KR101841617B1 - 격납 용기 및 압력 완화 시스템을 갖는 원자력 발전소 - Google Patents

격납 용기 및 압력 완화 시스템을 갖는 원자력 발전소 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 수소(H2) 및/또는 일산화탄소(CO)의 방출과 동시에 격납 용기(4) 내 상당한 압력 증가가 있는 중대한 시나리오의 특히 신뢰성 있는 관리의 방법으로, 격납 용기(4)를 보유하고 상기 격납 용기(4)를 관통하며 차단 밸브(14)에 의해 밀폐될 수 있고, 차단 밸브(14)가 개방 시 완화 동작 동안 압력 완화 유동이 흐를 수 있는 적어도 하나의 압력 완화선(10)을 보유하는 원자력 발전소(2)를 개선하는 것이다. 이러한 목적으로, 본 발명에 따르면, 격납 용기(4) 내부에 위치한 가스 유동 처리 장치(24)가, 입구 측 상의 각각의 상기 압력 완화선(10)으로부터 상류에 제공되고, 측면 케이스(28)에 의해 밀폐되고 하부 유입 개구부(30) 및 상부 유출입 개구부(32)를 갖는 굴뚝 형상의 유동 덕트(26)를 포함하고, 상기 유동 덕트(26) 내부의 상기 하부 유출입 개구부(32) 상에 배치되고, 수소(H2) 및/또는 일산화탄소(CO)를 제거하기 위한 제1 촉매 요소 그룹(34), 상기 격납 용기(4) 내 수소(H2) 및/또는 일산화탄소(CO)의 방출의 중대한 오류 또는 비상 사태의 경우에 상기 제1 촉매 요소 그룹(34) 상에 및 상기 케이스(28) 내 상기 상부 유출입 개구부(32) 아래에 배치되는 유입구(22)를 보유하는 상기 압력 완화선(10), 상기 완화 작업 이전의 대류 작업 동안, 상기 차단 밸브(14)가 닫힐 때 자연 대류의 원리에 의해 상기 격납 용기(4) 내 존재하는 혼합 가스가 상기 유동 덕트(26)의 하부에서 상부로 흐르고, 완화 작업 동안 상기 혼합 가스가 강제 오버플로우의 원리에 의해 아래에서 및 바람직하게 위에서도, 상기 유동 덕트(26)로 흘러들어오고 상기 압력 완화선(10)을 통해 압력 완화 유동으로서 흘러 나간다.

Description

격납 용기 및 압력 완화 시스템을 갖는 원자력 발전소{NUCLEAR PLANT WITH A CONTAINTMENT SHELL AND WITH A PRESSURE RELIEF SYSTEM}
본 발명은 격납 용기(containment shell)를 보유하고, 격납 용기를 관통하고 차단 밸브에 의해 밀폐될 수 있는, 그리고 차단 밸브가 개방 시 완화 작업(relief operation) 동안 압력 완화 유동(pressure relief flow)이 흐를 수 있는 적어도 하나의 압력 완화선(pressure relief line)을 보유하는 원자력 발전소에 관한 것이다.
핵발전소의 장애 및 비상 상황 동안, 비교적 많은 양의 수소 및 일산화탄소 및 수증기가 컨테이너, 제한 또는 격납 용기로 알려진 안전 컨테이너로 방출될 수 있고, 격납 용기는 내부의 대기를 외부 환경으로부터 밀봉하여 차폐한다.
대응책이 없다면, 몇몇 환경들에서 가연성 기체들이 격납 용기 대기 내에 폭발할 수 있는 혼합물을 형성할 정도로 축적되는 것이 가능하다. 더욱이, 특히 수증기가 냉각 회로로부터 방출되면, 격납 용기의 압력 스펙을 넘는 과도한 압력이 발행할 수 있다.
많은 원자력 발전소들에서, 비상 상황에 수소를 제거하고 과도한 압력을 제한하며 격납고의 압력을 완화시키기 위한 다양한 시스템들이 이미 설치되었다. 일반적으로, 이런 형태의 시스템들은 다른 것들과 독립적으로 운전되도록 디자인되고, 구성되며 설치된다.
이와 관련하여, 선행 기술은 구성에 따라 촉매 재결합기(catalytic recombiner)로도 알려진 예시적인 촉매 요소를 포함하는데, 이는 촉매 반응되는, 무염의(flameless), 발열 반응에서 산소(O2) 기체의 유동에 포함된 수소(H2)를 재결합시켜 물(수증기)(H2O)을 형성한다. 이는 일산화탄소(CO)와 산소(O2)를 재결합하여 이산화탄소(CO2)를 형성하는 것에도 적용된다. H2/CO의 효과적인 제거 및 수용할 수 없는, 국부적으로 임계적인 농도를 방지하기 위해, 일반적으로 많은 재결합기들이 격납고 전반에 걸쳐 배치된다.
더욱이, 환기 시스템들은 과도한 압력 상태가 격납고 대기를 자연환경으로 방출시킴으로써 관리가능해질 수 있는 것으로 알려져 있다. 격납고의 과도한 압력 그 자체에 의해 구동되는 패시브 시스템이 선호된다. 그러나, 전기적으로 구동되는 컨베이어 팬 등에 의해 격납고로부터 압력 완화 유동이 활성화되거나 일으켜지는 압력 완화 유동의 변종들 또한 있다.
모든 변종들은, 격납 용기를 관통하고 적어도 하나의 차단 밸브에 의해 원자력 발전소의 일반적인 작업 동안 밀폐되는 압력 완화선을 보유한다. 희망하는 압력 완화를 위해, 과도한 압력 상태인 가스/기체 혼합물이 격납고로부터 압력 완화선을 통해 외부로 흐를 수 있도록 각각의 차단 밸브는 개방되고, 일반적으로 여러 단계의 필터링, 정화, 건조 후에 자연환경으로 배출되어 방사성으로 오염된 액체, 입자, 에어로졸(aerosol)을 유지한다.
특정한 시나리오에서, 현저한 압력 증가를 동반한 상당한 H2 및/또는 CO 형성이 가능하고, 격납고의 조기 압력 완화(early pressure relief)를 수반한다. 이러한 조기 압력 완화의 결과로, 격납고 내의 H2/CO 제거를 위한 수단들이 완전한 효과를 얻지 못할 것이라고 생각할 수 있다.
그러므로, 바람직하지 않은 경우에서, 요컨대 환기 가스 유동, 통기 유동 또는 환기 유동으로 알려진 압력 완화 유동의 증기/기체 대기에 점화성의 H2/CO 농도가 존재하는 것으로 가정되어야 한다. 만약 그 후 환기 가스가 비온도 제어(non-temperature controlled)되는 파이프라인 및 필터링 장치를 지나간다면, 결과적인 증기 압축은 인화성 가스의 그 이상의 농도 증가 -예를 들어 두 배- 로 이어진다. 그 결과, 점화성 및 심지어 폭발할 수 있는 혼합물이 형성될 수 있고, 이는 배출 및 유지 장치의 완전성을 위험에 처하게 할 수 있어 만약 발생하도록 둔다면 매우 바람직하지 않은 환경 오염 및 공해로 이어질 수 있다.
환기 시스템들은 따라서, 예를 들어 초기 압축을 막기 위해 영구적으로 가열되거나, 또는 사전의 격납고 내의 H2 제거 후에 동작하도록 설정된다. 격납고 내 재결합기 시스템들은 따라서 동력 면에서 복수의 재결합기들을 이용하여 조기 H2 제거가 일어나도록 구성되고, 생각할 수 있는 많은 비상 시나리오에서 압력 완화가 시작하기 전에, 거의 H2를 포함하지 않는 대기가 얻어질 수 있다. 뿐만 아니라, 재결합기들은 지금까지 대부분 주 대류 경로 내에 배열되었다. 전형적으로, 많은 수의, 예를 들어 20 내지 100 개 또는 그 이상의 재결합기가 제공되어, 본 명세서에서 기체 교환 수로 지칭되는, 시간당 격납고 대기 내 전체 부피의 0.3 내지 0.6 또는 그 이상의 전체 관류 동력을 발생시킨다. 그러므로 예를 들어 50,000 내지 70,000 m3의 격납고 부피에 대하여 15,000 내지 40,000 m3/시간 또는 그 이상의 재결합기 처리량 동력이 요구된다. 그럼에도 불구하고, 전술한 중대한 시나리오에서 환기가 제안되기 전에는 H2제거가 적절한 시기에 항상 보장되지 않을 수 있다.
본 발명의 목적은, 그러므로 수소 및/또는 일산화탄소의 방출과 동시에 격납 용기 내에 상당한 압력 증가가 있는 중대한 시나리오의 특히 안정적인 관리를 위한 최초 언급된 형태의 원자력 발전소를 제공하는 것이다. 특히, 격납 용기로부터 나가는 압력 완화선 및 이에 연결된 장치들 및 보조시스템에서의 빠른 폭연(deflagration) 또는 심지어 폭발로 이어질 수 있는 폭발성 가스 혼합물의 발생 또는 축적의 대책이 마련된다.
이 목적은 본 발명에 따른 청구항 1의 특징에 의해 달성된다.
따라서, 가스 유동(gas flow) 처리 장치, 격납 용기 내 위치한, 입구 측 상의 각각의 압력 완화선으로부터 상류에 제공되고, 측면 케이스(lateral casing)에 의해 밀폐되고 하부 유입 개구부(lower inflow opening) 및 상부 유출입 개구부(upper inflow and outflow opening)를 갖는 굴뚝(chimney) 형태의 유동 덕트(flow duct)를 포함하고, 수소 및/또는 일산화탄소를 제거하기 위한 촉매 요소(catalytic element)의 제1 그룹 또는 재결합기(recombiners)가 유동 덕트 상에 또는 하부 유입 개구부 영역 내에 배치되고, 압력 완화선은 제1 촉매 요소 그룹 상에 및 케이스 내 상부 유출입 개구부 아래에 배치되는 유입구(inlet mouth)를 보유하고, 수소 및/또는 일산화탄소 방출의 오류의 경우에, 완화 작업 이전의 대류 작업 동안, 차단 밸브(shut-off valve)가 닫힐 때 격납 용기 내 존재하는 혼합 가스가 자연 대류(natural convection)의 원리에 의해 유동 덕트 아래에서 위로 흐르고, 완화 작업 동안 아래에서, 바람직하게 위로부터도, 가스 혼합물이 강제 오버플로우(forced overflow)의 원리에 의해 유동 덕트로 흘러 들어오고 압력 완화선을 통해 압력 완화 유동이 흘러나간다.
본 설명은 첨부 도면들을 고려하여 읽혀지는 이하의 상세한 설명으로부터 보다 양호하게 이해될 것이다:
도 1은 격납 용기를 보유하고 격납 용기를 위한 압력 완화 시스템을 보유한, 제1 작동 상태의 원자력 발전소의 세부 사항이다.
도 2는 도 1의 압력 완화 시스템의 제2 동작 상태의 세부 사항이다.
도 3은 도 1 및 2에 따른 압력 완화 시스템의 부품으로서, 촉매 재결합기를 갖춘 처리 장치 및 압력 완화 유동을 위한 하류 냉각 장치(downstream colling device)의 투시도이다.
유사하거나 기능적으로 동등한 부분은 모든 도면에서 동일한 참조 부호가 제공된다.
가스 유동 및 가스 혼합물의 용어는 현저한 증기 비율 또는 액체 비율이 이에 함유된 상황 또한 포함하며, 가스/증기 혼합물 또는 유체 유동(fluid flow)(과 같은 좀더 일반적인 경우를 생략된 방식으로 포함한다. 이러한 규약은 후술할 내용에도 적용된다. 차단 밸브는 모든 형태의 차단 부품을 대표한다.
본 발명은 압력 완화선 및 이에 연결된 부품 내 폭발성 가스 혼합물의 발생 또는 축적을 시스템적으로 사전에 방지하고자 하는 사상에 기반한다. 이러한 시스템 부품들에서 응축액(condensate) 형성에 대항하지만, 오류에 취약하고 복잡한 장비를 요하는 가열 시스템을 생략할 수 있게 하도록, 압력 완화선의 입구 영역에서의, 가능하다면 완화 작업의 시작점에서부터 압력 완화 유동(환기 가스 유동)의 상응하는 낮은 H2 및 CO 농도가 있어야 한다. 이는 전술한 방식의 압력 완화선의, 수소 및/또는 일산화탄소의 촉매 제거를 위해 구성된, 특히 PARs(수동 자기촉매 재결합기)와 같은 재결합기가, 배출선(withdrawl connector)으로도 알려진 유입구로부터 직접적으로 상류에 위치되는 놀랍도록 간단한 방식으로 얻어질 수 있다.
압력 완화선의 유입구로부터 유동 덕트 상류를 배치하고 형성함으로써, 두 개의 작업 모드들 및 이러한 모드들 간의 이행이 특히 바람직한 방식으로 촉진된다: 특히, 완화 작업 직전의 작업 단계에서, H2/CO 농도가 증가함에 따라, 압력 완화선이 여전히 밀폐되어 있는 동안 하부 굴뚝 끝에서의 외풍 효과(draught effect) 및 발열성 재결합 반응(exothermic recombination reaction)에 의해 증가된 촉매 온도에 의해 유동 덕트 내 하단에서 상단까지 자연 대류 유동이 발생한다. 결과적으로, 재결합기는 차후의 완화작업에 필요한 작업 온도까지 어느 정도 예열된다. 뿐만 아니라, 대류는 설치 영역 내의 대기 순환을 -공간의 H2 제거 또한- 촉진시킨다. 완화 작업은 압력 완화선의 차단 밸브를 개방함으로써 시작된다. 내부 격납고(containment)로부터 외부 환경까지 압력 구배(pressure gradient)의 결과로, 격납고 내의 가스 혼합물은 이제 전형적으로 굴뚝 양쪽 끝으로부터 -다시 말하면 상단 및 하단으로부터- 강제 오버플로우의 방식으로 유동 덕트로 흘러 들어간다. 높은 H2/CO 농도의 격납고 내에서, 굴뚝의 측면 케이스는 대각선 위 또는 수평으로 부는 수직 "하강 기류"에 대하여 방벽을 형성하고, 하강 기류가 압력 완화선의 유입구로 직접적으로 들어가는 것을 막는다.
구성의 특수한 경우로, 상부 영역에서 발생하는 동적 압력(dynamic pressure)의 결과로서, 굴뚝 형상의 유동 덕트의 상부 유입 개구부의 개방에도 불구하고, 압력 완화선으로의 유입류는 단지 기본적으로 하부 유입 개구부를 경유하여 아래에서부터 발생하는 방식으로, 완화 작업 중 유동 관계가 균형이 잡힐 수 있다. 일반적으로, 그러나, 완화 작업 동안 일부가 양쪽 끝으로부터 압력 완화선으로 흐른다.
전체적으로, 개시된 수단은 격납 용기 내 돌연한 가스 방출 및 배출의 경우, 심지어 일시적인 기동 단계(transient start-up phase)에서도, 수동 및 자동 방식으로 -다시 말해서 외부 에너지 및 보조 전기 에너지가 공급되지 않고 복잡한 조정 수단 없이도- 완화선과 이에 연결된 유지 및 정화 장치(retaining and purifying device)의 폭발성 가스의 임계적인 농도를 방지한다. 굴뚝 형상의 유동 덕트에서, 배출에 의해 야기되는 대류에서부터 강제 오버플로우 작업에 이르는 자연적인 유동 변화는, 굴뚝의 촉매들은 이미 예비 작업 단계에서 예상된 동력 작업의 결과인 최적 작업 온도에 있기 때문에, 촉매 반응의 효율에 어떠한 영향이 없다.
본 발명에 따른 사상의 첫 번째 바람직한 변형에 있어서, 유동 덕트 내 수소 및/또는 일산화탄소의 제거를 위한 제2 촉매 요소 그룹이 압력 완화선의 유입구 위아래에 또는 유동 덕트의 상부 유출입 개구부 아래에 배열된다. 다시 말해서, 상부 굴뚝 배출구에 가까운 격납고 대기 배출 연결선 상에 추가적인 촉매 영역이 배열된다. 결과적으로, 강제 오버플로우 배출 작업에 있어, 굴뚝 통로의 양측으로부터 -상하로부터- 흘러 들어오는 가스가 압력 완화선으로 들어오기 전에, 각각 할당된 효소 재결합기에 의해 처리되는 것이 달성된다. 뿐만 아니라, 전술한 대류작업에서, 이 배열은 가스 유동 처리 장치 내에서 대류 유동을 강화하고 특히 효과적인 H2/CO 제거(낮은 손실로)로 이어진다.
두 번째 바람직한 변형에 있어서, 압력 완화선 내 관류 제한 수단이 제공되고, 효소 재결합기의 재결합력에 비교하여, 완화 작업동안 압력 완화선의 유입구 영역에서의 수소 및/또는 일산화탄소의 농도가, 유동 덕트의 하부 유입구에서 대응하는 농도의 50% 미만, 바람직하게 30% 미만이 되도록 관류 제한 수단(through-flow limitation means)이 조정된다. 그 대신에, 유동 덕트의 상부 유출입 개구부의 농도가 기준값으로 사용될 수도 있다; 그러나, 근사적으로 말해 유동 덕트의 1 내지 2 미터 연장 높이에서의 두 농도는 대략 동일하여 현저한 차이가 없는 것으로 상정될 수 있다.
이 두 번째 변형은 첫 번째 변형과 조합될 수 있으나, 유동 덕트의 상부 끝에 추가적인 재결합기가 없을 때 또한 특히 적합하며, 완화 작업 동안 유입구의 상부 유출입 개구부를 통과한 H2/CO가 풍부한 자연환경 대기의, 압력 완화선의 유입구로의 과도한 재흡입/역류(suck-back/backflow)를 방지한다.
격납 용기 외부에 설치된 콜드 필터/집진기(cold filter/scrubber) 장치들이 기동되어도, 입력 농도의 50% 미만, 바람직하게 30% 미만인 환기 가스의 상당한 H2/CO 고갈이, 이는 필터/집진기 장치들의 시스템 안전성을 위험에 처하게 할 수 있는 임계적인 H2/CO 농도가 증기 응축 동안 발생하는 것을 방지한다. 이는 기동 시뿐만 아니라 연속적인 작업 중에도 폭발 방지에 필수적이다.
상기 개시된 구성의 원리에 따르면, 관류 제한 수단이 적절하게 조정되고, 완화 작업 동안 압력 완화선 내 질량 유량(mass flow)이 대류 작업 동안의 유동 덕트 내 질량 유량의 많게는 100%, 바람직하게 80% 미만이 되도록 유동 덕트의 형상이 선택된다. 이 수단은 마찬가지로 H2/CO가 풍부한 자연환경 대기의 압력 완화선으로의 재흡수를 방지하는데 기여하고, 그렇지 않으면 이는 가능한 최대 재결합력(recombination power)을 넘어선 촉매 상의 유동의 결과로서 발생할 수도 있다.
추가적인 바람직한 구성에서, 상기 주어진 이유로 인하여, 관류 제한 수단 및 유동 덕트의 형상은 촉매 요소 또는 완화 작업 동안의 재결합기 상의 유속이 5m/s 미만, 바람직하게 3m/s 미만이 되도록 선택된다.
관류 제한에 있어, 특히 적어도 하나의 쓰로틀(throttle)이 압력 완화선에 존재할 수 있다. 또한 쓰로틀은 압력 완화선의 유입구에 직접 또는 바로 상류에 배치될 수 있다. 그에 더하여 또는 그 대신에, 압력 완화선에 연결된 필터 장치, 집진기 장치, 차단 밸브 또는 개별 선 부분과 같은 부품은, 바람직한 쓰로틀 효과를 야기하거나 기여할 수 있다.
유동 덕트(굴뚝)의 상류의 유동은 전술한 구성 목표의 관점에서, 고도, 단면적, 크기 및 유출입 개구부의 배치뿐만 아니라 유동 가이드(flow guide) 및 유동 영향 설치(flow-affecting installation) 등의 방식에 의해서도 영향 받을 수 있다.
대류 및 강제 오버플로우에 영향을 주는 형상 및 배치의 설비들은 특히 촉매 요소를 포함하고, 이는 전형적으로 복수의 판형(plate-like)의 요소에 의해 형성된다. 촉매 요소들은, 바람직하게 대기에 개방되고, 주로 수직 방향이고, 대부분 평행이며, 다른 높이(시차를 둔)로 배열되어 요소들 및 요소 영역들 간에 양력(lift)을 발생시킨다. 뿐만 아니라, 거리의 10배 초과인 높이 및 50% 초과의 개방률(opening ratio)에서 위를 지나쳐 가는 요소들 간의 거리는 바람직하게 5mm 초과로 설정된다. 개방률은 유동 덕트에서, 모든 요소들에 의해 덮인 단면적에 대하여, 요소들 간 자유롭게 흐를 수 있는 단면적의 비율을 지칭한다. 하나의 가능한 변형에서, 촉매 요소들은 유동 덕트의 유입구/출입구의 바로 내부에/상에 배치될 수 있다.
굴뚝 형상의 유동 덕트는 또한 촉매 영역을 보유하는 파이프라인 형으로 형성될 수 있는데, 이 유동 덕트는 대기에 개방되고, 주변에 분산된다. 평행 유동을 보유하는 복수의 선이 제공될 수 있다.
대기 배출선(atmosphere withdrawal connection)으로도 칭해지는, 압력 완화선의 유입구는 바람직하게 유동 덕트 내 촉매 재결합기의 배치에 따라 달리 배치된다. 그러므로, 하부 배치된 촉매영역 또는 촉매 부분 만이 있다면, 비교적 긴 상부 유로로 하여금 상부 유출입 개구부를 통해 유동 덕트의 압력 완화선으로 흐르는 H2/CO 풍부한 가스 혼합물의 유동을 방해하기 위해서, 배출선은 바람직하게 유동 덕트의 하부에 -하부 배치된 촉매 부분 보다 위에- 부착된다. 두 개의 촉매 부분, 특히 하부 배치 및 상부 배치된 촉매 부분들을 보유하는 장치들에서, 배출선은 바람직하게 유동 덕트의 중앙부 또는 하부에 배치된다.
일반적으로, 작업 도중에 바람직하게 100℃ 내지 900℃까지 영구적으로(permanently) 증가한 촉매 온도가 발열 반응에 의하여 목표되고, 실제로 달성된다. 바람직한 구성에서, 촉매 재결합기들은 완화 작업 동안에 그의 작업 온도와 관련하여, 유입 가스 혼합물의 수소 농도가 7 체적% 이상에서 점화기의 역할을 하도록 구성된다. 다시 말하면, 유입 가스 혼합물에서, 점화 보호/ 촉매 요소들의 높은 표면 온도, 바람직하게 700℃ 이상의 결과로서 예시적인 7 내지 10 체적% H2 비율로 발화 가능한 농도가 있다면 발화가 예방되는 것이다. 발화 예방의 이점은 발화 및 그 후의 연소가 폭발의 형태보다 낮은 화염 가속(flame acceleration) 및 체적 변위(volume displacement)에서 폭연(deflagration)의 형태로 비교적 제어되고 절제된 방식으로 발생한다는 것이다. 촉매 요소에서의 발화의 결과로서, 실제의 배출 시스템으로의 유동 이전에, 심지어 격납고 내의 고농도의 인화성 가스(flammable gas)를 보유한 작업 단계에서도, 격납 용기가 환기 시스템(vent system)의 모든 작업 상황에서 특히 확실히 보장되도록, 환기 시스템에서 효과적인 농도 제한이 달성된다.
바람직하게, 각각의 가스 유동 처리 장치 및 관련된 환기 가스 배출선(gas withdrawal connection)은 격납 용기의 전체 높이의 하부 1/3, 바람직하게 하부 1/4에, 그러므로 격납 용기의 주 대류 경로(primary convection path)의 하부에 배치된다.
이는 격납 용기 전체 높이에 대하여 하부 1/3 또는 하부 1/4에 배치된, 압력 완화 유동을 위한 복수의 -5 이상의- 가스 유동 처리 장치들 및 이들 위에 배치되고 압력 완화 유동에 직접 작용하지 않는, 수소 및/또는 일산화탄소의 제거를 위한 복수의 추가적인 촉매 재결합기와, 가스 유동 처리 장치의 직접 환기 시스템과 직접 협력하여 전체 이용 가능한 재결합력의 20% 이하로 유발하는 촉매 재결합기가 있는 경우에 특히 바람직하다. 결과적으로, 추가적인 촉매 재결합기들은 격납 용기의 상반부에서, 전체 이용 가능한 재결합력의 적어도 70% 가 유발되도록 바람직하게 분산된다.
이러한 격납 용기 내 -특히 주 대류 경로와 구별된 설비 공간을 포함하는- 가스 유동 처리 장치의 배치 및 분산은 바람직하게, 환기 가스 유동 내 수소 농도를, 격납 용기의 높이 이상에서 수소의 계층화(stratification)를 이용하여 격납 용기 내 평균 수소 농도의 1/4미만에서 많게는 1/2로 하는 추가적인 시스템적 제한을 가능하게 한다.
가스 유동 처리 장치들은 주 대류 경로에서 구별되어 배치된 격납 용기의 공간 부분들에 바람직하게 배치된다. 격납고 하부 1/3 내의 설비 공간들은, 부분적으로 닫힌 덮개 및/또는 기저부들(base)(특히 라이트 그리드(light grid) 없는) 및 벽들을 포함하며 숨은 공간(blind space)으로 이상적으로 구성되고, 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 이러한 방식으로 선택된 설비 장소의 결과로서, 상부 격납고(다시 말해서 격납고 높이의 상부 2/3) 내에서 예상된 수소 계층화는 환기 가스 유동의 수소 농도의 시스템적 제한을 격납 용기의 평균 농도의 1/4 미만, 많게는 1/2로 하는 추가적인 시스템적 제한을 가능하게 하도록 이용된다.
뿐만 아니라, H2/CO 제거는 추가적인 촉매 재결합기에 의해 발생되는데, 이는 격납 용기 위에 분산되어 배치되고, 바람직하게 높이의 1/3 중앙부(예를 들어 전체 수치의 50% 초과) 및 격납고의 상부 1/3에도 농축된다. 주 대류 경로의 이러한 배치 및 고농도(계층화)로 인하여, 재결합기 당 H2 제거력(elimination power)이 증가한다.
이러한 신규의 배치의 결과로, 환기 배출 기능과 조합하여, 설치되는 전체 재결합력은 또한 놀랍게도 재결합기 관류율(flow-through rate)에서 이전의 15,000 내지 40,000 m3/h 또는 이상 및 대기 교환수(air exchange number) L>0.3h 내지 0.6h 그 이상에서, 현재 필요하다고 판단되는 수준의 2/3 내지 1/2로 감소할 수 있고, 상응하는 격납고의 대기 교환율이 L<0.3h 내지 0.1h 또는 그 이하로 달성될 수 있다. 이는 H2 의 제거가 높이 위치한 고농도 영역, 일반적으로 증기 비활성화 대기(vapour-inertised atmosphere)에서 강화되어 매우 효과적으로 일어날 수 있기 때문에 달성된다. 동시에, 환기의 경우에, 하부 영역은 새로운 장치 및 이의 배치에 의하여 환기 작업 이전의 농도 감소의 방법 -제1 위치에서의 안전한 환기를 가능하게 하는- 이 더 이상 필수적이지 않도록 농도 면에서 보호된다.
또 바람직한 구성에서, 압력 완화 유동을 위하여, 격납 용기 내에 위치한 적어도 하나의 냉각 장치가 압력 완화선 내로 연결된다.
그 중 적어도 몇몇은 냉각된 복수의 하위 유동으로의 환기 유동의 분기 또한 제공될 수 있다.
하류와 조합된 환기 가스 배출 장치의 결과로, 수동 조작된 냉각에서/ 가열된 환기 가스의 온도는 촉매 반응에 의해 예를 들어 400 내지 500℃에서 대략 150 내지 300℃로 감소된다. 결과적으로, 격납고의 리드 쓰루(lead-through) 영역 및 하류 장치에서 설정 이상의 수용할 수 없는 온도 부하가 이제 방지될 수 있다.
냉각 장치는 주로 격납고 리드 쓰루 또는 내부 필터 영역으로부터 직접 상류의 유동 방향으로 바람직하게 격납 용기 내부에 설치된다. 냉각 장치는 바람직하게 액체의 증발을 통한 수단 또는 격납고 주위의 대기를 이용하여 대류성으로 냉각한다. 다시 말하면, 냉각 장치는 격납 용기 내에 위치한 혼합 가스에 의한 대류 재냉각 및/또는 증발 냉각을 위해 바람직하게 구성된다.
냉각 요소들이 웅덩이 영역(sump region) 또는 고체 콘크리트 구조 영역에 배치될 경우에, 이러한 덩어리(냉각제 또는 콘크리트 등)와 직접 또는 간접적으로 접촉함으로 인해 열 전달이 강해질 수 있으며, 따라서 장치는 동일한 냉각력을 위해 더 작게 만들어질 수 있다. 격납고로부터 내려오는 응축액으로 인한 냉각 표면의 습윤의 결과로, 세척 및 냉각 장치의 점진적인 효율 증가가 달성될 수 있다. 냉각 표면이 오염 방지, 매끄러운 표면, 방사선 방지 코팅(radiation-resistant coating) 또는 매끄러운 고급 강 표면(high-grade steel), 선택적으로 추가적인 처리(예를 들어 연마(polishing), 전기적 연마(electro-polishing) 등)로 구성됨으로 인한 결과로, 심각한 오류 상황에서도 영구적으로 효과적인 열 전달이 가능해진다. 뿐만 아니라, 파편 보호벽(debirs protection walls) 뒤로의 배치로 인해 작업 안전이 크게 증가할 수 있다.
격납고 리드 쓰루 영역에서, 리드 쓰루 스펙 온도 이상의, 예를 들어 150 내지 200℃ 또는 그 이상의 환기 가스 온도가 가능해지도록, 압력 완화선이 열 보호 피복(thermal protection cladding)의 방식으로 단열재와 함께 제공된다. 이는 현저히 작은 냉각 장치로 이어진다.
각각의 냉각 장치는 바람직하게, 복사열 교환부(radiation heat exchanger part)와, 격납 용기를 향한 개방구, 및 대류열(convection heat) 교환부를 포함한다.
완화 유동으로부터 주변 냉각제로의 열 전달은 예를 들어
·개방된 공기 순환 덕트들(air circulation ducts)을 보유한 판 냉각 요소들
·선택적으로 리브관들(ribbed pipes)을 포함하는, 쿨링 냉각 요소들
·특히 바람직하게 콘크리트 구조 형상(concrete structures in shape)에 적용될 수 있는 갱도 냉각 요소들(gallery colling elements) 및/또는
·부가적인 열 교환 구조들(further heat exchanger constructions)
을 통해 일어날 수 있다.
원칙적으로, 구조적 복잡도(constructional complexity)를 최소화하기 위하여, 대개 개방된, 압력이 없는(pressure-free) 평면 챔버 구조들(flat chamber constructions)이 선호된다. 복수의 조립식 모듈(prefabricated module)을 조립하는 모듈러 구조 또한 가능하다. 구조는 촉매 재결합기를 포함하는 굴뚝 형상의 유동 덕트가 제1 모듈을 형성하고 냉각 장치가 제2 모듈을 형성하여, 두 개의 모듈이 바람직하게 나란히(side by side), 특히 벽면에 마주보고(wall to wall) 설치되어 특히 유리하다.
뿐만 아니라, 냉각 장치 내부의 환기 가스의 유로(flow path)는 바람직하게 더 나아가 완화 작업 이전에 준비된 상태로 밀폐될 수 있는데, 추후에 적용되는 압력차로 인해 압력 완화선의 차단 밸브가 개방된 후, 호일을 터뜨리는 방식으로, (수동적으로)개방된다.
재결합기의 촉매 요소들은 바람직하게 세라믹 코팅을 보유한 세라믹 기재 또는 금속 기재 상의 팔라듐(Pd) 및/또는 백금(Pt) 및/또는 바나듐(V)의 촉매 활성 귀금속을 이용하여 구성된다. 단금속 기재 요소들 또는 이러한 귀금속들의 조합이 이용될 수 있으며, 선택적으로 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)과 같은 다른 금속들과 도핑된다.
가장 심각한 비상 상황 하에서 안전하게 작동할 수 있기 위하여, 세라믹 기재의 0.2 중량% 초과, 기재 요소들을 포함하는 전체 촉매에 기반하여 바람직하게 세라믹 기재의 0.5 중량% 초과의 높은 귀금속 비율이 제공된다.
촉매 요소는 예를 들어
·메탈 또는 세라믹 기재 상에
·밸러스트(ballast) 내부 개방된 기재 및/또는
·격자(grating) 또는 벌집(honeycomb) 모양 등
예를 들어 샌드위치 구조(sandwich construction)를 포함하여 배치될 수 있다.
50% 초과, 바람직하게 90% 초과의 개방도를 갖는 열린 구멍 구조(open-pore structure)는, 에어로졸의 차단이 효과적으로 방지되도록 바람직하게 사용된다.
이 조합의 결과로서, 예를 들어 탄화수소 및 용접 가스(welding fume)의 흡착, 에어로졸 등의 격납고 대기의 사용으로 인해 야기되는 노화 효과(ageing effect)가 보상될 수 있다. 이외의 경우에 짧은 대기 시간 후 발생하지만, 수년의 작동 시간 동안(>5년, 바람직하게 >10년) 안전 필수적인 자가 시동 기능(self-starter functionality)의 손실이 없고, 점검 동안의 주기적인 교체 및 검사 작업을 피할 수 있어 비용을 감소시킴과 동시에 안전이 크게 증가할 수 있다.
마지막으로, 편리한 구성에서, 압력 완화 유동의 세척(cleaning) 및 억제(restraining) 활동을 위한 필터들 및/또는 집진기들은 격납고 용기 외부의 압력 완화선 부분에 배치된다. 특히, 적절한 세트 유입 속도(set inflow speed)를 위해 벤추리 집진기(Venturi scrubber) 형태의 공지된 습식 집진기(wet scrubber)가 사용될 수 있고, 특히 요오드 포함 성분(iodine-containing constituent)에 대하여 이는 효율적인 에어로졸 억제를 가능하게 만든다.
본 발명에 의해 달성된 장점은 특히, 촉매 요소 또는 재결합기와 환기 가스류의 배출을 위한 장치의 주의 깊은 결합의 결과이며, 주의 깊게 조정된 공간 및 유동의 상관의 의미에서, 특히 만약 유속 및 질량 유량이 적절하게 설정된다면, 현저한 H2/CO 농도에도 불구하고, 하류 필터링(downstream filtering)과 정화 장치를 위험에 처하게 하지 않고, 격납고의 조기 압력 완화(환기)가 가능하게 되며, 뿐만 아니라 격납고 내에 설치되어야 하는 재결합력이 감소될 수 있다. 전체 압력 완화 시스템 -차단 밸브와 분리된- 은 보조 전기 에너지의 공급 없이, 실질적으로 움직이는 부품 없이 완전하게 수동으로 작동한다. 따라서 심각한 오류 상황에서 원자력 발전소의 안전도가 크게 증가할 수 있다.
다음에서는, 본 발명의 다양한 실시예가 도면과 함께 설명되고, 이는 각각의 경우에서 크게 간략화된 개략도이다.
도 1은 격납 용기를 보유하고 격납 용기를 위한 압력 완화 시스템을 보유한, 제1 작동 상태의 원자력 발전소의 세부 사항이다.
도 2는 도 1의 압력 완화 시스템의 제2 동작 상태의 세부 사항이며, 그리고 도 3은 도 1 및 2에 따른 압력 완화 시스템의 부품으로서, 촉매 재결합기를 갖춘 처리 장치 및 압력 완화 유동을 위한 하류 냉각 장치의 투시도이다.
유사하거나 기능적으로 동등한 부분은 모든 도면에서 동일한 참조 부호가 제공된다.
도1 에서 원자력 발전소(2)는 예를 들어 가압수형 원자로(pressurised water reactor) 또는 비등수형 원자로(boiling water reactor) 형태의 원자력 발전소이다. 원자력 발전소(2)는 격납고로 알려진 격납 용기(4), 이 경우에는 부분적으로만 표시된 돔형(dome-shaped) 스틸 케이스(steel casing)이다. 격납 용기(4)는 외부(8)의 자연환경으로부터 내부(6)의 원자력 및 비원자력 시스템 부품들을 밀봉하여 차폐한다.
증기 및 가스의 방출의 결과인 비상 상황에서 내부(6)에 발생하는 과도한 압력을 제거할 수 있도록, 압력 완화선(10)이 격납 용기(4)를 관통한다. 압력 완화선(10)은 압력 완화 시스템(12)의 부품을 형성한다. 원자력 발전소(2)의 일반적인 작업 동안, 압력 완화선(10)은 두 개의 차단 밸브들(14)에 의해 밀폐되고, 격납 용기(4)의 외부에 배치되고 직렬로 연결된다. 압력 완화선을 도입하기 위하여, 두 개의 차단 밸브들(14)가 개방되고, 격납 용기(4) 내부의 압력 완화선(10)의 유입단으로부터 격납 용기(4)의 외부 출력단으로의 압력 구배의 결과로, 압력 완화가 흐를 수 있다. 이는 격납 용기(4)의 내부(6)의 희망하는 압력 감소를 야기한다.
완화 작업 동안 허용 가능한 한도 내에서 방사성 붕괴 생성물과 함께 환경 오염을 유지하기 위해 압력 완화 유동은 상응하는 필터링 및/또는 정화 장치들(18)에 의하여 필터링되고 정화되는데, 이는 격납 용기(4) 외부의 차단 밸브들(14)로부터 압력 완화선(10)의 하류로 연결된다. 예를 들어, 벤추리 집진기들의 형태로 습식 집진기들이 제공될 수 있는데, 이는 예를 들어 입자들 또는 에어로졸 형태로 압력 완화 유동에 혼입된 활성 캐리어(activity carrier)들의 고도로 효과적인 억제를 야기한다. 뿐만 아니라, 건식 필터들 및 촉매 정화 장치들 등 또한 제공될 수 있다.
압력 완화 시스템(12)는 중대한 오류 상황들을 관리하기 위해 구성되는데, 이는 내부에서 발생하는 수소 H2 및/또는 일산화탄소 CO의 현저한 방출과 동시에 점화성/폭발성 가스 혼합물로 인한 대량의 압력 증가가 대응책의 도입 없이 국부적으로 또는 전체적으로 발생할 수 있는 것을 말한다.
이를 방지하기 위하여, 촉매 재결합기(20)가 격납 용기(4)의 내부(6)에 그 자체로 알려진 방식으로 분산되어 배치되고, 주위 대기가 그 위를 흐르는 경우, 대기에 포함된 수소 H2 와 산소O2 를 재결합하여 물(수증기) H2 O을 무염 방식으로 형성하고/형성하거나 상응하는 일산화탄소 CO와 산소 O2 를 재결합하여 이산화탄소 CO2 를 형성하는데, 이는 격납 용기(4) 내부에서 비활성 효과를 갖는다.
그러나, 중대한 오류 또는 비상(노심 용융(meltdown) 시나리오를 포함하는) 상황에서, 재결합기들(20)이 제공된 작동 온도에 도달하는 것에 짧은 시간이 걸리고 예상되는 재결합력이 중대한 H2의 농도 감소를 달성하는 것은 상당한 시간이 걸린다. 따라서 동시에 발생하는 격납 용기(4) 내의 대량의 압력증가의 경우에, 오류 상황의 진행 중 비교적 초기에, 환기로도 알려진 압력 완화가 요구되는데, 이는 건물에 분산된 촉매 재결합기(20)가 이의 최대 효율을 아직 제공하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 이러한 형태의 시나리오들에서, 압력 완화선(10)으로 들어오는 발화성 가스/증기 혼합물들의 유입이 발생할 수 있다. 외부(8)의 초기에 비교적 저온의 선부(line portion)에 포함된 증기의 부분 응결의 결과로 중대한 안전성의 성분들, 수소 H2 및 일산화탄소 CO의 농도가 전송 경로의 진행에 따라 더욱 증가할 수도 있다. 결과적으로, 바람직하지 않은 상황에서, 폭발성에 대한 제한이 초과될 수 있으며, 필터링 및/또는 정화 장치(18)의 완전성에 불리한 결과를 가져올 수 있다. 이러한 형태의 이벤트에서 그것들이 파괴되는 것을 방지하려면, 상응하는 비용 집약적이고 복잡하며, 견고하고 보호되는 구조가 필요할 것이다.
이를 방지하기 위하여, 도 1의 압력 완화 시스템(12)에서, 압력 완화선(10)의, 배출선으로도 지칭되는 유입구(22)가 유입 가스 유동 내 수소 H2 및/또는 일산화탄소 CO의 임계적 농도에 대하여 특정 범위로 보호된다. 이러한 목적으로, 유입 가스 혼합물의 조성의 유동, 및 조건들의 관점에서 유입구(22)의 상류측에 가스 유동 처리 장치(24)가 제공된다.
이러한 목적으로, 가스 유동 처리 장치(24)는 실질적으로 수직 방향이고 뚝형 구조의 유동 덕트(26)를 포함하고, 이는 측면 케이스(28)로 구분되며, 이는 예를 들어 벽 요소들 또는 다른 시스템 부품들에 의하여 형성되고, 유입되는 가스에 대하여 실질적으로 불투과성이다. 하부 끝에서, 유동 덕트(26)는 유입 개구부(30) -본 실시예의 단면에 비치된- 상응하는 유출입 개구부(32)가 상부에 제공된다. 압력 완화선(10)의 유입구(22)는 유동 덕트(26)의 전체 높이에 대하여 케이스(28)의 대략 중간에 배치된다. 실질적으로 점상(poing-like)의 유입구(22) 대신에, 케이스 (28)의 주위 또는 적어도 그의 일부를 따라 연장된 환상(annular)의 슬릿 형태 등이 압력 완화선(10)의 입구로서 제공될 수 있다. 유입구(22)는 유입 가스가 촉매로서 효율적인 영역들(이하 참조)을 통과하는 것이 보장되는 한, 자체의 수직 확장(vertical extension)이 도1에 도시된 것보다 좀더 연장되도록 형성될 수 있다.
압력 완화선(10)의 유입 개구부(30)의 약간 위와 유입구(22)의 밑에, 수소 H2 와 산소 O2 재결합하여 물(증기) H2O을 형성하고/거나 일산화탄소 CO와 산소 O2를 재결합하기 위한 복수의 촉매 요소들 또는 재결합기들(34)이 유동 덕트 (25)의 단면에 걸쳐 및/또는 케이스(28)의 내부 둘레의 모서리에 분산되어 배치된다. 예를 들어 판형으로 구성되고 상호간에 수직 방향으로 평행하게 배치되는 이러한 요소들은, 함께 유동 덕트(26)의 하단에 제1(하부) 촉매 영역(36)을 형성한다. 이러한 형태의 제2 (상부) 촉매 영역(38)은 유동 덕트(26)의 상단, 유출입 개구부(32)의 바로 밑과 압력 완화선(10)의 유입구(22) 상에 배치되고, 촉매 재결합기(40)를 구성한다.
대안적인 변형(미도시)에서, 단지 하부 촉매 영역(36)만이 제공된다. 압력 완화선(10)의 유입구(22)는 바람직하게 하부, 유동 덕트(26)의 하부 영역, 하지만 여전히 촉매 재결합기(34) 상에 위치된다.
유입구(22)로부터 하류, 유동 덕트(26)의 외부이지만 격납 용기(4)의 내부, 완화 작업 동안 발생하는 압력 완화 유동을 위한 냉각 장치(42)가 압력 완화선(10)으로 연결된다. 냉각 장치(42)는 격납 용기 내에 존재하는 대기에 의한 대류 재냉각을 위해 구성되고, 선택적으로 증발 냉각 및/또는 자연환경에 대한 복사열 방사에 의해 보조된다.
이러한 목적으로, 냉각 장치(42)는 바람직하게 마찬가지로 굴뚝 형상의 유동 덕트(44)를 형성하는데, 이는 그러나, 가스 유동 처리 장치(24)의 유동 덕트(26)과는 다르게, 자연 환경으로 일부로서 개방되고, 유동이 지나가는 대기에 대한 열 방출을 위해 적어도 하나의 압력 완화선(10)의 선 부분이 관통한다. 도 1의 개략도에서의 차이 형태로, 압력 완화선(10)을 복수의 하위선 또는 하위 유동 격납 용기(4)를 지나는 리드 쓰루(46) 이전에 다시 합쳐지는- 으로 나누는 것이 냉각 장치(42) 또는 이전의, 좀더 상류에 제공될 수 있다. 증발 냉각을 제공하기 위해, 예를 들어, 응축 수집 웅덩이로의 유동 연결을 가진 액체 분사 장치(미도시)가 제공될 수 있다.
제1 차단 밸브(14)만큼의 리드 쓰루(46)의 영역에서, 본 실시예의 압력 완화선(10)은 외부 케이스의 방식으로 형성된 열 보호 피복(48)과 함께 제공된다.
뿐만 아니라, 환기 유동의 관류를 제한(양을 제한)하기 위한 하나 이상의 고정되어 설치되거나 또는 선택적으로 조정할 수 있는 또는 조정할 수 있는 요소가 압력 완화선(10)에 형성된다. 본 실시예에서, 이들은 특히 냉각 장치(42)와 격납 용기(4)를 통과하는 리드 쓰루(46) 사이의 선 부분의 제1 쓰로틀 밸브(52) 및 제2 차단 밸브(14)와 그 상류에 배치된 필터링 및/또는 정화 장치(18) 사이의 제2 쓰로틀 밸브(52)이다. 원칙적으로, 그러나, 이러한 형태의 관류 제한은 압력 완화선(10)의 다른 지점에서도 예를 들어 어느 경우에서나 존재하는 유동 유도 부품의 상응하는 구성의 방식 또는 다양한 부품들의 협력 방식으로 또한 형성될 수 있다.
압력 완화 시스템(12)의 작동 모드는 다음과 같다.
원자력 발전소(2)의 일반적인 작동 동안, 압력 완화선(10)의 두 개의 차단 밸브들(14)이 압력 완화 유동이 빠져나가지 못하도록 밀폐되고, - 동적 압력이 그 이상의 유입을 방지할 때까지, 매우 작은 양의 가스가 압력 완화선(10)의 처음 부분으로 흘러 들어갈 수 있다. 격납 용기(4)의 온도 분포의 결과로 일어나는 자연 대류를 제외하고, 가스 유동 처리 장치(24)를 통하는 유동은 더 이상 없다.
이는 격납 용기(4)에서 수소 H2 및 /또는 일산화탄소 CO이 방출되는 오류 상황으로 변화한다. 제1 (하부) 및 선택적으로 제2 (상부) 영역의, 실행하는 촉매 요소들 또는 재결합기들(34, 40)로 인한 국부적 온도 증가로 유동 덕트(26) 내 외풍 효과가 촉진되고, 그곳에서 발생하는 경향이 있는 자연 대류가 강화된다. 달리 말하면, 유동 덕트(26)에서 뜨거워지는 가스 유동에 의해 처음부터 끝까지 흐를 수 있고, 동시에 개시된 재결합 반응이 일어나고 촉매 재결합기들(34, 40)이 매우 짧은 시간 안에 최적 작동 온도에 도달한다. 이 상태는 도 1에 도시되어 있고, 유동 관계는 상응하는 흐름 화살표에 의하여 묘사된다.
만약 매우 과도한 압력이 내부(6)에 동시에 형성된다면, 재결합기들(34, 40)의 예열과 함께, 예를 들어 20분 미만의 짧은 자연 대류 단계 후에 압력 완화선(10)내의 차단 밸브들(24)을 개방하여 과압력 제거가 도입될 수 있다. 이 완화 작업(환기)는 유동 관계와 관련하여 도 2에 도시되었다. 특히, 압력 완화선 (10)으로 흐른 후 굴뚝(26)을 통해 흘러나가는 가스 유동의 결과로서, 이전 자연 대류와 다른 유동 관계들이 발생하고, "강제 오버플로우" 단계를 사용하여 지칭될 수 있다. 이제 유동 덕트(26) 위 아래 양쪽으로 흘러 들어가는 격납고 대기는, 하부 촉매 영역(36) 및 -만약 존재한다면- 상부 촉매 영역(38)의, 수소 H2 및 일산화탄소 CO 성분의 농도에서 고갈되며, 이어서, 이러한 방식으로 전처리 되어, 유입구(22)를 통과하여 압력 완화선(10)으로 들어간다.
하류에 배치된 냉각 장치(42)에서, 촉매 재결합기들(34, 40)에서의 재결합 반응의 결과로서 가열된 압력 완화 유동은, 개시된 방법으로, 대부분 격납고 대기로의 대류 열방출에 의하여 예를 들어 400 내지 500 ℃의 입력 온도에서 대략 150 내지 300 ℃의 출력으로 냉각된다. 이 과정은 차례로, 외풍 효과에 의하여 촉진되어, 흐름 화살표들에 의하여 도 2에서도 도시된, 냉각 장치(42)의 외부 영역에서의 격납고 대기의 자연 대류 순환으로 이어진다.
쓰로틀 밸브들(50, 52)의 결과로, 완화선(10)을 흐르는 질량 유동은 도 1의 자연 대류 작업에서 유동 덕트(26) 내 질량 유동의 바람직하게 80% 미만으로 제한된다. 동시에, 하부 촉매 영역(36) 및 -만약 존재한다면- 상부 촉매 영역(38)의 촉매 재결합기들(34, 40)상으로 흐르는 가스 유동의 유속은 유로의 적절한 윤곽을 통해 5m/s 미만으로 설정된다. 이와 관련하여, 유동에 관하여 촉매 재결합기(34)로부터 여전히 상류에서 측정되면, 압력 완화선(10)의 유입구(22) 영역에서 수소 H2 및/또는 일산화탄소 CO의 농도가, 유동 덕트(26)의 하부 유입 개구부(30) 영역에서의 이에 대응하는 농도의 50% 미만, 바람직하게 30% 미만이 달성된다. 이러한 방법들의 결과로서, 냉각 장치(42) 및 하류시스템 부품들에서의 압력 완화 유동의 냉각, 및 포함된 증기 성분의 부분 연결된 응축에도 불구하고, 중대한 폭발성 가스가 압력 완화선(10)의 하류 부분에 축적되는 것이 방지된다. 그러므로, 특히, 격납 용기 외부에 배치된 필터링 및 정화 장치들(18)의 완전성에 대한 위험이 방지된다.
압력 완화 시스템(12)의 복수의 가스 유동 처리 장치들(24) 및 관련된 압력 완화선들(10) 은 바람직하게 격납 용기(4)의 전체 높이의 하부 1/3에 배치된다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 리드 쓰루(46)의 수를 낮게 유지하기 위해, 복수의 압력 완화선(10)은 격납 용기(4) 내부에서 합쳐질 수 있다. 압력 완화 유동에서 직접적으로 작동하지 않는 부가적인 촉매 재결합기(20)는 바람직하게는 격납 용기(4) 내부에서 상부, 특히 중간 및 상부 1/3에 배치된다.
도 3은 하류 냉각 장치(42)와 함께 가스 유동 처리 장치(24)의 변형을 도시하며, 이는 모듈러 상자 구조로 구현된다. 도시된 흐름 화살표들은 완화 작업 동안 유동장을 묘사한다. 두 개의 모듈들 사이에, 상자형의 입구 수집기(54)가 있는데, 이는 촉매 재결합기들(34, 40)을 보유하는 유동 덕트(26)로부터 나와 유입구(22)를 통과하고, H2/CO 농도가 감소되고, 냉각 장치(42)의 병렬로 연결된 파이프라인들(55)로 들어가는, 가스 혼합물을 분산시킨다. 파이프라인들(55)은, 파선으로 도시된 사례에서 나타난 것과 같이 이를 통해 유입될 수 있는, 리브관들로 구성되거나 판 요소들 등과 함께 제공될 수 있다. 따라서, 평행한 하위 유동들은 이어서 상자형의 출구 수집기(56)에 의하여 다시 재결합된다. 냉각 장치(42)의 상부 영역에 형성되는 복사열 필드 및 -격납고 대기를 통과하는 대류열 전송뿐만 아니라 파이프라인들(55)에 의하여 유도되는 환기 가스 유동에 의하여 전송되는 열은 물결형 화살표에 의하여 도시된다. 전체로서 표시된 압력 완화선 방식의 관류제한이, 이 경우에 환형 구멍(58)로 구성된 쓰로틀 밸브(50)의 예와 같이 제공되고, 이는 출구 수집기(56)로부터 격납 용기의 리드 쓰루로 이어지는 나가는 파이브라인 부분으로의 전이로 배치된다.
2: 원자력 발전소 4: 격납 용기
6: 내부 8: 외부
10: 압력 완화선 12: 압력 완화 시스템
14: 차단 밸브 16: 굴뚝
18: 필터링 및 정화 장치 20: 촉매 재결합기
22: 유입구 24: 가스 유동 처리 장치
26: 유동 덕트 27: 케이스
30: 유입 개구부 32: 유출입 개구부
34: 촉매 요소 36: 하부 촉매 영역
38: 상부 촉매 영역 40: 촉매 요소
42: 냉각 장치 44: 유동 덕트
46: 리드 쓰루 48: 열 보호 피복
50: 쓰로틀 밸브 52: 입구 수집기
55: 파이프라인 56: 출구 수집기
58: 환형 구멍 CO: 일산화탄소
CO2: 이산화탄소 H2: 수소
H2O: 물 O2: 산소

Claims (18)

  1. 격납 용기(containment shell)(4)를 보유하고, 상기 격납 용기(4)를 관통하며 차단 밸브(shut-off valve)(14)에 의해 밀폐될 수 있고, 상기 차단 밸브(14)가 개방 시 완화 작업(relief operation) 동안 압력 완화 유동(pressure relief flow)이 흐를 수 있는 적어도 하나의 압력 완화선(10)을 보유하되, 측면 케이스(lateral casing)(28)에 의해 밀폐되고, 하부 유입 개구부(lower inflow opening)(30) 및 상부 유출입 개구부(upper inflow and outflow opening)(32)를 갖는 굴뚝 형상의 유동 덕트(flow duct)(26)를 포함하며 상기 격납 용기(4) 내부에 위치한 가스 유동 처리 장치(gas flow treatment device)(24)가 입구 측 상의 각각의 상기 압력 완화선(10)으로부터 상류에 제공되고, 수소(H2) 및 일산화탄소(CO) 중 적어도 하나를 제거하기 위한 촉매 요소(catalytic element)(34)의 제1 그룹이 상기 유동 덕트(26) 내부의 상기 하부 유입 개구부(30) 영역 상에 또는 내부에 배치되고, 상기 격납 용기(4) 내의 수소(H2) 및 일산화탄소(CO) 중 적어도 하나의 방출의 중대한 오류 또는 비상 사태의 경우에 상기 압력 완화선(10)은 상기 촉매 요소(34)의 제1 그룹 상에 및 상기 케이스(28) 내 상기 상부 유출입 개구부(32) 아래에 배치되는 유입구(inlet mouth)(22)를 보유하고, 상기 완화 작업 이전의 대류 작업(convection operation) 동안, 상기 차단 밸브(14)가 닫힐 때 자연 대류의 원리에 의해 상기 격납 용기(4) 내 존재하는 혼합 가스가 상기 유동 덕트(26)의 하부에서 상부로 흐르고, 완화 작업 동안 상기 혼합 가스가 강제 오버플로우(forced overflow)의 원리에 의해 아래에서 또는, 아래 및 위에서, 상기 유동 덕트(26)로 흘러들어오고 상기 압력 완화선(10)을 통해 압력 완화 유동으로서 흘러 나가는 원자력 발전소(2).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유동 덕트(26) 내의 수소(H2) 및 일산화탄소(CO) 중 적어도 하나를 제거하기 위한 제2 촉매 요소(40)가 상기 압력 완화선(10)의 상기 유입구(22)의 위 및 아래 또는 상기 유동 덕트(26)의 상기 영역 상기 상부 유출입 개구부(32)의 상기 영역 내에 배치되는 원자력 발전소(2).
  3. 제1 항에 있어서,
    관류 제한 수단들(through-flow limitation mean)(50, 52)이 상기 압력 완화선(10) 내에 제공되고, 관류 제한 수단들(50, 52)은 상기 촉매 요소(34)의 힘과 관련하여 조정되되, 상기 완화 작업 동안 상기 압력 완화선(10)의 상기 유입구(22)의 영역 내에서 상기 수소(H2) 및 일산화탄소(CO) 중 적어도 하나의 농도가, 상기 유동 덕트(26)의 상기 하부 유입 개구부(30)의 상기 영역 내의 대응되는 농도의 50% 미만이 되도록 조정되는 원자력 발전소(2).
  4. 제 3항에 있어서,
    완화 작업 동안 상기 압력 완화선(10)에 발생하는 질량 유량(mass flow)이 대류 작업 동안 상기 유동 덕트(26) 내 질량 유량의 많게는 100% 미만이 되도록 관류 제한 수단들(50, 52)이 조정되고, 상기 유동 덕트(26)의 형상이 선택되는 원자력 발전소(2).
  5. 제3 항에 있어서,
    완화 작업 동안의 상기 촉매 요소(34) 상의 상기 유동 속도가 5m/s 미만이 되도록, 관류 제한 수단들(50, 52)이 조정되고 상기 유동 덕트(26)의 형상이 선택되는 원자력 발전소(2).
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 촉매 요소(34)가 완화 작업 동안 이의 작업 온도에 관하여, 수소 농도가 유입되는 상기 혼합 가스의 7 부피% 이상에서 점화기(igniter)로서 동작하는 방법으로 구성되는 원자력 발전소(2).
  7. 제1 항에 있어서,
    각각의 상기 가스 유동 처리 장치(24)가 상기 격납 용기(4)의 전체 높이에 대하여 하부 1/3에 배열되는 원자력 발전소(2).
  8. 제1 항에 있어서,
    각각의 상기 가스 유동 처리 장치(24)가 부분적으로 밀폐된 공간에서 낮은 수소 농도 영역 내에 배치된 원자력 발전소(2).
  9. 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
    상기 격납 용기(4)의 전체 높이에 대하여 하부 1/3에 배열된 상기 압력 완화 유동을 위한 복수의 가스 유동 처리 장치(24), 상부에 배치되고 상기 압력 완화 유동 상에 직접적으로 작용하지 않는, 수소(H2) 및 일산화탄소(CO) 중 적어도 하나를 제거하기 위한 복수의 촉매 재결합기(20)가 있으며, 상기 가스 유동 처리 장치(24)는 가능한 전체 재결합력(recombination power)의 20% 미만을 유발하는 원자력 발전소(2).
  10. 제1 항에 있어서,
    대류 작업 동안 상기 격납 용기(4) 내 대기 교환 수(air exchange number)가 L<0.3시간으로 달성되는 원자력 발전소(2).
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 압력 완화 유동을 위해 상기 격납 용기(4) 내부에 위치한 냉각 장치(cooling device)(42)가 상기 압력 완화선(10)에 연결된 원자력 발전소(2).
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 냉각 장치(42)가 상기 격납 용기(4) 및 증기 냉각(evaporation cooling) 중 적어도 하나 내에 위치한 상기 혼합 가스에 의한 대류 재냉각(convective re-cooling)을 위해 구성된 원자력 발전소(2).
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 냉각 장치(42)가, 냉각력(cooling power) 관점에서, 약 400 내지 500℃℃ 범위 내 입력 온도에서 약 150 내지 300℃℃범위 내 출력 온도로 상기 압력 완화 유동을 냉각하도록 구성되는 원자력 발전소(2).
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 압력 완화선(10)이 상기 격납 용기(4)를 관통하는 리드 쓰루(lead-through) 영역에서 열 보호 피복(thermal protection cladding)(48)과 함께 제공되는 원자력 발전소(2).
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 촉매 요소(34)가 세라믹 기재(ceramic substrate) 및 세라믹 코팅된 금속 기재(metal substrate) 중 적어도 하나 위에, 팔라듐, 백금, 바나듐 중 적어도 하나의 귀금속을 기반으로 구성되고, 상기 기재 상에 0.2중량% 이상의 귀금속 비율을 포함하는 원자력 발전소(2).
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 압력 완화 유동을 정화(purifying)하고 재냉각 활동을 위한 필터들 및 집진기들(scrubber)(18) 중 적어도 하나가 상기 격납 용기(4) 외부에 위치한 상기 압력 완화선(10)의 부분 내에 배치되는 원자력 발전소(2).
  17. 제 3항에 있어서,
    관류 제한 수단들(50, 52)이 상기 압력 완화선(10) 내에 제공되고, 관류 제한 수단들(50, 52)은 상기 촉매 요소(34)의 힘과 관련하여 조정되되, 상기 완화 작업 동안 상기 압력 완화선(10)의 상기 유입구(22)의 영역 내에서 상기 수소(H2) 및 일산화탄소(CO) 중 적어도 하나의 농도가, 상기 유동 덕트(26)의 상기 하부 유입 개구부(30)의 상기 영역 내의 대응되는 농도의 30% 미만이 되도록 조정되는 원자력 발전소(2).
  18. 제 4항에 있어서,
    완화 작업 동안 상기 압력 완화선(10)에 발생하는 질량 유량이 대류 작업 동안 상기 유동 덕트(26) 내 질량 유량의 많게는 80% 미만이 되도록 관류 제한 수단들(50, 52)이 조정되고, 상기 유동 덕트(26)의 형상이 선택되는 원자력 발전소(2).
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