이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
물질의 상태는 고체 액체 기체로 나눌 수 있는데 기체 상태의 물질에 에너지를 가해주면 원자나 분자에서 전자가 분리되어 전자와 이온들이 존재하는 플라즈마 상태가 된다.
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.
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.
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.
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.
(선행기술문헌)
(특허문헌)
(특허문헌 0001) 대한민국 등록특허 제10-1980876호(2019. 05. 15. 등록), "DBP플라즈마 매연 저감장치"
(특허문헌 0002) 대한민국 등록특허 제10-0866328호(2008. 10. 27. 등록), "플라즈마 버너 및 매연 여과장치"
(특허문헌 0003) 대한민국 등록특허 제10-1582625호(2015. 12. 29. 등록), "플라즈마를 이용한 디젤엔진의 질소산화물과 피엠 동시 저감 시스템"
(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"
(특허문헌 0005) 대한민국 등록특허 제10-0323352호(2002. 01. 23. 등록), "이동형삼중수소제거장치"
(특허문헌 0006) 대한민국 등록특허 제10-1563199호(2015. 10. 20. 등록), "삼중수소 제거 장치 및 제거 방법"
(특허문헌 0007) 대한민국 등록특허 제10-1478895호(2014. 12. 26 등록), "페로시안이 고정된 유기 실리카의 제조방법"
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.
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.
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.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 커튼 발생 장치의 부분 단면 사시도이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이제 도 10 내지 도 17을 참조하여, 중·저준위 방사성 폐기물 처리를 위해 상술한 플라즈마 커튼 장치를 활용하는 저진공 소각시설을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예에 따른 중·저준위 방사성 폐기물 처리를 위한 예시적인 저진공 소각시설을 보여주는 개념도이다.
폐기물 드럼(1001)은 방사성 폐기물이 들어있는 드럼이다.
입구(1002)는 저진공 시설 중 폐기물 드럼(1001)을 이송용 컨베이어(1003)에 건네주기 위한 저진공폐쇄 시설이다.
이송용 컨베이어(1003)는 드럼(1001)을 소각시설로 이송시키는 역할을 한다.
소각설비(1004)는 방사성 폐기물을 소각이나 기화시키는 일종의 연소장치이다.
제1 굴뚝(1005)은 각각 플라즈마 커튼 발생 장치를 구비한 4개가 배출구를 가진 굴뚝이다.
출구(1006)는 입구(1002)와 마찬가지의 이송용 컨베이어의 마지막 단계인 폐쇄 시설이다.
공조기(1007)는 공기조화 장치이며, 방사성 폐기물의 소각이나 기화시 발생하는 오염된 소각시설 내의 공기를 플라즈마 커튼으로 유도하기 위한 것이다.
진공 펌프(1008)는 소각시설 내의 공기를 강제로 배출시키는 역할을 하며, 이는 소각시설 내의 저진공 유지에 그 목적이 있다.
제2 굴뚝(1009)은 플라즈마 커튼 발생 장치를 구비한 굴뚝이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
한편, 육각형 모듈의 벽체(1013)는 저진공 힘을 버텨내기 위한 것이다. 이 육각형의 모듈식 벽체는 벽면, 바닥, 천장 모두에 시공하여 소각시설의 저진공압력을 견뎌야 한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 17은 도 10의 소각 시설에서 중·저준위 방사성 폐기물이 처리되는 순서를 보이는 흐름도이다.
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.
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.
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.
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.