KR102314289B1 - 원자력 발전소의 수소폭발 방지를 제공하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자력 발전소의 비상 보호에 관한 것으로, 특히 화재를 방지하고수냉식 발전소(WWER)로 원자력 발전소(NPP)의 보호 격납실(AO)에서 폭발성 가스의 축적을 방지하여 수소폭발 방지를 제공하는 기술에 관한 것이다. 또한, 제안된 본 발명은 다량의 경량 연료가스의 방출 및 시설의 닫힌 구내에서의 위치 파악과 관련하여 잠재적으로 위험한 비상처리를 유발할 가능성이 있는 다른 시설에 적용할 수 있다. 청구된 본 발명에 의해 달성된 기술적 결과는 다음과 같다. 원자력 발전소의 보호 범위 내에서 기체 매체를 점화할 가능성을 감소시키고, 약한 연소파의 자체 소멸 생성, 원자력 발전소의 보호 격납실에서 가스 환경의 점화시 원자력 발전소의 벽면에 가해지는 동적 하중을 줄여 충격강도를 약화시킨다. 이 기술적 결과는 원자로 발전소의 수소폭발 안전성을 확보하기 위한 방법으로서, 원자로의 보호 격납실의 환기 및 원자로의 보호 격납실 내의 수소 재조합을 촉매산화에 의해 행하는 것으로써 달성된다. 상기 해결책에 따라, 반사기가 보호 격납실에서 가압된 수소 함유 증기 - 가스 제트의 잠재적 우연한 전파경로를 따라 배치되며, 원자로의 격실 사이의 벽의 구멍(개구)은 이들 벽의 면적의 35% 이상의 크기로 형성되고, 수소 함유 증기 - 가스 제트의 연소의 초점의 잠재적인 위치의 장소에서 과도한 열이 제거된다.
Description
본 발명은 원자력 발전소의 비상 보호에 관한 것으로, 특히 화재를 방지하거나 수냉식 발전설비(WWER)를 가지는 원자력 발전소(NPP)의 격납실(CNT)에서 수소폭발 방지를 제공하기 위하여 폭발성 가스의 축적을 방지하는 기술에 관한 것이다. 또한, 제안된 본 발명은 다량의 경량 연료 가스의 방출 및 시설의 닫힌 구내에서의 위치 파악과 관련하여 잠재적으로 위험한 비상처리를 개발할 가능성이 있는 다른 시설에도 적용할 수 있다.
중대 재해의 결과를 줄이기 위한 공지된 방법은, 러시아 특허 RU2264853 호에 기술된 재조합체 하우징 내부의 국지화된 촉매수소 산화에 의한 원자력 발전소의 격실 내의 수소 양의 감소와 관련된다. 이 기술적 해결책에서 원자력 발전소의 밀폐실에 일정 수량의 수동 촉매 수소 재조합장치(passive catalytic hydrogen recombiners; PCHR)를 설치하여 위험을 줄인다. 수동 촉매 수소 재조합장치(PCHR)의 효율적인 작동으로, 수소 함유 조성물은 점화되지 않거나 수소 농도의 감소로 인해 연소가 덜 집중적으로 일어날 수 있다. 추가적인 긍정적인 요인은 재조합장치의 상부에서 수소가 고갈된 고온 가스의 배출로 인해 재조합장치 부근에 국부적으로 혼합된 매체이며 재조합장치에 인접한 지역의 수소 농도를 감소시키는 데 도움이 된다. 이러한 기술적 해결책의 단점은 강력한 수소 산화 반응으로 인해 촉매 표면을 고온으로 가열함으로써 충분히 높은 수소 농도에서 발생할 수 있는 재조합장치에 인접한 영역에서의 수소 함유 증기 - 가스 조성물, 혼합물 또는 제트(hydrogen-containing steam-gas compounds, mixture or jet; HSGM)의 점화 가능성이 상존한다는 점이다.
실내의 온도 및 압력의 감소를 동반하는 밀폐실의 열제거로 인해 밀폐실의 구조적 요소에 대한 전력부하를 감소시킴으로써 수행된 러시아 특허 RU 2595639 호에 기술된 중대 재해의 결과를 줄이기 위한 알려진 방법이 있다. 이것은 밀폐실의 벽에 스팀이 응축되는 것을 수반한다. 중력의 작용에 의한 응축된 물방울의 낙하는 혼합물을 더욱 교반시켜 증가된 수소 농도와 함께 정체된 지역을 감소시키는 것을 돕는다. 이 기술적 해결책의 단점은 수증기 농도의 감소로 인하여 수분 함유 증기화합물, 혼합물 및 제트의 점화 확률 증가, 수증기 함유 휘발성 화합물, 혼합물 및 제트의 연소 강도 증가로 수소의 연소반응을 저해하는 것이다.
수소 - 공기 혼합물의 발화 영역을 좁히기 위해 수소 - 공기 혼합물에 억제제를 주입 또는 첨가하는 것으로 구성된, 러시아 특허 RU2081892 호에 기술된 수소 - 공기 혼합물의 점화 및 폭발을 방지하는 방법이 또한 공지되어 있다. 이 방법의 단점은 다음과 같다.
- 점화 영역의 약간의 감소, 즉 점화 이벤트의 확률은 현저하게 감소하지 않는다.
- 억제제 공급 및 분배 시스템은 에너지 공급을 필요로 한다. 즉, 이는 전력 공급의 손실과 함께 심각한 사고로 이 방법을 적용할 가능성을 배제한 안전시스템의 수동 부품 요소가 아니다.
- 억제제는 일반적으로 연소개시 순간의 불확실성으로 인해 사고의 초기 단계에서 전달된다. 동시에 억제 물질로 봉쇄물을 균일하게 충전할 수 있는 메커니즘이 없기 때문에 수소가 들어간 곳에서 멀리 떨어져 있는 방호쉘을 한방에 국부적으로 축적할 수 있으며 발화 확률에 아무런 영향을 미치지 않는다.
- 모든 억제제가 원자력 발전소의 구조재료와 관련하여 중립적인 것은 아니다.
원자력 발전소의 보호 저장조 내의 가스 혼합물의 수동적 비활성 방법이 러시아 특허 RU 2134917 호에 기술되어 있으며, 이는 이전 특허에서 언급된 결점들 중 일부가 결여되어 있다. 이 방법의 틀 내에서 원자력 발전소의 보호 저장소에 있는 가스 혼합물의 수동 비활성 장치, 대기가 컨테이너 내부에서 가열될 때 이산화탄소를 방출하기 시작하는 물질 또는 수동 촉매수소 재조합이 작동 시작 후 가열되는 경우 실현된다. 따라서, 이 방법은 수동적이며, 억제제의 분리는 사고기간 동안 발생한다. 이 방법의 단점은 다음과 같다. 방출된 가스와 수동 촉매 수소 재결합의 촉매층 사이의 화학 반응의 가능성이 있으며, 이는 수동 촉매 수소 재조합 또는 그의 비활성화 수동 촉매 수소 재조합의 생산성을 감소시킬 수 있다. 이전 특허에 나타난 저해제와 비교하여 수소 - 공기 혼합물의 점화 한계 범위가 약간 좁아지는 것을 발견했다.
프로토타입으로 선택되는 가장 가까운 유사체는 수소 함유 증기 - 가스 제트가 수동 촉매 수소 재조합과 재결합하여 격납실에서 점화되는 경우 수소 연소 공정의 강도를 정지시키거나 감소시키는 것을 포함하는 러시아 특허 RU 2473993 호에 설명된 방법이다.
이 기술적 해결책의 단점은 다음과 같다.
- 재조합장치의 공칭 용량을 갖는 모드로의 느린 출력이다.
- 수소가 하부층으로부터 재결합 화기의 몸으로 들어가기 때문에 상부층에 증가된 수소 농도를 갖는 정체구역 형성의 가능성이다.
- 충분히 높은 수소 농도에서, 물 - 함유 증기 - 가스 조성물, 혼합물, 주변지역의 제트 및 격납실을 통한 연소의 후속 확산을 점화하기 전에 재조합장치를 "가속화"하는 것이 가능하다.
청구된 본 발명의 목적은 WWER가 있는 원자력 발전소의 격납실에서 가스 매체의 폭발(급속) 연소 또는 폭발 과정과 같은 심각한 사고의 위험한 결과를 줄이는 것이다.
이 기술적 과제는 원자력 발전소의 수소폭발 안전성을 확보하기 위한 방법으로서, 원자로의 격납실의 환기 및 원자로의 격납실 내의 수소 재조합을 촉매 산화에 의해 행하는 것으로서 달성된다. 상기 해결책에 따라, 반사기는 격납실에서 가압된 수소 함유 증기 - 가스 제트의 잠재적으로 위험한 전파경로를 따라 배치되며, 원자로의 격납실 사이의 벽의 개구는 이들 벽의 면적의 35% 이상의 크기로 제조되고 수소 함유 증기 - 가스 제트의 연소의 초점의 잠재적인 위치의 장소에서는 과도한 열이 제거된다.
바람직하게는, 원자로의 격납 영역의 환기는 방의 수소 함량이 2%를 초과할 때 수행된다.
동시에, 방습 및 내열성 스크린은 가압 수소 함유 증기-가스 제트의 잠재적으로 위험한 전파의 경로, 즉 잠재적인 비상 전파의 경로에 있어서 반사경으로 사용될 수 있으며, 스크린의 설치 장소에서 격납실 방의 개구를, 이 개구의 면적에 대해 스크린을 20 ~ 65%까지 덮는다.
또한, 원자로의 파이프라인에 설치된 천공된 방습 및 내열성 케이싱은 가압 수소 함유 증기- 가스 제트를 잠재적으로 위험한 전파경로에 반사기로 사용할 수 있다.
수소 함유 증기 - 가스 제트의 연소가 집중되어 잠재적으로 위험한 국부적인 장소에서의 과도한 열 제거는 주로 보호 격납실의 표면, 천장 및 격벽의 상부를 고열전도성 금속 표면으로 높이의 30%로 코팅함으로써 수행된다.
또한, 천정에 인접한 벽의 상부, 원자로의 격납실 사이에, 관통 공간의 형성을 갖는 각 벽의 면적의 35% 이상의 면적을 갖는 개구가 우세하게 수행된다.
본 발명에 의해 달성된 기술적 결과는 다음과 같다. 원자력 발전소의 보호 범위 내에서 기체 매체를 점화할 가능성을 감소시키고, 약한 연소파의 자체 소멸 생성, 원자력 발전소의 봉쇄에서 가스 환경의 점화 시 원자력 발전소의 벽면에 가해지는 동적 하중을 줄이는 경우 강도를 약화시킨다.
본 발명은 다음 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 반사기(리플렉터)를 증기 발생기실내에 배치하기 위한 변형을 개략적으로 도시한다.
도 2는 버블로 하우징에 연결된 증기발생기실에 반사기를 배치하는 변형을 개략적으로 도시한다.
도 3은 원자로의 1 차회로의 일부에 장착되는 천공된 원통형 케이싱을 개략적으로 도시한다.
도 4는 반사기를 설치하지 않고 레이아웃에서 실험을 설정하는 도면을 도시한다.
도 5는 반사기의 설치가 없는 실험 동안 모델의 높이에 대한 가스농도 분포의 그래프를 도시한다.
도 6은 반사기가 있는 레이아웃에서 실험을 설정하는 방법을 보여준다.
도 7은 레이아웃에 장착된 반사기의 단면 A-A를 도시한다.
도 8은 반사기의 설치로 실험 동안 배치의 높이에 대한 가스농도 분포의 그래프를 도시한다.
도 9는 채널 단면과 90% 겹치는 격벽(파티션)을 갖는 레이아웃에서 실험을 설정하는 도면을 도시한다.
도 10은 채널 단면과 겹치는 파티션이 없는 실물모형에서 실험을 설정하는 도면을 도시한다.
도 11은 채널 단면을 65 %까지 덮는 격벽이 있는 실물모형으로 실험을 시작하기 위한 계획을 보여준다.
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도 7은 레이아웃에 장착된 반사기의 단면 A-A를 도시한다.
도 8은 반사기의 설치로 실험 동안 배치의 높이에 대한 가스농도 분포의 그래프를 도시한다.
도 9는 채널 단면과 90% 겹치는 격벽(파티션)을 갖는 레이아웃에서 실험을 설정하는 도면을 도시한다.
도 10은 채널 단면과 겹치는 파티션이 없는 실물모형에서 실험을 설정하는 도면을 도시한다.
도 11은 채널 단면을 65 %까지 덮는 격벽이 있는 실물모형으로 실험을 시작하기 위한 계획을 보여준다.
제안된 기술적 해결책으로서 원자력 발전소의 수소폭발 안전을 보장하는 방법은 아래에 설명된 특정 설계의 예에 의해 설명된다. 주어진 예가 유일한 것은 아니지만 청구된 기술적 결과의 본질적인 특징 집합에 의해 달성 가능성을 분명히 보여준다.
원자력 발전소의 수소폭발 안전을 보장하는 방법은 다음과 같은 조치를 포함한다.
원자력 발전소의 보호 격납실(1)은 수소 함유량이 2%에 도달할 때 환기되며, 이 환기는 비상사태로 간주되며, 전제에서 수소 함유 증기-가스 제트의 점화 조건에 따라 높은 수소 함량으로 작동할 수 있다.
수소 재조합은 원자력 발전소의 보호 격납실(1)에서, 시설의 크기에 기초하여 선택되는 수납실(도시되지 않음)에 미리 설치된 수소 재합성기에서 촉매 산화에 의해 수행된다.
반사경은 방습 및 내열성 알루미늄 스크린(2), 스크린 및 천공된 케이싱(3)은 원자력 발전소(NPP)의 보호 격납실(1) 내에서 압력 수소 함유 증기-가스 제트의 잠재적으로 위험한 전파의 경로 도중, 즉 잠재적인 비상 전파 경로의 도중에 배치된다. 스크린(2)은 원자력 발전소의 보호 격납실(1)의 벽 사이의 개구를 이들 개구의 면적의 60% 만큼 덮도록 배치되고, 천공 케이싱(3)은 원자로의 주회로의 파이프라인(4) 상에 설치된다. 이 스크린(2)의 크기는 핵막 보호 격납실(1)의 벽에 의해 형성되는 개구부의 면적의 20 ~ 65%에서 선택될 수 있다. 스크린(2)의 최대 크기는 스크린(2)의 개구부의 면적의 20% 이하의 크기를 갖는 경우, 수소 함유 증기-가스 분사압력 하의 제트의 직경은 스크린(2)의 면적보다 커질 수 있다는 사실에 기초하여 선택된다. 그 결과 수소 함유 증기 가스의 일부가 원자력 발전소의 보호 격납실(1)의 주변 환경과 섞이지 않고 스크린(2) 뒤에 있는 원자력 발전소의 보호 격납실(1)로 침투한다. 원자력 발전소의 보호덮개의 보호 격납실(1)의 한 부분에만 수소 함유 증기-가스 제트의 집중을 가져올 수 있다. 스크린(2)이 개구 면적의 65% 이상의 크기를 갖는 경우, 가압된 수소 함유 증기-가스 제트와 접촉할 때 원자력 발전소의 보호 격납실(1)의 공기와 상기 제트의 균일한 혼합이 일어나며, 원자력 발전소의 보호 격납실(1)의 일 부분에서 수분 함유 증기-가스 혼합물이 점화되고, 화염이 원자력 발전소(NPP) 보호 격납실(1)의 또 다른 부분으로 침투할 때에, 스크린(2)에 의해 형성된 개구부를 통과하는 화염 흐름의 난류가 형성될 수 있으며, 이는 화염 전파의 현저한 가속을 가져온다.
케이싱(3)은 바람직하게는 파이프라인 근처의 개방공간 근처, 즉 벽 또는 인접한 파이프라인의 측면으로부터가 아니라 파이프라인으로부터 원자로의 보호 격납실(1)의 대기 환경과의 만료시 압력수소함유 증기 - 가스 제트의 효율적인 혼합을 유도한다.
원자력 발전소 보호 격납실(1) 사이의 벽에 대해, 이 벽의 면적의 40 % 크기의 구멍(개구)을 형성한다. 원자력 발전소의 보호 격납실(1) 사이의 천정에 인접한 벽 상부의 상기 개구는 관통 공간의 형성, 즉 원자력 발전소의 격납건물의 보호 격납실(1)의 높이에서 이루어지며, 이에 따라 벽의 상부(천정 레벨)에는 개구가 부재하고 보호 격납실(1)의 천정에서는 원자력 발전소의 보호 외피의 보호 격납실(1)에서 다른 방으로의 수소 함유 증기 가스 분사의 흐름에 장애물이 없다. 이 경우 원전 보호 격납실(1) 사이의 벽 개구(구멍)는 이 벽의 35% 이상을 차지할 수 있다. 가장 작은 크기의 개구는 원자력 발전소의 보호 격납실(1)에서 수소 함유 증기-가스 제트의 점화 및 다른 방으로의 불꽃 침투의 경우에 화염 흐름의 난류가 가능하다는 점에서 선택된다. 화염 흐름은 원자력 발전소의 보호 외피인 보호 격납실(1)의 벽에 있는 개구부를 통과하여 화염전파를 현저하게 가속시키며, 가장 큰 크기는 설계의 필요성에 따라 선택된다.
고열전도성 금속으로 표면을 코팅하여 수소 함유 증기-가스 제트의 초점을 잠재적으로 국지적으로 위치시키는 곳에서 과도한 열을 제거한다. 증기발생기(5) 및 버블러(6) 및 원자력 발전소의 보호 격납실(1) 천장(돔) 및 벽의 상부를 천장(돔)에서 바닥까지의 전체 높이(L)의 30%(0.3L)로 하여 코팅한 고열전도성 코팅층을 원자력발전 설비의 보호 격납실(1) 내에 설치한다. 고열전도성 코팅층으로는 예를 들어, 알루미늄 등 전도성이 높은 금속이 사용된다.
상기 방법에 따른 원자력 발전소의 수소폭발 안전성 제공은 다음과 같이 이루어진다.
원자력 발전소의 보호 격납실(1)에서 수소함유파로 가스 혼합물의 만료와 관련된 심각한 사고가 발생하면 수소 함량 2% 에 도달하면 환기되고 동시에 수소 재조합이 수행된다. 이러한 조치는 원자력 발전소의 보호 격납실(1)에서 수소 함량을 줄이기 위한 것이다.
원자력 발전소의 보호 격납실(1)에서 가압 수분이 포함된 증기-가스 제트가 유출(flow out)될 때, 그 경로에 설치된 알루미늄 스크린(2)은 원자력 발전소의 보호용 용기인 보호 격납실(1)에 물-함유 증기-가스 혼합물의 균일한 혼합을 촉진한다. 이는 원자력 발전소의 격납 건물의 보호 격납실(1)에서 한 곳에서 수분을 함유한 증기-가스 혼합물의 국지화를 방지한다. 또한, 알루미늄 천공 케이싱(3)이 장착된 원자로의 주회로의 파이프라인(4)으로부터 원자력 발전소의 보호 격납실(1) 내의 가압수 함유 증기-가스 제트의 유출의 경우에는 알루미늄 천공 케이싱(3)은 또한 원자력 발전소 보호 격납실(1)에서 수분 함유 증기-가스 제트의 혼합을 촉진하며, 원자로의 주요 회로의 파이프라인(4) 근처에 수분 함유 증기-가스 제트를 다른 방향을 향해 분사할 수 있는 다수의 천공을 확보한다. 따라서, 원자력 발전소의 보호 격납실(1) 내의 수분 함유 증기-가스 제트의 균일한 혼합은 원자력 발전소의 보호 격납실(1)에 설치된 모든 수소 재조합장치가 작동한다는 사실을 고려하여 수소 재조합의 향상에 기여한다. 원자력 발전소의 보호 격납실(1)에서 수소 - 수소혼합물의 혼합이 없는 경우, 주로 수소 - 수소혼합물의 국부적 위치에 있는 재조합장치가 관여한다. 수소 함유 증기 - 가스 제트를 보호 격납실(1)의 한 곳에 국한시키지 않고 균일하게 혼합하면 수소 함유 증기 - 가스 제트의 점화가 방지된다.
또한, 천장에 인접한 벽의 상부에 관통 공간을 형성하여 원자력 발전소 보호 격납실(1) 사이에 압력 수분이 포함된 증기 - 가스 제트의 만료 시에 원자력 발전소의 보호 격납실(1)의 한 방에서 다른 방으로 증기가 포함된 수증기 기체의 흐름을 촉진한다. 이것은 유출이 발생하는 방의 수분 함유 증기 - 가스 제트의 농도를 감소시키고 원자력 발전소의 격납건물의 다른 보호 격납실에 위치한 환기장치 및 재조합장치의 사용을 허용한다.
원자로의 보호 격납실(1)의 하나 또는 다수의 방에서 가스 함유 증기 - 가스 조성물이 화재에 있다면, 벽에 이들 벽면적의 40%의 크기를 갖는 개구가 형성되어, 이들 개구를 통한 연소 흐름의 난류를 방지하여 연소 수소 함유 가스 - 증기 조성물의 전파속도를 감소시킨다.
또한, 원자력 발전소의 보호 격납실(1)의 하나 또는 여러 개의 방에서 수소 함유 증기 가스 조성물이 점화될 때, 원자력 발전소의 보호 격납실(1) 방의 하부로부터 상부(수소 함유 증기 - 가스 제트의 연소 위치의 잠재적으로 위험한 위치의 장소)로 화염 플럭스가 부상한다. 이 같은 이유는 원자력 발전소의 보호 격납실(1)의 상부 부분에 있는 수소의 농도가 더 높다는 사실 때문이다. 증기발생기(5)및 버블러(6) 및 원자력 발전소의 보호 격납실(1) 천장(돔) 및 벽의 상부를 천장(돔)에서 바닥까지의 전체 높이(L)의 30%(0.3L)로 하여 코팅한 고열전도성 코팅층을 원자력발전 설비의 보호 격납실(1) 내에 설치한다. 고열전도성 코팅층으로는 예를 들어, 알루미늄 등 전도성이 높은 금속이 사용된다. 고열전도성 금속으로 라이닝된 표면 분사에 의한 연소 부위에 의한 열전달은 수소 함유 증기 - 가스 제트의 연소 부위의 감쇠 또는 그 강도의 감소에 기여하여 원자력 발전소의 보호 격납실(1)의 다른 부분 또는 수소 함유 증기 - 가스 제트의 연소가 원자력 발전소의 다른 보호 격납실로 전이하는 것을 방지한다. 원자로의 보호 격납실(1) 내에 설치된 알루미늄 스크린(2)과 원자로의 주회로의 배관(4)에 설치된 알루미늄 천공 케이싱(3)은 수소 함유 증기 - 가스 제트의 화재로부터 열을 받는다. 이는 또한 수소 함유 증기 - 가스 제트의 연소 초점의 감쇠 또는 연소 강도의 감소에 기여하고 원자력 발전소의 보호 격납실(1)의 다른 부분 또는 수소 함유 증기 - 가스 제트의 연소가 원자력 발전소의 다른 보호 격납실로 전이되는 것을 방지한다.
원자력 발전소의 수소폭발 안전성 확보를 위한 제안된 방법의 효과는 실물모형을 통해 실험적으로 확인되었다. 중대한 사고의 특징인 압력과 온도에서 수소를 함유한 증기 - 가스 제트의 점화 농도 한계에 관한 실험 데이터를 얻었다. 또는 WWER를 가진 원자력 발전소에서 심각한 사고에 대한 수소 함유 증기 - 가스 제트 특성의 제트 유출을 위한 원자력 발전소의 격실의 모형에서 수소 함유 증기 - 가스 제트의 연소조건의 개발 및 변화에 대한 데이터가 얻어진다.
실시예 1.
실험을 위해 높이 5m, 지름 2m, 작업량 14.6m3인 챔버 7(도면 4) 형태의 모델을 사용했다. 챔버(7)는 110°C로 예열되었고, 내부의 공기는 대기압 상태였다. 계산된 수소 함유 증기 - 가스 제트에 부합하는 혼합물은 중대 사고시 원자력 발전소의 격납실에서 만료시 챔버(7)로 공급되었으며 수소함유증기 - 가스 제트의 수소 - 증기 - 공기 성분의 평균 조성은 각각 10-34-56%에 해당한다. 가스 공급은 챔버 체적의 바닥으로부터 3.14m의 높이에 위치한 도 4에 표시된 지점 O에서 수행되었다.
챔버(7) 높이를 따라 0.5m 단위로 설치된 가스분석기(도시되지 않음)의 도움으로 수소 함유 증기 - 가스 제트의 공급이 완료된 후, 수소 함유 증기 - 가스 제트의 수소 - 증기 - 공기 성분의 함량이 측정되었다. 실험의 결과는 도 5에서 원형 마커가 수소, 사각형 마커가 스팀, 삼각형 마커가 공기인 다이어그램 형태로 표시된다. 따라서, 도면은 챔버 높이를 따라 수소 함유 증기 - 가스 제트의 수소 - 증기 - 공기 성분의 분포가 균일하지 않음을 나타내며, 특히, 점 O 및 챔버(7)의 돔으로의 수소 함유 증기 - 가스 제트의 공급 위치에서 시작하여 수소의 최고 농도가 고정되었다. 생성된 수소 함유 증기 - 가스 제트의 안정화 후, 3.5m의 높이에서 스파크 요소(도시되지 않음)에 의해 점화되어 챔버 벽의 연소 강도 및 압력이 증가하는 동안 챔버(7)의 돔으로의 연소열 흐름의 출현을 초래하였다. 연소는 돔이 아래의 챔버(7)의 상부에서 국부화된 수소 함유 증기 - 가스 제트에서 수소의 연소 후에만 소멸되었고 연소 중에 방출된 열은 연소의 지속을 촉진시켰다.
실시예 2.
실험 장치는 실시예 1에 나타낸 실험의 설명에 대응하고, 스크린(9)(도 6 및 도 7) 형태의 평평한 리플렉터가 챔버 체적부(8)(도 6)의 바닥으로부터 3.4m의 높이에 추가로 배치되었다. 챔버의 횡단면을 약 65%만큼 오버랩시킨 스크린(9) 형태의 평평한 반사기, 동시에, 돔(천장) 아래의 챔버(8)의 내부 표면의 상부, 즉 돔으로부터 벽까지 전체 높이(L)(도 6 참조)의 약 30%(0.3L) 가 높은 도전성 금속(10)으로 라이닝 되었다. 실험 모델에서 알루미늄은 전도성이 높은 금속으로 사용되었다.
이 실험 장치에서, 공급된 수소 함유 증기- 가스 제트는 챔버(8)의 공기 매질과 수소 함유 증기 - 가스 제트의 보다 균일한 혼합을 보장하고 수소 함유 증기 - 가스 제트의 성분의 균질한 분포를 얻는 차폐체인 스크린(9)과 접촉하였다. 가스분석기로 얻어진 챔버(8)의 높이를 따르는 수소 함유 증기 - 가스 제트의 수소 - 증기 - 공기 성분 함량의 측정 결과가 도 8에 도시되어 있으며, 도시된 표식에 있어 원형 마커는 수소, 사각형 마커는 스팀, 삼각형 마커는 공기이다.
가스 공급이 완료되고 수소 함유 증기 - 가스 제트의 안정화 후, 3.5 m의 높이에서 스파크 요소 (도시되지 않음)에 의해 혼합물이 점화되었다. 방화 당시의 가스 농도의 분포는 실시 예 1에 기재된 실험에서 보다 균일하였고, 수소 함유 증기 - 가스 제트의 수소 - 증기 - 공기 비율은 10-34-56에 각각 일치하였다.
시각화 기술의 도움으로 챔버의 돔의 아래에 화염의 출현과 국지화가 기록되었다. 이 경우, 화염의 초점은 챔버(8)의 돔 표면에 라이닝된 고열전도성 금속(10)으로 열을 전달하고, 그 후에 연소 챔버의 온도는 감소하고, 그 내부의 수소 농도는 (연소로 인해) 감소하여 화염 약화를 초래한다. 화염 감쇠 후에, 챔버(8)의 하부로부터 상부 가스 챔버로 보다 많은 양의 수소를 함유하는 수소 함유 증기 - 가스 제트의 이동에 의해 제공되는, 챔버(8)의 돔의 상부에서의 수소 함유 증기 - 가스 제트 내의 수소 국부화가 재-국소화되었다. 그런 다음 연소가 다시 시작되어 위에 표시된 방식으로 중단되었다. 연소 및 댐핑의 개시 사이클은 수소 함유 증기 - 가스 제트 내의 수소 함량이 스파크 요소에 의해 발화되지 않을 농도로 감소될 때까지 반복되었다.
실시예 3.
실험을 위해 발명자는 138mm의 측면과 약 1.5m의 길이를 갖는 사각형 단면을 갖는 챔버 11(도 9)의 형태의 모델을 사용했다. 격벽(12)은 채널 섹션의 90% 중첩과 함께 챔버(11)에 배치되었다. 심한 사고로 원자력 발전소의 격실에서 만료될 때 계산된 수소 함유 증기 - 가스 제트에 상응하는 혼합물이 챔버에 공급되었고, 평균 수소 - 증기 - 공기 조성은 각각 다음의 백분율 10-34-56에 상응하였다. 가스의 공급은 지점 O에서 수행되었다(도 9).
수소 함유 증기 - 가스 제트가 안정화된 후, 스파크 요소(13)에 의해 점화되었다. 시각화 기술에 따르면 화염면이 미 연소 혼합물을 격벽(12)을 통해 이동시켜 난류가 되게 하여 3배의 동적 하중을 증가시키는 것으로 기록되었다. 화염이 격벽(12)에 접근할 때, 격렬한 연소의 강화 및 격벽(12)에 의해 분리된 화염 플럭스의 챔버(11)의 다른 부분으로의 신속한 전이가 있었다.
실시예 4.
도 10에 도시한 실험 장치는 실시예 3에 나타낸 실험의 설명에 대응하고, 채널 섹션과 겹치지 않는 구획이 챔버(14) 내에 배치되지 않는다는 점에서 다르다. 실시예 3에서 나타낸 수소 함유 증기 - 가스 제트를 챔버(14)에 공급하였다. 가스의 공급은 지점 O에서 수행되었다(도 10 참조).
수소 함유 증기 - 가스 제트가 안정화된 후, 스파크 요소(15)에 의해 점화되었다. 시각화 기술을 사용하여 확인 결과 화염면이 일정한 속도로 전파되고 난기류가 발생하지 않았으며 연소의 급격한 강화가 없었음이 기록되었다.
실시예 5.
도 11에 도시한 실험 장치는 실시예 3에 기술된 실험의 설명에 상응하고, 격벽(17)이 채널 단면적의 65%의 오버랩을 갖는 챔버(16) 내에 배치된다는 점에서 다르다. 실시예 3에서 나타낸 수소 함유 증기 - 가스 제트를 챔버(16)로 공급하였다. 가스는 점 O로부터 공급되었다(도 11 참조).
수소 함유 증기 - 가스 제트가 안정화된 후, 스파크 요소(18)에 의해 점화되었다. 가시화 기술을 사용하여 확인한 결과 화염면이 격벽(17)을 통해 미연소 혼합물을 이동시켰지만 동적 하중의 증가가 실시예 4에 기록된 유사한 실험 값에 불과 1.4 배 초과한 것으로 기록되었다. 동시에, 격벽(17)에 대한 화염의 접근시에 연소의 급격한 강화가 없었으며, 격벽(17)에 의해 분리된 챔버(16)의 다른 부분으로의 화염 유동의 전이가 가속없이 일어났다.
청구범위에서 특징지어지는 청구된 발명에 대해, 원자력 발전소의 수소폭발 안전성을 보장하는 방법 및 이 기술적 결과의 달성을 보장할 수 있는 가능성이 확인되었다.
Claims (6)
- 원자력 발전소에서 수소 폭발 안전을 보장하는 방법에 있어서, 촉매 산화에 의해 원자로 건물 구내의 환기 및 원자로 시설 구내의 수소 재조합을 포함하며, 반사기가 원자로의 가압 수소 함유 증기-가스 제트의 잠재적으로 위험한 경로의 도중에 배치되어 있으며, 원자로의 보호 격납실 사이의 벽에 구멍을 형성하되, 상기 구멍은 상기 벽의 면적의 적어도 35% 크기로 만들어지며, 수소 함유 증기-가스 제트 연소가 잠재적으로 일어나는 국지화 영역에서 과도한 열이 배출되도록 하며, 또한 원자로의 파이프라인 상에 설치되는 천공된 방습 및 내열 케이싱이 가압된 수소 함유 증기 - 가스 제트의 잠재적으로 위험한 전파 경로상에 있는 반사기로서 사용되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 수소폭발 방지를 제공하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 원자로의 보호 격납실의 환기는 상기 보호 격납실의 수소 함유량이 2%를 초과하는 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 수소폭발 방지를 제공하는 방법.
- 제1항에 있어서, 가압된 수소 함유 증기-가스 제트의 잠재적 비상 전파의 경로상에서 방습 및 내열성 스크린이 반사기로서 사용되며, 상기 방습 및 내열성 스크린은 스크린이 설치된 장소에서 격납실의 벽들 사이에 있는 개구부를, 상기 개구부 면적의 20 내지 65%를 덮는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 수소폭발 방지를 제공하는 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 수소 함유 증기 - 가스 제트의 연소 지점의 잠재적으로 위험한 전파 경로 위치의 장소에서 과도한 열을 제거하기 위하여, 원자로의 보호 격납실의 천장 및 격벽 상부의 내부 표면을 보호 격납실의 천장에서 바닥까지의 전체 높이(L)의 30%(0.3L)에 대해 고열전도성 금속으로 코팅 처리하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 수소폭발 방지를 제공하는 방법.
- 제1항에 있어서, 원자로의 보호 격납실의 천장에 인접한 벽의 상부에서, 상기 벽의 표면적의 적어도 35%에 달하는 표면적을 가진 구멍이 관통 공간의 형성에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 수소폭발 방지를 제공하는 방법.
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