KR101925704B1 - 발전소 정전시 피동 노심냉각 기능을 구비한 원자력 발전소 - Google Patents

발전소 정전시 피동 노심냉각 기능을 구비한 원자력 발전소 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전소 정전시 피동 노심냉각 기능을 구비한 원자력 발전소에 관한 것으로, 원자로를 포함하는 운전 설비와; 상기 운전 설비를 수용하는 원자로 건물을 포함하며, 상기 운전 설비는, 상기 원자로로부터 연장된 고온관 및 저온관; 상기 고온관에 연결되어 있는 가압기; 상기 원자로보다 높게 위치하며 상기 원자로와 연결되어 있는 안전주입탱크와 혼합형 안전주입탱크를 더 포함하며, 상기 혼합형 안전주입탱크의 상부는 상기 저온관과 연결되어 있다.

Description

발전소 정전시 피동 노심냉각 기능을 구비한 원자력 발전소 {Nuclear Power Plant having a passive core cooling function during loss of AC power}
본 발명은 발전소 정전시 피동 노심냉각 기능을 구비한 원자력 발전소에 관한 것이다.
원자력 발전소의 비상노심냉각계통은 펌프(고압주입펌프, 저압주입펌프 등)와 가압탱크(안전주입탱크 등)로 구성된다.
이 중 펌프는 교류전원상실시 작동이 불가능하고, 가압탱크는 냉각수량에 한계가 있어, 발전소 교류 전원 상실 시에는 사고후 노심을 냉각하고 잔열을 제거하기 위한 수단이 없는 문제가 있다.
한국 등록 제10-1416912호(2014년 7월 8일 공개)
따라서 본 발명의 목적은 발전소 정전시 피동 노심냉각 기능을 구비한 원자력 발전소를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 발전소 정전시 피동 노심냉각 기능을 구비한 원자력 발전소에 있어서, 원자로를 포함하는 운전 설비와; 상기 운전 설비를 수용하는 원자로 건물을 포함하며, 상기 운전 설비는, 상기 원자로로부터 연장된 고온관 및 저온관; 상기 고온관에 연결되어 있는 가압기; 상기 원자로보다 높게 위치하며 상기 원자로와 연결되어 있는 안전주입탱크와 혼합형 안전주입탱크를 더 포함하며, 상기 혼합형 안전주입탱크의 상부는 상기 저온관과 연결되어 있는 것에 의해 달성된다.
상기 운전 설비는 상기 가압기와 상기 고온관 중 적어도 하나에 연결되어 있는 감압밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 운전설비는 상기 저온관과 상기 혼합형 안전주입탱크 사이에 위치하는 압력평형밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 운전설비는 상기 원자로보다 상부에 위치하는 상부냉각재탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 운전설비는 상기 원자로 건물 내부의 증기를 응축시키는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
상기 운전설비는 상기 원자로보다 상부에 위치하는 상부냉각재탱크를 더 포함하며, 상기 열교환기에서 응축된 응축수는 상기 상부냉각재탱크로 공급될 수 있다.
상기 운전설비는 상기 원자로와 상기 안전주입탱크 사이에 위치하는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 안전주입탱크 및 상기 혼합형 안전주입탱크는 냉각수를 수용하고 있으며, 상기 냉각수는 각 탱크의 상부에 위치한 가압기체에 의해 가압되어 있을 수 있다.
상기 본 발명의 목적은 발전소 정전시 피동 노심냉각 기능을 구비한 원자력 발전소에 있어서, 원자로를 포함하는 운전 설비와; 상기 운전 설비를 수용하는 원자로 건물을 포함하며, 상기 발전 설비는, 상기 원자로로부터 연장된 고온관 및 저온관; 상기 고온관에 연결되어 있는 가압기; 사고발생 시 상기 원자로에 냉각수를 공급하는 냉각 설비부를 더 포함하며, 상기 냉각 설비부는, 상기 원자로보다 높게 위치하며 가압되어 있는 가지는 제1냉각수탱크; 상기 원자로보다 높게 위치하며 가압되어 있으며 상기 원자로와 동일압력을 가질 수 있는 제2냉각수탱크; 및 상기 원자로의 압력을 감소시켜 주는 압력감소유닛을 포함하는 것에 의해 달성된다.
상기 냉각설비부는 상기 원자로 건물 내부의 증기를 응축시키는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각설비부는 상기 원자로보다 상부에 위치하는 상부냉각재탱크를 더 포함하며, 상기 열교환기에서 응축된 응축수는 상기 상부냉각재탱크로 공급될 수 있다.
본 발명에 따르면 발전소 정전시 피동 노심냉각 기능을 구비한 원자력 발전소가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소를 나타낸 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소를 나타낸 것이다.
원자력 발전소(1)는 원자로(10), 저온관(21), 고온관(22), 증기발생기(31) 및 가압기(32)를 포함한다.
원자로(10)에서 생성된 가열된 가압된 냉각수는 고온관(22)으로 배출되고 증기발생기(31)에서 열교환되어 증기를 발생시킨 후 저온관(21)을 통해 다시 원자로(10)로 복귀한다.
가압기(32)는 고온관(22)에 연결되어 있으며 원자력 발전소 운전시 계통의 압력을 조절한다.
원자로(10)의 상부에는 혼합형 안전주입탱크(41)와 안전주입탱크(42)가 위치하며, 이들 탱크(41, 42)는 원자로(10)의 측면과 연결되어 있다.
이들 탱크(41, 42)에는 냉각수가 채워져 있으며, 상부 공간에는 가압가스가 채워져 있을 수 있다. 탱크(41, 42)와 원자로(10) 사이의 배관에는 체크밸브(43, 44)가 위치하고 있어, 원자로(10)에서 탱크(41, 42) 방향으로의 냉각수 흐름이 제한된다.
혼합형 안전주입탱크(41)의 상부는 저온관(21)과 연결되어 있으며, 혼합형 안전주입탱크(41)와 저온관(21) 사이에는 압력평형밸브(45)가 위치하고 있다. 압력평형밸브(45)는 정상운전시 닫힘 상태를 유지하며, 이때에는 혼합형 안전주입탱크(41)도 안전주입탱크(42)와 동일한 기능을 수행하며, 원자로(10)의 압력이 혼합형 안전주입탱크(41) 또는 안전주입탱크(42)의 상부에 주입된 가압가스 압력 이하로 감압되면 체크밸브(43, 44)가 열리면서 혼합형 안전주입탱크(41) 또는 안전주입탱크(42)의 냉각수가 원자로(10)로 주입된다. 그러나 압력평형밸브(45)가 개방되면 혼합형 안전주입탱크(41)의 압력이 증가하게 되며, 원자로(10)의 압력과 상관없이 수두차에 의해 체크밸브(43)가 열리면서 혼합형 안전주입탱크(41)의 냉각수가 주입된다.
원자로(10) 상부에는 상부냉각재탱크(61)가 위치하고 있으며, 상부냉각재탱크(61)는 원자로(10)와 연결되어 있다. 원자로(10)와 상부냉각재탱크(61) 사이에도 체크밸브(62)가 위치하고 있어, 원자로(10)에서 상부냉각재탱크(61) 방향으로 냉각수 흐름이 제한된다.
본 실시예에서 상부냉각재탱크(61)와 양 탱크(41, 42)의 냉각수는 합쳐져서 원자로(10)와 연결되어 있으나, 다른 실시예에서는 별도의 배관을 통해 원자로(10)와 연결될 수도 있다.
고온관(22) 및 가압기(32)에는 감압밸브(51, 52, 압력감소유닛)가 연결되어 있어, 원자로(10)의 압력을 낮출 수 있다.
도시하지는 않았지만 이상 설명한 구성요소는 원자로 건물 내에 수용되어 있다.
열교환기(71)는 원자로(10) 상부에 위치하면서, 원자로 건물 내에서 발생한 증기를 응축시킨다. 열교환기(71)는 원자로 건물 내벽에 설치될 수 있으며, 원자로 건물 외부로 열을 배출시킬 수 있다.
열교환기(71)에서 응축되어 생성된 냉각수는 상부냉각재탱크(61)로 공급된다.
이상 설명한 원자로(10) 및 기타 설비는 모두 운전설비에 해당하고, 원자로(10), 저온관(21), 고온관(22), 증기발생기(31) 및 가압기(32)를 제외한 설비는 냉각설비부에 해당한다.
이상 설명한 원자력 발전소(1)는 교류전원상실 시에도 노심을 냉각하여 노심을 보호할 수 있고, 노심 냉각시 방출된 열을 외부로 방출하여 원자로 건물을 보호할 수 있다.
이하에서는 사고 발생시 원자력 발전소(1)의 작동에 대하여 설명한다.
사고가 발생하여 원자로(10)에 냉각수 공급이 원활하게 되지 않고 원자로(10)의 온도가 올라가면 압력평형밸브(45)가 개방되며, 혼합형 안전주입탱크(41)의 압력이 원자로(10)와 비슷한 수준을 가압되어, 혼합형 안전주입탱크(41)와 원자로(10) 사이의 수두차에 의해 체크밸브(43)가 개방되고 혼합형 안전주입탱크(41)의 냉각수가 원자로(10)로 주입된다.
혼합형 안전주입탱크(41)의 수위가 감소하면 가압기(32) 상부에 설치된 감압밸브(52)들이 순차적으로 개방되며, 이에 따라 원자로(10)의 압력이 낮아진다.
원자로(10)의 압력이 안전주입탱크(42)의 가압가스 압력보다 낮아지면, 체크밸브(44)가 열리고 안전주입탱크(42)의 냉각수가 원자로(10)로 주입된다.
혼합형 안전주입탱크(41)의 냉각수가 고갈되면, 고온관(22)에 설치된 감압밸브(51)가 개방되며, 원자로(10)의 압력은 급격히 감소된다. 이후 원자로(10)의 압력이 상부냉각재탱크(61)보다 낮아지면 체크밸브(62)가 개방되면서 상부냉각재탱크(61)의 냉각수가 원자로(10)로 주입된다.
원자로(10) 및 고온관(22), 저온관(21) 등의 손상부 및 감압밸브(51, 52)에서 방출된 증기는 원자로건물 내로 방출되며, 이 증기는 다시 차가운 열교환기(71) 표면에서 응축된다. 열교환기(71)의 응축수는 다시 상부냉각재탱크(61)로 수집된다.
이상 설명한 압력평형밸브(45) 및 감압밸브(51, 52)의 작동은 자동운전 또는 수동으로 이루어 질 수 있으며, 작동 시기 및 작동 정도 등은 다양하게 변형될 수 있다. 체크밸브(43, 44, 62)의 개방은 압력차 또는 수두차에 의해 이루어진다.
냉각수 공급, 감압 등에 의해 원자로(10)가 냉각되는 과정에서 열과 증기가 방출되면서 원자로 건물의 온도와 압력이 상승한다. 열교환기(71, 피동형 원자로 건물 냉각계통)는 원자로 건물을 냉각하고 감압시킨다. 내부에서 방출된 증기는 열교환기(71)에서 응축되고 열은 원자로 건물 외부로 방출된다.
열교환기(71)에서 응축된 냉각수는 상부냉각재탱크(61)로 공급되어 원자로(10) 냉각에 사용된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 원자력 발전소(1)에서는 가압력에 의한 냉각수 공급, 압력 평형에 따른 수두차에 의한 냉각수 공급 및 원자로 압력 저하에 따른 수두차에 의한 냉각수 공급 등 다양한 방법으로 냉각수가 공급된다. 또한 냉각과정에서 발생한 열은 열교환을 통해 외부로 열이 배출되어 원자로 건물의 건전성이 유지되며, 열교환을 통해 얻어진 냉각수는 다시 원자로 냉각에 사용된다. 이와 같은 과정은 교류전원 공급 없이 수행될 수 있으며 피동적으로 수행될 수도 있다.
전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 발전소 정전시 피동 노심냉각 기능을 구비한 원자력 발전소에 있어서,
    원자로를 포함하는 운전 설비와;
    상기 운전 설비를 수용하는 원자로 건물을 포함하며,
    상기 운전 설비는,
    상기 원자로로부터 연장된 고온관 및 저온관;
    상기 고온관에 연결되어 있는 가압기;
    상기 원자로보다 높게 위치하며 상기 원자로와 연결되어 있는 안전주입탱크와 혼합형 안전주입탱크;
    상기 원자로 건물 내부의 증기를 응축시키는 열교환기;
    상기 원자로보다 상부에 위치하는 상부냉각재탱크;
    상기 저온관과 상기 혼합형 안전주입탱크 사이에 위치하는 압력평형밸브; 및
    상기 원자로와 상기 안전주입탱크 사이에 위치하는 체크밸브를 더 포함하며,
    상기 혼합형 안전주입탱크의 상부는 상기 저온관과 연결되어 있으며,
    상기 혼합형 안전주입탱크는 상기 가압기와 연결되어 있지 않으며,
    상기 열교환기에서 응축된 응축수는 자중에 의해 상기 상부냉각재탱크로 공급되며,
    상기 안전주입탱크 및 상기 혼합형 안전주입탱크는 냉각수를 수용하고 있으며,
    상기 냉각수는 상기 안전주입탱크 및 상기 혼합형 안전주입탱크의 상부에 위치한 가압기체에 의해 가압되며,
    상기 체크밸브의 작동만으로 상기 원자로와 상기 혼합형 안전주입탱크 사이의 냉각수 이동이 결정되는 원자력 발전소.
  2. 제1항에서,
    상기 운전 설비는 상기 가압기와 상기 고온관 중 적어도 하나에 연결되어 있는 감압밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소.
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