KR101617167B1 - 측면 배출게이트가 구비된 플라즈마 용융로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이종의 용융물을 비중에 따라서 분리하여 배출할 수 있는 플라즈마 용융로에 관한 것으로, 용융물을 수용하게 되는 용융실(101)이 마련되며, 상기 용융실(101) 측면의 서로 다른 높이에 적어도 두 개 이상 마련되어 용융물의 배출이 이루어지는 측면 배출게이트(120)(130)를 포함하는 용융로 몸체(110)와; 상기 측면 배출게이트(120)(130)를 가열할 수 있는 발열부(140);를 포함한다.

Description

측면 배출게이트가 구비된 플라즈마 용융로{Plasma melter having side discharge gates}
본 발명은 저점도 상태에서 효율적으로 용융물을 배출할 수 있는 측면 배출 게이트가 구비된 플라즈마 용융로에 관한 것이다.
플라즈마를 이용한 플라즈마 용융로의 경우 용융물에 대한 배출 방법은 용융로를 기울여서(tilting) 용융물을 배출하거나 용융로 배출구 주변에 유도가 열 장치를 이용하여 용융물을 추가로 가열한 후 배출하는 방법이 이용되고 있다. 미국 Retech사가 제작한 스위스 즈윌락(Zwilag)이나 일본 쓰루가(Tsuruga) 원전 플라즈마 용융로는 바닥 배출구를 통해 배출하는 방법을 사용하고 있으며, 일본 JNFL의 경우 콘형 용융로 바닥 중심에 있는 배출구를 유도가열식(Induction Heating Method)으로 가열한 후 용융물을 배출한다.
측면 배출구를 이용하는 경우에는 배출구 부근에 추가 열원으로 가열용 토 치를 이용하여 용융물을 가열하며 배출하는 방법을 이용하고 있다. 1,600℃ 이상의 고온에서 용융된 용융물은 용융로 배출구로 배출되는 순간 용융물 온도의 하락으로 인해 점성이 100 poise 이상으로 급격히 높아져서 배출구에서 고화되어 배출구 막힘 현상이 발생될 수 있다.
등록특허공보 제10-1032055호(공고일자: 2011.05.02)
등록실용신안공보 제20-0343807호(공고일자: 2004.05.17)
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 저점도 상태에서 효과적으로 용융물의 배출이 이루어질 수 있으며, 또한 이종의 용융물을 비중에 따라서 분리하여 배출할 수 있는 플라즈마 용융로를 제공하고자 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 용융로 설비의 드럼형 폐기물 투입장치는, 용융물을 수용하게 되는 용융실이 마련되고 상기 용융실 하부에서 관통 형성되어 용융물의 배출이 이루어질 수 있는 용융물배출부와, 상기 용융실 측면의 서로 다른 높이에 적어도 두 개 이상 마련되어 용융물의 배출이 이루어지는 측면 배출게이트를 포함하는 용융로 몸체와; 상기 측면 배출게이트를 가열할 수 있는 발열부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 용융물배출부는, 용융실 하부에 돌출되게 마련되어 일정 높이 이상의 용융물의 배출이 이루어지는 댐식 배출게이트를 포함한다.
보다 바람직하게는, 상기 댐식 배출게이트는 유도가열식 히터를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 측면 배출게이트는, 상기 용융로 몸체에 대해 상하 이동하여 배출유로의 개폐가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 용융로 몸체 측부에 부설되어 상기 측면 배출게이트를 따라 배출된 용융물이 수용되며, 하부에 배출구가 형성된 배출챔버를 더 포함하며, 보다 바람직하게는, 상기 배출챔버는, 내부를 관찰할 수 있는 윈도우를 더 포함하며, 상기 배출챔버는 개폐 가능한 도어를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 용융로는 용융실 하부에 관통 형성된 용융물배출부와, 용융실 측면에 서로 다른 높이에 적어도 두 개 이상 마련되어 용융물의 배출이 이루어지는 측면 배출게이트가 마련되어 고점도 용융물로 인해 용융로 하부의 용융물배출부의 막힘 현상을 해소하며, 또한 이종의 용융물을 비중에 따라서 분리하여 배출이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 용융로의 구성도,
도 2는 도 1의 A부분의 확대도,
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 용융로의 측면 배출게이트를 확대하여 보여주는 구성도,
도 4의 (a)(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 용융로의 측면 배출게이트를 보여주는 도면.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1에 예시된 것과 같이, 본 발명의 플라즈마 용융로는, 용융물을 수용하게 되는 용융실(101)이 마련되며, 용융실(101) 측면의 서로 다른 높이에 용융물을 배출할 수 있도록 마련된 두 개의 측면 배출게이트(120)(130)를 포함하는 용융로 몸체(110)와; 측면 배출게이트(120)(130)를 가열할 수 있는 발열부(141)(142);를 포함한다.
용융로 몸체(110)는 내열 벽돌과 같은 내열성이 우수한 재료가 사용될 수 있으며, 내부에는 냉각유로(112)가 형성되어 냉각수의 순환에 의해 용융로 몸체(110)의 외부 표면은 적정온도(<60℃)를 유지할 수 있다.
용융로 몸체(110)는 플라즈마 토치(111)가 설치되어 투입된 폐기물을 용융 처리하기 위한 용융열을 제공하며, 이때 플라즈마 토치(111)는 용융로 몸체(110)의 용융실(101) 상단에 설치되어 이송형 또는 비이송형 운전이 가능한 듀얼플라즈마 토치에 의해 제공될 수 있으며, 용융실 하부에는 이송형 운전을 위한 바닥전극(미도시)이 마련되어 주울열 및 토치 프레임 온도, 아크열을 이용하여 용융효율을 극대화할 수 있다.
용융로 몸체(110) 하부에는 용융물배출부가 마련되며, 특히 용융물배출부는 댐식 배출게이트(150)에 의해 제공되며, 바람직하게는, 유도가열방식의 히터를 더 포함한다.
댐식 배출게이트(150) 하단에는 제1몰드장치(10)와 탈부착 가능하게 결합되는 제1클램프(160)가 구비될 수 있으며, 제1클램프(160)는 제1몰드장치(10)와 밀봉 체결되어 제1몰드장치(10)로 용융물의 배출 시에 외기가 용융로 내부로 유입되지 않고 용융로 내부 분위기를 유지할 수 있다.
한편, 제1클램프(160)는 기밀된 상태에서 제1몰드장치(10)와 조립이 이루어질 수 있도록 가스킷(gasket) 또는 합성고무와 같은 패킹부재가 구비될 수 있으며, 이때 패킹부재의 재질을 고려하여 고온으로부터 패킹부재의 열화(degradation)를 방지할 수 있도록 제1클램프(160) 또는 그 주변으로 냉각수가 순환하게 되는 냉각회로가 구비될 수 있다.
구체적으로 도 2를 참고하면, 댐식 배출게이트(150)는 용융로 몸체(110)의 바닥면으로부터 일정 높이(h) 이상 돌출되게 형성되는 것으로써, 하부배출구(150a)의 주변을 감싸도록 마련된 실린더 형태의 유도코일(151)과, 유도코일(151) 내에 고정되어 간접유도가열을 위한 전기전도체인 배출튜브(152)를 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 댐식 배출게이트(150)는 용융실(101) 내에 용융물을 전부 배출하더라도 일정 높이(h) 이하의 용융물은 항상 용융실(101) 내에 잔류하게 되며, 따라서 폐기물의 투입 전에 용융로의 재운전을 위한 예열 과정에서 플라즈마 토치(111)에서 발생된 고온 플라즈마에 의해 용융실(101) 내벽이 직접 고온에 노출되는 것을 방지하여 용융실(101) 내벽 손상을 방지할 수 있다.
한편 댐식 배출게이트(150)는 유도코일(151)에 전원이 인가되지 않으면, 용융물은 고점도 상태의 고형물 상태가 되어 하부배출구(150a)를 폐쇄하며, 유도코일(151)에 전원이 공급되면, 고형물은 저점도 상태가 되어 자중에 의해 하부배출구(150a)를 통해 바깥으로 배출이 이루어진다.
이와 같이 용융로 몸체(110) 하부에 마련된 용융물배출부는 용융물 중에서 비중이 큰 금속물질의 배출에 사용되거나 용융물 전체를 배출하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 플라즈마 용융로는, 용융실(101) 측면의 서로 다른 높이에 용융물을 배출할 수 있도록 용융로 몸체(110)에 두 개의 측면 배출게이트(120)(130)가 구비되며, 측면 배출게이트(120)(130)를 가열할 수 있는 발열부(141)(142)를 포함한다.
각 측면 배출게이트(120)(130)는 전동식 또는 유압식의 구동부(121)(131)가 마련되어 용융로 몸체(110)에서 상하 이동하여 각 배출유로(101a)(101b)의 개폐가 이루어진다.
각 배출유로(101a)(101b)는 용융로 몸체(110) 내에서 일정한 경사를 갖고 관통 형성되어 용융물이 바깥으로 자중에 의해 쉽게 배출이 이루어질 수 있도록 하며, 배출유로(101a)(101b)와 인접하여 배출되는 용융물을 용융온도(1600℃) 이상으로 유지할 수 있도록 발열부(141)(142)가 구비된다.
이러한 발열부(141)(142)로는 금속 또는 비금속 소재의 발열체에 의해 제공될 수 있으며, 배출유로(101a)(101b)의 사이즈나 길이에 따라서 선재 또는 면상 형태일 수 있다. 한편, 발열부의 다른 실시예로써 유도가열방식의 열원에 의해 제공될 수 있다.
본 실시예에서는 각 배출유로(101a)(101b)에 발열체가 마련됨을 예시하고 있으나, 두 배출유로(101a)(101b)가 하나의 공통 발열체에 의해 가열이 이루어질 수도 있을 것이다.
바람직하게는, 용융로 몸체(110) 측부에 구비되어 각 측면 배출게이트(120)(130)에서 배출된 용융물이 수용되는 배출챔버(170)를 더 포함할 수 있다.
배출챔버(170)는 용융로 몸체(110)와 일체화된 밀폐된 구조물일 수 있으며, 또는 용융로 몸체(110)와 탈부착이 가능한 구조물일 수 있다. 한편, 배출챔버(170)는 용융로 몸체(110)와 탈부착 가능한 구조물로 제공되는 경우에는 배출챔버(170)와 용융로 몸체(110) 사이에 구비되어 기밀 유지를 위한 기밀부재가 추가될 수 있을 것이다.
배출챔버(170)는 하부에는 슬래그배출구(171)가 구비되며, 슬래그배출구(171) 하단에는 제2몰드장치(20)가 탈부착 가능하게 결합되는 제2클램프(172)가 구비될 수 있다. 제2클램프(172)는 제2몰드장치(20)와 밀봉 체결되어 제2몰드장치(20)로 용융물(슬래그)의 배출 시에 외기가 배출챔버 내부로 유입되지 않고 배출챔버의 내부 분위기를 유지할 수 있다.
제2클램프(172)는 기밀된 상태에서 제2몰드장치(20)와 조립이 이루어질 수 있도록 가스킷(gasket) 또는 합성고무와 같은 패킹부재가 구비될 수 있으며, 이때 패킹부재의 재질을 고려하여 고온으로부터 패킹부재의 열화(degradation)를 방지할 수 있도록 제2클램프(172) 또는 그 주변으로 냉각수가 순환하게 되는 냉각회로가 구비될 수 있다.
배출챔버(170)는 배출게이트(120)(130)를 관찰할 수 있는 관찰창(173)이 구비될 수 있으며, 이를 영상신호를 촬영할 수 있는 감시카메라(미도시)가 부가될 수도 있다.
배출챔버(170)는 용융물의 배출 시에 시료를 채취하여 샘플링이 가능하도록 전방에 개폐 가능한 도어(174)가 마련될 수 있으며, 배출챔버(170) 내에는 발열수단(175)이 마련되어 배출챔버(170) 내부의 온도 조절이 이루어질 수 있다. 이러한 발열수단(175)으로는 1,500℃ 이상의 고온에서도 발열체로 효과적인 이규화몰리브데넘(molybdenum disilicide, MoSi2)에 의해 제공될 수 있다.
본 실시예에서 측면 배출게이트(120)(130)는 용융로 몸체(110)의 바깥에 마련되어 개폐가 이루어지는 것을 보여주고 있으나, 측면 배출게이트는 용융로 몸체 내측 또는 용융실 내에 마련되어 용융물의 배출이 이루어질 수 있다.
도 4의 (a)(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 용융로의 측면 배출게이트를 보여주는 도면이다.
도 4의 (a)에 예시된 것과 같이, 두 개의 측면 배출게이트(220)(230)는 용융로 몸체(210)의 측벽을 따라서 관통 삽입되어 상하 이동이 이루어져 배출유로(201a)(201b)의 개폐가 이루어짐을 보여주고 있다.
다음으로, 도 4의 (c)를 참고하면, 두 개의 측면 배출게이트(320)(330)는 용융로 몸체(310)의 내측 측벽에 구비되어 용융실(301) 내에서 배출유로(301a)(301b)로 배출이 이루어지는 용융물의 배출 제어가 이루어질 수 있다.
이와 같이 측면 배출게이트는 다양한 배치 레이아웃을 가질 수 있으며, 바람직하게는, 용융로 몸체의 바깥에 설치됨이 바람직하다.
다시 도 1을 참고하면, 두 개의 측면 배출게이트(120)(130)가 용융로 몸체의 바깥에 설치됨으로써 용융로 몸체에 관통 삽입되거나 내측 측벽에 배치되는 것과 비교하여 측면 배출게이트(120)(130)의 정비가 용이하게 이루어질 수 있으며, 또한 용융로 몸체(110) 내에 마련되는 냉각유로(112)와 설계상의 간섭 가능성을 배제할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
101a, 101b : 배출유로 110 : 용융로 몸체
111 : 플라즈마 토치 112 : 냉각유로
120, 130 : 측면 배출게이트 141, 142 : 발열부
150 : 댐식 배출게이트 160 : 제1클램프
170 : 배출챔버 171 : 슬래그배출구
172 : 제2클램프 173 : 관찰창
174 : 도어 175 : 발열수단

Claims (7)

  1. 용융물을 수용하게 되는 용융실이 마련되고 상기 용융실 하부에서 관통 형성되어 용융물의 배출이 이루어질 수 있는 용융물배출부와, 상기 용융실 측면의 서로 다른 높이에 적어도 두 개 이상 마련되어 용융물의 배출이 이루어지는 측면 배출게이트를 포함하는 용융로 몸체와;
    상기 측면 배출게이트를 가열할 수 있는 발열부;를 포함하는 플라즈마 용융로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용융물배출부는, 상기 용융실 하부에 돌출되게 마련되어 일정 높이 이상의 용융물의 배출이 이루어지는 댐식 배출게이트를 포함하는 플라즈마 용융로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 댐식 배출게이트는 유도가열식 히터를 더 포함하는 플라즈마 용융로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 측면 배출게이트는, 상기 용융로 몸체에 대해 상하 이동하여 배출유로의 개폐가 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 용융로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 용융로 몸체 측부에 부설되어 상기 측면 배출게이트를 따라 배출된 용융물이 수용되며, 하부에 배출구가 형성된 배출챔버를 더 포함하는 플라즈마 용융로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 배출챔버는, 내부를 관찰할 수 있는 윈도우를 더 포함하는 플라즈마 용융로.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 배출챔버는 개폐 가능한 도어를 더 포함하는 플라즈마 용융로.
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