KR101125315B1 - 여과기의 수두손실 수력학 시험장치 및 방법 - Google Patents

여과기의 수두손실 수력학 시험장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 여과기의 수두손실 수력학 시험장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명 여과기의 수두손실 수력학 시험장치는, 작동유체를 순환시키는 순환관과, 상기 순환관을 통해 공급되는 상기 작동유체를 일시 저장하는 유입조와, 상기 유입조에 저장된 상기 작동유체를 분배부를 통해 공급받아 저장하고, 여과기를 통해 상기 순환관으로 배출하는 수조와, 상기 수조의 일부에 가로로 배치되어 투입부를 통해 투입된 이물질을 1차 필터링하는 탈부착이 가능한 중간차단체와, 상기 수조의 상기 작동유체의 온도변화와 압력의 변화를 각각 센싱하는 센서들과, 상기 순환관의 일부 분기관의 일측에 마련되어 상기 작동유체를 순환시키는 순환펌프와, 상기 순환관에 마련되어 상기 작동유체의 유량을 측정하는 유량계와, 상기 순환관에 마련되어 상기 작동유체를 가열하는 순환가열히터와, 상기 센서들의 센싱결과와 상기 유량계의 측정유량 및 상기 순환가열히터의 측정온도를 수신하여 저장하는 데이터획득부를 포함한다. 이와 같은 구성의 본 발명은, 보다 다양한 인자에 대한 평가와 그 인자들의 복합적인 영향을 평가할 수 있어, 평가결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

여과기의 수두손실 수력학 시험장치 및 방법{Hydraulics test device for head loss of filter and test method thereof}
본 발명은 여과기의 수두손실 수력학 시험장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자력발전소에 설치되어 있는 비상노심냉각계통의 원자로건물 재순환집수조의 여과기 성능시험을 수행할 때, 여과기의 수두손실에 영향을 줄 수 있는 수력학적 요소들을 종합적으로 평가할 수 있는 여과기의 수두손실 수력학 시험장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력발전소 비상노심냉각계통의 원자로건물 재순환집수조에 설치되는 여과기는 비상운전 시간이 증가할수록 수두손실에 의해 냉각수의 순환이 용이하지 않게 되는 문제점을 가지고 있다. 이와 같이 여과기는 비상운전 시간동안 사용이 가능한지를 평가할 수 있어야 하며, 종래 ALDEN사, CCI사, ALION사, VUEZ사 등에서는 개별 수두손실 장치 및 수력학 시험장치를 구축하여 여과기의 성능을 평가하고 있다.
위의 개별 수두손실 시험은 여과기의 소규모 시험으로 여과기의 시편의 여과성능을 제한적인 환경에서 시험하는 장치이다.
상기 수력학 성능 시험장치는 여과기가 설치되는 주변의 수력학적 특성을 모의하고자 하는 시험장치로 이 역시 제한적인 환경만의 모의가 가능하다.
따라서 여과기의 성능에 영향을 주는 현장의 다양한 인자들에 대한 평가는 이루어지지 못하며, 일부 인자들에 대한 평가만이 가능하기 때문에 평가의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.
상기 다양한 인자들은 이물질의 종류와 구성비, 유량, 물의 온도와 압력, 여과기 근처 유로 형태 등 매우 다양하며, 종래의 시험장치들은 이 중 일부의 인자들만을 평가할 수 있었으며, 특히 여과기가 설치된 집수조로 향하는 유로에 위치하는 중간차단체는 이물질의 양을 직접적으로 감소시켜 여과기의 수두손실을 감소시킬 수 있다. 이 중간차단체도 여과기의 수두손실에 영향을 줄 수 있는 하나의 인자로써 수두손실에 영향을 줄 수 있는 다른 인자들과의 복합적인 상관관계를 고려해보아야 할 필요가 있으나, 종래에는 이러한 복합적인 상관관계에 대한 평가를 한 사례가 없다.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 보다 다양한 인자들과 그 인자들의 복합적인 상관관계에 따른 영향을 평가할 수 있는 여과기의 수두손실 수력학 시험장치 및 방법을 제공함에 있다.
특히 본 발명이 해결하고자 하는 구체적인 과제는, 작동유체의 온도효과와 중간차단체의 효과 및 여과기가 설치되는 집수조의 형상에 따른 영향을 평가할 수 있는 여과기의 수두손실 수력학 시험장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 여과기의 수두손실 수력학 시험장치는 작동유체를 순환시키는 순환관과, 상기 순환관을 통해 공급되는 상기 작동유체를 일시 저장하는 유입조와, 상기 유입조에 저장된 상기 작동유체를 분배부를 통해 공급받아 저장하고, 여과기를 통해 상기 순환관으로 배출하는 수조와, 상기 수조의 일부에 가로로 배치되어 투입부를 통해 투입된 이물질을 1차 필터링하는 탈부착이 가능한 중간차단체와, 상기 수조의 상기 작동유체의 온도변화와 압력의 변화를 각각 센싱하는 센서들과, 상기 순환관의 일부 분기관의 일측에 마련되어 상기 작동유체를 순환시키는 순환펌프와, 상기 순환관에 마련되어 상기 작동유체의 유량을 측정하는 유량계와, 상기 순환관에 마련되어 상기 작동유체를 가열하는 순환가열히터와, 상기 센서들의 센싱결과와 상기 유량계의 측정유량 및 상기 순환가열히터의 측정온도를 수신하여 저장하는 데이터획득부를 포함한다.
또한 본 발명 여과기의 수두손실 시험방법은 작동유체를 순환시키며 여과기의 양단의 압력차를 측정하여 여과기의 수두손실을 시험하는 방법에 있어서, a) 상기 작동유체를 실제 현장의 압력 및 온도에 부합하도록 제어하여 순환시키는 단계와, b) 상기 순환되는 작동유체에 실제 현장에서 발생하는 화학적 및 물리적 이물질을 투입하는 단계와, c) 상기 이물질이 투입된 작동유체가 상기 여과기에 도달하기 전에 1차적으로 상기 이물질을 필터링하는 단계를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명 수두손실 수력학 시험장치 및 방법은, 작동유체의 온도에 따른 여과기의 수두손실을 평가하기 위하여 작동유체의 온도를 제어할 수 있는 수단을 구비하고, 중간차단체를 설치하여 중간차단체가 여과기의 수두손실에 미치는 영향을 평가하며, 실제 여과기가 설치되는 집수조의 형상과 동일 또는 유사한 환경을 제공하여 집수조의 형상에 따른 여과기의 수두손실을 평가할 수 있도록 하여, 보다 다양한 인자에 대한 평가와 그 인자들의 복합적인 영향을 평가할 수 있어, 평가결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명 여과기의 수두손실 수력학 시험장치의 바람직한 실시예의 구성도이다.
도 2는 도 1을 간략화한 블록 구성도이다.
도 3은 방출노즐의 일실시 구성도이다.
도 4는 중간차단체의 일실시 구성도이다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 여과기의 수두손실 수력학 시험장치 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 여과기의 수두손실 수력학 시험장치 바람직한 실시예의 구성도이고, 도 2는 도 1을 간략화한 블록 구성도이다.
도 1과 도 2를 각각 참조하면 본 발명 여과기의 수두손실 수력학 시험장치의 바람직한 실시예는, 작동유체를 순환시키는 순환관(112)을 통해 순환되는 유체가 유입되는 유입조(110)와, 상기 유입조(110)로부터 분배부(111)를 통해 균일하게 공급되는 작동유체를 공급받아 저장함과 아울러 각 센서(122,123,124,125)를 통해 온도와 압력을 검출하며, 설치된 여과기(126)를 통해 작동유체를 상기 순환관(112)을 통해 배출하는 수조(120)와, 상기 수조(120)의 일부에서 이물질이 상기 여과기(126)로 유입되기 전에 1차 차단하는 중간차단체(121)와, 상기 수조(120)의 중간차단체(121) 전단에 이물질을 투입하는 투입부(113)와, 순환펌프(130)의 압력에 의해 상기 순환관(112)을 흐르는 작동유체의 유량을 측정하는 유량계(140)와, 상기 순환관(112)을 흐르는 작동유체를 가열하는 순환가열히터(150)와, 상기 각 센서(122,123,124,125)의 센싱결과 및 유량계(140)의 측정결과와 순환가열히터(150)의 가열온도를 검출한 결과 데이터를 저장하는 데이터획득부(160)를 포함하여 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 여과기의 수두손실 수력학 시험장치 바람직한 실시예의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.
먼저, 유입조(110)는 수조(120)와 일체로 마련된 것으로, 순환관(112)을 통하여 순환되는 작동유체를 일시 저장하고, 수조(120)로 균일하게 공급하기 위한 구조를 가진다. 또한 광학적인 센싱을 위해 수조(120)는 투명한 재질로 형성함이 바람직하다.
도 3은 상기 유입조(110) 내에 삽입된 순환관(112)의 끝단인 방출노즐(114)의 구성도로서, 측면에 다수의 측면공(115)과, 저면에 마련된 저면공(116)을 통해 여러방향으로 작동유체가 공급되어지며, 이는 분배부(111)에 의해 수조(120)로 공급된다.
상기 분배부(straighter, 111)는 수조(120)와의 사이에 위치하며, 유입조(110)에 공급된 작동유체의 흐름방향을 수조(120)측을 향하도록하며, 유동을 최소화하여 수조(120)의 단면부 전체에 균일한 유량으로 공급이 가능하도록 한다.
상기와 같이 유입조(110)에서 분배부(111)를 통해 수조에 공급된 작동유체에는 여과기(126)의 수두손실에 직접 영향을 줄 수 있는 이물질이 투입부(113)를 통해 투입된다. 상기 투입부(113)의 위치는 분배부(111)와 이후에 설명될 중간차단체(121)의 사이에 위치하며, 투입위치에 따른 영향을 확인하기 위하여 이동이 가능한 형태로 제작함이 가능하다.
상기 이물은 실제 현장에서 발생할 수 있는 화학적, 물리적 이물질을 포함하는 것으로 하며, 실험을 통해 그 화학적, 물리적 이물들의 성분과 성분비를 얻고, 그 결과에 따라 조합된 이물질을 투입하는 것이 바람직하다.
상기 이물질이 투입된 작동유체는, 수조(120)의 타측으로 흐르게 되며, 이때 상기 수조의 중앙부 바닥면에 소정의 높이로 가로막혀있는 중간차단체 (121)를 지나면서 그 이물의 일부가 걸러지게 된다.
상기 중간차단체(121)의 높이는 수조(120)의 설치위치에서 작동유체에 완전히 잠길 수 있는 높이이며, 통상 작동유체에 비하여 밀도가 높은 이물들이 수조(120)의 바닥에 가까운 위치에서 이동됨을 고려하여 그 이물들의 일부를 걸러낼 수 있도록 배치된다.
중간차단체(121)는 설치와 분해가 용이하도록 하여, 중간차단체(121)의 설치상태와 설치되지 않은 상태에서의 평가를 통해 중간차단체(121)가 여과기(126)의 수두손실에 미치는 영향을 평가할 수 있다.
도 4는 상기 중간차단체(121)의 바람직한 실시예의 구성도이다.
도 4를 참조하면 상기 중간차단체(121)는 하부측이 상기 수조(120)의 저면측 일부를 가로막는 수직판(121a)과, 상기 수직판(121a)의 상부에서 그 수조(120)의 바닥면과 평행하게 돌출된 수평판(121b)을 포함하여 구성된다.
상기 수평판(121b)은 적어도 상기 유입조(110)측인 전단부측으로 돌출되어 중간차단체(121)에 의하여 걸러진 이물질이 후단부측으로 넘어가는 것을 막을 수 있는 구조로 함이 바람직하다.
상기 중간차단체(121)의 설치 위치 후단의 수조(120)의 바닥면은 높이가 서로 다른 부분으로 이루어져 있으며, 그 단차의 사이에는 완만한 경사면을 가지도록 구성되어 있다.
또한 상기 단차가 낮은 바닥면의 부분에서 수조(120)의 폭이 더 큰 구조로 되어 있다. 이와 같은 구조상의 특징은 상기 여과기(126)가 설치되는 실제 저수조와 동일한 구조를 가지도록 설계한 것이며, 여과기(126)가 설치되는 실제 환경에 따라 그 구조는 변경될 수 있다.
즉, 상기 수조(120)의 구조는 실제 원자력발전소 비상노심냉각계통의 원자로건물 재순환집수조의 형상과 동일한 것이며, 따라서 그 재순환집수조의 형상이 여과기(126)의 수두손실에 미치는 영향을 평가할 수 있게 된다.
상기 수조(120)에는 다수의 센서(122,123,124,125)가 마련되어 있으며, 각각의 위치에서 압력 또는 온도를 측정하여, 온도차 및 압력차를 평가할 수 있도록 한다. 특히 센서(125)는 여과기(126)의 전단과 후단의 압력차를 센싱하여, 여과기(126)의 수두손실정도를 직접 측정함이 가능하다.
상기 여과기(126)는 수조(120)의 측면과 바닥면중 하나에 설치될 수 있으며, 밸브(V1,V2)는 각각 측면 또는 바닥면에 설치된 여과기(126)를 선택하여 평가가 이루어질 수 있도록 한다.
상기 여과기(126)를 투과한 작동유체는 순환관(112)을 통해 순환되며, 이때의 순환압력은 순환펌프(130)에 의해 제공되거나, 상기 수조(120)의 높이 및 이후에 설명할 순환가열히터(150)에 의한 온도차에 의한 대류에 의해 제공된다.
즉, 상기 순환펌프(130)는 순환관(112)이 두개로 분기된 일측 분기관에 위치하도록 구성할 수 있으며, 각 분기관에 마련된 밸브(V3,V4)에 의하여 순환펌프(130)를 이용하거나 대류를 이용하는 방식을 사용할 수 있게 된다.
이때 순환관(112)을 통해 순환되는 작동유체의 유속에는 차이가 있으며, 순환펌프(130)를 사용하는 경우 더 빠른 속도로 순환하게 되며, 유속의 차이에 의한 여과기(126)의 수두손실 평가를 할 수 있게 된다.
상기와 같이 순환펌프(130)의 작용에 의해 순환관(112)을 흐르는 작동유체의 유량은 유량계(140)에서 측정되며, 유량계(140)의 후단에 마련된 순환가열히터(150)는 작동유체를 가열하여 상기 유입조(110)에 유입되도록 한다.
상기 순환가열히터(150)는 비례미적분제어(PID 제어)방식을 사용하여 평가가 이루어지는 동안 작동유체의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 하며, 이는 작동유체의 온도에 따른 여과기(126)의 수두손실을 평가할 수 있으며, 작동유체가 비상노심냉각계통의 냉각수로 사용되는 원자로건물 재순환집수조에서 실제 환경에 부합하는 온도를 유지하여 그 평가결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 순환가열히터(150)는 작동유체의 온도 측정결과를 저장하는 데이터획득부(160)의 제어로 동작할 수 있다. 상기 데이터획득부(160)는 앞서 설명한 센서들(122,123,124,125)의 센싱결과를 저장하며, 순환펌프(130)의 동작을 제어할 수 있다.
상기 순환펌프(130)는 여과기(126)의 수두손실증가로 상기 센서(125)에서 검출된 압력의 차이가 증가하는 것에 맞추어 단계적으로 회전수를 높이도록 제어될 수 있다.
이는 상기 작동유체의 유속을 일정하게 유지하기 위한 것으로, 본 발명은 작동유체의 온도, 압력, 유속을 특정한 값에서 일정하게 유지할 수 있어, 온도, 압력, 유속의 개별인자에 따른 여과기(126)의 수두손실을 평가할 수 있으며, 그 온도, 압력, 유속 개별인자의 복합적인 영향도 평가할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
110:유입조 111:분배부
112:순환관 113:투입부
120:수조 121:중간차단체
122~125:센서 126:여과기
130:순환펌프 140:유량계
150:순환가열히터 160:데이터획득부

Claims (7)

  1. 작동유체를 순환시키는 순환관;
    상기 순환관을 통해 공급되는 상기 작동유체를 일시 저장하는 유입조;
    상기 유입조에 저장된 상기 작동유체를 분배부를 통해 공급받아 저장하고, 여과기를 통해 상기 순환관으로 배출하는 수조;
    상기 수조의 일부에 가로로 배치되어 투입부를 통해 투입된 이물질을 1차 필터링하는 탈부착이 가능한 중간차단체;
    상기 수조의 상기 작동유체의 온도변화와 압력의 변화를 각각 센싱하는 센서들;
    상기 순환관의 일부 분기관의 일측에 마련되어 상기 작동유체를 순환시키는 순환펌프;
    상기 순환관에 마련되어 상기 작동유체의 유량을 측정하는 유량계;
    상기 순환관에 마련되어 상기 작동유체를 가열하는 순환가열히터; 및
    상기 센서들의 센싱결과와 상기 유량계의 측정유량 및 상기 순환가열히터의 측정온도를 수신하여 저장하는 데이터획득부를 포함하는 여과기의 수두손실 수력학 시험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수조는,
    상기 여과기 주변부의 바닥면이 상기 유입조와 인접한 부분의 바닥면보다 더 낮으며, 바닥면의 경계부는 완만한 경사를 이루는 것을 특징으로 하는 여과기의 수두손실 수력학 시험장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중간차단체는,
    상기 수조를 바닥면으로부터 소정 높이 가로막는 수직판과, 상기 1차 필터링된 이물질이 후단부로 유입되는 것을 차단하기 위하여 상기 수직판의 상단에서 수평방향으로 돌출되는 수평판을 더 포함하는 여과기의 수두손실 수력학 시험장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 데이터획득부는,
    상기 여과기의 수두손실의 정도에 따라 단계적으로 상기 순환펌프의 회전수가 가변되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 여과기의 수두손실 수력학 시험장치.
  5. 작동유체를 순환시키며 여과기의 양단의 압력차를 측정하여 여과기의 수두손실을 시험하는 방법에 있어서,
    a) 상기 작동유체를 실제 현장의 압력 및 온도에 부합하도록 제어하여 순환시키는 단계;
    b) 상기 순환되는 작동유체에 실제 현장에서 발생하는 화학적 및 물리적 이물질을 투입하는 단계; 및
    c) 상기 이물질이 투입된 작동유체가 상기 여과기에 도달하기 전에 1차적으로 상기 이물질을 필터링하는 단계를 포함하는 여과기의 수두손실 수력학 시험방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 여과기의 수두손실 정도에 따라 상기 작동유체의 유속을 가변시키는 단계를 더 포함하는 여과기의 수두손실 수력학 시험방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 작동유체의 순환은 순환펌프를 통해 이루어지거나, 상기 작동유체를 가열하여 대류시키는 것을 특징으로 하는 여과기의 수두손실 수력학 시험방법.
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