KR100716004B1 - 방사성 폐유 제염장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력관련시설에서 사용했던 기계유, 윤활유 등에 포함된 방사능 물질(금속류, 수분(삼중수소 포함))을 완전히 제거하거나 자체 처분 수준 이하로 낮추기 위한 방사성 폐유 제염장치에 관한 것으로서, 내부에 방사성 오염 폐유가 수용된 폐유 저장조, 오염물질과 반응하여 슬러지로 침전되는 응집제가 저장된 응집제 저장조, 상기 폐유 저장조 및 응집제 조장조에 연결되어 상기 폐유와 응집제를 교반하여 오염물질을 슬러지로 침전시키는 교반조, 상기 교반조의 배출구에 연결되어 상기 폐유 중 슬러지, 물 및 윤활유 성분을 각각 분리하는 원심 분리기 및 상기 원심 분리기에서 분리된 윤활유를 감압증류시켜 윤활유에 일부 포함된 수분을 제거하는 감압증류기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 방사능에 오염된 폐유를 응집제를 투입하여 오염물질을 슬러지 형태로 만든 후 원심 분리기를 통해 슬러지, 물, 윤활유 성분을 각각 분리하여 제염 효율을 현저하게 증가시킬 수 있고, 분리된 윤활유를 감압증류처리하여 윤활유에 일부 포함된 물을 완전히 제거함으로써 폐유의 제염율을 보다 향상시킴과 아울러 윤활유의 재활용이 가능하도록 하는 효과가 있다.

제염, 방사성, 방사능, 오염, 폐유, 윤활유.

Description

방사성 폐유 제염장치{An Apparatus For Decontaminating Radioactive Contaminated Waste Oil}

도 1은 종래 방사성 폐유 제염장치를 도시한 도면이다.

2는 본 발명에 따른 방사성 폐유 제염장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 3은 도 2의 원심 분리기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

<주요도면부호에 관한 설명>

10 : 폐유 저장조 11 : 폐유

20 : 응집제 저장조 21 : 응집제

30 : 교반조 40, 90 : 교반기

50, 100 : 히터 60 : 원심 분리기

70 : 윤활유 저장조 80 : 중탕조

110 : 진공 펌프 120 : 응축기

130 : 물 저장조 P₁, P_{2 ,} P₃ : 펌프

140 : 초음파 진동자

본 발명은 방사성 폐유 제염장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방사능에 오염된 폐유에 응집제를 투입하여 오염물질을 슬러지 형태로 만든 후 원심 분리기를 통해 슬러지, 물, 윤활유를 각각 분리하고, 분리된 윤활유를 감압증류처리하여 윤활유에 일부 포함된 물을 제거함으로써 간단한 구조에 의해 방사성 폐유를 효과적으로 제염할 수 있는 장치에 관한 것이다.

원자력 발전소에서 사용되는 기계류에 사용되는 윤활유는 시간이 경과함에 따라 방사화 금속 입자나 이온, 기계 가루, 물(삼중수소 포함) 등이 혼합되면서 그 성능이 저하된다. 특히, 방사화 금속입자나 이온은 수 μm 이하의 작은 입자가 존재하며, 이들의 대부분은 방사능 물질이며, 물에는 삼중수소(³H)라는 방사능 물질이 존재하며 그 행동은 물과 동일하다.

이러한 폐유는 방사성 오염 때문에 방사성 폐기물로 처리되어야 하나 폐유 특성상 원자력법에 따른 포장운반조건을 만족할 수 없어 원자력 발전소 구역에 보관되어 왔으며, 화재 위험성 등 관리의 어려운 점이 있었다.

국내특허출원 제10-2004-103159호에는 상기의 문제점을 해결하기 위한 방사성 폐유 제염장치를 제안한 바 있으며 그 구성이 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 방사성 폐유 제염장치는 제염 처리실의 내부 일측에 마련된 제 1반응조(1)와, 제 1반응조(1)내 하측에 마련된 열원 제공부(H)와, 제 1반응조(1)의 상면에서 관통하여 그 내부에 연장되게 마련되는 교반기(2)와, 제 1반응조(1)와 일단이 연통되며, 타단은 제 2반응조(3)와 연통되는 원심분리기(4)와, 제 2반응조(3)내 하측에 마련된 열원 제공부(H)와, 제 2반응조(3)의 상면에서 관통하여 그 내부에 연장되게 마련되는 교반기(5)와, 제 2반응조(3)와 일단이 연통되며, 타단은 저장탱크(T)와 연통되는 원심분리기(6)와, 제 1, 2반응조(1, 3)와 연통되어 둘 중 어느 하나에 질소 가스를 주입하는 질소가스 공급부(7)와, 하론 소화장치(8)와, 공기오염 검출부(9)와, 공기정화부(9-1)와 펌프(P1, P2, P3, P4)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그러나, 상기와 같은 종래 방사성 폐유 제염장치는 구성이 복잡하여 제조 비용이 상당히 고가이며, 원심 분리기를 통해 침전 물질을 분리하더라도 폐유 속에는 삼중수소(³H)를 포함하는 물 성분이 여전히 존재하게 되어 제염된 윤활유를 재활용하거나 그대로 처분할 수 없게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 방사능에 오염된 폐유를 응집제를 투입하여 오염물질을 슬러지 형태로 만든 후 원심 분리기를 통해 슬러지, 물, 윤활유 성분을 각각 분리하여 제염 효율을 현 저하게 증가시킬 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 분리된 윤활유를 감압증류처리하여 윤활유에 일부 포함된 물을 완전히 제거함으로써 폐유의 제염율을 보다 향상시킴과 아울러 윤활유의 재활용이 가능하도록 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 내부에 방사성 오염 폐유가 수용된 폐유 저장조, 오염물질과 반응하여 슬러지로 침전되는 응집제가 저장된 응집제 저장조, 상기 폐유 저장조 및 응집제 조장조에 연결되어 상기 폐유와 응집제를 교반하여 오염물질을 슬러지로 침전시키는 교반조, 상기 교반조의 배출구에 연결되어 상기 폐유 중 슬러지, 물 및 윤활유 성분을 각각 분리하는 원심 분리기 및 상기 원심 분리기에서 분리된 윤활유를 감압증류시켜 윤활유에 일부 포함된 수분을 제거하는 감압증류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐유 제염장치가 제공된다.

여기서, 상기 원심 분리기는 내부에 수용공간이 형성되고 회전하는 회전통, 상기 회전통의 내측 상부에 형성되어 상기 폐유에 포함된 윤활유가 외부로 배출되는 경액 배출구, 상기 회전통의 외측 상부에 형성되어 상기 폐유에 포함된 물이 외부로 배출되는 중액 배출구 및 상기 경액 배출구와 중액 배출구의 경계지점에 설치되어 상기 경계지점 부근의 액체가 배출되는 것을 방지하는 인사이드 댐 디스크를 포함하여 구성됨이 바람직하다.

또한, 상기 감압증류기는 상기 원심 분리기에서 분리된 윤활유가 이송 저장되는 윤활유 저장조, 상기 윤활유 저장조에 저장된 윤활유를 가열하는 히터, 상기 윤활유 저장조의 상부에 연결되어 상기 윤활유 저장조 내부를 감압상태로 유지하는 진공펌프 및 상기 윤활유 저장조로부터 기화된 수분을 냉각하여 응축시키는 응축기를 포함하여 구성됨이 바람직하다.

또한, 상기 윤활유 저장조의 일측에는 상기 이송 저장된 윤활유를 교반시키는 교반기가 설치되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 윤활유 저장조의 일측 또는 양측에는 상기 윤활유 저장조를 진동시키는 진동수단이 설치되는 것이 보다 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 방사성 폐유 제염장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 원심 분리기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방사성 폐유 제염장치는 크게 교반조(30), 원심 분리기(60) 및 감압증류기를 포함하여 구성된다.

교반조(30)는 상부 일측에 폐유 유입관(13)이 연결되어 펌프(P₁)를 통해 폐유 저장조(10)로부터 압송된 방사성 폐유(11)가 유입되고, 상부 다른 일측에 응집 제 유입관(23)이 연결되어 펌프(P₂)를 통해 응집제 저장조(20)로부터 압송된 응집제(21)가 유입된다. 응집제(21)로는 양이온, 음이온, 포집제 등이 사용된다.

교반조(30)로 유입된 방사성 폐유(11)와 응집제(21)는 교반기(40)에 의해 교반되면서 폐유(11)내에 존재하는 방사성의 금속 입자가 응집제(21)와 반응하여 슬러지 형태로 응집되어 침전된다. 이 때, 폐유(11)의 점도가 상당히 크므로 폐유(11)와 응집제(21)의 응집이 용이하도록 열을 가해주는 히터(50)가 구비되는 것이 바람직하다.

원심 분리기(60)는 교반조(30)의 배출구에 연결되어 방사성 폐유(11)에 포함된 슬러지, 물 및 윤활유 성분을 각각 분리한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 원심 분리기(60)는 내부에 수용공간(63)이 형성되고 회전축(62)의 회전에 의해 동반 회전하는 회전통(61)과, 회전통(61)의 내측 상부에 형성되어 폐유(11)에 포함된 액체 중 가벼운 윤활유가 외부로 배출되는 경액 배출구(67)와, 회전통(61)의 외측 상부에 형성되어 폐유(11)에 포함된 액체 중 무거운 물이 외부로 배출되는 중액 배출구(68) 및 경액 배출구(67)와 중액 배출구(68)의 경계지점에 설치되어 경계지점 부근의 액체가 외부로 배출되는 것을 방지하는 인사이드 댐 디스크(64)를 포함하여 구성된다.

중액 배출구(68)와 회전통(61) 사이에는 배출되는 중액의 양을 조절하기 위한 댐 부재(65)와 댐 부재(65)를 회전통(61)에 고정시키는 댐 너트(66)가 설치되어 분리하고자 하는 액체의 종류 및 혼합 비율에 따라 댐 부재(65)의 위치를 조절할 수 있도록 하는 것이 보다 바람직하다.

도 3을 참조하여 원심 분리기(60)의 동작을 설명하면, 회전축(62)이 모터(미도시)에 의해 회전하면 그에 동반하여 회전통(61)이 회전하게 되고, 회전통(61)의 내부에 수용된 폐유(11)가 회전하게 된다. 이 때, 회전통(61)의 회전속도는 물과 윤활유를 신속하게 분리하고 물과 윤활유가 섞여 배출되는 것을 방지하기 위해 15,000RPM 정도의 초고속으로 회전하는 것이 바람직하다.

회전통(61)이 초고속으로 회전하면 원심력에 의해 비중이 큰 슬러지(S)가 회전통(61)의 내벽에 달라붙게 되고, 액체 중 비중이 큰 물이 회전통(61) 내부 중 외측으로 이동하게 되며, 액체 중 비중이 낮은 윤활유가 회전통(61)의 내측 머무르게 된다. 따라서, 회전통(61)의 외측에 위치한 물은 회전통(61)의 외측 상부에 형성된 중액 배출구(68)를 통해 외부로 배출되고(도면에서 점선 화살표 방향), 회전통(61)의 내측에 위치한 윤활유는 회전통(61)의 내측 상부에 형성된 경액 배출구(67)를 통해 외부로 배출되며(도면에서 실선 화살표 방향), 슬러지(S)는 별도로 수거하여 고화시킨다. 물과 윤활유의 경계 부근에는 인사이드 댐 디스크(64)가 설치되어 경계 부근의 물이 윤활유와 함께 경액 배출구(67)로 배출되거나 반대로 경계 부근의 윤활유가 물과 함께 중액 배출구(68)로 배출되는 것을 방지하도록 되어 있다.

감압증류기는 원심 분리기(60)의 경액 배출부(67)에서 배출되는 윤활유를 수거하여 감압증류시켜 윤활유에 일부 포함된 물을 완전히 제거하기 위한 장치로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 윤활유 저장조(70), 중탕조(80), 진공펌프(110), 응축 기(120), 물 저장조(130) 및 초음파 진동자(140)를 포함하여 구성된다.

윤활유 저장조(70)는 물이 수용된 중탕조(80) 내에 위치하고 있으며, 중탕조(80)의 하부 일측에는 물을 가열하기 위한 히터(100)가 설치되어 있다. 본 발명의 실시예에서 윤활유를 가열하기 위한 구성으로서 중탕 가열 구조를 예시하여 설명하였으나, 그 외에 핫 플레이트 등에 의한 직접 가열 구조 또는 기타 간접 가열 구조가 사용될 수 있음은 물론이다.

윤활유 저장조(70)의 상부에는 진공펌프(110)가 연결되어 윤활유 저장조(70) 내부를 감압상태로 유지하도록 되어 있다. 따라서, 진공펌프(110)에 의해 윤활유 저장조(70) 내부가 감압된 상태에서 히터(100)에 의해 중탕조(80)내의 물이 가열되면 그에 따라 윤활유 저장조(70) 내의 윤활유와 일부 포함된 물이 승온되고 기화점이 낮은 물이 쉽게 증발하게 된다.

윤활유 저장조(70)의 상부로 배출되는 배관은 응축기(120)에 연결되어 있다. 수증기는 응축기(120)에 의해 응축되어 응축기(120) 하부에 위치하는 물 저장조(130)로 수거된다.

윤활유 저장조(70)의 일측에는 교반기(90)가 설치되어 윤활유에 포함된 물이 잘 증발될 수 있도록 하는 것과 저장조 측면으로 몰린 윤활유 주변에 포함된 수분을 초음파 진동자(140)를 이용하여 파쇄하여 수분 방출량을 증가시키도록 하는 것이 보다 바람직하다.

일부 포함되어 있던 물이 증발증류처리된 윤활유 속에는 방사능 물질이 거의 포함되어 있지 않으므로 일정 회수 반복사용될 수 있게 된다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 폐유 제염장치의 동작을 설명하기로 한다.

방사성 금속 및 삼중수소가 포함된 폐유(11)가 응집제(21)와 함께 교반조(30)에 투입된 후 교반기(40)에 의해 교반되면 폐유(11) 속에 포함되어 있는 방사성 금속이 슬러지 형태로 침전된다.

방사성 슬러지를 포함하는 폐유(11)가 원심 분리기(60)로 유입되면 원심 분리기(60) 내부에 설치된 인사이드 댐 디스크(64)에 의해 비중이 큰 물은 회전통(61)의 외측 상부에 형성된 중액 배출구(68)를 통해 외부로 배출되고 비중이 낮은 윤활유는 회전통(61)의 내측 상부에 형성된 경액 배출구(67)를 통해 외부로 배출된다.

경액 배출구(67)를 통해 배출된 윤활유에는 일부의 물이 포함되어 있으므로 여전히 삼중수소에 의해 방사능 오염된 상태이다. 따라서, 이 윤활유는 윤활유 저장조(70)에서 감압증류처리되어 기화점이 낮은 물이 먼저 증발되어 순수 윤활유만이 윤활유 저장조에 남아있게 되어 재사용이 가능하게 된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 방사능에 오염된 폐유를 응집제를 투입하여 오염물질을 슬러지 형태로 만든 후 원심 분리기를 통해 슬러지, 물, 윤활유 성분을 각각 분리하여 제염 효율을 현저하게 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 분리된 윤활유를 감압증류처리하여 윤활유에 일부 포함된 물을 완전히 제거함으로써 폐유의 제염율을 보다 향상시킴과 아울러 윤활유의 재활용이 가능하도록 하는 효과도 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (5)

1. 내부에 방사성 오염 폐유가 수용된 폐유 저장조;

   오염물질과 반응하여 슬러지로 침전되는 응집제가 저장된 응집제 저장조;

   상기 폐유 저장조 및 응집제 조장조에 연결되어 상기 폐유와 응집제를 교반하여 오염물질을 슬러지로 침전시키는 교반조;

   상기 교반조의 배출구에 연결되어 상기 폐유 중 슬러지, 물 및 윤활유 성분을 각각 분리하는 원심 분리기;

   상기 원심 분리기에서 분리된 윤활유를 감압증류시켜 윤활유에 일부 포함된 수분을 제거하는 감압증류기를 포함하고,

   상기 감압증류기는

   상기 원심 분리기에서 분리된 윤활유가 이송 저장되는 윤활유 저장조;

   상기 윤활유 저장조에 저장된 윤활유를 가열하는 히터;

   상기 윤활유 저장조의 상부에 연결되어 상기 윤활유 저장조 내부를 감압상태로 유지하는 진공펌프; 및

   상기 윤활유 저장조로부터 기화된 수분을 냉각하여 응축시키는 응축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐유 제염장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 원심 분리기는

   내부에 수용공간이 형성되고 회전하는 회전통;

   상기 회전통의 내측 상부에 형성되어 상기 폐유에 포함된 윤활유가 외부로 배출되는 경액 배출구;

   상기 회전통의 외측 상부에 형성되어 상기 폐유에 포함된 물이 외부로 배출되는 중액 배출구; 및

   상기 경액 배출구와 중액 배출구의 경계지점에 설치되어 상기 경계지점 부근의 액체가 배출되는 것을 방지하는 인사이드 댐 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐유 제염장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 윤활유 저장조의 일측에는 상기 이송 저장된 윤활유를 교반시키는 교반기가 설치되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐유 제염장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 윤활유 저장조의 일측 또는 양측에는 상기 윤활유 저장조를 진동시키는 진동수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐유 제염장치.

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