KR102318979B1

KR102318979B1 - 안전 주입 배관의 유량 조절 장치

Info

Publication number: KR102318979B1
Application number: KR1020200171443A
Authority: KR
Inventors: 남경호; 김태우; 김민희; 김민정
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2021-10-29

Abstract

본 발명은 고압안전주입펌프(HPSI)에서 반응기로 냉각수를 공급하는 안전 주입 배관의 유량 조절 장치에 관한 것으로, 상기 안전 주입 배관과 결합되고, 상기 고압안전주입펌프로부터 유입되는 냉각수가 우회하여 상기 반응기로 유입되는 냉각수 우회유입배관; 상기 안전 주입 배관의 외부에 위치하는 제1위치와 상기 안전 주입 배관의 내부에 위치하여 냉각수 유량을 감소시키는 제2위치 사이를 이동하는 유량 조절부; 및 상기 냉각수 우회유입배관의 압력이 낮아지면 상기 유량 조절부를 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 이동시키는 위치 변환부;를 포함하는 안전 주입 배관의 유량 조절 장치에 관한 것이다.

Description

안전 주입 배관의 유량 조절 장치{Fluid flow control device for safety injection line}

본 발명은 안전 주입 배관의 유량 조절 장치에 관한 것이다.

일반적으로 가압경수형 원자로의 안전주입탱크는 노심의 보호를 위하여 안전주입수(냉각수)를 공급하는 장치이며, 원자로의 설계특성에 따라 안전주입수의 공급유량을 효율적으로 조절하기 위한 구조물인 유량 조절 장치가 필요하다.

기존 원자력발전소는 운전 중 연료 교체 및 주요 기기의 유지 보수를 위해 정지·저출력 운전을 수행하며, 이 때 원자로 냉각재계통은 정상출력 일 때의 운전보다 상대적으로 낮은 압력과 온도를 가지게 되며, 예를 들어 정상일 때는 150기압 이었던 압력이 약 27기압까지 낮아지게 된다.

원자력발전소 내 고압안전주입펌프는 정상출력 운전조건에서 냉각재 상실사고와 같은 원자로 냉각재계통의 재고량 감소에 대비하여 붕산수 등을 공급하여 노심냉각 기능을 유지할 수 있도록 설계되어 있다.

하지만, 냉각재 상실 사고 발생 시 파단부를 통한 방출유량 대비 고압안전주입펌프의 토출압과 원자로냉각재계통 사이의 높은 차압으로 인해, 안전주입유량이 과다하게 형성이 되어 원자로 냉각재 계통의 저온과압상태(LTOP)를 유발시키는 문제점이 발생하게 된다.

대한민국 특허등록공보 제10-1076499호 (2011.10.18. 등록)

본 발명의 목적은 안전 주입 배관에 별도의 냉각수 우회유입배관과 유량 조절부를 적용시킴으로써 원자로 냉각재 계통의 저온과압을 방지하며, 안전성을 향상시킬 수 있는 안전 주입 배관의 유량 조절 장치를 제공하는 것이다.

상기 냉각수 우회유입배관 중 가장 좁은 부분은 상기 안전 주입 배관보다 단면적이 작을 수 있다.

상기 유량 조절부는 판상이며, 상기 제1위치에서 적어도 일부가 상기 냉각수 우회유입배관 내에 위치하고, 상기 제2위치에서 상기 안전 주입 배관의 유량을 감소시키도록 유량 진행방향의 가로 방향으로 배치 될 수 있다.

상기 유량 조절부는, 상기 안전 주입 배관의 단면적보다 배출면적이 작은 배출구를 가지는 분배판; 및 상기 분배판 상에서 상기 배출구 둘레에 형성되어 있으며, 유입되는 냉각수의 흐름을 와류로 변화시키는 와류 형성부;를 포함 할 수 있다.

상기 유량 조절부는, 상기 분배판의 하부에 형성되어 있으며, 상기 냉각수 우회유입배관 내에 상기 분배판을 고정시키기 위한 고정 구멍을 더 포함하며, 상기 냉각수 유회유입배관 내 압력 변화에 따라, 상기 고정 구멍에 위치하고 있던 상기 위치 변환부가 상기 고정 구멍에서 이탈될 수 있다.

상기 고정 구멍에서의 상기 위치 변환부의 이탈에 의해, 상기 유량 조절부가 상기 냉각수 우회유입배관에서 상기 안전 주입 배관으로 위치 변화하여 상기 안전 주입 배관 내부를 가로막게 되며, 상기 안전 주입 배관 내 유량 조절이 가능하게 될 수 있다.

상기 위치 변환부는, 상기 냉각수 우회유입배관 내 압력에 따라 길이가 변화하는 실린더; 및 상기 실린더를 상기 냉각수 우회유입배관 내 고정시키는 실린더 고정부;를 포함할 수 있다.

상기 실린더는, 사고 발생에 따른 상기 냉각수 우회유입배관 내 압력 변화에 의해 위치가 변화하며, 상기 위치 변화에 의해, 상기 고정 구멍과 끼워 맞춤 되어 있던 상기 실린더가 상기 고정 구멍으로부터 이탈되고, 상기 유량 조절부가 상기 안전 주입 배관으로 수직 낙하할 수 있다.

본 발명에 따르면 고압안전주입펌프에서 배출되는 냉각수 조절을 통해 원자로 냉각재 계통의 저온 과압을 방지하며, 안전성을 향상시킬 수 있는 안전 주입 배관의 유량 조절 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 안전 주입 배관의 유량 조절 장치에 관한 것이고,
도 2는 도 1의 A를 확대한 것으로, 유량 조절부가 제1위치에 있을 때를 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 안전 주입 배관의 유량 조절 장치의 유량 조절부에 관한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 안전 주입 배관의 유량 조절 장치의 동작에 관한 것이고,
도 5는 도 4의 B를 확대한 것으로, 유량 조절부가 제2위치에 있을 때를 나타낸 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 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 안전 주입 배관의 유량 조절 장치에 관한 것이고, 도 2는 도 1의 A를 확대한 것으로, 유량 조절부가 제1위치에 있을 때를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 안전 주입 배관의 유량 조절 장치의 유량 조절부에 관한 것이다.

본 발명에 따른 안전 주입 배관의 유량 조절 장치(10)는 안전 주입 배관(100), 냉각수 우회유입배관(200), 유량조절부(300) 및 위치 변환부(400)를 포함한다.

안전 주입 배관(100)은 고압안전주입펌프로부터 유입되는 냉각수를 반응기로 유동시키기 위한 배관으로, 배관 크기와 내부 면적은 고압안전주입펌프(HPSI)로부터 유입되는 냉각수의 유량 및 유량조절부(300)의 형태와 위치에 따라 달라질 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

냉각수 우회유입배관(200)은 도 1에 도시된 바와 같이, 안전 유입 배관(100)과 연결되어 있으며, 별도의 냉각수 유량이 우회하여 통과할 수 있도록 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 1을 살펴보면, 안전 주입 배관(100)으로 유동되던 냉각수 일부가 우회유입배관(200)을 통해 유동되며, 최종적으로는 반응기로 냉각수를 유동시키게 된다.

냉각수 우회유입배관(200)은 유량조절부(300)가 모두 수용될 수 있는 정도의 크기와 형태로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 일실시예에서는 냉각수 우회유입배관(200) 중 가장 좁은 부분이 안전 주입 배관(100)보다 단면적이 작은 것으로 나타나 있으며, 단면적은 10% 내지 50%, 10% 내지 30%, 5%내지 50% 또는 5% 내지 30%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도시되어 있지는 않지만, 안전 유입 배관(100) 및 냉각수 우회유입배관(200) 내부에는 유량 조절부(300)를 지지하거나 가이드 할 수 있는 별도의 지지부 또는 가이드부가 더 설치되어 있을 수도 있다. 또한, 별도의 압력 측정 및 유량 측정 센서를 설치하여 안전 주입 배관(100) 및 냉각수 우회유입배관(200) 내 압력 및 유량 상태를 모니터 할 수도 있다.

도 2는 도 1의 A를 확대한 것으로, 유량 조절부가 제1위치에 있을 때를 나타낸 것이다.

도 2에서 확인 가능하듯이 본 발명의 일실시예에 따른 안전 주입 배관의 유량 조절 장치는 크게 유량 조절부(300) 및 위치 변환부(400)로 구성되어 있다.

유량 조절부(300)는 분배판(310), 배출구(320), 와류 형성부(330) 및 고정 구멍(340)을 포함한다.

유량 조절부(300)는 판상이며, 제1위치에서 적어도 일부가 냉각수 우회유입배관(200) 내에 위치하고 있다.

분배판(310)은 안전 주입 배관(100)의 유량 방향의 수직의 단면적보다 배출면적이 작은 배출구(H)를 가지며, 배출구(H)를 통해 냉각수 일부가 통과할 수 있게 된다.

본 발명의 일실시예에서 분배판(310)의 형태는 원형으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 안전 주입 배관(100) 및 냉각수 우회유입배관(200)의 형태나 크기에 따라 그 형태가 달라질 수 있다.

분배판(310)은 도 3에 도시된 원형 형상과 같이 냉각수 유량을 원활히 할 수 있는 최적화된 형상으로 되어 있으며, 강한 압력에 견딜 수 있고 부식에 강한 소재로 제작될 수 있다.

배출구(320)는 분배판(310) 내 정 중앙에 위치하고 있으며, 안전 주입 배관(100)의 단면적보다 유량 조절부(300)를 통해 반응기로 배출되는 냉각수의 배출면적이 작도록 사이즈가 형성되어 있다.

다른 실시예에서 배출구(320)의 사이즈 조정은 안전 주입 배관(100)의 단면적 크기 및 반응기로 배출시키는 냉각 수량에 따라 그 크기가 더 넓어지거나 또는 줄어들 수 있다.

와류 형성부(330)는 분배판(310) 상에서 배출구(320) 둘레에 형성되어 있는 것으로, 배출구(320)가 일정량의 냉각수를 배출하는 것과는 달리 유입되는 냉각수의 유량을 적절히 조절할 수 있는 구성이다.

와류 형성부(330)는 분배판(310) 상의 배출구(320) 둘레를 따라 일정한 구멍이 형성되어 있는 것으로, 본 발명에서의 구멍 형태는 역삼각형을 나타내고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서는 원형 또는 일정한 패턴의 구멍이 형성되어 있을 수도 있으며, 와류 형성부(330)를 통해 배출되는 냉각수 유량을 적절히 조절할 수 있는 정도의 형태면 문제되지 않는다.

고정 구멍(340)은 분배판(310) 하부에 위치하고 있으며, 일정한 형태의 구멍이 형성되어 있는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 위치 변환부(400)와 연결되어 유량 조절부(300) 자체를 고정시키게 된다.

위치 변환부(400)는 사고 발생에 따른 안전 주입 배관(100)의 압력변환에 따라 유량 조절부(300)를 제1위치와 제2위치 사이에서 위치 변화 시키게 되는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 실린더(410) 및 실린더 고정부(420)를 포함한다.

실린더(410)는 냉각수 우회유입배관(200) 내 압력에 따라 길이가 변화하는 것으로, 유량 조절부(300) 고정 구멍(340)과 연결되어 있다.

도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 일실시예에서의 실린더(410)는 냉각수 우회유입배관(200) 내 압력 변화에 따라 길이 조절이 가능한 것으로, 내부 공간에 왕복운동 가능한 피스톤 및 피스톤을 둘러싸는 로드로 구성되어 있다.

실린더(410)가 냉각수 우회유입배관(200) 내 압력 변화에 따라 고정 구멍(340)에서 이탈함으로써, 유량 조절부(300)의 위치가 변화하게 되는데, 이와 같은 동작에 대해서는 아래에서 구체적으로 설명한다.

실린더 고정부(420)는 실린더(410)를 냉각수 우회유입배관(200) 내 고정시키는 것으로, 실린더(410)가 냉각수 우회유입배관(200) 내에서 압력 변화에 따라 위치 변화가 가능하도록 고정시켜 주는 역할을 담당하게 된다.

본 발명의 일실시예에서 실린더 고정부(420)는 실린더(410)를 냉각수 우회유입배관(200) 내 확실히 고정시키기 위해, 냉각수 우회유입배관(200)과 일체형으로 결합되어 있는 것으로 나타나 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서는 실린더 고정부(420)가 냉각수 우회유입배관(200)과 일정 거리 이상 떨어져 있는 형태로 구성될 수도 있다.

본 발명의 일실시예에서는 유량 조절부(300)와 위치 변환부(400)가 각각 개별 구성으로 한 셋트(One set)만 설치되어 있는 것으로 나타나 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다른 실시예에서는 다수의 유량 조절부(300)와 위치 변환부(400)가 냉각수 우회유입배관(200) 내 설치되어 있을 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 안전 주입 배관의 유량 조절 장치의 동작에 관한 것이고, 도 5는 도 4의 B를 확대한 것으로, 유량 조절부가 제2위치에 있을 때를 나타낸 것이다.

사고 발생 전에는 고압안전주입펌프에서 반응기로 냉각수를 공급하는 과정에서 냉각수는 안전 주입 배관(100) 및 냉각수 우회유입배관(200)에 모두 유입되어 반응기를 향하여 배출되게 된다.

이때 유량조절부(300)는 냉각수 우회유입배관(200) 내에 위치하고 있으며, 고압안전주입펌프에서부터 공급되는 냉각수는 냉각수 우회유입배관(200)보다는 안전 주입 배관(100)을 통해 대부분의 냉각수가 배출되게 되며, 배관 내 생성되는 유량 또한 안전 주입 배관(100) 내 더 큰 냉각수 유량이 발생하게 된다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 냉각수 상실사고와 같은 사고 발생 시, 냉각수 우회유입배관 내 압력변화가 발생하고, 이러한 압력 변화에 의해, 냉각수 우회유입배관 내 제1위치에 위치하고 있던 유량 조절부(300)가 안전 주입 배관 내 제2위치로 위치 변화하게 된다.

유량 조절부(300)의 위치 변화는 냉각수 우회유입배관(200) 내 압력 변화에 따른 위치 변환부(400)의 작동에 의해 수행되어 지며, 이러한 위치 변환부(400)의 작동은 연속적으로 이루어진다.

위치 변환부(400) 내 실린더(410)는 유량 조절부(300) 고정 구멍(340)에 끼워 맞춤 되어 있다가 냉각수 우회유입배관(200) 내 압력이 변경되면, 자연스럽게 고정 구멍(340)으로부터 이탈되며, 이때 유량 조절부(300)가 안전 주입 배관(100)으로 수직낙하하게 된다.

결과적으로, 유량 조절부(300)는 제2위치에서 안전 주입 배관(100)의 유량을 감소시키도록 유량 진행방향의 가로 방향으로 배치되게 된다.

안전 주입 배관(100) 내 위치하게 된 유량 조절부(300)를 통해 고압안전주입펌프로부터 유입되는 냉각수는 냉각수 우회유입배관(200) 및 유량 조절부(300)를 통해 적절히 조절된 냉각수 유량만이 반응기로 공급되게 된다.

도 5에 도시되어 있듯이, 냉각수 유회유입배관(200) 내 압력 변화에 따라 고정 구멍(340)에 위치하고 있던 위치 변환부(400)가 고정 구멍(340)에서 이탈하여 안전 주입 배관(100) 내에 유량 조절부(300)가 위치하는 제2위치 상태가 된다.

유량 조절부(300)가 제1위치에서 제2위치로 위치 변화함에 따라, 안전 주입 배관(100)을 유량 조절부(300)가 가로막는 형태가 되며, 결과적으로는 안전 주입 배관(100) 내 냉각수 유량을 감소시키게 되고, 적절히 제한된 냉각수 유량만이 안전 주입 배관(100)을 통해 반응기로 유입하게 된다.

전술한 실시 예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허 청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

고압안전주입펌프(HPSI)에서 반응기로 냉각수를 공급하는 안전 주입 배관의 유량 조절 장치에 관한 것으로,
상기 안전 주입 배관과 결합되고, 상기 고압안전주입펌프로부터 유입되는 냉각수가 우회하여 상기 반응기로 유입되는 냉각수 우회유입배관;
상기 안전 주입 배관의 외부에 위치하는 제1위치와 상기 안전 주입 배관의 내부에 위치하여 냉각수 유량을 감소시키는 제2위치 사이를 이동하는 유량 조절부; 및
상기 냉각수 우회유입배관의 압력이 낮아지면 상기 유량 조절부를 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 이동시키는 위치 변환부;를 포함하고,
상기 유량 조절부는,
상기 안전 주입 배관의 단면적보다 배출면적이 작은 배출구를 가지는 분배판; 및
상기 분배판 상에서 상기 배출구 둘레에 형성되어 있으며, 유입되는 냉각수의 흐름을 와류로 변화시키는 와류 형성부;를 포함하며,
상기 분배판의 하부에 형성되어 있으며,
상기 냉각수 우회유입배관 내에 상기 분배판을 고정시키기 위한 고정 구멍을 더 포함하며,
상기 냉각수 우회유입배관 내 압력 변화에 따라, 상기 고정 구멍에 위치하고 있던 상기 위치 변환부가 상기 고정 구멍에서 이탈되는 안전 주입 배관의 유량 조절 장치.
제1항에서,
상기 냉각수 우회유입배관 중 가장 좁은 부분은 상기 안전 주입 배관보다 단면적이 작은 안전 주입 배관의 유량 조절 장치.
제1항에서,
상기 유량 조절부는 판상이며,
상기 제1위치에서 적어도 일부가 상기 냉각수 우회유입배관 내에 위치하고,
상기 제2위치에서 상기 안전 주입 배관의 유량을 감소시키도록 유량 진행방향의 가로 방향으로 배치되는 안전 주입 배관의 유량 조절 장치.
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삭제
제1항에서,
상기 고정 구멍에서의 상기 위치 변환부의 이탈에 의해,
상기 유량 조절부가 상기 냉각수 우회유입배관에서 상기 안전 주입 배관으로 위치 변화하여 상기 안전 주입 배관 내부를 가로막게 되며,
상기 안전 주입 배관 내 유량 조절이 가능하게 되는 안전 주입 배관의 유량 조절 장치.
제1항에서,
상기 위치 변환부는,
상기 냉각수 우회유입배관 내 압력에 따라 길이가 변화하는 실린더; 및
상기 실린더를 상기 냉각수 우회유입배관 내 고정시키는 실린더 고정부;를 포함하는 안전 주입 배관의 유량 조절 장치.
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