KR101250516B1 - 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치에 관한 것으로서, 공급되는 물이 원자로 가동시 발생되는 열에 의해 가열되어 증기화 되는 증기발생부; 상기 증기발생부에 연결 구비되어 상기 증기발생부로부터 공급되는 증기가 냉각 응축되도록 내부에 냉각수가 저장된 수냉식 열교환부; 및, 일측이 상기 수냉식 열교환부에 연결 구비되고, 타측이 상기 증기발생부에 연결 구비되어 상기 수냉식 열교환부로부터 물과 증기가 혼합되어 유입되더라도 물과 증기가 분리되어 상기 증기발생부로는 물만 공급될 수 있도록 구비된 증기 물 분리 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 사고시 전기 공급이 중단되더라도 노심 붕괴열(또는 잔열)을 피동형으로 제거하는 과정에서 증기 발생기로 재유입되는 물에 증기가 혼합되는 것을 방지함으로써 진동이나 충격파의 발생을 방지할 수 있는 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치를 제공할 수 있다.

Description

원자력 발전소의 피동형 보조응축장치 {passive auxiliary condensing apparatus for nuclear power plant}
본 발명은 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원자력 발전소의 사고 발생시 노심을 냉각시키기 위한 보조급수계통인 피동형 보조응축장치에 관한 것이다.
원자력 발전소에 있어서, 원자로의 안전성 확보에 중요한 계통으로 보조급수계통이 있다.
그 중, 별도로 구비된 냉각 수조에 증기발생기의 출구가 연결된 증기 배관을 통과시켜 냉각 응축시킨 뒤 증기발생기로 급수를 공급하는 피동형 냉각시스템인 PAFS(Passive Auxiliary Feedwater System: 피동형 보조급수 시스템)이 널리 알려져 있다.
한편, 종래기술에 따른 비상노심냉각계통의 냉각 시스템이 한국공개특허공보 제2002-0037105호(2002.05.18. 공개)에 개시되어 있다.
원자력 발전소에서 안전성을 확보하기 위한 방법으로 원자로의 이차계통을 냉각시키는 방법이 있다.
그러나, 이러한 종래의 냉각 시스템은 전기 공급에 의해서만 가동될 수 있는 능동형이기 때문에 사고시 전기 공급이 중단될 경우에는 가동되지 못할 수 있다는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하고자 개발된 피동형 보조급수 시스템(PAFS)(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 원자로 용기(20)에 연결된 증기 발생기(30)와, 증기 발생기(30)에 연결된 열교환기(40)가 내부에 설치된 냉각탱크(50)를 포함한다.
증기 발생기(30)의 상부로는 증기가 배출되어 열교환기(40)로 유입되고 냉각탱크(50)를 거치며 증기가 냉각 응축되어 증기 발생기(30)의 하부로 재유입될 때에는 물의 상태로 재유입된다.
그러나, 이러한 종래의 피동형 보조급수 시스템(10)의 열교환기(40)를 거쳐 냉각탱크(50)를 통과하여 증기 발생기(30)로 회수되는 물은 100% 물이 아닌 증기가 혼합된 상태이기 때문에 증기 발생기(30)로 재유입되는 경로 중에 진동을 발생시키고 남아 있던 증기가 물로 응축되는 과정에서 충격파를 발생시켜 시스템을 파손시킬 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 증기 발생기(30)로 재유입되는 냉각수의 수질이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 사고시 전기 공급이 중단되더라도 노심 붕괴열(또는 잔열)을 피동형으로 제거하는 과정에서 증기 발생기로 재유입되는 물에 증기가 혼합되는 것을 방지함으로써 진동이나 충격파의 발생을 방지할 수 있는 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 공급되는 물이 원자로 가동시 발생되는 열에 의해 가열되어 증기화 되는 증기발생부; 상기 증기발생부에 연결 구비되어 상기 증기발생부로부터 공급되는 증기가 냉각 응축되도록 내부에 냉각수가 저장된 수냉식 열교환부; 및, 일측이 상기 수냉식 열교환부에 연결 구비되고, 타측이 상기 증기발생부에 연결 구비되어 상기 수냉식 열교환부로부터 물과 증기가 혼합되어 유입되더라도 물과 증기가 분리되어 상기 증기발생부로는 물만 공급될 수 있도록 구비된 증기 물 분리 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치에 의하여 달성된다.
여기서, 상기 증기 물 분리 탱크는, 하부 일측에 구비되어 상기 수냉식 열교환부에 연결된 증기 물 유입관과, 하부면에 구비되어 상기 증기발생부에 연결된 물 배출관을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 증기 물 분리 탱크는 수직으로 세워진 긴 원통 형상으로 구비된 것이 바람직하다.
상기 증기발생부와 상기 수냉식 열교환부가 서로 연결되도록 상기 증기발생부 및 상기 수냉식 열교환부 사이에는 증기관이 구비된 것이 바람직하다.
상기 증기관과 상기 증기 물 분리 탱크 사이에는 바이패스관이 구비된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 바이패스관에는 조절밸브 및 체크밸브가 구비된 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 사고시 전기 공급이 중단되더라도 노심 붕괴열(또는 잔열)을 피동형으로 제거하는 과정에서 증기 발생기로 재유입되는 물에 증기가 혼합되는 것을 방지함으로써 진동이나 충격파의 발생을 방지할 수 있는 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치를 제공할 수 있다.
또한, 증기 발생기로 재유입되는 냉각수의 수질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 원자력 발전소의 피동형 보조급수 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치의 구성도,
도 3은 도 2의 증기 물 분리 탱크를 확대 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치의 구성도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치(100)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 원자로의 안전성 확보에 중요한 계통으로 피동형 보조급수 시스템(PAFS: Passive Auxiliary Feedwater System)에 적용되는 것으로서, 원자로 용기(105)에 연결되되 후술할 증기 물 분리 탱크(140)로부터 공급되는 물이 원자로 가동시 발생되는 열에 의해 가열되어 증기화되는 증기발생부(110)와, 증기발생부(110)에 연결 구비되어 증기발생부(110)로부터 공급되는 증기가 냉각 응축되도록 내부에 냉각수(1)가 저장된 수냉식 열교환부(120)와, 일측이 수냉식 열교환부(120)에 연결 구비되고 타측이 증기발생부(110)에 연결 구비되어 수냉식 열교환부(120)로부터 물(3)과 증기(5)가 혼합되어 유입되더라도 물(3)과 증기(5)가 분리되어 증기발생부(110)로는 물(3)만 공급될 수 있도록 구비된 증기 물 분리 탱크(140)를 포함한다.
이에 따라, 증기발생부(110)에서 일차계통(원자로-고온관-증기발생부-냉각재펌프-저온관-원자로)과의 열교환에 의해 증기가 발생되고, 발생된 증기는 피동형 보조급수 시스템(PAFS)의 수냉식 열교환부(120)를 통과하며 냉각되며 물로 응축되어 증기 물 분리 탱크(140)로 유입되어 사고시 전기 공급이 중단되더라도 노심 붕괴열(또는 잔열)을 냉각시키도록 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치(100)가 피동형으로 보조급수계통에서 가동될 수 있고, 증기 물 분리 탱크(140)에 의해 피동형 보조응축장치(100)의 증기발생부(110)로 재유입되는 물에 증기가 혼합되는 것이 방지됨으로써 진동이나 충격파의 발생이 방지될 수 있다. 아울러, 증기발생부(110)로 재유입되는 냉각수의 수질이 향상될 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 수냉식 열교환부(120)로부터 물(3)과 증기(5)가 혼합되어 유입되더라도 물(3)과 증기(5)가 분리되어 증기발생부(110)로는 물(3)만 공급될 수 있도록 증기 물 분리 탱크(140)가 수직으로 세워진 긴 원통 형상으로 구비된다.
수냉식 열교환부(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 증기발생부(110)에 연결된 열교환기(123)가 내부에 설치되고 냉각수(1)가 내부에 저장된 냉각탱크(121)와, 냉각수(1) 속에 잠길 수 있도록 냉각탱크(121)의 내부에 구비되어 증기발생부(110)로부터 공급되는 증기를 냉각 응축시키는 열교환기(123)를 포함한다.
증기 물 분리 탱크(140)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 열교환기(123)를 통과하는 증기가 냉각 응축된 물이 유입될 수 있도록 하부 일측에 구비되어 수냉식 열교환부(120)의 열교환기(123)의 출구측에 연결된 증기 물 유입관(141)과, 증기발생부(110)로 물(3)만 공급될 수 있도록 하부면에 구비되어 증기발생부(110)의 하부에 연결된 물 배출관(143)을 포함한다.
이에 따라, 증기 물 유입관(141)을 통해 열교환기(123)로부터 증기(5)와 물(3)이 혼합된 상태로 증기 물 분리 탱크(140)의 내부로 유입되더라도 증기(5)는 상대적으로 밀도가 낮으므로 대류에 의해 증기 물 분리 탱크(140)의 상부로 떠오르게 되고 물(3)은 상대적으로 무겁기 때문에 증기 물 분리 탱크(140)의 하부로 모이게 되어 하부면에 구비된 물 배출관(143)으로는 물(3)만 배출될 수 있다. 이때, 증기 물 분리 탱크(140)의 내부에서 상부로 떠오른 증기(5)는 물(3)과의 경계면에서 서서히 물(3)로 응축되면서 증기발생부(110)로의 물 공급을 원활하게 한다.
좀더 구체적으로, 증기 물 분리 탱크(140)의 지름은 냉각탱크(121) 지름의 대략 1/10 이하인 것이 바람직하다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원자로 냉각 시스템(100)은 증기발생부(110)와 수냉식 열교환부(120)의 열교환기(123)가 서로 연결되도록 증기발생부(110) 및 수냉식 열교환부(120)의 열교환기(123) 사이에 구비된 증기관(130)을 더 포함한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 원자로 냉각 시스템(100)은 증기관(130)으로부터 분기되어 증기 물 분리 탱크(140)에 연결된 바이패스관(150)을 더 포함할 수도 있다. 이때, 바이패스관(150)에는 조절밸브(160) 및 체크밸브(170)가 구비된 것이 바람직하고, 바이패스관(150)은 증기 물 분리 탱크(140)의 상부에 연결된 것이 바람직하다.
이에 따라, 증기 물 분리 탱크(140)에 모인 증기(5)가 바이패스관(150)을 통해 증기관(130)으로 재유입되어 수냉식 열교환부(120)으로 되돌려 보내지도록 할 수 있다.
이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치(100)가 작동되는 과정을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 증기발생부(110)에서 발생되는 증기는 상대적으로 밀도가 낮으므로 대류에 의해 증기발생부(110)의 상부로 떠오르게 되어 증기관(130)을 통해 수냉식 열교환부(120)의 열교환기(123)로 유입된다.
다음에, 열교환기(123)로 유입된 증기는 열교환기(123)를 통과하며 냉각탱크(121)의 내부에 저장된 냉각수(1)로 열을 빼앗기며 물로 냉각 응축되어 중력에 의해 하강된다.
그리고, 냉각 응축된 물(3)은 증기 물 유입관(141)을 통해 증기 물 분리 탱크(140)의 내부로 유입된다. 이때, 증기 물 분리 탱크(140)로 유입되는 물(3)은 완벽하게 냉각 응축된 상태가 아닌 경우가 대부분이기 때문에 보통 증기(5)와 함께 혼합된 상태로 증기 물 분리 탱크(140)에 유입된다.
증기 물 분리 탱크(140)의 내부에서 증기(5)는 상부로 떠오르게 되고, 물(3)은 하부로 가라 앉게 되며, 물(3)은 하부면에 구비된 물 배출관(143)을 통해 배출되어 증기발생부(110)로 재유입된다.
이에, 본 발명에 따르면, 증기 물 분리 탱크(140)에 의해 피동형 보조응축장치(100)의 증기발생부(110)로 재유입되는 물(3)에 증기(5)가 혼합되는 것이 방지됨으로써 진동이나 충격파의 발생이 방지될 수 있고, 증기발생부(110)로 재유입되는 냉각수의 수질을 향상시킬 수 있다.
110 : 증기발생부 120 : 수냉식 열교환부
130 : 증기관 140 : 증기 물 분리 탱크
141 : 증기 물 유입관 143 : 물 배출관
150 : 바이패스관 160 : 조절밸브
170 : 체크밸브

Claims (6)

  1. 공급되는 물이 원자로 가동시 발생되는 열에 의해 가열되어 증기화 되는 증기발생부;
    냉각수가 저장되는 냉각탱크와, 상기 증기발생부 상부와 증기관으로 연결되어 상기 증기발생부로부터 공급되는 증기가 상기 냉각수와 열교환을 통하여 냉각 응축이 이루어지도록 상기 냉각탱크 내부에 설치되는 열교환기로 이루어진 수냉식 열교환부;
    일측이 상기 열교환기와 연결되고, 타측이 상기 증기발생부와 연결되어 상기 열교환기로부터 물과 증기가 혼합되어 유입되더라도 물과 증기가 분리되어 상기 증기발생부로는 물만 공급될 수 있도록 구비된 증기 물 분리 탱크; 및
    상기 증기 물 분리 탱크의 상부와 상기 증기관을 연결하여 상기 증기 물 분리 탱크에서 발생된 증기가 상기 증기관으로 전달이 이루어지는 바이패스관을 포함하는 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증기 물 분리 탱크는,
    하부 일측에 구비되어 상기 열교환기와 연결된 증기 물 유입관과,
    하부면에 구비되어 상기 증기발생부와 연결된 물 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 증기 물 분리 탱크는 수직으로 세워진 긴 원통 형상으로 구비된 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스관에는 조절밸브 및 체크밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 피동형 보조응축장치.
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