KR102284690B1 - 원전 방사성 오염물의 제염 장치와 이를 이용한 제염 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원전 방사성 폐기물의 제염장치와 이를 이용한 제염방법에 관한 것으로서, 프레임 내에 모듈화되고 소형화되어 이동 가능한 제염설비와 일측에 개방된 입구가 형성된 제염부 및 유로가변부를 포함하여, 제염 대상물의 일부만 제염 가능하고, 균일한 제염 효과를 도모할 수 있는 활용성이 증대된 제염 장치와 방법에 관한 것이다.

Description

원전 방사성 오염물의 제염 장치와 이를 이용한 제염 방법{Decontamination device for radioactive contaminants and Method thereof}

본 발명은 원전 방사성 오염물 제거를 위한 제염 장치 및 이를 이용한 제염 방법에 관한 것이다.

원자력 시설 또는 발전소에서 생성된 금속폐기물은 방사성 입자를 포함한 산화막으로 오염되어 있다. 원자력발전소에서 생성된 산화막은 고온, 고압의 조건에서 생긴 것으로 그 조성이 일반 부식 산화막과는 다르며, 스피넬 구조로 존재하므로 제거가 쉽지 않다.

따라서, 이와 같은 금속폐기물은 화학제염 공정을 통해 표면에 형성된 산화막과 방사성 입자를 동시에 제거하고, 이를 통해 작업자에게 안정적인 작업 환경을 조성하는 한편 방사성 폐기물량을 감소시킨다.

일반적으로, 원자력발전소는 원자로에서 증기발생기까지 냉각재의 순환이 이루어지는 1차 계통과 증기발생기에서 발생한 증기가 순환하여 터빈을 가동시키는 2차 계통(비오염 계통)으로 구분된다. 1차 계통에 있는 기기들은 방사성 물질과 접촉되어 대부분 오염된 상태이지만, 이들 대다수가 대형기기 또는 부품이므로 종래의 제염 장치를 적용하기 어려운 문제가 있다.

종래의 제염 장치는 제염조에 제염 대상물을 넣고 제염하는 방식으로, 제염조보다 제염 대상물의 크기가 크거나 형상이 맞지 않으면 제염이 불가능하다. 따라서, 대형기기 또는 부품을 제염하기 위해서 대상물을 절단하는 등 부수 작업이 수반되는데, 이 경우 제염이 완료된 부품을 재사용하는 것은 불가능하게 된다.

예를 들어, 원자로냉각재펌프(Reactant Coolant Pump)의 구성품 중 하나인 샤프트의 경우, 냉각재와 접촉하는 면적은 전체 면적의 15% 수준이며 그 오염 부위만 제염 시 저준위 상태로 보관할 수 있고, 필요시 재사용이 가능하다. 하지만, 종래의 기술로 제염작업을 하기 위해서는 샤프트를 절단할 수밖에 없고, 제염이 끝난 뒤 이를 재사용할 수 없으므로 방사성 폐기물량은 증가한다. 이처럼, 종래 제염 장치는 고정식 설비에 제염 대상물을 가져와 제염하는 것인 점에서 제염 대상물을 절단하지 않고서는 제염 대상물 일부분의 제염이 불가한 문제가 있다. 또한, 종래의 제염장치의 경우 공정수 폐기물과 이온교환수지 및 필터 등 2차 폐기물을 다량 발생시킨다.

등록특허공보 제10-1860003호

본 발명은 상술한 문제를 개선하기 위한 것으로서, 방사성 오염물의 부분 제염이 가능하고, 설비가 소형화 또는 모듈화되며 제염 효과를 증대시킨 제염 장치와 이를 이용한 제염 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 제염장치는, 방사성 폐기물의 제염 장치로서 제염 대상물이 수납되어 제염처리가 이루어지는 제염부와 공정수의 냉각이 이루어지는 냉각부와 공정수에 열을 가하는 히터부와 공정수의 저장이 이루어지는 공정수저장부와 상기 제염부에 공급되는 공정수에 화학약품을 공급하는 약품공급부 및 제염 처리에 사용된 공정수 중의 방사선 오염물질과 잔류 화학약품을 정화 처리하는 공정수정화부를 포함하는 제염 장치에 있어서, 상기 제염부에 적어도 두 개 이상 구비된 유로홀 및 상기 유로홀을 통한 공정수의 유입 또는 유출을 변경할 수 있는 유로가변부를 포함한다.

또한, 방사성 폐기물의 제염 장치로서 제염 대상물이 수납되어 제염처리가 이루어지는 제염부와 공정수의 냉각이 이루어지는 냉각부와 공정수에 열을 가하는 히터부와 상기 공정수의 저장이 이루어지는 공정수저장부와 상기 제염부에 공급되는 공정수에 화학약품을 공급하는 약품공급부 및 제염 처리에 사용된 공정수 중의 방사선 오염물질과 잔류 화학약품을 정화 처리하는 공정수정화부를 포함하는 제염 장치에 있어서, 상기 제염부는 제염 대상물을 인입할 수 있는 입구를 포함하는 제염챔버와 상기 입구의 가장자리를 따라 마련되어 제염 대상물의 표면에 밀착됨으로써 상기 제염부의 내부 공간을 밀폐하는 밀폐부를 포함한다.

바람직하게는 상기 밀폐부는 탄성 재질의 튜브를 포함하고, 상기 튜브가 팽창하여 제염 대상물의 표면과 밀착한다.

또한, 바람직하게는 상기 제염부에 적어도 두 개 이상 구비된 유로홀 및 상기 유로홀을 통한 공정수의 유입 또는 유출을 변경할 수 있는 유로가변부를 포함한다.

또한, 바람직하게는 상기 유로홀은 상기 제염챔버의 상면, 하면 및 측면에 마련된다.

또한, 바람직하게는 상기 제염부는 상기 제염챔버의 내부로 초음파를 발생시키는 초음파발생부를 더 포함한다.

또한, 바람직하게는 상기 제염부는 상기 제염챔버의 내부를 외부에서 관찰할 수 있도록 투시 가능한 관찰부를 더 포함한다.

또한, 바람직하게는 내부 공간이 형성된 프레임을 더 포함하고, 상기 프레임의 내부 공간에 상기 냉각부와 상기 히터부와 상기 공정수저장부와 상기 약품공급부와 상기 공정수정화부 중에서 적어도 어느 하나가 배치되며, 상기 프레임의 하부에 이동수단을 구비한다.

또한, 바람직하게는 상기 공정수정화부는, 필터, 이온교환수지, 자외선(UV) 반응기 및 침전탱크를 구비하여 유기산 기반의 제염 방법과 무기산 기반의 제염 방법에서 폐공정수의 정화가 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 제염 장치를 이용한 제염 방법으로서, 이동수단을 통해 제염 대상물이 있는 장소로 제염 장치를 이동하는 제1 단계와 상기 제1 단계의 제염 대상물의 오염된 일부분을 제염챔버의 입구를 통해 상기 제염챔버 내부로 인입하는 제2 단계와 상기 제염챔버에 구비된 튜브에 고압으로 유체를 충전하여 튜브를 제염 대상물에 밀착시키는 제3 단계 및 공정수를 순환시켜 제염 공정을 수행하는 제4 단계를 포함한다.

바람직하게는 상기 제4 단계의 제염 공정은 유로가변부에 의해 제어챔버 내부의 공정수 흐름이 주기적으로 변경된다.

본 발명은 제염 대상물의 전체가 오염된 것이 아닌 경우, 오염 부위만 부분적으로 제염할 수 있다. 따라서, 제염 대상물 전체를 제염하기 위한 대규모 설비를 요하지 않으므로 제염에 소모되는 화학약품의 양, 제염 시간 등을 절감하여 효율적으로 제염작업을 수행할 수 있다.

또한, 제염부 내에서 공정수의 유동을 변경할 수 있으므로 제염 챔버 내부의 유속저하 구간 또는 정체 구간이 발생하지 않는다. 따라서, 제염 대상물의 표면 전체에 균일한 제염 효과를 도모할 수 있다.

또한, 설비가 소형화, 모듈화되어 다른 장소로 이동 가능하므로 제염 장치의 활용도가 증대된다.

또한, 유기산 기반, 무기산 기반의 제염 방법을 모두 사용할 수 있도록 폐공정수 정화가 가능하여 제염 장치의 활용범위가 넓다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 제염 장치를 도시한 개념도이다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 실시예에 따른 제염 장치의 제염부의 사시도이다.
도3a 및 도3b는 본 발명의 실시예에 따른 제염 장치의 유로가변부를 통과하는 공정수의 흐름을 도시한 것이다.

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.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 설명을 생략하였다.

도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제염 장치(100)를 도시한다.

본 발명의 실시예에 따른 제염 장치(100)는 제염 대상물이 수납되어 제염처리가 이루어지는 제염부(110)와 공정수의 냉각이 이루어지는 냉각부(163)와 공정수에 열을 가하는 히터부(162)와 상기 공정수의 저장이 이루어지는 공정수저장부(160)와 상기 제염부에 공급되는 공정수의 화학약품을 공급하는 약품공급부(161)와 제염 처리에 사용된 공정수 중의 방사선 오염물질과 잔류 화학약품을 정화 처리하는 공정수정화부(151,152)와 공정수의 pH와 전기 전도도 등의 검사를 수행하는 모니터링부(164) 및 공정수의 유로를 변경 가능한 유로가변부(120)를 포함할 수 있다.

또한, 제염 장치(100)는 전술한 설비 중 적어도 하나 이상을 내부에 수용하여 모듈화할 수 있도록 내부 공간이 마련된 프레임(130)과 프레임(130) 하부에 구비되어 모듈화된 설비를 이동시킬 수 있는 이동수단(140)을 포함한다. 상기 이동수단은 프레임(130) 하부에 고정된 바퀴 등을 포함할 수 있다.

도2a 및 도2b를 참조하면, 제염 대상물(10)이 인입된 상태로 공정수 이송 배관과 연결된 제염부(110)의 사시도와 내부가 텅 빈 상태로 상기 배관에 연결되지 않은 제염부(110)를 도시한다.

제염부(110)는 제염 대상물(10)이 통과할 수 있는 입구가 형성된 제염챔버(111)와 상기 입구의 가장자리를 따라 마련된 밀폐부를 포함한다.

또한, 제염챔버(111) 내부로 초음파를 발생시키는 초음파발생부(115)와 제염챔버(111)의 내부를 관찰할 수 있도록 투시 가능한 창을 포함하는 관찰부(114) 및 제염챔버(111)로 공정수가 유입 또는 유출되는 통로인 유로홀(113)을 포함한다.

제염챔버(111)는 적절한 강도와 화학약품에 대한 내식성을 갖는 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 공정수의 pH농도, 전기 전도도 등을 계측하기 위한 계측설비와 레벨게이지 또는 온도계 등의 부속설비가 구비될 수 있다. 또한, 계측설비 또는 부속설비에서 수집된 데이터를 데이터베이스로 저장할 수 있다. 또한, 제염챔버(111)는 단열재로 마감되어 공정수의 온도 손실을 최소화할 수 있다.

제염챔버(111)는 방사선량 계측기가 설치되어 방사선량의 계측이 이루어질 수 있다. 제염챔버(111) 내부의 방사선량 계측은 제염작업 수행 중 모니터링될 수 있으며, 공정별, 기간별 데이터를 데이터베이스로 저장할 수 있다.

제염챔버(111)는 프레임(130) 내부에 모듈화된 설비와 공정수 이송 배관을 통해 연결되어 있으나, 제염챔버(111)의 위치는 프레임(130) 내부에 고정되어 있지 않고 제염 처리가 필요한 제염 대상물(10)의 위치에 따른다.

또한, 제염챔버(111)의 형상은 편의상 직육면체로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며 제염 처리가 필요한 부분의 크기와 모양에 알맞게 변경될 수 있다.

밀폐부는 탄성 재질의 튜브(112)를 포함할 수 있다. 튜브(112)의 내부에 고압으로 공기 또는 액체를 주입하여 튜브를 팽창시킬 수 있으며, 팽창된 튜브(112)가 제염 대상물(10)의 표면과 밀착됨으로써 제염챔버(111)의 내부 공간을 밀폐한다.

밀폐부는 제염챔버(111)의 입구와 제염 대상물(10) 사이의 틈을 막아 공정수가 제염챔버(111) 외부로 누수되지 않도록 하며, 여러 가지 주지의 기술을 적용하는 것도 가능할 것이다.

초음파발생부(115)는 제염챔버(111)의 외부에 위치하며, 공정수의 온도 및 화학약품 등으로 인한 손상이 발생하지 않도록 보호케이스 내에 설치될 수 있다. 보호케이스는 충분한 내식성과 강도를 갖는 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 초음파발생부(115)의 위치 및 개수 등은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자(이하, “당업자”라고 함)가 적절히 변경할 수 있다.

관찰부(114)는 제염 처리 공정 중 제염챔버(111)의 내부를 관찰할 수 있도록 주지의 강화유리로 마련될 수 있으며, 관찰부(114)의 위치와 개수, 모양 등은 당업자가 적절히 변경할 수 있다.

유로홀(113)은 제염챔버(111)의 상면, 하면 또는 측면에 적어도 두 개 이상 구비될 수 있다. 유로홀(113)은 공정수 이송 배관과 연결되며 공정수가 제염챔버(111) 내부로 유입되거나 유출되는 구멍에 해당한다.

제염챔버(111)의 상면, 하면 또는 측면에 구비된 유로홀(113)에 의해 제염챔버(111)의 내부에서 다양한 유동 흐름을 형성할 수 있으며, 후술하는 유로가변부(120)에 의해 유동 흐름의 변경이 가능하다. 예를 들어, 제염챔버(111)의 상면과 하면, 좌측면과 우측면에 한 개씩 유로홀(113)을 형성하고, 그중에서 선택하여 공정수를 유입시키거나 유출시킴으로써 제염챔버(111) 내부에 다양한 유동 흐름을 설정할 수 있다.

이하, 설명을 위해 공정수가 제염챔버(111)로 유입되는 유로홀(113)을 유입홀이라고 하며, 공정수가 제염챔버(111)에서 유출되는 유로홀(113)을 유출홀이라고 한다.

유로가변부(120)는 제염챔버(111)에 형성된 공정수 유입구(유입홀)와 공정수 유출구(유출홀)의 위치를 변경할 수 있는 수단이다. 제염 처리 중 공정수의 유입구와 유출구의 위치를 변경하면, 제염챔버(111)에서 공정수의 유동 흐름이 변화한다. 따라서, 종전의 유동 흐름에서 존재하는 공정수 유속 저하 구간 또는 정체 구간이 사라지며, 유동 흐름을 변경함으로써 제염 표면 전체에 균일한 효과를 얻을 수 있다.

도3a 및 도3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예로서 유로가변부(120)에 의해 공정수 흐름이 변화되는 원리를 파악할 수 있다. 유로가변부(120)는 제염부(110)에 연결된 제1 관(122)과 제2 관(123)을 서로 연결하는 제1 분기관(124)과 제2 분기관(125)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 분기관(124) 또는 제2 분기관(125)이 제1 관(122)과 제2 관(123)에 연결되는 부분에 밸브(121)를 구비하여 공정수의 흐름을 제어할 수 있다.

도3a는 제1 관(122)을 통해 제염부(110)에 유입된 공정수가 제2 관(123)을 통해 제염부(110)에서 유출되고 있는 모습이다. 이때, 제1 분기관(124)과 제2 분기관(125)은 공정수가 흐르지 않는다.

도3b는 공정수가 제1 관(122)에서 제1 분기관(124)을 거쳐 제2 관(123)을 통해 제염부(110)에 유입되고, 다시 제염부(110)에서 제1 관(123)으로 유출되어 제2 분기관(125)을 지나 제2 관(123)을 통해 순환한다.

유로가변부(120)의 작동에 의해 도3a에서의 유입홀과 유출홀은 도3b에서 각각 유출홀과 유입홀로 변경되며, 도3a와 도3b는 공정수 흐름 방향이 서로 반대가 된다.

유로가변부(120)의 밸브(121)는 제어부에 의해 자동화되어 원하는 시점에 공정수의 흐름을 변경하도록 제어될 수 있으며, 주기적으로 공정수의 흐름을 변경하는 것이 가능하다.

유로가변부(120)에서 공정수의 흐름을 변경하기 위해 구비하는 배관 라인과 밸브의 형상, 개수 등은 유로홀(113)의 개수, 위치 등에 의해 당업자가 적절하게 변경할 수 있다.

공정수정화부는 유기산 기반의 제염 공정수를 정화하는 제1 공정수정화부(151) 또는 무기산 기반의 제염 공정수를 처리하는 제2 공정수정화부(152)를 포함할 수 있다.

제1 공정수정화부(151)는 침전물과 잔류이온을 제거하기 위한 필터(153)와 이온교환수지(154)를 구비하고, 공정 약품인 유기산을 최종 분해하기 위한 UV반응기(155)를 포함한다.

제2 공정수정화부(152)는 침전탱크(156)와 필터(157), 펌프를 포함한다. 제염 공정이 종료된 후 배관이나 챔버에 잔류한 공정수는 펌프를 통해 침전탱크(156)로 이송된다. 침전탱크(156) 내 공정수는 펌프를 통해 순환되고, 침전제와 환원제 분해 약품이 첨가되어 침전물이 형성되며, 침전물은 필터를 거쳐 제거된다. 최종 정화된 공정수는 제염 공정에 재사용할 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 당업자에게 명백할 것이다.

10: 제염 대상물
100: 본 발명의 실시예에 따른 제염 장치
110: 제염부
111: 제염챔버
112: 튜브
113: 유로홀
114: 관찰부
115: 초음파발생부
120: 유로가변부
121: 밸브
122: 제1 관
123: 제2 관
124: 제1 분기관
125: 제2 분기관
130: 프레임
140: 이동수단
150; 공정수정화부
151: 제1 공정수정화부
152: 제2 공정수정화부
153: 필터
154: 이온교환수지
155: UV 반응기
156: 침전탱크
157: 필터
160: 공정수저장부
161: 약품공급부
162: 히터부
163: 냉각부
164: 모니터링부
170: 펌프

Claims (11)

1. 삭제
2. 방사성 폐기물의 제염 장치로서 제염 대상물이 수납되어 제염처리가 이루어지는 제염부와 공정수의 냉각이 이루어지는 냉각부와 공정수에 열을 가하는 히터부와 상기 공정수의 저장이 이루어지는 공정수저장부와 상기 제염부에 공급되는 공정수에 화학약품을 공급하는 약품공급부 및 제염 처리에 사용된 공정수 중의 방사선 오염물질과 잔류 화학약품을 정화 처리하는 공정수정화부를 포함하는 제염 장치에 있어서,
   상기 제염부는 제염 대상물을 인입할 수 있는 입구를 포함하는 제염챔버;와 상기 입구의 가장자리를 따라 마련되어 제염 대상물의 표면에 밀착됨으로써 상기 제염부의 내부 공간을 밀폐하는 밀폐부;를 포함하는 제염 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 밀폐부는 탄성 재질의 튜브를 포함하고, 상기 튜브가 팽창하여 제염 대상물의 표면과 밀착하는 것을 특징으로 하는 제염 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제염챔버에 적어도 두 개 이상 구비된 유로홀; 및
   상기 유로홀을 통한 공정수의 유입 또는 유출을 변경할 수 있는 유로가변부;를 더 포함하는 제염 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 유로홀은 상기 제염챔버의 상면, 하면 및 측면에 마련된 것을 특징으로 하는 제염 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제염부는 상기 제염챔버의 내부로 초음파를 발생시키는 초음파발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제염 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제염부는 상기 제염챔버의 내부를 외부에서 관찰할 수 있도록 투시 가능한 관찰부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제염 장치.
8. 청구항 4에 있어서,
   내부 공간이 형성된 프레임을 더 포함하고,
   상기 프레임의 내부 공간에 상기 냉각부와 상기 히터부와 상기 공정수저장부와 상기 약품공급부와 상기 공정수정화부 중에서 적어도 어느 하나가 배치되며,
   상기 프레임의 하부에 이동수단을 구비한 것을 특징으로 하는 제염 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 공정수정화부는,
   필터, 이온교환수지, 자외선(UV) 반응기 및 침전탱크를 구비하여 유기산 기반의 제염 방법과 무기산 기반의 제염 방법에서 폐공정수의 정화가 가능한 것을 특징으로 하는 제염 장치.
10. 청구항 8의 제염 장치를 이용한 제염 방법에 있어서,
    이동수단을 통해 제염 대상물이 있는 장소로 제염 장치를 이동하는 제1 단계;
    상기 제1 단계의 제염 대상물의 오염된 일부분을 제염챔버의 입구를 통해 상기 제염챔버 내부로 인입하는 제2 단계;
    상기 제염챔버에 구비된 튜브에 고압으로 유체를 충전하여 튜브를 제염 대상물에 밀착시키는 제3 단계; 및
    공정수를 순환시켜 제염 공정을 수행하는 제4 단계;를 포함하는 제염 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제4 단계의 제염 공정은 유로가변부에 의해 제염챔버 내부의 공정수 흐름이 주기적으로 변경되는 것을 특징으로 하는 제염방법.

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