KR20130104336A - Passive core cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일반적으로 노심냉각시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 비상시 독립적인 배터리에 의해 작동하는 원자로 냉각수 방사선 계측기에 의해 운전원의 개입없이 피동형으로 원자로 노심을 냉각하도록 구성함으로써, 원전의 소내외 완전전원상실사고 시 원자로 노심을 적절하게 냉각시킬 수 있어 중대 사고를 방지하고 사고완화에 기여할 수 있도록 한, 새로운 피동형 노심냉각시스템에 관한 것이다. The present invention generally relates to a core cooling system, and more particularly, to configure the reactor core to be passively cooled without operator intervention by a reactor coolant radiometer operated by an independent battery in an emergency, thereby ensuring complete internal and external operation of the nuclear power plant. It relates to a new passive core cooling system that can properly cool down the reactor core in case of a power loss accident, thereby preventing serious accidents and contributing to mitigation.
일반적으로 원자력 발전소는 높은 경제성에도 불구하고 핵분열 에너지를 이용하기 때문에 안전성의 확보가 가장 중요하다. 따라서 안전성 확보를 위해 공학적안전설비가 다중, 독립적으로 설치되어 있다. 그러나 설계기준을 초과하는 지진이나 해일 등에 의해 공학적안전설비가 그 기능을 상실할 수 있으며, 2011년 3월에 발생한 일본 후쿠시마 원전 사고는 그 대표적 실례이다.In general, since nuclear power plants use fission energy despite high economic feasibility, securing safety is most important. Therefore, in order to secure safety, engineering safety facilities are installed multiplely and independently. However, engineering safety equipment may lose its function due to earthquakes or tsunamis exceeding design standards, and Japan's Fukushima nuclear accident in March 2011 is a typical example.
원자력발전소의 경우 원자로 내의 온도를 낮추어 주는 냉각수가 제대로 공급되지 못하면, 핵분열 에너지에 의해 원자로 내의 온도가 계속 상승하게 되고, 이에 따라 핵연료가 손상하게 되면 환경에 치명적인 각종 방사능 및 방사능 오염물질들이 주변으로 확산될 수 있어 매우 위험하다. 그러므로 원자력발전소와 같이 지진이나 해일 등과 같은 천재지변에 의하여 발전소보호계통 작동 정지 시 중대사고를 초래할 수 있어서, 원전사고 시에 원자로 노심에 냉각수를 적절하게 공급할 수 있는 장치에 대한 절실한 요구가 존재한다.In the case of a nuclear power plant, if the coolant that lowers the temperature in the reactor is not properly supplied, the temperature in the reactor continues to rise due to fission energy. Accordingly, if the fuel is damaged, various radiation and radioactive pollutants that are harmful to the environment are spread to the surroundings. It can be very dangerous. Therefore, there is an urgent need for a device capable of adequately supplying cooling water to the reactor core in the event of a nuclear power plant accident due to natural disasters such as earthquakes or tsunamis, which can cause serious accidents.
한편 일반적으로 원전의 원자로 냉각수 방사선계측은 정상상태에서 일차계통 냉각수 방사능 계측은 화학체적제어계통의 누출(letdown) 배관의 원자로 냉각수 표본 채취(sampling)에 의하여, 그리고 이차계통은 증기발생기 취출(blowdown) 배관의 이차계통 냉각수 표본채취(sampling)에 의하여 방사능계측이 정상운전 중 오프라인(off-line)에서 진행되고 있다.On the other hand, in general, reactor coolant radiation measurements in nuclear power plants are normally measured by primary system coolant radioactivity measurement by means of sampling of reactor coolant in the downflow pipe of chemical volume control system, and secondary system is blowdown of steam generator. Due to the sampling of the secondary system coolant in the pipe, radioactivity is being taken off-line during normal operation.
원전의 사고 시에는 화학체적계통의 누출배관과 증기발생기 취출배관은 배관에 설치된 밸브의 자동 작동에 의하여 닫히게 되어 있어서 사고 시에 원자로 냉각수의 방사능계측이 불가능한 상태이다.In the event of an accident in a nuclear power plant, the leakage pipe and the steam generator outlet pipe of the chemical volume system are closed by the automatic operation of the valve installed in the pipe, so it is impossible to measure the radioactivity of the reactor coolant in the event of an accident.
따라서, 현재의 원자로 설계는 사고 시에 실시간으로 원자로 냉각수 방사선계측이 되지 않아서 핵연료 손상 및 이로 인한 원자로 노심 손상과 관련한 방사선 계측 정보가 제공되지 않고 있다. 특히, 원전 소내외 완전전원상실과 같이 원전 중대사고를 초래할 수 있는 사고 시에는 소내외 전원상실로 원전 안전성의 중요한 정보인 원자로 냉각수 방사선계측과 펌프와 밸브 등 능동적 원자로 냉각을 위한 안전계통이 전혀 작동하지 않아 2011년 3월 일본 후쿠시마 원전사고시 발생했던 노심용융과 같은 중대사고의 원인이 되었다. 이와 같이, 현재 국제적으로 가동 중인 대용량 상용원전은 소내외 완전전원상실사고 시 중대사고를 초래할 수 있는 원전 안전성의 취약점을 가지고 있다고 할 수 있다. As a result, current reactor designs do not provide for reactor coolant radiation measurements in real time at the time of an accident, and thus no radiometric information related to nuclear fuel damage and the resulting reactor core damage is being provided. In particular, in case of accidents that can cause serious accidents such as complete loss of power inside and outside of the nuclear power plant, safety system for active reactor cooling such as reactor coolant radiation measurement and pump and valve, which are important information of nuclear power plant safety, are completely operated. It did not, however, cause serious accidents such as core meltdown that occurred in March 2011 at the Fukushima nuclear accident in Japan. As such, the large-scale commercial nuclear power plants currently operating internationally can be said to have weaknesses in nuclear power safety that can cause serious accidents in case of complete loss of power in and out of the house.
1979년 미국의 TMI-2 원전사고 이후 노심 냉각 및 노심 잔열 제거를 위한 피동형 안전계통에 대한 연구개발 및 설치가 진행되고 있으며, 미국 웨스팅하우스(Westinghouse)의 AP1000 및 GE의 SBWR과 현재 국제적으로 개발되고 있는 중소형원자로에 피동형 노심 냉각 및 노심 잔열제거 안전계통이 도입되고 있다. 현재 개발되고 있는 피동형 노심잔열제거계통은 대부분 이차계통의 증기발생기를 이용한 피동형 잔열제거계통에 관한 것이다. 이러한 이차계통의 증기발생기를 이용한 피동형 잔열제거계통은 소내외 완전전원상실사고 시에 필요한 계측과 작동 및 성능이 미흡하다할 수 있다.After the TMI-2 nuclear accident in the United States in 1979, R & D and installation of passive safety systems for core cooling and core residual heat removal have been underway, and are currently being developed internationally with AP1000 and GE's SBWR in Westinghouse, USA. Passive core cooling and core residual heat removal safety systems are being introduced into small and medium-sized reactors. The passive core residual heat removal system currently being developed is mostly related to the passive residual heat removal system using the steam generator of the secondary system. The passive residual heat removal system using the steam generator of the secondary system may have insufficient measurement, operation, and performance necessary in case of complete power loss accidents.
한편, 현재 미국의 NuScale Power 및 mPower에서 개발되고 있는 피동형 노심냉각계통은 원자로 상부 배기밸브와 원자로건물 냉각 풀(pool)을 이용하기 때문에 소내외 완전전원상실사고 시 필요한 계측자료와 노심 냉각 시점의 판단 및 피동적 밸브작동에 어려움이 있다.Meanwhile, the passive core cooling system currently developed by NuScale Power and mPower in the United States utilizes the upper reactor exhaust valve and the reactor cooling pool to determine the measurement data and core cooling timing required in case of complete power loss accidents. And passive valve operation.
그러므로, 국제적으로 가동 중인 원전이나 현재 개발되고 있는 신형원자로의 소내외 완전전원상실사고 시의 중대사고 방지 및 사고완화를 위한 설계 개선 및 중대사고관리 대처방안이 필요하며, 이를 위하여 소내외 완전전원상실사고 시 독립적인 배터리를 사용한 원자로냉각수 방사선의 온라인(on-line) 실시간 계측과 계측된 실시간 방사선자료를 이용한 노심 손상 여부, 노심 냉각 시점의 판단 및 이에 따른 피동형 노심냉각시스템의 설치가 중대사고 방지 및 사고완화를 위한 원전의 안전성향상에 절실하게 필요하다.
Therefore, it is necessary to improve the design and cope with serious accident management to prevent serious accidents and reduce accidents in case of complete loss of power in and out of the nuclear power plant or new nuclear reactor currently being developed. On-line real-time measurement of reactor coolant radiation using an independent battery in an accident and core damage using measured real-time radiation data, determination of core cooling timing, and installation of passive core cooling system, There is an urgent need to improve the safety of nuclear power plants to alleviate accidents.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고 여러 가지 다른 장점들을 추가하고, 특히 원전의 소내외 완전전원상실사고 시 중대사고 방지 및 사고완화를 위한 원전의 안전성 향상을 위하여 안출된 것으로서, 비상시 독립적인 배터리에 의해 작동하는 원자로 냉각수 방사선 계측기에 의해 운전원의 개입없이 피동형으로 원자로 노심을 냉각하도록 구성함으로써, 원전의 소내외 완전전원상실사고 시 원자로 노심을 적절하게 냉각시킬 수 있어 중대 사고를 방지하고 사고완화에 기여할 수 있도록 한, 피동형 노심냉각시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above and to add various other advantages, and in particular to improve the safety of nuclear power plants for the prevention of serious accidents and to alleviate accidents in case of complete power loss accidents inside and outside of nuclear power plants, independent of emergency The reactor coolant radiation meter, operated by an in-battery, is configured to cool the reactor core passively without operator intervention, so that the reactor core can be properly cooled in the event of a complete loss of power in and out of the plant. It is an object to provide a passive core cooling system that can contribute to mitigation.
상기 목적은 본 발명에 따라 제공되는 피동형 노심냉각시스템에 의하여 달성된다.This object is achieved by a passive core cooling system provided according to the invention.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 피동형 노심냉각시스템은, 원전의 원자로를 냉각하기 위한 피동형 노심냉각시스템으로서, 원자로 노심을 감싸는 원자로 용기와 증기 발생기 사이에 연결된 고온관이나 일체형원자로의 경우 노심상부 환형공간의 원자로용기 외벽에 설치되고, 독립적인 배터리 전원에 의해 작동가능한, 원자로 냉각수 방사선 계측기와; 상기 원자로 냉각수 방사선 계측기의 계측치 신호에 연결되어 상기 계측치가 설정된 값을 초과하면 개방되도록 동작하는 개폐밸브를 구비하고, 기존의 원전 비상노심냉각계통의 안전주입탱크 또는 축압기와; 상기 원자로 냉각수 방사선 계측기의 계측치 신호에 연결되어 상기 계측치가 설정된 값을 초과하면 개방되도록 동작하는 개폐밸브를 구비하고, 상기 배터리 전원으로 작동가능한 원자로 상부헤드 배기밸브와; 상기 원자로 상부헤드 배기밸브로부터 유출된 증기가 원자로 건물 내 재장전수 저장탱크 내부에서 헤더로 모여 배관을 형성하고 탱크 냉각수와의 열교환을 통하여 냉각된 후 각각의 배관을 통하여 상기 안전주입탱크 또는 축압기 상부 수증기나 개스영역 혹은 수두를 낮추기 위하여 안전주입탱크나 축압기의 일차계통 연결부 (저온관 혹은 원자로직접주입 배관) 상부로 주입되어 상기 원자로 용기 내로 유입되도록 설치된 배관들을 포함한다.The passive core cooling system provided according to an aspect of the present invention is a passive core cooling system for cooling a nuclear reactor, and in the case of a hot tube or an integral reactor connected between a reactor vessel surrounding a reactor core and a steam generator, an annular upper part annular shape A reactor coolant radiometer installed on an outer wall of the reactor vessel in the space and operable by an independent battery power source; A safety injection tank or an accumulator of an existing nuclear power plant emergency core cooling system, having an on-off valve connected to the measured value signal of the reactor coolant radiation measuring instrument and opening to operate when the measured value exceeds a set value; A reactor upper head exhaust valve connected to a measured value signal of the reactor coolant radiation meter, the on / off valve operative to open when the measured value exceeds a set value, the reactor upper head exhaust valve being operable by the battery power source; The steam discharged from the upper head exhaust valve of the reactor gathers in the reloading water storage tank in the reactor building to form a pipe, and is cooled by heat exchange with the tank cooling water, and then the upper portion of the safety injection tank or the accumulator through each pipe. In order to lower the water vapor or gas area or head, it includes pipes installed to be introduced into the safety injection tank or the primary system connection of the accumulator (low temperature pipe or direct reactor injection pipe) to be introduced into the reactor vessel.
일 실시예에 있어서, 상기 원자로 냉각수 방사선 계측기에서 계측되는 방사선 계측신호를 수신하여 처리하고 그 결과로 원자로내 핵연료손상과 이에 따른 노심손상을 예측하여 판단하며, 계측된 방사선 계측값이 설정된 값을 초과하면, 상기 안전주입탱크 또는 축압기의 계폐밸브와 상기 원자로 상부헤드 배기밸브로 개방 신호를 보내 개방할 수 있게 제어하고, 상기 배터리 전원에 의해 작동하는 제어 수단을 포함한다.In one embodiment, the radiation measurement signal measured by the reactor coolant radiation meter is received and processed, and as a result, the nuclear fuel damage and the resulting core damage is predicted and determined, the measured radiation measurement value exceeds the set value And a control means for controlling the opening of the safety injection tank or the accumulator by opening the signal to the reactor and the upper head exhaust valve of the nuclear reactor, and operating by the battery power source.
또한 다른 실시예에 있어서, 상기 원자로 냉각수 방사선 계측기는 상기 고온관이나 일체형원자로인 경우 노심 상부 환형공간 원자로용기 외벽에서 방출되는 고에너지 감마선을 계측할 수 있다.In another embodiment, the reactor coolant radiometer may measure the high energy gamma rays emitted from the outer wall of the upper annular space reactor vessel in the case of the hot tube or integral reactor.
상술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 원전의 소내외 완전전원상실사고 시에 핵연료손상에 의한 노심 손상을 나타내는 원자로냉각수 방사선을 온라인으로 실시간에 계측하여, 원자로 노심손상 정도의 판단기준과 관련한 정보를 실시간에 제공하며, 소내외 완전전원상실사고로 능동작동의 펌프나 밸브가 작동하지 않아 노심냉각이 불가능한 상황에서 자연순환에 의한 피동형 노심냉각계통을 제공하여 중대사고의 방지 및 사고완화를 통하여 원자로 안전성을 향상할 수 있다. According to the present invention having the above-described configuration, the reactor coolant radiation indicating the core damage caused by nuclear fuel damage in real time in case of complete power loss accident in the nuclear power plant and on-line is measured online in real time, and the information related to the criterion of the degree of nuclear reactor core damage is obtained. It provides in real time, and the safety of reactor through prevention of serious accident and mitigation of accidents by providing passive core cooling system by natural circulation in the situation where core cooling is impossible because active pump or valve does not operate due to complete loss of power inside and outside. Can improve.
본 발명은 현재 가동 중인 원전에 간단한 설계변경으로 설치가 가능하여 가동 중 원전의 중대사고 방지 및 사고완화에 활용되어 적은 비용으로 원전 안전성을 월등하게 향상시킬 수 있다.The present invention can be installed by a simple design change to the currently operating nuclear power plant can be used to prevent serious accidents and accidents of the nuclear power plant during operation can significantly improve the safety of nuclear power plants at low cost.
또한, 본 발명은 기존의 능동형 펌프 및 밸브를 제거하고 피동형으로 설계함으로 신형원자로 안전성 향상에 설계 단순화와 경비 절감 효과를 이룰 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.In addition, the present invention has a remarkable effect of removing the existing active pumps and valves and designing the driven type to achieve the design simplification and cost reduction effect to improve the safety of the new reactor.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피동형 노심냉각시스템이 설치된 원자로 핵증기공급계통의 전체적인 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피동형 노심냉각시스템에서 방사선 계측기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피동형 노심냉각시스템의 작동을 설명하기 위한 개략적인 도면.1 is a view schematically showing the overall configuration of a nuclear reactor nuclear reactor steam supply system with a passive core cooling system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing the configuration of a radiation meter in a passive core cooling system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the passive core cooling system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 청구범위에 의해 한정된다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and is defined by the claims of the present invention.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어 이미 공지되어 있는 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
이하 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 피동형 노심 냉각시스템을 설명한다.Hereinafter, a passive core cooling system according to a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 피동형 노심냉각시스템은, 예컨대 원자력 발전소와 같은 설비에 완전전원상실로 인한 핵연료 손상과 같은 비상 상황이 발생한 경우, 비상 시를 위하여 설치된 배터리에 의해 원자로냉각수에 핵연료 손상으로부터 발생한 핵분열물질로부터 방출되는 고 에너지 감사선과 같은 방사능을 계측하고 계측 결과에 따라 원자로 노심으로 냉각수를 자연순환에 의해 피동형으로 공급하는 노심냉각시스템이다.A passive core cooling system provided according to an aspect of the present invention, in the event of an emergency situation such as nuclear fuel damage due to a complete loss of power in a facility such as a nuclear power plant, damages to the reactor coolant by means of batteries installed for emergencies. It is a core cooling system that measures radioactivity such as high energy audit ships emitted from fissile material generated from the reactor and passively supplies the coolant to the reactor core by natural circulation according to the measurement result.
본 피동형 노심냉각시스템은, 원전의 원자로를 냉각하기 위한 피동형 노심 냉각시스템이다. 도 1에는 본 발명에 따른 시스템이 포함되어 있는 원자로 핵증기공급계통을 개략적으로 예시한 것으로서, 원자로용기(10), 안전주입탱크 또는 축압기(11), 원자로 상부헤드 배기밸브(12), 원자로 냉각수 방사선 계측기(13), 재장전수 저장탱크(14), 저온관(15), 고온관(16), 가압기(17), 증기 발생기(18), 원자로 냉각수 펌프(19) 등이 구비될 수 있다.This passive core cooling system is a passive core cooling system for cooling nuclear reactors of nuclear power plants. 1 schematically illustrates a reactor nuclear steam supply system including a system according to the present invention, a
원자로용기(10) 내에는 노심을 감싸는 내부 용기가 구비되어 있으며, 원자핵분열 반응이 일어난다. 정상적으로 가동 중인 원전에서는, 원자로용기(10) 내에서 발생한 반응열은 냉각수의 온도를 높이게 되고 고온의 냉각수는 고온관(16)을 통과하여 선택적으로 가압기(17)를 거친 후 증기발생기(18)로 공급된다. 증기발생기(18)로 유입된 고온의 냉각수는 이차측 냉각수에 열전달을 통해 증기를 발생시킨 후 냉각되고, 발생된 증기는 전력을 생산하기 위한 터빈 등으로 공급될 수 있다. 냉각된 냉각수는 이후 원자로 냉각수 펌프(19)에 의하여 저온관(15)을 거쳐 다시 원자로용기(10) 안으로 되돌아 감으로써 냉각재의 순환이 이루어진다.The
한편 소내외 전원이 완전전원 상실되는 때와 같은 비상시에 원자로용기(10) 내에서 핵연료 손상에 의한 노심손상이 발생한 경우에는, 원자로용기(10) 내의 노심으로 부터의 핵분열물질이 고온의 냉각수와 혼합되어 원자로냉각수의 감마선과 같은 방사능 수치가 올라갈 수 있다.On the other hand, in the case of core damage caused by nuclear fuel damage in the
본 발명에 따라, 이렇게 고온관(16)이나 일체형원자로인 경우 원자로 노심 상부 환형공간에 흐르는 고온의 냉각수로부터 감마선과 같은 방사선을 정상운전 중에는 소내 교류전원에 의해 그리고 소내외 완전전원상실 시에는 독립적인 배터리 전원에 의해 작동하는 원자로 냉각수 방사선 계측기(13)에 의해 계측하게 된다.According to the present invention, in the case of the
원자로 냉각수 방사선 계측기(13)는 원자로 노심을 감싸는 원자로 용기(10)와 증기 발생기(18) 사이에 연결된 고온관(16)에 그리고 일체형원자로인 경우에는 노심상부 환형공간의 원자로용기 외벽에 설치되는 것이 바람직하며, 도 2에 구체적인 구성이 예시된 바와 같이, 독립적인 배터리 전원(20)에 의해 작동이 가능하다. 원자로 냉각수 방사선 계측기(13)는 고온관(16)과 일체형원자로인 경우에는 노심상부 환형공간 원자로용기 외벽으로부터 방출되는 고에너지 감마선을 계측하는 것이 바람직하다.The
도 2는 본 발명에서의 온라인 실시간 원자로 냉각수 고에너지 감마선 방사선계측 장비일 수 있는 원자로 냉각수 방사선 계측기(13)의 구성을 예시한다. 도 2에 예시된 바와 같이, 원자로 냉각수 방사선 계측기(13)는 고온관(16)이나 일체형원자로인 경우 노심상부 환형공간 원자로용기 외벽에 설치된 계측 부분인, 납차폐제(131), 방사선원항(133), Ge-크리스탈(135), 프리앰프(137), 액체질소(139) 등으로 이루어진 센서부와, 센서부에 의해 출력되는 방사선 계측 신호를 처리하고 타 부품을 제어하기 위한 제어 부분인 증폭기(21), 멀티 채널 어낼라이저(22), 컴퓨터(PC)(23), 데이터 저장부(25), 및 데이터 디스플레이(24) 등으로 이루어진 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.2 illustrates the configuration of a reactor
원자로 냉각수 방사선 계측기(13)는 원전의 정상상태 가동 중에는 소내 AC 전원으로, 원전 소내외 완전전원상실사고 시에는 배터리 전원(20)에 의하여 가동될 수 있다. 구체적인 실시예에서, 원자로 냉각수 방사선 계측기(13)는 원자로 고온관(16)이나 일체형원자로인 경우 노심상부 환형공간 원자로용기 외벽의 복수 위치에 각각 독립적으로 작동하는 복수개로서 설치될 수 있다. 이는 실시간에 2개 이상 복수의 서로 다른 원자로 냉각수 방사능 계측자료를 제공할 수 있으므로 계측기의 신뢰성을 높일 수 있다. The reactor coolant
원자로 냉각수 방사선 계측기(13)의 제어부의 컴퓨터(23)는, 계측되는 방사선 계측신호를 수신하여 처리하고 그 결과로 원자로내 핵연료손상과 이에 따른 노심손상을 예측하여 판단하며, 계측된 방사선 계측값이 설정된 값을 초과하면, 안전주입탱크 또는 축압기(11)의 계폐밸브와 원자로 상부헤드 배기밸브(12)로 개방 신호를 보내 개방할 수 있게 제어하는 제어 수단이다.The computer 23 of the control unit of the reactor
도 2에 도시된 예에서 배터리 전원(20)은 증폭기(21) 뿐만 아니라, 원자로 냉각수 방사선 계측기(13)의 센서부와 제어부에 필요한 전원을 모두 제공한다. 또한 아래에서 더 설명하는 바와 같이, 배터리 전원(20)은 안전주입 탱크 또는 축압기(11)의 개폐밸브와 원자로 상부헤드 배기밸브(12)와 같이 냉각수의 피동형 자연순환에 필요한 밸브들의 개방 동작을 위해서도 공급된다.In the example shown in FIG. 2, the
비상시에 원자로 냉각수 방사선 계측기(13)가 고온관(16)이나 일체형원자로인 경우 노심상부 환형공간 원자로용기 외벽으로부터 감마선을 계측하고 이 계측치가 설정된 값을 초과하면, 컴퓨터(23)는 이 계측치 신호를 수신하여 원자로 용기(10) 내에 냉각재를 투입해야 한다고 결정하고, 안전주입탱크 또는 축압기(11)의 개폐밸브와 원자로 상부헤드 배기밸브(12)를 동시에 개방되도록 제어할 수 있다.If the reactor
다른 방식으로 안전주입탱크 또는 축압기(11)의 개폐밸브 및 원자로 상부헤드 배기밸브(12)는 원자로 냉각수 방사선 계측기(13)의 계측치 신호에 직접 연결되어 상기 계측치가 설정된 값을 초과하면 개방되도록 동작할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 이 개폐밸브들은 배터리 전원(20)으로 작동가능하게 연결된다.Alternatively, the on / off valve of the safety injection tank or
본 발명에 따라, 도 1 및 도 3에 예시된 바와 같이, 원자로 상부헤드 배기밸브(12)로부터 유출된 증기가 원자로 건물 내 재장전수 저장탱크(14) 내부에서 헤더로 모여 배관을 형성하고 탱크 냉각수와의 열교환을 통하여 냉각된 후 상기 안전주입탱크 또는 축압기(11) 상부 증기나 개스 영역 혹은 수두를 낮추기 위하여 안전주입탱크나 축압기의 일차계통 연결부 (저온관 혹은 원자로직접주입 배관) 상부로 주입되고 나서 상기 원자로 용기(10) 내로 유입되도록 설치된 배관들이 설치된다.According to the present invention, as illustrated in FIG. 1 and FIG. 3, the steam discharged from the reactor upper
이에 따라, 원자로 용기(10) 내부에서 고온 고압 상태의 증기가 원자로 상부헤드 배기밸브(12)를 통해 배출된 후 재장전수 저장탱크(14)를 통과하면서 탱크 냉각수와의 열교환을 통해 냉각될 수 있다. 재장전수 저장탱크(14)에서 냉각된 저온의 냉각수는 헤더로부터 각각의 배관을 통해 안전주입탱크 또는 축압기(11) 혹은 안전주입탱크 또는 축압기(11) 배관으로 공급된 후 원자로 용기(10) 내부로 제공되어 원자로 용기(10) 내부에 있는 노심을 냉각할 수 있다.Accordingly, the steam of the high temperature and high pressure in the
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 원전의 소내외 완전전원상실사고 시 노심손상으로 인한 핵분열 생성 물질로부터의 원자로 냉각수 고에너지 감마선(gamma-ray) 등의 방사선을 배터리 전원을 이용하여 온라인에서 실시간으로 계측하는 실시간 원자로 냉각수 방사선 계측 장비를 제공하고, 계측된 실시간 원자로 냉각수 감마선의 방사선 수치에 따라 피동형 노심냉각시스템의 작동 시점을 판단하여, 피동형으로 작동하는 피동형 노심냉각계통인 피동형 노심냉각시스템을 제공한다.As described above, according to the present invention, in the case of a complete loss of power in and out of a nuclear power plant, radiation such as nuclear coolant high energy gamma-ray from nuclear fission generating material due to core damage is real-time online using battery power. It provides a real-time reactor coolant radiation measurement equipment to measure the temperature, and determines the operating time of the passive core cooling system according to the measured radiation value of the real-time reactor coolant gamma ray, and provides a passive core cooling system which is a passive core cooling system that operates passively. do.
또한 본 발명에 따르면, 원자로 고온관 각각의 배관 및 일체형원자로인 경우 노심상부 환형공간 원자로용기 외벽에 독립된 배터리 전원에 의하여 작동하는 2대이상의 실시간 원자로 냉각수 고에너지 감마선 방사선 계측장비를 설치할 수 있다. 이 경우 실시간 원자로냉각수 방사선계측장비는 정상상태 운전 중에는 AC 전원에 의하여 그리고 소내외 완전전원상실 시에는 배터리 전원에 의하여 원자로 냉각수 고에너지 감마선 방사선을 온라인으로 실시간 계측할 수 있다. 이렇게 계측된 원자로 냉각수 방사능 수치 및 사고 후 감시 계측에서 확보할 수 있는 원자로 압력 및 냉각재 온도 등의 자료를 이용함으로써, 노심 손상 정도와 피동형 노심냉각시스템의 작동시점을 결정하여 작동시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, in the case of an integral reactor and piping of each of the reactor high-temperature tubes, two or more real-time reactor coolant high energy gamma ray radiation measuring instruments operated by an independent battery power source may be installed on the outer wall of the core annular space reactor vessel. In this case, the real-time reactor coolant radiation measurement equipment can measure the reactor coolant high-energy gamma-ray radiation on-line by AC power during steady state operation and by battery power in case of complete loss of power inside and outside the plant. By using data such as nuclear reactor coolant radioactivity values and reactor pressure and coolant temperature that can be obtained from post-incident monitoring measurements, it is possible to determine and operate the core damage level and the operating time of the passive core cooling system.
본 발명의 피동형 노심냉각시스템은 기존 상용경수로인 경우 비상노심냉각계통의 안전주입탱크를 이용할 수 있다. 한편 안전주입탱크가 없는 경우에는, 안전등급의 가압개스 혹은 가압증기 축압기를 이용할 수 있다. 다른 방식으로는 안전주입탱크 또는 축압기의 일차계통 연결부(저온관 혹은 원자로직접주입 배관)를 이용할 수 있다.The passive core cooling system of the present invention may use the safety injection tank of the emergency core cooling system in the case of the existing commercial water reactor. On the other hand, if there is no safety injection tank, a safety grade pressurized gas or pressurized steam accumulator can be used. Alternatively, the primary system connection of the safety injection tank or accumulator (low temperature pipe or reactor direct injection pipe) may be used.
본 발명에 따른 자연순환회로 배관들에 따르면, 원자로 노심으로부터 발생하는 증기는 원자로용기 상부헤드 배기밸브(12)로 유출된 후 IRWST(원자로 재장전 냉각수 저장탱크)(14)를 통과함으로써, IRWST(14) 내의 냉각수와의 열교환에 의하여 냉각된다. 이후 각각의 배관을 따라 압력차로 작동하는 rupture disk를 통하여 안전주입탱크나 축압기 상부 개스나 증기영역으로 주입된 후 원자로 용기(10)로 유입되는 경로를 가질 수 있다. 다른 방식으로 또는 추가하여, 수두를 낮추기 위하여 안전주입탱크나 축압기(11)의 일차계통 연결부(저온관 혹은 원자로직접주입 배관) 배관 상부로 주입된 후 원자로 용기(10)로 유입되는 경로를 가질 수 있다.According to the natural circulation circuits according to the invention, the steam from the reactor core flows out of the reactor vessel upper
이러한 경로를 가지는 배관들은, 노심의 열원과 IRWST의 열침원 및 안전주입탱크나 축압기의 냉각수를 연결하는 폐쇄 자연순환회로를 구축한다. 이에 따라 예컨대 발전소에 전원이 정상적으로 공급되지 않을 정도의 사고가 발생하고, 노심에서 지속적으로 열 발생시, 이 발생된 열에 의해 발생하는 증기를 자연스럽게 냉각하고 이 증기가 냉각된 물 즉 냉각수가 원자로 노심으로 공급되고 자연스럽게 기존 냉각수에 보충되도록 함으로써, 지속적으로 원자로 노심이 피동형으로 냉각할 수 있게 된다.Pipes with this route establish a closed natural circulation circuit connecting the core heat source with the IRWST heat sink and the safety injection tank or coolant from the accumulator. As a result, for example, an accident occurs where power is not normally supplied to a power plant, and when heat is continuously generated in the core, the steam generated by the generated heat is naturally cooled and the cooled water, that is, cooling water, is supplied to the reactor core. And naturally replenish the existing cooling water, allowing the reactor core to be passively cooled.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 비상시 독립적인 배터리에 의해 작동하는 원자로 냉각수 방사선 계측기에 의해 운전원의 개입없이 피동형으로 원자로 노심을 냉각하도록 구성함으로써, 원전의 소내외 완전전원상실사고 시 원자로 노심을 적절하게 냉각시킬 수 있어 중대 사고를 방지하고 사고완화에 기여할 수 있는 등의 효과를 제공할 수 있다.
As described above, according to the present invention, the reactor core is configured to be cooled in a passive manner by the reactor coolant radiometer operated by an independent battery in an emergency, thereby reducing the reactor core in the event of a complete loss of power in and out of the nuclear power plant. It can be cooled appropriately to provide effects such as preventing serious accidents and contributing to mitigation.
10 : 원자로 용기
11 : 안전주입탱크 (또는 축압기)
12 : 원자로 상부헤드 배기밸브
13 : 원자로 냉각수 방사선 계측기
131 : 납차폐제
133 : 방사선원항
135 : Ge-크리스탈
137 : 프리앰프
139 : 액체질소
14 : 재장전수 저장탱크
15 : 저온관
16 : 고온관
17 : 가압기
18 : 증기발생기
19 : 원자로 냉각수 펌프
20 : 배터리 전원
21 : 증폭기
22 : 멀티 채널 어낼라이저
23 : 컴퓨터
24 : 디스플레이
25 : 저장부10: reactor vessel
11: safety injection tank (or accumulator)
12: Reactor upper head exhaust valve
13: Reactor Coolant Radiation Meter
131: Lead shield
133: radiation source term
135: Ge-crystal
137: preamp
139: liquid nitrogen
14: Reloading Water Storage Tank
15: low temperature tube
16: high temperature tube
17 pressurizer
18: steam generator
19: reactor coolant pump
20: battery power
21: amplifier
22: Multi Channel Analyzer
23: computer
24: display
25:
Claims (3)
원자로 노심을 감싸는 원자로 용기(10)와 증기 발생기(18) 사이에 연결된 고온관(16) 혹은 일체형원자로인 경우 노심상부 환형공간 원자로용기 외벽에 설치되고, 독립적인 배터리 전원(20)에 의해 작동가능한, 원자로 냉각수 방사선 계측기(13)와;
상기 원자로 냉각수 방사선 계측기(13)의 계측치 신호에 연결되어 상기 계측치가 설정된 값을 초과하면 개방되도록 동작하는 개폐밸브를 구비하고, 상기 배터리 전원(20)으로 작동가능한 안전주입탱크 또는 축압기(11)와;
상기 원자로 냉각수 방사선 계측기(13)의 계측치 신호에 연결되어 상기 계측치가 설정된 값을 초과하면 개방되도록 동작하는 개폐밸브를 구비하고, 상기 배터리 전원(20)으로 작동가능한 원자로 상부헤드 배기밸브(12)와;
상기 원자로 상부헤드 배기밸브(12)로부터 방출된 증기가 원자로 건물 내 재장전수 저장탱크(14) 내부를 경유하여 탱크 냉각수와 열교환에 의하여 냉각되도록 한 후, 각각의 독립된 배관을 통하여 상기 안전주입탱크 또는 축압기(11) 상부 증기나 개스 영역으로 주입되고 나서, 또는 수두를 낮추기 위하여 상기 안전주입탱크나 축압기(11)의 일차계통 연결부 배관인 저온관 혹은 원자로직접주입 배관의 상부로 주입되고 나서, 상기 원자로용기(10) 내로 유입되도록 설치된 자연순환회로 배관들을 포함하는 것을 특징으로 하는 피동형 노심냉각시스템.As a passive core cooling system for cooling nuclear reactors
In the case of a hot tube 16 or an integral reactor connected between the reactor vessel 10 and the steam generator 18 surrounding the reactor core, the reactor is installed on the outer wall of the annular space reactor vessel and operable by an independent battery power source 20. A reactor coolant radiation meter (13);
A safety injection tank or accumulator (11) connected to the measured value signal of the nuclear reactor coolant radiation meter (13) and having an on / off valve operable to open when the measured value exceeds a set value, and operable with the battery power source (20); Wow;
A reactor upper head exhaust valve 12 which is connected to the measured value signal of the reactor coolant radiation meter 13 and operates to open when the measured value exceeds a set value, and is operable by the battery power source 20; ;
The steam discharged from the upper head exhaust valve 12 of the reactor is cooled by heat exchange with the tank cooling water via the reloading water storage tank 14 in the reactor building, and then the safety injection tank or After being injected into the upper steam or gas area of the accumulator 11 or after being injected into the upper portion of the low temperature pipe or the reactor direct injection pipe that is the primary system connection pipe of the safety injection tank or the accumulator 11 to lower the head, Passive core cooling system, characterized in that it comprises a natural circulation circuit pipes installed to be introduced into the reactor vessel (10).
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2012-03-13 KR KR1020120025742A patent/KR20130104336A/en not_active Application Discontinuation
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