KR100903117B1 - 누설 중수 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중수로형 원자력발전소에서 누출되는 중수를 처리하는 누설 중수 처리장치에 관한 것으로서, 중수로형 원자력발전소 방사선 관리구역내 특정지역의 설비에서 중수의 누출이 예상되는 플랜지 및 커넥터, 밸브, 펌핑장치와 함께 설치하여 중수 누출을 차단하고, 회수된 중수를 이용하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명은, 중수를 포함하는 증기가 이송되는 이송관에 설치되는 플랜지, 커넥터, 밸브, 펌핑장치 등의 외부에 설치되어 누출 증기를 모으는 누출 증기 수용부와; 상기 누출 증기 수용부에 포집관으로 설치되어 중수 누수를 확인할 수 있도록 설치되는 중수 누수 확인부재와; 상기 중수 누수 확인부재에 연결되어 누출되는 증기를 열교환 및 여과를 통해 에어와 중수 포함 수분으로 분리되도록 설치되는 분리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 중수로형 원자력발전소에서 작업자의 피폭 저감과 원자력 발전소의 안정성이 향상되도록 이송관의 플랜지 및 커넥터, 밸브, 그리고 펌핑장치에서 누출되는 증기를 포집 후 분리한 중수의 재활용이 가능한 효과가 있다.
중수로, 원자력발전소, 중수, 삼중수소

Description

누설 중수 처리장치{PROCESSING APPARATUS OF LEAKING HEAVY WATER}
본 발명은 누설 중수 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 중수로형 원자력 발전소의 설비에서 누출되는 증기 속의 중수를 회수하여 재활용하도록 하고, 피폭 저감과 원자력 발전소의 안정성을 증대시킨 누설 중수 처리장치에 관한 것이다.
통상적으로 삼중수소는, 매우 낮은 에너지의 베타선을 방출하는 방사성 동위원소이다. 상기한 삼중수소는, 적은 양을 취급하는 경우에는 인체에 별다른 영향을 주지 않으므로 특별한 관리를 하지 않는 상태에서 일반 산업용으로서 이용되고 있다.
그러나, 수천 혹은 수만 큐리(Curi, 1 Ci=3.7×1010 Bq)의 다량의 삼중수소를 취급하는 경우에는 인체에 영향을 줄 수가 있다. 따라서, 글로브 박스와 같은 밀폐된 공간에서 취급해야 하며, 사용 후 대기로 방출하기 전에 반드시 회수해야 하고, 원소형(Elemental Form) 삼중수소가 산화물형(Oxide Form) 삼중수소로 전환되는 것을 방지하여야 하며, 대기로 방출되는 양을 항상 감시해야 하는 등의 특별한 관리를 필요로 한다.
특히, 비상구 표시등, 소총의 조준경 등과 같은 삼중수소 제품생산을 위해 수천 혹은 수만 큐리 이상의 고농도의 삼중수소 기체를 취급할 때에는 위에서 열거한 바와 같은 특별한 관리를 해주어야 한다.
종래에는, 고농도의 삼중수소를 정화시키기 위한 장치로서 촉매식 재결합기(Recombiner)를 사용하여 왔다.
그러나, 이와 같이 촉매식 재결합기를 사용하여 삼중수소를 정화시키는 종래의 방법은, 산소공급 장치, 냉각수 공급/회수장치, 흡착탑 등의 설비를 필요로 하는 문제점이 있다.
또한, 삼중수소의 정화속도가 느리고, 정화율이 낮으며, 운전조건도 까다로운 문제점이 있다.
더욱이, 삼중수소가 방사선 위해도가 상대적으로 훨씬 높은 산화물형으로 회수됨으로써 이를 재사용할 수 없을 뿐만 아니라, 방사선 안전성이 낮아 취급 및 관리에도 큰 어려움을 야기시키는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은, 중수로형 원자력 발전소의 설비에서 누출되는 증기를 에어와 중수 포함 수분으로 분리하여 회수하는 누설 중수 처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 중수로형 원자력 발전소의 설비에서 누출되는 중수를 회수함으로써 작업장 내 삼중수소 농도의 저하를 통해 피폭량을 저감시키는 누설 중수 처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 중수로형 원자력 발전소의 설비에 설치하여 반영구적인 사용이 가능하도록 하여 안정성을 증대시킨 누설 중수 처리장치를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 누설 중수 처리장치는, 중수를 포함하는 증기가 이송되는 이송관에 설치되는 플랜지, 커넥터, 밸브, 펌핑장치 등의 외부에 설치되어 누출 증기를 모으는 누출 증기 수용부와; 상기 누출 증기 수용부에 포집관으로 설치되어 중수 누수를 확인할 수 있도록 설치되는 중수 누수 확인부재와; 상기 중수 누수 확인부재에 연결되어 누출되는 증기를 열교환 및 여과를 통해 에어와 중수 포함 수분으로 분리되도록 설치되는 분리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 누출 증기 수용부는, 플랜지 및 커넥터, 밸브, 펌핑장치 등이 내장되 도록 설치되는 일정 형태의 케이싱과; 상기 케이싱 상부에 내부의 부압 형성을 조정할 수 있도록 설치되는 부압조절밸브와; 상기 케이싱 하부 일측에 실리카겔을 내장한 누설확인부와; 상기 케이싱 하부 타측에 증기 형태의 중수 이동이 이루어지도록 설치된 포집관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 중수 누수 확인부재는, 케이싱에 일측 단부가 연결되고 타측 단부인 포집관에 연결되는 글래스 프레임(Glass Frame)과, 상기 글래스 프레임에 포집관을 통해 유입되는 중수의 확인이 가능하도록 설치된 사이트 글래스(Sight Glass)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 분리장치는, 사이트 글래스에 연결되고 공급된 중수를 냉기에 의하여 응축하여 1차 처리하는 열교환식 분리기와, 상기 열교환기를 통과하는 에어가 필터 카트리지(Filter Cartridge)에 의하여 중수 함유 수분이 분리 배출되도록 설치되는 필터식 분리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 열교환식 분리기는, 글래스 프레임에 연결되는 유입관이 하부에 설치되고 응축된 중수 포함 수분이 배출되도록 바닥에 제1 드레인 밸브가 설치되는 열교환기 케이싱과; 상기 열교환기 케이싱 내부에 냉기 공급관을 통해 냉기가 순환되도록 반복 구비되는 냉기파이프와; 상기 열교환기 케이싱 상부에 에어가 필터식 분리기 측으로 배출되도록 설치되는 에어 통로관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 필터식 분리기는, 에어 통로관이 연결 설치되고 바닥에 에어와 분리된 중수 포함 수분이 배출되는 제2 드레인 밸브가 설치되는 필터 케이싱과, 상기 필터 케이싱 상부에 작업장으로 에어를 배출시키는 배기관과, 상기 필터 케이싱 내 부의 압력을 표시하도록 설치되는 압력계와, 상기 필터 케이싱의 내부에 여과되는 에어에서 중수 함유 수분이 분리되도록 설치한 필터 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또 다른 분리장치는, 필터가 수납되도록 형성된 필터통과, 상기 필터통이 다수개 연속 설치되고 좌·우에 포집관이 연결 설치되는 필터케이스와, 상기 필터통의 형태로 형성되어 수납되는 필터와, 상기 필터통에 형성된 필터 삽입구를 개폐하도록 다수개가 힌지 설치되는 통덮개를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 원자력발전소 내의 설비중 파이프 연결부, 펌프 연결부위에서 누출되는 증기를 포집하여 중수를 간단히 분리 처리함으로써 원전의 신뢰성과 안정성 향상에 기여하는 효과가 있다.
또한, 원전 설비의 누설부위 차단이 정확히 이루어져 작업자에 대한 피폭이 저감되고 중수 누설 부위 파악에 따른 장비 및 조사시간 간소화가 이루어지는 효과가 있다.
또한, 간단한 구조를 가지면서 중수 및 삼중수소의 제거효과를 극대화시킴은 물론, 고순도의 중수 및 삼중수소를 회수하여 재사용할 수 있고, 방사선 피폭을 줄여 작업자의 안전성을 높여 주는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 누설 중수 처리장치의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이고, 도 2는, 도 1의 누설 중수 처리장치를 도시한 사시도이고, 도 3은, 도 2에 나타낸 열교환식 분리기를 도시한 도면이고, 도 4는, 도 2에 나타낸 필터식 분리기를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 누설 중수 처리장치(2)는, 도 1,2에 도시한 바와 같이, 중수를 포함하는 증기가 이송되는 이송관(4)에 설치되는 플랜지(6) 및 커넥터(8), 밸브(10), 펌핑장치(12) 등의 외부에 설치되어 누출 증기를 모으는 누출 증기 수용부(14)와; 상기 누출 증기 수용부(14)에 포집관(16)으로 설치되어 중수 누수를 확인할 수 있도록 설치되는 중수 누수 확인부재(18)와; 상기 중수 누수 확인부재(18)에 연결되어 누출되는 증기를 열교환 및 여과를 통해 에어와 중수 포함 수분으로 분리되도록 설치되는 분리장치(20)를 포함하여 이루어진다.
상기한 누설 중수 처리장치(2)는, 이송관(4)에 설치되는 플랜지(6) 및 커넥터(8), 밸브(10), 펌핑장치(12)에서 누출되는 증기를 모아 에어와 중수 포함 수분으로 분리 처리한다.
상기한 누출 증기 수용부(14)는, 플랜지(6) 및 커넥터(8), 밸브(10), 펌핑장치(12) 등이 내장되도록 설치되는 일정 형태의 케이싱(22)과; 상기 케이싱(22) 상부에 내부의 부압 형성을 조정할 수 있도록 설치되는 부압조절밸브(24)와; 상기 케이싱(22) 하부 일측에 실리카겔(26)을 내장한 누설확인부(28)와; 상기 케이싱(22) 하부 타측에 증기 형태의 중수 이동이 이루어지도록 설치된 포집관(30)을 포함한다.
상기한 누설확인부(28)의 실리카겔(26)은, 중수 누출을 육안으로 확인할 수 있도록 내장한 것이다. 그리고 누설 확인부(28)는, 케이싱(22)과 함께 투명 소재로 제작하여 설치하는 것이 바람직하며, 또는 누설확인부(28)만 투명으로 형성하여도 된다.
상기, 케이싱(22)은 다양한 형태로 제작되어 누출 증기 수용부(14:14-1,14-2,14-3)를 형성한다. 본 발명에서는 케이싱(22)이, 원통형으로 도시되어 있으나 특정 형태에 한정되지 않는다.
상기한 중수 누수 확인부재(18)는, 케이싱(22)에 일측 단부가 연결되고 타측 단부인 포집관(16)에 연결되는 글래스 프레임(32)과, 상기 글래스 프레임(32)에 포집관(16)을 통해 유입되는 중수의 확인이 가능하도록 설치된 사이트 글래스(34)로 이루어진다.
상기한 사이트 글래스(34)를 통해 유동하는 증기를 확인할 수 있고, 장치의 이상 유무를 점검할 수 있다.
상기한 분리장치(20)는, 중수 누수 확인부재(18)에 연결되고 공급된 중수를 냉기로 응축하여 1차 분리 처리하는 열교환식 분리기(36)와, 상기 열교환식 분리기(36)를 통과하는 에어가 필터 카트리지(62)에 의하여 중수 함유 수분이 분리 배출되도록 설치되는 필터식 분리기(40)를 포함한다.
상기한 열교환식 분리기(36)는, 글래스 프레임(32)에 연결되는 유입관(42)이 하부에 설치되고 응축된 중수 포함 수분이 배출되도록 바닥에 제1 드레인 밸브(44)가 설치되는 열교환기 케이싱(46)과; 상기 열교환기 케이싱(46) 내부에 냉기 공급 관(48)을 통해 냉기가 순환되도록 반복 구비되는 냉기파이프(50)와; 상기 열교환기 케이싱(46) 상부에 에어가 필터식 분리기(40) 측으로 배출되도록 설치되는 에어 통로관(52)을 포함한다.
상기한 유입관(42)을 통해 열교환기 케이싱(46) 하부로 유입된 기체는, 냉기파이프(50)와 접촉하여 응축되고, 중수를 포함한 수분은 제1 드레인 밸브(44)를 통해 배출되어 포집된다.
상기한 필터식 분리기(40)는, 에어 통로관(52)이 연결 설치되고 바닥에 에어와 분리된 중수 포함 수분이 배출되는 제2 드레인 밸브(54)가 설치되는 필터 케이싱(56)과, 상기 필터 케이싱(56) 상부에 작업장으로 에어를 배출시키는 배기관(58)과, 상기 필터 케이싱(56) 내부의 압력을 표시하도록 설치되는 압력계(60)와, 상기 필터 케이싱(56)의 내부에 여과되는 에어에서 중수 함유 수분이 분리되도록 설치한 필터 카트리지(62)를 포함한다.
상기 필터식 분리기(40)는, 열교환식 분리기(36)를 1차적으로 통과하여 유입되는 기체가, 2차적으로 필터 카트리지(62)에 의하여 걸러져 분리된 후 제2 드레인 밸브(54)를 통해 중수 포함 수분이 배출되도록 한다.
상기 열교환식 분리기(36)와 필터식 분리기(40)로 구성되는 분리장치는, 1,2차에 걸쳐 중수 포함 수분을 배출시켜 포집 설비(도시생략)에서 포집되도록 한다.
또 다른 분리장치(20-1)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 기체에서 중수 포함 수분을 다수의 필터 카트리지로 분리하여 배출하는 필터(63)와, 상기 필터(63)를 통과한 에어로부터 중수 포함 수분을 분리 후 배출하는 열교환식 분리기(36)를 포 함하여 이루어진다.
상기한 필터(63)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 필터카트리지(64)가 수납되도록 형성된 필터공간부(66)와, 상기 필터공간부(66)가 다수개 연속 설치되는 좌·우에 유입관(42)과 에어 통로관(52)이 설치되는 필터케이스(68)와, 상기 필터공간부(66)에 수납되도록 다양한 형태로 형성되는 필터카트리지(64)와, 상기 필터공간부(66)를 개폐하도록 힌지 설치되는 다수개의 덮개(70)를 포함한다.
상기한 필터(63)는, 다수의 필터카트리지(64)를 이용하여 기체에서 분리한 중수 포함 수분의 배출이 각각 필터공간부(66)마다 이루어지고, 필터카트리지(64)도 수명이 다된 것만 교환할 수 있어 경제적이며, 교환작업도 개별적으로 구비된 덮개(70)만 열어 이루어지기 때문에 편리하다.
이하, 상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 작용을 설명한다.
먼저, 중수로형 원자로의 가동으로 발생하는 중수는, 이송관(4)이 연결되는 플랜지(6)나 커넥터(8), 그리고 이송관(4)에 밸브(10)나 펌핑장치(12)가 설치된 부위를 통해 증기 형태로 누출된다.
또한, 상기 누출되는 증기 속에 중수가 포함되었는지의 여부는 투명한 누설확인부(28)의 실리카겔(26)을 보고 작업자가 눈으로 확인할 수 있다.
이에 따라, 상기한 플랜지(6), 커넥터(8), 밸브(10), 펌핑장치(12) 등에는 일정 형태의 케이싱(22)이 설치된다. 상기 케이싱(22)은, 누출되는 증기를 저장하여 외부로 확산되지 않도록 한다.
상기한 케이싱(22)에 저장된 증기는, 포집관(16)을 따라 이송되며, 사이트 글래스(34)를 통해 그 이송을 확인할 수 있다.
그리고 사이트 글래스(34)를 통과한 증기는, 열교환식 분리기(36)에 도달된 후 냉각되면서 에어와 중수 포함 수분으로 1차 분리된다. 분리된 에어는, 상부의 에어 통로관(52)을 통해 필터식 분리기(40) 측으로 이동한다.
상기한 필터식 분리기(40)에 유입된 에어는, 내부의 필터 카트리지(62)와 접촉하면서 중수 함유 수분과 분리된 후 배기 파이프(58)를 통해 외부로 배출된다.
이때 에어가 분리된 중수 포함 수분은, 필터카트리지(62)에서 낙하된 후 바닥의 제2 드레인밸브(54)를 통해 배출된다. 이후 배출된 수분은 중수처리 및 포집설비에 의하여 포집된다.
상기한 바와 같이 중수로형 원자력 발전소의 설비중 플랜지(6)나 커넥터(8), 밸브(10), 펌핑장치(12)가 연결되는 부분에서 누출되는 증기는, 열교환식 분리기(36) 및 필터식 분리기(40)에서 1,2차에 걸쳐 분리 회수되어 재사용할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면 반영구적인 간단한 설비로 설치되는 누설 중수 처리장치에 의하여, 작업장 내의 삼중수소 농도도 저하되어 방사능 피폭 저감이 이루어진다.
이상에서는 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 중수의 회수와 재사용이 가능하도록 중수로형 원자력발전소 내 설비를 통해 누출되는 증기를 에어와 중수 포함 수분으로 분리하여 처리할 수 있도록한 것으로, 원자력발전소 설비 산업분야에 널리 이용할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 누설 중수 처리장치의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도.
도 2는, 도 1의 누설 중수 처리장치를 도시한 사시도.
도 3은, 도 2에 나타낸 열교환식 분리기를 도시한 도면.
도 4는, 도 2에 나타낸 필터식 분리기를 도시한 도면.
도 5는, 도 2에 나타낸 분리장치의 다른 실시예를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
4:이송관 6:플랜지(Flange)
8:커넥터(Connector) 10:밸브
12:펌핑장치 14:누출 증기 수용부
16:포집관 18:중수 누수 확인부재
20:분리장치 22:케이싱(Casing)
24:부압조절밸브 26:실리카겔(Silica Gel)
28:누설확인부 30:포집관
36:열교환식 분리기 40:필터식 분리기
42:유입관 44:제1드레인밸브(Drain Valve)
46:열교환기 케이싱 48:냉기 공급관
50:냉기파이프 52:에어 통로관
54:제2 드레인 밸브 56:필터 케이싱
58:배기관 62,64:필터 카트리지
63:필터 66:필터공간부
68:필터케이스 70:덮개

Claims (7)

  1. 중수를 포함하는 증기가 이송되는 이송관(4)에 설치되는 플랜지(6), 커넥터(8), 밸브(10), 펌핑장치(12) 등의 외부에 설치되어 누출 증기를 모으는 누출 증기 수용부(14)와;
    상기 누출 증기 수용부(14)에 포집관(16)으로 설치되어 중수 누수를 확인할 수 있도록 설치되는 중수 누수 확인부재(18)와;
    상기 중수 누수 확인부재(18)에 연결되어 누출되는 증기를 열교환 및 여과를 통해 에어와 중수 포함 수분으로 분리되도록 설치되는 분리장치(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 중수 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 누출 증기 수용부(14)는, 플랜지(6) 및 커넥터(8), 밸브(10), 펌핑장치(12) 등이 내장되도록 설치되는 일정 형태의 케이싱(22)과; 상기 케이싱(22) 상부에 내부의 부압 형성을 조정할 수 있도록 설치되는 부압조절밸브(24)와; 상기 케이싱(22) 하부 일측에 실리카겔(26)을 내장한 누설확인부(28)와; 상기 케이싱(22) 하부 타측에 증기 형태의 중수 이동이 이루어지도록 설치된 포집관(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 중수 처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리장치(20)는, 중수 누수 확인부재(18)에 연결되고 공급된 중수를 냉기로 응축하여 1차 분리 처리하는 열교환식 분리기(36)와, 상기 열교환식 분리기(36)를 통과하는 에어가 필터 카트리지(62)에 의하여 중수 함유 수분이 분리 배출되도록 설치되는 필터식 분리기(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 중수 처리장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열교환식 분리기(36)는, 글래스 프레임(32)에 연결되는 유입관(42)이 하부에 설치되고 응축된 중수 포함 수분이 배출되도록 바닥에 제1 드레인 밸브(44)가 설치되는 열교환기 케이싱(46)과; 상기 열교환기 케이싱(46) 내부에 냉기 공급관(48)을 통해 냉기가 순환되도록 반복 구비되는 냉기파이프(50)와; 상기 열교환기 케이싱(46) 상부에 에어가 필터식 분리기(40) 측으로 배출되도록 설치되는 에어 통로관(52)을 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 중수 처리장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 필터식 분리기(40)는, 에어 통로관(52)이 연결 설치되고 바닥에 기체와 분리된 중수 포함 수분이 배출되는 제2 드레인 밸브(54)가 설치되는 필터 케이싱(56)과, 상기 필터 케이싱(56) 상부에 작업장으로 에어를 배출시키는 배기관(58)과, 상기 필터 케이싱(56) 내부의 압력을 표시하도록 설치되는 압력계(60)와, 상기 필터 케이싱(56)의 내부에 여과되는 에어로부터 중수 함유 수분이 분리되도록 설치 한 필터 카트리지(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 중수 처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리장치는, 증기에서 중수 포함 수분을 다수의 필터 카트리지로 분리하여 배출하는 필터(63)와, 상기 필터(63)를 통과한 기체에서 중수 포함 수분을 분리 후 배출하는 열교환식 분리기(36)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 누설 중수 처리장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 필터(63)는, 필터카트리지(64)가 수납되도록 형성된 필터공간부(66)와, 상기 필터공간부(66)가 다수 개 연속 설치되는 좌·우에 유입관(42)과 에어 통로관(52)이 설치되는 필터케이스(68)와, 상기 필터공간부(66)에 수납되도록 다양한 형태로 형성되는 필터카트리지(64)와, 상기 필터공간부(66)를 개폐하도록 힌지 설치되는 다수개의 덮개(70)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 누설 중수 처리장치.
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