KR20230170174A - Hydrogen depletion system in nuclear facilities - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자력 설비의 수소 저감 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 원자력 설비의 수소 저감 시스템은 공기가 유입되는 유입구 및 공기가 배출되는 배출구가 형성된 하우징 및 상기 하우징 내부에 코팅되어 유입된 공기에 포함된 수소와 화학반응을 유도하여 수소를 제거하는 촉매를 포함하는 피동촉매형수소재결합기 및 상기 피동촉매형수소재결합기에서 촉매 반응에 의한 열을 이용하여 전기를 발생시키는 열전발전기를 포함하고, 외부로부터 전원 공급 없이 수소를 저감시키는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a hydrogen abatement system for nuclear power plants. The hydrogen abatement system for nuclear power plants according to the present invention includes a housing formed with an inlet through which air flows in and an outlet through which air is discharged, and the inside of the housing being coated so that the incoming air is included. A passive catalytic hydrogen recombiner including a catalyst that removes hydrogen by inducing a chemical reaction with hydrogen, and a thermoelectric generator that generates electricity using heat generated by the catalytic reaction in the passive catalytic hydrogen recombiner, and is supplied with power from an external source. It is characterized by reducing hydrogen without supply.
Description
본 발명은 원자력 설비의 수소 저감 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원자력 발전소와 같은 원자력 설비에 중대 사고가 발생하였을 때 외부 전원이 없더라도 내부 시스템을 이용하여 전기를 생산하고 이를 이용하여 능동적으로 수소를 저감시켜 수소 폭발을 방지하도록 하는 원자력 설비의 수소 저감 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen reduction system in nuclear facilities. More specifically, when a serious accident occurs in a nuclear facility such as a nuclear power plant, even if there is no external power source, electricity is produced using an internal system and hydrogen is actively produced using this. This relates to a hydrogen reduction system for nuclear power plants that reduces hydrogen to prevent hydrogen explosion.
원자력 발전소의 원자로에서 중대 사고가 발생하면 다양한 원인에 의해서 수소가 발생될 수 있으며, 이 수소는 작은 농도에도 폭발성 반응으로 진행될 수 있기 때문에 사전에 수소의 농도를 낮추어주기 위한 수단이 필요하다. 만약 이러한 수단이 적절히 작동하지 못하여 격납 용기 내 수소 농도가 10% 이상이 되면 작은 에너지를 인가하는 것만으로 수소가 폭발하여 격납 건물의 파손 및 대규모 방사성 물질의 누출이 발생할 수 있다. 2011년 일본 후쿠시마 원전 사고에서 유사한 상황이 발생하여 많은 양의 방사능 물질이 누출되었다. When a serious accident occurs in a nuclear power plant's reactor, hydrogen can be generated for a variety of reasons, and this hydrogen can proceed into an explosive reaction even at a small concentration, so a means to lower the hydrogen concentration in advance is needed. If these means do not operate properly and the hydrogen concentration in the containment vessel exceeds 10%, the hydrogen may explode simply by applying a small amount of energy, resulting in damage to the containment building and large-scale leakage of radioactive materials. A similar situation occurred in the Fukushima nuclear power plant accident in Japan in 2011, resulting in a large amount of radioactive material leaking.
원자력 발전소에는 중대 사고 시 격납 용기 내부에서 발생할 수 있는 수소 폭발을 예방하기 위하여 수소점화기(Hydrogen Ignitor) 또는 피동촉매형수소재결합기(Passive Autocatalytic Recombiner, PAR)가 설치되어 있다. Nuclear power plants are equipped with hydrogen ignitors or passive autocatalytic recombiners (PAR) to prevent hydrogen explosions that may occur inside the containment vessel in the event of a serious accident.
수소점화기는 수소를 조금씩 연소시켜 물로 바꾸는 장치인데, 수소의 농도가 5% 이상일 때 수소를 연소시킬 수 있다. 이때, 수소점화기를 가동시키기 위하여 외부 전원이 필요하다. 원자력 발전소의 중대 사고로 전원 상실 시 일반적으로 비상디젤발전기에서 전원을 공급받아야 한다. 수소점화기는 외부 전원을 사용하기 때문에 수소 제거 성능이 매우 높지만, 후쿠시마 사고와 같이 외부 전원이 완전히 상실되는 사고가 발생하는 경우 작동을 하지 못하는 문제점이 있다. A hydrogen igniter is a device that burns hydrogen little by little and turns it into water. Hydrogen can be burned when the hydrogen concentration is more than 5%. At this time, an external power source is required to operate the hydrogen igniter. When power is lost due to a serious accident at a nuclear power plant, power must generally be supplied from an emergency diesel generator. Hydrogen igniter has very high hydrogen removal performance because it uses an external power source, but it has the problem of not being able to operate in the event of an accident such as the Fukushima accident where the external power source is completely lost.
PAR는 외부 전원이 필요 없는 피동기기만으로 구성되어 전원이나 다른 지원 계통 없이 작동이 가능하기 때문에 신뢰성이 매우 높은 장치이다. 산소와 수소는 일반적으로 593℃ 이상의 높은 온도에서 급격한 연소로 재결합하지만, 팔라듐이나 백금과 같은 촉매 물질에 의해 0℃ 보다 낮은 온도에서 촉매에 의한 연소가 발생하며, 촉매 금속 표면에서 산소와 수소 원자 또는 분자 사이의 인력에 의한 흡착이 발생한다. 이러한, 수소와 촉매 표면의 산소 반응을 이용하여 수소 농도가 증가하는 것을 막을 수 있다. PAR is a highly reliable device because it consists only of driven devices that do not require external power and can operate without power or other support systems. Oxygen and hydrogen generally recombine through rapid combustion at temperatures above 593℃, but catalytic combustion occurs at temperatures lower than 0℃ by catalytic materials such as palladium or platinum, and oxygen and hydrogen atoms or Adsorption occurs due to the attractive force between molecules. This reaction between hydrogen and oxygen on the catalyst surface can be used to prevent the hydrogen concentration from increasing.
PAR는 자연 대류에 의한 순환에 의해서 외부에서 내부로 공기가 유입되며, 이를 위하여 하단부에서 상단부로 공기가 통할 수 있는 금속 상자 형상으로 형성된다. 지속적인 촉매 반응을 유지하기 위해서는 하단부에 설치된 촉매 금속 표면에서 발생하는 반응열이 기체 온도를 증가시켜 자연 대류에 의한 순환 효과를 유발할 수 있어야 하는데, 이를 위해 큰 체적과 높이가 필요하다. PAR allows air to flow from the outside to the inside through circulation caused by natural convection, and for this purpose, it is formed in the shape of a metal box that allows air to pass from the bottom to the top. In order to maintain a continuous catalytic reaction, the reaction heat generated from the surface of the catalyst metal installed at the bottom must increase the gas temperature to cause a circulation effect by natural convection, which requires a large volume and height.
따라서, PAR는 장치의 신뢰성은 높으나 장치의 크기가 크며 격납 용기 내에 복수 개로 구비되어야 하는 문제점이 있다. 도 1에서는 원자력 발전소의 격납 용기 내에 PAR의 위치를 도시한다. 도시되어 있는 것과 같이 원자력 발전소의 격납 용기 내에 복수의 위치에 사고 발생시 수소 저감을 위한 PAR가 설치된다. Therefore, although the reliability of the PAR device is high, the size of the device is large and there is a problem that multiple devices must be provided in the containment container. Figure 1 shows the location of PAR within the containment vessel of a nuclear power plant. As shown, PAR is installed at multiple locations within the containment vessel of a nuclear power plant to reduce hydrogen in the event of an accident.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피동촉매형수소재결합기 내부에서 촉매 반응으로 발생하는 열을 열전발전기(Thermoelectric Generator, TEG)를 통하여 전기로 변환시켜 이를 이용하여 외부의 전원 공급이 없더라도 전기를 이용할 수 있도록 함으로써, 수소 저감 장치의 신뢰성 향상, 수소 제거 성능 향상, 장치의 소형화를 할 수 있는 원자력 설비의 수소 저감 시스템을 제공함에 있다.Therefore, the purpose of the present invention is to solve such conventional problems, by converting the heat generated by the catalytic reaction inside the driven catalytic hydrogen combiner into electricity through a thermoelectric generator (TEG) and using it to external By allowing electricity to be used even without a power supply, the aim is to provide a hydrogen reduction system for nuclear power plants that can improve the reliability of the hydrogen reduction device, improve hydrogen removal performance, and miniaturize the device.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 공기가 유입되는 유입구 및 공기가 배출되는 배출구가 형성된 하우징 및 상기 하우징 내부에 코팅되어 유입된 공기에 포함된 수소와 화학반응을 유도하여 수소를 제거하는 촉매를 포함하는 피동촉매형수소재결합기; 및 상기 피동촉매형수소재결합기에서 촉매 반응에 의한 열을 이용하여 전기를 발생시키는 열전발전기를 포함하고, 외부로부터 전원 공급 없이 수소를 저감시키는 것을 특징으로 하는 원자력 설비의 수소 저감 시스템에 의해 달성될 수 있다. The above object includes, according to the present invention, a housing formed with an inlet through which air flows in and an outlet through which air is discharged, and a catalyst coated on the inside of the housing to induce a chemical reaction with hydrogen contained in the introduced air to remove hydrogen. A passive catalyst type hydrogen material combiner; and a thermoelectric generator that generates electricity using heat generated by the catalyst reaction in the passive catalytic hydrogen recombiner, and reduces hydrogen without supplying power from the outside. This can be achieved by a hydrogen reduction system for nuclear power plants. there is.
여기서, 상기 하우징 내에 공기 공급을 유도하는 팬을 더 포함하고, 상기 팬은 상기 열전발전기에서 발생된 전기를 이용하여 동작할 수 있다. Here, it further includes a fan that induces air supply within the housing, and the fan can operate using electricity generated from the thermoelectric generator.
여기서, 상기 피동촉매형수소재결합기와 상기 열전발전기 사이에 배치되어 상기 피동촉매형수소재결합기의 촉매 반응에 의한 열을 상기 열전발전기로 전달하는 히트파이프를 더 포함할 수 있다. Here, a heat pipe disposed between the passive catalytic hydrogen material combiner and the thermoelectric generator may further include a heat pipe that transfers heat generated by a catalytic reaction of the passive catalytic hydrogen material combiner to the thermoelectric generator.
여기서, 수소를 연소시켜 공기 중 수소를 제거하는 수소점화기를 더 포함하고, 상기 수소점화기는 상기 열전발전기에서 발생된 전기를 이용하여 동작할 수 있다. Here, it further includes a hydrogen igniter that removes hydrogen from the air by burning hydrogen, and the hydrogen igniter can operate using electricity generated from the thermoelectric generator.
여기서, 상기 수소점화기는 상기 하우징 외측면에 형성될 수 있다. Here, the hydrogen igniter may be formed on the outer surface of the housing.
여기서, 공기 중 수소의 농도를 측정하는 수소농도 측정센서; 및 상기 수소농도 측정센서로부터 측정된 공기 중 수소 농도를 입력받아 상기 수소점화기의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는데, 상기 제어부는 상기 수소농도 측정센서로부터 입력받은 공기 중 수소농도가 임계값을 초과할 때 상기 수소점화기를 동작시킬 수 있다. Here, a hydrogen concentration sensor that measures the concentration of hydrogen in the air; And a control unit that receives the hydrogen concentration in the air measured from the hydrogen concentration measuring sensor and controls the operation of the hydrogen igniter, wherein the control unit receives the hydrogen concentration in the air input from the hydrogen concentration measuring sensor when the hydrogen concentration in the air exceeds a threshold value. When doing so, the hydrogen igniter can be operated.
여기서, 수소를 연소시켜 공기 중 수소를 제거하는 수소점화기를 더 포함하고, 상기 수소점화기는 상기 열전발전기에서 발생된 전기를 이용하여 동작할 수 있다. Here, it further includes a hydrogen igniter that removes hydrogen from the air by burning hydrogen, and the hydrogen igniter can operate using electricity generated from the thermoelectric generator.
여기서, 공기 중 수소의 농도를 측정하는 수소농도 측정센서; 및 상기 수소농도 측정센서로부터 측정된 공기 중 수소 농도를 입력받아 상기 팬의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. Here, a hydrogen concentration sensor that measures the concentration of hydrogen in the air; And it may further include a control unit that receives the hydrogen concentration in the air measured from the hydrogen concentration measurement sensor and controls the operation of the fan.
여기서, 상기 촉매 주위의 온도를 측정하는 온도 측정센서; 및 상기 온도 측정센서로부터 측정된 온도를 입력받아 상기 팬의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는데, 상기 제어부는 상기 온도 측정센서로부터 입력받은 공기의 온도가 설정된 임계값 아래를 유지하도록 상기 팬을 동작시킬 수 있다. Here, a temperature measuring sensor that measures the temperature around the catalyst; and a control unit that receives the temperature measured from the temperature measurement sensor and controls operation of the fan, wherein the control unit operates the fan to maintain the temperature of the air received from the temperature measurement sensor below a set threshold. You can do it.
여기서, 상기 열전발전기에서 발생된 전기를 저장하는 축전기를 더 포함할 수 있다. Here, a capacitor that stores electricity generated by the thermoelectric generator may be further included.
상기한 바와 같은 본 발명의 원자력 설비의 수소 저감 시스템에 따르면 피동촉매형수소재결합기 내부에서 촉매 반응으로 발생하는 열을 열전발전기를 통하여 전기로 변환시켜 이를 이용하여 외부의 전원 공급 없이 원자력 설비의 수소 저감 시스템을 동작시킬 수 있어서 중대 사고에서 외부 전원이 완전히 상실되더라도 장치의 신뢰성을 확보할 수 있다는 장점이 있다. According to the hydrogen reduction system for nuclear power plants of the present invention as described above, the heat generated by the catalytic reaction inside the passive catalytic hydrogen recombiner is converted into electricity through a thermoelectric generator and used to reduce hydrogen in nuclear power plants without supplying external power. The advantage is that the system can be operated, ensuring the reliability of the device even if external power is completely lost in a serious accident.
또한, 열전발전기에서 생성된 전기를 이용하여 팬을 동작시켜 피동촉매형수소재결합기에 공기를 공급하도록 하여 자연 대류에 의한 순환 대비 수소 저감 효율을 높일 수 있고, 피동촉매형수소재결합기의 크기를 소형화할 수 있다는 장점도 있다. In addition, electricity generated from the thermoelectric generator can be used to operate a fan to supply air to the driven catalytic hydrogen combiner, thereby increasing hydrogen reduction efficiency compared to circulation by natural convection, and miniaturizing the size of the driven catalytic hydrogen combiner. There is also the advantage of being able to do it.
또한, 피동촉매형수소재결합기뿐만 아니라 열전발전기에서 생성된 전기를 이용하여 수소점화기를 동작시켜 수소를 제거할 수 있어서, 수소 제거 성능을 높일 수 있다는 장점도 있다. In addition, there is an advantage that hydrogen can be removed by operating a hydrogen igniter using electricity generated from a thermoelectric generator as well as a passive catalytic hydrogen combiner, thereby improving hydrogen removal performance.
또한, 피동촉매형수소재결합기 내부에서 촉매 반응으로 발생하는 열을 열전발전기를 통하여 전기로 변환시켜 제거함으로써 촉매의 자연 발화 온도보다 주변의 기체 온도가 높아지지 않도록 피동적으로 제어할 수 있어서, 기존의 피동촉매형수소재결합기와 비교하여 안정성을 향상시킬 수 있다는 장점도 있다. In addition, the heat generated by the catalyst reaction inside the passive catalytic hydrogen combiner is converted into electricity through a thermoelectric generator and removed to passively control the temperature of the surrounding gas so that it does not rise above the natural ignition temperature of the catalyst. It also has the advantage of improving stability compared to a catalytic hydrogen recombiner.
또한, 센서에 의해 측정된 수소 농도에 따라서 팬 또는 수소점화기를 동작시켜 지능적 시스템을 구축하여 최적의 수소 농도 제어 방법을 구축할 수 있다는 장점도 있다. In addition, there is an advantage that an optimal hydrogen concentration control method can be established by constructing an intelligent system by operating a fan or hydrogen igniter according to the hydrogen concentration measured by the sensor.
도 1은 원자력 발전소의 격납 용기 내에 PAR의 위치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 설비의 수소 저감 시스템의 평면도이다.
도 3은 도 2의 a 방향에서의 단면도이다.
도 4는 도 2의 b 방향에서의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 설비의 수소 저감 시스템의 구조 및 작동 원리를 설명하는 도면이다. Figure 1 shows the location of PAR within the containment vessel of a nuclear power plant.
Figure 2 is a plan view of a hydrogen reduction system for a nuclear power plant according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view taken in the direction a of Figure 2.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken in the b direction of FIG. 2.
Figure 5 is a diagram explaining the structure and operating principle of a hydrogen reduction system for nuclear power plants according to an embodiment of the present invention.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of the embodiments are included in the detailed description and drawings.
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 구성 요소를 지칭한다 The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to be understood by those skilled in the art. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 원자력 설비의 수소 저감 시스템을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to drawings for explaining a hydrogen reduction system for nuclear power plants according to embodiments of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 설비의 수소 저감 시스템의 평면도이고, 도 3은 도 2의 a 방향에서의 단면도이고, 도 4는 도 2의 b 방향에서의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 설비의 수소 저감 시스템의 구조 및 작동 원리를 설명하는 도면이다. FIG. 2 is a plan view of a hydrogen reduction system for a nuclear power plant according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view in the direction a of FIG. 2, FIG. 4 is a cross-sectional view in the b direction of FIG. 2, and FIG. This is a diagram explaining the structure and operating principle of a hydrogen reduction system for nuclear power plants according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 설비의 수소 저감 시스템은 피동촉매형수소재결합기(100), 열전발전기(Thermoelectric Generator, TEG)(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 팬(150), 수소점화기(Hydrogen Ignitor)(300), 축전기(500) 등을 더 포함할 수 있다. The hydrogen reduction system for nuclear power plants according to an embodiment of the present invention may include a passive catalytic hydrogen recombiner (100) and a thermoelectric generator (TEG) (200). In addition, it may further include a
피동촉매형수소재결합기(100)는 공기가 유입되는 유입구(101), 유입된 공기가 배출되는 배출구(102)가 형성된 하우징(110) 및 하우징(110) 내부에 코팅되어 공기에 포함된 수소와 화학반응을 유도하여 수소를 제거하는 촉매(120)를 포함하여 구성될 수 있다. The passive catalytic hydrogen material combiner 100 has a
하우징(110)은 상하 관통하는 박스 형태로 형성되어, 하측에 형성된 유입구(101) 및 상측에 형성된 배출구(102)를 통해 아래에서 위로 공기가 유동할 수 있다. The
하우징(110) 내측에 코팅되는 촉매(120)는 팔라듐 또는 백금일 수 있다. 촉매(120)에 의해 공기 중 수소와 산소가 반응하여 물을 생성하며 수소를 제거시킬 수 있다. 도면에서는 하우징(110) 내측면에 촉매(120)가 코팅되어 있는 것을 도시하나, 하우징(110) 하단부 내측에 복수의 슬릿(미도시)을 마련하고 슬릿 표면에 촉매가 코팅되는 형태로 형성될 수도 있다. The
산소와 수소는 일반적으로 593℃ 이상의 높은 온도에서 급격한 연소로 재결합하지만 상기와 같은 촉매(120) 물질이 존재하는 경우 0℃ 보다 낮은 온도에서 촉매(120)에 의한 연소가 발생하며, 촉매(120) 금속 표면에서 산소와 수소 원자 또는 분자 사이의 인력에 의한 흡착이 발생한다. 이러한 수소와 촉매(120) 표면의 산소 반응을 이용하여 공기 중 수소를 제거하여 수소 농도를 저감시킬 수 있다. Oxygen and hydrogen are generally recombined through rapid combustion at a high temperature of 593°C or higher, but when the
상기와 같은 촉매(120) 반응은 발열 반응이다. 따라서, 촉매(120) 금속 표면에서 발생하는 반응열이 주위 공기를 가열시켜 자연 대류에 의한 순환 효과를 유발하여 하우징(110) 하부에서 상부로 지속적으로 공기를 순환시킬 수 있다. The
열전발전기(200)는 피동촉매형수소재결합기(100)에서 촉매 반응에 의한 열을 이용하여 전기를 발생시킨다. 열전발전기(200)는 열전소자(205)를 활용한 전력변환계통으로 온도차에 의해 폐회로 내부에 전위차가 발생하는 제백 효과(Seebeck effect)를 이용하여 전력을 발생시키는 기기이다. The
열전발전기(200)에서 열전소자(205) 일측에는 고온부가 배치되고 열전소자(205) 타측에는 저온부가 배치될 수 있다. 열전발전기(200)는 고온부와 저온부 사이에 온도차에 의해 전기를 발생시킬 수 있고, 고온부와 저온부 사이의 온도차가 클수록 전기 생성 효율을 높일 수 있다. In the
도시되어 있는 것과 같이 열전발전기(200)는 피동촉매형수소재결합기(100)의 하우징(110) 외측면에 배치될 수 있다. 이때, 고온부는 피동촉매형수소재결합기(100)의 하우징(110)와 접하는 측면에 형성될 수 있고, 저온부는 열전발전기(200) 외측면에 형성된 냉각핀(210)일 수 있다. As shown, the
또는, 상기 열전발전기(200)는 피동촉매형수소재결합기(100)와 분리된 위치에 형성될 수도 있다. Alternatively, the
이 경우, 피동촉매형수소재결합기(100)와 열전발전기(200) 사이에 배치되어 피동촉매형수소재결합기(100)의 촉매 반응에 의한 열을 열전발전기(200)로 전달하는 히트파이프(400)를 더 포함할 수 있다. In this case, a heat pipe 400 is disposed between the driven
히트파이프(400)는 금속관 내에 작동 유체의 상변화 및 모세관 현상을 활용하여 열전달을 수행하는 공지된 기구이다. 히트파이프(400)의 증발부에서는 작동 유체가 열을 받아 증발하고, 증발한 기체는 반대편의 응축부에서 작동 유체가 응축하면서 열을 방출한다. 응축된 작동 유체는 다시 모세관 현상에 의하여 다공성 구조물을 따라서 증발부로 이동한다. 따라서, 펌프 등 유체를 강제로 흘리기 위한 기기가 없어도 피동적으로 증발부에서 응축부로 열전달이 가능하다. 이때, 히트파이프(400)의 증발부에서 작동 유체는 피동촉매형수소재결합기(100) 측으로부터 열을 전달받고, 히트파이프(400)의 응축부에서 작동 유체를 통해 열전소자(205)에 열을 전달시키게 된다. The heat pipe 400 is a known device that performs heat transfer by utilizing the phase change and capillary phenomenon of a working fluid within a metal pipe. In the evaporation section of the heat pipe 400, the working fluid receives heat and evaporates, and the evaporated gas releases heat as the working fluid condenses in the condensation section on the other side. The condensed working fluid moves back to the evaporation unit along the porous structure by capillary action. Therefore, heat can be passively transferred from the evaporation unit to the condensation unit without the need for a device such as a pump to force the fluid to flow. At this time, the working fluid in the evaporation part of the heat pipe 400 receives heat from the driven catalyst type
본 발명에서는 외부로부터 전원 공급 없이 열전발전기(200)에서 생성된 전기를 이용하여 공기 중 수소를 저감시켜, 중대 사고 시에도 신뢰성 있게 설비 내 수소를 제거시킬 수 있다. In the present invention, hydrogen in the air is reduced using electricity generated by the
일 예로, 피동촉매형수소재결합기(100)의 하우징(110) 내측을 향하여 공기 공급을 유도하는 팬(150)을 구비하고, 상기 팬(150)은 열전발전기(200)에서 생성된 전기를 이용하여 동작할 수 있다. 도시되어 있는 것과 같이 하우징(110)의 유입구 측에 팬(150)을 배치될 수 있다. As an example, the driven catalytic
팬(150)을 동작에 의해 외부의 공기를 하우징(110) 내부로 인위적으로 공급하도록 하여 자연 대류에 의한 순환 대비 촉매 반응에 의한 수소 저감 효율을 높일 수 있다. 또한, 팬(150)에 의해 인위적으로 하우징(110) 내부로 공기를 순환시키므로 기존의 피동촉매형수소재결합기(100)와 비교하여 하우징(110)의 크기를 소형화시킬 수 있다. By operating the
또 다른 일 예로, 공기 중 수소를 연소시켜 수소를 제거하는 수소점화기(300)를 구비하고, 상기 수소점화기(300)는 열전발전기(200)에서 생성된 전기를 이용하여 동작할 수 있다. 수소점화기(300)는 수소를 조금씩 연소시켜 물로 바꾸는 기기이며 수소의 농도가 5% 이상일 때 수소를 연소시킬 수 있다. 이때, 수소점화기(300)를 가동시키기 위하여 전원이 필요한데, 본 발명에서는 전술한 열전발전기(200)에서 생성된 전기를 이용하여 수소점화기(300)를 동작시킬 수 있다. As another example, a
이와 같이, 피동촉매형수소재결합기(100)뿐만 아니라 수소점화기(300)를 이용하여 수소를 저감시킬 수 있으므로, 수소 저감 효율을 높일 수 있다. In this way, since hydrogen can be reduced using not only the driven catalyst type
이때, 수소점화기(300)는 도시되어 있는 것과 같이 피동촉매형수소재결합기(100)의 하우징(110) 외측면에 피동촉매형수소재결합기(100)와 일체로 형성될 수 있다. At this time, the
또한, 공기 중 수소의 농도를 측정하는 수소농도 측정센서(600)를 더 포함할 수 있다. In addition, it may further include a hydrogen concentration measurement sensor 600 that measures the concentration of hydrogen in the air.
또한, 본 발명에서는 피동촉매형수소재결합기(100)의 촉매 주위의 온도를 측정하는 온도 측정센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. In addition, the present invention may further include a temperature measuring sensor (not shown) that measures the temperature around the catalyst of the driven catalyst type
제어부(미도시)는 CPU, 저장장치로 구성되는 제어 장치로서 원자력 설비의 수소 저감 시스템의 동작을 제어한다. The control unit (not shown) is a control device consisting of a CPU and a storage device and controls the operation of the hydrogen reduction system of the nuclear power plant.
제어부는 수소농도 측정센서(600)로부터 측정된 공기 중 수소 농도를 입력받아 이를 기초로 수소점화기(300)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 공기 중 수소 농도가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우 수소점화기(300)를 동작시킬 수 있다. 일반적으로 피동촉매형수소재결합기(100)와 비교하여 수소점화기(300)의 수소 제거 성능이 뛰어난데, 본 발명에서는 공기 중 수소의 농도가 높을 경우 수소점화기(300)를 동작시켜 수소 폭발 전에 즉각적으로 공기 중 수소의 농도를 낮출 수가 있다. The control unit may receive the hydrogen concentration in the air measured from the hydrogen concentration measurement sensor 600 and control the operation of the
또한, 제어부는 수소농도 측정센서(600)로부터 측정된 공기 중 수소 농도를 입력받아 이를 기초로 팬(150)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 공기 중 수소 농도 값이 높으면 팬(150)의 회전 속도를 높여서 수소 저감 속도를 높이고, 공기 중 수소 농도가 낮으면 팬(150)의 회전 속도를 상대적으로 낮추어서 수소 저감 속도를 낮출 수 있다. Additionally, the control unit may receive the hydrogen concentration in the air measured from the hydrogen concentration measurement sensor 600 and control the operation of the
제어부는 온도 측정센서로부터 측정된 촉매(120) 주위의 온도를 입력받아 이를 기초로 팬(150)의 동작을 제어할 수 있다. The control unit may receive the temperature around the
본 발명에서는 열전발전기(200)의 동작으로 촉매(120) 주의의 온도를 낮출 수 있으나, 열전발전기(200)의 동작에도 불구하고 촉매(120)의 발열 반응에 의해 주위 온도가 너무 높아져 촉매(120)의 자연 발화 온도보다 높아지게 되면 촉매(120)가 발화하는 문제가 발생할 수 있다. In the present invention, the temperature around the
이에, 본 발명에서는 촉매(120)의 자연 발화온도보다 주변 기체의 온도가 높아지지 않도록 팬(150)의 속도를 제어할 수 있다. 온도 측정센서로부터 측정된 촉매(120) 주위의 온도 값이 높으면 촉매(120)에 의한 반응양을 줄이기 위해 팬(150)의 회전 속도를 낮추고, 온도 측정센서로부터 측정된 온도 값이 낮으면 촉매(120)에 의한 반응양을 늘리도록 팬(150)의 회전 속도를 높일 수 있다. Accordingly, in the present invention, the speed of the
이와 같이, 본 발명에서는 센서에 의해 측정된 수소 농도 또는 촉매 주위의 온도에 따라서 팬 또는 수소점화기를 동작시켜 지능적 시스템을 구축하여 최적의 수소 농도 제어 방법을 구축할 수 있다는 장점도 있다. As such, the present invention also has the advantage of establishing an optimal hydrogen concentration control method by constructing an intelligent system by operating a fan or hydrogen igniter according to the hydrogen concentration measured by the sensor or the temperature around the catalyst.
또한, 열전발전기(200)에서 발생된 전기를 저장하는 축전기(500)를 더 포함할 수 있다. 열전발전기(200)에서 생성된 전기를 즉각적으로 사용할 수도 있으나, 축전기에 저장된 전기를 이용하여 팬(150), 수소점화기(300), 제어부, 수소농도 측정센서(600) 등을 동작시킬 수 있다. In addition, it may further include a capacitor 500 that stores electricity generated by the
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It is considered to be within the scope of the claims of the present invention to the extent that anyone skilled in the art can make modifications without departing from the gist of the invention as claimed in the claims.
100: 피동촉매형수소재결합기
101: 유입구
102: 배출구
110: 하우징
120: 촉매
150: 팬
200: 열전발전기
205: 열전소자
210: 냉각핀
300: 수소점화기
400: 히트파이프
500: 축전기
600: 수소농도 측정센서100: Passive catalyst type hydrogen material combiner
101: inlet
102: outlet
110: housing
120: catalyst
150: fan
200: Thermoelectric generator
205: thermoelectric element
210: Cooling fin
300: Hydrogen igniter
400: heat pipe
500: Capacitor
600: Hydrogen concentration measurement sensor
Claims (10)
상기 피동촉매형수소재결합기에서 촉매 반응에 의한 열을 이용하여 전기를 발생시키는 열전발전기를 포함하고,
외부로부터 전원 공급 없이 수소를 저감시키는 것을 특징으로 하는 원자력 설비의 수소 저감 시스템.A passive catalytic hydrogen recombiner comprising a housing formed with an inlet through which air flows in and an outlet through which air is discharged, and a catalyst coated on the inside of the housing to induce a chemical reaction with hydrogen contained in the introduced air to remove hydrogen; and
A thermoelectric generator that generates electricity using heat generated by the catalytic reaction in the passive catalytic hydrogen material combiner,
A hydrogen reduction system for nuclear power plants, characterized in that hydrogen is reduced without supplying power from the outside.
상기 하우징 내에 공기 공급을 유도하는 팬을 더 포함하고,
상기 팬은 상기 열전발전기에서 발생된 전기를 이용하여 동작하는 원자력 설비의 수소 저감 시스템.According to claim 1,
Further comprising a fan that induces air supply within the housing,
The fan is a hydrogen reduction system for nuclear power plants that operates using electricity generated from the thermoelectric generator.
상기 피동촉매형수소재결합기와 상기 열전발전기 사이에 배치되어 상기 피동촉매형수소재결합기의 촉매 반응에 의한 열을 상기 열전발전기로 전달하는 히트파이프를 더 포함하는 원자력 설비의 수소 저감 시스템.According to claim 1,
A hydrogen reduction system for a nuclear power plant, further comprising a heat pipe disposed between the passive catalytic hydrogen combiner and the thermoelectric generator to transfer heat generated by a catalytic reaction of the passive catalytic hydrogen combiner to the thermoelectric generator.
수소를 연소시켜 공기 중 수소를 제거하는 수소점화기를 더 포함하고,
상기 수소점화기는 상기 열전발전기에서 발생된 전기를 이용하여 동작하는 원자력 설비의 수소 저감 시스템.According to claim 1,
It further includes a hydrogen igniter that removes hydrogen from the air by burning hydrogen,
The hydrogen igniter is a hydrogen reduction system for nuclear power plants that operates using electricity generated from the thermoelectric generator.
상기 수소점화기는 상기 하우징 외측면에 형성되는 원자력 설비의 수소 저감 시스템.According to clause 4,
The hydrogen igniter is a hydrogen reduction system for nuclear power plants formed on the outer surface of the housing.
공기 중 수소의 농도를 측정하는 수소농도 측정센서; 및
상기 수소농도 측정센서로부터 측정된 공기 중 수소 농도를 입력받아 상기 수소점화기의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는데,
상기 제어부는 상기 수소농도 측정센서로부터 입력받은 공기 중 수소농도가 임계값을 초과할 때 상기 수소점화기를 동작시키는 원자력 설비의 수소 저감 시스템.According to clause 4,
Hydrogen concentration sensor that measures the concentration of hydrogen in the air; and
It further includes a control unit that receives the hydrogen concentration in the air measured from the hydrogen concentration measurement sensor and controls the operation of the hydrogen igniter,
The control unit operates the hydrogen igniter when the hydrogen concentration in the air received from the hydrogen concentration measurement sensor exceeds a threshold.
수소를 연소시켜 공기 중 수소를 제거하는 수소점화기를 더 포함하고,
상기 수소점화기는 상기 열전발전기에서 발생된 전기를 이용하여 동작하는 원자력 설비의 수소 저감 시스템.According to clause 2,
It further includes a hydrogen igniter that removes hydrogen from the air by burning hydrogen,
The hydrogen igniter is a hydrogen reduction system for nuclear power plants that operates using electricity generated from the thermoelectric generator.
공기 중 수소의 농도를 측정하는 수소농도 측정센서; 및
상기 수소농도 측정센서로부터 측정된 공기 중 수소 농도를 입력받아 상기 팬의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 원자력 설비의 수소 저감 시스템.According to clause 7,
Hydrogen concentration sensor that measures the concentration of hydrogen in the air; and
A hydrogen reduction system for a nuclear power plant further comprising a control unit that receives the hydrogen concentration in the air measured from the hydrogen concentration measurement sensor and controls the operation of the fan.
상기 촉매 주위의 온도를 측정하는 온도 측정센서; 및
상기 온도 측정센서로부터 측정된 온도를 입력받아 상기 팬의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는데,
상기 제어부는 상기 온도 측정센서로부터 입력받은 공기의 온도가 설정된 임계값 아래를 유지하도록 상기 팬을 동작시키는 원자력 설비의 수소 저감 시스템.According to clause 2,
A temperature sensor that measures the temperature around the catalyst; and
It further includes a control unit that receives the temperature measured from the temperature measurement sensor and controls the operation of the fan,
The control unit operates the fan to maintain the temperature of the air input from the temperature measurement sensor below a set threshold.
상기 열전발전기에서 발생된 전기를 저장하는 축전기를 더 포함하는 원자력 설비의 수소 저감 시스템.
According to claim 1,
A hydrogen reduction system for nuclear power plants, further comprising a capacitor for storing electricity generated from the thermoelectric generator.
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KR1020220070016A KR20230170174A (en) | 2022-06-09 | 2022-06-09 | Hydrogen depletion system in nuclear facilities |
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---|---|---|---|---|
KR20160049454A (en) | 2014-10-24 | 2016-05-09 | 한국수력원자력 주식회사 | Prevention method of auto-ignition for passive autocatalytic recombiner |
-
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- 2022-06-09 KR KR1020220070016A patent/KR20230170174A/en unknown
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