KR100622260B1 - 액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기의 자동제어방법 및 이를 이용한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 액체이송펌프 없이 두 용기간의 압력차 및 중력차 그리고 기화잠열에 의한 액화이산화탄소의 이송원리를 적용한 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'에서, 시스템을 자동 또는 반자동으로 동작시키기 위한 제어방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.
'액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'는, 액화 이산화탄소를 저장하기 위한 저장탱크(11) , 세탁 또는 제염을 수행하기 위한 세탁교반기(13), 그리고 세탁 후 폐 이산화탄소를 재생하기 위한 기화분리기(19)에 해당하는 총 3개의 압력용기와, 저장탱크의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 냉각가열기(22), 세탁교반기의 문을 개폐하기 위한 유압식개폐장치(14), 세탁교반기 내부의 회전통(17)을 회전시키기 위한 자석교반기(16), 기화분리기의 액화 이산화탄소를 기화시켜 저장탱크로 보내기 위한 부스터(32), 부스터에서 가압된 기체를 냉각시키기 위한 응축기(21) 및 각종 밸브와 배관으로 구성되어 있다.
본 발명에 해당하는 기술은, 주 전원 공급 및 세탁교반기 개폐를 제외한 시스템의 전 공정을, ⅰ가동 준비, ⅱ 세탁교반기 감압, ⅲ 액화 이산화탄소 이송, ⅳ 세탁 또는 제염, ⅴ 폐 이산화탄소 재생 등, 5개의 작업 단계로 구분한 후, 각 작업 단계 별로 수 개의 단위 작업이 자동 또는 반자동으로 연동될 수 있도록 하기위한 자동제어방법 및 이를 이용한 장치에 해당한다.
원자력발전소, 폐오일, 제염, 세탁, 액화이산화탄소, 기화잠열, 자동제어

Description

액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기의 자동제어 방법 및 이를 이용한 장치 {Automatic Control System of Washing and Decontamination Machine using Liquid Carbon Dioxide}
도1은 액체이송펌프를 사용하지 않은 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'의 시스템 구성도
도2는 액체이송펌프를 사용하지 않은 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'를 제어하기 위한 자동제어 장치의 정면도
도3은 기존 시스템의 구성도
<도면중 주요 부분에 대한 설명>
1∼7: 자동밸브, 8∼10: 수동밸브, 11: 액화 이산화탄소 저장탱크, 12: 냉각 및 가열코일, 13: 세탁교반기, 14: 개폐장치, 15: 손잡이, 16: 자석교반기, 17: 회전통, 18: 사이클로트론, 19: 기화분리기, 20: 가열코일, 21: 응축기, 22: 냉각가열기, 23: 이산화탄소 이송라인, 24: 냉각 및 가열수 이송라인, 31: 진공펌프, 32: 부스터, 51∼52: 자동제어장치, 53: 그래픽, 54: 온도게이지, 55∼57: 세탁교반기의 온도, 압력 및 레벨게이지, 58∼59: 기화분리기의 온도 및 압력게이지, 60∼62: 저장탱크의 온도·압력 및 레벨게이지, 63: 주전원 스위치, 64: 세탁교반기 개폐장치, 65∼69: 단위작업별 연동스위치, 70: 인버터, 71∼75: 타이머, 76: PLC 제어판넬, 77: 자동반자동 선택스위치
본 발명은 원자력발전소에서 발생하는 오염된 세탁물 또는 드라이클리닝이 필요한 일반 의복, 그리고 선반 가공품 등 오일이 묻은 물체를 폐수 또는 고독성의 유기폐액의 생성 없이 세탁 또는 제염하기 위한 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'의 자동제어 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.
액화 이산화탄소를 이용한 기존의 세탁 또는 제염기는 도3와 같이 대부분 3개의 압력용기와 기타 부속장치들로 구성되어 있는데, 압력용기는 액화 이산화탄소를 저장하기 위한 저장탱크(300)와 세탁을 수행하기 위한 세탁교반기(400), 그리고 세탁 후 폐 이산화탄소를 재활용하기 위한 필터 및 기화분리기(500)로 구성되어 있으며, 기타 부속설비로는 액화 이산화탄소를 이송시키기 위한 액체이송펌프(100, 200), 기체상의 이산화탄소를 이송시키기 위한 부스터(600), 세탁교반기의 문을 개폐하기 위한 개폐장치, 부스터에서 가압된 기체를 냉각시키기 위한 응축기 등으로 구성되어 있다.
기존에 사용하고 있는 일반적인 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'는 부스터, 액체이송펌프 및 필터로 구성되어 있다. 세탁 후 발생한 폐 이산화 탄소에 포함된 고체상의 슬러지는 폐 이산화탄소를 이송하는데 사용되는 액체이송 펌프의 고장 원인이 되며, 또한 폐 이산화탄소를 재활용하기 위해 사용되는 필터 역시 고체상의 폐기물에 해당되므로 2차폐기물 문제가 뒤따르게 된다. 그리고 세탁 대상의 의복이 방사성핵종에 오염된 방호복인 경우에는 액체이송펌프 및 폐필터 형태의 2차방사성폐기물 처리에 많은 비용이 요구된다.
모든 유체는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르므로, 가압 액화된 이산화탄소는 액체이송펌프 없이 빠른 시간에 용기간 이송이 가능하며, 또한 기화잠열을 이용하면 잔류하는 기체상 이산화탄소의 밀도를 낮게 하여 세탁 후 세탁교반기에 잔류하는 이산화탄소의 회수 시간을 절약 할 수 있다. 그러나 액체이송펌프를 사용하지 않는 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'는, 온도·압력 및 시간을 제어하는 장치들이 서로 연동되어 작동하여야 제기능을 발휘할 수 있으므로, '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'를 구현하기 위해서는 작업의 편리함을 떠나 시스템을 자동화해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'에서, 액체이송펌프 없이 세탁 또는 제염을 수행하기 위한 시스템을 구현하기 위해, 기체 및 액화 이산화탄소의 용기간 이송 시간뿐만 아니라, 저장탱크 및 기화분리기의 내부온도, 세탁시간 및 세탁 후 세탁제염기에 잔류하는 이산화탄소의 회수시간 등을 사전에 타이머 또는 조절기능이 있는 온도 및 압력게이지 등에 입력한 후, 입력된 값에 따라 시스템을 운전하기 위한 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하는 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 기능을 이해하기 쉽게 하기 위해 나타낸 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'의 시스템 구성도에 해당하며, 액화 이산화탄소를 저장하기 위한 저장탱크(11), 의복을 세탁하기 위한 세탁교반기(13) 및 오염된 액체상의 폐 이산화탄소를 재상하기 위한 기화분리기(19) 등 3개의 압력용기와, 저장탱크의 온도를 조절하기 위한 냉각가열기(22), 액화 이산화탄소를 주입하기 전에 세탁교반기에 들어 있는 공기를 빼내기 위한 진공펌프(31), 세탁 또는 제염시 세탁교반기 내부의 회전통(17)을 회전시키기 위한 자석교반기(16), 원터치 방식의 유압식 개폐창치 (14), 액체상의 폐 이산화탄소에 포함된 고체상의 물질을 분리하기 위한 사이클로트론(18), 폐 이산화탄소를 재생하는 데 필요한 열원을 공급하기 위한 가열기(21), 기체상의 이산화탄소를 가압하기 위한 부스터(32), 가압된 기체상의 이산화탄소를 응축시키기 위한 냉각기(21), 액체 및 기체상 이산화탄소의 흐름을 자동으로 제어하기 위한 자동밸브(1∼7), 저장탱크에 이산화탄소를 주입하거나 뺄 때 그리고 기화분리기에서 슬러지 상태의 폐기물을 뺄 때 사용하기 위한 수동밸브(8∼10), 이산화탄소 및 냉각수를 순환시키기 위한 배관(23,24) 등 부속장치로 구성되어 있다.
도2는 위에 나타낸 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'를 제어하기 위한 자동제어장치의 외부(51) 및 내부(52) 구조에 해당한다. 자동제어장치의 외부(51)에는 도1의 시스템 공정도(53)가 상부에 부착되고, 중간 부분과 하부에는 각각 문이 부착된 구조이다. 중간 부분의 문에는 주 전원 스위치(63)를 비롯하여, 세탁교반기를 개폐하기 위한 스위치(64), 및 시스템의 각 작업 단계를 제어하기 위한 5개의 연동스위치(65,66,67,68,69)가 부착되어 있으며, 또한 저장탱크(11) 내부의 액화 이산화탄소를 가온하거나 냉각시키기 위해 이용되는 냉각가열기(22) 내부의 온도를 설정하고 나타내기 위한 온도게이지(54), 세탁교반기(13) 내부의 운전 상태를 나타내기 위한 온도게이지(55)와 압력게이지(56) 및 레벨게이지(57), 기화분리기(19) 내부의 온도와 정지압력을 설정하기 위한 온도게이지(58) 및 압력게이지(59), 그리고 저장탱크(11) 내부의 온도를 설정하고 나타내기 위한 온도게이지 (55), 저장탱크의 압력과 레벨을 나타내기 위한 압력게이지(56) 및 레벨게이지(57)가 부착되어 있다. 자동제어장치의 내부(52)에는 세탁교반기의 회전속도를 조절하기 위한 인버터(70)가 부착되어 있으며, 또한 저장탱크의 기체상의 이산화탄소가 세탁교반기로 이송되는 시간, 저장탱크의 액화 이산화탄소가 세탁교반기로 이송되는 시간, 세탁 및 제염을 수행하기 위한 시간, 세탁 후 세탁교반기의 기체상의 이산화탄소가 기화분리기로 이송되는 시간, 및 세탁교반기의 액체상의 이산화탄소가 기화분리기로 이송하는 시간을 설정하기 위한 총 5개의 타이머(71,72,73,74,75), 이산화탄소가 충분히 배출되지 않은 상태에서는 세탁교반기의 개폐장치가 동작될 수 없도록 하는 등의 안전장치 기능을 포함하여 모든 공정을 제어하기 위한 프로그 램이 내장된 제어판넬(76), 그리고 시스템을 자동 또는 반자동으로 선택하여 운전하기 위한 자동·반자동 선택스위치(77)가 부착되어 있다.
도1과 도2를 통하여, 액체이송펌프를 사용하지 않고 중력, 용기간의 압력차 및 기화잠열을 이용한 액화 이산화탄소의 이송 원리를 설명하기 위해, 자동제어 장치의 앞면에 부착된 여러 개의 스위치 중에서 주전원 스위치(63) 및 세탁교반기 개폐 스위치(64)를 제외한, 5개의 단위 작업별 연동스위치 각각의 기능은 다음과 같다.
ⅰ. 첫 번째 연동스위치(65)를 누르면, 온도게이지(60)로 미리 설정된 온도까지 저장탱크(11) 내부의 액화 이산화탄소가 가열 또는 냉각된다.
ⅱ. 두 번째 연동스위치(66)를 누르면, PLC 제어판넬(76)에 입력된 프로그램된 시간 동안 자동밸브(1)가 열리고 진공펌프(31)가 가동되면서 세탁교반기(13)의 공기를 빼낸다.
ⅲ. 세 번째 연동스위치를(67) 누르면, 타이머(71)에 미리 설정된 시간동안 자동밸브(2)가 열리면서 저장탱크에서 세탁교반기로 기체상의 이산화탄소가 이동 된 후, 타이머(72)에 미리 설정된 시간동안 자동밸브(3)가 열리면서 액화 이산화탄소가 세탁교반기로 이송된다.
ⅳ. 네 번째 연동스위치(68)를 누르면, 타이머(73)에 미리 설정된 시간 동안 인버터(70)로 회전속도가 제어된 자석교반기(16)의 회전운동에 의해 세탁교반기 내부의 회전통(17)이 회전하면서 세탁이 진행된 후, 타이머(74)에 미리 설정된 시간 동안 2개의 자동밸브(4,5)가 동시에 열려 세탁교반기 내의 기체상의 이산화탄소가 기화 분리기로 일부 이송된 후, 타이머(75)에 미리 설정된 시간 동안 자동밸브(6)가 열려 세탁교반기에 남아 있는 액화 이산화탄소가 사이클로트론(18)을 통해 기화분리기(19)로 이송된다. 이와 동시에 자동밸브(4)가 열리고 부스터(32)가 가동되어 세탁교반기 내에 잔류하는 기체상의 이산화탄소는 응축기(21)를 통하여 저장탱크로 이동하되, 세탁교반기 내의 압력이 압력게이지(56)에 미리 설정된 압력에 도달하게 되면 자동밸브(7)가 열려 잔류하는 이산화탄소를 배출하게 되며, 대기압으로 되는 경우 비로소 세탁교반기 개폐장치(64)를 사용하여 문을 열 수 있게 된다.
ⅴ. 마지막 연동스위치(69)를 누르면, 온도게이지(58)에 미리 설정된 온도까지 기화분리기 내부의 온도가 올라가면서 자동밸브(5)가 열린 후 부스터(32)가 작동된다. 이때 기화분리기 내에 있는 액체상의 폐 이산화탄소는 기화되면서 저장탱크로 이송되고 고체상의 슬러지는 바닥에 고이게 되며, 기화분리기 내의 압력이 압력게이지(59)에 미리 설정된 압력에 도달하게 되면 자동밸브(5) 및 부스터가 정지한다. 차후에 수동밸브(10)을 이용하면 여분의 압력으로 기화분리기 내의 슬러지를 제거할 수 있다.
위의 5개로 이루어진 작업 단계에서, 시스템을 자동 위치에서 가동하는 경우 5개의 작업 단계가 서로 연동되어 중간에 별도 조작 없이 한 사이클을 진행시킬 수 있으며, 반자동 위치에서 가동하는 경우는 각각의 작업 단계가 끝나면 다음 작업 단계를 위한 대기상태에 있게 된다. 또한 자동 위치에서 작업이 진행되는 경우는 동시에 2개 이상의 작업 단계를 병행하여 작업할 수 없으며, 반자동 위치에서 작업이 진행되는 경우에는 첫 번째와 두 번째 작업 단계 및 네 번째와 다섯 번째 작업 단계는 동시 작업이 가능하지만, 그 외의 기타 작업 단계는 동시 작업이 불가능하도록 프로그램 하여, 스위치 오동작이 발생하더라도 시스템의 안전이 유지될 수 있도록 하였다.
위와 같이 본 발명에서는, 액체이송펌프 없이 용기와 용기간의 압력차 또는 중력차를 이용하여 액화 이산화탄소를 이송하고, 또한 세탁·제염의 목적을 달성하기 위해, 가열·냉각·세탁·분리 등을 고려한 복합적인 연동 기능 및 시스템을 자동 또는 반자동으로 선택할 수 있는 기능을 포함한 운전방법 및 이를 이용한 제어장치를 구현하였으며, 이에 따라 액체이송펌프를 제거한 형태의 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'의 제작 및 운전이 가능하게 되었다.

Claims (3)

  1. 저장탱크, 세탁교반기 및 기화분리기로 구성된 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'에서, 액체이송펌프를 사용하지 않고 중력·압력 및 증발잠열을 이용하여 액화 이산화탄소를 이송하는 시스템을 구현하기 위해,
    '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'의 가동에 필요한 모든 단위 작업에서, 주 전원 공급시 자동으로 연동되도록 한 콤프레셔 작동 및 세탁교반기 개폐를 제외한 모든 단위 작업들을, ⅰ 저장탱크 내부의 액화 이산화탄소를 가열하거나 또는 냉각하여 미리 설정된 온도를 유지하는 작업, ⅱ 주어진 시간동안 진공펌프를 가동하여 세탁교반기 내부를 감압하는 작업, ⅲ 주어진 시간동안 저장탱크에서 세탁교반기로의 기체 및 액화 이산화탄소를 이송하는 작업, ⅳ 주어진 시간동안 세탁교반기에서의 세탁 또는 제염 및 세탁교반기에서 기화분리기로의 기체 및 액화 이산화탄소를 이송하는 작업, ⅴ 설정된 값으로 기화분리기 내부의 온도를 올려주면서 주어진 압력에 이를 때까지 부스터를 가동하면서 기화분리기에서 저장탱크로 기체상의 이산화탄소를 이송하는 작업 등, 5개의 단위 작업으로 구분한 후 이를 각각 5개의 스위치를 통하여 연동될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'의 자동제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 5개의 단위 작업으로 구분된 시스템의 작업공정을 자동 또 는 반자동으로 운전할 수 있는 선택스위치를 부착한 한 것을 특징으로 하는 '액화 이산화탄소를 이용한 세탁 또는 제염기'의 자동제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 총 5개의 작업 단계 중에서 시스템을 자동으로 운전하는 경우에는 동시에 2개 이상의 작업 단계를 수행할 수 없으며, 시스템을 반자동으로 운전하는 경우에는 첫 번째와 두 번째 작업 단계 및 네 번째와 다섯 번째 작업 단계는 동시 작업이 가능하지만, 그 외의 기타 작업 단계는 동시 작업이 불가능하도록 조치한 자동제어 방법.
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