KR101897985B1

KR101897985B1 - 비상전력 생산 시스템 및 이를 구비한 원전

Info

Publication number: KR101897985B1
Application number: KR1020160172914A
Authority: KR
Inventors: 김영인; 배영민; 송재승; 유승엽; 문주형; 한훈식; 신수재; 장정봉; 김석; 조현준; 이민규; 권길성; 박기선
Original assignee: 한국원자력연구원; 킹 압둘라 시티 포 어토믹 앤드 리뉴어블 에너지
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-09-12
Also published as: KR20180070335A

Abstract

본 발명은 내부에 비상냉각수가 저장되어 원전 사고 시 피동안전계통의 열침원으로 사용되고, 내부가 밀폐되며 기설정된 압력 이상으로 설계되는 비상냉각수저장부; 및 상기 비상냉각수저장부의 내부 압력이 기설정된 압력 이상으로 도달 시 상기 비상냉각수저장부로부터 공급되는 증기로 터빈을 회전시켜 비상전력을 생산하는 터빈발전기를 포함하는 비상전력 생산시스템을 제공한다. 이에 의하면, 피동안전계통의 고유기능을 안정적으로 유지하고 소형 터빈발전기와 같은 검증된 방법으로 효율적으로 전기를 생산할 수 있다.

Description

비상전력 생산 시스템 및 이를 구비한 원전{EMERGENCY POWER PRODUCTION SYSTEM AND NUCLEAR POWER PLANT HAVING THE SAME}

본 발명은 비상열침원을 활용하여 비상전력을 생산하는 시스템 및 이를 구비한 원전에 관한 것이다.

원전은 일반 산업용 보일러와는 다르게 제어봉에 의해 원자로 노심의 가동이 중지된 후에도 상당 기간 노심에서 잔열이 발생한다. 이에 따라 원전에는 사고 시 원자로 노심의 잔열을 제거하여 안정된 상태로 원자로를 유지하기 위한 다양한 안전설비가 집중되어 있다.

또한 원전에는 정상적인 원자로 정지 운전 중 잔열을 제거하고 원자로를 냉각하기 위해 작동하는 이차계통, 정지냉각계통 등의 다양한 설비가 구비되어 있다.

피동형 원전은 운전원조치나 비상교류전원 등 외부전력의 도움이 없이, 사고 발생 후 최소 72시간 이상 동안, 비상 축전지와 피동안전계통 등의 계통에 내장되어 있는 에너지나 자연력을 이용하여 원전을 안전정지 상태로 유지하도록 설계된다.

또한 피동형 원전에서는 사고 시 원전이 안전정지 상태를 유지하는지를 각종 계측기기를 통해 감시하며, 이들 신호는 주제어실 및 원격정지반 등에 모아지므로, 비상 축전지는 안전기기 작동에 소요되는 전력 뿐만 아니라 이들 계측기기와 주제어실 및 원격정지반 등에 최소 72시간 이상 소요 전력을 공급해야 한다. 이에 따라 피동형 원전에서는 대용량의 비상 축전지가 필요하게 된다.

본 발명과 관련하여 사고 시 발생하는 잔열을 이용하여 비상 전원을 생산하는 방법으로는, 잔열을 이용하여 열전발전을 하는 방법 (선행기술문헌 D1 참조), 잔열을 이용하여 스털링엔진을 구동하여 발전하는 방법 (선행기술문헌 D2 참조), 이차계통에 연결되어 잔열을 활용하여 백업 원자로 보조 전력을 생산하는 방법(선행기술문헌 D3 참조) 등이 제안되어 있다. 이밖에 사고 시 발생하는 잔여 에너지 활용하는 방법으로는, 사고 시 일정기간 동안 일시적으로 이차계통에서 생산되는 잔여 증기를 이용하여 보조급수터빈을 구동하는 방법(국내 상용원자로 보조급수터빈)과 사용 후 핵연료 저장조 냉각과 모니터링을 위하여 사용 후 핵연료의 붕괴열을 이용한 발전(선행기술문헌 D4 참조) 등이 제안되어 있다.

그러나, 상기에 제시된 기술들과 같이 다양한 원전의 비상전원을 확보하기 위한 다양한 방법이 시도되고 있으나, 아직까지 피동안전계통의 고유 기능은 유지하면서도 효과적으로 비상전력을 생산하는 검증된 방법은 제시되지 않고 있다.

또한, 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 축전지(battery) 전원을 이용해 안전계통을 작동시킨 후 자연력을 이용해 구동되므로 안전성 측면에서는 매우 우수하나, 설계구성 옵션이 매우 제한적이며 구동력이 일반적으로 매우 작아 경제성이 감소할 가능성이 크다.

또한, 일반적으로 열교환기는 두 유체 사이에 열전달이 이루어지므로, 두 유체가 동일한 유체와 유동조건을 갖추지 않는 경우에는 두 유체의 열전달계수가 다르며, 이중에 열전달계수가 작은 쪽의 유체가 열교환기의 크기를 지배하는 인자가 되어 열교환기 크기가 증가하게 된다.

D1: 등록특허 10-1556920 (2015.09.24.) D2: 등록번호 10-1570080 (2015.11.12.) D3: 공개특허 10-2014-0054266 (2014.05.08.) D4: 공개번호 10-2014-0058544 (2014.05.14.)

따라서, 본 발명의 목적은, 비상냉각수저장부와 저압에서 운용되는 소형 터빈발전기를 결합하여, 비상발전시스템을 통해 피동안전계통의 고유기능을 안정적으로 유지하면서도, 소형 터빈발전기와 같은 검증된 방법으로 효율적으로 전기를 생산할 수 있는 비상전력 생산시스템 및 이를 구비한 원전을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 사고 시 터빈발전기로부터 생산된 전기는 냉각팬, 배기팬, 재충수펌프, 관련 밸브 및 계측기 등의 비상발전시스템 관련 설비의 운용을 위한 자체 전력 공급 이외에도, 사고 시 작동이 요구되는 피동안전계통의 각종 기기 구동, 사고 상태의 모니터링을 위한 각종 계측기, 주제어실 또는 원격정지제어반의 운용을 위한 전력 공급과 비상 축전지의 재충전 등 다양한 형태로 활용될 수 있는 비상전력 생산시스템 및 이를 구비한 원전을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 소형 터빈발전기에 의해 생산된 전기를 팬 또는 펌프 등의 동력원으로 활용하고, 팬 또는 펌프 등을 이용하여 열전달계수가 작거나 순환 유동이 형성되기 어려운 유로에 강제 유동을 형성하여 열전달계수를 증가시킴으로써 열교환기의 크기를 감소시켜 경제성을 향상시킬 수 있고, 열교환기가 소형화되어 격납부 내외부의 배치 및 구조 하중 문제가 크게 완화될 수 있는 비상전력 생산시스템 및 이를 구비한 원전을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비상전력 생산시스템은 내부에 비상냉각수가 저장되어 원전 사고 시 피동안전계통의 열침원으로 사용되고, 내부가 밀폐되며 기설정된 압력 이상으로 설계되는 비상냉각수저장부; 및 상기 비상냉각수저장부의 내부 압력이 기설정된 압력 이상으로 도달 시 상기 비상냉각수저장부로부터 공급되는 증기로 터빈을 회전시켜 비상전력을 생산하는 터빈발전기를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 비상냉각수저장부는, 사고 초반 비상냉각수의 비등점 이하에서 비상냉각수의 온도 상승에 의해 피동안전계통으로부터 전달열을 흡수하고, 사고 후반 비상냉각수의 비등점 이상에서 증발에 의해 피동안전계통으로부터 전달열을 흡수하며, 상기 증발에 의해 형성된 증기는 비상냉각수저장부를 가압할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 피동안전계통은 피동잔열제거계통 및 피동격납부냉각계통 중 적어도 하나 이상의 계통을 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 터빈발전기에서 생산된 비상전력의 적어도 일부를 수집하는 배터리를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 터빈발전기에서 생산되는 전기의 적어도 일부는 충전기를 통해 배터리로 공급될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 터빈발전기에서 생산되는 전기의 적어도 일부는 냉각팬, 배기팬, 재충수펌프 중 적어도 하나 이상으로 공급될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 터빈발전기에서 생산되는 전기의 적어도 일부는 사고 시 작동이 요구되는 기기들로 공급될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 터빈발전기의 후단에 설치되어, 상기 터빈발전기에서 배출되는 증기를 응축시키는 응축계통을 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 응축계통의 후단에 설치되어, 상기 응축계통에서 응축된 응축수를 저장하는 응축수저장부를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 응축계통은, 상기 증기를 외부 대기와 열교환시켜 응축시키는 공랭식 열교환기; 및 상기 공랭식 열교환기로 외부 대기를 순환시키는 냉각팬을 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 응축계통은, 상기 증기를 물과 열교환시켜 응축시키는 수랭식 열교환기; 담수 또는 해수를 공급하는 냉각수공급부; 및 상기 담수 또는 해수를 수랭식 열교환기로 공급하는 냉각수펌프를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 응축계통은, 상기 응축계통 또는 응축수저장부로부터 잔여 증기 혹은 비응축성 가스를 배기시키는 배기팬을 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 터빈발전기와 응축계통 사이에 구비되어, 상기 터빈발전기에서 배출되는 증기를 대기 중으로 방출하는 대기방출밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 응축수저장부의 후단에 설치되어, 상기 응축수저장부의 냉각수를 비상냉각수저장부로 재충수하는 재충수펌프를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 응축수저장부는 비상냉각수저장부보다 더 높은 위치에 배치되고, 상기 응축수저장부의 냉각수가 중력에 의해 비상냉각수저장부로 공급될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 비상냉각수저장부는, 증기의 압력이 기설정된 압력 초과시 개방되어 증기의 과압으로부터 비상냉각수저장부를 보호하는 안전밸브를 구비할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 비상냉각수저장부와 터빈발전기 사이에 설치되어 상기 터빈발전기로 공급되는 증기량을 제어하는 증기제어밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 비상냉각수저장부와 터빈발전기 사이에 설치되고, 상기 비상냉각수저장부에서 생성되는 증기가 터빈발전기의 기설정된 용량 초과 시 상기 증기를 터빈발전기의 전단에서 우회시키는 바이패스관; 및 상기 바이패스관에 설치되어, 상기 터빈발전기에서 우회되는 증기의 일부를 선택적으로 방출하는 우회방출밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 비상냉각수저장부는, 비상냉각수저장부 본체의 일측에 구비되고, 내부에 피동안전계통의 열교환기를 수용하는 제1비상냉각수저장부; 및 상기 비상냉각수저장부 본체의 타측에 구비되고, 격벽에 의해 상기 제1비상냉각수저장부와 구획되는 제2비상냉각수저장부를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 비상냉각수저장부는, 상기 제1비상냉각수저장부와 제2비상냉각수저장부를 연통시켜 제1 및 제2비상냉각수저장부 상호 간의 증기 출입을 허용하는 압력평형배관; 상기 압력평형배관에 설치되어, 상기 압력평형배관을 개폐하는 압력평형밸브; 및 상기 격벽의 하부에 관통 형성되어, 상기 제1비상냉각수저장부 및 제2비상냉각수저장부 상호 간의 비상냉각수 출입을 허용하는 유로구를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1비상냉각수저장부의 설계압력이 증대되며, 상기 터빈발전기는 상대적으로 높은 압력에서 작동되는 고압 터빈발전기로 구현될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1비상냉각수저장부에 피동잔열제거계통의 열교환기가 구비되고, 상기 제2비상냉각수저장부에 피동격납부냉각계통의 열교환기가 구비될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 비상냉각수저장부의 내부에 피동잔열제거계통의 열교환기 또는 피동격납부냉각계통의 열교환기가 수용될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 비상냉각수저장부의 내부에 피동잔열제거계통의 열교환기가 수용되고, 상기 피동잔열제거계통의 열교환기는 1차계통으로부터 증기를 공급받거나 증기발생기를 통해 2차계통으로부터 증기를 공급받을 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 비상냉각수저장부는 격납부 내부 또는 외부에 설치될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 비상냉각수저장부는 설계압력이 증대되며 기설정된 크기의 소형 고압용기 형태로 형성되고, 상기 터빈발전기는 상대적으로 높은 압력에서 작동되는 고압 터빈발전기로 구현될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 비상냉각수를 내부에 저장하고, 상기 비상냉각수를 비상냉각수저장부로 보충하는 비상냉각 보충수 저장부를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 비상냉각 보충수 저장부의 비상냉각수는 펌프 또는 중력에 의해 비상냉각수저장부로 공급될 수 있다.

본 발명에 따른 원전은, 원전의 사고 발생 시 원자로냉각재계통의 열 및 상기 원자로냉각재계통에서 격납부로 전달된 열 중 적어도 하나 이상의 열을 상기 격납부의 외부로 제거하는 피동안전계통; 내부에 열교환기를 구비하여 상기 열교환기를 통해 상기 격납부의 외부로 제거될 열을 전달받는 비상냉각수저장부; 및 상기 비상냉각수저장부로부터 발생하는 증기를 이용하여 비상전력을 생산하며, 상술한 비상전력 생산시스템을 포함한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 비상냉각수저장부와 효율이 양호한 터빈발전기를 연결하고, 터빈발전기는 원전 사고 시 비상냉각수저장부에서 발생하는 증기를 동력원으로 하여 작동됨으로써 보다 많은 비상전력을 생산할 수 있다.

둘째, 원전의 사고 시 요구되는 비상전력을 사고 시 발생하는 잔열을 이용하여 생산하고, 생산된 전력을 비상 축전지 충전용으로 전환하여 비상 축전지의 용량을 줄일 수 있다.

셋째, 생산된 비상전력은 사고 시 원전의 안전을 유지하기 위해 비상 기기 및 설비의 전원으로 이용할 수 있다.

넷째, 생산된 비상전력을 이용하여 피동안전계통의 소형화, 또는 융통성 있는 피동안전계통의 구성을 추구할 수 있다.

다섯째, 과도현상이 발생하는 사고 초기에는 터빈발전기 구동 없이도 비상냉각수저장부의 온도 상승을 이용하여 전달열을 흡수할 수 있다.

여섯째, 터빈발전기 및 응축계통 및 응축수저장부 등을 설치함으로써, 작동과정에서 비상냉각수저장부로 전달된 잔열을 제거하고, 비상냉각수를 지속적으로 보충함으로써 비상냉각수저장부의 크기를 줄일 수 있다.

일곱째, 비상냉각수가 비상냉각수저장부에서 터빈발전기, 응축계통, 응축수저장부를 경유하여 다시 비상냉각수저장부로 회수되는 순환과정을 통해 비상냉각수를 장기간 보충하여 장기 운전 시 외부로부터 비상냉각수저장부의 냉각수 재충수 없이도 장기간 운전하여 원전의 안전성을 향상시킬 수 있다.

여덟째, 터빈발전기에 의해 생산되는 전기를 팬 또는 펌프 등에 공급하고, 팬 또는 펌프가 열전달계수가 작거나 순환 유동이 형성되기 어려운 유로에 강제 유동을 형성하도록 구성하여 열전달 계수를 증가시키는 경우, 열교환기 크기를 감소시켜 경제성을 향상시킬 수 있다. 또한, 열교환기가 소형화되는 경우 격납부 내외부의 배치 및 구조 하중 문제가 크게 완화된다.

따라서, 본 발명에서 제안한 비상냉각수저장부-터빈발전기 결합방식은 관련 배관 및 저압 소형 터빈 발전기 등 비교적 구현이 용이한 방식이며, 사고 시 외부로부터의 전력 등의 도움이 없어도 원전 내부에서 발생하는 잔열 등의 피동적인 에너지를 이용해 전력을 생산할 수 있는 매우 유용한 구성방식이다.

도 1a은 본 발명의 비상냉각수저장부를 활용한 비상전력 생산시스템을 구비하는 정상 운전 시 원전의 개념도이다.
도 1b는 도 1a의 원전에서 사고 발생 시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 원전의 정상운전 시 비상냉각수저장부-소형 터빈발전기가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템을 보여주는 개념도이다.
도 2b는 도 2a의 원전 사고 시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 원전의 정상운전 시 비상냉각수저장부-소형 터빈발전기가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템을 보여주는 개념도이다.
도 3b 내지 도 3c는 도 3a의 원전 사고 시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 원전의 정상운전 시 비상냉각수저장부-소형 터빈발전기가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템을 보여주는 개념도이다.
도 4b는 도 4a의 원전 사고 시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 5a는 본 발명의 제4실시예에 따른 원전의 정상운전 시 비상냉각수저장부-소형 터빈발전기가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템을 보여주는 개념도이다.
도 5b는 도 5a의 원전 사고 시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 6a는 본 발명의 제5실시예에 따른 원전의 정상운전 시 비상냉각수저장부-소형 터빈발전기가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템을 보여주는 개념도이다.
도 6b는 도 6a의 원전 사고 시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 7a는 본 발명의 제6실시예에 따른 원전의 정상운전 시 비상냉각수저장부-소형 터빈발전기가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템을 보여주는 개념도이다.
도 7b는 도 7a의 원전 사고 시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 8a는 본 발명의 제7실시예에 따른 원전의 정상운전 시 비상냉각수저장부-소형 터빈발전기가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템을 보여주는 개념도이다.
도 8b는 도 8a의 원전 사고 초반시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 8c는 도 8a의 원전 사고 후반시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 8d는 도 8b에서 압력평형배관 개방 시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 8e는 도 8c에서 압력평형배관 개방 시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 9a는 본 발명의 제8실시예에 따른 원전의 정상운전 시 비상냉각수저장부-소형 터빈발전기가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템을 보여주는 개념도이다.
도 9b는 도 9a의 원전 사고 시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 9c는 도 9a의 원전 사고 시 비상냉각 보충수 저장부의 냉각수 보충을 보여주는 개념도이다.
도 10a는 본 발명의 제9실시예에 따른 원전의 정상운전 시 비상냉각수저장부-소형 터빈발전기가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템을 보여주는 개념도이다.
도 10b는 도 10a의 원전 사고 시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 10c는 도 10a의 원전 사고 시 비상냉각 보충수 저장부의 냉각수 보충을 보여주는 개념도이다.
도 11a는 본 발명의 제10실시예에 따른 원전의 정상운전 시 비상냉각수저장부-소형 터빈발전기가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템을 보여주는 개념도이다.
도 11b는 도 11a의 원전 사고 초반시 비상전력 생산시스템의 작동상태를 보여주는 개념도이다.
도 11c는 도 11a의 원전 사고 후반시 응축수저장부의 냉각수 중력 주입을 보여주는 개념도이다.

이하, 본 발명에 관련된 비상전력 생산 시스템 및 이를 구비한 원전에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 피동형 원전에서 소요되는 축전지 용량을 소형화하여, 피동형 원전의 경제성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 원전을 제공한다.

피동형 원전에서는 비상전력으로 축전지가 이용된다. 본 발명에서는 피동안전계통의 열침원으로 활용되는 비상냉각수저장부('비상냉각탱크'라고도 정의할 수 있음.)를 밀봉하고 사고 발생 시 적절한 설계압력으로 가압해 잔열에 의해 비상냉각탱크에서 생산되는 증기를 저압 소형 터빈 발전기로 공급하여 비상 전기를 생산한다. 원전 사고 시 소형 터빈발전기를 이용해 생산되는 전기를 비상축전지(battery)에 저장하거나 사고 시 요구되는 피동안전계통의 기기에 전기를 직접 공급함으로써, 피동형 원전에서 소요되는 축전지 용량을 크게 축소할 수 있으며, 비교적 단순화된 검증된 방법으로 비상전력을 생산할 수 있다. 이에 의해 보다 경제적이고 융통성 있는 피동형 원전을 구성할 수 있다.

본 발명의 기술은 피동형 원전뿐만 아니라 능동형 원전 또는 능동형과 피동형의 혼합형 원전에도 응용이 가능하므로 피동형 원전으로 한정하는 것은 아니다.

도 1a은 본 발명의 비상냉각수저장부(110)를 활용한 비상전력 생산시스템(100)을 구비하는 정상 운전 시 원전(10)의 개념도이고, 도 1b는 도 1a의 원전(10)에서 사고 발생 시 비상전력 생산시스템(100)의 작동상태를 보여주는 개념도이다.

도 1a 및 도 1b의 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 본 발명에서 개시하는 비상전력 생산시스템(100) 및 이를 구비하는 원전(10)에 대하여 원자로냉각재계통(11)을 중심으로 대칭으로 도시하였다. 그리고, 도 1b의 원자로냉각재계통(11)의 중심에서 좌측(화살표 A 방향)에는 원전(10)의 사고 초반 시를 도시하고 우측(화살표 B 방향)에는 원전(10)의 사고 후반 시 계통 및 비상전력 생산 시스템의 열전달유체의 흐름 및 열전달 경로, 전기의 흐름 경로 등을 도시하였다.

원전(10)은 정상적인 운용과 사고 발생에 대비하여 원전(10)의 건전성을 유지하기 위한 다양한 안전계통들을 포함하고, 그 밖에 격납부(18) 등의 구조물을 포함한다.

본 발명과 관련하여 원자로는 안전계통의 구성방식에 따라 펌프와 같은 능동력을 사용하는 능동형원자로와 중력 또는 가스압력 등의 피동력을 사용하는 피동형원자로로 나뉜다.

한편, 주요기기의 설치위치에 따라 주요기기(증기발생기(15), 가압기(14), 펌프 임펠러 등)가 원자로 외부에 설치되는 분리형 원자로(예, 국내 가압경수로)와 주요기기가 원자로용기 내부에 설치되는 일체형 원자로(예, SMART 원자로)로 나뉜다.

도 1에 도시된 원전(10)은 일체형 원자로에 대하여 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 일체형 원자로에만 적용되는 것은 아니고 분리형 원자로에도 적용될 수 있다. 또한 본 발명은 가압경수로에 한정되지 않으며, 가스로나 액체금속로 등을 포함한 다양한 형태의 원전(10)에도 적용될 수 있다.

또한, 일반적으로 원자로용기(또는 분리형 원자로의 원자로냉각재계통(11)) 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(18)"라 지칭한다.

격납부(18)는 방사성 물질의 누출을 방지하도록 원자로냉각재계통(11)의 외부에 상기 원자로냉각재계통(11)을 감싸도록 형성된다. 격납부(18)는 원자로냉각재계통(11)으로부터 외부 환경으로의 방사성 물질의 누출을 방지하는 최종 방벽 역할을 한다.

본 발명과 관련된 원전산업분야에서 잔열제거계통(보조급수계통 또는 피동잔열제거계통(20))은 일체형 원자로를 포함하여 다양한 원전(10)에서 사고가 발생하는 경우 원전(10)의 안전성을 확보하기 위한 핵심계통 중의 하나로, 원자로냉각재계통(11)의 열(원자로냉각재계통(11)의 현열 및 노심(12)의 잔열)을 제거하여 외부로 방출하는 계통이다.

잔열제거계통 중에서 일반적으로 증기와 물의 밀도 차이에 의한 자연순환을 이용하는 피동잔열제거계통(20)의 유체 순환 방식으로는 원자로냉각재계통(11)의 일차냉각수를 직접 순환시켜 원자로를 냉각하는 방식과 증기발생기(15)를 이용하여 이차냉각수를 순환시켜 간접적으로 원자로를 냉각하는 방식 두 가지가 주로 사용되고 있으며, 일차냉각수를 탱크에 주입하여 직접 응축시키는 방식도 일부 이용되고 있다.

또한, 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21;응축열교환기)의 외부를 냉각하는 방식으로는 대부분의 원자로에서 적용하고 있는 수랭식(water-cooled)과, 일부 공랭식(air-cooled)과 수-공랭식 병용 방식이 이용되고 있다. 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)는 원자로로부터 전달받은 열을 비상냉각수저장부(110) 등을 통해 외부(최종 열침원)로 전달하는 기능을 수행하며, 열교환기 방식으로 열전달 효율이 뛰어난 증기 응축현상을 이용한 응축열교환기가 많이 채용되고 있다.

본 발명과 관련된 원전산업분야에서 피동격납부냉각계통(30)(또는 격납부냉각계통)은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 냉각재상실사고나 증기관파단사고 등의 발생으로 냉각수 또는 증기가 방출되어 격납부(18) 내부의 압력이 상승하는 경우에, 증기를 응축시키고 내부 대기를 냉각시켜 압력을 낮추어, 격납부(18)의 건전성을 유지시키는 계통이다. 피동격납부냉각계통(30)과 유사한 목적으로 사용되는 방식으로는 격납부(18)로 방출된 증기를 감압탱크로 유도하여 응축시키는 감압탱크(suppression tank)를 이용하는 방식, 철재격납용기를 적용하고 외벽을 냉각(스프레이, 공기)시키는 방식 그리고 열교환기를 이용하는 방식 등이 이용되고 있다. 본 발명과 관련된 피동격납부냉각계통(30)의 열교환기(31)는 쉘 앤 튜브(shell and tube)형 열교환기 또는 응축기가 주로 적용되고 있으며, 자연순환에 의존한다. 예를 들면, 피동격납부냉각계통(30)의 열교환기(31)는 격납부(18) 내부에 배치되고, 상기 열교환기는 사고 시 격납부(18) 내부로 방출되는 증기를 비상냉각수저장부(110)로부터 공급되는 냉각수와의 열교환을 통해 냉각할 수 있다. 또한, 상기 열교환기 내부의 증기는 응축된 후 냉각수저장부(41)로 회수될 수 있다. 냉각수저장부(41)는 격납부(18) 내부에 배치되고, 냉각수저장부(41)로 회수된 냉각수는 냉각수주입관(41a)을 통해 원자로냉각재계통(11)으로 재공급될 수 있다. 냉각수주입관(41a)에는 격리밸브(42)가 설치되어 관련신호에 따라 냉각수주입관(41a)을 개폐할 수 있다. 또한, 냉각수주입관(41a)에는 체크밸브(43)가 설치되어 냉각수의 역류를 방지할 수 있다.

본 명세서 피동안전계통은 피동잔열제거계통(20) 및 피동격납부냉각계통(30) 중 적어도 하나 이상의 계통을 포함하는 개념으로 사용된다.

원전(10)의 정상 운전시 급수관(17a)을 통해 급수계통(17)으로부터 증기발생기(15)로 급수가 공급되면, 증기발생기(15)는 노심(12)에서 전달된 열을 이용해 증기를 발생시킨다. 증기는 주증기관(16a)을 통해 터빈계통(16)으로 공급되며, 터빈계통(16)은 공급받은 증기를 이용하여 전기를 생산한다. 급수관(17a)과 주증기관(16a)에 설치되는 격리밸브(16b)들은 원전(10)의 정상 운전시에는 개방되어 있으나, 사고 발생시에는 작동 신호에 의해 닫힌다.

원자로냉각재계통(11)의 내부에는 일차계통유체가 채워져 있으며, 일차계통유체는 노심(12)에서 전달받은 열을 증기발생기(15)를 통해 이차계통유체에 전달한다. 원전(10)의 일차계통이란 노심(12)으로부터 직접적으로 열을 전달받아 노심(12)을 냉각하는 계통이고, 이차계통이란 상기 일차계통과 압력경계를 유지하면서 상기 일차계통으로부터 열을 전달받아 전달받은 열을 이용해 전기를 생산하는 계통이다. 예를 들면, 이차계통에는 터빈계통(16)이 포함되며, 터빈계통(16)은 증기터빈을 이용하여 증기를 전기에너지로 변환하는 계통일 수 있다. 특히, 가압 경수형 원전(10)의 건전성을 위해 일차계통과 이차계통 사이에는 반드시 압력경계가 유지되어야 한다.

원자로냉각재계통(11)에는 일차계통유체를 순환시키기 위한 원자로냉각재펌프(13), 냉각재의 비등을 억제하고 운전 압력을 제어하기 위한 가압기(14)가 설치된다. 증기발생기(15)는 일차계통과 이차계통 경계에 배치되어 일차계통유체와 이차계통유체 사이의 열교환을 유도한다.

또한, 피동안전계통은 사고 후 상기 원자로냉각재계통(11)과 상기 격납부(18) 내부의 압력이 유사 평형 상태에 도달한 경우에 중력에 의해 냉각수를 안전 주입하는 피동안전주입계통(40)을 포함할 수 있다. 안전주입계통(40)으로부터 냉각수가 안전주입될 수 있다.

본 발명에서 비상전력 생산시스템(100)은 사고 시 제거해야 하는 원자로냉각재계통(11)의 열을 제거하면서, 이를 이용하여 동시에 비상전력을 생산하는 시스템으로, 본 발명에서는 비상냉각수저장부(110)로부터 발생하는 증기를 이용하여 비상전력을 생산하도록 구성된다.

도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 원전(10)의 정상운전 시 비상냉각수저장부(110)-소형 터빈발전기(120)가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템(100)을 보여주는 개념도이고, 도 2b는 도 2a의 원전(10) 사고 시 비상전력 생산시스템(100)의 작동상태를 보여주는 개념도이다.

비상전력 생산시스템(100)은 비상냉각수저장부(110), 터빈발전기(120), 응축계통(140), 응축수저장부(144), 비상전력계통(130), 감압설비(127), 증기제어밸브(124) 등을 포함한다.

비상냉각수저장부(110)는 피동잔열제거계통(20) 또는 피동격납부냉각계통(30) 등의 사고 시 잔열을 제거하기 위한 피동안전계통의 열침원 역할을 수행하는 장치이다.

비상냉각수저장부(110)는 격납부(18)의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 도 2에 도시된 비상냉각수저장부(110)는 격납부(18) 외부에 설치되어 있다.

비상냉각수저장부(110)는 내부에 저장공간을 구비하여 비등점 이하의 비상냉각수를 저장한다. 비상냉각수저장부(110)는 터빈발전기 연결배관(123) 또는 감압설비(127) 및 재충수 배관(146) 등과 연결되는 부분을 제외하고 내부의 저장공간이 밀폐되도록 이루어진다. 비상냉각수저장부(110)는 터빈발전기(120)의 효율을 고려하여 적절한 설계압력으로 설계된다. 왜냐하면, 터빈발전기(120)의 작동압력을 높이는 경우에 터빈발전기(120)의 효율이 향상되나, 설계 압력 증가에 따른 비용이 증가하기 때문이다. 비상냉각수저장부(110)는 터빈발전기(120)의 기설정된 최대 작동 압력 이상으로 설계되는 것이 바람직하다. 다만, 터빈발전기(120)의 최대 작동압력 이하에서도 터빈발전기(120)가 구동될 수 있으나, 터빈발전기(120)의 최대 작동압력 이하에서는 터빈발전기(120)의 효율이 감소한다.

비상냉각수저장부(110)의 내부에 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21) 또는 피동격납부냉각계통(30)의 열교환기(31)가 수용될 수 있다. 도 2a에 도시된 비상냉각수저장부(110)의 내부에 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)가 수용되고, 열교환기는 비상냉각수에 침지될 수 있다.

피동잔열제거계통(20)은 피동격납부냉각계통(30)보다 작동온도 및 압력이 높기 때문에, 피동격납부냉각계통(30)보다는 피동잔열제거계통(20)의 열이 비상냉각수저장부(110)의 비상냉각수로 전달되는 것이 터빈발전기(120)의 에너지 변환 측면에서 볼 때 보다 더 효율적이다. 즉, 피동잔열제거계통(20)의 작동온도 및 압력이 피동격납부냉각계통(30)보다 높아서 비상냉각수저장부(110)에서 비상냉각수의 온도상승속도가 빨라지고 증기량도 증가하기 때문에, 터빈발전기(120)는 증기량이 증가할 수록 더 많은 전력을 생산할 수 있다.

피동잔열제거계통(20)은 1차계통으로부터 증기를 공급받거나 또는 증기발생기(15)를 통해 2차계통으로부터 증기를 공급받을 수 있다. 도 1b 및 도 2b에 도시된 피동잔열제거계통(20)은 2차계통으로부터 증기를 공급받는다. 이를 위해, 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)는 증기배관(22a) 및 급수배관(22b)과 연통되게 연결된다. 상기 증기배관(22a)의 일측은 열교환기의 입구헤더와 연결되고, 증기배관(22a)의 타측은 주증기관(16a)과 연결되어 증기발생기(15)의 출구헤더와 연결된다. 사고 발생 시 증기발생기(15)에서 생성된 증기는 주증기관(16a)과 증기배관(22a)을 따라 상승하여 열교환기의 입구헤더로 공급된다. 열교환기의 유로로 유입된 증기는 비상냉각수와 열교환함으로 냉각되어 응축된다. 급수배관(22b)의 일측은 열교환기의 출구헤더와 연결되고, 급수배관(22b)의 타측은 급수관(17a)과 연결되어 증기발생기(15)의 입구헤더와 연결된다. 열교환기에서 응축된 냉각수는 급수배관(22b)을 통해 증기발생기(15)로 회수될 수 있다.

급수배관(22b)에 격리밸브(23)와 체크밸브(24)가 설치될 수 있다. 격리밸브(23)는 컨트롤러의 제어신호를 받아 작동 요구 시 열리거나 닫힐 수 있는 밸브이다. 체크밸브(24)는 유체의 이동에 의해 열리거나 닫힐 수 있는 밸브이다. 체크밸브(24)는 열교환기에서 증기발생기(15)로 냉각수의 흐름을 허용하나, 그 반대방향으로 냉각수의 역류를 제한한다.

상기 구성에 의하면, 피동잔열제거계통(20)의 열은 상기 열교환기를 통해 비상냉각수로 전달된다.

비상냉각수저장부(110)는 사고 초반 시 비상냉각수의 온도 상승에 의해 피동잔열제거계통(20)의 전달열을 흡수한다. 비상냉각수의 온도는 비등점을 넘어서면서 비상냉각수저장부(110) 내부에서 증기가 발생한다.

비상냉각수저장부(110)의 일측면은 격납부(18)와 접촉되도록 장착되고, 비상냉각수저장부(110)의 타측면은 터빈발전기(120) 및 응축수저장부(144) 등과 연결 가능하게 배치된다.

비상냉각수저장부(110)는 터빈발전기 연결배관(123)을 통해 터빈발전기(120)와 연결된다. 터빈발전기 연결배관(123)의 일측은 비상냉각수저장부(110)의 타측면 상부와 연통되게 연결되어, 터빈발전기 연결배관(123)의 타측은 터빈발전기(120)와 연결되어, 비상냉각수저장부(110)에서 발생된 증기는 터빈발전기(120)로 공급된다.

터빈발전기 연결배관(123)에 증기제어밸브(124)가 설치된다. 증기제어밸브(124)는 터빈발전기(120)의 작동압력에 맞게 터빈발전기(120)로 공급되는 증기량 및 압력을 제어한다.

비상냉각수저장부(110)는 감압설비(127)와 연결된다. 감압설비(127)는 안전밸브(128) 및 안전감압밸브 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

안전밸브(128)는 스프링의 힘과 비상냉각수저장부(110)의 압력 차이에 의해 열리고 닫히는 구조의 밸브이다. 예를 들어, 안전밸브(128)는 평상시 스프링의 힘에 의해 닫힘상태로 있다가 사고 시 비상냉각수저장부(110)의 내부 압력이 스프링의 힘을 초과하는 압력으로 상승하면 개방된다. 즉, 정상적인 비상냉각수저장부(110)의 압력 상태에서는 작동하지 않고, 스프링의 힘을 넘는 고압상태로 비상냉각수저장부(110)의 압력이 상승하는 경우에 자동으로 작동한다. 이후 비상냉각수저장부(110)의 압력이 감소하면 안전밸브(128)가 다시 닫힌다.

안전감압밸브는 비상냉각수저장부(110)의 압력이 설계기준을 초과하는 고압상태를 계속 유지하는 경우에 비상냉각수저장부(110)의 압력을 낮추어 주는 역할을 한다. 안전감압밸브는 운전원의 작동신호에 따라 전기 등의 구동력에 의해 개방된다. 안전감압밸브는 운전원의 판단 하에 수동 조작될 수 있다. 안전감압밸브는 안전밸브(128)의 개폐가 반복되거나, 비상냉각수저장부(110)의 압력이 이상적으로 높은 상태가 지속되면 운전원이 안전감압밸브를 개방할 수 있다.

이밖에, 안전밸브(128) 및 안전감압밸브의 기능을 합쳐놓은 파이로트구동안전방출밸브(POSRV) 등이 설치될 수 있다. 이 경우 파이로트구동안전방출밸브의 스프링 장착 파이로트 구동밸브가 안전밸브(128)의 기능을 수행하고, 전동기 구동 파이로트 밸브가 안전감압밸브의 기능을 수행할 수 있다.

상기 감압설비(127)는 우회방출밸브(126)를 더 포함할 수 있다. 우회방출밸브(126)는 비상냉각수저장부(110)의 압력이 기설정 압력을 초과하는 경우 개방되어 비상냉각수저장부(110)를 증기의 과압으로부터 보호할 수 있다.

또한, 우회방출밸브(126)는 터빈발전기(120)로 공급되는 증기량 및 압력이 터빈발전기(120)의 설계기준을 초과하면 기설정된 압력에서 개방되어 터빈발전기(120)로의 증기량 및 압력을 조절할 수 있다.

터빈발전기 연결배관(123)에서 바이패스관(125)이 분기 형성될 수 있다. 바이패스관(125)의 일측은 터빈발전기 연결배관(123)에 연결되고 바이패스관(125)의 타측은 외부와 연통되며, 바이패스관(125)에 상기 우회방출밸브(126)가 개폐 가능하게 설치될 수 있다. 상기 비상냉각수저장부(110)에서 생성되는 증기는 바이패스관(125)과 우회방출밸브(126)를 통해 터빈발전기(120)의 기설정된 용량 초과 시 선택적으로 터빈발전기(120)를 우회하여 외부 대기중으로 방출될 수 있다.

터빈발전기(120)의 작동압력에 맞게 터빈발전기(120)로 공급되는 증기량 및 증기 압력을 제어하기 위해 우회방출밸브(126)와 증기제어밸브(124)가 동시에 유량 및 압력 제어기능을 수행하거나 우회유량 방출밸브 단독으로 수행할 수도 있다. 또한 증기제어밸브(124) 때신 배관에 오리피스(917)를 설치하여 제어 기능을 대체할 수도 있다. 이 경우 증기제어밸브(124)는 온-오프(on-off) 기능을 수행한다.

터빈발전기(120)는 터빈(121)과 발전기(122)로 구성된다. 터빈(121)은 유체를 임펠러의 날개에 부딪히게 함으로써 축을 회전시키는 장치이며, 반작용 터빈(121)으로 구현될 수 있다. 반작용식 터빈(121)은 노즐 분사에 의한 반작용으로 디스크를 회전시키며, 노즐을 통과한 스팀을 다단의 디스크로 연결하여 에너지 효율을 증가시킬 수 있다. 발전기(122)는 터빈(121)과 연동되게 결합되어 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다. 터비발전기(122)는 비상냉각수저장부(110)로부터 공급되는 증기를 받아 터빈(121)을 구동하여 터빈(121)과 함께 발전기(122)를 회전시킴으로 전력을 생산할 수 있다.

터빈발전기(120)는 낮은 압력을 이용하는 저압 소형 터빈발전기(120)일 수 있다. 저압 소형 터빈발전기(120)는 수kW~수MW의 전기출력을 낼 수 있다.

터빈발전기(120)는 비상전력계통(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 비상전력계통(130)은 충전기(131), 배터리(132) 및 비상전력 소요기기(133)를 포함한다. 비상전력계통(130)은 피동안전계통의 안전 전력계통(130)을 예시한다.

소내 또는 소외 전력계통(130)은 원전(10) 정상운전 시 충전기(131)를 통해 배터리(132)로 전원을 공급하여 배터리(132)를 충전하고, 배터리(132)의 전력은 비상전력 소요기기(133)로 공급될 수 있다.

사고 시 터빈발전기(120)의 작동 시점부터는 소내 또는 소외 전력계통(130)의 이용이 불가능한 경우에 터빈발전기(120)에서 생산된 전기는 자체기기로 공급되고, 잔여 전기는 충전기(131)를 통해 배터리(132)와 비상전력 소요기기(133)로 전력이 공급될 수 있다.

사고 시 터빈발전기(120)에서 생산된 전기는 배터리(132)(축전지)로 공급되거나 배터리(132)를 통하지 않고 팬 또는 펌프 등으로 직접 공급될 수 있다.

배터리(132)를 적용하는 경우 배터리(132)는 사고 초반 시 펌프/팬 등의 구동을 위해 사용될 수 있다. 이후 터빈발전기(120)의 작동에 따라 생산된 전기는 펌프 또는 팬을 구동하는데 사용되고 나머지 전력은 배터리(132)를 재충전하는데 사용될 수 있다.

터빈발전기(120)의 후단부에 응축계통 연결배관(141a)으로 연결되는 응축계통(140)이 설치될 수 있다. 응축계통(140)은 터빈발전기(120)의 후단부의 압력을 낮추어 터빈발전기(120)의 효율을 높이기 위한 목적으로 사용된다. 응축계통(140)은 터빈발전기(120)에서 방출되는 증기를 응축시킴으로써, 터빈발전기(120)의 후단부 압력을 낮출 수 있다. 이에 의해, 터빈발전기(120)에서의 압력차가 커져 터빈(121)의 회전속도가 증가함에 따라 터빈발전기(120)의 효율이 증가한다.

또한, 응축계통(140)은 터빈발전기(120)에서 방출되는 증기를 응축시켜 비상냉각수저장부(110)의 비상냉각수로 재활용(재충수)할 목적도 함께 가진다.

응축계통(140)은 공랭식 또는 수랭식으로 구성될 수 있다. 공랭식 또는 수랭식 응축계통(140)은 원전(10) 부지의 특성에 따라 선택적으로 적용될 수 있다.

도 2a에 도시된 응축계통(140)은 공랭식으로 구성된다. 공랭식 응축계통(140)은 응축기케이싱(141), 공랭식 열교환기(142) 및 냉각팬(143)을 포함한다. 응축기케이싱(141)의 상측에 유입구가 형성되고, 응축기케이싱(141)의 하측에 유출구가 형성된다. 터빈발전기(120)에서 배출된 증기는 응축기케이싱(141)의 유입구를 통해 유입되고, 공랭식 열교환기(142) 내부의 유로를 흐르는 외기와 열교환을 통해 냉각되어 응축된 후, 응축된 냉각수가 유출구를 통해 유출된다.

응축기케이싱(141)의 일측에 흡입관이 구비되고, 흡입관의 일측은 외부 대기와 연통되게 형성되고, 흡입관의 타측은 공랭식 열교환기(142)의 입구헤더와 연결된다.

공랭식 열교환기(142)는 쉘 앤 튜브형 또는 플레이트형 열교환기일 수 있다. 공랭식 열교환기(142)는 응축기케이싱(141) 내부에 수용될 수 있다. (응축기케이싱(141)) 내부에 증기가 흐르고, 튜브 내부에 외기가 흐를 수 있다.

냉각팬(143)은 흡입관에 설치되고, 냉각팬(143)에는 팬모터가 장착되어, 냉각팬(143)이 구동되면 외기가 흡입관을 통해 공랭식 열교환기(142) 내부로 유입된다. 유입된 외기는 공랭식 열교환기(142)의 유로 외부를 지나는 증기와 열교환하여 상기 증기를 냉각한다. 상기 열교환을 통해 가열된 공기는 토출관을 통해 외부 환경으로 토출된다.

공랭식 응축계통(140)은 응축기의 크기가 증가하는 단점이 있으나, 응축기케이싱(141) 주변의 공기를 활용하므로 담수나 해수를 공급하기 위한 계통이 구비되지 않아도 되는 장점이 있다.

냉각팬(143)은 응축기케이싱(141) 주변의 공기를 공랭식 열교환기(142)로 강제 송풍하여 열교환기의 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 의해 응축기의 크기를 감소시킬 수 있다.

응축기케이싱(141)의 타측에 덕트(굴뚝)을 구비하여 굴뚝 효과에 의해 냉각효율을 증가시킬 수 있다.

응축계통(140)은 배기팬(145)을 더 포함할 수 있다. 배기팬(145)은 응축되지 않은 잔여 증기나 비응축성 가스를 배기하여 터빈발전기(120) 후단의 압력을 효율적으로 낮추어 터빈발전기(120)의 효율을 높일 수 있다.

냉각팬(143) 및 배기팬(145)은 사고 시 터빈발전기(120)로부터 생산된 전력을 공급받아 구동될 수 있다.

응축수저장부(144)는 응축계통(140)의 후단에 구비되고, 내부에 저장공간을 구비하여 어 응축수를 수집하도록 구성된다. 응축기케이싱(141)의 하측에 응축수연결관(141b)이 구비된다. 응축수연결관(141b)의 상단부는 응축기케이싱(141)의 하측과 연통되게 연결되고, 응축수연결관(141b)의 하단부는 응축수저장부(144)의 상부와 연통되게 연결되어, 응축기케이싱(141)에서 응축된 냉각수가 응축수연결관(141b)을 따라 하강하여 응축수저장부(144)로 수집된다.

응축기케이싱(141)의 타측 하부에 비응축성 가스연결관(141c)이 구비될 수 있다. 비응축성 가스연결관(141c)의 일측은 응축기케이싱(141)의 타측 하부와 연통되게 연결되고, 비응축성 가스연결관(141c)의 타측은 응축수저장부(144)의 타측 상부와 연통되게 연결된다. 응축기케이싱(141)에서 응축되지 않은 잔여 증기나 비응축성 가스는 비응축성 가스연결관(141c)을 통해 응축수저장부(144)의 상부공간으로 유입될 수 있다.

응축수저장부(144)의 일측 상부에 배기관이 구비될 수 있다. 배기관의 일측은 응축수저장부(144)의 일측 상부와 연통되게 연결되고, 배기관의 타측은 외부 대기와 연통되게 연결된다. 배기관에 배기팬(145)이 구비되어, 배기팬(145)이 구동되면 유체의 강제 유동을 형성하여 응축기케이싱(141)에서 응축되지 않은 잔여 증기나 비응축성 가스가 배기관을 통해 배기되어 터빈발전기(120) 후단의 압력을 효율적으로 낮출 수 있다. 배기팬(145)은 터빈발전기(120)로부터 생산된 전력을 공급받을 수 있다.

응축수저장부(144)는 응축기케이싱(141)과 합쳐진 구조로도 구성될 수 있다.

응축수저장부(144)의 일측 하부에 재충수 배관(146)이 구비된다. 재충수 배관(146)의 일측은 응축수저장부(144)의 일측 하부와 연통되게 연결되고, 재충수 배관(146)의 타측은 비상냉각수저장부(110)의 타측 하부와 연통되게 연결된다. 재충수 배관(146)에 재충수펌프(149)가 설치되어, 재충수펌프(149)가 가동되면 응축수저장부(144)에 수집된 비상냉각수가 비상냉각수저장부(110)로 회수될 수 있다. 재충수펌프(149)는 터빈발전기(120)로부터 생산된 전력을 공급받을 수 있다.

재충수 배관(146)에 격리밸브(147)와 체크밸브(148)가 설치될 수 있다. 격리밸브(147)는 컨트롤러의 제어신호를 받아 작동 요구 시 열리거나 닫힐 수 있는 밸브이다. 체크밸브(148)는 유체의 이동에 의해 열리거나 닫힐 수 있는 밸브이다. 체크밸브(24)는 응축수저장부(144)에서 비상냉각수저장부(110)로 냉각수의 흐름을 허용하나, 그 반대방향으로 냉각수의 역류를 제한한다.

도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 원전(10)의 정상운전 시 비상냉각수저장부(110)-소형 터빈발전기(120)가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템(200)을 보여주는 개념도이고, 도 3b 내지 도 3c는 도 3a의 원전(10) 사고 시 비상전력 생산시스템(200)의 작동상태를 보여주는 개념도이다.

도 3에 도시된 비상전력 생산시스템(200)은 도 2와 대비하여 터빈발전기(120)와 응축계통(140) 사이에 구비되는 대기방출밸브(2412)를 더 포함한다. 응축계통 연결배관(141a)은 터빈발전기(120)의 후단에서 응축계통(140)으로 연장된다. 응축계통 연결배관(141a)에서 외부환경으로 분기되는 대기방출배관(2411)이 더 구비된다. 대기방출배관(2411)에 대기방출밸브(2412)가 설치되어, 대기방출밸브(2412)의 개폐동작에 의해 터빈발전기(120)에서 배출된 증기가 외부환경(대기중)으로 방출되거나 응축계통(140)으로 공급될 수 있다. 도 3b의 대기방출밸브(2412)는 닫힘상태로 되어 터빈발전기(120)에서 배출되는 증기가 응축계통(140)으로 공급된다. 도 3c의 대기방출밸브(2412)는 열림상태로 되고, 터빈발전기(120)에서 배출되는 증기가 외부환경으로 방출되어, 응축계통(140)에서 증기의 응축은 발생하지 않는다. 이러한 구성에 의하면, 도 2 대비 운전의 유연성이 증가할 수 있다. 기타 구성은 도 2a 및 도 2b의 구성요소와 동일 내지 유사하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 원전(10)의 정상운전 시 비상냉각수저장부(110)-소형 터빈발전기(120)가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템(300)을 보여주는 개념도이고, 도 4b는 도 4a의 원전(10) 사고 시 비상전력 생산시스템(300)의 작동상태를 보여주는 개념도이다.

도 4에 도시된 원전(10)에서는 도 2와 대비하여 피동격납부냉각계통(30)의 열교환기(31)를 더 포함한다.

피동격납부냉각계통(30)의 열교환기(31)는 격납부(18) 내부에 배치될 수 있다. 상기 열교환기는 쉘 앤 튜브형 또는 플레이트형 열교환기일 수 있다. 열교환기(31)는 비상냉각수가 유입되는 입구헤더, 격납부(18)의 증기와 비상냉각수의 열교환이 이루어지는 열교환부, 비상냉각수의 증기가 유출되는 출구헤더로 구성될 수 있다. 입구헤더는 열교환기(31)의 하부에 구비되고, 출구헤더는 열교환기(31)의 상부에 구비될 수 있다. 열교환부는 입구헤더와 출구헤더를 연결하며 내부에 열교환을 위한 유로를 형성한다.

피동격납부냉각계통(30)의 열교환기(31)와 비상냉각수저장부(110) 사이에 냉각수공급배관(32a)과 증기회수배관(32b)이 구비된다. 냉각수공급배관(32a)의 일측은 비상냉각수저장부(110)의 하부에 연통되게 연결되고, 냉각수공급배관(32a)의 타측은 열교환기(31)의 입구헤더와 연통되게 연결된다. 냉각수공급배관(32a)에는 컨트롤러의 제어신호에 따라 개폐작동이 이루어지는 격리밸브(33)와 유동에 따라 개폐되는 체크밸브(34)가 설치된다. 사고 시 격리밸브(33)가 개방되어 비상냉각수가 비상냉각수저장부(110)에서 열교환기(31)로 공급될 수 있다.

증기회수배관(32b)의 일측은 열교환기의 출구헤더와 연통되게 연결되고, 증기회수배관(32b)의 타측은 비상냉각수저장부(110)의 일측면 상부와 연통되게 연결된다. 증기회수배관(32b)에는 제어신호에 따라 개폐작동이 이루어지는 격리밸브(33)가 설치된다. 사고 시 열교환기로 공급된 비상냉각수는 격납부(18)의 증기와 열교환을 통해 가열되고 온도 상승에 의해 증기로 변하며 상기 증기는 열교환부의 유로를 따라 상승하여 출구헤더를 통해 배출된다. 또한 격리밸브(33)가 개방되어, 열교환기에서 배출된 증기는 증기회수배관(32b)을 통해 비상냉각수저장부(110)의 내부로 회수된다.

냉각수공급배관(32a)과 증기회수배관(32b) 각각은 격납부(18)의 내측과 비상냉각수저장부(110)를 연결하기 위해 격납부(18)를 관통할 수 있다.

본 실시예에서 비상냉각수저장부(110)의 비상냉각수는 피동잔열제거계통(20)으로 공급되어 피동잔열제거계통(20)의 열을 제거할 뿐만 아니라, 피동격납부냉각계통(30)으로 공급되어 피동격납부냉각계통(30)의 열을 제거할 수 있다. 또한, 비상냉각수저장부(110)는 피동잔열제거계통(20)과 피동격납부냉각계통(30) 각각으로 공급되는 비상냉각수의 온도 상승 및 증기로의 상 변화를 통해 피동잔열제거계통(20)과 피동격납부냉각계통(30)으로부터 열을 흡수하고, 증기형태로 비상냉각수를 다시 회수할 수 있다. 또한, 비상냉각수저장부(110)는 비상냉각수의 순환을 통해 피동잔열제거계통(20)과 피동격납부냉각계통(30)의 열을 전달받아 증기를 효율적으로 생성할 수 있다. 또한, 피동잔열제거계통(20)과 피동격납부냉각계통(30)은 비상냉각수저장부(110)를 공통으로 활용하므로, 비용절감에 기여할 수 있다. 기타 구성요소는 도 2a 및 도 2b의 구성요소와 동일 내지 유사하므로, 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

도 5a는 본 발명의 제4실시예에 따른 원전(10)의 정상운전 시 비상냉각수저장부(110)-소형 터빈발전기(120)가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템(400)을 보여주는 개념도이고, 도 5b는 도 5a의 원전(10) 사고 시 비상전력 생산시스템(400)의 작동상태를 보여주는 개념도이다.

도 5에 도시된 비상전력 생산시스템(400)은 설비의 단순화를 위해 응축계통(140)이 제거될 수 있다. 이 경우에 터빈발전기(120)에서 배출되는 증기는 대기방출배관(4411)을 통해 대기중으로 방출된다.

본 실시예에서는 비상냉각수 재충수 저장부(444)가 비상냉각수저장부(110)와 별도로 설치된다. 비상냉각수 재충수 저장부(444)와 비상냉각수저장부(110) 사이에 재충수공급관(4441)이 구비된다. 재충수공급관(4441)의 일측은 비상냉각수 재충수 저장부(444)의 하부에 연통되게 연결되고, 재충수공급관(4441)의 타측은 비상냉각수저장부(110)의 타측면 하부에 연통되게 연결된다. 재충수공급관(4441)에 격리밸브(4442)와 체크밸브(4443)가 설치된다. 격리밸브(4442)는 제어신호에 따라 개폐되고, 체크밸브(4443)는 유동방향에 따라 개폐되며 냉각수의 유동방향을 비상냉각수 재충수 저장부(444)에서 비상냉각수저장부(110)로 제한한다. 재충수공급관(4441)에 재충수 펌프(4444)가 설치되어, 사고 시 비상냉각수가 재충수펌프(4444)에 의해 비상냉각수저장부(110)에 보충될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 응축계통(140)이 설치되지 않으므로 설비비용이 절감되는 효과를 얻을 수 있다. 기타 구성요소는 도 2a 및 도 2b와 동일 내지 유사하므로, 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

도 6a는 본 발명의 제5실시예에 따른 원전(10)의 정상운전 시 비상냉각수저장부(110)-소형 터빈발전기(120)가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템(500)을 보여주는 개념도이고, 도 6b는 도 6a의 원전(10) 사고 시 비상전력 생산시스템(500)의 작동상태를 보여주는 개념도이다.

도 6에 도시된 비상전력 생산시스템(500)은 설비의 단순화를 위해 응축계통(140)이 제거될 수 있다. 이 경우에 터빈발전기(120)에서 배출되는 증기는 대기방출배관(5411)을 통해 대기중으로 방출된다.

또한, 본 실시예에서는 도 5의 비상냉각수 재충수 저장부(444), 재충수 펌프(4444) 등 재충수 계통이 설비의 단순화를 위해 설치되지 않을 수 있다.

본 실시예에 의하면, 응축계통(140) 및 재충수 계통이 설치되지 않으므로 설비비용이 절감된다.

도 7a는 본 발명의 제6실시예에 따른 원전(10)의 정상운전 시 비상냉각수저장부(110)-소형 터빈발전기(120)가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템(600)을 보여주는 개념도이고, 도 7b는 도 7a의 원전(10) 사고 시 비상전력 생산시스템(600)의 작동상태를 보여주는 개념도이다.

도 7에 도시된 비상전력 생산시스템(600)은 응축계통(640)이 수랭식으로 구성된다. 수랭식 응축계통(640)은 응축기케이싱(641), 수랭식 열교환기(642), 냉각수펌프(643), 냉각수공급부(644)를 포함한다.

응축기케이싱(641)은 내부에 수랭식 열교환기를 수용하기 위한 저장공간을 구비하고, 응축기케이싱(641)의 상부에 증기유입구가 형성되고, 응축기케이싱(641)의 하부에 응축수유출구가 형성된다. 응축기케이싱(641)의 일측면에 입수구가 형성되고, 응축기케이싱(641)의 타측면에 해수 또는 담수 등의 냉각수가 출수되는 출수관이 형성된다.

냉각수공급부(644)는 해수 또는 담수를 저장하여 수랭식 열교환기(642)로 공급할 수 있다.

냉각수공급부(644)와 응축기케이싱(641) 사이에 냉각수공급관이 구비된다. 냉각수공급관의 일측은 냉각수공급부(644)와 연결되고, 냉각수공급관의 타측은 응축기케이싱(141)의 입수구를 관통하여 수랭식 열교환기(642)의 입구헤더와 연결된다.

냉각수펌프(643)는 냉각수공급관에 설치되어 해수 또는 담수 등의 냉각수를 강제로 응축계통(140)의 열교환기(642)로 이송하고, 사고 시 해수 또는 담수는 냉각수펌프(643)에 의해 냉각수공급관을 따라 이동하여 수랭식 열교환기(642)의 내부유로로 공급될 수 있다. 냉각수펌프(643)는 사고 시 터빈발전기(120)에서 생산된 전기를 공급받아 구동될 수 있다. 이때, 냉각수펌프(643)는 전기모터를 구비하여 전기모터에 의해 구동될 수 있다.

수랭식 열교환기(642)는 쉘 앤 튜브형 또는 플레이트형 열교환기일 수 있다. 수랭식 열교환기(642)는 냉각수가 입수되는 입구헤더, 냉각수가 출수되는 출구헤더, 입구헤더와 출구헤더를 연결하며 증기와 냉각수의 열교환을 위한 복수의 열교환 튜브로 구성될 수 있다. 수랭식 열교환기(642)는 입구헤더를 통해 입수되는 냉각수와 응축기케이싱(141) 내부로 유입되는 증기를 열교환을 통해 응축시킨다.

응축된 냉각수는 응축수저장부(144)로 수집된 후 비상냉각수로 회수된다.

수랭식 응축계통(640)은 응축기의 크기를 감소시킬 수 있는 장점이 있으나, 담수나 해수를 공급하고 방출하기 위한 계통이 추가로 구비되어야 하는 단점이 있다.

도 8a는 본 발명의 제7실시예에 따른 원전(10)의 정상운전 시 비상냉각수저장부(110)-소형 터빈발전기(120)가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템(700)을 보여주는 개념도이고, 도 8b는 도 8a의 원전(10) 사고 초반시 비상전력 생산시스템(100)의 작동상태를 보여주는 개념도이고, 도 8c는 도 8a의 원전(10) 사고 후반시 비상전력 생산시스템(700)의 작동상태를 보여주는 개념도이고, 도 8d는 도 8b에서 압력평형배관(714) 개방 시 비상전력 생산시스템(700)의 작동상태를 보여주는 개념도이고, 도 8e는 도 8c에서 압력평형배관(714) 개방 시 비상전력 생산시스템(700)의 작동상태를 보여주는 개념도이다.

도 8에 도시된 비상냉각수저장부(710)는 하나의 케이싱 내에서 두 개의 구획공간, 즉 제1비상냉각수저장부(710a)와 제2비상냉각수저장부(710b)로 분리되게 구성된다. 비상냉각수저장부(710)를 두 개로 분리한 이유는 제1비상냉각수저장부(710a)의 냉각수 저장공간을 줄여 제1비상냉각수저장부(710a)의 냉각수량을 감소시킴에 따라 제1비상냉각수저장부(710a)의 온도 상승을 촉진하여 소형 터빈발전기(120)의 작동시점을 제1 및 제2비상냉각수저장부(710a,710b)가 통합된 경우보다 앞당기기 위함이다.

이를 위해, 비상냉각수저장부 본체(711)는 내부에 밀폐된 공간을 구비하고, 기설정된 압력이상으로 설계된다. 제1비상냉각수저장부(710a)는 비상냉각수저장부 본체(711)의 일측(격납부(18)와 수평방향으로 거리가 가까운 쪽)에 구비된다. 제2비상냉각수저장부(710b)는 상기 비상냉각수저장부 본체(711)의 타측(격납부(18)와 수평방향으로 거리가 먼 쪽)에 구비된다. 제1 및 제2비상냉각수저장부(710a,710b)는 하나의 비상냉각수저장부 본체(711) 내에서 격벽(712)에 의해 상호 구획된다. 제1비상냉각수저장부(710a)가 제2비상냉각수저장부(710b)보다 체적이 더 작을 수 있다.

격벽(712)은 비상냉각수저장부 본체(711)의 상부면과 하부면 사이에서 수직 상하방향으로 연장되고, 격벽(712)의 하단부에 유로구(713)가 형성되어, 비상냉각수가 유로구(713)를 통해 상기 제1비상냉각수저장부(710a)과 제2비상냉각수저장부(710b) 사이에서 이동할 수 있다.

제1비상냉각수저장부(710a)와 제2비상냉각수저장부(710b)를 완전히 분리하고 제1비상냉각수저장부(710a)의 설계압력을 더 높여 터빈발전기(120)의 효율을 증가시킬 수 있다(미도시).

제1비상냉각수저장부(710a)와 제2비상냉각수저장부(710b)를 완전히 분리하는 경우 제2비상냉각수저장부(710b)는 응축수저장부(144)와 통합될 수 있다(미도시).

제1비상냉각수저장부(710a)의 내부에 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)가 설치되고, 제2비상냉각수저장부(710b)의 내부에 피동격납부냉각계통(30)의 열교환기(31)가 선택적으로 설치될 수도 있다(미도시). 도 8에 도시된 제2비상냉각수저장부(710b) 내부에는 열교환기가 설치되지 않는다. 이 경우에 제2비상냉각수저장부(710b)는 비상냉각수를 제1비상냉각수저장부(710a)로 보충하는 역할을 한다. 원전(10) 사고 시 제1비상냉각수저장부(710a)의 수위가 냉각수의 증발에 의해 감소하면 냉각수는 제1 및 제2비상냉각수저장부(710a,710b) 사이의 수두차에 의해 제2비상냉각수저장부(710b)에서 유로구(713)를 통해 제1비상냉각수저장부(710a)로 이동할 수 있다.

피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)는 증기배관(22a) 및 급수배관(22b)을 통해 증기발생기(15)와 연결되어, 원자로냉각재계통(11)의 열을 증기발생기(15)로부터 제1비상냉각수저장부(710a)로 전달하고, 제1비상냉각수저장부(710a)는 냉각수에 의해 상기 원자로냉각재계통(11)의 열을 냉각한다.

안전밸브(128) 등의 감압설비(127)는 제1비상냉각수저장부(710a)의 상부에 설치되고, 제1비상냉각수저장부(710a)의 내부압력이 기설정된 압력을 초과하는 경우에 안전밸브(128) 등이 개방되어 증기 등을 비상냉각수저장부(110)의 외부로 배출시킬 수 있다.

압력평형배관(714)은 비상냉각수저장부 본체(711)의 상부에 구비되고, 압력평형배관(714)의 일측이 제1비상냉각수저장부(710a)와 연통되게 연결되고 압력평형배관(714)의 타측이 제2비상냉각수저장부(710b)와 연통되게 연결되어, 제1 및 제2비상냉각수저장부(710a,710b)는 압력평형배관(714)을 통해 연통될 수 있다. 압력평형배관(714)에 압력평형밸브(715)가 설치되어 압력평형배관(714)이 선택적으로 개폐된다. 압력평형배관(714)이 닫힐 경우에 제1 및 제2비상냉각수저장부(710a,710b) 사이의 수두차가 크게 형성되고, 압력평형배관(714)이 열릴 경우에 제1 및 제2비상냉각수저장부(710a,710b) 사이의 수위차가 작게 형성된다.

도 8b를 참고하면, 원전(10) 사고 초반 시에는 제1비상냉각수저장부(710a)의 비상냉각수는 온도가 상승하여 전달열을 흡수하고, 냉각수의 온도가 비등점을 넘어서면서 증기가 발생한다. 이때, 압력평형밸브(715)가 닫혀 있을 경우에 제1비상냉각수저장부(710a)의 내부압력은 증기 발생에 의해 제2비상냉각수저장부(710b)보다 더 상승한다. 비상냉각수는 제1 및 제2비상냉각수저장부(710a,710b) 사이의 압력차에 의해 제1비상냉각수저장부(710a)에서 유로구(713)를 통해 제2비상냉각수저장부(710b)로 이동한다. 이에 따라, 제2비상냉각수저장부(710b)의 수위가 상승하고 제2비상냉각수저장부(710b)의 상부공간의 압력이 상승하게 된다.

도 8c를 참고하면, 원전(10) 사고 후반 시에는 제1비상냉각수저장부(710a)의 내부압력이 기설정된 압력 이상으로, 예를 들면 터빈발전기(120)의 최대 작동압력 이상으로 증가하면 증기제어밸브(124)가 개방되며 제1비상냉각수저장부(710a)에서 증기가 방출되어 터빈발전기(120)로 공급된다. 터빈발전기(120)에서 생산된 전력은 충전기(131), 축전지 또는 비상전력 소요기기(133) 등의 전력계통(130)으로 공급되어 에너지가 저장되거나 냉각팬(143) 또는 재충수펌프(149)로 공급되어 팬 또는 펌프를 구동시킬 수 있다. 또한, 터빈발전기(120)에서 배출된 증기는 응축계통(140)에서 응축되고, 응축된 냉각수는 응축수저장부(144)로 회수된 후 재충수펌프(149)에 의해 제2비상냉각수저장부(710b)로 재공급된다. 이때, 제2비상냉각수저장부(710b)의 압력이 유지되고, 비상냉각수는 수두차에 의해 제2비상냉각수저장부(710b)에서 제1비상냉각수저장부(710a)로 공급된다.

상기 압력평형배관(714)을 닫은 상태에서 운전하는 경우에 제2비상냉각수저장부(710b)에 의한 증기 응축이 억제됨으로 터빈발전기(120)의 작동 시점이 더 빨라진다.

도 8d를 참고하면, 원전(10) 사고 초반 시 터빈발전기(120)으로 증기가 공급되기 전에 압력평형밸브(715)가 개방될 수 있다. 제1비상냉각수저장부(710a)는 증기 발생으로 압력이 상승하고, 제1비상냉각수저장부(710a)의 증기는 압력평형배관(714)을 통해 제2비상냉각수저장부(710b)로 이동하여 제2비상냉각수저장부(710b)의 압력을 상승시킨다. 이에 의해, 제1 및 제2비상냉각수저장부(710a,710b) 사이에 압력평형이 이루어지며 상호 간의 수위차가 줄어든다. 도 8d와 같이 압력평형배관(714)이 개방되는 경우에는, 응축수저장부(144)로부터 냉각수가 공급되지 않는 경우에도 제2비상냉각수저장부(710b)로부터 제1비상냉각수저장부(710a)로 냉각수를 공급할 수 있다.

도 8e를 참고하면, 원전(10) 사고 후반 시 제1 및 제2비상냉각수저장부(710a,710b) 사이에 압력평형이 유지된 상태에서 제1비상냉각수의 압력이 설정 압력을 도달하게 되면 증기제어밸브(124)가 개방될 수 있다. 제1비상냉각수저장부(710a)에서 발생된 증기는 터빈발전기 연결배관(123)을 통해 터빈발전기(120)로 공급될 수 있다. 터빈발전기(120)에서 생산된 전기에너지는 냉각팬(143)의 모터, 재충수펌프(149)의 모터 등에 공급될 수 있다. 또한 터빈발전기(120)에서 생산된 전기에너지는 충전기(131)에 공급되어 비상 전력 소요기기(133)로 제공되거나 잔여전기는 축전지에 충전될 수 있다. 터빈발전기(120)에서 배출된 증기는 응축계통(140)으로 공급되어 응축된 후, 응축된 냉각수는 응축부저장부로 회수된 후 제2비상냉각수저장부(710b)로 공급되고 유로구(713)를 통해 제1비상냉각수저장부(710a)로 재공급될 수 있다.

도 9a는 본 발명의 제8실시예에 따른 원전(10)의 정상운전 시 비상냉각수저장부(810)-소형 터빈발전기(120)가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템(800)을 보여주는 개념도이고, 도 9b는 도 9a의 원전(10) 사고 시 비상전력 생산시스템(800)의 작동상태를 보여주는 개념도이고, 도 9c는 도 9a의 원전(10) 사고 시 비상냉각 보충수 저장부(811)의 냉각수 보충을 보여주는 개념도이다.

도 9에 도시된 비상냉각수저장부(810)는 격납부(18) 외부에 배치되고, 비상냉각수저장부(810)의 내부에 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)가 수용된다. 비상냉각수저장부(810)는 내부에 밀폐된 공간을 구비하는 소형 고압 용기로 구성될 수 있다. 본 실시예의 비상냉각수저장부(810)는 도 1 대비 냉각수량을 감소시키며 비상냉각수저장부(810)의 온도 상승을 촉진시켜 보다 신속하게 터빈발전기(120)를 구동하고 작동 압력을 증가시켜 효율을 증가시키는데 목적이 있다. 비상냉각 보충수 저장부(811)는 내부에 냉각수를 저장하고, 비상냉각수저장부(810)의 용량보다 크게 설계할 경우 충분한 유량을 확보할 수 있다.

또한, 터빈발전기(120)가 작동되지 않을 경우에 대비하여 별도의 비상냉각 보충수 저장부(811)를 구비할 수 있다. 비상냉각 보충수 저장부(811)는 비상냉각수저장부(810)의 냉각수 감소 시 중력 또는 펌프의 구동에 의해 비상냉각수를 보충할 수 있다. 비상냉각 보충수 저장부(811)의 상부에 증기출구가 형성되어, 비상냉각 보충수 저장부(811)로부터 냉각수 보충을 원활하게 할 수 있다.

비상냉각 보충수 저장부(811)는 응축수저장부(144)보다 높게 배치될 수 있다. 비상냉각 보충수 저장부(811)의 하부에 냉각수배관(812)의 일측이 연결되고, 상기 냉각수배관(812)의 타측이 응축수저장부(144)에 연결되어, 비상냉각 보충수 저장부(811)의 냉각수가 중력에 의해 응축수저장부(144)로 공급될 수 있다. 비상냉각 보충수 저장부(811)는 격납부(18)로부터 응축수저장부(144)보다 더 멀리 이격되게 배치될 수 있다. 냉각수배관(812)에 격리밸브(813)가 설치되어, 관련신호에 따라 격리밸브(813)가 개방될 수 있다.

응축수저장부(144)와 비상냉각수저장부(810) 사이에 재충수 배관(146)이 연결될 수 있다. 재충수 배관(146)에 재충수펌프(149)가 설치될 수 있다. 재충수 배관(146)에 격리밸브(147)와 체크밸브(148)가 설치될 수 있다.

응축수저장부(144)의 하부에 우회배관(814)이 구비되고, 우회배관(814)에 우회밸브(815)가 설치될 수 있다. 우회배관(814)의 일측은 응축수저장부(144)의 하부에 연통되게 연결되고, 우회배관(814)의 타측은 재충수펌프(149)를 우회하며 재충수 배관(146)과 합쳐지도록 연결될 수 있다. 이에 의하면, 응축수저장부(144)의 냉각수 또는 비상냉각 보충수 저장부(811)의 냉각수는 중력에 의해 응축수저장부(144)로부터 우회배관(814)을 경유하여 비상냉각수저장부(810)로 공급될 수 있다.

도 9a를 참고하면, 원전(10) 정상 운전 시 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)로부터 비상냉각수저장부(810)로 열이 전달되지 않으며, 비상전력 생산시스템(100) 등은 작동하지 않는다. 이때, 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)와 증기발생기(15)를 연결하는 급수배관(22b)의 격리밸브(23), 비상냉각수저장부(810)와 터빈발전기(120)를 연결하는 터빈발전기 연결배관(123)의 증기제어밸브(124) 및 우회방출밸브(126), 재충수 배관(146)의 격리밸브(147), 우회배관(814)의 우회밸브(815)가 닫혀 있다. 또한, 비상냉각 보충수 저장부(811)에 연결되는 냉각수배관(812)의 격리밸브(813)도 닫혀 있다.

도 9b를 참고하면, 원전(10) 사고 시 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)로부터 비상냉각수저장부(810)로 열이 전달되고, 비상냉각수저장부(810)의 비상냉각수는 온도 상승에 의해 전달된 열을 흡수하고, 비상냉각수의 온도가 비등점을 넘어서면서 증기로 변화되어 터빈발전기(120)로 공급된다. 터빈발전기(120)에서 배출된 증기는 응축계통(140)을 통해 응축되고 냉각수로 변화되어 응축수저장부(144)로 회수되며, 회수된 냉각수는 재충수펌프(149)에 의해 의해 비상냉각수저장부(810)로 재공급된다.

도 9c를 참고하면, 원전(10) 사고 시 터빈발전기(120)가 작동하지 않는 경우에 우회방출밸브(126)를 개방하여 우회방출배관을 통해 증기를 외부로 방출한다. 비상냉각 보충수 저장부(811)의 격리밸브(813)를 개방하여, 냉각수배관(812)을 통해 비상냉각 보충수 저장부(811)의 냉각수가 중력에 의해 응축수저장부(144)로 공급된다. 응축수저장부(144)의 수위가 상승하고, 우회밸브(815)를 개방하여 응축수저장부(144)의 냉각수가 우회배관(814)을 통해 재충수펌프(149)를 우회하며 재충수 배관(146)을 따라 비상냉각수저장부(810)로 공급된다.

도 10a는 본 발명의 제9실시예에 따른 원전(10)의 정상운전 시 비상냉각수저장부(910)-소형 터빈발전기(120)가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템(900)을 보여주는 개념도이고, 도 10b는 도 10a의 원전(10) 사고 시 비상전력 생산시스템(900)의 작동상태를 보여주는 개념도이고, 도 10c는 도 10a의 원전(10) 사고 시 비상냉각 보충수 저장부(911)의 냉각수 보충을 보여주는 개념도이다.

도 10에 도시된 비상냉각수저장부(910)는 격납부(18) 내부에 배치된다. 비상냉각수저장부(910)의 내부에 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)가 설치된다. 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)는 1차계통과 연결되어 1차계통의 열을 비상냉각수저장부(910)의 비상냉각수로 전달할 수 있다. 방출배관의 일측은 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)의 상부와 연결되고, 방출배관의 타측은 1차계통과 연결되어, 고온의 증기가 1차계통으로부터 방출배관을 따라 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)로 공급될 수 있다. 주입배관의 일측은 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)의 하부와 연결되고, 주입배관의 타측은 1차계통과 연결되어, 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21) 내에서 비상냉각수와의 열교환을 통해 응축된 냉각수는 다시 1차계통으로 순환될 수 있다. 이에 의해, 비상냉각수저장부(910)는 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)를 통해 1차계통의 열을 냉각할 수 있다.

비상냉각 보충수 저장부(911)는 격납부(18)의 외부에 비상냉각수저장부(910)보다 더 높게 배치된다. 비상냉각 보충수 저장부(911)는 응축수저장부(144)보다 격납부(18)와 근접하게 배치될 수 있다. 비상냉각 보충수 저장부(911)는 재충수펌프(149)와 격납부(18) 사이에 배치되어, 재충수 펌프(149)의 미작동 시 중력에 의해 비상냉각 보충수를 주입할 수 있다. 냉각수배관(912)의 일측은 비상냉각 보충수 저장부(911)의 하부에 연결되고, 냉각수배관(912)의 타측은 재충수 배관(146)과 연결되어, 비상냉각 보충수 저장부(911)의 냉각수가 중력에 의해 비상냉각수저장부(910)로 보충될 수 있다. 재충수 배관(146)은 응축수저장부(144)와 비상냉각수저장부(910)를 연결하여 냉각수를 비상냉각수저장부(910)로 공급하는 관이다. 냉각수배관(912)에 격리밸브(913)가 설치되어 냉각수배관(912)을 개폐할 수 있다. 냉각수배관(912)에 체크밸브(916)가 설치되어 냉각수의 역류를 방지할 수 있다. 냉각수배관(912) 내에 오리피스(917)가 설치되어, 오리피스(917)에 의해 유로저항을 증가시켜 적정 수준으로 유량을 감소시킨다.

도 10a를 참고하면, 원전(10) 정상운전 시에는 피동잔열제거계통(20), 터빈발전기(120), 응축수저장부(144) 및 비상냉각 보충수 저장부(911)가 작동하지 않는다. 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)와 연결되는 증기배관(22a)의 격리밸브(23), 터빈발전기 연결배관(123)의 증기제어밸브(124) 및 우회방출밸브(126), 재충수 배관(146)의 격리밸브(147), 비상냉각 보충수 저장부(911)의 격리밸브(913) 등은 닫혀있다.

도 10b를 참고하면, 원전(10) 사고 시 관련 격리밸브(23)가 개방되며, 피동잔열제거계통(20), 터빈발전기(120), 응축계통(140)(응축수저장부(144))가 작동한다. 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)는 1차계통의 열을 비상냉각수저장부(910)의 비상냉각수로 전달하고, 비상냉각수는 온도 상승으로 전달열을 흡수한다. 비상냉각수의 온도가 비등점을 넘어서면 증기 발생으로 압력이 상승하고, 고압의 증기가 터빈발전기 연결배관(123)을 통해 터빈발전기(120)로 공급된다. 터빈발전기(120)는 증기에너지를 전기에너지로 변환하여 충전지를 통해 비상 전력 소요기기(133)로 공급하거나 잔여 전기를 배터리(132)에 충전한다. 또한, 냉각팬(143), 배기팬(145) 및 재충수펌프(149)로 전기를 공급할 수 있다. 터빈발전기(120)에서 배출된 증기는 응축된 후 응축수저장부(144)로 회수된다. 또한, 회수된 냉각수는 재충수펌프(149)에 의해 비상냉각수저장부(910)로 순환된다.

도 10c를 참고하면, 원전(10) 사고 시 터빈발전기(120), 응축계통(140) 및 재충수펌프(149)의 작동이 정지될 수 있다. 이때, 비상냉각 보충수 저장부(911)의 격리밸브(913)가 개방되고, 비상냉각 보충수가 중력에 의해 비상냉각수저장부(910)로 주입된다.

도 11a는 본 발명의 제10실시예에 따른 원전(10)의 정상운전 시 비상냉각수저장부(110)-소형 터빈발전기(120)가 결합된 구성이 적용된 비상전력 생산시스템(100)을 보여주는 개념도이고, 도 11b는 도 11a의 원전(10) 사고 초반시 비상전력 생산시스템(100)의 작동상태를 보여주는 개념도이고, 도 11c는 도 11a의 원전(10) 사고 후반시 응축수저장부(144)의 냉각수 중력 주입을 보여주는 개념도이다.

도 11에 도시된 터빈발전기(120), 응축계통(140), 응축수저장부(1044)는 비상냉각수저장부(110)보다 더 높게 배치될 수 있다. 여기서, 응축수저장부(1044)에 저장된 냉각수는 중력에 의해 비상냉각수저장부(110)로 주입될 수 있다. 냉각수가 중력 주입되므로, 재충수펌프(149)는 필요하지 않다. 다만, 자연력에 의한 재충수가 가능하도록 터빈발전기(120)의 설계조건에 따라 응축수저장부(1044)의 수두를 충분히 확보하는 것이 바람직하다. 응축수저장부(1044)는 응축계통(140)의 응축기케이싱(141)과 통합되게 구성될 수 있다.

도 11a를 참고하면, 원전(10) 정상운전 시 피동잔열제거계통(20), 비상냉각수저장부(110), 터빈발전기(120), 응축계통(140), 응축수저장부(1044) 등은 작동하지 않는다. 비상냉각수저장부(110)의 우회방출밸브(126), 감압설비(127)의 안전밸브(128), 터빈발전기 연결배관(123)의 증기제어밸브(124), 응축계통 연결배관(141a)의 대기방출밸브(1012), 응축수저장부(1044)의 방출밸브(1045) 및 격리밸브(1047)가 닫혀 있다.

도 11b를 참고하면, 원전(10) 사고 초반 시 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)는 증기발생기(15)로부터 공급되는 증기의 열을 비상냉각수저장부(110)의 비상냉각수로 전달한다. 비상냉각수는 온도 상승에 의해 전달열을 흡수하고, 비상냉각수의 온도가 비등점을 넘어서면 증기가 발생한다. 증기는 터빈발전기(120)로 공급되고, 터빈발전기(120)는 증기를 이용하여 전기에너지를 생산한다. 터빈발전기(120)에서 배출된 증기는 응축계통(140)에서 응축된 후 응축수저장부(1044)에 냉각수로 수집된다. 사고 초반 시 응축수저장부(1044)의 상단부에 설치된 방출밸브(1045)는 개방되어 비응축성 가스 및 잔여 가스를 외부로 배출시킨다. 또한, 사고 초반 시 응축수저장부(1044) 하부의 격리밸브(1047)는 닫혀 있어, 냉각수가 응축수저장부(1044)에 누적될 수 있다. 이때 우회방출밸브(126) 및 대기방출밸브(1012)는 닫혀 있다.

도 11c를 참고하면, 원전(10) 사고 후반 시 응축수저장부(1044)의 방출밸브(1045)는 닫힘상태로 되고, 응축수저장부(1044)의 격리밸브(1047)는 개방되어, 응축수저장부(1044)의 냉각수가 비상냉각수저장부(110)의 상부로 회수될 수 있다.

이하에서는 도 1을 기준으로 계통의 운전을 설명하기로 한다.

냉각재상실사고가 발생하면, 원자로냉각재계통(11)으로부터 고온의 냉각수가 방출되면서 증기로 기화되고, 격납부(18) 내부의 압력이 상승한다. 사고가 발생하면 관련계통의 작동신호에 따라 격납부(18)의 격리밸브 (미도시), 급수관(17a) 및 주증기관(16a)의 격리밸브(16b) 등이 닫히고, 피동잔열제거계통(20), 피동격납부냉각계통(30), 피동안전주입계통(40)의 격리밸브(42)가 개방되면서 피동안전계통이 작동한다.

피동잔열제거계통(20)은 원자로냉각재계통(11)의 현열과 노심(12)의 잔열을 제거한다.

피동안전주입계통(40)은 원자로냉각재계통(11)으로의 안전주입이 이루어져 노심(12)을 포함한 원자로냉각재계통(11)의 수위가 유지된다.

피동격납부냉각계통(30)은 격납부(18)의 압력 상승을 억제한다.

사고 시 피동격납부냉각계통(30)의 작동을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 격납부(18) 내부의 공기와 사고 시 원자로냉각재계통(11)으로부터 방출된 증기(방사성 물질 함유)는 피동격납부냉각계통(30)의 열교환기(31)로 유입되어 냉각 또는 응축되면서 격납부(18) 내부의 압력 상승이 억제되거나 압력이 감소한다. 피동격납부냉각계통(30)의 열교환기(31)로 전달된 열은 자연순환에 의해 비상냉각수저장부(110)의 냉각수로 전달되고, 비상냉냉각수저장부(41)는 전달열을 흡수한다.

사고 시 피동잔열제거계통(20)의 작동을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

원자로냉각재계통(11)으로부터 증기발생기(15)의 2차측으로 전달된 열은 증기발생기(15)의 2차측으로 공급된 냉각수를 가열하여 증기를 형성하고, 상기 증기는 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)로 공급된다. 상기 증기는 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)에서 비상냉각수저장부(110)의 냉각수와의 열교환을 통해 응축된 후, 냉각수가 다시 증기발생기(15)로 공급된다. 원자로냉각재계통(11)의 열은 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21)를 통해 비상냉각수저장부(110)의 냉각수로 전달되어 제거된다.

비상냉각수저장부(110)는 피동잔열제거계통(20)의 열교환기(21) 및/또는 피동격납부냉각계통(30)의 열교환기(31)로부터 전달되는 열에 의해 온도가 점차 상승한다.

비상냉각수저장부(110)의 온도가 상승하여 비등점을 넘어서면 비상냉각수저장부(110)의 압력이 상승한다. 관련밸브가 개방되어 터빈발전기(120)로 증기가 공급된다. 터빈발전기(120)의 작동이 본격적으로 이루어지면서 비상전력이 생산된다. 생산된 비상전력은 냉각팬(143), 배기팬(145), 재충수펌프(149), 배터리(132)(충전용) 및 비상전력 소요기기(133) 등으로 공급된다.

터빈발전기(120)에서 방출된 증기는 응축기에서 응축된다. 냉각팬(143)이 작동하여 응축기로 냉각공기가 공급되고, 열전달 후 온도가 상승한 공기는 대기로 방출된다. 응축수는 응축수저장부(144)로 수집되며, 응축되지 않은 잔여증기나 비응축성 가스는 응축수저장부(144)를 거쳐 배기팬(145)을 통해 대기로 방출된다.

응축수저장부(144)에 수집된 응축수는 재충수펌프(149)를 구동하여 비상냉각수저장부(110)로 다시 공급된다.

비상냉각수저장부(110)로 전달되는 열이 열 제거 성능을 초과하는 경우 우회방출밸브(126)의 개도를 조절하여 증기를 방출한다. 이에 의해, 비상냉각수저장부(110)의 내부 압력이 설정된 압력 이상 초과함으로 인해 비상냉각수저장부(110)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 비상냉각수저장부(110)의 증기가 터빈발전기(120)의 성능을 초과하는 경우에 비상냉각수저장부(110)로 전달된 열의 일부는 증기 방출을 통해 외부 환경으로 방출될 수 있다.

사고가 진행되면서 피동잔열제거계통(20)의 지속적인 작동으로 원자로의 잔열이 감소하면서, 원자로냉각재계통(11)의 온도는 점차 감소하여 원자로는 안전정지(safe shutdown) 상태를 유지한다. 또한 피동격납부냉각계통(30)의 지속적인 작동으로 원자로냉각재계통(11)의 온도와 압력이 감소하면서, 격납부(18)로 방출되는 냉각수(증기)의 유량도 감소하여 격납부(18)의 압력도 점차 감소한다.

노심(12)의 잔열 감소에 따라 증기의 생성량이 감소하면서, 터빈발전기(120)의 생산 전력도 점차 감소할 수 있다.

이상의 설명은 본원발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본원발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.

또한, 본원발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본원발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본원발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본원발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본원발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 원전 11 : 원자로냉각재계통
12 : 노심 13 : 원자로냉각재펌프
14 : 가압기 15 : 증기발생기
16 : 이차계통 16a : 주증기관
17 : 급수계통 17a : 급수관
18 : 격납부 20 : 피동잔열제거계통
21 : 열교환기 22a : 증기배관
22b : 급수배관 23 : 격리밸브
24 : 체크밸브 30 : 피동격납부냉각계통
31 : 열교환기 32a : 냉각수공급배관
32b : 증기회수배관 33 : 격리밸브
34 : 체크밸브 40 : 안전주입계통
41 : 냉각수저장부 41a : 냉각수주입관
42 : 격리밸브 43 : 체크밸브
100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000 : 비상전력 생산시스템
110,710,810,910 : 비상냉각수저장부
120 : 터빈발전기 121 : 터빈
122 : 발전기 1221 : 전기
123 : 터빈발전기 연결배관 124 : 증기제어밸브
125 : 바이패스관 126 : 우회방출밸브
127 : 감압설비 128 : 안전밸브
130 : 전력계통 131 : 충전기
132 : 배터리 133 : 비상전력 소요기기
140,640 : 응축계통 141,641 : 응축기케이싱
141a,641a : 응축계통 연결배관
141b,641b : 응축수연결관 141c,641c : 비응축성 가스연결관
142 : 공랭식 열교환기 143 : 냉각팬
144,1044 : 응축수저장부 145 : 배기팬
146,1046 : 재충수 배관 147,1047 : 격리밸브
148,1048 : 체크밸브 149 : 재충수펌프
2411,4411,5411,1011 : 대기방출배관
2412,1012 : 대기방출밸브 444 : 비상냉각수 재충수 저장부
4441 : 재충수공급관 4442 : 격리밸브
4443 : 체크밸브 4444 : 재충수 펌프
642 : 수랭식 열교환기 643 : 냉각수펌프
644 : 냉각수공급부 710a : 제1비상냉각수저장부
710b : 제2비상냉각수저장부 711 : 비상냉각수저장부본체
712 : 격벽 713 : 유로구
714 : 압력평형배관 715 : 압력평형밸브
811,911 : 비상냉각 보충수 저장부
812,912 : 냉각수배관 813,913 : 격리밸브
814,914 : 우회배관 815,915 : 우회밸브
916 : 체크밸브 917 : 오리피스
1045 : 방출밸브

Claims

내부에 비상냉각수가 저장되어 원전 사고 시 피동안전계통의 열침원으로 사용되고, 내부가 밀폐되며 기설정된 압력 이상으로 설계되는 비상냉각수저장부; 및
상기 비상냉각수저장부의 내부 압력이 기설정된 압력 이상으로 도달 시 상기 비상냉각수저장부로부터 공급되는 증기로 터빈을 회전시켜 비상전력을 생산하는 터빈발전기;
를 포함하고,
상기 비상냉각수저장부는,
사고 초반 비상냉각수의 비등점 이하에서 비상냉각수의 온도 상승에 의해 피동안전계통으로부터 전달열을 흡수하고,
사고 후반 비상냉각수의 비등점 이상에서 증발에 의해 피동안전계통으로부터 전달열을 흡수하며,
상기 증발에 의해 형성된 증기는 비상냉각수저장부를 가압하는 비상전력 생산시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 피동안전계통은 피동잔열제거계통 및 피동격납부냉각계통 중 적어도 하나 이상의 계통을 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제1항에 있어서,
상기 터빈발전기에서 생산된 비상전력의 적어도 일부를 수집하는 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제1항에 있어서,
상기 터빈발전기에서 생산되는 전기의 적어도 일부는 충전기를 통해 배터리로 공급되는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제1항에 있어서,
상기 터빈발전기에서 생산되는 전기의 적어도 일부는 냉각팬, 배기팬, 재충수펌프 중 적어도 하나 이상으로 공급되는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제1항에 있어서,
상기 터빈발전기에서 생산되는 전기의 적어도 일부는 사고 시 작동이 요구되는 비상전력 소요기기들로 공급되는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제1항에 있어서,
상기 터빈발전기의 후단에 설치되어, 상기 터빈발전기에서 배출되는 증기를 응축시키는 응축계통을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제8항에 있어서,
상기 응축계통의 후단에 설치되어, 상기 응축계통에서 응축된 응축수를 저장하는 응축수저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제8항에 있어서,
상기 응축계통은,
상기 증기를 외부 대기와 열교환시켜 응축시키는 공랭식 열교환기; 및
상기 공랭식 열교환기로 외부 대기를 순환시키는 냉각팬;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제8항에 있어서,
상기 응축계통은,
상기 증기를 물과 열교환시켜 응축시키는 수랭식 열교환기;
담수 또는 해수를 공급하는 냉각수공급부; 및
상기 담수 또는 해수를 수랭식 열교환기로 공급하는 냉각수펌프;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제8항에 있어서,
상기 응축계통은,
상기 응축계통 또는 응축수저장부로부터 잔여 증기 혹은 비응축성 가스를 배기시키는 배기팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제8항에 있어서,
상기 터빈발전기와 응축계통 사이에 구비되어, 상기 터빈발전기에서 배출되는 증기를 대기 중으로 방출하는 대기방출밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제9항에 있어서,
상기 응축수저장부의 후단에 설치되어, 상기 응축수저장부의 냉각수를 비상냉각수저장부로 재충수하는 재충수펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제9항에 있어서,
상기 응축수저장부는 비상냉각수저장부보다 더 높은 위치에 배치되고, 상기 응축수저장부의 냉각수가 중력에 의해 비상냉각수저장부로 공급되는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제1항에 있어서,
상기 비상냉각수저장부는,
증기의 압력이 기설정된 압력 초과시 개방되어 증기의 과압으로부터 비상냉각수저장부를 보호하는 안전밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
내부에 비상냉각수가 저장되어 원전 사고 시 피동안전계통의 열침원으로 사용되고, 내부가 밀폐되며 기설정된 압력 이상으로 설계되는 비상냉각수저장부; 및
상기 비상냉각수저장부의 내부 압력이 기설정된 압력 이상으로 도달 시 상기 비상냉각수저장부로부터 공급되는 증기로 터빈을 회전시켜 비상전력을 생산하는 터빈발전기;
상기 비상냉각수저장부와 상기 터빈발전기 사이에 설치되어 상기 터빈발전기로 공급되는 증기량을 제어하는 증기제어밸브;
상기 비상냉각수저장부와 터빈발전기 사이에 설치되고, 상기 비상냉각수저장부에서 생성되는 증기가 터빈발전기의 기설정된 용량 초과 시 상기 증기를 터빈발전기의 전단에서 우회시키는 바이패스관; 및
상기 바이패스관에 설치되어, 상기 터빈발전기에서 우회되는 증기의 일부를 선택적으로 방출하는 우회방출밸브를 포함하는 비상전력 생산시스템.
삭제
내부에 비상냉각수가 저장되어 원전 사고 시 피동안전계통의 열침원으로 사용되고, 내부가 밀폐되며 기설정된 압력 이상으로 설계되는 비상냉각수저장부; 및
상기 비상냉각수저장부의 내부 압력이 기설정된 압력 이상으로 도달 시 상기 비상냉각수저장부로부터 공급되는 증기로 터빈을 회전시켜 비상전력을 생산하는 터빈발전기를 포함하고,
상기 비상냉각수저장부는,
비상냉각수저장부 본체의 일측에 구비되고, 내부에 피동안전계통의 열교환기를 수용하는 제1비상냉각수저장부; 및
상기 비상냉각수저장부 본체의 타측에 구비되고, 격벽에 의해 상기 제1비상냉각수저장부와 구획되는 제2비상냉각수저장부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제19항에 있어서,
상기 비상냉각수저장부는,
상기 제1비상냉각수저장부와 제2비상냉각수저장부를 연통시켜 제1 및 제2비상냉각수저장부 상호 간의 증기 출입을 허용하는 압력평형배관;
상기 압력평형배관에 설치되어, 상기 압력평형배관을 개폐하는 압력평형밸브; 및
상기 격벽의 하부에 관통 형성되어, 상기 제1비상냉각수저장부 및 제2비상냉각수저장부 상호 간의 비상냉각수 출입을 허용하는 유로구;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제19항에 있어서,
상기 제1비상냉각수저장부의 설계압력은 상기 터빈발전기의 기설정된 최대 작동압력이상으로 증대되는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제19항에 있어서,
상기 제1비상냉각수저장부에 피동잔열제거계통의 열교환기가 구비되고,
상기 제2비상냉각수저장부에 피동격납부냉각계통의 열교환기가 구비되는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
내부에 비상냉각수가 저장되어 원전 사고 시 피동안전계통의 열침원으로 사용되고, 내부가 밀폐되며 기설정된 압력 이상으로 설계되는 비상냉각수저장부; 및
상기 비상냉각수저장부의 내부 압력이 기설정된 압력 이상으로 도달 시 상기 비상냉각수저장부로부터 공급되는 증기로 터빈을 회전시켜 비상전력을 생산하는 터빈발전기를 포함하고,
상기 비상냉각수저장부의 내부에 피동잔열제거계통의 열교환기 또는 피동격납부냉각계통의 열교환기가 수용되는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
내부에 비상냉각수가 저장되어 원전 사고 시 피동안전계통의 열침원으로 사용되고, 내부가 밀폐되며 기설정된 압력 이상으로 설계되는 비상냉각수저장부; 및
상기 비상냉각수저장부의 내부 압력이 기설정된 압력 이상으로 도달 시 상기 비상냉각수저장부로부터 공급되는 증기로 터빈을 회전시켜 비상전력을 생산하는 터빈발전기를 포함하고,
상기 비상냉각수저장부의 내부에 피동잔열제거계통의 열교환기가 수용되고,
상기 피동잔열제거계통의 열교환기는 1차계통으로부터 증기를 공급받거나 증기발생기를 통해 2차계통으로부터 증기를 공급받는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제1항에 있어서,
상기 비상냉각수저장부는 격납부 내부 또는 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제1항에 있어서,
상기 비상냉각수저장부는 설계압력이 상기 터빈발전기의 기설정된 최대 작동압력이상으로 증대되는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제26항에 있어서,
비상냉각수를 내부에 저장하고, 상기 비상냉각수를 비상냉각수저장부로 보충하는 비상냉각 보충수 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
제27항에 있어서,
상기 비상냉각 보충수 저장부의 비상냉각수는 펌프 또는 중력에 의해 비상냉각수저장부로 공급되는 것을 특징으로 하는 비상전력 생산시스템.
원전의 사고 발생 시 원자로냉각재계통의 열 및 상기 원자로냉각재계통에서 격납부로 전달된 열 중 적어도 하나 이상의 열을 상기 격납부의 외부로 제거하는 피동안전계통;
내부에 열교환기를 구비하여 상기 열교환기를 통해 상기 격납부의 외부로 제거될 열을 전달받는 비상냉각수저장부; 및
상기 비상냉각수저장부로부터 발생하는 증기를 이용하여 비상전력을 생산하며, 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 17, 및 청구항 19 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 따르는 비상전력 생산시스템;
을 포함하는 원전.