KR100186962B1 - 온도상승에 의하여 작동되는 냉각수 순환용 후래프밸브(Flapvalve) - Google Patents

온도상승에 의하여 작동되는 냉각수 순환용 후래프밸브(Flapvalve) Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자로의 가동중 전원공급이 차단된 비상사태에서 원자로내의 노심(N)온도의 상승을 억제하기 위하여 풀(pool)에 저장된 냉각수가 노심(N)과 노벽사이의 냉각수를 자동적으로 지연순환할 수 있도록 사고 순간 노심(N)내 냉각수의 온도상승에 의한 비중차로 발생되는 , 미소한 차압(差壓)으로 밸브의 디스크(5)를 개방하게 하되 순간적으로 쉽게 개방되도록 디스크(5)와 중추(247)를 동일 샤프트(250)에 장착하여 중추의 무게에 의한 개방가압 모멘트를 이용한 특수기능을 갖는 후래프밸브(FV)에 관한 것이다.

Description

온도상승에 의하여 작동되는 냉각수 순환용 후래프밸브(Flapvalve)
본 발명은 원자로 냉각수 순환계통에 있어서, 비상시 냉각수의 자연순환을 자동적으로 수행할 수 있도록 하여 노심의 계속적인 온도 상승을 억제하는 특수밸브인 후래프 밸브(Flap Valve)에 관한 것이다.
발전용 원자로를 보호하기 위해서는 원자로의 노심 내부에서 일어나는 온도상승을 억제하고 일정한 온도로 유지하여야만 하고, 이를 위해서 필수적으로 구성되는 냉각 순환 시스템은 냉각 순환펌프에 의하여 원자로 노심 상부의 순환관으로 강제 순환된 후, 열교환기에서 별도의 냉각수로 열교환 냉각되어 노심 하부로 다시 강제 공급되는 순환 싸이클을 갖고 있다.
그러나, 전원사고, 지진 또는 기타 중대한 사고 등에 의해서 모든 전력공급이 중단되는 비상시에는 원자로의 가동이 중단되고 냉각 순환펌프는 전력공급을 받지 못하여 멈추게 되어 원자로 노심의 잔열이 순식간에 급격한 온도 상승을 유발하기 때문에 이를 억제하기 위하여 별도로 준비된 비상전원 또는 충전된 축전기 등의 비상 전력공급장치를 항상 비치하여야 함과 동시에 밸브를 구동할 수 있는 별도의 구동장치도 필요하므로 시설이 고장날 요소가 많을 뿐 아니라 빈번하게 사용되지 않는 이와같은 설비의 유지관리에도 많은 어려움이 있는 등의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하고 중대한 재해상황에 의하여 전원공급이 없어 냉각 순환펌프의 가동이 중단되어도 자동적으로 밸브의 디스크(DISC)가 개방되어 노심주변에 있는 풀의 냉각수가 자연순환하게 되므로써 원자로 노심의 계속적인 온도상승을 억제하는 후래프 밸브(FV)를 제공하는 데 있다.
상기 목적 뿐만 아니라 용이하게 유출 가능한 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 밸브 몸체내에 설치된 샤프트 일단에 디스크를 갖는 디스크힌지를 장착하며, 상기 샤프트 타측에는 중추를 장착하되 디스크 및 디스크 힌지의 무게와 중추의 무게가 상호 평형을 이루는 일정한 각도로 장착하여 같이 연동되도록 하며 원자로내 냉각수내에 잠수되어 밸브몸체의 입출구가 노심에서 연장된 냉각수순환튜브에 연결되어, 비상시 노심에서 상승되는 냉각수 온도에 의한 밸브 입, 출구의 차압이 발생하여 100Pa~300Pa의 압력에서 디스크가 완전 개방되어 풀내의 냉각수가 자연순환될 수 있게 온도 상승에 의하여 작동되는 냉각수 순환용 후래프밸브를 장착하므로서 비상시 필요한 예비 부대 시설이 없이 자동으로 상승되는 노심내의 온도를 이용하고, 또한 펌프 후라이 휠의 모멘트를 이용하여 중대한 재해상황에 의하여 전원공급이 없어 냉각순환 펌프의 가동이 중단되어도 자동적으로 밸버의 디스크(DISC)가 개방되어 노심 주변에 있는 풀의 냉각수가 자연순환하게 되므로써 원자로 노심의 계속적인 온도상승을 억제할 수 있었다.
도 1은 원자로 냉각수 순환계통을 간략하게 표시한 개략도,
도2(a)는 정상가동되는 원자로의 냉각수 흐름을 표시한 요부도,
도2(b)는 비상시 후래프밸브(FV)의 디스크가 개방되고 풀(P0)내의 냉각수가 자연 순환되는 것을 표시한 요부도,
도3은 본 발명 후래프 밸브의 몸체의 일부를 절개하여 스윙형 디스크(Swing type Disc)의 개폐를 가상한 작동상태를 보인 정면도,
도4는 후래프 밸브의 상부를 일부 절개하여 스윙형 디스크의 일부 및 중추(counter weight) 의 작동상태를 가상 표시한 평면도,
도5는 중추를 수납한 하우징(Housing)내에서 중추가 회동되는 상태를 확대 표시한 요부단면도,
도6은 후래프 밸브의 압간(Push Rod)의 내부구성을 보인 하우징의 일부를 절개한 밸브의 측면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
FV : 후래프 밸브 T : FV와 연결된 튜브
P', P : 냉각수 압력 P1,P2: 순환수 펌프
t, t : 냉각수 온도 P0: 풀(POOL)
N : 노심 HE1,HE2: 열교환기
1 : 밸브몸체 5 : 디스크
11 : 디스크 힌지 241 : 하우징
247 : 중추 250 : 샤프트
254: 압간 255 : 압간스프링
256 : 캡 261 : 압간패드
263 : 압출편 266 : 압출편축
267 : 압간핀
본 발명을 첨부 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 기술하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 후래프밸브는 도 3에 도시된 바와 같이 밸브 몸체(1) 내부에 디스크힌지(11) 고정되고 디스크 힌지(11) 의 타탄은 샤프트(250)에 고정되고 샤프트(250)와 같이 상하로 회동, 즉 개방과 밀패가 되는 스윙형 디스크(Swing Type Disc : 5)를 장착하며, 연장된 샤프트(250)의 타단에는 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 중추(Counter Weight)(247) 를 , 샤프트(250)를 중심으로 디스크(5)와는 일정한 각도를 갖도록 설치되어 샤프트(250)가 회동(디스크(5)의 개방 또는 밀패동작) 될 때는 중추와 디스크(5)는 항상 같이 연동하게 된다. 밸브몸체(1) 일측면에 별도의 하우징(Housing)(241)을 부설하여 그 내부에 상기 중추(247)를 수납하여 디스크(5)와 연동하게 한다. 그리고, 하우징(241) 내부에는 도5 및 도 6에 도시된 바와 같이 압출편(Ejector)(263)을 갖는 압출편축(266)을 축설하여 압출편축(266)에서 압출편(263)이 회동하도록 하되 압출편(263)은 도5에 도시된 바와 같이 고추모양으로 하고, 압출편(263) 중간에 삭설된 스릿트(Slit)에 압간 (Push Rod)(254)끝단을 삽입하여 압간핀(254)으로 연결하며, 압간(254) 상부에는 압간패드(261)을 부착하고, 상하로 접동되도록 압간(254) 중간에 압간 스프링(255)을 삽입하여 캡(256)으로 덮어 고정하여 구성된 후래프 밸브인 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 후래프 밸브는 정상가동하는 원자로의 경우에는 도 2(a)에 도시된 바와 같이 펌프(P1, P2)에 의해서 화살표 방향으로 냉각수가 순환된나 전력공급이 중단되거나 냉각수 순환펌프(P1, P2)의 고장 또는 지진이나 기타 천재지변으로 인한 전력공급이 중단되는 비상시에는 도1에 도시된 바와 같이 돔(DOME)내에 하부, 즉, 노심(N)과 외곽사이 풀(POOL)에 충만된 냉각수는원자로 노심내의 온도가 급격히 상승함에 따라 동시에 신속히 온도가 동반 상승하게 되고, 온도가 상승된 냉각수는 열팽창으로 비중이 떨어져 노심상부로 이동하여 대류작용을 이르키게 되며, 이로 인한 노심(N)내의 압력 P' 는 떨어져 도 2(b)의 T튜브 부위에 연결된 후래프 밸브(FV)의 디스크(5)내 표면에 압력이 미치게 되어 밸브가 개방된다.
그러나, 정상가동되는 경우 튜브 T부위는 순환수 펌프(P1, P2)의 순환압력과 디스크와 디스크힌지의 중량이 적절한 평형모멘트를 이루어 도2 (a)에서 같이 디스크는 원자로의 외각방향으로 밀패압력을 받아 밸브가 밀폐된 상태로 유지되지만, 상기한 바와 같이 비상시 펌프가 멈추게 되면 노심(N)내 냉각수의 온도상승으로 인한 냉각수의 비중이 감소되어 후래프 밸브(FV)의 입, 출구에서의 차압이 100Pa이상이 되면 이 압력에 의하여 디스크(5)는 열리기 시작하며, 계속해서 온도가 상승하게 됨에 따라 차압이 증가하여 300Pa에 도달되면 디스크(5)는 도2(b)에 도시된 바와 같이 완전개방(도 3에서의 가상선 디스크)이 이루어지게 되며, 풀의 냉각수는 후래프밸브(FV)를 통하여 노심(N)내로 들어가 자연순환을 하게 된다.
상기와 같이 원자로가 전원사고로 정지되는 동안 비상냉각단계의 제 1 단계는 노심(N)의 잔열이 펌프(P1,P2) 의 후라이 휠(fly- wheel)의 관성에 의해서 자연적으로 일부 제거되는 것이며, 최종단계는 풀내에 잠수되어 있는 후래프밸브(FV)의 개방작동에 의한 로내의 하부와 상부 물의 비중차로 인한 대류 현상을 일으키는 자연순환에 의해서 노심(N)을냉각하게 된다.
비상시 디스크의 개방여부는 별도의 콘트롤 판넬에서 감지되나 여의치 않는 경우에는 디스크(5)를 비상 개방할 수 있는 디스크(5)의 비상개방장치인 하우징내 상부에 설치된 압간를 누르게 되면 이와 연동되는 압출편(263)이 압출편축(266)에서 하부로 회동되고, 압출편(263)은 중추(247)의 표면에서 스라이딩(Sliding)되면서 눌려져 샤프트(250)을 회동시키게 되고 샤프트(250)에 장착된 디스크(5)를 개방하게 된다. 그러나, 상기와 같은 비상냉각조치는 노심(N)의 보호를 위하여 극히 짧은 순간에 이루어져야 하기 때문에 후래프 밸브(FV)는 고장이 없고, 샤프트(250)와 부쉬(BUSH)의 마찰저항이 적어야하며, 또한 정밀성과 정확한 작동을 민첩하게 수행할 수 있도록 감도가 높아야하고, 별도의 동력원이 없어도 미세한 냉각수의 온도변화에 따른 압력차로 쉽게 작동할 수 있어야 한다.
본 발명의 후래프 밸브는 위와 같은 조건을 만족시키기 위한 구조로 구성되고 있으며, 구조적인 특징을 열거하면, 첫째, 충분한 유량을 무리없이 받을 수 있는 저항이 비교적 낮은 직선형 유로(流路)와 스윙형 디스크를 갖는 밸브의 구조로 채택하였으며, 둘째, 샤프트(250)의 일측단에 디스크(5)와 디스크힌지(11)의 중량으로 발생되는 디스크(5)의 밀폐모멘트(Moment)가 중추(247)와 평형 유지되도록 하여 미세한 압력이 디스크 내면에 가해져도 개방이 될 수 있도록 평형을 유지되게 하였고, 셋째, 중추(247)의 샤프트(250)와 이를 지지하는 부쉬(BUSH)와의 마찰계수를 극소화하였고, 후래프밸브(FV)가 풀에 잠수되어 있기 때문에 기밀이 다소 완만하게 되어도 작동에는 지장이 없도록 하였으며, 넷째, 2차 안전 수단으로 중추(247)를 수납한 하우징(241)상부에 비상시에 원격 또는 수동조작이 가능한 압축편(Ejector)(263)및 압간(254)을 연동하여 중추(254)를 압하시키면 디스크(5)를 개방할 수 있게 하였다.
노심(N)의 순환냉각수의 압력(P'), 풀내(POOL)의 압력 P 및 냉각수의 온도변화에 따른 밸브(FV)의 동작관계 등을 단계별로 요약 열거하면 다음과 같다.
제 1단계(S1)
정상운전중에 원자로 노심(N)에서 발생되는 열은 2대의 순환펌프(P1,P2) 와 열교환기(HE1, HE2)를 통한 강제순환으로 냉각되며, 강제순환수가 튜브(T)내를 통과할 때 배관내의 순환압력 P'에 의해서 디스크를 폐쇄하여 후래프밸브(FV)의 동작은 정지된 상태로 있다.
따라서, 노심내의 온도(t)=C, 순환압력(P')와 풀내의 압력(P)는 P'P가 성립된다.
제 2단계(S2)
전원공급이 차단되고 원자로가 정지되는 동안 노심(N)내에서 발생한 잔열의 해소는 펌프에 부설된 후라이휠(fly wheel)의 관성에 의해서 펌프가 일정 순간 동안은 회동하여 냉각수 순환계통을 통해서 자연순환으로 제거되며, 노심(N)내의 온도상승(t +Δt') 이 되면 노심과 풀의 온도차가 일어나고 양측내의 냉각수의 밀도차로 냉각수는 노심(N)쪽으로, 즉 풀내의 냉각수 압력P 는 P'≤P로 변화되어 후래프밸브(FV) 입,출구에서는 P'-P=ΔP(=100Pa) 의 차압이 발생하여 도2(b)와 같이 디스크(5)가 개방을 시작하여 후래프밸브(FV)는 자연순환력을 갖게 된다.
제 3단계(S3)
제 2단계와 같이 온도 및 압력이 계속 증가되어 온도는 t+Δt2, 압력은 P'P로 각각 변화하여 후래프밸브의 입출구의 차압이 300Pa에 이르게 되면 디스크(5)는 자동적으로 완전 개방되어 풀(pool)내에 있는 냉각수는 후래프 밸브(FV)를 통하여 유입되고 노심(5)내를 거쳐 풀(pool)로 흘러들어가게 되어 노심(N)의 과열을 방지하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 비상시 원자로의 가동이 중단되면 전동펌프에 장설된 후라이휠(fly wheel)의 관성모멘트에 의하여 노심(N)내 냉각수 순환을 1차적으로 도와주게 되며, 냉각수의 강제순환이 멈춤으로서 상승되는 노심(N)내의 냉각수온도는 후래프밸브(FV)의 디스크를 자동적으로 개방하도록하며, 또한 중추와 디스크의 중량을 평형되게 하여 미소한 열압력(차압)으로도 정확하고 신속하게 후래프밸브(FV)를 작동시켜 원자로 노심(N)과 풀(pool)에 충만된 냉각수를 자연순환이 가능토록 전환시킬 수가 있어서 비상사고시 별도의 전원공급이 없이 원자로의 안전사고를 미연에 방지할 수가 있게 된다.
또한, 경우에 따라 필요한 안전수단으로 하우징(241) 상부 양측에 설치된 압간(254)을 눌러서 디스크(5)를 쉽게 개방할 수 있는 특수기능을 부가한 후래프밸브(FV)를 사용함으로서 종래까지 사용되던 비상전원공급설비, 계절기(Relay) 및 별도의 구동기구 등 별도의 부대시설을 설치할 필요가 없는 유용한 기술적인 특수밸브를 구성한 것이다.

Claims (1)

  1. 밸브몸체(1)내 설치된 샤프트(250) 일단에 디스크(5)를 갖는 디스크힌지(11)를 장착하며, 상기 샤프트(250) 타측에는 중추(247)를 장착하되 디스크(5) 및 디스크 힌지(11)의 무게와 중추(247)의 무게가 상호 평형을 이루는 일정한 각도로 장착하여 같이 연동되도록 하고, 원자로내 냉각수내에 잠수되어 밸브몸체(1)의 입출구가 노심(N)에서 연장된 냉각수순환튜브(T)에 연결되어 있으며 , 비상시 노심(N)에서 상승되는 냉각수 온도에 의한 밸브 입, 출구의 차압에 의하여 디스크(5)가 자동개방되도록 하고, 하우징(241) 내부에 압출편축(266)을 축설하고 압출편축(266)에서 회동되는 압출편(263)에 삭설된 스릿트에 압간(254)을 연결하되 압간스프링(255)을 장설하여 압간(254)을 압하하면 압출편(263)이 중추(247)를 눌러 디스크(5)를 개폐하므로서 풀(pool)내의 냉각수가 후래프밸브(FV)를 통하여 자연순환될 수 있게 한 것을 특징으로 하는 온도 상승에 의하여 작동되는 냉각수 순환용 후래프밸브.
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