KR20220102729A

KR20220102729A - 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템

Info

Publication number: KR20220102729A
Application number: KR1020210005010A
Authority: KR
Inventors: 하체웅; 김대준; 김광홍; 한승주
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2022-07-21

Abstract

본 발명은 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템에 있어서, 상기 배터리룸의 벽체 내부에 위치하며 상기 배터리룸의 내부공간의 열을 상기 벽체의 두께방향을 따라 상기 배터리룸 외부로 전달하는 내부 열전달체; 상기 배터리룸의 외부에 위치하는 복수의 압축공기 탱크; 상기 배터리룸의 외부에 위치하는 냉각수 탱크; 및 상기 냉각수 탱크로부터 냉각수를 공급받으며 상기 벽체의 벽면에 위치하는 냉각판;을 포함하는 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템에 관한 것이다.

Description

원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템{Passive cooling system for cooling battery room of nuclear power plant}

본 발명은 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템에 관한 것이다.

종래 원전 설계에서는 전원이 모두 상실되었을 경우에 원전 배터리룸 내에 설치되어 있던 공기조화 계통(Heating, Ventilation & Air Conditioning, HVAC)도 정지하게 된다.

원전 배터리룸내 설치되어 있던 공기조화 계통이 정지 할 경우 배터리룸내의 온도는 배터리 발열 및 외부 온도에 의해 서서히 상승하게 된다.

발전소 내 배터리룸의 급격한 온도 상승은 배터리룸의 안정성을 떨어트리며, 안정적인 발전소의 운영에도 심각한 문제를 일으키게 된다.

따라서 발전소 내 전원상실(AC전원)에 따른 배터리룸내 설치되어 있던 공기조화계통이 정지하더라도 배터리룸 내 온도 상승을 방지하여 안정성을 높일 수 있는 피동형 냉각 시스템과 같은 구성이 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-2020-0033007호(2020.03.27.공개)

본 발명의 목적은 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

상기 내부 열전달체는, 서로 이격되어 있는 복수개로 마련되며, 길이방향이 상기 벽체의 두께방향을 따라 길게 연장되어 있고, 상기 벽체의 벽면에 상기 냉각판을 고정시켜줄 수 있다.

상기 냉각판은, 상기 내부 열전달체와 접촉되어 있고, 내부에 복수의 냉각 파이프를 더 포함하며, 상기 냉각 파이프와 상기 내부 열전달체는 상기 벽체의 벽면방향을 따라 교대로 배치되어 있고, 상기 냉각수 탱크로부터 공급된 냉각수가 상기 냉각 파이프에 공급될 수 있다.

상기 냉각판과 접촉하며 상기 벽체에서 내부공간을 향해 돌출되어 있는 냉각핀을 더 포함하며, 상기 냉각핀은 안테나형으로 이루어져 있을 수 있다.

상기 내부 열전달체의 적어도 일부는 상기 냉각판의 두께 내에 위치하며, 상기 내부 열전달체의 일단부는 외부로 노출되어 상기 냉각핀에 직접 접촉할 수 있다.

상기 배터리룸의 내부공간과 상기 압축공기 탱크를 연결하는 연결 배관; 상기 연결 배관 상에 위치하는 밸브; 상기 배터리룸의 내부공간의 온도를 센싱하는 센서; 및 상기 센서의 감지 결과에 기초하여 상기 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원전 배터리룸 피동형 냉각 시스템의 측단면도를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원전 배터리룸 피동형 냉각 시스템의 평단면도를 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원전 배터리룸 피동형 냉각 시스템에서 압축공기 제공을 위한 구성을 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원전 배터리룸 피동형 냉각 시스템의 제어부의 제어를 나타낸 순서도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원전 배터리룸 피동형 냉각 시스템의 측단면도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원전 배터리룸 피동형 냉각 시스템의 평단면도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원전 배터리룸 피동형 냉각 시스템에서 압축공기 제공을 위한 구성을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 피동형 냉각 시스템(1)은 내부 열전달체(100), 냉각수 탱크(200), 냉각판(300), 냉각핀(400), 압축공기 탱크(500), 연결 배관(600), 밸브(700) 및 센서(800)를 포함한다.

내부 열전달체(100)는 원전 배터리룸 벽체(T) 내부에 위치하며 배터리룸의 내부공간(S)의 열을 벽체(T)의 두께방향을 따라 외부로 전달하게 된다.

본 명세서에서의 ‘벽체’는 발전소 내 배터리룸을 둘러싸고 있는 공간 벽면을 의미하며, 콘크리트 슬래브로 구성되어 있는 천장, 측벽, 바닥을 모두 포함하고 있다.

본 발명의 일실시예에서는 내부 열전달체(100)가 설치되는 위치가 배터리룸의 천정 슬라브와 같은 벽체(T) 내부에 위치하는 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서는 내부 열전달체(100)가 배터리룸 천장이 아닌 측벽 또는 바닥에 설치될 수도 있다.

내부 열전달체(100)는 서로 이격되어 있는 복수개로 마련되어 있으며, 길이방향이 벽체(T)의 두께방향을 따라 길게 연장되어 있다.

내부 열전달체(100)의 길이 연장은 벽체(T) 내부에 설치되는 위치 및 내부 열전달체(100)와 결합되는 냉각판(300)의 구성과 형태에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는 내부 열전달체(100)의 형태가 벽체(T) 내부에 위치하는 스터드(stud) 형태를 나타내고 있으나 이에 한정되지 않으며, 벽체(T) 내부에 고정되고 배터리룸 내부공간(S)을 열을 흡수하며, 이를 외부로 전달할 수 있는 열교환기 가능한 매질 역할을 감당할 수 있는 것이라면 어떤 것이라도 무관하다.

내부 열전달체(100)는 이에 한정되지 않으나, 금속으로 이루어질 수 있다.

내부 열전달체(100)는 일정한 간격을 두고 위치할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

내부 열전달체(100)는 일부가 벽체(T) 내부에 고정되어 있고, 또 다른 일부는 벽체(T) 벽면에 위치하는 냉각판(300)을 고정시켜 주는 역할을 담당하게 된다.

다른 실시예에서는 내부 열전달체(100)의 일부가 냉각판(300)을 고정한 상태에서 배터리룸의 내부공간(S)을 향해 더 돌출되어 있을 수도 있다.

내부 열전달체(100)에서 내부공간(S)을 향해 더 돌출된 부분은 냉각핀(400)과 한점 또는 여러점에서 접촉되어 있을 수 있다.

냉각수 탱크(200)는 배터리룸 외부에 위치하며, 배터리룸 벽체(T)의 벽면에 위치하는 냉각판(300)에 냉각수를 공급한다.

냉각수 탱크(200)는 원전 내 위치하는 냉각계통의 기존 시설을 이용할 수도 있고, 별도의 탱크를 설치하여 사용할 수도 있다.

냉각판(300)은 냉각수 탱크로부터 냉각수를 공급받으며 벽체(T)의 벽면에 위치하게 된다.

냉각판(300)은 벽체(T) 벽면에 위치하면서, 벽체(T) 내/외부에 위치하는 내부 열전달체(100)와 접촉되어 있다.

냉각판(300)의 내부에는 복수의 냉각 파이프(P)가 포함되어 있으며, 냉각 파이프(P)는 냉각판(300)이 설치되는 위치에 따라 그 길이와 설치되는 간격이 달라질 수 있다. 또한, 내부 열전달체(100)의 설치 위치(간격)에 따라 냉각 파이프(P)가 냉각판(300) 내 설치되는 위치와 형태가 달라질 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서 냉각 파이프(P)와 내부 열전달체(100)는 벽체(T)의 벽면방향을 따라 교대로 배치되어 있으며, 구체적인 배치형태는 내부 열전달체(100)의 배치 형태에 따라 달라질 수 있다.

냉각수 탱크(200)로부터 냉각수가 냉각판(300)을 통해 냉각 파이프(P)로 공급되고, 공급된 냉각수가 냉각 파이프(P)를 따라 순환하게 된다.

도 2를 참조하면 설치되는 냉각 파이프(P)의 형태 및 길이는 벽체(T)의 길이 및 배터리룸 내부공간(S)의 크기에 따라 다양하게 변경 가능하며, 본 발명의 일실시예에서는 설치되는 냉각 파이프(P)의 형태가 뒤집어진 ‘U’자 형으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.

냉각핀(400)은 냉각판(300)과 접촉하며 벽체(T)에서 내부공간(S)을 향해 돌출되어 있다. 다른 실시예에서 냉각핀(400)은 내부 열전달체(100)와 일부가 접촉되어 있는 형태로 마련될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 냉각핀(400)은 안테나형으로 이루어져 있으나 이에 한정되지 않으며, 다른 실시예에서는 격자형과 같이 다양한 형태로 구성될 수 있다.

냉각핀(400)은 배터리룸 내부공간(S)의 공기와 직접적으로 접촉함으로써 온도가 상승한 배터리룸 내부공간(S)과 열을 떨어트릴 수 있다.

도 1에 도시되어 있듯이, 내부 열전달체(100)의 적어도 일부는 냉각판(300)의 두께 내에 위치하게 된다.

본 발명의 일실시예에서 냉각판(300)과 내부 열전달체(100)의 접촉 범위는, 내부 열전달체(100)의 일부가 냉각판(300)을 관통하여 결합되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 일실시예에서 원전 배터리룸을 냉각하기 위해 내부공간(S) 내에 압축공기를 제공하며, 내부공간(S) 유입된 압축공기로 인해 배터리룸 내 온도가 떨어지게 된다.

도 3을 참조하면 압축공기 탱크(500)는 배터리룸 외부에 위치하며 배터리룸 내부공간(S)에 압축공기를 제공하게 된다.

압축공기 탱크(500)는 사고 발생에 따른 배터리룸 온도 상승에 따라 지속적으로 압축공기를 배터리룸 내부공간(S)에 제공할 수 있는 용량으로 설계 배치된다.

압축공기 탱크(500)는 기존 원전 시설 내 배치되어 있는 시설을 이용할 수도 있고, 별도의 위치를 지정하여 추가적인 압축공기 탱크를 설치하여 사용할 수도 있다.

(도시되어 있지는 않지만) 압축공기 탱크(500)로부터 내부공간(S)에 압축공기를 제공하기 위해 공기 압축기를 더 포함할 수 있으며, 공기 압축기는 비급유식 또는 수냉식으로 설계 배치하여 사용할 수 있다.

공기 압축기는 배터리룸 온도 및 배터리 자체 온도 유지 요건 이하로 유지하기 위해 공기계통에서 최대로 예상되는 공기량을 공급할 수 있도록 설계 배치될 수 있다.

다른 실시예에서 배터리룸 내부공간(S)에 압축공기를 제공하기 위하여, 원전 배터리룸에서 공기조화 목적으로 사용되어지는 ‘압축공기 제공 시설(시스템)’을 이용하여 배터리룸 내부공간(S)에 압축공기를 제공할 수도 있다.

연결 배관(600)은 배터리룸 내부공간(S)과 압축공기 탱크(500)를 연결하는 것이고, 연결 배관(600) 상에는 밸브(700)가 위치하고 있다.

배터리룸 내부공간(S) 내에는 온도를 센싱하는 센서(800)가 설치되어 있으며, 센서(800)는 온도센서 일수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원전 배터리룸 피동형 냉각 시스템의 제어부의 제어를 나타낸 순서도이다.

제어부(900)는 배터리룸 내부공간(S) 내 설치되어 있는 센서(800)의 감지 결과에 기초하여 압축공기 탱크(500)로부터 내부공간(S)에 공급되는 압축공기 공급여부를 제어하게 된다.

구체적으로 제어부(900)는 내부공간(S)과 압축공기 탱크(500) 사이의 연결 배관(600)에 위치하는 밸브(700)를 조절함으로써 압축공기 공급을 제어하게 된다.

본 발명에 따라 냉각 파이프(P) 내 냉각수 순환에 따라, 내부 열전달체(100)를 통해 배터리룸 내부공간(S)에서 흡수한 열을 냉각하게 되며, 이를 통해 배터리룸 내부공간(S) 내 온도가 떨어지게 된다.

이후 내부 열전달체(100)를 통해 배터리룸 내부공간(S) 내 발생되는 열을 벽체(T)의 두께 방향을 따라 주 제어실 외부로 전달(열교환)함으로써 배터리룸 내 온도 상승을 방지하며 이를 통해 배터리룸의 안정적인 운영이 가능하게 된다.

냉각 파이프(P) 및 내부 열전달체(100)를 통한 배터리룸 내부공간(S)의 온도 조절이 어려울 경우에는 압축공기 공급을 통해 내부공간(S) 내 온도상승을 방지하게 된다.

냉각 파이프(P), 내부 열전달체(100) 및 압축공기 공급을 통한 2중 냉각으로 인해 배터리룸 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있게 되며, 내부공간(S)의 온도를 떨어트림으로 인해 배터리 효율을 상승시키는 효과도 발생하게 된다.

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템에 있어서,
상기 배터리룸의 벽체 내부에 위치하며 상기 배터리룸의 내부공간의 열을 상기 벽체의 두께방향을 따라 상기 배터리룸 외부로 전달하는 내부 열전달체;
상기 배터리룸의 외부에 위치하는 복수의 압축공기 탱크;
상기 배터리룸의 외부에 위치하는 냉각수 탱크; 및
상기 냉각수 탱크로부터 냉각수를 공급받으며 상기 벽체의 벽면에 위치하는 냉각판;을 포함하는 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템.
제1항에서,
상기 내부 열전달체는,
서로 이격되어 있는 복수개로 마련되며,
길이방향이 상기 벽체의 두께방향을 따라 길게 연장되어 있고,
상기 벽체의 벽면에 상기 냉각판을 고정시켜주는 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템.
제1항에서,
상기 냉각판은,
상기 내부 열전달체와 접촉되어 있고,
내부에 복수의 냉각 파이프를 더 포함하며,
상기 냉각 파이프와 상기 내부 열전달체는 상기 벽체의 벽면방향을 따라 교대로 배치되어 있고,
상기 냉각수 탱크로부터 공급된 냉각수가 상기 냉각 파이프에 공급되는 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템.
제1항에서,
상기 냉각판과 접촉하며 상기 벽체에서 내부공간을 향해 돌출되어 있는 냉각핀을 더 포함하며,
상기 냉각핀은 안테나형으로 이루어져 있는 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템.
제4항에서,
상기 내부 열전달체의 적어도 일부는 상기 냉각판의 두께 내에 위치하며,
상기 내부 열전달체의 일단부는 외부로 노출되어 상기 냉각핀에 직접 접촉하는 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템.
제1항에서,
상기 배터리룸의 내부공간과 상기 압축공기 탱크를 연결하는 연결 배관;
상기 연결 배관 상에 위치하는 밸브;
상기 배터리룸의 내부공간의 온도를 센싱하는 센서; 및
상기 센서의 감지 결과에 기초하여 상기 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 원전 배터리룸의 냉각을 위한 피동형 냉각 시스템.