KR101707980B1 - 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에 용융공간을 포함하는 플라즈마 저온용융로에 있어서, 용융공간의 측부를 형성하며 적어도 다수의 곡면 냉각패널 유닛을 포함하는 냉각패널 집합체, 용융로 상부에 위치하며 상기 곡면 냉각패널 유닛 상부의 적어도 일부와 결합되는 냉각패널 고정플랜지, 상기 용융공간의 하부에 위치하는 용융로바닥판, 및 상기 곡면 냉각패널을 지지할 수 있도록 상기 용융로바닥판의 적어도 일부에 위치하는 냉각패널 지지부를 포함하는 유지보수가 용이한 교체가능한 구조의 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로에 관한 것이다.

Description

교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로{PLASMA COLD CRUCIBLE HAVING REPLACEABLE CURVED SURFACE COOLING PANEL}

본 발명은 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로에 관한 것으로, 특히 금속을 제외한 유해성폐기물을 용융하여 배출하는 플라즈마 저온 용융로의 측부를 교체 가능한 구조로 하여 문제 발생 시 용이하게 대응할 수 있는 저온 용융로 구조에 관한 기술이다.

유해성폐기물, 특히 원자력 발전 등을 통해 나오는 방사성 폐기물을 보다 안정적으로 처리, 보관 및 관리하는 것은 매우 중요한 문제이다. 이러한 유해성 폐기물을 처리하는 방법으로서, 압축, 소각, 및 시멘트고화 등 다양한 기술들이 적용되고 있으나, 각 기술은 감용비가 적고, 침출수 등의 2차 피해도 발생할 가능성이 높은 문제가 있었다. 그러던 중 몇몇 국가를 중심으로 유해성 폐기물을 처리, 보관하는 방법 중에서 플라즈마 토치나 저온용융로를 이용하여 유해성폐기물을 연소시키고 용융하는 기술이 개발되어 왔다.

종래의 플라즈마 세라믹 용융로는 내화재로 제작하여 사용하기 때문에 대부분의 가연성 및 비가연성 물질을 용융하는 장치로 사용하고 있으며, 전극가열 세라믹용융로는 내화재를 사용하여 제작한 동일한 용융로이나 슬러지처리를 전용으로 사용한다. 또한, 금속 섹터를 이용하여 제조되는 유도가열식 저온용융로는 금속을 제외한 슬러지를 포함한 가연성폐기물을 처리한다.

기존 유도가열식 저온용융로 냉각섹터는 냉각수 입구 및 출구 배관이 냉각수헤더에 용접된 고정방식으로 각각의 섹터는 입구와 출구가 있어 냉각수가 1회전 냉각하고 냉각수헤더로 나가게 되며 수십 개의 섹터가 같은 구조로 동일하게 설계되어 있다. 냉각수입구와 출구간격이 좁아 조립식으로 체결할 수 없는 용접방식의 구조로 설계되어 있어 문제 발생 시 냉각섹터 교체할 수 없으며 전체를 교체하여야 하는 문제를 가지고 있다.

기존 플라즈마 세라믹용융로는 폐기물 종류에 따라 내화재가 달리 제작되지만 산화되고 침식되어 용융로 수명에 문제가 생기는 경우가 자주 발생한다. 또한, 설치면적이 넓으며 장시간 소요되는 유지보수 시간과 비용의 문제점이 있다.

한국 공개특허 제2014-0064048호(2014.5.28. 공개) 한국 공개특허 제2013-0093285호(2013.8.22. 공개)

본 발명의 목적은 플라즈마 저온용융로의 측부를 곡면 냉각패널 집합체로 형성하며, 곡면 냉각패널 유닛을 교체가능한 구조로 하여, 문제 발생 시 용이하게 냉각패널 유닛을 교체할 수 있도록 하여 제조 및 유지보수가 용이한 플라즈마 저온용용로를 제공하고자 함에 있다.

상기 본 발명의 목적은 내부에 용융공간을 포함하는 플라즈마 저온용융로에 있어서, 상기 용융공간의 측부를 형성하며 적어도 2개 이상의 곡면 냉각패널 유닛을 포함하는 냉각패널 집합체, 상기 용융공간의 상부에 위치하며 상기 곡면 냉각패널 유닛 상부의 적어도 일부와 결합되는 냉각패널 고정플랜지, 상기 용융공간의 하부에 위치하는 용융로바닥판, 상기 곡면 냉각패널을 지지할 수 있도록 상기 용융로바닥판의 적어도 일부에 위치하는 냉각패널 지지부를 포함하는 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로에 의해 달성된다.

상기 냉각패널 집합체는 2 내지 10개의 곡면 냉각패널 유닛으로 형성될 수 있다.

상기 곡면 냉각패널 유닛은 모두 동일한 형상일 수 있다.

상기 곡면 냉각패널 유닛은 제1형상을 가진 제1곡면 냉각패널 유닛과 상기 제1형상과 다른 제2형상을 가진 제2곡면 냉각패널 유닛을 포함할 수 있다.

상기 곡면 냉각패널 유닛은 냉각패널 지지부와 끼움 결합하여 체결될 수 있다.

상기 플라즈마 저온 용융로는 상기 곡면 냉각패널 유닛과 상기 냉각패널 고정플랜지를 체결하기 위한 패널고정볼트를 더 포함할 수 있다.

상기 용융로바닥판에 위치하는 용탕배출부를 포함하며,

상기 용융로의 용탕배출부는 유도가열 유닛을 포함할 수 있다.

상기 곡면 냉각패널 유닛의 내부에는 냉각유로를 포함할 수 있으며, 상기 냉각유로는 용융로 외부와 연통하는 냉각수 입구와 냉각수 출구를 포함할 수 있다.

상기 곡면 냉각패널 유닛은 용융공간과 인접하는 부분의 적어도 일부에 형성되어 있는 절연층을 포함할 수 있다.

상기 곡면 냉각패널 유닛은 인접하는 냉각패널과 접촉하는 부분의 적어도 일부에 형성되어 있는 절연층을 포함할 수 있다.

상기 냉각패널 지지부는 바닥부가 평면인 링 형상일 수 있으며, 상부는 상기 냉각패널 유닛을 지지할 수 있도록 상기 냉각패널 유닛의 바닥부에 대응하는 오목구조 형상일 수 있다.

상기 냉각패널 지지부는 용융로 바닥부 상부에 링 형상의 오목한 홈으로 형성될 수 있다.

본 발명에서 플라즈마 저온용융로를 교체가능한 곡면 냉각패널 유닛을 이용함으로써, 기존 저온용융로에 비해 제작, 조립 및 냉각패널의 부분교체가 용이하여 유지보수 비용 및 시간이 줄어들게 되어, 유해성 폐기물 처리 시 더욱 안정적이며 경제적인 운영이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 저온용융로의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 곡면 냉각패널 조립체의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 곡면 냉각패널 유닛의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 저온용융로의 상부계통 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 저온용융로의 용융공간를 형성하는 구조의 관계를 나타내는 수직단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 다른 냉각패널 원형지지부의 평면도 및 단면도이다.

본 발명에서 플라즈마 저온용융로에 사용한 곡면 냉각패널과 기존 유도가열식 저온용융로에 사용한 냉각섹터는 냉각수에 의한 냉각방식은 유사하나 본 발명의 플라즈마 저온용융로는 곡면 냉각패널을 기존의 냉각섹터에 비해 대형화하여 사용수량을 2~10개로 한정하는 것에 비해, 기존의 유도가열식 저온용융로 소형냉각섹터 수량은 수십 개 사용하여 용융로를 제작하는 수량의 차이가 있다. 종래 유도가열식 저온용융로에서 냉각섹터를 수십 개로 분리하여 절연재를 사용하는 이유는 자기장에 의한 효율을 높이기 위한 것이며, 금속간 접촉에 의한 아크발생을 예방하고 용융로 내부 고온의 열을 제거하여 섹터 건전성을 확보하기 위함으로 이는 본 발명의 플라즈마토치에서 나오는 고온의 불꽃으로 폐기물을 연소하는 방식에서 사용하는 곡면 냉각패널과 폐기물 연소방식에서 차이가 있기 때문이다.

본 발명은 플라즈마 저온용융로 곡면 냉각패널을 기존 유도가열 저온용융로 냉각섹터 섹터수량보다 적게 대형으로 교체가능하도록 설계하여 플라즈마 저온용융로 운용 시 냉각섹터 유지보수 및 필요시 교체가 가능하다.

본 발명에서는 2 내지 10개의 곡면 냉각패널 유닛을 포함하여 곡면 냉각패널 조립체를 형성하는 것을 특징으로 한다. 곡면 냉각패널 유닛의 개수가 1개일 경우는 기존의 플라즈마 세라믹 용융로와 유지 보수 측면에서 큰 차이가 없을뿐더러 냉각유로 형성 및 제조에 있어서도 많은 어려움이 발생한다. 유지 보수 측면에서 바람직하게는 적어도 4개의 곡면 냉각패널 유닛으로 조립체를 형성하는 것이 교체 및 조립에 유리하다. 또한, 곡면 냉각패널 유닛을 10개 이상으로 할 경우 개별 패널의 크기가 너무 작아져서 탈부착 등의 조립에 오히려 불리하며, 조립체가 너무 많은 유닛으로 구성되어 있으면 연결부위가 많아져 조립 유격 등이 발생하여 전체 강도가 약해지는 등의 또 다른 문제를 야기할 수 있다. 그에 따라 플라즈마 저온용융로의 곡면 냉각 패널 조립체는 2 내지 10개가 적합하며, 더욱 바람직하게는 4 내지 8개가 유리하다. 또한, 곡면 냉각패널 조립체(100)의 체결강도를 강화하기 위한 목적 등을 이유로 서로 다른 형상을 한 곡면 냉각패널 유닛을 조합하여 사용할 수도 있다. 다시 말하면, 제1형상을 가진 제1곡면 냉각패널 유닛과 제1형상과 다른 제2형상을 가진 제2곡면 냉각패널 유닛을 포함하여 형성될 수 있는데, 제1형상을 상대적으로 작게 만들고 제2형상을 크게 만든다거나, 제1형상과 제2형상에 서로 다른 슬롯을 형성하여 더 강한 결합이 가능하도록 할 수도 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

다수 개의 곡면냉각패널로 구성된 용융공간을 포함하는 플라즈마 저온용융로는 플라즈마 토치를 사용하여 폐기물을 용융하는 장치이다.

곡면 냉각패널 유닛의 용융공간과 대면하는 부분 및 곡면 냉각패널 유닛과 유닛 사이는 전기적으로 절연되도록 절연층이 형성되는 것이 바람직하다. 이는 용융공간으로 위치하는 고전압에 의한 플라즈마 토치에서 나오는 고온 불꽃의 영향으로 발생하는 전기적인 아크 영향을 최소화하기 위함이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 저온용융로의 단면도를 나타낸 것이다. 도면에서와 같이 플라즈마 저온용융로는 용융공간 외부에 토치지지대(230)와 토치 이송장치(220) 등을 포함할 수 있다. 플라즈마 토치(210)는 토치 이송장치(220)에 의해 승강할 수 있다. 더불어 폐기물 투입을 용이하게 하기 위한 폐기물 투입관(240)이 용융로 상부에 형성될 수 있으며, 폐기물 용융 시 발생하는 배기가스를 배출하기 위한 배기가스관(250)도 형성된다. 플라즈마 저온용융로는 용융공간(300)을 중심으로 상부에는 곡면 냉각패널 유닛 고정 플랜지가 위치하며, 측면은 곡면 냉각패널 조립체가 위치하며, 하부는 용융로 바닥판(400)이 위치한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 곡면 냉각패널 조립체의 횡단면도를 나타낸 것이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 곡면 냉각패널 유닛(110)의 횡단면도를 나타낸 것이다. 도 2에서는 6개의 곡면 냉각패널 유닛을 이용하여 냉각패널 조립체를 형성하는 것을 도시하였다. 곡면 냉각패널 조립체(100)는 원형으로 형성하는 것이 일반적이다. 이는 용탕의 위치에 따른 온도구배를 상대적으로 균일하게 유지하기에 유리하며, 조립된 상태에서의 강도가 가장 우수하고 동일한 1종류의 곡면 냉각패널 유닛으로 형성할 수 있어 유지보수에도 유리하기 때문이다. 곡면 냉각패널 유닛(110)은 내부에 냉각유로(111)가 형성되어 있으며, 냉각유로(111)는 곡면 냉각패널 조립체(100) 외부로 형성된 패널 냉각수 출구(113)와 패널 냉각수 입구(112)에 연결되어 있다. 냉각유로(111)를 통해 냉각수가 유통되어 운용중인 플라즈마 저온용융로의 곡면 냉각패널 조립체(100)를 냉각시켜 고온의 플라즈마 및 용탕으로부터 일정 온도 이상 올라가지 않도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 저온용융로의 상부계통 평면도이다. 상부계통에는 폐기물투입관(240), 플라즈마토치(210), 슬러지 투입관(260) 및 배기가스관(250) 등을 포함한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 저온용융로의 용융공간을 형성하는 각 구조의 관계를 나타내었다. 용융공간(300)의 상부는 곡면 냉각패널 고정플랜지(150)가 위치하며, 측부는 곡면 냉각패널 조립체(100)가 용융공간(300)을 둘러싸도록 형성된다. 하부에는 용융로 바닥판(400)이 위치한다. 곡면 냉각패널 고정플랜지(150)와 곡면 냉각패널 조립체(100)의 곡면 냉각패널 유닛(110)은 패널고정볼트(140)에 의해 체결된다. 곡면 냉각패널 유닛(110)의 상부는 패널고정볼트(140)가 체결될 수 있도록 돌출된 평면부를 더 포함할 수 있으며, 평면부에는 패널고정볼트용 구멍이 형성될 수 있다.

용융공간의 하부에는 용융로 바닥판(400)이 위치한다. 용융로 바닥판(400)의 상부에는 곡면 냉각패널 유닛(110)을 지지하기 위한 구조가 형성된다. 도면에서와같이 링 형상의 냉각패널 원형지지부(410)가 형성될 수 있으며, 용융로 바닥판(400) 상부에 직접 오목한 홈이 형성된 오목구조를 가진 냉각패널 원형지지부(410)를 형성할 수도 있다. 냉각패널 원형지지부(410)는 용융로 바닥판(400)에 고정된 형태이며, 곡면 냉각패널 유닛(110)과는 끼움 결합 방식으로 체결되어 탈부착이 가능하도록 결합된다. 도 6에서 도시한 바와 같이 냉각패널 원형지지부(410)는 곡면 냉각패널 조립체(100)와 체결 후 냉각패널 유닛 간에 유격이 발생하지 않도록 정밀하게 제조되어야 하며 곡면 냉각패널 유닛(110) 탈착이 가능하면서도, 부착된 상태에서 곡면 냉각패널 유닛(110)이 수직으로 지지될 수 있도록 적절한 크기 및 깊이의 오목부를 가져야 한다. 냉각패널 원형지지부(410)는 평면도에서 원형의 링 형상을 가지며 이는 곡면 냉각패널 조립체(100)를 지지해야 함으로, 냉각패널 조립체 단면에 따른다.

용융로바닥판(400)에는 플라즈마 토치에 대응하여 아크를 발생하기 위한 바닥전극(420)이 포함될 수 있으며, 용융된 폐기물 용탕을 용융로 외부로 배출하기 위한 용탕 배출부(430)를 포함할 수 있다. 용탕배출부는 배출을 용이하게 하기 위한 유도코일 유닛을 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 구조의 플라즈마 저온용융로는 유해성 폐기물 처리를 함에 있어, 유해성 폐기물 및 고온의 플라즈마 및 용탕에 의해 산화되거나 부식된 저온용융로를 부분적으로 교체 가능하도록 함으로써, 보수 시간이 단축되고 비용이 절감되어 유지보수가 더욱 용이해 질 수 있다. 또한, 제품의 설치 조립에도 더욱 유리하다.

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

1. 유해성 폐기물을 처리하기 위해 내부에 용융공간을 포함하는 플라즈마 저온용융로에 있어서,
   상기 용융공간 상부에 위치하며, 상기 유해성 폐기물을 용융공간에 투입하기 위한 폐기물 투입관;
   상기 용융공간 내부에 고온불꽃을 발생시키기 위한 플라즈마 토치;
   상기 용융공간 하부에 위치하며, 플라즈마 토치에 대응하여 아크를 발생하기 위한 바닥전극;
   상기 용융공간의 측부를 형성하며 적어도 2개 이상의 곡면 냉각패널 유닛을 포함하는 냉각패널 집합체;
   상기 용융공간의 상부에 위치하며 상기 곡면 냉각패널 유닛 상부의 적어도 일부와 결합되는 냉각패널 고정플랜지;
   상기 용융공간의 하부에 위치하는 용융로바닥판;
   상기 곡면 냉각패널을 지지할 수 있도록 상기 용융로바닥판의 적어도 일부에 위치하는 냉각패널 지지부; 를 포함하며,
   상기 곡면 냉각패널 유닛의 내부에는 냉각유로를 포함하며, 상기 냉각유로는 용융로 외부와 연통하는 냉각수 입구와 냉각수 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로.
2. 제1항에서,
   상기 냉각패널 집합체는 2 내지 10개의 곡면 냉각패널 유닛으로 형성되는 것을 특징으로 하는 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로.
3. 제2항에서,
   상기 곡면 냉각패널 유닛은 모두 동일한 형상인 것을 특징으로 하는 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로.
4. 제2항에서,
   상기 곡면 냉각패널 유닛은 제1형상을 가진 제1곡면 냉각패널 유닛과 상기 제1형상과 다른 제2형상을 가진 제2곡면 냉각패널 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로.
5. 제1항에서,
   상기 곡면 냉각패널 유닛은 냉각패널 지지부와 끼움 결합하여 체결되는 것을 특징으로 하는 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로.
6. 제1항에서,
   상기 플라즈마 저온 용융로는 상기 곡면 냉각패널 유닛과 상기 냉각패널 고정플랜지를 체결하기 위한 패널고정볼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로.
7. 제1항에서,
   상기 용융로바닥판에 위치하는 용탕배출부를 포함하며,
   상기 용탕배출부는 유도가열 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로.
8. 삭제
9. 제1항에서,
   상기 곡면 냉각패널 유닛은 용융공간과 인접하는 부분의 적어도 일부에 형성되어 있는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로.
10. 제1항에서,
    상기 곡면 냉각패널 유닛은 인접하는 냉각패널과 접촉하는 부분의 적어도 일부에 형성되어 있는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로.
11. 제1항에서,
    상기 냉각패널 지지부는 바닥부가 평면인 링 형상이며, 상부는 상기 냉각패널 유닛을 지지할 수 있도록 상기 냉각패널 유닛의 바닥부에 대응하는 오목구조 형상인 것을 특징으로 하는 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로.
12. 제1항에서,
    상기 냉각패널 지지부는 용융로 바닥부 상부에 링 형상의 오목한 홈으로 형성된 것을 특징으로 하는 교체가능한 곡면 냉각패널 플라즈마 저온 용융로.

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