KR102015500B1

KR102015500B1 - 피동자연순환 냉각 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102015500B1
Application number: KR1020160038618A
Authority: KR
Inventors: 김기환; 권태순; 배성원
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2019-08-28
Also published as: KR20160140361A; CN107660306A; WO2016190572A1; RU2670425C1; US20180261342A1; CN107660306B; US10811149B2

Abstract

본 발명에 따른 피동자연순환 냉각 시스템은 냉각수를 수용하도록 형성되는 피동응축탱크 및 상기 피동응축탱크 내부 또는 상부에 구비되고 상기 냉각수가 상기 피동응축탱크 내부에서 순환하도록 상기 냉각수를 응축시키는 응축시키는 응축수 재순환 장치를 포함할 수 있다. 상기 응축수 재순환장치는, 상기 피동응축탱크 상부에서 상향으로 연장되는 덕트 및 상기 피동응축탱크 또는 덕트 내부에 설치되는 복수의 격리판을 구비할 수 있다.

Description

피동자연순환 냉각 시스템 및 방법{PASSIVE NATURAL CIRCULATION COOLING SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 피동응축탱크에 구비되는 피동자연순환 냉각 시스템 및 이를 이용한 냉각 방법에 관한 것이다.

피동응축탱크는 일체형원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 사고 발생시 원자로의 열(원자로의 현열 및 노심의 잔열)을 제거하는 열침원으로 이용되고 있다. 원자로의 열은 피동보조급수계통(Passive Auxiliary Feedwater System)을 통해 최종적으로 피동응축탱크로 전달되고, 피동응축탱크의 냉각수가 증발하면서 대기로 열을 방출한다.

피동보조급수계통의 열교환기는 외부 냉각방식에 따라 수랭식(water-cooling : 한국 SMART 원자로, 미국 웨스팅하우스사 AP1000), 공랭식(air-cooling : 프랑스 SCOR) 또는 수랭식과 공랭식을 혼합한 혼합식(hybrid-cooling: 일본 IMR)을 적용하고 있다.

열교환기의 냉각방식에 대하여는 참고문헌 1을 참조한다.

[참고문헌 1] IAEA-TECDOC-1624, Passive Safety Systems and Natural Circulation in Water Cooled Nuclear Power Plants, IAEA, 2009

일반적으로 수랭식 열교환기는 냉각 효율이 우수하므로 열교환기의 용량을 소형으로 제작할 수 있다는 장점이 있으나, 사고 발생시 열교환기로부터 열을 전달받는 피동응축탱크 내부의 냉각수는 점점 증발되어 결국 고갈되므로 냉각수 저장 용량을 넘어서는 장기간의 냉각을 위해서는 피동응축탱크의 냉각수를 주기적으로 재충수해 주어야 하는 단점이 있다.

반면, 공랭식 열교환기는 피동응축탱크가 없어 냉각수를 주기적으로 보충해 주지 않아도 되는 장점은 있으나, 냉각 효율이 수랭식에 비해 떨어진다. 공랭식 열교환기의 효율은 공기가 접하는 튜브 벽면의 열전달 효율에 의해 좌우되는데, 공랭식 열교환기는 튜브 벽면을 통해 외부(공기)로 열을 전달하는 과정에서 열전달 효율이 낮으므로, 열교환기의 크기 및 개수를 증가시켜야 하는 단점이 있다.

또한, 혼합식 열교환기도 공랭식으로 작동하는 시점에서는 열전달 성능이 수랭식에 비해 크게 감소하여 수랭식 열교환기보다는 상대적으로 큰 열교환기를 사용해야 하는 단점이 있다.

피동보조급수계통의 열교환기 내부 냉각방식으로는 열전달 효율이 뛰어난 증기 응축 방식의 응축열교환기를 많이 채용하고 있다. 피동보조급수계통의 열교환기는 일반적으로 고온 고압에서 작동하므로 설계압력이 매우 높아 안정성을 추가로 고려해야 하며, 열교환기의 크기를 증가시키는 경우에는 경제성이 크게 떨어진다.

원자로의 사고 발생시 원자로로부터 전달되는 열은 항상 일정한 것이 아니다. 일반 보일러와는 다르게 원자로는 원자로의 노심이 정지한 후에도 상당한 기간 동안 노심에서 잔열이 발생한다. 이에 따라 원자로가 사고 등으로 정지하는 경우, 사고 발생 초기에는 많은 양의 잔열이 노심에서 방출되며, 시간이 지남에 따라 방출되는 잔열은 현저하게 감소하는 특성이 있다. 따라서 원자로로부터 피동응축탱크로 전달되는 열도 사고 발생 후 시간이 지남에 따라 현저하게 감소하게 된다.

종래의 피동응축탱크는 이러한 원자로의 사고 특성을 고려하여 설계하며 일반적으로 피동응축탱크 상부가 대기압으로 개방되어 있다. 사고시 열이 피동응축탱크로 전달되면, 그 열을 전달받은 피동응축탱크 내부의 냉각수는 온도가 상승한 후 증발하여 증기로 상변화되고, 피동응축탱크의 개방된 부분을 통해 외부로 방출되어 증발열로 열적 부하를 소화하였다.

그러나, 이러한 종래의 구조는 피동응축탱크의 장기 가동에 따라 피동응축탱크 내부의 냉각수의 양이 점점 줄어들다가 결국 고갈되는 문제가 있었다. 또한 주기적으로 냉각수를 재충수 하면 냉각기능을 연장할 수 있으나 사고 발생시 방사능 물질의 유출로 인하여 접근이 불가능한 경우에는 피동응축탱크의 재충수 방안은 현실적으로 한계가 있다.

본 발명의 일 목적은 피동응축탱크의 용량한계로 인한 냉각기능 상실의 단점을 보완하여 장기간 동안 냉각기능을 유지할 수 있도록 하는 피동자연순환 냉각 시스템 및 이를 이용한 냉각 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 전력이용이 장기간 중단되는 사고(Station Black Out)가 발생되거나 방사능 물질이 유출되어 운전원의 접근이 불가능한 경우에도 운전원의 별도의 조치 없이 자연구동력으로만 작동되는 피동자연순환 냉각 시스템 및 이를 이용한 냉각 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 복수의 격리판은, 상기 피동응축탱크의 내측벽의 일측으로부터 타측 하방을 향해 경사지게 연장되어, 하부 및 상부를 각각 제1 및 제2 공간으로 구획하는 제1 격리판을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 상기 복수의 격리판은, 상기 덕트를 통해 상승하는 증기의 유출을 최소화하기 위하여, 상기 덕트의 길이 방향을 따라 연장되는 제2 및 제3격리판 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 제2 및 제3격리판은 서로에 대하여 이격되며, 상기 제2격리판은 상기 제1격리판에서 상방으로 연장되고, 상기 제3격리판은 상기 제2격리판을 따라 상승한 수증기의 하강 경로를 생성하기 위하여 덕트의 상측 내벽에서 하방으로 연장될 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 제1격리판에는 증기포집 안내관이 형성되며, 상기 증기포집 안내관은 상기 제1격리판 하부 공간 및 상기 제2격리판에 의해 구획되는 덕트 내부의 공간상으로 연장될 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 증기포집 안내관의 제1격리판 하부 공간 내 삽입 길이는, 기설정된 수위 및 압력에 관한 정보에 기반하여 결정될 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 덕트 내부의 냉각수의 열을 외부 공기로 전달하기 위하여, 상기 덕트 내부에는, 열교환기가 설치되며, 상기 열교환기는, 상기 덕트를 관통하도록 이루어지는 다발 형태의 외부 공기유로를 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 제1격리판 상부에는 충수를 위한 배기 밸브와 상기 피동응축탱크 내부에가 기설정된 범위 이상으로 압력이 상승하는 것을 억제하기 위한 안전 밸브가 설치될 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 덕트 상측에는, 외부공기 유출부가 형성되며, 상기 외부공기 유출부에는 응축수의 추가 회수를 위한 응축수 회수 구조물이 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 피동자연순환 냉각 시스템은, 상기 제1 공간 내부의 냉각수로부터 열을 전달받도록 상기 제1 격리판 하부에 설치되는 열교환기를 더 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 열교환기는, 제2 공간의 냉각수가 유입되도록, 상기 제1 격리판에 형성되는 유입구, 상기 유입구를 통하여 유입된 냉각수가 유출되도록, 상기 제1 격리판에 상기 유입구와 이격된 위치에 형성되는 유출구 및 상기 제1 격리판의 배면 상에서 상기 유입구와 상기 유출구를 연결하며, 유입된 냉각수가 내부를 지나는 동안 제1 공간 내부의 냉각수와 열교환하여 증발이 일어나도록 이루어지는 몸체부를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 유출구가 상기 유입구보다 상기 제1 격리판 상에서 높은 곳에 위치한다.

상기 몸체부는 상기 유입구에서 상기 유출구를 향하는 상향으로 경사지게 형성될 수 있다.

몸체부는 열교환 면적을 증가시키도록 다발로 형성된 복수개의 튜브로 이루어질 수 있다.

유입구 및 유출구는 각각 복수개씩 구비될 수 있다. 또한, 상기 몸체부는, 일측은 상기 복수의 유입구와 각각 연결되며 타측은 하방으로 연장되는 복수의 제1배관, 일측은 상기 복수의 제1배관의 타측과 각각 연결되며, 타측은 경사진 방향으로 형성되는 복수의 제2배관 및 일측은 상기 복수의 제2배관의 타측과 각각 연결되고, 타측은 상방으로 연장되어 상기 복수의 유출구와 각각 연결되는 복수의 제3배관을 포함할 수 있다.

상기 몸체부는, 상기 복수의 제1배관으로부터 각각 유입되는 냉각수가 합류된 후, 다시 복수의 제2배관으로 각각 분산되어 유입되도록, 상기 복수의 제1배관과 상기 복수의 제2배관을 연결하는 제1연결부; 및 상기 복수의 제2배관으로부터 각각 유입되는 냉각수가 합류된 후, 다시 복수의 제3배관으로 각각 분산되어 유입되도록, 상기 복수의 제2배관과 상기 복수의 제3배관을 연결하는 제2연결부를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 교환기는 복수개 구비되며, 각각의 제1 교환기의 유입구 및 유출구의 높이가 상기 제1 격리판 상에서 순차적으로 감소되도록 설치될 수 있다.

상기 응축수 재순환장치는, 상기 제2 공간의 냉각수로부터 증발되는 증기 및 상기 열교환기에서 발생하는 증기를 응축시키기 위하여, 상기 제1 격리판 상부에 이격하여 위치하는 제2 격리판을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 격리판은, 상기 피동응축탱크의 일측으로부터 타측 하방을 향해 경사지게 연장될 수 있다.

또한, 열교환효율을 증가시키기 위하여, 상기 제2 격리판의 일면은 돌출되어 형성되는 복수의 돌기를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 덕트를 통해 상승하는 공기에 포함되는 수증기들의 응축을 유도하기 위하여, 상기 덕트의 내벽에는 복수개의 칸막이가 형성될 수 있다.

상기 덕트의 외벽은 덕트 내부의 온도 상승을 억제할 수 있도록 태양열 복사에 의한 흡수율은 낮고 반사율은 높으며, 주위 대기로의 방사율은 높은 재질로 형성될 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면 다단계로 이루어지는 응축수 재순환장치로 인하여, 피동응축탱크에서 증발된 증기는 각 단계의 응축수 재순환장치의 세부 장치들에 열을 전달한 후 응축되고, 응축수는 피동응축탱크 내로 순환되도록 유로를 구성함으로써, 피동응축탱크 외부로 유출되는 증기를 응축시켜 재순환 할 수 있다. 따라서, 원자로 사고 시 누출된 방사선으로 인하여 피동응축탱크를 재충수할 수 없는 경우에도 자연구동력으로 구동되어 피동적으로 응축수를 포집, 피동응축탱크의 냉각수를 재충수함으로써, 상기의 피동응축탱크의 용량확장 없이 냉각수위를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 전력이용이 장기간 중단되는 경우 및 다양한 원자로 사고 발생 시에도 피동응축탱크의 냉각기능이 유지될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 피동응축탱크의 기능을 장시간 동안 유지함으로써, 원자로로부터 방출되는 현열 및 잔열을 장기간 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련 있는 피동보조급수계통의 개념도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련 있는 피동자연순환 냉각 시스템의 투시 사시도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명과 일 실시예와 관련 있는 피동자연순환 냉각 시스템의 일부를 확대한 투시 사시도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련 있는 열교환기를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련 있는 냉각수위에 따른 작동되는 열교환기를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련 있는 피동자연순환 냉각 시스템 및 격납건물을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명과 관련된 피동자연순환 냉각 방법을 단계적으로 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예와 관련 있는 피동자연순환 냉각 시스템의 투시 사시도를 도시한 것이다.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 다른 실시예와 관련 있는 피동자연순환 냉각 시스템의 냉각 방법을 단계적으로 나타낸 개념도들이다.
도 10은 제1세부실시예에 따른 피동자연순환 냉각 시스템을 도시한 것이다.
도 11a 및 도 11b는 제2세부실시예에 따른 피동자연순환 냉각 시스템을 도시한 것이다.
도 12a 및 도 12b는 제3세부실시예에 따른 피동자연순환 냉각 시스템을 도시한 것이다.

이하, 본 발명에 관련된 피동자연순환 냉각 시스템 및 방법에 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.

또한, 냉각수는 액체 상태를 의미하나, 문맥에 따라 증기를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 발명의 피동자연순환 냉각 시스템을 설명하기에 앞서, 이와 관련된 피동보조급수계통을 먼저 설명한다.

도 1은 본 발명과 관련 있는 피동보조급수계통의 개념도를 도시한 것이다. 피동보조급수계통는 원자로 사고 발생시 원자로의 작동이 정지된 후에도 노심(미도시)에서 계속하여 발생하는 잔열을 제거하는 역할을 한다.

이하, 피동보조급수계통의 구성요소 및 이의 역할을 구체적으로 설명하도록 한다.

피동보조급수계통은 주증기관(30) 및 주급수관(40)과 연결되는 증기발생기(10), 주증기관(30)과 연결되는 응축열교환기 입구연결관(31), 주급수관(40)과 연결되는 응축열교환기 출구연결관(41), 그리고 응축열교환기 입구연결관(31) 및 응축열교환기 출구연결관(41)과 연결되는 응축열교환기(20)를 포함한다.

증기발생기(10)는 원자로(미도시)와 연결되어 원자로부터 전달받은 열을 이용하여 증기를 발생시키는 역할을 한다. 또한, 상부 일측은 주증기관(30)과 연결되며, 하부 일측은 주급수관(40)과 연결된다.

즉, 증기발생기(10)는 주급수관(40)을 통해 주급수를 공급받아서, 주증기관(30)을 통해 발생된 증기를 내보낸다. 발생된 증기는 터빈으로 공급되어, 터빈(미도시)의 회전에 의한 전력을 생산할 수 있게 된다.

그러나, 원자로 사고 발생시, 전력 생산보다 원자로(미도시) 및 증기발생기(10)의 온도를 낮추는 것이 더 중요하기 때문에, 입구밸브(32) 및 출구밸브(42)가 열려 피동보조급수계통이 가동된다.

피동보조급수계통이 동작을 하면, 주증기관(30)을 통해 공급되는 증기 중 일부가 응축열교환기 입구연결관(31)을 통해 응축열교환기(20)로 공급된다.

응축열교환기(20)는 내부에 냉각수를 수용하고 있는 피동응축탱크(100) 내부에 형성된다. 따라서, 응축열교환기(20)를 통과하는 증기는 피동응축탱크(100) 내부의 냉각수에게 열을 전달하고, 액체 상태로 상변화한 후, 다시 응축열교환기 출구연결관(41)을 통해 주급수관(40)으로 합류된다.

한편, 피동응축탱크(100) 내의 냉각수는 응축열교환기(20)를 통해 열을 전달받아 피동응축탱크(100) 내부의 냉각수가 증발하여 증발열로 열적 부하를 소화하였으나, 냉각수가 모두 증발하여 고갈되면 더 이상 피동응축탱크(100)가 작동하지 못하는 문제가 있어 장기냉각에 한계가 있었다.

이에, 응축수 재순환장치(200)는 피동응축탱크(100)의 열교환 방식을 개선하여 피동응축탱크(100)의 냉각수 고갈 문제를 근본적으로 제거한다. 응축수 재순환장치(200)의 작동에 의해 피동응축탱크(100) 내부의 냉각수를 순환시켜 이용할 수 있으므로, 피동응축탱크(100)는 보다 장시간동안 열방출 기능을 수행할 수 있다.

이하, 도 2 및 3을 참조하여, 피동자연순환 냉각 시스템을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련 있는 응축수 재순환장치(200)를 포함하는 피동자연순환 냉각 시스템의 투시 사시도를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명과 일 실시예와 관련 있는 피동자연순환 냉각 시스템의 일부를 확대한 투시 사시도를 도시한 것이다.

본 발명의 피동자연순환 냉각 시스템은 피동응축탱크(100), 응축열교환기(20) 및 응축수 재순환장치(200)를 포함한다.

피동응축탱크(100)는 내부에 냉각수를 수용하도록 형성된다. 피동응축탱크(100)는 안정적으로 냉각수를 수용할 수 있도록 배면이 지면에 대응하여 평평하게 형성되는 것이 바람직하다. 또한 도 1 내지 2에서는 피동응축탱크(100)를 대체로 직육면체 형상으로 도시하였으나, 원기둥 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 피동응축탱크(100)는 격납건물(50) 외부에 위치될 수 있다.

응축열교환기(20)는 냉각수에 접하도록, 피동응축탱크(100) 내부에 구비된다. 구체적으로는, 냉각수의 수위변화가 생기더라도 최대한 냉각수에 잠겨있도록, 피동응축탱크(100)의 하부 내부공간에 위치하는 것이 바람직하다. 상기에서 기재했던 바와 같이, 응축열교환기(20)는 증기발생기(10)로부터 전달받은 열을 피동응축탱크(100)의 냉각수에 전달하는 역할을 수행한다.

응축수 재순환장치(200)는 피동응축탱크(100)의 내부 또는 상부에 구비된다. 응축수 재순환장치(200)는 냉각수가 피동응축탱크(100) 내부에서 순환하도록, 피동응축탱크(100)로부터 증발하는 냉각수를 응축시킨다.

응축수 재순환장치(200)는 제1 격리판(210)을 포함한다.

제1 격리판(210)은 피동응축탱크(100)의 내측벽의 일측으로부터 타측 하방을 향해 경사지게 연장되어 형성된다. 제1 격리판(210)의 일측은 피동응축탱크(100)의 내벽 일측에 일체로서 형성될 수 있다. 또는, 제1 격리판(210)과 피동응축탱크(100)가 별도로 형성되어 용접 또는 볼트체결에 의해 서로 결합되는 것도 가능하다. 한편, 제1 격리판(210)의 타측은 피동응축탱크(100)와 연결되지 않도록 형성된다.

제1 격리판(210)은 소정의 두께를 갖는 판 형상으로 형성될 수 있으며, 판의 넓은 면이 피동응축탱크(100)의 하부 및/또는 상부를 바라보도록 위치될 수 있다.

제1 격리판(210)이 하방을 향해 소정의 각도를 가지고 경사지게 연장될 수 있다. 또는, 제 1 격리판은 곡률을 가지고 연장되는 것도 가능하며, 이때 제1 격리판(210)은 상부로 볼록하게 형성되는 것이 바람직하다.

피동응축탱크(100) 내부 공간이 제1 격리판(210)을 기준으로 제1 및 제2 공간(110, 120)으로 구획된다. 구체적으로는, 제1 격리판(210)을 기준으로 하부에는 제1 공간(110)이 형성되며, 상부에는 제2 공간(120)이 형성된다.

제1 격리판(210)의 타측은 피동응축탱크(100)과 연결되지 않기 때문에, 제1 및 제2 공간(110, 120)은 서로 완전히 분리되어 있지 않고 통하는 부분이 존재한다. 이 부분을 통해 냉각수가 자유롭게 이동하는 것이 가능하므로 상기 제1 공간에서 생성된 증기압으로 인한 피동응축탱크의 과압을 방지한다.

제1공간(110)의 상부에는 제1 격리판(210)이 위치하므로, 제1 공간(110)에서 증발한 냉각수는 제1 격리판(210)에 의해 밀폐된다. 제1공간(110)에 포집된 증기로 인한 증기압은 제1공간(110)의 냉각수의 수위를 낮춘다. 이에 대해 자세한 설명은 후술한다.

응축수 재순환장치(200)는, 제1 격리판(210) 외에도, 열교환기(220)를 더 포함할 수 있다. 열교환기(220)는 제1 공간(110) 내부의 냉각수로부터 열을 전달받도록 제1 격리판(210) 하부에 설치된다.

열교환기(220)는, 유입구(226), 몸체부(227), 유출구(228)를 포함한다.

유입구(226)는 제2 공간(120)의 냉각수가 열교환기(220) 내부로 유입되도록, 제1 격리판(210)상에 형성된다. 유출구(228)는 유입구(226)를 통하여 유입된 냉각수가 유출되도록, 제1 격리판(210)상에 유입구(226)와 이격된 위치에 형성된다. 몸체부(227)는 제1 격리판(210)의 배면 상에서 유입구(226)와 유출구(228)를 연결한다.

유입구(226) 및 유출구(228) 내부로, 몸체부(227)의 적어도 일부가 삽입되어 형성될 수 있도록, 유입구(226)와 유출구(228)는 제1 격리판(210)을 관통하는 홀 형상일 수 있다. 또한, 몸체부(227)는 내부에 유체가 흐를 수 있도록, 중공으로 형성된 튜브 형상일 수 있다.

유입구(226)를 통해 유입된 냉각수는 몸체부(227) 내부를 지나는 동안 제1 공간(110) 내부의 냉각수와 열교환한다. 구체적으로, 응축열교환기(20)는 제1 공간(110)에 배치되기 때문에, 응축열교환기(20)로부터 제1 공간(110)의 냉각수가 가장 먼저 열을 전달받는다. 몸체부(227) 내의 냉각수는 제1 공간(110) 내부의 냉각수에 비해 상대적으로 저온이기 때문에, 열은 제1 공간(110) 내부의 냉각수에서 몸체부(227) 내의 냉각수로 이동한다. 열을 전달받은 몸체부(227) 내의 냉각수는 가열 및/또는 증발하여, 자연대류 현상으로 유출구(228)를 통해 배출된다.

이때, 유출구(228)가 유입구(226)보다 제1 격리판(210) 상에서 높은 곳에 위치한다. 또한, 냉각수의 초기 수위는 유출구(228)의 상부에 위치하도록 한다. 이에 대한 자세한 내용은 후술하기로 한다.

또한, 몸체부(227) 내부에서 생성된 고온의 증기가 유입구(226)가 아닌 유출구(228)로만 배출될 수 있도록, 몸체부(227)는 유입구(226)에서 유출구(228)를 향하는 방향으로 경사지게 형성된다. 이는, 몸체부(227)내에는 액체 상태의 냉각수와 기체 상태의 증기가 공존할 수 있으며, 상대적으로 고온의 증기는 대류현상에 의해 상승하려는 성질이 있기 때문이다.

즉, 제2 공간(120)의 냉각수는 유입구(226), 몸체부(227), 유출구(228) 순으로 한 방향으로 이동할 수 있다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예와 관련 있는 열교환기(220)를 도시한 것이며, 이하 도 4a 및 4b를 참조하여 열교환기(220)의 구조에 대하여 설명한다.

또한, 열교환기(220)의 유입구(226) 및 유출구(228)는 각각 복수개씩 구비될 수 있으며, 몸체부(227)는 열교환 면적을 증가시키도록 다발로 형성된 복수개의 튜브로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 몸체부(227)는 복수의 제1 배관(221), 제2 배관(222) 및 제3 배관(223)을 포함할 수 있다.

복수의 제1 배관(221)의 일측은 복수의 유입구(226)와 각각 연결되며, 하방으로 연장된다. 복수의 제2 배관(222)의 일측은 복수의 제1 배관(221)의 타측과 각각 연결된다. 복수의 제3 배관(223)의 일측은 복수의 제2 배관(222)들의 타측과 각각 연결된다. 또한, 복수의 제3 배관(223)들의 타측은 상방으로 연장되어 복수의 유출구(228)들과 각각 연결된다. 이때, 제2 배관(222)은 유입구(226)에서 유출구(228)를 향하는 방향으로 경사지게 형성된다.

몸체부(227)는 복수의 제1 배관(221), 제2 배관(222) 및 제3 배관(223) 외에도, 제1 및 제2 연결부(224, 225)를 더 포함할 수 있다.

제1 연결부(224)는 복수의 제1 배관(221) 내의 냉각수가 합류되어 다시 복수의 제2 배관(222)으로 각각 분산되어 유입되도록, 제1 배관(221)과 제2 배관(222)을 연결한다. 즉, 제1 연결부(224)의 일측은 복수의 제1 배관(221)이 연결되고, 타측은 복수의 제2 배관(222)과 연결된다.

제2 연결부(225)는 제2 배관(222) 내의 냉각수가 합류되어 다시 복수의 제3 배관(223)으로 각각 분산되어 유입되도록, 제2 배관(222)과 제3 배관(223)을 연결한다. 즉, 제2 연결부(225)의 일측은 복수의 제2 배관(222)과 연결되고, 타측은 복수의 제3 배관(223)과 연결된다.

또한, 도 4b를 참조하면, 열교환기(220)의 제2 배관(222) 둘레에 복수의 핀(222a)을 결합하여 열교환 면적을 증가시킬 수 있다.

또한, 도 2 내지 3을 참조하면, 열교환기(220)는 복수개 구비되어, 상기 제1 구역내의 수위가 응축열교환기(20)보다 높게 유지되도록 한다.

구체적으로는, 복수개의 열교환기(220a, 220b, 220c)는, 각각의 열교환기(220)의 유입구(226) 및 유출구(228)의 높이가 제1 격리판(210) 상에서 순차적으로 감소되도록 설치된다.

각각의 열교환기(220)의 유입구(226) 및 유출구(228)의 높이를 순차적으로 감소시킴으로써, 제2 공간(120)의 냉각수위가 달라져도 적어도 하나 이상의 열교환기(220)가 작동할 수 있도록 할 수 있다.

이를 보다 구체적으로 설명하기 위해, 도 5를 참조한다.

도 5는 냉각수위에 따라 작동되는 열교환기(220)를 살펴보기 위해, 3개의 열교환기(220a, 220b, 220c)를 도시한다.

도 5a의 경우와 같이, 피동응축탱크(100)의 냉각수의 양이 충분히 많은 경우, 제2 공간(120)의 냉각수위가 충분히 높게 된다. 이 경우, 제2 공간(120)의 냉각수는 3개의 열교환기(220a, 220b, 220c) 내부로 모두 유입될 수 있게 된다. 즉, 3개의 열교환기(220a, 220b, 220c) 모두 작동하게 된다.

그러나, 도 5b 또는 5c의 경우와 같이, 피동응축탱크(100)의 냉각수의 일부가 피동응축탱크(100) 외부로 증발되어서, 그 양이 처음보다 감소한 경우에는 제2 공간(120)의 냉각수위가 감소하게 된다. 이 경우, 제2 공간(120)의 냉각수는 2개 또는 1개의 열교환기 내부로 유입될 수 있게 된다. 따라서, 복수개의 열교환기(220a, 220b, 220c) 중 일부만 작동하게 된다.

즉, 복수개의 열교환기(220a, 220b, 220c)의 설치높이를 다르게 하여, 제2 공간(120)의 냉각수위에 상관없이, 적어도 하나 이상의 열교환기(220)가 작동하도록 함에 따라, 응축수 재순환장치(200)의 성능을 향상시킬 수 있다.

응축수 재순환장치(200)는, 제1 격리판(210)과 열교환기(220) 외에도, 제2 격리판(230)을 더 포함할 수 있다. 다시 도 2 내지 3을 참조하여, 제2 격리판(230)에 대해 설명한다.

제2 격리판(230)은 제2 공간(120)의 냉각수로부터 증발되는 증기 및 열교환기(220)에서 발생하는 증기를 응축시키기 위하여, 제1 격리판(210) 상부에 이격하여 위치한다.

구체적으로, 제2 격리판(230)은 덕트(260)의 내측벽의 일측으로부터 타측 하방을 향해 경사지게 연장되어 형성된다. 제2 격리판(230)의 일측은 피동응축탱크(100)의 내측벽 일측에 일체로서 형성될 수 있다. 또는, 제2 격리판(230)과 피동응축탱크(100)가 별도로 형성되어 용접 또는 볼트체결에 의해 서로 결합되는 것도 가능하다. 한편, 제2 격리판(230)의 타측은 피동응축탱크(100)와 연결되지 않도록 형성된다.

제2 격리판(230)은 제1 격리판(210)과 마찬가지로, 소정의 두께를 갖는 판 형상으로 형성될 수 있으며, 판의 넓은 면이 피동응축탱크(100)의 하부 및/또는 상부를 바라보도록 위치될 수 있다.

제2 격리판(230)은 하방을 향해 소정의 각도를 가지고 경사지게 연장될 수 있다. 또는, 제2 격리판(230)은 곡률을 가지고 연장되는 것도 가능하며, 이 때 제2 격리판(230)은 상부로 볼록하게 형성되는 것도 가능하다.

제2 격리판(230)은 주변의 고온의 증기로부터 열을 빼앗아, 증기를 응축시킨다. 응축된 냉각수는 중력으로 인하여 하강하여 다시 제2 공간(120)의 냉각수로 합류하게 된다. 상변화되는 과정은 후에 자세히 살펴보기로 한다.

제2 격리판(230)은 열교환효율을 증가시키기 위해, 제2 격리판(230)의 일면상에 돌출되어 형성되는 복수의 돌기(240)를 포함한다. 복수의 돌기(240)는 제2 격리판(230)의 상부면 또는 하부면에 위치하여, 상방 또는 하방으로 돌출 형성될 수 있다. 복수의 돌기(240)는 제2 격리판(230)과 상대적으로 온도가 낮은 외부 공기가 맞닿는 면적을 증가시키는 역할을 수행한다. 한편, 복수의 돌기(240)는 핀형 또는 판형의 구조물로 형성되는 것도 가능하다.

또한, 응축수 재순환장치(200)는, 외부공기유입부(250) 및 덕트(260)를 더 포함할 수 있다.

외부공기유입부(250)는 피동응축탱크(100)의 타측에 형성되어 외부 공기의 유입을 유도한다.

덕트(260)는 피동응축탱크(100) 상부에 설치되어, 외부공기유입부(250)를 통하여 유입되는 공기가 상승하도록, 상향으로 연장되어 형성된다.

또한 도 6을 참조하면, 덕트(260)는 상향으로 일직선으로 형성될 수도 있으나, 격납건물(50)에 부착되어 격납건물(50)의 외형에 대응되도록 형성될 수 있다. 즉, 덕트(260)는 소정의 곡률을 가지며 아크형태로 형성되는 것도 가능하며, 격납용기와는 이격거리를 두고 부착될 수 있다.

또한, 덕트(260)의 형상은 사각형 또는 원형으로 형성될 수 있으며, 특별한 형상으로 한정되지는 않는다.

외부공기유입부(250)에서 유입된 공기는 피동응축탱크(100) 내부의 열을 전달받아 밀도가 낮아지게 되고, 덕트(260)를 따라 상승하여 외부로 유출된다. 이러한 대류현상을 고려하여, 외부공기유입부(250)는 덕트(260)보다 낮은 위치에 형성된다.

또한, 외부공기유입부(250)에서 유입된 공기가 지나가는 경로 상에 제2 격리판(230)이 위치된다. 공랭에 의하여 제2 격리판(230)의 온도가 주변의 증기보다 낮아져, 제2 격리판(230)은 고온의 증기와 열교환하는 것이 가능하다.

덕트(260) 내벽에는 상승하는 공기에 포함된 수증기들의 유출을 최소화하고 응축을 유도하기 위하여 복수개의 칸막이(261)가 형성될 수 있다. 칸막이(261)의 일측은 덕트(260)의 내벽 일측에 형성된다. 또한, 칸막이(261)에 맺힌 냉각수를 하강시켜 제2 공간(120)으로 합류시키기 위하여 칸막이(261)의 타측은 하방을 향해 연장된다. 한편, 복수개의 칸막이(261)는 엇갈림형태로 형성되어, 수증기의 유로를 증가시켜 응축을 효과적으로 유도할 수 있다.

또한, 덕트(260)의 외벽은 태양열로 인한 덕트(260) 내부의 온도 상승을 억제 하고 덕트(260) 내부의 열을 외부로 방사할 수 있도록 흡수율은 낮고 반사율 및 방사율이 높은 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 덕트(260) 외벽은 흰색 계통의 색을 띠는 재질로 코팅될 수 있다.

또한, 도 6을 참조하면, 피동응축탱크(100)에는 역류방지 구조물(270)이 추가로 설치될 수 있다. 역류방지 구조물(270)은 피동응축탱크(100)의 타측에서 내부를 향하여 연장되어 형성될 수 있다. 역류방지 구조물(270)은 피동응축탱크(100) 내부의 냉각수가 외부로 넘쳐 흐르는 것을 방지한다.

이하, 도 7을 참조하여, 피동자연순환 냉각 방법을 단계적으로 설명한다.

도 7a를 참조하면, 피동보조급수계통이 동작하지 않는 경우, 피동응축탱크(100) 내의 냉각수는 일정한 수위를 유지한다. 이때 냉각수의 초기 수위는 유출구(228)의 상부에 위치한다.

도 7b를 참조하면, 피동보조급수계통이 동작을 시작한 경우, 피동응축탱크(100) 내부의 냉각수는 응축열교환기(20)로부터 열을 전달받아 증발 또는 상승하게 된다. 제1 및 제2 공간(120)의 냉각수에서 모두 증발이 일어나지만, 응축열교환기(20)가 제1공간에 배치되기 때문에, 제1공간의 냉각수의 증발이 더욱 활발하게 된다. 동시에, 제1 공간(110) 상부에 위치한 제1 격리판(210)의 영향으로 인해, 제1 공간(110)에서 발생한 증기는 제1 격리판(210) 하부에 포집 되게 된다. 제1 공간(110)상에 포집된 증기에 의한 제1 격리판(210) 하부에는 대기압보다 높은 증기압이 형성된다. 포집된 증기는 제1 공간(110)상의 수위가 제2 공간(120)상의 수위보다 더 낮아지도록, 냉각수를 하방으로 밀어내는 일을 하게 된다. 증기가 일을 함으로써, 내부 에너지가 감소함에 따라 증기의 온도가 자체적으로 하강하는 효과가 있다.

도 7c를 참조하면, 제1 공간(110)에서 증발된 냉각수 중 일부는 제1 격리판(210)에 부딪히면, 제1 격리판(210) 상부의 냉각수에 열을 전달한 후 응축되어 다시 제1 공간(110)으로 회수된다. 또한, 제1 공간(110)에서 증발된 냉각수 중 일부는 열교환기(220) 내부의 냉각수와 열교환한 후 응축되어 다시 제1 공간(110)으로 회수된다. 즉, 제1 공간(110)의 증기는 제1 격리판(210) 및 열교환기(220)에 의해 사이클 A를 형성하며 냉각수로 순환된다.

도 7d를 참조하면, 제2 공간(120)의 냉각수는 흐름 c와 같이 열교환기(220) 내부로 유입된다. 제2 공간(120)의 냉각수가 흐름 d와 같이 열교환기(220) 내부를 지나가는 동안, 제1 공간(110)의 증기로부터 열을 전달받아 기화된다. 열교환기(220) 내부에서 발생한 증기는 흐름 e와 같이 제1 격리판(210) 상부로 배출된다. 열교환기(220) 외부로 배출된 증기 및 제2 공간(120)에서 증발된 증기는 상승되어 제2 격리판(230)에게 열을 전달한 후 응축되어 사이클 B를 형성하며 제2 공간(120)의 냉각수로 순환된다.

도 7e를 참조하면, 외부공기유입부(250)에서 유입된 외부공기는 제2 격리판(230)으로부터 열을 전달받아 온도가 증가하여 대류현상에 의해 덕트(260)를 통하여 외부로 배출된다.

이때, 증기는 제2 격리판(230)의 표면에서 응축되어 사이클 C와 같이 제2 격리판(230)을 따라 하강한다. 응축된 냉각수는 다시 제2 공간(120)으로 회수되게 된다.

또한, 증기가 응축되지 않은 상태로 덕트(260)의 상부지점까지 상승한 경우, 덕트(260)의 상부는 피동응축탱크(100)의 하측보다 온도가 상대적으로 낮기 때문에, 덕트(260)의 내벽에서 응축되어 제2 공간(120)으로 다시 회수될 수 있다.

지금까지는, 제1격리판(210) 하부에 열교환기(220)가 설치되는 실시예를 중심적으로 설명하였으나, 열교환기(220)는 생략되거나 덕트 상부에 설치될 수도 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 열교환기(220)가 생략되는 다른 실시예에 대하여 구체적으로 살펴본다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예와 관련 있는 피동자연순환 냉각 시스템의 투시 사시도를 도시한 것이다. 도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 다른 실시예와 관련 있는 피동자연순환 냉각 시스템의 냉각 방법을 단계적으로 나타낸 개념도들이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예와 관련 있는 피동자연순환 냉각 시스템에서는, 피동응축탱크(100), 응축열 교환기(20) 및 응축수 재순환장치를 포함할 수 있다.

상기 응축수 재순환장치는, 피동응축탱크(100) 상부에서 상기 냉각수에서 증발된 증기를 응축시켜 상기 피동응축탱크(100)로 재차 순환하도록 하는 장치로서, 제1 내지 제3격리판(310, 330, 340) 및 증기포집 안내관(320)을 포함할 수 있다.

제1격리판(310)에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 일 실시예에 대한 설명과 동일 또는 유사한 바 이하에서는 생략한다.

제2 및 제3격리판(330, 340)은, 덕트(350) 내부에 설치되며 상기 덕트(350)를 통해 상승하는 수증기의 이동 경로를 증가시켜 궁극적으로 열전달 시간을 연장하기 위하여 상기 덕트(350)의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 여기서 제2 및 제3격리판(330, 340)은 서로에 대하여 이격되어 설치될 수 있다.

제2격리판(330)은 제1격리판(310)에서 상방으로 연장되어 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 제2격리판(330)의 일측은 제1격리판(310)에 형성되며, 전체적으로 덕트(350)의 형상에 대응되는 곡면으로 이루어지다가 타측은 상기 덕트(350)의 내부에서 덕트(350)의 내벽과 일정 간격을 유지한 채 형성된다.

제3격리판(340)은, 상기 제2격리판(320)을 따라 상승한 수증기의 하강 경로를 생성하기 위하여, 상기 덕트(350)의 상측 내벽에서 하방으로 연장될 수 있다.

증기포집 안내관(320)은 제1공간(110)에서 생성된 증기가 제2공간(120)으로 이동할 수 있도록, 상기 제1격리판(310) 상에 형성된다. 이때, 증기포집 안내관(320)은 상기 제2격리판(330)에 의해 구획되는 덕트(350) 내부의 공간상으로 연장될 수 있다.

상기 증기포집 안내관(320)의 직경 또는 깊이는, 피동응축탱크(100)의 설계 압력범위에 맞도록 조절될 수 있다. 또한, 증기포집 안내관(320)의 내부에는 안전 밸브 등이 구비될 수도 있다.

한편, 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 피동자연순환 냉각 시스템에는, 역류방지 구조물(101), 응축수 안내판(351), 응축수 회수 구조물(352) 및 오염방지 구조물(353)이 추가로 설치될 수 있다.

역류방지 구조물(101)은, 도 6을 참조하여 전술하였듯이, 피동응축탱크(100)의 타측에서 내부를 향하여 연장되어 형성될 수 있다. 역류방지 구조물(101)은 피동응축탱크(100) 내부의 냉각수가 외부로 넘쳐 흐르는 것을 방지할 수 있다.

응축수 안내판(351)은, 덕트(350) 내부에서 응축된 응축수가 제2공간(120)으로 재순환되는 것을 유도하도록 상기 덕트(350) 내벽에 설치된다.

응축수 회수 구조물(352)은, 덕트(350)의 상측에 형성된 외부공기 유출부에 의해 빠져나가는 증기를 최종적으로 응축하기 위하여, 상기 외부공기 유출부와 인접하게 설치된다.

오염방지 구조물(353)은, 상기 응축수 회수 구조물(352)의 상부에 아치 형태로 형성될 수 있다.

이하에서는, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 피동자연순환 냉각 시스템을 이용한 냉각 방법을 단계적으로 설명한다.

도 9a를 참조하면, 응축열교환기(20)는 증기발생기(10)로부터 전달받은 열을 피동응축탱크(100)의 냉각수로 전달한다. 이때, 응축열교환기(20)는 제1공간(110)상에 배치되므로, 제1공간(110)의 냉각수에서 비등이 발생된다.

도 9b를 참조하면, 제1공간(110)의 냉각수의 증기로 인하여 제1격리판(310)의 하부에는 공동구역이 형성되며, 단, 공동구역은 증기 포집 안내관(320)이 제1 격리판 하부로 돌출된 깊이만큼만 형성된다. 상기 증기는 증기포집 안내관(320)을 통해 제1격리판(310)의 상부로 이동된다. 즉, 증기포집 안내관(320)을 통해 제1격리판(310)의 상부로 빠져나온 증기는 제1 격리판 상부에 냉각수가 있는 경우 직접 재응축되고, 일부는 증기압과 부력으로 인하여 냉각수가 있는 구역을 지나서 덕트(350)의 내부로 집입되게 된다.

이때, 공동구역의 형성으로 인해 제1공간(110)의 압력이 상승되나, 상기 상승되는 압력을 고려하여, 증기포집 안내관(320)의 직경 및 깊이가 조정되거나, 안전 밸브 등이 구비될 수 잇다.

증기포집 안내관(320)으로 상승된 증기는 격납용기(50)와 덕트(350) 사이 외부 공기 유동에 의하여 대류 열전달을 한다. 피동응축탱크(100)에서는 계속적으로 증기가 생성되므로 열부하로 인하여 덕트(350) 상부에는 고온의 증기가 위치하게 된다. 상부에는 유로가 막혀 있고, 고온의 증기는 부력의 영향으로 상승하려는 경향이 있으므로 제2 및 제3격리판(330, 340) 사이로 증기가 아래로 천천히 역류하게 된다. 상기 증기는, 외부 공기 유입부를 통해 덕트(350) 상부로 올라가는 외부 공기와 혼합되어 덕트(350) 상부로 다시 상승하게 된다. 이때, 덕트(350)와 제3격리판(340) 사이의 온도차이로 인하여 열전달이 계속적으로 일어나게 된다. 또한, 가열된 증기는 부력으로 인하여 속도가 증가되어 열전달 효과가 증진된다. 이때 모든 덕트(350) 외벽은 판형 열교환기로 구성되어 열전달 면적을 수배 이상 증가시켜 대류 열전달로 인한 열제거 능력을 향상시킨다.

이와 같은 다단계의 냉각방법에 의하여, 피동응축탱크(100) 내부의 증기 유출 속도가 최소화 되고, 열교환 시간이 증가하여, 최종적으로 전체 열량이 증가하여 최대한 많은 양이 증기가 응축되어 다시 피동응축탱크로 포집된다.

이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 피동자연순환 냉각 시스템에서는, 덕트(350) 내부의 격리판의 개수가 증가됨에 따라, 증기가 덕트(350) 내부에 체류하는 시간이 증가되므로, 총 열전달량이 증대된다.

지금까지는, 덕트(350)의 상측이 개방되어 있는 실시예에 대하여 구체적으로 살펴보았으나, 이하에서는, 덕트(350)의 상측이 밀폐되어 있는 또 다른 실시예에 대하여 구체적으로 살핀다.

덕트의 상측이 밀폐되는 또 다른 실시예는, 제1 내지 제3세부실시예를 포함할 수 있다.

도 10을 참조하면 제1세부실시예에 따른 피동자연순환 냉각 시스템은, 피동응축탱크(100), 제1 및 제2격리판(410, 430), 증기포집 안내관(420)을 포함할 수 있다.

본 실시예에서는, 제2격리판(430)의 일측은 제1격리판(410)과 이격되어 형성될 수 있다. 제2격리판(430)은 덕트(440) 내부에서 덕트(440) 형상에 대응되는 곡면 형태를 이루며 연장될 수 있다. 제2격리판(430)의 타측은 상기 덕트(440)의 상측까지 연장되며, 덕트(440)의 상측 내벽과는 이격되어 배치될 수 있다.

한편, 증기포집 안내관(420)은 상기 제2격리판(430)에 의해 구획되는 덕트 (440)내부의 공간상으로 연장될 수 있다.

이와 같은 구조에 의하면, 제1공간(110)의 증기는 상기 증기포집 안내관(420)을 따라 덕트와 제2격리판(430) 사이의 공간으로 이동된다. 증기는, 주위 온도와 온도 차이로 인한 자연 대류로 인하여 덕트(440) 상측으로 이동된다. 본 실시예에서는, 덕트(440) 상측은 밀폐되어 있으므로, 덕트(440) 상측에 이른 증기는 제2격리판(430)을 따라 하강한다.

열교환 효율을 증가시키기 위하여 덕트(440) 내부에는, 열교환기(450)가 설치될 수 있다.

도 11a 및 도 11b는 제2세부실시예에 따른 피동자연순환 냉각 시스템을 도시한 것이다. 한편, 제2세부실시예에서 열교환기(450) 외 구성들은 제1세부실시예와 동일 또는 유사할 수 있다.

도 11a를 참조하면, 피동자연순환 냉각 시스템의 덕트(440) 상측에는 열교환기(450)가 설치될 수 있다. 상기 열교환기(450)는 덕트(440)의 두께 방향을 따라 형성되며, 외부 공기유로를 포함할 수 있다.

도 11b를 참조하면, 열교환기(440)는 제2격리판(430)을 관통하는 외부 공기유로(451, 452)를 복수 개 포함한다.

복수 개의 외부 공기유로(451, 452)는 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 덕트(440)의 제1열을 따라 배치되는 외부 공기유로(451)와 제2열을 따라 배치되는 외부 공기유로(452)는 서로 엇갈리게 배치된다. 이후, 동일 패턴이 계속적으로 반복되도록, 제3열을 따라 배치되는 외부 공기유로의 배열은 제1열의 그것과 동일하고, 제4열을 따라 배치도는 외부 공기유로의 배열은 제3열의 그것과 동일하다.

제1 및 제3열을 포함한 홀수번째 열에 배열되는 외부 공기유로는 내부에서 제1방향을 따라 외부 공기가 흐르도록 이루어질 수 있고, 제2 및 제4열을 포함한 짝수번째 열에 배열되는 외부 공기유로는 내부에서 제2방향을 따라 외부 공기가 흐르도록 이루어질 수 있다.

이와 같은 외부 공기유로 사이에는 덕트(440) 내부에서 증기가 흐를 수 있다. 즉, 외부 공기유로(451, 452)를 통해 상기 덕트(440) 내부의 증기와 외부 공기 사이 열전달이 더욱 촉진될 수 있다.

도 12a 및 도 12b는 제3세부실시예에 따른 피동자연순환 냉각 시스템을 도시한 것이다. 한편, 제3세부실시예에서 열교환기 외 구성들은 제1세부실시예와 동일 또는 유사할 수 있다.

제3세부실시예에서는, 덕트(440) 내부에 상기 열교환기(450a, 450b, 450c)가 복수개 설치된다. 상기 복수개의 열교환기(450a, 450b, 450c)는 서로 일정거리 이격되어 설치될 수 있다.

다시말해 제3세부실시예에서는, 덕트(440) 최상단에는 부력의 효과로 인하여 고온의 증기가 포집될 수 있다. 상기 최상단에 공기유동과 수직인 열교환기 다발을 관통형(엇갈린 배열)으로 배치하여 격납 용기 외부공기의 유로가 형성된다. 단, 상부 외부공기의 유로는 덕트(440) 내부 유로와는 격리되어 있다. 외부 공기는 관통형 열교환기 다발을 통하여 상승하며, 최상단부의 공기를 냉각할 수 있다. 굴뚝 효과로 인하여 대류 열전달의 증진을 기대할 수 있다.

피동응축탱크(100)에서 지속적으로 발생하는 증기에 의한 모멘텀은 증기 유출을 가속화 시킬 수 있다. 그러므로 상기 열교환기는 내부 유로에 다단으로 배치하여 압력강하를 증가 시켜 증기 유출을 최소화 함과 동시에 열교환기 기능을 함으로써 열전달 시간 및 성능을 모두 증진시킬 수 있다.

이상에서 설명한 피동자연순환 냉각 시스템 및 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

10: 증기발생기 20: 응축열교환기
30: 주증기관 40: 주급수관
31: 응축열교환기 입구연결관 32: 입구밸브
41: 응축열교환기 출구연결관 42: 출구밸브
50: 격납건물 100: 피동응축탱크
110: 제1 공간 120: 제2 공간
200: 응축수 재순환장치 210: 제1 격리판
220, 220a, 220b, 220c: 열교환기 230: 제2 격리판
240: 돌기 250: 외부공기유입부
260: 덕트 270: 역류방지 구조물
261: 칸막이 221: 제1 배관
222: 제2 배관 222a: 제2 배관의 핀
223: 제3 배관 224: 제1 연결부
225: 제2 연결부 226: 유입구
227: 몸체부 228: 유출구

Claims

냉각수를 수용하도록 형성되는 피동응축탱크;
상기 냉각수와 접하도록 상기 피동응축탱크 내부에 구비되며, 증기발생기로부터 전달받은 열을 냉각수로 전달하는 응축열 교환기; 및
상기 피동응축탱크 내부 또는 상부에 구비되고, 상기 냉각수가 상기 피동응축탱크 내부에서 순환하도록 상기 냉각수를 응축시키는 응축수 재순환장치를 포함하고,
상기 응축수 재순환장치는,
상기 피동응축탱크 상부에서 상향으로 연장되는 덕트; 및
상기 피동응축탱크의 일측 내측벽으로부터 타측 내측벽을 향하여 하향 경사지게 연장되되, 상기 타측 내측벽과의 사이에서 하부 공간과 상부 공간을 연통하는 부분을 형성하는 제1 격리판을 구비하며,
상기 제1 격리판의 적어도 일부는 상기 냉각수에 잠기도록 구성되고,
상기 응축열 교환기는 상기 제1 격리판의 하부 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 제1 격리판에서 상기 덕트의 길이 방향을 따라 상방으로 연장되는 제2 격리판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제2 격리판으로부터 이격되며 상기 제2 격리판을 따라 상승한 수증기의 하강 경로를 생성하기 위하여, 덕트의 상측 내벽에서 하방으로 연장되는 제3 격리판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 격리판에는 증기포집 안내관이 형성되며,
상기 증기포집 안내관은 상기 제1 격리판의 하부 공간 및 상기 제2 격리판에 의해 구획되는 덕트 내부의 공간상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제5항에 있어서,
상기 증기포집 안내관의 상기 제1 격리판의 하부 공간 내 삽입 길이는, 기설정된 수위 및 압력에 관한 정보에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 덕트 내부의 냉각수의 열을 외부 공기로 전달하기 위하여, 상기 덕트 내부에는, 열교환기가 설치되며,
상기 열교환기는, 상기 덕트를 관통하도록 이루어지는 다발 형태의 외부 공기유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 격리판 상부에는 충수를 위한 배기 밸브와 상기 피동응축탱크 내부에 기설정된 범위 이상으로 압력이 상승하는 것을 억제하기 위한 안전 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 덕트 상측에는, 외부공기 유출부가 형성되며,
상기 외부공기 유출부에는 응축수의 추가 회수를 위한 응축수 회수 구조물이 설치되는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 격리판의 하부 공간의 냉각수로부터 열을 전달받도록 상기 제1 격리판 하부에 설치되는 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템
제10항에 있어서,
상기 열교환기는,
상기 제1 격리판의 상부 공간의 냉각수가 유입되도록, 상기 제1 격리판에 형성되는 유입구;
상기 유입구를 통하여 유입된 냉각수가 유출되도록, 상기 제1 격리판에 상기 유입구와 이격된 위치에 형성되는 유출구; 및
상기 제1 격리판의 배면 상에서 상기 유입구와 상기 유출구를 연결하며, 유입된 냉각수가 내부를 지나는 동안 상기 제1 격리판의 하부 공간의 냉각수와 열교환하여 증발이 일어나도록 이루어지는 몸체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제11항에 있어서,
상기 유출구가 상기 유입구보다 상기 제1 격리판 상에서 높은 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제11항에 있어서,
상기 몸체부는 상기 유입구에서 상기 유출구를 향하는 상향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제11항에 있어서,
상기 몸체부는 열교환 면적을 증가시키도록 다발로 형성된 복수개의 튜브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제14항에 있어서,
상기 유입구 및 유출구는 각각 복수개씩 구비되며,
상기 몸체부는,
일측은 상기 복수의 유입구와 각각 연결되며 타측은 하방으로 연장되는 복수의 제1배관;
일측은 상기 복수의 제1배관의 타측과 각각 연결되며, 타측은 경사진 방향으로 형성되는 복수의 제2배관; 및
일측은 상기 복수의 제2배관의 타측과 각각 연결되고, 타측은 상방으로 연장되어 상기 복수의 유출구와 각각 연결되는 복수의 제3배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제15항에 있어서,
상기 몸체부는,
상기 복수의 제1배관으로부터 각각 유입되는 냉각수가 합류된 후, 다시 복수의 제2배관으로 각각 분산되어 유입되도록, 상기 복수의 제1배관과 상기 복수의 제2배관을 연결하는 제1연결부; 및
상기 복수의 제2배관으로부터 각각 유입되는 냉각수가 합류된 후, 다시 복수의 제3배관으로 각각 분산되어 유입되도록, 상기 복수의 제2배관과 상기 복수의 제3배관을 연결하는 제2연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제10항에 있어서,
상기 열교환기는 복수개 구비되며,
각각의 열교환기의 유입구 및 유출구의 높이가 상기 제1 격리판 상에서 순차적으로 감소되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제10항에 있어서,
상기 응축수 재순환장치는,
상기 제1 격리판의 상부 공간의 냉각수로부터 증발되는 증기 및 상기 열교환기에서 발생하는 증기를 응축시키기 위하여, 상기 제1 격리판 상부에 이격하여 위치하는 제2 격리판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제18항에 있어서,
상기 제2 격리판은,
상기 피동응축탱크의 일측으로부터 타측 하방을 향해 경사지게 연장되는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제19항에 있어서,
열교환효율을 증가시키기 위하여, 상기 제2 격리판의 일면은 돌출되어 형성되는 복수의 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 덕트를 통해 상승하는 공기에 포함되는 수증기의 응축을 유도하고 수증기의 유출을 방지하기 위하여, 상기 덕트의 내벽에는 복수개의 칸막이가 형성되는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 덕트의 외벽은 덕트 내부의 온도 상승을 억제할 수 있도록, 태양열 복사에 의한 흡수율은 낮고 반사율은 높으며 주위 대기로의 방사율은 높은 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 피동자연순환 냉각 시스템.
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