KR20010063656A - 강화된 열차폐체를 활용한 원자로용기 외벽냉각 시스템 - Google Patents

강화된 열차폐체를 활용한 원자로용기 외벽냉각 시스템 Download PDF

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박종운
이재성
오승종
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이종훈
한국전력공사
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    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

본 발명은 원자력발전소의 원자로 보호와 관련되며, 원자력발전소의 설계기준으로 고려된 사고를 초과하는 긴급사고에 대응하여 신속하게 핵연료 재장전수탱크의 냉각수를 이송도관을 통해 이송하여 원자로열차폐체 내부에 집적시키는 강화된 열차폐체를 활용한 원자로용기 외벽냉각 시스템에 관한 것이다.
원자력발전소에서 설계기준을 초과하여 노심이 용융되는 중대사고가 발생하는 경우 용융된 노심은 원자로용기 바닥으로 이동하여 원자로용기 하부헤드를 용융 파손시키게 되며, 이 때 방사성 물질인 용융된 노심이 격납건물로 방출되게 되므로 냉각수를 원자로용기와 원자로 열차폐체 사이의 공간에 신속하게 주입하여 원자로용기의 외벽을 냉각하여 원자로용기의 용융파손을 방지할 수 있다.
본 발명은 원자력발전소의 설계기준으로 고려된 사고를 초과하는 불측의 사고에 대응하기 위한 원자로용기 외벽냉각 시스템으로서 신속하게 냉각수를 채울 수 있도록 원자로용기(300)와의 사이에 내부용적을 최소화하여 냉각수를 가둘 수 있고, 냉각수 무게를 견딜 수 있도록 열차폐체(110)를 강화한 냉각수집적수단(100)과; 상기 냉각수집적수단(100)으로 냉각수를 이송하기 위한 붕산수보충펌프(220)와 핵연료재장전수탱크(210)사이의 기존 냉각수 이송도관(230)에서 분기되어 냉각수집적수단(100)내로 냉각수를 이송하는 이송수단(200)과; 원자로 정상운전 조건에서는 원자로용기와 원자로공동 내에 위치한 다양한 기기를 보호하기 위해 닫혀진 상태를 유지하고, 노심용융사고에서와 같이 필요한 경우에 개방하여 붕산수보충펌프(220)로부터 분기된 냉각수 이송도관(230)을 통해 냉각수를 주입할 수 있도록 원자력발전소 주제어실에서 제어되는 이중의 원격조작밸브(240)(241)로 구성됨을 특징으로 함.

Description

강화된 열차폐체를 활용한 원자로용기 외벽냉각 시스템{External Reactor Vessel Cooling System Utilizing Strengthened Thermal Insulation}
본 발명은 원자력발전소에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 원자로 보호와 관련되며, 원자력발전소의 설계기준으로 고려된 사고를 초과하는 긴급사고에 대응하여 신속하게 핵연료 재장전수 탱크의 냉각수를 이송도관을 통해 이송하여 원자로열차폐체 내부에 집적시키는 강화된 열차폐체를 활용한 원자로용기 외벽냉각 시스템에 관한 것이다.
원자력발전소에서 설계기준을 초과하여 노심이 용융되는 중대사고가 발생하는 경우 용융된 노심은 원자로용기 바닥으로 이동하여 원자로용기 하부헤드를 용융 파손시키게 되며, 이 때 방사성 물질인 용융된 노심이 격납건물로 방출되게 된다.
따라서 소정의 냉각수를 원자로용기와 원자로 열차폐체 사이의 공간에 신속하게 주입함으로써 원자로용기의 외벽을 냉각하는 경우 원자로용기의 이러한 용융파손을 방지할 수 있을 것이다.
종래 기술에서는 도 5에 도시된 바와 같이 원자로용기(1)의 둘레를 방호하는 열차폐체내부풀(2)의 하단부에 노내계측기 튜브 지지대를 변형한고체방벽플레이트(Solid Barrier Plate)(10)를 설치하고 소정의 펌프(20)를 이용하여 그 내부로 핵연료재장전수탱크(30)의 물을 이송 주입하여 냉각하도록 하는 방식을 취하고 있다.
도면중 미설명부호 40은 원격조작밸브이고, 50은 냉각수이송도관이다.
이와 같은 종래의 기술은 긴급상황시 원자로(1)의 소정높이까지 냉각수를 채워서 원자로용기(1)가 냉각이 되도록 하여야 하는데 원자로용기(1)의 둘레를 방호하는 열차폐체내부풀(2)의 내부 용적이 매우 크므로 긴급상황시 원자로(1)의 냉각에 필요한 물의 량이 매우 많아 신속한 물의 공급이 어려우며, 물의 량이 매우 많을 경우 하부의 고체방벽플레이트(10)가 수압을 견딜 수 있도록 하기 위해서는 매우 견고한 구조를 이루지 않으면 안된다.
또한 고체방벽플레이트로 인해 원자력발전소 정상운전시 원자로공동 냉각을 위한 공기조화(HVAC) 유로의 차단을 방지하기 위한 우회도관을 별도로 설치해야 함에 따라 필요한 배관과 밸브가 증가되는 등 구조가 복잡하고 운전이 번거로운 문제점을 가지고 있다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명에서는 원자력발전소의 가상적이고, 매우 심각한 사고의 하나인 노심 용융사고와 같이 냉각이 필요한 경우 원자로용기 외벽을 냉각하기 위해 원자로용기와 강화된 열차폐체 사이에 기존의 장치보다 더욱 신속하게 냉각수를 공급할 수 있고, 별도의 공기조화 유로의 설치가불필요하며, 밸브 수도 적은 강화된 열차폐체를 활용한 원자로용기 외벽냉각 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 원자로 냉각시스템의 실시예를 도시하는 수직 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 강화된 열차폐체 구조도이다.
도 3은 본 발명에 따른 열차폐체 하부 플레이트에 대한 상세도,
도 4는 도 3의 A - A 선 단면도
도 5는 종래의 원자로공동을 충수하는 계통을 나타내는 수직 단면도,
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 냉각수집적수단 110: 열차폐체
120: 하부플레이트 121: 플랜지
122: 연결부위 123: 계측기 튜브
200: 이송수단 210: 핵연료 재장전수탱크
220: 붕산수 보충탱크 230: 냉각수 이송도관
240: 원격조작밸브 1 241: 원격조작밸브 2
250: 지연체적탱크 251: 흐름도관
252: 회수도관 300: 원자로용기
310: 원자로공동 400: 증기발생기
410: 증기발생기격실 411: 증기발생기격실 유로
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 원자로용기와의 사이에 내부용적을 최소화하여 냉각수를 가둘 수 있고, 냉각수 무게를 견딜 수 있도록 열차폐체를 강화한 냉각수집적수단과; 상기 냉각수집적수단으로 냉각수를 이송하기 위한 붕산수보충펌프와 핵연료재장전수탱크 사이의 기존의 도관에서 분기되어 집적수단 내로 냉각수를 이송하는 이송수단; 원자로 정상운전 조건에서는 원자로용기와 원자로공동 내에 위치한 다양한 기기를 보호하기 위해 닫혀진 상태를 유지하고 노심용융사고에서와 같이 필요한 경우에 개방하여 붕산수보충펌프로부터 분기된 도관을 통해 냉각수를 주입할 수 있도록 원자력발전소 주제어실에서 제어되는 원격모터구동밸브로 구성됨을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 상기 냉각수집적수단은 냉각수를 가둘 수 있고 냉각수 무게를 견딜 수 있도록 강화된 열차폐체, 계측기(ICI)튜브가 통과할 수 있도록 한 연결부위, 또한 붕산수보충펌프로부터의 냉각수 이송도관과 연결할 수 있는 플랜지로 구성된 열차폐체 하부 플레이트를 포함한다. 상기 연결부위는 계측기튜브가 통과할 수 있도록 이와 유사한 직경의 구멍과 밀봉베어링을 포함한다.
또한 냉각수 이송도관과 연결부위는 냉각수 이송도관의 직경과 유사한 플랜지로 이루어진다. 상기 냉각수 이송수단은 냉각수원으로부터 냉각수를 이송할 수있는 붕산수보충펌프, 이송도관, 그리고 직렬로 연결된 두 개의 격리밸브로 구성된다. 이송도관은 격납건물 내의 증기발생기 격실하부를 통과하도록 콘크리이트 내에 묻히며, 원자로공동에서는 강화된 열차폐체 하부 플레이트의 플랜지로 연결된다. 이송도관에 있는 두 개의 격리밸브는 원격모터구동밸브로서, 원자로 정상운전 조건에서는 닫혀진 상태를 유지하고 필요한 경우 주제어실에서 제어되어 개방할 수 있다. 그리고 이송되는 냉각수원은 핵연료재장전수탱크를 이용한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 열차폐체를 활용한 원자로용기 외벽냉각 시스템의 구성을 보인 개략 구성도로서, 원자로용기(300)의 둘레에 냉각수를 가둘 수 있고, 채워진 냉각수의 무게를 견딜 수 있도록 강화되어 설치된 냉각수 집적수단(100)과 상기 냉각수 집적수단에 신속하게 냉각수를 이송하도록 하는 이송수단(200)으로 구성된다.
상기 원자로용기(300)의 양측에는 증기발생기(400)와 핵연료재장전수탱크(210)가 설치되며, 상기 일측의 핵연료재장전수탱크(210)는 회수도관(252)과 지연체적탱크 흐름도관(251)에 의해 지연체적탱크(250)와 연결되며, 상기 지연체적탱크(250)는 원자로공동흐름도관(311)에 의해 원자로공동(310)에 연결되어 있다.
또한 타측의 핵연료재장전수탱크(210)는 붕산수보충펌프(220)와 냉각수이송도관(230)에 의해 직접 냉각수 집적수단(100)에 연결되며, 상기 냉각수이송도관(230)에는 원격조작밸브1(240)과 원격조작밸브2(241)에 의하여 제어되도록 한다.
상기 냉각수 집적수단(100)은 필요한 냉각수량이 적어 신속하게 냉각수를 채울 수 있도록 냉각수 유실의 규격을 최소화한 구조로서 원자로공동(310)내에 설치된다.
즉, 상기 냉각수 집적수단(100)은 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 계측기 튜브(123)가 통과할 수 있도록 한 연결부위(122), 붕산수보충펌프(220)로 부터의 냉각수 이송도관(230)과 연결할 수 있는 플랜지(121)를 포함하는 하부 플레이트(120)를 구비하며, 둘레는 강화된 열차폐체(110)에 의하여 소정의 공간을 형성하도록 한 것이다.
상기 이송수단은 핵연료재장전수탱크(210)와 붕산수보충펌프(220) 사이의 배관에서 분기되어 냉각수 집적수단(100)의 강화된 열차폐체(110)의 하부플레이트(120) 플랜지(121)와 연결되고 이중으로 된 원격조작밸브(240)(241)에 의하여 작동되도록 한 것으로서 구조와 작동이 단순하게 이루어지도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명은 원자력발전소 원자로냉각재 상실 등의 이유로 설계기준을 초과하여 노심이 용융되는 사고가 발생했을 시에 원자로용기의 용융 파손을 방지하기 위하여 용융된 노심이 원자로용기(300)의 바닥으로 이동하기 전에 소정의 사고감지 방법을 초기 신호로 하여 원격조작밸브 1(240)과 본 발명에 따른 원격조작밸브 2(241)를 개방하고 붕산수보충펌프(220)를 작동시켜 냉각수원인 핵연료재장전수탱크(210)의 찬 냉각수를 흡입하여 냉각수 이송도관(230)을 거쳐 본 발명에 따른 강화된 열차폐체 하부 플레이트의 플랜지(121)를 통해 냉각수집적수단(100)인 열차폐체 내부 풀로 주입함으로써 달성된다. 강화된 열차폐체(110) 내로 주입된 냉각수는 원자로용기 바닥에 흘러내린 용융물에서 발생되는 붕괴열을 흡수하여 증기화되고 증기화되지 않은 냉각수는 증기와 함께 증기발생기 격실(410)로의 유로(411)를 따라 이동하게 되며 이 중에서 증기는 증기발생기 격실(410)의 상부로 배기되고 증기화되지 않은 냉각수는 증기발생기 격실(410) 하부를 통해 지연체적탱크(250)를 거쳐 핵연료재장전탱크(210)로 회수된다. 격납건물 격실 상부를 통해 배기된 증기는 격납건물 살수설비에 의해 응축될 수 있으며 이렇게 응축된 냉각수도 지연체적탱크(250)를 거쳐 핵연료재장전탱크(210)로 회수된다.
본 발명에서는 이송배관의 부품으로서 기존의 원격조작밸브1(240)외에 붕산수 보충수 펌프(220)와 핵연료재장전수탱크(210) 사이의 도관에서 분기되어 냉각수 집적수단(100)인 열차폐체 내부풀로 냉각수를 이송하는 이송도관(230)에 격리용 원격조작밸브 2(241)가 추가되어야 한다. 핵연료재장전수탱크(210)의 냉각수를 강화된 냉각수 집적수단(100)인 열차폐체 내부풀로 이송할 때에는 붕산수보충펌프(220)와 핵연료재장전수탱크(210) 사이의 도관에 설치된 원격조작밸브1(240)과 원격조작밸브 2(241)를 개방하고 붕산수보충펌프(220)를 작동한다. 원격조작밸브 1(240)과 원격조작밸브 2(241)가 개방되면 붕산수보충펌프(220)에 의해 핵연료재장전수탱크(210)의 냉각수는 냉각수이송도관(230)을 통해 강화된 열차폐체로 된 냉각수 집적수단(100)으로 이송된다.
원자로공동(310)에는 원자로용기(300), 강화된 열차폐체(110), 노내계측기튜브(123)가 통과하는데 이 노내계측기 튜브는 원자로용기 하부헤드에 연결되어 강화된 열차폐체의 하부플레이트(120)를 통과하게 된다. 상기 강화된 열차폐체 하부플레이트(120)에는 냉각수 이송도관(230)과의 연결을 위한 플랜지(121)가 추가되고, 노내계측기 튜브 통과부(122)는 61개의 노내계측기 튜브(123)가 통과하도록 각각의 통과부에는 밀봉 베어링이 설치되어 강화된 열차폐체(110) 내로 냉각수가 집적되었을 때 노내계측기 통과부(122)를 통한 누설을 방지한다.
본 발명은 원자력발전소 중대사고시 원자로용기 외벽냉각을 위한 냉각수 이송 및 집적 필요를 만족하기 위해 강화된 열차폐체(110)는 그 철판 두께를 증가시켜 충분히 강화함으로써 위에 계산된 바와 같이 약 40 ton 정도의 냉각수 정적수두를 견디고 붕산수보충펌프(220)가 핵연료재장전수탱크(210) 냉각수를 냉각수 집적수단(100)인 열차폐체 내부풀로 이송할 때 발생할 수 있는 유체 진동에 견디도록 설계되어야 한다.
강화된 열차폐체 사이에 약 7 m 높이의 냉각수가 집적된 경우 그 무게는 약 40 ton(11,000 gal)이 된다. 이 40 ton의 냉각수가 500 gpm의 붕산수보충펌프(220)에 의해 강화된 열차폐체 내부 풀 안에 집적되는 시간은 20분 정도로서 노심용융 사고시에 필요한 시간으로 충분하다. 강화된 열차폐체 내부풀에 집적된 냉각수는 원자로용기(300)를 직접 접촉하여 냉각함으로써 원자로용기 과열 파손을 저지하여 내부 고온 및 고 방사선의 노심용융물이 방출되지 않도록 하는 잇점이 있다. 또한 냉각수 집적 시간이 매우 짧아 기존의 원자로용기 냉각계통에 비해 원자력발전소 운전원이 노심용융을 진단하고 정확한 판단을 하는데 가용한 시간을 크게 늘려주는 잇점이 있다.
열차폐체 내부풀에 집적되는 냉각수는 사고시에 용융되어 원자로용기 하부로 이동된 노심 용융물로부터 방출되는 붕괴열에 의해 비등하여 증기화되며 이는 격납건물 상부로 이동하여 살수냉각수에 의해 응축되어 다시 지연체적탱크(250)를 통해 핵연료재장전수탱크(210)로 이동하여 재순환될 수 있다. 비등되지 않은 냉각수는 강화된 열차폐체(110) 상부의 증기발생기 결실유로(411)를 통해 증기발생기격실(410) 바닥과 지연체적탱크(250)를 통해 다시 핵연료재장전수탱크(210)로 중력에 의해 이동하게 된다.
본 발명의 오직 한 실시예만이 제시되었지만 본 발명에 대한 다양한 개선과 변경이 일어날 수 있음은 자명하다. 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 상술한 것 이외에도 달리 실시할 수 있음을 이해할 것이다.
이와 같은 본 발명은 냉각수 집적수단인 강화된 열차폐체 내부풀에 집적된 냉각수에 의하여 원자로용기를 직접 접촉하여 냉각함으로써 원자로용기 과열 파손을 저지하여 내부 고온 및 고 방사선의 노심용융물이 방출되지 않도록 하며, 또한 냉각수 집적 시간이 매우 짧아 기존의 원자로용기 냉각계통에 비해 원자력발전소 운전원이 노심용융을 진단하고 정확한 판단을 하는데 가용한 시간을 크게 늘려주는 잇점이 있다.
결론적으로 본 발명은 종래기술에 비하여 본 발명은 원자로용기의 냉각을 위한 냉각수량이 적어 위급한 상황에서 신속히 냉각수를 강화된 열차폐체 내부로 공급할 수 있으며 별도의 공기조화 유로의 설치가 불필요하고 밸브 수도 적어 계통이 더욱 단순하고 운전이 간단하다.

Claims (3)

  1. 원자력발전소의 설계기준으로 고려된 사고를 초과하는 불측의 사고에 대응하기 위한 원자로용기 외벽냉각 시스템에 있어서,
    신속하게 냉각수를 채울 수 있도록 원자로용기(300)와의 사이에 내부용적을 최소화하여 냉각수를 가둘 수 있고, 냉각수 무게를 견딜 수 있도록 열차폐체(110)를 강화한 냉각수집적수단(100)과;
    상기 냉각수집적수단(100)으로 냉각수를 이송하기 위한 붕산수보충펌프(220)와 핵연료재장전수탱크(210) 사이의 기존의 냉각수 이송도관(230)에서 분기되어 냉각수집적수단(100)내로 냉각수를 이송하는 이송수단(200)과;
    원자로 정상운전 조건에서는 원자로용기와 원자로공동 내에 위치한 다양한 기기를 보호하기 위해 닫혀진 상태를 유지하고, 노심용융사고에서와 같이 필요한 경우에 개방하여 붕산수보충펌프(220)로부터 분기된 냉각수 이송도관(230)을 통해 냉각수를 주입할 수 있도록 원자력발전소 주제어실에서 제어되는 이중의 원격조작밸브(240)(241)로 구성됨을 특징으로 하는 강화된 열차폐체를 활용한 원자로용기 외벽냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각수집적수단(100)은
    냉각수 유실의 규격을 줄인 구조로서 원자로공동(310)내에 설치되며, 원자로 용기(300)의 둘레를 냉각수를 가둘 수 있고 냉각수 무게를 견딜 수 있도록 강화한 열차폐체(110)와;
    상기 열차폐체(110)를 계측기튜브(123)가 통과할 수 있도록 한 연결부위(122)와 붕산수보충펌프(220)로부터의 냉각수 이송도관(230)과 연결할 수 있는 플랜지(121)가 형성된 열차폐체 하부 플레이트(120)로 구성됨을 특징으로 하는 강화된 열차폐체를 활용한 원자로용기 외벽냉각 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각수 이송수단(200)은
    핵연료재장전수탱크(210)로부터 냉각수를 이송할 수 있는 붕산수보충펌프(220), 냉각수 이송도관(230), 그리고 직렬로 연결된 두 개의 원격 조절밸브(240)(241)격리밸브로 구성되며, 상기 냉각수 이송도관(230)과 냉각수 집적수단(100)과의 연결부위(122)는 냉각수 이송도관(230)의 직경과 유사한 플랜지(121)로 이루어짐을 특징으로 하는 강화된 열차폐체를 활용한 원자로용기 외벽냉각 시스템.
KR1019990060843A 1999-12-23 1999-12-23 강화된 열차폐체를 활용한 원자로용기 외벽냉각 시스템 KR20010063656A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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