KR101722513B1 - 냉각탑 수조 냉각시스템 및 냉각방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 냉각탑에 설치된 냉각 팬(3)이 작동이 정지되는 경우에 냉각탑 내 수조의 물을 냉각시키는 냉각탑 수조 냉각시스템 및 냉각방법에 관한 것으로서, 냉각탑 수조(10)에 설치되는 냉각탑 수조 열교환기(12)와, 상기 냉각탑 수조 열교환기(12)에 연결 설치되는 공기분리기(14)와, 상기 공기분리기(14)의 일측에 연결 설치되는 냉각탑 냉수보충장치(16)와, 상기 공기분리기(14)의 타측에 연결 설치되는 냉각탑 냉수펌프(18)와, 상기 냉각탑 냉수펌프(18)에 일측이 연결 설치되며 타측은 상기 냉각탑 수조 열교환기(12)에 연결되는 냉각탑 냉동기(20)로 이루어짐으로써, 최종열침원 냉각탑 냉각 팬(3)의 기능이 상실되어도 냉각탑 수조의 냉각수로 1차측 기기냉각 기능이 유지됨으로써, 원자력발전소 최종열침원의 공통원인고장(CCF)으로 인한 노심손상을 줄일 수 있으므로 원자력발전소의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 냉각탑 수조 냉각시스템 및 냉각방법을 제공하고자 한다.
Description
본 발명은 냉각탑 수조 냉각시스템 및 냉각방법에 관한 것으로, 특히 냉각탑에 설치된 냉각팬이 정지되는 경우에 냉각탑 내 수조의 물을 냉각시키는 냉각탑 수조 냉각시스템 및 냉각방법에 관한 것이다.
일반적으로 원자력발전소에서 최종열침원(Ultimate Heat Sink)은 원자력발전소내 기기들로부터 발생하는 열을 최종적으로 제거하는 기능을 수행한다.
원자력발전소 1차기기 해수계통(ESWS: Essential Service Water System)은 1차기기냉각수(CCWS: Component Cooling Water System)계통과 연결되어 1차기기냉각수열교환기에서 1차측기기들의 열부하를 제거한다.
그리고, 상기 1차기기해수계통의 열은 궁극적으로 최종열침원에서 제거된다.
국내 원자력발전소의 경우 전 원자력발전소가 해안근처에 위치하고 있어서, 최종열침원으로 해수가 사용되지만, 미국 및 유럽 등 해외 많은 국가의 내륙에 위치한 원자력발전소에서는 최종열침원으로 냉각탑(Cooling Tower)을 사용하고 있으며, 미국 사업자요건서(Utility Requirements Document)에도 최종열침원으로 냉각탑 사용을 권장하고 있다.
여기서, 상기 냉각탑은 냉각수를 자연낙하 또는 강제낙하시켜 공기와의 접촉을 통해서 냉각수의 열을 제거하는 방식으로 구동된다.
자연통풍식(Natural Draft Type) 냉각탑은 별도의 냉각팬을 사용하지 않고 냉각수를 냉각시키는 반면, 기계통풍식(Mechanical Draft Type) 냉각탑은 모터로 구동되는 팬으로 냉각수의 열을 제거하는 방식이다.
여기서, 상기한 기계통풍식 냉각탑은 자연통풍식 냉각탑에 비해서 효율이 좋고, 냉각탑의 크기를 줄일 수 있으므로, 최근 원자력발전소 설계에 많이 적용되는 방식이다.
또한, 상기 기계통풍식 냉각탑은 고장에 대비하여 냉각탑의 모터구동 팬의 수가 다중(Redundancy)으로 설계되어 있다.
그러나, 상기한 기계통풍식 냉각탑은 공통원인에 의한 다중고장(Common Cause Failure)에 대한 대안이 없는 실정이다.
다중으로 설계된 원자력발전소 냉각탑 팬의 공통원인고장(CCF)을 고려할 때, 설계 다양성(Diversity) 측면에서 냉각탑에서 냉각수를 팬이 아닌 다른 방식으로 냉각수를 냉각시킬 수 있는 방법을 고려할 필요성이 있다.
특히, 냉각탑에 설치된 냉각팬이 고장 등으로 기능을 상실하면 냉각수는 냉각되지 않은 상태로 냉각탑 수조에 저장되고, 냉각탑은 결국 최종열침원의 기능을 상실하게 될 것이다.
등록실용신안 20-0412321(등록일: 2006.03.20)
공개실용신안 20-2008-0002654(공개일: 2008.07.16)
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 냉각탑 수조에 배관형태의 열교환기를 설치하여, 냉각탑 수조 내 물의 온도를 감소시키고, 냉각탑 수조 내 열교환은 냉각탑 외부에 설치된 냉각탑 냉동기에 의해서 이루어지며, 상기 냉각탑 냉동기는 폐회로이며, 냉각탑 수조 내에 설치된 열교환기 배관에는 냉수가 흐르며, 냉각탑 냉동기와 연결되어 열이 최종적으로 제거되며, 필요시 냉각탑 냉수시스템의 냉수는 냉각탑 냉수보충장치로 보충될 수 있도록 한 냉각탑 수조 냉각시스템 및 냉각방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템은 냉각탑 수조에 설치되는 냉각탑 수조 열교환기와; 상기 냉각탑 수조 열교환기에 연결 설치되는 공기분리기와; 상기 공기분리기의 일측에 연결 설치되는 냉각탑 냉수보충장치과; 상기 공기분리기의 타측에 연결 설치되는 냉각탑 냉수펌프와; 상기 냉각탑 냉수펌프에 연결 설치되는 냉각탑 냉동기로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각방법은 냉각탑 수조 열교환기에 냉수를 공급하고, 공급된 냉수는 냉각탑 수조를 지나는 동안 온도가 상승되며, 온도가 상승된 냉수는 냉각탑 수조 열교환기에 연결된 공기분리기를 통과한 후, 상기 공기분리기에 연결된 냉각탑 냉수펌프에 의해서 냉각탑 냉동기와 증발기로 이동하고, 상기 냉각탑 냉동기에 의해서 냉각된 냉수는 냉각탑 수조 열교환기로 유입되는 한편, 상기 공기분리기에 연결된 냉각탑 냉수보충장치에 의해서 냉각수의 보충이 이루어지도록 함을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템 및 냉각방법은 최종열침원 냉각탑 팬의 기능이 상실되어도 냉각탑 수조의 냉각수로 1차측 기기냉각 기능을 유지할 수 있다.
즉, 냉각탑 수조의 냉각수는 냉각탑 냉동기에 의해서 냉각되고, 상기 냉각탑 냉동기에서 최종적으로 열침원된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템 및 냉각방법은 원자력발전소 최종열침원의 공통원인고장(CCF)으로 인한 노심손상을 줄일 수 있으므로 원자력발전소의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템을 도시한 계통도,
도 2는 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템의 냉각탑 냉동기를 도시한 계통도,
도 3은 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템의 냉각탑 냉수보충장치을 도시한 계통도.
도 2는 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템의 냉각탑 냉동기를 도시한 계통도,
도 3은 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템의 냉각탑 냉수보충장치을 도시한 계통도.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템은 냉각탑(1)에 설치되는 냉각탑 수조 열교환기(12)와, 상기 냉각탑 수조 열교환기(12)에 연결 설치되는 공기분리기(14)와, 상기 공기분리기(14)의 일측에 연결 설치되는 냉각탑 냉수보충장치(16)과, 상기 공기분리기(14)의 타측에 연결 설치되는 냉각탑 냉수펌프(18)와, 상기 냉각탑 냉수펌프(18)에 연결 설치되는 냉각탑 냉동기(20)로 이루어진다.
여기서, 상기 냉각탑 수조 열교환기(12)는 튜브형 배관으로 구성된다.
그리고 도 1에 도시된 바와 같이 상기 냉각탑(1)에는 냉각탑(1) 내부에 노즐과 냉각 팬(3)이 설치되어, 노즐에서 분사되는 물에 상기 냉각 팬(3)으로 바람을 송풍시켜 노즐에서 분사되는 물을 냉각시키고, 상기 냉각 팬(3)으로 냉각된 물을 냉각탑 외부의 냉각수 수요처로 방출시키는 공급펌프가 구비된다.
이때 상기 냉각 팬(3)이 고장이 발생되어 냉각탑(1) 하부에 침적되는 냉각수의 온도가 상승되는 경우에 상기 열교환기(12), 공기분리기(14), 냉수보충장치(16), 냉각탑 냉수펌프(18), 냉각탑 냉동기(20)가 가동될 수 있다.
즉 열교환기(12), 공기분리기(14), 냉수보충장치(16), 냉각탑 냉수펌프(18), 냉각탑 냉동기(20), 냉각탑 내에 설치되어 물이 분사되는 노즐(미도시), 상기 냉각탑 내에 설치되어 상기 노즐에서 분사되는 물에 바람을 송풍시켜 냉각시키는 냉각 팬(3) 및 냉각 팬(3)으로 냉각된 물을 냉각탑 외부의 냉각수 수요처로 방출시키는 펌프로 이루어지는 냉각탑 수조 냉각시스템은 도 1에 도시된 노즐, 냉각 팬(3), 공급펌프로 이루어지는 냉각계통에 고장이 발생될 경우를 대비하여 설치되는 보조 냉각 시스템으로 사용될 수 있는 것이다.
특히 냉각 팬(3)이 고장날 경우에 상기 열교환기(12), 공기분리기(14), 냉수 보충장치(16), 냉각탑 냉수펌프(18), 냉각탑 냉동기(20)가 가동됨을 특징으로 한다.
특히 냉각 팬(3)이 고장날 경우에 상기 열교환기(12), 공기분리기(14), 냉수 보충장치(16), 냉각탑 냉수펌프(18), 냉각탑 냉동기(20)가 가동됨을 특징으로 한다.
이때 열교환기(12) 내부에는 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서(미도시)가 구비되고, 상기 온도센서(미도시)의 온도가 허용수치를 초과할 경우에 자동으로 상기 열교환기(12), 공기분리기(14), 냉수보충장치(16), 냉각탑 냉수펌프(18), 냉각탑 냉동기(20)를 가동시키는 제어부가 더 구비될 수 있다.
한편, 냉각탑 냉동기(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 증발기(202), 압축기(204) 응축기(206), 팽창밸브(208)로 이루어질 수 있다. 그리고 증발기(202), 압축기(204) 응축기(206), 팽창밸브(208)는 냉매관으로 연결되어 순환구조를 이루며, 냉매관 내부에는 냉매가 순환된다.
이때 냉각탑 냉수펌프(18)로부터 이송되는 물은 도 2에 도시된 증발기(202)로 들어가서 냉매에 열을 전달시켜서 냉매를 증발시키고, 냉매에 열을 뺏긴 물은 다시 증발기(202)를 빠져나와 냉각탑(1) 내부의 열교환기(12)로 들어가게 된다.
한편, 도 1에 도시된 냉수보충장치(16)는 도 3과 같은 구성으로 이루어질 수 있다.
여기서 도 3에 도시된 바와 같이 냉각수의 보충이 필요할 경우 확실하게 냉각수가 공급될 수 있도록 냉각수의 공급처를 소화수 탱크(162), 보조 공급수 저장 탱크(164), 이동식 물탱크(167)의 세 군데로 분산시켜서 어느 한 군데의 냉각수 공급이 원활하지 않을 경우라도 냉각수 공급이 이루어질 수 있도록 구성된다.
또한 질소 압력 탱크(168)가 추가적으로 구비되어 냉각수가 공급될 수 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각방법에 대해 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각방법은 냉각탑 수조 열교환기(12)에 냉수를 공급하고, 공급된 냉수는 냉각탑(1)을 지나는 동안 온도가 상승되며, 온도가 상승된 냉수는 냉각탑 수조 열교환기(12)에 연결된 공기분리기(14)를 통과한 후, 상기 공기분리기(14)에 연결된 냉각탑 냉수펌프(18)에 의해서 냉각탑 냉동기(20)와 냉각탑 냉동기(20) 내부의 증발기(202)로 이동하고, 상기 냉각탑 냉동기(20)에 의해서 냉각된 냉수는 냉각탑 수조 열교환기(12)로 유입되는 한편, 상기 공기분리기(14)에 연결된 냉각탑 냉수보충장치(16)에 의해서 냉각수의 보충이 이루어지도록 한다.
이하, 위에서 설명한 구성으로 이루어지는 냉각탑 수조 냉각시스템을 이용하여 냉각탑의 팬에 이상이 발생될 경우를 대비한 냉각탑 수조 냉각방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템을 도시한 계통도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 안전/비안전 1차기기에서 발생된 열은 1차기기냉각수열교환기에서 제거되고, 냉각탑에서 최종적으로 열침원된다.
상기 냉각탑(1)은 분무를 위한 노즐(2), 냉각 팬(3), 냉각탑 수조(10) 등으로 구성되는데 본 발명에서는 냉각탑에 설치된 냉각 팬(3)이 작동하지 않을 경우를 상정하여, 냉각탑 수조의 냉각수 온도를 1차기기냉각수 열교환기의 저온측 요구온도까지 감소시킬 수 없다..
이를 해결하기 위해 냉각탑(1)에 별도의 냉각탑 수조 열교환기(12)를 설치한다. 상기 냉각탑 수조 열교환기(12)는 튜브형 배관으로 구성되며, 튜브형 배관으로 냉수가 흐른다. 이러한 튜브형 배관을 통해 냉각탑(1)을 냉수가 지나는 동안 온도가 상승된 냉수는 공기분리기를 통과한 후, 냉각탑 냉수펌프에 의해서 냉각탑 냉동기와 증발기로 이동한다.
도 2는 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템의 냉각탑 냉동기를 도시한 계통도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 냉각탑 냉동기는 일반적인 냉동기와 같은 방식으로 구성되고, 공랭식콘덴서가 사용된다. 냉각탑 냉동기에 의해서 냉각된 냉각탑 냉수는 다시 냉각탑 열교환기 튜브 측으로 유입된다.
냉각탑 냉동기의 냉수는 증발 및 누설 등으로 소모될 수 있으므로 냉각탑 냉수보충장치이 필요하다.
도 3은 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템의 냉각탑 냉수보충장치(16)를 도시한 계통도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 냉각탑 냉수보충장치(16)는 냉각수의 보충이 필요할 경우 확실하게 냉각수가 공급될 수 있도록 냉각수의 공급처를 소화수 탱크(162), 보조 공급수 저장 탱크(164), 이동식 물탱크(167)의 세 군데로 분산시켜서 어느 한 군데의 냉각수 공급이 원활하지 않을 경우라도 냉각수 공급이 이루어질 수 있도록 구성된다.
또한 질소 압력 탱크(168)가 추가적으로 구비되어 냉각수가 공급될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템 및 냉각방법은 최종열침원 냉각탑 냉각 팬(3)의 기능이 상실되어도 냉각탑 수조의 냉각수로 1차측 기기냉각 기능을 유지할 수 있다. 즉, 냉각탑 수조의 냉각수는 냉각탑 냉동기에 의해서 냉각되고, 상기 냉각탑 냉동기에서 최종적으로 열침원된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 냉각탑 수조 냉각시스템 및 냉각방법은 원자력발전소 최종열침원의 공통원인고장(CCF)으로 인한 노심손상을 줄일 수 있으므로 원자력발전소의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 작용효과가 있다.
1: 냉각탑 2: 노즐
3: 냉각 팬
12: 냉각탑 수조 열교환기 14: 공기분리기
16: 냉각탑 냉수보충장치 18: 냉각탑 냉수펌프
20: 냉각탑 냉동기 S: 냉각탑 수조 냉각시스템.
3: 냉각 팬
12: 냉각탑 수조 열교환기 14: 공기분리기
16: 냉각탑 냉수보충장치 18: 냉각탑 냉수펌프
20: 냉각탑 냉동기 S: 냉각탑 수조 냉각시스템.
Claims (6)
- 냉각탑 수조(10)에 설치되는 냉각탑 수조 열교환기(12)와;
상기 냉각탑 수조 열교환기(12)에 연결 설치되는 공기분리기(14)와;
상기 공기분리기(14)의 일측에 연결 설치되는 냉각탑 냉수보충장치(16)와;
상기 공기분리기(14)의 타측에 연결 설치되는 냉각탑 냉수펌프(18)와;
상기 냉각탑 냉수펌프(18)에 일측이 연결 설치되며 타측은 상기 냉각탑 수조 열교환기(12)에 연결되는 냉각탑 냉동기(20)와;
상기 냉각탑 내에 설치되어 물이 분사되는 노즐과;
상기 냉각탑 내에 설치되어 상기 노즐에서 분사되는 물에 바람을 송풍시켜 냉각시키는 냉각 팬(3); 및
상기 냉각 팬(3)으로 냉각된 물을 냉각탑 외부의 냉각수 수요처로 방출시키는 펌프로 이루어지되,
상기 냉각 팬(3)이 고장날 경우 상기 열교환기(12), 공기분리기(14), 냉수 보충장치(16), 냉각탑 냉수펌프(18), 냉각탑 냉동기(20)가 가동됨을 특징으로 하는 냉각탑 수조 냉각시스템. - 제1항에 있어서,
상기 냉각탑 수조 열교환기(12)는 튜브형 배관으로 이루어짐을 특징으로 하는 냉각탑 수조 냉각시스템. - 냉각탑 수조 열교환기(12)에 냉수를 공급하고, 공급된 냉수는 냉각탑 수조(10)를 지나는 동안 온도가 상승되며, 온도가 상승된 냉수는 냉각탑 수조 열교환기(12)에 연결된 공기분리기(14)를 통과한 후, 상기 공기분리기(14)에 연결된 냉각탑 냉수펌프(18)에 의해서 냉각탑 냉동기(20)와 증발기(202)로 이동하고, 상기 냉각탑 냉동기(20)에 의해서 냉각된 냉수는 냉각탑 수조 열교환기(12)로 유입되는 한편, 상기 공기분리기(14)에 연결된 냉각탑 냉수보충장치(16)에 의해서 냉각수의 보충이 이루어지되,
상기 냉각탑에는 냉각탑 내부에 노즐과 냉각 팬(3)이 설치되어, 노즐에서 분사되는 물에 상기 냉각 팬(3)으로 바람을 송풍시켜 노즐에서 분사되는 물을 냉각시키고, 상기 냉각 팬(3)으로 냉각된 물을 냉각탑 외부의 냉각수 수요처로 방출시키는 펌프가 구비되며,
상기 냉각 팬(3)이 고장날 경우에 상기 열교환기(12), 공기분리기(14), 냉수 보충장치(16), 냉각탑 냉수펌프(18), 냉각탑 냉동기(20)가 가동됨을 특징으로 하는 냉각탑 수조 냉각방법. - 제3항에 있어서,
상기 냉각탑 수조 열교환기(12)는 튜브형 배관으로 이루어짐을 특징으로 하는 냉각탑 수조 냉각방법. - 삭제
- 제3항에 있어서,
상기 열교환기(12) 내부에는 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서가 구비되어, 온도센서의 온도가 허용수치를 초과할 경우에 자동으로 상기 열교환기(12), 공기분리기(14), 냉수보충장치(16), 냉각탑 냉수펌프(18), 냉각탑 냉동기(20)를 가동시키는 것을 특징으로 하는 냉각탑 수조 냉각방법.
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| KR1020150093621A KR101722513B1 (ko) | 2015-06-30 | 2015-06-30 | 냉각탑 수조 냉각시스템 및 냉각방법 |
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