KR101874709B1

KR101874709B1 - 금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101874709B1
Application number: KR1020160158328A
Authority: KR
Inventors: 황영환; 황석주; 김천우
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-08-02
Also published as: JP2020500146A; KR20180059131A; US11391516B2; CN110036253B; US20190331422A1; CN110036253A; WO2018097553A1; JP6748309B2

Abstract

본 발명은 기존의 저온용융로의 섹터간 결합이 운모판으로 이루어져 운모판이 아킹 등으로 손상되는 문제를 해결하고, 또한 섹터간 결합이 운모판으로 강하게 결합되어 교체 및 정비가 어려웠던 문제를 해결하기 위한 금속산화물 보강재 및 체결방법에 관한 것으로서, 본 발명의 금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로는 아킹현상을 방지할 수 있으며, 수냉섹터 모서리부분의 용융물에 의한 손상을 줄여줘 내구성을 높여준다. 또한, 금속산화물 보강재는 종래의 운모판에 비해 교체가 용이하여 유지보수에도 유용하다.

Description

금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로 및 그 제조 방법{COLD CRUCIBLE INDUCTION MELTER INCLUDING METAL OXIDE BARRIER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 금속섹터와 금속섹터 사이에 이물질 유입 등으로 인해 보강재가 손상되는 것을 방지하며, 교체가 용이하도록 한 기술에 관한 것이다.

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 높은 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.

종래의 유리화 설비 저온용융로는 섹터와 섹터 사이가 운모판으로 접합되는 것이 일반적이었으며, 운모판으로만 접합된 경우 저온용융로에 이물질 유입 시 아킹 현상이 발생하여 운모판이 손상되는 문제가 발생하였다. 이렇게 운모판이 손상되면 섹터와 섹터 사이로 용융물이 침투할 수 있고, 이 과정이 반복되면 저온용융로의 안정성에도 큰 악영향을 줄 수 있다.

또한, 종래의 섹터와 섹터 사이는 운모판으로 강하게 결합이 되어 있어, 운모판의 손상이 발생할 경우 운모판의 교체 및 정비가 어려운 문제가 있었다.

한국 공개특허 제2013-0093285호(2013.8.22. 공개)

본 발명의 목적은 기존의 저온용융로의 섹터간 결합이 운모판으로 이루어져 운모판이 아킹 등으로 손상되는 문제를 해결하고자 함에 있으며, 또 다른 목적으로는 섹터간 결합이 운모판으로 강하게 결합되어 교체 및 정비가 어려웠던 문제를 해결하고자 함에 있다.

상기 본 발명의 목적은 유리화 설비 용융로의 용융공간을 형성하기 위한 제1수냉섹터와 인접한 제2수냉섹터 사이에 위치하는 보강재를 포함하는 저온용융로로서, 상기 보강재는 수평단면 형상이 T 형상이며, 상기 T 형상의 판형부분이 상기 용융공간의 내부를 향하도록 하고, 상기 T 형상의 팁부분이 상기 수냉섹터 사이에 끼움 결합되어 있으며, 재질이 금속산화물을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 수냉섹터 사이에 위치하는 이루어진 금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로에 의해 달성된다.

상기 금속산화물 보강재는 주성분으로 Al₂O₃, ZrO₂ 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제1수냉섹터와 제2수냉섹터 사이에 위치하는 운모판을 더 포함할 수 있다.

상기 운모판은 상기 제1수냉섹터와 제2수냉섹터 사이에서 금속산화물 보강재의 끝단부터 상기 수냉섹터 사이의 외측 단부까지의 공간에 위치할 수 있으며, 인접한 수냉섹터와 접착될 수 있다.

상기 운모판의 두께는 0.1 내지 1 mm 이며, 상기 금속산화물 보강재의 팁 부분의 두께와 같거나 더 두꺼울 수 있다.

상기 금속산화물 보강재와 상기 수냉섹터 사이에 무기계 접착층을 더 포함할 수 있다.

상기 수냉섹터 내부에는 냉각수 유로가 형성될 수 있다.

상기 금속산화물 보강재의 판형부분의 폭(w) 범위는 0.2 내지 40 mm 이며, 상기 판형부분의 두께(t2) 범위는 0.1 내지 5 mm 일 수 있다.

상기 금속산화물 보강재 팁부분의 두께(t1) 범위는 0.1 내지 1 mm 일 수 있으며, 상기 팁 부분의 길이 범위(h)는 0.1 내지 20 mm 일 수 있다.

상기 금속산화물 보강재 팁부분과 판형부분이 만나는 코너 부분의 수평단면은 곡률반경의 범위가 0.1 내지 10 mm 인 외호 형상일 수 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 해결 수단으로서, 제1 수냉섹터와 제2 수냉섹터를 준비하는 수냉섹터 준비단계, 상기 제1수냉섹터와 제2수냉섹터 사이 공간의 외측부에 운모판을 사이에 두고 접착하는 운모판 접착단계, 상기 제1수냉섹터와 제2수냉섹터의 사이 공간의 내측부에 T자 형상금속산화물 보강재의 팁 부분이 삽입되는 보강재 삽입단계를 포함하는 수냉섹터 사이의 금속산화물 보강재 결합방법에 의해 달성된다.

상기 보강재 삽입단계 이전에 산화물 보강재의 팁부분 및 상기 제1수냉섹터와 제2수냉섹터의 사이 공간의 내측부 중 선택되는 적어도 하나에 무기계 접착제를 바르는 접착제도포단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로 및 그 제조 방법은 아킹현상에 의해 운모판이 손상되는 것을 방지하며, 보강재의 손상이 발생할 경우 용이하게 교체 및 보수를 할 수 있어 저온용융로의 내구성과 안정성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저온용융로의 보강재를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보강재를 나타낸 사시도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

다수 개의 수냉섹터로 구성되어진 용융공간을 포함하는 유리화 저온용융로는 전기에 의한 유도가열방식을 사용하여 유리용융과 더불어 용융된 유리에 폐기물을 투입하여 연소시키고 남은 소각물을 유리화하는 장치이다.

수냉섹터 사이는 전기적으로 절연되며 저온용융로의 유도 코일에 의해 유도되는 것을 차단한다. 수냉섹터와 수냉섹터 사이에 절연재료를 이용한 절연층을 형성하는 것이 바람직하다. 수냉섹터는 유도가열을 위해 금속재질로 형성되며, 특정 온도 이상으로 가열되는 것을 방지하기 위해 내부에 냉각수 유로가 형성되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저온용융로 및 절연층 구조를 나타낸 수평단면도 및 확대단면도이다. 저온용융로(10)의 용융공간은 다수의 수냉섹터(100)를 원주방향으로 배치하여 형성한다. 본 발명의 수냉섹터(100)와 수냉섹터(100) 사이에는 도 1에서와 같이 운모판(200)과 금속산화물 보강재(300)를 포함하여 결합하게 된다.

금속산화물 보강재(300)의 수평단면 형상은 도시된 바와 같이 T 형상과 유사하다. T 형상 중 머리부분에 해당하는 판형부분은 용융공간의 내부, 즉 용융공간 내에 위치한 상태로 제1수냉섹터(101)와 제2수냉섹터(102) 사이에 T 형상 중 다리부분에 해당하는 팁부분이 끼움결합된 형태로 위치하게 된다. 제1수냉섹터(101)와 제2수냉섹터(102) 사이의 금속산화물 보강재(300)의 팁부분이 끼움결합되고 남는 외측공간에는 운모판(200)이 위치할 수 있다. 운모판(200) 수냉섹터(100)와 수냉섹터(100)와 접착되어 결합되어 있는 것이 일반적이다.

상기 운모판(200)의 두께는 0.1 ~ 1 mm 이며, 상기 금속산화물 보강재 팁 부분의 두께와 같거나 더 두꺼운 것이 좋다. 운모판의 두께가 0.1mm 보다 얇을 경우 용융로 제조나 용융로 운용 시에 너무 약한 강도로 인해 파손이 쉽게 발생하며, 수냉섹터 간 충분한 절연을 얻기 어려운 문제도 있다. 운모판의 두께가 1mm 이상이 되면, 용융공간을 형성하는 수냉섹터의 비율이 낮아져 유도가열 등에서 비효율이 발생할 가능성이 높아진다.

금속산화물 보강재(300)는 용융로 운전 중 아킹에 의한 손상을 방지하는 주목적을 가지고 있기 때문에, 아킹에 의한 손상이 최소화될 수 있으며, 용융로 내부의 고온도 견디기 위해서는 금속산화물 재질이 적합하다. 특히 내열충격, 아킹 손상 방지, 저열팽창 및 기타 내구성을 고려하였을 때 Al₂O₃, ZrO₂ 중 선택되는 적어도 하나를 주성분으로 하는 금속산화물 재질이 바람직하다.

금속산화물 보강재(300)는 수냉섹터(100)와 수냉섹터(100) 사이에 접착결합되어 용융공간이 안정적으로 유지되도록 해야 한다. 금속산화물 보강재(300)를 수냉섹터(300) 사이에 결합하기 위해서는 무기계 접착제를 이용하여 무기계 접착층(400)을 형성한다. 무기계 접착제는 접착 후 용융로의 고온에서 접착력을 유지하며 변형이 발생하지 않는 접착제면 특별히 한정되지는 않는다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 금속산화물 보강재(300)의 형상을 사시도로 나타낸 것이다. 수냉섹터가 수직단면으로 보았을 때는 기다란 모양의 다수의 수냉섹터가 결합되어 용융공간을 형성하고 있기 때문에 수냉섹터의 사이공간에 결합되는 금속산화물 보강재(300) 역시 수평단면 형상이 T 형상인 기다란 막대 구조를 하고 있다.

금속산화물 보강재의 판형부분의 폭(w) 범위는 0.2 내지 40 mm 이며, 상기 판형부분의 두께(t2) 범위는 0.1 내지 5 mm 인 것이 바람직한데, 판형부분의 폭은 수냉섹터의 모서리 부분이 용융공간에 노출되어 아킹 현상 등이 발생하지 않도록 하기 위한 범위를 정한 것으로서 40mm를 넘게 되면 수냉섹터에 의한 용융물을 가열할 수 있는 범위가 너무 줄어들게 되어 용융로 운영 효율이 급격히 낮아지게 되는 문제가 있고, 0.2mm보다 좁으면 수냉섹터의 모서리 부분이 노출되어 아킹 현상의 문제를 해결하기 어렵게 된다.

판형부분의 두께 역시 적절한 강도를 유지하며 결합될 수 있는 범위를 한정하였으며, 5mm보다 두껍게 형성되면 용융공간을 차지하는 전체 부피가 커지게 되어 용융공간이 협소해지며, 0.1mm보다 얇게 제조하면 금속산화물의 특성인 취성에 의해 조그만 충격에도 쉽게 깨질 수 있는 문제가 있다.

상기 금속산화물 보강재 팁부분의 두께(t1) 범위는 0.1 내지 1 mm 이며, 상기 팁 부분의 길이 범위(h)는 0.1 내지 20 mm 인 것이 바람직하다. 팁부분의 두께 범위의 한정의 이유는 운모판(300) 두께 한정 이유와 유사하며, 길이의 범위는 일반적으로 수냉섹터 사이 공간의 전체 길이 이내로 정한 것으로서, 수냉섹터 간 결합력 증대를 위해서는 운모판이 차지하는 공간의 체적과 금속산화물 보강재(300)의 팁부분이 수냉섹터 사이공간에서 차지하는 공간의 체적이 대략 1:2 내지 2:1 범위인 것이 바람직하다. 운모판으로 사이공간의 외측부에 결합되는 구조가 향후 보수 시에 일정 공간을 유지해주므로 향후 보강재만 탈부착하여 교환하는 것이 용이해진다.

또한, 도 2에서 도시한 바와 같이 금속산화물 보강재 팁부분과 판형부분이 만나는 코너 부분의 수평단면은 곡률반경 범위가 0.1 내지 10mm 인 외호 형상으로 하는 것이 좋다. 이는 판형부분과 팁부분의 코너부분에 응력이 집중되면 쉽게 파손될 가능성을 줄이기 위한 것으로서 외호 형상으로 형성되면 팁부분과 판형부분의 T 형상 유지가 더욱 용이해진다. 외호형상의 곡률 범위가 0.1보다 적게 되면 코너부분이 수직인 형상과 차이가 없어져 응력이 집중되어 파손될 가능성이 커지고 곡률의 10 이상이 되면 수냉섹터 간 결합시 판형부분이 수냉섹터에 밀착되어 체결되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서의 금속산화물 보강재 결합방법은 다음의 단계를 포함한다: a) 제1 수냉섹터와 제2 수냉섹터를 측면부가 마주하도록 준비하는 수냉섹터 준비단계, b) 상기 제1수냉섹터와 제2수냉섹터 사이 공간의 외측부에 운모판을 사이에 두고 접착하는 운모판 접착단계, c) 상기 제1수냉섹터와 제2수냉섹터의 사이 공간의 내측부에 T자 형상금속산화물 보강재의 팁 부분이 삽입되는 보강재 삽입단계.

상기 결합방법에서 b) 단계와 c) 단계는 작업 용이성 및 효율성을 위해 순서가 바뀌어 진행할 수도 있다. 상기 c) 단계 이전에 무기계 접착제를 도포하여 접착층을 형성하여 접착층이 굳기 전에 금속산화물을 체결하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로는 아킹현상을 방지할 수 있으며, 수냉섹터 모서리부분의 용융물에 의한 손상을 줄여줘 내구성을 높여준다. 또한, 금속산화물 보강재는 종래의 운모판에 비해 교체가 용이하여 유지보수에도 유용하다.

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

유리화 설비 용융로의 용융공간을 형성하기 위한 제1수냉섹터와 인접한 제2수냉섹터 사이에 위치하는 보강재를 포함하는 저온용융로로서,
상기 보강재는 수평단면 형상이 T 형상이며, 상기 T 형상의 판형부분이 상기 용융공간의 내부를 향하도록 하고, 상기 T 형상의 팁부분이 상기 수냉섹터 사이에 끼움 결합되어 있으며, 재질이 금속산화물을 포함하며,
상기 T형상의 판형부분은, 판형부분의 폭(w) 범위는 0.2 내지 40 mm 이며, 상기 판형부분의 두께(t2) 범위는 0.1 내지 5 mm이며, 상기 제1수냉섹터와 인접한 제2수냉섹터가 용융공간을 형성하는 면의 모서리부가 노출되지 않도록, 상기 금속산화물 보강재와 상기 수냉섹터 사이의 무기계 접착층에 의해 접착되어 위치하며,
상기 제1수냉섹터와 제2수냉섹터 사이에 위치하는 운모판을 더 포함하고, 상기 운모판은 상기 제1수냉섹터와 제2수냉섹터 사이에서 금속산화물 보강재의 끝단부터 상기 수냉섹터 사이의 외측 단부까지의 공간에 인접한 수냉섹터와 접착되어 위치하며,
상기 제1수냉섹터와 인접한 제2수냉섹터 사이에서, 운모판이 차지하는 공간의 체적과 상기 보강재의 팁부분이 차지하는 공간의 체적 비율이 1:2 내지 2:1 범위인 것;
을 특징으로 하는 수냉섹터 사이에 위치하는 금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로.
제1항에서,
상기 금속산화물 보강재는 Al₂O₃, ZrO₂ 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉섹터 사이에 위치하는 금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로.
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제1항에서,
상기 운모판의 두께는 0.1 내지 1 mm 이며, 상기 금속산화물 보강재의 팁 부분의 두께와 같거나 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 수냉섹터 사이에 위치하는 금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로.
삭제
제1항에서,
상기 수냉섹터 내부에는 냉각수 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수냉섹터 사이에 위치하는 금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로.
삭제
제1항에서,
상기 금속산화물 보강재 팁부분의 두께(t1) 범위는 0.1 내지 1 mm 이며, 상기 팁 부분의 길이 범위(h)는 0.1 내지 20 mm 인 것을 특징으로 하는 수냉섹터 사이에 위치하는 금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로.
제1항에서,
상기 금속산화물 보강재 팁부분과 판형부분이 만나는 코너 부분의 수평단면은 곡률반경의 범위가 0.1 내지 10 mm 인 외호 형상인 것을 특징으로 하는 수냉섹터 사이에 위치하는 금속산화물 보강재를 포함하는 저온용융로.
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