KR20140094715A - 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템 - Google Patents

원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용후연료 저장조 내에 설치되어 붕산수의 수위 변화를 감지하기 위한 감지 프로브와, 상기 감지 프로브와 광섬유를 통해 연결되어 상기 감지 프로브 말단에서 반사되는 반사광을 상기 광섬유를 통해 전송받아 사용후연료 저장조 내의 수위를 측정하는 광계측기(OTDR : Optical Time-Domain Reflectometer)를 포함하여 구성되어, 저전압 DC 전원으로도 용이하게 구동 가능한 수위 감시시스템을 구성함으로써, 자연 재해 등의 원인으로 인해 원자력발전소 내·외의 AC 전원이 상실되는 사고가 발생하는 비상시에도, 비상전원용 DC 전원부를 통해 DC 전원으로 용이하게 구동되어 사용후연료 저장조 내의 수위 변동 상황을 감시할 수 있어, 사용후연료 저장조에 비상 상황이 발생하였는지 여부를 인지할 수 있는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 원자력발전소 사용후연료 저장조 내의 수위를 감지하는 수위 감지시스템에 있어서, 사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위 변화를 감지하기 위해, 상기 사용후연료 저장조 내에서 높이 조절이 가능하도록 구비되는 감지 프로브와; 상기 감지 프로브와 광섬유를 통해 연결되어 상기 감지 프로브로 광신호를 송신하고, 상기 감지 프로브 말단에서 반사되는 반사광을 상기 광섬유를 통해 수신하여 상기 사용후연료 저장조 내의 수위를 측정하는 광계측기(OTDR : Optical Time-Domain Reflectometer);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템{A water level monitoring system for spent fuel pool at nuclear power plant}
본 발명은 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용후연료 저장조 내에 설치되어 붕산수의 수위 변화를 감지하기 위한 감지 프로브와, 상기 감지 프로브와 광섬유를 통해 연결되어 상기 감지 프로브 말단에서 반사되는 반사광을 상기 광섬유를 통해 전송받아 사용후연료 저장조 내의 수위를 측정하는 광계측기(OTDR : Optical Time-Domain Reflectometer)를 포함하여 구성되어, 저전압 DC 전원으로도 용이하게 구동 가능한 수위 감시시스템을 구성함으로써, 자연 재해 등의 원인으로 인해 원자력발전소 내·외의 AC 전원이 상실되는 사고가 발생하는 비상시에도, 비상전원용 DC 전원부를 통해 DC 전원으로 용이하게 구동되어 사용후연료 저장조 내의 수위 변동 상황을 감시할 수 있어, 사용후연료 저장조에 비상 상황이 발생하였는지 여부를 인지할 수 있는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템에 관한 것이다.
사용후연료는 그 속에 포함된 핵분열생성물 때문에 원자로에서 꺼낸 이후에도 오랜 기간 동안 방사선과 열을 발생시킨다. 따라서 발전소에서 근무하는 작업자를 방사선으로부터 보호하고, 계속해서 발생하는 열을 제거하기 위하여 사용후연료를 발전소의 핵연료 건물 안의 수조에 저장하게 되는데, 이러한 사용후연료를 저장하는 철근 콘크리트 구조물을 사용후연료 저장조라 한다.
사용후연료에는 우라늄-235, 플루토늄-239를 비롯한 다양한 방사성 핵종이 다량 포함되어 있으며, 이들 핵종이 방사성 붕괴하면서 붕괴열과 방사선을 장기간 방출한다. 이 때문에 사용후연료 저장조에 막대한 양의 물을 채워, 사용후연료에서 방출되는 붕괴열을 제거하고 방사선을 차폐한다.
사용후연료 저장조의 냉각 및 정화계통은 사용후연료 집합체를 최대 설계용량까지 저장했을 때 방출되는 열을 가정하여 저장조 내의 수온이 끓는점보다 충분히 낮게 유지될 수 있도록 설계된다.
예를 들면, 국내 원전 중 신고리 1, 2호기의 경우, 사용후연료 저장조 수위는 핵연료집합체 상부로부터 23 ft (7m) 이상, 붕산수의 수온은 정상출력운전 중에는 48.9 ℃ 이하, 핵연료 재장전운전 중에는 60 ℃ 이하로, 방사선 준위는 저장조 수면에서 0.025 mSv/hr 이하로 유지하도록 제한하고 있다.
사용후연료 저장조가 정상 상태라면 저장조의 수위, 수온 및 방사선 준위는 운전제한조건 이내를 유지할 것이지만, 비상 상황이 발생하면 운전제한조건을 벗어나게 될 것이다. 어떤 원인에 의해 냉각 및 정화계통의 능력이 일부 또는 전부 상실되면, 사용후연료에서 나오는 붕괴열을 제거하지 못해 수온이 상승하고, 제때 조치를 취하지 않으면 수온이 계속 상승해서 끓는점에 도달하여 증발이 일어나면서 수위가 감소하게 될 것이다. 또한 사용후연료 저장조의 물은 방사선 차폐체 역할도 하기 때문에, 수위가 낮아지면 차폐체의 두께가 얇아진다는 것을 의미하므로 사용후연료 저장조 수면 위의 방사선 준위가 상승하게 될 것이다.
따라서, 사용후연료 저장조 내의 수위 변동상황을 모니터링하면 사용후연료 저장조에 비상상황 발생여부를 인지할 수 있다.
현재 국내·외 원전에서 사용후연료 저장조 내의 수위 측정에 사용되는 수위 센서는 AC 전원으로 작동하는 초음파 수위계를 이용하고 있다.
그러나, 이와 같은 초음파 수위계는 AC 전원이 상실되는 경우 작동을 멈춤으로써 사용후연료 저장조의 수위 변동 상황을 모니터링 할 수 없다는 문제점이 있다.
실제로 2011년 3월 발생한 후쿠시마 원전 사고 시, 그 부지의 모든 AC 전원이 상실되어 후쿠시마 4호기의 사용후연료 저장조의 상태에 대한 정확한 정보를 제공받을 수 없었으며, 이로 인해 전체적인 사고대응이 늦어지는 결과를 초래하였다.
이와 같은 문제점으로 인해, 발전소 내외의 AC 전원이 상실되는 사고가 발생한 경우에도 사용후연료 저장소의 수위를 원격으로 감시하여 사용후연료 저장조에 비상상황이 발생하였는지의 여부를 감지할 수 있는 감시시스템의 구축이 요구되는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 사용후연료 저장조 내에 설치되어 붕산수의 수위 변화를 감지하기 위한 감지 프로브와, 상기 감지 프로브와 광섬유를 통해 연결되어 상기 감지 프로브 말단에서 반사되는 반사광을 상기 광섬유를 통해 전송받아 사용후연료 저장조 내의 수위를 측정하는 광계측기(OTDR : Optical Time-Domain Reflectometer)를 포함하여 구성되어, 저전압 DC 전원으로도 용이하게 구동 가능한 수위 감시시스템을 구성함으로써, 자연 재해 등의 원인으로 인해 원자력발전소 내·외의 AC 전원이 상실되는 사고가 발생하는 비상시에도, 비상전원용 DC 전원부를 통해 DC 전원으로 용이하게 구동되어 사용후연료 저장조 내의 수위 변동 상황을 감시할 수 있어, 사용후연료 저장조에 비상 상황이 발생하였는지 여부를 인지할 수 있는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원자력발전소 사용후연료 저장조 내의 수위를 감지하는 수위 감지시스템에 있어서, 사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위 변화를 감지하기 위해, 상기 사용후연료 저장조 내에서 높이 조절이 가능하도록 구비되는 감지 프로브와; 상기 감지 프로브와 광섬유를 통해 연결되어 상기 감지 프로브로 광신호를 송신하고, 상기 감지 프로브 말단에서 반사되는 반사광을 상기 광섬유를 통해 수신하여 상기 사용후연료 저장조 내의 수위를 측정하는 광계측기(OTDR : Optical Time-Domain Reflectometer);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명은, AC 및 DC 전원의 혼용 사용이 가능한 광계측기를 적용하여 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템을 구성함으로써, 정상 가동시에는 원자력발전소에 구비된 AC 전원을 통해 구동되어 사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위 변동 상황을 감시하고, 자연 재해 등의 원인으로 인해 원자력발전소 내·외의 AC 전원이 상실되는 사고가 발생하는 비상시에도, 비상전원용 DC 전원부를 통해 DC 전원으로 용이하게 구동되어 사용후연료 저장조 내의 수위 변동 상황을 감시할 수 있어, 사용후연료 저장조에 비상 상황이 발생하였는지 여부를 인지하여, 원전 운영의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템의 전체적인 구조를 보여주는 도면
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사용후연료 저장조 내 감지 프로브의 설치 구조를 보여주는 도면
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사용후연료 저장조 내 감지 프로브의 설치 구조를 보여주는 도면
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 사용후연료 저장조 내 감지 프로브의 설치 구조를 보여주는 도면
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템의 전체적인 구조를 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템은, 사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위 변화를 감지하기 위한 감지 프로브(100)와, 상기 감지 프로브(100)와 광섬유(200)를 통해 연결되어 감지 프로브로 광신호를 송신하고, 감지 프로브(100) 말단에서 반사되는 반사광을 광섬유(200)를 통해 수신하여 상기 사용후연료 저장조 내의 수위를 측정하는 광계측기(OTDR : Optical Time-Domain Reflectometer, 300)를 포함하여 구성된다.
상술한 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템의 각 구성을 보다 상세하게 설명하면, 감지 프로브(100)는 사용후연료 저장조 내부 붕산수의 수위 변화를 감지할 수 있도록 사용후연료 저장조의 내부에 구비된다.
즉, 상기 감지 프로브(100)는 광계측기(300)로부터 연결되는 광섬유(200)의 단부에 구비되며, 사용후연료 저장조의 내부 일측에 설치된다.
이때, 상기 감지 프로브(100)는 Grin 렌즈와 직각 프리즘(right-angle prism)을 광섬유(200)의 말단에 부착시킨 구조로서, 접촉되는 물질(물 또는 공기)에 따른 임계각(critical angle) 변화에 의해 발생하는 반사(reflection) 및 굴절(refraction)에 기반을 둔 반사형 감지 프로브로 구성된다.
이와 같은 구성으로, 광계측기(300)로부터 광섬유(200)를 통해 전송되는 광신호가 사용후연료 저장조 내에 위치한 감지 프로브(100)로 송신되면, 상기 감지 프로브(100)의 말단에서 접촉되는 물질에 따라 달리 반사되는 반사광이 광섬유(200)를 통해 광계측기(300)로 수신되는데, 이때 감지 프로브(100)의 말단이 붕산수에 접촉하고 있는지 또는 붕산수로부터 떨어져 공기에 중에 위치해 있는지에 따라 감지 프로브(100) 말단에서의 광 반사율이 달라지며, 이에 따라 광계측기(300)에서 상기와 같이 달라지는 반사율을 이용하여 광섬유(200)를 통해 전송되는 반사광의 광 강도 변화를 측정함으로써, 사용후 연료 저장조 내에서 감지 프로브(100)의 위치까지 붕산수가 채워져 있는지 여부를 확인할 수 있다.
이에 따라, 상기와 같은 감지 프로브(100)를 이용하여 사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위 변화를 측정하기 위해서는, 감지 프로브(100)를 사용후연료 저장조 내에서 높이 조절이 가능하게 설치하여 감지 프로브(100)의 높이를 변화시켜가며 광계측기(300)를 통해 반사광의 광 강도 변화를 측정함으로써 붕산수의 수위 변화를 감지하거나, 또는 사용후연료 저장조 내에 일정 높이 간격으로 다수개의 감지 프로브(100)를 설치하여 광계측기(300)를 통해 붕산수의 수위 변화를 높이 별로 감지할 수 있다.
한편, 광계측기(300)는 광섬유(200)를 통해 감지 프로브(100)로 광신호를 송신하며, 감지 프로브(100)로부터 감지된 광신호(반사광)를 수신하여 전기신호로 변환하고, 변환된 전기신호를 분석하여 사용후연료 저장조 내의 수위를 측정한다.
이와 같은 광계측기(OTDR : Optical Time-Domain Reflectometer, 300)는 통상 프레넬 반사법(광섬유의 한 단면에서 반사 위치의 위치 변화에 따른 반사율의 변화를 측정하여 광섬유의 굴절률 분포를 측정하는 방법)을 이용하여 광 통신망의 손상 등의 이상 유무를 측정하는데 사용되는 계측기로서, 조작이 간편하고 비교적 빠른 연산으로 측정값이 외부 디스플레이를 통해 표시되며, AC 및 DC 전원을 혼용 사용할 수 있어 사용이 편리하여, 본 발명에서는 상기와 같은 광계측기(300)를 감지 프로브(100)와 연동하여 원자력발전소 사용후연료 저장조 내의 수위를 측정하는데 적용하고 있다.
이와 같이, 광계측기(300)를 이용하여 사용후연료 저장조 내 수위를 측정함에 있어서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 펄스 발생부(310)에서 레이저 다이오드(320)에 출력 신호를 전송하여, 출력 신호에 따라 레이저 다이오드(320)가 광신호를 방출함으로써, 방출된 광신호가 커플러(340)를 통과하여 광섬유(200)를 따라 감지 프로브(100)로 전송된다.
이때, 상기 펄스 발생부(310)는 레이저 다이오드에 전송하는 출력 신호를 타임 베이스 컨트롤 유닛(330)에도 전송함에 따라, 타임 베이스 컨트롤 유닛(330)이 출력 신호 전송 시점을 저장한다.
이후, 레이저 다이오드(320)로부터 전송된 광신호가 감지 프로브(100)의 말단으로 전송되면, 감지 프로브(100)는 프로브의 말단이 붕산수에 접촉하고 있는지 또는 붕산수로부터 떨어져 공기에 중에 위치해 있는지에 따라 달라지는 반사광을 감지하여 광섬유(200)를 통해 반사광에 대한 광신호를 광계측기(300)로 전송하게 된다.
계속해서, 감지 프로브(100)로부터 감지되어 광섬유(200)를 통해 광계측기(300)로 수신된 광신호는 커플러(340)를 통해 포토 다이오드(350)로 전송되어 전기 신호로 변환되며, 변환된 전기 신호는 증폭부(360)를 통해 증폭되어 A/D 변환부(370)를 통해 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환된 후 신호처리부(380)로 전송된다.
이때, 상기 A/D 변환부(370)는 타임 베이스 컨트롤 유닛(330)으로부터 출력 신호를 전송받아, 상기 출력 신호와 감지 프로브(100)로부터 전송된 신호와 비교함으로써, 사용후연료 저장조 내에서 감지 프로브(100)의 감지 위치를 파악할 수 있다.
이후, 신호처리부(380)에서는 A/D 변환부(370)로부터 전송된 신호와 타임 베이스 컨트롤 유닛(330)으로부터 전송된 출력 신호를 비교 분석하여 사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위를 측정하며, 측정값을 디스플레이(390)에 표시한다.
이와 같이 구성된 광계측기(300)에는 비상전원용 DC 전원부(400)가 연결되어 있어, 원자력발전소 내·외의 AC 전원이 상실되는 경우, 비상전원용 DC 전원부(400)를 통해 저전압의 DC 전원을 공급받아 구동된다.
이에 따라, 상기 광계측기(300)는 평상시 원자력발전소에 구비된 AC 전원을 사용하여 사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위를 측정하며, 원자력발전소 내·외의 AC 전원이 상실되는 비상시에도 비상전원용 DC 전원부(400)를 통해 DC 전원을 공급받아 사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위를 측정할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 감지 프로브(100)와 광계측기(300)를 상호 연결하는 광섬유(200)는 일부가 사용후연료 저장조 내부에 위치하게 되기 때문에 방사선에 의해 전송 능력이 저하될 우려가 있으므로, 방사선에 노출되어도 광 전송능력의 손실이 적은 내환경성 광섬유를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광섬유(200)는 사용후연료 저장조 내부의 수위를 원격으로 측정 가능하도록 신호의 장거리 전송이 유리하고, 자기장 및 방사선 등에 의한 신호왜곡이 발생하지 않는 광섬유를 이용한다.
상기와 같이, 광섬유(200)를 통해 사용후연료 저장조 내부의 수위를 원격으로 측정함에 있어서는, 작업자의 안전을 위해 적어도 10m 이상의 광섬유(200)를 구비하여 상기 감지 프로브(100)와 광계측기(300) 간의 거리를 10m 이상 이격하여 구성한다.
즉, 사용후연료 저장조에 비상 상황이 발생되면 그 주변 지역으로 다량의 방사선이 방출될 가능성이 있으므로, 작업자의 안전을 위해 광계측기(300)가 배치되는 감시시스템 운영실을 사용후연료 저장조로부터 최소한 10m 이상 이격하여 구비하는 것이 좋다.
이때, 바람직하게는 작업자의 안전과 광섬유(200)의 광 전송능력 및 수명을 고려하여 10m 내지 15m 길이의 광섬유(200)를 사용하는 것이 좋다.
이하에서는, 본 발명에 따른 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템에 구비되는 감지 프로브의 다양한 설치 실시예에 대해 설명한다.
앞에서 설명한 바와 같이, 감지 프로브(100)를 사용후연료 저장조 내에 설치함에 있어서는, 감지 프로브(100)를 사용후연료 저장조 내에서 높이 조절이 가능하게 구성하여 붕산수의 수위 변화를 감지하거나, 또는 사용후연료 저장조 내에 일정 높이 간격으로 다수개의 감지 프로브(100)를 설치하여 붕산수의 수위 변화를 높이 별로 감지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사용후연료 저장조 내 감지 프로브의 설치 구조를 보여주는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 감지 프로브(100)를 사용후연료 저장조 내에서 높이 조절이 가능하게 설치하는 경우에는, 감지 프로브(100)를 승강시켜 감지 프로브(100)의 높이를 조절하는 높이 조절 수단(510)을 구비한다.
여기서, 상기 높이 조절 수단(510)은 구동모터 및 풀리 등의 조합으로 구성되어 감지 프로브(100)를 승강시키거나, 또는 구동모터 및 피니언/랙 기어 등의 조합으로 구성되어 감지 프로브(100)를 승강시킬 수도 있다.
이러한 구성으로, 높이 조절 수단(510)을 통해 감지 프로브(100)의 높이를 변화시켜가며 광계측기를 통해 반사광의 광 강도 변화를 측정함으로써 사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위 변화를 감지할 수 있다.
이때, 감지 프로브(100)를 사용후연료 저장조 내 붕산수의 수면 위에서 승강시키는 경우, 수위 변화 측정시 저장조 수면의 요동현상에 따른 오차가 발생할 수 있기 때문에, 감지 프로브(100)의 승강을 가이드하며, 내부로 사용후연료 저장조의 수위만큼 붕산수가 유입되는 가이드관(520)을 별도로 설치하는 것이 바람직하다.
즉, 상술한 가이드관(520)은 도 2에 도시된 바와 같이, 사용후연료 저장조 내에 수직하게 구비되어, 내부에 감지 프로브(100)를 수용하여 감지 프로브(100)의 승강을 가이드하며, 하부에는 붕산수가 유입되는 유입구(521)가 형성되어, 유입된 붕산수가 가이드관(520) 내에서 사용후연료 저장조의 수위와 동일한 수위를 유지함으로써, 저장조 수면의 요동현상에 따른 영향을 최소화하도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사용후연료 저장조 내 감지 프로브의 설치 구조를 보여주는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 감지 프로브(100)를 사용후연료 저장조 내에 일정 높이 간격으로 다수개 설치하는 경우에는, 사용후연료 저장조 내에 다수개의 감지 프로브(100)가 일정 높이 간격으로 설치되는 프로브 설치관(610)을 구비하고, 광 계측기로부터 연결된 광섬유(200)에 다수개의 Y-커플러(210)를 구비하여, Y-커플러(210)를 통해 프로브 설치관(610)에 설치된 다수개의 감지 프로브(100)를 각각 광섬유(200)에 연결한다.
여기서, 상기 Y-커플러(210)는 광섬유(200)에 연결되어, 광섬유(200)에서 송수신되는 광신호를 두 갈래로 나누어 송수신하는 역할을 한다.
이에 따라, Y-커플러(210)를 이용하여 광섬유(200)에 다수개의 감지 프로브(100)를 연결함에 있어서는, 도 3의 요부 확대도에 도시된 바와 같이, 광섬유(200)에 다수개의 Y-커플러(210)를 순차적으로 연결하고, 두 갈래로 나누어지는 각각의 Y-커플러(210)의 일측 경로 말단에 감지 프로브(100)를 연결함으로써, 광섬유(200)에 다수개의 감지 프로브(100)를 연결할 수 있게 된다.
상기 프로브 설치관(610)은 사용후연료 저장조 내에서 수직하게 구비되며, 관 내부가 수직 격벽(611)을 통해 제1 관로(612)와 제2 관로(613)로 나누어지는데, 수직 격벽(611)에 일정 높이 간격으로 다수개의 감지 프로브(100)가 설치되고, 제1 관로(612)에는 다수개의 감지 프로브(100)에 연결되는 광섬유(200) 및 Y-커플러(210)가 배치되며, 제2 관로(613)에는 하부에 붕산수가 유입되는 유입구(614)가 형성되어, 유입된 붕산수가 제2 관로(613) 내에서 사용후연료 저장조의 수위와 동일한 수위를 유지함으로써, 저장조 수면의 요동현상에 따른 영향을 최소화하도록 구성된다.
이때, 수직 격벽(611)에 일정 높이 간격으로 설치되는 다수개의 감지 프로브(100)는 프로브 말단이 제2 관로(613) 측으로 돌출되도록 배치되어, 제2 관로(613)의 유입구(614)를 통해 유입되는 붕산수의 수위 변화를 감지하게 되며, 이에 따라, 감지 프로브(100)를 이용하여 붕산수의 수위 변화를 감지하는 과정에서, 저장조 수면의 요동현상에 따른 오차를 최소화할 수 있다.
또한, 광섬유(200) 및 Y-커플러(210)가 배치되는 제1 관로(612)에는 붕산수의 유입을 방지하여 방사선으로부터 광섬유(200) 및 Y-커플러(210)를 보호할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 사용후연료 저장조 내 감지 프로브의 설치 구조를 보여주는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 따른 감지 프로브의 설치 구조는, 앞서 설명한 제2 실시예에 따른 감지 프로브의 설치 구조와 동일하게 다수개의 감지 프로브(100)를 사용후연료 저장조 내에 일정 높이 간격으로 설치하는 구조로서, 일정 높이 간격으로 다수개의 감지 프로브(100)가 설치되는 프로브 설치관(610)의 구성이 동일하며, 다수개의 감지 프로브(100)와 광섬유(200)를 연결하는 구성에만 차이가 있다.
본 실시예에서는 광 계측기로부터 연결된 광섬유(200)에 광신호의 다중화 변환을 위한 광섬유 스위치(미도시)를 연결하고, 광섬유 스위치에는 다수개의 감지 프로브(100)에 각각 대응하게 연결되는 복수의 보조 광섬유(220)를 구비하여, 광섬유 스위치의 작동에 의해 광섬유(200)와 복수의 보조 광섬유(220)가 상호 송수신하도록 구성된다.
즉, 광섬유 스위치를 통해 광섬유(200)로 송수신되는 광신호를 다중화시켜 다수개의 감지 프로브(100)에 각각 연결된 복수의 보조 광섬유(220)에 각각 송수신함으로써, 효율적으로 광신호를 송수신할 수 있게 된다.
이에 따라, 본 실시예에서는 프로브 설치관(610)의 수직 격벽(611)에 일정 높이 간격으로 다수개의 감지 프로브(100)가 설치되고, 제1 관로(612)에는 다수개의 감지 프로브(100)에 연결되는 복수의 보조 광섬유(220)가 배치되며, 제2 관로(613)에는 하부에 붕산수가 유입되는 유입구(614)가 형성되어, 유입된 붕산수가 제2 관로(613) 내에서 사용후연료 저장조의 수위와 동일한 수위를 유지함으로써, 저장조 수면의 요동현상에 따른 영향을 최소화하도록 구성된다.
이때에도, 다수개의 감지 프로브(100)의 프로브 말단이 수직 격벽(611)에서 제2 관로(613) 측으로 돌출되도록 배치되어, 제2 관로(613)의 유입구(614)를 통해 유입되는 붕산수의 수위 변화를 감지하게 되며, 이에 따라, 감지 프로브(100)를 이용하여 붕산수의 수위 변화를 감지하는 과정에서, 저장조 수면의 요동현상에 따른 오차를 최소화할 수 있고, 또한 보조 광섬유(220)가 배치되는 제1 관로(612)에는 붕산수의 유입을 방지하여 방사선으로부터 보조 광섬유(220)를 보호할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, AC 및 DC 전원의 혼용 사용이 가능한 광계측기를 적용하여 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템을 구성함으로써, 정상 가동시에는 원자력발전소에 구비된 AC 전원을 통해 구동되어 사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위 변동 상황을 감시하고, 자연 재해 등의 원인으로 인해 원자력발전소 내·외의 AC 전원이 상실되는 사고가 발생하는 비상시에도, 비상전원용 DC 전원부를 통해 DC 전원으로 용이하게 구동되어 사용후연료 저장조 내의 수위 변동 상황을 감시할 수 있어, 사용후연료 저장조에 비상 상황이 발생하였는지 여부를 인지하여, 원전 운영의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
100 : 감지 프로브 200 : 광섬유
210 : Y-커플러 220 : 보조 광섬유
300 : 광계측기 310 : 펄스 발생부
320 : 레이저 다이오드 330 : 타임 베이스 컨트롤 유닛
340 : 커플러 350 : 포토 다이오드
360 : 증폭부 370 : A/D 변환부
380 : 신호처리부 390 : 디스플레이
400 : 비상전원용 DC 전원부 510 : 높이 조절 수단
520 : 가이드관 521, 614 : 유입구
610 : 프로브 설치관 611 : 수직 격벽
612 : 제1 관로 613 : 제2 관로

Claims (10)

  1. 원자력발전소 사용후연료 저장조 내의 수위를 감지하는 수위 감지시스템에 있어서,
    사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위 변화를 감지하기 위해, 상기 사용후연료 저장조 내에서 높이 조절이 가능하도록 구비되는 감지 프로브와;
    상기 감지 프로브와 광섬유를 통해 연결되어 상기 감지 프로브로 광신호를 송신하고, 상기 감지 프로브 말단에서 반사되는 반사광을 상기 광섬유를 통해 수신하여 상기 사용후연료 저장조 내의 수위를 측정하는 광계측기(OTDR : Optical Time-Domain Reflectometer);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광계측기에는,
    비상전원용 DC 전원부가 추가로 연결되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 사용후연료 저장조 내에서 상기 감지 프로브를 승강시켜 상기 감지 프로브의 높이를 조절하는 높이 조절 수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 사용후연료 저장조 내에는,
    상기 저장조 저면에 수직되는 방향으로 연장 형성되어 상기 감지 프로브를 수용하며, 하부에 사용후연료 저장조와 연통하며 사용후연료 저장조 내의 붕산수가 유입되는 유입구가 형성되는 가이드관이 구비되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템.
  5. 원자력발전소 사용후연료 저장조 내의 수위를 감지하는 수위 감지시스템에 있어서,
    사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위 변화를 감지하기 위해, 상기 사용후연료 저장조 내에 일정 높이 간격으로 구비되는 다수개의 감지 프로브와;
    상기 다수개의 감지 프로브와 광섬유를 통해 연결되어 상기 다수개의 감지 프로브로 광신호를 송신하고, 상기 다수개의 감지 프로브 말단에서 반사되는 반사광을 상기 광섬유를 통해 수신하여 상기 사용후연료 저장조 내의 수위를 측정하는 광계측기(OTDR : Optical Time-Domain Reflectometer);
    를 포함하여 구성되되,
    상기 다수개의 감지 프로브는 Y-커플러를 통해 상기 광섬유에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 광계측기에는,
    비상전원용 DC 전원부가 추가로 연결되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 사용후연료 저장조 내에는,
    상기 저장조 저면에 수직되는 방향으로 연장 형성되되, 관 내부가 수직 격벽에 의해 제1 관로 및 제2 관로로 나누어지는 프로브 설치관이 구비되며,
    상기 수직 격벽에는 상기 제2 관로 측으로 돌출 배치되도록 상기 다수개의 감지 프로브가 일정 높이 간격으로 설치되고,
    상기 제1 관로에는 상기 다수개의 감지 프로브에 각각 연결되는 Y-커플러 및 광섬유가 배치되며,
    상기 제2 관로의 하부에는 사용후연료 저장조와 연통하며 사용후연료 저장조 내의 붕산수가 유입되는 유입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템.
  8. 원자력발전소 사용후연료 저장조 내의 수위를 감지하는 수위 감지시스템에 있어서,
    사용후연료 저장조 내 붕산수의 수위 변화를 감지하기 위해, 상기 사용후연료 저장조 내에 일정 높이 간격으로 구비되는 다수개의 감지 프로브와;
    상기 다수개의 감지 프로브와 광섬유를 통해 연결되어 상기 다수개의 감지 프로브로 광신호를 송신하고, 상기 다수개의 감지 프로브 말단에서 반사되는 반사광을 상기 광섬유를 통해 수신하여 상기 사용후연료 저장조 내의 수위를 측정하는 광계측기(OTDR : Optical Time-Domain Reflectometer);
    를 포함하여 구성되되,
    상기 광계측기에는,
    단일 광섬유와 다수개의 보조 광섬유가 상호 송수신하도록 광신호의 다중화 변환을 수행하는 광섬유 스위치가 구비되어,
    상기 다수개의 감지 프로브는 상기 광섬유 스위치로부터 분기되는 다수개의 보조 광섬유에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 광계측기에는,
    비상전원용 DC 전원부가 추가로 연결되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 사용후연료 저장조 내에는,
    상기 저장조 저면에 수직되는 방향으로 연장 형성되되, 관 내부가 수직 격벽에 의해 제1 관로 및 제2 관로로 나누어지는 프로브 설치관이 구비되며,
    상기 수직 격벽에는 상기 제2 관로 측으로 돌출 배치되도록 상기 다수개의 감지 프로브가 일정 높이 간격으로 설치되고,
    상기 제1 관로에는 상기 다수개의 감지 프로브에 대응하게 연결되는 다수개의 보조 광섬유가 배치되며,
    상기 제2 관로의 하부에는 사용후연료 저장조와 연통하며 사용후연료 저장조 내의 붕산수가 유입되는 유입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 사용후연료 저장조의 수위 감시시스템.
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