본 발명은 대기압 상태에서 플라즈마를 일정 공간에 생성 및 유지하는 것에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고전압과 자력을 이용한 일반 대기압 상태에서의 플라즈마 커튼 발생장치를 활용한 폐기물 처리 저진공 소각시설에 관한 것이다.The present invention relates to generating and maintaining plasma in a certain space under atmospheric pressure, and more specifically, to a low-vacuum incineration facility for waste treatment using a plasma curtain generator under general atmospheric pressure using high voltage and magnetism. .
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section simply provides background information for the present disclosure and does not constitute prior art.
물질의 상태는 고체 액체 기체로 나눌 수 있는데 기체 상태의 물질에 에너지를 가해주면 원자나 분자에서 전자가 분리되어 전자와 이온들이 존재하는 플라즈마 상태가 된다.The state of matter can be divided into solid, liquid, and gas. When energy is applied to a gaseous substance, electrons are separated from atoms or molecules, creating a plasma state in which electrons and ions exist.
플라즈마는 발생하는 압력에 따라 대기압 플라즈마와 저압 플라즈마로 분류될 수 있다. 또한, 플라즈마를 발생시키는 방법에 따라 열적 플라즈마 방전과 비-열적 플라즈마 방전으로 나눌 수 있다. 열적 플라즈마는 가스 등을 이용하여 가열하여 이온화를 하는 방법이고, 비-열적 플라즈마는 가스의 가열은 최소화하고 전자를 가열하여 이온화를 시키는 방법이다.Plasma can be classified into atmospheric pressure plasma and low pressure plasma depending on the pressure generated. Additionally, depending on the method of generating plasma, it can be divided into thermal plasma discharge and non-thermal plasma discharge. Thermal plasma is a method of ionization by heating using a gas, etc., and non-thermal plasma is a method of ionization by minimizing heating of the gas and heating electrons.
플라즈마는 코로나(Corona), 아크(Arc), 글로우(Glow), 스파크(Spark) 방전 등으로 나뉘는데 플라즈마 방전의 기본이 되는 고전압의 위험성과 매우 순간적으로 발생하는 행태를 보임으로써 일반적으로 다루기 힘들고 위험하다는 단점을 갖고 있지만 현재 저온 플라즈마의 경우 반도체 제조 공정, 오존 생성, 전기집진 분야에서 가장 널리 사용되고 있다. 또한 열 플라즈마는 고온 고강도 신소재 및 표면 처리, 특수 환경 폐기물 처리 및 신재생 에너지 개발, 원자로 및 핵융합로 재료 개발 등에 응용되고 있다.Plasma is divided into corona, arc, glow, and spark discharge. Due to the risk of high voltage, which is the basis of plasma discharge, and its very instantaneous behavior, it is generally difficult to handle and dangerous. Although it has disadvantages, low-temperature plasma is currently most widely used in the semiconductor manufacturing process, ozone generation, and electrostatic dust collection. In addition, thermal plasma is applied to high-temperature and high-strength new materials and surface treatment, special environmental waste treatment and new renewable energy development, and nuclear reactor and fusion reactor material development.
한편, 생활폐기물과 산업폐기물을 포함한 가연성 폐기물의 소각처리는 소각 중 대기 중으로 배출되는 오염물질(먼지, 염화수소, 황산화물, 질소 화합물, 다이옥신, 중금속 등)에 대한 해결책이 요구되지만 아직까지 근본적으로 해결책이 마련되지 않고 있다.Meanwhile, incineration of combustible waste, including household waste and industrial waste, requires a solution to pollutants (dust, hydrogen chloride, sulfur oxides, nitrogen compounds, dioxins, heavy metals, etc.) emitted into the air during incineration, but there is still no fundamental solution. This is not in place.
특히, 중·저준위 방사성 폐기물의 경우에도, 소각처리는 폐기물의 감용 효과가 우수할 뿐 아니라 폐기물을 불활성 혹은, 반응성이 작은 '재' 형태로 전환함으로써 수송과 저장 과정에서 발생할 수 있는 위험을 감소시키기 때문에, 소각 후 매립 방식이 고체폐기물처리 방법으로 주목을 받고 있다. 가연성 폐기물의 소각처리는 많은 장점을 갖고 있으나, 폐기물을 소각할 때 발생하는 배기체 속에 방사성핵종이나 방사성 입자가 포함되므로, 배기체를 처리하여 방사성 물질을 제거해야 하는 것이 요구된다.In particular, in the case of low- and medium-level radioactive waste, incineration not only has an excellent waste reduction effect, but also reduces risks that may occur during transportation and storage by converting the waste into an inert or less reactive 'ash' form. Therefore, incineration and then landfilling are attracting attention as a solid waste disposal method. Incineration of combustible waste has many advantages, but since radionuclides or radioactive particles are included in the exhaust gases generated when incinerating waste, it is required to remove radioactive materials by treating the exhaust gases.
(선행기술문헌)(Prior art literature)
(특허문헌)(patent literature)
(특허문헌 0001) 대한민국 등록특허 제10-1980876호(2019. 05. 15. 등록), "DBP플라즈마 매연 저감장치"(Patent Document 0001) Republic of Korea Patent No. 10-1980876 (registered on May 15, 2019), “DBP plasma exhaust reduction device”
(특허문헌 0002) 대한민국 등록특허 제10-0866328호(2008. 10. 27. 등록), "플라즈마 버너 및 매연 여과장치"(Patent Document 0002) Republic of Korea Patent No. 10-0866328 (registered on October 27, 2008), “Plasma burner and smoke filtration device”
(특허문헌 0003) 대한민국 등록특허 제10-1582625호(2015. 12. 29. 등록), "플라즈마를 이용한 디젤엔진의 질소산화물과 피엠 동시 저감 시스템"(Patent Document 0003) Republic of Korea Patent No. 10-1582625 (registered on December 29, 2015), “Simultaneous reduction system of nitrogen oxides and PM of diesel engine using plasma”
(특허문헌 0004) 대한민국 등록특허 제10-1562856호(2015. 10. 19. 등록), "플라즈마 토치 시스템, 및 이를 이용한 가연성 및 비가연성 생활폐기물 또는 병원폐기물 일괄 처리 방법"(Patent Document 0004) Republic of Korea Patent No. 10-1562856 (registered on October 19, 2015), “Plasma torch system and method for batch processing combustible and non-combustible household waste or hospital waste using the same”
(특허문헌 0005) 대한민국 등록특허 제10-0323352호(2002. 01. 23. 등록), "이동형삼중수소제거장치"(Patent Document 0005) Republic of Korea Patent No. 10-0323352 (registered on January 23, 2002), “Mobile Tritium Removal Device”
(특허문헌 0006) 대한민국 등록특허 제10-1563199호(2015. 10. 20. 등록), "삼중수소 제거 장치 및 제거 방법"(Patent Document 0006) Republic of Korea Patent No. 10-1563199 (registered on October 20, 2015), “Tritium removal device and method”
(특허문헌 0007) 대한민국 등록특허 제10-1478895호(2014. 12. 26 등록), "페로시안이 고정된 유기 실리카의 제조방법"(Patent Document 0007) Republic of Korea Patent No. 10-1478895 (registered on December 26, 2014), “Method for producing organic silica with fixed ferrocyanide”
본 발명의 일 측면은 복잡한 기계적 장치나 화석연료 등이 필요없이 간단하게 고전압과 자석의 자력만을 이용하여 대기압 상태에서 일정 공간 내에 매우 강력하고 고온의 플라즈마를 연속적으로 생성할 수 있는 플라즈마 커튼 발생 장치를 제공하는 데에 목적이 있다.One aspect of the present invention is to provide a plasma curtain generator that can continuously generate very powerful and high-temperature plasma within a certain space at atmospheric pressure simply by using only high voltage and the magnetic force of a magnet without the need for complicated mechanical devices or fossil fuels. The purpose is to provide
본 발명의 다른 측면은 소각 처리 중에 대기 중으로 확산하는 각종 오염원을, 플라즈마 커튼 발생 장치에 의해 형성된 플라즈마 커튼으로 유도하여 각종 오염원들을 감소시키거나 제거하는 데 그 목적이 있으며, 중·저준위 방사성 폐기물을 부분적으로 제거하고자 하는 목적도 있다.Another aspect of the present invention is to reduce or remove various pollutants that spread into the atmosphere during incineration by directing them to a plasma curtain formed by a plasma curtain generator, and to partially reduce and remove intermediate and low-level radioactive waste. There is also a purpose to eliminate it.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 명세서는 쓰레기를 소각하거나 기화시키는 소각설비 및 상기 소각설비로부터 유입되는 배기체를 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 배기구를 가진 제1 굴뚝을 포함하는 소각 시설을 개시한다. 상기 배기체는 상기 적어도 하나의 배기구 각각에 구비된 플라즈마 커튼 발생장치에 의해 생성된 플라즈마를 통과한 후 외부로 배출된다. 플라즈마 커튼 발생 장치는 원통형 자석, 상기 원통형 자석 내부에 배치된 원통형 동관, 및 상기 원통형 동관의 중심 축을 따라 배치된 적어도 하나의 전극봉을 포함하며, 상기 원통형 동관과 상기 전극봉 간에 고전압을 인가하여 대기압 상태에서 연속적으로 플라즈마를 발생시키며, 상기 원통형 자석은 상기 원통형 동관 내부의 일정 공간 내에 상기 플라즈마를 유지시키기 위한 자기력을 제공한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present specification discloses an incineration facility including an incineration facility for incinerating or vaporizing waste and a first chimney having at least one exhaust port for discharging exhaust gas flowing from the incineration facility to the outside. do. The exhaust gas passes through plasma generated by a plasma curtain generator provided in each of the at least one exhaust port and is then discharged to the outside. The plasma curtain generating device includes a cylindrical magnet, a cylindrical copper tube disposed inside the cylindrical magnet, and at least one electrode disposed along a central axis of the cylindrical copper tube, and applies a high voltage between the cylindrical copper tube and the electrode to maintain atmospheric pressure. Plasma is continuously generated, and the cylindrical magnet provides magnetic force to maintain the plasma within a certain space inside the cylindrical copper tube.
상기 플라즈마 커튼 발생 장치는 상기 원통형 동관 및 상기 원통형 자석 사이에 배열된 제1단열층을 포함할 수 있으며, 상기 원통형 동관의 내부면에 배열된 제2단열층을 더 포함할 수 있다.The plasma curtain generating device may include a first insulating layer arranged between the cylindrical copper tube and the cylindrical magnet, and may further include a second insulating layer arranged on an inner surface of the cylindrical copper tube.
일부 실시에에서, 상기 전극봉은 내열성의 비철금속으로 구성되며, 바람직하게는 탄소봉 또는 텅스텐봉일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 전극봉은 철심과 철심을 둘러싼 단열재로 구성될 수 있다.In some embodiments, the electrode rod is made of a heat-resistant non-ferrous metal, and may preferably be a carbon rod or a tungsten rod. In another embodiment, the electrode may be composed of an iron core and an insulating material surrounding the iron core.
상기 플라즈마 커튼 발생 장치는 상기 원통형 동관의 중심축을 기준으로 등간격으로 배열된 복수의 전극봉을 더 포함할 수 있다.The plasma curtain generating device may further include a plurality of electrodes arranged at equal intervals with respect to the central axis of the cylindrical copper tube.
상기 원통형 자석은 일정 간격을 두고 동일한 극이 서로 마주보도록 혹은 상이한 극이 서로 마주보도록 배열된 혹은 배열된 복수의 링 자석들과 상기 복수의 링 자석들을 체결하는 고정 구조물을 포함할 수 있다. 상기 원통형 자석은 영구자석 또는 전자석일 수 있다.The cylindrical magnet may include a plurality of ring magnets arranged or arranged such that the same poles face each other or different poles face each other at regular intervals, and a fixing structure for fastening the plurality of ring magnets. The cylindrical magnet may be a permanent magnet or an electromagnet.
상기 플라즈마의 발생 타입은 직류 플라즈마 또는 교류 플라즈마일 수 있다. 따라서 상기 원통형 동관과 상기 전극봉 간에 인가되는 고전압은 DC 전압 혹은 AC 전압일 수 있다.The generation type of the plasma may be direct current plasma or alternating current plasma. Therefore, the high voltage applied between the cylindrical copper tube and the electrode may be DC voltage or AC voltage.
상기 플라즈마 커튼 발생 장치는 생활폐기물이나 산업폐기물을 처리하는 소각시설 혹은 중·저준위 방사성 폐기물을 처리하는 소각시설에서 소각에 따른 배기체가 유입되는 굴뚝에 설치되어 배기체에 포함된 오염물질을 저감하는 데에 이용될 수 있다.The plasma curtain generator is installed in a chimney where exhaust gas from incineration flows into an incineration facility that processes domestic waste or industrial waste or an incineration facility that processes low- and medium-level radioactive waste to reduce pollutants contained in the exhaust gas. can be used for
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 명세서는 전술한 플라즈마 커튼 발생 장치를 활용한 중·저준위 방사성 폐기물 소각시설을 개시한다. 중·저준위 방사성 폐기물 소각시설은 저진공 상태의 실내 공간 내에서 중·저준위 방사성 오염물질을 이송하는 이송용 컨베이어가 포함된 전자석 식 이송 트레이, 및 중·저준위 방사성 오염물질을 소각하거나 기화시키는 소각설비를 포함하되, 상기 소각설비는 상기 플라즈마 커튼 발생 장치를 구비한 제1굴뚝에 연결된 것을 특징으로 하는, 중·저준위 방사성 폐기물 소각시설을 제공한다.In addition, in order to solve the above-mentioned problems, this specification discloses a low- and medium-level radioactive waste incineration facility using the above-described plasma curtain generator. The low- and medium-level radioactive waste incineration facility is equipped with an electromagnetic transfer tray containing a transport conveyor that transports low- and medium-level radioactive pollutants within a low-vacuum indoor space, and an incineration facility that incinerates or vaporizes low- and medium-level radioactive pollutants. It provides an incineration facility for intermediate and low-level radioactive waste, wherein the incineration facility is connected to a first chimney equipped with the plasma curtain generating device.
상기 제1굴뚝에 구비된 상기 플라즈마 커튼 발생 장치는, 중·저준위 방사성 오염물질의 소각이나 기화 완료 시 공조기와 진공 펌프를 이용하여 상기 소각 시설의 실내공간을 저진공 상태까지 도달시키고 오염된 공기의 외부 누출을 방지할 수 있다.The plasma curtain generator provided in the first chimney uses an air conditioner and a vacuum pump to reach the indoor space of the incineration facility to a low vacuum state when incineration or vaporization of low- and medium-level radioactive pollutants is completed and to remove the contaminated air. External leakage can be prevented.
상기 소각시설의 실내공간을 둘러싼 벽체, 바닥 및 천장은, 상기 실내공간의 저 진공화로 인한 휨 방지를 위한 육각형의 비철 금속 모듈식 구조물으로 형성될 수 있다.The walls, floor, and ceiling surrounding the indoor space of the incineration facility may be formed of a hexagonal non-ferrous metal modular structure to prevent bending due to low vacuum of the indoor space.
상기 제1 굴뚝에 연결된 상기 플라즈마 커튼 생성 장치는 상기 소각시설의 실내공간 내에 배치될 수 있다. 상기 실내 공간으로부터 공기가 유입되는 제2 굴뚝에 구비된 상기 플라즈마 커튼 생성 장치는 상기 실내 공간을 천장을 기준으로 외부에 배치될 수 있다.The plasma curtain generating device connected to the first chimney may be placed within an indoor space of the incineration facility. The plasma curtain generating device provided in the second chimney through which air flows from the indoor space may be placed outside the indoor space with respect to the ceiling.
본 명세서에 개시된 플라즈마 커튼 생성 장치는, 국소적으로 발생하는 플라즈마가 아닌, 대기압 상태에서 조정가능한 공간 범위 내에 강력하고 연속적인 플라즈마, 즉 플라즈마 커튼을 발생시킬 수 있다. 특히, 플라즈마의 발생 범위와 밀접한 관련이 있는, 자석의 자속 밀도와 크기(내경, 외경 및 두께) 그리고 고전압의 세기를 조정함으로써 작은 공간 범위의 플라즈마에서부터 매우 큰 공간 범위의 플라즈마까지 얻을 수 있다.The plasma curtain generating device disclosed herein is capable of generating a powerful and continuous plasma, that is, a plasma curtain, within an adjustable spatial range at atmospheric pressure, rather than a locally generated plasma. In particular, by adjusting the magnetic flux density and size (inner diameter, outer diameter, and thickness) of the magnet, which are closely related to the range of plasma generation, and the intensity of high voltage, it is possible to obtain plasma from a small spatial range to a very large spatial range.
본 명세서에 개시된 플라즈마 커튼 생성 장치는 전극봉과 동관에 인가되는 고전압과 플라즈마를 일정 공간에 유지하는 강한 자기장을 제공하는 자석을 필요로 하며 여타 종류의 기계적 장치나 연료 없이 간단하게 강력한 플라즈마 커튼을 발생시킬 수 있다. 또한, 기계적인 구성이 매우 간단하여 고장 등의 발생이 거의 없고, 고장 시 부속품 교체도 용이하다.The plasma curtain generating device disclosed in this specification requires a high voltage applied to electrodes and copper tubes and a magnet that provides a strong magnetic field to maintain the plasma in a certain space, and can simply generate a strong plasma curtain without any other type of mechanical device or fuel. You can. In addition, the mechanical structure is very simple, so malfunctions are rare, and parts are easy to replace in case of malfunction.
또한, 본 명세서에 개시된 기술들은 각종 해로운 가스나 다량의 미세먼지 등이 대기 중으로 전파되는 오염원을 원천적으로 제거하는 데 있어서 플라즈마 커튼을 이용하여, 대기중으로 확산하기 전에 또는 특정 공간에 퍼져있는 오염원을 쉽게 제거할 수 있다. 특히, 플라즈마 커튼 생성 장치는 플라즈마의 발생 범위를 조정하기에 용이하여, 소각 시설에 요구되는 다양한 공간 범위의 오염원 제거에 적합하다.In addition, the technologies disclosed in this specification use plasma curtains to fundamentally remove pollutants such as various harmful gases or large amounts of fine dust that spread into the atmosphere, making it easy to remove pollutants before they spread into the atmosphere or spread in a specific space. It can be removed. In particular, the plasma curtain generator is easy to adjust the plasma generation range, making it suitable for removing pollutants in various spatial ranges required for incineration facilities.
본 명세서에 개시된 기술들은 방사성 폐기물 등의 소각이나 기화 처리 시 불완전 연소와 오염물질 등이 외부로 누출될 가능성이 있는 각종 위해물질들을 강력한 플라즈마 커튼으로 유도 충돌시켜 덜 위험한 입자들로 교차붕괴 시키는 데에 이용될 수 있다. 이는 앞선 선행기술들과 같이 복잡한 과정을 거치는 것이 아니라 소각과 기화 라는 매우 간단한 방법으로 처리할 수 있는 특별히 다른 차별성을 갖추고 있으며, 특히 소각시설 전체를 저 진공화시킴으로써 방사성 오염원 등의 외부 유출을 완벽하게 차단하는 효과가 있고, 소각과정 후의 고체잔재물과 기화되지 않고 남게 되는 무거운 종류의 액체 방사성 물질들은 기존 처리방식에 따라 영구처분장으로 운반하게 되면 방사성 오염원의 폐기물 양을 매우 작은 범위로 축소 시킬 수 있게 되는 매우 큰 장점이 있다.The technologies disclosed in this specification are used to guide and collide various hazardous substances, which are likely to leak to the outside due to incomplete combustion and pollutants during incineration or vaporization of radioactive waste, with a powerful plasma curtain, thereby causing them to cross-collapse into less dangerous particles. It can be used. This has a special distinction in that it can be treated through a very simple method of incineration and vaporization rather than through a complex process like the previous prior technologies. In particular, by reducing the entire incineration facility to low vacuum, it completely prevents external leakage of radioactive contaminants, etc. It has a blocking effect, and the solid residue after the incineration process and the heavy types of liquid radioactive materials that remain without vaporization can be transported to a permanent disposal site according to the existing treatment method, reducing the amount of waste from radioactive contamination to a very small range. There is a very big advantage.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 커튼 발생 장치의 부분 단면 사시도이다.
도 2는 동일한 극이 서로 마주보도록 한 쌍의 링 자석들(ring magnets)이 배열된 예시적인 자석 조립체의 사시도이다.
도 3은 상이한 극이 서로 마주보도록 한 쌍의 링 자석들이 배열된 예시적인 자석 조립체의 사시도이다.
도 4는 이극 배열에서 실험적으로 얻어진 플라즈마 커튼의 발생을 보이는 실제 사진이다.
도 5은 동극 배열에서 실험적으로 얻어진 플라즈마 커튼의 발생을 보이는 실제 사진이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 커튼 발생 장치의 부분 단면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 커튼 발생 장치의 부분 단면 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 커튼 발생 장치의 사시도와 부분 단면 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 커튼 발생 장치의 사시도와 부분 단면 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예에 따른 중·저준위 방사성 폐기물 처리를 위한 예시적인 저진공 소각시설을 보여주는 개념도이다.
도 11은 도 10의 소각시설에 사용될 수 있는 방사성 오염물질이 담긴 폐기물 드럼을 이송하는 수단을 예시하는 사시도이다.
도 12는 도 10의 소각시설에 사용될 수 있는 제1 플라즈마 커튼 발생장치가 포함된 제1 굴뚝을 예시하는 사시도이다.
도 13은 도 10의 소각시설의 제1 굴뚝과 제2 굴뚝에 사용될 수 있는 플라즈마 커튼 발생장치의 예시적인 단면도이다.
도 14는 도 10의 소각시설에 사용될 수 있는 제2 굴뚝을 예시하는 사시도이다.
도 15에는 도 10의 소각시설에 사용될 수 있는 비철 금속으로 된 벽체를 예시하는 개념도이다.
도 16은 벽체를 구성하는 육각형 모듈의 상세 조립순서이다.
도 17은 도 10의 소각 시설에서 중·저준위 방사성 폐기물이 처리되는 순서를 보이는 흐름도이다.1 is a partial cross-sectional perspective view of a plasma curtain generator according to a first embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of an exemplary magnet assembly in which a pair of ring magnets are arranged with like poles facing each other.
3 is a perspective view of an exemplary magnet assembly in which a pair of ring magnets are arranged with different poles facing each other.
Figure 4 is an actual photograph showing the generation of a plasma curtain experimentally obtained in a bipolar array.
Figure 5 is an actual photograph showing the generation of a plasma curtain experimentally obtained in a homopolar array.
Figure 6 is a partial cross-sectional perspective view of a plasma curtain generating device according to a second embodiment of the present invention.
Figure 7 is a partial cross-sectional perspective view of a plasma curtain generator according to a third embodiment of the present invention.
Figure 8 is a perspective view and a partial cross-sectional perspective view of a plasma curtain generator according to a fourth embodiment of the present invention.
Figure 9 is a perspective view and a partial cross-sectional perspective view of a plasma curtain generator according to a fifth embodiment of the present invention.
Figure 10 is a conceptual diagram showing an exemplary low vacuum incineration facility for processing low- and intermediate-level radioactive waste according to some embodiments of the present invention.
Figure 11 is a perspective view illustrating means for transporting a waste drum containing radioactive contaminants that can be used in the incinerator of Figure 10.
FIG. 12 is a perspective view illustrating a first chimney including a first plasma curtain generator that can be used in the incineration facility of FIG. 10.
FIG. 13 is an exemplary cross-sectional view of a plasma curtain generator that can be used in the first and second chimneys of the incineration facility of FIG. 10.
Figure 14 is a perspective view illustrating a second chimney that can be used in the incinerator of Figure 10.
FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating a wall made of non-ferrous metal that can be used in the incineration facility of FIG. 10.
Figure 16 is a detailed assembly sequence of the hexagonal modules constituting the wall.
FIG. 17 is a flowchart showing the sequence in which low- and intermediate-level radioactive waste is processed in the incineration facility of FIG. 10.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 이용해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail using exemplary drawings. When adding reference signs to components in each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the embodiments, the detailed description will be omitted.
본 발명에 따른 실시예들의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In describing the components of the embodiments according to the present invention, symbols such as first, second, i), ii), a), and b) may be used. These codes are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the component is not limited by the code. In the specification, when a part is said to 'include' or 'have' a certain element, this means that it does not exclude other elements, but may further include other elements, unless explicitly stated to the contrary. .
본 명세서는 대기압 상태에서 일정 공간 내에 매우 강력하고 고온의 플라즈마를 연속적으로 생성할 수 있는 플라즈마 커튼 발생 장치의 다양한 실시예들이 개시된다. 또한, 플라즈마 커튼 발생 장치를 소각시설에 적용하는 실제적인 예를 설명한다.This specification discloses various embodiments of a plasma curtain generator that can continuously generate very powerful and high-temperature plasma within a certain space under atmospheric pressure. In addition, a practical example of applying a plasma curtain generator to an incineration facility is explained.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 커튼 발생 장치의 부분 단면 사시도이다.1 is a partial cross-sectional perspective view of a plasma curtain generator according to a first embodiment of the present invention.
플라즈마 커튼 발생 장치는 원통형 자석(100)과, 원통형 자석(100)의 내부 공간에 배치된 원통형 동관(300)과, 원통형 동관(300)의 중심 축을 따라 배치된 전극봉(200)을 포함한다.The plasma curtain generator includes a cylindrical magnet 100, a cylindrical copper tube 300 disposed in an inner space of the cylindrical magnet 100, and an electrode 200 disposed along the central axis of the cylindrical copper tube 300.
플라즈마 커튼 발생 장치는 원통형 동관(300)과 전극봉(200) 간에 고전압(예를 들어, 수백 내지 수천 볼트)을 인가시켜 연속적인 플라즈마를 발생시키며, 원통형 자석(100)은 자력을 발생시켜 원통형 동관(300) 내부의 일정 공간 내에 플라즈마를 유지시킨다.The plasma curtain generator generates continuous plasma by applying a high voltage (for example, hundreds to thousands of volts) between the cylindrical copper tube 300 and the electrode 200, and the cylindrical magnet 100 generates magnetic force to generate a cylindrical copper tube ( 300) Plasma is maintained within a certain internal space.
플라즈마는 하전 상태로 보면 음전하의 전자와 양전하의 이온으로 구성되어 있으며, 이들은 전자기장내에서는 전기력과 자기력의 합인 로렌츠 힘(Lorentz force; "F=q(E+v*B)"로 정의됨)을 받는다. 따라서 무작위 열운동에 의해 확산되는 하전 입자들은 공간에서 자기력을 받아 하전입자들은 회전운동을 하게 되고, 이러한 회전 운동은 입자들이 열운동으로 퍼져나가는 것을 제어하게 되어서 자기장 하에서 하전 입자들이 공간 내에 구속된다.Plasma is composed of negatively charged electrons and positively charged ions when viewed in a charged state, and these exert Lorentz force (defined as "F=q(E+v*B)"), which is the sum of electric and magnetic forces, within an electromagnetic field. Receive. Therefore, charged particles that spread by random thermal movement receive magnetic force in space, causing the charged particles to rotate, and this rotational movement controls the particles to spread through thermal movement, so that the charged particles are confined in space under a magnetic field.
전극봉(200)은 탄소봉 혹은 텅스텐봉일 수 있으며, 열을 견디는 힘이 강하고 전기 전도도가 높은, 다른 비철금속으로 만들어져도 무방하다. 전극봉(200)은 고정 구조물(210)에 의해 원통형 자석(100)과 결합하여 원통형 동관(300)의 중심축에 따라 정렬된다.The electrode 200 may be a carbon rod or a tungsten rod, and may be made of another non-ferrous metal that has strong heat resistance and high electrical conductivity. The electrode 200 is coupled to the cylindrical magnet 100 by the fixing structure 210 and is aligned along the central axis of the cylindrical copper tube 300.
원통형 자석(100)과 전극봉(200) 사이에 개재하는 원통형 동관(300)은 원통형 자석(100)에 플라즈마가 직접 접촉하는 것을 차단한다. 또한, 구리는 원통형 자석(100)의 자속의 진행에 방해가 되지 않으면서도 높은 전기전도도를 가지며, 상당히 높은 용융점(약 1084도)을 가지고 있는 바, 원통형 자석(100)과 전극봉(200) 사이에 개재되는 원통형 동관(300)의 재질로 유용하다.The cylindrical copper tube 300 interposed between the cylindrical magnet 100 and the electrode 200 blocks plasma from directly contacting the cylindrical magnet 100. In addition, copper has high electrical conductivity without interfering with the progress of the magnetic flux of the cylindrical magnet 100, and has a fairly high melting point (about 1084 degrees), so it is used between the cylindrical magnet 100 and the electrode 200. It is useful as a material for the interposed cylindrical copper pipe 300.
원통형 동관(300)의 개재 없이, 원통형 자석(100)과 전극봉(200)에 고전압을 인가하더라도 원통형 자석(100)의 내부 공간에 형성된 자계 내에 플라즈마가 발생할 수 있으나, 원통형 자석(100)에 직접 접촉되는 플라즈마의 고열로 인해 원통형 자석(100)은 특정 온도에 도달하게 되면 자력을 잃어버리는 문제가 있다.Even if a high voltage is applied to the cylindrical magnet 100 and the electrode 200 without the intervention of the cylindrical copper tube 300, plasma may be generated in the magnetic field formed in the internal space of the cylindrical magnet 100, but it is not possible to generate plasma in the magnetic field formed in the internal space of the cylindrical magnet 100. Due to the high heat of the plasma, the cylindrical magnet 100 has a problem of losing its magnetic force when it reaches a certain temperature.
원통형 자석(100)은 한 쌍의 자석들(51, 52)이 일정 간격을 두고 동일한 극이 서로 마주보도록 혹은 상이한 극이 서로 마주보도록 구조물(53)에 배열된 구조일 수 있다. 이에 따라, 동관(300) 내에서 자석들(51, 52)의 자속들이 결합되어, 플라즈마가 생성되는 동관(300) 내에 강한 자기장을 형성할 수 있다.The cylindrical magnet 100 may have a structure in which a pair of magnets 51 and 52 are arranged in the structure 53 at regular intervals such that the same poles face each other or different poles face each other. Accordingly, the magnetic fluxes of the magnets 51 and 52 are combined within the copper tube 300 to form a strong magnetic field within the copper tube 300 where plasma is generated.
도 2에는, 원통형 자석(100)으로 이용될 수 있는, 동일한 극이 서로 마주보도록 한 쌍의 링 자석들(ring magnets; 51, 52)이 배열된 자석 조립체가 예시되어 있으며, 도 3에는 상이한 극이 서로 마주보도록 한 쌍의 링 자석들(51, 52)이 배열된 자석 조립체가 예시되어 있다. 도 2의 자석 조립체에서, 링 자석(51)과 링 자석(52) 사이에 척력(斥力)이 작용하여 서로 밀어내기 때문에, 링 자석들(51, 52)을 고정 구조물(53)에 체결하여 링 자석들(51, 52)이 일정 간격(예컨대, 약 10mm)을 유지하도록 고정하였다. 도 3의 자석 조립체에서, 링 자석(51)과 링 자석(52) 사이에 인력이 작용하여 서로 당기기 때문에, 링 자석들(51, 52)을 고정 구조물(53)에 체결하여 링 자석들(51, 52)이 일정 간격(예컨대, 약 10mm)을 유지하도록 고정하였다.Figure 2 illustrates a magnet assembly in which a pair of ring magnets (51, 52) are arranged with the same poles facing each other, which can be used as a cylindrical magnet 100, and Figure 3 shows a magnet assembly with different poles. A magnet assembly in which a pair of ring magnets 51 and 52 are arranged to face each other is illustrated. In the magnet assembly of Figure 2, because a repulsive force acts between the ring magnets 51 and the ring magnets 52 to push each other, the ring magnets 51 and 52 are fastened to the fixing structure 53 to secure the ring magnets. The magnets 51 and 52 were fixed to maintain a certain distance (eg, about 10 mm). In the magnet assembly of FIG. 3, because an attractive force acts between the ring magnets 51 and the ring magnets 52 to pull them together, the ring magnets 51 and 52 are fastened to the fixed structure 53 to hold the ring magnets 51. , 52) were fixed to maintain a certain distance (e.g., about 10 mm).
이와 같이, 서로 이격된 한 쌍의 링 자석으로 구성된 조립체는, 단일의 링 자석을 이용하거나 2개의 링 자석이 완전히 밀착하여 적층된 구조에 비해, 조립체의 중심축을 따라 형성된 중공의 원통형 공간에서 높은 자속밀도를 제공한다.In this way, an assembly composed of a pair of ring magnets spaced apart from each other generates a high magnetic flux in the hollow cylindrical space formed along the central axis of the assembly, compared to a structure using a single ring magnet or a structure in which two ring magnets are stacked in close contact. Provides density.
특히, 도 2과 도 3의 각 하단에 보인 시뮬레이션된 자기력선과 자속밀도(54, 58)를 참조하면, 도 2의 동극 배열(S+S)에 비해, 도 3의 이극 배열(S+N)이 조립체의 중심축을 따라 형성된 중공의 원통형 공간에서 각 링 자석들의 자속이 결합하여 더 강한 자속밀도를 보임을 알 수 있다. 따라서 도 3의 이극 배열(S+N)이 플라즈마를 일정 공간내에 유지하지는 데에 더 유리할 수 있다.In particular, referring to the simulated magnetic force lines and magnetic flux densities (54, 58) shown at the bottom of each of FIGS. 2 and 3, compared to the homopolar array (S+S) of FIG. 2, the bipolar array (S+N) of FIG. 3 It can be seen that the magnetic fluxes of each ring magnet combine in the hollow cylindrical space formed along the central axis of this assembly, resulting in a stronger magnetic flux density. Therefore, the bipolar arrangement (S+N) of FIG. 3 may be more advantageous in maintaining plasma within a certain space.
본 발명자들은 링 자석들이 상이한 극이 서로 마주보도록 배열된 이극 배열 구조와 동일한 극이 서로 마주보도록 배열된 동극 배열 구조에 대해, 플라즈마 커튼 발생 장치에서의 플라즈마 발생을 실험적으로 검증하였다. 도 4는 이극 배열에서 실험적으로 얻은 플라즈마 커튼의 발생을 보이는 실제 사진이며, 도 5은 동극 배열에서 실험적으로 얻은 플라즈마 커튼의 발생을 보이는 실제 사진이다. 도 5의 실험에서는 S극들이 서로 마주보는 배열(즉, S+S 배열)을 사용하였다.The present inventors experimentally verified plasma generation in a plasma curtain generator for a bipolar array structure in which ring magnets are arranged so that different poles face each other and a homopolar array structure in which ring magnets are arranged so that the same poles face each other. Figure 4 is an actual photograph showing the generation of a plasma curtain experimentally obtained in a bipolar array, and Figure 5 is an actual photograph showing the generation of a plasma curtain experimentally obtained in a homopolar array. In the experiment of Figure 5, an arrangement in which the S poles face each other (i.e., S+S arrangement) was used.
이극 배열 구조에서 동관과 전극봉에 고전압을 인가시켰을 때, 도 4에서 맹렬히 회전하면서 밝은 빛의 플라즈마 커튼 발생을 볼 수 있었다. 또한, 동극 배열 구조에서 동관과 전극봉에 고전압을 인가시켰을 때, 도 5에서 밝은 빛의 플라즈마 커튼(75) 발생을 볼 수 있었다.When high voltage was applied to the copper tube and electrode in the bipolar array structure, a rapidly rotating plasma curtain of bright light could be seen in Figure 4. In addition, when high voltage was applied to the copper tube and electrode in the copper array structure, the generation of a bright plasma curtain 75 could be seen in FIG. 5.
위 실험들에서, 발명자들은 가우스 미터(gauss meter)를 이용하여 동관 내부에서 자기장을 측정해 보았다. 도 4의 실험(이극 배열)에서는 동관 내부에서 37 가우스의 자기장이 측정되었으며, 도 5의 실험(동극 배열)에서는 동관 내부에서 33 가우스의 자기장이 측정되었다. 또한, 도 4와 도 5과 달리, 단일 링자석으로 사용한 실험에서는 동관 내부에서 6가우스의 자기장이 측정되었다. 결과적으로 두 개의 자석을 이격 배열한 경우에, 한 개의 자석으로 사용한 경우에 비해, 매우 뚜렷한 자속의 증가를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 특히, 이극 배열이 플라즈마를 일정 공간에 유지하고 회전력을 제공하는 데에 더 적합함을 알 수 있다.In the above experiments, the inventors measured the magnetic field inside the copper tube using a gauss meter. In the experiment of FIG. 4 (dipolar array), a magnetic field of 37 Gauss was measured inside the copper tube, and in the experiment of FIG. 5 (homopolar array), a magnetic field of 33 Gauss was measured inside the copper tube. Additionally, unlike Figures 4 and 5, in the experiment using a single ring magnet, a magnetic field of 6 Gauss was measured inside the copper tube. As a result, it can be seen that when two magnets are arranged spaced apart, a very distinct increase in magnetic flux can be obtained compared to when a single magnet is used. In particular, it can be seen that the bipolar arrangement is more suitable for maintaining plasma in a certain space and providing rotational force.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 커튼 발생 장치의 부분 단면 사시도이다. 도 6을 참조하면, 원통형 자석(100)과 원통형 동관(300) 사이에 그리고 원통형 동관(300)의 내부면 측에 단열층(220a, 220b)들이 배치되어 있다. 단열층은 세라믹 소재로 구성될 수 있다. 단열층(200a)은 플라즈마에 의해 가열된 원통형 동관(300)으로부터 열이 원통형 자석(100)으로 전달되는 것을 차단한다. 단열층(200b)은 원통형 동관(300)이 고온의 플라즈마와 직접 접촉하는 것을 막아 원통형 동관(300)이 과도하게 가열되는 것을 막는다.Figure 6 is a partial cross-sectional perspective view of a plasma curtain generating device according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, insulating layers 220a and 220b are disposed between the cylindrical magnet 100 and the cylindrical copper tube 300 and on the inner surface of the cylindrical copper tube 300. The insulation layer may be made of a ceramic material. The insulation layer 200a blocks heat from being transferred from the cylindrical copper tube 300 heated by plasma to the cylindrical magnet 100. The insulation layer 200b prevents the cylindrical copper tube 300 from coming into direct contact with high-temperature plasma and prevents the cylindrical copper tube 300 from being excessively heated.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 커튼 발생 장치의 부분 단면 사시도다. 도 7의 실시예에서, 전극봉(200)의 부분 단면을 참조하면 전극봉(200)의 철심(78)과 철심을 둘러싼 단열재(79)로 구성되어 있다. 전극봉(200) 내부의 철심(78)은 원통형 자석(100)에 의해 원통형 동관(300)의 내부 공간에 형성되는 자속을 강화하거나 집중시킬 수 있다.Figure 7 is a partial cross-sectional perspective view of a plasma curtain generator according to a third embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 7, referring to the partial cross section of the electrode 200, the electrode 200 is composed of an iron core 78 and an insulating material 79 surrounding the iron core. The iron core 78 inside the electrode 200 can strengthen or concentrate the magnetic flux formed in the inner space of the cylindrical copper tube 300 by the cylindrical magnet 100.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 커튼 발생 장치의 사시도와 부분 단면 사시도이다. 도 8을 참조하면, 원통형 동관(300)의 좌측 개구부와 우측 개구부에 각각 탄소봉(200a, 200b)이 배치되어 있다. 이러한 구조에서, 탄소봉들(200a, 200b) 각각의 말단 부근에 플라즈마 층이 형성되고, 따라서 원통형 동관 내의 공간에 2개의 플라즈마 커튼이 발생한다.Figure 8 is a perspective view and a partial cross-sectional perspective view of a plasma curtain generator according to a fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, carbon rods 200a and 200b are disposed at the left and right openings of the cylindrical copper tube 300, respectively. In this structure, a plasma layer is formed near the ends of each of the carbon rods 200a and 200b, thus creating two plasma curtains in the space within the cylindrical copper tube.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 커튼 발생 장치의 사시도와 부분 단면 사시도이다. 도 9를 참조하면, 여러 개(도 9에서는 6개)의 전극봉들(200)이 고정 구조물(210)에 의해 원통형 동관(300)의 중심축을 기준으로 등간격으로 배열되어 있다. 이러한 구조는 큰 내경을 가진 원통형 동관(300)이 사용되는 대용량의 플라즈마 커튼 발생 장치에서, 플라즈마 발생에 관여하는 전극봉들(200)과 원통형 동관(300) 간의 적절한 거리를 보장할 수 있다.Figure 9 is a perspective view and a partial cross-sectional perspective view of a plasma curtain generator according to a fifth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9 , several (six in FIG. 9 ) electrodes 200 are arranged at equal intervals based on the central axis of the cylindrical copper tube 300 by the fixing structure 210 . This structure can ensure an appropriate distance between the electrodes 200 involved in plasma generation and the cylindrical copper tube 300 in a large-capacity plasma curtain generator in which a cylindrical copper tube 300 with a large inner diameter is used.
또한, 도 9에서 원통형 자석(100)은 DC 전류 혹은 AC 전류를 인가받는 전자석으로 구성되어 있다. 영구자석은 제작할 수 있는 크기에 제약이 있으나 전자석은 크기에 특별한 제약이 없으며, 특히 전자석은 자력의 증감과 극성 조절이 용이하므로, 다양한 분야에 요구되는 다양한 용량의 플라즈마 커튼 발생 장치의 제조에 적합하다.Additionally, in Figure 9, the cylindrical magnet 100 is composed of an electromagnet that receives DC current or AC current. Permanent magnets are limited in the size that can be manufactured, but electromagnets have no special restrictions on size. In particular, electromagnets are easy to increase or decrease magnetic force and adjust polarity, so they are suitable for manufacturing plasma curtain generators of various capacities required in various fields. .
이상의 실시예들에서는 플라즈마 커튼 발생 장치를 구성하는 동관과 자석의 외경과 내경이 모두 원통형으로 모양이며 동관에 의해 형성되는 중공의 공간이 원통형으로 묘사되어 있으나, 실시형태에 따라 이들은 정방형을 포함한 다양한 모양을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다.In the above embodiments, both the outer and inner diameters of the copper tube and magnet constituting the plasma curtain generator are depicted as cylindrical, and the hollow space formed by the copper tube is depicted as cylindrical. However, depending on the embodiment, they may be of various shapes, including square. You must understand that you may have .
이제 도 10 내지 도 17을 참조하여, 중·저준위 방사성 폐기물 처리를 위해 상술한 플라즈마 커튼 장치를 활용하는 저진공 소각시설을 참조하여 설명한다.Now, with reference to FIGS. 10 to 17, a low-vacuum incineration facility utilizing the above-described plasma curtain device for processing low- and intermediate-level radioactive waste will be described.
도 10은 본 발명의 일부 실시예에 따른 중·저준위 방사성 폐기물 처리를 위한 예시적인 저진공 소각시설을 보여주는 개념도이다.Figure 10 is a conceptual diagram showing an exemplary low vacuum incineration facility for processing low- and intermediate-level radioactive waste according to some embodiments of the present invention.
폐기물 드럼(1001)은 방사성 폐기물이 들어있는 드럼이다.The waste drum 1001 is a drum containing radioactive waste.
입구(1002)는 저진공 시설 중 폐기물 드럼(1001)을 이송용 컨베이어(1003)에 건네주기 위한 저진공폐쇄 시설이다.The inlet 1002 is a low-vacuum closed facility for passing the waste drum 1001 to the conveyor 1003 for transport.
이송용 컨베이어(1003)는 드럼(1001)을 소각시설로 이송시키는 역할을 한다. The transport conveyor 1003 serves to transport the drum 1001 to the incineration facility.
소각설비(1004)는 방사성 폐기물을 소각이나 기화시키는 일종의 연소장치이다. Incineration facility 1004 is a type of combustion device that incinerates or vaporizes radioactive waste.
제1 굴뚝(1005)은 각각 플라즈마 커튼 발생 장치를 구비한 4개가 배출구를 가진 굴뚝이다. The first chimney 1005 is a four-outlet chimney, each equipped with a plasma curtain generating device.
출구(1006)는 입구(1002)와 마찬가지의 이송용 컨베이어의 마지막 단계인 폐쇄 시설이다. The exit 1006 is a closed facility that is the final stage of the transfer conveyor, similar to the entrance 1002.
공조기(1007)는 공기조화 장치이며, 방사성 폐기물의 소각이나 기화시 발생하는 오염된 소각시설 내의 공기를 플라즈마 커튼으로 유도하기 위한 것이다. The air conditioner 1007 is an air conditioning device, and is used to guide the contaminated air in the incineration facility generated during incineration or vaporization of radioactive waste to the plasma curtain.
진공 펌프(1008)는 소각시설 내의 공기를 강제로 배출시키는 역할을 하며, 이는 소각시설 내의 저진공 유지에 그 목적이 있다. The vacuum pump 1008 serves to forcibly exhaust the air within the incineration facility, and its purpose is to maintain a low vacuum within the incineration facility.
제2 굴뚝(1009)은 플라즈마 커튼 발생 장치를 구비한 굴뚝이다. The second chimney 1009 is a chimney equipped with a plasma curtain generating device.
제2 플라즈마 커튼(1011)은 마지막 플라즈마 커튼으로, 소각시설 내 남게 되거나 혹시나 있을 모르는 방사성 오염원을 한 번 더 거르는 플라즈마 커튼이 포함되어 있으며, 저진공 시설을 유도하는 마지막 시설임과 동시에 공조기, 진공 펌프와 같이 한 조를 이룬다. The second plasma curtain (1011) is the last plasma curtain and includes a plasma curtain that once again filters radioactive contamination sources that remain or may be present in the incineration facility, and is the last facility that induces a low vacuum facility, as well as an air conditioner and vacuum pump. Form a group with
실내(1012)는 바닥, 벽체(1013), 천장(1010)으로 둘러싸인, 소각시설의 내부 공간 전체를 의미한다. 이는 소각시설 전체가 저진공의 상태를 의미하며, 일반 대기압보다 압력이 낮은 상태이기 때문에 소각시설 내의 방사성 오염원들이 외부로 유출되는 것을 막을 수 있다. The interior (1012) refers to the entire internal space of the incineration facility, surrounded by the floor, walls (1013), and ceiling (1010). This means that the entire incineration facility is in a low vacuum state, and because the pressure is lower than normal atmospheric pressure, radioactive pollutants within the incineration facility can be prevented from leaking out.
폐기물 드럼(1001)이 입구(1002)에 도착하게 되면 소각시설 외부와 같은 기압을 가지게 되고 이때 실내(1012)인 소각시설 전체는 폐쇄되어 저진공을 유지하게 되고 이송용 컨베이어(1003)에 폐기물 드럼이 이동 하기전 입구(1002)인 입구가 폐쇄가 완료되게 되고, 소각설비(1004)에 방사성 폐기물이 도착, 소각이나 기화가 시작되면 제1 굴뚝(1005)의 제1 플라즈마 커튼이 작동하게 되고, 소각이나 기화가 완료된 폐기물 드럼(1001)은 출구(1006)로 배출되게 된다.When the waste drum (1001) arrives at the entrance (1002), it has the same air pressure as the outside of the incineration facility. At this time, the entire incineration facility (1012) is closed and low vacuum is maintained, and the waste drum is placed on the transfer conveyor (1003). The entrance, which is the entrance 1002 before this movement, is completely closed, and when radioactive waste arrives at the incineration facility 1004 and incineration or vaporization begins, the first plasma curtain of the first chimney 1005 operates, The waste drum 1001 on which incineration or vaporization has been completed is discharged through the outlet 1006.
특히 방사성 오염원 소각이나 기화 시 발생하는 오염원들을 제1 굴뚝(1005)의 제1 플라즈마 커튼 발생 장치에서 제거한다 하더라도 소각시설에 잔재할 수 있는 기체오염원들을 공조기(1007)와 진공 펌프(1008)를 이용하여 제2 굴뚝(1007)의 제2 플라즈마 커튼 발생 장치(1011)로 유도하여, 소각시설 실내에 잔존 할지 모르는 방사성 오염원들을 한 번 더 제거함으로써 최종적으로 방사성 물질의 외부 유출을 미리 방지할 수 있다.In particular, even if the pollutants generated during incineration or vaporization of radioactive pollutants are removed by the first plasma curtain generator of the first chimney 1005, gaseous pollutants that may remain in the incineration facility are removed by using the air conditioner 1007 and the vacuum pump 1008. This leads to the second plasma curtain generator 1011 of the second chimney 1007, thereby removing radioactive contaminants that may remain inside the incinerator, thereby ultimately preventing external leakage of radioactive materials.
그리고 제1 굴뚝(1005)의 제1 플라즈마 커튼 발생 장치는 천장(1010) 아래에 설치되지만, 제2 플라즈마 커튼 발생 장치(1011)은 천장(1010) 외부에 설치되어 있다. 이는 실내에 존재할지 모르는 방사성 오염원 정화 목적 외에도 소각시설 전체를 저진공으로 유지시키는 데에도 이용된다.And the first plasma curtain generator of the first chimney 1005 is installed below the ceiling 1010, but the second plasma curtain generator 1011 is installed outside the ceiling 1010. In addition to purifying radioactive contamination sources that may exist indoors, it is also used to maintain low vacuum throughout the incineration facility.
그리고 플라즈마 커튼 쪽, 즉 제1 굴뚝(1005)과 천장(1010)과 제2 플라즈마 커튼(1011) 부분에는 철을 사용하지 말아야 한다. 그 이유는 플라즈마 커튼을 포함하므로, 이는 매우 강력한 자기장을 필요로 하는 시설물이기 때문이다. 특히 천장(1010)은 자력을 이끄는 성질의 물질은 사용을 금해야 한다.And iron should not be used on the plasma curtain side, that is, the first chimney 1005, ceiling 1010, and second plasma curtain 1011. This is because it is a facility that requires a very strong magnetic field because it contains a plasma curtain. In particular, the ceiling 1010 should not be made of materials that attract magnetic force.
한편, 육각형 모듈의 벽체(1013)는 저진공 힘을 버텨내기 위한 것이다. 이 육각형의 모듈식 벽체는 벽면, 바닥, 천장 모두에 시공하여 소각시설의 저진공압력을 견뎌야 한다.Meanwhile, the wall 1013 of the hexagonal module is intended to withstand low vacuum force. This hexagonal modular wall must be installed on the walls, floor, and ceiling to withstand the low vacuum pressure of the incineration facility.
도 11은 도 10의 소각시설에 사용될 수 있는 방사성 오염물질이 담긴 폐기물 드럼을 이송하는 수단을 예시하는 사시도이다. 핵심적인 구성요소는 이송용 컨베이어(1014)와 전자석식 트레이(1015)이며, 전자석식 트레이(1015)는 폐기물 드럼을 자력으로 강하게 붙잡아 방사성 오염물질이 포함된 드럼이 이동 중 이탈 등을 방지하고 목적지까지 안전하게 이동시키는 수단이다.Figure 11 is a perspective view illustrating means for transporting a waste drum containing radioactive contaminants that can be used in the incinerator of Figure 10. The key components are the conveyor (1014) and the electromagnetic tray (1015). The electromagnetic tray (1015) holds the waste drum strongly with magnetic force to prevent the drum containing radioactive contaminants from leaving during movement and to its destination. It is a means of transporting it safely.
이송용 컨베이어(1014)는 위, 아래로 움직일 수 있으며, 폐기물 드럼(1001)을 외부에서 소각시설 안쪽으로 이동시키는 역할을 하게 되며, 소각시설 내부로 안전하게 이동시키고, 또한, 소각이나 기화가 완료된 폐기물 드럼을 출구(1006)까지 안전하게 이동시키는 장치이다.The transport conveyor (1014) can move up and down, and serves to move the waste drum (1001) from the outside to the inside of the incineration facility, safely moving it inside the incineration facility, and also transporting the waste that has been incinerated or vaporized. This is a device that safely moves the drum to the exit (1006).
도 12는 도 10의 소각시설에 사용될 수 있는 제1 플라즈마 커튼 발생장치가 구비된 제1 굴뚝(1005)을 예시하는 사시도이다. 제1 굴뚝(1005)에 구비된 4개의 플라즈마 커튼 장치(1017)는 소각이 진행되는 과정에서 플라즈마 커튼 발생장치(1017)의 고장 등 특이상황이 발생하게 되는 상황을 고려한 것이며, 특히, 소각을 장시간 진행함에 있어서, 플라즈마 커튼 발생장치들(1017)을 하나 또는 두 개씩 번갈아 가면서 운전하기 위한 것이다. 그리고 도 12의 소각 설비(1019)는 반드시 완전히 밀폐되는 구조여야 하고 공기 주입구를 별도로 설치하여 산소공급을 원활하게 해주어야 한다.FIG. 12 is a perspective view illustrating a first chimney 1005 equipped with a first plasma curtain generator that can be used in the incineration facility of FIG. 10. The four plasma curtain devices 1017 provided in the first chimney 1005 are designed to take into account situations in which unusual situations such as failure of the plasma curtain generator 1017 occur during the incineration process. In particular, the incineration is performed for a long period of time. In the process, the plasma curtain generators 1017 are operated alternately one or two at a time. Additionally, the incineration facility 1019 in FIG. 12 must have a completely sealed structure and a separate air inlet must be installed to facilitate oxygen supply.
도 13은 도 10의 소각시설의 제1 굴뚝(1005)과 제2 굴뚝(1009)에 사용될 수 있는 플라즈마 커튼 발생장치(1017)의 예시적인 단면도이다. 여기서 플라즈마 커튼 발생장치는 전술한 다양한 실시예들의 하나 혹은 이들의 조합에 따라 구현될 수 있다.FIG. 13 is an exemplary cross-sectional view of a plasma curtain generator 1017 that can be used in the first chimney 1005 and the second chimney 1009 of the incineration facility of FIG. 10. Here, the plasma curtain generator may be implemented according to one or a combination of the various embodiments described above.
덮개(1021)는 유압실린더(1020)가 포함된 덮개이며, 이는 소각시설 내의 저진공 유지를 위하여 사용된다. 방사성 오염물질 중 기체의 외부 유출을 차단하는 역할과 소각시설내에 어떠한 문제점이라도 발생하면 즉시 폐쇄하게 되며, 자석(1022)은 플라즈마 커튼의 구조물 중 하나로 플라즈마를 붙들어 매는 역할을 하게 되고, 고전압 인가 장치(1023)는 전극봉 등 비철 금속(1023_1)과 동관(1023_2)을 포함하고 있으며, 초고온 세라믹(1024)은 플라즈마 발생 시 발생하는 열이 자석 쪽으로 이동하는 것을 차단하는 동시에 플라즈마 커튼장치를 하나의 시스템으로 만들 수 있는 몸체가 된다.The cover 1021 is a cover containing a hydraulic cylinder 1020, which is used to maintain low vacuum within the incineration facility. It serves to block the external outflow of gases among radioactive contaminants, and if any problems occur within the incineration facility, it is immediately closed. The magnet 1022 is one of the structures of the plasma curtain and plays a role in holding the plasma, and the high voltage application device ( 1023) contains non-ferrous metals such as electrodes (1023_1) and copper tubes (1023_2), and ultra-high temperature ceramics (1024) block the heat generated when plasma is generated from moving toward the magnet and make the plasma curtain device into a single system. It becomes a body that can
특징적으로는 소각 완료 단계에서 도 12의 굴뚝 몸체(1018)와, 도 13의 덮개(1021)가 서로 맞붙어 공기의 유입을 차단하여 소각시설 전체의 저진공 상태를 유지시키는 설비이다. 따라서 플라즈마 커튼 발생장치(1017)는 공조기(1007) 및 진공 펌프(1008)와 함께 소각시설 전체의 저진공 상태유지에 기여한다.Characteristically, at the incineration completion stage, the chimney body 1018 of FIG. 12 and the cover 1021 of FIG. 13 come into contact with each other to block the inflow of air, thereby maintaining a low vacuum state of the entire incineration facility. Therefore, the plasma curtain generator 1017, together with the air conditioner 1007 and the vacuum pump 1008, contributes to maintaining a low vacuum condition in the entire incineration facility.
이렇게 되면 소각이나 가열된 후의 방사성 오염물질이 포함되었던 드럼을 밖으로 추출 후 공조기(1007)와 진공 펌프(1008)를 활용하여 소각시설 내에 잔존하고 있을지 모르는 실내 오염원들을 제2 플라즈마 커튼(1011)으로 유도하여 소각시설 내의 잔존 오염원 제거 후 도 13의 유압실린더(1020)의 잠금장치 역할에 의해 최종적인 오염원 정화와 소각시설 폐쇄가 완료된다.In this case, the drum containing the radioactive contaminants after being incinerated or heated is extracted outside, and then the indoor contaminants that may remain in the incineration facility are guided to the second plasma curtain (1011) using the air conditioner (1007) and vacuum pump (1008). Thus, after removing the remaining pollutants in the incineration facility, the final purification of the pollutants and closure of the incineration facility are completed by the locking device role of the hydraulic cylinder 1020 in FIG. 13.
도 14는 도 10의 소각시설에 사용될 수 있는 제2 굴뚝(1009)을 예시하는 사시도이다. 도 10 도 14의 천장(1010)을 중심으로 도 10 제1 굴뚝(1005)의 제1 플라즈마 커튼이 천장의 아래에 위치한 것에 비해, 도 10 제2 굴뚝(1009)에 구비된 제2 플라즈마 커튼(1011)은 천장의 외부에 설치되어 있다. 도 10 제1 굴뚝(1005)의 플라즈마 커튼은 이송용 컨베이어에서 운송된 방사능폐기물이 소각이나 기화될 때 발생하는 각종 방사성 오염원 들을 분해하는 순기능을 하며, 특히 도 10 제2 플라즈마 커튼(1011)은 소각시설의 외부에 설치되어 있어서 공조기와 진공 펌프에서 굴뚝으로 보내진 공기를 저진공이 완료될 때까지 각종 오염원을 제거하는 역할을 하게 되고, 저진공이 완료되면 도 12의 굴뚝 몸체(1018)와, 도 13의 덮개(1021)가 완전하게 밀착되게 한다. 이는 소각시설 내의 최종적 오염원 제거와 저진공 상태유지에 그 목적이 있으며 도 13의 유압실린더(1020), 즉 잠금장치가 마지막 역할을 하게 된다.FIG. 14 is a perspective view illustrating a second chimney 1009 that can be used in the incinerator of FIG. 10. Compared to the first plasma curtain of the first chimney 1005 of FIG. 10 located below the ceiling centered on the ceiling 1010 of FIG. 14, the second plasma curtain provided on the second chimney 1009 of FIG. 10 ( 1011) is installed on the outside of the ceiling. The plasma curtain of the first chimney 1005 in FIG. 10 has a positive function of decomposing various radioactive pollutants generated when radioactive waste transported on the conveyor is incinerated or vaporized. In particular, the second plasma curtain 1011 in FIG. It is installed outside the facility and serves to remove various contaminants from the air sent from the air conditioner and vacuum pump to the chimney until low vacuum is completed. When low vacuum is completed, the chimney body 1018 of FIG. 12 and FIG. Ensure that the cover 1021 of 13 is completely adhered. The purpose of this is to remove the final contaminant within the incineration facility and maintain a low vacuum state, and the hydraulic cylinder 1020 of FIG. 13, that is, the locking device, plays the final role.
도 15에는 도 10의 소각시설에 사용될 수 있는 비철 금속으로 된 벽체(1027, 1029)를 예시하는 개념도이다. 비철 금속으로 하는 이유는 플라즈마 커튼을 발생시키기 위해서는 많은 양의 자력이 필요한데, 철이 포함된 벽체 시설은 자기장 집중에 방해가 되는 요소이기 때문이며, 이를 위해서 도 15에서, 콘크리트(1025)는 육각형 형태의 비철 금속 모듈(1028) 속을 채워주며 기둥(1026)도 비철 금속으로 이루어져 있다. 이렇게 육각형의 비철 금속 모듈과 콘크리트를 하나의 시스템으로 묶어 소각시설 전체를 저 진공화 하는 벽체나 바닥으로 활용하게 되면 소각시설 전체를 저 진공화시킬 수 있으며, 이는 소각 또는 가열 시 발생하는 각종 방사성오염 원들이 공기를 통한 외부로의 유출을 방지할 수 있게 된다.FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating walls 1027 and 1029 made of non-ferrous metal that can be used in the incineration facility of FIG. 10. The reason for using a non-ferrous metal is that a large amount of magnetic force is required to generate a plasma curtain, and wall facilities containing iron are an element that interferes with the concentration of the magnetic field. For this purpose, in FIG. 15, the concrete 1025 is a non-ferrous hexagonal shape. It fills the metal module 1028, and the pillar 1026 is also made of non-ferrous metal. If the hexagonal non-ferrous metal module and concrete are combined into one system and used as a wall or floor to reduce the vacuum of the entire incineration facility, it is possible to reduce the vacuum of the entire incineration facility, which reduces various radioactive contaminations generated during incineration or heating. The circles can be prevented from leaking to the outside through the air.
도 16은 벽체를 구성하는 육각형 모듈의 상세 조립순서이다. 도 16를 참조하면, 육각형 비철 금속(1030) 위에 폭이 얇은 비철 금속(1031)을 용접하고, 이어서 비철금속(1031) 위에 넓은 비철 금속(1032)을 다시 용접한다. 그 위에 넓은 비철 금속(1032) 위에 다시 비철 금속(1033)을 덧대어 용접하는 방식으로 소각시설의 벽체가 완성된다. 이렇게 벽체나 지붕, 바닥 등을 구성, 완성하게 되면 소각시설 내의 저 진공 작동 시 벽 등 소각시설 내부의 휨 현상을 방지하게 된다.Figure 16 is a detailed assembly sequence of the hexagonal modules constituting the wall. Referring to FIG. 16, a thin non-ferrous metal 1031 is welded on the hexagonal non-ferrous metal 1030, and then a wide non-ferrous metal 1032 is welded again on the non-ferrous metal 1031. The wall of the incineration facility is completed by adding non-ferrous metal (1033) on top of the wide non-ferrous metal (1032) and welding it. If the walls, roof, floor, etc. are constructed and completed in this way, the warping phenomenon inside the incineration facility, such as the walls, during low vacuum operation within the incineration facility is prevented.
도 17은 도 10의 소각 시설에서 중·저준위 방사성 폐기물이 처리되는 순서를 보이는 흐름도이다.FIG. 17 is a flowchart showing the sequence in which low- and intermediate-level radioactive waste is processed in the incineration facility of FIG. 10.
도 17을 참조하면, 전술한 바와 같이 중·저준위 방사성 폐기물 처리 소각시설은 방사성 폐기물 등의 소각이나 기화 처리 시 불완전 연소와 오염물질 등이 외부로 누출될 가능성이 있는 각종 위해 요인을 인위적으로 강력한 플라즈마 커튼으로 충돌시켜 플라즈마와 함께 교차붕괴 시키도록 구성된다. 따라서, 소각과 기화 라는 매우 간단한 방법으로 처리할 수 있는 특별히 다른 차별성을 갖추고 있으며, 특히 소각시설 전체를 저 진공화시킴으로써 방사성 오염원 등의 외부 유출을 완벽하게 차단하는 효과가 있다.Referring to FIG. 17, as described above, incineration facilities for low- and medium-level radioactive waste use artificially powerful plasma to eliminate various hazardous factors that may cause incomplete combustion and leakage of contaminants to the outside during incineration or vaporization of radioactive waste. It is configured to cross-collapse with the plasma by colliding with the curtain. Therefore, it has the unique distinction of being able to be treated by very simple methods such as incineration and vaporization, and in particular, it has the effect of completely blocking external outflow of radioactive contaminants by reducing the entire incineration facility to low vacuum.
또한, 소각과정 후의 고체잔재물과 기화되지 않고 남게 되는 무거운 종류의 액체 방사성 물질들은 기존 처리방식에 따라 영구처분장으로 운반하게 되면 방사성 오염원의 폐기물 양을 매우 작은 범위로 축소 시킬 수 있게 되는 매우 큰 장점이 있다.In addition, the solid residue after the incineration process and the heavy types of liquid radioactive materials that remain without vaporization have the great advantage of being able to reduce the amount of radioactive waste to a very small range when transported to a permanent disposal site according to the existing treatment method. there is.
본 명세서에 제시된 기술들의 산업적 유용성을 요약하자면 다음과 같다. 본 발명은 쓰레기 소각시설이나 공장 등으로부터 배출되는 오염원으로 인한 대기오염원 등을 플라즈마 커튼으로 유도하여 대기중으로 확산될 수 있는 오염물질 등을 미연에 제거할 수 있다. 특히 방사성 폐기물을 저진공 소각시설에서 소각하거나 기화시킴에 따라 발생할 수 있는 기체 상태의 방사성 오염물질들을 플라즈마 커튼으로 강제유도하여 오염물질을 부분적으로 교차붕괴 시킴으로써 방사성 폐기물의 처리에 고려될 수 있는 소각 방식의 장애요인을 덜 수 있다.The industrial usefulness of the technologies presented in this specification can be summarized as follows. The present invention can remove pollutants that can spread into the atmosphere by directing air pollution caused by pollutants emitted from waste incineration facilities or factories to a plasma curtain. In particular, it is an incineration method that can be considered for the treatment of radioactive waste by forcing gaseous radioactive contaminants that may be generated when radioactive waste is incinerated or vaporized in a low-vacuum incineration facility and partially cross-decaying the contaminants by forcing them into a plasma curtain. obstacles can be reduced.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present embodiment, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but rather to explain it, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these examples. The scope of protection of this embodiment should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of this embodiment.
100: 원통형 자석, 200: 전극봉, 300: 동관, 1001: 폐기물 드럼, 1002: 저진공 소각시설에 포함된 입구, 1003: 이송용 컨베이어, 1004: 소각설비, 1005: 제1 굴뚝, 1006: 출구, 1007: 공조기, 1008: 진공 펌프, 1009: 제2 굴뚝, 1010: 천장, 1011: 제2 플라즈마 커튼, 1012: 실내, 1013: 육각형 모듈식의 벽체100: Cylindrical magnet, 200: Electrode, 300: Copper tube, 1001: Waste drum, 1002: Entrance included in low vacuum incineration facility, 1003: Transport conveyor, 1004: Incineration facility, 1005: First chimney, 1006: Exit, 1007: air conditioner, 1008: vacuum pump, 1009: second chimney, 1010: ceiling, 1011: second plasma curtain, 1012: interior, 1013: hexagonal modular wall
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