KR20200089709A - 원자로 격납 건물 사용후 연료 저장조 여과 배기체 - Google Patents
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Abstract
상업적 원자력 발전소의 사용후 연료 저장조 및 사용후 연료 저장조 냉각 시스템의 사용을 용이하게 하여 용기 과압 및 방사능 방출을 방지하는 원자로 격납 용기/건물 내로부터의 오염된 공기 및 증기를 여과 및 냉각하는, 전용 배관, 밸브, 제어 시스템 및 화학 물질 주입 시스템을 포함하는 원자로 격납체 대기 여과기이다.
Description
본 발명은 일반적으로 원자로 격납 시스템, 특히, 유해 오염물질의 방출 없이 격납체 내 압력 축적(pressure buildup)을 안전하게 감소시키기 위한 원자로 격납체 배기 여과 시스템에 관한 것이다.
많은 관할 구역에서, 원자력 발전소는, 사고가 난 경우에도, 방사능 물질과 불활성 가스의 배출을 방지하거나 최소화하기 위한 기구가 제공되는 것을 보장하도록 설계되어야 한다. 방사능 방출에 대비하여 보호하기 위해, 원자로 시스템은 전형적으로 강철 및 철근 콘크리트로 구성되는 1차 격납 구조 내에 수용된다. 1차 격납 용기는 다양한 가상 사고 시나리오로부터 초래될 수 있는 큰 압력을 견딜 수 있도록 설계된다. 그러나, 시나리오가 충분히 심각하다고 가정할 경우, 격납 용기 자체는 서서히 증가하는 압력으로 파손될 수 있다. 이러한 사건의 가능성은 매우 작다고 여겨지지만, 이러한 사건으로 인한 방사능 방출에 주위 집단이 노출되는 것과 관련된 건강상의 위험은, 많은 사람들이 제어된 방식으로 격납체를 배기하고 방사능의 방출을 최소화하기 위해 가스를 여과하는 기구가 제공되어야 한다는 생각을 가지게 하였다. 즉, 격납 용기를 위한 압력 방출 장치 및 격납체에 의해 방출될 수 있는 임의의 가스를 이들이 대기로 방출되기 전에 여과하기 위한 기구를 제공하는 것이 바람직하다.
1986년 우크라이나 체르노빌, 그리고 더 최근의 2011년 일본 후쿠시마 다이치에서의 원전 사고는, 긴 붕괴 시간을 갖는 핵분열 생성물 방출의 결과를 명확하게 보여준다. 이러한 사고의 결과로서, 많은 국가의 정부는 원자력 발전소가 방사능 오염으로 인한 손상으로부터 사람 및 주위 지역을 보호하도록 여과 격납 배기 시스템을 설치해야 한다고 결정하였다.
과거에, 리치(Leach)에게 허여되고 본 발명의 양수인에게 양도된, 미국 특허 번호 제4,610,840호에 설명된 것과 같은, 많은 여과 시스템이 제안되었다. 리치(Leach)는 원자로를 위한 핵분열 생성물 세정 시스템을 개시한다. 구체적으로, 격납체와 유체 연통하는 제2 격실은 물로 부분적으로 채워진다. 큰 압력 증가의 경우에, 2차 격실로부터 나오는 배기 배관(vent pipe) 내에 배치된 파열판이 터져 압력을 경감시킨다. 파열판이 파괴될 때, 격납체로부터의 방사능 가스 및 증기는 물로 채워진 2차 격실을 통과하고 이후 이제 개방된 배기 배관을 통해 방출된다. 고온의 격납 가스 및 증기가 밀폐된 2차 격실 내에 저장된 물을 통과함에 따라, 핵분열 생성물의 대부분은 격납 가스로부터 세정될 것이다. 이러한 시스템은 효과적일 수 있지만, 시스템의 크기를 감소시키면서, 이러한 방출이 잠재적으로 발생할 수 있는 임의의 노출을 최소화하도록 효율성을 증가시키기 위한 개선의 여지가 여전히 있다. 본 발명의 양수인에게 양도된, 미국 특허 번호 제9,502,144호는 이러한 개선이 이루어진 여과 시스템을 설명하지만 여전히 구현을 위한 상당한 투자를 필요로 한다. 따라서, 구현을 위해 실질적으로 감축된 투자를 필요로 하는 외부 환경으로의 격납체 내 대기의 방출을 효과적으로 여과하는 여과 시스템이 요구된다.
본 발명은 원자로를 수용하고 원자로로부터 누출되는 방사선을 제한하기 위해 격납체를 갖는 원자력 발전 시설을 위한 여과 배기 시스템을 제공한다. 격납체는 격납체 내 대기 유출물의 압력이 미리 선택된 값을 초과하는 수준까지 증가되는 경우 격납체 내의 대기 압력 축적에 대한, 격납체 주위의 환경으로의 제어된 방출을 제공하기 위한 배기 출구를 가진다. 원자력 발전 시설은 또한, 격납체 외부에, 배기 출구로의 경로 상에서 또는 배기 출구부터의 방출된 오염물질을 여과하기 위한 여과 시스템을 포함하는, 관련 사용후 연료 저장수조(spent fuel storage water pool)를 갖는다. 여과 시스템은 격납체의 내부 또는 배기 출구와 사용후 연료 저장수조 사이에 연결되어, 사용후 연료 저장수조를 통해 격납체의 내부로부터 방출되는 임의의 대기 유출물을 유동적으로 연통시키기 위한 전용 배관 시스템을 포함한다. 여과 시스템은 또한 방출될 대기 유출물의 방출을 제어하기 위한 전용 배관 시스템에 연결된 하나 이상의 밸브; 및 방출될 대기 유출물의 임의의 환경적인 악영향을 실질적으로 중화시키도록 방출될 대기 유출물과의 반응을 용이하게 하기 위해 사용후 연료 저장수조 내로 화학 물질을 방출하도록 구성된 화학 물질 주입 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 하나 이상의 화학 물질 주입 시스템 및/또는 하나 이상의 밸브에 연결되고 화학 물질의 방출 및/또는 대기 유출물의 방출을 제어하도록 구성된다.
일 실시예에서 전용 배관 시스템은 사용후 연료 저장조(spent fuel pool) 물이 격납체 내로 흡인되는 것을 방지하도록 구성된 체크 밸브를 포함한다. 적절하게는, 제어 시스템은 전용 배관 시스템 내의 수동으로 작동되는, 원격 조작 밸브(들)를 포함하고, 밸브(들)는, 활성화되지 않으면, 정상 동작 조건 하에서 전용 배기 배관을 격리시키도록 구성된다. 적절하게는, 격리를 위한 이러한 구성 밸브(들)는 격납 건물의 외부에 위치될 것이고 격납 건물을 관통하는 배관의 격리를 위한 규제 요건에 따를 것이다. 수동으로 작동되는, 원격 조작 밸브(들)는 압력이 격납체 내에서 주어진 압력을 초과한 것으로 감지되면 사용후 연료 저장수조로 대기 유출물을 방출하도록 구조화된 패시브 작동 밸브와 병렬로 전용 배관 시스템 내에 구성된다.
또 다른 실시예에서 전용 배관 시스템은 스파저를 통해 사용후 연료 저장수조에 대기 유출물을 방출하는, 사용후 연료 저장수조의 하부 부분 내의 출구를 갖는다. 적절하게는, 화학 물질 주입 시스템은 사용후 연료 저장수조 내의 스파저 바로 위에 지지되는 화학 물질 주입 헤더를 통해 사용후 연료 저장수조 내로 화학 물질을 방출한다. 바람직하게는, 화학 물질 주입 헤더 및 스파저는 사용후 연료 저장수조의 내로 그리고 외부로 연료를 전달하는데 사용되는 영역 아래의 고도에서, 그리고 적절하게는, 저장수조를 통하는 방출된 유출물의 통과 시간을 최대화하기 위해 가능한 한 낮은 고도에서, 사용후 연료 저장수조 내에서 지지된다.
본 발명은 또한 원자로 격납체 내의 압력 축적을 감지하는 단계를 포함하는 이러한 여과 시스템을 조작하는 방법을 고려한다. 방법은, 격납체 내의 압력 축적이 미리 선택된 값에 도달할 때 사용후 연료 저장조를 통해서 대기 유출물의 일부를 보내고, 방출될 유출물의 임의의 환경적인 악영향을 실질적으로 중화시키도록 방출될 유출물과의 반응을 용이하게 하기 위해 사용후 연료 저장조 내로 화학 물질을 방출할 수 있다. 적절하게는, 보내는 단계 및 방출 단계가 동시에 수행되고 대기 유출물은 사용후 연료 저장조의 저부에 또는 그 부근에 지지된 스파저를 통해 사용후 연료 저장조 내의 물에 도입된다. 바람직하게는 방출 단계는 스파저 바로 위인 사용후 연료 저장조의 저부 근처의 고도에서 사용후 연료 저장조 내의 물로 화학 물질을 방출한다.
발명의 추가 이해는 첨부 도면과 함께 읽을 때 바람직한 실시예의 이하의 설명으로부터 얻을 수 있다:
도 1은 본 발명에 따른 원자로 격납 건물 사용후 연료 저장조 여과 배기체의 개략도이다.
도 1은 본 발명에 따른 원자로 격납 건물 사용후 연료 저장조 여과 배기체의 개략도이다.
본 발명은 미국 특허 번호 제9,502,144호에 설명된 것과 같은 습식 여과 배기체 여과 탱크의 추가 없이, 습식 여과 배기체 설계의 개념을 효과적으로 이용하기 위한 배관, 밸브, 제어 논리 및 화학 물질 주입 시스템의 용도 특정 설계를 포함한다. 본 발명의 일 실시예는 도 1에 예시되어 있고, 이는 원자로 격납체 및 인접한 사용후 연료 저장조 일부의 개략도를 도시하고 있다. 본 발명은 격납 용기(12)로부터 공학 스파저 설계(또는 기존 사용후 연료 저장조 냉각 시스템 스파저)(16)를 통해 플랜트의 기존 사용후 연료 저장조(14) 내로 압력 경감 배출을 유도하는 배기 배관(10)을 사용한다. 배기 배관의 격리는 플랜트 조작자에 의한 수동 작동에 의해 개방되도록 제어되는, 종래의 원격 조작 밸브(들)(18)를 통해 달성된다. 패시브 압력 경감 밸브(20)를 갖는, 대안적인 바이패스 시스템은 격리 밸브(들)(18)의 조작자 오류 또는 기계적 고장의 경우에 이용 가능하다. 바이패스 시스템은 미리 선택된 압력이 격납체 내에서 감지되는 경우, 패시브 압력 경감 장치인, 밸브(20)를 자동으로 개방한다.
오염된 에어로졸 방출은 사용후 연료 저장조 인벤토리(spent fuel pool inventory)를 통해 여과될 것이고, 이는 가스(예를 들어, 요오드, 세슘, 제논) 및 핵분열 생성물 미립자 제거를 위한 패시브 화학 물질 주입 시스템(22)을 통해 종래의 습식 여과 화학 제어로 처리될 것이다. 화학 물질은 화학 물질 주입 시스템 격리 밸브(24)의 제어된 개구를 통해 저장조로의 배기 방출(즉, 배기 격리 밸브(18 또는 20)의 개방)과 동시에 저장조 인벤토리로 방출될 것이다. 화학 물질은 화학 물질 주입 헤더(26)를 통해 스파저 출구(16) 바로 위에 주입될 것이다. 적절하게는, 화학 물질 주입 헤더 및 스파저는 사용후 연료 저장조 내에, 적절하게는 저장조 내에 가능한 한 낮게 그리고 저장조 내로 그리고 외부로의 연료 전달을 위해 필요한 조작 층 아래의 고도에서 지지된다. 화학 물질 주입 헤더(26)는 적절하게는 스파저(16) 바로 위에 그리고 그를 덮게끔 위치된다.
저장조에 방출된, 수반되는 핵분열 생성물 붕괴 열 에너지는 현재 사용후 연료 저장조 냉각 시스템에 의해 제거될 것이다. 사용후 연료 저장조 표면으로부터의 에어로졸 방출은 보통 또는, 필요한 경우, 특별 보충 사용후 연료 저장조 배기 시스템을 통해 사용후 연료 건물로부터 배기될 것이다. 사용후 연료 저장조 내의 액체 팽윤은 초과 저장조 인벤토리를 밀어내기에 충분하지 않을 것이고 이에 따라 배기체 격리 밸브의 폐쇄 후 사용후 연료를 차폐하기 위해 수용 가능한 연료 다발 잠김이 남아있다. 배기 배관 내의 체크 밸브(들)(패시브 감쇠기)(28)는 임의의 격납 용기가 진공인 동안 격납체 내로 저장조 인벤토리가 흡인되는 것을 방지할 것이고; 유사하게, 패시브 진공 차단기(32)는 격납 용기가 최대 진공 제한을 초과하는 것을 방지할 것이다.
본 발명의 특정 실시예가 상세히 설명되었으나, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 이 세부 사항에 대한 다양한 변형예 및 대안이 본 개시내용의 전체적인 교시의 관점에서 개발될 수 있는 점을 이해할 수 있다. 일례는 고유한 격납 용기 관통부의 설치를 피할 수 있고, 대안적인 실시예에서, 기존의 연료 전달 관(30) 내에 장치가 통합될 수 있다. 따라서, 개시된 특정 실시예는 단지 예시적인 것으로 의도되며 첨부된 청구항들 및 그의 임의의 및 모든 등가물의 전체 폭이 주어지는 본 발명의 범주에 제한되지 않는다.
Claims (11)
- 원자로를 수용하고 원자로로부터 누출되는 방사선을 제한하기 위한 격납체(12)를 갖는 원자력 발전 시설이며, 상기 격납체는 상기 격납체 내의 대기 유출물의 압력이 미리 선택된 값을 초과하는 수준까지 증가되는 경우에 상기 격납체 내의 대기 압력 축적에 대해, 상기 격납체 주위의 환경으로 제어된 방출을 제공하기 위한 배기 출구(10)를 갖고, 상기 원자력 발전 시설(10)은 또한, 상기 격납체 외부에, 상기 배기 출구(10)로의 경로 상에서 또는 배기 출구로부터의 방출된 오염물질을 여과하기 위한 여과 시스템(16, 26)을 포함하는 관련 사용후 연료 저장수조(14)를 갖고, 상기 여과 시스템은:
상기 격납체(12)의 내부 또는 상기 배기 출구와 상기 사용후 연료 저장수조(14) 사이에 연결되어 상기 사용후 연료 저장수조를 통해 상기 격납체의 내부로부터 방출될 임의의 대기 유출물을 유동적으로 연통시키기 위한 전용 배관 시스템;
상기 방출될 대기 유출물의 방출을 제어하기 위한 전용 배관 시스템에 연결된 하나 이상의 밸브(18, 20);
상기 방출될 대기 유출물의 임의의 환경적인 악영향을 실질적으로 중화시키도록 방출될 대기 유출물과의 반응을 용이하게 하기 위해 상기 사용후 연료 저장수조(14) 내로 화학 물질을 방출하도록 구성된 화학 물질 주입 시스템(22, 24, 26); 및
하나 이상의 화학 물질 주입 시스템 및/또는 하나 이상의 밸브(18)에 연결되고 상기 화학 물질의 방출 및/또는 상기 대기 유출물의 방출을 제어하도록 구성된 제어 시스템(24)을 포함하는, 원자력 발전 시설. - 제1항에 있어서, 상기 전용 배관 시스템은 사용후 연료 저장조 물(14)이 상기 격납체(12) 내로 흡인되는 것을 방지하도록 구성된 체크 밸브(28)를 포함하는, 원자력 발전 시설.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 전용 배관 시스템에서 수동으로 작동되는 원격 조작 밸브(18)를 포함하고, 상기 밸브는, 작동되지 않는 한, 정상 동작 조건 하에서 상기 사용후 연료 저장수조(14)로부터 상기 대기 유출물을 격리시키도록 구성되는, 원자력 발전 시설.
- 제3항에 있어서, 상기 수동으로 작동되는, 원격 조작 밸브(18)는 압력이 상기 격납체(12) 내에서 주어진 압력을 초과한 것으로 감지되면 상기 사용후 연료 저장수조(14)로 상기 대기 유출물을 방출하도록 구조화된 패시브 작동 밸브(20)와 병렬로 상기 전용 배관 시스템 내에 구성되는, 원자력 발전 시설.
- 제1항에 있어서, 상기 전용 배관 시스템은 상기 사용후 연료 저장수조(14)의 하부 부분 내에, 스파저(16)를 통해 상기 사용후 연료 저장수조에 상기 대기 유출물을 방출하는 출구(16)를 가지는, 원자력 발전 시설.
- 제5항에 있어서, 상기 화학 물질 주입 시스템(20, 24, 26)은 상기 사용후 연료 저장수조 내의 스파저(16) 바로 위에 지지되는 화학 물질 주입 헤더(26)를 통해 상기 사용후 연료 저장수조(14) 내로 상기 화학 물질을 방출하는, 원자력 발전 시설.
- 제6항에 있어서, 상기 화학 물질 주입 헤더(26) 및 스파저(16)는 상기 사용후 연료 저장수조 내로 그리고 외부로 연료를 전달하는데 사용되는 층(30) 아래의 고도에서 상기 사용후 연료 저장수조(14) 내에 지지되는, 원자력 발전 시설.
- 원자로 격납체(12) 내의 대기 유출물을 원자로 격납체 주위 대기로 방출하는 방법이며, 상기 격납체는 상기 격납체 외부에 관련 사용후 연료 저장조(14)를 갖고, 방법은:
상기 격납체 (12) 내의 압력 축적을 감지하는 단계;
상기 원자로 격납체(12) 내의 압력 축적이 미리 선택된 값에 도달할 때 상기 사용후 연료 저장조(14)를 통해서 상기 대기 유출물의 일부를 보내는 단계; 및
방출될 유출물의 임의의 환경적인 악영향을 실질적으로 중화시키도록 방출될 유출물과의 반응을 용이하게 하기 위해 상기 사용후 연료 저장조(14) 내로 화학 물질(22)을 방출하는 단계를 포함하는, 방법. - 제8항에 있어서, 상기 보내는 단계 및 상기 방출 단계를 대략 동시에 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 보내는 단계는 상기 사용후 연료 저장조의 근처 또는 저부에서 지지된 스파저(16)를 통해 상기 사용후 연료 저장조(14) 내의 물에 상기 대기 유출물을 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 방출 단계는 상기 스파저(16) 바로 위인 사용후 연료 저장조의 저부 근처의 고도에서 상기 사용후 연료 저장조(14) 내의 물로 상기 화학 물질(22)을 방출하는, 방법.
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