KR102295599B1 - 여과배기용기의 압력을 낮춤으로써 cfvs의 성능을 향상시키는 방사성 기체 제거 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 여과배기용기로부터 배출되며, 불활성 기체를 포함하는 방사성 기체를 제거하는 방사성 기체 제거 장치에 있어서, 여과배기용기에서 배출된 상기 방사성 기체의 온·습도를 조절하는 전처리 모듈; 상기 불활성 기체의 상태를 변화시킨 후 포집하여 제거하는 주 제거 모듈; 및 활성탄 베드를 이용하여 상기 주 제거 모듈에 흡착되지 않은 상기 방사성 기체를 포집하여 제거하며, 온도를 조절하는 부 제거 모듈을 포함하고, 상기 주 제거 모듈은 상기 불활성 기체를 불활성 고체로 상변이시키는 승화부; 및 상기 불활성 고체를 흡착하는 필터부;를 포함하여 방사성 기체를 제거함으로써 여과배기용기의 압력 상승을 방지하고, CFVS의 활용 가능성을 극대화할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

여과배기용기의 압력을 낮춤으로써 CFVS의 성능을 향상시키는 방사성 기체 제거 장치{RADIOACTIVE GAS REMOVAL DEVICE THAT IMPROVES CFVS PERFORMANCE BY LOWERING THE PRESSURE OF THE FILTRATION EXHAUST CONTAINER}
본 발명은 원자력 발전소의 설비 중 격납건물여과배기계통(CFVS; Containment Filtered Venting Sys)의 압력상승을 예방할 수 있는 장치에 관한 것이다.
원자력 발전소에 중대사고가 발생하여 방사성물질이 방출되면 원자로격납건물 내부의 대기는 방사성물질에 의해 오염될 수 있다. 또한 원자로격납건물내의 압력이 높아짐으로 인해 원자로격납건물의 건전성이 위협받게 될 수 있고, 방사성물질로 오염된 대기가 원전 외부로 유출되면 인근 주민 및 환경에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 따라서 원자로격납건물 내의 기체를 배기 또는 감압하여 과도한 압력상승을 예방하기 위해 격납건물여과배기계통(CFVS ; Containment Filtered Venting Sys)이 고안되었다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 종래 설계된 CFVS의 구성도를 나타낸다.
현재 설계된 CFVS의 압력상승 방지방법은 계통 내에서 여과배기용기를 이용하는 것이다. 여과배기용기는 에어로졸 형태의 대기 방사성물질을 제거함으로써 원자로격납건물의 대기를 배기 및 감압시킬 수 있다.
그러나 기체 형태의 방사성물질은 기존에 설계된 여과배기용기로는 제염효과를 기대하기 어렵다. 그래서 CFVS를 동작하면 원자로격납건물 내의 기체가 상승하여 유출되므로 이로 인한 인근 주민의 방사선 피폭의 문제가 발생할 수 있다.
관련 종래기술 한국등록특허 제10-1542473호(이하, ‘선행특허’라 약칭한다)는 여과 배기 계통을 이용하여 에어로졸 및 가스요오드 제거 효율을 높이고 비활성 기체를 제거하는 장치를 개시한다.
한편, 본 출원인은 2단계로 기체를 제거하는 모듈을 개시함으로써 방사성 기체를 보다 효율적이고 완벽하게 포집할 수 있는 장치를 고안하였다.
한국등록특허 제10-1542473호
본 발명은 CFVS의 압력상승 예방 기능을 강화하기 위하여 기체 형태의 방사성물질을 제거하는 필터가 구비된 방사성 기체 제거 장치를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 여과배기용기로부터 배출되며, 불활성 기체를 포함하는 방사성 기체를 제거하는 방사성 기체 제거 장치로서, 여과배기용기에서 배출된 상기 방사성 기체의 온도 또는 습도를 조절하는 전처리 모듈; 상기 전처리 모듈을 통과한 상기 불활성 기체의 상태를 변화시킨 후 포집하여 제거하는 주 제거 모듈; 및 활성탄 베드를 이용하여 상기 주 제거 모듈에 흡착되지 않은 상기 방사성 기체를 포집하여 제거하며, 온도를 상기 활성탄 베드의 성능이 활성화되는 범위로 조절하는 부 제거 모듈을 포함하고, 상기 주 제거 모듈은 상기 불활성 기체의 온도를 급격히 낮춤으로써 불활성 고체로 상변이시키는 승화부; 및 활성탄 필터를 이용하여 상기 불활성 고체를 흡착하는 필터부;를 포함하여 여과배기용기의 압력이 상승되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 필터부는, 상기 불활성 고체가 진행되는 방향과 수직으로 상기 활성탄 필터가 구비되며, 상기 승화부는, 상기 필터부 주위에 구비되어 상기 필터부를 감싸는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 활성탄 베드는, 상기 방사성 기체에 포함된 요오드를 포집할 수 있는 TEDA 첨착 활성탄으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 전처리 모듈은, 냉각 코일을 상기 불활성 기체의 온도 또는 습도 조절하며, 상기 부 제거 모듈은, 발열 코일을 이용하여 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 액체질소 및 두 종류의 필터를 구성으로 하여, 기체를 승화시켜 고체형태로 필터에 흡착하거나 기체가 필터에 자연 흡착될 수 있도록 함으로써 방사성 기체를 제거할 수 있는 장치를 제공한다. 따라서 방사성 기체를 제거함으로써 CFVS 동작 시 인근 주민이 방사선에 피폭되는 위험을 최소화할 수 있고, CFVS의 활용 가능성을 극대화하며 원전 중대사고 시에도 방사성물질의 유출 가능성을 낮출 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 종래 설계된 CFVS의 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실험 예로서, 방사성 기체 제거 장치의 구성도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실험 예로서, 방사성 기체 제거 장치가 설치된 CFVS 설비를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실험 예로서, 방사성 기체 제거 장치(3)의 구성도를 나타낸다.
방사성 기체 제거 장치(3)는 여과배기용기로부터 배출되는 방사성 기체를 제거할 수 있다. 방사성 기체 제거 장치(3)는 종래의 CFVS의 설비 중 하나인 여과배기용기(13)로부터 생성된 증기 및 방사성 기체가 배출되는 배관에 설치될 수 있다.
방사성 기체 제거 장치(3)에서 흡착하여 제거할 수 있는 방사성 기체는 불활성 기체, 원소형 요오드를 포함할 수 있다. 불활성 기체는 Xe, Kr를 다수 포함할 수 있다.
방사성 기체 제거 장치(3)는 전처리 모듈(31), 주 제거 모듈(33), 부 제거 모듈(35)을 포함할 수 있다.
전처리 모듈(31)은 여과배기용기에서 배출된 방사성 기체의 온도 또는 습도를 조절할 수 있다. 전처리 모듈(31)은 온도 조절을 위해 냉각 코일을 사용할 수 있고, 습도 조절을 위해 습분분리기를 사용하여 방사성 기체의 온·습도를 조절 및 유지할 수 있다. 전처리 모듈(31)는 방사성 기체의 온도 및 습도를 낮추어 유지함으로써 주 제거 모듈(33)의 성능을 향상시킬 수 있다. 저온 상태에서 주 제거 모듈(33)의 상변화 부하가 최소화되고, 습도가 낮은 상태에서 방사성 기체가 상태 변화한 후 필터부(333)에 보다 잘 흡착될 수 있기 때문이다.
주 제거 모듈(33)은 전처리 모듈(31)을 통과한 불활성 기체의 상태를 변화시킨 후 포집하여 제거할 수 있다. 주 제거 모듈(33)은 승화부(331), 필터부(333)를 포함할 수 있다.
승화부(331)는 불활성 기체의 온도를 급격히 낮춤으로써 불활성 고체로 상태 변화를 일으킬 수 있다. 승화부(331)는 필터부(333) 주위에 구비되어 필터부(333)를 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 승화부(331)는 액화질소를 이용할 수 있다. 액화질소는 질소를 액화한 것으로서, 영하 196도 이하부터 영하 210.5도까지의 범위에서 액체상태로 존재한다. 액화질소는 주위를 극저온 상태로 변화시키므로, 액화질소를 이용하여 방사성 기체를 고체화할 수 있다. 불활성 기체의 대부분을 차지하는 Xe과 Kr은 1기압에서 끓는점과 녹는점이 각각 Xe은 -108.1 ℃/-111.8 ℃, Kr은 -153.22 ℃/-157.36 ℃이다. 따라서, 액화질소의 액화 온도 상태에서 불활성 기체는 고체상태로 변할 수 있다. 액화질소는 불활성 기체의 계속적인 상태 변화 및 유지를 위해 안정적으로 공급될 수 있다.
필터부(333)는 활성탄 필터를 이용하여 고체상태로 변한 불활성 고체를 흡착할 수 있다. 필터부(333)는 활성탄 필터를 내장한 챔버 형태로 이루어질 수 있으며, 챔버 내부로 여과배기용기(13)에서 배출된 증기가 관통될 수 있다. 필터부(333)에 내장되는 활성탄 필터는 다양한 형상으로 제작될 수 있으며, 필터부(333) 내의 모든 위치에 구비될 수 있다. 불활성 고체의 흡착을 위해 방사성 기체 또는 불활성 고체가 진행되는 방향과 수직으로 구비되거나 챔버의 위아래에 모두 구비될 수 있다.
부 제거 모듈(35)은 주 제거 모듈(33)에 흡착되지 못한 잔여 방사성 기체를 포집하여 제거할 수 있다. 이때, 활성탄 베드를 사용하여 방사성 기체 및 요오드를 흡착할 수 있다. 또한, 부 제거 모듈(35)은 발열 코일을 이용하여 활성탄 베드의 성능을 보장할 수 있는 적정 온도(약 30~80 ℃)로 조절할 수 있다.
승화부(331)에 내제된 액화질소는 극저온 상태이므로, 이러한 극저온 상태에서는 활성탄 베드 등의 흡착 필터의 흡착력이 낮아진다. 따라서, 부 제거 모듈(35)은 주 제거 모듈(33)을 통과함으로써 온도가 급격히 낮아진 방사성 기체의 온도를 다시 일정 수준으로 높인 후 활성탄 베드를 이용하여 주 제거 모듈에 흡착되지 않은 방사성 기체를 포집하여 제거할 수 있다. 활성탄 베드는 요오드를 포집할 수 있는 TEDA 첨착 활성탄을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실험 예로서, 방사성 기체 제거 장치(1)가 설치된 CFVS 설비를 나타낸다. 방사성 기체 제거 장치(1)는 원자로 격납건물(11)의 과도한 압력상승을 예방하는 CFVS의 본래의 기능 강화를 위해, 여과배기용기(13)에서 방사성 기체가 배출되는 배관 등에 설치될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1 : 격납건물여과배기계통(CFVS)
11 : 원자로 격납건물
13 : 여과배기용기
3 : 방사성 기체 제거 장치
31 : 전처리 모듈
33 : 주 제거 모듈
331 : 승화부
333 : 필터부
35 : 부 제거 모듈

Claims (4)

  1. 여과배기용기로부터 배출되며, 불활성 기체를 포함하는 방사성 기체를 제거하는 방사성 기체 제거 장치로서,
    냉각 코일 또는 습분분리기를 구비하며, 상기 냉각 코일로 상기 여과배기용기에서 배출된 상기 방사성 기체의 온도 또는 습도를 낮추는 전처리 모듈;
    상기 전처리 모듈을 통과한 상기 불활성 기체의 상태를 변화시킨 후 포집하여 제거하는 주 제거 모듈; 및
    발열 코일 및 활성탄 베드를 구비하며, 상기 발열 코일로 상기 주 제거 모듈에서 흡착되지 않고 잔류하는 상기 방사성 기체의 온도를 30도 이상 80도 이하로 조절하여 상기 활성탄 베드에서 잔류하는 상기 방사성 기체를 흡착하여 제거하는 부 제거 모듈을 포함하고,
    상기 주 제거 모듈은,
    상기 불활성 기체의 온도를 낮추어 불활성 고체로 상변이시키는 승화부; 및 활성탄 필터를 이용하여 상기 불활성 고체를 흡착하여 제거하는 필터부를 포함하여,
    상기 방사성 기체가 상기 전처리 모듈, 상기 주 제거 모듈, 상기 부 제거 모듈 순서대로 통과하도록 결합된 것을 특징으로 하는 방사성 기체 제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터부는,
    상기 불활성 고체가 진행되는 방향과 수직으로 상기 활성탄 필터가 구비되며,
    상기 승화부는,
    상기 필터부 주위에 구비되어 상기 필터부를 감싸는 것을 특징으로 하는 방사성 기체 제거 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성탄 베드는,
    상기 방사성 기체에 포함된 요오드를 포집할 수 있는 TEDA 첨착 활성탄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방사성 기체 제거 장치.
  4. 삭제
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