KR20030040918A - 원자로 비상 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력발전소의 노심이 용융되는 사고발생시 냉각수가 충수된 수원으로부터 원자로공동에 공급하여 원자로용기의 하부를 냉각시키는 장치로서, 노심용융물을 원자로용기 내에서 냉각시켜 원자로용기 자체의 파손을 방지할 수 있는 것을 목적으로 한 원자로 비상 냉각장치에 관한 것이다. 상기 목적을 실현하기 위한 본 발명은 냉각수가 충수된 수원, 수원과 원자로용기의 하단에 위치한 기초부에 형성된 원자로공동을 연결하는 공급관과, 이 공급관의 경로에 장착한 펌프와, 이 공급관의 경로에 장착하여 냉각수의 흐름을 단속하는 밸브류로 이루어진 공급수단의 구성을 갖는다. 또한 공급수단은 원자로용기에 전도되는 열원으로 이를 감지하는 감지부와, 감지부의 감지된 출력에 따라 이를 판단하여 수원으로부터 냉각수를 공급하거나 이를 차단하기 위하여 펌프의 작동을 제어하는 제어부로 이루어진 제어수단의 구성을 특징적 구성 요소로 한다.

Description

원자로 비상 냉각장치{System for emergency cooling of reactor}

본 발명은 원자력발전소의 설계기준 초과사고시를 대비하여 수원에 충수된 냉각수로 원자로공동을 침수시켜 원자로용기를 통해 설계기준 초과사고시의 용융물의 냉각을 수행하여 원자로용기의 파손을 방지하는 원자로 비상 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자로는 2개의 냉각재 회로를 가진 가압경수로로서 원자로 냉각재계통은 폐쇄회로내에서 냉각수를 순환시키며, 노심과 내부구조물로부터 열을 제거시켜 이차(증기발생)계통으로 전달한다. 이때 증기발생기는 원자로냉각재(일차)계통과 주증기(이차)계통 간의 경계를 형성한다.

이러한 원자로냉각재계통은 도1에서와 같이 2개의 가압폐회로로 각각의 회로에는 1대의 증기발생기(30), 2대의 원자로냉각재펌프(90)가 원자로용기(10)를 중심으로 대칭으로 설치되어 있다. 안전주입탱크(40)들은 냉각재 상실사고시 노심냉각을 위하여 냉각재 계통에 붕산수를 공급하고, 냉각재 상실사고 후 장기 노심냉각의 수단을 제공하기 위하여 각 냉각재계통의 저온관(20)들에 연결되어 있으며, 정상시 질소가압계통을 이용하여 600∼625 psig의 압력으로 가압되어 있다. 냉각재계통이 탱크압력 이하로 감소하면 탱크내의 붕산수는 압력차이에 의하여 자동주입된다.

그러나 저온관(20)들의 파단 등에 따라 냉각재가 상실되어 원자로 내에 있던 노심이 용융되는 경우와 같은 설계기준을 초과하는 사고발생 후 원자로용기(10)의 하부헤드가 용융되어 용융된 노심이 원자로건물로 방출되는 문제점이 있다.

즉, 원자력발전소의 설계기준 사고를 초과하여 노심이 용융되는 중대사고가 발생하는 경우 원자로계통의 감압과 안전주입 등과 같은 특별한 다른 조치를 취할 수 없으면 용융된 원자로용기 내의 노심이 원자로용기(10) 바닥으로 이동하여 원자로용기(10) 하부헤드를 용융 손상시키고 ICI(In-Core Instrument) 홈(Chase) 등을 통하여 직접 원자로건물의 상부로 고압으로 방출되어 원자로건물의 건전성을 상실할 수 있다.

이러한 고압방출시에는 원자로용기(10)의 바닥에 용융된 노심은 손상된 원자로부위를 통해 원자로건물 상부로 방출되어 원자로건물 내벽을 직접타격 하여 Liner Plate 손상, 유출되는 용융물 및 비응축성 기체압력 등으로 인하여 원자로건물 구조의 건전성이 위협받을 수 있다.

이에 원자로용기(10)의 경우 설계기준사고를 초과하여 중대사고가 발생하면 원자로용기(10)의 손상이 발생하고 일시에 방출되는 용융물이 원자로용기(10) 하부에 콘크리트와 반응과 압력 등으로 원자로건물 구조의 건전성이 손상되어 방사능이 외부로 누출될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 원자력발전소의 노심이 용융되는 사고발생시 수원으로부터 냉각수를 원자로공동에 공급하여 원자로용기의 하부를 냉각시키는 장치로서, 노심용융물을 원자로용기 내에서 냉각시켜 원자로용기 자체의 파손을 방지할 수 있는 원자로 비상 냉각장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 종래 기술의 원자로냉각계통의 개략도,

도 2는 본 발명의 원자로 비상 냉각장치의 구성을 나타낸 원자로건물의 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

5 : 원자로 10: 원자로용기

20: 원자로냉각재배관 30: 증기발생기

50: 원자로공동 60: 수원

62 : 아웃게이트밸브 70: 펌프

72 : 체크밸브 74 : 이너게이트밸브

80: 공급관 90 : 감지부

95 : 제어부 100 : 원자로건물

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도2에서 부호 100은 원자로건물 전체를 나타낸 것으로서, 이는 철근 콘크리트 기초부 상에 세워진 상부돔을 지지하는 벽체로 이루어진 철근 콘크리트 구조물로 이루어진다.

원자로건물(100) 내에는 별도의 독립공간을 이루는 내부구조물이 갖추어져, 도시한 바와 같이 원자로(5) 내부장치를 내장한 원자로용기(10)를 중심으로 양측에 증기발생기(30)가 저온관(20)을 통해 안전주입탱크(40)를 비롯한 유기적인 연결을 이루어 내장됨과, 본 발명에 의한 원자로 비상 냉각장치가 장착된다.

본 발명에 의한 원자로 비상 냉각장치는 냉각수가 충수된 수원(60)과 원자로용기(60)의 하단에 위치한 기초부에 형성된 원자로공동(50)을 연결하는 공급관(80)과, 이 공급관(80)의 경로에 장착한 펌프(70)와, 이 공급관(70)의 경로에 장착하여 냉각수의 흐름을 단속하는 밸브류로 이루어진 공급수단의 구성을 갖는다.

또한 공급수단은 외부의 입력신호에 따라 펌프(70)의 작동여부가 선택되는 제어수단을 갖춘다.

이러한 제어수단은 원자로용기(10)에 전도되는 열원으로 과열 상태를 감지하는 감지부(90)와, 감지부(90)의 감지된 출력에 따라 이를 판단하여 수원(60)으로부터 냉각수를 공급하거나 이를 차단하기 위하여 미도시한 전원의 단속에 따라 펌프(70)의 작동을 제어하는 제어부(95)로 이루어진다.

이때 원자로용기(10)에 전도되는 열원에 의한 온도 변화는 정상적인 가동시의 원자로용기(10)의 주변온도 값에 대해 급격히 온도 상승이 이루어지는 것으로서 감지부(90)가 판단하게 된다.

밸브류는 원자로건물(100)의 내측에 위치하는 이너게이트밸브(74)와, 원자로건물(100)의 외측에 위치하는 아웃게이트밸브(62)와, 펌프(70)의 인접한 공급관(80)에 설치된 체크밸브(72)로 이루어진다.

수원(60)은 별도의 장치로 구축하기보다 붕산수를 냉각수로 하는 미도시한 재장전수조로 함이 바람직하다. 이러한 재장전수조는 핵연료건물에 내장된 형태나, 원자로건물(100)에 내장된 형태 모두 수원(60)으로 가능하다.

그러나 수원(60)은 재장전수조로 하는 것에 한정함이 없이 탱크 내에 냉각수를 충수하고 냉각수량이 원자로공동(50)을 침수 할 정도면 실시가 가능하다.

또한 원자로공동(50)은 지표면에 대해, 즉 수원(60)의 장착된 지표면에 대해 낮은 위치에 형성됨으로서, 양정은 클 필요가 없다.

상기 구성에 따른 본 발명의 작용은 다음과 같다.

(작용예1)

원자력발전소에서 저온관(20)의 파단 등에 따라 안전주입탱크(40)로부터 냉각재가 상실되어 원자로(5)내에 있던 노심이 용융되는 경우와 같은 설계기준을 초과하는 사고가 발생하여 수작업에 의해 본 발명의 원자로 비상 냉각장치를 작동하는 경우는 다음과 같다.

작업자는 이너게이트밸브(74)와, 아웃게이트밸브(62)가 개로된 상태에서 펌프(70)를 작동하면, 수원(60)에 충수된 냉각수가 수원(60)으로부터 공급관(80)을 통해 압출되어 이 압력에 의해 체크밸브(72)가 개로되면서 냉각수가 원자로공동(50)으로 유입된다.

이에 원자로공동(50)에 유입된 냉각수가 체크밸브(72)에 의해 역류가 방지되면서, 원자로용기(10)의 하부헤드가 침수 될 정도로 증량되어 원자로용기(10)의 냉각 작용을 수행한다.

(작용예2)

원자력발전소에서 저온관(20)의 파단 등에 따라 안전주입탱크(40)로부터 냉각재가 상실되어 원자로(5)내에 있던 노심이 용융되는 경우와 같은 설계기준을 초과하는 사고가 발생하여 자동으로 본 발명의 원자로 비상 냉각장치를 작동하는 경우는 다음과 같다.

노심용융물에 의해 원자로용기(10)가 과열되면, 이를 제어수단이 판단하여 공급수단을 작동하게 된다.

즉, 정상상태의 원자로용기(10)의 외측면을 포함한 원자로용기(10)의 주변온도가 정상온도에 대해 급격히 상승하면, 감지부(90)는 이러한 과열 상태를 감지하며, 감지부(90)의 감지된 출력에 따라 이를 판단하여 제어부(95)는 공급수단의 펌프(70)를 작동하는 신호를 보내고, 이에 미도시한 전원이 인가되어 펌프(70)가 작동하게 된다.

따라서 이너게이트밸브(74)와, 아웃게이트밸브(62)가 개로된 상태에서 펌프(70)가 작동되어, 수원(60)에 충수된 냉각수가 수원(60)으로부터 공급관(80)을 통해 압출되며, 이 압력에 의해 체크밸브(72)가 개로되면서 냉각수가 원자로공동(50)으로 유입된다.

이에 원자로공동(50)에 유입된 냉각수가 체크밸브(72)에 의해 역류가 방지되면서, 원자로용기(10)의 하부헤드가 침수 될 정도로 증량되어 원자로용기(10)의 냉각작용을 수행한다.

한편, 이너게이트밸브(74)와, 아웃게이트밸브(62)는 수원(60) 또는 공급관 (80)상의 작업을 수행하는 과정에서 수원(60)의 유출을 방지하거나, 냉각수의 유량조절을 위하여 개폐하는 등의 용도를 갖는다.

따라서 본 발명은 원자력발전소의 노심이 용융되는 사고발생시 냉각수가 충수된 수원으로부터 냉각수를 원자로공동에 공급하여 원자로용기의 하부를 냉각시키는 장치로서, 노심용융물을 원자로용기 내에서 냉각시켜 원자로용기 자체의 파손을 방지하여 원자로건물 구조의 건전성이 유지됨은 물론 방사능의 외부로 누출을 방지 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 냉각수가 충수된 수원(60),

   수원(60)과 원자로용기(10)의 하단에 위치한 기초부에 형성된 원자로공동(50)을 연결하는 공급관(80)과,

   이 공급관(50)의 경로에 장착한 펌프(70)와,

   이 공급관(80)의 경로에 장착하여 수원(60)으로부터 공급되는 냉각수의 흐름을 단속하는 밸브류로 이루어진 공급수단의 구성을 특징으로 하는 원자로 비상 냉각장치.
2. 제1항에 있어서,

   공급수단은 외부의 입력신호에 따라 펌프(70)의 작동여부가 선택되는 제어수단을 갖춘 구성을 특징으로 하는 원자로 비상 냉각장치.
3. 제2항에 있어서,

   제어수단은 원자로용기(10)에 전도되는 열원으로 과열 상태를 감지하는 감지부(90)와, 감지부(90)의 감지된 출력에 따라 이를 판단하여 수원(60)으로부터 냉각수를 공급하거나 이를 차단하기 위하여 전원을 단속하여 펌프(70)의 작동을 제어하는 제어부(95)로 이루어진 것을 특징으로 하는 원자로 비상 냉각장치.
4. 제1항에 있어서,

   밸브류는 원자로건물(100)의 내측에 위치하는 이너게이트밸브(74)와, 원자로건물(100)의 외측에 위치하는 아웃게이트밸브(62)와, 펌프(70)의 인접한 공급관(80)에 설치된 체크밸브(72)로 이루어진 것을 특징으로 하는 원자로 비상 냉각장치.
5. 제1항에 있어서,

   수원(60)은 붕산수가 충수된 재장전수조인 것을 특징으로 하는 원자로 비상 냉각장치.