KR102519992B1 - 이동식 붕산주입 시스템 - Google Patents

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Abstract

이동식 붕산주입 시스템(60)은 이동 가능한 다수의 구성요소를 구비하는 한편, 급수원(10), H2BO3 분말 공급기(14), 붕산 용액(30)을 최소한의 공기 혼입으로 공급할 수 있는 용액(20)을 혼합하는 믹서 및 선택적인 열교환기(들)(12)를 포함하고, 이 시스템(60)은 대규모의 취약한 점유공간에서 제자리에 있기보다는 오히려 육상, 해상 또는 항공에 의해 원자력 발전소 설비로 운송될 수 있다.

Description

이동식 붕산주입 시스템
[관련 출원에 대한 교차 참조]
본원은 "Mobile Boration System(이동식 붕산주입 시스템)"이라는 발명의 명칭으로 2012년 4월 19일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/635,315호에 대한 우선권을 주장하는 출원인, MOBILE BORATION SYSTEM(이동식 붕산주입 시스템)이라는 발명의 명칭으로 2013년 3월 11일자로 출원된 미국 특허출원 제13/792,465호의 일부 계속 출원이며, 이에 대한 우선권을 주장한다.
[기술분야]
본 발명은 상업용 원자력 발전소에 붕산염수(borated water)를 공급하는 기술에 관한 것이다.
상업용 원자력 발전소의 조작자는, 상당한 점유공간(footprint)을 가지고, 원자로뿐만 아니라 현장에 영구적으로 건설된 다양한 공급 시스템을 포함하여, 최근에 일본의 후쿠시마 원자력 발전소에 피해를 입힌 쓰나미와 같은 자연 재해 및/또는 인재에 의해 야기된 피해를 배제 및/또는 경감시키려는 해결책을 모색하고 있다. 시험중인 하나의 시스템이 급수 시스템이다. 보통, 급수의 붕산주입은 원자로를 임계치 이하로 유지하는 것을 돕도록, 중성자 흡수 액체(neutron poison liquid)를 공급하는데 필요한 것으로 고려된다.
원자로에 있어서 붕산 용액의 용도는, 예컨대, 미국 특허 제4,764,337호에서 판손(Panson)에 의해 일찍부터 알려져 있으며, 상기 미국 특허 문헌에는 하기와 같이 개시되어 있다:
원자력 증기 발생기의 2차 워터 시스템에서 탄소강 부식을 방지하거나 적어도 억제시키기 위한 붕산의 사용이 얼마 전부터 알려져 왔다. 특히, 붕산은 원자력 증기 발생기에 있어서 튜브/튜브 지지 플레이트 계면에서의 덴팅(denting)으로 알려진 현상을 최소화하는데 이용되었다. 덴팅을 초래하는 유형의 탄소강 부식을 억제하는데 붕산 단독으로도 매우 유용한 것으로 알려져 있지만, 원자핵 응용은 개선된 시스템 및 향상된 신뢰성을 위한 지속적인 연구를 필요로 한다. 붕산 단독보다 더욱 강한 산성인 디올 붕산 화합물(diol boric acid compound)이 알려져 있다. 붕산 자체보다 더욱 강한 산성 특성을 갖는 디올 붕산 복합물(diol boric acid complex)을 생성함으로써 붕산을 활성화시키는 붕산과 디올 화합물 사이에 반응이 있는 것으로 보인다. 그러나, 이러한 디올 붕산 복합물이 부식을 억제할 수 있다는 시사가 없다. 그리고 심지어는 디올 붕산 복합물이 원자력 증기 발생기 응용에 있어서 탄소강 부식을 억제하는데 유용할 수도 있다고 개시하는 바도 없다.
중요하게, (제각기, 코너(Connor) 등 및 판손(Panson) 등의) 미국 특허 제8,233,581호 및 제5,171,515호에 의해 교시된 바와 같이, 붕산은 일부 중성자속(neutron flux)을 억제하는 감속재로서 사용될 수도 있다는 것이 나중에 발견되었다. 다른 영역에 있어서, 브라운(Brown) 등의 미국 특허 제4,225,390호는 원자력 발전소를 위한 붕소 제어 시스템의 복잡성의 레벨을 보여준다.
현재 운영되고 있는 붕산주입 공급 시스템은, 전적으로 현장에서, 상당한 크기의 고정식 배합 탱크(permanent batching tank)를 이용하며, 원자로의 원자로 냉각재 시스템 내에서 사용된 냉각수에 주입되기 전에, 원하는 농도의 붕산과 물을 혼합하여 적절한 용액을 공급하기 위해 해당 탱크를 "현장에서 유용하게(on-site useful)" 유지하도록 주요 보조 장치를 필요로 한다.
현재의 붕산주입 공급 시스템의 주요 단점은 용액 내에서 비교적 고농도의 붕산을 혼합 및 유지하기 위한 영구 동력식 교반기 및 가열 시스템을 포함하는 구성요소가 부착되어 있는 초대형의 고정식 배합 탱크를 필요로 한다는 점이다. 이와 같이, 현재의 붕산주입 공급 시스템은 대규모의 공간, 즉, 큰 점유공간, 및 다량의 동력을 필요로 한다는 문제가 있다. 이러한 요건은 현재의 붕산주입 공급 시스템을 용이하게 운송 또는 이동 가능하게 하지 못하고, 영구적으로 현장에 있게 한다. 따라서, 보다 작은 제자리 점유공간을 제공하고, 용이하게 운송 가능하며, 설치된 발전소 장비가 작동하지 않거나 사용 준비가 되어 있지 않은 기간 동안에 에너지 및 자원을 보다 효율적으로 사용하는 시스템을 갖춘 원자력 발전소의 붕산주입 시스템을 모방할 필요가 있다.
붕산염수를 공급하기 위해, 현장에서 구성성분들을 혼합할 수 있는 붕산염 냉각재를 원자로 시스템에 공급하는 이동식 붕산주입 장치를 제공함으로써, 상기 문제점들이 해결되고 요구가 충족된다. 이동식 붕산주입 장치는, 급수원에 대한 연결부; H2BO3 분말 또는 다른 수용성 붕소 소스; 물을 가열하기 위한 히터; 물을 원하는 장소로 이동시키기 위한 펌프 또는 다른 추진력(motive force); 물과 H2BO3 분말 또는 다른 수용성 붕소 소스와의 계량된 혼합을 허용해서, 사전설정된 계량된 적절한 농도의 초기 물/붕산 슬러리를 생성하는 믹서로서, 상기 슬러리는 지속적인 혼합 동안 붕산염/붕산 수용액을 제공하는, 상기 믹서; 희석 탱크; 상대적으로 고온의 붕산염/붕산 수용액을 희석 탱크로 반송하기 위해 믹서와 희석 탱크 사이에 연결되는 고온 스트림 도관; 상대적으로 고온의 붕산염/붕산 수용액에 비해 희석 스트림에 희석 탱크를 연결하는 희석 스트림 도관; 및 희석 스트림과 고온의 붕산염/붕산 수용액의 혼합물을 원하는 농도 및 유량으로 원자로 시스템으로 반송하기 위해 희석 탱크 상의 유출구 포트에 연결되는 희석된 붕산 출력부를 구비하는 이동식 운송 수단을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 히터는 믹서 내의 물/붕산 슬러리를 가열한다. 바람직하게는, 펌프는 유량계를 갖춘 용적형 펌프 및 원심 펌프로 구성되는 그룹으로부터 선택되고, H2BO3 분말 소스는 호퍼 및 스크류식 피드 컨베이어이다. 바람직하게는, 호퍼 및 스크류식 피드 컨베이어는 제어된 용적 또는 질량 유량의 H2BO3 분말을 공급할 수 있고, 믹서는 슬러리가 1 용적% 미만의 공기 혼입으로 용액 내로 유입되는 것을 보장하기에 충분한 교반을 제공할 수 있는 기계식 믹서이고, 이때 믹서는 대기압으로 유지된다.
다른 실시예에 있어서, 이동식 운송 시스템은 트럭 트레일러, 철도차량 플랫베드(flatbed), 해상 운송수단 또는 항공 운송수단 중 하나로부터 선택된다. 바람직하게는, 이동식 붕소주입 장치는 H2BO3 분말의 수중에서의 용해를 용이하게 하는 화학 첨가제를 수용하는 탱크를 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 믹서 및 상당한 길이의 고온 스트림 도관은 단열 챔버 내에 유지되고, 희석 탱크는 챔버 외부에 위치된다. 바람직하게는, 이동식 붕소주입 장치는 희석 탱크의 내부 상측에 압축 공기를 공급하기 위해 희석 탱크에 연결되는 압축기를 포함하고, 바람직하게는, 압축기는 또한, 분말 소스와 믹서 사이의 계면으로의 수분 이동에 의해 야기되는 분말 응집을 방지하기 위해 에어 블랭킷(air blanket)을 제공하도록 H2BO3 분말 전달 시스템에 연결된다. 이동식 붕소주입 장치는 또한, 설정값의 조작자 입력에 응답하여 희석 탱크를 빠져나가는 붕산의 농도를 자동으로 제어하는 제어 시스템을 포함한다.
도로, 철도 또는 해상에 의해 운송 가능한 지속적인 유동 장치는 매우 다양한 재해를 입게 될 수 있는 원자력 시설 옆에 거대한 일련의 구조물을 건설하는 일 없이 보조 공급 메커니즘을 제공할 수 있다.
이제, 본 발명을 보다 명확하게 잘 이해하기 위해, 편리한 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 예시로서 기술될 것이다:
도 1은 본 발명의 이동식 붕소주입 시스템의 일 실시예의 블럭도이고;
도 2는 복수의 선택적인 고정식 워터 탱크들 중 하나에 붕산 용액을 전달하기 위해 원자력 복합시설 내로 직접 구동될 수 있는 이동식 붕산 용액 플랫폼을 제공하고, 그 조합이 원자력 발전소 시설에 대하여 작은 점유공간을 제공하는, 도 1에서 다뤄진 적절한 장비 구성요소들을 운반하는 이동식 플랫베드 트럭 운송체의 개략도이고;
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 용해 탱크 및 연관 고온 스트림 구성요소들의 부분적인 시스템 개략도로서, 본 실시예의 단열 챔버 경계를 도시하는 도면이고;
도 4는 도 3에 나타내진 용해 탱크를 수용하는 단열 챔버의 확장된 시스템 도면으로서, 상기와 같은 탱크 3개와 연관 고온 스트림들이 병렬로 연결된 것을 도시하는 도면이고;
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 실시예의 전체 시스템 개략도이고;
도 6은 도 5에 개략적으로 나타내진 시스템에 의해 수행되는 프로세스를 제어하는 제어 시스템의 작동의 개요를 제공하는 시스템 흐름도이다.
본 발명에 따른 붕산주입 공급 시스템은 현재의 시스템의 한계를 극복하고, 상업용 원자력 발전소 붕산주입 공급 및 저장 시스템에 대한 손상을 배제 및/또는 경감시키기 위한 해법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이동식 붕산주입 공급 시스템은, 예컨대 연료 교체용수 저장 탱크(refueling water storage tank)를 다시 채울 수 있도록 제공된다. 이 시스템은 저장 및 운송이 용이해야만 한다. 해상, 육상 또는 항공 운송에 의한 그 이동성으로 인해, 본 발명의 붕산주입 공급 시스템은 붕산주입을 필요로 할 수도 있는 임의의 인근 부지에 중심적으로 배치될 수 있고, 이 인근 부지로 운송 가능하다. 이는 붕산의 배합을 위해 발전소에서 채택하고 있는 종래의 붕산주입 공급 시스템의 설계상의 특징에 비해 막대한 개선이다. 본 발명의 붕산주입 공급 시스템은 필요 최소한의 장비 부품을 사용하도록 설계되고, 하나 이상의 해당 장비 부품은 최소 사이즈 및 전력 소비 요건에 맞게 선택된다. 이와 같이, 본 발명의 시스템은 트럭, 기차 또는 해상을 통한 이동식 응용에 대하여 이상적이다. 상대적으로 소형인 시스템은 또한 다른 가능한 고정식 응용에도 적합하게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 붕산주입 공급 시스템(60)을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템은, 정량의 유체 소스(13)를 제공하기 위해 유량 제어 장치(12)를 갖춘 용적형 펌프 또는 원심 펌프와 같은 워터 펌프(water pump)(11); 분말형 붕산을 직접 취급해서 대형 배합 탱크에 대한 필요성을 배제하기 위해 스크류식 피드 호퍼(14)를 갖춘 슬러리 퍼널(slurry funnel)(16) 및 이덕터 시스템(eductor system)(18); 및 붕산이 용액에 유입할 수 있게 충분한 시간을 허용하고 충분한 기계식 교반을 제공하기 위한 기계식 혼합 장치(20)를 포함한다. 본 실시예에 있어서, 기계식 혼합 장치(20)는 바람직하지 않은 공기가 하류측 유동에 혼입할 가능성을 1 용적% 미만으로 감소시킨다. 기계식 혼합 장치는 유동 분포를 조정하기 위해 선택적인 상류측 오리피스/밸브를 포함할 수 있다. 계량용 스크류는 호퍼로부터 H2BO3 분말 또는 수용성인 다른 붕소 소스를 취하고, 상대적으로 높은 정확도(0.5%)로 제어된 용적 유량을 제공할 수 있다. 혼합 장치는 또한, 가능하다면 "스크류 속도 대 ppm(screw speed to ppm)" 상관관계를 포함할 수도 있다. 본 실시예에 있어서, H2BO3 분말의 질량 유량은 약 23 lb/min 이다.
다른 실시예들에 있어서, 본 발명의 붕산주입 공급 시스템(60)은 붕산을 용액에 용이하게 주입할 수 있게 필요한 용매 온도 및 화학적 성질을 제공하기 위해 선택적인 히터(41) 및 화학 첨가제 탱크를 포함할 수 있다.
도 1(및 도 2)에 도시된 바와 같이, 현장의 급수원을 이용 가능한 경우에 장치의 범위를 벗어나 있는 것일 수 있는 선택적인 급수원(10(32))이 선택적인 펌프(11(34))에 의해 열교환기(12(41))로 펌핑된다. 가열된 물(13(45))은 세락식 퍼널(wash-down funnel)(16) 등(42)을 지나, 과립상 H2BO3 분말(14(36))의 이송과 함께 계량되어서 수성 H2BO3 슬러리(36')를 제공한다. 급수원, 즉 지역 상수도, 강, 호수 등의 근처에 펌프가 있으면, 펌프(11)는 필요 없을 수도 있다. 이러한 슬러리(36')는 압력차를 이용해서 슬러리를 뽑아내는 이덕터(18) 또는 유사한 장치로 이송되고, 균질한 슬러리를 제공하도록 혼합되는 추가적인 가열된 물(13)이 더해지고, 혼합 장치(20(44))에서 추가로 가열된다. 원하는 붕소 농도의 용액을 제공하기 위해 검출기(22)에서 붕소 농도가 검사된다. 유량 요소(24)는 용액의 유량을 계량한다. 일부 슬러지 슬러리(sludge slurry)는 밸브(28)를 통해 수집기(26(36'))로 이동되고, 최종적으로 원자로의 선택적인 홀드업 피드 탱크(hold-up feed tank)(30(50))로 이동될 수 있다. 이것은 원자력 시스템 내로 직접 펌핑될 수도 있다.
전적으로 도 1에 기초하는 도 2는 트럭 플랫베드, 또는 철도 차량 등의 다른 운송 수단(40)과 같은 가능한 전달 플랫폼을 도시한다. 운송 수단(40)은 워터 탱크(32), 과립상 분말 탱크/공급기(36), 스크류식 분말 피드(38), 워터 펌프(34), 워터 히터(41), 워터 계량 시스템(42), 밸브(43), 믹서(44), 폐수 슬러리 탱크(36') 및 고온 수성 슬러리 히터(46)를 포함할 수 있고, 선택적인 저장 탱크(50)에 이송된 붕산 용액(48)을 밸브(52)를 통해 밸브(69)를 통과하는 붕산 피드(54)에 제공한다. 이 피드(54)는 선택적인 최소 저장 탱크(70)에 유입한다. 선택적인 첨가제 탱크가 "56"으로서 도시된다. 또한, 선택적인 히터/공기 조화기 유닛(58), 전력 제어 기능 시스템(66) 및 부가적인 모니터(64)뿐만 아니라 트럭 커버 구조체(68)도 도시된다.
도 3은 도 1 및 도 2에 나타내진 시스템의 일부분의 추가적인 개선을 도시한다. 도 3에 도시된 개선된 시스템은, 수중에서 붕산 분말의 고온 용해가 발생하는 하나 이상의 용해 탱크(도 2에 관해서는, 앞서 믹서(44)로서 기재됨)를 포함하는 파선(74)으로 도시된 단열 챔버를 포함한다. 용해 탱크(72)는 슬러리가 1 용적% 미만의 공기 혼입으로 용액 내로 유입되는 것을 보장하기에 충분한 교반을 제공할 수 있는 기계식 믹서(73)를 구비하는 것이 바람직하다. 도 3에 도시된 용해 탱크(72C)는 도 4 및 도 5에 도시된 3개의 병렬 트레인의 일부이며, 원하는 농도를 갖는 붕산 내로 분말형 H2BO3를 처리하기 위한 것이다. 시스템의 휴대성 및 프로세스의 효율 향상을 확보하면서 원하는 크기의 출력을 달성하기 위해 다수의 트레인이 사용된다. 용해 탱크들은 히터(80)에 의해 둘러싸여 있고, 압력 센서(82) 및 온도 센서(84)에 의해 모니터링된다. 용해 탱크(72) 및 연계된 장비는 내포된 유체로부터 붕산이 침전되는 것을 방지하기 위해 고온에서 작동될 필요가 있기 때문에, 챔버(74)는 히터(76) 및 송풍기(78)에 의해 조절되는 고온에서 작동된다. 전체 단열 챔버(74)를 고온에서 작동시키는 것이 유리한데, 그 이유는 고장 메커니즘을 도입할 확률이 더 높은 시스템 내 다수의 지점에서 국부 가열이 필요해지기 때문이다.
이전의 단락에서 언급한 바와 같이, 용해 탱크(72)는 수중에서의 붕산의 고온 용해가 발생하는 장소이다. 유체는 고온으로 이루어지기 때문에, 증발이 발생하게 되고 고체 분말의 첨가 경로(100)에 잠재적으로 영향을 줄 수 있다. 이 실시예는 분말 취급 장비와 용해 탱크 사이의 계면으로의 수분 이동에 의해 야기되는 분말 응집을 방지하기 위해 에어 블랭킷을 포함한다. 압축된 공기는 압축기(96)에 의해 공급되고 계면(102)에서 분말 통로(100)에 진입한다. 용해 탱크의 디자인은 탱크의 구조적 요건을 완화하는 공기 주입의 존재하에 대기압의 유지를 허용하는 방향성 유동장(directed flow field)을 포함한다. 이는, 분말 응집을 방지하면서 대기 상태를 허용하는 단일의 통기 배관 및 체크 밸브(120)를 갖춘 폐쇄형 탱크를 구비하는 조합을 통해 달성된다. 탱크를 대기압으로 유지하면, 밴드 히터(80)로부터 용해 탱크(72)의 내부로의 열전달을 가능하게 하는 탱크 벽두께 요건이 제한된다.
도 3에 나타내진 개선된 시스템은 단열 챔버의 외부에 희석 탱크(86)를 포함한다. 희석 탱크는 2개의 스트림, 즉 고온의, 고농도 유체 스트림이 저온의, 묽은 스트림과 조합되는 장소이다. 고온 스트림은 희석 탱크(86)에 유입구(88)에서 진입하고, 저온 스트림은 유입구(90)에서 진입한다. 진입하기 전에 2개의 스트림이 직접 상호작용하기 때문에, 희석 탱크(86)의 하부에 있는 벌크 용액(bulk solution)은 고농도 배관의 온도를 용해를 발생하고 배관 차폐를 초래할 수 있는 지점까지 낮출 수 있는 열 구배를 생성하게 된다. 벌크 용액 내부에서의 2개의 스트림의 상호작용은 침전 문제를 발생시키지 않는다. 유입구에서 2개의 스트림의 직접적인 상호작용을 회피하기 위해, 압축기(96)에 의해 유지되는 희석 탱크의 상부에서 공기 유입구(98)를 통해 가압 공기 구역이 형성된다. 이는 2개의 주입 스트림이 먼저 용해 탱크(86)에 진입할 때 해당 스트림들을 열적 상호작용으로부터 분리시킨다. 또한, 압축된 공기는 탱크 내용물을 탱크의 바닥을 통해 원하는 장소로 배출하기 위한 추진력을 제공한다. 희석 탱크의 디자인은, 공기 압축기 크기 요건을 완화하는 압축 에어 블랭킷을 해당 스트림들이 통과하게 될 때 발생하는 과잉 공기 혼입을 배제하는 특징구성을 포함한다. 이 특징구성은, 탱크 유출구를 통해 나간 공기의 수직 혼입을 제한하기 위해 길고 얇은 탱크를 채용하는 것; 공기 혼입을 더 방지하기 위해 더욱 희석된 유동 스트림을 위한 주입 노즐을 채용하는 것; 공기 혼입을 최소화하기 위해 스트림 우회 플레이트를 채용하는 것; 및 수직 공기 혼입을 더욱 줄이기 위해 주입 노즐들을 반대 방향으로 약 30°로 각지게 하는 것을 포함한다. 마지막의 배치구조는 주입 노즐에 작용하는 힘들 중 일부에 대하여 균형을 잡아준다. 공기 혼입을 줄이기 위해 이들 특징구성이 반드시 함께 채용되어야 하는 것은 아님을 인식해야 한다.
따라서, 이 시스템은 용해 탱크(72) 내부의 고온 소스 및 희석 탱크(86) 내에서 혼합되는 희석 스트림을 포함한다. 용해 탱크들 내부의 농도, 및 희석 탱크로의 2개의 유동 스트림(88, 90)은 가변적이며 사용자 입력에 기초하여 최적화될 수 있다. 액체 유량, 분말 유량 및 용해 탱크 레벨과 같은 적당한 측정치들은 프로세스 최적화 결정에 대한 입력을 제공한다.
용해 탱크(72) 내의 액체 용적은 가열된 유동 스트림(88)에 대한 토털라이저(totalizer) 측정에 의해 표시된다. 토털라이저 측정은, 참조 번호 "106"에 의해 나타내지는, 용해 탱크(72) 내의 압력 변환기(82)와 결합하여, 참조 번호 "104"에 의해 나타내지는, 유량 센서(92)에 의해 제공된다. 토털라이저 유량 측정은 탱크에 첨가된 분말의 양뿐만 아니라 유체의 열적 상태에 대하여 수정되어야 한다. 압력 변환기(106)는 용액의 밀도에 대하여 수정되어야 한다. 이들 수정이 적용되면, 두 파라미터는 붕산, 수산화리튬 및 물이 예상한 양만큼 첨가되어 있는 한 측정의 불확정성 내에서 합치하게 된다. 수산화리튬은 H2BO3 분말의 용해가 가능하도록 첨가된다. 프로그래머블 로직 컨트롤러가 이 프로세스를 제어하고 실시간으로 밀도를 수정하는 로직을 포함한다. 이들 파라미터에 있어서 불확정성 한계를 벗어나는 편차들은 목표 붕소 농도에 있어서의 잠재적인 편차를 나타낸다. 이 프로세스 측정은 원하는 농도의 붕산염 냉각재의 전달을 보장하기 위해 사용된다. 유량 및 농도의 사용자 입력에 기초하여, 용해 탱크(72) 내의 최적의 고농도 목표치는 에너지 사용, 단열 챔버 열손실 및 용해 탱크 펌프의 유효 흡입 수두 마진과 같은 인터페이스 제한을 최소화하도록 달성될 수 있다.
도 4는 상응하는 용해 탱크(72)들에 연결된 각각의 H2BO3 피드 회로(108)들을 도시하는 시스템 계통도이다. 용해 탱크(72)들의 상부들에는, 스크류식 컨베이어 모터(112)를 이용하는 계량용 스크류식 컨베이어(110)로부터 동심형 리듀서(concentric reducer)(111) 및 분말 격리 게이트 밸브(114)를 통해 H2BO3 분말이 제공된다. 분말 레벨 인디케이터(113)는 분말의 유무를 결정한다. 동심형 리듀서(111)는 임의의 분말 전단 응력을 분포시키고 분말 이동을 돕기 위해 채용된다. 분말이 첨가제 배관(100)을 통해 용해 탱크(72A, 72B, 72C)에 첨가되면, 분말 격리 게이트 밸브(114)는 폐쇄되고, 에어 블랭킷 격리 밸브(116 또는 118)가 개방되어서 공기 유동을 제공한다. 격리 밸브들(116 및 118)은 공기 압축기(96)(도 3 및 도 5에서는, 분말 피드 배관들을 갖추고 에어 블랭킷을 제공하는 것으로 도시됨)를 용해 탱크(72)에 연결한다. 체크 밸브(120)는 용해 탱크 내의 압력을 대기압으로 또는 대기압에 가깝게 유지하기 위해 에어 블랭킷의 통기 경로를 제공하는 탱크 오버필 도관이다. 밸브(122)는 용해 탱크 입구 밸브이다.
도 5는 도 3과 도 4의 조합이고, 스크류식 컨베이어(110)에 분말을 이송하는 기계식 교반기(124)를 갖춘 호퍼를 분말의 이동을 돕는 가진기(126)와 함께 더 도시한다. 또한, 도 5는 백업 공기 연결부(128) 및 다른 보조 장비를 도시한다.
또한, 도 3, 도 4 및 도 5에 나타내진 실시예는, 물리적 현상 및 시스템 배치구조에 기초하여 제어 연산치 및 설정값 정보를 포함하는 로직 컨트롤러(130)를 포함한다. 로직 컨트롤러는 사용자로부터 입력을 수신하고, 장비를 조작해서 원하는 결과물을 제공한다. 고유한 시스템 로직은, 사용자 입력에 기초한 시동 프로세스, 제어 밸브 위치, 및 사용자 입력과 스키드(skid) 상태에 기초한 제어의 선택; 최적 용해 탱크 농도 설정값의 선택; 계량용 스크류식 컨베이어 제어에 의한 분말 주입의 제어; 사용자 입력 및 스키드 상태에 기초한 펌프 유량의 제어; 프로세스 사이클에 기초한 격리 밸브 및 장비의 제어; 및 기기 피드백에 기초한 희석 탱크 압력의 제어를 포함한다. 사용자 입력은 초기 제어 목표치를 규정한다. 예컨대, 고농도 붕소 배출이 필요하다는 점을 알게 되면, 희석 탱크 농도 설정값을 알게 되고 제어 밸브 위치가 추정될 수 있다. 조작자는 에러 가능성을 줄이기 위해 제어 시스템을 대신하여 초기 제어 밸브 위치를 결정할 수 있다. 또한, 시스템 제어 로직은 인터페이스 파라미터에 대한 제한을 완화하기 위해 최적화된 탱크 농도를 결정하는 능력을 포함한다. 도 6은 제어 시스템의 흐름도 개요이다. 초기 사용자 입력, 예컨대 유량, 농도, 작동 정렬은 132에서 입력되고, 초기 목표치, 예컨대 밸브 위치, 유량 목표치, 용해 탱크 붕산 농도, 용해 탱크 붕산 온도, 스크류식 컨베이어 목표치가 134에서 결정된다. 이후, 용해 탱크는 분말 및 물로 채워진다. 이후, 블럭(138)에서 계측장비, 예컨대 유량계, 압력 센서 및 온도 센서로부터 입력이 수신되고, 용해 탱크 내의 농도가 목표치에 있는지를 판정하기 위해 블럭(140)에서 센서 출력이 사용된다. 그렇게 하기 위해, 결정 블럭(142)은 블럭(140)에 붕산과 온도 밀도 상관관계(테스트 데이터에 기초함)를 제공한다. 농도가 목표치에 있으면, 시스템은 블럭(144)에서 용액이 배출 준비가 되어 있다고 식별한다. 블럭(140)이 농도가 목표치에 있지 않다고 판정하면, 블럭(146)은 적당한 조정을 하고, 목표치에 이를 때까지 블럭(140)에서의 판정이 반복된다.
운송된 붕산염수의 반영구적 공급을 제공함에 있어서, 이러한 공급 수단의 융통성은 취약한 현장 저장장치보다 훨씬 더 안전할 뿐만 아니라 재정적으로도 더욱 견실하다.
본 발명이 바람직한 실시예에 대하여 설명되었지만, 본 발명의 단계들로부터 일탈함이 없이 다양한 변경, 추가 및 수정이 이루어질 수 있다. 현재 바람직한 실시예들을 설명했지만, 본 발명이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 달리 구현될 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. 붕산염수를 공급하기 위해, 현장에서 구성성분들을 혼합할 수 있는 붕산염 냉각재를 원자로 시스템에 공급할 수 있는 이동식 붕산주입 장치(60)에 있어서,
    a) 이동식 운송 수단(60)을 포함하며,
    상기 이동식 운송 수단은,
    b) 급수원(32)에 대한 연결부;
    c) H2BO3 분말(36) 또는 다른 수용성 붕소 소스;
    d) 물을 가열하기 위한 히터(41);
    e) 물을 원하는 장소로 이동시키기 위한 펌프(34) 또는 다른 추진력;
    f) 물(32)과 H2BO3 분말(36) 또는 다른 수용성 붕소 소스의 계량된 혼합을 제공해서, 사전설정된 계량된 적절한 농도의 초기 물/붕산 슬러리(36)를 생성하도록 구성되는 믹서(72)로서, 상기 슬러리는 지속적인 혼합 동안 고온의 붕산염/붕산 수용액을 제공하는, 상기 믹서(72);
    g) 희석 탱크(86);
    h) 상기 고온의 붕산염/붕산 수용액을 상기 희석 탱크로 반송하기 위해 상기 믹서(72)와 상기 희석 탱크(86) 사이에 연결되는 고온 스트림 도관(88);
    i) 상기 고온의 붕산염/붕산 수용액에 비해 상대적으로 저온의 희석 스트림에 상기 희석 탱크(86)를 연결하는 희석 스트림 도관(90); 및
    j) 상기 희석 스트림과 상기 고온의 붕산염/붕산 수용액의 혼합물을 원자로 시스템으로 반송하기 위해 상기 희석 탱크(86) 상의 유출구 포트에 연결되는 희석된 붕산 출력부(92)를 포함하는
    이동식 붕산주입 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    히터(80)가 상기 믹서(72) 내의 상기 물/붕산 슬러리를 가열하는
    이동식 붕산주입 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e)의 펌프(34)는 유량계를 갖춘 용적형 펌프 및 원심 펌프로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    이동식 붕산주입 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 H2BO3 분말 소스(36)는 호퍼(124) 및 스크류식 피드 컨베이어(110)인
    이동식 붕산주입 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹서(72)는 상기 슬러리(36)가 1 용적% 미만의 공기 혼입으로 용액 내로 유입되는 것을 보장하기에 충분한 교반을 제공할 수 있는 기계식 믹서인
    이동식 붕산주입 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 호퍼(124)의 스크류식 피드(110)는 제어된 용적 유량의 H2BO3 분말을 공급할 수 있는
    이동식 붕산주입 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a)의 이동식 운송 시스템(40)은 트럭 트레일러, 철도차량 플랫베드, 해상 운송수단 또는 항공 운송수단으로부터 선택되는
    이동식 붕산주입 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    화학 첨가제를 수용하는 탱크(56)를 포함하고, 상기 첨가제는 H2BO3(36)의 수중에서의 용해를 용이하게 하는
    이동식 붕산주입 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹서(72) 및 상기 고온 스트림 도관의 적어도 일부분은 단열 챔버(74) 내에 유지되는
    이동식 붕산주입 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단열 챔버(74)의 내부를 가열하기 위한 환경 제어 시스템(58)을 포함하는
    이동식 붕산주입 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 희석 탱크(86)는 상기 단열 챔버(74)의 외부에 있는
    이동식 붕산주입 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 희석 탱크의 내부 상측에 압축 공기를 공급하기 위해 상기 희석 탱크(86)에 연결되는 압축기(96)를 포함하는
    이동식 붕산주입 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    설정값의 조작자 입력에 응답하여 상기 희석 탱크(86)를 빠져나가는 붕산의 농도를 자동으로 제어하는 제어 시스템(130)을 포함하는
    이동식 붕산주입 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    분말 소스(124) 및 상기 믹서(72) 사이의 계면으로의 수분 이동에 의해 야기되는 분말 응집을 방지하기 위해 에어 블랭킷을 제공하는 압축 공기 입력부(102)를 포함하는 H2BO3 분말 전달 시스템을 포함하는
    이동식 붕산주입 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 믹서(72)는 실질적으로 대기압으로 유지되는
    이동식 붕산주입 장치.
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