KR101061466B1 - 삼중수소 시료 채취기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 삼중수조 다중 시료 채취기 및 그 채취방법에 관한 것으로, 그 목적은 내부피폭의 우려가 큰 삼중수소를 발생시키는 원자력 발전소 등에서의 중수 누출 의심지역의 시료를 신속하고 정확하게 채취할 수 있을 뿐만 아니라 단일 장비만으로 작업자의 셋팅에 따라 다수의 공간에 대하여 세팅순서에 따라 별도의 조작없이 자동으로 시료를 신속하게 채취할 수 있고, 퍼지기능 및 세척기능을 구비하여 다수의 시료채취시 마다 시료채취공정 사이에 자동으로 퍼지기능이 실시되어 공기유동관내에 잔류하는 오염된 공기를 제거하여 보다 정확한 시료를 채취할 수 있는 삼중수조 다중 시료 채취기를 제공하는 것이며, 그 구성은 공기유동관의 제 1 및 제 2전자변(21)(22)과; 상기 공기유동관의 흡기단측에 각각 분기되는 흡기분기관(12a ~ 12n) 및 배기단측에 각각 분기되는 배기분기관(13a ~ 13n)과; 흡기전자변(23a ~ 23n)과; 배기전자변(24a ~ 24n)과; 전기적으로 연결된 구성요소들의 작동을 각각 제어하는 제어부(30)를 포함하며; 예비작동단계(S100)와, 퍼지단계(S200)와, 셋팅단계(S300)와, 시료채취단계(S400)와, 세척단계(S500)로 작동되는 것을 특징으로 한다.

Description

삼중수소 시료 채취기 및 그 제어방법{Automatic Tritium Sampler and control method therefore}
본 발명은 삼중수소 시료 채취기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부피폭의 우려가 큰 삼중수소를 발생시키는 원자력 발전소 등에서의 삼중수소(특히, 중수로형 원자력발전소) 누출 의심지역의 시료를 신속하고 정확하게 채취할 수 있을 뿐만 아니라 단일 장비만으로 작업자의 셋팅에 따라 다수의 공간에 대하여 세팅순서에 따라 별도의 조작없이 자동으로 시료를 신속하게 채취할 수 있는 구조를 갖도록 한 삼중수소 시료 채취기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
삼중수소는 매우 낮은 에너지의 베타선을 방출하는 방사성 동위원소이며, 적은 양을 취급하는 경우에는 인체에 별다른 영향을 주지 않지만 유도공기중농도가 2×105 Bq/m3 이상의 삼중수소를 취급하는 경우에는 인체에 영향을 줄 수 있다. 이에 따라, 글로브 박스와 같은 밀폐된 공간에서 취급해야 하며, 개봉 삼중수소의 경우 배기 또는 배수시 원자력법에서 기준하는 농도 미만이 되도록 관리해야한다.
중수로형 원자력 발전소의 경우 냉각재 및 감속재는 중수(D20)를 사용하고 있으며, 이러한 중수는 원자로 출력 운전 시 중성자와 결합하여 삼중수소화 되어 방사선을 방출하게 된다. 감속재 및 냉각재 계통 내의 중수는 삼중수소를 다량 포함하고 있어, 중수 누설은 삼중수소 누설을 동반하게 되며, 삼중수소는 공기중에서 증발하여 증기상태로 존재한다.
상기와 같이 삼중수소를 채취하기 위한 종래의 삼중수소의 시료채취장치는 공기유동관을 따라 공기를 유동시키는 에어펌프 및 공기유동관상에 장착되어 공기 유량을 측정하는 유량센서, 유량 또는 시간을 기준으로 하여 상기 에어펌프의 작동을 제어하는 컨트롤러와, 상기 공기유동관의 배기단과 연결된 시료채집병으로 구성되어 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래의 삼중수소의 시료채취장치는 공기유동관의 배기측단부에 물이 담겨있는 시료채집병을 연결하고, 공기유동관의 흡기측단부에 시료채취를 요하는 공간과 연결되어 있는 관 또는 호스가 있으며 유량센서는 설정된 기준(유량 또는 시간)에 따라 기준치에 도달되면 에어펌프의 가동을 멈춘다. 에어펌프가 중단된후 시료채취병을 분리하여 삼중수소의 시료를 채취하거나 또는 작업자가 삼중수소의 시료채취장치를 시료채취가 요구되는 공간에 배치시킨 후 공기유동관의 배기측단부에 물이 담겨있는 시료채집병을 연결한 다음 에어펌프 및 유량센서를 가동시켜 설정된 기준에 따라 기준치에 도달하면 에어펌프의 가동을 중지시킨 후 시료채집병을 분리하여 삼중수소의 시료를 채취하고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 삼중수소의 시료채취장치는 시료채집병을 하나씩 연결장착하여 시료를 채취하여야 하기 때문에 여러 장소의 삼중수소의 시료를 채취하기 위해서는 시료채집병을 하나씩 교체하면서 시료채취를 하여야함으로 작업성이 현저히 저하될 뿐만 아니라 시료채취가 완전히 끝날때까지 작업자가 시료채취과정을 지켜보거나 일정시간이 지난후 다시 채취기 위치로 되돌아와 시료채취병을 수거해야한다. 뿐만아니라 시료채집병의 교체 시 공기유동관의 내부에 잔류하는 오염된 공기를 제거하기 위한 별도의 기능이 없어 시료채취병이 없는 상태에서 에어펌프를 가동시켜 임의로 공기를 배출해야 함으로 정확한 시료의 채취도 보장하기 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 고려하여 도출한 것으로서, 그 목적은 내부피폭의 우려가 큰 삼중수소를 발생시키는 원자력 발전소 등에서의 중수 누출 의심지역의 시료를 신속하고 정확하게 채취할 수 있을 뿐만 아니라 단일 장비만으로 작업자의 셋팅에 따라 다수의 공간에 대하여 세팅순서에 따라 별도의 조작없이 자동으로 시료를 신속하게 채취할 수 있고, 퍼지기능 및 세척기능을 구비하여 다수의 시료채취시 마다 시료채취공정 사이에 자동으로 퍼지기능이 실시되어 공기유동관내에 잔류하는 오염된 공기를 제거하여 보다 정확한 시료를 채취할 수 있는 삼중수조 시료 채취기 및그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 공기유동관을 따라 공기를 유동시키는 에어펌프 및 공기유동관상에 장착되어 공기 유량을 측정하는 유량센서를 구비하는 버블러와, 유량 또는 시간을 기준으로 하여 상기 에어펌프의 작동을 제어하는 컨트롤러와, 상기 공기유동관의 배기단과 연결되어진 시료채집병으로 구성되는 삼중수소의 시료를 채취하는 삼중수소 시료 채취기에 있어서,
상기 삼중수소 시료 채취기는 상기 버블러의 공기유동관의 흡기 및 배기단에 각각 장착되어 단부를 개폐하는 제 1 및 제 2전자변과; 상기 공기유동관의 흡기단을 하나 이상으로 분기한 흡기분기관과; 상기 공기유동관의 배기단을 하나 이상으로 분기한 배기분기관과; 상기 하나 이상의 흡기분기관상에 각각 장착되어 각각의 흡기분기관을 개폐하는 하나 이상의 흡기전자변과; 상기 하나 이상의 배기분기관상에 각각 장착되어 각각의 배기분기관을 개폐하는 하나 이상의 배기전자변과; 상기 버블러의 에어펌프 및 유량센서, 제1 및 제2 전자변, 하나 이상의 흡기전자변 및 하나 이상의 배기전자변과 각각 전기적으로 연결되어 연결된 구성요소들의 작동을 각각 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 시료 채취기에 의해 달성될 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 삼중수소 시료 채취기는 여러 장소의 삼중수소 시료를 한번의 조작만으로 신속하고 정확하게 채취할 수 있어 작업성이 매우 우수할 뿐만 아니라 시료채취과정 사이 마다 자동으로 퍼지공정 및 세척공정이 실시되어 공기유동관 내의 잔류하는 오염된 공기를 제거함으로 보다 정확한 시료를 채취할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 삼중수소 시료 채취기의 구성 및 각 구성요소간의 상호유기적인 관계를 예시하는 블록도이고,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 삼중수소 시료 채취기의 작동상태를 예시하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 삼중수소 시료 채취기 및 그 제어방법에 대한 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 삼중수소 시료 채취기(10)는 공기유동관을 따라 공기를 유동시키는 에어펌프(11a) 및 공기유동관상에 장착되어 공기 유량을 측정하는 유량센서(11b)를 구비하는 버블러(11)와, 유량 또는 시간을 기준으로 하여 상기 에어펌프(11a)의 작동을 제어하는 컨트롤러와, 상기 공기유동관의 배기단과 연결되는 시료채집병(40)으로 구성되는 종래의 삼중수소 시료를 채취하는 삼중수소 시료 채취기에 제1 및 제2전자변(21)(22)과, 하나 이상의 흡기분기관(12a ~ 12n)과, 하나 이상의 배기분기관(13a ~ 13n)과, 하나 이상의 흡기전자변(23a ~ 23n)과, 하나 이상의 배기전자변(24a ~ 24n)과, 제어부(30)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 전자변(21)(22)은 전자개폐밸브로써, 상기 버블러(11)의 공기유동관의 흡기 및 배기단에 각각 장착되어 단부를 개폐한다.
상기 하나 이상의 흡기분기관(12a ~ 12n)은 상기 공기유동관의 흡기단의 분기이다.
상기 하나 이상의 배기분기관(13a ~ 13n)은 상기 공기유동관의 배기단의 분기이다.
상기 하나 이상의 흡기전자변(23a ~ 23n)은 전자개폐밸브로써, 상기 하나 이상의 흡기분기관(12a ~ 12n)상에 각각 장착되어 각각의 흡기분기관(12a ~ 12n)을 개폐한다.
상기 하나 이상의 배기전자변(24a ~ 24n)은 상기 하나 이상의 배기분기관(13a ~ 13n)상에 각각 장착되어 각각의 배기분기관(13a ~ 13n)을 개폐한다.
상기 제어부(30)는 마이콤으로써, 상기 버블러(11)의 에어펌프(11a) 및 유량센서(11b), 제1 및 제2 전자변(21)(22), 하나 이상의 흡기전자변(23a ~ 23n) 및 하나 이상의 배기전자변(24a ~ 24n)과 각각 전기적으로 연결되어 연결된 구성요소들의 작동을 각각 제어한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 제어부(30)는 예비작동단계(S100)와, 퍼지단계(S200)와, 셋팅단계(S300)와, 시료채취단계(S400)와, 세척단계(S500)로 구성된 프로그램이 탑재되고, 이 프로그램이 실행시킴으로써 제어부(30)와 전기적으로 연결된 구성요소들의 작동을 제어한다.
상기 예비작동단계(S100)는 삼중수소의 시료를 채취하기 전에 구성요소들의 상태를 기본상태로 유지시킨다. 즉, 제어부(30)와 전기적으로 연결된 제1 및 제 2전자변(21)(22), 흡기전자변(23a ~ 23n) 및 배기전자변(24a ~ 24n)을 모두 담힘상태로 유지시키는 동시에 버블러(11)의 에어펌프(11a) 및 유량센서(11b)의 가동을 중지상태로 유지시킨다.
상기 퍼지단계(S200)는 공기유동관내의 오염된 잔류공기를 제거하여 보다 정확한 삼중수소 시료를 채취할 수 있도록 하는 것으로써, 상기 제2 전자변(22)을 개방시킨 후 에어펌프(11a)를 설정된 시간동안 가동시켜 공기유동관내에 잔류하는 오염된 공기를 외부로 배기시켜 공기유동관의 내부를 크리닝한다. 즉, 채취지점 4인 경우 흡기전자변(23b ~ 23n) 및 배기전자변(24a ~ 24n) 및 제1 전자변(21)은 담힘상태로 유지된 상태에서 상기 제2 전자변(22)만을 열림상태로 작동시켜 공기유동관의 흡기단부(12a)를 통해 외부공기가 공기유동관내로 유입되고, 제2 전자변(22)을 통해 배기될 수 있는 공기유로를 형성시킨 상태어서 상기 에어펌프(11a)를 가동시킴으로써 공기유동관의 흡기단부(12a)를 통해 외부의 공기가 공기유동관내로 유입되는 동시에 제2 전자변(22)을 통해 배기되는 공정을 설정된 시간동안 실시하여 공기유동관내의 오염된 공기가 제거됨으로써 새로운 시료채취 시 채취장소의 공기만이 채취됨으로 보다 정확한 시료를 채취할 수 있도록 한다.
또한, 이러한 퍼지단계(S200)는 상기 시료채취단계(S400)전에 이루어지는 퍼지공정 설정에 따라 자동으로 실시됨으로써 시료채취의 정확도를 높일 수 있는 것이다.
상기 셋팅단계(S300)는 시료 채취 개수에 따라 채취기준 및 순서를 설정하는 것으로서, 채취기준선택단계(S310)와, 기준치설정단계(S320)와, 채취순서설정단계(S330)와, 퍼지시간설정단계(S340)와, 세척시간설정단계(S350)로 구성된다.
상기 채취기준선택단계(S310)는 삼중수소의 시료채취를 무엇을 기준으로하여 채취할 것인지는 선택하는 것으로써, 그 기준은 시간 또는 유량 중 하나를 선택하여 설정할 수 있다. 만약 시료채취기준으로 유량을 선택설정하였을 때에는 상기 버블러(11)의 유량센서(11b)로부터 제어부(30)에 송신되는 유량감지신호에 따라 설정된 유량에 도달하였을 때 에어펌프(11a)의 가동을 중지시켜 시료채취를 요하는 장소의 삼중수소 시료를 채취하는 것이고, 만약 시료채취기준으로 시간을 선택설정하였을 때에는 제어부(30)내에 구비되어 있는 타이머의 신호에 따라 설정된 시간에 도달하였을 때 에어펌프(11a)의 가동을 중지시켜 시료채취를 요하는 장소의 삼중수소 시료를 채취하는 것이다.
상기 기준치설정단계(S320)는 시간 또는 유량의 정도를 설정하는 것으로서, 선택설정된 시료채취기준이 유량이라면 그 유량치를 설정하고, 만약 시료채취기준이 시간이라면 그 시간치를 설정한다.
상기 채취순서설정단계(S330)는 하나 이상의 시료를 채취하고자 할 때 시료채취순서를 설정한다. 즉, 4곳에 대한 삼중수소 시료를 채취하여야 한다면, 배기분기관(13a ~ 13n)에 각각 시료채집병(40)을 연결시켜 셋팅하고, 배기전자변(24a ~ 24n)의 순서를 정하여 설정하고, 이와 상응하는 흡기전자변(23a ~ 23n)의 순서를 설정하는 것이다. 이를 구체적으로 설명하면, 배기분기관(13a)와 연결된 시료채집병(40)에 첫번째의 삼중수소 시료를 채취하기로 하고, 첫번째의 삼중수소 시료를 채취할 장소를 흡기분기관(12a)로 설정하였다면, 첫번째의 시료채취공정이 실시될 때 흡기 및 배기전자변(12a)(13a)만이 개방된 상태이고, 나머지 전자변들은 닫혀진 상태에서 상기 에어펌프(11a)가 가동됨으로 첫번째 시료채취장소의 공기는 개방된 상기 흡기분기관(12a)를 통해 공기유동관내로 유입되어 개방된 상기 배기분기관(13a)을 통해 배기되어 배기분기관(13a)에 연결장착된 시료채집병(40)내에 유입되며, 유입된 공기는 시료채집병(40)내에 담겨진 물을 통과한 후 시료채집병(40)의 개기구를 통해 외부로 배기되는데 이때 공기중에 포함되어 있는 삼중수소가 물에 녹아 삼중수소의 시료가 채취되는 것이며, 이러한 방식으로 설정된 순서에 따라 반복작동되면서 요구되는 삼중수소의 시료를 채취하는 것이다.
상기 퍼지시간설정단계(S340)는 하나 이상의 시료를 채취할 때 각각의 시료채취 전 퍼지시간을 설정한다. 이러한 퍼지시간설정은 다수개의 시료를 연속하여 채취하고자 할 때 시료채취공정과 공정 사이에 실시되는 퍼지공정(상기 퍼지단계(S200)와 동일함)의 실시시간을 설정함으로써 이전 시료채취공정으로 인해 공기유동관내에 잔류하는 오염된 공기를 제거하여 다음 시료채취공정에서 채취되는 시료의 정확성을 보장하기 위한 것이며, 이러한 퍼지시간설정은 채취환경에 따라 적정한 시간으로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 세척시간설정단계(S350)는 시료채취 후 공기유동관의 내측에 잔류하는 시료를 제거하기 위해 공기유동관 내로 공기를 유동시켜 세척하는데 이 때의 공기유동시간(세척시간)을 설정하는 것이다.
상기 시료채취단계(S400)는 상기 셋팅단계(S300)에서 설정된 기준 및 순서에 따라 시료를 채취한다. 즉, 상기 셋팅단계(S300)에서 설정된 시료채취순서에 따라 흡기 및 배기전자변(23a ~ 23n)(24a ~ 24n) 중 해당되는 전자변쌍을 개방하고, 다른 전자변은 닫힌 상태에서 에어펌프(11a)를 설정된 기준치에 도달할 때까지 가동시켜 시료를 채취하는 시료채취공정과; 시료채취 전 마다 시료채취 지점과 연결된 해당 흡기, 배기전자변을 제외한 다른 흡기, 배기전자변 및 제1전자변(21)을 닫고, 제2전자변(22)만을 개방한 상태에서 에어펌프(11a)를 설정된 시간동안 가동시켜 공기유동관내에 잔류하는 오염된 공기를 제거하는 퍼지공정이 실시되는 것이며, 세척단계(S500)는 흡기 및 배기전자변(23a ~ 23n)(24a ~ 24n)을 담힘에 두고 제1 및 제2전자변(21)(22)을 열림으로 하여 제1전자변(21)에서 제2전자변(22)로 공기가 흐르도록하는 세척공정으로 시료채취 후 실시하는 것이며, 상기 시료채취공정 및 퍼지공정은 상기 세팅단계(S300)의 채취순서설정단계(S330) 및 퍼지시간설정단계 (S340) 그리고 시료채취 후 공기유동관을 세척하는 세척시간설정단계(S350)에서 상세히 설명한 바와 같다.
10: 삼중수소 시료 채취기 11: 버블러
12a ~ 12n: 흡기분기관 13a ~ 13n: 배기분기관
21: 제1 전자변 22: 제2 전자변
23a ~ 23n: 흡기전자변 24a ~ 24n: 배기전자변
30: 제어부 40: 시료채집병

Claims (6)

  1. 공기유동관을 따라 공기를 유동시키는 에어펌프 및 공기유동관상에 장착되어 공기 유량을 측정하는 유량센서를 구비하는 버블러와, 유량 또는 시간을 기준으로 하여 상기 에어펌프의 작동을 제어하는 컨트롤러와, 상기 공기유동관의 배기단과 연결되는 시료채집병으로 구성되어 삼중수소의 시료를 채취하는 삼중수소 시료 채취기에 있어서,
    상기 삼중수소 시료 채취기(10)는,
    상기 버블러(11)의 공기유동관 흡기단 및 배기단에 각각 장착되어 단부를 개폐하는 제 1 및 제 2전자변(21)(22)과;
    상기 공기유동관의 흡기단이 하나 이상으로 분기된 흡기분기관(12a ~ 12n)과;
    상기 공기유동관의 배기단이 하나 이상으로 분기된 배기분기관(13a ~ 13n)과;
    상기 하나 이상의 흡기분기관(12a ~ 12n)상에 각각 장착되어 각각의 흡기분기관(12a ~ 12n)을 개폐하는 하나 이상의 흡기전자변(23a ~ 23n)과;
    상기 하나 이상의 배기분기관(13a ~ 13n)상에 각각 장착되어 각각의 배기분기관(13a ~ 13n)을 개폐하는 하나 이상의 배기전자변(24a ~ 24n)과;
    상기 버블러(11)의 에어펌프(11a) 및 유량센서(11b), 제1 및 제2 전자변(21)(22), 하나 이상의 흡기전자변(23a ~ 23n) 및 하나 이상의 배기전자변(24a ~ 24n)과 각각 전기적으로 연결되어 연결된 구성요소들의 작동을 각각 제어하는 제어부(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 시료 채취기.
  2. 제1항에 기재된 삼중수소 시료 채취기의 작동을 제어하기 위한 제어방법에 있어서,
    상기 제어방법은,
    시료를 채취하기 전에 구성요소들의 상태를 기본상태로 유지시키는 예비작동단계(S100)와;
    공기유동관내의 오염된 잔류공기를 제거하는 퍼지단계(S200)와;
    시료 채취 개수에 따라 채취기준 및 순서를 설정하는 셋팅단계(S300)와;
    상기 셋팅단계(S300)에서 설정된 기준 및 순서에 따라 시료를 채취하는 시료채취단계(S400)와;
    공기유동관내를 공기로 세척하는 세척단계(S500);로 구성되는 것을 특징으로 하는 삼중수소 시료 채취기의 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 예비작동단계(S100)는,
    삼중수소 시료 채취기(10)의 제1 및 제2 전자변(21)(22)과 흡기 및 배기전자변(23a ~ 23n)(24a ~ 24n)을 닫힘 상태로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 시료 채취기의 제어방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 퍼지단계(S200)는,
    제2 전자변(22)을 개방시킨 후 에어펌프(11a)를 설정된 시간동안 가동시켜 공기유동관내에 잔류하는 오염된 공기를 외부로 배기시켜 공기유동관의 내부를 크리닝하는 것과 흡기 및 배기전자변(23a ~ 23n)(24a ~ 24n)을 닫고 제1 및 제2전자변(21)(22)을 열어 공기유동관을 크리닝하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 시료 채취기의 제어방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 셋팅단계(S300)는,
    시료채취기준을 시간 또는 유량으로 할지를 선택하는 채취기준선택단계(S310)와;
    시간 또는 유량의 정도를 설정하는 기준치설정단계(S320)와;
    하나 이상의 시료를 채취하고자 할 때 시료채취순서를 설정하는 채취순서설정단계(S330)와;
    하나 이상의 시료를 채취할 때 각각의 시료채취 전 퍼지시간을 설정하는 퍼지시간설정단계(S340)와;
    시료채취 후 공기유동관을 세척하는 세척시간설정단계(S350)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼중수소 시료 채취기의 제어방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 시료채취단계(S400)는,
    상기 셋팅단계(S300)에서 설정된 시료채취순서에 따라 흡기 및 배기전자변(23a ~ 23n)(24a ~ 24n) 중 해당되는 전자변쌍을 개방하고, 다른 전자변은 닫힌 상태에서 어어펌프(11a)를 설정된 기준치에 도달할 때까지 가동시켜 시료를 채취하는 시료채취공정과; 시료채취 전 마다 시료채취 지점과 연결된 해당 흡기, 배기전자변을 제외한 다른 흡기, 배기전자변 및 제1전자변(21)을 닫고, 제2전자변(22)만을 개방한 상태에서 에어펌프(11a)를 설정된 시간동안 가동시켜 공기유동관내에 잔류하는 오염된 공기를 제거하는 퍼지공정 및 시료채취 후 공기유동관을 세척하는 세척공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 시료 채취기의 제어방법.
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