KR101615705B1 - 유리화 저온용융로 금속섹터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직경이 다른 3개 이상의 냉각유로를 갖는 유리화 저온용융로 금속섹터에 관한 것으로, 다수의 금속섹터로 이루어진 용융공간을 포함하는 저온용융로에 있어서, 상기 금속섹터는 단일유로로 형성된 제1냉각유로의 단면적이, 2개 이상의 서브유로로 형성된 제2냉각유로의 단면적보다 크게 형성된다. 종래 냉각방식은 금속섹터에 1개 또는 2개로 냉각유로를 형성하는데 비해 본 발명에서는 대형화하는 저온용융로의 냉각효율을 높이기 위해 금속섹터에 냉각유로를 3개 이상 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

유리화 저온용융로 금속섹터{METALLIC SECTOR FOR VITRIFICATION COLD CRUCIBLE}

본 발명은 유리화 저온용융로의 금속섹터에 관한 것으로, 특히 유해성폐기물 유리화 저온용융로 장치의 용융공간에 다수의 조립체 형태로 형성되어 저온용융로 및 유리용융물을 냉각하는 장치이다. 금속섹터 내부에는 외부의 냉각수 공급 및 순환장치와 연결되는 냉각유로가 구비되는데, 이러한 냉각유로의 구조를 개선하여 대형화 되어가는 저온용융로를 효율적으로 냉각시키기 위한 기술이다.

유해성폐기물, 특히 원자력 발전 등을 통해 나오는 방사성 폐기물을 보다 안정적으로 처리, 보관 및 관리하는 것은 매우 중요한 문제이다. 이러한 유해성 폐기물을 처리하는 방법으로서, 압축, 소각, 및 시멘트고화 등 다양한 기술들이 적용되고 있으나, 각 기술은 감용비가 적고, 침출수 등의 2차 피해도 발생할 가능성이 큰 문제가 있었다. 그러던 중 몇몇 국가를 중심으로 유해성 폐기물을 처리, 보관하는 방법 중에서 유도가열식 저온용융로를 이용하여 유해성폐기물을 연소시키고 중금속을 용융하여 유리와 함께 유리고화체로 만들어 유리 구조 속에 가두어 주변 환경으로 침출되지 않도록 하여 격리시키는 저온 용융로 유리화 기술이 개발되어 왔다.

종래에 저온용융로 유리화 장치에서 용융로를 냉각하기 위해 사용되는 금속섹터는 냉각유로의 개수에 따라 구분하면 일반적으로 냉각유로를 1개 사용하는 방식과 2개 사용하는 방식으로 구분된다. 금속섹터 내에 냉각유로를 1개 사용하는 방식은 입구와 출구가 다른 위치에 형성되며, 금속섹터에 냉각유로를 2개 사용하는 방식은 입구와 출구가 같은 위치에서 나누어진다. 이러한 종래의 방식들은 저온용융로가 소형일 때에는 냉각에 별다른 문제가 없었으나, 저온용융로가 대형화되어 감에 따라 용융로 내부의 냉각이 불균일해지는 문제와 금속섹터 안쪽 모서리 부분의 온도가 높아지는 문제가 발생하였고, 냉각효율도 많이 낮아지는 문제도 발생하였다.

한국 공개특허 제2014-0064048호(2014.5.28. 공개) 한국 공개특허 제2013-0093285호(2013.8.22. 공개)

본 발명의 목적은 유리화 저온용융로 금속섹터에서 냉각유로의 구조를 개선하여 냉각유로의 수량을 증가시키고 냉각유로의 개수를 입수 측과 출수 측을 다르게 하여 금속섹터 코너 부분의 냉각효율을 증가시킨 저온용융로 금속섹터를 제공하고자 한다.

상기 본 발명의 목적은 유리화 저온용융로를 냉각시키기 위해 다수 개가 조립되어 용융공간을 형성하는 금속섹터에 있어서, 상기 금속섹터는 상부에서 냉각수입수관 및 냉각수배출관과 연결되며, 상기 금속섹터는 상기 냉각수 입수관으로부터 금속섹터 하부의 냉각수헤더까지 단일 유로로 형성된 제1냉각유로와 상기 냉각수헤더에서 제1냉각유로와 연통되어 있으며, 상기 냉각수헤더에서 상기 냉각수배출관까지 적어도 2개의 서로 독립된 서브유로로 형성된 제2냉각유로를 포함하는 금속섹터에 의해 달성된다.

상기 냉각수헤더는 제1냉각유로를 통해 하방으로 이동하는 냉각수가 상기 제2냉각유로를 통해 상방으로 U턴하여 이동될 수 있도록 형성될 수 있다.

상기 제2냉각유로는 복수의 서브유로가 평행하게 상기 용융로 본체와 마주 보며 제1냉각유로보다 상기 용융로 본체의 용융공간에 가깝도록 형성될 수 있다.

상기 제2냉각유로의 각각의 서브유로 단면적은 실질적으로 동일하게 형성될 수 있으며, 상기 제1냉각유로의 단면적은 상기 제2냉각유로 단면적보다 크게 형성될 수 있다.

상기 제1냉각유로의 단면적은 상기 제2냉각유로의 단면적보다 1.5배 내지 2배의 단면적으로 형성될 수 있다.

상기 냉각수헤더는 냉각수헤더조립판을 포함할 수 있다.

상기 냉각수헤더의 공간부는 단면이 삼각형 형태로 형성될 수 있다.

상기 금속섹터는 인접하는 금속섹터와의 접촉면 중 적어도 일부에 절연층을 포함할 수 있다.

상기 냉각수입수관과 제1냉각유로의 연결부부는 상기 냉각수배출관과 제2냉각유로의 연결부보다 하부에 형성될 수 있다.

상기 제2냉각유로의 각각의 서브유로는 냉각수배출관과 제2냉각유로의 연결부보다 하부에서 단일 유로로 합쳐지도록 형성될 수 있다.

본 발명에서 금속섹터에 냉각유로 3개 이상을 적용하여 냉각수 공급은 냉각유로 1개를 적용하고, 배출은 냉각유로 2개 이상을 적용하여 냉각효율을 향상시킬 수 있으며, 금속섹터의 전체 영역에서의 냉각 온도를 균일하게 유지할 수 있어, 대형 저온 용융로에서도 우수한 냉각효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유리화 저온용융로 금속섹터 조립체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유리화 저온용융로 금속섹터의 단면도이다.
도 3은 도 1의 A-A`, B-B` 및 C-C`의 단면도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

다수 개의 금속섹터로 구성되어진 용융공간을 포함하는 유리화 저온용융로는 전기 유도가열방식을 사용하여 유리용융과 용융된 유리에 폐기물을 투입하여 연소시켜 유리화하는 장치이다.

금속섹터사이는 전기적으로 절연되며 저온용융로의 유도 코일에 의해 유도되는 것을 차단한다. 금속섹터와 금속섹터 사이에 절연재료를 이용한 절연층을 형성하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유리화 저온용융로 금속섹터 조립체(10)의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유리화 저온용융로의 금속섹터(200) 냉각수 유동방향과 일치하도록 상하 방향의 단면을 나타낸 것이다. 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각수입수관(300)와 냉각수배출관(400)과 연결되는 부분에서 서로 다른 냉각유로를 갖는 금속섹터(200)는 다수 개 조립되어 저온용융로의 용융공간 외벽을 구성한다. 도시된 바와 같이 다수의 금속섹터(200)는 상부에서 보았을 때 금속섹터 조립체(10)가 원형에 가깝게 형성되도록 조립하는 것이 일반적이며, 이는 유도가열 시와 냉각 시 저온용융로 내부의 균일한 온도 분포를 갖게 하는 데 바람직하기 때문이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 저온용융로 금속섹터(200)로 공급되는 냉각수는 냉각수입수관(300)을 통해 금속섹터의 제1냉각유로(210)로 공급되며, 금속섹터의 냉각수헤더(230)를 지나 다수의 서브유로로 형성된 제2냉각유로(220)을 통해 상승 이동하여 상부에 연결된 냉각수배출관(400)을 통해 배출된다. 금속섹터(200) 내에서 제2냉각유로(220)는 제1냉각유로(210)에 비해 상대적으로 용융공간에 인접한 측에 형성된다. 다수의 서브유로로 형성된 제2냉각유로(220)가 용융공간에 가깝게 형성됨으로서, 냉각수와 접촉하는 면적이 넓어져 냉각효율이 더욱 좋아지게 되며, 제1냉각유로(210)를 제2냉각유로(220)보다 용융공간 외측에 형성되도록 하여 균일한 냉각이 가능해진다.

종래 기술에서는 금속섹터로 공급된 냉각수가 단일유로를 통해 배출되었으나, 본 발명에서는 공급된 냉각수가 단일의 제1냉각유로(210)를 통해 하방으로 이동하게 되고, 냉각수헤더(230)에서 2개 이상의 다수의 서브유로로 구성된 제2냉각유로(220)로 상방으로 이동한 후 냉각수배출관(400)과 연결되는 부분 아래에서 다시 단일유로로 합쳐져 냉각수배출관으로 배출된다. 이로 인해 유리용융물과 접촉하는 금속섹터면의 냉각면적이 커지게 되고 냉각효율이 좋아진다. 제1냉각유로(210)와 제2냉각유로(220)는 도시된 바와 같이 금속섹터 내부의 세로 방향 단면으로 보았을 때 실질적으로 평행하게 형성된다.

냉각수헤더(230)는 제1냉각유로(210)을 통해 하강하는 냉각수가 다수의 서브유로를 갖는 제2냉각유로(220)를 통해 상승할 수 있도록 방향 전환하는 역할을 하며, 단일의 제1냉각유로(210)에서 다수의 서브유로를 갖는 제2냉각유로(220)로 냉각수를 분배하여 이동하게 하는 역할을 할 뿐만 아니라, 금속섹터 하부를 냉각시키는 역할도 한다.

냉각수헤더(230)의 바닥면은 냉각수헤더조립판(240)을 포함하며, 냉각수헤더조립판(240)은 냉각수헤더(230) 공간을 가공한 후 부착하는 방식을 사용하여 냉각수헤더(230) 형성 시 작업을 용이하게 해준다.

도 1에 도시된 바와 같이 냉각수입수관(300)과 제1냉각유로(210)의 연결부 위치는 냉각수배출관(400)과 제2냉각유로(220) 연결부 위치에 비해 낮게 형성하는 것이 바람직하다. 냉각수배출관(400)은 제2냉각유로(220)와 연결되어 있으며, 제2냉각유로(220)가 실질적으로 금속섹터(200)의 용융물과 인접하는 부분에 형성되어 용융로 냉각의 주 기능을 한다. 이러한 이유로 제2냉각유로(220)를 금속섹터 내에서 최대한 길게 형성하기 위해서 냉각수배출관(400)이 제2냉각유로(220)에 연결되는 위치를 냉각수입수관(300)이 제1냉각유로(210)에 연결되는 위치보다 더 높은 위치에 형성한다.

도 3는 도 1의 A-A`, B-B` 및 C-C`의 횡단면도이다.

본 발명에서의 제2냉각유로(220)의 서브유로는 2개 형성된 것을 도시하였으나, 저온용융로의 크기 등에 따라 서브유로가 3개 이상일 수도 있다.

냉각수는 냉각수입수관(300)을 통해 단일 유로로 형성된 제1냉각유로(210)로 유입되며, 단면부 B-B’를 지나 단면부 C-C’인 냉각수헤더(230)에서 유로 방향이 상승하는 방향으로 전환하면서 2개의 서브유로로 형성된 제2냉각유로(220)로 유입되며, 다시 단면부 B-B’를 지나 단면부 A-A’에서 제2냉각유로(220) 각각의 서브유로가 하나로 합쳐져서 냉각수배출관(400)을 통해 배출된다.

냉각수헤더(230)는 냉각수가 U턴하는 공간으로 금속섹터 내의 유로 부분에서 가장 단면적이 넓은 공간이며, 이 부분에서 냉각유로를 지나는 냉각수에 의해 유리용융물에 접하는 금속섹터 부분의 고온의 열을 충분하게 냉각시킬 수 있다. 냉각수헤더(230) 단면부 C-C’의 형상은 도시된 바와 같이 삼각형에 가깝게 형성되며, 냉각수의 이동저항을 줄이기 위해 냉각수헤더조립판(240)에 가까워질수록 단면적이 감소하도록 형성될 수도 있다. 삼각형의 형상은 연결된 제1냉각유로(210)와 제2냉각유로(220)에 대응하여 냉각수의 흐름저항이 발생하지 않도록 삼각형상의 모서리부가 둥글게 형성되는 것이 바람직하다.

제2냉각유로(220)을 형성하고 있는 다수의 서브유로는 각각 실질적으로 동일한 크기로 가공되며 운전시 냉각수는 각각의 서브유로를 거의 동일한 압력과 유량으로 통과하면서 금속섹터를 냉각시킨다. 본 발명에서 실질적으로 동일하다는 것은 그 차이가 10% 이내인 것을 의미한다. 서브유로 간의 단면적을 실질적으로 동일하게 형성하는 것은 동일한 유량의 냉각수를 흐르게 하여 금속섹터의 유리용융물 접촉면이 균일하게 냉각될 수 있도록 하기 위함이다. 또한 제1냉각유로(210)의 단면적은 각각의 서브유로 단면적 합인 제2냉각유로(220) 단면적보다 크게 형성한다. 구체적으로는 제1냉각유로(210)단면적이 제2냉각유로 단면적보다 1.5~2배가 바람직하다. 이는 제1냉각유로(210)가 크게 형성되어야 제2냉각유로(220)의 유속과 압력이 냉각에 적합할 정도로 유지가 가능하여, 냉각효율이 낮아지는 것을 방지하기 위함이다.

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

1. 유리화 저온용융로를 냉각시키기 위해 다수 개가 조립되어 용융공간을 형성하는 금속섹터에 있어서,
   상기 금속섹터는 상부에서 냉각수입수관 및 냉각수배출관과 연결되며,
   상기 금속섹터는,
   상기 냉각수입수관으로부터 금속섹터 하부의 냉각수헤더까지 단일 유로로 형성된 제1냉각유로,
   상기 냉각수헤더에서 상기 제1냉각유로와 연통되어 있으며, 상기 냉각수헤더에서 상기 냉각수배출관까지 적어도 2개의 서로 독립된 서브유로로 형성된 제2냉각유로를 포함하며,
   상기 제2냉각유로는 복수의 서브유로가 서로 평행하며 상기 제1냉각유로보다 상기 용융공간에 가깝도록 형성되며,
   상기 금속섹터는 인접하는 금속섹터와의 사이의 적어도 일부에 절연층을 포함하는 유리화 저온용융로 금속섹터.
2. 제1항에서,
   상기 냉각수헤더는 제1냉각유로를 통해 하방으로 이동하는 냉각수가 상기 제2냉각유로를 통해 상방으로 U턴하여 이동될 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 유리화 저온용융로 금속섹터.
3. 삭제
4. 제1항에서,
   상기 제2냉각유로에 포함되는 각각의 서브유로 단면적은 실질적으로 동일하게 형성되며,
   상기 제1냉각유로의 단면적은 상기 제2냉각유로의 단면적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 유리화 저온용융로 금속섹터.
5. 제4항에서,
   상기 제1냉각유로의 단면적은 상기 제2냉각유로의 단면적보다 1.5배 내지 2배의 단면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유리화 저온용융로 금속섹터.
6. 제1항에서,
   상기 냉각수헤더는 냉각수헤더조립판을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리화 저온용융로 금속섹터.
7. 제1항에서,
   상기 냉각수헤더의 공간 영역은 상기 금속섹터 수평방향의 단면이 삼각형 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 유리화 저온용융로 금속섹터.
8. 삭제
9. 제1항에서,
   상기 냉각수입수관과 상기 제1냉각유로의 연결부는 상기 냉각수배출관과 상기 제2냉각유로의 연결부보다 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 유리화 저온용융로 금속섹터.
10. 제1항에서,
    상기 제2냉각유로의 각각의 서브유로는 상기 냉각수배출관과 제2냉각유로의 연결부보다 하부에서 단일 유로로 합쳐지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유리화 저온용융로 금속섹터.
    

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