KR101636394B1 - 원자력발전소의 여과배기장치 - Google Patents

원자력발전소의 여과배기장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 원자력발전소의 여과배기장치는 원자로가 격납된 격납건물에서 발생된 수증기 및 핵분열 생성물이 유동 가능하도록 방출배관을 통해 상기 격납건물과 연결되는 원자력발전소의 여과배기장치에 관한 것으로써, 내부에 수용된 세척액 내에 잠겨있도록 배치되는 노즐, 상기 노즐을 통해 방출되어 상기 세척액을 통과한 기체를 외부로 배출시키는 배기배관 및 상기 세척액 및 상기 배기배관 사이에 배치되는 수소저감부를 포함한다.

Description

원자력발전소의 여과배기장치{CONTAINMENT FILTERED VENTING SYSTEM HAVING HYDROGEN REDUCTION UNIT}
본 발명은 원자로발전소에서 중대사고가 발생할 경우 원자로가 격납된 격납건물 내부에서 발생되는 수증기 및 핵분열 생성물을 외부로 배출하여 감압시키고 제엽시키기 위한 여과배기장치에 관한 것으로써, 구체적으로는 여과배기장치 내에 포함된 수소를 저감시키기 위한 여과배기장치에 관한 것이다.
원자력발전소에서 중대사고(severe accident)가 발생하면 높은 온도에서 녹아내린 핵연료가 냉각수 또는 구조물과 화학적인 반응을 하여 많은 양의 수증기와 다양한 가스들이 발생된다.
사고가 진행되는 동안 지속적으로 발생되는 수증기와 가스에 의해서 밀폐된 격납건물 내의 압력이 설계압력보다 높아지면, 마지막 보호방벽인 격납건물이 파손되고 방사성 물질들이 외부로 유출되어 막대한 피해를 줄 수 있다. 따라서, 중대사고시 격납건물 내의 압력이 증가하는 것을 방지하기 위하여 여과배기장치(containment filtered venting system)가 사용될 수 있다.
한편, 중대사고시 여과배기장치가 작동될 경우, 여과배기장치로 방출되는 혼합가스에는 산소와 수소가 포함되어 있으며, 수소는 가연성(flammable) 기체로써 수소농도가 높아지면 연소(combustion)가 발생할 수 있고, 화염이 가속되면 폭발(explosion)할 수 있다.
격납건물에서 발생된 많은 양의 수증기와 가스들이 격납건물보다 상대적으로 낮은 압력과 온도 상태인 여과배기 용기로 방출되면 수증기는 응축(condensation)되고, 수소를 포함한 혼합가스의 구성 성분들의 부피비율이 증가할 수 있다. 여과배기 용기 내에서 수소농도가 증가하여 폭발이 발생하면 여과배기장치의 건전성을 위협할 수 있으므로 여과배기장치 내부에서 수소농도를 저감시켜줄 수 있는 방법이 필요하다.
하기 선행문헌은 가압 경수로 원전에서 수소제어를 위한 소염망 설치 공법에 관한 것으로써, 원전 사고시 수소연소가 발생하는 경우 소염망 원리를 이용하여 화염의 강도를 약화시킴으로써 화염의 전파를 방지하여 수소연소를 제어할 수 있는 소염망에 대한 기술적 내용이 개시되어 있으며, 본 발명의 기술적 요지를 포함하고 있지 않다.
한국공개특허공보 특2001-0114108호
본 발명에 따른 원자력발전소의 여과배기장치는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
원자력발전소의 여과배기장치 내의 혼합가스에 포함된 수소의 농도를 낮춤으로써 여과배기장치의 폭발을 방지할 수 있는 원자력발전소의 여과배기장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 원자력발전소의 여과배기장치는 원자로가 격납된 격납건물 내부에서 발생된 수증기 및 핵분열 생성물이 외부로 유동 가능하도록 방출배관을 통해 상기 격납건물과 연결되는 원자력발전소의 여과배기장치에 관한 것으로써, 내부에 수용된 세척액 내에 잠겨있도록 배치되는 노즐, 상기 노즐을 통해 방출되어 상기 세척액을 통과한 기체를 외부로 배출시키는 배기배관 및 상기 세척액 및 상기 배기배관 사이에 배치되는 수소저감부를 포함한다.
본 발명에 따른 원자력발전소의 여과배기장치는 여과배기장치 내에 수소저감부를 구비함으로써, 수소저감부에 의해 여과배기장치 내에 수용된 수소를 제거함으로써 여과배기장치의 폭발을 미연에 방지하고, 이를 통해 여과배기장치의 건전성을 확보할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 원자력발전소의 여과배기장치를 개괄적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예 따른 원자력발전소의 여과배기장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치의 수소저감부의 평면도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하 본 발명의 여러 실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치에 대하여 설명하기에 앞서, 도 1을 참조하여 원자력발전소의 여과배기장치에 대하여 전반적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 원자력발전소의 여과배기장치를 개괄적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 여과배기장치(10)는 원통형 용기로써 용기의 하부는 세척액(scrubbing solution)(200)이 채워져 있고, 상부는 여과필터(filter)(500)가 부착되어 있으며, 방사성 물질들은 이러한 세척액(200) 및 여과필터(500)에 의해 잔류시키거나 제거된다.
원자로가 격납된 격납건물(20)과 여과배기장치(10)는 파이프로 구성된 방출배관(30)으로 연결되어 있으며, 이러한 방출배관(30)에는 밸브(40)가 배치되어 있으며, 평상시에는 상기 밸브(40)는 닫혀있다. 방출배관(30)의 끝단은 노즐(100)로 구성되어 있고, 여과배기장치(10)의 세척액(200)에 잠겨있다.
중대사고 발생시 밀폐된 격납건물(20) 내의 압력이 미리 설정된 압력(즉, 여과배기 설비를 작동시키라는 신호)에 도달하게 되면 밸브(40)가 열리면서 격납건물(20)과 여과배기장치(10) 사이의 압력 차이에 의해서 격납건물(20) 내부에서 발생된 수증기와 혼합가스들이 여과배기장치(10)로 방출된다. 이를 통하여 격납건물(20) 내부 압력은 감소하게 되고, 여과배기장치(10)로 방출된 수증기와 가스들은 세척액(200)과 여과필터(500)를 통과하면서 제염되어 배기배관(300)을 통하여 외부로 방출된다
상술한 바와 같이, 원자로가 격납된 격납건물(20)로부터 여과배기장치(10)로 방출되는 가스에는 가연성 기체인 수소가 다수 포함되어 있으며, 수소의 농도가 높을 경우 폭발에 의한 여과배기장치(10)의 건전성이 위협될 수 있으므로, 본 발명에 따른 여과배기장치는 수소의 농도를 낮추기 위하여 세척액(200) 및 배기배관(300) 사이에 수소저감부(400)를 배치하는 것을 특징으로 하며, 이하에서는 수소저감부(400)의 여러 실시예에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제 1실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치에 대하여 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 제 1실시예 따른 원자력발전소의 여과배기장치를 도시한 도면이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치에서의 수소저감부(400)는 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(410) 및 상기 배터리(410)와 연결되어 상기 배터리(410)로부터 전원을 인가받는 전극(420)을 포함하여 구성된다.
전극(420)에 전원을 인가하여 스파크에 의해 수소를 연소시키는 것으로써, 여과배기장치 내부의 환경에 기초하여 필요에 따라 스파크를 발생시키도록 구성하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 여과배기장치 내부의 압력, 온도 및 수소 농도 등을 감지할 수 있는 센서들을 구비하고, 상기 센서에 의해 감지된 값이 미리 설정된 값과의 비교 결과에 기초하여 전극(420)에 전원을 인가할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하며, 이러한 기능의 구현을 위하여 전극(420)에 공급되는 전원을 제어하는 별도의 제어장치를 추가로 구비할 수 있다.
한편, 전극(420)에 전원을 공급하는 공급원으로는 배터리(410)를 채용함으로써, 외부로부터의 전력 공급이 불필요하다는 장점이 인정될 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제 2실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치에 대해 설명하도록 한다. 도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치를 도시한 도면이다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치에서의 수소저감부(400)는 촉매(430)를 포함하도록 구성된다. 여과배기장치 내의 기체 중에 포함된 수소가 촉매(430)에 의하여 산화됨으로써 수소의 농도를 낮추게 된다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 촉매(430)는 기체가 배출되는 방향과 평행하도록 배치되고, 나아가 복수 개의 촉매(430)는 기체가 통과할 수 있는 통로를 확보할 수 있도록 상호 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
기체에는 산소 및 수소를 포함하고 있으며, 기체가 복수 개의 촉매(430) 사이에 형성된 통로를 통과하는 동안 수소와 산소가 촉매(430)의 표면을 지나면서 산화반응(2H2 + O2 -> 2H20 + 120kJ/g)에 의해서 발생된 열로 촉매 표면온도가 수소의 점화온도에 도달함으로써 수소를 연소시키게 되는 것이다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치는 별도의 전력을 필요로 하지 않고, 순수 화학반응에 의하여 수소를 연소시킬 수 있다는 장점이 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제 3실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치에 대하여 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치의 수소저감부의 평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3실시예에 따른 수소저감부는 복수 개의 저항선이 제 1방향으로 배열되는 제 1지지체(440) 및 상기 제 1지지체(440)의 상측 또는 하측에 배치되고, 복수 개의 저항선이 상기 제 1방향과 다른 제 2방향으로 배열되는 제 2지지체(450)로 구성된다.
특히, 제 1방향 및 제 2방향은 수직하도록 구성하고, 제 1지지체(440) 및 제 2지지체(450)를 인접하게 배치하게 되면, 도 5에 도시된 것과 같이 격자(Rigid) 배열된 저항선 조립체를 형성할 수 있게 된다. 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이 이러한 격자(Rigid) 배열된 저항선 조립체는 2개의 지지체에 의해 형성될 수도 있으나, 하나의 지지체 내에 저항선을 격자(Rigid) 배열하도록 구성하는 것도 가능하다.
저항선(resistance wire)은 니크롬(Nichrome)과 같이 전기저항이 큰 재질로 만든 선으로써 전류를 공급해주면 열이 발생된다. 저항선을 히터로 사용할 경우, 최대 800 ℃까지 온도가 증가할 수도 있다. 수소가스는 높은 온도(약 584 ℃)에서는 외부 점화원(ignition source)이 없어도 스스로 점화(autoignition)될 수 있는 성질이 있다. 따라서 여과배기장치(10)가 작동할 때 외부 전류 공급장치에 의해서 저항선에 전류를 흘려주면 저항선의 온도가 상승하고, 노즐을 통하여 방출된 수소 가스가 고온의 저항선을 통과하면서 스스로 점화되어 수소농도가 감소하게 된다.
본 발명의 제 3실시예에 따른 원자력발전소의 여과배기장치는 저항선을 사용함으로써 여과배기장치(10) 내부에서 세척액(200)으로부터 여과필터(500)로 이송되는 혼합가스의 유동에 방해가 되지 않고, 나아가 격자(Rigid) 배열로 인하여 여과배기장치(10)의 단면적에서 수소를 균일하게 제거할 수 있다는 장점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 여과배기장치
20: 원자로가 격납된 격납건물
30: 방출배관
40: 밸브
100: 노즐
200: 세척액
300: 배기배관
400: 수소저감부
500: 여과필터

Claims (7)

  1. 원자로가 격납된 격납건물(20)에서 발생된 수증기 및 핵분열 생성물이 외부로 유동 가능하도록 방출배관(30)을 통해 상기 격납건물(20)과 연결되는 원자력발전소의 여과배기장치에 있어서,
    내부에 수용된 세척액(200) 내에 잠겨있도록 배치되는 노즐(100);
    상기 노즐(100)을 통해 방출되어 상기 세척액(200)을 통과한 기체를 외부로 배출시키는 배기배관(300);
    상기 세척액(200) 및 상기 배기배관(300) 사이에 배치되고, 배터리(410) 및 상기 배터리(410)와 연결되는 전극(420)을 구비하는 수소저감부(400);
    상기 여과배기장치 내부의 압력, 온도 및 수소 농도를 검출하는 센서; 및
    상기 센서의 검출 내용에 기초하여 상기 배터리(410)로부터 상기 전극(420)으로의 전원 인가를 제어하는 제어장치;
    를 포함하고,
    상기 세척액(200)을 통과한 기체 중에 포함된 수소는 상기 제어장치의 제어에 기초하여 상기 전극(420)에서 발생한 스파크에 의하여 연소되는 원자력발전소의 여과배기장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 원자로가 격납된 격납건물(20)에서 발생된 수증기 및 핵분열 생성물이 외부로 유동 가능하도록 방출배관(30)을 통해 상기 격납건물(20)과 연결되는 원자력발전소의 여과배기장치에 있어서,
    내부에 수용된 세척액(200) 내에 잠겨있도록 배치되는 노즐(100);
    상기 노즐(100)을 통해 방출되어 상기 세척액(200)을 통과한 기체를 외부로 배출시키는 배기배관(300); 및
    상기 세척액(200) 및 상기 배기배관(300) 사이에 배치되는 수소저감부(400);
    를 포함하고,
    상기 수소저감부(400)는 복수 개의 저항선이 제 1방향으로 배열되는 제 1지지체(440) 및 상기 제 1지지체(440)의 상측 또는 하측에 배치되고 복수 개의 저항선이 상기 제 1방향과 수직한 제 2방향으로 배열되는 제 2지지체(450)를 포함하는 원자력발전소의 여과배기장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 배기배관(300)의 하측에는 핵분열생성물을 제거하기 위한 여과필터(500)가 구비된 원자력발전소의 여과배기장치.
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