KR102647818B1 - 원자력 발전에서 유체를 여과하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

원자력 발전 설비의 유체 흡입부를 위한 여과 장치는 1차 및 2차 프레임을 포함한다. 1차 프레임은 적어도 하나의 입구 개구, 및 유체 흡입부와 유체 연통하는 적어도 하나의 출구 개구를 형성한다. 1차 필터는 1차 프레임에 지지되며, 유체가 1차 필터를 통해 봉입 체적 내로 들어가도록 입구 개구를 덮는다. 2차 프레임은 1차 프레임에 의해 봉입된 체적 내에 위치된다. 2차 필터는 2차 프레임에 지지되며, 유체가 2차 필터 및 봉입된 유로를 통해 적어도 하나의 출구 개구 내로 들어가도록 출구 개구와 연통하는 봉입된 유로를 형성한다.

Description

원자력 발전에서 유체를 여과하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 유체의 여과, 특히 원자력 발전 플랜트에서 냉각수로부터 물질을 여과하는 것에 관한 것이다.
원자력 발전 시설은 냉각 시스템 구성요소 등의 용도를 위해 하나 이상의 루프를 통해 순환되는 대량의 물을 사용한다. 물은 예를 들어 배수조에 수집되며 재순환된다.
물이 시스템 구성요소를 통해 순환될 때, 미립자 및 섬유질 물질 등의 잔해물이 동반될 수 있다. 이러한 물질은 시스템 구성요소를 오염시킬 위험을 초래할 수 있다. 따라서 물은 재순환 전에 여과될 수 있다.
필터 성능은 필터 표면적 및 세공 크기 등의 파라미터에 의해 영향을 받을 수 있다. 성능 요건은 유체 처리량 또는 잔해물 제거율, 및 압력 수두 손실을 포함할 수 있다. 매우 미세한 필터는 큰 압력 손실의 희생에도 불구하고 작은 잔해물을 제거할 수 있다. 반대로, 조대한 필터는 작은 미립자 또는 섬유의 통과의 희생에도 불구하고 큰 잔해물을 제거할 수 있다. 필터 표면적은 가용한 물리적 공간에 의해 제약될 수 있다.
원자력 발전 설비의 유체 흡입부를 위한 예시적인 여과 장치는, 1차 봉입 체적, 봉입 체적과 유체 연통하는 적어도 하나의 입구 개구, 및 유체 흡입부와 유체 연통하는 적어도 하나의 출구 개구를 형성하는 1차 프레임; 프레임에 지지되며, 유체가 1차 필터를 통해 봉입 체적 내로 들어가도록 적어도 하나의 입구 개구를 덮는 1차 필터; 1차 봉입 체적 내의 2차 프레임; 유체가 2차 필터 및 봉입된 유로를 통해 적어도 하나의 출구 개구 내로 들어가도록 적어도 하나의 출구 개구와 연통하는 봉입된 유로를 형성하는, 2차 프레임에 지지되는 2차 필터를 포함한다.
일부 실시예에서, 2차 필터는 봉입된 유로를 봉입하도록 2차 프레임에 의해 감싸일 수 있다.
일부 실시예에서, 2차 필터는 봉입된 유로를 한정할 수 있다.
일부 실시예에서, 2차 필터는 원통형 여과면을 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, 2차 필터는 복수의 다각형 측면을 갖는 여과면을 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 필터의 복수의 다각형 측면은 2차 프레임에 의해 각각의 측면의 주변부 주위에 지지된다.
일부 실시예에서, 2차 필터는 2차 프레임에 용접될 수 있다.
일부 실시예에서, 여과 장치는 1차 필터 및 2차 필터를 지지하기 위해 복수의 피크를 갖는 주름을 형성하는 복수의 2차 프레임을 포함할 수 있으며, 2차 필터는 2차 프레임 각각에 지지되며, 각각의 2차 필터는 각각의 출구 개구와 연통하는 봉입된 유로를 형성한다.
일부 실시예에서, 2차 프레임은, 유체가 각각의 피크에 인접한 2차 프레임을 서로를 향해 가압하여 피크를 2차 필터를 향해 편향시키도록, 2차 필터를 통해 유동하는 유체에 대해 경사져 있다.
일부 실시예에서, 2차 필터의 총 표면적은 1차 필터의 표면적의 적어도 5%일 수 있다.
일부 실시예에서, 2차 필터의 총 표면적은 1차 필터의 표면적의 적어도 10%일 수 있다.
일부 실시예에서, 2차 필터의 총 표면적은 1차 필터의 표면적의 적어도 20%일 수 있다.
일부 실시예에서, 2차 필터의 총 표면적은 1차 필터의 표면적의 적어도 40%일 수 있다.
일부 실시예에서, 1차 필터는 2차 필터의 세공 크기보다 큰 세공 크기를 갖는다.
원자력 발전 시설을 위한 예시적인 유체 여과 장치는 유체 도관과; 필터 모듈을 통해 유체 도관 내로 유체를 끌어당기기 위해 유체 도관과 각각 연통하는 복수의 필터 모듈을 포함한다. 각각의 필터 모듈은, 1차 봉입 체적, 봉입 체적과 유체 연통하는 적어도 하나의 입구 개구, 및 유체 도관과 유체 연통하는 적어도 하나의 출구 개구를 형성하는 1차 프레임; 프레임에 지지되며, 유체가 1차 필터를 통해 봉입 체적 내로 들어가도록 적어도 하나의 입구 개구를 덮는 1차 필터; 1차 봉입 체적 내의 2차 프레임; 유체가 2차 필터 및 봉입된 유로를 통해 적어도 하나의 출구 개구 내로 들어가도록 적어도 하나의 출구 개구와 연통하는 봉입된 유로를 형성하는, 2차 프레임에 지지되는 2차 필터를 포함한다.
일부 실시예에서, 2차 필터는 봉입된 유로를 봉입하도록 2차 프레임에 의해 감싸일 수 있다.
일부 실시예에서, 2차 필터는 봉입된 유로를 한정한다.
일부 실시예에서, 2차 필터는 원통형 여과면을 형성한다.
일부 실시예에서, 2차 필터는 복수의 다각형 측면을 갖는 여과면을 형성한다.
일부 실시예에서, 제2 필터의 복수의 다각형 측면은 2차 프레임에 의해 각각의 측면의 주변부 주위에 지지된다.
일부 실시예에서, 2차 필터는 2차 프레임에 용접될 수 있다.
일부 실시예에서, 여과 장치는 1차 필터 및 2차 필터를 지지하기 위해 복수의 피크를 갖는 주름을 형성하는 복수의 2차 프레임을 포함하며, 2차 필터는 2차 프레임 각각에 지지되며, 각각의 2차 필터는 각각의 출구 개구와 연통하는 봉입된 유로를 형성한다.
일부 실시예에서, 2차 프레임은 유체가 각각의 피크에 인접한 2차 프레임을 서로를 향해 가압하여 피크를 2차 프레임을 향해 편향시키도록 2차 필터를 통해 유동하는 유체에 대해 경사져 있다.
일부 실시예에서, 2차 필터의 총 표면적은 1차 필터의 표면적의 적어도 5%이다.
일부 실시예에서, 2차 필터의 총 표면적은 1차 필터의 표면적의 적어도 10%이다.
일부 실시예에서, 2차 필터의 총 표면적은 1차 필터의 표면적의 적어도 20%이다.
일부 실시예에서, 2차 필터의 총 표면적은 1차 필터의 표면적의 적어도 40%이다.
일부 실시예에서, 1차 필터는 2차 필터의 세공 크기보다 큰 세공 크기를 갖는다.
일부 실시예에서, 유체 도관은 유체 재순환 펌프와 연통한다.
일부 실시예에서, 유체 도관은 배수조를 포함한다.
일부 실시예에서, 유체 도관은 매니폴드를 포함한다.
본 개시내용에 따른 실시예는 상기 특징의 조합을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예를 나타내는 도면들에서:
도 1은 유체 재순환 흡입 시스템의 등각도이고;
도 2는 도 1의 유체 재순환 흡기 시스템의 평면도이고;
도 3은 도 2에 도시된 III-III 선을 따른 도 1의 유체 재순환 흡입 시스템의 측단면도이고;
도 4는 도 1의 유체 재순환 흡입 시스템의 필터 카트리지의 등각 부분 절결도이고;
도 5는 다른 필터 카트리지의 등각 부분 절결도이고;
도 6은 다른 필터 카트리지의 등각 부분 절결도이며;
도 7은 필터 카트리지가 흡입 매니폴드에 장착되어 있는 다른 유체 재순환 흡입 시스템의 등각도이다.
도 1은 원자력 발전 시설의 예시적인 재순환 흡입 시스템(100)을 나타낸다. 재순환 흡입 시스템(100)은 후속 재순환을 위해 원자력 발전 시설의 시스템을 통한 순환 후의 냉각수 등의 유체를 수집한다.
유체의 순환 동안, 미립자 및 섬유질 물질이 동반될 수 있다. 예를 들어, 냉각 유체는 섬유, 페인트 조각, 오물, 슬러지, 및 제거된 절연재 등의 다른 잔해물을 축적할 수 있다. 재순환 흡입 시스템(100)은 유체 재순환 전에 이러한 잔해물을 여과하도록 설계된다.
시설 설계 사양 또는 규제 요건은 재순환 흡입 시스템(100)에 대한 성능 기준을 정할 수 있다. 예를 들어, 이러한 기준은 최소 유체 처리량, 미립자 물질의 최대 수용가능 통과율, 및 재순환 흡입 시스템(100)을 통과할 수 있는 최대 미립자 크기를 정할 수 있다. 이러한 기준은 배수조 시스템(100)의 물리적 공간 한정 및 최대 유동 제한, 예를 들어 특정 유량 또는 유량의 범위에서의 재순환 흡입 시스템(100)에 걸친 최대 허용가능 압력 강하를 포함하는 설계 제약과의 긴장 관계에 놓일 수 있다.
재순환 흡입 시스템(100)은 원자력 발전 시설의 냉각 시스템의 일부를 형성하며 따라서 안전에 대해 중요할 수 있다. 재순환 흡입 시스템(100)의 고장은, 예를 들어 재순환 흡입 시스템(100)이 폐색되거나 또는 달리 유체 유동을 과도하게 제한하는 경우, 냉각의 손실을 잠재적으로 초래할 수 있다.
재순환 흡입 시스템(100)은 추가로 구조적인 성능 기준에 종속될 수 있다. 예를 들어, 재순환 흡입 시스템(100)은 물리적인 충격 또는 지진 사고를 견디도록 충분한 강도로 설계될 수 있다.
재순환 흡입 시스템(100)은 배수조 피트(sump pit)(102)를 포함할 수 있다. 유체는 배수조 피트(102)에 모이고 재순환을 위해 하나 이상의 흡인 입구(114)를 통해 흡인에 의해 끌어당겨진다.
도시된 실시예에서, 흡인 입구(114)는 배수조 피트(102) 내에 위치된다. 흡인 입구(114)는 유체를 재순환을 위해 배수조 피트(102)로부터 흡인 입구(114) 내로 끌어당기는 펌핑 장치와 연통한다. 이러한 연통은 예를 들어 덕트에 의해 이루어질 수 있다. 흡인 입구(114)는 유체가 흡인 입구(114)에 인입되기 전에 필터 조립체(110)를 통과하도록 봉입된다. 도시된 실시예에서, 흡인 입구(114)는 배수조 피트(102) 및 필터 조립체(110)에 의해 봉입된다. 즉, 흡인 입구(114) 내로 끌어당겨지는 유체는 필터 조립체(110)를 통과하여 흐름 경로(131)를 따라 배수조 피트(102) 내로 그리고 그후 흡인 입구(114) 내로 간다. 필터 조립체(110)는 입구 플레이트(115)를 통해 배수조 피트(102)와 연통하는 복수의 필터 카트리지(112)를 포함한다. 각각의 필터 카트리지(112)는 입구 플레이트(115)의 대응하는 입구 구멍(도시되지 않음)에 정합한다.
필터 조립체(110)는 제약된 공간 외피 내에 큰 여과 표면적을 제공하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 필터 조립체(110)는 영역 중첩 배수조 피트(102) 내에 놓이도록 구성된다. 일부 실시예에서, 필터 조립체(110)는 높이 및 체적 한계 등의 다른 공간적인 제약에 종족될 수 있다.
도 2는 필터 조립체(110)의 평면 조감도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 카트리지(112)는 평행한 열들로 배치된다. 인접하는 필터 카트리지(112)는 유체 유동을 위한 충분한 공간을 허용하면서 높은 패킹 밀도를 위해 함께 조밀하게 이격된다. 언급된 바와 같이, 필터 카트리지(112)는 배수조 피트(102)를 한정하는 영역(A) 내에 놓인다.
도 3은 필터 카트리지(112), 배수조 피트(102), 및 흡인 입구(114)를 도시하는 예시적인 재순환 흡입 시스템(100)의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 설계는 필터 조립체(110)에 대한 최대 높이(h)를 지정할 수 있다. 도시된 바와 같이, 최대 높이(h)는 배수조 피트(102)의 상부를 고려하여 정해진다. 대안적으로 또는 추가적으로, 최대 높이(h)는 다른 구성요소에 대해 정해질 수 있다. 최대 높이는 예를 들어 다른 시스템 구성요소와의 간섭을 회피하도록 정해질 수 있다.
하나 이상의 보유 영역(R)이 배수조 피트(102) 내부에 또는 배수조 피트(102) 외부에 형성될 수 있다. 보유 영역(R)은 필터 카트리지(112) 같은 구성요소가 없는 상태로 구체화될 수 있다. 보유 영역(R)은 예를 들어 유지보수 목적을 위한 작업 공간을 제공할 수 있거나 시스템 구성요소를 위한 여유를 제공할 수 있다.
도 2 내지 도 3과 관련하여 도시되고 설명된 공간적인 제약은 단지 예이다. 임의의 주어진 발전 시설에 적용가능한 구체적인 제약은 상이할 수 있다. 그러나, 여과 조립체(110)를 수용하는데 이용 가능한 공간은 일반적으로 엄격한 제약에 종속되며, 따라서 충분한 여과 표면적을 제공하는 비율은 필터 카트리지(112)의 외부 치수에 대한 높은 비율의 여과 면적이 필요하다.
도 4는 예시적인 필터 카트리지(112)를 도시한다. 필터 카트리지(112)는 복수의 벽(122)을 갖는 프레임(120)을 갖는다. 프레임(120)은 봉입된 체적(V), 즉 프레임(120)의 부재에 의해 한정되는 체적을 형성한다. 도시된 실시예에서, 프레임(120)은 상부 및 저부 벽(122) 및 단부 벽(122)을 포함한다. 프레임(120)은 봉입된 체적(V), 상기 봉입된 체적(V)과 유체 연통하는 개구인 적어도 하나의 입구(121, 221, 321), 및 유체 흡인부와 유체 연통하는 개구인 적어도 하나의 출구(123)를 한정한다.
프레임(120)의 단부 벽(122) 중 하나는 입구 플레이트(115)의 입구 구멍에 정합하도록 구성되며 봉입된 체적(V)이 배수조 피트(102)와 유체 연통하는 하나 이상의 출구(도시되지 않음)를 갖는다.
1차 필터(124)가 프레임(120)에 지지된다. 도시된 바와 같이, 1차 필터(124)는 필터 카트리지(112)의 측방향 면 각각을 점유한다. 도시된 실시예에서, 1차 필터(124)는 복수의 주름 또는 굴곡을 형성하도록 접힌다. 각각의 굴곡은 일반적으로 필터 카트리지(112)의 횡방향으로 연장되며 대향하는 측면 및 단부면 - 이들 각각은 유체의 통과를 위한 천공부를 포함할 수 있음 - 을 갖는다. 따라서, 굴곡은 평평한 필터에 비해 증가된 유체 여과 면적을 제공한다. 굴곡은 또한 1차 필터(124)의 강성을 증가시킬 수 있다. 즉, 굴곡은 골국의 배향에 수직인 방향에 대한 굽힘에 대한 저항을 증가시킬 수 있다.
유체는 1차 필터(124)를 통해 봉입된 체적(V) 내로 끌어당겨질 수 있다. 1차 필터(124)는 예를 들어 천공된 금속 플레이트 또는 메쉬 스크린으로 형성될 수 있다. 유체가 1차 필터(124)를 통과함에 따라, 필터는 유체에 동반된 적어도 일부의 잔해물을 제거한다. 이하 바이패스 잔해물이라 지칭되는 일부 잔해물은 유체와 함께 필터(124)를 통과한다. 바이패스 잔해물의 크기 및 양은 1차 필터(124)의 세공 크기, 1차 필터(124)의 면적, 및 세공 사이의 간격, 즉 개방 세공에 의해 점유되는 필터 면적의 비율에 의존한다. 본원에서 사용될 때, "세공"이라는 용어는 시트 플레이트 필터의 천공부 및 메쉬 스크린 필터의 틈새를 포함한다.
일반적으로, 더 작은 세공 크기 및 더 작은 총 세공 면적(예를 들어, 더 적은 세공)을 갖는 필터(124)는 잔해물이 더 적게 통과하게 한다. 예를 들어, 세공의 크기는 필터(124)를 통과할 수 있는 최대 잔해물을 규정한다. 즉, 더 미세한 스크린은 더 작은 잔해물만이 통과하게 한다. 그러나, 더 작은 세공 크기 및 더 작은 총 세공 면적은 일반적으로 필터에 걸친 더 큰 압력 손실(즉, 압력 수두 손실)을 일으키는 더 큰 유동 제한을 부여한다. 그러므로, 여과 성능은 유동 제한에 대하여 균형잡혀야 한다.
도 4의 실시예에서, 1차 필터(124)는 또한 내부 2차 프레임(126)에 의해 지지된다. 도시된 바와 같이, 2차 프레임(126)은 복수의 피크(129)를 갖는 주름을 형성하는 일련의 삼각형 지주를 포함한다. 지주는 필터 카트리지(112)의 종방향으로 연장되고 1차 필터(124)에 물리적인 보강을 제공한다.
필터 카트리지(112)는 내부 2차 프레임(126)에 의해 지지되는 2차 필터(128)를 더 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 2차 필터(128)는 2차 프레임(126)에 위치설정된 평평한 시트이다. 2차 필터(128)는 예를 들어 천공된 금속 시트 또는 메쉬 스크린으로 형성될 수 있다. 2차 프레임(126)의 복수의 피크(129)는 2차 필터(128)를 지지하며 또한 1차 필터(124)를 지지할 수 있다. 즉, 2차 프레임(126)은, W로서 도시된 2차 필터(128)를 통해 유동하는 유체가 각 피크에 인접하는 프레임을 서로를 향해 가압하여 피크(129)를 2차 필터(128)를 향해 편향시킴으로써 2차 필터(128) 및 또한 소정 실시예에서는 1차 필터(124)를 지지하도록, 2차 필터(128)에 대해 경사져 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 2차 프레임(126)의 피크는 1차 필터(124)의 굴곡에 대해 대체로 수직으로 연장될 수 있다.
2차 필터(128) 및 2차 프레임(126)은 봉입된 유체 통로(130)를 형성하도록 협력한다. 각각의 유체 통로(130)는 배수조 피트(102)로 가는 각각의 출구(123)와 연통한다. 따라서, 배수조 피트(102)로 가기 위해서, 유체는 1차 필터(124)를 통과해서 흐름 경로(131)을 따라 봉입된 체적(V)으로 그리고 이후 2차 필터(128)를 통해서 유체 통로(130)로 그리고 최종적으로 배수조 피트(102)로 가야한다. 구체적으로는, 유체가 카트리지의 측면에 1차 필터(124)를 통해 필터 카트리지(112)로 인입되고, 이후 2차 필터(128)를 통과하고 유로(130)를 따라 그리고 출구(123)를 통해 대체로 종방향으로 유동하여 배수조 피트(102)로 가며, 이에 의해 흐름 경로(131)가 정해진다.
필터 카트리지(112)는 잔해물의 매우 적은 통과를 허용하지만 또한 비교적 작은 유동 제한을 부여한다. 예를 들어, 유체가 1차 필터(124)를 통과함에 따라 동반된 잔해물의 부분집합이 냉각 시스템으로부터 분리된다. 1차 필터(124)를 통과하는 잔해물은 이것이 2차 필터(128)를 통과할 때 냉각 유체로부터 적어도 부분적으로 분리된다.
필터 카트리지(112)의 설계에서는, 여과 유동 제한으로 인한 허용가능한 압력 수두 손실을 유지하면서 높은 여과 성능을 위해서 매우 미세한 필터 크기가 사용될 수 있다.
일부 예에서, 코어로 갈 수 있는 최대 허용가능 양의 바이패스 재료와 관련하여 미립자 바이패스 한계가 정해진다. 이러한 한계는 규정, 동작 고려사항, 또는 이들의 조합에 의해 정해질 수 있다. 일부 예에서, 한계는 발전 스테이션의 1 연료 집합체당 수 그램 정도로 낮을 수 있다. 다른 예에서, 목표 바이패스 요건은 발전 스테이션의 1 연료 집합체당 15그램이다.
여과 성능은 감소된 필터 세공 크기에 의해 실질적으로 증가된다. 구체적으로는, 바이패스 재료 양은 더 조대한 필터(예를 들어, 1/16'' 천공)보다 미세한(예를 들어, 80 메쉬) 스크린에서 감소되기 쉽다. 불행하게도, 미세한 필터는 잘 막힌다. 예를 들어, 여과된 재료는 여과 요소에 쌓일 수 있고 그 세공을 부분적으로 또는 완전히 폐색할 수 있다. 잔해물의 얇은 층에 의한 막힘은 필터에 걸친 압력 수두 손실의 급격한 증가를 초래할 수 있다.
얇은 층 막힘은 필터를 통과하는 유체의 잔해물 부하, 즉 유체 유동에 동반되는 잔해물의 양과 연관된다. 대량의 잔해물은 필터에 쌓이기가 더 쉽고 막힘을 초래한다. 필터 세공 크기 또한 막힘의 가능성에 영향을 준다. 더 작은 세공 크기를 갖는 필터는 일반적으로 막히기가 더 쉽다.
일부 발전 시설에서의 잔해물 부하는 미세한 필터, 예를 들어 80 메쉬 스크린이 얇은 층 막힘을 겪게 되어 있다.
일부 실시예에서, 필터 카트리지(112)는 상이한 세공 크기의 1차 필터(124) 및 2차 필터(128)를 가질 수 있다. 구체적으로는, 1차 필터(124)의 세공 크기는 2차 필터(128)보다 클 수 있다. 이러한 구성은 압력 수두 손실을 제한하고 얇은 층 막힘의 위험을 제한하면서 미세한 필터와 관련된 낮은 바이패스 성능을 달성할 수 있다. 일반적으로, 1차 필터(124)는 2차 필터가 설계 바이패스 요건을 유지할 수 있도록 2차 필터(128)의 막힘을 최소화하기 위해 더 큰 잔해물을 제거하도록 설계될 수 있다.
구체예에서, 1차 필터(124)는 예를 들어 1/16'' 천공부를 갖는 천공된 플레이트로 형성될 수 있다. 2차 필터(128)는 80 메쉬 금속 스크린으로 형성될 수 있다. 유체가 흡인 입구(114)를 향해 여과 카트리지(112)를 통해 끌어당겨 짐에 따라, 유체는 1차 필터(124) 및 2차 필터(128)를 통과한다. 유체는 상대적으로 용이하게, 즉 상대적으로 작은 유동 제한으로 1차 필터(124)를 통과한다. 1차 필터(124)는 유체로부터 일부 잔해물, 특히 대형 잔해물을 제거하지만, 상대적으로 대량의 잔해물을 통과시킨다. 따라서, 2차 필터(128)를 통과하는 유체는 1차 필터(124)를 통과하는 것보다 더 소량의 잔해물을 운반한다. 또한, 2차 필터(128)에 의해 제거되는 잔해물은 1차 필터(124)에 의해 제거되는 것보다 더 작은 크기인 경향이 있다. 즉, 잔해물은 2 단계로 제거된다. 이 2단계 여과는 막힘에 대한 어느 정도의 방지를 제공하는 경향이 있으며 동등한 통과 성능의 1단계 필터에 비해 더 낮은 압력 수두 손실을 부여하는 경향이 있다.
다른 예에서, 1차 필터(124)를 통과하는 유체는 1차 필터(124)에 잔해물을 퇴적시킬 것이다. 잔해물, 예를 들어 섬유는 쌓이게 되어 시간에 걸쳐 1차 필터(124)의 유효 세공 크기를 감소시키며, 1차 필터(124)는 더 작은 크기의 잔해물이 1차 필터(124)에 모이게 한다.
다른 실시예에서, 1차 및 2차 필터(124, 128)는 동일한 세공 크기를 가질 수 있다. 2단계 여과는 동일한 세공 크기의 1단계 필터에 비해 감소된 통과를 제공할 수 있다. 제1 필터를 통과하는 잔해물은 제2 필터에서 더 감소될 수 있다. 따라서, 통과는 더 미세한 필터와 관련된 압력 수두 손실을 부여하지 않으면서 감소될 수 있다.
또한, 필터(112)의 구성은 특히 공간 효율적이다. 구체적으로는, 2개의 여과 스테이지는 1차 프레임(120)의 주변부 내에 끼워진다. 따라서, 제2 여과 스테이지는 여과 카트리지(112)가 이격되는 밀도에 영향을 주지 않으면서 제공된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 필터 카트리지(112)의 2차 필터(128)는 평평한 플레이트 또는 스크린이다. 일부 실시예에서, 2차 필터는 3차원 구조물일 수 있다.
도 5 내지 도 6은 이러한 2차 필터(228, 328)를 갖는 필터 카트리지(212, 312)를 나타낸다. 필터 카트리지(212, 312)는 일반적으로 필터 카트리지(112)보다 작다. 그 유사 구성요소는 유사 부호로 나타내고 간략화를 위해 다시 상세하게 설명하지 않는다. 일부 실시예에서, 필터 카트리지(212, 312)는 필터 카트리지(112)와 교환될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 필터 카트리지(212)는 복수의 2차 프레임(226)을 갖는다. 각각의 2차 프레임(226)은 필터 카트리지(212)에 의해 봉입되는 체적 내에 종방향으로 연장되며 대체적 원통 형상을 형성한다. 도시된 실시예에서, 각각의 프레임(226)은 하나 이상의 종방향 빔(226a) 및 하나 이상의 후프(hoop)(226b)를 포함한다. 나타낸 바와 같이, 후프(226b)는 나선형으로 연장된다. 대안적으로, 후프(226b)는 원통형 링일 수 있다. 빔(226a) 및 후프(226b)는 예를 들어 적절한 체결구를 사용하여 또는 용접에 의해 서로 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 프레임(226)은 빔, 후프, 또는 다른 지지 구조물의 다양한 조합을 포함할 수 있다.
2차 필터(228)는 각각의 2차 프레임(226)에 지지된다. 구체적으로는, 각각의 2차 필터(228)는 각각의 유로(130)를 한정하며 봉입하는 원통형 여과면을 형성하는 각각의 2차 프레임(226)으로 감싸인다. 2차 필터(228)는 예를 들어 적절한 체결구를 사용하여 또는 용접에 의해 2차 프레임(226)에 부착될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 2차 필터(228)는 갭(132) 만큼 1차 필터(124)와 이격된다.
2차 필터(228)는 천공된 시트 금속 또는 메쉬 스크린으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 2차 필터(228)는 1차 필터(124)보다 작은 세공 크기를 갖는다. 예를 들어, 1차 필터(124)는 1/16'' 천공부를 갖는 천공된 플레이트일 수 있으며, 2차 필터(228)는 80 메쉬 같은 미세한 메쉬 스크린일 수 있다. 대안적으로, 2차 필터(228)는 1차 필터(224)와 동일한 세공 크기를 가질 수 있다.
1차 필터(124) 및 2차 필터(228)는 필터 카트리지(112)를 참고하여 위에서 설명한 바와 같은 2단계 여과를 행할 수 있으며, 따라서 여과 성능(예를 들어, 낮은 미립자 통과), 유동 저항(예를 들어, 낮은 압력 수두 손실), 및 얇은 층 막힘에 대한 저항의 균형을 제공할 수 있다.
2차 필터(228)의 총 표면적은 동일한 외부 치수의 카트리지 내에서 2차 필터(128)보다 클 수 있다.
따라서, 필터 카트리지(212)의 구성은 추가적인 공간 효율을 제공할 수 있다. 예를 들어, 1차 필터(124) 및 2차 필터(228)의 총 여과 표면적은 증가될 수 있으며, 그러면서도 동일한 크기의 1차 프레임(120)의 주변부 내에 끼워질 수 있다.
증가된 여과 면적은 증가된 여과 성능, 예를 들어 잔해물의 낮은 통과; 주어진 유체 유량에서의 낮은 압력 수두 손실; 및 얇은 층 막힘에 대한 증가된 저항을 제공할 수 있는데, 이는 걸러지는 미립자가 더 큰 면적에 걸쳐 확산될 수 있기 때문이다.
일부 용례에서, 1차 필터의 표면적의 적어도 10%의 2차 필터가 바람직한 성능을 제공할 수 있다. 다른 용례에서, 1차 필터의 표면적의 적어도 20%의 2차 필터가 바람직한 성능을 제공할 수 있다. 다른 용례에서, 1차 필터의 표면적의 25% 내지 30%의 2차 필터가 바람직한 성능을 제공할 수 있다. 다른 용례에서, 1차 필터의 표면적의 적어도 5%의 표면적을 갖거나 또는 1차 필터의 표면적의 40% 초과의 표면적을 갖는 2차 필터가 적절할 수 있다.
언급된 바와 같이, 필터 카트리지는 엄격한 강도 사향에 종속될 수 있다. 예를 들어, 카트리지는 흡인력, 충격, 및 지진 사고를 견딜 필요가 있을 수 있다. 그러므로, 2차 프레임(226)은 2차 필터(228)를 보강한다. 빔(226a)은 종방향 강도를 제공한다. 후프(226b)는 반경방향 강도를 제공한다. 또한, 빔(226a) 및 후프(226b)는 서로를 보강한다.
여과 카트리지(212)는 2차 프레임(226), 2차 필터(228), 및 1차 필터(124)를 더 지지하기 위한 하나 이상의 보강 플레이트(232)를 더 포함할 수 있다. 보강 플레이트(232)는 예를 들어 적절한 체결구를 사용하여 또는 용접에 의해 1차 프레임(120)에 부착될 수 있다. 보강 플레이트(232)는 2차 프레임(226) 및 2차 필터(228)가 수용되는 복수의 개구를 갖는다. 2차 프레임(226) 및 2차 필터(228)는 예를 들어 용접에 의해 보강 플레이트(232)에 선택적으로 부착될 수 있다.
2차 프레임 및 2차 필터는 다각형 단면을 갖는 프리즘 등의 다른 3차원 형상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6은 다이아몬드 형상 단면을 갖는 내부의 2차 프레임(326) 및 2차 필터(328)를 갖는 필터 카트리지(312)를 나타낸다.
2차 프레임(326) 각각은 하나 이상의 종방향 빔(326a) 및 하나 이상의 횡방향 빔(326b)을 갖는다. 종방향 빔(326a) 및 횡방향 빔(326b)은 적절한 체결구를 사용하여 또는 용접에 의해 서로 부착될 수 있다.
2차 필터(328)가 각각의 유로(130)를 한정하며 봉입하는 각각의 2차 프레임(326)으로 감싸인다. 2차 필터(328)는 천공된 플레이트 또는 메쉬 스크린으로 형성될 수 있다. 각각의 2차 필터(328)는 원하는 단면 형상을 형성하도록 휘어진 단일 피스일 수 있다. 대안적으로, 2차 필터(328)는 다수의 피스로 형성될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 2차 필터(328)는 갭(132) 만큼 1차 필터(124)와 이격된다.
일부 실시예에서, 2차 필터(328)는 1차 필터(124)보다 작은 세공 크기를 갖는다. 예를 들어, 1차 필터(124)는 1/16'' 천공부를 갖는 천공된 플레이트일 수 있으며, 2차 필터(328)는 80 메쉬 같은 미세한 메쉬 스크린일 수 있다. 대안적으로, 2차 필터(328)는 1차 필터(224)와 동일한 세공 크기를 가질 수 있다.
1차 필터(124) 및 2차 필터(328)는 필터 카트리지(112)를 참고하여 위에서 설명한 바와 같은 2단계 여과를 행할 수 있으며, 따라서 여과 성능(예를 들어, 낮은 미립자 통과), 유동 저항(예를 들어, 낮은 압력 수두 손실), 및 얇은 층 막힘에 대한 저항의 균형을 제공할 수 있다.
2차 필터(328)의 총 표면적은 동일한 외부 치수의 카트리지 내에서 2차 필터(128)보다 클 수 있다. 일부 실시예에서, 2차 필터(328)의 총 표면적은 1차 필터(124)의 표면적의 적어도 20%일 수 있다.
따라서, 필터 카트리지(312)의 구성은 추가적인 공간 효율을 제공할 수 있다. 예를 들어, 1차 필터(124) 및 2차 필터(328)의 총 여과 표면적은 증가될 수 있으며, 그러면서도 동일한 크기의 1차 프레임(120)의 주변부 내에 끼워질 수 있다.
2차 프레임(326)은 2차 필터(328)를 보강한다. 빔(326a)은 종방향 강도를 제공한다. 후프(326b)는 반경방향 강도를 제공한다. 또한, 빔(326a) 및 후프(326b)는 서로를 보강한다.
여과 카트리지(312)는 2차 프레임(326) 및 2차 필터(328)를 더 지지하기 위한 하나 이상의 보강 플레이트(332)를 더 포함할 수 있다. 보강 플레이트(332)는 예를 들어 적절한 체결구를 사용하여 또는 스폿 용접에 의해 1차 프레임(120)에 부착될 수 있다. 보강 플레이트(332)는 2차 프레임(326) 및 2차 필터(328)가 수용되는 복수의 개구를 갖는다. 2차 프레임(326) 및 2차 필터(328)는 예를 들어 용접에 의해 보강 플레이트(332)에 선택적으로 부착될 수 있다.
도 6에 도시된 것과 같은 다각형 단면을 갖는 2차 프레임 및 2차 필터는 도 5에 도시된 것과 같은 유사한 크기의 원통형 2차 프레임 및 필터에 비해 제조하는데 비용이 다소 덜 들 수 있으며 감소된 중량을 가질 수 있다. 다각형 단면을 갖는 2차 필터는 또한 다각형의 측면이 평평하고 다각형의 각 면의 주변부 주위에서 지지될 수 있기 때문에 둥근 형상(즉, 원통 형상)에 비해 지지 구조물이 덜 필요할 수 있다. 대조적으로, 원통 형상 단면을 갖는 필터는 필터가 사용될 때 원통 형상을 유지하기 위해 도 5에 도시된 중간 지지부, 예를 들어 지지부(226a, 226b)가 필요할 수 있다. 그러나, 원통형 2차 필터를 사용하여 더 큰 2차 필터 면적, 예를 들어 1차 필터 면적에 대한 2차 필터 면적의 더 큰 비율을 달성할 수 있다. 따라서, 일부 용례에서는, 다소 더 높은 비용에도 불구하고 큰 2차 여과 면적을 제공하기 위해 원통형 2차 필터가 사용될 수 있다. 다른 용례에서, 다각형 단면을 갖는 2차 필터가 비용의 감소를 위해 사용될 수 있다. 일부 용례에서, 상이한 형상의 2차 필터가 조합되어 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 필터 카트리지(112, 212, 312)는 배수조 피트(102)를 통해 흡인 입구(114)와 연통한다. 그러나, 일부 실시예에서, 필터 카트리지는 매니폴드 같은 하나 이상의 유체 도관에 장착될 수 있으며, 유체는 이러한 유체 도관을 통해 필터 카트리지로부터 흡인 입구(114)로 갈 수 있다. 도 7은 매니폴드(102')에 장착된 필터 카트리지(112)를 갖는 예시적인 재순환 흡입 시스템(100')을 도시한다.
위에서 설명되고 도면에 도시된 배수조 피트(102) 및 필터 조립체(110)의 물리적인 레이아웃은 단지 일례이다. 변형예가 가능하며 특정 시설의 다른 구성요소의 위치에 의해 좌우된다.
실시예를 상세하게 설명하였지만, 다양한 변화, 치환 및 변경이 본원에서 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
또한, 본 출원의 범위는 명세서에서 설명된 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시예로 한정되도록 한정되지 않는다. 통상의 기술자는 본 발명의 개시내용을 용이하게 이해할 것이기 때문에, 본원에서 설명된 대응하는 실시예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 또는 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 기존의 또는 이후 개발될 처리, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법, 또는 단계가 이용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항은 그 범위 내에 이러한 처리, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계를 포함하도록 의도된다.
이해될 수 있는 바와 같이, 위에서 설명되고 도시된 상세한 실시예는 단지 예이도록 의도된다. 본 발명은 첨부된 청구항에 의해 규정된다.

Claims (31)

  1. 원자력 발전 시설의 유체 흡입부를 위한 여과 장치로서,
    제1 표면적을 갖는 1차 필터;
    적어도 하나의 2차 필터 - 각각의 2차 필터는 제2 표면적을 가지며, 상기 1차 필터와 2차 필터는 상기 제2 표면적을 상기 제1 표면적과 분리하도록 위치되고, 상기 1차 필터와 2차 필터는 서로 겹치지 않음 -;
    1차 봉입 체적, 봉입 체적과 유체 연통하는 적어도 하나의 입구 개구, 및 유체 흡입부와 유체 연통하는 적어도 하나의 출구 개구를 형성하는 1차 프레임 - 상기 1차 필터는 상기 1차 프레임에 지지되고, 유체가 1차 필터를 통해 상기 봉입 체적 내로 들어가도록 상기 적어도 하나의 입구 개구를 덮고, 상기 1차 필터는 복수의 주름 또는 굴곡을 형성하도록 접히고, 상기 1차 필터는 천공된 금속 플레이트 또는 메쉬 스크린임 -; 및
    상기 1차 봉입 체적 내의 적어도 하나의 2차 프레임
    을 포함하고,
    각각의 2차 필터는 상기 2차 프레임 중 하나에 지지되고, 각각의 2차 프레임은 유체가 2차 필터 및 봉입된 유로를 통해 상기 적어도 하나의 출구 개구 내로 들어가도록 상기 적어도 하나의 출구 개구와 연통하는 대응하는 봉입된 유로를 형성하고,
    상기 1차 필터, 상기 2차 필터, 1차 필터와 2차 필터 사이의 갭, 대응하는 봉입된 유로, 및 적어도 하나의 출구 개구에 의해 흐름 경로가 정해지는, 여과 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 프레임의 각각은 종방향 빔 및 반경 또는 횡방향 빔을 포함하고, 상기 종방향 빔은 여과 장치의 종방향으로 연장되고, 상기 반경 또는 횡방향 빔은 여과 장치의 횡방향으로 연장되는, 여과 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 1차 필터를 지지하는 보강 플레이트를 더 포함하고,
    상기 보강 플레이트는, 2차 필터의 각각에 대한 개구를 형성하고, 상기 여과 장치의 횡방향으로 연장되는, 여과 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 필터의 각각은 상기 대응하는 봉입된 유로를 봉입하기 위해 적어도 하나의 2차 프레임 중 하나에 의해 감싸이는, 여과 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 필터의 각각은 상기 대응하는 봉입된 유로를 한정하는, 여과 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 필터의 각각은 원통형 여과면을 형성하는, 여과 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 필터의 각각은 복수의 다각형 측면을 갖는 여과면을 형성하는, 여과 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    복수의 다각형 측면은 적어도 하나의 2차 프레임 중 하나에 의해 각 측면의 주변부 주위에서 지지되는, 여과 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 필터의 각각은 상기 2차 프레임 중 하나에 용접되는, 여과 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 필터의 필터 매체의 제2 표면적은
    상기 1차 필터의 필터 매체의 제1 표면적의 적어도 5%;
    상기 1차 필터의 필터 매체의 제1 표면적의 적어도 10%;
    상기 1차 필터의 필터 매체의 제1 표면적의 적어도 20%; 또는
    상기 1차 필터의 필터 매체의 제1 표면적의 적어도 40%인, 여과 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 1차 필터는 상기 2차 필터의 세공 크기보다 큰 세공 크기를 갖는 여과 장치.
  12. 원자력 발전 시설을 위한 유체 여과 장치로서,
    유체 도관과;
    필터 모듈을 통해 유체 도관 내로 유체를 끌어당기기 위해 유체 도관과 각각 연통하는 복수의 필터 모듈
    을 포함하고, 각각의 필터 모듈은,
    1차 봉입 체적, 봉입 체적과 유체 연통하는 적어도 하나의 입구 개구, 및 유체 도관과 유체 연통하는 적어도 하나의 출구 개구를 형성하는 1차 프레임;
    제1 표면적을 갖는 1차 필터 - 상기 1차 필터는 상기 프레임에 지지되고, 유체가 1차 필터를 통해 상기 봉입 체적 내로 들어가도록 상기 적어도 하나의 입구 개구를 덮고, 상기 1차 필터는 복수의 주름 또는 굴곡을 형성하도록 접히고, 상기 1차 필터는 천공된 금속 플레이트 또는 메쉬 스크린임 -;
    상기 1차 봉입 체적 내의 적어도 하나의 2차 프레임;
    적어도 하나의 2차 필터 - 각각의 2차 필터는 제2 표면적을 가지며, 상기 1차 필터와 2차 필터는 상기 제2 표면적을 상기 제1 표면적과 분리하도록 위치되고, 상기 1차 필터와 2차 필터는 서로 겹치지 않으며, 상기 2차 필터의 각각은 유체가 2차 필터 및 대응하는 봉입된 유로를 통해 상기 적어도 하나의 출구 개구 내로 들어가도록 상기 적어도 하나의 출구 개구와 연통하는 대응하는 봉입된 유로를 형성하는 상기 2차 프레임 중 하나에 지지됨 -
    을 포함하고,
    상기 1차 필터, 상기 2차 필터, 1차 필터와 2차 필터 사이의 갭, 대응하는 봉입된 유로, 및 적어도 하나의 출구 개구에 의해 흐름 경로가 정해지는, 유체 여과 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 프레임의 각각은 종방향 빔, 및 반경 또는 횡방향 빔을 포함하고, 상기 종방향 빔은 여과 장치의 종방향으로 연장되고, 상기 반경 또는 횡방향 빔은 여과 장치의 횡방향으로 연장되는, 유체 여과 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 필터의 각각은 상기 대응하는 봉입된 유로를 봉입하기 위해 상기 2차 프레임 중 하나에 의해 감싸이는, 유체 여과 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 필터의 각각은 상기 대응하는 봉입된 유로를 한정하는, 유체 여과 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 필터의 각각은 원통형 여과면을 형성하는, 유체 여과 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 필터의 각각은 복수의 다각형 측면을 갖는 여과면을 형성하는 유체 여과 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    복수의 다각형 측면은 상기 적어도 하나의 2차 프레임 중 하나에 의해 각 측면의 주변부 주위에서 지지되는 유체 여과 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 필터의 필터 매체의 제2 표면적은
    상기 1차 필터의 필터 매체의 제1 표면적의 적어도 5%;
    상기 1차 필터의 필터 매체의 제1 표면적의 적어도 10%;
    상기 1차 필터의 필터 매체의 제1 표면적의 적어도 20%; 또는
    상기 1차 필터의 필터 매체의 제1 표면적의 적어도 40%인, 유체 여과 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 1차 필터를 지지하는 보강 플레이트를 포함하고,
    상기 보강 플레이트는, 적어도 하나의 2차 필터의 각각에 대한 개구를 형성하고, 상기 여과 장치의 횡방향으로 연장되는, 유체 여과 장치.
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