KR102132773B1 - 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치 및 제거방법 - Google Patents

운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치 및 제거방법 Download PDF

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Abstract

운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치 및 제거방법이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치는 환원 과정을 통해 금속형태로 전환된 금속전환체로부터 잔류염 및 분술물을 제거하기 위한 장치로서, 외부로부터 제공되는 열을 통해 상기 금속전환체에 포함된 잔류염을 용융시켜 상기 금속전환체로부터 잔류염 및 불순물을 분리하고, 외부로부터 유입된 운반기체에 의해 잔류염 및 불순물을 유동시키며, 냉각을 통하여 상기 잔류염을 분말 형태로 변환시키는 반응기; 상기 금속전환체에 포함된 잔류염을 용융시키는 열을 제공할 수 있도록 상기 반응기의 외부를 감싸도록 배치되는 가열부; 상기 반응기로부터 유입된 운반기체로부터 분말 형태의 잔류염 및 불순물을 분리하는 분리기; 및 상기 운반기체를 반응기, 분리기 및 반응기 순서로 순환시키는 펌프;를 포함하고, 상기 반응기는, 내부공간을 갖는 반응챔버와, 상기 내부공간을 반응공간과 유입공간으로 구획하고 상기 금속전환체가 상기 반응공간에 위치하도록 배치되는 가스분산판 및 상기 유입공간으로부터 상기 반응공간 측으로 운반기체가 이동할 수 있도록 상기 가스분산판에 구비되는 적어도 하나의 분사수단을 포함한다.

Description

운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치 및 제거방법{Carrier gas circulation type apparatus and method for removing residual salt and impurity}
본 발명은 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치 및 제거방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 진공 증류 방식에서 제거할 수 없었던 Li2O나 탄소 입자를 제거하여 금속전환체의 품질을 향상할 수 있는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치 및 제거방법에 관한 것이다.
파이로 공정(Pyroprocessing)은 전해환원공정을 통해 고온 용융염 매질에서 산화물 형태의 사용후 핵연료를 금속전환체로 전환함으로써 전환된 금속전환체를 후속 공정인 전해정련공정으로 공급한다.
전기화학적 공정인 이 두 공정에는 전류전달 매질인 전해질로 용융염이 사용된다. 그러나 전해환원공정은 LiCl-Li20 용융염을 전해질로 사용하는 반면 전해정련공정은 LiCl-KCl 용융염을 사용한다.
이에 따라, 연계된 두 공정에서 사용되는 전해질의 성분이 서로 다르므로, 두 공정의 연계성 향상 및 공정 안정성 확보를 위해서는 전해환원공정에서 생성된 금속전환체에 포함된 잔류 용융염이 제거될 필요가 있다.
그 일환으로, 금속전환체로부터 잔류염을 제거하는 잔류염 제거 장치가 제안되었다.
그러나, 종래의 잔류염 제거 장치는 진공 증류 방식을 이용하기 때문에 증기압이 낮은 Li2O는 진공 증류에 의해 분리되기 어려운 문제가 있으며, 온도가 상승하는 경우 금속전환체의 표면에 잔류한 Li2O가 금속전환체의 주요구성인 우라늄 금속을 재산화시키는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, Li2O를 진공 증류 방식에 비해 상대적으로 낮은 온도에서도 제거할 수 있는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치 및 제거방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 잔류염과 더불어 금속전환체의 표면에 고착된 불순물을 금속전환체로부터 분리할 수 있는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치 및 제거방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
더욱이, 본 발명은 금속전환체에 포함된 잔류염 및 불순물을 분말형태로 제거한 후 회수할 수 있는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치 및 제거방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 환원 과정을 통해 금속형태로 전환된 금속전환체로부터 잔류염 및 분술물을 제거하기 위한 장치로서, 외부로부터 제공되는 열을 통해 상기 금속전환체에 포함된 잔류염을 용융시켜 상기 금속전환체로부터 잔류염 및 불순물을 분리하고, 외부로부터 유입된 운반기체에 의해 잔류염 및 불순물을 유동시키며, 냉각을 통하여 상기 잔류염을 분말 형태로 변환시키는 반응기; 상기 금속전환체에 포함된 잔류염을 용융시키는 열을 제공할 수 있도록 상기 반응기의 외부를 감싸도록 배치되는 가열부; 상기 반응기로부터 유입된 운반기체로부터 분말 형태의 잔류염 및 불순물을 분리하는 분리기; 및 상기 운반기체를 반응기, 분리기 및 반응기 순서로 순환시키는 펌프;를 포함하고, 상기 반응기는, 내부공간을 갖는 반응챔버와, 상기 내부공간을 반응공간과 유입공간으로 구획하고 상기 금속전환체가 상기 반응공간에 위치하도록 배치되는 가스분산판 및 상기 유입공간으로부터 상기 반응공간 측으로 운반기체가 이동할 수 있도록 상기 가스분산판에 구비되는 적어도 하나의 분사수단을 포함하는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 운반기체가 펌프를 통해 반응기와 분리기 사이를 순환함으로써 환원 과정을 통해 금속형태로 전환된 금속전환체로부터 잔류염 및 분술물을 제거하기 위한 방법으로서, 반응기의 내부에서 외부로부터 제공되는 열을 통해 상기 금속전환체에 포함된 잔류염을 용융시켜 상기 금속전환체로부터 잔류염 및 불순물을 분리하고 상기 금속전환체로부터 분리된 잔류염 및 불순물이 상기 운반기체의 이동을 통해 상승하여 냉각됨으로써 상기 잔류염이 분말 형태로 변환되는 단계; 및 상기 반응기에서 운반기체와 함께 유입된 분말 형태의 잔류염 및 불순물이 분리기를 통하여 상기 운반기체로부터 분리되는 단계;를 포함하고, 상기 잔류염이 분말 형태로 변환되는 단계는, 내부공간을 갖는 반응챔버와, 상기 내부공간을 반응공간과 유입공간으로 구획하는 가스분산판 및 상기 유입공간으로부터 상기 반응공간 측으로 운반기체가 이동할 수 있도록 상기 가스분산판에 구비되는 적어도 하나의 분사수단을 포함하는 반응기를 이용하여 상기 금속전환체가 상기 반응공간에 위치하도록 배치된 상태에서 수행되는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 기존의 진공 증류 방식에 비해 상대적으로 낮은 온도에서도 Li2O나 탄소 입자를 제거할 수 있음으로써 Li2O에 의한 금속전환체의 재산화를 방지할 수 있으며, Li2O나 탄소 입자의 효율적인 제거가 가능하다.
또한, 본 발명은 금속전환체에 포함된 잔류염과 함께 금속전환체의 표면에 고착된 불순물을 운반기체를 통해 강제로 분리할 수 있음으로써 금속전환체의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명은 금속전환체에 포함된 잔류염 및 불순물을 운반기체를 통해 강제로 분리하여 분말형태로 제거한 후 회수할 수 있음으로써 공정 운전 시간을 단축할 수 있으며 잔류염 및 불순물의 분리 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1에서 'A' 부분을 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치에 적용될 수 있는 분사수단의 일형태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치에 적용될 수 있는 분사수단의 다른 형태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치에서 잔류염 및 불순물을 제거하는 상태에서의 운반기체 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치에서 분사수단을 세척하기 위하여 운반기체가 서지탱크에 저장되는 경우를 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치에서 서지탱크에 저장된 운반기체를 통해 분사수단이 세척되는 상태에서의 운반기체 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 금속산화물의 환원 반응에서 전해질로 사용된 용융염의 성분으로서, 환원 반응을 통해 생성된 금속전환체에 포함된 잔류염을 제거할 수 있다.
또한, 환원 과정을 통해 금속형태로 전환된 금속전환체로부터 Li2O 및 잔류염 등과 더불어 탄소 입자 등과 같이 금속전환체에 고착된 불순물을 제거할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 도 1에 도시된 바와 같이 반응기(110), 가열부(120), 분리기(130) 및 펌프(140)를 포함한다.
상기 반응기(110)는 파이로 공정 중 하나인 전해환원공정에서 생성된 금속전환체를 수용할 수 있으며, 상기 금속전환체에 포함된 잔류염 및 불순물을 상기 금속전환체로부터 분리한 후 에어로졸 또는 분말 형태로 변경시킬 수 있다.
이를 위해, 상기 반응기(110)는 내부공간을 갖는 반응챔버(111)와, 상기 내부공간을 반응공간(S1)과 유입공간(S2)으로 구획하는 가스분산판(112) 및 상기 유입공간(S2)으로 유입된 운반기체를 상기 반응공간(S1)으로 분출할 수 있도록 상기 가스분산판(112)에 구비되는 적어도 하나의 분사수단(113,213)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 금속전환체는 상기 반응공간(S1) 측에 위치하도록 상기 가스분산판(112)에 배치될 수 있으며, 상기 가열부(120)는 상기 반응챔버(111)의 전체높이 중 상기 가스분산판(112) 및 반응공간(S1)을 형성하는 반응챔버(111)의 일부 높이를 감싸도록 배치될 수 있다.
여기서, 상기 금속전환체는 상기 가스분산판(112)의 일면에 직접 배치될 수도 있고 바스켓과 같은 별도의 수용체(미도시)에 담긴 상태로 배치될 수도 있다.
이에 따라, 상기 가열부(120)를 통해 외부로부터 열이 제공되는 경우, 상기 가스분산판(112) 측에 배치된 금속전환체는 상기 가열부(120)에서 제공되는 열에 의해 가열될 수 있다.
이를 통해, 상기 금속전환체에 포함된 잔류염은 용융염의 상태로 변경되거나 기상의 상태로 변경된 후 상기 분사수단(113,213)을 통해 분사되는 운반기체를 통해 상기 반응공간(S1)의 상부로 부상될 수 있다. 이때, 상기 금속전환체는 상기 잔류염이 용융되는 과정에서 표면이 유동상태로 변경됨으로써 금속전환체의 표면에 고착된 탄소 입자와 같은 불순물이 상기 금속전환체로부터 분리될 수 있으며, 상기 금속전환체의 표면으로부터 분리된 불순물은 상기 분사수단(113,213)을 통해 분사되는 운반기체를 통해 상기 반응공간(S1)의 상부로 부상될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 금속전환체가 놓여지는 가스분산판(112)이 운반기체를 분사하는 분사수단(113,213)을 구비함으로써 금속전환체에 포함된 잔류염 뿐만아니라 금속전환체의 표면에 고착된 불순물이 운반기체를 통해 금속전환체로부터 분리될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 금속전환체로부터 잔류염 및 불순물을 모두 제거할 수 있음으로써 금속전환체의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 가열부(120)는 상기 반응챔버(111)의 전체높이 중 상측의 일부 높이에 대하여 배치되지 않을 수 있다. 이를 통해, 상기 반응공간(S1)은 전체공간 중 상기 가스분산판(112)과 인접하는 하부공간측이 상기 가열부(120)를 통해 가열될 수 있으며, 나머지 상부공간측은 가열되지 않을 수 있다.
이에 따라, 상기 반응공간(S1)은 높이 방향을 따라 상기 가열부(120)에 의해 열에 제공되는 부분과 상기 가열부(120)에 의해 열이 제공되지 않는 부분으로 구분됨으로써 온도구배가 발생할 수 있다.
이로 인해, 상기 운반기체를 통해 반응공간(S1)의 상부로 이동한 에어로졸 또는 기체 상태의 잔류염은 상기 운반기체와 상승하는 과정에서 온도구배를 통해 자연냉각됨으로써 분말형태로 변경될 수 있으며, 분말 형태로 변경된 잔류염은 상기 분리기(130) 측으로 이동하는 운반기체를 통해 상기 분리기(130) 측으로 이송될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 상기 금속전환체로부터 분리된 잔류염 및 불순물이 분말 상태로 상기 분리기(130) 측으로 이동될 수 있음으로써 상기 분리기(130)에서 분말 상태로 분리된 후 회수될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(200)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 반응챔버(111) 중 가열부(120)에 의해 둘러싸이지 않는 상부 측에 외측으로 돌출되는 적어도 하나의 냉각핀(114)을 포함할 수 있다.
이와 같은 냉각핀(114)은 외기와의 접촉면적을 넓혀줌으로써 상기 반응챔버(111)의 상부측에서 냉각효율을 높여줄 수 있다. 이를 통해, 상기 반응공간(S1)의 상부측은 상기 가열부(120)가 둘러싸고 있는 하부측과 더 큰 온도차를 유지할 수 있음으로써 에어로졸 또는 기체 상태의 잔류염이 냉각을 통해 원활하게 분말 상태로 변경될 수 있다.
또한, 상기 가열부(120)는 상기 반응챔버(111)의 하부측과 더불어 상기 반응기(110) 및 펌프(140)를 연결하는 제1연결관(181)의 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
일례로, 상기 가열부(120)는 상기 반응공간(S1)의 하부측과 유입공간(S2) 및 제1연결관(181)의 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이를 통해, 상기 가열부(120)는 상기 유입공간(S2) 및 제1연결관(181)의 일부를 가열함으로써 상기 분사수단(113,213)을 통해 분말 형태의 잔류염이 유입되더라도 유입된 잔류염을 가열하여 기체상태로 변경시킴으로써 제1연결관(181)이 잔류염에 의해 막히는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 상기 펌프(140)로부터 제1연결관(181)을 통해 반응기(110) 측으로 유입되는 운반기체는 펌프(140)에 의해 유속이 증가된 상태에서 상기 반응기(110) 측으로 원활하게 이동할 수 있다.
본 발명에서, 상기 가열부(120)는 상기 반응챔버(111)의 일부를 감싸는 형태로 구비되어 상기 가스분산판(112)에 배치된 금속전환체를 가열할 수 있으며, 상기 금속전환체에 포함된 잔류염이 용융될 수 있는 온도를 제공할 수 있다. 일례로, 상기 가열부(120)는 상기 반응공간(S1)의 하부측이 대략 615℃의 온도를 유지하도록 열을 제공함으로써 금속전환체에 포함된 잔류염은 용융상태로 변경되지만 주원료인 금속은 용융되지 않을 수 있다. 그러나, 상기 가열부(120)를 통해 제공되는 열을 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 금속전환체의 종류에 따라 적절하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 상기 분사수단(113,213)은 상술한 바와 같이 상기 유입공간(S2)으로 유입된 운반기체를 상기 반응공간(S1)측으로 분사할 수 있다.
이를 위해, 상기 분사수단(113,213)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 가스분산판(112)에 고정되는 적어도 하나의 토출관(113a)과, 상기 유입공간(S2)으로부터 유입된 운반기체를 상기 반응공간(S1) 측으로 토출할 수 있도록 상기 토출관(113a)에 형성되는 적어도 하나의 분사공(113b)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 분사공(113b)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 토출관(113a)의 상부단에 형성될 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 토출관(113a)의 측부에 형성될 수도 있다. 그러나, 상기 분사공(113b)의 위치를 이에 한정하는 것은 아니며 상기 반응공간(S1) 측으로 원활하게 토출될 수 있는 위치라면 설계 조건에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
이때, 상기 분사수단(113,213)은 상기 토출관(113a)이 상기 가스분산판(112)으로부터 상기 반응공간(S1) 측으로 일정높이 돌출될 수 있다. 이에 따라, 상기 가스분산판(112)의 상부에 놓여진 금속전환체가 상기 가열부(120)를 통해 가열됨으로써 상기 금속전환체에 포함된 잔류염이 용융되는 경우, 용융 상태의 잔류염은 상기 토출관(113a) 측으로 유입되지 않고 상기 가스분산판(112)의 일면으로 흘러내린 후 저장될 수 있음으로써 상기 운반기체가 상기 토출관(113a)을 통해 반응공간(S1) 측으로 원활하게 토출될 수 있다.
또한, 상기 분사수단(113,213)은 상기 분사공(113b)을 통한 운반기체의 토출시 상기 운반기체의 토출은 허용하면서도 상기 분사공(113b)을 덮을 수 있도록 배치되는 가림부(113c)를 포함할 수 있다.
이와 같은 가림부(113c)는 상기 토출관(113a)의 직경보다 상대적으로 더 넓은 크기를 갖도록 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 가림부(113c)는 상기 반응공간(S1)의 상부에서 자연 냉각을 통해 분말 상태로 변경된 잔류염이 하부로 낙하하더라도 낙하하는 분말 상태의 잔류염이 상기 토출관(113a)의 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 더불어, 상기 가림부(113c)는 상기 운반기체가 상기 가스분산판(112)에 존재하는 용융상태의 잔류염 측으로 원활하게 토출될 수 있도록 상기 분사공(113b)을 통해 토출되는 운반기체의 토출방향을 안내할 수 있다.
일례로, 상기 가림부(113c)는 중앙부가 상부로 볼록하게 형성됨으로써 상기 운반기체의 토출방향을 하방으로 안내할 수 있다. 그러나 상기 가림부(113c)의 형상을 이에 한정하는 것은 아니며 목적하는 운반기체의 토출방향에 맞게 적절한 형상을 가질 수 있다.
상기 분리기(130)는 상기 반응기(110)에서 운반기체와 함께 유입된 분말 상태의 잔류염 및 불순물을 상기 운반기체로부터 분리할 수 있다.
일례로, 상기 분리기(130)는 원심력을 통해 고체와 기체를 분리하는 공지의 싸이클론일 수 있다. 이에 따라, 상기 분리기(130) 측으로 유입된 분말 형태의 잔류염 및 불순물은 원심력을 통해 상기 운반기체로부터 분리된 후 상기 분리기(130)의 하방으로 이동할 수 있으며, 상기 운반기체는 상기 분리기(130)에서 분말 형태의 잔류염 및 불순물이 제거된 상태에서 상기 펌프(140) 측으로 이동할 수 있다.
이때, 상기 분리기(130)의 일측에는 상기 운반기체로부터 분리된 분말 형태의 잔류염 및 불순물을 포집하기 위한 수거부(150)가 구비될 수 있다.
일례로, 상기 수거부(150)는 상기 분리기(130)의 하부측에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 분리기(130)의 내부에서 원심력을 통해 상기 운반기체로부터 분리된 분말 형태의 잔류염 및 불순물은 상기 분리기(130)의 하부로 이동한 후 수거부(150) 측으로 포집될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 상기 금속전환체에 포함된 잔류염 및 불순물을 분말 형태로 회수할 수 있음으로써 용이하게 회수할 수 있다.
이때, 상기 수거부(150)는 상기 분리기(130)와 착탈가능하게 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 수거부(150)에 분말 형태의 잔류염 및 불순물이 일정량 포집된 경우 상기 수거부(150)를 분리기(130)로부터 분리할 수 있음으로써 사용편의성을 높일 수 있다.
또한, 상기 수거부(150)는 상기 분리기(130)와 제6밸브(V6)를 매개로 연결될 수 있다. 이를 통해, 상기 수거부(150)를 분리기(130)로부터 분리하고자 하는 경우 상기 제6밸브(V6)를 닫힘 상태로 변경함으로써 상기 분리기(130)로부터 분말 형태의 잔류염 및 불순물이 외부로 낙하하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 아르곤 가스와 같은 운반기체가 상기 펌프(140)에서 제공되는 압력을 통해 순환할 수 있다.
이를 통해, 상기 반응기(110)에서 금속전환체로부터 분리된 후 분말 상태로 변경된 잔류염 및 불순물은 운반기체와 함께 분리기(130)로 이송될 수 있으며, 상기 운반기체와 함께 분리기(130)로 이송된 분말 형태의 잔류염 및 불순물은 상기 분리기(130)에서 운반기체로부터 분리됨으로써 간편하게 회수될 수 있다.
이를 위해, 상기 반응기(110), 분리기(130) 및 펌프(140)는 복수 개의 연결관(181,182,183)을 통해 순차적으로 연결될 수 있다. 일례로, 상기 펌프(140) 및 반응기(110)는 제1연결관(181)을 매개로 서로 연결될 수 있고, 상기 반응기(110) 및 분리기(130)는 제2연결관(182)을 매개로 서로 연결될 수 있으며, 상기 분리기(130) 및 펌프(140)는 제3연결관(183)을 매개로 서로 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 운반기체는 상기 복수 개의 연결관을 따라 이동함으로써 반응기(110), 분리기(130) 및 펌프(140)를 순차적으로 순환할 수 있다.
이를 통해, 상기 운반기체는 상기 제1연결관(181)을 따라 상기 반응기(110)의 유입공간(S2)으로 유입된 후 가스분산판(112)에 구비된 분사수단(113,213)을 통해 반응공간(S1) 측으로 분출됨으로써 금속전환체의 표면에 고착된 탄소 입자와 같은 불순물을 금속전환체로부터 분리할 수 있다.
또한, 상기 운반기체는 상기 제2연결관(182)을 따라 분리기(130) 측으로 이동하는 과정에서 상기 금속전환체로부터 용융을 통해 분리된 후 에어로졸 또는 분말 상태로 상기 반응공간(S1)에 존재하는 잔류염과 함께 상기 분리기(130) 측으로 이동할 수 있다.
이로 인해, 상기 반응기(110)에서 생성된 잔류염 및 불순물은 상기 분리기(130)에서 운반기체로부터 분리된 후 수거될 수 있으며, 상기 운반기체는 잔류염 및 불순물이 제거된 상태에서 상기 제1연결관(181)을 따라 상기 펌프(140) 측으로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 상기 펌프(140)를 통해 순환되는 운반기체를 공급하기 위한 운반기체 공급부(160)를 포함할 수 있다.
이와 같은 운반기체 공급부(160)는 상기 운반기체가 내부에 저장된 상태일 수 있으며 상기 제3연결관(183)과 연결될 수 있다. 또한, 상기 운반기체 공급부(160)는 상기 제3연결관(183)과 연결되는 부분에 제1밸브(V1)가 구비됨으로써 상기 제1밸브(V1)의 조작을 통해 상기 제3연결관(183)과의 연결이 허용되거나 차단될 수 있다. 더불어, 상기 제3연결관(183) 상에는 상기 운반기체 공급부(160)로부터 제공되는 운반기체가 상기 분리기(130) 측으로 이동하는 것을 차단하기 위한 제7밸브(V7)가 선택적으로 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 상기 복수 개의 연결관(181,182,183)을 통해 순환되는 운반기체를 외부로 배출하기 위한 가스배출구(190)를 포함할 수 있다. 이와 같은 가스배출구(190)는 상기 펌프(140) 및 반응기(110)를 연결하는 제1연결관(181)에 형성될 수 있으며, 제2밸브(V2)의 조작을 통해 관로가 열리거나 닫힐 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 제1연결관(181) 상에는 제3밸브(V3)가 구비될 수 있으며, 상기 제3밸브(V3)는 상기 가스배출구(190) 및 반응기(110) 사이에 위치하도록 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 복수 개의 연결관(181,182,183)을 통해 순환되는 운반기체의 배출이 필요한 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 상기 제1밸브(V1) 및 제3밸브(V3)를 닫힘 상태로 변경하고 제2밸브(V2)를 열림상태로 변경함으로써 상기 펌프(140)를 통해 복수 개의 연결관(181,182,183)을 통해 순환되는 운반기체가 상기 가스배출구(190)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 필요시 높은 압력을 갖는 운반기체가 반응기(110) 측으로 공급될 수 있도록 서지탱크(170)를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 상기 반응기(110)에 구비된 분사수단(113,213)을 세척하고자 하는 경우 상기 분사수단(113,213) 측으로 정상적인 운전상태에서의 압력보다 더 높은 압력으로 운반기체를 공급함으로써 상기 분사수단(113,213)에 들러붙은 불순물이나 잔류염을 제거할 수 있다.
이를 위해, 상기 서지탱크(170)는 상기 제1연결관(181)과 연결될 수 있으며, 상기 서지탱크(170) 측으로 운반기체의 유입을 허용하거나 차단하기 위한 제4밸브(V4)와 상기 반응기(110) 측으로 운반기체의 유입을 허용하거나 차단하기 위한 제5밸브(V5)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 경우, 상기 서지탱크(170)는 상기 제3밸브(V3) 및 제5밸브(V5) 사이에 위치하도록 상기 제1연결관(181)과 연결될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 상술한 복수 개의 밸브들(V1~V7)을 적절하게 조절하여 운반기체의 흐름경로를 변경함으로써 적절한 운전상태로 변경할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)는 도 5에 도시된 바와 같이 제1밸브(V1), 제2밸브(V2) 및 제4밸브(V4)는 닫힘 상태를 유지하고 제3밸브(V3), 제5밸브(V5) 내지 제7밸브(V7)는 열림 상태를 유지함으로써 상기 운반기체가 복수 개의 연결관(181,182,183)을 따라 반응기(110), 분리기(130) 및 펌프(140)를 순환할 수 있도록 한다.
이를 통해, 상기 반응기(110)에서 금속전환체로부터 분리된 잔류염 및 불순물은 상기 운반기체를 따라 분리기(130)측으로 이동한 후 상기 운반기체로부터 분리됨으로써 상기 수거부(150)에 포집될 수 있다.
이와 같은 정상 운전 상태에서, 상기 분사수단(113,213)의 세척이 필요한 경우 도 6에 도시된 바와 같이 제2밸브(V2), 제5밸브(V5) 및 제7밸브(V7)를 닫힘 상태로 변경하고 제1밸브(V1), 제3밸브(V3) 및 제4밸브(V4)를 열림 상태를 변경함으로써 상기 운반기체가 복수 개의 연결관(181,182,183)을 따라 순환하는 것을 차단한다.
이에 따라, 상기 운반기체 공급부(160)로부터 공급되는 운반기체는 상기 반응기(110) 측으로 공급되는 것이 차단되며 상기 서지탱크(170) 측으로만 유입될 수 있다.
이에 따라, 상기 서지탱크(170)의 내부에는 상기 운반기체 공급부(160)로부터 공급되는 운반기체가 지속적으로 축적됨으로써 압력이 상승될 수 있다.
이와 같은 상태에서, 도 7에 도시된 바와 같이 제1밸브(V1) 및 제3밸브(V3) 를 닫힘 상태로 변경하고 제2밸브(V2), 제4밸브(V4) 내지 제7밸브(V7)를 열림 상태를 변경함으로써 상기 서지탱크(170)에 축적된 운반기체가 펌프(140)의 구동을 통해 반응기(110) 측으로 공급될 수 있도록 한다.
이를 통해, 상기 반응기(110)의 분사수단(113,213) 측으로 고압의 운반기체가 공급될 수 있으며, 상기 고압의 운반기체는 분사수단(113,213)을 통해 반응공간(S1)으로 분출하는 과정에서 분사수단(113,213)에 들러붙은 불순물이나 잔류염을 제거할 수 있다. 이후, 상기 운반기체는 제2연결관(182) 및 제3연결관(183)을 따라 분리기(130) 및 펌프(140)로 이동한 후 상기 가스배출구(190)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
도면과 설명에는 본 발명의 일 실시예에 따른 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치(100,200)가 7개의 밸브를 포함하는 것으로 도시하고 설명하였지만 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 밸브의 전체 사용개수는 적절하게 변경될 수 있으며, 설치 위치에 따라 3방밸브로 대체될 수도 있음을 밝혀둔다.
또한, 본 발명에 적용되는 펌프(140)는 음압 펌프일 수도 있고 양압 펌프일 수도 있으며, 음압 펌프와 양압 펌프 기능이 모두 가능한 하이브리드 펌프일 수도 있다.
더불어, 본 발명에 적용되는 가열부(120)는 히터일 수도 있고 가열로일 수도 있으며, 전원 공급을 통해 열을 발생시킬 수 있는 것이라면 제한없이 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100,200 : 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치
110 : 반응기 111 : 반응챔버
S1 : 반응공간 S2 : 유입공간
112 : 가스분산판 113,213 : 분사수단
113a : 토출관 113b : 분사공
113c : 가림부 114 : 냉각핀
120 : 가열부 130 : 분리기
140 : 펌프 150 : 수거부
160 : 운반기체 공급부 170 : 서지탱크
181,182,183 : 연결관 190 : 가스배출구
V1 ~ V7 : 밸브

Claims (11)

  1. 환원 과정을 통해 금속형태로 전환된 금속전환체로부터 잔류염 및 분술물을 제거하기 위한 장치로서,
    외부로부터 제공되는 열을 통해 상기 금속전환체에 포함된 잔류염을 용융시켜 상기 금속전환체로부터 잔류염 및 불순물을 분리하고, 외부로부터 유입된 운반기체에 의해 잔류염 및 불순물을 유동시키며, 냉각을 통하여 상기 잔류염을 분말 형태로 변환시키는 반응기;
    상기 금속전환체에 포함된 잔류염을 용융시키는 열을 제공할 수 있도록 상기 반응기의 외부를 감싸도록 배치되는 가열부;
    상기 반응기로부터 유입된 운반기체로부터 분말 형태의 잔류염 및 불순물을 분리하는 분리기; 및
    상기 운반기체를 반응기, 분리기 및 반응기 순서로 순환시키는 펌프;를 포함하고,
    상기 반응기는,
    내부공간을 갖는 반응챔버와, 상기 내부공간을 반응공간과 유입공간으로 구획하고 상기 금속전환체가 상기 반응공간에 위치하도록 배치되는 가스분산판 및 상기 유입공간으로부터 상기 반응공간 측으로 운반기체가 이동할 수 있도록 상기 가스분산판에 구비되는 적어도 하나의 분사수단을 포함하는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치는 상기 금속전환체로부터 분리된 잔류염 및 불순물이 상기 분사수단을 통해 분출된 운반기체와 함께 상기 반응공간의 내부에서 상승함으로써 온도구배를 통해 냉각되는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 반응챔버의 전체 높이 중 상기 가스분산판 및 상기 반응공간을 형성하는 반응챔버의 일부 높이를 감싸도록 배치되고, 상기 반응챔버는 전체 높이 중 상측의 일부높이에 대하여 상기 가열부가 배치되지 않는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 유입공간을 형성하는 반응챔버의 외부를 감싸도록 배치되는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 반응챔버는 외측으로 돌출되는 적어도 하나의 냉각핀을 포함하고,
    상기 냉각핀은 상기 반응공간의 상부측에 위치하도록 형성되는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 분사수단은 상기 가스분산판으로부터 일정높이 돌출형성되는 토출관을 포함하는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 분사수단은 상기 운반기체를 외부로 토출할 수 있도록 상기 토출관에 형성되는 적어도 하나의 분사공과, 상기 분사공을 통한 운반기체의 외부 토출은 허용하면서 상기 분사공을 덮을 수 있도록 배치되는 가림부를 포함하는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치는 상기 펌프 및 반응기 사이에 연결되는 서지탱크를 더 포함하고,
    상기 서지탱크는 적어도 하나의 개폐밸브의 조작을 통해 상기 펌프로부터 이송된 운반기체를 저장하여 상기 운반기체의 압력을 상승시키는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치는 상기 분리기와 착탈가능하게 연결되는 수거부를 더 포함하고,
    상기 수거부는 상기 분리기를 통해 분리된 분말 형태의 잔류염 및 불순물이 저장되는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거장치.
  11. 운반기체가 펌프를 통해 반응기와 분리기 사이를 순환함으로써 환원 과정을 통해 금속형태로 전환된 금속전환체로부터 잔류염 및 분술물을 제거하기 위한 방법으로서,
    반응기의 내부에서 외부로부터 제공되는 열을 통해 상기 금속전환체에 포함된 잔류염을 용융시켜 상기 금속전환체로부터 잔류염 및 불순물을 분리하고 상기 금속전환체로부터 분리된 잔류염 및 불순물이 상기 운반기체의 이동을 통해 상승하여 냉각됨으로써 상기 잔류염이 분말 형태로 변환되는 단계; 및
    상기 반응기에서 운반기체와 함께 유입된 분말 형태의 잔류염 및 불순물이 분리기를 통하여 상기 운반기체로부터 분리되는 단계;를 포함하고,
    상기 잔류염이 분말 형태로 변환되는 단계는,
    내부공간을 갖는 반응챔버와, 상기 내부공간을 반응공간과 유입공간으로 구획하는 가스분산판 및 상기 유입공간으로부터 상기 반응공간 측으로 운반기체가 이동할 수 있도록 상기 가스분산판에 구비되는 적어도 하나의 분사수단을 포함하는 반응기를 이용하여 상기 금속전환체가 상기 반응공간에 위치하도록 배치된 상태에서 수행되는 운반기체 순환식 잔류염 및 불순물 제거방법.
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