KR101694174B1 - 공랭식 염 증류장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 공랭식 염 증류장치는, 우라늄 전착물이 수용된 도가니가 수용되며, 상기 우라늄 전착물의 염이 증발하는 증발영역이 형성되고, 하부가 개구된 증류탑 및 상기 증류탑의 하부에 결합 가능하게 형성되는 응축조를 포함하며, 상기 응축조는, 상기 응축조가 상기 증류탑과 결합된 상태에서 상기 증발영역과 연통되도록 형성되어, 증발된 염이 응축 회수되는 응축영역 및 상기 응축영역의 하부에 상기 응축영역과 격벽에 의해 구획되도록 형성되며, 냉각 기체가 유동되는 냉각유로를 포함한다.

Description

공랭식 염 증류장치{Air Cooling Type Salt Distillation Apparatus}

본 발명은 우라늄 전착물의 염 증류장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공랭식으로 우라늄 전착물의 염을 응축시켜 회수하는 공랭식 염 증류장치에 관한 것이다.

파이로프로세스의 전해정련공정에서는 고체음극에 수지상의 우라늄이 전착되며, 이를 용융 염 중에서 분리해 내면 우라늄 전착물에 다량의 염이 함유된 상태를 가진다.

상기 우라늄 전착물은 수지상의 작은 입자이기 때문에 잉곳 상태로 만들어 보관하며, 이를 위해 함유된 염을 분리해 내어야 할 필요가 있다. 그리고 이 과정은 일반적으로는 진공증류장치에 의해 수행된다.

진공증류장치는 탑 상부에 우라늄 전착물을 넣은 상태에서 외부에 설치된 히터를 이용하여 가열하며, 냉각되는 하부 응축부위에 공융염 회수 도가니를 두어 증발된 공융염을 응축 회수하게 된다.

이때 진공증류장치의 효율을 높이기 위해 응축부의 냉각이 필요하며, 종래의 진공증류장치에는 수냉식 냉각장치가 적용된다.

이와 같은 수냉식 냉각장치는 냉각 효율이 우수한 장점이 있으나, 원자력 시설인 핫셀 내부에 설치되는 염 증류장치에서 냉각수가 누출될 경우, 핫셀의 매우 낮은 수분 농도 분위기가 파괴되는 현상이 발생하는 문제가 있다.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

한국등록특허 제10-1511633호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 우라늄 전착물의 염 증류장치에 있어 누출 위험이 존재하는 수냉식 냉각 방식을 공랭식 냉각 방식으로 대체하기 위한 목적을 가진다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공랭식 염 증류장치는, 우라늄 전착물이 수용된 도가니가 수용되며, 상기 우라늄 전착물의 염이 증발하는 증발영역이 형성되고, 하부가 개구된 증류탑 및 상기 증류탑의 하부에 결합 가능하게 형성되는 응축조를 포함하며, 상기 응축조는, 상기 응축조가 상기 증류탑과 결합된 상태에서 상기 증발영역과 연통되도록 형성되어, 증발된 염이 응축 회수되는 응축영역 및 상기 응축영역의 하부에 상기 응축영역과 격벽에 의해 구획되도록 형성되며, 냉각 기체가 유동되는 냉각유로를 포함한다.

그리고 상기 격벽은 하부로 만곡된 형태로 형성될 수 있다.

또한 상기 응축조는, 상기 격벽에 구비되며, 상기 냉각유로 측에 노출되도록 구비된 냉각핀을 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 응축조는, 상기 응축조가 상기 증류탑과 분리된 상태에서, 상기 응축조를 반전시키는 반전수단을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 반전수단은, 상기 응축조의 양측 방향으로 돌출된 그립부를 포함할 수 있다.

그리고 상기 냉각 기체는 송풍장치에 의해 강제 송풍될 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 공랭식 염 증류장치은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 종래의 염 증류장치에 비해 응축영역의 냉각 표면적이 커 냉각 기체와의 접촉면이 증가하므로, 냉각 효율이 우수하다는 장점이 있다.

둘째, 염을 회수하기 위한 별도의 용기를 두지 않고, 응축영역의 염을 그대로 배출할 수 있도록 하여 염의 재순환 작업이 매우 편리하다는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 공랭식 염 증류장치의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 공랭식 염 증류장치에 있어서, 응축조의 응축영역에 염이 응축된 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 공랭식 염 증류장치에 있어서, 응축조를 증류탑으로부터 분리한 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 공랭식 염 증류장치의 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 공랭식 염 증류장치의 모습을 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 공랭식 염 증류장치에 있어서, 응축조를 증류탑으로부터 분리한 모습을 나타낸 도면; 및
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 공랭식 염 증류장치에 있어서, 응축조를 반전시켜 염을 배출시키는 모습을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 공랭식 염 증류장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 공랭식 염 증류장치는 크게 증류탑(110)과, 응축조(130)를 포함한다.

상기 증류탑(110)은 내부에 우라늄 전착물(U)이 수용된 도가니(120)가 수용되며, 상기 우라늄 전착물(U)의 공융염이 증발되도록 하는 증발영역(111)이 형성된다.

즉 상기 도가니(120)가 상기 증류탑(110)의 내부 증발영역(111)에 인입된 상태에서, 별도의 히팅장치(미도시)를 통해 우라늄 전착물(U)을 가열하여 상기 우라늄 전착물(U)의 공융염을 증발시키게 된다. 이와 같이 염을 증발시키는 과정에서는, 진공펌프를 이용하여 상기 증발영역(111)을 진공 분위기로 형성할 수 있다.

이때 상기 증류탑(110)의 하부는 적어도 일부가 개구된 상태를 가지며, 이와 같이 개구된 상기 증류탑(110)의 하부에는 응축조(130)가 결합될 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 증류탑(110)에는 제1플랜지(112)가, 상기 응축조(130)에는 제2플랜지(132)가 형성되어, 상기 제1플랜지(112) 및 제2플랜지(132)의 체결에 의해 상기 증류탑(110)과 상기 응축조(130)가 결합되는 방식을 가진다.

보다 구체적으로 상기 응축조(130)는, 증발된 염이 응축 회수되는 응축영역(131)과, 상기 응축영역(131)의 하부에 상기 응축영역(131)과 격벽에 의해 구획되도록 형성되며, 냉각 기체가 유동되는 냉각유로(134)를 포함한다.

즉 상기 응축영역(131)은 상기 응축조(130)가 상기 증류탑(110)과 결합된 상태에서 상기 증발영역(111)과 연통되도록 형성되어, 상기 도가니(120)로부터 증발된 우라늄전착물(U)의 염을 응축시켜 도 2에 도시된 바와 같이 액체 상태로 회수하게 된다.

이때 본 실시예에서 상기 응축영역(131)과 상기 냉각유로(134)는 상기 격벽 전체에 걸쳐 접촉되므로, 냉각 면적을 극대화하여 응축 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

그리고 본 실시예의 경우 상기 응축영역(131)은 상기 증발영역(111)의 넓이에 대응되는 넓이를 가지는 것으로 하였으며, 이에 따라 증발된 염(S)이 상기 응축영역(131)의 외측에서 응축되어 회수하지 못하게 되는 현상을 방지할 수 있는 것은 물론, 상기 제1플랜지(112) 및 상기 제2플랜지(132) 사이로 염(S)이 누출되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.

그리고 상기 냉각유로(134)의 하부에는 냉각 기체가 유입되는 유입부(135a)와, 냉각 기체가 배출되는 배출부(135b)가 각각 형성된다. 즉 유입부(135a)를 통해 유입된 냉각 기체는 상기 격벽의 온도를 낮춰 상기 응축영역(131)에 염이 응축되도록 하며, 이후 상기 배출부(135b)를 통해 배출된다.

본 실시예와 달리 상기 유입부(135a) 및 상기 배출부(135b)는 상기 응축조(130)의 다양한 위치에 형성될 수 있음은 물론이다.

여기서 상기 냉각 기체는 공기 등 다양한 유체일 수 있으며, 자연 대류 방식에 의해 공급될 수도 있고, 별도로 구비된 송풍장치에 의해 강제 송풍되는 방식으로 공급될 수도 있다. 후자의 경우, 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

한편 본 실시예에서 상기 응축영역(131)과 상기 냉각유로(134) 사이에 형성된 격벽은 하부로 만곡된 형태로 형성되어, 상기 응축영역(131)에서 응축된 염(S)은 상기 응축영역(131)의 중앙부로부터 채워지는 형태로 회수될 수 있다.

염의 회수가 종료된 이후에는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 응축조(130)를 상기 증류탑(110)으로부터 분리하여 응축된 염(S)을 외부로 배출시킬 수 있다.

이상과 같은 본 실시예의 공랭식 염 증류장치를 이용한 염 증류 과정을 정리하면, 다음과 같다.

먼저, 도가니(120)에 염이 함유된 우라늄전착물(U)을 넣고, 우라늄전착물(U)이 들어 있는 도가니(120)를 증류탑(110)의 상부 플랜지를 열고 도입하여 장착하는 과정이 수행된다. 다만, 상기 증류탑(110)은 다양한 형태로 형성될 수 있으므로, 상기 도가니(120)를 도입하기 위한 구성은 상기 상부 플랜지 외의 다른 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.

다음으로, 상기 증류탑(110)의 상부 플랜지를 닫고 진공펌프를 가동하여 증류탑(110) 내부의 증발영역(111)의 압력을 낮춘 상태에서, 냉각 기체를 순환시키는 송풍팬을 가동하여 응축조(130)를 냉각하게 된다. 이때 상기 냉각 기체가 자연 순환 방식인 경우, 상기 송풍팬은 생략될 수도 있을 것이다.

이와 같이 상기 응축조(130)가 냉각된 이후, 온도를 올려 도가니(120)내의 우라늄전착물(U)로부터 진공 증류에 의해 염(S)을 제거하는 단계가 수행된다. 이때 기체 상태의 염(S)은 하부의 냉각된 응축조(130)에 의해 상이 액체 상태로 전환되며, 상기 응축영역(131)에 고이게 된다. 상기 응축조(130)의 온도가 상기 염(S)의 어는점 이하로 떨어질 경우, 상기 염(S)은 고체 상태로 전환될 수도 있다.

이후 증류탑(110)의 상부 플랜지를 열고 도가니(120)를 탈착하여, 증류탑(110)의 외부로 도가니(120)를 반출시키고, 이어 응축조(130)의 온도를 염(S)의 녹는점 이상으로 올려 고체 상태의 염(S)을 액체로 전환시킨다.

그리고 상기 응축조(130)를 증류탑(110)으로부터 분리하고, 상기 응축영역(131)에 회수된 액체 상태의 염(S)을 외부로 반출시키게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 공랭식 염 증류장치는, 종래의 염 증류장치에 비해 응축영역의 냉각 표면적이 커 냉각 기체와의 접촉면이 증가디어 냉각 효율이 우수한 것은 물론, 염(S)을 회수하기 위한 별도의 용기를 두지 않고, 응축영역(131의 염(S)을 그대로 배출할 수 있도록 하여 염(S)의 재순환 작업이 매우 편리하다는 장점을 가진다.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 공랭식 염 증류장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예는, 전술한 제1실시예와 모든 구성요소가 전체적으로 동일하게 형성된다. 다만, 본 실시예의 경우 상기 응축조(130)가 냉각핀(136)을 더 포함한다는 것이 다르다.

상기 냉각핀(136)은 상기 응축영역(131)과 상기 냉각유로(134) 사이의 격벽에 구비된 형태를 가지며, 특히 상기 냉각유로(134) 측에 노출된다. 즉 상기 냉각핀(136)은 상기 응축영역(131)과 냉각 기체의 접촉 면적을 증가시키고, 상기 냉각유로(134) 내부의 냉각 기체는 상기 냉각핀(136) 사이사이로 유동되며 염(S)을 효과적으로 응축시킬 수 있다.

특히 본 실시예의 경우 상기 냉각핀(136)은 복수 개가 상기 격벽 전체 면적에 균일한 간격으로 이격된 형태로 형성되나, 이에 제한되지는 않으며 다양한 형태로 구비될 수 있을 것이다.

도 5 내지 도 7에는, 본 발명의 제3실시예에 따른 공랭식 염 증류장치가 도시된다.

도 5 내지 도 7에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우, 전술한 제2실시예와 모든 구성요소가 전체적으로 동일하게 형성된다. 다만, 본 실시예의 경우 상기 응축조(130)가 반전수단을 더 포함한다는 것이 다르다.

상기 반전수단은 상기 응축조(130)가 상기 증류탑(110)과 분리된 상태에서, 상기 응축조(130)를 반전시킬 수 있도록 구비되며, 본 실시예의 경우 상기 반전수단은 상기 응축조(130)의 양측 방향으로 돌출된 그립부(138) 형태로 형성된다.

상기 그립부(138)는 바 형태로 형성되어 작업자에 의해 수동으로, 또는 별도의 반전장치에 의해 자동으로 회전 가능하게 형성될 수 있으며, 도 6과 같이 상기 응축조(130)가 상기 증류탑(110)으로부터 분리된 상태에서 도 7과 같이 상기 응축조(130)를 반전시켜 상기 응축영역(131)에 응축된 염(S)을 외부로 배출시킬 수 있다.

즉 본 실시예는 반전수단에 의해 상기 응축영역(131)의 염(S)을 용이하게 배출시킬 수 있다는 장점을 가진다.

그리고 본 실시예에서 상기 반전수단은 바 형태의 그립부(138)를 포함하는 것으로 하였으나, 상기 반전수단의 형태는 다양하게 구현될 수 있음은 물론이다.

한편 본 실시예에 따른 공랭식 염 증류장치를 이용한 염 증류 과정은 전술한 제1실시예의 염 증류과정과 전체적으로 동일한 방법으로 수행될 수 있다. 다만, 회수된 염(S)의 배출 과정이 상기 그립부(138)를 통해 이루어질 수 있다.

즉 도가니(120)에 염이 함유된 우라늄전착물(U)을 넣고, 우라늄전착물(U)이 들어 있는 도가니(120)를 증류탑(110)의 상부 플랜지를 열고 도입하여 장착한 뒤, 진공펌프를 가동하여 증류탑(110) 내부의 증발영역(111)의 압력을 낮춘 상태에서, 냉각 기체를 순환시키는 송풍팬을 가동하여 응축조(130)를 냉각한다.

이후 온도를 올려 도가니(120)내의 우라늄전착물(U)로부터 진공 증류에 의해 염(S)을 제거하고, 도가니(120)를 탈착한 뒤, 응축조(130)의 온도를 염(S)의 녹는점 이상으로 올려 고체 상태의 염(S)을 액체로 전환시킨다.

다음으로 수동 또는 별도의 반전장치와 그립부(138)를 연결하고, 상기 그립부(138)를 하향시켜 상기 응축조(130)를 증류탑(110)으로부터 분리하게 된다. 이후 상기 그립부(138)를 180° 회전시켜 상기 응축영역(131)이 하향되도록 상기 응축조(130)를 반전시키고, 상기 응축영역(131) 내에 수용된 염(S)을 배출시키게 된다.

이후 상기 그립부(138)를 다시 180° 회전시켜 상기 응축영역(131)이 상향되도록 상기 응축조(130)를 재반전시킨 뒤, 상기 그립부(138)를 상향하여 상기 응축조(130)를 상기 증류탑(110)에 결합한다.

그리고 상기 각 과정을 반복하며 연속적으로 우라늄전착물(U)의 염을 증류시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

110: 증류탑 111: 증발영역
112: 제1플랜지 120: 도가니
130: 응축조 131: 응축영역
132: 제2플랜지 134: 냉각유로
135a: 유입부 135b: 배출부
136: 냉각핀 138: 그립부
U: 우라늄 전착물 S: 염

Claims (6)

1. 우라늄 전착물이 수용된 도가니가 수용되며, 상기 우라늄 전착물의 염이 증발하는 증발영역이 형성되고, 하부가 개구된 증류탑; 및
   상기 증류탑의 하부에 결합 가능하게 형성되는 응축조;
   를 포함하며,
   상기 응축조는,
   상기 응축조가 상기 증류탑과 결합된 상태에서 상기 증발영역과 연통되도록 형성되어, 증발된 염이 응축 회수되는 응축영역;
   상기 응축영역의 하부에 상기 응축영역과 격벽에 의해 구획되도록 형성되며, 냉각 기체가 유동되는 냉각유로; 및
   상기 격벽에 구비되며, 상기 냉각유로 측에 노출되도록 구비된 냉각핀;
   을 포함하는 공랭식 염 증류장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 격벽은 하부로 만곡된 형태로 형성된 공랭식 염 증류장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 응축조는,
   상기 응축조가 상기 증류탑과 분리된 상태에서, 상기 응축조를 반전시키는 반전수단을 더 포함하는 공랭식 염 증류장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 반전수단은,
   상기 응축조의 양측 방향으로 돌출된 그립부를 포함하는 공랭식 염 증류장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 기체는 송풍장치에 의해 강제 송풍되는 공랭식 염 증류장치.

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