KR101153649B1 - Accident mitigation apparatus for large break loss of coolant in nuclear reactor coolant system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상부 리드와; 이 상부 리드에 접철가능하게 결합되어 있는 하부 리드; 및 상부 리드와 하부 리드를 접철가능하게 결합하는 제2힌지부;로 이루어진 커버를 구비한 원자로 대형냉각재 상실사고 완화장치에 관한 것으로, 이 커버는 저온관의 저온관 노즐과 노심지지 배럴의 인접 부위에 위치되어 냉각재의 유동방향을 강제로 안내할 수 있다.
다시 말하자면, 본 발명에 따른 완화장치의 커버는 저온관 노즐의 상측에 형성된 고정홈에 제1힌지부를 매개로 하여 저온관 노즐 상측에서 회동가능하게 결합되어 저온관 노즐의 단면을 차단 혹은 개방할 수 있도록 되어 있다.The present invention includes an upper lead; A lower lead foldably coupled to the upper lead; And a second hinge portion that foldably couples the upper lead and the lower lead. Can be forcibly guided the flow direction of the coolant.
In other words, the cover of the relief device according to the present invention is coupled to the fixing groove formed on the upper side of the cold tube nozzle through the first hinge to be rotatable on the upper side of the cold tube nozzle to block or open the cross section of the cold tube nozzle. It is supposed to be.

Description

원자로 대형냉각재 상실사고 완화장치 {Accident mitigation apparatus for large break loss of coolant in nuclear reactor coolant system}Accident mitigation apparatus for large break loss of coolant in nuclear reactor coolant system}

본 발명은 원자로 대형냉각재 상실사고를 대비한 완화장치로서, 특히 냉각재 상실사고시 원자로 노심 내 냉각재 역류로 인한 노심의 온도 상승을 방지할 수 있는 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a device for preventing a large coolant loss accident of a nuclear reactor, and more particularly, to an apparatus capable of preventing a temperature rise of a core due to coolant backflow in a reactor core during a coolant loss accident.

일반적인 원자로 냉각재 계통에서는, 저온관 양단파단과 같은 대형 냉각재 상실사고 발생시 노심의 냉각재가 저온관으로 빠져 나가 노심의 냉각재 재고량이 현저하게 급감하면서 노심에서 발생하는 열의 제거율이 급감하게 되고, 핵연료 집합체를 비롯한 노심의 온도가 급증하여 원자로 집합체 구성부재들의 용융을 촉진하는 현상이 일어날 수 있게 된다.In a typical reactor coolant system, in the event of a large loss of coolant, such as a break in the cold tube, the core coolant is pulled out into the cold tube, causing the core's coolant inventory to drop sharply, leading to a sharp drop in the heat removal rate from the core, including fuel assemblies. The temperature of the core may increase so that the phenomenon of promoting melting of the reactor assembly components may occur.

이러한 대형 냉각재 상실사고시, 노심 냉각재 재고량의 급감 현상을 방지 및/또는 완화시킬 수 있는 설비가 필요한 실정이다.
In the event of such a loss of large coolant, there is a need for a facility that can prevent and / or mitigate a sharp drop in core coolant inventory.

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해서 창출된 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problem.

특히, 본 발명의 목적은 원자력발전소 내에서 발생하는 냉각재 상실사고시 원자로 노심 내의 냉각재가 역류하여 노심 내부에 냉각재 재고량의 급감 현상으로 야기될 수 있는 노심 온도 상승을 최대한 완화시킬 수 있도록 설계되어 있는 것을 특징으로 한다.In particular, an object of the present invention is designed to mitigate the rise in core temperature that may be caused by a sudden decrease in the amount of coolant inventory in the core by the back flow of the coolant in the reactor core in the case of the loss of coolant occurring in the nuclear power plant It is done.

전술된 본 발명의 목적을 구현하기 위해서, 본 발명은 특허청구범위 제1항에 기술된 바와 같이 구성되어 원자로 용기 저온관 노즐 부위에 원자로에서 비정상적인 방향으로 이동하는 냉각재의 역류 흐름을 피동적으로 차단하도록 하는 장치를 기재하고 있다.
In order to implement the above object of the present invention, the present invention is constructed as described in claim 1 to passively block the backflow flow of coolant moving in an abnormal direction in the reactor at the reactor vessel cold tube nozzle portion. The apparatus is described.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 원자로 냉각재 계통 내에서 예컨대 저온관 양단 파단과 같은 대형 냉각재 상실사고시 노심의 냉각재가 저온관으로 역류하는 것을 방지하도록 제공한다.According to the description of the present invention, the present invention provides to prevent the core coolant from flowing back into the cold tube in the case of a large loss of coolant such as, for example, breakage at both ends of the cold tube in the reactor coolant system.

본 발명은 노심의 냉각재 재고량 급감 현상을 완화시키는 한편, 노 내에 냉각재 재고량을 확보 및 유지하여 노심에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 제거하여 원자로 집합체를 이루는 각 구성부재들의 용융 사태를 지연시킬 수 있다.The present invention can alleviate the drastic decrease of the coolant inventory amount of the core, while securing and maintaining the coolant inventory amount in the furnace to more effectively remove the heat generated in the core to delay the melt situation of the respective components forming the reactor assembly.

또한, 본 발명은 원자로 노심 냉각재 재고량과 대처시간을 확보하여 핵연료 집합체 설계에 있어 여유도를 향상시킬 수 있고, 원자로 설계 및 건설 운용에 있어서도 경제성을 제고할 수 있다.
In addition, the present invention can secure the nuclear reactor core coolant inventory and the response time to improve the margin in the design of the fuel assembly, it is possible to improve the economics in the reactor design and construction operation.

도 1은 본 발명에 따른 원자로 대형냉각재 상실사고 완화장치의 정상 운전상태에서의 개략도이다.
도 2는 냉각재 상실사고가 발생할 경우에 본 발명에 따른 완화장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 완화장치의 제2실시예를 도시한 개략도이다.
도 4는 냉각재 상실사고가 발생할 경우에 종래기술과 본 발명에서 나타나는 핵연료 피복재 최고온도를 도시한 그래프도이다.
1 is a schematic view in a normal operation state of the reactor large coolant loss accident mitigation apparatus according to the present invention.
2 is a schematic diagram of a mitigation device according to the present invention when a coolant loss accident occurs.
3 is a schematic view showing a second embodiment of the relief device according to the present invention.
Figure 4 is a graph showing the nuclear fuel cladding maximum temperature appearing in the prior art and the present invention when a coolant loss accident occurs.

이제, 본 발명에 따른 원자로 대형냉각재 상실사고 완화장치는 첨부도면을 참조로 하여 더욱 구체적으로 기술될 것이다.The apparatus for mitigating a large coolant loss accident in accordance with the present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 원자로 대형냉각재 상실사고 완화장치의 정상 운전상태에서의 개략도이다.1 is a schematic view in a normal operation state of the reactor large coolant loss accident mitigation apparatus according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명은 원자로 용기의 저온관(1)과 원자로 핵연료 집합체를 지지하는 노심지지 배럴(2) 사이에, 더욱 구체적으로 저온관(1)의 저온관 노즐(3)과 노심지지 배럴(2)의 인접 부위에 완화장치를 배치한다.As shown, the invention provides a support between the cold tube 1 of the reactor vessel and the core support barrel 2 supporting the reactor fuel assembly, more specifically the cold tube nozzle 3 and the core support of the cold tube 1. A relieving device is arranged in the vicinity of the barrel 2.

특히, 본 발명에 따른 완화장치는 고정홈(4)과, 제1힌지부(5), 상부 리드(6a;lid)와 하부 리드(6b)를 갖춘 커버(6), 및 제2힌지부(8)로 이루어진다.In particular, the relief device according to the present invention comprises a fixing groove 4, a first hinge portion 5, a cover 6 having an upper lid 6a (lid) and a lower lid 6b, and a second hinge portion ( 8)

본 발명에 따른 완화장치는 저온관 노즐(3) 상측에 회동가능하게 커버(6)를 설치하는 한편, 이 커버(6)는 저온관 노즐(3) 상측에 형성된 고정홈(4)와 커버(6)의 선단에 형성된 제1힌지부(5)를 매개로 하여 저온관 노즐(3)에서 회동가능할 수 있다.In the relief device according to the present invention, the cover 6 is rotatably installed on the upper side of the low temperature tube nozzle 3, while the cover 6 includes the fixing groove 4 and the cover (formed on the upper side of the low temperature tube nozzle 3). It may be rotatable in the low temperature pipe nozzle 3 via the first hinge portion 5 formed at the tip of 6).

바람직하기로, 커버(6)는 2개의 부분, 예컨대 상부 리드(6a)와 하부 리드(6a)로 분리되어 있는바, 하부 리드(6a)가 상부 리드(6a)에 접철가능하게 결합되도록 제2힌지부(8)를 추가로 구비한다.Preferably, the cover 6 is separated into two parts, for example, the upper lead 6a and the lower lead 6a, so that the lower lead 6a is foldably coupled to the upper lead 6a. The hinge part 8 is further provided.

정상운전시, 본 발명에 따른 완화장치는 원자로 저온관(1)으로부터 유입되는 원자로 냉각재의 운동량으로 커버(6), 다시 말하자면 상부 리드(6a)와 하부 리드(6b)를 강제로 밀어붙여 도 1에 도시되었듯이 들어 올려지게 된다.In normal operation, the relief device according to the present invention forcibly pushes the cover 6, that is, the upper lead 6a and the lower lead 6b with the momentum of the reactor coolant flowing from the reactor cold tube 1. It will be lifted as shown in.

특히, 하부 리드(6b)는 전술된 바와 같이 냉각재의 운동량에 의해 원자로 노심지지 배럴(2) 내부면과 접촉하게 된다. 하부 리드(6b)는 상부 리드(6a)와 접철가능하게 제2힌지부(8)로 결합되어 있기 때문에, 하부 리드(6b)는 접혀져 노심지지 배럴(2)의 내부면에 포개어지거나 겹쳐지게 배열된다.In particular, the lower lid 6b comes into contact with the inner surface of the reactor core support barrel 2 by the momentum of the coolant as described above. Since the lower lid 6b is coupled to the upper lid 6a by the second hinge portion 8 so that it can be folded, the lower lid 6b is folded and arranged to overlap or overlap the inner surface of the core support barrel 2. do.

하부 리드(6b)가 상부 리드(6a)와 접철되어 노심지지 배럴(2)의 내부면에 겹져지게 되면, 냉각재는 저온관(1)으로부터 노심지지 배럴(2)을 지나 노심으로 원활하게 이동할 수 있는 경로(화살표 참조)를 확보할 수 있다. When the lower lid 6b is folded with the upper lid 6a and overlaps the inner surface of the core support barrel 2, the coolant can move smoothly from the cold pipe 1 through the core support barrel 2 to the core. You can get a path (see arrow).

도 2는 냉각재 상실사고가 발생할 경우에 본 발명에 따른 완화장치의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a mitigation device according to the present invention when a coolant loss accident occurs.

만약 예상치 못하게 저온관의 파단으로 냉각재 상실사고가 발생할 경우, 저온관의 냉각재가 파단 부위를 통해 외부로 누출되고, 연이어 노심의 냉각재도 역류하여 저온관 쪽으로 유동하게 될 것이다. If the coolant tube breaks unexpectedly and the coolant loss occurs, the coolant in the cold tube will leak out through the break, and the coolant in the core will also flow back toward the cold tube.

냉각재가 저온관 쪽으로 지속적으로 유동하게 되면, 노심 내부에 냉각재 재고량이 현저하게 급감하게 될 것이고, 노심의 온도가 높아지게 된다.If the coolant continues to flow towards the cold tube, the coolant inventory in the core will drop significantly and the core temperature will rise.

이에, 본 발명은 이러한 문제점으로부터 원자로를 유지하기 위해 노심 내부에 냉각재가 가급적 미리 설정된 이동 방향과 이동 경로(예컨대, 저온관)에서 누출(혹은 이탈)되지 않도록 해야만 한다. 따라서, 완화장치의 커버(6)는 도 1에 도시된 정상위치에서 도 2에 도시된 위치로 변위하게 된다.Accordingly, the present invention must ensure that the coolant inside the core does not leak (or escape) in the pre-determined movement direction and movement path (e.g., cold tube) in order to maintain the reactor from this problem. Thus, the cover 6 of the relief device is displaced from the normal position shown in FIG. 1 to the position shown in FIG. 2.

커버(6)는 저온관을 따라 이동하던 냉각재의 유량이 현저하게 줄어들면 이의 자중에 의해 아래로 떨어지면서 저온관 노즐(3;도 1 참조) 내부 단면을 차단하게 된다. 즉, 냉각재의 공급으로 들어 올려져 있던 상부 리드(6a)와 하부 리드(6b)가 냉각재 공급량 저하로 자연스럽게 제1힌지부(5)와 제2힌지부(8)에 종속되어 하방으로 떨어지게 된다(도 1 참조).The cover 6 blocks the internal end face of the cold tube nozzle 3 (see FIG. 1) while falling down by its own weight when the flow rate of the coolant moving along the cold tube is significantly reduced. That is, the upper lead 6a and the lower lead 6b, which have been lifted by the supply of the coolant, fall naturally downward depending on the first hinge part 5 and the second hinge part 8 due to the decrease in the coolant supply amount ( See FIG. 1).

상부 리드(6a)와 하부 리드(6b)로 구성된 커버(6)는 저온관 노즐 단면을 폐쇄하여서 냉각재의 역류를 방지할 수 있게 된다.The cover 6 composed of the upper lid 6a and the lower lid 6b can close the cold tube nozzle end face to prevent backflow of the coolant.

바람직하기로, 상부 리드(6a)와 하부 리드(6b)가 저온관 노즐 단면을 확실하게 폐쇄하기 위해서는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 제2힌지부(8)를 수단으로 하여 접철가능하게 결합되어 있지만 후방으로, 구체적으로 저온관 쪽으로 꺾이지 않도록 설계되었다.Preferably, the upper lid 6a and the lower lid 6b are foldable by means of the second hinge portion 8 as shown in FIGS. 1 and 2 in order to reliably close the cold tube nozzle cross section. It is coupled but designed to not bend backwards, specifically towards the cold tube.

도 2의 원호는 본 발명의 커버를 정면에서 바라본 것으로, 상부 리드(6a)와 하부 리드(6b)의 접합면을 상호 대응되게 치상돌기형상으로 형성되어 서로 맞물려져 있어 냉각재가 저온관으로 누출되는 것을 방지할 수 있다.The arc of FIG. 2 is a front view of the cover of the present invention, and the joining surfaces of the upper lead 6a and the lower lead 6b are formed in a tooth-like protrusion to correspond to each other and are engaged with each other so that the coolant leaks into the cold tube. Can be prevented.

도 3은 본 발명에 따른 완화장치의 제2실시예를 도시한 개략도이다.3 is a schematic view showing a second embodiment of the relief device according to the present invention.

도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예는 도 1 또는 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에서 상부 리드(6a)를 제외하고는 유사한 구조로 되어 있다. 따라서, 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성부재에 대한 설명은 여기서는 배제할 것이다.The second embodiment of the present invention shown in FIG. 3 has a similar structure except for the upper lead 6a in the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 or FIG. Accordingly, descriptions of similar or identical components will be omitted herein for the sake of clarity of understanding.

본 발명의 제2실시예에 따른 완화장치는 도시되었듯이 상부 리드에 무게추(13)를 추가로 구비하도록 한다. 무게추(13)는 힌지부(5)를 중심으로 하여 노심지지 배럴(2) 측을 향하는 측면 상에 위치되어, 냉각재의 유동이 없어지게 되면 더욱 신속하게 상부 리드를 하방으로 낙하시켜 저온관 노즐 단면을 차단할 수 있도록 한다.Relief device according to a second embodiment of the present invention is to be provided with a weight 13 in the upper lead as shown. The weight 13 is located on the side facing the core support barrel 2 with the hinge portion 5 as the center, and when the flow of coolant disappears, the upper lead is dropped more quickly to lower the cold tube nozzle. Make sure to cut off the cross section.

도 4는 냉각재 상실사고가 발생할 경우에 종래기술과 본 발명에서 나타나는 핵연료 피복재 최고온도를 도시한 그래프도이다.Figure 4 is a graph showing the nuclear fuel cladding maximum temperature appearing in the prior art and the present invention when a coolant loss accident occurs.

상부에 도시된 도면(a)은 냉각재 상실사고시 본 발명에 따른 완화장치를 구비하지 않은 원자로 내의 핵연료 피복재의 온도를 시간 추이에 따라 도시하고 있으며, 하부에 도시된 도면(b)은 냉각재 상실사고시 본 발명에 따른 완화장치를 구비한 원자로 내의 핵연료 피복재의 온도를 시간 추이에 따라 도시한 것이다.Figure (a) shown in the upper part shows the temperature of the fuel cladding in the reactor without a mitigation device according to the present invention over time in the case of the coolant loss accident, and Figure (b) shown in the lower part is the case of the coolant loss accident The temperature of the nuclear fuel cladding in the reactor with the mitigating device according to the invention is shown over time.

도시된 바와 같이, 완화장치를 구비하지 않은 핵연료 피복재는 1126K까지 상승하게 되는데, 이는 원자로 안전해석 규제요건에서 제시하고 있는 첨두 핵연료 피복재 연료인 1478K와 비교시 352K의 여유도만을 가지게 된다는 사실을 확인할 수 있다.As shown, the nuclear fuel cladding without mitigation rises to 1126K, which shows that it has only a margin of 352K compared to 1478K, the peak fuel cladding fuel set out in the nuclear reactor safety analysis requirements. have.

하지만, 본 발명에 따른 완화장치를 구비한 핵연료 피복재는 634K까지 상승하여 원자로 안전해석 규제요건과 비교할 때 대략 844K의 여유도를 가지게 된다.However, the nuclear fuel cladding with mitigation device according to the present invention will rise to 634K and have a margin of approximately 844K when compared to the nuclear reactor safety analysis requirements.

이러한 수치는 본 발명을 적용하였을 경우, 대형 냉각재 상실사고시 노심의 냉각재가 저온관으로 역류하는 정도를 완화시켜 냉각재의 재고량을 노심에 확보할 수 있어 노심에서 발생되는 열을 효과적으로 제거하였음을 의미한다.When the present invention is applied to the present invention, it is possible to reduce the degree of backflow of the coolant of the core back to the low temperature pipe in the event of large loss of coolant, thereby securing the inventory of the coolant in the core, thereby effectively removing heat generated in the core.

본 발명의 완화장치는 저온관으로 냉각재의 역류를 방지하기 위해서 커버와 저온관 노즐 내주면에 밀봉부재를 추가로 구비할 수 있다.
The relief device of the present invention may further include a sealing member on the cover and the inner circumferential surface of the low temperature pipe nozzle to prevent the backflow of the coolant to the low temperature pipe.

또한, 본 발명은 전술된 상세한 설명과 첨부도면에 국한되지 않고 다음의 청구범위의 범주와 범위 내에서 변경가능함을 미리 밝혀둔다.
It is also to be understood that the invention is not limited to the foregoing detailed description and accompanying drawings, but may be modified within the scope and scope of the following claims.

1 ----- 저온관,
2 ----- 노심지지 배럴,
3 ----- 저온관 노즐,
4 ----- 고정홈,
5,8 ----- 힌지부,
6a, 6b ----- 리드(lid),
13 ----- 무게추.1 ----- low temperature tube,
2 ----- core support barrel,
3 ----- cold tube nozzle,
4 ----- fixing groove,
5,8 ----- hinge part,
6a, 6b ----- lid,
13 ----- Weight.

Claims (7)

상부 리드(6a)와;
이 상부 리드(6a)에 접철가능하게 결합되어 있는 하부 리드(6b); 및
상기 상부 리드(6a)와 하부 리드(6b)를 접철가능하게 결합하는 제2힌지부(8);를 구비하여, 저온관(1)의 저온관 노즐(3)과 노심지지 배럴(2)의 인접 부위에 위치되어 냉각재의 유동방향을 강제로 안내할 수 있는 커버(6)로 이루어지고,
상기 커버(6)는 상기 저온관 노즐(3)의 상측에 형성된 고정홈(4)에 제1힌지부(5)를 매개로 하여 상기 저온관 노즐 상측에서 회동가능하게 결합되어 상기 저온관 노즐(3)의 단면을 차단 혹은 개방할 수 있도록 되어 있는, 원자로 대형냉각재 상실사고 완화장치.
An upper lead 6a;
A lower lead 6b foldably coupled to the upper lead 6a; And
And a second hinge portion 8 that foldably couples the upper lead 6a and the lower lead 6b to each other. It is made of a cover (6) which is located in the adjacent area and can forcibly guide the flow direction of the coolant,
The cover 6 is rotatably coupled to the fixing groove 4 formed on the upper side of the cold tube nozzle 3 through the first hinge portion 5 so as to be rotatable above the cold tube nozzle. Relief system for large reactor coolant loss, which is to block or open the cross section of 3).
제1항에 있어서, 상기 커버(6)의 단면은 상기 저온관 노즐의 단면과 동일한 형상으로 이루어져 있는 원자로 대형냉각재 상실사고 완화장치.
2. The apparatus for mitigating a large reactor coolant loss of a reactor according to claim 1, wherein a cross section of the cover (6) has the same shape as a cross section of the cold tube nozzle.
제1항에 있어서, 상기 하부 리드(6b)는 정상 운전시 상기 노심지지 배럴(2) 내부면에 겹쳐지게 배열되는 원자로 대형냉각재 상실사고 완화장치.
2. The apparatus of claim 1, wherein the lower lid (6b) is arranged to overlap the inner surface of the core support barrel (2) during normal operation.
제1항에 있어서, 상기 상부 리드(6a)와 하부 리드(6b)는 냉각재 상실사고시 저온관 쪽으로 꺾이지 않도록 되어 있게 형성되는 원자로 대형냉각재 상실사고 완화장치.
2. The apparatus of claim 1, wherein the upper lead (6a) and the lower lead (6b) are formed so as not to be bent toward the low temperature pipe in the case of the loss of the coolant.
제1항에 있어서, 상기 상부 리드(6a)와 하부 리드(6b)의 접합면은 상호 대응되는 치상돌기형상으로 맞물려 있는 원자로 대형냉각재 상실사고 완화장치.
2. The apparatus of claim 1, wherein the joining surfaces of the upper lead (6a) and the lower lead (6b) are engaged with each other in the shape of a corresponding protrusion.
제1항에 있어서, 상기 상부 리드(6a)는 무게추(13)를 추가로 구비하는 원자로 대형냉각재 상실사고 완화장치.
2. The apparatus of claim 1, wherein the upper lead (6a) further comprises a weight (13).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 커버(6)와 저온관 노즐의 접촉 부위에 밀봉부재를 추가로 구비하는 원자로 대형냉각재 상실사고 완화장치.


3. The reactor large coolant loss mitigation apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a sealing member at a contact portion between the cover (6) and the low temperature pipe nozzle.


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