KR102594878B1 - 원자로 피동냉각 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자로 피동냉각 설비에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 격납실; 상기 격납실 내에 배치되는 저감커버; 상기 저감커버 내에 배치되며 증기발생기를 포함하는 원자로; 상기 격납실 외부에 배치되며, 내부에 냉각수를 수용하는 비상냉각탱크; 상기 비상냉각탱크 내에 배치되고, 상기 원자로에서 방출된 증기를 응축시키는 응축열교환기; 및 상기 응축열교환기에서 방출된 방사성 물질을 필터링하는 필터를 포함하는, 원자로 피동냉각 설비가 제공될 수 있다.

Description

원자로 피동냉각 설비{ATOMIC REACTOR PASSIVE COOLING INSTALLATION}
본 발명은 원자로 피동냉각 설비에 대한 발명이다.
스마트(SMART, System-integrated Modular Advanced Reactor)는 원자로, 증기발생기, 가압기 및 냉각재펌프가 하나의 용기에 집약된 일체형 원자로이다. 이러한 스마트 또는 소형모듈원전(SMR, Small Modular Reactor)에서 원전 사고가 발생할 때, 원자로를 장기적으로 냉각할 필요가 있다.
후쿠시마 사고 이후, 원자력 시설의 피동냉각에 대한 설계 최적화에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 피동냉각 설비는 원자로에 사고 등이 발생하는 경우, 원자로의 운전이 정지된 상태에서 코어에 남아있는 잔열을 제거하기 위한 설비다.
원자로의 피동냉각 설비는, 원전 사고 시 발생하는 잔열을 해수를 이용하여 장기 냉각을 수행해왔다. 이처럼 해수를 이용하여 원자로를 장기적으로 냉각하기 위해서는 원자로 근처에 해수가 있어야 하며, 해수를 원자로에 공급하기 위한 펌프가 요구된다.
하지만, 펌프를 가동시킬 수 있는 전원이 공급되지 않는 경우에 장기 냉각을 위한 냉열원인 해수를 이용할 수 없는 문제가 발생한다.
한편, 종래의 원자로에는 상기와 같은 문제를 극복하기 위해 원전 사고가 발생할 때 원자로의 잔열을 제거하기 위해 열교환을 수행하는 열교환기 및 내부에 열교환기가 배치되도록 하는 비상냉각탱크가 구비되었다.
한편, 종래의 비상냉각탱크는 외기에 노출되어 있어, 비상냉각탱크 내에 수용되어있던 냉각수는 시간이 지날수록 외부로 증발하게 된다. 이때, 비상냉각탱크 내에 배치된 열교환기가 파손되는 경우, 열교환기를 통해 아이오다인과 같은 방사성 물질이 격납실 외부로 유출될 수 있는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예는 상기와 같은 배경에 착안하여 발명된 것으로서, 원전 사고가 발생하더라도 방사성 물질이 격납실의 외부로 유출되지 않도록 하는 원자로 피동냉각 설비를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 격납실; 상기 격납실 내에 배치되는 저감커버; 상기 저감커버 내에 배치되며 증기발생기를 포함하는 원자로; 상기 격납실 외부에 배치되며, 내부에 냉각수를 수용하는 비상냉각탱크; 상기 비상냉각탱크 내에 배치되고, 상기 원자로에서 방출된 증기를 응축시키는 응축열교환기; 및 상기 응축열교환기에서 방출된 방사성 물질을 필터링하는 필터를 포함하는, 원자로 피동냉각 설비가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 피동냉각 설비는, 원전 사고가 발생하더라도 방사성 물질이 격납실의 외부로 유출되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 피동냉각 설비를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 피동냉각 설비가 동작하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '유동', '공급'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 유동, 공급될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 상부, 하부 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 피동냉각 설비(1)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 피동냉각 설비(1)는 원전 사고가 발생한 경우, 후술할 원자로(110)에서 발생되는 열이 제거되도록 원자로(110)를 장기냉각 시킬 수 있다. 이러한 원자로 피동냉각 설비(1)는 일체형 원자로인 스마트(SMART, System-integrated Modular Advanced Reactor) 또는 소형모듈원전(SMR, Small Modular Reactor)에 적용할 수 있다. 이러한 원자로 피동냉각 설비(1)는 열원모듈(100), 피동냉각모듈(200), 필터(300), 재장전수저장탱크(400) 및 냉열원(500)을 포함할 수 있다.
열원모듈(100)은 사고 발생 이후 열을 발생시킬 수 있다. 이러한 열원모듈(100)은 원자로(110), 저감커버(120) 및 격납실(130)을 포함할 수 있다.
이러한 원자로(110)는 내부에 증기발생기, 가압기 및 냉각재펌프가 하나의 용기에 집약된 일체형 원자로일 수 있다. 또한, 원자로(110)는 원전 사고 시, 다른 동작은 정지되지만, 그 내부에서는 열이 지속적으로 발생하여 증기발생기에서 증기가 지속적으로 발생될 수 있다.
저감커버(120)는 격납실(130)의 압력 및 방사능 저감(CPRSS, containment pressure and radioactivity suppression system)을 위해 격납실(130) 내부에 설치될 수 있다. 이러한 저감커버(120)는 원자로(110)를 감싸도록 배치될 수 있다. 이러한 저감커버(120)의 내부에는 원자로(110)를 감싸는 방사성물질의 저감설비 영역(LCA, lower containment area)이 구비될 수 있다.
방사성물질 저감설비 영역은 원자로(110)에서 사고 발생 시 저감 설비 영역에 방사성 물질을 함유하는 증기 및 공기가 정상적인 방출 경로가 아닌 다른 경로로 누설되지 않도록 밀봉된 상태일 수 있다.
또한, 저감커버(120)는 내부가 밀봉된 상태에서, 그 내부에서 발생되는 최대 압력을 견디도록 내압 설계가 설정될 수 있다. 또한, 저감커버(120)는 그 내부에 소정의 물이 채워진 상태일 수 있다.
격납실(containment building, 130)은 발전소의 최종 경계일 수 있다. 이러한 격납실(130)은 원전 사고 시 저감커버(120)에서 차단되지 못한 방사성 물질이 외부 환경으로 방출되지 못하도록 할 수 있다. 격납실(130)은 저감커버(120) 및 재장전수저장탱크(400)를 감싸도록 배치될 수 있다.
피동냉각모듈(200)은 원전 사고 시, 열교환을 통해 원자로(110)의 잔열을 장기냉각 시킬 수 있다. 이러한 피동냉각모듈(200)은 비상냉각탱크(210), 응축열교환기(220), 증기배관(230), 응축배관(240), 및 순환유닛(250)을 포함할 수 있다.
비상냉각탱크(210)는 내부에 냉각수가 수용될 수 있다. 또한, 비상냉각탱크(210)에 수용된 냉각수는 응축열교환기(220)에서 증기가 응축되도록 할 수 있다. 이러한 비상냉각탱크(210)는 격납실(130) 외부에 배치될 수 있다. 또한, 비상냉각탱크(210) 내부에 수용된 냉각수에는 응축열교환기(220)에서 누출된 방사성 물질이 용해될 수 있다. 다만, 냉각수에 용해되지 않은 방사성 물질은, 증기에 포함되어 후술할 순환증기배관(252)으로 유입되어 필터(300)에서 필터링될 수 있다.
응축열교환기(220)는 저감설비 영역에서 발생한 증기를 응축시킬 수 있다. 이러한 응축열교환기(220)에서 응축된 응축수는 저감설비 영역으로 이송될 수 있다. 응축열교환기(220)는 비상냉각탱크(210)의 내부에 배치될 수 있다.
증기배관(230)은 증기발생기에서 발생한 증기를 응축열교환기(220)로 이송시킬 수 있다. 증기배관(230)은 저감커버(120)의 상부에 연결될 수 있다. 이러한 증기배관(230)은 저감커버(120)의 상부 및 응축열교환기(220)에 연결되어, 증기발생기에서 발생한 증기를 응축열교환기(220)로 이송시키기 위한 통로를 제공할 수 있다.
응축배관(240)은 응축열교환기(220)에서 응축된 응축수를 저감커버(120) 내부로 이송시킬 수 있다. 이러한 응축배관(240)은 저감커버(120)의 하부에 연결될 수 있다. 이러한 응축배관(240)은 저감커버(120)의 하부 및 응축열교환기(220)에 연결되어, 응축열교환기(220)에서 응축된 응축수를 저감커버(120) 내부로 이송시키기 위한 통로를 제공할 수 있다. 이러한 응축배관(240)은 증기배관(230)보다 하측에 배치될 수 있다.
순환유닛(250)은 비상냉각탱크(210)에서 방출된 증기가 비상냉각탱크(210) 내부로 순환되도록 할 수 있다. 이러한 순환유닛(250)은 응축열교환기(220)가 파손되어 비상냉각탱크(210) 내의 냉각수가 증발하더라도, 증발한 냉각수를 다시 순환할 수 있다. 이러한 순환유닛(250)을 통해, 원전 사고 시에 응축열교환기(220)가 파손되더라도 원자로(110)를 장기냉각 할 수 있다. 이러한 순환유닛(250)은 격납실(130) 외부에 배치될 수 있다. 순환유닛(250)은 히트파이프루프(251), 순환증기배관(252), 순환응축배관(253) 및 유동채널(254)을 포함할 수 있다.
히트파이프루프(251)는 비상냉각탱크(210)에서 방출된 증기의 열을 흡수하여, 흡수된 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 예를 들어, 히트파이프루프(251)는 그 내부에 순환하는 냉매의 증발 및 응축을 통해 순환유닛(260)에서 발생한 열을 흡수 및 방출시킬 수 있다. 이러한 히트파이프루프(251)는 흡열부(251a) 및 방열부(251b)를 포함할 수 있다.
흡열부(251a)가 비상냉각탱크(210)에서 방출된 증기의 열을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 흡열부(251a)가 비상냉각탱크(210)에서 방출된 증기의 열을 흡수하면, 흡열부(251a) 내부에 순환하는 냉매는 증발할 수 있다. 이러한 흡열부(251a)는 비상냉각탱크(210)에서 방출된 증기의 열을 흡수하여 증기를 응축시킬 수 있다. 이러한 흡열부(251a)는 유동채널(254)의 내부에 배치될 수 있다.
방열부(251b)는 흡열부(251a)에 흡수된 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 예를 들어, 방열부(251b)는 흡열부(251a)에서 증발한 냉매를 응축시키면서 외부로 열을 방출시킬 수 있다. 더 나아가, 방열부(251b)에서 응축된 냉매는 흡열부(251a)로 이송되어 증발할 수 있다. 다시 말해, 냉매는 흡열부(251a) 및 방열부(251b)를 순환하면서 유동채널(254)에 유동하는 증기를 응축시킬 수 있다. 이러한 방열부(251b)는 유동채널(254)의 외부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 방열부(251b)는 발전소 외부의 냉열원(500)을 통해 열을 방출할 수 있다.
순환증기배관(252)은 비상냉각탱크(210)에서 방출된 증기를 유동채널(254)로 이송시키기 위한 통로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 순환증기배관(252)에는 비상냉각탱크(210)에서 방출된 증기 및 냉각수에 용해되지 않은 방사성 물질이 유입될 수 있다. 이러한 순환증기배관(252)의 일단은 비상냉각탱크(210)의 상단에 연결되고, 타단은 유동채널(254)의 상단에 연결될 수 있다. 또한, 순환증기배관(252)은 비상냉각탱크(210) 및 유동채널(254)과 연통할 수 있다. 또한, 순환증기배관(252)의 내부에는 필터(300)가 배치될 수 있다.
순환응축배관(253)은 히트파이프루프(251)를 통해 응축된 응축수를 비상냉각탱크(210)로 이송시키기 위한 통로를 제공할 수 있다. 이러한 순환응축배관(253)의 일단은 비상냉각탱크(210)의 하부에 연결되고, 타단은 유동채널(254)의 하단에 연결될 수 있다. 또한, 순환응축배관(253)은 비상냉각탱크(210) 및 유동채널(254)과 연통할 수 있다.
유동채널(254)은 순환증기배관(252)으로부터 이송된 증기를 순환응축배관(253)으로 이송시키기 위한 통로를 제공할 수 있다. 이러한 유동채널(254)에 이송된 증기는 응축되어 순환응축배관(253)으로 이송될 수 있다. 예를 들어, 순환증기배관(252)으로부터 이송된 증기는 유동채널(254)의 내부에 배치된 흡열부(251a)를 통해 응축되어 순환응축배관(253)으로 이송될 수 있다.
필터(300)는 방사성 물질을 필터링 할 수 있다. 예를 들어, 응축열교환기(220)에서 방출된 방사성 물질을 필터링 할 수 있다. 방사성 물질은 일 예로, 아이오다인(iodine)일 수 있다. 이러한 필터(300)는 비상냉각탱크(210)보다 상측에 배치될 수 있다. 또한, 필터(300)는 순환증기배관(252) 내부에 설치될 수 있다. 예를 들어, 필터(300)는 순환증기배관(252) 내부에 설치되어 비상냉각탱크(210)에서 방출된 증기에 포함된 방사성 물질을 필터링 할 수 있다. 다시 말해, 응축열교환기(220)가 파손되면 응축열교환기(220)로부터 비상냉각탱크(210) 내부로 방사성 물질이 방출될 수 있다. 이렇게 방출된 방사성 물질이 비상냉각탱크(210) 내부의 냉각수에 용해되지 않고 증기 형태로 휘발되더라도 필터(300)에서 필터링될 수 있다.
재장전수저장탱크(400)는 저감커버(120) 내에 물을 공급할 수 있다. 또한, 재장전수저장탱크(400)는 저감설비 영역과 연결되어, 원전 사고 시 원자로(110)로부터 발생하는 방사성 물질 및 증기를 공급받을 수 있다. 예를 들어, 재장전수저장탱크(400)는 원전 사고 시 원자로(110)로부터 발생하는 방사성 물질 및 증기를 공급받아 저감커버(120) 내부 압력을 낮출 수 있다.
냉열원(500)은 방열부(251b)를 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 냉열원(500)은 격납실 외부에 배치된 공기냉각탑, 물탱크일 수 있다. 또 다른 예로, 냉열원(500)은 지하(underground)의 냉열일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 피동냉각 설비(1)의 효과에 대하여 설명한다.
원자로 피동냉각 설비(1)는 응축열교환기(220)가 파손되어 방사성 물질이 응축열교환기(220)를 통해 방출되더라도, 외부 환경으로 방사성 물질이 방출되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 원자로 피동냉각 설비(1)는 파손된 응축열교환기(220)에서 방출된 방사성 물질 중 냉각수에 용해되지 않고 증기에 포함되어 확산되는 방사성 물질을 필터링 하여, 증기에 포함된 방사성 물질이 외부 환경에 방출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 원자로 피동냉각 설비(1)는 비상냉각탱크(210)보다 상측에 배치되는 필터(300)를 통해, 비상냉각탱크(210) 내에서 상방으로 확산되는 증기에 포함된 방사성 물질이 필터(300)로 이송되기 위한 별도의 동작 없이도 필터링되는 효과가 있다.
또한, 원자로 피동냉각 설비(1)는 응축열교환기(220)가 파손되더라도 순환유닛(250)을 통해 저감커버(120) 내부의 열을 지속적으로 냉각시킬 수 있다.
이상 본 발명의 실시예를 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 원자로 피동냉각 설비 100: 열원모듈
110: 원자로 120: 저감커버
130: 격납실 200: 피동냉각모듈
210: 비상냉각탱크 220: 응축열교환기
230: 증기배관 240: 응축배관
250: 순환유닛 251: 히트파이프루프
251a: 흡열부 251b: 방열부
252: 순환증기배관 253: 순환응축배관
254: 유동채널 300: 필터
400: 재장전수저장탱크 500: 냉열원

Claims (8)

  1. 격납실;
    상기 격납실 내에 배치되는 저감커버;
    상기 저감커버 내에 배치되며 증기발생기를 포함하는 원자로;
    상기 격납실 외부에 배치되며, 내부에 냉각수를 수용하는 비상냉각탱크;
    상기 비상냉각탱크 내에 배치되고, 상기 원자로에서 방출된 증기를 응축시키는 응축열교환기;
    상기 응축열교환기에서 방출된 방사성 물질을 필터링하는 필터; 및
    상기 격납실 외부에 배치되며, 상기 비상냉각탱크에서 방출된 증기가 상기 비상냉각탱크 내부로 순환되도록 하는 순환유닛을 더 포함하고,
    상기 순환유닛은,
    상기 비상냉각탱크에서 방출된 증기를 응축시키는 흡열부를 포함하는 히트파이프루프;
    상기 비상냉각탱크의 상단에 연결되어 상기 비상냉각탱크에서 방출된 상기 증기를 상기 흡열부로 이송하는 순환증기배관;
    상기 비상냉각탱크의 하단에 연결되어 상기 흡열부에서 응축된 응축수를 상기 비상냉각탱크로 이송하는 순환응축배관; 및
    상기 격납실 외부에서 상기 순환응축배관과 상기 순환증기배관에 연결되는 유동채널을 포함하고,
    상기 히트파이프루프는 상기 격납실 외부에 배치된 상기 유동채널 내에 수용되는,
    원자로 피동냉각 설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기발생기에서 발생한 증기를 상기 응축열교환기로 이송하며, 상기 저감커버의 상부에 연결되는 증기배관을 더 포함하는,
    원자로 피동냉각 설비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 응축열교환기에서 응축된 응축수를 상기 저감커버 내부로 이송하며, 상기 저감커버의 하부에 연결되는 응축배관을 더 포함하는,
    원자로 피동냉각 설비.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동채널은,
    상기 순환증기배관으로부터 이송된 증기를 상기 순환응축배관으로 이송시키기 위한 통로를 제공하는,
    원자로 피동냉각 설비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 히트파이프루프는,
    상기 흡열부에 흡수된 열을 외부로 방출시키는 방열부를 더 포함하고,
    상기 방열부는 상기 유동채널의 외부에 배치되는,
    원자로 피동냉각 설비.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 순환증기배관 내부에 설치되는,
    원자로 피동냉각 설비.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터에서 필터링하는 상기 방사성 물질은 아이오다인(iodine)을 포함하는,
    원자로 피동냉각 설비.
KR1020210071102A 2021-06-01 2021-06-01 원자로 피동냉각 설비 KR102594878B1 (ko)

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