KR20000020717A - 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치 - Google Patents

용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용매 추출시 분리 용기(100)에 담겨진 전해질과 비전해질이 혼합된 용액에서 두 액체의 저항 성분의 상이함을 이용하여 두 용액을 분리할 수 있도록 한 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치에 관한 것으로서, 소정 방형파 신호를 발생하여 상기 분리 용기의 하단부에 수평으로 담겨진 제 1 전극으로 공급하는 발진부(210)와, 상기 제 1 전극과 소정 간격을 두고 하부에 형성된 제 2 전극을 통해서 상기 혼합액을 통과한 방형파 신호를 검출하여 평활 및 증폭시켜 DC 레벨로 출력하는 검출 및 절대치 평활부(220)와, 상기 검출 및 절대치 평활부(220)로부터의 DC 레벨의 검출 신호의 변화율을 상대적으로 높이기 위하여 상기 검출 신호의 DC 레벨을 가변 조정하여 출력하는 레벨 조절부(230)와, 상기 레벨 조절부(230)로부터의 검출 신호의 레벨과 기설정된 기준값과의 비교에 의거하여 상기 혼합액의 분리 추출 시점을 나타내는 비교 제어 신호를 출력하는 비교부(240)와, 상기 비교 제어 신호에 의거하여 밸브 개폐를 위한 구동 제어 신호를 출력하는 제어부(250)와, 상기 분리 용기(100)의 저면에 그 입구가 각각 연결되고 상기 제어부의 구동 제어 신호의 레벨에 의거하여 출력 개폐가 상호 절환되어 상기 전해질과 비전해질을 각각 그 출구로 배출하는 제 1, 2 솔레노이브 밸브(300,400)를 포함하여, 방사성 동위 원소등을 얻기 위한 용매 추출을 자동화시킬 수 있는 것이다.

Description

용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치(PHASE SEPARATION DETECTOR FOR SOLVENT EXTRACTION)
본 발명은 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치에 관한 것으로서, 특히 용매 추출시 전해질(수층)과 비전해질(유기층)이 혼합된 용액에서 두 액체를 자동으로 분리하기 위하여, 두 액체의 저항 성분의 상이함을 이용하여 두 용액이 분리되는 상을 자동으로 검출하여 두 액체를 분리할 수 있도록 한 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치에 관한 것이다.
오늘날 방사성 동위원소의 이용범위와 이용기술은 급속도로 발전하고 있다.
현재 1000여개의 방사성 동위원소 이용업체에서 방사선비파괴검사, 방사성 동위원소 게이지, 산업용 방사성추적자, 체내투여진단 및 치료, 체외이용진단, 체외 방사선조사치료, 방사선멸균, 방사선식품조사, 방사선유전공학연구 등 여러 가지 형태로 방사성 동위원소가 이용되면서 산업기술발전과 생산성향상, 공해방지, 산업안전, 의료기술발전과 복지구현, 식량증산과 식품보전, 기초과학발전 등 일일이 열거하기 힘들만큼 매우 큰 기여를 하는 것이 사실이다.
이에, 방사성 동위원소를 증산 공급하여 산업기술, 의료기술, 기초과학, 산업안전, 환경보전 등 과학기술 전반에 걸친 발전을 이룩하기 위해서 다목적 연구용원자로가 개발되어 국내에서 수요되는 방사성 동위원소의 자급률 향상을 도모하고자 하였으며, 아울러 중형 원자로를 이용한 방사성동위원소의 대량생산을 위한 연구개발의 일환으로서 대량생산에 적합한 부대장비들도 함께 개발되기에 이르렀다. 다시 말해, 종래에 사용되던 방식대로 방사성 동위원소의 생산효율성을 증대시킬 수 없게 되므로, 부대장비나 취급장치 등의 동반 개발은 필수적으로 요구되는 것이었다.
이러한 부대장비의 하나로 개발된 것이 용매추출방식에 의한 방사성 동위원소의 화학적 처리장치이다.
이것은 섞이지 않는 두 용매 사이에 용질이 분배되는 비율에 기초를 두고 있으며, 여러 가지 핵종을 분리하는데 가장 많이 사용되는 방법 중의 하나이다. 이 방법은 간단하고 신속하며 선택성도 아주 좋다. 덧붙여 분리 대상 물질의 많고 적음에 큰 문제가 없기 때분에 비방사능과 관계없이 널리 이용된다. 가장 쉽고 많이 이용되는 용매 추출법은 수층과 유기층에 의한 용질의 분리다. 용매에 착이온, 공통 이온, 짝이온 리간드, 상승제 등을 첨가하여 다양성과 분리의 선택성을 높일 수 있다. 여기에 덧붙여 페하 지수(pH)의 조절, 염의 농도 조절, 용매의 양 및 구성의 변화, 온도 변화를 통하여 만족할 만한 분리를 할 수 있다. 분리할 핵종의 회수는 유기층에서 이루어지며 주로 증발에 의하고 수층에서 회수되는 경우에는 역추출법에 의해서 이루어진다. 이 방법은 특히 방사성 동위원소 제조에 널리 사용되고 원자로의 사용 후, 핵연료에서 우라늄과 플루토늄의 분리 회수에도 사용된다.
한편, 상술한 용매 추출 방법을 이용하여 원료 물질(MoO3, Y2O3)을 원자로에서 중성자 조사시켜 핵종(Tc-99m, Sr-89)을 생산하기 위하여, 먼저 조사된 원료 물질(MoO3, Y2O3)과 수용액(NaOH, HNO3)을 충분히 교반하여 녹인 다음에, 준비된 유기 용매를 소정 분리 용기에 일정량 투입하고 나서 혼합된 수용액을 분리 용기에 투입하여 상분리를 위한 소정 시간을 경과시키면 추출을 원하는 핵종이 포함되어 있는 유기층(비전해질)이 분리 용기의 상부에 형성되고 하부에는 수층(전해질)이 형성된다.
이때, 유기층만을 분리하여 분리된 유기상을 필터, 수지, 흡착 칼럼에 차례로 통과시키고, 용리액으로 용출시켜 방사성 동위원소를 생산하게 된다.
그러나, 종래에는 이러한 상분리된 수층과 유기층에서 필요로 하는 유기층만을 자동으로 분리하여 얻을 수 있는 방법이 없어서 방사성 동위원소의 용배 추출법을 전체적으로 자동화하는데 큰 장애 요소로 작용하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명에서는 상술한 수층과 유기층을 자동으로 분리하기 위하여 수층과 유기층의 저항 성분의 상이함을 이용하는 방안을 모색하였다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 용매 추출시 전해질(수층)과 비전해질(유기층)이 혼합된 용액에서 두 액체를 자동으로 분리하기 위하여, 두 액체의 저항 성분의 상이함을 이용하여 두 용액이 분리되는 상을 자동으로 검출하여 두 액체를 분리할 수 있도록 하여 용매 추출을 자동화시킬 수 있도록 한 용매 추출을 위한 상 검출 분리 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치가 포함된 개략장치 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 용매 추출을 위한 상 검출 분리 장치에 대한 블록도.
도 3은 도 2의 발진부(210)에 대한 상세 회로도.
도 4는 도 2의 검출 및 절대치 평활부(220)에 대한 상세 회로도.
도 5는 도 2의 레벨 조절부(230)에 대한 상세 회로도.
도 6은 도 2의 비교부(240)에 대한 상세 회로도.
도 7은 도 2의 제어부(250)에 대한 상세 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 분리 용기 200 : 상 분리 검출 장치
210 : 발진부 220 : 검출 및 절대치 평활부
230 : 레벨 조절부 240 : 비교부
250 : 제어부 300, 400 : 제 1,2 솔레노이드 밸브
본 발명에 따른 용매 추출을 위한 상 검출 분리 장치는, 분리 용기에 담겨진 전해질과 비전해질의 혼합액을 분리 추출하기 위한 장치로서, 소정 방형파 신호를 발생하여 상기 분리 용기의 하단부에 수평으로 담겨진 제 1 전극으로 공급하는 발진부와, 상기 제 1 전극과 소정 간격을 두고 하부에 형성된 제 2 전극을 통해서 상기 혼합액을 통과한 방형파 신호를 검출하여 평활 및 증폭시켜 DC 레벨로 출력하는 검출 및 절대치 평활부와, 상기 검출 및 절대치 평활부로부터의 DC 레벨의 검출 신호의 변화율을 상대적으로 높이기 위하여 상기 검출 신호의 DC 레벨을 가변 조정하여 출력하는 레벨 조절부와, 상기 레벨 조절부로부터의 검출 신호의 레벨과 기설정된 기준값과의 비교에 의거하여 상기 혼합액의 분리 추출 시점을 나타내는 비교 제어 신호를 출력하는 비교부와, 상기 비교 제어 신호에 의거하여 밸브 개폐를 위한 구동 제어 신호를 출력하는 제어부와, 상기 분리 용기의 저면에 그 입구가 각각 연결되고 상기 제어부의 구동 제어 신호의 레벨에 의거하여 출력 개폐가 상호 절환되어 상기 전해질과 비전해질을 각각 그 출구로 배출하는 제 1, 2 솔레노이브 밸브를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치가 포함된 개략장치 구성도로서, 분리 용기(separation funnel, 100)와, 상 분리 검출 장치(200)와, 제 1,2 솔레노이드 밸브(300,400)를 포함하여 구성된다.
동 도면에 있어서, 분리 용기(100)는 전해질과 비전해질이 혼합된 혼합물 상태에서 전해질과 비전해질을 각각 분리 추출하기 위한 깔대기 형태의 용기이다.
그리고, 상 분리 검출 장치(200)는 분리 용기(100)의 하단부에 수직으로 소정 간격을 두고 제 1,2 전극을 삽입 설치하고, 제 1 전극으로 소정 방형파 신호를 발생 출력하고 제 2 전극으로부터 혼합액을 통과하여 인가되는 방형파 신호에 기초하여 제 1, 2 솔레노이드 밸브(300,400)를 개폐 제어하는 구동 제어 신호를 출력한다.
한편, 제 1,2 솔레노이드 밸브(300,400)는 분리 용기(100)의 저면에 각각 그 입구가 연결되며, 상 분리 검출 장치(200)의 구동 제어 신호에 의거하여 상호 반대로 개폐 제어되어 각각 분리된 전해질과 비전해질을 각각의 출구로 배출한다.
다음에, 도 2는 본 발명에 따른 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치에 대한 블록도이며, 도 3은 도 2의 상세 회로도로서, 본 발명에 따른 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치는 발진부(210), 검출 및 절대치 평활부(220), 레벨 조절부(230), 비교부(240), 제어부(250)를 포함하여 구성된다.
이러한 구성에 있어서, 발진부(210)는 소정 방형파 신호를 발생하여 상기 분리 용기의 하단부에 수평으로 담겨진 제 1 전극(PR1)으로 공급하며, 그라운드에 일측이 연결된 커패시터(C1)의 타측이 OP 앰프(U1)의 반전단자에 연결되고, OP 앰프(U1)의 출력을 제 1 전극(PR1)에 연결하고, 그라운드에 연결되어 제너다이오드(ZD1)에 역방향으로 연결된 제너 다이오드(ZD2)와 제너 다이오드(ZD2)에 연결된 저항(R1)이 OP 앰프(U1)의 반전단자(-)에 귀환되고, OP 앰프(U1)의 비반전단자(+)에는 그라운드에 연결된 저항(R2)과 OP 앰프(U1)의 출력에 순차적으로 연결된 저항(R4)와 저항(R3)이 귀환되며, 귀환된 저항(R3)과 저항(R4) 사이가 저항(R1)과 제너 다이오드(ZD2) 사이에 접속되도록 구성하여, 커패시터(C1)의 충방전에 의한 그 양단전압이 문턱전압(theshhold, Vt)에 다다르면 OP 앰프(U1)의 출력이 반전되어 결국, 구형파 펄스를 출력하게 된다.
그리고, 검출 및 절대치 평활부(220)는 제 1 전극(PR1)과 소정 간격을 두고 하부에 형성된 제 2 전극(PR2)을 통해서 상기 혼합액을 통과한 방형파 신호를 검출하여 절대치, 증폭 및 평활시켜 DC 레벨로 출력하며, 제 2 전극(PR2)으로부터의 입력전압(Ei)이 저항(R5)를 거쳐서 OP 앰프(U2)의 반전단자(-)에 연결되고 비반전단자(+)는 그라운드되며, OP 앰프(U2)의 출력에 역방향 다이오드(D2)와 저항(R6)을 순차적으로 연결하여 반전단자(-)에 귀환시키고 순방향 다이오드(D1)를 OP 앰프(U2)의 출력과 역방향 다이오드(D2) 사이에 연결하여 반전단자(-)에 귀환시키고, 역방향 다이오드(D2)와 저항(R6) 사이에 연결된 저항(R9)을, 입력전압(Ei)과 저항(R7)이 순차적으로 연결된 저항(R8)과 연결 구성한다.
또한, 저항(R8,R9) 사이를 OP 앰프(U3)의 반전단자(-)에 연결하고 비반전단자(+)는 그라운드에 연결해서 OP 앰프(U3)의 출력을 레벨 조절부(230)로 인가하며, OP 앰프(U3)와 병렬로 평활용 커패시터(C2)와 증폭도 가변을 위한 가변 저항(R10)을 각각 연결하여 구성한다.
또한, 레벨 조절부(230)는 검출 및 절대치 평활부(220)로부터의 DC 레벨의 검출 신호의 변화율을 상대적으로 높이기 위하여 상기 검출 신호의 DC 레벨을 가변 조정하여 출력하며, 그 세부 회로는 검출 및 절대치 평활부(220)로부터 인가되는 입력전압(Ei)을 OP 앰프(U4)의 반전단자(-)에 연결하고 비반전단자(+)는 소정 양의 전원에 연결된 가변 저항(R13)과 소정의 음의 전원에 연결된 저항(R14) 사이의 접점에 연결하며, OP 앰프(U4)의 출력에 저항(R12)을 반전단자(-)로 귀환시킨다.
또한, OP 앰프(U4)의 출력을 저항(R15)을 통하여 OP 앰프(U5)의 반전단자(-)에 연결하고 비반전단자(+)는 그라운드에 연결하며, OP 앰프(U5)의 출력에 저항(R16)을 그 반전단자(-)에 귀환시키고 OP 앰프(U5)의 출력을 비교부(240)로 인가하도록 구성한다.
한편, 비교부(240)는 레벨 조절부(230)로부터의 검출 신호의 레벨과 기설정된 기준값과의 비교에 의거하여 상기 혼합액의 분리 추출 시점을 나타내는 비교 제어 신호를 출력하며, 레벨 조절부(230)로부터의 입력전압(Ei)을 저항(R17)을 통해서 OP 앰프(U6)의 반전단자(-)에 연결하고 비반전단자(+)에 소정 구동전원(Vcc)에 연결된 저항(R19)과 그라운드에 연결된 가변 저항(R20) 사이의 접점을 연결하며, OP 앰프(U6)의 출력 전압(Eo)을 비교 제어 신호로 제어부(250)로 인가하고 OP 앰프(U6)의 출력을 저항(R21)과 저항(R18)을 통해서 반전단자(-)에 귀환시켜서 구성하며, 그라운드에 연결되어 제너다이오드(ZD3)에 역방향으로 연결된 제너 다이오드(ZD4)를 저항(R18,R20) 사이에 접속하여 구성한다.
그리고, 제어부(250)는 비교부(240)의 비교 제어 신호에 의거하여 제 1,2 솔레노이브 밸브(300,400)를 개폐 제어하기 위한 구동 제어 신호를 출력하며, 그 세부 회로구성은 비교부(240)로부터의 입력 전압(Ei)이 저항(R22)을 통하여 PNP형 트랜지스터(Q1)의 베이스에 연결하고 그 이미터에는 소정 구동 전원(Vcc)을 연결하고 컬렉터는 릴레이(RY1)의 코일을 통하여 그라운드에 연결하고 선택적으로 그라운드에 연결되는 릴레이(RY1)의 양 스위치 접점은 코일의 통전시 출력단자(OUT1)로 접점되어 전해질 용액을 통과시키는 제 1 솔레노이드 밸브(300)를 온시키고 제 2 솔레노이드 밸브(400)는 오프시키며, 코일이 통전되지 않을 시 출력단자(OUT2)로 접점되어 비전해질 용액을 통과시키는 제 2 솔레노이드 밸브(300)를 오프시키고 제 1 솔레노이드 밸브(400)를 온시키도록 릴레이(RY1)의 양 스위치 접점에는 각각 소정 구동 전원(Vcc)에 연결된 밸브 개폐 표시용 발광 다이오드(LED1, LED2)가 각각 연결되고 각각의 발광 다이오드(LED1, LED2)와 각각의 스위치 접점 사이가 릴레이(RY1)의 구동 온/오프에 의거하여 선택적으로 출력단자(OUT1, OUT2)에 각각 연결되도록 릴레이(RY2, RY3)의 각 스위치 접점에 연결된다.
또한, 여러개의 상분리 검출 장치를 사용할 경우 상분리 검출 장치의 입출력을 활성화/비활성화시키기 위한 선택단자(SEL)가 각각 릴레이(RY2, RY3)의 코일 일측에 연결되고 코일의 타측에는 소정 구동 전원(Vcc)이 연결되어 선택단자(SEL)에 의해 릴레이(RY2, RY3)를 활성화/비활성화시킬 수 있도록 구성한다.
또한, 제 1, 2 전극(PR 1, PR2)도 선택단자(SEL)에 의해 각각 발진부(210)와 검출 및 절대치 평활부(220)와 전기적으로 분리되도록 각각의 아날로그 스위치(U7,U8,U9,U10)에 연결되도록 구성한다.
다음에, 상술한 구성부를 갖는 본 발명에 따른 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치의 동작 과정을 상세히 설명한다.
먼저, 발진부(210)는 전해질의 저항 혹은 전압 강하를 측정하기 위해 (+)/(-) 양방향 방형파 신호(square wave)를 발생하여 제 1 전극(PR1)으로 공급하게 되는데, 이러한 방형파 신호를 사용하는 이유는 제 1 전극(PR1)이 (+) 극성을 취하게 되면 전해질의 (-) 이온이 제 1 전극(PR1)쪽으로 이동하게 되고, 전해질의 (+) 이온은 (-) 극성을 갖는 검출 및 절대치 평활부(220)의 제 2 전극(PR2)으로 이동되어 시간에 따라 계속 저항값이 증가하는 현상을 발생하기 때문이다.
발진부(210)의 동작 원리는 전원(+12V, -12V)이 투입되면 커패시터(C1)가 충전과 방전을 반복하면서 그 양단의 전압이 변화하는데, 이 전압이 일정한 수준(threshold 전압 : Vt)에 도달할 때마다 출력이 급속히 반전함으로써, 제 1 전극(PR1)이 연결된 출력에 방형파의 주기적 신호가 나타나게 된다.
보다 상세히 설명하면, 우선 OP 앰프(U1)의 출력이 (+)인 전압인 경우, 저항(R1)을 통하여 커패시터(C1)는 충전되기 시작하며, 그 양단간의 전압은 상승하게 된다. OP 앰프(U1)의 출력은 급속히 반전하고 (-) 전압이 된다.
다음에, OP 앰프(U1)의 출력이 (-) 전압이 되면 커패시터(C1)는 방전을 시작하여 그 양단간의 전압이 하강하며, 이 전압이 문턱 전압의 역극성(-Vt)에 도달하면 다시 OP 앰프(U1)의 출력은 반전하여 (+) 전압이 된다. 이 과정을 반복하여 일정한 주기를 가진 (+/-) 방형파 펄스 신호를 만들게 된다.
문턱 전압은 |Vt|=(Vz+0.7)×R2/(R2+R3)로서 본 발명의 바람직한 실시예에서는 3.29V정도이며, 방형파 펄스의 주파수는 -1/(2×C1×R1×ln(R3/(2×R2+R3)))로서, 대략 2.3KHz가 된다.
다음에, 상술한 방평파 펄스가 분리 용기(100)의 용액을 통과하여 제 2 전극(PR2)를 통해서 검출 및 절대치 평활부(220)로 인가되는데, 이때 인가된 전압 파형은 용액의 종류에 따라, 즉 용액의 저항치에 따라 다른 전압 레벨을 갖게 된다. 그러나 정/역 방향의 전류를 교대로 공급하므로 전기 분해 효과는 최소화할 수 있으며, 실험상 실제로 거의 무시해도 좋다.
또한, 이 정/역 펄스 형태의 검출 전압을 측정가능한 DC 전압으로 변환하는 과정이 필요하게 된다. 즉, (+/-) 2∼3V의 방형파 펄스 전압을 절대치 전압으로 변환하게 된다.
따라서, 검출 및 절대치 평활부(220)는 실제로는 세가지 기능을 하고 있다. 첫째, 입력 신호의 절대값을 구하고, 둘째 이를 증폭하며, 셋째 보다 완벽한 DC신호를 만들기 위하여 평활 작용을 한다.
우선, 평활 작용을 위하여 커패시터(C2)를 사용한다.
둘째, 신호를 증폭하기 위하여 가변 저항(R10)을 사용하였으며, 이 가변저항(R10)을 조절하므로써, 테스트 포인트(TP1)에서의 전압이 전해질(NaOH) 용액을 넣었을 때 10V가 되도록 한다.
마지막으로 (+/-) 펄스 신호의 절대치를 취하기 위하여 먼저, 첫 번째 OP 앰프(U2)로 구성된 회로는 순수 다이오드 회로로서 한쪽 방향, 즉 입력 전압 Ei가 (+) 전압인 경우만 동작하게 된다. 다시말해 입력 전압 Ei가 (+) 전압이면 다이오드 D2가 온 상태로 되어 OP 앰프(U2)가 동작하게 되고 입력 전압 Ei가 (-) 전압으로 바뀌는 순간 다이오드 D2는 차단되고, 다이오드 D1이 온 상태로 되어 OP 앰프 (U2)는 무귀환 상태로 된다.
따라서, 출력 전압 Eo는 Ei>0일 때, Eo=((R10×R8)/(R7×R9)-R6/(R5+R6))×Ei 로, Ei<0일 때, Eo=-R10/(R5+R6)×Ei로 된다.
이제, 저항 R5,R6,R7,R8,R9를 모두 같은 값으로 사용하고 가변 저항 R10은 이의 두배값으로 사용하면 Ei>0일 때 Eo=Ei, Ei<0일 때 Eo=-Ei가 되어 출력전압 Eo는 입력전압 Ei의 절대치가 된다.
또한, 가변 저항 R10의 값을 더 증가시키면 그만큼 출력값은 증폭되게 되며, 평활용 커패시터 C2는 이러한 출력값의 미소 변화를 평활하게 하기 위해 사용된 것이다.
한편, 상술한 과정을 통하여 검출 및 절대치 평활부(220)의 출력 전압 Eo가 레벨 조절부(230)의 입력 전압 Ei로 인가된다.
한편, 상술한 증폭용 가변저항(R10)의 조절에 의해 테스트 포인트(P1)에서의 전압을 전해질(NaOH) 용액에 대해 10V로 한다. 이 상태에서 실험을 통하여, 전해질/비전해질(NaOH/MEK) 용액 분리선이 분리 용기(100)의 상측 제 1 전극(PR1)을 통과하는 순간의 전압 변화를 측정해 보면, 비록 이 값이 계속적으로 변화하기 때문에 정확한 측정이 불가능해 보이지만, 대략 3V 정도가 하강하는 것을 알 수 있게 된다.
즉, 이 순간의 전압 변화는 10V에서 7V로 변화하는데, 이 순간을 포착하기 위하여는 그 중간의 어느 전압, 예를 들어, 8.75V와 비교하여 이보다 전압이 낮아지느 순간을 포착하면 된다는 것을 알 수 있다.
이 초기 전압에 대한 변화율이 더 커지면 다시말해, 현재 10V에서 7V로 약 30%의 변화율이 60%로 커진다면 그 순간 포착을 보다 신뢰성있게 할 수 있을 것이다.
따라서, 레벨 조절부(230)는 감산 회로로서 10V에서 7V로의 변화를 5V에서 2V의 변화로 바꾸어 변화율을 상대적으로 높이기 위한 것이다. 이때, 출력 전압 Eo=-(R12/R11)×Ei1+(R14/R13)×Ei2로 되고, 즉 저항 R13을 가변저항을 사용하므로써, 출력 전압 레벨을 조절할 수가 있게 된다. 테스트 포인트(TP3)에서의 측정값이 전해질(NaOH) 용액에 대해 -5V가 되도록 감산 회로로 이용된 첫 번째 OP 앰프(U4)가 동작되며, 그리고 두 번째 OP 앰프(U5)는 신호 레벨을 반전시키기 위한 것이다.
다음에, 상술한 과정에 의거하여 레벨 조절부(230)의 출력 단자 Eo를 통하여 레벨 조절된 신호가 비교부(240)의 입력 단자 Ei로 전달되게 된다.
한편, 제 2 전극(PR2)를 통하여 검출되어 절대값을 구하고, 이를 평활, 증폭 및 레벨 조절을 마친 신호를 이제 마지막으로 기준 전압과 비교하여 위에서 언급한 바와 같이 분리 용기(100)내의 전해질/비전해질(NaOH/MEK) 용액의 분리선이 상측 제 1 전극(PR1)을 통과하는 순간을 포착하게 된다.
기준 전압은 가변저항 R20을 조절하므로써 얻을 수 있는데, 테스트 포인트 (TP2)에서의 측정값이 3.75V가 되도록 한다. 이때 OP 앰프(U6)의 출력 전압(Eo)은 입력전압(Ei)이 3.75V보다 클 경우 5V, 이보다 작을 경우 0V를 출력하게 된다. 이 출력 신호(Eo)를 이용하여 결국, 원하는 솔레노이드 밸브(300, 400)를 구동하는 것이다.
다음에, 상술한 과정을 통하여 제어부(250)의 입력 단자(Ei)에 비교부(240)의 출력 단자(Eo)로부터의 신호가 전달된다.
제어부(250)는 측정 결과 얻어진 5V에서 0V 신호 변화를 이용하여 원하는 솔레노이드를 구동하기 위한 것이다.
제어 요건으로 다음과 같은 점이 고려되었다.
1. 전해질(NaOH) 배출 및 비전해질(MEK) 배출을 위한 두 개의 24V 용 솔레노이드를 구동하는데, 이는 서로 반대로 작동한다. 즉, 전해질(NaOH)용 솔레노이드인 제 1 솔레노이드 밸브(300)이 오픈되면 비전해질(MEK)용 솔레노이드인 제 2 솔레노이드 밸브(400)는 클로즈되고, 반대로 전해질(NaOH)용 솔레노이드 밸브가 클로즈되면 비전해질(MEK)용 솔레노이드가 오픈된다.
2. 하나의 분리시스템을 이용하여 여러 종류의 용액 분리작업을 수행할 경우, 필요에 따라 동일한 전극(PR1,PR2)과 솔레노이드(300,400)에 여러개의 온보드화되어 있는 상 분리 검출 장치를 연결하여 사용할 경우, 현재 사용하고자 하는 보드가 어떠한 보드인지 선택 지정할 필요가 있다.
3. 각 보드가 현재 선택되었는지, 저해질/비전해질(NaOH/MEK) 용액중 현재 어느 용액이 분리되어 배출되고 있는 중인지를 표시하는 표시 장치(LED)를 갖도록 한다.
우선 각 솔레노이드를 구동하기 위하여 5V 구동 릴레이를 사용한다.
비교부(240)에서의 출력신호 5V에서 0V는 트랜지스터(Q1)를 통하여 릴레이(RY1) 구동에 필요한 전류값을 얻어 릴레이(RY1)를 구동한다.
여러개의 보드를 하나의 분리 시스템에 사용하기 위해서는 필요에 따라 보드에 대한 입출력선을 연결 혹은 분리할 수 있어야 한다.
따라서, 선택 신호(SEL)가 주어지면 선택신호가 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 그라운드 단자와 연결된 상태(LOW)가 되면, 시스템과 제 1,2 전극 라인(PR1,PR2)은 아날로그 스위치(U7,U8,U9,U10)에 의해서, 출력 라인 OUT1과 OUT2는 릴레이(RY2, RY3)에 의해 연결되며, 이 신호가 하이 상태가 되면, 이 보드상의 모든 입출력선이 시스템과 분리되게 되는 것이다.
이때, 발광 다이오드(LED1, LED2)를 통해서 각각의 솔레노이드 밸브(30,400)의 개폐 상태를 확인할 수 있으며, 발광 다이오드(LED3)를 통해서 이 보드 상의 모든 입출력선이 시스템과의 분리 여부를 확인할 수 있는 것이다.
다음에 상술한 상 분리 검출 장치의 동작을 정리하면, 전해질(NaOH)과 비전해질(MEK)이 혼합된 용액에서 두 액체를 분리하기 위하여 각 용액의 저항값을 측정하게 된다.
측정 결과, 비전해질(MEK) 용액이 전해질(NaOH) 용액에 비해 큰 저항값을 가지고 있으므로, 이 저항치를 비교하므로써 용액을 분리하도록 하는 것이다.
측정시 전해질의 경우 (+) 이온은 (-) 전극쪽으로 이동하고 (-) 이온은 (+) 전극쪽으로 이동하는데, 이 현상에 의해 전해질의 저항값은 시간에 따라 계속 증가하는 현상을 보여준다.
이러한 현상을 피하려면 각 전극에 (+/-) 12V 방형파 신호를 만들어 측정침인 제 1 전극(PR1)에 공급한다. 즉, 제 1 전극(PR1)에서의 신호 파형은 +12V와 -12V의 레벨을 갖는 방형파 펄스가 되고 분리 용기(100) 내의 용액을 통과한 파형 즉, 제 2 전극(PR2)에서 검출되는 방형파 펄스는 용액의 저항 성분치에 따라 그 신호 레벨이 감소된 예를 들면, +2V와 -2V의 레벨을 갖게 된다.
이러한 검출 방형파 펄스를 직류 신호로 변환하고, 이를 평활 및 증폭시켜 측정 전압을 만들게 되며, 이때 전해질(NaOH) 용액만을 통과했을 때 테스트 포인트(P1)에서의 전압이 10V가 되도록 가변 저항(R10)을 조절하게 된다.
실험을 통하여 이 전압은 전해질/비전해질(NaOH/MEK) 용액 분리선이 분리 용기(100)의 상측 제 1 전극(PR1)을 통과할 때 6∼7V로 떨어지며, 이 분리선이 분리 용기(100)내의 상측 제 1 전극(PR1)과 하측 제 2 전극(PR2) 사이를 통과할 때 5∼6V로 떨어지며, 이 분리선이 다시 하측 제 2 전극(PR2)를 통과할 때 2∼3V로 떨어지는 것을 관측할 수 있었다.
본 발명에 따른 상 분리 검출 장치는 상측의 제 1 전극(PR1)을 분리선이 통과하는 시점에서 용액을 분리하도록 설계되었다.
또한, 용액을 통과하여 검출 및 절대치 평활된 측정 전압의 신호 레벨을 조절하기 위하여 가변 저항(R13)을 사용하였다. 즉, 전해질 용액(NaOH)에 대하여 테스트 포인트(TP3)에서 -5V가 되도록 조절한다. 이렇게 함으로써, 이제 전해질/비전해질 용액 분리선이 상측 제 1 전극(PR1)을 통과할 때, 전압 변동은 테스트 포인트(TP3)에서 -2∼-3V로 떨어지도록 조절된다. 이 전압 변동을 기준 전압과 비교함으로써, 전해질/비전해질 용액 분리선이 상측 제 1 전극(PR1)을 통과하는 순간을 포착하여 이때 릴레이(RY1)를 차단하고, 출력 신호 OUT1과 OUT2를 외부로 출력하게 된다.
이 출력선에 전해질용 솔레노이드와 비전해질용 솔레노이드를 각각 연결하면 2개의 용액을 분리할 수 있게 되는 것이다.
한편, OUT1과 OUT2 두 개의 출력은 하나의 릴레이(RY1)로부터 출력되며, OUT1은 노말 오픈(normal open), OUT2는 노말 클로즈(normal close) 상태이며, OUT1에 전해질용 솔레노이드인 제 1 솔레노이드 밸브(300)를 연결하고, OUT2에 비전해질용 솔레노이드인 제 2 솔레노이드 밸브(400)를 연결한다.
또한, OUT1과 OUT2 두 개의 출력은 다시 선택 단자(SEL : selection or enable) 신호에 의해 차단되거나 연결된다. 즉, 먼저 선택 단자(SEL)에 신호를 보냄으로써, 즉 선택 단자(SEL)를 그라운드에 연결함으로써, 온보드화되어 있는 본 발명에 따른 상 분리 검출 장치로부터의 출력 신호가 선택 혹은 인에이블 되고 측정 및 분리 작업이 개시되게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 방사성 동위원소를 중성자 조사에 의해 방사화되지 않은 원료물질로부터 분리 추출해내는 공정중에서 전해질과 비전해질 혼합 용액을 자동으로 검출 분리할 수 있도록 하여 방사성 물질을 추출하는 전 공정을 자동화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 분리 용기(100)에 담겨진 전해질과 비전해질의 혼합된 용액을 분리 추출하기 위한 장치로서,
    소정 방형파 신호를 발생하여 상기 분리 용기의 하단부에 수평으로 담겨진 제 1 전극(PR1)으로 공급하는 발진부(210)와;
    상기 제 1 전극(PR1)과 소정 간격을 두고 하부에 형성된 제 2 전극(PR2)을 통해서 상기 혼합된 용액을 통과한 방형파 신호를 검출하여 평활 및 증폭시켜 DC 레벨로 출력하는 검출 및 절대치 평활부(220)와;
    상기 검출 및 절대치 평활부(220)로부터의 검출 신호의 레벨과 기설정된 기준값과의 비교에 의거하여 상기 혼합액의 분리 추출 시점을 나타내는 비교 제어 신호를 출력하는 비교부(240)와;
    상기 비교 제어 신호에 의거하여 밸브 개폐를 위한 구동 제어 신호를 출력하는 제어부(250)와;
    상기 분리 용기(100)의 저면에 그 입구가 각각 연결되고 상기 제어부(250)의 구동 제어 신호의 레벨에 의거하여 출력 개폐가 상호 절환되어 상기 전해질과 비전해질 용액을 각각 그 출구로 분리 배출하는 제 1, 2 솔레노이브 밸브(300, 400)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 검출 및 절대치 평활부(220)로부터의 DC 레벨의 검출 신호의 변화율을 상대적으로 높이기 위하여 상기 검출 신호의 DC 레벨을 가변 조정하여 출력하는 레벨 조절부(230)를 더 포함하여 레벨 조절부(230)로부터의 레벨 조절된 신호를 DC 레벨의 신호를 상기 비교부(240)로 출력하는 것을 특징으로 하는 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 발진부(210)는그라운드에 일측이 연결된 커패시터(C1)의 타측이 OP 앰프(U1)의 반전단자(-)에 연결되고, OP 앰프(U1)의 출력을 상기 제 1 전극(PR1)에 연결하고, 그라운드에 연결된 제너다이오드(ZD1)와 이에 역방향으로 연결된 제너 다이오드(ZD2)와 이에 연결된 저항(R1)이 OP 앰프(U1)의 반전단자(-)에 귀환되고, OP 앰프(U1)의 비반전단자(+)에는 그라운드에 연결된 저항(R2)이 연결되고 OP 앰프(U1)의 출력에 연결된 저항(R3)이 귀환되도록 구성한 것을 특징으로 하는 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 검출 및 절대치 평활부(220)는 상기 제 2 전극(PR2)으로부터의 입력전압(Ei)이 저항(R5)를 거쳐서 OP 앰프(U2)의 반전단자(-)에 연결되고 비반전단자(+)는 그라운드되며, OP 앰프(U2)의 출력에 역방향 다이오드(D2)와 저항(R6)을 순차적으로 연결하여 반전단자(-)에 귀환시키고 순방향 다이오드(D1)를 OP 앰프(U2)의 출력과 역방향 다이오드(D2) 사이에 연결하여 반전단자(-)에 귀환시키고, 역방향 다이오드(D2)와 저항(R6) 사이에 연결된 저항(R9)을, 입력전압(Ei)과 저항(R7)이 순차적으로 연결된 저항(R8)과 연결하며, 저항(R8,R9) 사이를 OP 앰프(U3)의 반전단자(-)에 연결하고 비반전단자(+)는 그라운드에 연결해서 OP 앰프(U3)의 출력을 출력 신호로 인가하며, OP 앰프(U3)와 병렬로 평활용 커패시터(C2)와 증폭도 가변을 위한 가변 저항(R10)을 각각 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 레벨 조절부(230)는 상기 검출 및 절대치 평활부(220)로부터 인가되는 입력전압(Ei)을 OP 앰프(U4)의 반전단자(-)에 연결하고 비반전단자(+)는 소정 양의 전원에 연결된 가변 저항(R13)과 소정의 음의 전원에 연결된 저항(R14) 사이의 접점에 연결하며, OP 앰프(U4)의 출력에 저항(R12)을 반전단자(-)로 귀환시키고, OP 앰프(U4)의 출력을 저항(R15)을 통하여 OP 앰프(U5)의 반전단자(-)에 연결하고 비반전단자(+)는 그라운드에 연결하며, OP 앰프(U5)의 출력에 저항(R16)을 그 반전단자(-)에 귀환시키고 OP 앰프(U5)의 출력을 상기 비교부(240)로 인가하도록 구성한 것을 특징으로 하는 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 비교부(240)는 상기 레벨 조절부(230)로부터의 입력전압(Ei)을 저항(R17)을 통해서 OP 앰프(U6)의 반전단자(-)에 연결하고 비반전단자(+)에 소정 구동전원(Vcc)에 연결된 저항(R19)과 그라운드에 연결된 가변 저항(R20) 사이의 접점을 연결하며, OP 앰프(U6)의 출력 전압(Eo)을 비교 제어 신호로 제어부(250)로 인가하고 OP 앰프(U6)의 출력을 저항(R21)과 저항(R18)을 통해서 반전단자(-)에 귀환시켜서 구성하며, 그라운드에 연결되어 제너다이오드(ZD3)에 역방향으로 연결된 제너 다이오드(ZD4)를 저항(R18,R20) 사이에 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어부(250)는 상기 비교부(240)로부터의 입력 전압(Ei)이 저항(R22)을 통하여 PNP형 트랜지스터(Q1)의 베이스에 연결하고 그 이미터에는 소정 구동 전원(Vcc)을 연결하고 컬렉터는 릴레이(RY1)의 코일을 통하여 그라운드에 연결하고 선택적으로 그라운드에 연결되는 릴레이(RY1)의 양 스위치 접점은 코일의 통전시 출력단자(OUT1)로 접점되어 전해질 용액을 통과시키는 상기 제 1 솔레노이드 밸브(300)를 온시키고 상기 제 2 솔레노이드 밸브(400)는 오프시키며, 코일이 통전되지 않을 시 출력단자(OUT2)로 접점되어 비전해질 용액을 통과시키는 상기 제 2 솔레노이드 밸브(300)를 오프시키고 상기 제 1 솔레노이드 밸브(400)를 온시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제어부(250)의 릴레이(RY1)의 양 스위치 접점에는 각각 소정 구동 전원(Vcc)에 연결된 밸브 개폐 표시용 발광 다이오드(LED1, LED2)가 각각 연결되고 각각의 발광 다이오드(LED1, LED2)와 각각의 스위치 접점 사이가 릴레이(RY1)의 구동 온/오프에 의거하여 선택적으로 출력단자(OUT 1, OUT2)에 각각 연결되도록 릴레이(RY2, RY3)의 각 스위치 접점에 연결되며, 상분리 검출 장치의 입출력을 활성화/비활성화시키기 위한 선택단자(SEL)가 각각 릴레이(RY2, RY3)의 코일 일측에 연결되고 코일의 타측에는 소정 구동 전원(Vcc)이 연결되어 선택단자(SEL)에 의해 릴레이(RY2, RY3)를 활성화/비활성화시킬 수 있도록 구성하며, 상기 제 1, 2 전극(PR1, PR2)도 선택단자(SEL)에 의해 각각 상기 발진부(210)와 검출 및 절대치 평활부(220)와 전기적으로 분리되도록 각각의 아날로그 스위치(U7,U8,U9,U10)에 연결되도록 구성한 것을 특징으로 하는 용매 추출을 위한 상 분리 검출 장치.
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