KR102527590B1 - 핵연료 분말 제조 설비 - Google Patents

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Abstract

핵연료 분말 제조 설비는, 육불화우라늄(UF6)을 이산화우라늄(UO2)으로 전환시키기 위한 전환 설비(2)를 포함하고, 이 전환 설비는 UF6을 불산화우라늄 분말(UO2F2)로 전환시키기 위한 가수분해 반응기(4) 및 UO2F2 분말을 UO2 분말로 전환시키기 위한 열 가수분해 노(6)를 포함하고, 핵연료 분말 제조 설비는 UO2 분말을 위한 패키징 유닛(20)을 더 포함하고, 패키징 유닛은 충전 스테이션(22)을 포함하고, 충전 스테이션은 충전될 용기(24)를 수용하는 챔버(26), 노(6)로부터 공급을 받는 충전 덕트(28), 및 흡인 링(34)을 포함하는 흡인 시스템(32)을 포함하고, 흡인 링은, 충전 덕트(28)의 출구(30)로부터 용기(24) 안으로 떨어지는 UO2 분말의 흐름물(P) 주위의 환형 공기 유동(A)을 흡인하기 위해 충전 덕트(28)의 출구(30)에 배치된다.

Description

핵연료 분말 제조 설비
본 발명은 특히 핵연료 봉용 UO2 펠릿(pellet)을 제조하기 위한 이산화우라늄(UO2) 분말을 제조하는 분야에 관한 것이다.
우라늄을 육불화우라늄(UF6) 형태로 농축시킬 수 있다. 그러나, 그러면 UO2 펠릿을 만들기 위해 UF6를 UO2로 전환시키는 것이 필요하다.
이를 하기 위해, 기체 UF6와 건조 수증기를 반응기 안으로 주입하여 UO2F2 분말을 얻고 그런 다음에 노(furnace)에서 열 가수분해로 UO2F2 분말을 UO2 분말로 전환시키며, UO2F2 분말을 노에서 순환시키고 건조 수증기와 수소(H2) 가스를 노 안으로 주입함으로써, 반응기에서 가수분해로 기체 UF6를 불산화우라늄(UO2F2)로 전환시킬 수 있다.
US6136285에는 UF6를 UO2로 전환시키기 위한 설비가 개시되어 있는데, 이 설비는 이러한 방법을 실행하기 위해 가수분해 반응기 및 열 가수분해 노를 포함한다.
얻어진 UO2 분말은 핵연료 펠릿의 제조를 위해 전달 및 사용될 수 있도록 패키징되어야 한다. 그러나, UO2 분말은 휘발성이 있고 대기 중으로 쉽게 퍼질 수 있고 또한 UF6-UO2 전환 설비를 오염시킬 수 있다.
방사능 청결 및 전환 설비에서 일하는 작업자의 안전을 위해, 분열성 재료가 퍼지는 위험을 제한할 필요가 있다.
본 발명의 한 목적은, 우라늄 오염의 위험을 제한할 수 있는 핵연료 분말 제조 설비를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 핵연료 분말 제조 설비를 제공하며, 이 제조 설비는,
- 육불화우라늄(UF6)을 이산화우라늄(UF6)으로 전환시키기 위한 전환 설비를 포함하고, 전환 설비는,
- 가수분해 반응기 안으로 주입되는 기체 UF6와 건조 수증기 사이의 반응으로 UF6을 불산화우라늄 분말(UO2F2)로 전환시키기 위한 가수분해 반응기; 및
- UO2F2 분말을 열 가수분해 노에서 순환하는 건조 수증기 및 기체 수소(H2)와 반응시켜 UO2F2 분말을 O2 분말로 전환시키기 위한 열 가수분해 노를 포함하고,
- 핵연료 분말 제조 설비는 UO2 분말을 위한 패키징 유닛을 더 포함하고,
패키징 유닛은 용기를 UO2 분말로 충전하는 충전 스테이션을 포함하고, 충전 스테이션은 격납 챔버, 노로부터 UO2 분말이 공급되고 또한 격납 챔버 안으로 열려 있는 출구를 갖는 충전 덕트, 및 흡인 링을 포함하는 흡인 시스템을 포함하고, 흡인 링은 충전 덕트의 출구로부터 용기 안으로 떨어지는 UO2 분말의 흐름물 주위의 환형 공기 유동을 흡인하기 위해 충전 덕트의 출구에 배치된다.
특정한 실시 형태에 따르면, 전환 설비는 개별적으로 또는 기술적으로 가능한 조합으로 취해지는 다음과 같은 선택적인 특징들 중의 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 충전 스테이션은, 격납 챔버를 감압하고 또한 이 챔버에 존재하는 공기를 흡인하고 여과하기 위한 환기 시스템을 포함한다;
- 격납 챔버는 캐빈(cabin)이고, 이 캐빈은 용기를 캐빈 안으로 넣거나 또는 그 밖으로 빼내기 위한 도어를 포함한다;
- 핵연료 분말 제조 설비는 경보 시스템을 포함하고, 경보 시스템은, 격납 챔버 내의 압력을 측정하기 위해 격납 챔버에 배치되는 센서 및 격납 챔버 내부에 과압이 있는 경우에 경보 신호를 내보는 경보기를 포함한다;
- 격납 챔버에는, 격납 챔버 내부의 오염에 대한 제어를 수행하기 위해 격납 챔버에 배치되는 방사성 오염 제어 장치가 구비되어 있다;
- 핵연료 분말 제조 설비는 적어도 2개의 UO2 분말 저장 병 및 UO2 분말을 저장 병에 연속적으로 분배하기 위한 분배기를 포함하고, 충전 덕트는 저장 병으로부터 연속적으로 공급을 받는다;
- 분배기는 평평한 바닥을 갖는 탱크 및 이 탱크의 바닥을 긁기 위한 적어도 하나의 스크레이퍼를 갖는다;
- 분배기는 탱크의 바닥에 형성되어 있는 UO2 분말용 출구 개구를 포함하고, 각 출구 개구는 각각의 저장 병에 대한 공급을 한다;
- 핵연료 분말 제조 설비는 중성 가스를 분배기 내부에 주입하도록 설계되어 있는 중성 가스 주입 장치를 포함한다;
- 핵연료 분말 제조 설비는 UO2로 충전된 용기를 터닝시키고 비우기 위한 터닝 스테이션을 포함한다;
- 터닝 스테이션은 흡인 시스템을 포함하고, 이 흡인 시스템은 터닝 스테이션에 의해 복귀된 용기의 입구 개구 근처에 위치되도록 배치되는 흡인 링을 포함한다;
- 터닝 스테이션은 프레임, 용기를 잡기 위한 용기 홀더, 프레임에 피봇식으로 장착되고 용기 홀더를 지탱하는 적어도 하나의 리프팅 아암, 및 리프팅 아암에 대한 용기 홀더의 회전을 제어하기 위한 터닝 기구를 포함하고, 터닝 기구는, 프레임에 대한 리프팅 아암의 회전에 의해 용기 홀더가 리프팅 아암에 대해 회전하게 되도록 설계되어 있다;
- 터닝 기구는, 프레임에 회전 가능하게 고정되면서 리프팅 아암에 회전 가능하게 장착되는 제1 피니언, 용기 홀더에 회전 가능하게 고정되면서 리프팅 아암에 회전 가능하게 장착되는 제2 피니언, 및 제1 피니언을 제2 피니언에 연결하는 구동 기구를 포함한다;
- 터닝 스테이션은 용기를 전도된(inverted) 위치에 차단시키기 위해 프레임에 배치되는 차단 장치를 포함한다;
- 터닝 스테이션은 전도된 위치에 있는 용기의 존재를 검출하기 위한 존재 센서를 포함하고, 용기는 이 용기를 개방 또는 폐쇄하기 위한 개방 시스템을 포함하며, 터닝 스테이션은, 전도된 위치에 있는 용기의 존재가 존재 센서에 의해 검출된 때에만 개방 시스템을 개방하도록 설계되어 있다;
- 핵연료 분말 제조 설비는 노의 입구에 배치되는 시일, 노의 출구에 배치되는 시일 및/또는 반응기와 전달 장치 사이에 배치되는 시일을 포함하고, 전달 장치는 반응기로부터 UO2F2 분말을 노에 전달하도록 설계되어 있고, 핵연료 분말 제조 설비는 각 시일을 불활성 가스로 가압하도록 설계되어 있다;
- 핵연료 분말 제조 설비는 중성 가스 분위기 하에서 UF6를 UO2F2로 전환시키기 위해 중성 가스를 반응기 안으로 주입하도록 설계되어 있다;
- 중성 가스는 질소(N2)이다.
본 발명 및 그의 이점은, 단지 예로서 주어진 그리고 첨부 도면을 참조하는 이하의 설명을 읽으면 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 핵연료 분말 제조 설비의 개략도이다.
도 2는 도 1의 핵연료 분말 제조 설비의 충전 스테이션의 일 세부의 개략도로, 용기를 UO2 분말로 충전하는 동안에 부유하는 입자를 흡인하기 위한 시스템을 나타낸다.
도 3은 도 1의 핵연료 분말 제조 설비의 분배기의 상세도이다.
도 4는 UO2 분말을 담고 있는 용기의 터닝 스테이션의 개략 사시도이다.
도 5 및 6은 도 4의 터닝 스테이션의 개략 측면도로, 터닝 스테이션은 2개의 별개 구성으로 나타나 있다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 핵연료 분말 제조 설비(1)는 UF6을 UO2로 전환시키도록 설계된 전환 설비(2)를 포함한다.
전환 설비(2)는 가수분해 반응기(4)를 포함하며, 이 가수분해 반응기는 반응기(4) 안으로 주입되는 기체 UF6 와 건조 수증기(H2O) 사이의 반응으로, UF6를 UO2F2 분말로 전환시키기 위한 것이다.
전환 설비(2)는 열 가수분해 노(furnace)(6)를 포함하며, 이 열 가수분해 노는, UO2F2 분말을 열 가수분해에서 얻어진 건조 수증기(H2O) 및 노(6) 안으로 주입되는 H2 가스와 반응시켜 UO2F2 분말을 UO2 분말로 전환시키기 위한 것이다.
전환 설비(2)는, 반응성 가스(UF6 가스, 건조 수증기 및 H2 가스)를 반응기(4) 및 노(6) 안으로 주입하도록 설계된 공급 장치(8)를 포함한다.
공급 장치(8)는 불활성 가스를 반응기(4) 안으로 주입하도록 더 설계되어 있고, 그래서 UF6 로부터 UO2 분말로의 전환은 중성 가스 분위기 하에서 일어난다. 중성 가스는 바람직하게는 질소(N2)이다.
반응기(4) 안으로 주입되는 UF6 및 건조 수증기는 반응기(4)의 바닥으로 떨어지는 UO2F2 분말을 형성한다.
노(6)는, 반응기(4)에 연결되어 UO2F2 분말을 받는 입구(10) 및 UO2 분말을 전달하는 출구(12)를 포함한다.
전환 설비(2)는 노(6)의 입구(10) 및 노(6)의 출구(12)의 높이에서 시일(11)을 포함하고 있어, 노(6)의 입구(10) 및 노(6)의 출구(12)에 시일을 제공한다.
노(6)는, UO2F2 분말이 노 안으로 주입되는 건조 수증기(H2O) 및 H2 가스에 노출되면서 입구(10)에서 노(6) 안으로 들어가 출구(12)로 진행하도록 설계된 연속 노이다.
여기서 전환 설비(2)는 노(6) 안으로 주입되는 건조 수증기(H2O) 및 기체 H2 를 UO2F2 분말의 흐름에 대항하여, 즉 출구(12)에서 입구(10) 쪽으로 순환시키도록 설계되어 있다. 공급 장치(8)는 건조 수증기(H2O) 및 기체 H2를 노(6)의 출구(12)를 통해 노(6) 안으로 주입하도록 설계되어 있다.
노(6)는 중심 축선(C)을 따라 연장되어 있는 회전 드럼(14)을 포함하고, 이 회전 드럼은 입구(10)와 출구(12)를 각각 형성하는 제1 단부 및 반대편의 제2 단부를 갖는다. 드럼(14)은, 입구(10)가 출구(12) 보다 높도록, 경사져 있다. 작업시, 드럼(14)의 경사 및 회전으로 인해, UO2F2 분말은 입구(10)에서 출구(12)로 진행하게 된다.
노(6)는 드럼(14)을 가열하기 위한 가열 요소(16)를 포함한다. 도시되어 있는 예에서, 가열 요소(16)는 드럼(14)을 둘러싼다.
전환 설비(2)는, 잉여의 반응성 가스, 불활성 가스 및 전환으로 생긴 기체 공생성물(즉, 불화수소(HF))을 회수하기 위한 회수 장치(17)를 포함한다.
회수 장치(17)는 여기서 반응기(4)에 배치되어, 반응기(4)에 존재하는 가스 및 노(6) 내의 가스의 대향류 순환으로 인해 노(6)로부터 반응기(4) 안으로 상승하는 가스를 회수한다.
전환 설비(2)는, UO2F2 분말을 반응기(4)의 바닥으로부터 노(6)의 입구(10)에 전달하기 위한 전달 장치(18)를 포함한다. 여기서 이 전달 장치(18)는 동력화된 무단 스크류이다.
전환 설비(2)는, 전달 장치(18)와 반응기(4) 사이의, 더 정확하게는, 전달 장치(18)와 이 전달 장치(18)가 반응기(4) 안으로 삽입될 때 통과하는 반응기(4)의 개구 사이에 시일을 제공하도록 배치되는 시일(11)을 포함한다.
전환 설비(2)는, 바람직하게는 전환 설비(2)에 존재하는 압력 보다 큰 압력에서 불활성 가스, 바람직하게는 질소(N2)를 연속적으로 주입하여 각 시일(11)을 가압하도록 설계되어 있다.
전환 설비(2)에 존재하는 압력 보다 큰 압력에서, 입구(10)에, 노의 출구(12)에 그리고/또는 반응기(4)와 전달 장치(18) 사이에 배치되는 시일(11)의 높이에서 중성 가스를 주입함으로써, 반응성 생성물과 반응 생성물이 전환 설비(2)의 밖으로 빠져 나가는 것이 방지될 수 있고 또한 그 생성물이 전환 설비(2) 안에 국한되는 것이 보장된다.
전환 설비(2)는 노(6)로부터 나온 UO2 분말을 패키징하기 위한 패키징 유닛(20)을 포함한다.
반응기(4)와 노(6)는 연속적으로 작동하고 또한 UO2 분말을 연속적으로 제조하도록 설계되어 있다. 컨디셔닝 유닛(20)은 반응기(4)와 노(6)에 의해 연속적으로 공급되는 UO2 분말을 용기에 충전하도록 설계되어 있다.
패키징 유닛(20)은 UO2 분말을 용기(24)에 충전하기 위한 스테이션(22)을 포함한다.
충전 스테이션(22)은 격납 챔버(26), 노(6)로부터 UO2 분말이 공급되고 또한 격납 챔버(26) 안으로 열려 있는 출구(30)를 갖는 충전 덕트(28), 및 흡인 시스템(32)을 포함한다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 흡인 시스템(32)은 흡인 링(34)을 포함하는데, 이 흡인 링은 충전 덕트(28)의 출구(30)에 배치되어, 충전 덕트(28)의 출구(30)로부터 용기(24)의 입구 개구(35) 안으로 떨어지는 UO2 분말의 흐름물(P) 주위에 있는 환경 공기의 유동(A)을 흡인한다.
흡인 링(34)은, 충전 덕트(28)의 출구(30)에서 나가는 분말의 흐름물(P)이 흡인 링(34)을 통과하도록 배치된다. 흡인 링(34)은 충전 덕트(28)의 출구(30)를 연장시키는 가상 원통 주위에 배치된다.
흡인 링(34)은 중심 축선(B) 주위에 연장되어 있는 환형 관(36)을 포함한다. 이 관(36)은 환상면체형(toroidal shape)으로 되어 있다. 관(36)에는, 중심 축선(B) 주위에서 관(36)에 분산되어 있는 흡인 개구(38)가 제공되어 있다. 흡인 개구(38)는 흡인 링(34)의 내측면과 대향하는 관(36)의 벽의 일부분에 배치되어 있다.
흡인 링(34)은 관(36)에 연결되는 출구 덕트(40)를 포함한다.
흡인력이 관(36) 내부에서 발생되면, 흡인 링(34)이 공기(A)의 환형 유동을 끌어 들이게 된다.
UO2 분말이 충전 덕트(28)로부터 용기(24)로 흐름에 따라, 분말 입자는 불가피하게 주변 공기 중에 부유된다.
흡인 링(34)에서 발생되는 적절한 흡인력으로, 충전 덕트(28)의 출구(30) 주위에서 공기 중에 부유되는 분말 입자를 흡인하는 중에, 충전 덕트(28)로부터 용기(24) 안으로 가는 분말의 흐름물을 교란시키지 않는 것이 가능하다. 그러므로 주변 공기의 오염이 효과적으로 제한된다.
유리하게, 충전 스테이션(22)은 용기를 UO2 분말로 충전하기 전에 또한 그 동안에 그 용기(24)를 중성화하기 위한 중성 가스 주입 덕트(39)를 포함한다. 이러한 구성으로, UO2 분말이 공기와 접촉하는 것을 방지할 수 있고 그래서 UO2 분말의 산화 및 먼지 폭발의 위험이 제한된다. 주입되는 중성 가스는 예컨대 질소(N2)이다.
도 1을 다시 참조하면, 흡인 시스템(32)은 흡인력을 발생시키기 위한 흡인 기계(42)를 포함한다. 흡인 기계(42)는 흡인 링(34)을 통해 공기를 흡인하기 위해 흡인 링(34)의 출구 덕트(40)에 연결된다.
흡인 시스템(32)은 흡인 링(34)에 의해 흡인된 공기로부터 분말 입자를 분리시키기 위한 입자 분리기(44)를 포함한다. 여기서 입자 분리기(44)는 사이클론 분리기이다.
흡인 시스템(32)은 흡인 공기에 존재하는 분말 입자를 걸러내기 위한 여과 장치(46)를 포함한다.
도시되어 있는 예에서, 여과 장치(46)는 입자 분리기(44)의 하류에 배치되며, 흡인 기계(42)는 여과 장치(46)의 하류에 배치된다. 이리하여, 공기로부터 입자를 분리하고 그런 다음에 공기에 남아 있는 입자를 여과할 수 있으며, 그래서 흡인 기계(42)의 오염을 제한할 수 있다.
충전 스테이션(22)은, 격납 챔버(26)에 존재하는 공기를 흡인하여 그 격납 챔버(26) 내부의 공기를 새롭게 하는 환기 시스템(48)을 포함한다.
환기 시스템(48)에 의해, 충전 스테이션(22)의 내부를 진공으로 유지시킬 수 있고 그래서 분말이 충전 스테이션(22) 외부로 퍼지는 것을 피할 수 있다.
환기 시스템(48)은, 격납 챔버(26)에 존재하는 공기를 위한 흡인력을 발생시키기 위한 흡인 기계(50) 및 흡인 공기에 존재하는 분말 입자를 여과하기 위한 여과 장치(52)를 포함한다.
흡인으로 작동하는 환기 시스템(48)으로 인해, 격납 챔버(26)의 주변 공기에 존재하는 분말은 외부로 배출되지 않고, 환기 시스템(48)에 의해 흡인되고 여과된다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 격납 챔버(26)는 폐쇄 부피를 규정하는 폐쇄 캐빈(cabin)이다. 일 변형예로서, 격납 챔버(26))는 후드(hood)이다.
격납 챔버(26)는 접근 도어(54)를 포함하며, 이 접근 도어의 개방에 의해 용기(24)가 챔버(26) 안으로 들어가거나 그 밖으로 나올 수 있다.
충전 스테이션(22)은 도어(54)의 개폐를 자동적으로 제어하기 위한 도어 제어 시스템(56)을 포함한다.
격납 챔버(26)에는, 바람직하게, 격납 챔버(26) 내부에서의 제어를 수행하고 또한 특히 분열성 재료에 의한 가능한 오염을 검출하기 위해 격납 챔버(26)의 하측 부분에 배치되는 방사성 오염 제어 장치(57)가 구비되어 있다. 방사성 오염 제어 장치(57)는, 예컨대, 알파 방사선 검출기 및/또는 격납 챔버(26) 내에 존재하는 분위기의 샘플을 채취하고 그의 방사능을 측정하기 위한 장치를 포함한다.
격납 챔버(26)에는 경보 시스템(58)이 더 구비될 수 있고, 이 경보 시스템은 격납 챔버 내의 압력을 측정하기 위해 격납 챔버(26) 내부에 배치되는 센서(60)를 포함한다. 경보 시스템(58)은, 격납 챔버(26) 내부에 과압이 있는 경우에 바람직하게는 캐빈 외부의 작업자가 인지할 수 있는 경보 신호를 내보내는 경보기(62)를 포함한다.
선택적으로, 충전 스테이션(22)의 경보 시스템(58)은 환기 시스템(48)의 흡인 덕트에 배치되는 센서(63), 및 흡입 공기의 압력이 감소되면(여과 장치(52)의 막힘을 나타냄) 경보 신호를 내보내도록 설계된 경보기(65)를 포함할 수 있다.
센서(63)와 관련된 경보기(65)는 구속 인클로저(26) 내부에 배치되는 센서(60)와 관련된 것과는 별개이다. 일 변형예로서, 그 경보기는 동일한 경보기일 수 있다.
충전 스테이션(33)과 노(6)의 출구(12) 사이에서, 패키징 유닛(20)은, 노(6)에 의해 UO2 분말을 공급받는 분배기(64), 및 적어도 2개의 저장 병(jar)(66)을 포함하며, 이 저장 병은 분배기(64)에 병렬로 연결되어 있어, 한번에 하나의 저장 병(66)이 선택적으로 공급을 받게 되며, 각 저장 병(66)은 충전 스테이션(22)에 연결되어 있어, 충전 스테이션(22)은 한번에 하나의 저장 병(66)으로부터 선택적으로 공급을 받는다.
분배기(64)는 UO2 분말을 수용하기 위한 탱크(68)를 갖는다.
공급 스테이션(20)은 중성 가스 주입 장치(69)를 가지며, 이 주입 장치는, 출구(12)의 높이에서 주입되는 수소 가스(H2)가 탱크(68)에 들어가는 것을 방지하기 위해 불활성 가스, 바람직하게는 질소(N2)를 분배기(64) 안으로, 더 정확하게는 분배기(64)의 탱크(68) 안으로 주입하도록 설계되어 있다. 사실, 수소 가스를 분배기(64)에 잠재적으로 존재하는 산소와 접촉시키면, 수소 폭발이 일어나 분열성 재료(우라늄)가 퍼지고 유해한 생성물이 주변 환경에 생길 위험이 발생된다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 탱크(68)는 측벽(70) 및 바람직하게는 평평한 바닥(72)을 가지며, 분배기(64)는 탱크(68)의 바닥(72)을 긁기 위한 스크레이퍼(74)를 포함한다. 이 스크레이퍼(74)는 바닥(72)에 대해 회전 가능하게 장착되고, 스크레이퍼(74)를 구동시키기 위한 모터(76)(도 1)에 연결된다.
탱크(68)의 바닥(72)에는 출구 개구(78)가 제공되어 있고, 각 출구 개구(78)는 각각의 저장 병(66)에 대한 공급을 한다.
분배기(64)는 각각의 출구 개구(78)를 개폐하기 위해 각 출구 개구(78)와 관련되어 있는 각각의 폐쇄 시스템(80)(도 1)을 포함한다.
스크레이퍼(74)는 탱크(68)의 바닥(72) 상에 있는 UO2 분말을 스크레이퍼(74)의 회전에 의해 출구 개구(78) 쪽으로 밀어내도록 설계되어 있다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 측벽(70)은 중심 축선(R)에 중심을 두고 있는 원통형이고, 바닥(72)은 이 바닥(72)에 걸쳐 분산되어 있는 여러 개의(이 경우에는 3개) 출구 개구(78)를 포함한다. 여기서 출구 개구(78)는 중심 축선(R)에 중심을 두고 있는 가상 원 상에 바람직하게 균일하게 분산되어 있다.
스크레이퍼(74)는 중심 축선(R)을 중심으로 회전 가능하게 장착된다. 스크레이퍼(74)는, 반경 방향으로 연장되어 있고 오목한 스크레이퍼 면(82A)을 갖는 적어도 하나의 스크레이퍼 아암(82)을 포함한다.
스크레이퍼 면(82A)의 오목함은, 그 스크레이퍼 면(82A)이 중심 축선(R)을 통과하는 기준 반경 및 중심 축선(R)으로부터 가장 멀리 있는 스크레이핑 면(82A)의 단부로부터 점진적으로 멀어지게 중심 축선(R)으로부터 반경 방향 외측으로 연장되고, 그런 다음에 기준 반경에 점진적으로 접근하도록 되어 있다.
각 오목한 스크레이퍼 면(82A)의 기준 반경으로부터 가장 멀리 있는 부분은 바람직하게는 출구 개구(78)의 반경 방향 반대편에 위치된다. 다시 말해, 각 오목한 스크레이퍼 면(82A)의 기준 반경으로부터 가장 멀리 있는 부분은 출구 개구(78)가 위치되는 가상 원을 가로지른다.
이러한 형상에 의해, 분말은 스크레이퍼(74)의 회전으로 인해 출구 개구(78)로 복귀할 수 있다. 탱크(68)의 중심 쪽에 위치되어 있는 분말은 다시 주변부 쪽으로 밀리고, 반면에 탱크(68)의 주변부 쪽에 위치되어 있는 분말은 다시 탱크(68)의 중심 쪽으로 보내지게 된다.
이리하여, UO2의 분말의 제조 또는 공급이 중단될 필요 없이 탱크(68)의 완전한 비움이 가능하게 된다.
여기서 스크레이퍼(74)는 직경 방향으로 서로 반대편에 있는 2개의 스크레이핑 아암(82)을 갖는다. 스크레이퍼(74)는 중심 축선(R)을 따라 볼 때 S-형을 갖는다. 대안적으로, 스크레이퍼(74)는 단일 스크레이퍼 아암(82) 또는 2개 보다 많은 스크레이퍼 아암(82)을 가질 수 있다.
나타나 있는 구성에서, 탱크(68)는 원형이고, 출구 개구(78)는 원 내에 위치되고, 스크레이퍼(74)의 운동은 원형이다.
더 일반적으로, 탱크(68), 출구 개구(78) 및 스크레이퍼(74)는, UO2의 분말의 제조 또는 공급이 중단될 필요 없이 탱크(68)의 완전한 비움을 가능하게 해주도록 설계된 기하학적 구조, 위치 및 운동을 갖는다.
각 저장 병(66)의 공급은, 이 저장 병(66)에 대한 공급을 하는 출구 개구(78)의 개방을 제어하는 폐쇄 시스템(80)에 의해 제어된다.
각 저장 병(66)은, 저장 병(66)이 충만되어 있을 때 UO2 분말을 충전 스테이션(22)에 전달하기 전에 그 UO2 분말을 일시적으로 저장하기 위해 제공되며, 저장되어 있는 분말은 충분히 냉각되며, 비어 있는 용기(24)는 충전되도록 위치된다.
각 저장 병(66)은 저장 병(66)에 수용되어 있는 UO2 분말을 냉각시키도록 설계된다.
각 저장 병(66)은 저장 병(66)을 통과하는 가스의 유동을 발생시키도록 제공되는 가스 냉각 장치(83)를 갖는다. 가스는 바람직하게는 불활성 가스, 예컨대 질소(N2)이다. 이 가스는 UO2 분말을 중성 가스 분위기로 유지시키고 또한 그 분말의 냉각을 보장한다.
여기서 각 가스 냉각 장치(83)는, 중성 가스를 저장 병(66)의 하측 부분 안으로 주입하기 위한 주입 장치(84), 및 저장 병(66)의 상측 부분에 있는 중성 가스를 회수하고 여과하는 수집 및 여과 장치(86)를 포함한다.
유리하게, 주입 장치(84)는, 저장 병(66) 안에 수용되어 있는 UO2 분말 속으로 중성 가스를 균질하게 주입하도록 설계되어 있다. 이로써, 특히, 분말 속에 잡혀 있을 수 있는 잔류 습기가 빼내질 수 있고, 분말의 냉각 중에 그 분말의 밀착이 회피될 수 있으며 그래서 분말이 유동화되고 또한 그 분말이 용기(24) 안으로 장입(loading)되는 것이 용이하게 된다. 이를 위해, 주입 장치(84)는 예컨대 소결 금속으로 만들어진 다공성 확산기를 포함한다.
각 저장 병(66)은 저장 병(66) 밖으로 나가는 UO2 분말의 유동을 제어하는 출구 밸브(85)에 의해 제어되는 출구를 갖는다. 각 저장 병(66)의 출구는 이 저장 병(66)에 전용되는 출력 웜 스크류(87)에 연결되며, 출력 웜 스크류(87)는 충전 스테이션(22)의 충전 덕트(28)에 UO2 분말을 공급하기 위해 제공되는 장입 웜 스크류(88)에 대한 공급을 한다.
충전 라인(28)의 입구는 입구 밸브(90)에 의해 제어된다.
작업시, 반응기(4)와 노(6)는 반응성 가스를 연속적으로 공급받고 UO2 분말을 연속적으로 제조한다. 노(6)를 떠나는 UO2 분말은 분배기(64)에 의해 모이고, 이 분배기는 저장 병(66) 내의 UO2 분말을 연속적으로 또한 주기적으로 분배하게 된다. 분배기(64)는, 모든 저장 병(66)이 충전될 때까지, 저장 병(66)을 충전하고 그런 다음에 다음 저장 병(66)으로 진행하며, 그런 다음에 이를 주기적으로 반복하게 된다. 저장 병(66)은 충전됨에 따라 비워지고, 그래서 저장 병이 모두 동시에 충전되지는 않는다.
UO2 분말은 각 저장 병(66)에서 냉각된다.
저장 병(66)에 들어 있는 UO2 분말이 냉각되고 용기(24)가 충전될 준비가 되면, 이 저장 병(66)의 출구 밸브(85)가 열려 이 저장 병(66)의 출력 웜 스크류(87)에 대한 공급을 하고, 그리고 이 스크류는 장입 웜 스크류(88)에 대한 공급을 하며, 이 장입 웜 스크류는 충전 덕트(28)에 대한 공급을 한다.
저장 병(66)에 대한 공급을 하기 위해, 스크레이퍼(74)가 회전되고, 이 저장 병(66)에 대한 공급을 하는 출구 개구(78)와 관련된 폐쇄 시스템(80)이 개방된다. 스크레이퍼(74)의 회전으로 인해, 분말이 개방되어 있는 출구 개구(78)로 밀려 가고 저장 병(66)으로 흐르게 된다.
스크레이퍼(74)와 관련된 바닥(72)의 평평한 설계로 인해, UO2 분말이 덩어리를 형성할 수 있는 무효(dead) 영역이 분배기(64)에 없게 된다. 이러한 덩어리는 작업자에 의한 유지 보수 개입 동안에 대기 오염을 유발시키거나 위험 상황을 유발시킬 수 있다.
용기(24)는 UO2 분말이 예컨대 펠릿화 스테이션에 전달될 수 있게 해주고, 이 펠릿화 스테이션은 예컨대 소결로 UO2 분말로부터 UO2 펠릿을 형성한다. 도시되어 있는 구성에서, 용기를 비우고 UO2 분말을 펠릿화 스테이션 안으로 장입하기 위해 용기(24)를 돌려 뒤집을 필요가 있다.
유리하게, 분배기(64)는 4개의 저장 병(66)을 병렬로 수용하도록 설계되어 있다. 4개의 저장 병(66) 중의 하나가 충전되고 있을 때, 4개의 저장 병(66) 중의 제2 저장 병이 냉각되며, 4개의 저장 병(66) 중의 제3 저장 병은 비워지고 있으며, 그리고 4개의 저장 병(66) 중의 제4 저장 병은 비어 있다. 따라서 4개의 저장 병(66) 중의 제4 저장 병은 핵연료 분말 제조 설비(1)의 계획되지 않은 가동 중단시에 이용 가능한 상태로 유지되어, 전환 설비(2)에 존재하는 모든 분열성 재료가 제거될 수 있고 또한 전환 설비(2)를 안전한 가동 중단 조건으로 둘 수 있다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 핵연료 분말 제조 설비(1)는 용기(24)를 전도(inverting)시켜 비우기 위한 전도 스테이션(100)을 포함한다.
터닝(turning) 스테이션(100)은 프레임(102), 용기(24)를 잡기 위한 용기 홀더(104), 제1 회전 축선(R1)을 중심으로 피봇식으로 프레임(102)에 장착되는 적어도 하나의 리프팅 아암(106)(용기 홀더(104)는 제1 회전 축선(R1)과는 별개이고 이 제1 회전 축선(R1)에 평행한 제2 회전 축선(R2)을 중심으로 회전 가능하게 리프팅 아암(106)에 장착됨), 및 프레임(2)에 대한 리프팅 아암(106)의 회전으로 인해서만 리프팅 아암(106)에 대한 용기 홀더(104)의 회전을 일으키는 터닝 기구(108)를 포함한다.
용기 홀더(104)는, 용기(24)에 고정되는 프레임(112)의 오목부(111) 안으로 끼워맞춤되도록 제공되는 2개의 리프팅 아암(110)을 포함한다.
용기 홀더(104)는 잠금 부재(116)를 포함하는 잠금 장치(114)를 포함하고, 잠금 부재는 리프팅 아암(110)을 따라 슬라이딩하는 용기(24)를 잠금시키기 위해 프레임(112)의 오목부(보이지 않음) 안으로 끼워맞춤되도록 움직일 수 있다.
여기서 터닝 스테이션(100)은 축(118)에 의해 회전 연결되는 2개의 리프팅 아암(106)을 포함한다. 축(118)은 제1 회전 축선(R)을 중심으로 회전 가능하게 프레임(102)에 장착되고, 리프팅 아암(106)은 축(118)의 두 단부에 고정되며, 각 리프팅 아암(106)은 축(118)의 각각의 단부에 부착된다.
터닝 스테이션(100)은 리프팅 아암(106)을 제1 회전 축선(R1)을 중심으로 회전시키기 위한 리프팅 시스템(119)을 포함한다. 이 리프팅 시스템(119)은, 리프팅 아암을 제1 회전 축선(R1)을 중심으로 회전시키기 위해 리프팅 아암(106)에 연결되는 액츄에이터(120)를 포함한다.
여기서 액츄에이터(120)는, 프레임(102)에 연결되는 제1 단부, 및 제1 단부의 반대편에 있고 리프팅 아암(106)에 회전 연결되는 연결봉(122)에 연결되는 제2 단부를 갖는 유압 잭이다. 여기서 연결봉(122)은 축(118)에 고정된다. 대안적으로, 액츄에이터(120)는 공압 실린더 또는 전기 잭일 수 있다.
프레임(102)은 잠금 부재(126)를 포함하는 잠금 장치(124)를 포함하고, 용기가(24)가 전도된 위치에 있을 때 잠금 부재가 프레임(112)의 잠금 오목부(128) 안으로 끼워맞춤될 수 있어 용기(24)를 프레임(102)에 대해 못 움직이게 한다.
각 잠금 부재(126)는 각각의 잠금 액츄에이터(130)에 의해 제어된다. 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 잠금 부재(126)는 서로 멀어지게 움직여 용기(24)의 전도를 허용하며, 또한 함께 모여 잠금 오목부(128) 안으로 끼워맞춤되어 그 전도된 용기(24)를 차단시킨다.
도 5 및 6은 용기(24)를 잡기 위한 그립핑 위치(도 5) 및 용기(24)가 전도되어 터닝 위치(도 6)에 각각 있는 터닝 스테이션(100)을 도시한다. 도 6에서, 용기(24)는 잠금 장치(124)에 의해 차단된다.
도 5 및 6에서 알 수 있는 바와 같이, 터닝 기구(108)는, 프레임(102)에 회전 가능하게 고정되면서 리프팅 아암(106)에 회전 가능하게 장착되는 제1 피니언(pinion)(102), 용기 홀더(104)에 회전 가능하게 고정되면서 리프팅 아암(106)에 회전 가능하게 장착되는 제2 피니언(104), 및 제1 피니언(132)을 제2 피니언(134)에 연결하는 구동 기구(135)를 포함한다.
여기서 제1 피니언(132)은 잠금 아암(136)에 의해 프레임(102)에 회전 연결되고, 그 잠금 아암의 한 단부는 제1 피니언(132)에 회전 연결되고 다른 단부는 프레임(102)에 고정되며, 그래서 잠금 아암(136)과 그래서 제1 피니언(132)은 프레임(102)에 대해 회전 정지되어 있다.
구동 기구(135)는 예컨대 제1 피니언(132)과 제2 피니언(134)을 지나는 구동 체인(138)을 포함한다.
리프팅 아암(106)이 회전함에 따라, 제1 피니언(132)이 리프팅 아암(106)에 대해 회전하며, 그래서 제2 피니언(134)이 또한 리프팅 아암(106)에 대해 회전한다. 제2 피니언(134)은 그의 축선을 중심으로 회전하면서 제1 피니언(132) 주위로 호를 그리게 된다.
터닝 스테이션(100)의 이러한 장착 구성으로, 리프팅 아암(106)의 단순한 회전에 의해, 용기 홀더(104)와 용기(24)의 주전원(epicycle) 운동이 일어난다. 용기 홀더(104)는 회전 축선(R2) 주위로 회전함과 동시에 회전 축선(R1) 주위로 원호를 그리게 된다. 이리하여, 하나의 동일한 운동으로 용기(24)의 리프팅과 터닝을 얻을 수 있다. 용기 홀더(104)의 회전에 대한 제어는 실행하기가 간단하고 쉬운 방식으로 얻어진다.
전도 스테이션(100)은 복귀된 용기(24)에서 나가는 분말을 받기 위한 수용부(140)를 포함한다.
터닝 스테이션(100)에는, 충전 스테이션(22)의 흡인 시스템(32)과 유사한 흡인 시스템이 제공되어 있다. 터닝 스테이션(100)의 흡인 스테이션은 특히 흡인 링(142)을 포함하고, 복귀된 용기(24)의 입구 개구(35)로부터 분말이 그 흡인 링을 통해 수용부(140)의 입구로 흐르게 된다. 흡인 링(142)은 충전 스테이션(22)의 것과 유사하다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 전도 스테이션(100)은 전도된 위치에 있는 용기(24)의 존재를 검출하기 위한 존재 센서(144)를 포함한다. 이 존재 센서(144)는 예컨대 유도형 센서이다. 여기서 존재 센서(144)는 차단 장치(124)의 근처에 배치된다.
차단 장치(124)는 존재 센서(144)에 의해 제공되는 신호에 따라 용기(24)를 차단하도록 설계되어 있다.
용기(24)에는, 용기(24)의 개폐를 제어하는 개방 시스템(146)이 제공되어 있다.
터닝 스테이션(100)은, 존재 센서(144)에 의해 제공되는 신호의 함수로 용기(24)의 개방 시스템(146)을 제어하도록, 특히, 전도된 위치에 있는 용기(24)의 존재가 존재 센서(144)에 의해 검출된 때에만 용기(24)의 개방을 제어하도록 설계되어 있다.
터닝 스테이션(100)은 존재 센서(144)에 의해 제공되는 신호에 근거하여 흡인 링(142)을 통한 흡인을 활성화시키도록 설계되어 있다. 흡인 링(142)을 통한 흡인은, 전도된 용기(24)의 존재가 검출된 때에만 활성화된다.
선택적으로, 터닝 스테이션(100)은 용기(24)를 수용부(140)에 도킹시키기 위한 팽창 가능한 시일을 포함할 수 있다. 이는, 위치 설정 공차를 고려하여 시일링된 도킹을 보장한다.
터닝 스테이션(100)은 최소한의 인간 개입으로 용기(24)의 안전한 취급을 가능하게 한다. 추가로, 터닝 스테이션(100)은 청소하기가 간단하고 튼튼하며 또한 쉽다. 용기(24)를 동시에 들어 올리고 전도시키기 위해 유압 또는 공압 액츄에이터(120)를 사용하는 전도 기구(108)는 용기(24)의 원활한 전도를 가능하게 하여, 용기(24)에 어떤 분말도 남김 없이 또한 분말이 용기(24)로부터 수용부(140) 안으로 전달되는 동안에 분말을 퍼지게 함이 없이 UO2 분말의 완전함 비움을 보장한다.
핵연료 분말 제조 설비(1) 전체는, 전환 설비(2)에서 덩어리의 형성을 제한하고 또한 용기(24)를 비우고 충전하는 동안에 UO2 분말이 대기 중으로 퍼지는 것을 제한하면서, 제조 및 유지 보수 작업 중에 UO2 분말을 제조하여 특히 UO2 펠릿 제조 스테이션에 공급할 수 있다.

Claims (18)

  1. 핵연료 분말 제조 설비로서,
    육불화우라늄(UF6)을 이산화우라늄(UF6)으로 전환시키기 위한 전환 설비(2)를 포함하고, 전환 설비(2)는,
    가수분해 반응기(4) 안으로 주입되는 기체 UF6와 건조 수증기 사이의 반응으로 UF6을 불산화우라늄 분말(UO2F2)로 전환시키기 위한 가수분해 반응기(4); 및
    UO2F2 분말을 열 가수분해 노(furnace)(6)에서 순환하는 건조 수증기 및 기체 수소(H2)와 반응시켜 UO2F2 분말을 UO2 분말로 전환시키기 위한 열 가수분해 노(6)를 포함하고,
    상기 핵연료 분말 제조 설비는 UO2 분말을 위한 패키징 유닛(20)을 더 포함하고,
    상기 패키징 유닛(20)은 용기(24)를 UO2 분말로 충전하는 충전 스테이션(22)을 포함하고, 충전 스테이션(22)은 격납 챔버(26), 노(6)로부터 UO2 분말이 공급되고 또한 상기 격납 챔버(26) 안으로 열려 있는 출구(30)를 갖는 충전 덕트(28), 및 흡인 링(34)을 포함하는 흡인 시스템(32)을 포함하고, 상기 흡인 링은, 충전 덕트(28)의 출구(30)로부터 용기(24) 안으로 떨어지는 UO2 분말의 흐름물(P) 주위의 환형 공기 유동(A)을 흡인하기 위해 상기 충전 덕트(28)의 출구(30)에 배치되는, 핵연료 분말 제조 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전 스테이션(22)은, 상기 챔버(26)를 감압하고 또한 이 챔버(26)에 존재하는 공기를 흡인하고 여과하기 위한 환기 시스템(48)을 포함하는, 핵연료 분말 제조 설비.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 격납 챔버(26)는 캐빈(cabin)이고, 이 캐빈은 상기 용기(24)를 캐빈 안으로 넣거나 또는 그 밖으로 빼내기 위한 도어(54)를 포함하는, 핵연료 분말 제조 설비.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 핵연료 분말 제조 설비는 경보 시스템(58)을 포함하고, 경보 시스템은, 상기 격납 챔버(26) 내의 압력을 측정하기 위해 격납 챔버(26)에 배치되는 센서(60), 및 격납 챔버(26) 내부에 과압이 있는 경우에 경보 신호를 내보는 경보기(62)를 포함하는, 핵연료 분말 제조 설비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 격납 챔버(26)에는, 격납 챔버(26) 내부의 오염에 대한 제어를 수행하기 위해 격납 챔버(26)에 배치되는 방사성 오염 제어 장치(57)가 구비되어 있는, 핵연료 분말 제조 설비.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 핵연료 분말 제조 설비는 UO2 분말을 위한 적어도 2개의 저장 병(66) 및 UO2 분말을 상기 저장 병(66)에 연속적으로 분배하기 위한 분배기(64)를 포함하고, 상기 충전 덕트(28)는 상기 저장 병(66)으로부터 연속적으로 공급을 받는, 핵연료 분말 제조 설비.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분배기(64)는 평평한 바닥(72)을 갖는 탱크(68) 및 이 탱크(68)의 바닥(72)을 긁기 위한 적어도 하나의 스크레이퍼(74)를 갖는, 핵연료 분말 제조 설비.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분배기(64)는 탱크(68)의 바닥(72)에 형성되어 있는 UO2 분말용 출구 개구(78)를 포함하고, 각 출구 개구(78)는 각각의 저장 병(66)에 대한 공급을 하는, 핵연료 분말 제조 설비.
  9. 제6항에 있어서,
    불활성 가스를 상기 분배기(64) 내부에 주입하도록 설계되어 있는 중성 가스 주입 장치(69)를 포함하는 핵연료 분말 제조 설비.
  10. 제1항에 있어서,
    UO2로 충전된 용기(24)를 전도(inverting)시키고 비우기 위한 터닝(turning) 스테이션(100)을 포함하는 핵연료 분말 제조 설비.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 터닝 스테이션(100)은 흡인 시스템을 포함하고, 흡인 시스템은 터닝 스테이션(100)에 의해 전도된 용기(24)의 입구 개구(35) 근처에 위치되도록 배치되는 흡인 링(142)을 포함하는, 핵연료 분말 제조 설비.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 터닝 스테이션(100)은 프레임(102), 용기(24)를 잡기 위한 용기 홀더(104), 상기 프레임(102)에 피봇식으로 장착되고 상기 용기 홀더(104)를 지탱하는 적어도 하나의 리프팅 아암(106), 및 상기 리프팅 아암(106)에 대한 용기 홀더(104)의 회전을 제어하기 위한 터닝 기구(108)를 포함하고, 터닝 기구(108)는, 프레임(102)에 대한 리프팅 아암(106)의 회전에 의해 상기 용기 홀더(104)가 리프팅 아암(106)에 대해 회전하게 되도록 설계되어 있는, 핵연료 분말 제조 설비.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 터닝 기구(108)는, 상기 프레임(102)에 회전 가능하게 고정되면서 상기 리프팅 아암(106)에 회전 가능하게 장착되는 제1 피니언(pinion)(132), 상기 용기 홀더(104)에 회전 가능하게 고정되면서 리프팅 아암(106)에 회전 가능하게 장착되는 제2 피니언(134), 및 제1 피니언(132)을 제2 피니언(134)에 연결하는 구동 기구(135)를 포함하는, 핵연료 분말 제조 설비.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 터닝 스테이션(100)은 상기 용기(24)를 전도된 위치에 잠금시키기 위해 상기 프레임(102)에 배치되는 잠금 장치(124)를 포함하는, 핵연료 분말 제조 설비.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 터닝 스테이션(100)은 전도된 위치에 있는 용기(24)의 존재를 검출하기 위한 존재 센서(144)를 포함하고, 상기 용기(24)는 용기(24)를 개방 또는 폐쇄하기 위한 개방 시스템(146)을 포함하며, 전도 스테이션(100)은, 전도된 위치에 있는 용기(24)의 존재가 상기 존재 센서(144)에 의해 검출된 때에만 상기 개방 시스템(146)을 개방하도록 설계되어 있는, 핵연료 분말 제조 설비.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 핵연료 분말 제조 설비는 상기 노(6)의 입구(10)에 배치되는 시일(11), 노(6)의 출구(12)에 배치되는 시일(11) 및/또는 상기 반응기(4)와 전달 장치(18) 사이에 배치되는 시일(11)을 포함하고, 상기 전달 장치는 상기 반응기(4)로부터 UO2F2 분말을 노(6)에 전달하도록 설계되어 있고, 상기 핵연료 분말 제조 설비는 상기 시일(11)을 불활성 가스로 가압하도록 설계되어 있는, 핵연료 분말 제조 설비.
  17. 제1항에 있어서,
    불활성 가스 분위기에서 UF6 를 UO2F2 로 전환시키기 위해 불활성 가스를 상기 반응기(4) 안으로 주입하도록 설계되어 있는 핵연료 분말 제조 설비.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 질소(N2)인, 핵연료 분말 제조 설비.
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