KR20070056575A

KR20070056575A - 이온교환수지 충전기

Info

Publication number: KR20070056575A
Application number: KR1020050115460A
Authority: KR
Inventors: 임성팔; 정흥석; 안도희; 황승렬; 임인철; 안국훈; 전병진
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-06-04
Also published as: KR100741417B1

Abstract

본 발명은 이온교환수지 충전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온교환탑에 공급할 수지를 저장 및 공급하기 위한 수지 저장 및 공급조와; 수지의 연속 충전을 가능하게 하는 동력원을 제공하는 운송 펌프와; 및 상기 운송 펌프에 필요한 물을 저장하거나, 상기 수지 저장 및 공급조와 상기 이온교환탑 내 과잉의 물을 회수하기 위한 운송수 저장조를 포함하여 구성된 이온교환수지 충전기에 대한 것으로서, 본 발명의 이온교환수지 충전기로 이온교환탑에 이온교환수지를 충전하면 이온교환수지의 파손을 최소화하면서 동시에 수지 사이에 기포가 유입되는 것을 방지함으로써 충전된 이온교환탑의 성능을 최대한 발휘하도록 이온교환수지를 슬러리 상태로 이온교환탑에 연속으로 충전할 수 있는 유용한 효과를 제공할 수 있다.

이온교환수지, 이온교환탑, 수지 충전기

Description

이온교환수지 충전기{Loading machines for ion exchange resin}

도 1은 본 발명의 이온교환수지 연속 충전기의 구조도를 나타내고,

도 2는 본 발명의 이온교환수지 연속 충전기와 연결되는 이온교환탑을 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 수지 저장 및 공급조

110 : 운송수 주입관 120 : 수지 투입구

130 : 수지 눈금자 140 : 관찰창

150 : 수지 공급관 160 : 벤트

170 : 바이패스 관

200 : 운송펌프

300 : 운송수 저장조 310 : 과잉 물 수집관

320 : 필터 330 : 벤트

401, 402, 403, 404 : 밸브

500 : 이온교환탑

510 : 벤트 520 : 수지 주입관

본 발명은 이온교환수지 충전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온교환탑에 공급할 수지를 저장 및 공급하기 위한 수지 저장 및 공급조와; 수지의 연속 충전을 가능하게 하는 동력원을 제공하는 운송 펌프와; 및 상기 운송 펌프에 필요한 물을 저장하거나, 상기 수지 저장 및 공급조와 상기 이온교환탑 내 과잉의 물을 회수하기 위한 운송수 저장조를 포함하여 구성된 이온교환수지 충전기에 대한 것이다.

이온교환수지는 물과 접촉하면 수지 내의 이온과 물 속에 포함된 이온이 서로 교환됨으로써 물 속에 있던 이온들을 제거하거나 분리하는 데 사용된다. 이온교환수지는 가정에서 물을 정화하는데 사용되는 것은 물론 산업적으로도 용수의 정화, 폐수 처리 등 매우 폭넓게 사용되고 있다. 특히, 원자력발전소와 연구용 원자로 등에서는 원자로 1차 냉각수 계통 및 사용후 핵연료 보관 수조 등에 매우 순도 높은 물을 요구하기 때문에 이온교환수지는 매우 중요하게 사용되고 있다. 또한, 원자력발전소, 연구용 원자로, 기타 원자력시설에서 발생하는 방사성 폐수 중의 이온성 방사성 물질을 제거하는 데도 매우 유용하게 사용되고 있다.

그런데, 이온교환탑, 특히 가장 폭넓게 사용되고 있는 유체(물)가 아래로 흐르는 하향류(下向流) 방식의 이온교환탑에서 이온교환수지를 충전할 때는 이온교환수지 사이에 기포가 유입되지 않도록 매우 조심하여야 한다. 만약, 수지 사이에 기포가 다량 유입될 경우, 이를 제거하기가 극히 힘들며 유체가 균일하게 흐르지 않는 채널링 현상이 발생하여 이온교환탑의 성능 저하는 물론 이온교환수지의 수명이 크게 단축된다.

이러한 현상에 의한 수질 저하는 가정, 일반 산업 시설, 원자력 산업 시설에 설치된 모든 이온교환탑에서 큰 문제가 된다. 다만, 가정 또는 일반 산업에서는 이러한 문제가 발생하면 비록 번거롭기는 하지만 수지를 꺼냈다가 이를 다시 충전한 다음 수지를 다시 재생하여 사용할 수 있기 때문에 이온교환탑 운용에 그다지 큰 어려움이 없다. 그러나, 원자력 산업에서는 한번 이온교환탑에 충전된 수지는 재생하여 사용하지 않는 것을 원칙으로 하고 있기 때문에 재생이 불가능하여 폐 이온교환수지의 발생량이 늘게 되기 때문에 특히 주의가 필요하다.

따라서, 경우에 따라서는 이온교환탑에 역세 설비를 설치하여 충전시 이온교환수지를 탑 안에 채운 다음 이온교환탑 하부에서 물을 상부로 세게 불어 넣어 수지 사이에 유입된 기포를 제거하고 있다. 그런데, 이와 같이 유입된 기포를 제거하기 위한 역세 설비가 설치되어 있지 않은 이온교환탑도 상당수 있으며, 또한 이 와 같은 설비를 가동한다 하더라도 만족할 만큼 기포 제거가 이루어졌는 지 확인하기가 곤란하다.

따라서, 이온교환탑에 처음 수지를 충전할 때 아예 수지 사이에 기포가 유입되지 않도록 하는 것이 가장 좋은 방법이다.

이와 관련된 가장 초보적인 충전 방법은 이온교환탑에 일정량의 증류수 또는 탈염수를 채우고, 탑 상부에서 이온교환수지를 퍼 넣는 것이다. 이온교환수지는 물 속으로 가라앉으면서 수지 사이의 기포는 위로 떠올라 제거된다. 그런데, 일반적으로 이온교환탑에 설치된 이온교환수지 주입관은 1 인치 정도로 입구가 그다지 넓지 않기 때문에 막힘 현상 등으로 인하여 이온교환수지의 주입이 원활하지 않아 노동력과 시간이 많이 소요된다는 단점이 있다.

이를 개선한 것이 이온교환수지에 다량의 증류수 또는 탈염수를 가하여 슬러리 상태로 만든 후 슬러리를 펌프를 통하여 이온교환탑에 주입하는 방법이다. 이 방법은 충전이 간편하고 충전 시간이 짧지만, 펌프에 의한 이온교환수지의 손상이 크며 이송에 매우 많은 물(증류수 또는 탈염수)이 필요하다. 만약, 펌프에 주입되는 슬러리 중에 물이 충분하지 않으면 펌프가 막혀 작업에 지장을 초래하기도 한다.

이에 본 발명자들은 이온교환탑에 수지의 손상을 최소화하면서 수지 사이에 기포가 유입되지 않고 연속적으로 수지를 충전할 수 있는 장치의 필요성을 절감하던 중, 사용이 더욱 편리하고 충전 효과가 매우 우수한 이온교환수지 충전 장치를 개발하고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 수지 사이에 기포가 유입되는 것을 방지함은 물론 이온교환수지의 파손을 최소화하면서 이온교환수지를 이온교환탑에 연속적으로 충전하기 위한 이온교환수지 연속 충전기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 이온교환탑에 공급할 수지를 저장 및 공급하기 위한 수지 저장 및 공급조와;

상기 수지 저장 및 공급조에 물을 공급함으로써 상기 수지 저장 및 공급조에 저장된 수지를 상기 이온교환탑으로 밀어내기 위한 동력을 제공하거나 상기 이온교환탑에 물을 직접적으로 공급하기 위한 동력을 제공하는 운송 펌프와; 및

상기 운송 펌프에 필요한 물을 저장하거나, 상기 수지 저장 및 공급조와 상기 이온교환탑 내 과잉의 물을 회수하기 위한 운송수 저장조;를 포함하여 구성되는 이온교환수지 연속 충전기를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예인 구성 및 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 이온교환수지 충전기의 구조도이고, 도 2는 본 발명의 이온교환수지 충전기와 연결되는 이온교환탑으로서, 본 발명의 구성은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 이온교환탑(500)에 공급할 수지를 저장 및 공급하기 위한 수지 저장 및 공급조(100)와;

상기 수지 저장 및 공급조(100)에 물을 공급함으로써 상기 수지 저장 및 공급조(100)에 저장된 수지를 상기 이온교환탑(500)으로 밀어내기 위한 동력을 제공하거나 상기 이온교환탑(500)에 물을 직접적으로 공급하기 위한 동력을 제공하는 운송 펌프(200)와;

상기 운송 펌프에 필요한 물을 저장하거나, 상기 수지 저장 및 공급조(100)와 상기 이온교환탑(500) 내 과잉의 물을 회수하기 위한 운송수 저장조(300)를 포함하여 구성된다.

상기 수지 저장 및 공급조(100)에는 도 1에 도시한 바와 같이, 관형의 깔대기 형상으로서, 운송수 주입관(110), 수지 투입구(120), 수지 눈금자(130), 벤트(160), 수지 공급관(150), 관찰창(140) 및 바이패스 관(170) 등이 설치되어 있다.

상기 수지 저장 및 공급조(100)에 있어서, 그 관형의 상부에 운송수 주입관 (110)과, 이온교환탑(500)에 공급할 수지를 투입하기 위한 수지 투입구(120)가 구비되고;

그 관형의 외연 일측에 상기 투입된 수지의 레벨을 측정하기 위한 수지 눈금자(130)와, 그 관형의 외연 타측부에 상기 운송수 저장조(300)와 연결되어 상기 수지 저장 및 공급조(100) 내 과잉의 물을 회수하기 위한 벤트(160)가 설치되며;

그 깔대기 형상의 저부에는 이온교환탑의 수지 주입관(520)과 체결되는 수지 낙하공이 형성된 수지 공급관(150)이 구비되되, 상기 수지 공급관(150)의 상부에는 낙하되는 수지를 관찰하기 위한 관찰창(140)이 설치되고, 상기 수지 공급관(150)의 소정의 측부에는 상기 운송펌프(200)와 연결되어 이온교환탑(500)에 물을 직접적으로 인입시키기 위한 바이패스관(170);을 포함하여 구성된다.

상기 운송펌프(200)는 상기 운송수 저장조(300) 상부 일측에 부착 형성된 일반 순환 펌프로서, 수지 저장 및 공급조(100)에 상기 수지 저장 및 공급조(100)의 운송수 주입관(110)을 통하여 물을 공급함으로써 상기 수지 저장 및 공급조에 저장되었던 수지를 그 하부와 연결된 이온교환탑(500)으로 밀어내기 위한 동력을 제공한다. 또한, 상기 운송펌프(200)는 이온교환탑(500)에 수지를 충전하기 전에 상기 수지 저장 및 공급조(100)의 바이패스 관(170)을 통하여 운송수 저장조(300) 내의 물을 직접 이온교환탑(500) 내로 인입시키기 위한 동력을 제공한다.

상기 운송수 저장조(300)는 운송수를 저장하기 위한 관형의 형상체로서, 이 온교환탑(500) 내 과잉의 물을 수집하기 위해 또는 상기 수지 저장 및 공급조(100) 내 과잉의 물을 수집하기 위해, 그 상부에 각각 과잉 물 수집관(310)과 벤트(160)가 하방 관통 형성되되, 상기 과잉 물 수집관(310)에는 상기 이온교환탑(500)으로부터 환수되어 관류되는 물 속에 함유된 수지를 걸러내기 위한 체 또는 여과기(320)가 장착된다.

도 2는 본 발명의 이온교환수지 연속 충전기의 수지 공급관(150) 및 과잉 물 수집관(310)과 체결되는 이온교환탑(500)을 도시한 구조도로서, 상기 이온교환탑(500)은 공지의 이온교환탑에 있어서, 상기 이온교환탑 상부에는 이온교환탑(500) 내 과잉의 물을 수집하여 이를 상기 운송수 저장조(300)로 회수키 위한 벤트(510);와 상기 수지 저장 및 공급조(100)의 수지 공급관(150)과 연결시켜 수지를 이온교환탑(500) 내로 주입시키기 위한 수지 주입관(520)을 포함하여 구성된다.

상기 수지 주입관(520)은 상기 수지 저장 및 공급조(100)의 수지 공급관(150)과 체결되고, 상기 벤트(510)는 상기 운송수 저장조(300)의 과잉 물 수집관(310)과 체결된다. 수지 공급 시 이온교환탑(500)에서 넘친 물은 상기 과잉 물 수집관(310)을 통하여 다시 운송수 저장조(300)로 수집되어 다시 순환 사용된다.

이 경우, 이온교환탑(500)으로 주입되는 이온교환수지는 물과 60~70 : 40~30(수지 : 물)의 비율로 혼합되어 상기 이온교환탑(500)으로 흘러들어 간다. 이때, 수지의 첨가 비율이 70을 초과하거나 물의 첨가 비율이 30 미만이면 혼합물의 흐름이 원활하지 못하며, 반면 수지의 첨가 비율이 60 미만이거나 물의 첨가 비율이 40을 초과하면 수지의 공급량이 상대적으로 적어 충전 효율이 저하하는 문제점이 있어 바람직하지 않다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 이온교환수지 연속 충전기의 작용은 다음과 같다.

이온교환탑(500)에 수지를 공급하기 위하여는 먼저 수지 저장 및 공급조(100)에 수지를 채워야 한다. 수지 저장 및 공급조(100)에 수지는 다음과 같이 채운다. 먼저, 운송수 주입관(110)에 설치된 401, 403 밸브는 열고 수지 공급관(150)에 설치된 402 밸브는 닫은 후 운송펌프(200)를 이용하여 수지 저장 및 공급조(100)에 일정량의 물을 채운 뒤, 수지 투입구(120)를 열고 이온교환탑(500)에 공급할 수지를 투입한다.

수지 투입구(120)는 직경 20~30 cm 크기로 시판되고 있는 습윤 상태의 수지를 무리 없이 투입할 수 있다. 투입된 수지는 수지 저장 및 공급조(100)에 이미 채워져 있던 물 속으로 가라 앉으며 수지 사이의 기포가 제거되고 수지 저장 및 공급조(100) 하부에는 수지층이, 상기 수지층 위에는 물 층이 형성된다. 이때, 수지 눈금자(130)를 통하여 투입된 수지의 높이와 부피를 측정할 수 있다.

수지 눈금자(130)는 일반 탱크에 부착된 수위계와 동일한 것이지만, 수지 저장 및 공급조(100)에 처음 물을 채웠을 때의 수위를 기준점으로 할 때, 수지 저장 및 공급조(100)에 수지가 투입되기 시작하면 수지의 부피에 해당하는 만큼 수위가 높아지므로 그 때의 높이에서 기준점의 높이를 감하여 주면 수지의 높이와 부피가 측정된다. 만약, 초기에 수지 저장 및 공급조(100)에 너무 많은 물을 채웠다면 수지 투입에 따른 과잉의 물은 벤트(160)를 통하여 운송수 저장조(300)로 회수된다. 수지 투입이 끝나면 403 밸브와 수지 투입구(120)를 닫는다.

수지 투입이 끝나면, 수지 저장 및 공급조(100)의 수지 공급관(150)과 도 2에 도시한 이온교환탑(500) 상부의 수지 주입관(520)을 연결하고, 운송수 저장조(300)의 과잉 물 수집관(310)을 이온교환탑(500) 상부의 벤트(510) 또는 여분의 관(도시되지 않음)에 연결한다. 대부분의 이온교환탑은 상부에 벤트와 여분의 관을 갖추고 있다. 운송수 저장조(300)의 과잉 물 수집관(310)에는 수지 입자보다 작은 구멍을 갖는 체 또는 여과기(320)가 설치되어 있다.

연결이 끝나면, 운송수 저장조(300)의 물이 운송에 적합할 만큼 충분히 채워져 있는지 확인한 다음, 수지 저장 및 공급조(100)의 401 밸브, 402 밸브, 403 밸브를 닫고 404 밸브를 연 후 운송펌프(200)를 가동시켜 바이패스 관(170)을 통하여 이온교환탑(500)에 일정량의 물을 공급한다. 이때, 수지 저장 및 공급조(100)로 통하는 관의 밸브(401, 402, 403)는 모두 닫혀져 이온교환탑(500)으로 운송되는 물 이 수지 저장 및 공급조(100)로 공급되는 것이 차단된다.

이온교환탑(500) 내부에 일정량의 물이 채워지면 바이패스 관(170)에 설치된 404 밸브를 닫고, 401 밸브, 402 밸브를 열고 운송펌프(200)의 물을 운송수 주입관(110)으로 주입한다. 이때, 403 밸브는 404 밸브와 마찬가지로 닫혀 있다. 펌프(200)로부터 물이 수지 저장 및 공급조(100)에 주입되면 그 압력에 의하여 수지 저장 및 공급조(100)의 물에 잠겨있던 이온교환수지는 수지 공급관(150)을 통하여 이온교환탑(500)으로 미끄러져 흘러들어간다. 이때, 수지는 물과 60~70 : 40~30 (수지: 물) 정도로 혼합된 상태이며, 이온교환탑(500)에 공급되면 다시 이온교환탑(500)에 있던 물과 혼합되어 수지는 이온교환탑(500) 하부로 가라앉고, 물과의 충돌시 생긴 기포는 물 밖으로 제거된다. 이 작업은 매우 신속하게 이루어진다. 만약, 이온교환탑(500)에 과잉의 운송수가 공급되었다면 과잉의 물은 이온교환탑 벤트(510)와 이에 연결된 과잉 물 수집관(310)을 통하여 운송수 저장조(300)에 회수되어 순환 사용된다. 회수되는 물 속에 포함되어 있을 수 있는 수지는 과잉 물 수집관(310)에 설치된 여과기(320)를 통하여 걸러지며, 걸러진 수지는 필요 시 다시 사용할 수 있다.

수지 저장 및 공급조(100)로부터 이온교환탑(500)으로의 수지 공급은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 만들어진 관찰창(140)을 통하여 관찰할 수 있다. 관찰창(140)을 통하여 수지 저장 및 공급조(100)의 수지가 모두 이온교환탑(500)으로 공급된 것이 확인되면 펌프(200) 가동을 중지하고 이온교환탑(500)과 충전 장치(100, 200, 300)의 연결을 해제함으로써 충전 작업이 완료된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 이온교환수지 연속 충전기는 이온교환탑에 이온교환수지를 충전할 때 수지 사이에 기포가 유입되는 것을 방지함과 동시에 이온교환수지의 파손을 최소화하면서 신속하게 이온교환수지를 슬러리 상태로 이온교환탑에 연속으로 충전하여 이온교환탑의 성능이 최대한 발휘될 수 있도록 하는 데 매우 유용하게 적용될 수 있다.

Claims

이온교환탑(500)에 공급할 수지를 저장 및 공급하기 위한 수지 저장 및 공급조(100)와;

상기 수지 저장 및 공급조(100)에 물을 공급함으로써 상기 수지 저장 및 공급조(100)에 저장된 수지를 상기 이온교환탑(500)으로 밀어내기 위한 동력을 제공하거나 상기 이온교환탑(500)에 물을 직접적으로 공급하기 위한 동력을 제공하는 운송 펌프(200)와; 및

상기 운송 펌프에 필요한 물을 저장하거나, 상기 수지 저장 및 공급조(100)와 상기 이온교환탑(500) 내 과잉의 물을 회수하기 위한 운송수 저장조(300);를 포함하여 구성되는 이온교환수지 충전기.
제 1항에 있어서, 상기 수지 저장 및 공급조(100)는 관형의 깔대기 형상으로서, 그 관형의 상부에 운송수 주입관(110)과, 이온교환탑(500)에 공급할 수지를 투입하기 위한 수지 투입구(120)가 구비되고; 그 관형의 외연 일측에 상기 투입된 수지의 레벨을 측정하기 위한 수지 눈금자(130)와, 그 관형의 외연 타측부에 상기 운송수 저장조(100)와 연결되어 상기 수지 저장 및 공급조(100) 내 과잉의 물을 회수하기 위한 벤트(160)가 설치되며; 그 깔대기 형상의 저부에는 이온교환탑의 수지 주입관(520)과 체결되는 수지 낙하공이 형성된 수지 공급관(150)이 구비되되, 상기 수지 공급관(150)의 상부에는 낙하되는 수지를 관찰하기 위한 관찰창(140)이 설치되고, 상기 수지 공급관(150)의 소정의 측부에는 상기 운송펌프(200)와 연결되어 이온교환탑(500)에 물을 직접적으로 인입시키기 위한 바이패스관(170);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이온교환수지 충전기.
제 1항에 있어서, 상기 운송수 저장조(300)는 관형의 형상체로서, 이온교환탑(500) 및 상기 수지 저장 및 공급조(100) 내 과잉의 물을 수집하기 위해 그 상부에 각각 과잉 물 수집관(310)과 벤트(160)가 하방 관통 형성되되, 상기 과잉 물 수집관(310)에는 상기 이온교환탑(500)으로부터 환수되어 관류되는 물 속에 함유된 수지를 걸러내기 위한 체 또는 여과기(320)가 장착된 것임을 특징으로 하는 이온교환수지 충전기.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온교환수지는 물과 60~70 : 40~30 (수지 : 물)의 비율로 혼합됨을 특징으로 하는 이온교환수지 충전기.
이온교환탑에 있어서, 그 상부에는 상기 이온교환탑 내 과잉의 물을 수집하 기 위한 벤트(510) 및 수지를 상기 이온교환탑(500) 내로 주입시키기 위한 수지 주입관(520)이 구비됨을 특징으로 하는 이온교환탑.