KR20130023964A - 응축수 혼합 저장탱크를 갖는 열충격 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응축회수관 응축수 혼합 저장탱크에 관한 것으로, 증기 발생기; 배출되는 주증기를 회수하는 증기공급배관; 증기공급배관을 통해 회수된 증기를 응축시키는 열교환기를 내장한 응축수조; 열교환기를 통해 응축된 응축수를 증기 발생기의 보충수로 공급하는 응축수회수배관; 응축수 회수배관의 단부에 설치되어 증기 발생기로 응축수를 공급하는 주공급통로인 바이패스관; 바이패스관과 병렬로 설치되고 응축수의 일부가 유입되어 내부에 저수된 고온수와의 열교환을 통해 바이패스관을 통해 공급되는 응축수와 혼합되게 하여 응축수를 일정온도 이상으로 일정하게 유지되도록 하여 증기 발생기에서의 열충격 발생을 억제시키는 고온수가 저수된 혼합 저장탱크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 응축수 혼합 저장탱크를 갖는 열충격 방지장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 응축회수관에 혼합 저장탱크를 설치하여 피동 보조 급수 계통 작동시 초기에 저온의 응축수 온도를 증가시킬 수 있어 효율적인 운영이 가능하다.

Description

응축수 혼합 저장탱크를 갖는 열충격 방지장치{APPARATUS FOR PREVENTING THERMAL SHOCK HAVING A CONDENSATE MIXING STORAGE TANK ON CONDENSATE RETURN LINE}

본 발명은 응축수 혼합 저장탱크를 갖는 열충격 방지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 응축회수관에 혼합 저장탱크를 설치하여 피동 보조 급수 계통 작동시 초기에 저온의 응축수 온도를 증가시킬 수 있도록 한 응축수 혼합 저장탱크를 갖는 열충격 방지장치에 관한 것이다.

원자력 발전소는 지금까지 경제성이나 안전성 및 환경보존성 등에 있어서 수력발전소나 화력발전소에 비해 우월한 운전 성능을 보이며, 중요한 전력생산 수단으로 자리잡아 왔다.

원자력발전은 핵분열물질의 핵분열 과정에서 발생하는 에너지를 이용하여 전력을 생산하는데, 이 과정에서 발생하는 방사성 물질이 비정상적으로 누출되는 사고가 발생하면 대형 재해로 발전될 염려가 있으므로, 원자력 발전소의 안전성은 항상 최우선 과제로 다루어져 왔다.

그에 따라, 기존의 원자력 발전소도 합리적인 안전성을 지닌 것으로 평가되고 있기는 하지만, 안전성을 획기적으로 향상시킨 차세대 원자로의 개발이 전세계적으로 활발하다.

그 중 하나로, 가압경수로형 원자력발전을 들 수 있는데, 가압경수로(PWR)의 대표적인 차세대 원자로형은 개량형(evolutionary type)과 피동형(passive type)으로 나뉜다.

이 경우, 개량형은 기존의 경수로 설계를 거의 그대로 이용하면서 일부분의 설계만 개선한 것으로서, 특히 계통 및 기기의 신뢰도 향상과 인간과의 접속부 설계의 개선에 중점을 둔다.

반면, 피동형은 기존 경수로에서 입증된 기술들을 채택하기는 하지만, 외부 동력의 공급이 필요한 능동적 수단보다는 자연현상에 의한 피동적 수단에 의해 원자로의 안전성이 담보되는 특징을 갖는다.

여기서, 자연현상이란 중력, 자연순환, 또는 응축과 비등 등을 의미한다.

이러한 경수로에서 일반적으로 원자로 사고 후 급수계통이 작동하지 않을 경우, 펌프를 이용하는 보조급수 계통이 작동하여 원자로의 잔열을 증기발생기를 통해 제거하고 있다.

펌프를 사용하는 보조급수계통은 운전원의 실수, 전원상실, 펌프의 오작동 등에 의해 실패의 가능성이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 원자로 사고시에 증기발생기의 이차측에서 발생하는 증기를 응축하여 원자로 잔열을 피동적으로 냉각함으로써, 원자력발전소의 안전성과 경제성을 높일 수 있는 피동형 이차 응축계통의 개념이 제안되었으며, 일예로 등록특허 제0261752호를 들 수 있는데, 이는 비등경수로의 수직형 격리응축기(Isolation condenser)와, 그 격리응축기와 열교환이 일어날 수 있는 냉각수를 포함하는 격리응축기 수조, 증기발생기와 상기 격리응축기를 연결하는 배관 및 보충수 탱크를 포함하고 있다.

그런데, 종래 경수로의 피동 보조 급수 계통은 피동 응축 냉각탱크 내부에 위치한 피동 응축 열교한기로부터 응축회수관을 통해 증기 발생기의 이코노마이저(Economizer) 입구로 응축수를 유입하고 있다.

따라서, 증기 발생기 내부의 구성품이 열충격에 취약하다는 점을 감안할 때 이코노마이저 입구에서의 유입 온도는 200℉ 이상이 되어야 한다.

즉, 피동 보조 급수 계통은 정상 작동시 주급수관의 작동유체 온도가 유지되는 고온수가 저온의 응축수와 혼합되어 증기 발생기로 유입되는 저온 응축수에 의해 증기 발생기에 열충격이 가해질 수 있다.

그러므로, 피동 보조 급수 계통에서 작동 초기시 저온의 응축수 온도를 증가시킬 필요성이 대두되었다.

당해 분야의 관련 기술로는 국내공개특허 제2000-0067089호와 미국공개특허 제2007-4995418호가 있으나, 전자는 비상냉각수를 압축탱크를 이용한 피동적 방법으로 공급하며 원자로 용기 내의 자연순환 유동을 이용 하는 것이 특징이고, 후자는 성장촉진제가 피동적으로 유속에 의한 압력차로 물과 혼합되어 분사되도록 설계한 것이 특징이어서 관련성은 있으나 구체적인 해결수단이 상이한 것으로 파악되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 경수로에서 주증기를 회수할 수 있는 수단을 마련하여 주증기 안전 밸브 개방시 방출되는 증기를 다시 회수하여 증기 발생기의 내부로 입수되는 응축수로 활용토록 함으로써 관리상 편의성을 높이고, 사고시 안정적인 냉각이 가능하도록 제어할 수 있는 응축수 혼합 저장탱크를 갖는 열충격 방지장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 증기 발생기; 배출되는 주증기를 회수하는 증기공급배관; 증기공급배관을 통해 회수된 증기를 응축시키는 열교환기를 내장한 응축수조; 열교환기를 통해 응축된 응축수를 증기 발생기의 보충수로 공급하는 응축수회수배관; 응축수 회수배관의 단부에 설치되어 증기 발생기로 응축수를 공급하는 주공급통로인 바이패스관; 바이패스관과 병렬로 설치되고 응축수의 일부가 유입되어 내부에 저수된 고온수와의 열교환을 통해 바이패스관을 통해 공급되는 응축수와 혼합되게 하여 응축수를 일정온도 이상으로 일정하게 유지되도록 하여 증기 발생기에서의 열충격 발생을 억제시키는 고온수가 저수된 혼합 저장탱크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 응축수 혼합 저장탱크를 갖는 열충격 방지장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 응축회수관에 혼합 저장탱크를 설치하여 피동 보조 급수 계통 작동시 초기에 저온의 응축수 온도를 증가시킬 수 있어 효율적인 운영이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 응축회수관 응축수 혼합 저장탱크가 설치된 피동 보조 급수 계통의 구조를 도시한 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 피동 보조 급수 계통에 혼합 저장탱크를 설치하여 정상 작동시 주급수관의 작동유체 온도가 유지되는 고온수를 저온수인 응축수와 혼합하여 증기 발생기로 유입시킴으로써 증기 발생기에서의 열충격 발생을 방지하도록 한 것이다.

또한, 이와 같은 혼합 저장탱크의 설치에 따라 피동 보조 급수 계통의 수두차를 추가적으로 확보할 수도 있다.

보다 구체적으로, 도 1은 본 발명에 따른 응축회수관 응축수 혼합 저장탱크가 설치된 피동 보조 급수 계통의 구조를 도시한 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 증기 발생기(100)와 응축수조(110) 간이 연결관계를 변형하여 응축수의 공급을 보다 원활하면서 열충격 발생을 제거할 수 있는 구조를 갖춘 것에 특징이 있다.

먼저, 증기 발생기(100)는 원자로에서 발생하는 잔열을 제거하며 격납건물의 내측에 위치하고, 밸브(V1)를 통해 주급수를 공급받으며, 밸브(V2)를 통해 주증기를 도면에는 생략되었지만 터빈으로 공급하여, 터빈의 회전에 의한 전력을 생산할 수 있게 된다.

이때, 증기공급배관(120)에 마련된 밸브(V3)는 열려 있는 상태이며, 응축수회수배관(130)에 상호 병렬로 배치된 밸브(V4,V5)는 닫힌 상태로 유지된다.

이와 같은 밸브(V3)의 열림과 밸브(V4,V5)의 닫힘에 의해 본 발명 경수로의 피동형 이차측 응축계통은 동작을 하지 않는 상태에서, 열교환기(200)측으로 주증기가 공급되어 응축수조(110) 내부의 냉각수 용량과 열 평형 상태로 유지됨으로서 이후 수격현상의 발생이 방지된다.

한편, 열교환기(200)는 응축수조(110)에 저수된 냉각수 상에 잠긴 상태로 배치되며, 증기는 열교환기(200)를 지나면서 응축된다.

이때, 상기 열교환기(200)는 다수의 U자형 튜브를 사용하여 냉각수와의 접촉면적을 넓혀 응축효율을 높이도록 구성됨이 바람직하다.

본 발명은 이러한 계통에서 응축수회수배관(130)의 단부 근처에 혼합 저장탱크(300)를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 혼합 저장탱크(300)는 고온수가 저장되는 탱크로서, 고온수의 수온은 평소 발전소의 정상운전시 주급수라인의 고온수와 접하고 있으므로 충분한 고온을 유지하고 있다.

따라서, 열교환기(200)를 통해 회수된 증기가 열교환되면서 응축된 응축수는 혼합 저장탱크(300)를 통과하면서 혼합 저장탱크(300) 내부에 있는 고온수와 혼합되면서 일정온도로 상승된 상태에서 증기 발생기(100)로 공급되기 때문에 증기 발생기(100)에 가하는 열충격을 극소화시킬 수 있게 된다.

이때, 대부분의 응축수는 바이패스관(400)을 통해 공급되며, 응축수의 일부만이 상기 상기 혼합 저장탱크(300)를 거쳐 공급되게 된다.

즉, 응축수의 주공급통로는 바이패스관(400)이며, 보조 공급통로로서 일부의 응축수가 혼합 저장탱크(100)를 거치면서 승온되게 처리되고, 이후 혼합 공급되도록 구성되는 것이다.

이에 따라, 증기 발생기(100)로 공급되는 응축수의 온도를 적정한 온도로 일정하게 유지할 수 있어 증기 발생기(100)를 구성하는 구성품을 열충격으로부터 보호할 수 있게 된다.

100 : 증기 발생기 110 : 응축수조
120 : 증기공급배관 130 : 응축수회수배관
200 : 열교환기 300 : 혼합 저장탱크
400 : 바이패스관

Claims (1)

1. 증기 발생기;
   배출되는 주증기를 회수하는 증기공급배관;
   증기공급배관을 통해 회수된 증기를 응축시키는 열교환기를 내장한 응축수조;
   열교환기를 통해 응축된 응축수를 증기 발생기의 보충수로 공급하는 응축수회수배관;
   응축수 회수배관의 단부에 설치되어 증기 발생기로 응축수를 공급하는 주공급통로인 바이패스관;
   바이패스관과 병렬로 설치되고 응축수의 일부가 유입되어 내부에 저수된 고온수와의 열교환을 통해 바이패스관을 통해 공급되는 응축수와 혼합되게 하여 응축수를 일정온도 이상으로 일정하게 유지되도록 하여 증기 발생기에서의 열충격 발생을 억제시키는 고온수가 저수된 혼합 저장탱크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 응축수 혼합 저장탱크를 갖는 열충격 방지장치.

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