KR102270649B1 - 액체 폐기물과 고체 폐기물을 동시에 반응기에 투입하는 장치 - Google Patents

액체 폐기물과 고체 폐기물을 동시에 반응기에 투입하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액체 폐기물과 고체 폐기물을 동시에 반응기에 투입하는 장치에 관한 것으로, 고체 폐기물이 투입되는 고체 폐기물 투입관; 상기 고체 폐기물 투입관 내에 위치하는 내부 부분과 상기 고체 폐기물 투입관 밖에 위치하는 외부 부분을 포함하며 액체 폐기물이 투입되는 액체 폐기물 투입관; 길게 연장된 중공 형태이며, 적어도 일부가 상기 고체 폐기물 투입관 내에서 상기 내부 부분을 수용하고 있는 스크류; 및 상기 스크류를 상기 액체 폐기물 투입관과 독립적으로 회전시키는 회전부를 포함한다.

Description

액체 폐기물과 고체 폐기물을 동시에 반응기에 투입하는 장치{Apparatus for inputting liquid waste and solid waste simultaneously}
본 발명은 구조가 간단하면서도 액체 폐기물을 원활히 투입할 수 있는 액체 폐기물과 고체 폐기물을 동시에 반응기에 투입하는 장치에 관한 것이다.
산업폐기물 또는 방사성 폐기물은 환경법규 및 원자력법규에서 규정한 요건을 충족할 수 있도록 유해성분과 방사성핵종을 안전한 형태로 제거 또는 처리하여야 한다. 일반적으로 폐기물 내의 유해성분을 완전히 분해하고 환경에 가장 안정한 형태로 만들기 위하여 유도가열, 플라즈마, 소각 등을 이용한 열처리 기술이 적용되고 있다.
열처리 반응기의 상부에는 폐기물 투입관을 설치하는데, 투입관을 상부면에 단순 접속시킬 경우에는 폐기물이 투입되면서 반응기 내에서 처리되지 않고 상당량이 배기체 배출관으로 유입되어 빠져나가 버리기 때문에 반응 효율이 낮다. 이러한 문제를 방지하기 위해 일반적으로 폐기물 투입관을 열처리 반응기 내부로 깊숙히 넣어주어 열처리 반응이 효과적으로 일어날 수 있도록 한다.(예. 용융로의 경우 폐기물 투입관을 용탕의 상부 일정 높이에 오도록 설치하여 폐기물이 바로 용탕으로 수용되도록 함)
액체와 고체 폐기물을 모두 처리하고자 하는 열처리 반응기에 있어서, 기존의 경우에는 액체 폐기물 투입관을 고체 폐기물 투입관에 단순히 연결하여 사용하거나, 두 개의 투입관을 각각 설치하는 방법을 사용해 왔다.
그러나, 액체와 고체 폐기물 투입관을 단순 연결하여 사용할 경우에는 액체가 투입되면서 고체 폐기물 투입관 내에서 일부가 기화/증발되어 폐기물 투입관에서 가스가 역류하거나, 액체 폐기물이 반응기 내부로 깊숙이 유입되지 못하고 고체 폐기물 투입관의 내면과 접촉하여 산화/부식 반응을 일으키거나, 액체가 투입관 내에서 고체 폐기물과 화학반응하여 예상치 못한 화합물을 발생시킬 수 있다는 문제가 있다.
이러한 문제를 피하기 위해 고체와 액체 폐기물 투입관을 따로 설치하게 되면, 각 투입관에 장착되는 냉각장치(냉각재킷, 냉각수 배관, 냉각수 밸브 등)로 인해 반응기 상부 구조가 복잡해지고 용융로 내부는 냉각되고 있는 두 개의 폐기물 투입관으로 인해 열효율이 낮아진다는 단점이 있다.
한국 특허 등록 제10-1607869호(2016년 4월 1일 공고)
따라서 본 발명의 목적은 구조가 간단하면서도 액체 폐기물을 원활히 투입할 수 있는 액체 폐기물과 고체 폐기물을 동시에 반응기에 투입하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 액체 폐기물과 고체 폐기물을 동시에 반응기에 투입하는 장치에 있어서, 고체 폐기물이 투입되는 고체 폐기물 투입관; 상기 고체 폐기물 투입관 내에 위치하는 내부 부분과 상기 고체 폐기물 투입관 밖에 위치하는 외부 부분을 포함하며 액체 폐기물이 투입되는 액체 폐기물 투입관; 길게 연장된 중공 형태이며, 적어도 일부가 상기 고체 폐기물 투입관 내에서 상기 내부 부분을 수용하고 있는 스크류; 및 상기 스크류를 상기 액체 폐기물 투입관과 독립적으로 회전시키는 회전부를 포함하는 것에 의해 달성된다.
상기 고체 폐기물 투입관은, 길게 연장된 제1부분; 및 상기 제1부분에서 절곡연장되어 있으며 단부가 상기 반응기 내부에 위치하는 제2부분을 포함하며, 상기 액체 폐기물 투입관의 상기 내부 부분은 상기 고체 폐기물 투입관의 상기 제2부분 내에 위치할 수 있다.
상기 고체 폐기물 투입관은, 상기 제2부분의 적어도 일부를 둘러싸고 있는 냉각자켓을 더 포함할 수 있다.
상기 스크류는, 스크류 날이 형성되어 있는 스크류 본체; 및 상기 스크류 본체에서 연장되어 있으며, 상기 외부 부분의 적어도 일부를 감싸도록 연장되어 있으며 스크류 날이 형성되어 있지 않은 스크류 연장부를 포함하며, 상기 회전부는 상기 스크류 연장부의 측면과 접촉하여 상기 스크류를 회전시킬 수 있다.
상기 스크류 연장부와 상기 외부 부분 사이에 위치하는 제1베어링; 및 상기 고체 폐기물 투입관과 상기 스크류 연장부 사이에 위치하는 제2베어링을 더 포함할 수 있다.
상기 회전부는 스테퍼 모터 선형 구동기를 포함할 수 있다.
상기 내부 부분의 단부는 상기 제2부분보다 외부로 도출되어 있을 수 있다.
본 발명에 따르면 구조가 간단하면서도 액체 폐기물을 원활히 투입할 수 있는 액체 폐기물과 고체 폐기물을 동시에 반응기에 투입하는 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투입 장치를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 투입 장치에서 주요 부분의 확대도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 투입 장치에서 스크류를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 투입 장치에서 베어링을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 투입 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
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. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 투입 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투입 장치를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 투입 장치에서 주요 부분의 확대도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 투입 장치에서 스크류를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 투입 장치에서 베어링을 설명하기 위한 도면이다.
투입장치(1)는 고체 폐기물 투입부(10), 액체 폐기물 투입관(20), 스크류(30), 회전부(40) 및 베어링(51, 52)를 포함한다.
고체 폐기물 투입부(10)는 호퍼(110), 고체측 스크류(120) 및 고체 폐기물 투입관(130)을 포함한다.
호퍼(110)는 고체 폐기물을 투입하는 부분이며, 통상의 구조로 마련될 수 있다.
고체측 스크류(120)는 호퍼로 투입된 고체 폐기물을 반응기 방향으로 이송하기 위한 구성으로, 역시 통상의 구조로 마련될 수 있다.
고체 폐기물 투입관(130)은 전체적으로 보면 'ㄱ'자 형태로, 호퍼(110)와 이어져 있으며 수평방향으로 연장된 제1부분(130a)와 제1부분(130a)에서 절곡되어 수직방향으로 연장된 제2부분(130b)을 포함한다. 제2부분(130b)의 일부는 반응기 내에 위치하며, 단부 역시 반응기 내에 위치한다. 본 실시예에서 제1부분(130a)과 제2부분(130b)은 직각으로 절곡되었으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
제1부분(130a)과 제2부분(130b)은 단일관을 절곡시켜 제조되거나 별도의 관으로부터 제조된 후 결합될 수 있다.
고체측 스크류(120)는 제1부분(130a) 내에만 위치하고 있다.
도시하지는 않았지만 고체 폐기물 투입관(130)은 제1부분(130a)의 적어도 일부를 감싸고 있는 냉각자켓을 더 포함한다.
액체 폐기물 투입관(20)은 고체 폐기물 투입관(130)의 외부에 위치하는 외부 부분(20a)과 고체 폐기물 투입관(130)의 내부에 위치하는 내부 부분(20b)을 포함한다.
내부 부분(20b)은 고체 폐기물 투입관(130)의 제2부분(130b) 내에 위치하고 있다. 내부 부분(20b)의 단부는 제2부분(130b)와 길이가 같거나 더 외부로, 즉 반응기 내로 더 돌출되게 할 수 있다. 내부 부분(20b)의 단부는 노즐형태로 마련될 수도 있다.
본 실시예에서 액체 폐기물 투입관(20)은 플렉서블한 재질로 마련되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도시하지는 않았지만, 액체 폐기물 투입관(20)에 액체 폐기물을 투입하기 위한 펌프와 같은 별도의 장치를 더 포함할 수 있다.
스크류(30)는 전체적으로 길게 연장된 중공관 형태이며, 외부에 스크류 날이 형성되어 있는 스크류 본체(30a)와 스크류 본체(30a)로부터 연장되어 있으며 스크류 날이 형성되어 있지 않은 스크류 연장부(30b)를 포함한다.
스크류 날은 연속적으로 형성되거나 단속적으로 형성되는 등 다양한 형태로 마련될 수 있다.
스크류(30) 내부에는 액체 폐기물 투입관(20)이 수용되어 있다.
스크류 본체(30a)는 모두 고체 폐기물 투입관(130)의 제2부분(130b)의 내부에 위치한다. 스크류 연장부(30b)는 일부는 고체 폐기물 투입관(130)의 제2부분(130b) 내에 위치하며, 일부는 고체 폐기물 투입관(130)의 외부에 위치한다.
회전부(40)는 고체 폐기물 투입관(130)의 외부에 위치하면서 스크류 연장부(30b)를 둘러싸고 있다.
회전부(40)는 스크류 연장부(30b)의 측면과 접촉한다. 구체적으로 회전부(40)는 스크류 연장부(30b) 둘레의 복수의 지점에서 스크류 연장부(30b)와 점접촉 또는 면접촉하면서 스크류 연장부(30b)를 가압할 수 있다.
가압 상태에서 회전부(40)는 스크류 연장부(30b)를 회전시켜, 스크류(30) 전체를 회전시킨다. 스크류(30)가 회전해도 이후 설명할 제1베어링(51)에 의해 액체 폐기물 투입관(20)은 회전하지 않으며 제2베어링(52)에 의해 고체 폐기물 투입관(130)도 회전의 영향을 받지 않는다. 즉 스크류(30)는 그 내부에 수용되어 있는 액체 폐기물 투입관(20)과 독립적으로 회전할 수 있다.
회전부(40)는 스테퍼 모터 선형 구동기를 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
제1베어링(51)은 고체 폐기물 투입관(130)의 외부에 위치하며, 액체 폐기물 투입관(20)과 스크류(30) 사이에 위치한다. 도 4에서는 이해를 위해 스크류 날 및 고체 폐기물 투입관(130)을 함께 도시하였다.
제2베어링(52)은 고체 폐기물 투입관(130)과 스크류(30) 사이에 위치한다.
도시하지는 않았지만, 본 발명은 회전부(40) 등의 구동을 위한 전원공급부와 제어부 내지 조작판넬 등을 더 포함할 수 있다.
또한 도시하지는 않았지만 본 발명은 액체 폐기물 투입관(20)과 스크류(30) 사이 등에서의 밀봉을 위한 적절한 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 액체 폐기물과 고체 폐기물이 처리되는 반응기는 특별한 종류에 한정되지 않는다.
다른 실시예에서, 액체 폐기물 투입관(20)은 고체 폐기물 투입관(130) 내로 연장되지 않을 수 있다. 이 경우 액체 폐기물 투입관(20)은 고체 폐기물 투입관(130)의 외부에서 스크류(30)와 결합되며, 액체 폐기물은 스크류(30)의 중공부분을 통해 반응기 내부로 공급될 수 있다.
도 5를 참조하여 본 발명에 따른 투입장치의 작동에 대해 설명한다.
호퍼(110)를 통해 고체 폐기물을 투입하고 고체측 스크류(120)를 작동시켜 고체 폐기물을 반응기 방향으로 공급한다.
이와 함께 액체 폐기물 공급관(20)을 통해 액체 폐기물을 공급한다.
고체 폐기물 공급관(130) 내에 액체 폐기물 공급관(20)이 위치하기 때문에, 고체 폐기물과 액체 폐기물은 서로 만나지 않고 반응기로 공급된다. 또한 액체 폐기물 공급관(20)의 단부는 고체 폐기물 공급관(130)의 단부와 길이가 같거나 더 외부로 돌출되어 있기 때문에 액체 폐기물과 고체 폐기물은 반응기 내에서만 만나게 된다.
반응기의 온도가 높은 상태에 이루어지는 고체 폐기물과 액체 폐기물의 공급에 있어, 고체 폐기물 투입관(130)의 외부에 형성된 냉각자켓에 의해 고체 폐기물과 액체 폐기물이 반응기 내부로 투입되기 전의 온도상승이 억제된다. 이에 의해 액체 폐기물이 반응기로 배출되기 전에 투입관 내부에서 휘발/가스화되는 것을 방지할 수 있다.
폐기물의 공급과 함께 회전부(40)의 작동에 의해 스크류(30)가 회전하게 된다. 스크류(30)의 회전에 의해 고체 폐기물 투입관(130) 내부의 스크류 날이 회전되어 고체 폐기물이 투입관 내벽에 침적되어 막히거나 브릿지(Bridge) 현상으로 인해 공동이 형성되어 투입이 중단되는 것이 방지된다. 스크류(30)의 회전은 항시 회전, 일정한 시간 간격마다 회전 또는 폐기물 투입에 이상이 발견된 경우 회전 등 다양한 방식으로 수행될 수 있다.
이상 설명한 본 발명에서는 고체 및 액체 폐기물을 단일 투입관을 사용하여 반응기 내부로 투입하므로 폐기물 투입장치와 냉각장치의 설계와 구성도 단순하게 구현 가능하다. 즉 반응기는 고체 폐기물과 액체 폐기물을 위한 별도의 투입관이 아닌, 단일 투입관을 통해 고체 폐기물과 액체 폐기물을 동시에 공급받는다.
본 발명에 따른 투입 장치를 통해 액체 폐기물은 고체 폐기물과 같은 구역에 동시 투입이 가능하며, 이 경우 액체가 반응기 내에 쌓여 있는 고체 폐기물을 젖게 함으로써 고체 폐기물 투입시 발생하는 분진의 비산을 억제하는 한편, 투입된 고체 폐기물의 온도를 낮추어 반응기 내에서 cold cap이 형성되도록 함으로써 폐기물의 열분해 과정에서 생성되는 유해 물질과 방사성핵종의 휘발을 감소시킬 수 있다.
또한, 액체 폐기물은 분사되면서 바로 고체 폐기물에 흡수/흡착되므로 액체 폐기물에 함유되어 있는 중금속, 방사성 핵종이 바로 기체로 휘발되지 않고 고체 폐기물과 함께 안정한 상태로 반응기에서 처리된다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 투입장치는 방사성 핵종이나 유해 물질로 오염된 고체 및 액체 폐기물을 고온 열처리 반응기 내부로 투입하는 장치로서, 폐기물 투입시에 발생하는 제반 문제(배관 내 폐기물 막힘, 휘발, 비산 등)을 크게 완화시키고, 열처리 반응기에서 목적하는 반응이 안정적으로 이루어지게 함으로써 폐기물의 용융 및 유해물질 제거 효율을 향상시킬 수 있고, 투입 장치를 단순화하고 운전 편의성까지 높일 수 있다는 장점이 있다.
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 (7)

  1. 액체 폐기물과 고체 폐기물을 동시에 반응기에 투입하는 장치에 있어서,
    고체 폐기물이 투입되는 고체 폐기물 투입관;
    상기 고체 폐기물 투입관 내에 위치하는 내부 부분과 상기 고체 폐기물 투입관 밖에 위치하는 외부 부분을 포함하며 액체 폐기물이 투입되는 액체 폐기물 투입관;
    길게 연장된 중공 형태이며, 적어도 일부가 상기 고체 폐기물 투입관 내에서 상기 내부 부분을 수용하고 있는 스크류; 및
    상기 스크류를 상기 액체 폐기물 투입관과 독립적으로 회전시키는 회전부를 포함하는 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 고체 폐기물 투입관은,
    길게 연장된 제1부분; 및
    상기 제1부분에서 절곡연장되어 있으며 단부가 상기 반응기 내부에 위치하는 제2부분을 포함하며,
    상기 액체 폐기물 투입관의 상기 내부 부분은 상기 고체 폐기물 투입관의 상기 제2부분 내에 위치하는 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 고체 폐기물 투입관은,
    상기 제2부분의 적어도 일부를 둘러싸고 있는 냉각자켓을 더 포함하는 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 스크류는,
    스크류 날이 형성되어 있는 스크류 본체; 및
    상기 스크류 본체에서 연장되어 있으며, 상기 외부 부분의 적어도 일부를 감싸도록 연장되어 있으며 스크류 날이 형성되어 있지 않은 스크류 연장부를 포함하며,
    상기 회전부는 상기 스크류 연장부의 측면과 접촉하여 상기 스크류를 회전시키는 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 스크류 연장부와 상기 외부 부분 사이에 위치하는 제1베어링; 및
    상기 고체 폐기물 투입관과 상기 스크류 연장부 사이에 위치하는 제2베어링을 더 포함하는 장치.
  6. 제2항에서,
    상기 회전부는 스테퍼 모터 선형 구동기를 포함하는 장치.
  7. 제2항에서,
    상기 내부 부분의 단부는 상기 제2부분보다 외부로 도출되어 있는 장치.
KR1020200165869A 2020-12-01 2020-12-01 액체 폐기물과 고체 폐기물을 동시에 반응기에 투입하는 장치 KR102270649B1 (ko)

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