KR102032137B1

KR102032137B1 - 연구용 원자로의 감쇠탱크

Info

Publication number: KR102032137B1
Application number: KR1020170151272A
Authority: KR
Inventors: 서경우; 정민규; 김성훈; 박홍범; 박기정; 윤현기
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2019-10-15
Also published as: KR20190054565A

Abstract

본 발명은 연구용 원자로의 감쇠탱크에 관한 것으로, 유체가 유입되는 유입부와 유체를 배출하기 위한 배출부가 마련되고, 유체가 흐르는 공간부가 내부에 마련되는 하우징과, 하단이 하우징의 내측 바닥에 고정되고 상단이 하우징의 내측 상단에서 이격되어 마련되며, 양측부가 하우징의 내주면에 수직으로 고정되어 하우징의 공간부를 수직으로 구획하는 제1격벽과, 제1격벽의 양측면과 하우징의 내주면에 수평으로 고정되어 제1격벽에 의해 구획되는 양측공간을 수평으로 구획하는 다수의 제2격벽과, 하우징의 상부에 연결되며 하우징 내로 유입된 공기를 외부로 배출시키기 위한 벤트밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 감쇠탱크와 원자로 수조를 연결하는 배관이 균열이나 파단이 발생하여 하우징의 공간부로 공기가 유입되면 하우징의 공간부에서 유체와 공기를 분리하고 하우징 내에서 유체가 유동되도록 하는 잔열제거시 기능을 수행할 수 있어 감쇠탱크의 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

연구용 원자로의 감쇠탱크 {Decay tank for research reactor}

본 발명은 연구용 원자로의 감쇠탱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연구용 원자로의 운전시 발생되는 N-16의 방사선 준위를 감소시키면서 일차냉각계통의 파단시 유입되는 공기를 탱크 내에서 분리시켜 물, 공기 성층화를 이용하여 잔열제거 기능을 지속할 수 있는 연구용 원자로의 감쇠탱크에 관한 것이다.

연구로에서는 연구로 운전시 발생되는 N-16의 방사선 주위를 충분히 낮춰주기 위하여, N-16을 포함하는 유체를 연구로 일차냉각 계통 내에서 충분히 지연시켜야 한다. 이를 위하여 일차계통내에는 감쇄 탱크(decay tank 또는 안전탱크)가 설치된다.

이러한 감쇠탱크는 설계 요건에서 요구하는 지연시간(delayed time)을 만족시키기 위하여 탱크 내부에 유체가 충분히 머물도록 설계되어야 한다.

이를 위하여 N-16의 반감기 시간을 제공하기 위한 감쇠탱크가 제안되었으며 이러한 감쇠탱크가 한국등록특허공보 10-1166136호(특허문헌1)에 개시되어 있다.

상기 특허문헌1에 개시된 감쇠탱크는 크기를 최소화하면서 내부에서의 압력강하도 최소화하기 위하여, 내부에 공간을 가지는 하우징과, 하우징 내측 상부에 일단이 고정되고 하단이 개방되는 원통 형상으로 된 2개의 내부 수직배플과, 하우징의 내측 바닥면에서 이격되어 하단이 고정되고 상단은 개방되며 내측 수직배플을 내측에 수용하는 통상으로 된 외부 수직배플과, 상기 하우징 상부를 관통하고 내부수직배플의 내부와 연통하는 분배관과, 하우징의 하부를 관통하는 유출관과, 하우징의 내측 상부에 내부 수직배플의 외측으로 설치되는 벤트관 및 외부 수직배플의 하단에 설치되고 하우징을 관통하는 드레인관을 포함하여 구성된다.

이러한 기존의 감쇠탱크는 N-16의 방사능을 감소시키기 위한 역할만 수행하도록 구성되어 있어, 높은 출력을 가지면서 노심 하향 유동형 연구로에서는 일차냉각계통의 최상단 배관의 파단시 공기가 유입되며, 유입된 공기가 일차냉각펌프와 잔열제거 펌프의 작동을 방해하여 잔열제거에 방해가 되는 문제점이 있었다.

한국 등록특허공보 10-1166136호

따라서, 본 발명은, 일차냉각계통의 배관이 파손으로 감쇠탱크로 공기가 유입되더라도 유입된 공기를 탱크 내에서 분리하여 냉각계통 또는 잔열제거 냉각계통으로 물만 흐르도록 하여 잔열제거 기능을 지속할 수 있도록 한 연구용 원자로의 감쇠탱크를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원자로 수조로부터 유체가 유입되는 유입부와 유입부로부터 유입된 유체를 배출하기 위한 배출부가 마련되고, 유입부로 유입된 유체가 흐르는 공간부가 내부에 마련되는 하우징과, 하단이 하우징의 내측 하단에 고정되고, 상단이 하우징의 내측 상단에서 이격되어 마련되며, 양측부가 하우징의 내주면에 수직으로 고정되어 하우징의 공간부를 수직으로 구획하는 제1격벽과, 제1격벽의 양측면과 하우징의 내주면에 수평으로 고정되어 제1격벽에 의해 구획되는 양측공간을 수평으로 구획하며, 다수의 관통홀이 형성되는 다수의 제2격벽과, 하우징의 상부에 연결되며 하우징 내로 유입된 공기를 외부로 배출시키기 위한 벤트밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 유입부와 배출부는, 각각 하우징의 하부에 돌출 형성되되, 서로 이격되어 마련되고, 제1격벽의 하단이 유입부와 배출부 사이의 하우징의 공간부 바닥에 고정되어 공간부를 일측공간과 타측공간으로 구획하도록 구성할 수 있다.

또한, 제1격벽의 상단부에는, 원자로 수조와 유입부 사이에 연결된 배관이 파손되어 외부로부터 하우징의 공간부로 공기가 유입되어 제1격벽의 상단부와 공간부 내측 상단 사이에 공기가 가득 찰 때, 유체가 공간부의 일측공간에서 타측공간으로 이동되도록 하는 유체 이동홀이 형성될 수 있다.

또한, 제2격벽이 공간부의 각 공간에 상하로 2개 이상으로 설치될 때, 하나의 제2격벽에 형성된 복수의 관통홀은 다른 제2격벽에 형성된 복수의 관통홀과 동일 직선상에 배치되지 않도록 구성될 수 있다.

또한, 벤트밸브와 배출부 사이에는, 하우징 내의 압력과 외부 압력 사이의 차이값을 검출하여 하우징의 공간부 내로 공기가 유입되는 것을 검출하기 위한 검출수단이 마련될 수 있다.

또한, 검출수단은, 배출부와 벤트밸브 사이를 연결하는 연결배관과, 연결배관에 설치되며 배출부와 벤트밸브 사이의 압력 차를 측정하기 위한 압력측정기와, 압력측정기로부터 측정된 압력을 전달받아 잔열시스템의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명에 의하면, 감쇠탱크와 원자로 수조를 연결하는 배관이 균열이나 파단이 발생하여 하우징의 공간부로 공기가 유입되면 하우징의 공간부에서 유체와 공기를 분리하고 하우징 내에서 유체가 유동되도록 하는 기능을 잔열제거시 수행할 수 있어 감쇠탱크의 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 하우징의 상단부에 마련되어 하우징의 공간부 공기를 배기시키는 벤트밸브와 하우징의 하부에서 유체를 배출시키는 배출부 사이에 압력차이값을 검출하는 검출수단이 구비됨으로써, 감쇠탱크와 원자로 수조를 연결하는 배관이 파손이나 균열이 발생되면 원자로의 가동을 중지시킬 수 있어 원자로의 안정성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 감쇠탱크가 적용된 연구용 원자로의 잔열제거 시스템를 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 잔열제거 시스템에서 감쇠탱크를 도시한 단면도이며,
도 3은 도 2의 감쇠탱크에서 배관파손시의 상태를 도시한 단면도이다.

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 일실시예에 따른 감쇠탱크가 적용된 연구용 원자로의 잔열제거 시스템를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 잔열제거 시스템에서 감쇠탱크를 도시한 단면도이다. 도 3은 도 2의 감쇠탱크에서 배관파손시의 상태를 도시한 단면도이다.

먼저, 연구용 원자로의 잔열제거 시스템(100)은, 도 1과 같이, 원자로(110)의 노심과 원자로(110)의 노심이 잠기는 냉각수가 구비되며 상부가 개방되며 차폐벽으로 둘러싸인 원자로 수조(120)와, 원자로 수조(120) 내의 냉각수를 순환시키는 일차냉각펌프(131)를 구비하고 원자로 수조(120) 내의 냉각수와 열교환하는 열교환기(132)를 가지며 원자로 수조(120) 내의 냉각수를 냉각시키는 일차냉각계통(130)과, 원자로 수조(120)와 일차냉각계통(130) 사이에는 원자로(110)에서 발생되는 고방사능 단반감기를 갖는 N-16의 방사능의 세기를 기준치 이하로 떨어뜨려 일차냉각계통(130)의 기기를 보호하는 감쇠탱크(decay tank)(200)와, 감쇠탱크(200)와 원자로 수조(120) 사이에 연결되며 감쇠탱크(200)에서 배출되는 냉각수를 원자로 수조(120)로 펌핑하여 원자로(110)의 노심에 있는 잔열을 제거하기 위한 잔열제거 냉각펌프(140)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 일실시예에 따른 감쇠탱크(200)는 내부에 공간을 가지는 하우징(210)과, 하우징(210)의 내측 하단에 그 하단이 고정되고 상단이 하우징(210)의 내측 상단에서 이격되어 하우징(210)의 내주면에 수직으로 고정되는 제1격벽(220)과, 하우징(210)의 내부 공간을 수평으로 구획하기 위하여 하우징(210) 내주면과 제1격벽(220)에 고정되는 복수의 제2격벽(230)과, 하우징(210)의 상부에 연결되며 시운전시 감쇠탱크의 하우징(210) 내로 유입된 공기를 외부로 배출시키기 위한 벤트밸브(240)를 포함하여 구성된다.

하우징(210)은 원통형상으로 형성되며 내측에 냉각수를 N-16을 포함하는 유체를 지연시키기 위한 공간을 충분히 구비하도록 수직으로 타원 형상으로 형성된다. 이 하우징(210)의 하부에는 원자로 수조(120)로부터의 유체를 유입하기 위한 유입부(211)와, 하우징(210)의 내부 공간의 유체를 배출하기 위한 배출부(212)가 각각 형성된다.

유입부(211)는 하우징(210)의 하단 일측에 형성되며, 원자로 수조(120)의 일측에서 원자로(110)보다 높은 위치에 배관으로 연결되어 원자로 수조(120)의 유체가 하우징(210) 내의 공간으로 유입되도록 한다.

배출부(212)는 하우징(210)의 하단 타측(유입부에 이격되어)에 형성되며 하우징(210) 내 공간에 있는 유체를 배출시키는 것으로, 배관으로 원자로 수조(120)에 연결하게 된다. 따라서, 배출부(212)와 원자로 수조(120)를 연결하는 배관에는 일차냉각펌프(131)와 열교환기(132)가 설치된다.

제1격벽(220)은 하우징(210) 내의 공간에 수직으로 고정되되, 하단이 공간 바닥에 고정되고, 상단이 하우징(210) 공간 윗면에서 일정거리 이격되어 구비되며, 양측부가 하우징(210) 내의 공간 양측면에 고정되어 하우징(210)의 공간을 수직으로 구획한다. 따라서, 제1격벽(220)은 하우징(210) 공간의 윗면에서 이격됨으로써 공간의 상부에 유동공간을 형성하는 역할을 한다.

그리고 제1격벽(220)의 하단부가 하우징(210)의 유입부(211)와 배출부(212) 사이를 가로질러 공간부 바닥에 고정됨으로써 유입부(211)를 통해 들어온 유체가 하우징(210)의 공간 하측에서 상측으로 이동한 후에 공간의 상부에 구비되는 유동공간을 통하여 이동한 후에 다시 공간부의 상측에서 하측으로 이동하여 배출부(212)를 통해 배출되도록 구성된다. 즉, 제1격벽(220)은 하우징(210)의 중앙을 수직으로 2등분하여 일측공간(좌측)(201)과 타측공간(우측)(202)으로 구획하고, 일측공간(201)의 하부에 구비되는 유입부(211)를 통해 유입된 유체를 타측공간(202)의 하부에 구비되는 배출부(212)를 통해 배출시키도록 구성된다.

한편, 제1격벽(220)의 상단부에는 원자로 수조(120)에서 감쇠탱크(200)로 유체를 이동시키는 배관에 균열이 발생하거나 파손되어 공기가 하우징(210)의 공간으로 유체와 함께 유입되어 제1격벽(220)과 공간의 윗면 사이에 구비된 유동공간에 공기로 채워질 때 하우징(210)의 유입부로 통해 들어온 유체가 하우징(210)이 배출부(212)를 통해 배출될 수 있도록 일측공간(201)에서 타측공간(202)으로 유체가 이동될 수 있도록 하는 다수의 유체 이동홀(221)이 형성된다.

이 유체 이동홀(221)은 제2격벽(230)이 다수로 구성될 때 최상단의 제2격벽(230)보다 위쪽에 형성된다.

이 유체 이동홀(221)은 상기 정상운전시에는 우회유량을 최소화시키면서 탱크내에서의 유동 지체시간을 최대화할 수 있고, 사고시에는 유체의 흐름을 유지시킬 수 있는 공간 즉, 공기가 쌓일 수 있는 공간을 최대한 확보할 수 있는 것이다.

제2격벽(230)은 복수로 구성되며 일측공간(201)과 타측공간(202)을 수평으로 구획하며, 유체가 통과하도록 하는 다수의 관통홀(231)을 가지며, 일측공간(201)에서 타측공간(202)으로 흐르는 유체의 흐름을 느리게 하는 역할을 한다.

제2격벽(230)은 각각에 형성된 다수의 관통홀(231)의 위치가 각각 다르게 형성됨으로써, 각 공간에서 유체 흐름을 더욱 느리게 할 수 있도록 구성할 수 있다.

즉, 각 공간에 2개 이상의 제2격벽(230)이 설치될 때, 하나의 제2격벽(230)에 형성된 복수의 관통홀(231)은 다른 제2격벽(230)에 형성된 복수의 관통홀(231)에 대하여 동일 직선상에 배치되지 않도록 구성하여 유체 흐름이 느리게 하는 효과를 상승시킬 수 있는 것이다.

벤트밸브(240)는 하우징(210)의 상단부에 설치되어 시운전시 일차냉각계통(130) 내에 포함되어 있는 공기를 배출하는 역할을 한다.

한편, 벤트밸브(240)와 배출부(212)에는 하우징(210) 내의 압력과 외부 압력 사이의 차이값을 검출하여 감쇠탱크(200)의 유입부(211) 쪽에 연결되는 배관의 파손으로 감쇠탱크(200)의 하우징(210) 내로 공기가 유입되는 것을 검출하기 위한 검출수단(250)이 마련된다.

검출수단(250)은 배출부(212)와 벤트밸브(240) 사이를 연결하는 연결배관(251)과, 연결배관(251)에 설치되며 배출부(212)와 벤트밸브(240) 사이의 압력 차를 측정하기 위한 압력측정기(252)와, 압력측정기(252)로부터 측정된 압력을 전달받아 잔열시스템을 제어하는 제어부(253)를 포함하여 구성된다.

제어부(253)는 압력측정기(252)에서 측정된 압력차가 기설정된 값이면 정상으로 판단하여 잔열시스템의 작동이 계속 이루어지도록 제어하고, 압력측정기(252)에서 측정된 압력차가 기설정된 값이 아니면 비정상으로 판단하여 잔열시스템의 전원을 차단하여 작동을 중단시키도록 제어하도록 구성한다.

본 발명의 일실시예에서는 유입부(211)와 원자로 수조(120) 사이를 연결하는 배관이 균열이 발생하거나 파손된 부분이 발생하게 되면 감쇠탱크(200)로 유체와 함께 공기가 감쇠탱크(200)의 하우징 내로 함께 유입됨으로써 감쇠탱크(200)의 압력이 낮아져서 배출부(212)와 벤트밸브(240) 사이의 압력차가 많이 발생하지 않게 되며 이를 비정상 상태라 한다. 이렇게 배출부(212)와 벤트밸브(240) 사이의 압력차이가 많이 발생되지 않는 경우의 압력을 제어부(253)에 설정하고, 이렇게 설정된 압력차이가 검출되면 잔류시스템의 작동을 멈추게 되는 것이다.

또한, 잔류시스템의 정상 작동시에는 벤트밸브(240)와 배출부(212)의 사이의 압력차이가 많이 발생하게 되는데, 이 압력차이에 대한 데이터를 제어부(253)에 설정한 후에, 이를 기준으로 하여 상기 압력측정기(252)에서 측정한 압력 차이값으로 잔류시스템의 정상 작동을 판단하도록 구성한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100: 잔열제거 시스템
110: 원자로
120: 원자로 수조
130: 일차냉각계통
131: 일차냉각펌프 132: 열교환기
140: 잔열제거 냉각펌프
200: 감쇠탱크
201: 일측공간 202: 타측공간
210: 하우징
211: 유입부 212: 배출부
220: 제1격벽
221: 유체 이동홀
230: 제2격벽
231: 관통홀
240: 벤트밸브
250: 검출수단
251: 연결배관 252: 압력측정기
253: 제어부

Claims

원자로 수조로부터 유체가 유입되는 유입부와 유입부로부터 유입된 유체를 배출하기 위한 배출부가 마련되고, 유입부로 유입된 유체가 흐르는 공간부가 내부에 마련되는 하우징;
하단이 하우징의 내측 하단에 고정되고, 상단이 하우징의 내측 상단에서 이격되어 마련되며, 양측부가 하우징의 내주면에 수직으로 고정되어 하우징의 공간부를 수직으로 구획하는 제1격벽;
제1격벽의 양측면과 하우징의 내주면에 수평으로 고정되어 제1격벽에 의해 구획되는 양측공간을 수평으로 구획하며, 다수의 관통홀이 형성되는 다수의 제2격벽;
하우징의 상부에 연결되며 하우징 내로 유입된 공기를 외부로 배출시키기 위한 벤트밸브;를 포함하여 구성되고,
유입부와 배출부는, 각각 하우징의 하부에 돌출 형성되되, 서로 이격되어 마련되고, 제1격벽의 하단이 유입부와 배출부 사이의 하우징의 공간부 바닥에 고정되어 공간부를 일측공간과 타측공간으로 구획하도록 구성하며,
제1격벽의 상단부에는, 원자로 수조와 유입부 사이에 연결된 배관이 파손되어 외부로부터 하우징의 공간부로 공기가 유입되어 제1격벽 상단부와 공간부 내측 상단 사이에 공기가 가득 찰 때, 유체가 공간부의 일측공간에서 타측공간으로 이동되도록 하는 유체 이동홀이 형성되는, 연구용 원자로의 감쇠탱크.
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제1항에 있어서,
제2격벽이 공간부의 각 공간에 상하로 2개 이상으로 설치될 때, 하나의 제2격벽에 형성된 복수의 관통홀은 다른 제2격벽에 형성된 복수의 관통홀과 동일 직선상에 배치되지 않도록 구성되는, 연구용 원자로의 감쇠탱크.
원자로 수조로부터 유체가 유입되는 유입부와 유입부로부터 유입된 유체를 배출하기 위한 배출부가 마련되고, 유입부로 유입된 유체가 흐르는 공간부가 내부에 마련되는 하우징;
하단이 하우징의 내측 하단에 고정되고, 상단이 하우징의 내측 상단에서 이격되어 마련되며, 양측부가 하우징의 내주면에 수직으로 고정되어 하우징의 공간부를 수직으로 구획하는 제1격벽;
제1격벽의 양측면과 하우징의 내주면에 수평으로 고정되어 제1격벽에 의해 구획되는 양측공간을 수평으로 구획하며, 다수의 관통홀이 형성되는 다수의 제2격벽;
하우징의 상부에 연결되며 하우징 내로 유입된 공기를 외부로 배출시키기 위한 벤트밸브; 및
벤트밸브와 배출부 사이에 구비되며, 하우징 내의 압력과 외부 압력 사이의 차이값을 검출하여 하우징의 공간부 내로 공기가 유입되는 것을 검출하기 위한 검출수단;을 포함하여 구성되는, 연구용 원자로의 감쇠탱크.
제5항에 있어서,
검출수단은,
배출부와 벤트밸브 사이를 연결하는 연결배관과,
연결배관에 설치되며 배출부와 벤트밸브 사이의 압력 차를 측정하기 위한 압력측정기와,
압력측정기로부터 측정된 압력을 전달받아 잔열시스템의 작동을 제어하는 제어부;
를 포함하여 구성되는, 연구용 원자로의 감쇠탱크.