KR20140047452A - 원자력 발전소 피동보조급수계통의 충수 장치 - Google Patents

원자력 발전소 피동보조급수계통의 충수 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자력 발전소 피동보조급수계통의 충수 장치에 관한 것으로, 냉각수 및 그 냉각수와 열교환되어 증기발생기의 증기를 응축하여 원자로에 공급하는 응축기를 포함하는 피동응축탱크를 포함하는 피동보조급수계통에 있어서, 사고시 상기 피동응축탱크에 냉각수를 공급하는 원수계통을 더 포함한다. 본 발명은 다양한 충수원을 사용할 수 있도록 하여, 피동보조급수계통의 작동 시간을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

원자력 발전소 피동보조급수계통의 충수 장치{Coolant replenishment apparatus for passive auxiliary feedwater system of nuclear power plant}
본 발명은 원자력 발전소 피동보조급수계통의 충수 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피동응축탱크에 원수계통의 원수를 공급할 수 있는 원자력 발전소 피동보조급수계통의 충수 장치에 관한 것이다.
원자력발전소는 연료의 핵분열에 의해 생성된 열에너지를 이용하여 증기발생기를 통과하는 물에 열을 전달하여 증기를 발생시키고, 발생된 증기에 의해 터빈과 발전기를 가동시켜 전기에너지를 얻는 설비이다.
원자력발전소는 핵연료를 보유하고 있는 원자로 노심과, 원자로에서 발생한 열에너지를 이차측으로 전달하는 원자로 냉각재 계통을 설계기준 범위 내에서 안전하게 운전되도록 함으로써 원자력발전소의 안전상태를 유지하고, 방사능 물질의 확산을 방지하기 위한 설비가 구비되어야 한다.
이를 달성하기 위하여 원자력발전소는 사고 발생시 발전소를 안전하게 정지시킬 수 있도록 공학적 안전설비 계통을 갖추고 있다. 공학적 안전설비 계통은 격납용기계통(Containment System), 비상노심냉각계통(Emergency Core Cooling System), 피동보조급수계통(Passive Auxiliary Feedwater System)을 포함한다.
상기 피동보조급수계통의 일례로, 도 1은 대한민국 등록특허 제10-1022164호에 개시된 경수로의 피동 이차측 응축계통을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 종래 경수로의 피동 이차측 응축계통은, 원자로의 열에 의해 증기를 발생시키는 증기발생기(10), 상기 증기발생기(10)의 열을 터빈 측으로 공급하는 주증기관(11), 터빈을 거친 증기가 냉각수와의 열교환에 의해 응축된 물이 증기발생기(10)로 회수되는 주급수관(12), 원자로 운전 중단시 터빈 측으로의 증기 공급을 차단하고 주증기관(11)으로부터 분기되는 증기공급관(13)을 통하여 유입되는 증기를 피동응축탱크(30) 내부에 담긴 응축기(20)에서의 열교환에 의해 물로 응축시킨 후, 응축기(20)의 출구에 연결된 응축수회수관(14)을 통해 응축된 물을 주급수관(12)으로 합류시키도록 구성되어 있고, 응축수회수관(14)에는 응축된 물의 역류방지를 위한 역류방지부(40)가 설치된 구성이 개시되어 있다.
이와 같은 피동 이차측 응축계통에 의하면, 펌프와 같은 별도의 능동수단을 구비하지 않고 자연 대류방식에 의해 증기발생기(10)에서 발생된 증기를 응축기(20)에서 응축시킨 후 증기발생기(10)로 환수시켜 원자로를 냉각시킴으로써 원자력발전소의 사고시에 원자로의 과열을 방지할 수 있는 장점이 있다.
상기 피동응축탱크(30)에 충수된 냉각수 50만 갤런이며, 최소 8시간의 냉각기능을 확보하고 있다. 이러한 냉각 가능 시간의 한정은 피동응축탱크(30) 내의 냉각수가 응축기(20)와 열교환 되어 점차 그 온도가 상승하게 되어, 결국 응축기(20)를 통해 응축을 시킬 수 없는 상황까지 발생하게 되기 때문에 발생한다.
따라서 피동응축탱크(30)에 의해 8시간 정도의 사고에 대해서는 피동보조급수계통이 원활하게 작동하여 냉각을 수행하게 되나, 최근 일본 후쿠시마 원전사고와 같이 사고가 장기간 지속되는 경우에는 피동보조급수계통이 작용하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 피동보조급수계통의 피동응축탱크에 정수저장탱크 및 원수저장탱크인 다양한 충수원을 부가하여 장기간 지속되는 사고시에도 피동보조급수계통이 원활하게 작동되도록 할 수 있는 원자력 발전소 피동보조급수계통의 충수 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명 원자력 발전소 피동보조급수계통의 충수 장치는, 원자력 발전소 피동보조급수계통의 충수 장치에 관한 것으로, 냉각수 및 그 냉각수와 열교환되어 증기발생기의 증기를 응축하여 원자로에 공급하는 응축기를 포함하는 피동응축탱크를 포함하는 피동보조급수계통에 있어서, 사고시 상기 피동응축탱크에 냉각수를 공급하는 원수계통을 더 포함한다.
본 발명은 원수계통의 정수저장탱크 및 원수저장탱크에 저장된 물을 피동응축탱크에 충수하도록 구성되어, 피동보조급수계통의 작동 시간을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 원자력발전소의 피동보조급수계통 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원자력발전소 피동보조급수계통의 충수 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자력발전소 피동보조급수계통의 충수 장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자력발전소 피동보조급수계통의 충수 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자력발전소 피동보조급수계통의 충수 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면 본 발명에 따른 원자력발전소 피동보조급수계통의 충수 장치는, 격납용기 내에는 원자로를 순환하는 냉각재와의 열교환에 의해 증기를 발생시키는 증기발생기(110)의 일차측이 구비되고, 격납용기의 외부에 구비되는 증기발생기(110)의 이차측에는 증기발생기(110)에서 발생된 증기를 터빈(미도시됨) 측으로 공급하는 주증기관(111)이 연결되며, 터빈을 통과한 증기가 삼차측의 냉각수와의 열교환에 의해 응축되어 증기발생기(110)로 회수되는 주급수관(112;112-1,112-2)이 구비된다. 도면부호 'W'는 격납용기의 외벽을 나타낸 것이다.
상기 주증기관(111)에는 터빈 측으로 공급되는 증기의 흐름을 단속하기 위한 주증기차단밸브(V1,V2,V3,V4)가 설치되어, 원자로의 정상 운전시에는 상기 주증기차단밸브(V1,V2,V3,V4)가 개방되어 터빈 측으로 증기가 공급되도록 하고, 원자로의 운전 중단시에는 상기 주증기차단밸브(V1,V2,V3,V4)를 닫아 터빈 측으로의 증기 공급이 차단되도록 구성되어 있다.
상기 주급수관(112;112-1,112-2)은, 증기발생기(110)의 하부에 구비된 이코너마이저 노즐(112a)로 연결되는 라인(112-1)과, 증기발생기(110)의 상부에 구비된 다운커너 노즐(112b)로 연결되는 라인(112-2)으로 분기되며, 상기 주급수관(112;112-1,112-2)에는 터빈으로부터 증기발생기(110) 측으로 회수되는 물의 흐름을 단속하기 위한 주급수차단밸브(V5,V8)와, 주급수의 역류방지를 위한 체크밸브(V6,V7,V9)가 설치되어 있다.
상기 격납용기의 외부에는 원자로의 운전 중단시에 증기발생기(110)에서 발생된 증기를 응축시켜 응축수를 다시 증기발생기(110)로 환수시키는 응축기(120)가 설치된다. 상기 응축기(120)는 냉각수가 내부에 충진된 피동응축탱크(130) 내에 잠긴 상태로 설치되어 응축수(120)를 통과하는 증기는 피동응축탱크(130) 내에 충진된 냉각수와 열교환에 의해 물로 응축된다. 상기 응축기(120)의 일측에는 비응축성 기체를 피동응축탱크(130)로 배출하기 위한 배출밸브(V13)가 설치되어 있다.
상기 주증기관(111)에는 증기공급관(113)이 분기되고, 상기 증기공급관(113)의 타단은 응축기(120)의 입구측에 연결된다. 상기 증기공급관(113)에는 증기차단밸브(V10,V11)가 설치된다. 상기 증기차단밸브(V10,V11)는 원자로의 정상 운전시에는 닫힌 상태가 되어 응축기(120)로의 증기 유입이 차단되고, 원자로의 운전 중단시에는 개방되어 증기발생기(110)에서 발생된 증기가 주증기관(111)으로부터 분기된 증기공급관(113)을 통해 응축기(120)로 유입된다. 또한 상기 증기공급관(113)에는 증기 중에 포함된 수증기의 일부가 온도와 압력변화에 의해 응축될 경우 이를 배출하기 위한 배수밸브(V12)가 설치되어 있다.
상기 응축기(120)의 출구와 주급수관(112) 사이에는 응축기(120)를 통과하면서 응축된 물을 주급수관(112) 측으로 공급하는 응축수회수관(114)이 연결되어 있다. 상기 응축수회수관(114)에는 급수제어밸브(V14,V15)와 역류방지수단인 체크밸브(V16,V17)가 각각 병렬로 설치되어 있다. 따라서 급수제어밸브(V14,V15) 중 어느 하나 또는 체크밸브(V16,V17) 중 어느 하나의 밸브에 고장이 발생하더라도 병렬로 설치된 나머지 밸브를 통해 응축수가 원활하게 공급될 수 있게 된다.
상기와 같은 구성에 의해, 원자력발전소의 비상사고시 원자로의 운전이 중단된 경우에는 증기발생기(110)에서 발생된 증기는 주증기관(111)으로부터 분기된 증기공급관(113)을 통하여 자연대류에 의해 응축기(120) 측으로 공급되고, 응축기(120)에서 응축된 물은 자체 하중에 의해 아래로 낙하되어 응축수회수관(114)을 거쳐 주급수관(112)을 통하여 증기발생기(120)로 공급됨으로써 원자로를 냉각시키게 된다.
이와 같은 작용은 펌프와 같은 별도의 능동형 수단에 의하지 않고 자연 대류 및 중력과 같은 자연현상을 이용한 피동적 수단에 의해 증기발생기(110)에 급수를 공급할 수 있게 된다.
상기와 같은 작용에서 지속적으로 피동보조급수계통이 작용을 하는 경우 상기 응축기(120)와의 열교환을 통해 상기 피동응축탱크(130)의 냉각수는 그 수온이 상승하게 되어 원활한 피동보조급수계통의 작동이 이루어지지 못하게 된다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 피동응축탱크(130)의 냉각수로는 약 8시간 정도의 냉각 작용을 할 수 있는 것으로, 그 기간 이후에는 원수계통(200)의 정수저장탱크(210)와 원수저장탱크(220)에 저장된 정수와 원수를 각각 펌프(211,221)를 사용하여 상기 피동응축탱크(130)로 공급하게 된다.
이와 같이 원수계통(200)의 정수와 원수가 각각 피동응축탱크(130)로 공급되면 피동응축탱크(130) 내의 냉각수 온도를 낮출 수 있으며, 상기 피동보조급수계통의 원활한 작동 시간을 연장할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자력발전소 피동보조급수계통의 충수 장치 구성도이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자력발전소 피동보조급수계통의 충수 장치는, 상기 도 2를 참조하여 설명한 실시예의 구성에 상기 피동응축탱크(130)에 각각 냉각수를 공급하는 폐수계통의 폐수탱크(300)와, 보충수탈염계통의 탈염수저장탱크(400)를 더 포함하여 구성된다.
상기 폐수계통의 폐수탱크(300)에 저장된 폐수와 탈염수저장탱크(400)에 저장된 탈염수는 직접 상기 피동응축탱크(130)에 공급될 수 있으며, 먼저 상기 정수저장탱크(210)에 공급된 후 다시 피동응축탱크(130)로 공급될 수 있다.
이처럼 본 발명은 다양한 충수원을 사용하여 피동응축탱크에 냉각수를 공급할 수 있게 되어, 피동보조급수계통의 원활한 작동 시간을 연장할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 피동형 이차측 응축계통 110 : 증기발생기
111 : 주증기관 112,112-1,112-2 : 주급수관
112a : 이코너마이저 노즐 112b : 다운커머 노즐
113 : 증기공급관 114 : 응축수회수관
120 : 응축기 130 : 응축수조
200 : 원수계통 210 : 정수저장탱크
220:원수저장탱크 300:폐수탱크
400:탈염수저장탱크

Claims (3)

  1. 냉각수 및 그 냉각수와 열교환되어 증기발생기의 증기를 응축하여 원자로에 공급하는 응축기를 포함하는 피동응축탱크를 포함하는 피동보조급수계통에 있어서,
    사고시 상기 피동응축탱크에 냉각수를 공급하는 원수계통을 더 포함하는 원자력발전소 피동보조급수계통의 충수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원수계통은,
    정수를 저장하는 정수저장탱크와, 원수를 저장하는 원수저장탱크와, 상기 정수정탱크의 정수 또는 상기 원수저장탱크의 원수를 상기 피동응축탱크로 공급하는 펌프를 포함하는 원자력발전소 피동보조급수계통의 충수 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피동응축탱크로 냉각수를 공급하는 폐수계통의 폐수탱크 및 보충수탈염계통의 탈염수저장탱크를 더 포함하되,
    상기 폐수탱크 및 탈염수저장탱크에 저장된 물은 직접 상기 피동응축탱크에 공급되거나, 상기 정수저장탱크를 통해 상기 피동응축탱크에 공급되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 피동보조급수계통의 충수 장치.
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