KR100305082B1

KR100305082B1 - 원자력발전소의비상냉각장치의물을여과하는여과기

Info

Publication number: KR100305082B1
Application number: KR1019950702266A
Authority: KR
Inventors: 헨리크썬메쓰
Original assignee: 헨릭슨 마쓰
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 2001-11-30
Also published as: JPH08504272A; UA41343C2; SE501431C2; WO1994013384A1; BG99686A; ES2094635T3; DE69305750T2; FI111052B; BG61801B1; CZ140495A3; KR950704020A; DE69305750D1; SE9203677L; HUT71942A; SE9203677D0; RU2122885C1; HU9501628D0; HU217227B; AU5663094A; US5453180A

Abstract

바닥 부분이 응축풀로 형성된 격납용기에 설치된 반응로를 포함하는 핵발전소의 비상냉각장치의 물을 여과하는 역류세척형 여과기에서, 여과기는 응축풀에 설치되며, 여과기는 외부로부터 물이 흐르게 하는 다수의 천공을 가진 원통형 여과벽을 가지며, 여과할 때의 유동방향은 역류세척에 반대로 된다.다수의 윙이 여과벽의 외부에 설치되어서 여과벽의 외부에 쌓인 섬유매트를 연속적인 원주형 섬유매트 보다 쉽 해제할 수 있는 다수의 단편으로 분할한다.

Description

[발명의 명칭]

원자력 발전소의 비상냉각장치의 물을 여과하는 여과기

[발명의 분야]

본 발명은 격납용기에 설치된 반응로(reactor)를 포함하는 형태의 핵발전소에서 적어도 하나의 비상냉각장치에 대한 물을 여과하는 여과기에 관한 것으로서, 상기 격납용기의 바닥 부분에는 격납용기에 있는 증기를 응축하여 형성된 물을 모으는 풀(pool)이 형성되어 있다. 상기 여과기는 응축풀(condensation pool)에 설치되어, 상기 풀에서 얻어지며, 필요하다면, 온도가 허용하는 값 이상으로 증가되는 경우에 반응로 코어(reactor core)를 냉각시키기 위해 비상냉각장치에 공급되는 물을 여과시킨다. 또한, 여과기는 물이 외부에서 하우징(housing)으로 흘러갈 수 있도록 하는 적당한 원통형의 개방된 여과벽(apertured strainer wall)을 적어도 하나 가지고 있는 하우징 형상을 하고 있으며 , 제1도관(conduit)에 의해 반응로 격납 용기 외부에 배치된 흡입펌프에 연결되어 있고, 또한 필요할 경우 세정수(washwater)를 여과벽 안팎으로 흘려서 여과벽을 세척하기 위하여, 하우징 내부에 세정수를 공급하는 제2도관에 연결되어 있어서, 여과벽의 외부에 있는 여과액(filtrate)을 제거 한다.

[발명의 배경]

실질적으로 위에서 언급한 비상냉각장치는, 반응로의 상부에 설치되고 비상시에 연료봉을 냉각시키기 위해 많은 물을 연료봉에 분사하는 다수의 노즐(nozzles) 또는 스프링클러(sprinklers)로 이루어지는 제1스프링클러 장치로 구성된다. 또한 상기 발전소는 제1스프링클러 장치와 같이 다수의 노즐 또는 스프링클러로 이루어지며, 격납용기의 응축풀에서 물을 얻지만, 반응로 밖에 적절히 설치되고 격납용기에 기체상태(gas phase)로 분사함으로써, 그 내부의 잔여 과잉입력을 감소시킬 뿐 아니라, 격납용기내에 있으며 반응로 외부에 있는 도관 또는 기타 부푼을 냉각시키는 제2스프링클러 장치를 포함한다.

두 경우 모두에서 노즐에 공급되는 물에는, 노즐을 막을 수도 있는 섬유, 티끌 및 입자와 같은 불순물이 없어야 한다는 것이 매우 중요하다. 당연히 비상냉각 장치가 특히 중요하며, 절대적으로 신뢰할 수 있어야 한다. 도관과 같은 격납용기 내에 설치된 많은 부품들은 전체적으로 또는 부분적으로 열을 절연한다. 오늘날 대부분의 핵발전소에서, 이러한 절연은 두개의 스프링클러 장치에 대해 위험 요소를 구성하는 광질면(mineral wool)의 섬유로 이루어지는데, 이것은 의도적이지 않은 풀려진 섬유(released fibres)가 스프링클러 장치에 닿는다면 노즐을 막히게 할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 핵발전소는 위에서 언급한 형태의 여과기를 갖추고 있다.

실질적으로 여과기 구멍을 막는 섬유매트(fibre mat)로 오염된 종래의 여과기를 역류세척(back-flush)하는데 약 5∼10분이 걸린다. 이러한 역류세척할 필요없이 상기 여과기는 적어도 10시간동안 작동할 수 있었다. 그러나, 실제적인 수명을 통해서, 이렇게 추정된 최소 동작시간이 너무 길다는 것을 알 수 있다. 기능시험에서, 배출되는 증기에는 함께 배출되는 광질면 절연체가 포함될 수 있어서, 응축풀에 들어가서 30분만 지나면 여과기가 막히게 된다.

5∼10분 걸리는 역류세척은 가능한 반응로의 이동 후 10시간동안 중요 동작이 아닌데, 이것은 이때의 반응로 코어 감쇄전력이 냉각의 필요에 의해 상당히 감소하였기 때문이다. 그러나, 역류세척이 1시간 전에 필요할 경우, 코어를 냉각해야 할 필요성은 여전히 중요하므로, 5∼10분 동안 비상냉각장치에 대한 물공급의 중단은 안전성의 이유로 수용될 수 없다.

여과기의 역류세척에 상당히 긴 시간이 걸리는 이유는, 여과벽의 외부에 축적되는 섬유가 서로 빈틈없이 꼬여진 연속적인 원주형 매트(mat) 또는 덩어리(cake)를 형성하기 때문이다. 여과벽의 내부에서 관통구멍을 통해 방사상(radially)으로 바깥쪽으로 흐르는 세정수는 즉시 전체 매트를 해제시키지 않고, 처음에는 단순히 매트를 신장(stretches)시키면서 섬유구조를 분해하여, 각각의 섬유가 연속적으로 해제되어 매트로부터 제거된다. 상당한 유체역학적 작용 후에만 매트는 부서지기 쉽게 되고, 여과벽에 남아 있는 덩어리(chunk)로 계속해서 나누어 진다. 또 다른 이유는 세정수가 실질적으로 축방향 통로를 따라 여과기로 흐르게 되어 있어서, 여과벽의 다른 관통구멍에서 유동의 세기(flow intensity)에 상당히 국부적인 변화가 일어난다. 더욱 상세히 말하면, 흡입단(inlet end)에 대향하는 하우징의 상단에 유동(flow)이 집중된다. 이것은 섬유매트가 덩어리(chunk)로 해제되어서, 하우징의 상부에서 시작하여 아래쪽으로 진행한다는 것을 의미한다. 후자의 경우에, 아직 섬유로 피복된 하부 관통구멍에 영향을 주지 않으면서 이미 피복이 벗겨진 상부구멍을 통해 상당한 양의 세정수가 흐를 것이다.

[발명의 요약]

본 발명은 상기한 종래 여과기의 결점을 제거하고, 언제든지 빠르고 효율적이며 신뢰성 있는 역류세척을 할 수 있는 여과기를 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명의 주된 목적은, 축적된 섬유를 제거하기 위해 장시간의 유체역학적인 작업이 필요하지 않은 역류세척을 할 수 있는 여과기를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 인입 세정수(incoming wash waler)를 효율적으로 이용할 수 있고, 서로 다른 관통구멍에서의 유동변화를 감소시킬 수 있도록, 여과기의 유체역학 특성을 향상시키는 것이다.

본 발명의 주된 목적은 첨부된 청구범위 제1항의 언급된 여과기에 의해 성취된다.

[도명의 간단한 설명]

제1도는 원통형 격납용기 벽에 인접한 다수의 여과기와 격납용기의 일부분을 나타낸 개략적인 평면도.

제2도는 제1도의 여과기를 나타낸 단면도.

제3도는 본 발명의 역류세척형 여과기의 확대한 수직 단면도.

제4도는 제3도에서 선 IV - IV에 따른 수평 단면도.

제5도는 제3도의 선 V - V를 따른 확대 단면도.

제6도는 여과기에 연결된 회전발생수단을 나타낸 확대 수평 단면도.

제7도는 회전발생수단의 수직 단면도.

제1도에서, 도면부호 1은 반응로의 격납용기(도시하지 않음)를 형성하는 원통형 벽을 표시한다. 제1도에서, 벽(1)은 단일 아치 모양의 선으로 표시되어 있다. 그러나, 상기 벽은 실제로는 매우 두껍게 강화된 콘크리트벽과, 벽 내측에 설치된 내부식(non-corrosive) 판금으로 형성된 누설방지 라이닝(leak-proof lining)으로 이루어져 있다. 격납용기의 로드베어링(loadbearing) 구조의 일부를 형성하는 다수의 기등(columns)(2, 2')이 원통벽 안쪽에 일정한 거리를 두고 설치되어 있다.

콘크리트로 만들 수 있는 이러한 기등은 12.5°의 피치로 윈통벽 주변을 따라 균등하게 분산되어 있다. 각 기등의 직경은 0.8∼1.0 m로 할 수 있다. 원통벽 부근에는, 벽(1)을 통해 연장된 제1도관(4)과 그 외부에 있는 흡입펌프(도시하지 않음)에 연결되어 있는 역류세척형 여과기(3)가 있다. 벽(1)에 고정된 부착부재(6)에 연결된 브래킷(5)(제2도 참조)에 의해 여과기가 지지되고 있다. 여과기에는 여과벽을 세척하기 위해 깨끗한 물을 외부로부터 공급하거나 여과기의 내부에 여과된 물을 공급하는 세정수 도관(wash-water conduit)(7)이 연결되어 있다. 핵발전소의 여과기는 격납용기의 바닥 부분에 의해 형성된 응축풀에 , 평상 누위(normal water level)(9)보다 상당한 낮은 거리에서 격납용기(1)의 바닥(8) 주위에 배치되어 있다.

[바람직한 실시예의 설명]

제3도 내지 제5도는 본 발명의 여과기(3)의 구조를 나타낸라.

제3도 및 제4도에서 분명히 알 수 있듯이, 여과기(31)는 천공 판금(perforation sheet-metal)으로 만들어진 원통형 여과벽 또는 튜브(tube)(10)로 이루어진 형상의 하우징을 가진다 실제로 여과튜브(10)는 길이가 0 7∼1.5 m, 바람직하게는 약 1.0 m 이고, 직경은 0.4∼0.6 m, 바람직하게는 약 0.5 m 이다. 천공은 직경이 2∼4 mm 이고, 여과기의 전체 천공 영역은 25∼45% 이며 바람직하게는 30∼35% 이다. 이러한 크기에 의해 여과벽을 통해 100∼250kg/s 범위로 흐를 수 있다. 본 실시예에서 여과튜브(10)는 수직으로 향하고 상단부가 닫혀 있다. 더 자세히 설명하면, 여과튜브(10)는 원뿔대 부분(frustoconical portion)(11)을 거쳐 비교적 좁은 스로트(throat)(12)로 합체되어, 여과튜브(10)의 직경보다 매우 큰 직경을 가지는 원뿔대 판금(frustoconical metal sheet)(13)과 함께 끝난다. 스로트(12)에는 클램프(clamp)(14)(제2도 참조)가 연결될 수 있고, 상기 클램프는 브래킷(brackets)(5)에 의해 지지된다. 여과튜브(10)의 하단은 개방되어 있고 제1도관(4)에 연결되어 있으며, 이 도관은 흡입펌프에 연결되어 있다. 세정수를 여과기 내부에 공급하는 도관(7)은 도관(4) 보다 직경이 작고, 그 구부러진 부분에서 구멍(15)을 통해 도관(4)에 끼워져 있다. 도관(4) 내측에 위치한 부분(7')은 여과튜브(10)에 연결된 도관(4)의 직선부(4')에 대해 동심원으로 배치되어 있다. 부분(4')의 직경은 여과튜브(10)의 직경보다 약간 작고, 원뿔형으로 테이퍼링(tapering)된 칼라(collar)(16)가 이들 사이의 천이부(transition)에 제공되어 있다.

본 발명에 따라, 여과튜브(10)의 외측에는 가로로 주변에 공간을 두고 방사상으로 돌출한 다수의 윙(wlng) 또는 윙형 부재(wing-like elements)(17)가 제공되어 있다. 본 실시예에서 여과기는 90°의 피치로 배치되고, 여과튜브(10)의 전체 길이를 축방향을 따라, 윙에 대한 부착재의 역할을 하는 원뿔대 판금(13)까지의 모든 방향으로 연장된 4개의 윙(17)을 가지고 있다. 윙의 폭은 여과튜브(10) 직경의 25∼75% 범위로, 바람직하게는 약 50% 이다. 윙이 없는 종래의 여과기에서는, 섬유가 연속적이며 원형의 탄성 매트의 형태로 쌓이고, 이 섬유는 상당히 밀접하게 꼬여 있다. 이러한 연속적인 섬유매트는 역류세척의 경우에 여과벽으로부터 해제에 대해 상당한 방해를 하고 있다. 그러나, 본 발명의 여과기에 제공된 윙(17)은 섬유 매트를 여과벽으로부터 쉽게 해제될 수 있는 다수의 단편(이 경우 4개)으로 분리한다.

본 실시예에서, 윙은 대략 여과튜브(10)의 반경과 같은 크기의 일정한 폭을 갖는 완전한 직선 판금으로 이루어져 있다. 따라서, 서로 접촉하는 분리윙(separate wing)의 각각에 섬유가 놓여 있지 않으면서, 여과튜브 반경의 두께를 가지는 섬유층(flbre layers)이 튜브의 바깥쪽에 쌓여진다. 한편, 상기 섬유매트를 적절한 수의 조각이나 쉽게 해제되는 단편(section)으로 분리하기 위해, 예시된 윙과는 다른 수단을 사용하는 것을 생각할 수 있다. 따라서, 바람직하게는 섬유매트가 단편으로 분리되도록 하는, 여과튜브의 외부로부터의 또 다른 길고 짧은 돌출부를 이용할 수 있다. 하나의 단편에 있는 섬유가 이에 인접한 단편에 있는 섬유 어느 것과도 접촉하지 않는다는 의미에서, 매트 분할이 절대적으로 필요하지는 않다. 따라서, 파열선(rupture line)을 형성하고 소량의 섬유가 인접하는 섬유 단편의 해제에 대해 상당한 저항을 하지 않으면서 서로 느슨하게 엉켜 있는 취약 영역(weakened zone)에 의해 섬유 단편들이 분할될 수 있다. 따라서, 적절한 폭의 분할벽 일부를 축방향에 따라 여과벽의 천공을 차단하는 방법이 있을 수 있다.

선행기술의 여과기에 비해, 본 발명의 여과기는 회전발생수단(18)이 제공되었다는 점에서 크게 향상되었다. 상기 회전발생수단은 여과기에 접해 있는 세정수 도관(7)의 개구부에 인접해 있다. 제5도∼제7도와 관련된 제3도에서 알 수 있듯이, 회전발생수단은 도관(7)의 중심에 배치된 원뿔형 몸체(19)와, 상기 몸체(19)의 외부에 설치된 다수의 구부러진 날(blades)(20)로 이루어진다. 도관(7) 또는 특히 그 직선부(7')는 부분(4')처럼 원뿔형으로 테이퍼링된 칼라 또는 관상 부품(tubular element)(21)에서 끝난다. 날(20)은 칼라(21)의 내부와 중심에 배치된 몸체(19)의 외부 사이에 연장되어 있다. 중심에 배치된 몸체(19)의 원뿔(conicity)은 칼라(21)의 원뿔에 대해 조절되어, 수직 중심축을 따라 임의의 수평단면의 유동 영역(flow-through area)이 근본적으로 동일하게 된다. 제5도에서 분명히 알 수 있듯이, 환상 개구 통로(annular opening passage)에 인접한 날(20)의 상부는, 방사방향에 대해 경사져 있고, 날은 제6도에서와 같이 구부러진 형상을 가진다. 이러한 특정에 의해, 회전발생수단(18)에 의해 여과기에 축방향으로 공급된 물이 회전 또는 순환하게 되어서, 구심력 하에서, 물이 축방향인 수직으로 흐르기 보다는 여과벽에 대항하여 바깥쪽으로 압축된다. 이 방법에서, 세정수가 압축되어서 종래의 여과기의 힘보다 더 큰 힘으로 여과벽의 구멍을 통과한다.

제5도에서와 같이, 칼라(21)는 다수의 방사상으로 돌출한 프렌지(flanges)(22)에 의해 칼라(16)에 대해 동심 위치에 유지된다. 시험에 의하면, 본 발명의 여과기에 쌓인 섬유는 20개 이하로 제거된다.

[본 발명의 개량]

본 발명은 도면에 도시되었고, 상기에서 설명한 실시예로 제한되지 않는다. 따라서, 여과천(straining cloth)으로 만들어진 겹정밀 여과기(folded fine strainer)가 여과튜브(10)내에 설치될 수도 있다. 외부 관통 원통형 벽(10)이 정밀여과기 역할을 하는 내부 여과천을 위한 예비 여과기(prestrainer)로 사용되고, 이것은 외부의 더 강력한 원통형 여과벽에 의해 보호된다. 직선 축방향 윙을 대신하여, 여과튜브의 외부를 따라 나선형으로 연장된 구부러진 윙을 이용할 수도 있다. 위에서 설명하고 도면에 도시된 여과기는 원통 또는 관상(tubular)이지만, 평면, 파동 또는 다각형 형태와 같은 다른 모양으로도 할 수 있다.

Claims

격납용기의 바닥 부분이, 상기 격납용기에 있는 증기를 응축하여 형성된 물을 모으는 풀(pool)을 형성하며, 상기 격납용기에 설치된 반응로를 포함하는 핵발전소에서 적어도 하나의 비상냉각장치의 물을 여과하고, 응축풀에 설치되고, 상기 풀로부터 얻어지며, 필요한 경우 허용할 수 없는 온도 상승이 일어나는 경우에 반응로 코어를 냉각시키기 위해 비상냉각장치의 노즐에 공급되는 물을 여과하고, 외부로부터 하우징내로 물이 흐를 수 있도록 하는, 원통형이며 개방된 적어도 하나의 여과튜브(10) 형태의 하우징을 가지며, 제1도관(4)에 의해 반응로의 격납용기 외부에 있는 흡입펌프에 연결되어 있고, 또한 필요한 경우에 세정수를 여과기의 안팎으로 흘려 여과튜브(10)를 세척하기 위해, 하우징의 내부로 세정수를 공급하는 제2도관(7)에 연결되어 있어서, 여과튜브(10)의 외부에 쌓인 여과액을 제거하는 여과기에 있어서, 상기 여과튜브(10)는, 여과튜브(10)의 외부에 축적된 섬유매트 또는 섬유층을, 연속적인 섬유매트보다 쉽게 개별적으로 해제되는 다수의 단편으로 분할하는 수단(17)을 가지는 것을 특징으로 하는 여과기.
제1항에 있어서, 상기 수단(17)은 가로방향으로 주변에 공간을 두고 방사상으로 돌출한 윙또는 윙형 부재로 형성된 것을 특징으로 하는 여과기.
제2항에 있어서, 각각의 윙의 폭은 여과튜브(10)의 직경 또는 최대 단면크기의 25∼75%인 것을 특징으로 하는 여과기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2도관은 튜브(7)로 이루어지며, 여과튜브(10)에 대해 동심적으로 위치하고 있는 개구부 영역에, 상기 튜브와 튜브의 중심에 위치한 원뿔 몸체(19) 사이에 연장되어 있는 한 세트의 구부러진 날(20)의 형태로 된 회전발생수단(18)이 상기 튜브(7)에 제공되어, 튜브와 상기 몸체 사이의 환상 틈(annular gap)을 통과하는 물이, 여과튜브(10)에 대해 압축되어 분사되도록 회전 또는 순환되는 것을 특징으로 하는 여과기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징은 한쪽 끝단인 상단이 폐쇄되어 있고, 제1도관(4)은 대향하는 끝단에 연결되어 있고, 세정수 도관(7)은 제1도관(4)의 부분(4')에 동심적으로 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 여과기.