KR100828413B1

KR100828413B1 - 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및압분하는 핵연료 가공장치 및 그에 따른 우라늄 합금분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료가공방법

Info

Publication number: KR100828413B1
Application number: KR1020060123779A
Authority: KR
Inventors: 김창규; 박희대; 오종명
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2008-05-09

Abstract

본 발명은 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치 및 그에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법에 관한 것으로, 핵연료에 적용되되, 큰 비중을 갖는 우라늄 합금 분말과 상대적으로 작은 비중을 갖는 알루미늄 분말을 자동 공정에 의하여 순차적으로 균일하게 일정한 비율로 혼합하고 혼합된 핵연료를 성형 및 압분하여 핵연료 압출봉인 최종 제품을 생산하는 일련의 전체 공정이 자동으로 이루어짐으로써 작업 능률을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연구용 원자로의 분산핵연료의 품질을 향상시킬 수 있으며, 핵연료의 혼합 및 압분이 자동으로 수행됨으로써 취급자 또는 작업자의 방사선 피폭을 최소화할 수 있고, 연구용 원자로에서 고밀도 분산핵연료의 제조가 가능하여 기존의 저밀도 핵연료다발이 다량으로 필요치 않아 제조 원가를 절감시키는 등 경제성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연구용 원자로에 적용되는 분산 핵연료의 품질을 향상시킬 수 있으며, 고성능 연구용 원자로의 핵연료로 저농축 우라늄을 사용할 수 있어 핵비확산 정책에 도움을 줄 수 있는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치 및 그에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법에 관한 것이다.

핵연료, 우라늄 합금 분말, 알루미늄 분말, 턴 테이블 샤프트, 공급 턴 테이블, 배열판 턴 테이블, 회수 테이블, 가압부

Description

우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치 및 그에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법{Processing method and processing device uniformly blend uranium powder and aluminum powder for nuclear fuel}

도 1은 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치를 개략적으로 나타내는 정단면도,

도 2는 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치를 개략적으로 나타내는 측단면도,

도 3, 도 4는 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치의 저장통의 개, 폐 구조를 개략적으로 나타내는 단면도,

도 5는 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치의 배열판을 개략적으로 나타내는 정단면도,

도 6은 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치의 알루미늄 분말 고르개를 개략적으로 나타내는 정면도,

도 7은 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법 중 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 혼합하는 전체과정을 개략적으로 나타내는 정단면도,

도 8, 도 9, 도 10은 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치의 배열판을 통하여 우라늄 합금 분말을 배열하는 과정을 개략적으로 나타내는 정단면도,

도 11, 도 12는 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치의 배열판을 통하여 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합하는 과정을 개략적을 나타내는 정단면도,

도 13은 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법 중 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 압분하는 전체 과정을 개략적으로 나타내는 측단면도,

도 14는 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법을 나타내는 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치,

3a : 우라늄 합금 분말, 3b : 알루미늄 분말,

10 : 턴 테이블 샤프트, 30 : 공급 턴 테이블,

31a, 31b, 31c, 31d : 결합공, 32 : 결합홈,

33 : 분말 저장통,

33a : 우라늄 합금 분말 저장통, 33b : 알루미늄 분말 저장통,

34 : 결합턱, 35 : 투입구,

37 : 마개, 37a : 토출공,

38 : 압분 펀치, 39 : 알루미늄 분말 고르개,

50 : 배열판 턴 테이블, 51 : 안착공,

51a : 안착홈, 53 : 배열판,

53a : 우라늄 합금 분말 배열판, 53b : 알루미늄 분말 배열판,

54 : 안착턱, 55 : 배출공,

56 : 슬라이더, 57 : 플레이트,

57a : 정렬공, 59, 59' : 경사기,

70 : 회수 테이블, 73 : 분말 회수통,

73a : 우라늄 합금 분말 회수통, 73b : 알루미늄 분말 회수통,

75 : 투입공, 90 : 가압부,

91 : 가압 실린더, 93 : 가압 실린더 로드.

본 발명은 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치 및 그에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핵연료에 적용되되, 큰 비중을 갖는 우라늄 합금 분말과 상대적으로 작은 비중을 갖는 알루미늄 분말을 자동 공정에 의하여 순차적으로 균일하게 일정한 비율로 혼합하고 혼합된 핵연료를 성형 및 압분하여 핵연료 압출봉인 최종 제품을 생산하는 일련의 전체 공정이 자동으로 이루어짐으로써 작업 능률을 향상시킬 수 있는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치 및 그에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법에 관한 것이다.

현재, 알루미늄 기지에 우라늄 합금 분말을 분산시킨 핵연료가 국내 연구용 원자로인 하나로를 비롯하여 일반적인 연구용 원자로의 핵연료로 사용되고 있다.

여기서, 현재 사용 중인 핵연료를 고농축 우라늄을 핵연료로 사용하는 고성능 연구용 원자로에서 사용하기 위해서는 우라늄의 분포가 높은 고밀도 핵연료를 개발하여야 한다.

통상, 연구용 원자로에서 고밀도 핵연료에 적용되는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말과 같은 이중 분말간의 균질 혼합 시 발생되는 인자의 영향은 혼합방 법, 입자의 형상, 평균 입자의 크기, 입자의 비중, 각 분말의 배합 비율에 따라 다르게 나타나며, 이 중 가장 중요한 요건 중 하나는 혼합방법이다.

여기서, 혼합방법은 Off-axis rotating drum mixer, Spex mixer, V-Shape tumbler mixer 등의 장치를 주로 사용하고 있으며, 혼합하고자 하는 분말의 양과 다른 인자에 의해 선택하고 있으나, 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말 혼합에는 주로 V-Shape tumbler mixer를 사용한다.

이렇게 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 혼합하는 경우, 우라늄 합금 분말을 파쇄방법으로 제조한 분말 입자의 형상은 불규칙하고, 모서리에 각이 진 형상이며, 구형 분말에 비하여 균질 혼합이 용이하다.

그리고, 우라늄 합금 분말의 평균 입자 크기가 45㎛ 이하의 미세한 분말의 혼합은 45 ~ 150㎛ 크기의 분말들에 의한 혼합보다 더 균질 혼합이 잘 이루어지고 있다.

여기서, 고밀도 핵연료의 개발할 경우, 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말이 노내에서 연소 시 반응하는 문제점을 해결하여야 한다.

이를 위하여 우라늄 합금 분말의 크기를 현재보다 크게 함으로써 알루미늄 분말과의 반응 면적을 감소시켜 상술한 바와 같은 문제점을 해결할 수 있으나, 분산핵연료는 우라늄 합금 분말이 균일하게 분산 및 분포되어 있지 않을 경우, 우라늄의 핵분열 시 발생되는 열로 인해 국부적으로 온도가 상승되며, 이로 인해 핵연료가 손상되는 문제점이 있었다.

즉, 혼합하고자 하는 분말 입자의 비중 영향은 분말간의 비중차가 클 경우, 작은 비중의 입자들은 혼합장치의 상부로 이동되고, 비중이 큰 입자는 하부로 침전하게 되므로 혼합체에 편석이 발생하기 쉬우며, 이렇게 우라늄 합금 분말의 부피 분율이 커지면 혼합 도중에 입자들의 유동성이 저하되어 균질도가 낮아진다.

여기서, 우라늄 합금 구형 분말의 비중은 17.5이고, 알루미늄 분말의 비중은 2.71로서, 비록 비중 차이가 크지만 우라늄 합금 분말의 직경이 100㎛이하인 경우에는 알루미늄 분말을 일정한 비율로 혼합하기 위하여 V-Shape tumbler mixer 장치를 사용하여 혼합, 압분하고 압출하여 핵연료봉을 제조할 경우, 비교적 균질한 핵연료봉을 제조할 수 있으나, 우라늄 합금 분말의 크기가 250㎛ 이상으로 조대형 분말인 경우는 기존의 혼합 및 압분체 제조방법으로 균질혼합된 핵연료봉을 제조하기가 불가능하다.

이렇게 핵연료에서 가장 중요한 문제점 중 하나인 우라늄 합금 분말의 불균일한 분포는 통상 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말의 혼합 및 성형 공정 중에 발생한다.

상술한 바와 같은 문제점으로 인하여, 연구용 원자로에 적용되는 핵연료를 제조하는 공정 중 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합하고, 압분하는 공정이 매우 중요하나, 현재 기존의 기술과 장비로 조대형 우라늄 합금 분말이 균일하게 분산 및 분포된 핵연료의 제조가 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 핵연료에 적용되되, 큰 비중을 갖는 우라늄 합금 분말과 상대적으로 작은 비중을 갖는 알루미늄 분말을 자동 공정에 의하여 순차적으로 균일하게 일정한 비율로 혼합하고, 혼합된 핵연료를 성형 및 압분하여 최종 제품인 핵연료 압출봉을 생산하는 일련의 전체 공정이 자동으로 이루어짐으로써 작업 능률을 향상시킬 수 있는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치 및 그에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 원봉형상체로 형성되는 턴 테이블 샤프트; 상기 턴 테이블 샤프트의 상부 적소에 소정각도로 회전가능하게 결합되되, 그 중심측 주변에 관통형성되는 다수개의 결합공과, 상기 각 결합공 중 어느 한 결합공 및 그에 대향되는 다른 한 결합공에 분리가능하게 결합되어 우라늄 합금 분말 또는 알루미늄 분말을 갖는 분말 저장통과, 상기 각 결합공 중 전방에 위치하는 결합공에 수직방향으로 이동가능하게 삽입구비되는 압분 펀치와, 상기 각 결합공 중 후방에 위치하는 결합공에 구비되는 알루미늄 분말 고르개를 포함하는 원판형상체형상의 공급 턴 테이블; 상기 턴 테이블 샤프트의 중심부 적소에 소정각도로 회전가능하게 결합되되, 그 중심측 주변에 관통형성되는 다수개의 안착공과, 상기 각 안착공 중 어느 한 안착공 및 그에 대향되는 다른 한 안착공에 분리가능하게 결합되어 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 배열하는 분말 배열판이 구비되는 원판형상체형상의 배열판 턴 테이블; 상기 턴 테이블 샤프트의 하부 적소에 고정결합되되, 그 내부 중심측 적소에 구비되는 분말 회수통과, 상기 분말 회수통의 상부에 관통형성되는 투입공을 갖는 원통형상체형상의 회수 테이블; 및 상기 회수 테이블의 일측 적소에 연결구비되되, 수직방향으로 상, 하 이동이 가능한 가압 실린더 로드와, 상기 가압 실린더 로드를 그 내부에 갖는 가압 실린더로 이루어지는 가압부; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 공급 턴 테이블의 각 결합공에 구비되는 분말 저장통이 우라늄 합금 분말 저장통과 알루미늄 분말 저장통으로 이루어지되, 상기 각 결합공의 상부에 원주방향으로 결합홈이 형성되고, 상기 우라늄 합금 분말 저장통 및 알루미늄 분말 저장통의 상부 외주연에 결합턱이 형성되며, 상기 결합홈에 결합턱이 결합된다.

한편, 상기 우라늄 합금 분말 저장통과 알루미늄 분말 저장통의 하부에 투입구가 각각 형성되되, 상기 각 투입구에 마개가 구비된다.

이때, 상기 마개는 그 적소에 토출공이 관통형성되되, 상기 각 투입구에 슬라이딩되어 개, 폐가능하게 이루어진다.

여기서, 상기 알루미늄 분말 고르개는 알루미늄 분말의 수평도를 평평하게 유지하기 위하여 그 중심부를 기준으로 나사회전가능하게 이루어진다.

그리고, 상기 배열판 턴 테이블의 각 안착공에 구비되는 분말 배열판이 우라늄 합금 분말 배열판과 알루미늄 분말 배열판으로 이루어지되, 상기 각 안착공의 상부에 원주방향으로 안착홈이 형성되고, 상기 우라늄 합금 분말 배열판 및 알루미 늄 분말 배열판의 상부 외주연에 안착턱이 형성되며, 상기 안착홈에 안착턱이 안착된다.

더불어, 상기 우라늄 합금 분말 배열판의 외주연 하부 적소에 배출공이 관통형성된다.

바람직하게는, 상기 우라늄 합금 분말 배열판과 알루미늄 분말 배열판의 하부에 슬라이딩되어 개, 폐가능하게 이루어지는 슬라이더가 구비된다.

여기서, 상기 우라늄 합금 분말 배열판의 슬라이더 상부 적소에 일정한 간격 및 배열로 다수개의 정렬공이 관통형성되는 플레이트가 구비된다.

한편, 상기 우라늄 합금 분말 배열판의 안착턱 적소에 적어도 하나 이상의 경사기가 구비되되, 상기 경사기 중 어느 한 경사기가 안착턱을 하방향으로 가압하고, 다른 한 경사기가 안착턱을 상방향으로 가압하여 우라늄 합금 분말 배열판을 소정각도로 경사지게 형성한다.

더불어, 상기 각 경사기가 진동가능하게 이루어진다.

그리고, 상기 회수 테이블의 분말 회수통은 우라늄 합금 분말 회수통과 알루미늄 분말 회수통으로 이루어진다.

또한, 상기 회수 테이블의 각 투입공이 하방향을 향하여 직경이 감소되는 형상으로 형성된다.

한편, 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말이 공급 턴 테이블의 우라늄 합금 분말 저장통과 알루미늄 분말 저장통으로 투입되는 단계; 상기 우라늄 합금 분말 저장통과 알루미늄 분말 저장통의 투입구에서 마개를 슬라이딩 개방시켜 우라늄 합 금 분말과 알루미늄 분말을 우라늄 합금 분말 배열판과 알루미늄 분말 배열판에 토출시키는 단계; 상기 플레이트의 각 정렬공에 안착되지 못한 여분의 우라늄 합금 분말이 배출구를 통하여 외부로 배출되는 단계; 상기 우라늄 합금 분말 배열판과 알루미늄 분말 배열판의 여분의 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말이 회수 테이블로 회수되는 단계; 상기 배열판 턴 테이블을 90°회전시켜 알루미늄 분말 배열판을 가압 실린더 로드의 상부에 위치시키고, 상기 알루미늄 분말 배열판의 슬라이더를 슬라이딩 개방하여 알루미늄 분말을 가압 실린더 로드 상부면에 배열 및 정렬시키는 단계; 상기 배열판 턴 테이블을 180°회전시켜 우라늄 합금 분말 배열판을 가압 실린더 로드의 상부에 위치시키고, 상기 우라늄 합금 분말 배열판의 슬라이더를 슬라이딩 개방시켜 우라늄 합금 분말을 가압 실린더 로드 상부면의 알루미늄 분말 상부에 배열 및 정렬시키는 단계; 상기 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 상기 가압 실린더 로드의 상부면에 반복적으로 투입배열하여 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 소정 높이로 적층시키는 단계; 상기 배열판 턴 테이블 및 공급 턴 테이블을 회전하여 최초의 위치로 복귀시키는 단계; 및 상기 압분 펀치를 하방향으로 이동시켜 가압 실린더 로드의 상부면에 배열 및 적층되어 있는 혼합 분말이 압분되어 분말 혼합 페렛이 제조되는 단계; 를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 우라늄 합금 분말 저장통에서 토출되는 우라늄 합금 분말이 우라늄 합금 분말 배열판 내부에 구비되는 플레이트의 각 정렬공에 안착결합되는 단계; 상기 우라늄 합금 분말이 각 경사기의 진동에 의하여 플레이트의 각 정렬공에 개별적으로 안착되는 단계; 및 상기 각 경사기 중 어느 한 경사기가 우라늄 합금 분말 배열판의 안착턱을 하방향으로 가압하여 우라늄 합금 분말 배열판이 소정각도 경사지게 형성되는 단계; 을 더 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 공급 턴 테이블을 90°회전하여 공급 턴 테이블의 결합공에 구비되는 알루미늄 분말 고르개를 알루미늄 분말 배열판 상부에 위치시키는 단계; 상기 알루미늄 분말 고르개를 회전시켜 알루미늄 분말 배열판에 토출된 알루미늄 분말이 동일한 높이 및 수평도를 갖도록 형성되는 단계; 및 상기 알루미늄 분말 배열판에 적재되지 못한 여분의 우라늄 합금 분말이 외부로 배출되는 단계; 을 더 포함하여 이루어진다.

더불어, 상기 우라늄 합금 분말 배열판에서 배출되는 여분의 우라늄 합금 분말이 우라늄 합금 분말 회수통으로 회수되는 단계; 상기 알루미늄 분말 배열판에서 배출되는 여분의 알루미늄 분말이 알루미늄 분말 회수통으로 회수되는 단계; 및 상기 우라늄 합금 분말 회수통과 알루미늄 분말 회수통을 통하여 회수된 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말이 공급 턴 테이블의 우라늄 합금 분말 저장통과 알루미늄 분말 저장통으로 다시 제공되는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 공급 턴 테이블의 압분 펀치와 가압부의 가압 실린더 로드를 동일한 수직방향에 위치시키는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치를 개략적으로 나타내는 정단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치를 개략적으로 나타내는 측단면도이고, 도 3, 도 4는 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치의 저장통의 개, 폐 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치의 배열판을 개략적으로 나타내는 정단면도이고, 도 6은 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치의 알루미늄 분말 고르개를 개략적으로 나타내는 정면도이고, 도 7은 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법 중 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 혼합하는 전체과정을 개략적으로 나타내는 정단면도이고, 도 8, 도 9, 도 10은 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치의 배열판을 통하여 우라늄 합금 분말을 배열하는 과정을 개략적으로 나타내는 정단면도이고, 도 11, 도 12는 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치의 배열판을 통하여 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합하는 과정을 개략적을 나타내는 정단면도이고, 도 13은 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법 중 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 압분하는 전체 과정을 개략적으로 나타내는 측단면도이고, 도 14는 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법을 나타내는 흐름도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치(1)는 턴 테이블 샤프트(10)와 공급 턴 테이블(30)과 배열판 턴 테이블(50)과 회수 테이블(70)과 가압부(90)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 턴 테이블 샤프트(10)는 고정가능한 원봉형상체로 형성된다.

상기 공급 턴 테이블(30)은 원판형상체로서, 상기 턴 테이블 샤프트(10)의 상부 적소에 소정각도로 회전가능하게 결합되고, 그 중심측 가장자리 적소에 소정간격 이격되어 다수개의 결합공(31a, 31b, 31c, 31d)이 관통형성되되, 상기 각 결합공(31a, 31b, 31c, 31d) 중 어느 한 결합공(31a)과 그에 대향되는 다른 한 결합공(31b)에 우라늄 합금 분말(3a) 또는 알루미늄 분말(3b)을 갖는 분말 저장통(33)이 각각 구비된다.

여기서, 상기 분말 저장통(33)은 그 내부에 우라늄 합금 분말(3a)이 충진되는 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말(3b)이 충진되는 알루미늄 분말 저장통(33b)으로 이루어지되, 상기 공급 턴 테이블(30)의 각 결합공(31a, 31b) 상부에 원주방향으로 결합홈(32)이 형성되고, 상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a) 및 알루미늄 분말 저장통(33b)의 상부 외주연에 결합턱(34)이 형성되며, 상기 각 결합공(31a, 31b)의 결합홈(32)에 상기 분말 저장통(33)의 결합턱(34)이 안착결합된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 공급 턴 테이블(30)의 각 결합공(31a, 31b, 31c, 31d) 중 양 측에 위치하는 각 결합공(31a, 31b)에 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)이 각각 탈착가능하게 결합되어 있으나, 상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)이 상기 공급 턴 테이블(30)에 일체형으로 형성되는 것도 가능하다.

한편, 상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)의 하부에 투입구(35)가 형성되되, 상기 각 투입구(35)에는 마개(37)가 구비된다.

여기서, 상기 마개(37)는 그 적소에 토출공(37a)이 관통형성되되, 상기 각 투입구(35)에 슬라이딩되어 개, 폐가능하게 이루어진다. 즉, 상기 마개(37)의 적소에 토출공(37a)이 관통형성되어 상기 각 투입구(35)에 마개(37)를 슬라이딩 이탈시켜 상기 투입구(35)와 토출공(37a)을 일치시킴과 동시에 개방할 경우, 분말 저장통(33)에 충진되는 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)이 각 투입구(35) 및 토출공(37a)을 통하여 배출되고, 상기 각 투입구(35)에 마개(37)를 슬라이딩 삽입시켜 상기 투입구(35)와 토출공(37a)을 불일치시킴과 동시에 폐쇄할 경우, 분말 저장통(33)에 충진되는 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)은 분말 저장통(33)에서 충진된 상태를 유지한다.

이때, 상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)의 각 투입구(35) 직경은 분말 저장통(33)에 충진되는 분말(3a, 3b)의 직경 및 크기에 따라 달리 형성되는 것이 바람직하며, 상기 각 투입구(35)에 슬라이딩가능하게 결합되는 각 마개(37)의 각 토출공(37a)의 직경 또한 토출되는 우라늄 합금 분말(3a) 및 알루미늄 분말(3b)의 직경 및 크기에 따라 달리 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 분말 저장통(33)의 각 투입구(35)에 슬라이딩가능하게 이루어지되, 그 적소에 토출공(37a)이 관통형성되는 마개(37)가 구비되어 있으나, 상기 분말 저장통(33)의 각 투입구(35)에 회전가능하게 이루어지되, 그 적소에 토출공(37a)이 관통형성되는 마개(37)가 구비되어 마개(37)를 수평방향으로 회전시킴으로써 상기 투입구(35)와 토출공(37a)을 일치 또는 불일치시켜 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 외부로 배출하거나, 충진된 상태를 유지시키는 구조로 이루어지는 것도 가능하다.

한편, 상기 공급 턴 테이블(30)에 형성되는 결합공(31a, 31b, 31c, 31d) 중에서 상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)이 안착결합되지 않은 결합공 중의 어느 하나의 결합공(31c)에는 상, 하방향으로 수직이동가능하게 압분 펀치(38)가 삽입설치되며, 상기 압분 펀치(38)가 삽입설치된 결합공(31c)과 대향하는 위치의 나머지 결합공(31d)에는 알루미늄 분말 고르개(39)가 구비된다.

여기서, 상기 알루미늄 분말 고르개(39)는 후술하는 알루미늄 분말 배열판(53b)의 상부에 그 하부면이 알루미늄 분말 배열판(53b)에 배열되는 알루미늄 분말(3b)의 수평도를 평평하게 유지하기 위하여 회전가능하게 이루어진다.

즉, 상기 알루미늄 분말 저장통(33b)을 통하여 알루미늄 분말(3b)이 알루미늄 분말 배열판(53b)으로 토출 시 알루미늄 분말(3b)의 수평도를 평평하게 유지하기 위하여 알루미늄 분말 고르개(39)가 상기 압분 펀치(38)가 삽입설치된 결합공(31c)과 대향하는 위치의 결합공(31d)에 구비되되, 상기 알루미늄 분말 고르개(39)는 나사회전에 의하여 회전가능하게 이루어져 그 하부면이 알루미늄 분말(3b)을 균일하게 형성한다.

상기 배열판 턴 테이블(50)은 원판형상체로서, 상기 턴 테이블 샤프트(10)의 중심부 적소에 소정각도로 회전가능하게 구비되고, 그 중심측 적소에 다수개의 안착공(51a, 51b, 51c, 51d)을 갖되, 상기 각 안착공(51a, 51b, 51c, 51d) 중 어느 한 안착공(51a)과 그에 대향되는 다른 한 안착공(51b)에 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 배열하기 위한 분말 배열판(53)이 안착결합된다.

여기서, 상기 배열판 턴 테이블(50)의 각 안착공(51a, 51b)에 안착되는 분말 배열판(53)은 우라늄 합금 분말(3a)이 배열되는 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말(3b)이 배열되는 알루미늄 분말 배열판(53b)으로 이루어지되, 상기 배열판 턴 테이블(50)의 각 안착공(51a, 51b) 상부에 원주방향으로 안착홈(52)이 형성되고, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a) 및 알루미늄 분말 배열판(53b)의 상부 외주연에 안착턱(54)이 형성되며, 상기 안착홈(52)에 안착턱(54)이 안착결합된다.

한편, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)의 하부에 슬라이딩되어 개, 폐가능하게 이루어지는 슬라이더(56)가 구비된다.

상기한 바와 같은 구조 및 형태에 의하여 우라늄 합금 분말(3a) 및 알루미늄 분말(3b)이 배열되는 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)의 슬라이더(56)를 슬라이딩하여 개방 또는 폐쇄할 경우, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)에 충진되어 있는 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)이 하방향 및 외부로 배출된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 배열판 턴 테이블(50)의 각 안착공(51a, 51b, 51c, 51d) 중 양 측에 위치하는 각 안착공(51a, 51b)에 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)이 탈착가능하게 안착되어 있으나, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)이 상기 배열판 턴 테이블(50)에 일체형으로 형성되는 것도 가능하다.

여기서, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 슬라이더(56) 상부에 우라늄 합금 분말 저장통(33a)을 통하여 토출되는 우라늄 합금 분말(3a)이 개별적으로 정위치에 안착시키기 위한 플레이트(57)가 구비되되, 상기 플레이트(57)는 일정한 간격 및 배열로 정렬공(57a)이 관통형성된다.

상기한 바와 같이, 우라늄 합금 분말 저장통(33a)의 배출구 및 마개(37)의 토출공(37a)을 통하여 우라늄 합금 분말 배열판(53a)으로 토출되는 우라늄 합금 분말(3a)은 일정한 간격 및 배열로 관통형성되는 안착공(51a, 51b)에 배열된다.

이때, 상기 플레이트(57)에 관통형성되는 각 정렬공(57a)의 직경은 낱개의 우라늄 합금 분말(3a)의 직경과 대응되게 형성되며, 상기 플레이트(57)의 각 정렬공(57a)에 안착되지 못하고, 그 상부에 적층되는 우라늄 합금 분말(3a)을 배출하기 위하여 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 외주연 하부 적소에 배출공(55)이 관통형성된다.

이렇게 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 외주연에 배출공(55)이 관통형 성됨으로써 플레이트(57)의 정렬공(57a)에 안착 및 배열되지 못하고 나머지 공간에 배열되는 우라늄 합금 분말(3a)을 외부로 배출된다.

여기서, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)에 배열되는 우라늄 합금 분말(3a)을 제외한 여분의 우라늄 합금 분말(3a)을 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 배출공(55)을 통하여 외부로 배출하기 위하여 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 안착턱(54) 적소에 적어도 하나 이상의 경사기(59, 59')가 구비되되, 상기 경사기(59, 59') 중 어느 한 경사기(59)가 안착턱(54)을 하방향으로 가압하고, 다른 한 경사기(59')가 안착턱(54)을 상방향으로 가압하여 우라늄 합금 분말 배열판(53a)을 소정각도로 경사지게 형성한다.

즉, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 각 공간에 배열된 우라늄 합금 분말(3a)을 제외한 여분의 우라늄 합금 분말(3a)이 배출구로 배출되도록 우라늄 합금 분말 배열판(53a)을 소정각도로 경사지게 위치시키기 위한 경사기(59, 59')가 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 안착턱(54) 적소에 각각 구비된다.

이때, 상기 경사기(59, 59') 중 어느 한 경사기(59)가 안착턱(54)을 하방향으로 가압하고 다른 한 경사기(59')가 안착턱(54)을 상방향으로 가압하여 우라늄 합금 분말 배열판(53a)을 소정각도로 경사지게 할 경우, 배출구가 형성되는 우라늄 합금 분말 배열판(53a)측이 하방향을 향하며, 우라늄 합금 분말 배열판(53a)에 구비되는 여분의 우라늄 합금 분말(3a)이 배출구로 배출한다.

한편, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)에 구비되는 각 경사기(59, 59')는 진동가능한 구조로 이루어짐으로써 우라늄 합금 분말 저장통(33a)에서 우라늄 합금 분말 배열판(53a)으로 배출되는 우라늄 합금 분말(3a)을 플레이트(57)의 각 정렬공(57a)에 안착시키기 용이하다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)에 다수개의 정렬공(57a)이 배열 및 정렬된 플레이트(57)가 구비되어 있으나, 상기 알루미늄 분말 배열판(53b)에도 다수개의 정렬공(57a)이 배열 및 정렬된 플레이트(57)가 구비되는 것도 가능하다.

상기 회수 테이블(70)은 원통형상체로서, 상기 턴 테이블 샤프트(10)의 하부 적소에 고정결합되고, 그 내부 중심측 적소에 분말 회수통(73)이 구비되되, 상기 분말 회수통(73)의 상부에 투입공(75)이 관통형성된다.

여기서, 상기 분말 회수통(73)은 우라늄 합금 분말(3a)을 회수하기 위한 우라늄 합금 분말 회수통(73a)과 알루미늄 분말(3b)을 회수하기 위한 알루미늄 분말 회수통(73b)으로 이루어진다.

이때, 상기 회수 테이블(70)의 각 투입공(75)은 투입되는 우라늄 합금 분말(3a) 및 알루미늄 분말(3b)이 우라늄 합금 분말 회수통(73a) 및 알루미늄 분말 회수통(73b)으로 보다 용이하게 투입 및 회수되도록 하방향을 향하여 직경이 감소되는 형상으로 형성된다.

상기 가압부(90)는 상기 회수 테이블(70)의 일측 적소에 구비되되, 수직방향으로 상, 하 이동이 가능한 가압 실린더 로드(93)와 상기 가압 실린더 로드(93)를 그 내부에 갖는 가압 실린더(91)로 이루어진다.

여기서, 상기 가압 실린더 로드(93)는 상기 공급 턴 테이블(30)의 결합 공(31d)에 수직방향으로 이동가능하게 구비되는 압분 펀치(38)와 맞닿아 우라늄 합금 분말(3a) 및 알루미늄 분말(3b)의 혼합 분말(3a, 3b)을 압분하게 된다.

이때, 상기 압분 펀치(38)는 상기 배열판 턴 테이블(50)의 안착공(51a, 51b) 중 우라늄 합금 분말 배열판(53a) 및 알루미늄 분말 배열판(53b)이 설치되지 않은 안착공(51c)을 삽입통과하여 하방향으로 수직이동된다.

이렇게 상기 압분 펀치(38)의 상, 하 방향 이동 및 압분 펀치(38)와 가압 실린더 로드(93)의 가압에 의하여 상기 가압부(90)의 가압 실린더 로드(93) 상부면에 순차적으로 적층배열되는 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)이 압분되어 핵연료로 제작된다.

이를 위하여 상기 가압부(90)의 가압 실린더(91) 내부에 구비되는 가압 실린더 로드(93)는 상기 압분 펀치(38)와 동일한 수직선상에 위치하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치(1)에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법을 도 7내지 도 14를 참조하여 설명한다.

먼저, 원자력 연구소 내의 취급자 또는 사용자가 본 발명에 의한 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치(1)의 분말 저장통(33)에 핵연료 제작에 적용되는 분말을 투입하여 저장한다.

이때, 상기 분말 저장통(33) 중 우라늄 합금 분말 저장통(33a)에 소정량의 우라늄 합금 분말(3a)이 투입되고, 상기 알루미늄 분말 저장통(33b)에 소정량의 알루미늄 합금이 투입된다(S11).

이렇게 상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)에 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 투입시킨 후 상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b) 하부의 투입구(35)에 개, 폐가능하게 결합되되, 그 적소에 토출공(37a)이 관통형성되는 마개(37)를 슬라이딩하여 상기 투입구(35)와 토출공(37a)을 일치시킨 다음, 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)에 토출시킨다(S12).

이때, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)으로 토출되는 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)은 대략 1회분의 양으로 형성된다.

상기한 바와 같이, 상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)에서 토출되는 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b) 중 우라늄 합금 분말 배열판(53a)으로 낙하하는 우라늄 합금 분말(3a)은 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a) 내부에 구비되되, 다수개의 정렬공(57a)이 배열 및 정렬되는 플레이트(57)상의 각 정렬공(57a)에 안착결합된다(S12-1).

이때, 상기 우라늄 합금 분말(3a)이 안착되는 우라늄 합금 분말 배열판(53a)에 구비되는 경사기(59, 59')의 진동에 의하여 상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a)에서 우라늄 합금 분말 배열판(53a)으로 낙하하는 우라늄 합금 분말(3a)이 상기 플 레이트(57)의 각 정렬공(57a)에 개별적으로 안착된다(S12-2).

한편, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 각 플레이트(57)에 관통형성되는 각 정렬공(57a)에 안착정렬된 우라늄 합금 분말(3a)을 제외한 나머지 우라늄 합금 분말(3a), 즉 상기 각 플레이트(57)의 각 정렬공(57a)에 안착되지 못하고, 상기 각 정렬공(57a)에 안착된 우라늄 합금 분말(3a)의 상부에 적층되는 여분의 우라늄 합금 분말(3a)은 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 배출구를 통하여 외부로 배출된다.

여기서, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 안착턱(54)에 각각 구비되는 경사기(59, 59') 중 어느 한 경사기(59)가 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 안착턱(54)을 하방향으로 가압하고, 다른 한 경사기(59')가 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 안착턱(54)을 상방향으로 가압하여 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)을 소정각도로 경사지게 한다(S12-3).

상기한 바와 같이, 상기 우리늄 합금 분말 배열판(53a)의 플레이트(57)에 관통형성되는 각 정렬공(57a)에 안착되지 못한 여분의 우라늄 합금 분말(3a)은 소정각도로 경사지는 우라늄 합금 분말 배열판(53a)을 따라 배출구를 통하여 외부로 배출된다(S13).

한편, 상기 알루미늄 분말 저장통(33b)에서 알루미늄 분말 배열판(53b)으로 토출되어 낙하하는 알루미늄 분말(3b)은 상기 알루미늄 분말 배열판(53b)으로 낙하할 때 중앙은 높고, 가장자리는 낮은 산모양으로 형성되기 때문에 상기 알루미늄 분말 저장통(33b)에서 알루미늄 분말 배열판(53b)으로 알루미늄 분말(3b)이 토출되 어 낙하된 후 상기 공급 턴 테이블(30)이 90°회전되어 공급 턴 테이블(30)의 결합공(31d)에 구비되는 알루미늄 분말 고르개(39)를 알루미늄 분말 배열판(53b) 상부에 위치시킨다(S12-6).

상기한 바와 같이, 상기 공급 턴 테이블(30)이 소정각도로 회전되어 알루미늄 분말 고르개(39)를 알루미늄 분말 배열판(53b)의 상부에 위치시킨 다음, 상기 알루미늄 분말 고르개(39)가 회전되어 알루미늄 분말 배열판(53b)에 낙하된 알루미늄 분말(3b)의 높이를 동일하게 할 뿐만 아니라, 알루미늄 분말(3b)의 수평도를 평평하게 유지시킨다(S12-7).

이때, 상기 알루미늄 분말 배열판(53b)에 낙하된 여분의 알루미늄 분말(3b)은 상기 알루미늄 분말 고르개(39)의 회전에 의하여 외부로 배출된다(S12-8).

상술한 바와 같이, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)에서 배출되는 여분의 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)은 상기 배열판 턴 테이블(50)의 하부에 구비되되, 그 내부에 분말 회수통(73)을 갖는 회수 테이블(70)로 회수된다(S14). 즉, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)에서 배출되는 우라늄 합금 분말(3a)은 상기 배열판 턴 테이블(50)의 내부 일측에 구비되는 우라늄 합금 분말 회수통(73a)으로 회수되고(S14-1), 상기 알루미늄 분말 배열판(53b)에서 배출되는 알루미늄 분말(3b)은 상기 배열판 턴 테이블(50)의 내부 타측에 구비되는 우라늄 합금 분말 회수통(73a)으로 회수된다(S14-2).

여기서, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)에서 배출되는 여분의 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)은 상기 우라늄 합 금 분말 회수통(73a)과 알루미늄 분말 회수통(73b)의 상부에 각각 구비되는 투입공(75)을 통하여 분말 회수통(73)으로 투입된다.

이때, 상기 우라늄 합금 분말 회수통(73a)과 알루미늄 분말 회수통(73b)의 상부에 각각 구비되는 투입공(75)은 하방향을 향하여 직경이 감소하는 형상으로 형성됨으로써 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)에서 배출되는 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)이 우라늄 합금 분말 회수통(73a)과 알루미늄 분말 회수통(73b)으로 보다 용이하게 안내된다.

이렇게 상기 회수 테이블(70)의 분말 회수통(73)에 회수된 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)은 다시 상기 공급 턴 테이블(30)의 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)으로 제공되어 재사용된다(S14-3).

상기한 바와 같이, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)에 1회분의 분말을 위치시킨 후 상기 배열판 턴 테이블(50)을 90°회전시켜 알루미늄 분말 배열판(53b)을 가압부(90)의 가압 실린더(91) 내에 구비되는 가압 실린더 로드(93)의 상부에 위치시키고, 상기 알루미늄 분말 배열판(53b)의 하부에 개, 폐가능하게 연결되는 슬라이더(56)를 슬라이딩시켜 개방한 후 알루미늄 분말 배열판(53b)에 배열 및 정렬된 알루미늄 분말(3b)을 가압부(90)의 가압 실린더(91) 내에 구비되는 가압 실린더 로드(93) 상부면에 배출한다(S15).

그 다음, 상기 배열판 턴 테이블(50)을 180°회전시켜 우라늄 합금 분말 배열판(53a)을 가압부(90)의 가압 실린더(91) 내에 구비되는 가압 실린더 로드(93)의 상부에 위치시키고, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 하부에 개, 폐가능하게 연결되는 슬라이더(56)를 슬라이딩시켜 개방한 후 우라늄 합금 분말 배열판(53a)에 배열 및 정렬된 우라늄 합금 분말(3a)을 가압부(90)의 가압 실린더(91) 내에 구비되는 가압 실린더 로드(93) 상부면에 배출하여 우라늄 합금 분말(3a)을 알루미늄 분말(3b)의 상부에 배열 및 정렬되게 한다(S16).

상기한 바와 같이, 상기 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 상기 공급 턴 테이블(30)의 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)을 통하여 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)에 배출하고, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)을 통하여 가압부(90)의 가압 실린더 로드(93) 상부면에 반복적으로 배출 및 배열하여 상기 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 소정 높이로 적층시킨다(S17).

이렇게 상기 가압부(90)의 가압 실린더 로드(93)에 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 반복적으로 적층시킨 후 상기 배열판 턴 테이블(50)을 최초의 위치로 복귀시키고, 상기 공급 턴 테이블(30)을 90°회전시켜 최초의 위치로 복귀시킴으로써(S18) 공급 턴 테이블(30)의 결합공(31d)에 수직방향으로 이동가능하게 구비되는 압분 펀치(38)와 가압부(90)의 가압 실린더 로드(93)가 동일한 수직방향에 위치하게 한다(S18-1).

그 다음, 상기 압분 펀치(38)를 하방향으로 이동시켜 상기 가압 실린더 로드(93)의 상부면에 일정한 비율로 혼합 및 적층되어 있는 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 압분 및 가압하여 분말 혼합 페렛을 제조한다(S19).

상기한 바와 같이, 상기 압분 펀치(38)의 압분 및 가압에 의하여 일정한 강 도의 핵연료로 성형된 분말 혼합 페렛은 압출기 등을 통하여 압출하여 봉형상으로 성형한다.

한편, 상기 가압부(90)의 가압 실린더(91) 내부에 구비되되, 수직방향으로 이동가능하게 구비되는 가압 실린더 로드(93)를 상방향에서 하방향으로 이동시켜 상기 가압 실린더 로드(93)의 상부면에 일정한 비율로 적층되는 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)의 배출 높이를 일정하게 유지한다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 핵연료에 적용되되, 큰 비중을 갖는 우라늄 합금 분말과 상대적으로 작은 비중을 갖는 알루미늄 분말을 자동 공정에 의하여 순차적으로 균일하게 일정한 비율로 혼합하고 혼합된 핵연료를 성형 및 압분하여 핵연료 압출봉인 최종 제품을 생산하는 일련의 전체 공정이 자동으로 이루어짐으로써 작업 능률을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연구용 원자로의 분산핵연료의 품질을 향상시킬 수 있으며, 핵연료의 혼합 및 압분이 자동으로 수행됨으로써 취급자 또는 작업자의 방사선 피폭을 최소화할 수 있고, 연 구용 원자로에서 고밀도 분산핵연료의 제조가 가능하여 기존의 저밀도 핵연료다발이 다량으로 필요치 않아 제조 원가를 절감시키는 등 경제성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연구용 원자로에 적용되는 분산 핵연료의 품질을 향상시킬 수 있으며, 고성능 연구용 원자로의 핵연료로 저농축 우라늄을 사용할 수 있어 핵비확산 정책에 도움을 줄 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.

Claims

원봉형상체로 형성되는 턴 테이블 샤프트(10);

상기 턴 테이블 샤프트(10)의 상부에 사전에 정해진 각도로 회전가능하게 결합되되, 그 중심측 주변에 관통형성되는 다수개의 결합공(31a, 31b, 31c, 31d)과, 상기 각 결합공(31a, 31b, 31c, 31d) 중 어느 하나의 결합공(31a) 및 그에 대향되는 다른 하나의 결합공(31b)에 분리가능하게 결합되어 우라늄 합금 분말(3a) 또는 알루미늄 분말(3b)을 갖는 분말 저장통(33)과, 상기 분말 저장통(33)이 결합되지 않은 결합공(31c, 31d) 중의 어느 하나의 결합공(31c)에 수직방향으로 이동가능하게 삽입구비되는 압분 펀치(38)와, 상기 압분 펀치(38)가 삽입된 결합공(31c)과 대향하는 위치의 나머지 결합공(31d)에 구비되는 알루미늄 분말 고르개(39)를 포함하는 원판형상체의 공급 턴 테이블(30);

상기 턴 테이블 샤프트(10)의 중심부에 사전에 정해진 각도로 회전가능하게 결합되되, 그 중심측 주변에 관통형성되는 다수개의 안착공(51a, 51b, 51c, 51d)과, 상기 각 안착공(51a, 51b, 51c, 51d) 중 어느 하나의 안착공(51a) 및 그에 대향되는 다른 하나의 안착공(51b)에 분리가능하게 결합되어 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 배열하는 분말 배열판(53)이 구비되는 원판형상체의 배열판 턴 테이블(50);

상기 턴 테이블 샤프트(10)의 하부에 고정결합되되, 그 내부 중심측에 구비되는 분말 회수통(73)과, 상기 분말 회수통(73)의 상부에 관통형성되는 투입공(75)을 갖는 원통형상체의 회수 테이블(70); 및

상기 회수 테이블(70)의 일측에 연결구비되되, 수직방향으로 상, 하 이동이 가능한 가압 실린더 로드(93)와, 상기 가압 실린더 로드(93)를 그 내부에 갖는 가압 실린더(91)로 이루어지는 가압부(90);

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
제1항에 있어서,

상기 공급 턴 테이블(30)의 각 결합공(31a, 31b)에 구비되는 분말 저장통(33)이 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)으로 이루어지되, 상기 각 결합공(31a, 31b)의 상부에 원주방향으로 결합홈(32)이 형성되고, 상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a) 및 알루미늄 분말 저장통(33b)의 상부 외주연에 결합턱(34)이 형성되며, 상기 결합홈(32)에 결합턱(34)이 결합되는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
제2항에 있어서,

상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)의 하부에 투입구(35)가 각각 형성되되, 상기 각 투입구(35)에 마개(37)가 구비되는 것을 특 징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
제3항에 있어서,

상기 마개(37)에 토출공(37a)이 관통형성되되, 상기 마개(37)의 슬라이딩에 따라 상기 토출공(37a)이 각 투입구(35)에 개,폐 가능하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
제1항에 있어서,

상기 알루미늄 분말 고르개(39)는 알루미늄 분말(3b)의 수평도를 평평하게 유지하기 위하여 그 중심부를 기준으로 나사회전가능하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
제1항에 있어서,

상기 배열판 턴 테이블(50)의 각 안착공(51a, 51b)에 구비되는 분말 배열판(53)이 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)으로 이루어 지되, 상기 각 안착공(51a, 51b)의 상부에 원주방향으로 안착홈(52)이 형성되고, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a) 및 알루미늄 분말 배열판(53b)의 상부 외주연에 안착턱(54)이 형성되며, 상기 안착홈(52)에 안착턱(54)이 안착되는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
제6항에 있어서,

상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 외주연 하부에 배출공(55)이 관통형성된 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
제7항에 있어서,

상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)의 하부에 슬라이딩되어 개, 폐가능하게 이루어지는 슬라이더(56)가 구비되는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
제8항에 있어서,

상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 슬라이더(56)의 상부에 일정한 간격 및 배열로 다수개의 정렬공(57a)이 관통형성된 플레이트(57)가 구비되는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
제6항에 있어서,

상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 안착턱(54)에 적어도 하나 이상의 경사기(59, 59')가 구비되되, 상기 경사기(59, 59') 중 어느 하나의 경사기(59)가 안착턱(54)을 하방향으로 가압하고, 다른 하나의 경사기(59')가 안착턱(54)을 상방향으로 가압하여 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)에 경사를 형성하는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
제10항에 있어서,

상기 각 경사기(59, 59')가 진동가능하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
제1항에 있어서,

상기 회수 테이블(70)의 분말 회수통(73)은 우라늄 합금 분말 회수통(73a)과 알루미늄 분말 회수통(73b)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
제1항에 있어서,

상기 회수 테이블(70)의 각 투입공(75)이 하방향을 향하여 직경이 감소되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치.
우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)이 공급 턴 테이블(30)의 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)으로 투입되는 단계(S11);

상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)의 투입구(35)에서 마개(37)를 슬라이딩 개방시켜 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)에 토출시키는 단계(S12);

상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)에 구비된 플레이트(57)의 각 정렬공(57a)에 안착되지 못한 여분의 우라늄 합금 분말(3a)이 배출구를 통하여 외부로 배출되는 단계(S13);

상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)의 여분의 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)이 회수 테이블(70)로 회수되는 단계(S14);

상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)과 알루미늄 분말 배열판(53b)이 안착결합된 배열판 턴 테이블(50)을 90°회전시켜 상기 알루미늄 분말 배열판(53b)을 가압 실린더 로드(93)의 상부에 위치시키고, 상기 알루미늄 분말 배열판(53b)의 슬라이더(56)를 슬라이딩 개방하여 알루미늄 분말(3b)을 가압 실린더 로드(93) 상부면에 배열 및 정렬시키는 단계(S15);

상기 배열판 턴 테이블(50)을 180°회전시켜 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)을 가압 실린더 로드(93)의 상부에 위치시키고, 상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 슬라이더(56)를 슬라이딩 개방시켜 우라늄 합금 분말(3a)을 가압 실린더 로드(93) 상부면의 알루미늄 분말(3b) 상부에 배열 및 정렬시키는 단계(S16);

상기 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 상기 가압 실린더 로드(93)의 상부면에 반복적으로 투입배열하여 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)을 적층시키는 단계(S17);

상기 배열판 턴 테이블(50) 및 공급 턴 테이블(30)을 회전하여 최초의 위치로 복귀시키는 단계(S18); 및

상기 가압 실린더 로드(93)와 동일한 수직방향에 위치한 압분 펀치(38)를 하방향으로 이동시켜, 상기 가압 실린더 로드(93)의 상부면에 배열 및 적층되어 있는 혼합 분말(3a, 3b)을 압분시킴으로써 분말 혼합 페렛이 제조되는 단계(S19);

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법.
제14항에 있어서,

상기 우라늄 합금 분말 저장통(33a)에서 토출되는 우라늄 합금 분말(3a)이 우라늄 합금 분말 배열판(53a) 내부에 구비되는 플레이트(57)의 각 정렬공(57a)에 안착결합되는 단계(S12-1);

상기 우라늄 합금 분말(3a)이 각 경사기(59, 59')의 진동에 의하여 플레이트(57)의 각 정렬공(57a)에 개별적으로 안착되는 단계(S12-2); 및

상기 각 경사기(59, 59') 중 어느 한 경사기(59)가 우라늄 합금 분말 배열판(53a)의 안착턱(54)을 하방향으로 가압하고, 다른 한 경사기(59')가 안착턱(54)을 상방향으로 가압하여 우라늄 합금 분말 배열판(53a)에 경사면이 형성되는 단계(S12-3);

를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법.
제14항에 있어서,

상기 공급 턴 테이블(30)을 90°회전하여 공급 턴 테이블(30)의 결합공(31d)에 구비되는 알루미늄 분말 고르개(39)를 알루미늄 분말 배열판(53b) 상부에 위치시키는 단계(S12-6);

상기 알루미늄 분말 고르개(39)를 회전시켜 알루미늄 분말 배열판(53b)에 토출된 알루미늄 분말(3b)이 동일한 높이 및 수평도를 갖도록 형성되는 단계(S12-7); 및

상기 알루미늄 분말 배열판(53b)에 적재되지 못한 여분의 우라늄 합금 분말(3a)이 외부로 배출되는 단계(S12-8);

를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법.
제14항에 있어서,

상기 우라늄 합금 분말 배열판(53a)에서 배출되는 여분의 우라늄 합금 분말(3a)이 우라늄 합금 분말 회수통(73a)으로 회수되는 단계(S14-1);

상기 알루미늄 분말 배열판(53b)에서 배출되는 여분의 알루미늄 분말(3b)이 알루미늄 분말 회수통(73b)으로 회수되는 단계(S14-2); 및

상기 우라늄 합금 분말 회수통(73a)과 알루미늄 분말 회수통(73b)을 통하여 회수된 우라늄 합금 분말(3a)과 알루미늄 분말(3b)이 공급 턴 테이블(30)의 우라늄 합금 분말 저장통(33a)과 알루미늄 분말 저장통(33b)으로 다시 제공되는 단계(S14-3);

를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법.
제14항에 있어서,

상기 공급 턴 테이블(30)의 압분 펀치(38)와 가압부(90)의 가압 실린더 로드(93)를 동일한 수직방향에 위치시키는 단계(S18-1);

를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공장치에 따른 우라늄 합금 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합 및 압분하는 핵연료 가공방법.