KR102461154B1 - 방사화 콘크리트 분진 포집장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중력중심으로 1차로 포집하고 사이클론을 이용하여 큰 방사능 입자를 2차로 집진하고 미세 방사능 입자를 다중 필터 구조를 통해 3차적으로 집진하여 방사능 물질을 제거함으로써 방사능 제거 효율을 향상시킬 수 있는 방사화 콘크리트 분진 포집장치를 제공한다. 본 발명의 방사화 콘크리트 분진 포집장치는, 스크래버(Scrabber)에 의해 연마되는 콘크리트의 분진을 제염 및 포집하는 장치로서, 스크래버에 제1 배관을 통해 연결되어 스크래버 측에서 유입되는 분진 중 일부를 중력중심으로 포집하기 위한 제1 포집유닛과, 제2 배관에 연결되어 상기 제1 배관 내에 흡입력을 제공하는 흡기팬과, 흡기팬을 게재하고 상기 제2 배관을 통해 상기 제1 포집유닛과 연결되며 제1 포집유닛으로부터의 분진 내 미세먼지를 사이클론 효과에 의해 포집탱크 저부에 집적하여 포집하는 제2 포집유닛과, 제2 포집유닛의 유출구에 연결되며 분진 내 미세먼지를 다단 필터유닛들에 의해 포집하는 제3 포집유닛를 포함하며, 제1 포집유닛은, 제1 배관이 연결되는 유입구와 제2 배관이 연결되는 유출구를 구비하며 스크래버 측에서 유입되는 분진 중 일부가 중력중심으로 포집되어 저장되는 저장용기를 구비하고, 흡기팬의 흡입력은 제1 배관 내 풍속을 기준으로 5㎧ 내지 30㎧에서 가변할 수 있도록 된 것이다.

Description

방사화 콘크리트 분진 포집장치{APPARATUS FOR COLLECTING RADIOACTIVE CONCRETE DUST}

본 발명은 방사능에 오염된 콘크리트 구조물에서 발생하는 방사화 콘크리트 분진을 포집하는, 방사화 콘크리트 분진 포집장치에 관한 것이다.

원자력 시설 건축물에는 내부 벽면, 바닥, 천정 등의 콘크리트 면에 도장되는 에폭시나 건축물 몸체로 사용되는 콘크리트, 금속 자재의 표면에 부착된 유성 도료, 그리스(Grease) 등의 방사능 물질들이 포함되어 있으며 이러한 방사능 물질을 제거하기 위해 제염장치들이 사용되고 있다.

종래 제염장치는 SUS 316 계열이나 유리 글래스, 중탄산나트륨 등을 투사제로 사용하여 방사능 오염체에 고압 분사하여 방사능 물질을 제거하는 방식을 취하고 있으나, 이러한 경우 분진의 비산에 의해 2차 방사능 오염이 발생되어 오히려 방사능을 확산시키는 문제점이 있다.

출원인은 이러한 분진의 비산에 의한 2차 방사능 오염을 방지하기 위해 국내특허출원 제10-2002-77656호에서 제염헤드에 고압의 가스를 분사하는 배출라인 외에 공기를 다시 흡입하는 흡입라인을 구성하여 분진의 비산을 방지하도록 한 고압을 이용한 표면 방사능 물질의 제염 및 집진장치를 제안한 바 있다.

그러나, 상기 제염 및 집진장치는 고압발생장치, 집진장치, 원심분리기, 저장탱크, 드럼, 액체여과필터 등의 크기가 크고 많은 개수의 장치로 구성되어 전체 시설 규모가 커서 단일 물품으로 유통되기 곤란한 문제점이 있었으며, 전체 시설이 하나의 장치로 구성되어 집진장치부분만을 별도로 유통시키는 것이 불가능하다.

따라서, 집진 대상, 집진 설비, 집진 장소에 따라 흡입측 또는 배출측 구성이 달라지는 경우에는 적용이 불가능하여 사용분야가 한정적인 문제점이 있다.

또한, 진공펌프의 흡인력에 의해 제염 대상물에서 이탈된 방사능 입자가 흡입라인을 통해 집진장치로 유입되는데, 이 때 입도가 큰 방사능 입자가 진공펌프를 막아버려 필터를 굉장히 자주 교환해야 하고, 그에 따라 집진장치의 가동이 자주 중단되는 문제점이 있다.

또한 진공펌프가 물 집진기 내부에 저장된 물 속에서 압력을 가하여 미세 방사능 입자를 집진하므로 물 집진기의 상부에서는 공기의 유속이 약해 제습기에서의 제습 효율이 저하되고 제습된 공기의 배출력이 떨어져 여과기에서의 여과 효율이 동시에 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 종래 방사능 물질 제염 및 집진장치에 대한 문제점을 극복하고 방사능 집진 효율을 향상시키면서도 가동율이 향상되고 운용 및 유지비용이 저렴한 방사능 물질 집진장치에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 종래 기술은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 중력중심으로 1차로 포집하고 사이클론을 이용하여 큰 방사능 입자를 2차로 집진하고 미세 방사능 입자를 다중 필터 구조를 통해 3차적으로 집진하여 방사능 물질을 제거함으로써 방사능 제거 효율을 향상시킬 수 있는 방사화 콘크리트 분진 포집장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 다단계 집진 유닛들의 개별 구조뿐 아니라 집진 유닛들 간의 연결 구조를 최적화하여 장치의 부피를 최소화하면서 방사성 콘크리트 구조물 표면을 연마할 때 발생하는 방사화 콘크리트 분진이 대기 중으로 비산하는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 그에 의해 방사능에 의해 오염되지 않은 청정한 공기만을 대기 중으로 배출하여 2차 피폭을 근복적으로 방지할 수 있는 방사화 콘크리트 분진 포집장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 원자력 발전소 등의 시설물을 해체할 때 발생하는 방사성 콘크리트 구조물 분진을 효과적으로 분리, 제염 및 포집함과 동시에 대기중으로 배출되는 공기의 청정한 처리가 용이하도록 할 수 있는 방사화 콘크리트 분진 포집장치를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 스크래버(Scrabber)에 의해 연마되는 콘크리트의 분진을 제염 및 포집하는 장치로서, 상기 스크래버에 제1 배관을 통해 연결되어 스크래버 측에서 유입되는 분진 중 일부를 중력중심으로 포집하기 위한 제1 포집유닛: 상기 제2 배관에 연결되어 상기 제1 배관 내에 흡입력을 제공하는 흡기팬; 상기 흡기팬을 게재하고 상기 제2 배관을 통해 상기 제1 포집유닛과 연결되며 상기 제1 포집유닛으로부터의 분진 내 미세먼지를 사이클론 효과에 의해 포집탱크 저부에 집적하여 포집하는 제2 포집유닛; 및 상기 제2 포집유닛의 유출구에 연결되며 상기 분진 내 미세먼지를 다단 필터유닛들에 의해 포집하는 제3 포집유닛를 포함하며, 상기 제1 포집유닛은, 제1 배관이 연결되는 유입구와 제2 배관이 연결되는 유출구를 구비하며 상기 스크래버 측에서 유입되는 분진 중 일부가 중력중심으로 포집되어 저장되는 저장용기를 구비하고, 상기 흡기팬의 흡입력은 제1 배관 내 풍속을 기준으로 5㎧ 내지 30㎧에서 가변할 수 있도록 된 방사화 콘크리트 분진 포집장치에 특징이 있다.

또한 상기 본 발명에 있어서, 제1 포집유닛의 상기 유입구와 상기 제1 배관을 결합하는 제1 모터 구동 결합부; 및 상기 제1 포집유닛의 상기 유출구와 상기 제2 배관을 결합하는 제2 모터 구동 결합부를 더 포함하며, 상기 저장용기의 교체시 상기 제1 및 제2 모터 구동 결합부를 제어하여 상기 유입구와 상기 제1 배관 간의 결합을 해제하고, 상기 유출구와 상기 제2 배관 간의 결합을 해제하며, 상기 저장용기의 내부는 방사능 유출방지 캡에 의해 기밀하게 폐쇄되는 방사화 콘크리트 분진 포집장치에 특징이 있다.

또한 상기 본 발명에 있어서, 제1 포집유닛의 상기 유출구가 상기 저장용기 내부에서 연장하는 길이는 상기 제1 포집유닛의 상기 유입구가 상기 저장용기 내부에서 연장하는 길이보다 긴 방사화 콘크리트 분진 포집장치에 특징이 있다.

또한 상기 본 발명에 있어서, 제1 포집유닛의 저장용기를 수납하는 카트와, 상기 카트의 바닥면에 설치되어 카트의 이동을 가능하게 하는 바퀴를 더 포함하는 방사화 콘트리트 분진 포집장치에 특징이 있다.

상기와 같은 본 발명의 방사화 콘크리트 분진 포집장치에 의하면, 스크래버(scrabber) 등에 의해 발생하는 분진을 중력중심으로 1차 포집하고 사이클론 방식으로 2차 포집하고 다층 필터 박스를 통해 3차 포집함에 따라, 원자력 발전소 등에서 철거 등로 인하여 발생하는 방사성 분진을 효과적으로 제염 및 포집할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 최소 개수의 분진 팬을 사용하면서 내부 흡입력 또는 송풍력을 효과적으로 확보할 수 있도록 1차 포집을 위한 제1 포집유닛과 2차 포집을 위한 제2 포집유닛과 3차 포집을 위한 제3 포집유닛 또는 이들의 조합에 의한 분진 유동 구조와, 포집유닛들 간이나 포집유닛과 연결 배관 간의 결합 구조를 개선함에 따라, 장치의 성능을 높이면서 장치의 부피를 소형화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 각 포집유닛의 포집 용량이 채워졌을 때 간편하게 저장용기나 필터를 간편하게 교체할 수 있도록 구성함에 따라, 방사능 제거에 대한 신뢰성을 확보하면서 사용하기 편리하고 방사화 분진의 제염 및 포집에 매우 유용한 방사화 콘크리트 분진 포집장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방사화 콘크리트 분진 포집장치의 전체적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 방사화 콘크리트 분진 포집장치에서 제1 포집유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 제1 포집유닛에서 제1 모터 및 제1 모터 구동 결합부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 방사화 콘크리트 분진 포집장치에서 제2 포집유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 방사화 콘크리트 분진 포집장치에서 제3 포집유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 방사화 콘크리트 분진 포집장치에서 제1 포집유닛의 처리 풍속별 분진입도 제진효율을 나타낸 그래프이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방사화 콘크리트 분진 포집장치의 전체적인 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1의 방사화 콘크리트 분진 포집장치에서 제1 포집유닛을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 2의 제1 포집유닛에서 제1 모터 및 제1 모터 구동 결합부를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 도 1의 방사화 콘크리트 분진 포집장치에서 제2 포집유닛을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 5는 도 1의 방사화 콘크리트 분진 포집장치에서 제3 포집유닛을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방사화 콘크리트 분진 포집장치(100)는, 방사능에 오염된 콘크리트 구조물(RCW) 표면을 연마하도록 적어도 하나 이상의 스크래이퍼 롤러를 갖춘 전용 툴인 스크래버(Scrabber, 200)에 연결되고, 스크래버(200)에 의해 발생하는 콘크리트 분진을 제염 및 포집할 수 있는 장치이다. 방사화 콘크리트 분진 포집장치(100)는 적어도 하나 이상이 콘크리트 분진 포집을 위해 설치되는 구조물(300)에 고정되거나 탑재될 수 있다.

방사화 콘크리트 분진 포집장치(이하 간략히 '분진 포집장치라고 한다)(100)는 스크래버(200)에 의해 연마되는 콘크리트의 분진을 제염 및 포집하는 장치로서, 제1 포집유닛(10), 흡기팬(20), 제2 포집유닛(30) 및 제3 포집유닛(50)을 포함하며, 구현 형태에 따라 배기팬 유닛(60)(도 5 참조)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

분진 포집장치(100)의 제1 포집유닛(10)은 유입구와 유출구를 구비하고 스크래버(200)에 의해 연마되는 콘크리트 분진 중 제1 크기 이상의 분진을 주로 포집한다. 제1 포집유닛(10)의 유입구(또는 흡기구)는 스크래버(200)에 연결된다. 제2 포집유닛(30)은 흡기팬(20)을 사이에 두고 제1 포집유닛(10)에 연결되며 사이클론 효과에 의해 포집탱크 저부에 분진을 집적시켜 포집한다. 제3 포집유닛(50)은 포집되는 방사성 콘크리트 분진에 함유된 방사능 물질을 제거하도록 구비되는 다단 필터유닛들을 구비한다. 제3 포집유닛(50)의 유입구는 제2 포집유닛(30)의 배기구에 연결된다. 그리고, 배기팬 유닛(60)은 도 5에서와 같이 제3 포집유닛(50)의 배기구 측에 연결될 수 있다. 본 실시예에서 분진은 최대 1000㎛ 내지 최소 0.1㎛의 입도를 가질 수 있다.

구체적으로, 각 구성요소를 설명하면, 스크래버(200)는 방사성 콘크리트 페기물의 건식처리장치 중 하나로서 방사성 콘크리트 벽의 외표면을 연마롤러에 의해 연마하는 장치이다. 스크래버(200)의 케이싱에는 제1 포집유닛(10)의 유입구에 연결되는 제1 배관의 말단부가 연결된다. 스크래버 케이싱 내에는 흡기팬(20)에 의한 음압 분위기가 형성된다. 스크래버(200)의 동작에 따라 발생하는 분진은 음압 분위기에서 제1 배관을 통해 제1 포집유닛(10)으로 흡입된다.

제1 포집유닛(10)은 스크래버(200)에 제1 배관을 통해 연결되고, 제2 배관을 통해 흡기팬(20)에 연결된다. 제1 포집유닛(10)은 유입되는 분진을 중력중심으로 포집하도록 이루어진다. 제1 포집유닛(10)은 도 2에 도시한 바와 같이 카트(11), 저장용기(13), 제1 모터(15), 제2 모터(16), 제1 모터구동 결합부(17) 및 제2 모터구동 결합부(18)를 구비한다.

카트(11)는 저장용기(13)를 수납하고 이동가능한 형태를 구비한다. 카트(11)의 바닥면에서는 바퀴(12)가 결합 설치될 수 있다. 바퀴(12)는 카트(11)의 바닥면에 연결되는 연결부와, 연결부에 결합하여 회전하는 회전부와, 회전부를 둘러싸는 고리 모양의 탄성부를 구비할 수 있다. 또한, 바퀴(12)는 구동 모터에 의해 동작하는 전동바퀴일 수 있다. 또한, 바퀴(12)는 바퀴 어셈블리 형태로 원격제어를 위한 통신모듈을 더 구비하고, 사용자 단말 등으로부터의 원격제어신호에 따라 제1 포집유닛(10)을 이동시키도록 동작할 수 있다. 물론, 구현 형태에 따라 바퀴(12)는 카트(11)에 결합되지 않고 저장용기(13)에 직접 결합 설치될 수 있다.

저장용기(13)는 카트(11) 상에 수납된다. 저장용기(13)는 내부 공간(13s)에 방사성 콘크리트 폐기물의 연마 부산물(W1)을 중력중심으로 포집하여 드럼폐기하기 위한 케이스, 탱크 또는 드럼이다. 저장용기(13)의 상부면에는 제1 개구부와 제2 개구부가 설치된다.

제1 개구부는 상부측에 플랜지를 가진 제1 유입관(21a)을 포함하고, 제2 개구부는 상부측에 플랜지를 가진 제1 유출관(22a)을 포함한다. 제1 유입관(21a)은 유입구 또는 제1 유입구에 대응하고, 제1 유출관(22a)은 유출구 또는 제1 유출구에 대응한다. 제1 유입관(21a)은 스크래버(scrabber)로부터의 분진을 흡입하고, 제1 유출관(22a)은 제2 포집장치 또는 다음의 구성부(B part)로 흡입된 분진의 일부를 배출한다.

제1 유입관(21a)의 하부측 일단은 저장용기(13)의 내부로 제1 길이만큼 돌출하도록 연장 설치되고, 제1 유출관(22a)의 하부측 일단은 저장용기(13)의 내부로 제2 길이만큼 돌출하도록 연장 설치된다. 제2 길이는 제1 길이보다 길다. 제2 길이는 제1 길이의 2배 이상 길며, 그에 의해 제1 배관(21)을 통해 흡입된 분진이 바로 제2 배관(22)를 통해 유출되는 것을 차단한다. 제1 유출관(22a)의 내부 중공부의 직경(즉, 제2 내경)은 제1 유입관(21a)의 제1 내경보다 크다. 제1 내경은 제2 내경의 3/4의 크기를 가지며, 그에 의해 흡기팬(20)의 흡입력이 저장용기(13)를 거쳐 제1 배관(21)에 연결되는 스크래버 케이싱까지 적절하게 전달되도록 이루어진다.

제1 모터(15)는 카트(11)의 상부면에서 외측으로 연장하는 돌출부 또는 플랜지 상에 설치된다. 제1 모터(15)는 제1 유입관(21a)과 제1 배관(21)을 연결하는 제1 커플링유닛(17)에 결합한다. 제1 커플링유닛(17)은 제1 모터(15)의 구동력에 의해 제1 유입관(21a)의 플랜지와 제1 배관(21)의 플랜지를 맞물려 잡고 기밀하게 지지하도록 이루어진다.

이와 유사하게, 제2 모터(16)는 카트(11)의 상부면에서 외측으로 연장하는 돌출부 또는 플랜지 상에 설치된다. 제2 모터(16)는 카트(11) 상부면 상에서 제1 모터(15)의 반대편에서 제1 모터(15)와 마주하도록 혹은 대칭되도록 배치될 수 있다. 제2 모터(16)는 제1 유출관(22a)과 제2 배관(22)을 연결하는 제2 커플링유닛(18)에 결합한다. 제2 커플링유닛(18)은 제2 모터(16)의 구동력에 의해 제1 유출관(22a)의 플랜지와 제2 배관(22)의 플랜지를 맞물려 잡고 기밀하게 지지하도록 이루어진다.

제1 커플링유닛(17)은 도 3에 도시한 바와 같이 제1 모터(15)에 의해 제1 배관(21)과 저장용기(13)와의 결합을 유지하거나 해제할 수 있다. 유사하게, 제2 커플링유닛(18)은 제2 모터(16)에 의해 제2 배관(22)과 저장용기(13)와의 결합을 유지하거나 해제할 수 있다.

또한, 다른 구현 형태에서, 제1 및 제2 커플링유닛들(17, 18)은 배관과의 결합이 모터에 의해 지지되는 모터 구동 결합부로서 동작할 뿐 아니라 배관 내부의 개도를 개방 또는 폐쇄 등으로 제어가능한 구조를 구비할 수 있다.

일례로, 제1 커플링유닛(17)은 도 3에 도시한 바와 같이 커플링유닛 몸체에 개도를 개폐가능하게 설치되는 차단유닛(17a)과, 차단유닛(17a)에 연결되어 제1 모터(15)의 구동축에 결합하고 구동축의 회전에 따라 차단유닛(17a)에 구동력을 전달하는 기어유닛(17b)을 구비한다. 여기에서, 구동축은 봉 형태를 구비하고 그 표면에 구동기어를 구비할 수 있다. 그리고, 기어유닛(17b)은 한 쌍의 너트 바 형태를 구비하고 구동축에 소정의 이격 거리들 두고 결합되어, 구동축이 제1방향으로 회전할 때 한 쌍의 너트 바들의 이격 거리가 좁혀져 차단유닛(17a)이 개도를 개방하도록 동작하고, 구동축이 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로 회전할 때 한 쌍의 너트 바들의 이격 거리가 넓혀져 차단유닛(17a)이 개도를 폐쇄하도록 동작할 수 있다.

전술한 모터 구동 결합부의 구성에 의하면, 저장용기(13) 내에 일정 무게나 일정 압력의 방사성 콘크리트 벽의 연마 부산물이 포집되면, 흡기팬(20)의 동작을 중지시키고, 제1 배관(21)과 제2 배관(22)을 커플링유닛들(17, 18)로 폐쇄한 상태에서 제1 유입관(21a)과 제1 유출관(22a)을 분리하고 제1 유입관(21a)과 제1 유출관(22a)이 결합된 저장용기(13)를 새로운 빈 저장용기(13)로 신속하게 교체할 수 있다. 새로운 빈 저장용기(13)는 새로운 카트에 실린 상태로 카트와 함께 교체될 수 있다.

전술한 모터 구동 결합부의 구성에 의하면, 방사화 콘크리트 분진 포집장치는, 저장용기(13)의 교체시 제1 및 제2 커플링유닛들(17, 18)의 동작이나 상태를 제어하여 제1 배관(21)의 개도를 막은 상태에서 제1 유입관(21a)과 제1 배관(21) 간의 결합을 해제하고, 제2 배관(22)의 개도를 막은 상태에서 제1 유출관(22a)과 제2 배관(22) 간의 결합을 해제할 수 있다. 그 경우, 제1 배관(21)이나 제2 배관(22)을 통해 방사화 콘크리트 분진이 작업 공간에 분산되는 것을 방지할 수 있다. 역으로, 제1 및 제2 커플링유닛들(17, 18)에 의해 저장용기(13)의 유입구와 유출구를 폐쇄한 상태에서 배관들과의 결합을 해제하여 저장용기(13) 내부를 기밀하게 막은 상태에서 저장용기(13)를 교체하도록 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 커플링유닛들(17, 18)은 방사능 유출방지 캡으로서 기능할 수 있다.

본 실시예에 따른 제2 포집유닛(30)은 도 4에 도시한 바와 같이 흡기팬(20)을 게재하고 제2 배관을 통해 제1 포집유닛(10)에 연결된다. 흡기팬(20)의 흡기구에는 제1 배관의 하류측 말단부(22b)가 연결되고, 흡기팬(20)의 배기구는 제2 포집유닛(30)의 원통형 몸체(31)의 상단부 일측면에 연결된다. 원통형 몸체(31)의 몸체 하단부(31a)는 역삼각형 형태 또는 깔때기(funnel) 형태를 구비한다. 몸체 하단부(31a)의 하부측 말단부에는 밸브(32)가 설치된다. 밸브(32)는 로터리 밸브(rotory value)일 수 있다. 원통형 몸체(31)의 하부측에는 제2 저장용기(33)가 연결된다. 원통형 몸체(31)는 지지프레임(34)에 의해 지지되고 보호될 수 있다.

또한, 원통형 몸체(31)에는 원통형 몸체(31)의 상단부에서 삽입되어 원통형 몸체(31)의 내부 공간에서 이중관 형태를 구비하는 배기관(35)이 연결된다. 배기관(35)의 일단부(35a)는 원통형 몸체(31)의 내부 공간을 가로질러 깔때기 형태의 몸체 하단부(31a)의 바로 윗부분까지 연장된다. 배기관(35)의 타단부는 하류의 다른 구성요소(C part)인 제3 포집유닛(50)에 연결된다.

배기관(35)의 내경은 원통형 몸체(31)의 내경의 약 1/3 내지 1/2인 것이 바람직하다. 원통형 몸체(31)의 중력 방향 또는 수직 방향에서의 길이는 몸체 하단부(31a)의 수직 방향에서의 길이보다 길다. 이러한 사이즈는 제2 포집유닛(30) 내에 역류가 발생하지 않도록 하기 위한 것이다.

전술한 제2 포집유닛(30)의 구조는 고체 또는 액체 상태의 분진이나 먼지를 원심력을 이용하여 가스나 공기와 분리시키기 위한 것이다. 즉, 흡기팬(20)을 통해 유입되는 함진 유체가 원통형 몸체(31)의 내부 공간에서 나사 운동을 할 때, 상대적으로 무거운 분진이나 먼지는 원통형 몸체(31)의 내벽 측으로 이동한 후 몸체 하단부(31a)에 침전하고, 상대적으로 가벼운 가스나 공기는 나사 운동을 끝마치고 배기관(35)을 통해 제2 포집유닛(30)의 외부로 배출되게 된다. 이와 같이 제2 포집유닛(30)은 싸이클론(cyclone) 형식이나 회전 형식을 이용하는 집진기로서 동작하며, 싸이클론 형식으로는 접선유입식이나 축류식을 사용할 수 있다.

전술한 제2 포집유닛(30)의 구조에서 원통형 몸체(31)와 몸체 하단부(31a)는 제2 포집유닛(30)의 바디프레임에 대응하고, 제2 저장용기(33)는 바디프레임에 착탈가능하게 결합하며 바디프레임의 내부 하단부에 퇴적되고 밸브(32)를 통해 배출되는 먼지나 분진을 저장하여 처리하기 위한 분진저장유닛 또는 분진배출유닛에 대응할 수 있고, 원자력폐기물 수거함(BX) 등으로 지칭될 수 있다.

본 실시예에 따른 제3 포집유닛(50)은, 도 5에 도시한 바와 같이, 원통 또는 사각박스 형태의 단면적을 가지고 일정 길이만큼 연장하는 제1 길이를 구비하는 중공형의 메인 프레임(51), 및 메인 프레임(51)의 길이 방향과 직교하는 방향에서의 단면적과 동일한 단면적을 구비하고 메인 프레임(51)의 중간부나 말단부에 유체유동 방향에서 기재된 순서대로 착탈가능하게 설치되는 프리필터(pre filter) 유닛(53), 멤브레인 필터(membrane filter) 유닛(54) 및 헤파 필터(HEPA filter) 유닛(55)을 구비한다.

메인 프레임(51)은 제3 포집유닛(50)의 하우징 또는 케이싱으로서 그 흡기구에는 제2 배관의 말단부(35b)가 연결된다. 흡기구 또는 흡기구 부분(51a)은 제2 배관의 말단부(35b)와 동일한 내경에서 점진적으로 내경이 커지는 원추형(cone) 형태의 내부 공간을 구비할 수 있다. 흡기구 부분(51a)의 일측의 제1 내경은 타측의 제2 내경의 절반 이하의 크기를 가질 수 있다. 이러한 흡기구 부분(51a)의 구성에 의하면, 제2 배관을 통해 제3 포집유닛(50)에 유입되는 함진 가스의 속도를 늦추면서 제3 포집유닛(50)의 메인 프레임(51)의 내부 공간에 함진 가스를 확산시킬 수 있다.

흡기구 부분(51a)에 이어지는 메인 프레임(51)의 내부 공간은 함진 가스가 효과적으로 확산될 수 있도록 적어도 직경 사이즈에 대응하는 길이 방향에서의 확산 공간부(51b)를 구비한다. 메인 프레임(51)의 일부 내부 공간인 확산 공간부(51b)에는 제1 센서(52)가 설치된다. 제1 센서(52)는 확산 공간부(51b)에서 확산되는 함진 가스의 속도, 가스에 함유된 분진량 등을 검출할 수 있다.

확산 공간부(51b)의 하류 측에는 프리 필터(53a), 멤브레인 필터(54a) 및 헤파 필터(55a)가 기재된 순서대로 함진 가스의 흐름을 따라 배치된다.

프리 필터(53a)는 메인 프레임(51)의 일부와 일체로 형성되어 메인 프레임(51)에 직접적으로 착탈가능하게 설치된다. 프리 필터(53a)는 5㎛ 이하의 분진을 포집하도록 필요한 재료를 사용하여 준비될 수 있다. 프리 필터(53a)는 섬유 필터일 수 있다. 함진 가스의 흐름 방향에서 프리 필터(53a)의 폭은 약 50㎛일 수 있다.

프리필터(53a)는 다단 필터 구조의 제1 필터로서, 섬유 재질을 포함하여 이루어지거나, 섬유 재질과 금속 재질을 포함하여 이루어진다. 프리필터(53a)의 섬유 재질은 금속제 메쉬(mesh)로 지지될 수 있다. 금속제 메쉬는 흡기팬이나 배기팬의 압력에 의해 발생하는 강한 풍력에 고속으로 유입되는 방사성 콘크리트 분진에 의해 프리필터(53a)가 손상하는 것을 방지한다. 금속제 메쉬는 스테인레스(stainless) 재질인 것이 바람직하다. 또한, 금속제 매쉬의 철선의 외경은 1.6㎜이고, 인접한 철선들 사이의 간격은 약 6㎜ 정도인 것이 바람직하다. 금속제 메쉬는 스테인레스 재질 외에 일반 철(Fe) 재질의 표면에 아연(Zinc) 또는 크롬 도금 형태로 형성될 수 있다.

멤브레인 필터(54a)는 메인 프레임(51)의 일부와 일체로 형성되어 메인 프레임(51)에 직접적으로 착탈가능하게 설치된다. 멤브레인 필터(54a)는 1㎛ 이하의 분진을 포집하도록 설치될 수 있다. 함진 가스의 흐름 방향에서 멤브레인 필터(54a)의 폭은 약 50㎛일 수 있다.

또한, 헤파 필터(55a)는 메인 프레임(51)의 일부와 일체로 형성되어 메인 프레임(51)에 직접적으로 착탈가능하게 설치된다. 헤파 필터(HEPA filter: High Efficiency Particulate Air filter, 55a)는, 클린룸(clean room) 수준으로 미세한 입자를 여과하는 고성능 필터이다. 헤파 필터(55a)는 0.3㎛ 이하의 분진을 여과하도록 설치될 수 있다. 함진 가스의 흐름 방향에서 헤파 필터(53)의 폭은 약 50㎛일 수 있다.

헤파 필터 유닛(55)의 하류 측에는 배기 공간(56)이 설치되고, 배기 공간(56)에는 패기팬 유닛(60)가 결합될 수 있다. 또한, 배기 공간(56)에는 제2 센서(58)가 설치되어 다단 필터들을 통과한 공기 내의 먼지량을 측정하고, 측정한 신호나 데이터가 제2 센서(58)에서 제어장치로 전송되도록 구성될 수 있다.

전술한 다단 필터 구조에 의하면, 프리 필터 유닛(53), 멤브레인 필터 유닛(54) 및 헤파 필터 유닛(55) 각각을 제3 포집유닛(50)에서 간단히 분리하여 효과적으로 필터 등을 교체하거나 청소할 수 있다. 또한, 중력중심의 분진 포집 단계와 싸이클론 효과에 의한 분진 포집 단계를 거친 함진 가스를 제3 포집유닛(50) 내에서 확산시켜 다단 필터 구조를 통해 단계적으로 분진을 포집함으로써 방사성 콘크리트 분진과 방사능 물질이 여과된 상태의 청정한 공기를 배출(exhaust)할 수 있다.

본 실시예에 따른 방사화 콘크리트 분진 포집장치(이하 간략히 '집진 장치'라고 한다)의 작동 원리를 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 스크래버 등의 전용 툴에 의해 방사능에 오염된 콘크리트 구조물(RCW)의 표면을 깎아낼 때, 집진 장치의 흡기팬(20)에 의한 흡입력에 의해 스크래버에 의해 발생하는 분진은 제1 포집유닛(10)으로 유입된다. 흡기팬(20)의 흡입력은 제1 배관 내 풍속을 기준으로 5㎧ 내지 30㎧를 가변적으로 구현할 수 있도록 설치될 수 있다. 그리고 제1 배관(21)은 수직 방향으로 10m 내지 20m를 연장가능하게 설치되고, 수평 방향으로도 10m 내지 20m를 연장가능하게 설치될 수 있다.

흡입된 분진 중 입자의 크기가 상대적으로 큰 분진은 1차적으로 제1 포집유닛(10)에서 중력중심으로 포집되고, 나머지 분진은 제2 배관(22)을 통해 제2 포집유닛(30)으로 이동하게 된다. 입자의 크기가 상대적으로 큰 분진은 수십 내지 수백 마이크로미터 이상의 입경을 가질 수 있다. 그리고 제2 포집유닛(30)으로 이동하는 분진의 입도는 최대 1000㎛일 수 있다. 이러한 분진의 최대 입도는 제1 포집유닛(10) 내에 제1 배관(21)보다 깊게 삽입되는 제2 배관(22)의 연장 길이에 의해 어느 정도 제어될 수 있다.

또한, 제1 배관(21) 즉 포집관의 길이와 흡기팬(20)의 흡입력은 작업 환경에 따라 포집하는 분진의 크기에 따라 다르게 제어될 수 있다. 일례로, 포집관 내 풍속 5㎧ 이상에서는 입경 10㎛ 이하의 부유 분진을 포집할 수 있고, 40M 포집관에서 10㎧의 풍속 발현 시 입경 40㎛ 이하의 부유 분진을 포집할 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 집진 장치는 작업 환경에 따라 포집관의 길이와 흡기팬의 흡입력을 제어할 수 있다. 또한, 구현에 따라서 작업 초기와 중기 및 후기에 발생하는 분진의 최대 입자 크기에 따라서 혹은, 포집관의 길이에 따라 미리 설정된 흡입력으로 자동 제어되도록 이루어질 수 있다.

다음의 표 1 내지 표 16을 참조하여 분진처리풍속과 분진입도에 따른 제1 포집유닛의 포집효율을 설명한다.

표 1 내지 표 4는 스크래버에서 발생하는 고농도의 함진공기를 초당 5㎧의 중-저속으로 처리할 때, 1~100마이크로미터의 분진이 초당 500g 발생하는 조건에서의 각 분진에 따른 제진특성을 나타낸 것이다.

분진처리풍속 5㎧기준 분진입도 1㎛, 5㎛ 거동해석결과
분진입경	1micron	5micron
해석결과
평균분진잔류시간	5.2초	3.5초

표 1에서 알 수 있는 바와 같이 1-5㎛의 미세분진은 유체의 속도에 따른 관성력의 증가로 제1 포집유닛 내에서 지속적으로 유동하며 상당부분 탈출하는 것으로 나타났다. 실제 출구로부터 탈출하는 분진의 양이 많을 뿐 아니라 제1 포집유닛 내에서의 평균체류시간이 1㎛의 경우 5.2s, 5㎛의 경우 3.5s로 유동경로가 길어져 체류분진의 제거성능이 저하되었다.

분진처리풍속 5㎧기준 분진입도 10㎛, 20㎛ 거동해석결과
분진입경	10micron	20micron
해석결과
평균분진잔류시간	3.1초	2.7초

표 2에서와 같이 10-20㎛의 중형분진의 경우 유속의 흐름에 따른 분진의 운동성능과 분진의 무게에 따른 중력의 영향이 동시에 발현하는 운동특성을 나타내었고, 유입구 근처에서 유동하는 분진은 관내의 마찰저항에 의하여 속도가 줄어들어 1차 포집장치 내에 포집이 가능하다. 하지만, 유입구의 중앙부에 위치하는 분진의 경우 속도장의 영향으로 인해 제1 포집유닛 내에서 비산하여 움직이며 일부 유출구를 통해 배출하므로 포집성능을 약화시키는 것으로 나타났다.

분진처리풍속 5㎧기준 분진입도 30㎛, 50㎛ 거동해석결과
분진입경	30micron	50micron
해석결과
평균분진잔류시간	2.2초	1.2초

표 3에서와 같이 30-50㎛의 중형분진은 대다수 중력에 의해서 침강하게 되나 유체의 속도에 따른 관성력이 증가되는 일부 분진은 유출구를 통해 탈출하는 것으로 나타났으나, 낮은 입도에 비해서 그 양은 미미한 것으로 나타났다.

30㎛의 입경을 가지는 분진의 경우 평균 체류속도는 2.2s, 50㎛입경의 경우 1.2s로 분진 체류시간이 상당히 단축되었다.

분진처리풍속 5㎧기준 분진입도 80㎛, 100㎛ 거동해석결과
분진입경	80micron	100micron
해석결과
평균분진잔류시간	0.5초	0.1초

표 4에서와 같이 80-100㎛의 대형분진의 경우, 유입구 측에서 제1 포집유닛에 도달 시 신속히 중력에 의한 침강이 가능한 것으로 나타났으며, 해당 크기의 분진을 거동하기에 충분한 유속이 아닌 것으로 판단되었다.

80㎛의 경우 평균체류시간은 0.5s, 100㎛의 경우 평균체류시간은 0.1s 이내로 나타났다.

이러한 거동분석을 통해 유입구 측에서 유입되는 분진의 양과 유출구 측으로 탈출하는 분진의 유로체적에 따른 부피의 비를 통해 설정유속 5㎧에서 각 입도별 분진제거 효율은 도 6의 그래프에서 '△'모양으로 표시한 바와 같이, 50㎛이상의 대형분진은 100% 제1 포집유닛에서 처리가 가능한 것으로 나타났으며, 입경이 작아지는 경우 운동력의 증가로 인한 탈출 분진의 수가 증가하고, 20㎛의 경우 62%, 30㎛의 분진은 92%의 제진효율을 가지는 것으로 분석되었으며, 1-10㎛의 소형 미세먼지의 경우 50%이내의 제진효율을 얻을 수 있는 것으로 파악되었다.

이어서, 표 5 내지 표 8은 스크래버에서 발생하는 고농도의 함진공기를 초당 10㎧의 중속으로 처리할 때, 1~100마이크로미터의 분진이 초당 500g 발생하는 조건에서의 각 분진에 따른 제진특성을 나타낸 것이다.

분진처리풍속 10㎧기준 분진입도 1㎛, 5㎛ 거동해석결과
분진입경	1micron	5micron
해석결과
평균분진잔류시간	2.7초	1.8초

표 5에서와 같이 1-5㎛의 미세분진은, 유체의 속도에 따른 관성력의 증가로 처리풍속 5㎧의 경우와 같이 지속적으로 유동하며 상당부분 탈출하게 되는데, 평균체류시간은 단축되는 것으로 나타났다.

유입구 측에 투입된 분진이 실제 유출구 측으로 빠져나가는 평균체류시간이, 1㎛의 경우 2.7s, 5㎛의 경우 1.8s로 운동성의 증가로 인한 유동경로의 단축이 예상되며, 이는 제진효율을 저하시키는 것으로 판단되었다.

분진처리풍속 10㎧기준 분진입도 10㎛, 20㎛ 거동해석결과
분진입경	10micron	20micron
해석결과
평균분진잔류시간	1.4초	1.3초

표 6에서와 같이 10-20㎛의 중형분진의 경우, 유속의 흐름에 따른 분진의 운동성능과 분진의 무게에 따른 중력의 영향이 동시에 발현하는 운동특성을 나타내었다. 특히 10㎛와 20㎛의 체류시간이 유사하게 나타났는데, 해당 속도에서 20㎛의 분진의 경우 운동성이 높아져 중력에 따른 침강을 막은 효과로 분석되었다.

분진처리풍속 10㎧기준 분진입도 30㎛, 50㎛ 거동해석결과
분진입경	30micron	50micron
해석결과
평균분진잔류시간	1.0초	0.6초

표 7에서와 같이 30-50㎛의 중형분진은, 상당수 해당 시스템의 효과인 중력침강에 따른 제진효율을 향상을 기대할 수 있으나, 일부 유체속도에 따른 관성력이 증가되는 분진은 유출구을 통해 탈출하는 것으로 나타났다.

30㎛의 입경을 가지는 분진의 경우 평균 체류속도는 1.3s, 50㎛입경의 경우 0.6s로 분진 체류시간이 상당히 단축되었다.

분진처리풍속 10㎧기준 분진입도 80㎛, 100㎛ 거동해석결과
분진입경	80micron	100micron
해석결과
평균분진잔류시간	0.3초	0.2초

표 8에서와 같이 80-100㎛의 대형분진의 경우, 유입구 측에서 포집장치에 도달하는 경우 대다수의 분진은 신속히 중력을 통해 침강이 가능하나 일부 난류 층에 속하는 분진들은 지속적으로 포집장치 내분에서 충돌하며, 해당 분진의 일부는 유출구를 통해 탈출하는 것으로 나타났다. 80㎛의 경우 평균체류시간은 0.3s, 100㎛의 경우 평균체류시간은 0.2s 이내로 나타났다.

이러한 거동분석을 통해 유입구 측에서 유입되는 분진의 양과 출구 측으로 탈출하는 분진의 유로체적에 따른 부피의 비를 통해 설정유속 10㎧에서 각 입도별 분진제거 효율은 도 6의 그래프에서 '□'모양으로 표시한 바와 같이, 50㎛이상의 대형분진은 98%이상 제거가 가능하나 50-80㎛의 분진 중 난류에 흐름에 의한 일부탈출에 따른 효율저하가 예상되므로 이에 대한 대책이 필요하다. 중-소형 분진의 입경구간에 있어서, 30㎛크기의 분진은 85%이상 제거가 가능한 것으로 나타났으나, 20㎛ 분진에 대한 제진효율이 급격히 저하되는 것으로 나타났다.

이의 원인으로는 유속의 증가에 따른 분진의 운동성이 발생되는 분진의 입도가 커진 것으로 파악된다.

1-10㎛의 소형 미세먼지의 경우 40%이내의 제진효율을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

이어서, 표 9 내지 표 12는 스크래버에서 발생하는 고농도의 함진공기를 초당 15㎧의 고속으로 처리할 때, 1~100마이크로미터의 분진이 초당 500g 발생하는 조건에서의 각 분진에 따른 제진특성을 나타낸 것이다.

분진처리풍속 15㎧기준 분진입도 1㎛, 5㎛ 거동해석결과
분진입경	1micron	5micron
해석결과
평균분진잔류시간	0.8초	1.0초

표 9에서와 같이 1-5㎛의 미세분진은, 유체의 속도가 증가함에 따라, 유출구측으로 유동하며 상당부분 탈출하며, 분진의 포집장치 내 평균체류시간은 단축되는 것으로 나타났다. 유입구측에 투입된 분진이 실제 유출구측으로 빠져나가는 평균체류시간이, 1㎛의 경우 0.87s, 5㎛의 경우 1.6s로 중저속 환경에 비해 운동성의 증가로 인한 유동경로의 단축이 예상되었다.

분진처리풍속 15㎧기준 분진입도 10㎛, 20㎛ 거동해석결과
분진입경	10micron	20micron
해석결과
평균분진잔류시간	1.6초	1.8초

표 10에서와 같이 10-20㎛의 중형분진의 경우, 유속의 흐름에 따른 분진의 운동성능과 분진의 무게에 따른 중력의 영향이 동시에 발현하는 운동특성을 나타내었다. 특히 10㎛와 20㎛의 체류시간이 각각 1.8s와 1.6s로 중저속 유체속도에 비하여 체류시간이 증가하는데 이는 유체의 속도상승에 따른 1차 포집장치 내의 관성력 증가에 의한 것으로 판단되었다.

유입된 분진의 거동에 따른 에너지 소산이 충분히 이루어지지 않기 때문에 탈출분진의 양이 증가하는 것으로 파악되었다.

분진처리풍속 15㎧기준 분진입도 30㎛, 50㎛ 거동해석결과
분진입경	30micron	50micron
해석결과
평균분진잔류시간	2.3초	2.0초

표 11에서와 같이 30-50㎛의 중형분진은, 유속에 의한 관성증가로 중력침강에 따른 제진효율이 중저속 유속을 확보하는 경우에 비하여 낮은 것으로 판단되었다. 30㎛의 입경을 가지는 분진의 경우 평균 체류속도는 1.6s, 50㎛입경의 경우 1.8s로 분진 체류시간이 증가하게 되고, 유출구로 탈출하는 분진의 양이 증가하는 것으로 나타났다.

분진처리풍속 15㎧기준 분진입도 80㎛, 100㎛ 거동해석결과
분진입경	80micron	100micron
해석결과
평균분진잔류시간	4.0초	2.3초

표 12에서와 같이 80-100㎛의 대형분진의 경우, 앞서 설명한 중저속 분진처리속도 환경과 유사하게 대다수 분진이 침강하는 것으로 나타났으나, 일부 80㎛의 분진중 난류층에 속하는 분진들은 지속적으로 포집장치 내분에서 충돌하며, 체류시간이 증가하고 일부 분진은 유출구를 통해 탈출하는 것으로 나타났다. 80㎛의 경우 평균체류시간은 4.0s, 100㎛의 경우 평균체류시간은 2.3s으로 형성되었다.

이러한 거동분석을 통해 유입구 측에서 유입되는 분진의 양과 유출구 측으로 탈출하는 분진의 유로체적에 따른 부피의 비를 통해 설정유속 15㎧에서 각 입도별 분진제거 효율은 도 6의 그래프에서 '○'모양으로 표시한 바와 같이, 100㎛이상의 대형분진은 99%이상 제거가 가능하나 50-80㎛의 분진의 제1 포집유닛에 의한 제진효율은 90~98%로 중저속인 조건보다 효율이 떨어지는 것으로 나타났다.

20-30㎛크기의 분진은 제진효율이 약 50-70%로 유속의 증가에 따른 분진운동이 높아져 제진효율이 낮아지는 현상이 관측되었으며, 1-10㎛의 미세먼지의 경우 40%이내의 제진효율을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

이어서, 표 13 내지 표 16는 스크래버에서 발생하는 고농도의 함진공기를 초당 30㎧의 고속으로 처리할 때, 1~100마이크로미터의 분진이 초당 500g 발생하는 조건에서의 각 분진에 따른 제진특성을 나타낸 것이다.

분진처리풍속 30㎧기준 분진입도 1㎛, 5㎛ 거동해석결과
분진입경	1micron	5micron
해석결과
평균분진잔류시간	0.62초	0.82초

표 13에서와 같이 1-5㎛의 미세분진은, 입경이 작고 속도가 높아, 유출구 측으로 유동하며 상당부분 탈출하고, 분진의 제1 포집유닛내 평균체류시간은 단축되는 것으로 나타났다. 유입구 측에 투입된 분진이 실제 출구 측으로 빠져나가는 평균체류시간이, 1㎛의 경우 0.62s, 5㎛의 경우 0.82s로 중저속 환경에 비해 운동성의 증가로 인한 유동경로 단축이 발생되어 제진효율이 낮아질 것으로 판단되었다.

분진처리풍속 30㎧기준 분진입도 10㎛, 20㎛ 거동해석결과
분진입경	10micron	20micron
해석결과
평균분진잔류시간	1.4초	0.7초

표 14에서와 같이 10-20㎛의 중형분진의 경우, 유속의 흐름에 따른 분진의 운동성능과 분진의 무게에 따른 중력의 영향이 동시에 발현하는 운동특성을 나타났다. 특히 10㎛와 20㎛의 체류시간이 각각 0.8s와 1.4s로 중저속 유체속도에 비하여 체류시간이 증가하는데 10㎛의 경우 탈출분진의 속도가 높아 체류시간이 낮아지지만, 20㎛의 경우 탈출분진의 속도가 높더라도 분진체의 무게로 인해 포집장치내의 운동시간이 길어지는 것으로 나타났다.

분진처리풍속 30㎧기준 분진입도 30㎛, 50㎛ 거동해석결과
분진입경	30micron	50micron
해석결과
평균분진잔류시간	0.4초	1.2초

표 15에서와 같이 30-50㎛의 중형분진은, 유속에 의한 관성증가로 중력침강에 따른 제진효율이 중저속 유속을 확보하는 경우에 비하여 낮은 것으로 판단되었다. 30㎛의 입경을 가지는 분진의 경우 평균 체류속도는 0.4s, 50㎛입경의 경우 1.2s로 분진 체류시간이 줄어들어 유출구로 탈출하고, 탈출분진의 양도 다른 속도조건에 비해 증가하는 것으로 나타났다.

분진처리풍속 30㎧기준 분진입도 80㎛, 100㎛ 거동해석결과
분진입경	80micron	100micron
해석결과
평균분진잔류시간	2.0초	1.3초

표 16에서와 같이 80-100㎛의 대형분진의 경우, 앞서 설명한 중저속 분진처리속도 환경과 유사하게 대다수 분진이 침강하는 것으로 나타났으나, 일부 80㎛의 분진중 난류층에 속하는 분진들은 지속적으로 포집장치 내분에서 충돌하며, 체류시간이 증가하고 일부 분진은 유출구를 통해 탈출하는 것으로 나타났다. 80㎛의 경우 평균체류시간은 4.0s, 100㎛의 경우 평균체류시간은 1.3s으로 형성되었다.

이러한 거동분석을 통해 유입구 측에서 유입되는 분진의 양과 유출구 측으로 탈출하는 분진의 유로체적에 따른 부피의 비를 통해 설정유속 30㎧에서 각 입도별 분진제거 효율은 도 6의 그래프에서 '◇'모양으로 표시한 바와 같이, 100㎛이상의 대형분진은 99%이상 제거가 가능하나 50-80㎛의 분진의 1차 포집장치에 의한 제진효율은 90~98%로 중저속인 조건보다 효율이 떨어지는 것으로 나타났다.

10-30㎛크기의 분진은 제진효율이 약 40-70%로 유속의 증가에 따른 분진운동이 높아져 제진효율이 낮아지는 현상이 관측되었으며, 1-5㎛의 초미세분진의 경우 30%이내의 제진효율을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

이상과 같이, 제1 포집유닛의 경우 중력에 의한 침강이 주요 제진메커니즘으로 분진입경이 크고 속도에 의한 관성력이 낮은 경우 유효하게 되는데, 유속이 증가할수록 관성력을 가지는 관성력을 가지는 분진의 입경이 커지는 것으로 나타났다.

또한 함진공기의 처리풍속을 5㎧(저속)~30㎧(고속)에 따른 제진효율을 검토한 결과, 대상분진을 세 부분으로 구성하는 경우에 있어 대형분진(80-100㎛), 소형분진(20-50㎛), 미세분진(1-10㎛)이 공통적으로 풍속이 증가할수록 제진효율이 낮아지는 현상을 보였으며, 풍속의 증가에 따른 분진거동의 입경도 커지는 것으로 나타났다.

도 6의 처리 풍속별 분진입도 제진효율을 나타낸 그래프에서와 같이, 대형분진의 경우 모든 속도에서 98%이상의 분진처리가 가능한 것으로 파악되며, 소형분진의 경우 속도가 증가할수록 제진효율이 낮아지는 것으로 나타났으며, 미세분진의 경우 최대 약 40%의 분진제거 효율(5㎧ 기준)을 예상할 수 있었다.

또한 스크래퍼에서 발생하는 분진의 입도와 양에 따라 처리 풍속은 달라져야 할 것으로 예상되나 신속한 함진공기 처리를 위해 유속을 높이더라도 접합관경의 변경을 통해 제1 포집유닛 측으로의 유입속도는 5㎧ 이내로 유지하는 것이 제진효율을 향상시키는데 적합한 것으로 판단되었다.

다음으로, 제2 포집장치(30)에 유입된 분진 중 상대적으로 무거운 분진은 원심력에 의해 원통형 몸체(31)의 내벽을 따라 침전하여 원통형 몸체(31)의 하부에 쌓이고, 밸브(32)를 통해 주기적으로 혹은 간헐적으로 제2 저장용기(33)에 분리 저장하게 된다. 제2 포집장치(30)는 분진 내 입도 약 3㎛ 이상의 입자들을 침전시키도록 작동 환경이 설정될 수 있다. 작동 환경은 흡기팬(20)의 흡입력과, 원통형 탱크(31)의 내경, 원통형 탱크(31)의 수직 길이, 배기관(35)의 내경 등에 의해 결정될 수 있다.

다음으로, 제3 포집장치(50)는 배기관(35)을 통해 유입된 분진을 분진 내 입자의 크기에 따라 단계적으로 여과한다. 여기에서, 제3 포집장치(50)에 설치되는 프리필터 유닛(53), 멤브레인 필터 유닛(54) 및 헤파 필터 유닛(55) 각각은 제3 포집장치(50)의 하우징 즉 메인 프레임(51)의 일부를 구성하도록 제작되고, 그에 의해 제3 포집장치(50)의 외부에서 직접 필터 유닛을 분리하여 새로운 필터 유닛으로 교환하거나 필터 유닛의 필터 내부를 청소한 후 바로 필터 유닛을 다시 제3 포집장치(50)에 장착할 수 있어, 작업 효율을 극대화하고 사용자 편의성을 크게 향상시킬 수 있다.

헤파 필터(55a)를 통해 나오는 공기는 일정 수준 이상의 청정 공기이며, 이러한 무방사능 청정 공기는 배기 공간(56)과 패기팬 유닛(60)를 통해 외부로 배출되게 된다. 배기 공간(56)에 설치되는 제2 센서(58)는 청정 공기의 상태를 검출하고, 제어장치는 제1 센서(52) 및 제2 센서(58) 중 적어도 어느 하나 이상의 감지 신호에 기초하여 흡기팬(20)의 동작을 제어하거나 필터 유닛을 교체하거나 혹은 필터 유닛에 대한 청소를 수행할 수 있다.

본 실시예에 따른 방사화 콘크리트 분진 포집 장치에 의하면, 필터 조합에 따른 회수율, 작업성, 내구성을 고려한 최적의 필터 조합을 제공할 수 있고, 그에 의해 콘크리트 구조물 표면을 연마 방식에 의하 제염 및 포집 처리 시, 콘크리트 분진의 입자 크기에 관계없이 공기 중으로 방사화 콘크리트 분진이 비산하는 것을 방지하고, 방사능에 의해 오염되지 않은 청정한 공기를 대기 중으로 배출하여 2차 피폭을 근복적으로 방지하게 된다.

한편, 전술한 실시예에서는 배기팬 유닛(60)을 별도의 구성으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 배기팬 유닛(60)이 제3 포집유닛(50)과 단일 하우징 형태로 결합하는 형태 등과 같이 제3 포집유닛(50)의 일부 구성요소로서 포함시킬 수 있다.

전술한 실시예에 의하면, 본 발명은 스크래버(200) 등에 의해 발생하는 분진을 중력중심으로 1차 포집하고 사이클론 방식으로 2차 포집하고 다층 필터 박스를 통해 3차 포집하는 구조의 집진 장치를 제공할 수 있다. 즉, 방사화 콘크리트 구조물 표면을 연마 방식에 의하여 제염 처리를 하는 경우, 콘크리트 분말이 공기 중으로 비산하는 것을 방지하고, 방사능에 의해 오염되지 않은 청정한 공기만을 대기중으로 배출하여 2차 피폭을 근복적으로 방지할 수 있는 방사화 콘크리트 분진 포집 장치를 제공할 수 있다.

특히, 본 실시예에 따른 분진 포집 장치에서는 방사화 콘크리트 분진의 1차 포집을 위한 제1 포집유닛과, 2차 포집을 위한 제2 포집유닛과, 3차 포집을 위한 제3 포집유닛 자체에서의 구조, 예컨대 모터 구동 결합 구조나 부분 케이싱 일체형 필터유닛들 등의 구조와, 포집유닛들 간이나 포집유닛과 연결 배관 간의 결합 구조를 개선하여 분진의 무게나 입경에 따른 실질적 5단 필터링 구조를 제공할 수 있고, 그에 의해 우수한 성능을 가지면서 작업성이 우수하고 유지관리가 편리한 집진 장치를 제공할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 집진 장치를 사용하는 경우에는 각 포집유닛의 저장용기나 필터를 간편하게 교체할 수 있고, 방사화 콘크리트 분진에 대한 작업 시 작업 중지 시간을 최소화하면서 작업 연속성을 확보하고, 사용자의 작업 편의성을 높이면서 방사화 분진의 제염 및 포집에 매우 효과적인 방사화 콘크리트 분진 포집 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 분진 포집 장치를 사용하는 경우에는 원자력 발전소 등의 콘크리트 구조물 해체시 발생하는 방사성 콘크리트 구조물의 분진을 효과적으로 분리하여 제거함으로써, 처분 비용 관점에서 사업자의 경제적 부담을 줄일 수 있는 장점이 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

10 : 제1 포집유닛 11 : 카트
12 : 바퀴 13 : 저장용기
17 : 제1 모터 구동 결합부 18 : 제2 모터 구동 결합부
20 : 흡기팬 21 : 제1 배관
22 : 제2 배관 30 : 제2 포집유닛
50 : 제3 포집유닛 200 : 스크래버

Claims (4)

1. 스크래버(Scrabber)에 의해 연마되는 콘크리트의 분진을 제염 및 포집하는 장치로서,
   상기 스크래버에 제1 배관을 통해 연결되는 유입구, 제2 배관이 연결되는 유출구, 및 상기 유입구와 유출구가 고정되며 상기 스크래버 측에서 유입되는 분진 중 일부가 중력중심으로 포집되어 저장되는 저장용기를 구비하는 제1 포집유닛:
   상기 제2 배관에 연결되어 상기 제1 배관 내에 흡입력을 제공하는 흡기팬;
   상기 제2 배관을 통해 상기 흡기팬을 사이에 두고 상기 제1 포집유닛과 연결되며 상기 제1 포집유닛으로부터의 분진 내 미세먼지를 사이클론 효과에 의해 포집탱크 저부에 집적하여 포집하는 제2 포집유닛;
   상기 제2 포집유닛의 유출구에 연결되며 상기 분진 내 미세먼지를 다단 필터유닛들에 의해 포집하는 제3 포집유닛;
   상기 제1 포집유닛의 상기 유입구와 상기 제1 배관을 결합하는 제1 모터 구동 결합부;
   상기 제1 포집유닛의 상기 유출구와 상기 제2 배관을 결합하는 제2 모터 구동 결합부;
   상기 제1 포집유닛의 저장용기를 수납하는 카트; 및
   상기 카트의 바닥면에 설치되어 카트의 이동을 가능하게 하는 바퀴를 포함하며,
   상기 흡기팬의 흡입력은 제1 배관 내 풍속을 기준으로 5㎧ 내지 30㎧에서 가변할 수 있도록 되며,
   상기 저장용기의 교체시 상기 제1 및 제2 모터 구동 결합부를 제어하여 상기 유입구와 상기 제1 배관 간의 결합을 해제하고, 상기 유출구와 상기 제2 배관 간의 결합을 해제하며,
   상기 저장용기의 내부는 방사능 유출방지 캡에 의해 기밀하게 폐쇄되며,
   상기 제1 포집유닛의 상기 유출구가 상기 저장용기 내부에서 연장하는 길이는 상기 제1 포집유닛의 상기 유입구가 상기 저장용기 내부에서 연장하는 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 방사화 콘트리트 분진 포집장치.
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