KR100402750B1

KR100402750B1 - 원자로의 안전주입 시스템

Info

Publication number: KR100402750B1
Application number: KR10-2000-0003774A
Authority: KR
Inventors: 김한곤; 박영섭; 김병섭; 조성제; 김대웅
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2003-10-30
Also published as: KR20010076568A

Abstract

본 발명은 원자력 발전소에 있어서 대형냉각재 상실사고시 안전주입 탱크 및 안전주압펌프의 물을 모두 핵연료를 냉각시키는데 사용할 수 있도록 안전주입 탱크내에 유체공학적인 유체흐름제한 장치(Fluidic Device)를 설치하여 안전주입 탱크의 유량을 피동적인 방법으로 조절하여 냉각수를 요율적으로 사용하기 위한 것이다. 종래의 대형 냉각재사고 발생시 안전주입탱크내의 물을 원자로에 주입하는데 이때 파단된 배관을 통해서 안전주입수가 유실되는 문제점이 있다. 이에따라 본 발명은, 안전주입수를 원자로에 직접주입하는 DVI방식을 채택하고, 안전주입탱크내에 유체흐름제한 장치를 설치하여 유량을 피동적인 방법으로 조절함으로써 안전주입탱크내의 냉각수를 효율적으로 사용하고, 대형냉각재상실사고시 사고 대처능력을 향상시키도록 한 것이다.

Description

원자로의 안전주입 시스템{Safety injection system for PWR}

본 발명은 가압 경수로형 원자로에 있어서 안전주입 계통에 관한 것으로, 특히 안전주입탱크내의 물을 효율적으로 직접주입 노즐로 공급할 수 있도록 유체흐름 제한장치를 설치하여 안전주입수의 유실을 방지할 수 있도록 한 직접주입방식을 채택한 원자로의 안전주입 시스템에 관한 것이다.

안전주입계통은, 원자로냉각재 상실사고(LOCA) 사고시 노심에 냉각수를 공급하여 노심의 잔열을 제거하고, 노심의 기하형상을 유지하여 노심의 장기냉각(long-term cooling)이 가능하도록 한다.원자로냉각재 상실사고(LOCA) 사고시 핵연료 피복재와 원자로 냉각재 사이의 산화반응을 방지하고 원자로 냉각재 계통의 압력계를 유지하고 노심의 양반응도를 상쇄하기 위하여 붕산수를 제공하며, 안전감압계통과 함께 급수 및 방출 운전을 수행하여 잔열제거계통의 작동시점까지 노심의 잔열을 제거하는 역할을 한다.

종래 발전소의 안전주입 방식은 안전주입 배관이 원자로 배관인 저온관으로 연결되어 주입하는 방식을 채택하고 있으나 이는 저온관 파단시 냉각수의 유실로 인하여 잔열제거계통의 작동 시점까지 잔열제거를 하지 못하여 대형 사고발생의 우려가 있었다.

또한, 안전주입 계통(또는 비상노심 냉각계통)은 발전소에 따라 다양한 형태를 가지고 있으나, 본 발명과 가장 유사한 System80+의 안전주입계통은, 하나의 안전주입탱크와 하나의 안전주입펌프로 이루어진 한 계열이 원자로 용기에 주입되며, 이러한 독립적인 계열이 4개가 구성되어 있다.

안전주입탱크내의 물은 원자로 냉각재 계통의 압력이 약 40기압에 도달하면 자동으로 방출되어 대형냉각재 상실사고 초기에 다량의 물을 원자로 용기내로 주입한다. 반면에 안전주입 펌프는 냉각재계통의 압력이 약 70기압에 도달하면 펌프의 작동으로 소량의 물을 원자로 용기내에 꾸준히 공급한다.

기존의 안전주입탱크는 질소가스로 가압되어 있어 짧은 시간(약 80초)내에 다량의 물을 원자로 용기내로 공급하므로 원자로 용기를 채우고 남는 물은 파단된 배관을 통해 격납용기 바닥으로 방출되어 안전주입 펌프가 작동할때까지 안전주입수의 부족을 초래하는 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명은 안전주입탱크내의 물이 초기에 필요 이상으로 대량 방출되어 원자로에 주입되기 때문에 일부만 핵연료를 냉각시키는데 사용되고 대부분의 물이 파단된 배관을 통해 유실되는 문제점을 방지하기 위하여, 안전주입탱크내에 유체흐름제한장치를 설치하여 한 번에 안전주입수가 방출되지 않고 일정한 물이 공급된 후에는 서서히 방출되어 원자로에 주입하여 일정기간동안 안전주입 탱크의 안전주입수만으로도 안전주입펌프의 작동이 늦더라도 일정기간동안 노심의 냉각이 가능하도록 한 직접주입 방식을 채택한 원자로의 안전주입 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 안전주입 탱크내에는, 안전주입탱크내에 유체흐름 제한 장치를 설치하고, 그 유체흐름 제한 장치는 안전주입탱크내의 수위가 일정한 수위 이상인 경우는 스탠드파이프를 통해 안전주입수가 급속히 직접주입 노즐로 공급되게 하고, 상기 스탠드파이프의 주입구 이하의 수위가 되면 측면에서 안전주입수가 유입되는 콘트롤파이프를 통해 유입되어 직접주입노즐로 안전주입수를 공급하도록 구성함을 특징으로 한다.

도 1은 본발명을 적용하기 위한 안전주입시스템의 배열을 보인 계통도.

도 2는 본 발명에 의한 안전주입 시스템의 안전주입탱크 개략도.

도 3은 본 발명에 의한 유체흐름 제한 장치의 구성도,

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 격납벽 2 : 재장전수저장탱크

3 : 원자로 4 : 증기발생기

5 : 냉각재펌프 6 : 안전주입펌프

10 : 안전주입탱크 100 : 유체흐름제한 장치

110 : 원통형몸체 120 : 스탠드파이프

130 : 콘트롤파이프 140 : 방출배관

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 안전주입 시스템의 배열을 보인 구성도로서,격납벽(1)의 내벽에 재장전수저장탱크(2)가 설치되면서, 격납벽(1)의 내부공간부에 원자로(3)가 설치되며, 원자로(3)에 복수개의 증기발생기(4) 및 냉각재펌프 (5)가 연결된 가압경수로용 원자로에 있어서, 상기 격납벽(1)의 외벽에 재장전수저장탱크(2)의 안전주입수를 흡인하여 원자로(3)로 직접 주입하는 안전주입펌프(6)가 설치되며, 안전주입펌프(6)의 주입수공급관로에 그 내부공간으로 주입되는 질소가스의 압력을 통해 안전주입수를 방출하는 안전주입탱크(10)가 설치되고, 안전주입탱크의 내부에 안전주입탱크의 수위에 따라 유체의 흐름을 제한하는 유체흐름제한장치(100)가 내장된 구조이다.이때, 안전주입수를 원자로에 공급하는 방식은 원자로에 직접 안전주입수를 공급하는 직접주입방식(DVI)을 채택함이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 의한 안전주입 탱크의 구성도로서, 본 발명에 의해 안전주입탱크(10) 내부의 아래부분에 장착되어 안전주입 탱크의 수위에 따라 일정수위까지는 급속방출로 안전주입수를 직접주입 노즐측으로 방출하고, 일정수위 이하부터는 유체의 흐름을 제한하여 저속으로 안전주입수를 직접노즐측으로 방출하는 유체흐름 제한장치(100)가 설치된다.

도 3은 본 발명에 의해 안전주입 탱크내에 설치되는 유체흐름제한장치(100)의 구성도로서, 안전주입탱크(10)의 내부공간 하부측에 설치된 원통형몸체(110)와, 원통형몸체(110)의 바닥면에서 분기되어 안전주입탱크(10)의 외부로 노출된 방출배관(140), 원통형몸체(110)의 일측면에 연결되면서 그 상단부에 수위포인트 이상의 안전수를 주입받는 개공부가 형성된 스탠드파이프(120) 및, 원통형몸체(110)의 타측면에 연결되면서 그 단부에 수위포인트 이하의 안전수를 주입받는 개공부가 형성된 콘트롤파이프(130)로 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 원자로(3)에 안전수를 직접 주입하도록 안전주입노즐을 설치하며, 안전주입탱크(10)내에 유체흐름제한장치(100)를 설치하여 구성한 것이다. 물론, 안전주입탱크(10)에는 안전주입탱크(10)의 안전주입수를 원자로 (3)의 압력에 의해 자동주입할 수 있도록 질소(N₂) 압력이 가해져있다.

상기 유체흐름제한장치(100)는, 원통형몸체(110)가 안전주입탱크의 하부에 설치되고, 그 원통형몸체(110)에 연결된 스탠드파이프(120)의 상단부는 스위치 포인트 수위와 일치되도록 그 높이가 제한된다.이에 따라, 원자로(3)의 압력이 40기압 이하로 떨어지는 경우 안전주입탱크 (10)는 질소압력에 의해 안전주입수가 방출되어 직접주입노즐을 통해서 원자로(3)에 주입된다.

이때, 안전주입탱크(10)내에 설치된 유체흐름제한장치(100)는, 스위치 포인트 수위까지는 스탠드파이프(120)를 통해 안전주입수가 유입되어 원통형몸체(110)를 통해 방출배관(140)으로 방출되므로, 질소압력과 수위에 따른 수압을 그대로 전달받아 안전주입수가 급속히 방출되어 원자로(3)에 주입된다.

이후, 수위치 포인트 수위까지 안전주입수가 방출되면, 안전주입탱크(10)내의 안전주입수는 더 이상 스탠드파이프(120)로 유입되지 않고 콘트롤파이프(130)를 통해서만 유입되며, 콘트롤파이프(130)는 안전주입탱크의 측면에 형성되므로 수압이 측면으로부터 작용되어 원통형몸체(110) 내부로 안전주입수가 유입된다.이에 따라, 유체흐름제한장치(100)의 콘트롤파이프(130)로부터 공급되는 안전주입수는 원통형몸체(110)내에서 회전력을 받으면서 압력이 약화되어 방출배관 (140)을 통해 방출된다.

그러므로, 스위치 포인트 수위 이하에서는 콘트롤파이프(130)를 통해서 안전주입수가 유입되어 방출되기 때문에 스탠드파이프(120)을 통해 안전 주입수가 유입될때에 비해 압력이 낮아져 저속으로 안전주입수가 공급된다.

따라서, 원자로(3)의 냉각재 상실사고시 초기에는 안전주입수가 급속하게 공급되어 연료봉을 충분히 잠기게 하는 수위까지 안전주입수가 공급되고, 이후 저온관의 설치 높이로 원자로내의 수위가 높아지면 안전주입탱크(10)에서는 스위치 포인트 수위가 되어 저속으로 안전주입수가 공급된다.

결국, 안전주입펌프의 작동이 늦더라도 일정기간동안 안전주입탱크에서 안전주입수를 지속적으로 공급할 수 있어 일정기간동안 노심의 냉각이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 장치에 의하면, 대형냉각재상실사고시 안전주입탱크에서 급속방출과 저속방출을 수위에 따라 단계적으로 자동 조절되어 안전주입수를 원자로에 직접주입방식으로 주입하기 때문에 안전주입펌프의 작동이 늦더라도 일정기간동안 노심의 냉각이 가능하게 하는 효과가 있다.그리고, 안전주입 탱크의 냉각수 유실을 방지할 수 있어서 상당기간동안 안전주입펌프의 기능을 대신할 수 있으므로 대형 냉각재상실사고시 안전주입펌프의 작동시간 요건과 비상발전기 가동시간 요건을 완화시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

격납벽(1)의 내벽에 재장전수저장탱크(2)가 설치되면서, 격납벽(1)의 내부공간부에 원자로(3)가 설치되며, 원자로(3)에 복수개의 증기발생기(4) 및 냉각재펌프 (5)가 연결된 가압경수로용 원자로에 있어서,

상기 격납벽(1)의 외벽에 재장전수저장탱크(2)의 안전주입수를 흡인하여 원자로(3)로 직접 주입하는 안전주입펌프(6)가 설치되며, 안전주입펌프(6)의 주입수공급관로에 그 내부공간에 주입되는 질소가스의 압력을 통해 안전주입수를 방출하는 안전주입탱크(10)가 설치되고, 안전주입탱크(10)의 내부에 안전주입탱크의 수위에 따라 유체의 흐름을 제한하는 유체흐름제한장치(100)가 내장된 구조로 이루어진 특징으로 하는 원자로의 안전주입 시스템.
제 1 항에 있어서, 유체흐름제한장치(100)는; 안전주입탱크(10)의 내부공간 하부측에 설치된 원통형몸체(110)와, 원통형몸체(110)의 바닥면에서 분기되어 안전주입탱크(10)의 외부로 노출된 방출배관(140), 원통형몸체(110)의 일측면에 연결되면서 그 상단부에 수위포인트 이상의 안전수를 주입받는 개공부가 형성된 스탠드파이프(120) 및, 원통형몸체(110)의 타측면에 연결되면서 그 단부에 수위포인트 이하의 안전수를 주입받는 개공부가 형성된 콘트롤파이프(130)로 이루어진 것을 특징으로 하는 원자로의 안전주입 시스템.