KR20190125786A - 용융물 배출 시스템 - Google Patents

Abstract

용융물 배출 시스템이 개시된다. 본 발명은 용융로로부터 용융물 배출시, 배출유로 내부를 가열하여 용융물의 온도를 고온으로 유지하게 하며, 배출유로 내부에 관입된 배출조절유닛을 이용해 배출속도를 조절함으로써 원활하고 신속한 용융물의 배출이 이루어지게 한다.

Description

용융물 배출 시스템 {Melt Discharge System}

본 발명은 용융물 배출 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용융물의 배출 과정에서 배출량을 적절히 조절할 수 있는 용융물 배출 시스템에 관한 것이다.

금속, 콘크리트, 토양 등을 포함하는 산업폐기물 및 원전폐기물 등을 1,600도 이상의 고온에서 용융 처리하는 설비인 용융로(melter)는 용융물을 원활하게 배출하기 위하여 배출구에 다양한 기술적 방법을 적용하거나 별도의 장치를 부착하여 이용하고 있다. 그러나 용융로 운영의 편의성과 설비 안전성 측면에서 배출구에 적용한 여러 기술 또는 방법들은 고온의 용융물을 안정적으로 배출하기 위한 방법으로서, 고도의 배출기술을 필요로 하고 있다. 일반적으로 고온의 용융물 배출은 다음과 같은 문제가 발생되고 있다.

1,600도 이상에서 용융동 용융물은 온도 의존성 유동성을 가지고 있다. 이들 유동성은 일반적으로 점성 또는 점도라는 수치로 해석되며, 점성의 크기에 따라 배출정도가 달라진다. 보통 1600도 이상의 고온 상태의 용융물은 100 poise 이내의 원활한 유동을 갖는 점성을 유지하지만, 배출시에는 온도가 급격히 낮아져서 점도가 수백 또는 수천 poise 상승하게 되며 이에 따라 유동성이 현격히 떨어진다. 이 경우 용융물은 유동성이 악화되어 배출시 배출구를 막거나 하는 현상이 발생한다.

방사성폐기물을 용융 처리하는 경우, 운영관리 측면에서 산업폐기물 용융에 비해 더 엄격히 관련설비 운영에 대한 기술을 채택하고 있다. 특히 용융물 배출의 경우 수납공간인 몰드(mould) 이용시, 적정 수위 도래시 사전 용융물 배출을 차단하거나 용융 중 용융물이 누수되는 것을 방지하기 위한 기기 또는 장치가 별도로 구성되어야 한다. 그렇지 않을 경우, 용융물이 과도하게 배출되어 설비 안전성 위해 요인이 될 수 있다.

방사성폐기물을 처리하는 해외 플라즈마 상용설비들은 완전배출(full pouring)방식을 이용하여 잔량의 용융물이 용융로 내부에 남기지 않거나 또는 배출물량 만큼 용융 처리하는 방식을 적용하고 있다. 그러나 대용량 처리시에는 180리터 또는 200리터 수납공간에 채울 경우, 연속/불연속 배출운전이 어려운 상태이다.

한국등록특허 제10-1617167호

본 발명은, 대용량의 용융물 배출시에도 연속 또는 불연속으로 배출운전을 가능하게 하는데 일 목적이 있다.

본 발명은, 용융물을 원활하고 신속하게 용융로 외부로 배출시키는데 일 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용융로 배출 시스템은,

용융물을 수용하고, 일측에 형성된 배출유로를 통해 상기 용융물이 외부로 배출되는 용융로와 상기 배출유로와 연결되고 상기 배출유로에서 배출된 용융물이 일시적으로 수용되는 챔버와 상기 용융로 외벽으로부터 관입되고, 입인출 방식으로 구동되되, 상기 챔버의 외부 일측에 고정되어 회전력을 발생시키는 체결 고정부,

상기 체결 고정부와 연결되고 상기 체결 고정부로부터 전달받은 회전력을 직선운동으로 변환시키는 체결 회전부, 상기 체결 회전부와 연결되어 직선운동하며 상기 배출유로를 개폐하는 배출 막음부로 이루어진 배출조절유닛을 포함한다.

바람직하게는, 상기 배출 막음부는, 인코넬 690에 카본 코팅된 재질로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 체결 회전부의 회전 각도은 0° 내지 90°인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 체결 고정부는, 상기 챔버 내부의 유해가스가 외부로 누출되는 것을 차단하도록 상기 챔버 외부면과 접하는 부분이 주름관으로 밀폐된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 용융로는, 용융물이 온도를 상실하지 않게 상기 배출유로 내벽에 가열장치를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 가열장치는, 유도코일 또는 고온발열체로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 배출조절유닛의 입인출 방식은 기계식 또는 유압식으로 구동되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 배출 막음부는, 상기 배출조절유닛으로부터 교체 가능하게 체결된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 시스템에 의하면, 용융로 내부에 수용된 용융물의 배출시, 배출유로 내벽을 둘러싸며 형성된 가열장치가 용융물을 고온상태로 유지하여 배출을 원활하게 한다.

또한, 배출 막음부는 탈부착 가능하게 형성되어 유지 보수가 간편하다.

또한, 체결 고정부에 구성된 주름막은 챔버 내부의 유독가스가 외부로 유출되지 않게 하여 환경오염을 방지하고 작업 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 체결 고정부가 체결 회전부를 회전하게 하는 구조를 형성하여, 배출조절유닛 작동시 가동공간을 최소화 할 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융물 배출 시스템의 단면도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출조절유닛(40)의 정면도이다.
도3은 도2의 좌측면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출막음부(41)이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결회전부(42)에 관한 개념도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배출유로 일단의 배출막음부(41)의 동작상태를 보여주는 단면도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

또한 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대한 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하 도면에 따라서 논리적으로 기술한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융물 배출 시스템의 단면도이다.

도1을 참고하면 본 실시예의 용융물 배출 시스템은 용융로(10), 챔버(20), 배출조절유닛(40)을 포함한다.

용융로(10)는 방사성폐기물 또는 산업폐기물 등을 용융, 수용하도록 내부에 일정한 크기의 공간을 형성하고, 내벽에 내화제 등을 구축하여 용융로 내부를 일정한 온도로 유지하게 한다. 또한 용융로 일측에 외부로 통하는 배출유로(30)가 형성되어 용융물을 외부로 배출하게 한다.

상기 배출유로(30)는 용융로(10) 하부 측벽에 형성되는 것이 바람직하나, 이같은 형성위치가 강제되는 것은 아니며, 용융로(10)의 원활한 배출이 가능하다면 어느 곳이든 족할 것이다.

또한 배출유로(30)는 일정한 경사로 형성되어, 용융물이 자중에 의해 배출유로(30)를 따라 흘러 나갈 수 있도록 함이 보다 효과적일 것이다.

또한 용융로(10)는 복수개의 배출유로(30)를 가질 수 있는데, 이들은 각기 높이를 달리하여 형성되고, 각각을 적절히 개폐함으로써 용융물이 용융로 내부에서 일정한 수위를 유지하게 할 수 있을 것이다.

배출유로 내벽부(31)에는 제1가열장치(311)가 구비되어, 용융물이 배출유로(30)를 따라 외부로 배출되는 과정에서 생기는 열손실을 최소화하고 이로 인한 점성의 증가 또한 방지할 수 있다.

제1가열장치(311)는 유도코일 방식이거나 고온발열체로 구성될 수 있으나, 이같은 기재가 다른 종류의 제1가열장치(311)의 적용을 배제하는 것은 아니며, 용융물 배출과정에서 용융물의 고온상태 유지를 위한 목적이라면 어떤 장치든 변경가능하게 적용될 수 있다.

제1가열장치(311)는 배출유로 내벽부(31)에 배출유로(30)의 축과 원주방향에 걸쳐 충분한 열을 가할 수 있는 구조로 배열되는 것이 바람직하고, 제1가열장치(311) 자체는 배출유로(30) 내면으로부터 일정한 깊이 아래에 설치되어 용융물에 직접 노출되는 것을 피함으로써 용융물로 인한 손상을 방지하도록 하는 것이 적합할 것이다.

배출유로 내벽부(31)는 세라믹 등 열에 강한 소재로 구성되되, 제1가열장치(311)가 열을 용융물에 충분히 전달할 수 있도록, 열전도성이 좋은 소재면 좋을 것이다.

챔버(20)는 용융로(10) 외부 측벽에 부설되되, 배출유로(30)와 연결되어 배출유로로(30)부터 배출된 용융물이 일시적으로 보관되었다가, 하부에 형성된 배출구(21)로 빠져나갈 수 있게 함이 바람직하다.

챔버(20)의 내벽은 용융로(10)와 비슷한 재질로 구성되어, 내부의 온도로부터 영향을 적게 받게 하는 것이 바람직하다.

배출조절유닛(40)은 외부로부터 챔버(20) 내벽의 일측을 관통하고, 용융로(10) 외벽을 통해 배출유로(30)에까지 관입되도록 한다.

외부 조작을 통해 배출유로(30)를 개폐함으로써 배출되는 용융물의 양을 적절히 조절할 수 있다. 배출조절유닛은 입인출 방식으로 구동하되, 이는 기계식 또는 유입식이 바람직할 것이다. 또한 후술하는 바와 같이 크게 3가지 구성요소로 이루어져, 장시간의 사용에 따른 교체가 간편하다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출조절유닛(40)의 정면도이고, 도3은 도2의 좌측면도이다. 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출막음부(41)의 사시도이다. 도2, 도3 및 도4를 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 배출조절유닛(40)은 배출막음부(41), 체결회전부(42), 체결고정부(43)를 포함한다.

배출막음부(41)는 배출유로(30) 내부에서 용융물과 접촉하는 부분으로서, 직선운동을 하며 배출유로(30)의 폭을 조절하여 배출되는 용융물의 양을 제어하는 역할을 한다. 1,600도 이상의 고온의 용융물과 접촉하는 부분임을 고려할 때, 열에 강한 소재를 사용하는 것이 권장된다. 인코넬 690에 카본 코팅된 재질이 보다 적합할 것이다.

또한, 배출막음부(41)에서 용융로(10)에 직접 닿는 면만 따로 분리가능하게 설계하거나, 배출 막음부(41) 자체를 체결회전부(42)로부터 분리가능하게 구성하여 장시간의 사용에 의해 마모, 손상될 경우 쉽게 교체하게 할 수 있을 것이다.

또한 배출유로(30)를 완전히 밀폐할 수 있도록 배출 막음부(41)의 가장자리는 배출유로 내벽부(31)와 치결합 할 수 있는 형태로 구성되는 것이 좋을 것이다.

또한 내부에 별도의 제2가열장치(411)를 구비하여, 배출 막음부(41)와 용융물이 접하는 면에서 용융물의 온도가 급감하는 일이 없도록 함이 바람직하다. 또한 상기 배출 막음부(41)에 내장된 제2가열장치(411)는 유도가열 방식으로서 팬케이크 코일을 사용하는 것이, 낮은 전기출력에도 손쉽게 고온상태를 유지시킬 수 있다는 점에서 바람직하다.

또한, 배출막음부(41)의 직선운동시 가동범위는 배출유로(30)의 폭에 준할 수 있다. 다만, 도6에 도시한 바와 같이, 배출막음부(41)가 배출유로 일단의 출구방향에서 배출유로 내벽부(31)와 면접하는 구조로 배치된다면, 가동범위는 반드시 배출유로(30)의 폭에 한정되는 것은 아닐 것이다.

체결회전부(42)는 배출막음부(41)의 일측과 회동가능하게 연결되어 배출막음부(41)의 직선운동을 단속한다. 또한, 체결회전부(42)의 회전반경이 일정 범위 내로 반드시 강제될 것은 아니나, 신속한 유로의 개폐 및 조작의 편의성을 고려할 때, 0도 내지 90도의 범위에서 회동함이 바람직하다.

또한, 체결회전부(42)는 캠과 내부에 포함된 종류를 달리하는 기어들로 구성될 수 있으며, 회전운동을 직선운동으로 전환할 수 있는 구조라면 어떤 것이든 족할 것이다. 체결회전부(42)는 용융로(10) 내벽 또는 챔버(20) 내부에 위치하는 바, 열에 의해 변성, 부식되지 않고 가동될 수 있는 세라믹, 강철 소재 등으로 구성됨이 바람직하다.

체결고정부(43)는 일단이 체결회전부(42)와 연결되고, 체결회전부(42)로부터 연장되어 챔버(20) 벽면을 관통하여, 챔버(20) 외부면에 동력원 역할을 하는 타단이 고정되는 구조를 가질 수 있다. 체결고정부(43)에 포함된 동력원은 기계식 또는 유압식으로 동작하는 것이 바람직하나, 이 같은 기재가 다른 방식의 동력원의 적용을 배제하는 것은 아니다. 체결고정부(43)의 타단이 회전동력을 제공하는 점을 고려할 때, 체결고정부(43)의 타단은 챔버(20) 외부면에 위치하고 상온에 노출되는 것이 유지, 관리를 용이하게 하고 내구성을 높일 수 있다는 점에서 바람직하다.

챔버(20) 내부에서 체결회전부(42)와 연결되는 부분은 일정한 길이의 봉이나 강성 막대로 구성하는 것이 외부 저항을 최소화하여 효과적으로 동력원의 회전력을 체결회전부(42)로 전달할 수 있다면 면에서 보다 적절하다.

또한, 체결고정부(43)는 챔버(20) 외벽을 관통하여 형성되는 구조인 바, 체결고정부(43)가 챔버(20)와 접하는 외부면에 주름관을 구비하여, 동력원의 일정부분과 챔버(20) 외부면의 틈새를 함께 밀폐하여 유해가스가 챔버(20) 외부로 누출되는 현상을 방지할 수 있다. 또한 주름막은, 고온의 유해가스로부터 손상되는 것을 막기 위해 열에 강한 소재로 구성되는 것이 바람직하다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결회전부(42)의 개념도이다. 체결고정부로부터 전달된 회전동력을 복수개의 기어(4211)를 이용하여 직선운동으로 전환할 수 있다.

일 실시예로서 베벨기어 2개를 직교로 배치하여 회전 방향을 90도로 바꿀 수 있고, 상기 기어 일단에 동축으로 원형톱니 기어를 회동가능하게 연결하여, 원형톱니 기어와 치결합된 래칫기어(4212)의 직선운동을 단속할 수 있다. 다만 이는 본원발명의 일 실시예에 불과하고, 회전운동을 직선운동으로 바꿀 수 있는 구조라면, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 자명하게 실시 가능한 범위내에서 어떤 구성이든 가능하다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배출유로 내벽부(31)와 배출막음부의 동작상태를 보여주는 단면도이다. 배출막음부(41)은 내부에 제2가열장치(411)를 별도로 구비하여, 용융물이 외부로 배출되기 직전까지 고온 상태를 유지할 수 있도록 한다. 또한 배출막음부(41)은 직선운동을 통해 배출유로(30) 일단의 입구의 크기를 조절함으로써 배출되는 용융물의 양을 제어할 수 있다.

도면상에는 배출막음부(41)가 배출유로 내벽부(31)와 출구방향에서 면접하는 형태로 배치되어 있으나, 적절한 설계변경을 통해 배출유로(30) 내부로 관입하는 것도 가능하며, 이는 통상의 기술자가 변경할 수 있는 범위내라고 할 것이다. 다만 도6과 같이 배출막음부(41)가 배출유로 내벽부(31)와 출구방향에서 면접하는 것이 용융물을 대기상태와 접촉하기 직전까지 고온으로 유지할 수 있게 한다는 점에서 보다 바람직하다.

한편 본 발명은 상술한 내용에서 본 발명의 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

10 : 용융로
20 : 챔버
21 : 배출구
30 : 배출유로
31 : 배출유로 내벽부
311 : 제1가열장치
40 : 배출조절유닛
41 : 배출막음부
411 : 제2가열장치
42 : 체결회전부
43 : 체결고정부

Claims (8)

1. 용융물을 수용하고, 일측에 형성된 배출유로를 통해 상기 용융물이 외부로 배출되는 용융로;
   상기 배출유로와 연결되고 상기 배출유로에서 배출된 용융물이 일시적으로 수용되는 챔버;
   상기 용융로 외벽으로부터 관입되고, 입인출 방식으로 구동되되,
   상기 챔버의 외부 일측에 고정되어 회전력을 발생시키는 체결 고정부;
   상기 체결 고정부와 연결되고 상기 체결 고정부로부터 전달받은 회전력을 직선운동으로 변환시키는 체결 회전부;
   상기 체결 회전부와 연결되어 직선운동하며 상기 배출유로를 개폐하는 배출 막음부로 이루어진 배출조절유닛을 포함하는 용융물 배출 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 배출막음부는,
   인코넬 690에 카본 코팅된 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 용융물 배출 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 체결 회전부의 회전 각도는 0° 내지 90°인 것을 특징으로 하는 용융물 배출 시스템.
4. 체1항에 있어서,
   상기 체결 고정부는,
   상기 챔버 외부면과 접하는 부분이 주름관으로 밀폐된 것을 특징으로 하는 용융물 배출 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 용융로는,
   용융물이 온도를 상실하지 않게 상기 배출유로 내벽에 가열장치를 더 포함하는 용융물 배출 시스템.
6. 제5항에 있어서
   상기 가열장치는,
   유도코일 또는 고온발열체로 구성되는 것을 특징으로 하는 용융물 배출 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 배출조절유닛의 입인출 방식은 기계식 또는 유압식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 용융물 배출 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 배출 막음부는,
   상기 배출조절유닛으로부터 교체 가능하게 체결된 것을 특징으로 하는 용융물 배출 시스템.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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