KR101538932B1 - 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제한구역경계거리를 대폭 축소시킬 수 있는 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전을 제공한다. 방사성 물질 저감 설비는, 격납부 내부에 설치되고, 냉각수를 저장하도록 형성되는 냉각수 저장부; 상기 격납부 내부에 설치된 원자로냉각재계통 또는 상기 원자로냉각재계통과 연결된 배관으로부터 상기 격납부의 내부로 방사성 물질이 누출되는 것을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통을 감싸는 경계부; 상기 경계부 내에 형성되는 상기 방사성 물질의 유동을 상기 냉각수 저장부로 유도하도록 상기 경계부와 상기 냉각수 저장부에 연결되는 연결배관; 및 상기 연결배관으로부터 방사성 물질을 전달받도록 상기 연결배관에 연결되고, 상기 방사성 물질을 상기 냉각수 저장부의 냉각수에 분사하도록 상기 냉각수에 침지되는 분사부를 포함하고, 상기 경계부의 적어도 일부는, 상기 격납부를 관통하는 관통배관의 파단에 의해 상기 경계부와 상기 격납부 사이의 영역에서 냉각재상실사고가 발생하는 것을 방지하도록 상기 관통배관을 감싸면서 상기 격납부와 인접한 영역까지 확장된다.
Description
본 발명은 피동안전계통과 관련된 것으로, 특히 원전에서 사고 발생시 피동력에 의하여 격납건물 내부의 방사성 물질의 농도를 낮출 수 있는 설비에 관한 것이다.
원자로는 주요기기의 설치위치에 따라 주요기기(증기발생기, 가압기, 펌프 등)가 원자로용기 외부에 설치되는 분리형원자로(예, 상용 원자로: 국내)와 주요기기가 원자로용기 내부에 설치되는 일체형원자로(예, SMART 원자로: 국내)로 나뉜다.
또한, 원자로는 안전계통의 구현 방식에 따라 능동형원자로와 피동형원자로로 나뉜다. 능동형원자로는 안전계통을 구동하기 위해 비상발전기 등의 전력에 의해 작동하는 펌프와 같은 능동 기기를 사용하는 원자로이며, 피동형원자로는 안전계통을 구동하기 위해 중력 또는 가스압력 등의 피동력에 의해 작동하는 피동 기기를 사용하는 원자로이다. 피동형원자로에서 피동안전계통(passive safety system)은 사고가 발생하는 경우 규제요건에서 요구하는 시간 (72시간) 이상 동안 운전원 조치나 비상 디젤 발전기와 같은 안전등급의 교류(AC) 전원이 없이 계통에 내장되어 있는 자연력만으로도 원자로를 안전하게 유지하고, 72시간 이후는 안전계통이 운전원 조치나 비안전계통의 도움을 받아도 되는 계통이다.
원자로로부터 외부 환경으로의 방사성 물질의 누출을 방지하는 최종방벽 역할을 하는 격납부(격납건물, 원자로건물, 격납용기 또는 안전보호용기 등)는 압력경계를 구성하는 재료에 따라 강화콘크리트로 형성되는 격납건물(또는 원자로건물이라 함)과 철재용기로 형성되는 격납용기와 안전보호용기로 나뉜다. 격납용기는 격납건물과 같이 저압으로 설계되는 대형용기이며, 안전보호용기는 설계압력을 증가시켜 소형으로 설계되는 소형용기이다. 특별한 언급이 없는 경우 본 발명에서 격납건물, 원자로건물, 격납용기 또는 안전보호용기 등을 통칭하여 격납부라 지칭한다.
격납부 내부의 압력 및 온도 그리고 방사성 물질의 농도를 낮추는 방식으로는 격납부 살수계통, 격납부 냉각계통, 감압탱크 또는 감압수조 등의 다양한 형태로 능동 및 피동계통이 이용되고 있다. 이하에서 이들 설비를 차례로 설명한다.
능동 격납부 살수계통(국내 상용 원자로, SMART 원자로 등) 방식은 사고 시 펌프를 이용하여 대량의 냉각수를 살수하고 냉각수를 격납부내재장전수탱크 또는 sump 등으로 회수하고 이를 재살수하여 장기간 격납부의 압력, 온도 및 방사성 물질의 농도를 낮추는 기능을 수행한다. 능동 격납부 살수계통은 장기간 살수 기능을 수행할 수 있으나 반드시 펌프 구동을 위한 전력계통이 사용가능해야 하는 특성이 있다.
피동 격납부 살수계통(캐나다 CANDU 등) 방식은 격납건물 상부에 냉각수 저장탱크를 구비하고 사고 시 대량의 냉각수를 살수하여 격납부 내부의 압력, 온도 및 방사성 물질의 농도를 낮추는 기능을 수행한다. 피동 격납부 살수계통은 냉각수 저장용량의 한계가 있으므로 일정 시간 이상은 가동할 수 없는 특성이 있다.
감압탱크(suppression tank, 상용 BWR, CAREM:아르헨티나, IRIS:미국 웨스팅하우스사 등) 방식은 격납부 내부로 방출된 증기를 격납부와 감압탱크 내부의 압력차를 이용하여 감압탱크로 유도하고, 증기를 응축시켜 격납부 내부의 압력, 온도 및 방사성 물질의 농도를 낮추는 기능을 수행한다. 감압탱크 방식은 격납부 내부의 압력이 감압탱크 내부의 압력보다 높을 때까지만 작동하는 특성이 있다.
피동 격납부 냉각계통 방식은 격납부 내부 또는 외부에 열교환기 및 냉각수탱크를 설치하고 열교환기를 이용하여 격납부 내부의 증기를 응축시켜 격납부 내부의 압력, 온도 및 방사성 물질의 농도를 낮추는 기능을 수행한다. 피동 격납부 냉각계통 방식은 격납부 내부의 자연 순환을 이용하므로 능동 살수계통에 비해 상대적으로 압력, 온도 및 방사성 물질의 저감 능력이 감소하는 특성이 있다.
이밖에 피동 격납부 냉각계통 방식의 일환으로 철재격납용기를 적용하고 외벽을 냉각(스프레이, 공기)시키고 격납용기 내부의 증기를 격납용기 내벽에서 응축시켜 격납용기 내부의 압력, 온도 및 방사성 물질의 농도를 낮추는 기능을 수행하도록 구성한 방식 (AP1000:미국 웨스팅하우스 사) 등이 있다. 이 방식은 피동 격납부 냉각계통 방식과 동일하게 격납부 내부의 자연 순환을 이용하므로 능동 살수계통에 비해 상대적으로 압력, 온도 및 방사성 물질의 저감 능력이 감소하는 특성이 있다.
이상에서 설명한 계통의 대부분은 격납부 내부의 압력 및 온도를 낮추는 성능은 매우 우수하다. 그러나, 원전 사고 시 외부환경으로의 방사성 물질의 확산 농도를 가장 높일 수 있는 방사성 물질은 요오드(Iodine)이며, 요오드는 물과 접촉하는 경우 대부분 용해되는 특성이 있다(용해도 0.029g/100g(20℃)). 이에 따라 이들 격납부 관련 안전계통 중에 격납부 내부의 방사성 물질 농도를 낮추는 성능이 가장 우수한 것은 능동 펌프를 이용하여 대량의 냉각수를 살수하고 냉각수를 장기간 재순환시키는 방식의 능동 격납부 살수계통(국내 상용 원자로 채용 방식)이다.
능동 안전계통은 원전 사고 시 펌프 등의 능동 기기를 가동시키기 위한 비상 교류전력이 반드시 공급되어야 하므로, 전력계통이나 능동계통의 지속적인 작동이 요구되지 않아 상대적으로 안전성이 높은 피동 안전계통에 대한 요구가 증대되고 있다. 그러나, 피동 안전계통 방식을 격납건물의 안전계통으로 채용하는 경우 능동 안전계통 방식에 비해 냉각수를 살수하는 양이 적을 수 밖에 없으므로 상대적으로 격납부 내부의 방사성 물질의 농도가 높을 수밖에 없다.
원전에는 원전 사고를 가정하여 사고 시 일반 대중의 안전을 위해 제한구역경계거리(Exclusion Area boundary, EAB)를 설정하고 일반인의 거주를 제한하고 있다. 이에 따라 피동 안전계통을 적용하는 경우에는 능동 안전계통을 적용하는 경우보다 상대적으로 원전의 안전성을 크게 증가시킬 수 있으나, 가정한 원전 사고 시 상대적으로 제한구역경계거리(EAB)를 넓게 확보해야 하는 단점이 나타난다. 제한구역경계거리의 확대는 결과적으로 원전의 건설비용을 크게 증가시키는 단점을 야기할 수 있다.
추가적으로 본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 선행특허문헌을 참조한다.
특허문헌1. 일본 공개특허공보 특개평05-203778호(1993.08.10.)
특허문헌2. 일본 공개특허공보 특개평06-331775호(1994.12.02.)
추가적으로 본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 선행특허문헌을 참조한다.
특허문헌1. 일본 공개특허공보 특개평05-203778호(1993.08.10.)
특허문헌2. 일본 공개특허공보 특개평06-331775호(1994.12.02.)
본 발명의 일 목적은 원전의 안전성 향상에 기여할 수 있는 방사성 물질 저감 설비를 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 원전에서 가상 사고 발생시 방출되는 방사성 물질의 농도를 낮출 수 있는 방사성 물질 저감 설비를 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 원전에 피동 안전계통을 도입하는 경우 야기될 수 있는 제한구역경계거리의 확대문제를 해소할 수 있는 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전을 개시하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 격리밸브의 수를 절약할 수 있고 방사성 물질의 재휘발을 방지할 수 있는 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 방사성 물질 저감 설비는, 격납부 내부에 설치되고, 냉각수를 저장하도록 형성되는 냉각수 저장부; 상기 격납부 내부에 설치된 원자로냉각재계통 또는 상기 원자로냉각재계통과 연결된 배관으로부터 상기 격납부의 내부로 방사성 물질이 누출되는 것을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통을 감싸는 경계부; 상기 경계부 내에 형성되는 상기 방사성 물질의 유동을 상기 냉각수 저장부로 유도하도록 상기 경계부와 상기 냉각수 저장부에 연결되는 연결배관; 및 상기 연결배관으로부터 방사성 물질을 전달받도록 상기 연결배관에 연결되고, 상기 방사성 물질을 상기 냉각수 저장부의 냉각수에 분사하도록 상기 냉각수에 침지되는 분사부를 포함하고, 상기 경계부의 적어도 일부는, 상기 격납부를 관통하는 관통배관의 파단에 의해 상기 경계부와 상기 격납부 사이의 영역에 방사성 물질이 누출되는 것을 저감시키도록 상기 관통배관을 감싸면서 상기 격납부와 인접한 영역까지 확장된다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 냉각수 저장부에 용해된 방사성 물질의 휘발을 방지하도록 냉각수의 pH를 기설정된 값 이상으로 유지시키는 첨가제를 상기 냉각수 저장부로 공급하는 첨가제 주입부를 더 포함할 수 있다. 일반적으로 첨가제는 냉각수의 pH를 7 이상으로 유지시키는 것이 바람직하다.
상기 첨가제 주입부는 상기 냉각수 저장부의 수위 상승에 의해 상기 냉각수에 침지되도록 상기 냉각수 저장부 내부의 기설정된 높이에 설치되고, 상기 첨가제 주입부가 상기 냉각수에 침지됨에 따라 상기 첨가제는 상기 냉각수에 용해될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 냉각수 저장부의 과압을 방지하도록 상기 냉각수 저장부의 상부에 설치되어 상기 격납부의 내부로 증기를 방출하는 증기 방출부를 더 포함할 수 있다.
상기 증기 방출부는 상기 냉각수 저장부의 상부에서 상기 격납부의 내부를 향해 돌출되어 형성될 수 있다.
상기 증기 방출부를 통해 상기 증기와 함께 상기 격납부로 방출되려는 방사성 물질을 포획하도록 상기 증기 방출부의 유로에 배치되는 흡착제 또는 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각수 저장부의 냉각수가 상기 증기 방출부를 통해 상기 격납부의 내부로 방출되었다가 냉각되어 형성된 응축수를 상기 냉각수 저장부로 회수하도록 상기 냉각수 저장부의 상부에 설치되는 냉각수 회수부를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각수 저장부에 용해된 방사성 물질의 휘발을 방지하도록 냉각수의 pH를 기설정된 값 이상으로 유지시키는 첨가제를 상기 냉각수 저장부로 공급하는 첨가제 주입부를 더 포함하고, 상기 첨가제 주입부는 상기 응축수에 상기 첨가제를 용해시키도록 상기 냉각수 회수부의 유로에 설치될 수 있다. 일반적으로 첨가제는 냉각수의 pH를 7 이상으로 유지시키는 것이 바람직하다.
상기 증기 방출부와 상기 냉각수 회수부는 동일한 유로를 공유하도록 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 냉각수 저장부는 상기 연결배관을 통과시키는 입구를 구비하고, 상기 입구는 상기 냉각수 저장부에 저장된 냉각수가 상기 경계부의 내부로 역류하는 것을 방지하도록 상기 냉각수 저장부의 바닥으로부터 기설정된 높이에 형성될 수 있다.
상기 연결배관은 상기 경계부 내부의 대기와 상기 대기에 함유된 방사성 물질을 상기 분사부에 전달하도록 상기 입구를 통과하여 상기 분사부가 배치된 상기 냉각수 저장부의 내부까지 연장될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 경계부는 상기 연결배관 이외의 경로로 상기 방사성 물질이 누출되는 것을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통 주변에 밀봉구조를 형성할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 경계부의 적어도 일부는 상기 격납부 내부의 콘크리트 구조물 또는 상기 콘크리트 구조물에 설치된 코팅부재에 의해 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 경계부는, 상기 원자로냉각재계통을 둘러싸도록 형성되는 격벽; 및 상기 원자로냉각재계통의 상부를 덮도록 형성되는 덮개를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 분사부는 상기 방사성 물질을 세분화하여 분사하도록 형성되는 복수의 분사구를 구비할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 분사부는 상기 방사성 물질이 상기 각 분사구에 균등하게 분배되도록 기설정된 유로저항을 형성할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 방사성 물질 저감 설비는, 상기 경계부의 내부 및 상기 격납부의 내부와 각각 통하도록 형성되고, 상기 경계부 내부의 압력보다 상기 격납부 내부의 압력이 높은 경우 상기 격납부 내부의 대기를 상기 경계부 내부로 유입시켜 상기 냉각수 저장부의 냉각수가 상기 경계부 내부로 역류하는 것을 방지하는 압력평형배관을 더 포함할 수 있다.
상기 압력평형배관은 상기 연결배관으로부터 분기되어 상기 격납부 내부까지 연장될 수 있다.
상기 방사성 물질 저감 설비는, 상기 경계부 내부의 대기가 상기 압력평형배관을 통해 상기 격납부 내부로 방출되는 것을 방지하도록 상기 압력평형배관에 설치되는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 방사성 물질 저감 설비는, 상기 냉각수 저장부 내부의 냉각수가 상기 연결배관을 통해 상기 경계부의 내부로 역류하는 것을 방지하도록 상기 연결배관에 설치되는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 방사성 물질 저감 설비를 구비하는 원전을 개시한다. 원전은, 격납부; 상기 격납부 내부에 설치되는 원자로냉각재계통; 및 상기 격납부와 상기 원자로냉각재계통 사이에 방사성 물질의 경계를 설정하도록 형성되고, 상기 격납부 내부로 유출될 수 있는 방사성 물질을 냉각수에 분사시켜 상기 방사성 물질의 농도를 저감하도록 형성되는 방사성 물질 저감 설비를 포함하고, 상기 방사성 물질 저감 설비는, 격납부 내부에 설치되고, 냉각수를 저장하도록 형성되는 냉각수 저장부; 상기 격납부 내부에 설치된 원자로냉각재계통 또는 상기 원자로냉각재계통과 연결된 배관으로부터 상기 격납부의 내부로 방사성 물질이 누출되는 것을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통을 감싸는 경계부; 상기 경계부 내에 형성되는 상기 방사성 물질의 유동을 상기 냉각수 저장부로 유도하도록 상기 경계부와 상기 냉각수 저장부에 연결되는 연결배관; 및 상기 연결배관으로부터 방사성 물질을 전달받도록 상기 연결배관에 연결되고, 상기 방사성 물질을 상기 냉각수 저장부의 냉각수에 분사하도록 상기 냉각수에 침지되는 분사부를 포함하고, 상기 격납부를 관통하는 관통배관의 파단에 의해 상기 경계부와 상기 격납부 사이의 영역에 방사성 물질이 누출되는 것을 저감시키도록, 상기 경계부의 적어도 일부는 상기 관통배관을 감싸면서 상기 격납부와 인접한 영역까지 확장된다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 원전은, 상기 냉각수 저장부 및 상기 격납부 중 적어도 하나를 냉각하도록 형성되는 냉각설비를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 방사성 물질 저감 설비 내부에서 원자로 냉각재가 누출되는 사고가 발생하는 경우 냉각수 저장부로 경계부 내부의 대기(공기 및 증기)와 대기에 함유된 방사성 물질을 유도하여 냉각수에 분사하므로 격납부 내부의 방사성 물질 농도를 억제할 수 있다. 본 발명은, 방사성 물질 저감 설비 외부에서 원자로 냉각재가 누출되는 사고가 발생하는 경우 조기에 원자로 냉각재의 누출을 차단할 수 있어 격납부의 건전성을 유지할 수 있다.
또한 본 발명은, 격납부 내부의 방사성 물질 농도 상승을 억제하여 제한구역경계거리를 획기적으로 축소시키고, 외부환경으로의 방사성 물질의 누설을 최소활 할 수 있으므로 원전은 안전성을 대폭 향상시킬 수 있는 것은 물론 경제적 비용을 절감할 수 있다.
또한 본 발명은, 격리밸브의 수를 거의 증가시키지 않으며, 피동적인 방법으로 냉각수 저장부의 pH를 제어하여 방사성 물질의 재휘발을 억제할 수 있고, 방사성 물질이 재휘발되는 경우에도 격납부 내부로 방사성 물질이 방출되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 2b는 도 2a에 도시된 원전의 정상 운전 상태를 나타내는 개념도.
도 2c는 도 2a에 도시된 원전의 가상 사고 시를 나타내는 개념도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 5b은 도 5a에 도시된 원전의 가상 사고 시를 나타내는 개념도.
도 5c는 도 5b에 도시된 원전의 변형례를 나타내는 개념도.
도 5d은 도 5b에 도시된 원전의 다른 변형례를 나타내는 개념도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 8는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 2b는 도 2a에 도시된 원전의 정상 운전 상태를 나타내는 개념도.
도 2c는 도 2a에 도시된 원전의 가상 사고 시를 나타내는 개념도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 5b은 도 5a에 도시된 원전의 가상 사고 시를 나타내는 개념도.
도 5c는 도 5b에 도시된 원전의 변형례를 나타내는 개념도.
도 5d은 도 5b에 도시된 원전의 다른 변형례를 나타내는 개념도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 8는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전의 개념도.
이하, 본 발명에 관련된 방사성 물질 저감 설비 및 이를 구비하는 원전에 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(100) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
격납부(12)는 방사성 물질의 누출을 방지하도록 원자로냉각재계통(11)의 외부에 설치된다. 본 발명에서 격납부(12)는 원전(10)에서 격납건물, 원자로건물, 격납용기, 안전보호용기 등을 통칭한다.
방사성 물질 저감 설비(100)는 격납부(12)의 내부에 설치되고, 사고 발생시 격납부(12) 내부에 설치된 원자로냉각재계통(11) 또는 상기 원자로냉각재계통(11)과 연결된 배관(13, 13', 15c)으로부터 방출되는 방사성 물질을 냉각수 저장부(110)에 분사하도록 이루어진다. 이를 위해 방사성 물질 저감 설비(100)는 냉각수 저장부(110), 경계부(120), 연결배관(130) 및 분사부(140)를 포함한다.
냉각수 저장부(110)는 격납부(12)의 내부에 설치된다. 냉각수 저장부(110)는 내부에 냉각수를 저장하도록 탱크 또는 수조의 형태로 형성될 수 있다. 또한, 냉각수 저장부(110)는 격납부내재장전수탱크를 이용할 수도 있다. 사고 시 방사성 물질 저감 설비(100)의 작동에 의해 경계부(120) 내부의 대기(증기 및 공기)와 방사성 물질은 상기 냉각수 저장부(110)의 냉각수에 분사된다.
냉각수 저장부(110)는 방사성 물질 저감 설비(100) 이외에 원전(10)의 타 계통과 공유될 수 있다. 예를 들어, 방사성 물질 저감 설비(100)와 안전주입계통(15)은 냉각수 저장부(110)를 공유할 수 있다. 다른 예를 들면, 방사성 물질 저감 설비(100)와 잔열제거계통(미도시)은 냉각수 저장부(110)를 공유할 수 있다.
냉각수 저장부(110)가 설치되는 위치는 격납부(12) 내부 공간 중 상부 또는 하부가 될 수 있다. 격납부(12)의 내부에는 응축수가 형성되어 낙하할 수 있고, 냉각수 저장부(110)는 도 1에 도시한 바와 같이 낙하하는 응축수를 집수하도록 격납부(12)의 내부 공간 중 상부에 설치될 수 있다.
냉각수 저장부(110)는 이하에서 설명할 연결배관(130)을 통과시키는 입구(111)를 구비한다. 상기 입구(111)는 냉각수 저장부(110)에 저장된 냉각수의 역류를 방지하도록 냉각수 저장부(110)의 바닥으로부터 기설정된 높이에 형성될 수 있다.
경계부(120)는 원자로냉각재계통(11)과 격납부(12) 사이에 설치되어 방사성 물질의 경계를 형성한다. 경계부(120)는 원자로냉각재계통(11) 또는 원자로냉각재계통(11)에 연결된 배관(13, 13', 15c)으로부터 상기 격납부(12)로 방사성 물질이 누출되는 것을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통(11)을 감싼다.
경계부(120)는 이하에서 설명할 연결배관(130) 이외의 경로로 방사성 물질이 누출되는 것을 방지하도록 원자로냉각재계통(11) 주변에 밀봉구조를 형성한다. 그리고, 경계부(120)를 관통하는 배관(13, 13', 15c) 등에는 격리밸브(13a, 13b, 13a', 15c'), 체크밸브(13b', 15c") 등이 설치되고, 상기 격리밸브(13a, 13b, 13a', 15c'), 체크밸브(13b', 15c")는 사고 시 폐쇄되어 밀봉구조를 유지한다. 경계부(120)는 냉각수 저장부(110)와 이하에서 설명할 분사부(140) 사이의 수두차 이상의 압력을 견딜 수 있는 설계압력으로 형성된다. 경계부(120)의 적어도 일부는 격납부(12) 내부의 콘크리트 구조물과 상기 콘크리트 구조물에 설치된 코팅부재(미도시)에 의해 형성될 수 있다.
경계부(120)는 격벽(121)과 덮개(122)를 포함할 수 있다. 격벽(121)은 원자로냉각재계통(11)의 주변을 감싸도록 형성된다. 덮개(122)는 상기 원자로냉각재계통(11)의 상부를 덮도록 형성된다. 격벽(121), 덮개(122) 및 격납부(12)의 바닥면(또는 이중 바닥면)은 원자로냉각재계통(11)의 주변에 밀봉구조를 형성할 수 있다.
원전(10)은 격납부(12)를 관통하는 관통배관(13, 13')을 포함하며, 상기 관통배관(13, 13')은 원자로냉각재계통(11)에 연결되거나 이차계통에 연결된다. 관통배관(13, 13')에는 파단 발생시 파단부의 양측을 폐쇄시키기 위해 서로 이격되게 복수의 격리밸브(13a, 13b, 13a') 또는 체크밸브(13b')가 설치될 수 있다. 만약, 경계부(120)와 격납부(12)가 서로 이격되어 있고 관통배관(13, 13')이 경계부(120)와 격납부(12) 사이의 영역을 지나가는 경우, 경계부(120)와 격납부(12) 사이의 영역에서 냉각재상실사고가 발생할 수 있다. 경계부(120)와 격납부(12) 사이의 영역에서 냉각재상실사고가 발생하는 경우에는, 방사성 물질을 방사성 물질 저감 설비(100)의 내부에 가둘 수 없는 문제가 발생한다. 따라서, 경계부(120)와 격납부(12) 사이의 영역에서 냉각재상실사고가 발생하는 경우, 관통배관(13, 13')에는 반드시 격리밸브가 설치되어야 방사성 물질의 추가적인 누출을 막을 수 있다.
그러나, 격리밸브는 관련 안전계통의 신호에 의해 개폐되는 매커니즘을 가지므로, 오작동 또는 미작동될 가능성이 있다. 그리고, 격리밸브를 추가하는 것은 설비의 단순화 측면에서 바람직하지 못하다. 이러한 문제점을 극복하고자 본 발명은 추가적으로 격리밸브를 설치하지 않더라도 방사성 물질의 누출을 막을 수 있는 구조를 갖는다. 구체적으로, 관통배관(13, 13')의 파단에 의해 경계부(120)와 격납부(12) 사이에 방사성 물질이 누출되는 것을 저감시키도록 상기 경계부(120)의 적어도 일부는 관통배관(13, 13')을 감싸면서 격납부(12)와 인접한 영역까지 확장된다. 그 결과, 격납부(12)를 관통하여 격납부(12) 내부로 들어온 관통배관(13, 13')은 경계부(120) 내에 위치하게 된다. 이에 따라, 본 발명은 이와 경계부(120)와 격납부(12) 사이의 영역에서 배관(13, 13') 파단 등에 의한 냉각재상실사고의 발생 가능성을 현저하게 낮출 수 있고, 격리밸브를 추가로 설치하지 않아도 방사성 물질의 누출을 막을 수 있다.
연결배관(130)은 경계부(120) 내에 형성되는 대기의 유동을 냉각수 저장부(110)로 유도하도록 경계부(120)와 냉각수 저장부(110)에 연결된다. 경계부(120) 내부의 대기는 증기 또는 공기를 포함하며, 냉각재상실사고 발생시에는 방사성 물질도 대기에 포함될 수 있다. 경계부(120) 내부의 압력이 상승하는 사고가 발생하여 경계부(120) 내부의 압력과 격납부(12) 내부의 압력차가 H1 이상으로 증가하면, 경계부(120) 내부의 대기는 피동적으로 연결배관(130)을 통해 냉각수 저장부(110)로 유입된다.
연결배관(130)은 경계부(120) 내부의 대기 및 상기 대기에 포함된 방사성 물질을 이하에서 설명할 분사부(140)에 전달하도록, 냉각수 저장부(110)의 입구(111)를 통과하여 냉각수 저장부(110)의 내부까지 연장된다.
분사부(140)는 연결배관(130)으로부터 상기 경계부(120) 내부의 대기 및 상기 대기에 포함된 방사성 물질을 전달받도록 상기 연결배관(130)에 연결된다. 분사부(140)는 대기 및 상기 대기에 포함된 방사성 물질을 냉각수 저장부(110)의 냉각수에 분사하도록 적어도 일부가 상기 냉각수 저장부(110)의 냉각수에 침지된다.
분사부(140)는 경계부(120) 내부의 대기 및 상기 대기에 포함된 물질을 세분화하여 분사하도록 형성되는 복수의 분사구(141)를 구비한다. 분사부(140)는, 경계부(120) 내부의 대기 및 상기 대기에 포함된 방사성 물질을 각 분사구(141)에 균등하게 분배하도록 내부의 유로에 기설정된 유로 저항을 형성할 수 있다.
분사부(140)를 통해 냉각수 저장부(110)로 분사된 증기는 응축되고, 공기는 냉각되면서 상승한다. 그리고, 수용성 방사성 물질은 대부분 냉각수에 용해된다. 냉각수 저장부(110)의 냉각수 수량이 일정량 이상으로 유지되고 경계부(120)와 격납부(12) 사이의 압력차가 H1 이상인 경우, 방사성 물질 저감 설비(100)의 작동은 지속적으로 유지된다.
연결배관(130)과 분사부(140)가 단일로 형성되는 경우에는, 연결배관(130) 또는 분사부(140)의 고장에 의해 방사성 물질 저감 설비(100)가 작동 불가능하게 될 수 있다. 따라서, 연결배관(130)과 분사부(140)는 다중성을 고려하여 복수로 형성될 수 있다.
방사성 물질 저감 설비(100)는 증기 방출부(150) 및 냉각수 회수부(160)를 더 포함할 수 있다.
증기 방출부(150)는 냉각수 저장부(110)의 과압을 방지하도록 냉각수 저장부(110)의 상부에 설치되어 격납부(12)의 내부로 증기를 방출한다. 반대로, 냉각수 회수부(160)는 냉각수 저장부(110)에서 방출된 증기를 회수한다. 냉각수 저장부(110)의 냉각수가 증발하여 증기 방출부(150)를 통해 격납부(12)의 내부로 방출되었다가 냉각되면 응축수를 형성한다. 냉각수 회수부(160)는 응축수를 냉각수 저장부(110)로 회수하도록 냉각수 저장부(110)의 상부에 설치된다. 냉각수 회수부(160)와 냉각수 저장부(110) 사이의 연결 방식은 배관의 형태로 형성되거나 구조물의 형태로 형성될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이 증기 방출부(150)와 냉각수 회수부(160)는 냉각수 저장부(110)의 상부에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 냉각수 저장부(110)를 형성하는 상부 구조물의 일부가 개방되어 증기 방출부(150)와 냉각수 회수부(160)를 형성할 수 있다. 증기 방출부(150)와 냉각수 저장부(110)는 서로 구분되는 구역에 설치된다. 다만, 증기 방출부(150)와 냉각수 회수부(160)는 동일한 유로를 서로 공유하도록 형성될 수도 있다.
원전(10)에는 방사성 물질 저감 설비(100) 이외에 다양한 계통들이 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이 피동안전주입계통(15)이 원전(10)에 설치될 수 있다. 피동안전주입계통(15)은 냉각재상실사고 등의 사고 발생시 원자로냉각재계통(11) 내부로 냉각재를 주입하여 원자로냉각재계통(11)의 수위를 유지하기 위한 계통이다. 피동안전주입계통(15)은, 노심보충탱크(15a) 또는 안전주입탱크(15b) 등 다양한 종류의 탱크를 포함할 수 있다. 노심보충탱크(15a) 또는 안전주입탱크(15b)는 안전주입배관(15c)과 압력평형배관(15d)에 의해 원자로냉각재계통(11)과 연결된다.
냉각재는 안전주입배관(15c)을 통해 상기 탱크들(15a, 15b)로부터 원자로냉각재계통(11)으로 주입된다. 원전(10)에 방사성 물질 저감 설비(100)와 피동안전주입계통(15)이 함께 설치되는 경우, 방사성 물질의 누출을 방지하도록 상기 피동안전주입계통(15)은 경계부(120)의 내부에 설치될 수 있다.
본 발명에서 제안하는 방사성 물질 저감 설비(100)는 격납부(12)를 이중으로 설치한 경우와 달리, 격납부(12)와 고압의 압력경계를 형성하지 않으므로 설비 추가에 따른 경제적 비용의 상승을 최소화할 수 있다. 그리고, 방사성 물질 저감 설비(100)는 격리밸브 수의 증가를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 방사성 물질 저감 설비의 다른 실시예에 대하여 설명한다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(200) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
증기 방출부(250)는 냉각수 저장부(210)의 상부에서 격납부(12) 내부를 향해 돌출되도록 형성된다. 증기 방출부(250)는 배관 또는 구조물에 의해 형성되는 유로를 구비한다. 그리고, 상기 유로에는 냉각수 저장부(210)를 빠져나가려고 하는 방사성 물질을 포획하기 위한 필터 또는 흡착제(270)가 배치된다.
냉각수 저장부(210)의 압력이 상승하면, 상기 냉각수 저장부(210) 내부의 증기 또는 대기는 증기 방출부(250)를 통해 배출된다. 이 과정에서 냉각수 저장부(210)의 냉각수에 용해된 방사성 물질 중 일부는 재휘발되어 증기 또는 대기와 함께 증기 방출부(250)를 통해 격납부(12)로 빠져나갈 우려가 있다. 만약 방사성 물질이 격납부(12)로 빠져나간다면 격납부(12) 내부의 방사성 물질 농도를 상승시킬 수 있다.
필터 또는 흡착제(270)는 증기 방출부(250)를 통해 증기와 함께 상기 격납부(12)로 방출되려는 방사성 물질을 포획하도록 상기 증기 방출부(250)의 유로에 배치된다. 필터 또는 흡착제(270)는 증기 또는 대기를 통과시키고, 방사성 물질을 포획하도록 이루어진다.
필터는 고효율입자여과기(HEPA filter)를 사용할 수 있다. 증기 또는 대기에 포함된 기체 형태의 방사성 물질은 필터를 통과하면서 제거된다. 예를 들어, 방사성 물질이 요오인 경우, 상기 요오드는 필터를 통과하면서 질산은(silver nitrate)과 결합하여 iodic silver로 변환되고 증기 또는 대기로부터 제거된다.
흡착제는 활성탄을 사용할 수 있다. 요오드 유기화합물들은 활성탄에 함침되어 있는 물질들과 결합하여 quaternary ammonium salt 형태로 변환되고, 활성탄에 흡착된다. 분자 형태의 요오드는 활성탄에 화학적 흡착을 통해 결합된다. 활성탄은 다공성 구조에 의한 내부 접착면적이 크기 때문에 흡착 물질로 활용된다.
필터와 흡착제(270)는 함께 배치될 수도 있고, 필터와 흡착제(270) 중 어느 하나만 배치될 수도 있다. 다만, 상기 설명한 필터와 흡착제(270)는 예를 들어 설명한 것일 뿐, 본 발명에서 필터와 흡착제(270)의 종류가 반드시 상기 설명한 바에 한정되는 것은 아니다.
냉각수 회수부(260)도 증기 방출부(250)와 마찬가지로 배관 또는 구조물에 의해 형성되는 유로를 구비한다. 냉각수 회수부(260)의 유로는 냉각수 저장부(210)로 침지되도록 형성될 수 있다. 그러나, 냉각수 저장부(210)와 냉각수 회수부(260)는 분리되는 것은 아니고 서로 통하도록 형성된다.
이하에서는 도 2b와 도 2c를 참조하여, 원전(10)의 정상 운전 시와 사고 시를 각각 설명한다.
도 2b는 도 2a에 도시된 원전(10)의 정상 운전 상태를 나타내는 개념도이다.
원전(10)의 정상 운전시 원자로냉각재계통(11)과 원전(10)의 정상 운전을 위한 계통들에 관련된 격리밸브들(13a, 13b, 13a')은 개방되어 있다. 원전(10)의 정상 운전 시에는 원자로냉각재계통(11)의 수위는 정상 수위로 유지된다. 따라서, 피동안전주입계통(15)은 대기 상태로 유지된다.
방사성 물질 저감 설비(200)는 경계부(220)와 격납부(12) 사이에 형성되는 압력차에 의해 피동적으로 작동하는 설비이고, 원전(10)의 정상 운전시에는 경계부(220)와 냉각수 저장부(210) 사이의 압력차가 거의 없으므로 방사성 물질 저감 설비(200)도 대기 상태로 유지된다.
도 2c는 도 2a에 도시된 원전(10)의 가상 사고 시를 나타내는 개념도이다.
배관 파단 등에 의해 원전(10)에서 냉각재상실사고 등의 사고가 발생하면, 파단부(13")를 통해 증기 및 방사성 물질이 방출된다. 그리고, 원전(10)에 설치된 안전계통들이 작동을 시작한다.
사고 발생 시 원전(10)의 정상 운전과 관련된 격리밸브들(13a, 13b, 13a')은 관련 신호에 의하여 폐쇄된다. 원자로냉각재계통(11)을 향하는 방향으로 유로를 형성하는 체크밸브(13b', 15c")가 설치되어 있는 경우, 상기 원자로냉각재계통(11)으로부터 나오는 방향의 유동은 차단되고, 방사성 물질 저감 설비(100)는 밀봉구조를 유지한다. 격리밸브들(13a, 13b, 13a', 15c')은 작동 신호를 공유할 수 있으므로, 격리밸브들(13a, 13b, 13a', 15c')이 작동하면 방사성 물질 저감 설비(100)가 작동된다.
원전(10)은 원자로냉각재계통(11) 내부의 현열 및 노심(11a)의 잔열을 제거하는 피동잔열제거계통(14)과, 원자로냉각재계통(11)의 수위를 유시키도록 상기 원자로냉각재계통(11)으로 냉각재를 주입하는 피동안전주입계통(15)을 포함할 수 있다.
피동안전주입계통(15)에 대해 먼저 설명하면, 노심보충탱크(15a)와 연결되는 배관에는 격리밸브(15a') 및 체크밸브(15a")가 설치되어 있고, 상기 격리밸브(15a') 및 체크밸브(15a")가 개방되면 노심보충탱크(15a)의 냉각재는 신속하게 원자로냉각재계통(11)으로 주입된다. 그리고 압력평형배관(15d)에 설치된 격리밸브(15d')가 개방되어 원자로냉각재계통(11)과 안전주입탱크(15b)가 압력평형을 형성하면, 상기 안전주입탱크(15b)의 냉각재도 원자로냉각재계통(11)으로 주입된다. 노심보충탱크(15a)와 안전주입탱크(15b)의 냉각재는 모두 안전주입배관(15c)을 통해 원자로냉각재계통(11)으로 주입된다.
피동잔열제거계통(14)은 원자로냉각재계통(11)의 현열 및 노심(11a)의 잔열을 제거할 수 있다. 원전(10)의 필요에 따라, 상기 언급한 안전계통들 외에 다른 계통들을 추가로 구비할 수 있다.
파단부(13")에서 증기가 방출되면, 방사성 물질은 증기와 함께 경계부(220, 도 2a 참조)의 내부로 방출된다. 파단부(13")에서 증기와 방사성 물질이 지속적으로 방출됨에 따라 경계부(220) 내부의 압력은 점점 상승하게 된다. 경계부(220) 내의 압력이 상승함에 따라 경계부(220)와 격납부(12) 사이에 H1 이상의 압력차가 형성되면, 상대적으로 고압인 경계부(220)로부터 상대적으로 저압인 냉각수 저장부(210)로 피동력에 의한 대기(증기, 공기 및 방사성 물질을 포함)의 유동이 형성된다.
연결배관(230)은 압력차에 의해 형성되는 대기의 유동을 냉각수 저장부(210)로 유도한다. 연결배관(230)을 통과한 대기는 냉각수 저장부(210)에 침지된 분사부(240)를 통해 냉각수에 분사된다. 이에 따라, 증기는 냉각수에 분사되어 응축되고, 공기는 냉각되면서 상승한다. 수용성 방사성 물질은 냉각수에 용해되어 포집된다. 이에 따라, 방사성 물질 저감 설비(200)는 방사성 물질이 외부 환경으로 누설되는 것을 억제할 수 있다.
특히, 방사성 물질 중 외부환경으로의 확산 농도를 가장 높일 수 있는 방사성 물질인 요오도(Iodine)는 냉각수에 대부분 용해된다. 방사성 물질 저감 설비(200)의 작동은 냉각수 저장부(210)의 냉각수 수량이 일정량 이상 유지되고, 경계부(220)와 격납부(12)의 압력차가 H1 이상인 경우 지속적으로 유지된다.
방사성 물질 저감 설비(200)는 격납부(22) 내부의 압력을 상승시킬 우려가 있는 증기는 분사부(240)를 통해 냉각수 저장부(210)에 응축시킨다. 따라서, 방사성 물질 저감 설비(200)는 격납부(12) 내부의 압력 상승을 억제할 수 있고, 격납부(12)의 설계 압력을 낮출 수 있는 장점이 있다.
시간의 경과에 따라 증기 방출부(250)를 통해 냉각수 저장부(210)의 증기가 방출될 수 있다. 그러나, 증기에 포함된 방사성 물질은 필터 또는 첨가제(270)를 통과하면서 포획되고, 격납부(12)로 방출되지 않는다. 격납부(12) 내부로 방출된 증기 중 일부는 다시 응축되고, 냉각수 회수부(260)를 통해 냉각수 저장부(210)로 회수된다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예들에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(300) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
증기 방출부(350)와 냉각수 회수부(360)는 동일한 유로를 공유한다. 냉각수 저장부(310)의 증기 또는 대기는 시간이 흐름에 따라 증기 방출부(350)를 통해 격납부(12)로 방출된다. 격납부(12)에서 형성된 응축수는 냉각수 회수부(360)를 통해 냉각수 저장부(310)로 회수된다.
필터 또는 흡착제(370)는, 도 3에 도시한 바와 같이 냉각수 저장부(310)의 내부에 배치된다. 구체적으로 필터 또는 흡착제(370)는 냉각수 저장부(310)의 내부 공간 중 상부에 설치된다. 따라서, 증기 또는 대기에 포함된 방사성 물질은 필터 또는 흡착제(370)를 통과하면서 포획되고, 격납부(12)로 방출되지 않는다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(400) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
방사성 물질 저감 설비(400)는 첨가제 주입부(480)를 더 포함할 수 있다. 첨가제 주입부(480)는 냉각수 저장부(110)에 용해된 방사성 물질의 휘발을 방지하도록 냉각수의 pH를 기설정된 값 이상(일반적으로 pH 7 이상)으로 유지시키는 첨가제를 상기 냉각수 저장부(410)에 공급한다. 첨가제 주입부(480)는, 도 4에 도시한 바와 같이 냉각수 회수부(460)의 유로에 설치될 수도 있다.
냉각수에 용해된 방사성 요오드는 음이온의 형태로 존재하게 되는데. 방사성 요오드는 용해되어 있는 냉각수의 pH가 낮은 경우 재휘발되는 양이 크게 증가할 수 있다. 그 이유는, pH 7 이하의 냉각수에서 방사성 요오드는 휘발이 가능한 원소형요오도(I2)의 형태로 변환되는 양이 크게 증가하기 때문이다.
첨가제 주입부(480)는 냉각수에 용해된 방사성 물질이 재휘발되지 않도록 냉각수 저장부(410)에 첨가제를 주입한다. 첨가제는 예를 들어, 인산삼나트륨을 사용할 수 있다. 인산삼나트륨은 사고 시 격납부(12) 내부의 부식과 방사성 핵종의 재휘발을 방지하기 위해 냉각수의 pH를 조절한다. 그러나, 본 발명에서 첨가제의 종류가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 첨가제에는 냉각수 저장부(410)의 수질을 피동적으로 관리하도록, 노심(11a)의 반응도를 억제하는 붕산 또는 기기의 부식 등을 억제하기 위한 기타 첨가제가 추가될 수 있다.
도 4를 참조하면, 격납부(12)의 응축수는 냉각수 회수부(460)를 통해 냉각수 저장부(410)로 회수된다. 첨가제 주입부(480)는 회수되는 응축수에 첨가제를 용해시키도록 냉각수 회수부(460)의 유로에 설치된다. 이에 따라, 냉각수 회수부(460)로 유입되는 응축수에 첨가제가 용해되고, 첨가제는 방사성 물질의 재휘발을 방지하도록 응축수의 pH 높인다. 응축수가 냉각수 저장부(410)로 유입되어 냉각수와 혼합되면, 응축수와 냉각수가 혼합된 유체의 pH는 첨가제에 의해 7 이상으로 유지될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(500) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
원전(10)은 방사성 물질 저감 설비(500)와 함께 피동격납부냉각계통을 구비할 수 있다. 피동격납부냉각계통은 격납부(12) 내부의 압력 상승을 억제하도록 열교환기(16a)를 이용해 격납부(12) 내부의 열을 외부로 방출하는 계통이다. 열교환기(16a)에서 격납부(12) 내부의 대기와 냉각수 저장부(410)의 냉각수가 냉각된다. 격납부(12) 내부의 대기에 포함된 증기와 공기는 각각 응축되거나 냉각될 수 있다. 격납부(12) 내부의 온도가 낮아지면, 격납부(12)의 증기 또는 대기 중 일부는 응축된다. 따라서, 격납부(12) 내부의 압력 상승은 피동격납부냉각계통에 의해 억제될 수 있다.
피동격납부냉각계통의 열교환기(16a)는 격납부(12)의 내부 공간에 설치될 수 있고, 냉각수 저장부(510)의 냉각수에 침지되도록 설치될 수도 있다. 열교환기(16a)는 냉각수 저장부(510)의 상부 구조물을 관통하도록 설치될 수도 있다. 도 5a에 도시된 열교환기(16a)의 어느 일부는 격납부(12) 내부의 공간에 배치되고, 다른 일부는 냉각수 저장부(510)의 내부에 배치된다.
도 5b는 도 5a에 도시된 원전(10)의 가상 사고 시를 나타내는 개념도이다.
원자로냉각재계통(11)에 연결된 배관에서 파단이 발생하면, 파단부(13")를 통해 증기와 방사성 물질이 방출된다. 경계부(520) 내부에 설치된 피동안전주입계통(15)은, 원자로냉각재계통(11)으로 냉각재를 주입하고, 피동잔열제거계통(14)은 원자로냉각재계통(11)의 현열 및 노심(11a)의 잔열을 제거한다.
증기의 방출에 의해 경계부(520) 내부의 압력은 격납부(12)의 압력보다 상승하고, 경계부(520) 내에는 압력차에 의한 유동이 형성된다. 연결배관(530)은 대기의 유동을 냉각수 저장부(510)로 유도한다. 그리고, 분사부(540)는 연결배관(530)으로부터 전달된 대기 및 상기 대기에 포함된 방사성 물질을 냉각수에 분사한다. 수용성 방사성 물질은 냉각수 저장부(510)에 포집된다. 피동격납부냉각계통(16)은 격납부(12)와 냉각수 저장부(110) 중 적어도 하나를 냉각한다.
시간이 흐르면서, 냉각수 저장부(510)의 증기 또는 대기는 증기 방출부(550)를 통해 격납부(12)의 내부로 방출된다. 그러나, 증기 방출부(550)의 유로에 설치된 필터 또는 흡착제(570)에 의해 방사성 물질은 포획되고, 격납부(12)로 방출되지 않는다. 격납부(12)로 방출되었던 증기 중 일부는 다시 응축되어 응축수를 형성한다. 응축수는 냉각수 회수부(560)를 통해 다시 냉각수 저장부(510)로 회수된다.
도 5c는 도 5b에 도시된 원전(10)의 변형례를 나타내는 개념도이다.
피동격납부냉각계통(16, 16')은 격납부(12)를 냉각하도록 형성된다. 피동격납부냉각계통(16, 16')의 열교환기(미도시)는 냉각수 저장부(510)와 격납부(12)의 내부 공간에 각각 설치될 수 있다. 사고 시 방사성 물질 저감 설비(100), 피동안전주입계통(15), 피동잔열제거계통(14)의 작동은 도 5b에서 설명한 바와 동일하다.
피동격납부냉각계통(16, 16')은 격납부(12)를 냉각하므로, 증기 방출부(150)를 통해 냉각수 저장부(110)로부터 격납부(12)로 증발된 증기 또는 대기는 냉각 및 응축될 수 있다. 그리고, 증기가 응축되어 형성된 응축수가 냉각수 회수부(560)를 통해 회수되는 것은 앞서 설명한 바와 같다.
도 5d은 도 5b에 도시된 원전(10)의 다른 변형례를 나타내는 개념도이다.
피동격납부냉각계통(16)은 격납부(12)와 냉각수 저장부(510)를 냉각하도록 형성된다. 피동격납부냉각계통(16)의 열교환기(미도시)는 냉각수 저장부(510)의 상부 구조물을 관통하도록 형성되어 격납부(12)와 냉각수 저장부(510)를 동시에 냉각할 수 있다. 다른 구성은 도 5c에서 설명한 바와 동일하다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(600) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
냉각수 저장부(610)는 격납부(12)의 내부 공간 중 하부 영역에 설치될 수 있다. 앞서 다른 실시예들에서 설명한 바와 같이, 연결배관(630)은 냉각수 저장부(610)의 입구(611)를 통과하여 냉각수 저장부(610)의 하부를 향해 연장된다. 분사부(640)는 연결배관(630)을 통과한 방사성 물질을 전달받도록 상기 연결배관(630)에 연결된다.
증기 방출부(650)는 격납부(12)의 내부 공간으로 돌출되어 형성되며, 증기 방출부(650)의 유로에는 필터 또는 흡착제(670)가 설치된다. 냉각수 회수부(660)는 응축수를 회수하도록 형성된다. 피동격납부냉각계통의 열교환기(16a)는 냉각수 저장부(610)에 설치되고, 냉각수 저장부(610)의 냉각수를 냉각한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(700) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
방사성 물질 저감 설비(700)는 압력평형배관(790)을 더 포함한다. 방사성 물질 저감 설비(700)의 압력평형배관(790)은 피동안전주입계통(15)의 압력평형배관(15d)과 구별해야 한다. 방사성 물질 저감 설비(700)의 압력평형배관(790)은 경계부(720)의 내부 및 격납부(12)의 내부와 각각 통하도록 형성된다. 경계부(720) 내부의 압력보다 격납부(12) 내부의 압력이 높은 경우, 압력평형배관(790)은 격납부(12) 내부의 대기를 경계부(720) 내부로 유입시키도록 형성된다. 이에 따라, 냉각수 저장부(710)의 냉각수가 경계부(120)의 내부로 역류하는 것을 방지할 수 있다. 압력평형배관(790)은 연결배관(730)으로부터 격납부(12)의 내부까지 연장될 수 있다. 압력평형배관(790)은, 도시한 바와 같이 냉각수 저장부(710) 상부의 구조물을 통과할 수 있다.
압력평형배관(790)에는 한 방향의 유동만을 통과시키는 체크밸브(791)가 설치될 수 있다. 체크밸브(791)는 한 방향의 유동만을 통과시키도록 형성된다. 체크밸브(791)는, 경계부(720) 내부의 대기가 압력평형배관(790)을 통해 격납부(12) 내부로 방출되는 것을 방지하도록 형성된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(800) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
압력평형배관(890)은, 경계부(820) 내부와 격납부(12)의 내부에 각각 통하도록 형성된다. 압력평형배관(890)의 일단은 경계부(820)와 통하고, 타단은 격납부(12)와 통할 수 있다. 경계부(820)와 격납부(12)는 압력평형배관(890)에 의해 서로 통한다. 도 7과 달리, 압력평형배관(890)은 연결배관(830)으로부터 분기되는 것이 아니라, 상기 연결배관(830)과 독립적으로 형성될 수 있다. 압력평형배관(890)은 경계부(820)의 상부를 통과해 경계부(820)의 내부로 연장될 수 있다. 체크밸브(891)는 압력평형배관(890)에 설치될 수 있으며, 체크밸브(891)의 기능은 도 7에서 설명한 바와 같다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(900) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
연결배관(930)에는 한 방향의 유동만을 통과시키는 체크밸브(931)가 설치된다. 체크밸브(931)는, 냉각수 저장부(910) 내부의 냉각수가 상기 연결배관(930)을 통해 상기 경계부(920)로 역류하는 것을 방지한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(1000) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
냉각수 저장부(1010)는 안전주입배관(15c)에 연결될 수 있다. 냉각수 저장부(1010)와 안전주입배관(15c)을 연결하는 배관(1032)에는 격리밸브(1032a)와 체크밸브(1032b)가 설치된다. 격리밸브(1032a)와 체크밸브(1032b)가 개방되면 냉각수 저장부(1010)에 저장되어 있던 냉각수는 원자로냉각재계통(11)으로 주입된다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(1100) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
피동안전주입계통(15)은, 경계부(1120)의 내부 또는 외부에 선택적으로 설치될 수 있다. 도 11에 도시된 피동안전주입계통(15)은 경계부(1120)의 외부에 설치된다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(1200) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
원전(10)은 급수계통(17)과 급수배관(17a)을 포함한다. 급수배관(17a)에는 격리밸브(17b)가 설치된다. 또한, 원전(10)은 터빈계통(18)과 증기배관(18a)을 포함한다. 증기배관(18a)에도 격리밸브(18b)가 설치된다. 원전(10)의 정상 운전 시 급수는 급수배관(17a)을 통해 원자로냉각재계통(11)으로 공급될 수 있고, 상기 급수가 증기발생기(11b)를 통과하면서 노심(11a)에서 열을 전달받아 형성된 증기는 증기배관(18a)을 통해 터빈계통(18)으로 공급될 수 있다. 급수배관(17a)과 증기배관(18a)도 경계부(1220) 및 격납부(12)를 관통한다.
경계부(1220)는 관통배관(13, 13'), 급수배관(17a) 및 증기배관(18a)을 감싸면서 격납부(12)와 인접한 영역까지 확장된다. 따라서, 경계부(1220) 내에서 배관의 파단이 발생하더라도 방사성 물질은 경계부(1220)를 빠져나가지 못한다. 아울러, 경계부(1220)는 격납부(12)와 인접한 영역까지 확장되므로, 경계부(1220)와 격납부(12) 사이의 영역에서 냉각재상실사고 등의 사고 발생 가능성은 현저히 낮아진다. 따라서, 경계부(1220)와 격납부(12) 사이의 영역에는 격리밸브가 설치되지 않더라도 무방하다. 결과적으로 본 발명은 사고가 발생했을 때 배관을 폐쇄시키기 위한 격리밸브의 수를 최소화할 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 방사성 물질 저감 설비(1300) 및 이를 구비하는 원전(10)의 개념도이다.
첨가제 주입부(1380)는 냉각수 저장부(1310)의 내부와 냉각수 회수부(1360)의 유로에 각각 설치될 수 있다.
냉각수 저장부(1310)의 내부에 설치되는 첨가제 주입부(1381)는, 냉각수 저장부(1310)의 수위 상승에 의해 냉각수에 침지되도록 기설정된 높이에 설치될 수 있다. 경계부(1320)의 대기가 분사부(1340)를 통해 냉각수로 지속적으로 분사되면, 냉각수 저장부(1310)의 수위가 점점 상승한다. 그리고, 냉각수 저장부(1310)의 수위가 첨가제 주입부(1381)보다 높아지면, 첨가제 주입부(1381)는 냉각수에 침지된다. 첨가제 주입부(1381)가 냉각수에 침지됨에 따라 첨가제는 냉각수에 용해된다.
또한, 냉각수 회수부(1360)의 유로에 설치되는 첨가제 주입부(1382)는 앞서 설명한 바와 같이 회수되는 응축수에 첨가제를 용해시킨다.
이상에서 설명된 방사성 물질 저감 설비 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 : 원자로냉각재계통
12 : 격납부 100 : 방사성 물질 저감 설비
110 : 냉각수 저장부 120 : 경계부
130 : 연결배관 140 : 분사부
150 : 증기 방출부 160 : 냉각수 회수부
170 : 필터 또는 흡착제 180 : 첨가제 주입부
190 : 압력평형배관
12 : 격납부 100 : 방사성 물질 저감 설비
110 : 냉각수 저장부 120 : 경계부
130 : 연결배관 140 : 분사부
150 : 증기 방출부 160 : 냉각수 회수부
170 : 필터 또는 흡착제 180 : 첨가제 주입부
190 : 압력평형배관
Claims (22)
- 격납부 내부에 설치되고, 냉각수를 저장하도록 형성되는 냉각수 저장부;
상기 격납부 내부에 설치된 원자로냉각재계통 또는 상기 원자로냉각재계통에 연결된 배관으로부터 상기 격납부의 내부로 방사성 물질이 누출되는 것을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통을 감싸는 경계부;
상기 경계부 내에 형성되는 상기 방사성 물질의 유동을 상기 냉각수 저장부로 유도하도록 상기 경계부와 상기 냉각수 저장부에 연결되는 연결배관; 및
상기 연결배관으로부터 방사성 물질을 전달받도록 상기 연결배관에 연결되고, 상기 방사성 물질을 상기 냉각수 저장부의 냉각수에 분사하도록 상기 냉각수에 침지되는 분사부를 포함하고,
상기 경계부의 적어도 일부는, 상기 격납부를 관통하는 관통배관의 파단에 의해 상기 경계부와 상기 격납부 사이의 영역에 방사성 물질이 누출되는 것을 저감시키도록 상기 관통배관을 감싸면서 상기 격납부와 인접한 영역까지 확장되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제1항에 있어서,
상기 냉각수 저장부에 용해된 방사성 물질의 휘발을 방지하도록 냉각수의 pH를 기설정된 값 이상으로 유지시키는 첨가제를 상기 냉각수 저장부로 공급하는 첨가제 주입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제2항에 있어서,
상기 첨가제 주입부는 상기 냉각수 저장부의 수위 상승에 의해 상기 냉각수에 침지되도록 상기 냉각수 저장부 내부의 기설정된 높이에 설치되고,
상기 첨가제 주입부가 상기 냉각수에 침지됨에 따라 상기 첨가제는 상기 냉각수에 용해되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제1항에 있어서,
상기 냉각수 저장부의 과압을 방지하도록 상기 냉각수 저장부의 상부에 설치되어 상기 격납부의 내부로 증기를 방출하는 증기 방출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제4항에 있어서,
상기 증기 방출부는 상기 냉각수 저장부의 상부에서 상기 격납부의 내부를 향해 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제4항에 있어서,
상기 증기 방출부를 통해 상기 증기와 함께 상기 격납부로 방출되려는 방사성 물질을 포획하도록 상기 증기 방출부의 유로에 배치되는 흡착제 또는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제4항에 있어서,
상기 냉각수 저장부의 냉각수가 상기 증기 방출부를 통해 상기 격납부의 내부로 방출되었다가 냉각되어 형성된 응축수를 상기 냉각수 저장부로 회수하도록 상기 냉각수 저장부의 상부에 설치되는 냉각수 회수부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제7항에 있어서,
상기 냉각수 저장부에 용해된 방사성 물질의 휘발을 방지하도록 냉각수의 pH를 기설정된 값 이상으로 유지시키는 첨가제를 상기 냉각수 저장부로 공급하는 첨가제 주입부를 더 포함하고,
상기 첨가제 주입부는 상기 응축수에 상기 첨가제를 용해시키도록 상기 냉각수 회수부의 유로에 설치되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제7항에 있어서,
상기 증기 방출부와 상기 냉각수 회수부는 동일한 유로를 공유하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제1항에 있어서,
상기 냉각수 저장부는 상기 연결배관을 통과시키는 입구를 구비하고,
상기 입구는 상기 냉각수 저장부에 저장된 냉각수가 상기 경계부의 내부로 역류하는 것을 방지하도록 상기 냉각수 저장부의 바닥으로부터 기설정된 높이에 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제10항에 있어서,
상기 연결배관은 상기 경계부 내부의 대기와 상기 대기에 함유된 방사성 물질을 상기 분사부에 전달하도록 상기 입구를 통과하여 상기 분사부가 배치된 상기 냉각수 저장부의 내부까지 연장되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제1항에 있어서,
상기 경계부는 상기 연결배관 이외의 경로로 상기 방사성 물질이 누출되는 것을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통 주변에 밀봉구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제1항에 있어서,
상기 경계부의 적어도 일부는 상기 격납부 내부의 콘크리트 구조물 또는 상기 콘크리트 구조물에 설치된 코팅부재에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제1항에 있어서,
상기 경계부는,
상기 원자로냉각재계통을 둘러싸도록 형성되는 격벽; 및
상기 원자로냉각재계통의 상부를 덮도록 형성되는 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제1항에 있어서,
상기 분사부는 상기 방사성 물질을 세분화하여 분사하도록 형성되는 복수의 분사구를 구비하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제15항에 있어서,
상기 분사부는 상기 방사성 물질이 상기 각 분사구에 균등하게 분배되도록 기설정된 유로저항을 형성하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제1항에 있어서,
상기 경계부의 내부 및 상기 격납부의 내부와 각각 통하도록 형성되고, 상기 경계부 내부의 압력보다 상기 격납부 내부의 압력이 높은 경우 상기 격납부 내부의 대기를 상기 경계부 내부로 유입시켜 상기 냉각수 저장부의 냉각수가 상기 경계부 내부로 역류하는 것을 방지하는 압력평형배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제17항에 있어서,
상기 압력평형배관은 상기 연결배관으로부터 분기되어 상기 격납부 내부까지 연장되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제18항에 있어서,
상기 경계부 내부의 대기가 상기 압력평형배관을 통해 상기 격납부 내부로 방출되는 것을 방지하도록 상기 압력평형배관에 설치되는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 제1항에 있어서,
상기 냉각수 저장부 내부의 냉각수가 상기 연결배관을 통해 상기 경계부의 내부로 역류하는 것을 방지하도록 상기 연결배관에 설치되는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저감 설비. - 격납부;
상기 격납부 내부에 설치되는 원자로냉각재계통; 및
상기 격납부와 상기 원자로냉각재계통 사이에 방사성 물질의 경계를 설정하도록 형성되고, 상기 격납부 내부로 유출될 수 있는 방사성 물질을 냉각수에 분사시켜 상기 방사성 물질의 농도를 저감하도록 형성되는 방사성 물질 저감 설비를 포함하고,
상기 방사성 물질 저감 설비는,
격납부 내부에 설치되고, 냉각수를 저장하도록 형성되는 냉각수 저장부;
상기 격납부 내부에 설치된 원자로냉각재계통 또는 상기 원자로냉각재계통과 연결된 배관으로부터 상기 격납부의 내부로 방사성 물질이 누출되는 것을 방지하도록 상기 원자로냉각재계통을 감싸는 경계부;
상기 경계부 내에 형성되는 상기 방사성 물질의 유동을 상기 냉각수 저장부로 유도하도록 상기 경계부와 상기 냉각수 저장부에 연결되는 연결배관; 및
상기 연결배관으로부터 방사성 물질을 전달받도록 상기 연결배관에 연결되고, 상기 방사성 물질을 상기 냉각수 저장부의 냉각수에 분사하도록 상기 냉각수에 침지되는 분사부를 포함하고,
상기 격납부를 관통하는 관통배관의 파단에 의해 상기 경계부와 상기 격납부 사이의 영역에 방사성 물질이 누출되는 것을 저감시키도록, 상기 경계부의 적어도 일부는 상기 관통배관을 감싸면서 상기 격납부와 인접한 영역까지 확장되는 것을 특징으로 하는 원전. - 제21항에 있어서,
상기 냉각수 저장부 및 상기 격납부 중 적어도 하나를 냉각하도록 형성되는 냉각설비를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원전.
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