블레이드(39)는 적어도 2개의 커팅 에 지(37A, 37B)를 이용한다. 정상적인 동작 동안에, 커팅 에지(37B)는 특정 균질기 스테이지(44)를 보완하는 관련 사이징 스크린(40)에 대해 동작한다. 백워시 동안에, 커팅 에지(37A)는 역전 공간(45) 바로 위에 위치되고 역전 공간(45)에 의해 분리된 균질기 스테이지(44)와 관련된 사이징 스크린(40)에 대해 동작한다. 각각의 연속하는 균질기 스테이지(44)와 관련된 사이징 스크린(40)은 점차로 작아지는 사이징 홀(41)을 포함하는데, 그것은 폐기물이 균질기 스테이지(44)를 통해 흐를 때 고체 폐기물 입자 사이즈를 점진적으로 작게 한다.

각각의 균질기 스테이지(44) 내의 사이징 스크린(40) 내의 사이징 홀(41)의 직경이 감소하면 고체와 액체가 서서히 혼합될 수 있다. 고체는 균질기(9)에 의해 당겨질 때 지속적으로 크기가 감소된다. 폐기물이 균질기(9)를 통해 흐를 때, 폐기물의 알갱이(globule)는 사이징 홀(41)을 통해 당겨진다. 이러한 작용은 사이징 홀(41)을 테이퍼지게 함으로써 강화된다. 사이징 홀(41)을 테이퍼지게 하면 또한 사이징 홀(41)이 막히는 경향이 감소되어, 막힐 가능성을 감소키고 백워시의 회수 지속시간을 감소시킨다. 사이징 홀(41)의 얻어질 수 있는 테이퍼의 양은 사이징 스크린(40)의 두께에 의존한다. 사이징 스크린(40)의 두께의 바람직한 범위는 약 1/4인치(.635cm) 내지 약 1/32인치(0.079cm)이다. 이러한 범위의 두께에 대해, 사이징 홀(41)의 테이퍼의 바람직한 범위는 약 4% 내지 약 50%이다. 폐기물의 알갱이가 사이징 홀(41)을 통해 당겨질 때, 알갱이는 다음 균질기 스테이지(44)의 회전 블레이드(39)에 의해 전단(shear)되어, 사이징 홀(41)을 관통한 폐기물의 부분이 균질기(9)의 다음 스테이지(44)로 이동할 수 있게 한다. 이 프로세스는 각각의 균 질기 스테이지(44)에서 반복된다. 마지막 균질기 스테이지(44)에서의 사이징 홀(41)의 사이즈는 균질기(9)로부터의 배출을 위한 최대 입자 사이즈를 설정한다. 폐기물 품질과 배기 발생원에 의해 공급된 열의 양은 시스템에 의해 처리될 수 있고, 일반적으로, 균질기(9)로부터 배출되는 바람직한 최대 입자 사이즈 직경은 약 1/5000인치(0.005mm) 내지 약 1/30,000인치(0.0008mm)이다.

균질기 블레이드(39)는 샤프트(46)를 따라 미끄럼 가능하게 결합되는데, 그것은 블레이드(39)가 역전 공간(45)에 의해 표시된 소정의 거리만큼 전방 또는 후방으로 미끄러질 수 있게 한다. 한 방향으로 샤프트(46)가 회전하면 블레이드(39)는 특정한 균질기 스테이지(44)와 관련된 사이징 스크린(40)과 접촉할 것이고, 샤프트(46)의 회전 방향이 역전되면, 블레이드(39)는 전의 균질기 스테이지(44)와 관련된 사이징 스크린(40)의 뒷면과 접촉하여 사이징 스크린(40)의 뒷면에 분포된 잔여물을 모두 분쇄할 것이다. 동시에, 샤프트(46)의 회전이 역전되면, 폐수는 스크린(40)을 통해 거꾸로 펌핑되어 테이퍼진 구멍(41)을 막을 수도 있는 잔여물을 모두 제거한다. 균질기(9)는 외부 펌프(42)(도 2에 도시됨) 또는 내부 펌프 임펠러(51)(도 3에 도시됨)를 이용할 수도 있고, 펌프를 전혀 이용하지 않을 수도 있다. 내부 또는 외부 펌프 기구가 이용되면, 제1 구동기(10)는 공통 샤프트(46)를 통해 기구를 구동시킬 수 있다.

멀티-에지 블레이드(39)는 전의 블레이드(39)에 대해 가변 간격으로 샤프트(46) 주위에 순차적으로 위치될 수 있다. 따라서, 전면 사시도에서 볼 때, 도 5에 나타낸 멀티-포인트 스타 패턴과 유사한 블레이드의 멀티-포인트 스타 패턴이 생성 된다. 복수개의 블레이드 에지는 각각의 스테이지(44)로 들어가는 고체와 다중 접촉하여, 분사기(20)가 배출하는 폐기(22)의 주어진 온도에 기초하여 분사 속도를 증가시킨다. 균질기(9)에 내부 펌프 임펠러(51) 또는 외부 펌프(42)가 이용되든지 펌프가 전혀 이용되지 안든지 무관하게, 유체는 배출 포트(43)를 거쳐 균질기(9)로부터 배출된다. 배출된 폐기물의 일부는, 앞에서 설명된 바와 같이, 재순환 포트(47)를 거처 마지막 균질기 스테이지(44) 내로 되돌려 재순환될 수 있다. 균질기(9)로부터 배출된 폐기물의 일부를 재순환시킴으로써, 입자 사이즈 분포 및 시스템 성능은 향상된다.

도 4는 균질기 블레이드(39)의 다른 바람직한 실시예를 나타낸다. 도 4에 나타내듯이, 블레이드 조립체(200)는 복수개의 개별적 블레이드(210, 220, 230)를 포함한다. 도 4에 나타낸 바람직한 실시예는 샤프트(46)를 따라 순차적으로 배치된 8개의 개별적 블레이드를 포함한다. 최하부 블레이드(201)는 샤프트(46)의 축에 대해 0도의 각도로 샤프트(46)를 따라 배치된다. 최하부 블레이드(201) 위의 블레이드는 샤프트(46)의 축에 대해 30도의 각도로 샤프트(46)를 따라 배치된다. 블레이드 조립체(200)의 각각의 연속한 블레이드는 전의 블레이드보다 30도 큰 각도로 샤프트(46)를 따라 배치되는데, 그것은 전면 사시도를 볼 때 도 5의 스타 패턴을 발생시킨다. 최하부 블레이드(210)는 블레이드 조립체(200)가 설치된 균질기 스테이지(44)와 관련된 사이징 스크린(40)에 대해 동작한다. 최상부 블레이드(202)는 균질기(9)의 제1 구동기(10)가 역전될 때 블레이드 조립체(200)의 바로 위에 있는 균질기 스테이지(44)의 사이징 스크린(40)의 뒷면에 대해 동작한다.

도 5는 블레이드 조립체(200)의 스타 패턴의 정면도를 나타낸다. 블레이드 조립체(200)는 도 6, 도 7 및 도 8에 각각 나타낸 개별적 블레이드(210, 220, 230)를 적층함으로써 형성된 복수개의 블레이드를 포함한다.

도 6에 나타낸 블레이드(210)는 중심편(213)에 연결된 적어도 2개의 커팅 부속물(211, 212)를 포함한다. 중심편(213)은 내면(214)을 포함하고, 내면(214)이 샤프트(46)의 표면과 접촉하도록 샤프트(46)를 따라 미끄럼 가능하게 결합된다. 도시된 바람직한 실시예에서, 샤프트(46)와 내면(214)은 둘 다 실질적으로 사각형 단면을 가지며, 조립되었을 때, 사각형 단면은 어떠한 슬립도 없이 샤프트(46)의 회전을 블레이드(210)로 전달한다. 샤프트 키를 이용하는 것과 같이, 회전을 전달하는 다른 수단이 다른 단면의 샤프트에 이용될 수 있다.

도 7 및 도 8에 나타낸 블레이드(220, 230)는 각각 실질적으로 블레이드(210)와 유사하다. 블레이드(220)는 중심편(223)에 연결된 적어도 2개의 커팅 부속물(221, 222)을 포함한다. 블레이드(230)는 중심편(233)에 연결된 적어도 2개의 커팅 부속물(231, 232)을 포함한다. 도 7에 나타내듯이, 커팅 부속물(221, 222)은 블레이드(210)의 커팅 부속물(211, 212)과 다른 각도로 샤프트(46)를 따라 배치되도록 중심편(223)에 연결된다. 유사하게, 도 8에 나타내듯이, 커팅 부속물(231, 232)은 블레이드(210)의 커팅 부속물(211, 212) 및 블레이드(220)의 커팅 부속물(221, 222)과 다른 각도로 샤프트(46)를 따라 배치되도록 중심편(233)에 연결된다. 블레이드(210, 220, 230)를 샤프트(46)를 따라 미끄럼 가능하게 결합시킴으로써, 도 5에 가장 잘 보여진 커팅 부속물의 스타 모양 패턴이 생성되는데, 커팅 부속물 은 샤프트(46)로부터 외향으로 방사형으로 연장된다.

마지막으로, 도 9는 복수개의 균질기 스테이지(44) 중 첫번째 균질기 스테이지(44)에 설치된 블레이드 조립체(200)를 구현하는 균질기(9)를 나타낸다. 나머지 균질기 스테이지(44)는 도 2에 나타내고 상술된 블레이드(39)를 이용한다. 블레이드(39)는 서로에 대해 수직으로 동작하도록 샤프트(46)를 따라 미끄럼 가능하게 결합된다. 균질기(9)는 블레이드 조립체(200)를, 하나의 균질기 스테이지(44)에 이용할 수도 있고, 적어도 2개의 균질기 스테이지(44)에 이용할 수도 있으며, 모든 균질기 스테이지(44)에 이용할 수도 있다.

본 발명이 특정 실시예에 대해 설명되었지만, 상기 실시예의 변경 및 수정이 당업자에게는 명백할 것이라는 것을 예상할 수 있다. 따라서, 다음의 청구범위는 본 발명의 진정한 정신 및 범위 내에 있는 모든 변경 및 수정을 커버하는 것으로 해석되도록 의도되었다.

본 발명은 개선된 폐기물 처리 시스템을 제공하며, 특히 유체 운동 장치용 공통 에너지원을 이용함으로써 시스템 작동을 단순화한다. 본 발명에 의하여 처리 효율이 향상되며 작동 용량 한계가 증가된다. 또한, 전체 시스템 효율 및 성능이 개선되며, 시스템의 설치에 필요한 공간도 감소된다.