KR101556920B1 - 피동안전계통, 및 이를 구비하는 원전 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기에 열전소자를 함께 적용하는 피동안전계통, 및 이를 구비하는 원전에 관한 것으로서, 밀폐된 격납부 내부에 배치되는 원자로냉각재계통 또는 이차계통에서 사고가 발생되는 경우, 상기 격납부 내부의 대기의 압력 또는 온도를 낮추도록, 상기 대기가 인입되어 열교환하는 상기 격납부 내부 또는 외부 공간에 형성되는 열교환기, 상기 열교환기에 배치되고 상기 대기와 열교환되는 냉각유체가 상기 열교환기에서 상기 대기와 열교환 시, 상기 대기와 냉각유체 사이의 온도차로 인하여 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자, 및 상기 열전소자로부터 생산되는 전기를 공급받도록 상기 열전소자와 전기유로로 연결되며, 상기 열교환기에서 상기 대기 및 냉각유체의 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 열교환기를 통과하는 상기 대기 또는 냉각유체의 유량을 높이도록 이루어지는 팬유닛을 포함하는 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전을 개시한다.

Description

피동안전계통, 및 이를 구비하는 원전{PASSIVE SAFETY SYSTEM AND NUCLEAR POWER PLANT HAVING THE SAME}

본 발명은 원전의 사고에 대비하기 위한 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원전 사고 시에 사용되는, 열교환기에 열전소자를 함께 적용하는 피동안전계통, 및 이를 구비하는 원전에 관한 것이다.

원자로는 안전계통의 구성방식과 주요기기의 설치위치에 따라 구분할 수 있다. 먼저, 원자로는 안전계통의 구성방식에 따라 펌프와 같은 능동력을 사용하는 능동형원자로와 중력 또는 가스압력 등의 피동력을 사용하는 피동형원자로로 나뉜다. 다음으로, 원자로는 주요기기의 설치위치에 따라 원자로의 외부에 주요기기들(증기발생기, 가압기, 펌프 등)을 구비하는 분리형원자로(예, 국내 가압경수로)와 원자로용기 내부에 주요기기들을 구비하는 일체형원자로(예, SMART 원자로)로 나뉜다.

일반적으로 원자로용기(또는 분리형원자로의 원자로냉각재계통) 외부를 보호하는 격납구조물은 강화콘크리트를 이용하여 제작 건설하는 경우 격납건물(또는 원자로건물)이라 지칭하며, 철재를 이용하여 제작 건설하는 경우 격납용기(소형인 경우 안전보호용기)라 지칭한다. 본 발명에서는 특별한 언급이 없는 한 격납건물, 원자로건물, 격납용기, 안전보호용기 등을 통칭하여 “격납부"라 지칭한다.

원전산업분야에서 피동격납부냉각계통(또는 격납부냉각계통)은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 냉각재상실사고나 증기관파단사고 등의 발생으로 냉각수 또는 증기가 방출되어 격납부 내부의 압력이 상승하는 경우에, 증기를 응축시키고 내부 대기를 냉각시켜 압력을 낮추어, 격납부의 건전성을 유지시키는 계통으로 많이 이용되고 있다. 피동격납부냉각계통과 유사한 목적으로 사용되는 방식으로는 격납부로 방출된 증기를 감압탱크로 유도하여 응축시키는 감압탱크(suppression tank)를 이용하는 방식(상용 BWR, CAREM : 아르헨티나, IRIS : 미국 웨스팅하우스사 등), 철재격납용기을 적용하고 외벽을 냉각(스프레이, 공기)시키는 방식(AP1000 : 미국 웨스팅하우스) 그리고 열교환기를 이용하는 방식(SWR1000 : 프랑스 프라마톰 ANP, AHWR : 인도, SBWR : 미국 GE) 등이 이용되고 있다. 본 발명과 관련된 피동격납부냉각계통 열교환기는 쉘 앤 튜브(shell and tube)형 열교환기 또는 응축기(SBWR : 미국 GE사 등)가 주로 적용되고 있으며, 자연순환에 의존한다.

본 발명과 관련된 원전산업분야에서 잔열제거계통(보조급수계통 또는 피동잔열제거계통)은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원전에서 사고가 발생하는 경우 원자로냉각재계통의 열(원자로냉각재계통의 현열 및 노심의 잔열)을 제거하는 계통으로 채용되고 있다.

잔열제거계통 중에서 일반적으로 증기와 물의 밀도 차이에 의한 자연순환을 이용하는 피동잔열제거계통의 유체 순환 방식으로는 원자로냉각재계통의 일차냉각수를 직접 순환시켜 원자로를 냉각하는 방식(AP1000: 미국 웨스팅하우스)과 증기발생기를 이용하여 이차냉각수를 순환시켜 간접적으로 원자로를 냉각하는 방식(SMART 원자로: 국내) 두 가지가 주로 사용되고 있으며, 일차냉각수를 탱크에 주입하여 직접 응축시키는 방식(CAREM:아르헨티나)도 일부 이용되고 있다.

또한 피동잔열제거계통의 열교환기(응축열교환기)의 외부를 냉각하는 방식으로는 대부분의 원자로에서 적용하고 있는 수랭식(water-cooled, 미국 AP1000)과, 일부 공랭식(air-cooled, 러시아 WWER1000)과 수-공랭식 병용 방식(IMR : 일본)이 이용되고 있다. 피동잔열제거계통의 열교환기는 원자로로부터 전달받은 열을 비상냉각탱크 등을 통해 외부(최종 열침원)로 전달하는 기능을 수행하며, 열교환기 방식으로 열전달 효율이 뛰어난 증기 응축현상을 이용한 응축열교환기가 많이 채용되고 있다.

본 발명과 관련하여 인쇄기판형 열교환기는 영국 Heatric 사(Patent : US 4665975, 1987)에서 개발되어 일반 산업분야에 매우 다양하게 이용되고 있다. 인쇄기판형 열교환기는 광화학적 식각 기술(Photo-chemical etching technique)에 의한 조밀한 유로배치 및 확산접합 기술을 이용하여 열교환기의 판 사이의 용접을 없앤 구조의 열교환기이다. 이에 따라 인쇄기판형 열교환기는 고온 고압의 환경에 적용 가능하고, 고집적도와 우수한 열교환 성능을 갖추고 있다. 인쇄기판형 열교환기 고온 고압의 환경에 대한 내구성과 우수한 고집적도 열교환 성능 등의 장점으로 냉난방시스템, 연료전지, 자동차, 화학 공정, 의료기기, 원자력, 정보 통신 장비, 극저온 환경 등의 증발기, 응축기, 냉각기, 라디에이터, 열교환기, 반응기 등 매우 다양한 분야로 적용범위가 확대되고 있다.

다른 한편으로, 본 발명의 일예 중의 하나로 활용할 판형 열교환기는 100년 넘게 산업계에서 광범위하게 적용되고 있다. 판형(plate type) 열교환기는 일반적으로 판을 압출하여 유로 채널을 형성하고, 판 사이를 개스킷을 사용하거나 일반 용접 또는 브레이징 용접을 사용하여 결합시킨다. 이에 따라 인쇄기판형 열교환기와 적용분야는 유사하나 압력이 낮은 저압 환경에서 더 많이 이용되고 있다. 열교환 성능은 인쇄기판형 열교환기 보다는 작고 쉘 앤 튜브(shell and tube)형 열교환기 보다는 우수한 특성이 있다. 또한 인쇄기판형 열교환기에 비해서는 제작이 간편한 특성이 있다.

본 발명에서 플레이트형 열교환기라 함은, 특별한 언급이 없는 한, 일반적인 판형 열교환기와 인쇄기판형 열교환기뿐만 아니라 플레이트(판)의 가공 방법이나 접합 방법에 차이가 있는 경우의 열교환기를 모두 포괄적으로 지칭한다.

다른 한편으로, 본 발명과 관련하여 열전소자 또는 열전발전에 관련된 열전현상에는 지벡 효과 (Seebeck effect, 1822), 펠티에 효과 (Peltier effect, 1834), 톰슨 효과 (Thomson effect, 1854) 등이 있다. 지벡 효과는 2종의 금속 또는 반도체를 연결하여 폐회로를 구성하고 두 접점 사이에 온도차를 주면 기전력이 발생하여 전류가 흐르는 현상을 말한다. 이 전류를 열전류라 하고, 금속선간에 생기는 기전력을 열기전력이라 한다. 열전류의 크기는 짝을 이룬 금속의 종류 및 두 접점의 온도차에 따라 다르며, 이 외에도 금속선의 전기저항도 여기에 관여한다. 펠티에 효과는 제벡 효과와 반대로 전류를 흘리면 두 면에서 발열과 흡열의 상반된 현상이 나타나 온도차가 발생하는 현상이다. 톰슨 효과는 제벡 효과와 펠티에 효과가 상호 연관성을 갖는 현상이다. 열전발전장치는 열에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 에너지변환 장치로써 열원이 존재하는 경우 다른 기계적 구동요소 없이 전력을 발생시켜 사용할 수 있다. 열전발전은 서로 다른 두 금속을 연결하고 양단간의 온도차에 의해 기전력이 발생되는 지벡 효과를 이용한 것으로 열전모듈의 흡열/발열 현상에 의하여 전류가 흐르게 된다. 이러한 열전발전 기술은 실온 부근의 열도 전기로 바꿀 수 있어 저품위의 폐열도 전기로 재사용할 수 있는 실용적인 기술이며, 해수온도차 발전, 태양열 이용 발전 등에 적용되여 점차 활용범위가 넓어지고 있다.

원전에 있어서 피동안전계통은 중력, 가스압력, 밀도차 등의 자연현상에 의해 발생하는 자연력을 이용하므로 계통을 구성하는 것이 매우 제한적이다. 피동안전계통은 비상교류전원이나 외부로부터의 전원공급이 없는 경우에도 밸브 개방 등에 필요한 소규모 충전기(battery) 전원을 이용해 안전계통을 작동시켜 자연력을 이용해 구동되므로 안전성 측면에서는 매우 우수하나, 설계구성 옵션이 매우 제한적이며 구동력이 일반적으로 매우 작아 경제성이 감소할 가능성이 크다. 열교환기의 경우를 예를 들면 열교환기의 내부 또는 외부 유체의 순환 유동이 주로 밀도 차에 의해 발생하는 자연순환에 의존하므로 열교환 성능이 떨어져 열교환기 크기가 증가한다.

따라서, 원전의 피동안전계통에 이용될 수 있는 열교환기에 열전소자를 함께 적용하여, 열전발전에 의해 생산되는 전기를 이용해 유체에 순환동력을 제공함으로서 종래의 열교환기보다 효율이 높고 콤팩트한 계통의 구성이 고려될 수 있다.

본 발명의 일 목적은 열전발전에 의해 생산되는 전기를 이용하여, 효율이 높고 컴팩트한 열교환기를 구비하는 피동안전계통, 및 이를 포함하는 원전을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 사고 시 발생하는 폐열을 열전소자를 이용해 전기를 생산하고, 이를 안전계통에 활용함으로써 경제성과 안전성이 보다 향상된 피동안전계통, 및 이를 포함하는 원전을 제안하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 피동안전계통은, 피동격납부냉각계통, 밀폐된 격납부 내부에 배치되는 원자로냉각재계통 또는 이차계통에서 사고가 발생되는 경우, 상기 격납부 내부의 대기의 압력 또는 온도를 낮추도록, 상기 대기가 인입되어 열교환하는 상기 격납부 내부 또는 외부 공간에 형성되는 열교환기, 상기 열교환기에 배치되고 상기 대기와 열교환되는 냉각유체가 상기 열교환기에서 상기 대기와 열교환 시, 상기 대기와 냉각유체 사이의 온도차로 인하여 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자, 및 상기 열전소자로부터 생산되는 전기를 공급받도록 상기 열전소자와 전기유로로 연결되며, 상기 격납부 내부 또는 외부의 유체를 이동시키도록 이루어지는 팬유닛 또는 펌프유닛을 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 팬유닛은, 상기 열교환기에서 상기 대기 및 냉각유체의 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 열교환기를 통과하는 상기 대기 또는 냉각유체의 유량을 높이도록 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 열교환기는 상기 격납부 내부의 대기가 직접 상기 열교환기 내부로 유입되도록, 상기 격납부 내부에 배치될 수 있다.

또한 여기서, 사고 발생시 상기 대기와의 열교환을 위해 상기 열교환기 내부로 유입되는 비상냉각유체가 저장되도록 이루어지는 비상냉각유체저장부, 및 상기 비상냉각유체가 상기 열교환기의 내부로 유입되도록 상기 비상냉각유체저장부와 상기 열교환기를 연결하는 냉각유체유로를 더 포함할 수 있다.

또한 여기서, 상기 팬유닛은, 상기 원자로냉각재계통 또는 이차계통으로부터 배출되는 증기를 상기 열교환기 상부에서 상기 열교환기 내부로 용이하게 유입될 수 있도록, 상기 열교환기를 향해 상기 격납부 내부의 대기를 불어넣도록 형성될 수 있다.

상기 팬유닛은, 상기 격납부 외부에 배치되고, 상기 열교환기와 상기 격납부외부를 연결하는 외부대기냉각유체유로로 상기 격납부 외부의 대기 냉각유체를 상기 열교환기 내부로 유입시키도록 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 열교환기는 상기 격납부 외부에 배치되고, 상기 열교환기에 상기 격납부 내부의 대기를 유입할 수 있도록 상기 격납부를 관통하며 상기 격납부의 내부와 상기 열교환기를 연결하는 대기유입유로를 포함할 수 있다.

상기 열교환기는, 외부의 대기 냉각유체가 상기 열교환기 하부로 유입되어 상기 열교환기 상부로 빠져나가도록, 상기 열교환기 상부로 가며 유로 넓이가 적어도 일부 좁아지도록 형성되는 덕트유닛을 포함하고, 상기 팬유닛은, 상기 격납부 내부에 배치되고, 상기 열교환기 내부로 상기 격납부 내부의 대기를 유입시키도록 상기 대기유입유로 상에 배치될 수 있다.

상기 열교환기는, 외부의 대기 냉각유체가 상기 열교환기 하부로 유입되어 상기 열교환기 상부로 빠져나가도록, 상기 열교환기 상부로 가며 유로 넓이가 적어도 일부 좁아지도록 형성되는 덕트유닛을 포함하고, 상기 팬유닛은, 상기 덕트유닛 상부 또는 하부의 내측에 배치되고, 상기 격납부 외부의 대기 냉각유체가 상기 덕트유닛 내부에서 더욱 빠르게 유동하도록 상기 덕트유닛 내부의 대기 냉각유체를 상부로 빠져나가도록 이루어질 수 있다.

여기서, 사고 발생시 상기 대기와의 열교환을 위해 상기 열교환기 내부로 유입되는 비상냉각유체가 저장되도록 이루어지는 비상냉각유체저장부, 및 상기 비상냉각유체가 상기 열교환기와 순환하는 순환유로를 더 포함하고, 상기 팬유닛은, 상기 격납부 내부에 배치되며, 상기 열교환기 내부로 상기 격납부 내부의 대기를 유입시키도록 상기 대기유입유로 상에 배치될 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 격납부 내부에 구비되는 증기발생기에 유체를 주입하는 유로를 형성하는 급수유로, 상기 증기발생기로부터 증기가 배출되어 터빈계통으로 흘러가는 증기유로, 상기 열교환기에 배치되고 상기 증기와 열교환되는 대기 냉각유체가 상기 열교환기에서 상기 증기와 열교환 시, 상기 증기와 대기 냉각유체 사이의 온도차로 인하여 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자, 및 외부의 대기 냉각유체가 상기 열교환기 하부로 유입되어 상기 열교환기 상부로 빠져나가도록, 상기 열교환기 상부로 가며 유로 넓이가 적어도 일부 좁아지도록 형성되는 덕트유닛을 포함하고, 상기 열교환기는, 밀폐된 격납부 내부에 배치되는 원자로냉각재계통 또는 이차계통에서 사고가 발생되는 경우, 상기 원자로냉각재계통 내부의 압력 또는 온도를 낮추도록, 상기 격납부 외부에 배치되고, 상기 증기유로로부터 증기를 공급받고, 상기 급수유로로 상기 열교환기를 통과한 응축수를 배출하며, 상기 팬유닛은, 상기 덕트유닛 상부 또는 하부의 내측에 배치되고, 상기 격납부 외부의 대기 냉각유체가 상기 덕트유닛 내부에서 더욱 빠르게 유동하도록 상기 덕트유닛 내부의 대기 냉각유체를 상부로 빠져나가도록 이루어질 수 있다.

상기 전기유로는, 상기 전기유로상에 배치되고, 상기 열전소자로부터 발생되는 전기를 저장할 수 있도록 형성되고, 상기 팬유닛으로 전기를 공급하도록 이루어지는 충전부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 열교환기는 수랭식 또는 공랭식으로 형성되고, 상기 펌프유닛은, 상기 열교환기에서 상기 대기 및 비상냉각유체의 열교환이 원활하게 이루어지거나, 상기 대기의 온도를 낮출 수 있는 냉각유체를 이동시키도록 이루어지며, 상기 열교환기에 배치된 상기 열전소자로부터 생산된 전기는 상기 펌프유닛을 통하여 격납부 내부에 냉각유체를 살수하거나, 냉각수를 안전계통에 주입하도록 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 대기와의 열교환을 위해 상기 열교환기 내부로 유입되는 비상냉각유체가 저장되도록 이루어지는 비상냉각유체저장부, 상기 비상냉각유체가 상기 열교환기의 내부로 유입되도록 상기 비상냉각유체저장부와 상기 열교환기를 각각 연결하는 냉각유체유로를 더 포함할 수 있다.

상기 펌프유닛은, 상기 비상냉각유체가 상기 열교환기로 원활하게 유입될 수 있도록 상기 냉각유체유로상에 배치되고, 상기 비상냉각유체저장부로부터 상기 열교환기로 상기 비상냉각유체를 공급하도록 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 격납부에 인접하게 형성되고, 상기 격납부 내부의 온도를 낮춰줄 수 있는 냉각유체를 저장하는 냉각유체저장부, 및 상기 격납부의 내부 상측에 형성되고, 상기 격납부 내부에 사고가 발생되는 경우 상기 냉각유체저장부로부터 상기 냉각유체를 공급받아 상기 격납부 내부로 상기 냉각유체를 살수하는 살수장치를 더 포함하고, 상기 펌프유닛은, 상기 냉각유체저장부 및 살수장치를 연결하는 유체공급유로 상에 배치되어, 상기 냉각유체를 상기 살수장치로 공급할 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 격납부에 인접하게 형성되고, 상기 격납부 내부의 온도를 낮춰줄 수 있는 냉각유체를 저장하는 냉각유체저장부, 및 상기 원자로냉각재계통의 사고 발생시, 상기 원자로냉각재계통 내부로 유체를 주입가능하게 형성되는 안전주입계통을 포함하고, 상기 펌프유닛은, 상기 안전주입계통 및 상기 냉각유체저장부를 연결하는 유체공급유로 상에 배치되어, 상기 안전주입계통이 상기 냉각유체를 상기 원자로냉각재계통 내부로 주입하도록 상기 냉각유체를 상기 안전주입계통으로 공급하게 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 격납부에 인접하게 형성되고, 상기 격납부 내부의 온도를 낮춰줄 수 있는 냉각유체를 저장하는 냉각유체저장부를 더 포함하고, 상기 펌프유닛은, 상기 비상냉각유체저장부의 수위가 낮아지는 경우, 상기 냉각유체저장부에 저장된 냉각유체를 상기 비상냉각유체저장부에 유입되도록 형성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르는 원전은, 원자로의 노심을 포함하는 원자로냉각재계통, 증기발생기, 사고 시 방사성 물질의 누출을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통을 감싸는 격납부, 사고 시 상기 원자로냉각재계통 또는 이차계통으로부터 방출되는 증기에 의해 상기 격납부 내부의 압력이 상승하는 것을 억제하도록 형성되는 피동안전계통을 포함하고, 상기 피동안전계통은, 밀폐된 격납부 내부에 배치되는 원자로냉각재계통 또는 이차계통에서 사고가 발생되는 경우, 상기 격납부 내부의 대기의 압력 또는 온도를 낮추도록, 상기 대기가 인입되어 열교환하는 상기 격납부 내부 또는 외부 공간에 형성되는 열교환기, 상기 열교환기에 배치되고 상기 대기와 열교환되는 냉각유체가 상기 열교환기에서 상기 대기와 열교환 시, 상기 대기와 냉각유체 사이의 온도차로 인하여 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자, 및 상기 열전소자로부터 생산되는 전기를 공급받도록 상기 열전소자와 전기유로로 연결되며, 상기 열교환기에서 상기 대기 및 냉각유체의 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 열교환기를 통과하는 상기 대기 또는 냉각유체의 유량을 높이도록 이루어지는 팬유닛을 포함한다.

상기와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르는 원전은, 원자로의 노심을 포함하는 원자로냉각재계통, 증기발생기, 사고 시 방사성 물질의 누출을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통을 감싸는 격납부, 사고 시 상기 원자로냉각재계통 또는 이차계통으로부터 방출되는 증기에 의해 상기 격납부 내부의 압력이 상승하는 것을 억제하도록 형성되는 피동안전계통을 포함하고, 상기 피동안전계통은, 밀폐된 격납부 내부에 배치되는 원자로냉각재계통 또는 이차계통에서 사고가 발생되는 경우, 상기 격납부 내부의 대기의 압력 또는 온도를 낮추도록, 상기 대기가 인입되어 열교환하는 상기 격납부 내부 또는 외부 공간에 형성되는 열교환기, 상기 사고 발생시 상기 대기와 열교환되는 비상냉각유체가 상기 열교환기에서 상기 대기와 열교환 시, 상기 대기와 비상냉각유체 사이의 온도차로 인해 전기를 생산하도록 상기 열교환기에 배치되는 열전소자, 상기 대기와의 열교환을 위해 상기 열교환기 내부로 유입되는 비상냉각유체가 저장되도록 이루어지는 비상냉각유체저장부, 상기 비상냉각유체가 상기 열교환기의 내부로 유입되도록 상기 비상냉각유체저장부와 상기 열교환기를 각각 연결하는 냉각유체유로, 및 상기 열전소자로부터 생산되는 전기를 공급받도록 상기 열전소자와 전기유로로 연결되며, 상기 열교환기에서 상기 대기 및 비상냉각유체의 열교환이 원활하게 이루어지거나, 상기 대기의 온도를 낮출 수 있는 유체를 이동시키도록 이루어지는 펌프유닛을 포함한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 상기 열교환기에 상기 열전소자를 함께 적용하여 사고 시 열전발전에 의해 생산되는 전기를 이용하여 유체(대기 또는 냉각유체)에 순환동력을 제공하여, 종래의 열교환기보다 효율이 높고 컴팩트한 피동안전계통을 제공할 수 있다.

또한 본 발명은, 열전소자와 열교환기(특히, 플레이트형 열교환기)를 결합하여 사고 시 열전발전을 통해 생산되는 전기를 열교환기 유로 중에 열전달계수가 작은 유로에 순환동력을 제공하도록 구성함으로써 열교환기의 성능을 향상시키고 용량을 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 사고 시 열전발전에 의해 생산된 전기를 열교환기의 유체 순환 동력으로 이용하여 플레이트형 열교환기의 열전달 성능은 매우 우수하나 유로저항이 큰 단점을 완화할 수 있다.

또한 본 발명에서 제시하는 피동안전계통의 열교환기에서 생산되는 전기를 피동격납부살수계통, 피동잔열제거계통 또는 피동안전주입계통의 냉각수 보충을 위한 설비에 사용하는 경우에는 피동안전계통의 구현이 보다 용이해지므로 안전성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따르는 열교환기의 상세구조를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 모습을 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 모습을 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 모습을 나타낸 개념도.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 모습을 나타낸 개념도.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 모습을 나타낸 개념도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 정상운전의 모습과 사고 시의 모습을 나타낸 개념도.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 정상운전의 모습과 사고 시의 모습을 나타낸 개념도.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 정상운전의 모습과 사고 시의 모습을 나타낸 개념도.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 정상운전의 모습과 사고 시의 모습을 나타낸 개념도.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 정상운전의 모습과 사고 시의 모습을 나타낸 개념도.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 정상운전의 모습과 사고 시의 모습을 나타낸 개념도.

이하, 본 발명에 관련된 피동안전계통 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.

본 발명에서는 원전의 피동안전계통에 이용될 수 있는 열교환기에 열전소자를 함께 적용하여 사고 시 열전발전에 의해 생산되는 전기를 이용하여 피동안전계통 유체에 순환동력을 제공하여 종래의 열교환기보다 효율이 높고 콤팩트하게 계통을 구성하여 경제성을 향상시키거나, 또는 피동안전계통에 냉각수를 공급해 안전성을 증가시키는 다양한 개선 방안을 제안한 것이다.

특히 본 발명에서 선택적으로 제안하고 있는 플레이트형 열교환기-열전소자 결합방식은 플레이트형 열교환기가 열전소자와 결합하기 용이한 구조를 갖고 있어 사고 시 외부로부터의 도움이 없어도 원전 내부에서 발생하는 잔열 등의 피동적인 에너지를 이용해 전력을 생산할 수 있어 매우 유용한 구성옵션으로 채용될 수 있다.

그러나 안전계통 열교환기의 형태 변형에 따라 열교환기와 열전소자 결합방법은 매우 다양하게 구성할 수 있으므로, 본 발명을 플레이트형 열교환기로 특정하게 한정하는 것은 아니다.

열교환기는 두 유체 사이에 열전달이 이루어지므로, 두 유체가 동일한 유체와 유동조건을 갖추지 않는 경우에는 두 유체의 열전달계수가 다르며, 이중에 열전달계수가 작은 쪽이 열교환기의 크기를 지배하는 인자가 되어 열교환기 크기가 증가하게 된다. 본 발명에서는 사고 시 폐열을 이용해 열교환기에서 생산되는 전기를 이용해 열전달계수가 작거나 순환 유동이 형성되기 어려운 유로에 팬 또는 펌프 등을 이용해 강제 유동을 형성하도록 구성하여 열전달 계수를 증가시킴으로써, 열교환기 크기를 감소시켜 경제성을 향상시키거나 또는 안정적으로 유량을 공급하여 안전성을 향상시킬 수 있는 구성 옵션을 제공하였다. 한편 열교환기가 소형화되는 경우 격납부 내외부의 배치 및 구조 하중 문제가 크게 완화될 수 있다.

사고 시 격납부 내부 압력을 감소시키기 위해 중력에 의해 작동하는 피동격납부살수계통을 원전에 적용하려면 원전 정상운전 중에 매우 많은 양의 물을 격납부 상부에 저장해 두어야 한다. 그러나 다량의 물을 격납부 상부에 저장하려면 많은 공간이 필요하고, 저장수로 인해 구조물에 큰 하중이 작용하므로, 현실적으로 장시간 사용 가능한 수조를 설치하기는 매우 어렵다. 또한 비상냉각유체저장부를 이용하는 피동잔열제거계통이나, 또는 피동안전주입계통에도 본 발명에서 제시한 응축수를 이용하는 방안 등을 적용하지 않는 경우 이와 유사한 현안이 발생한다.

이상에서와 같이, 본 발명의 기술을 적용하면 사고 시 피동안전계통의 열교환기-열전소자 결합방식으로 생산되는 전기를 열교환기의 성능 향상 또는 피동안전계통의 냉각수 보충 또는 공급 수단 확보 등에 활용할 수 있는 장점이 있어 원전의 안전성 및 경제성 향상에 기여할 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따르는 열교환기(20)의 상세구조를 나타낸 개념도이다.

(a)는 플레이트형 열교환기(20)를 위에서 바라본 모습이고, (b)는 정면에서 바라본 모습이며, (c)는 (a)에서 C-C로 자른 단면을 바라본 모습이고, (d)는 (a)에서 D-D로 자른 단면을 바라본 모습이며, (e)는 (a)에서 E-E로 자른 단면을 바라본 모습이다. 도면을 참조하면, 냉각유체와 격납부 내부의 대기는 입/출구배관(2010)으로 인입되어 복수의 열전달 유로(2035, 플레이트 유로)로 퍼지게 된다. 상기 플레이트 유로(2035)로 퍼진 냉각유체 및 격납부 내부의 대기는 열교환기(20)을 따라 상부 또는 하부로 흐르게 되고, 다시 반대편의 입/출구배관(2012)을 통해 배출되도록 이루어진다.

여기서, 복수의 플레이트 유로(2035)로 냉각유체를 퍼지게 하기 위하여, 열교환기(20) 상부와 하부에는 각각 헤더가 형성될 수도 있다.

상기 각 열교환기(20)들은 복수개가 서로 인접하게 붙어 있을 수 있다. 또한, 상기 각 열교환기(20)는 각각 상기 유로(2035)에 양쪽으로 열전소자(20c, (e) 참조)가 배치되어 있을 수 있다. 상기 열전소자(20c)에 대하여는 도 1b에서 자세하게 설명한다.

입구헤더는 열교환기(20)의 입구유로로, 상기 열교환기(20)에 공급되는 유체의 유량을 분배시켜 주는 역할을 한다. 출구헤더는 열교환기(20)의 출구유로로 배출되는 유체의 유량을 모아주는 역할을 수행한다.

또한, 상기 플레이트 유로(2035)의 내부로 인입되는 대기의 온도를 낮추기 위하여, 상기 플레이트 유로(2035)를 둘러싸고 냉각핀(2033)이 형성될 수 있다. 또는 도면에 도시된 것과 달리, 상기 냉각핀(2033)이 배치된 곳에 인접한 유로와는 다른 속성(즉, 인접한 유로에 고온의 유체가 흐르는 경우 저온의 유체가 흐르고, 인접한 유로에 저온의 유체가 흐르는 경우에는 고온의 유체가 흐르는)의 유로가 형성될 수 있다.

상기와 같이 미세한 유로를 형성하는 플레이트 유로(2035)를 복수개로 적층하고 냉각핀(2033)으로 둘러싼 단일 열교환기(20)를 복수개로 조합하여 열교환기(20)를 형성함으로써, 상기 격납부 내부의 대기의 온도 및 압력을 빠르게 제어할 수 있다. 아울러, 상기 복수개의 플레이트 유로(2035)들은 인접하게 배치된 열전소자(20c)를 통해 인접 유로간의 온도차로 인해 발생되는 기전력으로 발전할 수 있다.

도 1b 및 도 1c는 열교환기(20)에 형성된 유로 및 이와 인접하게 배치된 열전소자에 대하여 나타낸 개념도이다.

우선 도 1b를 참조하면, 왼쪽에는 하나의 열교환기(20)에 상부쪽으로 고온의 유체가 흐르는 고온부유로(20a)가 표시되어 있고, 하부쪽에는 저온의 유체가 흐르는 저온부유로(20b)가 표시되어 있다.

오른쪽에는 상기 유로부와 인접하게 배치되어 온도차에 의한 기전력을 발생시키는 열전소자(20c)의 상세도를 나타내고 있다. 상기 열전소자(20c)에서는 좌측에는 저온의 유체가 흐르는 저온부유로(20b)가 배치되어 있고, 오른쪽에는 고온의 유체가 흐르는 고온부유로(20a)가 배치되어 있다. 그리고 상기 저온부유로(20b) 및 고온부유로(20a) 사이에는 열전소자(20c)가 배치되어 있다.

열전소자(20c)는 열전플레이트(20c1), 기전력을 일으키는 반도체(20c2) 및 상기 반도체(20c2)에 연결되어, 전기를 생산하는 발전부(20c3)와 상기 반도체와 발전부(20c3)를 연결하는 전기유로(20c4)를 포함한다.

열전플레이트(20c1)는 고온부유로 또는 저온부유로와 맞닿아 있고, 양쪽으로 배치된 열전플레이트 사이에는 상기 반도체가 배치되어 있다.

상기 반도체는 N형과 P형으로 구분할 수 있으며, 상기 N형과 P형이 서로 교대로 이격되어 배치되어 있다.

상기 발전부(20c3)는 상기 N형 및 P형 반도체와 각각 상기 전기유로(20c4)에 의해 연결되어 있으며, 상기 발전부(20c3)에서 전기가 생산된다. 상기 발전부(20c3)는 상기 유로부(20a, 20b)가 형성된 위치와 다른 위치에 형성되어 상기 유로에 영향을 주지 않게 형성된다. 또한, 상기 발전부(20c3)는 여러 개의 상기 반도체에 연결되어, 보다 많은 전력을 생산할 수 있다.

또한, 도면에 도시된 것과 같이, 고온부유로(20a)쪽은 냉각핀(20c5)이 형성될 수 있다. 상기 냉각핀(20c5)은 인접한 유로(20b)에 흐르는 유체와 속성이 반대되는(즉, 인접한 유로에 고온의 유체가 흐르는 경우에는 저온의 유체가 접촉될 수 있도록, 인접한 유로에 저온의 유체가 흐르는 경우에는 고온의 유체가 접촉될 수 있도록) 유체가 접촉될 수 있도록 형성될 수 있다.

다음으로 도 1c를 살펴보면, 상부에 고온의 유체가 흐르도록 형성되는 고온유로부(20a)가 표시되어 있고, 하부에는 저온의 유체가 흐르도록 형성되는 저온유로부(20b)가 표시되어 있다. 도 1b와 비교하여 보면, 고온유로부(20a)와 저온유로부(20b)가 서로 교대로 형성되는 점은 같으나, 그 위치가 서로 상이할 수 있다. 이는 필요에 따라 열교환기(20)를 제작하는 과정에서 선택적으로 지정할 수 있다.

오른쪽 부분을 살펴보면, 역시 N형 반도체 및 P형 반도체에 연결되어 전기를 생산하는 발전부(20c3)가 도시되어 있다. 이 밖에도 열전소자를 구성하는 방식은 매우 다양하므로 본 발명에서 상기에 설명한 열전소자 구성 방식을 특정하게 한정하는 것은 아니다. 기타 구성에 대한 설명은 상기 도 1b의 설명과 유사하여 설명의 명료성을 위해 이를 생략하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 모습을 나타낸 개념도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 피동격납부냉각계통과 같은 피동안전계통은 열교환기(120), 열전소자(20c, 도 1b 및 도 1c 참조) 및 팬유닛(161b)을 포함한다.

열교환기(120)는 밀폐된 격납부(110) 내부에 배치되는 원자로냉각재계통(112) 또는 이차계통에서 사고가 발생되는 경우, 상기 격납부(110) 내부의 대기의 압력 또는 온도를 낮추도록, 상기 대기가 인입되어 열교환하는 상기 격납부 내부 공간에 형성되어 있다. 또한, 도면에 도시된 것과는 달리, 상기 열교환기(120)는 상기 격납부(110) 내부에 배치될 수도 있지만, 상기 격납부(110) 외부에 배치될 수도 있다.

열전소자는 상기 열교환기(120)에 배치된다. 상술한 설명과 같이, 플레이트 열교환기(120)에 인접하도록 배치된다. 또한 열전소자는 상기 대기와 열교환되는 c가 상기 열교환기(120)에서 상기 대기와 열교환 시, 상기 대기 및 냉각유체(131)의 온도차로 인하여 전기를 생산하도록 이루어진다.

즉, 상기 격납부(110) 내부의 대기의 온도가 상승하거나 압력이 상승하는 사고가 발생되는 경우, 상기 열교환기(120)에서 상기 격납부(110) 내부의 대기와 냉각유체(131)가 열교환을 시작하게 된다. 이 때, 상기 열교환기(120)에 배치된 열전소자에서는 냉각유체(131) 및 격납부(110) 내부의 대기와의 온도차에 의해 기전력을 발생하게 된다. 발생된 상기 기전력은 아래에 설명한 구성들에 의해 상기 열교환의 효율을 높이거나, 상기 격납부(110) 내부 대기의 온도 또는 압력을 낮추기 위한 다른 구성을 구동하는 동력 또는 다른 안전계통을 구동하는 동력이 될 수 있다.

팬유닛(161b)은 상기 열전소자로부터 생산되는 전기를 공급받도록 전기유로(163)에 연결된다. 그리고 팬유닛(161b)은 상기 열교환기(120)에서 상기 대기 및 냉각유체(131)의 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 열교환기(120)를 통과하는 상기 격납부(110) 내부 대기 또는 외부의 냉각유체의 유량을 높이도록 이루어 질 수 있다.

본 실시예에서 상기 열교환기(120)는 격납부(110) 내부의 대기가 직접 상기 열교환기(120) 내부로 유입되도록, 상기 격납부(110) 내부에 배치될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르는 피동안전계통은, 비상냉각유체저장부(130) 및 냉각유체유로(141, 142)를 더 포함할 수 있다.

비상냉각유체저장부(130)는, 사고 발생시 상기 대기와의 열교환을 위해 상기 열교환기(120) 내부로 유입되는 비상냉각유체(131)가 저장되도록 이루어진다.

그리고 냉각유체유로(141)는 상기 비상냉각유체(131)가 상기 열교환기(120)의 내부로 유입되도록 상기 비상냉각유체저장부(130)와 상기 열교환기(120)를 연결하도록 이루어진다.

또한, 상기 팬유닛(161b)은, 상기 원자로냉각재계통(112) 또는 이차계통으로부터 배출되는 증기를 상기 열교환기(120) 상부에서 상기 열교환기(120) 내부로 용이하게 유입될 수 있도록, 상기 열교환기(120)의 상부에 배치되어 상기 열교환기(120)를 향해 상기 격납부(110) 내부의 대기를 불어넣도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 열교환기(120)의 상부에 배치되고, 전원이 인가되면, 상기 열교환기(120) 상부에서 상기 열교환기(120) 방향으로 상기 격납부(110) 내부의 대기를 불어넣을 수 있도록 배치되는 것이다. 이는, 비상냉각유체(131)의 열교환능력보다 상기 격납부(110) 내부의 대기의 열교환능력이 상대적으로 떨어지므로, 상기 격납부(110) 내부의 대기의 순환효율을 높여줌으로써, 열교환기(120) 내부에서 일어나는 열교환의 효율을 전체적으로 높여주기 위함이다.

또한, 상기 열교환기(120)는 전기유로(163)를 더 포함할 수 있다. 전기유로(163)는 상기 열교환기(120) 내부에 배치되는 열전소자로부터 전력을 공급받아 상기 열교환기(120)의 외부의 구성에서 쓰일 수 있도록 전류가 흐르는 유로이다. 아울러, 상기 전기유로(163)는, 상기 전기유로(163)상에 배치되고, 상기 열전소자로부터 발생되는 전기를 저장할 수 있도록 형성되며, 상기 팬유닛(161b)으로 전기를 공급하도록 이루어지는 충전부(162)를 포함할 수 있다.

상기 충전부(162)는 상기 열전소자로부터 발생되는 전기가 상기 팬유닛(161b)으로 흘러가는 전기유로(163) 중간에 배치되어, 상기 열전소자로부터 발생되는 전기가 상기 팬유닛(161b)을 구동하고 남을 경우에 상기 충전부(162) 내부에 전기를 저장한다. 그리고, 상기 열전소자로부터 발생되는 전기가 상기 팬유닛(161b)을 구동할 수 있는 전기보다 모자르는 경우, 상기 충전부(162)로부터 상기 팬유닛(161b)으로, 상기 팬유닛(161b)을 구동시키기에 충분한 전류를 공급한다. 또한 상기 충전부(162)는 저장되어 있는 전기를 이용하여 사고 초기 상기 팬유닛(161b)을 구동시켜, 열교환기(120)이 원활히 작동하여 사고를 조기에 완화하도록 구성될 수 있다. 상기 충전부(162)가 구비됨으로써, 열교환기(120)에서 열교환이 일어나는 초기에서부터 상기 열교환이 일어나는 후기까지 충분하고 안정적으로 전류를 공급할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 원전은, 원자로의 노심을 포함하는 원자로냉각재계통(112), 증기발생기(113), 사고 시 방사성 물질의 누출을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통(112)을 감싸는 격납부(110), 사고 시 상기 원자로냉각재계통(112) 또는 이차계통으로부터 방출되는 증기에 의해 상기 격납부(110) 내부의 압력이 상승하는 것을 억제하도록 형성되는 피동격납부냉각계통과 같은 피동안전계통을 포함하고, 상기 피동안전계통은, 밀폐된 격납부(110) 내부에 배치되는 원자로냉각재계통(112) 또는 이차계통에서 사고가 발생되는 경우, 상기 격납부(110) 내부의 대기의 압력 또는 온도를 낮추도록, 상기 대기가 인입되어 열교환하는 상기 격납부 내부 공간에 형성되는 열교환기(120), 상기 열교환기(120)에 배치되고 상기 대기와 열교환되는 냉각유체(131)가 상기 열교환기(120)에서 상기 대기와 열교환 시, 상기 대기 및 냉각유체(131)의 온도차로 인하여 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자, 및 상기 열전소자로부터 생산되는 전기를 공급받도록 상기 열전소자와 전기유로(163)로 연결되며, 상기 열교환기(120)에서 상기 대기 및 냉각유체(131)의 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 열교환기(120)를 통과하는 상기 격납부(110) 내부 대기의 유량을 높이도록 이루어지는 팬유닛(161b)을 포함한다.

도면의 오른쪽에 도시된 모습은 원전의 평상시의 모습을 나타내며, 도면의 왼쪽에 도시된 모습은 격납부(110) 내부에 사고 발생 시, 여러 유체들과 전기의 흐름들을 도시한 모습을 나타낸다.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 모습을 나타낸 개념도이다.

본 실시예에 따르는 피동격납부냉각계통과 같은 피동안전계통은, 열교환기(220), 열전소자(20c, 도 1b 참조), 비상냉각유체저장부(230), 냉각유체유로(241, 242) 및 펌프유닛(261a)을 포함한다. 상기 열교환기(220), 열전소자, 비상냉각유체저장부(230) 및 냉각유체유로(241, 242)는 상술한 실시예와 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 생략하도록 한다.

본 실시예에서 펌프유닛(261a)은 상기 열전소자로부터 생산되는 전기를 공급받도록 상기 열전소자와 전기유로(263)로 연결되며, 상기 열교환기(220)에서 상기 대기 및 비상냉각유체의 열교환이 원활하게 이루어지거나, 상기 대기의 온도를 낮출 수 있는 유체를 이동시키도록 이루어진다.

상기 펌프유닛(261a)은 상기 비상냉각유체저장부(230)로부터 비상냉각유체(231)가 상기 열교환기(220)로 유입되는 유로인 냉각유체유로(241)상에 배치된다. 그리고, 상기 열교환기(220)로부터 열교환이 시작되면, 상기 열교환기(220) 내부에 구비된 열전소자로부터 전기를 공급받아, 상기 비상냉각유체가 상기 열교환기(220) 내부로 더 빠른 속도로 유입될 수 있도록 펌프유닛(261a)를 구동시킬 수 있다.

상기 펌프유닛(261a)의 구동으로 인하여 상기 비상냉각유체(231)는 상기 열교환기(220)로 빠르게 공급되며, 상기 열교환기(220) 내부에서 상기 격납부(210) 내부의 대기와의 열교환 효율이 높아지게 된다. 따라서, 상기 격납부(210) 내부의 대기의 온도 및 압력을 빠르게 낮출 수 있다.

상기 열교환기(220)로 공급된 상기 비상냉각유체는 상기 열교환기(220) 상부와 상기 비상냉각유체저장부(230)를 연결하고, 상기 비상냉각유체를 상기 비상냉각유체저장부(230)로 회수하도록 형성되는 회수 냉각유체유로(242)를 따라 다시 상기 비상냉각유체저장부(230)로 회수된다. 회수된 비상냉각유체는 다시 펌프유닛(261a)에 의해 상기 열교환기(220)로 공급될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르는 원전(200)은, 원자로의 노심을 포함하는 원자로냉각재계통(212), 증기발생기(213), 사고 시 방사성 물질의 누출을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통(212)을 감싸는 격납부(210), 사고 시 상기 원자로냉각재계통(212) 또는 이차계통으로부터 방출되는 증기에 의해 상기 격납부(210) 내부의 압력이 상승하는 것을 억제하도록 형성되는 피동격납부냉각계통과 같은 피동안전계통을 포함하고, 상기 피동안전계통은, 밀폐된 격납부(210) 내부에 배치되는 원자로냉각재계통(212) 또는 이차계통에서 사고가 발생되는 경우, 상기 격납부(210) 내부의 대기의 압력 또는 온도를 낮추도록, 상기 대기가 인입되어 열교환하는 상기 격납부 내부 공간에 형성되는 열교환기(220), 상기 사고 발생시 상기 대기와 열교환되는 비상냉각유체가 상기 열교환기(220)에서 상기 대기와 열교환 시, 상기 대기와 비상냉각유체사이의 온도차로 인해 전기를 생산하도록 상기 열교환기(220)에 배치되는 열전소자, 상기 대기와의 열교환을 위해 상기 열교환기(220) 내부로 유입되는 비상냉각유체가 저장되도록 이루어지는 비상냉각유체저장부(230), 상기 비상냉각유체가 상기 열교환기(220)의 내부로 유입되도록 상기 비상냉각유체저장부(230)와 상기 열교환기(220)를 각각 연결하는 냉각유체유로(241, 242), 및 상기 열전소자로부터 생산되는 전기를 공급받도록 상기 열전소자와 전기유로(263)로 연결되며, 상기 열교환기(220)에서 상기 대기 및 비상냉각유체의 열교환이 원활하게 이루어지거나, 상기 대기의 온도를 낮출 수 있는 유체를 이동시키도록 이루어지는 펌프유닛(261a)을 포함할 수 있다.

기타 구성들은 상술한 실시예들과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 생략하도록 한다.

도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전(300)의 모습을 나타낸 개념도이다.

본 실시예에 따르는 피동격납부냉각계통과 같은 피동안전계통은 열교환기(320)가 격납부(310) 외부에 배치되고, 상기 격납부(310) 내부의 대기를 상기 열교환기(320) 내부로 유입시켜서 열교환할 수 있다. 그리고, 팬유닛(361a)은 상기 격납부(310) 내부에 배치되고, 상기 격납부(310) 내부의 대기를 상기 열교환기(320) 내부로 유입시키도록 배치된다.

이를 위해, 상기 열교환기(320)에 상기 격납부(310) 내부의 대기를 유입할 수 있도록 상기 격납부(310)를 관통하며 상기 격납부(310)의 내부와 상기 열교환기(320)를 연결하는 대기유입유로를 포함할 수 있다.

격납부(310) 내부에 사고 발생 시, 상기 대기유입유로를 통해 상기 격납부(310) 내부의 대기가 상기 열교환기(320)로 유입된다.

또한, 사고 발생시 상기 대기와의 열교환을 위해 상기 열교환기(320) 내부로 유입되는 비상냉각유체(331)가 저장되도록 이루어지는 비상냉각유체저장부(330), 상기 비상냉각유체가 상기 열교환기(320)와 순환하는 순환유로를 포함할 수 있다.

또한, 팬유닛(361a)은, 상기 격납부(310) 내부에 배치되며, 상기 열교환기(320) 내부로 상기 격납부(310) 내부의 대기를 유입시키도록 상기 대기유입유로 상에 배치될 수 있다.

이하, 사고 발생시 본 실시예에 따르는 피동안전계통의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기 격납부(310) 내부에 사고가 발생되면, 상기 격납부(310) 내부의 대기의 온도가 올라가며, 또한 압력이 상승할 수 있다. 이 때, 상기 격납부(310) 내부의 대기는 상기 대기유입유로를 통해 상기 열교환기(320)로 유입될 수 있으며, 상기 비상냉각유체저장부(330)는 상기 사고 발생 시 관련된 신호에 의해 비상냉각유체를 상기 격납부(310) 내부로 유입시킬 수 있다.

상기 열교환기(320) 내부에서 상기 격납부(310) 내부의 대기와, 상기 비상냉각유체 사이의 열교환이 일어나게 되고, 상기 열교환기(320) 내부에 배치된 열전소자로부터 발생된 기전력은 충전부(362) 및 팬유닛(361a)으로 전달되게 된다.

상기 팬유닛(361a)은 유체를 한쪽 방향으로 불어넣도록 형성되며, 상기 격납부(310) 내부에서 대기유입유로 상에 배치된다. 그리고, 상기 격납부(310) 내부의 대기를 상기 열교환기(320) 내부로 불어넣을 수 있도록 형성된다.

따라서, 상기 격납부(310) 내부의 대기는 상기 열교환기(320)로 더욱 빠른 속도로 전달되게 되고, 상기 열교환기(320) 내부에서는 상기 비상냉각유체와 상기 격납부(310) 내부의 대기의 열교환이 더 효율적으로 일어날 수 있다.

기타 구성들은 상술한 실시예들과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 생략하도록 한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전의 모습을 나타낸 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 피동격납부냉각계통과 같은 피동안전계통은, 상기 도 4의 실시예와 마찬가지로, 열교환기(420)가 상기 격납부(410) 외부에 배치되고, 상기 열교환기(420)에 상기 격납부(410) 내부의 대기를 유입할 수 있도록 상기 격납부(410)를 관통하며 상기 격납부(410)의 내부와 상기 열교환기(420)를 연결하는 대기유입유로(464)를 포함할 수 있다. 하지만, 상기 도 4의 실시예와는 달리, 비상냉각유체저장부 및 냉각유체유로를 구비하지 않을 수 있다.

본 실시예에서의 피동안전계통은, 격납부(410) 외부의 대기 냉각유체가 상기 열교환기(420) 하부로 유입되어 상기 열교환기(420) 상부로 빠져나가도록, 상기 열교환기(420) 상부로 가며 유로 넓이가 적어도 일부 좁아지도록 형성되는 덕트유닛(429)을 포함할 수 있다.

그리고, 팬유닛(461a)은, 상기 격납부(410) 내부에 배치되고, 상기 열교환기(420) 내부로 상기 격납부(410) 내부의 대기를 유입시키도록 상기 대기유입유로(464) 상에 배치될 수 있다.

이하, 사고 발생시 본 실시예에 따르는 피동안전계통의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.

사고 발생 시 상기 격납부(410) 내부의 대기가 상기 대기유입유로(464)를 통해 상기 열교환기(420) 내부로 유입된다. 그리고 상기 열교환기(420)를 둘러싸고 있는 덕트유닛(429)의 하부를 통해 상대적으로 저온의 격납부(410) 외부의 대기 냉각유체가 상기 열교환기(420) 내부로 유입된다. 상기 열교환기(420) 내부에서는 상기 격납부(410) 내부의 대기와 상기 격납부(410) 외부의 대기 냉각유체가 서로 열교환된다. 그리고, 상기 덕트유닛(429)의 상부를 통해, 열교환된 상기 격납부(410) 외부의 대기 냉각유체가 빠져나가게 된다.

이 때, 상기 덕트유닛(429)의 상부는 유로 넓이가 적어도 일부 좁아지도록 형성되어, 굴뚝효과에 의해 더 빠르게 격납부(410) 외부의 대기 냉각유체가 상기 덕트유닛(429)의 하부로 유입되고, 상부로 빠져나갈 수 있다.

그리고, 상기 열교환기(420) 내부에서 열교환이 시작되면, 상기 격납부(410) 내부의 대기와 외부의 대기 냉각유체의 온도차에 의해 상기 열교환기(420) 내부에 배치된 열전소자(20c, 도 1b 참조)로부터 기전력이 발생되며, 상기 전기유로를 통해, 팬유닛(461a) 및 충전부(462)로 기전력이 전달되게 된다. 따라서, 상기 팬유닛(461a)이 구동되게 되고, 상기 팬유닛(461a)은 상술한 설명과 같이 격납부(410) 내부의 대기를 상기 열교환기(420)로 불어넣어 상기 열교환기(420) 내부의 열교환 효율을 높이게 된다.

기타 구성들은 상술한 실시예들과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 생략하도록 한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전(500)의 모습을 나타낸 개념도이다.

본 실시예에 따르는 피동격납부냉각계통과 같은 피동안전계통 및 원전(500)은, 팬유닛(561a), 덕트유닛(529) 및 대기안내부(528)를 포함할 수 있다. 열교환기(520)는 격납부(510) 내부에 배치되고, 상기 팬유닛(561a)은, 상기 격납부(510) 외부에 배치되어, 상기 열교환기(520)와 상기 격납부(510)외부를 연결하는 외부대기냉각유체유로(564)로 상기 격납부(510) 외부의 대기 냉각유체를 상기 열교환기(520) 내부로 유입시키도록 형성될 수 있다.

본 실시예에서 사고 발생 시 격납부(510) 내부의 대기와 열교환하는 냉각유체는 외부의 대기이다. 상기 격납부(510) 내부에 배치된 열교환기(520) 하부측으로 팬유닛(561a)은 외부의 대기 냉각유체를 불어넣는다. 격납부(510) 내부의 대기와 열교환을 마친 외부의 대기 냉각유체는 열교환기(520)의 상부측에서 격납부(510) 외부로 빠져나가게 된다. 빠져나간 외부의 대기 냉각유체는, 격납부(510) 외부에 배치된 덕트유닛(529) 내부로 들어가게 되고, 상기 덕트유닛(529)에서 밖으로 빠져나가게 된다.

상기 덕트유닛(529)의 하부측은 막혀있을 수 있다. 상기 덕트유닛(529)의 하부측이 막혀있음으로 인해, 상기 덕트유닛(529) 내부로 빠져나간 외부의 대기 냉각유체는 더욱 효과적으로 덕트유닛(529)의 상부로 빠져나갈 수 있다. 또한, 상기 덕트유닛(529)의 하부가 막혀있음으로 인해, 굴뚝효과와 유사한 효과가 일어날 수 있고, 이로 인해 상기 열교환기(520) 하부측을 통해 상기 열교환기(520) 내부로 인입되는 외부의 대기 냉각유체의 양이 더 늘어날 수 있다. 단, 원전의 설계특성에 따라 덕트유닛(529)은 설치되지 않을 수도 있다.

또한, 상기 열교환기(520)의 상부측과 하부측에는 격납부(510) 내부의 대기를 효율적으로 열교환기(520) 내부로 인입시키고, 배출시키는 대기안내부(528)를 더 포함할 수 있다.

이하, 사고 발생시 본 실시예에 따르는 피동안전계통의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.

사고 발생시, 고온 또는 고압의 격납부(510) 내부의 대기가 상기 열교환기(520) 내부로 유입된다. 그리고 격납부(510) 외부의 대기 냉각유체가 열교환기(520)의 하부측 내부로 유입된다. 유입된 격납부(510) 외부의 대기 냉각유체와 격납부(510) 내부의 대기는 열교환기(520)의 내부에서 열교환을 한다. 상기 열교환을 통해, 상기 열교환기(520)에 배치된 열전소자(20c, 도 1b 참조)에서 기전력이 발생된다. 발생된 기전력은 전기유로(563)를 통해, 격납부(510) 외부의 대기 냉각유체가 열교환기(520)로 유입되는 유로인 외부대기냉각유체유로(564)에 배치된 팬유닛(561a) 및 열교환기(520)에 전달된다. 발생된 기전력으로 인해, 상기 팬유닛(561a)은 모터에 의해 회전되게 되고, 회전에 의해 더 많은 격납부(510) 외부의 대기 냉각유체가 상기 열교환기(520)로 유입되게 된다.

상기 열교환기(520)를 통과하며 격납부(510) 내부의 대기와 열교환을 진행하며 온도가 상승된 외부의 대기 냉각유체는, 상기 열교환기(520)의 상부측을 통해 격납부(510) 외부로 빠져나가게 된다. 격납부(510) 외부로 빠져나간 외부의 대기 냉각유체는, 격납부(510) 외부에 배치된 덕트유닛(529) 내부로 인입되고, 상기 덕트유닛(529)에서 상부로 빠져나가게 된다.

기타 구성들은 상술한 실시예들과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 생략하도록 한다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전(600)의 정상운전의 모습과 사고 시의 모습을 나타낸 개념도이다.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 피동안전계통 및 원전(600)의 정상운전 시의 모습을 나타낸 개념도이고, 도 7b는 상기 도 7a에 도시된 실시예에서 사고가 발생시의 모습을 나타낸 개념도이다.

먼저 도 7a를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 피동격납부냉각계통과 같은 피동안전계통 및 원전(600)은, 격납부(610) 내부에 열교환기(620)가 배치되고, 비상냉각유체저장부(630), 냉각유체유로(641, 642), 격납부(610) 외부의 대기 냉각유체를 상기 열교환기(620)로 유입하기 위한 외부대기냉각유체유로(664) 및 덕트유닛(629)을 포함한다. 또한, 팬유닛(661a)은 상기 외부대기냉각유체유로(664)에 배치되고, 격납부(610) 외부의 대기 냉각유체를 열교환기(620) 내부로 유입할 수 있도록 배치된다.

상기 구성들은 상술한 실시예들과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 설명을 생략하도록 한다.

도 7b를 살펴보면, 도 7b의 좌측에 도시된 도면은 사고 발생 초기의 유체 및 전기의 흐름을 나타낸 모습이고, 도 7b의 우측에 도시된 도면은 사고 발생 중, 후반의 유체 및 전기의 흐름을 나타낸 모습이다.

이를 참고하여, 사고 발생시 본 실시예에 따르는 피동안전계통의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.

격납부(610) 내부의 사고 발생 초기에는, 격납부(610) 내부의 대기가 열교환기(620) 내부로 유입되며, 비상냉각유체저장부(630)에 저장되어 있는 비상냉각유체(631)가 상기 열교환기(620) 내부로 유입된다. 따라서, 사고 발생 초기에는 비상냉각유체가 격납부(610) 내부의 대기의 온도 및 압력을 하강시킬 수 있다. 그리고, 상기 열교환을 통해 열전소자(20c, 도 1b 참조)로부터 발생된 기전력은 충전부(662) 및 팬유닛(661a)으로 전달된다. 이 때, 상기 열교환기(620) 내부에서는 비상냉각유체 및 격납부(610) 내부의 대기가 열교환하므로, 상기 팬유닛(661a)은 구동되지 않을 수 있다.

격납부(610) 내부의 사고 발생 중, 후반에는, 상기 비상냉각유체저장부(630) 내부에 구비된 냉각유체가 상기 열교환기(620)를 통해 열교환 후, 상기 열교환기(620) 하부를 통해 격납부(610) 외부로 전부 배출된다. 그 후에는, 상기 격납부(610) 내부의 대기와 격납부(610) 외부의 대기 냉각유체가 열교환하게 된다. 이를 위해, 상기 팬유닛(661a)은 구동하기 시작한다. 팬유닛(661a)이 구동되면서 더 많은 양의 격납부(610) 외부의 대기 냉각유체가 상기 열교환기(620)의 내부로 유입되고, 상기 열교환기(620) 내부에서 격납부(610) 내부의 대기와 열교환을 진행한 뒤, 열교환기(620) 상부측을 통해 격납부(610) 외부로 빠져나가게 된다. 열교환기(620)를 빠져나간 격납부(610) 외부의 대기 냉각유체는 덕트유닛(629) 내부에 유입되고, 상기 덕트유닛(629) 상부측을 통해 빠져나가게 된다.

상기 구성들 및 기타 구성의 작동은, 상술한 실시예들과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 설명을 생략하도록 한다.

도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전(700)의 정상운전의 모습과 사고 시의 모습을 나타낸 개념도이다.

본 실시예에 따르는 피동잔열제거계통과 피동격납부냉각계통이 통합된 것과 같은 피동안전계통 및 원전(700)은, 급수유로(772), 증기유로(774), 격납부(710) 외부에 배치되는 열교환기(720), 상기 열교환기(720)를 감싸며 배치되고 상부측의 유로 넓이가 적어도 일부 좁아지는 덕트유닛(729), 격납부(710) 내부의 대기를 상기 열교환기(720)로 유입되도록 형성되는 내부대기유로 및 상기 덕트유닛(729)의 상부에, 상기 덕트유닛(729)을 통과하는 외부의 대기 냉각유체의 유량을 높이도록 상기 덕트유닛(729) 내부의 대기를 덕트유닛(729) 외부로 배출시키도록 배치된다. 또한, 상기 격납부(710) 내부의 대기를 상기 열교환기(720)로 용이하게 유입시키기 위하여 순환향상설비(780)가 더 구비될 수 있다.

급수유로(772)는 상기 격납부(710) 내부에 구비되는 증기발생기(713)에 유체를 주입하는 유로를 형성하고, 증기유로(774)는 상기 증기발생기(713)로부터 증기가 배출되어 터빈계통으로 흘러가도록 형성되는 유로이다.

상기 순환향상설비(780)는 제트펌프 형식의 설비일 수 있다. 상기 순환향상설비(780)는 강한 기류(증기 흐름)를 상기 내부대기유로의 입구쪽으로 유도하여, 상기 내부대기유로를 통해 상기 격납부(710) 내부의 대기가 효율적으로 열교환기(720) 내부로 유입될 수 있도록 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 열교환기(720) 주변에 비응축성 가스가 누적되지 않고 유속이 강화되어 열교환기(720)의 성능이 크게 증가할 수 있다. 또한, 격납부(710) 내부의 대기가 순환되는 양이 크게 증가하여 압력 및 온도를 효과적으로 낮출 수 있다. 그리고, 상술한 과정을 통해 피동격납부냉각계통의 순환이 일어날 수 있다.

아울러, 상기 순환향상설비(780)는 상기 원자로냉각재계통(712)에 연결되는 터빈계통(773)의 유로인 증기유로(774)에 연결될 수 있다. 상기 순환향상설비(780)는 상기 증기유로(774)로부터 강한 기류를 전달받을 수 있다.

아울러, 격납부(710) 내부의 상기 유출로(723)의 하부에는 응축유체저장부(750)가 구비될 수 있다. 상기 응축유체저장부(750)에는 상기 열교환기(720)를 통과한 대기로부터 응축되는 유체가 저장된다.

상기 응축유체저장부(750)는 상기 원자로냉각재계통(712) 내부에 구비되는 증기발생기(713)로 유체를 주입하는 급수계통(771)의 유로인 급수유로(772)에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 응축유체저장부(750)에 저장되는 유체가 상기 급수유로(772)로 전달될 수 있는 것이다.

상술한 과정을 통해 피동잔열제거계통의 이차계통 순환이 일어날 수 있다.

구체적으로, 상기 응축유체저장부(750)에 저장된 응축유체가 상기 급수유로(772)로 전달되고, 전달된 상기 응축유체는 증기발생기(713)로 전달된다. 아울러, 상기 증기발생기(713)로부터 발생되는 증기는 상기 증기유로(774)를 통해 흘러나오게 되며, 흘러나오던 상기 증기는 상기 증기유로(774)로부터 분기되어 상기 순환향상설비(780)에 연결된 유로로 흘러갈 수 있다. 이에 따라 상기 순환향상설비(780)에는 상기 증기발생기(713)로부터 발생되는 증기가 공급되며, 상기 증기는 상기 열교환기(720)로 격납부(710) 내부의 대기가 유입되는 유입로(724)로 증기를 유입하도록 이루어질 수 있다.

상술한 과정을 통해 증기발생기(713)로부터 발생되는 증기와 함께 격납부(710) 내부의 대기(또는 증기)가 열교환기(720) 내부로 유입되게 된다. 그리고, 상기 열교환기(720)에는 상기 증기발생기(713)로부터 발생되는 증기 및 격납부(710) 내부의 대기와 열교환할 수 있는 격납부(710) 외부의 대기 냉각유체가 유입되도록 형성된다. 상기 외부의 대기 냉각유체는 열교환기(720)를 둘러싸고 형성되는 덕트유닛(729)의 하부로 유입되고, 상기 열교환기(720) 내부로 인입되어, 유로를 타고 상부로 상승한다. 상승된 외부의 대기 냉각유체는, 상기 열교환기(720)의 상부쪽으로 토출되어, 상기 덕트유닛(729)의 상부쪽으로 빠져나가게 된다.

이 때, 상기 덕트유닛(729)의 상부에 팬유닛(761a)이 배치되어, 상기 덕트유닛(729) 내부의 대기를 덕트유닛(729) 외부로 빠져나가도록 형성된다. 상기 팬유닛(761a)은 상기 열교환기(720) 내부의 열교환을 통해 발생되는 기전력을 이용해 구동될 수 있다. 또한 팬유닛(761a)은 덕트유닛(729)의 임의의 적절한 위치에 배치될 수 있다.

상기 구성들 및 기타 구성의 작동은, 상술한 실시예들과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 설명을 생략하도록 한다.

도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전(800)의 정상운전의 모습과 사고 시의 모습을 나타낸 개념도이다.

본 실시예에 따른 피동격납부냉각계통 및 살수계통과 같은 피동안전계통 및 원전(800)은, 격납부(810) 내부에 배치되는 열교환기(820), 사고 시 상기 열교환기(820)로 냉각유체(831)를 공급하는 비상냉각유체저장부(830), 냉각유체저장부(891), 살수장치(895) 및 펌프유닛(861a)을 포함할 수 있다.

냉각유체저장부(891)는 상기 격납부(810) 내부에 형성되고, 상기 격납부(810) 내부의 압력 또는 온도를 낮춰줄 수 있는 냉각유체(892)를 저장하고 있다. 상기 냉각유체저장부(891)는 상기 비상냉각유체저장부(830)와는 따로 구비되어 있다.

살수장치(895)는 상기 격납부(810) 내부 상측에 배치될 수 있다. 그리고, 살수장치(895)는 격납부(810) 내부에 사고가 발생되는 경우, 냉각유체를 공급받아, 상기 격납부(810) 내부에 살수할 수 있다.

펌프유닛(861a)은 상기 냉각유체저장부(891) 및 살수장치(895)를 연결하는 유체공급유로(893) 상에 배치된다. 그리고, 펌프유닛(861a)이 구동되는 경우, 상기 냉각유체저장부(891) 내에 저장되어 있는 냉각유체를 상기 살수장치(895)에서 살수될 수 있도록, 냉각유체를 공급한다.

또한, 격납부(810) 내부, 상기 살수장치(895)의 상부측에는 상기 냉각유체저장부(891)로부터 상기 펌프유닛(861a)에 의해 공급된 냉각유체가 임시로 저장되는 제2냉각유체저장부(894)가 형성되어 있을 수 있다. 다만, 도면에 도시된 것과는 달리, 상기 제2냉각유체저장부(894)가 구비되지 않을 수도 있다. 이 때에는 상기 펌프유닛(861a)으로부터 공급받은 유체는 상기 살수장치(895)로 바로 공급되어, 살수될 수 있다.

기타의 구성들은 상술한 실시예들과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 설명을 생략하도록 하며, 이하, 사고 발생시 본 실시예에 따르는 피동안전계통의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.

사고 발생 시, 비상냉각유체저장부(830)에 저장되어 있던 냉각유체가 상기 열교환기(820)로 공급된다. 그리고, 격납부(810) 내부의 대기가 열교환기(820)로 유입되어, 열교환된다. 이 과정에서 열전소자에 의해 발생된 기전력은, 상기 냉각유체저장부(891)에 인접하게 배치된 펌프유닛(861a) 및 충전부에 공급된다. 상기 열교환기(820)로 공급된 냉각유체는 회수유로(842)를 통해 다시 비상냉각유체저장부(830)로 공급된다.

상기 냉각유체저장부(891)는 상기 제2냉각유체저장부(894)와 유체공급유로(893)로 연결되어 있다. 그리고, 펌프유닛(861a)은 상기 유체공급유로(893)상에 배치된다. 상기 펌프유닛(861a)이 구동됨에 따라, 상기 냉각유체저장부(891)에 저장되어 있던 냉각유체는 상기 제2냉각유체저장부(894)로 공급될 수 있다. 그리고, 상기 제2냉각유체저장부(894)로 공급된 냉각유체는 상기 살수장치(895)를 통해, 격납부(810) 내부로 살수될 수 있다.

상기 살수장치(895)의 살수를 통해, 격납부(810) 내부의 대기의 온도가 낮아지거나 압력이 낮아질 수 있다.

상기 구성들 및 기타 구성의 작동은, 상술한 실시예들과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 설명을 생략하도록 한다.

도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전(900)의 정상운전의 모습과 사고 시의 모습을 나타낸 개념도이다.

본 실시예에 따르는 피동격납부냉각계통과 같은 피동안전계통 및 원전(900)은, 상기 도 9의 실시예와 유사하나, 살수장치 및 제2냉각유체저장부를 구비하지 않고, 비상냉각유체저장부(930), 격납부(910) 내부에 배치되는 열교환기(920), 냉각유체저장부(991), 유체공급유로(993), 상기 유체공급유로(993)에 배치되는 펌프유닛(961a)을 포함한다. 또한, 상기 열교환기(920) 내부로 공급되는 격납부(910) 내부의 대기의 온도가 낮아지면서 응축되는 응축수가 저장될 수 있는 응축수저장부(950)를 더 포함한다.

상기 유체공급유로(993)는 상기 냉각유체저장부(991)와 상기 응축수저장부(950)를 연결하도록 형성된다.

기타의 구성들은 상술한 실시예들과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 설명을 생략하도록 하며, 이하, 사고 발생시 본 실시예에 따르는 피동안전계통의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.

사고 발생 시, 상기 비상냉각유체저장부(930)에 저장되어 있는 비상냉각유체(931)가 상기 열교환기(920)의 하부측으로 유입되며 상부측으로 배출되어 상기 비상냉각유체저장부(930)로 다시 회수된다. 격납부(910) 내부의 대기는 열교환기(920)의 상부측으로 유입되어, 하부측으로 배출되며, 배출되는 때에 격납부(910) 내부 대기의 온도가 하강하여 응축되는 응축수가, 상기 열교환기(920) 하부에 배치된 응축수저장부(950)에 모이게 된다.

또한, 상기 열교환기(920)로부터 발생된 기전력은 상기 냉각유체저장부(991)와 상기 응축수저장부(950)를 연결하는 유체공급유로(993)상에 배치되는 펌프유닛(961a) 및 충전부(962)에 전달된다. 상기 펌프유닛(961a)이 구동되게 되면, 상기 냉각유체저장부(991)에 저장되어 있던 냉각유체가 상기 응축수저장부(950)로 전달된다.

또한, 상기 응축수저장부(950)에는, 상기 열교환기(920)로부터 배출되는 응축수와, 상기 냉각유체저장부(991)에 저장되어 있던 냉각유체가 모이게 되고, 모인 유체는 안전주입계통을 통해, 상기 원자로냉각계통 내부로 주입하도록 형성될 수 있다.

다만, 도면에 도시된 것과는 달리, 상기 응축수저장부(950)가 구비되지 않을 수도 있다. 이 때에는 상기 펌프유닛(961a)으로부터 공급받은 유체는 상기 안전주입계통으로 바로 공급되어, 안전주입에 이용될 수 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전(1000)의 정상운전의 모습과 사고 시의 모습을 나타낸 개념도이다.

본 실시예에 따른 피동격납부냉각계통과 같은 피동안전계통 및 원전(1000)은, 상기 격납부(1010) 외부에 설치된 냉각유체저장부(1091) 및 상기 냉각유체저장부(1091)와 상기 비상냉각유체저장부(1030)를 연결하는 유체공급유로(1093)를 포함한다. 다만, 도면에 도시된 것과 달리, 상기 냉각유체저장부(1091)는 격납부(1010) 내부에 설치되어 있을 수도 있다.

기타 구성들은 상술한 실시예들과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 설명을 생략하도록 하며, 이하, 사고 발생시 본 실시예에 따르는 피동안전계통의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.

사고 발생 시, 비상냉각유체저장부(1030)에 저장되어 있던 냉각유체는 열교환기(1020)의 하부로 유입되어 상부로 배출되고, 상기 비상냉각유체저장부(1030)로 다시 회수된다. 그리고, 상기 격납부(1010) 내부의 대기는 열교환기(1020)의 상부로 유입되고, 하부로 배출된다.

이 과정에서 발생되는 기전력은 상기 냉각유체저장부(1091)와 비상냉각유체저장부(1030)를 연결하는 유체공급유로(1093)에 배치된 펌프유닛(1061a)과 충전부에 전달된다. 상기 펌프유닛(1061a)이 구동되면, 상기 냉각유체저장부(1091)에 저장되어 있던 냉각유체가 상기 비상냉각유체저장부(1030)로 공급되게 된다.

상기 비상냉각유체저장부(1030)에 저장되어 있는 냉각유체는 상기 열교환기(1020)로 공급되었다가 다시 회수되기는 하지만, 열교환하는 과정에서 온도가 높아진 냉각유체는 증발될 수 있다. 이러한 증발에 의해 상기 비상냉각유체저장부(1030)에 저장되어 있는 냉각유체의 수위가 낮아질 수 있다. 이러한 때에 상기 펌프유닛(1061a)이 구동되어, 상기 냉각유체저장부(1091)에 저장되어 있는 냉각유체를 상기 비상냉각유체저장부(1030)로 공급하게 되는 것이다.

또한, 상기 비상냉각유체저장부(1030)에 어느 정도 수위가 유지되고 있는 경우, 상기 충전부(1062)에 충분한 전력이 공급되어도, 관련 신호에 의해 상기 펌프유닛(1061a)이 구동되지 않도록 할 수 있다. 이는, 상기 펌프유닛(1061a)의 구동으로 상기 비상냉각유체저장부(1030)의 냉각유체가 넘치지 않도록 하기 위함이며, 이를 통해 상기 비상냉각유체저장부(1030)에 저장되어 있는 냉각유체의 유량을 오랜 시간 유지할 수 있어, 열교환할 수 있는 시간이 늘어날 수 있다.

상기 구성들 및 기타 구성의 작동은, 상술한 실시예들과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 설명을 생략하도록 한다.

도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전(1100)의 정상운전의 모습과 사고 시의 모습을 나타낸 개념도이다.

본 실시예에 따르는 피동잔열제거계통과 같은 피동안전계통 및 원전(1100)은, 급수유로(1172), 증기유로(1174), 격납부(1110) 외부에 배치되는 열교환기(1120), 상기 열교환기(1120)를 감싸도록 형성되는 덕트유닛(1129) 및 팬유닛(1161a)을 포함한다.

상기 열교환기(1120)는, 상기 격납부(1110) 외부에 배치되고, 상기 증기유로(1174)로부터 증기를 공급받고, 상기 급수유로(1172)로 상기 열교환기(1120)를 통과한 응축수를 배출할 수 있다.

또한, 상기 덕트유닛(1129)은, 외부의 대기 냉각유체가 상기 열교환기(1120) 하부로 유입되어 상기 열교환기(1120) 상부로 빠져나가도록 형성된다. 그리고, 덕트유닛(1129)은 상부로 가며 유로 넓이가 적어도 일부 좁아지도록 형성될 수 있다.

상기 팬유닛(1161a)은, 상기 덕트유닛(1129) 상부 내측에 배치되고, 상기 격납부(1110) 외부의 대기 냉각유체가 상기 덕트유닛(1129) 내부에서 더욱 빠르게 유동하도록 상기 덕트유닛(1129) 내부의 대기 냉각유체를 상부로 빠져나가도록 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 팬유닛(1161a)을 상기 덕트유닛(1129) 상부 내측에 배치하였으나, 원전의 특성에 따라 팬유닛(1161a)을 덕트유닛(1129)의 적절한 위치에 배치될 수 있다.

기타 구성들은 상술한 실시예들(특히 도 8)과 동일하거나 유사하므로 설명의 명료성을 위하여 설명을 생략하도록 하며, 이하, 사고 발생시 본 실시예에 따르는 피동안전계통의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기 열교환기(1120)는 격납부(1110) 외부에 배치된다. 상기 증기유로(1174)는 상기 열교환기(1120)의 상부와 직접 연결되어, 사고 발생 시, 상기 증기유로(1174)로부터 상기 열교환기(1120) 상부로 증기가 직접 유입된다. 그리고, 상기 열교환기(1120) 하부와 상기 급수유로(1172)가 바로 연결되어, 상기 열교환기(1120)를 통과한 증기는 상기 급수유로(1172)로 직접 배출되게 된다.

그리고, 상기 팬유닛(1161a)은 상기 덕트유닛(1129)의 상부에 배치되어, 상기 열교환기(1120)에 배치된 열전소자로부터 기전력을 공급받는 경우, 상기 덕트유닛(1129) 내부의 공기를 상기 덕트유닛(1129) 바깥으로 빠르게 배출할 수 있도록 구동된다. 이를 통해 상기 덕트유닛(1129) 하부로 유입되어 상기 열교환기(1120)에 유입되는 외부의 대기 냉각유체 유량이 늘어나게 되고, 상기 열교환기(1120)의 효율이 높아지게 된다.

이상에서 설명된 피동안전계통 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.

Claims (20)

1. 피동격납부냉각계통;
   플레이트 형태로 형성되고, 고온부유로 및 저온부유로를 구비하는 복수의 플레이트 유로를 포함하며, 밀폐된 격납부 내부에 배치되는 원자로냉각재계통 또는 이차계통에서 사고가 발생되는 경우, 상기 격납부 내부의 대기의 압력 또는 온도를 낮추도록, 상기 대기가 인입되어 열교환되고, 상기 격납부 내부 또는 외부 공간에 형성되는 열교환기;
   상기 대기가 흐르는 상기 고온부유로와 상기 대기와 열교환되는 냉각유체가 흐르는 상기 저온부유로 사이에 배치되며, 상기 사고 발생 시, 상기 고온부유로 및 저온부유로를 각각 흐르는 유체들 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자; 및
   상기 열전소자로부터 생산되는 전기를 공급받도록 상기 열전소자와 전기유로로 연결되며, 상기 격납부 내부 또는 외부의 유체를 이동시키도록 이루어지는 팬유닛 또는 펌프유닛을 포함하는 피동안전계통.
2. 제1항에 있어서,
   상기 팬유닛은,
   상기 열교환기에서 상기 대기 및 냉각유체의 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 열교환기를 통과하는 상기 대기 또는 냉각유체의 유량을 높이도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
3. 제2항에 있어서,
   상기 열교환기는 상기 격납부 내부의 대기가 직접 상기 열교환기 내부로 유입되도록, 상기 격납부 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
4. 제3항에 있어서,
   사고 발생시 상기 대기와의 열교환을 위해 상기 열교환기 내부로 유입되는 비상냉각유체가 저장되도록 이루어지는 비상냉각유체저장부; 및
   상기 비상냉각유체가 상기 열교환기의 내부로 유입되도록 상기 비상냉각유체저장부와 상기 열교환기를 연결하는 냉각유체유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
5. 제4항에 있어서,
   상기 팬유닛은,
   상기 원자로냉각재계통 또는 이차계통으로부터 배출되는 증기를 상기 열교환기 상부에서 상기 열교환기 내부로 용이하게 유입될 수 있도록, 상기 열교환기를 향해 상기 격납부 내부의 대기를 불어넣도록 형성되는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 팬유닛은,
   상기 격납부 외부에 배치되고, 상기 열교환기와 상기 격납부외부를 연결하는 외부대기냉각유체유로로 상기 격납부 외부의 대기 냉각유체를 상기 열교환기 내부로 유입시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
7. 제1항에 있어서,
   상기 열교환기는 상기 격납부 외부에 배치되고,
   상기 열교환기에 상기 격납부 내부의 대기를 유입할 수 있도록 상기 격납부를 관통하며 상기 격납부의 내부와 상기 열교환기를 연결하는 대기유입유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
8. 제7항에 있어서,
   상기 열교환기는,
   외부의 대기 냉각유체가 상기 열교환기 하부로 유입되어 상기 열교환기 상부로 빠져나가도록, 상기 열교환기 상부로 가며 유로 넓이가 적어도 일부 좁아지도록 형성되는 덕트유닛을 포함하고,
   상기 팬유닛은,
   상기 격납부 내부에 배치되고, 상기 열교환기 내부로 상기 격납부 내부의 대기를 유입시키도록 상기 대기유입유로 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
9. 제7항에 있어서,
   상기 열교환기는,
   외부의 대기 냉각유체가 상기 열교환기 하부로 유입되어 상기 열교환기 상부로 빠져나가도록, 상기 열교환기 상부로 가며 유로 넓이가 적어도 일부 좁아지도록 형성되는 덕트유닛을 포함하고,
   상기 팬유닛은,
   상기 덕트유닛 상부 또는 하부의 내측에 배치되고, 상기 격납부 외부의 대기 냉각유체가 상기 덕트유닛 내부에서 더욱 빠르게 유동하도록 상기 덕트유닛 내부의 대기 냉각유체를 상부로 빠져나가도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
10. 제7항에 있어서,
    사고 발생시 상기 대기와의 열교환을 위해 상기 열교환기 내부로 유입되는 비상냉각유체가 저장되도록 이루어지는 비상냉각유체저장부; 및
    상기 비상냉각유체가 상기 열교환기와 순환하는 순환유로를 더 포함하고,
    상기 팬유닛은,
    상기 격납부 내부에 배치되며, 상기 열교환기 내부로 상기 격납부 내부의 대기를 유입시키도록 상기 대기유입유로 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
11. 피동잔열제거계통;
    격납부 내부에 구비되는 증기발생기에 유체를 주입하는 유로를 형성하는 급수유로;
    상기 증기발생기로부터 증기가 배출되어 터빈계통으로 흘러가는 증기유로;
    플레이트 형태로 형성되고, 고온부유로 및 저온부유로를 구비하는 복수의 플레이트 유로를 포함하며, 밀폐된 격납부 내부에 배치되는 원자로냉각재계통 또는 이차계통에서 사고가 발생되는 경우, 상기 원자로냉각재계통 내부의 압력 또는 온도를 낮추도록, 상기 격납부 외부에 배치되고, 상기 증기유로로부터 증기를 공급받고, 상기 급수유로로 응축수를 배출하는 열교환기;
    상기 증기가 흐르는 상기 고온부유로와 상기 증기와 열교환되는 대기 냉각유체가 흐르는 상기 저온부유로 사이에 배치되며, 상기 사고 발생 시 고온부유로 및 저온부유로를 각각 흐르는 유체들 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자;
    외부의 대기 냉각유체가 상기 열교환기 하부로 유입되어 상기 열교환기 상부로 빠져나가도록, 상기 열교환기 상부로 가며 유로 넓이가 적어도 일부 좁아지도록 형성되는 덕트유닛; 및
    상기 열전소자로부터 생산되는 전기를 공급받도록 상기 열전소자와 전기유로로 연결되며, 상기 덕트유닛 상부 또는 하부의 내측에 배치되고, 상기 격납부 외부의 대기 냉각유체가 상기 덕트유닛 내부에서 더욱 빠르게 유동하도록 상기 덕트유닛 내부의 대기 냉각유체를 상부로 빠져나가도록 이루어지는 팬유닛을 포함하는 피동안전계통.
12. 제1항 또는 제11항에 있어서,
    상기 전기유로는,
    상기 전기유로상에 배치되고, 상기 열전소자로부터 발생되는 전기를 저장할 수 있도록 형성되고, 상기 팬유닛으로 전기를 공급하도록 이루어지는 충전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
13. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는 수랭식 또는 공랭식으로 형성되고,
    상기 펌프유닛은,
    상기 열교환기에서 상기 대기 및 비상냉각유체의 열교환이 원활하게 이루어지거나, 상기 대기의 온도를 낮출 수 있는 냉각유체를 이동시키도록 이루어지며,
    상기 열교환기에 배치된 상기 열전소자로부터 생산된 전기는 상기 펌프유닛을 통하여 격납부 내부에 냉각유체를 살수하거나, 냉각수를 안전계통에 주입하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
14. 제13항에 있어서,
    상기 대기와의 열교환을 위해 상기 열교환기 내부로 유입되는 비상냉각유체가 저장되도록 이루어지는 비상냉각유체저장부;
    상기 비상냉각유체가 상기 열교환기의 내부로 유입되도록 상기 비상냉각유체저장부와 상기 열교환기를 각각 연결하는 냉각유체유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
15. 제14항에 있어서,
    상기 펌프유닛은,
    상기 비상냉각유체가 상기 열교환기로 원활하게 유입될 수 있도록 상기 냉각유체유로상에 배치되고, 상기 비상냉각유체저장부로부터 상기 열교환기로 상기 비상냉각유체를 공급하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
16. 제14항에 있어서,
    상기 격납부에 인접하게 형성되고, 상기 격납부 내부의 온도를 낮춰줄 수 있는 냉각유체를 저장하는 냉각유체저장부; 및
    상기 격납부의 내부 상측에 형성되고, 상기 격납부 내부에 사고가 발생되는 경우 상기 냉각유체저장부로부터 상기 냉각유체를 공급받아 상기 격납부 내부로 상기 냉각유체를 살수하는 살수장치를 더 포함하고,
    상기 펌프유닛은,
    상기 냉각유체저장부 및 살수장치를 연결하는 유체공급유로 상에 배치되어, 상기 냉각유체를 상기 살수장치로 공급하는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
17. 제14항에 있어서,
    상기 격납부에 인접하게 형성되고, 상기 격납부 내부의 온도를 낮춰줄 수 있는 냉각유체를 저장하는 냉각유체저장부; 및
    상기 원자로냉각재계통의 사고 발생시, 상기 원자로냉각재계통 내부로 유체를 주입가능하게 형성되는 안전주입계통을 포함하고,
    상기 펌프유닛은,
    상기 안전주입계통 및 상기 냉각유체저장부를 연결하는 유체공급유로 상에 배치되어, 상기 안전주입계통이 상기 냉각유체를 상기 원자로냉각재계통 내부로 주입하도록 상기 냉각유체를 상기 안전주입계통으로 공급하게 형성되는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
18. 제14항에 있어서,
    상기 격납부에 인접하게 형성되고, 상기 격납부 내부의 온도를 낮춰줄 수 있는 냉각유체를 저장하는 냉각유체저장부를 더 포함하고,
    상기 펌프유닛은,
    상기 비상냉각유체저장부의 수위가 낮아지는 경우, 상기 냉각유체저장부에 저장된 냉각유체를 상기 비상냉각유체저장부에 유입되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
19. 원자로의 노심을 포함하는 원자로냉각재계통;
    증기발생기;
    사고 시 방사성 물질의 누출을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통을 감싸는 격납부;
    사고 시 상기 원자로냉각재계통 또는 이차계통으로부터 방출되는 증기에 의해 상기 격납부 내부의 압력이 상승하는 것을 억제하도록 형성되는 피동안전계통을 포함하고,
    상기 피동안전계통은,
    플레이트 형태로 형성되고, 고온부유로 및 저온부유로를 구비하는 복수의 플레이트 유로를 포함하며, 밀폐된 격납부 내부에 배치되는 원자로냉각재계통 또는 이차계통에서 사고가 발생되는 경우, 상기 격납부 내부의 대기의 압력 또는 온도를 낮추도록, 상기 대기가 인입되어 열교환되고, 상기 격납부 내부 또는 외부 공간에 형성되는 열교환기;
    상기 대기가 흐르는 상기 고온부유로와 상기 대기와 열교환되는 냉각유체가 흐르는 상기 저온부유로 사이에 배치되며, 상기 사고 발생 시, 상기 고온부유로 및 저온부유로를 각각 흐르는 유체들 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자; 및
    상기 열전소자로부터 생산되는 전기를 공급받도록 상기 열전소자와 전기유로로 연결되며, 상기 열교환기에서 상기 대기 및 냉각유체의 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 열교환기를 통과하는 상기 대기 또는 냉각유체의 유량을 높이도록 이루어지는 팬유닛을 포함하는 원전.
20. 원자로의 노심을 포함하는 원자로냉각재계통;
    증기발생기;
    사고 시 방사성 물질의 누출을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통을 감싸는 격납부;
    사고 시 상기 원자로냉각재계통 또는 이차계통으로부터 방출되는 증기에 의해 상기 격납부 내부의 압력이 상승하는 것을 억제하도록 형성되는 피동안전계통을 포함하고,
    상기 피동안전계통은,
    플레이트 형태로 형성되고, 고온부유로 및 저온부유로를 구비하는 복수의 플레이트 유로를 포함하며, 밀폐된 격납부 내부에 배치되는 원자로냉각재계통 또는 이차계통에서 사고가 발생되는 경우, 상기 격납부 내부의 대기의 압력 또는 온도를 낮추도록, 상기 대기가 인입되어 열교환되고, 상기 격납부 내부 또는 외부 공간에 형성되는 열교환기;
    상기 대기가 흐르는 상기 고온부유로와 상기 대기와 열교환되는 비상냉각유체가 흐르는 상기 저온부유로 사이에 배치되며, 상기 사고 발생 시, 상기 고온부유로 및 저온부유로를 각각 흐르는 유체들 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 상기 열교환기에 배치되는 열전소자;
    상기 대기와의 열교환을 위해 상기 열교환기 내부로 유입되는 비상냉각유체가 저장되도록 이루어지는 비상냉각유체저장부;
    상기 비상냉각유체가 상기 열교환기의 내부로 유입되도록 상기 비상냉각유체저장부와 상기 열교환기를 각각 연결하는 냉각유체유로; 및
    상기 열전소자로부터 생산되는 전기를 공급받도록 상기 열전소자와 전기유로로 연결되며, 상기 열교환기에서 상기 대기 및 비상냉각유체의 열교환이 원활하게 이루어지거나, 상기 대기의 온도를 낮출 수 있는 유체를 이동시키도록 이루어지는 펌프유닛을 포함하는 원전.

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