KR101144456B1 - 가스로 시스템 및 상기 가스로 시스템 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

열을 생산하는 가스로 용기, 상기 가스로 용기와 열을 교환하는 제1 열교환기, 상기 제1 열교환기의 고장 여부를 판단하는 고장 판단부 및 상기 판단 결과, 상기 제1 열교환기에 고장이 발생한 경우 상기 제1 열교환기를 대체하여 상기 가스로 용기와 열을 교환하는 제2 열교환기를 포함하는 가스로 시스템을 제공한다.

Description

가스로 시스템 및 상기 가스로 시스템 제어 방법{REACTOR SYSTEM AND CONTROLLING THE REACTOR SYSTEM}
본 발명의 실시예들은 복수의 열교환기를 포함하는 가스로 시스템 및 상기 가스로 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다.
산업화가 진행되고 삶의 질적 향상에 대한 요구가 증가됨에 따라 에너지 과소비형 사회구조로의 전환은 필연적이며, 석유 또는 천연가스 등의 화석연료를 기초로 하는 산업구조는 화석연료의 고갈과 대기오염, 지구 온난화 등의 문제를 초래하고 있다.
이를 극복하기 위하여 최근 청정한 대체에너지원으로서 수소에 대한 관심이 증대되고 있다. 수소는 화석연료와 는 달리 지구환경오염물질(CO2, NOX, SOX)의 배출없이 기존의 석유, 천연가스 등을 연료로 사용하는 에너지 시스템을 부분적으로 수정하여 활용할 수 있다는 측면에서 미래의 유망한 청정에너지로서 부각되고 있다.
특히 원자력 에너지를 이용하여 고온의 열을 얻고, 이 고온의 열을 이용하여 물을 직접 전기분해하여 대량의 수소를 생산할 수 있으며, 원자로 중에서 고온의 열을 가장 손쉽게 얻을 수 있는 것이 고온가스로 시스템이다.
근래에는 대량의 효율적 수소생산에 적합한 950℃의 고온 열을 공급할 수 있는 초고온가스로에 대해 많은 관심이 집중되고 있으며 전 세계적으로 본격적인 초고온가스로(VHTR, Very High Temperature Reactor)의 연구, 개발이 시작되고 있다. 초고온가스로에 관한 기술은 기본적으로 고온가스로(HTGR, High Temperature Gas-Cooled Reactor)의 기술을 근간으로 한다.
고온가스로 시스템은 크게, 열을 생산하는 가스로 용기 및 생산된 열을 전력, 수소 등을 생산하는 전력 생산부, 수소 생산부로 구분될 수 있으며, 가스로 용기에 발생된 열을 생산부에 전달하도록 하는 열교환기가 구성된다.
일반적으로 열교환기는 온도가 다른 두 유체가 서로 섞이지 않으면서 온도가 높은 유체로부터 온도가 낮은 유체로 열을 교환하도록 하는 장치를 가리킨다. 열교환기는 에어컨과 같은 가정용 공기 조화 시스템으로부터 대형 공장의 화학 공정이나 발전에 이르기까지 넓은 범위의 분야에서 실제적으로 많이 사용되고 있다.
이러한 열교환기는 다수의 종류가 있는데, 그 중 인쇄기판형 열교환기(PCHE, Printed Circuit Heat Exchanger)는 기존의 쉘 앤 튜브(shell and tube) 또는 U-튜브 타입의 열교환기보다 온도와 압력이 높은 운전 환경에 적용될 수 있어 고온가스로의 중간 열교환기로 적합하다.
열교환기는 먼지 등의 이물질로 인해 유량이 막히는 경우가 발생한다. 이러한 현상을 조기에 발견하지 못하면 급격히 유량이 줄어들고 이에 따른 온도, 압력 등이 상승하여 가스로 시스템에 치명적인 손상을 발생시킬 수도 있다.
이러한 현상이 발생하는 경우에는 가스로 시스템 전체의 가동을 중지시키고, 열교환기를 수리 및 세척해야 되므로, 시간, 인력, 에너지 낭비를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예는 열교환기가 이물질로 인해 유량이 줄어 문제가 생길 경우 제어자가 즉각 인식 할 수 있도록 하며, 자동으로 다른 열교환기로 전환할 수 있는 가스로 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예는 고장이 발생한 열교환기를 세척 및 수리 하는 동안, 다른 열교환기를 이용하여 가스로 시스템이 계속적으로 가동될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예는 제어자가 가스로 시스템의 문제를 즉각 인식할 수 있는 가스로 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예는 복수의 열교환기로 이루어진 가스로 시스템의 유로를 빠르게 변경 할 수 있는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 가스로 시스템은 열을 생산하는 가스로 용기, 상기 가스로 용기와 열을 교환하는 제1 열교환기, 상기 제1 열교환기의 고장 여부를 판단하는 고장 판단부 및 상기 판단 결과, 상기 제1 열교환기에 고장이 발생한 경우 상기 제1 열교환기를 대체하여 상기 가스로 용기와 열을 교환하는 제2 열교환기를 포함한다.
본 발명의 일측에 따르면 상기 고장 판단부는 상기 제1 열교환기의 열이 교환되는 유로의 출입구의 차압을 측정하여 기 설정된 차압보다 높게 측정되는 경우, 상기 제1 열교환기를 고장으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 가스로 시스템은 상기 제1 교환기에 고장이 발생한 경우 고장 여부를 알리는 고장 알람부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 가스로 시스템은 상기 가스로 용기와 상기 제1 열교환기 사이의 열을 교환하고, 상기 제1 열교환기 외부로 열을 전달하는 하나 이상의 제1 유로 및 상기 가스로 용기와 상기 제2 열교환기 사이의 열을 교환하고, 상기 제2 열교환기 외부로 열을 전달하는 하나 이상의 제2 유로를 더 포함 할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 가스로 시스템은 상기 제1 유로의 개폐를 결정하는 제1 벨브 세트 및 상기 제2 유로의 개폐를 결정하는 제2 벨브 세트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면 상기 고장 판단부는 상기 제1 열교환기에 고장이 발생한 경우, 상기 제1 벨브 세트를 폐쇄하고, 상기 제2 벨브 세트를 개방하여 상기 가스로 용기와 상기 제2 열교환기 사이의 열을 교환하도록 제어하며, 상기 제2 열교환기가 외부로 열을 전달하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 가스로 시스템 제어 방법은 가스로 용기를 이용하여 열을 생산하는 단계, 상기 가스로 용기와 제1 열교환기가 서로 열을 교환하도록 제어하는 단계, 상기 제1 열교환기의 고장 여부를 판단하는 단계 및 상기 판단 결과, 상기 제1 열교환기에 고장이 발생한 경우 상기 제1 열교환기를 대체하여 상기 가스로 용기와 제2 열교환기가 서로 열을 교환하도록 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일측에 따른 가스로 시스템 제어 방법은 상기 제1 열교환기에 고장이 발생한 경우, 상기 제1 벨브 세트를 폐쇄하는 단계, 상기 제2 벨브 세트를 개방하여 상기 가스로 용기와 상기 제2 열교환기 사이의 열을 교환하도록 제어하는 단계 및 상기 제2 열교환기가 외부로 열을 전달하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 열교환기가 이물질로 인해 유량이 줄어 문제가 생길 경우 제어자가 즉각 인식 할 수 있도록 하며, 자동으로 다른 열교환기로 전환할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 고장이 발생한 열교환기를 세척 및 수리 하는 동안, 다른 열교환기를 이용하여 가스로 시스템이 계속적으로 가동될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제어자가 가스로 시스템의 문제를 즉각 인식할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 복수의 열교환기로 이루어진 가스로 시스템의 유로를 빠르게 변경 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스로 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스로 시스템의 상세 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가스로 시스템 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스로 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 가스로 시스템은 열을 생산하는 가스로 용기(110), 가스로 용기(110)와 열을 교환하는 제1 열교환기(130), 제1 열교환기(130)의 고장 여부를 판단하는 고장 판단부(120) 및 상기 판단 결과, 제1 열교환기(130)에 고장이 발생한 경우 제1 열교환기(130)를 대체하여 가스로 용기와 열을 교환하는 제2 열교환기(140)으로 구성된다.
본 발명의 일측에 따르면, 고장 판단부(120)는 제1 열교환기(130)의 열이 교환되는 유로의 출입구의 차압을 측정하여 기 설정된 차압보다 높게 측정되는 경우, 제1 열교환기(130)를 고장으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 가스로 시스템은 제1 교환기(130)에 고장이 발생한 경우 고장 여부를 알리는 고장 알람부를 더 구성할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 가스로 시스템은 가스로 용기(110)와 제1 열교환기(130) 사이의 열을 교환하고, 제1 열교환기(130) 외부로 열을 전달하는 하나 이상의 제1 유로(150) 및 가스로 용기(110)와 제2 열교환기(140) 사이의 열을 교환하고, 제2 열교환기(140) 외부로 열을 전달하는 하나 이상의 제2 유로(160)을 구성할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 가스로 시스템은 제1 유로(150)의 개폐를 결정하는 제1 벨브 세트(170) 및 제2 유로(160)의 개폐를 결정하는 제2 벨브 세트(180)를 구성하여, 제1 열교환기(130)가 고장인 경우 빠르게 벨브를 조절하여 제2 열교환기(140)로 전환하여 계속적으로 가스로 시스템을 가동할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 고장 판단부(120)는 제1 열교환기(130)에 고장이 발생한 경우, 제1 벨브 세트(170)를 폐쇄하고, 제2 벨브 세트(180)를 개방하여 가스로 용기(110)와 제2 열교환기(140) 사이의 열을 교환하도록 제어하며, 제2 열교환기(140)가 외부로 열을 전달하도록 제어할 수 있다.
아래에서는 도 2 내지 도 3을 참조하여 가스로 시스템을 제어하는 방법에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스로 시스템의 상세 구성을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가스로 시스템 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 가스로 시스템은 가스로 용기(210)를 이용하여 열을 생산한다(310).
본 발명의 일실시예에 따른 가스로 시스템은 가스로 용기(210)와 제1 열교환기(230)가 서로 열을 교환하도록 제어한다(320).
본 발명의 일측에 따른 고장 판단부(220)는 제1 열교환기(230)의 고장 여부를 판단한다(330).
본 발명의 일측에 따르면, 고장 판단부(220)는 제1 열교환기(230)의 열이 교환되는 유로의 출입구의 차압을 측정하여 기 설정된 차압보다 높게 측정되는 경우, 제1 열교환기(230)를 고장으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 가스로 시스템은 가스로 용기(210)와 제1 열교환기(230) 사이의 열을 교환하고, 제1 열교환기(230) 외부로 열을 전달하는 하나 이상의 제1 유로(250) 및 가스로 용기(210)와 제2 열교환기(240) 사이의 열을 교환하고, 제2 열교환기(240) 외부로 열을 전달하는 하나 이상의 제2 유로(260)을 구성할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 제1 유로(250)는 가스로 용기(210)에서 분기되어 제1 열교환기(230) 및 제2 열교환기(240)에 각각 연결되고, 가스로 용기(210)에서 생산된 열을 제1 열교환기(230) 및 제2 열교환기(240)에 전달할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 제1 유로(250)는 제1 열교환기(230) 및 제2 열교환기(240)과 열을 이용한 전력/수소 생산부(미도시) 사이에 연결되어, 전력/수소 생산부의 온도가 낮아진 유체를 제1 열교환기(230) 및 제2 열교환기 측으로 송유할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 제2 유로(260)는 가스로 용기(210)에서 분기되어 제1 열교환기(230) 및 제2 열교환기(240)에 각각 연결되고, 제1 열교환기(230) 및 제2 열교환기(240)의 온도가 낮아진 유체를 가스로 용기(210) 측으로 송유할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 제2 유로(260)는 제1 열교환기(230) 및 제2 열교환기(240)과 열을 이용한 전력/수소 생산부(미도시) 사이에 연결되어, 제1 열교환기(230) 및 제2 열교환기(240)의 열을 전력/수소 생산부에 전달할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 제1 벨브 세트(271, 272, 273, 274)는 가스로 용기(210), 제1 열교환기(230) 및 전력/수소 생성부를 연결하는 제1 유로(250) 및 제2 유로(260)의 개폐를 제어할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 제2 벨브 세트(281, 282, 283, 284)는 가스로 용기(210), 제2 열교환기(240) 및 전력/수소 생성부를 연결하는 제1 유로(250) 및 제2 유로(260)의 개폐를 제어할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 가스로 시스템은 제1 열교환기(230)가 고장인 경우 빠르게 벨브를 조절하여 제2 열교환기(240)로 전환하여 계속적으로 가스로 시스템을 가동할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일측에 따른 고장 판단부(220)는 제1 열교환기(230)에 고장이 발생한 경우, 제1 벨브 세트(271, 272, 273, 274)를 폐쇄하고, 제2 벨브 세트(281, 282, 283, 284)를 개방하여 가스로 용기(210)와 제2 열교환기(240) 사이의 열을 교환하도록 제어하며, 제2 열교환기(240)가 외부로 열을 전달하도록 제어할 수 있다(340).
본 발명의 일측에 따른 가스로 시스템은 고장 판단부(220)에 의하여 모든 시스템 동작이 자동으로 이루어질 수도 있으나, 고장 알람부에 의하여 열교환기의 고장을 제어자에게 알림으로써, 제어자가 수동으로 벨브 세트를 제어하여 열교환기를 전환할 수도 있다.
예를 들어, 본 발명의 일측에 따른 가스로 시스템은 평상시, 제1 열교환기(230)을 이용하여 열을 교환하나, 제1 열교환기(230)에 차압이 설정된 압력이상 올라가는 등의 문제가 발생하는 경우 고장 알람부를 통하여 비상벨이 울리게 할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 가스로 시스템의 제어자는 비상벨을 인식하고, 제1 열교환기(230)의 고장 유무를 확인하고 제2 열교환기(240)로 전환할지 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면 제어자는 제2 열교환기(240)로 전환한 경우, 제2 열교환기(240)와 연결된 제2 벨브 세트(281, 282, 283, 284)를 개방하고, 가스로 시스템의 문제가 모두 해결되면 제1 열교환기(240)과 연결된 제1 벨브 세트(271, 272, 273, 274)를 폐쇄할 수도 있다.
본 발명의 일측에 따르면 열교환기(230, 240)를 전환한 후, 고장난 제1 열교환기(230)의 가스를 제거하고 분리 수리한 후 다시 부착할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(Floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110: 가스로 용기
120: 고장 판단부
130: 제1 열교환기
140: 제2 열교환기
150: 제1 유로
160: 제2 유로
170: 제1 벨브 세트
180: 제2 벨브 세트

Claims (10)

  1. 열을 생산하는 가스로 용기;
    상기 가스로 용기와 열을 교환하는 제1 열교환기;
    상기 제1 열교환기의 고장 여부를 판단하는 고장 판단부;
    상기 판단 결과, 상기 제1 열교환기에 고장이 발생한 경우 상기 제1 열교환기를 대체하여 상기 가스로 용기와 열을 교환하는 제2 열교환기;
    상기 가스로 용기와 상기 제1 열교환기 사이의 열을 교환하고, 상기 제1 열교환기 외부로 열을 전달하는 하나 이상의 제1 유로;
    상기 가스로 용기와 상기 제2 열교환기 사이의 열을 교환하고, 상기 제2 열교환기 외부로 열을 전달하는 하나 이상의 제2 유로;
    상기 제1 유로의 개폐를 결정하는 제1 벨브 세트; 및
    상기 제2 유로의 개폐를 결정하는 제2 벨브 세트
    를 포함하는 가스로 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고장 판단부는,
    상기 제1 열교환기의 열이 교환되는 유로의 출입구의 차압을 측정하여 기 설정된 차압보다 높게 측정되는 경우, 상기 제1 열교환기를 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 가스로 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 교환기에 고장이 발생한 경우 고장 여부를 알리는 고장 알람부
    를 더 포함하는 가스로 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고장 판단부는
    상기 제1 열교환기에 고장이 발생한 경우,
    상기 제1 벨브 세트를 폐쇄하고, 상기 제2 벨브 세트를 개방하여 상기 가스로 용기와 상기 제2 열교환기 사이의 열을 교환하도록 제어하며, 상기 제2 열교환기가 외부로 열을 전달하도록 제어하는 가스로 시스템.
  7. 가스로 용기를 이용하여 열을 생산하는 단계;
    상기 가스로 용기와 제1 열교환기가 서로 열을 교환하도록 제어하는 단계;
    상기 제1 열교환기의 고장 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과, 상기 제1 열교환기에 고장이 발생한 경우 상기 제1 열교환기를 대체하여 상기 가스로 용기와 제2 열교환기가 서로 열을 교환하도록 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 가스로 용기는,
    상기 제1 열교환기 사이의 열을 교환하고 상기 제1 열교환기 외부로 열을 전달하는 하나 이상의 제1 유로; 및
    상기 제2 열교환기 사이의 열을 교환하고 상기 제2 열교환기 외부로 열을 전달하는 하나 이상의 제2 유로와 각각 연결되고,
    상기 제1 유로는 상기 제1 유로의 개폐를 결정하는 제1 벨브 세트가 연결되며, 상기 제2 유로는 상기 제2 유로의 개폐를 결정하는 제2 벨브 세트가 연결된 것을 특징으로 하는 가스로 시스템 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 열교환기에 고장이 발생한 경우, 상기 제1 벨브 세트를 폐쇄하는 단계;
    상기 제2 벨브 세트를 개방하여 상기 가스로 용기와 상기 제2 열교환기 사이의 열을 교환하도록 제어하는 단계; 및
    상기 제2 열교환기가 외부로 열을 전달하도록 제어하는 단계
    를 더 포함하는 가스로 시스템 제어 방법.
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