KR20000020506A - 습식 단열재와 냉각기를 이용한 저온 자기가압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 분리형 원자로와는 다른 새로운 설계 개념인 일체형 원자로에 적용되는 포화증기 및 질소가스를 사용하는 자기가압기에 관한 것이다.

본 발명은 포화증기 및 질소가스를 사용하는 가압기에 습식 단열재 및 냉각기를 사용하여 가압기내의 냉각수 온도 및 증기분압을 낮춤으로써 일체형 원자로 운전중에 발생하는 원자로냉각재의 온도변화가 가압기 온도변화에 미치는 영향을 최소화하여 이에 따른 포화증기압의 변화를 거의 없앰으로써 최소한의 가압기 체적으로 원자로냉각재계통의 각종 천이운전을 수용함으로써 일체형 원자로의 압력용기의 크기를 줄일 수 있도록 하는 방식이다.

Description

습식 단열재와 냉각기를 이용한 저온 자기가압기

본 발명은 일체형 원자로에서 사용되는 새로운 가압기 형태인 저온 자기가압기에 관한 것이다.

일체형 원자로의 개념은 모든 주요 기기를 원자로 압력 용기내에 설치하여 일차계통내의 주요 기기를 연결하는 대형배관을 제거하여 대형배관 파단 사고 가능성을 원천적으로 배제하는 방식이다.

이와 같은 일체형 원자로에서 사용되는 원자로의 압력을 조절하는 가압기의 형태는 여러 가지가 있을 수가 있으며, 그 중 한가지가 습식 단열재와 냉각기를 사용하여 가압기를 저온상태로 유지하면서 가압기내의 냉각수 포화증기 및 질소가스를 혼합한 가압매질을 이용하여 피동적으로 원자로의 압력을 조절하는 방식이다.

본 저온 자기가압기는 피동개념을 사용하는 것으로, 현재 상업운전중인 분리형 원자로의 가압기처럼 압력을 조절하기 위한 살수기 및 가열기 등을 이용하는 복잡한 제어계통이 필요 없다.

또한 본 저온 자기가압기는 포화증기 및 질소가스의 혼합 가압매질을 사용함으로써 원자로노심 출구온도에 해당하는 포화증기압만을 이용할 경우 발생할 수 있는 노심에서의 냉각수 비등을 방지할 수 있다.

이것은 질소가스를 가압기내에 주입하여 가압기내의 압력을 가압기내의 냉각수 온도에 해당하는 증기분압 및 질소가스의 분압의 합에 해당하는 압력으로 유지하여 원자로노심 출구온도에 해당하는 포화증기압보다 높게 유지함으로써 가능하다.

또한, 냉각기를 사용하지 않을 경우 가압기내의 증기압은 원자로노심 출구온도에 해당하는데, 그 이유는 가압기가 원자로 압력용기의 상부 덮개의 내부공간을 사용하므로 항상 원자로노심을 통과하는 고온수와 접하기 때문이다.

본 발명에서 사용하는 자기가압기는 질소가스를 사용하는 관계로 질소가스 용해 특성상 가압기 내부 온도가 증가하면 질소가스의 용해도가 증가하게 된다.

이렇게 질소가스가 냉각수에 용해되는 양이 증가하면 원자로 운전중에 냉각수에 용해된 질소가스가 가압기내를 빠져나와 일차계통내를 돌아다니다가 온도가 낮은 증기발생기 표면에서 용출되어 가스포켓 등을 형성할 수 있으며 이로 인해서 증기발생기 열전달 측면에서 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

또한 가압기내의 냉각수 온도가 노심출구에서의 냉각수 온도와 같은 경우에는 원자로 천이운전시 발생하는 일차계통의 온도 변화에 수반되는 포화압력변화가 상당히 크기 때문에, 가압기가 이 압력변화를 수용하기 위해서는 가압기의 체적을 크게 하여야 한다.

반면 가압기내의 냉각수 온도를 저온으로 유지할 수 있다면 상기에 언급된 고온 가압기의 모든 문제가 해결된다. 따라서 본 저온 자기가압기에서는 가압기내 냉각수의 온도를 저온으로 유지하는 방법을 채택하였다.

이를 위해서 가압기 외벽 안쪽에 습식 단열재를 설치하여 일차계통 냉각수로부터 외벽을 통한 열전달 양을 최소화하였고 가압기 내벽에는 튜브형태의 냉각기를 환형모양으로 설치하여 가압기를 냉각시킴으로써 가압기내의 냉각수를 항상 저온으로 유지하는 개념을 채택하였다.

도 1 은 본 발명의 저온 자기가압기 예제(횡단면)

도 2 는 본 발명의 저온 자기가압기 예제(개략도)

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

(1) : 가압기 (2) : 중앙공동

(3) : 주변공동 (4) : 환형공동

(5) : 습식 단열재 (6) : 냉각기

(7) : 1차 밀림관 (8) : 2차 밀림관

(9) : 가압기 내벽 (10) : 가압기 외벽

(11) : 질소가스탱크 (12) : 배관

(13) : 밸브

이하 발명의 실시 예를 첨부 도면에 연계시켜 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 저온 자기가압기의 횡단면을 나타내며, 도 2 는 저온 자기가압기의 개략도를 나타낸다.

가압기(1)의 구조는 도 1 과 같이 중앙공동(2), 주변공동(3), 가압기 내벽(9), 가압기 외벽(10), 밀림관(7)(8), 습식 단열재(5) 및 냉각기(6)로 구성되며, 질소가스탱크(11)는 배관(12)을 통하여 중앙공동(2)에 연결된다.

습식 단열재(5)는 도 2 와 같이 가압기 외벽(10) 안쪽에 설치되어 있으며 냉각기(6)는 가압기 내벽(9) 바깥쪽을 따라서 튜브형 환형모양으로 내벽주위를 감싸도록 설치되어 있으며, 튜브내를 흐르는 저온의 냉각수는 기기냉각계통으로부터 공급받는다.

일체형원자로 운전중에서 저온 자기가압기가 이용되는 방법 및 작동원리는 다음과 같다.

정상운전중에 환형공동(4)은 고온의 냉각수로 가득차 있으며 이 냉각수의 온도는 원자로노심 출구온도와 동일하다.

반면 냉각기(6)가 설치되어 있는 주변공동(3)은 주위에 습식 단열재(5)가 설치되어 있고 내부에 냉각기(6)가 설치되어 있어서 온도가 가장 낮게 유지된다.

환형공동(4)과 주변공동(3)의 연결은 환형공동(4)의 가장 상부와 주변공동(3)의 바닥이 2차 밀림관(8)을 통하여 서로 연결되어 있다.

실제 가압기(1) 역할을 수행하는 중앙공동(2)은 내부에 50:50으로 기체부분(증기와 고압질소 혼합상태) 및 저온의 냉각수가 서로 공존한다.

주변공동(3)과 중앙공동(2)의 연결은 주변공동(3)의 가장 상부와 중앙공동(2)의 바닥이 1차 밀림관(7)을 통하여 서로 연결되어 있다.

중앙공동(2) 상부는 고압질소탱크(11)와 연결되어 있으며 정상운전시 질소탱크(11)와 연결하는 밸브(13)를 차단시키거나 열어 놓을 수 있다.

원자로 운전중 일차계통 냉각수 온도가 상승하면 일차계통 냉각수가 2차 밀림관(8)을 통하여 주변공동(3)으로 유입되고, 주변공동(3)내의 저온 냉각수는 중앙공동(2)으로 밀려들어가고 주변공동(3)의 냉각수 온도가 조금 상승하나, 곧 냉각기(6)에 의하여 다시 냉각된다.

따라서 일차계통 냉각수의 온도변화가 중앙공동(2)의 온도를 변화시키지 못하며, 이에 따라 가압기(1) 내부 온도는 항상 일정하게 유지되므로 가압기(1)내의 증기분압 변화가 발생하지 않는다.

본 발명은 일체형 원자로에 사용되는 가압기를 설계하는데 있어서 가압매질로 증기와 질소가스를 사용하고 가압기를 냉각시키는 습식 단열재와 냉각기를 사용하여 원자로냉각재 온도변화에 따른 원자로계통의 압력변화 폭을 감소시켜 가압기의 크기를 감소시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 가압기(1) 역할을 수행하는 중앙공동(2) 내부에 기체부분(증기와 고압질소 혼합상태)과 저온의 냉각수가 서로 공존하며 형성되고 중앙공동(2)의 가압기 내벽(9) 외부에 주변공동(3)을 형성하되 이 주변공동(3)의 상부와 중앙공동(2)의 바닥이 1차 밀림관(7)을 통하여 서로 연결되어 있으며 또한, 주변공동(3)이 형성된 가압기 외벽(10) 외부에 환형공동(4)을 형성하되 이 환형공동(4)의 상부와 주변공동(3)의 바닥이 2차 밀림관(8)을 통하여 서로 연결되어 있음과,

   상기, 가압기 외벽(10) 안쪽에 습식 단열재(5)가 설치되어 있고 가압기 내벽(9) 바깥쪽을 따라서 튜브형 환형모양으로 가압기 내벽(9) 주위를 감싸도록 냉각기(6)가 설치되어 있으며 중앙공동(2) 상부에 질소가스탱크(11)를 배관(12)으로 연결 설치한 것을 특징으로 하는 습식 단열재와 냉각기를 이용한 저온 자기가압기.