KR101529529B1 - 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전 - Google Patents
피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101529529B1 KR101529529B1 KR1020130149403A KR20130149403A KR101529529B1 KR 101529529 B1 KR101529529 B1 KR 101529529B1 KR 1020130149403 A KR1020130149403 A KR 1020130149403A KR 20130149403 A KR20130149403 A KR 20130149403A KR 101529529 B1 KR101529529 B1 KR 101529529B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- heat exchanger
- fluid
- containment building
- inlet
- plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 100
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 285
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 111
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 62
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 10
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 6
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 5
- 208000019901 Anxiety disease Diseases 0.000 description 4
- 230000036506 anxiety Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 206010065042 Immune reconstitution inflammatory syndrome Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000012857 radioactive material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C9/00—Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
- G21C9/004—Pressure suppression
- G21C9/012—Pressure suppression by thermal accumulation or by steam condensation, e.g. ice condensers
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C9/00—Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
- G21C9/004—Pressure suppression
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
- G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21D—NUCLEAR POWER PLANT
- G21D1/00—Details of nuclear power plant
- G21D1/02—Arrangements of auxiliary equipment
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
본 발명은 플레이트형 열교환기를 적용한 피동격납건물냉각계통을 개시한다. 피동격납건물냉각계통은, 격납건물, 상기 격납건물의 내부와 외부 중 적어도 한 곳에 설치되고 압력경계를 유지하면서 상기 격납건물의 대기와 열교환 유체를 서로 열교환시키도록 경계면의 양측에 각각 서로 구분되게 배열되는 채널들을 구비하는 플레이트형 열교환기, 및 상기 격납건물의 대기 또는 상기 열교환 유체의 유로를 형성하도록 상기 격납건물을 관통하여 상기 플레이트형 열교환기와 상기 격납건물을 연결하는 배관을 포함를 포함한다.
Description
본 발명은 플레이트형 열교환기를 적용한 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전에 관한 것이다.
인쇄기판형 열교환기는 기술은 영국 Heatric 사(Patent : US 4665975, 1987)에서 개발되어 일반 산업분야에 매우 다양하게 이용되고 있다. 인쇄기판형 열교환기는 광화학적 식각 기술(Photo-chemical etching technique)에 의한 조밀한 유로배치 및 확산접합 기술을 이용하여 열교환기의 판 사이의 용접을 없앤 구조의 열교환기이다. 이에 따라 인쇄기판형 열교환기는 고온 고압의 환경에 적용 가능하고, 고집적도와 우수한 열교환 성능을 갖추고 있다. 인쇄기판형 열교환기 고온 고압의 환경에 대한 내구성과 우수한 고집적도 열교환 성능 등의 장점으로 냉난방시스템, 연료전지, 자동차, 화학 공정, 의료기기, 원자력, 정보 통신 장비, 극저온 환경 등의 증발기, 응축기, 냉각기, 라디에이터, 열교환기, 반등기 등 매우 다양한 분야로 적용범위가 확대되고 있다.
그러나 종래의 인쇄기판형 열교환기는 이상 유동(two phase)이 발생하는 증발기 등의 분야에서는 운전조건이 제한된 범위에서 이용되어 왔다. 인쇄기판형 열교환기가 쉘&튜브(shell and tube)형 등 다른 형태의 열교환기에 비해 열전달 효율이 매우 우수함에도 불구하고 증기발생기나 격납건물냉각 열교환기로 광범위하게 사용되지 못했던 이유는 유로채널에서의 유동불안 문제 때문이었다.
일반적으로 유로채널(flow channel)로 구성된 증기발생기 또는 격납건물냉각 열교환기에서는 이상 유동(two phase)이 발생하는 영역에서 증기가 형성되면서 밀도가 급격히 증가하고, 이로 인한 밀도파가 유로방향의 앞뒤로 전파되어 유동이 불안해 진다. 단상영역과 이상영역의 압력강하 위상차가 서로 되먹임을 하며 유동불안을 증폭시키기 때문이다.
이러한 현상은 증기발생기와 같이 기동 혹은 다른 목적의 저출력운전모드로부터 정상운전범위까지 운전범위가 넓거나 격납건물냉각 열교환기와 같이 사고시 작동범위가 넓은 응용분야의 경우에는 특히 중요한 문제가 된다.
이러한 유동현상을 완화하고자 일반적 운전범위가 넓은 쉘&튜브(shell and tube) 형 증기발생기, 특히 튜브를 이차 유로로 이용하는 경우에는 튜브의 입구 영역에 유로저항을 크게 만들어 극복을 시도하고 있다. 그러나 단순히 유로면적을 줄이기만 하면 파울링(fouling) 문제 등을 유발할 수 있고, 이로 인해 장기간의 수명을 유지해야 하는 원자력 환경에는 적용이 제한될 수 있다. 본 발명에서 유로오염(fouling) 문제는 증기발생기나 격납건물냉각 열교환기를 장기간 운전하면서, 각종 불순물이 누적됨에 따라 유로 단면적이 좁아지거나 막혀 증기발생기나 열교환기로 공급되는 유량에 영향을 주는 현상을 의미하며, 입구 유로단면적이 작을수록 이러한 현상이 가속될 수 있다.
판형(plate type) 열교환기는 일반적으로 판을 압출하여 유로 채널을 형성하고, 판 사이를 개스킷을 사용하거나 일반 용접 또는 브레이징 용접을 사용하여 결합시킨다. 이에 따라 인쇄기판형 열교환기와 적용분야는 유사하나 압력이 낮은 저압 환경에서 더 많이 이용되고 있다. 열교환 성능은 인쇄기판형 열교환기 보다는 작고 쉘&튜브(shell and tube)형 열교환기 보다는 우수한 특성이 있다. 또한 인쇄기판형 열교환기에 비해서는 제작이 간편한 특성이 있다.
한편, 원자로는 안전계통의 구성방식에 따라 펌프와 같은 능동력을 사용하는 능동형원자로와 중력 또는 가스압력 등의 피동력을 사용하는 피동형원자로로 나뉜다. 또한, 주요기기의 설치위치에 따라 주요기기(증기발생기, 가압기, 펌프 임펠러 등)가 원자로 외부에 설치되는 분리형원자로(예, 국내 가압경수로)와 주요기기가 원자로용기 내부에 설치되는 일체형원자로(예, SMART 원자로)로 나뉜다.
원전산업분야에서 피동격납건물냉각계통(또는 격납건물냉각계통)은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 냉각재상실사고나 증기관파단사고 등의 발생으로 냉각수 또는 증기가 방출되어 격납건물(또는 원자로건물, 격납용기, 안전보호용기) 내부의 압력이 상승하는 경우에, 증기를 응축시키고 내부 대기를 냉각시켜, 격납건물의 건전성을 유지시키는 계통으로 많이 이용되고 있다.
피동격납건물냉각계통과 유사한 목적으로 사용되는 방식으로는, 격납건물로 방출된 증기를 감압탱크로 유도하여 응축시키는 감압탱크(suppression tank)를 이용하는 방식(상용 BWR, CAREM:아르헨티나, IRIS:웨스팅하우스사), 철재격납용기을 적용하고 외벽을 냉각(스프레이, 공기)시키는 방식(AP1000:웨스팅하우스) 그리고 열교환기를 이용하는 방식(SWR1000:프라마톰ANP, AHWR:인도, SBWR:GE) 등이 이용되고 있다. 격납건물냉각계통 열교환기는 쉘&튜브(shell and tube)형 열교환기 또는 응축기(SBWR: 미국 GE사 등)가 주로 적용되고 있다. 일반적으로 원자로용기(또는 분리형원자로의 원자로냉각재계통) 외부를 보호하는 격납구조물은 강화콘크리트를 이용하여 제작 및 건설하는 경우 격납건물(또는 원자로 건물)이라 지칭하며, 철재를 이용하여 제작 및 건설하는 경우 격납용기(소형인 경우 안전보호용기)라 지칭한다.
그러나, 격납건물냉각계통의 열교환기는 원자로용기 보다 높은 상부에 설치되어야 하므로 지진하중 등에 관한 엄격한 설계기준 준수에 어려움이 크며, 격납건물 압력경계의 일부로서의 역할을 수행하므로 압력경계의 보호를 위한 설계 및 제작에 어려움이 크다. 또한 냉각재상실사고나 증기관파단사고 등의 사고시 격납건물 내부는 고온 고압의 환경에 노출되므로 격납건물냉각계통의 열교환기와 같은 안전기기는 격납건물의 환경요건을 준수해야 한다. 또한 격납건물냉각계통의 열교환기는 격납건물 내부의 대기(공기 및 증기)를 자연순환에 의해 응축 및 냉각시킨다. 그러나 열교환기의 성능은 증기의 응축현상이 주로 좌우하게 되는데, 대기가 원활하게 순환되지 않으면 증기가 원활히 공급되지 않아 열교환기의 성능이 저하될 수 있다. 또한 격납건물냉각 열교환기를 격납건물의 내부에 배치하는 원전에서는 격납건물의 내부에 많은 기기 및 구조물들이 배치되므로 배치에 어려움이 있어 소형화 및 경량화가 필요하다.
따라서, 원자로의 이러한 문제점을 극복하기 위해 플레이트형 열교환기를 피동격납건냉각계통에 적용하는 것을 고려해 볼 수 있다.
본 발명의 일 목적은 플레이트형 열교환기의 적용 범위 한계를 극복하고, 플레이트형 열교환기를 적용함에 있어 발생하는 유동 불안 등의 문제를 해결한 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 피동적인 방법으로 격납건물을 냉각시키고, 냉각과정에서 집수된 응축수를 원자로냉각재계통으로 안전주입하는 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전을 제안하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 피동격납건물냉각계통은, 격납건물, 상기 격납건물의 내부와 외부 중 적어도 한 곳에 설치되고 압력경계를 유지하면서 상기 격납건물의 대기와 열교환 유체를 서로 열교환시키도록 경계면의 양측에 각각 서로 구분되게 배열되는 채널들을 구비하는 플레이트형 열교환기, 및 상기 격납건물의 대기 또는 상기 열교환 유체의 유로를 형성하도록 상기 격납건물을 관통하여 상기 플레이트형 열교환기와 상기 격납건물을 연결하는 배관을 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 채널들은 이상(two phase) 유동에 의한 유동 불안정을 완화하도록, 입구 영역과 출구 영역을 연결하는 주열전달 영역의 유로저항보다 상기 입구 영역의 유로저항이 상대적으로 더 크게 형성된다.
상기 입구 영역은, 상기 주열전달 영역보다 작은 폭으로 형성되며, 유로의 길이를 연장시켜 직선형 유로보다 상대적으로 더 큰 유로저항을 구비하도록 형성될 수 있다.
상기 피동격납건물냉각계통은, 상기 입구 영역과 상기 주열전달 영역 사이에 형성되고, 상기 입구 영역의 유로 크기에서 상기 주열전달 영역의 유로 크기까지 유로의 폭이 점차 증가하도록 형성되는 유로확대부를 더 포함할 수 있다.
상기 피동격납건물냉각계통은, 내부에 상기 열교환 유체를 저장하도록 형성되어 상기 격납건물의 외부에 설치되고, 상기 격납건물 내부의 대기로부터 전달받은 열에 의해 온도 상승시 내부에 저장된 상기 열교환 유체를 증발시켜 전달받은 열을 외부로 방출하도록 상부에 개구부를 구비하는 비상 유체 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 채널들은, 상기 격납건물 내부의 대기를 통과시키도록 상기 경계면의 일측에 배열되는 대기 유로, 및 상기 대기 유로와의 압력 경계를 유지하면서 상기 비상 유체 저장부의 열교환 유체를 통과시키도록 상기 경계면의 타측에 배열되는 유체 유로를 포함할 수 있다.
상기 플레이트형 열교환기는 상기 격납건물의 내부에 설치되고 입구와 출구가 상기 격납건물을 관통하는 배관에 의해 상기 비상 유체 저장부에 연결되며,
상기 플레이트형 열교환기는, 상기 비상 유체 저장부로부터 공급된 열교환 유체를 각각의 상기 유체 유로에 분배하도록 상기 유체 유로의 입구 영역에 설치되어 각각의 상기 유체 유로에 연결되는 입구 헤더, 및 상기 유체 유로를 통과한 열교환 유체를 모아 상기 비상 유체 저장부로 회수시키도록 상기 유체 유로의 출구 영역에 설치되어 각각의 상기 유체 유로에 연결되는 출구 헤더를 포함할 수 있다.
상기 입구 헤더 및 출구 헤더는 상기 유체 유로의 원활한 유동을 유도하도록 각각 복수개로 구비되고, 복수의 상기 입구 헤더들은 서로 다른 유체 유로로 상기 열교환 유체를 공급하고 복수의 상기 출구 헤더들은 서로 다른 유체 유로로부터 상기 열교환 유체를 모을 수 있다.
상기 피동격납건물냉각계통은, 상기 입구 헤더와 상기 출구 헤더 중 적어도 하나는 상기 플레이트형 열교환기의 일측부에 설치되고, 상기 열교환 유체를 상기 채널들에 균등하게 분배하거나 상기 채널들로부터 상기 열교환 유체를 모으도록, 상기 플레이트형 열교환기의 일측부로부터 타측부까지 연장되어 상기 입구 헤더와 상기 유체 유로를 연결하거나 상기 출구 헤더와 상기 유체 유로를 연결하는 공통 헤더를 더 포함할 수 있다.
상기 플레이트형 열교환기는 상기 격납건물의 내부에 설치되고 입구와 출구가 상기 격납건물을 관통하는 배관에 의해 상기 비상 유체 저장부에 연결되며, 상기 대기 유로는, 상기 플레이트형 열교환기 상단부의 입구와 하단부의 출구를 연결하는 제1 대기 유로, 및 상기 입구의 병목 현상을 완화하도록 상기 플레이트형 열교환기의 양 측면부에 형성되는 입구와 출구를 통해 상기 대기를 유입 및 유출시키며 상기 제1 대기 유로와 교차하도록 형성되는 제2 대기 유로를 포함할 수 있다.
상기 플레이트형 열교환기는 상기 비상 유체 저장부의 내부에 설치되고 입구와 출구가 상기 격납건물을 관통하는 배관에 의해 상기 격납건물의 내부와 연결되며, 상기 유체 유로는, 상기 플레이트형 열교환기 상단부의 입구와 하단부의 출구를 연결하는 제1 유체 유로, 및 상기 입구의 병목 현상을 완화하도록 상기 플레이트형 열교환기의 양 측면부에 형성되는 입구와 출구를 통해 상기 열교환 유체를 유입 및 유출시키며 상기 제1 유체 유로와 교차하도록 형성되는 제2 유체 유로를 포함할 수 있다.
상기 피동격납건물냉각계통은, 상기 격납건물의 대기가 상기 플레이트형 열교환기를 통과하며 응축되어 형성된 응축수를 집수하도록 상기 플레이트형 열교환기의 하부에 설치되며 집수된 응축수를 원자로냉각재계통으로 주입시키도록 안전주입배관과 연결되는 냉각수 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 피동격납건물냉각계통은, 상기 격납건물 내부의 대기가 상기 플레이트형 열교환기에서 상기 유체에 열을 전달하고 응축되어 형성된 응축수를 상기 냉각수 저장부로 유도하도록 상기 플레이트형 열교환기로부터 상기 냉각수 저장부까지 연장되는 응축수 회수관을 더 포함할 수 있다.
상기 플레이트형 열교환기는 상기 냉각수 저장부의 냉각수에 부분적으로 침지되도록 상기 냉각수 저장부의 높이보다 길게 형성되어 상기 냉각수 저장부에 설치되고, 상기 채널들은, 상기 경계면의 일측에 배열되어 상기 냉각수 저장부의 냉각수를 통과시키는 냉각수 유로, 상기 경계면의 타측에 배열되어 상기 비상 유체 저장부의 열교환 유체를 통과시키는 유체 유로, 및 상기 경계면의 일측에 배열되어 상기 냉각수 유로의 출구 영역에서부터 시작되며 상기 열교환 유체에 의해 냉각되도록 상기 격납건물의 대기를 통과시키는 대기 유로를 포함할 수 있다.
상기 플레이트형 열교환기는 비상 유체 저장부 내부의 열교환 유체를 순환시키는 폐회로를 형성하도록 입구와 출구가 각각 상기 격납건물을 관통하는 배관에 의해 상기 비상 유체 저장부와 연결될 수 있다.
상기 플레이트형 열교환기는, 상기 격납건물과 상기 비상 유체 저장부의 압력 경계를 유지하면서 상기 입구에서의 병목 현상을 완화하도록, 측면에서 상기 대기 또는 상기 열교환 유체를 유입시켜 상기 채널들을 통과하는 대기 또는 열교환 유체와 합류시키는 개방형 유로를 구비할 수 있다.
상기 플레이트형 열교환기는, 적어도 일부가 상기 냉각수 저장부에 수용된 냉각수에 침지되도록 상기 냉각수 저장부의 내부에 배치되고 상기 비상 유체 저장부로부터 열교환 유체를 공급받도록 입구가 상기 비상 유체 저장부와 연결되는 제1 플레이트형 열교환기, 및 상기 격납건물 내부의 대기 공간에 설치되고 상기 비상 유체 저장부의 열교환 유체를 순환시키는 폐회로를 형성하도록 입구가 상기 제1 플레이트형 열교환기의 출구에 연결되며 출구가 상기 비상 유체 저장부에 연결되는 제2 플레이트형 열교환기를 포함할 수 있다.
상기 플레이트형 열교환기는 입구의 병목 현상을 완화하도록 복수개로 구비되며, 상기 피동격납건물냉각계통은, 상기 플레이트형 열교환기의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 케이싱, 및 열전달 면적을 확장시키도록 상기 케이싱의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 냉각핀을 더 포함할 수 있다.
상기 복수개의 플레이트형 열교환기는 상기 격납건물 내부에 나란히 배열되고, 상기 피동격납건물냉각계통은, 상기 비상 유체 저장부로부터 공급된 열교환 유체를 각각의 플레이트형 열교환기마다 구비된 입구 헤더로 분배하도록 상기 입구 헤더들과 연결되는 입구 연결 배관, 및 각각의 플레이트형 열교환기를 통과한 열교환 유체를 모아 상기 비상 유체 저장부로 회수시키도록 각각의 상기 플레이트형 열교환기마다 구비된 출구 헤더와 연결되는 출구 연결 배관을 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 피동격납건물냉각계통은, 상기 격납건물 내부의 대기를 상기 플레이트형 열교환기로 유도하도록 상기 플레이트형 열교환기의 입구에 설치되어 상기 대기의 인입 방향으로 돌출되는 입구 안내 유로부, 및 상기 플레이트형 열교환기로부터 방출된 대기를 상기 격납건물 내부로 유도하도록 상기 플레이트형 열교환기의 출구에 설치되어 상기 대기의 방출 방향으로 돌출되는 출구 안내 유로부를 더 포함한다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 피동격납건물냉각계통을 구비하는 원전을 개시한다. 원전은, 격납건물의 내부에 설치되는 원자로냉각재계통, 상기 격납건물 내부의 대기를 냉각시켜 상기 격납건물 내부의 압력 상승을 억제하는 피동격납건물냉각계통을 포함하고, 상기 피동격납건물냉각계통은, 격납건물, 상기 격납건물의 내부와 외부 중 적어도 한 곳에 설치되고 압력경계를 유지하면서 상기 격납건물의 대기와 열교환 유체를 서로 열교환시키도록 경계면의 양측에 각각 서로 구분되게 배열되는 채널들을 구비하는 플레이트형 열교환기, 및 상기 격납건물의 대기 또는 상기 열교환 유체의 유로를 형성하도록 상기 격납건물을 관통하여 상기 플레이트형 열교환기와 상기 격납건물을 연결하는 배관을 포함한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 입구 영역의 유로 저항을 증가시키는 다양한 구조와 방법을 제안하여 플레이트형 열교환기의 유동 불안정 문제 등을 해소할 수 있고, 플레이트형 열교환기를 피동격납건물냉각계통에 적용할 수 있다.
또한 본 발명은, 개방형 유로를 구비하거나 복수개가 함께 설치되어 플레이트형 열교환기 입구의 병목현상을 완화할 수 있으므로, 플레이트형 열교환기를 피동격납건물에 적용할 수 있다.
플레이트형 열교환기가 피동격납건물냉각계통에 적용되면, 고온 고압의 환경에 대한 내구성을 가지므로 1차 유체와 2차 유체의 압력 경계 유지가 용이하고, 고집적도의 열교환 성능으로 소형화가 가능해 지진 하중 등에 관한 엄격한 설계 기준을 준수할 수 있으며, 사고시 격납건물의 환경 조건을 극복할 수 있다.
또한 본 발명은, 플레이트형 열교환기의 고집적도에 의해 우수한 열교환 성능을 가지므로 경량화가 가능하고, 소형화가 가능해 격납건물 내부의 배치 문제 등을 크게 완화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 5 내지 도 16은 도 1 내지 도 4의 피동격납건물냉각계통에 선택적으로 적용될 수 있는 플레이트형 열교환기의 유로 개념도.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 19는 도 17 내지 도 18의 피동격납건물냉각계통에 선택적으로 적용될 수 있는 복수의 플레이트형 열교환기의 개념도.
도 20은 도 19에 도시된 복수의 플레이트형 열교환기의 배치 개념도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 5 내지 도 16은 도 1 내지 도 4의 피동격납건물냉각계통에 선택적으로 적용될 수 있는 플레이트형 열교환기의 유로 개념도.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 19는 도 17 내지 도 18의 피동격납건물냉각계통에 선택적으로 적용될 수 있는 복수의 플레이트형 열교환기의 개념도.
도 20은 도 19에 도시된 복수의 플레이트형 열교환기의 배치 개념도.
이하, 본 발명에 관련된 에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 플레이트형 열교환기라 함은 특별한 언급이 없는 한 일반적인 판형 열교환기와 인쇄기판형 열교환기뿐만 아니라 판(플레이트)의 가공 방법이나 접합 방법에 차이가 있는 경우 모두를 포괄적으로 지칭한다. 또한, 본 발명에서 격납건물이라 함은 특별한 언급이 없는 한 격납건물과 원자로건물과 격납용기 및 안전보호용기 등을 포괄적으로 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통(100) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
도 1에서는 설명의 편의를 위하여 본 발명에서 개시하는 피동격납건물냉각계통(100) 및 이를 구비하는 원전(10)에 대하여 원자로냉각재계통(12)을 중심으로 대칭으로 도시하고, 우측에는 원전(10)의 정상 운전시를 도시하고 좌측에는 원전(10)의 사고 발생시를 도시하였다. 이는 서로 대칭을 이루도록 도시된 다른 도면에서도 마찬가지이다.
원전(10)은 방사성 물질의 누출을 방지하기 위해 원자로냉각재계통(12)의 외부를 감싸는 격납건물(11)을 구비한다. 격납건물(11)은 격납용기, 안전보호용기 및 원자로건물을 통칭하는 구성요소이다.
원전(10)의 정상 운전시, 급수관(13a)을 통해 급수계통(13)으로부터 증기발생기(12b)로 급수가 공급되면 노심(12a)에서 전달된 열을 이용해 증기발생기(12b)에서 증기를 발생시킨다. 증기는 증기관(14a)을 통해 터빈계통(14)으로 공급되며, 터빈계통(14)은 공급받은 증기를 이용하여 전기를 생산한다. 급수관(13a)과 증기관(14a)에 설치되는 격리밸브들(13b, 14b)은 원전(10)의 정상 운전시에는 개방되어 있으나, 사고 발생시에는 작동 신호에 의해 닫힌다.
원전(10)에는 사고 발생시 원전(10)의 건전성을 유지하기 위한 다양한 안전계통이 존재하며, 안전주입계통(15), 피동격납건물냉각계통(100)은 상기 안전계통들에 포함되는 계통들이다.
그 중 피동격납건물냉각계통(100)은 냉각재상실사고 또는 증기관(14a) 파단사고 등의 발생으로 냉각수 또는 증기가 방출되어 격납건물(11) 내부의 압력이 상승하는 경우에, 격납건물(11) 내부의 대기를 냉각시키고 증기를 응축시켜 압력을 낮춤으로써 격납건물(11)의 기계적 건전성을 유지시키는 계통이다.
본 발명에서 제안하는 피동격납건물냉각계통(100)은 플레이트형 열교환기(120)를 포함하며, 원전(10)의 특성에 따라 비상 유체 저장부(110)나 냉각수 저장부(130)를 더 포함할 수 있다.
비상 유체 저장부(110)는 내부에 열교환 유체를 저장하도록 형성되며, 격납건물(11)의 외부에 설치된다. 비상 유체 저장부(110)는 격납건물(11) 내부의 대기로부터 전달받은 열을 외부로 방출하도록 상부에 개구부(111)를 구비한다.
격납건물(11) 내부의 대기로부터 열교환을 통해 비상 유체 저장부(110)의 열교환 유체로 열이 전달되면 열교환 유체의 온도는 상승한다. 그리고, 열전달이 지속되면서 열교환 유체의 온도도 지속적으로 상승하고, 열교환 유체는 증발한다. 열교환 유체가 증발하여 형성된 증기는 비상 유체 저장부(110) 상부의 개구부(111)를 통해 외부로 방출되며, 열교환 유체의 증발에 의해 격납건물(11) 내부의 대기로부터 전달된 열은 증발열에 의해 외부로 방출된다.
격납건물(11) 내부의 대기는 비상 유체 저장부(110)의 열교환 유체에 열을 전달하고, 냉각 및 응축된다. 이에 따라, 격납건물(11) 내부의 압력 상승은 억제될 수 있다.
플레이트형 열교환기(120)는 격납건물(11) 내부의 대기와 비상 유체 저장부(110)의 열교환 유체를 열교환시킨다. 플레이트형 열교환기(120)는 격납건물(11) 내부와 외부 중 적어도 한 곳에 설치될 수 있으며, 도 1에는 격납건물(11) 내부의 대기 영역에 설치되는 것으로 도시되어 있다.
플레이트형 열교환기(120)는 격납건물(11)의 내부와 외부의 압력경계를 유지하면서 격납건물(11)의 내부와 비상 유체 저장부(110)의 두 유체를 열교환 시키도록, 경계면의 양측에 각각 서로 구분되게 배열되는 채널들을 구비하며 일측의 채널로는 상기 격납건물(11)의 대기를 통과시키고 타측의 채널로는 상기 비상 유체 저장부(110)의 열교환 유체를 통과시킨다. 플레이트형 열교환기(120)에는 상기 플레이트형 열교환기(120)의 적어도 일부를 감싸는 케이싱(126)이 결합될 수 있다.
플레이트형 열교환기(120)는 격납건물(11)의 대기와 비상 유체 저장부(110)의 열교환 유체의 열교환 과정에서 압력경계를 유지시키기 위해 두 유체를 혼합하지 않고, 열교환을 유도해야 한다. 이를 위해 플레이트형 열교환기(120)의 채널들은 격납건물(11) 내부의 대기를 통과시키는 대기 유로와 비상 유체 저장부(110)의 열교환 유체를 통과시키는 유체 유로를 포함한다.
플레이트형 열교환기(120)가 격납건물(11) 내부에 설치되는 경우, 대기 유로의 입구 영역에는 플레이트형 열교환기(120)로 격납건물(11) 내부에 존재하는 대기의 인입을 유도하는 입구 안내 유로부(121a)가 설치될 수 있고, 대기 유로의 출구 영역에는 플레이트형 열교환기(120)에서 상기 격납건물(11)의 내부로 대기 또는 응축수를 배출하는 출구 안내 유로부(121b)가 설치될 수 있다. 격납건물(11) 내부의 대기는 입구 안내 유로부(121a)를 통해 상기 플레이트형 열교환기(120)로 유입되고, 출구 안내 유로부(121b)를 통해 다시 격납건물(11) 내부로 방출된다.
비상 유체 저장부(110)는 격납건물(11) 외부에서 내부로 유동하여 플레이트형 열교환기(120)를 통과시키는 유로가 필요하다. 따라서, 플레이트형 열교환기(120)는 격납건물(11)을 관통하는 배관(123a, 123b)에 의해 비상 유체 저장부(110)와 연결된다. 배관(123a, 123b)은 비상 유체 저장부(110)를 플레이트형 열교환기(120)에 연결하는 유로를 형성한다.
비상 유체 저장부(110)의 열교환 유체는 플레이트형 열교환기(120)의 채널들을 통과한 후 다시 비상 유체 저장부(110)로 회수되어야 하므로, 플레이트형 열교환기(120)는 이를 위해 입구 헤더(122a)와 출구 헤더(122b)를 포함한다.
입구 헤더(122a)는 유체 유로의 입구 영역에 설치되어 비상 유체 저장부(110)로부터 공급된 열교환 유체를 각각의 유체 유로에 분배시킨다. 그리고, 출구 헤더(122b)는 유체 유로의 출구 영역에 형성되어 유체 유로를 통과한 열교환 유체를 모아 비상 유체 저장부(110)로 회수시킨다.
플레이트형 열교환기(120)를 통과하는 격납건물(11) 내부의 대기는 플레이트형 열교환기(120) 상단부의 입구로 유입되어 하단부의 출구로 방출되며, 플레이트형 열교환기(120)를 통과하는 비상 유체 저장부(110)의 열교환 유체는 플레이트형 열교환기(120) 하단부의 입구로 유입되어 상단부의 출구로 방출된다. 격납건물(11) 내부의 대기는 플레이트형 열교환기(120)를 통과하면서 비상 유체 저장부(110)의 열교환 유체에 열을 전달하고 냉각 및 응축되어 하강하며, 비상 유체 저장부(110)의 열교환 유체는 플레이트형 열교환기(120)를 통과하면서 상기 대기로부터 열을 전달받아 상승하여 다시 비상 유체 저장부(110)로 회수된다.
플레이트형 열교환기(120)에서 비상 유체 저장부(110)로 회수된 열교환 유체에 의해 상기 비상 유체 저장부(110)의 열교환 유체 온도는 점차 상승하며, 지속적인 온도 상승시 열교환 유체가 증발하여 증발열을 이용해 전달된 열을 외부로 방출한다.
플레이트형 열교환기(120)는 유체의 온도차로부터 유발되는 밀도차를 구동력으로 하는 피동 설비이다. 따라서, 사고 발생시 격납건물(11) 내부의 대기 온도 및 압력이 상승하여 구동력이 존재하는 한 플레이트형 열교환기(120)에서의 유체 순환 및 열전달은 지속적으로 이루어진다.
플레이트형 열교환기(120)와 비상 유체 저장부(110)를 연결하는 배관(123a, 123b)은 격납건물(11)을 관통하며, 배관(123a, 123b)에는 격리밸브(124a, 124b)와 체크밸브(125)가 설치된다. 격리밸브(124a, 124b)는 원전(10)의 정상 운전시와 사고시 모두 개방된 상태를 유지한다. 다만, 유지보수 작업을 수행하거나 사고 발생에 의해 피동격납건물냉각계통(100)이 손상되는 등 격납건물(11)의 압력경계가 손상되는 경우에는 작동신호에 의해 닫힌다. 체크밸브(125)는 피동격납건물냉각계통(100)의 작동시 유동에 의해 개방되며 역방향 유동을 방지한다.
냉각수 저장부(130)는 플레이트형 열교환기(120)를 통과하는 대기가 응축되어 형성된 응축수를 집수하는 것이 유리한 아래 방향에 설치된다. 냉각수 저장부(130)는 상부의 적어도 일부가 개방된 상태를 유지할 수 있다.
냉각수 저장부(130)는 집수된 응축수를 원자로냉각재계통(12)으로의 안전주입에 이용하도록 안전주입배관(15a)과 연결된다. 안전주입계통(15)은 원자로냉각재계통(12) 냉각재상실사고가 발생한 경우 상기 원자로냉각재계통(12) 내부로 냉각재를 주입하여 수위를 유지시키는 계통으로, 안전주입배관(15a)은 안전주입계통(15)과 원자로냉각재계통(12)을 연결한다.
냉각수 저장부(130)는 안전주입배관(15a)에 연결되어 사고시 내부에 저장된 냉각재 및 응축수를 원자로냉각재계통(12)에 주입하는 사고 후반부에 안전주입계통(15)의 기능을 수행할 수 있다. 냉각수 저장부(130)에 저장된 냉각재 및 집수된 응축수는 다른 안전주입계통(15)과 마찬가지로, 사고 발생시 작동신호에 의해 개방되는 격리밸브(131) 및 유동에 의해 개방되는 체크밸브(132)가 개방되고, 원자로냉각재계통(12)의 압력이 냉각수 저장부(130)의 수두보다 감소하면 상기 안전주입배관(15a)을 통해 상기 원자로냉각재계통(12)으로 주입될 수 있다.
사고 발생에 의해 원자로냉각재계통(12)으로부터 격납건물(11)의 내부로 방출된 증기는 플레이트형 열교환기(120)에서 열교환을 통해 냉각 및 응축되고, 냉각수 저장부(130)에 집수되며, 다시 원자로냉각재계통(12)으로 안전주입된다. 따라서, 원전(10)에서 냉각재상실사고 등의 사고가 발생하더라도 본 발명에서 제안하는 피동격납건물냉각계통(100)을 이용하면 격납건물(11)의 온도 및 압력 상승을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 사고 후반부에 냉각수를 지속적으로 순환시켜 장기간 원자로냉각재계통(12)의 수위를 유지시킬 수 있다.
냉각수 저장부(130)에 응축수가 집수되는 과정은 플레이트형 열교환기(120)에서 자유낙하하는 응축수를 집수할 수도 있지만, 도시한 바와 같이 응축수 회수관(140)이 플레이트형 열교환기(120)에 설치될 수도 있다. 응축수 회수관(140)은 격납건물(11) 내부의 대기가 플레이트형 열교환기(120)에서 열교환 유체에 열을 전달하고 응축되어 형성된 응축수를 냉각수 저장부(130)로 유도하도록 상기 플레이트형 열교환기(120)로부터 상기 냉각수 저장부(130)까지 연장된다.
플레이트형 열교환기(120)를 통과한 대기는 응축되어 응축수를 형성하고, 응축수는 응축수 회수관(140)을 통과해 냉각수 저장부(130)에 집수될 수 있다.
원전(10)의 특성에 따라 비상 유체 저장부(210)가 고갈되는 사고 후반부에는 공랭식으로 작동하는 혼합식 플레이트형 열교환기(220)로 구성될 수도 있다. 또한, 원전(10)의 특성에 따라 도 1에서 비상 유체 저장부(210)가 설치되지 않는 경우에는 격납건물(21) 외부의 대기를 이용한 공랭식으로 작동하는 공랭식 플레이트형 열교환기(220)로 구성될 수도 있다.
이하에서는 다른 실시예의 피동격납건물냉각계통(100) 및 이를 구비하는 원전(10)에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통(200) 및 이를 구비하는 원전(20)의 개념도이다.
피동격납건물냉각계통(200)은 플레이트형 열교환기(220)를 포함하고, 원전(20)의 특성에 따라 비상 유체 저장부(210) 및 냉각수 저장부(230)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 피동격납건물냉각계통(100)과 달리 도 2에 도시된 피동격납건물냉각계통(200)의 플레이트형 열교환기(220)는 비상 유체 저장부(210)의 내부에 설치된다. 격납건물(21) 내부의 대기는 격납건물(21) 및 비상 유체 저장부(210)를 관통하여 격납건물(21)과 플레이트형 열교환기(220)를 연결하는 배관(223a, 223b)을 유로로 이용한다.
사고 발생시 격납건물(21) 내부의 대기는 배관(223a, 223b)을 통해 비상 유체 저장부(210) 내부의 플레이트형 열교환기(220)로 유입된다. 플레이트형 열교환기(220)에서 열교환 유체에 열을 전달한 대기(구체적으로는 대기에 함유되어 있는 증기)는 응축되어 응축수를 형성하고, 공기는 냉각되어 다시 배관을 통해 격납건물(21) 내부로 유입된다. 그리고 격납건물(21) 내부에서 공기는 대기로 방출되고 응축수는 자유낙하하거나 응축수 회수관(240)을 통해 냉각수 저장부(230)로 집수된다.
입구 안내 유로부(221a)는 비상 유체 저장부(210) 내부의 열교환 유체를 플레이트형 열교환기(220)로 유도하도록 유체 유로의 입구 영역에 설치된다. 출구 안내 유로부(221b)는 열교환 유체를 플레이트형 열교환기(220)에서 비상 유체 저장부(210)로 방출을 유도하도록 유체 유로의 출구 영역에 설치된다.
입구 헤더(222a)는 격납건물(21)로부터 유입된 대기를 각 채널들에 분배하도록 대기 유로의 입구 영역에 설치되며, 출구 헤더(222b)는 각 채널들을 통과한 대기 또는 응축수를 모아 격납건물(21) 내부로 회수시키도록 대기 유로의 출구 영역에 설치된다.
유체 유로의 입구 영역과 대기 유로의 출구 영역은 플레이트형 열교환기(220)의 하부가 될 수 있고, 유체 유로의 출구 영역과 대기 유로의 입구 영역은 플레이트형 열교환기(220) 상부가 될 수 있다.
응축수 회수관(240)은 격납건물(21)을 관통하는 배관(223b)으로부터 분기되어 냉각수 저장부(230)까지 연장된다.
원전(20)의 특성에 따라 비상 유체 저장부(210)가 고갈되는 사고 후반부에는 공랭식으로 작동하는 혼합식 플레이트형 열교환기(220)로 구성될 수도 있다. 또한, 원전(20)의 특성에 따라 도 2에서 비상 유체 저장부(210)가 설치되지 않는 경우에는 격납건물(21) 외부의 대기를 이용한 공랭식으로 작동하는 공랭식 플레이트형 열교환기(220)로 구성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통(300) 및 이를 구비하는 원전(30)의 개념도이다.
도 3에 도시된 피동격납건물냉각계통(300)은 도 1에 도시된 피동격납건물냉각계통(100)에 또 하나의 플레이트형 열교환기(320a)가 추가되고, 대기 및 열교환 유체의 순환을 위한 배관(323a, 323b, 323c) 구성이 달라진다.
플레이트형 열교환기(320)는 냉각수 저장부(330)의 내부에 설치되는 제1 플레이트형 열교환기(320a) 및 격납건물(31) 내부의 대기 영역에 설치되는 제2 플레이트형 열교환기(320b)를 포함한다.
제1 플레이트형 열교환기(320a)는 적어도 일부가 상기 냉각수 저장부(330)에 수용된 냉각수에 침지되도록 형성되며, 비상 유체 저장부(310)로부터 열교환 유체를 공급받도록 입구가 배관(323a)에 의해 상기 비상 유체 저장부(310)와 연결된다.
제2 플레이트형 열교환기(320b)는 비상 유체 저장부(310)의 열교환 유체를 순환시키는 폐회로를 형성하도록 입구가 배관(323b)에 의해 상기 제1 플레이트형 열교환기(320a)의 출구에 연결되며, 출구가 배관(323c)에 의해 상기 비상 유체 저장부(310)에 연결된다.
비상 유체 저장부(310)의 열교환 유체는 비상 유체 저장부(310)에서 제1 플레이트형 열교환기(320a)로 유입되어, 냉각수 저장부(330)에 저장된 냉각수와 1차적으로 열교환한다. 냉각수 저장부(330)의 상부의 적어도 일부가 개방되어 있으므로, 냉각수 저장부(330)에 저장된 냉각수는 격납건물(31)의 온도 상승시 격납건물(31)의 대기로부터 열을 전달받거나 원자로냉각재계통(32)으로부터 방출되는 고온의 냉각재가 유입되어 고온의 상태이다. 따라서, 냉각수 저장부(330)에 저장된 냉각수는 제1 플레이트형 열교환기(320a)의 상부로 유입되어 하부로 방출되고, 상기 비상 유체 저장부(310)로부터 공급된 열교환 유체에 열을 전달한다.
제1 플레이트형 열교환기(320a)에서 열을 전달받은 열교환 유체는 제1 플레이트형 열교환기(320a)와 제2 플레이트형 열교환기(320b)를 연결하는 배관(323b)을 통해 제2 플레이트형 열교환기(320b)로 유입된다. 열교환 유체는 제2 플레이트형 열교환기(320b)에서 다른 채널을 통과하는 격납건물(31)의 대기와 열교환하여 열을 전달받고 제2 플레이트형 열교환기(320b)의 상부로 방출되어 배관(323c)을 통해 비상 유체 저장부(310)로 회수되며 순환을 계속한다.
원전(30)의 특성에 따라 비상 유체 저장부(310)가 고갈되는 사고 후반부에는 공랭식으로 작동하는 혼합식 플레이트형 열교환기(320)로 구성될 수도 있다. 또한, 원전(30)의 특성에 따라 도 3에서 비상 유체 저장부(310)가 설치되지 않는 경우에는 격납건물(31) 외부의 대기를 이용한 공랭식으로 작동하는 공랭식 플레이트형 열교환기(320)로 구성될 수도 있다
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통(400) 및 이를 구비하는 원전(40)의 개념도이다.
플레이트형 열교환기(420)는 냉각수 저장부(430)에 부분적으로 침지되도록 상기 냉각수 저장부(430)의 높이보다 길게 형성된다. 도시한 바와 같이 플레이트형 열교환기(420)의 어느 일부는 냉각수에 침지되고, 다른 일부는 격납건물(41)의 대기에 노출된다.
플레이트형 열교환기(420)의 채널들은 냉각수 유로, 유체 유로 및 대기 유로를 포함한다. 냉각수 유로는 경계면의 일측에 배열되어 냉각수 저장부(430)의 냉각수를 통과시키고, 유체 유로는 상기 경계면의 타측에 배열되어 비상 유체 저장부(410)의 열교환 유체를 통과시킨다. 대기 유로는 냉각수 유로에 이어 상기 냉각수 유로의 출구 영역에서부터 시작되며, 상기 유체 유로를 통과하는 열교환 유체에 계속적으로 열을 전달하는 대기를 통과시킨다.
비상 유체 저장부(410)로부터 플레이트형 열교환기(420)로 유입된 열교환 유체는 냉각수 저장부(430)의 냉각수에 의해 1차적으로 가열되며, 격납건물(41)의 대기에 의해 2차적으로 가열된다.
이상에서 자연 순환에 의한 피동격납건물냉각계통의 작동을 설명하였으나, 실제로 플레이트형 열교환기가 피동격납건물냉각계통에 적용되는 경우에는 이상(two pahse) 유동 영역에서의 유동 불안 문제, 열교환기 입구에서의 병목 현상 등의 문제가 발생하므로 이를 개선하는 것이 필요하다. 이하에서는 이러한 문제를 개선하기 위해 본 발명에서 제안하는 플레이트형 열교환기의 구조에 대하여 설명한다.
이하에서의 설명은 대기 유로와 유체 유로를 구분하지 않고 설명할 수도 있으며, 설명하는 바가 대기 유로와 유체 유로 중 어느 하나에만 한정되는 것으로 명시하지 않는 한, 대기 유로에서 설명하는 바는 유체 유로에도 적용될 수 있고, 유체 유로에서 설명하는 바는 대기 유로에도 적용될 수 있다.
도 5 내지 도 17은 도 1 내지 도 4의 피동격납건물냉각계통(100, 200, 300, 400)에 선택적으로 적용될 수 있는 플레이트형 열교환기(520)의 유로 개념도이다.
먼저 도 5 내지 도 6의 채널(527)들은 각각 유체 유로와 대기 유로에 해당하며, 상기 유체 유로와 대기 유로는 모두 폐쇄형 유로로 형성되는 것을 도시하고 있다.
플레이트형 열교환기(520)에 인쇄기판형 열교환기의 제작기법을 적용하는 경우, 광화학적 식각 기술에 의해 조밀한 유로배치가 가능하며 확산 접합 기술을 이용하여 열교환기의 판 사이의 용접을 제거할 수 있는 구조를 갖으며, 또한 일반적인 판형 열교환기도 조밀한 유로배치가 가능하다. 플레이트형 열교환기(520)는 격납건물의 대기와 비상 유체 저장부의 열교환 유체를 열교환 시키며, 격납건물 내부(대기)와 외부(열교환 유체)의 압력 경계를 유지하면서 열교환을 유도해야하므로, 경계면의 양측에 서로 구분되는 채널(527)들을 구비한다.
채널(527)들은 대기를 통과시키는 대기 유로와 열교환 유체를 통과시키는 유체 유로를 포함하며, 각각의 채널(527)은 대기 유로와 유체 유로 중 어느 하나에 해당한다. 대기 유로는 격납건물 내부의 대기를 통과시키도록 경계면의 일측에 배열되고, 유체 유로는 대기 유로와의 압력 경계를 유지하면서 비상 유체 저장부의 열교환 유체를 통과시키도록 경계면의 타측에 배열된다.
대기 유로와 유체 유로의 형태는, 일 방향으로만 대기가 통과하고 상기 일 방향의 반대 방향으로만 열교환 유체가 통과하는 형태의 폐쇄형 유로일 수 있다. 또한, 대기 유로와 유체 유로는 상기 일 방향과 교차하는 방향으로도 대기 또는 열교환 유체가 통과하는 형태의 개방형 유로일 수도 있다.
대기 유로와 유체 유로의 형태는 플레이트형 열교환기(520)의 설치 위치에 따라 달라질 수 있다. 플레이트형 열교환기(520)는 격납건물의 내부와 외부 중 적어도 한 곳에 설치될 수 있다. 특히 폐쇄형 유로는 플레이트형 열교환기(520)의 설치 위치와 무관하게 적용될 수 있으나, 개방형 유로는 압력 경계의 손상을 방지하기 위해 제한적으로만 적용될 수 있다.
플레이트형 열교환기(520)가 격납건물의 내부에 설치되는 경우에는, 대기 유로에 개방형 유로를 적용할 수 있으나, 유체 유로에는 압력 경계가 손상되므로 개방형 유로를 적용할 수 없다. 반대로 플레이트형 열교환기(520)가 비상 유체 저장부와 같은 격납건물 외부에 설치되는 경우에는, 유체 유로에 개방형 유로를 적용할 수 있으나, 대기 유로에는 압력 경계가 손상되므로 개방형 유로를 적용할 수 없다.
도 5와 도 6을 참조하면, 도시된 플레이트형 열교환기(520)의 유로는 모두 폐쇄형 유로에 해당하고, 도 5의 개념도는 유체 유로를 도시한 것이며, 도 6의 개념도는 대기 유로를 도시한 것이다. 유체 유로와 대기 유로는 경계면을 기준으로 양측에 각각 배열된다. 따라서, 도 5에 도시된 유체 유로는 도 6에 도시된 대기 유로의 반대면에 해당한다.
플레이트형 열교환기(520)는 입구 영역(528a), 출구 영역(528b) 및 주열전달 영역(528c)을 포함한다. 입구 영역(528a)은 플레이트형 열교환기(520)에 공급된 대기 또는 열교환 유체를 각각의 채널(527)들로 분배하는 영역이며, 주열전달 영역(528c)은 대기와 열교환 유체 사이에 실질적인 열교환이 이루어지는 영역이고, 출구 영역(528b)은 열교환을 마친 대기 또는 열교환 유체를 각각의 채널(527)들로부터 수집하여 방출하는 영역이다. 주열전달 영역(528c)은 입구 영역(528a)과 출구 영역(528b)을 연결하며, 상기 입구 영역(528a)과 출구 영역(528b)의 사이에 형성된다.
도 5를 참조하면, 열교환 유체의 온도는 대기의 온도보다 낮으므로, 열교환 유체는 플레이트형 열교환기(520)를 통과하면서 대기로부터 열을 전달받아 온도가 상승한다. 반대로 도 6을 참조하면, 대기의 온도는 열교환 유체의 온도보다 높으므로, 대기는 플레이트형 열교환기(520)를 통과하면서 열교환 유체에 열을 전달하고 냉각되어 온도가 하강한다.
도 7은 입구와 출구에 헤더(522a, 522b)를 구비하는 플레이트형 열교환기(520)의 유체 유로를 나타낸 개념도이다.
플레이트형 열교환기(520)는 입구 헤더(522a)와 출구 헤더(522b)를 더 포함하고, 채널(527)은 유체 유로에 해당한다.
입구 헤더(522a)는 비상 유체 저장부로부터 공급된 열교환 유체를 각각의 유체 유로에 분배하도록 유체 유로의 입구 영역에 설치되어 각각의 유체 유로에 연결된다. 출구 헤더(522b)는 유체 유로를 통과한 열교환 유체를 모아 비상 유체 저장부로 회수시키도록 유체 유로의 출구 영역에 설치되어 각각의 유체 유로에 연결된다.
플레이트형 열교환기(520)가 격납건물의 내부에 설치되는 경우, 유체 유로로 비상 유체 저장부의 열교환 유체가 공급되어 입구 헤더(522a)를 통해 각 채널(527)들로 공급된다. 그리고, 주열전달 영역(528c)에서 열을 전달받아 상승한 열교환 유체는 다시 출구 헤더(522b)를 통해 수집되어 비상 유체 저장부로 이동한다.
도 8 내지 도 9는 입구와 출구에 헤더를 구비하는 플레이트형 열교환기(520)의 유체 유로를 나타낸 변형례이다.
입구 헤더(522a)와 출구 헤더(522b)의 설치 위치는 플레이트형 열교환기(520)의 설계에 따라 달라질 수 있다. 특히 플레이트형 열교환기(520)에 인쇄기판형 열교환기의 제작 기법을 적용하는 경우, 광화학적 식각 방법에 의해 제조되므로 채널(527)의 구조를 자유롭게 선택할 수 있고, 일반 판형 열교환기도 유로구성이 매우 자유로우므로, 입구 헤더(522a)와 출구 헤더(522b)의 위치도 달라질 수 있다.
도 8과 도 9는 특히 입구 헤더(522a)와 출구 헤더(522b)가 각각 플레이트형 열교환기(520)의 측면에 설치되고, 각각의 채널(527)들은 적어도 일 영역에서 절곡되거나 곡선 유로를 형성하여 입구 헤더(522a) 또는 출구 헤더(522b)까지 연장된다.
입구 영역(528a)에서 채널(527)의 연장 방향과 출구 영역(528b)에서 채널(527)의 연장 방향은 도 8에 도시된 바와 같이 동일한 방향일 수도 있고, 도 9에 도시한 바와 같이 서로 반대 방향일 수도 있으며, 피동격납건물냉각계통의 설계에 따라 달라질 수 있다.
도 10을 참조하면, 입구 헤더(522a', 522a")와 출구 헤더(522b', 522b")는 유체 유로의 원활한 유동을 유도하도록, 각각 복수개로 구비될 수 있다. 복수의 입구 헤더(522a', 522a")는 각각 서로 다른 유체 유로로 열교환 유체를 공급하도록 서로 다른 유체 유로와 연결되고, 복수의 출구 헤더(522b', 522b")도 각각 서로 다른 유체 유로로부터 열교환 유체를 모으도록 서로 다른 유체 유로와 연결될 수 있다.
입구 헤더(522a', 522a")와 출구 헤더(522b', 522b")가 복수개로 구비되면, 단일 헤더보다 그 크기를 축소시킬 수 있으므로, 유체 유로에 원활하게 열교환 유체를 공급할 수 있다. 따라서, 전체적으로 유체 유로의 원활한 유동을 유도할 수 있다.
도 11을 참조하면, 채널들은 이상(two phase) 유동에 의한 유동 불안정을 완화하도록, 입구 영역(528a)과 출구 영역(528b)을 연결하는 주열전달 영역(528c)의 유로 저항보다 입구 영역(528a)의 유로저항이 상대적으로 크게 형성될 수 있다.
유로저항을 상대적으로 크게 만드는 방법은 여러 가지가 있을 수 있으나, 도 11에 도시된 플레이트형 열교환기(520)에서는 주열전달 영역(528c)의 유로보다 입구 영역(528a)에서의 유로가 작은 폭으로 형성되어 길게 연장되는 방식을 채택하였다.
입구 영역(528a)의 유로(527a)는 직선형 유로보다 상대적으로 큰 유로저항을 구비하도록 지그재그 형태로 형성되어 주열전달 영역(528c)에 연결된다. 구체적으로는 입구 영역(528a)의 유로(527a)가 플레이트형 열교환기(520)의 길이 방향과 폭 방향으로 번갈아 가면서 반복적으로 연결되어 주열전달 영역(528c)까지 연장되는 형태로 형성된다. 입구 영역(528a)에 유로저항을 주열전달 영역(528c)의 유로저항보다 크게 형성함에 따라 이상(two phase) 유동에서의 유동 불안 발생 확률을 감소시킬 수 있다.
유로확대부(527b)는 입구 영역(528a)과 주열전달 영역(528c) 사이에 형성되고, 입구 영역(528a)의 유로 크기에서 주열전달 영역(528c)의 유로 크기까지 연장 방향을 향해 유로의 폭이 점차 증가하도록 형성된다. 유로확대부(527b)를 지나면서 유로저항은 상대적으로 작아지고, 이후의 주열전달 영역(528c)과 출구 영역(528b)의 유로(527c)에서는 상대적으로 작은 유로저항이 유지된다.
도 12를 참조하면, 플레이트형 열교환기(520)의 측면에 배치되는 입구 헤더(522a)와 입구 영역(528a)의 각 채널(527)들을 연결하는 공통헤더(529)가 플레이트형 열교환기(520)에 설치될 수 있다.
공통헤더(529)는 비상 유체 저장부로부터 공급된 열교환 유체를 상기 채널(527)들에 균등하게 분배하도록 플레이트형 열교환기의 일측부로부터 타측부까지 연장되어 입구 헤더(522a)와 채널(527)을 연결한다. 공통헤더(529)는 열교환 유체를 유체 유로에 균등하게 분배하여 어느 하나의 유체 유로로 유량이 집중되는 것을 방지하며, 입구 유동의 불안 문제를 극복할 수 있도록 한다.
도 13을 참조하면, 유체 유로의 형성 방향 및 출구 헤더(522b)의 위치를 플레이트형 열교환기(520)의 측면부로 변경할 수 있는 변형례가 도시되어 있다.
도 14를 참조하면, 플레이트형 열교환기(520)의 입구와 출구에 입구 안내 유로부(521a)와 출구 안내 유로부(521b)가 각각 설치된 변형례가 도시되어 있다.
입구 안내 유로부(521a)는 격납건물 내부의 대기를 상기 플레이트형 열교환기(520)로 유도하도록 상기 플레이트형 열교환기(520)의 입구에 설치되어 상기 대기의 인입 방향으로 돌출된다. 그리고, 출구 안내 유로부(521b)는 플레이트형 열교환기(520)로부터 방출된 대기를 상기 격납건물 내부로 유도하도록 상기 플레이트형 열교환기(520)의 출구에 설치되어 상기 대기의 방출 방향으로 돌출된다.
도 15을 참조하면, 대기 유로의 형성 방향, 입구 안내 유로부(521a) 및 출구 안내 유로부(521b)의 위치가 플레이트형 열교환기(520)의 측면부로 변경할 수 있는 변형례가 도시되어 있다. 대기 유로는 입구 영역과 출구 영역에서 각각 적어도 한 번씩 절곡되거나 곡선 유로를 형성하여 플레이트형 열교환기(520)의 측면부로 연장된다.
도 16은 개방형 유로를 구비하는 플레이트형 열교환기(520)의 유로 개념도이다.
플레이트형 열교환기(520)는 격납건물과 비상 유체 저장부의 압력 경계를 유지하면서 입구에서의 병목 현상을 완화하도록 측면에서 대기 또는 열교환 유체를 유입시켜 채널들을 통과하는 대기 또는 열교환 유체와 합류시키는 개방형 유로를 구비한다.
플레이트형 열교환기(520)는 개방형 유로를 형성하는 제1 대기 유로(527')와 제2 대기 유로(527")를 포함한다. 제1 대기 유로(527')는 플레이트형 열교환기(520) 상단부의 입구와 하단부의 출구를 연결한다. 제2 대기 유로(527")는 입구의 병목 현상을 완화하도록 플레이트형 열교환기(520)의 양 측면부에 형성되는 입구와 출구를 통해 대기를 유입 및 유출시키며 제1 대기 유로(527')와 교차하도록 형성된다.
이하에서는 플레이트형 열교환기의 입구에서 병목 현상을 완화하기 위한 방안으로 복수의 플레이트형 열교환기를 결합하는 구조를 설명한다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통(600) 및 이를 구비하는 원전(60)의 개념도이다.
플레이트형 열교환기(620)는 입구의 병목 현상을 완화하도록 복수개로 구비될 수 있다. 복수의 플레이트형 열교환기(620)는 격납건물(61) 내부에 나란히 배열될 수 있다. 플레이트형 열교환기(620)의 작은 입구로 인해 발생할 수 있는 병목 현상은 플레이트형 열교환기(620)의 수를 증가시키고 플레이트형 열교환기(620) 사이의 유로를 함께 대기 유로로 활용함으로써 완화할 수 있다.
케이싱(626)은 플레이트형 열교환기(620)의 적어도 일부를 감싸도록 형성되며, 냉각핀(626')은 열전달 면적을 확장시키도록 케이싱(626)의 적어도 일부를 감싼다. 냉각핀(626')은 대기의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
입구 연결 배관(623a')은 비상 유체 저장부(610)로부터 공급된 열교환 유체를 플레이트형 열교환기(620)마다 구비된 입구 헤더(622a)로 분배하도록 상기 입구 헤더(622a)들과 연결된다. 출구 연결 배관(623b')은 각각의 플레이트형 열교환기(620)를 통과한 열교환 유체를 모아 비상 유체 저장부(610)로 회수시키도록 각각의 플레이트형 열교환기(620)의 출구마다 구비된 출구 헤더(622b)와 연결된다.
복수개로 구비되는 플레이트형 열교환기(620)에 의해 입구의 병목 현상을 완화하는 것 이외의 다른 구성은 도 1에서 설명한 바와 같다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 피동격납건물냉각계통(700) 및 이를 구비하는 원전(70)의 개념도이다.
도 18에 도시된 피동격납건물냉각계통(700)은 도 17에서 설명한 피동격납건물냉각계통(600)의 변형례이다. 도 17에서 설명한 바와 같이, 도 18의 피동격납건물냉각계통(700)에서도 플레이트형 열교환기(720)는 입구에서의 병목 현상 완화를 위해 복수로 구비된다.
플레이트형 열교환기(720)의 설치 위치는 격납건물(71) 내부의 대기 영역이 될 수 있으며, 각각 복수의 플레이트형 열교환기(720)들의 하부에는 응축수를 집수하기 위한 냉각수 저장부(730)가 설치된다.
도 19는 도 17 내지 도 18의 피동격납건물냉각계통(600, 700)에 선택적으로 적용될 수 있는 복수의 플레이트형 열교환기(820)의 개념도이다.
(a), (b), (c) 및 (d)는 각각 복수의 플레이트형 열교환기(820)의 평면도, 좌측면도, 정면도, 우측면도를 나타낸 것이다. 복수의 플레이트형 열교환기(820)는 각각 케이싱(826)에 의해 감싸지며, 케이싱(826)에는 냉각핀(826')이 설치된다.
비상 유체 저장부로부터 공급된 열교환 유체는 입구 연결 배관(823a')을 통해 각각의 플레이트형 열교환기(820)로 분배되고, 플레이트형 열교환기(820)를 통과한 열교환 유체들은 출구 연결 배관(823b')에서 합류하여 다시 비상 유체 저장부로 회수된다. 열교환 유체는 비상 유체 저장부와 플레이트형 열교환기(820)를 순환하면 지속적으로 격납건물의 대기를 냉각하고 격납건물 내부의 압력 상승을 억제한다.
도 20은 도 19에 도시된 복수의 플레이트형 열교환기(820)의 배치 개념도이다.
(a)를 참조하면, 복수의 플레이트형 열교환기(820)는 격납건물(81)의 곡선 형태에 대응되도록 서로 이격되게 배치될 수 있다.
(b)를 참조하면, 복수의 플레이트형 열교환기(820)는 직육면체 형태로 형성되며 일렬로 배열될 수 있다.
(c)를 참조하면, 복수의 플레이트형 열교환기(820)는 정육면체의 형태로 형성되며 종횡으로 나란히 배열될 수 있다.
(d)를 참조하면, 격납건물(81)의 측벽에 경사지게 배열될 수 있다.
(e)를 참조하면, 격납건물(81)의 측벽과 나란히 배열될 수 있다.
이상에서 설명된 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10 : 원전 11 : 격납건물
12 : 원자로냉각재계통 13 : 급수계통
14 : 터빈계통 15 : 안전주입계통
100 : 피동격납건물냉각계통 110 : 비상 유체 저장부
120 : 플레이트형 열교환기 130 : 냉각수 저장부
140 : 응축수 회수관
12 : 원자로냉각재계통 13 : 급수계통
14 : 터빈계통 15 : 안전주입계통
100 : 피동격납건물냉각계통 110 : 비상 유체 저장부
120 : 플레이트형 열교환기 130 : 냉각수 저장부
140 : 응축수 회수관
Claims (21)
- 격납건물;
상기 격납건물의 내부와 외부 중 적어도 한 곳에 설치되고, 압력경계를 유지하면서 상기 격납건물의 대기와 열교환 유체를 서로 열교환시키도록 경계면의 양측에 각각 서로 구분되게 배열되는 채널들을 구비하는 플레이트형 열교환기; 및
상기 격납건물의 대기 또는 상기 열교환 유체의 유로를 형성하도록 상기 격납건물을 관통하여 상기 플레이트형 열교환기와 상기 격납건물을 연결하는 배관을 포함하고,
상기 플레이트형 열교환기는 입구의 병목 현상을 완화하도록 복수개로 구비되며,
상기 플레이트형 열교환기의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 케이싱; 및
열전달 면적을 확장시키도록 상기 케이싱의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 냉각핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제1항에 있어서,
상기 채널들은 이상(two phase) 유동에 의한 유동 불안정을 완화하도록, 입구 영역과 출구 영역을 연결하는 주열전달 영역의 유로저항보다 상기 입구 영역의 유로저항이 상대적으로 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제2항에 있어서,
상기 입구 영역은, 상기 주열전달 영역보다 작은 폭으로 형성되며, 유로의 길이를 연장시켜 직선형 유로보다 상대적으로 더 큰 유로저항을 구비하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제3항에 있어서,
상기 입구 영역과 상기 주열전달 영역 사이에 형성되고, 상기 입구 영역의 유로 크기에서 상기 주열전달 영역의 유로 크기까지 유로의 폭이 점차 증가하도록 형성되는 유로확대부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제1항에 있어서,
내부에 상기 열교환 유체를 저장하도록 형성되어 상기 격납건물의 외부에 설치되고, 상기 격납건물 내부의 대기로부터 전달받은 열에 의해 온도 상승시 내부에 저장된 상기 열교환 유체를 증발시켜 전달받은 열을 외부로 방출하도록 상부에 개구부를 구비하는 비상 유체 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제5항에 있어서,
상기 채널들은,
상기 격납건물 내부의 대기를 통과시키도록 상기 경계면의 일측에 배열되는 대기 유로; 및
상기 대기 유로와의 압력 경계를 유지하면서 상기 비상 유체 저장부의 열교환 유체를 통과시키도록 상기 경계면의 타측에 배열되는 유체 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제6항에 있어서,
상기 플레이트형 열교환기는 상기 격납건물의 내부에 설치되고 입구와 출구가 상기 격납건물을 관통하는 배관에 의해 상기 비상 유체 저장부에 연결되며,
상기 플레이트형 열교환기는,
상기 비상 유체 저장부로부터 공급된 열교환 유체를 각각의 상기 유체 유로에 분배하도록, 상기 유체 유로의 입구 영역에 설치되어 각각의 상기 유체 유로에 연결되는 입구 헤더; 및
상기 유체 유로를 통과한 열교환 유체를 모아 상기 비상 유체 저장부로 회수시키도록, 상기 유체 유로의 출구 영역에 설치되어 각각의 상기 유체 유로에 연결되는 출구 헤더를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제7항에 있어서,
상기 입구 헤더 및 출구 헤더는 상기 유체 유로의 원활한 유동을 유도하도록 각각 복수개로 구비되고, 복수의 상기 입구 헤더들은 서로 다른 유체 유로로 상기 열교환 유체를 공급하고 복수의 상기 출구 헤더들은 서로 다른 유체 유로로부터 상기 열교환 유체를 모으는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제8항에 있어서,
상기 입구 헤더와 상기 출구 헤더 중 적어도 하나는 상기 플레이트형 열교환기의 일측부에 설치되고,
상기 열교환 유체를 상기 채널들에 균등하게 분배하거나 상기 채널들로부터 상기 열교환 유체를 모으도록, 상기 플레이트형 열교환기의 일측부로부터 타측부까지 연장되어 상기 입구 헤더와 상기 유체 유로를 연결하거나 상기 출구 헤더와 상기 유체 유로를 연결하는 공통 헤더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제6항에 있어서,
상기 플레이트형 열교환기는 상기 격납건물의 내부에 설치되고 입구와 출구가 상기 격납건물을 관통하는 배관에 의해 상기 비상 유체 저장부에 연결되며,
상기 대기 유로는,
상기 플레이트형 열교환기 상단부의 입구와 하단부의 출구를 연결하는 제1 대기 유로; 및
상기 입구의 병목 현상을 완화하도록, 상기 플레이트형 열교환기의 양 측면부에 형성되는 입구와 출구를 통해 상기 대기를 유입 및 유출시키며 상기 제1 대기 유로와 교차하도록 형성되는 제2 대기 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제6항에 있어서,
상기 플레이트형 열교환기는 상기 비상 유체 저장부의 내부에 설치되고 입구와 출구가 상기 격납건물을 관통하는 배관에 의해 상기 격납건물의 내부와 연결되며,
상기 유체 유로는,
상기 플레이트형 열교환기 상단부의 입구와 하단부의 출구를 연결하는 제1 유체 유로; 및
상기 입구의 병목 현상을 완화하도록, 상기 플레이트형 열교환기의 양 측면부에 형성되는 입구와 출구를 통해 상기 열교환 유체를 유입 및 유출시키며 상기 제1 유체 유로와 교차하도록 형성되는 제2 유체 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제5항에 있어서,
상기 격납건물의 대기가 상기 플레이트형 열교환기를 통과하며 응축되어 형성된 응축수를 집수하도록 상기 플레이트형 열교환기의 하부에 설치되며, 집수된 응축수를 원자로냉각재계통으로 주입시키도록 안전주입배관과 연결되는 냉각수 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제12항에 있어서,
상기 격납건물 내부의 대기가 상기 플레이트형 열교환기에서 상기 유체에 열을 전달하고 응축되어 형성된 응축수를 상기 냉각수 저장부로 유도하도록 상기 플레이트형 열교환기로부터 상기 냉각수 저장부까지 연장되는 응축수 회수관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제12항에 있어서,
상기 플레이트형 열교환기는 상기 냉각수 저장부의 냉각수에 부분적으로 침지되도록 상기 냉각수 저장부의 높이보다 길게 형성되어 상기 냉각수 저장부에 설치되고,
상기 채널들은,
상기 경계면의 일측에 배열되어 상기 냉각수 저장부의 냉각수를 통과시키는 냉각수 유로;
상기 경계면의 타측에 배열되어 상기 비상 유체 저장부의 열교환 유체를 통과시키는 유체 유로; 및
상기 경계면의 일측에 배열되어 상기 냉각수 유로의 출구 영역에서부터 시작되며, 상기 열교환 유체에 의해 냉각되도록 상기 격납건물의 대기를 통과시키는 대기 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제14항에 있어서,
상기 플레이트형 열교환기는 비상 유체 저장부 내부의 열교환 유체를 순환시키는 폐회로를 형성하도록 입구와 출구가 각각 상기 격납건물을 관통하는 배관에 의해 상기 비상 유체 저장부와 연결되는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제5항에 있어서,
상기 플레이트형 열교환기는, 상기 격납건물과 상기 비상 유체 저장부의 압력 경계를 유지하면서 상기 채널들의 입구에서의 병목 현상을 완화하도록, 측면에서 상기 대기 또는 상기 열교환 유체를 유입시켜 상기 채널들을 통과하는 대기 또는 열교환 유체와 합류시키는 개방형 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제12항에 있어서,
상기 플레이트형 열교환기는,
적어도 일부가 상기 냉각수 저장부에 수용된 냉각수에 침지되도록 상기 냉각수 저장부의 내부에 배치되고, 상기 비상 유체 저장부로부터 열교환 유체를 공급받도록 입구가 상기 비상 유체 저장부와 연결되는 제1 플레이트형 열교환기; 및
상기 격납건물 내부의 대기 공간에 설치되고, 상기 비상 유체 저장부의 열교환 유체를 순환시키는 폐회로를 형성하도록 입구가 상기 제1 플레이트형 열교환기의 출구에 연결되며 출구가 상기 비상 유체 저장부에 연결되는 제2 플레이트형 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 복수개의 플레이트형 열교환기는 상기 격납건물 내부에 나란히 배열되고,
상기 비상 유체 저장부로부터 공급된 열교환 유체를 각각의 플레이트형 열교환기마다 구비된 입구 헤더로 분배하도록 상기 입구 헤더들과 연결되는 입구 연결 배관; 및
각각의 플레이트형 열교환기를 통과한 열교환 유체를 모아 상기 비상 유체 저장부로 회수시키도록 각각의 상기 플레이트형 열교환기마다 구비된 출구 헤더와 연결되는 출구 연결 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 제1항에 있어서,
상기 격납건물 내부의 대기를 상기 플레이트형 열교환기로 유도하도록 상기 플레이트형 열교환기의 입구에 설치되어 상기 대기의 인입 방향으로 돌출되는 입구 안내 유로부; 및
상기 플레이트형 열교환기로부터 방출된 대기를 상기 격납건물 내부로 유도하도록 상기 플레이트형 열교환기의 출구에 설치되어 상기 대기의 방출 방향으로 돌출되는 출구 안내 유로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동격납건물냉각계통. - 격납건물의 내부에 설치되는 원자로냉각재계통; 및
상기 격납건물 내부의 대기를 냉각시켜 상기 격납건물 내부의 압력 상승을 억제하는 피동격납건물냉각계통을 포함하고,
상기 피동격납건물냉각계통은,
격납건물;
상기 격납건물의 내부와 외부 중 적어도 한 곳에 설치되고, 압력경계를 유지하면서 상기 격납건물의 대기와 열교환 유체를 서로 열교환시키도록 경계면의 양측에 각각 서로 구분되게 배열되는 채널들을 구비하는 플레이트형 열교환기; 및
상기 격납건물의 대기 또는 상기 열교환 유체의 유로를 형성하도록 상기 격납건물을 관통하여 상기 플레이트형 열교환기와 상기 격납건물을 연결하는 배관을 포함하고,
상기 플레이트형 열교환기는 입구의 병목 현상을 완화하도록 복수개로 구비되며,
상기 플레이트형 열교환기의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 케이싱; 및
열전달 면적을 확장시키도록 상기 케이싱의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 냉각핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원전.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130149403A KR101529529B1 (ko) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전 |
| PCT/KR2014/011711 WO2015084027A1 (ko) | 2013-12-03 | 2014-12-02 | 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전 |
| US15/100,224 US10706974B2 (en) | 2013-12-03 | 2014-12-02 | Passive cooling system of containment building and nuclear power plant comprising same |
| SA516371249A SA516371249B1 (ar) | 2013-12-03 | 2016-06-01 | نظام تبريد سلبي لمبنى احتواء ومحطة قدرة نووية تتضمنه |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130149403A KR101529529B1 (ko) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150064558A KR20150064558A (ko) | 2015-06-11 |
| KR101529529B1 true KR101529529B1 (ko) | 2015-06-18 |
Family
ID=53273718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130149403A Active KR101529529B1 (ko) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10706974B2 (ko) |
| KR (1) | KR101529529B1 (ko) |
| SA (1) | SA516371249B1 (ko) |
| WO (1) | WO2015084027A1 (ko) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101556920B1 (ko) * | 2014-08-19 | 2015-10-13 | 한국원자력연구원 | 피동안전계통, 및 이를 구비하는 원전 |
| KR101628170B1 (ko) * | 2015-07-08 | 2016-06-08 | 한국원자력연구원 | 피동격납부냉각계통 및 이를 구비하는 원전 |
| KR101669908B1 (ko) * | 2015-07-21 | 2016-10-27 | 한국원자력연구원 | 공랭식 냉각장치 및 이를 구비하는 원전 |
| JP6746525B2 (ja) * | 2017-03-29 | 2020-08-26 | 三菱重工業株式会社 | 格納容器保全設備および格納容器保全方法 |
| KR102348091B1 (ko) | 2020-04-01 | 2022-01-10 | 한국원자력연구원 | 증기 발생기 사고 대처 시스템 |
| CN113035399B (zh) * | 2021-03-05 | 2022-11-15 | 哈尔滨工程大学 | 一种自驱动引流式安全壳内置高效换热器 |
| US20240151476A1 (en) * | 2022-11-04 | 2024-05-09 | Honeywell International Inc. | Heat exchanger including cross channel communication |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4249595A (en) * | 1979-09-07 | 1981-02-10 | The Trane Company | Plate type heat exchanger with bar means for flow control and structural support |
| WO2012176336A1 (ja) * | 2011-06-24 | 2012-12-27 | 三菱電機株式会社 | プレート式熱交換器及び冷凍サイクル装置 |
| KR101242743B1 (ko) * | 2011-12-14 | 2013-03-13 | 한국과학기술원 | 일체형 피동안전탱크를 이용한 일체형 원자력 발전 시스템 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB906096A (en) * | 1960-06-01 | 1962-09-19 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to nuclear reactor powered steam generating systems |
| US3631923A (en) * | 1968-06-28 | 1972-01-04 | Hisaka Works Ltd | Plate-type condenser having condensed-liquid-collecting means |
| US4503908A (en) * | 1979-10-01 | 1985-03-12 | Rockwell International Corporation | Internally manifolded unibody plate for a plate/fin-type heat exchanger |
| IT1225690B (it) * | 1988-09-15 | 1990-11-22 | Ansaldo Spa | Reattore nucleare a sicurezza intrinseca del tipo ad acqua in pressione |
| US5282230A (en) * | 1992-11-25 | 1994-01-25 | General Electric Company | Passive containment cooling system |
| KR100189168B1 (ko) * | 1995-12-01 | 1999-06-01 | 윤덕용 | 원자로의 피동 격납용기 냉각장치 |
| US5612982A (en) * | 1995-07-31 | 1997-03-18 | Westinghouse Electric Corporation | Nuclear power plant with containment cooling |
| DE19809000C1 (de) * | 1998-03-03 | 1999-07-22 | Siemens Ag | Sicherheitsbehälter und Verfahren zum Betrieb eines Kondensators in einer Kernkraftanlage |
| KR100419194B1 (ko) * | 2000-11-13 | 2004-02-19 | 한국전력공사 | 원자로보호용기와 압축탱크를 이용한 비상노심냉각 방법과장치 |
| JP2005516171A (ja) * | 2001-06-06 | 2005-06-02 | バッテル・メモリアル・インスティチュート | 流体処理装置及びその方法 |
| KR20060020756A (ko) * | 2004-08-28 | 2006-03-07 | 웨스팅하우스 일레트릭 캄파니 엘엘씨 | 다양한 비상냉각설비를 갖춘 일체형 가압 경수로 및 그운전방법 |
| JP2010203858A (ja) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Toshiba Corp | 原子炉格納容器冷却設備、原子炉格納容器および原子炉格納容器冷却方法 |
-
2013
- 2013-12-03 KR KR1020130149403A patent/KR101529529B1/ko active Active
-
2014
- 2014-12-02 WO PCT/KR2014/011711 patent/WO2015084027A1/ko active Application Filing
- 2014-12-02 US US15/100,224 patent/US10706974B2/en active Active
-
2016
- 2016-06-01 SA SA516371249A patent/SA516371249B1/ar unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4249595A (en) * | 1979-09-07 | 1981-02-10 | The Trane Company | Plate type heat exchanger with bar means for flow control and structural support |
| WO2012176336A1 (ja) * | 2011-06-24 | 2012-12-27 | 三菱電機株式会社 | プレート式熱交換器及び冷凍サイクル装置 |
| KR101242743B1 (ko) * | 2011-12-14 | 2013-03-13 | 한국과학기술원 | 일체형 피동안전탱크를 이용한 일체형 원자력 발전 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10706974B2 (en) | 2020-07-07 |
| WO2015084027A1 (ko) | 2015-06-11 |
| SA516371249B1 (ar) | 2019-01-29 |
| US20170004892A1 (en) | 2017-01-05 |
| KR20150064558A (ko) | 2015-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101529529B1 (ko) | 피동격납건물냉각계통 및 이를 구비하는 원전 | |
| KR101535478B1 (ko) | 피동잔열제거계통 및 이를 구비하는 원전 | |
| US9111651B2 (en) | Heat exchanger for passive residual heat removal system | |
| US10854344B2 (en) | Air-cooled heat exchanger and system and method of using the same to remove waste thermal energy from radioactive materials | |
| KR101556920B1 (ko) | 피동안전계통, 및 이를 구비하는 원전 | |
| JP2006138744A (ja) | 原子炉の冷却装置 | |
| KR101624561B1 (ko) | 격납부냉각계통 및 이를 구비한 원전 | |
| US10762995B2 (en) | Shutdown cooling system and nuclear facility having same | |
| EP3009781B1 (en) | Heat exchanger | |
| CN111721150A (zh) | 一种紧凑型多级串联pche换热器及换热方法 | |
| KR101505475B1 (ko) | 피동격납부냉각계통 및 이를 구비하는 원전 | |
| KR102015500B1 (ko) | 피동자연순환 냉각 시스템 및 방법 | |
| KR101540668B1 (ko) | 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전 | |
| KR101897984B1 (ko) | 모듈형 원자로 및 이를 구비하는 원전 | |
| US11289217B2 (en) | Intercooler for nuclear facility | |
| KR101830094B1 (ko) | 일체형 원자로 및 이를 구비하는 원전 | |
| KR101605724B1 (ko) | 피동격납부냉각계통 및 이를 구비하는 원전 | |
| KR101540671B1 (ko) | 피동격납부냉각계통 및 이를 구비하는 원전 | |
| JP4644631B2 (ja) | 吸収式ヒートポンプ | |
| KR101528222B1 (ko) | 혼합형 증기발생기 및 이를 구비하는 원전 | |
| JP2017150742A (ja) | ループヒートパイプ熱交換システム及び原子炉用ループヒートパイプ熱交換システム | |
| KR101700753B1 (ko) | 증기발생기 및 이를 구비하는 원전 | |
| KR102539479B1 (ko) | 열교환기 및 이를 구비하는 원전 | |
| KR101927814B1 (ko) | 증기발생기 및 이를 구비하는 원전 | |
| KR101551822B1 (ko) | 증기발생기 및 이를 구비하는 원전 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20131203 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20141224 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20150602 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20150611 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20150612 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180406 Year of fee payment: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20180406 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20200413 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20210325 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20230321 Start annual number: 9 End annual number: 9 |