KR20200135006A - 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템 - Google Patents

일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템은 일체형 원자로를 격납하는 원자로 격납부 및 상기 원자로 격납부와 이웃하는 재장전수 탱크를 포함하는 격납 건물, 상기 격납 건물 외부에 위치하는 열 교환기, 상기 원자로 격납부의 내부 대기와 상기 열 교환기의 상부 사이를 연통하는 대기 유입 배관, 상기 일체형 원자로의 상부와 상기 원자로 격납부의 상기 내부 대기 사이를 연통하는 가압기 방출 배관, 상기 가압기 방출 배관과 상기 열 교환기의 하부 사이를 연통하는 불응축성 가스 배출 배관, 및 상기 열 교환기의 상기 하부와 상기 재장전수 탱크 사이를 연통하는 응축수 회수 배관을 포함한다.

Description

일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템{PASSIVE CONTAINMENT COOLING SYSTEM OF INTEGRAL REACTOR}
본 기재는 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템은 일체형 원자로를 격납하는 격납 건물의 냉각을 수행한다.
종래의 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템은 일체형 원자로를 격납하는 격납 건물 및 격납 건물 외부에 위치하여 격납 건물 내부로부터 유입된 기체를 냉각하는 열 교환기를 포함한다.
그런데, 종래의 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템은 격납 건물 내부로부터 유입된 기체 중 불응축성 가스가 열 교환기 내부에 축적되어 열 교환 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
일 실시예는, 일체형 원자로를 격납하는 격납 건물 내부로부터 열 교환기 내부로 유입된 불응축성 가스를 별도의 장치 없이 열 교환기 외부로 용이하게 배출함으로써, 열 교환 효율이 향상된 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템을 제공하고자 한다.
일 측면은 일체형 원자로를 격납하는 원자로 격납부 및 상기 원자로 격납부와 이웃하는 재장전수 탱크를 포함하는 격납 건물, 상기 격납 건물 외부에 위치하는 열 교환기, 상기 원자로 격납부의 내부 대기와 상기 열 교환기의 상부 사이를 연통하는 대기 유입 배관, 상기 일체형 원자로의 상부와 상기 원자로 격납부의 상기 내부 대기 사이를 연통하는 가압기 방출 배관, 상기 가압기 방출 배관과 상기 열 교환기의 하부 사이를 연통하는 불응축성 가스 배출 배관, 및 상기 열 교환기의 상기 하부와 상기 재장전수 탱크 사이를 연통하는 응축수 회수 배관을 포함하는 피동 격납 건물 냉각 시스템을 제공한다.
상기 열 교환기는, 상기 대기 유입 배관과 연결되는 상부 헤더, 상기 불응축성 가스 배출 배관과 연결되는 하부 헤더, 상기 상부 헤더와 상기 하부 헤더 사이를 연결하는 열 교환기 튜브, 및 상기 하부 헤더 내부에 위치하며, 상기 불응축성 가스 배출 배관의 일 단부 상측을 커버하는 불응축성 가스 분리판을 포함할 수 있다.
상기 불응축성 가스 분리판은 상기 열 교환기 튜브 방향으로 볼록한 반원 형상의 종단면을 가질 수 있다.
상기 불응축성 가스 배출 배관의 타 단부는 상기 가압기 방출 배관의 내부로 삽입되어 상기 가압기 방출 배관의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장되며, 상기 불응축성 가스 배출 배관의 상기 타 단부의 직경은 상기 연장 방향을 따라 점진적으로 작아질 수 있다.
상기 가압기 방출 배관에 연결된 방출 배관 밸브, 및 상기 열 교환기 및 상기 방출 배관 밸브와 연결되며, 상기 열 교환기 내부의 불응축성 가스의 농도에 따라 상기 방출 배관 밸브를 개폐하는 밸브 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 일체형 원자로는, 노심, 상기 노심과 이웃하는 증기 발생기, 상기 노심 및 상기 증기 발생기를 수납하는 원자로 용기, 및 상기 원자로 용기 상부에 위치하는 가압기를 포함하며, 상기 가압기 방출 배관은 상기 가압기와 연결될 수 있다.
상기 격납 건물 외부에 위치하며, 상기 열 교환기를 둘러싸는 냉각수 탱크를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 일체형 원자로를 격납하는 격납 건물 내부로부터 열 교환기 내부로 유입된 불응축성 가스를 별도의 장치 없이 열 교환기 외부로 용이하게 배출함으로써, 열 교환 효율이 향상된 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템이 제공된다.
도 1은 일 실시예에 따른 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 B 부분을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 일 실시예에 따른 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템을 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일체형 원자로(10)는 노심(11), 노심(11)과 이웃하는 증기 발생기(12), 노심(11) 및 증기 발생기(12)를 수납하는 원자로 용기(13), 및 원자로 용기(13)의 상부를 커버하는 가압기(14)를 포함한다. 노심(11), 증기 발생기(12), 원자로 용기(13), 및 가압기(14) 각각은 공지된 다양한 구성들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템은 일체형 원자로를 격납하는 격납 건물(100)의 냉각을 수행한다.
피동 격납 건물 냉각 시스템은 격납 건물(100), 열 교환기(200), 냉각수 탱크(300), 대기 유입 배관(400), 가압기 방출 배관(500), 불응축성 가스 배출 배관(600), 응축수 회수 배관(700)), 방출 배관 밸브(800), 밸브 제어부(900)를 포함한다.
격납 건물(100)은 원자로 격납부(110) 및 재장전수 탱크(120)를 포함한다.
원자로 격납부(110)는 격납 건물(100) 내부에서 일체형 원자로(10)를 격납한다. 원자로 격납부(110)의 내부에 일체형 원자로(10)가 지지될 수 있으며, 원자로 격납부(110)는 일체형 원자로(10)를 둘러싸는 내부 대기(111)를 포함한다. 원자로 격납부(110)의 내부 대기(111)는 대기 유입 배관(400) 및 가압기 방출 배관(500)과 연통한다.
원자로 격납부(110)의 내부 대기(111)는 일체형 원자로(10)의 가압기(14)와 연결된 가압기 방출 배관(500)으로부터 방출된 응축성 가스 및 불응축성 가스를 포함한다. 원자로 격납부(110)의 내부 대기(111)는 대기 유입 배관(400)을 통해 열 교환기(200)로 이동되어 냉각된다.
재장전수 탱크(120)는 격납 건물(100) 내부에 위치하며, 원자로 격납부(110)의 외부에서 원자로 격납부(110)와 이웃하여 위치한다. 재장전수 탱크(120)는 응축수 회수 배관(700))과 연통한다. 재장전수 탱크(120)에는 재장전수가 저장된다.
재장전수 탱크(120)에는 열 교환기(200)에서 응축성 가스로부터 냉각된 응축수가 응축수 회수 배관(700))을 통해 이동되어 저장된다.
열 교환기(200)는 격납 건물(100) 외부에 위치한다. 열 교환기(200)는 대기 유입 배관(400), 불응축성 가스 배출 배관(600), 및 응축수 회수 배관(700))과 연통한다. 열 교환기(200)의 상부는 대기 유입 배관(400)과 연통하며, 열 교환기(200)의 하부는 불응축성 가스 배출 배관(600) 및 응축수 회수 배관(700))과 연통한다.
도 2는 도 1의 A 부분을 나타낸 도면이다.
도 2의 (A)는 대기 유입 배관(400), 불응축성 가스 배출 배관(600), 및 응축수 회수 배관(700))과 연결된 열 교환기(200)를 일 측면에서 나타낸 도면이다.
도 2의 (B)는 대기 유입 배관(400) 및 응축수 회수 배관(700))과 연결된 열 교환기(200)를 타 측면에서 나타낸 도면이다. 도 2의 (B)에서는 불응축성 가스 배출 배관은 도시하지 않았다.
도 2의 (A) 및 (B)를 참조하면, 열 교환기(200)는 상부 헤더(210), 하부 헤더(220), 열 교환기 튜브(230), 불응축성 가스 분리판(240)을 포함한다.
상부 헤더(210)는 열 교환기(200)의 상부에 위치하며, 대기 유입 배관(400)과 연결된다.
하부 헤더(220)는 열 교환기(200)의 하부에 위치하며, 불응축성 가스 배출 배관(600) 및 응축수 회수 배관(700))과 연결된다.
열 교환기 튜브(230)는 상부 헤더(210)와 하부 헤더(220) 사이를 연결한다. 열 교환기 튜브(230)는 복수이며, 복수의 열 교환기 튜브(230)들은 상부 헤더(210)와 하부 헤더(220) 사이를 연결한다.
불응축성 가스 분리판(240)은 하부 헤더(220)의 내부에 위치한다. 불응축성 가스 분리판(240)은 불응축성 가스 배출 배관(600)의 일 단부(610)의 상측을 커버한다. 불응축성 가스 배출 배관(600)의 일 단부(610)는 하부 헤더(220) 및 불응축성 가스 분리판(240)을 관통하여 불응축성 가스 분리판(240)의 하측에 위치할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 불응축성 가스 분리판(240)은 하부 헤더(220)의 상부에 위치하는 열 교환기 튜브(230) 방향으로 볼록한 반원 형상의 종단면을 가진다. 불응축성 가스 분리판(240)의 볼록한 상부면은 열 교환기 튜브(230)와 대응하며, 불응축성 가스 분리판(240)의 오목한 하부면은 불응축성 가스 배출 배관(600)의 일 단부(610)와 대응한다. 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이, 불응축성 가스 분리판(240)은 반원통형 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
열 교환기(200)의 상부 헤더(210)와 연결된 대기 유입 배관(400)을 통해 원자로 격납부(110)의 내부 대기(111)에 포함된 불응축성 가스 및 응축성 가스가 상부 헤더(210)로 이동되고, 상부 헤더(210)로 이동된 불응축성 가스 및 응축성 가스가 열 교환기 튜브(230)를 통하면서 냉각되어 하부 헤더(220)로 이동된다.
도 2의 (A)를 참조하면, 열 교환기 튜브(230)를 통해 하부 헤더(220)로 이동된 불응축성 가스(NG)는 불응축성 가스 분리판(240)의 하부에 축적되어 하부 헤더(220)에 연결된 불응축성 가스 배출 배관(600)으로 이동된다.
도 2의 (B)를 참조하면, 열 교환기 튜브(230)를 통해 응축성 가스로부터 냉각된 응축수(CW)는 하부 헤더(220)로 이동하면서 불응축성 가스 분리판(240)의 상부를 거쳐 하부 헤더(220)에 연결된 응축수 회수 배관(700))으로 이동된다.
다시 도 1을 참조하면, 냉각수 탱크(300)는 격납 건물(100) 외부에 위치하여 열 교환기(200)를 둘러싼다. 냉각수 탱크(300)는 내부에서 열 교환기(200)를 냉각하는 냉각수를 포함한다.
대기 유입 배관(400)은 원자로 격납부(110)의 내부 대기(111)와 열 교환기(200)의 상부와 연통한다. 대기 유입 배관(400)을 통해 일체형 원자로(10)로부터 방출된 원자로 격납부(110)의 내부 대기(111)의 불응축성 가스 및 응축성 가스가 열 교환기(200)의 상부 헤더로 이동된다.
가압기 방출 배관(500)은 원자로 격납부(110) 내부에 위치한다. 가압기 방출 배관(500)은 일체형 원자로(10)의 상부에 위치하는 가압기(14)와 원자로 격납부(110)의 내부 대기(111) 사이를 연통한다. 가압기 방출 배관(500)을 통해 일체형 원자로(10)의 가압기(14)로부터 방출된 불응축성 가스 및 응축성 가스를 포함하는 증기가 원자로 격납부(110)의 내부 대기(111)로 이동된다.
불응축성 가스 배출 배관(600)은 열 교환기(200)의 하부와 가압기 방출 배관(500) 사이를 연통한다. 불응축성 가스 배출 배관(600)을 통해 열 교환기(200)의 하부 헤더 내부의 불응축성 가스 분리판 하부에 축적된 불응축성 가스가 가압기 방출 배관(500)으로 이동된다.
도 3은 도 1의 B 부분을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 불응축성 가스 배출 배관(600)의 타 단부(620)는 가압기 방출 배관(500)의 내부로 삽입된다. 불응축성 가스 배출 배관(600)의 타 단부(620)는 가압기 방출 배관(500)의 내부에서 가압기 방출 배관(500)의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장된다. 불응축성 가스 배출 배관(600)의 타 단부(620)의 직경은 가압기 방출 배관(500)의 연장 방향을 따라 점진적으로 작아진다. 즉, 불응축성 가스 배출 배관(600)의 타 단부(620)는 테이퍼(taper)진 형태를 가진다.
가압기 방출 배관(500)을 통해 일체형 원자로(10)의 가압기(14)로부터 불응축성 가스 및 응축성 가스를 포함할 수 있는 증기(ST)가 방출됨과 동시에, 가압기 방출 배관(500)의 내부에 위치하는 불응축성 가스 배출 배관(600)의 타 단부(620)에 음압(negative pressure)이 형성되어 열 교환기(200)의 하부 헤더 내부의 불응축성 가스 분리판의 하부에 축적된 불응축성 가스(NG)가 불응축성 가스 배출 배관(600)을 통해 가압기 방출 배관(500) 내부의 증기(ST)와 혼합되어 혼합 가스(MG)로 가압기 방출 배관(500)을 통해 배출된다.
다시, 도 1을 참조하면, 응축수 회수 배관(700))은 열 교환기(200)의 하부와 재장전수 탱크(120) 사이를 연통한다.
응축수 회수 배관(700))을 통해 열 교환기(200) 하부의 하부 헤더로부터 응축수가 재장전수 탱크(120)로 이동된다.
방출 배관 밸브(800)은 가압기 방출 배관(500)에 연결된다. 방출 배관 밸브(800)의 개폐는 밸브 제어부(900)에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
밸브 제어부(900)는 열 교환기(200) 및 방출 배관 밸브(800)와 연결된다. 밸브 제어부(900)는 열 교환기(200) 내부에 축적된 불응축성 가스의 농도에 따라 방출 배관 밸브(800)를 개폐를 제어할 수 있다.
일례로, 밸브 제어부(900)는 열 교환기(200) 내부에 위치하여 불응축성 가스의 농도를 센싱하는 센서와 연결될 수 있다. 밸브 제어부(900)는, 센서로부터 수신된 열 교환기(200) 내부에 축적된 불응축성 가스의 농도가 설정값을 초과할 경우, 클로즈(close)되어 있던 방출 배관 밸브(800)을 오픈(open)하여 가압기 방출 배관(500)을 통해 일체형 원자로(10)의 가압기(14)로부터 불응축성 가스 및 응축성 가스를 포함하는 증기를 방출시켜 가압기 방출 배관(500)의 내부에 위치하는 불응축성 가스 배출 배관(600)의 타 단부에 음압(negative pressure)을 형성함으로써, 열 교환기(200)의 하부 헤더 내부의 불응축성 가스 분리판의 하부에 축적된 불응축성 가스를 불응축성 가스 배출 배관(600) 및 가압기 방출 배관(500)을 통해 배출할 수 있다.
이상과 같이, 일 실시예에 따른 일체형 원자로의 격납 건물 냉각 시스템은, 일체형 원자로(10)에서 응축성 가스 및 불응축성 가스가 방출되는 사고가 발생하여 일체형 원자로(10)가 위치한 격납 건물(100)의 원자로 격납부(110)의 내부 대기(111)에 응축성 가스 및 불응축성 가스가 가득 차더라도, 대기 유입 배관(400)을 통해 열 교환기(200)로 이동된 응축성 가스는 응축수로 응축되어 응축수 회수 배관(700))을 통해 재장전수 탱크(120)로 이동되고, 대기 유입 배관(400)을 통해 열 교환기(200)로 이동된 불응축성 가스는 열 교환기(200) 하부의 불응축성 가스 분리판 하부에 축적된 후 가압기 방출 배관(500)을 통해 일체형 원자로(10)로부터 증기가 방출될 때 불응축성 가스 배출 배관(600) 및 가압기 방출 배관(500)을 통해 배출된다.
즉, 일체형 원자로(10)를 격납하는 격납 건물(100) 내부로부터 열 교환기(200) 내부로 유입된 불응축성 가스를 배출하기 위한 별도의 이젝터(ejector)나 블로워(blower)와 같은 장치 없이, 열 교환기(200) 내부에 축적된 불응축성 가스를 열 교환기(200) 외부로 용이하게 배출함으로써, 열 교환 효율이 향상된 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템이 제공된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
일체형 원자로(10), 원자로 격납부(110), 재장전수 탱크(120), 격납 건물(100), 내부 대기(111), 대기 유입 배관(400), 가압기 방출 배관(500), 불응축성 가스 배출 배관(600), 재장전수 탱크(120), 응축수 회수 배관(700))

Claims (7)

  1. 일체형 원자로를 격납하는 원자로 격납부 및 상기 원자로 격납부와 이웃하는 재장전수 탱크를 포함하는 격납 건물;
    상기 격납 건물 외부에 위치하는 열 교환기;
    상기 원자로 격납부의 내부 대기와 상기 열 교환기의 상부 사이를 연통하는 대기 유입 배관;
    상기 일체형 원자로의 상부와 상기 원자로 격납부의 상기 내부 대기 사이를 연통하는 가압기 방출 배관;
    상기 가압기 방출 배관과 상기 열 교환기의 하부 사이를 연통하는 불응축성 가스 배출 배관; 및
    상기 열 교환기의 상기 하부와 상기 재장전수 탱크 사이를 연통하는 응축수 회수 배관
    을 포함하는 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 열 교환기는,
    상기 대기 유입 배관과 연결되는 상부 헤더;
    상기 불응축성 가스 배출 배관과 연결되는 하부 헤더;
    상기 상부 헤더와 상기 하부 헤더 사이를 연결하는 열 교환기 튜브; 및
    상기 하부 헤더 내부에 위치하며, 상기 불응축성 가스 배출 배관의 일 단부 상측을 커버하는 불응축성 가스 분리판
    을 포함하는 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 불응축성 가스 분리판은 상기 열 교환기 튜브 방향으로 볼록한 반원 형상의 종단면을 가지는 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템.
  4. 제2항에서,
    상기 불응축성 가스 배출 배관의 타 단부는 상기 가압기 방출 배관의 내부로 삽입되어 상기 가압기 방출 배관의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장되며,
    상기 불응축성 가스 배출 배관의 상기 타 단부의 직경은 상기 연장 방향을 따라 점진적으로 작아지는 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 가압기 방출 배관에 연결된 방출 배관 밸브; 및
    상기 열 교환기 및 상기 방출 배관 밸브와 연결되며, 상기 열 교환기 내부의 불응축성 가스의 농도에 따라 상기 방출 배관 밸브를 개폐하는 밸브 제어부
    를 더 포함하는 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 일체형 원자로는,
    노심;
    상기 노심과 이웃하는 증기 발생기;
    상기 노심 및 상기 증기 발생기를 수납하는 원자로 용기; 및
    상기 원자로 용기 상부에 위치하는 가압기
    를 포함하며,
    상기 가압기 방출 배관은 상기 가압기와 연결된 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 격납 건물 외부에 위치하며, 상기 열 교환기를 둘러싸는 냉각수 탱크를 더 포함하는 일체형 원자로의 피동 격납 건물 냉각 시스템.
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