KR102340450B1 - 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템에 관한 것으로, 연료 냉각수를 포함하는 사용후 연료저장조; 상기 사용후 연료저장조보다 높게 위치하며 제1추가 냉각수를 수용하고 있는 보충탱크; 상기 사용후 연료저장조보다 높게 위치하며 제2추가 냉각수를 수용하고 있는 피동응축냉각탱크; 및 상기 연료 냉각수를 냉각하는 냉각수 냉각부를 포함하며, 상기 냉각수 냉각부는, 순환 냉각수를 수용하고 있는 써지 탱크; 상기 써지 탱크로부터 유입된 상기 순환 냉각수를 냉각하는 제1열교환기를 포함하는 열교환유닛; 및 상기 제1열교환기에서 냉각된 상기 순환 냉각수를 이용하여 사용후 연료저장조의 냉각수를 냉각하는 제2열교환기를 포함하며, 상기 열교환유닛은 냉매의 증발 및 압축을 이용하여 상기 순환 냉각수를 냉각한다.

Description

원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템{Cooling system for spent fuel pool after dismantlement of nuclear power plant}
본 발명은 비용이 절감되면서도 냉각 안정성이 향상되는 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템에 관한 것이다.
사용후연료저장조 냉각계통은 사용후연료의 붕괴열을 냉각하는 기능을 수행한다.
사용후 연료저장조계통은 기기냉각수계통(CCW) 및 해수계통과 같은 다수의 연계계통 및 부속설비들이 필요하다.
원전을 해체하면 기기냉각수계통의 냉각수를 사용할 수 없어 사용후연료저장조의 냉각을 위해서는 별도의 설계가 필요하다.
별도의 설계에서는 비용을 절감하고 냉각 안정성을 확보하는 것이 중요하다.
한국특허공개 제10-2018-0042015호(2018년 4월 25일 공개)
따라서 본 발명의 목적은 비용이 절감되면서도 냉각 안정성이 향상되는 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템에 있어서, 연료 냉각수를 포함하는 사용후 연료저장조; 상기 사용후 연료저장조보다 높게 위치하며 제1추가 냉각수를 수용하고 있는 보충탱크; 상기 사용후 연료저장조보다 높게 위치하며 제2추가 냉각수를 수용하고 있는 피동응축냉각탱크; 및 상기 연료 냉각수를 냉각하는 냉각수 냉각부를 포함하며, 상기 냉각수 냉각부는, 순환 냉각수를 수용하고 있는 써지 탱크; 상기 써지 탱크로부터 유입된 상기 순환 냉각수를 냉각하는 제1열교환기를 포함하는 열교환유닛; 및 상기 제1열교환기에서 냉각된 상기 순환 냉각수를 이용하여 사용후 연료저장조의 냉각수를 냉각하는 제2열교환기를 포함하며, 상기 열교환유닛은 냉매의 증발 및 압축을 이용하여 상기 순환 냉각수를 냉각하는 것에 의해 달성된다.
상기 열교환유닛은, 압축된 상기 냉매를 냉각하기 위한 공랭식 콘덴서를 더 포함할 수 있다.
상기 제2열교환기에 기기냉각수계통의 냉각수를 공급하기 위한 CCW 배관을 더 포함할 수 있다.
상기 써지 탱크 및 상기 제2열교환기는 원전 해체 전에 설치되어 있으며, 상기 열교환유닛은 원전 해체 이후에 설치될 수 있다.
상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기를 연결하며 상기 순환 냉각수를 공급하는 공급 배관을 더 포함하며, 상기 공급 배관은 원전 해체 이후에 설치되며 상기 CCW 배관에 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면 비용이 절감되면서도 냉각 안정성이 향상되는 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템을 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템에서 냉각수 냉각부를 나타낸 것이고,
도 3을 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템에서 열교환유닛을 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 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템을 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템에서 냉각수 냉각부를 나타낸 것이고, 도 3을 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템에서 열교환유닛을 나타낸 것이다.
일실시예에 따른 사용후 연료저장조의 냉각시스템(1, 이하 냉각시스템)은 사용후 연료저장조(10, SFP), 보충탱크(20), 피동응축냉각탱크(30) 및 냉각수 냉각부(40)를 포함한다.
피동응축냉각탱크(30)는 해체 전에는 사고 발생시 증기발생기의 열을 제거하는 데 사용된다. 사고시 증기발생기로 주급수가 공급 차단되면 주증기공급밸브도 차단되어 증기발생기에서 발생하는 열을 제거할 수 없다. 이 때, 주증기배관에서 증기를 냉각수가 가득찬 피동응축냉각탱크(30, PCCT: Passive Condensation Cooling Tank)로 보내 응축시킨 후 주급수 배관으로 연결하여 증기발생기로 보내 증기발생기 열을 제거한다.
사용후 연료저장조(10) 내에는 사용후 연료가 수용되어 있으며 사용후 연료를 냉각하기 위한 연료 냉각수가 채워져 있다. 연료 냉각수의 수위는 사용후 연료가 모두 잠길 수 있도록 되어 있다.
보충탱크(20)는 제1추가 냉각수를 포함하며, 피동응축냉각탱크(30)는 제2추가 냉각수를 포함한다. 보충탱크(20)와 피동응축냉각탱크(30)는 모두 사용후 연료저장조(10)보다 높게 위치하고 있다. 따라서 보충탱크(20)와 피동응축냉각탱크(30)의 추가 냉각수는 중력을 이용한 피동적인 방법으로 사용후 연료저장조(10)에 공급될 수 있다. 도시하지는 않았지만 보충탱크(20)와 사용후 연료저장조(10) 사이와 피동응축냉각탱크(30)와 사용후 연료저장조(10) 사이에는 밸브가 위치할 수 있다.
사용후 연료에서는 계속하여 열이 발생하기 때문에 사용후 연료저장조(10)의 연료 냉각수의 온도는 계속 상승한다. 냉각수 냉각부(40)는 연료 냉각수를 냉각시킨 후 다시 사용후 연료저장조(10)로 공급한다.
냉각수 냉각부(40)는 도 2와 같이 써지 탱크(410), 펌프(420), 열교환유닛(430), 제2열교환기(440a, 440b), 기기냉각수 계통 배관(CCW 배관, 450) 및 공급배관(460)을 포함한다.
써지 탱크(410)는 순환 냉각수를 포함하고 있으며, 해체 전 이미 설치되어 있는 설비를 이용할 수 있다. 펌프(420)는 해체 후 새롭게 설치하거나 기존 설비를 이용할 수 있다.
열교환유닛(430)은 해체 후 새롭게 설치된다.
열교환유닛(430)은 도 3과 같이 제1열교환기(증발기, 431), 압축기(432), 공냉 콘덴서(433) 및 팽창밸브(434)를 포함한다.
열교환유닛(430)은 냉매를 이용하여 순환 냉각수를 냉각시키며, 제1열교환기(431)에서 순환 냉각수에 의해 가열되어 증발된 냉매는 압축, 응축 및 팽창 과정을 반복한다.
공냉 콘덴서(433)는 핵연료 취급지역과 인접한 옥외 지역에 설치하여 신설배관을 최소화하고 시공성을 향상시킨다.
공랭식 팬만 사용하는 방식은 다량의 자유로운 공기흐름을 확보하기 위해 대용량의 송풍기와 넓은 공간이 필요하여 설치가 곤란하며 냉각효율이 낮다.
본 발명의 열교환유닛(430)은 냉매를 이용한 압축, 응축, 팽창, 증발 과정을 통해 좁은 공간에서도 순환 냉각수를 효과적으로 냉각시킨다.
제2열교환기(440a, 440b)는 한 쌍으로 마련되어 있다. 제2열교환기(440a, 440b)에서는 연료 냉각수와 순환 냉각수가 열교환하면서 연료 냉각수가 냉각된다.
해체 전에 제2열교환기(440a, 440b)는 설치되어 있으며, 해체 전에는 CCW 배관(450)을 통해 기기냉각수 계통에서 냉각수를 공급받는다.
본 발명에서는 제2열교환기(440a, 440b)로의 순환 냉각수 공급을 위해 공급배관(460)을 별도로 설치한다. 공급배관(460)은 기존에 설치된 CCW 배관(450)에 연결된다.
본 발명에 따른 냉각시스템(1, 이하 냉각시스템)의 작동을 설명하면 다음과 같다.
사용후 연료저장조(10)의 연료 냉각수의 수위를 감지하여 수위가 일정 수준보다 낮아지면 보충탱크(20)와 피동응축냉각탱크(30)의 추가 냉각수를 중력을 이용하여 사용후 연료저장조(100에 공급한다.
열교환유닛(430)에서는 순환 냉각수를 냉매 및 공랭 방식으로 냉각하며, 순환 냉각수는 제2열교환기(440a, 440b)에서 연료 냉각수를 냉각시킨다.
이와 같은 냉각수 보충 및 냉각수 방식의 다양한 냉각방식에 의해 냉각의 안전성이 향상된다.
한편, 본 발명에 따르면 해체 후 사용후 연료저장조(10)의 냉각을 위한 추가 설비를 최소화할 수 있다.
즉, 기존에 설치되어 있는 써지 탱크(410), 제2열교환기(440a, 440b) 및 CCW배관(450)을 그대로 이용하기 때문에 설비 설치의 비용이 감소되고 공기도 단축시킬 수 있다. 또한 이용되는 기존 설비는 해체하지 않으므로 해체 비용도 감소된다.
본 발명에서는 전원 상실 시에 펌프 및 냉매 순환을 위한 전원공급은 별도의 이동형 발전차를 이용하여 수행할 수 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 (5)

  1. 원전 해체 후 사용후 연료저장조의 냉각시스템에 있어서,
    연료 냉각수를 포함하는 사용후 연료저장조;
    상기 사용후 연료저장조보다 높게 위치하며 제1추가 냉각수를 수용하고 있는 보충탱크;
    상기 사용후 연료저장조보다 높게 위치하며 제2추가 냉각수를 수용하고 있는 피동응축냉각탱크; 및
    상기 연료 냉각수를 냉각하는 냉각수 냉각부를 포함하며,
    상기 냉각수 냉각부는,
    순환 냉각수를 수용하고 있는 써지 탱크;
    상기 써지 탱크로부터 유입된 상기 순환 냉각수를 냉각하는 제1열교환기를 포함하는 열교환유닛; 및
    상기 제1열교환기에서 냉각된 상기 순환 냉각수를 이용하여 사용후 연료저장조의 냉각수를 냉각하는 제2열교환기를 포함하며,
    상기 열교환유닛은 냉매의 증발 및 압축을 이용하여 상기 순환 냉각수를 냉각하며,
    상기 열교환유닛은,
    압축된 상기 냉매를 냉각하기 위한 공랭식 콘덴서를 더 포함하며,
    상기 제2열교환기에 기기냉각수계통의 냉각수를 공급하기 위한 CCW 배관을 더 포함하고,
    상기 써지 탱크 및 상기 제2열교환기는 원전 해체 전에 설치되어 있으며,
    상기 열교환유닛은 원전 해체 이후에 설치되고,
    상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기를 연결하며 상기 순환 냉각수를 공급하는 공급 배관을 더 포함하며,
    상기 공급 배관은 원전 해체 이후에 설치되며 상기 CCW 배관에 연결되는 냉각시스템.
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