KR102088461B1 - 구형 연료소자 성형장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구형 연료소자 성형장치에 관한 것으로서, 순차적으로 연결된 코어 볼 매트릭스 파우더와 핵연료 입자를 균일하게 혼합한 후 압축하여 코어 볼을 제조하는 연료 영역 성형 시스템; 무연료의 매트릭스 파우더로 상기 코어 볼을 커버하여 구형 연료소자를 제조하는 무연료 영역 몰딩 시스템; 및 구형 연료소자를 압축하여 그린 볼을 제조하는 그린 볼 압축 시스템을 포함한다. 본 발명이 제공하는 구형 연료소자 성형장치는 공정 순서의 작업 라인에 따라 분포되고, 구성이 콤팩트하고 작동이 편리하며, 각 장치의 연결이 합리하고, 장치의 작동은 우수한 논리적 관계를 가지며, 자동화를 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 최종 압축하여 획득한 구형 슬라브의 구형도가 우수하고, 작은 가공 여분만 수요되며, 매트릭스 흑연 파우더의 낭비를 감소하고, 연료소자의 원가를 절감한다. 또한, 본 발명의 구형 연료소자 성형장치를 사용하여 제조한 구형 연료소자의 완제품의 비율이 높다.
Description
본 발명은 원자로 연료소자의 제조기술 분야에 관한 것으로서, 특히, 구형 연료소자 성형장치에 관한 것이다.
현재 페블베드 고온 가스 냉각형 원자로에 사용되는 구형 연료소자의 직경은 60mm이고, 연료 영역과 무연료 영역을 포함한다. 구형 연료소자는 전체적으로 흑연 매트릭스이고, 외층은 두께가 약 5mm정도인 무연료 영역이며, 기본적인 구성은 무연료 흑연 구형 쉘(spherical shell) 내에는 피복 연료 입자 및 흑연 매트릭스로 구성된 분산체 연료가 충만되어 있다.
구형 연료소자의 제조공정은, 매트릭스 흑연 파우더의 제조, 피복입자의 피복, 코어 볼의 압축, 그린 압축(green-pressing), 터닝, 탄화, 고온 순화를 포함하고, 그린 볼 연료 영역영역과 무연료 영역의 성형은 구형 소자 제조공정의 핵심기술이다. 구형 연료소자의 성형 공정의 원리는, 피복입자 및 매트릭스 흑연 파우더를 혼합하고, 혼합물을 고무 몰드 내에 장입하고 압축하여 코어 볼을 제조하며, 최종 압축 몰드에서의 무연료 영역 몰딩, 맨 마지막에 최종 압축하여 목표 크기보다 약간 큰 그린을 획득하는 것을 포함한다. 하지만, 종래의 기술에서는 피복입자 및 매트릭스 흑연의 혼합, 코어 볼의 압축 및 최종 성형을 포함하는 구체적인 구형 연료소자의 성형에 대하여 개시하지 않았다. 중국 특허출원 CN201210177503에서는, 구형 연료소자 그린의 압축용 진공 준등정압 압축기를 개시하였으나, 구형 연료소자의 성형의 기타 단계 즉, 피복입자 및 매트릭스 흑연 파우더의 혼합, 최종 압축 몰드의 무연료 영역 몰딩 등 과정에서 적용되는 공정 및 설비에 대하여 개시하지 않았다. 따라서, 연료소자의 원가를 절감하고, 구성이 콤팩트하며 작동이 편리한 구형 연료소자 성형장치를 제공하는 것은 매우 중요한 의미를 갖는다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 구성이 콤팩트하고, 작동이 편리한 구형 연료소자 성형장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 순차적으로 연결된 코어 볼 매트릭스 파우더와 핵연료 입자를 균일하게 혼합한 후 압축하여 코어 볼을 제조하는 연료 영역 성형 시스템; 무연료의 매트릭스 파우더로 상기 코어 볼을 커버하여 구형 연료소자를 제조하는 무연료 영역 몰딩 시스템; 및 구형 연료소자를 압축하여 그린 볼을 제조하는 그린 볼 압축 시스템을 포함하는 구형 연료소자 성형장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 연료 영역 성형 시스템은, 순차적으로 설치된 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치, 핵연료 입자 균분장치, 핵연료 입자 정밀 정량장치, 1차교반장치, 방출 몰딩장치, 2차교반장치 및 코어 볼 압축장치를 포함하고; 상기 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치, 핵연료 입자 정밀 정량장치, 1차교반장치 및 방출 몰딩장치 사이는 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치를 통해 연결되며; 상기 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치는 상기 코어 볼 매트릭스 파우더를 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치로 정량 이송하고; 상기 핵연료 입자 균분장치 및 핵연료 입자 정밀 정량장치는 상기 핵연료를 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치로 정밀 정량 이송하며; 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치는 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 상기 1차교반장치로 이송하고; 상기 1차교반장치는 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 균일하게 교반하며; 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치는 상기 1차교반장치를 통과한 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 상기 방출 몰딩장치로 이송하고; 상기 방출 몰딩장치는 균일하게 교반된 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 코어 볼 몰드에 채우며; 상기 2차교반장치는 상기 코어 볼 몰드 내의 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 교반하고; 상기 코어 볼 압축장치는 상기 코어 볼 몰드 내의 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 압축하여 코어 볼을 제조한다.
바람직하게, 상기 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치는, 상기 코어 볼 매트릭스 파우더를 저장하는 제1호퍼 및 상기 제 1 호퍼의 저부에 위치하는 나선형 공급기를 포함하고, 상기 코어 볼 매트릭스 파우더의 이송량은 상기 나선형 공급기의 공급 시간에 의해 제어된다.
바람직하게, 상기 핵연료 입자 균분장치는, 핵연료를 공급받는 회전하는 제2호퍼, 상기 제2호퍼에 연결되는 분배관 및 상기 분배관에서 분배하는 상기 핵연료를 공급받는 복수개의 기둥형 용기를 포함하고; 상기 핵연료 입자 정밀 정량장치는, 저부 서스펜션 기능이 구비된 저울, 상기 저울의 저부에 걸려있는 계량호퍼 및 상기 계량호퍼에 핵연료를 투입하며 핵연료를 저장하는 진동 공급기를 포함하며; 상기 기둥형 용기의 저부에는 파이프가 설치되고, 상기 복수개의 기둥형 용기의 회전을 통해, 정확한 위치로 회전된 상기 기둥형 용기 내의 상기 핵연료는 상기 파이프를 통해 상기 계량호퍼에 이송된다.
바람직하게, 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치는, 적외선 위치 센서, 모터에 의해 구동되는 체인 및 상기 체인 상에 장착되는 여러개의 재료 탱크를 포함하고; 상기 적외선 위치 센서는 상기 여러개의 재료 탱크의 탱크입구가 상기 코어 볼의 매트릭스 파우더 정량 이송장치의 이송구, 상기 핵연료 입자 정밀 정량장치의 계량호퍼의 방출구, 상기 1차교반장치 및 상기 방출 몰딩장치에 각각 대응되는지 여부를 확정한다.
바람직하게, 상기 2차교반장치는, 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료가 충만된 코어 볼 몰드를 안착시키기 위한 베이스 플레이트, 지지대 및 상기 지지대 상에 설치된 회전 가능한 교반헤드를 포함하고; 상기 교반헤드는 상기 코어 볼 몰드의 캐비티에 삽입되며; 작동시 상기 교반헤드는 모터에 의해 구동되어 상기 코어 볼 몰드 내의 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 교반하고; 상기 베이스 플레이트는 상기 모터에 의해 구동되어 회전하며, 상기 베이스 플레이트의 회전방향과 상기 교반헤드의 회전방향은 서로 상반된다.
바람직하게, 상기 코어 볼 압축장치는, 상하로 이동 가능한 외부 슬리브, 상기 외부 슬리브 내에 고정된 상부 펀치 및 상하로 이동 가능한 하부 펀치를 포함하고; 상기 코어 볼 몰드의 외경은 각각 상기 외부 슬리브의 내경, 상기 상부 펀치)의 외경 및 상기 하부 펀치의 외경과 동일하다.
바람직하게, 상기 무연료 영역 몰딩 시스템은, 순차적으로 설치된 코어 볼 로케이팅 이송장치, 코어 볼 로케이팅 전이장치, 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치 및 무연료 영역 몰딩장치를 포함하고; 상기 코어 볼 로케이팅 이송장치는 상기 코어 볼 로케이팅 전이장치를 통해 상기 무연료 영역 몰딩장치에 연결되며; 상기 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치는 상기 무연료 영역 몰딩장치에 연결되고; 상기 코어 볼 로케이팅 이송장치와 상기 코어 볼 로케이팅 전이장치는 상기 코어 볼을 상기 무연료 영역 몰딩장치로 전이시키고; 상기 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치는 상기 매트릭스 파우더를 상기 무연료 영역 몰딩장치로 이송하며; 상기 무연료 영역 몰딩장치는 상기 매트릭스 파우더로 상기 코어 볼을 커버하여 상기 구형 연료소자를 제조한다.
바람직하게, 상기 코어 볼 로케이팅 이송장치는 로케이팅 회전하는 원판을 포함하고, 원판상에는 상기 코어 볼을 안착시키기 위한 여러개의 보스가 균일하게 분포되어 있으며; 상기 코어 볼 로케이팅 전이장치는, 1개의 그리퍼 및 상기 그리퍼를 구동하여 수평 및 수직방향으로 이동시키는 암을 포함하고; 상기 그리퍼의 수평방향으로의 이동범위는 상기 코어 볼 로케이팅 이송장치의 보스의 직상방으로부터 상기 무연료 영역 몰딩장치의 몰드의 직상방까지이다.
바람직하게, 상기 무연료 영역 몰딩장치는 몰드을 안착시키기 위한 움직이는 베이스 플레이트, 매트릭스 파우더 재료의 위치를 탐측하는 탐침 및 상기 구형 연료소자를 성형시키는 원호형의 블레이드를 포함하고; 상기 원호형의 블레이드의 원심은 상기 몰드의 수직 축심선상에 위치한다.
본 발명이 제공하는 구형 연료소자 성형장치는, 공정 순서의 작업 라인에 따라 분포되고, 구성이 콤팩트하고 작동이 편리하며, 각 장치의 연결이 합리하고, 장치의 작동은 우수한 논리적 관계를 가지며, 자동화를 용이하게 실현할 수 있다. 무연료 영역 몰딩 시스템을 통해, 최종 압축하여 획득한 구형 슬라브의 구형도가 우수하고, 작은 가공 여분만 수요되며, 매트릭스 흑연 파우더의 낭비를 감소하고, 연료소자의 원가를 절감한다. 또한, 핵연료 균분장치와 핵연료 입자 정밀 정량장치를 통해 획득한 핵연료와 매트릭스 파우더의 배합비는 정확하므로, 본 발명의 구형 연료소자 성형장치를 사용하여 제조한 구형 연료소자의 완제품의 비율이 높다.
도면을 참조하여 본 발명의 특징과 장점을 더욱 명확하게 이해할 수 있고, 도면은 예시적은 것으로서, 본 발명을 한정하기 위한 것으로 이해하여서는 안된다.
도1은 본 발명의 연료 영역 성형 시스템 및 무연료 영역 몰딩 시스템의 구성의 개략도를 나타내고;
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 영역 성형 시스템의 구성의 개략도를 나타내고;
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료 입자 균분장치의 단면도를 나타내고;
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 재료 탱크 작동 이송장치의 단면도를 나타내고;
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차교반장치의 입체적인 구성의 개략도를 나타내고;
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코어 볼 압축장치의 단면도를 나타내고;
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무연료 영역 몰딩 시스템의 구성 개략도를 나타내고;
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무연료 영역 몰딩 시스템의 입체적인 구성의 개략도를 나타낸다.
도1은 본 발명의 연료 영역 성형 시스템 및 무연료 영역 몰딩 시스템의 구성의 개략도를 나타내고;
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 영역 성형 시스템의 구성의 개략도를 나타내고;
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료 입자 균분장치의 단면도를 나타내고;
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 재료 탱크 작동 이송장치의 단면도를 나타내고;
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차교반장치의 입체적인 구성의 개략도를 나타내고;
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코어 볼 압축장치의 단면도를 나타내고;
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무연료 영역 몰딩 시스템의 구성 개략도를 나타내고;
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무연료 영역 몰딩 시스템의 입체적인 구성의 개략도를 나타낸다.
이하, 도면을 결합하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도1에 도시된 바와 같이, 구형 연료소자 성형장치는, 순차적으로 연결된 코어 볼 매트릭스 파우더와 핵연료 입자를 균일하게 혼합한 후 압축하여 코어 볼을 제조하는 연료 영역 성형 시스템; 무연료의 매트릭스 파우더로 상기 코어 볼을 커버하여 상기 구형 연료소자를 제조하는 무연료 영역 몰딩 시스템; 및 구형 연료소자를 압축하여 그린 볼을 제조하는 그린 볼 압축 시스템을 포함한다.
상세하게, 도2에 도시된 바와 같이, 상기 연료 영역 성형 시스템은, 순차적으로 설치된 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치(1), 핵연료 입자 균분장치(2), 핵연료 입자 정밀 정량장치(3), 1차교반장치(4), 방출 몰딩장치(5), 2차교반장치(7) 및 코어 볼 압축장치(8)를 포함하고; 상기 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치(1), 핵연료 입자 정밀 정량장치(3), 1차교반장치(4) 및 방출 몰딩장치(5) 사이는 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치(6)를 통해 연결되며; 상기 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치(1)는 상기 코어 볼 매트릭스 파우더를 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치(6)로 정량 이송하고; 상기 핵연료 입자 균분장치(2) 및 핵연료 입자 정밀 정량장치(3)는 상기 핵연료를 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치(6)로 정밀 정량 이송하며; 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치(6)는 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 상기 1차교반장치(1)로 이송하고; 상기 1차교반장치(4)는 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 균일하게 교반하고; 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치(6)는 상기 1차교반장치(4)를 통과한 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 상기 방출 몰딩장치(5)로 이송하며; 상기 방출 몰딩장치(5)는 균일하게 교반된 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 코어 볼 몰드(7-0)에 채우고; 상기 2차교반장치(7)는 상기 코어 볼 몰드 내의 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 교반하며; 상기 코어 볼 압축장치(8)는 상기 코어 볼 몰드 내의 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 압축하여 코어 볼을 제조한다.
바람직하게, 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치(1)는, 상기 코어 볼 매트릭스 파우더를 저장하는 제1호퍼 및 상기 제 1 호퍼의 저부에 위치하는 나선형 공급기를 포함하고, 상기 코어 볼 매트릭스 파우더의 이송량은 상기 나선형 공급기의 공급 시간에 의해 제어된다. 도3에 도시된 바와 같이, 상기 핵연료 입자 균분장치(2)는, 핵연료를 공급받는 회전 가능한 제2호퍼(2-1), 상기 제2호퍼(2-1)에 연결되는 분배관(2-2) 및 상기 분배관(2-2)에서 분배하는 상기 핵연료를 공급받는 복수개의 기둥형 용기(2-3)를 포함하고, 상기 복수개의 기둥형 용기(2-3)는 전체적으로 회전 가능하며; 바람직하게, 상기 복수개의 기둥형 용기(2-3)는 50개이고 분배판 상에 설치되며, 분배판의 회전에 의해 상기 복수개의 기둥형 용기(2-3)를 회전시킨다. 도4에 도시된 바와 같이, 상기 핵연료 입자 정밀 정량장치(3)는, 저부 서스펜션 기능이 구비된 저울(3-1), 상기 저울의 저부에 걸려있는 계량호퍼(3-2) 및 상기 계량호퍼(3-2)에 핵연료를 투입하며 핵연료를 저장할 수 있는 진동 공급기(3-3)를 포함하며; 상기 기둥형 용기(2-3)의 저부에는 파이프가 설치되고, 상기 회전 가능한 복수개의 기둥형 용기(2-3)를 통해, 정확한 위치로 회전된 기둥형 용기(2-3) 내의 상기 핵연료는 상기 파이프를 통해 상기 계량호퍼(3-2)로 이송된다.
바람직하게, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치(6)는, 적외선 위치 센서, 모터에 의해 구동되는 체인 및 상기 체인 상에 장착되는 여러개의 재료 탱크(6-2)를 포함하고; 적외선 위치 센서는 상기 여러개의 재료 탱크(6-2)의 탱크입구가 상기 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치(1)의 이송구(6-1), 상기 핵연료 입자 정밀 정량장치(3)의 계량호퍼(3-2)의 방출구, 상기 1차교반장치(4) 및 상기 방출 몰딩장치(5)에 각각 대응되는지 여부를 확정한다. 체인은 모터에 의해 구동되어, 체인 상의 여러개의 재료 탱크(6-2)를 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치(1)의 이송구(6-1)와 상기 핵연료 정밀 정량장치(3)의 계량호퍼(3-2)의 방출구로부터 1차교반장치(4)로 이송하고, 1차교반된 혼합물을 다시 방출 몰딜장치(5)로 이송한다.
바람직하게, 도5에 도시된 바와 같이, 상기 2차교반장치(7)는, 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료가 충만된 코어 볼 몰드(7-0)를 안착시키는 베이스 플레이트(7-1), 지지대(7-3) 및 상기 지지대 상에 설치된 회전 가능한 교반헤드(7-2)를 포함하고; 상기 교반헤드(7-2)는 상기 코어 볼 몰드(7-0)의 캐비티에 삽입되며; 작동시 상기 교반헤드(7-2)는 모터에 의해 구동되어 상기 코어 볼 몰드(7-0) 내의 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 교반하고; 상기 베이스 플레이트(7-1)는 상기 모터에 의해 구동되어 회전 할 수 있으며, 상기 베이스 플레이트(7-1)의 회전방향과 상기 교반헤드(7-2)의 회전방향은 서로 상반된다.
바람직하게, 도6에 도시된 바와 같이, 상기 코어 볼 압축장치(8)는 상하로 이동 가능한 외부 슬리브(8-1), 상기 외부 슬리브(8-1) 내에 고정된 상부 펀치(8-2) 및 상하로 이동 가능한 하부 펀치(8-3)를 포함하고; 상기 코어 볼 몰드의 외경은 각각 상기 외부 슬리브(8-1)의 내경, 상기 상부 펀치(8-2)의 외경 및 상기 하부 펀치(8-3)의 외경과 동일하다. 외부 슬리브(8-1)는 실린더에 의해 상하로 슬라이딩 될 수 있고, 스트로크는 300mm이하이며, 하부 펀치(8-3)는 유압에 의해 상하로 슬라이딩 될 수 있고, 펀치 상의 압력은 40-120Kpa일 수 있다.
상세하게, 도7에 도시한 바와 같이, 상기 무연료 영역 몰딩 시스템은 코어 볼 로케이팅 이송장치(9), 코어 볼 로케이팅 전이장치(12), 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치 및 무연료 영역 몰딩장치를 포함하고; 상기 코어 볼 로케이팅 이송장치(9)와 상기 코어 볼 로케이팅 전이장치(12)는 상기 코어 볼을 상기 무연료 영역 몰딩장치로 전이시키고; 상기 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치는 상기 매트릭스 파우더를 상기 무연료 영역 몰딩장치로 이송하며; 상기 무연료 영역 몰딩장치는 상기 매트릭스 파우더로 상기 코어 볼을 커버하여 상기 구형 연료소자를 제조한다.
바람직하게, 도8에 도시된 바와 같이, 상기 코어 볼 로케이팅 이송장치(9)는 로케이팅 회전가능한 원판(9-1)을 포함하고, 원판(9-1) 상에는 상기 코어 볼을 안착시키는 여러개의 보스(9-2)가 균일하게 분포되어 있으며; 바람직하게, 원판 상에는 코어 볼을 안착시키는 12개의 보스(9-2)가 균일하게 분포되고, 원판(9-1)의 로케이팅 회전은 실린더의 구동을 통해 실현될 수 있다. 상기 코어 볼 로케이팅 전이장치(12)는 1개의 그리퍼(12-1) 및 상기 그리퍼(12-1)를 구동하여 수평 및 수직 방향으로 이동시키는 암(12-2)을 포함하고; 상기 그리퍼(12-1)는 수평방향으로 상기 코어 볼 로케이팅 이송장치(9)의 보스(9-2)의 직상방과 상기 무연료 영역 몰딩장치의 몰드의 직상방까지 이동될 수 있다. 바람직하게, 무연료 영역 몰딩장치는 하반구 무연료 영역 몰딩장치(11) 및 상반구 무연료 영역 몰딩장치(14)를 포함한다. 상기 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치는 하반구 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치(10) 및 상반구 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치(13)를 포함한다. 그리퍼(12-1)는 암(12-2)를 따라 수평방향으로 일 단은 코어 볼 로케이팅 이송장치(9)에서 어느 하나의 코어 볼이 안착되는 직상방에 위치하고, 타 단은 하반구 무연료 영역 몰딩장치(14)상의 몰드의 직상방에 위치한다. 해당 장치는 코어 볼의 캡처, 상승, 수평이동, 하강, 안착 등 작동을 순차적으로 완성할 수 있다.
바람직하게, 상기 무연료 영역 몰딩장치는, 몰드를 안착시키기 위한 움직이는 베이스 플레이트(11-1）, 매트릭스 파우더 재료의 위치를 탐측하는 탐침 및 상기 구형 연료소자를 성형시키는 원호형의 블레이드(11-3)를 포함하고; 상기 원호형의 블레이드(11-3)의 원심은 상기 몰드의 수직 축심선상에 위치한다. 바람직하게, 상기 하반구 무연료 영역 몰딩장치(11)는, 최종 압축몰드의 하반 몰드를 안착시키기 위한 하나의 회전 가능한 베이스 플레이트(11-1), 실린더에 의해 상하 이동 가능한 하나의 지지대(11-2) 및 지지대의 하부에 수직으로 고정된 하나의 원호형 블레이드(11-3)를 포함하고, 상기 베이스 플레이트(11-1)은 모터의 구동을 통해 회전한다. 상기 이동 지지대(11-2)의 하부에는 매트릭스 파우더 재료의 위치를 탐측하는 한 쌍의 탐침이 설치되고, 매트릭스 파우더가 탐침의 위치에 도달할 경우, 상기 하반구 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치(10)는 작동을 정지하는 동시에 실린더는 이동 지지대를 밀어 상승시킨다. 바람직하게, 상반구 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치(13)는 최종 압축몰드의 상반 몰드를 안착시키기 위한 하나의 베이스 플레이트(13-1), 매트릭스 파우더 재료의 위치를 탐측하는 한 쌍의 탐침(13-2)을 포함하고, 상기 베이스 플레이트(13-1)은 모터의 구동을 통해 회전할 수 있으며, 상기 탐침은 최종 압축몰드의 파우더 투입구에 위치하고, 매트릭스 파우더가 탐침위치에 도달할 경우, 상기 상반구 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치(13)는 작동을 정지한다. 바람직하게, 상기 상, 하반구 무연료 영역 몰딩장치에는 각각 4개의 베이스 플레이트가 설치될수 있고, 4개의 베이스 플레이트는 회전판 상에 균일하게 분포되며, 4개의 베이스 플레이트는 각각 하반 몰드의 무연료 영역 몰딩, 코어 볼을 안착하고 상반 몰드를 덮고, 상반 몰드의 무연료 영역 몰딩, 몰드의 교체에 사용될 수 있다.
무연료 몰딩 시스템을 통과하여 몰딩된 최종 압축몰드는 마지막으로 그린 볼 압축 시스템을 통과하고, 300Mpa이상의 압력에서 직경이 목표 크기보다 약간 큰 그린 볼을 제조하며, 그린 볼 압축 시스템은 진공 준등정압 압축기일 수 있다.
상술한 구형 연료소자 성형장치를 이용하여 구형 연료소자 몰딩 및 그린 볼 압축을 진행하는 과정은 아래와 같다:
S1: 한 로트의 흑연을 코어 볼 매트릭스 파우더와 무연료 영역 매트릭스 파우더로 하여, 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치의 제1호퍼와 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치에 각각 장입한다;
S2: 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치상의 재료 탱크가 나선형 공급기의 직하방에 위치할 경우, 일정한 량의 흑연 매트릭스 파우더는 자동적으로 재료 탱크 내에 투입된다;
S3: 250g의 U를 함유하는 핵연료 입자의 중량의 98%를 핵연료 입자 균분장치의 제2호퍼에 넣고, 이를 50등분으로 나누어서 기둥형 용기에 저장하며; 나머지 2%의 핵연료 입자를 진동 공급기에 투입하고, 기둥형 용기의 회전을 통해, 기둥형 용기 내의 핵연료 입자를 저울의 저부에 걸려있는 계량호퍼에 유입하고, 미세한 조정이 필요한 량은 진동 공급기를 통해 투입한다;
S4: 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치의 이송체인상의 재료 탱크가 계량호퍼의 직하방까지 운행하게 되면, 계량호퍼의 핵연료 입자는 정량 흑연 매트릭스 파우더를 함유하는 재료 탱크내에 투입된다;
S5: 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치의 이송체인은 핵연료 입자 및 흑연 매트릭스 파우더를 함유하는 재료 탱크를 1차교반장치의 워크 스테이션에 이송하고, 1차교반장치는 핵연료 입자 및 흑연 매트릭스 파우더를 균일하게 교반한다;
S6: 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치의 이송체인은 교반된 핵연료 입자 및 흑연 매트릭스 파우더를 방출 몰딩장치로 이송하고, 방출 몰딩장치는 교반된 핵연료 입자 및 흑연 매트릭스 파우더를 코어 볼 몰드에 충만한다;
S7: 재료가 충만된 코어 볼 몰드를 2차교반장치상에 안착시켜 교반한다;
S8: 재료가 충만된 코어 볼 몰드를 코어 볼 압축장치상에 안착시키고 압축하여 코어 볼을 제조하며, 압축된 코어 볼을 코어 볼 로케이팅 이송장치의 보스에 안착시킨다;
S9: 무연료 영역 몰딩장치를 가동시키고, 무연료 영역 몰딩장치의 회전판은 90도 회전하여, 원판상의 베이스 플레이트를 구동하여 이동시키고, 베이스 플레이트 내의 하반 몰드가 다음 워크 스테이션을 진행하게 하며, 정량의 흑연 매트릭스 파우더는 하반구 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치를 통해 하반 몰드 내로 이송된다;
S10: 코어 볼 로케이팅 전이장치를 가동시키고, 암은 그리퍼를 제어하여 미리 압축하여 획득한 코어 볼을 흑연 매트릭스 파우더가 함유된 하반 몰드에 넣고, 코어 볼는 몰드 캐비티의 중간 위치에 놓인다;
S11: 상반 몰드를 커버하고, 무연료 영역 몰딩장치의 회전판을 가동하여 다시 90도 회전시키며, 몰드가 다음 워크 스테이션을 진행하게 하고, 상반구 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치는 몰드 캐비티 내에 정량의 흑연 매트릭스 파우더를 주입한다;
S12: 다음, 무연료 영역 몰딩장치의 회전판상에서 몰드를 떼어내고, 진공 준등정압 압축기에 넣어 압축하여 그린 볼을 제조한다.
본 발명이 제공하는 구형 연료소자 성형장치는， 공정 순서의 작업 라인에 따라 분포되고, 구성이 콤팩트하고 작동이 편리하며, 각 장치의 연결이 합리하고, 장치의 작동은 우수한 논리적 관계를 가지며, 자동화를 용이하게 실현할 수 있다. 무연료 영역 몰딩 시스템을 통해, 최종 압축하여 획득한 구형 슬라브의 구형도가 우수하고, 작은 가공 여분만 수요되고, 매트릭스 흑연 파우더의 낭비를 감소하고, 연료소자의 원가를 절감한다. 또한, 핵연료 균분장치와 핵연료 입자 정밀 정량장치를 통해 획득한 핵연료와 매트릭스 파우더의 배합비는 정확하므로, 본 발명의 구형 연료소자 성형장치를 사용하여 제조한 구형 연료소자의 완제품의 비율이 높다.
이상 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 전제하에서 다양한 보정과 변형을 진행할 수 있고, 이러한 보정과 변형은 모두 첨부된 청구범위에서 한정한 범위 내에 속한다.
Claims (10)
- 순차적으로 연결된 코어 볼 매트릭스 파우더와 핵연료 입자를 균일하게 혼합한 후 압축하여 코어 볼을 제조하는 연료 영역 성형 시스템;
무연료의 매트릭스 파우더로 상기 코어 볼을 커버하여 구형 연료소자를 제조하는 무연료 영역 몰딩 시스템; 및
구형 연료소자를 압축하여 그린 볼을 제조하는 그린 볼 압축 시스템을 포함하고,
상기 연료 영역 성형 시스템은, 순차적으로 설치된 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치(1), 핵연료 입자 균분장치(2), 핵연료 입자 정밀 정량장치(3), 1차교반장치(4), 방출 몰딩장치(5), 2차교반장치(7) 및 코어 볼 압축장치(8)를 포함하고;
상기 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치(1), 핵연료 입자 정밀 정량장치(3), 1차교반장치(4) 및 방출 몰딩장치(5) 사이는 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치(6)를 통해 연결되며;
상기 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치(1)는 상기 코어 볼 매트릭스 파우더를 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치(6)로 정량 이송하고; 상기 핵연료 입자 균분장치(2) 및 핵연료 입자 정밀 정량장치(3)는 상기 핵연료를 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치(6)로 정밀 정량 이송하며; 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치(6)는 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 상기 1차교반장치(4)로 이송하고; 상기 1차교반장치(4)는 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 균일하게 교반하며; 상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치(6)는 상기 1차교반장치(4)를 통과한 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 상기 방출 몰딩장치(5)로 이송하고; 상기 방출 몰딩장치(5)는 균일하게 교반된 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 코어 볼 몰드에 채우며; 상기 2차교반장치(7)는 상기 코어 볼 몰드 내의 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 교반하고; 상기 코어 볼 압축장치(8)는 상기 코어 볼 몰드 내의 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 압축하여 코어 볼을 제조하는 것을 특징으로 하는 구형 연료소자 성형장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 코어 볼 매트릭스 파우더 정량 이송장치(1)는, 상기 코어 볼 매트릭스 파우더를 저장하는 제1호퍼 및 상기 제 1 호퍼의 저부에 위치하는 나선형 공급기를 포함하고,
상기 코어 볼 매트릭스 파우더의 이송량은 상기 나선형 공급기의 공급 시간에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 구형 연료소자 성형장치.
- 제1항에 있어서,
상기 핵연료 입자 균분장치(2)는, 핵연료를 공급받는 회전하는 제2호퍼(2-1), 상기 제2호퍼(2-1)에 연결되는 분배관(2-2) 및 상기 분배관(2-2)에서 분배하는 상기 핵연료를 공급받는 복수개의 기둥형 용기(2-3)를 포함하고;
상기 핵연료 입자 정밀 정량장치(3)는, 저부 서스펜션 기능이 구비된 저울(3-1), 상기 저울의 저부에 걸려있는 계량호퍼(3-2) 및 상기 계량호퍼(3-2)에 핵연료를 투입하며 핵연료를 저장하는 진동 공급기(3-3)를 포함하며;
상기 기둥형 용기(2-3)의 저부에는 파이프가 설치되고, 상기 복수개의 기둥형 용기(2-3)의 회전을 통해, 정확한 위치로 회전된 상기 기둥형 용기(2-3) 내의 상기 핵연료는 상기 파이프를 통해 상기 계량호퍼(3-2)에 이송되는 것을 특징으로 하는 구형 연료소자 성형장치.
- 제1항에 있어서,
상기 재료 탱크 워크 스테이션 이송장치(6)는, 적외선 위치 센서, 모터에 의해 구동되는 체인 및 상기 체인 상에 장착되는 여러개의 재료 탱크(6-2)를 포함하고;
상기 적외선 위치 센서는 상기 여러개의 재료 탱크(6-2)의 탱크입구가 상기 코어 볼의 매트릭스 파우더 정량 이송장치(1)의 이송구, 상기 핵연료 입자 정밀 정량장치(3)의 계량호퍼(3-2)의 방출구, 상기 1차교반장치(4) 및 상기 방출 몰딩장치(5)에 각각 대응되는지 여부를 확정하는 것을 특징으로 하는 구형 연료소자 성형장치.
- 제1항에 있어서,
상기 2차교반장치(7)는, 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료가 충만된 코어 볼 몰드(7-0)를 안착시키기 위한 베이스 플레이트(7-1), 지지대(7-3) 및 상기 지지대 상에 설치된 회전 가능한 교반헤드(7-2)를 포함하고;
상기 교반헤드(7-2)는 상기 코어 볼 몰드(7-0)의 캐비티에 삽입되며;
작동시 상기 교반헤드(7-2)는 모터에 의해 구동되어 상기 코어 볼 몰드(7-0) 내의 상기 코어 볼 매트릭스 파우더와 상기 핵연료를 교반하고; 상기 베이스 플레이트(7-1)는 상기 모터에 의해 구동되어 회전하며, 상기 베이스 플레이트(7-1)의 회전방향과 상기 교반헤드(7-2)의 회전방향은 서로 상반되는 것을 특징으로 하는 구형 연료소자 성형장치.
- 제1항에 있어서,
상기 코어 볼 압축장치(8)는, 상하로 이동 가능한 외부 슬리브(8-1), 상기 외부 슬리브(8-1) 내에 고정된 상부 펀치(8-2) 및 상하로 이동 가능한 하부 펀치(8-3)를 포함하고;
상기 코어 볼 몰드(7-0)의 외경은 각각 상기 외부 슬리브(8-1)의 내경, 상기 상부 펀치(8-2)의 외경 및 상기 하부 펀치(8-3)의 외경과 동일한 것을 특징으로 하는 구형 연료소자 성형장치.
- 제1항, 제3항, 제4항, 제5항, 제6항, 제7항중의 어느 한 항에 있어서,
상기 무연료 영역 몰딩 시스템은, 순차적으로 설치된 코어 볼 로케이팅 이송장치(9), 코어 볼 로케이팅 전이장치(12), 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치 및 무연료 영역 몰딩장치를 포함하고;
상기 코어 볼 로케이팅 이송장치는 상기 코어 볼 로케이팅 전이장치를 통해 상기 무연료 영역 몰딩장치에 연결되며; 상기 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치는 상기 무연료 영역 몰딩장치에 연결되고;
상기 코어 볼 로케이팅 이송장치(9)와 상기 코어 볼 로케이팅 전이장치(12)는 상기 코어 볼을 상기 무연료 영역 몰딩장치로 전이시키고; 상기 무연료 영역 매트릭스 파우더 정량 이송장치는 상기 매트릭스 파우더를 상기 무연료 영역 몰딩장치로 이송하며; 상기 무연료 영역 몰딩장치는 상기 매트릭스 파우더로 상기 코어 볼을 커버하여 상기 구형 연료소자를 제조하는 것을 특징으로 하는 구형 연료소자 성형장치.
- 제8항에 있어서,
상기 코어 볼 로케이팅 이송장치(9)는 로케이팅 회전하는 원판(9-1)을 포함하고, 원판상에는 상기 코어 볼을 안착시키기 위한 여러개의 보스(9-2)가 균일하게 분포되어 있으며;
상기 코어 볼 로케이팅 전이장치(12)는, 1개의 그리퍼(12-1) 및 상기 그리퍼(12-1)를 구동하여 수평 및 수직방향으로 이동시키는 암(12-2)을 포함하고;
상기 그리퍼(12-1)의 수평방향으로의 이동범위는 상기 코어 볼 로케이팅 이송장치(9)의 보스(9-2)의 직상방으로부터 상기 무연료 영역 몰딩장치의 몰드의 직상방까지인 것을 특징으로 하는 구형 연료소자 성형장치.
- 제8항에 있어서,
상기 무연료 영역 몰딩장치는 몰드을 안착시키기 위한 움직이는 베이스 플레이트, 매트릭스 파우더 재료의 위치를 탐측하는 탐침 및 상기 구형 연료소자를 성형시키는 원호형의 블레이드를 포함하고;
상기 원호형의 블레이드의 원심은 상기 몰드의 수직 축심선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 구형 연료소자 성형장치.
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