KR101842481B1 - 정제염 회수 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 정제염 회수 장치는 염폐기물로부터 정제염을 생성하는 결정화 유닛, 생성된 정제염을 용융시키는 가열 유닛, 용융된 정제염이 회수되는 회수 부재 및 상기 회수 부재의 바닥 부분에 접촉되도록 위치되어 상기 회수 부재로 회수되는 상기 용융된 정제염을 냉각하여 응고시키는 냉각 유닛을 포함한다.

Description

정제염 회수 장치{REFINED SALT RECOVERY APPARATUS}
본 발명은 정제염 회수 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염폐기물의 처리에서 발생되는 정제염을 회수하는데 사용될 수 있는 정제염 회수 장치에 관한 것이다.
사용 후 핵연료 파이로프로세스(pyroprocess)공정에서는 공정 수행 후, Cs 및 Sr과 같은 1족 및 2족 핵종을 함유한 LiCl 염폐기물이 발생하며, 이러한 염폐기물의 발생량을 감축하기 위하여, 경막결정화(layer melt crystallization)공정을 수행한다.
종래 예로써, 경막결정화 공정은 고온의 용융염 내 냉각 결정판을 장입하여 냉각결정판 상에 정제된 LiCl 결정을 성장시켜 정제염을 회수하고, 잔여 핵종은 용융염 내에 농축하여 분리한다.
여기서 정제염의 회수를 위해 냉각 결정판에 고화된 정제염을 다시 용융하는 추가 공정이 진행되며, 이를 위한 별도의 가열로가 필요하다.
또한, 용융된 정제염이 회수용기에 회수되어 상온 상태에서 응고될 시, 정제염이 회수용기에 밀착되어 원활하게 분리되지 않게 된다.
이러한 경우, 정제염은 회수용기를 뒤집어 충격을 가하는 것만으로는 분리되지 않으므로, 뒤집힌 회수용기 외벽을 가열하는 공정이 추가로 진행되어야 하며, 회수용기의 가열로 인한 용기의 부식으로 인해 회수되는 정제염의 순도가 낮아질 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
한국공개특허 제10-2010-034366호
본 발명은 사용 후 핵연료 파이로프로세스공정에서 발생한 LiCl 염폐기물로부터 경막결정화법을 통해 형성된 LiCl 정제염이 용이하게 회수될 수 있는 정제염 회수 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치는 염폐기물로부터 정제염을 생성하는 결정화 유닛, 생성된 정제염을 용융시키는 가열 유닛, 용융된 정제염이 회수되는 회수 부재 및 상기 회수 부재의 바닥 부분에 접촉되도록 위치되어 상기 회수 부재로 회수되는 상기 용융된 정제염을 냉각하여 응고시키는 냉각 유닛을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치는 냉각 유닛을 포함한다. 따라서, 용융된 정제염이 회수 부재에서 급격하게 냉각되면서 회수 부재에 밀착되지 않고 덩어리 형상으로 형성될 수 있다. 그러므로, 고체 상태의 정제염을 회수 부재로부터 분리시키는 공정을 추가로 실시하지 않아도 됨으로써, 정제염의 회수를 신속하게 실시할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치는 종래의 정제염 회수 장치와 다르게 정제염이 달라붙은 대상물로부터 정제염을 제거하는 공정을 실시하지 않아도 됨으로써, 추가 공정을 실시하면서 오염이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 종래의 정제염 회수 공정에서는 용융된 정제염이 주변의 장치들을 오염시키거나, 주변의 부식물 등이 정제염 자체를 오염시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치는 회수 부재의 내부에 정제염만 회수되었다가 분리되므로, 주변의 장치들을 오염시키거나 주변의 부식물 등이 정제염 자체를 오염시키는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 정제염의 순도가 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 정제염 회수공정의 단순화를 통한 경제성 제고 및 정제염 내 부식물 저감을 통한 정제염의 순도 향상을 기대할 수 있다. 또한 LiCl염 뿐만 아니라, LiCl-KCl 공융염 및 기타 물리적 특성이 유사한 염의 회수공정에도 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치에 포함된 결정화 유닛이 염폐기물이 채워진 반응 용기에서 결정화가 진행되는 것을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치에서 정제염이 가열 유닛의 열에 의하여 용융되는 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치에서 회수 부재가 상하방향으로 일정 각도 회전되어 응고된 정제염이 회수 부재로부터 분리되는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 회수 부재에 응고된 정제염을 촬영한 사진이다.
도 5는 회수 부재로부터 분리된 정제염을 촬영한 사진이다.
도 6은 정제염이 분리된 회수 부재의 내부를 촬영한 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치에 포함된 결정화 유닛이 염폐기물이 채워진 반응 용기에서 결정화가 진행되는 것을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치에서 정제염이 가열 유닛의 열에 의하여 용융되는 상태를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치(100)는 결정화 유닛(110), 가열 유닛(120), 회수 부재(130) 및 냉각 유닛(140)을 포함한다.
결정화 유닛(110)은 염폐기물로부터 정제염을 생성한다. 이러한 결정화 유닛(110)은 일예로 정제염의 결정 형성에 사용되는 적어도 하나의 결정판(111)을 포함할 수 있으며, 결정판(111)은 서로 이격되게 위치될 수 있다.
이와 같은 결정화 유닛(110)은 정제염을 결정화하는 공정에서 사용될 수 있는 일반적인 장치가 사용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
가열 유닛(120)은 결정화 유닛(110)에서 생성된 정제염을 용융시킨다.
이를 위해 가열 유닛(120)은 회수 부재(130)의 외측에 일정 간격 이격되어 배치된 적어도 하나의 가열부재(121)를 포함한다.
즉, 정제염이 생성된 결정화 유닛(110)이 회수 부재(130)의 내부로 이동되면 가열부재(121)에 의하여 결정화 유닛(110)에 결정형성된 정제염이 용융된다.
가열 유닛(120)은 전술한 구조로 이루어진 것으로 한정하지는 않으며, 정제염을 가열할 수 있는 것이면 어느 것이든 무방할 수 있다.
회수 부재(130)는 용융된 정제염(S2)이 회수된다. 회수 부재(130)는 일례로 용기 형상일 수 있다. 회수 부재(130)의 소재는 열전달이 용이한 금속 소재일 수 있다. 회수 부재(130)의 소재는 일예로 스테인리스 스틸일 수 있다. 이러한 회수 부재(130)는 일측이 개구되게 형성될 수 있다. 정제염은 회수 부재(130)의 개구된 부분을 통하여 출입될 수 있다.
냉각 유닛(140)은 회수 부재(130)의 바닥 부분에 접촉되도록 위치된다. 냉각 유닛(140)은 회수 부재(130)로 회수되는 용융된 정제염(S2)을 냉각하여 응고시킨다.
한편, 냉각 유닛(140)은 회수 부재(130)와 일체로 형성되는 것도 가능할 수 있다. 이와 다르게, 냉각 유닛(140)과 회수 부재(130)는 각각 제조되어 서로 결합된 것도 가능할 수 있다.
다만, 냉각 유닛(140)과 회수 부재(130)는 열전달이 용이하게 진행되도록 일면이 서로 밀착된 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 냉각 유닛(140)에서 발생된 냉기가 회수 부재(130)로 용이하게 전달되어 회수 부재(130)가 원활하게 냉각될 수 있다.
이와 같이, 회수 부재(130)의 내부 상측은 가열 유닛(120)에 의해 결정화 유닛(110)에 생성된 정제염이 용융되는 가열영역이 형성된다.
즉, 가열부재(121)는 회수 부재(130)의 가열영역을 둘러싸도록 회수 부재(130)의 외측에 배치되어 있다.
또한, 회수 부재(130)의 내부 하측은 냉각 유닛(140)에 의해 가열영역으로부터 용융된 정제염이 자유낙하하며 급랭되는 냉각영역이 형성된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치(100)는 회전 유닛(미도시)을 포함할 수 있다.
회전 유닛은 회수 부재(130)를 상하방향으로 회전시켜서 냉각된 정제염이 회수 부재(130)로부터 분리되게 한다. 이를 위한 회전 유닛은 일례로 회전 모터와 감속기를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지는 않으며, 회수 부재(130)를 회전시킬 수 있는 장치이면 어느 것이든 무방할 수 있다.
이와 같은 회전 유닛은 회수 부재(130)로 용융된 정제염(S2)의 회수가 완료되면, 회수 부재(130)의 개구된 부분이 아래를 향하도록 회수 부재(130)를 회전시킨다. 이때, 회수된 정제염(S3)은 별도로 외력을 가하지 않더라도 자유 낙하에 의하여 외부로 낙하될 수 있다. 즉, 정제염(S3)은 회전 유닛에 의하여 회수 부재(130)로부터 신속하게 분리될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치(100)의 동작 과정을 설명한다.
결정화 유닛(110)이 반응 용기(10)가 놓여진 구역에 위치된다. 1족(Cs) 및 2족(Sr, Ba) 핵종을 포함하고 있는 LiCl 용융염(11)이 반응 용기(10)에 채워질 수 있다.
결정화 유닛(110)이 냉각가스에 의하여 LiCl 용융염(11)으로부터 순수한 LiCl만을 결정화시킨다. 결정화 유닛(110)은 1/2족 핵종이 최소한 포함되어 있는 LiCl 정제염(S1)을 고체상태로 회수한다.
이러한 결정화 공정 이후, 결정화 유닛(110)이 회수 부재(130)로 이동된다. 가열 유닛(120)이 결정화되어 있는 정제염(S1)을 가열한다. 여기서, 가열 유닛(120)은 LiCl 정제염의 녹는점인 610 ℃ 이상을 유지할 수 있다.
정제염(S2)은 열에 의해 용융되어 결정판(111)에서 회수 부재(130)로 회수될 수 있다. 여기서, 회수 부재(130)의 바닥 부분은 냉각 유닛(140)에 의하여 상온 정도로 유지될 수 있다.
이때, 용융된 정제염(S2)은 회수 부재(130)의 바닥에 자유 낙하하여 급격하게 냉각되면서 덩어리 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 응고된 정제염(S3)이 회수 부재(130)에 밀착되지 않을 수 있으며, 회수 부재(130)로부터 원활하게 분리될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치(100)는 산화물 사용 후 핵연료의 전해환원 공정에서 발생하는 LiCl 염폐기물의 처리공정 및 기타 용융염의 결정화를 이용한 염정제 공정에 사용될 수 있다.
전술한 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치(100)는 냉각 유닛(140)을 포함한다. 따라서, 용융된 정제염(S2)이 회수 부재(130)에서 급격하게 냉각되면서 회수 부재(130)에 밀착되지 않고 덩어리 형상(S3)으로 형성될 수 있다.
그러므로, 고체 상태의 정제염을 회수 부재(130)로부터 분리시키는 공정을 추가로 실시하지 않아도 됨으로써, 도 3에 도시된 바와 같이 정제염의 회수를 신속하게 실시할 수 있다. 그리고, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 응고된 정제염(S3)이 회수 부재(130)로부터 깔끔하게 분리될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치(100)는 종래의 정제염 회수 장치와 다르게 정제염이 달라붙은 대상물로부터 정제염을 제거하는 공정을 실시하지 않아도 됨으로써, 추가 공정을 실시하면서 오염이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 종래의 정제염 회수 공정에서는 용융된 정제염이 주변의 장치들을 오염시키거나, 주변의 부식물 등이 정제염 자체를 오염시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치(100)는 회수 부재(130)의 내부에 정제염만 회수되었다가 깔끔하게 분리되므로, 주변의 장치들을 오염시키거나 주변의 부식물 등이 정제염 자체를 오염시키는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 정제염의 순도가 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치(100)는 정제염 회수공정의 단순화를 통한 경제성 제고 및 정제염 내 부식물 저감을 통한 정제염의 순도 향상을 기대할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 정제염 회수 장치(100)는 LiCl염 뿐만 아니라 LiCl-KCl 공융염 및 기타 물리적 특성이 유사한 염의 회수 공정에도 적용이 가능하다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 정제염 회수 장치 110: 결정화 유닛
111: 결정판 120: 가열 유닛
121: 가열 부재 130: 회수 부재
140: 냉각 유닛

Claims (4)

  1. 염폐기물로부터 정제염 생성이 가능하도록 냉각가스가 공급되는 결정화 유닛;
    생성된 정제염을 용융시키는 가열 유닛;
    용융된 정제염이 회수되는 회수 부재; 및
    상기 회수 부재의 바닥 부분에 접촉되도록 위치되어 상기 회수 부재로 회수되는 상기 용융된 정제염을 냉각하여 응고시키는 냉각 유닛;
    을 포함하며,
    상기 회수 부재의 내부는
    상기 결정화 유닛에 생성된 정제염이 용융되는 가열영역; 및
    상기 가열영역으로부터 용융된 정제염이 낙하하며 급랭되는 냉각영역;
    을 포함하고,
    상기 가열 유닛은
    상기 가열영역을 둘러싸도록 상기 회수 부재의 외측에 배치된 적어도 하나의 가열부재를 포함하는 정제염 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회수 부재를 상하방향으로 회전시켜서 냉각된 정제염이 상기 회수 부재로부터 분리되게 하는 회전 유닛을 포함하는 정제염 회수 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회수 부재는 일측이 개구되게 형성되며,
    상기 회전 유닛은,
    상기 회수 부재로 상기 용융된 정제염의 회수가 완료되면, 상기 회수 부재의 개구된 부분이 아래를 향하도록 상기 회수 부재를 회전시키는 정제염 회수 장치.
  4. 삭제
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