KR102562605B1 - 원격 열 제거 시스템 - Google Patents

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Abstract

원거리의 저장소로부터, 냉각될 1차 유체와 열교환 관계에 있는 열교환기의 2차측을 통해 2차 유체를 펌핑하는 원격 열 제거 시스템. 2차 유체는 열교환기의 1차측을 통해 1차 유체를 움직이게 하는 기동 장치를 구동한다.

Description

원격 열 제거 시스템
(관련 출원에 대한 교차 참조)
본 출원은 "원격 열 제어 시스템(REMOTE HEAT REMOVAL SYSTEM)"이라는 발명의 명칭으로 2015년 5월 13일자로 출원된 미국 가특허출원 제 63/160,665 호에 대한 우선권을 주장한다.
접근하기 어려운 위치로부터 열 제거가 요구되는 상황이 발생할 수 있다. 이러한 유형의 열 제거가 전형적으로, 종래의 열교환기로 달성될 수 있지만, 몇몇 경우에서, 전력이 보장될 수 없거나, 전기 모터가 쓰나미의 결과로서 일본의 후쿠시마 다이이치 원자력 발전소에 직면된 바와 같은 환경을 견딜 수 없다. 위험물질 또는 방사선으로부터의 영역의 오염으로 인해, 이러한 영역에의 접근은 항상 가능하지는 않고, 이러한 위치로부터 인벤토리(inventory)의 제거를 위한 기구는 항상 용이하게 실현되지는 않는다. 이러한 경우에, 위험한 장소(site)에서 전력을 필요로 하지 않고 현지의 인간의 개입을 필요로 하지 않는 일체형의 원격 열 제거 장비가 유익하다.
있을 법하진 않지만, 이러한 상황의 일례는, 원자로의 1차 시스템이 파괴되고 핵연료가 심하게 손상되는 원자로 격납 건물 내에 손상을 야기하는 원자력 발전소 현장에서의 심각한 사고이다. 이러한 경우에, 1차 시스템으로부터 누출되는 매우 오염된 원자로 냉각재 및 설계 안전 주입 인벤토리는 원자로 격납 건물 내에 수집된다. 핵연료 물질의 방사성 붕괴로부터 발생된 열은 격납 건물 내에서의 압력 및 온도를 제어하기 위해 격납 건물로부터 제거되어야 한다. 종래적으로 설계된 발전소 열 제거 시스템은 침수된 인벤토리를 냉각시키는데 사용될 수 없고, 심각한 사고와 관련된 매우 오염된 인벤토리는 격납 건물 외측으로 순환될 수 없다.
본 발명은 오염된 인벤토리를 냉각하는데 사용되는 오염된 인벤토리와 깨끗한 인벤토리의 분리를 유지하면서, 심지어 소내 전력의 손실의 경우에 원자로 격납 건물 내에 유출된 인벤토리를 냉각하기 위한 수단을 제공하고, 격납 건물 외측으로 오염된 인벤토리를 순환시키지 않는다.
상술된 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 원자로 격납 건물 또는 사용후 핵연료 건물과 같은 위험한 환경 내에 유지되는 제 1 유체로부터 열을 제거하기 위한 원격 열 제거 시스템을 제공한다. 일반적으로, 본 발명에 따르면 열교환기는 격납 건물 내의 원자로 냉각재와 같은 제 1 유체의 부근에서 격납된(contained) 위험한 환경 내에 위치된다. 열교환기는 2차측과 열교환 관계에 있는 1차측을 구비하고, 제 1 유체는 1차측과 유체 연통하여 있다. 원거리의 저장소는 위험한 환경의 외측에 위치되고, 제 1 유체의 온도 미만의 온도로 제 2 유체를 수용하며, 이 제 2 유체는 열교환기의 2차측과 유체 연통하여 있다. 열교환기의 2차측을 통해 제 2 유체를 움직이게 하도록 위험한 환경의 외측에 펌프가 위치된다. 본 시스템은 제 2 유체와 유체 연통하여 있는 제 1 섹션과, 제 1 유체, 즉, 격납 건물 내의 원자로 냉각재와 유체 연통하여 있는 제 2 섹션을 구비하는 유압 유체 이송 기구를 추가로 포함하고, 제 1 섹션은 제 2 섹션으로부터 유체적으로 격리되고, 제 1 섹션은 제 2 섹션을 통해 제 1 유체를 움직이게 하는 펌프를 구동하는 제 2 유체를 구비하도록 구성된다.
본 발명의 추가적인 이해는 첨부된 도면과 함께 읽을 때, 바람직한 실시예의 이하의 설명으로부터 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 개략도,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 개략도.
상술된 발명의 2개의 실시예가 도 1 및 도 2에 도시된다. 도 1에서, 전형적인 액체-대-액체 열교환기(10)가 1차 루프(14)와 2차 루프(12) 사이에서 열을 전달하는데 사용된다. 예를 들어, 1차 루프는 위험한 환경, 본 예에서는, 원자로 격납 내에서 원자로 냉각재(26)에 연결될 수도 있고, 2차 루프는 원거리의 냉각지(28)에 연결된다. 그러나, 본 발명은 임의의 위험한 환경을 격납하면서, 이러한 환경에 적용가능하고, 이러한 환경으로부터 열을 제거할 필요가 있거나, 열을 제거하는 것이 바람직하다.
열교환기는 플레이트 디자인, 튜브 및 쉘 디자인 또는 튜브 디자인 내의 튜브와 같은 복수의 디자인 중 임의의 것일 수도 있다. 2차 루프(12) 내의, 예를 들면, 냉각지로부터의 흡열 인벤토리는 위험한 환경 외측의, 원거리의 종래적인 피동 펌프(16)에 의해 열교환기 내로 순환된다. 펌프(16)는 먼저, 트윈 임펠러의 단일 샤프트 펌프(18)를 통해 인벤토리를 움직이게 하고, 그 다음에, 예를 들면, 열교환기(10)의 2차측으로 이어지며, 그 다음에, 왕복 사이클을 위해 방출 또는 냉각시키기 위해, 점선(24)으로 개략적으로 나타낸 위험한 영역을 빠져나간다. 2차 인벤토리, 본 예에서는, 냉각지로부터의 냉각재에의 의해 구동되는 펌프(18)는 제 2 임펠러를 사용하여 고온의 오염된 인벤토리를 끌어당기고, 열교환기(10)의 1차측을 통해 오염된 인벤토리를 움직이게 한다. 열교환기의 1차측을 통해 순환된 후에, 인벤토리는 위험한 영역 내에서의 오염된 풀(pool)로 복귀한다. 본 구성에 있어서, 인벤토리가 영역을 떠나는 일 없이, 위험한 환경으로부터 열이 제거된다.
도 2는 열교환기를 통한 냉각지로부터의 물과 같은 흡열 인벤토리인 제 2 냉각재를 순환시키는데 사용되는 2차 냉각재 루프(12)를 구비하는 전형적인 액체-대-공기 열교환기(20)를 채용하는 제 2 실시예를 도시한다. 유사한 도면 부호가 대응하는 구성요소를 표시하도록 도 1 및 도 2 내에 채용되었다는 것에 유의해야 한다. 흡열 인벤토리(12)는 상기 설명된 바와 같이, 원거리의 펌프(16)에 의해 열교환기 내로 순환된다. 본 실시예에 있어서, 펌프(16)는 먼저, 유압 모터(22)를 통해 흡열 인벤토리를 움직이게 하고, 그 다음에 열교환기(20) 내에서 열교환기 액체 튜브로 이어지며, 그 다음에, 왕복 사이클(return cycle)을 위해 방출 또는 냉각을 위해, 위험한 영역(24)을 빠져나간다. 흡열 인벤토리에 의해 구동되는 모터(22)는 흡열 인벤토리가 펌핑되는 열교환기(20)의 2차 튜빙 주위의 핀을 가로질러서 공기(30)를 순환시키는 팬(32)을 구동한다. 이렇게 하여, 위험한 환경 내의 공기는 이 위험한 환경의 부근에서 전기를 필요로 하는 일 없이 냉각될 수 있다.
따라서, 본 발명은 오염된 영역의 부근에서 전기적인 또는 전자적 지원 없이 오염된 또는 방사성 위치로부터의 원격 열 제거를 제공한다. 위험한 환경의 부근에 전기 장치가 필요하지 않기 때문에, 위험한 환경 내의 폭발 가스는 전기적으로 구동되는 펌프와 같은 전기 장비에 의해 달리 발생될 수도 있는 스파크에 의해 폭발하지 않을 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예가 상세히 기술되었지만, 본 개시내용의 전체 교시에 비추어 이러한 상세사항에 대한 다양한 변경 및 대안이 이루어질 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시예는, 단지 예시적인 것이며, 첨부된 특허청구범위의 최대 범위 및 그것의 임의의 그리고 모든 등가물로 주어지는 본 발명의 범위에 대한 제한이 아닌 것으로 의도된다.

Claims (3)

  1. 위험한 환경(24) 내에 유지되는 제 1 유체로부터 열을 제거하기 위한 원격 열 제거 시스템에 있어서,
    상기 제 1 유체(26, 30)의 부근에서 상기 위험한 환경(24) 내에 위치되는 열교환기(10, 20)로서, 상기 열교환기는 2차측(12)과 열교환 관계에 있는 1차측을 구비하고, 상기 제 1 유체는 상기 1차측과 유체 연통하여 있는, 상기 열교환기(10, 20)와,
    상기 위험한 환경(24)의 외측에 위치되고, 상기 제 1 유체(26, 30)의 온도 미만의 온도로 제 2 유체를 수용하는 원거리의 저장소(28)로서, 상기 제 2 유체는 상기 열교환기(10)의 2차측(12)과 유체 연통하여 있는, 상기 원거리의 저장소(28)와,
    상기 위험한 환경(24)의 외측에 위치되고, 상기 열교환기(10)의 2차측(12)을 통해 상기 제 2 유체(28)의 적어도 일부분을 움직이게 하도록 작동 가능한 펌프(16)와,
    상기 제 2 유체(28)와 유체 연통하여 있는 제 1 섹션과, 상기 제 1 유체(26, 30)와 유체 연통하여 있는 제 2 섹션을 구비하는 유압 유체 이송 기구(18, 22)로서, 상기 제 1 섹션은 상기 제 2 섹션으로부터 유체적으로 격리되는, 상기 유압 유체 이송 기구(18, 22)를 포함하며,
    상기 제 1 섹션은 상기 제 2 유체(28)에 의해 구동되는 제 1 임펠러를 구비하며, 상기 제 1 임펠러는 상기 열교환기의 2차측에 걸쳐서 그리고 상기 제 2 섹션을 통해 상기 제 1 유체를 움직이게 하는 상기 제 2 섹션 내의 팬(32) 또는 제 2 임펠러 중 하나를 구동하는
    원격 열 제거 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유체(30)는 가스이고, 상기 유압 유체 이송 기구의 제 2 섹션은 상기 열교환기(20)의 2차측에 걸쳐서 상기 제 1 유체(30)를 움직이게 하는 상기 팬(32)을 구비하는
    원격 열 제거 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유체(26)는 액체이고, 상기 제 2 섹션은 상기 제 1 임펠러에 의해 구동되어, 상기 열교환기의 2차측에 걸쳐서 상기 제 1 유체(26)를 움직이게 하는 상기 제 2 임펠러를 구비하는
    원격 열 제거 시스템.
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