KR101733382B1

KR101733382B1 - 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치

Info

Publication number: KR101733382B1
Application number: KR1020160050091A
Authority: KR
Inventors: 김성훈; 박철; 서경우
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2017-05-10

Abstract

본 발명은 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 노심 입구 측 1차냉각계통 배관을 통해 원자로수조 내부로 유입되어 하향강제유동 방식으로 노심과 열 교환된 1차냉각재를 원자로수조 외부로 배출하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관, 및 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 파손 시 파손부위를 통해 1차냉각계통으로 유입되는 수조수와 동일한 성질의 물을 저장하도록 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 소정 부분을 감싸는 구조로 구비되는 공기유입차단관을 포함하여 구성되어, 원자로수조 바깥의 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 배관 내 압력이 대기압보다 낮은 부분에서 파손 발생 시 파손부분을 통해 공기가 유입되는 것을 원천적으로 차단한다.

Description

노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치 { APPARATUS FOR BLOCKING AIR INLET TO PIPE OF PRIMARY COOLING SYSTEM AT CORE EXIT SIDE }

본 발명은 연구로의 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 파손 시 파손부위를 통해 공기가 유입되는 것을 원천적으로 차단하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연구로 안전의 핵심은 어떠한 사고가 발생하더라도 원자로가 수조수 내에 잠겨 있어 궁극적으로는 자연대류를 이용하여 잔열을 제거할 수 있도록 하는 것이다.

개방수조형 타입의 원자로 중 1차냉각수가 노심 상향강제유동 방식으로 노심과 열교환하도록 고안된 하나로와 같은 연구로는, 1차계통 기기들의 위치 결정에 있어 노심 압력강하의 영향이 적기 때문에, 모든 1차계통 기기들을 노심보다 높게 위치시킬 수 있다.

그러나 1차냉각수가 노심 하향강제유동 방식으로 노심과 열교환하도록 고안된 연구로는 노심 압력강하를 고려한 펌프의 유효 흡입 수두를 만족시켜야 하기 때문에 1차계통 펌프를 포함한 일부 기기들이 노심보다 상당히 낮은 위치에 설치된다.

따라서, 일부 연구로에서는 노심보다 낮은 위치에 설치된 배관의 파단이 발생한 경우를 대비하여 수조 내 노심보다 높은 곳에 사이펀 브레이킹(siphon breaking)을 위한 구멍을 뚫어 놓거나, 사이펀 브레이킹 라인을 연결하여 공기 중에 노출하거나 또는 수조수 상부에 잠겨놓는다.

위와 같은 연구로에서 노심 출구 측 1차냉각계통 배관은 원자로수조 외부로 노출되기 시작한 부분부터 상당한 길이에 걸쳐 대기압보다 낮은 압력으로 운전된다.

이와 관련하여, 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 구조와 관련한 선행기술로서, 본 출원인의 선출원에 의한 대한민국등록특허 제1501457호(특허문헌 1)이 개시된 바 있다.

특허문헌 1은 노심 하향유동과 낮은 수조수 수위의 특성을 갖는 연구로에 적용할 수 있는 사이펀 효과 차단장치 및 이를 이용한 원자로의 제어방법에 관한 것으로, 노심 입구 일차계통 배관과 원자로 수조 사이에 연결된 제1 배관, 노심 출구 일차계통 배관과 원자로 수조 사이에 연결된 제2 배관을 포함하고, 상기 제1 배관과 제2 배관은 상기 원자로수조를 관통하여 수조수 아래에 설치되는 구성을 마련하여, 정상 운전시에는 수조수 내부로 사이펀 배관으로부터 유동유출이 없도록 하고, 수조상부에서 수조물을 교란시켜 고온층을 파괴하는 것을 방지하면서 LOCA 사고시에는 이 밸브를 통해 공기 유입을 가능하게 하여 사이펀 브레이킹 목적을 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.

그러나, 특허문헌 1을 포함하는 종래 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 구조는 원자로수조 바깥의 배관 내 압력이 대기압보다 낮은 부분에서 파손 발생 시 파손부분을 통해 공기가 유입되어 1차냉각펌프의 성능을 악화시키거나 파손을 유발할 수 있는 문제점이 있다.

또한, 파손부분을 통해 유입된 공기는 1차냉각계통 냉각재와 함께 노심으로 유입되어 노심과의 열교환을 방해할 수 있는 문제점이 있다.

또한, 일부의 유입된 공기는 노심으로 흘러가지 않고 원자로수조로 개방된 부위를 통해서 수조로 빠져나가 수조 표면으로 상승하여 원자로수조 표면에서 작업하고 있는 작업자를 고방사능에 노출시킬 수 있는 문제점이 있다.

아울러, 파손부분이 작을 경우에는 1차냉각계통으로 유입되는 공기는 1차냉각계통 운전변수에 완만한 변화를 주어 즉각적인 검출이 어렵고, 공기가 일정량 이상이 유입되면 1차냉각계통 배관 내에 뭉쳐있던 공기가 한꺼번에 1차냉각계통을 통과하면서 그 하류의 기기 및 노심에 악영향을 줄 수 있는 문제점이 있다.

대한민국등록특허 제1501457호

전술한 문제점을 해소함에 있어, 본 발명의 목적은 원자로수조 바깥의 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 배관 내 압력이 대기압보다 낮은 부분에서 파손 발생 시 파손부분을 통해 공기 대신 수조수와 동일한 성질의 물이 유입되도록 함으로써 공기의 유입을 원천적으로 차단하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치를 제공함에 있다.

또한, 장치 내에 물을 효과적으로 주입하여 저장할 수 있는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치를 제공함에 있다.

아울러, 장치 내부에 저장된 물의 압력 측정을 통하여 운전자가 배관 파손 여부를 용이하게 파악 할 수 있도록 하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 노심 입구 측 1차냉각계통 배관을 통해 원자로수조 내부로 유입되어 하향강제유동 방식으로 노심과 열 교환된 1차냉각재를 원자로수조 외부로 배출하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관, 및 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 파손 시 파손부위를 통해 1차냉각계통으로 유입되는 수조수와 동일한 성질의 물을 저장하도록 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 소정 부분을 감싸는 구조로 구비되는 공기유입차단관을 포함하여 구성된다.

이 경우, 공기유입차단관은 원자로수조의 외측면부터 노심 출구 측 1차냉각계통배관 내의 압력이 대기압보다 낮은 높이까지 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 공기유입차단관은 그 일측에 노심 출구 측 1차냉각계통 배관과 연통되게 설치되는 사이펀브레이킹 시스템의 사이펀배관이 관통할 수 있는 사이펀배관관통홀이 더 구비될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 공기유입차단관 내부로 물을 주입하기 위해 공기유입차단관에 설치되는 배수밸브, 및 공기유입차단관 내부의 공기를 방출하기 위해 공기유입차단관에 설치되는 배기밸브를 더 포함하여 구성될 수 있다.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 공기유입차단관 내부에 저장된 물의 압력을 측정할 수 있도록 공기유입차단관에 설치되는 압력계측기를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이 경우, 본 발명의 실시예에 따른 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 공기유입차단관 내부의 압력을 저감시킬 수 있도록 공기유입차단관에 설치되는 압력방출밸브를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 원자로수조 바깥의 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 배관 내 압력이 대기압보다 낮은 부분에서 파손 발생 시 파손부분을 통해 공기 대신 수조수와 동일한 성질의 물이 유입되도록 함으로써 공기의 유입을 원천적으로 차단한다.

또한, 본 발명에 의한 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 장치 내에 물을 효과적으로 주입할 수 있게 한다.

아울러, 본 발명에 의한 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 장치 내부에 저장된 물의 압력 측정을 통하여 운전자가 배관 파손 여부를 용이하게 파악 할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치의 부분 확대도이다.

본 발명에 있어 첨부된 도면은 종래 기술과의 차별성 및 명료성, 그리고 기술 파악의 편의를 위해 과장된 표현으로 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어로써, 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 기술적 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 한편, 실시예는 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적 사항에 불과하고, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니며, 권리범위는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술적 사상을 토대로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치의 부분 확대도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3), 및 공기유입차단관(6)을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 배수밸브(7) 및 배기밸브(8)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 압력계측기(9)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 때, 본 발명의 실시예에 따른 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 압력방출밸브(10)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3)은 노심 입구 측 1차냉각계통 배관(미도시)을 통해 원자로수조(1) 내부로 유입되어 하향강제유동 방식으로 노심(2)과 열 교환된 1차냉각재를 원자로수조(1) 외부로 배출하는 유로이다.

전술한 바와 같이, 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3)은 원자로수조(1) 바깥의 배관 내 압력이 대기압보다 낮은 부분이 파손되면, 파손부분을 통해 공기가 유입되어 1차냉각펌프의 성능을 악화시키거나 파손을 유발하게 된다.

따라서, 공기의 유입을 원천적으로 차단하기 위해 후술할 공기유입차단관(6)이 2중관 구조로 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3) 외측에 설치된다.

공기유입차단관(6)은 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3)의 파손 시 파손부위를 통해 1차냉각계통으로 유입되는 수조수와 동일한 성질의 물을 저장하는 역할을 수행한다.

즉, 공기유입차단관(6)은 소정의 저장공간(6b)을 형성하여 물을 저장해두고, 물과 접촉을 유지하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3)의 일부분이 파손되면, 저장공간(6b)과 파손된 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3) 내부의 압력 차에 의해 압력평형 상태에 도달할 때까지 물이 1차냉각계통으로 유입된다.

이 경우, 저장공간(6b)에 저장되는 물을 원자로수조(1)의 수조수와 동일한 성질로 한정하는 것은 만일 서로 다른 성질의 액체를 이용하게 되면 원자로수조(1)의 수조수를 오염시키는 결과를 야기시킬 수 있기 때문이다.

한편, 공기유입차단관(6)은 저장공간(6b)을 형성하기 위해 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3)의 소정 부분을 감싸는 2중관 구조로 구비되는 것이 바람직하다.

이 경우, 2중관 구조의 형성을 위해 공기유입차단관(6)을 분할된 반관형태의 부품을 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3)의 외측에서 서로 형합되도록 한 후 용접하는 방식을 사용할 수 있을 것이다.

아울러, 공기유입차단관(6)은 부식 방지를 위하여 스테일리스 재질 등으로 구성할 수 있을 것이다.

공기유입차단관(6)은 원자로수조의 외측면(1a)부터 노심 출구 측 1차냉각계통배관(3) 내의 압력이 대기압보다 낮은 높이까지 구비되는 것이 바람직하다. 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3)은 원자로수조 외부로 노출되기 시작한 부분부터 상당한 길이에 걸쳐 대기압보다 낮은 압력으로 운전되지만, 특정 시점 이후에는 대기압 이상의 압력이 확보되므로, 파손 시 공기 유입의 차단 필요성이 없게 되기 때문이다.

한편, 공기유입차단관(6)은 그 일측에 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3)과 연통되게 설치되는 사이펀브레이킹 시스템의 사이펀배관(4)이 관통할 수 있는 사이펀배관관통홀(6a)이 더 구비될 수 있다.

즉, 사이펀브레이킹 시스템은 노심보다 낮은 배관의 파단이 발생한 경우, 수조 내 노심보다 높은 곳에 사이펀 브레이킹(siphon breaking)을 위한 구멍을 뚫어 놓거나, 사이펀 브레이킹 라인을 연결하여 공기 중에 노출하거나 또는 수조수 상부에 잠겨놓는 것으로, 이 경우, 공기 주입 방식을 채택하는 경우에는 사이펀밸브(5)를 이용하기도 한다.

공기유입차단관(6)은 원자로수조(1) 바깥의 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3) 내 압력이 대기압보다 낮은 부분에서 파손 발생 시 파손부분을 통한 공기의 유입을 원천적으로 차단하게 함으로써 일차냉각계통 펌프 및 원자로 노심의 파손 가능성을 저감시키고, 원자로수조(1) 작업자의 방사능 피폭 가능성을 저감시킨다.

배수밸브(7)는 공기유입차단관(6) 내부로 물을 주입하기 위한 밸브이다. 즉, 저장공간(6b)에 물을 주입하거나 저장공간(6b)에서 수질 관리 차원에서 물을 교체하기 위해 배출시키는 경우 배수밸브(7)가 이용된다.

배수밸브(7)는 공기유입차단관(6)의 일측에 설치된다.

배기밸브(8)는 공기유입차단관(6) 내부의 공기를 방출하기 위한 밸브이다.

배기밸브(9)는, 도 1 및 도 2에서와 같이, 공기유입차단관(6)의 저장공간(6b)에 물을 저장할 경우, 저장공간(6b)의 공기를 완전히 제거하기 위해 공기유입차단관(6)의 최상단 측에 설치되는 것이 바람직하다.

운전자는 배기밸브(8)를 개방한 후 저장공간(6b) 내의 공기를 배출하면서 배수밸브(7)를 통해 물을 주입하게 된다. 이 경우, 배기밸브(8)에서 공기가 배출되지 않는 시점까지 물을 주입하고 배기밸브(8) 및 배수밸브(7)를 닫으면 된다.

배기밸브(8) 및 배수밸브(7)는 공기유입차단관(6) 내부로 물을 보다 용이하게 주입할 수 있게 함과 아울러, 그 내부의 공기를 완전히 제거하여 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3)의 파손 발생 시 파손부분을 통한 공기의 유입을 차단한다.

압력계측기(9)는 공기유입차단관(6)에 설치되어 그 내부의 압력을 측정하는 역할을 수행한다.

공기유입차단관(6)으로 둘러싸인 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3)의 일부가 파손된 경우, 저장공간(6b)의 물이 압력평형 상태에 도달할 때까지 1차냉각계통으로 유입된 후 그 상태로 연구로가 정상적으로 계속 운전될 수 있지만, 더 큰 파손으로 진행되는 것을 막을 필요가 있다.

운전자는 압력계측기(9)를 통해 측정되는 공기유입차단관(6) 내부에 저장된 물의 압력을 모니터링하면서 압력이 초기의 물 저장 상태보다 급격히 낮아지는 경우에는 공기유입차단관(6)으로 둘러싸인 노심 출구 측 1차냉각계통 배관(3)의 일부가 파손되었음을 인지할 수 있게 되어 원자로보호계통을 통해 원자로를 정지하여 보수 작업을 시행하는 등의 조치를 취할 수 있게 된다.

압력방출밸브(10)는 공기유입차단관(6)에 설치되어 그 내부의 압력을 저감시키는 역할을 수행하는 밸브이다.

즉, 공기유입차단관(6) 내부에 저장된 물이 열팽창 되어 공기유입차단관(6)내부의 압력이 증가하게 되면, 공기유입차단관(6)의 파손 위험이 생기므로, 이 경우 압력방출밸브(10)를 통해 압력을 낮춤으로써 공기유입차단관(6)의 파손 위험을 줄이게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치는 원자로수조 바깥의 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 배관 내 압력이 대기압보다 낮은 부분에서 파손 발생 시 파손부분을 통한 공기의 유입을 원천적으로 차단하고, 장치 내에 물을 효과적으로 주입할 수 있게 하며, 운전자가 배관 파손 여부를 용이하게 파악 할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 기초로 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해해야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하 기술할 특허청구범위에 의하며, 상술한 발명의 구체적 내용을 토대로 정해져야 할 것이다.

본 발명은 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치에 관한 것으로, 원자로의 설계, 유지, 및 정비와 관련된 산업 분야에 이용 가능하다.

1: 원자로수조
2: 노심
3: 노심 출구 측 1차냉각계통 배관
4: 사이펀배관
5: 사이펀밸브
6: 공기유입차단관
7: 배수밸브
8: 배기밸브
9: 압력계측기
10: 압력방출밸브

Claims

노심 입구 측 1차냉각계통 배관을 통해 원자로수조 내부로 유입되어 하향강제유동 방식으로 노심과 열 교환된 1차냉각재를 상기 원자로수조 외부로 배출하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관; 및
상기 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 파손 시 파손부위를 통해 1차냉각계통으로 유입되는 수조수와 동일한 성질의 물을 저장하도록 상기 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 소정 부분을 감싸는 구조로 구비되는 공기유입차단관;
을 포함하고,
상기 공기유입차단관은 소정의 저장공간을 형성하여 상기 물을 저장해두고, 상기 물과 접촉을 유지하는 상기 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 일부분이 파손되면, 상기 소정의 저장공간과 파손된 상기 노심 출구 측 1차냉각계통 배관 내부의 압력 차에 의해 압력평형 상태에 도달할 때까지 상기 물이 1차냉각계통으로 유입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 공기유입차단관은,
상기 원자로수조의 외측면부터 상기 노심 출구 측 1차냉각계통배관 내의 압력이 대기압보다 낮은 높이까지 구비되는 것을 특징으로 하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 공기유입차단관은,
그 일측에 상기 노심 출구 측 1차냉각계통 배관과 연통되게 설치되는 사이펀브레이킹 시스템의 사이펀배관이 관통할 수 있는 사이펀배관관통홀이 구비된 것을 특징으로 하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공기유입차단관 내부로 상기 물을 주입하기 위해 상기 공기유입차단관에 설치되는 배수밸브; 및
상기 공기유입차단관 내부의 공기를 방출하기 위해 상기 공기유입차단관에 설치되는 배기밸브;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공기유입차단관 내부에 저장된 상기 물의 압력을 측정할 수 있도록 상기 공기유입차단관에 설치되는 압력계측기;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 공기유입차단관 내부의 압력을 저감시킬 수 있도록 상기 공기유입차단관에 설치되는 압력방출밸브;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노심 출구 측 1차냉각계통 배관의 공기 유입 차단 장치.