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KR20180048434A - Passive safety system and nuclear power plant having the same - Google Patents

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KR20180048434A
KR20180048434A KR1020170171458A KR20170171458A KR20180048434A KR 20180048434 A KR20180048434 A KR 20180048434A KR 1020170171458 A KR1020170171458 A KR 1020170171458A KR 20170171458 A KR20170171458 A KR 20170171458A KR 20180048434 A KR20180048434 A KR 20180048434A
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heat
emergency cooling
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Abstract

The present invention discloses a passive safety system. The passive safety system includes an emergency cooling water storage part disposed outside a compartment part and storing cooling water for removing heat transferred in an accident; a thermoelectric element mounted on the outer wall of the emergency cooling water storage part and producing electricity by a temperature difference between the outer wall and the outside of the emergency cooling water storage part; and a storage battery connected to the thermoelectric element and storing electricity produced in the thermoelectric element. It is possible to improve the safety of a nuclear power plant.

Description

피동안전계통 및 이를 구비하는 원전{PASSIVE SAFETY SYSTEM AND NUCLEAR POWER PLANT HAVING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a passive safety system,

본 발명은 열전소자를 이용하여 전기를 생산하도록 구성되는 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전에 관한 것이다.The present invention relates to a passive safety system configured to produce electricity using a thermoelectric element and a nuclear power plant having the same.

원자로는 안전계통의 구성방식에 따라 펌프와 같은 능동력을 사용하는 능동형원자로와 중력 또는 가스압력 등의 피동력을 사용하는 피동형원자로로 나뉜다. 한편으로, 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. Nuclear reactors are divided into active reactors, which use the same power as pumps, and passive reactors, which use force such as gravity or gas pressure, depending on how the safety system is constructed. On the other hand, a separate type reactor (eg, domestic pressurized light water reactor) in which main devices (steam generator, pressurizer, pump impeller, etc.) are installed outside the reactor (eg, domestic pressurized light water reactor) Yes, SMART reactors).

또한, 일반적으로 원자로용기(또는 분리형원자로의 원자로냉각재계통) 외부를 보호하는 격납구조물은 강화콘크리트를 이용하여 제작 건설하는 경우 격납건물(또는 원자로건물)이라 지칭하며, 철재를 이용하여 제작 건설하는 경우 격납용기(소형인 경우 안전보호용기)라 지칭한다.Generally, a containment structure that protects the outside of a reactor vessel (or a reactor coolant system of a separate reactor) is referred to as a containment building (or reactor building) when constructed and constructed using reinforced concrete, (A safety protection container in the case of a small size).

피동형 원전은 운전원조치나 비상교류전원 등 외부전력의 도움이 없이, 사고 발생 후 최소 72시간 이상 동안, 비상 축전지와 피동안전계통 등을 이용하여 원전을 안전정지 상태로 유지하도록 설계된다. 또한, 피동형 원전에서는 사고 시 원전이 안전정지 상태를 유지하는지를 각종 계측기기를 통해 감시하며, 이들 신호는 주제어실 및 원격정지반 등에 모아지므로, 비상 축전지는 이들 계측기기와 주제어실 및 원격정지반 등에 최소 72시간 이상 소요 전력을 공급해야 한다. 이에 따라 피동형 원전에서는 대용량의 비상 축전지가 필요하게 된다.A passive-type nuclear power plant is designed to maintain the nuclear power plant in a safe stop state for at least 72 hours after an accident without assistance of an external power source such as an operator action or an emergency AC power source, by using an emergency storage battery and a passive safety system. In the case of a passive-type nuclear power plant, it is monitored through various measuring devices whether or not the nuclear power plant maintains a safe stop state in the event of an accident. Since these signals are collected in the main control room and the remote station, The power supply must be supplied for more than an hour. Accordingly, a large-capacity emergency storage battery is required in a passive-type nuclear power plant.

원전산업분야에서 피동격납부냉각계통(또는 격납부냉각계통)은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 냉각재상실사고나 증기관파단사고 등의 발생으로 냉각수 또는 증기가 방출되어 격납부 내부의 압력이 상승하는 경우에, 증기를 응축시키고 내부 대기를 냉각시켜 압력을 낮추어, 격납부의 건전성을 유지시키는 계통으로 많이 이용되고 있다. 피동격납부냉각계통과 유사한 목적으로 사용되는 방식으로는 격납부로 방출된 증기를 감압탱크로 유도하여 응축시키는 감압탱크(suppression tank)를 이용하는 방식(상용 BWR, CAREM : 아르헨티나, IRIS : 미국 웨스팅하우스사 등), 철재격납용기를 적용하고 외벽을 냉각(스프레이, 공기)시키는 방식(AP1000 : 미국 웨스팅하우스) 그리고 열교환기를 이용하는 방식(SWR1000 : 프랑스 프라마톰 ANP, AHWR : 인도, SBWR : 미국 GE) 등이 이용되고 있다. 본 발명과 관련된 피동격납부냉각계통 열교환기는 쉘 앤 튜브(shell and tube)형 열교환기 또는 응축기(SBWR : 미국 GE사 등)가 주로 적용되고 있으며, 자연순환에 의존한다.In the nuclear industry, the cooling system (or the cooling system of the compartment part) including the integrated reactor is discharged from the various reactors due to the occurrence of the coolant loss or steam tube breakage, In this case, the steam is condensed and the internal air is cooled to lower the pressure, which is widely used as a system for maintaining the integrity of the storage part. In the method used for similar purposes to the cooling system, the system uses a suppression tank (a commercial BWR, CAREM: Argentina, IRIS: Westinghouse, USA) which uses a decompression tank (SW1000: France Pramatom ANP, AHWR: India, SBWR: United States GE), etc., which uses steel containment vessel and cooling (spray and air) external wall (AP1000: Westinghouse of USA) . The heat exchanger of the coin-driven cooling system according to the present invention is mainly a shell and tube type heat exchanger or a condenser (SBWR: American GE Company, etc.), and depends on natural circulation.

한편, 원전산업분야에서 잔열제거계통(보조급수계통 또는 피동잔열제거계통)은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원전에서 사고가 발생하는 경우 원자로냉각재계통의 열(원자로냉각재계통의 현열 및 노심의 잔열)을 제거하는 계통으로 채용되고 있다.On the other hand, in the nuclear industry, the residual heat removal system (supplementary water supply system or passive residual heat removal system) includes heat of the reactor coolant system (sensible heat of the reactor coolant system and residual heat of the core) And is adopted as a system to remove the water.

잔열제거계통 중에서 일반적으로 증기와 물의 밀도 차이에 의한 자연순환을 이용하는 피동잔열제거계통의 유체 순환 방식으로는 원자로냉각재계통의 일차냉각수를 직접 순환시켜 원자로를 냉각하는 방식(AP1000: 미국 웨스팅하우스)과 증기발생기를 이용하여 이차냉각수를 순환시켜 간접적으로 원자로를 냉각하는 방식(SMART 원자로: 국내) 두 가지가 주로 사용되고 있으며, 일차냉각수를 탱크에 주입하여 직접 응축시키는 방식(CAREM: 아르헨티나)도 일부 이용되고 있다. Among the residual heat removal systems, the fluid circulation method using the natural circulation by the difference of the density of the steam and the water in general is a method of cooling the reactor by directly circulating the primary cooling water of the reactor coolant system (AP1000: Westinghouse, USA) (SMART reactor: domestic) by indirectly cooling the reactor by circulating the secondary cooling water using the steam generator, and a method of directly condensing the primary cooling water into the tank (CAREM: Argentina) is also used have.

또한, 피동잔열제거계통의 열교환기(응축열교환기)의 외부를 냉각하는 방식으로는 대부분의 원자로에서 적용하고 있는 수랭식(water-cooled, 미국 AP1000)과, 일부 공랭식(air-cooled, 러시아 WWER1000)과 수-공랭식 병용 방식(IMR : 일본)이 이용되고 있다. 피동잔열제거계통의 열교환기는 원자로로부터 전달받은 열을 비상냉각탱크 등을 통해 외부(최종 열침원)로 전달하는 기능을 수행하며, 열교환기 방식으로 열전달 효율이 뛰어난 증기 응축현상을 이용한 응축열교환기가 많이 채용되고 있다.Cooling the outside of the heat exchanger (condensation heat exchanger) of the passive residual heat removal system is water-cooled (US AP1000), which is applied in most reactors, and some air-cooled (WWER1000) (IMR: Japan) is used. The heat exchanger of the passive residual heat removal system transfers the heat received from the reactor to the outside (final heat sink) through the emergency cooling tank or the like, and the condensation heat exchanger using the vapor condensation phenomenon Has been adopted.

다른 한편으로, 열전소자 또는 열전발전에 관련된 열전현상에는 제벡 효과 (Seebeck effect, 1822), 펠티에 효과 (Peltier effect, 1834), 톰슨 효과 (Thomson effect, 1854) 등이 있다. 제벡 효과는 2종의 금속 또는 반도체를 연결하여 폐회로를 구성하고 두 접점 사이에 온도차를 주면 기전력이 발생하여 전류가 흐르는 현상을 말한다. 이 전류를 열전류라 하고, 금속선간에 생기는 기전력을 열기전력이라 한다. 열전류의 크기는 짝을 이룬 금속의 종류 및 두 접점의 온도차에 따라 다르며, 이 외에도 금속선의 전기저항도 여기에 관여한다. 펠티에 효과는 제벡 효과와 반대로 전류를 흘리면 두 면에서 발열과 흡열의 상반된 현상이 나타나 온도차가 발생하는 현상이다. 톰슨 효과는 제벡 효과와 펠티에 효과가 상호 연관성을 갖는 현상이다.On the other hand, there are Seebeck effect, Peltier effect (1834) and Thomson effect (1854) on thermoelectric elements related to thermoelectric elements or thermoelectric generators. The Seebeck effect refers to a phenomenon in which an electromotive force is generated and current flows when two types of metals or semiconductors are connected to form a closed circuit and a temperature difference is given between two contacts. This current is referred to as a heat current, and the electromotive force generated between metal wires is referred to as a thermoelectric power. The magnitude of the heat current depends on the type of metal mated and the temperature difference between the two contacts. In addition, the electrical resistance of the metal wire is also involved here. The Peltier effect is opposite to the Seebeck effect, and when the current flows, the opposite phenomenon occurs between the exothermic and endothermic phenomena on both sides. The Thompson effect is a phenomenon where the Seebeck effect and the Peltier effect are correlated.

열전발전장치는 열에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 에너지변환 장치로써 열원이 존재하는 경우 다른 기계적 구동요소 없이 전력을 발생시켜 사용할 수 있다. 열전발전은 서로 다른 두 금속을 연결하고 양단간의 온도차에 의해 기전력이 발생되는 제벡 효과를 이용한 것으로 도 A에 나타나듯이 열전모듈의 흡/발열 현상에 의하여 전류가 흐르게 된다.A thermoelectric generator is an energy conversion device that directly converts thermal energy into electric energy, so that when there is a heat source, power can be generated without using any other mechanical driving element. The thermoelectric power generation uses a Seebeck effect in which two different metals are connected to each other and an electromotive force is generated by a temperature difference between both ends. As shown in Fig. A, a current flows due to an absorption / heating phenomenon of the thermoelectric module.

열전발전장치는 열에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 에너지변환 장치로써 열원이 존재하는 경우 다른 기계적 구동요소 없이 전력을 발생시켜 사용할 수 있다. 열전발전은 서로 다른 두 금속을 연결하고 양단간의 온도차에 의해 기전력이 발생되는 제벡 효과를 이용한 것으로 도 6a에 나타나듯이 열전모듈의 흡/발열 현상에 의하여 전류가 흐르게 된다.A thermoelectric generator is an energy conversion device that directly converts thermal energy into electric energy, so that when there is a heat source, power can be generated without using any other mechanical driving element. The thermoelectric power generation utilizes the Seebeck effect in which an electromotive force is generated due to a temperature difference between two different metals. As shown in FIG. 6A, the current flows due to the absorption / heating phenomenon of the thermoelectric module.

이러한 열전발전 기술은 실온 부근의 열도 전기로 바꿀 수 있어 저품위의 폐열도 전기로 재사용할 수 있는 실용적인 기술이며, 해수온도차 발전, 태양열 이용 발전 등에 적용되어 점차 활용범위가 넓어지고 있다.This thermoelectric power generation technology is a practical technology that can reuse low-grade waste heat as electricity because it can be converted into electricity near the room temperature, and it is being applied to seawater temperature difference power generation and solar heat power generation.

따라서, 피동안전계통에 열전소자를 함께 적용하여 열전발전을 통해 전력을 생산할 수 있는 구성이 고려될 수 있다.Therefore, a configuration in which a thermoelectric element is applied to the passive safety system to produce electric power through the thermoelectric generator can be considered.

본 발명의 일 목적은, 피동안전계통의 열침원 기능을 수행하는 비상냉각탱크에 열전소자를 적용하여 온도차에 의한 열전발전을 통해 전력을 생산하는 발전계통을 제공하여, 사고 시 요구되는 축전지의 용량을 경감시키고 원전의 안전성을 증진시키는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a power generation system for generating electric power through thermoelectric generation by temperature difference by applying a thermoelectric element to an emergency cooling tank performing a heat sink function of a passive safety system, And to enhance the safety of nuclear power plants.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 피동안전계통은, 격납부 외부에 배치되고, 사고 시 전달받은 열을 제거하기 위한 냉각수를 저장하도록 형성되는 비상냉각수저장부; 상기 비상냉각수저장부의 외벽에 장착되고, 상기 외벽과 상기 비상냉각수저장부의 외부 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자; 및 상기 열전소자와 연결되어 상기 열전소자에서 생산되는 전기를 저장하도록 구성되는 축전지를 포함한다.To achieve the above object, according to the present invention, there is provided a passive safety system comprising: an emergency cooling water storage unit disposed outside a compartment and configured to store cooling water for removing heat transferred during an accident; A thermoelectric element mounted on an outer wall of the emergency cooling water storage part and adapted to produce electricity by a temperature difference between the outer wall and the exterior of the emergency cooling water storage part; And a battery connected to the thermoelectric element and configured to store electricity produced by the thermoelectric element.

상기 피동안전계통은, 상기 비상냉각수저장부는, 상기 격납부 내부의 압력 상승을 억제하고 열을 제거하도록 이루어지는 피동격납부냉각계통 및 원자로냉각재계통의 현열 및 노심의 잔열을 제거하도록 이루어지는 피동잔열제거계통 중 적어도 하나와 연결되도록 구성될 수 있다.In the passive safety system, the emergency cooling water storage unit includes a driven-by-bed cooling system for suppressing a rise in pressure inside the compartment and removing heat, and a driven-heat eliminating system for removing residual heat of the reactor coolant system and residual heat of the core Or the like.

상기 피동안전계통은, 상기 열전소자에 장착되어 상기 비상냉각수저장부 외부 공기와의 접촉면적을 증가시키도록 형성되는 냉각 핀을 더 포함할 수 있다.The passive safety system may further include a cooling fin mounted on the thermoelectric element and configured to increase a contact area with the outside air of the emergency cooling water storage part.

상기 비상냉각수저장부는 단면이 원형으로 이루어지는 원통형으로 형성되고, 상기 열전소자는 곡면으로 이루어지는 상기 비상냉각수저장부의 외벽에 벤딩된 형태로 장착될 수 있다.The emergency cooling water storage part may be formed in a cylindrical shape having a circular cross section, and the thermoelectric element may be mounted on an outer wall of the emergency cooling water storage part, which is curved.

상기 피동안전계통은, 상기 열전소자에서 생산되는 전기의 적어도 일부는 상기 축전지에 저장되거나, 사고 시 동작이 요구되는 안전기기로 공급되도록 구성될 수 있다.The passive safety system may be configured such that at least a part of electricity produced in the thermoelectric device is stored in the battery or supplied to a safety device requiring an operation at an accident.

상기 피동안전계통은, 상기 비상냉각수저장부 내부를 저압으로 유지시켜 상대적으로 낮은 온도에서 저장된 냉각수의 기화가 일어나도록, 상기 비상냉각수저장부에서 외부와 연통하는 개방부를 통하여 상기 비상냉각수저장부 내부의 증기를 외부로 배출시키도록 구성되는 증기방출 팬과 모터를 더 포함하고, 상기 안전기기 중의 하나는 상기 증기방출 팬과 모터를 포함하여 구성될 수 있다.The passive safety system includes an emergency cooling water storage unit for storing the inside of the emergency cooling water storage unit through an opening communicating with the outside in the emergency cooling water storage unit so as to vaporize the cooling water stored at a relatively low temperature by keeping the inside of the emergency cooling water storage unit at a low pressure Further comprising a steam discharge fan and a motor configured to discharge the steam to the outside, and one of the safety devices may include the steam discharge fan and the motor.

상기 피동안전계통은, 상기 비상냉각수저장부와 연결되고, 상기 비상냉각수저장부로부터 열을 전달받아 제거하도록 이루어지는 열교환기; 및 상기 열교환기와 인접하게 배치되고, 상기 열교환기 주변의 공기를 순환시켜 상기 열교환기를 냉각시키도록 이루어지는 열교환기 냉각 팬과 모터를 더 포함하고, 상기 안전기기 중의 하나는 상기 냉각 팬과 모터를 포함하여 구성될 수 있다.The passive safety system includes: a heat exchanger connected to the emergency cooling water storage unit and configured to remove heat from the emergency cooling water storage unit and to remove heat; And a heat exchanger cooling fan and a motor disposed adjacent to the heat exchanger and configured to circulate air around the heat exchanger to cool the heat exchanger, wherein one of the safety devices includes the cooling fan and the motor Lt; / RTI >

상기 피동안전계통은, 상기 열전소자와 열교환하는 공기의 유량을 증가시키도록, 상기 비상냉각수저장부를 감싸도록 형성되며 내부와 외부의 밀도차에 의해 굴뚝효과(stack effect)를 증가시키도록 이루어지는 덕트부를 더 포함할 수 있다.The passive safety system includes a duct part formed to surround the emergency cooling water storage part and configured to increase a stack effect by a difference in density between inside and outside so as to increase a flow rate of air exchanged with the thermoelectric element .

아울러 본 발명은 격납부 외부에 배치되고, 사고 시 전달받은 열을 제거하기 위한 냉각수를 저장하도록 형성되는 비상냉각수저장부; 상기 비상냉각수저장부의 외벽에 설치되는 제1 열교환기; 상기 제1 열교환기와 연결되어 열교환되도록 이루어지는 제2 열교환기; 상기 제2 열교환기의 외벽에 장착되고, 상기 외벽과 상기 제2 열교환기의 외부 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자; 및 상기 열전소자와 연결되어 상기 열전소자에서 생산되는 전기를 저장하도록 구성되는 축전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전계통을 개시한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an emergency cooling system, comprising: an emergency cooling water storage unit disposed outside a compartment and configured to store cooling water for eliminating heat transferred during an accident; A first heat exchanger installed on an outer wall of the emergency cooling water storage unit; A second heat exchanger connected to the first heat exchanger for heat exchange; A thermoelectric element mounted on an outer wall of the second heat exchanger and adapted to produce electricity by a temperature difference between the outer wall and the outside of the second heat exchanger; And a battery connected to the thermoelectric device and configured to store electricity generated in the thermoelectric device.

상기 피동안전계통은 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 자연순환에 의해 유동이 순환될 수 있다.The passive safety system may be circulated by natural circulation between the first heat exchanger and the second heat exchanger.

상기 피동안전계통은 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 설치되는 펌프에 의해 유동이 순환될 수 있다.The passive safety system can be circulated by a pump installed between the first heat exchanger and the second heat exchanger.

아울러 본 발명은 사고 시 원전을 안전한 상태로 유도하도록 구성되는 피동안전계통을 포함하는 원전에 있어서, 상기 피동안전계통은, 격납부 외부에 배치되고, 사고 시 전달받은 열을 제거하기 위한 냉각수를 저장하도록 형성되는 비상냉각수저장부; 상기 비상냉각수저장부의 외벽에 장착되고, 상기 외벽과 상기 비상냉각수저장부의 외부 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자; 및 상기 열전소자와 연결되어 상기 열전소자에서 생산되는 전기를 저장하도록 구성되는 축전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 원전을 개시한다.Further, the present invention provides a nuclear power plant including a passive safety system configured to guide a nuclear power plant to a safe state in an accident, wherein the passive safety system is disposed outside the compartment and stores cooling water for removing heat transferred at the time of an accident An emergency cooling water storage unit configured to store the emergency cooling water; A thermoelectric element mounted on an outer wall of the emergency cooling water storage part and adapted to produce electricity by a temperature difference between the outer wall and the exterior of the emergency cooling water storage part; And a battery connected to the thermoelectric device and configured to store electricity produced in the thermoelectric device.

본 발명에 의하면, 격납부 외부에 배치되며 사고 시 전달받은 열을 제거하기 위한 냉각수를 저장하도록 형성되는 비상냉각수저장부와, 비상냉각수저장부의 외벽에 장착되어 비상냉각수저장부의 외벽과 비상냉각수저장부의 외부 대기 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자를 포함한다. 이에 따라, 사고 시 열전발전에 의해 생산되는 전기는 축전지의 충전, 피동안전계통을 구성하는 각종 안전기기의 구동, 사고 모니터링을 위한 각종 계측기, 원전의 주제어실 또는 원격정지제어반의 운용을 위한 전원 등 다양한 형태로 활용될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an emergency cooling system, comprising: an emergency cooling water storage unit disposed outside the compartment and configured to store cooling water for eliminating heat transferred during an accident; and an emergency cooling water storage unit mounted on an outer wall of the emergency cooling water storage unit, And a thermoelectric element configured to produce electricity by a temperature difference between the external atmosphere. As a result, the electricity generated by thermoelectric power generation at the time of the accident can be used to charge the battery, to drive various safety devices constituting the passive safety system, various measuring instruments for accident monitoring, power source for operation of the main control room of nuclear power plants, And can be utilized in various forms.

또한, 원전의 사고 시 전력을 온도차에 의한 자연적인 원리로 동작하는 열전소자를 이용하여 생산할 수 있고, 열전발전에 의해 생산된 전력을 축전지 충전용으로 전환하여 축전지의 용량을 줄일 수 있다. In addition, it is possible to produce electricity by using a thermoelectric element that operates on the natural principle by temperature difference in the accident of a nuclear power plant, and to reduce the capacity of the battery by converting electric power produced by the thermoelectric power generation into charging the battery.

아울러, 열전발전에 의해 생산되는 전원을 이용하여 피동안전계통의 소형화, 또는 융통성 있는 피동안전계통의 구성할 수 있다. 또한, 열전소자를 통한 열전발전의 작동과정에서 비상냉각수저장부로 전달된 잔열을 제거함으로써 비상냉각수저장부의 크기를 줄일 수 있다.In addition, by using a power source produced by thermoelectric power generation, the passive safety system can be downsized or a flexible passive safety system can be constructed. In addition, it is possible to reduce the size of the emergency cooling water storage part by removing the residual heat transferred to the emergency cooling water storage part during the operation of the thermoelectric power generation through the thermoelectric element.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피동안전계통의 원전 정상운전 시를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피동안전계통의 원전 정상운전 시를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피동안전계통의 원전 정상운전 시를 나타낸 개념도이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피동안전계통의 원전 정상운전 시를 나타낸 개념도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 피동안전계통의 원전 사고 시를 나타낸 개념도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피동안전계통의 원전 정상운전 시를 나타낸 개념도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 피동안전계통의 원전 사고 시를 나타낸 개념도이다.
도 6a는 도 1에 도시된 비상냉각수저장부에 장착된 열전소자를 나타낸 개념도이다.
도 6b는 도 1에 도시된 비상냉각수저장부에 장착된 열전소자를 평면상으로 바라본 개념도이다.
도 6c는 도 1에 도시된 비상냉각수저장부에 덕트부가 설치된 일 예를 나타낸 개념도이다.
도 6d는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 피동안전계통의 개념도이다.
도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피동안전계통의 개념도이다.
도 7a는 도 1에 도시된 피동안전계통을 구비하는 원전의 정상운전 시를 나타낸 개념도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 피동안전계통을 구비하는 원전의 사고 시를 나타낸 개념도이다.
1 is a conceptual diagram illustrating a normal operation of a passive safety system according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a normal operation of a passive safety system according to another embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram illustrating a normal operation of a passive safety system according to another embodiment of the present invention.
4A is a conceptual diagram illustrating a normal operation of a passive safety system according to another embodiment of the present invention.
4B is a conceptual diagram illustrating a nuclear accident in the passive safety system shown in FIG. 4A.
5A is a conceptual diagram illustrating a normal operation of a passive safety system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5B is a conceptual diagram illustrating a nuclear accident in the passive safety system shown in FIG. 5A. FIG.
6A is a conceptual diagram showing a thermoelectric element mounted in the emergency cooling water storage unit shown in FIG.
FIG. 6B is a conceptual view of a thermoelectric element mounted on the emergency cooling water storage unit shown in FIG. 1 in a plan view.
FIG. 6C is a conceptual diagram showing an example in which the duct portion is installed in the emergency cooling water storage portion shown in FIG. 1. FIG.
6D is a conceptual diagram of a passive safety system according to another embodiment of the present invention.
6E is a conceptual diagram of a passive safety system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a conceptual diagram showing a normal operation of a nuclear power plant having the passive safety system shown in FIG. 1. FIG.
7B is a conceptual diagram showing an accident of a nuclear power plant having the passive safety system shown in FIG. 7A.

이하, 본 발명에 관련된 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a passive safety system according to the present invention and a nuclear power plant having the same will be described in detail with reference to the drawings.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

서로 다른 실시예라고 하더라도, 앞선 실시예와 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. In other respects, the same or similar reference numerals are given to the same or similar components to those of the previous embodiment, and a duplicate description thereof will be omitted.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be obscured.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. It should be understood that it includes water and alternatives.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피동안전계통(100)의 원전 정상운전 시를 나타낸 개념도이고, 도 6a는 도 1에 도시된 비상냉각수저장부(110)에 장착된 열전소자(120)를 나타낸 개념도이며, 도 6b는 도 1에 도시된 비상냉각수저장부(110)에 장착된 열전소자(120)를 평면상으로 바라본 개념도이고, 도 6c는 도 1에 도시된 비상냉각수저장부(110)에 덕트부(160)가 설치된 일 예를 나타낸 개념도이며, 도 7a는 도 1에 도시된 피동안전계통(100)을 구비하는 원전(10)의 원전 정상운전 시를 나타낸 개념도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 피동안전계통(100)을 구비하는 원전(10)의 원전 사고 시를 나타낸 개념도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a normal operation of a passive safety system 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 6A illustrates a thermoelectric element 120 mounted on the emergency cooling water storage unit 110 shown in FIG. FIG. 6B is a conceptual view of the thermoelectric element 120 mounted on the emergency cooling water storage part 110 shown in FIG. 1 in a plan view, FIG. 6C is a conceptual view showing the emergency cooling water storage part 110 FIG. 7A is a conceptual diagram showing a normal operation state of the nuclear power plant 10 including the passive safety system 100 shown in FIG. 1, and FIG. 7B is a conceptual view showing a state Fig. 7 is a conceptual diagram showing a nuclear accident of a nuclear power station 10 having a passive safety system 100 shown in Fig. 7a. Fig.

도시된 도면들을 참조하면, 피동안전계통(100)은 비상냉각수저장부(110), 열전소자(120) 및 축전지(130)를 포함한다.Referring to the drawings, the passive safety system 100 includes an emergency cooling water storage unit 110, a thermoelectric element 120, and a battery 130.

비상냉각수저장부(110)는 격납부(11) 외부에 배치되며, 원전(10)의 사고 시 전달받은 열을 제거하기 위한 냉각수를 저장 가능하도록 형성된다. 예를 들어, 비상냉각수저장부(110)는 격납부(11) 내부의 압력 상승을 억제하고 열을 제거하도록 이루어지는 피동격납부냉각계통과, 원자로냉각재계통(12)의 현열 및 노심(12a)의 잔열을 제거하도록 이루어지는 피동잔열제거계통 중 적어도 하나와 연결되도록 구성될 수 있다. 비상냉각수저장부(110)의 내부에는 상기 피동잔열제거계통을 구성하는 피동잔열제거계통 열교환기(101)가 설치될 수 있다. 피동잔열제거계통 열교환기(101)와 연결되는 연결유로 상에는 원전(10)의 정상운전 시 폐쇄되며, 사고 시 개방되도록 이루어지는 격리밸브(101a)와 체크밸브(101b)가 설치될 수 있다.The emergency cooling water storage unit 110 is disposed outside the compartment 11 and is configured to store cooling water for removing the heat transferred when the nuclear power plant 10 is in an accident. For example, the emergency cooling water storage unit 110 includes a to-be-poured cooling system for suppressing a rise in the pressure inside the compartment 11 and for removing heat, a sensible heating system for heating the sensible heat of the reactor coolant system 12 and the heat of the core 12a And a passive residual heat removal system configured to remove residual heat. In the inside of the emergency cooling water storage part 110, a driven residual heat eliminating system heat exchanger 101 constituting the driven residual heat eliminating system may be installed. The isolation valve 101a and the check valve 101b may be provided on the connection flow path connected to the driven residual heat removal system heat exchanger 101 so as to be closed when the nuclear reactor 10 is operated normally and to be opened in case of an accident.

한편, 원자로용기(12, 분리형원자로의 경우 원자로냉각재계통) 외부를 보호하는 격납구조물은 강화콘크리트를 이용하여 제작 건설하는 경우 격납건물(또는 원자로건물)이라 지칭하며, 철재를 이용하여 제작 건설하는 경우 격납용기(소형인 경우 안전보호용기)라 지칭한다. 본 발명에서는 특별한 언급이 없는 한 격납건물, 원자로건물, 격납용기, 안전보호용기 등을 통칭하여 격납부(11)라 지칭한다. 또한, 비상냉각수저장부(110)는 도 6b에 도시된 바와 같이 단면이 원형으로 이루어지는 원통형으로 형성될 수 있다.On the other hand, the containment structure that protects the outside of the reactor vessel (12, reactor coolant system in the case of the separable reactor) is called the containment building (or reactor building) when it is built and built using reinforced concrete. (A safety protection container in the case of a small size). In the present invention, the containment building, the reactor building, the containment vessel, the safety protection vessel, and the like are collectively referred to as a compartment 11 unless otherwise specified. In addition, the emergency cooling water storage part 110 may be formed in a cylindrical shape having a circular section as shown in FIG. 6B.

열전소자(120)는 상기 비상냉각수저장부(110)의 외벽에 장착되며, 상기 외벽과 비상냉각수저장부(110)의 외부 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 이루어진다. 상기 외벽은 비상냉각수저장부(110) 내부에 수용되는 상대적으로 고온인 유체(H)에 의해 높은 온도를 나타낸다. 또한, 상기 열전소자(120)는 하나 이상의 복수로 구성될 수 있다. 한편, 피동안전계통(100)은 도 6a의 (b)에 도시된 바와 같이 열전소자(120)에 장착되어 비상냉각수저장부(110) 외부 공기와의 접촉면적을 증가시키도록 형성되는 냉각 핀(120a)을 더 포함할 수 있다. 또한, 열전소자(120)는 도 6b에 도시된 바와 같이 곡면으로 이루어지는 비상냉각수저장부(110)의 외벽(110b)에 벤딩된 형태로 장착될 수도 있다.The thermoelectric element 120 is mounted on the outer wall of the emergency cooling water storage part 110 and is configured to generate electricity according to a temperature difference between the outer wall and the exterior of the emergency cooling water storage part 110. The outer wall exhibits a high temperature due to the relatively high temperature fluid (H) contained in the emergency cooling water storage part (110). In addition, the thermoelectric elements 120 may be composed of one or more than one. 6A, the passive safety system 100 includes a cooling pin (not shown) mounted on the thermoelectric element 120 and configured to increase the contact area with the outside air of the emergency cooling water storage part 110 120a. In addition, the thermoelectric element 120 may be mounted on the outer wall 110b of the emergency cooling water storage part 110, which is formed as a curved surface, as shown in FIG. 6B.

또한, 상기 열전소자(120)에서 생산되는 전기의 적어도 일부는 축전지(130)에 저장되거나, 원전(10)의 사고 시 동작이 요구되는 각종 안전기기(F)들로 공급되거나, 피동안전계통(100) 또는 원전(10)을 구성하는 내외부 전력계통(140)으로 공급되도록 이우어질 수 있다. 상기 각종 안전기기(F)들은 원전(10) 안전계통의 펌프 또는 계측기 또는 밸브 또는 원전(10) 주제어실의 기기가 될 수 있으며, 두 개 이상의 조합된 형태로 구성될 수 있다.At least a part of the electricity generated by the thermoelectric element 120 may be stored in the battery 130 or may be supplied to various safety equipments F that require operation in case of an accident of the nuclear power plant 10, 100 or the internal and external power system 140 constituting the nuclear power plant 10. The various safety devices F may be a pump or an instrument of a nuclear power plant 10 safety system or a device of a valve or a main control room of a nuclear power plant 10 and may be configured in a combination of two or more.

한편, 상기 열전소자(120)에서 생산된 전기(E)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 열전소자(120)와 인접하게 배치되어 열전소자(120)를 냉각시키도록 이루어지는 열전소자 냉각 팬과 모터(121)로 공급되도록 구성될 수 있다.1, the electricity E produced by the thermoelectric element 120 includes a thermoelectric element cooling fan disposed adjacent to the thermoelectric element 120 to cool the thermoelectric element 120, (121).

축전지(130)는 원전 정상운전 시에는 내외부 전력계통(140)으로부터 충전되다가 사고 시 상기 열전소자(120)와 연결되어 열전소자(120)에서 생산되는 전기(E) 중에 각종 안전기기(F)들로 공급하고 남은 잔여 전기(E)를 저장하도록 구성된다. 열전소자(120)에서 생산된 전기(E)는 충전기(131,battery charger)를 통하거나 또는 구성에 따라 직접 축전지(130,battery)로 전송될 수 있다.The battery 130 is charged from the internal and external power system 140 at the time of normal operation of the nuclear power plant and connected to the thermoelectric element 120 at the time of an accident so that various safety devices F And stores the remaining electricity (E). The electricity E generated by the thermoelectric element 120 can be transmitted to the battery 130 through the battery charger 131 or according to the configuration.

한편, 피동안전계통(100)은 덕트부(160)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the passive safety system 100 may further include a duct unit 160.

덕트부(160)는 도 6c에 도시된 바와 같이 열전소자(120)와 열교환하는 공기의 유량을 증가시키도록, 비상냉각수저장부(110)를 감싸도록 형성되며 내부와 외부의 밀도차에 의해 굴뚝효과(stack effect)를 증가시키도록 이루어질 수 있다. 상기 굴뚝효과는, 굴뚝 내부의 온도가 외부의 온도보다 높아 밀도가 낮을 때 굴뚝 내의 공기가 부력을 받아 빠르게 상승하는 효과를 의미한다. 또한, 덕트부(160)의 입구측에는 상기 덕트부(160)를 흐르는 공기의 유량을 증가시키도록 구성되는 순환 팬과 모터(123)가 설치될 수 있다.6C, the duct 160 is formed so as to surround the emergency cooling water storage part 110 so as to increase the flow rate of the air to be heat-exchanged with the thermoelectric element 120, Can be made to increase the stack effect. The chimney effect means that the air in the chimney is buoyantly increased when the temperature of the inside of the chimney is higher than the outside temperature and the density is low. A circulation fan and a motor 123 configured to increase the flow rate of the air flowing through the duct unit 160 may be installed at the inlet side of the duct unit 160.

상기와 같은 구성에 의해 사고 시 내외부전력계통(140)으로부터 전력 공급이 중단되는 경우에도 전력을 생산 공급함으로써, 소요되는 축전지(130)의 용량을 감소시키거나, 각종 안전기기(F)들로 공급하여 안전기기(F)를 소형화하거나 등으로 원전의 경제성 및 안전성을 향상에 기여할 수 있다.With the above configuration, even when the power supply from the inside / outside power system 140 is interrupted at the time of an accident, the capacity of the required battery 130 can be reduced or supplied to the various safety equipments F Thereby reducing the size of the safety device (F) and contributing to improvement of the economic efficiency and safety of the nuclear power plant.

이하, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 피동안전계통(100) 및 이를 구비하는 원전(10)에 대하여 설명한다. 이하 설명에서는 앞서 설명한 피동안전계통(100)과 원전(10)의 구성요소들과 동일·유사한 부분들에 대하여 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a passive safety system 100 according to another embodiment of the present invention and a nuclear power plant 10 having the same will be described. In the following description, the same or similar components as those of the passive safety system 100 and the nuclear power station 10 described above will not be described in detail.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피동안전계통(100)의 원전 정상운전 시를 나타낸 개념도이고, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피동안전계통(100)의 원전 정상운전 시를 나타낸 개념도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a normal operation of a passive safety system 100 according to another embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic view of a passive safety system 100 according to another embodiment of the present invention, FIG.

도 2를 참조하면, 피동안전계통(100)은, 비상냉각수저장부(110), 열전소자(120) 및 축전지(130)를 포함하되, 도 1을 참조하여 설명한 열전소자 냉각 팬과 모터(121) 즉, 열전소자(120)와 인접하게 배치되어 열전소자(120)를 냉각시키도록 이루어지는 열전소자 냉각 팬과 모터(121)를 포함하지 않는 형태로 구성될 수 있다.2, the passive safety system 100 includes an emergency cooling water storage unit 110, a thermoelectric element 120, and a battery 130. The thermoelectric cooling fan 100 and the motor 121 That is, the thermoelectric-element cooling fan and the motor 121, which are disposed adjacent to the thermoelectric element 120 so as to cool the thermoelectric element 120, may not be included.

도 3을 참조하면, 피동안전계통은(100)은 피동격납부냉각계통을 구성하는 피동격납부냉각계통 열교환기(102)가 격납부(11) 내부에 배치되고, 상기 피동격납부냉각계통 열교환기(102)는 상기 비상냉각수저장부(110)와 연결 구성될 수 있다. 피동격납부냉각계통 열교환기(102)와 연결되는 연결유로 상에는 원전(10)의 정상운전 시 폐쇄되며, 사고 시 개방되도록 이루어지는 격리밸브(102a, 102b)와 체크밸브(102c)가 설치될 수 있다.Referring to FIG. 3, the passive safety system 100 includes a to-be-poured cooling system heat exchanger 102 constituting a pseudo-pneumatic cooling system disposed inside the compartment 11, The emergency cooling water storage unit 110 may be connected to the unit 102. The isolation valves 102a and 102b and the check valve 102c may be installed on the connection channel connected to the to-be-poured cooling system heat exchanger 102 so as to be closed during normal operation of the nuclear power plant 10, .

다음으로, 도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피동안전계통(100)의 원전 정상운전 시를 나타낸 개념도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 피동안전계통(100)의 원전 사고 시를 나타낸 개념도이다.4A is a conceptual view illustrating a normal operation of the passive safety system 100 according to another embodiment of the present invention. FIG. 4B is a schematic view showing a state of a nuclear accident of the passive safety system 100 shown in FIG. Fig.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 피동안전계통(100)은 증기방출 팬과 모터(141)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 4A and 4B, the passive safety system 100 may further include a steam discharge fan and a motor 141.

증기방출 팬과 모터(141)는 비상냉각수저장부(110)에서 외부와 연통하는 개방부(110a)와 인접하게 배치되며, 비상냉각수저장부(110) 내부를 저압으로 유지시켜 상대적으로 낮은 온도에서 저장된 냉각수의 기화가 일어나도록, 비상냉각수저장부(110) 내부의 증기를 외부로 배출시키도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 비상냉각수저장부(110)에 저장된 냉각수의 비등점을 낮추어 줌으로써, 피동잔열제거계통 및 피동격납부냉각계통의 성능을 보다 향상시킬 수 있다.The steam discharging fan and the motor 141 are disposed adjacent to the opening 110a communicating with the outside in the emergency cooling water storage part 110. The steam discharging fan and the motor 141 maintain the inside of the emergency cooling water storage part 110 at a low pressure, The steam inside the emergency cooling water storage part 110 may be discharged to the outside so that the stored cooling water is vaporized. Accordingly, by lowering the boiling point of the cooling water stored in the emergency cooling water storage section 110, the performance of the driven residual heat elimination system and the as-dispensed cooling system can be further improved.

다음, 도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피동안전계통(100)의 원전 정상운전 시를 나타낸 개념도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 피동안전계통(100)의 원전 사고 시를 나타낸 개념도이다.5A is a conceptual diagram illustrating a normal operation of a passive safety system 100 according to another embodiment of the present invention. FIG. 5B is a view illustrating a state of a nuclear accident of the passive safety system 100 shown in FIG. It is a conceptual diagram.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 피동안전계통(100)은 열교환기(150) 및 열교환기 냉각 팬과 모터(142)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B, the passive safety system 100 may further include a heat exchanger 150 and a heat exchanger cooling fan and a motor 142.

열교환기(150)는 비상냉각수저장부(110)와 연결되고, 비상냉각수저장부(110)로부터 열을 전달받아 제거하도록 이루어질 수 있다. 열교환기(150)와 비상냉각수저장부(110) 사이의 순환유로 상에는 비상냉각수저장부(110)의 냉각수를 상기 열교환기(150)로 공급하도록 이루어지는 순환펌프(125)가 선택적으로 설치될 수 있으며, 순환펌프(125)는 열전소자(120)에서 생산되는 전기(E)를 전달받은 모터(123)에 의해 구동될 수 있다. 상기 순환펌프(125)는 강제로 냉각수를 순환시켜 냉각수 온도를 보다 효율적으로 낮추기 위한 것으로 원전 요구 특성에 따라 설치되지 않을 수도 있다.The heat exchanger 150 may be connected to the emergency cooling water storage unit 110 and may receive heat from the emergency cooling water storage unit 110 to be removed. A circulation pump 125 may be installed on the circulation flow path between the heat exchanger 150 and the emergency cooling water storage unit 110 to supply the cooling water of the emergency cooling water storage unit 110 to the heat exchanger 150 The circulation pump 125 can be driven by the motor 123 that receives the electricity E produced by the thermoelectric element 120. [ The circulation pump 125 may be provided for circulating the cooling water forcibly to lower the cooling water temperature more efficiently and may not be installed depending on the characteristics required for the nuclear power plant.

열교환기 냉각 팬과 모터(142)는 열교환기(150)와 인접하게 배치되며, 열교환기 주변의 공기를 순환시켜 상기 열교환기(150)를 냉각시키도록 이루어질 수 있다. 상기와 같은 구성에 의해 열교환기(150)의 효율을 증가시켜 열교환기(150)의 용량을 크게 감소시킬 수 있다.The heat exchanger cooling fan and the motor 142 are disposed adjacent to the heat exchanger 150 and may be configured to cool the heat exchanger 150 by circulating air around the heat exchanger. With the above arrangement, the efficiency of the heat exchanger 150 can be increased and the capacity of the heat exchanger 150 can be greatly reduced.

또한 도시된 도면을 참조하면, 비상냉각수저장부(110)는 도 1에 도시된 비상냉각수저장부(110)와 달리 폐쇄된 형태로 형성될 수 있으며, 비상냉각수저장부(110) 내부의 압력이 기설정된 압력보다 높을 경우에 개방되도록 구성되는 개폐부(112)가 설치될 수 있다.1, the emergency cooling water storage part 110 may be formed in a closed form, unlike the emergency cooling water storage part 110 shown in FIG. 1. The pressure inside the emergency cooling water storage part 110 And an opening / closing part 112 configured to open when the pressure is higher than a preset pressure.

이하, 상기 피동안전계통(100)의 운전에 관하여 도 5a 및 도 5b, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the passive safety system 100 will be described with reference to Figs. 5A and 5B, Figs. 7A and 7B.

냉각재상실사고가 발생하면, 원자로냉각재계통(12)으로부터 고온 냉각수가 방출되면서 증기로 기화하고, 격납부(11) 내부의 압력이 상승한다. 사고가 발생하면 관련계통의 작동신호에 따라 격납부(11) 격리밸브(미도시) 급수 및 주증기 계통 격리밸브(13a, 13b) 등이 닫히고, 피동잔열제거계통의 격리밸브(101a), 피동격납부냉각계통의 격리밸브(102a, 120b), 피동안전주입계통(15)의 격리밸브(15a)와 체크밸브(15b)가 개방되면서 피동안전계통(100)이 작동된다.When the coolant loss accident occurs, the hot coolant is discharged from the reactor coolant system 12 and vaporized by the vapor, so that the pressure inside the chamber 11 rises. When an accident occurs, the isolation valve (not shown) and the main steam system isolation valves 13a and 13b are closed according to the operation signal of the related system, and the isolation valve 101a of the driven residual heat removal system, The passive safety system 100 is operated while the isolation valves 102a and 120b of the equivalent piping cooling system and the isolation valve 15a of the passive safety injection system 15 and the check valve 15b are opened.

피동잔열제거계통에 의해 원자로냉각재계통(12)의 현열과 노심(12a)의 잔열이 제거된다. 또한, 피동안전주입계통(15)에 의해 안전주입이 이루어져 노심(12a)을 포함한 원자로냉각재계통(12)의 수위가 유지된다. 또한, 피동격납부냉각계통에 의해 격납부(11)의 압력 상승이 억제된다. The sensible heat of the reactor coolant system 12 and the residual heat of the core 12a are removed by the driven residual heat removal system. Further, safety injection is performed by the passive safety injection system 15 to maintain the water level of the reactor coolant system 12 including the core 12a. Further, the pressure rise of the chamber 11 is suppressed by the to-be-poured cooling system.

보다 구체적으로, 격납부(11) 내부 공기와 사고 시 원자로냉각재계통(12)으로부터 방출된 증기(방사성 물질 함유)는 피동격납부냉각계통 열교환기(102)에서 유입되어 냉각 또는 응축된다. 피동격납부냉각계통 열교환기(102)로 전달된 열은 자연순환에 의해 비상냉각수저장부(110)로 전달된다. 한편, 원자로냉각재계통(12)으로부터 증기발생기(13) 2차측으로 전달된 열은 증기를 형성하여 피동잔열제거계통 열교환기(101)로 공급되고, 피동잔열제거계통 열교환기(101)에서 증기는 응축되어 다시 증기발생기(13)로 급수를 공급한다. 피동잔열제거계통 열교환기(101)를 통해 비상냉각수저장부(110)의 냉각수로 열이 전달된다.More specifically, the air inside the compartment 11 and the vapor (containing the radioactive substance) emitted from the reactor coolant system 12 at the time of the accident are introduced into the to-be-matched cooling system heat exchanger 102 and cooled or condensed. The heat transferred to the to-be-poured cooling system heat exchanger 102 is transferred to the emergency cooling water storage unit 110 by natural circulation. The heat transferred from the reactor coolant system 12 to the secondary side of the steam generator 13 forms steam and is supplied to the driven residual heat eliminating system heat exchanger 101. In the driven residual heat eliminating system heat exchanger 101, And supplies the water to the steam generator (13) again. Heat is transferred to the cooling water of the emergency cooling water storage part (110) through the driven residual heat removal system heat exchanger (101).

한편, 피동안전계통(100)의 작동을 위해 냉각 팬을 구비한 경우 작동 시간을 빠르게 하기 위해 사고 초기에는 축전지(130)의 전원을 사용할 수도 있다. 비상냉각수저장부(110)의 온도가 상승하여 열전소자(120)에 의한 열전발전이 본격적으로 이루어지면 생산되는 전기를 이용하여 각종 냉각 팬을 구동한다. 또한, 남는 전기는 축전지(130)로 공급된다.Meanwhile, if the passive safety system 100 is provided with a cooling fan, the power of the battery 130 may be used at the initial stage of the accident to speed up the operation time. When the temperature of the emergency cooling water storage part 110 rises and the thermoelectric power generation by the thermoelectric element 120 is performed in earnest, various kinds of cooling fans are driven using electricity produced. The remaining electricity is supplied to the battery 130.

비상냉각수저장부(110)로 전달되는 열이 열제거 성능을 초과하는 경우 개폐부(112)가 개방되고 증기를 방출하여 비상냉각수저장부(110)가 압력에 의해 손상되는 것을 방지한다. 즉, 열제거 성능을 초과하는 경우 비상냉각수저장부(110)로 전달된 열의 일부는 증기방출을 통해 외부 환경으로 방출된다. 또한, 비상냉각수저장부냉각계통의 순환펌프(125) 및 냉각 팬과 모터(142)와 열전소자 냉각 팬과 모터(121) 등이 작동하면서 비상냉각수저장부(110)의 냉각계통과 열전소자(120)에 의해 냉각 성능이 증가한다.When the heat transferred to the emergency cooling water storage part (110) exceeds the heat removal performance, the opening and closing part (112) is opened and steam is discharged to prevent the emergency cooling water storage part (110) from being damaged by pressure. That is, when the heat removal performance is exceeded, a part of the heat transferred to the emergency cooling water storage part 110 is discharged to the external environment through the steam discharge. The circulation pump 125 of the emergency cooling water storage portion cooling system and the cooling fan and motor 142 and the thermoelectric element cooling fan and the motor 121 are operated to cool the cooling system of the emergency cooling water storage portion 110 and the thermoelectric element 120 increases the cooling performance.

한편, 피동격납부냉각계통 열교환기(102)로 공급된 증기는 응축되며 응축수는 냉각수저장부(16)로 회수되고, 공기는 냉각되어 격납부(11) 내부로 다시 방출된다. 냉각수저장부(16)로 회수된 응축수는 냉각수저장부(16)의 냉각수(붕산수)와 혼합되고, 원자로냉각재계통(12)의 압력이 감소하는 경우 즉, 원자로냉각재계통(12)과 격납부(11) 내부압력이 유사평형 상태에 도달 시, 중력수두에 의해 혼합된 냉각수를 원자로냉각재계통(12)으로 주입하게 된다. 냉각수저장부(16)와 원자로냉각재계통(12) 사이의 유로 상에는 격리밸브(16a)와 체크밸브(16b, 16c)가 설치될 수 있다.On the other hand, the steam supplied to the to-be-poured cooling system heat exchanger 102 is condensed, and the condensed water is recovered to the cooling water storage portion 16, and the air is cooled and discharged again into the storage portion 11. [ The condensed water recovered into the cooling water storage portion 16 is mixed with the cooling water (boric acid water) of the cooling water storage portion 16 and is discharged to the outside when the pressure of the reactor coolant system 12 is reduced, 11) When the internal pressure reaches a similar equilibrium state, the mixed cooling water is injected into the reactor coolant system 12 by the gravity head. An isolation valve 16a and check valves 16b and 16c may be installed on the flow path between the cooling water storage unit 16 and the reactor coolant system 12. [

원전(11)의 사고가 진행되면서 피동잔열제거계통의 지속적인 작동과 원자로의 잔열이 감소하면서, 원자로냉각재계통(12)의 온도는 점차 감소하여 원자로는 안전정지(safe shutdown) 상태를 유지한다. 아울러 원자로냉각재계통(12)의 온도가 감소하면서 압력도 감소하여, 격납부(11)로 방출되는 냉각수(증기)의 유량도 감소한다. As the accident of the nuclear power plant 11 proceeds, the continuous operation of the passive residual heat removal system and the decrease of the residual heat of the reactor reduce the temperature of the reactor coolant system 12 so that the reactor maintains a safe shutdown state. Further, as the temperature of the reactor coolant system 12 decreases, the pressure also decreases, and the flow rate of cooling water (steam) discharged to the compartment 11 also decreases.

한편, 도 6d는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 피동안전계통(200)의 개념도이고, 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피동안전계통(200)의 개념도이다.FIG. 6D is a conceptual diagram of a passive safety system 200 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6E is a conceptual diagram of a passive safety system 200 according to another embodiment of the present invention.

도 6d를 참조하면, 피동안전계통(200)은 비상냉각수저장부(210), 제1 열교환기(220), 제2 열교환기(230), 열전소자(240) 및 축전지(250)를 포함한다. 여기서, 상기 비상냉각수저장부(210) 및 축전지(250)는 위에서 설명한 피동안전계통(100)에 구비되는 비상냉각수저장부(110) 및 축전지(130)와 구조 및 효과적인 측면에서 유사한 특징을 갖는다.6D, the passive safety system 200 includes an emergency cooling water storage unit 210, a first heat exchanger 220, a second heat exchanger 230, a thermoelectric element 240, and a battery 250 . The emergency cooling water storage unit 210 and the storage battery 250 are similar in structure and effectiveness to the emergency cooling water storage unit 110 and the battery 130 provided in the passive safety system 100 described above.

제1 열교환기(220)는 비상냉각수저장부(210)의 외벽에 설치된다.The first heat exchanger (220) is installed on the outer wall of the emergency cooling water storage part (210).

제2 열교환기(230)는 제1 열교환기(220)와 연결되어 열교환되도록 이루어진다. 여기서, 상기 열전소자(240)는 제2 열교환기(230)의 외벽에 장착되며, 제2 열교환기(230)의 외벽과 제2 열교환기(230)의 외부 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 이루어진다.The second heat exchanger (230) is connected to the first heat exchanger (220) for heat exchange. The thermoelectric element 240 is mounted on the outer wall of the second heat exchanger 230 and generates electricity by a temperature difference between the outer wall of the second heat exchanger 230 and the outside of the second heat exchanger 230 .

또한, 피동안전계통(200)은 상기 제2 열교환기(230)와 열전소자(240)를 감싸도록 형성되는 덕트부(260)를 더 포함할 수 있다. 또한, 덕트부(260)의 입구측에는 상기 덕트부(260)를 흐르는 공기의 유량을 증가시키도록 구성되는 순환 팬과 모터(243)가 설치될 수 있다.The passive safety system 200 may further include a duct unit 260 configured to surround the second heat exchanger 230 and the thermoelectric module 240. A circulation fan and a motor 243 configured to increase a flow rate of air flowing through the duct unit 260 may be installed at an inlet side of the duct unit 260.

도 6d와 6e의 구성에의해 비상냉각수저장부와 열전소자(240)의 접촉면적을 증가시켜 보다 많은 열전소자(240)를 설치할 수 있고, 굴뚝효과를 증가시키기 위한 덕트(260)의 형상을 보다 용이하게 구성할 수 있다.6D and 6E, the contact area between the emergency cooling water storage part and the thermoelectric element 240 can be increased to provide more thermoelectric elements 240 and the shape of the duct 260 for increasing the chimney effect can be seen It can be easily configured.

한편, 도 6e를 참조하면, 도 6d에 도시된 피동안전계통(200)과 달리 제1 열교환기(220)를 구비하지 않는 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 제2 열교환기(230)는 비상냉각수저장부(210)와 연결되어 열교환되도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 6E, unlike the passive safety system 200 shown in FIG. 6D, the first heat exchanger 220 may not be provided. Here, the second heat exchanger 230 may be connected to the emergency cooling water storage unit 210 to be heat-exchanged.

이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 격납부(11) 외부에 배치되며 사고 시 전달받은 열을 제거하기 위한 냉각수를 저장하도록 형성되는 비상냉각수저장부(110)와, 비상냉각수저장부(110)의 외벽에 장착되어 비상냉각수저장부(110)의 외벽과 비상냉각수저장부(110)의 외부 대기 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자(120)를 포함한다. 이에 따라, 사고 시 열전발전에 의해 생산되는 전기(E)는 축전지의 충전, 피동안전계통을 구성하는 각종 안전기기(F)들의 구동, 사고 모니터링을 위한 각종 계측기, 원전의 주제어실 또는 원격정지제어반의 운용을 위한 전원 등 다양한 형태로 활용될 수 있다.According to the present invention described above, the emergency cooling water storage unit 110 is disposed outside the compartment 11 to store the cooling water for removing the heat transferred in the event of an accident, And a thermoelectric element 120 for producing electricity by a temperature difference between an outer wall of the emergency cooling water storage part 110 and an external atmosphere of the emergency cooling water storage part 110. Accordingly, the electricity E generated by the thermoelectric power generation at the time of the accident can be used for charging the battery, driving various safety devices (F) constituting the passive safety system, various measuring instruments for accident monitoring, And a power supply for operation of the vehicle.

또한, 원전(10)의 사고 시 전력을 온도차에 의한 자연적인 원리로 동작하는 열전소자(120)를 이용하여 생산할 수 있고, 열전발전에 의해 생산된 전기(E)을 축전지(130) 충전용으로 전환하여 축전지(130)의 용량을 줄일 수 있다. The electric power E generated by the thermoelectric power generator can be supplied to the battery 130 for charging the battery 130. [ The capacity of the battery 130 can be reduced.

아울러, 열전발전에 의해 생산되는 전원(E)을 이용하여 피동안전계통(100)의 소형화, 또는 융통성 있는 피동안전계통(100)의 구성할 수 있다. 또한, 열전소자(120)를 통한 열전발전의 작동과정에서 비상냉각수저장부(110)로 전달된 잔열을 제거함으로써 비상냉각수저장부(110)의 크기를 줄일 수 있다.In addition, the passive safety system 100 can be downsized or a flexible passive safety system 100 can be constructed by using a power source E produced by thermoelectric power generation. In addition, it is possible to reduce the size of the emergency cooling water storage part 110 by removing the residual heat transferred to the emergency cooling water storage part 110 during the operation of the thermoelectric power generation through the thermoelectric element 120.

또한, 원전(10)에 있어서 피동안전계통(100)은 중력, 가스압력, 밀도차 등의 자연현상에 의해 발생하는 자연력을 이용하므로 계통을 구성하는 것이 매우 제한적이다. 피동안전계통(100)은 비상교류전원이나 외부로부터의 전원공급이 없는 경우에도 밸브 개방 등에 필요한 소규모 축전지(battery) 전원을 이용해 안전계통을 작동시켜 후 자연력을 이용해 구동되므로 안전성 측면에서는 매우 우수하나, 설계구성 옵션이 매우 제한적이며 구동력이 일반적으로 매우 작아 경제성이 감소할 가능성이 크다. 따라서 본 발명의 열전소자(120)의 열전발전에 의해 생산된 전기(E)를 활용하는 경우 피동안전계통(100) 안전성을 증가시키는 다양한 설계 방안이 도출될 수 있다.In the nuclear power station 10, the passive safety system 100 uses natural forces generated by natural phenomena such as gravity, gas pressure, density difference, and the like, so that it is very limited to construct the system. The passive safety system 100 is excellent in terms of safety because it operates by using a small scale battery power source necessary for opening the valve even when there is no emergency AC power supply or external power supply, The design options are very limited and the driving force is generally very small and the economic viability is likely to decrease. Accordingly, various designs for increasing the safety of the passive safety system 100 can be derived when utilizing the electricity E generated by the thermoelectric generator of the thermoelectric device 120 of the present invention.

일례로 열교환기는 두 유체 사이에 열전달이 이루어지므로, 두 유체가 동일한 유체와 유동조건을 갖추지 않는 경우에는 두 유체의 열전달계수가 다르며, 이중에 열전달계수가 작은 쪽의 열교환기의 크기를 지배하는 인자가 되어 열교환기 크기가 증가하게 된다. 본 발명에 의해 생산되는 전기(E)를 이용해 열전달계수가 작거나 순환 유동이 형성되기 어려운 유로에 팬 또는 펌프 등을 이용해 강제 유동을 형성하도록 구성하여 열전달 계수를 증가시키는 경우, 열교환기 크기를 감소시켜 경제성을 향상시킬 수 있다. 한편 열교환기가 소형화되는 경우 격납부(11) 내외부의 배치 및 구조 하중 문제가 크게 완화될 수 있다.For example, if a heat exchanger carries heat between two fluids, the heat transfer coefficients of the two fluids will be different if the two fluids do not have the same fluid and flow conditions. The two fluids have different heat transfer coefficients Thereby increasing the size of the heat exchanger. When the heat transfer coefficient is increased by constructing a forced flow by using a fan or a pump in a flow path having a small heat transfer coefficient or a circulating flow which is difficult to be formed by using the electricity E produced by the present invention, Thereby improving the economical efficiency. On the other hand, when the heat exchanger is downsized, the problems of arrangement and structural load inside and outside the compartment 11 can be greatly alleviated.

100 : 피동안전계통 110 : 비상냉각수저장부
120 : 열전소자 130 : 축전지
140 : 내외부 전력계통 150 : 열교환기
160 : 덕트부
100: Passive safety system 110: Emergency cooling water storage unit
120: thermoelectric element 130:
140: Internal and external power system 150: Heat exchanger
160: Duct part

Claims (8)

격납부 외부에 배치되고, 사고 시 전달받은 열을 제거하기 위한 냉각수를 저장하도록 형성되는 비상냉각수저장부;
상기 비상냉각수저장부와 연결되고, 상기 비상냉각수저장부로부터 열을 전달받아 제거하도록 이루어지는 열교환기;
상기 열교환기의 외벽에 장착되고, 상기 열교환기의 외벽과 상기 열교환기의 외부 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자; 및
상기 열전소자와 연결되어 상기 열전소자에서 생산되는 전기를 저장하도록 구성되는 축전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
An emergency cooling water storage portion disposed outside the compartment and configured to store cooling water for removing heat transferred in the event of an accident;
A heat exchanger connected to the emergency cooling water storage unit and configured to remove heat from the emergency cooling water storage unit and remove the heat;
A thermoelectric element mounted on an outer wall of the heat exchanger and adapted to generate electricity by a temperature difference between an outer wall of the heat exchanger and an outside of the heat exchanger; And
And a storage battery connected to the thermoelectric device and configured to store electricity produced in the thermoelectric device.
제1항에 있어서,
상기 비상냉각수저장부는, 상기 격납부 내부의 압력 상승을 억제하고 열을 제거하도록 이루어지는 피동격납부냉각계통 및 원자로냉각재계통의 현열 및 노심의 잔열을 제거하도록 이루어지는 피동잔열제거계통 중 적어도 하나와 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
The method according to claim 1,
The emergency cooling water storage unit may be connected to at least one of a sensible heat of the pneumatic cylinder cooling system and a driven residual heat elimination system for removing residual heat of the reactor core coolant system and suppressed pressure rise of the inside of the compartment, And wherein said safety system comprises:
제1항에 있어서,
상기 열전소자에 장착되어 상기 열교환기의 외부 공기와의 접촉면적을 증가시키도록 형성되는 냉각 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
The method according to claim 1,
And a cooling fin mounted on the thermoelectric element and configured to increase a contact area of the heat exchanger with the outside air.
제1항에 있어서,
상기 열전소자에서 생산되는 전기의 적어도 일부는 상기 축전지에 저장되거나, 사고 시 동작이 요구되는 안전기기로 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
The method according to claim 1,
Wherein at least a part of the electricity generated by the thermoelectric element is stored in the battery or supplied to a safety device requiring operation at the time of an accident.
제4항에 있어서,
상기 비상냉각수저장부 내부를 저압으로 유지시켜 상대적으로 낮은 온도에서 저장된 냉각수의 기화가 일어나도록, 상기 비상냉각수저장부에서 외부와 연통하는 개방부를 통하여 상기 비상냉각수저장부 내부의 증기를 외부로 배출시키도록 구성되는 증기방출 팬과 모터를 더 포함하고,
상기 안전기기 중의 하나는 상기 증기방출 팬과 모터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
5. The method of claim 4,
The steam inside the emergency cooling water storage portion is discharged to the outside through the opening portion communicating with the outside in the emergency cooling water storage portion so that the stored cooling water is vaporized at a relatively low temperature by keeping the inside of the emergency cooling water storage portion at a low pressure Further comprising a steam discharge fan and a motor,
Wherein one of the safety devices comprises the steam discharge fan and a motor.
제4항에 있어서,
상기 열교환기와 인접하게 배치되고, 상기 열교환기 주변의 공기를 순환시켜 상기 열교환기를 냉각시키도록 이루어지는 열교환기 냉각 팬과 모터를 더 포함하고,
상기 안전기기는 상기 열교환기 냉각 팬과 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
5. The method of claim 4,
Further comprising a heat exchanger cooling fan and a motor disposed adjacent to the heat exchanger and configured to circulate air around the heat exchanger to cool the heat exchanger,
Wherein the safety device comprises a cooling fan for the heat exchanger and a motor.
제1항에 있어서,
상기 열전소자와 열교환하는 공기의 유량을 증가시키도록, 상기 비상냉각수저장부를 감싸도록 형성되며 내부와 외부의 밀도차에 의해 굴뚝효과(stack effect)를 증가시키도록 이루어지는 덕트부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피동안전계통.
The method according to claim 1,
And a duct part formed to surround the emergency cooling water storage part and configured to increase a stack effect by a difference in density between inside and outside in order to increase a flow rate of air to be heat-exchanged with the thermoelectric element. Passive safety system.
사고 시 원전을 안전한 상태로 유도하도록 구성되는 피동안전계통을 포함하는 원전에 있어서,
상기 피동안전계통은,
격납부 외부에 배치되고, 사고 시 전달받은 열을 제거하기 위한 냉각수를 저장하도록 형성되는 비상냉각수저장부;
상기 비상냉각수저장부와 연결되고, 상기 비상냉각수저장부로부터 열을 전달받아 제거하도록 이루어지는 열교환기;
상기 열교환기의 외벽에 장착되고, 상기 열교환기의 외벽과 상기 열교환기의 외부 사이의 온도차에 의해 전기를 생산하도록 이루어지는 열전소자; 및
상기 열전소자와 연결되어 상기 열전소자에서 생산되는 전기를 저장하도록 구성되는 축전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 원전.
A nuclear power plant including a passive safety system configured to guide a nuclear power plant to a safe state in an accident,
In the passive safety system,
An emergency cooling water storage portion disposed outside the compartment and configured to store cooling water for removing heat transferred in the event of an accident;
A heat exchanger connected to the emergency cooling water storage unit and configured to remove heat from the emergency cooling water storage unit and remove the heat;
A thermoelectric element mounted on an outer wall of the heat exchanger and adapted to generate electricity by a temperature difference between an outer wall of the heat exchanger and an outside of the heat exchanger; And
And a storage battery connected to the thermoelectric element and configured to store electricity generated from the thermoelectric element.
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