KR900009107B1 - 가용성 포이즌의 농도 조정 방법 - Google Patents

가용성 포이즌의 농도 조정 방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

가용성 포이즌의 농도 조정 방법
전기 투석 모듀율과 역삼투 장치를 동시에 포함하는 본 발명을 따른 장치의 실시예를 도시한 도식도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 1차 회로 3, 22 : 열 교환기
5 : 2차 열 교환기 12, 36 : 광물 이온 제거기
13, 24, 38, 43, 44, 47, 49 : 저장소
19, 19' : 양이온 수지 베드 20, 21 : 전기 투석 모듀율
27, 39, 40 : 역삼투 장치 37 : 탈가스 모듀율
46 : 압축기
본 발명은 가압수형 원자로의 반응도 조정에 관한 것이다.
가압수형 원자로에서 반응도의 느린 변화는 1차 회로의 냉각재중의 가용성 포이즌의 농도를 조정함으로써 완화된다. 실제로, 반응도에 있어서 이러한 변화는 사이클 동안의 연료소모, 핵분열에 의한 생성물(제논 기타 등등)에 의한 노심의 포이징, 또는 저온 정지 조건과 고온 정지 조건사이의 임의적인 냉각재 온도 변화에 의해 발생한다. 널리 사용되는 가용성 포이즌으로는 가도리늄염 또는 붕산염을 들 수 있다.
종래에는, 냉각재중의 가연성 포이즌 농도는 농축된 포이즌 용액을 삽입하든가, 또는 냉각재를 희석함으로써 조정되었다. 냉각재 희석법은 1차 회로에서 재사용되거나 방출되기전에 처리되어져야 하는 많은 용량의 유출액을 형성케 한다.
재-사용하거나 방출하기 전에 유출액 처리를 피하기 위해, 많은 접근법에서는 냉각재중의 포이즌 농도를 조정하는 동안 얻어진 유출액 용량을 감소시키게 되었다. 예로써, 프랑스 특허 제1,598,608호에서는 냉각재중의 가용성 포이즌 농도를 조정하기 위해 포이즌에 하전된 이온교환 수지를 이용하였으며, 이온 교환 수지의 역 커패시티(capacity)는 이온 교환 수지 작동온도(냉각재 온도)변화에 의한 냉각재 수송동안 조정된다. 포이즌을 고정시키면 이온 교환수지의 작동은 0 내지 40℃에서 일어나며, 포이즌을고정하지 않으면 60 내지 70℃에서 일어난다. 따라서 유출액은 수지내에 저장되어서 방출되지 않는다. 고로 이러한 유출액 재처리 문제는 해결되었다.
그러나, 프랑스 특허 제1,598,608호에 설명된 과정은 비록 아주 많은 유출액 형성에 대한 단점을 포함하지는 않지만 주로 다른 두가지 단점을 갖고 있다 : 첫째는 이 과정은 단지 느린 가용성 포이즌의 농도 변화만를 허용하며, 둘째는 수지에 의존하는 영역내에 처해있는 포이즌 농도만을 조정할 수 있게한다. 따라서 본 발명은 이러한 단점을 극복하고자 시도되었다.
본 발명은 포이즌 농도의 광범위한 영역에서 많은 용량의 냉각제를 신속하게 처리하면서도 많은 량의 유출액이 처리되면서 야기되는 단점을 갖지 않는 과정에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 과정을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다. 좀더 상세하게 본 발명은 가압 수형 원자로의 1차 회로의 냉각체에 함유된 가용성 포이즌의 농도를 조정하는 과정에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 과정은 냉각체를 1차 회로로부터 이동시켜 적어도 하나의 전기투석 모듀율를 통과시킨 후 1차 회로로 되돌아오게 하는데 있다.
더 전진된 것으로 본 발명을 따른 과정은 완전히 반대로도 할 수 있는데, 이는 포이즌의 농도를 증가 또는 감소시키기 위해 같은 전기투석 모듀율을 사용하며, 이 모듀율의 작동을 바꾸기 위해선 단지 전기극성만 반대로 하면됨을 말한다.
양호한 실시예에서, 본 발명을 따른 과정에서 냉각체 일부는 단지 전기투석 모듀율만 통과하며, 나머지 냉각체는 적어도 하나의 역삼투 장치내로 들어간다.
되도록이면, 이러한 과정은 냉각체중의 포이즌 농도가 500ppm(ports per million에)이하 또는 단위 시간당 포이즌의 농도 변화가 50ppm이상으로 조절되어야 한다면, 전기투석 모듀율과 역삼투 장치를 동시에 사용하며, 위의 값 범위 밖에서는 전기투석 모듀율 자체만 사용한다.
가용성 포이즌의 묽은 붕산일 경우에, 붕산의 해리를 촉진하기 위해 시도된 부가물은 냉각체가 1차 회로를 빠져나갈때 냉각체에 첨가된다. 또한 본 발명은 이러한 과정을 실시하는 장치에 관한 것이다. 제1실시예에서, 이 장치는 두개의 회로를 포함하는데, 이중 첫째번 회로는 1차 회로에 닫혀 있으며, 두번째 회로는 유출액 저장소에 닫혀 있으며, 또한 이 두 회로는 적어도 하나는 공통의 전기 투석 모듀율을 통과한다.
이러한 전기투석 모듀율은 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다. 제2차 실시예에서, 전술한 두 회로를 제외로 하고도 이러한 장치는 1차 회로에 닫혀져 있으며 적어도 하나의 역삼투 장치를 포함하는 회로를 포함한다.
더구나, 유출액을 처리하기 위해 계획된 회로, 즉 유출액 저장소를 출발하여 유출액을 물과 가용성 포이즌으로 분리하여 저장소에 물과 가용성 포이즌을 저장시키는 전기 투석 모듀율을 적어도 하나는 관통하는 회로를 갖는 이러한 장치를 보충하는 잇점이 있다.
유출액을 처리하기 위한 이러한 회로는 전기투석 모듀율 대신 역삼투 장치를 포함할 수도 있다. 가용성 포이즌이 붕산일 경우에, 본 발명을 따른 장치는 냉각체가 1차 회로를 떠날때에 냉각체에 부가물을 삽입키 위한 수단과 냉각체가 1차 회로로 되돌아 왔을 때 냉각체로부터 부가물을 제거시키기 위한 수단을 포함하고 있다.
예를들면, 부가물 삽입 수단은 부가물이 이온화되는야 안되는야에 따라 양이온 수지베드 또는 제올라이트로 구성될 수 있다. 제거수단은 양이온 수지베드, 제올라이트 또는 한외 여과기 모듀율로 구성될 수 있다.
본 발명의 더 정확한 이해를 돕기 위해, 첨부된 도면에 도시된 양호한 실시예를 참조하여 상세하게 설명하겠다. 도면은 원자로 1차 회로의 냉각체중에 용해된 포이즌의 농도를 조정하기 위해 계획된 장치를 도시하며 묽은 붕산으로 구성된 냉각체는 2000 내지 100ppm의 붕소를 포함하고 있다. 냉각체는 1차 회로(1)루프의 저온 분지에 연결되어 있는 라인(2)에 의해 1차 회로(1)에서 열 교환기(3)의 고온측에 있는 입구까지 이동된다. 열 교환기(3)의 출구는 연장부 오리피스를 거쳐 냉각체를 30°와 80°사이의 온도까지 냉각시키는 제2차 열 교환기(5)에 연결되어 있다. 열 교환기와 연장부 오리피스는 누설방지 경내, 즉 도시된 벽내에 놓여있으며 나머지 장치는 외부에 위치한다. 필요시 밸브(7)은 포이즌의 농도를 조정하기 위한 회로로부터 경내를 격리시킬 수 있다. 열 교환기(5)를 통과한 후, 냉각체는 (8)에서 여과된다.
만약 1차 회로중 사전에 측정된 붕소의 농도가 정확하다면 밸브(10)는 닫혀 있으며, 반면 밸브(10)는 냉각체가 회로(11)와 광물 이온 제거기(12)와 용량제어 저장소(13)로 유입되도록 열리게 된다.
공급 펌프(14)를 거치는 저장소(13)은 라인(15)에 의해 열교환기(3)의 저온 입구에 연결되어 있으며, 라인(15)은 조절 밸브(16)을 구비하고 있다. 저장소(13)은 라인(17)에 의해 1차 펌프의 제어누설 가스킷에 연결되어 있다. 만약 냉각체중의 가용성 포이즌의 농도가 부정확하면, 밸브(10')가 닫혀있고, 밸브(10)는 포이즌 농도를 조정하기 위한 회로로 냉각체가 유입될 수 있게 열려 있다.
밸브(18)의 개방은 냉각체가 처음으로 양이온(예를들면
Figure kpo00001
)으로 포화된 양이온 수지 베드(19)를 통과하여, 이로부터 베이스 폭이 증가한 이온들을 방출할 수 있게 한다 : 이는 양이온 수지베드를 통과한 냉각체들이 전기투석 모듀울(20과 21)로 들어가기 전에 냉각체에 포함된 붕산의 해리를 촉진시킨다 : 따라서 전기투석 모듀율의 호율은 증가된다.
냉각체가 전기투석 모듀율로 들어가기 전에, 냉각체의 온도는 열교환기(22), (또는 열펌프)에 의해 30°내지 50°사이의 온도보다 더 내려간다.
전기투석 모듀율(20과 21)은 같으며, 모듀율 각각은 막으로 분리된 구간으로 이루져 있다. 더우기, 이들막은 아주 얇으면서 좋은 역학적 강도를 갖고 있다. (예를들면, 1㎜이하의 두께와 1㎡정도의 큰 표면적을 갖는 막의 사용도 가능하다) 임의적으로 이들 막은 양이온 및 음이온이다. 양이온 막은 단지 양이온만 통과시키며, 반면에 음이온 막은 단지 음이온만 통과시킨다. 결과적으로, 이 막들은 임의적으로 음이온과 양이온을 포함하는데, 이는 가용성 포이즌에 양이온과 음이온이 임의적으로 결핍 또는 과용됨을 나타낸다. 붕산으로 이루어진 포이즌을 설명한다면, 이는 전체적으로 음이온
Figure kpo00002
와 양이온 H+로 해리된다. 또한 이 포이즌은 해리된 가도리늄염을 구성할 수도 있다.
전기투석 모듀율(20과 21)로 냉각체를 운반하는 회로는 이들 모듀율을 거쳐서, 붕소가 남게될 경우에는 음이온 막이 되고, 또는 붕소가 결핍될 경우에는 양이온 막이되는 것처럼 많은 분지로 나눠진다(농축성에서 희박성으로 또는 기타 등등으로 변화시키고자 할때는 전기투석 모듀율의 전기적 극성만 바꾸면 된다 : 음이온 막은 양이온 막으로, 양이온 막은 음이온 막으로 바꾸면 된다).
예를들면 냉각체의 한 회로는 음이온 막을 통과함과 동시에 다른 회로(23)는 양이온 막을 통과한다. 이 회로는 1차 유출액을 위한 저장소(24)에 닫혀 있으며, 이 저장소는 1차 회로(1)의 블로우-옵(blow-off)과 벤트(vent), 배출밸브, 및 기타 등등으로부터 나오는 1차 액체 유출액을 저장한다. 각 전기투석 모듀율(20 또는 21) 입구에서, 회로(23)는 냉각체 회로처럼 많은 분지로 나눠져있다. 회로(23)에서 유출액 순환은 펌프(25)에 의해 이뤄진다.
전기투석 모듀율(20과 21)을 통과한 후, 냉각체는(베드(19)에서 방출된 이온들을 혼합하는) 2차 양이온수지베드(19')에 유입된다. 다음 냉각체는 1차 회로(1)로 되돌아 갈수 있는 회로로 들어갈 수 있다.
도면에는 베드(19와 19')를 역전토록 대비되어 있으며, 냉각체가 전기투석 모듀율 통로상의 베드(19')를 관통하며, 또한 베드(19)를 관통함을 도시하고 있다. 사실, 작동 시간 후, 이온들을 더이상 방출하지 않는 베드는 충분한 량의 이온들을 포함하며, 이온들을 고정한 베드는 더이상 이온들을 고정시킬 능력이 없게 된다. 역전이(reversal) 실시되어져야 하는 순간을 결정하기 위해, 펄스 계수기(26)는 일정한 시간내에 전기투석 모듀율에 공급된 냉각체의 전체량을 측정한다 : 어떤 일정시간내의 총량이 펄스 계수기에 측정되어졌을 때, 역전은 자동적으로 일어난다.
냉각체중의 붕소 농도가 충분히 크고 (500ppm이상)농도 변화율이 아주 높지 않을때 (시간당 50ppm이하)는 전기 투석 모듀율만 이용된다.
그러나 붕소 농도가 500ppm이하이거나 농도 변화율이 시간당 50ppm이상일때, 전기투석 모듀율은 부정확할 수 있다. 사실 이러한 조건하에서 붕소의 농도 조정은 가능하나 오랜 시간을 요한다. 이러한 조건은, 연료의 사이클 말기에 붕소량이 적을때 또는 작동전환기간(고온 정지후 시동, 제논과 기타 등등에 의한 노심의 최대 포이징) 동안에 농도 변화율이 아주 크게될때에 나타난다.
이러한 조건하에서, 전기투석 모듀율만 더이상 이용되지 않고 다른 부재가 공급된다. 도면에서 이러한 공급부재는 역삼투 장치(27)로 구성되어 있다. 역삼투 장치(27)의 작동은 밸브(28)로 제어한다. 이 밸브의 개폐는 붕소의 농도 함수로써 자동적으로 제어된다. 역삼투 장치는 종래형이다. 그러나 이 장치는 방향족 플리아미드로 제조된 공동(空洞) 파이버형인 막을 이용함으로 더 양호해졌다. 이러한 막은 냉각체를 두용액으로 분리할 수 있으며, 붕소의 농도가 아주 낮은 용액은 역삼투 장치에서 라인(29)을 통해 방출되고, 붕소의 농도가 매우 높은 용액을 라인(30)으로 방출된다.
만약 냉각체중의 붕소의 농도를 감소시키고자 한다면, 3통로가 있는 탭(31)이 열려져서 라인(29)으로 방출된 유체는 제1차 회로로도 되돌아 가도록 베드(19'), (또는 19)로 들어가며 또한 3통로가 있는 탭(32)이 열려져서 라인(30)으로 방출된 유체는 유출액 저장소(24)로 들어간다.
만약 냉각체내 붕소의 농도를 증가시키고져 한다면, 유체는 라인(29)에서 역전하여 유출액 저장소(24)로 들어가며, 또한 라인(30)에서의 유체는 베드(19' 또는 19)로 들어간다.
지금껏 설명된 장치는 많은 장점을 갖고있다. 이 장치는 광범위한 가용성 포이즌의 농도에서 많은 냉각체용량을 연속적으로 신속하게 처리할 수 있다. 포이즌 농도를 증가 또는 감소시키기 위해서 같은 장치를 이용한다.
장치의 시동과 정지 및 장치의 역전 기능은 자동화되며 또한 매우 신속하게 수행된다. 더구나, 냉각체 처리는 많은 용량의 유출액을 형성하지 않는다. 왜냐면, 전기투석 모듀율은 유출액 용량은 증가시키지 않고, 단지 유출액 저장소(24)상의 닫혀진 회로(23)에 함유된 유체를 짙게 또는 묽게 하는 효과만을 지니고 있다.
그러나, 만약 역삼투 장치(27)가 동시에 사용된다면, 유출액의 용량은 증가한다. 이러한 이유때문에, 저장소(24)에 함유된 유출액을 처리키 위해 장치(33)가 구비되어 있다. 이 장치는 한편으로는 삼투장치(27)에서 생성된 유출액 및 또 다른 한편으로는 51에서 나온 1차 회로의 유출액을 처리한다.
이러한 장치(33)은 저장소(24)에 연결된 라인(34)을 포함하는데, 이 라인내의 유출액은 펌프(35)로 이동된다. 라인(34)은 유출액을 우선적으로 광물 이온 제거기(36)를 거쳐 오염제거 및 탈가스 모듀율(36)을 통과시킨후 마지막으로 저장소(34)로 보내며, 저장소에는 유출액 처리법의 작동을 행하기에 충분한 유출액이 될때까지 유출액이 저장된다. 이 처리법은 직렬로 연결된 두개의 역삼투 장치(39, 40)에 의해 실시된다 : 두펌프(41과 42)는 두개의 역삼투 장치를 압축하여 유체를 순환시킨다. 역삼투 장치(39), (40)은 유출액을 저장소(43)에 저장된 농축된 포이즌 용액과 저장소(44)에 저장된 물로 분리시킨다. 역삼투 장치(40)로부터 나온 농축된 포이즌 용액은 저장소(38)로 되돌아 가므로, 일정한 고농도 용액은 단지 저장소(43)에만 공급된다.
전기투석 모듀율(20), (21)내의 암모니아 농도를 재조정 하는 회로(45)는 유출액을 처리하기 위한 회로로부터 나온다. 이 회로(45)는 전기투석 모듀율내에서 어쩔수없이 일어나는 암모니아 누설을 보상케하는데, 전기투석 모듀율을 빠져 나온 암모니아는 저장소(24)로 보내진다. 재조정 회로(45)는 유출액을 탈가스시킨후, 다시 말하면 모듀율(37)은 유출액중에 용해된 수소 또는 제논같은 다른 가스로부터 암모니아를 분리할 수 있다). 회로(45)는 압축기(46)와 압력을 가해 유출액중의 가스를 감소시키기 위한 저장소(47)와 저장소(47)에서의 압축을 추출키 위한 감압기(48)로 구성되어 있는데, 여기서 저장소(47)는 암모니아를 액화시키며, 감압기(48)는 저장소(49)의 뒷쪽으로 돌려져 있다. 저장소(49)는 암모니아를 용해시키는 물의 입구(53)를 포함하고 있다. 저장소(49)를 나온 유출액은 전기투석 모듀율(20), (21)내로 삽입되는데, 이때 필요하다면 펌프(50)로 유출액을 이동시킬 수 있다.
물론, 본 발명은 단지 보기로 설명된 본 실시예에만 국한되지 않을뿐 아니라 정밀한 장치 또는 동등한 수단을 이용할 때 차이가 나게되는 모든 불일치를 커버할 수 있다.
따라서, 전기투석 모듀율의 부재는 절대적인 제한은 갖지 않으며 특히 원하는 농도의 변화와 문제의 가용성 포이즌에만 의존한다. 또한 전기투석 모듀율은 직렬로는 배열할 수 있지만 병렬로는 배열할 수 없다.
양이온 수지 베드(19), (19')는 붕산의 해리를 촉진시키기 위한 부가물이 이온화되지 않을 경우에는 제올라이트로 대체되어질 수 있다. (양이온 수지 베드는 단지 이온화된 부가물에서만 사용된다).
또한 베드(19), (19')는 한외 여과기 장치로 대체될 수 있다 : 이 경우에 삽입된 부가물은 예를들면 아민 타입 같은 특별히 입자가 굵은 염기성 화합물이 되어서, 냉각체가 전기투석 모듀율로 되돌아오자 곧장, 냉각체는 한외 여과기 모듀율을 통과하여 염기성 화합물로 남게된다.
또한 유출액을 처리키 위한 회로는 전기투석, 모듀율을 사용할 수 있으며, 역삼투 모듀율은 사용할 수 없다. 도면에서 모듀율(39), (40)은 하나 또는 그 이상으로 직렬이나 병렬로 연결된 전기투석 모듀율로 대체되기에 충분하다.

Claims (3)

  1. 원자로의 동작중 원자로의 1차 회로내의 냉각체에 함유된 가용성 포이즌의 농도를 조정하기 위한 공정에 있어서, (a) 상기 1차 회로로부터 상기 냉각체를 이동시키는 단계와, (b) 다수의 막을 포함하고, 극성은 양극 또는 음극중 하나로 제어될 수 있는 적어도 하나의 전기투석 모듀율을 통하여 상기 냉각체를 통과시키는 단계와, (c) 가용성 포이즌의 농도를 상기 냉각체 내에서 증감시키는데 필요한 기능으로써 상기 막의 극성을 제어하는 단계와, (d) 상기 냉각체를 상기 제1회로에 복귀시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 가용성 포이즌의 농도조정방법.
  2. 제1항에 있어서, 냉각체의 일부만이 상기 전기투석 모듀율을 통하여 통과하며, 나머지 냉각체는 적어도 하나의 역삼투 장치내로 유입되는 것을 특징으로 하는 가용성 포이즌의 농도조정방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 냉각체는 부분적으로 상기 냉각체내의 가용성 포이즌의 농도가 500ppm이하이거나, 단위 시간당 가용성 포이즌의 농도가 50ppm이상으로 조정되어져야 할때만 적어도 하나의 역삼투 장치내에서 처리 및 유입되고, 가용성 포이즌의 농도가 500ppm이상이며 단위시간당 가용성 포이즌의 농도가 50ppm이하로 조정되어져야 할때만 상기 전기투석 모듀율내에서 처리되는 것을 특징으로 하는 가용성 포이즌의 농도조정방법.
KR1019830000299A 1982-01-27 1983-01-26 가용성 포이즌의 농도 조정 방법 KR900009107B1 (ko)

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