KR102115389B1

KR102115389B1 - 토출 장치 및 용융물 토출 제어 방법

Info

Publication number: KR102115389B1
Application number: KR1020190021263A
Authority: KR
Inventors: 최정훈; 이기락; 한승엽; 박환서
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-05-27

Abstract

본 발명에 따른 토출 장치는, 용융물이 수용될 수 있는 내부공간을 구비하는 수용부; 및 상기 용융물이 상기 내부공간의 외부로 토출될 수 있도록 연통된 토출공과, 상기 토출공을 통해 배출되는 용융물을 냉각하는 냉매가 주입되어 유동하도록 상기 토출공을 둘러싸며 형성되는 냉각유로를 구비하는 토출부를 포함한다.

Description

토출 장치 및 용융물 토출 제어 방법 {DISCHARGE APPARATUS AND CONTROLLING METHOD OF MELT DISCHARGE}

본 발명은 용융물의 토출 장치 및 토출 제어 방법에 관한 것이다.

방사성폐기물을 안정한 형태로 고화하기 위한 기술 중 하나로서, 유리화(vitrification) 공정에 관한 개발이 이루어지고 있다. 유리화공정은 JHCM(Joule Heated Ceramic Melter) 혹은 CCIM(Cold Crucible Induction Melter)등의 가열방식을 이용하여 폐기물 및 유리매질을 용융하여 고온 용융물을 형성하고, 토출부(Drain or Pouring system)를 통하여 고온 용융물을 금속 캐니스터에 토출하여 방사성폐기물을 담지한 유리고화체를 제조하는 공정이다.

기존의 유리화공정의 토출공정은 가열로 하부 및 금속 캐니스터를 감압하여 용탕내의 고온 용융물을 금속캐니스터로 이송하는 방식을 이용하거나, 토출부 주변에 세라믹 히터 혹은 유도가열로를 설치하여 토출부 내부에 냉각되어 있는 유리를 가열하여 고온 용융물을 토출하는 방식을 이용한다. 이러한 토출부는 상부에서 금속봉을 탈착하여 토출부를 개폐함으로써 토출공정을 제어하거나, 볼밸브를 이용하여 냉각된 유리를 파쇄하며 토출공정을 제어하는 방식으로 토출공정을 제어한다.

상기의 방식 중 감압을 이용하는 토출공정은 감압장치, 이송부 가열장치, 기타 모니터링 장치 등 부대장치가 많이 필요하며, 감압이 불가능한 가열로의 경우 적용이 어렵는 문제가 있다. 가열을 이용하는 경우, 한번 토출이 시작될 경우 물리적으로 토출부를 차단하지 않는 이상 토출을 종료할 수 없다는 단점이 있다. 따라서 한번 용융하면 전부 토출해야하는 배치 운전에는 적절하나, 가열로 내부에 용탕을 유지해야 하는 연속 공정에는 적절하지 않다. 또한 관련 가열장치의 잦은 고장도 문제가 된다.

기계식 토출부의 경우 고온 환경에 의한 금속의 부식문제가 있으며, 열적 변형에 의하여 토출부 개폐가 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다. 또한 유리가 냉각되면 기계적 장치에 고착되어 기계부의 구동이 불가한 상황이 발생할 수도 있다.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 간단한 구조로 토출공정의 제어가 가능한 용융물의 토출 장치 및 토출 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 토출 장치는, 용융물이 수용될 수 있는 내부공간을 구비하는 수용부; 및 상기 용융물이 상기 내부공간의 외부로 토출될 수 있도록 연통된 토출공과, 상기 토출공을 통해 배출되는 용융물을 냉각하는 냉매가 주입되어 유동하도록 상기 토출공을 둘러싸며 형성되는 냉각유로를 구비하는 토출부를 포함한다.

또는, 본 발명의 실시예에 따른 토출 장치는, 용융물이 수용될 수 있는 내부공간을 구비하는 수용부; 및 상기 용융물이 상기 내부공간의 외부로 토출될 수 있도록 연통된 복수의 토출공과, 냉매가 주입되어 상기 토출공을 통해 배출되는 용융물을 냉각하도록 상기 토출공을 둘러싸며 형성되는 냉각공간을 구비하는 토출부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 용융물 토출 제어 방법은, 물질을 가열하여 용융물을 마련하는 단계; 상기 용융물을 토출공을 통해, 상기 토출공의 일단으로부터 타단으로 토출하는 단계; 상기 토출공의 주변으로 상기 냉매가 유동하도록 하여, 상기 토출공을 통과하는 용융물이 유리화된 스컬을 상기 토출공에 형성함으로써 상기 토출공을 폐쇄하는 단계; 및 더 가해진 용융물이 상기 스컬을 용융해 상기 토출공을 개방하도록, 상기 냉매의 유동을 차단하는 단계를 포함한다.

이에 따라, 복잡한 기계적 구성 없이 간단한 구조로도 토출공정이 손쉽게 제어될 수 있다.

토출부를 모듈화하여, 수용부로부터 쉽게 장착 및 탈착이 가능하여 쉬운 유지보수가 가능하다.

토출량은 토출공의 수와 비례하기 때문에, 상기의 제어방법을 이용하여 다량의 토출공이 형성된 토출부를 이용할 시, 유리화공정 및 기타 용융공정의 대용량 토출공정에 쉽게 적용 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치의 하판을 제거한 상태에서 바라본 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 토출 장치의 하판을 제거한 상태에서 바라본 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치로부터 용융물이 배출되는 상황을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치로부터 용융물이 배출되지 않도록 스컬이 형성된 상황을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 장치의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 장치를 프레임과 같이 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 장치의 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 장치의 횡단면도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

일 실시예

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치(1)의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치(1)의 측면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치(1)를 하판(29)을 제거한 상태에서 바라본 정면도이다. 도 3은 도 2에서 A-A' 선을 따라 토출 장치(1)를 바라본 도면일 수 있다.

도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치(1)에 대해서 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치(1)는, 수용부(10)와 토출부(20)를 포함한다.

수용부(10)

수용부(10)는 용융물(M)이 수용될 수 있는 내부공간(11)을 구비하는 구성요소로, 도시된 것과 같이 그 몸체(12)가 속이 빈 원통형으로 형성될 수 있다. 수용부(10)의 몸체(12)는 후술할 토출공(22)을 통해 용융물(M)이 배출되는 방향인 기준방향(D)을 따라 연장된 원통의 형태로 형성될 수 있다. 따라서 내부공간(11) 역시 기준방향(D)을 따라 연장된 원통의 형태로 형성될 수 있다.

내부공간(11)에는 용융물(M)을 생성하기 위한 물질들이 유입될 수 있고, 그 몸체(12)가 열원에 의해 가열됨에 따라 물질들을 용융시켜 용융물(M)을 형성할 수 있다. 상기 물질로는 방사성폐기물과 유리물질이 있을 수 있고, 방사성폐기물과 유리물질이 같이 용융된 후 냉각됨에 따라 처리 가능한 형태로 유리화될 수 있다. 도 2에서는 이해를 돕기 위해, 수용부(10)의 중간 영역을 종으로 잘라 단면을 도시하여, 내부공간(11)에 수용된 용융물(M)을 표현하였다.

기준방향(D)을 따라, 수용부(10)의 말단인 일단에는 토출부(20)가 배치될 수 있고, 토출부(20)가 배치되는 일단의 반대측에 위치한 수용부(10)의 타단에는, 플랜지(13)가 배치될 수 있다. 플랜지(13)는 기준방향(D)을 가로지르는 방향으로 연장된 판형으로 형성될 수 있다. 플랜지(13)는 원통형으로 형성된 수용부(10)의 몸체(12)의 경방향 외측으로 돌출된 형태로 형성될 수 있어, 후술할 프레임(30)에 걸려 본 발명의 토출 장치(1)를 고정하는 구조로 작용할 수 있다.

수용부(10)의 타단은 개방되어, 용융물(M)을 생성하기 위한 물질들이 유입될 수 있는 개구를 가질 수 있다. 수용부(10)의 일단은 토출부(20)에 의해 차단될 수 있다.

토출부(20)

토출부(20)는 용융물(M)이 외부로 토출되되 냉각될 수 있도록 형성된 구성요소이다. 토출부(20)는 토출공(22)을 구비한다. 토출공(22)은 용융물(M)이 내부공간(11)의 외부로 토출될 수 있도록, 내부공간(11)과 외부를 연통하여 형성되는 구멍이다. 토출공(22)은 복수로 구성될 수 있다.

토출공(22)은 기준방향(D)을 따라 연장되고, 기준방향(D) 일단과 그 반대단이 각각 외부와 내부공간(11)에 연통된 형태로 형성될 수 있다. 또한 복수의 토출공(22)은, 기준방향(D)에 수직한 일 방향 및 상기 일 방향과 기준방향(D)에 수직한 방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다. 도면에서 토출공(22)은 총 21개가 형성되어, 격자형으로 서로 소정의 간격을 두고 배치된 것으로 도시하였으나, 그 개수 및 배치가 이에 제한되지는 않는다.

토출부(20)는 토출공(22)을 통해 배출되는 용융물(M)을 냉각하는 냉매가 주입되어 유동하도록 토출공(22)을 둘러싸며 형성되는 냉각유로(21)를 구비한다. 냉각유로(21)와 토출공(22)을 서로 구분하기 위해, 냉각유로(21)와 토출공(22)의 사이에 토출벽(27)이 형성된다. 토출벽(27)은, 토출부(20)가 포함하는 외벽(26)의 내부에 배치되되, 토출공(22)을 각각 둘러싸서 정의하고, 냉각유로(21)에 의해서 둘러싸인다. 토출공(22)이 복수로 구성될 수 있으므로, 토출벽(27) 역시 복수로 구성될 수 있다.

복수의 토출벽(27) 중 임의의 하나를, 인접한 다른 토출벽(27)과 연결하거나, 토출벽(27)을 외벽(26)과 연결하는 격벽(25)이 복수 개 더 구비될 수 있다. 각 격벽(25)은 2개의 토출벽(27)을 서로 연결하거나, 1개의 토출벽(27)과 외벽(26)의 내측면을 연결한다. 그러나 모든 토출벽(27)이 격벽(25)에 의해서 인접한 토출벽(27)이나 외벽(26)의 내측면에 연결되는 것은 아닐 수 있고, 격벽(25)과 연결되지 않은 토출벽(27)이 존재할 수도 있다.

냉각유로(21)는, 토출부(20)의 내측면에 의해 정의될 수 있다. 여기서 토출부(20)의 내측면이란, 외벽(26)의 내측면, 격벽(25)의 외측면, 토출벽(27)의 외측면 및 토출공(22)이 관통하는 상판(28) 및 하판(29)의 내측면을 의미할 수 있다. 그러나 토출부(20)는, 상판(28), 하판(29) 및 외벽(26)으로 구분되는 두께가 있는 판형이 아니라, 일체형의 반구체 등으로도 형성될 수 있다.

냉각유로(21)는, 분기(分岐)되지 않는 단일의 유로로 형성될 수 있다. 냉각유로(21)로 냉매가 주입되도록, 냉각유로(21)와 외부를 연통하는 냉매 유입구(23) 및 냉각유로(21)로부터 냉매가 배출되도록, 냉각유로(21)와 외부를 연통하는 냉매 유출구(24)가, 상판(28)과 하판(29)을 제외한 다른 면인 외벽(26)에 형성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 이러한 냉매 유입구(23)를 통해서 유입된 냉매가 단일의 냉각 유로를 통해서 냉매 유출구(24)를 통해 배출되는 경로가 화살표로 도시되어 있다.

냉각유로(21)의 적어도 일부는, 토출부(20)의 중심으로부터 토출부(20)의 경방향 외측으로 돌아나가는 형상으로 형성될 수 있다. 도면을 참조하면, 냉각유로(21)는 토출부(20)의 외측에 위치한 냉매 유입구(23)로부터 중심으로 향한 뒤, 중심으로부터 반시계방향 또는 시계방향으로 돌아서 점차 외측으로 나가는 형태로 형성될 수 있다.

이러한 형태로 냉각유로(21)가 형성됨에 따라, 유입된 냉매가 냉각유로(21)를 따라서 유동하여, 토출공(22)을 통해 배출되는 용융물(M)을 냉각하여 스컬(skull)화 할 수 있다.

토출부(20)는 두께가 있는 원판형으로 형성될 수 있다. 따라서 상판(28) 및 하판(29)이 원형으로 형성되고, 외벽(26)이 원형의 단면을 가지는 띠형으로 형성될 수 있다. 원판형으로 토출부(20)가 형성될 때, 냉매 유입구(23)와 냉매 유출구(24)가 서로 이격된 거리는, 외벽(26)을 기준방향(D)에 수직한 평면으로 자른 단면에서 형성되는 원주의 길이의 4분의 1보다 작을 수 있다.

기준방향(D)에 수직한 평면으로 토출부(20)를 자른 단면적은, 기준방향(D)에 수직한 평면으로 수용부(10)를 자른 단면적보다 작을 수 있다. 따라서 수용부(10)와 토출부(20)의 경계에서 단차가 발생하여, 프레임(도 5의 30)에 토출 장치(1)가 걸쳐지고 고정될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 토출 장치(1)를 하판(29)을 제거한 상태에서 바라본 정면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 토출 장치(1)의 모든 토출벽(27)들은, 격벽(250)에 의해서 인접한 토출벽(27) 또는 외벽(26)의 내측면에 연결되어, 냉각유로(210)를 형성한다. 따라서 일 실시예의 변형예에 따른 냉매 유입구(23)와 냉매 유출구(240)가, 본 발명의 일 실시예의 냉매 유입구(23) 및 냉매 유출구(24)의 거리보다 먼 거리를 가진다.

토출 제어 방법

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치(1)로부터 용융물(M)이 배출되는 상황을 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치(1)로부터 용융물(M)이 배출되지 않도록 스컬(S)이 형성된 상황을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토출 장치(1)를 프레임(30)에 설치할 수 있다. 프레임(30)은 토출 장치(1)가 고정되도록 마련된 구성요소로, 토출 장치(1)의 토출부(20)와 수용부(10)의 경계에서 형성된 단턱 또는 플랜지(13)가 걸쳐져 고정될 수 있는 구조를 가지고, 토출부(20)가 삽입될 수 있는, 개구된 구멍을 가질 수 있다. 기준방향(D)이 연직 방향과 나란해지도록 토출 장치(1)가 프레임(30)에 배치될 수 있다.

프레임(30)에 토출 장치(1)가 설치되고, 수용부(10)의 내부 공간으로 용융물(M)을 생성하기 위한 물질이 투입되어 수용된다. 기준방향(D)을 따라 수용부(10)의 타단이 개방되어 있으므로, 수용부(10)의 타단을 통해 물질이 투입될 수 있다. 물질은 방사성폐기물과 유리물질을 포함할 수 있다.

토출 장치(1)의 수용부(10)가 가열된다. 수용부(10)가 가열됨에 따라, 물질이 녹아 용융물(M)이 마련된다.

물질을 가열하여 용융물(M)이 마련되는 단계 이후, 용융물(M)을 토출공(22)을 통해, 토출공(22)의 일단으로부터 타단으로 도 5와 같이 토출한다. 수용부(10)의 타단에 배출부가 배치되고, 배출부의 토출공(22)들이 수용부(10)의 내부공간(11)과 외부를 연직방향과 나란한 기준방향(D)을 따라 연통하고 있으므로, 용융물(M)의 자중에 의해 용융물(M)이 외부로 배출될 수 있다. 배출된 용융물(M)은 용기(미도시)에 담겨, 굳어서 유리 상태의 고체로 형성될 수 있고, 용이하게 처리가 가능하다.

용융물(M)이 토출공(22)을 통해 배출되는 중, 용융물(M)의 배출을 중단하여야 되는 상황이 발생할 수 있다. 이 때, 토출공(22)의 주변으로 냉매가 유동하도록 하여, 토출공(22)을 통과하는 용융물(M)이 냉각되도록 한다. 냉매 유입구(23)를 통해 냉매가 유입되도록 하여, 냉매가 냉각유로(21)로 유입되고, 냉각유로(21)를 따라 냉매가 유동하여, 토출공(22)의 주변으로 냉매가 흐르며 열교환이 일어난다. 따라서 토출공(22)을 통해 배출되던 용융물(M) 및 토출공(22) 상부의 용융물(M)이 냉각됨에 따라 굳어, 도 6과 같이 유리화된 스컬(S)을 형성한다. 스컬(S)이 토출공(22)에 형성되므로, 토출공(22)이 폐쇄되어 용융물(M)이 차단됨에 따라 용융물(M)의 토출이 중단된다.

이후 다시 용융물(M)의 토출이 필요할 때, 냉매가 토출부(20)로 주입되는 양이 줄어들거나, 냉매의 공급이 중단되어, 냉각유로(21)에서 냉매가 유동하는 것이 차단된다. 따라서 스컬(S)에 더 가해진 용융물(M)이 스컬(S)을 용융해 토출공(22)을 개방할 수 있다.

실험예에 따르면, 직경 5mm의 토출공(22)을 가지는 토출부(20)를 이용하여 950℃의 유리 용융물(M)을 토출할 경우, 30LPM 이상의 유량을 가지는 냉매가 공급되어야 스컬(S)을 형성하여 토출공(22)을 폐쇄할 수 있다. 이 때, 냉매는 공기를 포함할 수 있다. 30LPM 미만의 냉매가 공급될 경우, 스컬(S)이 형성되기는 하지만 유동성을 가지고 있는 상태여서, 연직하방으로 서서히 이동할 수 있다. 이러한 상태에서 용융물(M)을 토출하기 위해 냉매를 차단할 경우, 스컬(S)이 용융하여 토출이 시작될 때까지 약 6분이 소요된다. 토출이 진행되는 도중, 냉매를 주입하는 시점으로부터 스컬(S)이 생성되어 토출이 차단되기까지 약 1분의 시간이 소요된다.

다른 실시예

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 장치(2)의 사시도이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 장치(2)를 프레임(60)과 같이 도시한 도면이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 장치(2)의 종단면도이다. 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 장치(2)의 횡단면도이다. 달리 표현하여, 도 10은 도 9의 B-B' 선을 따라 토출 장치(2)를 자르고 바라본 도면일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 장치(2)는, 수용부(40)와 토출부(50)를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 수용부(40) 및 수용부(40)가 포함하는 내부공간(41), 몸체(42) 및 플랜지(43)는 일 실시예의 수용부(10) 및 수용부(10)가 포함하는 구성요소들과 동일 또는 유사하므로, 그 설명을 일 실시예의 수용부(10)에 대한 설명에 갈음하고, 차이점을 가지는 부분에 대해서만 추가로 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 토출부(50)의 토출공(52)은 도시된 것과 같이 5개로 형성되고, 도시된 것과 같이 토출부(50)의 중심에 위치한 토출공(52)을 중심으로 다른 토출공(52)들이 서로 대칭되는 위치에 배치될 수 있으나, 그 개수와 배치상태가 이에 제한되지는 않는다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 냉매가 주입되어 토출공(52)을 통해 배출되는 용융물(M)을 냉각하도록 토출공(52)을 둘러싸며 형성되는 냉각공간(51)을 토출부(50)가 구비한다. 토출부(50)는, 토출벽(57)으로부터 이격되되 토출벽(57)을 둘러싸는 내벽(551) 및 내벽(551)으로부터 이격되되 내벽(551)을 둘러싸는 외벽(56)을 구비할 수 있는데, 이러한 내벽(551), 외벽(56), 토출벽(57) 및 상판(58)과 하판(59)에 의해서 정의되는 공간이 냉각공간(51)이 될 수 있다. 내벽(551)과 외벽(56)은 단면이 원형으로 형성되는 띠와 같은 형태를 포함할 수 있다. 냉각공간(51)에 냉매가 주입됨에 따라, 토출공(52)을 통과하는 용융물(M)을 냉각할 수 있다.

냉각공간(51)은, 내벽(551)의 내측면과 토출벽(57)의 외측면 사이에 형성되는 내측공간(511) 및 내벽(551)의 외측면과 외벽(56)의 내측면 사이에 형성되는 외측공간(512)을 포함할 수 있다. 외측공간(512)이 내측공간(511)을 둘러싼 형태로 배치될 수 있다. 기준방향(D)에 수직한 평면으로 토출부(50)를 자른 단면에서, 내측공간(511)의 형상은 원형이고, 외측공간(512)은 내측공간(511)을 둘러싼 원환형으로 형성될 수 있다. 토출부(50)는 내벽(551)과 외벽(56)을 연결하는 연결벽(552)을 더 포함할 수 있고, 외측공간(512)은 연결벽(552)에 의해 단절되어, 단절된 환형으로 형성될 수 있다. 따라서 외측공간(512)은 연결벽(552)과 인접한 일단과 타단을 가질 수 있다.

내벽(551)에는, 내측공간(511)과 외측공간(512)을 연통하는 중간개구(553)가 형성될 수 있다. 따라서 내벽(551)에 형성된 냉매 유입구(53)를 통해 내측공간(511)으로 유입된 냉매가 유동하여 중간개구(553)를 통과해 외측공간(512)으로 유출될 수 있고, 외벽(56)에 형성된 냉매 유출구(54)를 통해 외측공간(512)의 냉매가 외부로 배출될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 장치(2)는 냉매가 내부에서 유동하는 냉매 유입관(531)과 냉매 유출관(541)을 포함할 수 있다. 냉매 유입구(53)에는 내측공간(511)으로 냉매를 유입시키는 냉매 유입관(531)이 연결될 수 있고, 냉매 유출구(54)에는 외측공간(512)으로부터 냉매가 배출되도록 형성되는 냉매 유출관(541)이 연결될 수 있다.

냉매 유입관(531)은 외벽(56)을 통과하여 내벽(551)에 연결될 수 있다. 기준방향(D)에 수직한 평면으로 토출부(50)를 자른 단면에서, 냉매 유입관(531)이 내벽(551)에 연결된 위치는, 중간개구(553)가 형성된 내벽(551) 상의 위치와 토출공(52)을 기준으로 서로 반대측일 수 있다. 따라서 냉매 유입구(53)를 통해 내부공간(41)으로 유입된 냉매는, 내측공간(511)에 위치한 토출공(52)들을 통과하는 용융물(M)을 충분히 냉각하고, 반대측에 위치한 중간개구(553)를 통해서 외측공간(512)으로 배출될 수 있다.

중간개구(553)가 형성된 위치는, 외측공간(512)이 단절됨으로써 형성된 일단과 인접하고, 냉매 유출관(541)이 외벽(56)에 연결된 위치는, 외측공간(512)이 단절됨으로써 형성된 타단과 인접할 수 있다. 따라서 외측공간(512)의 일단에 형성된 중간개구(553)를 통해 외측공간(512)이 전달받은 냉매는, 외측공간(512) 전체를 유동하며 지나가며 내측공간(511)을 냉각한 뒤, 외측공간(512)의 타단에 위치하는 냉매 유출구(54)를 통해서 배출될 수 있다. 이와 같이, 냉매가 내측공간(511) 및 외측공간(512)을 통해 유동하는 방향이, 도 10에서 화살표로 표시되었다.

이러한 본 발명의 다른 실시예에 다른 토출 장치(2)를 이용하여 토출 공정을 제어하는 방법은, 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한 내용과 동일하다. 냉매 유입관(531) 및 냉매 유출관(541)이 도 8에 도시된 것과 같이, 프레임(30)을 관통할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1, 2 : 토출 장치
10, 40 : 수용부
11, 41 : 내부공간
12, 42 : 몸체
13, 43 : 플랜지
20, 50 : 토출부
21, 210 : 냉각유로
22, 52 : 토출공
23, 53 : 냉매 유입구
24, 54, 240 : 냉매 유출구
25, 55, 250 : 격벽
26, 56 : 외벽
27, 57 : 토출벽
28, 58 : 상판
29, 59 : 하판
30 : 프레임
51 : 냉각공간
511 : 내측공간
512 : 외측공간
531 : 냉매 유입관
541 : 냉매 유출관
551 : 내벽
552 : 연결벽
553 : 중간개구
D : 기준방향
M : 용융물
S : 스컬

Claims

용융물이 수용될 수 있는 내부공간을 구비하는 수용부; 및
상기 용융물이 상기 내부공간의 외부로 토출될 수 있도록 연통된 토출공과, 상기 토출공을 통해 배출되는 용융물을 냉각하는 냉매가 주입되어 유동하도록 상기 토출공을 둘러싸며 형성되는 냉각유로를 구비하는 토출부를 포함하고,
상기 토출공은, 복수로 구성되고,
상기 토출부는, 외벽과, 상기 외벽에 의해 둘러싸인 내부에, 상기 복수의 토출공을 각각 둘러싸서 정의하되 상기 냉각유로에 의해서 둘러싸이는 복수의 토출벽과, 상기 복수의 토출벽 중 임의의 하나를, 인접한 다른 토출벽과 연결하거나 상기 외벽의 내측면에 연결하는 격벽을 복수 개 더 구비하고,
상기 냉각유로는, 상기 토출부의 내측면에 의해 정의되는, 토출 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 냉각유로는, 분기(分岐)되지 않는 단일의 유로로 형성되는, 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각유로의 적어도 일부는, 상기 토출부의 중심으로부터 상기 토출부의 경방향 외측으로 돌아나가는 형상으로 형성되는, 토출 장치.
용융물이 수용될 수 있는 내부공간을 구비하는 수용부; 및
상기 용융물이 상기 내부공간의 외부로 토출될 수 있도록 연통된 토출공과, 상기 토출공을 통해 배출되는 용융물을 냉각하는 냉매가 주입되어 유동하도록 상기 토출공을 둘러싸며 형성되는 냉각유로를 구비하는 토출부를 포함하고,
상기 토출부는,
상기 냉각유로로 상기 냉매가 주입되도록, 상기 냉각유로와 외부를 연통하는 냉매 유입구; 및
상기 냉각유로로부터 상기 냉매가 배출되도록, 상기 냉각유로와 외부를 연통하는 냉매 유출구를, 상기 토출공이 형성된 면을 제외한 다른 면에 더 구비하는, 토출 장치.
제5항에 있어서,
상기 토출부는, 상기 냉매 유입구와 상기 냉매 유출구가 배치되는 띠형의 외벽과, 상기 토출공이 관통하는 원형의 상판 및 하판을 포함하여, 원판형으로 형성되고,
상기 냉매 유입구와 상기 냉매 유출구가 서로 이격된 거리는, 상기 외벽을 상기 토출공이 연장된 방향에 수직한 평면으로 자른 단면에서 형성되는 원주의 길이의 4분의 1보다 작은, 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 토출공을 통해 상기 용융물이 배출되는 방향을 기준방향이라 할 때,
상기 토출공은, 복수로 구성되고, 상기 기준방향에 수직한 일 방향 및 상기 일 방향과 상기 기준방향에 수직한 방향을 따라 이격되어 배치되는, 토출 장치.
용융물이 수용될 수 있는 내부공간을 구비하는 수용부; 및
상기 용융물이 상기 내부공간의 외부로 토출될 수 있도록 연통된 토출공과, 상기 토출공을 통해 배출되는 용융물을 냉각하는 냉매가 주입되어 유동하도록 상기 토출공을 둘러싸며 형성되는 냉각유로를 구비하는 토출부를 포함하고,
상기 수용부는, 상기 토출부가 배치되는 상기 수용부의 일단과 반대되는 타단에 배치되되, 상기 수용부가 연장된 방향을 가로지르는 방향으로 연장된 판형으로 형성되는 플랜지를 더 구비하는, 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 토출공을 통해 상기 용융물이 배출되는 방향을 기준방향이라 할 때, 상기 기준방향에 수직한 평면으로 상기 토출부를 자른 단면적은, 상기 기준방향에 수직한 평면으로 상기 수용부를 자른 단면적보다 작은, 토출 장치.
용융물이 수용될 수 있는 내부공간을 구비하는 수용부; 및
상기 용융물이 상기 내부공간의 외부로 토출될 수 있도록 연통된 복수의 토출공과, 냉매가 주입되어 상기 토출공을 통해 배출되는 용융물을 냉각하도록 상기 토출공을 둘러싸며 형성되는 냉각공간, 상기 토출공을 둘러싸서 정의하는 토출벽, 상기 토출벽으로부터 이격되되 상기 토출벽을 둘러싸는 내벽, 및 상기 내벽으로부터 이격되되 상기 내벽을 둘러싸는 외벽을 구비하는 토출부를 포함하고,
상기 냉각공간은, 상기 내벽의 내측면과 상기 토출벽의 외측면 사이에 형성되는 내측공간 및 상기 내벽의 외측면과 상기 외벽의 내측면 사이에 형성되는 외측공간을 포함하는, 토출 장치.
삭제
제10항에 있어서,
상기 내벽에는, 상기 내측공간과 상기 외측공간을 연통하는 중간개구가 형성되는, 토출 장치.
제12항에 있어서,
상기 내측공간으로 상기 냉매를 유입시키는 냉매 유입관; 및
상기 외측공간으로부터 상기 냉매가 배출되도록 형성되는 냉매 유출관을 더 포함하는, 토출 장치.
제13항에 있어서,
상기 토출공을 통해 상기 용융물이 배출되는 방향을 기준방향이라 할 때,
상기 기준방향에 수직한 평면으로 상기 토출부를 자른 단면에서, 상기 냉매 유입관이 상기 내벽에 연결된 위치는, 상기 중간개구가 형성된 위치와 상기 토출공을 기준으로 서로 반대되는, 토출 장치.
제13항에 있어서,
상기 토출공을 통해 상기 용융물이 배출되는 방향을 기준방향이라 할 때,
상기 기준방향에 수직한 평면으로 상기 토출부를 자른 단면에서, 상기 외측공간은 단절된 환형으로 형성되고,
상기 중간개구가 형성된 위치는 상기 외측공간이 단절됨으로써 형성된 일단과 인접하고, 상기 냉매 유출관이 상기 외벽에 연결된 위치는, 상기 외측공간이 단절됨으로써 형성된 타단과 인접한, 토출 장치.
물질을 가열하여 용융물을 마련하는 단계;
상기 용융물을 토출공을 통해, 상기 토출공의 일단으로부터 타단으로 토출하는 단계;
외벽과, 상기 외벽에 의해 둘러싸이고 상기 토출공을 각각 둘러싸서 정의하는 복수의 토출벽에 의해서 정의되는 냉각유로를 통해 상기 토출공의 주변으로 냉매가 유동하도록 하여, 상기 토출공을 통과하는 용융물이 유리화된 스컬을 상기 토출공에 형성함으로써 상기 토출공을 폐쇄하는 단계; 및
더 가해진 용융물이 상기 스컬을 용융해 상기 토출공을 개방하도록, 상기 냉매의 유동을 차단하는 단계를 포함하는, 용융물 토출 제어 방법.