KR20230112394A - 피동보조급수탱크의 냉각수를 이용한 격납건물 냉각 및 배기 시스템 및 이를 이용한 냉각 및 배기 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피동보조급수탱크의 냉각수를 이용한 냉각 및 배기 시스템 및 이를 이용한 냉각 및 배기 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 피동보조급수탱크의 냉각수를 이용한 격납건물 냉각 및 배기 시스템은, 격납건물; 상기 격납건물 내에 위치하는 반응기 및 공기조화계통; 상기 공기조화계통에 기기냉각수를 공급하는 기기냉각수배관부; 상기 격납건물 외부에 위치하며 냉각수를 수용하고 있는 수용공간이 형성되어 있는 상기 피동보조급수탱크; 상기 수용공간과 상기 기기냉각수배관부를 연결하는 냉각배관부; 및 상기 격납건물 내의 공간과 상기 수용공간을 연결하는 배기배관부를 포함한다.

Description

피동보조급수탱크의 냉각수를 이용한 격납건물 냉각 및 배기 시스템 및 이를 이용한 냉각 및 배기 방법{System for cooling and ventilation of containment building using coolant in PAFS tank and Method for cooling and ventilation using the same}

본 발명은 피동보조급수탱크의 냉각수를 이용한 냉각 및 배기 시스템 및 이를 이용한 냉각 및 배기 방법에 관한 것이다.

원자력 발전소에 광역 및 극한재해(쓰나미, 극한의 추위 등) 발생 시 모든 전원 및 냉각수 공급이 불가할 수 있다. 이 경우 중대사고 발생시 격납건물 내부에 장기적으로 축적되는 장기열제거 방법이 필요하다.

또한, 격납건물 압력조절에 실패하고, 최종적으로 격납건물의 붕괴를 방지하기 위해 배기를 실시해야 할 때, 최소한의 방사성물질 여과(scrubbing) 후 배기하는 방법이 개발되어 있지 않다.

한국특허등록 제10-2062955호(2020년01월06일 공고)

따라서 본 발명의 목적은 피동보조급수탱크의 냉각수를 이용한 냉각 및 배기 시스템 및 이를 이용한 냉각 및 배기 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 피동보조급수탱크의 냉각수를 이용한 격납건물 냉각 및 배기 시스템에 있어서, 격납건물; 상기 격납건물 내에 위치하는 반응기 및 공기조화계통; 상기 공기조화계통에 기기냉각수를 공급하는 기기냉각수배관부; 상기 격납건물 외부에 위치하며 냉각수를 수용하고 있는 수용공간이 형성되어 있는 상기 피동보조급수탱크; 상기 수용공간과 상기 기기냉각수배관부를 연결하는 냉각배관부; 및 상기 격납건물 내의 공간과 상기 수용공간을 연결하는 배기배관부;를 포함하는 것에 의해 달성된다.

상기 수용공간 내에 위치하는 스파저를 더 포함하며, 상기 배기배관부의 일 단부는 상기 스파저에 연결되어 있을 수 있다.

상기 피동보조급수탱크는 상기 수용공간을 구분하는 격벽을 포함하며, 상기 수용공간은, 상기 냉각배관부와 연결된 제1수용공간; 및 상기 스파저가 위치하는 제2수용공간으로 구분될 수 있다.

상기 피동보조급수탱크는 상기 수용공간의 개폐여부를 결정하는 댐퍼를 더 포함할 수 있다.

상기 기기냉각수배관부는, 상기 공기조화계통에 기기 냉각수를 공급하는 제1기기냉각수배관부; 및 상기 공기조화계통으로부터의 기기 냉각수가 배출되는 제2기기냉각수배관부를 포함하며, 상기 냉각배관부는, 상기 제1기기냉각수배관부에 연결되는 제1냉각배관부; 및 상기 제2기기냉각수배관부에 연결되는 제2냉각배관부를 포함할 수 있다.

상기 냉각배관부, 상기 기기냉각수배관부, 상기 배기배관부 및 상기 댐퍼를 제어하는 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 기기냉각수배관부를 통해 기기냉각수의 공급에 문제가 발생하면, 상기 기기냉각수배관부를 기기냉각수 공급원으로부터 차단하고, 상기 냉각배관부를 통해 상기 공기조화계통에 상기 수용공간의 냉각수를 공급할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 격납건물의 배기가 필요한 경우, 상기 댐퍼를 닫고 상기 배기배관부를 개방하여 상기 격납건물의 압력을 낮추고, 상기 수용공간 내의 압력이 일정수준 이상이면 상기 댐퍼를 열어 배기시킬 수 있다.

상기 본 발명의 목적은 피동보조급수탱크의 냉각수를 이용한 격납건물 냉각 및 배기 방법에 있어서, 상기 피동보조급수탱크의 수용공간 내에 위치하는 냉각수를 격납건물에 위치하는 공기조화계통에 공급하는 단계; 및 상기 격납건물 내부의 기체를 상기 수용공간 내에 위치하는 냉각수를 거치게 한 후 상기 피동보조급수탱크의 외부로 배기하는 단계를 포함하는 것에 의해 달성된다.

상기 냉각수 공급은, 상기 공기조화계통에 기기냉각수를 공급하는 기기냉각수배관부의 외부 연결을 차단하고, 상기 기기냉각수배관부에 상기 수용공간의 냉각수를 공급하여 수행될 수 있다.

상기 피동보조급수탱크는 상기 수용공간의 개폐를 결정하는 댐퍼를 포함하며, 상기 기체 배기 단계는, 상기 댐퍼를 닫고 상기 배기배관부를 개방하여 상기 격납건물의 압력을 낮추는 단계; 및 상기 수용공간 내의 압력이 일정수준 이상이면 상기 댐퍼를 열어 배기시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 배기 단계에서, 상기 기체는 상기 피동보조급수탱크 내에 위치하는 스파저를 통해 냉각수에 스크러빙된 후 배기되며, 상기 피동보조급수탱크는 상기 수용공간을 구분하는 격벽을 포함하며, 상기 수용공간은, 상기 기기냉각수배관부에 냉각수를 공급하는 제1수용공간; 및 상기 스파저가 위치하는 제2수용공간으로 구분될 수 있다.

본 발명에 따르면 피동보조급수탱크의 냉각수를 이용한 냉각 및 배기 시스템 및 이를 이용한 냉각 및 배기 방법이 제공된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각 및 배기 시스템의 구성도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각 및 배기 시스템을 이용한 냉각방법을 나타낸 것이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각 및 배기 시스템을 이용한 배기방법을 나타낸 것이다.

본 발명은 광역재해시 피동보조급수탱크 및 격납건물공기조화계통(RCFC) 열교환기를 이용한 장기 격납건물 열제거 방법에 관한 것이다.

격납건물 열제거 실패 시 격납건물의 파손으로 인한 일시적 대량방사성물질의 방출을 방지한다.

본 발명은 격납건물 내의 방사성물질을 피동보조급수탱크를 이용한 Scrubbing (여과배기)를 하는 방법을 제공한다.

피동보조급수탱크에 댐퍼, 격벽 및 스파저를 설치하고, 격납건물과 연결하여 유사시 피동보조급수탱크의 냉각수를 통과하는 여과배기를 수행한다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 냉각 및 배기 시스템을 설명한다.

냉각 및 배기 시스템(1)은 격납건물(10), 반응기(20), 공기조화계통(30), 피동보조급수탱크(40), 스파저(50), 배관부(61, 62, 63) 및 제어부(70)를 포함한다.

반응기(20)와 공기조화계통(30)은 격납건물(10) 내부에 위치한다. 공기조화계통(30)은 격납건물 내 공간의 온도 등을 조절한다.

피동보조급수탱크(40)는 격납건물(10)의 외부에 위치한다. 피동보조급수탱크(40)에는 수용공간이 형성되어 있으며, 수용공간에는 냉각수가 수용되어 있다. 피동보조급수탱크(40)는 수용공간의 개폐를 결정하는 댐퍼(41)를 포함하며, 댐퍼(41)는 수용공간의 상부에 형성되어 있다.

피동보조급수탱크(40)에는 격벽(42)이 형성되어 있다. 격벽(42)에 의해 수용공간은 제1수용공간과 제2수용공간으로 구분된다.

피동보조급수탱크(40)는 격납건물(10)의 내부에 위치하는 증기발생기(미도시)의 증기를 받아 냉각시켜 다시 증기발생기로 공급하는 피동보조급수시스템(PAFS)의 구성요소이다. 피동보조급수탱크(40)의 수용공간 내에는 증기를 냉각시키는 열교환기(미도시)가 위치한다.

스파저(50)는 제2수용공간 내에 위치하며, 기체와 냉각수의 접촉을 증가시킨다.

배기배관부(61)는 스파저(50)와 격납건물(10) 내의 공간을 연결하며. 배기배관부(61)는 밸브(610)를 포함한다.

기기냉각수배관부(62)는 외부의 기기냉각수 공급부(도시하지 않음)와 공기조화계통(30)을 연결한다. 기기냉각수배관부(62)는 기기냉각수를 공기조화계통(30)에 공급하는 제1기기냉각수배관부(621)와 공기조화계통(30)에서 열교환된 기기냉각수를 다시 기기냉각수 공급부로 공급하는 제2기기냉각수배관부(622)를 포함한다.

제1기기냉각수배관부(621)와 제2기기냉각수배관부(622)에는 각각 밸브(623, 624)가 마련되어 있다.

냉각배관부(63)는 수용공간과 기기냉각수배관부(62)를 연결한다. 냉각배관부(63)는 제2수용공간과 제1기기냉각수배관부(621)를 연결하는 제1냉각배관부(631) 및 제2수용공간과 제2기기냉각수배관부(622)를 연결하는 제2냉각배관부(632)를 포함한다.

제1냉각배관부(631)와 제2냉각배관부(632)에는 각각 밸브(633, 634)가 마련되어 있다

제어부(70)는 각종 센싱데이터를 기초로 댐퍼(41) 및 밸브(610, 623, 624, 633, 634)를 제어한다.

센싱데이터는 격납건물(10)의 압력/온도 및 피동보조급수탱크(40)의 압력/온도 등을 포함할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 센싱데이터의 생성을 위한 센서를 더 포함할 수 있다.

이하 도 3 내지 도 6을 참조하여 냉각 및 배기 방법에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각 및 배기 시스템을 이용한 냉각방법을 나타낸 것이다.

본 냉각 방법은 광역 및 극한재해(쓰나미, 극한의 추위 등) 발생 시 모든 전원 및 냉각수 공급이 불가하여 중대사고 발생시 격납건물 내부에 장기적으로 축적되는 장기열제거 상황에서 사용될 수 있다.

또한 본 냉각 방법은 원자로건물 내부의 온도/압력 제어를 위해 이동형기기를 이용한 외부주입 및 살수를 수행할 수 있으나, 격납건물 내에서 일정 높이 이상 설치되어 있는 각종 계측기 보호를 위해 외부주입 및 살수량 제한해야 하는 필요성이 있을 경우에 사용될 수 있다.

냉각방법은 도 3과 같이 기기냉각수배관부(62)의 밸브(623, 624)를 닫는다. 이후 냉각배관부(63)의 밸브(633, 634)를 개방한다.

이와 같은 밸브 조작에 의해 제1수용공간 내의 냉각수는 공기조화계통(30)으로 공급되고 다시 제1수용공간으로 돌아온다. 격납건물(10)의 내부에는 자연대류가 형성되고 공기조화계통(30)과 열교환되며서 냉각되며, 열교환된 냉각수는 제1수용공간으로 되돌아 오는 것이다.

이 과정에서 댐퍼(41)의 열림정도를 조절하여 격납건물(10)의 냉각률을 조절할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각 및 배기 시스템을 이용한 배기방법을 나타낸 것이다.

본 배기 방법은 광역재해가 발생하고, 모든 전원이 상실되고 모든 격납건물의 과압제어 기능이 상실되었을 경우에 실시하거나 지속적인 격납 과압으로 격납건물의 붕괴가 예상될 때 실시될 수 있다. 본 배기 방법에 의해 격납건물의 붕괴가 방지되고 대량방사성물질의 확산이 방지된다.

도 4와 같이 댐퍼(41)를 닫고 배기배관부(61)의 밸브(610)를 개방한다. 이 단계에서 격납건물(10)의 압력이 피동보조급수탱크(40)로 전달되어 격납건물(10)의 내부 압력이 감소한다.

피동보조급수탱크(40)의 압력이 증가하여 일정 수준 이상일 경우, 댐퍼(41)를 개방하여 스팀 및 기체를 방출한다. 일정 수준은 피동보조급수탱크(40)의 구조적 건전성을 위협하는 압력일 수 있다.

댐퍼(41)의 개방에 의해 수용공간 내의 방사성 물질은 배기배관부(61) 및 스파저(50)를 거쳐 냉각수 내에서 스크러빙된 후 외부로 배기된다. 스크러빙에 의해 방사선 물질은 대부분 냉각수 내에 포집된다.

이러한 배기과정에서 스파저(50)는 제2수용공간 내에 위치하는 냉각수에 잠겨 있다. 제1수용공간과 제2수용공간은 분리되어 있어, 격납건물(10)의 냉각과정에서 제1수용공간의 냉각수 수위가 낮아져도 제2수용공간에는 스크러빙에 충분한 냉각수가 안정적으로 확보된다.

이상의 본 발명에 따르면, 원자력 발전소의 광역재해 대처능력 개선된다.

또한 극한재해(쓰나미 및 극한의 추위로 외부냉각수원 사용불가 등)시 내부수원의 효율적 사용으로 사고대응능력이 개선된다.

또한 중대사고시 외부 냉각재 주입 이후 방사성물질이 포함된 유체를 외부로 유출시키지 않고 장기간 격납건물의 냉각이 가능하다.

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 (11)

1. 피동보조급수탱크의 냉각수를 이용한 격납건물 냉각 및 배기 시스템에 있어서,
   격납건물;
   상기 격납건물 내에 위치하는 반응기 및 공기조화계통;
   상기 공기조화계통에 기기냉각수를 공급하는 기기냉각수배관부;
   상기 격납건물 외부에 위치하며 냉각수를 수용하고 있는 수용공간이 형성되어 있는 상기 피동보조급수탱크;
   상기 수용공간과 상기 기기냉각수배관부를 연결하는 냉각배관부; 및
   상기 격납건물 내의 공간과 상기 수용공간을 연결하는 배기배관부;를 포함하는 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수용공간 내에 위치하는 스파저를 더 포함하며,
   상기 배기배관부의 일 단부는 상기 스파저에 연결되어 있는 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 피동보조급수탱크는 상기 수용공간을 구분하는 격벽을 포함하며,
   상기 수용공간은,
   상기 냉각배관부와 연결된 제1수용공간; 및
   상기 스파저가 위치하는 제2수용공간으로 구분되는 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 피동보조급수탱크는 상기 수용공간의 개폐여부를 결정하는 댐퍼를 더 포함하는 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 기기냉각수배관부는,
   상기 공기조화계통에 기기 냉각수를 공급하는 제1기기냉각수배관부; 및
   상기 공기조화계통으로부터의 기기 냉각수가 배출되는 제2기기냉각수배관부를 포함하며,
   상기 냉각배관부는,
   상기 제1기기냉각수배관부에 연결되는 제1냉각배관부; 및
   상기 제2기기냉각수배관부에 연결되는 제2냉각배관부를 포함하는 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 냉각배관부, 상기 기기냉각수배관부, 상기 배기배관부 및 상기 댐퍼를 제어하는 제어부를 더 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 기기냉각수배관부를 통해 기기냉각수의 공급에 문제가 발생하면,
   상기 기기냉각수배관부를 기기냉각수 공급원으로부터 차단하고, 상기 냉각배관부를 통해 상기 공기조화계통에 상기 수용공간의 냉각수를 공급하는 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 격납건물의 배기가 필요한 경우,
   상기 댐퍼를 닫고 상기 배기배관부를 개방하여 상기 격납건물의 압력을 낮추고,
   상기 수용공간 내의 압력이 일정수준 이상이면 상기 댐퍼를 열어 배기시키는 시스템.
8. 피동보조급수탱크의 냉각수를 이용한 격납건물 냉각 및 배기 방법에 있어서,
   상기 피동보조급수탱크의 수용공간 내에 위치하는 냉각수를 격납건물에 위치하는 공기조화계통에 공급하는 단계; 및
   상기 격납건물 내부의 기체를 상기 수용공간 내에 위치하는 냉각수를 거치게 한 후 상기 피동보조급수탱크의 외부로 배기하는 단계를 포함하는 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 냉각수 공급은,
   상기 공기조화계통에 기기냉각수를 공급하는 기기냉각수배관부의 외부 연결을 차단하고,
   상기 기기냉각수배관부에 상기 수용공간의 냉각수를 공급하여 수행되는 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 피동보조급수탱크는 상기 수용공간의 개폐를 결정하는 댐퍼를 포함하며,
    상기 기체 배기 단계는,
    상기 댐퍼를 닫고 상기 배기배관부를 개방하여 상기 격납건물의 압력을 낮추는 단계; 및
    상기 수용공간 내의 압력이 일정수준 이상이면 상기 댐퍼를 열어 배기시키는 단계를 포함하는 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 배기 단계에서,
    상기 기체는 상기 피동보조급수탱크 내에 위치하는 스파저를 통해 냉각수에 스크러빙된 후 배기되며,
    상기 피동보조급수탱크는 상기 수용공간을 구분하는 격벽을 포함하며,
    상기 수용공간은,
    상기 기기냉각수배관부에 냉각수를 공급하는 제1수용공간; 및
    상기 스파저가 위치하는 제2수용공간으로 구분되는 방법.