KR101873164B1 - 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기를 가열하여 고준위 방사성 폐기물을 효과적이면서 신속하게 건조 처리할 수 있도록 하는 동시에 공기의 승온 온도를 자동으로 적정 수준으로 유지할 수 있도록 할 목적으로, 고준위 방사성 폐기물을 수용한 트레이(20)가 내입되고 외부와 차단된 공간을 형성하는 건조공간(11)과, 상기 건조공간의 일측에 마련되고 상기 건조공간 내의 공기를 흡입하여 건조 및 제습 처리 가능하게 하는 건조 유닛(100)과, 상기 건조 유닛에서 건조 및 제습 처리된 공기를 상기 건조공간으로 이송하기 위해 내부에 송풍팬이 구비된 덕트(12)를 포함하는 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템으로서, 상기 건조 유닛(100)은, 냉매를 압축하여 온도가 상승한 냉매가스를 형성하는 압축기(110); 상기 냉매가스가 이송되는 코일 상의 관로로서 외부 면에 접하는 공기를 가열하는 발열 코일(130); 상기 발열 코일(130)을 경유하여 열교환된 냉매액을 회수하는 수액기(140); 교축작용에 의해 상기 수액기에서 공급된 냉매액을 감압하는 팽창밸브(150); 상기 팽창밸브를 경유한 냉매액이 상기 압축기로 이송되는 코일 상의 관로로서 외부 면에 접하는 공기 중의 수증기를 액상으로 결로화하는 제습코일(160); 을 포함하는 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템에 관한 것이다.

Description

고준위 방사성 폐기물의 건조시스템{DRYING SYSTEM FOR HIGH LEVEL RADIOACTIVE WASTE}

본 발명은 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방사선을 포함하는 고준위 폐기물을 효과적으로 건조 처리할 수 있도록 하는 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템에 관한 것이다.

일반적으로 원자력발전소 및 방사성 동위원소 취급설비에서 발생되는 방사성 폐기물은 수거된 방사성 폐기물을 특정 장소에 수거하여 자연 건조시켜 처리하였고, 자연 건조시 증발하는 습기와 공기중으로 확산하는 미세 방사성입자는 원자력발전소의 공기정화설비로 유입하여 처리하여 왔다. 그러나 상기와 같은 자연 건조방식은 건조시 많은 시간을 요하게 되며, 건조시 확산하는 미세 방사성 입자로 인하여 공기정화설비의 방사성 오염이 증가하는 원인을 초래하며, 이로 인하여 공기정화설비의 필터와 같은 2차 방사성 폐기물의 발생원이 되기도 하였다.

또한, 중수로형 원자력발전소의 경우는 방사성 폐기물 중 일부가 중수를 함 유하고 있으며, 방사성 폐기물의 건조시 중수가 대기중으로 확산되어 특정지역의 공기중에 함유된 삼중수소의 농도를 증가시켜 작업자의 내부피폭을 유발하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로서 대한민국 등록특허 제10-0837177호(특허문헌 1)에서는 다수 개의 가로 프레임과 세로 프레임을 육면이 개방된 박스형태로 조립구성된 바디부와; 상기 바디부 하부의 가로프레임, 세로프레임 전후좌우 및 바닥에 밀폐판이 용접시공되어 상부가 개방된 공간으로 형성되는 공기챔버와; 상기 바디부 상부의 가로프레임 내측에 서로 이격되도록 설치되는 지지바와; 상기 바디부 전후좌우의 개방부에 볼팅 또는 용접시공되어 바디부의 내측을 외부와 차단밀폐하도록 된 외장패널과; 상기 바디부의 전면에 힌지부에 의하여 회동가능하게 결합되어 바디부의 전면 개방부를 개폐하도록 된 개폐문과; 상기 바디부에 방사성 폐기물을 수납시키기 위한 폐기물 수납수단과; 상기 공기챔버를 구성하는 측면 밀폐판으로 하단이 관통설치된 송풍관의 타단에 결합되어 공기챔버 내부의 공기를 흡입하여 배기시키며, 지지바에 설치된 배기팬과; 상기 배기팬의 회전 스피드 가동시간을 제어하도록 된 콘트롤러를 포함하는 방사성 폐기물 건조기가 제안되었으며, 이에 따라 방사선 관리구역내의 폐기물에 함유된 수분을 건조시키되, 수납부에 수용된 폐기물로 공기가 공급되게 한 후, 배기시켜 폐기물이 신속하게 건조될 수 있게 하였다.

그러나 이와 같은 건조기는 단순히 공기만을 공급하기 때문에 자연 건조보다는 건조 소요 시간이 단축되는 측면이 있으나, 신속한 건조에 이르지 못하는 단점이 있다.

따라서 신속한 건조 처리를 위해 공기를 히터로 가열하는 방식을 고려해 볼 수 있으나, 온도 제어가 미흡한 경우 과열로 인한 화재 발생 우려가 있으므로 공기의 승온 온도를 적절하게 제어할 수 있는 수단이 요구된다.

1. 대한민국 등록특허 제10-0837177호(2008.6.11 공고)

상기의 종래 기술이 내포한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 공기를 가열하여 고준위 방사성 폐기물을 효과적이면서 신속하게 건조 처리할 수 있도록 하는 동시에 공기의 승온 온도를 자동으로 적정 수준으로 유지할 수 있도록 하는 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템은, 고준위 방사성 폐기물을 수용한 트레이가 내입되고 외부와 차단된 공간을 형성하는 건조공간과, 상기 건조공간의 양측에 마련되고 상기 건조공간 내의 공기를 흡입하여 건조 및 제습 처리 가능하게 하는 건조 유닛과, 상기 건조 유닛에서 건조 및 제습 처리된 공기를 상기 건조공간으로 이송하기 위해 내부에 송풍팬이 구비된 덕트를 포함하는 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템으로서,

상기 건조 유닛은, 냉매를 압축하여 온도가 상승한 냉매가스를 형성하는 압축기; 상기 냉매가스가 이송되는 코일 상의 관로로서 외부 면에 접하는 공기를 가열하는 발열 코일; 상기 발열 코일을 경유하여 열교환된 냉매액을 회수하여 저장하는 수액기; 교축작용에 의해 상기 수액기에서 공급된 냉매액을 감압하는 팽창밸브; 상기 팽창밸브를 경유한 냉매액이 상기 압축기로 이송되는 코일 상의 관로로서 외부 면에 접하는 공기 중의 수증기를 액상으로 결로화하는 제습코일; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 실시 예로서, 상기 건조 유닛은 상기 냉매가스를 응축하는 콘덴서를 더 포함하되, 상기 콘덴서의 냉매가스 유입구는 상기 압축기와 상기 발열코일 사이의 관로 상에 삼방변을 매개로 연결되고, 상기 콘덴서의 냉매가스 배출구는 상기 수액기와 연결되며, 상기 삼방변은 상기 압축기로부터 배출된 냉매가스의 온도가 설정 온도 이상인 경우에만 상기 냉매가스가 상기 콘덴서로 이송 가능하게 한 것을 특징으로 하는 한다.

본 발명의 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템에 따르면, 방사성 폐기물을 건조시키기 위한 공기를 가열하여 양쪽의 건조 유닛에서 가열하므로 대용량이면서 신속한 건조가 가능하게 하는 동시에 건조실 내부를 경유하는 공기가 건조실 전체에 대하여 균일하게 확산되게 하여 효과인 건조가 가능하면서, 냉매 과열시 콘덴서에 의해 온도를 낮춤으로써 가열 온도를 적정 수준으로 자동 유지할 수 있게 되어 과열에 의한 화재 원인을 원천적으로 방지할 수 있으므로 안전성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템 중 건조 유닛(100)의 구성도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템의 구성도.
도 4는 도 3의 'A'부 확대 단면도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 본 발명의 바람직한 형태의 구조를 예시하고 이에 기하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 예시된 형태만으로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위는 예시된 형태의 통상적인 변경이나 균등물 내지 대체물까지 포함한다.

이하의 설명에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것을 의미한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템 중 건조 유닛(100)의 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하는 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템은, 건조공간(11)과 한 쌍의 공기 건조 유닛(100) 및 덕트(12)를 포함하는 건조실(10)로 이루어지고, 상기 건조실(10)의 하단에는 캐스터가 구비되어 건조실(10)을 이동 가능하게 할 수 있다.

상기 건조실(10) 중 건조공간(11)의 일측에는 개폐용 도어(미도시)가 구비되어 상기 건조공간(11)으로 트레이(20)를 넣거나 뺄 수 있으며, 건조공간(11) 상부에는 조명용 램프(미도시)가 구비될 수 있다.

상기 건조공간(11), 한 쌍의 건조유닛(100) 및 덕트(12)는 하나의 건조실(10) 내에 구비될 수 있고, 이때 상기 건조유닛(100)은 상기 건조공간(11)의 양쪽 측면에 하나씩 배치되고, 상기 덕트(12)는 건조공간(11)의 상측에 배치되며, 덕트 출구(12a)는 상기 건조공간(11)의 상부에서 상기 덕트(12)의 가운데 위치 또는 다수 곳에 배치됨으로써 덕트 출구(12a)가 다수 개일 수 있고, 또한 공기의 확산성을 위해 상기 덕트 출구(12a)는 경사지게 배치될 수 있다.

이에 따라 상기 건조공간(11) 내의 공기가 양쪽 건조 유닛(100)의 각 흡입구(101)를 통해 건조유닛(100)으로 유입된 후 제습코일(160)과 발열코일(130)의 표면을 순차적으로 접하는 동안 제습과 가열 처리된 공기가 상기 덕트(12)를 경유하여 덕트 출구(12a)를 통해 건조공간(11)으로 배출됨으로써 트레이(20)에 수용된 고준위 방사성 폐기물을 건조시킨다.

이하에서는 상기 고준위 방사성 폐기물의 구조를 더 상세하게 설명한다.

상기 건조공간(11)은 고준위 방사성 폐기물을 수용한 트레이(20)가 내입되고 외부와 차단된 공간으로, 건조실(10) 내부에 형성된다.

상기 건조 유닛(100)은 상기 건조공간(11) 내의 공기를 흡입하여 건조 및 제습 처리 가능하게 하는 일종의 공조장치로서, 제습을 위한 제습코일(160)과 공기의 온도를 승온하기 위한 발열코일(130)을 포함하는데, 건조실(10) 양쪽의 각 건조유닛(100) 구조는 동일하므로, 이들에 대해서는 각각 동일한 도면부호를 사용하며, 이하에서는 하나의 건조 유닛(100)에 대해서만 설명한다.

상기 덕트(12)는 상기 건조 유닛(100)에서 제습 처리 및 승온된 공기를 상기 건조공간(11)으로 이송하기 위해 내부에 송풍팬(13)이 구비될 수 있고, 또한 상기 덕트 출구(12a)는 경사지게 배치됨으로써 건조공간(11)으로 배출되는 공기의 분산성을 향상시킬 수 있다.

상기 건조 유닛(100)은, 압축기(110), 발열코일(130), 수액기(140), 팽창밸브(150) 및 제습코일(160)을 포함할 수 있다.

상기 압축기(110)는 냉매를 압축하여 고온고압의 냉매가스를 형성하는 요소이고, 상기 발열코일(130)은 고온고압의 냉매가스가 이송되는 코일 상의 관로로서 발열코일(130)의 외부면이 고온고압의 냉매가스에 의해 가열되기 때문에 그 표면에 접하는 공기의 온도를 상승시킬 수 있다.

상기 수액기(140)는 상기 발열 코일(130)을 경유하여 열교환된 냉매액을 회수하여 저장하는 요소이고, 상기 팽창밸브(150)는 상기 수액기(140)에서 공급된 냉매액을 교축작용에 의해 감압하여 저온저압으로 변환시키는 요소이다.

상기 제습코일(160)은 상기 팽창밸브(150)를 경유한 저온저압의 냉매액이 상기 압축기(110)로 이송되는 코일 상의 관로로서 제습코일(160)의 외부면이 저온으로 냉각되기 때문에 그 표면에 접하는 공기 중 수분이나 수증기가 얼어서 제습코일(160) 표면에 결로가 발생하며, 이에 따라 공기 중의 수증기를 제거할 수 있다.

한편, 상기 압축기(110)에서 배출되는 냉매가스의 온도가 지나치게 높으면, 과열로 인한 화재 발생 우려가 있으므로, 이를 자동으로 방지하기 위해 상기 건조 유닛(100)은 콘덴서(125)를 더 포함할 수 있다.

상기 콘덴서(125)는 고온고압의 냉매가스를 냉각시켜서 응축시키는 장치로서, 상기 건조실(10) 중 건조유닛(100)의 최상부에 위치할 수 있고, 상기 콘덴서(125)의 냉매가스 유입구는 상기 압축기(110)와 상기 발열코일(130) 사이의 관로 상에 삼방변(120)을 매개로 연결되는 한편, 상기 콘덴서(125)의 냉매가스 배출구는 상기 수액기(140)와 연결될 수 있다.

상기 삼방변(120)은 냉매가스의 흐름 방향을 전환시키는 장치로서, 평상 운전시에는 냉매가스를 상기 발열코일(130)로 이송하며, 만약 상기 압축기(110)로부터 배출된 냉매가스의 온도가 설정 온도 이상인 경우에는 상기 냉매가스의 흐름 방향을 전환하여 상기 콘덴서(125)로 이송되게 한 후 응축된 냉매가 다시 수액기(140)로 회수되게 한다.

미설명부호 '161'은 배수용 드레인(161)으로서, 상기 제습 코일(160)의 표면에 형성된 결로가 낙하시 건조실(10) 외부로 배출하기 위한 관로이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템의 구성도이고, 도 4는 도 3의 'A'부 확대 단면도로서, 전술한 제1실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 적용하며, 그에 대한 중복 설명은 생략한다.

도 3 및 도 4를 참조하는 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템은, 상기 덕트 출구(12a)에 마련되어 공기를 분산 배출하기 위한 분산부재(30)를 포함한다.

상기 분산부재(30)는, 소정 두께를 가진 플레이트 상에 다수의 분산관로가 관통 형성된 형태일 수 있다. 즉 각 분산관로의 일측 단부에는 공기 유입구(31)가 형성되고 타측 단부에 공기배출구(32)가 형성될 수 있고, 상기 분산관로 중 일부분은 내경을 좁힌 노즐(33)이 형성됨으로써 공기의 유속을 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 분산관로의 내경이 상기 공기배출구(32) 측으로 점차 확장된 장부(34)가 구비될 수 있고, 이에 따라 노즐(33)에 의해 유속이 증가한 공기는 공기배출구(32)를 통해 건조공간(11)으로 확산 배출될 수 있다.

공기의 확산성을 더 증가시키기 위해 상기 공기배출구(32)의 중앙에는 원추 형태의 확산소자(35)가 구비될 수 있다. 이에 따라 분산관로를 통과한 공기가 확산소자(35)에 의해 사방으로 확산된 상태로 건조공간(11)으로 배출되기 때문에 건조공간(11) 전체에 대하여 건조용 공기가 균일하게 분산되므로 건고 시간과 건조 효율을 증가시킬 수 있다.

이상은, 본 발명의 기술 사상을 보인 한정된 실시 예에 따라 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 실시 예들의 구성요소 일부를 변경, 혼합하는 등, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능하고, 그러한 변형 실시는 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

10 : 건조실
11 : 건조공간 12 : 덕트
13 : 송풍팬 15 : 라운드부
20 : 트레이 30 : 분산부재
100 : 건조 유닛
101 : 흡입구 110 : 압축기
120 : 삼방변 125 : 콘덴서
130 : 발열코일 140 : 수액기
150 : 팽창밸브 160 : 제습코일
161 : 배수 드레인

Claims (5)

1. 고준위 방사성 폐기물을 수용한 트레이가 내입되고 외부와 차단된 공간을 형성하는 건조공간과, 상기 건조공간의 양측에 마련되고 상기 건조공간 내의 공기를 흡입하여 제습 처리 및 승온시키는 한 쌍의 건조 유닛과, 상기 각 건조 유닛에서 배출된 공기를 상기 건조공간으로 이송하기 위해 송풍팬이 구비된 덕트를 포함하는 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템에 있어서,
   상기 건조 유닛은, 냉매를 압축하여 온도가 상승한 냉매가스를 형성하는 압축기; 상기 냉매가스가 이송되는 코일 상의 관로로서 외부 면에 접하는 공기를 가열하는 발열 코일; 상기 발열 코일을 경유하여 열교환된 냉매액을 회수하여 저장하는 수액기; 교축작용에 의해 상기 수액기에서 공급된 냉매액을 감압하는 팽창밸브; 상기 팽창밸브를 경유한 냉매액이 상기 압축기로 이송되는 코일 상의 관로로서 외부 면에 접하는 공기 중의 수증기를 액상으로 결로화하는 제습코일; 을 포함하고,
   상기 건조공간, 한 쌍의 건조유닛 및 덕트는 하나의 건조실 내에 구비되되,
   상기 건조유닛은 건조공간의 양쪽 측면에 배치되고, 상기 덕트는 건조공간의 상측에 배치됨으로써 상기 건조공간 내의 공기가 건조유닛으로 유입된 후 상기 제습코일과 발열코일의 표면을 순차적으로 접한 후 상기 덕트를 경유하여 덕트 출구를 통해 건조공간으로 배출 가능하고,
   상기 덕트 출구는 복수 개이고, 각 덕트 출구는 경사지게 배치되며,
   상기 덕트 출구에는 공기를 분산 배출하기 위한 분산부재가 구비되되,
   상기 분산부재는, 일측 단부에 공기 유입구가 형성되고 타측 단부에 공기배출구가 형성된 분산 관로 다수 개가 소정의 두께를 가진 플레이트를 각각 관통하도록 형성되고, 상기 분산관로 중 일부분은 내경을 좁힌 노즐이 형성되며, 상기 분산관로의 내경은 상기 공기배출구 측으로 점차 확장된 것을 특징으로 하는 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 건조 유닛은 상기 냉매가스를 응축하는 콘덴서를 더 포함하되,
   상기 콘덴서의 냉매가스 유입구는 상기 압축기와 상기 발열코일 사이의 관로 상에 삼방변을 매개로 연결되고, 상기 콘덴서의 냉매가스 배출구는 상기 수액기와 연결되며, 상기 삼방변은 상기 압축기로부터 배출된 냉매가스의 온도가 설정 온도 이상인 경우에만 상기 냉매가스가 상기 콘덴서로 이송 가능하게 한 것을 특징으로 하는 고준위 방사성 폐기물의 건조시스템.
   
   
   
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