KR100622266B1

KR100622266B1 - 진공이송과 이중용기를 이용한 용융염 정량 고화장치 및방법

Info

Publication number: KR100622266B1
Application number: KR1020050010050A
Authority: KR
Inventors: 정명수; 허진목; 조수행; 서중석; 박성원
Original assignee: 한국원자력연구소; 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2006-09-19
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: US7703304B2; KR20060089932A; JP2006212621A; JP4238238B2; US20060179883A1

Abstract

진공이송과 이중용기를 이용하여 용융염을 취급이 용이한 크기와 형태의 고화염으로 제조하는 장치 및 방법이 제공된다.

본 발명은, 용융염을 정량 이송시켜 고화시키기 위한 장치에서, 용융염이 유입되는 1차 용기; 상기 1차 용기의 내부에 위치되어 용융염을 정량 공급받는 2차 용기; 상기 1차 용기로부터 2차 용기로 진공압력에 의해서 용융염을 정량 이송시키는 용융염 이송수단; 상기 2차 용기로부터 용융염의 배출을 제어하기 위한 밸브수단; 및 상기 2차 용기로부터 용융염을 받아 고화시키는 몰드;를 포함하여 용융염을 고화시켜 수거하는 용융염 정량 고화장치와 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 일정량의 용융염을 2중 용기내에서 진공 압력으로 이송시켜 안정적으로 몰드로 배출하고, 일정한 크기와 형태의 고체 염으로 제조하여 안전한 처리및 수거가 가능하도록 하는 개선된 효과가 얻어진다.

용융염, 정량 이송, 진공압력, 몰드, 용융염 정량 고화장치

Description

진공이송과 이중용기를 이용한 용융염 정량 고화장치 및 방법{Apparatus and Method for The Quantitative Solidification of A Molten Salt by Using A Vacuum Transfer and Dual Vessel}

제 1도는 본 발명에 따른 용융염 정량 고화장치를 도시한 외관 사시도;

제 2도는 본 발명에 따른 용융염 정량 고화장치의 내부 구조를 도시한 종단면도;

제 3도는 본 발명에 따른 용융염 정량 고화장치의 덮개를 상부측에서 도시한 평면도;

제 4도는 본 발명에 따른 용융염 정량 고화장치에 구비된 몰드를 위에서 본 평면도;

제 5도는 본 발명에 따른 용융염 정량 고화장치에 의해서 얻어진 고화염이 원기둥형상으로 응고된 외관도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1..... 본 발명에 따른 용융염 정량 고화장치

10.... 1차 용기 12.... 1차 용기 가열수단

13.... 베이스 14.... 덮개

16.... 염 주입구 18a,40a,82a.... 불활성 기체 유입구

18b,40b,82b... 불활성 기체 배출구 20.... 열전대

22.... 1차 용기 레벨 검출기 30.... 2차 용기

32.... 용융염 이송관 34.... 열전대

36.... 2차 용기 레벨 검출기 38.... 2차 용기 가열수단

50.... 용융염 이송수단 52.... 진공 유도배관

54.... 압력 써지 탱크 56.... 진공 펌프

60.... 밸브수단 62.... 노즐

62a.... 용융염 배출구 64.... 스토퍼

66.... 가열히터 68.... 액튜에이터(Actuator)

70.... 몰드(Mold) 72.... 몰드 가열수단

80.... 밀봉 챔버 110.... 불활성 기체 공급설비

130.... 자동제어 콘트롤러 G.... 게이지

S.... 용융염 Sa.... 고화염

T.... 온도계 V.... 개폐밸브

본 발명은 진공이송과 이중용기를 이용하여 용융염을 취급이 용이한 크기와 형태의 고화염으로 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일정량의 용융염을 2중 용기내에서 진공 압력으로 이송시켜 안정적으로 몰드로 배출하고, 일정한 크기와 형태의 고체 염으로 제조하여 안전한 처리및 수거를 하도록 개선된 진공이송과 이중용기를 이용한 용융염 정량 고화장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 용융염은 그 자체가 가지는 물리 화학적 특성, 즉 높은 전기 전도성 및 물질 전달, 그리고 유체 특성 등으로 인하여 과거로부터 여러 산업기술에 응용되어 왔으며, 특히 최근에는 금속제조 및 정제와 연료전지등의 기술 분야에서 적극 활용되고 있다.

그런데 반응매질로 용융염을 이용하는 공정은 용융점 이하의 온도에서는 고화되는 염의 특성으로 인하여 연속운전이 불가능하며, 그에 따라서 일반적으로 회분식 반응기를 이용하여 단계적으로 운전을 하고 있다.

그리고 용융염계 공정은 용융염의 조해(潮解) 특성으로 인하여 불활성 분위기하의 운전조건이 요구되며, 따라서 용융염의 정제나 재순환 또는 후속공정에서의 사용을 목적으로 용융염을 반응기의 외부로 이송하기가 매우 어렵다.

특히, 금속제조 및 정제 공정의 경우, 반응매질로 대량의 용융염이 사용되는데, 공정 종료 후에는 그 후속공정에서 상기 용융염을 용이하게 처리하기 위하여 상기와 같은 고 용적의 용융염을 용기 밖으로 배출하고, 적정 크기와 형태의 염으로 분할 고화시켜야 할 필요성이 제기되어 왔다.

그렇지만, 상기 용융염을 용기 밖으로 배출할 경우, 용융물의 배출을 일시 중단시켰다가 재차 배출을 시작하기 위해서는 용융염이 배출 통로에 응고되어 형성된 염 덩어리를 용해시켜야만 한다.

이와 같은 용해공정의 예로서는, 산소 랜스 (O₂ lance)를 사용한 종래의 염 덩어리 용융 방법이 있지만 이는 매우 위험하며, 장치로의 접근성이 용이하지 않은 경우에는 적용될 수조차 없다. 이를 개선하기 위하여 배출관의 측면에서 전자기 에너지를 공급하여 응고된 용융물을 용융시키는 방법이 PCT/EP97/05469등에 개시되어 있다.

그렇지만, 이러한 종래의 방법을 용융염 정량 배출에 적용하면 염 덩어리 용융은 용이해지는 반면, 용융염을 정량적으로 배출할 수는 없으며, 그에 더하여 염 덩어리 용융 시간 때문에 용융염의 신속한 배출도 불가능해 진다. 한편, 용융염을 일정 크기와 형태로 고화시키기 위해서는 몰드(형틀)를 사용하여야 한다.

그런데, 고화체가 몰드에 달라붙는 경우, 이를 분리하기가 용이하지 않다. 이러한 종래의 문제를 해결하기 위하여 용융물이 담긴 몰드를, 보다 낮은 온도의 액체에 담금으로써 몰드로부터 열을 신속하게 빼내는 방법이 PCT/EP97/06197호에서 제시되었으나, 이와 같은 종래의 기술은 냉각을 위하여 몰드를 가열부의 외부에서 수직으로 하강시켜야 하는 문제점이 있으며, 가열부의 열손실을 방지하는 것이 용이하지 않다는 단점이 있다.

따라서, 지금까지 알려져 있는 용융염 배출장치 및 방법으로는 용융염을 취급에 용이한 크기와 형태로 정량적으로 고화시킬 수 없으며, 이에 이러한 문제점을 해결하기 위하여 용융염을 정량적으로 배출하여 일정한 크기와 형태로 신속하게 고화시킬 수 있는 장치 및 방법의 개발이 절실히 요구되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 고온 용융염을 정제나 재순환 또는 후속 공정에서의 사용을 위하여 용기에서 배출할 경우에, 일정 크기와 형태로 신속하게 정량 고화시킬 수 있음으로써 일정한 크기와 형태의 고체 염으로 제조하여 안전한 처리및 수거를 할 수 있고, 더불어 후속적으로 저장을 할 수 있도록 개선된 진공이송과 이중용기를 이용한 용융염 정량 고화장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 용융염을 정량 이송시켜 고화시키기 위한 장치에 있어서,

상기 용융염이 유입되는 1차 용기;

상기 1차 용기의 내부에 위치되어 용융염을 정량 공급받는 2차 용기;

상기 1차 용기로부터 2차 용기로 진공압력에 의해서 용융염을 정량 이송시키는 용융염 이송수단;

상기 2차 용기로부터 용융염의 배출을 제어하기 위한 밸브수단; 및

상기 2차 용기로부터 용융염을 받아 고화시키는 몰드;를 포함하여 용융염을 고화시켜 수거하는 것을 특징으로 하는 용융염 정량 고화장치를 제공한다.

특히, 본 발명의 용융염 정량 고화장치에서는 공정 운전 중 장치 내부의 용융염을 그 용융 상태로 유지할 수 있도록 1차 용기, 2차 용기 및 몰드를 가열할 수 있는 가열수단이 사용되어야만 한다.

또한, 2차 용기로부터의 용융염의 배출을 제어하기 위한 밸브수단은 상기 2차 용기로부터 용융염을 배출시키는 노즐과 상기 노즐을 개폐시키는 스토퍼가 사용 될 수 있으며, 용융염 배출시 노즐에 염 덩어리가 형성되는 것을 방지하기 위하여 용융염의 용융점 이상으로 가열할 수 있는 가열히터가 노즐 외부에 설치되어 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 상기 노즐에서 배출된 염이 일정 형태로 만들어지게 되는 몰드는 용융염의 녹는 점 이하의 온도로 유지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 용융염을 정량 이송시켜 고화시키기 위한 방법에 있어서,

염을 1차 용기내에서 용융염으로 용융시키는 단계;

상기 1차 용기 내부의 용융염을 진공압력을 이용하여 2차 용기로 이송하는 단계; 및

상기 2차 용기로 이송된 일정량의 용융염을 노즐을 통하여 몰드로 배출하고 냉각시켜 일정한 크기와 형태의 고체염으로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융염 정량 고화 방법을 제공한다.

그리고, 본 발명은 상기 1차 용기의 온도를 염의 녹는 점 이상으로 유지시켜 공정 운전 과정에서 염을 용융 상태로 유지시킨다.

또한, 본 발명은 상기 공정의 운전과정에서 1차 용기의 내부는 불활성 기체, 특히 아르곤 기체를 흐르게 하여 불활성 기체 분위기로 유지시킴으로써 용융염이 조해되는 현상을 방지하도록 한다.

그리고, 본 발명은 용융염 정량 고화공정에서 취급할 염은 특별히 제한되지 않지만, 용융염의 녹는 점을 고려해야 한다. 예를 들어, 염화리튬 용융염을 취급할 경우에는, 염화리튬의 녹는 점이 610 ℃이므로, 이를 고려하여 용융염 정량 고화공 정의 가열 시스템은 공정 운전 중에 1차 용기, 2차 용기 및 노즐의 온도를 610 ℃ 이상으로 유지할 수 있어야 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 선행공정에서 사용된 염을 취급하기에 용이한 크기와 형태의 고체 염으로 만들어, 정제 및 재사용 또는 후처리 공정에서의 사용 등에 적합한 형태로 용융염을 정량 고화하는 장치및 방법에 관한 것이다.

따라서 본 방법에 의하여 고온, 강부식성의 고 용적 액체 용융염 대신 취급이 용이한 크기와 형태의 상온 고체 염이 후속 공정에 도입될 수 있다.

도 1및 도 2에는 본 발명에 따른 용융염 정량 고화장치(1)가 도시되어 있다.

본 발명의 용융염 정량 고화장치(1)는 용융염(S)이 유입되는 1차 용기(10)를 구비하는 바, 상기 1차 용기(10)는 내부에 용융염(S)이 담기는 공간이 형성되고, 1차 용기(10)의 외주면에는 1차 용기 가열수단(12)이 구비된다.

이러한 1차 용기(10)와 1차 용기 가열수단(12)은 일정크기의 베이스(13)상에 위치될 수 있다.

그리고, 상기 1차 용기(10)는 그 상단에 덮개(14)를 구비하고, 상기 덮개(14)의 일측으로는 염 주입구(16)가 형성되며, 그 일측으로는 불활성 기체 유입구(18a)가 형성되고, 타측으로는 불활성 기체 배출구(18b)가 형성된다.

또한, 상기 1차 용기(10)내에는 내부 온도를 측정하기 위한 열전대(20)와, 1차 용기(10)내의 용융염 레벨을 검출하기 위한 1차 용기 레벨 검출기(22)를 구비한다.

이와 같이 1차 용기(10)는 내부에 염(S)이 투입되고, 1차 용기 가열수단(12) 에 의해서 상기 염(S)의 용융점 이상의 온도로 가열되며, 그 내부로는 불활성 기체가 유입되어 불활성 기체 분위기하에서 가열을 이루는 것이다.

이와 같이 1차 용기(10)의 내부는 불활성 기체 분위기로 이루어짐으로 외기(air)등에 의해서 염(S)의 조해작용이 발생하지 않는 것이다.

그리고, 본 발명은 상기 1차 용기(10)의 내부에 위치되어 용융염(S)을 정량 공급받는 2차 용기(30)를 구비한다.

상기 2차 용기(30)는 상기 1차 용기(10)의 내측 중앙 상부측에 위치되는 것으로서, 그 내부에는 이후에 설명되어질 몰드(70)내로 유출시키고자 하는 용융염(S)이 담기는 공간을 형성하고, 그 일측으로는 용융염 이송관(32)이 상기 1차 용기(10)의 내측 공간으로 길게 형성되어 있다.

상기 용융염 이송관(32)은 그 하단(32a)이 1차 용기(10)의 바닥면에 근접하여 배치된 것으로서, 이는 1차 용기(10)내에 담긴 모든 용융염(S)을 2차 용기(30)로 이송시킬 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 2차 용기 내에는 내부 온도를 측정하기 위한 열전대(34)와, 2차 용기 가열수단(38)및, 2차 용기(30)내의 용융염 레벨을 검출하기 위한 2차 용기 레벨 검출기(36)를 구비한다.

상기 1차 용기(10)를 덮는 덮개(14)는 2차 용기(30)도 덮는다. 상기 덮개(14)는 1차 용기(10)와 2차 용기(30)를 모두 밀봉상태로 덮도록 그 접촉면에는 밀봉 부재(Sealing Members)(미도시)들을 구비한다.

그리고, 상기 2차 용기(30)의 덮개(14) 일측으로는 불활성 기체 유입구(40a) 가 형성되고, 타측으로는 불활성 기체 배출구(40b)가 형성되어 그 내부도 불활성 기체 분위기로 유지된다.

또한, 본 발명은 상기 1차 용기(10)로부터 2차 용기(30)로 진공압력에 의해서 용융염(S)을 정량 이송시키는 용융염 이송수단(50)을 구비한다.

상기 용융염 이송수단(50)은 상기 2차 용기(30)의 내부에 진공 압력을 형성시켜 용융염(S)을 1차 용기(10)로부터 2차 용기(30)의 내부로 이동시키는 것으로서, 상기 2차 용기(30)의 덮개(14)에는 진공 유도배관(52)이 연결되고, 상기 진공 유도배관(52)에는 압력 써지 탱크(54)가 연결되며, 상기 압력 써지 탱크(54)의 일측에는 진공 펌프(56)가 연결된다.

따라서, 상기 진공 펌프(56)의 작동으로 압력 써지 탱크(54)의 내부에는 진공압이 형성되고, 이는 진공 유도배관(52)을 통하여 2차 용기(30)의 내부 압력을 낮추어 용융염 이송관(32)을 통하여 1차 용기(10)로부터 용융염(S)이 2차 용기(30)의 내부로 이동된다.

그리고, 본 발명은 상기 2차 용기(30)로부터 용융염(S)의 배출을 제어하기 위한 밸브수단(60)을 구비한다. 상기 밸브수단(60)은 상기 2차 용기(30)로부터 용융염(S)을 배출시키는 노즐(62)과 상기 노즐(62)을 개폐시키는 스토퍼(64)가 사용되며, 용융염 배출시 노즐(62)에 염 덩어리가 형성되는 것을 방지하기 위하여 용융염(S)의 용융점 이상으로 가열할 수 있는 가열히터(66)가 노즐(62) 외부에 설치되어 있다.

상기 노즐(62)은 2차 용기(30)의 하면 중앙으로부터 1차 용기(10)의 하면 중 앙까지 하향 연장되며, 용융염 배출구(62a)를 하단에 구비한다. 그리고, 상기 노즐(62)을 개폐시키는 스토퍼(64)는 상기 노즐(62)과 동축으로 연장되며, 그 하단이 상기 노즐(62)의 용융염 배출구(62a)를 개폐시킨다.

상기 스토퍼(64)는 그 상단에 마련된 액튜에이터(68)에 의해서 상하로 승하강되면서 상기 노즐(62)을 개폐시키는 것으로서, 상기 액튜에이터(68)는 통상적인 공압 실린더(Pneumatic Cylinder)등으로 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명은 상기 노즐(62)의 하부측으로 2차 용기(30)로부터 용융염(S)을 받아 고화시키는 몰드(70)를 포함하여 용융염(S)을 고화염(Sa)으로 수거하게 된다.

상기 몰드(70)는 상기 노즐(62)과의 사이에 밀봉 챔버(80)를 통하여 외기와 차단되는 상태로 연결되는 바, 상기 밀봉 챔버(80)는 상기 노즐(62)의 주위를 감싸도록 상기 1차 용기 가열수단(12)의 하단에 고정되고, 상기 몰드(70)의 상단에 밀봉상태로 연결된다.

이러한 밀봉 챔버(80)의 일측으로는 불활성 기체 유입구(82a)가 형성되고, 타측으로는 불활성 기체 배출구(82b)가 형성되어 밀봉 챔버(80)의 내부는 불활성 기체 분위기로 유지되어 공기등과 용융염(S)이 접촉되지 않으면서 상기 노즐(62)로부터 몰드(70)로 유입될 수 있도록 한다.

한편, 상기 몰드(70)의 하부측으로는 몰드 가열수단(72)이 구비되어 몰드(70)를 일정 온도로 유지하고, 상기 몰드(70)내의 용융염(S)이 급속하게 온도 강하되면서 응고하지 않도록 하고, 서냉으로 응고하도록 하는 것이다.

또한, 상기 노즐(62)의 주위에 배치되어 이를 가열시키는 히터(66)와 1차 용기(10)및 2차 용기(30) 가열수단(12)(38)및 몰드 가열수단(72)들은 모두 전기저항 가열방식으로 이루어질 수 있지만 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니고, 다른 가열방식을 채택할 수 있음은 물론이고, 용융염의 녹는 점이상으로 유지시켜 원활한 배출이 이루어지도록 할 수 있다.

그리고, 상기 몰드(70)는 도 4에 도시된 바와 같이, 그 내부 공간이 원통형의 구조를 갖추어, 도 5에 도시된 바와 같이, 원기둥 형상의 고화염(Sa)을 형성할 수 있는 것이지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 상기 몰드(70)의 단면 형상을 다양하게 하여 몰드(70)에 의해서 얻어지는 고화염(Sa)의 형상을 다르게 형성할 수 있는 것이다.

미설명 부호(110)는 불활성 기체 공급설비이고, (V)는 각종 개폐밸브이며, (G)는 각종 압력게이지, (T)는 온도계들이다. 또한, (130)는 자동제어 콘트롤러로서, PLG(Programmable Logic Controller) 또는 소형 컴퓨터등으로 이루어질 수 있고, 각종 용융염 레벨, 온도 및 압력등의 정보를 받아서 사전에 정해진 프로세스에 의해서 각종 밸브, 가열수단, 액튜에이터등을 자동 또는 수동으로 제어할 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명에 따른 용융염 정량 고화 방법은 염을 1차 용기(10)내에서 용융염(S)으로 용융시키는 단계를 포함한다. 이는 상기 1차 용기(10)의 둘레에 위치된 1차 용기 가열수단(12)을 통하여 용융염(S)을 그 녹는 점이상으로 가열하여 1차 용기(10)내에 유지시킨다. 상기 염은 적어도 400 ℃ 이상의 온도에서 용융점을 갖는 것들이다.

또한, 후속적으로 상기 1차 용기(10) 내부의 용융염(S)을 진공압력을 이용하여 2차 용기(30)로 이송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 용융염 정량 고화 방법은 상기 1차 용기(10)내에서 가열되어 용융된 염(S)이 내부의 용융염 이송관(32)을 통하여 몰드(70)로 배출될 양 만큼만, 상기 용융염 이송수단(50)에 의해서 2차 용기(30)로 정량 이송되게 된다. 즉, 진공펌프(56)를 이용하여 압력 써지 탱크(54)의 내부를 진공으로 만든 다음, 2차 용기(30)와 압력 써지 탱크(54)의 사이를 연결시키는 진공 유도배관(52)을 개방시키면, 압력 평형을 위하여 압력 써지 탱크(54)의 부피 만큼의 용융염(S)이 이송관(32)을 통하여 1차 용기(10)로부터 2차 용기(30)로 이송된다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 도 1에 나타난 압력 써지 탱크(54)와 진공펌프(56)를 연결하는 배관(56a)의 2차 밸브(56b)를 열고, 진공펌프(56)를 가동하여 압력 써지 탱크(54)의 내부를 진공으로 만든다. 이때, 진공도는 바람직하게는 10^-2 torr 이하로 한다.

그런 다음, 압력 써지 탱크(54)의 2차 밸브(56b)를 닫고 압력 써지 탱크(54)의 1차 밸브(52a)를 열면 대기압 상태에 있는 1차 용기(10) 내부의 용융염(S)이 보다 낮은 압력 상태에 있게 되는 2차 용기(30) 내부로 압력 써지 탱크(54)의 부피에 해당하는 양만큼 이송되어, 결국 1차 용기(10)와 2차 용기(30) 모두가 대기압 상태에 놓이게 된다.

그리고, 도 1에 나타난 바와 같이 용융염 이송관(32)의 1차 용기(10)쪽 입구(32a)는 1차 용기(10)의 바닥에 근접하여 위치되기 때문에, 1차 용기(10)에 있는 용융염(S)을 거의 모두 2차 용기(30) 쪽으로 이송할 수 있으며, 용융염 이송관(32)의 2차 용기(30) 쪽 입구(32b)는 2차 용기(30)내에 담겨지는 용융염(S)의 높이보다 위에 위치하여 2차 용기(30)에서 1차 용기(10)로의 용융염 역류를 방지한다.

또한, 상기 용융염 이송관(32)의 2차 용기(30) 쪽 입구(32b)는 1차 용기(10)에 담긴 용융염 높이보다 항상 위쪽에 위치한다. 그리고, 이러한 높이 차를 통하여 1차 용기(10)로부터 2차 용기(30)로 용융염(S)을 이동시키기 위하여 필요한 압력(P)은 하기 식 1과 같다.

P = ρgh (식 1)

여기서, ρ는 용융염(S)의 밀도이고, g는 중력 가속도, h는 용융염 이송관(32)의 2차 용기 쪽 입구(32b)와 1차 용기(10)에 담긴 용융염(S)과의 높이 차이다. 이때, 압력 써지 탱크(54)와의 연결에 의해 발생하는 2차 용기(30)의 압력과 상기 1차 용기(10)내의 압력 사이의 차가 상기 식 1에서 구해지는 압력보다 큰 경우에 1차 용기(10)로부터 2차 용기(30)로 용융염(S)이 이송된다.

예를 들면, 상기 h가 1 m인 경우, 밀도가 1.5 g/cm³인 650 ℃의 염화리튬을 1차 용기(10)에서 2차 용기(30)로 이송할 수 있으려면, 1차 용기(10)와 2차 용기(30) 사이의 압력차가 약 0.15 atm 이상이 되어야 한다.

그리고, 상기 압력 써지 탱크(54)의 내부 압력을 조절함으로써, 2차 용기 (30)로 이송되어 최종적으로 몰드(70)로 배출되는 용융염(S)의 양을 조절할 수 있다. 구체적으로 살펴보면, 1차 용기(10)에서 2차 용기(30)로 이송되는 용융염(S)의 양은 하기 식 2와 같다.

V₁/V₂ = (P₁ - P₂)/atm (식 2)

여기서, V₁는 각각 2차 용기(30)로 이송되는 용융염(S)의 부피이고, V₂는 압력 써지 탱크(54) 내부의 부피이며, P₁는 atm 단위의 1차 용기(10) 압력이고, P₂는 atm 단위의 압력 써지 탱크(54) 내부의 압력을 각각 나타낸다. 예를 들어 P₁이 1이고 P₂가 0.1이면 압력 써지 탱크(54)의 내부 부피의 0.9 배의 용융염(S)을 1차 용기(10)로부터 2차 용기(30)로 이송할 수 있으나, P₁이 1이고, P₂가 0.5이면, 압력 써지 탱크(54)의 내부 부피의 0.5 배만 이송할 수 있다.

그리고, 본 발명은 상기 2차 용기(30)로 이송된 일정량의 용융염(S)을 노즐(62)을 통하여 몰드(70)로 배출하고 냉각시켜 일정한 크기와 형태의 고화염(Sa)으로 제조하는 단계를 포함한다. 이 단계는 도 1에서 나타낸 바와 같이, 일단 2차 용기(30)로 정량 이송된 용융염(S)이 스토퍼(64)의 상승으로 열리는 노즐(62)을 거쳐 염(S)의 용융점보다 저온 상태에 있는 몰드(70)로 배출되어, 최종적으로는 일정한 크기와 형태의 고화염(Sa)으로 제조된다.

여기서, 일정한 크기와 형태의 염 제조에 사용되는 몰드(70)의 재료는 용융염(S)에 내부식성을 가지고 기계적 내구성을 가지는 한 특별히 제한되지 않는다. 또한, 몰드(70)의 온도는 용융염(S)이 신속히 고화되고, 고화염(Sa)이 몰드(70)에서 신속히 분리될 수 있도록 염(S)의 용융점보다 최대한 낮아야 하지만, 고온의 용융염(S)이 저온의 몰드(70)와 접촉하여 튀는 현상을 방지하기 위하여 일정 온도 이상으로 예열되어 있는 것이다.

예를 들어, 650 ℃ LiCl 용융염(S)을 배출하는 경우에는, 스테인레스 스틸 재질의 몰드(70) 온도를 100 ℃ - 150 ℃로 유지하여 노즐(62)로 배출되는 고온의 용융염(S)이 차가운 몰드(70)와 접촉하여 튀는 현상을 방지함과 아울러, 몰드(70)로 배출된 용융염(S)이 보다 저온의 몰드(70)로의 열전도에 의하여 신속히 고화되도록 한다.

여기에서, 상기 몰드(70)는 도 1에 나타난 바와 같이 용융염 정량 고화장치(1)의 하부측에 플랜지등을 사용하여 밀봉 챔버(80)가 연결되어, 압력 써지 탱크(54)를 이용한 1차 용기(10)에서 2차 용기(30)로의 용융염 정량 이송시, 외부와 기밀을 유지하는 것이다.

또한, 상기 노즐(62)의 개폐를 이루는 밸브 수단으로는 공기압으로 구동되는 액튜에이터(68)를 상단에 갖는 스토퍼(64)를 사용하는 것이 바람직하나, 노즐(62)을 개폐하기 위한 다른 기계적 구동수단, 예를 들면 전원을 이용한 솔레노이드 방식의 액튜에이터등을 사용할 수 있고, 본 발명은 이들의 특정 구조의 사용에 제한되는 것은 아니다.

한편, 염화물과 불화물계 등의 용융염(S)은 강부식성이기 때문에, 장시간의 반복된 공정은 장치 부식을 초래하고, 특히 노즐(62)과 스토퍼(64)에서 발생한 부 식은 신뢰성 있는 노즐(62) 개폐를 불가능하게 한다. 그런데 본 발명의 용융염 정량 고화방법에서는 1차 용기(10)로부터 몰드(70)에 배출될 양(量) 만큼의 용융염(S)만 2차 용기(30)로 정량 이송되기 때문에 노즐(62)의 개폐와 관계없이 용융염(S)을 정량 고화시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

이하, 하기의 실시예에 의하여 본 발명을 보다 더 구체적으로 설명한다.

그러나, 이 실시예는 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니고 단지 예시를 위한 것으로서, 본 발명이 이 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

<실시예>

선행공정에서 사용한 650 ℃ LiCl-3wt% Li₂O 용융염 100 kg (67ℓ)를 650 ℃로 유지되는 이송관(미도시)과 용융염 주입구(16)를 통하여 용융 상태로 본 발명의 용융염 정량 고화장치(1)의 1차 용기(10)로 진공 이송하였다. 그리고, 스테인리스 스틸 재질로 내부 부피가 8 ℓ인 원통형 몰드(70)를 용융염 정량 고화장치(1)의 하단부에 플랜지 결합하는 밀봉 챔버(80)를 사용하여 연결하고, 몰드 가열수단(72)을 통하여 100 ℃ 내지 150 ℃ 로 가열하였다. 그런 다음, 용융염 정량 고화장치(1)의 1차 용기(10), 2차 용기(30), 그리고 노즐(62)의 온도를 2차 용기 가열 히터(66)를 통하여 각각 650 ℃로 가열하여 공정 운전시, 염(S)을 용융 상태로 유지할 수 있도록 하였다.

그리고, 용융염 이송수단(50)의 진공펌프(56)를 가동하고, 도 1에서 나타낸 압력 써지 탱크(54)의 2차 밸브(56b)를 열어서 그 내부 부피가 6.7 ℓ인 압력 써지 탱크(54) 내부를 10^-3 torr 이하의 진공상태로 만들었다. 그런 다음, 압력 써지 탱크(54)의 2차 밸브(56b)를 닫고, 압력 써지 탱크(54)의 진공 유도배관(52)에 구비된 1차 밸브(52a)를 열어, 용융염 정량 고화장치(1)의 1차 용기(10)에서 2차 용기(30)로 용융염(S)이 6.7 ℓ이송되도록 하였다. 이때, 압력 써지 탱크(54)와 연결된 압력계(G)로 용융염(S)의 이송여부를 확인하였다.

그런 다음, 공기압에 의하여 구동되는 액튜에이터(68)의 작동을 통하여 스토퍼(64)를 상승시켜 노즐(62)을 열면, 2차 용기(30)에 담긴 6.7 ℓ의 용융염(S)이 노즐(62)을 통하여 스테인리스 스틸 재질의 몰드(70)로 배출되었다.

한편, 이와 같이 노즐(62)로부터 몰드(70)로 용융염(S)을 배출시키는 과정에서, 밀봉 챔버(80)와 몰드(70)내로 용융염(S)의 원활한 유입을 위하여 상기 밀봉 챔버(80)의 불활성 기체 유입구(82a)및 배출구(82b)를 통해서는 불활성 기체가 흐르도록 하여 용융염(S)의 몰드(70) 유입이 원활하게 이루어지도록 하였다.

상기와 같이 노즐(62)을 통한 용융염(S)의 배출이 끝나면, 몰드 가열수단(72)에 의한 몰드(70) 가열을 중단하고 몰드(70)와 그 내부의 용융염(S)을 50 ℃ 이하의 온도로 식힌 다음, 몰드(70)와 용융염 정량 고화장치(1)를 연결하는 밀봉 챔버(80)의 결합 플랜지들을 풀어서, 몰드(70)를 용융염 정량 고화장치(1)로부터 분리하고, 최종적으로는 고화된 염을 몰드(70)로부터 꺼내어 10 kg 중량의 원통형 고화염(Sa)이 제조되었음을 확인하였다.

그리고, 다시 몰드(70)를 용융염 정량 고화장치(1)의 하단부에 밀봉 챔버 (80)의 플랜지로 연결한 다음, 몰드(70)를 100 ℃ 내지 150 ℃ 로 가열하고, 상기와 같이 1차 용기(10)에서 2차 용기(30)로 염 6.7 ℓ를 용융염 이송수단(50)의 압력 써지 탱크(54)를 이용하여 진공 이송한 다음, 노즐(62)을 거쳐 몰드(70)로 배출하여 2번째 고화염(Sa)을 제조하였으며, 이러한 조작을 반복하여 1차 용기(10)로 이송되었던 67 ℓ의 용융염(S)을 10 kg 무게의 원통형 고화염(Sa) 10 개로 제조하였다.

상기와 같이 본 발명의 용융염 정량 고화장치 및 방법에 의하면, 고 용적 강부식성의 용융염을 진공이송과 이중용기를 이용하여 취급이 간편한 일정 크기와 형태의 고화염으로 신속하게 제조할 수 있기 때문에 용융염 기반 산업 전반에 유용하게 사용될 수 있다.

뿐만 아니라, 진공압력을 이용하여 정량적으로 용융염을 이송할 수 있기 때문에, 용융염을 안전하고 신속하게 고화시키는 것이 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 특정 실시예에 관하여 상세히 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 본 명세서 또는 도면의 기재 내용을 통하여 당업자들은 상기 실시예와는 다른 본 발명의 변형 구조 또는 균등 구조들을 다양하게 구성할 수 있지만, 이들은 모두 본 발명의 기술 사상내에 포함되는 것이다. 특히, 본 발명의 구성 요소들의 재질 변경, 단순 기능의 부가, 단순 형상변경 또는 치수 변경등이 다양하게 제시될 수 있겠지만, 이들은 모두 본 발명의 권리 범위내에 포함되는 것임은 명백한 것이다.

Claims

용융염을 정량 이송시켜 고화시키기 위한 장치에 있어서,

상기 용융염이 유입되는 1차 용기;

상기 1차 용기의 내부에 위치되어 용융염을 정량 공급받는 2차 용기;

상기 1차 용기로부터 2차 용기로 진공압력에 의해서 용융염을 정량 이송시키는 용융염 이송수단;

상기 2차 용기로부터 용융염의 배출을 제어하기 위한 밸브수단; 및

상기 2차 용기로부터 용융염을 받아 고화시키는 몰드;를 포함하여 용융염을 고화시켜 수거하는 것을 특징으로 하는 용융염 정량 고화장치.
제 1항에 있어서, 상기 1차 용기, 2차 용기, 그리고 밸브수단들은 각각 가열수단에 의해서 염을 용융점 이상으로 가열할 수 있는 것임을 특징으로 하는 용융염 정량 고화장치.
제 1항에 있어서, 상기 몰드는 다양한 단면 형상을 구비하여 상기 몰드에 의하여 제조되는 용융염의 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 용융염 정량 고화장치.
제 1항에 있어서, 상기 몰드 가열수단은 상기 몰드를 100∼150℃의 범위로 가열하여 고온의 용융염이 차가운 몰드와 접촉하여 급냉되는 것을 방지함으로써 염이 튀는 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 용융염 정량 고화장치.
제 1항에 있어서, 상기 1차 용기및 2차 용기에는 각각 불활성 기체 유입구와 불활성 기체 배출구들이 형성되어 불활성 기체 분위기하에서 가열을 이루는 것임을 특징으로 하는 용융염 정량 고화장치.
제 1항에 있어서, 상기 용융염 이송수단은 상기 2차 용기의 내부에 진공 압력을 형성시키기 위하여 상기 2차 용기의 덮개에는 진공 유도배관이 연결되고, 상기 진공 유도배관에는 압력 써지 탱크가 연결되며, 상기 압력 써지 탱크의 일측에는 진공 펌프가 연결되어 상기 진공 펌프의 작동으로 압력 써지 탱크의 내부에는 진공압이 형성되고, 진공 유도배관을 통하여 2차 용기의 내부 압력을 낮추어 상기 1차 용기로부터 용융염 이송관을 통하여 2차 용기로 용융염을 이동시키는 것임을 특징으로 하는 용융염 정량 고화장치.
제 1항에 있어서, 상기 1차 용기로부터 상기 2차 용기로 용융염을 이송시키는 용융염 이송관은 그 하단이 1차 용기의 바닥면에 근접하여 배치됨으로써 상기 1차 용기내에 담긴 모든 용융염을 2차 용기로 이송시키는 것임을 특징으로 하는 용융염 정량 고화장치.
제 1항에 있어서, 상기 밸브수단은 2차 용기로부터 용융염을 배출시키는 노즐과 상기 노즐을 개폐시키는 스토퍼를 포함하며, 상기 스토퍼는 그 상단에 마련된 액튜에이터에 의해서 상하로 승하강되면서 상기 노즐을 개폐시키는 것임을 특징으로 하는 용융염 정량 고화장치.
제 8항에 있어서, 상기 노즐은 2차 용기의 하면 중앙으로부터 1차 용기의 하면 중앙까지 하향 연장되며, 용융염 배출구를 하단에 구비하고, 상기 스토퍼는 상기 노즐의 내부에서 동축으로 연장되며, 그 하단이 상기 노즐의 용융염 배출구를 개폐시키는 것임을 특징으로 하는 용융염 정량 고화장치.
용융염을 정량 이송시켜 고화시키기 위한 방법에 있어서,

염을 1차 용기내에서 용융염으로 용융시키는 단계;

상기 1차 용기 내부의 용융염을 진공압력을 이용하여 2차 용기로 이송하는 단계; 및

상기 2차 용기로 이송된 일정량의 용융염을 노즐을 통하여 몰드로 배출하고 냉각시켜 일정한 크기와 형태의 고체염으로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융염 정량 고화 방법.
제 10항에 있어서, 상기 1차 용기로부터 2차 용기로 이송되는 용융염은 압력 써지 탱크의 내부 압력 조절에 의하여 용융염의 양이 조절되는 것임을 특징으로 하는 용융염 정량 고화 방법.
제 10항에 있어서, 상기 몰드에서 일정한 크기와 형태의 고체염으로 제조하는 단계는 고온의 용융염을 노즐을 통하여 대략 100∼150℃의 범위로 유지되는 저온의 몰드로 배출함으로써, 용융염을 고화시키는 것임을 특징으로 하는 용융염 정량 고화 방법.
제 10항 내지 제 12항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 염은 400 ℃ 이상의 온도에서 용융되는 것을 특징으로 하는 용융염 정량 고화 방법.
제 10항 내지 제 12항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 용융염은 불활성 기체 분위기하에서 처리되는 것임을 특징으로 하는 용융염 정량 고화 방법.
제 10항에 있어서, 상기 1차 용기로부터 2차 용기로 용융염을 이송하는 단계는 상기 1차 용기와 2차 용기 사이의 압력차가 아래의 식 1에서 구해지는 압력보다 크게 형성되어 이루어지고,

P = ρgh (식 1)

여기서, ρ는 용융염의 밀도이고, g는 중력 가속도, h는 용융염 이송관의 2 차 용기 쪽 입구와 1차 용기에 담긴 용융염과의 높이 차, P는 상기 높이 차를 용융염이 이동하기 위하여 필요한 압력임을 특징으로 하는 용융염 정량 고화 방법.
제 10항에 있어서, 상기 1차 용기로부터 2차 용기로 용융염을 이송하는 단계에서, 상기 이송되는 용융염 양은 하기 식 2와 같고,

V₁/V₂ = (P₁ - P₂)/atm (식 2)

여기서, V₁는 2차 용기로 이송되는 용융염의 부피, V₂는 압력 써지 탱크 내부의 부피이고, P₁은 atm 단위의 1차 용기 내부의 압력, P₂는 atm 단위의 압력 써지 탱크 내부의 압력을 각각 나타내는 것임을 특징으로 하는 용융염 정량 고화 방법.