KR101463440B1 - Passive safety system and nuclear power plant having the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사고 발생시 원전에서 제거해야 하는 열은 현열과 잔열로 동일하다는 점에 착안하여 피동잔열제거계통과 피동격납건물냉각계통을 통합한 피동안전설비를 제공한다. 피동안전설비는 방사능 물질의 유출을 방지하도록 원자로의 외부에 설치되는 격납건물, 사고 발생시 상기 원자로 내부의 증기발생기로 냉각수를 순환시켜 원전의 현열 및 잔열을 제거하고 제거된 열을 상기 격납건물 외부에 설치되는 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동잔열제거계통, 및 사고 발생시 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하도록 상기 격납건물로 방출되는 증기를 냉각 및 응축시키는 냉각열교환기를 구비하고 원전의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 용량으로 설계된 상기 비상냉각탱크를 추가적인 용량의 증가 없이 상기 피동잔열제거계통과 공유하도록 상기 냉각열교환기로 전달된 열을 상기 비상냉각탱크를 통해 배출하는 피동격납건물냉각계통을 포함한다.The present invention provides a passive safety device that incorporates a passive residual heat removal system and a passive containment building cooling system in consideration of the fact that heat to be removed from a nuclear power plant is the same as sensible heat and residual heat. The passive safety facility is a containment building that is installed outside the reactor to prevent leakage of radioactive materials. In case of an accident, it circulates cooling water to the steam generator in the reactor to remove the sensible heat and residual heat of the nuclear power plant, And a cooling heat exchanger for cooling and condensing the steam discharged to the containment structure to suppress an increase in pressure of the containment building in case of an accident, and to prevent the sensible heat and residual heat of the nuclear plant from being removed And the heat of the heat transfer to the cooling heat exchanger is discharged through the emergency cooling tank so as to share the emergency cooling tank with the drift residual heat removal system without increasing the capacity.

Description

피동안전설비 및 이를 구비하는 원전{PASSIVE SAFETY SYSTEM AND NUCLEAR POWER PLANT HAVING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a passive safety apparatus,

본 발명은 사고 발생시 자연력을 이용하는 피동형 안전설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 설비의 간소화를 위해 피동격납건물냉각계통이 피동잔열제거계통의 비상냉각탱크를 공유하도록 구성된 원전에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a nuclear power plant configured to share an emergency cooling tank of a passive residual heat removal system in order to simplify the facility.

원자로는 주요기기의 설치위치나 안전계통의 구성방식에 따라 구분할 수 있다. 원자로는 주요기기의 설치위치에 따라 상기 주요기기(증기발생기, 가압기, 펌프 임펠러 등)가 원자로용기의 외부에 설치되는 분리형원자로(예, 국내 상용 원자로)와 주요기기가 원자로용기의 내부에 설치되는 일체형원자로(예, SMART 원자로)로 나뉜다.Nuclear reactors can be classified according to the installation location of the main equipment or the construction of the safety system. A reactor is a separate reactor (eg domestic commercial reactor) in which the main components (steam generator, pressurizer, pump impeller, etc.) are installed outside the reactor vessel depending on the installation position of the main equipment and main equipment is installed inside the reactor vessel Integrated reactors (eg, SMART reactors).

또한, 원자로는 안전계통의 구성방식에 따라 능동형 원자로와 피동형 원자로로 나뉜다. 능동형 원자로는 안전계통을 구동하기 위해 비상발전기 등의 전력에 의해 작동하는(예, 펌프) 능동 기기를 사용하는 원자로이며, 피동형 원자로는 안전계통을 구동하기 위해 중력 또는 가스압력 등의 자연력에 의해 작동하는 피동기기를 사용하는 원자로이다. 피동형 원자로에서 피동안전계통(passive safety system)은 사고가 발생하는 경우 규제요건에서 요구하는 시간 (72시간) 이상 동안 운전원 조치나 비상 디젤 발전기와 같은 안전등급의 교류(AC) 전원이 없이 계통에 내장되어 있는 자연력만으로도 원자로를 안전하게 유지할 수 있는 계통이다.In addition, reactors are divided into active reactors and passive reactors depending on how the safety system is constructed. Active reactors are reactors that use active devices (eg, pumps) to operate safety systems such as emergency generators. Passive reactors are operated by natural forces such as gravity or gas pressure to drive safety systems. Which is a nuclear reactor. Passive safety systems in passive reactors are built into the system without an AC source of safety grade, such as an operator action or emergency diesel generator, for more than the time (72 hours) required by regulatory requirements in the event of an accident. It is a system that can safely maintain the reactor with only the natural force that it is.

원자로에는 다양한 계통이 포함되며, 그 중 특히 원자로의 주요 안전설비는 피동잔열제거계통, 피동격납건물냉각계통 및 피동안전주입계통이다.Reactors include various systems, of which the main safety facilities of the reactor are the passive residual heat removal system, the passive containment building cooling system and the passive safety injection system.

피동잔열제거계통은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 사고시 원자로의 열(원자로의 현열 및 노심의 잔열)을 제거하는 계통으로 채용되고 있다. 피동잔열제거계통의 냉각수 순환 방식으로는 원자로의 1차 냉각수를 직접 순환시켜 원자로를 냉각하는 방식(AP1000:웨스팅하우스)과 증기발생기를 이용하여 2차 냉각수를 순환시켜 원자로를 냉각하는 방식(SMART 원자로:국내, IRIS:웨스팅하우스) 두 가지가 주로 사용되고 있으며, 일차냉각수를 탱크에 주입하여 직접 응축시키는 방식(CAREM:아르헨티나)도 이용되고 있다.The passive residual heat removal system has been adopted as a system to eliminate the heat of the reactor (sensible heat of the reactor and residual heat of the reactor core) in various reactors including an integrated reactor. The cooling water circulation method of the passive residual heat removal system includes a method of cooling the reactor by circulating the primary cooling water of the reactor directly (AP1000: Westinghouse) and a method of cooling the reactor by circulating the secondary cooling water by using the steam generator (Domestic, IRIS: Westinghouse) are mainly used, and CAREM (Argentina), which directly condenses the primary cooling water into the tank, is also used.

또한, 피동잔열제거계통의 열교환기(응축열교환기) 외부를 냉각하는 방식으로는 대부분의 원자로에서 적용하고 있는 수랭식(water-cooled, SMART, IRIS, AP1000)과, 일부 공랭식(air-cooled, WWER 1000:러시아)과 수-공랭식(water-air-cooled, IMR:일본) 병용 방식이 이용되고 있다. 피동잔열제거계통의 열교환기는 원자로로부터 전달받은 열을 비상냉각탱크(최종 열침원) 등을 통해 외부 대기로 전달하는 기능을 수행하며, 열교환기 방식으로 열전달 효율이 뛰어난 증기 응축현상을 이용한 응축열교환기가 많이 채용되고 있다.In addition, the cooling system outside the heat exchanger (condensation heat exchanger) of the passive residual heat removal system includes water-cooled (SMART, IRIS, AP1000), air- : Russia) and the water-air-cooled (IMR: Japan) combination method. The heat exchanger of the passive residual heat removal system transfers the heat received from the reactor to the outside atmosphere through an emergency cooling tank (final heat sink), etc., and a condensation heat exchanger using steam condensation phenomenon Many are being adopted.

피동격납건물냉각(또는 감압, 또는 살수)계통은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 사고시 원자로로부터 증기가 방출되어 상승한 격납건물(격납용기, 원자로건물 또는 안전보호용기) 내부의 압력을 감소시키고 열을 제거하기 위한 계통으로 채용되고 있다.The passive containment building cooling (or decompression, or sprinkling) system reduces the pressure inside the containment building (containment, reactor building or safety protection vessel) by evacuating steam from the reactor at various accidents, including integrated reactors, And is used as a system for removing the liquid.

피동격납건물냉각계통의 구성방식으로는 격납건물로 방출된 증기를 감압시키는 감압탱크(suppression tank)를 이용하는 방식(상용 BWR, CAREM:아르헨티나, IRIS:웨스팅하우스사), 철재격납용기을 적용하고 외벽을 냉각(스프레이, 공기)시키는 방식(AP1000:웨스팅하우스), 그리고 열교환기를 이용하는 방식(SWR1000:프라마톰ANP, AHWR:인도, SBWR:GE) 등이 이용되고 있다.The construction of the passive containment building cooling system includes a method of using a suppression tank to decompress the steam released into the containment building (commercial BWR, CAREM: Argentina, IRIS: Westinghouse Inc.) (SW1000: Pramatom ANP, AHWR: India, SBWR: GE), which uses a heat exchanger (AP1000: Westinghouse)

피동안전주입계통은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 사고시 원자로로 냉각수를 주입하기 위한 수단으로 채용되고 있다. 피동안전주입계통의 장기 안전주입을 위한 구성방식으로는, 철재격납용기를 적용하고 격납건물내재장전수조 등을 이용해 원자로용기 외부를 충수하여 안전주입을 장기간 수행하는 방식(AP1000:웨스팅하우스), 안전보호용기를 적용하여 방출유량을 억제하고 감압탱크 등을 이용해 원자로 외부를 충수하여 안전주입을 장기간 수행하는 방식(IRIS:웨스팅하우스사), 격납건물 외부의 가압탱크를 이용하여 일정기간 안전주입을 수행하는 방식(CAREM:아르헨티나) 등이 있다.The passive safety injection system has been employed as a means for injecting cooling water into reactors in various reactors, including integrated reactors, in the event of an accident. For the long-term safety injection of the passive safety injection system, there is a method of applying a steel containment vessel and attaching the outside of the reactor vessel using the internal tank of the containment building for long-term safety injection (AP1000: Westinghouse) (IRIS: Westinghouse Inc.), a safety injection is performed for a certain period of time by using a pressure tank outside the containment building, by applying a protective vessel to suppress the discharge flow rate and appending the outside of the reactor using a decompression tank or the like And CAREM (Argentina).

이와 같이 일반적으로 원자로에서는 피동잔열제거계통과 피동격납건물냉각계통이 전혀 별개의 계통으로 인식되어 설계의 간소화에 한계가 있었다. 한편 원자로의 유지보수 등의 작업을 위한 공간을 적절히 고려하는 경우에 원자로 외부를 충수하기 위해서는 많은 냉각수가 소요되므로, 장기 안전주입을 위해 원자로 외부를 충수하는 방식은 저장수 용량과 유지보수 공간에 크게 제약을 받는 문제가 있었다.In general, in the reactor, the passive residual heat removal system and the passive containment building cooling system are recognized as separate systems so that the design is simplified. In the case of considering the space for the maintenance of the reactor properly, a lot of cooling water is required to fill the outside of the reactor. Therefore, the method of attaching the outside of the reactor for long- There was a problem that was constrained.

본 발명의 일 목적은 설비를 간소화하여 공간적 제약을 극복하고 경제성을 향상시킨 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 제안하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a passive safety equipment that simplifies facilities and overcomes spatial limitations and improves economy, and a nuclear power plant equipped with the same.

본 발명의 다른 일 목적은 서로 다른 기능을 하는 각 계통들이 통합계통으로 구성되어 유기적으로 작동하는 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide a passive safety equipment in which each system having different functions is constituted by an integrated system and operates organically, and a nuclear power plant having the same.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 관련된 피동안전설비는, 방사능 물질의 유출을 방지하도록 원자로의 외부에 설치되는 격납건물, 사고 발생시 상기 원자로 내부의 증기발생기로 냉각수를 순환시켜 원전의 현열 및 잔열을 제거하고 제거된 열을 상기 격납건물 외부에 설치되는 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동잔열제거계통, 및 사고 발생시 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하도록 상기 격납건물로 방출되는 증기를 냉각 및 응축시키는 냉각열교환기를 구비하고 원전의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 용량으로 설계된 상기 비상냉각탱크를 추가적인 용량의 증가 없이 상기 피동잔열제거계통과 공유하도록 상기 냉각열교환기로 전달된 열을 상기 비상냉각탱크를 통해 배출하는 피동격납건물냉각계통을 포함한다.In order to accomplish the object of the present invention, a passive safety equipment according to an embodiment of the present invention includes a containment building installed outside a reactor to prevent leakage of a radioactive material, To remove the sensible heat and residual heat of the nuclear power plant, and to discharge the removed heat through the emergency cooling tank provided outside the containment building, and to the containment building to suppress pressure rise of the containment building The emergency cooling tank having a cooling heat exchanger for cooling and condensing the discharged steam and designed to have a capacity capable of removing the sensible heat and residual heat of the nuclear power plant is transmitted to the cooling heat exchanger so as to share with the passive residual heat removal system without increasing the additional capacity A cooling system of the passive containment building for discharging heat through the emergency cooling tank .

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 냉각열교환기는 상기 격납건물의 내부에 설치되고, 상기 비상냉각탱크의 내부에 채워진 냉각수를 순환시켜 상기 격납건물을 냉각하도록 상부와 하부가 각각 배관에 의해 상기 비상냉각탱크와 연결된다.According to an embodiment of the present invention, the cooling heat exchanger is installed in the inside of the containment building, and the upper and lower portions are respectively connected to the emergency port by the piping so as to cool the containment building by circulating the cooling water filled in the emergency cooling tank It is connected to the cooling tank.

상기 냉각열교환기의 표면에 응축되어 낙하하는 응축수를 집수하도록 상기 냉각열교환기의 하부에 설치되고, 상기 원자로와 상기 격납건물의 압력이 유사평형을 형성시 집수된 응축수를 중력수두에 의해 상기 원자로로 주입하도록 하부가 상기 원자로와 통하는 안전주입배관에 연결되는 집수탱크를 더 포함할 수 있다.And a condensing unit for condensing condensed water collected on the surface of the cooling heat exchanger so as to collect condensed water falling down when the pressure of the reactor and the containment building forms a similar equilibrium, And a collecting tank in which a lower portion is connected to a safety injection pipe communicating with the reactor so as to be injected.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 냉각열교환기는 상기 비상냉각탱크의 내부에 설치되고, 상기 격납건물로 방출된 증기를 통과시켜 상기 비상냉각탱크 내부의 냉각수에 의해 냉각되도록 상부와 하부가 각각 배관에 의해 상기 격납건물과 연결된다.According to another embodiment of the present invention, the cooling heat exchanger is installed inside the emergency cooling tank, and the upper and lower portions of the cooling water heat exchanger are respectively arranged so as to pass through the vapor discharged to the containment building and be cooled by the cooling water in the emergency cooling tank And is connected to the containment building by piping.

상기 냉각열교환기를 통과하여 응축된 응축수를 집수하도록 상기 냉각열교환기의 하부에서 상기 격납건물의 내부까지 연장된 배관의 단부에 설치되고, 상기 원자로와 상기 격납건물의 압력이 유사평형을 형성시 집수된 응축수를 중력수두에 의해 상기 원자로로 주입하도록 하부가 상기 원자로와 통하는 안전주입배관에 연결되는 집수탱크를 더 포함할 수 있다.A condenser installed at an end of a pipe extending from a lower portion of the cooling heat exchanger to an inside of the containment building to collect condensed water passing through the cooling heat exchanger, And a collecting tank in which the lower portion is connected to a safety injection pipe communicating with the reactor so as to inject condensed water into the reactor by gravity head.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 냉각열교환기는, 상기 격납건물의 내부에 설치되는 제1냉각열교환기, 및 상기 비상냉각탱크의 내부에 설치되고 냉각수를 순환시키도록 상부와 하부가 각각 배관에 의해 상기 제1냉각열교환기의 상부와 하부에 연결된다.According to another embodiment of the present invention, the cooling heat exchanger includes a first cooling heat exchanger installed in the containment building, and a second cooling heat exchanger installed inside the emergency cooling tank, To the upper and lower portions of the first cooling heat exchanger.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1냉각열교환기의 표면에 응축되어 낙하하는 응축수를 집수하도록 상기 제1냉각열교환기의 하부에 설치되고, 상기 원자로와 상기 격납건물의 압력이 유사평형을 형성시 집수된 응축수를 중력수두에 의해 상기 원자로로 주입하도록 하부가 상기 원자로와 통하는 안전주입배관에 연결되는 집수탱크를 더 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the first cooling heat exchanger is installed below the first cooling heat exchanger so as to collect condensed water condensed on the surface of the first cooling heat exchanger, And a condensing tank in which a lower portion is connected to a safety injection pipe communicating with the reactor so as to inject condensed water collected by the gravity head into the reactor when forming the condenser.

상기 냉각열교환기의 하부 또는 상부에 연결되는 배관에 설치되어 유체의 역류를 방지하는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.And a check valve installed in a pipe connected to a lower portion or an upper portion of the cooling heat exchanger to prevent backflow of the fluid.

상기 집수탱크와 상기 안전주입배관을 연결하는 배관에는 기설정된 유량으로 응축수를 주입하는 것이 가능하도록 유로저항을 형성하는 오리피스가 설치될 수 있다.An orifice may be installed in the pipe connecting the collecting tank and the safety infusion pipe to form a flow path resistance so as to inject the condensed water at a predetermined flow rate.

상기 집수탱크에 집수된 응축수의 초과 집수 유량을 상기 격납건물 내에 설치되는 재장전수조로 방출하도록, 일단은 상기 집수탱크의 적어도 일부를 관통하여 기설정된 높이까지 연장되고 타단은 상기 재장전수조를 향해 연장되는 배수관을 더 포함할 수 있다.The water collecting tank is provided with a water collecting tank for collecting the water collected in the water collecting tank and discharging the excess water collecting amount of the condensed water collected in the collecting tank to the recharge tank installed in the containment building, And may further include an extended drain pipe.

상기 재장전수조는 상기 격납건물의 내부에 상기 원자로를 감싸도록 형성될 수 있다.The rechargeable water tank may be formed to enclose the reactor inside the containment building.

상기 재장전수조와 상기 원자로 사이의 공간으로 통하는 연결배관을 더 포함하고, 상기 연결배관에는 상기 재장전수조에 채워진 응축수를 상기 사이의 공간으로 주입시키도록 관련신호에 의해 개방되는 격리밸브가 설치될 수 있다.And a connection pipe communicating with the space between the recharging water tank and the reactor, wherein the connection pipe is provided with an isolation valve opened by a related signal so as to inject the condensed water filled in the recharging water tank into the spaces .

상기 원자로의 내부에는 노심이 설치되고, 상기 재장전수조는 상기 집수탱크의 집수 및 안전주입 기능을 수행하도록 상기 노심보다 높은 위치에 설치될 수 있다.A core is installed inside the reactor, and the recharging water tank can be installed at a higher position than the core so as to perform the collecting and safety injection function of the collecting tank.

상기 비상냉각탱크의 내부까지 연장되는 보충수 배관에 의해 상기 비상냉각탱크에 연결되어 냉각수의 순환에 필요한 보충수를 공급하는 보충수 펌프를 더 포함할 수 있다.And a makeup water pump connected to the emergency cooling tank by a makeup water pipe extending to the inside of the emergency cooling tank to supply supplementary water necessary for circulation of the cooling water.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 피동안전설비를 구비하는 원전을 개시한다. 원전은, 사고 발생시 중력수두 또는 가스가압에 의해 원자로로 냉각수를 주입하도록 형성되는 피동안전주입계통, 및 열교환 방식을 통해 상기 원자로의 열을 제거함과 아울러 상기 원자로 외부의 압력 및 온도 상승을 억제하는 피동안전설비를 포함하고, 상기 피동안전설비는, 방사능 물질의 유출을 방지하도록 원자로의 외부에 설치되는 격납건물, 사고 발생시 냉각수를 순환시켜 원전의 현열 및 잔열을 제거하고 제거된 열을 상기 격납건물 외부에 설치되는 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동잔열제거계통, 및 사고 발생시 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하도록 상기 격납건물로 방출되는 증기를 냉각 및 응축시키는 냉각열교환기를 구비하고 원전의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 용량으로 설계된 상기 비상냉각탱크를 공유하도록 상기 냉각열교환기에 전달된 열을 상기 피동잔열제거계통의 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동격납건물냉각계통을 포함한다.Further, in order to realize the above-mentioned problem, the present invention discloses a nuclear power plant equipped with passive safety equipment. The nuclear power plant includes a passive safety injection system configured to inject cooling water into the reactor by gravity head or gas pressurization when an accident occurs, and a passive safety injection system that removes the heat of the reactor through a heat exchange system, Wherein the passive safety equipment includes a containment building installed outside the reactor to prevent leakage of radioactive material, and a cooling water circulation system for circulating cooling water in the event of an accident to remove the sensible heat and residual heat of the nuclear power plant, And a cooling heat exchanger for cooling and condensing the steam discharged to the containment structure so as to suppress a pressure rise of the containment structure when an accident occurs, Said emergency cooling tank being designed with a capacity capable of removing said emergency cooling tank The heat transfer to each of the heat exchange tanks via the emergency cooling of said passive residual heat removal system includes a passive containment cooling system to discharge.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 피동격납건물냉각계통은 상기 격납건물의 증기를 응축시켜 집수된 응축수를 상기 피동안전주입계통의 냉각수로 이용하도록 상기 피동안전주입계통의 안전주입배관과 연결된다.According to an embodiment of the present invention, the passive containment building cooling system is connected to the safety infusion piping of the passive safety infusion system so as to condense the steam of the containment building and collect the condensed water as cooling water of the passive safety infusion system .

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 격납건물의 내부에 설치되고, 상기 격납건물로 방출된 증기가 유입되도록 형성되어 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하는 감압계통을 더 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the system further includes a decompression system installed inside the containment structure and configured to inflow the steam discharged into the containment structure to suppress a pressure increase in the containment structure.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 비상냉각탱크의 용량 증가 없이도 피동격납건물냉각계통과 피동잔열제거계통이 상기 비상냉각탱크를 공유하고 각각의 고유 기능을 수행할 수 있어 원전의 안전설비를 간소화하고 소요경비를 최소화할 수 있다.According to the present invention having the above-described structure, even when the capacity of the emergency cooling tank is not increased, the passive storage cooling system and the driven residual heat removal system can share the emergency cooling tank and perform their respective functions, And the cost can be minimized.

또한 본 발명은, 피동격납건물냉각계통의 작동과정에서 응축된 응축수를 피동안전주입계통의 냉각수로 장기간 사용할 수 있어 원전의 안전성을 향상시킬 수 있다.Further, the present invention can improve the safety of a nuclear power plant because condensed water condensed during operation of the passive containment building cooling system can be used for cooling water for a passive safety injection system for a long period of time.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 나타내는 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 피동격납건물냉각계통의 냉각열교환기를 나타내는 개념도.
도 3은 도 1에 도시된 피동잔열제거계통의 수-공랭식 응축열교환기 및 비상냉각탱크를 나타내는 개념도.
도 4는 도 1에 도시된 피동안전주입계통의 구성 설비를 나타내는 개념도.
도 5는 도 1에 도시된 원전의 정상운전상태를 나타내는 개념도.
도 6은 도 1에 도시된 원전의 사고 발생시 밸브들의 개폐 상태를 나타내는 개념도.
도 7은 사고 발생 후 피동잔열제거계통이 작동하기 전의 원전을 나타내는 개념도.
도 8은 도 7에 이어 피동격납건물냉각계통, 피동잔열제거계통 및 피동안전주입계통이 모두 작동하는 원전을 나타내는 개념도.
도 9는 도 8에 이어 장기냉각되는 원전을 나타내는 개념도.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 나타내는 개념도.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 나타내는 개념도.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 나타내는 개념도.
도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 나타내는 개념도.
도 14는 원전의 사고 발생시 시간 경과에 따른 격납건물 내부의 압력변화를 나타내는 그래프.1 is a conceptual diagram showing a passive safety apparatus according to an embodiment of the present invention and a nuclear power plant having the same.
Fig. 2 is a conceptual view showing a cooling heat exchanger of the passive containment building cooling system shown in Fig. 1. Fig.
3 is a conceptual view showing the water-air-cooling type condensation heat exchanger and the emergency cooling tank of the passive residual heat removal system shown in FIG.
4 is a conceptual view showing the constituent facility of the passive safety injection system shown in Fig.
5 is a conceptual diagram showing a normal operation state of the nuclear power plant shown in Fig.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing the opening and closing states of the valves when an accident occurs in the nuclear power plant shown in FIG. 1;
7 is a conceptual diagram showing a nuclear power plant before the passive residual heat removal system operates after an accident.
FIG. 8 is a conceptual view showing a nuclear power plant in which both the passive containment building cooling system, the driven residual heat removal system, and the passive safety injection system are operated. FIG.
Fig. 9 is a conceptual diagram showing a nuclear reactor that is to be cooled for a long period of time, as shown in Fig. 8;
10 is a conceptual diagram showing a passive safety equipment and a nuclear power plant having the same according to another embodiment of the present invention.
11 is a conceptual diagram showing a passive safety equipment according to another embodiment of the present invention and a nuclear power plant having the same.
FIG. 12 is a conceptual diagram showing a passive safety apparatus and a nuclear power plant having the same according to still another embodiment of the present invention. FIG.
13 is a conceptual diagram showing a passive safety apparatus according to another embodiment of the present invention and a nuclear power plant having the same.
14 is a graph showing a change in pressure inside the containment building with time elapsed when an accident occurs in a nuclear power plant.

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.Hereinafter, the passive safety equipment according to the present invention and the nuclear power plant having the same will be described in detail with reference to the drawings. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 피동안전설비(100) 및 이를 구비하는 원전(10)을 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a passive safety equipment 100 and a nuclear power station 10 having the same according to an embodiment of the present invention.

원자로(11)는 원전(10)의 격납건물(110)의 내부에 배치되며, 배관에 의해 원전(10)의 여러 계통들과 연결된다. 피동잔열제거계통(120)과 피동격납건물냉각계통(130)은 상기 여러 계통들에 속하는 것으로, 종래에는 서로 다른 계통으로 구분되었다.The reactor 11 is disposed inside the containment building 110 of the nuclear power plant 10 and is connected to various systems of the nuclear power plant 10 by piping. The passive residual heat eliminating system 120 and the passive containment building cooling system 130 belong to the above-mentioned various systems and are conventionally divided into different systems.

그러나, 원전(10)의 사고 발생시 원전(10)으로부터 제거해야 하는 열은 사고 발생 직전의 원전(10)의 현열 및 사고 이후 노심에서 발생하는 잔열이며, 냉각재상실사고가 발생하는 경우에도 원자로(11)에서 격납건물(110)로 방출되는 열과 원자로(11)에 잔류하는 열의 총합은 상기 현열 및 잔열로 동일하다. 따라서, 원전(10)의 현열 및 잔열의 열침원 역할을 수행하는 비상냉각탱크(122) 등의 설비를 통합하여 구성하면 열을 제거하는 기능의 성능 저하는 유발하지 않으면서도 설계를 단순화하고 용량을 최적화할 수 있다. 본 발명은 이러한 점에 착안하여 피동잔열제거계통(120)과 피동격납건물냉각계통(130)의 설비를 통합하여 피동안전설비(100)를 구성한 것이다.However, the heat to be removed from the nuclear power plant 10 in the event of an accident of the nuclear power plant 10 is the residual heat generated from the nuclear power plant after the sensible heat of the nuclear power plant 10 immediately before the accident and the accident, ) To the containment building (110) and the heat remaining in the reactor (11) are the same as the sensible heat and the residual heat. Accordingly, by integrating facilities such as the emergency cooling tank 122 that functions as a heat sink for the sensible heat and residual heat of the nuclear power plant 10, It can be optimized. The passive safety facility 100 is constructed by integrating the facilities of the passive residual heat eliminating system 120 and the passive containment building cooling system 130. [

피동안전설비(100)는 원전(10)에서 냉각재상실사고 등과 같은 사고가 발생하는 경우 작동하여 원전(10)의 열을 제거하고 압력을 낮춰 안전성을 확보하기 위한 설비로, 격납건물(110), 피동잔열제거계통(120) 및 피동격납건물냉각계통(130)을 포함한다.The passive safety facility 100 operates when an accident such as a coolant loss accident occurs in the nuclear power plant 10 to remove the heat of the nuclear power plant 10 and to secure safety by lowering pressure. The passive safety facility 100 includes a containment building 110, A driven residual heat removal system 120 and a containment building cooling system 130.

격납건물(110)은 방사능 물질의 유출을 방지하도록 원자로(11)의 외부에 설치된다. 원자로(11)와 연결된 배관(11b)에서 파단 등과 같은 사고가 발생하면 사고 발생지점을 통해 방사능이 외부로 유출될 우려가 있다. 격납건물(110)은 원자로(11)의 외부에 설치되고 대기와 원자로(11) 사이를 차단시켜, 원전(10)에서 사고가 발생하는 경우에도 방사능 물질이 외부로 유출되는 것을 방지한다.The containment building 110 is installed outside the reactor 11 to prevent leakage of the radioactive material. If an accident such as breakage occurs in the pipe 11b connected to the reactor 11, there is a possibility that the radioactivity is leaked to the outside through the accident occurrence point. The containment building 110 is installed outside the reactor 11 and blocks the atmosphere and the reactor 11 to prevent the radioactive material from flowing out to the outside even when an accident occurs in the nuclear power plant 10. [

피동잔열제거계통(120)은 원전(10)의 사고 발생시 원자로(11) 내부의 증기발생기(11a)에 냉각수를 순환시켜 원자로(11)의 현열 및 노심에서 발생하는 잔열을 제거하는 계통이다. 피동잔열제거계통(120)은 응축열교환기(121), 비상냉각탱크(122), 관련배관(123, 124), 밸브(123a, 123b), 오리피스(123c) 및 보충탱크(미도시)를 포함한다.The driven residual heat elimination system 120 is a system for removing the sensible heat of the reactor 11 and the residual heat generated in the core by circulating cooling water to the steam generator 11a in the reactor 11 when the nuclear power plant 10 is in an accident. The driven residual heat removal system 120 includes a condensation heat exchanger 121, an emergency cooling tank 122, associated piping 123 and 124, valves 123a and 123b, an orifice 123c, and a replenishment tank (not shown) .

응축열교환기(121)는 격납건물(110)의 외부에 설치되며, 증기발생기(11a)를 순환하는 냉각수에 전달된 열을 비상냉각탱크(122)로 전달하여 원전(10)의 외부로 방출시킨다. 응축열교환기(121)는 중력수두(증기관(13a)을 흐르는 증기와 급수관(12a)을 흐르는 냉각수의 밀도차)에 의한 냉각수의 자연 순환을 가능하게 하도록 증기발생기(11a)보다 높은 위치에 설치된다.The condensation heat exchanger 121 is installed outside the containment building 110 and transfers the heat transferred to the cooling water circulating in the steam generator 11a to the emergency cooling tank 122 and discharges the heat to the outside of the nuclear power plant 10. The condensation heat exchanger 121 is installed at a position higher than the steam generator 11a so as to enable the natural circulation of the cooling water by the gravity head (the density difference between the steam flowing through the steam pipe 13a and the cooling water flowing through the water supply pipe 12a).

응축열교환기(121)의 하부는 배관(123)에 의해 급수계통(12)의 급수관(12a)과 연결되고 상부는 또 다른 배관(1234)에 의해 터빈계통(13)의 증기관(13a)과 연결된다. 냉각수는 응축열교환기(121)-급수관(12a)-증기발생기(11a)-증기관(13a)-응축열교환기(121)를 순환하며 증기발생기(11a)에서 노심의 열을 전달받아 응축열교환기(121)에서 열교환을 통해 비상냉각탱크(122)로 내보낸다. 응축열교환기(121)의 냉각 방식은 수랭, 공랭, 수-공랭 혼합 중 하나의 방식으로 구성될 수 있으며, 구성 방식에는 제한을 두지 않는다.The lower part of the condensation heat exchanger 121 is connected to the water supply pipe 12a of the water supply system 12 by the pipe 123 and the upper part is connected to the steam pipe 13a of the turbine system 13 by another pipe 1234 . The cooling water circulates through the condensing heat exchanger 121, the water supply pipe 12a, the steam generator 11a, the steam pipe 13a and the condensation heat exchanger 121 and receives the heat of the core from the steam generator 11a. And exits to the emergency cooling tank 122 through heat exchange. The cooling method of the condensation heat exchanger 121 can be configured in one of a water cooling, an air cooling, and a water-cooling and air mixing, and there is no limitation on the construction method.

응축열교환기(121)와 급수관(12a)을 연결하는 배관(123)에는 격리밸브(123a), 체크밸브(123b) 및 오리피스(123c)가 설치된다. 격리밸브(123a)는 원전의 정상 운전시 폐쇄되어 있다가 사고 발생시 냉각수가 순환될 수 있도록 관련신호에 의해 개방된다. 체크밸브(123b)는 급수관(12a)을 흐르는 급수가 응축열교환기(121) 쪽으로 역류하는 것을 방지한다. 격리밸브(123a)와 체크밸브(123b)는 단일고장에 대비하여 복수개가 병렬로 설치될 수 있다. 오리피스(123c)는 응축열교환기(121)에서 급수관(12a)으로 흐르는 냉각수에 유로 저항을 형성하여 순환하는 냉각수의 유량을 조절한다.The isolation valve 123a, the check valve 123b and the orifice 123c are installed in the pipe 123 connecting the condensation heat exchanger 121 and the water supply pipe 12a. The isolation valve 123a is closed during normal operation of the nuclear power plant and is opened by a related signal so that the cooling water can be circulated in the event of an accident. The check valve 123b prevents the water flowing through the water supply pipe 12a from flowing back toward the condensation heat exchanger 121. [ A plurality of isolation valves 123a and check valves 123b may be installed in parallel in preparation for a single failure. The orifice 123c regulates a flow resistance of the cooling water flowing from the condensation heat exchanger 121 to the water supply pipe 12a to regulate the flow rate of the circulating cooling water.

비상냉각탱크(122)는 격납건물(110)의 외부에 설치되며 내부에 응축열교환기(121)를 수용한다. 비상냉각탱크(122)의 내부에는 냉각수가 채워져 있고, 응축열교환기(121)에서 전달된 열을 원전(10)의 외부로 방출하는 원전(10)의 최종 열침원 역할을 수행한다. 원자로(11)의 유지 보수 등의 작업을 위한 공간을 적절히 고려하는 경우에 원자로(11)의 외부를 충수하기 위해서는 많은 냉각수가 소요되어, 원자로(11) 외부를 충수하는 방식은 저장수의 용량과 유지 보수 공간에 크게 제약을 받게 된다. 비상냉각탱크(122)의 용량 또한 무제한일 수 없고 원전(10)의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 최적의 용량으로 설계된다.The emergency cooling tank 122 is installed outside the containment building 110 and accommodates the condensation heat exchanger 121 therein. Cooling water is filled in the emergency cooling tank 122 and serves as a final heat sink for the nuclear power plant 10 that discharges heat transferred from the condensing heat exchanger 121 to the outside of the nuclear power plant 10. A large amount of cooling water is required to fill the outside of the reactor 11 when the space for the operation such as maintenance of the reactor 11 is suitably considered. The space for maintenance is greatly restricted. The capacity of the emergency cooling tank 122 can not be unlimited and is designed to have an optimum capacity capable of eliminating the sensible heat and residual heat of the nuclear power plant 10. [

피동격납건물냉각계통(130)은 원전(10)의 사고 발생시 격납건물(110)의 압력 상승을 억제하여 방사능 물질이 격납건물(110)의 외부로 방출되는 것을 방지한다. 피동격납건물냉각계통(130)은 냉각열교환기(131), 관련배관(132, 133) 및 밸브(132a, 132b, 133a)를 포함하며, 냉각열교환기(131)는 상부와 하부가 각각 배관(132, 133)에 의해 비상냉각탱크(122)와 연결되어 있다.The passive containment building cooling system 130 suppresses the pressure rise of the containment building 110 when an accident occurs in the nuclear power plant 10 to prevent the radioactive material from being released to the outside of the containment building 110. The passive containment building cooling system 130 includes a cooling heat exchanger 131, associated pipes 132 and 133 and valves 132a, 132b and 133a, and the cooling heat exchanger 131 is connected to the piping 132, 133 to the emergency cooling tank 122.

비상냉각탱크(122)의 내부에 채워진 냉각수는 중력수두(단상 또는 이상 유체의 밀도차)에 의해 자연 순환되며, 냉각열교환기(131)의 하부에 연결된 배관(132)을 통해 냉각열교환기(131)로 유입된다. 냉각수는 냉각열교환기(131)를 통과하는 동안 격납건물(110) 내부로 방출된 증기와 열교환하여 격납건물(110) 내부의 증기를 냉각 및 응축시키고, 격납건물(110)의 압력을 낮춘다. 증기로부터 열을 전달받은 냉각수는 냉각열교환기(131)의 상부와 비상냉각탱크(122)를 연결하는 배관(133)을 통해 다시 비상냉각탱크(122)로 유입되고, 원전(10)의 최종 열침원인 비상냉각탱크(122)를 통해 외부로 열을 방출한다.The cooling water filled in the emergency cooling tank 122 is spontaneously circulated by the gravity head (difference in density of single phase or abnormal fluid) and is circulated through the cooling heat exchanger 131 ). The cooling water exchanges heat with the steam discharged into the containment building 110 while passing through the cooling heat exchanger 131 to cool and condense the steam inside the containment building 110 and lower the pressure of the containment building 110. The cooling water having the heat transferred from the steam is introduced into the emergency cooling tank 122 through the piping 133 connecting the upper portion of the cooling heat exchanger 131 and the emergency cooling tank 122, Causes heat to escape to the outside through the emergency cooling tank 122.

냉각열교환기(131)의 상하부와 비상냉각탱크(122)를 연결하는 배관(132, 133)에는 각각 격리밸브(132a, 133a)가 설치될 수 있다. 격리밸브(132a)는 개방된 상태를 유지하며, 유지 보수 또는 사고시 격리가 필요한 경우에 폐쇄된다. 냉각열교환기(131)의 하부 또는 상부와 비상냉각탱크(122)를 연결하는 배관(132, 133)에는 체크밸브(132b)가 설치될 수 있다. 체크밸브(133b)는 목적한 바와 달리 냉각수의 역류에 의해 비상냉각탱크(122)로부터 격납건물(110)로 열이 유입되는 것을 방지한다.Isolation valves 132a and 133a may be installed in the pipes 132 and 133 connecting the upper and lower portions of the cooling heat exchanger 131 and the emergency cooling tank 122, respectively. The isolation valve 132a remains open and is closed when maintenance or accidental isolation is required. A check valve 132b may be installed in the pipes 132 and 133 connecting the lower or upper portion of the cooling heat exchanger 131 and the emergency cooling tank 122. [ The check valve 133b prevents heat from entering the containment building 110 from the emergency cooling tank 122 by reverse flow of the cooling water unlike the object.

앞서 설명한 바와 같이 원전(10)의 사고 발생시 원자로(11)에서 격납건물(110)로 방출되는 열과 원자로(11)에 잔류하는 열의 총합은 원전(10)으로부터 제거해야 하는 현열 및 잔열과 동일하다. 따라서 피동격납건물냉각계통(130)이 별도의 비상냉각탱크(122)를 구비하지 않고, 원전(10)의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 용량으로 설계된 피동잔열제거계통(120)의 비상냉각탱크(122)를 통해 열을 외부로 방출하더라도 비상냉각탱크(122)의 열제거 용량의 한계를 초과하지 않는다. 이에 따라 비상냉각탱크(122)는 원자로(11)에 잔류하는 현열과 잔열 뿐만 아니라 격납건물(110)로 방출되는 열을 동시에 흡수하여 외부로 방출할 수 있다. 따라서 비상냉각탱크(122)는, 피동잔열제거계통(120)을 통해 전달된 열과 피동격납건물냉각계통(130)을 통해 전달된 열을 원전(10)의 외부로 방출하는 최종 열침원이다.The sum of the heat discharged from the reactor 11 to the containment building 110 and the heat remaining in the reactor 11 at the time of occurrence of an accident of the nuclear power station 10 is the same as the sensible heat and residual heat to be removed from the nuclear power station 10 as described above. Therefore, the passive containment building cooling system 130 does not have a separate emergency cooling tank 122 and is designed to have a capacity capable of removing the sensible heat and residual heat of the nuclear power plant 10, Even if the heat is discharged to the outside through the heat exchanger 122, the limit of the heat removal capacity of the emergency cooling tank 122 is not exceeded. Accordingly, the emergency cooling tank 122 can simultaneously absorb the sensible heat and residual heat remaining in the reactor 11, as well as the heat discharged to the containment building 110, and discharge it to the outside. Thus, the emergency cooling tank 122 is a final heat sink for discharging the heat transferred through the driven residual heat eliminating system 120 and the heat transmitted through the driven containment building cooling system 130 to the outside of the nuclear power plant 10.

피동안전설비(100)는 냉각열교환기(131)에서 증기가 응축된 응축수를 다시 원자로(11)의 냉각수 주입에 이용하도록 형성되는 집수탱크(140), 상기 집수탱크(140)와 연결되는 배관(141), 상기 배관(141)에 설치되는 오리피스(141a) 및 밸브(141b, 141c)를 더 포함한다.The passive safety facility 100 includes a collecting tank 140 configured to use the condensed water condensed in the steam in the cooling heat exchanger 131 to inject cooling water of the reactor 11 into the cooling water piping 140 connected to the collecting tank 140 141, an orifice 141a provided in the pipe 141, and valves 141b, 141c.

냉각열교환기(131)의 표면에는 격납건물(110)의 증기가 응축된 응축수가 맺히게 되고, 응축수의 양이 증가하면 중력에 의해 낙하하게 된다. 집수탱크(140)는 상부가 개방된 채로 냉각열교환기(131)의 하부에 설치되며, 낙하하는 응축수는 집수탱크(140)에 집수된다. 그리고, 필요에 따라 응축수를 집수탱크(140)로 안내하기 위한 안내구조물(미도시)이 격납건물(110)의 내부에 추가로 설치될 수 있다.Condensed water condensed in the vapor of the containment building 110 is formed on the surface of the cooling heat exchanger 131. When the amount of the condensed water increases, it falls due to gravity. The water collecting tank 140 is installed in the lower part of the cooling heat exchanger 131 with the upper part opened, and the falling condensed water is collected in the collecting tank 140. A guide structure (not shown) for guiding the condensed water to the collecting tank 140 may be additionally installed in the containment building 110 if necessary.

집수탱크(140)는 냉각수를 주입하는 피동안전주입계통(14)의 안전주입배관(14b)과 연결된다. 집수탱크(140)의 상부는 개방되어 있으므로 집수탱크(140)와 격납건물(110)은 압력평형을 유지하며, 원자로(11)와 격납건물(110) 내부의 압력이 유사 평형상태에 도달하면 상기 안전주입배관(14b)을 통해 원자로(11)로 응축수를 주입한다. 유사 평형이란 원자로(11)와 격납건물의 압력이 완벽하게 평형 상태는 아니나 안전주입이 가능할 정도로 압력이 평형 상태에 충분히 근접한 상태이다. 격납건물(110)로 방출된 증기는 냉각열교환기(131), 집수탱크(140)를 거쳐 다시 원자로(11)로 주입되므로, 냉각수를 지속적으로 순환시킬 수 있어 장기간 안전주입이 가능하다.The water collecting tank 140 is connected to the safety infusion pipe 14b of the passive safety infusion system 14 for injecting the cooling water. The upper part of the water collecting tank 140 is opened so that the water collecting tank 140 and the containment building 110 maintain the pressure balance and when the pressure inside the reactor 11 and the containment building 110 reaches a similar equilibrium state, And the condensate is injected into the reactor 11 through the safety injection pipe 14b. Pseudo-equilibrium means that the pressure of the reactor (11) and the containment is not perfectly balanced but the pressure is close enough to the equilibrium to allow safe injection. The steam discharged to the containment building 110 is injected into the reactor 11 through the cooling heat exchanger 131 and the collecting tank 140 so that the cooling water can be continuously circulated and safety injection can be performed for a long time.

집수탱크(140)와 안전주입배관(14b)을 연결하는 배관(141)에는 오리피스(141a)가 설치되어 안전주입되는 응축수의 유량을 조절한다. 안전주입배관(14b)에는 격리밸브(141b)와 체크밸브(141c)가 설치된다. 격리밸브(141b)는 관련신호에 의해 개방되고, 체크밸브(141c)는 원자로(11)로부터 집수탱크(140)로 냉각수가 역류하는 것을 방지한다.An orifice 141a is provided in the pipe 141 for connecting the water collecting tank 140 and the safety injection pipe 14b to control the flow rate of the condensed water to be safely injected. The isolation valve 141b and the check valve 141c are installed in the safety injection pipe 14b. The isolation valve 141b is opened by an associated signal and the check valve 141c prevents the cooling water from flowing backward from the reactor 11 to the collecting tank 140. [

집수탱크(140), 배관(141), 오리피스(141a) 및 밸브(141b, 141c)는 원전의 사고 발생시 안전성 확보를 위한 피동안전설비(100)로써, 원전의 냉각수를 주입하는 피동안전주입계통(14)으로 구분할 수도 있다. 피동안전주입계통(14)은 가압식 또는 중력수두 방식의 설비가 사용될 수 있다.The water collecting tank 140, the pipe 141, the orifice 141a and the valves 141b and 141c are passive safety equipment 100 for securing safety in the event of an accident of a nuclear power plant, 14). The passive safety infusion system 14 may be a pressurized or gravity headed facility.

배수관(142)는 일단이 집수탱크(140)의 적어도 일부를 관통하여 집수탱크(140) 내부의 기설정된 높이까지 연장된다. 배수관(142)의 타단은 격납건물(110) 내부에 설치되는 재장전수조(16)를 향해 연장되며 배수관(142)의 기설정된 높이를 초과하여 응축된 응축수는 배수관(142)을 통해 재장전수조(16)로 방출된다. 재장전수조(16)로 방출된 응축수는 원전(10)의 중대사고 등에 대비한 재장전수조(16)의 순환 유량을 확보할 수 있도록 한다.The water pipe 142 extends through at least a part of the water collecting tank 140 to a predetermined height inside the water collecting tank 140 at one end. The other end of the water discharge pipe 142 extends toward the rechargeable water tank 16 provided inside the containment building 110 and the condensed water condensed beyond the predetermined height of the discharge pipe 142 flows through the water discharge pipe 142, (16). The condensed water discharged to the recharging tank 16 can ensure the circulating flow rate of the recharging tank 16 in preparation for a serious accident of the nuclear power plant 10 or the like.

재장전수조(16)는 원자로(11)를 감싸도록 격납건물(110)의 내부에 형성될 수 있다. 재장전수조(16)는 반드시 격납건물(110) 하부에 설치되어야 하는 것은 아니고, 집수탱크(140)의 초과 유량 수용을 위해 집수탱크(140)보다 낮은 위치에 설치되기만 하면 높이에 제한이 없다. 또한, 선택에 따라 재장전수조(16)가 집수탱크(140)의 높이에 설치되어 집수탱크(140)의 기능을 대신할 수도 있다.The recharging water tank 16 may be formed inside the containment building 110 so as to enclose the reactor 11. The rechargeable water tank 16 is not necessarily installed in the lower part of the containment building 110 and is not limited in height as long as it is installed at a position lower than the water collecting tank 140 for accommodating the excessive flow rate of the water collecting tank 140. The rechargeable water tank 16 may be provided at the height of the water collecting tank 140 to replace the function of the water collecting tank 140 according to the selection.

연결배관(16a)은 재장전수조(16)와 원자로(11)의 사이의 공간을 연결하고, 연결배관(16a)에는 재장전수조(16)에 채워진 응축수를 상기 사이의 공간으로 주입시키도록 관련신호에 의해 개방되는 격리밸브(16b)가 설치될 수 있다.The connection pipe 16a connects the space between the recharging tank 16 and the reactor 11 so that the condensed water filled in the recharging tank 16 is injected into the space between the recharging tank 16 and the reactor 11, An isolation valve 16b that is opened by a signal can be provided.

도 2는 도 1에 도시된 피동격납건물냉각계통(130)의 냉각열교환기(131)를 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram showing a cooling heat exchanger 131 of the passive containment building cooling system 130 shown in FIG.

냉각열교환기(131)는 상부와 하부가 각각 피동잔열제거계통(120)의 비상냉각탱크(122)와 연결되어 있으며, 케이싱(131a), 헤더(131a, 131a'), 튜브(131b) 및 케이싱(131c)을 포함한다.The cooling heat exchanger 131 is connected to the emergency cooling tank 122 of the driven residual heat elimination system 120 and includes a casing 131a, headers 131a and 131a ', a tube 131b, (131c).

헤더(131a, 131a')는 냉각열교환기(131)와 비상냉각탱크(122)를 연결하는 배관(132, 133)의 각 단부에 연결된다. 배관(132)을 통해 유입된 냉각수는 헤더(131a)를 통과해 튜브(131b)로 들어간다. 튜브(131b)에서 냉각수와 격납건물(110)의 증기 사이에 열교환이 일어나고, 케이싱(131c)의 표면에는 증기가 응축된 응축수가 맺히게 된다. 튜브(131b)에서 열교환에 의해 증기로부터 열을 전달받은 냉각수는 다시 헤더(131a') 및 배관(133)을 거쳐 비상냉각탱크(122)로 들어가는 순환을 반복하면서 격납건물의 압력을 낮춘다. 비상냉각탱크(122)로 유입된 냉각수는 비상냉각탱크(122)에서 외부로 열을 방출한다.The headers 131a and 131a 'are connected to the respective ends of the pipes 132 and 133 that connect the cooling heat exchanger 131 and the emergency cooling tank 122. The cooling water flowing through the pipe 132 passes through the header 131a and enters the tube 131b. Heat exchange occurs between the cooling water and the steam of the containment building 110 in the tube 131b, and condensed water in which steam is condensed is formed on the surface of the casing 131c. The cooling water that has received heat from the steam by the heat exchange in the tube 131b is circulated again through the header 131a 'and the piping 133 to the emergency cooling tank 122 and lowers the pressure of the containment building. The cooling water introduced into the emergency cooling tank 122 releases heat from the emergency cooling tank 122 to the outside.

도 3은 도 1에 도시된 피동잔열제거계통(120)의 수-공랭식 응축열교환기(122) 및 비상냉각탱크(122)를 나타내는 개념도이다.FIG. 3 is a conceptual diagram showing the water-air-cooling type condensation heat exchanger 122 and the emergency cooling tank 122 of the driven residual heat elimination system 120 shown in FIG.

응축열교환기(121)의 구성은 수랭, 공랭, 수-공랭식이 가능하며 도 3에 나타낸 것은 수-공랭식을 예시로 나타낸 것이다. 급수관(12a)과 연결된 배관(123)을 통해 급수관(12a)으로 유입된 냉각수는 증기발생기(11a)에서 노심(11d)의 열을 전달받고 증기관(13a)과 연결된 배관(124)을 통해 다시 비상냉각탱크(122) 내의 응축열교환기(121)로 유입된다.The configuration of the condensation heat exchanger 121 is water cooling, air cooling, water-air cooling and the like shown in FIG. 3 as an example of the water-air cooling type. The cooling water flowing into the water supply pipe 12a through the pipe 123 connected to the water supply pipe 12a is supplied with the heat of the core 11d from the steam generator 11a and is discharged again through the pipe 124 connected to the steam pipe 13a, Is introduced into the condensation heat exchanger (121) in the cooling tank (122).

응축열교환기(121)로 유입된 증기 상태의 냉각수는 공랭식(121a)으로 먼저 냉각이 이루어지고 공기중에 전달된 열은 응축열교환기(121)의 상부로 배출된다. 이어서 비상냉각탱크(122) 내의 냉각수와 열교환하여 열을 배출하는 수랭식(121b) 냉각이 이루어지고, 열을 배출한 냉각수는 다시 증기발생기(11a)로 순환한다. 원자로(11)의 잔열이 크게 감소하는 사고 후반부에 비상냉각탱크(122)의 냉각수가 고갈되면, 응축열교환기(121)는 공랭식으로 전환되어 열을 제거하게 된다.The cooling water flowing into the condensation heat exchanger 121 is cooled first by the air-cooling type 121a, and the heat transferred to the air is discharged to the upper part of the condensation heat exchanger 121. [ Then, a water-cooling type heat exchanger 121b for heat exchange with the cooling water in the emergency cooling tank 122 and discharging heat is performed, and the cooling water for discharging the heat is circulated to the steam generator 11a again. When the cooling water in the emergency cooling tank 122 becomes depleted in the latter half of the accident in which the residual heat of the reactor 11 is greatly reduced, the condensation heat exchanger 121 is switched to the air-cooling mode to remove heat.

도 1에 도시된 냉각열교환기(131)도 응축열교환기(121)와 유사한 원리로 작동될 수 있다. 냉각열교환기(131)가 격납건물(110)의 내부에 설치되는 경우 냉각열교환기(131)로 유입된 공기에 의해 증기의 냉각이 이루어지고, 냉각열교환기(131)가 격납건물(110)의 외부에 설치되는 경우 공기에 의해 튜브의 냉각이 이루어진다. 그리고, 냉각열교환기(131)가 격납건물(110)의 내부와 외부에 각각 설치되는 경우 도 3에 도시된 응축열교환기(121)와 같은 방식으로 냉각이 이루어진다.The cooling heat exchanger 131 shown in FIG. 1 can also be operated on a principle similar to that of the condensation heat exchanger 121. When the cooling heat exchanger 131 is installed inside the containment building 110, the steam is cooled by the air introduced into the cooling heat exchanger 131 and the cooling heat exchanger 131 is installed in the inside of the containment building 110 When installed outside, the tube is cooled by air. When the cooling heat exchanger 131 is installed inside and outside the containment building 110, cooling is performed in the same manner as the condensation heat exchanger 121 shown in Fig.

도 4는 도 1에 도시된 피동안전주입계통(14)의 구성 설비를 나타내는 개념도이다.Fig. 4 is a conceptual diagram showing the construction equipment of the passive safety infusion system 14 shown in Fig. 1. Fig.

피동안전주입계통(14)의 구성은 원전(10)의 요구 특성에 따라 달라질 수 있으며, 도 4에 나타낸 것은 예시이다.The configuration of the passive safety injection system 14 may vary depending on the required characteristics of the nuclear power plant 10, and the example shown in Fig. 4 is an example.

피동안전주입계통(14)은 상대적으로 중저압에서 냉각수의 안전주입이 이루어지는 안전주입탱크(1) 및 상대적으로 고압에서 안전주입이 이루어지는 노심보충탱크(2)를 포함할 수 있다.The passive safety infusion system 14 may include a safety infusion tank 1 in which safe infusion of cooling water is performed at a relatively low pressure and a core replacement tank 2 in which safety infusion is performed at a relatively high pressure.

안전주입탱크(1)와 노심보충탱크(2)는 원자로(11)로 냉각수 주입이 가능하도록 안전주입배관(14b)에 연결되며, 탱크(1, 2)와 안전주입배관을 연결하는 배관에는 격리밸브(2a), 체크밸브(1a, 2b), 오리피스(1b, 2c)가 설치될 수 있다.The safety injection tank 1 and the core replenishing tank 2 are connected to the safety injection pipe 14b so that cooling water can be injected into the reactor 11 and are connected to the piping connecting the tanks 1, A valve 2a, check valves 1a and 2b, and orifices 1b and 2c may be provided.

안전주입탱크(1)는 중력수두에 의한 냉각수 주입이 가능하도록 압력평형관(3)에 의해 원자로(11)와 연결되어 있다. 또한, 필요에 따라 원자로(11)의 압력을 감압하는 감압배관(4)이 원자로의 상부에 연결되며, 감압배관에는 격리밸브(4a)가 설치되어 원자로의 압력 감소가 요구되는 경우 개방된다.The safety injection tank 1 is connected to the reactor 11 by a pressure equalizing pipe 3 so that cooling water can be injected by gravity head. A decompression pipe 4 for decompressing the pressure of the reactor 11 is connected to the upper portion of the reactor as required. The decompression pipe is provided with an isolation valve 4a to be opened when a pressure reduction of the reactor is required.

도 5는 도 1에 도시된 원전(10)의 정상운전상태를 나타내는 개념도이다.5 is a conceptual diagram showing a normal operation state of the nuclear power station 10 shown in Fig.

원전(10)의 정상운전시 피동잔열제거계통(120)과 피동안전주입계통(130)은 작동하지 않는다. 급수계통(12)에서 급수관(12a)을 통해 증기발생기(11a)로 급수가 공급되고, 급수는 증기발생기(11a)에서 전달되는 열에 의해 가열되어 증기가 된다. 증기는 다시 증기관(13a)을 통해 터빈계통(13)으로 공급된다. 급수관(12a)과 증기관(13a)에 설치된 격리밸브(12b, 13b)들은 모두 개방된 상태이다.The driven residual heat elimination system 120 and the passive safety injection system 130 do not operate during normal operation of the nuclear power plant 10. [ Feed water is supplied from the water supply system 12 to the steam generator 11a through the water supply pipe 12a and the water is heated by the heat transmitted from the steam generator 11a to be steam. The steam is again supplied to the turbine system 13 through the steam pipe 13a. The isolation valves 12b and 13b provided in the water supply pipe 12a and the steam pipe 13a are all open.

또한, 원자로(11)와 연결된 배관(11b)의 격리밸브(11c)들도 사고에 의해 관련신호가 전달되기 전까지는 개방된 상태를 유지한다. 다만, 피동격납건물냉각계통(130)의 배관(132)에 설치된 밸브(132a, 132b, 133a)들은 피동격납건물냉각계통(130)의 유지 보수나 사고시 격리가 요수되는 경우에 폐쇄되고 그 이외에는 개방되어 있다.Also, the isolation valves 11c of the piping 11b connected to the reactor 11 are kept open until an associated signal is transmitted by an accident. However, the valves 132a, 132b and 133a provided in the piping 132 of the floating containment building cooling system 130 are closed when maintenance or repair of the floating containment building cooling system 130 is required, .

도 6은 도 1에 도시된 원전(10)의 사고 발생시 밸브들의 개폐 상태를 나타내는 개념도이다.FIG. 6 is a conceptual diagram showing the open / closed state of the valves when an accident occurs in the nuclear power plant 10 shown in FIG.

피동안전설비(100) 외에 원자로(11)와 다른 계통을 연결하는 배관(11b)에 설치된 격리밸브(11c)는 폐쇄되고, 급수관(12a)과 증기관(13a)에 설치된 격리밸브들(12b, 13b)도 폐쇄된다.The isolation valve 11c provided in the piping 11b connecting the reactor 11 and the other system in addition to the passive safety facility 100 is closed and the isolation valves 12b and 13b provided in the water supply pipe 12a and the steam pipe 13a ) Is also closed.

원전(10)의 사고 발생시 원전(10)의 안전성을 확보하기 위한 계통들의 밸브들은 개방된다. 냉각재상실사고가 발생하는 경우 피동잔열제거계통(120)의 응축열교환기(121)와 급수관(12a)을 연결하는 배관(123)에 설치된 격리밸브(123a)는 개방되고, 피동안전주입계통(14)의 안전주입배관(14b)에 설치된 격리밸브(141b)들도 개방되어 피동안전설비(100)들이 작동한다.When an accident occurs in the nuclear power plant 10, the valves of the systems for securing the safety of the nuclear power plant 10 are opened. The isolation valve 123a provided in the pipe 123 connecting the condensation heat exchanger 121 of the driven residual heat removal system 120 and the water supply pipe 12a is opened and the passive safety injection system 14 is opened, The isolation valves 141b provided in the safety injection pipe 14b of the passive safety equipment 100 are also opened.

도 7은 사고 발생 후 피동잔열제거계통(120)이 작동하기 전의 원전(10)을 나타내는 개념도이다.Fig. 7 is a conceptual diagram showing the nuclear power plant 10 before the passive residual heat elimination system 120 operates after an accident.

원전(10)에서 배관파단 등에 의한 냉각재상실사고가 발생하더라도 피동잔열제거계통(120)이 작동하기 까지는 시간 지연이 발생한다. 원전(10)의 압력 또는 온도 조건이 기설정된 조건에 부합하는 상태가 되면 사고가 발생한 것으로 판단하여 관련신호에 따라 격리밸브(123a)를 개방시켜 피동잔열제거계통(120)이 작동을 시작한다.Even if a coolant loss accident due to pipe breakage or the like occurs in the nuclear power plant 10, there is a time delay until the driven residual heat removal system 120 is operated. If the pressure or temperature condition of the nuclear power plant 10 meets predetermined conditions, it is determined that an accident has occurred, and the isolation valve 123a is opened according to the related signal, so that the driven residual heat removal system 120 starts operating.

도 7에 도시된 것은 사고 발생 후 관련신호에 의해 피동잔열제거계통(120)의 격리밸브(123a)가 개방되기 전의 상태를 나타낸 것으로, 원자로(11)에 연결된 배관(11b)에서 파단 사고가 발생하면 사고 지점을 통해 고온 및 고압의 증기가 격납건물(110)로 방출되기 시작한다.7 shows a state before the isolation valve 123a of the driven residual heat elimination system 120 is opened by an associated signal after the occurrence of an accident. In the pipeline 11b connected to the reactor 11, The steam of high temperature and high pressure starts to be discharged to the containment building 110 through the accident point.

피동잔열제거계통(120)은 격리밸브(123a)가 개방되어야 작동을 시작하는 것과 달리, 피동격납건물냉각계통(130)의 격리밸브(132a, 133a)는 유지 보수 또는 사고시 격리가 요구되는 경우를 제외하고는 개방된 상태를 유지하므로 격납건물(110)로 증기가 방출되어 격납건물(110)의 온도 및 압력이 상승하게 되면 관련신호와 무관하게 즉시 작동을 시작한다.The passive residual heat removal system 120 is operated when the isolation valve 123a is opened and the isolation valves 132a and 133a of the driven containment building cooling system 130 are required to be shut down The steam is discharged to the containment building 110 and the temperature and pressure of the containment building 110 rises, the operation immediately starts regardless of the related signal.

격납건물(110) 내부로 방출된 고온 및 고압의 증기는 냉각열교환기(131) 내부의 냉각수에 열을 전달하고 응축된다. 냉각열교환기(131)는 증기로부터 열을 전달받아 응축시킴으로써 격납건물(110)의 압력 상승을 억제한다. 냉각열교환기(131)의 표면에는 증기가 응축된 응축수가 맺히게 되고, 응축수의 양이 많아지면 아래 방향으로 낙하하여 집수탱크(140)에 집수된다.The high-temperature and high-pressure steam discharged into the containment building (110) transfers heat to the cooling water in the cooling heat exchanger (131) and is condensed. The cooling heat exchanger 131 receives heat from the steam and condenses it, thereby suppressing the pressure rise of the containment building 110. Condensed water condensed on the surface of the cooling heat exchanger 131 is formed, and when the amount of the condensed water becomes large, it falls downward and is collected in the collecting tank 140.

냉각열교환기(131)의 내부를 흐르는 냉각수는 중력수두에 의해 자연 순환되므로 격납건물(110)에 고온 및 고압의 증기가 방출되는 한, 피동격납건물냉각계통(130)은 작동을 계속하게 된다. 냉각열교환기(131) 내부의 냉각수는 격납건물(110)의 증기로부터 열을 전달받아 격납 건물 외부에 설치된 비상냉각탱크(122)를 통해 열을 원전(10)의 외부로 배출한다.Since the cooling water flowing in the cooling heat exchanger 131 is naturally circulated by gravity head, the passive containment building cooling system 130 continues to operate as long as high-temperature and high-pressure steam is discharged to the containment building 110. The cooling water in the cooling heat exchanger 131 receives heat from the steam of the containment building 110 and discharges the heat to the outside of the nuclear reactor 10 through the emergency cooling tank 122 provided outside the containment building.

도 8은 도 7에 이어 피동잔열제거계통(120), 피동격납건물냉각계통(130) 및 피동안전주입계통(14)이 모두 작동하는 원전(10)을 나타내는 개념도이다.Fig. 8 is a conceptual diagram showing a nuclear power plant 10 in which both the passive residual heat elimination system 120, the containment building cooling system 130, and the passive safety injection system 14 are operated.

원전(10)의 압력 또는 온도 조건이 기설정된 값 이상으로 증가하면 관련신호에 의해 피동잔열제거계통(120)과 피동안전주입계통(130)의 격리밸브(123a, 141b)가 개방되고, 작동을 시작한다.The isolation valves 123a and 141b of the driven residual heat elimination system 120 and the passive safety injection system 130 are opened by the related signal when the pressure or temperature condition of the nuclear power plant 10 is increased to a predetermined value or more, Start.

냉각수는 응축열교환기(121)와 증기발생기(11a)를 순환하면서 증기발생기(11a)에서 원전(10)의 현열 및 잔열을 전달받는다. 냉각수에 전달된 열을 응축열교환기(121)에서 비상냉각탱크(122)를 통해 외부로 배출된다.The cooling water circulates through the condensation heat exchanger 121 and the steam generator 11a and receives the sensible heat and residual heat of the nuclear power plant 10 from the steam generator 11a. The heat transferred to the cooling water is discharged to the outside through the emergency cooling tank 122 from the condensation heat exchanger 121.

피동잔열제거계통(120)이 작동하는 동안 피동격납건물냉각계통(130)도 지속적으로 작동되며, 비상냉각탱크(122)를 통해 열을 배출한다. 피동잔열제거계통(120)은 냉각재상실사고 뿐만 아니라 비냉각재상실사고 시에도 작동하는 안전계통으로, 비상냉각탱크(122)는 사고 발생 직전 원전(10)의 현열 및 사고 이후 노심에서 발생하는 잔열을 제거하기에 적합한 용량으로 설계되므로, 피동잔열제거계통(120)과 피동격납건물냉각계통(130) 모두로부터 열을 전달받더라도 설계된 용량의 한계를 초과하지 않는다.The passive containment building cooling system 130 is also continuously operated while the passive residual heat removal system 120 is operating and discharges heat through the emergency cooling tank 122. The drift residual heat removal system 120 is a safety system that operates not only in the case of a coolant loss accident but also in the case of a non-coolant loss accident. The emergency cooling tank 122 is a system in which the sensible heat of the nuclear power plant 10 immediately before an accident, Even if the heat is transferred from both the driven residual heat elimination system 120 and the driven containment building cooling system 130, the designed capacity is not exceeded.

피동격납건물냉각계통(130)의 작동에 의해 집수탱크(140)에 집수된 응축수는, 다른 피동안전주입계통(14)과 마찬가지로 원자로(11)에 안전주입된다. 응축수는, 안전주입배관(14b)에 설치된 격리밸브(141b)가 개방되고 원자로(11)와 격납건물(110)의 압력이 유사평형을 형성하면 중력수두에 의해 원자로(11)로 안전주입된다.The condensed water collected in the collecting tank 140 by the operation of the passive containment building cooling system 130 is safely injected into the reactor 11 like any other passive safety injection system 14. [ The condensate is safely injected into the reactor 11 by the gravity head when the isolation valve 141b provided in the safety injection pipe 14b is opened and the pressure of the reactor 11 and the containment building 110 form a similar equilibrium.

원자로(11)와 격납건물(110)의 압력이 유사평형을 형성하여 격리밸브(141b)가 개방되는 시점은 냉각재상실사고가 발생한 후 상당시간(약 72시간 전후)가 흐른 시점이다. 집수탱크(140)와 원자로(11)의 수두차가 원자로(11)와 격납건물(110) 내부의 압력차보다 커지면 집수탱크(140) 하부와 안전주입배관(14b)을 연결하는 배관(141)에 설치된 체크밸브(141c)가 개방되어 중력수두에 의한 안전주입이 장기간 수행된다.The time when the pressure of the reactor 11 and the containment building 110 form a similar equilibrium so that the isolation valve 141b is opened is a time when a considerable time (about 72 hours) has passed since the loss of the coolant occurred. If the water head difference between the water collecting tank 140 and the reactor 11 is larger than the pressure difference between the reactor 11 and the containment building 110, the pipe 141 connecting the lower part of the collecting tank 140 and the safety injection pipe 14b The installed check valve 141c is opened and safety injection by the gravity head is performed for a long time.

도 9는 도 8에 이어 장기냉각되는 원전(10)을 나타내는 개념도이다.Fig. 9 is a conceptual diagram showing the nuclear power plant 10 to be cooled for a long period of time, as shown in Fig.

피동잔열제거계통(120), 피동격납건물냉각계통(130) 및 피동안전주입계통(14) 모두 지속적으로 작동된다. 연결밸브(16a)에 설치된 격리밸브(16b)가 개방되고 재장전수조(16)에 채워져 있던 냉각수가 원자로(11)의 하부 공동으로 유입되어 원자로(11) 외벽을 냉각한다. 재장전수조(16)에는 집수탱크(140)에 집수된 응축수의 초과유량이 배수관(142)을 통해 유입되며, 설계기준초과사고에 대비한 원자로(11)의 외벽 냉각을 위한 냉각수의 장기순환 등에 이용된다.Both the passive residual heat removal system 120, the containment building cooling system 130, and the passive safety injection system 14 are continuously operated. The isolation valve 16b provided in the connection valve 16a is opened and the cooling water filled in the recharge bath 16 flows into the lower cavity of the reactor 11 to cool the outer wall of the reactor 11. In the recharging tank 16, an excessive flow rate of the condensed water collected in the collecting tank 140 flows into the drain pipe 142, and the long-term circulation of the cooling water for cooling the outer wall of the reactor 11 .

피동잔열제거계통(120)은 증발-응축 열전달 현상을 이용하도록 설계되므로 증기발생기(11a)에서 증기가 발생하지 않으면 잔열제거 성능이 급격히 감소한다. 피동안전계통만 작동하는 경우 원전(10)의 잔열이 극단적으로 감소할 때까지(수십일 이상)는 원자로(11)의 내부와 외부의 온도는 100℃(대기압인 경우) 이하로 감소하지 않는다. 이에 따라 원자로(11)의 내부와 외부에서 증기가 발생하고 이 증기의 대부분은 피동격납건물냉각계통(130)의 냉각열교환기(131)에서 응축되어 원자로(11)로 순환되는 운전이 장기간 지속될 수 있다.Since the driven residual heat elimination system 120 is designed to utilize the evaporation-condensation heat transfer phenomenon, the residual heat removal performance is drastically reduced unless steam is generated in the steam generator 11a. If only the passive safety system is operated, the temperature inside and outside the reactor 11 does not decrease below 100 ° C (at atmospheric pressure) until the residual heat of the nuclear power plant 10 is extremely reduced (several tens of days or more). Accordingly, steam is generated inside and outside of the reactor 11, and most of the steam is condensed in the cooling heat exchanger 131 of the cooling tower system 130 and circulated to the reactor 11 can be continued for a long period of time have.

도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비(200) 및 이를 구비하는 원전(20)을 나타내는 개념도이다.10 is a conceptual diagram showing a passive safety equipment 200 and a nuclear power station 20 having the same according to another embodiment of the present invention.

냉각열교환기(231)는 격납건물(210)의 내부에 설치되는 것이 아니라, 비상냉각탱크(222)의 내부에 설치되고 상부와 하부가 배관(232, 233)에 의해 격납건물(210)과 연결된다. 격납건물(210)로 방출된 고온 및 고압의 증기는, 냉각열교환기(231)의 상부와 격납건물(210)을 연결하는 배관(233)을 통해 냉각열교환기(231)로 유입된다. 냉각열교환기(231)는 증기로부터 전달받은 열을 비상냉각탱크(222)를 통해 외부로 배출한다.The cooling heat exchanger 231 is not installed inside the containment building 210 but is installed inside the emergency cooling tank 222 and the upper and lower parts are connected to the containment building 210 by the pipes 232 and 233 do. The high temperature and high pressure steam discharged into the containment building 210 flows into the cooling heat exchanger 231 through the pipe 233 connecting the upper part of the cooling heat exchanger 231 and the containment building 210. The cooling heat exchanger (231) discharges the heat transferred from the steam to the outside through the emergency cooling tank (222).

증기는 냉각열교환기(231)에서 냉각 및 응축되고, 냉각열교환기(231) 하부에 연결된 배관(232)을 통해 격납건물(210) 내부에 설치된 집수탱크(240)에 집수된다. 그리고, 집수탱크(240)에 집수된 응축수는 원자로(21)와 격납건물(210)의 압력이 유사평형을 형성하면 중력수두에 의해 안전주입배관(24b)을 타고 원자로(21)로 주입되며, 장기간 피동안전주입에 이용된다. The steam is cooled and condensed in the cooling heat exchanger 231 and is collected in the collecting tank 240 installed in the containment building 210 through the pipe 232 connected to the lower portion of the cooling heat exchanger 231. When the pressure of the reactor 21 and the containment building 210 form a similar equilibrium, the condensed water collected in the collecting tank 240 is injected into the reactor 21 by the safety injection piping 24b by the gravity head, It is used for long-term passive safety injection.

도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비(300) 및 이를 구비하는 원전(30)을 나타내는 개념도이다.11 is a conceptual diagram showing a passive safety equipment 300 and a nuclear power plant 30 having the same according to another embodiment of the present invention.

냉각열교환기(331)는 격납건물(310)의 내부에 설치되는 제1냉각열교환기(331')와 비상냉각탱크(322)의 내부에 설치되는 제2냉각열교환기(331")를 포함한다. 제1냉각열교환기(331')와 제2냉각열교환기(331")는 냉각수를 순환시켜 격납건물(310) 내부의 증기를 냉각 및 응축시키고 격납건물(310)의 압력을 낮춘다.The cooling heat exchanger 331 includes a first cooling heat exchanger 331 'installed inside the containment building 310 and a second cooling heat exchanger 331 "installed inside the emergency cooling tank 322 . The first cooling heat exchanger 331 'and the second cooling heat exchanger 331 " circulate cooling water to cool and condense the steam inside the containment building 310 and to lower the pressure of the containment building 310.

제1냉각열교환기(331')와 제2냉각열교환기(331") 사이에는 비상냉각탱크(322)의 냉각수 및 격납건물(310)의 증기와 독립적으로 냉각수가 순환하므로, 제1열교환기(331')와 제2열교환기(331")를 연결하는 배관(332, 333)이 파단 되더라도 순환하던 냉각수만 외부로 유출될 뿐 방사능 물질이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.Cooling water circulates independently of the cooling water of the emergency cooling tank 322 and the steam of the containment building 310 between the first cooling heat exchanger 331 'and the second cooling heat exchanger 331 " Even if the pipes 332 and 333 connecting the second heat exchanger 331 'and the second heat exchanger 331' are broken, only the circulating cooling water is leaked to the outside, and the radioactive material can be prevented from flowing out.

제1열교환기(331')와 제2열교환기(331")를 연결하는 배관(332, 333)에는 보충수를 공급하여 순환유량을 유지하고, 계통의 압력변동을 수용하기 위한 저압(대기압 수준) 가압기 형태의 보충탱크(미도시)가 설치될 수 있다.The supplemental water is supplied to the pipes 332 and 333 connecting the first heat exchanger 331 'and the second heat exchanger 331 "to maintain the circulating flow rate, and the low pressure ) A supplementary tank (not shown) in the form of a pressurizer may be installed.

도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비(400) 및 이를 구비하는 원전(40)을 나타내는 개념도이다.12 is a conceptual diagram showing a passive safety apparatus 400 and a nuclear power station 40 having the same according to another embodiment of the present invention.

피동안전설비(400)는 냉각수의 순환에 필요한 보충수를 공급하는 보충수 펌프(425)를 포함한다. 보충수 펌프(425)는 피동잔열제거계통(420)과 피동격납건물냉각계통(430)에 연결된다. 비상냉각탱크(422)의 내부까지 연장되는 보충수 배관(426)에 의해 비상냉각탱크(422)와 연결되고, 피동잔열제거계통(420)과 피동격납건물냉각계통(430)에서 보충수가 필요한 경우 격리밸브(427)가 개방되어 보충수를 공급한다.The passive safety equipment 400 includes a makeup water pump 425 that supplies makeup water necessary for circulation of the coolant. The makeup water pump 425 is connected to the driven residual heat removal system 420 and the passive containment building cooling system 430. Is connected to the emergency cooling tank 422 by the supplementary water pipe 426 extending to the inside of the emergency cooling tank 422 and when supplementary water is required in the driven residual heat eliminating system 420 and the driven containment building cooling system 430 The isolation valve 427 is opened to supply the makeup water.

도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비(500) 및 이를 구비하는 원전(50)을 나타내는 개념도이다.13 is a conceptual diagram showing a passive safety equipment 500 and a nuclear power plant 50 having the same according to another embodiment of the present invention.

원전(50)은 격납건물(510)의 내부에 설치되는 감압계통(57)을 포함한다. 격납건물(510)의 내부로 방출된 증기는 피동격납건물냉각계통(530)에서 냉각 및 응축될 뿐만 아니라 감압계통(57)으로 유입되어 응축된다. 감압계통(57)은 피동격납건물냉각계통(530)과 함께 격납건물(510)의 압력 상승을 억제한다.The nuclear power plant (50) includes a decompression system (57) installed inside the containment building (510). The steam discharged into the containment building 510 is cooled and condensed in the passive containment building cooling system 530 as well as introduced into the decompression system 57 and condensed. The decompression system 57 suppresses the pressure rise of the containment building 510 together with the passive containment building cooling system 530.

도 14는 원전의 사고 발생시 시간 경과에 따른 격납건물 내부의 압력변화를 나타내는 그래프이다.14 is a graph showing a change in pressure inside the containment building with time elapsed when an accident occurs in the nuclear power plant.

원전에서 배관파단 등의 냉각재상실사고가 발생하면 관련계통의 신호 발생과 관련없이 피동격납건물냉각계통(PCCS)의 냉각열교환기가 작동하여 격납건물의 열을 제거하고 감압하는 기능을 한다.If a coolant failure such as pipe breakage occurs in the nuclear power plant, the cooling heat exchanger of the PCCS cooling system operates to remove the heat in the containment building and to decompress it regardless of the signal generation of the related system.

격납건물 내부의 압력은 사고 발생 후 첨두압력에 도달하기 전까지 지속적으로 상승하며, 관련신호에 의해 피동잔열제거계통(PRHRS)이 작동하여 압력상승을 완화시킨다.The pressure inside the containment building continuously rises until it reaches the peak pressure after the accident, and the related signal activates the pressure relief system (PRHRS) to relieve the pressure rise.

격납건물의 허용 안전기준은 사고 발생 후 24시간 이내에 첨두압력의 1/2 이하로 감소되어야 하며, 첨두압력은 도시된 그래프에 나타난 것처럼 격납건물의 허용 안전 기준 압력 이하여야 한다. 피동격납건물냉각계통이 작동하지 않는 경우와 피동격납건물냉각계통이 작동하는 경우를 비교하면, 작동하는 경우에 허용 안전 기준을 만족하는 것을 확인할 수 있다.The permissible safety criterion of the containment building shall be reduced to less than half of the peak pressure within 24 hours of the accident and the peak pressure shall be less than the permissible safety reference pressure of the containment as shown in the graph. Comparing the case where the passive containment building cooling system does not operate and the case where the passive containment building cooling system is operating, it can be confirmed that it meets the allowable safety standards when operating.

이상에서 설명된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전는 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.The above-described passive safety equipment and the nuclear power plant having the same are not limited to the configurations and the methods of the embodiments described above, but the embodiments may be modified such that all or some of the embodiments are selectively combined .

10 : 원전 11 : 원자로
100 : 피동안전설비 110 : 격납건물
120 : 피동잔열제거계통 122 : 비상냉각탱크
130 : 피동격납건물냉각계통10: Nuclear reactor 11: Reactor
100: passive safety equipment 110: containment building
120: driven residual heat removal system 122: emergency cooling tank
130: Passive containment building cooling system

Claims (17)

방사능 물질의 유출을 방지하도록 원자로의 외부에 설치되는 격납건물;
사고 발생시 상기 원자로 내부의 증기발생기로 냉각수를 순환시켜 원전의 현열 및 잔열을 제거하고, 제거된 열을 상기 격납건물 외부에 설치되는 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동잔열제거계통;
사고 발생시 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하도록 상기 격납건물로 방출되는 증기를 냉각 및 응축시키는 냉각열교환기를 구비하고, 원전의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 용량으로 설계된 상기 비상냉각탱크를 추가적인 용량의 증가 없이 상기 피동잔열제거계통과 공유하도록 상기 냉각열교환기로 전달된 열을 상기 비상냉각탱크를 통해 배출하는 피동격납건물냉각계통;
상기 냉각열교환기의 작동에 의해 형성되는 응축수를 집수하도록 상기 냉각열교환기보다 낮은 위치에 설치되고, 상기 원자로와 상기 격납건물의 압력이 유사평형을 형성 시 집수된 응축수를 중력수두에 의해 상기 원자로로 주입하도록 안전주입배관에 연결되는 집수탱크;
상기 집수탱크에 집수된 응축수의 초과 집수 유량을 수용하도록 상기 격납건물 내부에 설치되는 재장전수조;
상기 초과 집수 유량을 상기 집수탱크로부터 상기 재장전수조로 전달하도록, 일단은 상기 집수탱크의 적어도 일부를 관통하여 기설정된 높이까지 연장되고 타단은 상기 재장전수조를 향해 연장되는 배수관;
상기 재장전수조로부터 상기 재장전수조와 상기 원자로 사이의 공간으로 연결되는 연결배관; 및
상기 재장전수조에 채워진 초과 집수 유량을 상기 사이의 공간으로 주입하여 상기 원자로의 외벽면을 냉각하도록 상기 연결배관에 설치되어 관련신호에 의해 개방되는 격리밸브를 포함하며,
상기 비상냉각탱크는 내부의 유체를 외부 환경으로 직접 증발시켜 전달받은 열을 방출하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.Containment building located outside the reactor to prevent leakage of radioactive material;
A residual heat removal system for removing sensible heat and residual heat of a nuclear power plant by circulating cooling water to a steam generator inside the reactor when an accident occurs and discharging the removed heat through an emergency cooling tank installed outside the containment;
And a cooling heat exchanger for cooling and condensing the steam discharged to the containment structure so as to suppress an increase in pressure of the containment building when an accident occurs. The emergency cooling tank designed to have a capacity capable of removing sensible heat and residual heat of the nuclear power plant, And the heat transferred to the cooling heat exchanger to be discharged through the emergency cooling tank so as to be shared with the driven residual heat elimination system without increasing the temperature of the passive heat storage system.
Wherein the condenser is installed at a lower position than the cooling heat exchanger to collect condensate formed by the operation of the cooling heat exchanger, and condensed water collected when the pressure of the reactor and the containment building forms a similar equilibrium, A collecting tank connected to the safety injection pipe for injection;
A rechargeable water tank installed inside the containment structure to receive an excess collecting flow rate of condensed water collected in the water collecting tank;
A drain pipe extending through the at least a portion of the collecting tank to a predetermined height and the other end extending toward the recharging tank so as to transfer the excess collecting flow rate from the collecting tank to the recharging tank;
A connection pipe connected to the space between the recharging water tank and the reactor from the recharging water tank; And
And an isolation valve installed in the connection pipe and opened by an associated signal, for injecting an excess water collecting flow rate filled in the recharge bath into the space to cool the outer wall surface of the reactor,
Wherein the emergency cooling tank directly evaporates the internal fluid to an external environment and discharges the transferred heat. 제1항에 있어서,
상기 냉각열교환기는 상기 격납건물의 내부에 설치되고, 상기 비상냉각탱크의 내부에 채워진 냉각수를 순환시켜 상기 격납건물을 냉각하도록 상부와 하부가 각각 배관에 의해 상기 비상냉각탱크와 연결되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.The method according to claim 1,
Wherein the cooling heat exchanger is installed inside the containment building and the upper and lower portions are connected to the emergency cooling tank by piping so as to cool the containment building by circulating the cooling water filled in the emergency cooling tank Passive safety equipment. 제2항에 있어서,
상기 집수탱크는 상기 냉각열교환기의 표면에 응축되어 낙하하는 응축수를 집수하도록 상기 냉각열교환기의 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.3. The method of claim 2,
Wherein the water collecting tank is installed at a lower portion of the cooling heat exchanger so as to collect condensed water condensed on the surface of the cooling heat exchanger to fall down. 제1항에 있어서,
상기 냉각열교환기는 상기 비상냉각탱크의 내부에 설치되고, 상기 격납건물로 방출된 증기를 통과시켜 상기 비상냉각탱크 내부의 냉각수에 의해 냉각되도록 상부와 하부가 각각 배관에 의해 상기 격납건물과 연결되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.The method according to claim 1,
The cooling heat exchanger is installed inside the emergency cooling tank and is connected to the containment building by piping so that the upper part and the lower part are respectively cooled by the cooling water inside the emergency cooling tank through the vapor discharged to the containment building Passive safety equipment characterized by. 제4항에 있어서,
상기 집수탱크는 상기 냉각열교환기를 통과하여 응축된 응축수를 집수하도록 상기 냉각열교환기의 하부에서 상기 격납건물의 내부까지 연장된 배관의 단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비. 5. The method of claim 4,
Wherein the water collecting tank is installed at an end of a pipe extending from a lower portion of the cooling heat exchanger to an inside of the containment building to collect condensed water condensed through the cooling heat exchanger. 제1항에 있어서,
상기 냉각열교환기는,
상기 격납건물의 내부에 설치되는 제1냉각열교환기; 및
상기 비상냉각탱크의 내부에 설치되고, 냉각수를 순환시키도록 상부와 하부가 각각 배관에 의해 상기 제1냉각열교환기의 상부와 하부에 연결되는 제2냉각열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.The method according to claim 1,
The cooling heat exchanger
A first cooling heat exchanger installed inside the containment building; And
And a second cooling heat exchanger installed in the emergency cooling tank and connected to the upper and lower portions of the first cooling heat exchanger by pipes respectively for circulating the cooling water, . 제6항에 있어서,
상기 집수탱크는 상기 제1냉각열교환기의 표면에 응축되어 낙하하는 응축수를 집수하도록 상기 제1냉각열교환기의 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.The method according to claim 6,
Wherein the water collecting tank is installed at a lower portion of the first cooling heat exchanger so as to collect condensed water condensed on the surface of the first cooling heat exchanger to fall down. 제2항, 제4항 또는 제6항에 있어서,
상기 냉각열교환기의 하부 또는 상부에 연결되는 배관에 설치되어 유체의 역류를 방지하는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.The method according to claim 2, 4 or 6,
Further comprising a check valve installed in a pipe connected to a lower portion or an upper portion of the cooling heat exchanger to prevent back flow of the fluid. 제3항, 제5항 또는 제7항에 있어서,
상기 집수탱크와 상기 안전주입배관을 연결하는 배관에는 기설정된 유량으로 응축수를 주입하는 것이 가능하도록 유로저항을 형성하는 오리피스가 설치되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.The method according to claim 3, 5 or 7,
Wherein an orifice is formed in a pipe connecting the collecting tank and the safety injection pipe to form a flow path resistance so that condensate can be injected at a predetermined flow rate. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 재장전수조는 상기 격납건물의 내부에 상기 원자로를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.The method according to claim 1,
Wherein the rechargeable water tank is formed to surround the reactor inside the containment building. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 원자로의 내부에는 노심이 설치되고,
상기 재장전수조는 상기 집수탱크의 집수 및 안전주입 기능을 수행하도록 상기 노심보다 높은 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.The method according to claim 1,
A core is installed inside the reactor,
Wherein the rechargeable water tank is installed at a position higher than the core so as to perform the collecting and safety injection function of the collecting tank. 제3항, 제5항 또는 제7항에 있어서,
상기 비상냉각탱크의 내부까지 연장되는 보충수 배관에 의해 상기 비상냉각탱크에 연결되어 냉각수의 순환에 필요한 보충수를 공급하는 보충수 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.The method according to claim 3, 5 or 7,
Further comprising a replenishing water pump connected to the emergency cooling tank by a replenishing water pipe extending to the inside of the emergency cooling tank to supply replenishing water necessary for circulating the cooling water. 사고 발생시 중력수두 또는 가스가압에 의해 원자로로 냉각수를 주입하도록 형성되는 피동안전주입계통; 및
열교환 방식을 통해 상기 원자로의 열을 제거함과 아울러 상기 원자로 외부의 압력 및 온도 상승을 억제하는 피동안전설비를 포함하고,
상기 피동안전설비는,
방사능 물질의 유출을 방지하도록 원자로의 외부에 설치되는 격납건물;
사고 발생시 냉각수를 순환시켜 원전의 현열 및 잔열을 제거하고, 제거된 열을 상기 격납건물 외부에 설치되는 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동잔열제거계통; 및
사고 발생시 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하도록 상기 격납건물로 방출되는 증기를 냉각 및 응축시키는 냉각열교환기를 구비하고, 원전의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 용량으로 설계된 상기 비상냉각탱크를 공유하도록 상기 냉각열교환기에 전달된 열을 상기 피동잔열제거계통의 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동격납건물냉각계통;
상기 냉각열교환기의 작동에 의해 형성되는 응축수를 집수하도록 상기 냉각열교환기보다 낮은 위치에 설치되고, 상기 원자로와 상기 격납건물의 압력이 유사평형을 형성 시 집수된 응축수를 중력수두에 의해 상기 원자로로 주입하도록 안전주입배관에 연결되는 집수탱크;
상기 집수탱크에 집수된 응축수의 초과 집수 유량을 수용하도록 상기 격납건물 내부에 설치되는 재장전수조;
상기 초과 집수 유량을 상기 집수탱크로부터 상기 재장전수조로 전달하도록, 일단은 상기 집수탱크의 적어도 일부를 관통하여 기설정된 높이까지 연장되고 타단은 상기 재장전수조를 향해 연장되는 배수관;
상기 재장전수조로부터 상기 재장전수조와 상기 원자로 사이의 공간으로 연결되는 연결배관; 및
상기 재장전수조에 채워진 초과 집수 유량을 상기 사이의 공간으로 주입하여 상기 원자로의 외벽면을 냉각하도록 상기 연결배관에 설치되어 관련신호에 의해 개방되는 격리밸브를 포함하며,
상기 비상냉각탱크는 내부의 유체를 외부 환경으로 직접 증발시켜 전달받은 열을 방출하는 것을 특징으로 하는 원전.A passive safety injection system formed to inject cooling water into the reactor by gravity head or gas pressurization in the event of an accident; And
And a passive safety device for removing the heat of the reactor through a heat exchange system and suppressing a pressure and temperature rise outside the reactor,
The passive safety equipment comprises:
Containment building located outside the reactor to prevent leakage of radioactive material;
A passive residual heat removal system for circulating cooling water in the event of an accident to remove sensible heat and residual heat of the nuclear power plant and discharging the removed heat through an emergency cooling tank installed outside the containment; And
And a cooling heat exchanger for cooling and condensing the steam discharged to the containment structure so as to suppress a pressure rise of the containment building when an accident occurs, and to share the emergency cooling tank designed to have a capacity capable of removing sensible heat and residual heat of the nuclear power plant A passive containment building cooling system for discharging the heat transferred to the cooling heat exchanger through an emergency cooling tank of the passive residual heat removal system;
Wherein the condenser is installed at a lower position than the cooling heat exchanger to collect condensate formed by the operation of the cooling heat exchanger, and condensed water collected when the pressure of the reactor and the containment building forms a similar equilibrium, A collecting tank connected to the safety injection pipe for injection;
A rechargeable water tank installed inside the containment structure to receive an excess collecting flow rate of condensed water collected in the water collecting tank;
A drain pipe extending through the at least a portion of the collecting tank to a predetermined height and the other end extending toward the recharging tank so as to transfer the excess collecting flow rate from the collecting tank to the recharging tank;
A connection pipe connected to the space between the recharging water tank and the reactor from the recharging water tank; And
And an isolation valve installed in the connection pipe and opened by an associated signal, for injecting an excess water collecting flow rate filled in the recharge bath into the space to cool the outer wall surface of the reactor,
Wherein the emergency cooling tank directly evaporates the internal fluid to an external environment to discharge heat received. 제15항에 있어서,
상기 피동격납건물냉각계통은 상기 격납건물의 증기를 응축시켜 집수된 응축수를 상기 피동안전주입계통의 냉각수로 이용하도록 상기 피동안전주입계통의 안전주입배관과 연결되는 것을 특징으로 하는 원전.16. The method of claim 15,
Wherein the passive containment building cooling system is connected to the safety infusion piping of the passive safety infusion system so as to condense the steam of the containment building and collect the condensed water as the cooling water of the passive safety infusion system. 제15항에 있어서,
상기 격납건물의 내부에 설치되고, 상기 격납건물로 방출된 증기가 유입되도록 형성되어 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하는 감압계통을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원전.16. The method of claim 15,
Further comprising a decompression system installed inside the containment structure and configured to inflow the steam discharged to the containment structure to suppress an increase in pressure of the containment structure.
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