KR101441488B1 - 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 압력차에 의해 발생하는 피동력에 의해 작동하는 피동안전설비를 제안한다. 피동안전설비는, 사고 발생시 격납건물의 압력 상승을 1차적으로 억제하도록 압력차에 의해 상기 격납건물로부터 유입되는 증기 또는 대기를 수용하는 감압부, 및 상기 감압부의 압력이 상기 격납건물의 압력보다 커지면 상기 격납건물의 압력 상승을 2차적으로 억제하도록 상기 감압부에 저장된 냉각수 및 상기 증기가 응축된 응축수를 상기 격납건물 내부로 살수하는 살수부를 포함하고, 상기 감압부는, 내부에 냉각수를 저장하도록 형성되고 상기 냉각수를 증발시켜 상기 냉각수에 전달된 열을 외부로 방출하도록 상부에 개구부를 구비하는 냉각수 저장부, 상기 격납건물로부터 유입되는 증기 또는 대기를 냉각 및 응축시키도록 상기 냉각수 저장부에 침지되어 상기 증기 또는 대기의 열을 상기 냉각수 저장부의 냉각수에 전달하는 열교환기, 및 상기 열교환기를 통과한 증기, 대기 또는 응축수를 수용하도록 형성되며 냉각수 또는 응축수를 상기 살수부에 공급하도록 상기 살수부와 연결되는 감압탱크를 포함한다.

Description

피동안전설비 및 이를 구비하는 원전{PASSIVE SAFETY SYSTEM AND NUCLEAR REACTOR HAVING THE SAME}
본 발명은 사고 발생시 자연력을 이용하여 원전의 안전성을 확보하는 피동형 안전설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 격납건물의 압력변화에 따라 작동하도록 설계되어 순차적으로 격납건물 내부의 압력 상승과 방사능 물질의 농도 상승을 억제하는 설비에 관한 것이다.
원자로는 안전계통의 구성방식, 주요기기의 설치위치 또는 비등 여부에 따라 구분할 수 있다. 먼저 안전계통의 구성방식에 따라, 원자로는 펌프와 같은 능동력을 사용하는 능동형원자로와 중력 또는 가스압력 등의 피동력을 사용하는 피동형원자로로 나뉜다. 다음으로 주요기기의 설치위치에 따라, 주요기기(증기발생기, 가압기, 펌프 임펠러 등)가 원자로 외부에 설치되는 분리형원자로(예, 국내 가압경수로)와 주요기기가 원자로용기 내부에 설치되는 일체형원자로(예, SMART 원자로)로 나뉜다. 또한, 정상 운전시 원자로 내부를 가압하여 비등을 허용하지 않는 가압경수로와 비등을 허용하는 비등경수로로 나뉜다.
감압탱크, 격납건물 냉각계통과 살수계통은 일체형 원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 냉각재상실사고나 증기관파단사고 등 격납건물(원자로건물, 격납용기, 안전보호용기 등)의 내부 압력이 상승하는 사고가 발생했을 때 압력 상승과 방사능 물질의 농도의 증가를 억제하는 설비 중의 하나의 수단으로 이용되고 있다. 사고시 격납건물 내부의 압력은 설계압력을 초과하지 않아야 하며, 사고 후 24시간 이내에 첨두압력의 50% 이하로 감소하여야 하는 규제요건이 있다.
일반적으로 원자로용기(또는 분리형원자로의 원자로냉각재계통) 외부를 보호하는 격납구조물은 강화콘크리트를 이용하여 제작 및 건설하는 경우 격납건물(또는 원자로 건물)이라 지칭하며, 철재를 이용하여 제작 및 건설하는 경우 격납용기(소형인 경우 안전보호용기)라 지칭한다.
냉각수 또는 증기 방출에 의해 격납건물 내부 압력이 상승하는 경우에, 상기 규제요건을 만족시시키 위해 격납건물의 압력을 낮추는 다양한 수단이 이용되고 있다. 격납건물 내부의 압력 상승을 억제하는 수단으로는 감압탱크(suppression pool: 상용 비등경수로, 미국 IRIS), 열교환기(heat exchanger or condenser: 프랑스 SWR1000, 인도 AHWR), 살수(spray: 국내 SMART 원자로, 상용 가압경수로), 격납용기 외벽 살수 및 냉각(containment external spray and cooling: 미국 AP1000) 등이 이용되고 있다.
감압탱크는 압력차에 의해 격납건물 내부의 대기(증기 및 공기)가 감압탱크로 유입되고 증기가 응축되면서 압력을 낮추는 방식이고, 열교환기는 열교환기 튜브의 차가운 벽면에서 격납건물 내부의 증기를 응축시켜 압력을 낮추는 방식이며, 살수는 차가운 냉각수를 살수하여 격납건물 내부의 증기를 응축시켜 압력을 낮추는 방식이다. 또한, 미국 웨스팅하우스의 AP1000에서 사용하는 격납용기 외벽 살수 (후 공기냉각) 및 냉각 방식은 철재격납용기 외벽에 냉각수를 살수 (후 공기냉각)하여 격납용기를 냉각하고, 내벽에서 증기를 응축시켜 격납건물 내부의 압력을 낮추는 방식이다. 응축열교환기와 감압시스템을 결합하여 열교환기 응축 효율을 향상시키는 기술을 종래의 비등수형경수로(BWR)를 개량하는 원전(ESBWR: 미국 GE, ABWR-II:일본 동경전력 등)에서 적용하고 있다.
이밖에 국내 상용원자로(능동형원자로)에서는 살수펌프에 의해 작동되는 능동형 격납건물살수계통(내부 살수)이, 미국 웨스팅하우스의 AP1000(피동형원자로) 등에서는 격리밸브 개방 후 중력에 의해 작동되는 피동격납용기살수계통(외부 냉각)이 이용되고 있다. 한편 미국 웨스팅하우스의 IRIS에서는 감압탱크를 이용하여 안전보호용기 내부를 감압하고 감압탱크에 저장되어 있는 냉각수를 원자로로 주입하거나 또는 안전보호용기 내부로 방출하는 형태로 구성되어 있다.
[참고문서 1. IAEA-TECDOC-1624, Passive Safety Systems and Natural Circulation in Water Cooled Nuclear Power Plants, IAEA, 2009]
종래의 감압탱크, 피동격납건물냉각계통, 피동격납건물살수계통 또는 피동격납용기살수계통은 피동형 계통으로 신뢰성이 매우 높은 계통이다. 그러나 종래의 피동격납건물살수계통 또는 피동격납용기살수계통에는 작동신호와 DC 전원을 포함한 구동전원에 의해 작동하는 격리밸브가 포함되어 있어, 작동신호 발생계통이나 전력계통이 손상되는 경우 작동되지 않을 확률이 있었다. 또한 피동격납건물살수계통 또는 피동격납용기살수계통의 냉각수 저장 방식 중에 가압식 탱크 방식은 제작비용 상승과 압력관리에 어려움이 있을 수 있으며, 중력식 방식은 설치 높이 등의 형상 조건에 제한을 받을 수 있는 문제가 있었다.
또한, 종래의 감압탱크는 격납건물 내부와 감압탱크 내부의 압력차를 이용해 격납용기 대기(공기 및 증기)를 유입시키고 증기를 응축시켜 감압하는 형태로(냉각을 병행하는 경우도 있음:ESBWR 미국 GE, ABWR-II 일본 동경전력 등), 격납건물 내부의 첨두압력을 감소시키는 데는 효과가 있으나 사고 후 24시간 이내에 첨두압력의 50% 압력을 낮추는 기능을 수행하지는 못하므로 격납건물 내부의 구조물이 충분히 열을 흡수하거나 또는 별도의 냉각설비가 내부를 냉각시켜 주어야 한다. 또한 국부적으로 방사능 물질의 농도가 높은 부분이 남아 있어, 외부환경으로 방사능 물질의 누설량이 증가할 수 있어 제한구역경계(EAB : Exclusion Area Boundary)가 넓어질 수 있다는 단점이 있다. 또한 종래의 피동격납건물냉각계통은 자연대류를 이용하여 격납건물 내부를 감압시키므로 냉각효율이 낮아 냉각기를 크게 해야 하는 단점이 있었다.
본 발명의 일 목적은, 압력차에 의해 발생하는 피동력을 이용하여 원전의 사고 발생시 안전성을 확보할 수 있는 피동안전설비를 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 냉각-감압-살수의 3가지 방법을 이용하여 격납건물의 건전성을 보다 안전하게 유지할 수 있는 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 제시하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 피동안전설비는, 사고 발생시 격납건물의 압력 상승을 1차적으로 억제하도록 압력차에 의해 상기 격납건물로부터 유입되는 증기 또는 대기를 수용하는 감압부, 및 상기 감압부의 압력이 상기 격납건물의 압력보다 커지면 상기 격납건물의 압력 상승을 2차적으로 억제하도록 상기 감압부에 저장된 냉각수 및 상기 증기가 응축된 응축수를 상기 격납건물 내부로 살수하는 살수부를 포함하고, 상기 감압부는, 내부에 냉각수를 저장하도록 형성되고 상기 냉각수를 증발시켜 상기 냉각수에 전달된 열을 외부로 방출하도록 상부에 개구부를 구비하는 냉각수 저장부, 상기 격납건물로부터 유입되는 증기 또는 대기를 냉각 및 응축시키도록 상기 냉각수 저장부에 침지되어 상기 증기 또는 대기의 열을 상기 냉각수 저장부의 냉각수에 전달하는 열교환기, 및 상기 열교환기를 통과한 증기, 대기 또는 응축수를 수용하도록 형성되며 냉각수 또는 응축수를 상기 살수부에 공급하도록 상기 살수부와 연결되는 감압탱크를 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 감압부는 상기 격납건물의 증기 또는 대기가 상기 열교환기를 통과해 상기 감압탱크로 유입되도록 상기 격납건물, 상기 열교환기 및 상기 감압탱크를 순차적으로 연결하는 감압배관을 포함한다.
피동안전설비는, 상기 감압탱크로부터 상기 감압배관을 통과해 상기 격납건물로 유입되는 역방향 유량을 차단하도록 상기 감압배관에 설치되어 상기 격납건물과 상기 감압탱크의 압력 변화에 따라 개폐되는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 감압배관은, 상기 열교환기로 증기 또는 대기가 유입되는 유로를 형성하도록 상기 격납건물과 상기 열교환기를 연결하는 제1감압배관, 및 상기 열교환기를 통과한 증기, 대기 또는 응축수를 상기 감압탱크로 유입시키도록 상기 열교환기에서 상기 감압탱크의 내부까지 연장되는 제2감압배관을 포함할 수 있다.
상기 피동안전설비는, 상기 감압탱크의 냉각수에 침지되도록 상기 제2감압배관에 설치되고 상기 열교환기를 통과하면서 응축되지 않은 증기의 응축을 유도하도록 상기 증기 또는 대기를 상기 감압탱크의 내부에 분사시키는 스파저를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 냉각수 저장부는 내부의 냉각수에 전달된 열을 상기 격납건물 외부로 방출하도록 상기 격납건물의 외부에 설치된다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 살수부는, 상기 격납건물 내부에 설치되며 압력차에 의해 상기 감압탱크로부터 냉각수 또는 응축수를 공급받도록 상기 감압탱크의 내부까지 연장되는 살수배관, 및 상기 살수배관에 설치되어 상기 감압탱크로부터 공급된 냉각수 또는 응축수를 상기 격납건물의 내부에 분사하도록 형성되는 살수노즐을 포함한다.
상기 피동안전설비는, 상기 격납건물로부터 상기 살수배관을 통해 증기 또는 대기가 상기 감압탱크로 역류하는 것을 방지하도록 상기 살수배관에 설치되는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 피동안전설비는, 상기 감압탱크에 침지되도록 상기 살수배관에 설치되며, 상기 격납건물의 압력이 상기 감압탱크의 압력보다 클 때 상기 격납건물로부터 상기 살수배관을 통해 상기 감압탱크로 유입되는 증기 또는 대기를 상기 감압탱크의 내부에 분사하는 스파저를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 격납건물의 증기 또는 대기를 상기 감압탱크로 유입시키도록 상기 격납건물, 상기 열교환기 및 상기 감압탱크를 순차적으로 연결하고, 상기 격납건물의 압력과 상기 감압탱크의 압력이 역전되면 상기 감압탱크로부터 상기 격납건물에 분사될 냉각수 또는 응축수를 공급받도록 상기 감압탱크의 내부까지 연장되는 양방향 유동배관을 포함한다.
상기 양방향 유동배관은 상기 격납건물의 내부까지 연장되도록 형성되고, 상기 피동안전설비는, 상기 감압탱크로부터 상기 양방향 유동배관에 공급된 냉각수 또는 응축수를 상기 격납건물의 내부에 분사하도록 상기 양방향 유동배관에 설치되는 살수노즐을 더 포함할 수 있다.
상기 피동안전설비는, 상기 격납건물의 증기 또는 대기를 상기 감압탱크로 유입시키도록 상기 양방향 유동배관에서 분기되어 형성되는 추가감압배관을 더 포함할 수 있다.
상기 피동안전설비는, 상기 감압탱크로부터 상기 추가감압배관을 통과해 상기 격납건물로 유입되는 유량을 차단하도록 상기 추가감압배관에 설치되어 상기 격납건물과 상기 감압탱크의 압력 변화에 따라 형성되는 유동에 의해 개폐되는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 감압부는, 상기 감압배관으로부터 분기되어 상기 격납건물 내부로 연장되고, 상기 살수부의 살수 종료 후에도 상기 열교환기에 의한 냉각기능을 유지하도록 상기 열교환기와 상기 격납건물 사이에 순환유로를 형성하는 방출배관, 및 상기 방출배관에 설치되어 관련 신호에 의해 개방되는 격리밸브를 더 포함할 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 피동안전설비를 구비하는 원전을 개시한다.
원전은, 원자로냉각재계통, 방사능 물질의 누출을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통의 외부에 설치되는 격납건물, 및 사고 발생시 상기 격납건물 내부의 압력 상승과 방사능 물질의 농도 상승을 상기 격납건물의 압력변화에 따라 피동력에 의해 순차적으로 억제하도록 이루어지는 피동안전설비를 포함하고, 상기 피동안전설비는, 사고 발생시 격납건물의 압력 상승을 1차적으로 억제하도록 압력차에 의해 상기 격납건물로부터 유입되는 증기 또는 대기를 수용하는 감압부, 및 상기 감압부의 압력이 상기 격납건물의 압력보다 커지면 상기 격납건물의 압력 상승을 2차적으로 억제하도록 상기 감압부에 저장된 냉각수 및 상기 증기가 응축된 응축수를 상기 격납건물 내부로 살수하는 살수부를 포함하고, 상기 감압부는, 내부에 냉각수를 저장하도록 형성되고 상기 냉각수를 증발시켜 상기 냉각수에 전달된 열을 외부로 방출하도록 상부에 개구부를 구비하는 냉각수 저장부, 상기 격납건물로부터 유입되는 증기 또는 대기를 냉각 및 응축시키도록 상기 냉각수 저장부에 침지되어 상기 증기 또는 대기의 열을 상기 냉각수 저장부의 냉각수에 전달하는 열교환기, 및 상기 열교환기를 통과한 증기, 대기 또는 응축수를 수용하도록 형성되며 냉각수 또는 응축수를 상기 살수부에 공급하도록 상기 살수부와 연결되는 감압탱크를 포함한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 냉각-감압 계통으로 작동하는 감압부와 살수계통으로 작동하는 살수부에 의해 증기관파단사고나 냉각재상실사고 등의 사고 발생시 격납건물 내부의 압력과 방사능 물질의 농도를 효과적으로 낮출 수 있어 격납건물의 건전성을 유지하고 원전의 안전성을 확보할 수 있다.
또한 본 발명은, 계통의 작동 신호가 없어도 격납건물과 감압탱크의 압력 변화에 따라 감압부와 살수부가 피동적인 방법에 의해 순차적으로 작동하므로, 안전계통의 작동 신뢰성을 높여 원전의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은, 원전의 피동형 잔열제거계통이나 피동형 안전주입계통과 함께 피동형 안전계통으로 구성할 수 있어 원전의 안전성 확보에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 2는 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전의 정상 운전 상태를 나타내는 개념도.
도 3은 냉각재상실사고 발생시 피동안전설비의 작동에 의해 격납건물의 냉각과 감압이 이루어지는 단계를 나타내는 개념도.
도 4는 도 3에 이어 살수배관의 수위가 상승하는 단계를 나타내는 개념도.
도 5는 도 4에 이어 격납건물에 냉각수가 살수되는 단계를 나타내는 개념도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 11은 사고 발생시 격납건물의 내부 압력 변화 개념을 시간의 흐름에 따라 나타낸 그래프.
이하, 본 발명에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 피동안전설비(100) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
원전(10)은 원자로냉각재계통(11)의 외부에 방사능 물질의 누출을 방지하는 격납건물(12)을 구비한다. 피동안전설비(100)는 상기 격납건물(12)의 내부와 외부에 설치되어, 사고 발생시 격납건물(12) 내부의 압력(P1) 상승과 방사능 물질의 농도 상승을 순차적으로 억제하며, 특히 격납건물(12)의 압력(P1) 변화에 따라 피동력에 의해 작동하도록 이루어진다.
피동안전설비(100)는 격납건물(12) 내부의 압력(P1) 상승과 방사능 물질의 농도 상승을 1차적으로 억제하는 감압부(110) 및 상기 감압부(110)의 작동에 이어 2차적으로 억제하는 살수부(120)를 포함한다. 감압부(110)와 살수부(120)는 격납건물(12) 내부와의 압력차(P2-P1)에 의한 피동력에 의해 작동된다.
감압부(110)는 격납건물(12)과의 압력차(P1-P2)에 의해 상기 격납건물(12)로부터 유입되는 증기 또는 대기를 수용한다. 증기관파단사고나 냉각재상실사고 등의 사고 발생시 배관 파단부(15b)로부터 고온의 증기가 격납건물(12) 내부로 방출되고, 격납건물(12) 내부의 압력(P1)은 상승한다. 감압부(110)는 격납건물(12)의 내부와 통하도록 격납건물(12)과 연결되므로, 증기 방출에 의해 격납건물(12) 내부의 압력(P1)이 상승하면 격납건물(12)과 감압부(110)는 압력차(P1-P2)가 발생한다. 이에 따라 상기 압력차(P1-P2)에 의해 격납건물(12) 내부의 증기 또는 대기는 자연적으로 감압부(110)로 유입되고, 감압부(110)는 증기 또는 대기를 냉각 및 응축시켜 격납건물(12)의 압력(P1) 상승과 방사능 물질의 농도 상승을 억제할 수 있게 된다.
감압부(110)는 격납건물(12)로부터 유입되는 증기를 냉각 및 응축시키도록 이루어지는 냉각수 저장부(111), 열교환기(112) 및 감압탱크(113)를 포함한다.
냉각수 저장부(111)는 내부에 냉각수를 저장하도록 형성된다. 냉각수 저장부(111)의 내부에 저장된 냉각수는 열을 전달받으면 온도가 상승한 후 증발하며, 냉각수 저장부(111)는 증기가 되어 증발하는 냉각수를 외부로 방출하도록 상부에 개구부를 구비한다. 냉각수 저장부(111)에서 냉각수가 증발하면 증발열에 의해 전달받은 열을 외부로 방출할 수 있다.
냉각수 저장부(111)는, 도시한 바와 같이 격납건물(12)의 외부에 설치되는 것이 일반적이나, 그 목적에 따라 격납건물(12)의 내부에 설치될 수도 있다. 냉각수 저장부(111)가 격납건물(12)의 내부에 설치되는 경우에는 냉각수 저장부(111)에 전달된 열을 격납건물(12)의 외부로 발산하기 위한 설비가 추가로 구비될 수 있다.
열교환기(112)는 내부를 통과하는 유체와 냉각수 저장부(111)에 저장된 냉각수 사이의 열교환을 위해 냉각수 저장부(111)의 냉각수에 침지된다. 열교환기(112)는 사고 발생시 격납건물(12)로부터 유입된 증기의 온도를 낮추어 응축 효율을 증가시키기 위한 것이다. 열교환기(112)는 격납건물(12)과 연결되어 격납건물(12)로부터 유입되는 증기 또는 대기가 열교환기(112)의 내부를 통과할 수 있도록 이루어진다. 열교환기(112)는 격납건물(12)로부터 유입되는 증기 또는 대기의 열을 냉각수 저장부(111)에 저장된 냉각수에 전달한다.
감압탱크(113)는 열교환기(112)를 통과한 증기, 대기, 상기 증기가 응축되어 형성된 응축수를 수용하도록 형성된다. 감압탱크(113)의 내부에는 기설정된 수위의 냉각수(붕산수)가 채워진다. 감압탱크(113)는 내부에 저장된 냉각수 또는 증기가 응축되어 형성된 응축수를 살수부(120)에 공급하도록 상기 살수부(120)와 연결된다. 감압탱크(113)의 내부에도 냉각수 저장부(111)와 마찬가지로 냉각수가 저장되어 있으며, 상기 냉각수의 상부에는 격납건물(12) 내부 압력 수준의 대기가 채워져 있다. 원전(10)의 정상 운전시 감압탱크(113)의 내부와 격납건물(12) 내부의 압력(P1)은 대기압 수준에서 압력평형 상태를 유지한다. 그러나 사고시 감압탱크(113)는 상기 압력차(P2-P1)를 형성시켜 격납건물(12) 내부의 증기 또는 대기가 자연적으로 감압부(110)로 유입될 수 있도록 이루어진다.
감압탱크(113)의 냉각수 저장방식은 반드시 탱크의 형태뿐만 아니라 수조의 형태로 구성될 수도 있다. 그리고, 감압탱크(113)의 높이, 체적, 하부 냉각수와 상부 대기의 양은 원전(10) 및 격납건물(12)의 요구 특성에 맞추어 설정될 수 있다.
감압부(110)는, 도 1에 도시한 바와 같이 복수로 설치될 수 있으며, 각각의 감압부(110)마다 냉각수 저장부(111), 열교환기(112) 및 감압탱크(113)를 구비할 수 있다. 각각의 냉각수 저장부(111), 열교환기(112) 및 감압탱크(113)는 서로 독립적으로 작동할 수 있다. 또한, 원전(10)의 요구 특성에 따라 냉각수 저장부(111), 감압탱크(113)는 공유하여 구성될 수 있다.
감압부(110)의 냉각수 저장부(111), 열교환기(112) 및 감압탱크(113)는 서로 유기적으로 작동한다. 냉각수 저장부(111)에서 열교환기(112)에 의해 1차적으로 격납건물(12)로부터 유입된 증기 또는 대기를 냉각 및 응축시키고, 이어서 미처 응축되지 못한 증기를 감압탱크(113)에서 2차적으로 응축시킨다. 또한, 감압탱크(113)는 압력차(P2-P1)에 의해 감압부(110)로 유입되는 증기 또는 대기의 유량을 형성시켜 열교환기(112)의 열전달 효율을 증가시킨다.
감압부(110)는 격납건물(12)의 증기 또는 대기가 열교환기(112)를 통과해 감압탱크(113)로 유입되도록 상기 격납건물(12), 상기 열교환기(112) 및 상기 감압탱크(113)를 순차적으로 연결하는 감압배관(114)을 포함한다.
감압배관(114)은 격납건물(12)과 열교환기(112)를 연결하는 제1감압배관(114a) 및 열교환기(112)와 감압탱크(113)를 연결하는 제2감압배관(114b)을 포함할 수 있다.
제1감압배관(114a)은 격납건물(12)로부터 열교환기(112)로 증기가 유입되는 유로를 형성한다. 냉각수 저장부(111)가 격납건물(12)의 외부에 설치되고 열교환기(112)가 냉각수 저장부(111)의 내부에 침지되는 경우, 제1감압배관(114a)은 격납건물(12)을 관통하여 열교환기(112)에 연결될 수 있다. 도시한 바와 같이 제1감압배관(114a)은 냉각수 저장부(111)를 관통할 수도 있다.
제2감압배관(114b)은 열교환기(112)를 통과하는 증기 또는 대기와 상기 증기 또는 대기가 냉각 및 응축되어 형성된 응축수를 상기 열교환기(112)에서 감압탱크(113)로 유입시키는 유로를 형성한다. 제2감압배관(114b)은 감압탱크(113)에 삽입되도록 형성되어 상기 감압탱크(113)의 내부까지 연장된다.
격납건물(12) 내부의 증기 또는 대기가 감압배관(114)을 통과해 열교환기(112)로 유입되는 것이 순방향 흐름이자 정상적인 흐름이나, 경우에 따라 격납건물(12)의 압력(P1)과 감압탱크(113)의 압력(P2)이 역전되어 감압탱크(113)의 압력(P2)이 더 커질 수 있다. 이러한 경우 감압탱크(113)로부터 냉각수 또는 응축수가 상기 감압배관(114)을 통해 상기 격납건물(12)로 유입되는 것을 방지하기 위해, 체크밸브(115)는 감압배관(114)에 설치되어 감압탱크(113)로부터 감압배관(114)을 통해 격납건물(12)로 흐르는 역방향 유량을 차단한다.
체크밸브(115)는 역방향 유량을 차단하도록 격납건물(12)의 압력(P1)과 감압탱크(113)의 압력(P2) 변화에 따라 개폐된다. 예를 들어, 체크밸브(115)는 격납건물(12)의 압력(P1)이 감압탱크(113)의 압력(P2)보다 커 격납건물(12)로부터 감압탱크(113)로의 순방향 유동이 형성된 경우에는 개방되고, 격납건물(12)의 압력(P1)과 감압탱크(113)의 압력(P2)이 서로 역전되어 감압탱크(113)로부터 격납건물(12)로 역방향 유동이 형성된 경우에는 폐쇄된다. 체크밸브(115)는, 도시한 바와 같이 격납건물(12)의 내부까지 연장된 제1감압배관(114a)에 설치될 수 있다. 다만, 제1감압배관(114a)이 살수노즐(122)보다 매우 높이 설치될 수 있을 때에는 체크밸브(115)를 배제할 수 있다.
제1감압배관(114a)과 제2감압배관(114b) 각각에는 격리밸브(116a, 116b)가 설치될 수 있다. 격리밸브(116a, 116b)는 원전(10)의 정상 운전 시에는 개방되어 있으며, 유지 보수 작업 또는 사고 발생시 격리가 요구되는 경우에 폐쇄될 수 있다. 격리밸브(116a, 116b)는 필요에 따라 복수로 설치될 수 있다.
스파저(117)는 감압탱크(113)의 냉각수에 침지되도록 제2감압배관(114b)에 설치된다. 스파저(117)는 열교환기(112)를 통과하면서 미처 응축되지 않은 증기의 응축을 유도하도록 상기 증기 또는 대기를 감압탱크(113)의 내부에 분사시킨다. 스파저(117)에서 분사되는 증기 또는 대기는 감압탱크(113) 내부의 냉각수와 만나 냉각 및 응축된다.
살수부(120)는 감압탱크(113)와 연결되는 살수배관(121) 및 상기 살수배관(121)에 설치되는 살수노즐(122)을 포함한다.
살수배관(121)은 격납건물(12)의 내부에 설치되며, 압력차(P2-P1)에 의해 감압탱크(113) 내부의 냉각수 또는 응축수를 공급받도록 상기 감압탱크(113)의 내부까지 연장된다. 살수배관(121)은 감압탱크(113)의 냉각수를 충분히 이용하도록 감압탱크(113) 내부의 바닥까지 연장될 수 있다. 격납건물(12)의 압력(P1)과 감압탱크(113)의 압력(P2)이 역전되어 감압탱크(113)의 압력(P2)이 격납건물(12)의 압력(P1)보다 커지면 감압탱크(113) 내부의 냉각수 또는 응축수는 살수배관(121)으로 공급된다.
살수노즐(122)은 살수배관(121)에 설치되고, 감압탱크(113)로부터 공급된 냉각수 또는 응축수를 격납건물(12)의 내부에 분사하도록 형성된다. 감압탱크(113)의 압력(P2)이 격납건물(12)의 압력(P1)과 살수노즐(122)의 수두압력(PH)의 합보다 커지면서(P2>PT=P1+PH) 살수배관(121)의 수위가 높아지고 냉각수 또는 응축수가 살수노즐(122)을 통해 분사된다. 살수배관(121)에서 격납건물(12)의 내부로 냉각수 또는 응축수를 분사함에 따라 격납건물(12) 내부의 압력(P1)과 방사능 물질의 농도를 더욱 낮출 수 있다. 살수노즐(122)은 피동안전설비(100)의 구성방식에 따라 서로 독립적인 복수의 계열로 구성할 수 있다.
살수배관(121)에는 체크밸브(123)가 설치될 수 있다. 체크밸브(123)는 일방향 유동만을 통과시키는 장치로, 격납건물(12)로부터 살수배관(121)을 통해 증기 또는 대기가 감압탱크(113)로 역류하는 것을 방지한다. 반대로 감압탱크(113)로부터 살수배관(121)을 통해 냉각수 또는 응축수가 살수노즐(122)로 공급되는 순방향 유동을 통과시킨다.
이하에서는 도 1에서 설명한 피동안전설비(100) 및 이를 구비하는 원전(10)의 정상 운전과 사고 발생에 따른 피동안전설비(100)의 작동에 대하여 설명한다.
도 2는 피동안전설비(100) 및 이를 구비하는 원전(10)의 정상 운전 상태를 나타내는 개념도이다.
원자로냉각재계통(11)과 연결된 배관(15)에 설치되어 원전(10)의 정상운전시 작동이 요구되는 계통들의 격리밸브(15a)는 개방된 상태로 운용된다. 원전(10)의 정상 운전시에는 격납건물(12) 내부의 압력(P1)과 감압탱크(113) 내부의 압력(P2)이 대체로 평형상태로 유지된다.
본 발명에서 제안하는 피동안전설비(100)는 압력차(P2-P1)에 의해 피동적으로 작동하는 설비이므로, 격납건물(12) 내부의 압력(P1)과 감압탱크(113) 내부의 압력(P2)이 평형을 유지하는 한 격납건물(12)과 감압탱크(113) 사이에는 유체의 유동이 원활하게 이루어지지 않는다.
도 3은 냉각재상실사고 발생시 피동안전설비(100)의 작동에 의해 격납건물(12)의 냉각과 감압이 이루어지는 단계를 나타내는 개념도이다.
원전(10)에는 사고 발생시 원전(10)의 안전성을 보장하기 위한 여러 가지 안전설비들이 마련되어 있다. 안전설비는 냉각재상실사고 등의 사고 발생시 노심(11a)의 잔열을 제거하고(13), 원자로냉각재계통(11)에 냉각수를 주입한다(14).
다른 안전설비와 마찬가지로 본 발명에서 제안하는 피동안전설비(100)도 원전(10)에서 사고가 발생하면 작동되어 원전(10)의 안전성을 확보한다.
냉각재상실사고가 발생하면 안전계통의 작동에 필요한 배관을 제외한 나머지 배관(15)에 설치된 격리밸브(15a)는 닫힌다. 그리고, 파단부(15b)로부터 격납건물(12) 내부로 증기가 방출되고, 격납건물(12) 내부의 압력(P1)은 상승하기 시작한다. 이에 따라 감압탱크(113)의 압력(P2)과 평형을 이루고 있던 격납건물(12) 내부의 압력(P1)은 감압탱크(113)의 압력(P2)보다 커진다.
격납건물(12)과 감압탱크(113)의 압력차(P1-P2)에 의해 격납건물(12)의 내부에 있던 대기 및 파단부(15b)로부터 방출된 증기는 제1감압배관(114a)으로 유입된다. 제1감압배관(114a)에 설치된 체크밸브(115)는 격납건물(12)로부터 유입되는 증기와 대기를 통과시키며 제1감압배관(114a)에 설치된 격리밸브(116a)는 개방되어 있으므로, 격납건물(12)로부터 유입된 증기와 대기는 냉각수 저장부(111)에 침지된 열교환기(112)를 지나간다.
격납건물(12)로부터 유입된 증기 또는 대기는 열교환기(112)에서 냉각수 저장부(111)의 냉각수에 열을 전달한다. 유입된 증기 또는 대기는 냉각 및 응축되어 열교환기(112)를 통과한다.
냉각수 저장부(111)에 저장된 냉각수는 격납건물(12)로부터 유입된 증기 또는 대기로부터 열을 전달받고, 점점 온도가 상승한다. 냉각수 저장부(111)에 저장된 냉각수 중 일부는 증발되어 전달받은 열을 증발열로 방출한다.
열교환기(112)를 통과한 증기 또는 대기 및 상기 열교환기(112)에서 응축된 응축수는 제2감압배관(114b)을 통해 감압탱크(113)의 내부로 유입된다. 제2감압배관(114b)에 설치된 격리밸브(116b)는 제1감압배관(114a)에 설치된 격리밸브(116a)와 마찬가지로 유지 보수 작업 또는 사고 발생시 격리가 요구되는 경우에만 폐쇄되고, 평상시에는 개방되어 있으므로, 열교환기(112)를 통과한 유체(증기, 대기 또는 응축수)는 격리밸브(116b)를 지나 감압탱크(113)로 유입될 수 있다.
제2감압배관(114b)은 감압탱크(113) 내부에 저장된 냉각수에 침지되도록 감압탱크(113)의 내부까지 연장된다. 그리고, 스파저(117)는 제2감압배관(114b)의 단부에 설치된다. 이에 따라, 열교환기(112)를 통과한 유체는 스파저(117)에서 감압탱크(113)의 내부로 분사되어 냉각 및 응축된다.
감압부(110)는 격납건물(12)로부터 유입된 증기 또는 대기를 열교환기(112)에서 1차적으로 냉각 및 응축시키고, 감압탱크(113)에서 2차적으로 냉각 및 응축시킨다. 이에 따라 격납건물(12) 내부의 압력(P1) 상승이 억제되고, 격납건물(12)의 대기 중의 증기가 응축되면서 방사능 물질도 냉각수에 침지되어 격납건물(12)의 방사능 물질의 농도 상승 또한 억제된다. 감압부(110)의 작동은 격납건물(12)의 압력(P1)이 감압탱크(113)의 압력(P2)보다 같거나 낮아질 때까지 계속된다.
감압부(110)는 열교환기(112)와 스파저(117)에 의해 2단계로 증기가 응축되는 자연적인 형상을 이용하여 구현되므로, 원전(10)의 정상 운전 중의 오작동 확률을 감소시킬 수 있다. 그리고, 감압탱크(113)만을 설치하는 경우와 비교하면 본 발명은 열교환기(112)를 감압탱크(113)와 함께 설치하므로 감압탱크(113)의 냉각수 온도를 더욱 낮출 수 있고, 2단계에 거쳐 응축을 수행하므로 응축 효율을 증가시킬 수 있다. 그리고, 감압탱크(113)에 저장된 냉각수는 이하에서 설명한 살수부(120)의 작동에 이용되므로, 격납건물(12)의 내부 압력 상승과 방사능 물질의 농도 상승을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 4는 도 3에 이어 살수배관(121)의 수위가 상승하는 단계를 나타내는 개념도이다.
감압부(110)의 작동에 의해 격납건물(12)의 압력(P1) 상승이 억제되고, 열교환기(112)를 통과하면서 감압탱크(113)로 유입된 유체 중 비응축성 가스(공기)는 감압탱크(113)의 상부로 모이면서 감압탱크(113)의 압력(P2)이 점차 상승한다. 그리고, 격납건물(12)의 압력(P1)이 최대값(첨두압력)을 통과한 후 감소하면서 격납건물(12)의 압력(P1)과 감압탱크(113)의 압력(P2)이 역전되고, 감압탱크(113)와 격납건물(12)의 압력차(P2-P1)차가 기설정된 수두압력(PH)을 넘어서면 별도의 작동신호 없이 자연적인 현상(압력차)에 의해 피동적으로 살수부(120)가 작동을 시작한다.
감압탱크(113)의 압력(P2)이 격납건물(12)의 압력(P1)보다 커지면 감압탱크(113)의 압력(P2)이 살수배관(121)으로 공급된다. 감압탱크(113)의 압력(P2)이 격납건물(12)의 압력(P1)보다 점점 커짐에 따라 살수배관(121)의 수위는 점점 높아진다.
도 5는 도 4에 이어 격납건물(12)에 냉각수가 살수되는 단계를 나타내는 개념도이다.
살수배관(121)을 통해 공급된 냉각수 또는 응축수는 살수노즐(122)에서 격납건물(12) 내부로 분사된다. 격납건물(12) 내부로 분사된 냉각수 또는 응축수에 의해 격납건물(12) 내부의 압력(P1)과 방사능 물질의 농도를 감압부(110)에 이어 추가로 낮출 수 있다.
살수부(120)가 작동되고 상대적으로 저온인 냉각수가 살수되면서 격납건물(12) 내부의 압력(P1)은 더욱 빠르게 감소하고, 이와 함께 방사능 물질의 농도도 감소한다.
살수부(120)의 작동은 감압탱크(113)와 격납건물(12)의 압력차(P2-P1)가 기설정된 수두압력(PH) 이하가 되거나 감압탱크(113)의 냉각수와 응축수가 고갈될 때까지 계속된다. 감압탱크(113)의 냉각수와 응축수가 고갈되거나 압력차(P2-P1)가 살수배관(121)의 높이를 극복하지 못하면 살수부(120)의 작동은 중지된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 관련된 피동안전설비(200) 및 이를 구비하는 원전(20)의 개념도이다.
도 1 내지 도 5에서 설명한 피동안전설비(100)와 다르게 도 6에 도시된 피동안전설비(200)는 살수배관(221)에 체크밸브(123, 도 1 내지 도 5 참조)가 설치되지 않고, 살수배관(221)의 단부에 스파저(224)가 설치된다.
살수배관(221)에서 체크밸브가 제거됨에 따라 격납건물(22)의 압력(P1)이 감압탱크(213)의 압력(P2)보다 높은 상태에서는 살수배관(221)을 통해서도 감압탱크(213) 내부로 격납건물(22)의 증기 또는 대기가 유입될 수 있다. 따라서 격납건물(22)로부터 감압탱크(213)로 증기 또는 대기가 유입될 수 있는 유로는 감압배관(214)과 살수배관(221)이 된다. 살수배관(221)을 통해 유입된 증기 또는 대기는 살수배관(221)에 설치된 스파저(224)를 통해 감압탱크(213)에 분사된다.
스파저(224)는 감압탱크(213)에 침지되도록 살수배관(221)에 설치되며, 격납건물(22)의 압력(P1)이 감압탱크(213)의 압력(P2)보다 클 때 상기 격납건물(22)로부터 상기 살수배관(221)을 통해 상기 감압탱크(213)로 유입되는 증기 또는 대기를 감압탱크(213)의 내부에 분사하도록 이루어진다. 이에 따라, 1차적인 냉각 및 감압이 이루어진다.
격납건물(22)의 압력(P1)과 감압탱크(213)의 압력(P2)이 역전되어 그 압력차(P2-P1)가 살수배관(221)의 수두압력(PH)을 극복할 수 있으면 감압탱크(213)의 냉각수와 응축수는 살수배관(221)으로 공급되고, 살수노즐(222)을 통해 격납건물(22) 내부로 분사된다. 이에 따라, 2차적인 냉각 및 감압이 이루어진다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동안전설비(300) 및 이를 구비하는 원전(30)의 개념도이다.
피동안전설비(300)는 감압부(310)와 살수부(320)의 기능을 공통으로 수행하는 양방향 유동배관(314)을 포함한다. 양방향 유동배관(314)은 격납건물(32)의 증기 또는 대기를 감압탱크(313)로 유입시키도록 격납건물(32), 열교환기(312), 감압탱크(313)를 순차적으로 연결한다. 그리고, 격납건물(32)의 압력(P1)과 감압탱크(313)의 압력(P2)이 역전되어 감압탱크(313)로부터 격납건물(32)에 분사될 냉각수 또는 응축수를 공급받도록 감압탱크(313)의 내부까지 연장된다.
격납건물(32)의 압력(P1)이 감압탱크(313)의 압력(P2)보다 클 때 격납건물(32)에서 유입되는 증기 또는 대기는 양방향 유동배관(314)을 통해 열교환기(312)를 거쳐 감압탱크(313)로 유입된다. 이에 따라 1차적인 냉각 및 응축이 이루어진다.
양방향 유동배관(314)은 격납건물(32)의 내부까지 연장되도록 형성될 수 있고, 살수노즐(322)은 감압탱크(313)에서 공급된 냉각수 또는 응축수를 격납건물(32) 내부에 분사하도록 상기 양방향 유동배관(314)에 설치된다.
격납건물(32)의 압력(P1)과 감압탱크(313)의 압력(P2)이 역전되어 압력차(P2-P1)가 수두압력(PH)을 극복할 수 있으면, 감압탱크(313) 내부의 냉각수와 응축수는 다시 양방향 유동배관(314)으로 공급되어 살수노즐(322)을 통해 격납건물(32) 내부로 분사된다. 이에 따라 2차적인 살수가 이루어진다.
양방향 유동배관(314)이 설치되면, 격납건물(32)로부터 증기 또는 대기가 감압탱크(313)로 유입되는 과정에서 열교환기(312)를 통과하므로 1차적인 냉각이 이루어지고, 감압탱크(313)로부터 냉각수 또는 응축수가 격납건물(32)로 살수되기 위해 공급되는 과정에서도 상기 열교환기(312)를 통과하므로 2차적인 냉각이 이루어진다. 따라서, 열교환기(312)는 증기나 대기뿐만 아니라 격납건물(32)에 살수되는 냉각수 또는 응축수를 냉각하는 기능을 추가로 수행한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동안전설비(400) 및 이를 구비하는 원전(40)의 개념도이다.
피동안전설비(400)는 도 7에 도시된 피동안전설비(300)에 추가감압배관(418)이 추가된다.
추가감압배관(418)은 격납건물(42)의 증기 또는 대기를 감압탱크(413)로 유입시키도록 양방향 유동배관(414)에서 분기되어 형성되며, 격납건물(42)의 내부와 통하도록 형성된다.
격납건물(42)의 압력(P1)이 감압탱크(413)의 압력(P2)보다 클 때 격납건물(42)의 증기 또는 대기는 추가감압배관(418)을 통과해 양방향 유동배관(414)으로 유입되고, 양방향 유동배관(414)을 통해 감압탱크(413)로 유입된다. 이에 따라, 1차적인 냉각 및 응축이 이루어진다.
그리고, 격납건물(42)의 압력(P1)과 감압탱크(413)의 압력(P2)이 역전되어 그 압력차(P2-P1)가 수두압력(PH)을 극복할 수 있으면, 감압탱크(413)의 냉각수 또는 응축수는 양방향 유동배관(414)에 공급되고, 살수노즐(422)을 통해 격납건물(42) 내부에 살수된다. 이에 따라, 2차적인 살수가 이루어진다.
추가감압배관(418)에는 체크밸브(418')가 설치되어, 추가감압배관(418)을 통해 감압탱크(413)로 유입되는 증기 또는 대기는 통과시키고, 감압탱크(413)에서 공급되는 냉각수 또는 응축수는 차단한다. 체크밸브(418')는 격납건물(42)의 압력(P1)과 감압탱크(413)의 압력(P2)변화에 따라 형성되는 유동에 의해 개폐된다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동안전설비(500) 및 이를 구비하는 원전(50)의 개념도이다.
피동안전설비(500)는 감압탱크(513)가 격납건물(52)의 외부에 설치된다. 이에 따라, 제2감압배관(514b)은 격납건물(52)을 관통하지 않고, 대신 살수배관(521)이 격납건물(52)을 관통하여 감압탱크(513)로부터 격납건물(52)의 내부까지 연장된다. 이처럼 감압탱크(513)는 설계상의 선택에 따라 격납건물(52)의 외부에 설치될 수도 있다.
그리고, 살수배관(521)에는 격리밸브(525)가 설치될 수 있다. 격리밸브(525)는 평상시에는 개방되어 있다가 유지 보수 작업 또는 사고 발생시 격리가 요구되는 경우에 폐쇄될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동안전설비(600) 및 이를 구비하는 원전(60)의 개념도이다.
피동안전설비(600)는 감압배관(614)으로부터 분기되어 격납건물 내부로 연장되는 방출배관(619)를 포함하며, 방출배관(619)이 제2감압배관(614b)으로부터 분기된다. 그리고 방출배관(619)에는 격리밸브(619')가 설치된다.
격리밸브(619')는 원전(60)의 정상 운전 및 사고 초기에는 폐쇄되어 있다가 살수부(620)에 의한 살수 기능이 종료되는 시점에서 감압탱크(613)의 수위 등의 관련 신호에 의해 개방된다. 이에 따라 방출배관(619)은 감압배관(614)과 함께 격납건물(62)과 열교환기(612) 사이에 순환 유로를 형성하므로 사고 후 살수부(620)의 기능이 종료된 후에도 열교환기(612)가 냉각 기능을 유지할 수 있다.
도 11은 사고 발생시 격납건물의 내부 압력 변화 개념을 시간의 흐름에 따라 나타낸 그래프이다.
원전에는 격납건물의 허용 안전 기준이 있는 데 그 중 두 가지가, 바로 첨두압력이 일정 압력 이하여야 한다는 것과 사고 발생 후 24시간 이내에 격납건물의 압력이 첨두압력의 절반 이하로 감소해야 한다는 것이다.
본 발명과 관련된 계통은 냉각계통, 감압계통, 살수계통으로 감압부는 냉각계통과 감압계통으로 작동하며, 살수부는 살수계통으로 작동한다.
냉각계통과 감압계통 및 살수계통이 모두 작동하지 않는 경우에는 사고 발생 후 격납건물의 압력이 상승하여 허용 안전 기준이 되는 첨두압력을 넘어서게 된다. 그리고, 24시간 이내에 격납건물의 압력이 첨두압력의 절반 이하로 감소하지도 못한다.
감압계통만 작동하는 경우에는 첨두압력이 허용 안전 기준의 첨두압력 이하이나 24시간 이후의 압력이 첨두압력의 절반 이하로 감소하지 못하며, 감압계통과 살수계통이 함께 작동해야 허용 안전 기준에 부합할 수 있다.
그리고, 냉각-감압-살수 계통이 모두 작동하는 경우에는, 첨두압력이 매우 낮아지고, 24시간 이내에 격납건물의 압력이 첨두압력의 절반 이하로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 감압부가 냉각 및 감압계통으로 작동하고, 살수부가 살수계통으로 작동하므로 사고 발생에도 격납건물의 건전성을 유지함과 아울러 원전의 안전성을 확보할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 피동안전설비는 냉각-감압 계통으로 작동하는 감압부나 살수계통으로 작동하는 살수부에 작동신호나 DC전원을 포함한 전원계통이 소요되지 않아 작동 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 세 가지 수단에 의해 격납건물 내부의 압력과 방사능 물질의 농도를 낮출 수 있어 대중에 대한 안전성 향상에 기여할 수 있다. 한편 종래의 감압계통이나 피동격납건물냉각계통이나 피동격납건물살수계통에 비해 설비의 증가가 크지 않으면서도, 제한구역경계(EAB : Exclusion Area Boundary)를 줄일 수 있어 경제적 효과를 얻을 수 있다는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 피동형 설비로서 피동안전계통과 함께 구성이 가능한 특징이 있다.
또한, 냉각-감압-살수 시스템의 세 가지 방식에 의한 감압기능이 수행되어 격납건물 내부의 압력과 방사능 물질의 농도를 효과적으로 낮추어 주므로 규제요건의 준수가 용이해지며 대중의 안전성 향상에 크게 기여할 수 있다. 한편, 격납건물 내부의 압력을 효율적으로 낮출 수 있어 격납건물의 설계압력을 낮추어 경제적인 효과를 얻을 수도 있다. 그리고, 비교적 단순한 피동형 설비로서 피동형 안전계통과 함께 구성할 수 있어 원전의 전반적인 안전성 향상에 크게 기여할 수 있다.
이상에서 설명된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10 : 원전 11 : 원자로냉각재계통
12 : 격납건물 100 : 피동안전설비
110 : 감압부 111 : 냉각수 저장부
112 : 열교환기 113 : 감압탱크
120 : 살수부 121 : 살수배관
122 : 살수노즐

Claims (15)

  1. 사고 발생시 격납건물의 압력 상승을 1차적으로 억제하도록 압력차에 의해 상기 격납건물로부터 유입되는 증기 또는 대기를 수용하는 감압부; 및
    상기 감압부의 압력이 상기 격납건물의 압력보다 커지면 상기 격납건물의 압력 상승을 2차적으로 억제하도록 상기 감압부에 저장된 냉각수 및 상기 증기가 응축된 응축수를 상기 격납건물 내부로 살수하는 살수부를 포함하고,
    상기 감압부는,
    내부에 냉각수를 저장하도록 형성되고, 상기 냉각수를 증발시켜 상기 냉각수에 전달된 열을 외부로 방출하도록 상부에 개구부를 구비하는 냉각수 저장부;
    상기 격납건물로부터 유입되는 증기 또는 대기를 냉각 및 응축시키도록 상기 냉각수 저장부에 침지되어 상기 증기 또는 대기의 열을 상기 냉각수 저장부의 냉각수에 전달하는 열교환기; 및
    상기 열교환기를 통과한 증기, 대기 또는 응축수를 수용하도록 형성되며, 냉각수 또는 응축수를 상기 살수부에 공급하도록 상기 살수부와 연결되는 감압탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감압부는 상기 격납건물의 증기 또는 대기가 상기 열교환기를 통과해 상기 감압탱크로 유입되도록 상기 격납건물, 상기 열교환기 및 상기 감압탱크를 순차적으로 연결하는 감압배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감압탱크로부터 상기 감압배관을 통과해 상기 격납건물로 유입되는 역방향 유량을 차단하도록 상기 감압배관에 설치되어 상기 격납건물과 상기 감압탱크의 압력 변화에 따라 개폐되는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 감압배관은,
    상기 열교환기로 증기 또는 대기가 유입되는 유로를 형성하도록 상기 격납건물과 상기 열교환기를 연결하는 제1감압배관; 및
    상기 열교환기를 통과한 증기, 대기 또는 응축수를 상기 감압탱크로 유입시키도록 상기 열교환기에서 상기 감압탱크의 내부까지 연장되는 제2감압배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 감압탱크의 냉각수에 침지되도록 상기 제2감압배관에 설치되고, 상기 열교환기를 통과하면서 응축되지 않은 증기의 응축을 유도하도록 상기 증기 또는 대기를 상기 감압탱크의 내부에 분사시키는 스파저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수 저장부는 내부의 냉각수에 전달된 열을 상기 격납건물 외부로 방출하도록 상기 격납건물의 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 살수부는,
    상기 격납건물 내부에 설치되며, 압력차에 의해 상기 감압탱크로부터 냉각수 또는 응축수를 공급받도록 상기 감압탱크의 내부까지 연장되는 살수배관; 및
    상기 살수배관에 설치되어 상기 감압탱크로부터 공급된 냉각수 또는 응축수를 상기 격납건물의 내부에 분사하도록 형성되는 살수노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 격납건물로부터 상기 살수배관을 통해 증기 또는 대기가 상기 감압탱크로 역류하는 것을 방지하도록 상기 살수배관에 설치되는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 감압탱크에 침지되도록 상기 살수배관에 설치되며, 상기 격납건물의 압력이 상기 감압탱크의 압력보다 클 때 상기 격납건물로부터 상기 살수배관을 통해 상기 감압탱크로 유입되는 증기 또는 대기를 상기 감압탱크의 내부에 분사하는 스파저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 격납건물의 증기 또는 대기를 상기 감압탱크로 유입시키도록 상기 격납건물, 상기 열교환기 및 상기 감압탱크를 순차적으로 연결하고, 상기 격납건물의 압력과 상기 감압탱크의 압력이 역전되면 상기 감압탱크로부터 상기 격납건물에 분사될 냉각수 또는 응축수를 공급받도록 상기 감압탱크의 내부까지 연장되는 양방향 유동배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 양방향 유동배관은 상기 격납건물의 내부까지 연장되도록 형성되고,
    상기 감압탱크로부터 상기 양방향 유동배관에 공급된 냉각수 또는 응축수를 상기 격납건물의 내부에 분사하도록 상기 양방향 유동배관에 설치되는 살수노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 격납건물의 증기 또는 대기를 상기 감압탱크로 유입시키도록 상기 양방향 유동배관에서 분기되어 형성되는 추가감압배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 감압탱크로부터 상기 추가감압배관을 통과해 상기 격납건물로 유입되는 유량을 차단하도록 상기 추가감압배관에 설치되어 상기 격납건물과 상기 감압탱크의 압력 변화에 따라 형성되는 유동에 의해 개폐되는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 감압부는,
    상기 감압배관으로부터 분기되어 상기 격납건물 내부로 연장되고, 상기 살수부의 살수 종료 후에도 상기 열교환기에 의한 냉각기능을 유지하도록 상기 열교환기와 상기 격납건물 사이에 순환유로를 형성하는 방출배관; 및
    상기 방출배관에 설치되어 관련 신호에 의해 개방되는 격리밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
  15. 원자로냉각재계통;
    방사능 물질의 누출을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통의 외부에 설치되는 격납건물; 및
    사고 발생시 상기 격납건물 내부의 압력 상승과 방사능 물질의 농도 상승을 상기 격납건물의 압력변화에 따라 피동력에 의해 순차적으로 억제하도록 이루어지는 피동안전설비를 포함하고,
    상기 피동안전설비는,
    사고 발생시 격납건물의 압력 상승을 1차적으로 억제하도록 압력차에 의해 상기 격납건물로부터 유입되는 증기 또는 대기를 수용하는 감압부; 및
    상기 감압부의 압력이 상기 격납건물의 압력보다 커지면 상기 격납건물의 압력 상승을 2차적으로 억제하도록 상기 감압부에 저장된 냉각수 및 상기 증기가 응축된 응축수를 상기 격납건물 내부로 살수하는 살수부를 포함하고,
    상기 감압부는,
    내부에 냉각수를 저장하도록 형성되고, 상기 냉각수를 증발시켜 상기 냉각수에 전달된 열을 외부로 방출하도록 상부에 개구부를 구비하는 냉각수 저장부;
    상기 격납건물로부터 유입되는 증기 또는 대기를 냉각부에 침지되어 상기 증기 또는 대기의 열을 상기 냉각수 저장부의 냉각수에 전달하는 열교환기; 및
    상기 열교환기를 통과한 증기, 대기 또는 응축수를 수용하도록 형성되며, 냉각수 또는 응축수를 상기 살수부에 공급하도록 상기 살수부와 연결되는 감압탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 원전.
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