KR820001653B1 - 원자로심의 냉각수를 정제하기 위한 셀(cell)구조체 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

원자로심의 냉각수를 정제하기 위한 셀(cell)구조체

제1도는 본 발명의 원리를 설명하는 셀구조체의 개략도이며,

제2도는 본 발명의 특성을 이루는 현상을 예시하는 도면이다.

본 발명은 액체의 정제기술에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 원자력 발전소의 제1차 냉각 루우프와 기타 정체 및 농축을 필요로 하는 어떤 양이온 및 음이온을 포함하는 총 흐름으로 부터 물을 처리하기 위한 이온교환 장치와 전기투석 장치의 조합에 관한 것이다.

원자로에서 발생되는 원자력을 제어하기 위해서는 원자로심속을 통해서 흐르는 냉각수에 중성자를 흡수하는 붕소를 용해시키는 것이 통상적이다. 붕소 원자들의 핵들은 원자로심 내에서의 핵분열 과정에서 발생되는 중성자들의 일부를 흡수하며, 그럼으로써 원자로심 내에서의 중성자 집단이 제어, 감소되므로 원자로심에서 만들어지는 원자력을 조절하게 된다. 더구나 이러한 중성자 흡수과정에 있어서 흡수된 중성자를 갖는 붕소핵들은 일반적으로 각각 원자질량수가 7(리튬 7)인 리튬핵 또는 리튬의 동위원소로 붕괴하게 된다.

원자로심의 부식을 억제하기 위해서는 제1차 원자로심 냉각 루우프에 있는 물에 수산화리튬을 첨가하는 것이 보통이다. 이러한 용도를 위하여 선택된 리튬동위원소는 질량수가 7인 동위원소이며 앞에서 언급된 붕소의 기능과 상반되므로 특정의 리튬 동위원소는 일반적으로 중성자들을 보다 적게 흡수하게 되고 또한 유해한 분량의 삼중수소를 보다 적게 발생시킨다. 이러한 관점에서 볼때 리튬의 다른 동위원소들에 비해 상대적 존재비가 높은 특정의 리튬 동위원소가 부족하다.

원자로의 출력을 조정하고 또한 원자로심 냉각재내의 수산화리튬 농도를 조절하도록 제1차 냉각재의 붕소농도를 변화시키기 위해서 여러가지의 매우 정교한 기술들이 실행되어 왔다. 전형적으로 이러한 공정에는 증발기, 결정기, 침전 및 소기(掃氣)단위 및 이와 유사한 기구등이 사용되었으나 이러한 기구들의 성능은 만족스럽지가 못했으며 또한 흔히 원자력발전소의 운행이 제한을 받았으며, 대규모의 변형이 시도되었었다. 이러한 기구들의 부적당성으로 인하여 발생되는 장치 이용의 비용 및 손실은 명확히 부담이 되고 크게 개선시켜야 할 필요성이 존재한다.

더 나아가서 원자로심 내에서의 중성자 노출의 결과로서 수소의 무거운 동위원소인 삼중수소가 흔히 만들어진다. 이 물질은 건강상 및 환경상으로 유해가 있으며 기존 원자력 발전소들에서는 이 삼중수소가 포함된 물을 발전소 구역으로부터 제거하기 위하여 상당한 노력이 기울여지고 있다

방사능을 지닌 폐수처리에 대하여 이온교환법과 전기투석법을 적용시키는 것에 관해 다소의 연구가 진행된바 있었다. 간략히 기술하자면, 이 연구는 염류들이 특정한 구간내에서 수집되어 농축되며 정제된 물이 투과선택성막들을 통한 이온전달을 거쳐서 만들어지는 표준 전기투석 셀의 배열을 결합시킨 것이다.

전기투석 목적의 어떤 물질 또는 막들은 양이온에 대하여 선택적으로 투과성이며 또한 다른 막들은 음이온에 대하여 투과성이라는 것이 밝혀졌다. 어떤 양이온 막이 이온이 풍부한 물과 음성으로 대전된 음극사이에 위치하는 경우, 양성으로 대전된 양이온들은 양이온막을 통하여 음극으로 이동하게 될 것이나 이 막은 음성으로 대전된 음이온들이 이 막을 통해서 음극으로 이동하는 것을 효과적으로 차단할 것이다.

이와 똑같은 방식으로 음이온막은 음성으로 대전된 음이온들이 양성으로 대전된 양극을 향하여 이동하도록 허용하며 동시에 양이온이 그와 똑같은 방향으로 이동하는데 대하여 장벽을 제공하게 된다. 정제되는 물의 흐름에서 이온의 제거와 전달을 용이하게 하기 위하여 이온교환수지들로 이루어진 혼성층을 사용하며 농축된 폐기물의 흐름들은 폐기물처리를 위해 수집되어서 고체화된다. 이러한 배열은 한쌍의 전극들 사이에 교대로 끼워진 농축물과 정제된 물의 구간들로 이루어진다.

여기에서 발생되는 화학반응 및 화학적 현상에 관해서는 다음과 같다. 간략히 기술하면, 많은 산과 많은 염기들이 물에 녹아서 성분이온들로 된다. 그러므로 붕산은 수용액속에서 음성으로 대전된 붕산염이온과 양성으로 대전된 수소이온으로 분해된다. 음성으로 대전된 모든 이온을 "음이온(anion)"이라 하고 양성으로 대전된 모든 이온을 "양이온(cation)"이라 부른다.

어떤 형태의 수지들은 음이온에 대한 친화성을 갖고 또한 다른 형태의 수지들은 양이온에 대한 친화성을 갖고 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 지식을 이용하여 물로부터 이온화된 물질을 제거하여 왔다. 따라서 이온이 풍부한 물을 음이온 수지 및 양이온 수지로된 혼성층을 통하여 통과시키면 음이온 수지는 물로부터 음이온을 제거하고 또한 양이온 수지는 물로부터 양이온을 제거한다.

반면에 전기투석은 완전히 다른 방법이다. 통상 한쌍의 전극들을 이온이 풍부한 물속에 담그는데 이들 전극들은 서로 상반되는 전하로 대전되어 있어서, 음성으로 대전된 음이온들은 양성으로 대전된 양극으로 이동하는 경향이 있다. 이와 반대로 양성으로 대전된 양이온들은 음성으로 대전된 음극으로 향하여 이동하는 경향이 있다.

본 발명의 예시적 목적으로, 하나의 양이온수지층을 양이온막과 음성으로 대전된 음극의 사이에 위치시키고 또한 하나의 음이온 수지층을 음이온막과 양성으로 대전된 양극의 사이에 위치시킨다. 이러한 예시적 구조체를 완성하기 위하여 두개의 막들을 앞의 조합에 추가한다.

예를들면, 양이온막은 음이온 수지층과 양성으로 대전된 양극의 사이에 끼워지고 음이온막은 양이온 수지층과 음성으로 대전된 음극의 사이에 끼워진다.

본 발명의 이러한 구조적 특성은 혼성된 수지층으로부터 매우 순수한 탈염수의 연속적인 흐름을 제공할 뿐만 아니라 음이온 수지층을 에워싸는 양극전해액 구간으로부터 농축된 산 및 양이온 수지층을 에워싸는 음극전해액 구간으로부터 농축된 알칼리의 연속적인 흐름을 제공한다.

산과 염기의 이러한 연속적인 생산은 음이온과 양이온을 결합시켜 농축된 염으로 된 물의 흐름을 만드는 이욘교환 수지법과 전기투석법을 결합시킨 종전의 시도들과는 명확히 대조된다.

특히 원자로심의 냉각수 정제문제들에 적용시킨 본 발명의 전형적 실예는 농축된 붕산 및 수산화리튬은 물론 정제수를 제조할뿐 아니라 중성자를 흡수한 B^-10핵의 붕괴에 의하여 만들어지는 Li^-7을 이용하고 또한 이 희소물질로서 도입된 동위원소를 회수하는 매우 유리한 효과를 가진다. 더구나 이러한 셀구조체에 적절한 물질을 첨가함으로서 동 물질에 의하여 물로부터 삼중수소가 적절하게 추출되어서 농축된 형태로 이후에 처분할 수 있도록 한다.

따라서 본 발명의 원리에 의거하여 이온이 풍부한 공급액체를 탈염용액, 농축산 및 농축알칼리의 흐름으로 연속적으로 처리하는 구조체를 제공하여 더 나아가 원자로심 냉각수와 함께 사용된 본 발명의 특성을 갖춘 셀구조체는 Li^-7의 회수 및 삼중수소 제거등의 이점을 제공한다.

본 발명을 첨부된 예시도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에서는 일렬을 이루고 있는 네개의 셀들(10,11,12 및 13)을 도시하였다. 셀(10)과 (12)는 주요 특성들이 서로 똑같고, 또한 셀(11) 및 (13)은 서로 비슷하나, 아래에 기술하는 바와 같이 이것의 구조적 성분들의 상대적 배열이 셀(10) 및 (12)과 서로 다르다.

셀(10)은 양극 구간(15)에 하나의 양극(14)을 가지며, 예시한 바와 같이 양극(14)는 적절한 전원장치(도시하지 않았음)에 전기적으로 연결되어서 전극표면상에 양성전자를 발생한다. 양극구간(15)는 양이온막(17)에 의하여 양극전해액 구간 (16)으로부터 분리된다.

앞에서 언급한 바와 같이, 양이온막은 양성으로 대전된 양이온이 막의 한쪽에서 다른쪽으로 이동하는 것을 허용하나, 음성으로 대전된 음이온이 막의 한쪽으로부터 막의 반대쪽으로 이동하는 것을 허용하지는 않는다. 예시적으로 몇가지 전형적인 양이온막들이 Chemical Engineers' Handbook, (Perry, et al., McGraw Hill Book Company, New York, 1973) 제5판의 17-53페이지에 열거되어 있다.

또한 lonics주식회사의 양이온막 61-CZL-183이 본 발명을 포괄하는 용도에 적당하다는 것이 밝혀졌다. 양극전해액 구간(16)에는 대체적으로 장방형의 프리즘 모양을 한 용적에 충진된 음이온수지층(20)을 포함하는데 이 프리즘의 한쪽은 양이온막(17)에 의해 형성된다. 일반적으로 음이온 수지층(20)은 가급적 오염성의 음이온들을 흡수하고 또한 보다 바람직한 음이온들을 유리하는 수지물질로 된 구형의 비이드들을 충진시킨 질량체이다. 전형적으로 Rohm ＆ Hass의 "Amberlite" 음이온수지 IRN-78이 본 발명에 사용하기에 적당하다. 막(17)과 간격을 두고 평행하게 위치하는 음이온막(21)은 양극전해액 구간(16)의 다른쪽을 형성한다.

오직 음이온성 물질만 또는 오직 양이온성 물질만을 흡수하는 수지층을 단일이온 교환수지층이라고 부른다. 예측할 수 있는 바와 같이, 음이온막들은 음성으로 대전된 이온들이 막의 한쪽으로부터 다른쪽으로 이동하는 것을 허용하나 양성으로 대전된 이온들이 막의 한쪽으로부터 다른쪽으로 이동하는 것을 허용하지는 않는다. 몇가지의 음이온막들이 역시 Chemical Engineers' Handbook의 17-53페이지에 열거되어 있으며 또한 lonics주식회사의 음이온막 103-PZL-065를 본 발명의 셀구조체에 사용할 수 있다.

혼성수지층(22)는 장방형의 프리즘 모양을 한 공급입구 구간(23)의 용적을 채운다. 혼성층(22)에 있는 수지들은 처리하려는 액체에 가장 적합한 형태의 것으로 되어 있다. 어떠한 경우에 있어서는 혼성수지층(22)이 양이온 및 음이온에 대한 친화성을 가져서 두가지 모두의 물질들을 용액으로부터 제거한다. 제1도에 도시한 바와 같이 혼성수지층(22)는 음이온막(21)과 양이온막(24)의 사이에 끼워져 있다. "Amberlite" 혼성층수지 IRN-150(Rohm and Haas에 의해 판매중)가 기술된 용도에 사용될 수 있다.

또한, 양이온막(24)는 공급입구 구간(23)을 음극전해액 구간(25)로부터 분리시키는 격벽을 형성한다. 음극전해액 구간(25)내에서, 수지비이드들 또는 이의 유사한 것들로 충진된 장방형의 프리즘 모양을 한 양이온수지층(26)은 이 구간(25)에서 오염성 양이온들을 바람직한 양이온들로 교환한다. Rohm and Hass의 "Amberlite" 양이온수지 IRN-77은 적절한 결과를 가져오는 전형적 수지이다.

전기적으로 적절한 전원장치(도시하지 않았음)에 연결되어 음성으로 대전된 음극(27)은 음이온막(30)에 의해 음극전해액 구간(25)으로부터 격리되며 또한 양이온수지층(26)에 의하여 양이온막(24)로부터 일정한 간격이 띄워진다. 이러한 방식으로 막(30)은 양이온막(24)과 평행한 음극전해액 구간(25)를 위한 격벽을 형성한다.

셀(12)는 구조에 있어서 셀(10)과 똑같다는 것을 앞에서 밝혔다. 따라서, 셀(12)는 양극전해액 구간(33)내에서 양이온막(34)에 의하여 음이온수지층(32)로 부터 일정한 간격을 지닌 양성으로 대전된 양극(31)을 가진다. 또한 양극전해액 구간(33)은 음이온막(37)을 통하여 공급구간(36)내에서 혼성수지층향으로부터 격리되어 진다.

음극전해액 구간(40)은 양이온막(41)에 의해서 공급구간(36)으로부터 격리되며 양이온수지층(42)이 양이온막(41)과 음이온막(43)의 사이에 끼워진다. 이 막(43)은 역시 양이온수지층(42)과 음성으로 대전된 음극(44)의 사이에 위치한다.

셀(11)은 구조적 조성이 상대적으로 다소 다른 배열을 한다. 따라서 음성으로 대전된 음극(27)은 음이온막(46)을 통하여 양이온수지층(45)로부터 분리되며, 양이온막(47)은 음극전해액 구간(50)에 있는 양이온수지층(45)와 공급구간(52)에 있는 혼성수지층(51)사이에 하나의 격벽을 이룬다. 양극전해액 구간(53)은 격벽으로서의 기능을 하는 음이온막(54)에 의하여 공급구간(52)에 인접하여 형성되고 공급구간(52)와 양극전해액 구간(53)사이에 음이온지수층(53A)이 끼워진다.

양성으로 대전된 양극(31)은 또한 양이온막(55)에 의하여 양극전해액 구간(53)으로부터 격리된다. 셀(13)은 셀(11)과 비슷한 방식으로 배열된다. 셀(13)은 음이온막(60)에 의하여 음성으로 대전된 음극(47)로부터 격리된 양이온 수지층 (57)을 포함하는 음극전해액 구간(56)을 가진다. 공급구간(61)은 음극전해액 구간(56)과 양극전해액 구간(62)의 사이에 형성되며 이 공급구간(61)에는 양이온막 (64)에 의해 음극전해액 구간(56)으로부터 분리되며 또한 음이온막(65)에 통하여 양극전해액 구간(62)로 부터 분리된 혼성수지층(63)을 수용한다. 또한 이러한 관점에서 양극전해액 구간(62)에는 음이온 수지층(66)이 음이온막(65)과 양이온막(67)의 사이에 끼워지며, 양이온막(67)은 음이온수지층(66)을 양성으로 대전된 양극 (70)으로부터 분리시킨다.

보통 전극 구간들은 질산과 같은 묽은 전해액으로 세척되여지나 본 장치는 각 전극구간내에 혼성수지층을 결합시키고 또한 셀 유출성 탈염수의 흐름으로 세척해주는 가능성을 가지고 있다. 전극세액도관(71)은 오염물질, 가스 및 이와 유사한 것들을 양극 및 음극구조들로 부터 씻여내기 위하여 세액입구(72), 및 양극(14,31,70), 음극들(27,44) 그리고 세액배출구(73)의 사이에 배열되어 액체유통을 가능하게 함으로써 본 발명에 의한 구조체의 효율을 유지하는데에 도움을 준다. 공급액체는 입구(74)에 가까운 위치에 표시된 화살표에 의해 나타낸 방향으로 공급입구 구간(23), 도관(75), 공급구간(52), 도관(76), 공급구간(36), 도관(77), 공급구간(61) 및 공급액체 배출도관(80)을 포함하는 경로를 통해서 흐르도록 하기 위하여 공급액체 입구도관(74)를 통하여 본 발명에 의한 구조체에 들어가게 된다.

양극전해액은 제1도에 도시한 본 발명의 예시적 실시예에서 양극전해액 입구도관(51)을 경유하여 본 발명에 의한 구조체로 들어가고, 또한 도관(81)에 인접하게 나타낸 화살표의 방향으로 양극전해액 구간(62), 도관(82), 양극전해액 구간 (33), 도관(83), 양극전해액 구간(53), 도관(84), 양극전해액 구간(16)을 통하여 흘러서 양극전해액 배출도관(85)를 통하여 본 구조체로부터 배출된다. 음극전해액이 흐르는 경로는 음극전해액 입구도관(86)에서 시작하여 도관(86)에 인접하여 표시된 화살표의 방향으로 음극전해액 구간(56), 도관(87), 음극전해액 구간(40), 도관(90), 음극전해액 구간(50), 도관(91), 음극전해액 구간(25)의 순서로 경유하여 계속 흘러가 음극전해액 배출도관(92)을 통하여 본 발명에 의한 구조체로부터 배출된다. 다수의 셀구조체를 갖는 연속적인 흐름의 배열은 각각의 양극전해액 및 음극전해액의 흐름틀에 있어서 원하는 화학적 농축인자들의 정도에 따라서 고안할 수 있으며 이와 마찬가지로 혼성층 구간으로부터 유출되는 바람직한 순도의 정도에 따라서 구간 배열 구조체들의 숫자를 결정하게 된다. 이와 반대로 평행흐름의 배열은 본 방법의 흐름용량에 따라서 고안할 수 있다.

본 발명의 원리들을 구체화시키는 전형적인 본 발명에 의한 구조체의 작동 및 이온전달의 메카니즘을 보다 상세하게 설명하기 위하여 제2도를 도시하였다. 제2도는 공급입구 구간(23), 음극전해액 구간(25), 양극전해액 구간(16), 음극(27) 및 양극(14)등의 일부를 보여준다. 음이온막(21)과 양이온막(24)의 사이에 한정되어 있는 혼성수지층(22)는 대체로 구형의 양이온수지 비이드(93) 및 이와 유사한 형상으로된 음이온수지 비이드(94)들의 군으로써 만들어진다. 또한 양극전해액 구간안에서는 본 발명의 특성에 따라서 음이온수지 비이드(95)의 덩어리로 구성된 음이온수지층(20)이 음이온막(21)과 양이온막(17)의 사이에 끼워진다. 음극전해액 구간(25)에는 역시 이 구간을 위한 양이온수지층(26)을 형성하는 양이온수지 비이드 (99)들이 배열되어 있다. 앞에서 이미 언급한 바와 같이 양이온수지층(26)은 양이온막(24)와 음극전해액 구간(25)을 음성으로 대전된 음극(27)으로부터 분리시키는 음이온막(30)의 사이에 끼워진다.

작동시, 현재 고려중에 있는 본 발명의 구체적 실예에 비추어서, 이온화된 붕산(H₃BO₃)을 포함하는 공급액체와, 이온화된 수산화리튬^-7(Li^-7OH)은 화살표(97)의 방향으로 공급입구 구간속으로 들어가게 된다. 이러한 이온화된 상태에서, 공급액체는 양성으로 대전된 수소양이온(H⁺)과 리튬양이온(Li⁺), 그리고 음성으로 대전된 붕산염 이온(BO^-, BO₃ ^-,B₃O₃ ^-)과 수산음이온(OH^-)등을 포함한다.

붕산염이온들은 음이온비이드(94)상에 수산이온들과 치환되므로써 용액으로 부터 제거되며 이와 비슷한 방식으로 이온화된 리튬은 양이온비이드(93)상에 H⁺이온과 치환된다.

양이온수지비이드(93)와 음이온막(21)의 사이에 있는 접점(100)과, 음이온수지비이드(94)와 양이온막(24)의 사이에 있는 접점(103)에서는 각각 물분자들이 분해되어서 OH^-및 H⁺이온들을 형성한다.

이러한 상황에서, OH^-이온들은 양성으로 대전된 양극(14)을 향하여 이동하며, 또한 H⁺이온들은 음성으로 대전된 음극(27)을 향하여 이동한다.

이러한 이동시, 이들 이온들은 각각의 상대방에 해당하는 리튬이온 및 붕산염이온을 해당수지비이드(93,94)로 부터 치환하여 해당수지들을 전기적으로 재생시킨다. 치환된 리튬 양이온은 수소비이드의 사슬을 통하여 그리고 음극전해액 구간 (25)에서 농축을 하기 위하여 양이온막(24)을 통하여 전류의 일부를 운반하게 될 것이다.

또한 물과 음극(27)의 사이에서 음극성 반응에 의해 발생된 수산이온들은 음극(27)이 잠겨져 있는 세척액으로 부터 음이온막(30)을 통하여 이동하며 이러한 수산이온들은 양이온수지층(26)을 포함하는 음극전해액 구간(25)에서 농축된다. 수소이온들도 역시 양이온막(24)를 통하여 이동하고 또한 음극전해액 구간(25)에서 수집되고 수산이온들과 재화합하여 물을 형성한다.

음극(27)에서의 음극성 반응의 공통적인 결과는 수소기체의 발생 및 수산이온의 형성이며, 양이온막(24)을 통한 리튬의 이동및 양이온막(24)를 통한 수산이온의 이동의 공통적 결과는 수산화리튬의 형성이다.

양이온수지층(26)은 초기에 리튬이온들로 포화되어 용액/수지의 평형상태에 도달하게 될 것이다. 양이온막(24)을 통하여 이동하는 다른 부가적인 오염성 양이온들이 양이온수지층(26)상에 흡수될 것이며, 음극전해액 구간(25)에 수산화리튬의 양이온이 정제된 용액을 제공해준다.

리튬^-7은 원자로심에서 중성자-붕소 반응의 생성물의 한가지이며 이러한 농축된 형태의 리튬의 특정한 동위원소는 공급이 거의 되지 않는다는 것을 앞에서 언급하였다.

본 방법을 실제로 이용을 하면, 원자로심 냉각재용으로 초기 충전수(水)에 첨가되는 리튬^-7동위원소는 절약이 되고 또한 중성자-붕소 반응을 통해서 생성되는 부가적 리튬^-7도 축적이 된다.

이러한 상황에서 본 발명의 방법은 리튬^-7의 자급자족을 이룰수 있을 뿐만 아니라 다소의 리튬^-7잉여분을 만든다.

이와 다소 유사한 방식으로, 붕산염 및 수산 음이온들은 음이온수지 비이드(94)를 통하여, 또한 음이온막(21)을 통하여 이동한다. 음이온수지 비이드(94) 및 양이온막(24)의 접점(103)에서는 각각 물분자들이 분해되어서 OH^-및 H⁺이온들을 생성하며, 이러한 상황에서 수산이온은 음이온수지 비이드(94)을 통해서 이동하여 붕산염이온과 치환시킨다.

치환된 붕산염이온은 수지비이드 사슬을 통하여 또한 음이온막(21)을 통하여 전류의 일부를 운반하며 이로써 붕산염이온들은 음이온구간에서 농축된다.

물과 양극(14) 사이에서의 양극성 반응에서 생성되는 수소이온들은 동시에 양이온막(17)을 통하여 양극 전해액 구간(16)으로 이동하여 농축된 붕산(H₃BO₃)의 흐름을 형성한다. 물과 양극(14) 사이의 양극성반응(전기분해)은 또한 연속적인 세정작동에 의하여 유출되는 산소기체를 생성하게 될 것이다.

음이온막(21)을 통하는 붕산염의 이동과 양이온막(17)을 통하는 H⁺이온의 이동의 공통적인 결과는 음이온수지층(20)을 포함하는 양극전해액 구간(16)에 붕산을 형성하는 것이다. 음이온수지는 초기에 붕산염이온들로 포화되어 용액/수지의 평형상태에 도달하게 된다. 음이온막(21)을 통해서 이동하는 부가적인 오염성 음이온들은 음이온 수지층(20)에 의해 흡수가 될 것이며 따라서 양극 전해액 구간(16)에 붕산의 음이온이 정제된 용액을 제공하게 된다.

음이온 및 양이온의 오염물들이 각각의 음이온수지층(20) 및 양이온수지층 (26)상에 포화되면, 이러한 이온들은 양극전해질 구간(16) 및 음극전해질 구간(25)내의 용액의 흐름에서 수집될 것이며, 이러한 것들이 분석적 방법등에 의하여 검출될 경우에는 셀단위의 극성이 역전되어서 전극(14)를 음극으로 그리고 전극(27)을 양극으로 전환시킨다.

이렇게 역전된 극성방법은 음이온수지 비이드(95)들을 재생시키고 동시에 빠져나간 오염성 음이온들은 양극전해액 구간(16)으로 부터 음이온막(21)을 통하여 공급구간(23) 속으로 전류의 일부를 운반하여, 이러한 오염성 음이온들은 공급용액의 흐름과 더불어 본 기구로 부터 배출된다.

마찬가지로 극성이 역전되어 작동되는 동안에는 음극전해액 구간(25)에 위치하는 양이온수지 비이드(96)들은 재생이 되어질 것이고, 또한 빠져나온 오염성 양이온들은 음극전해액 구간(25)으로 부터 양이온막(24)을 통해서 공급구간(23) 속으로 전류의 일부를 운반하여, 오염성 양이온들은 공급용액의 흐름과 더불어 표시된 화살표(97)의 방향으로 본 발명에 의한 구조체로 부터 배출된다.

역전된 극성의 방법이 아닌 정상 작동시 공급입구 구간(23)으로 부터 흘러나가는 유출액은 완전한 탈염수이다.

궁극적으로, 본 발명의 구체적 실예에 따라서, 전형적인 셀 유동경로는 구간 (16,23 및 25)로 부터 각각 농축된 붕산, 탈염수 및 농축된 수산화리튬으로 분리되어 정제된 흐름들로서 이루어지는 최종생성물들을 만들기 위한 연속적인 공정을 제공하게 된다.

앞에서도 언급한 바와 같이, 양극들과 음극들은 연속적으로 세척되어 불순물들을 제거하게 되고 또한 전극반응들로 부터 발생되는 기체들도 역시 연속적으로 배출될 것이다. 전형적으로 중량으로써 3%-5%의 붕산이 양극전해액 구간들로 부터 흘러나가는 액체에 유지될 것이며, 또한 1000ppm-5000ppm의 수산화리튬^-7이 음극전해액 구간들로 부터 흘러나가는 흐름에 유지될 것이다.

원자로심 내에서 삼중수소가 핵분열과정 및 중성자반응으로 부터 용해성 화학물질들과 더불어 만들어지며 또한 이 특정한 수소 동위원소는 건강상 및 환경상의 문제점을 일으키는 것으로 알려져 있다.

중수(重水), 즉 원소수소의 삼중수소 동위원소가 산소와 화학결합을 한 물분자의 바람직한 교환이 무기물의 한 형태와 함께 관찰된바 있었다.

이러한 놀라운 현상은 특히 검토와 관련하여 특별히 관찰되었다. 이것에 관한 실제의 메카니즘은 전적으로 분명하게 밝혀지지는 않았으나 한 학설이 고령석 점토에서 이것을 밝혀주었는데, 예를들면 삼중수소가 고정된 격자위치로 부터 알루미늄과 치환되고, 그럼으로써 점토 구조에서 알루미늄 원자들은 고정된 격자위치로 부터 교환위치로 이동하는 것으로 알려졌다.

바람직한 삼중수소 분리방법의 강화는 이온화방법 및 이온전달방법에 의하여 유도될 수 있다.

또한 전기투석은 이온교환율을 강화하기 위하여 사용될 수 있는 방법이다.

제1도 및 제2도와 관련하여 앞에서 언급한 셀구조체는 전기투석 환경을 이루어주며, 이러한 상황하에서 제2도에 도시한 혼성수지층(22)에 고령석 점토 또는 삼중수소를 바람직하게 흡수하는 다른 적당한 물질로된 비이드를 대치함으로써 원자로심 냉각재로 부터 삼중수소를 연속적으로 추출해내는 개선된 셀구조체를 제조하여 삼중수소의 처리문제를 단순화하고 삼중수소를 좀더 용이하게 추출해내거나 또는 그이상의 용도에 이용할 수 있을 것이다. 원하는 정제의 정도에 따라서 보다 많은 셀들을 제1도에 도시한 구조체에 추가시킬 수 있다.

특징의 적용 목적에 따라서 앞에서 설명한 구체적 실시예를 특징으로 하는 한개 또는 그 이상의 음이온 및 양이온수지층들을 셀구조체로 부터 제거시킬 수도 있고, 또한 상황에 따라서는 상호 교환시킬수도 있을 것이다.

Claims (1)

1. 이온화된 용액을 농축된 산, 농축된 알칼리 및 탈염용액의 흐름으로 분리시키는 셀구조체에 있어서, 음이온 수지와 양이온 수지의 혼성층(22,35,51 및 63), 혼성수지층의 한 면을 위하여 격벽을 형성하는 음이온막(21,37,54 및 65), 혼성수지층의 다른 한 면을 위하여 격벽을 형성하는 양이온막(24,41,47 및 64), 음이온막에 인접한 음이온 수지층(20,32,53A 및 66)과 이러한 음이온 수지층의 한면을 위하여 격벽을 형성하는 양이온막(17,34,55 및 67), 혼성 수지층의 다른 한 면을 위하여 격벽을 형성하는 양이온막에 인접한 양이온 수지층(26,42,45 및 57)과 이러한 수지층의 다른 한 면을 위하여 격벽을 형성하는 음이온막(30,43,46, 및 60), 양이온 수지층과 이러한 양이온 수지층을 분할하는 음이온막으로 부터 일정한 간격을 두고 위치한 음극(27,44), 음이온 수지와 양이온 수지의 혼성층과 함께 액체의 소통을 이루어주는 공급액체 입구 도관(74), 탈염용액을 위하여 음이온 수지 및 양이온 수지의 혼성층으로 부터 액체수송을 이루어주는 공급액체 배출도관(80), 음이온 수지층과 함께 액체 소통을 이루어 주는 양극전해액 입구도관(81), 농축된 산을 위하여 음이온 수지층으로 부터 액체수송을 이루어주는 음극전해액 입구도관(86) 및 농축된 알칼리를 위하여 양이온 수지층(26)으로 부터 액체 수송을 이루어 주는 음극 전해액 배출도관(92) 등으로 구성시켜 이온화된 용액을 농축된 산, 농축된 알칼리 및 탈염용액의 흐름으로 분리시키는 원자로심의 냉각수를 정제하기 위한 셀구조체.

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