KR20020043080A

KR20020043080A - 냉각 장치를 이용한 가압경수로

Info

Publication number: KR20020043080A
Application number: KR1020000072555A
Authority: KR
Inventors: 장순흥; 백원필; 이광구
Original assignee: 윤덕용; 한국과학기술원
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2002-06-08
Also published as: KR100563254B1

Abstract

본 발명은 냉각 장치를 이용한 가압경수로에 관한 것으로, 특히 원자로를 중심으로 대칭을 이루는 4개의 냉각 장치로 구성되는 증기발생기, 냉각재 펌프, 고온관 및 저온관, 가압기를 적용함으로서, 대용량의 전기를 출력하여 경제성과 안전성을 향상하고자 하는 냉각 장치를 이용한 가압경수로에 관한 것이다. 이를 위해, 원통형의 원자로는 고온관을 통하여 증기발생기와 가압기에 연결되고, 상기 증기발생기와 상기 원자로는 저온관을 통하여 냉각재 펌프에 연결되는 제 1 냉각부와; 상기 증기발생기는 상기 고온관을 통해 상기 원자로에 연결되고, 상기 증기발생기와 상기 원자로는 상기 저온관을 통하여 냉각재 펌프에 연결된 다수개의 제 2 냉각부와; 상기 저온관을 통하여 냉각재를 충수 및 재 충수 하는 안전 주입부를 포함하여 구성되는 것이 특징이다.

Description

냉각 장치를 이용한 가압경수로{A Pressurized Water Reactor Using Cooling Devices}

본 발명은 냉각 장치를 이용한 가압경수로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자로를 중심으로 대칭을 이루는 4개의 냉각 장치로 구성되는 증기발생기, 냉각재 펌프, 고온관 및 저온관, 가압기를 적용함으로서, 대용량의 전기를 출력하여 경제성과 안전성을 향상하고자 하는 냉각 장치를 이용한 가압경수로에 관한 것이다

도 1은 종래의 가압경수로를 나타내는 구성도이고, 도 2는 종래의 또 다른 가압경수로를 나타내는 구성도이다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 하나의 냉각 장치(400)는 하나의 증기 발생기(120)와 1개 및 2개의 냉각재 펌프(160)가 구비된다. 그리고, 원자로(10)를 중심으로 또 하나의 냉각 장치(400)가 구성된다. 그리고, 가압기(140)는 어느 하나의 냉각 장치(400)에만 연결되어 상기 증기 발생기 (120)와 상기 원자로(10)에 연결되는 고온관(20)을 통하여 냉각재의 압을 조절한다.

이와 같이, 현재 사용되는 종래의 가압경수로(Pressurized Water Reactor : PWR)형은 개량형(Evolutionary Type)과 피동형(Passive Type)으로 크게 구분할 수 있다. 여기서, 상기 개량형은 기존의 경수로 설계를 거의 그대로 이용하면서 일부분에서 설계 개선을 꾀하고, 특히 계통 및 기기의 신뢰도 향상과 접속부 설계 개선에 중점을 두고 있다. 상기 피동형은 기존 경수로에서 입증된 기술들을 채택하기는 하지만, 원자력 발전소의 안전성을 외부 동력 공급을 필요로 하는 능적적(Active)기기보다는 중력, 압력, 자연순환에 의한 피동적(Passive)수단에 의존한다.

그리고, 상기 개량형 가압경수로는 미국 ABB-CE사가 개발하는 시스템 80+,웨스팅하우스사와 일본회사들이 공동으로 개발하는 APWR등 여러가지가 있으며, 대체로 1300MWe급 이상의 대용량을 추구하고 있다. 반면에 피동형 가압경수로는 웨스팅하우스사를 중심으로 개발되고 있는 AP600의 설계 개념을 그대로 적용하되 냉각 장치 수를 2개에서 3개로 증가시키는 900-1000MWe급 피동형 가압경수로인 SPWR를 추구하고 있다.

따라서, 종래에 사용되는 가압경수로는 안전성을 생각해 볼 때, 전기 최대 용량이 현재 1300MWe급 수준에서 증가되지 못하는 수준에서 머물고 있는 어려움이 초래되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로, 본 발명의 목적은, 원자로를 중심으로 대칭을 이루는 4개의 냉각 장치를 구현하여, 가압경수로의 안전성과 단일 원자력 발전소에서 2000MWe급으로 총 전기 출력을 발생시키는 냉각 장치를 이용한 가압경수로를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 구성으로, 원통형의 원자로(10)는 고온관(20)을 통하여 증기발생기(120)와 가압기(140)에 연결되고, 상기 증기발생기(120)와 상기 원자로(10)는 저온관(50)을 통하여 냉각재 펌프(160)에 연결되는 제 1 냉각(100)부와; 상기 증기발생기(120)는 상기 고온관(20)을 통해 상기 원자로(10)에 연결되고, 상기 증기발생기(120)와 상기 원자로(10)는 상기 저온관(50)을 통하여 냉각재 펌프 (160)에 연결된 다수개의 제 2 냉각부(200)와; 상기 저온관(50)을 통하여 냉각재를 충수 및 재 충수 하는 안전 주입부(300)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는냉각 장치를 이용한 가압경수로에 의해 달성된다.

여기서, 상기 안전 주입부(300)는 상기 제 1 냉각부(100)와 상기 제 2 냉각부(200)의 상기 저온관(50)에 각각 연결되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 안전 주입부(300)에 연결된 3개의 상기 제 2 냉각부(200)와 1개의 상기 제 1 냉각부(100)는 상기 원자로(10)를 중심으로 연결되는 것이 가장 바람직하다.

또한, 상기 제 1 냉각부(100)는, 핵분열이 발생되는 상기 원자로(10)에 상기 고온관(20)을 통하여 냉각재가 주입되는 증기발생기(120)와; 상기 고온관(20)에 연결된 가압 연결관(30)을 통하여 냉각재 재고량과 압력을 조절하는 가압기(140)와; 상기 증기발생기(120)를 통한 냉각재의 유동량을 조절하여, 상기 원자로(10)의 상기 저온관(50)을 통하여 냉각재를 주입하는 냉각재 펌프(160)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제 2 냉각부(200)는, 핵분열이 발생되는 상기 원자로(10)에 상기 고온관(20)을 통하여 냉각재가 주입되는 증기발생기(120)와; 상기 증기발생기 (120)를 통한 냉각재의 유동량을 조절하여, 상기 원자로(10)의 상기 저온관(50)을 통하여 냉각재를 주입하는 냉각재 펌프(160)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 안전 주입부(300)는, 상기 저온관(50)을 통하여 냉각재를 충수하는 안전 주입펌프(320)와; 상기 저온관(50)을 통하여 상기 원자로(10)에 냉각재를 재 충수하는 안전 주입탱크(340)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 안전 주입탱크(340)는 상기 저온관(50)의 냉각재가 부족할 경우, 상기 저온관(50)을 통해 상기 원자로(10)에 냉각재를 재 충수하는 것이 가장 바람직하다.

아울러, 상기 원자로(10)는, 상기 원자로(10) 내부의 하단에 위치하여 핵분열을 발생시키는 원자로 노심(40)과; 상기 원자로 노심(40)과 연결하여 소정의 높이 만큼 상기 원자로(10) 외부로 돌출되는 노내 계측 노즐(60)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 원자로 노심(40)의 높이는 4.0m∼4.5m인 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 종래의 가압경수로를 나타내는 구성도,

도 2는 종래의 또 다른 가압경수로를 나타내는 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 냉각 장치를 이용한 가압경수로를 나타내는 구성도,

도 4는 도 3에 도시된 원자로를 나타내는 전단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 원자로 20: 고온관

30: 가압 연결관 40: 원자로 노심

50: 저온관 60: 노내 계측 노즐

100: 제 1 냉각부 120: 증기 발생기

140: 가압기 160: 냉각재 펌프

200: 제 2 냉각부 300: 안전 주입부

320: 안전 주입펌프 340: 안전 주입탱크

400: 냉각 장치

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 냉각 장치를 이용한 가압경수로를 나타내는 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 1개의 제 1 냉각부(100)와 3개의 제 2 냉각부(200)에 연결되는 안전 주입부(300)로 구성한다. 그리고, 상기 제 2 냉각부(200)에 구비되는 않는 가압기(140)는 상기 제 1 냉각부(100)에 구비된다.

여기서, 상기 제 1 냉각부(100)의 원자로(10)는 고온관(20)을 통하여 증기발생기(120)와 가압기(140)에 연결되고, 상기 증기발생기(120)와 상기 원자로(10)는 저온관(50)을 통하여 냉각재 펌프(160)에 연결된다. 상기 가압기(140)는 고온관 (20)에 연결되는 가압 연결관(30)을 통해 상기 원자로(10)의 냉각계통의 냉각재 재고량과 압력을 조절하는 것이다. 그리고, 상기 저온관(50)에 연결되는 안전 주입부 (300)는 안전 주입펌프(320)와 안전 주입탱크(340)로 구성되는데, 상기 안전 주입펌프(320)는 냉각재를 상기 저온관(50)으로 충수하며, 상기 안전 주입탱크(340)는 상기 저온관(50)의 냉각재가 부족시, 상기 저온관(50)을 통하여 상기 원자로(10)에 냉각재를 재 충수하는 것이다.

그리고, 상기 제 2 냉각부(200)는 상기 제 1 냉각부(100)에 구비되는 가압기 (140)가 구성되지 않은 점이 상이하며, 나머지 구비되는 증기 발생기(120), 냉각재 펌프(160), 고온관(20) 및 저온관(50), 안전 주입부(300)가 구비되는 동일한 상태에서 상기 원자로(10)를 중심으로 3개의 상기 제 2 냉각부(200)가 설치된다.

즉, 상기 제 1 냉각부(100)와 상기 제 2 냉각부(200)는 증기발생기(120)와 냉각재 펌프(160)에 연결되는 저온관(50) 및 고온관(20)이 설치되어 있으며, 상기 제 1 냉각부(100)의 고온관(20)에는 하나의 가압기(140)가 설치되어 냉각재 재고량과 압력을 조절하도록 하고 있다. 따라서, 상기 원자로(10) 냉각재 계통의 냉각재 입구 온도는 약 300℃ 내외로 하고, 냉각재 출구 온도는 약 330℃ 내외로 한다.

또한, 증기 발생기(120)의 급수 온도는 약 230℃ 정도이며 증기 압력 및 온도는 약 7MPa과 280∼300℃ 정도로 구성한다. 그리고, 4개의 상기 증기 발생기 (120)는 각각 수직 U-자관형이며, 한국 표준형 원자로 증기 발생기 설계에 대해 가열관(미도시) 수를 약 8,000개로 하여 9,000∼10,000㎡ 정도의 전체 열전달 면적을 갖도록 설계한다.

그리고, 상기 제 1 냉각부(100)와 상기 제 2 냉각부(200)는 웨스팅하우스 형태를 채택하여 하나의 냉각 장치에는 대해 하나의 냉각재 펌프(160)가 설치되도록 되어있다.

따라서, 위와 같은 원자로 열 출력을 내기 위해서는 하나의 냉각재 펌프 (160)당 약 150,000∼200,000gpm 정도의 냉각재 유량을 담당하도록 하고 있다. 그리고, 안전 주입부(300)은 4개의 트레인에서 각각 하나의 안전 주입펌프(320)가 연결되어 있다. 상기 안전 주입펌프(320)는 격납용기 바닥에 위치한 핵연료 재장전수 공동에서 냉각재를 취수하여 각 저온관(50)으로 충수한다. 그리고, 안전 주입탱크 (340)는 각 냉각재 저온관(50)에 연결되어, 냉각재가 부족시 상기 저온관(50)을 통하여 상기 원자로(10)에 냉각재를 재 충수하는 것이다.

도 4는 도 3에 도시된 원자로를 나타내는 전단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 원자로(10) 내부의 하단에 원자로 노심(40)이 위치하고, 상기 원자로 노심 (40) 상부에 노내 계측 노즐(60)이 상기 원자로(10) 상부로 도출되도록 한다. 상기 원자로 노심(40)의 평균 출력 밀도는 한국 차세대 원자로 노심과 비슷한 약 180 W/cm로 한다. 그리고, 상기 원자로 노심(40)의 높이는 4.0m∼4.5m으로 한다.

따라서, 2000MWe급의 전기 출력을 생산하기 위해 핵연료집합체 수는 280개에서 310개에서 사이에서 구성되도록 하고, 상기 원자로 노심(40) 외부에는 반사체(미도시)를 두어 중성자 손실을 최소화하고 원자로 용기 벽에의 중성자 조사를 최소화하여 원자로 용기 수명을 60년 이상 확보토록 하는 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 냉각 장치를 이용한 가압경수로에 의하면, 원자로를 중심으로 대칭을 이루는 4개의 냉각 장치로 구성되는 증기발생기, 냉각재 펌프, 고온관 및 저온관, 가압기를 통해 대용량의 전기를 얻고자 하는 것이다.

이러한, 본 발명에 의한 냉각 장치를 이용한 가압경수로는 4개의 냉각 장치와 한국 차세대 원자로의 노심 및 한국 표준형 원자로의 증기발생기 설계를 결합하여, 2000MWe급 대용량의 전력 생산과 가압경수로의 안전성을 한층 더 향상 할 수 있는 특징을 가지고 있다.

비록, 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims

냉각 장치를 이용한 가압경수로에 있어서,

원통형의 원자로(10)는 고온관(20)을 통하여 증기발생기(120)와 가압기(140)에 연결되고, 상기 증기발생기(120)와 상기 원자로(10)는 저온관(50)을 통하여 냉각재 펌프(160)에 연결되는 제 1 냉각(100)부와;

상기 증기발생기(120)는 상기 고온관(20)을 통해 상기 원자로(10)에 연결되고, 상기 증기발생기(120)와 상기 원자로(10)는 상기 저온관(50)을 통하여 냉각재 펌프(160)에 연결된 다수개의 제 2 냉각부(200)와;

상기 저온관(50)을 통하여 냉각재를 충수 및 재 충수하는 안전 주입부(300)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치를 이용한 가압경수로.
제 1 항에 있어서, 상기 안전 주입부(300)는 상기 제 1 냉각부(100)와 상기 제 2 냉각부(200)의 상기 저온관(50)에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치를 이용한 가압경수로.
제 2 항에 있어서, 상기 안전 주입부(300)에 연결된 3개의 상기 제 2 냉각부 (200)와 1개의 상기 제 1 냉각부(100)는 상기 원자로(10)를 중심으로 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치를 이용한 가압경수로.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 냉각부(100)는,

핵분열이 발생되는 상기 원자로(10)에 상기 고온관(20)을 통하여 냉각재가 주입되는 증기발생기(120)와;

상기 고온관(20)에 연결된 가압 연결관(30)을 통하여 냉각재 재고량과 압력을 조절하는 가압기(140)와;

상기 증기발생기(120)를 통한 냉각재의 유동량을 조절하여, 상기 원자로(10)의 상기 저온관(50)을 통하여 냉각재를 주입하는 냉각재 펌프(160)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치를 이용한 가압경수로.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 냉각부(200)는,

핵분열이 발생되는 상기 원자로(10)에 상기 고온관(20)을 통하여 냉각재가 주입되는 증기발생기(120)와;

상기 증기발생기(120)를 통한 냉각재의 유동량을 조절하여, 상기 원자로(10)의 상기 저온관(50)을 통하여 냉각재를 주입하는 냉각재 펌프(160)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치를 이용한 가압경수로.
제 1 항에 있어서, 상기 안전 주입부(300)는,

상기 저온관(50)을 통하여 냉각재를 충수하는 안전 주입펌프(320)와;

상기 저온관(50)을 통하여 상기 원자로(10)에 냉각재를 재 충수하는 안전 주입탱크(340)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치를 이용한 가압경수로.
제 6 항에 있어서, 상기 안전 주입탱크(340)는 상기 저온관(50)의 냉각재가 부족할 경우, 상기 저온관(50)을 통해 상기 원자로(10)에 냉각재를 재 충수하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치를 이용한 가압경수로.
제 1 항에 있어서, 상기 원자로(10)는,

상기 원자로(10) 내부의 하단에 위치하여 핵분열을 발생시키는 원자로 노심 (40)과;

상기 원자로 노심(40)과 연결하여 소정의 높이 만큼 상기 원자로(10) 외부로 돌출되는 노내 계측 노즐(60)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치를 이용한 가압경수로.
제 8 항에 있어서, 상기 원자로 노심(40)의 높이는 4.0m∼4.5m인 것을 특징으로 하는 냉각 장치를 이용한 가압경수로.