KR101192290B1 - 연속식 용융염 전해 장치 - Google Patents

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KR101192290B1
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조성욱
김지웅
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한국지질자원연구원
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    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
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Abstract

진공 상태가 유지되는 상태에서 연속적으로 용융염을 전해 반응시킴으로써, 대기 중의 노출로 인한 함수화의 발생을 미연에 방지할 수 있는 연속식 용융염 전해 장치에 대하여 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 연속식 용융염 전해 장치는 상측에 용융염 투입구를 구비하며, 내부가 진공으로 유지되는 상부 챔버; 상기 상부 챔버의 하측에 연통되도록 장착되어, 상기 상부 챔버로부터 공급되는 용융염을 임시 저장하는 하부 챔버; 상기 상부 챔버와 하부 챔버 사이에 장착되며, 상기 용융염 투입구를 통해 상부 챔버의 내부에 저장되는 용융염의 배출을 제어하는 제1 개폐기; 상기 하부 챔버의 하측에 장착되며, 상기 하부 챔버에 임시 저장된 용융염이 공급되는 용융염 공급구를 구비하고, 상기 용융염 공급구를 통해 공급되는 용융염을 전해 반응시키는 전해 반응로; 상기 하부 챔버와 전해 반응로 사이에 장착되며, 상기 하부 챔버의 내부에 저장된 용융염의 배출을 제어하는 제2 개폐기; 및 상기 전해 반응로의 일측에 장착되며, 상기 전해 반응로에서 반응되고 배기되는 배기 가스를 정화시키기 위한 정화 수조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연속식 용융염 전해 장치{CONTINUOUS ELECTROLYTIC APPARATUS FOR MOLTEN SALT}
본 발명은 용융염 전해 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 진공 상태로 유지되는 상부 챔버에서 용융염에 포함되어 있는 수분 및 유기물 등의 오염 물질을 제거한 후, 오염 물질이 제거된 용융염을 별도로 꺼내서 핸들링하지 않고 바로 전해 반응로의 내부로 장입하여 전해 환원 반응을 실시함으로써 대기 중의 노출로 인한 함수화의 발생을 미연에 방지하여 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연속식 용융염 전해 장치에 관한 것이다.
전해반응 공정에서는 고체음극을 이용하여 금속을 분리하는데, 이때 전착되는 금속의 순도를 고려하여 용융염 중에 함유되어 있는 일부의 금속을 회수하게 된다.
그러나, 종래에는 전해 환원 반응 공정시 용융염 투입구를 통해 전해 반응로 내에 용융염을 직접 투입하였는데, 이 경우 용융염이 대기 중에 그대로 노출되는 데 기인하여 함수화가 일어나는 문제가 있었다. 이러한 함수화에 의한 용융염의 오염은 전해 환원 효율에 지대한 악 영향을 미친다는 연구 결과가 보고된 바 있다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0945156호(2010.03.08 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 악티나이드계 원소 회수를 위한 용융염 전해조가 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 진공 상태로 유지되는 상부 챔버에서 용융염에 포함되어 있는 수분 및 유기물 등의 오염 물질을 제거한 후, 오염 물질이 제거된 용융염을 별도로 꺼내서 핸들링하지 않고 바로 전해 반응로의 내부로 장입하여 전해 환원 반응을 실시함으로써 대기 중의 노출로 인한 함수화의 발생을 미연에 방지하여 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연속식 용융염 전해 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연속식 용융염 전해 장치는 상측에 용융염 투입구를 구비하며, 내부가 진공으로 유지되는 상부 챔버; 상기 상부 챔버의 하측에 연통되도록 장착되어, 상기 상부 챔버로부터 공급되는 용융염을 임시 저장하는 하부 챔버; 상기 상부 챔버와 하부 챔버 사이에 장착되며, 상기 용융염 투입구를 통해 상부 챔버의 내부에 저장되는 용융염의 배출을 제어하는 제1 개폐기; 상기 하부 챔버의 하측에 장착되며, 상기 하부 챔버에 임시 저장된 용융염이 공급되는 용융염 공급구를 구비하고, 상기 용융염 공급구를 통해 공급되는 용융염을 전해 반응시키는 전해 반응로; 상기 하부 챔버와 전해 반응로 사이에 장착되며, 상기 하부 챔버의 내부에 저장된 용융염의 배출을 제어하는 제2 개폐기; 및 상기 전해 반응로의 일측에 장착되며, 상기 전해 반응로에서 반응되고 배기되는 배기 가스를 정화시키기 위한 정화 수조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연속식 용융염 전해 장치는 용융염 투입구를 통해 공급되는 용융염이 진공 상태로 유지되는 상부 챔버에서 상부 가열 수단을 통해 수분 및 유기물 등의 오염 물질이 제거된 상태에서 상부 챔버와 연통하는 하부 챔버에 임시 저장된 이후, 오염 물질이 제거된 용융염을 별도로 꺼내서 핸들링하지 않고 바로 일체형으로 전해 반응로의 내부로 장입하여 전해 환원 반응을 실시하여 안정성 및 효율성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 연속식 용융염 전해 장치는 진공 상태로 유지되는 상부 챔버와 하부 챔버가 일체형으로 설계되므로, 용융염이 대기 중에 노출되는 것을 미연에 방지하여 함수화의 발생을 차단한 상태에서 전해 반응로에서의 전해 환원 반응을 수행할 수 있는바, 이 결과 전해 환원 반응의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속식 용융염 전해 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 상부 챔버를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 상부 챔버 덮개를 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 B 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 하부 챔버를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6의 하부 챔버 덮개를 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 8은 도 1의 전해 반응로를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 8의 전해 반응로 덮개를 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 10은 도 8의 제1 전극을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 11은 도 8의 정화 수조를 확대하여 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속식 용융염 전해 장치에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속식 용융염 전해 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 상부 챔버를 확대하여 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 2의 상부 챔버 덮개를 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 연속식 용융염 전해 장치(100)는 상부 챔버(120), 하부 챔버(140), 제1 개폐기(150), 제2 개폐기(152), 전해 반응로(160) 및 정화 수조(180)를 포함한다.
상부 챔버(120)는 상측에 용융염 투입구(P1)를 구비하며, 내부가 진공으로 유지된다. 이러한 상부 챔버(120)는 상부 챔버 몸체(121), 상부 챔버 덮개(122) 및 상부 가열 수단(123)을 포함한다. 또한, 도면으로 상세히 도시하지는 않았지만, 상부 챔버(120)는 개폐 도어(미도시) 및 검사 포트(124)를 더 포함할 수 있다.
상부 챔버 몸체(121)는 원통형의 용기 형태로 설계될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 상부 챔버 몸체(121)는 세라믹, 흑연, 인코넬 600 등의 재질로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 고온을 견딜 수 있는 재질이라면 다양하게 적용될 수 있다.
상부 챔버 덮개(122)는 상부 챔버 덮개 몸체(122a), 용융염 투입구(P1), 가스 공급구(P2) 및 진공압 투입구(P3)를 포함한다.
상기 상부 챔버 덮개 몸체(122a)는 내부 공간을 밀폐시키기 위한 목적으로 상부 챔버 몸체(121)의 상측을 덮도록 설계된다. 이러한 상부 챔버 덮개 몸체(122a)는 쿼츠(quartz), SUS(stainless steel) 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 용융염 투입구(P1)는 상부 챔버 덮개 몸체(122a)를 관통하도록 형성된다. 이러한 용융염 투입구(P1)는 상부 챔버 몸체(121)의 내부로 용융염을 공급하기 위한 목적으로 설계된다. 이때, 용융염 투입구(P1)는 상부 챔버 덮개 몸체(122a)의 중앙 부분에 설계될 수 있으나, 이에 반드시 제한될 필요는 없다. 이러한 용융염 투입구(P1)의 직경은 20 ~ 50cm, 보다 바람직하게는 30 ~ 40cm로 설계될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 가스 공급구(P2)는 상부 챔버 덮개 몸체(122a)를 관통하도록 형성된다. 이때, 가스 공급구(P2)는 가스 공급 배관(125)로부터 유입되는 고순도의 아르곤(Ar) 가스를 상부 챔버 몸체(121)의 내부로 공급하는 역할을 한다. 이때, 가스 공급 배관(125)은 가스 주입 개폐 밸브(V1)를 구비할 수 있으며, 이러한 가스 주입 개폐 밸브(V1)에 의해 상부 챔버 몸체(121)의 내부로 공급되는 고순도의 아르곤 가스를 선택적으로 공급 및 차단할 수 있게 된다.
상기 진공압 투입구(P3)는 상부 챔버 덮개 몸체(122a)를 관통하도록 형성된다. 이러한 진공압 투입구(P3)는 상부 챔버 몸체(121)의 내부로 진공압을 공급하기 위한 목적으로 설계된다.
상기 상부 가열 수단(123)은 상부 챔버 몸체(121)의 외측에 장착되어, 상부 챔버 몸체(121)의 내부를 가열하는 역할을 한다. 이러한 상부 가열 수단(123)은 유도 코일, 인덕션 히터 등이 이용될 수 있으나, 이는 일 예에 불과한 것으로 다양한 형태의 가열 수단이 적용될 수 있다. 이때, 상부 가열 수단(123)은 상부 챔버 몸체(121)의 내부로 투입되는 용융염을 대략 350 ~ 450℃의 온도까지 가열하게 된다. 상기 상부 가열 수단(123)은 대략 350 ~ 450℃의 온도로 상부 챔버(120)를 가열하게 되는 데, 이는 상부 챔버(120)의 내부로 공급되는 용융염에 함유되어 있는 수분 및 유기물 등의 오염 물질을 제거하기 위함이다.
상기 개폐 도어(미도시)는 용융염 투입구(P1)에 대응되도록 장착된다. 이러한 개폐 도어는 용융염의 투입시에는 개방시키고, 용융염 투입이 완료된 후에는 폐쇄하는 방식으로 사용하게 된다.
상기 검사 포트(124)는 상부 챔버 몸체(121)를 관통하는 검사 포트 삽입 홀(미도시)에 끼움 맞춤 방식으로 고정되는 형태로 장착된다. 이러한 검사 포트(124)는 상부 챔버(120)의 외부에서 용융염의 투입 여부를 확인하기 위한 목적으로 설계되는 것으로, 필요에 따라 생략하는 것도 무방하다. 이러한 검사 포트(124)는 고온의 열에도 견딜 수 있는 투명 재질로 형성될 수 있으며, 구체적인 예로는 인듐-틴-옥사이드(ITO)를 들 수 있다. 검사 포트(124)의 직경은 10 ~ 40cm, 보다 바람직하게는 25 ~ 35cm로 설계될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상부 챔버(120)는 제1 기밀 부재(126), 제1 온도 측정 센서(127), 제1 냉각수 순환 배관(128) 및 진공압 공급 유닛(129)을 더 포함할 수 있다.
이때, 도 4는 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면으로, 이를 참조하면, 제1 기밀 부재(126)는 상부 챔버 몸체(121)와 상부 챔버 덮개 몸체(122a)의 사이 공간에 개재되어, 상부 챔버 몸체(121)와 상부 챔버 덮개 몸체(122a) 사이의 기밀을 유지시키는 역할을 한다. 이러한 제1 기밀 부재(126)는 일 예로 O-링이 이용될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 제1 온도 측정 센서(127)는 상부 챔버 몸체(121)의 내부에서 용융되는 용융염의 온도를 측정하는 역할을 한다.
상기 제1 냉각수 순환 배관(128)은 상부 챔버 몸체(121)의 상측 외주면을 따라 장착되며, 내부로 냉각수가 순환한다. 이와 같이, 냉각수가 순환하는 제1 냉각수 순환 배관(128)을 설치하는 이유는 상부 챔버(120)의 외부와 상부 챔버(120)의 내부 사이의 급격한 온도 차이를 보상하기 위함이다.
한편, 도 5는 도 1의 B 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 진공압 공급 유닛(129)은 진공압 투입구(P3)와 연통하도록 장착되며, 상부 챔버 몸체(121)의 내부로 진공압을 공급하기 위한 목적으로 설치된다. 이러한 진공압 공급 유닛(129)은 제1 진공 공급 배관(129a), 진공 제어 밸브(V2), 제2 진공 공급 배관(129b) 및 진공압 유량 게이지(129c)를 포함한다.
상기 제1 진공 공급 배관(129a)은 진공발생기(미도시)로부터 진공압을 공급받는다.
상기 진공 제어 밸브(V2)는 제1 진공 공급 배관(129a)에 장착되어, 진공압의 공급 및 차단을 제어하는 역할을 한다.
상기 제2 진공 공급 배관(129b)은 일측이 제1 진공 공급 배관(129a)에 연결되고, 타측이 진공압 투입구(P3)에 연결된다.
상기 진공압 유량 게이지(129c)는 제2 진공 공급 배관(129b)에 연결되어, 진공압의 유량을 체크하는 역할을 한다.
도 6은 도 1의 하부 챔버를 확대하여 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 1의 하부 챔버를 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 하부 챔버(140)는 상부 챔버(120)의 하측에 연통되도록 장착되어, 상부 챔버(120)에서 용융된 용융염을 임시 저장하는 역할을 한다. 이러한 하부 챔버(140)는 상부 챔버(120)와 전해 반응로(160) 사이에 장착되는 버퍼 챔버(buffer chamber)로서의 역할을 수행하게 된다. 특히, 하부 챔버(140)는 상부 챔버(120)로부터 전해 반응로(160)의 내부로 장입되는 용융염의 양을 정량적으로 조절하기 위한 목적으로 설계된다.
상기 하부 챔버(140)는 하부 챔버 몸체(142) 및 하부 챔버 덮개(144)를 포함한다.
상기 하부 챔버 몸체(142)는 상부 챔버 몸체(121)와 동일한 재질, 즉 세라믹, 흑연, 인코넬 600 등으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 고온을 견딜 수 있는 재질이라면 다양하게 적용될 수 있다.
상기 하부 챔버 덮개(144)는 하부 챔버 덮개 몸체(144a) 및 용융염 임시 저장 투입구(P4)를 포함한다. 하부 챔버 덮개 몸체(144a)는 하부 챔버 몸체(142)의 상측을 덮도록 설계된다. 이러한 하부 챔버 덮개 몸체(144a)는 쿼츠(quartz), SUS(stainless steel) 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 용융염 임시 저장 투입구(P4)는 하부 챔버 덮개 몸체(144a)를 관통하도록 형성된다. 이러한 용융염 임시 저장 투입구(P4)는 하부 챔버 몸체(142)의 내부로 용융염을 임시 저장시키는 포트 역할을 한다.
도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 제1 개폐기(150)는 상부 챔버(120)와 하부 챔버(140) 사이에 장착되며, 상기 용융염 투입구(P1)를 통해 상부 챔버(120)의 내부에 저장되는 용융염의 배출을 제어하는 역할을 한다. 즉, 제1 개폐기(150)는 상부 챔버(120)로부터 배출되어 하부 챔버(140)로 공급되는 용융염의 개폐를 제어하는 역할을 한다.
그리고, 제2 개폐기(152)는 하부 챔버(140)와 후술할 전해 반응로(160) 사이에 장착되며, 상기 하부 챔버(140)의 내부에 저장된 용융염의 배출을 제어하는 역할을 한다. 이러한 제1 및 제2 개폐기(150, 152)는 제어 회로부(미도시)를 통해 각각의 구동이 제어된다.
한편, 도 8은 도 1의 전해 반응로를 확대하여 나타낸 단면도이고, 도 9는 도 8의 전해 반응로 덮개를 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 전해 반응로(160)는 하부 챔버(140)의 하측에 장착되며, 하부 챔버(140)에 임시 저장된 용융염이 공급되는 용융염 공급구(P5)를 구비하고, 용융염 공급구(P5)를 통해 공급되는 용융염을 전해 반응시키는 역할을 한다. 이때, 전해 반응로(160)의 내부로 공급되는 용융염을 전해 반응시킴과 동시에, 상부 챔버(120)에 구비되는 용융염 투입구(P1)로 용융염을 재 공급한 후, 상부 가열 수단(123)을 이용하여 상부 챔버(120)의 내부로 재 공급된 용융염을 재 가열하여 수분 및 유기물 등의 오염 물질을 제거하는 것이 바람직한 데, 이는 전해 환원 반응이 일어남과 동시에 상부 챔버(120)의 내부에서 새로운 용융염을 재 가열하여 수분 및 유기물 등의 오염 물질을 제거할 경우, 연속적인 공정이 가능해질 수 있으므로 공정 시간 및 수율을 획기적으로 향상시킬 수 있기 때문이다.
이러한 전해 반응로(160)는 전해 반응로 몸체(161), 전해 반응로 덮개(162), 하부 가열 수단(163), 반응 도가니(164), 제1 전극(165) 및 제2 전극(166)을 포함한다.
상기 전해 반응로 몸체(161)는 외측을 둘러싸도록 설계되어, 전해 반응 공간을 제공하는 외부 도가니(161a)와, 상기 외부 도가니(161a)의 내측에 삽입되는 내부 도가니(161b)를 구비한다. 이때, 외부 도가니(161a)는 내화물 재질로 형성하는 것이 바람직하고, 내부 도가니(161b)는 산화 알루미늄 재질로 형성하는 것이 바람직하나, 반드시 이들에 제한될 필요는 없다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 전해 반응로 몸체(161)는 후술할 반응 도가니(164)의 회수를 위해, 승강 운동이 가능하도록 설계되어 있을 수 있다.
상기 전해 반응로 덮개(162)는 전해 반응로 몸체(161)의 상측을 덮으며, 상기 제2 개폐기(152)와 연통하도록 형성된 전해 반응로 덮개 몸체(162a)와, 상기 전해 반응로 몸체(161)를 관통하도록 형성되어 하부 챔버(140)에 임시 저장된 용융염을 공급받는 용융염 주입구(P5)와, 상기 전해 반응로 덮개 몸체(162a)를 관통하도록 형성되어 전해 반응로(160)에서 반응되고 배기되는 배기 가스를 배출하기 위한 배기 가스 배출구(P6)를 구비한다.
상기 하부 가열 수단(163)은 외부 도가니(161a)의 내부, 또는 외부 도가니(161a)와 내부 도가니(161b)의 사이에 장착되어, 전해 반응 공간을 가열하는 역할을 한다. 이러한 하부 가열 수단(163)은 유도 코일, 인덕션 히터 등이 이용될 수 있으나, 이는 일 예에 불과한 것으로 다양한 형태의 가열 수단이 적용될 수 있다. 이때, 하부 가열 수단(163)은 전해 반응로 몸체(161)의 내부로 투입되는 용융염을 최대 1200℃의 온도까지 가열하게 된다.
상기 반응 도가니(164)는 전해 반응 공간 내에 장착되어, 상기 용융염 주입구(P5)를 통해 공급되는 용융염을 수용한다.
한편, 도 10은 도 8의 제1 전극을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 제1 전극(165)은 전해 반응로 덮개 몸체(161)를 관통하여 전해 반응로(160)의 전해 반응 공간에 배치되도록 장착된다. 제2 전극(166)은 제1 전극(165)과 평행하게 이격되도록 장착된다. 이러한 제2 전극(165)은 제1 전극(165)과 마찬가지로 전해 반응로 덮개 몸체(162a)를 관통하여 전해 반응로(160)의 전해 반응 공간에 배치되도록 장착된다.
이러한 제1 전극(165)은 후술할 DC 전원부(167)로부터 정극성(+) 또는 부극성(-)을 인가받게 되고, 제2 전극(166)은 DC 전원부(167)로부터 부극성(-) 또는 정극성(+)을 인가받게 된다. 이때, 제1 전극(165)은 텅스텐 재질로 형성될 수 있고, 제2 전극(166)은 흑연 재질로 형성될 수 있다. 이와 반대로, 제1 전극(165)은 흑연 재질로 형성될 수 있고, 제2 전극(166)은 텅스텐 재질로 형성될 수 있다.
이때, 도 8에서는 제1 전극(165) 및 제2 전극(166)이 각각 1개씩 장착된 것으로 도시하고 설명하였으나, 이는 일 예에 불과한 것으로 제1 전극(165) 및 제2 전극(166)은 복수개가 각각 장착될 수도 있다. 이때, 제1 전극(165)과 제2 전극(166)의 수는 동일한 수로 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 전해 반응로(160)는 DC 전원부(167), 제2 온도 측정 센서(168), 제2 기밀 부재(169) 및 제2 냉각수 순환 배관(170)을 더 포함할 수 있다.
상기 DC 전원부(167)는 제1 전극(165) 및 제2 전극(166)으로 정전류를 각각 공급한다. 이러한 DC 전원부(167)는, 도면으로 도시하지는 않았지만, 정전압의 DC 전압을 생성하는 DC 전원 발생기(미도시)를 구비할 수 있다.
제2 온도 측정 센서(168)는 전해 반응로(160)의 내부에서 반응하는 용융염의 온도를 측정하는 역할을 한다. 이러한 제2 온도 측정 센서(168)는 전해 반응로 덮개 몸체(162a)를 관통하도록 형성되는 제2-1 온도 측정 센서(168a)와 전해 반응로 몸체(161)의 측면을 관통하도록 형성되는 제2-1 온도 측정 센서(168b)를 구비할 수 있다.
제2 기밀 부재(169)는 전해 반응로 몸체(161)와 전해 반응로 덮개 몸체(162a)의 사이 공간에 개재되어, 상기 전해 반응로 몸체(161)와 전해 반응로 덮개 몸체(162a) 사이의 기밀을 유지시키는 역할을 한다. 이러한 제2 기밀 부재(169)는 일 예로 O-링이 이용될 수 있다.
제2 냉각수 순환 배관(170)은 전해 반응로 몸체(161)의 상측 외주면을 따라 장착되며, 내부로 냉각수가 순환한다. 이와 같이, 냉각수가 순환하는 제2 냉각수 순환 배관(170)을 설치하는 이유는 하부 챔버(140)의 내부와 전해 반응로(160) 사이의 급격한 온도 차이를 보상하기 위함이다.
한편, 도 9를 다시 참조하면, 전해 반응로(160)는 전해 반응로 덮개 몸체(162a)의 외측에 장착되어, 상기 제1 및 제2 전극(165, 166)을 각각 고정시키는 역할을 하는 제1 및 제2 전극 가이드(171, 172)를 더 포함할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 전극 가이드(171, 172)는 제1 및 제2 전극(165, 166)과 동일한 수로 설치하는 것이 바람직하다.
한편, 도 11은 도 8의 정화 수조를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 11을 참조하면, 정화 수조(180)는 전해 반응로(160)의 일측에 장착되며, 전해 반응로(160)에서 반응되고 배기되는 배기 가스를 정화시키기 위한 목적으로 장착된다. 이때, 배기 가스는 염소 및 아르곤 가스일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 정화 수조(180)는 제1 수조(182) 및 제2 수조(184)를 포함한다.
상기 제1 수조(182)는 전해 반응로(160)로부터 배기되는 배기 가스를 물과 1차적으로 반응시키기 위한 목적으로 설치되는 것으로, 복수개가 상호 연결되도록 설치되어 있을 수 있다.
상기 제2 수조(184)는 제1 수조(182) 내에서 1차 반응이 완료된 배기 가스를 수산화나트륨(NaOH) 용액과 2차적으로 반응시키기 위한 목적으로 설계된다.
또한, 정화 수조(182)는 전해 반응로(160)의 배기 가스 배출구(P6)와 연통하는 배기 가스 배출 배관(186)을 더 포함한다. 이러한 배기 가스 배출 배관(186)에는 배기 가스의 배출을 제어하기 위한 배기 가스 제어 밸브(V3)가 구비되어 있을 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 연속식 용융염 전해 장치는 용융염 투입구를 통해 공급되는 용융염이 진공 상태로 유지되는 상부 챔버에서 상부 가열 수단을 통해 수분 및 유기물 등의 오염 물질이 제거된 상태에서 상부 챔버와 연통하는 하부 챔버에 임시 저장된 이후, 오염 물질이 제거된 용융염을 별도로 꺼내서 핸들링하지 않고 바로 일체형으로 전해 반응로의 내부로 장입하여 전해 환원 반응을 실시하여 안정성 및 효율성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 연속식 용융염 전해 장치는 진공 상태로 유지되는 상부 챔버와 하부 챔버가 일체형으로 설계되므로, 용융염이 대기 중에 노출되는 것을 미연에 방지하여 함수화의 발생을 차단한 상태에서 전해 반응로에서의 전해 환원 반응을 수행할 수 있는바, 이 결과 전해 환원 반응의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 연속식 용융염 전해 장치는 상부 챔버와 전해 반응로 사이에 버퍼 챔버의 역할을 하는 하부 챔버를 장착함으로써, 전해 반응로의 내부에서 용융염을 전해 반응시킴과 동시에 새로운 용융염을 준비할 수 있는 연속적인 공정이 가능해질 수 있으므로 공정 시간 및 수율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 연속식 용융염 전해 장치 120 : 상부 챔버
121 : 상부 챔버 몸체 122 : 상부 챔버 덮개
122a : 상부 챔버 덮개 몸체 123 : 상부 가열 수단
124 : 검사 포트 125 : 가스 공급 배관
126 : 제1 기밀 부재 127 : 제1 온도 측정 센서
128 : 진공압 공급 유닛 129a : 제1 진공 공급 배관
129b : 제2 진공 공급 배관 129c : 진공압 유량 게이지
140 : 하부 챔버 142 : 하부 챔버 몸체
144 : 하부 챔버 덮개 144a : 하부 챔버 덮개 몸체
150 : 제1 개폐기 152 : 제2 개폐기
160 : 전해 반응로 161 : 전해 반응로 몸체
161a : 외부 도가니 161b : 내부 도가니
162 : 전해 반응로 덮개 162a : 전해 반응로 덮개 몸체
163 : 하부 가열 수단 164 : 반응 도가니
165 : 제1 전극 166 : 제2 전극
167 : DC 전원부 168 : 제2 온도 측정 센서
169 : 제2 기밀 부재 170 : 제2 냉각수 순환 배관
171 : 제1 전극 가이드 172 : 제2 전극 가이드
180 : 정화 수조 182 : 제1 수조
184 : 제2 수조 186 : 배기 가스 배출 배관
P1 : 용융염 투입구 P2 : 가스 공급구
P3 : 진공압 투입구 P4 : 용융염 임시 저장 투입구
P5 : 용융염 주입구 P6 : 배기 가스 배출구
V1 : 가스 주입 개폐 밸브 V2 : 진공 제어 밸브
V3 : 배기 가스 제어 밸브

Claims (12)

  1. 상측에 용융염 투입구를 구비하며, 내부가 진공으로 유지되는 상부 챔버;
    상기 상부 챔버의 하측에 연통되도록 장착되어, 상기 상부 챔버로부터 공급되는 용융염을 임시 저장하는 하부 챔버;
    상기 상부 챔버와 하부 챔버 사이에 장착되며, 상기 용융염 투입구를 통해 상부 챔버의 내부에 저장되는 용융염의 배출을 제어하는 제1 개폐기;
    상기 하부 챔버의 하측에 장착되며, 상기 하부 챔버에 임시 저장된 용융염이 공급되는 용융염 공급구를 구비하고, 상기 용융염 공급구를 통해 공급되는 용융염을 전해 반응시키는 전해 반응로;
    상기 하부 챔버와 전해 반응로 사이에 장착되며, 상기 하부 챔버의 내부에 저장된 용융염의 배출을 제어하는 제2 개폐기; 및
    상기 전해 반응로의 일측에 장착되며, 상기 전해 반응로에서 반응되고 배기되는 배기 가스를 정화시키기 위한 정화 수조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 용융염 전해 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 챔버는
    상부 챔버 몸체와,
    상기 상부 챔버 몸체의 상측을 덮는 상부 챔버 덮개 몸체와, 상부 챔버 덮개 몸체를 관통하도록 형성되어, 상기 상부 챔버 몸체의 내부로 용융염을 공급하기 위한 상기 용융염 투입구와, 상기 상부 챔버 덮개 몸체를 관통하도록 형성되어, 상기 상부 챔버 몸체의 내부로 아르곤 가스를 공급하기 위한 가스 공급구와, 상기 상부 챔버 덮개를 관통하도록 형성되어, 상기 상부 챔버 몸체의 내부로 진공압을 공급하기 위한 진공압 투입구를 구비하는 상부 챔버 덮개와,
    상기 상부 챔버 몸체의 외측에 장착되어, 상기 상부 챔버 몸체의 내부를 가열하는 상부 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 용융염 전해 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 챔버 덮개 몸체는
    쿼츠(quartz) 또는 SUS(stainless steel) 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 연속식 용융염 전해 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 상부 챔버는
    상기 상부 챔버 몸체와 상기 상부 챔버 덮개 몸체의 사이 공간에 개재되어, 상기 상부 챔버 몸체와 상부 챔버 덮개 몸체 사이의 기밀을 유지시키는 제1 기밀 부재와,
    상기 상부 챔버 몸체의 내부에서 용융되는 용융염의 온도를 측정하는 제1 온도 측정 센서와,
    상기 상부 챔버 몸체의 상측 외주면을 따라 장착되며, 내부로 냉각수가 순환하는 제1 냉각수 순환 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 용융염 전해 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 상부 챔버는
    상기 진공압 투입구와 연통하도록 장착되며, 상기 상부 챔버 몸체의 내부로 진공압을 공급하기 위한 진공압 공급 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 용융염 전해 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 진공압 공급 유닛은
    진공발생기로부터 진공압을 공급받는 제1 진공 공급배관과,
    상기 제1 진공 공급 배관에 장착되어, 상기 진공압의 공급 및 차단을 제어하는 진공 제어 밸브와,
    일측은 상기 제1 진공 공급 배관에 연결되고, 타측은 상기 진공압 투입구에 연결되는 제2 진공 공급 배관과,
    상기 제2 진공 공급 배관에 연결되어, 상기 진공압의 유량을 체크하는 진공압 유량 게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 용융염 전해 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하부 챔버는
    하부 챔버 몸체와,
    상기 하부 챔버 몸체의 상측을 덮는 하부 챔버 덮개 몸체와, 상기 하부 챔버 덮개 몸체를 관통하도록 형성되어, 상기 하부 챔버 몸체의 내부로 용융염을 임시 저장하기 위한 용융염 임시 저장 투입구를 구비하는 하부 챔버 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 용융염 전해 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전해 반응로는
    외측을 둘러싸도록 설계되어, 전해 반응 공간을 제공하는 외부 도가니와, 상기 외부 도가니의 내측에 삽입되는 내부 도가니를 구비하는 전해 반응로 몸체와,
    상기 전해 반응로 몸체의 상측을 덮으며, 상기 제2 개폐기와 연통하도록 형성된 전해 반응로 덮개 몸체와, 상기 전해 반응로 덮개 몸체를 관통하도록 형성되어 상기 하부 챔버에 임시 저장된 용융염을 공급받는 용융염 주입구와, 상기 전해 반응로 덮개 몸체를 관통하도록 형성되어 상기 전해 반응로에서 반응되고 배기되는 배기 가스를 배출하기 위한 배기 가스 배출구를 구비하는 전해 반응로 덮개와,
    상기 외부 도가니의 내부 또는 상기 외부 도가니와 내부 도가니의 사이에 장착되어, 상기 전해 반응 공간을 가열하는 하부 가열 수단과,
    상기 전해 반응 공간 내에 장착되어, 상기 용융염 주입구를 통해 공급되는 용융염을 수용하는 반응 도가니와,
    상기 전해 반응로 덮개 몸체를 관통하여 상기 전해 반응로의 전해 반응 공간에 배치되도록 장착된 제1 전극과,
    상기 제1 전극과 평행하게 이격되도록 장착되는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 용융염 전해 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전해 반응로는
    상기 제1 및 제2 전극으로 정전류를 각각 공급하는 DC 전원부와,
    상기 전해 반응로의 내부에서 반응하는 용융염의 온도를 측정하는 제2 온도 측정 센서와,
    상기 전해 반응로 몸체와 상기 전해 반응로 덮개 몸체의 사이 공간에 개재되어, 상기 전해 반응로 몸체와 전해 반응로 덮개 몸체 사이의 기밀을 유지시키는 제2 기밀 부재와,
    상기 전해 반응로 몸체의 상측 외주면을 따라 장착되며, 내부로 냉각수가 순환하는 제2 냉각수 순환 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 용융염 전해 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전해 반응로 몸체는
    상기 반응 도가니의 회수를 위해, 승강 운동이 가능하도록 설계된 것을 특징으로 하는 연속식 용융염 전해 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 전해 반응로는
    상기 전해 반응로 덮개 몸체의 외측에 장착되어, 상기 제1 및 제2 전극을 각각 고정시키는 제1 및 제2 전극 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 용융염 전해 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 정화 수조는
    상기 전해 반응로로부터 배기되는 배기 가스를 물과 1차적으로 반응시키기 위한 제1 수조와,
    상기 제1 수조 내에서 1차 반응이 완료된 배기 가스를 수산화나트륨(NaOH) 용액과 2차적으로 반응시키기 위한 제2 수조를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 용융염 전해 장치.
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