KR101054463B1 - 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법 - Google Patents

다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 다중 노즐을 사용하되 각각의 노즐과 대응하는 서브 겔화 컬럼을 설치하고 이를 하나의 통합된 메인 겔화 컬럼으로 구성하여 구형 액적의 변형을 방지하며 겔 입자를 형성할 수 있는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법을 제공하는 데 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치는 공급액 유입관이 구비된 노즐이 복수로 설치되되 상기 노즐에 진동을 가해 구형 액적을 형성하는 진동 노즐부와, 상기 노즐과 동일한 수로 설치되되 내부를 이동하는 상기 구형 액적의 표면을 경화시키고 반응액과 반응시켜 겔 입자를 형성하는 서브 겔화 컬럼과, 상기 서브 겔화 컬럼을 상부에서 지지하는 상부 지지판과 상기 구형 액적과 반응하는 상기 반응액을 유입시키는 반응액 유입관과 상기 서브 겔화 컬럼을 하부에서 지지하되 상기 반응액을 이동시키는 복수의 반응액 유동홀이 형성된 하부 지지판 및 상기 서브 겔화 컬럼으로부터 배출되는 겔 입자와 반응액을 외부로 배출하는 복합 유출관이 구비된 메인 겔화 컬럼을 포함하되 상기 서브 겔화 컬럼은 내부의 가스를 외부로 배출시키는 가스 유출관이 연결되되 상기 메인 겔화 컬럼 내의 반응액을 내부로 유출입시키는 복수의 반응액 유출입홀과 상기 겔 입자를 상기 메인 겔화 컬럼으로 배출하는 겔 입자 유출관이 형성된 외장 하우징과, 상기 외장 하우징의 내부에 구비되되 외부의 가스를 내부로 유입시키는 가스 유입관이 연결된 제 1가스 저장 탱크와, 상기 제 1가스 저장 탱크의 내부에 구비되되 상기 제 1가스 저장 탱크 내의 가스를 내부로 유입시키는 복수의 가스 유입홀이 형성된 제 2가스 저장 탱크 및 상기 제 2가스 저장 탱크의 내부에 구비되되 상기 제 2가스 저장 탱크 내의 가스를 내부로 균일하게 공급시키는 복수의 가스 공급홀이 형성되어 내부를 이동하는 상기 구형 액적의 표면을 경화시키는 가스 공급 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법{GEL PREPARATION APPARATUS EQUIPPED WITH MULTI-GELATION COLUMN AND ITS PREPARATION METHOD}
본 발명은 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법에 관한 것으로서 구형 액적이 다량으로 제조되어 겔화 컬럼 하부에 축적되는 과정에서 겔 입자의 내부 반응이 완전 종결되지 않은 상태에서 축적되는 경우, 축적되었던 하부 입자의 변형을 방지하며 겔 입자를 형성할 수 있는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법에 관한 것이다.
고온가스로에 사용되는 핵연료를 만들기 위해서는 중간물질을 제조하는 과정이 필요하다. 우선, 원료물질인 금속염 용액(우라늄 용액)에 각종 첨가물(Urea, HMTA, PVA 등)을 혼합하여 적당한 조성 및 특성을 갖는 공급액(broth)을 만든다.
그 후, 구형이 형성되기 쉬운 상태로 원료물질의 조성을 조절하고 이를 구형 제조장치에 공급하여 구형 액적을 제조한다.
이렇게 제조된 구형 액적을 반응물과 반응시키면 구형 액적 속의 금속염 물질과 겔화 컬럼에 있는 반응물이 화학 반응함으로써, 금속염 물질의 중간화합물이 제조되는데, 이렇게 제조된 중간 화합물은 숙성, 세척, 건조하는 후속과정과 열처리 과정을 거치면서 최종적으로 원하는 구형 금속 산화물 입자(UO2 sphere)로 변환된다.
이와 같은 고온가스로 핵연료 제조과정은 여러 단계의 세부 단위공정으로 구성되어 있는데, 각 세부 단위공정에서 수행되는 각종 제조변수들이 최종입자의 물성에 영향을 미치기 때문에, 핵연료제조 초기부터 마무리 공정까지 공정운전 변수들의 정확한 파악과 조절이 필요하다.
특히, 구형의 입자상태의 핵연료를 얻기 위하여 구형의 중간화합물을 제조하는 과정이 중요한데, 액적이 반응물과 반응하기 전 액적 표면을 사전에 경화시켜, 구형 액적이 반응물과 반응할 때 액적 자체가 가지고 있는 무게에 의해 반응물질 표면에서 구형이 변형되는 것을 방지하는 과정이 중요하다.
이때, 우라늄 원료물질로 제조된 구형 액적이 반응물과 화학 반응을 하기 전에 액적 표면을 사전에 경화시키기 위한 반응가스의 접촉 시간이나 균일 접촉정도에 따라 표면이 경화되는 정도가 달라진다.
한편, 대량으로 액적을 생산하기 위해서는 하나의 진동 노즐부에 여러개의 노즐을 배치시켜 하나의 겔화 컬럼으로 낙하시키는 방법이 있다.
그러나, 상기 방법에 의하여 제조된 초기 생성 액적은 시간이 경과함에 따라 겔화 컬럼 하부에 쌓이게 되는데 초기에 생성된 액적들 위로 대량의 액적들이 쌓이게 되고, 이는 액적이 겔화 컬럼 내에서 완전히 겔화되기 전에 무게에 의해 변형되는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로, 다중 노즐을 사용하되, 각각의 노즐과 대응하는 서브 겔화 컬럼을 설치하고 이를 하나의 통합된 메인 겔화 컬럼으로 구성하여 구형 액적의 변형을 방지하며 겔 입자를 형성할 수 있는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 구형 액적과 반응하는 반응물을 메인 겔화 컬럼 내외부로 순환시켜 반응액의 농도를 일정하게 유지할 수 있는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 서브 겔화 컬럼 내부를 개방하거나 폐쇄하여 메인 겔화 컬럼으로 배출되는 겔 입자량을 조절할 수 있는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 구형 액적과 가스의 반응을 일정하게 유지하여 액적의 표면을 균일하게 유지시킬 수 있는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법을 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치는 공급액 유입관이 구비된 노즐이 복수로 설치되되 상기 노즐에 진동을 가해 구형 액적을 형성하는 진동 노즐부와, 상기 노즐과 동일한 수로 설치되되 내부를 이동하는 상기 구형 액적의 표면을 경화시키고 반응액과 반응시켜 겔 입자를 형성하는 서브 겔화 컬럼과, 상기 서브 겔화 컬럼을 상부에서 지지하는 상부 지지판과 상기 구형 액적과 반응하는 상기 반응액을 유입시키는 반응액 유입관과 상기 서브 겔화 컬럼을 하부에서 지지하되 상기 반응액을 이동시키는 복수의 반응액 유동홀이 형성된 하부 지지판 및 상기 서브 겔화 컬럼으로부터 배출되는 겔 입자와 반응액을 외부로 배출하는 복합 유출관이 구비된 메인 겔화 컬럼을 포함하되 상기 서브 겔화 컬럼은 내부의 가스를 외부로 배출시키는 가스 유출관이 연결되되 상기 메인 겔화 컬럼 내의 반응액을 내부로 유출입시키는 복수의 반응액 유출입홀과 상기 겔 입자를 상기 메인 겔화 컬럼으로 배출하는 겔 입자 유출관이 형성된 외장 하우징과, 상기 외장 하우징의 내부에 구비되되 외부의 가스를 내부로 유입시키는 가스 유입관이 연결된 제 1가스 저장 탱크와, 상기 제 1가스 저장 탱크의 내부에 구비되되 상기 제 1가스 저장 탱크 내의 가스를 내부로 유입시키는 복수의 가스 유입홀이 형성된 제 2가스 저장 탱크 및 상기 제 2가스 저장 탱크의 내부에 구비되되 상기 제 2가스 저장 탱크 내의 가스를 내부로 균일하게 공급시키는 복수의 가스 공급홀이 형성되어 내부를 이동하는 상기 구형 액적의 표면을 경화시키는 가스 공급 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복합 유출관과 반응액 유입관에 연결되는 반응액 순환관 및 상기 반응액 순환관에 연결되어 상기 복합 유출관 내의 반응액을 상기 메인 겔화 컬럼 내부로 유입시키는 순환 펌프를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응액 순환관에 연결되어 상기 반응액 순환관 내부로 반응액을 공급하는 반응액 공급부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 메인 겔화 컬럼 내의 반응액을 외부로 배출시키는 반응액 유출관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복합 유출관에 연결되어 상기 복합 유출관 내의 겔 입자를 저장하여 외부로 배출시키는 겔 입자 저장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 외장 하우징의 내부를 폐쇄하여 상기 겔 입자를 적층하고 회전에 의해 외장 하우징의 내부를 개방하여 상기 겔 입자를 상기 겔 입자 유출관으로 이동시키는 회전 플레이트 및 상기 회전 플레이트에 연결되되 상기 메인 겔화 컬럼 외부로 노출되어 상기 외장 하우징의 내부 개폐를 조절하는 개폐 레버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전 플레이트는 상기 외장 하우징 내의 반응액을 이동시키는 복수의 반응액 유동홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급액 유입관은 상기 노즐에 서로 180도 이격되어 구비될 수 있다.
또한, 상기 가스 유출관은 상기 외장 하우징에 서로 180도 이격되어 구비될 수 있다.
또한, 상기 가스 유입관은 제 1가스 저장 탱크에 서로 180도 이격되어 구비될 수 있다.
또한, 상기 가스는 암모니아로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 반응액은 암모니아수로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법은 진동 노즐부에 구비된 복수의 노즐을 통해 구형 액적을 개별적으로 형성하는 구형 액적 형성단계와, 상기 노즐과 동일한 수로 설치된 서브 겔화 컬럼 내부로 가스를 개별적으로 공급하여 낙하하는 상기 구형 액적의 표면을 경화시키는 액적 표면 경화단계와, 상기 서브 겔화 컬럼을 커버하는 메인 겔화 컬럼 내부로 반응액을 유입시키는 반응액 유입단계와, 상기 메인 겔화 컬럼으로부터 서브 겔화 컬럼 내부로 개별적으로 이동된 암모니아수를 상기 구형 액적과 반응시켜 겔 입자를 형성하는 겔 입자 형성단계와, 상기 서브 겔화 컬럼 외부로 개별적으로 배출된 상기 겔 입자를 상기 메인 겔화 컬럼 내부에 적층하는 겔 입자 적층단계 및 상기 메인 겔화 컬럼 외부로 상기 겔 입자를 배출하는 겔 입자 유출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구형 액적 형성단계는 상기 진동 노즐부의 노즐에 공급액을 개별적으로 유입시키는 공급액 유입공정과, 상기 노즐에 진동을 가해 상기 공급액으로부터 액적을 형성하는 드로핑(dropping)공정 및 상기 액적이 공기층을 통과하며 구형의 액적을 형성하는 구형 형성공정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 액적 표면 경화단계는 상기 서브 겔화 컬럼의 제 1가스 저장 탱크 내부로 외부의 가스를 유입시켜 가스를 1차적으로 저장하는 제 1가스 저장 공정과, 상기 제 1가스 저장 탱크 내부의 제 2가스 저장 탱크로 상기 가스를 유입시켜 가스를 2차적으로 저장하는 제 2가스 저장 공정 및 상기 제 2가스 저장 탱크 내부의 가스 공급 조절부로 상기 가스를 균일하게 공급시켜 상기 구형 액적의 표면을 경화시키는 액적 경화공정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응액 유입단계는 상기 메인 겔화 컬럼 외부로 배출되는 반응액을 순환시켜 상기 메인 겔화 컬럼 내부로 재유입시키거나, 반응액 공급부에서 공급되는 반응액을 상기 메인 겔화 컬럼 내부로 유입시킬 수 있다.
또한, 상기 겔 입자 형성단계 후, 상기 서브 겔화 컬럼 내부를 폐쇄하여 상기 겔 입자를 서브 겔화 컬럼 내에 저장하는 겔 입자 저장단계 및 상기 서브 겔화 컬럼 내부를 개방하여 상기 겔 입자를 상기 메인 겔화 컬럼 내부로 이동시키는 겔 입자 이동단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 구형 액적과 반응하고 남은 가스를 상기 서브 겔화 컬럼 외부로 배출시키는 가스 배출단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 메인 겔화 컬럼 내부의 반응액을 외부로 배출시키는 반응액 배출단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법에 의하면, 다중 노즐을 사용하되 각각의 노즐과 대응하는 서브 겔화 컬럼을 설치하고 이를 하나의 통합된 메인 겔화 컬럼으로 구성하여 구형 액적의 변형을 방지하며 겔 입자를 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 구형 액적과 반응하는 반응물을 메인 겔화 컬럼 내외부로 순환시켜 반응액의 농도를 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 서브 겔화 컬럼 내부를 개방하거나 폐쇄하여 메인 겔화 컬럼으로 배출되는 겔 입자량을 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 구형 액적과 가스의 반응을 일정하게 유지하여 액적의 표면을 균일하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치의 상부 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치의 하부 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 중 서브 겔화 컬럼의 단면도.
도 6a는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 이용하여 서브 겔화 컬럼 내부를 폐쇄시킨 모습을 나타낸 도.
도 6b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 이용하여 서브 겔화 컬럼 내부를 개방시킨 모습을 나타낸 도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법의 제 1블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법의 제 2블록도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법의 제 3블록도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법의 제 4블록도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법 중 구형 액적 형성단계의 일 블록도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법 중 액적 표면 경화단계의 일 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치의 사시도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치의 단면도이고, 도 3은 상부 단면도이며, 도 4는 하부 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 진동 노즐부(100)와, 서브 겔화 컬럼(200) 및 메인 겔화 컬럼(300)을 포함한다.
상기 진동 노즐부(100)는 공급액 유입관(111)이 구비된 노즐(110)이 복수로 설치되어 진동에 의해 구형 액적을 형성한다.
구체적으로, 상기 진동 노즐부(100)는 본 발명에 따르면 다수의 노즐(110)이 설치되며, 각각의 노즐(110)이 서로 개별적으로 구형 액적을 형성할 수 있다.
상기 노즐(110)은 공급액이 유입되는 공급액 유입관(111)이 상기 노즐(110)의 외주면에 구비될 수 있는데, 본 발명에 따르면 2개의 공급액 유입관(111)이 상기 노즐(110)에 서로 180도 이격되어 구비될 수 있다.
따라서, 종래의 일 방향에 구비된 공급액 유입관을 통해 노즐 내부로 공급액을 유입시키는 방식보다 본 발명과 같이 양 방향에 구비된 공급액 유입관(111)을 통해 공급액을 노즐(110) 내부로 유입시킴으로써 힘의 균형에 의해 구형도가 향상된 액적을 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 중 서브 겔화 컬럼의 단면도이다.
상기 서브 겔화 컬럼(200)은 상기 노즐(110)과 동일한 수로 설치되되, 내부를 이동하는 상기 구형 액적에 가스를 공급하여 상기 구형 액적의 표면을 경화시킬 뿐만 아니라, 표면이 경화된 구형 액적을 반응액과 반응시켜 겔 입자를 형성할 수 있다. 이때, 상기 가스는 암모니아로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 서브 겔화 컬럼(200)은 상기 노즐(110)과 개별적으로 대응하도록 상기 노즐(110)과 동일한 수로 설치되되, 상기 서브 겔화 컬럼(200) 각각은 도 5에 도시된 바와 같이, 외장 하우징(210)과, 제 1가스 저장 탱크(220)와, 제 2가스 저장 탱크(230) 및 가스 공급 조절부(240)를 포함한다.
상기 외장 하우징(210)은 외주면에서 내주면을 관통하는 복수의 반응액 유출입홀(212)이 형성되며, 가스 유출관(211) 및 겔 입자 유출관(213)이 연결된다.
구체적으로, 상기 반응액 유출입홀(212)은 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내부로 공급된 반응액을 상기 외장 하우징(210), 즉, 상기 서브 겔화 컬럼(200) 내부로 유입시켜 표면이 경화된 구형 액적과 반응시키거나, 상기 반응액이 상기 구형 액적과 반응한 후 상기 서브 겔화 컬럼(200)으로부터 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내부로 유출시킬 수 있다. 이때, 상기 반응액은 암모니아수로 이루어질 수 있다.
상기 가스 유출관(211)은 상기 외장 하우징(210)의 외주면에 연결되어 상기 구형 액적과 반응하고 남은 가스를 상기 외장 하우징(210) 외부로 배출시킬 수 있다.
이때, 상기 가스 유출관(211)은 본 발명에 따르면 2개가 구비되되, 상기 외장 하우징(210)에 서로 180도 이격되어 구비될 수 있다.
상기 겔 입자 유출관(213)은 상기 외장 하우징(210)의 하면에 형성되어 상기 서브 겔화 컬럼(200) 내부의 겔 입자를 상기 메인 겔화 컬럼(300)으로 배출할 수 있다.
도 6a는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 이용하여 서브 겔화 컬럼 내부를 폐쇄시킨 모습을 나타낸 도이고, 도 6b는 서브 겔화 컬럼 내부를 개방시킨 모습을 나타낸 도이다.
한편, 상기 외장 하우징(210)은 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 외장 하우징(210)의 내부를 개폐하는 회전 플레이트(214) 및 상기 회전 플레이트(214)에 연결되어 회전 플레이트(214)를 조절하는 개폐 레버(215)를 더 포함할 수 있다.
상기 회전 플레이트(214)는 상기 외장 하우징(210)의 내부를 폐쇄하여 상기 겔 입자를 적층하거나, 회전에 의해 상기 외장 하우징(210)의 내부를 개방하여 상기 겔 입자를 상기 겔 입자 유출관(213)으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 상기 메인 겔화 컬럼(300)으로 배출되는 겔 입자량을 조절할 수 있다.
이때, 상기 회전 플레이트(214)는 복수의 반응액 유동홀(214a)이 포함되어 상기 외장 하우징(210) 내의 반응액을 이동시킬 수 있다.
상기 개폐 레버(215)는 상기 메인 겔화 컬럼(300) 외부로 노출되어 상기 외장 하우징(210)의 내부 개폐를 조절할 수 있다.
상기 제 1가스 저장 탱크(220)는 상기 외장 하우징(210)의 내부에 구비되며 외부의 가스를 상기 제 1가스 저장 탱크(220) 내부로 유입시키는 가스 유입관(221)이 연결된다.
구체적으로, 상기 제 1가스 저장 탱크(220)는 외주면에 상기 가스 유입관(221)이 연결되며 외부로부터 유입된 가스를 1차적으로 저장한다.
이때, 상기 가스 유입관(221)은 본 발명에 따르면 2개가 구비되되, 상기 제 1가스 저장 탱크(220)에 서로 180도 이격되어 구비될 수 있다.
상기 제 2가스 저장 탱크(230)는 상기 제 1가스 저장 탱크(220)의 내부에 구비되며 상기 제 1가스 저장 탱크(220) 내의 가스를 상기 제 2가스 저장 탱크(230) 내부로 유입시키는 복수의 가스 유입홀(231)이 형성된다.
구체적으로, 상기 제 2가스 저장 탱크(230)는 외주면에서 내주면을 관통하는 복수의 가스 유입홀(231)이 형성되며, 상기 가스 유입홀(231)을 통해 상기 제 1가스 저장 탱크(220)로부터 유입된 가스를 2차적으로 저장한다.
이때, 상기 가스 유입홀(231)은 복수개로 이루어져 상기 제 1가스 저장 탱크(220) 내의 가스를 제 2가스 저장 탱크(230) 내부로 균일하게 유입되도록 유도한다.
상기 가스 공급 조절부(240)는 상기 제 2가스 저장 탱크(230)의 내부에 구비되며 상기 제 2가스 저장 탱크(230) 내의 가스를 상기 가스 공급 조절부(240) 내부로 균일하게 공급시키는 복수의 가스 공급홀(241)이 형성된다.
구체적으로, 상기 가스 공급 조절부(240)는 외주면에서 내주면을 관통하는 복수의 가스 공급홀(241)이 형성되며, 상기 가스 공급홀(241)을 통해 상기 제 2가스 저장 탱크(230)에 저장된 가스를 상기 가스 공급 조절부(240) 내부로 공급하여 상기 가스 공급 조절부(240)를 이동하는 구형 액적의 표면을 경화시킨다.
이때, 상기 가스 유입홀(241)은 복수개로 이루어져 상기 제 2가스 저장 탱크(230) 내의 가스를 가스 공급 조절부(240) 내부로 균일하게 공급되도록 유도한다.
상기 메인 겔화 컬럼(300)은 반응액 유입관(310)과, 상부 지지판(320)과, 하부 지지판(330) 및 복합 유출관(340)을 포함한다.
상기 반응액 유입관(310)은 상기 메인 겔화 컬럼(300)의 외주면에 연결되어 상기 구형 액적과 반응하는 반응액을 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내부로 유입시킬 수 있다.
상기 상부 지지판(320)은 원형 플레이트로 형성되되, 복수개의 서브 겔화 컬럼(200)을 상기 메인 겔화 컬럼(300)의 내주면 상부에서 지지한다.
상기 하부 지지판(330)은 원형 플레이트로 형성되되, 복수개의 서브 겔화 컬럼(200)을 상기 메인 겔화 컬럼(300)의 내주면 하부에서 지지하되, 내부에 반응액을 하부 지지판(330) 상하부로 이동시키는 복수의 반응액 유동홀(331)이 형성될 수 있다.
상기 복합 유출관(340)은 상기 서브 겔화 컬럼(200)으로부터 배출되는 겔 입자와 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내부의 반응액을 상기 메인 겔화 컬럼(300) 외부로 배출할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 반응액 순환관(400)과, 순환 펌프(500)와, 반응액 공급부(600)와 반응액 유출관(700) 및 겔 입자 저장부(800)를 더 포함할 수 있다.
상기 반응액 순환관(400)은 상기 복합 유출관(340)과 반응액 유입관(310)에 연결되어 상기 복합 유출관(340)을 통해 배출되는 반응액을 순환시켜 반응액을 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내부로 재유입시킬 수 있다.
따라서, 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내외부의 반응액 농도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
상기 순환 펌프(500)는 상기 반응액 순환관(400)에 연결되어 상기 반응액이 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내외부를 순환하도록 동력을 공급할 수 있다.
상기 반응액 공급부(600)는 상기 반응액 순환관(400)에 연결되어 상기 반응액 순환관(400) 내부로 새로운 반응액을 공급하여 반응액을 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내부로 유입시킬 수 있다.
상기 반응액 유출관(700)은 상기 메인 겔화 컬럼(300)의 외주면에 연결되어 메인 겔화 컬럼(300) 내의 반응액을 외부로 직접 배출시킬 수 있다.
상기 겔 입자 저장부(800)는 상기 복합 유출관(340)에 연결되어 상기 복합 유출관(340)으로 배출되는 겔 입자를 임시로 저장하여 외부로 배출시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법을 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법의 제 1블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법은 도 7에 도시된 바와 같이, 구형 액적 형성단계(S10)와, 액적 표면 경화단계(S20)와, 반응액 유입단계(S30)와, 겔 입자 형성단계(S40)와, 겔 입자 적층단계(S70) 및 겔 입자 유출단계(S80)를 포함한다.
상기 구형 액적 형성단계(S10)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 진동 노즐부(100)에 구비된 복수의 노즐(110)을 통해 구형 액적을 개별적으로 형성하는 단계이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법 중 구형 액적 형성단계의 일 블록도이다.
상기 구형 액적 형성단계는 도 11에 도시된 바와 같이, 공급액 유입공정(S11)과, 드로핑(dropping)공정(S12) 및 구형 형성공정(S13)을 포함한다.
상기 공급액 유입공정(S11)은 상기 진동 노즐부(100)의 노즐(110)에 공급액을 개별적으로 유입시키는 공정이다.
상기 공급액 유입공정(S11)에서는 상기 노즐(110)에 공급액을 양방향으로 공급하여 힘의 균형에 의해 구형도가 향상된 액적을 형성할 수 있다.
상기 드로핑(dropping)공정(S12)은 상기 노즐(110)에 진동을 가해 상기 공급액으로부터 액적을 형성하는 공정이다.
상기 구형 형성공정(S13)은 상기 액적이 공기층을 통과하며 구형의 액적을 형성하는 공정이다.
상기 액적 표면 경화단계(S20)는 상기 노즐(110)과 동일한 수로 설치된 서브 겔화 컬럼(200) 내부로 가스를 개별적으로 공급하여 상기 서브 겔화 컬럼(200) 내부로 자유 낙하하는 상기 구형 액적의 표면을 경화시키는 단계이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법 중 액적 표면 경화단계의 일 블록도이다.
상기 액적 표면 경화단계(S20)는 도 12에 도시된 바와 같이, 제 1가스 저장 공정(S21)과, 제 2가스 저장 공정(S22) 및 액적 경화공정(S23)을 포함한다.
상기 제 1가스 저장 공정(S21)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 서브 겔화 컬럼(200)의 제 1가스 저장 탱크(220) 내부로 외부의 가스를 유입시켜 가스를 1차적으로 저장하는 공정이다.
상기 제 2가스 저장 공정(S22)은 상기 제 1가스 저장 탱크(220) 내부의 제 2가스 저장 탱크(230)로 상기 가스를 유입시켜 가스를 2차적으로 저장하는 공정이다.
상기 액적 경화공정(S23)은 상기 제 2가스 저장 탱크(230) 내부의 가스 공급 조절부(240)로 상기 가스를 균일하게 공급시켜 상기 구형 액적의 표면을 경화시키는 공정이다.
상기 반응액 유입단계(S30)는 상기 서브 겔화 컬럼(200)을 커버하는 메인 겔화 컬럼(300) 내부로 반응액을 유입시키는 단계이다.
이때, 상기 반응액 유입단계(S30)는 상기 메인 겔화 컬럼(300) 외부로 배출되는 반응액을 순환시켜 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내부로 재유입시킴으로써 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내외부의 농도를 일정하게 유지시킬 수 있고, 반응액 공급부(600)에서 공급되는 새로운 반응액을 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내부로 유입시켜 상기 구형 액적과의 반응을 유도할 수 있다.
상기 겔 입자 형성단계(S40)는 상기 메인 겔화 컬럼(300)으로부터 서브 겔화 컬럼(200) 내부로 개별적으로 이동된 암모니아수를 상기 구형 액적과 반응시켜 겔 입자를 형성하는 단계이다.
상기 겔 입자 적층단계(S70)는 상기 서브 겔화 컬럼(200) 외부로 개별적으로 배출된 상기 겔 입자를 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내부에 적층하는 단계이다.
상기 겔 입자 유출단계(S80)는 상기 메인 겔화 컬럼(300) 외부로 상기 겔 입자를 배출하는 단계이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법의 제 2블록도이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법은 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 겔 입자 형성단계(S40) 후, 겔 입자 저장단계(S50) 및 겔 입자 이동단계(S60)를 더 포함할 수 있다.
상기 겔 입자 저장단계(S50)는 상기 서브 겔화 컬럼(200) 내부를 폐쇄하여 상기 겔 입자를 서브 겔화 컬럼(200) 내에 저장하는 단계이다.
상기 겔 입자 이동단계(S60)는 상기 서브 겔화 컬럼(200) 내부를 개방하여 상기 겔 입자를 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내부로 이동시키는 단계이다.
상기 겔 입자 저장단계(S50)와 겔 입자 이동단계(S60)에 의해 메인 겔화 컬럼(300)으로 배출되는 겔 입자량을 조절할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법의 제 3블록도이고, 도 10은 제 4블록도이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법은 도 9에 도시된 바와 같이, 가스 배출단계(S90)와 도 10에 도시된 바와 같이, 반응액 배출단계(S100)를 더 포함할 수 있다.
상기 가스 배출단계(S90)는 상기 구형 액적과 반응하고 남은 가스를 상기 서브 겔화 컬럼(200) 외부로 배출시키는 단계이다.
상기 반응액 배출단계(S100)는 상기 메인 겔화 컬럼(300) 내부의 반응액을 외부로 배출시키는 단계이다.
상기 가스 배출단계(S90)와 반응액 배출단계(S100)는 그 순서를 바꿔 이루어질 수 있되, 적어도 가스 배출단계(S90)는 상기 액적 표면 경화단계(S20) 이후에 이루어질 수 있고, 반응액 배출단계(S100)는 상기 반응액 유입단계(S30) 이후에 이루어질 수 있음은 물론이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100:진동 노즐부 110:노즐
111:공급액 유입관 200:서브 겔화 컬럼
210:외장 하우징 211:가스 유출관
212:반응액 유출입홀 213:겔 입자 유출관
214:회전 플레이트 214a:반응액 유동홀
215:개폐 레버 220:제 1가스 저장 탱크
221:가스 유입관 230:제 2가스 저장 탱크
231:가스 유입홀 240:가스 공급 조절부
241:가스 공급홀 300:메인 겔화 컬럼
310:반응액 유입관 320:상부 지지판
330:하부 지지판 331:반응액 유동홀
340:복합 유출관 400:반응액 순환관
500:순환 펌프 600:반응액 공급부
700:반응액 유출관 800:겔 입자 저장부
S10:구형 액적 형성단계 S11:공급액 유입공정
S12:드로핑(dropping)공정 S13:구형 형성공정
S20:액적 표면 경화단계 S21:제 1가스 저장 공정
S22:제 2가스 저장 공정 S23:액적 경화공정
S30:반응액 유입단계 S40:겔 입자 형성단계
S50:겔 입자 저장단계 S60:겔 입자 이동단계
S70:겔 입자 적층단계 S80:겔 입자 유출단계
S90:가스 배출단계 S100:반응액 배출단계

Claims (19)

  1. 공급액 유입관이 구비된 노즐이 복수로 설치되되, 상기 노즐에 진동을 가해 구형 액적을 형성하는 진동 노즐부;
    상기 노즐과 동일한 수로 설치되되, 내부를 이동하는 상기 구형 액적의 표면을 경화시키고 반응액과 반응시켜 겔 입자를 형성하는 서브 겔화 컬럼;
    상기 서브 겔화 컬럼을 상부에서 지지하는 상부 지지판과, 상기 구형 액적과 반응하는 상기 반응액을 유입시키는 반응액 유입관과, 상기 서브 겔화 컬럼을 하부에서 지지하되 상기 반응액을 이동시키는 복수의 반응액 유동홀이 형성된 하부 지지판 및 상기 서브 겔화 컬럼으로부터 배출되는 겔 입자와 반응액을 외부로 배출하는 복합 유출관이 구비된 메인 겔화 컬럼을 포함하되,
    상기 서브 겔화 컬럼은,
    내부의 가스를 외부로 배출시키는 가스 유출관이 연결되되, 상기 메인 겔화 컬럼 내의 반응액을 내부로 유출입시키는 복수의 반응액 유출입홀과, 상기 겔 입자를 상기 메인 겔화 컬럼으로 배출하는 겔 입자 유출관이 형성된 외장 하우징;
    상기 외장 하우징의 내부에 구비되되, 외부의 가스를 내부로 유입시키는 가스 유입관이 연결된 제 1가스 저장 탱크;
    상기 제 1가스 저장 탱크의 내부에 구비되되, 상기 제 1가스 저장 탱크 내의 가스를 내부로 유입시키는 복수의 가스 유입홀이 형성된 제 2가스 저장 탱크; 및
    상기 제 2가스 저장 탱크의 내부에 구비되되, 상기 제 2가스 저장 탱크 내의 가스를 내부로 균일하게 공급시키는 복수의 가스 공급홀이 형성되어 내부를 이동하는 상기 구형 액적의 표면을 경화시키는 가스 공급 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복합 유출관과 반응액 유입관에 연결되는 반응액 순환관; 및
    상기 반응액 순환관에 연결되어 상기 복합 유출관 내의 반응액을 상기 메인 겔화 컬럼 내부로 유입시키는 순환 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 반응액 순환관에 연결되어 상기 반응액 순환관 내부로 반응액을 공급하는 반응액 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 겔화 컬럼 내의 반응액을 외부로 배출시키는 반응액 유출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복합 유출관에 연결되어 상기 복합 유출관 내의 겔 입자를 저장하여 외부로 배출시키는 겔 입자 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 외장 하우징의 내부를 폐쇄하여 상기 겔 입자를 적층하고 회전에 의해 외장 하우징의 내부를 개방하여 상기 겔 입자를 상기 겔 입자 유출관으로 이동시키는 회전 플레이트; 및
    상기 회전 플레이트에 연결되되 상기 메인 겔화 컬럼 외부로 노출되어 상기 외장 하우징의 내부 개폐를 조절하는 개폐 레버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 회전 플레이트는 상기 외장 하우징 내의 반응액을 이동시키는 복수의 반응액 유동홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 공급액 유입관은 상기 노즐에 서로 180도 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 가스 유출관은 상기 외장 하우징에 서로 180도 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 가스 유입관은 제 1가스 저장 탱크에 서로 180도 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 가스는 암모니아로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 반응액은 암모니아수로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치.
  13. 진동 노즐부에 구비된 복수의 노즐을 통해 구형 액적을 개별적으로 형성하는 구형 액적 형성단계;
    상기 노즐과 동일한 수로 설치된 서브 겔화 컬럼 내부로 가스를 개별적으로 공급하여 낙하하는 상기 구형 액적의 표면을 경화시키는 액적 표면 경화단계;
    상기 서브 겔화 컬럼을 커버하는 메인 겔화 컬럼 내부로 반응액을 유입시키는 반응액 유입단계;
    상기 메인 겔화 컬럼으로부터 서브 겔화 컬럼 내부로 개별적으로 이동된 암모니아수를 상기 구형 액적과 반응시켜 겔 입자를 형성하는 겔 입자 형성단계;
    상기 서브 겔화 컬럼 외부로 개별적으로 배출된 상기 겔 입자를 상기 메인 겔화 컬럼 내부에 적층하는 겔 입자 적층단계; 및
    상기 메인 겔화 컬럼 외부로 상기 겔 입자를 배출하는 겔 입자 유출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 구형 액적 형성단계는,
    상기 진동 노즐부의 노즐에 공급액을 개별적으로 유입시키는 공급액 유입공정;
    상기 노즐에 진동을 가해 상기 공급액으로부터 액적을 형성하는 드로핑(dropping)공정; 및
    상기 액적이 공기층을 통과하며 구형의 액적을 형성하는 구형 형성공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 액적 표면 경화단계는,
    상기 서브 겔화 컬럼의 제 1가스 저장 탱크 내부로 외부의 가스를 유입시켜 가스를 1차적으로 저장하는 제 1가스 저장 공정;
    상기 제 1가스 저장 탱크 내부의 제 2가스 저장 탱크로 상기 가스를 유입시켜 가스를 2차적으로 저장하는 제 2가스 저장 공정; 및
    상기 제 2가스 저장 탱크 내부의 가스 공급 조절부로 상기 가스를 균일하게 공급시켜 상기 구형 액적의 표면을 경화시키는 액적 경화공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 반응액 유입단계는,
    상기 메인 겔화 컬럼 외부로 배출되는 반응액을 순환시켜 상기 메인 겔화 컬럼 내부로 재유입시키거나,
    반응액 공급부에서 공급되는 반응액을 상기 메인 겔화 컬럼 내부로 유입시키는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 겔 입자 형성단계 후,
    상기 서브 겔화 컬럼 내부를 폐쇄하여 상기 겔 입자를 서브 겔화 컬럼 내에 저장하는 겔 입자 저장단계; 및
    상기 서브 겔화 컬럼 내부를 개방하여 상기 겔 입자를 상기 메인 겔화 컬럼 내부로 이동시키는 겔 입자 이동단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 구형 액적과 반응하고 남은 가스를 상기 서브 겔화 컬럼 외부로 배출시키는 가스 배출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 메인 겔화 컬럼 내부의 반응액을 외부로 배출시키는 반응액 배출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 겔화 컬럼을 이용한 겔 입자 형성방법.
KR1020100032194A 2010-04-08 2010-04-08 다중 겔화 컬럼이 구비된 겔 입자 형성장치 및 이를 이용한 겔 입자 형성방법 KR101054463B1 (ko)

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