KR20130116634A - 방사성 폐기물 탄화장치 - Google Patents

Abstract

방사성 폐기물 탄화장치이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방사성 폐기물 탄화장치는 방사성 폐기물이 파쇄되는 파쇄기; 상기 파쇄기에서 파쇄된 방사성 폐기물을 이송하는 피딩기; 상기 피딩기에서 이송된 폐기물이 탄화되기 이전에 공기가 제거되는 투입 챔버; 상기 투입 챔버를 통해 공급된 방사성 폐기물을 이송하는 제1 이송기; 상기 제1 이송기에서 이송된 방사성 폐기물이 연속으로 이송되도록 구비된 제2 이송기와, 상기 제2 이송기의 외측으로 이격되어 위치하고 상기 방사성 폐기물을 향해 마이크로웨이브를 방출하기 위해 구비된 마이크로 웨이브 발생기를 포함하는 탄화기; 상기 탄화기의 전, 후단부에 구비된 쿨링 챔버; 상기 제1 이송기와 제2 이송기의 작동을 위해 구비된 구동부; 상기 탄화기와 연통 되고, 탄화시 발생 되는 가스에 포함된 유해물질을 분리시키기 위한 고온 챔버; 상기 고온 챔버와 연통 되고 열교환을 통해 고온의 가스를 액화시키는 응축기; 및 상기 응축기와 연통 되고 상기 가스를 진공압으로 흡입하는 진공펌프를 포함한다.

Description

방사성 폐기물 탄화장치{Device of radioactive waste carbonization}

본 발명은 원자력발전소에서 발생되는 폐기물에 대한 처리를 위해 사용되는 탄화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방사능에 오염된 의류 또는 장갑과 같은 저준위폐기물을 탄화시켜 최소한의 부피로 처리함과 동시에, 탄화시 발생되는 고온의 열기로부터 탄화기를 보호할 수 있는 방사성 폐기물 탄화장치에 관한 것이다.

일반적으로 핵 원자로 시설에서 사용 후 폐기되는 각종 의류, 장갑 및 신발 등의 방사능 폐기물은 방사능 오염으로 인해 일반 쓰레기와 달리 소각되지 못하고 폐기물 저장통에 밀폐된 후에 별도로 구비된 저장시설에 방사성 폐기물을 매립 폐기하는 방법이 흔히 사용되고 있다.

그러나 이와 같이 지하에 인공적인 공간을 마련하기 위해 소모되는 비용이 과도하게 투여되고 있으며, 특히 방사능의 누출 위험이 없을 정도로 깊은 곳에 공간을 마련하기에는 비용뿐만 아니라 폐기물의 안전도를 이유로 한 매립지역 주민들의 반대로 핵폐기물저장소를 결정하기 어려운 것이 세계적인 추세이다.

또한 핵폐기물의 육지매립과는 달리 주민들의 반대에 부딪치지 않고 저장소건설에 드는 비용도 절감하여 핵폐기물을 처리하는 방식으로 손쉽게 이용되는 것이 해양투기(ocean dumping)이다.

이미 육지의 핵폐기물저장소 시설이 포화상태에 있고, 노후원자로와 기타 핵폐기물이 상당량 있기 때문에 앞으로도 해양투기를 할 가능성은 배제할 수 없는 실정으로 중요한 생물자원을 포함하고 있는 해양생태계는 먹이사슬로 연결되어있어 그 피해가 해양환경과 해양 생태계뿐만 아니라 인간의 건강에까지 미치게 된다.

종래에는 이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 소각시 발생하는 폐열을 이용하여 열활성 촉매 화학반응에 의해 얻어지는 고온의 수소가스로 방사성 핵폐기물을 완전연소로 용융하여 방사능 누출과 같은 생명과 건강에 위협적인 유해물질의 발생이 극소화되는 환경친화적인 소각기능을 할 수 있는 수소가스를 연료로 한 방사능 핵폐기물 열분해 용융 소각시스템을 제공하고자 하였다.

그러나 이와 같은 종래의 방사능 핵폐기물 열분해 용융 소각시스템은 소각을 위한 소각로를 별도로 운용함으로 인해 이로 인한 설치장소가 제한적이고, 소각에 따른 주민들의 쾌적한 환경 조건을 제공하지 못하는 문제점이 유발되었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2004-0004226호 (공개일: 2004년11월03일)

본 발명의 실시예들은 저준위 폐기물에 대한 탄화를 통해 최소한의 부피 상태로 변화시켜 처리하고 다량의 방사성 폐기물에 대한 용이한 처리를 통해 불필요한 경비 발생을 최소화할 수 있으며, 저준위 폐기물이 탄화되면서 고온의 조건에 노출되는 탄화기의 안정적인 작동을 도모하고자 한다.

본 발명의 실시예들은 저준위폐기물들이 탄화되면서 발생되는 유해물질에 대해 안정적으로 정화시킨 후에 대기중으로 배출시켜 상기 유해물질에 의한 대기 오염 발생을 방지하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 방사성 폐기물이 파쇄되는 파쇄기; 상기 파쇄기에서 파쇄된 방사성 폐기물을 이송하는 피딩기; 상기 피딩기에서 이송된 폐기물이 탄화되기 이전에 공기가 제거되는 투입 챔버; 상기 투입 챔버를 통해 공급된 방사성 폐기물을 이송하는 제1 이송기; 상기 제1 이송기에서 이송된 방사성 폐기물이 연속으로 이송되도록 구비된 제2 이송기와, 상기 제2 이송기의 외측으로 이격되어 위치하고 상기 방사성 폐기물을 향해 마이크로웨이브를 방출하기 위해 구비된 마이크로 웨이브 발생기를 포함하는 탄화기; 상기 탄화기의 전, 후단부에 구비된 쿨링 챔버; 상기 제1 이송기와 제2 이송기의 작동을 위해 구비된 구동부; 상기 탄화기와 연통 되고, 탄화시 발생 되는 가스에 포함된 유해물질을 분리시키기 위한 고온 챔버; 상기 고온 챔버와 연통 되고 열교환을 통해 고온의 가스를 액화시키는 응축기; 및 상기 응축기와 연통 되고 상기 가스를 진공압으로 흡입하는 진공펌프를 포함한다.

상기 탄화기는 탄화된 방사성 폐기물의 배출을 위해 개구된 탄화물 배출구와, 상기 방사성 폐기물이 탄화되면서 발생되는 가스의 배출을 위해 개구된 가스 배출구를 포함하는 하우징; 상기 하우징의 내측 중앙에 삽입되고 상기 구동부에서 발생된 구동력에 의해 하우징 내부에서 회전되는 회전체; 상기 회전체의 양단에 구비된 지지부재; 상기 회전체에 설치되고, 마이크로 웨이브에 의해 고온의 열이 발생되는 발생기를 포함한다.

상기 쿨링 챔버는 상기 지지부재의 외측을 감싸며 상기 하우징의 전단에 구비되고 저온의 냉각수가 공급되는 제1 쿨링 챔버와, 상기 하우징의 후단에 구비되고 저온의 냉각수가 공급되는 제2 쿨링 챔버를 포함한다.

상기 하우징은 내측 원주 방향을 따라 구비된 단열재를 포함한다.

상기 방사성 폐기물 탄화장치는 상기 쿨링 챔버와 응축기에 저온의 냉각수를 공급하는 쿨러를 포함한다.

상기 쿨링 챔버는 상기 지지부재의 외측을 감싸는 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 제1 내지 제2 쿨링 챔버는 상기 쿨러를 통해 저온의 냉각수를 동시에 공급받는 것을 특징으로 한다.

상기 응축기는 내부 길이 방향을 따라 수직으로 배치되고 가스가 유입되는 다수개의 가스 액화관; 상기 응축기의 하단과 연결되고 상기 가스 액화관을 통해 액화된 응축수가 저장되는 응축수 저장탱크를 포함한다.

상기 응축기는 내측 상부와 하부에 각각 구비되고 다수개의 가스 액화관이 삽입되는 액화관 플랜지를 더 포함한다.

상기 응축기는 상기 액화관 플랜지의 상측에 구비되고 상기 응축기를 통해 유입된 가스의 확산이 이루어지는 확산 챔버; 상기 액화관 플랜지의 하측에 구비된 드레인 챔버; 상기 드레인 챔버로 공급된 응축수를 응축수 저장탱크로 배수시키기 위한 배수관을 포함한다.

상기 마이크로웨이브 발생기는 제2 이송기의 중앙을 향해 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 탄화기는 탄화된 방사성 폐기물을 최소한의 부피(Volume)로 압축시키기 위한 탄화물 압축기를 더 포함한다.

상기 제1 이송기와 제2 이송기는 동일 위치에 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들은 저준위폐기물들을 탄화시킨 후에 최소한의 부피 상태로 변형시켜 처리함과 동시에 탄화기에 구비된 베어링의 고착을 방지하고자 한다.

본 발명의 실시예들은 탄화시 발생되는 유해물질에 대해서도 별도의 처리 공정을 통해 대기 오염 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 저준위 폐기물들에 대한 신속한 탄화를 통해 작업성 향상 및 방사능에 의한 2차 피해를 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 방사성 폐기물 탄화장치를 도시한 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 방사성 폐기물 탄화장치에 구비된 투입 챔버와 탄화기를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 방사성 폐기물 탄화장치를 통해 배출되는 가스의 흐름을 기준으로 각 구성을 나열한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 방사성 폐기물 탄화장치에 구비된 쿨링 챔버를 확대 도시한 도면.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 방사성 폐기물 탄화장치의 작동 상태도.

본 발명의 일 실시예에 따른 방사성 폐기물 탄화장치의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 방사성 폐기물 탄화장치를 도시한 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 방사성 폐기물 탄화장치에 구비된 투입 챔버와 탄화기를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 방사성 폐기물 탄화장치를 통해 배출되는 가스의 흐름을 기준으로 각 구성을 나열한 도면이다.

설명에 앞서 본 실시예에 의한 방사성 폐기물 탄화장치(1)는 방사선에 오염된 저준위 폐기물을 탄화시키는 과정에서 고온의 환경에 노출되는 베어링 및 그리스의 열화 및 탄화를 방지하기 위한 냉각을 실시하여 탄화기의 안정적인 사용과 함께, 탄화물을 최소한의 부피상태로 압축 처리시켜 배출시키고, 상기 탄화물이 탄화되면서 발생된 가스를 깨끗이 정화시켜 대기중으로 배출시켜 사용하고자 한다.

첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 방사성 폐기물 탄화장치(1)는 방사성 폐기물이 파쇄되는 파쇄기(100)와, 피딩기(200)와, 상기 피딩기(200)를 통해 피딩된 탄화물이 투입되는 투입 챔버(300)와, 상기 투입 챔버(300)를 통해 공급된 방사성 폐기물을 이송하는 제1 이송기(400)와, 상기 제1 이송기(400)에서 이송된 방사성 폐기물이 연속으로 이송되도록 구비된 제2 이송기(510)와, 상기 제2 이송기(510)의 외측으로 이격되어 위치하고 마이크로웨이브를 방출하기 위해 구비된 마이크로 웨이브 발생기(520)가 구비된 탄화기(500)를 포함한다.

또한 상기 탄화기(500)의 전, 후단부에 구비된 쿨링 챔버(560)와, 상기 제1 이송기(400)와 제2 이송기(510)의 작동을 위해 구비된 구동부(600)와, 상기 탄화기(500)와 연통 되고, 탄화시 발생 되는 가스에 포함된 유해물질을 분리시키기 위한 고온 챔버(700)와, 상기 고온 챔버(700)와 연통 되고 열교환을 통해 고온의 가스를 액화시키는 응축기(800); 및 상기 응축기(800)와 연통 되고 상기 가스를 진공압으로 흡입하는 진공펌프(900)를 포함한다.

방사성 폐기물 탄화장치(1)는 방사능 세기가 상대적으로 낮게 감지되는 의류 및 신발과 같은 저준위 방사성 폐기물을 소각하기 위한 파쇄기(100)가 구비된다.

파쇄기(100)는 저준위 방사성 폐기물이 투입되도록 개폐 가능하게 설치된 도어(101)가 구비되고, 상기 도어(101)의 하측으로 이격된 위치에 방사성 폐기물을 파쇄하기 위해 치형 결합된 파쇄기어(102)와, 상기 파쇄기어(102)의 회전을 위해 구비된 모터 및, 상기 파쇄기(102)의 하측에 구비되고 파쇄기어(102)에 의해 파쇄된 저준위 폐기물이 피딩기(200)로 공급되도록 구비된 폐기물 배출구(104)를 포함한다.

피딩기(200)는 폐기물 배출구와 연통된 후에 상기 피딩기(200)의 외측에 수직 상태로 설치되며 내부에 구비된 피딩 스크류(202)와, 상기 피딩 스크류(202)의 단부에 구비된 피딩 모터(204)와, 상기 피딩 스크류(202)에 의해 피딩된 방사성 폐기물을 투입 챔버(300)로 공급하기 위해 소정의 각도로 밴딩된 피딩 공급관(206)을 포함한다.

피딩기(200)는 피딩 모터(204)의 회전수에 따라 투입 챔버(300)로 공급되는 저준위 폐기물량이 조절될 수 있으며, 후술할 탄화기(500)에서의 안정적인 탄화를 위해 피딩 모터(204)가 n회전 이상일 경우에는 피딩 모터(204)의 작동이 중지되고, n회전 이하일 경우에는 피딩 모터(204)가 연속적으로 작동된다. 이를 통해 저준위 폐기물이 탄화기(500)에 공급되는 저준위 폐기물에 대한 공급량이 선택적으로 조절될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 투입 챔버에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 2 내지 도 3을 참조하면, 투입 챔버(300)는 직사각형 형상으로 이루어지고, 방사성 폐기물이 탄화기(300)로 공급되기 이전에 공기가 제거된 진공 상태에서 탄화기(300)로 공급되도록 투입 챔버(300)의 내측에 소정의 크기로 이루어진 진공 챔버(302)를 포함한다.

진공 챔버(302)는 진공이 형성되도록 후술할 진공펌프(900)와 연결된 튜브를 포함하고, 상기 튜브를 통해 상기 진공 챔버(302)의 내부가 진공 상태로 유지될 수 있다.

진공 챔버(302)는 별도의 영역으로 형성되기는 하나, 항시 밀폐 상태가 유지되는 것이 아니라 상기 진공 챔버(302)를 기준으로 상부와 하부 공간을 선택적으로 차단하는 차단부(310)에 의해 진공 상태가 조성될 수 있다.

차단부(310)는 진공 챔버(302)의 상부 영역을 선택적으로 차단하는 제2 차단기(312)와, 하부 영역을 선택적으로 차단하는 제1 차단기(314)를 포함한다.

제1 차단기(314)는 판 형상으로 이루어진 제1 차단판(314a)과, 상기 제1 차단판(314a)을 전, 후 방향으로 이동 가능하게 하는 제1 액츄에이터(314b)를 포함한다.

제2 차단기(312)는 판 형상으로 이루어진 제2 차단판(312a)과, 상기 제2 차단판(312a)을 전, 후 방향으로 이동 가능하게 하는 제2 액츄에이터(312b)를 포함한다.

제1 차단판(314a)은 제2 차단판(312a)에 비해 우선적으로 진공 챔버(302)의 하부 영역을 차단하며, 상기 제1 차단판(314a)의 상부에 방사성 폐기물이 적층된 후에 상기 제2 차단판(312a)이 진공 챔버(302)의 상부 영역을 차단하여 밀폐상태로 유지시킨다. 또한 상기 상태에서 소정의 시간 동안 튜브를 통해 진공 챔버(302)의 내부에 잔존하는 공기가 모두 제거된 상태에서 진공 챔버(302)의 하부 영역이 개방되도록 제1 차단판(314a)이 외측으로 후퇴되면서 후술할 제1 이송기(400)를 통해 저준위 폐기물들에 대한 이송이 이루어진다.

상기 방사성 폐기물이 모두 이송된 후에는 제1 차단판(314a)이 진공 챔버(302)의 하부 영역을 다시 밀폐 상태로 유지시키기 위해 외측으로 인출되고, 제2 차단판(312a)은 진공 챔버(302)의 상부 영역이 개방되도록 내측으로 이동되면서 전술한 피딩 스크류(202)를 통해 이송된 저준위 폐기물이 재공급된다.

제1 이송기(400)는 진공 챔버(302)의 하측에 구비되고, 소정의 길이로 이루어진 제1 이송 스크류(402)를 포함하고, 상기 제1 이송 스크류(402)는 후술할 구동부(600)를 통해 회전력을 전달받아 소정의 속도로 회전되면서 저준위 폐기물을 이송시킨다. 제1 이송 스크류(402)의 이송 피치 및 스크류 크기에 대해 특별히 한정하지 않으나, 공급되는 방사성 폐기물에 대한 원활한 이송을 위해 길이와 크기는 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.

제1 이송 스크류(402)는 중앙에 삽입된 제1 이송 샤프트를 포함하고, 상기 제1 이송 샤프트는 후술할 지지부재(551)에 의해 양단이 안정적으로 지지될 수 있다.

구동부(600)는 전술한 제1 이송 샤프트에 삽입된 스프라켓(미도시)과 결합된 체인을 회전시켜 제1 이송 스크류(402)를 일 방향으로 회전시킬 수 있으며, 후술할 제2 이송기(510)의 회전을 함께 도모한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 탄화기에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 2를 참조하면, 탄화기(500)는 원통 형상으로 이루어진 하우징(530)과, 상기 하우징(530)의 내측 중앙에 삽입되고 구동부(600)에서 발생된 구동력에 의해 상기 하우징(530)의 내부에서 회전되는 회전체(540)와, 상기 회전체(540)의 양단에 구비된 지지부재(551)와, 상기 회전체(540)에 설치되고 마이크로 웨이브에 의해 고온의 열이 발생되는 발생기(570)를 포함한다.

탄화기(500)는 파쇄된 방사성 폐기물에 대한 탄화가 이루어지는 곳으로서, 다수개의 마이크로 웨이브 발생기(520)에 의해 내부가 고온 상태로 유지되며 1000℃ 전후의 온도로 가열될 수 있다.

마이크로 웨이브 발생기(520)는 하우징(530)의 외측에 다수개가 설치되며, 상기 제2 이송기(510)의 중앙을 향해 배치된다. 마이크로 웨이브 발생기(520)는 하우징(530)의 길이 방향을 따라 이격 설치되고 상기 하우징(530)의 내부 영역에 대한 고온의 온도 분위기를 조성하기 위해 상기 제2 이송기(510)를 중심으로 이격된 각도가 90°이내의 각도로 설치되는 것이 마이크로 웨이브의 교란을 방지할 수 있다.

쿨링 챔버(560)는 탄화기(500)의 내부에서 회전되는 제2 이송기(510)의 안정적인 회전을 도모하기 위해 구비된다. 보다 상세하게 설명하면 탄화기(500)의 내부에는 구동부(600)에 의해 회전되는 회전체(540)가 구비되고, 상기 회전체(540)의 중앙에 위치한 제2 이송기(520)는 회전체(540)와 함께 회전이 이루어진다.

회전체(540)는 양단이 지지부재(551)에 의해 지지 되고, 상기 지지부재(551)는 원주 방향을 따라 배치된 베어링을 포함한다. 상기 회전체(540)와 베어링 사이에는 안정적인 회전을 위해 그리스가 도포 되고, 상기 그리스가 고온 상태로 가열되는 탄화기(500)에 의해 열 고착되는 현상을 방지하기 위해 제1,2 쿨링 챔버(562,564)가 구비된다.

즉, 제1,2 쿨링 챔버(562,564)는 베어링이 위치한 지지부재(551)의 외측을 감싸는 형태로 이루어지고, 저온의 냉각수가 유입되는 유입구(560a)와, 상기 유입구(560a)의 반대편 위치에 개구된 유출구(560b)를 포함하며, 후술할 쿨러(10)를 통해 저온의 냉각수를 공급받는다.

탄화기(500)는 마이크로 웨이브 발생기(520)가 작동되면서 회전체(540)의 양단에 구비된 베어링과 그리스는 고온의 환경에 노출될 수 있으나, 상기 제1,2 쿨링 챔버(562,564)에 의해 소정의 온도로 냉각되면서 그리스의 열화에 의한 베어링의 고착 및 오작동을 예방할 수 있다.

상기 제1,2 쿨링 챔버(562,564)가 회전체(540)의 양단에 설치되는 이유는 지지부재(551)의 방열은 도모하되, 탄화기(500)의 내부는 고온 상태로 유지시켜 안정적인 탄화를 실시하기 위해서이다.

상기 제1,2 쿨링 챔버(562,564)에 공급되는 냉각수는 저온의 냉수가 유입될 수 있으나, 이에 반드시 한정하지 않는다. 또한 제1,2 쿨링 챔버(562,564) 내부에서의 보다 용이한 방열을 위해 방열핀(미도시)이 구비되거나, 상기 냉각수가 유출구(560b)를 통해 신속히 이동되지 않도록 상기 냉각수의 이동 경로를 안내하는 안내 가이드(미도시)를 더 포함할 수 있다.

제1,2 쿨링 챔버(562,564)는 쿨러(10)를 통해 동시에 냉각수를 공급받을 수 있으며, 유입구(560a)와 유출구(560b)를 통해 탄화기(500)가 작동되는 동안에 계속적으로 냉각수가 순환 공급된다. 쿨러(10)는 이를 위해 상기 냉각수를 제1,2 쿨링 챔버(562,564)로 공급하기 위한 냉각수 순환 펌프(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 탄화기(500)의 내부 온도에 따라 공급량 및 속도가 변경될 수 있다.

제1,2 쿨링 챔버(562,564)는 내부가 소정의 크기로 이루어진 빈공간으로 형성되고, 방열을 보다 효과적으로 실시하기 위해 외측에 방열핀이 설치될 수 있다.

탄화기(500)는 탄화된 방사성 폐기물을 최소한의 부피(Volume)로 압축시키기 위한 탄화물 압축기(502)를 더 포함한다. 탄화물 압축기(502)는 복수개로 이루어진 피스톤 실린더의 조합으로 구성되고, 상기 탄화물을 압축시킨 상태로 배출시키기 위해 구비된다.

하우징(530)은 탄화된 저준위 폐기물의 배출을 위해 개구된 탄화물 배출구(532)와, 상기 저준위 폐기물이 탄화되면서 발생되는 가스의 배출을 위해 개구된 가스 배출구(534)를 포함하며, 상기 탄화물 배출구(532)는 후술할 탄화물 압축기(502)와 연통된다.

탄화기(500) 내부로 이동된 저준위 폐기물의 상태를 간단히 설명하면, 하우징(530)의 내부가 진공 상태에서 저준위 폐기물은 마이크로 웨이브 발생기(520)에서 발생된 마이크로 웨이브에 의해 1000℃ 이상의 고온의 온도에 노출되어 탄화되기 시작하고, 제2 이송기(510)에 의해 탄화물 배출구(532)를 향해 소정의 속도로 이송된다.

저준위 폐기물은 탄화와 동시에 부피가 축소되면서 황 산화물(SOx)(sulfur oxides)과 질소산화물(NOx)과 같은 가스가 발생되고, 상기 가스는 가스 배출구(534)를 통해 이동된다.

발생기(570)는 회전체(540)의 원주 방향을 따라 소정의 간격으로 다수개가 이격되어 설치되고, 마이크로 웨이브에 의해 고온 상태로 가열된 후에 방사성 폐기물에 대한 탄화를 실시하는 열원으로 작용하며 탄화규소가 주재료로 사용된다.

하우징(530)은 내측 원주 방향을 따라 구비된 단열재(536)를 포함하고, 상기 단열재(536)는 탄화기(500)의 단열을 위해 구비되며 내화 단열재가 사용될 수 있다.

저준위 폐기물이 탄화되기 위해서는 하우징(530)의 내부는 고온 상태가 유지되어야 하나, 외측으로 열 방출이 이루어질 경우에는 효율이 저하될 수 있으므로 단열재(536)을 통해 외부로의 열 출입을 최대한 억제하는 것이 바람직하며 상기 단열재(536)는 세라 크울이 사용될 수 있으나 상기 재질로 한정하지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 의한 제1 이송기(400)와 제2 이송기(510)는 동일 위치에 배치된다. 이와 같이 배치되는 이유는 저준위 폐기물이 제1 이송기(400)에서 제2 이송기(510)로 이송되는 경우에 적체되지 않고 탄화기(300)가 위치한 제2 이송기(510)를 향해 저준위 폐기물을 안정적으로 이송시키기 위해서이다.

이와 같이 배치되는 이유는 들어 제1 이송기(400)와 제2 이송기(510)가 서로 다른 위치에 위치될 경우에는 서로 간의 단차에 의해 저준위 폐기물의 원활한 이송이 이루어질 수 없기 때문이다. 제2 이송기(510)는 제1 이송기(400)에 비해 상대적으로 큰 직경으로 이루어진다.

구동부(600)는 제1 이송기(400)의 회전을 위한 제1 모터(미도시)와, 제2 이송기(510)의 회전을 위해 구비된 제2 모터(미도시)를 포함하고 별도의 제어기에 의해 회전 상태가 제어될 수 있다.

고온 챔버(700)는 탄화기(500)와 연통되고 탄화시 발생되는 가스에 포함된 유해물질을 분리시키기 위해 구비된다. 고온 챔버(700)는 탄화기(500)와 마찬가지로 다수개의 마이크로 웨이브 발생기(702)가 구비되고 내부에 수직 방향으로 설치되며, 마이크로 웨이브에 의해 고온의 열이 발생하는 발생기(704)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 응축기에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 4를 참조하면, 응축기(800)는 고온 챔버(700)와 연통 되고 내부 길이 방향을 따라 수직으로 배치되며 가스가 유입되는 다수개의 가스 액화관(810)과, 상기 응축기(800)의 하단과 연결되고 상기 가스 액화관(810)을 통해 액화된 응축수가 저장되는 응축수 저장탱크(820)를 포함한다.

응축기(800)는 내측 상부와 하부에 각각 구비되고 다수개의 가스 액화관(810)이 삽입되는 액화관 플랜지(800a)을 더 포함한다.

응축기(800)는 세로 방향으로 소정의 길이를 가지며 연장 형성되고, 액화관 플랜지(800a)의 상측에 구비되고 가스의 확산이 이루어지는 확산 챔버(802)와, 상기 액화관 플랜지(800a)의 하측에 구비된 드레인 챔버(804)와, 상기 드레인 챔버(804)로 공급된 응축수를 응축수 저장탱크(820)로 배수시키기 위한 배수관(806)을 포함한다.

확산 챔버(802)는 소정의 공간으로 이루어지고, 응축기(800)로 유입된 가스가 저온의 냉각수와 열교환되기 이전에 다수개의 가스 액화관(810)으로 균일하게 가스를 공급하기 위해 구비된다.

드레인 챔버(804)는 상기 확산 챔버(802)와 대응되는 크기로 이루어지고, 냉각수와 열교환된 응축수의 안정적인 배수를 위해 다수개의 가스 액화관(810)에서 배출되는 응축수를 공급받아 배수관(806)으로의 응축수 이동을 도모한다.

가스 액화관(810)은 응축기(800)의 중앙을 중심으로 동심원을 이루며 다수개가 일정 간격을 유지하며 방사 형태로 배치될 수 있다.

응축수 저장탱크(820)는 응축수가 저장 및 배수되는 탱크로서 소정의 크기로 이루어지며 상부가 밀폐 상태로 유지된다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 의한 방사성 폐기물 탄화장치의 작동 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 5 내지 도 6을 참조하면, 작업자는 방사성 폐기물을 파쇄하기 위해 파쇄기(100) 내부로 방사선에 오염된 의류 및 신발과 같은 저준위 폐기물을 투입시킨 후에, 상기 파쇄기(100)를 작동시켜 저준위 폐기물에 대한 파쇄를 실시한다.

이와 동시에 탄화기(500) 내부를 고온의 상태로 유지시키기 위해 마이크로 웨이브 발생기(520)를 작동시켜 발생기(570)(도 1 참조)를 통한 열 방출을 실시하고, 진공펌프(900)도 동시에 작동시켜 탄화기(500)와 고온 챔버(700) 및 응축기(800) 모두가 진공 상태로 유지되도록 한다.

파쇄된 저준위 폐기물들은 폐기물 배출구를 통해 배출되고, 피딩 모터(204)(도 1 참조)의 작동에 의해 소정의 속도로 회전되는 피딩 스크류(202)(도 1 참조)를 따라 상측으로 이동된다.

이와 동시에 제1 액츄에이터(314b)에 의해 제1 차단판(314a)이 진공 챔버(302)의 내측으로 전진 되면서 상기 진공 챔버(302)의 하측 영역이 폐쇄되고, 상기 피딩 스크류(202)에 의해 이송된 다량의 저준위 폐기물이 적층된다. 그리고 제2 액츄에이터(312b)에 의해 제2 차단판(312a)이 전진 되면서 진공 챔버(302)의 상측 영역이 폐쇄되고, 상기 진공 챔버(302)에 잔존하는 공기는 탄화시 연소를 유발할 수 있으므로 튜브를 통해 진공펌프(900)로 모두 흡입 배출된다.

진공 챔버(302)는 소정의 시간이 경과된 후에 잔여 공기가 모두 배출되고 진공 상태가 유지되고, 상기 제1 액츄에이터(314b)에 의해 제1 차단판(314a)이 후진 되면서 다량의 저준위 폐기물들은 제1 이송기(400)를 경유하여 제2 이송기(510)로 이송된다.

제2 이송기(510)는 구동부(600)에 의해 소정의 속도로 서서히 회전되면서 파쇄된 저준위 폐기물들을 이송시키고, 발생기(570)에서 발생된 고온의 열기에 의해 상기 저준위 폐기물들에 대한 탄화가 이루어진다.

탄화기(500)는 1000℃ 이상의 고온 상태로 온도가 상승 되므로, 지지부재(551)에 구비된 베어링 및 그리스는 고온의 열을 전도 받을 수 있다.

쿨러(10)는 탄화기(500)의 작동과 동시에 함께 작동되면서 저온의 냉각수를 제1,2 쿨링 챔버(562,564)로 공급하고 연속적으로 저온의 냉각수가 순환되도록 제어되며, 상기 베어링 및 그리스는 고온의 상태로 작동되는 탄화기(500)의 조건 에도 불구하고 상기 베어링 또는 그리스가 고착되지 않고 안정적인 방열이 이루어진다. 만약, 탄화기(500)의 온도가 고온 상태일 경우에는 순환 펌프가 작동되고, 제1,2 쿨링 챔버(562,564)를 통해 순환되는 냉각수의 이동 속도가 빨라지면서 보다 빠른 방열이 이루어질 수 있다.

회전체(540)는 구동부에서 발생된 구동력에 의해 소정의 속도로 회전되면서 발생기(570)에 의한 저준위 폐기물들에 대한 탄화를 도모하고, 단열재(536)에 의해 하우징(530) 외측으로의 불필요한 열 손실이 차단되면서 발생기(570)에서 발생된 고온의 열을 모두 저준위 폐기물로 공급된다.

탄화물은 제2 이송기(510)에 의해 일측으로 이송된 후에 탄화물 배출구(532)를 통해 외측으로 이동되고, 상기 탄화물이 생성되면서 발생된 가스는 가스 배출구(534)를 통해 고온 챔버(700)로 이동된다. 상기 가스는 탄화물이 생성되면서 황 산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)이 포함된 유해물질이 포함된 가스가 발생되고, 상기 유해물질이 포함된 가스가 고온 챔버(700)로 이동된다.

고온 챔버(700)는 발생기(704)에 의해 내부가 1500℃ 내외의 온도가 유지되면서 상기 황 산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)이 분해되어 응축기(800)의 확산 챔버(802)로 이동된다.

응축기(800)는 쿨러(10)에서 공급된 저온의 냉각수에 의해 내부가 저온 상태로 유지되고, 상대적으로 고온의 가스는 확산 챔버(802)에서 가스 액화관(810)을 통해 유입된 후에 서로 간에 열교환이 이루어진다.

상기 고온의 가스는 가스 액화관(810)의 하측으로 진공펌프(900)의 흡입 압력에 의해 이동되면서 액화되어 드레인 챔버(804)와 배수관(806)을 경유하여 응축수 저장탱크(820)에 저장된다.

대부분의 유해물질이 포함된 가스는 액화되면서 액체 상태로 응축되고, 여분의 가스가 진공펌프(900)를 경유하여 별도로 구비된 필터를 통해 잔존하는 유해 가스 및 냄새가 제거된 후에 대기중으로 배출된다.

탄화물은 탄화물 배출구(532)를 경유하여 탄화물 압축기(502)로 이동된 후에 최소한의 부피로 압축되어 외부로 배출된다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 파쇄기
200 : 피딩기
300 : 투입 챔버
400 : 제1 이송기
500 : 탄화기
510 : 제2 이송기
560 : 쿨링 챔버
600 : 구동부
700 : 고온 챔버
800 : 응축기
900 : 진공펌프

Claims (13)

1. 방사성 폐기물이 파쇄되는 파쇄기;
   상기 파쇄기에서 파쇄된 방사성 폐기물을 이송하는 피딩기;
   상기 피딩기에서 이송된 폐기물이 탄화되기 이전에 공기가 제거되는 투입 챔버;
   상기 투입 챔버를 통해 공급된 방사성 폐기물을 이송하는 제1 이송기;
   상기 제1 이송기에서 이송된 방사성 폐기물이 연속으로 이송되도록 구비된 제2 이송기와, 상기 제2 이송기의 외측으로 이격되어 위치하고 상기 방사성 폐기물을 향해 마이크로웨이브를 방출하기 위해 구비된 마이크로 웨이브 발생기를 포함하는 탄화기;
   상기 탄화기의 전, 후단부에 구비된 쿨링 챔버;
   상기 제1 이송기와 제2 이송기의 작동을 위해 구비된 구동부;
   상기 탄화기와 연통 되고, 탄화시 발생 되는 가스에 포함된 유해물질을 분리시키기 위한 고온 챔버;
   상기 고온 챔버와 연통 되고 열교환을 통해 고온의 가스를 액화시키는 응축기; 및
   상기 응축기와 연통 되고 상기 가스를 진공압으로 흡입하는 진공펌프를 포함하는 방사성 폐기물 탄화장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 탄화기는,
   탄화된 방사성 폐기물의 배출을 위해 개구된 탄화물 배출구와, 상기 방사성 폐기물이 탄화되면서 발생되는 가스의 배출을 위해 개구된 가스 배출구를 포함하는 하우징;
   상기 하우징의 내측 중앙에 삽입되고 상기 구동부에서 발생된 구동력에 의해 하우징 내부에서 회전되는 회전체;
   상기 회전체의 양단에 구비된 지지부재;
   상기 회전체에 설치되고, 마이크로 웨이브에 의해 고온의 열이 발생되는 발생기를 포함하는 방사성 폐기물 탄화장치.
3. 제1 항에 있어서,
   제1 항 또는 제2 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 쿨링 챔버는,
   상기 지지부재의 외측을 감싸며 상기 하우징의 전단에 구비되고 저온의 냉각수가 공급되는 제1 쿨링 챔버와, 상기 하우징의 후단에 구비되고 저온의 냉각수가 공급되는 제2 쿨링 챔버를 포함하는 방사성 폐기물 탄화장치.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 하우징은,
   내측 원주 방향을 따라 구비된 단열재를 포함하는 방사성 폐기물 탄화장치.
5. 제1 항 또는 제2 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방사성 폐기물 탄화장치는,
   상기 쿨링 챔버와 응축기에 저온의 냉각수를 공급하는 쿨러를 포함하는 방사성 폐기물 탄화장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 쿨링 챔버는,
   상기 지지부재의 외측을 감싸는 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 탄화장치.
7. 제2 항에 있어서,
   상기 제1 내지 제2 쿨링 챔버는,
   상기 쿨러를 통해 저온의 냉각수를 동시에 공급받는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 탄화장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 응축기는,
   내부 길이 방향을 따라 수직으로 배치되고 가스가 유입되는 다수개의 가스 액화관;
   상기 응축기의 하단과 연결되고 상기 가스 액화관을 통해 액화된 응축수가 저장되는 응축수 저장탱크를 포함하는 방사성 폐기물 탄화장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 응축기는,
   내측 상부와 하부에 각각 구비되고 다수개의 가스 액화관이 삽입되는 액화관 플랜지를 더 포함하는 방사성 폐기물 탄화장치.
10. 제8 항에 있어서,
    상기 응축기는,
    상기 액화관 플랜지의 상측에 구비되고 상기 응축기를 통해 유입된 가스의 확산이 이루어지는 확산 챔버;
    상기 액화관 플랜지의 하측에 구비된 드레인 챔버;
    상기 드레인 챔버로 공급된 응축수를 응축수 저장탱크로 배수시키기 위한 배수관을 포함하는 방사성 폐기물 탄화장치.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브 발생기는,
    제2 이송기의 중앙을 향해 배치된 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 탄화장치.
12. 제1 항에 있어서,
    상기 탄화기는,
    탄화된 방사성 폐기물을 최소한의 부피(Volume)로 압축시키기 위한 탄화물 압축기를 더 포함하는 방사성 폐기물 탄화장치.
13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 이송기와 제2 이송기는 동일 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 탄화장치.

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