KR102176827B1 - 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교류전원 상실 등으로 야기되는 중대사고 발생 시 안전주입탱크의 냉각수가 저수위 시점에 도달하였을 때에도 냉각수의 수위 변화에 따라 이동하는 부력을 가지는 부유체가 포함된 레벨센서를 이용하여 신속하게 안전주입탱크로부터의 냉각수 공급을 차단할 수 있는 차단장치에 관한 것으로, 냉각수 수위가 고갈경보선에 도달 시 레벨센서에 의해 가압가스를 제어하여 유출배관을 차단함으로써, 가압가스가 원자로 냉각계통으로 공급되어 원자로 냉각계통의 냉각효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 원자력 발전소 교류전원 상실 사고 등의 중대 사고 발생시에 노심냉각을 위하여 냉각수계통에 냉각수를 공급하기 위한 안전주입탱크에서, 안전주입탱크 내의 냉각수 배출 후 가압가스의 냉각계통 공급을 차단하기 위한 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치에 관한 것이다.
원자력 발전소에서 냉각수 상실 사고가 발생하게 되면, 이러한 비상시의 노심생각을 위한 안전주입탱크가 형성되어 있다. 안전주입탱크는 가압가스계통을 통해 약 600 psig의 압력으로 가압되어 있으며 원자로 냉각계통의 압력이 안전주입탱크 압력 이하로 감소하면 압력 차이에 의해 안전주입탱크 내 냉각수가 자동으로 원자로 냉각계통으로 주입된다.
그러나 기존의 안전주입탱크에서는 내부의 냉각수가 모두 배출될 경우에도 교류가 상실된 상태에서는 가압가스를 차단할 수 있는 수단이 없어 가압가스가 원자로 냉각계통으로 유입될 수 있으며, 가압가스가 냉각계통으로 유입될 경우 노심 냉각기능을 저하시켜 노심 손상의 가능성을 크게 증가시킬 우려가 있었다.
기존의 안전주입탱크의 격리는 전동기 구동 격리밸브를 통해 이루어지며, 교류전원이 필요하였다. 그러나 격리가 필요한 시점에 발전소의 모든 교류전원이 상실되었을 경우, 적절한 격리 작업을 수행할 수 없는 문제가 있었다.
따라서, 모든 교류전원이 상실된 비상상황에서도 안전주입탱크 냉각수의 저수위 시점에 별도의 운전원의 조치 없이 신속하게 안전주입탱크로부터의 냉각수 공급을 차단할 수 있는 장치가 필요하였다.
본 발명의 목적은 교류전원 상실 등으로 야기되는 중대사고 발생시 안전주입탱크의 냉각수가 고갈경보 시점에 도달하였을 때 외부전원 및 별도의 운전원의 조치 없이 신속하게 안전주입탱크로부터의 냉각수 공급을 제어할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치로서, 제1가압가스를 공급하기 위한 제1가압가스공급부, 냉각수를 수용하며, 비상시 상기 제1가압가스의 가압력을 이용하여 상기 냉각수를 유출배관으로 배출하는 안전주입탱크, 상기 제1가압가스공급부와 상기 안전주입탱크를 연결하는 제1가압가스공급배관, 상기 안전주입탱크의 냉각수 수위를 감지하기 위한 레벨센서, 제2가압가스를 공급하기 위한 제2가압가스공급부, 상기 유출배관 상에 위치하며, 상기 제2가압가스의 가압력에 의해 폐쇄되는 유출배관밸브, 상기 제2가압가스공급부와 상기 유출배관밸브에 연결된 제2가압가스공급배관, 및 상기 유출배관밸브로의 상기 제2가압가스의 공급을 제어하는 제어밸브를 포함하며, 상기 레벨센서는 냉각수 수위 측정결과가 일정 수준 이하이면 상기 유출배관밸브에 상기 제2가압가스의 가압력이 가해지도록 상기 제어밸브에 제어신호를 가하며, 상기 제2가압가스의 가압력에 의해 상기 유출배관밸브가 폐쇄되는 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치에 의해 달성된다.
상기 레벨센서는, 외부에서 가해지는 자력에 의해 온오프되는 리드스위치를 포함하는 센서본체, 상기 리드스위치의 온오프 상태에 따라 신호를 생성하는 신호부, 상기 센서본체에 형성된 회전축, 상기 회전축에 상하방향으로 회동 가능하도록 연결되어 있으며 자력체를 포함하는 축부 및 상기 축부에 연결되며, 상기 냉각수 수위에 따라 상하방향으로 이동하는 부유체, 를 포함할 수 있으며, 상기 부유체 하강시 상기 자력체와 상기 리드스위치가 인접하게 되고, 상기 자력체의 자력에 의해 상기 리드스위치가 오프 상태에서 온 상태로 변경될 수 있다.
상기 레벨센서 및 상기 제어밸브에 전원을 공급하기 위한 직류전원부를 더 포함할 수 있다.
상기 레벨센서 신호부의 신호에 의해 상기 제어밸브를 제어하기 위한 밸브제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2가압가스는 원자력 발전소에 사용되는 계측공기일 수 있다.
상기 제1가압가스는 질소가스일 수 있다.
상기 자력체는 영구자석일 수 있다.
본 발명은 교류전원이 상실된 비상상황에서 안전주입탱크의 격리 시점에 별도의 교류전원이나 운전원의 조치 없이 신속하게 가압가스주입의 제어가 가능한 공급제어 장치에 관한 것으로, 안전주입탱크로부터의 냉각수 공급을 차단함으로써 가압가스가 원자로 냉각재 계통으로 주입되는 것을 방지하여 노심냉각기능 저하 및 노심손상의 가능성을 크게 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레벨센서를 나타낸 모식도이다.
도 3은 비상 상황 시 본 발명의 일실시예에 따른 안전주입탱크의 냉각수가 원자로 냉각계통으로 공급되는 상태를 나타낸 모식도이다.
도 4는 비상 상황 시 본 발명의 일실시예에 따른 안전주입탱크의 냉각수의 수위가 고갈경보선에 도달한 상태를 나타낸 모식도이다.
도 5는 비상 상황 시 본 발명의 일실시예에 따른 안전주입탱크의 냉각수의 수위가 임계수위에 도달한 상태의 레벨센서를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레벨센서를 나타낸 모식도이다.
도 3은 비상 상황 시 본 발명의 일실시예에 따른 안전주입탱크의 냉각수가 원자로 냉각계통으로 공급되는 상태를 나타낸 모식도이다.
도 4는 비상 상황 시 본 발명의 일실시예에 따른 안전주입탱크의 냉각수의 수위가 고갈경보선에 도달한 상태를 나타낸 모식도이다.
도 5는 비상 상황 시 본 발명의 일실시예에 따른 안전주입탱크의 냉각수의 수위가 임계수위에 도달한 상태의 레벨센서를 나타낸 모식도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치의 모식도를 나타낸 것이다.
본 발명의 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치는, 제1가압가스를 공급하기 위한 제1가압가스공급부(100)와, 냉각수를 수용하며, 비상시 제1가압가스의 가압력을 이용하여 냉각수를 유출배관(810)으로 배출하는 안전주입탱크(300)와, 제1가압가스공급부(100)와 안전주입탱크(300)를 연결하는 제1가압가스공급배관(210)과, 안전주입탱크(300)의 냉각수 수위를 감지하기 위한 레벨센서(400)와, 제2가압가스를 공급하기 위한 제2가압가스공급부(500)와, 유출배관(810) 상에 위치하며 제2가압가스의 가압력에 의해 폐쇄되는 유출배관밸브(830)와, 제2가압가스공급부(500)와 유출배관밸브(830)에 연결된 제2가압가스공급배관(610)과, 유출배관밸브(830)로의 제2가압가스의 공급을 제어하는 제어밸브(620)를 포함하여 마련된다.
제1가압가스공급배관(210) 상에는 제1가압가스밸브(220)가 마련되어 있으며, 유출배관(810) 상에는 교류제어밸브(820)가 마련되어 있다. 제1가압가스밸브(220)와 교류제어밸브(820)는 교류전원을 이용하여 개폐가능하다. 교류제어밸브(820)는 정상 상황 또는 비상 시 항상 열려있으며 냉각수수위가 감소하여 가압가스가 냉각계통으로 주입될 우려가 있는 경우 교류전원을 이용하여 차단함으로써 안전주입탱크(300)의 냉각수 공급제어를 할 수 있게 해준다.
안전주입탱크(300)의 내부는 냉각수와 제1가압가스로 채워져 있다. 안전주입탱크(300)에 채워진 냉각수는 일반적으로 붕산수를 사용한다. 본 발명에서의 제1가압가스는 질소가스일 수 있다.
제2가압가스공급부(500)는 제2가압가스를 공급하기 위한 제2가압가스저장탱크일 수 있고, 외부배관을 통해 공급될 수도 있다. 제2가압가스는 원자력 발전소에 사용되는 계측공기일 수 있다. 원자력 발전소에는 공기구동식 계측설비나 밸브에 기름으로 오염되지 않은 깨끗하고 건조한 압축공기를 공급하기 위한 계측공기저장탱크가 설치되어 있으며, 이러한 계측공기는 본 발명의 유출배관밸브(830)를 작동시키기에 적합한 압력을 가지고 있어, 별도의 제2가압가스를 위한 저장탱크 등을 설치하지 않아도 되는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레벨센서(400)를 나타낸 것이다. 레벨센서(400)는 센서본체(410), 센서본체(410)에 연결되어 형성된 회전축(440), 회전축(440)에 회동가능하도록 연결된 축부(450) 및 축부(450)에 연결된 부유체(470)를 포함한다.
센서본체(410)는 리드스위치(420)을 포함하며, 리드스위치(420)는 외부에서 가해지는 자력에 의해 온오프된다.
신호부(430)는 센서본체(410)에 연결되어 있으나, 다른 실시예에서는 센서본체(410)에 일체로 형성될 수 있다. 신호부(430)는 리드스위치(420)의 온오프 상태에 따라 신호를 생성한다.
레벨센서(400)의 리드스위치(420)가 온 상태일 때 신호를 발생시킬 수 있도록, 레벨센서(400)는 직류전원부(900)와 연결되어 있다. 이는 교류전원 상실사고 상태에서도 레벨센서(400)가 작동 가능하도록 하기 위한 것이다. 직류전원부(900)는 일차전지, 이차전지 등이 모두 가능하며, 비상 상황 발생시를 위한 것이므로, 장기간 방전되지 않은 형태의 전지를 사용하는 것이 좋다. 또한 평상 시 교류전원을 이용하여 충전 상태를 유지하는 형태의 이차전지일 수 있다. 또한 직류전원부(900)는 제어밸브(620)가 작동 가능하도록 전원을 공급한다.
센서본체(410)에는 회전축(440)이 형성되어 있으며, 회전축(440)에 상하방향으로 회동 가능하도록 축부(450)가 연결되어 있다. 축부(450)는 자력체(460)를 포함한다.
자력체(460)는 리드스위치(420)에 인접한 위치에서 리드스위치(420)를 작동시킬 수 있을 정도로 충분한 자력을 가져야 하며, 자력체(460)와 리드스위치(420)가 인접하지 않은 상태에서는 작동하지 않도록 자력이 너무 세도 안된다. 자력체(460)는 축부(450)가 회동하여 센서본체(410)에 인접한 위치일 때에 리드스위치(420)에 자력을 가할 수 있도록 리드스위치(420)와 인접한 축부(450)에 형성되는 것이 좋다. 자력체(460)는 외부환경 변화에도 자력이 변하지 않는 영구자석일 수 있다.
부유체(470)는 축부(450)에 연결되며, 안전주입탱크(300) 내의 냉각수 수위에 따라 상하방향으로 이동한다. 부유체(470)는 안전주입탱크(300) 내의 냉각수에 부력을 가지는 물질을 포함하여 이루어지며, 냉각수에 장기간 접촉에 의해서도 변형이 일어나지 않는 고분자 물질이 포함될 수 있다. 더욱 바람직하게는 탄성중합체 물질일 수 있다.
제어밸브(620)는 제2가압가스공급배관(610) 상에 위치하며, 레벨센서(400)로부터의 신호를 유선 또는 무선으로 받을 수 있는 위치에 형성된다. 제어밸브(620)는 레벨센서(400)로부터 신호를 받아 제2가압가스공급부(500)의 제2가압가스를 유출배관밸브(830)로 공급한다. 제어밸브(620)는 솔레노이드 밸브일 수 있다. 또한, 레벨센서(400)의 신호를 받아 제어밸브(620)를 제어하기 위한 밸브제어부(630)가 마련되어 있다. 다른 실시예에서, 밸브제어부(630)는 생략될 수 있다.
이하 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 레벨센서(400), 제어밸브(620), 및 유출배관밸브(830)의 작동에 대해 설명한다.
도 3은 비상 상황 시 본 발명의 일실시예에 따른 안전주입탱크(300)의 냉각수가 원자로 냉각계통으로 공급되는 상태를 나타낸 것이다. 교류 전원 상실사고 등의 비상 상황이 발생하게 되고, 원자로 냉각계통의 압력이 안전주입탱크(300) 내부압력보다 낮아지게 되면, 안전주입탱크(300)의 냉각수가 유출배관(810)을 통해 배출된다.
도 3에서 나타낸 바와 같이, 안전주입탱크(300)의 냉각수 수위가 낮아지더라도, 냉각수 수위가 부유체(470)보다 높을 때에는 부유체(470)의 위치는 변화하지 않는다. 이 때에 제어밸브(620)는 폐쇄 상태를, 유출배관밸브(830)는 개방 상태를 유지하게 된다.
안전주입탱크(300)의 냉각수 수위가 부유체(470)의 위치에 도달하게 되면, 부유체(470)는 냉각수 수위가 낮아짐에 따라 부력에 의해 아래 방향으로 이동한다.
도 4는 비상 상황 시 본 발명의 일실시예에 따른 안전주입탱크(300)의 냉각수의 수위가 고갈경보선에 도달한 상태를 나타낸 것이고, 도 5는 도 4와 같은 상황에서 레벨센서(400)를 좀 더 구체적으로 나타낸 것이다.
안전주입탱크(300)의 냉각수의 수위가 고갈경보선에 도달하게 되면 부유체(470)도 하강하여 고갈경보선에 도달하게 된다. 이 상태에서 축부(450)에 포함된 자력체(460)는 리드스위치(420)에 인접하도록 위치하며, 자력에 의해 오프 상태에 있던 리드스위치(420)는 온 상태로 변경된다. 리드스위치(420)가 온 상태가 되면 직류전원부(900)로부터 전원이 공급되어 신호부(430)에서 신호가 발생되며, 밸브제어부(630)는 신호부(430)로부터 신호를 받아 제어밸브(620)를 개방한다.
제어밸브(620)가 개방되면, 제2가압가스공급부(500)에서 제2가압가스가 제2가압가스공급배관(610)을 통해 유출배관밸브(830)로 공급되며, 제2가압가스의 압력에 의해 유출배관밸브(830)는 폐쇄 상태가 되어 유출배관(810)은 냉각수의 흐름이 차단되어, 원자로 냉각계통으로 안전주입탱크(300)의 냉각수 공급이 차단된다.
이와 같이, 본 발명에서의 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치를 통해 안전주입탱크(300)의 냉각수의 수위는 고갈경보선 부근에서 더 이상 배출되지 않게 되며, 냉각수를 배출하기 위한 제1가압가스도 원자로 냉각계통으로 배출되는 것이 방지된다. 따라서 안전주입탱크로부터의 냉각수 공급을 차단함으로써 가압가스가 원자로 냉각재 계통으로 주입되는 것을 방지하여 노심냉각기능 저하 및 노심손상의 가능성을 크게 줄일 수 있으며, 또한, 안전주입탱크 냉각수를 고갈시점까지 충분하게 사용하여 원자로 냉각수 재고량 확보에 기여할 수 있다.
전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (5)
- 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치로서,
제1가압가스를 공급하기 위한 제1가압가스공급부;
냉각수를 수용하며, 비상시 상기 제1가압가스의 가압력을 이용하여 상기 냉각수를 유출배관으로 배출하는 안전주입탱크;
상기 제1가압가스공급부와 상기 안전주입탱크를 연결하는 제1가압가스공급배관;
상기 안전주입탱크의 냉각수 수위를 감지하기 위한 레벨센서;
제2가압가스를 공급하기 위한 제2가압가스공급부;
상기 유출배관 상에 위치하며, 상기 제2가압가스의 가압력에 의해 폐쇄되는 유출배관밸브;
상기 제2가압가스공급부와 상기 유출배관밸브에 연결된 제2가압가스공급배관; 및
상기 유출배관밸브로의 상기 제2가압가스의 공급을 제어하는 제어밸브; 를 포함하며,
상기 레벨센서는 냉각수 수위 측정결과가 일정 수준 이하이면 상기 유출배관밸브에 상기 제2가압가스의 가압력이 가해지도록 상기 제어밸브에 제어신호를 가하며, 상기 제2가압가스의 가압력에 의해 상기 유출배관밸브가 폐쇄되며,
상기 레벨센서는,
외부에서 가해지는 자력에 의해 온오프되는 리드스위치를 포함하는 센서본체;
상기 리드스위치의 온오프 상태에 따라 신호를 생성하는 레벨센서 신호부;
상기 센서본체에 형성된 회전축;
상기 회전축에 상하방향으로 회동 가능하도록 연결되어 있으며 자력체를 포함하는 축부; 및
상기 축부에 연결되며, 상기 냉각수 수위에 따라 상하방향으로 이동하는 부유체; 를 포함하며,
상기 부유체 하강시 상기 자력체와 상기 리드스위치가 인접하게 되고, 상기 자력체의 자력에 의해 상기 리드스위치가 오프 상태에서 온 상태로 변경되는 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 레벨센서 및 상기 제어밸브에 전원을 공급하기 위한 직류전원부를 더 포함하는 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 레벨센서 신호부의 신호에 의해 상기 제어밸브를 제어하기 위한 밸브제어부를 더 포함하는 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2가압가스는 원자력 발전소에 사용되는 계측공기인 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치.
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| KR1020190097075A KR102176827B1 (ko) | 2019-08-09 | 2019-08-09 | 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치 |
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| KR1020190097075A KR102176827B1 (ko) | 2019-08-09 | 2019-08-09 | 원자로 냉각계통 냉각수 및 가압가스 공급제어 장치 |
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