KR20150024700A - 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치 및 이를 위한 제어방법 - Google Patents

원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치 및 이를 위한 제어방법 Download PDF

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Abstract

노심 하향유동과 낮은 수조수 수위의 특성을 갖는 연구로에 적용할 수 있는 사이펀 효과 차단장치 및 이를 이용한 원자로의 제어방법에 관한 것으로, 노심 입구 일차계통 배관과 원자로 수조 사이에 연결된 제1 배관, 노심 출구 일차계통 배관과 원자로 수조 사이에 연결된 제2 배관을 포함하고, 상기 제1 배관과 제2 배관은 상기 원자로 수조수조를 관통하여 수조수 아래에 설치되는 구성을 마련하여, 정상운전시에는 수조수 내부로 사이펀 배관으로부터 유동유출이 없도록 하고, 수조상부에서 수조물을 교란시켜 고온층을 파괴하는 것을 방지하면서 LOCA 사고시에는 이 밸브를 통해 공기 유입을 가능하게 하여 사이펀 브레이킹 목적을 수행하도록 한다.

Description

원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치 및 이를 위한 제어방법{Apparatus for breaking siphon effect of reactor pool and control method therefor}
본 발명은 원자로 수조의 사이펀(Siphon) 효과 차단장치 및 이를 위한 제어방법에 관한 것으로, 특히 노심 하향유동과 낮은 수조수 수위의 특성을 갖는 연구로에 적용할 수 있는 사이펀 효과 차단장치 및 이를 위한 원자로의 제어방법에 관한 것이다.
연구로 안전의 핵심은 어떠한 사고가 발생하더라도 원자로가 커다란 수조수 내에 잠겨 있어 자연대류를 이용하여 잔열을 제거할 수 있도록 하는 것이다. 노심 상향유로 특성을 갖는 하나로와 같은 연구로는 노심 압력강하를 고려하지 않고 일차 계통 기기들의 위치들을 결정할 수 있기 때문에, 모든 일차 계통 기기들을 노심보다 높게 위치할 수 있다. 이로 인해 일차계통 파단 사고가 나더라도 노심은 항상 수조수에 잠길 수 있게 된다.
그러나 노심 하향유로 특성을 갖는 연구로는 노심 압력강하를 고려한 펌프의 유효 흡입 수두를 만족시켜야하기 때문에 일차계통펌프를 포함한 일부 기기들이 노심보다 낮은 수위에 설치된다. 이때 노심보다 낮은 곳에서 일차 계통 파단이 발생하게 되면 사이펀 현상(siphon effect)에 의해 수조수가 지속적으로 방출되어 노심 밑으로 수조수 수위가 낮아지게 되어 노심의 잔열 제거가 실패하게 된다.
이를 방지하기 위해 일부 연구로에서는 수조 내 일차계통 배관중 노심보다 높은 곳에 사이펀 브레이킹(siphon breaking)을 위한 구멍을 뚫어 놓거나, 사이펀 브레이킹 라인을 연결하여 공기 중에 노출하거나 또는 수조수 상부에 잠겨놓는다.
이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 도 1에 도시된 바와 같이, 핵반응이 일어나는 밀폐공간을 형성하는 원자로 용기(1), 용기(1) 내부에 규칙적으로 배열된 핵연료 다발이 형성하는 노심(2), 직접용기 주입 노즐(6), 원자로 입구노즐(7), 노심 지지통(8), 안전 주입 덕트(10) 등을 포함하고, 원자로의 용기(1)에는 원자로 냉각재 펌프의 펌핑에 의해 원자로, 고온관(3), 증기발생기, 원자로 냉각재 펌프, 저온관 및 원자로 용기(1) 순으로 순환되는 냉각재가 충전되며, 이러한 냉각재는 1차 계통 열교환기인 증기발생기로 이송되어, 증기발생기의 세관을 지나면서 2차 계통에서 순환되는 2차 계통 냉각재에 열을 전달한 후 원자로 냉각재 펌프에 의해 저온관(4)을 원자로 입구노즐(7)을 통해 원자로 용기(1) 내로 회귀하며, 원자로 용기(1) 내벽과 노심 지지통(8) 사이 하향유로(9)를 따라 하부공간으로 흘러내린 후, 상 방향으로 선회하여 노심(2)으로 재유입하며, 플랜지와 돌출부(11)와의 사이에 형성된 틈새를 통하여 안전 주입관(5) 내로 원자로 용기(1) 속의 증기 혹은 공기가 유입되게 함으로써 사이펀 효과에 따른 냉각재의 지속적인 유출을 멈추게 하는 사이펀 효과를 차단하는 기술에 대해 개시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0319068호(2001.12.14 등록)
그러나 상술한 바와 같은 종래의 기술을 수조수에 원자로가 위치하는 특성을 지니는 연구로에 적용하게 되면, 사고로 인해 수조가 낮아지게 될 때 공기가 유입됨으로 인해 사이펀 현상이 멈춰서 수조수가 노심 상부위로 유지될 수 있다. 그러나 정상운전시에는 수조수가 노심으로 통과하지 않고 노심 출구 일차계통배관에 설치된 사이펀 홀이나 사이펀 브레이킹 라인 끝단으로 물이 직접 유입되므로 노심 우회유량이 발생하게 되고 일차계통펌프 측면에서는 노심 요구유량을 맞추기 위한 설계가 어려워진다. 또한, 이 노심 요구유량을 맞추기 위해 보수적으로 일차계통 유량을 설계하면, 유량이 증가함에 따라 노심 차압이 증가하게 된다. 이에 따라 하향 노심 유동 연구로에서는 노심 차압이 펌프의 유효 흡입 수두높이에 직접적으로 관련이 되므로 연구로 건설비가 상승하게 된다는 문제가 있다.
이와 더불어 연구로 설계시, 연구로 목적상 작업의 편이성을 위해 수심을 낮게 설계해야하는 연구로가 요구된다. 이때 사이펀 브레이킹 홀이나 라인의 끝단은 설치목적상 수조 상부에 설치되기 때문에 노심 입구 일차계통배관에 설치된 사이펀 브레이킹 홀이나 라인 끝으로 물이 새어나와 수조 상부 유동을 교란시킨다. 이 교란으로 인해, 수조 내 방사능물질이 수조상부로 올라오지 못하도록 설계된 고온층이 파괴되어 수조 상부 방사능 수치가 높아지게 된다는 문제도 발생하게 된다.
또한, 사이펀 브레이크 라인을 설치할 경우, 연결되는 일차계통 배관의 수조 관통 높이의 하한치는 사고 발생 동안 핵연료가 공기에 유출되지 않도록 요구되는 최종 수조수 수위로 인해 제한받게 되며, 상한치는 수조수 차폐두께의 요건으로 인해 결정되기 때문에 여기에 연결되는 사이펀 라인 위치는 상당한 제약을 받게 된다. 따라서, 사이펀 브레이킹 홀과 라인의 설치 높이의 제약으로 말미암아 수조 깊이가 얕은 연구로의 경우 사이펀 브레이커를 설치하는데에 있어 많은 어려움이 있게 된다는 문제점도 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 상술한 바와 같은 노심 하향유동과 낮은 수조수 깊이의 특성을 지니는 연구로의 제약하에서 사고시와 정상운전시 연구로의 운전 목적을 달성할 수 있도록 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치 및 이를 위한 원자로의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치는 노심 입구 일차계통 배관과 원자로 수조 사이에 연결된 제1 배관, 노심 출구 일차계통 배관과 원자로 수조 사이에 연결된 제2 배관을 포함하고, 상기 제1 배관과 제2 배관은 상기 원자로 수조 내의 원자로 수조를 관통하여 원자로 수조수위 아래에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 제어방법은 원자로 수조에서의 사이펀 효과를 차단하도록, 노심 입구 일차계통 배관과 원자로 수조 사이에 연결된 제1 배관 및 노심 출구 일차계통 배관과 원자로 수조 사이에 연결된 제2 배관, 상기 제1 배관에 장착된 피동형 밸브인 체크 밸브, 상기 제2 배관에 장착되며 제어신호에 의해 작동하는 동력 구동밸브인 구동밸브를 구비한 원자로 수조의 제어방법으로서, (a) 냉각재 상실 사고시에는 체크밸브가 열리는 방향으로 장착되어 제1 배관으로부터 공기가 유입되어 사이펀 효과를 차단하는 단계, (b) 정상운전시에는 제1 배관으로부터 수조 상부로 유출되는 냉각재 유로를 차단하는 단계를 포함하여 수조수 상부 교란 및 고온층 파손을 방지하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치 및 이를 위한 원자로의 제어방법에 의하면, 다음과 같은 효과가 얻어진다.
1. 노심 하향유동 및 낮은 정상 원자로 수조 수위를 요구하는 연구로에 사이펀 브레이킹 목적을 수행할 수 있다.
2. 정상운전시에는 수조수 내부로 사이펀 브레이크 배관으로부터 유동유출이 없어, 수조상부에서 수조수를 교란시켜 고온층을 파괴하는 것을 방지할 수 있다.
3. 정상운전시에는 수조수 내부로부터 사이펀 브레이크 배관으로의 유동유입이 없어, 노심 우회 유량을 방지할 수 있다.
4. 정상운전시 수조 내로 유동의 유출입이 존재하지 않음과 동시에 냉각재 상실사고(LOCA :Loss of Coolant Accident)시 안전기능을 수행하기 때문에, 사이펀 브레이크 라인의 사이즈를 크게 설계할 수 있어 사이펀 현상시 발생하는 과다하락 높이(undershooting height)를 최소화할 수 있다. 과다하락 높이를 최소화하게 되면 LOCA 발생 후, 요구 수조수 높이에 최소화된 과다하락 높이만을 고려하면 되므로, 원자로 수조 설계시 수조 높이가 최소화할 수 있게 된다.
5. 정상운전 유동과 LOCA시 유동이 반대로 작용하는 곳에 위치하는 사이펀 브레이커 밸브의 종류로서 유동이 한 방향으로만 흐르도록 하는 체크 밸브 형태의 피동형 밸브를 설치하면, 원하는 방향만으로 유동이 흐르게 할 수 있기 때문에, 밸브가 정상 운전시 닫히고 사고시 열림을 수행하기 위해 별도의 구동장치를 연결할 필요가 없다.
6. 정상운전 유동과 LOCA 유동이 같은 방향으로 작용하는 곳에 위치하는 사이펀 브레이커 밸브는 밸브의 여닫힘을 별도의 신호를 받아 여닫히도록 구성한다. 이때 차압계와 압력계와 같은 신뢰성 높은 신호를 이용하여 안전기능을 수행하도록 한다.
7. 하향 노심 유동 연구로에서는 노심 차압이 펌프의 유효 수두높이에 직접적으로 관련이 되기 때문에, 정상운전시 노심 우회유량을 없앰으로써, 노심 요구유량을 맞추기 위해 보수적으로 일차계통 유량 설계시 발생하는 연구로 건설비 상승을 막을 수 있게 된다.
도 1은 종래의 사이펀 효과를 차단하는 원자로의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치에서 정상운전 조건 시의 작동을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치에서 냉각재 상실사고시의 작동을 설명하기 위한 도면,
도 4는 정상운전시 본 발명에 따른 원자로 수조의 사이펀 효과 차단을 위한 원자로의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 5는 LOCA시 본 발명에 따른 원자로 수조의 사이펀 효과 차단을 위한 원자로의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
먼저, 본 발명의 개요에 대해 설명한다.
본 발명에 적용되는 연구로 안전의 핵심은 어떠한 사고시에도 노심 상부보다 수조수 수위가 높이 형성되어 핵연료가 공기 중에 노출되지 않도록 하는 것이다. 노심 하향 유동을 요구하는 연구로에서는 펌프 전단 압력강하에 노심 압력강하가 포함되므로 펌프전단의 압력이 상당히 낮아지게 된다. 이에 따라 펌프의 유효 수두높이를 고려하여 펌프를 포함한 일차계통의 일부 기기들이 노심보다 낮은 곳에 설치된다. 이때, 노심보다 낮은 곳에서 냉각재 상실사고(LOCA :Loss of Coolant Accident)가 발생하면, 수조수가 사이펀 현상으로 수조 바깥으로 유출되기 때문에 핵연료가 공기에 노출될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위해 사이펀 브레이커가 필수적으로 요구된다.
또한, 낮은 수조물 깊이의 특성을 지니는 연구로에 기존의 사이펀 브레이크 라인이나 홀을 설치하게 되면, 이를 통해 수조 상부로 일차계통수가 유출되어 수조물을 교란시킴과 동시에 고온층을 파괴하게 되어 수조상부에 방사능 수위가 높아져 정상운전시 수조상부 근처에서 작업이 어렵게 된다.
이를 위해 노심 입구 일차계통 배관에는 피동형 밸브인 체크 밸브를 설치하여, 정상운전시에는 수조수 내부로 사이펀 배관으로부터 유동유출이 없도록 하여, 수조상부에서 수조물을 교란시켜 고온층을 파괴하는 것을 방지하면서 LOCA 사고시에는 이 밸브를 통해 공기 유입을 가능하게 하여 사이펀 브레이킹 목적을 수행하도록 한다.
노심 출구 일차계통 배관에는 차압계와 압력계와 같이 신뢰성 높은 안전등급신호를 받아 안전기능 수행시만 작동하는 능동형 밸브를 설치하여 정상운전시에는 수조수 내부로 사이펀 배관으로의 유동유입이 없도록 하여, 노심 우회 유량을 방지하면서 필요 시, 사이펀 브레이킹 목적을 수행하도록 한다.
이와 같이 노심 하향유동 및 낮은 정상 원자로 수조 수위를 요구하는 연구로에 사이펀 브레이킹 목적을 수행하도록 사이펀 브레이커를 구성하면, 정상운전시에 수조 내로 유동의 유출입이 없이 LOCA시 안전기능을 수행하기 때문에, 사이펀 브레이크 라인의 사이즈를 크게 설계할 수 있어 사이펀 현상시 발생하는 과다하락 높이를 최소화할 수 있다. 이에 따라 원자로 수조 설계시 수조 높이를 최소화할 수 있어 연구로 건설비 상승을 막을 수 있다.
이하, 본 발명의 구성을 도 2 및 도 3에 따라서 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치에서 정상운전 조건 시의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치에서 냉각재 상실사고시의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 원자로는 노심 하향유동과 낮은 수조수 수위의 특성을 갖는 연구로로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 원자로 수조(20), 원자로 수조(20) 내에 마련된 원자로(21), 원자로에 냉각수를 공급하는 일차 계통을 포함한다.
상기 일차 계통은 원자로 수조(20)로 냉각수를 공급하는 노심 입구 일차계통 배관(31), 원자로(21)를 냉각한 냉각수를 순환시키기 위해 상기 원자로 수조(20)에 연결된 노심 출구 일차계통 배관(32), 상기 냉각수를 순환시키기 위한 일차계통 펌프(33), 상기 일차 계통 펌프(33)에서 공급된 냉각수를 열교환 시키는 일차 계통 열교환기(34)를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 노심 입구 일차계통 배관(31)과 원자로 수조(20) 사이에 연결된 제1 배관(40), 노심 출구 일차계통 배관(32)과 원자로 수조(20) 사이에 연결된 제2 배관(50)을 포함하고, 상기 제1 배관(40)과 제2 배관(50)은 상기 원자로 수조(20)를 관통하여 원자로 수조수위 아래에 설치된다.
또한, 노심 입구 일차계통 배관(31)의 최상단에 제1 배관(40)인 사이펀 브레이크 배관을 연결하고, 상기 사이펀 브레이크 배관에 피동형 밸브인 체크밸브(41)를 장착한다.
이는 정상유동의 방향과 냉각재 상실사고(LOCA :Loss of Coolant Accident)시 유동의 방향이 반대이기 때문에 적용가능하다. 즉, LOCA 유동방향으로만 흐를 수 있도록 제1 배관(40)에 체크 밸브(41)를 설치하면, 별도의 밸브 구동신호가 없더라도 정상운전 시에는, 사이펀 브레이크 배관 방향으로 물이 흐르지 않는다.
이로 인해 원자로 수조(20) 내 방사능을 수조상부로 올라오지 못하는 기능을 해야하는 고온층이 정상 운전시 사이펀 배관 끝으로 새어나온 물로 교란되어 수조 내 방사능이 수조 상부로 올라오는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, LOCA 유동시에는 유동방향이 정상유동과 반대방향이므로, 수조수 수위가 제1 배관(40)인 노심 입구측 사이펀 브레이크 배관 끝단보다 밑으로 오게 되면, 공기가 사이펀 브레이크 배관을 통해 원자로 일차냉각계통(Primary Cooling System, PCS) 배관으로 유입되어 사이펀 현상을 브레이킹 시키는 목적을 수행할 수 있다.
한편, 노심 출구 일차계통 배관(32)에는 도 2와 같이, 최상단에 제2 배관(50)인 사이펀브레이크 배관을 연결하고 외부 신호를 받아 작동하는 동력 구동밸브(51)를 설치한다.
이는 노심 출구 일차계통 배관(32)에서는 정상유동의 방향과 LOCA시 유동이 방향이 같고, 노심 하향유동의 특성을 지니는 연구로의 경우에서는 사이펀 브레이크 라인이 연결되는 일차계통 배관 부위가 대부분 부압의 특성을 지니므로, 피동형 밸브를 설치하기 어렵기 때문이다. 즉, 상기 구동밸브(51)는 원자로 정지계통에 마련된 제어부(미도시)에서의 제어신호에 의해 작동하는 동력 구동밸브를 사용하는 것이 바람직하다.
원자력분야에서 안전기능을 담당하는 밸브는 상술한 바와 같이 체크밸브(41)와 같은 피동밸브를 설치하지 않고, 외부의 제어신호를 받아 구동하는 밸브의 형태를 사용하게 되면, 열릴 목적이 있을 때 열리고, 닫힐 목적이 있을 때 닫혀야하는 것이 아주 중요하게 된다. 즉, 이 구동밸브(51)는 정상운전시에 개방되면 노심 우회유량이 형성되기 때문에, 정상운전시에는 항상 폐쇄되어야 하고, LOCA 시에는 사이펀 브레이킹 목적을 수행하기 위해 개방되어야 한다.
따라서, 정상운전시에 닫혀 있음을 확인하고, 개방되면 원자로를 정지시킬 수 있는 계측기가 설치되어야 한다. 이를 위해 본 발명에서는 상기 구동밸브(51) 양단 사이에 장착되고 원자로의 정상운전시 상기 구동밸브(51)의 여닫힘을 측정하기 위한 차압계(52)와 원자로 수조의 수위를 측정하기 위해 상기 구동밸브(51)와 상기 제2 배관(50) 사이에 장착된 압력계(53)를 마련한다.
즉, 원자로 정지에 관련된 계측기이어야 하므로, 안전등급 계측기를 사용하여야 하며 신뢰도가 높은 계측기를 적용하여야 한다. 이를 위하여 구동밸브(51)의 여닫힘 상태를 파악할 수 있는 구동밸브위치를 지시할 수 있는 계측기가 필요하다. 이 위치지시계들을 안전등급으로 설치하기 위해서는 3개 이상의 채널로 구성해야 하는데, 이는 상대적으로 작은 사이펀 밸브들에 설치하기 어렵거나 불가능한 경우가 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 이를 위해 도 2 및 도 3과 같이, 차압계(52)로 구동밸브(51)의 양단에 차압을 측정하게 되면, 밸브가 닫혀 있을 경우에는 노심 차압과 비슷한 크기의 상대적으로 큰 차압을 나타나게 되며, 밸브가 열려 있을 경우에는 상대적으로 낮은 차압을 나타내므로 이 두 신호를 비교하게 되면, 신뢰성 있는 밸브의 개방 상태의 정보를 알 수 있다. 이 정보를 원자로 정지계통과 연결하면, 밸브가 정상운전시 열릴 때 원자로 정지의 목적을 수행할 수 있다.
또한, 이 밸브는 LOCA 시에는 항상 열려야 안전기능을 수행할 수 있다. 이를 위해서는 가장 확실한 방법이 원자로 수조의 수위를 측정하여, 요구되는 원자로 수조 수위에 도달하게 되면 이 밸브를 여는 것이다. 이를 위해서는 보통 원자로 수위계를 설치하게 되는데, 이 수위계는 신뢰성 면에 있어서 현재 안전계측기로 적용하기 어려운 실정이다. 이런 단점을 보완하기 위해 본 발명에서는 노심 출구측 사이펀 브레이크 밸브와 노심 출구 사이펀 브레이크 배관 끝단 사이에 압력계(53)를 설치한다.
이와 같은 압력계(53)는 밸브가 열리기 전까지는 원자로 수조수위의 수두를 나타내게 되므로, 원자로 수조 수위로 전환이 용이하며, 또한 설치가 용이하여 유지 보수 측면에서 유리하다. 이를 3개 이상의 채널을 사용하여, 요구 수조수위에 도달하게 될 때 밸브를 열도록 연결시켜놓으면, 도 3과 같이 LOCA시 이 구동밸브가 열리게 되고, 이를 통해 사이펀 현상 동안 일차계통 배관으로 공기가 유입되어 사이펀 브레이킹 현상을 발생시켜 요구 수조수위를 유지시킬 수 있게 된다. 이 압력계(53)는 직접 원자로 수조에 연결할 수 있으며, 이때에는 사이펀 브레이킹 밸브가 열린 이후에도 원자로 수조 내의 수위를 측정할 수 있다.
즉, 노심 입출구 사이펀 브레이크 배관에 체크 밸브(41)와 구동밸브(51)를 추가로 설치하게 되면, 정상운전시에 수조 내로 유동의 유출입이 없이 LOCA시 안전기능을 수행하기 때문에, 사이펀 브레이크 라인의 사이즈를 크게 설계할 수 있어 사이펀 현상시 발생하는 과다하락 높이를 최소화할 수 있다. 이에 따라 원자로 수조 설계시 수조 높이를 최소화할 수 있어 연구로 건설비 상승을 막을 수 있다.
다음에 본 발명에 따른 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치를 구비한 원자로의 제어 방법에 대해 도 4 및 도 5에 따라 설명한다.
도 4는 정상운전시 본 발명에 따른 원자로 수조의 사이펀 효과 차단에 따른 원자로의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 5는 LOCA시 본 발명에 따른 원자로 수조의 사이펀 효과 차단에 따른 원자로의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 원자로의 제어는 원자로 수조(20)에서 수조의 사이펀 효과를 차단하도록, 제2 배관(50)에 장착된 구동밸브(51), 구동밸브(51) 전후단에 장착된 차압계(52), 구동밸브(51)와 제2 배관(50) 끝단의 사이에 장착된 압력계(53) 및 상기 차압계(52)와 압력계(53)에서 감지된 각각의 차압과 압력에 따라 원자로를 가동 및 정지시키는 제어부(미도시)에 의해 실현된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 원자로의 정상운전시(S10)에는 구동밸브(51)가 닫혀 있어 노심 우회 유량을 방지하여야 한다. 이를 판단하기 위하여 상기 구동밸브(51) 전후단에 장착된 차압계(52)를 이용하여 상기 구동밸브(51)의 전후단의 차압을 측정한다(S11).
제어부에 의해 상기 단계 S11에서 측정한 차압이 변동 없는 것으로 판단되면(S12), 상기 단계 S10으로 진행하여 원자로의 정상운전을 실행한다.
한편, 정상운전시, 단계 S12에서 구동밸브(51)의 오작동으로 인해 구동밸브(51)가 열린 상태로 계측, 즉 상기 차압계(52)에 의해 상기 구동밸브(51)의 전후단의 압력차가 발생한 것으로 계측되면, 제어부는 이 차압 신호에 따라 원자로를 정지시키도록 제어한다(S13).
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 냉각재 상실 사고(LOCA: Loss of Coolant Acident)시에는 구동밸브(51)가 열려 제1 배관(40)으로부터 공기가 유입되어 사이펀 효과를 차단하도록 한다. 이를 위해 LOCA 사고가 발생하면 압력계(53)를 이용하여 원자로의 수위를 계측한다(S21).
제어부에서는 상기 압력계(53)에서 계측된 값이 요구 원자로 수조 수위이상인가 판단한다(S22). 상기 단계 S22에서 요구 원자로 수조 수위를 초과하는 경우 단계 S21로 진행하여 수위를 계속 계측한다.
상기 단계 S22에서 계측된 값이 요구 원자로 수조 수위인 경우, 제어부는 원자로의 가동을 정지시키도록 제어한다(S23).
다음에 제어부는 상기 구동 밸브(51)를 개방하도록 제어한다(S24).
상기 단계 S24에 의해 구동 밸브(51)가 개방되면, 구동밸브를 통해 공기가 유입되어 사이펀 현상이 방지된다(S25, 26).
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
즉, 상기 실시 예에서는 상기 제1 배관에 체크 밸브가 장착되고, 상기 제2 배관에는 구동밸브가 장착되는 구조로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1배관에 설치된 체크밸브를 대신하여 구동밸브를 장착하고 제2 배관의 구동밸브와 같은 동작과 제어방법을 이용하도록 하여, 정상운전시에는 닫혀있고, 냉각재상실사고시에는 개방하도록 구성하여도 좋다.
또한 상기 실시 예에서는 원자로 수조의 수위를 측정하기 위한 압력계를 상기 구동밸브와 상기 제2 배관 사이에 장착하는 구조로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 수조수 내에 직접 연결하여 수조수위를 측정하며, 구동밸브가 열린 후에도 수조수위를 지속적으로 측정할 수 있는 계측기를 마련하여 실시하여도 좋다.
본 발명에 따라 노심 하향유동과 낮은 수조수 수위의 특성을 갖는 연구로에 적용할 수 있는 사이펀 효과 차단장치 및 이를 위한 원자로의 제어방법을 이용하는 것에 의해 정상운전시에는 수조수 내부로 사이펀 브레이크 배관으로부터 유동유출입이 없어, 노심 우회유량과 수조상부에서 수조수를 교란시켜 고온층을 파괴하는 것을 방지할 수 있다.
20 : 원자로 수조
21 : 원자로
31 : 노심 입구 일차계통 배관
32 : 노심 출구 일차계통 배관
40 : 제1 배관
41 : 체크 밸브
50 : 제2 배관
51 : 구동밸브
52 : 차압계
53 : 압력계

Claims (12)

  1. 노심 입구 일차계통 배관과 원자로 수조 사이에 연결된 제1 배관,
    노심 출구 일차계통 배관과 원자로 수조 사이에 연결된 제2 배관을 포함하고,
    상기 제1 배관과 제2 배관은 상기 원자로 수조 내의 원자로 수조를 관통하여 원자로 수조수 아래에 설치되는 것을 특징으로 하는 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배관에는 체크 밸브가 장착되고,
    상기 제2 배관에는 구동밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 체크 밸브는 피동형 밸브이고, 상기 구동밸브는 제어신호에 의해 작동하는 동력 구동밸브인 것을 특징으로 하는 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 구동밸브 양단 사이에 장착되고 원자로의 정상운전시 상기 구동밸브의 여닫힘을 측정하기 위한 차압계가 장착된 것을 특징으로 하는 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치.
  5. 제4항에 있어서,
    원자로 수조의 수위를 측정하기 위해 상기 구동밸브와 상기 제2 배관 사이에 장착된 압력계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 차압계 및 압력계는 원자로 안전 등급에 따라 3개 이상의 채널로 장착되는 것을 특징으로 하는 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 체크 밸브는 상기 원자로 수조에서 냉각재 상실사고시 유동 방향으로만 작용하도록 형성되고, 상기 구동밸브는 정상운전 유동시에 닫혀있고 냉각재 상실사고시 신호를 받아 열리도록 하는 것을 특징으로 하는 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배관과 제2 배관에는 각각 구동밸브가 장착되고,
    상기 구동밸브는 각각 정상운전시에는 닫혀있고, 냉각재상실사고시에는 개방되는 것을 특징으로 하는 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치.
  9. 제2항에 있어서,
    수조수 내에 직접 연결하여 수조수위를 측정하며, 상기 구동밸브가 열린 후에도 수조수위를 지속적으로 측정할 수 있도록 하는 계측기를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 수조의 사이펀 효과 차단장치.
  10. 원자로 수조에서의 사이펀 효과를 차단하도록, 노심 입구 일차계통 배관과 원자로 수조 사이에 연결된 제1 배관 및 노심 출구 일차계통 배관과 원자로 수조 사이에 연결된 제2 배관, 상기 제1 배관에 장착된 피동형 밸브인 체크 밸브, 상기 제2 배관에 장착되며 제어신호에 의해 작동하는 동력 구동밸브인 구동밸브를 구비한 원자로 수조의 제어방법으로서,
    (a) 냉각재 상실 사고시에는 체크밸브가 열리는 방향으로 장착되어 제1 배관으로부터 공기가 유입되어 사이펀 효과를 차단하는 단계,
    (b) 정상운전시에는 제1 배관으로부터 수조 상부로 유출되는 냉각재 유로를 차단하는 단계를 포함하여 수조수 상부 교란 및 고온층 파손을 방지하는 것을 특징으로 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    구동밸브의 냉각재 상실사고시 상기 단계 (a)는
    (a1) 상기 구동밸브와 제2 배관 끝단의 사이에 장착된 압력계를 이용하여 상기 원자로 수조 내의 수조수위를 계측하고,
    (a2) 상기 단계 (a1)에서 계측된 수위가 요구 원자로 수위인 경우 상기 원자로를 정지시키고 상기 구동밸브를 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  12. 제10항에 있어서,
    구동밸브의 정상운전시 상기 단계 (b)는
    (b1) 구동밸브 전후단에 장착된 차압계를 이용하여 정상운전시 구동밸브의 오작동으로 인한 상기 구동밸브의 열림을 계측하는 단계,
    (b2) 상기 단계 (b1)에서 상기 차압계의 신호로 구동밸브의 열림 상태가 계측되면 원자로를 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
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