KR101221812B1

KR101221812B1 - 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크

Info

Publication number: KR101221812B1
Application number: KR1020110087092A
Authority: KR
Inventors: 종 천; 유성창; 이석호; 유극종; 강상희
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-01-14

Abstract

본 발명은 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크에 관한 것으로, 보충수를 공급받는 본체하우징, 상기 본체하우징의 하단과 증기 발생기를 연결하여 증기 발생기에서 보충수 부족시 보충수를 보충하도록 연결된 보충수 주입배관을 갖는 피동형 경수로에 설치된 보충수 탱크에 있어서; 상기 본체하우징의 하측 공간을 상,하로 구획하는 원반형상의 분할판; 상기 분할판에 형성된 통공; 상기 분할판의 저면에 일체로 고정되고, 상기 분할판을 지지하는 지지부재; 상기 지지부재를 두께방향으로 관통하여 형성된 다수의 관통공; 상기 분할판의 하측에서 하측공간에 저수된 보충수에 부유된 상태로 승하강되면서 상기 통공을 개폐하는 이동디스크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크를 제공한다.
본 발명에 따르면, 정상 운전시 보충수 탱크 내에 설치된 압력 평형 수단의 하부 압력에 의해 주입 유로를 차단할 수 있으며, 사고가 발생하여 증기 발생기의 수위가 낮아지면 압력 평형 수단이 하부로 이동하여 보충수 탱크 내의 냉각수가 증기 발생기로 주입되어 안전성을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크{PASSIVE EMERGENCY MAKEUP TANK FOR WATER LEVEL CONTROL}

본 발명은 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사고시 증기 발생기 수위가 보충수 탱크의 설정 수위보다 낮아지면 압력 평형 수단이 차압에 의해 하부로 이동되어 증기 발생기 수위와 보충수 탱크 설정 수위만큼 충수되어 증기 발생기 수위를 일정하게 유지할 수 있도록 한 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크에 관한 것이다.

원자력 발전소는 지금까지 경제성이나 안전성 및 환경보존성 등에 있어서 수력발전소나 화력발전소에 비해 우월한 운전 성능을 보이며, 중요한 전력생산 수단으로 자리잡아 왔다.

원자력발전은 핵분열물질의 핵분열 과정에서 발생하는 에너지를 이용하여 전력을 생산하는데, 이 과정에서 발생하는 방사성 물질이 비정상적으로 누출되는 사고가 발생하면 대형 재해로 발전될 염려가 있으므로, 원자력 발전소의 안전성은 항상 최우선 과제로 다루어져 왔다.

그에 따라, 기존의 원자력 발전소도 합리적인 안전성을 지닌 것으로 평가되고 있기는 하지만, 안전성을 획기적으로 향상시킨 차세대 원자로의 개발이 전세계적으로 활발하다.

그 중 하나로, 가압경수로형 원자력발전을 들 수 있는데, 가압경수로(PWR)의 대표적인 차세대 원자로형은 개량형(evolutionary type)과 피동형(passive type)으로 나뉜다.

이 경우, 개량형은 기존의 경수로 설계를 거의 그대로 이용하면서 일부분의 설계만 개선한 것으로서, 특히 계통 및 기기의 신뢰도 향상과 인간과의 접속부 설계의 개선에 중점을 둔다.

반면, 피동형은 기존 경수로에서 입증된 기술들을 채택하기는 하지만, 외부 동력의 공급이 필요한 능동적 수단보다는 자연현상에 의한 피동적 수단에 의해 원자로의 안전성이 담보되는 특징을 갖는다.

여기서, 자연현상이란 중력, 자연순환, 또는 응축과 비등 등을 의미한다.

이러한 경수로에서 일반적으로 원자로 사고 후 급수계통이 작동하지 않을 경우, 펌프를 이용하는 보조급수 계통이 작동하여 원자로의 잔열을 증기발생기를 통해 제거하고 있다.

펌프를 사용하는 보조급수계통은 운전원의 실수, 전원상실, 펌프의 오작동 등에 의해 실패의 가능성이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 원자로 사고시에 증기발생기의 이차측에서 발생하는 증기를 응축하여 원자로 잔열을 피동적으로 냉각함으로써, 원자력발전소의 안전성과 경제성을 높일 수 있는 피동형 이차 응축계통의 개념이 제안되었으며, 일예로 등록특허 제0261752호를 들 수 있는데, 이는 비등경수로의 수직형 격리응축기(Isolation condenser)와, 그 격리응축기와 열교환이 일어날 수 있는 냉각수를 포함하는 격리응축기 수조, 증기발생기와 상기 격리응축기를 연결하는 배관 및 보충수 탱크를 포함하고 있다.

그런데, 종래 보충수 탱크는 주증기 배관과 주급수 배관 사이에 설치되고, 보충수 탱크 하부 주입 배관에 밸브를 설치하여 필요시 밸브를 열어 보충수 탱크의 물을 증기 발생기로 보충하도록 구성한 것이어서 보충수 탱크의 수위를 조절하기 위해서는 인력을 통해 보충수의 양을 일일이 점검해야 하고, 또 증기 발생기로 물을 보충해야 하며, 수위를 제어하기 위해 밸브를 수동으로 조작해야 하는 번거로움이 있다.

이와 관련하여, 미국공개특허 제2007-0253518호와 국내공개특허 제1996-0048721호가 있으나, 전자는 원자력발전소의 1차측 냉각을 위한 피동안전계통에 관한 것으로 노심에 탱크의 물을 주입하여 냉각하는 계통에 관한 기술이고, 후자는 증기발생기에서 발생하는 증기에 포함된 불응축성 기체의 양만큼 소식되는 냉각수를 보충하기 위한 증기발생기 보충수탱크를 포함하는 기술이나 상술한 문제를 해결하는 것과 상당한 차이가 있는 것으로 확인되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 증기 발생기 수위와 보충수 탱크의 수위가 압력 평형장치에 의해 자동조절되어 증기 발생기 수위가 보충추 탱크의 수위보다 낮아질 경우 자동으로 공급되어 증기 발생기의 수위를 일정하게 유지시킴으로써 작업인력을 줄이고, 편의성과 안전성이 더욱 향상되도록 한 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 보충수를 공급받는 본체하우징, 상기 본체하우징의 하단과 증기 발생기를 연결하여 증기 발생기에서 보충수 부족시 보충수를 보충하도록 연결된 보충수 주입배관을 갖는 피동형 경수로에 설치된 보충수 탱크에 있어서; 상기 본체하우징의 하측 공간을 상,하로 구획하는 원반형상의 분할판; 상기 분할판에 형성된 통공; 상기 분할판의 저면에 일체로 고정되고, 상기 분할판을 지지하는 지지부재; 상기 지지부재를 두께방향으로 관통하여 형성된 다수의 관통공; 상기 분할판의 하측에서 하측공간에 저수된 보충수에 부유된 상태로 승하강되면서 상기 통공을 개폐하는 이동디스크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크를 제공한다.

이때, 상기 통공은 방사상으로 형성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 지지부재는 원통형상으로 형성된 부재인 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 이동디스크의 상면 테두리부에는 둘레방향을 따라 형성되고, 상부로 돌출된 반원형상의 돌기가 형성되고; 상기 분할판의 저면에는 상기 돌기가 맞물릴 수 있도록 대응되는 형상의 오목부가 더 형성되어 밀폐시 기밀을 유지할 수 있도록 구성된 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 정상 운전시 보충수 탱크 내에 설치된 압력 평형 수단의 하부 압력에 의해 주입 유로를 차단할 수 있으며, 사고가 발생하여 증기 발생기의 수위가 낮아지면 압력 평형 수단이 하부로 이동하여 보충수 탱크 내의 냉각수가 증기 발생기로 주입되어 안전성을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크의 일 예를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크에 설치된 압력 평형 수단의 세부 구성을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크가 설치된 응축 계통의 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크의 일 예를 보인 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크(100)는 본체하우징(110)을 포함한다.

상기 본체하우징(110)은 내부에 보충수가 저수된 상태에서 일정수위를 유지하도록 조절된다.

이를 위해, 상기 본체하우징(110)의 내부 하측에는 압력 평형 수단(200)이 설치된다.

여기에서, 상기 압력 평형 수단(200)은 도 1의 도시와 같은 기하학적 구조로 설계되어 본체하우징(110)의 내부 수위를 조절하게 된다.

즉, 상기 압력 평형 수단(200)은 도 2의 (A),(B),(C)에 도시된 바와 같이, 분할판(210), 지지부재(220a,220b), 그리고 이동디스크(230)로 구성된다.

이때, 상기 도 2는 본 발명에 따른 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크에 설치된 압력 평형 수단의 세부 구성을 보인 예시도를 나타낸다.

이 경우, 상기 분할판(210)은 원반형태의 디스크로서 본체하우징(110)의 상하 길이를 구획하게 된다.

또한, 상기 분할판(210)은 도 2의 (B)와 같이, 일정반경 내에 다수의 통공(212)이 자유롭게 관통형성되는데, 바람직하기로는 방사상으로 형성되면 좋다.

특히, 상기 통공(212)은 일정반경 내에만 형성되어야 하는데, 이는 도 2의 (C)에 도시된 바와 같은 이동디스크(230)의 상면 테두리에 의해 밀착되는 부위를 제외한 그 안쪽 반경 내에 형성되어야 한다.

뿐만 아니라, 상기 지지부재(220a,220b)는 예시된 바와 같이 파이프 형상 혹은 봉상으로 형성된 것이 적어도 2개, 바람직하기로는 120°간격을 두고 3개 구비되면 좋다.

더 바람직하기로는, 상기 지지부재(220a,220b)가 하나의 원통을 구성할 수 있는데, 이를 통해 도 1 및 도 3과 같이 분할판(210)의 하부 공간 일부를 밀폐시킬 수 있게 된다.

그리고, 상기 지지부재(220a,220b)에는 다수의 관통공(222)이 천공 형성된다.

상기 관통공(222)은 본체하우징(110)에 채워진 보충수가 입출될 수 있도록 안내하여 압력 변동에 따른 보충수의 유동을 조절하게 된다.

또한, 상기 이동디스크(230)는 상기 지지부재(220a,220b)로 둘러싸인 내부 공간상에 배치되고, 보충수 상에 부유되는 것으로 상면에는 둘레 방향으로 일정 폭을 기밀유지용 돌기(232)가 돌출형성된다.

다시 말해, 상기 돌기(232)는 반원형 링과 같은 형상이라고 생각하면 된다.

아울러, 도 2에는 상세하게 도시되어 있지 않으나 상기 분할판(210)의 배면, 즉 상기 지지부재(220a,220b)와 간섭되지 않는 지지부재(220a,220b) 안쪽 부분의 분할판(210) 저면에는 상기 돌기(232)가 대응 삽입될 수 있는 오목부(미도시)가 형성되어 상호 맞물려 기밀을 유지할 수 있도록 구성된다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크가 설치된 응축 계통의 예시도인데, 이에 따르면 본체하우징(110)의 상부에는 보충수 공급관(120)이 연결되어 보충수를 공급할 수 있도록 구성되고, 본체하우징(110)의 하부에는 증기 발생기(300)와 연결된 보충수 주입배관(310)이 구비되어 증기 발생기(300)에서 보충수가 부족할 때 상기 보충수 주입배관(310)을 통해 본체하우징(110) 내부의 보충수가 증기 발생기(300)로 보충될 수 있도록 구성된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같은 작동관계를 갖는다.

작동설명에 앞서, 상기 증기 발생기(300)와 본체하우징(110) 사이에는 증기 발생기(300)의 보충수 수위가 일정하게 유지되도록 압력 설정이 되어 있음을 전제로 한다.

정상 상태일 때는 분할판(210) 하부 공간에는 일정압이 유지되고, 바닥부로부터 일정높이로 보충수가 체류하고 있으므로 이동디스크(230)는 최대로 상승하여 돌기(232)가 분할판(210)의 저면 대응개소의 오목부(미도시)에 맞물려 기밀을 유지하게 된다.

따라서, 분할판(210) 상부에 저수중인 보충수가 분할판(210)의 통공(212)을 통해 하부로 유입되더라도 이동디스크(230)에 의해 밀폐된 상태가 유지되므로 분할판(210)의 하부 공간으로 침투되지 못하며 그 상태로 압력이 유지되어 증기 발생기(300)의 보충수 수위를 일정하게 유지하게 된다.

이와 같은 상태를 유지하다가 사고시 혹은 여러가지 요인에 의해 증기 발생기(300)의 보충수 수위가 낮아지게 되면 평형을 유지하고 있던 압력에 변동이 생기게 된다.

즉, 증기 발생기(300) 측 압력이 낮아지게 되므로 상대적으로 본체하우징(110) 쪽 압력이 높아지게 되므로 자연스럽게 본체하우징(110) 쪽 보충수가 보충수 주입배관(310)을 타고 증기 발생기(300) 쪽으로 이동하면서 증기 발생기(300) 쪽 보충수 수위를 설정치로 맞추게 된다.

이와 동시에, 분할판(210) 하부 공간에 저수되어 있던 보충수가 빠져 나가게 되므로 수위가 낮아지면서 이동디스크(230)는 하강하게 되고, 이에 따라 밀폐되었던 분할판(210)의 하부가 개방되므로 통공(212)을 통해 상부의 보충수가 분할판(210)의 하부공간, 즉 압력조절공간 내부로 유입되게 된다.

이러한 과정이 수행되는 동안 채워지는 보충수의 수위가 높아지면서 다시 이동디스크(230)가 상승하여 통공(212)을 밀폐하면 보충수는 더 이상 유입되지 않게 되고, 그 시점이 증기 발생기(300) 측 보충수와 본체하우징(110) 측 보충수 간 압력이 평형을 이루는 시점이 된다.

이와 같은 과정을 반복하면서 자동으로 보충수를 충수하게 되어 보충수의 유무를 점검하기 위해 인력을 낭비할 필요도 없고, 자동으로 보충수가 보충되므로 설비를 안전하게 운전시킬 수 있으며, 그 만큼 편의성이 증대되는 장점을 얻을 수 있게 된다.

100 : 보충수 탱크 110 : 본체하우징
120 : 보충수 공급배관 200 : 압력 평형 수단
210 : 분할판 220a,220b : 지지부재
230 : 이동디스크 300 : 증기 발생기
310 : 보충수 주입배관

Claims

보충수를 공급받는 본체하우징, 상기 본체하우징의 하단과 증기 발생기를 연결하여 증기 발생기에서 보충수 부족시 보충수를 보충하도록 연결된 보충수 주입배관을 갖는 피동형 경수로에 설치된 보충수 탱크에 있어서;
상기 본체하우징의 하측 공간을 상,하로 구획하는 원반형상의 분할판;
상기 분할판에 형성된 통공;
상기 분할판의 저면에 일체로 고정되고, 상기 분할판을 지지하는 지지부재;
상기 지지부재를 두께방향으로 관통하여 형성된 다수의 관통공;
상기 분할판의 하측에서 하측공간에 저수된 보충수에 부유된 상태로 승하강되면서 상기 통공을 개폐하는 이동디스크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크.
청구항 1에 있어서;
상기 통공은 방사상으로 형성된 것을 특징으로 하는 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크.
청구항 1에 있어서;
상기 지지부재는 원통형상으로 형성된 부재인 것을 특징으로 하는 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크.
청구항 1에 있어서;
상기 이동디스크의 상면 테두리부에는 둘레방향을 따라 형성되고, 상부로 돌출된 반원형상의 돌기가 형성되고; 상기 분할판의 저면에는 상기 돌기가 맞물릴 수 있도록 대응되는 형상의 오목부가 더 형성되어 밀폐시 기밀을 유지할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 수위 조절이 가능한 피동형 보충수 탱크.