KR102031004B1 - Absorption device for krypton and method for absorbing krypton using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 내부에 크립톤을 흡착하는 흡착제가 수용된 포집 컬럼을 적어도 2개 이상 포함하는 포집부; 상기 포집 컬럼에 연결되어 각각의 포집 컬럼으로 공기가 유입 및 유출되도록 하는 멀티 밸브부; 및 일정한 주기로 공기가 유입 및 유출되는 포집 컬럼이 달라지도록 상기 멀티 밸브부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 주기가 72시간 이하인 크립톤 포집 장치 및 이를 이용한 크립톤 포집 방법에 관한 것이다.The present invention includes a collecting unit including at least two collection columns containing an adsorbent for adsorbing krypton therein; A multi-valve unit connected to the collection column to allow air to flow into and out of each collection column; And a control unit for controlling the multi-valve unit so that the collection column through which air is introduced and discharged at a predetermined cycle is different, and the cycle is 72 hours or less and relates to a krypton capture device and a krypton capture method using the same.
Description
본 발명은 핵 활동 감시를 위한 크립톤 포집 장치 및 이를 이용한 크립톤의 포집 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 포집 컬럼 분리 시에 별도의 수작업이 요구되지 않고, 포집 주기에 따라 각기 다른 포집 컬럼에 시료가 저장될 수 있도록 자동화된 크립톤 포집 장치 및 이를 이용한 크립톤의 포집 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a krypton capture device for monitoring nuclear activity and a method for collecting krypton using the same. More specifically, the present invention relates to an automated krypton collecting device and a krypton collecting method using the same, so that no manual labor is required for separating the collection column, and samples can be stored in different collection columns according to the collection cycle.
방사성 크립톤(85Kr)은 핵분열 과정에서 생성되는 대표적인 방사성 불활성 기체이다. 주요 발생원은 40-60 년대 핵실험, 사용 후 핵연료 재처리공장 등이다. 방사성 크립톤(85Kr)은 반감기가 10.8년으로 환경에 방출된 뒤에 오랜 기간 대기에 남아있다. 따라서, 대기 중에 존재하는 방사성 크립톤(85Kr)의 농도를 측정함으로써, 주변국의 핵 활동을 감시할 수 있다. Radioactive krypton ( 85 Kr) is a representative radioactive inert gas produced during fission. The main sources are nuclear tests in the 40s and 60s, and spent fuel reprocessing plants. Radioactive krypton ( 85 Kr) remains in the atmosphere for a long time after its half-life is released to the environment at 10.8 years. Thus, by measuring the concentration of radioactive krypton ( 85 Kr) present in the atmosphere, it is possible to monitor the nuclear activities of neighboring countries.
현재 국내에서 운영 중인 방사성 크립톤 감시 장비는 독일의 BfS-IAR의 장비로, 제논/크립톤 동시 분리/분석 기능을 갖추고 있다. 구체적으로는, 독일의 BfS/IAR의 장비는 액체 질소통에 구비된 포집기를 이용하여 77K 수준의 초저온에서 일주일 동안 총 10m3의 공기를 포집한 다음, 300℃로 가열하여 흡착제로부터 포집된 시료를 탈착시킨 후, 3 ~ 5L의 용기로 이송하고, 이를 활성탄이 들어있는 농축장치로 보내 10~40mL로 농축한 후, 가스 크래마토그라피를 통해 크립톤 및 제논을 분리하여 계측한다. The radioactive krypton monitoring equipment currently operating in Korea is the equipment of BfS-IAR in Germany, and has the function of simultaneous separation / analysis of xenon / krypton. Specifically, the BfS / IAR equipment in Germany collects a total of 10m 3 of air for one week at 77K level by using a collector provided in a liquid nitrogen tank, and then heats it to 300 ° C to collect the sample collected from the adsorbent. After desorption, transfer to a container of 3 ~ 5L, send it to a concentrator containing activated carbon, concentrate it to 10 ~ 40mL, and separate and measure krypton and xenon through gas chromatography.
그러나, 상기와 같은 종래의 크립톤 감시 장비는 1주일치 공기를 하나의 포집기에 포집하도록 구성되어 있어, 즉각적인 핵 활동 감시가 어려울 뿐 아니라, 핵 활동이 발생하기 전후의 공기가 함께 포집되기 때문에 방사성 원소의 농도가 희석되어 정밀한 감시가 어렵다는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 공기의 포집 주기를 단축시킬 필요가 있다. However, the conventional krypton monitoring equipment as described above is configured to collect one week of air in one collector, which makes it difficult to immediately monitor nuclear activity, and because radioactive elements are collected together before and after nuclear activity occurs. There is a problem that it is difficult to precisely monitor the concentration of. In order to solve this problem, it is necessary to shorten the air collection cycle.
또한, 현재 사용되는 장비의 경우, 포집기가 극저온인 액체 질소통에 구비되어 있기 때문에, 포집기를 액체 질소통으로부터 분리하기 위해 상온으로 온도를 상승시키는 공정이 요구되고, 이 과정에서 포집기 내에 응축되어 있는 수분 및 이산화탄소들이 액화 또는 기화되면서 다량의 가스 및 물이 발생하기 때문에 이를 제거하기 위한 수작업 공정이 요구된다. 현재 핵 활동 감시를 위한 공기 포집은 분석실에서 멀리 떨어진 원격지에서 이루어지고, 1주일 정도의 주기로 원격지를 방문하여 채취된 시료를 수거하여 분석실에서 분석하는 방법으로 이루어진다. 따라서, 상기와 같은 수작업 공정이 요구될 경우, 포집 주기를 단축시키기가 매우 어렵다. In addition, in the case of currently used equipment, since the collector is provided in the cryogenic liquid nitrogen cylinder, a process of raising the temperature to room temperature is required to separate the collector from the liquid nitrogen cylinder, and in this process, the condenser is condensed in the collector. Since water and carbon dioxide are liquefied or vaporized to generate a large amount of gas and water, a manual process for removing them is required. At present, air collection for nuclear activity monitoring takes place at a remote location far from the analysis room, and visits a remote site at a weekly interval to collect collected samples and analyze them in the analysis room. Therefore, when such a manual process is required, it is very difficult to shorten the collection cycle.
따라서, 즉각적이고, 정밀한 핵 활동 감시를 위해 공기 포집 주기가 짧고, 수작업이 필요하지 않은 크립톤 포집 장치를 개발할 필요가 있다. Therefore, there is a need to develop a krypton capture device that has a short air collection cycle and requires no manual operation for immediate and precise monitoring of nuclear activity.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 포집 컬럼에 채취되는 공기의 포집 주기가 72시간 이하로 짧아 즉각적이고 정밀한 핵 활동 감시가 가능하며, 포집 작업의 자동화가 가능하도록 개발된 크립톤 포집 장치 및 이를 이용한 크립톤의 포집 방법을 제공하고자 한다. The present invention is to solve the above problems, the capture cycle of the air collected in one collection column is shorter than 72 hours, it is possible to monitor the nuclear activity immediately and precisely, krypton developed to automate the collection operation It is intended to provide a collecting device and a method for collecting krypton using the same.
일 측면에서, 본 발명은, 내부에 크립톤을 흡착하는 흡착제가 수용된 포집 컬럼을 적어도 2개 이상 포함하는 포집부; 상기 포집 컬럼에 연결되어 각각의 포집 컬럼으로 공기가 유입 및 유출되도록 하는 멀티 밸브부; 및 일정한 주기로 공기가 유입 및 유출되는 포집 컬럼이 달라지도록 상기 멀티 밸브부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 주기가 72시간 이하인 크립톤 포집 장치를 제공한다. In one aspect, the present invention, the collection unit including at least two or more collecting columns containing an adsorbent for adsorbing krypton therein; A multi-valve unit connected to the collection column to allow air to flow into and out of each collection column; And a control unit for controlling the multi-valve unit so that the collection column through which air is introduced and exited at a predetermined cycle is different, and the cycle is 72 hours or less.
다른 측면에서, 본 발명은, 상기 본 발명에 따른 크립톤 포집 장치를 이용한 크립톤 포집 방법으로, 상기 멀티 밸브부로 공기를 유입시키는 단계; 및 상기 멀티 밸브부로 유입된 공기를 상기 포집 컬럼으로 공급하되, 상기 제어부를 통해 일정한 주기로 공기가 공급되는 포집 컬럼이 달라지도록 상기 멀티 밸브부를 제어하는 단계를 포함하며, 상기 주기가 72시간 이하인 방사성 크립톤 포집 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention, the krypton capture method using the krypton capture device according to the present invention, the step of introducing air into the multi-valve unit; And supplying air introduced into the multi-valve unit to the collection column, and controlling the multi-valve unit such that a collection column through which the air is supplied at regular intervals through the control unit is different, wherein the cycle is 72 hours or less. Provide a collection method.
본 발명의 크립톤 포집 장치는 복수 개의 포집 컬럼을 구비하고, 멀티 밸브부 및 제어부를 통해 일정 주기가 지나면 공기가 공급되는 포집 컬럼이 변경되도록 함으로써, 하나의 포집 컬럼에 72시간 이하의 포집 주기로 공기를 채취하도록 하여 방사성 원소가 희석되는 것을 최소화하였으며, 이를 통해 즉각적이고, 정밀한 핵 활동 감시가 이루어질 수 있도록 하였다.The krypton capture device of the present invention includes a plurality of capture columns, and changes the capture column through which air is supplied after a predetermined period through the multi-valve unit and the control unit, so that air is collected in one capture column at a capture cycle of 72 hours or less. Sampling was minimized to minimize the dilution of radioactive elements, allowing for immediate and precise monitoring of nuclear activity.
또한, 본 발명의 크립톤 포집 장치는 포집부가 0℃(273K) 이상의 온도를 유지할 수 있도록 구성되기 때문에, 포집부가 77K 수준의 초저온으로 유지되었던 기존 장치와는 달리, 포집 과정에서 수분 및 이산화탄소의 응결 발생이 적고, 이에 따라 탈착 시에 물 및 가스 발생이 매우 적다. 따라서, 시료 탈착 공정에서 물이나 가스를 배출하기 위한 추가 공정이 요구되지 않아 공정이 단순할 뿐 아니라, 포집 주기에 따라 포집 컬럼이 변경되는 자동 포집 시스템 구현이 가능하다. In addition, since the krypton collecting device of the present invention is configured to maintain a temperature of 0 ° C (273K) or more, unlike the conventional device that the collecting portion was kept at a cryogenic temperature of 77K level, condensation of water and carbon dioxide occurs in the collecting process. There is little, and therefore there is very little water and gas generation at the time of desorption. Therefore, an additional process for discharging water or gas is not required in the sample desorption process, so that the process is simple and an automatic collection system can be implemented in which the collection column is changed according to the collection cycle.
또한, 본 발명의 크립톤 포집 장치의 포집 컬럼 내에 교반 부재를 구비하거나, 포집 컬럼 하단부에 경사면을 구비한 경우, 포집 컬럼 내부의 공기 흐름에 와류가 발생하며, 이로 인해 포집 컬럼 내부에서의 공기 체류 시간이 증가하며, 흡착제에 의한 크립톤 흡착 효율이 향상되는 효과가 있다. In addition, when the stirring column is provided in the collecting column of the krypton collecting device of the present invention, or when the inclined surface is provided at the lower end of the collecting column, vortices occur in the air flow inside the collecting column, and thus the air residence time in the collecting column. This increases, and the krypton adsorption efficiency by the adsorbent is improved.
또한, 본 발명의 포집 컬럼의 하단에 열 전도도가 우수한 소재로 이루어진 하부 플레이트를 구비할 경우, 공기가 흡착제에 접촉되기 전에 공기의 온도를 낮춰줌으로써, 포집 컬럼 내부의 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있으며, 이로 인해 크립톤 흡착 효율을 보다 더 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.In addition, when the lower plate of the collection column of the present invention is provided with a lower plate made of a material having excellent thermal conductivity, by lowering the temperature of the air before the air contacts the adsorbent, it is possible to effectively suppress the temperature rise inside the collection column. Therefore, the effect of further improving the krypton adsorption efficiency can be obtained.
도 1은 본 발명에 따른 크립톤 포집 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 포집 컬럼의 제1실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 포집 컬럼의 제2실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 포집 컬럼의 제3실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 포집 컬럼의 제4실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 하부 플레이트를 도시한 도면이다.
도 7은 액체 질소통 내에 배치된 포집기에 공기를 유입시켰을 때, 시간에 따른 포집기 내부의 온도를 보여주는 전산 모사 결과이다.
도 8은 온도 조건을 달리하여 본 발명의 포집 컬럼을 이용하여 포집된 크립톤의 흡착량을 보여주는 그래프이다.1 is a view showing an embodiment of a krypton collecting device according to the present invention.
2 is a view showing a first embodiment of a collection column according to the present invention.
3 is a view showing a second embodiment of the collection column according to the present invention.
4 is a view showing a third embodiment of a collection column according to the present invention.
5 is a view showing a fourth embodiment of the collection column according to the present invention.
6 is a view showing a lower plate according to the present invention.
7 is a computer simulation result showing the temperature inside the collector over time when air is introduced into the collector disposed in the liquid nitrogen container.
8 is a graph showing the adsorption amount of krypton collected by using the collection column of the present invention under different temperature conditions.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in more detail. However, the following drawings are provided only to assist in understanding the present invention, and the present invention is not limited to the following drawings. In addition, the shapes, sizes, ratios, angles, numbers, etc. disclosed in the drawings are exemplary, and thus the present invention is not limited thereto. Like reference numerals refer to like elements throughout. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.In the case where 'comprises', 'haves', 'consists of' and the like mentioned in the present specification are used, other parts may be added unless 'only' is used. In the case where the component is expressed in the singular, the plural includes the plural unless specifically stated otherwise.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.In interpreting a component, it is interpreted to include an error range even if there is no separate description.
'상단부', '상면', '하단부', '하면' 등과 같은 위치 관계는 도면을 기준으로 기재된 것일 뿐, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 관찰하는 위치에 따라, '상단부'와 '하단부' 또는 '상면'과 '하면'의 위치가 서로 변경될 수 있다. Positional relationships such as 'top', 'top', 'bottom', and 'bottom' are described based on the drawings and do not represent an absolute positional relationship. That is, the positions of the 'top' and 'bottom' or 'top' and 'bottom' may be changed depending on the position to be observed.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.The first, second, etc. are used to describe various components, but these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, the first component mentioned below may be a second component within the technical spirit of the present invention.
방사성 크립톤(85Kr)의 공기 중 농도(바탕농도)는 약 1.5 Bq/m3이며, 공기 중 Kr 안정동위원소 농도는 1.14 cm3/m3 (ppm) 이다. 북반구에 위치한 사용 후 핵연료 재처리공장 운영 중 발생하는 방사성 크립톤(85Kr)의 농도는 연간 약 30 mBq/m3이다. 따라서, 공기 중 방사성 크립톤(85Kr) 분석을 근거로 핵 활동을 감시하기 위해서는 공기 중 방사성 크립톤(85Kr)의 바탕농도의 2%의 농도(30 mBq/m3)를 측정할 수 있어야 하며, 이를 최소검출가능농도라 한다. 한편, 방사성 크립톤(85Kr)의 최소검출가능농도 30 mBq/m3을 분석하기 위해서는 크립톤 최소 회수량이 0.11 cm3 이상이어야 한다. 따라서, 공기 포집 과정에서 상기 크립톤이 상기 최소 회수량 이상으로 포집되어야 방사성 크립톤(85Kr) 감시 목적을 달성할 수 있다. The concentration of radioactive krypton ( 85 Kr) in air is about 1.5 Bq / m 3 and the concentration of Kr stable isotopes in air is 1.14 cm 3 / m 3 (ppm). The concentration of radioactive krypton ( 85 Kr) generated during the operation of a spent fuel reprocessing plant in the northern hemisphere is approximately 30 mBq / m 3 . Therefore, the air of the radioactive krypton (85 Kr) to be able to monitor the nuclear activity based on the analysis to determine the concentration (30 mBq / m 3) of 2% based on the concentration of radioactive krypton (85 Kr) in the air, and This is called the minimum detectable concentration. On the other hand, in order to analyze the minimum detectable concentration of radioactive krypton ( 85 Kr) 30 mBq / m 3 , the minimum recovery amount of krypton should be 0.11 cm 3 or more. Therefore, in the air collection process, the krypton must be collected above the minimum recovery amount to achieve the radioactive krypton ( 85 Kr) monitoring objective.
종래에는 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 초저온에서 방사성 원소를 포집하는 방법을 사용하여 왔다. 그러나, 상술한 바와 같이 초저온에서 공기를 포집할 경우, 공기 포집 주기가 길어지고, 흡착제로부터 포집시료를 탈착시키는 과정에서 수작업 공정이 요구되어 자동화가 어려운 문제점이 발생한다. 이에 본 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 72시간 이하의 포집 주기로 저온 또는 상온 조건에서 공기를 포집하여도 크립톤 최소 회수량을 만족할 수 있는 크립톤 포집 장치를 개발하기에 이르렀다. Conventionally, in order to achieve the above object, the method of collecting a radioactive element at ultra low temperature has been used. However, when capturing air at very low temperatures as described above, the air collection cycle is long, and a manual process is required in the process of desorbing the collection sample from the adsorbent, which makes it difficult to automate. As a result, the present inventors have continued to develop a krypton capture device that can satisfy the minimum recovery amount of krypton even when air is collected at low or normal temperature conditions with a capture cycle of 72 hours or less.
이하, 본 발명에 따른 크립톤 포집 장치에 대해 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the krypton collecting device according to the present invention will be described in detail.
크립톤 krypton 포집Capture 장치 Device
도 1에는 본 발명에 따른 크립톤 포집 장치의 일 실시예가 도시되어 있다.1 shows an embodiment of a krypton capture device according to the invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 크립톤 포집장치는, 포집부(100), 멀티 밸브부(200) 및 제어부(300)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the krypton collecting device according to the present invention includes a
상기 포집부(100)는 공기 중의 크립톤을 포집하기 위한 것으로, 적어도 2개 이상의 포집 컬럼(110)을 포함한다. The collecting
도 2 내지 도 5에는 본 발명의 포집 컬럼(110)의 다양한 실시예들이 도시되어 있다. 도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 포집 컬럼(110)은 그 내부에 크립톤을 흡착하기 위한 흡착제(130)를 포함한다. 2 through 5 illustrate various embodiments of the
이때, 상기 흡착제(130)는 크립톤을 흡착시킬 수 있는 물질이면 되고, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 흡착제로는 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 다양한 흡착제들, 예를 들면, 활성탄, 제올라이트, 활성 알루미나, 금속-유기 골격체(Metal-organic framework, MOF) 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 이 중에서도 제올라이트나 활성 알루미나 등과 같이 흡착 가스에 대한 선택성이 있는 흡착제를 사용할 경우, 크립톤의 포집 효율을 향상시킬 수 있다는 점에서 보다 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. In this case, the adsorbent 130 may be a material capable of adsorbing krypton, and the kind thereof is not particularly limited. For example, as the adsorbent, various adsorbents well known in the art, for example, activated carbon, zeolite, activated alumina, metal-organic framework (MOF) or a combination thereof may be used. have. Among these, in the case of using an adsorbent having a selectivity to an adsorbent gas such as zeolite or activated alumina, it is more preferable in that the trapping efficiency of krypton can be improved, but is not limited thereto.
한편, 상기 흡착제(130)는 상기 포집 컬럼(110)의 전체 부피를 기준으로 60부피% 이상, 바람직하게는 60 내지 80부피%, 바람직하게는 60 내지 75부피% 정도로 충진되어 있는 것이 바람직하다. 종래에 사용되는 장치의 경우, 액체 질소통으로부터 포집 컬럼을 분리하는 과정에서 발생하는 수분 및 가스를 제거하는 공정을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해 흡착제를 포집 컬럼 전체 부피의 50부피% 이하로 포함하고, 포집 컬럼 상부에는 흡착제가 포함되지 않도록 구성되어 있다. 그러나, 이와 같이 흡착제 양이 적을 경우, 크립톤 흡착 효율이 떨어진다는 문제점이 있다. 이에 비해, 본 발명은 종래와 같이 수분 및 가스 제거를 위한 공정이 요구되지 않기 때문에, 포집 컬럼 내의 흡착제 충진 부피를 크게 증가시킬 수 있다. 본 발명과 같이 흡착제를 포집 컬럼 전체 부피의 60부피% 이상으로 충진할 경우, 포집 컬럼 내부에서 공기와 흡착제의 접촉 시간 및 접촉 면적이 커져 방사성 크립톤의 포집 효율이 증가한다. On the other hand, the adsorbent 130 is preferably filled in about 60% by volume or more, preferably 60 to 80% by volume, preferably 60 to 75% by volume based on the total volume of the collection column (110). In the case of a conventional apparatus, an adsorbent is included in an amount of 50 vol% or less of the total volume of the collection column in order to facilitate the process of removing the water and the gas generated during the separation of the collection column from the liquid nitrogen tank. In addition, it is comprised so that an adsorbent may not be included in an upper part of a collection column. However, when the amount of the adsorbent is small in this way, there is a problem that the krypton adsorption efficiency is lowered. In contrast, since the present invention does not require a process for removing water and gas as in the prior art, the adsorbent filling volume in the collection column can be greatly increased. When the adsorbent is filled at 60 vol% or more of the total volume of the collection column as in the present invention, the contact time and the contact area of the air and the adsorbent in the collection column are increased, thereby increasing the collection efficiency of radioactive krypton.
한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 포집 컬럼(110)은, 상기 포집 컬럼 내로 공기를 유입시키는 유입구(120a), 상기 포집 컬럼으로부터 공기를 배출하는 유출구(120b), 상기 유입구를 통해 유입된 공기가 상기 포집 컬럼의 하단부로 배출될 수 있도록 하는 유입관(150) 및 상기 포집 컬럼의 상단부에 배치되고, 흡착제를 통과한 공기를 배출하기 위한 다수의 홀(hole)을 포함하는 상부 플레이트(160)을 포함한다.On the other hand, as shown in Figures 2 to 4, the
상기 유입구(120a) 및 유출구(120b)는 멀티 밸브부(200)와 연결되어 있다. 유입구(120a)는 멀티 밸브부(200)를 통해 유입된 공기를 포집 컬럼(110) 내부로 공급하기 위한 것으로, 유입관(150)과 연결되어 있다. 대기 중의 공기는 멀티 밸브부(200)를 통해 유입되고, 멀티 밸브부(200)에 연결된 유입구(120a)를 거쳐 유입관(150)을 통해 포집 컬럼(110)의 하부로 배출되게 된다. 포집 컬럼(110)의 하단부로 배출된 공기는 포집 컬럼(110) 내에서 상부로 이동하면서 흡착제(130)와 접촉된다. 이 과정에서 공기 중에 존재하는 크립톤이 흡착제에 흡착되고, 흡착되지 않은 성분들은 포집 컬럼(110)의 상단부에 배치된 상부 플레이트(160)의 홀을 통해 빠져나간 후 유출구(120b)를 통해 빠져나가게 된다. The
상기 상부 플레이트(160)는 공기가 유출될 때, 흡착제(130)가 비산하여 함께 배출되는 것을 방지하기 위한 것으로, 흡착제(130) 크기보다 작은 크기의 공기 배출용 홀들이 형성되어 있어, 상기 홀들을 통해 공기만 빠져나갈 수 있도록 구성되어 있다. 상기 상부 플레이트(160)는 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 열전도율이 높은 금속 재질, 예를 들면, 구리 등으로 이루어질 수 있다. The
한편, 상기 포집 컬럼(110)은 그 내부에 교반 부재(140, 140')을 더 포함할 수 있다. 상기 교반 부재(140, 140')는 포집 컬럼 내부에 와류를 형성시켜 포집 컬럼 내부에서의 공기 체류 시간을 연장시킴으로써, 크립톤 흡착 효율을 증대시키는 역할을 수행하는 것으로, 상기 상부 플레이트(160)와 포집 컬럼 하단부 사이에 구비되는 것이 바람직하며, 상기 유입관(150)의 외측에 고정된 형태로 설치될 수 있다.Meanwhile, the
종래 장치의 경우, 수분 및 가스 제거를 용이하게 하기 위해, 교반 부재가 탈, 부착이 가능하도록 유입관에 끼워지는 형태로 구성되어 있었다. 그러나, 이 경우 교반 부재가 탈착될 때 흡착제가 함께 배출되는 것을 방지하기 위해, 흡착제 충진 영역과 교반 부재 설치 영역이 분리되어 있어야 한다. 따라서 종래에는 흡착제 충진 영역과 교반 부재 설치 영역을 분리하는 분리판을 포집 컬럼의 중앙부에 설치하고, 상기 분리판의 하부에만 흡착제를 충진하는 방식이 사용되었으며, 이로 인해 포집 컬럼에 충진되는 흡착제의 양이 제한되어 크립톤 흡착 효율이 떨어진다는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명과 같이 흡착제 충진 영역과 교반 부재 설치 영역이 분리되어 있어야 할 필요가 없이 교반 부재 설치 영역이 흡착제 충진 영역과 적어도 일부 중첩되도록 교반 부재가 포집 컬럼 내에 구비될 경우, 흡착제 충진 영역이 증가하여 크립톤 흡착 효율이 증가하며, 상기 교반 부재에 의해 공기뿐 아니라, 흡착제도 혼합되기 때문에 크립톤 흡착 효율을 더욱 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로는, 본 발명에 있어서, 상기 교반 부재(140, 140')는 상기 상부 플레이트(160)와 포집 컬럼 하단부 사이에 구비될 수 있다. In the conventional apparatus, in order to facilitate the removal of water and gas, the stirring member is configured to be fitted to the inlet pipe so that the stirring member can be detached and attached. However, in this case, in order to prevent the adsorbent from being discharged together when the stirring member is detached, the adsorbent filling region and the stirring member mounting region must be separated. Therefore, in the related art, a separation plate separating the adsorbent filling area and the stirring member installation area is installed at the center of the collection column, and an adsorbent is filled only in the lower part of the separation plate. Thus, the amount of the adsorbent filled in the collection column is used. There is a problem that the limited krypton adsorption efficiency is limited. However, when the stirring member is provided in the collection column such that the stirring member mounting region is at least partially overlapped with the adsorbent filling region as in the present invention, the adsorbent filling region and the stirring member mounting region do not need to be separated from each other. The krypton adsorption efficiency is increased, and since the adsorbent is mixed not only with air but also by the stirring member, the krypton adsorption efficiency can be further increased. Specifically, in the present invention, the stirring
한편, 상기 교반 부재(140, 140')로는 포집 컬럼 내부에 와류를 형성할 수 있는 것이면 되고, 그 형태가 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 교반 부재는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 유입관의 외측을 따라 일정한 간격으로 설치되는 배플(baffle)(140)이거나, 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 유입관의 외측을 따라 설치되는 나선형 교반 부재(140')일 수 있다. In addition, as the stirring
한편, 본 발명의 포집 컬럼(110)은 도 2, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 하단부가 평평하게 형성된 것일 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 하단부에 경사면이 형성된 것일 수도 있다. 도 4와 같이 하단부에 경사면이 형성될 경우, 하단부가 평평한 경우에 비해 공기의 체류 시간이 길어져 크립톤 흡착 효율이 증가되는 효과가 있다. On the other hand, the
한편, 대부분의 기체는 압력이 낮을수록, 온도가 높을수록 흡착량이 줄어들게 된다. 이에 종래에는 크립톤의 흡착 효율을 높이기 위해서 포집기를 액체 질소통에 넣어 초저온으로 유지할 수 있도록 하였다. 그러나, 본 발명자들의 연구에 따르면, 포집기가 초저온 상태에 배치되더라도 포집기 내부로 유입된 외기의 온도에 의해 포집기 내부의 온도가 증가하게 되고, 그로 인해 흡착 효율 향상이 제한적인 것으로 밝혀졌다. On the other hand, for most gases, the lower the pressure, the higher the temperature, the lower the amount of adsorption. In the related art, in order to increase the adsorption efficiency of krypton, a collector was put in a liquid nitrogen container so as to be maintained at an extremely low temperature. However, according to the researches of the present inventors, even if the collector is placed in the ultra-low temperature state, the temperature inside the collector is increased by the temperature of the outside air introduced into the collector, thereby improving the adsorption efficiency is found to be limited.
도 7에는 기존 장치와 같이 액체 질소통에 포집컬럼을 배치한 상태로 상온의 공기를 유입하였을 때 시간에 따른 포집 컬럼 내부의 온도 변화를 보여주는 전산 모사 결과가 도시되어 있다. 모델링 조건은 다음과 같다.FIG. 7 illustrates a computer simulation result showing a temperature change in a collection column with time when air at room temperature is introduced with a collection column disposed in a liquid nitrogen container as in the conventional apparatus. Modeling conditions are as follows.
- 포집컬럼: 도 2에 도시된 구성을 갖는 포집 컬럼 Capture column: capture column with the configuration shown in FIG.
- 포집 컬럼 외기 온도: 77KCapture column ambient temperature: 77K
- 공기 유량: 7L/minAir flow rate: 7 L / min
도 7을 통해, 공기 유입에 의해 포집 컬럼 내부의 온도가 급격하게 상승하여 15초 후에는 포집 컬럼 내부의 온도가 -5℃ ~ 10℃ 수준에 도달함을 확인할 수 있다. 이와 같이 포집 컬럼 내부의 온도가 증가할 경우, 크립톤 흡착 효율이 저하된다.Through Figure 7, it can be seen that the temperature inside the collection column is sharply increased by air inflow, and after 15 seconds, the temperature inside the collection column reaches a level of -5 ° C to 10 ° C. As such, when the temperature inside the collection column increases, the krypton adsorption efficiency decreases.
상기와 같이 유입 공기로 인해 포집 컬럼 내부의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위해서, 본 발명의 포집 컬럼(110)은, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 포집 컬럼(110)의 하단부에 하부 플레이트(180)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 하부 플레이트(180)는 유입된 공기로 인해 포집 컬럼 내부의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 유입관(150)의 공기 배출구 상단에 배치된다. In order to prevent the temperature inside the collection column from rising due to the inflow air as described above, the
상기 하부 플레이트(180)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 그 내부에 공기가 통과할 수 있는 유로(182)가 형성되어 있다. 상기 하부 플레이트(180)는 구리와 같이 열 전도율이 높은 금속 재질로 이루어진다. 구체적으로는, 상기 하부 플레이트(180)는 구형의 구리를 압착하여 제조될 수 있으며, 상기 압착 과정에서 크랙이 형성되면서 내부에 유로(182)가 형성될 수 있다.As shown in FIG. 6, the
상기와 같이 열 전도율이 높은 금속 재질의 하부 플레이트(180)가 구비될 경우, 유입관(150)의 공기 배출구 상단에 위치할 경우, 유입관(150)에서 배출된 공기가 하부 플레이트(180)를 통과한 후에 흡착제와 접촉된다. 한편, 하부 플레이트(180)는 포집 컬럼(110)과 연결되어 있으므로, 포집 컬럼(110)과 동일한 온도로 유지되며, 공기가 하부 플레이트(180)를 통과하는 과정에서 열 전달을 통해 포집 컬럼(110)과 유사한 온도로 유지되게 된다. 따라서, 유입 공기에 의해 포집 컬럼 내부의 온도가 증가하는 것을 억제할 수 있어, 온도 상승으로 인한 흡착 효율 저하를 방지할 수 있다.When the
한편, 본 발명의 포집부(100)는 상기와 같이 구성된 포집 컬럼(110)을 적어도 2개 이상, 바람직하게는 7개 내지 14개 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 포집부에 포함되는 포집 컬럼(110)의 개수는 공기의 포집 주기, 포집 컬럼의 수거 주기에 따라 적절하게 변경될 수 있다. Meanwhile, the collecting
일반적으로 크립톤 포집 장치는 분석실과 떨어진 원격지에 설치되며, 군사 지역과 같이 출입이 통제되는 구역에 설치되는 경우가 많다. 따라서, 크립톤 포집 장치에 의해 채취된 시료를 매일 수거하는 것은 현실적으로 어렵다. 그러나, 본 발명의 크립톤 포집 장치는 복수개의 포집 컬럼(110)을 구비하고, 후술할 멀티 밸브부 및 제어부를 통해 자동적으로 공기가 공급되는 포집 컬럼이 변경되기 때문에 매일 방문하지 않더라도, 각 포집 주기별로 채취된 시료들을 얻을 수 있다는 장점이 있다. In general, krypton capture devices are installed remotely from the analysis room, often in controlled access areas such as military areas. Therefore, it is practically difficult to collect daily the samples collected by the krypton collecting device. However, the krypton capture device of the present invention includes a plurality of
한편, 본 발명에 따른 크립톤 포집 장치에 있어서, 상기 포집부(100)는 0℃ 이상, 바람직하게는 0℃ 내지 30℃, 더 바람직하게는 0℃ 내지 10℃의 온도를 유지하도록 구성될 수 있다. On the other hand, in the krypton collecting device according to the present invention, the collecting
상술한 바와 같이 일반적으로 기체의 흡착 효율은 온도가 올라갈수록 떨어지기 때문에, 방사성 크립톤 분석에 필요한 크립톤 최소 회수량을 확보하기 위해 종래에는 77K 수준의 초저온에서 공기 포집을 실시하는 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 본 발명자의 연구에 따르면, 본 발명에 따른 포집 컬럼을 이용하여 크립톤을 포집할 경우, 포집 컬럼의 온도를 0℃(273K) 이상으로 유지하는 경우에도 방사성 크립톤 분석을 위해 요구되는 최소 크립톤 회수량 이상의 크립톤 회수량을 얻을 수 있는 것으로 나타났다. As described above, since the adsorption efficiency of gas generally decreases with increasing temperature, a method of collecting air at ultra low temperature of 77K level has been conventionally used to secure the minimum recovery amount of krypton required for radioactive krypton analysis. However, according to the research of the present inventors, when collecting krypton using the collection column according to the present invention, even if the temperature of the collection column is maintained at 0 ℃ (273K) or more, the minimum krypton times required for radioactive krypton analysis It has been shown that recovery of krypton above the yield can be obtained.
도 8은 본 발명의 포집 컬럼을 이용하여 각각 초저온(77K), 저온(273K) 및 상온(298K) 조건에서 포집한 크립톤회수량을 비교한 그래프가 나타나있다. 이때, 포집 컬럼으로는 도 2에 도시된 바와 같이 구성된 포집 컬럼을 사용하였으며, 24시간 동안 총 10m3 부피의 공기를 포집한 후 크립톤 회수량을 측정하였다. 측정 결과, 상온 조건에서 포집된 크립톤의 양은 0.21 cm3, 저온 조건에서 포집된 크립톤의 양은 1.5cm3, 초저온 조건에서 포집된 크립톤 양은 4.6 cm3였다. 8 is a graph comparing the amount of krypton recovery collected in the ultra low temperature (77K), low temperature (273K) and room temperature (298K) conditions using the collection column of the present invention, respectively. In this case, a collection column configured as shown in FIG. 2 was used as a collection column, and after collecting a total of 10 m 3 volume of air for 24 hours, krypton recovery was measured. As a result, the amount of krypton collected at room temperature was 0.21 cm 3 , the amount of krypton collected at low temperature was 1.5 cm 3 , and the amount of krypton collected at ultra low temperature was 4.6 cm 3 .
도 8을 통해, 상온 및 저온 조건에서 포집할 경우, 크립톤 회수량이 초저온 조건에 포집한 경우보다 줄어들었으나, 방사성 크립톤 분석을 위해 필요한 크립톤 최소 회수량인 0.11cm3을 초과하는 양이 회수되었음을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 포집 컬럼을 구비한 포집 장치를 사용하여 공기 중의 방사성 크립톤 감시 효과를 충분히 달성할 수 있음을 확인할 수 있다. 8, when collecting at room temperature and low temperature, the amount of krypton recovery was reduced compared to the case of collecting at cryogenic conditions, but it was confirmed that the amount exceeding the minimum amount of krypton required for radioactive krypton analysis was recovered to 0.11 cm 3 . Can be. Therefore, it can be confirmed that the radioactive krypton monitoring effect in the air can be sufficiently achieved by using the collecting device provided with the collecting column of the present invention.
또한, 도 8을 통해, 저온 조건에서 포집을 수행할 경우, 상온 조건에서 수행하는 경우에 비해 약 7배 가량 향상된 크립톤 회수량을 얻을 수 있음을 알 수 있다. In addition, it can be seen from FIG. 8 that when the collection is performed at a low temperature condition, the krypton recovery amount is improved by about 7 times compared to the case where the collection is performed at room temperature.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 크립톤 포집 장치는 포집 컬럼의 온도를 조절하기 위한 온도 조절기를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 조절기는 필수적으로 요구되는 것은 아니며, 온도 조절기 없이 포집 컬럼을 상온 환경에 배치하여도 무방하다. 다만, 온도 조절기를 설치하여 포집 컬럼의 온도를 낮출 경우, 크립톤 흡착효율이 증가하여 크립톤 회수량에 도달하는 시간이 빨라지며, 이로 인해 포집 주기를 더욱 단축할 수 있다는 장점이 있다. 상기 온도 조절기로는, 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 냉각기 등과 같은 통상의 온도 조절기를 사용할 수 있으며, 그 종류가 특별히 제한되지 않는다.Although not shown in the drawings, the krypton collecting device may further include a temperature controller for controlling the temperature of the collecting column. The temperature controller is not necessarily required, and the collection column may be disposed in a room temperature environment without the temperature controller. However, if the temperature of the collection column is lowered by installing a temperature controller, the krypton adsorption efficiency is increased, so that the time for reaching the krypton recovery amount is faster, which may further shorten the collection cycle. As the temperature controller, a conventional temperature controller such as a cooler which is well known in the art can be used, and the type thereof is not particularly limited.
한편, 상기 멀티 밸브부(200)는 각각의 포집 컬럼(110)과 연결되어 공기의 유입 및 유출을 조절하기 위한 것이다. 구체적으로는, 상기 멀티 밸브부(200)는 외부 공기가 유입되는 공기 유입 라인(220), 포집 컬럼의 유입구(120a) 및 유출구(120b)와 연결되어 공기를 통과시키거나 차단시키도록 작동하는 복수개의 밸브(210a, 210b) 및 포집 컬럼(110)으로부터 배출된 공기를 외기로 배출하는 공기 배출 라인(230)을 포함한다. 이때, 상기 공기 유입 라인(220)은 펌프(400)와 연결되어 있을 수 있으며, 상기 공기 유입 라인(220)을 통해 유입된 공기는 후술할 제어부(300)에 의해 제어되는 밸브(210a, 210b) 작동에 따라 각 포집 컬럼(110) 내부로 유입된다. On the other hand, the
포집 컬럼(110) 내부로 유입된 공기가 흡착제(130)를 통과한 후 유출구(120b)를 통해 배출되면, 멀티 밸브부(200)의 공기 배출 라인(230)을 통해 외기로 배출된다. When the air introduced into the
상기 멀티 밸브부(200)에 포함되는 밸브의 수는 연결되는 포집 컬럼의 2배수 이상일 수 있다. 예를 들면, 사용되는 포집 컬럼이 7개인 경우에는 멀티 밸브부(200)는 14개 이상의 밸브를 포함하는 것이 바람직하다. The number of valves included in the
다음으로, 상기 제어부(300)는, 상기 멀티 밸브부(200) 및 공기 유량을 조절하기 위한 것이다. 구체적으로는, 상기 제어부(300)는 일정한 주기로 공기가 유입 및 유출되는 포집 컬럼이 달라지도록 상기 멀티 밸브부(200)를 제어한다. 예를 들면, 상기 제어부(300)는 첫번째 포집 주기 동안 제1포집 컬럼으로만 공기가 유입, 유출될 수 있도록 제1포집 컬럼에 연결된 밸브들만 오픈되고, 나머지 포집 컬럼과 연결된 밸브들은 닫혀있도록 멀티 밸브부를 제어한다. 그런 다음 첫번째 포집 주기가 완료되고 두번째 포집 주기가 시작되면, 제1포집 컬럼과 연결된 밸브들을 닫고, 제2포집 컬럼과 연결된 밸브들이 오픈되도록 멀티 밸브부를 제어함으로써, 제2포집 컬럼으로 공기들이 유입될 수 있도록 한다. 상기와 같은 동작을 반복함으로써, 각각의 포집 주기에 포집되는 공기들이 서로 다른 포집 컬럼에 포집될 수 있게 된다. Next, the
이때, 상기 포집 주기는 72시간 이하, 바람직하게는 12시간 내지 24시간 정도일 수 있다. 포집 주기가 72시간을 초과하는 경우에는 즉각적이고 정밀한 핵 활동 감시 효과가 어렵고, 포집 주기가 너무 짧아지면 방사성 크립톤 검출을 위한 최소 크립톤 회수량 확보가 어려워지는 문제점이 있다.In this case, the collection cycle may be 72 hours or less, preferably 12 hours to 24 hours. If the capture cycle exceeds 72 hours, it is difficult to immediately and accurately monitor the nuclear activity, and if the capture cycle is too short, it is difficult to obtain a minimum amount of krypton recovery for radioactive krypton detection.
또한, 상기 제어부(300)는 각 포집 컬럼(110)에 유입되는 공기 유량이 일정하게 유지되도록 함으로써, 각 포집 컬럼에서 일정한 포집량이 달성될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제어부(300)는 하나의 포집 주기 동안 5m3 이상, 10m3 이상, 바람직하게는 10m3 내지 20m3의 공기가 포집 컬럼 내에 유입될 수 있도록 공기 유량을 제어한다. 상기 범위를 만족할 때, 방사성 크립톤 검출을 위한 최소 크립톤 회수량 확보에 유리하다. In addition, the
또한, 상기 제어부(300)는 공기의 유량이 펌프(400)의 펌핑 용량보다 작은 유량이 되도록 제어하는 것이 바람직하다. In addition, the
한편, 필요에 따라, 상기 크립톤 포집 장치는 공기 중의 불순물, 이산화탄소, 수분 등을 제거하기 위한 전처리부(500)를 더 포함할 수 있다. 공기 중의 불순물, 이산화탄소, 수분 등이 포함되어 있을 경우, 이들 성분들이 흡착제에 흡착되어 크립톤 포집 성능을 저하시킬 수 있다. 특히, 상온 포집의 경우, 공기 중에 수분이나 이산화탄소 등이 다량 포함되어 있을 경우, 크립톤 포집 성능이 현저하게 떨어질 수 있다. 따라서, 전처리부에서 공기 중의 불순물, 이산화탄소, 수분 등을 미리 제거함으로써 크립톤 포집 성능을 보다 향상시킬 수 있다.Meanwhile, if necessary, the krypton collecting device may further include a
상기 전처리부는, 예를 들면, 공기 중의 먼지 등을 제거하기 위한 필터부, 이산화탄소 제거부, 수분 제거부를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 이산화탄소 제거부는 소다석회(soda lime)을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 수분 제거부는 실리카 겔을 포함한 것일 수 있다. The pretreatment unit may include, for example, a filter unit for removing dust in the air, a carbon dioxide remover, and a water remover. In this case, the carbon dioxide removal unit may include soda lime, and the water removal unit may include silica gel.
또한, 상기 전처리부는 공기 중에 수분을 제거하기 위한 수분 응결기를 포함할 수 있다. 공기가 -40℃ 정도에서 운영되는 수분 응결기를 통과하여 포집 컬럼에 공급될 경우, 수분이 제거되어 크립톤 흡착 효율이 향상될 뿐 아니라, 일정한 온도를 유지할 수 있기 때문에, 계절별 온도 변화에 따른 포집 효율 변화를 미연에 방지할 수 있다는 장점이 있다. In addition, the pretreatment unit may include a moisture condenser for removing moisture in the air. When air is supplied to the collection column through a water condenser operated at about -40 ° C, the moisture is removed to improve the adsorption efficiency of krypton and to maintain a constant temperature, thereby changing the collection efficiency according to seasonal temperature changes. There is an advantage that can be prevented in advance.
방사성 크립톤 Radioactive krypton 포집Capture 방법 Way
다음으로, 본 발명에 따른 크립톤 포집 장치를 이용하여 크립톤을 포집하는 방법에 대해 설명한다. Next, a method of capturing krypton using the krypton collecting device according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 크립톤 포집 방법은, (1) 상기 크립톤 포집 장치의 멀티 밸브부로 공기를 유입시키는 단계 및 (2) 상기 멀티 밸브부로 유입된 공기를 상기 포집 컬럼으로 공급하되, 상기 제어부를 통해 일정한 주기로 공기가 공급되는 포집 컬럼이 달라지도록 상기 멀티 밸브부를 제어하는 단계를 포함한다. In the krypton capture method according to the present invention, (1) introducing air into the multi-valve portion of the krypton capture device and (2) supplying the air introduced into the multi-valve portion to the collection column, but at regular intervals through the control unit And controlling the multi-valve unit so that the collection column to which air is supplied is different.
이하, 본 발명의 크립톤 포집 장치를 이용한 크립톤 포집 방법을 보다 자세히 설명한다. Hereinafter, the krypton capture method using the krypton capture device of the present invention will be described in more detail.
먼저, 펌프를 작동시켜 외부 공기가 공기 유입 라인으로 유입되도록 한다. 이때, 제어부는 포집 컬럼과 연결된 밸브들 중 하나의 포집 컬럼(제1포집 컬럼)과 연결된 밸브들만 열리도록 하고, 나머지 포집 컬럼과 연결된 밸브들은 닫혀 있도록 멀티 밸브부를 제어한다. 이에 따라 공기 유입 라인을 통해 유입된 공기는 열려져 있는 밸브와 연결되어 있는 제1포집 컬럼의 유입구를 통과한 후 유입관을 통해 포집 컬럼의 하부로 배출되게 된다. 포집 컬럼의 하단부로 배출된 공기는 포집 컬럼 내에서 상부로 이동하면서 흡착제와 접촉된다. 한편, 포집 컬럼이 하부 플레이트를 구비한 경우라면, 포집 컬럼의 하단부로 배출된 공기는 하부 플레이트를 통과한 후, 포집 컬럼 내에서 상부로 이동하면서 흡착제와 접촉된다. First, the pump is operated to allow outside air to enter the air inlet line. In this case, the controller controls only the valves connected to one collection column (first collection column) among the valves connected to the collection column, and controls the multi-valve unit to close the valves connected to the remaining collection column. Accordingly, the air introduced through the air inlet line passes through the inlet of the first collection column connected to the open valve and is discharged to the lower portion of the collection column through the inlet pipe. The air discharged to the lower end of the collection column is brought into contact with the adsorbent while moving upward in the collection column. On the other hand, if the collection column is provided with a lower plate, the air discharged to the lower end of the collection column passes through the lower plate and then contacts the adsorbent while moving upward in the collection column.
흡착제는 공기 중에 존재하는 크립톤을 흡착하여 포집하고, 흡착제에 흡착되지 않은 성분들은 포집 컬럼의 상단부에 배치된 상부 플레이트의 홀을 통해 빠져나간 후 유출구를 통해 멀티 밸브부로 빠져나가게 된다. 이 상태를 첫번째 포집 주기 동안 유지시킨다. The adsorbent adsorbs and collects krypton present in the air, and the components not adsorbed by the adsorbent exit through the holes of the upper plate disposed at the upper end of the collection column, and then exit through the outlet to the multi-valve unit. This state is maintained during the first capture cycle.
첫번째 포집 주기가 완료되면, 제어부에서 멀티 밸브부에 신호를 보내 제1포집 컬럼과 연결된 밸브들을 닫고, 제2포집 컬럼과 연결된 밸브들이 오픈되도록 제어한다. 이에 따라, 공기 유입 라인을 통해 멀티 밸브부로 유입된 공기는 밸브가 열려져 있는 제2포집 컬럼의 유입구로 공급되게 된다. 제2포집 컬럼의 유입구로 공급된 공기는 유입관을 통해 포집 컬럼의 하부로 배출되고, 포집 컬럼의 하단부로 배출된 공기는 포집 컬럼 내에서 상부로 이동하면서 흡착제와 접촉된다. 한편, 포집 컬럼이 하부 플레이트를 구비한 경우라면, 포집 컬럼의 하단부로 배출된 공기는 하부 플레이트를 통과한 후, 포집 컬럼 내에서 상부로 이동하면서 흡착제와 접촉된다. When the first capture cycle is completed, the control unit sends a signal to the multi-valve to close the valves connected to the first collection column and controls the valves connected to the second collection column to be opened. Accordingly, the air introduced into the multi-valve portion through the air inlet line is supplied to the inlet port of the second collection column in which the valve is open. The air supplied to the inlet of the second collection column is discharged to the lower part of the collection column through the inlet pipe, and the air discharged to the lower end of the collection column is brought into contact with the adsorbent while moving upward in the collection column. On the other hand, if the collection column is provided with a lower plate, the air discharged to the lower end of the collection column passes through the lower plate and then contacts the adsorbent while moving upward in the collection column.
흡착제는 공기 중에 존재하는 크립톤을 흡착하여 포집하고, 흡착제에 흡착되지 않은 성분들은 포집 컬럼의 상단부에 배치된 상부 플레이트의 홀을 통해 빠져나간 후 유출구를 통해 멀티 밸브부로 빠져나가게 된다. 이 상태를 두번째 포집 주기 동안 유지시킨다.The adsorbent adsorbs and collects krypton present in the air, and the components not adsorbed by the adsorbent exit through the holes of the upper plate disposed at the upper end of the collection column, and then exit through the outlet to the multi-valve unit. This state is maintained for the second collection cycle.
상기와 같은 작동을 크립톤 포집 장치에 포함된 모든 포집 컬럼이 공기 포집이 완료될 때까지 여러 번 반복한다. This operation is repeated several times until all collection columns included in the krypton capture device are complete.
한편, 상기 포집 주기는 흡착제의 양, 흡착 효율 등을 고려하여 적절하게 설정할 수 있으며, 72시간 이하, 바람직하게는 12시간 내지 24시간 정도일 수 있다. On the other hand, the collection cycle may be appropriately set in consideration of the amount of the adsorbent, adsorption efficiency, etc., may be 72 hours or less, preferably 12 hours to 24 hours.
상기와 같이 본 발명의 크립톤 포집 장치를 이용하여 크립톤을 포집할 경우, 수분 및 가스 제거를 위한 수작업이 요구되지 않아 공정이 단순할 뿐 아니라, 포집 주기 별로 각기 다른 포집 컬럼에 공기 포집이 자동으로 이루어지는 자동 포집 시스템 구현이 가능하다는 장점이 있다. When krypton is collected using the krypton capture device of the present invention as described above, the manual process is not required because water and gas removal is not required, and air collection is automatically performed on different collection columns for each collection cycle. The advantage is that an automatic capture system can be implemented.
또한, 본 발명의 크립톤 포집 장치는 종래 장치에 비해 크립톤 흡착 효율이 우수하여 포집 주기를 단축할 수 있으며, 포집 주기 별로 각기 다른 포집 컬럼에 시료가 저장되어 방사성 원소의 희석이 최소화되기 때문에, 즉각적이고, 정밀한 핵 활동 감시가 이루어질 수 있다. In addition, the krypton trapping device of the present invention has a higher krypton adsorption efficiency than the conventional device, which can shorten the collection cycle, and since the samples are stored in different collection columns for each collection cycle, the dilution of radioactive elements is minimized. Precise nuclear activity monitoring can be achieved.
100 : 포집부
110 : 포집 컬럼
120a: 유입구
120b : 유출구
130 : 흡착제
140, 140' : 교반 부재
150 : 유입관
160 : 상부 플레이트
170 : 압력 게이지
180 : 하부 플레이트
200 : 멀티 밸브부
300 : 제어부
400 : 펌프
500 : 전처리부100: collecting part
110: collection column
120a: inlet
120b: outlet
130: adsorbent
140, 140 ': stirring member
150: inlet pipe
160: upper plate
170: pressure gauge
180: lower plate
200: multi valve portion
300: control unit
400: pump
500: preprocessing unit
Claims (19)
상기 포집 컬럼에 연결되어 각각의 포집 컬럼으로 공기가 유입 및 유출되도록 조절하는 멀티 밸브부; 및
일정한 주기로 공기가 유입 및 유출되는 포집 컬럼이 달라지도록 상기 멀티 밸브부를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 주기가 72시간 이하이고,
상기 포집 컬럼이 0℃ 이상의 온도를 유지하도록 구성되며,
상기 포집 컬럼은,
상기 포집 컬럼 내로 공기를 유입시키는 유입구;
상기 포집 컬럼으로부터 공기를 배출하는 유출구;
상기 유입구를 통해 유입된 공기가 상기 포집 컬럼의 하단부로 배출될 수 있도록 하는 유입관;
상기 포집 컬럼의 상단부에 배치되고, 흡착제를 통과한 공기를 배출하기 위한 다수의 홀(hole)을 포함하는 상부 플레이트(plate);
상기 유입관의 공기 배출구 상단에 배치되고, 그 내부에 공기가 통과할 수 있는 유로가 형성되어 있는 하부 플레이트; 및
상기 포집 컬럼 내부의 공기 와류를 형성하기 위한 교반 부재;를 포함하고,
상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트는 구리로 이루어진 것인 크립톤 포집 장치.
A collecting unit including at least two collection columns containing an adsorbent for adsorbing krypton therein;
A multi-valve unit connected to the collection column to adjust air to flow into and out of each collection column; And
It includes a control unit for controlling the multi-valve unit so that the collection column through which air is introduced and discharged at regular intervals is different,
The cycle is 72 hours or less,
The collection column is configured to maintain a temperature of 0 ° C. or higher,
The collection column,
An inlet for introducing air into the collection column;
An outlet for discharging air from the collection column;
An inlet pipe through which the air introduced through the inlet is discharged to the lower end of the collection column;
An upper plate disposed at an upper end of the collection column and including a plurality of holes for discharging air passing through the adsorbent;
A lower plate disposed at an upper end of an air outlet of the inlet pipe, and having a flow passage through which air passes; And
And a stirring member for forming an air vortex in the collection column.
The top plate and the bottom plate is krypton collecting device is made of copper.
상기 흡착제는 활성탄, 제올라이트, 활성 알루미나 및 금속-유기 골격체(Metal-organic framework, MOF)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 크립톤 포집 장치.
The method of claim 1,
The adsorbent is one or more krypton collecting device selected from the group consisting of activated carbon, zeolite, activated alumina and metal-organic framework (MOF).
상기 흡착제가 상기 포집 컬럼 전체 부피를 기준으로 60부피% 이상으로 충진되어 있는 것인 크립톤 포집 장치.
The method of claim 1,
Krypton capture device is the adsorbent is filled in more than 60% by volume based on the total volume of the collection column.
상기 교반 부재는 상기 교반 부재가 설치된 영역과 상기 흡착제가 충진된 영역이 적어도 일부 중첩되도록 상기 포집 컬럼 내에 구비되는 것인 크립톤 포집 장치.
The method of claim 1,
And the stirring member is provided in the collection column such that the region in which the stirring member is installed and the region filled with the adsorbent are at least partially overlapped.
상기 교반 부재는 상기 상부 플레이트와 포집 컬럼 하단부 사이에 구비되는 것인 크립톤 포집 장치.
The method of claim 1,
And the stirring member is provided between the upper plate and the lower end of the collecting column.
상기 교반 부재는 상기 유입관의 외측을 따라 일정한 간격으로 설치되는 배플(baffle)인 크립톤 포집 장치.
The method of claim 1,
The stirring member is a krypton collecting device is a baffle (baffle) is installed at regular intervals along the outside of the inlet pipe.
상기 교반 부재는 상기 유입관의 외측을 따라 설치되는 나선형 교반 부재인 크립톤 포집 장치.
The method of claim 1,
The stirring member is a krypton collecting device is a spiral stirring member installed along the outside of the inlet pipe.
상기 포집 컬럼은 하단부에 경사면이 형성된 것인 크립톤 포집 장치.
The method of claim 1,
The collection column is a krypton collecting device is formed with an inclined surface at the lower end.
상기 크립톤 포집 장치는 포집 컬럼의 온도를 조절하기 위한 온도 조절기를 더 포함하는 것인 크립톤 포집 장치.
The method of claim 1,
The krypton collecting device further comprises a temperature controller for adjusting the temperature of the collecting column.
상기 제어부는 하나의 포집 컬럼에 12시간 내지 24시간 주기로 공기가 유입 및 유출되도록 상기 멀티 밸브부를 제어하는 것인 크립톤 포집 장치.
The method of claim 1,
The control unit is a krypton capture device to control the multi-valve unit so that air is introduced into and out of the 12 to 24 hours period in one collection column.
상기 제어부는 하나의 포집 주기 동안 5m3 이상의 공기가 포집 컬럼 내에 유입될 수 있도록 공기 유량을 제어하는 것인 크립톤 포집 장치.
The method of claim 1,
The control unit is a krypton capture device for controlling the air flow rate so that more than 5m 3 or more air flow into the capture column during one capture cycle.
상기 크립톤 포집 장치는 공기 중의 불순물, 이산화탄소 및 수분 중 적어도 하나 이상을 제거하기 위한 전처리부를 더 포함하는 것인 크립톤 포집 장치.
The method of claim 1,
The krypton collecting device further comprises a pretreatment unit for removing at least one or more of impurities, carbon dioxide and water in the air.
상기 전처리부는 수분 응결기를 포함하는 것인 크립톤 포집 장치.
The method of claim 17,
The pretreatment unit is a krypton collecting device comprising a water condenser.
상기 멀티 밸브부로 공기를 유입시키는 단계; 및
상기 멀티 밸브부로 유입된 공기를 상기 포집 컬럼으로 공급하되, 상기 제어부를 통해 일정한 주기로 공기가 공급되는 포집 컬럼이 달라지도록 상기 멀티 밸브부를 제어하는 단계를 포함하며, 상기 주기가 72시간 이하인 크립톤 포집 방법.A krypton capture method using the radioactive krypton capture device of claim 1,
Introducing air into the multi-valve unit; And
And supplying air introduced into the multi-valve unit to the collection column, and controlling the multi-valve unit such that a collection column through which the air is supplied at regular intervals is changed through the control unit, wherein the cycle is 72 hours or less. .
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