KR20180083439A - 호흡 가스를 제공하기 위해 핵 환경에서 사용 가능한 시스템 - Google Patents
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Abstract
핵 환경에서 사용 가능한 시스템은 전개 시스템과 유체 연통하는 액화 호흡성 가스의 저장조를 제공한다. 전개 시스템은 배터리 뱅크에 저장되는 전력을 생성하기 위해 기계적으로 연결되는 전기 발전기를 가동시키는 가스 터빈을 작동시키기 위해 저장조로부터의 호흡성 가스 스트림을 사용한다. 호흡성 가스의 스트림은 이후에 터빈으로부터 유동하며, 주 제어실의 내부 구역과 열교환 관계로 위치되는 열교환기와 제어실에 호흡성 가스를 제공하는 출구 사이에 분배된다. 열교환기를 통해서 유동하는 스트림의 부분은 주 제어실을 냉각시킨다. 주 제어실에 호흡성 가스를 제공하는 스트림의 다른 부분은 또한 제어실 내의 분위기를 재순환시킨다.
Description
본 발명은 일반적으로 핵 환경에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 비상 시에 또는 다른 상황에서 주 제어실과 같은 위치의 내부 구역에 호흡성 가스를 제공하여 냉각시키기 위해 핵 환경에서 사용 가능한 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 해석되듯이, 원자력 발전소 및 기타 핵 환경은 특정 목적을 위해 핵분열 또는 핵융합을 사용한다. 이러한 핵 환경에 존재하는 잠재적 위험으로 인해, 수많은 제어 시스템 및 보호 시스템이 실행된다. 예를 들어 원자력 발전소에서, 핵 환경은 통상적으로 원자로와 지원 설비 및 시스템을 제어하는 주 제어실을 포함한다. 이러한 핵 환경은 일반적으로 그 의도된 목적을 위해서는 효과적이지만, 제한 없이는 그렇지 않다.
예를 들어, 핵 환경의 주 제어실에는 통상적으로 핵 환경의 제어 시스템 및 보호 시스템과 같은 다양한 시스템의 작동을 책임지는 사람이 자리잡고 있다. 냉매 손실 또는 기타 비상 사태와 같은 비상 시에는, 주 제어실에 종종 전력 공급이 끊어질 수 있다. 이것이 바람직하지 않은 이유는 상기 전력 공급이 제어 시스템 및 보호 시스템을 가동시키는 전력을 제공하고 주 제어실 내의 환경을 제어하는데 필요한 공조 시스템에도 전력을 공급하기 때문이다. 백업 디젤 발전기가 설계 기준 초과 사고(BDBA: beyond design basis accident)에 사용하기 위해 제안되었지만, 이러한 디젤 발전기 기반의 해결책은 보통 시간과 사람을 둘 다 요구한다. 메인 디젤 발전기가 이용 불가능하게 될 수 있는 보기 드문 상황에서는, 주 제어실이 급격히 가열될 수 있고 그 호흡 가능한 공기의 질이 급격히 악화될 수 있다. 배터리도 사용되지만 이것은 일반적으로 안전-관련 설비를 작동시키도록 준비된 것이다. 이러한 공기 질의 악화는 산소의 고갈, 이산화탄소 레벨의 증가, 및 대기중 방사성 입자의 진입을 포함할 수 있으며, 이들 모두는 바람직하지 않다.
백업 배터리가 이용 불가능한 상황에서 사용하기 위해 디젤 발전기가 제안되었지만, 이러한 백업 배터리 시스템은 당연히 보통 24시간의 제한된 용량을 가지며, 이는 사람이 안전-관련 작업을 모두 수행하기에 불충분할 수 있다. 비상 시에 완료되어야 하는 다양한 비상 작동 절차 및 기타 절차가 백업 배터리의 작동 능력(대략 22시간)이 종료될 때까지 아직 수행되지 않으면, 자동 감압 시스템(ADS)은 격납용기를 침수(flood)시키기 시작할 것이다. 이러한 침수는 이후에 요구될 상당한 청소 때문에 바람직하지 않다. 따라서 개선이 바람직할 것이다.
핵 환경에서 사용 가능한 개선된 시스템은 전개 시스템과 유체 연통하는 액화 호흡성 가스의 저장조를 제공한다. 전개 시스템은 배터리 뱅크에 저장되는 전력을 생성하기 위해 기계적으로 연결되는 전기 발전기를 가동시키는 가스 터빈을 작동시키기 위해 저장조로부터의 호흡성 가스 스트림을 사용한다. 호흡성 가스의 스트림은 이후에 터빈으로부터 유동하며, 주 제어실의 내부 구역과 열교환 관계로 위치되는 열교환기와 제어실에 호흡성 가스를 제공하는 출구 사이에 분배된다. 열교환기를 통해서 유동하는 스트림의 부분은 주 제어실을 냉각시킨다. 주 제어실에 호흡성 가스를 제공하는 스트림의 다른 부분은 또한 제어실 내의 분위기를 재순환시킨다.
따라서, 본 발명의 하나의 양태는 산소를 포함하는 호흡성 가스를 주 제어실에 제공하는 것에 추가적으로 전기를 생성하거나 및/또는 주 제어실을 냉각시키기 위해 사용되는 액화 호흡성 가스의 저장조를 채용하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 양태는 핵 환경을 제어하는 제어 장치에 지속적인 전기 공급원을 제공하는 개선된 시스템을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 일 양태는 핵 환경의 내부 구역과 관련하여 사용되도록 구성되는 개선된 시스템으로서, 내부 구역이 적어도 부분적으로 밀폐되는 시스템을 제공하는 것이다. 상기 시스템은 일반적으로, 호흡성 가스가 내부에 저장되는 저장조로서, 호흡성 가스의 저장 조건이 저장조 외부에서의 주위 온도보다 낮은 온도와, 저장조 외부에서의 주위 압력보다 높은 압력 중 적어도 하나이며, 저장조는 명령에 응답하여 호흡성 가스의 스트림을 출력하도록 구성된 저장조, 상기 저장조와 연결되고 사전결정된 상황에서 상기 저장조에 명령을 제공하도록 구성된 제어 장치, 및 상기 스트림을 수용하도록 구성된 전개 시스템을 구비하는 것으로 기술될 수 있다. 전개 시스템은 일반적으로, 저장조와 유체 연통하고 내부 구역과 열교환 관계로 위치되는 다수의 유동 채널을 구비하는 것으로 일반적으로 기술될 수 있는 열교환기로서, 상기 다수의 유동 채널은 스트림의 적어도 일부를 수용하고 스트림의 적어도 일부에 내부 구역 내로부터의 열을 전달하도록 구성되는, 열교환기, 및 기계적으로 함께 연결되는 터빈과 발전기를 구비하는 것으로 일반적으로 기술될 수 있는 발전 장치로서, 상기 터빈은 저장조와 유체 연통하고 스트림의 적어도 일부를 수용하도록 구성되며 스트림의 적어도 일부로부터 발전기가 전력을 발생시키게 하도록 작동 가능한, 발전 장치 중 적어도 하나를 구비하는 것으로 기술될 수 있다.
본 발명의 추가 이해는 첨부 도면과 함께 숙독될 때 하기 설명으로부터 얻어질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 개선된 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 시스템의 제어기의 개략도이다.
유사한 참조 부호는 명세서 전반에 걸쳐서 유사한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 개선된 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 시스템의 제어기의 개략도이다.
유사한 참조 부호는 명세서 전반에 걸쳐서 유사한 부분을 나타낸다.
본 발명에 따른 개선된 시스템(4)은 도 1에서 원자력 발전소 또는 기타 핵 환경과 같은 핵 환경(8)에서 사용 가능한 것으로 개략적으로 도시되어 있다. 핵 환경(8)은 적어도 부분적으로 밀폐되는 내부 구역을 갖는 주 제어실(12)을 구비한다. 도 1에 명백히 도시되어 있지는 않지만, 주 제어실(12)은 대기중 방사성 입자의 진입을 방지하기 위해 주 제어실(12)이 약간 가압될 수 있게 하는, 즉 주 제어실(12)의 외부에 존재하는 주위 압력을 약간 초과하는 압력으로 유지될 수 있게 하는 필터 및 일방향 압력 밸브를 구비하는 것으로 이해된다.
핵 환경(8)은 다양한 제어 시스템 및 안전 시스템과 그에 상응하는 설비를 구비하는 제어 장치(16)를 구비한다. 제어 장치(16)는 전체적으로 핵 환경(8) 전반에 걸쳐서 분포되지만, 주 제어실(12) 내에 적어도 부분적으로 배치되고 제어 장치(16)의 다양한 시스템을 제어하도록 작동 가능한 제어기(20)를 구비한다. 제어 장치(16)는 주 제어실(12)과는 별개이고 예를 들어 주 제어실(12)의 방식으로 적어도 부분적으로 밀폐되는 내부 구역을 갖는 보조 실(28) 내에 배치되는 원격 제어기(24)를 더 구비한다. 제어 장치(16)는 도 1에서 설비 실(40) 내에 위치하는 것으로 도시된 예시적 배터리 뱅크(32) 및 예시적 설비 세트(36)를 더 구비한다. 설비 실(40)은 내부 구역을 가지며, 도시된 예시적 실시예에서는 적어도 부분적으로 밀폐된다. 도 1은 배터리 뱅크(32)의 적어도 일부 및/또는 설비 세트(36)의 설비의 적어도 일부가 설비 실(40) 내에 배치된다는 사실을 나타내도록 의도되는 것으로 이해되며, 다른 제어 설비는 핵 환경 내의 다른 곳에 배치될 가능성이 있다는 것도 이해된다.
본 발명의 시스템(4)은 액체 공기 또는 액화 상태의 호흡성 가스 제제의 저장조(48)를 구비하는 저장 탱크 장치(44)를 구비하는 것으로 말할 수 있다. 이와 관련하여, 공기의 다양한 성분 각각이 다양한 온도 및 압력에서 그 고유한 액체 상태에 도달하기 때문에 공기가 액화된 결과로서 "액체 공기" 자체는 존재하지 않는 것으로 이해된다. 따라서, 표현 "액체 공기" 및 그 변형어는 광범위하게, 액체 형태이고, 사람에 의해 그 기체 형태로 공기로서 호흡될 수 있는 기체의 혼합물을 지칭해야 한다. 따라서 저장조(48) 내에는 19-23.5% 액화 산소 가스의 형태이고 나머지는 액화 질소 가스인 액체 공기가 저장된다.
도시된 예시적 실시예에서, 저장조(48)는 도면 부호 52A, 52B, 52C로 표시되는 세 개의 액체 공기 저장 탱크를 구비하며, 액체 공기 저장 탱크는 본 명세서에서 개별적으로 또는 집합적으로 도면 부호 52로 지칭될 수 있음에 유의해야 한다. 액체 공기 저장 탱크(52)는 벽 사이에 절연체를 갖는 이중-벽 저장 탱크이며, 핵 환경(8) 내의 어딘가에, 아마도 임의의 건물의 외부에 위치하고 여러 요소에 노출될 가능성이 있다. 액체 공기 저장 탱크(52)는 그 안에 호흡성 가스를 액체 형태로 저장하는데 이것은 저장 용도인 동시에 아마도 비상 사태 또는 다른 이러한 사태와 같은 사전결정된 사태 중에 공급하기 위한 것이다. 액체 공기 저장 탱크(52)는 그 안에 호흡성 가스를 대략 -250℉(-156.6℃)의 온도 및 150-200 psig(1.136-1.480 Mpa)의 압력에서 액화 상태로 보유한다. 이것은 그 안에 압축 공기를 상온에서 및 아마도 4,000 psi(27.58 Mpa)에서 저장할 수 있는 종래의 압축 공기 저장 탱크와 대조적이다. 따라서 액체 공기 저장 탱크(52)는 그 안에 호흡성 가스를 액체 공기 저장 탱크(52)의 외부에서의 주위 온도보다 낮은 온도에서 및 액체 공기 저장 탱크(52)의 외부에서의 주위 압력보다 높은 압력에서 액체 형태로 저장한다.
액체 공기 저장 탱크(52)는 그 자체가 냉각되지 않으며 호흡성 가스를 차갑게 유지하기 위해 절연에 의존하기 때문에, 그 내부의 액화 내용물의 특정 부분은 기체화되며 따라서 배출되어야 한다. 이 결과 내용물의 일부 손실이 초래되는 바, 하루에 내용물의 0.4% 정도가 손실될 수 있다. 기체화되어 배출된 이 호흡성 가스는 가끔 교체되어야 한다. 또한, 배출된 가스는 통상적으로 대략 95% 질소 가스이기 때문에, 액체 공기 저장 탱크(52) 내부에서의 액화 산소 가스와 액화 질소 가스 사이의 균형은 시간에 따라 변할 수 있다.
따라서, 저장 탱크 장치(44)는 충전 라인(56)에 의해 보급 트럭(60)과 연결될 수 있는 충전 탱크(52D)를 더 구비하고, 보급 트럭(60)은 충전 탱크(52D)에 액화 산소 가스 및 액화 질소 가스의 특정 제제를 제공하며, 이는 액체 공기 저장 탱크(52)에 공급될 때 액화 산소 및 액화 질소의 상대 농도가 산소 농도가 전술한 19-23.5%의 산소 범위에 놓이게 만들 것이다.
관련 기술에서 이해되듯이, 보급 트럭(60)은 통상적으로 그 내용물을 신속하게 배출할 수 있으며, 따라서 저장 탱크 장치(44)는 보급 트럭(60)의 내용물을 신속하게 수용하고 그 안에 보급 액화 가스를 일시적으로 저장하기 위해 충전 탱크(52D)를 제공하도록 구성된다. 충전 탱크(52D)의 내용물은 이후 충전 펌프(64)를 통해서 제공되며, 충전 펌프(64)는 충전 탱크(52D)의 내용물을 액체 공기 저장 탱크(52)에 연통시킨다. 충전 탱크(52D)는 특정 압력에서만 또는 제어기(20)로부터 그렇게 하라는 지령을 수신할 때만 가스를 방출하는 감압 밸브 또는 기타 이러한 밸브의 형태인 충전 벤트(vent) 밸브(72)를 구비한다.
이와 관련하여, 충전 벤트 밸브(72)는 충전 벤트 밸브(72)가 제어기(20)와 무선 통신하고 있다는 사실을 나타내도록 의도된 안테나(80)를 구비하며, 제어기도 마찬가지로 안테나(80)를 구비하는 것을 알 수 있다. 시스템(4) 및 핵 환경(8)의 수많은 다른 부품이 마찬가지로 제어기(20)와의 무선 통신을 제공하는 안테나(80)를 마찬가지로 구비하는 것도 알 수 있다. 이러한 안테나(80)는 제어기(20)와 다양한 다른 부품 사이의 무선 통신 및 제어를 나타내지만, 제어기(20)와의 이러한 통신 및 제어는 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 한도 내에서 유선 통신 또는 다른 통신 매체를 통해서 이루어질 수 있음을 알아야 한다.
액체 공기 저장 탱크(52)는 마찬가지로 기체 상태가 된 액체 공기 저장 탱크(52)의 내용물을 배기로(대기로가 아님) 배출하는 저장 벤트 밸브(68)를 구비한다. 가스의 이러한 방출은 특정 압력에서만 이루어질 수 있거나, 저장 벤트 밸브(68)가 제어기(20)로부터 그렇게 하라는 지령을 수신할 때 이루어질 수 있다.
액체 공기 저장 탱크(52A, 52B, 52C) 및 충전 탱크(52) 각각은 도면 부호 76A, 76B, 76C, 76D로 표시된 산소 지시계를 포함하며, 산소 지시계(76)는 본 명세서에서 개별적으로 또는 집합적으로 도면부호 76으로 지칭될 수도 있음을 알아야 한다. 산소 지시계(76)는 충전 탱크(52D) 및 트럭(60)에 의해 주기적으로 보급되는 액체 공기 저장 탱크(52)의 내용물이 전술한 19-23.5% 산소 범위 내의 산소 함량을 갖도록 보장하기 위해 액체 공기 저장 탱크(52) 및 충전 탱크(52D)에 저장되는 액화 가스의 산소 함량을 나타내는 원격측정 데이터를 제어기(20)에 통신하기 위해 제공된다.
본 발명의 시스템(4)은, 저장조(48)와 유체 연통하며 액체 공기 저장 탱크(52)로부터의 호흡성 가스 스트림을 주 제어실(12) 또는 핵 환경(8) 내의 다른 곳으로 전개하도록 구성되는 전개 시스템(84)을 유리하게 구비한다. 전개 시스템(84)은, 호흡성 가스 스트림이 저장조(48)로부터 압축 및 액화된 상태로 제공되고 이어서 전개 시스템(84)에 의해 주 제어실(12) 및 핵 환경(8) 내의 다른 곳으로 전달될 때 호흡성 가스의 스트림으로부터 이용 가능한 기계적 에너지를 이용하여 전기를 발생시키도록 구성되고 저장조(48)와 유체 연통하는 발전 장치(88)를 유리하게 구비한다. 발생된 전기는 배터리 뱅크(32)를 재충전하고 설비 세트(36)를 작동시키는데 사용될 수 있다 이와 관련하여, 배터리 뱅크(32)는 예를 들어 주 제어실(12)에 전력을 공급하는 AC 전력 공급원에 의해 항상 완전 충전 상태로 유지되는 것으로 이해된다. 발전 장치(88)가 스트림에 의해 작동되는 비상 사태 또는 다른 상황에서, 발생된 전력은 배터리 뱅크(32)를 재충전하고 설비 세트(36)에 전력을 공급하는데 사용된다.
전개 시스템(84)은 저장조(48)로부터 호흡성 가스 스트림의 일부를 수용할 수 있고 주 제어실(12), 보다 구체적으로 주 제어실(12) 내부의 분위기와 열전달 관계에 위치되는 열교환기(92)를 더 구비한다. 열교환기(92)는 주 제어실(12) 내의 분위기로부터 열교환기(92)를 통해서 흐르는 스트림의 부분으로 열을 전달함으로써 주 제어실(12)에 냉각을 제공하도록 작동할 수 있다.
전개 시스템(84)은 주 제어실(12)의 내부에 위치하는 사람에게 호흡성 공기를 보급하기 위해 호흡성 가스 스트림의 일부를 주 제어실(12)의 내부에 전달하는 전달 시스템(96)을 더 구비한다. 전달 시스템(96)은 또한 주 제어실(12) 내의 분위기를 재순환시키고 여과시킨다.
또한, 전개 시스템(84)은, 상호 간에 유체 연통하고 저장조(48)와 유체 연통하는 파이프, 밸브 및 기타 유체 통로를 구비하는 다수의 유동 요소를 구비한다고 말할 수 있는 연결 시스템(10)을 구비한다. 본 명세서에서 사용될 때, 표현 "다수의" 및 그 변형어는 광범위하게, 1의 양을 포함하여 임의의 비-제로 양을 지칭해야 한다.
보다 구체적으로, 연결 시스템(100)은 도면 부호 106A, 106B, 106C로 전체적으로 표시되고 액체 공기 저장 탱크(52A, 52B, 52C)와 각각 연결되는 공급 밸브 세트, 및 주위 증발기(102)를 구비한다고 말할 수 있다. 공급 밸브는 본 명세서에서 개별적으로 또는 집합적으로 도면 부호 106으로 지칭될 수 있음을 알아야 한다. 공급 밸브(106)는 도시된 예시적 실시예에서 설비실(40)의 내부에 위치하는 주위 증발기(102)에 호흡성 가스의 스트림을 제공한다. 연결 시스템(100)은 공급 밸브(106)와 주위 증발기(102) 사이에 제공되는 극저온 공급 펌프(110)로서, 주위 증발기(102)에 제공되는 호흡성 가스 스트림의 압력을 증가시키도록 전기적으로 작동 가능한 극저온 공급 펌프(110)를 더 구비한다.
연결 시스템(100)은 병렬 레그(114) 및 체크 밸브(118)를 더 구비하며, 이것들은 추가로 공급 펌프(110)를 구비하는 연결 시스템(100)의 레그와 병렬하여 유체 연통한다. 병렬 레그(114)는 공급 펌프(110)가 고장나는 경우에 또한 액체 공기 저장 탱크(52)의 내용물의 압력이 공급 펌프가 불필요할 만큼 이미 충분히 높은 압력에 있는 경우에 호흡성 가스의 스트림을 주위 증발기(102)에 직접 공급하기 위해 제공된다. 체크 밸브(118)는 공급 펌프(110)로부터의 출력물이 병렬 레그(114)로 역류하는 것을 방지하기 위해 제공된다. 연결 시스템(100)은 공급 펌프(110)와 주위 증발기(102) 사이에 제공되고 공급 펌프(110)로부터 주위 증발기(102)로의 호흡성 가스 스트림의 유동에 대해 추가적인 레벨의 제어를 제공하기 위해 채용되는 제어 밸브(122)를 더 구비한다.
주위 증발기(102)는 도시된 예시적 실시예에서 설비 실(40)인 그 인접한 환경의 분위기에서의 공기로부터 열을 수용하는 열교환기이다. 주위 증발기(102)는 저장조로부터 그것에 입력되는 주로 액체상의 내용물을 주로 기체상의 출력물로 변환하기 위해 수용된 열을 사용하며, 출력물은 발전 장치(88) 및/또는 열교환기(92) 및/또는 전달 시스템(96)에 연통된다. 주위 증발기(102)는 그 인접한 환경 내의 열에 의존하기 때문에, 주위 증발기(102)의 바로 근처의 분위기에서의 열이 스트림을 증발시키기에 충분한 열을 포함하도록 위치되는 것이 바람직하다. 또한 주위 증발기(102)의 치수 및 주위 증발기로의 스트림 유량은 스트림이 주위 증발기(102) 입구에서의 주로 액체 상태로부터 주위 증발기(102) 출구에서의 완전히 또는 주로 기체 상태로 변환될 수 있게 하도록 설정되는 것이 바람직하다. 주위 증발기(102) 로의 입력이 완전히 액체가 아닐 수 있고 주위 증발기(102)로부터의 출력물이 완전히 기체가 아닐 수 있음이 이해되지만, 그럼에도 불구하고 주위 증발기(102)는 스트림이 주위 증발기(102)에 진입하는 시점부터 스트림이 주위 증발기를 빠져나가는 시점까지 스트림의 액체 함량을 감소시키고 스트림의 기체 함량을 증가시킬 것이 이해된다.
주위 증발기(102)의 하류 단부에서, 호흡성 가스 스트림은 주위 증발기(102)로의 입구에서보다 높은 압력이 될 것이다. 필요할 경우 스트림의 일부를 대기로 배출하기 위해 증발기 릴리프 밸브(126)가 제공된다.
발전 장치(88)는 주위 증발기(102)의 하류에 위치하며 저장조(48)와 유체 연통한다. 발전 장치(88)는 주위 증발기(102)로부터 호흡성 가스 스트림의 적어도 일부를 수용할 수 있고 스트림의 적어도 일부의 압력 및 모멘텀으로 작동하여 그로부터 전기를 발생시킬 수 있는 가스 터빈(130)을 구비한다. 보다 구체적으로, 발전 장치(88)는 전기 발전기(134) 및 전기 발전기(134)를 터빈(130)의 작동 샤프트와 기계적으로 연결하는 샤프트(138)를 더 구비한다. 터빈(130)의 운동은 샤프트(138)를 회전시키고 이어서 전기 발전기(134)를 작동시켜 배터리 뱅크(32)를 충전하기 위해 사용되는 전력을 발생시킨다. 일반적으로, 전기 발전기(134)에 의해 발생되는 전력은 적어도 부분적으로 설비 세트(36)를 충전 및 작동시키도록 의도되고, 이러한 전력은 배터리 뱅크(32)를 충전함으로써 저장되는 것을 알아야 한다. 설비 세트(36) 및 배터리 뱅크(32)는 상당한 양의 열을 발생시킬 수 있고, 따라서 주위 증발기(102)는 설비 실(40) 내의 분위기와 열교환 관계로 설비 실(40)에 제공되며 따라서 배터리 뱅크(32) 및 설비 세트(36)에 의해 발생되는 열은 주위 증발기(102) 내의 호흡성 가스의 스트림을 가열하여 증발시키기 위해 사용되는 것이 이해된다. 마찬가지로, 주위 증발기(102)는 배터리 뱅크(32) 및 설비 세트(36)에 냉각을 제공하여 그 고장을 방지한다.
연결 시스템(100)은 터빈(130)과 주위 증발기(102) 사이에 위치하는 바이패스 밸브(146)를 구비하는 바이패스 레그(142)를 더 구비한다. 바이패스 레그(142)는 바이패스 밸브(146)와 유체 연통하는 바이패스 유동 요소(150)를 더 구비하며, 이후 바이패스 밸브(146)는 또한 공급 분할기 밸브(154)와 유체 연통 관계로 연결된다. 주어진 상황의 요구에 따라서, 공급 분할기 밸브(154)는 제어기(20)로부터 수신된 지령에 응답하여 호흡성 가스의 스트림을 특정 환경에서 터빈(130)과 바이패스 유동 요소(150) 사이에 분배하도록 작동할 수 있다. 예를 들어, 발전 장치(88)로 전기를 발생시키는 것보다 추가 유동이 더 중요하다면 열교환기(92) 및/또는 전달 시스템(96)에 상대적으로 더 많은 스트림 유동을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 이것은 예로서 배터리 뱅크(32)가 이미 완전히 충전되어 있는 비상 사태의 초기 상태 중에 이루어질 수 있다.
공급 분할기 밸브(154)는 터빈(130)과 연통하고 터빈(130)의 하류에 위치하며 따라서 터빈(130)으로부터 및 바이패스 레그(142)로부터 호흡성 가스 스트림의 거의 전체를 수용하는 것을 알 수 있다. 즉, 공급 분할기 밸브(154)는 방출되거나 누설되거나 아니면 손실될 수도 있는 부분을 제외하고 호흡성 가스 스트림의 전체를 수용한다.
따라서 공급 분할기 밸브(154)는 터빈(130)으로부터 및/또는 바이패스 레그(142)로부터 호흡성 가스의 스트림을 수용한다고 말할 수 있으며, 공급 분할기 밸브(154)는 이어서 수용된 호흡성 가스 스트림을 열교환기(92)와 전달 시스템(96) 사이에 분배한다. 이와 관련하여, 공급 분할기 밸브(154)는 제어기(20)와 무선 통신하고 제어기(20)로부터 지령을 수신하며, 이 지령은 공급 분할기 밸브(154)가 제어기(20)로부터 수신된 지령에 응답하여 호흡성 가스의 스트림을 열교환기(92)와 전달 시스템(96) 사이에서 비례 배분, 즉 분할하게 한다. 스트림의 적어도 일부는 일반적으로 항상 전달 시스템(96)에 제공될 것이며, 전달 시스템(96)은 전달 레그(158), 전달 제어 밸브(166), 및 호흡성 가스 스트림의 적어도 일부를 출력물로서 제공하는 출구를 갖는 이덕터(eductor)(170)를 구비한다. 관련 기술 분야에서 일반적으로 이해되듯이, 이덕터(170)와 같은 이덕터는 도시된 예시적 실시예에서 주 제어실(12) 내부의 분위기의 적어도 일부를 이덕터(170) 내로 흡인하는 재순환 입구(174)인 유체 입구를 통해서 추가 유동을 수용한다. 따라서, 이덕터(170)를 통한 스트림의 적어도 일부의 유동은 또한, 주 제어실(12) 내부 분위기의 적어도 일부를 재순환 입구(174)를 통해서 흡인하여 주 제어실(12) 내부 분위기의 적어도 일부를 재순환시키는 한편으로 새로운 호흡성 가스를 주 제어실(12)에 제공한다. 이덕터(170)로부터의 출력물은 주 제어실(12)의 내부에 있던 재순환된 공기(그 안에 대기중 방사성 입자가 들어있을 수 있음)를 포함하기 때문에, 전달 시스템(96)은 필터 장치(178)를 더 구비한다. 이덕터(170)의 출력물은 필터 장치(178)에 제공되며, 필터 장치는 수용되는 출력물로부터 대기중 방사성 입자를 여과시킨다. 전달 시스템(96)은 필터 장치(178)로부터의 출력물을 수용하고 이를 주 제어실(12)의 내부에 제공하여 재순환된 호흡성 공기를 제공하는 한 쌍의 호흡성 가스 출구(182A, 182B)를 더 구비한다.
전술한 바와 같이, 비상 사태와 같은 특정 상황에서는 주 제어실(12) 내의 주위 압력이 주 제어실(12) 외부의 주위 압력보다 큰 것이 바람직하다. 이것은 방사성 오염물의 진입을 유리하게 억제한다. 일반적으로, 비상 사태와 같은 사전결정된 사태 중에, 주 제어실(12) 내의 사람은 보통 주 제어실(12) 내의 대기중 방사성 입자 및 기타 오염물의 양을 판정하기 위해 주기적인 점검 및 기타 평가를 수행해야 한다. 전달 레그(158)를 통한 공기 공급이 주 제어실(12) 내에 일정한 상승 압력을 유지할 수 있는 충분한 유량이면, 사람이 이러한 주기적인 점검을 수행해야 할 필요성이 감소될 수 있다. 따라서, 주 유량 제어실(12) 내에 존재하는 주위 온도의 관점에서 이러한 유량이 적당하다면, 공급 분할기 밸브(154)는 이러한 유량을 유지하도록 제어기(20)에 의해 작동될 수 있다.
보다 구체적으로, 전달 레그(158)에 제공되지 않는 스트림 부분은 대신에 열교환기(92)에 전달된다. 보다 구체적으로, 열교환기(92)는 열교환기 레그(162), 열교환기 벤트 밸브(186) 및 다수의 유동 채널(190)을 구비한다. 열교환기(92)로 유동하는 스트림의 부분은 먼저 열교환기 레그(162)를 통해서 유동하고 이후 열교환기 벤트 밸브(186)로 유동한다. 열교환기 벤트 밸브(186)는 필요할 경우 열교환기 레그(162)에 있는 유동의 일부를 특정 적용분야의 요구에 따라서 대기로 배출할 수 있다.
열교환기 벤트 밸브(186)는 스트림의 일체의 비배출된(non-vented) 부분을 열교환기 레그(162)로부터 유동 채널(190)로 연통시킨다. 유동 채널(190)은 저장조(48)와 유체 연통하며, 주 제어실(12), 보다 구체적으로 주 제어실(12)의 내부 구역 내의 분위기와 열교환 관계로 위치된다. 유동 채널(190)에 공급되는 스트림 부분은 거의 확실하게 주 제어실(12) 내부의 분위기보다 낮은 온도에 있으며, 따라서 유동 채널(190)은 주 제어실(12)의 내부에 유리하게 냉각을 제공하기 위해서 주 제어실(12)의 분위기로부터 유동 채널(190)을 통해서 유동하는 스트림 부분으로 열을 전달하도록 구성된다. 이와 관련하여, 열교환기(92)는 주 제어실(12)의 콘크리트에 부착될 수 있고, 콘크리트로부터 유동 채널(190) 내로 전도를 통해서 열을 수용할 수 있거나 아니면 주 제어실(12) 내의 분위기로부터 대류식으로 열을 수용하여 그 안에 냉각을 제공할 수 있다.
스트림은 유동 채널(190)을 통해서 유동한 후에 출구 분할기 밸브(194)에서 수용되며, 출구 분할기 밸브(194)는 저장조(48)와 유체 연통하고 제어실 레그(198) 및 보조 레그(202)와 연결된다. 제어기(20)로부터 출구 분할기 밸브(194)에서 수용되는 지령에 응답하여, 출구 분할기 밸브(194)는 호흡성 공기를 제어실 레그(198)를 거쳐서 주 제어실(12)로 및/또는 보조 레그(202)를 거쳐서 보조실(28)로 출력 및 제공하기 위해 열교환기(92)로부터의 스트림 부분을 비례 배분하거나 분할하도록 작동할 수 있다. 열교환기(192)를 통해서 흐르는 스트림의 부분은 순수한 가스이기 때문에, 즉 대기중 방사성 입자에 의해 오염될 수 있는 분위기로부터의 재순환된 성분을 포함하지 않기 때문에, 제어실 레그(198) 및 보조 레그(202)는 주 제어실(12) 및/또는 보조실(28)에 각각 전달되기 전에 여과될 필요가 없다. 제어기(20)로부터 출구 분할기 밸브(194)에 의해 수신되는 지령에 따라서, 열교환기(92)로부터의 스트림의 부분은 상황의 요구에 따라서 필요에 따라 주 제어실(12) 또는 보조실(28)에 제공될 수 있다.
제어기(20)는 도 2에 보다 상세하게 도시되어 있다. 제어기(20)는 프로세서(209) 및 저장 장치(213)를 구비하는 프로세서 장치(205)를 구비한다. 프로세서(209)는 마이크로프로세서 등을 제한 없이 포함하는 광범위한 프로세서 중 임의의 것일 수 있다. 저장 장치(213)는 비일시성 매체로서 작동하고 RAM, ROM, EPROM, FLASH 등 중의 임의의 하나 이상을 제한 없이 포함할 수 있는 광범위한 저장 장치 중 임의의 것일 수 있다. 저장 장치(213)는 프로세서(209)에서 실행될 때 제어기(20)가 핵 환경(8) 및/또는 시스템(4)의 다양한 부분에 통신될 수 있는 지령을 발생시키기 위해 제어 작동 등과 같은 다양한 작동을 수행하게 하는 지령 형태의 다수의 루틴(217)을 그 안에 저장하고 있다.
제어기(20)는 프로세서 장치(205)에 입력 신호를 제공하는 입력 장치(221)를 더 구비한다. 또한, 제어기(20)는 프로세서 장치(205)로부터 출력 신호를 수신하는 출력 장치(225)를 구비한다. 예로서, 입력 장치(221)는 주 제어실(12) 내의 사람이 인터페이스 접속하여 제어기(20)에 입력을 제공하는 푸시버튼 및 사용자 인터페이스와 같은 입력 부품을 구비할 수 있다. 입력 장치(221)는 각종 산소 지시계(76)와 각종 밸브 및 연결 시스템(100)의 다양한 다른 부품으로부터 원격측정을 제공하는 안테나(80)로 대표되는 무선 송수신기의 입력 부품을 더 구비할 수 있다.
마찬가지로, 출력 장치(225)는 안테나(80)로 대표되고 프로세서 장치(205)로부터 출력 신호를 수신하여 이를 예를 들어 바이패스 밸브(146), 공급 분할기 밸브(154) 및 출구 분할기 밸브(194)와 같은 다양한 밸브에 통신하는 무선 송수신기의 출력 부품을 구비할 수 있다. 출력 장치(225)는 주 제어실(12) 내의 사람에 의해 인지될 수 있는 정보를 제공하는 시각적 출력물 및 기타 출력물을 더 구비할 수 있다. 다른 입출력 장치가 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
따라서 유익한 시스템(4)은 촉발될 때 액체 공기 저장 탱크(52) 및 그 안에 저장되는 액체 공기의 기계적 퍼텐셜 및 냉각 퍼텐셜을 이용하여, 전기를 발생시키고 냉각 및 호흡성 가스를 핵 환경(8)의 적어도 주 제어실(12)에 제공하는 것이 유리하다. 상기 시스템(4)은 다양한 방식 중 임의의 방식으로 촉발될 수 있는 바, 예를 들면 주 제어실(12) 내의 대기중 방사성 입자의 존재를 검출하는 제어기(20)에 의해서 또는 주 제어실(12)로의 AC 전력 공급의 손실을 검출하는 제어기(20)에 의해서, 또는 수동으로 작동됨으로써 촉발될 수 있다.
저장된 액체 공기의 기계적 퍼텐셜은, 기체 상태로 증발되고 전력 발전을 위해 터빈(130)에 제공되는 호흡성 가스의 스트림 내에 존재한다. 전력은 배터리 뱅크(32)를 재충전하고 설비 세트(36)를 작동시키는데 사용되며, 그로 인해 발생되는 열은 주위 증발기(102)를 가열하고 주위 증발기를 통해서 유동하는 호흡성 가스의 스트림을 증발시키는데 사용된다. 호흡성 가스의 스트림은 전기 발생을 위해 발전 장치(88)에 제공될 수 있거나, 필요할 경우 스트림은 바이패스 레그(142)를 통해서 유동함으로써 터빈(130)을 전체적으로 또는 부분적으로 우회할 수 있다. 호흡성 가스 스트림의 냉각 퍼텐셜은 열교환기(92)를 통해서 유동함으로써 주 제어실(12)에 냉각을 제공하는데 사용되며, 호흡성 가스 스트림의 일부는 일반적으로 가스 출구로서 작용하는 이덕터(170)를 통해서 주 제어실(12)의 내부에 호흡성 가스로서 공급된다.
발전 장치(88), 열교환기(92) 및 전달 시스템(96)에 제공되는 스트림의 다양한 부분은 제어기(20)로부터 수신되는 지령에 기초하여 제어 가능하다. 이와 관련하여, 가장 중요다고 여겨질 수 있는 스트림 부분은 주 제어실(12)에 대한 호흡성 가스의 제공을 위해 전달 레그(158)에 제공되는 것이다. 이러한 유동은 전술했듯이 가장 중요하며, 또한 호흡성 가스 스트림의 최소 부분을 나타낸다. 열교환 레그(162)를 통해서 열교환기(92)로 유동하는 스트림의 부분은 적당히 중요하다고 말할 수 있으며 스트림의 내용물의 적절한 비율을 소비한다. 발전 장치(88)로의 유동은 일반적으로 시스템(4)에서 가장 덜 중요하지만, 호흡성 가스 스트림의 상대적으로 가장 큰 비율을 소비하는 것을 알 수 있다. 따라서, 제어기(20) 및 루틴(217)은 저장조(48)에 저장된 액체 공기에 의해 제공될 수 있는 핵 환경(8)에 대해 최대 값을 달성하기 위해 제어기(20)가 연결 시스템(100)을 통한 다양한 유동을 제어할 수 있도록 안테나(80)에 의해 제공되는 다양한 원격측정에 크게 의존한다. 통상의 기술자에게는 다른 변형예 및 장점이 명백할 것이다.
본 발명의 특정 실시예가 상세히 설명되었지만, 통상의 기술자는 본 발명의 전체적인 사상의 관점에서 이들 세부 사항에 대한 다양한 수정 및 대안이 개발될 수 있음을 알 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시예는 단지 예시적인 것이며, 첨부된 청구범위 및 그 임의의 및 일체의 등가물의 전체 범위에 부여되는 본 발명의 범위를 제한하지 않는 것으로 의미된다.
Claims (15)
- 핵 환경(8)의 내부 구역(12)과 관련하여 사용되도록 구성된 시스템(4)으로서, 상기 내부 구역이 적어도 부분적으로 밀폐되는, 상기 시스템(4)에 있어서,
호흡성 가스가 내부에 저장되는 저장조(48)로서, 상기 호흡성 가스의 저장 조건이 저장조 외부에서의 주위 온도보다 낮은 온도와, 저장조 외부에서의 주위 압력보다 높은 압력 중 적어도 하나이며, 상기 저장조는 명령에 응답하여 호흡성 가스의 스트림을 출력하도록 구성된, 상기 저장조(48);
상기 저장조와 연결되고 사전결정된 상황에서 상기 저장조에 명령을 제공하도록 구성된 제어 장치(16); 및
상기 스트림을 수용하도록 구성되는 전개 시스템(84)을 포함하며,
상기 전개 시스템은,
상기 저장조와 유체 연통하고 상기 내부 구역과 열교환 관계로 위치되는 다수의 유동 채널(190)을 포함하는 열교환기(92)로서, 상기 다수의 유동 채널은 스트림의 적어도 일부를 수용하고 상기 스트림의 적어도 일부에 상기 내부 구역 내로부터의 열을 전달하도록 구성되는, 상기 열교환기(92), 및
기계적으로 함께 연결되는 터빈(130)과 발전기(134)를 포함하는 발전 장치(88)로서, 상기 터빈은 상기 저장조와 유체 연통하고 상기 스트림의 적어도 일부를 수용하도록 구성되며 상기 스트림의 적어도 일부로부터 발전기가 전력을 발생시키게 하도록 작동 가능한, 상기 발전 장치(88) 중 적어도 하나를 포함하는
시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 전개 시스템은 상기 열교환기를 포함하고, 상기 내부 구역과 유체 연통하는 출구(182A, 182B)를 갖는 전달 시스템(96)을 더 포함하며, 상기 출구는 상기 저장조와 유체 연통하고 상기 스트림의 적어도 일부를 상기 내부 구역에 전달하여 호흡성 가스를 상기 내부 구역에 제공하도록 구성되며, 상기 전개 시스템은 상기 저장조와 유체 연통하고 상기 제어 장치로부터 수신되는 다수의 지령에 응답하여 작동하도록 구성되는 밸브(154)를 더 포함하며, 상기 밸브는 상기 스트림을 수용하고 다수의 지령에 응답하여 상기 스트림을 출구와 열교환기 사이에 분배하도록 구성되는
시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 전개 시스템은 발전 장치를 더 포함하며, 상기 밸브는 상기 터빈과 유체 연통하고 상기 터빈의 하류에 위치되는
시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 제어 장치는 핵 환경의 다른 내부 구역(28) 내에 적어도 부분적으로 위치되는 원격 제어기(24)를 포함하고, 상기 다른 내부 구역은 적어도 부분적으로 밀폐되며, 상기 열교환기는 상기 스트림의 적어도 일부를 상기 다른 내부 구역 내로 출력하여 호흡성 가스를 상기 다른 내부 구역에 제공하도록 구성되는
시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 전개 시스템은 발전 장치를 포함하고, 상기 내부 구역과 유체 연통하는 출구(182A, 182B)를 갖는 전달 시스템(96)을 더 포함하며, 상기 출구는 터빈과 유체 연통하고 터빈의 하류에 위치하며, 상기 출구는 상기 스트림의 적어도 일부를 상기 내부 구역에 전달하여 호흡성 가스를 상기 내부 구역에 제공하도록 구성되는
시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 전개 시스템은 바이패스 레그(142)를 더 포함하고, 상기 바이패스 레그는 밸브(146) 및 유동 요소(150)를 포함하며, 상기 밸브는 터빈과 유체 연통하고 터빈과 저장조 사이에 위치되며, 상기 유동 요소는 밸브와 출구 사이에서 유체 연통하고, 상기 밸브는 상기 제어 장치로부터 수신되는 다수의 지령에 응답하여 작동하여, 상기 스트림을 다수의 지령에 응답하여 유동 요소와 발전 장치 사이에 분배하도록 구성되는
시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 전개 시스템은 열교환기를 더 포함하며, 상기 전개 시스템은 상기 터빈 및 유동 요소와 유체 연통하는 다른 밸브(154)를 더 포함하며, 상기 다른 밸브는 상기 터빈의 하류에 위치하고 상기 제어 장치로부터 수신되는 다수의 다른 지령에 응답하여 작동하도록 구성되며, 상기 다른 밸브는 터빈과 유동 요소로부터 상기 스트림을 수용하고, 상기 스트림을 다수의 다른 지령에 응답하여 출구와 열교환기 사이에 분배하도록 구성되는
시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 장치는 배터리 뱅크(32)를 포함하고, 전력의 적어도 일부가 상기 배터리 뱅크에 공급되어 상기 배터리 뱅크의 적어도 일부를 충전하는
시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 배터리 뱅크는 핵 환경의 다른 내부 구역(40) 내에 적어도 부분적으로 배치되고, 상기 다른 내부 구역은 적어도 부분적으로 밀폐되며, 상기 전개 시스템은 상기 다른 내부 구역 내부의 분위기와 열교환 관계로 있는 주위 증발기(102)를 더 포함하고, 상기 주위 증발기는 제 1 조건에서 스트림을 저장조로부터의 입력으로서 수용하도록 구성되며, 제 2 조건에서 스트림을 출력으로서 제공하도록 추가로 구성되고, 상기 제 2 조건에서의 스트림은 제 1 조건에 비해서 상대적으로 적은 액체 함량과 상대적으로 많은 기체 함량을 갖는
시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 전개 시스템은 상기 저장조와 유체 연통하고 상기 주위 증발기를 통해서 상기 터빈에 제공되는 스트림의 압력을 증가시키도록 구성되는 펌프(110)를 더 포함하는
시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 장치는 설비 세트(36)를 포함하고, 상기 설비 세트의 적어도 일부를 작동시키기 위해 전력의 적어도 일부가 발생되는
시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 설비 세트는 핵 환경의 다른 내부 구역(40) 내에 적어도 부분적으로 배치되고, 상기 다른 내부 구역은 적어도 부분적으로 밀폐되며, 상기 전개 시스템은 상기 다른 내부 구역 내부의 분위기와 열교환 관계로 있는 주위 증발기(102)를 더 포함하고, 상기 주위 증발기는 제 1 조건에서 스트림을 저장조로부터의 입력으로서 수용하도록 구성되며, 제 2 조건에서 스트림을 출력으로서 제공하도록 추가로 구성되고, 상기 제 2 조건에서의 스트림은 제 1 조건에 비해서 상대적으로 적은 액체 함량과 상대적으로 많은 기체 함량을 갖는
시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 전개 시스템은 상기 저장조와 유체 연통하고 상기 주위 증발기에 제공되는 스트림의 압력을 증가시키도록 구성되는 펌프(110)를 더 포함하는
시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 전개 시스템은 상기 내부 구역과 유체 연통하는 출구(182A, 182B)를 갖는 전달 시스템(96)을 더 포함하며, 상기 출구는 상기 저장조와 유체 연통하고 상기 스트림의 적어도 일부를 출력으로서 상기 내부 구역에 전달하여 호흡성 가스를 상기 내부 구역에 제공하도록 구성되는
시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 출구는 상기 내부 구역 내에 위치하는 분위기의 적어도 일부를 출력의 적어도 일부로서 제공함으로써, 상기 내부 구역 내의 분위기를 재순환시키도록 구성되는 이덕터이며, 상기 전개 시스템은 상기 출력을 수용하고, 상기 출력을 상기 내부 구역으로 방출하기 전에, 상기 출력으로부터 오염물을 여과시키도록 구성되는 필터 장치를 더 포함하는
시스템.
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