KR100436877B1 - 가스압력측정장치 - Google Patents

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Abstract

액체의 수위에 의존하는 가스 압력 측정 장치는 가스로 채워져 있고 대량의 액체 내에서 작동하도록 되어있는 튜브 도관(7, 7')의 상부 부분에 연결된 압력 표시기 또는 센서(6, 6')를 포함하며, 상기 튜브 도관은 튜브 도관의 부피에 비해 큰 부피를 갖는 용기(8, 8')의 상부 부분에 연결된 하부 부분을 갖는다. 용기(8, 8')는 용기의 단면적에 비해 작고 용기의 바닥 부근에 위치된 단면적을 가지며 액체가 유입되게 하는 입구(13)를 갖는다. 따라서, 입구를 통해 용기 내로 유입되는 액체는 표면을 형성하며, 용기 내에서의 표면의 수위는 주위의 대량의 주 액체의 수위에 의존하지만 대체로 액체가 튜브 도관(7, 7') 내로 상승함이 없이 변화할 수 있다.

Description

가스 압력 측정 장치 {A DEVICE FOR MEASURING GAS PRESSURE}
<발명의 배경>
본 발명의 기초는 궁극적으로 물이 냉각 시스템으로 유입되기 전에 원자로 봉쇄부(reactor containment)에서 물을 정화하는 역할을 하는 핵 발전소에서의 여과기(strainer)의 신뢰성 있는 가역 물 세정 또는 세척의 문제이다. 비등수 원자로에서, 여과기는 영구적으로 봉쇄부의 바닥에서 물 속에 있으며, 물을 정기적으로 작동하는 냉각 시스템 및/또는 가동 중지의 경우에만 시동되는 비상용 냉각 시스템으로 이송한다. 정상 가동 환경 하에서, 압축수 원자로는 봉쇄부의 바닥에 물이 결핍되어 있다. 여기서, 여과기는 물이 봉쇄부의 바닥에 집수되어 있게 되는 발생 가능한 가동 중지와 관련하여서만 작동을 시작한다. 그러나, 양자의 경우에, 여과기가 불순물에 의해 어느 정도 막힌다면 그리고 막힌 때, 여과기는 가역 물 세정 또는 세척이 지연없이 개시되는 한도 내에서 신뢰성 있는 방식으로 작동할 수 있다. 그러므로, 여과기가 너무 심한 정도로 막힌다면 냉각 시스템으로의 깨끗한 물의 유동은 위험하게 될 수 있는 수준으로 감소한다. 실제적으로, 여과기의 막힘 정도는 개별적인 여과기에 걸친 압력 강하를 측정함으로써 제어 가능하다. 개별적인 여과기가 청결한 한, 즉, 막힘을 유발하는 불순물이 없는 한, 압력 강하는 극미하지만, 섬유질 및/또는 다른 불순물이 여과기의 구멍 내에서 퇴적되기 시작하여여과기에 구멍을 남기지 않는다면, 압력 강하는 점진적으로 증가하여, 결국에는 냉각 시스템으로의 물의 유동이 허용 불가능할 정도로 낮아지는 값에 도달한다.
실제적으로, 여과기에 걸친 압력 강하를 결정하는 단 하나의 실제적인 가능성은 가스 압력의 비교 측정에 기초한다. 더 자세히는, 각각의 여과기를 위한 압력 지시기 또는 센서를 한 쌍의 튜브 도관의 상부 부분에 제고하도록 시험이 이루어졌는데, 한 쌍의 튜브 도관 중 하나는 그 하부 부분이 여과기의 내부에 놓이고 다른 하나는 안내하는 하부 부분을 갖는다. 이것에 의해, 제1 센서는 여과기 내부에 작용하는 압력을 측정하고, 제2 센서는 여과기를 둘러 싼 물 내에 작용하는 기준 압력을 측정한다. 여과기가 청결하다면 즉, 방해없이 물을 통과시킨다면, 이러한 2개의 측정된 압력은 동일하지만, 여과기의 구멍이 막히기 시작하자 마자, 여과기 내의 압력은 떨어진다. 이것은 2개의 센서에 의해 측정된 압력 사이의 차이로서 막힘 자체를 나타내며, 압력차의 크기는 막힘 정도의 척도이다. 따라서, 압력차가 소정의 한계치에 도달한 때, 가역 물 세정 또는 다른 세척 작동이 개시된다. 그러나, 압력차의 측정에 의해 수행된 시험은 기준 다리부로서 작용하는 튜브 도관을 청결하게 유지하는 것 즉, 가스만으로 채워지는 것이 어렵기 때문에 성공적이지 못했다. 따라서, 특이하게 큰 수두가 2개의 기준 다리부에서 발생한다면, 신뢰성 있는 작동 알람 또는 여과기 세척 기능의 조정을 불가능하게 하는 측정 오차가 발생한다.
<발명의 목적 및 특징>
좁은 태양에서는, 본 발명은 양호하게는, 핵 발전소 내의 여과기의 적절한세척을 가능하게 하기 위해 전술된 어려움을 제거하고 압력차의 신뢰성 있는 측정의 필수 조건을 생성하는 것을 지향한다. 넓은 태양에서는, 본 발명은 만족스러운 방식으로의 절대 가스 압력 기능의 기초 측정과 관련된 장치를 제공하는 것을 지향한다. 따라서, 본 발명의 주목적은 항상 건조하게 유지되며 액체 속에 잠기거나 잠길 수 있는 튜브 도관을 갖는 가스 압력 측정 장치를 생성하는 것이다.
가장 넓은 태양에서는, 본 발명은 청구항 1에 한정된 특징에 의해 이러한 목적을 달성한다. 좁은 태양에서는, 본 발명은 청구항 2에 한정된 특징에 의해 이러한 목적을 달성한다. 본 발명의 양호한 실시예는 다른 종속항에서 추가로 한정된다.
<첨부된 도면의 간단한 설명>
도면에서,
도1은 핵 발전소 내에 구성된 2개의 여과기를 도시하는 측면도이다.
도2는 도1을 따른 도면에 대해 90ㅀ각도에서의 도면이다.
도3은 본 발명에 따른 가스 압력 측정 장치의 개략도이다.
도4는 장치 내에 구성된 제1 형태의 용기를 도시하는 부분 단면도이다.
도5는 제2 형태의 용기를 도시하는 상응하는 도면이다.
도6은 도4 또는 도5에 따른 용기 단부의 부분 단면도이다.
<발명의 양호한 실시예의 상세한 설명>
도1 및 도2에서, 참조 부호 1, 1'는 원자로 봉쇄부의 바닥에 장착된 2개의 여과기를 나타내며, 봉쇄부의 벽은 도면 부호 2로 나타나 있고 봉쇄부의 바닥은 도면 부호 3으로 나타나 있다. 여과기는 구덩이 또는 만입부(4) 내에 부분적으로 잠겨있고, 냉각 시스템(도시 안됨)으로 물을 공급하기 위한 도관(5)에 개별적으로 연결되어 있다. 본 예에서, 핵 발전소는 압축수 원자로에 의해 작동한다고 여겨진다. 이것은 정상 작동 환경 하에서 원자로 봉쇄부의 바닥에 물이 결핍되어 있다는 것을 의미한다. 그러나, 발생 가능한 가동 중지 시에, 물은 바닥에 축적되어 여과기(1, 1')를 완전히 둘러싸는 대량의 물을 생성할 수 있다. 여과기가 비등수 원자로를 보조하도록 장착되는 경우에, 원자로 봉쇄부는 정상 작동 환경 하에서도 여과기가 완전히 잠기는 대량의 바닥 물을 포함할 것이다.
앞으로, 본 발명은 여과기가 물 안에서 작동한다는 가정 하에 설명된다.
주요 구성 요소가 2개의 압력 표시기 또는 압력 센서(6, 6'), 2개의 튜브 도관(7, 7') 그리고 2개의 용기(8, 8')로 구성된 측정 장치가 각각의 여과기(1, 1')에 개별적으로 연결된다. 도3에 도시된 바와 같이, 2개의 용기(8, 8')는 하나의 동일한 높이 즉, 공통 수평면에 위치된다. 제1 용기(8)는 여과기를 둘러 싼 대량의 주 냉각수를 향해 실질적으로 직접 개방되고, 제2 용기(8')는 용기와 여과기 사이에서 수평으로 연장된 보조 튜브 도관(9)을 통해 여과기(1)와 연결된다.
이제, 2개의 용기(8, 8')의 특성을 더 상세히 도시한 도4 및 도6을 참조한다. 양자의 경우에, 용기는 박공벽(gable wall; 11, 11')에 의해 대향 단부들에서 밀봉된 실린더 또는 원통형 벽(10)으로 구성된다. 실린더는 길고 협소하며 수평으로 위치된다. 실제적으로, 실린더는 80 ㎜ 내지 100 ㎜ 범위 내의 직경과, 직경보다 3배 내지 5배 큰 길이를 가질 수 있다. 따라서, 용기의 부피는 약 2 dm3내지 4 dm3이 될 수 있다. 박공벽들 중 한 벽(11')의 부근에는 용기의 상부 부분에 연결되어 상기 튜브 도관(7, 7')에 각각 연결 가능한 결합 수단(12)이 제공된다.
대향된 박공벽(11')에는, 용기의 바닥 가까이에 위치하고 실린더(10)의 단면적에 비해 상당히 작은 단면적을 가지며 입구로서 역할하는 구멍(13)이 형성되어 있다. 도5에 따른 용기(8')에서, 결합 수단(12')은 구멍(13)에 연결되며, 이 결합 수단은 수평 보조 튜브 도관(9)에 연결될 수 있다. 이와 대조적으로, 도4에 따른 용기(8)에는, 박공(15)에 의해 자유 단부에서 밀봉된 단편의 튜브(14)가 구멍(13)에 연결된다. 이러한 튜브벽에는, 물이 단편의 튜브의 내부로 그리고 구멍(13)을 통해 실린더 또는 용기의 내부로 통과할 수 있게 하는 복수개의 작은 구멍(16)이 뚫려 있다. 단편의 튜브가 튜브 외피 상에 실질적으로 고르게 분포된 이러한 작은 구멍을 포함한다는 사실에 의해, 몇몇 다른 구멍이 우연히 불순물에 의해 막힐지라도 구멍들 중 적어도 몇몇이 여과기를 둘러 싼 대량의 주 냉각수와 용기의 내부 사이에서 액체 연통을 가능하게 하는 것이 보장된다. 도면 부호 17로 나타난 액체는 위에 공기 쿠션 또는 가스 쿠션(19)이 있는 표면 또는 미러(mirror; 18)를 형성한다.
용기(8, 8')에 연결된 2개의 튜브 도관(7, 7')들 중 각각은 튜브 도관의 전체 부피가 용기(8, 8')의 부피보다 수 배 작은 것을 보장하기 위해 제한된 직경을 가져야 한다. 이러한 방식으로, 용기가 발생하는 모든 압력 변화 및 주위의 수위에서 도관이 가스로 채워진 상태로 유지시키기에 충분한 가스 부피를 수용하는 것이 보장된다. 실제적으로, 튜브 도관의 직경은 8 ㎜ 내지 20 ㎜, 양호하게는 10 ㎜ 내지 15 ㎜ 또는 가장 적합하게는 12 ㎜ 내지 13 ㎜의 범위 내에 있을 수 있다. 실제적인 예로서, 가장 긴 도관(7')은 5 m의 길이와 12.7 ㎜의 직경을 가질 수 있다. 이때, 도관은 0.63 dm3의 부피를 갖는다. 동시에, 용기(8')는 3.24 dm3의 부피 즉, 튜브 도관의 부피에 비해 약 5.2배 큰 부피를 가질 수 있다. 실제적으로, 용기의 부피는 튜브 도관의 부피에 비해 4배 내지 7배, 양호하게는 5배 내지 6배 커야 한다.
2개의 용기(8, 8')는 용기들 사이의 정지 액주의 차이가 압력차 측정에 영향을 주지 않도록 공통 수평면 내에 위치하는 것이 필수적이다. 특히, 2개의 입구 구멍(13)은 하나의 동일한 높이에 위치되어야 한다.
<발명에 따른 장치의 기능>
가동 중지가 발생하고 여과기(1, 1')가 원자로 봉쇄부 바닥에서 축적된 물과 관련하여 작동한다고 가정하기로 한다. 부속 여과기와 함께 대략 한 높이에 위치한 2개의 용기(8, 8')는 거의 동시에 물로 채워질 것이다. 여과기를 둘러 싼 대량의 주 냉각수가 용기의 높이에 대해 얼마나 높이 상승하느냐에 따라, 높거나 낮은 가스 압력이 공기 쿠션(19)과 튜브 도관(7, 7')의 내부에 생성될 것이다. 이러한 가스 압력은 센서(6, 6')에 의해(또는 압력차를 측정하기 위한 양쪽 도관에 공통인 게이지 표시기에 의해) 검출될 수 있다. 개별적인 여과기 즉, 여과기(1)가 청결한한은, 큰 공기 압력 또는 가스 압력이 용기(8, 8') 내에 동일하게 작용한다. 그러나, 불순물이 여과기 내의 구멍을 막기 시작하면, 여과기 내의 수압은 여과기를 둘러 싼 대량의 주 냉각수 내의 압력과 관련하여 감소할 것이다. 이것은 용기(8') 내의 수위(18)가 다소 내려가고 이러한 용기 내의 가스 압력이 감소되는 결과를 가져올 것이다. 즉, 용기(8, 8') 내의 가스 압력과 부속 튜브 도관 사이에서 센서(6, 6')에 의해 측정 될 수 있는 차이가 발생한다. 여기서, 가스 압력차의 크기는 여과기의 막힘 정도의 척도를 구성한다. 압력차가 설정 크기에 도달하면 여과기의 가역 물 세정 또는 다른 적절한 세척이 적절한 방식으로 개시된다. 실제적으로, 여과기의 세척은 자동 방식으로, 또는 직원이 수동으로 세척 작업을 개시하는 데 이용하는 알람을 작동 개시하는 센서에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 주요 이점은 측정 다리부의 수직 부분 즉, 튜브 도관(7, 7')이 항상 건조하게 유지됨으로써, 압력 측정 또는 압력 표시가 변화하는 액주에 의해 영향을 받지 않는다는 것이다. 용기(8, 8')의 부피가 튜브 도관의 부피에 비해 몇 배나 크다는 사실에 의해, 여과기를 둘러 싼 대량의 주 냉각수의 수위가 용기 위로 상당한 수위까지 상승할지라도 이러한 상태가 또한 보장된다. 측정 다리부로서 역할하는 튜브 도관(9)은 개별적인 여과기로부터 부속 기준 높이 용기까지 수평으로 연장되며, 이러한 몇 가지는 튜브 도관이 완전히 물로 채워지든지 공기를 포함하든지의 사실에 의해 측정이 영향받지 않는다는 것을 수반한다. 압력차 게이지 표시기 또는 센서에서의 압력차는 주위 압력 또는 액체 수위와는 무관하게 측정부에서의 압력차와 동일하다.
종종 파동 형성 또는 다른 갑작스러운 물의 운동이 봉쇄부 내에서 발생할 수 있는데, 이러한 것은 극단적인 경우에, 제어 불가능한 방식으로 물이 도관(7, 7') 내로 가압 상승되게 할 수도 있다. 그러나, 이러한 도관이 상기 제한된 직경(예컨대, 12 ㎜ 내지 13 ㎜)을 갖는다는 사실에 의해, 물이 표면 장력에 의해 억제되는 것이 아니라 상태가 정상으로 돌아오면 용기 내로 다시 하방으로 유동할 수 있는 것이 보장된다.
<발명의 실시 가능한 변경>
본 발명은 도면에 설명되고 도시된 실시예에 제한되어서는 안된다. 따라서, 더 넓은 태양에서, 본 발명은 절대 가스 압력의 측정에도 즉, 측정되거나 표시되는 압력차없이 적용 가능하다. 이러한 경우에, 하나의 단일 용기가 튜브 도관 내에 포함될 수 있고, 단일 용기는 여과기를 둘러 싼 대량의 물 또는 액체의 수위에 무관하게, 측정이 이뤄지는 개시 지점을 형성하는 기준 지점 또는 기준 용기를 형성할 수 있다. 이와 관련해서, 여과기를 둘러 싼 대량의 액체의 수위가 꽤 상당히 변화한다 할지라도 용기는 용기가 길고 수평으로 되어 있다는 것에 의해 용기 내에 포함된 액체의 수위가 좁은 제한 내에서 변화하도록 보장한다는 것이 강조되어야 한다.

Claims (8)

  1. 액체의 수위에 의존하는 가스 압력 측정 장치에 있어서,
    가스로 채워져 있고, 대량의 액체 내에서 작동하도록 되어 있는 튜브 도관(7, 7')의 상부 부분에 연결된 압력 표시기 또는 센서(6, 6')를 포함하며,
    상기 튜브 도관은 튜브 도관의 부피보다 큰 부피를 갖는 용기(8, 8')의 상부 부분에 연결된 하부 부분을 갖고,
    상기 용기(8, 8')는 용기의 단면적보다 작은 단면적을 갖고 용기의 바닥 부근에 위치되어 유체가 유입되게 하는 입구(13)를 구비하며,
    입구를 통해 용기 내로 유입된 액체(17)는 표면 또는 미러(18)를 형성하며, 표면 또는 미러의 높이는 주위의 대량의 주 액체의 수위에 의존하지만 대체로 액체가 튜브 도관(7, 7') 내로 상승함이 없이 변화할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스 압력 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 가스 압력 측정 장치는 2개의 센서(6, 6')와, 2개의 튜브 도관(7, 7')와, 공통 수평면에 위치된 2개의 용기(8, 8')를 포함하며,
    2개의 용기 중 제1 용기(8)는 입구를 통해 주위의 대량의 주 액체를 향해 직접 개방되고, 제2 용기(8')는 보조 튜브 도관(9)을 통해서 여과기(1, 1')와 결합되며,
    여과기는 공지된 방식으로 핵 발전소 내의 냉각 시스템 등의 소비 유니트로의 추가적인 이송을 위해 대량의 주 액체로부터 액체를 흡입하는 역할을 하며, 막힘을 유발하는 불순물을 제거하기 위해 필요할 때 가역 물 세정 또는 세척될 수 있으며,
    제1 용기(8)는 용기 내부의 가스 압력이 대량의 주 액체의 수위에만 실질적으로 의존하는 기준 용기로서 역할을 하며, 다른 용기(8')는 가스 압력이 대량의 주 액체의 수위에 의존할 뿐만 아니라 여과기를 통해 흡입된 액체의 여과기를 통한 압력 강하에도 의존하는 작동 용기를 구성하는 것을 특징으로 하는 가스 압력 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 보조 튜브 도관(9)은 용기(8')와 여과기 사이의 수평면에서 연장되는 것을 특징으로 하는 가스 압력 측정 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용기(8, 8')의 부피가 튜브 도관(7, 7')의 전체 부피에 비해 여러 배 큰 것을 특징으로 하는 가스 압력 측정 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 튜브 도관(7, 7')은 8 ㎜ 내지 20 ㎜ 범위 내의 내경을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 압력 측정 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기준 용기(8)의 입구는 자유 단부에서 밀봉된 단편의 튜브(14)에 연결되며, 단편의 튜브에는 임의의 다른 구멍들이 우연히 불순물에 의해 막히더라도 적어도 몇몇 구멍들이 대량의 주 액체와 기준 용기의 내부 사이에서 액체 연통을 보장하는 복수개의 작은 구멍(16)이 뚫려 있는 것을 특징으로 하는 가스 압력 측정 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용기(8, 8')는 길고 좁으며 박공벽(11, 11')에 의해 대향 단부들에서 밀봉된 실린더(10)의 형상을 가지며, 실린더는 수평으로 배치되는데, 즉 실린더는 실질적으로 수평으로 위치된 종축을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 압력 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 입구(13)는 실린더(10)의 2개의 대향 박공벽들 중 하나의 박공벽(11)에 제공되며, 센서와 연통하는 튜브 도관(7, 7')은 대향 박공벽(11) 부근에서 실린더의 외피 벽에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 압력 측정 장치.
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