KR102634985B1 - 사용후 비계용 아연도 강관의 레이저 표면제염 장치 및 방법 - Google Patents

사용후 비계용 아연도 강관의 레이저 표면제염 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자로 시설 내부에서 사용된 오염된 비계용 아연도 강관의 표면을 제염하기 위한 레이저 빔을 생성하는 레이저와, 레이저 빔을 비계용 아연도 강관에 표면에 조사함에 의하여 녹이거나 증발시키거나 분리된 오염물질을 표면에서 완전히 분리시켜 제염하기 위한 압축공기 공급펌프를 구비한 레이저 제염장치 및 제염방법에 관한 것이다.

Description

사용후 비계용 아연도 강관의 레이저 표면제염 장치 및 방법{Laser decontamination device and method a used zinc coated steel pipe in a nuclear power plant}
본 발명은 원자로 시설 내부에서 사용 후 오염된 비계용 아연도 강관의 외부 및 내부의 표면의 원격 제염을 위하여 레이저 표면제염 장치 및 방법이며, 상세하게는, 원자로 시설 내부에서 사용 후 오염된 비계용 아연도 강관의 표면을 제염하기 위한 레이저 빔을 생성하는 레이저와, 레이저 빔을 비계용 아연도 강관 표면에 조사함에 의하여 녹이거나 증발시켜, 분리된 오염물질을 표면에서 완전히 분리시켜 제염하기 위한 압축공기 공급펌프를 구비한 레이저 제염장치 및 방법에 관한 것이다.
원자로 시설 내부에서 사용 후 오염된 비계용 아연도 강관을 원자로 시설 외부로 인출하기 위해서는 오염된 비계용 아연도 강관의 외부 및 내부의 표면에 소정의 두께로 축적된 방사능 오염 물질의 제염이 필수적이다.
오염된 비계용 아연도 강관은 방사능 오염원으로부터 방사되는 방사선 때문에 작업자가 용이하게 접근하여 제염작업을 할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 최대 수만 개의 비계용 아연도 강관 사용후 오염층의 두께가 수십 미크론 이하이며, 오염층의 제염을 위하여 작업 시 일반적인 기존의 수세식 수중방법으로는 강관 내부의 제염을 용이하게 수행할 수 없는 문제점이 있다.
비계용 아연도 강관의 길이와 오염 두께에 비례하여 슬러지 및 폐수 형태의 방사성 이차 폐기물이 발생하는 문제점 및 비계용 아연도 강관의 제염에 소요되는 작업시간도 길어서 인건비를 포함한 많은 부대 비용이 발생한다.
따라서 기존의 브러쉬 등을 이용한 습식 제염방법과 비교하여 제염 깊이를 임의적으로 조절할 수 있어서 이차 방사성 폐기물의 발생을 감소시키고, 제염속도를 증가시키는 원격 레이저를 이용한 제염기술을 개발하고, 아연도 강관내부의 좁은 공간에서도 제염작업이 가능한 레이저 빔 조사헤드를 설계 제작하여 용이하게 강관 내부를 제염할 수 있도록 하는데 있다.
또한, 작업자들의 방사능 피폭을 줄이기 위하여 방사능 오염원인 강관으로부터 떨어진 원거리에서 원격 레이저 조사헤드의 위치제어 및 강관 내부제염을 할 수 있는 원격 레이저 제염장치를 제공하는데 있다.
대한민국 공개특허공보 : 10-2015-0006959 대한민국 공개특허공보 : 10-2016-0035708
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 원자로 시설 내부에서 사용 후 오염된 외경 48.6미리, 내경 44.0미리 비계용 표준 아연도 강관의 외부 및 내부의 표면을 레이저 빔을 이용하여 원격으로 제염할 수 있는 사용후 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 원자로 시설 내부에서 사용 후 오염된 비계용 아연도 강관의 외부 및 내부의 표면을 레이저 제염 장치를 이용하여 제염 시 발생하는 이차 오염을 줄이면서 신속하게 제거하기 위하여 레이저 빔으로 표면을 소정 두께로 녹이거나 또는 증발시켜 분리시킨 오염 물질을 압축공기로 불어서 표면으로부터 떨어진 오염물질을 집진기로 흡입하도록 구성된 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 제염 대상물을 제염하는 시간을 줄이고 비산하는 오염물질에 의한 이차 오염을 최소화하기 위하여 제염 대상물에 레이저 빔 초점의 직경이 0.1㎜ 로 형성되도록 제작하되, 압축공기 공급축과 레이저 빔의 조사축이 동축을 이루도록 제작된 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 제염 대상인 사용 후 오염된 비계용 아연도 강관의 사용 기간에 따른 오염된 표면 깊이별로 레이저 출력 및 레이저 빔의 이송속도 등을 설정하여 신속하게 제염할 수 있는 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 소정의 출력을 가진 펄스 레이저에 기초하여 오염된 외경 48.6미리, 내경 44.0미리 비계용 표준 아연도 강관 오염층의 제염깊이를 구할 수 있다. 제염 깊이(depth) = 70 X e-(rpm/450) -- 수식(1)에 의하여 강관의 회전속도(rpm), 즉 작업속도를 설정할 수 있으며, 제염 깊이를 구할 수 있다. 최적의 작업속도를 적용하여 한번의 제염작업으로 외부 및 내부 표면을 깨끗하게 제거할 수 있으면서 제염시 발생되는 방사성 이차 폐기물의 발생을 최소화시킬 수 있는 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 소정의 출력을 가진 펄스 레이저로 비계용 아연도 강관의 외부 또는 내부표면에 축적된 오염물질을 녹이거나 증발시켜, 레이저 빔을 조사하여 표면으로부터 분리시키는 단계와, 녹은 오염물질 또는 분리된 오염물질을 압축공기로 불어서 표면으로부터 제거하는 단계와, 아연도 강관의 외부 또는 내부표면에서 제거된 오염물질에 의한 2차 오염을 방지하기 위하여 제거된 오염물질을 집진기로 흡입하는 단계를 포함하는 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염 방법을 제공하는데 있다.
본 발명 과제의 해결 수단으로, 방사성 물질로 오염된 비계용 아연도 강관의 외부 및 내부 표면의 제염은 레이저 빔으로 외부 및 내부의 표면을 소정 두께로 녹이면서 압축공기로 녹인 오염물질을 불어서 표면으로부터 떨어진 오염물질을 집진기로 흡입하도록 구성된 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 작업자의 피폭을 최소화하면서 제염시 발생하는 이차 방사성 오염물질을 줄이면서 원격 제어하여 제염 대상물 내부 및 외부표면을 제염하는 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 제염 대상물의 제염 시간을 줄이고, 이차 오염을 최소화하기 위하여 제염 대상물 내부 및 외부표면에 레이저 빔 초점의 직경이 0.10.1㎜로 형성되도록 제작하되, 제염효율을 높이기 위하여 압축공기 공급축과 레이저 빔의 조사축을 동축을 이루도록 제작된 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 소정의 출력을 가진 펄스형 레이저로 비계용 아연도 강관을 모터로 회전시키면서 제염할 때, 비계용 아연도 강관의 오염물질의 축적된 깊이를 세로축으로 하고, 강관의 회전속도(rpm)를 가로축으로 할 때, 수식(1)과 같이 깊이와 회전수는 서로 지수함적인 관계를 가지며, 그 수식(1)은
제염 깊이(depth) = 70 X e-(rpm/450) ---- 수식(1)
이고,
강관 표면의 오염물질의 축적된 깊이를 측정하고, 측정된 깊이와 수식(1)에 기초하여 강관의 회전속도(rpm)를 결정할 수 있는 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 본 발명에 따른 강관 외부와 내부의 레이저 표면제염 장치에는 강관용 외부표면을 제염하는 제염장치를 설계 제작하여 사용하거나 또는 레이저 표면제염 장치의 레이저 빔 조사헤드에서 레이저 빔 경로를 변경하기 위하여 미러(mirror)를 사용하여 70-110 사이의 소정 각도로 꺾어서 레이저 표면제염 장치를 제작하여 아연도 강관 외부와 내부 표면을 제염할 수 있는 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 소정의 출력을 가진 펄스 레이저로 비계용 아연도 강관의 외부 또는 내부표면에 축적된 오염물질을 녹이거나 증발시켜, 레이저 빔을 조사하여 표면으로부터 분리시키는 단계와, 레이저 빔의 조사에 의해 녹은 오염물질 또는 분리된 오염물질을 압축공기로 불어서 표면으로부터 제거하는 단계와, 아연도 강관의 외부 또는 내부표면에서 제거된 오염물질에 의한 2차 오염을 방지하기 위하여 제거된 오염물질을 집진기로 흡입하는 단계를 포함하는 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 원자로 시설 내부에서 사용 후 오염된 비계용 아연도 강관의 외부 및 내부의 표면을 레이저 제염 장치로 제염하되, 분리 제염된 오염물질에 의한 이차 오염을 줄면서 레이저 빔으로 표면을 소정 두께로 녹이면서 압축공기로 녹인 오염물질을 불어서 표면으로부터 분리 제거하여 깨끗하면서 신속하게 제염할 수 있는 상승된 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 제염 대상물을 제염하는 시간을 줄이고 비산하는 오염물질에 의한 이차 오염을 최소화하기 위하여 제염 대상물에 레이저 빔 초점의 직경이 0.1㎜로 형성되도록 제작하되, 압축공기 공급축과 레이저 빔의 조사축이 동축을 이루도록 설계 제작하여 레이저 빔에 의하여 오염물질을 녹이거나 분리시키면서 녹거나 분리된 오염물질을 압축 공기로 불면서 집진기로 흡입하여 효율적으로 제염할 수 있는 유리한 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 제염 대상인 사용 후 오염된 비계용 아연도 강관의 사용 기간에 따른 오염된 표면 깊이별로 레이저 출력 및 레이저 빔의 이송 속도 등을 설정하여 제염 깊이와 무관하게 효율적으로 깨끗하고 신속하게 제염할 수 있는 상승된 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 광섬유를 이용한 레이저 빔 전송과, 압축 공기를 공급하기 위한 공급호스와, 제염된 오염물질을 신속하게 흡입 제거하기 위한 집진기를 구비하고 원격 제어가 가능하므로 강관의 협소한 내부표면의 제염을 가능하게 하면서 작업자의 피폭을 방지할 수 있는 상승된 효과가 있다.
도 1은 방사화된 비계용 아연도 강관의 내부를 제염하기 위하여 레이저 빔을 90도 꺾기 위한 광학계가 설치된 제염장치의 레이저 빔 조사헤드를 나타낸 것이다.
도 2는 방사화된 비계용 아연도 강관의 외부표면 제염을 위해 집광 렌즈를 이용하여 레이저 빔을 강관의 외부표면에 조사하는 제염장치의 레이저 빔 조사헤드를 나타낸 것이다.
도 3은 방사화된 비계용 아연도 강관의 외부 또는 내부를 레이저 빔으로 제염하기 위한 본 발명의 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 강관과 집진기사이에 설치되는 밀폐형 어댑터를 도시한 것이다.
도 5는 레이저 빔과 압축공기를 공급하는 공기 공급축을 동축으로 형성하는 하나의 예를 도시한 것이다.
도 6은 상기 스팩을 가진 펄스형 레이저를 이용하여 아연도 강관 내부 및/또는 외부에 축적된 오염 물질의 제염 깊이와 강관 회전수(rpm)와의 지수함수관계를 나타낸 것이다.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 살펴본다.
본 발명은 원자로 시설 내부에서 사용 후 오염된 비계용 아연도 강관의 외부 및 내부의 표면을 원격 제염하되, 강관 내부 표면의 협소한 공간에서도 사용 가능하도록 압축가스 공급호스와 레이저 빔을 광섬유로 원격 전송하여 제염 대상물에 조사하여 제염하는 제염장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 살펴본다.
<실시 예>
본 발명의 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다.
본 발명은 레이저를 이용하여 비계용 아연도 강관 내부 및 외부의 레이저 빔을 조사하는 장치 및 방법이다.
도 1은 방사화된 비계용 아연도 강관의 내부를 제염하기 위하여 레이저 빔(도1의 11)을 90도 꺾기 위한 광학계(도1의 12)가 설치된 제염장치의 레이저 빔 조사헤드를 나타낸 것이다.
도 1에서, 레이저 빔은 광섬유를 이용하여 강관 내부 및 외부까지 전송하도록 설계 제작되며, 전송된 레이저 빔은 집광 광학계 및/또는 절곡 광학계(90도)를 설치하여 레이저 빔을 외부 및/또는 내부로 조사할 수 있도록 구성된다.
도 2는 방사화된 비계용 아연도 강관의 외부표면 제염을 위해 집광 렌즈(도2의 22)를 이용하여 레이저 빔(도2의 21)을 강관(도2의 23)의 외부표면에 조사하는 제염장치의 레이저 빔 조사헤드를 나타낸 것이다.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 하나의 실시 예로 사용후 비계용 아연도 강관의 원격 레이저 표면제염장치의 레이저 빔 조사헤드를 나타낸 것이다.
본 발명 명세서에 기재된 압축공기는 인체 무해한 고압가스를 사용해도 무방하다.
본 발명 명세서 상의 좌, 우, 수평, 수직, 위, 아래 등의 표현은 도면에 도시된 사항을 기준으로 기재한 것이다.
본 발명 명세서 상에는 '비계용 아연도 강관'과 이를 줄여서 '강관'이라는 단어를 혼용 사용하고 있으며, 둘 다 동일한 의미를 가진다.
본 발명에 따른 방사화된 비계용 아연도 강관 표면제염장치의 레이저 빔 조사헤드는 도 1과 도 2에 기초하여 이 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 용이하게 변형 설계하여 다양한 형상으로 제작하여 사용할 수 있다.
도 3은 방사화된 비계용 아연도 강관 내부 벽에 레이저 빔을 조사하면서 제염 대상물인 강관을 회전시켜 제염하고 레이저 빔을 좌우로 이송하기 위하여, 로프를 레이저 빔 조사헤드의 일측에 설치하여 수평으로 이송하는 등 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에서, 오염된 비계용 아연도 강관 내부 벽에 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사헤드를 회전하는 것은 어려우므로 제염 대상물인 강관을 모터와 벨트를 이용하여 회전시켜 원주방향으로 레이저 빔을 강관 내부에 조사 제염하도록 구성할 수 있다.
도 3에서, 방사화된 비계용 아연도 강관(도3의 31)의 길이 방향을 제염하기 위해서 레이저 빔 조사헤드(도3의 32)를 소정의 속도로 수평으로 이송하기 위하여 로프(도3의 37)를 감거나 또는 되감기하기 위하여 모터(도3의 33,34)를 이용하여 구성할 수 있다.
구체적으로, 도 3에서와 같이 레이저 빔 조사헤드 일측에 로프(도3의 37)를 연결하고, 레이저 빔 조사헤드를 수평(도 3의 개략도에서)으로 이동시키기 위하여 로프(도3의 37)를 감거나 또는 되감기하기 위한 와인딩/리와인딩용 모터(도3의 33,34)가 장치의 일측에 설치되어 있다.
이와 같은 방사화된 비계용 아연도 강관(도3의 31)을 회전시키는 기술적 구성과 로프(도3의 37)를 모터(도3의 33,34)로 감거나 또는 되감기하여 레이저 빔 조사헤드(도3의 32)를 수평으로 이동시키는 기술적 구성으로 용이하게 강관의 내벽을 스캔하면서 깨끗하게 제염할 수 있다.
도 4는 강관과 집진기사이에 설치되는 밀폐형 어댑터를 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 도 4는 레이저 빔 조사 및 압축공기에 의해 발생된 비산된 이차 오염된 폐기물을 효과적으로 수집하기 위하여 강관과 폐기물 집진기 사이에 밀폐형 아답터의 하나의 실시 예를 도시한 것이다.
강관이 회전하거나 레이저 조사헤드의 회전이 필요할 경우를 대비하여 내부가 빈 동축 회전장치가 요구된다. 동축 회전장치의 내부에 회전 베어링을 수용한 아탑터 장치를 사용하여 강관의 내벽에서 발생하여 비산하는 이차 오염물질을 용이하게 수집할 수 있는 상승된 효과가 있다.
본 발명은 방사능으로 오염된 원자력 발전소에서 사용된 비계용 아연도 강관의 내부 또는 외부의 표면을 안전하고 경제적인 제염을 위한 원격 제어 가능한 레이저 제염장치 및 제염방법이다.
레이저 빔을 조사하여 제염할 때 오염 물질이 비산하면서 발생하는 이차 폐기물을 레이저 빔 조사헤드에 인접하여 설치된 집진기로 흡입하므로 이차 오염을 최소화할 수 있다.
비산하는 오염물질을 흡입하는 집진기는 흡입 펌프 또는 진공펌프를 사용하여 장치의 일측에 설치하여 수행할 수 있다.
소정 출력을 가진 펄스형 레이저를 강관의 내부 또는 외부표면에 조사하면서 강관을 회전시킴과 동시에 레이저 빔 조사헤드를 로프로 좌측 또는 우측으로 와인딩 또는 리와인딩하여 이동하면서 빠른 속도로 제염 작업을 수행할 수 있다.
또한, 작업자의 피폭을 최소화할 수 있도록 광섬유를 이용한 레이저 빔 전송 및 고압 압축공기 공급 호스를 사용하여 현장 상황에 맞는 협소한 공간에서의 제염 및/또는 원격으로 제염 작업을 수행할 수 있다.
상기 레이저 빔을 전송하기 위한 광섬유와, 압축공기를 공급하기 위한 호스 및 제염시 발생하는 오염물질의 흡입하기 위한 집진기와 연결된 오염물질 흡입호스를 일체형 케이블로 제작하여 이동이나 원격 제어시 장치 제어가 용이하도록 구성할 수 있다.
압축공기의 공급은 공기압 펌프를 장치의 일측에 설치하여 수행할 수 있다.
레이저 빔 조사헤드의 크기를 줄이고 효율적으로 제염하기 위하여 레이저 빔과 압축공기를 공급하는 공기 공급축을 동축으로 형성하는 것이 바람직하다.
도 5는 레이저 빔과 압축공기를 공급하는 공기 공급축을 동축으로 형성하는 하나의 예를 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 도5의 경우는 레이저 빔 조사헤드에서 최종 강관으로 향하는 레이저 빔(도5의 51)의 방향과 압축공기(도5의 52)의 공급 방향을 동일하게 형성한 하나의 구체적인 예이며, 다양하게 변형 설계 제작할 수 있다.
강관의 내부 및 외부의 제염 대상물의 제염시간 단축 및 이차적으로 발생하는 방사성 폐기물을 최소화하기 위하여 제염 대상물 표면에 펄스 레이저 빔 초점의 직경이 0.1미리로 형성되도록 레이저 빔 조사헤드를 제작하고, 유연성이 우수한 광섬유를 이용하여 레이저 빔을 아연도 강관의 내부표면으로 전송되도록 설계 제작하는 것이 바람직하다.
아연도 강관 내부의 협소한 공간에서 제염 적용 가능한 레이저 빔 조사헤드를 구성할 때, 제염된 강관 내부 벽과 광섬유로 전송되는 레이저 빔을 강관 내부 벽에 용이하게 조사되도록 하기 위해 레이저 빔 조사헤드 제작 시 공급가스방향 및 레이저 빔 조사 방향을 70-110도사이의 소정 각도로 변경할 수 있도록 제작하는 것이 바람직하다.
작업자들이 방사능 환경에 노출되지 않으면서 좁은 공간에서 작업이 용이하도록 레이저 빔을 원거리에서 전송하기 위한 광전송용 광섬유와 압축공기 또는 공압가스를 공급을 위한 공급 호스의 구조를 일체화시켜 제작하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 다양한 실시 예를 실험 수행한 결과에 기초하여 보다 구체적인 하나의 실시 예를 기술한다.
본 발명은 이러한 실시 예에 제한되지 아니하고 다양한 출력과 크기를 가진 레이저를 사용하여 변형 적용할 수 있으며, 이러한 변형 역시 본 발명의 보호 범위에 속한다.
본 발명을 위하여 수행한 실험에 사용된 레이저는 출력이 30W이고, 1mJ/Pulse, 30 kHz fiber Laser 이다. 제염대상물인 오염되고 아연 도금된 강관의 구격은 외경 48.6미리, 내경 44.0미리 이다.
도 6은 상기 스팩을 가진 펄스형 레이저를 사용하여 아연도 강관 내부 및/또는 외부에 축적된 오염 물질의 제염 깊이와 강관 회전수(rpm)의 지수함수관계를 나타내고 있다.
수식(1)은 도 6의 그래프를 지수함수로 표현한 것이다.
제염 깊이(depth) = 70 X e-(rpm/450) -- 수식(1)
로 주어진다.
도 6에서 획득한 데이터에 기초하여 아연도 강관 내부 및/또는 외부에 축적된 오염 물질의 축적된 깊이를 측정하여 깊이가 클 경우에는 강관 회전수를 낮추고, 깊이가 작을 경우에 강관 회전수를 높게 설정하여 한번의 레이저 빔의 스캔에 의하여 깨끗하면서 신속하게 제염할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 6에서, 세로 축의 제염 깊이(depth)는 레이저 빔으로 제염해야할 축적된 오염물질의 두께를 의미하며, 강관 회전수(rpm)는 제염 대상인 사용후 비계용 아연도 강관이 회전 모터에 의하여 분당 회전하는 회전수를 의미한다.
앞서 기술한 내용에 기초하여 본 발명의 레이저 제염 장치 및 방법의 특허 보호 범위를 요약해 기술한다.
본 발명에 따른 하나의 실시 예는 원자로 시설 내부에서 사용 후 오염된 비계용 아연도 강관의 표면을 제염하기 위한 레이저 빔을 생성하는 레이저와, 레이저 빔을 비계용 아연도 강관에 표면에 조사함에 의하여 녹거나 분리된 오염물질을 표면에서 분리시켜 제염하기 위한 압축공기 공급펌프를 구비하고 강관의 외부 표면 및 내부 표면을 제염할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예는 제염 대상물인 오염된 비계용 아연도 강관의 내부 또는 외부 표면을 레이저 빔을 조사하여 깨끗하고 신속하게 제염할 경우에 강관의 표면에 축적된 오염물질을 녹이거나 증발시켜, 분리시키기 위하여 조사되는 레이저 빔의 조사축과, 레이저 빔에 의하여 녹거나 분리된 오염물질을 표면으로부터 깨끗하고 신속하게 제염하기 위한 압축공기 공급펌프에서 공급하는 압축공기 공급축을 동축으로 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예는 레이저 빔과 압축공기에 의하여 비계용 아연도 강관의 내부 또는 외부 표면으로부터 분리된 오염물질이 비산하면서 발생하는 이차 오염을 방지하기 위하여 레이저 빔 조사헤드에 인접하여 비산된 오염물질을 흡입하기 위한 밀폐형 집진기를 설치할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예는 오염된 비계용 아연도 강관의 표면 제염을 위한 레이저 제염장치를 제작하되, 강관 외부 표면 제염과 강관 내부 표면 제염을 독립적으로 적용할 수 있도록 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예는 오염된 비계용 아연도 강관 내부와 같은 협소한 공간에서 적용 가능한 레이저 제염을 위한 압축공기와 레이저 빔 조사헤드를 제작할 때, 압축공기의 분출방향 및 레이저 빔 조사 방향을 70-110도사이 소정각도로 변경하도록 제작하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예는 작업자의 방사능 피폭을 최소화하기 위하여 레이저 장치와 압축공기 공급펌프에서 원격으로 제어할 수 있도록 레이저 빔 조사헤드까지 광섬유를 사용하여 레이저 빔을 전송하고, 압축공기는 압축공기 공급펌프에서 압축공기 공급호스로 레이저 빔 조사헤드까지 이송하도록 구성하여 레이저 빔과 압축공기를 원격으로 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예는 작업자들이 오염된 강관 방사능에 노출되지 않으면서 좁은 공간에서 작업이 용이하도록 레이저 빔을 원거리 전송하기 위한 광전송용 광섬유와 원거리 압축공기 공급호스를 일체화시켜 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예로, 레이저 빔 조사헤드에는 레이저 조사 및 제염 상태를 확인하기 위한 센서 또는 카메라를 부착 설치하고, 센서 또는 카메라로부터 받은 신호에 기초하여 강관의 제염 상태를 원격으로 모니터링 하도록 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예는 오염된 비계용 아연도 강관 내부와 같은 협소한 공간에서 적용 가능한 레이저 제염을 위한 압축공기를 분출할 수 있는 레이저 빔 전송 헤드 제작할 경우에 제염 대상물인 강관을 모터와 벨트를 이용하여 회전시켜 원주방향으로 레이저 빔을 강관 내부에 조사하여 제염하고, 레이저 빔 조사헤드 일측에 로프를 연결하고, 레이저 빔 조사헤드를 수평으로 소정 속도로 이동시키면서 제염을 자동으로 수행하기 위하여 로프를 감거나 또는 되감기하기 위한 와인딩/리와인딩용 모터를 장치 일측에 설치할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예는 강관 내부 표면의 오염물질 제거하는 제염공정에서, 강관 내부에 설치되는 레이저 빔 조사헤드에는 센터링 디바이스(centering device)가 설치되고, 센터링 디바이스는 레이저 빔 조사헤드로부터 전달된 레이저 빔 촛점이 강관 내부 표면에 정확하게 집속되도록 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예는 소정의 출력을 가진 펄스형 레이저로 비계용 아연도 강관을 모터로 회전시키면서 제염할 때, 도 6에서와 같이 비계용 아연도 강관의 오염물질의 축적된 깊이를 세로축으로 하고, 강관의 회전속도(rpm)를 가로축으로 할 경우에 수식(1)과 같이 깊이와 회전수는 서로 지수함수 관계를 가지며, 수식(1)은
제염 깊이(depth) = 70 X e-(rpm/450) ---- 수식(1) 이고,
강관 표면의 오염물질의 축적된 깊이를 측정하고, 측정된 깊이와 수식(1)에 기초하여 최적의 강관의 회전속도(rpm)를 결정하여 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예로, 레이저 제염방법은 소정의 출력을 가진 펄스 레이저 빔을 조사하여 비계용 아연도 강관의 외부 또는 내부표면에 축적된 오염물질을 녹이거나 표면으로부터 분리시키는 단계와, 레이저 빔의 조사에 의하여 녹거나 또는 분리된 오염물질을 압축공기로 불어서 비계용 아연도 강관 표면으로부터 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예로, 레이저 제염방법은 아연도 강관의 외부 또는 내부표면에서 제거된 오염물질에 의한 2차 오염을 방지하기 위하여 비산된 오염물질을 집진기로 흡입하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시 예로, 레이저 제염방법은 제염 대상물인 강관을 모터와 벨트를 이용하여 회전시켜 원주방향으로 레이저 빔을 강관 내부에 조사 제염하는 단계와, 레이저 빔 조사헤드 일측에 로프를 연결하고, 로프를 감거나 또는 되감기하기 위한 와인딩/리와인딩용 모터로 레이저 빔 조사헤드를 수평으로 소정 속도로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 보호범위는 앞서 기술한 내용에 기초하여 다양하게 권리범위를 변형하여 레이저 제염장치 및 방법을 기재할 수 있다.
본 발명은 원자로 시설 내부에서 사용 후 오염된 비계용 아연도 강관의 표면을 제염하기 위한 레이저 빔을 생성하는 레이저와, 레이저 빔을 비계용 아연도 강관에 표면에 조사함에 의하여 녹이거나 증발시켜, 분리된 오염물질을 표면에서 완전히 분리시켜 제염하기 위한 압축공기 공급펌프를 구비한 레이저 제염장치 및 제염방법을 제공함에 의하여 작업자의 피폭을 최소화하면서 신속하게 제염할 수 있으므로 산업상 이용 가능성이 매우 높다.
11; 레이저 빔 12; 레이저빔 경로변경용 미러
21; 레이저 빔 22; 강관
23; 집광 렌즈
31; 강관 32; 레이저 빔 헤드
33; 34; 와이딩 및/또는 리와이딩 모터
35; 강관 회전용 모터 36; 벨트
37; 로프
41; 밀폐형 아답터 42; 집진 방향
43; 강관 방향
51; 레이저 빔 52; 압축공기
53; 강관 내부표면

Claims (13)

  1. 레이저 제염 장치에 있어서,
    원자로 시설 내부에서 사용 후 오염된 비계용 아연도 강관의 표면을 제염하기 위한 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저와,
    레이저 빔을 비계용 아연도 강관 표면에 조사함에 의하여 증발하거나 분리된 오염물질을 표면에서 분리시켜 제염하기 위한 압축공기 공급펌프를 구비하고, 비계용 아연도 강관의 외부 및 내부 표면을 제염하는 제염장치를 구성하되,
    레이저 빔에 의하여 증발하거나 분리된 오염물질을 표면으로부터 깨끗하고 신속하게 제염하기 위하여 레이저 빔의 조사축과 압축공기 공급펌프에서 공급하는 압축공기 공급축을 동축으로 구성하고,
    비계용 아연도 강관의 외부 표면 제염과 내부 표면 제염을 독립적으로 적용할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 레이저 제염장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    레이저 빔과 압축공기에 의하여 비계용 아연도 강관의 내부 또는 외부 표면으로부터 분리된 오염물질이 비산하면서 발생하는 이차 오염을 방지하기 위하여 레이저 빔 조사헤드에 인접하여 오염물질을 흡입하기 위한 밀폐형 집진기가 설치됨을 특징으로 하는 레이저 제염장치.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    오염된 비계용 아연도 강관 내부와 같이 협소한 공간에서 적용 가능한 레이저 제염을 위한 압축공기를 분출할 수 있는 레이저 빔 조사헤드를 제작할 경우에,
    압축공기의 분출 방향 및 레이저 빔 조사 방향을 70-110도사이의 소정각도로 변경할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 레이저 제염장치.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    작업자의 방사능 피폭을 최소화하기 위하여 레이저 장치와 압축공기 공급펌프에서 원격으로 제어할 수 있도록 레이저 빔 조사헤드까지 광섬유를 사용하여 레이저 빔을 전송하고,
    압축공기는 압축공기 공급펌프에서 압축공기 공급호스로 레이저 빔 조사헤드까지 이송하도록 구성하여 레이저 빔과 압축공기를 원격으로 제어함을 특징으로 하는 레이저 제염장치.
  7. 제6항에 있어서,
    작업자들이 비계용 아연도 강관 표면에 축적된 방사능에 노출되지 않으면서 좁은 공간에서 작업이 용이하도록 레이저 빔을 원거리 전송하기 위한 광전송용 광섬유와 원거리 압축공기 공급호스를 일체화시켜 구성함을 특징으로 하는 레이저 제염장치.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    오염된 비계용 아연도 강관 내부와 같이 협소한 공간에서 적용 가능한 레이저 제염을 위한 압축공기와 레이저 빔 전송 헤드를 제작할 경우에,
    제염 대상물인 비계용 아연도 강관을 모터와 벨트를 이용하여 회전시켜 원주방향으로 레이저 빔을 비계용 아연도 강관 내부에 조사하여 제염하도록 구성하고,
    레이저 빔 조사헤드 일측에 로프를 연결하고, 레이저 빔 조사헤드를 수평으로 소정 속도로 이동시키면서 제염을 자동으로 수행하도록 로프를 감거나 또는 되감기를 하기 위한 와인딩과 리와인딩용 모터를 구비함을 특징으로 하는 레이저 제염장치.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    비계용 아연도 강관 내부 표면의 오염물질을 제거하는 제염공정에서,
    비계용 아연도 강관 내부에 설치되는 레이저 빔 조사헤드에는 센터링 디바이스가 설치되고,
    센터링 디바이스는 레이저 빔 조사헤드로부터 전달된 레이저 빔 촛점이 비계용 아연도 강관의 내부 표면에 정확하게 집속되도록 구성함을 특징으로 하는 레이저 제염장치.
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    소정의 출력을 가진 펄스형 레이저로 비계용 아연도 강관을 모터로 회전시키면서 제염할 때,
    비계용 아연도 강관의 오염물질의 축적된 깊이를 세로축으로 하고,
    비계용 아연도 강관의 회전속도(rpm)를 가로축으로 할 경우에 수식(1)과 같이 깊이와 강판의 회전수는 서로 지수함수 관계를 가지며, 수식(1)은

    깊이(depth) = 70 X e-(rpm/450) ---- 수식(1)
    이고,

    비계용 아연도 강관 표면의 오염물질의 축적된 깊이를 측정하고, 측정된 깊이와 수식(1)에 기초하여 비계용 아연도 강관의 회전속도(rpm)를 결정함을 특징으로 하는 레이저 제염장치.
  11. 레이저 제염 방법에 있어서,
    소정의 출력을 가진 펄스 레이저에서 생성된 레이저 빔을 조사하여 비계용 아연도 강관의 외부 또는 내부 표면에 축적된 오염물질을 증발시키거나 표면으로부터 분리시키는 단계와,
    레이저 빔의 조사에 의하여 증발하거나 또는 분리된 오염물질을 압축공기 공급펌프에서 공급하는 압축공기로 불어서 비계용 아연도 강관 표면으로부터 완전히 제거하는 단계를 포함하되,
    제염 대상물인 비계용 아연도 강관을 모터와 벨트를 이용하여 회전시켜 원주방향으로 레이저 빔을 비계용 아연도 강관 내부에 조사하여 제염하는 단계와,
    레이저 빔 조사헤드 일측에 로프를 연결하고, 로프를 감거나 또는 되감기를 하기 위한 와인딩과 리와인딩용 모터로 레이저 빔 조사헤드를 수평으로 소정속도로 이동시키면서 비계용 아연도 강관 내부를 자동으로 제염하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 레이저 제염방법.
  12. 제11항에 있어서,
    비계용 아연도 강관의 외부 또는 내부표면에서 제거된 오염물질에 의한 2차 오염을 방지하기 위하여 비산된 오염물질을 집진기로 흡입하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 레이저 제염방법.
  13. 삭제
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