KR101687461B1 - 산업 시설로부터의 가스 유출물의 여과 방법 - Google Patents
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Abstract
산업 시설로부터의 유해한 가스 유출물의 여과 방법에 있어서, - 산업 시설로부터의 가스 유출물을 제공하는 단계로서, 상기 가스 유출물은 가스의 혼합물로 구성되는, 상기 제공 단계와, - 복수의 막들을 통해 막 분리에 의해 상기 가스 유출물로부터 유해한 요소들을 여과하는 단계로서, 상기 막 분리는 체분리(sifting), 수착 및/또는 확산에 의해 성취되고, 각각의 막은 특정한 유해한 요소를 여과하기 위해 구성되는, 상기 여과 단계와, - 상기 여과된 유해한 요소들을 분류하고 개별 저수지들에 저장하는 단계, 및 - 상기 처리된 가스 유출물을 대기로 방출하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 특히 핵 에너지의 생성 분야에서, 산업 시설의 가스 유출물을 여과하는 방법에 관한 것이다.
더 구체적으로, 본 발명은 특히 막 분리에 의해 가스 상태에서 화학 및/또는 방사능 종들의 빠른 유속으로 선택적인 분류를 허용할 수 있고, 목적은 정상적인 작동 또는 비정상적인 작동 상황들 하에서, 특히 심각한 사고 중에 시설 상에서 생성된 가스 배출물의 회수를 보장하는 것이다.
핵 시설의 특정한 경우에서, 환경에 대한 영향은 주로 폐기물의 방사능, 열 및 화학 특성들과 관련된다. 방사능의 레벨 및 화학 성분에 따라, 방사능 요소들은 저장되고, 처리되고 이어서 폐기물을 형성하기 위해 패키징된다. 몇몇의 방사능 요소들은 대기 중으로 가스 형태로 물론 적용 가능한 규정들에 의해 엄격히 규정된 농도들로 방출된다. 정상적인 작동 중에 생성된 가스 배출물은 일반적으로 발전소의 정제 및 여과 회로들로부터 생기고, 발전소는 시스템들 및 시설을 구성하는 장비의 작동에 의해 생성된 방사능 요소들의 일부를 수집한다. 예를 들어, 프랑스에서, 원자력 발전소들에 의해 생성된 방사능 가스 배출물들은 일반적으로 희가스 또는 비활성 가스에 대해 허용된 한도인 약 1.1%, 삼중 수소에 대해 11.1% 및 요오드에 대해 3.6%(유기물 및 무기물 둘 다)를 나타낼 수 있다. 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 및 라돈은 희가스 족, 화학 원소의 주기율표의 0 족을 형성하지만 비활성 가스의 명칭이 이후에 lUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)에 의해 그리고 "Bulletin Officiel du Ministere Francais de I'Education nationale"에 의해 추천되는 바와 같이 사용될 것이다. 이 폐기물은 정상적으로 적은 움직임을 보이고 매우 유독한 화학 약품을 포함하고 일반적으로 짧은 기간을 가진 방사능 핵종들이다. 가스 배출물이 고체 및 액체 입자들을 포함한다는 것을 유념해야 한다. 방사능 성질을 가진 입자들은 매우 가변적인 입자 크기를 가진 에어로졸을 형성한다. 부유 분진들과 만나는 핵분열 현상들은 할로겐, 비활성 가스, 삼중 수소 및 탄소 14와 같은 방사능 핵종들을 생성한다. 이에 의해 형성된 에어로졸의 성분과 방사능은 반응기의 형태와 배출 경로들에 대해 크게 의존한다.
보통, 원자력 발전소의 가스 유출물은 가스 유출물이 대부분의 방사능 요소들을 추출하기 위해 대기로 방출되기 전에 처리된다. 현재의 관행은 대기로의 유출물의 배출 전에 유출물로부터 방사능 입자들을 추출하기 위해 오염된 가스를 여과하는 것과 건물의 환기로 구성된다. 환기 및 정제 시스템들은 일반적으로 완전한 여과기들과 연관된 조대한 프리여과기들을 포함한다. 나타낸 바와 같이, 약 0.3mm의 직경을 가진 입자들에 대해, 추출량이 보통 적어도 99.9%를 획득한다는 것을 유념해야 할 것이다.
방사성 요오드는 먼지 여과기들과 연관된 침지된 숯을 가진 여과기들에 의해 추출된다. 석탄의 침지는 요오드 유기 화합물들을 유지하기 위해 요구된다.
연료 요소들로부터 발달되는 방사능 비활성 가스는 활성 레벨을 감소시키도록 분해 후에 연기된 방식으로 대기로 방출된다. 2개의 방법들이 이 목적을 위해 사용된다: 특정한 저수지들 또는 숯의 몇몇의 층들을 통한 통로 내의 버퍼 저장. 저장을 위해, 비활성 가스와 캐리어 가스는 따라서 가스 방출이 대기 내로 승인될 때까지 유지되는 봉인된 저장소들 내로 가스를 펌핑하여 도입된다. 다른 방법은 유출물이 캐리어 가스에 비해 비활성 가스의 전진을 지연시키는 일련의 숯 열들이 되는 것으로 구성된다.
낮거나 중간의 활성도의 폐기물을 처리하고 패키징하는 대부분의 방법들은 이제 잘 개발되고 산업 규모에서 사용된다. 기술은 발전소들로부터의 폐기물의 효율적인 관리를 보장하기 위해 충분히 진전되었지만, 개선이 항상 가능하고 바람직하다. 이 관리에 대한 증가한 예산은 생산된 양들이 최소로 감소될 수 있는 방법들과 기술들의 채택 및 처리 및 패키징 단계에서 체적을 더 감소시키는 새로운 수단의 연구를 고무시킨다. 예로써, 액체 폐기물의 처리를 향상시키는 특정한 미네랄 흡착제들의 사용; 또한 액체 폐기물을 처리하기 위한 막 기술; 비드들(bead) 내의 수지들 및 여과기들로부터의 머드의 건조; 고갈된 이온 교환 수지들의 소각; 세탁물의 물의 양을 감소시키기 위한 의류 및 다른 보호 직물 물질들의 드라이클리닝; 건조된 여과기 머드를 패키징하는 고저항 밀봉된 컨테이너들의 사용; 제거될 체적들을 감소시키기 위한 중간 활성도의 특정한 폐기물의 검증; 및 비연료 폐기물의 과도 전압(overcompaction)을 들 수 있다.
기술의 최근 산업 상태에 상응하는 이 기술들은 아마도 폐기물의 관리, 특히 원자력 발전소들에서 보편적으로 적용되지 않을 것이지만, 이 연구 및 개발 노력은 원자력 산업과 발전소 작업자들이 안전하고 폐기물 관리에 있어서 경제적인 세심한 주의를 나타내고, 개선되고 있다.
본 발명은 산업 및 특히 원자력 시설들에 의해 생성된 가스 유출물을 처리하기 위해 사용될 막 기술의 특정한 방법에서의 사용에 관한 것이다.
물 반응기 기술을 사용하는 원자력 발전소의 반응기, 즉, 약 95%의 현존하는 세계적인 설비 기반 상의 심각한 사고의 경우에, 원자로 건물 내부의 대기는 시간에 걸쳐서 변하고 공기, 스팀, 불응축성 가스(기본적으로 H2, CO, CO2, 에어로졸과 같은 핵분열 생성물들, 증기 및 가스,...)를 포함한 혼합물을 형성하고, 그 비율들은 부분적으로 하나의 시간 관점에서 변할 수 있다. 이것으로부터 야기되는 압력의 증가 및/또는 이 혼합물 내에 포함된 유해한 생산물들의 축적은 결국 수소 폭발 또는 건물에 의해 허용될 수 있는 압력을 초과한 압력에 대해 연속적인 기계적 완전성의 손실을 회피하기 위해 외부 환경 내로의 방출을 야기한다. 건물로부터 나가는 유체는 공기, 방사능 가스, 스팀 또는 유체의 혼합물일 수 있다. 본 발명의 목적은 가스 제거 단계 동안 관련 배출물로서 방사능 및/또는 환경적으로 위험한 요소들을 분리하여, 가능한 재사용의 시점으로 배출물을 저장하고 재처리하기 위한 선택적 특정한 처리를 위해 배출물을 회수하고 환경 내로 위험한 배출물을 내보내지 않는 것이다.
80년대 초반에, 간단한 수단이 사고의 결과를 제한하기 위해 몇몇의 원자력 발전소들에 세워졌다. 목적들 중 하나는 특정한 시스템에 의해 가스 배출물을 제어하고 여과할 수 있다는 것이었다.
현재 소위 << 완화 >> 시스템들은 여과 프로세스를 통해 가스를 방출하여 원자로 건물 내의 압력 강하를 야기하기 위해 사용된다. 2개의 다른 기술들이 작동하는 세계적인 원자력 설비 기반에 있다:
- 방사능 가스가 어떠한 구별 없이 갇히는 모래 여과 시스템: 심각한 사고의 경우에, 원자로 건물의 격납 용기 내부의 압력은 더 신속하게 또는 덜 신속하게 증가할 수 있다. 모래 여과 시스템을 작동하여, 제어된 방식으로 가스 스팀 혼합물의 일부를 방출하는 것이 가능하다. 이는 방사능 배출물을 상당히 제한하면서 격납 용기의 과도한 가압을 회피할 것이다. 프랑스에서 주로 사용되는 이 모래 여과기들은 여과될 가스 흐름 내에 포함된 유해한 요소들의 약 50%가 유지되는 것을 허용하지만 비활성 가스 상에서 작동하지 않는다. 도 1은 모래 여과기(20)와 가스 배출 굴뚝(15)으로부터 상류에 위치된 폐기물(25)을 측정하는 유닛을 구비한 발전소(10)를 도시한다.
- 선택적인 가스 제거를 허용하지 않는 살포에 의한 가스 제거 시스템. 이 회로들에서, 회로 내에서 순환하는 물의 일부는 특히 물이 공기 냉각 탑들 내로 지나갈 때 스팀으로서 대기 내로 나가고, 다른 부분은 증발 생성물의 매우 높은 농도를 제한하기 위해 환경 내로 다시 보내진다. 특히 독일과 스웨덴에서 사용되는 이 시스템은 여과될 가스 흐름 내에 포함된 유해한 요소들의 약 75%의 잔류를 허용하지만, 또한 비활성 가스 상에서 작동하지 않는다. 시스템은 규모가 크고(>100m3) 어려우며 따라서 적용하고 유지하기에 비용이 많이 든다.
이 시스템들 모두는 자동으로 또는 수동으로 작동하게 설치되거나 부분 밸브들을 개방하기 위한 액션을 돕는다. 시스템들은 흐름을 생성하고 효율적인 여과를 얻기 위해 상류에 구동 압력을 필요로 한다. 그 작동은 여과 시스템의 치수 설정 특히 여과시스템의 유압 저항에 의해 결정된 압력 임계치까지 수동적이다. 이 압력 임계치 아래에서, 액추에이터 및 따라서 전력 공급부가 여과 기능을 확장하기 위해 요구된다. 게다가, 다양한 파라미터들, 특히 환경 파라미터들의 모니터링이 또한 전기 에너지의 제공을 필요로 한다.
본 발명의 목적은 오염된 및/또는 유해한, 특히 방사능 가스 유출물의 여과를 위한 방법을 제공하는 것이고, 이는 상술된 문제점들을 재생산하지 않는다.
본 발명의 목적은 특히 처리될 가스 유출물 내에 포함된 유해한 요소들의 전체의 상당한 여과를 허용하는, 보다 더 효율적인 이러한 여과 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 특히 가스 제거 동안의 방사능 가스의 선택적인 분리, 방사능 가스의 갇힘, 방사능 가스의 구별, 임시 저장, 다음의 재사용을 위한 선택적 처리, 제어된 희석 및 원자력 발전소의 격납 용기의 오염된 대기의 처리를 허용하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 영구적으로 이용할 수 있는 원자력 발전소로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법을 제공하는 것이고 필요 조건들에 따라 연속적으로 또는 간헐적으로 작동할 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 심각한 사고의 경우에 작동하는 원자력 발전소로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 장치를 제공하는 것이고, 상기 장치는 개선된 막을 포함한다.
따라서 본 발명의 목적은 산업 시설로부터의 유해한 가스 유출물을 여과하는 방법이고,
- 산업 시설로부터의 가스 유출물을 제공하는 단계로서, 상기 가스 유출물은 가스의 혼합물로 구성되는, 상기 제공 단계와,
- 복수의 막들을 통해 막 분리에 의해 상기 가스 유출물의 유해한, 특히 방사능 요소들을 여과하는 단계로서, 상기 막 분리는 체분리(sifting), 수착 및/또는 확산에 의해 성취되고, 각각의 막은 특정한 유해한 요소를 여과하기 위해 구성되는, 상기 여과 단계와,
- 상기 여과된 유해한 요소들을 분류하고 개별 저수지들에 저장하는 단계, 및
- 상기 처리된 가스 유출물을 대기로 방출하는 단계를 포함한다.
제 1 대안에 따르면, 처리될 상기 가스 유출물은 사고 후에 산업 시설의 연기로 구성된다.
다른 대안에 따르면, 처리될 상기 가스 유출물은 작동 중에 산업 시설의 연기로 구성된다.
다른 대안에 따르면, 처리될 상기 가스 유출물은 환기 시스템으로부터 추출된다.
다른 대안에 따르면, 처리될 상기 가스 유출물은 불로부터의 연기를 포함한다.
다른 대안에 따르면, 처리될 상기 가스 유출물은 핵분열 생성물들로부터 생기는 에어로졸을 포함한다.
유리하게, 처리될 상기 가스 유출물은 발전소 외부의 환경의 온도보다 높은 온도, 특히 40℃ 초과의 온도를 갖는다.
유리하게, 처리될 상기 가스 유출물은 1kg/s 초과의 프로세싱 유량, 특히 3.5kg/s 초과의 프로세싱 유량을 갖는다.
유리하게, 처리될 상기 가스 유출물은 1bar 초과의 압력, 특히 10bar 초과의 압력을 갖는다.
유리하게, 상기 저수지들은 제올라이트를 포함하는 가스 저수지들이다.
유리하게, 상기 막들은 실리카 카바이드와 같은 세라믹, 텅스텐 또는 티타늄, PEEK(polyetheretherketone) 또는 PTFE(polytetrafluoroethylene)와 같은 케블러(Kevlar) 및/또는 폴리머에 기초하여 형성된다.
유리하게, 상기 방법은 외부 세계로부터의 에너지의 제공 없이 작동하는 수동 형태이다.
본 발명의 이 특징들 및 이점들 및 다른 것들은 본 발명의 몇몇의 실시예들의 다음의 상세한 설명으로 보다 분명히 명백해질 것이고, 비제한적인 예들로써 주어진 첨부된 도면들을 참조로 한다.
도 1은 가스 유출물을 처리하는 종래 기술의 모래 여과기를 사용하는 원자력 발전소의 개략도.
도 2는 유리한 실시예에 따른 여과 방법을 적용하는 원자력 발전소의 개략도.
도 3은 원자력 발전소에 연속적으로 적용되는 방법의 대안적인 실시예의 개략도.
도 4는 유리한 실시예에 따른 막의 개략 단면도.
도 2는 유리한 실시예에 따른 여과 방법을 적용하는 원자력 발전소의 개략도.
도 3은 원자력 발전소에 연속적으로 적용되는 방법의 대안적인 실시예의 개략도.
도 4는 유리한 실시예에 따른 막의 개략 단면도.
방법은 격납 용기를 구비한 원자력 발전소 상의 적용을 참조하여 주로 설명될 것이지만, 방법은 또한 임의의 격납 용기 없이 원자력 발전소들에 적용되고, 더 일반적으로 산업 시설의 임의의 형태에 적용된다.
프랑스 설비 기반의 가압 물 반응기들에 대하여, 격납 용기(100)는 약 70,000 내지 80,000m3의 체적을 갖고, 일반적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 콘크리트인 이중 벽(110, 120)으로 구성된다. 사고로부터 야기된 격납 용기 내의 핵분열 생성물의 존재(에어로졸, 증기 및 가스의 형태임)는 격납 용기의 대기 및 다수의 에어로졸이 정착하는 섬프(sump)에서 상당한 β 및 γ의 선량률(dose rate)을 야기한다. 이 상들의 예상되는 선량률은 일반적으로 약 10kGy.h-1이다.
어떤 경우에서든지, 이 값은 특히 연료의 분해 조건, 주회로 내에 유지되는 핵분열 생성물, 대기와 격납 용기 내의 섬프 사이의 핵분열 생성물의 분포, 격납 용기 내에서 퍼지는 열 유압 조건들의 기능 및 물론 사고 이후의 경과 시간에 의존한다.
가스 유출물의 온도는 일반적으로 발전소 외부의 환경의 주위 온도보다 더 높다. 보통 수용되는 온도는 일반적으로 시나리오들과 고려되는 시간 척도에 따라 40℃와 140℃ 사이이다. 40℃ 아래의 온도 또는 140℃ 이상의 온도도 가능하다는 것을 유념해야 한다. 습도비에 대해서는, 또한 동역학 및 사고의 고려 형태에 따라 0 내지 100%의 범위로 변할 수 있다.
방사선 분해는 오존, 아산화질소(N2O), 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 아질산(HNO2) 및 질산(HNO3)의 형태를 야기할 수 있다.
다양한 팀들은 건조한 공기에서 O3, NO2 및 헤미펜트옥사이드(hemipentoxide)(N2O5)의 형태 및 습한 공기에서(0.5%의 물 질량 비율) O3, NO2, HNO2 및 HNO3의 형태를 실험적으로 얻었다. 요약하자면, 심각한 사고의 경우에 격납 용기 내에 존재할 수 있는 방사선 분해 제품들은 주로 NOx:NO2 및 N2O이고, 물론 O3도 포함된다.
원자력 발전소들 내의 수소 위험을 제어하고 특히 촉매 재결합기들의 거동을 다루는 것을 겨냥한 프로그램들의 범주 내의 IRSSN(<<Institut de Radioprotection et de Surete Nuclearie>>)을 포함하는 몇몇의 연구소들에서 실행된 실험들은 고체 금속 요오드화물의 해리에 의해 휘발성 요오드를 생성하는 물리화학 반응들을 검출하는 가능성을 제공한다.
아래의 표는 작동하는 프랑스 설비 기반의 반응기들 상의 심각한 사고 중에 만나는 방사선원(일반적으로 배출물)에 대해 추정된 주요 구성 성분들을 크기 순으로 나타낸다. 방사선원은 반응기들의 패밀리의 특성이기 때문에, 차이점들이 국가들에 따라 보일 수 있다. 그럼에도 불구하고 이 값들은 원자력 발전소에 적용되는 본 발명을 실행하기 위한 치수 설정 기반으로서 사용될 수 있다.
비활성 가스의 상당한 기여가 활성도의 레벨 및 방출된 질량 해당량에 대해서 주목된다.
본 방법은 치수 설정될 수 있어 시스템을 작동하는데 충분한 구동 압력을 갖는, 즉, 5bar에서 4kg/m3의 평균비중을 갖는 적어도 1bar, 유리하게는 적어도 10bar의 절대 압력에서 습한 공기의 적어도 1kg/s, 유리하게는 3.5kg/s의 유량을 처리할 수 있고 몇 달의 기간, 일반적으로 3달에 걸쳐 약 1kg 이상의 방사성 요오드를 처리할 수 있다.
특히, 본 방법의 목적은 요구된 정제 계수들이 아래와 같은 처리될 유체의 상술된 데이터의 전체를 고려하는 무공해성 처리를 제공하는 것이다:
- 에어로졸에 대해, 본 방법은 1,000 초과의 정제 계수를 갖는다.
- 무기 요오드(I2)에 대해, 정제 계수는 1,000 초과이다.
- 유기 요오드(ICH3)에 대해, 정제 계수는 100 초과이다.
- 본 방법은 유리하게는 비활성 가스 상에서 특히 1,000 초과의 매우 높은 정제 계수를 보여준다.
- 본 방법은 루테늄 테트라옥사이드(RuO4) 상에서 100 초과의 정제 계수를 갖는다.
- 본 방법의 목적은 또한 방사능 가스를 포함한 공기를 처리하여 격납 용기 내부의 활성도를 시간에 걸쳐 반감시키는 것이다.
상술된 정제 계수는 여과 장치에서 측정된 상류/하류 비율로서 규정된다.
본 방법은 격납 용기의 가스 제거와; 공기, 스트림, O3, NO2, HNO2, HNO3, N2O5 형태의 가스로 구성된 유체 및 격납 용기 내의 핵분열 생성물(에어로졸, 증기 및 비활성 가스와 같은 가스, 무기 요오드 및 유기 요오드)의 존재의 격납 용기에서 퍼지는 압력의 효과 하에서 3.5 내지 7kg/s의 유량을 최소로 방출하는 것을 실행하는 막 여과 방법을 사용한다.
본 방법은 유리하게는 질소와 같은 불활성 기체를 캐리어로서 사용한다. 본 방법에 의해 처리된 유체는 물과 스팀으로 적셔질 수 있다. 재결합 및 처리될 유체 내에 존재하든 안 하든 물에 의한 막들의 산화의 위험을 회피하기 위해서, 가스에 의해 완전히 적셔지고 이 가스에 의해 가압된 물은 몇몇의 일반적으로 소수성 가스 제거 막들(200)의 4개의 배터리들을 향해 압력 차에 의해 향하게 된다. 막 분리는 체분리, 수착 및/또는 확산에 의해 성취된다. 따라서 질소와 같은 캐리어 가스에 의해 운반되는 가스는 특히 확산 및 삼투압에 의한 분리에 의해 소수성 막(중공형 섬유들을 구비한 가스 제거 방법)을 통과하고, 캐스캐이드(cascade) 또는 요구 조건들 및/또는 이익들에 따른 가스의 분류 및 선택을 허용하는 시리즈 내의 선택적인 가스 확산 막들(210, 220, 230,...)의 배터리들을 향하게 된다.
막 분리 방법들은 분리될 막들을 향하는 막들의 선택적인 유지 특성들에 기초한다. 캐스캐이드 내의 제 1 가스 확산 막들에 대해, 상술된 데이터의 전체를 고려하고 요구된 정제 계수에 따라 비활성 가스의 전체를 회수하는 것이 가능하다.
이것들은 크세논, 크립톤 및 아르곤의 분리를 특히 보장하는 세라믹(방사능에 대해 비활성)에 특히 기초하는 선택적인 막들이다. 막들은 예를 들어, 카바이드, 특히 실리카, 텅스텐 또는 티타늄, 케블러(Kevlar), 폴리머, 특히 PEEK(polyetheretherketone) 또는 PTFE(polytetrafluoroethylene)와 같은 다른 적합한 재료들로 형성될 수 있다. 이에 의해 분리된 가스의 전체 및 농축물의 존재는 단일 가스 종들을 각각 포함하는 밀봉 저장소들 내에 압축된 형태로 저장될 수 있다. 이 저장소들은 저장, 핵분열 생성물의 방사능 붕괴, 갇힌 가스의 가능한 재사용, 그 중화 또는 심지어 공기 내의 희석에 의한 최종 배출물을 허용한다.
막들의 가스 확산 및 선택 투과성은 가스가 한편으로는 무기 요오드 및 다른 한편으로는 유기 요오드를 갇히게 하도록 특정한 세라믹 막들을 거쳐 지나가게 한다.
세슘과 같은 타겟 원소들을 가두는 크라운 칼리사렌(calyxarene) 분자들을 이식하였던 하나(이상의) 막(들)을 통하는 통로와, 이어서 동일한 원리로, 스트론튬을 포획하는 막을 통한 통로(예를 들어, 스트론튬에 특히 친화성이 있는 선택된 다른 칼리사렌을 포함함)를 제공하는 것이 또한 가능하다.
각각의 막은 내면과 외면을 구비하는 벽을 포함한다. 상기 벽은 구멍들(P)을 갖는다. 벽은 원통형 또는 평면형일 수 있다. 몇몇의 벽들은 원통형 구성에서 동축으로 겹쳐질 수 있거나 평면형 구성에서 적층될 수 있다.
도 4는 관형 기하학적 구조를 가진 막(210)의 구조를 더 구체적으로 개략적으로 도시한다. 막의 벽은 가스 유출물의 유해한 요소들을 유지하는데 적합한 구멍들(P)을 포함한다. 구멍들의 치수들 및 재료에 따라, 막은 소정의 원소의 여과에 대해 전용일 것이다. 구멍들의 치수들은 방사상으로 예를 들어, 외부로부터 내부를 향해 감소하면서 변할 수 있고, 동축으로 예를 들어, 도 4에 도시된 위치에서 우측으로부터 좌측으로 감소하면서 변할 수 있다. 이 예에서, 필터링될 가스 흐름은 화살표 A의 방향에서 막 외부로 흐르고, 캐리어 가스는 화살표 B의 방향에서 막 내부에서 반대 방향으로 흐른다. 가스 흐름에서 필터링될 요소들은 가장 큰 구멍들에서 가장 작은 구멍들로 변함으로써 외부로부터 내부로 막의 벽을 가로지르면서 분리될 것이다. 이 분리부는 막 벽의 내부와 외부 사이의 압력 차에 의해 또는 확산에 의해 작동할 수 있다.
막들은 캘리브레이트된(calibrated) 중공형 다공성 섬유들을 구비한 모듈들이다. 섬유들을 나선형으로 권취하여, 높은 가스 제거 속도의 흐름들에 대한 큰 노출은 최소 압력 강하에 의해 가능하다. 구멍 직경들은 각각의 단계에서 수 나노미터들에 이르기까지 제어된다. 이에 의해 이 막들은 갇힐 분자 크기로 구성된, 막 표면의 방사 방향과 길이 방향을 따른 가변적인 다공성을 포함한다. 세라믹 재료에서 유리한 실시예는 또한 방사능에 대해 재료의 전체 무해성을 나타낸다.
캐리어 가스 N2의 선택은 NO2, HNO2, HNO3, N2O5 유형의 가스와 질소 및 H2O의 재결합을 허용한다. 선택적인 막들의 출구에서, 가스 오염도를 측정하여, 제 1 단계에서 제어된 솔레노이드 밸브를 통해 냉각 및 배출 굴뚝을 향해 깨끗하게 처리된 유체 배출물을 얻는 것이 가능하다.
이 솔레노이드 밸브는 또한 격납 용기 내의 오염의 희석을 위해 회수 라인(130)을 따라 회수된 질소의 전체 또는 일부를 전송할 가능성을 제공한다. 이것은 질소 분리 막을 통해 산소 농후 공기를 어떠한 방사능 요소 없이 다시 전송하여 성취될 수 있다.
물 처리 내의 압력이 시스템의 치수 설정(dimensioning)에 의해 정해진 하한치, 일반적으로 1.5bar보다 높으면, 이 방법은 외부 에너지 없이 작동한다. 회로의 입구 밸브들 중 하나를 수동으로 개방하면 캐리어 가스(일반적으로 질소)를 저장하기 위해 저장 실린더들이 자동으로 가압되고 이 캐리어 가스가 팽창 밸브를 통해 회로 내로 주입된다.
다른 한편으로는 압력이 하한치, 일반적으로 1.5bar보다 낮은 경우에, 가스는 액추에이터 또는 가압된 외부 회로에 의해, 예를 들어 진공 압축기에 의해 소수성 막들로부터 탈가스된다.
이러한 실시예는 자동 퍼저(purger)와 물을 조절부에 다시 전송하는 부스터 펌프를 구비한 교환기 내부의 흡입을 제공하는 진공 펌프를 포함한다. 이 진공 펌프는 선택적인 막들의 측면에서 고압을 생성하기 위해 흡입된 가스를 압축한다.
선택적인 막들의 저압측은 공기 냉각 탑들에 의해 생성된 흡입에 의해 또는 팬에 의한 격납 용기 내부의 재순환 공기의 흡입에 의해 성취된다.
유리하게는, 방법은 특히 유출 방사능을 감소시키기 위해 금속 프리여과기를 가진 제 1 정면 여과 단계와, 처리될 유출물로부터 공기, CO2, CO, 스팀 및 잔류수를 분리하는 제 2 탄젠트 여과 단계와, 무기 요오드 및 유기 요오드와 같은 유해한 요소들 및 및 비활성 가스를 분리하고 저장하며, 잔류 공기, CO2 및 CO를 굴뚝(150)으로 방출하는 가스 확산에 의한 제 3 여과 단계와, 회수 라인(130)을 통해 상기 격납 용기(100) 내의 재사용 또는 희석을 위한 질소와 같은 캐리어 가스를 가스 삼투에 의해 회수하는 제 4 여과 단계를 포함한다.
본 방법에 의해, 사고를 제외하고 격납 용기의 방사성 환경을 처리하는 것이 가능하여, 예정된 조정 동안 격납 용기 내의 더 빠른 조정을 허용한다. 벽들(110 및 120) 사이에 포함된 분위기가 영구적으로 모니터링되는 것이 특히 도 3에 도시되어 있다. 내벽(110) 내의 누출부의 경우에, 따라서 배출물은 누출부가 수리될 동안 다음의 유지까지 연속적으로 필터링될 수 있다. 이것은 이러한 누출이 나타나자마자 발전소를 가동 정지한다.
본 방법의 특정한 이점은 신뢰성과 특히 높은 효율성이다. 정말로, 유해한 요소들의 99.5% 이상을 가두는 것이 가능하고, 기존의 장치들과는 달리 비활성 가스 상에서 효율적이다.
본 방법은 비분산적인 기술을 사용하고: 거품 또는 에멀젼의 위험은 없다. 여과 시스템들은 튼튼하고 회전 형태의 흡수 열들과는 달리 임의의 모바일 부품들이 없다. 본 방법은 격납 용기의 압력 하의 변화들, 습도율 또는 온도 변화에 관계없이 작동한다. 본 방법은 특히 유속에 따라 선형 팽창 규모를 고려하여, 산업 규모 상에서 생성되기에 용이하다.
본 방법은 모듈 방식 원리에 의존하고 특히 연결부들, 조립체들 및 밀봉부들에서 이 원리에 적합한 기술들을 사용한다. 이 모듈 방식은 격납 용기의 오염 요소들 및 획득될 회수율에 따라 조정될 수 있는 모듈들의 수, 증가된 융통성을 허용한다.
모듈들의 생산은 수백 내지 수천 제곱 미터(m2)의 막 표면들에 대해, 1,000km에 달할 수 있는 축적된 길이를 나타내는, 수천 내지 백반 이상의 기본 섬유들을 조립하여 성취된다.
본 방법은 고압(HP) 회로와 저압(LP) 회로, 관형 측면 및 캘린더 크기를 가진 관형 교환기의 구조인 중공형 섬유들을 구비한 모듈들을 포함한다. 본 발명은 특히 특정한 교환 표면적이 열의 표면적보다 훨씬 크기 때문에(30 내지 300m2/m3 대신에 2,000 내지 3,000m2/m3) 압축성의 이점을 갖는다.
본 방법은 비활성 가스를 포함한 모든 방사능 가스의 선택적인 가스 제거를 허용한다.
본 방법은 고체 형태로 변형하기 위해 제올라이트에 의해 가능한 처리 또는 다음의 사용을 위해 압축된 가스의 저장으로부터 가스 배출물의 전체 관리를 허용한다.
환기 시스템들 상에 장착된 본 방법은 이중 배출 기회를 가진 시스템에 의해 격납 용기의 오염물의 가능한 희석을 허용한다.
가스 배출물을 처리하기 위해 사용된 본 방법은 비활성 가스의 전체 관리를 허용한다.
원자력 발전소들의 회로들로부터의 가스 유출물을 처리하기 위해 사용되는 본 방법은 방사능 가스 또는 환경에 대해 위험한 가스의 전체 관리를 허용한다.
주사 회로들의 처리 동안 진전된 유해한 가스를 회수하기 위해 회로들 상에 장착된 본 방법은 가스의 회수 및 가스의 처리를 허용한다.
막 분리의 실행은 막의 고유한 특성들의 결합된 결과이다:
- 선택성;
- 삼투성;
- 압력, 온도, 모듈들 내의 흐름의 레이아웃과 같은 작동 파라미터들.
막 방법에 대한 다른 중요한 파라미터는 막의 양측들 상에 가해진 압력 차이다. 이 압력 차이의 증가(고압을 증가시키거나 떠나 저압을 감소시킴으로써)는 삼투에 대한 구동력에서의 증가를 야기하고 분리를 더 쉽게 만든다.
가스 분리와 관련된 용례들에 대해, 그것은 종종 삼투의 저압, 가스가 생성되는 압력이고, 이는 최적화에 대해 중요한 파라미터이고, 고압은 일반적으로 상류 프로세스들에 의해 부여된다. 막 상의 분리 실행의 관점으로부터, 저압이 가능한 한 낮은 것이 바람직하다.
다른 유리한 양태에 따르면, 원자력 발전소에 대해 상술된 바와 같이, 복수의 막들에 의한 분리 방법이 또한 산업 시설들의 다른 유형들, 특히 화학 공장들에서 사용될 수 있다. 막들의 수 및 유형은 여과되고 분류될 요소들에 따라 선택될 것이다.
본 발명이 발명의 특정한 실시예들을 참조하여 설명되었을지라도, 이 실시예들에 의해 한정되지 않지만, 대조적으로 기술 분야의 숙련자가 첨부된 청구항들에 의해 규정된 바와 같이 본 발명의 범주로부터 벗어나는 일 없이 본 발명에 대해 모든 유용한 수정들을 제공할 수 있다는 것이 이해된다.
Claims (12)
- 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법으로서, 상기 방법이,
산업 시설로부터의 가스 유출물을 제공하는 단계로서, 상기 가스 유출물이 가스의 혼합물로 이루어지는, 상기 제공하는 단계,
복수의 막들을 통한 막 분리에 의해 상기 가스 유출물의 유해한 요소들을 여과하는 단계로서, 상기 막들이 관형 기하학적 구조, 내벽, 외벽, 치수가 방사상으로 및 축방향으로 변화하는 구멍, 및 유출 가스 유동 방향으로 감소하는 상기 구멍의 치수를 갖고, 상기 막 분리가 체분리(sifting), 수착, 확산 또는 이들의 조합에 의해 성취되며, 각각의 막들이 특정한 유해한 요소를 여과하기 위해 구성되는, 상기 여과하는 단계,
상기 여과된 유해한 요소들을 분류하고 개별 저수지들에 저장하는 단계, 및
상기 처리된 가스 유출물을 대기로 방출하는 단계를 포함하는, 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법. - 제1항에 있어서, 여과하기 위해 제공된 상기 가스 유출물이 사고 후에 산업 시설로부터의 연기로 이루어지는, 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 여과하기 위해 제공된 상기 가스 유출물이 작동하는 산업 시설로부터의 연기로 이루어지는, 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 여과하기 위해 제공된 상기 가스 유출물이 환기 시스템으로부터 추출되는, 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 여과하기 위해 제공된 상기 가스 유출물이 화재(fire)로부터의 연기를 포함하는, 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 여과하기 위해 제공된 상기 가스 유출물이 핵분열 생성물들로부터 생기는 에어로졸을 포함하는, 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 여과하기 위해 제공된 상기 가스 유출물의 온도가 40℃ 초과인, 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 여과하기 위해 제공된 상기 가스 유출물의 처리 유량이 1kg/s 초과인, 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 여과하기 위해 제공된 상기 가스 유출물의 압력이 1bar 이상인, 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 저수지들이 제올라이트를 포함하는 가스 저수지들인, 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 막들이 세라믹, 케블러(Kevlar), 폴리머 또는 이들의 조합에 기초하여 형성되는, 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 방법이 외부 에너지 공급 없이 작동하는 수동 형태인, 산업 시설로부터의 가스 유출물을 여과하는 방법.
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