KR101620031B1

KR101620031B1 - 염 분리장치 및 분리방법

Info

Publication number: KR101620031B1
Application number: KR1020150116209A
Authority: KR
Inventors: 권상운; 정재후; 박성빈; 백승우; 안도희
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2016-05-13

Abstract

본 발명은 우라늄 전착물 중의 염을 분리시키기 위한 염 분리장치 및 분리방법에 관한 것으로서, 특히, 연속적인 고효율 염 분리작업이 가능하고 단위 시간당 처리용량을 크게 향상시킬 수 있는 염 분리장치 및 분리방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 염 분리방법은, 우라늄 전착물이 수용된 도가니를 도가니 이동통로를 통해 고액 분리조 내부로 도입한 후 가열하여 우라늄 전착물로부터 액상의 염을 분리하는 고액 분리단계와; 상기 고액 분리단계의 완료 후 고액 분리조 내의 도가니를 꺼내어 도가니 이동통로를 따라 증류조 위치까지 이송시킨 후 증류조 내부로 도입하고 가열하여 우라늄 전착물 중의 잔여 염을 분리하는 증류단계와; 상기 증류단계의 완료 후 증류조 내의 도가니를 꺼내어 도가니 이동통로를 따라 냉각조 위치까지 이송시킨 후 냉각조 내부로 도입하여 냉각하는 냉각단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

염 분리장치 및 분리방법{Equipment and method for salt distiller}

본 발명은 우라늄 전착물 중에 포함된 염을 분리시키기 위한 염 분리장치 및 분리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속적인 고효율 염 분리작업이 가능하여 단위 시간당 처리용량을 크게 향상시킬 수 있는 염 분리장치 및 분리방법에 관한 것이다.

우리나라는 4기의 중수로(Candu)와 19기의 가압경수로(PWR) 등 총 23기의 원전을 가동 중이며 이들이 배출하는 사용 후 핵연료는 매년 수백 톤 이상으로 폐연료봉 상태로 각 원전(울진, 영광, 고리, 월성)에 설치된 수조에 중간 저장해오고 있다.

그동안 사용 후 핵연료의 조밀화(Reracking) 작업을 반복하면서 여러 차례 용량을 확장하여 왔으나 발열에 따른 위험성 때문에 무한정 조밀화 작업을 할 수가 없는 문제가 있었다. 따라서 사용 후 핵연료를 영구 처분할 방법과 부지를 확보하는 문제는 더 이상 미룰 수 없는 시급한 과제이다.

최근에는 사용 후 핵연료의 처리방법으로서, 파이로프로세스(Pyroprocess)에 의한 전해정련공정이 제시되고 있다. 이러한 파이로프로세스의 전해정련공정에서는 고체음극에 수지상의 우라늄이 전착되며, 이를 용융염 중에서 분리해 내면 우라늄 전착물에 다량의 염이 함유되어 있는 상태를 가진다.

우라늄 전착물은 수지상의 작은 입자이기 때문에 잉곳 상태로 만들어 보관하며, 이를 위해 함유된 염을 분리해 낼 필요가 있다. 일반적으로는 진공증류에 의해 염을 분리하지만, 이를 위해 고온에서 장시간 진공증류 조업을 해야 하는 문제가 있다.

Cathode Processor라 불리는 진공증류장치는 탑 상부에 우라늄 전착물을 넣고 외부에 설치된 히터를 이용하여 가열하며, 공랭식으로 냉각되는 하부 응축부에 공융염 회수도가니를 두어 증발된 공융염을 응축 회수하게 된다.

다만, 이 장치는 회분식으로 운전되며, 조업이 끝난 후 다음 배치의 조업을 위해 염이 제거된 우라늄 전착물 도가니를 탈착하고 염을 증류할 새로운 도가니를 장착해야 한다.

따라서 이를 위해서는 증류탑이 거의 상온에 이르기까지 자연냉각을 하게 되어 조업 시간이 과도하게 소요되고, 이에 따라 염 증류 공정의 총괄 조업시간이 과다해지는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 반복적인 가열 및 냉각에 따라 에너지 손실이 매우 커지는 것은 물론, 장치의 수명이 단축되는 문제가 있었다.

따라서 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구되고 있는 상황이다.

한국공개특허 제2009-0113358호(2009.10.30.)

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 증류조의 전단에 고액 분리조를 설치하고 증류조의 후단에 냉각조를 설치하여, 우라늄 전착물이 수용된 도가니가 상기 고액 분리조, 증류조, 냉각조를 순차적으로 통과하면서 우라늄 전착물 중의 염이 분리되도록 함으로써, 염 증류시간을 크게 단축시킬 수 있으며, 연속적인 염 분리작업이 가능하여 단위시간당 처리용량을 크게 향상시킬 수 있는 염 분리장치 및 분리방법을 제공하는 데에 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 염 분리장치는, 우라늄 전착물이 수용된 도가니가 이동되는 도가니 이동통로와; 도가니 이동통로를 거쳐 내부로 도입된 우라늄 전착물을 가열하여 액상의 염을 분리하는 고액 분리조와; 고액 분리조의 후방 측에 배치되어 상기 도가니 이동통로와 연통되며 내부로 도입된 우라늄 전착물 중의 잔여 염을 분리하는 증류조와; 증류조의 후방 측에 배치되어 상기 도가니 이동통로와 연통되며 내부로 도입된 우라늄 전착물을 냉각하는 냉각조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 염 분리방지를 이용한 염 분리방법은, 우라늄 전착물이 수용된 도가니를 도가니 이동통로를 통해 고액 분리조 내부로 도입한 후 가열하여 우라늄 전착물로부터 액상의 염을 분리하는 고액 분리단계(a)와; 상기 고액 분리단계의 완료 후 고액 분리조 내의 도가니를 꺼내어 도가니 이동통로를 따라 증류조 위치까지 이송시킨 후 증류조 내부로 도입하고 가열하여 우라늄 전착물 중의 잔여 염을 분리하는 증류단계(b)와; 상기 증류단계의 완료 후 증류조 내의 도가니를 꺼내어 도가니 이동통로를 따라 냉각조 위치까지 이송시킨 후 냉각조 내부로 도입하여 냉각하는 냉각단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 염 분리장치 및 분리방법에 따르면, 증류조의 전단에 고액 분리조를 설치하고 증류조의 후단에 냉각조를 설치하여, 우라늄 전착물이 수용된 도가니가 고액 분리조 -> 증류조 -> 냉각조를 순차적으로 통과하면서 염의 분리작업이 연속적으로 이루어지도록 함으로써 염 분리에 따른 조업시간을 크게 단축할 수 있다.

또한, 우라늄 전착물 도가니가 고온에서 이동할 수 있도록 고액 분리조와 증류조, 그리고 증류조와 냉각조 사이에 위치한 도가니 이동통로 상에 각각 기밀 구조를 갖는 고온 밸브를 설치함으로써 우라늄 전착물이 기밀이 유지된 고온의 환경 하에서 진공증류 작업이 가능해지고, 우라늄 전착물 도가니가 다음 단계로 이동할 경우 새로운 전착물 도가니가 도입되는 방식으로 연속적인 조업이 가능해지기 때문에 단위 시간당 처리용량을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 염 분리장치를 보여주는 단면도.
도 2는 우라늄 전착물 도가니가 승강유닛을 통해 승강되는 모습을 예시한 작동도.
도 3은 우라늄 전착물 도가니가 수평이송유닛을 통해 수평으로 이송되는 모습을 예시한 작동도.
도 4 내지 도 12는 본 발명의 염 분리장치에 의한 염 분리과정을 순차적으로 보여주는 공정도.

이하, 본 발명의 염 분리장치 및 분리방법에 대한 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 염 분리장치의 구조를 도시한 단면도이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 승강유닛을 통해 우라늄 전착물 도가니가 승강되는 모습을 보여주는 작동도이고, 도 3은 본 발명의 수평이송유닛을 통해 우라늄 전착물 도가니가 도가니 이동통로 내부에서 수평이동되는 모습을 보여주는 작동도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 염 분리장치(500)는, 우라늄 전착물(102)이 수용된 도가니(104)가 이동되는 통로인 도가니 이동통로(100)와, 도가니 이동통로(100)와 연통되며 내부로 도입된 우라늄 전착물을 가열하여 액상의 염을 분리하는 고액 분리조(200)와, 고액 분리조(200)의 후방 측에 배치되어 도가니 이동통로(100)와 연통되며 내부로 도입된 우라늄 전착물 중의 잔여 염을 분리하는 증류조(300)와, 증류조(300)의 후방 측에 배치되어 도가니 이동통로(100)와 연통되며 내부로 도입된 우라늄 전착물을 냉각하는 냉각조(400)를 포함하여 구성된다.

도가니 이동통로(100)는 우라늄 전착물(102)이 수용된 도가니(104)가 수평방향으로 이동될 수 있는 통로를 제공하며, 고액 분리조(200)와 증류조(300) 및 냉각조(400)와 각각 연통된다.

도가니 이동통로(100)의 입구 측(전방 측)과 출구 측(후방 측)에는 각각 상기 입구 및 출구를 선택적으로 개폐하도록 하는 입구측 플랜지(110)와 출구측 플랜지(120)가 설치된다.

이 경우, 입구측 플랜지(110)와 출구측 플랜지(120)는 도가니 이동통로(100)의 입구 및 출구 부분에 미닫이 또는 여닫이 방식으로 개폐가능하게 설치될 수 있으며, 상기 입구측 플랜지(110)와 출구측 플랜지(120)의 개폐작동은 수동 또는 자동으로 이루어질 수 있다.

그리고, 입구측 플랜지(110)와 출구측 플랜지(120)에는 기밀 구조가 적용되어 있어, 상기 입구측 플랜지(110)와 출구측 플랜지(120)가 닫힌 상태에서는 도가니 이동통로(100) 내부는 기밀 상태로 유지될 수 있다.

이와 같은 도가니 이동통로(100)의 하부 측 부분에는 상기 도가니 이동통로(100)의 입구에서 출구로 향하는 수평방향을 따라 고액 분리조(200)와 증류조(300) 및 냉각조(400)가 순차적으로 배치되어 상기 도가니 이동통로(100)와 각각 연통된다.

고액 분리조(200)는 우라늄 전착물(102)의 진공증류 작업이 실시되기 이전에 우라늄 전착물(102)의 고-액 분리작업이 실시되는 공간이다.

그리고 상기 고액 분리조(200) 내에 투입되는 도가니(104)로는 액체염의 분리가 가능하도록 다공성 도가니가 채택된다.

이러한 다공성 도가니는 우라늄 전착물을 수용하되, 표면이 망 형태의 다공성 표면을 갖도록 형성된다. 이는 우라늄 전착물로부터 분리된 액체염을 외부로 배출시키기 위함이다.

이와 같은 고액 분리조(200)에서는 도가니 이동통로(100)를 거쳐 내부로 인입된 우라늄 전착물 도가니(104)를 진공증류 온도보다 낮은 온도인 400 ~ 600 ℃의 온도범위에서 가열하여 우라늄 전착물(102)로부터 액상의 염을 분리하게 된다.

이를 위해 고액 분리조(200)의 둘레에는 상기 고액 분리조(200) 내부를 상기 온도범위로 가열할 수 있는 히팅유닛(240)이 설치된다.

그리고, 고액 분리조(200) 내측 하단에는 우라늄 전착물(102)의 가열 후 응축된 액상의 염이 회수되는 회수용기(250)가 구비된다.

또한, 도가니 이동통로(100)와 연결되는 고액 분리조(200)의 상부 입구 측 부분에는 우라늄 전착물 도가니(104)가 출입되는 과정에서 개폐되는 상부덮개(210)가 설치된다.

이 경우, 상기 상부덮개(210)의 상승 시에는 고액 분리조(200)의 입구가 개방되고, 하강 시에는 고액 분리조(200)의 입구가 폐쇄된다.

이때, 상기 상부덮개(210)의 승,하강 개폐작동은 수동 또는 자동으로 이루어질 수 있도록 구현할 수 있다.

그리고, 상기 상부덮개(210)가 설치된 상기 고액 분리조(200)의 내측 상부에는 상부덮개(210)의 하강 시 상부덮개(210)가 안착될 수 있도록 상기 고액 분리조(200)의 내주면으로부터 돌출된 형태의 안착단(202)이 형성된다.

따라서, 상기 상부덮개(210)가 하강되어 상기 안착단(202) 위에 안착된 상태에서는 고액 분리조(200)의 입구는 완전하게 폐쇄된다.

이때, 상기 상부덮개(210)는 고액 분리조(200)의 입구 부분을 개폐하는 기능만으로 충분하기 때문에 전술된 입구 및 출구측 플랜지(110)(120)의 경우와 같이 기밀구조를 반드시 적용할 필요는 없다.

또한, 상기 상부덮개(210)의 하부 측에는 우라늄 전착물(102)이 수용된 도가니(104)가 거치될 수 있는 구조물인 거치프레임(230)이 연결된다.

이때, 상기 상부덮개(210)와 거치프레임(230)은 일체로 결합되어 하나의 구조물 형태를 이루기 때문에, 상기 상부덮개(210)의 상승 또는 하강시 상기 우라늄 전착물 도가니(104)가 거치된 거치프레임(230) 또한 상기 상부덮개(210)와 연동하여 상승 또는 하강하게 된다.

그리고, 고액 분리조(200)의 상부 측에는 도 2에서 보는 것과 같이 상부덮개(210)를 수직방향으로 상승 또는 하강시킬 수 있도록 승강유닛(220)이 구비된다.

이와 같은 승강유닛(220)은 상부덮개(210) 및 거치프레임(230)을 상승 또는 하강시키는 구성요소로, 상기 상부덮개(210)와 연결되어 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 승강바(212)를 포함한다.

이때, 상기 승강바(212)는 상부덮개(210) 및 거치프레임(230)을 상승 또는 하강시킬 수 있도록 자동 또는 수동으로 승강 조작이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 승강유닛(220)에는 상기 승강바(212)의 슬라이딩 이동을 제한하기 위한 승강바 고정부(214)가 더 포함될 수 있다.

이때, 상기 승강바 고정부(214)는 승강바(212)가 수직방향으로 소정 길이만큼 슬라이딩한 이동된 상태에서 상기 승강바(212)가 움직이지 않도록 선택적으로 고정시키는 역할을 수행한다.

이와 같은 구성을 갖는 승강유닛(220)에 의해 상부덮개(210)가 상부로 일정 높이만큼 들어 올려지게 되면 고액 분리조(200)의 상부 측 입구는 개방되고, 반대로 상부덮개(210)가 하강되어 안착단(202) 위에 안착되며 고액 분리조(200)의 입구는 폐쇄된다.

이때, 도 2에서는 고액 분리조(200) 부분에 구비된 승강유닛(220)에 의해 상부덮개(210)가 상승 또는 하강되는 모습을 일 예로 들어 예시하였지만, 후술되는 증류조(300) 및 냉각조(400) 부분에 구비되는 상부덮개(310)(410)도 상기 고액 분리조(200)의 상부덮개(210)와 동일한 방식으로 개폐동작이 이루어질 수 있다.

또한, 도 3에서 보는 것과 같이, 본 발명에 따른 도가니 이동통로(100)의 입구 측 부분이나 출구 측 부분 중 적어도 어느 한편에는 우라늄 전착물(102)이 수용된 도가니(104)를 도가니 이동통로(100) 내부를 따라 수평 이송시킬 수 있는 수평이송유닛(160)이 구비된다.

상기 수평이송유닛(160)은 우라늄 전착물 도가니(104)를 도가니 이동통로(100) 내부를 따라 일측에서 타측으로 수평이송시킬 수 있는 구성요소로서, 수평방향으로 슬라이딩 이동가능하게 설치되는 이송바(161)를 포함한다.

이때, 상기 이송바(161)의 슬라이딩 이송동작은 자동 또는 수동으로 실행될 수 있다.

그리고, 상기 이송바(161)의 한쪽 끝단에는 도가니(104)의 일측에 형성된 걸림부(105)에 걸어 고정시킬 수 있는 고정부(162)가 형성된다.

또한, 상기 수평이송유닛(160)에는 이송바(161)의 슬라이딩 이동 폭을 제한할 수 있는 이송바 고정부(164)를 더 포함한다.

이와 같은 이송바 고정부(164)는 이송바(161)가 소정 길이만큼 슬라이딩 이동된 상태에서 상기 이송바(161)가 더 이상 이동되지 않도록 고정시키는 역할을 담당한다.

우라늄 전착물 도가니(104)를 고액 분리조(200) 내에 도입하여 염을 분리하는 과정은, 먼저, 도가니 이동통로(100)의 입구측 플랜지(110)와 고액 분리조(200)의 상부덮개(210)를 개방하고, 수평이송유닛(160)을 통해 도가니(104)를 고액 분리조(200)의 상측 입구 부분까지 수평이동시킨 후, 도가니(104)를 상부덮개(210)에 연결된 거치프레임(230) 내부에 거치시킨다.

그런 다음 승강유닛(220)을 통해 상부덮개(210)를 하강시켜 고액 분리조(200) 내부의 안착단(202) 위에 안착시키게 되면 거치프레임(230)에 거치된 우라늄 전착물 도가니(104)가 고액 분리조(200) 내부에 수용됨과 동시에 고액 분리조(200)의 입구는 상부덮개(210)를 통해 폐쇄된다.

이와 같은 상태에서 히팅유닛(240)을 통해 내부의 우라늄 전착물(102)을 진공증류 온도보다 낮은 온도인 400 ~ 600 ℃의 온도범위에서 가열하여 우라늄 전착물(102)로부터 액상의 염을 분리하게 된다. 이렇게 분리된 염은 하단의 회수용기(250)에 회수된다.

한편, 증류조(300)는 고액 분리조(200)의 후방 측에 배치되어 도가니 이동통로(100)와 연통된다.

상기 증류조(300)에서는 고액 분리조(200)를 거쳐 염이 분리된 상태의 우라늄 전착물 중에 포함되어 있는 잔여 염을 진공증류를 통해 분리하여 제거한다.

이와 같은 증류조(300)에는 전술된 고액 분리조(200)의 경우와 마찬가지로 도가니 이동통로(100)와 연결되는 증류조(300)의 상부 측 입구 부분을 개폐하는 상부덮개(310)가 설치된다.

그리고, 상부덮개(310)의 하부에는 우라늄 전착물 도가니(104)가 거치되는 거치프레임(330)이 일체로 연결된다.

또한, 증류조(300)의 상부 측에는 거치프레임(330)이 일체로 연결된 상부덮개(310)를 수직방향으로 상승 또는 하강시킬 수 있는 승강유닛(320)이 구비된다.

이때, 상기 증류조(300)에 구비되는 상부덮개(310), 승강유닛(320), 거치프레임(330)은 전술된 고액 분리조(200)의 경우와 동일하며, 이들의 상세 구조 및 기능에 대해서는 앞서 구체적으로 설명하였기 때문에, 이하에서는 이들 구성에 대한 별도의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 증류조(300)의 둘레에는 전술된 고액 분리조(200)의 경우와 마찬가지로 내부를 일정 온도범위로 가열하는 히팅유닛(340)이 설치된다.

상기 히팅유닛(340)은 우라늄 전착물(102)이 수용된 증류조(300)의 내부를 전술된 고액 분리조(200)의 가열온도보다 높은 약 700 ~ 1000 ℃의 온도범위로 가열하여 진공증류에 의해 잔여 염을 분리하게 된다.

또한, 증류조(300)의 하부에는 상기 증류조(300) 내부공간의 공기를 흡입하여 진공상태를 유지하도록 하는 진공펌프(미도시)가 구비된다.

아울러, 상기 증류조(300)의 내측 하단에는 진공증류를 통해 우라늄 전착물로부터 분리된 잔여 염이 회수되는 회수용기(350)가 구비된다.

그리고, 고액 분리조(200)에서 증류조(300)로 연결되는 도가니 이동통로(100) 상에는 상기 고액 분리조(200)와 증류조(300) 사이를 견고한 기밀상태를 유지시킬 수 있도록 하기 위한 제1고온밸브(140)가 설치된다.

이와 함께, 증류조(300)에서 냉각조(400)로 연결되는 도가니 이동통로(100) 상에는 상기 증류조(300)과 냉각조(400) 사이의 기밀유지를 위한 제2고온밸브(150)가 설치된다.

상기 제1고온밸브(140) 및 제2고온밸브(150)는 우라늄 전착물 도가니(104)가 도가니 이동통로(100) 내부를 따라 증류조(300) 및 냉각조(400)로 도입되는 경우 선택적으로 개폐되는 한편, 우라늄 전착물의 진공증류 시 증류조(300)의 내부공간이 진공상태로 유지될 수 있도록 견고한 기밀상태를 유지하도록 한다.

이때, 상기 제1고온밸브(140)와 제2고온밸브(150)로는 기밀 유지를 위한 패킹 구조가 적용된 나이프 밸브(Knife Gate Valve)가 채용될 수 있다.

증류조(300)에서 진공증류에 의한 염 분리 작업은, 먼저, 제1고온밸브(140)와 증류조(300)의 상부덮개(310)를 개방하고, 고액 분리조(200)에서 고-액 분리작업이 완료된 우라늄 전착물 도가니(104)를 꺼내어 수평이송유닛(160)을 통해 상기 도가니(104)를 증류조(300)의 상측 입구 부분까지 수평이송시킨 후, 상기 도가니(104)를 상부덮개(310)에 연결된 거치프레임(330) 내부에 거치시킨 다음, 승강유닛(320)을 통해 상부덮개(310)를 하강시켜 증류조(300) 내부의 안착단(302) 위에 안착시키게 되면 거치프레임(330)에 거치된 우라늄 전착물 도가니(104)가 증류조 내부에 수용됨과 동시에 증류조(300)의 입구는 상부덮개(310)를 통해 폐쇄된다.

이어서, 제1고온밸브(140)를 닫고 진공펌프(미도시)를 가동시켜 증류조(300) 내부의 압력을 낮추고, 히팅유닛(340)을 가동하여 증류조(300) 내부의 온도를 상승시키게 되면 진공증류가 이루어지고, 우라늄 전착물(102) 중의 잔여 염이 분리되어 제거된다. 이렇게 분리된 염은 증류조(300) 하단의 회수용기(350)에 회수된다.

한편, 증류조(300)의 후방 측에는 상기 증류조(300)를 통해 잔여 염이 분리된 상태의 우라늄 전착물(102)을 소정의 온도범위 내에서 냉각시킬 수 있는 냉각조(400)가 구비된다.

이때, 상기 냉각조(400)의 둘레에는 상기 냉각조(400)의 내부로 인입된 우라늄 전착물(102)을 냉각시킬 수 있도록 냉각유닛(440)이 설치된다.

그리고, 도가니 이동통로(100)와 연결되는 냉각조(400)의 상부 측 입구부분에는 전술된 고액 분리조(200) 및 증류조(300)의 경우와 마찬가지로 냉각조(400)의 입구 부분을 개폐하는 상부덮개(410)가 설치된다.

그리고, 상부덮개(410)의 하부에는 우라늄 전착물 도가니(104)가 거치되는 거치프레임(430)이 일체로 연결된다.

또한, 냉각조(400)의 상부 측에는 거치프레임(430)이 일체로 연결된 상부덮개(410)를 수직방향으로 상승 또는 하강시킬 수 있는 승강유닛(420)이 구비된다.

이때, 상기 냉각조(400)에 구비되는 상부덮개(410), 승강유닛(420), 거치프레임(430)은 전술된 고액 분리조(200) 및 증류조(300)의 경우와 동일하며, 이들의 상세 구조 및 기능에 대해서는 앞서 구체적으로 설명하였기 때문에, 이하에서는 이들 구성에 대한 별도의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이하, 상기한 구성을 갖는 본 발명의 염 분리장치를 이용한 염 분리방법을 도 4 내지 도 12를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 도 4에 도시한 바와 같이, 도가니 이동통로(100)의 입구측 플랜지(110)를 개방시키고, 고액 분리조(200)의 승강유닛(220)을 통해 상부덮개(210)를 상부로 들어올려 고액 분리조(200)의 상부 측 입구를 완전히 개방시킨다.

이렇게 되면, 상부덮개(210)와 연결된 거치 프레임(230)이 상부로 들어 올려져 도가니 이동통로(100) 상에 위치하게 됨으로써 도가니(104)가 거치 가능한 상태로 유지된다.

그리고, 상기 입구측 플랜지(110) 및 상부덮개(210)가 완전히 개방된 이후에는, 우라늄 전착물(102)이 수용된 도가니(104)를 수평이송유닛(160)을 통해 도가니 이동통로(100)를 따라 수평방향으로 이송시켜 거치프레임(230) 내에 거치한다.

이때, 상기 우라늄 전착물 도가니(104)의 수평이송은 도가니 이동통로(100)의 입구 측 또는 출구 측 부분에 구비되는 수평이송유닛(160)을 통해 실행될 수 있다.

이어서, 상기 도가니(104)가 거치프레임(230) 내부에 완전히 거치된 후, 도 5와 같이, 승강유닛(220)을 통해 상부덮개(210)를 하강시켜 고액 분리조(200)의 입구를 폐쇄하고, 개방되어 있던 입구측 플랜지(110)를 닫는다.

이렇게 되면, 우라늄 전착물(102)이 수용된 도가니(104)가 거치프레임(230)에 거치된 상태로 고액 분리조(200) 내부로 완전하게 인입된 상태가 되고, 상부덮개(210)를 비롯하여 자체 기밀구조가 적용된 전방 측의 입구측 플랜지(110)와 후방 측의 제1고온밸브(140)가 모두 닫힌 상태로 유지되기 때문에, 고액 분리조(200) 내부는 기밀 상태로 유지될 수 있다.

이와 같은 상태에서 히팅유닛(240)을 가동하여 고액 분리조(200) 내부를 일정온도로 일정시간 동안 가열하여 우라늄 전착물(102) 중에 포함된 액상의 염을 분리하게 된다. 그리고, 분리된 염은 하단의 회수용기(250)를 통해 회수된다.

상기와 같은 과정을 통해 우라늄 전착물(102)의 고-액 분리작업이 모두 완료된 후에는, 다음으로, 도 6에서와 같이 승강유닛(220)을 통해 상부덮개(210)를 상승시켜 고액 분리조(200)의 입구를 개방시키고, 도가니 이동통로(100) 상의 제1고온밸브(140)를 개방시킨다.

그런 다음, 도 7에서와 같이, 증류조(300)의 승강유닛(320)을 통해 상부덮개(310)를 상부로 들어올려 개방시킨 후, 수평이송유닛(160)을 통해 우라늄 전착물 도가니(104)를 증류조(300)의 상부 측 위치까지 이송시켜 거치프레임(330) 내에 거치시킨다.

이어서, 도 8과 같이, 승강유닛(320)을 통해 상부덮개(310)를 다시 하강시켜 도가니(104)를 증류조(300)의 내부공간으로 도입하여 증류조(300)의 입구를 폐쇄하고, 개방되어 있던 제1고온밸브(140)를 폐쇄한다.

이렇게 되면, 증류조(300)의 상부덮개(310)를 비롯하여 증류조(300) 전방 측의 제1고온밸브(140)와 후방 측의 제2고온밸브(150) 모두가 닫힌 상태로 유지되고, 상부덮개(310)에 별도의 기밀구조가 적용되어 있지 않더라도 상기 증류조(300)의 내부공간은 견고한 기밀 상태로 유지된다.

이러한 상태에서, 진공펌프를 가동하여 증류조(300) 내부의 압력을 낮춘 다음 히팅유닛(340)을 통해 우라늄 전착물(102)을 일정온도로 일정시간 동안 가열하여 증류조(300) 내부에서 진공증류에 의해 우라늄 전착물 중에 포함된 잔여 염을 분리한다. 그리고, 이렇게 분리된 염은 응축된 후 하단의 회수용기(350)에 회수된다.

상기와 같은 경우, 고액 분리조(200)의 우라늄 전착물 도가니(104)가 증류조(300)로 옮겨진 후에는 새로 처리해야할 우라늄 전착물 도가니가 고액 분리조(200)에 새롭게 도입되어 고-액 분리 조업을 하게 됨으로써, 연속적인 염 분리작업이 이루어지게 된다.

상기와 같은 진공증류에 의한 염 분리작업이 모두 완료된 이후에는, 도 9와 같이 승강유닛(320)을 통해 상부덮개(310)를 들어올려 도가니(104)를 증류조(300)의 상부 측 도가니 이동통로(100) 상으로 이동시킨 다음 제2고온밸브(150)를 개방한다.

이어서, 도 10과 같이, 냉각조(400)의 승강유닛(420)을 통해 상부덮개(410)를 상부로 들어올려 냉각조(400)의 입구를 개방시킨 후, 우라늄 전착물 도가니(104)를 수평이송유닛(160)을 통해 냉각조(400)의 상부 위치로 이송시켜 상부덮개(410)의 거치프레임(430) 내부에 거치시킨다.

이렇게 도가니(104)의 거치가 완료되면, 도 11과 같이, 승강유닛(420)을 통해 상부덮개(410)를 다시 하강시켜 거치프레임(430)에 거치된 도가니(104)를 냉각조(400)의 내부공간으로 인입시키고, 이어서, 개방되어 있던 제2고온밸브(150)를 닫아 냉각조(400) 내부를 기밀상태를 유지한다. 그리고, 이러한 상태에서, 냉각유닛(440)을 가동시켜 냉각조(400) 내부의 우라늄 전착물을 일정온도까지 냉각시킨다.

상기와 같이 냉각조(400) 내부에서 우라늄 전착물(102)의 냉각작업이 모두 완료된 이후에는, 도 12와 같이 승강유닛(420)을 통해 상부덮개(410)를 들어올려 냉각조(400) 입구를 개방하는 한편 우라늄 전착물(102)이 수용된 도가니(104)를 도가니 이동통로(100) 상에 위치시킨 다음, 도가니 이동통로(100)의 출구측 플랜지(120)를 개방하여 수평이송유닛(160)을 통해 우라늄 전착물 도가니(104)를 외부로 반출시키게 된다. 그리고, 반출된 우라늄 전착물은 잉곳 제조장치로 이송된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 증류조(300)의 전단에 설치된 고액 분리조(200)에서 증류온도 보다 낮은 온도에서 액체 상태의 염을 분리하고, 이후 우라늄 전착물을 도가니 이동통로(100)를 통해 증류조(300)로 옮긴 다음에 진공증류를 통해 잔여 염을 분리한 후, 냉각조(400)로 옮겨 냉각하는 일련의 순차적인 조업을 통해 염의 연속적인 분리작업이 가능하고, 이로 인해 조업시간을 크게 단축시킬 수 있다.

또한, 우라늄 전착물 도가니(104)가 증류단계 또는 냉각단계로 옮겨져 투입될 경우, 또 다른 우라늄 전착물이 수용된 새로운 도가니가 상기 증류단계 또는 냉각단계의 이전 단계로 투입됨으로써 연속적인 염의 분리조업이 가능해지고, 이로 인해 단위 시간당 처리용량을 크게 향상시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

100 : 도가니 이동통로 102 : 우라늄 전착물
104 : 도가니 105 : 걸림부
110 : 입구측 플랜지 120 : 출구측 플랜지
140 : 제1고온밸브 150 : 제2고온밸브
160 : 수평이송유닛 161 : 이송바
162 : 고정부 164 : 이송바 고정부
200 : 고액 분리조 202,302,402 : 안착단
210,310,410 : 상부덮개 212,312,412 : 승강바
214,314,414 : 승강바 고정부 220,320,420 : 승강유닛
230,330,430 : 거치프레임 240,340 : 히팅유닛
250,350 : 회수용기 440 : 냉각유닛
500 : 염 분리장치

Claims

우라늄 전착물이 수용된 도가니(104)가 이동되는 도가니 이동통로(100);
상기 도가니 이동통로(100)를 거쳐 내부로 도입된 우라늄 전착물을 가열하여 액상의 염을 분리하는 고액 분리조(200);
상기 고액 분리조(200)의 후방 측에 배치되어 상기 도가니 이동통로(100)와 연통되며, 내부로 도입된 우라늄 전착물 중의 잔여 염을 분리하는 증류조(300); 및
상기 증류조(300)의 후방 측에 배치되어 상기 도가니 이동통로(100)와 연통되며, 내부로 도입된 우라늄 전착물을 냉각하는 냉각조(400);
를 포함하는 염 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 도가니 이동통로(100)의 입구 및 출구 측에 각각 개폐 가능하게 설치되는 입구측 플랜지(110) 및 출구측 플랜지(120)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 도가니 이동통로(100)와 각각 연통되는 상기 고액 분리조(200), 증류조(300), 냉각조(400)의 각 상부 측에 설치되어, 상기 도가니(104)의 출입을 선택적으로 개폐하는 상부덮개(210)(310)(410)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 고액 분리조(200)와 증류조(300), 상기 증류조(300)와 냉각조(400) 사이의 기밀 유지를 위하여 상기 도가니 이동통로(100) 상에 각각 개폐가능하게 설치되는 제1고온밸브(140) 및 제2고온밸브(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 도가니(104)를 승강시킬 수 있도록 상기 고액 분리조(200)와 증류조(300) 및 냉각조(400) 부분에 각각 설치되는 승강유닛(220)(320)(420)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 도가니 이동통로(100) 내부에 위치되는 도가니(104)를 수평 이송시키는 수평이송유닛(160)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염 분리장치.
(a) 우라늄 전착물이 수용된 도가니(104)를 도가니 이동통로(100)를 통해 고액 분리조(200) 내부로 도입한 후 가열하여 우라늄 전착물로부터 액상의 염을 분리하는 고액 분리단계;
(b) 상기 고액 분리단계의 완료 후, 상기 고액 분리조(200) 내의 도가니(104)를 꺼내어 도가니 이동통로(100)를 따라 증류조(300) 위치까지 이송시킨 후, 상기 증류조(300) 내부로 도입하고 가열하여 우라늄 전착물 중의 잔여 염을 분리하는 증류단계;
(c) 상기 증류단계의 완료 후, 상기 증류조(300) 내의 도가니(104)를 꺼내어 도가니 이동통로(100)를 따라 냉각조(400) 위치까지 이송시킨 후, 상기 냉각조(400) 내부로 도입하여 냉각하는 냉각단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 염 분리방법.
제7항에 있어서, 상기 도가니(104)가 상기 증류단계 또는 냉각단계로 투입될 경우 또 다른 우라늄 전착물이 수용된 새로운 도가니(104)가 상기 증류단계 또는 냉각단계 이전의 단계로 투입되어 연속적인 조업이 이루어지는 것을 특징으로 하는 염 분리방법.
제8항에 있어서, 상기 고액 분리단계(a)는,
(a-1) 도가니 이동통로(100)의 입구측 플랜지(110)와 고액 분리조(200)의 상부덮개(210)를 순차적으로 열고 우라늄 전착물이 수용된 도가니(104)를 상기 도가니 이동통로(100)를 따라 이송시켜 상기 고액 분리조(200) 내부로 도입시키는 단계; 및
(a-2) 상기 입구측 플랜지(110)와 상부덮개(210)를 닫은 후, 상기 고액 분리조(200) 내부를 가열하여 우라늄 전착물 중의 액상의 염을 분리시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 염 분리방법.
제9항에 있어서, 상기 증류단계(b)는,
(b-1) 상기 상부덮개(210)를 열고 고액 분리조(200) 내의 도가니(104)를 들어올려 도가니 이동통로(100) 상에 위치시킨 다음, 제1고온밸브(140)를 열고 상기 도가니(104)를 증류조(300) 위치까지 이송시킨 후, 증류조(300)의 상부덮개(310)를 열어 상기 도가니(104)를 증류조(300) 내부로 도입시키는 단계; 및
(b-2) 상기 제1고온밸브(140)와 상부덮개(310)를 닫고 진공펌프를 가동하여 증류조(300) 내부의 압력을 낮추고, 진공증류에 의해 우라늄 전착물 중의 잔여 염을 분리시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 염 분리방법.
제10항에 있어서, 상기 냉각단계(c)는,
(c-1) 증류조(300)의 상부덮개(310)를 열고 증류조(300) 내의 도가니(104)를 들어올려 도가니 이동통로(100) 상에 위치시킨 다음, 제2고온밸브(150)를 열고 상기 도가니(104)를 냉각조(400) 위치까지 이송시킨 후, 냉각조(400)의 상부덮개(410)를 열어 상기 도가니(104)를 냉각조(400) 내부로 도입시키는 단계;
(c-2) 상기 제2고온밸브(150)와 상부덮개(410)를 닫고 냉각조(400) 내부에서 도가니(104)를 냉각시키는 단계; 및
(c-3) 상기 도가니(104)의 냉각작업 완료 후, 상부덮개(410)를 열고 상기 도가니(104)를 들어올려 도가니 이동통로(100) 상에 위치시킨 다음, 출구측 플랜지(120)를 열어 외부로 반출시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 염 분리방법.