KR100525707B1 - Pressurized light water reactor having passive extension duct for direct vessel injection - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비상노심냉각수 직접주입방식의 가압경수로형 원자로에 관한 것으로서, 저온관 파단시 비상노심냉각수의 우회배출현상과 강수부 비등현상을 방지함과 더불어 비상노심냉각수주입관 파단시 입출구 역전현상에 의한 노심 냉각수 수위저하를 방지하기 위해, 비상노심냉각수주입관의 주입노즐에서 강수부 하부까지 연장되는 연장주입덕트를 통해 강수부 하부로 비상노심냉각수를 연장주입하는 직접주입방식의 가압경수로형 원자로에 있어서, 상기 연장주입덕트는 상단면을 관통하도록 형성되는 피동형 개폐구를 구비하며, 비상노심냉각수주입관의 주입노즐 상부에 힌지로 결합되어 연장주입덕트 내부에서 상기 비상노심냉각수주입관의 주입노즐 또는 상기 피동형 개폐구를 피동적으로 차단하는 피동형 개폐판을 포함한 구성으로 이루어져, 저온관 파단시 비상노심냉각수 우회배출 및 강수부 비등현상을 방지하고, 비상노심냉각수주입관 파단시 연장주입덕트에 입출구 역전현상이 발생하는 것을 방지하여 노심수위 저하방지 및 유동유발하중의 감소에 따른 구조적 안정성 확보를 통해 원자로 안전규제 요건을 충분히 만족시킬 수 있도록 한 강수부 직접주입용 피동형 연장주입덕트를 구비한 가압경수로형 원자로를 제공한다. The present invention relates to a pressurized water reactor reactor for direct injection of emergency core coolant, which prevents bypass discharge of emergency core coolant and boiling of precipitation part during cold core breakage, and inlet and outlet reversal during emergency core coolant injection pipe breakage. In order to prevent the lowering of the core coolant level caused by the core, the direct injection method is to extend the pressure of the emergency core coolant to the lower part of the emergency water through the injection nozzle of the emergency core coolant injection pipe from the injection nozzle to the lower part of the precipitation part. The extension injection duct has a passive opening and closing hole formed to penetrate the upper surface, and is coupled to the upper portion of the injection nozzle of the emergency core cooling water injection pipe by a hinge, or the injection nozzle of the emergency core cooling water injection pipe inside the extension injection duct. Consists of a configuration including a passive switchgear to passively block the driven switchgear In addition, it prevents emergency core coolant bypass discharge and boiling part precipitation in case of low temperature pipe breakage, and prevents inlet and outlet reversal in extension injection duct in case of emergency core coolant injection pipe break. According to the present invention, the present invention provides a pressurized water reactor having a passive extension injection duct for direct injection of a precipitation part to sufficiently satisfy the safety requirements of the reactor by securing structural stability.
Description
본 발명은 비상노심냉각수 직접주입방식의 가압경수로형 원자로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비상노심냉각수(Emergency Core Cooling Water)를 원자로용기의 직접주입하는 방식의 가압경수로형 원자로에서 비상노심냉각수주입관의 주입노즐로부터 원자로용기의 강수부 하부로 연장되는 연장주입덕트를 기반으로 저온관(Cold Leg) 파단 사고시 비상노심냉각수의 우회배출현상과 강수부 비등현상을 방지하는 기능을 기본적으로 수행함과 더불어, 비상노심냉각수주입관 파단 사고(DVI Line Break)시 입출구 역전현상에 의한 노심 냉각수 수위의 저하를 방지함과 동시에 연장주입덕트에 과도한 유동유발하중이 작용하는 것을 방지하도록 강수부 직접주입용 피동형 연장주입덕트를 구비한 가압경수로형 원자로에 관한 것이다. The present invention relates to a pressurized water reactor reactor of the emergency core cooling water direct injection method, and more particularly, to an emergency core cooling water injection pipe in a pressurized water reactor reactor in which the emergency core cooling water is directly injected into the reactor vessel. Based on the extended injection duct extending from the injection nozzle of the reactor vessel to the lower part of the reactor section, it basically performs the function of preventing the bypass discharge of the emergency core coolant and boiling of the precipitation section in case of cold leg breakage accident. In case of emergency core coolant injection pipe breakage (DVI Line Break), it is possible to prevent the lowering of the core cooling water level due to reversal of the inlet and outlet, and to prevent the excessive flow induced load from being applied to the extension injection duct. A pressurized water reactor reactor having a duct is provided.
도 1에 도시한 바와 같이, 일반적으로, 가압경수로형 원자로는 외부의 압력용기(5)와, 압력용기(5) 보다 작은 직경으로 형성되어 압력용기의 중심에 설치되는 노심베럴(10)로 구성되는 원자로용기(100)를 포함한다. 노심배럴(10)의 내부에는 핵연료봉이 장입되는 노심(Core)(7)이 위치하며, 노심베럴(10)과 압력용기(5) 사이에는 직경차이에 의한 고리형상의 공간인 강수부(20)가 형성된다. 그리고, 압력용기(5)에 연결되어 냉각수의 순환통로가 되는 다수의 저온관(15)과, 저온관(15)을 통해 유입되어 강수부(20)와 노심(7)을 지나면서 가열된 냉각수가 증기발생기쪽으로 흐르도록 노심베럴(10)에 연결되는 고온관(Hot Leg)(25)을 포함한 구성으로 이루어진다. As shown in FIG. 1, in general, the PWR reactor is composed of an external pressure vessel 5 and a core barrel 10 formed at a smaller diameter than the pressure vessel 5 and installed at the center of the pressure vessel. It comprises a reactor vessel (100). A core 7 into which a nuclear fuel rod is charged is located inside the core barrel 10, and the precipitation part 20, which is an annular space due to a diameter difference, between the core barrel 10 and the pressure vessel 5. Is formed. Then, the coolant is connected to the pressure vessel (5) is a plurality of low-temperature pipe 15 that is a circulation passage of the cooling water, and the coolant is introduced through the low-temperature pipe 15 and passed through the precipitation part 20 and the core (7) It consists of a configuration including a hot leg (Hot Leg) 25 is connected to the core barrel 10 to flow toward the steam generator.
이와 같은 가압경수로형 원자로는 고방사능물질인 핵연료를 에너지원으로 운전되는 시설로서, 사고시 많은 인명피해를 수반하는 대형참사로 이어질 수 있는 가능성이 있음에 따라 안전성을 확보하고자 설계에서 부터 건설 및 운전에 이르기까지 단계별로 매우 엄격한 안전기준을 통과해야만 한다. Such reactors are pressurized water reactor reactors that operate as a high-energy nuclear fuel as an energy source.Therefore, there is a possibility that the accident can lead to a catastrophic disaster involving many casualties, from design to construction and operation. Every step must pass very strict safety standards.
안전기준과 관련한 일 예로서, 종래 가압경수로형 원자로에 채택되고 있는 원자로 냉각계통에 대한 성능 및 안전성 검증은, 원자로의 설계인증시 및 한국안전기술원(KINS)과 같은 기관의 원자로 설계 및 건설 인허가 심사평가시에 기준으로 채택되고 있는 바와 같이, 사고시 가장 높은 핵연료 피복재온도를 보이는 저온관 양단 순시 파단사고(Double Ended Guillotine Break)에 따른 대형냉각재상실사고(LBLOCA; Large Break Loss-of-Coolant Accident)를 기준으로 평가된다. 여기서, 주요 평가기준은 사고시 최대 핵연료 피복재온도가 규제치보다 낮게 유지되는지 여부와, 노심의 냉각상태가 유지되는지 여부이다.As an example related to safety standards, the performance and safety verification of the reactor cooling system, which is conventionally employed in a PWR reactor, is performed during the design certification of the reactor and the reactor design and construction license examination by an institution such as the Korea Institute of Safety and Technology (KINS). Large Break Loss-of-Coolant Accident (LBLOCA) due to Double Ended Guillotine Break (LBLOCA), which has the highest fuel cladding temperature in the event of an accident, It is evaluated by standard. Here, the main evaluation criteria are whether the maximum fuel cladding temperature in the event of an accident is kept below the regulated value and whether the core is cooled.
이와 같은 기준을 만족시키기 위해, 가압경수로형 원자로는 비상노심냉각수를 주입하기 위한 비상노심냉각수주입관(30)을 구비하여, 저온관(15)이 파단되어 저온관(15)을 통해 공급되는 냉각수가 노심에 이르지 못하고 파단면(35)을 통해 냉각계통 밖으로 배출되는 저온관 양단 순시 파단사고와 같은 사고발생에 대비하고 있다.In order to satisfy such a criterion, the PWR reactor is equipped with an emergency core coolant injection pipe (30) for injecting emergency core coolant, and the cold water (15) is broken and the coolant supplied through the cold pipe (15). It does not reach the core and prepares for accidents such as instantaneous breaks at both ends of the cold tube discharged out of the cooling system through the fracture surface (35).
비상노심냉각수를 주입하는 방식의 일 예로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 비상노심냉각수를 저온관(15)에 주입하는 방식(CLI: Cold Leg Injection)이 있다. 이 방식에서는 비상노심냉각수주입관(30)이 저온관(15)에 연결되고, 따라서 저온관 양단 순시 파단사고시에 저온관(15)이 양단으로 완전히 절단됨에 따라 형성되는 파단면(35)을 통해 저온관(15)으로 흐르는 모든 유체가 원자로냉각계통 밖으로 배출된다. 즉, 파단 저온관(15)에 주입되는 비상노심냉각수가 노심(7)의 냉각에 전혀 기여하지 못하고 파단면(35)을 통해 배출되는 비상노심냉각수 유출손실이 발생하는 문제점이 있었다. As an example of the method of injecting the emergency core coolant, there is a method of injecting the emergency core coolant into the cold tube 15 (CLI: Cold Leg Injection). In this method, the emergency core cooling water injection pipe 30 is connected to the low temperature pipe 15, and thus, through the fracture surface 35 formed as the low temperature pipe 15 is completely cut at both ends in the instantaneous breakage of both ends of the low temperature pipe. All fluid flowing into the cold tube 15 is discharged out of the reactor cooling system. That is, the emergency core cooling water injected into the breaking low temperature pipe 15 does not contribute to the cooling of the core 7 at all, and there is a problem in that the emergency core coolant leakage loss discharged through the fracture surface 35 occurs.
상기한 문제점을 개선한 비상노심냉각수 주입 방식의 다른 일 예로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 비상노심냉각수를 원자로용기(100)의 강수부(20)에 직접주입하는 방식(DVI:Direct Vessel Injection)이 있다. 즉, 비상노심냉각수를 저온관(15) 대신에 원자로 용기에 직접주입 함으로써 저온관 양단 순시 파단사고시 파단면(35)을 통해 냉각계통 밖으로 유출되었던 비상노심냉각수의 유출손실을 줄일 수 있도록 한 것이다. 대한민국 특허공개 제2001-76548호를 참조하면 이상과 같은 단순 직접주입방식의 가압경수로형 원자로에 관하여 더욱 자세히 알 수 있을 것이다. As another example of the emergency core coolant injection method to improve the above problems, as shown in Figure 2, the method of directly injecting the emergency core coolant into the precipitation unit 20 of the reactor vessel (DVI: Direct Vessel Injection). That is, by injecting the emergency core coolant directly into the reactor vessel instead of the low temperature pipe 15, it is possible to reduce the outflow loss of the emergency core coolant that has been leaked out of the cooling system through the fracture surface 35 at the instantaneous fracture of the low temperature pipe. Referring to Korean Patent Publication No. 2001-76548, it will be described in more detail with respect to the pressurized water reactor reactor of the simple direct injection method as described above.
그러나, 압력용기(5)와 노심베럴(10) 사이의 강수부(20)에서 저온관(15)의 파단면(35)으로 배출되는 고속의 증기에 이끌려 우회배출되는 비상노심냉각수의 비율이 증가하는 새로운 문제가 발생하게 된다. 즉, 저온관 주입 방식에서는 차가운 비상노심냉각수가 저온관(15)에 주입되어 증기응축량이 매우 큰 반면에, 원자로용기(100)에 직접주입하는 방식에서는 저온관 증기응축이 거의 발생하지 않으므로, 저온관의 증기속도가 저온관 주입방식에서 보다 훨씬 더 빠른 과열증기의 강력한 횡유동이 발생하여 비상노심냉각수가 고속의 증기에 이끌려 파단면(35)으로 우회 배출되는 비상노심냉각수 우회배출(ECC bypass) 비율이 증가하는 현상과, 강수부(20) 하부에 축적된 냉각수가 구조물과 노심(7)으로부터의 열전달에 의해 가열되어 끓게되는 강수부 비등현상이 발생할 수 있음이 최근의 연구결과로 발표되고 있다. However, the ratio of the emergency core coolant discharged by detour by the high-speed steam discharged from the precipitation section 20 between the pressure vessel 5 and the core barrel 10 to the fracture surface 35 of the low temperature pipe 15 increases. A new problem arises. That is, in the low temperature pipe injection method, the cold emergency core cooling water is injected into the low temperature pipe 15 so that the amount of vapor condensation is very large. However, in the method of directly injecting the reactor vessel 100, the low temperature pipe steam condensation hardly occurs. ECC bypass, which causes the strong lateral flow of superheated steam, the steam velocity of which is much faster than that of the low temperature tube injection system, and the emergency core coolant is drawn by the high-speed steam and bypassed to the fracture surface (35). Recent studies have shown that the ratio increases and that the cooling water accumulated in the lower part of the precipitation part 20 may cause boiling of the precipitation part that is heated and boiled by heat transfer from the structure and the core 7. .
비상노심냉각수 우회비율이 일정수준 이상으로 증가하게 되면 대형냉각재 상실사고(LBLOCA)의 후기 재관수 기간(Late Reflood Phase) 동안에 핵연료 피복재의 최고온도가 증가하고, 노심이 재가열되는 현상이 발생하여 원자로 안전에 심각한 문제를 일으키게 된다. 따라서, 노심(7)이 보다 안전한 냉각상태를 유지하기 위해서는 비상노심냉각수주입관(30) 측에 장착되는 펌프의 용량을 증대시켜 비상노심냉각수 주입유량을 증대시키거나, 비상노심냉각수 우회배출 비율을 감소시키기 위한 기술적 조치가 강구되어야 한다. 그러나, 비상노심냉각수 우회배출 비율을 감소시키지 못하게 된다면, 저온관 주입방식(CLI)에서 직접주입방식(DVI)으로 전환함에 따라 축소시켰던 비상노심냉각수공급용 펌프의 용량을 다시 증대시켜 주입유량을 증대시켜야 하므로 펌프용량 증대에 따른 경제적 손실을 초래하게 된다. If the emergency core coolant bypass ratio increases above a certain level, the maximum temperature of the fuel cladding increases during the Late Reflood Phase of LLBLOCA, and the core is reheated. Will cause serious problems. Therefore, in order for the core 7 to maintain a safer cooling state, the capacity of the pump mounted on the emergency core coolant injection pipe 30 is increased to increase the emergency core coolant injection flow rate or increase the emergency core coolant bypass discharge rate. Technical measures should be taken to reduce it. However, if the emergency core coolant bypass discharge rate cannot be reduced, the capacity of the emergency core coolant supply pump, which has been reduced by switching from the cold tube injection method (CLI) to the direct injection method (DVI), is increased again to increase the injection flow rate. This has to be done, resulting in economic losses due to the increase in pump capacity.
또한, 직접주입방식의 비상노심냉각수주입관 파단 사고(DVI Line Break)시, 비상노심냉각수주입관이 저온관 보다 높은 곳에 설치되어 있으면 원자로 냉각수 수위가 높게 유지되지만, 반대로 저온관보다 낮은 곳에 설치되어 있으면 냉각수 수위는 저온관보다 낮아지는 것도 문제점으로 지적되고 있다.In addition, if the emergency core coolant injection pipe breaks by a direct injection method (DVI Line Break), if the emergency core coolant injection pipe is installed above the low temperature pipe, the reactor coolant level will be kept high. If the cooling water level is lower than the low temperature tube, it is pointed out as a problem.
상기한 바와 같은 단순 직접주입방식의 문제점을 개선한 비상노심냉각수 직접주입방식의 다른 일 예로서, 미합중국 특허 제 4082608호에 나타난 바와 같은 가압경수로형 원자로는 강수부를 반경방향으로 두 개의 환형 유동영역으로 분리시키기 위해 원자로용기를 구성하는 압력용기와 노심배럴 사이의 강수부에 실린더를 하나 더 삽입하여 저온관 파단시 고속의 횡 증기 유동이 형성되는 외측 환형부와 비상노심냉각수가 주입되는 내측 환형부로 분리시킨 형태의 비상노심냉각수 강수부 직접주입방식을 사용하였다. As another example of the emergency core coolant direct injection method which improves the problem of the simple direct injection method as described above, the pressurized water reactor reactor, as shown in US Patent No. 4082608, has a precipitation section in two annular flow zones in the radial direction. In order to separate, insert one more cylinder into the precipitation section between the pressure vessel and the core barrel constituting the reactor vessel and separate it into the outer annular portion where the high-speed lateral steam flow is formed when the cold tube breaks and the inner annular portion into which the emergency core coolant is injected. The direct injection method of emergency core cooling water precipitation part was used.
이 방식에 따르면, 동일한 냉각수 유량 조건하에서 강수부를 반경방향으로 두개의 환형부로 분할하게 되어 각각의 유로단면적이 전체 강수부의 단면적에 대하여 대략 1/2로 축소되는 결과를 초래하게 된다. 따라서, 원자로가 정상운전되는 조건에서는 강수부의 외측 환형부 유속이 약 2배 증가되어 유동저항이 증가하고, 비상노심냉각수가 주입되는 공간인 내측 환형부에서는 원자로 냉각수의 흐름이 정체되는 현상을 발생하게 된다. According to this scheme, under the same cooling water flow rate conditions, the precipitation portion is divided into two annular portions in the radial direction, resulting in each flow passage section being reduced to approximately 1/2 of the cross-sectional area of the entire precipitation portion. Therefore, under normal operating conditions, the flow velocity of the outer annular portion of the precipitation portion is increased by about two times, increasing the flow resistance, and the flow of the reactor coolant is stagnant in the inner annular portion, which is the space where the emergency core coolant is injected. do.
또한, 저온관 파단 사고시, 고속의 횡 증기 유동이 형성되는 외측 환형부에서 증기의 유동속도가 단면적 감소에 따라 대략 2배 정도 빨라지게 되므로 냉각수를 파단면으로 이끌고 나가는 에너지가 4배 이상 증가되는 단점이 있으며, 더불어 외측 환형부에는 비상노심냉각수의 직접유입이 차단되므로 외부의 압력용기 벽면을 통한 열전달에 의해 냉각수가 가열됨으로써 강수부 비등 현상이 촉진될 수 있는 문제점이 있었다.In addition, in case of cold tube breakdown, the flow rate of steam in the outer annular portion where high-speed transverse steam flow is formed is about 2 times faster as the cross-sectional area decreases, so the energy leading to the coolant to the fracture surface is increased by 4 times or more. In addition, since the direct inflow of the emergency core coolant is blocked in the outer annular portion, there is a problem that the boiling part can be promoted by heating the cooling water by heat transfer through the external pressure vessel wall.
상기한 바와 같은 강수부 분할형 직접주입방식의 문제점을 개선한 비상노심냉각수 직접주입방식의 또 다른 일 예로서, 미합중국 특허 제 4187147호 및 미합중국 특허 제 53772427호에 나타난 바와 같은 가압경수로형 원자로는 압력용기에 연결된 비상노심냉각수주입관으로부터 강수부나 노심까지 비상노심냉각수를 연장주입시키는 연장파이프 또는 연장덕트를 강수부 하부까지 연장되도록 설치하는 것을 특징으로 하고 있다.As another example of the emergency core coolant direct injection method which improves the problems of the divided part type direct injection method as described above, the pressurized water reactor reactor pressure as shown in US Patent No. 4187147 and US Patent No. 53772427 An extension pipe or extension duct for extending the injection of the emergency core coolant from the emergency core coolant injection pipe connected to the container to the precipitation part or the core is extended so as to extend to the lower part of the precipitation part.
이 방식은 저온관 파단 사고시 강수부에서 증기와 비상노심냉각수의 접촉을 차단시키므로 비상노심냉각수 우회현상을 방지하는데 효과적이지만, 비상노심냉각수주입관이 파단되는 사고시에는 압력차와 사이펀의 원리에 따라 주입시의 출구가 파단류의 입구가 되는 입출구 역전현상이 발생하는 심각한 구조적 결함을 갖고 있다. This method is effective in preventing emergency core coolant bypass because it blocks the contact of steam and emergency core coolant in the precipitation part in case of cold tube breakage accident.However, in case of emergency core coolant injection pipe breakage, it is injected according to the principle of pressure difference and siphon. There is a serious structural defect in which the entrance and exit reversal phenomenon, in which the exit of the city becomes the inlet of the breaking stream, occurs.
비상노심냉각수주입관(DVI Line Break)이 파단되어 연장파이프의 출구가 파단유동의 흡입구가 되면, 원자로 내부의 냉각수 수위는 연장파이프의 출구 또는 그 이하까지 낮아지게 되어 노심(Core)이 노출되므로 원자로의 노심 냉각상 치명적인 결과를 초래하게 된다. 또한, 비상노심냉각수주입관 파단시, 파단에 따른 유동의 속도는 비상노심냉각수 주입시보다 훨씬 빠르므로, 비상노심냉각수 직접주입용 연장파이프나 연장덕트의 휘어진 부분에서는 파단류(Break Flow)에 의한 유동유발하중이 과대하게 작용하여 연장파이프나 연장덕트의 파손이 우려되는 등 구조적인 취약점을 갖게 되는 것이다.If the emergency core coolant inlet pipe breaks and the outlet of the extension pipe becomes the inlet of the break flow, the coolant level inside the reactor is lowered to the outlet of the extension pipe or lower and the core is exposed. The core cooling phase of the vessel will have fatal consequences. In addition, when the emergency core coolant injection pipe breaks, the flow velocity due to the breakage is much faster than that of the emergency core coolant injection. Therefore, in the bent portion of the extension pipe or extension duct for direct injection of the emergency core coolant, The flow induced load acts excessively, and there is a structural weakness such as fear of damage to the extension pipe or extension duct.
또한, 노심에서 파단면으로 냉각수가 이끌려 나가게 되므로 노심에서 증기발생기를 거쳐 강수부에 이르는 순방향 냉각수순환루프의 형성을 방해하는 요인이 된다. 따라서, 강수부에서 노심방향으로의 순방향유동은 보다 더 정체된 양상을 보이게 되고, 강수부에서의 냉각수 비등현상이 증대되어 강수부에서 노심방향으로의 수두(Head) 형성이 상실된다. In addition, since the coolant is drawn from the core to the fracture surface, it is a factor that prevents the formation of the forward cooling water circulation loop from the core through the steam generator to the precipitation part. Therefore, the forward flow from the precipitation portion to the core direction is more stagnant, and the cooling water boiling phenomenon in the precipitation portion is increased, and head formation from the precipitation portion to the core direction is lost.
결론적으로 말하면, 이상과 같은 연장파이프형 가압경수로형 원자로 역시, 저온관 파단사고시의 비상노심냉각수 우회방지에 만 촛점을 맞춘 것으로서, 비상노심냉각수주입관이 파단되는 사고시의 수위 저하현상과 저온관 파단 사고시의 강수부 비등현상을 방지 해야하는 요구조건을 만족시키 못하고 있는 결정적인 문제점을 갖고 있는 실정이다. In conclusion, the above-mentioned extension pipe-type PWR reactor is also focused on preventing emergency core coolant bypass in the event of cold tube breakage, and the water level drop during the emergency core coolant injection pipe break and cold tube breakage. It is a decisive problem that does not satisfy the requirements to prevent the boiling part precipitation during accidents.
이상과 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서, In order to solve the problems of the prior art as described above,
본 발명의 목적은 원자로용기의 강수부 하부로 연장되는 연장주입덕트를 기반으로 저온관 파단 사고시 비상노심냉각수의 우회배출현상과 강수부 비등현상을 방지하는 기능을 기본적으로 수행함과 더불어, 비상노심냉각수주입관 파단 사고(DVI Line Break)시 입출구 역전현상에 의한 노심 냉각수 수위의 저하를 방지하고 동시에 연장주입덕트에 과도한 유동유발하중이 작용하는 것을 방지하여 원자로 안전성 확보를 위한 안전규제 요건을 모두 만족시킬 수 있도록 하는 개선된 비상노심냉각수 직접주입방식의 가압경수로형 원자로를 제공하는 것이다. The object of the present invention is to perform the function of preventing the bypass discharge of the emergency core coolant and the boiling of the precipitation core in the event of cold tube break accident based on the extension injection duct extending below the precipitation part of the reactor vessel, the emergency core coolant In order to prevent the fall of core cooling water level due to the inlet and outlet reversal during the DVI line break and to prevent excessive flow induced loads from extending injection ducts, all the safety regulation requirements for securing the reactor safety are satisfied. It is to provide a pressurized water reactor reactor with improved emergency core coolant direct injection.
이를 실현하기 위한 본 발명은,The present invention for realizing this,
비상노심냉각수주입관의 주입노즐에서 강수부 하부에 이르도록 압력용기 내측 벽면에 설치되는 연장주입덕트를 통해 강수부 하부로 비상노심냉각수를 연장주입하는 비상노심냉각수 직접주입방식의 가압경수로형 원자로에 있어서,In the emergency core coolant direct injection method, which directly injects the emergency core coolant into the lower part of the precipitation part through an extension injection duct installed on the inner wall of the pressure vessel from the injection nozzle of the emergency core coolant injection pipe to the lower part of the precipitation part. In
상기 연장주입덕트는 상단면을 관통하도록 형성되는 피동형 개폐구를 구비하며,The extension injection duct has a driven opening and closing hole formed to penetrate the upper surface,
비상노심냉각수주입관의 주입노즐 상부에 힌지로 결합되어 연장주입덕트 내부에서 상기 비상노심냉각수주입관의 주입노즐 또는 상기 피동형 개폐구를 피동적으로 차단하는 피동형 개폐판을 포함하는 것을 특징으로 하는 강수부 직접주입용 피동형 연장주입덕트를 구비한 가압경수로형 원자로를 제공한다. Precipitation part directly coupled to the upper portion of the injection nozzle of the emergency core cooling water injection pipe comprises a passive opening and closing plate to passively block the injection nozzle of the emergency core cooling water injection pipe or the driven opening and closing in the extension injection duct Provided is a pressurized water reactor with a passive extension injection duct for injection.
여기서, 상기 연장주입덕트는 직사각의 단면형상으로 형성되며, 상기 연장주입덕트의 상기 상단면은 압력용기 벽면측을 기점으로 40°내지 50°범위에 속하는 하향 기울기를 갖는 경사면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.Here, the extension injection duct is formed in a rectangular cross-sectional shape, the upper end surface of the extension injection duct is characterized in that formed in the inclined surface having a downward slope in the range of 40 ° to 50 ° starting from the wall side of the pressure vessel. do.
그리고, 상기 피동형 개폐구는 상기 비상노심냉각수주입관의 단면적과 동일한 유로면적을 갖도록 형성되고, 상기 연장주입덕트의 수직부 단면적은 상기 피동형 개폐구의 유로면적보다 큰 것을 특징으로 한다. In addition, the driven opening and closing is formed to have a flow path area equal to the cross-sectional area of the emergency core cooling water injection pipe, the cross-sectional area of the vertical portion of the extension injection duct is larger than the flow path area of the driven opening and closing.
또한, 상기 피동형 개폐판은 상기 피동형 개폐구를 완전히 폐쇄할 수 있는 좌우폭 및 상하폭을 갖는 동시에, 비상노심냉각수주입관의 주입노즐을 부분적으로 폐쇄할 수 있는 상하폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the driven opening and closing plate is characterized in that it is formed to have a left and right width and the top and bottom width that can completely close the driven opening and closing, and at the same time have a top and bottom width that can partially close the injection nozzle of the emergency core cooling water injection pipe.
한편, 상기 연장주입덕트는 자체의 하단주입구와 저온관의 중심선 사이의 높이차가 저온관 직경의 3배 이상이 되도록 강수부 하부로 연장되는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the extension injection duct is characterized in that it extends to the lower portion of the precipitation so that the height difference between the lower end of the inlet and the center line of the cold tube is at least three times the diameter of the cold tube.
더불어, 상기 연장주입덕트와 상기 압력용기의 내측벽면 사이에는 다수의 스페이서가 위치하여 상호간에 틈이 형성되는 것을 특징으로 한다. In addition, a plurality of spacers are positioned between the extension injection duct and the inner wall surface of the pressure vessel, characterized in that a gap is formed between each other.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 참고로, 종래기술과 동일한 구성요소에 대하여 동일한 참조부호를 부여하기로 한다. BEST MODE Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. For reference, the same reference numerals will be given to the same components as in the prior art.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가압경수로형 원자로는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 원자로용기를 구성하는 압력용기(5)에 연결되는 비상노심냉각수주입관(30)에서 부터 압력용기(5) 내측 벽면을 따라 강수부(20) 하부까지 수직으로 연장되도록 설치되는 직사각의 단면형상을 갖는 연장주입덕트(40)를 구비한다. 그리고, 연장주입덕트(40)의 상단면(41)은 40°내지 50°, 바람직하게는 45°의 기울기를 갖는 하향의 경사면으로 형성되어, 직각으로 꺽이는 비상노심냉각수주입관(30)과 연장주입덕트(40)의 연결부에서 비상노심냉각수주입관(30)의 주입노즐로부터 주입되는 비상노심냉각수가 자연스럽게 굴절되어 흘러 내려가도록 함으로써 결과적으로 유체의 운동에너지 손실을 감소시키게 된다. Pressurized water reactor reactor according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 3 and 4, the pressure from the emergency core cooling water injection pipe 30 connected to the pressure vessel (5) constituting the reactor vessel The container 5 is provided with an extension injection duct 40 having a rectangular cross-sectional shape which is installed to extend vertically to the lower part of the precipitation portion 20 along the inner wall surface. In addition, the upper end surface 41 of the extension injection duct 40 is formed of a downward inclined surface having a slope of 40 ° to 50 °, preferably 45 °, and extends with the emergency core coolant injection pipe 30 which is bent at a right angle. The emergency core coolant injected from the injection nozzle of the emergency core coolant injection pipe 30 at the connection portion of the injection duct 40 is naturally refracted and flows down, thereby reducing the kinetic energy loss of the fluid.
도 5에 도시한 바와같이, 경사면으로 형성된 연장주입덕트(40)의 상단면(41)에는 상단면을 부분적으로 절개한 형태의 피동형 개폐구(45)가 형성되어 연장주입덕트(40)의 상부와 강수부를 직접적으로 연결하는 유동경로를 확보하게 된다. 그리고, 연장주입덕트(40) 내부에서 피동형 개폐구(45)를 주변의 유동환경에 따라 피동형으로 개폐하는 피동형 개폐판(50)이 설치된다.As shown in FIG. 5, a passive type opening and closing hole 45 having a shape in which the top surface is partially cut is formed on the top surface 41 of the extension injection duct 40 formed as an inclined surface, so as to form an upper portion of the extension injection duct 40. A flow path that directly connects the precipitation part is secured. Then, the driven opening and closing plate 50 for opening and closing the driven opening and closing hole 45 to the driven type according to the surrounding flow environment in the extension injection duct 40 is installed.
피동형 개폐판(50)은 연장주입덕트(40)의 상단부, 즉 압력용기(5)의 내측 벽면과 연장주입덕트(40)가 접촉하는 비상노심냉각수주입관(30)의 주입노즐(35) 직상부에 수평으로 설치되는 힌지(hinge)(60)에 의해 자유로운 회전이 가능하도록 결합된다. The driven opening / closing plate 50 is an injection nozzle 35 of the emergency core coolant injection pipe 30 in which the upper end of the extension injection duct 40, that is, the inner wall surface of the pressure vessel 5 and the extension injection duct 40 is in contact with each other. It is coupled to allow free rotation by a hinge (60) installed horizontally on the top.
피동형 개폐판(50)은 다른 외력이 작용하지 않는 상태에서는 중력에 의해 힌지(60)를 중심으로 수직으로 위치하게 되며, 이 상태에서 비상노심냉각수주입관(30)의 주입노즐(35)을 부분적으로 폐쇄하게 된다. 그리고, 도 5b에 도시한 바와 같이, 비상노심냉각수가 주입되면 힌지(60)를 중심으로 회전하여 경사면으로 형성된 연장주입덕트(40)의 상단면(41) 내측에 접촉하여 피동형 개폐구(45)를 폐쇄하게 된다.The driven opening and closing plate 50 is positioned vertically about the hinge 60 by gravity in a state where no external force is applied, and in this state, the injection nozzle 35 of the emergency core coolant injection pipe 30 is partially. Will be closed. As shown in FIG. 5B, when the emergency core coolant is injected, the driven opening / closing opening 45 is brought into contact with the upper end 41 of the extension injection duct 40 formed as an inclined surface by rotating about the hinge 60. Will be closed.
피동형 개폐판(50)은 경사진 연장주입덕트(40) 상단면(41)의 상하폭 및 좌우폭 보다는 작게 형성되어 힌지(60)를 중심으로 한 회전운동이 연장주입덕트(40) 내에서 구속되지 않는 가운데, 피동형 개폐구(45)의 상하폭 및 좌우폭 보다는 크게 형성되어 피동형 개폐구(45)를 완전히 폐쇄할 수 있도록 한다. 이상의 조건을 만족하는 동시에, 피동형 개폐판(50)은 수직으로 위치한 상태에서 비상노심냉각주입관(30)의 주입노즐(35)을 전부가 아닌 일부분만 부분적으로 폐쇄하도록 하는 상하폭으로 형성되어야 하며, 바람직하게는 상기 비상노심냉각수주입관의 주입노즐(35)을 직경(D)기준으로 ½D 이상 ⅔D이하의 부분 만큼 폐쇄할 수 있는 상하폭을 갖도록 형성된다. The driven opening / closing plate 50 is formed smaller than the upper and lower widths and the left and right widths of the inclined extension injection duct 40 and the upper surface 41 so that the rotational movement about the hinge 60 is not confined within the extension injection duct 40. On the other hand, the larger than the upper and lower width and the left and right width of the driven opening and closing 45 is formed so that the driven opening and closing 45 can be completely closed. At the same time satisfying the above conditions, the driven opening and closing plate 50 is to be formed in a vertical width so as to partially close the injection nozzle 35 of the emergency core cooling injection pipe 30 in a vertical position to partially but not all. Preferably, the injection nozzle 35 of the emergency core cooling water injection pipe is formed to have an upper and lower width that can be closed by a portion of ΔD or more and ⅔D or less based on the diameter (D).
부가적으로, 피동형 개폐판(50)은 피동형 개폐구(45)를 향한 면에 돌출하도록 형성되는 하나 이상의 보강리브(55)를 구비하여 굽힘응력을 증가시킴으로써 구조적 안정성을 보강한 형태로 형성된다. In addition, the driven opening and closing plate 50 has one or more reinforcing ribs 55 formed to protrude on a surface facing the driven opening and closing hole 45 to increase the bending stress, thereby forming a structural stability.
상기 피동형 개폐구(45)의 유로면적은 비상노심냉각수주입관(30)의 단면적과 동일하게 형성되고, 연장주입덕트(40)의 수직부는 피동형 개폐구(45) 보다 큰 유로면적을 갖도록 형성한다. 여기서, 연장주입덕트(40)의 수직부 유로면적은 피동형 개폐구 유로면적의 1.5배 정도로 형성되는 것이 바람직하다.The flow path area of the driven opening and closing hole 45 is the same as the cross-sectional area of the emergency core cooling water injection pipe 30, and the vertical portion of the extension injection duct 40 is formed to have a larger flow path area than the driven opening and closing hole 45. Here, the vertical flow path area of the extension injection duct 40 is preferably formed about 1.5 times the area of the driven opening and closing flow path.
한편, 연장주입덕트(40)는 압력용기(5)의 내측벽면과의 사이에 스페이서(70)가 끼워짐으로써 상호간에 틈(75)을 형성되도록 설치된다. 따라서, 압력용기(5)의 벽면으로부터의 직접적인 열전달을 차단시키는 구조를 갖게 된다. On the other hand, the extension injection duct 40 is installed so as to form a gap 75 between the spacer 70 is sandwiched between the inner wall surface of the pressure vessel (5). Therefore, it has a structure which blocks direct heat transfer from the wall surface of the pressure vessel 5.
그리고, 연장주입덕트(40)는 비상노심냉각수주입관(30)의 주입노즐(35)에서부터 압력용기(5)의 벽면을 따라 강수부 하부에 하단주입구(47)가 위치하도록 하방으로 연장되되, 하단주입구(47)와 저온관(15)의 중심선 사이의 높이차가 저온관(15) 직경의 3배 이상이 되도록 연장된다.In addition, the extension injection duct 40 extends downwardly so that the lower injection hole 47 is located below the precipitation part along the wall surface of the pressure vessel 5 from the injection nozzle 35 of the emergency core cooling water injection pipe 30. The height difference between the lower end inlet 47 and the centerline of the cold tube 15 is extended to be three times or more the diameter of the cold tube 15.
이하, 이상과 같은 본 발명의 실시예에 따른 강수부 직접주입용 피동형 연장주입덕트를 구비한 가압경수로형 원자로의 작동원리 및 냉각수 유동에 관하여 설명한다. Hereinafter, the operation principle and the coolant flow of the PWR reactor having the driven extension injection duct for precipitation direct injection according to the embodiment of the present invention will be described.
비상노심냉각수가 주입되지 않는 원자로 정상운전상태에서, 연장주입덕트(40) 상부에 위치하는 피동형 개폐판(50)은 중력에 의해, 도 6a에 도시한 바와 같이, 비상노심냉각수주입관(30)의 주입노즐(35)을 부분적으로 폐쇄하게 되고, 따라서 피동형 개폐구(45)는 개방상태에 놓이게 되어 원자로 시동시 연장주입덕트(40) 내부에 잔류하는 비응축성 가스를 피동형 개폐구(45)를 통해 강수부(20) 상부로 배출시키게 된다. In the normal operation state of the reactor in which the emergency core coolant is not injected, the driven switchboard 50 positioned above the extension injection duct 40 is gravity, and as shown in FIG. 6A, the emergency core coolant injection pipe 30 To partially close the injection nozzle 35, and thus, the driven opening and closing hole 45 is placed in an open state, and the non-condensable gas remaining inside the extension injection duct 40 during the start-up of the reactor is driven through the driven opening and closing hole 45. It is discharged to the upper portion 20.
저온관 파단사고시, 비상노심냉각수주입관(30)을 통해 주입되는 비상노심냉각수는 연장주입덕트(40)를 통해 하단주입구(47)가 위치한 강수부(20) 하부까지 직접적으로 주입된다. 이 과정에서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 피동형 개폐판(50)이 주입되는 비상노심냉각수에 밀려 연장주입덕트(40) 상단면(41)에 형성된 피동형 개폐구(45)를 폐쇄함으로써, 비상노심냉각수가 유량의 감소없이 강수부 하부까지 주입될 수 있게 된다. 다시 말해, 주입된 비상노심냉각수는 피동형 개폐구(45)로 누출되지 않고 전량 강수부 하부로 흘러 내려가게 된다. 뿐만 아니라, 비상노심냉각수 주입시에 피동형 개폐판(50)은 45°의 기울기를 갖는 상단면(41) 내측과 접촉상태를 유지하게 되어 동일한 기울기를 갖는 상태로 유지됨에 따라 주입되는 비상노심냉각수를 자연스럽게 굴절되도록 유도함으로써 유체의 운동에너지 손실을 줄여 주는 역할도 수행하게 된다. In case of cold tube breakage, the emergency core coolant injected through the emergency core coolant injection pipe 30 is directly injected to the lower part of the precipitation part 20 where the lower inlet 47 is located through the extension injection duct 40. In this process, as shown in FIG. 5B, the emergency opening core 45 is closed by being driven by the emergency core coolant into which the driven opening and closing plate 50 is injected, thereby closing the driven opening and closing hole 45 formed on the upper surface 41 of the extended injection duct 40. Cooling water can be injected to the bottom of the precipitation without reducing the flow rate. In other words, the injected emergency core coolant is not leaked to the driven opening and closing hole 45, and the whole flows down to the lower portion of the precipitation part. In addition, when the emergency core coolant is injected, the driven open / close board 50 maintains contact with the inside of the upper surface 41 having an inclination of 45 ° to maintain the same inclination. Inducing a natural refraction also serves to reduce the kinetic energy loss of the fluid.
이와 같이, 비상노심냉각수가 연장주입덕트(40)를 통해 강수부(20) 하부로 직접주입됨에 따라, 종래 저온관 파단시 발생하는 파단 저온관(15) 주변의 강한 횡증기유동에 휩쓸려 파단저온관(15)의 파단면으로 우회배출되던 비상노심냉각수가 연장주입덕트(40)를 통해 격리된 상태로 강수부 하부까지 도달될 수 있게 됨으로써, 저온관 파단사고로 유발된 횡증기 유동의 영향을 받지 않게 된다. 다시 말해, 연장주입덕트(40)는 저온관 파단시 발생하는 고속의 횡증기유동과 비상노심냉각수주입관(30)을 통해 주입되는 비상노심냉각수 사이의 직접적인 접촉을 차단하여 비상노심냉각수가 파단저온관(15)으로 휩쓸려 나가는 비상노심냉각수 우회현상을 차단하는 기능을 한다. As such, as the emergency core coolant is injected directly into the lower portion of the precipitation unit 20 through the extension injection duct 40, the breakage low temperature is swept away by the strong transverse steam flow around the broken low temperature tube 15 generated during the breakage of the conventional low temperature tube. Emergency core cooling water discharged to the fracture surface of the pipe 15 can be reached to the lower part of the precipitation part in an isolated state through the extension injection duct 40, thereby reducing the influence of the transverse steam flow caused by the cold tube fracture accident. You will not receive. In other words, the extended injection duct 40 blocks the direct contact between the high-speed transverse steam flow generated at the time of breakage of the cold tube and the emergency core coolant injected through the emergency core coolant injection pipe 30, thereby causing the emergency core coolant to break. It functions to block emergency core coolant bypass swept away into the pipe (15).
그리고, 상기한 바와 같이 하단주입구(47)가 비상노심냉각수주입관(30) 하부에 위치한 저온관(15)의 중심선을 기준으로 저온관 직경의 3배 이상에 해당하는 높이차를 갖도록 하여 비상노심냉각수의 주입점이 강수부 하부까지 충분히 연장됨에 따라, 종래 저온관 파단사고(LBLOCA)의 후기 재관수 기간(Late Reflood Phase)동안 강수(20)부에 축적된 냉각수가 강수부 하부 벽면으로부터의 열전달에 의해 끓게 되는 강수부 비등현상이 방지된다. As described above, the lower inlet 47 has a height difference corresponding to at least three times the diameter of the cold tube based on the center line of the cold tube 15 positioned below the emergency core coolant injection tube 30. As the injection point of the coolant extends sufficiently to the lower part of the precipitation part, the coolant accumulated in the precipitation part 20 during the late reflood phase of the conventional cold pipe breakage (LBLOCA) is applied to the heat transfer from the lower part wall of the precipitation part. Precipitation boiling due to boiling is prevented.
또한, 연장주입덕트(40)와 원자로 압력용기(5)의 내측벽면 사이에 스페이서(70)를 끼워 상호간에 틈(75)을 갖도록 함으로써, 압력용기(5) 벽면으로부터의 직접적인 열전달을 차단시켜 연장주입덕트(40)에서의 비상노심냉각수 가열을 최소화시킴으로써 노심냉각효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있게 된다. In addition, by inserting the spacer 70 between the extension injection duct 40 and the inner wall surface of the reactor pressure vessel 5 to have a gap 75 therebetween, the heat transfer from the wall surface of the pressure vessel 5 is cut off and extended. By minimizing the emergency core cooling water heating in the injection duct 40 it is possible to obtain the effect of improving the core cooling efficiency.
한편, 비상노심냉각수주입관(30)이 파단되는 사고(DVI Line Break)가 발생하여 원자로의 냉각수가 파단된 비상노심냉각수주입관으로 배출되는 경우에, 피동형 개폐판(50)은 유입되는 파단류(Break Flow)에 의해, 도 6b에 도시한 바와 같이, 피동형 개폐구(45)를 개방함과 동시에 비상노심냉각수주입관(30)의 주입노즐(35)측에 밀착된다. 연장주입덕트(40)의 상부에 유체의 유입이 가능하도록 하는 피동형 개폐구(45)가 형성되어 있음에 따라, 피동형 개폐구(45)로부터 유입되는 유체의 수두(Head)보다 연장주입덕트(40)의 하단주입구(47)로 유입되는 유체의 수두가 더 크기 때문에 연장주입덕트(40)의 하단주입구(47)가 흡입구가 되는 파단임계유동은 형성되기 어렵게 된다. 또한, 연장주입덕트(40)의 수직부 유로면적은 비상노심냉각수주입관(30) 단면적의 1.5 배로 형성되고, 동시에 피동형 개폐구(45)의 유로면적과 비교해서도 1.5 배의 큰 유로면적을 갖도록 형성됨으로써 연장주입덕트(40) 내부에서의 수직유입속도가 작게 된다. 따라서 수직 견인력은 더 작아지게 되는 것이다. 결과적으로, 강수부(20) 하부까지 연장된 연장주입덕트(40)를 통한 사이펀 효과가 차단되는 것이다. On the other hand, when the emergency core coolant injection pipe 30 breaks (DVI Line Break) occurs and the cooling water of the reactor is discharged to the emergency core coolant injection pipe is broken, the driven switchboard 50 is broken flow By the break flow, as shown in FIG. 6B, the driven type opening and closing port 45 is opened and in close contact with the injection nozzle 35 side of the emergency core cooling water injection pipe 30. As the driven opening and closing hole 45 is formed at the upper portion of the extension injection duct 40, the head of the fluid flowing from the driven opening and closing hole 45 may be formed in the upper portion of the extension injection duct 40. Since the head of the fluid flowing into the lower inlet 47 is larger, the breaking critical flow in which the lower inlet 47 of the extended inlet duct 40 becomes the inlet becomes difficult to be formed. In addition, the vertical flow path area of the extended injection duct 40 is formed to be 1.5 times the cross-sectional area of the emergency core cooling water injection pipe 30, and at the same time to have a large flow path area 1.5 times larger than that of the driven switch opening 45. As a result, the vertical inflow velocity inside the extension injection duct 40 is reduced. The vertical traction is therefore smaller. As a result, the siphon effect through the extension injection duct 40 extending to the bottom of the precipitation portion 20 is blocked.
또한, 도 6b에 도시한 바와 같이, 비상노심냉각수주입관(30)의 주입노즐(35)을 피동형 개폐판(50)이 부분적으로 폐쇄하게 됨으로써, 파단부로의 배출단면적 축소효과를 동시에 발휘하여 파단류의 순간유량이 현저하게 감소하게 된다. In addition, as shown in FIG. 6B, the driven nozzle opening and closing plate 50 of the emergency core cooling water injection pipe 30 is partially closed, thereby simultaneously exhibiting an effect of reducing the discharge cross-sectional area to the fracture portion and breaking. The flow rate of the stream is significantly reduced.
이와 같이, 사이펀 효과가 차단된다는 것은, 종래 단순 연장형 파이프나 연장주입덕트를 구비한 원자로에서, 사이펀 효과로 인해 노심 근처의 냉각수가 단순 연장형 파이프나 연장주입덕트의 하단주입구로 흡입되어 파단된 비상노심냉각수주입관(30)의 파단부를 통해 원자로 냉각계통 외부로 배출되어 상실됨에 따라 원자로 내부에서는 현저한 노심 냉각수 수위저하현상이 발생하던 것을 방지할 수 있게 된다는 것을 의미한다. 또한, 하단주입구(47)로부터 흡입되는 파단임계유동이 감소함에 따라 연장주입덕트(40)에 작용하는 유동유발하중도 감소되어, 연장주입덕트(40)가 구조적으로 안정적인 상태에 놓이게 된다.As described above, the siphon effect is blocked in a conventional reactor having a simple extension pipe or an extension injection duct, and the cooling water near the core is sucked into the lower injection hole of the extension extension pipe or the extension injection duct due to the siphon effect. As it is discharged to the outside of the reactor cooling system through the break of the emergency core coolant injection pipe 30 and is lost, it means that it is possible to prevent a significant core coolant level drop from occurring inside the reactor. In addition, as the breaking critical flow sucked from the lower injection hole 47 decreases, the flow induced load acting on the extension injection duct 40 is also reduced, so that the extension injection duct 40 is in a structurally stable state.
정리하면, 연장주입덕트(40)는 수직 최저점에 항상 개방되어 있는 하단주입구(47) 뿐만 아니라 상단부에 중력과 비상노심냉각수 및 파단유동의 방향에 의해 피동형으로 개폐되는 피동형 개폐구(45)가 별도로 형성되어 저온관 파단 사고시는 비상노심냉각수 우회 및 강수부 비등을 방지하고, 비상노심냉각수주입관(30) 파단사고시는 연장주입덕트(40)의 입출구 역전현상에 의한 노심수위 저하를 방지할 수 있게 된다.In summary, the extended injection duct 40 is formed separately from the lower injection hole 47 which is always open at the vertical lowest point, as well as the driven opening and closing hole 45 which is opened and closed by the direction of gravity and emergency core coolant and breaking flow at the upper end. In case of low temperature pipe break accident, it prevents emergency core coolant bypass and precipitation part boiling, and in case of emergency core cool water injection pipe 30 breakage accident, it is possible to prevent the core water level decrease due to the inlet / outlet reversal of the extension injection duct 40. .
피동형 개폐판(50)은 비상노심냉각수 주입시에 주입 유동에 밀려 상부의 피동형 개폐구(45)를 폐쇄함으로써 비상노심냉각수가 모두 강수부(20)의 하부로 주입 되도록 만들고, 따라서, 저온관 파단사고시 차가운 비상노심냉각수를 연장주입덕트(40)를 통해 강수부 하부로 직접주입함으로써 강수부 하부에서의 냉각수 비등현상이 방지되고, 강수부에서의 냉각수 유동정체현상 역시 방지되어 노심(7)으로의 냉각수 유동이 촉진된다.The driven switchboard 50 is pushed by the injection flow during emergency core coolant injection to close the driven switchgear 45 at the upper part so that the emergency core coolant is injected into the lower part of the precipitation part 20, thus, in case of cold tube breakage accident. By injecting cold emergency core coolant directly into the lower part of the precipitation part through the extension injection duct 40, boiling water boiling in the lower part of the precipitation part is prevented, and congestion of the cooling water in the precipitation part is also prevented, thereby cooling the water to the core 7 Flow is promoted.
비상노심냉각수주입관(30) 파단사고시는 파단류의 흡입력에 의해 피동형 개폐판(50)이 비상노심냉각수주입관(30)의 주입노즐(35)에 밀착됨에 따라 피통형 개폐구(45)가 개방상태에 놓임으로써 연장주입덕트(40)의 상부에 파단류의 흡입구가 만들어지는 결과를 낳게 되며, 동시에 피동형 개폐판(50)이 비상노심냉각수주입관(30)의 주입노즐(35)을 부분적으로 폐쇄함에 따라 흡입력이 작용하여 주입노즐(35)측에 피동형 개폐판(50)이 밀착상태를 유지하는 가운데 파단류의 유동단면적을 감소시킴으로써 파단유량을 감소시키도록 한다. When the emergency core coolant injection pipe 30 is broken, the open / close valve 45 is opened as the driven switchboard 50 is in close contact with the injection nozzle 35 of the emergency core coolant injection pipe 30 by the suction force of the breakage. As a result, the inlet of the breakage is made in the upper part of the extension injection duct 40, and the driven switchboard 50 partially opens the injection nozzle 35 of the emergency core cooling water injection pipe 30. As the closing force is applied, the suction force acts to reduce the breaking flow rate by reducing the flow cross-sectional area of the breaking flow while the driven opening and closing plate 50 is in close contact with the injection nozzle 35.
피동형 개폐구(45)가 개방되어 이를 통해 파단류가 흡입되면 수직 수두(Head) 차이로 인해 연장주입덕트(40)의 하단주입구(47)로는 파단류가 잘 흡입되지 못함에 따라 연장주입덕트(40)로 인해 노심(7) 수위를 저하시키게 되는 사이펀 효과가 발생되지 않는다. When the driven opening / closing hole 45 is opened and the breaking flow is sucked through the extension opening duct 40, the breaking flow is not easily sucked into the lower injection hole 47 of the extension injection duct 40 due to the vertical head difference. ) Does not produce a siphon effect that lowers the core 7 level.
더불어, 하단주입구(47)로부터 흡입되는 파단임계유동이 감소함에 따라 연장주입덕트(40)에 작용하는 유동유발하중도 현저히 감소된다. In addition, as the breaking critical flow sucked from the lower injection hole 47 decreases, the flow induced load acting on the extension injection duct 40 is also significantly reduced.
이상과 같은 본 발명에 따른 강수부 직접주입용 피동형 연장주입덕트를 구비한 가압경수로형 원자로를 제공함으로써, 저온관 파단시 비상노심냉각수 우회배출 및 강수부 비등현상을 방지하고, 비상노심냉각수주입관 파단시 연장주입덕트에 입출구 역전현상이 발생하는 것을 방지하여 노심수위 저하방지 및 유동유발하중의 감소에 따른 구조적 안정성 확보를 실현함으로써, 원자로 안전성 확보를 위한 안전규제 요건을 충분히 만족시킬 수 있게 되는 것이다. By providing a pressurized water reactor reactor with a passive extension injection duct for direct injection of the precipitation part according to the present invention as described above, it prevents emergency core coolant bypass discharge and precipitation part boiling phenomenon during cold tube breakage, and emergency core cooling water injection pipe By preventing the reversal of the inlet and outlet in the extension injection duct at the time of breakage, it is possible to satisfy the safety regulation requirements for securing the safety of the reactor by preventing core water level reduction and securing structural stability by reducing the flow induced load. .
이상에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경, 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments, it is conventional in the art that various changes, modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the appended claims. Anyone with knowledge of this will easily know.
도 1은 종래기술에 따른 비상노심냉각수 저온관 주입방식의 가압경수로형 원자로의 평단면 및 종단면구조를 개략적으로 도시한 개념도,1 is a conceptual diagram schematically showing a planar cross-section and a longitudinal cross-sectional structure of a pressurized water reactor reactor of the emergency core cooling water low temperature pipe injection method according to the prior art,
도 2는 종래기술에 따른 직접주입방식의 가압경수로형 원자로의 평단면 및 종단면구조를 개략적으로 도시한 개념도, 2 is a conceptual view schematically showing a planar cross section and a longitudinal cross-sectional structure of a pressurized water reactor reactor according to the prior art;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연장주입덕트를 구비한 가압경수로형 원자로를 개략적으로 도시한 개념도, 3 is a conceptual diagram schematically showing a pressurized water reactor reactor having an extension injection duct according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연장주입덕트를 구비한 가압경수로형 원자로를 개략적으로 도시한 평단면도, 4 is a schematic sectional view schematically showing a pressurized water reactor reactor having an extension injection duct according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피동형 개폐판이 설치된 연장주입덕트 상부를 도시한 도면으로서, 5 is a view showing the upper portion of the extension injection duct is installed passive driven opening and closing plate according to an embodiment of the present invention,
도 5a는 정면도,5a is a front view,
도 5b는 비상노심냉각수 주입상태의 측단면도,Figure 5b is a side cross-sectional view of the emergency core coolant injection state,
도 5c는 평단면도,5C is a cross-sectional plan view,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 피동형 개폐판의 작동원리를 도시한 도면으로서,6 is a view showing the operating principle of the driven switchboard according to an embodiment of the present invention,
도 6a는 원자로 시동시 비응축성 가스를 배출시키는 상태의 피동형 개폐판을 도시한 측단면도,Figure 6a is a side cross-sectional view showing a driven switchgear in a state of discharging non-condensable gas at the start of the reactor;
도 6b는 비상노심냉각수주입관 파단시 파단유동의 영향을 받는 상태의 피동형 개폐판을 도시한 측단면도.Figure 6b is a side cross-sectional view showing a passive switching plate in the state of being affected by the breaking flow when the emergency core coolant injection pipe breaks.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
5: 압력용기 7: 노심5: pressure vessel 7: core
10: 노심베럴 15: 저온관10: core barrel 15: low temperature tube
20: 강수부 25: 고온관20: precipitation part 25: high temperature tube
30: 비상노심냉각수주입관 35: 주입노즐30: emergency core coolant injection pipe 35: injection nozzle
40: 연장주입덕트 41: 상단면40: extension injection duct 41: top surface
45: 피동형 개폐구 50: 피동형 개폐판45: passive opening and closing 50: driven opening and closing plate
55: 보강리브 60: 힌지(hinge)55: reinforcing rib 60: hinge
70: 스페이서(spacer) 75: 틈70: spacer 75: gap
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