KR101463444B1 - 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치 및 이를 이용한 냉각재 누설 검지 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 원자로 용기 헤드에 설치되는 배관부와, 상기 배관부에 연결되고 냉각재 누설시 냉각재를 흡입하도록 누설이 의심되는 부분에 설치되는 벤추리관과, 상기 벤추리관을 통해 냉각재가 흡입되고 흡입된 냉각재가 상기 배관부를 통해 이동될 수 있도록 상기 배관부로 압축공기를 공급하도록 형성되는 공기공급유닛과, 상기 배관부를 통해 이동된 냉각재를 감지하여 상기 벤추리관 주변의 냉각재 누설 여부를 검출하도록 형성되는 누설검지센서와, 상기 배관부 내에 설치되는 광섬유와, 상기 광섬유에 입사되는 펄스형 레이저를 발생시키도록 형성되는 광원과, 상기 광섬유와 상기 광원 간의 경로 상에 배치되어 상기 광섬유로 입사하는 입사광과 상기 광섬유로부터 되반사되는 반사광을 분리시키도록 형성되는 신호분리기, 및 상기 반사광을 이용하여 상기 배관부의 온도 분포를 측정하도록 형성되는 신호처리기를 포함하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치 및 이를 이용한 냉각재 누설 검지 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 원자로 용기 헤드에서 냉각재의 누설이 발생할 경우, 누설 여부 및 누설 위치를 실시간으로 감시할 수 있는 냉각재 누설 검지 장치 및 이를 이용한 냉각재 누설 검지 방법에 관한 것이다.
원자로 압력 용기(RPV, Reactor Pressure Vessel)는 원자력 발전소의 핵심 설비로서, 내부에 핵연료봉과 냉각재를 수용하는 바디 및 제어봉 구동 장치의 설치를 위한 관통구를 구비하는 헤드를 포함한다. 정상적인 상황에서는 원자로 압력 용기가 고온 고압에 견디도록 설계되어 냉각재가 안전하게 격리되어 있지만, 완전 밀봉의 어려움, 노화 등에 의해 원자로 용기 헤드의 관통구 주변에서 냉각재가 누설될 위험이 있다. 실제로 미국에서는 냉각재 누설에 의한 원자로 헤드 손상이 보고되었고, 국내에서도 응력 부식 결함으로 추정되는 원인에 의해 냉각재가 누설된 사례가 보고되었다.
이와 같이 원자로 용기 헤드에서의 냉각재 누설은 누설부위, 누설량, 누설기간 등에 따라 원자력 발전소의 안전 운영에 영향을 미칠 수 있으므로 이에 대한 조기 검지 및 적절한 조치가 요구된다.
원자로 용기 헤드의 냉각재 누설을 검지하기 위한 대표적인 기술에는 육안에 의한 붕산 석출 검사가 있다. 일반적으로 가압 경수로형 원자력 발전소에서는 핵연료의 연소도를 조절하기 위하여 냉각재에 붕산을 첨가하며, 냉각재 누설시 붕산이 누설 부위에 석출되기 때문에 간접적으로 누설 여부 및 누설 위치를 알 수 있다. 붕산 석출이 관측되면 추가적으로 비파괴 검사를 이용한 체적 검사를 수행하여 누설 원인을 분석한다. 상기 방법은 소량의 누설 검지에는 부적합하고, 실시간으로 누설 여부 및 누설 위치를 검지할 수 없고, 일정 간격으로 수행되는 정기 검사 시에만 사용할 수 있다.
다른 방법으로는 원자력 발전소의 누설 검지 시스템인 FLUS에서 채택한 누설 위치 검지 방법이 있다. 상기 방법은 다공질 금속 센서가 장착된 센서 튜브를 원자로의 배관 주변에 설치한 후 누설된 냉각재가 배관 내로 확산되어 들어올 경우 습도 변화를 측정하여 누설 여부를 판단한다. 이 방법은 주기적으로 습도 센서를 교환해 주어야 하고, 주변부의 급격한 습도 변화에 의하여 오작동할 우려가 있으며, 수동적 흡입 방식을 사용하기 때문에 소량의 누설 측정이 불가능한 단점이 있다.
이 외에도 배관 등에서 균열이 생길 경우 발생되는 음파를 음향센서를 통해 측정하여 냉각재의 누설 여부를 감지하는 기술이 있다. 그러나 음향센서가 배경 잡음 신호에 아주 민감하게 반응하여 정확한 감지가 어렵다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 여러 음향기술을 이용하여 배경 잡음 효과를 줄이기 위한 노력이 이루어지고 있으나, 현재로서는 현장 적용이 어려운 실정이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 공개특허공보 제10-2012-0094675호(2012.08.27.), 등록특허공보 제10-1026236호(2011.03.31.) 및 등록특허공보 제10-0536940호(2005.12.14.)에 개시되어 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 공개특허공보 제10-2012-0094675호(2012.08.27.), 등록특허공보 제10-1026236호(2011.03.31.) 및 등록특허공보 제10-0536940호(2005.12.14.)에 개시되어 있다.
본 발명은 원자로 용기 헤드의 관통관 주위에서 냉각재의 누설이 발생할 경우, 누설 여부 및 누설 위치를 실시간으로 감시할 수 있는 냉각재 누설 검지 장치 및 이를 이용한 냉각재 누설 검지 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치는, 원자로 용기 헤드에 설치되는 배관부와, 상기 배관부에 연결되고 냉각재 누설시 냉각재를 흡입하도록 누설이 의심되는 부분에 설치되는 벤추리관과, 상기 벤추리관을 통해 냉각재가 흡입되고 흡입된 냉각재가 상기 배관부를 통해 이동될 수 있도록 상기 배관부로 압축공기를 공급하도록 형성되는 공기공급유닛과, 상기 배관부를 통해 이동된 냉각재를 감지하여 상기 벤추리관 주변의 냉각재 누설 여부를 검출하도록 형성되는 누설검지센서와, 상기 배관부 내에 설치되는 광섬유와, 상기 광섬유에 입사되는 펄스형 레이저를 발생시키도록 형성되는 광원과, 상기 광섬유와 상기 광원 간의 경로 상에 배치되어 상기 광섬유로 입사하는 입사광과 상기 광섬유로부터 되반사되는 반사광을 분리시키도록 형성되는 신호분리기, 및 상기 반사광을 이용하여 상기 배관부의 온도 분포를 측정하도록 형성되는 신호처리기를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 원자로 용기 헤드의 보다 넓은 면적을 검지 가능하도록, 상기 배관부는 적어도 일 부분이 벤딩된 형태로 형성된다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 냉각재가 누설되어 분산되기 전에 냉각재의 누설 위치를 바로 확인할 수 있도록, 상기 배관부는 상기 원자로 용기 헤드를 덮는 보온재 아래에 설치된다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 배관부는, 서로 나란히 배치되는 제1배관과 제2배관, 및 상기 제1 및 제2배관을 연결하고 상기 벤추리관이 설치되는 연결배관을 구비한다.
상기 제1배관에는 상기 벤추리관이 냉각재를 흡입할 수 있도록 개폐를 통하여 압축공기를 유입시키는 솔레노이드 밸브가 설치될 수 있으며, 상기 제2배관에는 상기 벤추리관에 의해 흡입된 냉각재를 상기 누설검지센서를 향하여 이동시킬 수 있도록 압력을 조절 가능하게 형성되는 정압 밸브가 설치될 수 있다.
또한, 상기 광섬유는 상기 제1 및 제2배관 중 적어도 어느 하나의 배관에 설치될 수 있다. 상기 적어도 어느 하나의 배관은 방사선에 의한 상기 광섬유의 열화를 방지할 수 있는 금속 재질로 형성될 수 있다. 또는, 방사선에 의한 상기 광섬유의 열화를 방지할 수 있도록, 상기 냉각재 누설 검지 장치는, 상기 적어도 어느 하나의 배관 내에 상기 광섬유를 감싸도록 구성되는 방사선차폐부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 신호분리기는 상기 반사광 중 라만 분광 신호를 분리하도록 형성되며, 상기 신호처리기는 상기 라만 분광 신호의 스톡스광에 대한 안티-스톡스광의 비율을 이용하여 상기 반사광의 반사 지점에서의 온도를 측정하도록 형성된다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 신호분리기는 상기 반사광 중 브릴루앙 분광 신호를 분리하도록 형성되며, 상기 신호처리기는 상기 브릴루앙 분광 신호를 이용하여 상기 반사광의 반사 지점에서의 온도를 측정하도록 형성된다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 냉각재 누설 검지 장치는, 상기 누설검지센서와 상기 신호처리기의 작동을 제어하도록 형성되는 제어부, 및 상기 제어부와 연결되어 상기 벤추리관 주변의 냉각재 누설 여부 및 상기 배관부의 온도 분포를 출력하도록 형성되는 출력부를 더 포함한다.
상기 제어부는 냉각재 누설 부분에 인접한 상기 벤추리관에서 흡입된 냉각재가 누설검지센서에 도달하는 시간을 이용하여, 냉각재의 누설 부분을 검지하도록 형성될 수 있다.
아울러, 본 발명은, 벤추리관이 누설된 냉각재를 흡입할 수 있도록 상기 벤추리관과 연결되는 배관부에 압축공기를 공급하는 단계와, 누설검지센서를 이용하여 상기 벤추리관을 통해 흡입된 냉각재를 검출하는 단계와, 상기 배관부 내에 설치되는 광섬유에 펄스형 레이저를 입사시키는 단계와, 신호처리기를 이용하여 상기 광섬유로부터 되반사되는 반사광을 통해 상기 배관부의 온도 분포를 측정하는 단계, 및 상기 누설검지센서 및 상기 신호처리기의 검출 데이터를 분석하여 냉각재의 누설이 발생된 부분을 판별하는 단계를 포함하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 방법을 제안한다.
본 발명은 원자로 용기 헤드에 벤추리관을 설치하여 냉각재를 검출하는 방법과 병행하여 배관부 내에 광섬유를 설치하여 배관부의 온도 분포를 동시에 측정하도록 구성되므로, 냉각재 누설 검지의 신뢰도가 향상될 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 냉각재의 누설여부, 누설량 및 누설위치를 실시간으로 감시할 수 있는 바, 원자력 발전소의 안전성이 향상될 수 있다.
본 발명에 의하면, 광섬유는 배관부 내에 설치되어 구조적으로 단순한 냉각재 누설 검지 장치가 제공될 수 있다. 아울러, 배관부가 방사선차폐 기능을 갖는 금속 재질로 형성되거나 별도의 방사선차폐부재가 배관부 내에 광섬유를 감싸도록 구성됨으로써, 방사선에 의한 광섬유의 열화가 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예와 관련된 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치를 보인 개념도.
도 2는 도 1의 원자로 용기 헤드에서 냉각재가 누설될 경우, 누설검지센서와 신호처리기를 이용하여 누설 여부 및 누설 위치를 검지하는 일 예를 보인 개념도.
도 2는 도 1의 원자로 용기 헤드에서 냉각재가 누설될 경우, 누설검지센서와 신호처리기를 이용하여 누설 여부 및 누설 위치를 검지하는 일 예를 보인 개념도.
이하, 본 발명에 관련된 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치 및 이를 이용한 냉각재 누설 검지 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시 예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예와 관련된 원자로 용기 헤드(10)의 냉각재 누설 검지 장치(100)를 보인 개념도이다. 본 도면에서는 원자로 용기 헤드(10)에 설치되지만 냉각재 누설 검지 장치(100)와 직접적으로 관련이 없는 구성은 설명의 편의상 생략하였다.
도 1을 참조하면, 냉각재 누설 검지 장치(100)는 원자로 용기 헤드(10)에 설치되어 냉각재의 누설 여부 및 누설 위치를 실시간으로 감시하도록 이루어진다. 냉각재 누설 검지 장치(100)는 배관부(110), 벤추리관(120), 공기공급유닛(130) 및 누설검지센서(140)를 포함하는 냉각재 검출 구조와 광섬유(150), 광원(160), 신호분리기(170) 및 신호처리기(180)를 포함하는 배관부(110)의 온도 분포 측정 구조를 구비한다.
냉각재 검출 구조를 먼저 살펴보면, 원자로 용기 헤드(10)에는 배관부(110)가 설치된다. 배관부(110)는, 원자로 용기 헤드(10)의 보다 넓은 면적을 검지 가능하도록, 적어도 일 부분이 벤딩된 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 본 도면에서는, 배관부(110)가 'ㄹ'자 형태로 벤딩되어 원자로 용기 헤드(10)의 대부분의 면적을 커버하도록 구성된 것을 예시하고 있다.
냉각재가 누설되어 분산되기 전에 냉각재의 누설 위치를 바로 확인할 수 있도록, 배관부(110)는 원자로 용기 헤드(10)를 덮는 보온재(미도시) 아래에 설치되는 것이 바람직하다. 만일, 배관부(110)가 보온재 상에 배치된다면 냉각재가 보온재를 거치면서 분산되어 정확한 누설 위치를 확인하기 어렵기 때문이다. 또한 상기 구조에 의하면, 냉각재가 누설로 인한 국지적인 온도 상승을 보다 정확히 측정할 수 있다.
배관부(110)는 제1배관(111), 제2배관(112) 및 연결배관(113)을 구비한다. 제1 및 제2배관(111, 112)은 서로 나란히 배치되며, 연결배관(113)에 의하여 연결된다. 본 도면에서는, 연결배관(113)이 제1 및 제2배관(111, 112) 사이에 수직하게 배치되며, 복수 개로 구비되어 배관부(110)의 연장 방향을 따라 각각 이격되게 설치된 것을 예시하고 있다.
연결배관(113)에는 냉각재 누설시 냉각재를 흡입하도록 형성되는 벤추리관(venturi tube, 120)이 설치된다. 벤추리관(120)은 연결배관(113)마다 설치되어, 특정 부분에서 냉각재 누설이 발생하는 경우 가장 근접한 벤추리관(120)에 의하여 누설된 냉각재가 흡입되도록 이루어진다.
공기공급유닛(130)은 상기 배관부(110)로 압축공기를 공급하여, 냉각재의 흡입력과 이송력을 발생시키도록 형성된다. 압축공기가 배관부(110)로 공급되면, 벤추리관(120)에서 능동적으로 주변 공기를 흡입하게 된다. 이때, 특정 벤추리관(120) 주위에 냉각재의 누설이 발생하면 누설된 냉각재는 벤추리관(120) 내로 흡입되게 된다. 흡입된 냉각재는 배관부(110)를 통하여 냉각재 저장배관(114)으로 이동된다.
벤추리관(120)에서 냉각재가 흡입되고 흡입된 냉각재가 냉각재 저장배관(114)으로 이동될 수 있도록, 공기공급유닛(130)과 연결되는 제1 및 제2배관(111, 112)에는 솔레노이드 밸브(131)와 정압 밸브(132)가 설치된다. 솔레노이드 밸브(131)는 제1배관(111)에 설치되고, 벤추리관(120)이 냉각재를 흡입할 수 있도록 개폐를 통하여 고압의 펄스형 압축공기를 생성한다. 솔레노이드 밸브(131)의 개폐시간은 제어부(190)에 의하여 제어될 수 있다. 정압 밸브(132)는 제2배관(112)에 설치되며, 벤추리관(120)에 의하여 흡입된 냉각재를 냉각재 저장배관(114)을 향하여 이동시키는 데에 필요한 압력을 조절 가능하게 형성된다.
냉각재 저장배관(114)에 저장된 냉각재는 누설검지센서(140)로 전송되게 된다. 누설검지센서(140)에서는 레이저 흡수 분광 기술을 이용하여 냉각재를 검출하게 된다. 솔레노이드 밸브(131)와 정압 밸브(132)에 의해 배관부(110) 내의 압력이 일정하게 유지되어 압축공기의 속도가 일정하게 유지되면, 누설 부위 근처의 벤추리관(120)에서 흡입된 시료가 누설검지센서(140)에 도달하는 시간은 벤추리관(120)과 누설검지센서(140) 사이의 거리에 비례하게 된다.
따라서, 제어부(190)는 솔레노이드 밸브(131)가 개방되고 압축공기가 공급된 이후, 누설검지센서(140)에서 누설 신호가 감지되는 시간을 측정하여, 냉각재를 흡입한 벤추리관(120)과 누설검지센서(140) 사이의 거리를 계산하고, 이를 바탕으로 누설 여부 및 누설 위치를 검지하도록 형성된다.
그러나 원자력 발전소에서는 외부 공기의 흡입 등으로 인하여 자연적인 습도 변화가 존재한다. 따라서, 상기 냉각재 검출 구조는 냉각재의 누설이 아닌 습도의 변화로 인하여 오작동을 일으킬 우려가 있다. 냉각재 누설 검지의 신뢰성을 향상시키기 위해, 본 발명에서는 누설된 냉각재를 직접 검출하는 앞선 방법과 병행하여 냉각재의 누설로 인한 원자로 용기 헤드(10)의 국지적인 온도 상승을 동시에 측정하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에서는 배관부(110)의 온도 분포를 측정함으로써 냉각재의 누설 여부 및 위치를 보다 정확히 측정할 수 있도록 이루어진다.
구체적으로, 배관부(110) 내에는 광섬유(150)가 설치된다. 광섬유(150)는 제1 및 제2배관(111, 112) 중 적어도 어느 하나의 배관에 설치될 수 있다. 본 도면에서는 제1배관(111) 내에 광섬유(150)가 삽입된 것을 보이고 있다. 광섬유(150)가 제1배관(111) 내에 용이하게 설치될 수 있도록, 제1배관(111)은 적정 길이를 갖는 소배관들이 연결된 형태로 구성될 수 있다.
광섬유(150)가 설치되는 상기 적어도 어느 하나의 배관은 방사선에 의한 광섬유(150)의 열화를 방지할 수 있는 금속 재질(예를 들어, 스테인리스 스틸, 납 등)로 형성될 수 있다. 방사선에 의한 광섬유(150)의 열화가 방지될 수 있도록, 상기 적어도 어느 하나의 배관 내에 방사선차폐부재(미도시)가 광섬유(150)를 감싸도록 구성될 수도 있다. 방사선차폐부재는 상기 적어도 어느 하나의 배관 내벽에 도포되어 광섬유(150)를 보호하도록 구성될 수 있다.
광원(160)을 통하여 발생되는 펄스형 레이저를 광섬유(150)에 입사시키면, 레이저와 광섬유(150) 매질과의 다양한 상호 작용에 의하여 입사된 레이저 중 일부가 되반사된다. 신호분리기(170)는 광섬유(150)와 광원(160) 간의 경로 상에 배치되어, 광섬유(150)로 입사하는 입사광과 광섬유(150)로부터 되반사되는 반사광을 분리시키도록 형성된다.
신호처리기(180)는 상기 반사광을 이용하여 배관부(110)의 온도 분포를 측정하도록 형성된다.
반사광은 레이저와 광섬유(150)의 상호 작용 종류에 따라 여러 스펙트럼 성분을 가지고 있으며, 대표적으로 레이라이(Rayleigh) 광, 브릴루앙(Brillouin) 광 및 라만(Raman) 광이 있다.
레이라이 광은 입사광과 동일한 파장을 갖고 있으며, 반사광 가운데 가장 강도가 세나, 온도 변화에 민감하지 않아 온도 측정에 사용이 불가능하다.
브릴루앙 광은 입사광과 광섬유(150) 매질의 격자 진동과의 상호 작용에 의하여 발생하며, 파장 이동이 온도 변화에 민감하여 온도 측정에 사용할 수 있다.
또한, 라만 광은 입사광이 진행하면서 광섬유(150)를 이루는 분자의 진동에 의하여 발생하며, 입사광의 파장보다 긴 파장을 갖는 스톡스(Stokes)광과 짧은 파장을 갖는 안티-스톡스(Anti-Stokes)광을 구비한다. 스톡스광과 안티-스톡스광은 레이라이 광을 중심으로 서로 대칭인 파장 성분을 갖는다. 안티-스톡스광은 스톡스광보다 강도가 약하나 광섬유(150) 온도에 아주 민감한 반면, 스톡스광은 온도 변화에 민감하지 않다.
따라서, 반사된 라만광을 측정하여 스톡스광에 대한 안티-스톡스광의 비율을 측정하면 광섬유(150)의 특정 반사된 지점에서의 정밀 온도 측정이 가능하다. 또한, 광섬유(150) 내에서의 레이저의 전송 속도가 잘 알려져 있으므로, 입사된 후 되돌아오는 라만광의 도착 시간을 측정하면 광섬유(150) 진행 방향의 어떤 지점에서 반사되었는지를 측정할 수 있다. 현재 광섬유(150) 온도 센서를 이용하면, 0.1m이내의 공간 분해능과 0.01℃ 이내의 온도 분해능을 가지고 온도 분포를 측정할 수 있다.
누설검지센서(140)와 신호처리기(180)의 작동은 제어부(190)에 의하여 제어될 수 있다. 또한, 제어부(190)에는 출력부(미도시)가 연결되어, 누설검지센서(140) 및 신호처리기(180)에 의한 검지 결과, 즉, 벤추리관(120) 주변의 냉각재 누설 여부 및 배관부(110)의 온도 분포를 각각 출력하도록 형성된다.
도 2는 도 1의 원자로 용기 헤드(10)에서 냉각재가 누설될 경우, 누설검지센서(140)와 신호처리기(180)를 이용하여 누설 여부 및 누설 위치를 검지하는 일 예를 보인 개념도이다.
도 2를 참조하면, 냉각재가 누설되면 누설된 냉각재는 인접한 벤추리관(120)을 통하여 흡입된다. 검지신호선(20)에서 볼 수 있듯이, A 및 B 부분에서 냉각재의 누설이 발생할 경우, 누설검지센서(140)에 의하여 누설 신호(20a, 20b)가 발생하게 된다. 제어부(190)는 상기 누설 신호(20a, 20b)의 발생 위치 및 감지 시간을 이용하여 냉각재의 누설 여부 및 누설 위치를 알아낼 수 있다. 이때, 상기 누설 신호(20a, 20b)의 피치를 분석하여 냉각재의 누설량도 파악할 수 있다. 본 도면에서는 A 부분의 누설 신호(20a)의 피치가 B 부분의 누설 신호(20b)의 피치보다 높으므로, A 부분의 냉각재 누설량이 B 부분의 냉각재 누설량보다 크다는 것을 예측할 수 있다.
또한, A 및 B 부분에서 냉각재의 누설이 발생하면 고온의 냉각재에 의하여 국지적으로 온도가 상승하게 된다. 신호처리기(180)는 광섬유(150)에서 되반사되는 반사광을 이용하여 배관부(110)의 온도 분포를 측정하도록 형성된다. 온도 분포 곡선(30)에서 볼 수 있듯이, 냉각재가 누설된 A 및 B 부분에서는 국지적인 온도 상승(30a, 30b)이 측정된다. 누설량에 따라 온도 상승폭이 달라지게 되므로, 온도가 보다 높게 나타나는 A 부분에서 B 부분보다 많은 양의 냉각재가 누설된 것을 예측할 수 있다.
이처럼 검지신호선(20)과 온도 분포 곡선(30)을 이용하면, 외부 환경의 변화에 의한 오작동 없이 냉각재의 누설여부, 누설위치 및 누설량을 보다 정확하게 검지할 수 있다.
이상에서 설명한 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치 및 이를 이용한 냉각재 누설 검지 방법은 위에서 설명된 실시예들의 방법과 구성에 한정되지 않는다. 본 발명은 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 다양하게 응용될 수 있다.
Claims (14)
- 원자로 용기 헤드에 설치되는 배관부;
상기 배관부에 연결되고, 냉각재 누설시 냉각재를 흡입하도록 누설이 의심되는 부분에 설치되는 벤추리관;
상기 벤추리관을 통해 냉각재가 흡입되고 흡입된 냉각재가 상기 배관부를 통해 이동될 수 있도록, 상기 배관부로 압축공기를 공급하도록 형성되는 공기공급유닛;
상기 배관부를 통해 이동된 냉각재를 감지하여 상기 벤추리관 주변의 냉각재 누설 여부를 검출하도록 형성되는 누설검지센서;
상기 배관부 내에 설치되는 광섬유;
상기 광섬유에 입사되는 펄스형 레이저를 발생시키도록 형성되는 광원;
상기 광섬유와 상기 광원 간의 경로 상에 배치되어, 상기 광섬유로 입사하는 입사광과 상기 광섬유로부터 되반사되는 반사광을 분리시키도록 형성되는 신호분리기; 및
상기 반사광을 이용하여 상기 배관부의 온도 분포를 측정하도록 형성되는 신호처리기를 포함하며,
상기 신호분리기는 상기 반사광 중 라만 분광 신호를 분리하도록 형성되고,
상기 신호처리기는 상기 라만 분광 신호의 스톡스광에 대한 안티-스톡스광의 비율을 이용하여 상기 반사광의 반사 지점에서의 온도를 측정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치. - 제1항에 있어서,
상기 원자로 용기 헤드의 보다 넓은 면적을 검지 가능하도록, 상기 배관부는 적어도 일 부분이 벤딩된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치. - 제1항에 있어서,
냉각재가 누설되어 분산되기 전에 냉각재의 누설 위치를 바로 확인할 수 있도록, 상기 배관부는 상기 원자로 용기 헤드를 덮는 보온재 아래에 설치되는 것을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치. - 제1항에 있어서,
상기 배관부는,
서로 나란히 배치되는 제1배관과 제2배관; 및
상기 제1 및 제2배관을 연결하고, 상기 벤추리관이 설치되는 연결배관을 구비하는 것을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치. - 제4항에 있어서,
상기 제1배관에는 상기 벤추리관이 냉각재를 흡입할 수 있도록 개폐를 통하여 압축공기를 유입시키는 솔레노이드 밸브가 설치되며,
상기 제2배관에는 상기 벤추리관에 의해 흡입된 냉각재를 상기 누설검지센서를 향하여 이동시킬 수 있도록 압력을 조절 가능하게 형성되는 정압 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치. - 제4항에 있어서,
상기 광섬유는 상기 제1 및 제2배관 중 적어도 어느 하나의 배관에 설치되는 것을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치. - 제6항에 있어서,
상기 적어도 어느 하나의 배관은 방사선에 의한 상기 광섬유의 열화를 방지할 수 있는 금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치. - 제6항에 있어서,
방사선에 의한 상기 광섬유의 열화를 방지할 수 있도록, 상기 적어도 어느 하나의 배관 내에 상기 광섬유를 감싸도록 구성되는 방사선차폐부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 누설검지센서와 상기 신호처리기의 작동을 제어하도록 형성되는 제어부; 및
상기 제어부와 연결되어 상기 벤추리관 주변의 냉각재 누설 여부 및 상기 배관부의 온도 분포를 출력하도록 형성되는 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제어부는 냉각재 누설 부분에 인접한 상기 벤추리관에서 흡입된 냉각재가 누설검지센서에 도달하는 시간을 이용하여, 냉각재의 누설 부분을 검지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치. - 삭제
- 원자로 용기 헤드에 설치되는 배관부;
상기 배관부에 연결되고, 냉각재 누설시 냉각재를 흡입하도록 누설이 의심되는 부분에 설치되는 벤추리관;
상기 벤추리관을 통해 냉각재가 흡입되고 흡입된 냉각재가 상기 배관부를 통해 이동될 수 있도록, 상기 배관부로 압축공기를 공급하도록 형성되는 공기공급유닛;
상기 배관부를 통해 이동된 냉각재를 감지하여 상기 벤추리관 주변의 냉각재 누설 여부를 검출하도록 형성되는 누설검지센서;
상기 배관부 내에 설치되는 광섬유;
상기 광섬유에 입사되는 펄스형 레이저를 발생시키도록 형성되는 광원;
상기 광섬유와 상기 광원 간의 경로 상에 배치되어, 상기 광섬유로 입사하는 입사광과 상기 광섬유로부터 되반사되는 반사광을 분리시키도록 형성되는 신호분리기; 및
상기 반사광을 이용하여 상기 배관부의 온도 분포를 측정하도록 형성되는 신호처리기를 포함하며,
상기 신호분리기는 상기 반사광 중 브릴루앙 분광 신호를 분리하도록 형성되고,
상기 신호처리기는 상기 브릴루앙 분광 신호를 이용하여 상기 반사광의 반사 지점에서의 온도를 측정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드의 냉각재 누설 검지 장치.
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Citations (3)
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| KR101026236B1 (ko) * | 2009-12-09 | 2011-03-31 | 한국원자력연구원 | 레이저유도 플라즈마 스펙트럼을 이용한 원자로 냉각수 누설 감지 시스템 및 방법 |
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