KR20150045032A - 가연성 기체 연소 제어기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가압경수로 원전의 가연성 기체 연소 제어기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가압경수로 원전에서 가연성 기체를 발생하는 배관 후단 혹은 여과 배기 계통 후단에 설치되어 수소, 일산화탄소 등의 가연성 기체를 수증기, 이산화탄소 등으로 변환하여 안정적으로 방출하며, 외부의 전원 없이 스스로 작동되는 원자력발전소에 설치되는 가연성 기체 연소 제어기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가연성 기체 연소 제어기는 하단에 가연성 기체가 유입되는 가연성 기체 유입구(100), 상기 가연성 기체 유입구(100)의 상부에 위치하는 소염망(200), 상기 소염망(200)의 상부에 설치되며 공기가 유입되는 공기 유입구(120) 및 상기 공기 유입구(120)의 상부에 설치되는 하니콤 구조의 재결합기(300)를 포함하여 형성되며, 가연성 기체 유입구(100)가 원자력 발전소 굴뚝(700)에 설치되어, 가연성 기체 유입구(100)로 유입된 가연성 기체와 공기 유입구(120)로 유입된 공기가 재결합기(300)에서 반응하여 수증기, 이산화 탄소로 변화하여 배출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가연성 기체 연소 제어기는 굴뚝에 설치되어 가연성 기체의 재결합 반응을 통해 수소 폭발 가능성이 없는 안정적인 연소제어를 수행하고, 유독성 가스인 일산화탄소 배출을 방지하며, 소염망을 통하여 화염의 역류를 방지하도록 하는 장점을 가진다.
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본 발명에 따른 가연성 기체 연소 제어기는 굴뚝에 설치되어 가연성 기체의 재결합 반응을 통해 수소 폭발 가능성이 없는 안정적인 연소제어를 수행하고, 유독성 가스인 일산화탄소 배출을 방지하며, 소염망을 통하여 화염의 역류를 방지하도록 하는 장점을 가진다.
Description
본 발명은 가압경수로 원전의 가연성 기체 연소 제어기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 격납용기 외부의 여과 배기 계통 후단 또는 외부 굴뚝내에 설치되어 수소, 일산화탄소 등의 가연성 기체를 수증기, 이산화탄소 등으로 변환하여 안정적으로 외부로 방출하며, 동시에 외부 전원 없이 스스로 작동되는 가연성 기체 연소 제어기에 관한 것이다.
원자력 발전소에 설치되고 있는 격납용기 여과배기 계통은 수소, 일산화탄소, 비응축성 가스를 공기 중으로 방출하는 기능을 수행하고 있으나, 수소 및 가연성 기체가 공기 중으로 급격히 방출되면 수소 연소가 발생하게 되며, 특히 이 때 외부로부터 공기가 유입되면 연소 화염이 여과배기 설비 방향으로 역화될 수 있다. 따라서 화염이 발생되면 배기탑 혹은 배기 굴뚝의 파손은 물론 역화 발생시 경우에 따라 설비 자체가 심각하게 훼손되는 기술적인 문제점이 있으며, 특히 일산화탄소가 불완전 연소되어 대기 중에 직접 방출되면 인체에 유해할 수 있다.
한편, 격납용기 내부에는 수소 제거를 위한 피동형 장치가 이미 적용되고 있는 바, 상기한 피동형 장치는 자동촉매 재결합기(Passive Autocatalytic Recombiner, PAR) 시스템으로 원자력발전소 격납용기의 규모에 따라 20~40대 정도의 장치를 설치하여 수소 촉매 연소를 기반으로 격납용기 내부의 수소를 제거한다.
이와 같은 종래의 자동촉매 재결합기는 대한민국 등록실용신안 20-0464123호에 예시된 바와 같은 피동형 자동촉매 재결합기로서, 하단에 수소가스를 포함한 공기가 유입되는 유입구가 형성되고, 상단의 3면에 유입된 공기가 배출되는 배출구가 형성되며, 배출구로의 공기흐름을 유도하기 위하여 상기 3면에서 다른 1면측으로 경사진 가이드플레이트가 장착되는 커버체; 유입된 수소가스와 반응하여 수소를 제거하도록 커버체의 하단에 장착되는 허니컴 타입의 촉매체; 촉매체가 안착되고, 촉매체를 커버체의 하단에 착탈 가능하게 장착하는 촉매체 하우징 조립체;를 포함하고, 커버체의 상단에는 상부로부터 낙하하는 액체가 배출구를 통해 커버체 내부로 유입되는 것을 방지하도록 배출구가 형성된 3면 상에 설치되는 루프 플레이트가 구비되어 이루어진다.
그러나 상기한 자동 촉매 결합기가 격납용기 내부에 설치된 경우에도 여과 배기 설비를 통해 격납용기 내로 배기가 이루어지면 격납용기 내부의 수소, 일산화탄소 등 가연성 기체가 완전히 산화되지 않은 채로 여과 배기 설비를 통해 외부 대기 중으로 방출되게 된다. 따라서 종래기술에 언급된 피동형 자동 촉매 재결합기가 비록 격납용기 내에 설치되어 있다 하더라도 불가피하게 외부로 배출되는 수소 또는 일산화탄소와 같은 가연성 기체를 제거시키기 위해서는 추가의 설비가 필요한 상태이다. 그러나 상기한 대한민국 등록실용신안 20-0464123호의 자동촉매 재결합기는 격납용기 외부의 여과 배기 설비 후단 또는 외부 굴뚝에 설치할 수 없는 구조이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 격납용기 외부 여과 배기 설비의 후단 혹은 기타 배기 설비의 후단에 설치하여 공기와 가연성 기체와의 재결합 반응을 통해 수소 폭발 가능성이 없는 안정적인 가연성 기체와의 재결합 반응을 통해 수소 폭발 가능성이 없는 안정적인 연소제어를 수행하고, 유독성의 일산화탄소 배출을 방지하며, 소염망을 통하여 화염의 역류를 방지하도록 하는 가연성 기체 연소 제어기를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한 일 설비는 일반 산업체 설비의 가연성 기체 방출 배관에 사용될 수도 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 경수로 원전의 여과 배기 설비 후단의 배기 굴뚝에 설치되는 가연성기체 연소 제어기는 하단에 가연성기체가 유입되는 가연성 기체 유입구, 상기 가연성 기체 유입구의 상부에 위치하는 소염망, 상기 소염망의 상부에 설치되며 공기가 유입되는 공기 유입구, 상기 공기 유입구의 상부에 설치되는 하니콤 구조의 재결합기를 포함하여 형성되며, 가연성 기체 유입구가 굴뚝에 설치되어, 가연성 기체 유입구로 유입된 가연성 기체와 공기 유입구로 유입된 공기가 재결합기에서 반응하여 수증기, 이산화 탄소로 변화하여 배출되는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 가연성기체 연소 제어기는 격납용기 외부의 여과 배기 설비의 배기관 혹은 배기 굴뚝에 설치되어 가연성 기체의 재결합 반응을 통해 수소 폭발 가능성이 없는 안정적인 연소제어를 수행하고, 유독성 가스인 일산화탄소 배출을 방지하고, 소염망을 통하여 화염의 역류를 방지하도록 하는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 가연성 기체 연소 제어기의 실시예 도면,
도 2는 도 1의 경수로 가연성 기체 연소 제어기의 구성 단면도,
도 3a는 도 2에서의 제1 실시예의 소염망을 도시한 도면,
도 3b는 도 2에서의 제2 실시예의 소염망을 도시한 도면
도 4a는 도 2에서의 제1 실시예의 재결합기를 도시한 사시도,
도 4b는 도 2에서의 제2 실시예의 재결합기를 도시한 사시도
도 5는 본 발명에 따른 가연성 기체 연소 제어기의 팬 설치 상태도
도 6은 도 5의 A-A 단면도이다.
도 2는 도 1의 경수로 가연성 기체 연소 제어기의 구성 단면도,
도 3a는 도 2에서의 제1 실시예의 소염망을 도시한 도면,
도 3b는 도 2에서의 제2 실시예의 소염망을 도시한 도면
도 4a는 도 2에서의 제1 실시예의 재결합기를 도시한 사시도,
도 4b는 도 2에서의 제2 실시예의 재결합기를 도시한 사시도
도 5는 본 발명에 따른 가연성 기체 연소 제어기의 팬 설치 상태도
도 6은 도 5의 A-A 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가연성기체 연소 제어기를 첨부한 도면을 참조하여 설명하되, 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가연성 기체 연소 제어기의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 격납용기(500)의 외부에는 격납용기(500) 내의 압력이 일정 압력 이상이 되면 자동적으로 개방되는 격납용기 압력제어 밸브(510)가 설치되어, 격납용기(500) 내의 압력을 일정하게 유지시켜 준다.
격납용기(500) 내의 수소 농도에 관계없이 격납용기(500) 내의 압력이 일정 수치 이상이 되면 격납용기 압력제어 밸브(510)가 자동적으로 개방되기 때문에, 격납용기(500) 내에 존재하는 가연성 기체와 방사성 물질은 공기와 함께 격납용기 압력제어 밸브(510)로 배출되어 여과배기 설비(600)로 유입된다. 이 때 상기 여과배기 설비(600)는 유입된 공기 중에 포함된 방사성 증기, 핵분열 생성물(Fission product)을 제거하는 역할을 수행하므로, 유입된 공기에 포함된 방사성 증기, 핵분열 생성물이 제거되면 여과배기 설비(600)로부터 배출되는 기체에는 수소와 일산화탄소의 농도가 상대적으로 높은 상태가 된다. 따라서 여과배기 설비(600)에서 배출되는 기체에 포함된 수소 및 일산화탄소 등의 가연성 기체는 외부로 배출되지 않도록 반드시 제거되어야 하므로 여과배기 설비(600)에서 여과된 기체가 배출되는 원자력발전소 굴뚝(700)의 내부에는 자동 촉매 재결합기가 설치되어야 한다.
도 2는 도 1에서의 가연성 기체 연소 제어기의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 가연성 기체 연소 제어기는 하단에 가연성 기체가 유입되는 가연성 기체 유입구(100)가 형성되도록 하부가 개방된 구조임과 동시에 측벽부에 외부 공기를 유입하기 위한 외부 공기 유입구(120)가 구비된 지지 프레임(800), 상기 가연성 기체 유입구(100)의 상부에 위치하며 상기 지지 프레임(800) 일측에 결합되어 고정되는 소염망(200), 상기 소염망(200) 상부에 위치하며 상기 지지 프레임(800) 일측에 결합 고정되는 하니콤 구조의 재결합기(300)로 구성된다.
이에 따라 여과배기 설비(600)의 출구로부터 배출되는 가연성 기체는 상기 상기 가연성 기체 유입구(100)을 통하여 원자력발전소 굴뚝(700) 내부로 유입되며, 이 때 외부 공기 유입구(120)는 내부에서 외부로 방출되는 것보다 외부에서 내부로 유입되는 것이 용이하도록 하는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 가연성 기체 유입구(100)로 유입된 가연성 기체는 소염망(200)을 통과하여 하니콤 구조의 재결합기(300)에 도달하며, 소염망(200)은 화염의 역류를 방지하여 안정적인 재결합 반응이 이루어질 수 있도록 하기 위해 설치된다. 즉 화염이 소염망(200)을 지나 전파되는 과정에서 소염망(200)과의 열전달로 화염의 온도가 감소하여 결과적으로 화염의 강도가 약화되며, 화학적 측면에서는 소염망(200)이 연쇄 분지 반응을 촉진시키는 활성 라디칼을 안정된 화학종으로 변화시킴으로 인해 화학 반응 속도를 늦추고 화염강도를 약화시킨다.
따라서 열전달 정도와 라디칼 종결 반응의 정도가 어느 이상 심화되는 경우, 화염이 소염되기도 하며 이러한 화염 강도 약화 및 소염 현상을 이용하여 수소 연소를 제어할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에서의 소염망의 실시예를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 화염의 전파를 방지하기 위한 소염망(200)은 미세의 금속망 구조로서 스텐인레스 스틸 망 구조가 사용될 수 있으며, 소염망(200)의 격자의 크기와 구조는 가연성 기체의 종류에 따라 달라진다.
소염망(200)을 통과한 가연성 기체는 공기 유입구(120)로 유입된 공기와 함께 재결합기(300)로 유입되어 가연성 기체와 공기에 포함된 산소가 반응하게 된다. 이 때 상기 도면에 도시된 바와 같이 소염망의 형상은 재결합기의 형상에 따라 얼마든지 변형이 가능하다.
도 4a 및 도 4b는 도 2의 재결합기를 실시예에 따라 도시한 사시도이다.
도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 재결합기(300)는 하니콤 구조의 표면에 촉매가 코팅되어 있는 구조이며 수소 및 일산화 탄소를 재결합할 수 있는 촉매에 대해서는 백금 혹은 팔라듐과 이산화 티타늄 혹은 알루미나의 혼합물이 사용될 수 있다.
수소가스와 반응하여 수소를 제거할 수만 있다면 촉매의 재료는 특별한 한정이 없다. 예를 들면, 알루미나를 코팅한 후 백금을 코팅하여 촉매로 사용될 수도 있다. 상기한 도 4a 및 4b에 도시한 재결합기(300)는 굴뚝(700) 내부에 를 다단으로 설치되어 모든 가연성 기체가 완전히 산화된 후에 외부로 방출될 수 있도록 구성될 수도 있다. 이 때 굴뚝 내부에 원형 또는 사각형상 등 필요에 따라 굴뚝 내부에 고정시킬 수 있는 구성이면 그 형상은 다양한 형태를 취할 수 있다.
한편, 수소, 일산화탄소의 농도가 높을 경우에 재결합기(300)의 상부에서 연소가 발생할 수도 있다. 이와 같은 경우 화염이 역류될 수도 있는데 이를 방지하기 위해 재결합기(300) 하부에 소염망(200)이 설치되는 것은 앞서 설명한 바와 같다.
소염망(200)을 통과한 가연성 기체는 공기 유입구(120)로 유입된 공기와 함께 재결합기(300)로 유입되어 가연성 기체와 공기에 포함된 산소가 반응하여 수증기, 이산화탄소, 비응축성 가스 등으로 변환되는데, 이와 같은 반응은 통상 발열 반응이기 때문에 기체가 가열되므로, 가연성 기체 연소 제어기가 중력 방향으로 설치될 경우 부력에 의해 스스로 방출될 수 있는 특징을 가진다. 즉, 대부분의 기체가 부력에 의해 가연성 기체 연소 제어기의 상부로 배출되며 유입구를 통해 외부 대기로 방출되는 유량은 거의 무시할 수 있다. 또한 가연성 기체는 재결합시 발생되는 열로 인하여 부력이 발생되어 상기 가연성 기체는 재결합기(300)의 상부로 이동 배출되므로, 가연성 기체 연소 제어기는 별도의 동력이 필요 없는 피동설비로서 구동이 가능하다.
이와 같이 가연성 기체와 공기의 재결합에 의하여 가연성 기체가 수증기, 이산화탄소, 비응축성 가스 등으로 변환되므로 수소 폭발 가능성이 없는 안전한 연소제어를 수행할 수 있게 된다. 또한, 유독성의 일산화탄소 배출을 방지하고, 소염망(200)을 통하여 화염의 역류를 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 원전 가연성 기체 연소 제어기의 다른 실시예로 별도의 팬이 설치된 상태를 나타내는 도면이며, 도 6은 상기 도 5의 A-A 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 가연성 기체 연소 제어기를 굴뚝(700)내 중공 형태(annular type) 로 형성 배치 후 해당 중공 중심부 상부 일측에 팬(400)을 설치하여 외부(대기) 공기가 상기 중공 중심부 하부로 강제 유입되도록 구성하면 상기 중공 중심부는 외부 공기 유입통로(410)의 역할을 수행하게 되며 이 때 유입된 공기는 팬 공기 유입구(420)를 통과하여 가연성 기체 유입구(100)로 유입된 가연성 기체를 원자력발전소 굴뚝(700)의 출구를 통하여 원활하게 배출시킬 수 있다. 이와 같은 경우 재결합기(300)와 소염망(200)은 도 6에 도시된 바와 같이 외부 공기 유입통로(410) 주위를 따라 형성되는 환형(環形) 형상으로 구성되며, 이 때 소염망(200)은 재결합기 (300)의 상부 또는 하부에 선택적으로 설치될 수도 있다. 다만, 본 실시예의 경우 중공 형태로 구성되는 가연성 기제 연소 제어기의 경우 중공부 하부는 막혀 있는 구조로 형성되어 가연성 기체가 외부 공기 유입통로(410)로 유입되어 일부라도 대기로 직접 방출되는 것을 사전에 차단할 수 있는 구조가 바람직할 것이다.
한편 도 6은 재결합기(300)가 원형의 형태이되 중공 형태인 또 다른 실시예에 대한 도 5의 A-A 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이 지지 프레임(800)은 중공 형태(annular type)로 형성되어 있으며, 중공 중심부 상부에는 팬(400)이 구비되어 있음과 동시에 지지프레임(800) 내부에는 중공이 형성된 재결합기(300)가 구성되어 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 가연성 기체 연소 제어기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다 할 것이다.
100 : 가연성 기체 유입구 120 : 공기 유입구
200 : 소염망 300 : 재결합기
400 : 팬 410 : 외부 공기 유입통로
420 : 팬 공기 유입구 500 : 격납용기
510 : 격납용기 압력제어 밸브 600 : 여과배기 설비
700 : 원자력발전소 굴뚝 800 : 지지 프레임
200 : 소염망 300 : 재결합기
400 : 팬 410 : 외부 공기 유입통로
420 : 팬 공기 유입구 500 : 격납용기
510 : 격납용기 압력제어 밸브 600 : 여과배기 설비
700 : 원자력발전소 굴뚝 800 : 지지 프레임
Claims (5)
- 하단에 가연성 기체 유입구(100)가 형성되고 측면부에 공기 유입구(120)가 구비된 지지 프레임(800);
상기 가연성 기체 유입구(100)의 상부에 위치하며 상기 지지 프레임(800)에 고정되는 소염망(200); 및
상기 소염망(200) 상부에 위치하며 상기 지지 프레임(800)에 고정 설치되는 적어도 하나 이상의 하니콤 구조의 재결합기(300);를 포함하여 구성되어 원자력발전소 격납용기(500) 외부 굴뚝(700)에 설치되는 것을 특징으로 하는 가연성 기체 연소 제어기.
- 제 1항에 있어서,
상기 재결합기(300)는 하니콤 구조의 표면에 촉매가 코팅되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 가연성 기체 연소 제어기.
- 제 2항에 있어서,
상기 촉매는 백금 혹은 팔라듐과 이산화 티타늄 혹은 알루미나의 혼합물인 것을 특징으로 하는 가연성 기체 연소 제어기.
- 제 1항에 있어서,
상기 재결합기(300)는 다단으로 설치되는 것을 특징으로 하는 가연성 기체 연소 제어기.
- 제 1항에 있어서,
상기 지지 프레임(800)은 중공 형태(annular type)로 형성되며 중공 중심부 상부 일측에 팬(400)이 구비되어 외부 공기가 상기 중공 중심부 하부로 강제 유입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가연성 기체 연소 제어기.
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