KR101446715B1 - Integrated fabrication apparatus in thermal treatment processes for gas reactor nuclear fuel and its fabrication method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스로 핵연료 피복입자의 열처리 통합 제조 시스템 및 이를 이용한 핵연료 피복입자의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 핵연료 제조 중간물질(ADU 겔)을 열분해시켜 구형산화물 입자로 변환시키는 하소(calciantion) 공정 단계, 상기 구형산화물 입자를 환원 및 소결하는 소결(sintering) 공정단계, 소결된 구형의 우라늄 화합물 입자 상에 복수 개의 피복층을 형성하는 피복 공정 단계를 순차적으로 수행하되, 배출가스의 폐열을 재활용할 수 있는 공급가스 예열부를 포함하는 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복 입자의 열처리 통합 제조 시스템은 예를 들어, UO2 커널, 또는 UCO 입자와 같은 핵연료 입자 제조 및 상기 핵연료 입자의 피복 시 하나의 장치 내에서 열처리가 수행되며, 이에 따라 각 제조단계 마다 상이한 열처리 장치를 사용하였던 종래의 복잡한 장치와 단위공정들을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 열교환을 통해 폐가스로부터 폐열을 회수함으로써, 공급가스의 예열을 수행할 수 있는 바, 반응가스 예열에 소비되는 에너지 사용량을 절감할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to an integrated manufacturing system for gas-fuel coated particles and a method of manufacturing fuel-coated particles using the same, and more particularly, to a method for calorimetrically converting nuclear fuel fabrication intermediates (ADU gel) into spherical oxide particles by pyrolysis, A sintering step of reducing and sintering the spherical oxide particles, and a coating step of forming a plurality of coating layers on the sintered spherical uranium compound particles, wherein the waste heat of the exhaust gas is recycled The present invention provides a gas furnace coated particle manufacturing heat treatment system including a feed gas preheating section. The integrated manufacturing system for the heat treatment of gaseous nuclear fuel coated particles according to the present invention is carried out, for example, in the manufacture of nuclear fuel particles such as UO 2 kernels or UCO particles and heat treatment in one apparatus when coating the nuclear fuel particles, It is possible to reduce the conventional complicated apparatuses and unit processes using different heat treatment apparatuses for each manufacturing step. In addition, since waste heat can be recovered from the waste gas through heat exchange, it is possible to preheat the supply gas, thereby reducing the amount of energy consumed in preheating the reaction gas.
Description
본 발명은 가스로 핵연료 피복입자의 열처리 통합 제조 시스템 및 이를 이용한 핵연료 피복입자의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 종래의 가스로 핵연료 제조공정에서 적용되고 있는 각각의 단위공정 중 열처리과정을 통합 단일화하여 하나의 열처리장치 내에서 각각의 열처리 단위공정을 연속적으로 수행하고, 열처리 과정에서 발생되는 배기 가스를 처리할 수 있는 가스로 핵연료 피복입자의 열처리 통합 제조 시스템 및 이를 이용한 핵연료 피복입자를 제조하는 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an integrated manufacturing system for heat-treated gas-fuel coated particles and a method for manufacturing fuel-coated particles using the same. More particularly, the present invention relates to a heat- A process for continuously performing each heat treatment unit process in a single heat treatment apparatus, and a heat treatment integrated processing system for a nuclear fuel coated particle by a gas capable of processing exhaust gas generated in a heat treatment process, and manufacturing a nuclear fuel coated particle using the system ≪ / RTI >
첨단기술인 다목적 가스로는 대량의 열과 환원가스를 필요로 하는 제철, 화학공업 등의 모든 분야에 이용될 수 있으며, 특히 경수로형 원자력발전소의 원자로(출구온도 300 ℃)보다 높은 850 내지 950 ℃의 출구온도가 가능하기 때문에 원자력 발전의 용도로 사용될 수 있다. 이때, 원자력 발전을 위한 가스로는 현재 국내에서 사용되고 있는 경수로(물을 사용해서 원자로를 냉각)와는 달리 원자로에서 핵분열로 발생되는 고온의 열을 He 가스를 사용해서 냉각하는 가스냉각로 개념으로, 핵분열 물질로 우라늄 산화물을 핵연료 물질로 이용한다.
The multi-purpose gas, which is a high-tech technology, can be used in all fields such as steel industry and chemical industry that require a large amount of heat and reducing gas. Especially, it has an outlet temperature of 850 to 950 ° C higher than the reactor (
한편, (초)가스냉각로의 경우, 핵연료를 구성하는 우라늄 산화물(또는, 산화물 외 다른 종류의 우라늄 화합물)도 경수로나 중수로에서 사용하는 핵연료 물질의 구조와는 근본적으로 다른 개념을 적용하여 제조한다.On the other hand, in the case of a (second) gas-cooled furnace, the uranium oxide (or uranium compound other than oxide) constituting the fuel is also manufactured by applying a fundamentally different concept to the structure of the nuclear fuel material used in the light water reactor or the heavy water reactor .
즉, 가스로에 적용되는 핵연료 물질은 지름 1 mm 이하의 작은 구형입자로서, 우라늄 등의 산화물(UO2), 혼합화합물(UCO)을 심으로 하여 그 바깥쪽을 특수한 탄소, 규소 막으로 3~4중으로 감싸서 1,300 ℃의 고온에서도 핵분열 생성물의 누출을 근원적으로 방지할 수 있도록 한 것을 사용한다.In other words, the fuel material to be applied to the gas furnace is small spherical particles with a diameter of 1 mm or less. Uranium oxide (UO 2 ) and mixed compound (UCO) So that leakage of fission products can be prevented even at a high temperature of 1,300 ° C.
이와 같이, 가스로 핵연료로서 사용되는 구형의 UO2입자, 또는 UCO 입자는 화학기상증착(CVD) 등의 피복 장치를 이용해서 입자의 표면을 4중으로 피복하여 TRISO(TRi-ISOtropic) 입자로 제조될 수 있으며, 이러한 TRISO 입자의 제조공정 및 입자의 형태는 도 1과 같다.
As described above, spherical UO 2 particles or UCO particles used as a gas furnace fuel are coated with quarts of a particle surface using a coating apparatus such as chemical vapor deposition (CVD) to produce TRISO (TRi-ISOtropic) particles The manufacturing process of the TRISO particles and the shape of the particles are shown in Fig.
이때, 종래의 가스로 핵연료 제조공정은 일례로서 도 1에 도시된 바와 같이 UO2 미세구입자의 경우 구형의 ADU(Ammonium Di-Uranate) 겔(Gel) 입자를 제조한 후 이를 하소로에서 하소시켜 UO3형태로 변환시키고, 이를 다시 고온의 소결로(sintering furnace)에 넣어 반응가스와 환원 반응시키고 고온에서 소결시켜 소결된 UO2 입자로 만들거나, 또는 상기의 ADU 겔 입자 제조시 탄소물질을 원료용액에 적절히 혼합한 혼합용액으로부터 구형입자를 제조하고 이를 상기와 유사한 열처리 과정을 거쳐 UCO입자를 제조한다.As shown in FIG. 1, a conventional gas-fueled nuclear fuel fabrication process is, for example, as shown in FIG. 1, in which a spherical ADU (Ammonium Di-Uranate) gel particle is produced in the case of UO 2 fine- 3 , and the resultant is put into a sintering furnace at a high temperature for reduction reaction with a reaction gas and sintered at a high temperature to obtain sintered UO 2 particles. Alternatively, carbon materials in the above- To prepare spherical particles, and then subjected to a heat treatment similar to the above to prepare UCO particles.
또한, 상기한 바와 같은 공정을 통해 제조된 UO2입자 또는 UCO입자를 다양한 피복 가스(coating gas)를 이용해서 입자의 표면을 다중으로 피복함으로써 최종적으로 TRISO 형태의 피복입자를 제조한다.In addition, the UO 2 particles or UCO particles prepared through the above-described processes are coated with various coating gases in multiple ways to finally produce TRISO-type coated particles.
나아가, 가스로에 장전되는 핵연료는 일반 중수로나 경수로 형태의 핵연료와는 전혀 다른 TRISO 형태의 구형입자이기 때문에, 제조된 TRISO 입자들은 그라파이트(graphite) 분말과 같은 다양한 혼합물질과 함께 혼합 후 다양한 단위공정들을 거쳐 가스로의 원자로 형태에 따라 각기둥(prismatic) 형태, 조약돌 형태 등으로 가공하여 최종적인 가스로 핵연료로 제조된다.Furthermore, since the fuel loaded in the gas furnace is a spherical particle of the TRISO type which is completely different from the fuel in the form of the general heavy water reactor or the light-water reactor, the produced TRISO particles are mixed with various mixed materials such as graphite powder, It is processed into a prismatic form, a pebble form, etc. according to the reactor type of the gas furnace, and is finally made into a nuclear fuel.
일례로서, 대한민국 등록특허 제10-0756440호에서는 초고온 가스 냉각로에 사용되는 쉘 핵연료 영역을 지닌 핵연료 페블이 개시된 바 있으며, 상세하게는 초고온가스로용 원자로 노심에 장입되는 핵연료 페블로서 실질적으로 구의 형상을 가지며, 구의 중심으로부터 중심부, 중간쉘 및 외측쉘을 포함하여 이루어지고, 상기 중심부 및 외측쉘은 실질적으로 흑연 매트릭스로 이루어지고, 상기 중간쉘은 흑연 매트릭스에 입자핵연료가 랜덤하게 분포된 것을 특징으로 하는 핵연료 페블이 개시된 바 있다.
For example, Korean Patent No. 10-0756440 discloses a nuclear fuel pellet having a shell fuel fuel region used in an ultra-high temperature gas cooling furnace, and more specifically, a fuel pellet charged into a reactor core for an ultra-high temperature gas furnace, Wherein the central shell and the outer shell comprise a substantially graphite matrix and wherein the intermediate shell is characterized in that particle fuel is randomly distributed in the graphite matrix, Fuel pellets have been disclosed.
한편, 상기 TRISO 형태의 입자 내부에 존재하는 구형의 UO2 또는 UCO인 커널(kernel) 입자는 일반적으로 졸-겔(sol-gel) 공정을 기초로 한 GSP(gel-supported precipitation)라 불리는 액상공정으로 제조하고 있으며, On the other hand, kernel particles, which are spherical UO 2 or UCO existing in the TRISO type particles, are generally subjected to a liquid phase process called gel-supported precipitation (GSP) based on a sol- .
통상적인 종래의 제조방법에 따르면, 액상방법으로 얻어진 ADU 겔 입자(UCO입자의 경우에는 C가 함유된 ADU)를 입자를 하소(calcination)하여 UO3입자로 변환시키고, 이를 소결로(sintering furnace)로 옮겨서 UO2 커널로 환원시킨 다음 고온에서 입자 내부를 치밀화 시킴으로써 고밀도를 갖는 소결된 UO2입자 또는 UCO입자를 얻은 다음, 이를 또 다른 형태의 피복 장치(Coater)에서 피복 가스를 이용해서 고온으로 여러 번 피복하는 복잡한 열처리 과정을 거쳐 가스로 핵연료를 제조한다.According to a typical conventional manufacturing method, particles of ADU gel particles (ADU containing C in the case of UCO particles) obtained by a liquid phase method are calcined and converted into UO 3 particles, which are then sintered in a sintering furnace, To UO 2 kernels and densifying the inside of the particles at high temperatures to obtain sintered UO 2 particles or UCO particles having a high density and then subjecting the sintered UO 2 particles or UCO particles to high- And the gas fuel is produced through a complicated heat treatment process.
그러나, 상기한 바와 같은 공정을 거쳐 가스로 핵연료를 제조하는 경우에는 각 단계마다 열처리를 위해서 서로 다른 3종류의 열처리 장치가 필요하고, 이를 운전하기 위한 고도의 숙련기술이 요구되며, 각각의 단위 공정을 운전하기 위한 많은 운전시간이 소비될 뿐만 아니라, 여러 장치가 제작/운전되기 때문에 경제적으로 많은 비용이 소요되는 문제가 있고, 각 단위공정마다 핵물질을 넣고 빼는 반복과정에서 방사성물질에 노출될 가능성이 있다.
However, in the case of producing the nuclear fuel through the above-described processes, three different types of heat treatment apparatuses are required for heat treatment in each step, and a highly skilled technique for operating the apparatus requires the unit process There is a problem in that economical cost is required because a plurality of apparatuses are manufactured / operated, and there is a possibility of being exposed to a radioactive substance in an iterative process of inserting / .
이에, 본 발명자들은 종래의 제조방법과 달리, 하나의 통합 열처리 장치 내에서 제조공정을 연속적으로 수행하여 가스로 핵연료를 제조할 수 있는 장치에 대하여 연구하던 중, 핵연료 제조 중간물질인 ADU 겔을 이용하여 하소(calciantion), 환원, 및 소결(sintering)을 수행하여 소결된 구형산화물 입자를 제조하고, 제조된 상기 구형산화물 입자 표면에 복수 개의 피복층을 형성하는 피복 공정을, 통합된 하나의 장치 내에서 연속적으로 수행하되, 배출되는 가스의 폐열을 이용하여 공급가스의 예열을 수행할 수 있는 가스로 핵연료 피복 입자 제조 열처리 시스템을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
Therefore, unlike the conventional manufacturing method, the inventors of the present invention have been studying an apparatus capable of manufacturing a nuclear fuel by continuously performing the manufacturing process in one integrated heat treatment apparatus, and using the ADU gel A sintered spherical oxide particle is produced by performing calcination, reduction and sintering on the surface of the spherical oxide particle, and a coating process of forming a plurality of coating layers on the surface of the spherical oxide particle thus produced is carried out in one integrated device The present invention has been accomplished by developing a gas processing furnace coated particle heat treatment system capable of performing preheating of a feed gas by using waste heat of exhaust gas continuously.
본 발명의 목적은 가스로 핵연료 피복입자의 열처리 통합 제조 시스템 및 이를 이용한 핵연료 피복입자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide an integrated manufacturing system for heat treatment of gas-fuel coated particles and a method for manufacturing fuel-coated particles using the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object,
기설정된 온도로 예열된 가스를 제공하는 가스 공급부;A gas supply unit for supplying a preheated gas to a predetermined temperature;
상기 가스 공급부 상단에 구비되되, 상기 가스 공급부로부터 예열된 복수 개의 가스를 공급받아, 핵연료 제조 중간 물질(ADU 겔)로부터 변환되는 구형의 우라늄 화합물 입자 표면에 피복층을 형성하는 피복입자 제조부;A coated particle producing unit provided at an upper end of the gas supplying unit and receiving a plurality of preheated gases from the gas supplying unit to form a covering layer on the surface of the spherical uranium compound particles converted from the nuclear fuel manufacturing intermediate material (ADU gel);
상기 피복입자 제조부로부터 배출되는 가스를 제거하는 배기 가스 제거부; 및An exhaust gas removing section for removing gas discharged from the coated particle producing section; And
상기 피복입자 제조부의 상단에 구비되어, 피복입자 제조부 하단의 가스 공급부로 예열된 가스를 공급하되, 상기 피복입자 제조부로부터 배출되는 가스와 열교환을 통해 상기 예열이 수행되는 공급가스 예열부;를 포함하는 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템을 제공한다.
A preheating unit for supplying the preheated gas to the gas supply unit at the lower end of the coated particle production unit and performing the preheating through heat exchange with the gas discharged from the coated particle production unit; The present invention provides a gas-fueled coated particle manufacturing heat treatment system.
또한, 본 발명은 In addition,
피복입자 제조부 내부를 가열하여 내부에 장입된 핵연료 제조 중간물질(ADU 겔)을 열분해시켜 구형산화물 입자로 변환시키는 하소(calciantion) 단계(단계 1);A calcination step (step 1) of heating the inside of the coated particle production part to pyrolyze the internally charged fuel manufacturing intermediate material (ADU gel) to convert it into spherical oxide particles;
상기 피복입자 제조부 내부에 반응가스를 공급하며 1차로 환원시킨 다음, 가열함으로서 핵연료 커널을 형성시키는 구형 입자 환원 및 소결(sintering) 단계(단계 2);A spherical particle reduction and sintering step (step 2) in which a reaction gas is supplied to the inside of the coated particle producing section to reduce it first and then form a nuclear fuel kernel by heating;
상기 피복입자 제조부에 증착 가스를 공급하여 상기 단계 2의 핵연료 커널 표면에 복수 개의 피복층을 형성시키는 피복(coating) 단계(단계 3); 및A coating step (step 3) of supplying a deposition gas to the coated particle producing section to form a plurality of coating layers on the surface of the nuclear fuel kernel of step 2; And
상기 피복입자 제조부 내의 잉여 가스 또는 폐가스 배출, 및 상기 피복입자 제조부 내부를 냉각시키기 위한 불활성 가스를 공급한 후, 제조된 핵연료 피복입자를 배출하는 입자 배출 단계(단계 4);를 포함하는 상기 제조 열처리 시스템을 이용한 가스로 핵연료 피복입자의 제조방법을 제공한다.
A particle discharging step (step 4) of discharging surplus gas or waste gas in the coated particle producing section and an inert gas for cooling the inside of the coated particle producing section and discharging the manufactured fuel coated particles; The present invention provides a method for producing gas-fired particles using a manufacturing heat treatment system.
나아가, 본 발명은Further,
상기 제조방법을 통해 제조되는 가스로 핵연료 피복입자를 제공한다.
The gas-fuel coated particles produced by the above-described method are provided.
본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복 입자의 열처리 통합 제조 시스템은 예를 들어, UO2 커널, 또는 UCO 입자와 같은 핵연료 입자 제조 및 상기 핵연료 입자의 피복 시 하나의 장치 내에서 열처리가 수행되며, 이에 따라 각 제조단계 마다 상이한 열처리 장치를 사용하였던 종래의 복잡한 장치와 단위공정들을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 열교환을 통해 폐가스로부터 폐열을 회수함으로써, 공급가스의 예열을 수행할 수 있는 바, 반응가스 예열에 소비되는 에너지 사용량을 절감할 수 있는 효과가 있다.The integrated manufacturing system for the heat treatment of gaseous nuclear fuel coated particles according to the present invention is carried out, for example, in the manufacture of nuclear fuel particles such as UO 2 kernels or UCO particles and heat treatment in one apparatus when coating the nuclear fuel particles, It is possible to reduce the conventional complicated apparatuses and unit processes using different heat treatment apparatuses for each manufacturing step. In addition, since waste heat can be recovered from the waste gas through heat exchange, it is possible to preheat the supply gas, thereby reducing the amount of energy consumed in preheating the reaction gas.
나아가, 원료물질인 구형의 핵연료 제조 중간물질을 고정시킬 수 있는 중간물질 수용용기를 더욱 포함하는 경우, 유입되는 가스로 인한 구형 핵연료 입자(예를 들어, UO2, UCO 등)의 유동을 방지할 수 있다.
Further, when the fuel cell further includes an intermediate material receiving container capable of fixing the spherical nuclear fuel manufacturing intermediate material as the raw material, it is possible to prevent the flow of the spherical fuel particles (for example, UO 2 , UCO, etc.) .
도 1은 통상적인 가스로 핵연료 제조공정을 나타낸 순서도이고;
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고;
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 피복입자 제조부 내에 구비될 수 있는 핵연료 제조 중간물질 수용용기를 개략적으로 도시한 도면이고;
도 5는 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 가스 공급부와, 피복입자 제조부의 단면을 도시한 도면이고;
도 6은 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 가스 공급부를 개략적으로 도시한 도면이고;
도 7은 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 가스 공급부의 보조가스관을 개략적으로 도시한 도면이고;
도 8은 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 가스 공급부의 냉각영역을 개략적으로 도시한 도면이고;
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 가스공급부와 피복입자 제조부의 연결부위 단면을 도시한 도면이고;
도 11은 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 피복입자 제조부의 단면을 도시한 도면이고;
도 12는 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 피복입자 제조부의 상부를 도시한 도면이고;
도 13은 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 가스 주입구 및 이의 단면을 도시한 도면이고;
도 14는 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 피복입자 제조부의 하부를 도시한 도면이고;
도 15 및 도 16은 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 열전대가 구비되는 일례를 도시한 도면이고;
도 17 및 도 18은 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 배기가스 제거부를 도시한 도면이다.FIG. 1 is a flow chart showing a typical gas-fuel fabrication process; FIG.
Figures 2a and 2b are schematic views of a gas furnace fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention;
FIG. 3 and FIG. 4 are schematic views of a nuclear fuel manufacturing intermediate material receiving vessel which can be provided in the coated particle producing section in the gas-nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention;
5 is a view showing a cross section of a gas supply unit and a coated particle producing unit in the gas-nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention;
6 is a schematic view of a gas supply part in a gas-nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention;
7 is a view schematically showing an auxiliary gas pipe of a gas supply part in the gas-nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention;
8 is a view schematically showing a cooling region of a gas supply portion in a gas-nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention;
FIG. 9 and FIG. 10 are cross-sectional views showing a connection site of a gas supply unit and a coated particle production unit in a gas-nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention;
11 is a view showing a cross section of a coated particle producing portion in the gas-nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention;
12 is a view showing an upper portion of the coated particle producing portion in the gaseous nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention;
FIG. 13 is a view showing a gas injection port and a cross section thereof, in a gas-nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention; FIG.
14 is a view showing a lower portion of the coated particle producing portion in the gas-nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention;
15 and 16 are views showing an example in which a thermocouple is provided in the gas-nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention;
17 and 18 are views showing an exhaust gas removing unit in the gas-nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention.
본 발명은 The present invention
기설정된 온도로 예열된 가스를 제공하는 가스 공급부;A gas supply unit for supplying a preheated gas to a predetermined temperature;
상기 가스 공급부 상단에 구비되되, 상기 가스 공급부로부터 예열된 복수 개의 가스를 공급받아, 핵연료 제조 중간 물질(ADU 겔)로부터 변환되는 구형의 우라늄 화합물 입자 표면에 피복층을 형성하는 피복입자 제조부;A coated particle producing unit provided at an upper end of the gas supplying unit and receiving a plurality of preheated gases from the gas supplying unit to form a covering layer on the surface of the spherical uranium compound particles converted from the nuclear fuel manufacturing intermediate material (ADU gel);
상기 피복입자 제조부로부터 배출되는 가스를 제거하는 배기 가스 제거부; 및An exhaust gas removing section for removing gas discharged from the coated particle producing section; And
상기 피복입자 제조부의 상단에 구비되어, 피복입자 제조부 하단의 가스 공급부로 예열된 가스를 공급하되, 상기 피복입자 제조부로부터 배출되는 가스와 열교환을 통해 상기 예열이 수행되는 공급가스 예열부;를 포함하는 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템을 제공한다.A preheating unit for supplying the preheated gas to the gas supply unit at the lower end of the coated particle production unit and performing the preheating through heat exchange with the gas discharged from the coated particle production unit; The present invention provides a gas-fueled coated particle manufacturing heat treatment system.
이때, 본 발명의 상기 "가스로"는 핵연료 피복입자가 적용될 수 있는 통상의 가스로를 의미하는 것으로서, 상기 "가스로"는 "고온가스로", 또는 "초고온가스로"일 수 있으나, 상기 가스로가 이에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term "gas furnace " means a conventional gas furnace to which fuel-coated particles can be applied. The" gas furnace "may be a" hot gas furnace " But is not limited thereto.
또한, 본 발명의 상기 "핵연료"는 우라늄산화물인 UO2뿐만 아니라, UCO와 같은 우라늄화합물을 포함한다.
In addition, said "spent fuel" of the present invention, the uranium oxide of UO 2, but also includes a uranium compound such as UCO.
한편, 도 2 내지 도 18의 도면을 통해 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템을 도시하였으며,2 to 18, there is shown a gas-nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention,
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템을 상세히 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a gaseous nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템을 개략적으로 나타낸 도면으로, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 제조 열처리 시스템(100)은 외부로부터 제공되는 가스를 기설정된 온도로 예열하여 예열된 가스를 제공하는 가스 공급부(200); 상기 가스 공급부 상단에 구비되되, 상기 가스 공급부로부터 예열된 복수 개의 가스를 공급받아, 상기 핵연료 제조 중간 물질(ADU 겔)로부터 변환되는 구형의 우라늄 화합물 입자 표면에 피복층을 형성하는 피복입자 제조부(300); 상기 피복입자 제조부(300)으로부터 배출되는 가스를 제거하는 배기가스 제거부(400); 상기 가스 공급부(200), 피복입자 제조부(300), 배기가스 제거부(400)의 구동을 제어하는 제어부(미도시); 및 상기 피복입자 제조부의 상단에 구비되어, 피복입자 제조부 하단의 가스 공급부로 예열된 가스를 공급하되, 상기 피복입자 제조부로부터 배출되는 가스와 열교환을 통해 상기 예열이 수행되는 공급가스 예열부(390);를 포함한다.
2a and 2b schematically illustrate a gaseous nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention. Referring to FIGS. 2a and 2b, a manufacturing
즉, 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템은 핵연료 제조 중간물질인 ADU 겔로부터가스로에 적용할 수 있는 핵연료 피복입자를 제조하기 위한 것으로서, That is, the gaseous nuclear fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention is for producing nuclear fuel coated particles applicable to gas furnace from ADU gel, which is an intermediate material for manufacturing fuel,
도 2a에 도시한 바와 같이, 상기 가스 공급부(200)로부터 상기 피복입자 제조부(300)로 반응가스를 주입하며 ADU 겔을 하소하여 구형산화물 입자를 제조하고, 제조된 구형산화물 입자를 환원 및 소결시킨 후, 상기 소결을 통해 형성된 구형의 우라늄 화합물 입자 표면에 복수개의 피복층을 형성시킴으로서 최종적으로 핵연료 피복입자를 제조하기 위한 것이다.2A, a reaction gas is injected from the
이때, 본 발명의 시스템은 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 피복입자 제조부(200)로부터 배출되는 가스의 폐열을 활용하기 위하여, 상기 피복입자 제조부의 상단에 공급가스 예열부(390)를 포함할 수 있다. 상기 공급가스 예열부는 상기 가스 공급부(200)로 공급가스를 공급하되, 상기 피복입자 제조부로부터 배출되는 가스와 열교환이 수행하여 가스 공급부로 공급되는 공급가스를 예열할 수 있다. 이를 통해, 상기 가스 공급부(200)를 통해 상기 피복입자 제조부(300)로 가스를 공급함에 있어서, 공급가스의 가열에 소비되는 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있어 본 발명에 따른 열처리 시스템 전체의 에너지 소비효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
2B, the system of the present invention includes a supply
한편, 본 발명에 따른 열처리 시스템이 있어서, 원료물질로서 사용되는 ADU 겔은 도 1의 순서도에서도 확인할 수 있듯이 구형의 입자이며, 이러한 구형의 형태로 인하여, 제조공정들이 수행됨에 있어서 쉽게 유동될 수 있다. 아울러, 일반적으로 ADU 겔 입자의 내부를 구성하는 성분은 우라늄물질을 포함하여 유기고분자 물질로 구성되어 있어 열분해 과정에서 구성물질들이 열분해되면서 발열되기 때문에, 구형을 형성한 ADU 겔입자를 UO3 입자로 열분해시키는 경우 세심한 열처리공정의 운전과 입자의 움직임을 최소화하는 주의를 요한다.In the heat treatment system according to the present invention, the ADU gel used as the raw material is spherical particles as shown in the flow chart of FIG. 1. Due to the spherical shape, the ADU gel can easily flow when the manufacturing processes are performed . In addition, in general, the components constituting the inside of the ADU gel particles are composed of organic polymer materials including uranium materials, and pyrolysis of the constituent materials occurs during pyrolysis, so that the spherical ADU gel particles are converted into UO 3 In the case of pyrolysis with particles, careful attention must be paid to the operation of the heat treatment process and the movement of the particles.
따라서, 원료물질인 ADU 겔이 제조공정이 완료될 때까지 유동되지 않도록 하는 방안이 요구되고 있으며, 이에, 본 발명의 열처리 시스템은 상기 피복 입자 제조부(300) 내에 구비되어, 원료물질인 구형의 핵연료 제조 중간물질, 즉 구형의 ADU 겔 복수개가 고정되어 수용되는 핵연료 제조 중간물질 수용용기(331)를 포함할 수 있다.
Accordingly, there is a demand for a method of preventing the ADU gel, which is a raw material, from flowing until the manufacturing process is completed. Accordingly, the heat treatment system of the present invention is provided in the coated
한편, 도 3 및 도 4에서는 상기 핵연료 제조 중간물질 수용용기(331)를 개략적으로 도시한 그림을 개시하고 있으며, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 핵연료 제조 중간물질 수용용기(331)는 구형의 핵연료 제조 중간물질이 고정되도록 내부 바닥면에 복수개의 중공부가 형성될 수 있다. 즉, 상기 중공부는 구형의 핵연료 제조 중간물질이 고정되는 부분으로서, 이를 위해 상기 중공부 각각의 직경은 핵연료 제조 중간물질의 직경보다 작게 설정하였다. 3 and 4, a nuclear fuel intermediate
아울러, 하부의 가스 공급부(200)로부터 공급되는 반응가스들이 상기 중공부를 통과하여 공급될 수 있으며, 공급되는 반응가스들의 통과가 용이하도록 상기 중공부의 직경은 핵연료 제조 중간물질이 빠져나가지 않는 범위 내에서 적절하게 조절될 수 있다.In addition, the reaction gas supplied from the lower
또한, 상기 핵연료 제조 중간물질 수용용기(331)은 수용용기를 관통하는 수직방향의 고정축에 의하여 고정될 수 있으며, 상기 고정축의 축방향을 따라 복수개의 수용용기가 이격되어 구비될 수 있다. 이를 통해 핵연료 제조 중간물질 수용용기(331) 복수개를 피복입자 제조부(300) 내에 구비시킬 수 있어 한번의 공정을 수행하여 많은 량의 핵연료 피복입자를 제조할 수 있다. In addition, the nuclear fuel intermediate
이때, 상기 고정축 및 상기 수용용기의 재질은 그라파이트 재질인 것이 바람직하나, 피복입자 제조공정에 어떠한 영향도 주지않는다면, 상기 고정축 및 수용용기의 재질이 이에 제한되는 것은 아니다.
At this time, it is preferable that the material of the fixed shaft and the container is graphite material, but the materials of the fixed shaft and the container are not limited thereto unless they have any influence on the process of producing coated particles.
또한, 상기 가스 공급부(200)와 피복입자 제조부(300)는 나사체결 구조로 결합될 수 있다. 이와 같이 가스 공급부(200)와 피복입자 제조부(300)가 나사체결 구조로 결합되는 경우, 이들의 분리를 매우 용이하게 수행할 수 있으며, 이를 통해 상기 가스공급부(200)가 이물질로 막히는 등의 문제가 발생하는 경우 해당 부분만을 용이하게 교체할 수 있다.
In addition, the
한편, 도 5에서는 상기 가스 공급부(200)와, 피복입자 제조부(300)의 단면을 도시한 그림으로서, 도 5를 참조하면 상기 피복입자 제조부(300)는 원통형 하우징(310); 상기 원통형 하우징(310) 내부에 구비되고, 상기 핵연료 제조 중간물질 수용용기가 구비되는 원료물질 장입부(330); 상기 원료물질 장입부(330) 외측면을 일정한 간격으로 감싸도록 형성되어, 상기 원료물질 장입부 내부를 가열 및 냉각시키는 유도 코일부(340); 상기 원료물질 장입부(330) 외측면에 부착되는 열전대(350); 및 상기 원통형 하우징을 높이 방향으로 착탈시킬 수 있는 착탈부(360)을 포함할 수 있다.5 is a cross-sectional view of the
또한, 상기 도 5와, 가스 공급부를 개략적으로 도시한 도 6을 참조하면, 상기 가스 공급부(200)는 외부로부터 제공되는 가스를 예열하도록 유도코일이 구비된 복수개의 반응가스 가열부(210); 상기 반응가스 가열부(210) 각각으로부터 예열된 단일 또는 복수개의 반응 가스를 상기 피복입자 제조부(300) 내로 주입하는 반응가스 분배부(220)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, which schematically shows the gas supply unit, the
나아가, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 반응가스 분배부(220)는 원통형 메인 가스관(221); 상기 메인 가스관(221) 측면에 꺽쇠 모양으로 연결된 단일 또는 복수개의 보조 가스관(222)들을 포함할 수 있으며, 상기 보조 가스관(222) 각각으로는 제어부(미도시)를 통해 가스의 압력과 유량을 조절할 수 있는 밸브가 구비될 수 있다. 5 and 6, the reaction
이때, 상기 꺽쇠 모양은 도 5에 나타낸 바와 같이, 보조가스관(222)과 메인 가스관(221)을 연결함에 있어서, 상기 보조가스관(222)으로 구부러진 구간이 존재하며, 상기 구부러진 구간은 보조가스관(222)과 메인 가스관(221)의 연결부위보다 높은 구조를 의미한다.5, in the connection of the
즉, 상기 꺽쇠 모양은 공정상의 부주의로 상기 메인 가스관 내로 이물질이 침투하더라도 이물질이 보조가스관(222)을 통해 반응가스 가열부(210)로 이동하는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 구부러진 구간이 상기 연결부위보다 높기 때문에 이물질이 존재한다 하더라도 상기 구부러진 구간으로 인하여 반응가스 가열부(210)로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
That is, the crown shape is provided to prevent foreign matter from moving to the reaction
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 원료물질 장입부(330)는 상부의 직경이 하부의 직경보다 큰 구조일 수 있다. 이와 같이 원료물질 장입부 상부의 직경이 하부의 직경 보다 큰 경우, 원료물질 장입부 하부를 통해 내부로 유입되는 반응가스가 부하를 받지않고 쉽게 배출될 수 있다.
Also, as shown in FIG. 5, the raw
한편, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 보조가스관(222)은 플렉서블한 스테인리스 호스(hose) 구조를 포함할 수 있다. 그러나, 상기 보조가스관(222)의 형태 및 재질이 이에 제한되는 것은 아니며, 고온의 가스가 적용될 수 있는 가스관을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
Meanwhile, as shown in FIG. 7, the
도 8은 상기 메인 가스관(221)의 상부를 도시한 그림으로서, 도 8을 참조하면, 상기 메인 가스관(221)은 보조 가스관(222)들이 연결되는 연결부위 상단에 각각 이격되어 구분된 복수개의 냉각영역(223)을 포함할 수 있다. 상기 냉각영역(223)은 상기 메인 가스관(221)을 통해 이동하는 가스를 냉각시킬 수 있으며, 상기 냉각영역(223)으로는 물 또는 차가운 공기, 즉 수냉식 또는 공냉식으로 가스를 냉각시킬 수 있다. 8 is a top view of the
이와 같이, 각각의 냉각영역(223)은 서로 상이한 방식, 즉 각 냉각영역(223)은 서로 상이한 온도로 냉각을 수행할 수 있으며, 예를 들어 도 8의 하단에 위치하는 냉각영역은 수냉식으로, 도 8의 상단에 위치하는 냉각영역은 공냉식으로, 물 또는 공기의 유입부가 유출부보다 낮은 곳에 위치하도록 구비될 수 있다. 그러나, 상기 냉각영역(223)이 도 8에 도시한 형태로 제한되는 것은 아니며, 상기 메인 가스관(221)의 가스를 용이하게 냉각시킬 수 있는 적절한 구조로 변경될 수 있다.
In this manner, each of the cooling
한편, 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 상기 가스 공급부(200)는 피복입자 제조부(300)로 반응 가스를 주입하기 전 반응가스가 체류할 수 있는 버퍼영역(230)을 포함할 수 있다. 이때, 도 9 및 도 10의 그림을 통해 상기 버퍼영역(230)의 일례를 도시하였으며, 도 9 및 도 10의 그림을 참조하면, 상기 버퍼영역(230)은 상기 메인 가스관(221)로부터 공급되는 반응 가스들이 체류할 수 있는 공간이 구비된 것으로서, 공급되는 반응 가스들은 상기 버퍼영역(230)을 통과하며 상기 피복입자 제조부(300) 내로 일정 유량으로 공급될 수 있다.The
전술한 바와 같이, 핵연료 피복입자를 제조하기 위한 원료물질인 ADU 겔은 구형의 입자로서, 제조공정들이 수행됨에 있어서 쉽게 유동될 수 있다. 따라서, 원료물질인 ADU 겔이 제조공정 중 유동되지 않도록 하는 방안이 요구되고 있으며, 이를 달성하기 위해서는 상기 피복입자 제조부(300) 내로 반응가스를 일정한 유량으로 공급하여야 한다. As described above, the ADU gel, which is a raw material for producing the fuel-coated particles, is spherical particles and can easily flow when the production processes are carried out. Therefore, it is required to prevent the ADU gel, which is a raw material, from flowing during the manufacturing process. In order to achieve this, the reaction gas must be supplied at a constant flow rate into the coated
이를 위하여, 본 발명에 따른 상기한 바와 같은 버퍼영역(230)으로 반응가스를 공급한 후, 상기 버퍼영역(230)으로부터 상기 피복입자 제조부(300)로 반응가스를 일정한 유량으로 공급하며, 이를 통해 피복입자의 제조공정 중 원료물질인 ADU 겔이 유동하는 것을 방지할 수 있다.
To this end, the reaction gas is supplied into the
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 피복입자 제조부(300)의 단면을 나타낸 것으로서, 도 11 및 도 12를 참조하면 상기 원통형 하우징(310)은 상기 원료물질 장입부(330)의 상부를 고정하는 제1고정부(311); 상기 원료물질 장입부(330)의 하부를 고정하는 제2고정부를 포함할 수 있다.11 and 12 are cross-sectional views of the coated
또한, 상기 제1고정부(311)로는 상기 수용용기(311)가 원료물질 장입부(330) 내로 장입되는 원료 주입구(315); 상기 원료물질 장입부(330) 내의 가스를 배기가스 제거부(400)로 배출시키는 가스 배출구(313); 측방향으로 이동하여 상기 원료 주입구(315)를 개폐할 수 있는 마개부(316);가 구비될 수 있으며,The first fixing part 311 may include a
상기 제2고정부(312)로는 상기 가스 공급부(200)로부터 공급되는 단일 또는 복수 개의 가스를 인입, 및 상기 원료물질 장입부(330) 내에서 최종적으로 생성된 피복입자를 배출시키는 배출구 역할을 수행하는 가스 주입구(314)가 구비될 수 있다. The
또한, 상기 원통형 하우징(310)은 상기 원료물질 장입부(330)의 외측으로 구비되는 단열재(380)를 포함하며, 상기 단열재(380)를 통해 하우징 내부의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하여 가열효율을 향상시킬 수 있다.
The
도 13은 상기 버퍼영역(230)으로부터 가스 주입구(314)를 통해 반응 가스가 주입되는 구간의 단면을 도시한 것이다. 도 13을 참조하면, 버퍼영역(230)의 반응가스는 복수개의 가스 주입구(314)를 통해 원료물질 장입부(330)로 공급될 수 있다. 이때 상기 복수개의 가스 주입구(314) 단면의 합은 메인 가스관(221)의 단면과 동일한 것이 바람직하며, 상기 가스 주입구의 직경은 원료물질 장입부(330) 내에서 최종적으로 제조되는 핵연료 피복입자의 직경보다 큰 것이 바람직하다.13 is a cross-sectional view of a region where a reactive gas is injected from the
즉, 메인 가스관(221)으로부터 공급되는 반응가스의 유량과, 상기 복수개의 가스 주입구(314)를 통해 공급되는 반응가스의 유량은 실질적으로 동일하다. 다만, 본 발명의 제조 열처리 시스템은 상기한 바와 같이 버퍼영역(230)을 구비함에 따라 복수개의 가스 주입구(314)를 통해 반응가스를 균질한 유량으로 공급할 수 있어 원료물질 장입부(330) 내에 장입된 구형의 ADU 겔이 제조공정 중 유동하는 것을 방지할 수 있다. That is, the flow rate of the reaction gas supplied from the
또한, 상기 가스 주입구(314)의 직경을 최종적으로 제조되는 핵연료 피복입자의 직경보다 크기 때문에, 상기 핵연료 피복입자를 상기 가스 주입구(314)를 통해 배출시킬 수 있다.
Further, since the diameter of the
도 13에 도시한 바와 같이, 상기 복수개의 가스 주입구(314)는 방사형 구조로 구비될 수 있으며, 이를 통해 입자의 피복과정에서 반응가스의 유동을 더욱 원활하게 수행할 수 있다.
As shown in FIG. 13, the plurality of
한편, 상기 피복입자 제조부(300)는 원료물질 장입부(330)의 온도를 측정할 수 있는 열적외선 온도계(370)를 포함할 수 있다. 이를 통해 원료물질 장입부(330)를 내로 온도 측정장비를 구비시키지 않더라도 원료물질 장입부의 온도를 측정해낼 수 있다. 그러나, 상기 원료물질 장입부(330)의 온도 측정수단이 상기 열적외선 온도계로 제한되는 것은 아니며, 핵연료 피복입자의 제조공정에 어떠한 영향도 없이 온도를 측정할 수 있는 측정수단을 적절히 선택하여 상기 피복입자 제조부(300)로 구비시킬 수 있다.
The coated
도 14는 피복입자 제조부(300)의 하부를 도시한 그림으로서, 도 14를 참조하면, 상기 착탈부(360)는 상기 원통형 하우징(310)을 높이 방향으로 탈착시킬 수 있는 전기모터를 포함할 수 있으며, 상기 전기모터를 제어하여 상기 원통형 하우징(310)을 높이 방향으로 상향이동시켜 피복입자 제조부(300)와 가스 공급부(200)의 분리해낼 수 있다.Referring to FIG. 14, the
이때, 상기 착탈부(360)는 일례로서 도 14에 도시한 바와 같이 복수개의 톱니기어를 이용하여 구비될 수 있으나, 상기 착탈부(360)의 구조가 이에 제한되는 것은 아니며, 피복입자 제조부(300)와 가스 공급부(200)의 분리를 용이하게 수행할 수 있는 구조를 적절히 적용시켜 구비될 수 있다.
14, the
도 15 및 도 16은 원료물질 장입부(330)로 열전대(350)가 구비되는 일례를 도시한 그림이다. 이때, 도 15 및 도 16을 참조하면, 원료물질 장입부(330)에는 열전대가 삽입될 수 있는 열전대 삽입공간(351)이 형성될 수 있으며, 상기 열전대 삽입공간 내로 열전대가 삽입되어 구비될 수 있다. 이와 같이, 열전대 삽입공간(351)이 구비되기 위해서는 원료물질 장입부의 두께가 상대적으로 두꺼워야 하며, 이때 원료물질 장입부의 두께는 삽입되는 열전대의 직경 및 이의 삽입공간을 고려하여 적절한 값으로 변경될 수 있다.15 and 16 are views showing an example in which the
아울러,상기 열전대 삽입공간(351)은 서로 상이한 깊이로 복수개가 형성될 수 있으며, 이를 통해 원료물질 장입부(330)의 높이방향에 따른 온도변화를 용이하게 측정할 수 있다.
In addition, a plurality of the
한편, 도 17은 상기 배기가스 제거부(400)를 도시한 그림으로서, 도 17을 참조하면, 상기 배기 가스 제거부(400)는 상기 피복입자 제조부(300)로부터 배출되는 배기 가스를 순차적으로 원활하게 배출하도록 수행하는 진공 이젝터(440); 상기 진공 이젝터(440)로부터 가변되는 유속으로 분사되는 배기 가스 중, 유해 가스를 흡수할 수 있는 흡수용액 및 상기 흡수용액이 저장되는 흡수조를 포함하는 제1 배기 가스 흡수부(410); 및 상기 흡수조 내에 잔존할 수 있는 유해 가스를 더욱 제거하는 제2 배기 가스 흡수부(420)를 포함할 수 있다.
17 is a view showing the exhaust
이때, 상기 제2 배기 가스 흡수부(420)는 도 18에 도시한 바와 같이, 원통형 하우징; 상기 제1 배기 가스 흡수부(410)로부터 흡수용액을 공급받기 위하여, 복수 개의 흡수 용액 배출 노즐 및 인입 노즐로 구성되되 상기 원통형 하우징 상부에 구비되는 분사 노즐(421); 및 상기 원통형 하우징 하단부와 체결되며, 표면에 복수 개의 미세홀(423)이 형성된 플레이트(422)를 포함할 수 있다. 18, the second exhaust
이를 통해, 상기 제2 배기 가스 흡수부(420)는 흡수용액 유동펌프(430) 및 상기 분사노즐(421)을 통해 상기 제1 배기 가스 흡수부(410) 내에 수용된 흡수용액을 원통형 하우징 내부에 분사시켜 흡수용액을 공급받으며, 공급받은 흡수용액 내에 잔존할 수 있는 유해 가스를 더욱 제거할 수 있다. The second exhaust
또한, 제2 배기 가스 흡수부(420)에서 배출되는 폐가스는 흡수용액에 흡수되지 않은 가스만이 배출되며, 배출되는 가스는 폭발성 가연가스와 함께 점화되어 연소처리될 수 있다.
In addition, the waste gas discharged from the second exhaust
본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 상기 배기 가스 제거부(400)가 운전되는 경우, 원료물질 장입부(330) 내부압력이 진공상태로 유도될 수 있다. 이는 상기 배기 가스 제거부(400)가 운전되는 경우, 배기 가스를 원활히 배출시키기 위하여 상기 진공 이젝터(440)가 작동하기 때문으로, 즉, 원료물질 장입부(330) 내부압력을 진공상태로 유도함으로서 원료물질 장입부로부터 배출되는 배기 가스를 배기 가스 제거부(400)로 원활히 이동시킬 수 있다.
In the heat treatment system for manufacturing the gas fired nuclear fuel coated particle according to the present invention, when the exhaust
한편, 상기 흡수용액은 일례로서 KOH를 사용할 수 있으나, 상기 흡수용액이 이에 제한되는 것은 아니며, 배출되는 가스 중 유해가스를 흡수할 수 있는 용액상을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. On the other hand, KOH may be used as the absorption solution, but the absorption solution is not limited thereto, and a solution phase capable of absorbing noxious gas among the discharged gas can be appropriately selected and used.
또한, 상기 배기 가스 제거부(400)는 제1 배기 가스 흡수부(410)와, 상기 제2 배기 가스 흡수부(420)가 일체형인 구조로 형성될 수 있으나, 상기 배기 가스 제거부의 구조가 이에 제한되는 것은 아니며, 배기 가스를 용이하게 흡수 제거할 수 있는 구조로 적절히 변경될 수 있다.
The exhaust
본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템에 있어서, 핵연료 제조 중간물질인 ADU 겔은 공기와 같은 산화분위기 또는 수소나 일산화탄소 같은 환원분위기에서 열분해될 수 있다. 즉, 상기 ADU 겔이 UO2를 포함하는 경우에는 공기분위기에서 상기 열분해가 수행될 수 있으며, 상기 ADU 겔이 탄소(C)를 포함하는 경우에는 환원가스 분위기 혹은 불활성가스 분위기에서 상기 열분해가 수행될 수 있다.In the gaseous fuel coated particle manufacturing heat treatment system according to the present invention, the ADU gel, which is a nuclear fuel manufacturing intermediate, can be pyrolyzed in an oxidizing atmosphere such as air or a reducing atmosphere such as hydrogen or carbon monoxide. That is, when the ADU gel contains UO 2 , the pyrolysis can be performed in an air atmosphere. When the ADU gel contains carbon (C), the pyrolysis is performed in a reducing gas atmosphere or an inert gas atmosphere .
그러나, 상기 ADU 겔의 열분해가 수행되는 조건이 상기 가스들로 제한되는 것은 아니다.
However, the condition under which pyrolysis of the ADU gel is performed is not limited to the above gases.
한편, 본 발명은On the other hand,
피복입자 제조부 내부를 가열하여 내부에 장입된 핵연료 제조 중간물질(ADU 겔)을 열분해시켜 구형산화물 입자로 변환시키는 하소(calciantion) 단계(단계 1);A calcination step (step 1) of heating the inside of the coated particle production part to pyrolyze the internally charged fuel manufacturing intermediate material (ADU gel) to convert it into spherical oxide particles;
상기 피복입자 제조부 내부에 반응가스를 공급하며 1차로 환원시킨 다음, 가열함으로서 핵연료 커널을 형성시키는 구형산화물입자 환원 및 소결(sintering) 단계(단계 2);A spherical oxide particle reduction and sintering step (step 2) in which a reaction gas is supplied to the inside of the coated particle producing section to reduce the primary and then form a nuclear fuel kernel by heating;
상기 피복입자 제조부에 증착 가스를 공급하여 상기 단계 2의 핵연료 커널 표면에 복수 개의 피복층을 형성시키는 피복(coating) 단계(단계 3); 및A coating step (step 3) of supplying a deposition gas to the coated particle producing section to form a plurality of coating layers on the surface of the nuclear fuel kernel of step 2; And
상기 피복입자 제조부 내의 잉여 가스 또는 폐가스 배출, 및 상기 피복입자 제조부 내부를 냉각시키기 위한 불활성 가스를 공급한 후, 제조된 핵연료 피복입자를 배출하는 입자 배출 단계(단계 4);를 포함하는 상기 제조 열처리 시스템을 이용한가스로 핵연료 피복입자의 제조방법을 제공한다.
A particle discharging step (step 4) of discharging surplus gas or waste gas in the coated particle producing section and an inert gas for cooling the inside of the coated particle producing section and discharging the manufactured fuel coated particles; The present invention provides a method for producing gas-fired particles using a manufacturing heat treatment system.
이하, 본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the method for producing the gas-nuclear fuel coated particles according to the present invention will be described in detail for each step.
본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자의 제조방법에 있어서, 단계 1은 피복입자 제조부 내부를 가열하여 내부에 장입된 핵연료 제조 중간물질(ADU 겔)을 열분해시켜 구형산화물 입자로 변환시키는 하소(calciantion) 단계이다.In the method for manufacturing the gas-nuclear fuel coated particles according to the present invention, step 1 is a step of heating the inside of the coated particle producing part to heat the inside of the nuclear fuel manufacturing intermediate material (ADU gel) by pyrolysis to convert it into spherical oxide particles ).
상기 단계 1의 하소는 피복입자 제조부 내부를 가열하여 내부에 장입된 핵연료 제조 중간물질을 공기 분위기(또는 산소 분위기)에서 산화시킴으로서 구형의 형태를 유지하면서 구형산화물 입자로 변환시키는 단계로서, 상기 하소 단계는 가스 공급부(200)로부터 유동가스 및 반응가스가 가스 주입구(314)를 통해 원료물질 장입부(330) 내로 주입된 후, 상기 원료물질 장입부(330) 내부의 온도를 기설정된 온도로 가열함으로서 수행될 수 있다.The calcination in step 1 is a step of heating the inside of the coated particle production part to oxidize the nuclear fuel manufacturing intermediate material charged in the inside thereof in an air atmosphere (or oxygen atmosphere) to convert it into spherical oxide particles while maintaining a spherical shape, The flow gas and the reactive gas are injected into the raw
이때, 상기 원료물질 장입부(330) 내의 수용용기(331)에는 구형의 핵연료 제조 중간물질인 ADU 겔이 고정되어 구비되고, 원료물질 장입부(330) 내로 가스가 주입되더라도 상기 ADU 겔이 유동하는 것을 방지할 수 있으며, 상기 ADU 겔을 UO3 미세입자로 제조할 수 있다.At this time, an ADU gel, which is a spherical fuel manufacturing intermediate material, is fixed to the receiving
또한, 상기 단계 1의 하소는 다양한 온도에서 입자의 유동없이 수행될 수 있으며, 상기 하소가 수행되는 온도범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
In addition, the calcination in step 1 can be performed without flowing the particles at various temperatures, and the temperature range in which the calcination is performed is not limited thereto.
한편, 상기 ADU 겔이 UO2를 포함하는 경우에는 공기분위기에서 상기 열분해가 수행될 수 있으며, 상기 ADU 겔이 탄소(C)를 포함하는 경우에는 환원가스 분위기 혹은 불활성가스 분위기에서 상기 열분해가 수행될 수 있다. 그러나, 상기 ADU 겔의 열분해를 위한 하소가 수행되는 조건이 상기 가스들로 제한되는 것은 아니다.
On the other hand, when the ADU gel contains UO 2 , the pyrolysis can be performed in an air atmosphere. When the ADU gel contains carbon (C), the pyrolysis is performed in a reducing gas atmosphere or an inert gas atmosphere . However, the condition under which the calcination for pyrolysis of the ADU gel is performed is not limited to the above gases.
한편, 상기 단계 1의 하소를 통해 구형산화물 입자, 예를 들어 UO3 미세입자가 제조된 후, 상기 원료물질 장입부(330) 내의 잉여가스는 가스 배출구(313)를 통해 배출되며, 배출된 가스는 제어부(미도시)의 제어신호에 따라 동작되는 밸브의 개폐 여부에 따라 배기 가스 제거부로 이동될 수 있다.
After the spheroidal oxide particles, for example, UO 3 fine particles are produced through the calcination in the step 1, excess gas in the raw
본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 피복입자 제조부 내부에 반응가스를 공급하며 1차로 환원시킨 다음, 가열함으로서 핵연료 커널을 형성시키는 구형 입자 환원 및 소결(sintering) 단계이다.In the method for producing the gas-nuclear fuel coated particles according to the present invention, step 2 is a step of supplying a reaction gas into the inside of the coated particle producing unit, first reducing the raw material, and then performing spherical particle reduction and sintering ).
상기 단계 2의 환원 및 소결은 단계 1에서 변환된 구형산화물 입자를 구형의 핵연료 커널(예를 들어, UO2)로 제조하는 것으로서, 상기 단계 2의 환원 및 소결은 가스 공급부(200)로부터 유동가스 및 반응가스가 가스 주입구(314)를 통해 원료물질 장입부(330) 내로 주입된 후, 상기 원료물질 장입부(330) 내부의 온도를 기설정된 온도로 가열함으로서 수행될 수 있다. The reduction and sintering of the step 2 is to produce spherical oxide particles converted in step 1 into spherical nuclear fuel kernels (for example, UO 2 ), and the reduction and sintering of the step 2 is carried out from the
이때, 상기 단계 2의 환원 및 소결을 수행하기 위한 반응가스로는 일례로서 수소가스가 사용될 수 있으나, 상기 반응가스가 이에 제한되는 것은 아니며, 단계 1의 미세입자로부터 핵연료 커널(예를 들어, UO2)를 제조할 수 있는 환원성 기체를 적절히 사용할 수 있다.As the reaction gas for performing the reduction and sintering in the step 2, hydrogen gas may be used as an example, but the reaction gas is not limited thereto, and it is possible to use a nuclear fuel kernel (for example, UO 2 ) Can be suitably used as the reducing gas.
또한, 상기 단계 2의 소결은 1500 내지 1700 ℃의 온도로 수행될 수 있으나, 상기 소결이 수행되는 온도범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
The sintering in step 2 may be performed at a temperature of 1500 to 1700 ° C, but the temperature range in which the sintering is performed is not limited thereto.
한편, 상기 단계 2의 소결을 통해 핵연료 커널(예를 들어, UO2)이 제조된 후, 상기 원료물질 장입부(330) 내의 잉여가스는 가스 배출구(313)를 통해 배출되며, 배출된 가스는 제어부(미도시)의 제어신호에 따라 동작되는 밸브의 개폐 여부에 따라 배기 가스 제거부로 이동될 수 있다.
Meanwhile, after the nuclear fuel kernel (for example, UO 2 ) is produced through the sintering in the step 2, excess gas in the raw
본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 피복입자 제조부에 증착 가스를 공급하여 상기 단계 2의 핵연료 커널 표면에 복수 개의 피복층을 형성시키는 피복(coating) 단계이다.In the method for producing the gas-fuel coated particles according to the present invention, step 3 is a coating step of supplying a deposition gas to the coated particle producing part to form a plurality of coating layers on the surface of the nuclear fuel kernel of step 2.
상기 단계 2까지 수행되어 하소, 환원 및 소결을 통해 구형의 핵연료 커널(예를 들어, 구형 UO2)이 형성되며, 상기 단계 3에서는 상기 구형의 핵연료 커널 표면에 복수개의 피복층을 형성시킨다.The spherical nuclear fuel kernels (for example, spherical UO 2 ) are formed through calcination, reduction and sintering, and in step 3, a plurality of coating layers are formed on the spherical nuclear fuel kernel surface.
또한, 상기 복수개의 피복층은 각각의 피복층 피복에 적절한 온도와 반응가스를 상이하게 공급함으로서, 피복입자 제조부의 온도 및 내부 반응분위기를 조절할 수 있으며, 상기 온도 및 내부 반응분위기는 피복입자 제조부의 하부로 공급되는 가스와 반응기 외부에 장착된 유도코일부를 통해 적절한 온도 및 분위기 가스로로 조절될 수 있다.The temperature of the coated particle producing portion and the internal reaction atmosphere can be controlled by supplying the appropriate temperature and the reactive gas differently to each coating layer covering the plurality of coating layers. Can be adjusted to the appropriate temperature and atmosphere gas through the supplied gas and the part of the induction coil mounted outside the reactor.
이때, 상기 피복을 수행하기 위하여, 구형의 핵연료 커널은 수용용기에서 분리될 수 있으며, 상기 분리는 반응기 하부에서 유동가스를 공급하는 상태에서 핵연료 커널을 피복입자 제조부의 하부로 이동시킴으로서 수행될 수 있다. 이와 같이, 수용용기로부터 분리된 핵연료 커널은 유동가스 및 반응가스가 공급되는 조건 하에서 원활히 유동되며 복수개의 피복층이 표면에 형성될 수 있다.At this time, in order to perform the coating, the spherical fuel kernel may be separated from the receiving container, and the separation may be performed by moving the nuclear fuel kernel to the lower portion of the coated particle producing portion in a state of supplying the flowing gas in the lower portion of the reactor . As such, the nuclear fuel kernels separated from the container can smoothly flow under the conditions of the flow gas and the reaction gas, and a plurality of coating layers can be formed on the surface.
또한, 상기 단계 2까지 하소, 환원 및 소결을 수행하기 위해 구비되었던 수용용기는 피복입자 제조부의 상부로 이동시키는 것이 바람직하며, 이를 통해 피복 공정을 수행시 UO2 입자의 유동이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
Further, the receiving vessel that was provided to the step 2 to carry out the calcination, reduction and sintering the UO 2 and si is desirable to move to the upper portion producing coated particles, performing a coating process through which The flow of the particles can be prevented from being lowered.
한편, 상기 단계 3은 단계 2에서 제조된 핵연료 커널(예를 들어, UO2) 표면에 복수개의 피복층을 형성시켜 핵연료 피복입자를 제조하는 단계로서, 상기 단계 3의 피복은 Meanwhile, the step 3 is a step of forming a plurality of coating layers on the surface of the nuclear fuel kernel (for example, UO 2 ) produced in the step 2 to prepare the nuclear fuel coated particles,
상기 단계 2의 핵연료 커널 표면에 버퍼 층을 증착하는 제1 코팅 단계(단계 a);A first coating step (step a) of depositing a buffer layer on the fuel kernel surface of step 2;
상기 단계 a의 버퍼 층 상에 IPyC 층을 증착하는 제2 코팅 단계(단계 b);A second coating step (step b) of depositing an IPyC layer on the buffer layer of step a);
상기 단계 b의 IPyC 층 상에 SiC층을 증착하는 제3 코팅 단계(단계 c); 및A third coating step (step c) of depositing a SiC layer on the IPyC layer of step b); And
상기 단계 c의 SiC 층 상에 OPyC 층을 증착하는 제4 코팅 단계(단계 d)를 포함하는 공정을 통해 수행될 수 있다.
And a fourth coating step (step d) of depositing an OPyC layer on the SiC layer of step c).
이하, 상기 단계 a 내지 d에서 제1 내지 제4 코팅이 수행되는 것을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the first to fourth coatings are performed in steps a to d in detail.
상기 단계 a의 제1 코팅은 반응가스(예를 들어, 아세틸렌 가스)를 원료물질 장입부(330) 내로 공급하여 반응가스의 열분해에 의해 고온의 탄소가 핵연료 커널의 표면에 피복되는 것으로, 상기 핵연료 커널 표면에 제1 피복층인 버퍼층(열분해탄소 층)을 형성시킨다.The first coating of step a is a process of supplying a reactive gas (for example, acetylene gas) into the raw
이때, 상기 단계 a의 제1 코팅은 1300 내지 1500 ℃의 온도로 수행될 수 있으나, 상기 제1 코팅의 수행이 상기 온도 범위로 제한되는 것은 아니며, 상기 반응가스를 열분해시킬 수 있는 적절한 온도로 수행될 수 있다.
At this time, the first coating of step a may be performed at a temperature of 1300 to 1500 ° C. However, the performance of the first coating is not limited to the temperature range but may be performed at an appropriate temperature for pyrolyzing the reaction gas .
상기 단계 b의 제2 코팅은 또 다른 반응가스(예를 들어, 아세틸렌 가스 및 프로필렌 가스)를 원료물질 장입부(330) 내로 공급하여 반응가스의 열분해에 의해 발생된 열분해 탄소를 핵연료 커널 표면에 피복함으로써, 상기 핵연료 커널 표면에 제2 피복층인 IPyC 층(내부 고밀도 열분해탄소 층)을 형성시킨다.The second coating in the step b is supplied with another reaction gas (for example, acetylene gas and propylene gas) into the raw
이때, 상기 단계 b의 제2 코팅은 1300 내지 1500 ℃의 온도로 수행될 수 있으나, 상기 제2 코팅의 수행이 상기 온도 범위로 제한되는 것은 아니며, 상기 반응가스를 열분해시킬 수 있는 적절한 온도로 수행될 수 있다.
At this time, the second coating of step b may be performed at a temperature of 1300 to 1500 ° C. However, the performance of the second coating is not limited to the above-mentioned temperature range, but may be performed at an appropriate temperature for pyrolyzing the reaction gas .
상기 단계 c의 제3 코팅은 또 다른 반응가스(예를 들어, 메틸트리클로로실란(MTS) 가스 및 수소 가스)를 원료물질 장입부(330) 내로 공급하여 반응가스의 열분해에 의해 SiC가 핵연료 커널의 표면을 피복하는 것으로써, 상기 핵연료 커널 표면에 제3 피복층인 SiC 층을 형성시킨다.The third coating in step c is supplied with another reaction gas (for example, methyl trichlorosilane (MTS) gas and hydrogen gas) into the raw
이때, 상기 단계 c의 제3 코팅은 1300 내지 1500 ℃의 온도로 수행될 수 있으나, 상기 제3 코팅의 수행이 상기 온도 범위로 제한되는 것은 아니며, 상기 반응가스 열분해시켜 SiC층을 형성시킬 수 있는 적절한 온도로 수행될 수 있다.
At this time, the third coating of step c may be performed at a temperature of 1300 to 1500 ° C. However, the performance of the third coating is not limited to the above-described temperature range, and the SiC layer may be formed by pyrolysis of the reaction gas Can be carried out at an appropriate temperature.
상기 단계 d의 제4 코팅은 또 다른 반응가스(예를 들어, 아세틸렌 가스 및 프로필렌 가스)를 원료물질 장입부(330) 내로 공급하여 반응가스의 열분해에 의해 발생된 열분해 탄소를 핵연료 커널 표면에 피복함으로써, OPyC(외부 고밀도 열분해탄소 층) 층이 형성된다.The fourth coating in the step d supplies another reaction gas (for example, an acetylene gas and a propylene gas) into the raw
이때, 상기 단계 d의 제4 코팅은 1300 내지 1500 ℃의 온도로 수행될 수 있으나, 상기 제4 코팅의 수행이 상기 온도 범위로 제한되는 것은 아니며, 상기 반응가스를 열분해시켜 고밀도 열분해탄소 층을 형성시킬 수 있는 적절한 온도로 수행될 수 있다.
At this time, the fourth coating of step d may be performed at a temperature of 1300 to 1500 ° C. However, the performance of the fourth coating is not limited to the above-mentioned temperature range, and the reaction gas is pyrolyzed to form a high density pyrolytic carbon layer Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI >
한편, 상기 단계 a 내지 d에서 제1 내지 제4 코팅이 수행됨에 있어, 각각의 코팅이 완료된 후, 상기 원료물질 장입부(330) 내부에 잔존하는 잉여가스는 가스 배출구(313)를 통해 배기 가스 제거부(400)로 이동되며, 잔존 잉여가스가 제거된 후, 새로운 반응가스를 상기 원료물질 장입부(330)에 공급하여 순차적으로 코팅공정을 수행할 수 있다.
After the first to fourth coatings are performed in the steps a to d, surplus gas remaining in the raw
상기 단계 a 내지 d에서 제1 내지 제4 코팅이 수행됨에 있어서, 각 코팅공정에서 배출되는 배기 가스는 진공 이젝터(440)를 통해 제1 배기 가스 흡착부(410)로 진공 분사되며, 상기 제1 배기 가스 흡착부(410) 내에 수용된 흡수 용액(예를 들어, KOH)을 통해 중화된다.The exhaust gas discharged from each coating process is vacuum-injected to the first exhaust
이후, 상기 제1 배기 가스 흡착부(410) 내에 중화된 가스 및 중화되지 못한 가스는 유동펌프(430)을 통해 제2 배기 가스 흡착부(420)로 이동되며, 중화되지 못한 가스는 상기 제2 오프 가스 흡착부(420)에서 다시 중화 과정을 거치게 된다.Thereafter, the neutralized gas and the non-neutralized gas in the first exhaust
이를 위하여, 상기 제2 배기 가스 흡착부(420) 상부에 구비되는 분사 노즐(421)을 통해 상기 제1 배기 가스 흡착부(410)로부터 공급받은 흡수 용액을 제2 배기 가스 흡착부(420) 내부로 분사하며, 이를 통해 공급받은 흡수용액 내에 잔존할 수 있는 유해 가스를 더욱 제거할 수 있다. The absorbing solution supplied from the first exhaust
나아가, 제2 배기 가스 흡착부(420)에서 배출되는 폐가스는 흡수용액에 흡수되지 않은 가스들로서, 상기 폐가스는 폭발성 가연가스와 함께 점화되어 연소처리될 수 있다.
Further, the waste gas discharged from the second exhaust
본 발명에 따른 가스로 핵연료 피복입자의 제조방법에 있어서, 단계 4는 상기 피복입자 제조부(300) 내의 잉여 가스 또는 폐가스 배출, 및 상기 피복입자 제조부 내부를 냉각시키기 위한 불활성 가스를 공급한 후, 제조된 핵연료 피복입자를 배출하는 입자 배출 단계이다.In the method for producing the gas-nuclear fuel coated particles according to the present invention, the step 4 is a step of supplying an inert gas for cooling the inside of the coated particle producing portion and discharging surplus gas or waste gas in the coated
상기 단계 3에서 피복 공정이 수행됨에 따라 핵연료 피복입자, 즉 TRISO(TRi-ISOtropic) 입자가 제조되며, 상기 단계 4에서는 제조된 핵연료 피복입자를 배출하기 위하여, 상기 피복입자 제조부(300) 내의 잉여 가스 또는 폐가스 배출, 및 상기 피복입자 제조부 내부를 냉각시키기 위한 불활성 가스를 공급하여 잉여 가스 및 폐가스를 가스 배출구(314)를 통해 배출하고, In step 4, the fuel-coated particles, i.e. TRISO (TRi-ISOtropic) particles, are produced. In step 4, excess particles in the coated particle- An inert gas for cooling the interior of the coated particle production part is discharged to discharge the excess gas and the waste gas through the
냉각된 피복입자 제조부(300)로부터 가스 주입구(314)를 통해 제조된 핵연료 피복입자를 배출해낸다.
The fuel coated particles produced through the
한편, 상기한 바와 같은 공정들을 수행함에 있어서, 본 발명에 따른 제조방법은 피복입자 제조부(300)로부터 배출되는 가스의 폐열을 이용하기 위하여, 공급가스 예열부(390)와의 열교환을 수행하며, 이를 통해 가스 공급부(200)에서 발생하는 에너지 소비를 절감하여, 궁극적으로는 제조공정에서의 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있다.
Meanwhile, in carrying out the above-described processes, the manufacturing method according to the present invention performs heat exchange with the supply
나아가, 본 발명은Further,
상기 제조방법으로 제조되는가스로 핵연료 피복입자를 제공한다.
The gas furnace fuel coated particles produced by the above production method are provided.
본 발명에 따른 상기가스로 핵연료 피복입자는 하나의 제조 열처리 시스템 내에서 연속공정을 통해 제조된 것으로서, 제조공정장치의 단순화 및 제조공정 시간의 단축으로 인하여 종래보다 낮은 제조비용으로 제조될 수 있는 효과가 있다.
The gas-fuel coated particles according to the present invention are manufactured through a continuous process in one manufacturing heat treatment system, and can be produced at a lower manufacturing cost than conventional ones due to simplification of the manufacturing process apparatus and shortening of the manufacturing process time .
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
100 : 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템
200 : 가스 공급부 210 : 반응가스 가열부
220 : 가스 분배부 221 : 메인 가스관
222 : 보조 가스관 223 : 냉각영역
230 : 버퍼영역 300 : 피복입자 제조부
310 : 원통형 하우징 311 : 제1 고정부
312 : 제2 고정부 313 : 가스 배출구
314 : 가스 주입구 315 : 원료 주입구
316 : 마개부 320 : 체결부
330 : 원료물질 장입부 331 : 핵연료 제조 중간물질 수용용기
340 : 유도 코일부 350 : 열전대
351 : 열전대 삽입공간 360 : 착탈부
370 : 열적외선 온도계 380 : 단열재
390 : 공급가스 예열부 400 : 배기 가스 제거부
410 : 제1 배기 가스 흡수부 420 : 제2 배기 가스 흡수부
421 : 분사 노즐 422 : 플레이트
423 : 미세 홀 430 : 흡수용액 유동펌프
440 : 진공 이젝터100: Gas-Fuel Coated Particle Manufacturing Heat Treatment System
200: gas supply unit 210: reaction gas heating unit
220: gas distributor 221: main gas pipe
222: auxiliary gas pipe 223: cooling zone
230: buffer region 300: coated particle production section
310: cylindrical housing 311: first fixing portion
312: second fixing portion 313: gas outlet
314: gas inlet 315: raw material inlet
316: stopper part 320: fastening part
330: Raw material charging part 331: Nuclear fuel manufacturing intermediate material receiving container
340: induction coil part 350: thermocouple
351: thermocouple insertion space 360:
370: Thermal infrared thermometer 380: Insulation
390: supply gas preheating part 400: exhaust gas removing part
410: first exhaust gas absorbing portion 420: second exhaust gas absorbing portion
421: injection nozzle 422: plate
423: fine hole 430: absorption liquid flow pump
440: Vacuum ejector
Claims (20)
상기 가스 공급부 상단에 구비되되, 상기 가스 공급부로부터 예열된 복수 개의 가스를 공급받아, 핵연료 제조 중간 물질인 ADU 겔로부터 변환되는 구형의 우라늄 화합물 입자 표면에 피복층을 형성하는 피복입자 제조부;
상기 피복입자 제조부로부터 배출되는 가스를 제거하는 배기 가스 제거부; 및
상기 피복입자 제조부의 상단에 구비되어, 피복입자 제조부 하단의 가스 공급부로 예열된 가스를 공급하되, 상기 피복입자 제조부로부터 배출되는 가스와 열교환을 통해 상기 예열이 수행되는 공급가스 예열부;를 포함하는 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템.
A gas supply unit for supplying a preheated gas to a predetermined temperature;
A coated particle producing unit provided at an upper end of the gas supplying unit and receiving a plurality of preheated gases from the gas supplying unit to form a coating layer on the surface of spherical uranium compound particles converted from the ADU gel which is an intermediate material for manufacturing fuel;
An exhaust gas removing section for removing gas discharged from the coated particle producing section; And
A preheating unit for supplying the preheated gas to the gas supply unit at the lower end of the coated particle production unit and performing the preheating through heat exchange with the gas discharged from the coated particle production unit; Including gas - fired coated particle manufacturing heat treatment system.
상기 피복입자 제조부 내에 구비되고, 구형의 핵연료 제조 중간물질 복수개가 고정되어 수용되되, 상기 구형의 핵연료 제조 중간물질이 고정되도록 내부 바닥면에 복수개의 중공부가 형성된 중간물질 수용용기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템.
The heat treatment system according to claim 1,
Further comprising an intermediate material storage container provided in the coated particle production section and having a plurality of spherical nuclear fuel manufacturing intermediate materials fixed and accommodated therein and having a plurality of hollow portions formed on an inner bottom surface thereof so as to fix the spherical nuclear fuel manufacturing intermediate material Characterized by a gas heat treatment system for manufacturing nuclear fuel coated particles.
3. The system of claim 2, wherein the diameter of the hollow is less than the diameter of the spherical fuel fabrication intermediate.
3. The system of claim 2, wherein the receiving container is fixed by a fixing shaft passing through the receiving container.
5. The system for manufacturing a gas-fired nuclear fuel coated particle according to claim 4, wherein a plurality of receptacles are spaced apart along the axial direction of the fixed shaft.
원통형 하우징;
상기 원통형 하우징 내부에 구비되며, 상기 핵연료 제조 중간물질이 구비되는 원료물질 장입부;
상기 원료물질 장입부 외측면을 일정한 간격으로 감싸도록 형성되어, 상기 원료물질 장입부 내부를 가열 및 냉각시키는 유도 코일부;
상기 원료물질 장입부 외측면에 부착되는 열전대; 및
상기 원통형 하우징을 높이 방향으로 착탈시키는 착탈부를 포함하며,
상기 유도 코일부는,
상기 원료물질 장입부 외측면에 삽입되도록 원통형 코일 집합체로 형성되며, 상기 원통형 코일 집합체 내부 표면에 일정한 간격으로 복수 개의 유도 코일층들을 구비하며, 상기 복수 개의 유도 코일층들 각각이 일정한 높이로 이격되어, 수평방향으로 권선되는 것을 특징으로 하는 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템.
2. The coated particle producing apparatus according to claim 1,
A cylindrical housing;
A raw material loading unit provided in the cylindrical housing and equipped with the nuclear fuel manufacturing intermediate material;
An induction coil part formed to surround the outer surface of the raw material charging part at regular intervals and heating and cooling the inside of the charging part of the raw material;
A thermocouple attached to the outer surface of the raw material loading portion; And
And a detachable portion for detaching the cylindrical housing in the height direction,
The induction coil unit includes:
And a plurality of induction coil layers formed on the inner surface of the cylindrical coil assembly at regular intervals, the plurality of induction coil layers being spaced apart from each other by a predetermined height , And wound in a horizontal direction.
상기 원통형 하우징은,
상기 원료물질 장입부의 상부를 고정하는 제1 고정부; 및
상기 원료물질 장입부의 하부를 고정하는 제2 고정부;를 포함하며,
상기 제1 고정부로는,
상기 핵연료 제조 중간물질이 상기 원료물질 장입부 내로 장입되는 원료 주입구;
상기 원료물질 장입부 내의 가스를 상기 배기 가스 제거부로 배출시키는 가스 배출구; 및
측방향으로 이동시킴으로서 상기 원료 주입구를 개폐할 수 있는 마개부가 구비되며,
상기 제2 고정부로는,
상기 가스 공급부로부터 공급되는 단일 또는 복수 개의 가스를 인입, 및 상기 원료물질 장입부 내에서 최종적으로 생성된 피복입자를 배출시키는 배출구 역할을 수행하는 가스 주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템.
The method according to claim 6,
The cylindrical housing includes:
A first fixing part fixing the upper part of the raw material charging part; And
And a second fixing part fixing the lower part of the raw material loading part,
As the first fixing portion,
A raw material inlet through which the nuclear fuel manufacturing intermediate material is charged into the raw material charging portion;
A gas outlet for discharging gas in the raw material charging portion to the exhaust gas removing portion; And
And a stopper for opening and closing the raw material injection port by moving in the lateral direction,
As the second fixing portion,
And a gas inlet for introducing a single or a plurality of gases supplied from the gas supply unit and serving as a discharge port for discharging the finally produced coated particles in the raw material charging part. Manufacturing Heat Treatment System.
상기 가스 공급부는
외부로부터 제공되는 가스를 예열하도록 유도 코일이 구비된 복수 개의 반응 가스 가열부; 및
상기 복수 개의 가열부 각각으로부터 예열된 단일 또는 복수 개의 반응 가스를 상기 피복입자 제조부 내에 주입하는 반응 가스 분배부를 포함하며,
상기 반응 가스 분배부는,
원통형 메인 가스관; 및
상기 메인 가스관 측면에 꺽쇠 모양으로 연결된 단일 또는 복수 개의 보조 가스관들을 포함하며,
상기 보조 가스관들 각각으로는,
제어부를 통해 반응 가스의 압력과 유량을 조절하는 조절 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템.
The method according to claim 1,
The gas supply part
A plurality of reaction gas heating units provided with induction coils for preheating gas supplied from outside; And
And a reactive gas distributor for injecting the single or multiple preheated reaction gases from the plurality of heating sections into the coated particle producing section,
The reaction gas distribution unit may include:
A cylindrical main gas pipe; And
And a single or a plurality of auxiliary gas pipes connected in a crooked manner on the side of the main gas pipe,
As each of the auxiliary gas pipes,
And a control valve for controlling the pressure and the flow rate of the reaction gas through the control unit.
9. The system according to claim 8, wherein the main gas pipe includes a plurality of cooling regions separated from each other at an upper portion of a connection portion where auxiliary gas pipes are connected.
10. The system of claim 9, wherein the plurality of cooling zones are at different temperatures from each other.
상기 가스 공급부는 피복입자 제조부로 반응 가스를 주입하기 전 반응가스가 체류할 수 있는 버퍼영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the gas supply part includes a buffer area in which the reaction gas can stay before injecting the reaction gas into the coated particle production part.
7. The system of claim 6, wherein the raw material loading portion has an upper diameter greater than a lower diameter.
2. The system of claim 1, wherein when the exhaust gas remover is operated, a pressure inside the raw material charge portion is induced to a vacuum state.
8. The system of claim 7, wherein the gas injection port is provided in a radial configuration.
The system according to claim 6, wherein the thermocouple is provided in a thermocouple insertion space formed in a raw material loading portion.
상기 배기 가스 제거부는,
상기 피복입자 제조부로부터 배출되는 배기 가스를 순차적으로 원활하게 배출하도록 수행하는 진공 이젝터;
상기 진공 이젝터로부터 가변되는 유속으로 분사되는 배기 가스 중, 유해 가스를 흡수할 수 있는 흡수용액 및 상기 흡수용액이 저장되는 흡수조를 포함하는 제1 배기 가스 흡수부; 및
상기 흡수조 내에 잔존할 수 있는 유해 가스를 더욱 제거하는 제2 배기 가스 흡수부를 포함하며,
상기 제2 배기 가스 흡수부는,
흡수용액 유동펌프를 통해 상기 제1 배기 가스 흡수부 내에 수용된 흡수용액을 내부에 분사시켜 공급받는 것을 특징으로 하는 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the exhaust gas removing unit comprises:
A vacuum ejector for performing exhausting of the exhaust gas discharged from the coated particle producing portion sequentially and smoothly;
A first exhaust gas absorber including an absorber capable of absorbing noxious gas among the exhaust gas injected at a flow rate varying from the vacuum ejector and an absorption tank in which the absorption liquid is stored; And
And a second exhaust gas absorption unit for further removing harmful gas remaining in the absorption tank,
Wherein the second exhaust gas absorbing portion comprises:
Wherein the absorbing solution contained in the first exhaust gas absorbing part is injected through the absorbing solution flow pump and is supplied to the heat absorbing member.
상기 제2 배기 가스 흡수부는,
원통형 하우징;
상기 제1 배기 가스 흡수부로부터 흡수용액을 공급받기 위하여, 복수 개의 흡수 용액배출 노즐 및 인입 노즐로 구성되되 상기 원통형 하우징 상부에 구비되는 분사 노즐; 및
상기 원통형 하우징 하단부와 체결되며, 표면에 복수 개의 미세홀이 형성된 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템.
17. The method of claim 16,
Wherein the second exhaust gas absorbing portion comprises:
A cylindrical housing;
An injection nozzle provided at an upper portion of the cylindrical housing to receive the absorption liquid from the first exhaust gas absorption unit, the injection nozzle comprising a plurality of absorption liquid discharge nozzles and a pull-in nozzle; And
And a plate fastened to the lower end of the cylindrical housing and having a plurality of fine holes formed on a surface thereof.
상기 제1 배기 가스 흡수부와 상기 제2 배기 가스 흡수부는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스로 핵연료 피복입자 제조 열처리 시스템.
17. The method of claim 16,
Wherein the first exhaust gas absorbing portion and the second exhaust gas absorbing portion are integrally formed.
상기 피복입자 제조부 내부에 반응가스를 공급하며 1차로 환원시킨 다음, 가열함으로서 핵연료 커널을 형성시키는 구형산화물 입자 환원 및 소결(sintering) 단계(단계 2);
상기 피복입자 제조부에 증착 가스를 공급하여 상기 단계 2의 핵연료 커널 표면에 복수 개의 피복층을 형성시키는 피복(coating) 단계(단계 3); 및
상기 피복입자 제조부 내의 잉여 가스 또는 폐가스 배출, 및 상기 피복입자 제조부 내부를 냉각시키기 위한 불활성 가스를 공급한 후, 제조된 핵연료 피복 입자를 배출하는 입자 배출 단계(단계 4);를 포함하는 제1항에 따른 제조 열처리 시스템을 이용한 가스로 핵연료 피복 입자의 제조방법
A calcination step (step 1) of heating the inside of the coated particle production part to pyrolyze the internally charged fuel manufacturing intermediate material (ADU gel) to convert it into spherical oxide particles;
A spherical oxide particle reduction and sintering step (step 2) in which a reaction gas is supplied to the inside of the coated particle producing section to reduce the primary and then form a nuclear fuel kernel by heating;
A coating step (step 3) of supplying a deposition gas to the coated particle producing section to form a plurality of coating layers on the surface of the nuclear fuel kernel of step 2; And
And a particle discharging step (step 4) for discharging surplus gas or waste gas in the coated particle producing section and an inert gas for cooling the inside of the coated particle producing section and discharging the manufactured nuclear fuel coated particles Process for the production of gas-nuclear fuel coated particles using the manufacturing heat treatment system according to claim 1
상기 단계 3의 피복은
상기 단계 2의 핵연료 커널 표면에 버퍼 층을 증착하는 제1 코팅 단계(단계 a);
상기 단계 a의 버퍼 층 상에 IPyC 층을 증착하는 제2 코팅 단계(단계 b);
상기 단계 b의 IPyC 층 상에 SiC층을 증착하는 제3 코팅 단계(단계단계 2c); 및
상기 단계 c의 SiC 층 상에 OPyC 층을 증착하는 제4 코팅 단계(단계 d)를 포함하는 공정을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 가스로 핵연료 피복입자의 제조방법.20. The method of claim 19,
The coating of step 3
A first coating step (step a) of depositing a buffer layer on the fuel kernel surface of step 2;
A second coating step (step b) of depositing an IPyC layer on the buffer layer of step a);
A third coating step (step 2c) of depositing a SiC layer on the IPyC layer of step b); And
And a fourth coating step (step d) of depositing an OPyC layer on the SiC layer of step c). ≪ Desc / Clms Page number 20 >
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- 2013-07-08 KR KR1020130079936A patent/KR101446715B1/en active IP Right Grant
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