KR20140126187A - 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사고 발생시 원전에서 제거해야 하는 열은 현열과 잔열로 동일하다는 점에 착안하여 피동잔열제거계통과 피동격납건물냉각계통을 통합한 피동안전설비를 제공한다. 피동안전설비는 방사능 물질의 유출을 방지하도록 원자로의 외부에 설치되는 격납건물, 사고 발생시 상기 원자로 내부의 증기발생기로 냉각수를 순환시켜 원전의 현열 및 잔열을 제거하고 제거된 열을 상기 격납건물 외부에 설치되는 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동잔열제거계통, 및 사고 발생시 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하도록 상기 격납건물로 방출되는 증기를 냉각 및 응축시키는 냉각열교환기를 구비하고 원전의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 용량으로 설계된 상기 비상냉각탱크를 추가적인 용량의 증가 없이 상기 피동잔열제거계통과 공유하도록 상기 냉각열교환기로 전달된 열을 상기 비상냉각탱크를 통해 배출하는 피동격납건물냉각계통을 포함한다.

Description

피동안전설비 및 이를 구비하는 원전{PASSIVE SAFETY SYSTEM AND NUCLEAR POWER PLANT HAVING THE SAME}

본 발명은 사고 발생시 자연력을 이용하는 피동형 안전설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 설비의 간소화를 위해 피동격납건물냉각계통이 피동잔열제거계통의 비상냉각탱크를 공유하도록 구성된 원전에 관한 것이다.

원자로는 주요기기의 설치위치나 안전계통의 구성방식에 따라 구분할 수 있다. 원자로는 주요기기의 설치위치에 따라 상기 주요기기(증기발생기, 가압기, 펌프 임펠러 등)가 원자로용기의 외부에 설치되는 분리형원자로(예, 국내 상용 원자로)와 주요기기가 원자로용기의 내부에 설치되는 일체형원자로(예, SMART 원자로)로 나뉜다.

또한, 원자로는 안전계통의 구성방식에 따라 능동형 원자로와 피동형 원자로로 나뉜다. 능동형 원자로는 안전계통을 구동하기 위해 비상발전기 등의 전력에 의해 작동하는(예, 펌프) 능동 기기를 사용하는 원자로이며, 피동형 원자로는 안전계통을 구동하기 위해 중력 또는 가스압력 등의 자연력에 의해 작동하는 피동기기를 사용하는 원자로이다. 피동형 원자로에서 피동안전계통(passive safety system)은 사고가 발생하는 경우 규제요건에서 요구하는 시간 (72시간) 이상 동안 운전원 조치나 비상 디젤 발전기와 같은 안전등급의 교류(AC) 전원이 없이 계통에 내장되어 있는 자연력만으로도 원자로를 안전하게 유지할 수 있는 계통이다.

원자로에는 다양한 계통이 포함되며, 그 중 특히 원자로의 주요 안전설비는 피동잔열제거계통, 피동격납건물냉각계통 및 피동안전주입계통이다.

피동잔열제거계통은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 사고시 원자로의 열(원자로의 현열 및 노심의 잔열)을 제거하는 계통으로 채용되고 있다. 피동잔열제거계통의 냉각수 순환 방식으로는 원자로의 1차 냉각수를 직접 순환시켜 원자로를 냉각하는 방식(AP1000:웨스팅하우스)과 증기발생기를 이용하여 2차 냉각수를 순환시켜 원자로를 냉각하는 방식(SMART 원자로:국내, IRIS:웨스팅하우스) 두 가지가 주로 사용되고 있으며, 일차냉각수를 탱크에 주입하여 직접 응축시키는 방식(CAREM:아르헨티나)도 이용되고 있다.

또한, 피동잔열제거계통의 열교환기(응축열교환기) 외부를 냉각하는 방식으로는 대부분의 원자로에서 적용하고 있는 수랭식(water-cooled, SMART, IRIS, AP1000)과, 일부 공랭식(air-cooled, WWER 1000:러시아)과 수-공랭식(water-air-cooled, IMR:일본) 병용 방식이 이용되고 있다. 피동잔열제거계통의 열교환기는 원자로로부터 전달받은 열을 비상냉각탱크(최종 열침원) 등을 통해 외부 대기로 전달하는 기능을 수행하며, 열교환기 방식으로 열전달 효율이 뛰어난 증기 응축현상을 이용한 응축열교환기가 많이 채용되고 있다.

피동격납건물냉각(또는 감압, 또는 살수)계통은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 사고시 원자로로부터 증기가 방출되어 상승한 격납건물(격납용기, 원자로건물 또는 안전보호용기) 내부의 압력을 감소시키고 열을 제거하기 위한 계통으로 채용되고 있다.

피동격납건물냉각계통의 구성방식으로는 격납건물로 방출된 증기를 감압시키는 감압탱크(suppression tank)를 이용하는 방식(상용 BWR, CAREM:아르헨티나, IRIS:웨스팅하우스사), 철재격납용기을 적용하고 외벽을 냉각(스프레이, 공기)시키는 방식(AP1000:웨스팅하우스), 그리고 열교환기를 이용하는 방식(SWR1000:프라마톰ANP, AHWR:인도, SBWR:GE) 등이 이용되고 있다.

피동안전주입계통은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 사고시 원자로로 냉각수를 주입하기 위한 수단으로 채용되고 있다. 피동안전주입계통의 장기 안전주입을 위한 구성방식으로는, 철재격납용기를 적용하고 격납건물내재장전수조 등을 이용해 원자로용기 외부를 충수하여 안전주입을 장기간 수행하는 방식(AP1000:웨스팅하우스), 안전보호용기를 적용하여 방출유량을 억제하고 감압탱크 등을 이용해 원자로 외부를 충수하여 안전주입을 장기간 수행하는 방식(IRIS:웨스팅하우스사), 격납건물 외부의 가압탱크를 이용하여 일정기간 안전주입을 수행하는 방식(CAREM:아르헨티나) 등이 있다.

이와 같이 일반적으로 원자로에서는 피동잔열제거계통과 피동격납건물냉각계통이 전혀 별개의 계통으로 인식되어 설계의 간소화에 한계가 있었다. 한편 원자로의 유지보수 등의 작업을 위한 공간을 적절히 고려하는 경우에 원자로 외부를 충수하기 위해서는 많은 냉각수가 소요되므로, 장기 안전주입을 위해 원자로 외부를 충수하는 방식은 저장수 용량과 유지보수 공간에 크게 제약을 받는 문제가 있었다.

본 발명의 일 목적은 설비를 간소화하여 공간적 제약을 극복하고 경제성을 향상시킨 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 서로 다른 기능을 하는 각 계통들이 통합계통으로 구성되어 유기적으로 작동하는 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 관련된 피동안전설비는, 방사능 물질의 유출을 방지하도록 원자로의 외부에 설치되는 격납건물, 사고 발생시 상기 원자로 내부의 증기발생기로 냉각수를 순환시켜 원전의 현열 및 잔열을 제거하고 제거된 열을 상기 격납건물 외부에 설치되는 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동잔열제거계통, 및 사고 발생시 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하도록 상기 격납건물로 방출되는 증기를 냉각 및 응축시키는 냉각열교환기를 구비하고 원전의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 용량으로 설계된 상기 비상냉각탱크를 추가적인 용량의 증가 없이 상기 피동잔열제거계통과 공유하도록 상기 냉각열교환기로 전달된 열을 상기 비상냉각탱크를 통해 배출하는 피동격납건물냉각계통을 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 냉각열교환기는 상기 격납건물의 내부에 설치되고, 상기 비상냉각탱크의 내부에 채워진 냉각수를 순환시켜 상기 격납건물을 냉각하도록 상부와 하부가 각각 배관에 의해 상기 비상냉각탱크와 연결된다.

상기 냉각열교환기의 표면에 응축되어 낙하하는 응축수를 집수하도록 상기 냉각열교환기의 하부에 설치되고, 상기 원자로와 상기 격납건물의 압력이 유사평형을 형성시 집수된 응축수를 중력수두에 의해 상기 원자로로 주입하도록 하부가 상기 원자로와 통하는 안전주입배관에 연결되는 집수탱크를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 냉각열교환기는 상기 비상냉각탱크의 내부에 설치되고, 상기 격납건물로 방출된 증기를 통과시켜 상기 비상냉각탱크 내부의 냉각수에 의해 냉각되도록 상부와 하부가 각각 배관에 의해 상기 격납건물과 연결된다.

상기 냉각열교환기를 통과하여 응축된 응축수를 집수하도록 상기 냉각열교환기의 하부에서 상기 격납건물의 내부까지 연장된 배관의 단부에 설치되고, 상기 원자로와 상기 격납건물의 압력이 유사평형을 형성시 집수된 응축수를 중력수두에 의해 상기 원자로로 주입하도록 하부가 상기 원자로와 통하는 안전주입배관에 연결되는 집수탱크를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 냉각열교환기는, 상기 격납건물의 내부에 설치되는 제1냉각열교환기, 및 상기 비상냉각탱크의 내부에 설치되고 냉각수를 순환시키도록 상부와 하부가 각각 배관에 의해 상기 제1냉각열교환기의 상부와 하부에 연결된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1냉각열교환기의 표면에 응축되어 낙하하는 응축수를 집수하도록 상기 제1냉각열교환기의 하부에 설치되고, 상기 원자로와 상기 격납건물의 압력이 유사평형을 형성시 집수된 응축수를 중력수두에 의해 상기 원자로로 주입하도록 하부가 상기 원자로와 통하는 안전주입배관에 연결되는 집수탱크를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각열교환기의 하부 또는 상부에 연결되는 배관에 설치되어 유체의 역류를 방지하는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 집수탱크와 상기 안전주입배관을 연결하는 배관에는 기설정된 유량으로 응축수를 주입하는 것이 가능하도록 유로저항을 형성하는 오리피스가 설치될 수 있다.

상기 집수탱크에 집수된 응축수의 초과 집수 유량을 상기 격납건물 내에 설치되는 재장전수조로 방출하도록, 일단은 상기 집수탱크의 적어도 일부를 관통하여 기설정된 높이까지 연장되고 타단은 상기 재장전수조를 향해 연장되는 배수관을 더 포함할 수 있다.

상기 재장전수조는 상기 격납건물의 내부에 상기 원자로를 감싸도록 형성될 수 있다.

상기 재장전수조와 상기 원자로 사이의 공간으로 통하는 연결배관을 더 포함하고, 상기 연결배관에는 상기 재장전수조에 채워진 응축수를 상기 사이의 공간으로 주입시키도록 관련신호에 의해 개방되는 격리밸브가 설치될 수 있다.

상기 재장전수조는 상기 집수탱크의 집수 및 안전주입 기능을 수행하도록 상기 원자로 내부의 노심보다 높은 위치에 설치될 수 있다.

상기 비상냉각탱크의 내부까지 연장되는 보충수 배관에 의해 상기 비상냉각탱크에 연결되어 냉각수의 순환에 필요한 보충수를 공급하는 보충수 펌프를 더 포함할 수 있다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 피동안전설비를 구비하는 원전을 개시한다. 원전은, 사고 발생시 중력수두 또는 가스가압에 의해 원자로로 냉각수를 주입하도록 형성되는 피동안전주입계통, 및 열교환 방식을 통해 상기 원자로의 열을 제거함과 아울러 상기 원자로 외부의 압력 및 온도 상승을 억제하는 피동안전설비를 포함하고, 상기 피동안전설비는, 방사능 물질의 유출을 방지하도록 원자로의 외부에 설치되는 격납건물, 사고 발생시 냉각수를 순환시켜 원전의 현열 및 잔열을 제거하고 제거된 열을 상기 격납건물 외부에 설치되는 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동잔열제거계통, 및 사고 발생시 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하도록 상기 격납건물로 방출되는 증기를 냉각 및 응축시키는 냉각열교환기를 구비하고 원전의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 용량으로 설계된 상기 비상냉각탱크를 공유하도록 상기 냉각열교환기에 전달된 열을 상기 피동잔열제거계통의 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동격납건물냉각계통을 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 피동격납건물냉각계통은 상기 격납건물의 증기를 응축시켜 집수된 응축수를 상기 피동안전주입계통의 냉각수로 이용하도록 상기 피동안전주입계통의 안전주입배관과 연결된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 격납건물의 내부에 설치되고, 상기 격납건물로 방출된 증기가 유입되도록 형성되어 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하는 감압계통을 더 포함한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 비상냉각탱크의 용량 증가 없이도 피동격납건물냉각계통과 피동잔열제거계통이 상기 비상냉각탱크를 공유하고 각각의 고유 기능을 수행할 수 있어 원전의 안전설비를 간소화하고 소요경비를 최소화할 수 있다.

또한 본 발명은, 피동격납건물냉각계통의 작동과정에서 응축된 응축수를 피동안전주입계통의 냉각수로 장기간 사용할 수 있어 원전의 안전성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 나타내는 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 피동격납건물냉각계통의 냉각열교환기를 나타내는 개념도.
도 3은 도 1에 도시된 피동잔열제거계통의 수-공랭식 응축열교환기 및 비상냉각탱크를 나타내는 개념도.
도 4는 도 1에 도시된 피동안전주입계통의 구성 설비를 나타내는 개념도.
도 5는 도 1에 도시된 원전의 정상운전상태를 나타내는 개념도.
도 6은 도 1에 도시된 원전의 사고 발생시 밸브들의 개폐 상태를 나타내는 개념도.
도 7은 사고 발생 후 피동잔열제거계통이 작동하기 전의 원전을 나타내는 개념도.
도 8은 도 7에 이어 피동격납건물냉각계통, 피동잔열제거계통 및 피동안전주입계통이 모두 작동하는 원전을 나타내는 개념도.
도 9는 도 8에 이어 장기냉각되는 원전을 나타내는 개념도.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 나타내는 개념도.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 나타내는 개념도.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 나타내는 개념도.
도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전을 나타내는 개념도.
도 14는 원전의 사고 발생시 시간 경과에 따른 격납건물 내부의 압력변화를 나타내는 그래프.

이하, 본 발명에 관련된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전에 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 피동안전설비(100) 및 이를 구비하는 원전(10)을 나타내는 개념도이다.

원자로(11)는 원전(10)의 격납건물(110)의 내부에 배치되며, 배관에 의해 원전(10)의 여러 계통들과 연결된다. 피동잔열제거계통(120)과 피동격납건물냉각계통(130)은 상기 여러 계통들에 속하는 것으로, 종래에는 서로 다른 계통으로 구분되었다.

그러나, 원전(10)의 사고 발생시 원전(10)으로부터 제거해야 하는 열은 사고 발생 직전의 원전(10)의 현열 및 사고 이후 노심에서 발생하는 잔열이며, 냉각재상실사고가 발생하는 경우에도 원자로(11)에서 격납건물(110)로 방출되는 열과 원자로(11)에 잔류하는 열의 총합은 상기 현열 및 잔열로 동일하다. 따라서, 원전(10)의 현열 및 잔열의 열침원 역할을 수행하는 비상냉각탱크(122) 등의 설비를 통합하여 구성하면 열을 제거하는 기능의 성능 저하는 유발하지 않으면서도 설계를 단순화하고 용량을 최적화할 수 있다. 본 발명은 이러한 점에 착안하여 피동잔열제거계통(120)과 피동격납건물냉각계통(130)의 설비를 통합하여 피동안전설비(100)를 구성한 것이다.

피동안전설비(100)는 원전(10)에서 냉각재상실사고 등과 같은 사고가 발생하는 경우 작동하여 원전(10)의 열을 제거하고 압력을 낮춰 안전성을 확보하기 위한 설비로, 격납건물(110), 피동잔열제거계통(120) 및 피동격납건물냉각계통(130)을 포함한다.

격납건물(110)은 방사능 물질의 유출을 방지하도록 원자로(11)의 외부에 설치된다. 원자로(11)와 연결된 배관(11b)에서 파단 등과 같은 사고가 발생하면 사고 발생지점을 통해 방사능이 외부로 유출될 우려가 있다. 격납건물(110)은 원자로(11)의 외부에 설치되고 대기와 원자로(11) 사이를 차단시켜, 원전(10)에서 사고가 발생하는 경우에도 방사능 물질이 외부로 유출되는 것을 방지한다.

피동잔열제거계통(120)은 원전(10)의 사고 발생시 원자로(11) 내부의 증기발생기(11a)에 냉각수를 순환시켜 원자로(11)의 현열 및 노심에서 발생하는 잔열을 제거하는 계통이다. 피동잔열제거계통(120)은 응축열교환기(121), 비상냉각탱크(122), 관련배관(123, 124), 밸브(123a, 123b), 오리피스(123c) 및 보충탱크(미도시)를 포함한다.

응축열교환기(121)는 격납건물(110)의 외부에 설치되며, 증기발생기(11a)를 순환하는 냉각수에 전달된 열을 비상냉각탱크(122)로 전달하여 원전(10)의 외부로 방출시킨다. 응축열교환기(121)는 중력수두(증기관(13a)을 흐르는 증기와 급수관(12a)을 흐르는 냉각수의 밀도차)에 의한 냉각수의 자연 순환을 가능하게 하도록 증기발생기(11a)보다 높은 위치에 설치된다.

응축열교환기(121)의 하부는 배관(123)에 의해 급수계통(12)의 급수관(12a)과 연결되고 상부는 또 다른 배관(1234)에 의해 터빈계통(13)의 증기관(13a)과 연결된다. 냉각수는 응축열교환기(121)-급수관(12a)-증기발생기(11a)-증기관(13a)-응축열교환기(121)를 순환하며 증기발생기(11a)에서 노심의 열을 전달받아 응축열교환기(121)에서 열교환을 통해 비상냉각탱크(122)로 내보낸다. 응축열교환기(121)의 냉각 방식은 수랭, 공랭, 수-공랭 혼합 중 하나의 방식으로 구성될 수 있으며, 구성 방식에는 제한을 두지 않는다.

응축열교환기(121)와 급수관(12a)을 연결하는 배관(123)에는 격리밸브(123a), 체크밸브(123b) 및 오리피스(123c)가 설치된다. 격리밸브(123a)는 원전의 정상 운전시 폐쇄되어 있다가 사고 발생시 냉각수가 순환될 수 있도록 관련신호에 의해 개방된다. 체크밸브(123b)는 급수관(12a)을 흐르는 급수가 응축열교환기(121) 쪽으로 역류하는 것을 방지한다. 격리밸브(123a)와 체크밸브(123b)는 단일고장에 대비하여 복수개가 병렬로 설치될 수 있다. 오리피스(123c)는 응축열교환기(121)에서 급수관(12a)으로 흐르는 냉각수에 유로 저항을 형성하여 순환하는 냉각수의 유량을 조절한다.

비상냉각탱크(122)는 격납건물(110)의 외부에 설치되며 내부에 응축열교환기(121)를 수용한다. 비상냉각탱크(122)의 내부에는 냉각수가 채워져 있고, 응축열교환기(121)에서 전달된 열을 원전(10)의 외부로 방출하는 원전(10)의 최종 열침원 역할을 수행한다. 원자로(11)의 유지 보수 등의 작업을 위한 공간을 적절히 고려하는 경우에 원자로(11)의 외부를 충수하기 위해서는 많은 냉각수가 소요되어, 원자로(11) 외부를 충수하는 방식은 저장수의 용량과 유지 보수 공간에 크게 제약을 받게 된다. 비상냉각탱크(122)의 용량 또한 무제한일 수 없고 원전(10)의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 최적의 용량으로 설계된다.

피동격납건물냉각계통(130)은 원전(10)의 사고 발생시 격납건물(110)의 압력 상승을 억제하여 방사능 물질이 격납건물(110)의 외부로 방출되는 것을 방지한다. 피동격납건물냉각계통(130)은 냉각열교환기(131), 관련배관(132, 133) 및 밸브(132a, 132b, 133a)를 포함하며, 냉각열교환기(131)는 상부와 하부가 각각 배관(132, 133)에 의해 비상냉각탱크(122)와 연결되어 있다.

비상냉각탱크(122)의 내부에 채워진 냉각수는 중력수두(단상 또는 이상 유체의 밀도차)에 의해 자연 순환되며, 냉각열교환기(131)의 하부에 연결된 배관(133)을 통해 냉각열교환기(131)로 유입된다. 냉각수는 냉각열교환기(131)를 통과하는 동안 격납건물(110) 내부로 방출된 증기와 열교환하여 격납건물(110) 내부의 증기를 냉각 및 응축시키고, 격납건물(110)의 압력을 낮춘다. 증기로부터 열을 전달받은 냉각수는 냉각열교환기(131)의 상부와 비상냉각탱크(122)를 연결하는 배관(132)을 통해 다시 비상냉각탱크(122)로 유입되고, 원전(10)의 최종 열침원인 비상냉각탱크(122)를 통해 외부로 열을 방출한다.

냉각열교환기(131)의 상하부와 비상냉각탱크(122)를 연결하는 배관(132, 133)에는 각각 격리밸브(132a, 133a)가 설치될 수 있다. 격리밸브(132a)는 개방된 상태를 유지하며, 유지 보수 또는 사고시 격리가 필요한 경우에 폐쇄된다. 냉각열교환기(131)의 하부 또는 상부와 비상냉각탱크(122)를 연결하는 배관(132, 133)에는 체크밸브(132b)가 설치될 수 있다. 체크밸브(133b)는 목적한 바와 달리 냉각수의 역류에 의해 비상냉각탱크(122)로부터 격납건물(110)로 열이 유입되는 것을 방지한다.

앞서 설명한 바와 같이 원전(10)의 사고 발생시 원자로(11)에서 격납건물(110)로 방출되는 열과 원자로(11)에 잔류하는 열의 총합은 원전(10)으로부터 제거해야 하는 현열 및 잔열과 동일하다. 따라서 피동격납건물냉각계통(130)이 별도의 비상냉각탱크(122)를 구비하지 않고, 원전(10)의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 용량으로 설계된 피동잔열제거계통(120)의 비상냉각탱크(122)를 통해 열을 외부로 방출하더라도 비상냉각탱크(122)의 열제거 용량의 한계를 초과하지 않는다. 이에 따라 비상냉각탱크(122)는 원자로(11)에 잔류하는 현열과 잔열 뿐만 아니라 격납건물(110)로 방출되는 열을 동시에 흡수하여 외부로 방출할 수 있다. 따라서 비상냉각탱크(122)는, 피동잔열제거계통(120)을 통해 전달된 열과 피동격납건물냉각계통(130)을 통해 전달된 열을 원전(10)의 외부로 방출하는 최종 열침원이다.

피동안전설비(100)는 냉각열교환기(131)에서 증기가 응축된 응축수를 다시 원자로(11)의 냉각수 주입에 이용하도록 형성되는 집수탱크(140), 상기 집수탱크(140)와 연결되는 배관(141), 상기 배관(141)에 설치되는 오리피스(141a) 및 밸브(141b, 141c)를 더 포함한다.

냉각열교환기(131)의 표면에는 격납건물(110)의 증기가 응축된 응축수가 맺히게 되고, 응축수의 양이 증가하면 중력에 의해 낙하하게 된다. 집수탱크(140)는 상부가 개방된 채로 냉각열교환기(131)의 하부에 설치되며, 낙하하는 응축수는 집수탱크(140)에 집수된다. 그리고, 필요에 따라 응축수를 집수탱크(140)로 안내하기 위한 안내구조물(미도시)이 격납건물(110)의 내부에 추가로 설치될 수 있다.

집수탱크(140)는 냉각수를 주입하는 피동안전주입계통(14)의 안전주입배관(14b)과 연결된다. 집수탱크(140)의 상부는 개방되어 있으므로 집수탱크(140)와 격납건물(110)은 압력평형을 유지하며, 원자로(11)와 격납건물(110) 내부의 압력이 유사 평형상태에 도달하면 상기 안전주입배관(14b)을 통해 원자로(11)로 응축수를 주입한다. 유사 평형이란 원자로(11)와 격납건물의 압력이 완벽하게 평형 상태는 아니나 안전주입이 가능할 정도로 압력이 평형 상태에 충분히 근접한 상태이다. 격납건물(110)로 방출된 증기는 냉각열교환기(131), 집수탱크(140)를 거쳐 다시 원자로(11)로 주입되므로, 냉각수를 지속적으로 순환시킬 수 있어 장기간 안전주입이 가능하다.

집수탱크(140)와 안전주입배관(14b)을 연결하는 배관(141)에는 오리피스(141a)가 설치되어 안전주입되는 응축수의 유량을 조절한다. 안전주입배관(14b)에는 격리밸브(141b)와 체크밸브(141c)가 설치된다. 격리밸브(141b)는 관련신호에 의해 개방되고, 체크밸브(141c)는 원자로(11)로부터 집수탱크(140)로 냉각수가 역류하는 것을 방지한다.

집수탱크(140), 배관(141), 오리피스(141a) 및 밸브(141b, 141c)는 원전의 사고 발생시 안전성 확보를 위한 피동안전설비(100)로써, 원전의 냉각수를 주입하는 피동안전주입계통(14)으로 구분할 수도 있다. 피동안전주입계통(14)은 가압식 또는 중력수두 방식의 설비가 사용될 수 있다.

배수관(142)는 일단이 집수탱크(140)의 적어도 일부를 관통하여 집수탱크(140) 내부의 기설정된 높이까지 연장된다. 배수관(142)의 타단은 격납건물(110) 내부에 설치되는 재장전수조(16)를 향해 연장되며 배수관(142)의 기설정된 높이를 초과하여 응축된 응축수는 배수관(142)을 통해 재장전수조(16)로 방출된다. 재장전수조(16)로 방출된 응축수는 원전(10)의 중대사고 등에 대비한 재장전수조(16)의 순환 유량을 확보할 수 있도록 한다.

재장전수조(16)는 원자로(11)를 감싸도록 격납건물(110)의 내부에 형성될 수 있다. 재장전수조(16)는 반드시 격납건물(110) 하부에 설치되어야 하는 것은 아니고, 집수탱크(140)의 초과 유량 수용을 위해 집수탱크(140)보다 낮은 위치에 설치되기만 하면 높이에 제한이 없다. 또한, 선택에 따라 재장전수조(16)가 집수탱크(140)의 높이에 설치되어 집수탱크(140)의 기능을 대신할 수도 있다.

연결배관(16a)은 재장전수조(16)와 원자로(11)의 사이의 공간을 연결하고, 연결배관(16a)에는 재장전수조(16)에 채워진 응축수를 상기 사이의 공간으로 주입시키도록 관련신호에 의해 개방되는 격리밸브(16b)가 설치될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 피동격납건물냉각계통(130)의 냉각열교환기(131)를 나타내는 개념도이다.

냉각열교환기(131)는 상부와 하부가 각각 피동잔열제거계통(120)의 비상냉각탱크(122)와 연결되어 있으며, 케이싱(131a), 헤더(131a, 131a'), 튜브(131b) 및 케이싱(131c)을 포함한다.

헤더(131a, 131a')는 냉각열교환기(131)와 비상냉각탱크(122)를 연결하는 배관(132, 133)의 각 단부에 연결된다. 배관(132)을 통해 유입된 냉각수는 헤더(131a)를 통과해 튜브(131b)로 들어간다. 튜브(131b)에서 냉각수와 격납건물(110)의 증기 사이에 열교환이 일어나고, 케이싱(131c)의 표면에는 증기가 응축된 응축수가 맺히게 된다. 튜브(131b)에서 열교환에 의해 증기로부터 열을 전달받은 냉각수는 다시 헤더(131a') 및 배관(133)을 거쳐 비상냉각탱크(122)로 들어가는 순환을 반복하면서 격납건물의 압력을 낮춘다. 비상냉각탱크(122)로 유입된 냉각수는 비상냉각탱크(122)에서 외부로 열을 방출한다.

도 3은 도 1에 도시된 피동잔열제거계통(120)의 수-공랭식 응축열교환기(122) 및 비상냉각탱크(122)를 나타내는 개념도이다.

응축열교환기(121)의 구성은 수랭, 공랭, 수-공랭식이 가능하며 도 3에 나타낸 것은 수-공랭식을 예시로 나타낸 것이다. 급수관(12a)과 연결된 배관(123)을 통해 급수관(12a)으로 유입된 냉각수는 증기발생기(11a)에서 노심(11d)의 열을 전달받고 증기관(13a)과 연결된 배관(124)을 통해 다시 비상냉각탱크(122) 내의 응축열교환기(121)로 유입된다.

응축열교환기(121)로 유입된 증기 상태의 냉각수는 공랭식(121a)으로 먼저 냉각이 이루어지고 공기중에 전달된 열은 응축열교환기(121)의 상부로 배출된다. 이어서 비상냉각탱크(122) 내의 냉각수와 열교환하여 열을 배출하는 수랭식(121b) 냉각이 이루어지고, 열을 배출한 냉각수는 다시 증기발생기(11a)로 순환한다. 원자로(11)의 잔열이 크게 감소하는 사고 후반부에 비상냉각탱크(122)의 냉각수가 고갈되면, 응축열교환기(121)는 공랭식으로 전환되어 열을 제거하게 된다.

도 1에 도시된 냉각열교환기(131)도 응축열교환기(121)와 유사한 원리로 작동될 수 있다. 냉각열교환기(131)가 격납건물(110)의 내부에 설치되는 경우 냉각열교환기(131)로 유입된 공기에 의해 증기의 냉각이 이루어지고, 냉각열교환기(131)가 격납건물(110)의 외부에 설치되는 경우 공기에 의해 튜브의 냉각이 이루어진다. 그리고, 냉각열교환기(131)가 격납건물(110)의 내부와 외부에 각각 설치되는 경우 도 3에 도시된 응축열교환기(121)와 같은 방식으로 냉각이 이루어진다.

도 4는 도 1에 도시된 피동안전주입계통(14)의 구성 설비를 나타내는 개념도이다.

피동안전주입계통(14)의 구성은 원전(10)의 요구 특성에 따라 달라질 수 있으며, 도 4에 나타낸 것은 예시이다.

피동안전주입계통(14)은 상대적으로 중저압에서 냉각수의 안전주입이 이루어지는 안전주입탱크(1) 및 상대적으로 고압에서 안전주입이 이루어지는 노심보충탱크(2)를 포함할 수 있다.

안전주입탱크(1)와 노심보충탱크(2)는 원자로(11)로 냉각수 주입이 가능하도록 안전주입배관(14b)에 연결되며, 탱크(1, 2)와 안전주입배관을 연결하는 배관에는 격리밸브(2a), 체크밸브(1a, 2b), 오리피스(1b, 2c)가 설치될 수 있다.

안전주입탱크(1)는 중력수두에 의한 냉각수 주입이 가능하도록 압력평형관(3)에 의해 원자로(11)와 연결되어 있다. 또한, 필요에 따라 원자로(11)의 압력을 감압하는 감압배관(4)이 원자로의 상부에 연결되며, 감압배관에는 격리밸브(4a)가 설치되어 원자로의 압력 감소가 요구되는 경우 개방된다.

도 5는 도 1에 도시된 원전(10)의 정상운전상태를 나타내는 개념도이다.

원전(10)의 정상운전시 피동잔열제거계통(120)과 피동안전주입계통(130)은 작동하지 않는다. 급수계통(12)에서 급수관(12a)을 통해 증기발생기(11a)로 급수가 공급되고, 급수는 증기발생기(11a)에서 전달되는 열에 의해 가열되어 증기가 된다. 증기는 다시 증기관(13a)을 통해 터빈계통(13)으로 공급된다. 급수관(12a)과 증기관(13a)에 설치된 격리밸브(12b, 13b)들은 모두 개방된 상태이다.

또한, 원자로(11)와 연결된 배관(11b)의 격리밸브(11c)들도 사고에 의해 관련신호가 전달되기 전까지는 개방된 상태를 유지한다. 다만, 피동격납건물냉각계통(130)의 배관(132)에 설치된 밸브(132a, 132b, 133a)들은 피동격납건물냉각계통(130)의 유지 보수나 사고시 격리가 요수되는 경우에 폐쇄되고 그 이외에는 개방되어 있다.

도 6은 도 1에 도시된 원전(10)의 사고 발생시 밸브들의 개폐 상태를 나타내는 개념도이다.

피동안전설비(100) 외에 원자로(11)와 다른 계통을 연결하는 배관(11b)에 설치된 격리밸브(11c)는 폐쇄되고, 급수관(12a)과 증기관(13a)에 설치된 격리밸브들(12b, 13b)도 폐쇄된다.

원전(10)의 사고 발생시 원전(10)의 안전성을 확보하기 위한 계통들의 밸브들은 개방된다. 냉각재상실사고가 발생하는 경우 피동잔열제거계통(120)의 응축열교환기(121)와 급수관(12a)을 연결하는 배관(123)에 설치된 격리밸브(123a)는 개방되고, 피동안전주입계통(14)의 안전주입배관(14b)에 설치된 격리밸브(141b)들도 개방되어 피동안전설비(100)들이 작동한다.

도 7은 사고 발생 후 피동잔열제거계통(120)이 작동하기 전의 원전(10)을 나타내는 개념도이다.

원전(10)에서 배관파단 등에 의한 냉각재상실사고가 발생하더라도 피동잔열제거계통(120)이 작동하기 까지는 시간 지연이 발생한다. 원전(10)의 압력 또는 온도 조건이 기설정된 조건에 부합하는 상태가 되면 사고가 발생한 것으로 판단하여 관련신호에 따라 격리밸브(123a)를 개방시켜 피동잔열제거계통(120)이 작동을 시작한다.

도 7에 도시된 것은 사고 발생 후 관련신호에 의해 피동잔열제거계통(120)의 격리밸브(123a)가 개방되기 전의 상태를 나타낸 것으로, 원자로(11)에 연결된 배관(11b)에서 파단 사고가 발생하면 사고 지점을 통해 고온 및 고압의 증기가 격납건물(110)로 방출되기 시작한다.

피동잔열제거계통(120)은 격리밸브(123a)가 개방되어야 작동을 시작하는 것과 달리, 피동격납건물냉각계통(130)의 격리밸브(132a, 133a)는 유지 보수 또는 사고시 격리가 요구되는 경우를 제외하고는 개방된 상태를 유지하므로 격납건물(110)로 증기가 방출되어 격납건물(110)의 온도 및 압력이 상승하게 되면 관련신호와 무관하게 즉시 작동을 시작한다.

격납건물(110) 내부로 방출된 고온 및 고압의 증기는 냉각열교환기(131) 내부의 냉각수에 열을 전달하고 응축된다. 냉각열교환기(131)는 증기로부터 열을 전달받아 응축시킴으로써 격납건물(110)의 압력 상승을 억제한다. 냉각열교환기(131)의 표면에는 증기가 응축된 응축수가 맺히게 되고, 응축수의 양이 많아지면 아래 방향으로 낙하하여 집수탱크(140)에 집수된다.

냉각열교환기(131)의 내부를 흐르는 냉각수는 중력수두에 의해 자연 순환되므로 격납건물(110)에 고온 및 고압의 증기가 방출되는 한, 피동격납건물냉각계통(130)은 작동을 계속하게 된다. 냉각열교환기(131) 내부의 냉각수는 격납건물(110)의 증기로부터 열을 전달받아 격납 건물 외부에 설치된 비상냉각탱크(122)를 통해 열을 원전(10)의 외부로 배출한다.

도 8은 도 7에 이어 피동잔열제거계통(120), 피동격납건물냉각계통(130) 및 피동안전주입계통(14)이 모두 작동하는 원전(10)을 나타내는 개념도이다.

원전(10)의 압력 또는 온도 조건이 기설정된 값 이상으로 증가하면 관련신호에 의해 피동잔열제거계통(120)과 피동안전주입계통(130)의 격리밸브(123a, 141b)가 개방되고, 작동을 시작한다.

냉각수는 응축열교환기(121)와 증기발생기(11a)를 순환하면서 증기발생기(11a)에서 원전(10)의 현열 및 잔열을 전달받는다. 냉각수에 전달된 열을 응축열교환기(121)에서 비상냉각탱크(122)를 통해 외부로 배출된다.

피동잔열제거계통(120)이 작동하는 동안 피동격납건물냉각계통(130)도 지속적으로 작동되며, 비상냉각탱크(122)를 통해 열을 배출한다. 피동잔열제거계통(120)은 냉각재상실사고 뿐만 아니라 비냉각재상실사고 시에도 작동하는 안전계통으로, 비상냉각탱크(122)는 사고 발생 직전 원전(10)의 현열 및 사고 이후 노심에서 발생하는 잔열을 제거하기에 적합한 용량으로 설계되므로, 피동잔열제거계통(120)과 피동격납건물냉각계통(130) 모두로부터 열을 전달받더라도 설계된 용량의 한계를 초과하지 않는다.

피동격납건물냉각계통(130)의 작동에 의해 집수탱크(140)에 집수된 응축수는, 다른 피동안전주입계통(14)과 마찬가지로 원자로(11)에 안전주입된다. 응축수는, 안전주입배관(14b)에 설치된 격리밸브(141b)가 개방되고 원자로(11)와 격납건물(110)의 압력이 유사평형을 형성하면 중력수두에 의해 원자로(11)로 안전주입된다.

원자로(11)와 격납건물(110)의 압력이 유사평형을 형성하여 격리밸브(141b)가 개방되는 시점은 냉각재상실사고가 발생한 후 상당시간(약 72시간 전후)가 흐른 시점이다. 집수탱크(140)와 원자로(11)의 수두차가 원자로(11)와 격납건물(110) 내부의 압력차보다 커지면 집수탱크(140) 하부와 안전주입배관(14b)을 연결하는 배관(141)에 설치된 체크밸브(141c)가 개방되어 중력수두에 의한 안전주입이 장기간 수행된다.

도 9는 도 8에 이어 장기냉각되는 원전(10)을 나타내는 개념도이다.

피동잔열제거계통(120), 피동격납건물냉각계통(130) 및 피동안전주입계통(14) 모두 지속적으로 작동된다. 연결밸브(16a)에 설치된 격리밸브(16b)가 개방되고 재장전수조(16)에 채워져 있던 냉각수가 원자로(11)의 하부 공동으로 유입되어 원자로(11) 외벽을 냉각한다. 재장전수조(16)에는 집수탱크(140)에 집수된 응축수의 초과유량이 배수관(142)을 통해 유입되며, 설계기준초과사고에 대비한 원자로(11)의 외벽 냉각을 위한 냉각수의 장기순환 등에 이용된다.

피동잔열제거계통(120)은 증발-응축 열전달 현상을 이용하도록 설계되므로 증기발생기(11a)에서 증기가 발생하지 않으면 잔열제거 성능이 급격히 감소한다. 피동안전계통만 작동하는 경우 원전(10)의 잔열이 극단적으로 감소할 때까지(수십일 이상)는 원자로(11)의 내부와 외부의 온도는 100℃(대기압인 경우) 이하로 감소하지 않는다. 이에 따라 원자로(11)의 내부와 외부에서 증기가 발생하고 이 증기의 대부분은 피동격납건물냉각계통(130)의 냉각열교환기(131)에서 응축되어 원자로(11)로 순환되는 운전이 장기간 지속될 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비(200) 및 이를 구비하는 원전(20)을 나타내는 개념도이다.

냉각열교환기(231)는 격납건물(210)의 내부에 설치되는 것이 아니라, 비상냉각탱크(222)의 내부에 설치되고 상부와 하부가 배관(232, 233)에 의해 격납건물(210)과 연결된다. 격납건물(210)로 방출된 고온 및 고압의 증기는, 냉각열교환기(231)의 상부와 격납건물(210)을 연결하는 배관(233)을 통해 냉각열교환기(231)로 유입된다. 냉각열교환기(231)는 증기로부터 전달받은 열을 비상냉각탱크(222)를 통해 외부로 배출한다.

증기는 냉각열교환기(231)에서 냉각 및 응축되고, 냉각열교환기(231) 하부에 연결된 배관(232)을 통해 격납건물(210) 내부에 설치된 집수탱크(240)에 집수된다. 그리고, 집수탱크(240)에 집수된 응축수는 원자로(21)와 격납건물(210)의 압력이 유사평형을 형성하면 중력수두에 의해 안전주입배관(24b)을 타고 원자로(21)로 주입되며, 장기간 피동안전주입에 이용된다.

도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비(300) 및 이를 구비하는 원전(30)을 나타내는 개념도이다.

냉각열교환기(331)는 격납건물(310)의 내부에 설치되는 제1냉각열교환기(331')와 비상냉각탱크(322)의 내부에 설치되는 제2냉각열교환기(331")를 포함한다. 제1냉각열교환기(331')와 제2냉각열교환기(331")는 냉각수를 순환시켜 격납건물(310) 내부의 증기를 냉각 및 응축시키고 격납건물(310)의 압력을 낮춘다.

제1냉각열교환기(331')와 제2냉각열교환기(331") 사이에는 비상냉각탱크(322)의 냉각수 및 격납건물(310)의 증기와 독립적으로 냉각수가 순환하므로, 제1열교환기(331')와 제2열교환기(331")를 연결하는 배관(332, 333)이 파단 되더라도 순환하던 냉각수만 외부로 유출될 뿐 방사능 물질이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

제1열교환기(331')와 제2열교환기(331")를 연결하는 배관(332, 333)에는 보충수를 공급하여 순환유량을 유지하고, 계통의 압력변동을 수용하기 위한 저압(대기압 수준) 가압기 형태의 보충탱크(미도시)가 설치될 수 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비(400) 및 이를 구비하는 원전(40)을 나타내는 개념도이다.

피동안전설비(400)는 냉각수의 순환에 필요한 보충수를 공급하는 보충수 펌프(425)를 포함한다. 보충수 펌프(425)는 피동잔열제거계통(420)과 피동격납건물냉각계통(430)에 연결된다. 비상냉각탱크(422)의 내부까지 연장되는 보충수 배관(426)에 의해 비상냉각탱크(422)와 연결되고, 피동잔열제거계통(420)과 피동격납건물냉각계통(430)에서 보충수가 필요한 경우 격리밸브(427)가 개방되어 보충수를 공급한다.

도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관련된 피동안전설비(500) 및 이를 구비하는 원전(50)을 나타내는 개념도이다.

원전(50)은 격납건물(510)의 내부에 설치되는 감압계통(57)을 포함한다. 격납건물(510)의 내부로 방출된 증기는 피동격납건물냉각계통(530)에서 냉각 및 응축될 뿐만 아니라 감압계통(57)으로 유입되어 응축된다. 감압계통(57)은 피동격납건물냉각계통(530)과 함께 격납건물(510)의 압력 상승을 억제한다.

도 14는 원전의 사고 발생시 시간 경과에 따른 격납건물 내부의 압력변화를 나타내는 그래프이다.

원전에서 배관파단 등의 냉각재상실사고가 발생하면 관련계통의 신호 발생과 관련없이 피동격납건물냉각계통(PCCS)의 냉각열교환기가 작동하여 격납건물의 열을 제거하고 감압하는 기능을 한다.

격납건물 내부의 압력은 사고 발생 후 첨두압력에 도달하기 전까지 지속적으로 상승하며, 관련신호에 의해 피동잔열제거계통(PRHRS)이 작동하여 압력상승을 완화시킨다.

격납건물의 허용 안전기준은 사고 발생 후 24시간 이내에 첨두압력의 1/2 이하로 감소되어야 하며, 첨두압력은 도시된 그래프에 나타난 것처럼 격납건물의 허용 안전 기준 압력 이하여야 한다. 피동격납건물냉각계통이 작동하지 않는 경우와 피동격납건물냉각계통이 작동하는 경우를 비교하면, 작동하는 경우에 허용 안전 기준을 만족하는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 설명된 피동안전설비 및 이를 구비하는 원전는 상기 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 : 원전 11 : 원자로
100 : 피동안전설비 110 : 격납건물
120 : 피동잔열제거계통 122 : 비상냉각탱크
130 : 피동격납건물냉각계통

Claims (17)

1. 방사능 물질의 유출을 방지하도록 원자로의 외부에 설치되는 격납건물;
   사고 발생시 상기 원자로 내부의 증기발생기로 냉각수를 순환시켜 원전의 현열 및 잔열을 제거하고, 제거된 열을 상기 격납건물 외부에 설치되는 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동잔열제거계통; 및
   사고 발생시 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하도록 상기 격납건물로 방출되는 증기를 냉각 및 응축시키는 냉각열교환기를 구비하고, 원전의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 용량으로 설계된 상기 비상냉각탱크를 추가적인 용량의 증가 없이 상기 피동잔열제거계통과 공유하도록 상기 냉각열교환기로 전달된 열을 상기 비상냉각탱크를 통해 배출하는 피동격납건물냉각계통을 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각열교환기는 상기 격납건물의 내부에 설치되고, 상기 비상냉각탱크의 내부에 채워진 냉각수를 순환시켜 상기 격납건물을 냉각하도록 상부와 하부가 각각 배관에 의해 상기 비상냉각탱크와 연결되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
3. 제2항에 있어서,
   상기 냉각열교환기의 표면에 응축되어 낙하하는 응축수를 집수하도록 상기 냉각열교환기의 하부에 설치되고, 상기 원자로와 상기 격납건물의 압력이 유사평형을 형성시 집수된 응축수를 중력수두에 의해 상기 원자로로 주입하도록 하부가 상기 원자로와 통하는 안전주입배관에 연결되는 집수탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
4. 제1항에 있어서,
   상기 냉각열교환기는 상기 비상냉각탱크의 내부에 설치되고, 상기 격납건물로 방출된 증기를 통과시켜 상기 비상냉각탱크 내부의 냉각수에 의해 냉각되도록 상부와 하부가 각각 배관에 의해 상기 격납건물과 연결되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
5. 제4항에 있어서,
   상기 냉각열교환기를 통과하여 응축된 응축수를 집수하도록 상기 냉각열교환기의 하부에서 상기 격납건물의 내부까지 연장된 배관의 단부에 설치되고, 상기 원전와 상기 격납건물의 압력이 유사평형을 형성시 집수된 응축수를 중력수두에 의해 상기 원자로로 주입하도록 하부가 상기 원자로와 통하는 안전주입배관에 연결되는 집수탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
6. 제1항에 있어서,
   상기 냉각열교환기는,
   상기 격납건물의 내부에 설치되는 제1냉각열교환기; 및
   상기 비상냉각탱크의 내부에 설치되고, 냉각수를 순환시키도록 상부와 하부가 각각 배관에 의해 상기 제1냉각열교환기의 상부와 하부에 연결되는 제2열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1냉각열교환기의 표면에 응축되어 낙하하는 응축수를 집수하도록 상기 제1냉각열교환기의 하부에 설치되고, 상기 원자로와 상기 격납건물의 압력이 유사평형을 형성시 집수된 응축수를 중력수두에 의해 상기 원자로로 주입하도록 하부가 상기 원자로와 통하는 안전주입배관에 연결되는 집수탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
8. 제2항, 제4항 또는 제6항에 있어서,
   상기 냉각열교환기의 하부 또는 상부에 연결되는 배관에 설치되어 유체의 역류를 방지하는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
9. 제3항, 제5항 또는 제7항에 있어서,
   상기 집수탱크와 상기 안전주입배관을 연결하는 배관에는 기설정된 유량으로 응축수를 주입하는 것이 가능하도록 유로저항을 형성하는 오리피스가 설치되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
10. 제3항, 제5항 또는 제7항에 있어서,
    상기 집수탱크에 집수된 응축수의 초과 집수 유량을 상기 격납건물 내에 설치되는 재장전수조로 방출하도록, 일단은 상기 집수탱크의 적어도 일부를 관통하여 기설정된 높이까지 연장되고 타단은 상기 재장전수조를 향해 연장되는 배수관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
11. 제10항에 있어서,
    상기 재장전수조는 상기 격납건물의 내부에 상기 원자로를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
12. 제11항에 있어서,
    상기 재장전수조와 상기 원자로 사이의 공간으로 통하는 연결배관을 더 포함하고,
    상기 연결배관에는 상기 재장전수조에 채워진 응축수를 상기 사이의 공간으로 주입시키도록 관련신호에 의해 개방되는 격리밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
13. 제10항에 있어서,
    상기 재장전수조는 상기 집수탱크의 집수 및 안전주입 기능을 수행하도록 상기 원자로 내부의 노심보다 높은 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
14. 제3항, 제5항 또는 제7항에 있어서,
    상기 비상냉각탱크의 내부까지 연장되는 보충수 배관에 의해 상기 비상냉각탱크에 연결되어 냉각수의 순환에 필요한 보충수를 공급하는 보충수 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전설비.
15. 사고 발생시 중력수두 또는 가스가압에 의해 원자로로 냉각수를 주입하도록 형성되는 피동안전주입계통; 및
    열교환 방식을 통해 상기 원자로의 열을 제거함과 아울러 상기 원자로 외부의 압력 및 온도 상승을 억제하는 피동안전설비를 포함하고,
    상기 피동안전설비는,
    방사능 물질의 유출을 방지하도록 원자로의 외부에 설치되는 격납건물;
    사고 발생시 냉각수를 순환시켜 원전의 현열 및 잔열을 제거하고, 제거된 열을 상기 격납건물 외부에 설치되는 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동잔열제거계통; 및
    사고 발생시 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하도록 상기 격납건물로 방출되는 증기를 냉각 및 응축시키는 냉각열교환기를 구비하고, 원전의 현열 및 잔열을 제거하는 것이 가능한 용량으로 설계된 상기 비상냉각탱크를 공유하도록 상기 냉각열교환기에 전달된 열을 상기 피동잔열제거계통의 비상냉각탱크를 통해 방출하는 피동격납건물냉각계통을 포함하는 것을 특징으로 하는 원전.
16. 제15항에 있어서,
    상기 피동격납건물냉각계통은 상기 격납건물의 증기를 응축시켜 집수된 응축수를 상기 피동안전주입계통의 냉각수로 이용하도록 상기 피동안전주입계통의 안전주입배관과 연결되는 것을 특징으로 하는 원전.
17. 제15항에 있어서,
    상기 격납건물의 내부에 설치되고, 상기 격납건물로 방출된 증기가 유입되도록 형성되어 상기 격납건물의 압력 상승을 억제하는 감압계통을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원전.

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