KR20020037105A - 원자로보호용기와 압축탱크를 이용한 비상노심냉각 방법과장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일체형원자로 주요기기 및 관련배관을 둘러싸고 있는 철제 보호용기, 냉각수를 저장한 압축탱크 및 원자로 용기내의 자연순환 현상을 이용하는 피동잔열제거계통에 의한 비상노심냉각장치에 관한 것으로 일체형 원자로의 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 방안이다. 본 발명은 일체형원자로의 소형냉각재상실사고시 원자로보호용기로 방출되는 고 에너지 일차냉각재의 증발에 의한 원자로보호용기내의 압력증가현상를 이용하여 일차냉각재의 누출을 제한하여 기존 원자로의 비상노심냉각계통에 비해 사고종결시까지 요구되는 냉각수량을 크게 줄이고 압축탱크에 저장된 냉각수를 압력차이를 이용한 피동적 방법으로 주입하는 방법과 장치를 특징으로 한다.

Description

원자로보호용기와 압축탱크를 이용한 비상노심냉각 방법과 장치{Emergency Core Cooling System Consists of Reactor Safeguard Vessel and Accumulator}
본 발명은 원자로 보호 용기와 압축탱크를 이용한 비상 노심 냉각방법과 장치에 관한 것이다.
비상노심냉각계통은 원자로의 안전성 확보에 중요한 계통으로 일체형원자로의 비상노심냉각계통은 원자로보호용기, 압축탱크 및 피동잔열제거계통으로 구성된다. 본 발명은 압력경계가 파손되는 소형냉각재상실사고시 원자로와 주요기기 및 관련배관을 둘러싸고 있는 비교적 작은 용량의 철제 보호용기를 이용하여 원자로 냉각재의 방출을 제한하여 사고 시 노심냉각에 필요한 냉각수의 요구유량을 크게 줄이고 압축탱크에 저장된 냉각수를 압력차이를 이용하여 원자로용기에 공급하는 기술이다. 사고 시 노심에서 발생하는 붕괴열은 원자로 용기내 일차냉각수의 자연순환, 원자로 용기에 내장된 증기발생기와 원자로 보호용기 외부에 설치된 응축열교환기를 이용하여 제거한다.
상용원자로에서는 냉각재상실사고시 노심을 냉각하기 위한 냉각수를 주입을 목적으로 압축탱크와 펌프를 이용한 비상노심냉각계통을 설치하고 있다. 종래 상용원자로의 경우에는 사고시 방사선 방호를 목적으로 대형의 격납용기를 설치하고 있으므로 냉각재상실사고시 원자로계통의 일차냉각재가 파단 부위를 통하여 대형 격납용기 내부로 방출되므로 사고가 종료될 때까지 펌프를 가동하여 격납용기 외부의 저장수조로부터 비상노심냉각수를 계속 공급하여야 한다. 그러나 일체형원자로는 증기발생기와 원자로냉각재 펌프 등 주요 기기가 원자로 용기에 내장되어 일차계통의 주요 기기를 연결하는 배관을 제거하고 있다. 따라서 일체형원자로의 경우 대형냉각재상실사고가 근원적으로 배제되며 원자로용기에 연결되어있는 보조계통의 완전파단사고 또는 원자로 압력용기 용접부위의 손상에 의한 냉각재 누출사고 등의 소형냉각재 상실사고가 설계기준사고가 된다.
본 발명은 일체형원자로의 비상노심냉각계통이 소형냉각재상실사고시 일차냉각재의 방출에 따라 원자로용기 내부의 압력이 감소하고 원자로용기 외부를 둘러싸고 있는 원자로보호용기의 압력은 상승하는 원리를 이용한다. 원자로보호용기는 일체형원자로 외부에 설치된 소형의 철제용기로서 원자로계통의 건전성이 상실되는 냉각재상실사고시 원자로계통에서 누출되는 일차냉각재를 용기 내에 가두어 외부로 누출되는 것을 방지한다. 이때 원자로보호용기는 원자로용기로부터 방출되는 고 에너지 일차냉각재의 급격한 증발(Flashing)로 압력이 상승하게된다. 원자로용기의 내부압력은 일차냉각재의 방출로 점진적으로 감소하게되므로 최종적으로는 원자로 용기의 압력과 원자로 보호용기의 압력이 평형을 이루게 되어 원자로 용기로부터의 냉각재 방출이 멈추게 된다. 따라서 원자로와 대형의 격납용기로 구성된 기존원전의 설계에 비하여 소량의 냉각재가 원자로 용기 외부로 방출되므로 비교적 소량의 냉각수 주입만으로도 노심의 노출이 발생하지 않는 안전한 상태를 유지할 수 있다. 노심냉각에 필요한 냉각수는 원자로 보호용기 안에 설치된 압축탱크에 저장된 물을 압력 차이를 이용하여 피동적인 방법으로 원자로 용기 내로 주입한다.
한편 장기냉각시에는 일차계통의 자연순환과 증기발생기를 이용하는 피동잔열제거 계통을 이용하여 냉각하기 때문에 일차계통의 자연순환회로를 유지할 수 있도록 일차계통에 냉각수를 공급하여야 한다. 즉 최소 수위가 증기발생기 상단에 위치하도록 냉각수를 보충하여야 하는데 원자로 보호용기가 원자로 용기 연결배관의 파단부위를 통해 방출되는 냉각재량을 제한하므로 압축탱크에 저장된 소량의 냉각수를 이용하여 냉각수를 공급할 수 있다. 따라서 기존원전에서와 같이 장기냉각을 위해 사고종결 시까지 펌프를 이용하여 지속적인 냉각수의 주입이 요구되지 않으므로 이들 관련 계통을 제거할 수 있어 보다 경제성 있는 발전소의 설계가 가능하며 사고 종결시 까지 모든 계통이 피동적인 방법에 의하여 이루어지므로 펌프와 같은 능동기기의 고장 또는 운전원의 실수 가능성이 없어지므로 원자력 발전소의 안전성이 향상되게 된다.
도 1은 본 발명의 기본 원리도
도 2는 본 발명의 계통 구성도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 원자로 용기 (2) : 원자로 보호용기
(3) : 증기 발생기 (4) : 피동잔열제거계통
(5) : 압축탱크
본 발명의 구성은 첫째 방법론으로서, 원자로용기 외부에 고압으로 설계된 소형의 보호용기를 설치하여 냉각재상실사고시 방출되는 냉각재의 증발에 의한 압력증가현상을 이용하여 원자로용기로부터 방출되는 냉각재량을 차단하고 비상노심냉각수를 압축탱크를 이용한 피동적 방법으로 공급하는 것과, 장기냉각 시 노심에서 발생하는 붕괴열을 원자로용기(일차계통)내의 자연순환유동과 증기발생기를 이용한 피동잔열제거계통을 이용하여 제거하는 것이고, 둘째 장치론으로서 원자로 용기(1)의 외곽에 원자로 보호용기(2)를 설치하고, 이 원자로 용기(1)내의 증기 발생기(3)는 외부 피동 잔열제거계통(4)에 순환되게 배관하며, 상기 원자로 용기(1) 상단에 압축탱크(5)로서 냉각수가 주입되게 배관한 구조로 되어 있다.
도면중 미설명부호 6는 냉각수배관, 7은 열교환기, 8은 보상탱크 이다.
이하 발명의 실시 예를 첨부 도면에 연계시켜 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 기본 원리를 설명하는 그림으로 일차냉각재의 방출로 원자로용기의 압력은 감소하고 원자로 용기로부터 방출되는 일차냉각재의 급격한 증발로 원자로 보호용기의 압력은 상승하게되며 원자로 용기와 원자로 보호용기의 압력이 평형을 이루는 P점에 도달하게 되면 원자로 용기로부터의 일차냉각재 유출이 차단되게 된다. 도 2는 본 발명의 계통 구성도로 일체형원자로의 원자로 용기에 연결된 일체형배관이 파단된 냉각재상실사고시 원자로 보호용기를 이용한 일차냉각재의 방출량 제한, 비상노심냉각수의 주입 및 장기냉각을 목적으로 구성된 비상노심냉각계통의 실시 예를 보여 주고 있다. 도 2에 제시한 바와 같이 냉각재 상실사고의 초기에는 파단부위를 통하여 원자로 냉각재가 원자로 보호용기내로 급격히 방출된다. 이때 원자로 용기의 압력은 일차냉각재의 방출로 감소하며 원자로 보호용기는 용기 안으로 유입되는 고 에너지의 일차냉각재의 급격한 증발현상(Flashing)으로 압력이 상승하게 된다. 원자로 용기의 압력이 압축탱크의 압력이하로 감소하면 압력 차에 의하여 압축탱크에 저장된 냉각수가 원자로용기 내로 주입되게 된다. 일차냉각재의 지속적인 방출로 원자로 용기와 원자로 보호용기의 압력이 평형을 이루면(제 1도의 P점) 더 이상의 냉각재 방출이 일어나지 않으며 원자로 용기는 압축탱크로부터 주입된 냉각수에 의하여 증기발생기 상단까지 채워지게 된다. 따라서 장기냉각시에는 원자로 용기내에 일차계통냉각수의 자연순환회로가 형성되어 노심에서 발생한 붕괴열을 증기발생기를 통해 피동잔열제거계통에 의하여 제거하게 된다. 즉 증기발생기를 이차측에 전달된 붕괴열은 피동잔열제거계통에 자연순환 유로를 형성하며 증기발생기에서의 증발 및 응축열교환기에서의 응축현상을 이용하여 노심의 붕괴열을 제거하여 원자로를 안전한 상태로 유지하게된다.
(변형예, 응용예 및 법적해석)
본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시예와 변형예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 설계변경적 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
상기의 본 발명은 일체형원자로 주요기기 및 관련배관을 둘러싸고 있는 철제 보호용기, 냉각수를 저장한 압축탱크 및 원자로 용기내의 자연순환 현상을 이용하는 피동잔열제거계통에 의한 비상노심 냉각이 가능하여 일체형 원자로의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 원자로용기 외부에 고압으로 설계된 소형의 보호용기를 설치하여 냉각재상실사고시 방출되는 냉각재의 증발에 의한 압력증가현상을 이용하여 원자로용기로부터 방출되는 냉각재량을 차단하고 비상노심냉각수를 압축탱크를 이용한 피동적 방법으로 공급하는 것과, 장기냉각 시 노심에서 발생하는 붕괴열을 원자로용기(일차계통)내의 자연순환유동과 증기발생기를 이용한 피동잔열제거계통을 이용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 원자로 보호용기와 압축탱크를 이용한 비상노심 냉각 방법.
  2. 원자로 용기(1)의 외곽에 원자로 보호용기(2)를 설치하고, 이 원자로 용기(1) 내의 증기발생기(3)는 외부 피동잔열제거계통(4)에 순환되게 배관한 것을 특징으로 하는 원자로 보호 용기와 압축탱크를 이용한 비상노심 냉각장치.
  3. 원자로 용기(1)의 외곽에 원자로 보호용기(2)를 설치하고, 이 원자로 용기(1)내의 증기 발생기(3)은 외부 피동 잔열제거계통(4)에 순환되게 배관하며, 상기 원자로 용기(1) 상단에 압축탱크(5)로서 냉각수가 주입되게 배관한 것을 특징으로 하는 원자로보호용기와 압축탱크를 이용한 비상노심냉각 장치.
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