KR102504420B1 - 원자로의 붕산수 공급 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로와 증기발생기 사이의 고온관 및 저온관에 연결되어 있는 붕산수 공급 시스템에 있어서, 차압이 걸린 상태로 제1저장 공간이 형성되어 있는 제1챔버; 상기 제1챔버 하부에 위치하고, 평소에는 차압이 걸려 있으며, 사고 발생 시 냉각재 유입과 유출이 가능한 제2저장 공간이 형성되어 있는 제2챔버; 및 상기 제1챔버와 상기 제2챔버를 연결하는 연결관;을 포함하는 원자로의 붕산수 공급 시스템에 관한 것이다.

Description

원자로의 붕산수 공급 시스템 및 그 방법{Boric acid water supply system of nuclear reactor and method of same}

본 발명은 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

원자력발전소에서 장기교류전원상실사고(ELAP)시 원자로냉각재펌프(RCP)의 작동 중지로 원자로 내부에 유동이 없는 상태에서 원자로의 냉각은 증기발생기를 통해 이루어진다.

냉각재는 증기발생기의 열제거를 통한 온도 및 밀도차에 의해 자연대류하고 이때 특정 조건에서 환류 냉각이 발생한다.

환류 냉각에 의해 붕산이 없는 냉각재가 증기발생기와 원자로냉각재펌프(RCP)사이 중간냉각재관(crossover leg)에 모이게 되고, 모인 냉각재 주입시 원자로에 재임계가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

한국 특허등록 제10-1229953호(2013년 02월 06일 공고)

본 발명의 목적은 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 시스템 및 그 방법이 제공된다.

본 발명은 원자로와 증기발생기 사이의 고온관 및 저온관에 연결되어 있는 붕산수 공급 시스템에 있어서, 차압이 걸린 상태로 제1저장 공간이 형성되어 있는 제1챔버; 상기 제1챔버 하부에 위치하고, 평소에는 차압이 걸려 있으며, 사고 발생 시 냉각재 유입과 유출이 가능한 제2저장 공간이 형성되어 있는 제2챔버; 및 상기 제1챔버와 상기 제2챔버를 연결하는 연결관;을 포함하는 원자로의 붕산수 공급 시스템에 관한 것이다.

상기 연결관의 내부에 위치하며 고체상태의 붕소가 저장되어 있는 붕소 공급부를 더 포함하며, 상기 고체상태의 붕소가 상기 제2챔버에서 상기 제1챔버로 유동하는 가열된 냉각재에 의해 녹아 붕산수가 생성될 수 있다.

상기 제2저장 공간은, 상기 저온관과 연결되어 상기 저온관으로부터 냉각재를 공급받고, 상기 저온관으로 상기 붕산수를 공급하며, 상기 제2챔버는, 상기 제2저장 공간과 연통하지 않으며 상기 고온관과 연결되어 있는 가열공간을 더 포함할 수 있다.

본 발명은 원자로와 증기발생기 사이의 고온관 및 저온관에 연결되어 있는 붕산수 공급 시스템을 마련하는 단계, 상기 붕산수 공급 시스템은, 차압이 걸린 상태로 저장 공간이 형성되어 있는 제1챔버; 상기 제1챔버 하부에 위치하며, 차압이 걸린 상태로 냉각재 유입과 유출이 가능한 저장 공간이 형성되어 있는 제2챔버; 상기 제1챔버와 상기 제2챔버를 연결하는 연결관; 및 상기 연결관 내부에 위치하는 붕소 공급부를 포함한다; 사고 발생 시 상기 저온관으로부터 상기 제2챔버에 붕소가 포함되어 있지 않은 냉각재를 공급하는 단계; 상기 제2챔버 내 상기 냉각재를 가열하여 증기 상태의 냉각재를 상기 연결관을 통해 상기 제1챔버로 이동시키고, 상기 붕소 공급부를 통해 상기 제1챔버 내 붕산수를 마련하는 단계; 상기 제2챔버를 냉각시켜 상기 제1챔버 내 붕산수를 상기 제2챔버로 이동시키는 단계; 및 상기 제2챔버 내 붕산수를 상기 저온관에 공급하는 단계;를 포함하는 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 방법에 관한 것이다.

상기 냉각재의 가열은, 원자로와 증기발생기 사이에 마련된 고온관을 통한 고온의 냉각재 공급을 통해 수행될 수 있다.

상기 제2챔버 냉각은, 상기 고온관에서 상기 제2챔버 내로 공급되는 고온의 냉각재 공급을 중단시키는 것에 의해 수행될 수 있다.

상기 붕산수를 마련하는 단계는, 상기 연결관 내부에 위치하는 붕소 공급부 내 고체상태의 붕소가 상기 제2챔버에서 상기 제1챔버로 유동하는 가열된 냉각재에 의해 녹아 붕산수가 생성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 원자로 재임계 현상을 방지하기 위한 원자로 붕산수 공급 시스템 및 그 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 시스템을 포함하는 원자력발전소의 일부를 나타낸 것이고,
도 2는 도 1의 A를 확대한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 시스템을 나타낸 것이고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 시스템의 작동을 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 시스템의 작동에 따른 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 방법을 나타낸 순서도이다.

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 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 시스템에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 시스템을 포함하는 원자로 냉각계통을 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 A를 확대한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 시스템을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 시스템(10)(이하 ‘시스템’)은 제1챔버(100), 제2챔버(200), 연결관(300) 및 붕소 공급부(400)를 포함한다.

시스템(10)은 원자로와 증기발생기 사이의 고온관(P1) 및 저온관(P2)에 연결되어 있다.

도 1에 도시되어 있지는 않지만, 시스템(10)을 고정하고 지지하기 위한 추가적인 지지구조가 더 설치되어 있을 수 있다.

제1챔버(100)는 차압이 걸린 상태로 제1저장 공간(S1)이 형성되어 있다.

제2챔버(200)는 제1챔버(100) 하부에 위치하고, 평소에는 차압이 걸려 있으며, 사고 발생 시 냉각재 유입과 유출이 이루어지는 제2저장 공간(S2)이 형성되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1챔버(100) 및 제2챔버(200)는 일정수준 이상의 냉각재가 채워져 있을 수 있는 구형의 저장 탱크로 도시되어 있으나, 다른 실시예에서 제1챔버(100) 및 제2챔버(200)는 저장 탱크 대신 저수조와 같은 구성으로 되어 있을 수 있으며, 형태나 크기는 한정되지 않는다.

제2챔버(200)는 제2저장 공간(S2)과 연통하지 않으며 고온관과 연결되어 있는 가열 공간(S3)를 포함한다.

제2저장 공간(S2)은 저온관(P2)을 통해 붕소가 포함되어 있지 않은 냉각재의 유입 및 배출이 이루어지게 된다.

본 발명에서 “붕소가 포함되어 있지 않은 냉각수”는 붕소의 농도가 매우 낮은 냉각수를 포함하는 개념이다. 여기서 “붕소가 포함되어 있지 않은 냉각수”의 붕소농도는 붕산수의 0.01배 내지 0.1배 또는 0.001배 내지 0.1배 일 수 있다.

저온관(P2)으로부터 제2저장 공간(S2)에 붕소가 포함되어 있지 않은 냉각재의 공급과 배출을 위한 배관 및 이를 조절하기 위한 밸브가 더 설치되어 있다. 배관은 저온관(P2)에서 제2저장 공간(S2)으로 공급되는 붕소를 포함하지 않는 냉각재 공급을 위한 제1공급 배관(P3) 및 이를 조절하기 위한 제1공급 배관 밸브(V1), 제2저장 공간(S2)으로부터 저온관(P2)으로 공급되는 붕산수의 공급을 위한 제2공급 배관(P4) 및 이를 조절하기 위한 제2공급 배관 밸브(V2)를 포함한다.

가열 공간(S3)은 제2저장 공간(S2)과 연통하지 않으며, 고온관(P1)으로부터의 고온의 냉각재 유입 및 배출이 이루어지게 된다.

도 2를 살펴보면, 가열 공간(S3)은 제2저장 공간(S2) 하부에 위치하고, 제2저장 공간(S2) 하부의 일부분을 둘러싸고 있는 것으로 나타나 있으나, 이에 한정되지 않는다.

고온관(P1)으로부터 가열 공간(S3)으로의 고온의 냉각재 공급과 배출을 위한 배관 및 이를 조절하기 위한 밸브가 더 설치되어 있다. 배관은 고온관(P1)에서 가열 공간(S3)으로 공급되는 고온의 냉각재 공급을 위한 제3공급 배관(P5) 및 이를 조절하기 위한 제3공급 배관 밸브(V3)를 포함하며, 가열 공간(S3)으로부터 고온관(P1)으로 회수되는 고온의 냉각재 회수를 위한 회수 배관(P6) 및 이를 조절하기 위한 회수 배관 밸브(V4)를 포함한다.

고온관(P1), 저온관(P2) 및 제2챔버(200)와 연결되어 있는 배관(P3,P4,P5,P6)의 재질은 스테인리스 스틸 등으로 만들어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

연결관(300)은 제1챔버(100)와 제2챔버(200)를 연결한다. 연결관(300)의 내부에는 냉각재의 유동이 이루어질 수 있는 통로가 형성되어 있다. 연결관(300)의 일단은 제1챔버(100)의 내부에 위치하고, 타단은 제2챔버(200) 내에 위치한다.

도 2를 살펴보면, 연결관(300)은 내부에 냉각재가 통과할 수 있는 단일 유로를 가지고 있으나, 이에 한정되지 않으며 다른 실시예에서는 각기 다른 유로가 형성되어 있는 형태로 이루어져 있을 수 있다.

붕소 공급부(400)는 연결관(300) 내부에 위치하며, 고체상태의 붕소가 저장되어 있다.

도시되어 있지는 않지만, 연결관(300) 내 붕소 공급부(400)를 고정하고 지지하기 위한 추가적인 지지구조 및 제1챔버(100)와 제2챔버(200)간의 냉각재 유동을 가이드하기 위한 가이드부가 더 설치되어 있을 수 있다.

붕소 공급부(400)를 통해 내부에 고체상태의 붕소가 제2챔버(200)에서 제1챔버(100)로 유동하는 가열된 냉각재에 의해 녹은 붕산수가 생성되며, 이와 관련된 내용은 아래의 도 3을 통해 설명한다.

도시되어 있지는 않지만, 제2챔버(200)에 추가적인 압력을 가할 수 있는 가압부 및 압력조절을 위한 밸브가 더 설치되어 있을 수 있다. 다른 실시예에서 가압부를 통한 추가적인 압력이 가해짐으로써 제2챔버(200) 내 붕산수가 가압되고, 제2챔버(200)로부터 저온관(P2)으로 붕산수가 공급되게 된다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 시스템의 작동을 나타낸 것이다.

먼저, 제1챔버(100) 및 제2챔버(200)는 평상 시 차압이 걸려 있고, 각각의 저장 공간(S1,S2)이 비어 있는 상태이다.

본 발명에서 저온관(P2)을 통한 붕소를 포함하지 않은 냉각재를 시스템(10)에 공급하는 것과 시스템(10)을 통해 배출되는 붕산수를 원자로에 공급하는 것, 고온관(P1)을 통한 고온의 냉각재를 가열 공간(S3)에 공급하고 가열 공간(S3)으로 부터 회수하는 일련의 과정들은 제2챔버(200)에 연결되어 있는 각각의 배관((P3,P4,P5,P6) 및 밸브(V1,V2,V3,V4)를 통해 수행된다.

도 3을 참조하면, 원자로 재임계 발생이 예상되는 사고 발생 시, 저온관(P2)으로부터 제2챔버(200) 내 제2저장 공간(S2)으로 붕소가 포함되어 있지 않은 냉각재를 공급하게 된다.

일정량의 붕소가 포함되어 있지 않은 냉각재가 제2저장 공간(S2)에 공급되면 공급을 중지하고, 이후 고온관(P1)으로부터 가열 공간(S3)에 고온의 냉각재를 공급하게 된다.

가열 공간(S3)으로의 고온의 냉각재 공급에 의해, 제2저장 공간(S2) 내 붕소가 포함되어 있지 않은 냉각재가 가열되며, 제2저장 공간(S2) 내 붕소가 포함되어 있지 않은 냉각재는 증발하게 된다.

이후 냉각재 증발에 따른 내부 압력의 증가로 인해 제2저장 공간(S2) 내 냉각재는 사이펀 효과에 의해 연결관(300)을 통해 제1챔버(100)로 이동하게 된다.

가열된 냉각재가 연결관(300)을 통해 제1챔버(100)로 이동하면서, 붕소 공급부(400) 내 고체상태의 붕소를 녹여, 붕산수를 생성하게 된다.

도 4를 참조하면, 제1챔버(100) 내 일정량의 붕산수가 채워지게 되면, 고온관(P1)으로부터 제2공동(220)으로 유입되던 고온의 냉각재 공급을 중단시키고, 제2챔버(200)를 냉각시키게 된다.

이후, 제2챔버(200)의 냉각에 의해 제1챔버(100) 내 위치하던 붕산수는 연결관(300)을 통해 제2챔버(200)로 이동하게 된다.

제1챔버(100)에서 제2챔버(200)로 유입된 붕산수는 저온관(P2)과 연결된 배관(제2공급 배관, P4)을 통해 저온관(P2)에 공급된다. 이후 저온관(P2)에 공급된 붕산수는 원자로에 공급된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 시스템의 작동에 따른 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 방법을 나타낸 순서도이다.

먼저 원자로와 증기발생기 사이의 고온관(P1) 및 저온관(P2)에 연결되어 있는 붕산수 공급 시스템(10)을 마련하게 된다. (S10)

여기서 붕산수 공급 시스템(10)은 차압이 걸린 상태로 저장 공간이 형성되어 있는 제1챔버(100); 상기 제1챔버 하부에 위치하며, 차압이 걸린 상태로 냉각재 유입과 유출이 가능한 저장 공간이 형성되어 있는 제2챔버(200); 상기 제1챔버와 상기 제2챔버를 연결하는 연결관(300); 및 상기 연결관 내부에 위치하는 붕소 공급부(400)를 포함한다.

이후 원자로 재임계 발생이 예상되는 사고 발생 시 저온관(P2)으로부터 제2챔버(200)에 붕소가 포함되어 있지 않은 냉각재를 공급하게 된다. (S20)

다음으로, 원자로와 증기발생기 사이에 마련된 고온관(P1)을 통한 고온의 냉각재 공급을 통해 제2챔버(200) 내 냉각재를 가열하며, 가열에 의해 증기 상태가 된 냉각재가 연결관(300)을 통해 제1챔버(100)로 이동하게 된다.

이때, 연결관(300) 내부에 위치하는 붕소 공급부(400) 내 고체상태의 붕소가 제2챔버(200)에서 제1챔버(100)로 유동하는 가열된 냉각재에 의해 녹아 붕산수를 생성하게 된다. (S30)

이후 고온관(P1)에서 제2챔버(200) 내로 공급되는 고온의 냉각재 공급을 중단시킴으로써 제2챔버(200)가 냉각되고, 이러한 냉각에 의해 제1챔버(100) 내 위치하던 붕산수가 연결관(300)을 통해 제2챔버(200)로 이동하게 된다. (S40)

다음으로, 제2챔버(200) 내 위치하는 붕산수를 저온관(P2)에 공급하게 된다. (S50)

본 발명은 원자로 재임계 발생이 예상되는 사고 발생 시 저온관(P2)을 따라 유동하는 냉각재에 붕산수 공급 시스템(10)을 통한 붕산수 공급을 통해, 특정 조건에서 발생할 수 있는 원자로 재임계 현상을 방지할 수 있게 된다.

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 (7)

1. 원자로와 증기발생기 사이의 고온관 및 저온관에 연결되어 있는 붕산수 공급 시스템에 있어서,
   차압이 걸린 상태로 제1저장 공간이 형성되어 있는 제1챔버;
   상기 제1챔버 하부에 위치하고, 평소에는 차압이 걸려 있으며, 사고 발생 시 냉각재 유입과 유출이 가능한 제2저장 공간이 형성되어 있는 제2챔버; 및
   상기 제1챔버와 상기 제2챔버를 연결하는 연결관;을 포함하며,
   상기 연결관의 내부에 위치하며 고체상태의 붕소가 저장되어 있는 붕소 공급부를 더 포함하고,
   상기 고체상태의 붕소가 상기 제2챔버에서 상기 제1챔버로 유동하는 가열된 냉각재에 의해 녹아 붕산수가 생성되는 원자로의 붕산수 공급 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2저장 공간은,
   상기 저온관과 연결되어 상기 저온관으로부터 냉각재를 공급받고, 상기 저온관으로 상기 붕산수를 공급하며,
   상기 제2챔버는,
   상기 제2저장 공간과 연통하지 않으며 상기 고온관과 연결되어 있는 가열공간을 더 포함하는 원자로의 붕산수 공급 시스템.
4. 원자로와 증기발생기 사이의 고온관 및 저온관에 연결되어 있는 붕산수 공급 시스템을 마련하는 단계;
   상기 붕산수 공급 시스템은, 차압이 걸린 상태로 저장 공간이 형성되어 있는 제1챔버, 상기 제1챔버 하부에 위치하며, 차압이 걸린 상태로 냉각재 유입과 유출이 가능한 저장 공간이 형성되어 있는 제2챔버, 상기 제1챔버와 상기 제2챔버를 연결하는 연결관 및 상기 연결관 내부에 위치하는 붕소 공급부를 포함하며,
   사고 발생 시 상기 저온관으로부터 상기 제2챔버에 붕소가 포함되어 있지 않은 냉각재를 공급하는 단계;
   상기 제2챔버 내 상기 냉각재를 가열하여 증기 상태의 냉각재를 상기 연결관을 통해 상기 제1챔버로 이동시키고, 상기 붕소 공급부를 통해 상기 제1챔버 내 붕산수를 마련하는 단계;
   상기 제2챔버를 냉각시켜 상기 제1챔버 내 붕산수를 상기 제2챔버로 이동시키는 단계; 및
   상기 제2챔버 내 붕산수를 상기 저온관에 공급하는 단계;를 포함하는 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 냉각재의 가열은,
   원자로와 증기발생기 사이에 마련된 고온관을 통한 고온의 냉각재 공급을 통해 수행되는 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2챔버 냉각은,
   상기 고온관에서 상기 제2챔버 내로 공급되는 고온의 냉각재 공급을 중단시키는 것에 의해 수행되는 원자로에 붕산수를 공급하기 위한 방법.
7. 삭제

Images