KR20220056157A - 자가세정 가능한 액체 세정시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명품은 원자력 분야, 또는 자가세정 기능이 있는 필터링 장치 분야에 속하며, 주로 원자력 발전소(NPP)의 배수조 탱크 필터와 경제 분야에서 사용되는 모든 잠수함 필터에 사용하기 위한 것이다.
자가세정 가능한 액체 세정시스템은 필터요소가 포함된 필터부 및 통풍기를 포함하며, 통풍기는 흡입 장치의 형태로 제조되며, 액체와 기체의 경계에서 세정된 액체의 공급원에 위치하고 흡입 장치에 유입될 때 가스-흡입 혼합물을 형성할 수 있는 가능성을 가지고 제조하며, 통풍기는 수직 다운파이프에 의해 가스-흡입 혼합물의 펄스 공급 가능성이 있는 유압식 잠금 장치를 통해 필터부에 연결된 축적 챔버에 연결되며, 필터부에는 필터요소 및 깨끗한 액체 배수 파이프가 포함되어 있는 것에 의해 달성된다. 통풍기는 시스템 작동 시 액체수위 이하에 위치하고 가스수위에는 구멍이 뚫려 있는 수직파이프 형태로 제조한다. 유압식 잠금 장치는 하부에 서로 연결된 2개의 수직 파이프 형태로 제조하며, 첫 번째 수직 파이프는 상부에 축적 챔버에 연결하고, 두 번째 수직 파이프는 가스-액체 혼합 분배 장치에 연결한다 필터요소는 필터부의 상부에 배치하고, 필터요소 아래에는 유압식 잠금 장치에 연결된 구멍이 있는 가스-액체 혼합물 분배 블록을 배치하고, 가스-액체 혼합물 분배 블록 아래에는 깨끗한 액체를 위한 출구 파이프를 배치한다.
원자력 발전소의 비상 냉각 시스템은 비상노심냉각계통의 배수조 탱크의 필터요소를 세정하기 위해 원자력 발전소에 적용될 수 있으며, 모든 활동 분야에 사용되는 잠수식 펌핑 시스템에도 적용될 수 있다.
자가세정 가능한 액체 세정시스템은 필터요소가 포함된 필터부 및 통풍기를 포함하며, 통풍기는 흡입 장치의 형태로 제조되며, 액체와 기체의 경계에서 세정된 액체의 공급원에 위치하고 흡입 장치에 유입될 때 가스-흡입 혼합물을 형성할 수 있는 가능성을 가지고 제조하며, 통풍기는 수직 다운파이프에 의해 가스-흡입 혼합물의 펄스 공급 가능성이 있는 유압식 잠금 장치를 통해 필터부에 연결된 축적 챔버에 연결되며, 필터부에는 필터요소 및 깨끗한 액체 배수 파이프가 포함되어 있는 것에 의해 달성된다. 통풍기는 시스템 작동 시 액체수위 이하에 위치하고 가스수위에는 구멍이 뚫려 있는 수직파이프 형태로 제조한다. 유압식 잠금 장치는 하부에 서로 연결된 2개의 수직 파이프 형태로 제조하며, 첫 번째 수직 파이프는 상부에 축적 챔버에 연결하고, 두 번째 수직 파이프는 가스-액체 혼합 분배 장치에 연결한다 필터요소는 필터부의 상부에 배치하고, 필터요소 아래에는 유압식 잠금 장치에 연결된 구멍이 있는 가스-액체 혼합물 분배 블록을 배치하고, 가스-액체 혼합물 분배 블록 아래에는 깨끗한 액체를 위한 출구 파이프를 배치한다.
원자력 발전소의 비상 냉각 시스템은 비상노심냉각계통의 배수조 탱크의 필터요소를 세정하기 위해 원자력 발전소에 적용될 수 있으며, 모든 활동 분야에 사용되는 잠수식 펌핑 시스템에도 적용될 수 있다.
Description
본 발명품은 원자력 분야, 또는 자가세정 기능이 있는 필터링 장치 분야에 속하며, 주로 원자력 발전소(NPP)의 배수조 탱크 필터와 경제 분야에서 사용되는 모든 잠수함 필터에 사용하기 위한 것이다.
여과 장치를 사용하여 특정 액체를 세정할 때 중요한 문제는 세정할 액체의 불순물로 인해 필터 요소가 막히는 것이며, 필터 요소를 세정하기 위해 이러한 장치의 작동을 중단해야 할 필요가 있다. 이 문제는 원자력 산업에서 원자력 발전소의 원자로 비상노심냉각계통의 필터를 사용할 때 특히 중요하며, 이유는 심각한 사고가 발생 시, 예를 들어, 원자력 발전소의 파이프라인 중 하나에 있는, 사고로 인한 많은 불순물이 액체(물 또는 붕산수)와 함께 배수조 탱크로 들어간다.
원자로의 설계, 분석 및 운전 시 비상 보호 시스템의 주요 요구 사항은 냉각재 손실 사고(최대 설계기준사고)가 발생할 경우 안전을 보장해야 한다는 것이다. 원자로 노심을 통한 냉각재의 예상치 못한 종료는 원자력발전소 전체에 원대한 영향을 초래할 수 있다. 냉각재 흐름의 붕괴는 순환펌프 또는 밸브의 파손 또는 원자로 용기의 입구 또는 원자로 용기의 출구에서 파이프라인의 파열로 인해 발생할 수 있다.
사고가 발생하면 냉각재가 누출된다. 이 물은 인접한 파이프 또는 다른 원자로 구조의 단열재 파괴로 인한 고체의 물질을 운반할 수 있다. 외부 입자들과 함께 물은 원자로 건물의 가장 낮은 곳에 있는 부분의 배수조 탱크로 흘러 들어간다. 발전소에는 물을 원자로의 다양한 냉각시스템으로 다시 펌핑하는 안전시스템이 장착되어 있다.
원자로 격납건물 돔 아래의 비상용 배수조 탱크는 안전시스템이 격납건물 내에서 용액 순환 모드로 전환 된 후 냉각재 손실 사고 시 축적된 1차 회로의 냉각재 및 화학적 활성인 용액을 취하도록 설계되었다.
파열로 인한 에너지로 보호 격납건물 돔에서 장비가 파손되고 파편으로 냉각재가 포화된다.
냉각재가 손실된 사고 과정에서 격납건물 돔에 형성된 이물질은 그 성질에 따라 여러 범주로 나눈다:
잠복 이물질;
단열구조 파괴로 인한 이물질;
부식 방지 코팅의 파괴로 인한 이물질;
냉각재와 보호 쉘의 구조물 및 구조물과의 상호작용 중에 형성되는 화학 이물질.
배수조 탱크의 여과 표면에 쌓인 이물질은 안전시스템 펌프의 유효 흡입 수두의 허용치 이하로 감소, 탈기 및 냉각재의 비등 발생시키는 헤드(수두) 손실을 발생시켜서는 안된다. 이물질의 농도와 그 분획물의 성분은 원자로 시설의 열제거 및 사고 후 기간 동안의 안전시스템의 재순환 회로 장비의 작동성에 영향을 주어 서는 안된다. 배수조 탱크의 보호장치 설계는 어떠한 작동 조건에서도 냉각재의 흐름에서 깔때기가 형성되어서는 안된다.
따라서, 배수조 탱크는 안전을 위해 중요한 장치이며, 배수조 탱크를 보호하기 위한 봉쇄장치가 있어야 한다. 이러한 장치는 원자로 건물 및 원자로 시설이 완전히 냉각될 때까지 안전시스템의 펌프에 의한 지속적 재순환을 보장하기에 충 분한 범위 내에서 이물질로부터 냉각재를 제거하도록 설계된다. 장치는 높은 구조 강도와 작동 신뢰성을 가져야한다.
위에서 언급한 바와 같이 이물질로 인해 일반적으로 슬롯 또는 메쉬 구조로 되어 있는 여과 표면이 막힐 수 있다. 비상노심냉각계통의 중단 없는 작동과 필터의 중단 없는 작동의 필요성을 고려할 때 중요한 작업은 수동 모드에서 필터요소를 독립적으로 세정할 수 있는 액체 세정 시스템을 개발하는 것은 중요한 과제이다.
여과 표면을 세정하는 과제를 해결하기 위해 다른 기술적 해결책이 사용되었다.
감쇠기가 채워지는 가스의 순차 압축, 여과되는 액체의 정지, 감쇠 기의 작동, 여과되는 액체의 흐름의 방향의 수정을 포함한 필터요소 재생의 방법이 알려져 있다.(발명에 대한 러시아 연방 특허 제2329853호, 공고일자 2008.07.27) 이 경우에는 체크 밸브가 장착된 추가 필터를 사용한다. 필터요소의 재생은 필터 액체를 재생된 필터 요소에 다시 공급함으로써 수행된다. 재생 필터요소에 형성된 슬러지를 운반하는 액체는 감압밸브를 통해 슬러지가 축적되는 추가 필터로 공급된다. 이러한 해결책은 액체의 역류를 정리하여 여과 표면을 세정할 수 있지만 수동적인 모드, 즉 자동세정이 불가능한 것이 단점이며, 또한 역흐름 자체는 필터요소의 작동을 중지하는 것을 의미한다.
청구된 기술적 해결책에 가장 비슷한 기술적 해결책은 정제수 입구 배관 및 염물질 출구 배관이 있는 원뿔 모양의 바닥이 있는 수직 본체, 깨끗한 물 구획을 형성하는 본체 벽에 고정되며 수직에서 오염수를 향해 35º이하 각도로 설치된 수직 또는 경사 격자, 클린 깨끗한 물칸에 위치한 깨끗한 물 배관, 수평 파이프로 구성되며 격자 길이와 동일한 길이의 깨끗한 물칸에 설치한 통풍기를 포함하는 부유물질로부터 물을 정수하는 장치이다(발명에 대한 러시아 연방 특허 제2471714호, 공고일자 2013.09.10).
이 해결책은 장치에 사용되는 여과 표면에 공기방울을 분사하여 부유입자를 세정할 수 있게 한다. 다만 수동 모드에서 작동할 수 없고, 여과 표면에 가스-액체 혼합물의 펄스 공급이 불가능해 외부 전원공급이 가능한 강력한 통풍기를 사용해야 하는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 수동 모드에서 필터요소를 효과적으로 세정할 수 있는 자가세정 가능한 액체 세정시스템을 개발하는 것이다.
본 발명의 기술적 성과는 수동모드에서 자가세정 가능해 액체 세정시스템의 신뢰성을 높이는 것은 물론, 배수조 탱크의 필터요소 세정시스템을 활용해 발전소의 안전성을 높인 것이다.
기술적 결과는 필터요소가 포함된 필터부 및 통풍기를 포함하는 알려진 자가세정 가능한 액체 세정시스템에서 통풍기는 흡입 장치의 형태로 제조되며, 액체와 기체의 경계에서 세정하는 액체의 공급원에 위치하고 흡입 장치에 유입될 때 가스-흡입 혼합물을 형성할 수 있는 가능성을 가지고 제조하며, 통풍기는 수직 다운파이프에 의해 가스-흡입 혼합물의 펄스 공급 가능성이 있는 유압식 잠금 장치를 통해 필터부에 연결된 축적 챔버에 연결되며, 필터부에는 필터요소 및 깨끗한 액체 배수 파이프가 포함되어 있는 것에 의해 달성된다.
흡입기기는 시스템 작동 시 액체수위 이하에 위치하고 가스수위에는 구멍이 뚫려 있는 수직파이프 형태로 제조하는 것이 합리적이다.
필터부의 상부에 필터요소를 배치하고, 필터요소 아래에는 유압식 잠금 장치에 연결된 구멍이 있는 가스-액체 혼합물 분배 블록을 배치하고, 가스-액체 혼합물 분배 블록 아래에는 깨끗한 액체를 위한 출구 파이프를 배치하는 것이 좋다.
유압식 잠금 장치는 하부에 서로 연결된 2개의 수직 파이프 형태로 제조하는 것이 좋으며, 첫 번째 수직 파이프는 상부에 축적 챔버에 연결하고, 두 번째 수직 파이프는 가스-액체 혼합 분배 장치에 연결하는 것이 좋다.
가스-액체 혼합물의 흐름을 가속화하기 위해 다운파이프를 중앙부에 좁혀 놓는 것이 바람직하다.
발명은 도면으로 설명하며, 도면의 설명은 다음과 같다:
도1은 선호되는 구현에서 자가세정 가능한 액체 세정시스템의 일반적인 모습에 평면도 및 단면도이다;
도2는 선호되는 구현의 흡기 장치이다;
도3은 선호되는 구현의 축적 챔버이다;
도4는 선호되는 구현의 유압식 잠금 장치의 작동 원리이다;
도5는 선호되는 구현의 물-공기 혼합물에 의해 세정되는 필터요소의 모습이다;
도 1-5는 다음과 같은 도면기호를 보여준다:
1 ― 다운파이프;
2 ― 액체 흡입구 구멍;
3 ― 가스 공급 파이프;
4 ― 가스 공급 파이프의 하부;
5 ― 축적 챔버;
6 ― 유압식 잠금 장치;
7 ― 가스-액체 혼합물 분배 블록
8 ― 유압식 잠금 장치 하부 구멍
9 ― 가스-액체 혼합물 분배 블록;
10 ― 필터요소
도1은 선호되는 구현에서 자가세정 가능한 액체 세정시스템의 일반적인 모습에 평면도 및 단면도이다;
도2는 선호되는 구현의 흡기 장치이다;
도3은 선호되는 구현의 축적 챔버이다;
도4는 선호되는 구현의 유압식 잠금 장치의 작동 원리이다;
도5는 선호되는 구현의 물-공기 혼합물에 의해 세정되는 필터요소의 모습이다;
도 1-5는 다음과 같은 도면기호를 보여준다:
1 ― 다운파이프;
2 ― 액체 흡입구 구멍;
3 ― 가스 공급 파이프;
4 ― 가스 공급 파이프의 하부;
5 ― 축적 챔버;
6 ― 유압식 잠금 장치;
7 ― 가스-액체 혼합물 분배 블록
8 ― 유압식 잠금 장치 하부 구멍
9 ― 가스-액체 혼합물 분배 블록;
10 ― 필터요소
선호되는 구현의 자가세정 가능한 액체 세정시스템은 본체, 액체 흡입구 구멍(2) 및 가스 공급 파이프(3)으로 만들어진 흡기 장치로 구성되며, 가스 흐름은 하부 4를 통해 다운파이프(1)로 들어가고, 흡기 장치는 축적 챔버(5)에 연결된 다운파이프(1)에 연결되며, 하부에 구멍(8)으로 연결된 두 개의 수직 파이프의 형태로 제작된 유압식 잠금 장치(6)에 연결되고, 상부 첫 번째 수직 파이프는 축적 챔버(5)와 연결되며, 두 번째 파이프는 필터요소(10)에 가스 혼합물을 공급할 수 있는 구멍이 있는 가스-액체 혼합물 분배블록(7)에 연결되어 있다. 필터부에는 깨끗한 액체를 위한 출구 파이프가 장착되어 있다.
자가세정 가능한 액체 세정시스템의 작동은 원자력발전소 비상노심냉각계통의 배수조 탱크의 필터 장치의 예로 실증할 수 있다. 이 경우 도1과 같이 냉각재 상실에 인한 사고 후 여과액(붕산수)은 시스템 흡기장치가 위치한 상부 마크 바닥에 위치하고, 하부 마크 바닥에서는 필터요소(9) 슬롯 또는 메쉬 구조를 가진 배수조 탱크가 위치한다. 상부 마크의 겹침을 통해 다운파이프(1)가 통과한다.
다운파이프(1)에서 물-공기 혼합물이 형성되는 흡기 장치는 도2에 공개되어 있다. 액체는 액체 수위보다 낮게 위치한 구멍(2)을 통해 다운파이프(1)로 유입한다. 움직이는 액체 수류는 주변 공기와 상호작용하여 액체 매체에 공기를 결합시킨다. 공기는 파이프(3)을 통해 유입되며, 파이프(3)의 상부는 액체 수위보다 높다. 파이프(3)의 하부 (4)는 다운파이프(1)의 내부와 연결되어 있다. 가스-액체 혼합물은 중력에 의해 다운파이프 아래로 이동한다.
이 경우 계산 결과 다운파이프(1)의 입구에서의 대략적인 액체 유량은 0.009m3/s이다. 수류와 관련된 공기의 유속은 0.0063...0.088 m3/s이다(다른 출처에 따라). 혼합물 유량은 0.015 m3/s이며, 다운파이프에서의 혼합물 속도는 1 ― 0.47 m/s이다. 이 속도는 기포의 올라오는 속도보다 높기 때문에 공기는 다운파이프(1)로 흘러내리는 액체에 의해 운반될 것이다.
축적 챔버(5)의 설계를 도3에 보여준다. 다운파이프(1)의 하부 끝에 도달한 가스-액체 혼합물은 축적 챔버(5)로 들어간다. 챔버(5)의 출구에서 유량확산 단면이 크게 증가하여 유량의 속도가 감소한다. 기포는 배출구 틈 위로 뜰 수 있는 시간이 있으며 축적챔버(5)의 상부에 축적된다.
계산 결과 축적챔버 입구에서 혼합물의 대략적인 속도는 5 ― 0.47 m/s이다. 축적챔버 출구에서 혼합물의 속도는 5 ― 0.05 m/s이다.
축적챔버(5)의 공기는 하부 구멍(8) 수준까지 축적된다. 이때 유압식 잠금 장치(6)가 열리고 가스-액체 혼합 분배 장치(9)로 공기가 흐르기 시작한다. 축적챔버(5)의 공기 레벨이 떨어지기 시작한다. 공기 레벨이 가스-액체 혼합 분배 장치(7)의 수준에 도달하면 유압식 잠금 장치(6)로 물이 흐르기 시작한다. 하부 구멍(8)에 수위가 겹치면 유압식 잠금 장치(6)는 잠금되고 축적챔버(5) 안에 공기가 축적되기 시작한다. 사이클 반복된다. 유압식 잠금 장치의 작동 방식을 도4에 보여준다.
분리 챔버의 주기적 작동 조건은 가스-액체 혼합 분배 장치(7)에 대한 공기 유량은 가스-액체 혼합물의 공기 유입량을 초과해야 한다.
축적 챔버(5)의 공기 작업 용량은 0.650 m3이다.
축적 챔버 내 공기 축적 사이클 시간은 100초이다.
축적 챔버(5)의 최대 상대 공기압은 6669Pa((물 2.66-1.98)m)이다.
저장실 내 최소 상대 공기압 - 0Pa
평균 공기 속도 - 20m/s
공기 빼기 주기 시간 ― 15초.
빼기 시 공기 유량 ― 0.044 m3/s(다운파이프(1)에서 유입되는 유량의 7배; 따라서 사이클 작동 조건이 충족된다).
배수조 탱크 내부의 가스-액체 혼합 분배 장치(9)에는 배출구가 설치되어 있다. 도5와 같이 필터요소(10)를 따라 기포의 흐림이 형성된다.
도3에서와 같이 필터 방식에서, 가스 기포 (공기)이 여과 표면을 따라 액체 이동을 형성되는 데 다른 상 상태의 물질인 기체가 사용된다. 공기는 여과 표면을 따라 필터요소(10) 사이에서 공급된다. 액체의 움직임은 기포가 여과 표면의 특정 부분을 통과하는 순간 형성된다. 따라서 여과 표면 세저은 표면 전체에 걸쳐 동시에 수행되는 것이 아니라 별도의 영역에서 개별적으로 수행된다. 전체 여과 표면의 세정 주기는 일정 시간이 소요된다. 여과 표면을 따라 기포가 뜨면서 속도가 줄어드는 것이 아니라, 기포가 합쳐지며 기포가 커지면서 속도가 빨라질 수도 있다.
도5와 같이 시스템 작동한 결과은 가스 기포가 필터요소(10)에 고착된 불순물과 이물질을 위로 반출하며, 이때 세정된 액체는 배출관을 통해 시스템 외부로 배출되고, 이 액체를 어떠한 필요에도 사용할 수 있다. 동시에 기체-액체 혼합물을 공급하는 펄스 원리는 액체 세종의 품질에 긍정적인 영향을 미치며, 이는 영양분을 공급하기 전에 상당한 양의 혼합물을 축적할 수 있고 필터부의 다른 부분에 필터요소(10)에서 반출된 불순물의 침전물을 제공할 수 있기 때문이다.
사업 효용성
원자력 발전소의 비상 냉각 시스템은 비상노심냉각계통의 배수조 탱크의 필터요소를 세정하기 위해 원자력 발전소에 적용될 수 있으며, 모든 활동 분야에 사용되는 잠수식 펌핑 시스템에도 적용될 수 있다.
Claims (6)
- 필터요소가 포함된 필터부 및 통풍기를 포함하는 자가세정 가능한 액체 세정시스템으로서, 통풍기는 흡입 장치의 형태로 제조되며, 액체와 기체의 경계에서 세정하는 액체의 공급원에 위치하고 흡입 장치에 유입될 때 가스-흡입 혼합물을 형성할 수 있는 가능성을 가지고 제조하며, 통풍기는 수직 다운파이프에 의해 가스-흡입 혼합물의 펄스 공급 가능성이 있는 유압식 잠금 장치를 통해 필터부에 연결된 축적 챔버에 연결되며, 필터부에는 필터요소 및 깨끗한 액체 배수 파이프가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 자가세정 가능한 액체 세정시스템.
- 제 1 항에 있어서, 흡입기기는 시스템 작동 시 액체수위 이하에 위치하고 가스수위에는 구멍이 뚫려 있는 수직파이프 형태로 실행하는 것을 특징으로 하는, 자가세정 가능한 액체 세정시스템.
- 제 1 항에 있어서, 필터요소는 필터부의 상부에 배치하고, 필터요소 아래에는 유압식 잠금 장치에 연결된 구멍이 있는 가스-액체 혼합물 분배 블록을 배치하고, 가스-액체 혼합물 분배 블록 아래에는 깨끗한 액체를 위한 출구 파이프를 배치하는 것을 특징으로 하는, 자가세정 가능한 액체 세정시스템.
- 제 3 항에 있어서, 유압식 잠금 장치는 하부에 서로 연결된 2개의 수직 파이프 형태로 제조하는 것이 좋으며, 첫 번째 수직 파이프는 상부에 축적 챔버에 연결하고, 두 번째 수직 파이프는 가스-액체 혼합 분배 장치에 연결하는 것을 특징으로 하는, 자가세정 가능한 액체 세정시스템.
- 제 1 항에 있어서, 가스-액체 혼합물의 흐름을 가속화하기 위해 다운파이프를 중앙부에 좁혀 놓는 것을 특징으로 하는, 자가세정 가능한 액체 세정시스템.
- 제 1 항에 있어서, 필터부의 하부는 액체 방수인 것을 특징으로 하는, 자가세정 가능한 액체 세정시스템.
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