KR100306123B1 - 가압기에 연결된 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경수로 또는　중수로에서 냉각재 상실사고시에 냉각재로 사용되는 냉각수를　저장하는　노심보충수탱크에 있어서, 냉각재 상실사고시에 냉각재를 원활히 공급하여 핵연료를 냉각시킬 수 있는 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크를 제공하는 데 그 목적이 있다.

경수로 또는 중수로에서 냉각수의 안전주입을 위한 노심보충수탱크에 있어서, 가압기(2)와 노심보충수탱크(1)를 연결하는 제 1 압력균형관(3)과, 상기 가압기(2)와 상기 제 1 압력균형관(3)을 연결하는 제 2 압력균형관(4)을 포함하며, 상기 제 1 압력균형관(3)의 일단부는 가압기(2)의 하부에 연결되며, 타단부는 노심보충수탱크(1)의 상단에 연결되며, 상기 제 1 압력균형관(3)의 일부분은 상기 가압기(2)의 내부에 있는 냉각수의 수위보다 높이 위치하며, 상기 제 2 압력균형관(4)의 일단부는 상기 가압기(2)의 상부에 연결되며, 타단부는 상기 가압기(2)의 수위보다 높은 상기 제 1 압력균형관(3)의 일부분에 연결하는 것을 특징으로 하는 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크가 제공된다.

Description

가압기에 연결된 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크{Core makeup tanks with pressure-balancing lines connected to a pressurizer}

본　발명은　경수로 또는　중수로에서 냉각재 상실사고시에 냉각재로 사용되는 냉각수를　저장하는　노심보충수탱크에　관한　것이며， 특히 핵연료의 냉각효율을 향상할 수 있고 증기와 냉각수의 응축현상을 방지할 수 있는 압력균형관을　구비한　노심보충수탱크에　관한　것이다．

최근에　개량형　혹은　피동형　경수로에서　안전주입계통의　하나로서，널리　고려되고　있는　노심보충수탱크의 역할은　냉각재의 상실사고가 발생하였을 때에,　축압기로부터　냉각재의 주입이　시작되기　전에 냉각재의　안전주입의 역할을　담당할　뿐만　아니라　축압기로부터　냉각재의 주입이　끝난 후에　격납용기내의 핵연료 재장전수저장탱크로부터　냉각재의 주입이　시작되는　시점까지의　안전주입의 역할을 잘 수행할　수　있어야　한다．

노심보충수탱크의　개념은　AP600에서　처음　제시되었다．AP600은 대표적인 피동형 가압경수로로서, 미국 웨스팅하우스(Westinghouse)를 중심으로 개발되었으며, 기존의 능동적 노심냉각계통인 비상 노심냉각계통(ECCS)을 없애고 그 대신에 피동안전주입계통을 도입하여 냉각재 상실사고에 대처한다.

초기　AP600의　노심보충수탱크의　설계에서는　가압기의　상부와　노심보충수탱크사이에　압력균형관을　두어　정상운전시에　노심보충수탱크의　압력을　원자로냉각재계통의　압력과　같게　유지한다．

그럼으로써，냉각재의 상실사고로 인해　원자로냉각재계통의　압력이　감소하면　노심보충수탱크에　저장된　냉각수가　중력에 의하여 원자로심으로 주입되도록 설계되어 있다. 그러나 가압기의 증기가 노심보충수탱크로 이동하면서 노심보충수탱크 안의 냉각수와 접촉하면서 냉각수와 증기의 급격한 응축현상에 의해 압력이 감소함으로써, 의도한 바와 달리 노심보충수탱크 안의 냉각수가 원자로심으로 주입이 지연되는 현상이 발생한다.

이와 같은 현상을 막기 위해, 압력균형관을 가압기에 연결하는 대신 저온관에 연결하는 방법이 제시되었다. 그러나 이런 방법에서는 노심보충수탱크의 냉각수와 저온관의 뜨거운 냉각수와의 온도차이로 인하여 노심보충수탱크와 저온관 사이의 연결배관 내에서 자연순환유동이 발생한다.

이렇게 되면 정상운전 도중에 상당히 많은 열이 노심보충수탱크의 냉각수에 전달되어 발전소의 열효율을 감소시킬 뿐만 아니라, 노심보충수탱크 안의 물의 온도를 증가시킴으로써 사고시에 효과적으로 핵연료를 냉각할 수 없게 된다.

이런 점을 극복하기 위하여 직접용기주입관에 연결하는 연결관과 저온관에 연결하는 연결관 양쪽에 밸브를 설치하여 정상운전중에는 노심보충수탱크와 원자로냉각재계통을 단절하는 방법이 현재 제시되어 있다.

그러나 이런 경우에는 사고시에 밸브의 작동여부가 노심보충수탱크 내의 냉각수 공급의 실패여부를 결정하기 때문에 밸브의 오작동이 우려된다.

또한 노심보충수탱크의 냉각수는 축압기의 작동 전에 또는 작동 후에 격납용기내의 핵연료 재장전수저장탱크로부터의 주입이 이루어지기 전까지의 과정에서 잘 작동해야한다. 그러나, 안전주입신호는 11.7MPa의 압력에서 생성되고, 노심보충수탱크의 압력은 대략 15.7MPa로 유지되어 있어, 따라서 안전주입신호의　발생초기에　큰　압력차로　인하여　다량의　물이　주입된다. 이로　인하여　격납용기내의 핵연료 재장전수저장탱크로부터　물이　주입되기　이전에　노심보충수탱크의　물이　고갈될 수　있다는 문제점이 있다. 즉，축압기의 작동 후에서부터　격납용기내의 핵연료 재장전수저장탱크로부터의　주입이　이루어지기　전까지의 장시간동안　핵연료의　노출로 인한　핵연료의　온도가　상승하게　되는　경우가　발생한다．　또한　양쪽　압력균형관　밸브가　정상상태에는　닫혀있기　때문에　노심보충수탱크는　완전　격리되어　정상운전시에　열손실로　인한　노심보충수의　밀도증가는　노심보충수의　압력을　진공상태로까지　감소시키는　문제가　발생할　수　있다는　단점이　있다．

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 냉각재 상실사고시에 냉각재를 원활히 공급하여 핵연료를 냉각시킬 수 있는 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 가압기의 상부와 하부에 연결된 압력균형관을 가지는 노심보충수탱크를 나타낸 개략도이며,

도 2는 정상운전중에 가압기 내의 냉각수의 수위 및 가압기와 노심보충수탱크 사이의 압력균형관 내에 증기공간이 형성되는 것을 나타내는 개략도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 노심보충수탱크 2 : 가압기

3 : 제 1 압력균형관 4 : 제 2 압력균형관

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 경수로와 중수로에서 냉각수의 안전주입을 위한 노심보충수탱크에 있어서, 가압기와 노심보충수탱크를 연결하는 제 1 압력균형관과, 상기 가압기와 상기 제 1 압력균형관을 연결하는 제 2 압력균형관을 포함하며, 상기 제 1 압력균형관의 일단부는 가압기의 하부에 연결되며, 타단부는 노심보충수탱크의 상단에 연결되며, 상기 제 1 압력균형관의 일부분은 상기 가압기의 내부에 있는 냉각수의 수위보다 높이 위치하며, 상기 제 2 압력균형관의 일단부는 상기 가압기의 상부에 연결되며, 타단부는 상기 가압기의 수위보다 높은 상기 제 1 압력균형관의 일부분에 연결된다. 또한, 상기 제 2 압력균형관의 내경이 상기 제 1 압력균형관의 내경보다 작게 하여 상기 제 2 압력균형관의 유동저항을 크게 하며, 상기 가압기의 냉각수의 수위보다 높이 위치한 상기 제 1 압력균형관의 일부분에는 상기 가압기의 증기가 제 2 압력균형관을 통하여 제 1 압력균형관의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크가 제공된다.

아래에서는 본 고안의 한 실시예에 따른 가압기에 연결된 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크에 대하여 상세히 설명하겠다.

도 1은 가압기의 상부와 하부에 연결된 압력균형관을 가지는 노심보충수탱크를 나타낸 개략도이고, 도 2는 정상운전중에 가압기 내의 냉각수의 수위 및 가압기와 노심보충수탱크 사이의 압력균형관 내에 증기공간이 형성되는 것을 나타내는 개략도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각수가 충만해 있는 노심보충수탱크(1)와, 냉각수와 증기로 채워진 가압기(2) 및, 노심보충수탱크(1)와 가압기(2)를 연결하는 압력균형관을 포함한다.

노심보충수탱크(1)의 내부에는 냉각수가 채워져 있으며, 노심보충수탱크(1)의 하단에는 연결관(7)이 연결되어 직접용기주입관까지 이어지고, 이런 연결관(7)에는 밸브(10)가 설치된다.

원자력발전소 사고로 인한 냉각수의 감소에 따라 안전주입신호가 발생하였을 때, 이 밸브(10)는 자동으로 열려 노심보충수탱크(1)내의 냉각수가 원자로심으로 주입된다.

또한 노심보충수탱크(1)의 상단에는 제 1 압력균형관(3)이 연결된다.

가압기(2)의 내부에는 고온의 냉각수가 일정수위만큼 채워지고, 이런 고온의 냉각수에서 발생한 증기가 냉각수의 수위의 상부를 채운다. 그리고 가압기(2)의 하부에는 상기 노심보충수탱크(1)와 연결된 제 1 압력균형관(3)이 연결된다.

그리고, 압력균형관은 노심보충수탱크(1)의 상단과 가압기(2)의 하부를 연결하는 제 1 압력균형관(3)과, 가압기(2)의 상부와 제 1 압력균형관(3)을 연결하는 제 2 압력균형관(4)을 포함한다.

제 1 압력균형관(3)은 눕혀놓은 에스(S)자 형상의 배관으로, 이런 제 1 압력균형관(3)의 일부분(9)은 가압기(2)의 냉각수의 수위보다 높이 위치한다. 제 2 압력균형관(4)은 가압기(2)의 상부와 가압기(2)의 수위보다 높은 제 1 압력균형관(3)의 일부분(9)을 연결한다.

또한 제 1 압력균형관(3)의 내경은 제 2 압력균형관(4)의 내경보다 더 큰 배관이다.

가압기(2)의 하부에 연결된 제 1 압력균형관(3)에는 냉각수가 가압기(2) 내의 냉각수의 수위만큼 제 1 압력균형관(3)의 내부에도 채워진다.

그러나, 가압기(2)의 냉각수의 수위보다 높이 위치한 제 1 압력균형관(3)의 일부분(9)에는 제 2 압력균형관(4)이 연결되어 있어, 가압기(2) 내의 증기가 제 1 압력균형관(3)의 내부에 채워진다.

이와 같이 구성된 가압기에 연결된 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크의 구성관계에 대하여 상세히 설명하겠다.

안전주입 초기에 노심보충수탱크(1)의 내부로 냉각수를 보충시킬 때, 제 1 압력균형관을 따라 가압기(2)의 고온의 냉각수가 노심보충수탱크(1)의 상부에 채워지게 되어 증기와 찬물의 접촉으로 인한 증기응축을 방지한다.

그리고 제 1 압력균형관(3)의 일부분(9)에 채워진 증기는 냉각수의 자연순환유동을 방지함으로써, 정상운전시에 열손실을 방지하고 노심보충수탱크의 냉각수의 온도상승을 막아 사고로 인한 안전주입신호 발생시에 핵연료의 냉각효율을 높일 수 있고, 가압기(2) 상부에 연결한 제 2 압력균형관(4)의 내경은 가압기(2)의 하부에 연결한 제 1 압력균형관(3)의 내경에 비해 작기 때문에 제 2 압력균형관(4)의 유동저항이 크다.

따라서 안전주입신호로 인한 노심보충수탱크(1) 내에 있는 냉각수가 원자로심으로 주입될 때에 가압기(2)의 하부의 고온의 냉각수가 노심보충수탱크(1)에 더 많이 채워지게 함으로써, 노심보충수탱크(1)의 내부에서 증기와 물의 급격한 응축현상을 방지할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크는 노심보충수탱크내의 온도를 낮게 유지할 수 있어, 핵연료의 냉각효과를 향상시킬 수 있으며, 노심보충수탱크의 찬물과 증기의 급격한 응축현상을 방지할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

이상에서 본 발명의 가압기에 연결된 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

1. 경수로와 중수로에서 냉각수의 안전주입을 위한 노심보충수탱크에 있어서,

   가압기(2)와 노심보충수탱크(1)를 연결하는 제 1 압력균형관(3)과, 상기 가압기(2)와 상기 제 1 압력균형관(3)을 연결하는 제 2 압력균형관(4)을 포함하며,

   상기 제 1 압력균형관(3)의 일단부는 가압기(2)의 하부에 연결되며, 타단부는 노심보충수탱크(1)의 상단에 연결되며, 상기 제 1 압력균형관(3)의 일부분은 상기 가압기(2)의 내부에 있는 냉각수의 수위보다 높이 위치하며,

   상기 제 2 압력균형관(4)의 일단부는 상기 가압기(2)의 상부에 연결되며, 타단부는 상기 가압기(2)의 수위보다 높은 상기 제 1 압력균형관(3)의 일부분에 연결되는 것을 특징으로 하는 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 압력균형관(4)의 내경이 상기 제 1 압력균형관(3)의 내경보다 작게 하여 상기 제 2 압력균형관(4)의 유동저항을 크게 하는 것을 특징으로 하는 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가압기(2)의 냉각수의 수위보다 높이 위치한 상기 제 1 압력균형관(3)의 일부분에는 상기 가압기(2)의 증기가 제 2 압력균형관(4)을 통하여 제 1 압력균형관(3)의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 압력균형관을 구비한 노심보충수탱크.