KR102232227B1 - 피동 냉각 원자로 및 그 구동 방법 - Google Patents

피동 냉각 원자로 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로는 원자로 용기; 및 상기 원자로 용기에 연결되며 상기 원자로 용기에 고압 냉각수 또는 저압 냉각수를 공급하는 냉각수 용기;를 포함하고, 상기 냉각수 용기는 상기 고압 냉각수를 수용하는 고압 용기부, 상기 고압 용기부 아래에 위치하며 상기 저압 냉각수를 수용하는 저압 용기부, 상기 고압 용기부와 상기 저압 용기부를 서로 분리하는 분리부, 그리고 상기 고압 용기부와 상기 저압 용기부 사이에 위치하며 상기 고압 냉각수와 상기 저압 냉각수를 상기 원자로 용기에 공급하는 상태를 조절하는 피동 조절 밸브를 포함하고, 상기 원자로 용기의 내부가 이상 고압 상태가 되면 상기 피동 조절 밸브를 이용하여 상기 고압 냉각수를 상기 원자로 용기의 내부에 공급하고, 상기 원자로 용기의 내부가 이상 저압 상태가 되면 상기 피동 조절 밸브를 이용하여 상기 저압 냉각수를 상기 원자로 용기의 내부에 공급한다.

Description

피동 냉각 원자로 및 그 구동 방법{PASSIVE COOLING REACTOR AND DRIVING METHOD THEREOF}
피동 냉각 원자로 및 그 구동 방법이 제공된다.
일반적으로 원자력 발전은 핵분열 시 발생되는 에너지를 이용해 터빈을 돌려 전기 에너지를 생산하는 방식으로 이루어진다. 원자로 용기 내의 핵 연료가 핵분열함에 의하여 엄청난 열에너지가 발생되는데, 원자력 발전소의 핵 증기 공급 계통에서 원자로 고압 사고가 일어날 경우, 원자로 노심에 냉각수를 공급하게 된다. 이 때, 고압 용기와 원자로 용기 사이를 연결하는 배관의 밸브를 개방함으로써, 고압 용기로부터 중력에 의하여 원자로 용기로 냉각수가 공급된다. 원자로 용기와 연결된 배관의 밸브는 소정의 열수력 조건이 되면 전기적 신호에 의하여 개방된다.
또한, 원자력 발전소의 핵 증기 공급 계통에서 원자로 저압 사고가 일어날 경우에도 원자로 노심에 냉각수를 공급하게 된다. 이 때, 저압 용기와 원자로 용기 사이를 연결하는 배관의 밸브를 개방함으로써, 저압 용기로부터 비응축 가스의 압력에 의하여 강제로 원자로 용기로 냉각수가 공급된다. 원자로 용기와 연결된 배관의 밸브는 소정의 열수력 조건이 되면 전기적 신호에 의하여 개방된다.
이와 같이, 이상 고압 상태 또는 저압 상태 발생 시 별도의 고압 용기 및 저압 용기를 이용하여 원자로 용기에 냉각수를 공급하며, 고압 용기 및 저압 용기는 각각 원자로 용기에 배관 및 밸브에 의하여 연결된다. 따라서, 주어진 설정 압력에 도달하면 밸브 개방 신호에 의하여 고압 용기 및 저압 용기의 각각으로부터 냉각수가 원자로 용기로 공급된다.
그러나, 원자로 용기가 고압 상태 또는 저압 상태와 같은 급박한 사고 순간에 별도의 밸브 개방 신호를 받아야 작동이 이루어지므로, 제시간에 제어 지시를 내리지 못하거나 밸브 개방 신호의 오작동으로 제대로 작동하지 못할 수도 있다.
또한, 고압 용기 및 저압 용기가 원자로 용기에 각각 배관 및 밸브에 의하여 연결되므로 구조 및 제어가 복잡해진다.
관련 선행문헌으로 한국등록특허 1,513,167호는 "파열 냉각수 탱크를 갖는 자기 냉각 피동 원자로"를 개시한다.
한국등록특허 1,513,167호
본 발명의 한 실시예는 원자로 용기에 이상 압력 상태가 발생하는 경우에 별도의 제어 지시 없이 신속한 냉각이 이루어지고, 구조 및 제어를 단순하게 하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로는 원자로 용기; 및 상기 원자로 용기에 연결되며 상기 원자로 용기에 고압 냉각수 또는 저압 냉각수를 공급하는 냉각수 용기;를 포함하고, 상기 냉각수 용기는 상기 고압 냉각수를 수용하는 고압 용기부, 상기 고압 용기부 아래에 위치하며 상기 저압 냉각수를 수용하는 저압 용기부, 상기 고압 용기부와 상기 저압 용기부를 서로 분리하는 분리부, 그리고 상기 고압 용기부와 상기 저압 용기부 사이에 위치하며 상기 고압 냉각수와 상기 저압 냉각수를 상기 원자로 용기에 공급하는 상태를 조절하는 피동 조절 밸브를 포함하고, 상기 원자로 용기의 내부가 이상 고압 상태가 되면 상기 피동 조절 밸브를 이용하여 상기 고압 냉각수를 상기 원자로 용기의 내부에 공급하고, 상기 원자로 용기의 내부가 이상 저압 상태가 되면 상기 피동 조절 밸브를 이용하여 상기 저압 냉각수를 상기 원자로 용기의 내부에 공급한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 하나의 냉각수 용기의 내부를 분리부에 의해 고압 용기부 및 저압 용기부로 분리하고 자연적인 압력 차이를 이용하여 피동적으로 작동하게 함으로써, 이상 고압 상태 또는 이상 저압 상태가 발생하는 경우에 별도의 제어 지시 없이 신속한 냉각이 이루어질 수 있어서 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면 고압 용기부 및 저압 용기부를 포함하는 하나의 냉각수 용기를 사용하여 고압 냉각수 및 저압 냉각수를 원자로 용기에 공급할 수 있으므로, 구조 및 운전이 단순해진다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로의 간략한 도면이다.
도 2는 도 1의 냉각수 용기의 피동 조절 밸브의 구체적인 단면도이다.
도 3은 파열판의 파열 시 냉각수 용기의 피동 조절 밸브의 구체적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로의 구동 방법의 순서도로서, 이상 고압 상태 발생 시 피동 조절 밸브를 이용하여 고압 냉각수 또는 저압 냉각수를 원자로 용기에 공급하는 방법의 순서도이다.
도 5 내지 도 7은 이상 고압 상태 발생 시 피동 조절 밸브를 이용하여 고압 냉각수 또는 저압 냉각수를 원자로 용기에 공급하는 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로에서 이상 고압 상태 발생 시 원자로 용기 내부의 압력 및 냉각수 공급량을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로의 구동 방법의 순서도로서, 이상 저압 상태 발생 시 피동 조절 밸브를 이용하여 고압 냉각수 또는 저압 냉각수를 원자로 용기에 공급하는 방법의 순서도이다.
도 10 내지 도 12는 이상 저압 상태 발생 시 피동 조절 밸브를 이용하여 고압 냉각수 또는 저압 냉각수를 원자로 용기에 공급하는 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로에서 이상 저압 상태 발생 시 원자로 용기 내부의 압력 및 냉각수 공급량을 나타낸 그래프이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 피동 냉각 원자로를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로의 간략한 도면이고, 도 2는 도 1의 냉각수 용기의 피동 조절 밸브의 구체적인 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로는 원자로 용기(100), 원자로 용기(100)에 연결되며 원자로 용기(100)에 고압 냉각수(1) 또는 저압 냉각수(2)를 공급하는 냉각수 용기(200), 그리고 원자로 용기(100)와 냉각수 용기(200)를 연결하는 냉각 배관(300)을 포함한다. 냉각수 용기(200)는 원자로 용기(100)와 이격되어 위치할 수 있다.
원자로 용기(100)는 원자로 본체(110), 원자로 본체(110) 내부에 수용되는 원자로 노심(120), 그리고 원자로 본체(110)와 원자로 노심(120) 사이를 채우며 원자로 노심(120)을 냉각하는 냉각수(130)를 포함할 수 있다.
냉각수 용기(200)는 고압 용기부(210), 저압 용기부(220), 분리부(230), 그리고 피동 조절 밸브(240)를 포함할 수 있다.
고압 용기부(210)는 고압 냉각수(1)를 수용할 수 있다. 고압 냉각수(1)는 원자로 용기(100)가 비정상적인 이상 고압 상태일 때, 고압 용기부(210)에서 원자로 용기(100)로 공급되는 냉각수이다.
저압 용기부(220)는 고압 용기부(210) 아래에 위치하며 저압 냉각수(2)를 수용할 수 있다. 저압 냉각수(2)는 원자로 용기(100)가 비정상적인 이상 저압 상태일 때, 저압 용기부(220)에서 원자로 용기(100)로 공급되는 냉각수이다.
분리부(230)는 고압 용기부(210)와 저압 용기부(220)를 서로 분리하며 고압 용기부(210)와 저압 용기부(220) 사이에 위치할 수 있다. 이러한 분리부(230)는 단면상 원형의 고압 용기부(210)의 하부일 수도 있다.
피동 조절 밸브(240)는 고압 용기부(210)와 저압 용기부(220) 사이에 위치할 수 있다. 그리고, 피동 조절 밸브(240)는 분리부(230)의 단부에 위치할 수 있다.
이러한 피동 조절 밸브(240)는 고압 냉각수(1)와 저압 냉각수(2)를 원자로 용기(100)에 공급하는 상태를 조절할 수 있다.
즉, 원자로 용기(100)의 내부가 비정상적인 이상 고압 상태가 되면, 피동 조절 밸브(240)를 이용하여 고압 냉각수(1)를 원자로 용기(100)의 내부에 공급할 수 있다. 따라서, 원자로 용기(100)의 이상 고압 상태를 정상 상태로 만들 수 있다.
그리고, 원자로 용기(100)의 내부가 비정상적인 이상 저압 상태가 되면 피동 조절 밸브(240)를 이용하여 저압 냉각수(2)를 원자로 용기(100)의 내부에 공급할 수 있다. 따라서, 원자로 용기(100)의 이상 저압 상태를 정상 상태로 만들 수 있다.
냉각 배관(300)은 원자로 용기(100)와 피동 조절 밸브(240)를 연결하는 제1 배관(310), 원자로 용기(100)와 저압 용기부(220)를 연결하는 제2 배관(320), 피동 조절 밸브(240)와 고압 용기부(210)의 상부를 연결하는 제3 배관(330), 그리고 피동 조절 밸브(240)와 제2 배관(320)을 연결하는 제4 배관(340), 그리고 피동 조절 밸브(240)와 고압 용기부(210)의 하부를 연결하는 제5 배관(350)을 포함할 수 있다. 이러한 냉각 배관(300)을 이용하여 원자로 용기(100), 피동 조절 밸브(240), 고압 용기부(210), 그리고 저압 용기부(220)로 고압 냉각수(1) 및 저압 냉각수(2)를 이동시킬 수 있다.
피동 조절 밸브(240)는 밸브 본체(10), 파열판(20), 그리고 이동 개폐부(30)를 포함할 수 있다.
밸브 본체(10)는 냉각 배관(300)과 연결되는 밸브관(11, 12, 13, 14)을 포함할 수 있다. 이러한 밸브관(11, 12, 13, 14)은 제3 배관(330)과 연결되는 제1 밸브관(11), 제1 배관(310)과 연결되는 제2 밸브관(12), 제4 배관(340)과 연결되는 제3 밸브관(13), 그리고 제5 배관(350)과 연결되는 제4 밸브관(14)을 포함할 수 있다. 또한, 밸브 본체(10)의 상부에는 파열관(15)이 형성될 수 있다. 제1 밸브관(11) 및 제2 밸브관(12)은 서로 인접하여 밸브 본체(10)의 측벽에 형성될 수 있다. 제3 밸브관(13)은 밸브 본체(10)의 하부에 형성되며, 제4 밸브관(14)은 밸브 본체(10)의 측벽 하부에 형성될 수 있다. 따라서, 제3 밸브관(13)과 제4 밸브관(14)은 서로 인접하여 형성될 수 있다.
파열판(20)은 파열관(15)에 위치하며 이상 압력 상태에서 파열되어 파열관(15)을 개방할 수 있다.
이동 개폐부(30)는 파열판(20)의 파열에 의해 발생하는 압력차에 의해 밸브 본체(10)의 내부를 이동하여 밸브관(11, 12, 13, 14)을 개폐할 수 있다. 이동 개폐부(30)는 이동 본체(31), 제1 개구부(32), 제2 개구부(33), 제1 돌출부(34), 그리고 제2 돌출부(35)를 포함할 수 있다.
이동 본체(31)는 밸브 본체(10) 내부에서 상하로 이동하며 내부 공간(31a)을 가질 수 있다.
제1 개구부(32) 및 제2 개구부(33)는 이동 본체의 측벽에 형성되며, 서로 인접하여 상하로 형성될 수 있다. 이러한 제1 개구부(32) 및 제2 개구부(33)는 이동 본체(31)의 상하 이동에 의해 각각 제1 밸브관(11) 및 상기 제2 밸브관(12)과 연통될 수 있다.
제1 돌출부(34)는 이동 본체(31)의 상부에 형성되며, 파열판(20)과 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 파열판(20)의 파열에 의해 파열관(15)이 개방되고 이로 인한 압력차에 의해 이동 본체(31)가 상부로 이동하는 경우 제1 돌출부(34)는 파열관(15)을 차단할 수 있다.
제2 돌출부(35)는 이동 본체(31)의 하부에 형성되며, 제3 밸브관(13)과 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 제2 돌출부(35)는 이동 본체(31)의 상하 이동에 의해 제3 밸브관(13)을 개폐할 수 있다.
도 3은 파열판의 파열 시 냉각수 용기의 피동 조절 밸브의 구체적인 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 파열판(20)의 파열 시 이동 개폐부(30)는 상승하게 된다. 이 때, 제1 개구부(32) 및 제2 개구부(33)는 각각 제1 밸브관(11) 및 제2 밸브관(12)에 대응하여 정렬하게 된다. 따라서, 제1 배관(310)을 통해 유입되는 냉각수(130)는 제2 밸브관(12) 및 제2 개구부(33)를 통해 이동 본체(31)의 내부 공간(31a)으로 흐르게 되고, 다시 제1 개구부(32) 및 제1 밸브관(11)을 통해 제3 배관(330)으로 흐르게 된다.
또한, 제3 밸브관(13) 및 제4 밸브관(14)은 서로 인접하여 형성되므로, 제3 밸브관(13) 및 제4 밸브관(14)은 이동 개폐부(30)의 상승 시 서로 연통하게 된다. 따라서, 제4 밸브관(14)을 통해 유입되는 고압 냉각수(1)는 제3 밸브관(13)을 통해 제4 배관(340)으로 흐르게 된다.
이하에서, 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로의 구동 방법에 대해 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로의 구동 방법의 순서도로서, 이상 고압 상태 발생 시 피동 조절 밸브를 이용하여 고압 냉각수 또는 저압 냉각수를 원자로 용기에 공급하는 방법의 순서도이고, 도 5 내지 도 7은 이상 고압 상태 발생 시 피동 조절 밸브를 이용하여 고압 냉각수 또는 저압 냉각수를 원자로 용기에 공급하는 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
우선, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 원자로 용기(100)가 정상 상태로 운전 중에 이상 고압 상태 발생 시, 피동 조절 밸브(240)의 파열판(20)이 파열되며 파열판(20)에 의해 차단되었던 파열관(15)이 개방된다. 그리고, 피동 조절 밸브(240) 내부에 압력 차이가 발생하므로, 피동 조절 밸브(240)의 이동 개폐부(30)가 상승하여 피동 조절 밸브(240)의 파열관(15)을 차단한다(S11). 이 때, 이동 개폐부(30)의 상승에 의해 이동 개폐부(30)의 제1 개구부(32) 및 제2 개구부(33)는 밸브 본체(10)의 제1 밸브관(11) 및 제2 밸브관(12)과 각각 연통될 수 있다. 또한, 이동 개폐부(30)의 상승에 의해 밸브 본체(10)의 제3 밸브관(13) 및 제4 밸브관(14)은 개방되며, 서로 연통될 수 있다.
다음으로, 도 3, 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 배관(310)을 통해 유입되는 원자로 용기(100)의 냉각수는 제2 밸브관(12) 및 제2 개구부(33)를 통해 이동 본체(31)의 내부 공간(31a)으로 흐르게 되고, 다시 제1 개구부(32) 및 제1 밸브관(11)을 통해 제3 배관(330)으로 흐르게 된다. 따라서, 원자로 용기(100)의 냉각수는 제3 배관(330)을 통해 고압 용기부(210)의 상부로 공급될 수 있다.
그리고, 고압 용기부(210)의 하부에 수용된 고압 냉각수(1)는 고압 용기부(210)의 상부로 공급되는 냉각수(130)의 무게에 의해 제4 밸브관(14)을 통해 피동 조절 밸브(240)로 유입된다. 이와 같이, 고압 용기부(210)의 하부로부터 제4 밸브관(14)을 통해 유입되는 고압 냉각수(1)는 제3 밸브관(13)을 통해 제4 배관(340)으로 흐르게 된다. 따라서, 고압 용기부(210)의 하부에 수용된 고압 냉각수(1)는 제4 배관(340) 및 이에 연결된 제2 배관(320)을 통해 원자로 용기(100)로 공급될 수 있다(S12).
다음으로, 도 4 및 도 7에 도시한 바와 같이, 고압 용기부(210)의 하부에 수용된 고압 냉각수(1)는 원자로 용기(100)로 계속 공급되면, 원자로 용기(100)의 압력이 저압 용기부(220)의 압력보다 낮아지게 된다. 이 때, 저압 용기부(220)의 저압 냉각수(2)는 제2 배관(320)을 통해 원자로 용기(100)로 공급될 수 있다(S13).
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로에서 이상 고압 상태 발생 시 원자로 용기 내부의 압력 및 냉각수 공급량을 나타낸 그래프이다.
도 8에서, Pop는 이상 고압 상태의 압력이고, Pn는 정상 상태의 압력이며, PSI는 원자로 용기의 압력이 저압 용기부의 압력보다 낮아지는 안전 설정 압력을 나타내고, ΔPo는 Pop와 Pn의 압력 차이이고, ΔPcs는 Pn과 PSI의 압력 차이이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로에서는 원자로 용기(100)의 내부가 이상 고압 상태의 압력(Pop)이 되는 순간부터 고압 냉각수(1)가 원자로 용기(100)의 내부로 유입되며, 원자로 용기(100)의 내부가 안전 설정 압력(PSI)이 되는 순간부터 저압 냉각수(2)가 원자로 용기(100)의 내부로 유입되어 원자로 용기(100)의 내부의 압력을 정상 상태로 유지하게 됨을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로의 구동 방법은 원자로 용기에 이상 저압 상태 발생 시에도 적용 가능하다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로의 구동 방법의 순서도로서, 이상 저압 상태 발생 시 피동 조절 밸브를 이용하여 고압 냉각수 또는 저압 냉각수를 원자로 용기에 공급하는 방법의 순서도이고, 도 10 내지 도 12는 이상 저압 상태 발생 시 피동 조절 밸브를 이용하여 고압 냉각수 또는 저압 냉각수를 원자로 용기에 공급하는 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 원자로 용기(100)가 정상 상태로 운전 중에 이상 저압 상태 발생 시, 원자로 용기(100)의 압력이 저압 용기부(220)의 압력보다 낮아지게 된다. 이 경우, 저압 용기부(220)의 저압 냉각수(2)는 제2 배관(320)을 통해 원자로 용기(100)로 자동으로 공급된다(S21).
다음으로, 도 3, 도 9 및 도 11에 도시한 바와 같이, 저압 냉각수(2)가 원자로 용기(100)로 자동으로 공급되어 고압 용기부(210)와 저압 용기부(220)의 압력 차이가 커지는 경우, 피동 조절 밸브(240)의 파열판(20)이 파열되며 파열판(20)에 의해 차단되었던 파열관(15)이 개방된다. 그리고, 피동 조절 밸브(240) 내부에 압력 차이가 발생하므로, 피동 조절 밸브(240)의 이동 개폐부(30)가 상승하여 피동 조절 밸브(240)의 파열관(15)을 차단한다(S22). 이 때, 이동 개폐부(30)의 상승에 의해 이동 개폐부(30)의 제1 개구부(32) 및 제2 개구부(33)는 밸브 본체(10)의 제1 밸브관(11) 및 제2 밸브관(12)과 각각 연통될 수 있다. 또한, 이동 개폐부(30)의 상승에 의해 밸브 본체(10)의 제3 밸브관(13) 및 제4 밸브관(14)은 개방되며, 서로 연통될 수 있다.
그리고, 제1 배관(310)을 통해 유입되는 원자로 용기(100)의 냉각수(130)는 제2 밸브관(12) 및 제2 개구부(33)를 통해 이동 본체(31)의 내부 공간(31a)으로 흐르게 되고, 다시 제1 개구부(32) 및 제1 밸브관(11)을 통해 제3 배관(330)으로 흐르게 된다. 따라서, 원자로 용기(100)의 냉각수(130)는 제3 배관(330)을 통해 고압 용기부(210)의 상부로 공급될 수 있다.
그리고, 고압 용기부(210)의 하부에 수용된 고압 냉각수(1)는 고압 용기부(210)의 상부로 공급되는 냉각수(130)의 무게에 의해 제4 밸브관(14)을 통해 피동 조절 밸브(240)로 유입된다. 이와 같이, 고압 용기부(210)의 하부로부터 제4 밸브관(14)을 통해 유입되는 고압 냉각수(1)는 제3 밸브관(13)을 통해 제4 배관(340)으로 흐르게 된다. 따라서, 고압 용기부(210)의 하부에 수용된 고압 냉각수(1)는 제4 배관(340) 및 이에 연결된 제2 배관(320)을 통해 원자로 용기(100)로 공급될 수 있다(S23). 이 때, 저압 냉각수(2)의 원자로 용기(100)로의 공급은 정지될 수 있다.
다음으로, 도 9 및 도 12에 도시한 바와 같이, 고압 용기부(210)의 하부에 수용된 고압 냉각수(1)가 원자로 용기(100)로 계속 공급되면, 원자로 용기(100)의 압력이 저압 용기부(220)의 압력보다 낮아지게 되며, 고압 용기부(210)에 수용된 고압 냉각수(1)는 소실된다. 이 때, 저압 용기부(220)의 저압 냉각수(2)는 다시 제2 배관(320)을 통해 원자로 용기(100)로 공급될 수 있다(S24).
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로에서 이상 저압 상태 발생 시 원자로 용기 내부의 압력 및 냉각수 공급량을 나타낸 그래프이다.
도 8에서, Pn는 정상 상태의 압력이며, PSI는 원자로 용기의 압력이 저압 용기부의 압력보다 낮아지는 안전 설정 압력을 나타내고, Pup는 이상 저압 상태의 압력이고, ΔPo는 PSI와 Pup의 압력 차이이고, ΔPcs는 Pn과 PSI의 압력 차이이다.
도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로에서는 원자로 용기(100)의 내부가 이상 저압 상태의 압력(Pup)이 되는 순간부터 고압 냉각수(1)가 원자로 용기(100)의 내부로 유입되며, 원자로 용기(100)의 내부가 안전 설정 압력(PSI)이 되는 순간부터 저압 냉각수(2)가 원자로 용기(100)의 내부로 유입되어 원자로 용기(100)의 내부의 압력을 정상 상태로 유지하게 됨을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 피동 냉각 원자로 및 그 구동 방법은 하나의 냉각수 용기(200)의 내부를 분리부(230)에 의해 고압 용기부(210) 및 저압 용기부(220)로 분리하고 자연적인 압력 차이를 이용하여 피동적으로 작동하게 함으로써, 이상 고압 상태 또는 이상 저압 상태가 발생하는 경우에 별도의 제어 지시 없이 신속한 냉각이 이루어질 수 있어서 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 고압 용기부(210) 및 저압 용기부(220)를 포함하는 하나의 냉각수 용기(200)를 사용하여 고압 냉각수(1) 및 저압 냉각수(2)를 원자로 용기(100)에 공급할 수 있으므로, 구조 및 운전이 단순해진다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 원자로 용기 200: 냉각수 용기
210: 고압 용기부 220: 저압 용기부
230: 분리부 240: 피동 조절 밸브
300: 냉각 배관 310: 제1 배관
320: 제2 배관 330: 제3 배관
340: 제4 배관 350: 제5 배관

Claims (13)

  1. 원자로 용기; 및
    상기 원자로 용기에 연결되며 상기 원자로 용기에 고압 냉각수 또는 저압 냉각수를 공급하는 냉각수 용기;
    를 포함하고,
    상기 냉각수 용기는
    상기 고압 냉각수를 수용하는 고압 용기부,
    상기 고압 용기부 아래에 위치하며 상기 저압 냉각수를 수용하는 저압 용기부,
    상기 고압 용기부와 상기 저압 용기부를 서로 분리하는 분리부, 그리고
    상기 고압 용기부와 상기 저압 용기부 사이에 위치하며 상기 고압 냉각수와 상기 저압 냉각수를 상기 원자로 용기에 공급하는 상태를 조절하는 피동 조절 밸브
    를 포함하고,
    상기 원자로 용기의 내부가 이상 고압 상태가 되면 상기 피동 조절 밸브를 이용하여 상기 고압 냉각수를 상기 원자로 용기의 내부에 공급하고,
    상기 원자로 용기의 내부가 이상 저압 상태가 되면 상기 피동 조절 밸브를 이용하여 상기 저압 냉각수를 상기 원자로 용기의 내부에 공급하는 피동 냉각 원자로.
  2. 제1항에서,
    상기 원자로 용기와 상기 냉각수 용기를 연결하는 냉각 배관을 더 포함하고,
    상기 냉각 배관은
    상기 원자로 용기와 상기 피동 조절 밸브를 연결하는 제1 배관,
    상기 원자로 용기와 상기 저압 용기부를 연결하는 제2 배관,
    상기 피동 조절 밸브와 상기 고압 용기부의 상부를 연결하는 제3 배관,
    상기 피동 조절 밸브와 상기 제2 배관을 연결하는 제4 배관, 그리고
    상기 피동 조절 밸브와 상기 고압 용기부의 하부를 연결하는 제5 배관
    을 포함하는 피동 냉각 원자로.
  3. 제2항에서,
    상기 피동 조절 밸브는
    상기 냉각 배관과 연결되는 밸브관을 포함하는 밸브 본체,
    상기 밸브 본체의 상부에 형성되는 파열관에 위치하며 이상 고압 상태 또는 이상 저압 상태에서 파열되어 상기 파열관을 개방하는 파열판, 그리고
    상기 파열판의 파열에 의해 발생하는 압력차에 의해 상기 밸브 본체의 내부를 이동하여 상기 밸브관을 개폐하는 이동 개폐부
    를 포함하는 피동 냉각 원자로.
  4. 제3항에서,
    상기 밸브관은
    상기 제3 배관과 연결되는 제1 밸브관,
    상기 제1 배관과 연결되는 제2 밸브관,
    상기 제4 배관과 연결되는 제3 밸브관, 그리고
    상기 제5 배관과 연결되는 제4 밸브관
    을 포함하는 피동 냉각 원자로.
  5. 제4항에서,
    상기 제3 밸브관은 상기 밸브 본체의 하부에 형성되는 피동 냉각 원자로.
  6. 제5항에서,
    상기 이동 개폐부는
    상기 밸브 본체 내부에서 상하로 이동하며 내부 공간을 가지는 이동 본체, 그리고
    상기 이동 본체의 측벽에 서로 인접하여 형성되는 제1 개구부 및 제2 개구부
    를 포함하고,
    상기 이동 본체의 상하 이동에 의해 상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부는 각각 상기 제1 밸브관 및 상기 제2 밸브관과 연통되는 피동 냉각 원자로.
  7. 제6항에서,
    상기 이동 개폐부는 상기 이동 본체의 상부에 상기 파열판과 대응하는 위치에 형성되는 제1 돌출부를 더 포함하고,
    상기 제1 돌출부는 상기 파열판의 파열에 의한 압력차로 상기 파열관을 차단하는 피동 냉각 원자로.
  8. 제7항에서,
    상기 이동 본체의 하부에 상기 제3 밸브관과 대응하는 위치에 형성되는 제2 돌출부를 더 포함하고,
    상기 제2 돌출부는 상기 이동 본체의 상하 이동에 의해 상기 제3 밸브관을 개폐하는 피동 냉각 원자로.
  9. 원자로 용기, 상기 원자로 용기에 연결되며 상기 원자로 용기에 고압 냉각수 또는 저압 냉각수를 공급하는 냉각수 용기를 포함하는 피동 냉각 원자로의 구동 방법에 있어서,
    상기 냉각수 용기는 상기 고압 냉각수를 수용하는 고압 용기부, 상기 고압 용기부 아래에 위치하며 상기 저압 냉각수를 수용하는 저압 용기부, 그리고 상기 고압 용기부와 상기 저압 용기부 사이에 위치하는 피동 조절 밸브를 포함하고,
    상기 피동 조절 밸브는 밸브관을 포함하는 밸브 본체, 상기 밸브 본체의 상부에 형성되는 파열관에 위치하는 파열판, 그리고 상기 밸브 본체의 내부를 상하 이동하여 상기 밸브관을 개폐하는 이동 개폐부를 포함하며,
    상기 원자로 용기에 이상 고압 상태 발생 시 상기 피동 조절 밸브의 파열판이 파열되어 상기 피동 조절 밸브의 이동 개폐부가 상승하여 상기 피동 조절 밸브의 파열관을 차단하는 단계, 그리고
    상기 원자로 용기의 냉각수가 상기 피동 조절 밸브를 통해 상기 고압 용기부의 상부로 공급되고, 상기 고압 용기부의 하부에 수용된 고압 냉각수는 상기 피동 조절 밸브를 통해 상기 원자로 용기로 공급되는 단계
    를 포함하는 피동 냉각 원자로의 구동 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 이동 개폐부는 상기 밸브 본체 내부에서 상하로 이동하며 내부 공간을 가지는 이동 본체, 그리고 상기 이동 본체의 측벽에 서로 인접하여 형성되는 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함하고,
    상기 이동 본체의 상하 이동에 의해 상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부는 상기 피동 조절 밸브의 제1 밸브관 및 제2 밸브관과 각각 연통되어 상기 원자로 용기의 냉각수가 상기 고압 용기부의 상부로 공급되는 피동 냉각 원자로의 구동 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 이동 본체의 상하 이동에 의해 상기 피동 조절 밸브의 제3 밸브관 및 제4 밸브관이 서로 연통되어 상기 고압 용기부의 하부에 수용된 고압 냉각수는 상기 원자로 용기로 공급되는 피동 냉각 원자로의 구동 방법.
  12. 제9항에서,
    상기 원자로 용기의 압력이 상기 저압 용기부의 압력보다 낮아지면, 상기 저압 용기부의 저압 냉각수는 상기 원자로 용기로 공급되는 단계를 더 포함하는 피동 냉각 원자로의 구동 방법.
  13. 제9항에서,
    상기 원자로 용기에 이상 저압 상태 발생 시, 상기 저압 용기부의 저압 냉각수는 상기 원자로 용기로 공급되는 단계,
    상기 고압 용기부와 상기 저압 용기부의 압력 차이가 커져 상기 피동 조절 밸브의 파열판이 파열되어 상기 피동 조절 밸브의 이동 개폐부가 상기 피동 조절 밸브의 파열관을 차단하는 단계,
    상기 원자로 용기의 냉각수가 상기 피동 조절 밸브를 통해 상기 고압 용기부의 상부로 공급되고, 상기 고압 용기부의 하부에 수용된 고압 냉각수는 상기 피동 조절 밸브를 통해 상기 원자로 용기로 공급되는 단계, 그리고
    상기 원자로 용기의 압력이 상기 저압 용기부의 압력보다 낮아지면, 상기 저압 용기부의 저압 냉각수는 상기 원자로 용기로 공급되는 단계
    를 포함하는 피동 냉각 원자로의 구동 방법.
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