KR20110036193A - 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치에 관한 것으로, 원자로 냉각재의 온도와 압력을 검출하는 다수의 센서의 온도신호 및 압력신호를 각각 입력받아 연산하여 온도 및 압력 과냉각 여유도를 산출하는 다수의 연산모듈과, 상기 다수의 연산모듈 각각의 온도 및 압력 과냉각 여유도를 입력받아 비교하여 중간 값의 온도 및 압력 과냉각 여유도를 선택 출력하는 중간값 선택부와, 상기 다수의 연산모듈 각각의 온도 및 압력 과냉각 여유도중 하나의 온도 및 압력 과냉각 여유도 또는 상기 중간 값의 온도 및 압력 과냉각 여유도를 선택 출력하는 신호선택부를 포함한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 원자로 냉각재의 온도와 압력을 검출한 결과를 연산하여 여유도를 산출하는 연산모듈을 다수로 마련하고, 각각 별도의 보드에 실장하여 각각으로부터 과냉각 여유도를 산출하고, 그 산출결과중 중간 값을 선택하도록 함으로써, 다수의 연산모듈 중 일부가 손상되는 경우에도 지속적인 원자로 냉각재의 과냉각 여유도를 산출할 수 있어, 원자로의 사고, 지진 등의 천재지변이 발생한 경우에도 과냉각 여유도의 감시가 가능하여 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

냉각재, 과냉각 여유도, 감시장치

Description

원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치{A monitoring device for supercooling redundancy of nuclear reactor}

본 발명은 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일부 이상이 발생한 경우에도 과냉각 여유도 감시를 수행할 수 있는 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자력발전소의 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치는 미국의 TMI 원자력 발전소 사고의 후속으로 설치가 요구되는 사고 후 감시장치이다. 이 감시장치는 원자로 내 연료봉의 냉각을 확인하기 위하여 원자로 냉각재의 유체가 과냉각 상태로 유지되며 운전되는 지를 실시간으로 감시하는 장치이다.

상기 원자로 냉각재의 과냉각 여유도는 원자로 냉각재의 온도와 압력값을 사용하여 계산하고 그 온도 및 압력을 제어하는 기준이된다. 과냉각 여유도의 계산에는 보수적인 여유도 산출을 위하여 온도 신호 중 가장 높은 값을 사용하여 포화 압력을 계산하고, 압력신호 중 가장 낮은 신호 값을 사용하여 포화 온도를 계산하고 있으며, 이와 같은 종래 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면 종래 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치는, 압력신호(P1,P2)와 온도신호(HOTLEG T1~T3, COLDLEG T1~T3)를 입력받아 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(100)와, 상기 아날로그/디지털 변환부(100)에서 변환된 압력신호와 온도신호를 입력받아 압력신호중 압력이 가장 낮은 값을 선택하고, 온도신신호중 온도가 가장 높은 값을 선택하여 포화온도와 포화압력을 산출한 후, 그 포화온도와 포화압력을 이용하여 온도여유도 및 압력여유도를 산출하는 마이크로 프로세서(200)와, 상기 마이크로 프로세서(200)의 온도여유도 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 온도 디지털/아날로그 변환부(300)와, 상기 압력여유도 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 압력 디지털/아날로그 변환부(400)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 종래 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 아날로그/디지털 변환부(100)는 원자로 냉각재의 온도와 압력을 검출하는 다수의 센서(도면 생략)로부터 검출된 압력신호(P1,P2)와 온도신호(HOTLEG T1~T3, COLDLEG T1~T3) 각각은 아날로그 신호이며, 원활한 연산을 수행하기 위하여 디지털 신호로 변환한다.

이와 같이 디지털 신호로 변환된 압력신호(P1,P2)와 온도신호(HOTLEG T1~T3, COLDLEG T1~T3)는 마이크로 프로세서(200)에 입력되며, 그 마이크로 프로세서(200)는 압력신호(P1,P2)중 압력값이 더 낮은 압력신호를 선택하고, 온도신호(HOTLEG T1~T3, COLDLEG T1~T3)중 온도값이 더 높은 온도신호를 선택한다.

즉, 더 낮은 압력과 더 높은 온도신호를 선택하여 각각의 여유도를 보다 보수적으로 산정할 수 있게 한다.

도 2는 상기 마이크로 프로세서(200)의 연산과정을 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면 상기 마이크로 프로세서(200)는 압력선택부(210)를 통해 압력신호(P1,P2)중 압력값이 더 낮은 압력신호를 선택하고, 온도선택부(220)를 통해 온도신호(HOTLEG T1~T3, COLDLEG T1~T3)중 더 높은 온도의 온도신호를 선택하게 된다.

이와 같이 선택된 압력과 온도는 각각 포화온도산출부(230)와 포화압력산출부(240)에서 각각 포화온도와 포화압력으로 산출된다.

그 다음, 원자로 냉각재의 과냉각 온도 여유도는 포화 온도와 가장 높은 온도의 차이므로, 상기 포화온도산출부(230)에서 산출된 포화온도에서 상기 온도선택부(220)에서 선택된 가장 높은 온도의 차를 구하는 온도 여유도 산출부(250)를 통 해 원자로 냉각재의 과냉각 온도 여유도를 산출할 수 있게 된다.

또한 원자로 냉각재의 과냉각 압력 여유도는 가장 낮은 압력과 포화압력의 차이므로, 상기 압력선택부(210)에서 선택된 가장 낮은 압력과 상기 포화압력산출부(240)에서 산출된 포화압력의 차를 구하는 압력 여유도 산출부(260)를 통해 원자로 냉각재의 과냉각 압력 여유도를 산출할 수 있게 된다.

이와 같이 산출된 냉각재의 과냉각 온도 여유도 및 과냉각 압력 여유도는 디지털/아날로그 변환부(300)를 통해 아날로그 신호로 변환되어 출력된다.

상기와 같이 산출된 온도 여유도 및 압력 여유도는 주제어실의 운전원이 실시간 확인할 수 있도록 제공되며, 그 온도 여유도 및 압력 여유도에 따라 상시 운전시 온도와 압력을 제어함과 아울러 원자로의 사고 상태에서도 비상 운전을 수행할 수 있게 된다.

그러나 종래의 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치는, 단일 보드 컴퓨터로 구성되어 있으며, 원자력발전소와 같이 지진 등의 천재지변과 원자로 사고 등의 열악한 환경에서도 연속적으로 원자로의 상태를 감시를 보장할 수 있어야 하지만, 단일 고장에 의한 기능의 정지가 발생할 수 있는 가능성이 있다.

즉, 단일 보드에 상기 도 2에 도시한 구성을 구현하고 있기 때문에 그 보드 의 어느 하나라도 전자파, 물리적인 충격, 전기적인 충격에 의해 손상되는 경우 전체 기능을 수행할 수 없어, 원자력 발전소의 사고 발생시 원자로 상태의 감시를 수행할 수 없는 문제점이 있었다.

또한 하나의 연산모듈만을 사용함으로써 일부의 기능블록에 이상이 발생한 경우, 과냉각 여유도를 잘못 산출할 수 있으나 그 산출결과를 검증할 수 있는 방법이 없어 그 산출된 과냉각 여유도에 대한 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결 하고자하는 과제는, 천재지변과 원자로 사고 등이 발생하는 경우에도 지속적으로 원자로 냉각재의 온도 및 압력 여유도를 감시할 수 있는 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치를 제공함에 있다.

아울러 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 산출된 원자로 냉각재의 과냉각 여유도에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치는, 원자로 냉각재의 온도와 압력을 검출하는 다수의 센서의 온도신호 및 압력신 호를 각각 입력받아 연산하여 온도 및 압력 과냉각 여유도를 산출하는 다수의 연산모듈과, 상기 다수의 연산모듈 각각의 온도 및 압력 과냉각 여유도를 입력받아 비교하여 중간 값의 온도 및 압력 과냉각 여유도를 선택 출력하는 중간값 선택부와, 상기 다수의 연산모듈 각각의 온도 및 압력 과냉각 여유도중 하나의 온도 및 압력 과냉각 여유도 또는 상기 중간 값의 온도 및 압력 과냉각 여유도를 선택 출력하는 신호선택부를 포함한다.

본 발명 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치는, 원자로 냉각재의 온도와 압력을 검출한 결과를 연산하여 여유도를 산출하는 연산모듈을 다수로 마련하고, 각각 별도의 보드에 실장하여 각각으로부터 과냉각 여유도를 산출하고, 그 산출결과중 중간 값을 선택하도록 함으로써,

다수의 연산모듈 중 일부가 손상되는 경우에도 지속적인 원자로 냉각재의 과냉각 여유도를 산출할 수 있어, 원자로의 사고, 지진 등의 천재지변이 발생한 경우에도 과냉각 여유도의 감시가 가능하여 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 다수의 과냉각 여유도를 산출하고, 그 과냉각 여유도중 중간 값을 선택하여, 일부 모듈의 손상이 발생하더라도 정확한 과냉각 여유도의 산출이 가능하여, 과냉각 여유도의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

상기와 같은 본 발명 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치의 구성도이다.

도 3을 참조하면 본 발명 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치는, 각각 온도신호와 압력신호를 입력받아 온도 과냉각 여유도와 압력 과냉각 여유도를 산출하는 다수의 연산모듈(10,20,30)과, 상기 다수의 연산모듈(10,20,30)의 온도 과냉각 여유도 및 압력 과냉각 여유도를 선택하여 출력하는 신호선택부(40)와, 상기 다수의 연산모듈(10,20,30)의 온도 과냉각 여유도 및 압력 과냉각 여유도를 입력받아 중간값의 온도 과냉각 여유도와 압력 과냉각 여유도를 선택하여 출력하는 중간값 선택부(50)를 포함하여 구성된다.

미설명 부호 60은 전원공급부이다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 다수의 연산모듈(10,20,30) 각각은 아날로그 디지털 변환기, 마이크로 프로세서, 디지털 아날로그 변환기를 포함하는 단일 보드의 구성을 갖는다.

즉, 다수의 연산모듈(10,20,30) 각각은 입력되는 압력신호 및 온도신호를 디지털 신호로 변환하고, 가장 낮은 압력의 압력신호로 포화온도를 산출하며, 가장 높은 온도의 온도신호로 포화압력을 산출한 후, 포화온도와 포화압력 각각과 가장 높은 온도 및 가장 낮은 압력와의 연산을 통해 온도 과냉각 여유도 및 압력 과냉각 여유도를 산출한 다음, 온도 과냉각 여유도 및 압력 과냉각 여유도를 아날로그 신호로 변환하는 과정을 수행하게 된다.

이와 같이 다수의 연산모듈(10,20,30)을 통해 산출되는 온도 과냉각 여유도 및 압력 과냉각 여유도는 정상적인 상태에서는 모두 동일한 값일 수 있으며, 일부 연산모듈이 손상된 경우에는 그 값에 차이가 발생하게 된다.

또한 하나의 연산모듈에 포함된 일부 기능블록, 즉 아날로그 디지털 변환기, 마이크로 프로세서 또는 디지털 아날로그 변환기에 이상이 있는 경우에도 그 값에는 차이가 발생할 수 있다.

이와 같은 이상은 물리적인 충격이나, 전기/자기에 의한 손상, 원자로 사고에 따른 손상에 의한 것일 수 있으나, 다수의 연산모듈(10,20,30)을 각기 다른 보드에 실장함으로써, 앞서 설명한 손상들로부터 연산모듈(10,20,30)이 모두 손상되는 확률을 줄일 수 있게 된다.

상기 각 연산모듈(10,20,30)에서 산출된 온도 과냉각 여유도와 압력 과냉각 여유도는 각각 신호선택부(40)에서 선택되어 각각 온도 표시기 및 압력 표시기에 전달되어 그 값이 표시될 수 있으며, 그 신호선택부(40)는 이후에 설명할 중간값 선택부(50)에서 선택된 온도 과냉각 여유도와 압력 과냉각 여유도를 선택하여 출력할 수 있게 구성할 수 있다.

상기 중간값 선택부(50)는 상기 다수의 연산모듈(10,20,30)로부터 온도 과냉각 여유도 및 압력 과냉각 여유도를 입력받아 온도 과냉각 여유도를 비교하여 중간 값의 온도 과냉각 여유도를 선택출력하고, 입력된 압력 과냉각 여유도들을 각각 비교하여 중간 값의 압력 과냉각 여유도를 선택출력한다.

상기와 같은 중간값 선택부(50)의 동작에 의하여 아날로그 신호인 온도신호와 압력신호를 기초로 연산되는 온도 과냉각 여유도 및 압력 과냉각 여유도가 신호전달시 잡음의 혼입 등에 의해 차이가 있는 경우에도, 가장 신뢰성이 높다고 할 수 있는 중간 값의 온도 과냉각 여유도 및 압력 과냉각 여유도를 선택출력할 수 있기 때문에 최종 과냉각 여유도의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한 도면에서는 생략되었지만 상기 온도신호와 압력신호를 다수의 연산모듈(10,20,30) 각각에 입력하는 커넥터와 그 연산결과인 과냉각 여유도가 출력되는 커넥터는 내전자파 구조를 사용하여 그 결과의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.

상기 내전자파 구조는 매립형 커넥터를 사용하고, 전자파 차폐판을 부가하는 구성일 수 있다.

이와 같이 본 발명은 외부의 전자파에 대한 내성을 향상시킴과 아울러 각각 과냉각 여유도를 산출하는 연산모듈(10,20,30)을 개별 보드에 실장하여 외부의 영향에 의해 전체 연산모듈(10,20,30)이 동시에 손상되는 확률을 줄여 원자로 사고나 기타 천재지변이 발생하는 경우에도 지속적인 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시가 가능하게 된다.

또한 다수의 연산모듈(10,20,30)에서 각각 산출된 원자로 냉각재의 과냉각 여유도의 중간 값을 채택하여 이를 표시함으로써, 외부 전자기파의 영향에 의한 과냉각 여유도의 잘못된 산출결과를 보정할 수 있어 그 과냉각 여유도의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래 원자로 냉각재 과냉각 여유도 감시장치의 구성도이다.

도 2는 도 1에서 마이크로 프로세서의 연산과정을 도시한 블록도이다.

도 3은 본 발명 원자로 냉각재 과냉각 여유도 감시장치의 구성도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10,20,30:연산모듈

40:신호선택부

50:중간값 선택부

Claims (3)

1. 원자로 냉각재의 온도와 압력을 검출하는 다수의 센서의 온도신호 및 압력신호를 각각 입력받아 연산하여 온도 및 압력 과냉각 여유도를 산출하는 다수의 연산모듈;

   상기 다수의 연산모듈 각각의 온도 및 압력 과냉각 여유도를 입력받아 비교하여 중간 값의 온도 및 압력 과냉각 여유도를 선택 출력하는 중간값 선택부; 및

   상기 다수의 연산모듈 각각의 온도 및 압력 과냉각 여유도중 하나의 온도 및 압력 과냉각 여유도 또는 상기 중간 값의 온도 및 압력 과냉각 여유도를 선택 출력하는 신호선택부를 포함하는 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치.
2. 제1항에 있어서,

   다수의 연산모듈 각각은,

   상기 온도신호와 상기 압력신호를 입력받아 디지털신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부;

   상기 아날로그 디지털 변환부에서 디지털 신호로 변환된 상기 온도신호와 상기 압력신호를 입력받아, 가장 낮은 압력의 압력신호로 포화온도를 산출하며, 가장 높은 온도의 온도신호로 포화압력을 산출한 후, 포화온도와 포화압력 각각과 가장 높은 온도 및 가장 낮은 압력과의 연산을 통해 상기 온도 과냉각 여유도 및 상기 압력 과냉각 여유도를 산출하는 마이크로 프로세서; 및

   상기 온도 과냉각 여유도 및 압력 과냉각 여유도를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지털 아날로그 변환부를 포함하며,

   상기 아날로그 디지털 변환부, 상기 마이크로 프로세서 및 상기 디지털 아날로그 변환부가 단일 보드에 실장된 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 다수의 연산모듈과, 중간값 선택부는 전자파 차폐구조인 매립형 커넥터 를 포함하며, 전자파 차폐판으로 차폐되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재의 과냉각 여유도 감시장치.

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