KR20210044067A

KR20210044067A - 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치

Info

Publication number: KR20210044067A
Application number: KR1020190127168A
Authority: KR
Inventors: 김응서; 이명훈; 이규천
Original assignee: 한국전력기술 주식회사
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2021-04-22
Also published as: KR102279108B1

Abstract

본 발명은 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치에 관한 것이다. 상기 냉각재 유출 제어 장치는, 원자로냉각재 계통과 연결되어 잉여 냉각재를 유출하는 냉각재유출부; 상기 냉각재유출부로부터 유출된 상기 냉각재를 유출계통으로 제공하는 유출유로; 원자로의 정상 운전 시 상기 유출유로를 개방된 상태를 유지하고, 사고 시 상기 유출유로를 폐쇄하도록, 상기 유출유로에 마련되는 유출격리밸브; 사고 시 상기 유출격리밸브에 차단신호를 제공하는 차단신호제공부; 상기 냉각재유출부와 상기 유출격리밸브 사이의 상기 유출유로로부터 분기하여, 상기 유출된 냉각재를 우회시키는 우회유로; 및 상기 우회유로에 마련되어 상기 냉각재를 선택적으로 우회시키는 유출분기밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치{Apparatus for controlling reactor coolant inventory in Reactor Coolant System at an emergency event}

본 발명은 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치에 관한 것으로, 원자로냉각재계통에 연결되어 잉여 냉각재를 유출하는 유출유로로부터 분기되는 우회유로를 마련하여 유출격리밸브가 차단된 상태에서도 냉각재의 유출을 제어 가능하도록 한 냉각재 유출 제어 장치에 관한 것이다.

원자력발전소에서 원자로냉각재가 감소하는 사고가 발생할 경우 핵연료 노출에 따른 심각한 위험 가능성이 있다. 따라서 냉각재 재고량 감소를 악화시킬 수 있는 안전주입차단, 유출격리밸브 개방 등은 해당 조건이 정상으로 돌아오기 전까지는 주제어실 운전원에 의해 작동되지 않도록 되어있다. 이는 운전원의 오판이나 실수를 배제하려는 안전개념이 적용된 것이다. 그런데 정상적인 사고복구 과정에서도 해당조건이 만족되지 않는 경우가 발생하여 원자로냉각재 재고량 회복을 위한 유출격리밸브 개방에 어려움이 있어, 오히려 발전소 복구를 어렵게 하는 경우가 있다.

구체적으로, 도1은 종래 원자로냉각재계통으로부터 냉각재를 유출시키거나 냉각재의 유출을 차단하는 과정을 도식적으로 나타낸 것이다.

도1을 참조하면, 원자로냉각재계통(7)로부터 잉여 냉각재를 유출하기 위한 냉각재유출부(1)가 원자로냉각재계통(7)에 연결된다. 상기 냉각재유출부(1)는 유출유로(6)를 따라 유출계통(3)으로 냉각재를 배출한다. 상기 유출유로 상에는 유출을 차단할 수 있는 유출격리밸브(2)가 형성되어 있다. 상기 유출격리밸브(2)는 주제어실 또는 원격제어실과 같이 운전원이 차단신호를 보낼 수 있는 원격제어부(4) 또는 공학적안전설비작동계통(5)으로부터 차단신호를 수신하여 유로를 차단한다.

평상시에는 원격제어부(4)나 공학적안전설비작동계통(5)으로부터 차단신호가 발생하지 않으므로 유출격리밸브(2)가 차단되지 않아 원자로냉각재계통(7)으로부터 잉여의 냉각재 재고량이 냉각재유출부(1)와 유출격리밸브(2)를 거쳐 유출계통(3)으로 배출된다.

만약 냉각재 상실사고나 증기발생기 전열관 파단사고와 같은 냉각재 누출사고로 인하여 안전주입신호 및 원자로건물격리신호가 공학적안전설비계통(5)으로부터 자동으로 발생할 경우, 또는 사고 상황에서 운전원의 판단에 따라 유출유로의 차단이 필요하다고 판단하여 신호를 발생시킬 경우, 상기 유출격리밸브(2)가 닫힘으로써 냉각재의 유출을 차단한다.

이러한 과정은 추가적인 냉각재 상실을 방지함으로써 원자로냉각재계통(7) 및 노심의 건전성이 악화되는 것을 방지하는 조치이다. 그러나 안전주입신호 혹은 원자로건물격리신호 발생 중 안전주입유량이 과도하여 원자로냉각재계통(7)의 재고량이 급상승하는 경우나 사고 상황이 복구단계에 도달하여 재고량을 조절하는 경우를 포함하여 원자로냉각재계통(7)의 재고량을 감소시킬 필요가 있는 경우, 한번 차단된 유출격리밸브(2)를 재개방하기 위해서는 안전주입신호 혹은 원자로건물격리신호로 인한 연동신호를 해제 후 유출격리밸브(2)를 개방해야 한다.

이를 위해서는 현장 모의시험반에서 직접 연동신호를 해제하는 작업을 수행해야 한다. 이때, 현장 운전원이 모의시험반 화면에서 직접 가상의 신호를 입력하는 작업을 포함하여 추가인력 투입을 통한 연동신호 제거 작업을 할 수밖에 없어 비효율적인 상황이 벌어질 수 있다.

따라서, 본 발명은 유출격리밸브가 차단된 상태에서 원자로냉각재의 재고량 제어를 위해서 냉각재의 유출이 필요한 경우, 상기 냉각재 유출을 효과적으로 제어할 수 있는 설비를 제안하고자 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 요구를 해결하기 위해 안출된 것으로, 원자로냉각재계통에 연결되어 잉여 냉각재를 유출하는 유출유로로부터 분기되는 우회유로를 마련하고, 상기 우회유로 상에 유출분기밸브를 설치하여 상기 유출격리밸브가 차단된 상태에서도 냉각재의 유출을 제어 가능하도록 한 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명 실시예에 따른 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치는, 원자로냉각재 계통과 연결되어 잉여 냉각재를 유출하는 냉각재유출부; 상기 냉각재유출부로부터 유출된 상기 냉각재를 유출계통으로 제공하는 유출유로; 원자로의 정상 운전 시 상기 유출유로가 개방된 상태를 유지하고, 사고 시 상기 유출유로를 폐쇄하도록, 상기 유출유로에 마련되는 유출격리밸브; 사고 시 상기 유출격리밸브에 차단신호를 제공하는 차단신호제공부; 상기 냉각재유출부와 상기 유출격리밸브 사이의 상기 유출유로로부터 분기하여, 상기 유출된 냉각재를 우회시키는 우회유로; 및 상기 우회유로에 마련되어 상기 냉각재를 선택적으로 우회시키는 유출분기밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 원자로냉각재계통의 잉여 냉각재가 소정의 설정치 이상으로 증가하면 상기 유출분기밸브를 개방하는 분기밸브개방신호를 제공하고, 상기 원자로냉각재계통의 잉여 냉각재가 소정의 설정치 미만으로 떨어지면 상기 유출분기밸브를 폐쇄하는 분기밸브폐쇄신호를 제공하는 개폐신호제공부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 우회유로에는 상기 유출된 냉각재의 압력을 감소시키는 오리피스밸브가 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유출분기밸브에는, 원자로의 정상 운전 시 전원이 차단되고, 소정의 동작 신호에 의해 전원이 인가되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 우회유로의 후단에는 원자로건물내저장조가 연결되고, 상기 원자로건물내저장조는, APR1400 원전의 경우, 원자로건물내재장전수탱크인 것이 바람직하다.

또한, 상기 유출분기밸브는, 운전원에 의해 원격 제어 가능한 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치는, 원자로냉각재계통에 연결되어 잉여 냉각재를 유출하는 유출유로로부터 분기되는 우회유로를 마련하고, 상기 우회유로 상에 유출분기밸브를 설치하여 상기 유출격리밸브가 차단된 상태에서도 냉각재의 유출을 제어 가능한 효과를 제공한다.

본 발명 실시예에 따르면, 운전원 실수를 방지하고자 하는 안전개념을 유지하되, 안전주입신호 혹은 원자로건물격리신호 발생 시 현장 모의시험반에서 해당 신호를 제거해야 하는 비효율성을 감수하지 않아도 원자로냉각재계통으로부터 원자로건물내저장조로 별도 우회유로와 유출분기밸브를 형성하여 원자로냉각재계통 재고량을 제어할 수 있는 효과를 제공한다.

도1은 종래 원자로냉각재계통으로부터 냉각재를 유출시키거나 냉각재의 유출을 차단하는 장치를 도식적으로 나타낸 도면,
도2는 본 발명 실시예에 따른 냉각재 유출 제어 장치를 도식적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치에 관한 것으로, 안전주입신호 혹은 원자로건물격리신호로 인하여 유출격리밸브가 차단되어 유출계통으로의 유출유량을 형성할 수 없는 경우 원자로냉각재계통으로부터 원자로건물내저장조로 유출유량을 형성할 수 있도록 하는 냉각재 유출 제어 장치에 관한 것이다.

구체적으로, 도2를 참조하면, 본 발명 실시예에 따른 냉각재 유출 제어 장치는, 냉각재유출부(10), 유출유로(20), 유출격리밸브(30), 차단신호제공부(40), 우회유로(50), 및 유출분기밸브(60)를 포함한다.

상기 냉각재유출부(10)는 원자로냉각재계통(100)과 연결되어 잉여 냉각재를 유출하기 위해서 마련된다. 상기 원자로냉각재계통(100)은 적정량으로 냉각재의 재고량을 유지 및 제어하는데, 상기 원자로냉각재계통(100)에서 잉여 냉각재를 상기 냉각재유출부(10)로 배출시켜서 적정의 재고량을 유지한다.

상기 유출유로(20)는 상기 냉각재유출부(10)로부터 유출된 상기 냉각재를 유출계통(90)으로 제공하도록, 상기 냉각재유출부(10)와 상기 유출계통(90)을 서로 연결하는 유로이다.

원자로가 정상적으로 작동하는 상황에서는 후술하는 유출격리밸브(30)의 차단신호가 발생되지 않으므로, 상기 원자로냉각재계통(100)의 냉각재는 냉각재유출부(10)를 통해 유출유로(20)를 경유하여 유출계통(90)으로 배출된다.

상기 유출격리밸브(30)는, 원자로의 정상 운전 시 상기 유출유로(20)를 개방 상태로 유지시키고, 사고 시 상기 유출유로(20)를 폐쇄하기 위해서 마련된다. 상기 유출격리밸브(30)는 상기 유출유로(20) 상에 마련된다.

본 발명 실시예에 있어서, 상기 "사고 시"의 의미는 원자로가 정상적으로 가동하지 않는 상황을 포함하는 개념으로, 예컨대, 냉각재 상실사고나 증기발생기의 전열관 파단사고와 같은 냉각재 누출사고를 포함할 수 있다.

상기 차단신호제공부(40)는, 상기 사고 시 상기 유출격리밸브(30)에 차단신호를 제공하기 위해서 마련된다. 본 실시예에 따르면, 상기 차단신호제공부(40)로는 원격제어부(41) 또는 공학적안전설비작동계통(42)이 포함될 수 있다.

상기 원격제어부(41)는 운전원이 상기 차단신호를 수동으로 제공할 수 있도록 마련되며, 상기 공학적안전설비작동계통(42)는 시스템이 자동 내지 능동적으로 상기 유출격리밸브(30)를 차단하는 차단신호를 제공하도록 마련될 수 있다. 즉, 상기 원격제어부(41) 또는 공학적안전설비작동계통(42)에 의해 상기 유출격리밸브(30)의 차단신호가 제공될 수 있다.

상기 차단신호제공부(40)는, 상술한 바와 같이 냉각재상실사고나 증기발생기 전열관의 파단사고와 같은 냉각재 누출사고로 인하여 안전주입신호 또는 원자로건물격리신호가 상기 공학적안전설비작동계통(42)에서 자동으로 발생하거나, 사고 상황에서 운전원이 유출유로(20)의 차단이 필요하다고 판단하여 차단신호를 발생시킨 경우, 상기 유출격리밸브(30)에 차단신호를 제공하기 위해 마련된다.

상기 유출격리밸브(30)는 상기 차단신호에 의해 닫힘으로써 냉각재가 유출계통(90)으로 배출되는 것이 차단된다. 상기 유출격리밸브(30) 닫힘에 따라 추가적인 냉각재 상실을 방지함으로써, 원자로냉각재계통(100) 및 노심의 건전성이 악화되는 것을 방지한다.

상기 우회유로(50) 및 유출분기밸브(60)는, 상기와 같은 안전주입신호 또는 원자로건물격리신호 발생 중 안전주입유량이 과도하여 원자로냉각재계통(100) 재고량이 급상승하는 경우나, 사고 상황이 복구단계에 도달하여 재고량을 조절할 필요가 있는 경우 등, 원자로냉각재계통(100)의 냉각재 재고량을 감소시킬 필요가 있는 경우, 상기 유출격리밸브(30)가 차단된 상태에서 냉각재를 배출시킬 수 있도록 하기 위해서 마련된다.

상기 우회유로(50)는, 상기 냉각재유출부(10)와 상기 유출격리밸브(30) 사이의 상기 유출유로(20)로부터 분기하여 마련된다. 상기 우회유로(50)는 상기 유출격리밸브(30)가 닫혀 있는 상태에서 냉각재를 상기 우회유로(50)로 우회시킨다.

본 실시예에 따르면, 상기 우회유로(50)의 후단에는 원자로건물내저장조(80)가 연결된다. 상기 원자로건물내저장조(80)는 원전의 유형에 따라 다를 수 있다. 예컨대, APR1400 원전의 경우 상기 원자로건물내저장조(80)는 원자로건물내재장전수탱크가 될 수 있다.

상기 유출분기밸브(60)는, 상기 우회유로(50)에 마련되어 상기 냉각재를 선택적으로 우회시키기 위해서 마련된다. 원자로가 정상 상태인 경우, 상기 유출분기밸브(60)는 닫혀 있다.

본 발명 실시예에 따르면, 상기 유출분기밸브(60)를 개폐하기 위한 개폐신호제공부(110)가 마련된다. 상기 개폐신호제공부(110)는, 상기 원자로냉각재계통(100)의 잉여 냉각재가 소정의 설정치 이상으로 증가하면 상기 유출분기밸브(60)를 개방하는 분기밸브개방신호를 제공한다. 상기 분기밸브개방신호의 수신에 의해 상기 유출분기밸브(60)는 개방되어, 잉여 냉각재는 원자로건물내저장조(80)로 유출된다.

또한, 상기 개폐신호제공부(110)는, 상기 원자로냉각재계통(100)의 잉여 냉각재가 소정의 설정치 미만으로 떨어지면 상기 유출분기밸브(60)를 폐쇄하는 분기밸브폐쇄신호를 제공한다. 상기 유출분기밸브(60)가 닫힘으로써, 잉여 냉각재의 유출이 차단된다. 따라서, 본 발명 실시예에 따르면, 원자로냉각재의 재고량에 따라 자동으로 상기 유출분기밸브(60)의 개폐를 조절할 수 있다.

이와 같은 과정에 의해, 안전주입신호 또는 원자로건물격리신호 발생으로 인하여 상기 유출격리밸브(30)가 닫혀 있는 상태에서도 원자로냉각재 재고량을 조절할 수 있다.

종래 안전주입신호 또는 원자로건물격리신호가 발생하여 유출격리밸브(30)가 차단된 후 상기 유출격리밸브(30)를 재개방하기 위해서는, 먼저 운전원이 모의시험반에서 상기 안전주입신호 또는 원자로건물격리신호에 의한 연동신호를 해제하여야 하는 불편함이 있었으나 본 발명 실시예는 이를 해소할 수 있다.

한편, 본 발명 실시예에 따르면, 상기 유출분기밸브(60)는, 운전원에 의해 원격 제어 가능하도록 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 운전원은 상기 원격제어부(41)를 통해서 상기 유출분기밸브(60)를 개방 또는 차단하는 신호를 발생시켜서 상기 유출분기밸브(60)를 수동으로 개폐하도록 조절할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 유출분기밸브(60)는 원자로의 정상 운전 시 전원이 차단된 상태에 있고, 소정의 동작 신호에 의해 전원이 인가될 수 있다. 예컨대, 상기 소정의 동작 신호는, 상기 개폐신호제공부(110)가 제공하는 분기밸브개방신호일 수 있다. 즉, 상기 분기밸브개방신호의 제공에 의해 상기 유출분기밸브(60)는 동작을 개시할 수 있다.

상기 유출분기밸브(60)가 원자로의 정상 운전 중에는 전원이 차단되어 있으므로, 부주의한 동작을 사전에 방지하여 원자로의 안전한 운전에 기여하고, 추가적인 사고를 미연에 예방하는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명 실시예에 따르면, 상기 우회유로(50)에 오리피스밸브(70)를 더 포함할 수 있다. 상기 오리피스밸브(70)는 상기 냉각재유출부(10)를 통해 유출되는 냉각재의 압력을 감소시켜서 상기 우회유로(50)의 후단에 마련되는 상기 원자로건물내저장조(80)에 손상을 주는 것을 예방할 수 있다. 상기 오리피스밸브(70)는 이미 공지된 구성을 그대로 채용할 수 있으며, 따라서 오리피스밸브(70) 자체에 대한 설명은 생략한다.

이처럼, 본 발명 실시예에 따른 원자로냉각재계통(100)의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어장치는, 원전의 사고 상황에서 원자로냉각재계통(100) 재고량 조절이 필요한 경우 기존의 유출격리밸브(30)를 차단한 상태로 유지하면서도 유출분기밸브(60)를 개방하여 잉여 냉각재를 방출함으로써 재고량을 용이하고 간편하게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명은, 유출격리밸브(30)에 대한 세부적인 설계 변경을 수행하지 않고, 사고 상황에 따라 유연하게 원자로냉각재계통(100)의 냉각재 재고량을 조절할 수 있으므로, 운전원의 편의성을 증진시키고, 원자력발전소 운영의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 유출분기밸브(60)는 원자로냉각재계통(100)의 재고량에 연동하여 자동으로 개폐되어 운전원의 실수에 의한 추가 사고를 방지할 수 있으며, 안전주입신호 또는 원자로건물격리신호 발생 시 현장 모의시험반에서 해당 신호를 제거해야하는 불편을 해소하는 효과를 제공한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.

10... 냉각재유출부 20... 유출유로
30... 유출격리밸브 40... 차단신호제공부
41... 원격제어부 42... 공학적안전설비작동계통
50... 우회유로 60... 유출분기밸브
70... 오리피스밸브 80... 원자로건물내저장조
90... 유출계통 100... 원자로냉각재계통
110... 개폐신호제공부

Claims

원자로냉각재 계통과 연결되어 잉여 냉각재를 유출하는 냉각재유출부;
상기 냉각재유출부로부터 유출된 상기 냉각재를 유출계통으로 제공하는 유출유로;
원자로의 정상 운전 시 상기 유출유로가 개방된 상태를 유지하고, 사고 시 상기 유출유로를 폐쇄하도록, 상기 유출유로에 마련되는 유출격리밸브;
사고 시 상기 유출격리밸브에 차단신호를 제공하는 차단신호제공부;
상기 냉각재유출부와 상기 유출격리밸브 사이의 상기 유출유로로부터 분기하여, 상기 유출된 냉각재를 우회시키는 우회유로; 및
상기 우회유로에 마련되어 상기 냉각재를 선택적으로 우회시키는 유출분기밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 원자로냉각재계통의 잉여 냉각재가 소정의 설정치 이상으로 증가하면 상기 유출분기밸브를 개방하는 분기밸브개방신호를 제공하고,
상기 원자로냉각재계통의 잉여 냉각재가 소정의 설정치 미만으로 떨어지면 상기 유출분기밸브를 폐쇄하는 분기밸브폐쇄신호를 제공하는 개폐신호제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 우회유로에는 상기 유출된 냉각재의 압력을 감소시키는 오리피스밸브가 마련된 것을 특징으로 하는 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 유출분기밸브에는, 원자로의 정상 운전 시 전원이 차단되고, 소정의 동작 신호에 의해 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 우회유로의 후단에는 원자로건물내저장조가 연결되고,
상기 원자로건물내저장조는, APR1400 원전의 경우, 원자로건물내재장전수탱크인 것을 특징으로 하는 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 유출분기밸브는, 운전원에 의해 원격 제어 가능한 것을 특징으로 하는 비상시 원자로냉각재계통의 냉각재 재고량 제어를 위한 냉각재 유출 제어 장치.