KR102275928B1 - Cooling system of nuclear reactor building using forced-air-circulation - Google Patents

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KR102275928B1 KR1020190028431A KR20190028431A KR102275928B1 KR 102275928 B1 KR102275928 B1 KR 102275928B1 KR 1020190028431 A KR1020190028431 A KR 1020190028431A KR 20190028431 A KR20190028431 A KR 20190028431A KR 102275928 B1 KR102275928 B1 KR 102275928B1
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Abstract

본 발명은 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템에 있어서, 상기 원자로건물 외부에 위치하며 냉각수가 저장되는 저장탱크; 상기 원자로건물 내부에 위치하는 열교환기; 상기 저장탱크와 상기 열교환기를 연결하는 순환라인; 및 상기 원자로건물 내부에 위치하며, 상기 열교환기에 인접한 곳에 설치되는 유동발생부를 포함하며, 상기 유동발생부가 상기 원자로건물 내의 공기를 강제순환 유동시켜 상기 열교환기의 냉각성능을 향상시키고, 적어도 일부가 상기 순환라인 내부에 위치하는 전력생산부를 더 포함하며, 상기 전력생산부는, 상기 순환라인 내에 위치하며 상기 순환라인 내에서의 상기 냉각수 흐름에 의해 회전하는 회전부재를 포함하며, 상기 냉각수의 순환에 따른 유동에 의해 전기에너지를 생산하고, 상기 유동발생부에 전기에너지를 공급하는 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템에 관한 것이다.The present invention provides a cooling system for a reactor building using forced air circulation, comprising: a storage tank located outside the reactor building and storing cooling water; a heat exchanger located inside the reactor building; a circulation line connecting the storage tank and the heat exchanger; and a flow generator positioned inside the reactor building and installed adjacent to the heat exchanger, wherein the flow generator forcibly circulates air in the reactor building to improve cooling performance of the heat exchanger, and at least a portion of the heat exchanger Further comprising a power generation unit located inside the circulation line, wherein the power generation unit includes a rotating member located in the circulation line and rotated by the flow of the cooling water in the circulation line, the flow according to the circulation of the cooling water It relates to a reactor building cooling system using forced air circulation for producing electrical energy by the and supplying electrical energy to the flow generator.

Figure R1020190028431
Figure R1020190028431

Description

강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템{COOLING SYSTEM OF NUCLEAR REACTOR BUILDING USING FORCED-AIR-CIRCULATION}Reactor building cooling system using forced air circulation {COOLING SYSTEM OF NUCLEAR REACTOR BUILDING USING FORCED-AIR-CIRCULATION}

본 발명은 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a reactor building cooling system using forced air circulation.

기존 원자로건물 피동냉각계통(PCCS)은 원자로건물 내벽에 설치된 열교환기와 외부에 설치된 수조를 포함한다. 냉각수는 열교환기와 피동응축냉각탱크(Passive Condensate Cooling Tank) 사이를 이동하면서 원자로건물 내부를 냉각시킨다.The existing reactor building passive cooling system (PCCS) includes a heat exchanger installed on the inner wall of the reactor building and a water tank installed outside. Cooling water cools the inside of the reactor building while moving between the heat exchanger and the passive condensate cooling tank.

이러한 원자로건물 피동냉각계통(PCCS)은 개방형 루프(Open-Loop)로 구성되어 있다. 루프 내부에는 냉각수가 작동유체로 채워져 있으며, 작동유체는 원자로건물 내부에서 발생된 고온, 고압의 혼합기체의 열을 전달 받아 끓게 되며, 물(Liquid)과 증기(Vapor)가 혼재되어 있는 2상(Two-Phase)의 포화상태로 루프 내부를 순환하게 된다. 시간이 지날수록 수조에 채워진 작동유체도 가열되어 증발하게 되어, 대기를 통해 열을 배출하는 메커니즘으로 작동된다. 루프를 통한 열의 외부 방출은 자연 순환 방식의 냉각계통이며, 외부의 전원 없이 작동되는 피동방식의 냉각계통이다.This reactor building passive cooling system (PCCS) is composed of an open-loop. The inside of the loop is filled with cooling water with a working fluid, and the working fluid is brought to a boil by receiving heat from the high-temperature and high-pressure mixed gas generated inside the reactor building. It circulates inside the loop in the saturation state of Two-Phase). As time goes by, the working fluid filled in the water tank is also heated and evaporated, which works as a mechanism for discharging heat through the atmosphere. The external release of heat through the loop is a natural circulation cooling system, and it is a passive cooling system that operates without an external power source.

원자로건물 피동냉각계통(PCCS)은 열교환기 내부와 외부가 자연 순환유동(Natural Circulation Flow)에 의해 작동되나, 열 제거 성능이 강제순환 유동(Forced Circulation Flow)에 비해 낮고, 전산해석이 난해한 단점이 있다.The reactor building passive cooling system (PCCS) operates by natural circulation flow inside and outside the heat exchanger, but the heat removal performance is lower than that of forced circulation flow, and computational analysis is difficult. have.

또한, 원자로건물 피동냉각계통(PCCS)이 작동되는 환경인 원자로건물 내부는 공기와 수증기의 혼합가스(Air-Steam Mixture)가 채워진 상태인데, 수증기의 분율이 낮아질수록 피동냉각계통(PCCS)의 열 제거 성능은 감소하게 된다. 사고 발생 시 시간의 흐름에 따라 응축이 진행되고, 열교환기 인근에서는 증기의 상대적인 양도 줄어들기 때문에 열 제거 성능 또한 감소하게 된다.In addition, the inside of the reactor building, the environment in which the reactor building passive cooling system (PCCS) operates, is filled with air-steam mixture. As the fraction of water vapor decreases, the heat of the passive cooling system (PCCS) The removal performance will be reduced. In the event of an accident, condensation proceeds with the passage of time, and the relative amount of steam in the vicinity of the heat exchanger decreases, so the heat removal performance also decreases.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0128796호 (2018년 12월 04일 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0128796 (published on December 04, 2018)

본 발명의 목적은 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a cooling system for a nuclear reactor building using forced air circulation.

본 발명은 공기흐름을 이용한 원자로건물 냉각 시스템에 있어서, 상기 원자로건물 외부에 위치하며 냉각수가 저장되는 저장탱크; 상기 원자로건물 내부에 위치하는 열교환기; 상기 저장탱크와 상기 열교환기를 연결하는 순환라인; 및 상기 원자로건물 내부에 위치하며, 상기 열교환기에 인접한 곳에 설치되는 유동발생부를 포함하며, 상기 유동발생부가 상기 원자로건물 내의 공기를 강제순환 유동시켜 상기 열교환기의 냉각성능을 향상시키는 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템에 관한 것이다. The present invention provides a cooling system for a nuclear reactor building using an air flow, comprising: a storage tank located outside the reactor building and storing coolant; a heat exchanger located inside the reactor building; a circulation line connecting the storage tank and the heat exchanger; and a flow generating unit located inside the reactor building and installed adjacent to the heat exchanger, wherein the flow generating unit forcibly circulates air in the reactor building to improve the cooling performance of the heat exchanger. It relates to a reactor building cooling system.

상기 유동발생부는, 회전에 의해 상기 열교환기 인근에서 공기 흐름을 발생시키는 순환발생부재; 및 상기 순환발생부재를 작동시키는 모터를 포함할 수 있다.The flow generating unit includes: a circulation generating member for generating an air flow in the vicinity of the heat exchanger by rotation; and a motor for operating the circulation generating member.

적어도 일부가 상기 순환라인 내부에 위치하는 전력생산부를 더 포함하며, 상기 전력생산부는, 상기 순환라인 내에 위치하며 상기 순환라인 내에서의 상기 냉각수 흐름에 의해 회전하는 회전부재를 포함하며, 상기 냉각수의 순환에 따른 유동에 의해 전기에너지를 생산하고, 상기 유동발생부에 전기에너지를 공급할 수 있다.At least a portion further includes a power generation unit located inside the circulation line, wherein the power generation unit includes a rotating member located within the circulation line and rotated by the flow of the cooling water in the circulation line, Electric energy may be produced by flow according to circulation, and electric energy may be supplied to the flow generator.

상기 원자로건물 외부에 배치되어 있는 비상전원공급부를 더포함하며, 상기 비상전원공급부는 상기 유동발생부에 전기에너지를 공급할 수 있다.It further includes an emergency power supply unit disposed outside the reactor building, wherein the emergency power supply unit may supply electric energy to the flow generating unit.

상기 비상전원공급부는 비상디젤발전기 및/또는 비상용배터리 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The emergency power supply unit may include at least one of an emergency diesel generator and/or an emergency battery.

상기 전력생산부와 상기 유동발생부 사이에 위치하며, 상기 전력생산부에서 생성된 전기에너지가 저장되는 배터리를 더 포함할 수 있다.It may further include a battery positioned between the power generation unit and the flow generation unit, for storing the electrical energy generated by the power generation unit.

상기 원자로건물의 내부온도 및 상기 열교환기의 온도 중 적어도 어느 하나를 감지하는 온도감지부; 및 상기 전력생산부의 충전량을 감지하는 충전감지부를 포함하며, 상기 온도감지부에서 감지한 온도와 상기 충전감지부에서 감지한 충전량을 기초로 상기 유동발생부의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.a temperature sensing unit for sensing at least one of an internal temperature of the nuclear reactor building and a temperature of the heat exchanger; and a charge detection unit for sensing the amount of charge of the power generation unit, and may further include a control unit for controlling the operation of the flow generation unit based on the temperature detected by the temperature detection unit and the amount of charge detected by the charge detection unit. .

본 발명에 따르면 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템이 제공된다.According to the present invention, there is provided a reactor building cooling system using forced air circulation.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템의 단면도이고,
도 2는 도 1의 ‘A’를 확대한 것이고,
도 3은 도 1의 ‘B’를 확대한 것이고,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템의 동작을 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템의 단면도이고,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템의 제어 관계를 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view of a reactor building cooling system using forced air circulation according to a first embodiment of the present invention;
Figure 2 is an enlarged view of 'A' of Figure 1,
3 is an enlarged view of 'B' in FIG. 1,
Figure 4 shows the operation of the reactor building cooling system using forced air circulation according to the first embodiment of the present invention,
5 is a cross-sectional view of a reactor building cooling system using forced air circulation according to a second embodiment of the present invention;
6 is a cross-sectional view of a reactor building cooling system using forced air circulation according to a third embodiment of the present invention;
7 is a view showing a control relationship of a cooling system for a nuclear reactor building using forced air circulation according to a third embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공하는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present embodiment is not limited to the embodiment disclosed below, but may be implemented in various forms with each other, and only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art. It is provided for complete disclosure. The shapes of elements in the drawings may be exaggerated for more clear explanation, and elements indicated by the same reference numerals in the drawings mean the same elements.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템에 관하여 설명한다.A reactor building cooling system using forced air circulation according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템의 단면도이고, 도 2는 도 1의 ‘A’를 확대한 것이고, 도 3은 도 1의 ‘B’를 확대한 것이다.1 is a cross-sectional view of a nuclear reactor building cooling system using forced air circulation according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of 'A' of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of 'B' of FIG. did it

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 원자로건물 냉각 시스템(10)은 저장탱크(100), 열교환기(200), 순환라인(300), 유동발생부(400) 및 전력생산부(500)를 포함한다.1 to 3 , the reactor building cooling system 10 includes a storage tank 100 , a heat exchanger 200 , a circulation line 300 , a flow generator 400 , and a power generation unit 500 . include

저장탱크(100) 및 열교환기(200)는 순환라인(300)에 의해 서로 연결되어 있으며, 개방형 루프(Open-Loop)를 형성한다. 열교환기(200) 내의 냉각수는 원자로건물 내부에서 발생된 고온, 고압의 혼합기체의 열을 전달 받아 끓게 되며, 물(Liquid)과 증기(Vapor)가 혼재되어 있는 2상(Two-Phase)의 포화상태로 루프 내부를 순환하게 된다. 저장탱크(100)의 냉각수 중 표면에 위치한 냉각수는 증발하게 되어 대기를 통한 열의 배출이 이루어진다. The storage tank 100 and the heat exchanger 200 are connected to each other by a circulation line 300 and form an open loop. The cooling water in the heat exchanger 200 is brought to a boil by receiving heat from the mixed gas of high temperature and high pressure generated inside the reactor building, and the two-phase saturation in which water and vapor are mixed. circulates inside the loop. Among the cooling water of the storage tank 100, the cooling water located on the surface is evaporated, and heat is discharged through the atmosphere.

저장탱크(100)는 원자로건물 외부에 위치하며, 냉각수가 저장되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 냉각재로 냉각수가 사용되나, 이에 제한되지 않는다.The storage tank 100 is located outside the reactor building, and coolant is stored therein. In the embodiment of the present invention, cooling water is used as the coolant, but is not limited thereto.

열교환기(200)는 원자로건물 내부에 위치하며, 적어도 일부가 지표면과 수직한 방향으로 형성되고, 원자로건물 내부의 열을 전달 받게 된다. 열교환기(200)는 순환라인(300)과 연결되어 있어 내부에 포함된 냉각수의 순환(유동)이 가능하며, 원자로건물 내부의 열을 흡수하고 순환라인(300)을 따라 냉각수가 순환(유동)하여 저장탱크(100)로 열을 전달하게 된다. 상기와 같은 열전달을 통해 열교환기(200)는 원자로건물 내부를 냉각시키게 된다. The heat exchanger 200 is located inside the nuclear reactor building, at least a portion is formed in a direction perpendicular to the ground surface, and receives heat from the reactor building interior. The heat exchanger 200 is connected to the circulation line 300 so that the cooling water contained therein can circulate (flow), absorb heat inside the reactor building, and circulate (flow) the cooling water along the circulation line 300 . Thus, heat is transferred to the storage tank 100 . Through the heat transfer as described above, the heat exchanger 200 cools the inside of the nuclear reactor building.

열교환기(200)는 원자로건물 내부의 압력을 견딜 수 있는 열교환기 튜브 집합체 구조일 수 있다. 원자로건물 내 열교환기(200)가 튜브 집합체 구조로 형성되어 있지 않을 경우, 원자로건물 내부의 압력 또는 열교환기(200) 내 작동유체의 압력(기화에 따른)에 의해 파손될 수 있다. 이에 열교환기(200)는 원활한 열 교환을 위해 열전도성이 높은 금속으로 형성된 열교환기 튜브 집합체 구조로 형성되는 것이 바람직하다.The heat exchanger 200 may have a heat exchanger tube assembly structure capable of withstanding the pressure inside the nuclear reactor building. When the heat exchanger 200 in the nuclear reactor building is not formed in the tube assembly structure, it may be damaged by the pressure inside the reactor building or the pressure of the working fluid in the heat exchanger 200 (due to vaporization). Accordingly, the heat exchanger 200 is preferably formed of a heat exchanger tube assembly structure formed of a metal having high thermal conductivity for smooth heat exchange.

순환라인(300)은 파이프형의 압력배관으로 구성되는 것이 바람직하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 순환라인(300)은 저장탱크(100) 및 열교환기(200)를 연결하는 배관이며, 냉각수의 유로이다. 순환라인(300)은 원자로건물 외벽을 관통하여 열교환기(200)와 저장탱크(100)를 연결한다. The circulation line 300 is preferably composed of a pipe-type pressure pipe, but the present invention is not limited thereto. The circulation line 300 is a pipe connecting the storage tank 100 and the heat exchanger 200 , and is a flow path for cooling water. The circulation line 300 passes through the outer wall of the nuclear reactor building and connects the heat exchanger 200 and the storage tank 100 .

유동발생부(400)는 공기 흐름을 발생시키는 순환발생부재(410) 및 순환발생부재(410)를 작동시키는 모터(420)를 포함한다.The flow generating unit 400 includes a circulation generating member 410 for generating an air flow and a motor 420 for operating the circulation generating member 410 .

도 2를 참조하여 유동발생부(400)에 관하여 구체적으로 설명한다. 유동발생부(400)는 원자로건물 내부에 위치하며, 열교환기(200)에 인접한 곳에 설치된다. 본 발명에서 유동발생부(400)는 원자로건물 내부 열교환기(200)가 설치된 상단, 하단 등 인근에 설치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 열교환기(200)에 가장 근접한 측면에 위치하여, 열교환기(200) 인근 주변의 공기 흐름을 강제적으로 순환(유동)시킬 수 있는 최적의 위치에 설치될 수 있다. The flow generating unit 400 will be described in detail with reference to FIG. 2 . The flow generator 400 is located inside the nuclear reactor building and is installed adjacent to the heat exchanger 200 . In the present invention, the flow generating unit 400 may be installed near the upper end, lower end, etc. where the heat exchanger 200 inside the nuclear reactor building is installed, but is not limited thereto. Preferably, it is located on the side closest to the heat exchanger 200, and may be installed in an optimal position to forcibly circulate (flow) the air flow around the heat exchanger 200 .

도 2에 도시된 바와 같이, 유동발생부(400)는 전기적인 힘을 이용하는 모터(420)에 순환발생부재(410)가 연결되어 있으며, 순환발생부재(410)가 회전하게 되면, 회전에 따른 열교환기(200) 주변 공기 흐름을 강제적으로 순환(유동)시키게 된다. 모터(420)는 순환발생부재(410)가 회전 가능하도록 작동시키는 역할을 하며, 순환발생부재(410)에 회전 동력을 제공하게 된다. As shown in FIG. 2 , the flow generating unit 400 has a circulation generating member 410 connected to a motor 420 using electrical force, and when the circulation generating member 410 rotates, The air flow around the heat exchanger 200 is forcibly circulated (flowed). The motor 420 serves to operate the circulation generating member 410 to be rotatable, and provides rotational power to the circulation generating member 410 .

본 발명의 실시예에서 순환발생부재(410)는 복수의 날개가 달려 있는 팬으로 마련되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 순환발생부재(410)는 전력생산부(500)로부터 전기에너지(전력)을 공급받아 회전하게 된다. 전력생산부(500)에 관해서는 아래에서 구체적으로 설명한다.In the embodiment of the present invention, the circulation generating member 410 is provided as a fan having a plurality of wings, but is not limited thereto. The circulation generating member 410 is rotated by receiving electric energy (power) from the power generating unit 500 . The power generation unit 500 will be described in detail below.

본 발명에서의 순환발생부재(410)는 공랭식으로 회전력에 따른 공기 흐름을 발생시켜 열교환기(200) 인근의 주변 공기를 강제순환 유동시키게 된다. 이러한 순환발생부재(410) 및 모터(420)는 소형화 하여 일체형으로 형성 될 수도 있다.The circulation generating member 410 in the present invention generates an air flow according to the rotational force in an air-cooled manner, thereby forcibly circulating the surrounding air near the heat exchanger 200 . The circulation generating member 410 and the motor 420 may be miniaturized and integrally formed.

도 3을 참조하여 전력생산부에 관하여 설명한다. 전력생산부(500)는 일부가 순환라인(300) 내부에 위치하며, 순환라인(300) 내에서의 냉각수 흐름에 의해 회전하는 회전부재(510)를 포함한다. The power generation unit will be described with reference to FIG. 3 . The power generation unit 500 is partially located inside the circulation line 300 , and includes a rotating member 510 that rotates by the flow of coolant in the circulation line 300 .

본 발명에서 회전부재(510)는 복수의 날개가 달려 있는 팬을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 순환라인(300) 유로 내에서 냉각수의 흐름에 의해 회전할 수 있는 임의의 기계적 작동장치가 사용될 수 있다. In the present invention, the rotating member 510 may use a fan having a plurality of blades, but is not limited thereto, and any mechanical operating device capable of rotating by the flow of coolant in the circulation line 300 flow path may be used. can

전력생산부(500)는 (도시되어 있지 않지만) 회전부재(510)를 순환라인(300)에 고정시켜주는 고정부재를 더 포함할 수 있다. 냉각수의 순환에 따른 유동 흐름에 의해 회전부재(510)가 회전하게 되며, 전력생산부(500)는 회전부재(510)의 회전력(기계에너지)을 전기에너지(전력)로 전환한다. The power generation unit 500 (not shown) may further include a fixing member for fixing the rotating member 510 to the circulation line 300 . The rotating member 510 is rotated by the flow flow according to the circulation of the cooling water, and the power generating unit 500 converts the rotational force (mechanical energy) of the rotating member 510 into electrical energy (electric power).

팬에 의해 생성된 전력은 전기배선을 통해 유동발생부(400)에 공급되며, 유동발생부(400)에 공급된 전기에너지(전력)가 순환발생부재(410)를 작동시키게 된다. 즉, 회전부재(510)에 의해 생성된 전기에너지(전력)가 순환발생부재(410)를 작동시키는 자가발전에 의해 원자로건물 내 열교환기(200) 인근의 공기를 강제순환 유동시켜 열교환기(200)의 냉각성능을 향상시키게 된다. The electric power generated by the fan is supplied to the flow generating unit 400 through electrical wiring, and the electric energy (power) supplied to the flow generating unit 400 operates the circulation generating member 410 . That is, the electric energy (electric power) generated by the rotating member 510 is forced to circulate and flow the air near the heat exchanger 200 in the nuclear reactor building by self-generation in which the circulation generating member 410 operates the heat exchanger 200 . ) to improve cooling performance.

본 발명의 원자로건물 냉각 시스템(10)은 원자로 건물에 복수개설치가 가능하며, 단일 원자로건물 냉각 시스템(10)에서 유동발생부(400)는 복수개로 마련될 수 있다.A plurality of reactor building cooling systems 10 of the present invention may be installed in a nuclear reactor building, and a plurality of flow generators 400 may be provided in a single reactor building cooling system 10 .

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 공기흐름을 이용한 원자로건물 냉각 시스템의 동작을 나타낸 것이다.4 is a view showing the operation of the reactor building cooling system using the air flow according to the first embodiment of the present invention.

원자로 운전 중 또는 사고 발생 시 원자로건물 내부의 온도가 올라가면 열교환기(200)에 열이 전달된다. 전달된 열에 의해 내부의 냉각수의 온도가 올라가면, 유동이 형성된다. When the temperature inside the reactor building increases during operation of the reactor or when an accident occurs, heat is transferred to the heat exchanger 200 . When the temperature of the cooling water inside is raised by the transferred heat, a flow is formed.

도 4에 도시된 바와 같이, 원자로건물 내부에 위치하고 있는 열교환기(200)가 원자로건물 내부의 증기열을 흡수하여 원자로건물 내부의 고온증기를 냉각시키며, 이때 열교환기(200)를 통해 열을 흡수한 냉각수는 순환라인(300)을 따라 저장탱크(100) 쪽으로 순환(유동)하게 된다. 이후 열교환기(200), 순환라인(300) 및 저장탱크(100)를 따라 원자로건물 내부에서 흡수된 열이 대기를 통한 공기 냉각에 의해 냉각된다. As shown in FIG. 4 , the heat exchanger 200 located inside the reactor building absorbs steam heat inside the reactor building to cool the high-temperature steam inside the reactor building, and at this time, heat is absorbed through the heat exchanger 200 . One cooling water is circulated (flowed) toward the storage tank 100 along the circulation line 300 . Thereafter, the heat absorbed inside the reactor building along the heat exchanger 200 , the circulation line 300 , and the storage tank 100 is cooled by air cooling through the atmosphere.

냉각수가 순환(유동)하면서 전력생산부(500)의 회전부재(510)가 회전하게 되며, 전력생산부(500)는 이러한 회전력(기계에너지)을 전기에너지(전력)로 전환시킨다. As the cooling water circulates (flows), the rotating member 510 of the power generating unit 500 rotates, and the power generating unit 500 converts this rotating force (mechanical energy) into electrical energy (electric power).

순환발생부재(410)는 전력생산부(500)로부터 공급받은 전기에너지(전력)을 통해 열교환기(200) 인근 주변 공기 흐름을 강제적으로 순환(유동)시키게 된다. 즉, 유동발생부(400)가 열교환기(200) 인근 주변의 공기 유동을 강제순환 유동(Forced Circulation Flow)으로 만들어주게 되며, 강제 순환에 따른 대류열전달에 의해 열교환기(200)의 냉각성능을 향상시키게 된다. The circulation generating member 410 forcibly circulates (flows) the surrounding air flow near the heat exchanger 200 through the electric energy (power) supplied from the power generation unit 500 . That is, the flow generating unit 400 makes the air flow around the heat exchanger 200 a forced circulation flow, and the cooling performance of the heat exchanger 200 is improved by convective heat transfer according to the forced circulation. will improve

도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템과 이에 따른 동작을 설명한다. A reactor building cooling system using forced air circulation according to a second embodiment and a third embodiment of the present invention and an operation thereof will be described with reference to FIGS. 5 to 7 .

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템의 제어 관계를 나타낸 것이다. 5 is a cross-sectional view of a reactor building cooling system using forced air circulation according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view of a nuclear reactor building cooling system using forced air circulation according to a third embodiment of the present invention; 7 is a diagram illustrating a control relationship of a cooling system for a nuclear reactor building using forced air circulation according to a third embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템은, 원자로건물 외부에 배치되어 있는 비상전원공급부(600)를 더 포함하며, 비상전원공급부(600)는 유동발생부(400)에 전기에너지를 공급하는 역할을 수행하게 된다. 본 실시예에서는 비상전원공급부(600)로 비상디젤발전기(610) 및/또는 비상용배터리(620)를 사용할 수 있는 것으로 되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 5, the reactor building cooling system using forced air circulation according to the second embodiment of the present invention further includes an emergency power supply unit 600 disposed outside the reactor building, and the emergency power supply unit ( 600 ) serves to supply electric energy to the flow generating unit 400 . In the present embodiment, the emergency diesel generator 610 and/or the emergency battery 620 can be used as the emergency power supply unit 600, but the present invention is not limited thereto.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 원자로건물 냉각 시스템(10)은 배터리(600), 온도감지부(700), 충전감지부(800) 및 제어부(900)를 더 포함한다. As shown in FIG. 6 , the nuclear reactor building cooling system 10 according to the third embodiment of the present invention further includes a battery 600 , a temperature sensing unit 700 , a charging sensing unit 800 , and a control unit 900 . include

배터리(600)는 전력생산부(500)에서 생성된 전기에너지(전력)를 저장하였다가 직접적으로 유동발생부(400)에 공급한다. 즉, 유동발생부(400)를 통한 열교환기(200) 인근 주변의 공기 흐름의 강제순환 유동이 필요한 시점에 배터리(600)에 저장되어 있던 전기에너지(전력)를 유동발생부(400)에 공급하여 작동시키게 된다.The battery 600 stores electrical energy (power) generated by the power generation unit 500 and directly supplies it to the flow generation unit 400 . That is, the electric energy (power) stored in the battery 600 is supplied to the flow generator 400 at a time when a forced circulation flow of the air flow in the vicinity of the heat exchanger 200 through the flow generator 400 is required. to make it work.

온도감지부(700)는 원자로건물의 내부온도 및/또는 열교환기의 온도를 감지하게 된다. 온도감지부(700)는 원자로건물 내부 온도 및/또는 열교환기(200)의 온도를 감지하기 위해 원자로건물 내부 및 열교환기(200) 인근에 설치될 수 있다.The temperature sensing unit 700 senses the internal temperature of the nuclear reactor building and/or the temperature of the heat exchanger. The temperature sensing unit 700 may be installed inside the nuclear reactor building and near the heat exchanger 200 to sense the internal temperature of the reactor building and/or the temperature of the heat exchanger 200 .

충전감지부(800)는 전력생산부(500)의 충전량을 감지하게 되며, 전력생산부(500)에 인접하여 배치된다.The charge detection unit 800 detects the amount of charge of the power generation unit 500 , and is disposed adjacent to the power generation unit 500 .

제어부(900)는 온도감지부(700)에서 감지한 온도와 충전감지부(800)에서 감지한 충전량을 기초로 유동발생부(400)의 작동을 제어하게 된다. The control unit 900 controls the operation of the flow generating unit 400 based on the temperature sensed by the temperature sensing unit 700 and the filling amount sensed by the charging sensing unit 800 .

도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(900)는 온도감지부(700)의 온도 및 충전감지부(800)의 충전량을 기초로 하여 유동발생부(400)의 작동을 제어한다. 제어부(900)는, 예를 들어, 온도감지부(700)의 감지온도가 T1이상이고 충전량이 C1이상이면, 유동발생부(400)를 작동시키며, 온도감부(700)의 감지온도가 T1보다 높은 T2이상이면 충전량과 상관없이 유동발생부(400)를 작동시킬 수 있다.As shown in FIG. 7 , the control unit 900 controls the operation of the flow generating unit 400 based on the temperature of the temperature sensing unit 700 and the filling amount of the charging sensing unit 800 . The control unit 900, for example, operates the flow generating unit 400 when the sensing temperature of the temperature sensing unit 700 is T1 or higher and the charging amount is C1 or higher, and the sensing temperature of the temperature sensing unit 700 is higher than T1. If it is higher than T2, the flow generating unit 400 may be operated regardless of the filling amount.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 강제공기순환을 이용한 원자로건물 피동 냉각 시스템은 사고 발생 시 원자로건물 피동냉각계통(PCCS)의 열교환기 외부의 유동을 강제순환 유동(Forced Circulation Flow)으로 만들어주게 되며, 열교환기의 냉각성능을 향상시키게 된다. 즉, 강제순환에 따른 대류열전달에 의해 원자로건물을 빠르게 냉각하여 안전한 상태로 유지시키게 된다.As described above, the reactor building passive cooling system using forced air circulation according to the present invention makes the flow outside the heat exchanger of the reactor building passive cooling system (PCCS) into a forced circulation flow when an accident occurs. It improves the cooling performance of the heat exchanger. That is, the reactor building is rapidly cooled by convective heat transfer according to the forced circulation and maintained in a safe state.

자가발전 방식을 위해 설치된 루프내의 회전부재에 의해 생산된 전기로 열교환기 외부의 팬을 구동하여 열 제거 성능을 향상시킬 수 있기 때문에, 열 제거 성능이 향상되고, 원자로건물을 빠른 시간 안에 냉각시킬 수 있다. Since the heat removal performance can be improved by driving the fan outside the furnace heat exchanger with electricity produced by the rotating member in the loop installed for the self-generation method, the heat removal performance is improved and the reactor building can be cooled in a short time. have.

또한, 특정 실시예에 대한 효과로서 원자로건물 외부에 배치되어 있는 비상전원공급부를 통한 냉각 시스템은, 열교환기 내부 냉각수의 추가적인 저항을 배제하여 열전달 개선효과를 얻을 수 있다.In addition, as an effect of a specific embodiment, the cooling system through the emergency power supply unit disposed outside the nuclear reactor building may obtain an effect of improving heat transfer by excluding additional resistance of the coolant inside the heat exchanger.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and change the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention as long as they are apparent to those of ordinary skill in the art.

Claims (7)

강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템에 있어서,
상기 원자로건물 외부에 위치하며 냉각수가 저장되는 저장탱크;
상기 원자로건물 내부에 위치하는 열교환기;
상기 저장탱크와 상기 열교환기를 연결하는 순환라인; 및
상기 원자로건물 내부에 위치하며, 상기 열교환기에 인접한 곳에 설치되는 유동발생부를 포함하며,
상기 유동발생부가 상기 원자로건물 내의 공기를 강제순환 유동시켜 상기 열교환기의 냉각성능을 향상시키고,
적어도 일부가 상기 순환라인 내부에 위치하는 전력생산부를 더 포함하며,
상기 전력생산부는,
상기 순환라인 내에 위치하며 상기 순환라인 내에서의 상기 냉각수 흐름에 의해 회전하는 회전부재를 포함하며,
상기 냉각수의 순환에 따른 유동에 의해 전기에너지를 생산하고, 상기 유동발생부에 전기에너지를 공급하며,
상기 전력생산부와 상기 유동발생부 사이에 위치하며,
상기 전력생산부에서 생성된 전기에너지가 저장되는 배터리를 더 포함하는 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템.In the reactor building cooling system using forced air circulation,
a storage tank located outside the reactor building and storing cooling water;
a heat exchanger located inside the reactor building;
a circulation line connecting the storage tank and the heat exchanger; and
It is located inside the reactor building and includes a flow generator installed adjacent to the heat exchanger,
The flow generating unit forcibly circulates the air in the reactor building to improve the cooling performance of the heat exchanger,
At least a portion further comprises a power generation unit located inside the circulation line,
The power generation unit,
and a rotating member located in the circulation line and rotating by the flow of the cooling water in the circulation line,
Produces electric energy by flow according to the circulation of the cooling water, and supplies electric energy to the flow generator,
It is located between the power generation unit and the flow generation unit,
A reactor building cooling system using forced air circulation further comprising a battery in which the electrical energy generated by the power generation unit is stored. 제1항에서,
상기 유동발생부는,
회전에 의해 상기 열교환기 인근에서 공기 흐름을 발생시키는 순환발생부재; 및
상기 순환발생부재를 작동시키는 모터를 포함하는 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템.In claim 1,
The flow generating unit,
a circulation generating member for generating an air flow in the vicinity of the heat exchanger by rotation; and
A reactor building cooling system using forced air circulation including a motor for operating the circulation generating member. 삭제delete 제1항에서,
상기 원자로건물 외부에 배치되어 있는 비상전원공급부를 더 포함하며,
상기 비상전원공급부는 상기 유동발생부에 전기에너지를 공급하는 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템.In claim 1,
Further comprising an emergency power supply disposed outside the reactor building,
The emergency power supply unit is a reactor building cooling system using forced air circulation for supplying electric energy to the flow generating unit. 제4항에서,
상기 비상전원공급부는 비상디젤발전기 및/또는 비상용배터리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템.In claim 4,
The emergency power supply unit is a reactor building cooling system using forced air circulation including at least one of an emergency diesel generator and/or an emergency battery. 삭제delete 제1항에서,
상기 원자로건물의 내부온도 및 상기 열교환기의 온도 중 적어도 어느 하나를 감지하는 온도감지부; 및
상기 전력생산부의 충전량을 감지하는 충전감지부를 포함하며,
상기 온도감지부에서 감지한 온도와 상기 충전감지부에서 감지한 충전량을 기초로 상기 유동발생부의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 강제공기순환을 이용한 원자로건물 냉각 시스템.In claim 1,
a temperature sensing unit for sensing at least one of an internal temperature of the nuclear reactor building and a temperature of the heat exchanger; and
It includes a charge detection unit for detecting the amount of charge of the power generation unit,
The reactor building cooling system using forced air circulation further comprising a control unit for controlling the operation of the flow generating unit based on the temperature sensed by the temperature sensing unit and the charging amount sensed by the charging sensing unit.
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