KR20120094675A - 누설 위치 감지 장치 및 누설 위치 감지 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 누설 위치 감지 장치 및 누설 위치 감지 방법에 관한 것으로서, 벤추리 관을 이용하여 누설 의심 부위의 공기 시료를 흡입할 수 있으며, 누설 감지 유닛에 감지되는 누설 물질의 감지 시간과 감지량을 분석하여 누설 여부와 누설 위치를 검출할 수 있다.

Description

누설 위치 감지 장치 및 누설 위치 감지 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING LEAKAGE LOCATION}
본 발명은 원자력 발전소나 화학 공장 등에서 각종 배관을 통해 전송되는 액체 물질 또는 기체 물질의 누설 위치를 검지하는 장치와 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배관 주위에 구비된 벤추리 관을 이용하여 배관의 누설 여부 및 누설 위치를 실시간으로 검지할 수 있는 누설 위치 감지 장치 및 누설 위치 감지 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화학 공장이나 원자력 발전소에서는 복잡하게 설치된 다수의 배관이 사용되고 있으며, 그러한 배관을 통하여 액체 물질 또는 기체 물질이 수송되고 있다.
이와 같은 배관은 외부와 밀폐된 구조이며, 이음매 부분은 누설의 발생을 방지하도록 적절히 접합되어 있다. 하지만, 상기 배관이 장기간 사용될 경우, 부식이나 외부 충격 등에 의하여 배관의 결함이나 이음매의 손상이 유발될 수 있고, 그로 인하여 상기 배관 내의 수송 물질이 외부로 누설될 위험성이 존재하는 것이 사실이다.
특히, 원자력 발전소에서 냉각재로 사용되는 경수나 중수가 배관에서 누설되면, 방사능 누출과 직접적으로 연관되기 때문에, 원자력의 안전성에 중대한 악영향을 미친다. 또한, 화학 공장에서 사용되는 유독 물질이 배관에서 누설되면, 작업자나 주변 환경에 심각한 악영향을 끼칠 수 있다. 그러므로, 원자력 발전소나 화학 공장에서는 대형 사고를 방지하기 위하여 누설 여부와 누설 위치의 조기 감지가 매우 중요하다.
예를 들면, 기존의 누설 여부와 누설 위치를 검지하기 위한 기술로는 원자력 발전소의 냉각재 누설 검지 시스템인 FLUS에 적용된 누설 위치 검지 방법이 있다. (미국등록특허 제3,977,233호, 제5,271,901호, 제6,088,417호, 제6,898,962호 참조) 상기의 방법은 다공질 금속 센서가 장착된 센서 튜브를 직렬로 연결하여 누설 의심 부위의 배관 주변에 설치한 후, 누설된 물질(원자력 발전소의 경우 냉각재)이 센서 튜브 내에 확산되어 들어올 경우 센서 튜브 끝 단에 설치한 펌프를 이용하여 누설 물질을 물질 센서로 전송하여 누설 여부 및 누설 위치를 검지한다. 이 방법은 누설된 물질이 센서 튜브를 확산되어 들어올 경우에만 검지가 가능한 수동적 흡입 방식을 사용한다. 따라서, 누설의 양이 적을 경우에는 누설 여부 및 누설 위치의 측정이 어려울 뿐만 아니라 주위 환경의 영향에 민감하다.
다른 예로는, 주로 원자력 발전소의 냉각재 누출 부위를 측정하는데 사용하는 음파 측정법이 있다. (P. Kalyanasundaram, et al. International Journal of Pressure Vessels and Piping 36, 65 (1989) 참조). 이 방법은 배관 등에서 균열(crack)이 생길 경우 발생되는 음파의 변화를 음향 센서로 측정하여 누설 여부 및 누설 위치를 감지한다. 즉, 누설 의심 지역에 여러 개의 음향 센서를 설치하여 각각에서 측정한 음파의 감도를 분석한 후 삼각 측정법으로 누설 위치를 탐지할 수 있다. 그러나 음파 측정이라는 간접적인 방법을 사용하므로, 물질의 누설로 발생되는 누설음파와 주변의 잡음을 구분해야 하는 어려움이 있고, 전반적으로 감도가 낮은 편이다.
또 다른 예로써, 누설에 의한 센서 소자의 임피던스 변화를 실시간으로 분석하여 누설량 및 누설 위치를 실시하는 검지하는 기술도 있다. (한국등록특허 제10-0294121호 참조). 하지만, 이 방법은 센서 소자의 재질과 기술적 제약이 많으므로, 실제로 누설 위치 측정에 적용하는 것이 어렵다.
본 발명의 실시예는, 배관의 결함이나 이음매의 손상 등으로 인해 발생되는 수송 물질의 누설 여부 및 누설 위치를 실시간으로 검지할 수 있는 누설 위치 감지 장치 및 누설 위치 감지 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 누설 여부 및 누설 위치를 정확히 감지할 수 있고, 오작동을 방지할 수 있으며, 구조가 간단하여 다양한 분야에 간편하게 적용할 수 있는 누설 위치 감지 장치 및 누설 위치 감지 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 누설 물질의 흡입에 가격이 저렴한 벤추리 관을 사용함으로써, 상업적으로 쉽게 구현할 수 있고, 소형 이동형 장비로 구성할 수 있는 누설 위치 감지 장치 및 누설 위치 감지 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 화학 공장이나 원자력 발전소의 누설 여부 및 누설 위치의 측정에 매우 효과적이고 적용이 용이할 수 있는 누설 위치 감지 장치 및 누설 위치 감지 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 배관의 누설이 의심되는 누설 의심 부위의 공기 시료를 흡입하도록 상기 누설 의심 부위에 배치된 벤추리관 유닛, 상기 벤추리관 유닛으로 흡입된 공기 시료에 함유된 누설 물질을 감지하여 상기 배관의 누설 여부를 검출하는 누설 감지 유닛, 상기 벤추리관 유닛과 상기 누설 감지 유닛에 연결되고 상기 벤추리관 유닛과 상기 누설 감지 유닛의 사이에 상기 공기 시료의 이송 경로를 형성하는 이송 유닛, 상기 이송 유닛의 일측에 구비되고 상기 이송 유닛의 내부에 압축 공기를 제공하여 상기 공기 시료의 이송력과 흡입력을 발생시키는 공기 공급 유닛, 및 상기 이송 유닛과 상기 누설 감지 유닛 및 상기 공기 공급 유닛의 작동을 제어하도록 상기 이송 유닛과 상기 누설 감지 유닛 및 상기 공기 공급 유닛에 연결된 제어 유닛을 포함하는 누설 위치 감지 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 누설 위치 감지 장치는, 상기 제어 유닛과 연결되어 상기 제어 유닛의 분석 결과를 출력하는 출력 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 누설 위치 감지 장치는, 후술하는 벤추리 관으로 구성된 상기 벤추리관 유닛을 이용하여 상기 누설 의심 부위의 공기 시료를 흡입할 수 있으며, 상기 이송 유닛과 상기 공기 공급 유닛이 상기 공기 시료들을 상기 누설 감지 유닛에 안정적으로 이송할 수 있다.
상기 벤추리관 유닛은, 상기 누설 의심 부위의 공기 시료를 흡입하기 위하여 상기 누설 의심 부위에 배치된 시료 흡입구, 중간에서 양단으로 갈수록 단면이 증가되는 관 형상으로 형성되고 상기 공기 공급 유닛의 압축 공기에 의해서 상기 공기 시료의 흡입력을 생성하도록 상기 이송 유닛에 연통되게 구비된 벤추리 관, 및 상기 벤추리 관의 중간 부분 및 상기 시료 흡입구에 양단부가 연통되게 연결된 이송 튜브를 구비할 수 있다. 따라서, 상기 누설 위치 감지 장치와 상기 배관이 서로 떨어져 있거나 또는 상기 배관의 주위 공간이 협소한 경우에도, 상기 누설 위치 감지 장치를 이용하여 상기 배관의 누설 여부 및 누설 위치를 감지할 수 있다.
여기서, 상기 벤추리 관은 상기 이송 유닛에 단수개가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 시료 흡입구는 복수개의 누설 의심 부위 중 어느 한 부위에 선택적으로 배치될 수 있도록 상기 배관을 따라 이동 가능하게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 누설 위치 감지 장치는 단수개의 벤추리관 유닛으로 구성되더라도, 상기 시료 흡입구의 위치를 변경하는 간단한 작업만으로 상기 배관의 다양한 위치에서의 누설 여부 및 누설 위치를 감지할 수 있다.
상기와 다르게, 상기 벤추리 관은 상기 이송 유닛에 복수개가 일정 간격으로 서로 이격되게 구비될 수도 있다. 여기서, 상기 시료 흡입구는 복수개의 누설 의심 부위에 각각 배치될 수 있으며, 상기 제어 유닛은 상기 누설 감지 유닛에서 검출된 데이터를 분석하여 상기 벤추리 관들 중에서 누설 물질이 흡입된 벤추리 관을 검출할 수 있다. 즉, 상기 제어 유닛이 누설 물질과 함께 공기 시료가 흡입된 벤추리 관을 검출하면, 상기 벤추리 관과 연결된 상기 시료 흡입구의 배치 위치로부터 누설 위치를 감지할 수 있다.
상기 이송 유닛은, 상기 벤추리 관의 일단과 연통되게 연결되고 상기 공기 공급 유닛에 일단부가 연결된 제1 이송 배관, 상기 벤추리 관의 타단과 연통되게 연결되고 상기 공기 공급 유닛에 일단부가 연결된 제2 이송 배관, 및 상기 제2 이송 배관의 타단부와 상기 누설 감지 유닛에 양단부가 연결된 제3 이송 배관을 구비할 수 있다. 또한, 상기 이송 유닛은, 상기 제1 이송 배관의 내부에 공급되는 압축 공기를 단속하도록 상기 제1 이송 배관의 일단부에 구비된 제1 밸브, 상기 제2 이송 배관의 내부에 공급되는 압축 공기를 단속하도록 상기 제2 이송 배관의 일단부에 구비된 제2 밸브, 및 상기 제1 이송 배관의 타단부에 구비된 제3 밸브를 더 구비할 수 있다.
상기 공기 공급 유닛은, 상기 제1 이송 배관의 일단부에 연결되고 상기 제1 이송 배관의 내부로 압축 공기를 공급하는 제1 공기압축기, 및 상기 제2 이송 배관의 일단부에 연결되고 상기 제2 이송 배관의 내부로 압축 공기를 공급하는 제2 공기압축기를 구비할 수 있다.
상기 제어 유닛은 상기 벤추리 관과 상기 제2 이송 배관의 내부에 잔류된 누설 물질을 제거하는 누설 물질 제거 모드를 수행할 수 있다. 상기 누설 물질 제거 모드에서는, 상기 제1 밸브가 폐쇄되고, 상기 제2 밸브와 상기 제3 밸브가 개방되며, 상기 공기 공급 유닛이 작동된다. 즉, 상기 누설 물질 제거 모드에서는, 상기 제2 공기압축기의 압축 공기가 상기 제2 이송 밸브를 통해 상기 제2 이송 배관으로 유입될 수 있고, 상기 제2 이송 배관 내의 압축 공기는 상기 벤추리 관을 통해 상기 제1 이송 배관으로 유동된 후 상기 제3 밸브를 통해 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 상기 벤추리 관과 상기 제1 이송 배관에 잔류된 누설 물질이 상기 압축 공기와 함께 상기 이송 유닛의 외부로 배출될 수 있다.
상기 제어 유닛은 상기 누설 의심 부위의 공기 시료를 상기 누설 감지 유닛으로 이송하는 누설 감지 모드를 수행할 수 있다. 상기 누설 감지 모드에서는, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브가 개방되고, 상기 제3 밸브가 폐쇄되며, 상기 공기 공급 유닛이 작동된다. 즉, 상기 누설 감지 모드에서는, 상기 제1 공기압축기의 압축 공기가 상기 제1 이송 밸브를 통해 상기 제1 이송 배관으로 유입될 수 있고, 상기 제2 공기압축기의 압축 공기가 상기 제2 이송 밸브를 통해 상기 제2 이송 배관으로 유입될 수 있으며, 상기 제3 밸브가 폐쇄된 상태이기 때문에 상기 제1 이송 배관 내의 압축 공기는 상기 벤추리 관을 통해 상기 제2 이송 배관으로 유동될 수 있다. 이때, 상기 벤추리 관에서는 상기 압축 공기가 통과되는 단면적으로 변화로 인하여 상기 누설 의심 부위의 공기 시료를 흡입하기 위한 흡입력이 생성될 수 있고, 상기 공기 시료가 상기 압축 공기와 함께 상기 제2 이송 배관으로 유입될 수 있다. 상기와 같이 제2 이송 배관으로 유입된 상기 압축 공기와 상기 공기 시료는, 상기 제2 공기압축기의 압축 공기에 의해서 상기 제2 이송 배관을 따라 상기 제3 이송 배관으로 유동된 후, 상기 제3 이송 배관을 따라 상기 누설 감지 유닛으로 이송될 수 있다.
여기서, 상기 벤추리 관은 상기 제1 이송 배관과 상기 제2 이송 배관을 따라 복수개가 서로 이격되게 배치될 수 있다. 그러면, 상기 누설 감지 모드에서는, 상기 벤추리 관들과 상기 누설 감지 유닛의 이격 거리에 따라 상기 공기 시료가 상기 누설 감지 유닛에 이송되는 시간이 비례하도록 상기 공기 공급 유닛의 공급량을 조절할 수 있고, 상기 누설 감지 유닛에 의해 누설 물질이 검출된 시간에 따라 상기 벤추리 관들 중에서 누설 물질이 흡입된 벤추리 관을 검출할 수 있다.
그리고, 상기 제1 밸브는 상기 이송 유닛의 내부를 통과하는 공기 시료의 이송 속도를 일정하게 유지하도록 일정 시간 간격으로 개폐 동작이 반복될 수 있다. 즉, 상기 제1 밸브의 개폐 동작을 적절히 제어하여 상기 공기 공급 유닛으로부터 상기 제1 이송 배관으로 공급되는 압축 공기의 공급량을 조절할 수 있고, 그로 인하여 상기 이송 유닛에서 상기 누설 감지 유닛으로 이송되는 상기 공기 시료의 이송 속도를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 누설 감지 유닛은 상기 공기 시료에 포함된 누설 물질을 감지할 수 있다. 상기 제어 유닛은 상기 누설 감지 유닛에서 검출된 누설 물질의 감지 시간 및 누설 물질의 감지량에 따라 상기 벤추리 관들 중에서 누설 물질이 흡입된 벤추리 관을 검출할 수 있다.
한편, 본 실시예의 다른 측면에 따르면, 배관의 누설 의심 부위들에 배치된 벤추리 관에 압축 공기를 제공하여 상기 벤추리 관이 상기 누설 의심 부위들의 공기 시료를 흡입하는 단계, 상기 벤추리 관과 누설 감지 유닛에 연결된 이송 유닛에 압축 공기를 제공하여 상기 벤추리 관을 통해 흡입된 공기 시료들을 상기 누설 감지 유닛으로 일정 시간 간격으로 이송하는 단계, 상기 누설 감지 유닛이 상기 공기 시료들을 차례로 감지하는 단계, 상기 누설 감지 유닛의 검출 데이터를 제어 유닛이 분석하여 상기 누설 의심 부위들 중 누설이 발생된 부위를 판별하는 단계, 및 상기 누설 감지 유닛의 검출 데이터 및 상기 제어 유닛의 분석 데이터를 외부로 출력하는 단계를 포함하는 누설 위치 감지 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 누설 위치 감지 방법은, 상기 이송 유닛에 제공된 압축 공기가 상기 벤추리 관을 역방향으로 통과한 후 외부로 배출되도록 상기 이송 유닛의 이송 경로를 변경하여 상기 벤추리 관과 상기 이송 유닛에 잔류된 누설 물질을 외부로 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 공기 시료들을 상기 누설 감지 유닛으로 이송하는 단계에서는 압축 공기를 일정 시간 간격으로 단속적으로 제공하여 상기 공기 시료들의 이송 속도를 일정하게 유지할 수 있다. 상기 누설 감지 유닛이 상기 공기 시료들을 차례로 감지하는 단계에서는 상기 공기 시료들에 함유된 누설 물질의 감지 시간 및 감지량을 차례로 감지할 수 있다. 상기 누설 의심 부위들 중 누설이 발생된 부위를 판별하는 단계에서는 상기 누설 물질의 감지 시간 및 감지량을 이용하여 누설 물질의 누설 위치를 검출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 누설 위치 감지 장치 및 누설 위치 감지 방법은, 배관의 결함이나 이음매의 손상 등으로 인하여 누설이 발생할 경우, 배관의 누설 의심 부위에 배치된 벤추리 관을 이용하여 배관의 누설 여부 및 누설 위치를 실시간으로 정확히 검지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예가 액체 또는 기체의 위험 물질을 수송해야만 하는 산업 분야에 적용되면, 위험 물질의 누설로 인한 안전 사고를 신속히 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 누설 위치 감지 장치는, 누설 물질의 흡입에 가격이 저렴한 벤추리 관을 사용하므로, 제품의 단가를 절감할 수 있고, 상업적으로 쉽게 구현할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 누설 위치 감지 장치는, 기존의 장치와 비교하여 상대적으로 소형으로 콤팩트하게 제작할 수 있으며, 이동 가능한 구조로 구성할 수 있어 필요시 다양한 누설 의심 위치로 설치 위치를 변경할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 누설 위치 감지 장치 및 누설 위치 감지 방법은, 화학 공장의 유독성 물질이나 원자력 발전소의 냉각재가 외부로 누설되는지의 여부 및 누설 위치의 측정에 매우 효과적이고 효율적으로 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 누설 위치 감지 장치가 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 단수개의 벤추리관 유닛을 갖는 모듈을 나타낸 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 복수개의 벤추리관 유닛을 갖는 모듈을 나타낸 확대도이다.
도 4와 도 5는 도 3에 도시된 복수개의 벤추리관 유닛을 갖는 모듈의 주요부를 나타낸 작동 상태도이다.
도 6는 도 4와 도 5에 도시된 누설 감지 모드와 누설 물질 제거 모드에서 공기 시료의 압력 변화를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 7은 단수개의 벤추리관 유닛에서 누설이 발생할 경우, 도 4에 도시된 누설 감지 모드에서 누설 물질의 감지 시간 및 감지량을 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 8은 복수개의 벤추리관 유닛에서 누설이 발생할 경우, 도 4에 도시된 누설 감지 모드에서 누설 물질의 감지 시간 및 감지량을 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 누설 위치 감지 방법이 도시된 순서도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 누설 위치 감지 장치(100)가 개략적으로 도시된 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 단수개의 벤추리관 유닛(110)을 갖는 모듈(M1)을 나타낸 확대도이며, 도 3은 도 1에 도시된 복수개의 벤추리관 유닛(110)을 갖는 모듈(M2)을 나타낸 확대도이다. 도 4와 도 5는 도 3에 도시된 복수개의 벤추리관 유닛(110)을 갖는 모듈(M2)의 주요부를 나타낸 작동 상태도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 누설 위치 감지 장치(100)는 벤추리관 유닛(110), 누설 감지 유닛(120), 이송 유닛(130), 공기 공급 유닛(140), 및 제어 유닛(150)을 포함한다. 본 실시예에 따른 누설 위치 감지 장치(100)는, 액체 물질 또는 기체 물질이 배관(미도시)을 따라 전송될 때 배관의 결함이나 이음매의 손상에 의하여 누설이 발생할 경우, 배관의 주위에 설치된 벤추리관 유낫(110)을 이용하여 누설 여부 및 누설 위치를 실시간으로 검지하는 장치이다. 이와 같은 누설 위치 감지 장치(100)는 액체 물질이나 기체 물질을 배관으로 전송하고 있는 다양한 산업 분야에 모두 적용될 수 있지만, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 원자력발전소의 냉각재 누설을 검지하는 것으로 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 벤추리관 유닛(110)은 배관의 누설이 의심되는 부위의 주변 공기를 흡입하는 장치이다. 이와 같은 벤추리관 유닛(110)은 배관의 누설이 의심되는 부위로부터 공기 시료(S, S1~S9)를 흡입하기 위하여 누설 의심 부위의 주위에 배치될 수 있다. 만약 배관의 누설 의심 부위로부터 누설이 일어나면, 원자력발전소의 냉각재와 같은 누설 물질이 공기 시료(S, S1~S9)의 내부에 포함될 수 있다.
예를 들면, 벤추리관 유닛(110)은 시료 흡입구(112), 벤추리 관(114), 및 이송 튜브(116)를 구비할 수 있다. 시료 흡입구(112)는 누설 의심 부위의 공기 시료(S, S1~S9)를 흡입하는 부재로써, 배관의 누설 의심 부위 주변에 배치될 수 있다. 벤추리 관(114)은 중간에서 양단으로 갈수록 단면이 증가되는 관 형상으로 형성된 부재로써, 이송 유닛(130)에 연통되게 구비될 수 있다. 이와 같은 벤추리 관(114)은 공기 공급 유닛(140)의 압축 공기(A1, A2)에 의해서 공기 시료(S, S1~S9)의 흡입력을 생성할 수 있다. 이송 튜브(116)는 공기 시료(S, S1~S9)의 이송을 안내하는 부재로써, 벤추리 관(114)의 중간 부분 및 시료 흡입구(112)에 양단부가 연통되게 연결될 수 있다.
상기와 같은 벤추리 관(114)은, 관의 일단으로 들어간 유체가 반드시 관의 타단으로 같은 양이 나오게 된다는 질량보존의 법칙, 관속을 흐르는 유체의 속도를 증가시키면 그 내부의 압력은 떨어진다는 베르누이 정리, 및 단면적이 다른 두 지점에서의 유체속도는 단면적에 반비례한다는 이론적 배경을 바탕으로 하고 있다. 즉, 공기 공급 유닛(140)에서 제공된 압축 공기(A1, A2)가 벤추리 관(114)의 내부를 유동하면, 벤추리 관(114)의 내부에 흡입력이 발생되어 공기 시료(S, S1~S9)가 능동적으로 흡입될 수 있다. 따라서, 본 실시예는 공기 시료(S, S1~S9)를 능동적으로 흡입하므로, 기존의 수동적 흡입으로 인한 감도 저하를 해결할 수 있다.
이하, 본 실시예에서는 벤추리 관(114)과 시료 흡입구(112)가 이송 튜브(116)로 연결된 구조로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 누설 위치 감지 장치(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 벤추리 관(114)과 시료 흡입구(112)가 직접 연결되거나, 시료 흡입구(112)가 생략될 수도 있다. 하지만, 본 실시예와 같이 벤추리 관(114)과 시료 흡입구(112)가 이송 튜브(116)로 연결되면, 누설 위치 감지 장치(100)와 배관이 서로 멀리 떨어져 있거나 배관의 주위에 누설 위치 감지 장치(100)를 설치할 공간이 부족한 경우에도, 누설 위치 감지 장치(100)를 간편하게 적용할 수 있다.
한편, 벤추리관 유닛(110)은 누설 위치 감지 장치(100)에 단수개 또는 복수개가 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 단수개의 벤추리관 유닛(110)을 갖는 모듈(M1) 및 복수개의 벤추리관 유닛(110)을 갖는 모듈(M2)이 누설 위치 감지 장치(100)에 모두 구비된 것으로 설명한다. 하지만, 단수개의 벤추리관 유닛(110)을 갖는 모듈(M1) 또는 복수개의 벤추리관 유닛(110)을 갖는 모듈(M2) 중 어느 하나만 누설 위치 감지 장치(100)에 구비될 수도 있다.
단수개의 벤추리관 유닛(110)을 갖는 모듈(M1)에서는, 벤추리 관(114)이 이송 유닛(130)에 단수개가 구비될 수 있다. 이때, 시료 흡입구(112)는 배관을 따라 이동 가능하게 형성될 수 있다. 즉, 시료 흡입구(112)를 복수개의 누설 의심 부위 중 어느 한 부위에 선택적으로 배치킬 수 있으므로, 시료 흡입구(112)의 위치를 변경하는 간단한 작업만으로 단수개의 벤추리관 유닛(110)을 이용하여 복수개의 누설 의심 부위에 대한 누설 검사를 차례로 실시할 수 있다.
예를 들면, 단수개의 벤추리관 유닛(110)을 갖는 모듈(M1)은 원자력 발전소의 압력관 누설 위치를 검지하는 경우에 적용될 수 있다. 즉, 단수개의 벤추리 관(114)과 연결된 시료 흡입구(112)를 가지고 압력관 주위를 공간적으로 스캔하여 누설 여부 및 누설 위치를 검지할 수 있다.
복수개의 벤추리관 유닛(110)을 갖는 모듈(M2)에서는, 벤추리 관(114)이 이송 유닛(130)에 복수개가 일정 간격으로 서로 이격되게 구비될 수 있고, 시료 흡입구(112)가 복수개의 누설 의심 부위에 각각 배치될 수 있다. 따라서, 복수개의 벤추리 관(114)으로 흡입되는 공기 시료(S1~S9)를 검사함으로써, 복수개의 누설 의심 부위에 대한 누설 검사를 동시에 실시할 수 있다.
예를 들면, 복수개의 벤추리관 유닛(110)을 갖는 모듈(M2)은 원자력 발전소의 중수 누설 위치를 검지하는 경우에 적용될 수 있다. 즉, 복수개의 벤추리 관(114)과 각각 대응되게 연결된 복수개의 시료 흡입구(112)가 원자로 시스템 내의 중수가 누설될 만한 여러 위치에 설치될 수 있다. 따라서 복수개의 벤추리 관(114)에는 누설된 중수와 그 주위의 경수가 반응하여 생성된 혼합중수를 포함하는 공기 시료(S1~S9)가 흡입될 수 있다.
한편 도면에 도시되지 않았지만, 벤추리 관(114)들에는 솔레노이드 밸브가 배치될 수 있으며, 솔레노이드 밸브는 벤추리 관(114)을 따라 유체가 유동되는 것을 선택적으로 제한할 수 있다. 즉, 제어 유닛(150)이 솔레노이드 밸브들의 작동을 적절히 제어하면, 벤추리관 유닛(110)들을 선택적으로 정지시키거나 작동시킬 수 있다. 예를 들면, 배관의 누설 감지에 사용되지 않는 벤추리관 유닛(110)들의 작동을 정지시킬 수 있고, 이송 유닛(130)에 배치된 홀수 번째의 벤추리관 유닛(110)들만을 먼저 작동시킨 후 짝수 번째의 벤추리관 유닛(110)들만을 작동시킬 수도 있다.
도 1을 참조하면, 누설 감지 유닛(120)은 벤추리관 유닛(110)으로 흡입된 공기 시료(S, S1~S9)를 전달받아 공기 시료(S, S1~S9)에 포함된 누설 물질을 감지하는 장치이다. 즉, 누설 감지 유닛(120)은 누설 물질의 감지 시간 및 감지량을 감지할 수 있다. 이와 같은 누설 감지 유닛(120)은 누설 물질을 감지하는 센서로 구성될 수 있다. 따라서, 누설 위치 감지 장치(100)의 적용 분야에 따라 적절한 센서로 구성된 누설 감지 유닛(120)을 사용해야만 한다.
예를 들면, 본 실시예가 원자력 발전소의 중수 누설 검지에 이용되면, 누설 감지 유닛(120)에는 레이저 흡수 분광법을 이용한 누설 센서가 사용될 수 있다. (한국등록특허 제10-0984020호 참조)
구체적으로 설명하면, 원자로의 냉각재로 사용되는 중수(D2O)가 공기 중으로 누설되는 경우, 누설된 중수는 공기 중의 경수(H2O) 수증기와 수소 동위원소 교환 반응을 한다. 아래의 수학식 1은 수소 동위원소 교환 반응 과정을 나타낸 반응식이다.
Figure pat00001
여기서, k1은 비율상수(rate constant)이며,'k1 = 1.1×10-2 Pa-1s-1'로 알려져 있다. 그리고, 상온의 대기압에서 상대습도가 50%일 경우, 공기 중에 누설된 중수가 혼합중수(HDO)로 변환되는 시간은 불과 약 50ms로 매우 빠르다. 따라서 중수의 누설 여부 및 누설 위치를 검지하고자 하는 경우, 누설 감지 유닛(120)의 센서는 광 흡수쎌에 주입된 혼합중수의 양을 측정하여 누설 물질을 감지한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이송 유닛(130)은 벤추리관 유닛(110)과 누설 감지 유닛(120)의 사이에 공기 시료(S, S1~S9)의 이송 경로를 형성하는 장치이다. 따라서, 이송 유닛(130)은 벤추리관 유닛(110)과 누설 감지 유닛(120)에 연통되게 연결될 수 있다. 또한, 이송 유닛(130)은 공기 공급 유닛(140)의 압축 공기(A1, A2)가 유입되도록 공기 공급 유닛(140)과도 연통되게 연결될 수 있다.
이와 같은 이송 유닛(130)은, 공기 공급 유닛(140)의 압축 공기(A1, A2)를 벤추리 관(114)에 제공하여 공기 시료(S, S1~S9)의 흡입력을 생성할 수 있고, 공기 공급 유닛(140)의 압축 공기(A1, A2)를 누설 감지 유닛(120)을 향해 제공하여 벤추리관 유닛(110)으로 흡입된 공기 시료(S, S1~S9)를 누설 감지 유닛(120)으로 이송할 수 있다.
예를 들면, 이송 유닛(130)은 제1 이송 배관(131), 제2 이송 배관(132), 제3 이송 배관(133), 제1 밸브(134), 제2 밸브(135), 및 제3 밸브(136)를 구비할 수 있다.
제1 이송 배관(131)은 벤추리 관(114)의 일단과 연통되게 연결될 수 있다. 제1 이송 배관(131)의 일단부는 공기 공급 유닛(140)에 연통되게 연결될 수 있다.
제2 이송 배관(132)은 벤추리 관(114)의 타단과 연통되게 연결될 수 있다. 제2 이송 배관(132)의 일단부는 공기 공급 유닛(140)에 연통되게 연결될 수 있다.
한편, 제1 이송 배관(131)과 제2 이송 배관(132)은 모든 위치에서 동일 간격으로 이격되도록 서로 평행하게 배치될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 누설 위치 감지 장치(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양한 형상으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 1에서는 제1 이송 배관(131)과 제2 이송 배관(132)이 서로 평행하게 배치되되, 'ㄷ' 형상으로 형성된 것으로 도시되어 있다. 반면에, 도 2에서는 제1 이송 배관(131)과 제2 이송 배관(132)이 서로 평행하게 배치되되, 직선 형상으로 형성된 것으로 도시되어 있다. 그 이외에도, 본 실시예에서 다루지는 않지만, 제1 이송 배관(131)과 제2 이송 배관(132)은 곡선 형상, 나선 형상, 호 형상, 원 형상, 다각형 형상, 및 전술한 각종 형상들의 조합 형상이나 부분적으로 삭제된 형상 등으로 형성될 수 있다.
제3 이송 배관(133)은 제2 이송 배관(132) 내의 공기 시료(S, S1~S9)를 누설 감지 유닛(120)으로 안내하는 부재이다. 제3 이송 배관(133)의 일단부는 제2 이송 배관(132)의 타단부와 연통되게 연결될 수 있고, 제3 이송 배관(133)의 타단부는 누설 감지 유닛(120)과 연통되게 연결될 수 있다.
제1 밸브(134)는 공기 공급 유닛(140)에 의해 제1 이송 배관(131)의 내부로 공급되는 압축 공기(A1)를 단속하는 부재이다. 제1 밸브(134)는 제1 이송 배관(131)의 일단부에 구비될 수 있다.
제2 밸브(135)는 공기 공급 유닛(140)에 의해 제2 이송 배관(132)의 내부에 공급되는 압축 공기(A2)를 단속하는 부재이다. 제2 밸브(135)는 제2 이송 배관(132)의 일단부에 구비될 수 있다.
제3 밸브(136)는 제1 이송 배관(131)의 타단부에 구비될 수 있다. 제3 밸브(136)는 이송 유닛(130)과 벤추리 관(114)의 내부 공기를 외부로 배출시키는데 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 공기 공급 유닛(140)은 이송 유닛(130)의 내부에 압축 공기(A1, A2)를 제공하여 공기 시료(S, S1~S9)의 이송력과 흡입력을 발생시키는 장치이다. 공기 공급 유닛(140)은 이송 유닛(130)의 제1 이송 배관(131)과 제2 이송 배관(132)에 연통되게 구비될 수 있다.
즉, 공기 공급 유닛(140)은 벤추리관 유닛(110)이 공기 시료(S, S1~S9)를 효과적으로 흡입할 수 있도록 벤추리 관(114)에 압축 공기(A1, A2)를 공급할 수 있다. 또한, 공기 공급 유닛(140)은 이송 유닛(130)에서 누설 감지 유닛(120)으로 공기 시료(S, S1~S9)를 효과적으로 이송할 수 있도록 제1 이송 배관(131)과 제2 이송 배관(132)에 누설 감지 유닛(120)을 향하여 압축 공기(A1, A2)를 공급할 수 있다. 이와 같은 공기 공급 유닛(140)은 누설 감지 유닛(120)을 향해 이송되는 공기 시료(S, S1~S9)의 속도가 일정하게 유지되도록 이송 유닛(130)에 일정시간 동안에만 압축 공기(A1, A2)를 공급할 수 있다.
예를 들면, 공기 공급 유닛(140)은 제1 공기압축기(142) 및 제2 공기압축기(144)를 구비할 수 있다. 제1 공기압축기(142)는 제1 이송 배관(131)의 내부로 압축 공기(A1)를 공급하는 장치로써, 제1 이송 배관(131)의 일단부에 연결될 수 있다. 제2 공기압축기(144)는 제2 이송 배관(132)의 내부로 압축 공기(A2)를 공급하는 장치로써, 제2 이송 배관(132)의 일단부에 연결될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 제1 공기압축기(142)와 제2 공기압축기(144)의 작동이 독립적으로 제어되어 제1 이송 배관(131)과 제2 이송 배관(132)에 압축 공기(A1, A2)가 독립적으로 공급될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 누설 위치 감지 장치(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양한 변형이 가능할 수 있다. 일례로, 공기 공급 유닛(140)은, 제1 이송 배관(131)과 제2 이송 배관(132)에 압축 공기(A1, A2)를 제공하는 단수개의 공기 압축기(미도시), 및 공기 압축기에서 제공된 압축 공기(A1, A2)를 제1 이송 배관(131)과 제2 이송 배관(132) 중 적어도 하나로 분배하는 공기분배기(미도시)를 구비할 수도 있다.
도 1을 참조하면, 제어 유닛(150)은 누설 위치 감지 장치(100)의 작동을 제어하여 누설 의심 부위의 누설 여부 및 누설 위치를 판단하는 장치이다. 제어 유닛(150)은 이송 유닛(130), 누설 감지 유닛(120), 공기 공급 유닛(140), 및 후술하는 출력 유닛(160)에 신호 전달이 가능하게 연결될 수 있다.
한편, 제어 유닛(150)은 누설 감지 유닛(120)에서 검출된 데이터를 분석하여 벤추리 관(114)으로 흡입된 공기 시료(S, S1~S9)들 중에서 누설 물질을 흡입한 벤추리 관(114)을 검출할 수 있다. 즉, 제어 유닛(150)은 누설 감지 유닛(120)에 감지된 누설 물질의 존재 여부에 따라 누설 여부를 검출할 수 있으며, 누설 감지 유닛(120)이 감지한 누설 물질의 감지 시간 및 감지량을 이용하여 누설 물질을 흡입한 벤추리관 유닛(110)을 검출할 수 있다. 따라서, 누설 물질을 흡입한 벤추리관 유닛(110)의 시료 흡입구(112)가 배치된 누설 의심 부위에서는 누설 물질이 누설되고 있음을 판단할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 복수개의 벤추리관 유닛(110)을 갖는 모듈(M2)에서는, 복수개의 벤추리관 유닛(110)을 통해 누설 의심 부위들의 공기 시료(S1~S9)를 흡입할 수 있고, 벤추리관 유닛(110)들을 통해 흡입된 공기 시료(S1~S9)들을 이송 유닛(130)을 따라 일정한 속도로 누설 감지 유닛(120)에 차례대로 전달할 수 있다. 이때, 누설 감지 유닛(120)은, 차례로 전달되는 공기 시료(S1~S9)들을 검사하여 누설 물질의 감지 여부, 누설 물질의 감지 시간 및 감지량을 검출할 수 있다. 복수개의 누설 의심 부위 중 적어도 어느 한 부위에서 누설이 발생되는 것으로 판단되면, 제어 유닛(150)은 누설 물질의 감지 시간 및 감지량을 이용하여 누설 물질을 흡입한 벤추리관 유닛(110)을 검출할 수 있고, 그 벤추리관 유닛(110)에 대응하는 배관의 누설 위치를 검출할 수 있다.
도 4와 도 5를 참조하면, 제어 유닛(150)은 누설 물질 제거 모드 및 누설 감지 모드를 수행할 수 있다. 누설 물질 제거 모드는 벤추리 관(114)과 제2 이송 배관(132)의 내부에 잔류된 누설 물질을 제거하는 모드이다. 누설 감지 모드는 누설 의심 부위의 공기 시료를 누설 감지 유닛(120)으로 이송하는 모드이다.
여기서, 누설 물질 제거 모드는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 밸브(134)가 폐쇄되고, 제2 밸브(135)와 제3 밸브(136)가 개방되며, 공기 공급 유닛(140)의 제2 공기압축기(144)가 작동된다.
상기와 같은 누설 물질 제거 모드에서는, 제2 공기압축기(144)의 압축 공기(A2)가 제2 밸브(135)를 통해 제2 이송 배관(132)으로 유입될 수 있고, 제2 이송 배관(132) 내의 압축 공기(A2)는 벤추리 관(114)을 역방향으로 통과한 후 제1 이송 배관(131)으로 유입될 수 있으며, 제1 이송 배관(131) 내의 압축 공기(A2)는 제3 밸브(136)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 벤추리 관(114)과 제1 이송 배관(131)에 잔류된 누설 물질이 압축 공기(A2)와 함께 이송 유닛(130)의 외부로 배출될 수 있다.
또한, 누설 감지 모드는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 밸브(134)와 제2 밸브(135)가 개방되고, 제3 밸브(136)가 폐쇄되며, 공기 공급 유닛(140)의 제1 공기압축기(142)와 제2 공기압축기(144)가 작동된다.
상기와 같은 누설 감지 모드에서는, 제1 공기압축기(142)의 압축 공기(A1)가 제1 밸브(134)를 통해 제1 이송 배관(131)으로 유입될 수 있고, 제2 공기압축기(144)의 압축 공기(A2)가 제2 밸브(135)를 통해 제2 이송 배관(132)으로 유입될 수 있으며, 제3 밸브(136)가 폐쇄된 상태이기 때문에 제1 이송 배관(131) 내의 압축 공기(A1)는 벤추리 관(114)을 정방향으로 통과한 후 제2 이송 배관으로 유입될 수 있다. 이때, 벤추리 관(114)에서는 압축 공기(A1)가 통과되는 단면적의 변화로 인하여 공기 시료(S1~S6)의 흡입력이 생성될 수 있고, 그로 인하여 공기 시료(S1~S6)가 압축 공기(A1)와 함께 제2 이송 배관(132)으로 유입될 수 있다. 제2 이송 배관(132)으로 유입된 압축 공기(A1)와 공기 시료(S1~S6)는, 제2 공기압축기(144)의 압축 공기(A2)에 의해서 제2 이송 배관(132)을 따라 제3 이송 배관(133)으로 유동될 수 있으며, 그런 다음에 제3 이송 배관(133)을 따라 누설 감지 유닛(120)으로 이송될 수 있다.
누설 감지 모드에서는, 벤추리 관(114)들과 누설 감지 유닛(120)의 이격 거리에 따라 공기 시료(S1~S6)가 누설 감지 유닛(120)에 이송되는 시간이 비례하도록 공기 공급 유닛(140)의 압축 공기(A1, A2) 공급량을 조절할 수 있다. 즉, 벤추리 관(114)들과 누설 감지 유닛(120)의 이격 거리 및 누설 물질의 검출 시간이 상호 비례 관계이므로, 누설 감지 유닛(120)에 의해 누설 물질이 검출된 시간에 따라 벤추리 관(114)들 중에서 누설 물질을 흡입한 벤추리 관(114)을 검출할 수 있다.
제어 유닛(150)은 누설 감지 유닛(120)에서 검출된 누설 물질의 감지 시간 및 누설 물질의 감지량에 따라 벤추리 관(114)들 중에서 누설 물질을 흡입한 적어도 하나의 벤추리 관(114)을 검출할 수 있다.
도 1을 참조하면, 출력 유닛(160)은 제어 유닛(150)의 분석 데이터 또는 누설 감지 유닛(120)의 검출 데이터 등을 출력하는 장치이다. 출력 유닛(160)은 제어 유닛(150)과 신호 전달이 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들면, 출력 유닛(160)은 디스플레이 기구, 인쇄 기구, 및 음향 기구 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 이와 같은 출력 유닛(160)은 제어 유닛(150)과 누설 감지 유닛의 각종 데이터를 정량화된 수치 또는 그래프 형태로 출력할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 누설 위치 감지 방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 누설 위치 감지 방법이 도시된 순서도이다. 이하, 본 실시예에 따른 누설 위치 감지 방법은 설명의 편의를 위하여 도 4와 도 5에 도시된 누설 위치 감지 장치(100)를 중심으로 설명하기로 한다.
먼저, 누설 위치 감지 장치(100)에 전원을 인가한다. (도 9의 1 참조) 누설 위치 감지 장치(100)에 전원이 인가되면, 공기 공급 유닛(140)이 배관의 누설 의심 부위들에 배치된 벤추리 관(114)에 압축 공기(A1)를 제공하여 벤추리 관(114)이 누설 의심 부위들의 공기 시료(S1~S6)를 흡입한다. (도 9의 2 참조)
또한, 공기 공급 유닛(140)이 벤추리 관(114)과 누설 감지 유닛(120)에 연결된 이송 유닛(130)에 압축 공기(A2)를 제공하여 벤추리 관(114)을 통해 흡입된 공기 시료(S1~S6)들을 누설 감지 유닛(120)으로 일정 시간 간격으로 이송한다. (도 9의 3 참조)
상기와 같이 공기 시료(S1~S6)들을 누설 감지 유닛(120)으로 이송하는 과정에서는, 압축 공기(A1, A2)를 일정한 압력으로 제공하여 공기 시료(S1~S6)들의 이송 속도를 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 이송 유닛(130)의 제1 밸브(134)를 이용하여 공기 공급 유닛(140)에서 제공되는 압축 공기(A1)의 공급을 조절할 수 있다.
누설 감지 유닛(120)은 공기 시료(S1~S6)들을 차례로 감지한다. (도 9의 4 참조) 여기서, 누설 감지 유닛(120)은 공기 시료(S1~S6)들에 함유된 누설 물질의 존재 여부를 각각 감지할 수 있으며, 누설 물질의 감지 시간 및 감지량을 각각 감지할 수 있다.
그리고, 제어 유닛(150)이 누설 감지 유닛(120)의 검출 데이터를 분석하여 누설 의심 부위들 중 누설이 발생된 부위를 판별한다. (도 9의 5 참조) 즉, 제어 유닛(150)은 누설 물질의 감지 시간 및 감지량을 이용하여 벤추리관 유닛(110)들 중에서 누설 물질을 흡입한 벤추리관 유닛(110)을 검출할 수 있다.
출력 유닛은 누설 감지 유닛(120)의 검출 데이터 및 제어 유닛(150)의 분석 데이터를 외부로 출력한다. (도 9의 3 참조)
한편, 누설 의심 부위의 누설 감지 과정을 다시 반복하고 싶으면, 이송 유닛(130)의 이송 경로를 변경하여 이송 유닛(130)에 제공된 압축 공기(A2)로 벤추리 관(114)과 이송 유닛(130)에 잔류된 누설 물질을 외부로 배출한다. (도 9의 7, 8 참조) 즉, 이송 유닛(130)에 제공된 압축 공기(A2)가 벤추리 관(114)을 역방향으로 통과한 후 이송 유닛(130)의 외부로 배출되도록 이송 유닛(130)의 이송 경로를 변경하여 벤추리 관(114)과 이송 유닛(130)의 이송 경로 상에 잔류된 누설 물질을 제거할 수 있다. 그런 다음에, 누설 의심 부위들로부터 공기 시료(S1~S6)를 다시 흡입하여 전술한 누설 감지 방법을 다시 수행할 수 있다.
만약, 누설 의심 부위의 누설 감지 과정을 다시 반복하고 싶지 않으면, 누설 위치 감지 장치(100)의 전원을 차단하여 누설 위치 감지 장치(100)의 구동을 정지시킨다. (도 9의 9 참조)
도 6는 도 4와 도 5에 도시된 누설 감지 모드와 누설 물질 제거 모드에서 공기 시료(S1~S6)의 압력 변화를 시간에 따라 나타낸 그래프이다. 도 7은 단수개의 벤추리관 유닛(110)에서 누설이 발생할 경우, 도 4에 도시된 누설 감지 모드에서 누설 물질의 감지 시간(T1~T6) 및 감지량을 시간에 따라 나타낸 그래프이다. 도 8은 복수개의 벤추리관 유닛(110)에서 누설이 발생할 경우, 도 4에 도시된 누설 감지 모드에서 누설 물질의 감지 시간(T1~T6) 및 감지량을 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
이하에서는, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 누설 위치 감지 장치(100)를 이용한 누설 위치 감지 방법을 보다 상세하게 설명한다.
도 4와 도 5를 참조하면, 이송 유닛(130)의 제2 이송 배관(132) 내에서 압축 공기(A1, A2)의 이동 속도가 일정하게 유지되면, 벤추리 관(114)에서 흡인된 공기 시료(S1~S6)가 누설 감지 유닛(120)에 도달하는 시간은 벤추리 관(114)과 누설 감지 유닛(120) 사이의 이격 거리에 비례한다. 즉, 공기 시료(S1~S6)의 이송 속도가 압축 공기(A1, A2)의 이동 속도와 같이 일정할 수 있고, 이러한 환경에서는 누설 감지 유닛(120)에 감지된 누설 물질의 감지 시간이 지연됨에 따라 벤추리 관(114)과 누설 감지 유닛(120) 사이의 이격 거리도 증가할 수 있다.
아래의 수학식 2에는 압축 공기(A1, A2)의 이동 속도가 일정한 경우, 벤추리 관(114)과 누설 감지 유닛(120) 사이의 이격 거리에 해당하는 누설 위치가 누설 감지 유닛(120)에 누설 물질이 감지된 시간과의 관계를, 즉 신호도달시간과의 관계를 나타낸다. 즉, 누설 감지 유닛(120)에서 누설 물질이 감지되는 시간을 측정하면, 누설 감지 유닛(120)에서 누설 부위까지의 거리를 측정할 수 있기 때문에 누설 위치를 검출할 수 있다. 본 실시예에 따른 누설 위치 감지 방법은 상기의 원리를 바탕으로 누설 위치를 검지하고 있다.
Figure pat00002
도 4에는 누설 감지 모드에서 누설 위치 감지 장치(100)의 작동 상태가 도시되어 있고, 도 6에는 누설 감지 모드에서 누설 감지 유닛(120)에 감지되는 압력의 변화를 압력 신호 그래프로 도시되어 있다. 그리고, 도 7에는 단수개의 벤추리관 유닛(110)에서 누설이 발생될 경우 누설 감지 모드에서 누설 물질의 감시 시간과 감지량의 변화가 그래프로 도시되어 있고, 도 8에는 복수개의 벤추리관 유닛(110)에서 누설이 발생될 경우 누설 감지 모드에서 누설 물질의 감시 시간과 감지량의 변화가 그래프로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 누설 감지 모드에서는, 제1 공기압축기(142)와 제2 공기압축기(144)를 작동시키고, 제1 밸브(134)와 제2 밸브(135)를 개방시키며, 제3 밸브(136)를 폐쇄시킨다. 따라서, 제1 공기압축기(142)의 압축 공기(A1)는 벤추리관 유닛(110)의 벤추리 관(114)을 정방향으로 통과할 수 있고, 벤추리 관(114)은 벤추리 관(114)과 연결된 이송 튜브(116)와 시료 흡입구(112)를 통해서 누설 의심 부위의 공기 시료(S1~S6)를 흡입할 수 있다. 제1 공기압축기(142)의 압축 공기(A1)는 공기 시료(S1~S6)와 함께 제2 이송 배관(132)의 내부로 들어갈 수 있고, 제2 공기압축기(144)의 압축 공기(A2)는 제1 공기압축기(142)의 압축 공기(A1)와 공기 시료(S1~S6)를 제3 이송 배관(133)을 통해 누설 감지 유닛(120)으로 유동시킬 수 있다.
여기서, 누설 감지 유닛(120)은 제2 이송 배관(132)과 제3 이송 배관(133)의 내부 압력을 감지할 수 있다. 이때, 제2 이송 배관(132)과 제3 이송 배관(133)의 내부 압력은 압축 공기(A1, A2)와 공기 시료(S1~S6)의 압력으로써, 도 6의 C 구간에 그 압력의 형상이 도시되어 있다.
도 6의 C 구간을 참조하면, 누설 감지 모드에서 누설 감지 유닛(120)에 감지되는 압력 형상은, 제1 밸브(134)와 제2 밸브(135) 및 제3 밸브(136)가 개폐되는 지점의 일부 영역에서 압력의 크기가 순간적으로 변동되나, 전반적으로는 C 구간 내에서 압력이 일정하게 유지된다. 즉, 누설 감지 모드에서는 누설 감지 유닛(120)에 감지되는 압력 형상이 전반적으로 일정하게 형성되므로, 제2 이송 배관(132)과 제3 이송 배관(133)의 내부 압력이 일정할 수 있고, 공기 시료(S1~S6)의 이송 속도도 일정할 수 있다.
도 7을 참조하면, 누설 감지 모드에서 복수개의 벤추리관 유닛(110)들 중 어느 하나만 누설 물질을 포함한 공기 시료(S1~S6)를 흡입할 경우, 누설 감지 유닛(120)과 벤추리 관(114) 사이의 이격 거리에 비례하여 누설 감지 유닛(120)이 공기 시료(S1~S6)의 누설 물질을 감지하는 시점이 지연될 수 있다. 왜냐하면, 전술한 바와 같이 공기 시료(S1~S6)와 압축 공기(A1, A2)의 이송 속도가 일정하게 유지되기 때문이다.
따라서, 누설 감지 유닛(120)과 가장 근접한 벤추리 관(114)을 통해 흡입된 공기 시료(S1~S6)의 누설 물질은 가장 빠르게 누설 감지 유닛(120)에 감지될 수 있으나, 누설 감지 유닛(120)과 가장 멀리 떨어진 벤추리 관(114)을 통해 흡입된 공기 시료(S1~S6)의 누설 물질은 가장 늦게 누설 감지 유닛(120)에 감지될 수 있다. 즉, 누설 물질의 감지 시간(T1~T6)은 누설 감지 유닛(120)과 벤추리 관(114)의 이격 거리에 비례하여 일정 간격으로 검지된다.
도 7에서는, 각 벤추리관 유닛(110)을 통해 누설 물질이 흡입되는 경우, 벤추리관 유닛(110) 별로 누설 물질의 감지 시간(T1~T6) 및 감지량을 누설 신호로 환산하여 함께 도시하고 있다. 구체적으로 살펴보면, 누설 물질의 감지 시간(T1~T6)은 사다리꼴 형상의 누설 신호 그래프의 시작점에 해당할 수 있으며, 누설 물질의 감지량은 사다리꼴 형상의 누설 신호 그래프의 면적에 해당할 수 있다.
그렇기 때문에, 누설 감지 유닛(120)과 벤추리 관(114)의 이격 거리는 누설 물질의 감지 시간(T1~T6)에 따라 예측될 수 있고, 벤추리관 유닛(110)들 중에서 누설 물질이 포함된 공기 시료(S1~S6)를 흡입한 벤추리관 유닛(110)을 검출할 수 있으며, 그 벤추리관 유닛(110)과 대응하는 누설 위치를 판별할 수 있다. 이러한 과정을 반복적으로 수행하면, 보다 정밀하게 실시간으로 누설 위치를 검지할 수 있게 된다.
도 8을 참조하면, 누설 감지 모드에서 복수개의 벤추리관 유닛(110)이 누설 물질을 포함한 공기 시료(S1~S6)들을 동시에 흡입할 경우, 각각의 누설 물질의 감지 시간(T1~T6)과 감지량에 대한 누설 신호 그래프가 서로 중첩된 형상으로 나타난다.
즉, 도 8에 도시된 첫 번째 누설 신호 그래프는 누설 감지 유닛(120)으로부터 2번째와 4번째로 멀리 떨어진 벤추리 관(114)을 통해 흡입된 공기 시료(S3, S5)에 누설 물질이 포함된 경우이다. 구체적으로 살펴보면, 도 7에 도시된 2번째의 벤추리 관(114) 또는 4번째의 벤추리 관(114)에 누설 물질이 포함된 공기 시료(S3, S5)가 흡입될 경우에 해당하는 각각의 누설 신호 그래프를 서로 중첩한 형상이다.
또한, 도 8에 도시된 두 번째 누설 신호 그래프는 누설 감지 유닛(120)으로부터 2번째와 6번째로 멀리 떨어진 벤추리 관(114)을 통해 흡입된 공기 시료(S1, S5)에 누설 물질이 포함된 경우이다. 구체적으로 살펴보면, 도 7에 도시된 2번째의 벤추리 관(114) 또는 6번째의 벤추리 관(114)에 누설 물질이 포함된 공기 시료(S1, S5)가 흡입될 경우에 해당하는 각각의 누설 신호 그래프를 서로 중첩한 형상이다.
상기와 같이 누설 의심 부위들 중 복수의 부위에서 누설이 동시에 일어났을 경우에는, 누설 신호 그래프의 시간적 위치와 중첩 형상을 측정하여 복수개의 누설 위치를 모두 검지할 수 있다.
도 5에는 누설 물질 제거 모드에서 누설 위치 감지 장치(100)의 작동 상태가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 누설 물질 제거 모드에서는, 제2 공기압축기(144)를 작동시키고, 제2 밸브(135)와 제3 밸브(136)를 개방시키며, 제1 밸브(134)를 폐쇄시킨다. 따라서, 제2 공기압축기(144)의 압축 공기(A2)는 벤추리관 유닛(110)의 벤추리 관(114)을 역방향으로 통과할 수 있고, 벤추리 관(114)을 통과한 압축 공기(A2)는 제1 이송 배관(131)의 내부를 따라 유동한 후 개방된 제3 밸브(136)를 통해 외부로 빠져나갈 수 있다. 즉, 벤추리 관(114)에서 누설 감지 유닛(120)으로 전송되는 공기 시료(S1~S6)는 흡입되지 않는다.
따라서, 벤추리 관(114)과 이송 유닛(130)의 내부에 잔류된 누설 물질도 제2 공기압축기(144)의 압축 공기(A2)와 함께 제3 밸브(136)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 그로 인하여, 이전 단계에서 누설 물질이 포함된 공기 시료를 흡입한 경우, 전 단계에 흡입된 누설 물질의 흔적이 벤추리 관(114)과 이송 유닛(130)의 내부에 잔류되어 다음의 측정시 영향을 주는 문제를 해소할 수 있다.
이때, 제2 이송 배관(132)과 제3 이송 배관(133)의 내부 압력은 압축 공기(A2)의 압력으로써, 누설 감지 유닛(120)에 감지될 수 있으며, 도 6의 D 구간에 그 압력의 형상이 도시되어 있다.
도 6의 D 구간을 참조하면, 누설 물질 제거 모드에서 누설 감지 유닛(120)에 감지되는 압력 형상은, 제2 공기압축기의 압축 공기(A2)의 압력으로 일정하게 유지된다. 즉, 누설 물질 제거 모드에서는 누설 감지 유닛(120)에 감지되는 압력 형상이 누설 감지 모드보다 낮은 압력 크기로 일정하게 유지된다.
상술한 바와 같은 본 실시예에 따른 누설 위치 감지 장치(100) 및 누설 위치 감지 방법은 경수로와 중수로와 같은 다양한 종류의 원자로 시스템에 효과적으로 적용할 수 있고, 뿐만 아니라 정유공장, 가스 제조 공장, 기타 누설이 염려되는 다양한 종류의 화학 공장에도 적용할 수 있다.
특히, 본 실시예가 원자력 발전소에 적용되면, 냉각재로 사용되는 누설 물질이 1차 배관이나 지발 중성자 관 주위 등으로 누설될 경우, 배관 주위에 설치된 벤추리 관을 이용하여 냉각재가 포함된 배관 주위의 공기 시료를 흡입하고, 그 공기 시료를 분석하여 누설 여부 및 누설 위치를 정확히 측정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 누설 위치 감지 장치
110: 벤추리관 유닛
120: 누설 감지 유닛
130: 이송 유닛
140: 공기 공급 유닛
150: 제어 유닛
160: 출력 유닛
A1, A2: 압축 공기
S, S1~S9: 공기 시료

Claims (16)

  1. 배관의 누설이 의심되는 누설 의심 부위의 공기 시료를 흡입하도록 상기 누설 의심 부위에 배치된 벤추리관 유닛;
    상기 벤추리관 유닛으로 흡입된 공기 시료에 함유된 누설 물질을 감지하여 상기 배관의 누설 여부를 검출하는 누설 감지 유닛;
    상기 벤추리관 유닛과 상기 누설 감지 유닛에 연결되고, 상기 벤추리관 유닛과 상기 누설 감지 유닛의 사이에 상기 공기 시료의 이송 경로를 형성하는 이송 유닛;
    상기 이송 유닛의 일측에 구비되고, 상기 이송 유닛의 내부에 압축 공기를 제공하여 상기 공기 시료의 이송력과 흡입력을 발생시키는 공기 공급 유닛; 및
    상기 이송 유닛과 상기 누설 감지 유닛 및 상기 공기 공급 유닛의 작동을 제어하도록 상기 이송 유닛과 상기 누설 감지 유닛 및 상기 공기 공급 유닛에 연결된 제어 유닛;
    를 포함하는 누설 위치 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛과 연결되어 상기 제어 유닛의 분석 결과를 출력하는 출력 유닛;을 더 포함하는 누설 위치 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 벤추리관 유닛은,
    상기 누설 의심 부위의 공기 시료를 흡입하기 위하여 상기 누설 의심 부위에 배치된 시료 흡입구;
    중간에서 양단으로 갈수록 단면이 증가되는 관 형상으로 형성되고, 상기 공기 공급 유닛의 압축 공기에 의해서 상기 공기 시료의 흡입력을 생성하도록 상기 이송 유닛에 연통되게 구비된 벤추리 관; 및
    상기 벤추리 관의 중간 부분 및 상기 시료 흡입구에 양단부가 연통되게 연결된 이송 튜브;
    를 구비한 누설 위치 감지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 벤추리 관은 상기 이송 유닛에 단수개가 구비되고,
    상기 시료 흡입구는 복수개의 누설 의심 부위 중 어느 한 부위에 선택적으로 배치될 수 있도록 상기 배관을 따라 이동 가능하게 형성된 누설 위치 감지 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 벤추리 관은 상기 이송 유닛에 복수개가 일정 간격으로 서로 이격되게 구비되고,
    상기 시료 흡입구는 복수개의 누설 의심 부위에 각각 배치되며,
    상기 제어 유닛은 상기 누설 감지 유닛에서 검출된 데이터를 분석하여 상기 벤추리 관들 중에서 누설 물질이 흡입된 벤추리 관을 검출하는 누설 위치 감지 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 이송 유닛은,
    상기 벤추리 관의 일단과 연통되게 연결되고, 상기 공기 공급 유닛에 일단부가 연결된 제1 이송 배관;
    상기 벤추리 관의 타단과 연통되게 연결되고, 상기 공기 공급 유닛에 일단부가 연결된 제2 이송 배관; 및
    상기 제2 이송 배관의 타단부와 상기 누설 감지 유닛에 양단부가 연결된 제3 이송 배관;
    을 구비한 누설 위치 감지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 공기 공급 유닛은,
    상기 제1 이송 배관의 일단부에 연결되고, 상기 제1 이송 배관의 내부로 압축 공기를 공급하는 제1 공기압축기; 및
    상기 제2 이송 배관의 일단부에 연결되고, 상기 제2 이송 배관의 내부로 압축 공기를 공급하는 제2 공기압축기;
    를 구비한 누설 위치 감지 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 이송 유닛은,
    상기 제1 이송 배관의 내부에 공급되는 압축 공기를 단속하도록 상기 제1 이송 배관의 일단부에 구비된 제1 밸브;
    상기 제2 이송 배관의 내부에 공급되는 압축 공기를 단속하도록 상기 제2 이송 배관의 일단부에 구비된 제2 밸브; 및
    상기 제1 이송 배관의 타단부에 구비된 제3 밸브;
    를 더 구비한 누설 위치 감지 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 벤추리 관과 상기 제2 이송 배관의 내부에 잔류된 누설 물질을 제거하는 누설 물질 제거 모드를 수행하며,
    상기 누설 물질 제거 모드에서는, 상기 제1 밸브가 폐쇄되고, 상기 제2 밸브와 상기 제3 밸브가 개방되며, 상기 공기 공급 유닛이 작동되는 것을 특징으로 하는 누설 위치 감지 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 누설 의심 부위의 공기 시료를 상기 누설 감지 유닛으로 이송하는 누설 감지 모드를 수행하며,
    상기 누설 감지 모드에서는, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브가 개방되고, 상기 제3 밸브가 폐쇄되며, 상기 공기 공급 유닛이 작동되는 것을 특징으로 하는 누설 위치 감지 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 벤추리 관은 상기 제1 이송 배관과 상기 제2 이송 배관을 따라 복수개가 서로 이격되게 배치되며,
    상기 누설 감지 모드에서는, 상기 벤추리 관들과 상기 누설 감지 유닛의 이격 거리에 따라 상기 공기 시료가 상기 누설 감지 유닛에 이송되는 시간이 비례하도록 상기 공기 공급 유닛의 공급량을 조절하고, 상기 누설 감지 유닛에 의해 누설 물질이 검출된 시간에 따라 상기 벤추리 관들 중에서 누설 물질을 흡입한 벤추리 관을 검출하는 것을 특징으로 하는 누설 위치 감지 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 밸브는 상기 이송 유닛의 내부를 통과하는 공기 시료의 이송 속도를 일정하게 유지하도록 일정 시간 간격으로 개폐 동작이 반복되는 것을 특징으로 하는 누설 위치 감지 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 누설 감지 유닛은 상기 공기 시료에 포함된 누설 물질을 감지하고,
    상기 제어 유닛은 상기 누설 감지 유닛에서 검출된 누설 물질의 감지 시간 및 누설 물질의 감지량에 따라 상기 벤추리 관들 중에서 누설 물질을 흡입한 벤추리 관을 검출하는 누설 위치 감지 장치.
  14. 배관의 누설 의심 부위들에 배치된 벤추리 관에 압축 공기를 제공하여 상기 벤추리 관이 상기 누설 의심 부위들의 공기 시료를 흡입하는 단계;
    상기 벤추리 관과 누설 감지 유닛에 연결된 이송 유닛에 압축 공기를 제공하여 상기 벤추리 관을 통해 흡입된 공기 시료들을 상기 누설 감지 유닛으로 일정 시간 간격으로 이송하는 단계;
    상기 누설 감지 유닛이 상기 공기 시료들을 차례로 감지하는 단계;
    상기 누설 감지 유닛의 검출 데이터를 제어 유닛이 분석하여 상기 누설 의심 부위들 중 누설이 발생된 부위를 판별하는 단계; 및
    상기 누설 감지 유닛의 검출 데이터 및 상기 제어 유닛의 분석 데이터를 외부로 출력하는 단계;
    를 포함하는 누설 위치 감지 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이송 유닛에 제공된 압축 공기가 상기 벤추리 관을 역방향으로 통과한 후 외부로 배출되도록 상기 이송 유닛의 이송 경로를 변경하여 상기 벤추리 관과 상기 이송 유닛에 잔류된 누설 물질을 외부로 배출하는 단계;
    를 더 포함하는 누설 위치 감지 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 공기 시료들을 상기 누설 감지 유닛으로 이송하는 단계에서는 압축 공기를 일정 시간 간격으로 단속적으로 제공하여 상기 공기 시료들의 이송 속도를 일정하게 유지하고,
    상기 누설 감지 유닛이 상기 공기 시료들을 차례로 감지하는 단계에서는 상기 공기 시료들에 함유된 누설 물질의 감지 시간 및 감지량을 차례로 감지하며,
    상기 누설 의심 부위들 중 누설이 발생된 부위를 판별하는 단계에서는 상기 누설 물질의 감지 시간 및 감지량을 이용하여 누설 물질의 누설 위치를 검출하는 누설 위치 감지 방법.
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