KR101241142B1

KR101241142B1 - 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템

Info

Publication number: KR101241142B1
Application number: KR1020110091565A
Authority: KR
Inventors: 김병수; 이치우
Original assignee: 세화엠피(주)
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-03-19

Abstract

본 발명은 원자로 비상냉각용 전원공급 및 해수담수화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대형 재난 발생에 대비한 가동원전의 원자로 노심 및 사용후핵연료저장조 비상냉각용 전원공급 및 해수담수화시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 원자로 비상냉각용 전원공급시스템은, 전원공급수단인 기동용 변압기, 비상디젤발전기, 대체교류디젤발전기가 자동변환스위치에 연결되어 비상노심냉각시스템에 전원을 공급하는 시스템에 있어서;
상기 자동변환스위치에 전원공급수단으로 대용량전력저장장치가 더 연결되어 상기 기동용 변압기, 비상디젤발전기, 대체교류디젤발전기가 재난으로 모두 고장시 대용량전력저장장치의 전원이 자동변환스위치를 통해 비상노심냉각시스템에 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

원자로 비상냉각용 해수담수화시스템 {SEA TO FRESH WATER SYSTEM FOR REACTOR EMERGENCY COOLING IN NUCLEAR POWER PLANT}

본 발명은 원자로 비상냉각용 전원공급 및 해수담수화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대형 재난 발생에 대비한 가동원전의 원자로 노심 및 사용후핵연료저장조의 비상냉각용 전원공급 및 해수담수화시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 원자력발전소는 원자로를 중심으로 한 핵증기공급계통(NSSS: Nuclear Steam Supply System)과 증기를 공급받아 발전기를 돌리는 터빈, 발전기계통 그리고 기타 부수설비로 구분된다.

여기서, 원자로는 핵분열에 의해 발생하는 다양의 에너지가 서서히 방출되도록 조절함으로써 핵에너지를 실생활에 활용할 수 있도록 하는 기능을 한다.

원자력발전소에서 중대사고가 발생하는 경우, 노심의 핵연료가 용융되고 원자로가 파손되어 방사능을 띈 초고온의 용융물이 방출될 수 있다.

이때, 방출되는 노심 용융물은 2000K가 넘는 초고온 방사성 물질로 지속적으로 열이 발생되는 특성이 있다. 따라서, 방출된 노심 용융물에 대한 적절한 냉각이 수행되지 않으면, 방출된 노심 용융물에 의하여 콘크리트 구조물로 지어진 원자로 격실을 파손시키게 되어 방사성 물질이 외부로 누출될 수 있다.

이와 같이 원자로의 격실로부터 누출되는 방사성 물질이 토양이나 대기에 방출되게 되는 경우, 원자력 발전소의 주변 환경을 오염시키는 것은 물론, 원자로의 격납건물의 안정성을 위협할 뿐만 아니라, 사람들의 건강에 심각한 위험을 초래하게 된다.

원자력발전소는 언제나 경제성보다는 안전성을 중요시하므로 발전소 설계에서부터 건설·운전·해체까지 모든 단계에서 안전과 관련된 엄격한 규제를 받고 있다.

원자로는 그 자체가 자연법칙에 의한 고유의 안전성이 있으며, 연동시스템을 설치하여 원자로가 항상 일정한 안전범위를 벗어나지 않도록 자동으로 제어한다.

만약 그 범위를 벗어날 경우에는 원자로가 긴급 정지되도록 설계되어 있다.

일반적으로 원자로를 정지시키려면, 중성자를 잘 흡수하는 물질로 이루어진 제어봉을 노심에 삽입한다.

그러나 제어봉이 작동하지 않을 경우를 대비하여 원자로에는 비상노심냉각시스템(ECCS : Emergency Core Cooling System)을 구비하며, 상기 비상노심냉각시스템은 원자로를 정지시키고 원자로의 온도상승을 억제하는 역할을 한다.

이와 같은 원자로 비상노심냉각시스템(ECCS)은 원자로에서 소정거리 떨어진 전원(소외전원(OP : Offsite Power))을 이용하거나 비상디젤발전기(대체교류디젤발전기 포함)을 전원으로 사용하고 있으나, 대형재난 및 물에 취약하다.

즉, 가동원전은 전력설비 대부분이 지표면에 있어 높은 해일이 발생하면 침수로 손실, 유실이 될 가능성이 매우 높다.

원전의 소외 전력망 스위치 야드는 지표면에 있고, 발전소 내에 있는 변압기도 지표면보다 약간 높게 설치되어 있으며 그 외 보조건물 내, 외부에 독립적으로 설치된 비상디젤발전기도 해일의 규모에 따라 침수되어 가동불능 상태가 될 수 있다.

침수 시에는 기존탱크의 연료탱크도 지상탱크는 1시간 정도만 운영이 가능하고 지하 탱크는 7일간의 용량이 비축되어있는데 지하에 위치한 연료이송펌프가 쓰나미에 의해 무용지물이 될 수 있다.

그리고 상기 비상디젤발전기는 복잡한 기계설비로 되어 있어 재난발생에 의한 전원완전상실(SBO: Station Black Out) 발생시 원자로 냉각에 필요한 충분하고도 능동적, 연속적인 전원공급 체계가 매우 취약하다.

원자로 노심 및 사용후핵연료저장조(SFP: Spent Fuel Pool)의 냉각수 부분은 원수(Raw Water)의 취수 위치가 가동원전과 거리가 매우 멀리 떨어져 있어 지진, 해일, 발생시 원수 공급배관 파단에 의한 단수 가능성 매우 높고, 원수 취수로 지하수를 취수하고 있어 원수고갈에 대비한 위험 관리가 필요하다,

만일 가동원전에서 전원완전상실 발생시 담수 보유량 불충분 및 냉각기능 상실로 원자로 노심 및 사용후핵연료저장조의 비상 냉각을 위해 담수 대신 해수를 사용할 경우 사고수습 후 원전 설비의 재사용이 불가능한 문제점이 있었다.

공개번호 특2003-0040918호 공개번호 특2000-0070797호 일본공개특허 특개평05-264774호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가동원전의 원자로 비상노심냉각용 전원을 대용량전력저장시스템에 상시 저장하여 대형 재난 발생시 전원을 연속 공급할 수 있는 전원공급설비시스템을 구비함으로써, 소외전원 또는 비상디젤발전기의 전원으로 가동되는 비상노심냉각계통 전체가 기동 불능 상태에 빠지는 것을 방지할 수 있는 원자로 비상냉각용 전원공급 및 해수담수화시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 가동원전 인근의 해수를 담수화시켜 원자로 비상노심냉각용 담수를 연속 공급할 수 있는 독립적인 냉각수 생산 및 공급설비 시스템을 확보하고, 사용후핵연료저장조의 냉각계통 기능 상실에 대비해 외부에서 내부로 냉각수를 중력 등 자연압을 이용하여 손쉽게 냉각용 담수를 유입시킬 수 있는 자연순환발생기를 구축함으로써, 원자로 비상노심냉각계통 및 사용후핵연료저장조에 냉각수를 공급하는 설비의 파손으로 담수계통 전체가 기동 불능 상태에 빠지는 것을 방지할 수 있는 원자로 비상냉각용 전원공급 및 해수담수화시스템을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원자로 비상냉각용 전원공급시스템은, 전원공급수단인 기동용 변압기, 비상디젤발전기, 대체교류디젤발전기가 자동변환스위치에 연결되어 비상노심냉각시스템에 전원을 공급하는 시스템에 있어서;

상기 자동변환스위치에 전원공급수단으로 대용량전력저장장치가 더 연결되어 상기 기동용 변압기, 비상디젤발전기, 대체교류디젤발전기가 재난으로 모두 고장시 대용량전력저장장치의 전원이 자동변환스위치를 통해 비상노심냉각시스템에 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템은, 정상작동시에는 원전 부근의 취수장, 집수조, 발전소 내부의 원수저장탱크 및 물처리실이 차례로 연결되어 물처리실에 담수가 공급되고, 비상시에는 상기 물처리실에 해수담수화시스템이 연결되어 물처리실에 해수가 담수화되어 지속적으로 공급되되;

상기 물처리실의 출구 측에 원자로보충수탱크, 복수저장탱크, 복수기, 담수저장탱크가 각각 연결되어 정상작동시에는 원자로보충수탱크, 복수저장탱크, 복수기에 수처리된 담수가 공급된 후 복수저장탱크의 담수가 급수펌프에 의해 증기발생기에 공급되고, 비상시에는 담수저장탱크에 수처리된 담수가 공급된 후 담수저장탱크의 담수가 상기 급수펌프에 의해 증기발생기에 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템은, 붕산수를 저장한 연료재생원수저장탱크가 사용후핵연료저장조에 붕산수가 순환되도록 연결되고, 상기 사용후핵연료저장조는 사용후핵연료저장조냉각펌프를 통해 붕산수를 담수와의 열교환에 의해 냉각하는 사용후핵연료저장조냉각열교환기에 붕산수가 순환되도록 연결되며, 상기 사용후핵연료저장조냉각열교환기는 기기냉각수펌프를 통해 담수를 해수와의 열교환에 의해 냉각하는 기기냉각수열교환기와 담수가 순환되도록 연결되되;

복수저장탱크와, 상기 복수저장탱크와 연동되고 해수담수화시스템에 의해 담수를 지속적으로 공급받는 담수저장탱크가 담수공급펌프를 통해 상기 사용후핵연료저장조냉각열교환기와 기기냉각수열교환기를 연결하는 일측 배관에 연결되고 그 타측 배관에는 담수를 자연 냉각하는 지하저장탱크와 연결되며, 상기 지하저장탱크는 지하저장조이송펌프를 통해 복수저장탱크 및 담수저장탱크에 연결되어 담수가 순환하고 상기 지하저장탱크의 용량을 담수가 초과하는 경우 외부로 배출하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 제3실시예에 따른 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템은 자연순환발생기는 자연순환발생기에 들어오는 고온수를 담수와의 열교환에 의해 냉각하여 저온수를 만들고, 그 내부에 순환경로와 담수저장부가 분리되게 형성되어,

원자로와 증기발생기가 구비된 격납용기의 하부는 비상노심냉각용고온수이동펌프를 통해 상기 순환경로의 입구측에 연결되고, 상기 순환경로의 출구 측은 비상노심냉각용저온수이동펌프를 통해 격납용기의 상부에 연결되어 물이 순환하되;

담수저장탱크는 담수공급펌프를 통해 상기 담수저장부의 입구측에 연결되고, 담수저장부의 출구 측은 담수를 자연 냉각하는 지하저장탱크와 지하저장조이송펌프를 통해 상기 담수저장탱크와 연결되어 담수가 순환하며 상기 지하저장탱크의 용량을 담수가 초과하는 경우 외부로 배출하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면 가동원전의 원자로 비상노심냉각용 전원을 대용량전력저장시스템에 상시 저장하여 대형 재난 발생시 전원을 연속 공급할 수 있는 전원공급설비시스템을 구비함으로써, 소외전원 또는 비상디젤발전기의 전원으로 가동되는 비상노심냉각계통 전체가 기동 불능 상태에 빠지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 가동원전 인근의 해수를 담수화시켜 원자로 비상노심냉각용 담수를 연속 공급할 수 있는 독립적인 냉각수 생산 및 공급설비 시스템을 확보하고, 사용후핵연료저장조의 냉각계통 기능 상실에 대비해 외부에서 내부로 냉각수를 중력 등 자연압을 이용하여 손쉽게 냉각용 담수를 유입시킬 수 있는 자연순환발생기를 구축함으로써, 원자로 비상노심냉각계통 및 사용후핵연료저장조에 냉각수를 공급하는 설비의 파손으로 담수계통 전체가 기동 불능 상태에 빠지는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원공급시스템의 연결 블록도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 해수담수화시스템의 연결 블록도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 해수담수화시스템의 연결 블록도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 해수담수화시스템의 연결 블록도.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전원공급시스템의 연결 블록도로서, 대형 재난 발생시 가동원전의 원자로 비상노심냉각용 전원공급시스템에 대한 연결 블록도이다.

도시된 바와 같이 전원공급시스템이 기동용 변압기(SU TR: Start Up Trnasformer)(16), 비상노심냉각시스템(ECCS)(10), 비상디젤발전기(EDG: Emergency Diesel Generator)(12a), 대체교류디젤발전기(AAC(Alternative AC) Diesel Generator)(12b), 자동변환스위치(ATS: Auto Transfer Switch)(20), 대용량전력저장장치(NAS)(14)를 포함하여 구성되되, 전원공급수단인 기동용 변압기(16), 비상디젤발전기(12a), 대체교류디젤발전기(12b), 대용량전력저장장치(14)와 비상노심냉각시스템(10)이 자동변환스위치(20)에 연결되어 자동변환스위치(20)에 의해 전원공급수단과의 접점이 절환되는 구성이다.

평상시에는 외부전원(Offsite Power)(18) 즉, 발전소 외부의 송전탑에서 345KV 전원이 공급되어 기동용 변압기(16)에 의해 사용전압인 4.16KV로 전환된 후 자동변환스위치(20)를 통하여 비상노심냉각시스템(10)으로 공급된다.

대형재난(예를 들어 쓰나미, 지진, 해일 등)이 발생해서 외부전원(18)을 공급받지 못하여 비상노심냉각시스템(10)이 작동 불능 상태가 되는 경우, 비상디젤발전기(12a)가 10초 이내에 자동으로 가동되거나 대체교류디젤발전기(12b)가 필요에 의해서 수동으로 작동되어 자동변환스위치(20)에 의해 자동으로 비상디젤발전기(12a)나 대체교류디젤발전기(12b)로 접점이 절환되어 비상노심냉각시스템(10)에 전원이 공급된다.

즉, 일반적으로 비상디젤발전기(12a)나 대체교류디젤발전기(12b)는 원자력발전소가 정상운전중에 정지하여 발전소 내부에 필요한 전력을 외부 송전계통으로부터 공급받지 못할 경우, 원자로의 안전정지에 필수적인 안전설비의 구동용 전력을 공급한다.

그러나 배경기술에 기재한 바와 같이 비상디젤발전기(12a)나 대체교류디젤발전기(12b)는 대형재난에 취약한 바, 대형재난에 의해 비상디젤발전기(12a)나 대체교류디젤발전기(12b)마저 기동불능 상태가 되면 대용량전력저장장치(14)가 자동으로 작동되고 자동변환스위치(20)의 접점이 대용량전력저장장치(14)로 절환되어 비상노심냉각시스템(10)에 전원이 공급된다.

상기 기동용 변압기(16), 비상디젤발전기(12a), 대체교류디젤발전기(12b) 및 대용량전력저장장치(14)는 비상시를 대비하여 2 계열(Two Train)(TRA, TRB)으로 자동변환스위치(20)에 연결된다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 해수담수화시스템의 연결 블록도로서, 비상노심냉각시스템(ECCS) 정상작동시 원자로 비상노심냉각용 해수담수화시스템의 연결 블록도이다.

도시된 바와 같이 취수장(21), 집수조(22), 원수저장탱크(23), 물처리실(24), 해수담수화시스템(SFWS: Sea to Fresh Water System)(29), 원자로보충수탱크(RMWST: Reactor Make up Water Storage Tank)(25), 복수저장탱크(CST: Condensate Storage Tank)(27), 복수기(CDS: Conenser)(28), 담수저장탱크(FWST: Fresh Water Storage Tank)(26), 급수펌프(P1,P2,P3) 및 증기발생기(SG: Steam Generator)(30)를 포함하여 구성되되, 취수장(21), 집수조(22), 원수저장탱크(23) 및 물처리실(24)이 차례로 연결되어 물처리실(24)에 담수가 공급되고 상기 물처리실(24)에 해수담수화시스템(29)이 연결되어 물처리실에 해수가 담수화되어 공급되며, 이 물처리실(24)의 출구 측에 원자로보충수탱크(25), 복수저장탱크(27), 복수기(28), 담수저장탱크(26)가 각각 연결되고 상기 복수저장탱크(27)와 담수저장탱크(26)가 다수의 펌프(P1,P2,P3) 중 어느 하나의 펌프에 의해 증기발생기(30)에 담수를 공급하는 구성이다. 즉, 펌프(P1)이 가동되다가 고장시 펌프(P2)가 작동하고, 또 펌프(P2)가 고장시 펌프(P3)가 작동되어 증기발생기(30)에 담수를 공급한다.

여기서 물처리실(24)은 담수를 수처리하여 담수에 포함된 불순물을 제거하고, 복수기(28)는 증기를 식혀 물이 되게 하며, 급수펌프(P1,P2)는 교류구동보조급수펌프(AC driven Auxillary Feed Water Pump)로 급수펌프(P3)는 터빈구동보조급수펌프(Turbine driven Feed Water Pump)로 이루어진다.

정상작동시에는 발전소로부터 4~10km 정도 떨어져 있는 원전 부근 취수장(21)에서 원수를 취수하여 집수조(22)를 거쳐 발전소 내부에 있는 원수저장탱크(23)에 저장된다.

상기 원수저장탱크(23)에 저장된 담수는 물처리실(24)을 통과하면서 수처리가 되어 원자로보충수탱크(25), 복수저장탱크(27), 복수기(28)에 공급되며, 복수저장탱크(27)에 저장된 담수는 다수의 펌프(P1,P2,P3) 중 어느 하나의 펌프에 의해 증기발생기(30)에 공급된다. 즉, 펌프(P1)이 가동되다가 고장시 펌프(P2)가 작동하고, 또 펌프(P2)가 고장시 펌프(P3)가 작동되어 증기발생기(30)에 담수를 공급한다.

정상작동 중 대형재난에 의해 배관파단 및 기기고장으로 냉각계통의 기능을 상실한 경우에 담수저장탱크(26)에 저장된 담수가 급수펌프(P1)이 가동되다가 고장시 펌프(P2)가 작동하고, 또 급수펌프(P2)가 고장시 급수펌프(P3)가 작동되는 방식으로 증기발생기(30)에 담수를 공급하며, 해수담수화시스템(29)을 이용하여 해수를 담수화시킨 물을 물처리실(24)로 보내어 수처리된 물(담수)을 연속적으로 담수저장탱크(26)에 공급한다.

이때 급수펌프(P1,P2,P3)는 도 1에 나타낸 별도의 대용량전력저장장치(NAS)를 통해 전원을 직접 공급받는다

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 해수담수화시스템의 연결 블록도로서, 비상노심냉각시스템(ECCS) 작동시 사용후핵연료 냉각용 해수담수화시스템의 연결블록도이다.

도시된 바와 같이 사용후핵연료저장조(SFP: Spent Fuel Pool)(31), 기기냉각수열교환기(CCWHX: Component Cooling Water Heat Exchanger)(32), 사용후핵연료저장조냉각열교환기(SFPHX: Spent Fuel Pool cooling Heat Exchanger)(33), 복수저장탱크(CST)(34), 담수저장탱크(FWST)(35), 해수담수화시스템(SFWS)(36), 연료재생원수저장탱크(RWST: Refueling Water Storage Tank)(37), 지하저장탱크(38) 및 다수의 펌프(P4,…,P8)를 포함하여 구성된다.

상기 다수의 펌프는 사용후핵연료저장조냉각펌프(P4), 담수공급펌프(P5), 지하저장조이송펌프(P6), 기기냉각수펌프(P7), 필수냉각해수펌프(P8)를 포함하여 구성된다.

붕산수를 저장한 연료재생원수저장탱크(37)와 사용후핵연료저장조(31)가 상호 연결되어, 사용후핵연료저장조(31)에 사용후핵연료가 추가되어 붕산수가 일정레벨이상 넘어가면 수위조절을 위하여 다시 연료재생원수저장탱크(37)로 붕산수가 넘어가고, 반대로 사용후핵연료가 줄어들면 모자란 붕산수를 추가하기 위하여 다시 공급한다.

상기 사용후핵연료저장조(31)는 사용후핵연료저장조냉각펌프(P4)를 통해 사용후핵연료저장조냉각열교환기(33)에 붕산수가 순환되도록 연결되며, 상기 사용후핵연료저장조냉각열교환기(33)는 기기냉각수펌프(P7)를 통해 기기냉각수열교환기(32)와 담수가 순환되도록 연결된다.

상기 사용후핵연료저장조냉각열교환기(33)는 고온의 붕산수를 저온의 담수와 열교환하여 저온의 붕산수가 되도록 하고, 상기 기기냉각수열교환기(32)는 고온의 담수를 저온의 해수와 열교환하여 저온의 담수가 되도록 한다.

상호 연동하는 복수저장탱크(34)와 담수저장탱크(35)는 담수공급펌프(P5)를 통해 상기 사용후핵연료저장조냉각열교환기(33)와 기기냉각수열교환기(32)를 연결하는 일측 배관(저온의 담수를 공급하는 배관)에 연결되고 그 타측 배관(고온의 담수를 배출하는 배관)에는 지하저장탱크(38)와 연결되며, 상기 지하저장탱크(38)는 지하저장조이송펌프(P6)를 통해 복수저장탱크(34) 및 담수저장탱크(35)에 연결된다.

상기 지하저장탱크(38)는 고온의 담수를 자연 냉각한다.

상기 담수저장탱크(35)는 해수담수화시스템(39)을 이용하여 해수를 담수화시킨 물을 연속적으로 담수저장탱크(36)에 공급한다.

상기한 구성에서 정상작동시에 연료재생원수저장탱크(37)는 붕산수를 저장하고 사용후핵연료저장조(31)의 붕산수를 적정량을 유지시킨다.

사용후핵연료저장조(31)의 고온붕산수는 사용후핵연료저장조냉각펌프(P4)에 의해서 사용후핵연료저장조냉각열교환기(33)를 통과하면서 저온의 담수와 열교환되어 저온붕산수가 된 후 다시 사용후핵연료저장조(31)로 순환된다.

상기 저온의 담수는 사용후핵연료저장조냉각열교환기(33)를 통과하면서 고온붕산수와 열교환되어 고온의 담수가 되며, 이 고온의 담수가 다시 기기냉각수열교환기(32)를 통과하면서 기기냉각수열교환기(32)로 들어오는 저온의 해수와 열교환되어 저온의 담수가 된다.

이 저온의 담수는 기기냉각수펌프(P7)에 의해서 사용후핵연료저장조냉각열교환기(33)와 기기냉각수열교환기(32) 사이를 지속적으로 순환한다.

한편, 입구(Intake)측 해수는 회전망스크린(Travelling Screen)(39)을 통과하여 이물질이 걸러지며 필수냉각해수펌프(P8)에 의해서 기기냉각수열교환기(32)를 통과하면서 기기냉각수열교환기(32)로 들어오는 고온의 담수를 냉각시킨 후 바다로 배출된다.

상기 사용후핵연료 냉각용 담수화설비가 작동불능이 되는 경우 담수공급탱크(35)는 복수저장탱크(36)에 저장되어 있는 담수를 담수공급펌프(P5)를 통해 사용후핵연료저장조냉각열교환기(33)로 공급시켜 사용후핵연료저장조냉각열교환기(33)로 들어오는 고온붕산수와 열교환된 후 사용후핵연료저장조냉각열교환기(33)를 빠져나와 지하저장탱크(38)로 저장되고, 이 저장된 담수가 자연냉각되어 지하저장조이송펌프(P6)에 의해서 복수저장탱크(34)에 다시 저장된다.

이때 담수저장탱크(34)와 복수저장탱크(35)는 상호 연동되어 작동되며, 해수담수화시스템(36)에 의해서 지속적으로 담수를 공급받는다.

물론 비상시에 작동하는 모든 펌프(P4,…,P8)의 전원은 도 1에 나타낸 별도의 독립적인 대용량전력저장시스템(NAS)으로부터 직접 공급받는다.

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 해수담수화시스템의 연결 블록도로서, 격납용기 내의 증기발생기 배관과 원자로 냉각순환계통 파손시와 비상노심냉각시스템(ECCS) 파손시 자연순환발생기(NCS)에 의한 원자로 비상노심냉각용 해수담수화시스템의 연결 블록도이다.

도시된 바와 같이 격납용기(CV: Containment Vessel)(41), 지하저장탱크(42), 자연순환발생기(NCS: Natural Cooling Generator)(43), 해수담수화시스템(SFWS)(45), 담수저장탱크(FWST)(44) 및 다수의 펌프(P9,…,P13)를 포함하여 구성된다.

상기 다수의 펌프는 원자로냉각제펌프(P9), 지하저장조이송펌프(P10), 담수공급펌프(P11), 비상노심냉각용고온수이동펌프(P12), 비상노심냉각용저온수이동펌프(P13)를 포함하여 구성된다.

상기 자연순환발생기(43)는 자연순환발생기(43)에 들어오는 고온수를 순환에 의해 냉각하여 저온수를 만들고, 그 내부에 순환경로(43a)와 담수저장부(43b)가 분리되게 형성된다.

격납용기(41)의 하부는 비상노심냉각용고온수이동펌프(P12)를 통해 자연순환발생기(43)의 순환경로(43a)의 입구측에 연결되고, 상기 순환경로(43a)의 출구 측은 비상노심냉각용저온수이동펌프(P13)를 통해 격납용기(41)의 상부에 연결되어 물이 순환한다.

담수저장탱크(44)는 담수공급펌프(P11)를 통해 자연순환발생기(43)의 담수저장부(43b)의 입구측에 연결되고, 담수저장부(43b)의 출구 측은 지하저장탱크(42)와 지하저장조이송펌프(P10)를 통해 담수저장탱크(44)와 연결되어 담수가 순환한다.

또한, 담수저장탱크(44)는 격납용기(41)의 살수시스템(41c)에 연결되고, 해수담수화시스템(45)에 의해서 지속적으로 담수를 공급받는다.

원자로 비상노심냉각시스템에는 격납용기(41)에 살수시스템(41c)이 기설치되어 정상작동시 1차 계통 격납시설(예를 들어 원자로(41a), 증기발생기(41b))에 살수되어 물이 증기로 변화하면서 생기는 냉각으로 1차 계통의 과압력을 방지한다.

비상노심냉각 및 담수공급 시스템이 작동불능 상태가 되는 경우 비상노심냉각용고온수이동펌프(P12)를 이용하여 격납용기(41)에 고여있는 고온수를 자연순환발생기(43)의 순환경로(43a)로 이송시켜 냉각시킨 후 다시 비상노심냉각용저온수이동펌프(P13)를 이용하여 격납용기(41) 상부로 보내어 살수에 의해 격납용기(41) 내의 설비를 냉각시킨다.

이때 담수저장탱크(44)에 저장된 저온의 담수가 담수공급펌프(P11)에 의해 자연순환발생기(43)의 담수저장부(43b)로 공급되어 자연순환발생기(43)의 순환계열(43a)에 들어오는 고온수를 냉각한다.

만약 담수공급펌프(P11)가 작동불능시 담수저장탱크(44)로부터 자연순환발생기(43)의 다수저장부(43b)에 공급되는 냉각용 담수는 자연순환발생기(53)보다 높은 고도에 위치하고 있는 담수저장탱크(44)와의 압력차이에 의해 연속적으로 공급된다.

상기 고온수를 냉각한 후 자연순환발생기(43)에서 배출되는 고온의 담수는 지하저장탱크(42)에 일정수위를 유지하면서 저장되어 자연냉각 후 지하저장조이송펌프(P10)를 통해 다시 담수저장탱크(44)에 저장된다.

이때 지하저장탱크(42)의 용량을 초과하는 물은 외부로 배출된다.

또한, 담수저장탱크(44)에 저장된 물은 격납용기 살수시스템(41c)으로 보내져 살수됨으로써 격납용기(41) 내의 설비를 냉각시키고, 해수담수화시스템(45)에 의해 해수를 담수화시켜 담수저장탱크(44)에 계속 공급한다.

그리고 비상노심냉각시스템(ECCS)이 작동불능 상태이므로 각종 펌프에 전원공급이 안 되어 비상노심냉각용고온수이동펌프(P12), 비상노심냉각용저온수동펌프(P13), 담수공급펌프(P11), 지하저장조이송펌프(P10) 등의 모든 전원은 별도로 구비된 도 1의 대용량전력저장시스템(NAS)으로부터 직접 공급받는다.

10: 비상노심냉각시스템 12a: 비상디젤발전기
12b: 대체교류디젤발전기 14: 대용량전력저장장치
16: 기동용 변압기 18: 외부전원
20: 자동변환스위치

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정상작동시에는 원전 부근의 취수장, 집수조, 발전소 내부의 원수저장탱크 및 물처리실이 차례로 연결되어 물처리실에 담수가 공급되고, 비상시에는 상기 물처리실에 해수담수화시스템이 연결되어 물처리실에 해수가 담수화되어 지속적으로 공급되되;
상기 물처리실의 출구 측에 원자로보충수탱크, 복수저장탱크, 복수기, 담수저장탱크가 각각 연결되어 정상작동시에는 원자로보충수탱크, 복수저장탱크, 복수기에 수처리된 담수가 공급된 후 복수저장탱크의 담수가 급수펌프에 의해 증기발생기에 공급되고, 비상시에는 담수저장탱크에 수처리된 담수가 공급된 후 담수저장탱크의 담수가 상기 급수펌프에 의해 증기발생기에 공급되는 것을 특징으로 하는 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템.
제3항에 있어서,
상기 급수펌프는 교류구동보조급수펌프 2개와 터빈구동보조급수펌프 1개로 이루어지고, 하나의 급수펌프 작동시 다른 2개의 급수펌프는 작동하지 않는 원리로 증기발생기에 담수를 공급하며, 비상시에는 별로도 구비된 대용량전력저장장치로부터 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템.
붕산수를 저장한 연료재생원수저장탱크가 사용후핵연료저장조에 붕산수가 순환되도록 연결되고, 상기 사용후핵연료저장조는 사용후핵연료저장조냉각펌프를 통해 붕산수를 담수와의 열교환에 의해 냉각하는 사용후핵연료저장조냉각열교환기에 붕산수가 순환되도록 연결되며, 상기 사용후핵연료저장조냉각열교환기는 기기냉각수펌프를 통해 담수를 해수와의 열교환에 의해 냉각하는 기기냉각수열교환기와 담수가 순환되도록 연결되되;
복수저장탱크와, 상기 복수저장탱크와 연동되고 해수담수화시스템에 의해 담수를 지속적으로 공급받는 담수저장탱크가 담수공급펌프를 통해 상기 사용후핵연료저장조냉각열교환기와 기기냉각수열교환기를 연결하는 일측 배관에 연결되고 그 타측 배관에는 담수를 자연 냉각하는 지하저장탱크와 연결되며, 상기 지하저장탱크는 지하저장조이송펌프를 통해 복수저장탱크 및 담수저장탱크에 연결되어 담수가 순환하고 상기 지하저장탱크의 용량을 담수가 초과하는 경우 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템.
제5항에 있어서,
상기 사용후핵연료저장조냉각펌프, 기기냉각수펌프, 담수공급펌프 및 지하저장조이송펌프는 비상시에는 별도로 구비된 대용량전력저장장치로부터 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템.
자연순환발생기는 자연순환발생기에 들어오는 고온수를 담수와의 열교환에 의해 냉각하여 저온수를 만들고, 그 내부에 순환경로와 담수저장부가 분리되게 형성되어,
원자로와 증기발생기가 구비된 격납용기의 하부는 비상노심냉각용고온수이동펌프를 통해 상기 순환경로의 입구측에 연결되고, 상기 순환경로의 출구 측은 비상노심냉각용저온수이동펌프를 통해 격납용기의 상부에 연결되어 물이 순환하되;
담수저장탱크는 담수공급펌프를 통해 상기 담수저장부의 입구측에 연결되고, 담수저장부의 출구 측은 담수를 자연 냉각하는 지하저장탱크와 지하저장조이송펌프를 통해 상기 담수저장탱크와 연결되어 담수가 순환하며 상기 지하저장탱크의 용량을 담수가 초과하는 경우 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템.
제7항에 있어서,
상기 담수저장탱크는 격납용기의 살수시스템에 연결되어 살수됨으로써 격납용기 내의 설비를 냉각시키고, 해수담수화시스템에 의해서 지속적으로 담수를 공급받는 것을 특징으로 하는 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템.
제7항에 있어서,
상기 담수저장탱크는 자연순환발생기보다 높은 고도에 위치하여 담수공급펌프 고장시 압력차이에 의해 자연순환발생기에 담수를 공급하는 것을 특징으로 하는 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템.
제7항에 있어서,
상기 해수담수화시스템을 증기발생기 배관, 원자로 냉각순환계통, 비상노심냉각시스템의 파손시에 적용하는 것을 특징으로 하는 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템.
제7항에 있어서,
상기 비상노심냉각용고온수이동펌프, 비상노심냉각용저온수이동펌프, 담수공급펌프 및 지하저장조이송펌프는 비상시에 별도로 구비된 대용량전력저장장치로부터 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 원자로 비상냉각용 해수담수화시스템.