KR100996290B1 - 삼중수소수 오염공기의 정화방법 및 그를 이용한 정화호흡기 - Google Patents

삼중수소수 오염공기의 정화방법 및 그를 이용한 정화호흡기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 삼중수소수 오염공기의 정화방법 및 그를 이용한 정화호흡기에 관한 것으로서, 특히 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve), 실리카겔, 알루미나 또는 무수황산칼슘을 포함하는 수분 흡착제를 사용하여 삼중수소수에 오염된 공기 중의 수분과 삼중수소수를 동시에 제거한 후, 방진필터를 이용하여 수분 및 삼중수소수가 제거된 공기로부터 분진을 제거하고, 마지막에는 수분과 삼중수소수 및 분진이 제거된 공기에 신선한 수분을 공급하여 호흡에 적절한 습도를 유지시켜 주는 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기의 정화방법 및 그를 이용한 정화호흡기에 관한 것이다.
삼중수소수, 정화방법, 정화호흡기, 수분 흡착제, 방진필터, 습도조절

Description

삼중수소수 오염공기의 정화방법 및 그를 이용한 정화호흡기{Method for purifying air being contaminated by tritiated water vapor and respirator equipment thereof}
본 발명은 삼중수소수 오염공기의 정화방법 및 그를 이용한 정화호흡기에 관한 것으로서, 특히 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve), 실리카겔, 알루미나 또는 무수황산칼슘을 포함하는 수분 흡착제를 사용하여 삼중수소수에 오염된 공기 중의 수분과 삼중수소수를 동시에 제거한 후, 방진필터를 이용하여 수분 및 삼중수소수가 제거된 공기로부터 분진을 제거하고, 마지막에는 수분과 삼중수소수 및 분진이 제거된 공기에 신선한 수분을 공급하여 호흡에 적절한 습도를 유지시켜 주는 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기의 정화방법 및 그를 이용한 정화호흡기에 관한 것이다.
수소(H)의 대표적인 동위원소로는, 원자량이 2이고 통상적으로 원소기호 D로 표시하는 중수소(듀테리움, Deuterium)과, 원자량이 3이고 통상적으로 원소기호 T 로 표시하는 삼중수소(트리튬, Tritium)가 있다.
삼중수소수는 물 분자(H2O)를 구성하는 두 개의 수소 중 어느 하나 또는 두 개 모두 삼중수소로 치환된 물(HTO, T2O, DTO 등)을 말한다.
중수소와 달리 삼중수소는 베타선을 내는 방사성 동위원소이므로, 이를 포함하는 삼중수소수(tritiated water)는 방사선을 방출하는 방사성 물질이다.
우리나라 원자력 발전소 중, 특히 감속재 및 냉각재로 중수를 사용하는 가압 중수로형 원자로에서는 필연적으로 삼중수소수(tritiated water)가 발생한다. 또한, 우리나라 유일의 연구형 원자로인 하나로 시설도 원자로 반사체로 중수를 사용하기 때문에 삼중수소수가 발생하고 있다.
삼중수소수가 공기 중으로 누출되면, 증발되어 공기중의 일반 물(경수, H2O)증기와 쉽게 혼합되고, 이 상태의 공기를 사람이 호흡하면 인체에 매우 유해하다.
따라서 삼중수소수에 오염된 공기는 적절한 방법에 의하여 삼중수소수를 제거 또는 정화한 다음 호흡하여야 한다.
삼중수소수에 오염된 공기를 정화하여 호흡하기 위한 기술로는, 현재 국내에서 개발되어 널리 사용되고 있는, 얼음을 이용하여 공기 중의 삼중수소수를 제거하는 방법이 있다. 이 방법을 이용한 삼중수소수 오염공기용 호흡기에 대해서는, 국내실용신안공보 제2004-0021204호의 "삼중수소 제거용 가방", 국내특허공보 제2003-0040774호인 "삼중수소 제거용 방호호흡기", 국내특허등록 제10-0659783호인 "삼중수소 방호용 호흡기", 국내특허등록 제10-0838213호인 "삼중수소 제거용 호흡기의 정화통 구조", 국내특허등록 제10-0838214호인 "삼중수소 제거용 호흡기의 정화통 구조" 및 국내특허등록 제10-0651678호인 "고성능 삼중수소 제거용 전면식 방호호흡기"로 개시된 바 있다.
이러한 종래기술에 따른 삼중수소수 오염공기용 호흡기들은 모두 정화통에 채워진 얼음을 이용하여 공기 중의 삼중수소수를 제거하는 원리를 활용하고 있다는 특징을 가지는데, 아직까지 그 제거 원리가 명확하게 확인되지는 않았다. 다만 삼중수소수에 오염된 공기가 얼음층을 통과하면서 공기의 노점 저하에 따른 삼중수소수의 응축과 얼음표면에서의 동위원소 교환 등의 두 가지 작용에 의해 삼중수소수가 제거되는 것으로 추정되고 있다.
얼음을 이용한 삼중수소수의 정화방식은, 사용이 간편하고 공기 중에 있는 삼중수소수에 대한 제거효율이 높다고 알려져 있어 현재까지도 국내에서 널리 이용되고 있다. 그러나 이용 기간이 길어지면서 취급상의 단점들이 나타나고 있는데, 대표적으로는 얼음의 보충 및 교환이 용이하지 않아 작업 시간에 한계가 있다는 점이다. 따라서 상기 종래기술들은 각각의 고유기술을 통하여 가급적 얼음을 잘 녹지 않게 함으로써 그 사용 시간을 늘리는 데 주안점을 두고 있으나, 아직까지도 충분한 수준에 도달하지는 못했다.
아울러 얼음 녹은 물은 삼중수소수의 농도가 높기 때문에 방사성폐기물로 분류하여 특별한 관리가 필요하다. 또한 본 발명의 실험 결과, 삼중수소수의 제거효율도 처음 알려진 것처럼 높지 않은 것으로 나타났다.
상기와 다른 방법을 이용한 호흡기로는, 미국등록특허 제4,964,900호의 "Respirator Filter Means for Removal of Tritiated Water"에 나타난 호흡기를 들 수 있다. 상기 호흡기가 표방하는 원리는, 자기 중량의 25 내지 40 중량%의 물을 함유하는 실리카겔 또는 활성탄을 사용하여 삼중수소수를 함유한 공기를 정화한다는 것이다. 상기 특허는, 공기중의 삼중수소수가 실리카겔 또는 활성탄소에 함유된 물과의 동위원소 교환에 의하여 고효율로 제거된다고 주장하고 있으나, 이러한 원리를 이용한 삼중수소수용 호흡기는 아직까지 시판된 바가 없는 것으로 알려져 있다. 다만 이 특허에서 비교 모델로 삼은 함수(含水) 버미큘라이트를 이용한 호흡기는 캐나다 등에서 사용되고 있다.
상기 함수 실리카겔, 함수 활성탄, 함수 버미큘라이트 등을 사용한 동위원소 교환 원리에 의한 삼중수소수 제거 방법은, 매질의 함수량과 통과하는 공기 유량에 따라 그 효율이 크게 영향을 받으며 그 수명을 예측하기가 쉽지 않은 문제점이 있다. 또한 사용후 비교적 많은 방사성폐기물이 발생할 수 있으며, 재사용이 용이하지 않다는 단점도 있다.
삼중수소수가 많이 발생하는 가압 중수로형 원자로나 연구시설 등에서 삼중수소수에 오염된 계통내의 공기를 정화하는 기술로 이제까지 가장 널리 사용된 것은, 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve), 실리카겔, 알루미나 또는 무수황산칼슘 등의 수분 흡착제를 사용하여 고효율로 공 기 중의 삼중수소수를 제거하는 방법이다. 그런데 이 방법은 계통이나 장치 중에 존재하는 공기 중의 삼중수소수를 제거하는데는 유용하지만, 사람이 호흡하기 위한 호흡기에의 사용은 흡착제로부터 발생하는 분진의 호흡 가능성과 흡착제를 통과한 공기는 호흡에 적당하지 않은 낮은 습도를 가진다는 점 때문에 지금까지 호흡기에는 사용되지 못하였다.
이에, 본 발명자들은 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve), 실리카겔, 알루미나 또는 무수황산칼슘 등을 포함하는 수분 흡착제를 삼중수소수용 호흡기에 적용하는 방법을 연구하던 중, 흡착기와 분진여과기 및 습도조절기로 구성되는 삼중수소수 오염공기의 정화방법과 상기 방법을 이용한 정화호흡기의 발명을 완성하였다.
본 발명에 따른 삼중수소수 오염공기의 정화방법은, 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve), 실리카겔, 알루미나 또는 무수황산칼슘 등의 수분 흡착제를 적용하여 삼중수소수에 오염된 공기 중의 삼중수소수를 고효율로 제거함과 동시에, 삼중수소수는 제거되었으나 분진이 함유된 건조 공기를 호흡하기에 적합한 상태의 공기로 조절하기 위한 정화방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, 상기 삼중수소수 오염공기의 정화방법이 구현된 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기를 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
본 발명에 따른 삼중수소수 오염공기의 정화방법은, 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve), 실리카겔, 알루미나 또는 무수황산칼슘을 포함하는 수분 흡착제를 사용하여 삼중수소수에 오염된 공기 중의 수분과 삼중수소수를 동시에 제거하는 제1단계;와, 방진필터를 이용하여, 상기 제1단계에 의하여 수분 및 삼중수소수가 제거된 공기로부터 분진을 제거하는 제2단계; 및 상기 제1단계 및 제2단계를 거쳐 수분과 삼중수소수 및 분진이 제거된 공기에 신선한 수분을 공급하여 호흡에 적절한 습도를 유지시켜 주는 제3단계;를 포함하여 이루어진다.
여기에서 상기 제1단계에 사용되는 수분 흡착제는, 2 내지 5㎜의 크기를 갖는 입상 또는 펠릿 형태일 수 있다.
또한, 상기 제1단계에 사용되는 수분 흡착제에는, 수분이 포화되면 색깔이 변화하는 염화코발트가 함유된 실리카겔 또는 무수황산칼슘이 혼합되어 있는 것이 바람직하다.
그리고 상기 제1단계에서 사용된 수분 흡착제는, 가열되어 수분과 삼중수소수가 제거된 후 재사용되는 것이 가능하다.
여기에서, 상기 제2단계에서 사용되는 방진필터는, 부직포 또는 유리섬유로 제작된 방진필터이거나 또는 헤파 (HEPA)필터인 것을 특징으로 한다.
상기 제3단계는, 상기 제1단계 및 제2단계를 거쳐 수분과 삼중수소수 및 분진이 제거된 공기가, 수분을 함유한 습도조절제로 충전된 층 또는 가습판을 통과하도록 이루어진다.
이때, 상기 습도조절제는 폴리유레탄계 폼 또는 폴리아크릴산 계통의 흡수제 가 봉입된 펄프재질의 물질인 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명에 따른 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기는, 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve), 실리카겔, 알루미나 또는 무수황산칼슘을 포함하는 수분 흡착제를 그 내부에 수용하고, 외부의 삼중수소수 오염공기가 유입되는 유입구를 구비한 흡착부;와, 제1 연결부에 의하여 상기 흡착부와 연결되고, 상기 제1 연결부를 통하여 상기 흡착부로부터 유입된 공기에 포함된 분진을 제거하는 방진필터를 그 내부에 수용하는 분진제거부; 및 제2 연결부에 의하여 상기 분진제거부와 연결되고, 상기 제2 연결부를 통하여 상기 분진제거부로부터 유입된 공기에 수분을 공급하며, 정화 및 습도조절이 완료된 공기를 외부로 배출하는 배출구를 구비한 습도조절부;를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 흡착부에 구비된 수분 흡착제의 전후에는 전처리 필터와 후처리 필터가 각각 구비될 수 있으며, 상기 수분 흡착제는 2 내지 5㎜의 크기를 갖는 입상 또는 펠릿 형태일 수 있다.
특히 상기 수분 흡착제에는, 수분이 포화되면 색깔이 변화하는 염화코발트가 함유된 실리카겔 또는 무수황산칼슘이 혼합되어 있는 것이 바람직하다.
상기 분진제거부에 구비된 방진필터는, 부직포 또는 유리섬유로 제작된 방진 필터이거나 또는 헤파 (HEPA)필터이다.
또한 본 발명의 실시예에서는, 상기 습도조절부에는 수분을 함유한 습도조절제로 충전된 층 또는 가습판이 구비되는데, 특히 상기 습도조절부는 원통형상으로 형성되고, 환형으로 형성된 상기 수분을 함유한 습도조절제로 충전된 층 또는 가습판이 상기 습도조절부와 동심을 이루도록 적어도 하나 이상 구비되는 것이 바람직하다.
상기 습도조절제는 폴리유레탄계 폼 또는 폴리아크릴산 계통의 흡수제가 봉입된 펄프재질의 물질이 사용될 수 있다.
아울러 상기 습도조절부에는, 상기 제2 연결부의 하류측에 수분의 역류를 방지하는 역류방지판이 더 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 삼중수소수 오염공기의 정화방법 및 그를 이용한 정화호흡기에 의하면, 삼중수소수에 오염된 공기를 간편하면서도 고효율로 정화하여 호흡에 적합한 공기로 변화시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 삼중수소수가 많이 발생하는 가압 중수로형 원자로나 연구시설 등에서 일하는 작업자의 안전을 보호하는데 사용하기에 매우 적합하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 삼중수소수 오염공기의 정화방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 1에 도시된 삼중수소수 오염공기의 정화방법을 크게 3단계로 분류하면, 수분 흡착제를 사용하여 삼중수소수에 오염된 공기 중의 수분과 삼중수소수를 동시에 제거하는 제1단계;와, 방진필터를 이용하여, 상기 제1단계에 의하여 수분 및 삼중수소수가 제거된 공기로부터 분진을 제거하는 제2단계; 및 상기 제1단계 및 제2단계를 거쳐 수분과 삼중수소수 및 분진이 제거된 공기에 신선한 수분을 공급하여 호흡에 적절한 습도를 유지시켜 주는 제3단계;로 이루어진다.
먼저 상기 제1단계는, 삼중수소수에 오염된 공기 중에 존재하는 삼중수소수를 제거하는 단계로서, 구체적으로는 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve), 실리카겔, 알루미나 또는 무수황산칼슘 등의 수분 흡착제를 사용하여 삼중수소수에 오염된 공기 중의 수분과 삼중수소수를 동시에 제거하는 단계이다. 공기 중의 삼중수소수는 일반 수분과 동일한 화학적 성질을 갖고 있기 때문에, 상기 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve), 실리카겔, 알루미나 또는 무수황산칼슘 등의 수분 흡착제를 사용하면 이론상 99.9% 이상 제거가 가능하며, 실제에 있어서도 98% 이상의 높은 효율로 제거됨을 확인하였다.
상기 수분 흡착제의 크기와 모양은, 바람직하게는 2 내지 5㎜ 크기의 입상 또는 펠릿 형태가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 수분 흡착제에, 수분이 포화되면 색깔이 변화하는 염화코발트가 함유된 실리카겔이나 무수황산칼슘을 소량 혼합하면 흡착제의 수명을 쉽게 판별할 수 있다.
그리고 상기 제1단계에서 사용된 수분 흡착제는, 이를 가열하여 수분 및 삼중수소수를 제거한 후 다시 사용하는 것이 가능하다.
그런데 상기 제1단계와 같이, 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve)와 같은 수분 흡착제를 사용하여 삼중수소수를 제거하면, 상기 삼중수소수와 화학적 성질이 동일한 공기 중의 수분마저 함께 제거되기 때문에, 제1단계만에 의해서는 호흡에 적절한 상태의 공기가 생성되지는 않는다. 또한 수분 흡착제로 유입되는 공기의 유속이 빠르면, 사용된 수분 흡착제의 성상이나 제조상태에 따라 미량의 분진이 발생할 수도 있다. 특히 강제 송풍식 호흡기의 경우 이러한 분진의 발생 가능성이 매우 높다. 따라서 이에 대한 적절한 대책이 필요하다.
본 발명에 따른 제2단계는, 상기 제1단계를 통과하여 삼중수소수와 수분이 완전히 제거된 공기 중에 존재하는 미량 분진을 제거하는 단계이다. 제1단계의 수분 흡착제에서 발생하는 분진은 그 자체로도 인체에 유해하지만, 만약 삼중수소수를 흡착한 분진이 호흡시 인체에 유입된다면 농축된 삼중수소수를 호흡하는 결과가 되기 때문에 반드시 이를 제거하여야만 한다. 따라서 본 발명의 제2단계는 부직포 또는 유리섬유 등으로 제작된 방진필터 또는 헤파(HEPA) 필터를 사용하여 상기 제1단계에서 발생한 공기 중의 분진을 99.5∼99.97% 제거하게 된다.
부직포 또는 유리섬유 등으로 제작된 방진필터로는 한국산업안전공단 특급 검정필 제품인 3M사의 제품번호 2091 또는 2097이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 헤파 필터로는 호흡기용 시판 제품인 미국 Bullard사 PA3HE 등이 사용될 수 있으며, 이 또한 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 제3단계는, 상기 삼중수소수와 수분 및 분진 등이 모두 제거된 깨끗한 공기를 호흡에 적합한 습도를 유지하도록 조절하여 주는 최종 단계로서, 구체적으로는 상기 제1단계와 제2단계를 통과한 공기가 수분을 함유한 습도조절제로 충전된 층 또는 가습판을 통과하면서 수분을 공급받아 호흡에 적합한 일정한 습도를 유지하도록 조절하는 단계이다.
상기 습도조절제로 충전된 층 또는 가습판은 부차적으로 제1단계와 제2단계를 통과한 공기 중에 미처 제거되지 않은 삼중수소수 또는 분진이 있다면, 이를 최종 제거하는 역할도 담당한다.
습도조절제로는 폴리유레탄계 폼(스펀지) 또는 시판중인 코오롱사의 K-SAM®과 같은 폴리아크릴산 계통의 고흡수제가 봉입된 펄프재질의 물질도 사용될 수도 있다. 이 외의 흡수제로는 섬유류, 종이류 등도 무방하며, 이에 국한되는 것은 아니다. 가습판은 초음파 가습기와 같이 미세한 물입자를 발생시키는 기구이거나 또는 단순하게 물이 흐르는 도관의 일부를 노출시킴으로써 자연증발을 일으키는 장치 등일 수 있으며, 수분을 공급하는 기구·장치라면 본 발명의 제3단계에 다양하게 적용될 수 있다.
한편, 위와 같은 본 발명에 따른 삼중수소수 오염공기의 정화방법을 구현한 정화호흡기(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브, 실리카겔, 알루미나 또는 무수황산칼슘을 포함하는 수분 흡착제(110)를 그 내부에 수용하고, 외부의 삼중수소수 오염공기가 유입되는 유입구(140)를 구비한 흡착부(100);와, 제1 연결부(150)에 의하여 상기 흡착부(100)와 연결되고, 상기 제1 연결부(150)를 통하여 상기 흡착부(100)로부터 유입된 공기에 포함된 분진을 제거하는 방진필터(210)를 그 내부에 수용하는 분진제거부(200); 및 제2 연결부(250)에 의하여 상기 분진제거부(200)와 연결되고, 상기 제2 연결부(250)를 통하여 상기 분진제거부(200)로부터 유입된 공기에 수분을 공급하며, 정화 및 습도조절이 완료된 공기를 외부로 배출하는 배출구(320)를 구비한 습도조절부(300);를 포함하여 이루어진다.
상기 흡착부(100)와 분진제거부(200) 및 습도조절부(300)는 각각 삼중수소수 오염공기의 정화방법의 제1단계와 제2단계 및 제3단계를 구현하는 구성요소이다.
상기 흡착부(100)는 삼중수소수에 오염된 공기 중에 존재하는 삼중수소수를 제거하는 부분으로서, 구체적으로는 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve)와 같은 수분 흡착제(110)를 사용하여 삼중수소수에 오염된 공기 중의 수분과 삼중수소수를 동시에 제거한다.
상기 수분 흡착제(110)의 크기와 모양은, 바람직하게는 2 내지 5㎜ 크기의 입상 또는 펠릿 형태가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 수분 흡착제(110)에, 수분이 포화되면 색깔이 변화하는 염화코발트가 함유된 실리카겔이나 무수황산칼슘을 소량 혼합하면 수분 흡착제(110)의 수명을 쉽게 판별할 수 있다.
그리고 사용된 수분 흡착제(110)는, 이를 가열하여 수분 및 삼중수소수를 제거한 후 다시 사용하는 것이 가능하다.
한편, 상기 흡착부(100)에 구비된 수분 흡착제(110)의 전후에는 전처리 필터(120)와 후처리 필터(130)가 각각 구비될 수 있는데, 상기 전처리 필터(120)는 외부공기 중에 포함된 비교적 큰 사이즈의 먼지 등을 걸러내고, 상기 후처리 필터(130)는 후술할 분진제거부(200)의 방진필터(210)가 분진을 걸러내는 부하를 경감시킴으로써 방진필터(210)의 수명을 길게 하는 것을 주된 기능으로 한다. 아울러 상기 전처리 필터(120)와 후처리 필터(130)는 상기 수분 흡착제(110)가 수용되는 공간을 한정하는 구조체로서의 역할도 담당한다.
상기 분진제거부(200)는, 상기 흡착부(100)를 통과하여 삼중수소수와 수분이 완전히 제거된 공기 중에 존재하는 미량 분진을 방진필터(210)로 제거하는 부분이다. 상기 방진필터(210)는 부직포 또는 유리섬유 등으로 제작된 방진필터 또는 헤파(HEPA) 필터를 사용하여 상기 흡착부(100)에서 발생한 공기 중의 분진을 99.5∼99.97% 제거하게 된다.
부직포 또는 유리섬유 등으로 제작된 방진필터로는 한국산업안전공단 특급 검정필 제품인 3M사의 제품번호 2091 또는 2097이 사용될 수 있고, 헤파 필터로는 호흡기용 시판 제품인 미국 Bullard사 PA3HE 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 습도조절부(300)에는 수분을 함유한 습도조절제(310)로 충전된 층 또는 가습판(미도시)이 구비되어 있다. 상기 흡착부(100)와 분진제거부(200)를 통과한 건조공기는 상기 수분을 함유한 습도조절제(310)로 충전된 층 또는 가습판을 통과하면서 상대습도 40∼60%를 갖는 호흡에 적합한 수분을 지니게 된다.
상기 습도조절제(310)로 충전된 층 또는 가습판은 부차적으로 흡착부(100)와 분진제거부(200)를 통과한 공기 중에 미처 제거되지 않은 삼중수소수 또는 분진이 있다면, 이를 최종 제거하는 역할도 담당한다.
습도조절제(310)로는 폴리유레탄계 폼(스펀지) 또는 시판중인 코오롱사의 K- SAM®과 같은 폴리아크릴산 계통의 고흡수제가 봉입된 펄프재질의 물질도 사용될 수도 있다. 이 외의 흡수제로는 섬유류, 종이류 등도 무방하며, 이에 국한되는 것은 아니다. 가습판은 초음파 가습기와 같이 미세한 물입자를 발생시키는 기구이거나 또는 단순하게 물이 흐르는 도관의 일부를 노출시킴으로써 자연증발을 일으키는 장치 등일 수 있으며, 수분을 공급하는 기구·장치라면 본 발명의 습도조절부(300)에 다양하게 적용될 수 있다.
특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 습도조절부(300')를 원통형상으로 형성하고, 환형으로 형성된 상기 수분을 함유한 습도조절제(310')로 충전된 층 또는 가습판이 적어도 하나 이상 상기 습도조절부(300')와 동심을 이루도록 구비되는 것이 바람직한데, 이는 건조공기에 수분을 공급하는 습도조절제(310')로 충전된 층 또는 가습판의 표면적을 효율적으로 증대시키기 위함이다.
또한 제2 연결부(250)와 습도조절부(300)가 연결된 부위(제2 연결부의 하류측)에 역류방지판(330)이 추가로 구비되는 것이 좋은데, 상기 역류방지판(330)은 습도조절부(300) 내의 수분이 분진제거부(200) 방향으로 역류하여 흡착부(100)에 구비된 수분 흡착제(110)까지 도달함으로써 수분 흡착제(110)의 성능을 저하시키는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 삼중수소수 오염공기의 정화방법 및 이을 구현한 정화호흡기(10)의 효과를 검증하기 위하여, 도 4에 도시된 것과 같은 실험장치를 이용하여 삼중수소수 오염공기의 정화효율 및 최종적으로 배출되는 정화공기의 습도를 측정하였다.
먼저 직경 10㎝, 높이 15㎝ 크기의 원통형 흡착부와, 미국 Bullard사 제품의 방진필터인 PA3HE로 이루어진 분진제거부 및 직경 10㎝, 높이 10cm 크기의 원통형 습도조절부로 구성된, 도 1에 도시된 것과 같은 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기(10)를 준비하였다. 상기 흡착부에는 수분 흡착제로서 1㎏의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve) 5A를, 습도조절부에는 물이 흡수된 각 변이 1㎝ 크기인 정육면체 모양의 폴리우레탄 폼 70g을 충전하여 습도조절제로 사용하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 흡착부와 분진제거부 및 습도조절부의 하류측에 각각 시료채취용 밸브(510,520,530)를 설치하여 각 부분을 거친 후의 공기에 포함된 삼중수소수의 비방사능, 상대습도, 노점을 선택적으로 측정할 수 있도록 하였다. 그리고 주입펌프(400)를 이용하여 삼중수소수의 비방사능이 약 450,000 Bq/m3 인 공기를 20 L/min의 유량으로 상기 정화호흡기(10)에 공급하였다. 정화호흡기(10)의 각 부분을 거친 후의 공기 중에 포함된 삼중수소수의 농도는 미국 Canberra사 제품인 Model TAM100DSI 삼중수소 측정기(700)와 기포 측정기(800)를 함께 사용하여 비교 검토하였다. 상대습도 및 노점을 측정하는 습도 측정기(600)는 프랑스 KIMO사 제품인 Model KTH300을 사용하였다. 다만 공기 중의 분진은 사용된 방진필터가 이미 미국 등에서 사용 허가되어 그 품질이 검증된 제품이고, 또한 배 출공기 중에 삼중수소수를 함유한 분진이 있다면 배출공기의 삼중수소수의 농도가 증가하기 때문에, 별도로 배출공기 중의 분진을 측정하지는 않았다.
실험시작 후 2시간이 경과한 시점에서, 본 발명에 따른 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기(10)의 각 부분을 통과한 후의 공기 중에 포함된 삼중수소수의 비방사능과 공기의 상대습도 및 노점을 측정한 결과를 아래의 표 1에 나타내었다. 실험 결과, 2시간 경과 후에도 배출공기 중의 삼중수소수의 농도는 9,000 Bq/m3 이하를 유지하였으며, 그 제거효율은 98% 이상인 것으로 나타났다. 상대습도는 2시간 동안 40∼60 % 범위를 유지하여 호흡하기에 적합한 수준임을 확인하였다.
Figure 112008079216849-pat00001
이상 본 발명을 특정의 실시형태와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의하여 나타난 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 삼중수소수 오염공기의 정화방법을 개략적으로 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 삼중수소수 오염공기의 정화방법을 구현한 정화호흡기에 대한 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 정화호흡기에 포함된 습도조절부의 또 다른 실시형태를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 삼중수소수 오염공기의 정화방법 및 이을 구현한 정화호흡기의 효과를 검증하기 위한 실험장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기
100: 흡착부 110: 수분 흡착제
120: 전처리 필터 130: 후처리 필터
140: 유입구 150: 제1 연결부
200: 분진제거부 210: 방진필터
250: 제2 연결부 300,300': 습도조절부
310,310': 습도조절제 320: 배출구
330: 역류방지판 400: 주입펌프
510,520,530: 시료채취용 밸브 600: 습도 측정기
700: 삼중수소 측정기 800: 기포 측정기

Claims (16)

  1. 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve), 실리카겔, 알루미나 또는 무수황산칼슘을 포함하는 수분 흡착제를 사용하여 삼중수소수에 오염된 공기 중의 수분과 삼중수소수를 동시에 제거하는 제1단계;
    방진필터를 이용하여, 상기 제1단계에 의하여 수분 및 삼중수소수가 제거된 공기로부터 분진을 제거하는 제2단계; 및
    상기 제1단계 및 제2단계를 거쳐 수분과 삼중수소수 및 분진이 제거된 공기에 신선한 수분을 공급하여 호흡에 적절한 습도를 유지시켜 주는 제3단계;
    를 포함하는 삼중수소수 오염공기의 정화방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1단계에 사용되는 수분 흡착제는, 2 내지 5㎜의 크기를 갖는 입상 또는 펠릿 형태인 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기의 정화방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1단계에 사용되는 수분 흡착제에 염화코발트가 함유된 실리카겔 또는 무수황산칼슘이 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기의 정화방 법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1단계에서 사용된 수분 흡착제는 가열되어 수분과 삼중수소수가 제거된 후 재사용되는 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기의 정화방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2단계에서 사용되는 방진필터는, 부직포 또는 유리섬유로 제작된 방진필터이거나 또는 헤파 (HEPA)필터인 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기의 정화방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3단계는, 상기 제1단계 및 제2단계를 거쳐 수분과 삼중수소수 및 분진이 제거된 공기가, 수분을 함유한 습도조절제로 충전된 층 또는 가습판을 통과하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기의 정화방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 습도조절제는 폴리유레탄계 폼 또는 폴리아크릴산 계통의 흡수제가 봉입된 펄프재질의 물질인 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기의 정화방법.
  8. 알루미노 실리케이트 계열의 제올라이트계 몰리큘라 시이브(molecular sieve), 실리카겔, 알루미나 또는 무수황산칼슘을 포함하는 수분 흡착제를 그 내부에 수용하고, 외부의 삼중수소수 오염공기가 유입되는 유입구를 구비한 흡착부;
    제1 연결부에 의하여 상기 흡착부와 연결되고, 상기 제1 연결부를 통하여 상기 흡착부로부터 유입된 공기에 포함된 분진을 제거하는 방진필터를 그 내부에 수용하는 분진제거부; 및
    제2 연결부에 의하여 상기 분진제거부와 연결되고, 상기 제2 연결부를 통하여 상기 분진제거부로부터 유입된 공기에 수분을 공급하며, 정화 및 습도조절이 완료된 공기를 외부로 배출하는 배출구를 구비한 습도조절부;
    를 포함하는 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 흡착부에 구비된 수분 흡착제의 전후에 전처리 필터와 후처리 필터가 각각 구비된 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 수분 흡착제는 2 내지 5㎜의 크기를 갖는 입상 또는 펠릿 형태인 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 수분 흡착제에 염화코발트가 함유된 실리카겔 또는 무수황산칼슘이 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 방진필터는 부직포 또는 유리섬유로 제작된 방진필터이거나 또는 헤파 (HEPA)필터인 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 습도조절부에는 수분을 함유한 습도조절제로 충전된 층 또는 가습판이 구비된 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 습도조절부는 원통형상으로 형성되고, 환형으로 형성된 상기 수분을 함유한 습도조절제로 충전된 층 또는 가습판이 상기 습도조절부와 동심을 이루도록 적어도 하나 이상 구비된 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 습도조절제는 폴리유레탄계 폼 또는 폴리아크릴산 계통의 흡수제가 봉입된 펄프재질의 물질인 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기.
  16. 청구항 8에 있어서,
    상기 습도조절부에는 상기 제2 연결부의 하류측에 수분의 역류를 방지하는 역류방지판이 더 포함된 것을 특징으로 하는 삼중수소수 오염공기용 정화호흡기.
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