KR20090100529A - 안전주입탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가압경수로형 원자로에서 대형 냉각재 상실 사고시 노심의 냉각에 필요한 대량의 비상노심 냉각수를 공급하는 안전주입탱크에 관한 것으로써, 안전주입탱크의 하부에 장착하는 피동형 유량조절기의 상면에 뚫린 소유량 유입구의 위치를 하면에 위치하도록 변경하여, 안전주입탱크 작동시 하부에 축적된 비상노심 냉각수가 방출되도록 고안한 유량제어기를 구비한 안전주입탱크를 제공한다.

본 발명에 따른 안전주입탱크에 의하면, 종래의 피동형 유량제어기를 장착한 안전주입탱크에서 활용할 수 없었던 탱크 하부 유체 체적을, 안전주입탱크 작동시 방출이 될 수 있게 하여 비상노심 냉각수의 방출 체적을 증가시키고, 동시에 안전주입탱크의 작동시간을 더 길게 연장시키며, 안전주입탱크의 하부에 축적된 이물질을 자연스럽게 방출시키는 유로개선 효과가 있다.

안전주입탱크, 유량제어기, 소유량 유입구 하향 연장 가이드부, 소유량 유입구 하향 연장 파이프

Description

안전주입탱크{Safety Injection Tank}

본 발명은 가압경수로형 원자로에서 대형 저온관 파단 사고시 원자로냉각계통에 신속하게 대량의 비상노심 냉각수를 충수하기 위하여 사용하는 안전주입탱크에 관한 기술로써, 보다 자세하게는 대형 냉각재 상실 사고의 초기에 필요한 대유량과 사고 중 후반기에 필요한 저유량으로 방출 유량을 전환시켜주는 유량제어기를 장착한 안전주입탱크에 관한 기술에 있어서, 안전주입탱크 작동시 탱크 하부에 축적된 비상노심 냉각수도 원자로계통으로 주입될 수 있게 개선한 유량제어기를 구비한 안전주입탱크에 관한 것이다.

종래의 안전주입탱크에 설치된 유량조절기의 소유량 유입구는 유량조절기의 상부면에 뚫려있어 유량조절기 상부면 이하의 유체 체적은 안전주입탱크가 작동되더라도 방출될 수 없었다. 이를 도면을 참조하여 살펴본다.

도 1은 종래 기술에 따른 유량제어기를 구비한 안전주입탱크를 도시한 단면 도, 도 2는 종래 기술에 따른 안전주입탱크의 유량제어기에서의 비상노심 냉각수의 유동 방향을 도시한 도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 소유량 유입구(20) 아래의 안전주입탱크(120) 하부 체적에 남아 있는 비상노심 냉각수(W)는 방출되지 않기 때문에 비상노심 냉각수가 탱크 하부에 남게 되는 잔여수위가 크다.

도 2에는, 종래 기술의 유량제어기를 장착한 안전주입탱크에서 안전주입탱크(120)가 작동할 때 발생하는 대유량 유입구(10)와 소유량 유입구(20)로 유입된 비상노심 냉각수가 유량제어기(110)를 통과하여 원자로냉각계통으로 주입될 때의 유동 방향이 나타나 있다. 안전주입탱크(120)의 하부에 남아 있는 비상노심 냉각수(W)가 방출노즐(30)로 배출되는 하향 유로가 존재하지 않는 문제점이 있다.

안전주입탱크(120)가 작동하는 초기의 대유량 유입은 주로 유량제어기(110)의 수직파이프(대유량 유입구)(10)를 통하여 비상노심 냉각수가 유량제어기(110)로 유입되며, 이 후 소유량으로 방출될 때에는 소유량 유입구(20)를 통해서 비상노심 냉각수가 유량제어기(110)로 유입된다.

안전주입탱크(120)의 내부 수위가 감소하여 유량제어기(110)의 상면에 도달한 이후는, 수면보다 유입구 고도가 더 높아지므로 유량제어기로 더 이상의 안전주입수 유입은 불가능하다. 따라서 종래 기술의 유량제어기를 장착한 안전주입탱크는 유량제어기 상면 이하의 유체 체적은 주입에 활용할 수 없는 체적(Dead Volume)이 된다. 또한, 이곳에 이물질이 축적되면 하향 배출로가 없어 쉽게 방출이 되지 않고 계속 쌓이게 되어 유지 보수가 어려워지는 문제점이 있다.

상기에 기술한 바와 같은 종래기술을 적용한 안전주입탱크에 관한 예가 대한민국 특허등록번호 제10-0369247호(조봉현 외)와 공개번호 특2001-0076568호(김한곤 외) 및 일본국 특개평4-328494호에 잘 나타나 있다. 그러나, 이들은 모두 안전주입탱크의 하부 유체 체적을 주입에 활용할 수 없는 유량제어기의 구조들이다.

상기한 바와 같이, 종래의 안전주입탱크에 설치된 유량조절기는 소유량 흡입구가 유량제어기의 상면에 위치하고 있어, 안전주입탱크가 작동될 때 유량제어기 상면 이하의 비상노심냉각수는 방출되지 못한다. 따라서, 실제 사용되는 안전주입수량이 그만큼 감소하며, 안전주입탱크 하부에 축적된 이물질 등의 하향 방출 통로가 없어 자연 배출이 되지 않으므로 유지보수가 어려운 문제점을 발생시킨다.

상기와 같은 종래 안전주입탱크의 유량제어기의 유동 구조적 문제점을 개선하여, 안전주입탱크 하부의 유체 체적에 해당하는 비상노심 냉각수를 추가적으로 활용할 수 있게 하고, 유로에 축적되는 이물질을 별도의 장치없이 자연스럽게 탱크 밖으로 방출할 수 있게 하여, 유지 및 보수가 용이한 안전주입탱크를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 안전주입탱크는,

안전주입탱크의 내측 하부에 장착되며, 초기 대유량 주입기간과 후기 소유량 주입기간을 갖도록 설계된 유량조절기를 포함하는 안전주입탱크에 있어서, 상기 유량조절기의 상면을 관통하여 대유량 유입구가 형성되고, 상기 유량조절기의 하면에는 적어도 하나 이상의 소유량 유입구가 형성되어, 안전주입탱크 작동시에 안전주입탱크의 하부에 있는 비상노심 냉각수가 방출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유량조절기의 하면에는 방출되는 비상노심 냉각수를 상기 소유량 유입구로 가이드하기 위한 하향 연장 가이드부가 형성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 하향 연장 가이드부는 유량 조절기 방출노즐을 둘러싸며 환형으로 하부 입구가 개방된 원통형으로써, 그 상단은 상기 유량조절기의 하면에 형성된 적어도 하나 이상의 소유량 유입구를 내포하도록 상기 유량조절기의 하면에 고정되고, 그 하단은 안전주입탱크의 하부 반구면에 닿지 않도록 연장되되, 상기 환형 하부 입구보다 작은 반경으로 구부러진 만곡유입구를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 안전주입탱크는,

안전주입탱크의 내측 하부에 장착되며, 초기 대유량 주입기간과 후기 소유량 주입기간을 갖도록 설계된 유량조절기를 포함하는 안전주입탱크에 있어서, 상기 유 량조절기의 상면을 관통하여 대유량 유입구가 형성되고, 상기 유량조절기의 하면에는 적어도 하나 이상의 소유량 유입구가 형성되되, 상기 소유량 유입구는 상기 안전주입탱크의 하부 반구면에 닿지 않도록 하향 연장된 파이프인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하향 연장된 파이프는 그 일단이 상기 안전주입탱크의 하부 반구면의 경사와 대응하는 기울어진 경사면을 가진 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 안전주입탱크에 의하면,

종래의 피동형 유량제어기를 장착한 안전주입탱크에서 활용할 수 없었던 탱크 하부 유체 체적을, 안전주입탱크 작동시 방출이 될 수 있게 하여 비상노심 냉각수의 방출 체적을 증가시키고, 동시에 안전주입탱크의 작동시간을 더 길게 연장시키며, 안전주입탱크의 하부에 축적된 이물질을 자연스럽게 방출시키는 유로개선 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

도 1은 종래 기술에 따른 유량제어기를 구비한 안전주입탱크를 도시한 단면도, 도 2는 종래 기술에 따른 안전주입탱크의 유량제어기에서의 비상노심 냉각수의 유동 방향을 도시한 도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향 연장 가이드부를 갖는 유량제어기를 구비한 안전주입탱크의 유량제어기에서의 비상노심 냉각수의 유동 방향을 도시한 도, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하향 연장된 파이프가 형성된 유량제어기를 구비한 안전주입탱크의 유량제어기에서의 비상노심 냉각수의 유동 방향을 도시한 도, 도 5는 본 발명에 따른 안전주입탱크에 의한 주입시간 연장 유발 효과가 도시된 도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안전주입탱크(120)는 초기 대유량 주입기간과 후기 소유량 주입기간을 갖도록 설계된 유량조절기(110)를 포함하며, 상기 유량조절기(110)는 상기 안전주입탱크(120)의 내측 하부에 장착된다.

여기서, 상기 유량조절기(110)의 상면을 관통하여 대유량 유입구(10)가 형성되고, 상기 유량조절기의 하면에는 적어도 하나 이상의 소유량 유입구(20)가 형성된다. 이렇게 소유량 유입구(20)를 유량조절기의 하면에 형성하므로써, 종래와 비교하여 잔여수위(도 1 참조)를 더욱 낮출 수 있게 된다.

또한, 상기 유량조절기(110)의 하면에는 방출되는 비상노심 냉각수를 상기 소유량 유입구(20)로 가이드하기 위한 하향 연장 가이드부(40)가 추가로 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 하향 연장 가이드부(40)는, 예를 들면, 유량 조절기 방출노즐(30)을 둘러싸며 환형으로 하부 입구가 개방된 원통형으로써, 그 상단은 상기 유량조절기(110)의 하면에 형성된 다수의 소유량 유입구(20)를 모두 포함할 수 있는 반경을 가지며 상기 유량조절기의 하면에 고정된다. 그리고, 그 하단은 상기 안전주입탱크(120)의 하부 반구면에 닿지 않도록 아래 방향(하부 반구면 방향)으로 연장되되, 상기 환형 하부 입구보다 작은 반경으로 구부러진 만곡유입구를 구비하도록 형성한다.

이렇게 'ㄱ'자 형상으로 구부러진 만곡유입구와 유량조절기 방출노즐(30) 사이에 비상노심 냉각수가 흐르는 유로를 형성하여, 좁아진 유로에 의해 비상노심 냉각수의 유동을 원활하게 한다.

종래의 안전주입탱크에서는 유량제어기(110)의 최상면이 최저 흡입수위가 되므로 그 이하의 수위에 있는 비상노심 냉각수는 안전주입탱크 밖으로 자연 방출될 수 없었던 문제를 해결하기 위해, 유량제어기(110)의 소유량 유입구(20)를 유량제어기(110)의 하면에 형성하고, 흡입구의 최저 고도가 안전주입탱크(120) 하부 반구면의 최저점 근처에 위치하도록 하며, 추가적으로 다수의 소유량 유입구(20)를 포함하도록 하향 연장 가이드부(40)를 설치한 것이다.

이렇게 함으로써, 종래의 피동형 유량제어기를 장착한 안전주입탱크에서 활용할 수 없었던 탱크 하부 유체 체적을, 안전주입탱크 작동시 방출이 될 수 있게 만들어 비상노심 냉각수의 방출 체적을 증가시키는 효과를 유발하고, 동시에 안전주입탱크의 작동시간을 더 길게 연장시킬 수 있게 된다.

도 4에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하향 연장된 파이프가 형성된 유량제어기를 구비한 안전주입탱크가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전주입탱크(120)는, 전술한 일 실시예에 따른 안전주입탱크와 같이 초기 대유량 주입기간과 후기 소유량 주입기간을 갖도록 설계된 유량조절기(110)를 포함하며, 상기 유량조절기(110)는 상기 안전주입탱크(120)의 내측 하부에 장착된다.

여기서, 상기 유량조절기(110)의 상면을 관통하여 대유량 유입구(10)가 형성되고, 상기 유량조절기의 하면에는 적어도 하나 이상의 소유량 유입구(20)가 형성되되, 상기 소유량 유입구(20)에 안전주입탱크의 하부 반구면에 닿지 않도록 하향 연장된 파이프(50)가 형성된다.

이때, 비상노심 냉각수가 더욱 원활하게 유동할 수 있도록 상기 하향 연장된 파이프(50)는 그 일단이 상기 안전주입탱크(120)의 하부 반구면의 경사와 대응하는 기울어진 경사면을 가지는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 하향 연장 가이드부 또는 하향 연장된 파이프를 갖는 유량제어기를 구비한 안전주입탱크(120)에 의하면, 작동시에 유량제어기(110)의 소유량 유입구(20)로 유입되는 비상노심 냉각수는 유량제어기(110)의 측 면과 안전주입탱크(120) 사이의 빈 공간으로 유입되어 안전주입탱크 최하부에 위치한 하향 연장 가이드부(40) 또는 하향 연장된 파이프(50)의 입구를 통해 유량제어기(110)로 유입이 된다.

이로써, 종래의 안전주입탱크에서 유량제어기(110)의 최상면이 최저 흡입수위가 되므로 그 이하의 체적에 있는 비상노심 냉각수가 안전주입탱크 밖으로 자연 방출될 수 없었던 문제를 해결할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 안전주입탱크에 의한 주입시간 연장 유발 효과가 도시된 도이다.

점선으로 도시된 부분이 안전주입탱크의 하부 체적 활용에 따른 비상노심 냉각수의 추가 주입 체적이며 동시에 주입연장 시간을 나타내고 있다. 주입시간은 안전주입탱크의 최소유량 주입시간 기준으로 약 15%정도 연장되는 효과가 있다.

APR1400 가압경수로 기준으로 안전주입탱크 1개당 1.2ton 정도의 추가 방출량 증가 효과가 있어 4개의 안전주입탱크 기준으로 약 4.8ton 정도의 증가 효과가 있음을 알 수 있다. 증가된 비상노심 냉각수 체적은 사고시 원자로 냉각에 크게 기여한다.

또한, 본 발명은 안전주입탱크의 하부에 축적된 이물질을 하향 연장 가이드부 또는 하향 연장된 파이프를 통해 자연스럽게 방출시키는 유로개선 효과가 있다. 종래의 피동형 안전주입탱크는 하부에 자연방출 유로가 없어서 축적된 이물질의 제거가 어려운 문제를 해결한 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 유량조절기를 장착한 안전주입탱크의 유지보수는 보다 더 용이해 진다.

이상과 같이 본 발명에 따른 안전주입탱크를 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 종래 기술에 따른 유량제어기를 구비한 안전주입탱크를 도시한 단면도,

도 2는 종래 기술에 따른 안전주입탱크의 유량제어기에서의 비상노심 냉각수의 유동 방향을 도시한 도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향 연장 가이드부를 갖는 유량제어기를 구비한 안전주입탱크의 유량제어기에서의 비상노심 냉각수의 유동 방향을 도시한 도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하향 연장된 파이프가 형성된 유량제어기를 구비한 안전주입탱크의 유량제어기에서의 비상노심 냉각수의 유동 방향을 도시한 도,

도 5는 본 발명에 따른 안전주입탱크에 의한 주입시간 연장 유발 효과가 도시된 도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 대유량 유입구 20 : 소유량 유입구

30 : 유량조절기 방출노즐 40 : 하향 연장 가이드부

50 : 하향 연장된 파이프 110 : 유량조절기

120 : 안전주입탱크 W : 비상노심 냉각수

Claims (5)

1. 안전주입탱크의 내측 하부에 장착되며, 초기 대유량 주입기간과 후기 소유량 주입기간을 갖도록 설계된 유량조절기를 포함하는 안전주입탱크에 있어서,

   상기 유량조절기의 상면을 관통하여 대유량 유입구가 형성되고, 상기 유량조절기의 하면에는 적어도 하나 이상의 소유량 유입구가 형성되어, 안전주입탱크 작동시에 안전주입탱크의 하부에 있는 비상노심 냉각수가 방출되는 것을 특징으로 하는 안전주입탱크.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 유량조절기의 하면에는 방출되는 비상노심 냉각수를 상기 소유량 유입구로 가이드하기 위한 하향 연장 가이드부가 형성된 것을 특징으로 하는 안전주입탱크.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 하향 연장 가이드부는 유량 조절기 방출노즐을 둘러싸며 환형으로 하부 입구가 개방된 원통형으로써, 그 상단은 상기 유량조절기의 하면에 형성된 적어도 하나 이상의 소유량 유입구를 내포하도록 상기 유량조절기의 하면에 고정되고, 그 하단은 안전주입탱크의 하부 반구면에 닿지 않도록 연장되되, 상기 환형 하부 입구보다 작은 반경으로 구부러진 만곡유입구를 구비한 것을 특징으로 하는 안전주입탱크.
4. 안전주입탱크의 내측 하부에 장착되며, 초기 대유량 주입기간과 후기 소유량 주입기간을 갖도록 설계된 유량조절기를 포함하는 안전주입탱크에 있어서,

   상기 유량조절기의 상면을 관통하여 대유량 유입구가 형성되고, 상기 유량조절기의 하면에는 적어도 하나 이상의 소유량 유입구가 형성되되,

   상기 소유량 유입구는 상기 안전주입탱크의 하부 반구면에 닿지 않도록 하향 연장된 파이프인 것을 특징으로 하는 안전주입탱크.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 하향 연장된 파이프는 그 일단이 상기 안전주입탱크의 하부 반구면의 경사와 대응하는 기울어진 경사면을 가진 것을 특징으로 하는 안전주입탱크.

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