KR100264739B1 - 감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치 - Google Patents

감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치에 관한 것으로, 그 목적은 공기중에서 자연 발화하는 감손우라늄 폐기물을 안정한 화합물인 산화우라늄(U3O8)으로 변환하여 감손우라늄 폐기물을 안정한 형태로 처리하는 감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 감손우라늄 산화시, 내부의 열로 인해 외부로 날아가는 감손우라늄 입자들을 포집하는 배기체 포집용기와; 감손우라늄이 산화되는 산화용기와; 상기 산화용기의 내부 및 표면에 장착되어 감손우라늄의 산화처리시 온도를 측정하는 열전대와; 상기 열전대의 신호를 받아 컴퓨터에 기록하는 자료수집기와; 상기 산화용기 내부에 장착되고 감손우라늄을 올려놓는 받침쇠와, 상기 산화용기 내부에 장착되어 산화용기 내부를 산화분위기에 맞는 온도까지 가열하는 히터와; 상기 산화용기 내부에 공기를 고루 공급하는 공기분배기와; 상기 공기분배기에 의해 산화용기 내부로 공급되는 공기의 유량을 측정하는 공기유량기와; 상기 산화용기 내부의 온도에 따라 자동 on/off 되고, 공급되는 공기의 양을 이론 공기요구량 이하로 주입하는 공기 주입밸브와; 상기 산화용기 내에서 산화처리된 산화물을 저장하는 산화물 수집용기와; 상기 산화처리한 후 가루가 된 감손우라늄을 산화물 수집용기로 내리는 산화물 수집밸브로 구성되어 감손우라늄 폐기물의 안정화 처리시 폐기물에 직접 불을 붙이지 않고 내부의 히터를 이용하여 산화 분위기를 조성하는 감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치를 제공함에 있다.

Description

감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치
본 발명은 감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치에 관한 것으로, 열적으로 불안정하여 외부의 열원이나 약간의 마찰에 의해서도 쉽게 화염이 발생되고, 공기와의 반응속도가 빠르며, 많은 열을 내는 감손우라늄 폐기물을 안정한 화합물인 산화우라늄(U3O8)으로 안전하게 변환시키는 감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치에 관한 것이다.
일반적으로 감손우라늄 폐기물은 금속형 핵연료를 개발하는 과정에서 칩, 스크랩 및 파우더 형태로 발생하며, 순수한 감손우라늄은 파우더로 존재할 때 공기중에서 자연발화(pyrophoric)할 정도로 산화력이 높고, 산화시 산화열(4.2 KJ/g, U3O8)이 높은 성질을 가지고 있어 화재의 위험성이 있다. 따라서 감손우라늄 폐기물을 장기간 저장하거나 영구 처분할 때에는 이들을 안정한 형태로의 처리가 우선 되어야 한다.
현재 미국을 제외한 각국에서는 그냥 저장만 하고 있는 실정이며, 한국에서는 공기중 발화하는 것을 방지하기 위하여 물속에 보관중이다. 미국의 ORNL(Oak Ridge National Lab.)에서는 폐기물 수집용 드럼속에서 휴지를 이용하여 불을 붙이는 형식으로 감손우라늄이 너무 갑자기 산화하며 이때 산화열에 의해 냉각 시스템을 개선해야 하는 등 운전상의 문제가 많이 발생하였다.
또한 미국의 AHMC(Aerojet Heavy Metals Company)에서는 산화열을 냉각하기 위하여 200L 드럼을 수조에 넣고 여기서 산화 처리하는 방식을 취하고 있는데 이 역시 갑작스런 산화로 배가스의 온도가 높아지고 이로 인해 환기계통에 열교환기등을 설치해야 하는 어려움이 따르는 등 많은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 공기중에서 자연 발화하는 감손우라늄 폐기물을 안정한 화합물인 산화우라늄(U3O8)으로 변환하여 감손우라늄 폐기물을 안정한 형태로 처리하는 감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 공기중에서 자연 발화하는 감손우라늄 폐기물을 안전한 방법으로 가장 안정한 화합물인 U3O8으로 변환시킴으로써 달성되는데 즉, 감손우라늄 산화시 내부의 열로 인해 외부로 날아가는 감손우라늄 입자들을 포집하는 배기체 포집용기와; 감손우라늄이 산화되는 산화용기와; 상기 산화용기의 내부 및 표면에 장착되어 감손우라늄의 산화처리시 온도를 측정하는 열전대와, 상기 열전대의 신호를 받아 컴퓨터에 기록하는 자료수집기와; 상기 산화용기 내부에 장착되고 감손우라늄을 올려놓는 받침쇠와, 상기 산화용기 내부에 장착되어 산화용기 내부를 산화분위기에 맞는 온도까지 가열하는 히터와; 상기 산화용기 내부에 공기를 고루 공급하는 공기분배기와; 상기 공기분배기에 의해 산화용기 내부로 공급되는 공기의 유량을 측정하는 공기유량기와; 상기 산화용기 내부의 온도에 따라 자동 on/off 되고, 공급되는 공기의 양을 이론 공기요구량 이하로 주입하는 공기주입밸브와; 상기 산화용기 내에서 산화처리된 산화물을 저장하는 산화물 수집용기와; 상기 산화처리한 후 가루가 된 감손우라늄을 산화물 수집용기로 내리는 산화물 수집밸브로 구성되어 감손우라늄 폐기물의 안정화 처리시 폐기물에 직접 불을 붙이지 않고 내부의 히터를 이용하여 산화분위기를 조성하는 감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치를 제공함에 있다.
제1도는 공기조절식 산화장치의 개략도.
제2도는 공기조절식 산화장치의 전체사진.
제3도는 본 발명에 따른 히터사진.
제4도는 본 발명의 공기분배기 사진.
제5도는 본 발명의 산화물 수집밸브 사진.
제6도는 본 발명의 배기체 포집용기 사진.
제7도는 본 발명의 받침쇠 사진.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 배기체 포집용기(fly ash collection tank)
2 : 산화용기(oxidation chamber)
3 : 열전대(Thermocouple) 4 : 감손우라늄 폐기물 받침쇠(grate)
5 : 히터(heater) 6 : 공기분배기(air distributor)
7 : 공기유량조절기(air flow meter) 8 : 공기 주입밸브
9 : 자료수집기 10 : 컴퓨터
11 : 산화물 수집밸브
12 : 산화물 수집용기(ash collection tank)
13 : 호퍼(hopper)
제1도는 공기조절식 산화장치의 개략도를, 제2도는 공기조절식 산화장치의 전체사진을, 제3도, 제4도, 제5도, 제6도, 제7도는 본 발명에 따른 히터, 공기분배기, 산화물 수집밸브, 배기체 포집용기, 감손우라늄 폐기물 받침쇠 사진을 도시한 것으로, 산화용기(2) 내부에 장착된 히터(4)를 이용하여 산화 분위기를 조성하고, 공기유량기(7) 및 공기주입밸브(8)를 이용하여 산화용기(2)내로 공기를 주입함으로써 감손우라늄의 산화속도 및 산화열을 조절하도록 되어 있다.
본 발명은 산화용기(2), 호퍼(13), 공기주입밸브(8), 공기유량조절기(7), 공기분배기(6), 산화물 수집용기(12), 산화물 수집밸브(11), 배기체 포집용기(1), 히터(5), 감손우라늄 폐기물 받침쇠(4), 열전대(3), 자료수집기(9), 컴퓨터(10)등으로 구성되어 있다.
상기 산화용기(2)는 일정길이를 구비하는 원통형상으로 내부에서 감손우라늄 이 산화된다.
상기 배기체포집용기(1)는 산화용기(2)의 상부와 연결되고, 감손우라늄의 산화시 내부의 열로 인해 외부로 날아가는 감손우라늄 입자들을 포집한다.
상기 산화물 수집용기(12)는 산화용기(2) 하부에 장착되며, 산화처리된 산화들이 저장된다.
상기 호퍼(13)는 산화용기(2)와 산화물 수집용기(12) 사이에 장착되는 것으로, 하단부에 산화처리된 감손우라늄 가루를 산화물 수집용기(12)로 이송시키는 산화물 수집밸브(11)가 장착되어 있다.
상기 산화물 수집밸브(11)는 호퍼(13)와 산화물 수집용기(12) 사이에 장착되는 것으로, 완전히 산화처리하여 가루가 된 감손우라늄을 산화물 수집용기(12)로 내리는 역할을 한다.
상기 공기분배기(6)는 호퍼(13)내에 장착되는 것으로, 산화용기(2)내로 공기를 고루 공급한다.
상기 공기 주입밸브(8)는 산화용기(2) 내로 공급되는 공기의 양을 이론 공기요구량 이하로 주입하는 것으로, 산화용기(2) 내부의 온도에 따라 자동으로 on/off 된다.
상기 공기유량 조절기(7)는 산화용기(2)내로 공급되는 공기의 유량을 측정하 는 것으로, 공기 주입밸브(8)와 호퍼(13)내에 장착된 공기분배기(6) 사이에 장착된다.
상기 히터(5)는 산화용기(2)내부에 장착되는 것으로, 산화용기(2) 내부를 산화분위기에 맞는 온도까지 가열한다.
상기 감손우라늄 폐기물 받침쇠(4)는 산화용기(2) 내부에 장착된 히터(5) 상부에 장착되어 있으며, 산화시키고자 하는 감손우라늄을 올려놓는다.
상기 열전대(3)는 산화용기(2)의 내부 및 외부표면에 장착되는 것으로, 감손우라늄이 산화용기(2)내에서 히터(5)에 의해 산화될 시, 용기내부 및 표면의 온도를 측정한다.
상기 자료수집기(9) 및 컴퓨터(10)는 감손우라늄을 산화처리하는 동안 열전 대(3)에 의해 측정된 산화용기(2)의 내부 및 외부표면의 온도를 기록하고 저장한다.
본 발명은 감손우라늄 폐기물을 안전한 방법으로 산화시키기 위하여 밀폐된 용기내에서 감손우라늄에 직접 불을 붙이지 않고 용기내부를 산화분위기로 만들어 주는 것으로, 산화용기(2)내부에 장착된 히터(5)에 의해 용기내부의 온도만 상승시키고, 외부에서 밀폐된 용기내부로 산화시 필요한 최대 이론공기량 이하의 공기를 주입하여 산화속도와 산화열을 조절함으로써 산화용기(2)가 산화열에 의한 영향을 받지 않도록 하였다.
이와 같이 본 발명은 감손우라늄에 직접 불을 붙이지 않고 산화용기 내부에 장착된 히터에 의해 산화용기내부의 온도만 상승시키며, 외부에서 밀폐된 용기내부로 산화시 필요한 최대 이론공기량 이하의 공기를 주입하여 산화속도와 산화열을 제어하므로, 미국에서 사용하는 감손우라늄에 직접 불을 붙이는 방법과 달리 화염발생이 없어 갑작스런 산화가 일어나지 않으며, 산화속도 및 산화열을 용이하게 제어할 수 있고, 장치의 제작비가 저렴한 점이 있는등 많은 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 감손우라늄 산화시 내부의 열로 인해 외부로 날아가는 감손우라늄 입자들을 포집하는 배기체 포집용기와; 감손우라늄이 산화되는 산화용기와; 상기 산화용기의 내부 및 표면에 장착되어 감손우라늄의 산화처리시 온도를 측정하는 열전대와; 상기 열전대의 신호를 받아 컴퓨터에 기록하는 자료수집기와; 상기 산화용기 내부에 장착되고 감손우라늄을 올려놓는 감손우라늄 폐기물 받침쇠와; 상기 산화용기 내부에 장착되어 산화용기 내부에 산화분위기에 맞는 온도까지 가열하는 히터와; 상기 산화용기 내부에 공기를 고루 공급하는 공기분배기와; 상기 공기분배기에 의해 산화용기 내부로 공급되는 공기의 유량을 측정하는 공기유량기와; 상기 산화용기 내부의 온도에 따라 자동 on/off되고, 공급되는 공기의 양을 이론 공기요구량 이하로 주입하는 공기주입밸브와; 상기 산화용기 내에서 산화처리된 산화물을 저장하는 산화물 수집용기와; 상기 산화처리한 후 가루가 된 감손우라늄을 산화물 수집용기로 내리는 산화물 수집밸브로 구성되어 감손우라늄 폐기물의 안정화 처리시 폐기물에 직접 불을 붙이지 않고 내부의 히터를 이용하여 산화 분위기를 조성하는 것을 특징으로 하는 감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산화용기내에서 산화되는 감손우라늄 폐기물의 산화속도 및 산화열은 공기 주입밸브 및 공기유량에 의해 외부에서 주입되는 공기의 양에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치.
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