KR102122937B1 - 용융로 배출구 가열장치 - Google Patents

Abstract

용융로 내부에 수용된 용융물을 외부로 배출하는 장치가 개시된다. 용융로 하부 측벽에 관통형성된 배출유로는 내벽에 유도가열 코일을 포함하여 용융물을 높은 온도로 유지하게 하며, 배출유로의 출구방향에 체결된 가열막은 내부에 팬케이크 코일을 구비하여 배출유로를 통과한 용융물이 대기상태와 접촉하더라도 급격한 온도하강 없이 원활하게 배출되도록 한다.
본 발명에 의하면 용융물은 막힘없이 배출구를 통과하여 배출될 수 있을 것이다.

Description

용융로 배출구 가열장치 {heating system for outlet of melter}

본 발명은 용융로 배출구 가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용융물에 열을 가해 원활하게 배출되도록 하기 위한 용융로 배출구 가열장치에 관한 것이다.

금속, 콘크리트, 토양 등을 포함하는 산업폐기물 및 원전폐기물 등을 1,600도 이상의 고온에서 용융 처리하는 설비인 용융로(melter)는 용융물을 원활하게 배출하기 위하여 배출구에 다양한 기술적 방법을 적용하거나 별도의 장치를 부착하여 이용하고 있다. 그러나 용융로 운영의 편의성과 설비 안전성 측면에서 배출구에 적용한 여러 기술 또는 방법들은 고온의 용융물을 안정적으로 배출하기 위한 방법으로서, 고도의 배출기술을 필요로 하고 있다. 일반적으로 고온의 용융물 배출은 다음과 같은 문제가 발생되고 있다.

1,600도 이상에서 용융동 용융물은 온도 의존성 유동성을 가지고 있다. 이들 유동성은 일반적으로 점성 또는 점도라는 수치로 해석되며, 점성의 크기에 따라 배출정도가 달라진다. 보통 1600도 이상의 고온 상태의 용융물은 100 poise 이내의 원활한 유동을 갖는 점성을 유지하지만, 배출시에는 온도가 급격히 낮아져서 점도가 수백 또는 수천 poise 상승하게 되며 이에 따라 유동성이 현격히 떨어진다. 이 경우 용융물은 유동성이 악화되어 배출시 배출구를 막거나 하는 현상이 발생한다.

방사성폐기물을 용융처리하는 스위스 쯔윌락의 플라즈마 용융로는 회전방식을 이용하여 용융점성이 낮은 양호한 유동성을 유지하도록 하여, 용융물을 하부 바닥에서 자중으로 배출하는 방식을 적용하고 있으며, 일본 쓰루가 원전에 설치되어 운영되고 있는 플라즈마 용융로는 하부 바닥 배출구를 가열하는 방식으로 사용하고 있다. 그러나 회전을 이용하는 용융로의 경우 거대한 용융로 설비를 회전시키는 추가적인 대형 설비가 필요한 단점이 있으며, 가열방식을 이용하는 경우는 부분적으로 배출구 일부를 용융물이 막아 유동성을 떨어뜨리는 현상이 발생하여 유지보수에 많은 시간을 투입해야 하는 단점이 있다.

한국등록특허 10-1617167 한국등록특허 10-1457368

본 발명은 용융로 배출구의 막힘을 방지하여 용융물이 신속하게 배출되게 하는데 일 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용융물 배출 장치는, 용융물을 수용하고, 일측에 형성된 배출유로를 통해 상기 용융물이 외부로 배출되는 용융로와 상기 배출유로를 개폐하는 가열막을 포함하되, 상기 가열막은 상기 용융로 외부에 마련되어 상기 배출유로의 일단과 면접하는 방식으로 상기 배출유로를 개폐하고, 내부에 팬케이크 코일을 포함한다.

바람직하게는, 상기 용융로는, 상기 배출유로의 내벽에 원주방향으로 유도가열장치를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 용융로는, 하나 이상의 상기 배출유로가 높이를 달리하여 일정한 경사를 가지고 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 가열판은, 상기 배출유로의 경사각도에 수직하게 상기 배출유로의 일단과 면접하여 상기 배출유로 내부의 용융물을 외부로부터 차폐할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 용융로의 외부에 부설되고, 상기 배출유로에서 배출된 용융물이 일시적으로 수용되는 챔버를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 가열판은, 입인출 방식으로 연직운동하여 상기 배출유로의 출구를 개폐하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 용융물이 배출유로의 출구방향에서 막히는 현상이 줄어들 것이다.

또한 본 발명에 의하면 배출유로의 유지 관리에 있어 편리성이 증대될 것이다.

또한 본 발명에 의하면 가열막은 내부에 형성된 유도코일 구조로 인해 낮은 전기출력에도 손쉽게 고온상태를 유지시킬 수 있을 것이다.

또한 본 발명에 의하면 용융물이 배출유로 내부에서 온도가 급속도로 떨어져 점성이 증가하는 현상을 방지할 수 있을 것이다.

본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배출장치가 적용된 용융로의 단면도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출유로의 단면도이다.
도3의 (a)와 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열막의 입인출 과정에 따른 배출유로를 나타낸 단면도이다.
도4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용융로를 나타낸 단면도이다.
도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가열막의 구성을 나타낸 사시도이다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전환부재 내부의 개념도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

또한 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대한 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하 도면에 따라서 논리적으로 기술한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배출구 가열장치가 적용된 용융로(10)의 단면도이다. 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출유로(20)의 단면도이다.

도1 및 도2를 참고하면 본 실시예의 용융로 배출구 가열장치는 용융로, 가열막, 챔버를 포함할 수 있다.

용융로(10)는 방사성폐기물 또는 산업폐기물 등을 용융, 수용하도록 내부에 일정한 크기의 공간을 형성하고, 내벽에 내화제 등을 구축하여 용융로 내부를 일정한 온도로 유지하게 한다. 또한 용융로 일측에 외부로 통하는 배출유로(20)가 형성되어 용융물을 외부로 배출하게 한다. 상기 배출유로(20)는 용융로 하부 측벽에 형성되는 것이 바람직하나, 이같은 형성위치가 강제되는 것은 아니며, 용융로의 원활한 배출이 가능하다면 어느 곳이든 족할 것이다.

또한 배출유로(20)는 일정한 경사로 형성되어, 용융물이 자중에 의해 배출유로를 따라 흘러 나갈 수 있도록 함이 보다 효과적일 것이다. 또한 용융로(10)는 복수개의 배출유로(20)를 가질 수 있는데, 이들은 각기 높이를 달리하여 형성되고, 각각을 적절히 개폐함으로써 용융물이 용융로 내부에서 일정한 수위를 유지하게 할 수 있을 것이다.

배출유로 내벽부(23)에는 제1가열장치(21)가 구비되어, 용융물이 배출유로를 따라 외부로 배출되는 과정에서 생기는 열손실을 최소화하고 이로 인한 점성의 증가 또한 방지할 수 있다. 제1가열장치(21)는 유도코일 방식이거나 고온발열체로 구성될 수 있으나, 이같은 기재가 다른 종류의 제1가열장치의 적용을 배제하는 것은 아니며, 용융물 배출과정에서 용융물의 고온상태 유지를 위한 목적이라면 어떤 장치든 변경가능하게 적용될 수 있다.

가열장치(21)는 배출유로 내벽부(23)에 축과 원주방향에 걸쳐 충분한 열을 가할 수 있는 구조로 배열되는 것이 바람직하고, 제1가열장치(21) 자체는 배출유로 내면으로부터 일정한 깊이 아래에 설치되어 용융물에 직접 노출되는 것을 피함으로써 용융물로 인한 손상을 방지하도록 하는 것이 적합할 것이다.

배출유로 내벽부(23)는 세라믹 등 열에 강한 소재로 구성되되, 제1가열장치(21)가 열을 용융물에 충분히 전달할 수 있도록, 열전도성이 좋은 소재면 좋을 것이다.

가열막(30)은 배출유로(20)의 출구방향에서 용융물과 접촉하는 부분으로서, 직선운동을 통해 배출유로단(22)의 크기를 조절하여 배출되는 용융물의 양을 제어하는 역할을 한다.

챔버(40)는 용융로 외부 측벽에 부설되되, 배출유로(20)와 연결되어 배출유로(20)로부터 배출된 용융물이 일시적으로 보관되었다가, 하부에 형성된 배출구(41)로 빠져나갈 수 있게 함이 바람직하다.

챔버(40)의 내벽은 용융로(10)와 비슷한 재질로 구성되어, 내부의 온도로부터 영향을 적게 받게 하는 것이 바람직하다.

또한 가열막(30)은 일정한 길이의 봉이나 강성 막대로 구성된 연결부재(43)를 통해 챔버(40) 외부에 고정된 동력원(42)과 연결된다. 동력원(42)은 가열막(30)의 연직운동을 입인출 방식으로 제어할 수 있다.

가열막(30)과 동력원(42) 간의 연결부재(43)는 봉이나 막대에 한정되는 것이 아니고, 가열막(30)의 연직운동을 가능하게 하는 것이라면 무엇이든 변경가능하게 적용된다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열막(30)의 입인출 과정에 따른 배출유로(20)를 나타낸 단면도이다.

도3을 참고하면, 가열막(30)은 배출유로(20)의 배출유로단(22)에 수직으로 면접하는 구조로 배치될 수 있다.

또는 배출유로(20)의 경사각도에 수직하게 배출유로단(22)과 면접하여, 배출유로(20) 내부의 용융물을 외부로부터 차폐할 수 있다.

또한, 가열막(30) 내부에는 제2가열장치(31)를 포함하여, 용융물이 배출유로단(22) 부근에서 대기상태와 접할 때, 용융물의 온도가 하락하여 점성이 높아지는 것을 방지할 수 있다.

제2가열장치(31)의 종류는 특별한 제한이 없으나, 유도가열 방식으로서 팬케이크 코일을 사용하는 것이, 낮은 전기출력에도 손쉽게 고온상태를 유지시킬 수 있다는 점에서 바람직하다.

또한 가열막(30)은 입인출 방식으로 연직운동하며, 배출유로단(22)에 수직한 방향으로 가동하는 바, 배출유로단(22) 외부에 용융물 일부가 응고되었을 경우에도 이를 물리적으로 제거할 수 있다.

도4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용융로를 나타낸 단면도이다. 도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가열막(30)의 구성을 나타낸 사시도이다.

도4 및 도5를 참고할 때, 가열막(30)을 연직운동하게 하는 동력원(42)은 챔버(40) 외벽에 고정될 수 있다.

동력원(42)은 직접 가열막(30)과 연결되어 가열막(30)을 연직운동하게 할 수도 있으나, 바람직하게는 회전운동을 하되 회전운동을 직선운동으로 전환하여주는 전환부재(421)를 동력원(42)과 가열막(30) 사이에 더 포함하여 가열막(30)을 직선운동하게 할 수 있다.

전환부재(421)는 가열막(30)의 일측과 회동가능하게 연결되어 가열막(30)의 직선운동을 단속한다. 또한, 전환부재(421)의 회전반경이 일정 범위 내로 반드시 강제될 것은 아니나, 신속한 유로의 개폐 및 조작의 편의성을 고려할 때, 0도 내지 90도의 범위에서 회동함이 바람직하다.

또한, 전환부재(421)는 내부에 종류를 달리하는 기어들(4211)을 포함할 수 있으며, 회전운동을 직선운동으로 전환할 수 있는 구조라면 어떤 것이든 족할 것이다. 전환부재(421)는 챔버(40) 내부에 위치하는 바, 열에 의해 변성, 부식되지 않고 가동될 수 있는 세라믹, 강철 소재 등으로 구성됨이 바람직하다.

도6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전환부재의 개념도이다. 동력원(42)으로부터 전달된 회전동력을 복수개의 기어들(4211)를 이용하여 직선운동으로 전환할 수 있다.

일 실시예로서 베벨기어 2개를 직교로 배치하여 회전 방향을 90도로 바꿀 수 있고, 상기 기어 일단에 동축으로 원형톱니 기어를 회동가능하게 연결하여, 원형톱니 기어와 치결합된 래칫기어(4212)의 직선운동을 단속할 수 있다.

다만 이는 본원발명의 일 실시예에 불과하고, 회전운동을 직선운동으로 바굴 수 있는 구조라면, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 자명하게 실시 가능한 범위내에서 어떤 구성이든 가능하다.

한편 본 발명은 상술한 내용에서 본 발명의 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

10 : 용융로
20 : 배출유로
21 : 제1가열장치
22 : 배출유로단
23 : 배출유로 내벽
30 : 가열막
31 : 제2가열장치
40 : 챔버
41 : 배출구
42 : 동력원
43 : 연결부재
421 : 전환부재
4211 : 기어들
4212 : 래칫기어

Claims (6)

1. 용융물을 수용하고, 일측에 하향 경사로 형성된 배출유로를 통해 상기 용융물이 외부로 배출되는 용융로;
   상기 배출유로를 개폐하며 배출유로단에 수직한 방향으로 연직운동하는 가열막;
   상기 용융로의 외부에 부설되고, 상기 배출유로에서 배출된 용융물이 일시적으로 수용되는 챔버; 및
   상기 챔버의 외부에 고정되어, 상기 가열막의 연직운동을 입인출 방식으로 제어하는 동력원;
   상기 동력원의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 상기 가열막에 전달하도록 상기 가열막의 일측과 회동가능하게 연결된 전환부재;를 포함하며,
   상기 전환부재는,
   0도 내지 90도 범위에서 회동하고,
   상기 용융로는,
   상기 배출유로단에 형성된 외부면이 상기 배출유로의 경사에 직각이고,
   상기 가열막은,
   상기 용융로 외부에 마련되고, 상기 배출유로의 경사각도에 수직하게 상기 배출유로의 일단과 면접하며, 상기 배출유로 내부의 용융물을 외부로부터 차폐할 수 있고, 상기 배출유로단 외부에 응고된 용융물을 제거할 수 있으며, 용융물이 대기와 접할 때 온도가 하락하여 점성이 높아지는 것을 방지하도록 내부에 팬케이크 코일을 포함하고,
   상기 용융로는,
   상기 배출유로의 내벽에 원주방향으로 유도가열장치를 더 포함하는 용융로 배출구 가열장치.
   
   
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