KR200318860Y1 - 초음파 제염기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 방사성 물질에 오염된 물체를 초음파를 이용하여 제염하는 초음파 제염장치에 관한 것으로서, 특히 제염효율이 높고 2차폐기물의 발생을 줄일 수 있는 초음파 제염장치에 관한 것이다.

본 고안에 따른 초음파 제염기는, 제염액 내부에 캐비테이션 현상을 발생시키기 위한 복수의 진동소자(11)를 가지는 제염조(10);

제염조(10)로부터 배출된 제염액에 포함된 미세 방사성입자를 여과하기 위한 미립자필터(20);

미립자필터(20)를 거친 제염액에 이온의 형태로 녹아 있는 방사성이온을 흡착하는 이온교환수지(30); 및

제염조(10)로부터 배출된 제염액이 일련의 과정이 거쳐 제염조(10)로 다시 유입되도록 작동되는 순환펌프(50)를 포함한다.

이에 따라서, 제염시 피제염물을 손상시키지 않으면서 단 시간내에 안전하게 제염되고, 제염시 발생하는 2차 폐기물의 발생량을 줄일 수 있다.

Description

초음파 제염기{Ultrasonic decontamination system}

본 고안은 방사성 물질에 오염된 물체를 초음파를 이용하여 제염하는 초음파 제염장치에 관한 것으로서, 특히 제염효율이 높고 2차폐기물의 발생을 줄일 수 있는 초음파 제염장치에 관한 것이다.

일반적으로, 원자력발전소 및 관련시설 등에서 적용하는 방사성오염의 제염방법에는 크게 두가지 방법이 있다. 하나는 마찰을 이용하는 물리적 제염방법이고 다른 하나는 화학약품을 이용하는 화학적 제염방법이다.

물리적 제염방법은 브러쉬나 수세미 등을 이용하여 마찰을 통한 수세(水洗)에 의한 제염방법으로서, 금속성 방사성 폐기물 표면에 존재하는 유리성 오염물질만 제거가 가능할 뿐이고 고착성 오염일 경우에는 아무런 효과를 기대하기 어렵다. 이에 따라, 제염 대상물이 복잡한 형상일 경우에는 제염 자체를 포기하고 있는 실정이며, 방사성 오염물질을 제염작업자가 직접 손으로 취급하기 때문에 제염에 따른 방사선 피폭도 수반되고 있다. 또한, 마찰에 의한 물리적 제염방법은 피제염물이 물리적인 마찰에 의하여 쉽게 파손되는 문제점과, 피제염물의 표면 상태와 형상, 오염의 원인물인 방사성오염 물질의 화학적, 물리적 상태에 따라 제염 효율이 크게 달라지는 문제점이 있다.

화학적 제염방법은 여러 가지 약품으로 조합된 오염제거용액을 사용하여 제염하는 방법으로서, 화학약품을 통해 방사성물질로 오염되어 침적된 금속산화물 피막을 용해, 제거시킨다. 이러한 화학적 제염방법은 제염 후 발생한 높은 오염도의 액체폐기물로 인하여 액체폐기물 처리계통에 있던 낮은 오염도의 액체폐기물 전체 오염도가 올라가 이를 처리하기 위하여 방사성오염 정화계통을 운전하는데 많은 시간이 소요되어 액체폐기물 저장탱크가 포화되기도 하는 경우가 발생한다.

또한, 화학제염후 발생되는 방사성폐기물은 그 양이 매우 방대하여 처분비용을 커지게 하므로 제염의 경제성을 크게 저하시키는 요인이 되고 있다. 더욱이 화학제염이 종료된 뒤 나오는 오염제거폐액의 처리는 이온교환수지층을 통과시켜 탈이온 처리하게 된다. 이로 인해, 배출되는 폐이온교환수지는 고분자물질, 아스팔트 및 시멘트 등의 고정화매질에 의해 고정화시키거나 SRDS(Spent Resin Drying System)로 탈수, 건조한 후 처분하게 되는데, 실제로 오염제거 폐액내에 존재하는 오염물질의 양보다 오히려 오염물질을 제거하는데 사용하는 이온교환수지의 양이 막대해진다.

결국, 사용된 폐수지를 고정화시키기 위하여 최종처분하게 될 방사성폐기물의 양 또한 비례하여 증가하게 되므로 방사성폐기물 처리비용이 증가되는 문제점이 발생한다.

본 고안은, 상기한 종래 문제점들을 고려하여 이루어진 것으로서, 피제염물을 손상시키지 않으면서 단 시간내에 안전하게 제염되고, 제염시 발생하는 2차 폐기물의 발생량이 억제될 수 있는 초음파 제염장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 초음파 제염기의 개략도.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도.

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...제염조 11...진동소자

20...미립자필터 30...이온교환수지

40...차압게이지 50...순환펌프

60...역순환 방지밸브 100...바이패스로

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은, 제염액 내부에 캐비테이션 현상을 발생시키기 위한 복수의 진동소자를 가지는 제염조;

제염액내의 미세 방사성입자를 여과하기 위한 미립자필터;

제염액내에 이온의 형태로 녹아 있는 방사성이온이 흡착되는 이온교환수지;및

제염조로부터 배출된 제염액이 일련의 과정이 거쳐 제염조로 다시 유입되도록 작동되는 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제염조의 유입로 및 배출로와, 이온교환수지 후방에 설치되어 순환하는 제염액의 역류를 방지하는 역순환 방지밸브가 더 포함될 수 있다.

또한, 이온교환수지에 대한 제염액의 선택적인 유입이 이루어지도록 이온교환 수지와 미립자필터 사이에 형성된 바이패스로를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 진동소자는 제염액에 균일한 초음파가 방사되도록 제염조의 전체방향에 대하여 각각 균등하게 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 미립자필터의 일측에는 미립자필터의 교체시기를 알려주는 차압게이지가 구비될 수 있다.

이하, 본 고안의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 고안의 초음파 제염기는 복수의 진동소자(11)를 가지는 제염조(10)와, 제염액내의 미세 방사성입자를 여과하기 위한 미립자필터(20)와, 제염액내에 녹아 있는 방사성이온을 흡착하는 이온교환수지(30)와 제염액을 순환시키는 순환펌프(50)로 구성된다.

본 고안의 상세한 설명에 앞서 본 고안에 따른 초음파 제염장치의 제염원리는, 제염조에 설치된 진동소자로부터 발생된 초음파가 제염조 내에 캐비테이션(Cabitation) 현상을 발생시킴으로써 제염조 내의 피제염물 전표면에 부착되어 있는 오염물이 제거되도록 하는 것이다.

캐비테이션 현상이란 사람의 귀에 들리지 않을 정도의 높은 주파수(20kHz 이상)로 강한 에너지를 가진 음의 진동인 초음파를 액체의 매질에 방사할 때 분자의 진동으로 수축과 팽창이 교대로 일어나며 그 파동이 매질로 전파되어 가고, 이 파동에 의하여 분자간의 응집력이 파괴되어 미세한 공동(空洞)이 발생하는 현상이다. 즉, 초음파를 액체의 매질에 방사하게 되면 강한 에너지를 가진 초음파진동이 발생되는데 이 초음파진동으로 인해 매질의 분자가 진동하면서 수축과 팽창이 교대로 일어나게 되고 이 진동이 매질로 전파되는 과정에서 매질 분자간의 응집력이 파괴되어 미세한 공동(空洞)이 무수히 발생하게 된다. 이러한 현상을 캐비테이션 현상이라고 하며, 이 공동이 폭발하면서 방출하는 강력한 에너지에 의해 피제염물의 오염물이 제거될 수 있는 것이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안을 구성하는 제염조(10)는 상부가 개방된 제염조본체(10b)와, 이 제염조본체(10b) 상부를 커버하는 상부커버(10a)로 구성된다. 그리고, 제염조본체(10b)의 일측에는 제염조(10) 내의 제염액의 유입 및 배출을 위한 유입로(14) 및 배출로(15)가 각각 형성된다.

상기 제염조본체(10b)는 내부 중앙에 제염액이 저장되는 수용부를 가지며, 상부커버(10a)는 개폐가능한 구조로서 수용부에 저장된 제염액이 외부로 배출되지 않도록 제염조본체(10b)와 상부커버(10a)의 접촉면에는 수밀용 실링부재(13)가 부착된다.

또한, 수용부 내부 중앙에는 피제염물 거치대(12)가 설치된다. 이 거치대(12)는 수용부의 정중앙에 위치하도록 양측 내벽면에 매달려 고정되며 피제염물이 제염액에 골고루 접촉될 수 있도록 반구망사형로 제작된다.

그리고, 제염조(10)에는 제염조(10)에 잠겨진 피제염물을 향해 초음파를 발생시키기 위한 복수의 진동소자(11)가 설치된다.

상기 진동소자(11)들은 제염액에 균일한 초음파가 방사되도록 제염조(10)의 전체방향에 대하여 각각 균등하게 설치된다. 본 실시예에서는 제염조(10)의 상, 하, 좌, 우, 전, 후방향으로 각각 균일하게 설치되었다.

또한 각각의 진동소자(11)는 피제염물로부터 각각 동일한 거리에 근접설치되는 것이 바람직하다.

또한, 제염시 확산되어 나오는 방사성입자는 주로 수용부 벽면의 돌출부에 침적되는 바, 이와 같은 돌출부가 형성되지 않도록 진동소자(11)는 수용부의 외부에 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 진동소자(11)로부터 초음파가 발생되는 구성은 이미 널리 알려져 있으므로 여기서의 상세한 설명은 생략한다.

제염조(10)의 배출로(15)에 연결된 미립자필터(20)는 내부에 미세 방사성입자를 여과시키기 위한 필터층을 가진다. 미립자필터(20)의 양측에는 제염조(10)의 배출로로부터 배출되는 제염액이 유입되는 유입로와, 배출로를 통해 필터를 통과한 제염액이 외부로 배출되는 배출로가 형성된다. 상기 유입로에는 제염조(10)와 연결되는 제1연결관(70)이 결합되고 배출로에는 이온교환수지(30)와 연결되는 제2연결관(80)이 결합된다.

또한, 미립자필터(20)의 일측에는 유입로와 배출로에서의 압력차를 감지하여필터의 교체시기를 알려주는 차압게이지(40)가 설치된다.

이온교환수지(30)는 내측에 미립자필터(20)를 통과한 제염액에 이온의 형태로 녹아 있는 방사성이온을 흡착하는 수지층을 가진다. 이온교환수지(30)는 상기 제2연결관(80)과 결합되는 유입로와, 수지층을 통과한 제염액이 외부로 배출되는 배출로가 형성된다. 이 배출로는 순환펌프(50)와 연결되는 제3연결관(90)이 연결된다.

순환펌프(50)는 제염조(10)로부터 배출된 제염액이 일련의 과정을 거쳐 다시 제염조(10)로 유입되도록, 흡입구측은 제3연결관(90)과 연결되고 송출구측은 제염조(10)의 유입로(14)와 연결된다.

한편, 미립자필터(20)와 이온교환수지(30)를 연결하는 제2연결관(80)에는 제염액의 선택적인 유입이 이루어지도록 이온교환수지(30)를 우회하여 제3연결관(90)에 연결되는 바이패스로(100)가 설치된다. 이 바이패스로(100)에는 바이패스로(100)의 선택적인 운전이 가능하는 밸브가 설치된다.

또한, 제염조(10)의 유입로(14) 및 배출로(15)와, 제3연결관(90)에는 순환하는 제염액의 역류를 방지하기 위한 역순환 방지밸브(60)가 설치된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 고안의 실시예에 따른 초음파 제염장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 사용자는 제염하고자 하는 피제염물을 제염액이 가득 채워진 제염조(10)의 피제염물 거치대(12)에 올려놓고 상부커버(10a)를 닫아 제염조(10)를 밀폐시킨 후 순환펌프(50)와 진동소자(11)를 차례로 작동시킨다.

순환펌프(50)에 의해 제염조(10) 내의 제염액이 순환을 시작하는 동시에 진동소자(11)로부터 발생된 초음파가 제염액에 전달된다. 일반적으로 진동소자(11)로부터 발생되는 초음파는 본질적으로는 가청범위의 음파와 성질은 같으나 주파수가 높고 파장이 짧아 매우 강한 진동이 발생하므로 보통의 소리에서는 볼 수 없는 방향성을 가진다. 따라서, 각각의 진동소자(11)는 피제염물의 한쪽면에만 초음파를 방사시킨다. 본 고안의 제염조(10)에는 진동소자(11)가 상, 하, 좌, 우, 전, 후방향에 균등하게 설치되므로 피제염물의 모든 방향으로 초음파가 골고루 방사된다. 따라서, 단 한번의 제염작업만으로 피제염물의 손상없이 표면의 오염물이 분리되므로 신속하고 안전한 제염작업이 이루어진다.

아울러, 제염조(10)의 내부에 피제염물 거치대(12)는 반구망사형으로 설치되어 전면이 제염액에 접촉될 수 있으며, 수용부 정중앙에 매달려 고정되므로 각각의 진동소자(11)로부터 균일한 세기로 제염될 수 있다.

이후, 제염조(10)에 설치된 진동소자(11)로부터 발생된 초음파가 제염조(10) 내에 캐비테이션현상을 발생시키면, 이 충격으로 인해 피제염물 표면으로부터 오염원인 방사성입자와 이온화 물질이 분리된다. 그리고 이 방사성입자와 이온화 물질은 제염액과 함께 배출로(15)를 통해 외부로 배출되고, 미립자필터(20) 및 이온교환수지(30)에 의해 걸려져 제거된다. 즉, 제염조(10)로부터 제1연결관(70)을 통해 미립자필터(20)의 내부로 유입되는 제염액은 필터층을 통과하게 되는데, 이 과정에서 제염액 내의 방사성입자가 걸러져 제거된다. 그리고, 상기 필터층을 통과한 제염액은 제2연결관(80)을 통해 이온교환수지(30)로 유입되며, 이온교환수지(30)를통과하는 과정에서 제염액 내의 이온화 물질이 걸러져 제거된다.

상기의 과정을 거쳐 제염액은 낮은 오염단계로 정화되며, 다시 제염조(10)의 유입로(14)를 통해 공급됨으로써 재활용된다.

상술한 바와 같이, 본 고안의 초음파 제염기는 초음파에 의해 제염이 이루어지므로 종래와 같이 화학적 방법으로 인해 제염 후 발생되는 화학물질 및 이 화학물질을 처리하기 위한 2차 폐기물의 발생을 최소한으로 억제할 수 있다.

한편, 제2연결관(80)에 설치된 바이패스로(100)는 제염효율을 높히기 위하여 제염액에 계면활성제를 넣어 제염을 할 경우, 계면활성제 자체의 이온성분 때문에 이온교환수지(30)에 과다한 이온성분이 침착되어 이온교환수지(30)의 이온처리 효율이 저하될 수 있으므로, 이러한 현상을 방지하기 위하여 제염액이 이온교환수지(30) 측으로 유입되지 않도록 우회시킨다. 이 바이패스로(100)를 이용하면 제염방법에 따른 선택적인 운전이 가능해진다.

또한, 제염조(10)의 유입로(14) 및 배출로(15)와, 제3연결관(90)에 각각 설치된 역순환 방지밸브(60)는 제염액의 순환이 원활하지 못하여 발생하는 제염액의 역류를 방지한다.

또한, 미립자필터(20)의 일측에 설치된 차압게이지(40)는 미립자필터(20)의 압력을 감지하여 압력차가 일정압력 이상일 경우에 미립자필터(20)의 교체시기를 알려줌으로써 원활한 제염이 이루어지도록 한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 초음파 제염기에 의하면, 피제염물의 손상없이 표면의 오염물을 신속하고 안전하게 제염할 수 있으며, 제염시 제거되는 방사성입자와 이온화 물질을 정화하여 재활용함으로써 불필요한 2차 폐기물의 발생을 억제하는 동시에 방사성폐기물을 처리하는 비용을 줄이는 경제적인 효과를 얻을 수 있다.

본 고안은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 실용신안등록 청구범위에 의해 마련되는 본 고안의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 고안이 다양하게 개조 및 변화 될 수 있으며, 이 또한 본 고안의 범위에 포함되어야 한다.

Claims (5)

1. 제염액 내부에 캐비테이션 현상을 발생시키기 위한 복수의 진동소자(11)를 가지는 제염조(10);

   제염조(10)로부터 배출된 제염액에 포함된 미세 방사성입자를 여과하기 위한 미립자필터(20);

   미립자필터(20)를 거친 제염액에 이온의 형태로 녹아 있는 방사성이온을 흡착하는 이온교환수지(30); 및

   제염조(10)로부터 배출된 제염액이 일련의 과정이 거쳐 제염조(10)로 다시 유입되도록 작동되는 순환펌프(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 제염기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 진동소자(11)는 제염액에 균일한 초음파가 방사되도록 제염조(10)의 전체방향에 대하여 각각 균등하게 설치되는 것을 특징으로 하는 초음파 제염기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 미립자필터(20)의 일측에는 미립자필터(20)의 교체시기를 알려주는 차압게이지(40)가 구비된 것을 특징으로 하는 초음파 제염기.
4. 제 1항에 있어서,

   제염조(10)의 유입로(14) 및 배출로(15)와, 이온교환수지(30)의 후방에 순환하는 제염액의 역류를 방지하기 위한 역순환 방지밸브(60)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 초음파 제염기.
5. 제 1항에 있어서,

   이온교환 수지와 미립자필터(20) 사이에 설치되어 이온교환수지(30)에 대한 제염액의 선택적인 유입이 이루어지도록 하는 바이패스로(100)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 초음파 제염기.