KR910005926B1 - 수냉형 원자로의 안전냉각장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수냉형 원자로의 안전냉각장치

제1도는 본 발명의 특별한 실시예를 나타내는 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 저장조 2 : 냉각액체

3 : 펌프 4, 5, 24 : 도관

6 : 격납용기 7 : 다중분사관

9 : 배출기 10 : 섬프

11, 12 : 파이프 라인 18 : 밀봉탱크

21 : 환기파이프 23 : 비복귀밸브

본 발명은 원자력발전소에서 수냉형 원자로의 안전냉각장치에 관한 것이다.

원자력 발전소는 어떠한 사고의 경우라도 높은 신뢰성을 가지고 원자력발전소... 특히 원자로... 를 안전하게 그리고 안정상태로 유지하는 기능을 갖는 안전회로 혹은 보호회로를 구비하고 있어야 한다는 것은 잘 알려져 있다.

특히, 기능적인 냉각유체로서 물을 사용하는 발전소는 연료를 냉각하고 녹는 것을 방지하기 위해 압력의 물을 주입할 수 있는 회로를 구비하여야 하며, 1차회로의 경우에는 감압되어야 한다.

대부분의 경우 발전소는 원자로를 밀봉하는 격납용기의 대기속으로 물을 미세하게 분사하여 주입할 수 있는 회로를 구비하고 있는데, 이러한 분사의 목적은 고압, 즉150바이 정도의 압력이 존재하여 원자로의 회로에 파손이 일어남에 따라 압력이 갑자기 증가할 때 격납용기내의 압력을 감소하려는 것이다.

이들 보호회로에 의해 주입되는 물은 일반적으로 원자로회로를 밀봉하는 격납용기 외측에 위치한 하나 이상의 저장조에 의해 공급된다.

원자로회로의 압력장벽이 파손되었을 경우 상기 안전회로 혹은 보호회로는 자동적으로 업무수행에 들어간다. 안전회로에 의해 주입된 물은 섬프(SUMP)라 부르는 격납용기의 하부에서 원자로 유체와 혼합되어 회수된다. 주입되어야할 물이 엄청나게 많기 때문에 외보의 저장조는 조만간에 고갈되며, 섬프에서 회수된 물은 대량의 방사능 오염으로 인하여 개방회로가 작동될 수 없기 때문에 연료를 완전히 물에 잠기도록 하여 녹는 것을 방지하기 위해 이러한 물을 재순환 하는 것이 필요하다.

＂주입＂ 상태에서 ＂재순환＂ 상태로의 전환은 보통 정지기간에 따라 20분에서 수시간 사이의 기간이 지난후 자동적으로 이루어진다. 안전규칙은 격납용기의 섬프에 위치한 물이 포화상태, 즉 120℃-130℃의 강렬한 비등상태하에 있다는 것을 가정할 필요가 있다.

그러한 상태는 격납용기에서 물을 추출하는 펌프의 설치 및 선택에 아주 심각한 제한을 가하게 될 뿐만 아니라 섬프를 상기 배출펌프에 연결하는 파이프의 배열에도 심각한 제한을 가하게 된다.

사실상 물은 상기 파이프의 어느점에서도 이러한 포화상태를 얻을 수 없으며, 그러한 포화상태에 수반하여 재순환을 차단하게 될 증기로로크(LOCK)가 형성되며, 공동현상과 펌프의 급속한 파손을 발생하게 된다.

펌프는 오늘날의 설계에 따라 매우 깊이 위치하는 보조빌딩에 설치되는데, 이 빌딩은 예를 들면 섬프아래로 5-10m 깊이에 위치하며, 섬프를 펌프에 연결하는 파이프라인의 부하손설을 고려하여 흡출을 위해 필요한 압력을 얻게 된다. 그러한 설계는 용지의 지진상황과 지형의 성질에 따라 어려운 토목공학적 문제를 발생케된다.

또다른 해결책은 보조빌딩의 구조물 직접 삽입한 원통형 하우징에 설치된 수직펌프를 사용하는 것이며, 이 하우징 길이는 유사한 깊이의 빌딩을 필요로 하지 않고 흡출을 위해 필요한 압력을 얻을 수 있게 한다.

이들 설계는 기술적으로 받아들여질 수 있지만 매우 고가이며 많은 설치상의 문제를 발생한다는 것이 명백하다.

또한 격납용기의 섬프내부에 직접 설치한 특수펌프를 사용하는 것이 행해져왔다. 이들 추출펌프는 보호펌프에 필요한 흡출압력을 제공할 수 있게 한다.

섬프의 저부에 설치되는 이들 펌프는 침수된 모우터에 의해 또는 침수되지 않을 정도로 충분한 높이에 위치하는 ＂건조＂ 모우터에 의해 작동된다.

그러한 해결책은 작동을 위해 전기에너지를 필요로 하고 또한 규칙적인 관리를 요하는, 특별히 연구되어 인가된 작동성분을 필요로 할뿐 아니라 사고시 즉시 작동설비의 보수 및 수선을 할 수 있는 설계를 필요로 하는 현 안전규칙과는 정반대가 된다. 그러나 그러한 배열에서는 내부에 퍼져 있는 높은 방사능으로 인하여 수년동안 격납용기에는 완전히 접근하지 못한다.

이들 발전소를 현재의 규칙에 일치하도록 신뢰성있는 상태로 수정을 하면 격납용기보다 더 큰 규모의 땅을 파야할 필요가 있기 때문에 극도의 복잡한 문제와 무시할 수 없는 위험을 발생하게 된다. 그러한 수정은 또한 몇 달동안 발전을 중단하게 되어 막대한 재정적인 손실을 수반하게 된다.

본 발명의 목적은 격납용기에 들어있는 성분들을 완전히 수동적으로 하여 보수를 필요로 하지 않게 하고 깊은 보조빌딩을 건조할 필요가 없게되어 이미 건설된 발전소의 경우 현존하는 구조물의 안정상태를 위협하는 모든 위험을 제거하고 새로운 발전소의 경우 건축공정을 매우 단순화하여 현재의 안전규칙에 합당한 안전장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 이러한 목적을 위해 상기 장치는 물과 같은 냉각액체를 저장하기 위한 원자로회로를 밀봉하는 격납용기의 외부에 위치하는 저장조를 구비하여 또한 본 장치는 적어도 저장조로부터 액체를 흡입하고 상기 회로속으로 상기 액체를 배출하기 위해 설치된 흡출수단과, 저장조를 상기 수단에 연결하는 제1액체 도관과, 상기 수단을 출발하여 원자로의 회로에서 종료하는 제2액체 도관을 구비하고 있으며, 여기서 원자로회로의 차단이 있는 경우, 상기 액체가 최소한 회로를 통과한 후 격납용기의 하부에서 원자로에서 나온 물과 상기 액체를 회수하고, 상기 액체와 물을 냉각액체의 흡출수단으로 전달하도록 설치된 상기 액체와 격납용기물의 전달 및 회수수단을 구비하며, 또한 여기서 흡출수단의 상류에 위치하여 액체 및 격납용기를 물의 전달 및 회수를 위한 수단을 상기 언급한 제1도관에 연결하는 액체 및 격납용기물의 전달을 위한 제1파이프라인을 구비하며, 또한 상기 장치는 액체 및 격납용기물을 전달하는 제2파이프라인 구비하여 흡출수단의 하류에 있는 상기 제2도관을 액체 및 격납용기물의 전달 및 회수수단으로 연결하도록 하며, 여기서 상기 도관과 파이프라인을 통과하는 액체와 물의 흐름을 허용하거나 정지하기 위해 설치된 밸브를 구비하고 있다.

본 발명의 일실시예에 따라서, 상기 언급한 흡출수단은 펌프로 구성되며 상기 언급한 액체 및 격납용기물의 전달 및 회수수단은 배출기로 구성된다

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 상기 장치는 최소한 격납용기 상부의 대분에 걸쳐 내부로 냉각액체를 방출하기 위해 설치된 하나 이상의 다중 분사기를 구비하고 있으며, 상기 다중분사기는 상기 언급한 펌프에 의해 냉각액체를 공급받으며, 상기 장치는 또한 펌프하류의 제2도관을 다중 분사기로 연결하는 파이프 라인을 구비하고 있다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라서, 성기장치는 배출기를 제1도관에 연결하는 제1파이프 라인에 삽입되어 있으며 그축이 정확하게 수직 평면에 위치하는 밀봉탱크를 구비하며, 상기 탱크는 상부에 배출기로부터 발생한 파이프라인을 연결하는 개구를 구비하고 있으며, 하부에 제1도관을 잇는 파이프라인을 연결하는 개구를 구비하고 잇으며, 추가로 상기 탱크는 제일 꼭대기에 상기 언급한 파이프라인이 냉각액체와 물로 가득찰 때 탱크의 꼭대기에 축적되는 오염된 가스나 증기를 상기 격납용기의 내부로 탈출하도록 설치된 환기 파이프를 구비하고 있다.

본 발명의 또한 바람직한 실시예에 따라서, 상기 장치는 펌프의 하류에서 제2도관을 저장조에 연결하는 제 3도관을 구비하고 있으며, 또한 사용중에는 정상적으로 폐쇄된 밸브를 구비하며, 상기 밸브는 제 3도관과 연결되어 있고, 특히 저장조가 고갈되었을 때 그를 채우거나 확인하기 위해 펌프의 기능을 할 수 있게 설치되어 있다.

본 발명의 좀 더 세부적인 특징들은 부수도면을 참고로한 하기 설명으로부터 좀더 명확하게 될 것이다.

단 하나의 부수도면에 예시되었고, 본 발명에 따라 만들어진 안전장치는 물과 같은 냉각액체(2)를 저장하기 위한 저장조(1)와, 펌프(3)와, 저장조(1)를 펌프(3)에 연결하는 도관(4)과, 펌프(3)에서 시작하여 발전소의 수냉형 원자로회로(도시안됨)에서 종료하는 도관(5) 등을 구비하고 있다. 특히 펌프(3)는 저장조(1)로부터 냉각액체(2)를 흡입하거나 도관(4, 5)을 통하여 상기 액체 또는 그 일부를 원자로의 회로로 배출할 수 있다.

펌프(3)와 같이 저장조(1)는 원자로회로를 밀봉하는 격납용기(6)의 외부에 위치한다. 다중분사관(7)은 격납용기(6)의 상부에 위치한다. 다중분사관(7)은 일정하게 간격진 분사노즐(17)을 장치한 하나이상의 분포관(16)으로 구성되어 있다.

상기 다중분사관은 저장조(1)의 냉각액체(2) 일부가 격납용기의 내부로 배출되도록 설계되어 있으며, 또한 펌프(3)의 하류에서 도관(5)을 분사관에 연결하는 파이프라인(8)과, 펌프(3)에 의해 냉각액체가 공급된다.

물의 이러한 이중주입은 원자로의 회로를 효율적으로 냉각하고, 원자로의 용융을 효율적으로 방지할뿐만 아니라 원자로의 회로에 파손이 일어났을 때 격납용기내의 온도를 감소하므로 내부압력을 감소하는 역할을 한다. 냉각액체를 주입상태에서 재순환상태로 전환하기 위해 상기 장치는 배출기(9)를 구비한다. 상기 배출기는 격납용기(6)의 섬프(10)로 떨어지는 냉각액체를 회수하게 된다. 냉각액체는 원자로회로의 차단이나 파손이 일어났을 경우 원자로에서 나온 물과 혼합되며, 액체(2)가 원자로회로를 통과한 후 이 액체혼합물을 펌프(3)로 전달한다. 이를 위해 파이프라인(11)은 펌프(3)의 상류에서 배출기(9)를 도관(4)에 연결하며, 파이프라인(12)은 펌프(3)의 하류에서 도관(5)을 배출기(9)에 연결한다. 파이프라인(12)에 구비된 밸브(13)와 파이프라인(11)에 구비된 밸브(14, 15)는 원자로회로에서 나온 물과 냉각액체의 흐름을 허용하거나 방지하도록 설치되었다.

배출기(9)를 재시동하기 위해 및 /또는 배출기와 연결된 파이프라인(11, 12)을 순환하는 액체의 압력을 증가하기 위해 상기 설비는 축이 수평면에 위치하는 밀봉탱크(18)를 구비하고 있다.

밸브(14,15) 사이의 파이프라인(11)에 삽입된 탱크(18)는 상부에 배출기(9)에서 나온 파이프라인(11)의 부분을 연결하는 개구(19)를 가지고 있으며, 또한 하부에서 도관(4)에 연결된 파이프라인의 부분을 연결하는 개구를 구비하고 있다.

격납용기(6)에서 나온 환기파이프(21)는 배출기의 파이프라인이 냉각액체와 물로 가득찼을 때 탱크의 꼭대기에 축적된 가스나 오염된 증기가 격납용기의 내부로 탈출하도록 만들어졌다. 상기탱크(18)는 물론 정상적인 파이프라인으로 대체될 수 있다. 즉, 탱크(18)없이 파이프라인(11)만 구비될 수도 있는 것이다. 이 경우 배출기의 재시동은 원래의 저장조(1)를 통해 수행된다.

펌프(3)의 하류에서 도관(5)에 삽입된 수단(22)은 냉각액체를 간직하고, 액체 및 원자로의 물이 원자로회로를 통과한 후 상기 냉각액체 및 냉각액체 그리고 냉각될 원자로의 물 사이의 열교환을 허용하도록 제공되었다. 상기 장치는 도관(4)에 구비된 비복귀밸브(23)를 구비하며, 밸브는 냉각액체 및 물의 펌프(3)로 통과하게 하고, 반대방향으로 돌아오는 것을 방지한다. 즉 저장조(1)로 배출되는 것을 방지한다.

특히, 펌프(3)가 작용하는 것을 확인하거나 저장조가 고갈되었을 때 다시 채우기 위해 펌프(3)의 하류에서 도관(5)을 저장조(1)로 연결하는 도관(24)과, 상기 도관(24)에 삽입되어 장치가 작용할 때 정상적으로 폐쇄되는 밸브(25)를 구비하고 있다.

상기 언급한 장점에 추가하여 본 발명의 안전냉각장치는 종래의 장치와 비교하여 다음과 같은 장점을 가지고 있다.

(1) 배출기는 파손될 위험없이 콘크리트, 열차단재 등의 조각과 같은 부스러기를 가지고 있는 물을 펌핑하는데 아무런 문제가 없다.

(2) 배출기는 매우 낮은 흡입압력에서도 작용할 수 있으며, 흡입의 부분적은 차단이나 섬프의 물수준이 너무 낮은데 기인하는 공통현상을 극복할 수 있다.

(3) 배출기는 지진에 견딜수 있도록 쉽게 설계된다.

(4) 배출기는 작동과 있을지도 모르는 미사일 공격에 대한 보호에 관한 한 가장 적당한 위치에 설치할 수 있게 되었다.

(5) 흡입이 차단되었을 경우, 흐름의 방향을 반대로하여 물의 압력을 이용하여 차단되지 않게 한다.

(6) 보호펌프의 크기가 주입상태에 따라 정해지기 때문에 상기 펌프는 재순환상태중 많은 여유를 가지고 있어야 하며, 상기 여유는 펌프가 주입기를 공급하기에 적당하도록 한다.

어떤 장치는 격납용기내에 흡입회로를 구비하지 않지만, 한편, 그러한 회로가 존재하는 경우 장치와 구조물에 오염된 물이 확신되는 것을 제한하도록 밸브(26)를 폐쇄하므로서 가능한 한 빨리 분사를 정지하는 것이 바람직하다.

또한 1차회로에서 가장 가능성이 있는 사소한 파손의 경우 재순환 흐름율은 분사기능이 없을 때 매우 적으며, 섬프의 물에 저장된 열이 제거될 때 흐름율은 더욱 감소된다.

추가로 필요하다면 본 발명의 장치는 높은 율의 재순환을 유지할 수 있기 때문에 섬프의 물을 급속 냉각한다. 이를 격납용기내의 온도와 압력에 직접 영향을 준다.

본 발명의 안전냉각장치가 작동하는 방법은 부수도면을 참고로하면 쉽게 이해될 것이다.

원자로회로의 감압과, 그 결과로 격납용기(6)의 압력증가를 유도하는 정지가 일어나면, 하나이상의 펌프(3)가 자동적으로 작동을 시작하여 적절한 압력하의 물을 원자로의 회로속으로, 도관(4, 5)과 파이프라인(8)을 통하여 격납용기의 내부로 주입되며, 물은 저장조(1)로부터 나온다.

저장조(1)의 수위가 설정된 하한선에 도달할 때 배출회로는 밸브(13, 14)의 점진적인 개방에 의해 자동 또는 수동으로 작동을 시작한다. 배출기(9)는 섬프의 물, 즉 저장조(1)로부터 나온 주입물과 소위 원자로회로에서 나온 기능적인 물을 되돌려준다. 얼마간의 시간이 지난후 배출기 회로는 완전히 물로 채워지며, 오염된 방사능 생성물을 포함하는 공기는 탱크(18)에 속해 있는 배출기환기파이프(21)를 통해 격납용기 내부로 축출된다.

또한 배출기(9)는 도관에서 순환하는 물의 압력을 올리는 효과를 가지며 파이프라인(11)의 부분을 통해 탱크(18)를 출발하는 물의 압력은 저장조측의 도관(4)속에서의 압력보다 감지할 수 있을 정도로 더 높다.

그때, 밸브(15)가 개방되며, 펌프(3)는 섬프(10)와 배출기(9)에서 나온 물을 공급받는다. 방사능이 오염된 이물은 저장조(1)로 배출되지 않는데, 그 이유는 비복귀밸브(23)가 이 방향의 물의 흐름을 차단하기 때문이다. 다른 물의 회로에 의해 냉각되는 열교환기(22)는 순환하고 돌아온 물의 온도를 급속히 감소할 수 있다.

다음에 물은 도관(5)을 통하여 원자로 회로속으로 재주입되며, 결국 파이프라인(8)을 통하여 격납용기의 내부로 들어간다. 섬프에 있는 물의 일부도 이와 같이 파이프라인(12)을 통과하며, 배출기(9)를 향해 이동된다. 배출기(9)와 연결된 회로를 좀더 잘 이해하기 위해 라인을 좀 두껍게 도시하고 있다.

저장조(1)로 들어가는 복귀도관(24)은 밸브(25)에 의해 정상적으로 닫혀 있으며 단지 하나이상의 펌프(3)가 저장조(1)를 채우거나 필요한 경우 다른 목적을 위해 기능을 발휘하고 있는가를 확인하는데만 사용된다.

추가로 예를 들어 전력공급의 중단과 같은 회로의 일시적인 정지의 경우 배출기는 밸브(13, 14, 15)를 폐쇄하고 저장조(1)에서 다시 시작하도록 주입을 일으키며 상기 규정한 과정을 재개하거나, 또는 탱크(18)가 채워져 있는 한 시동 탱크(18)에 포함된 예비수를 사용하여 다시 작동하게 된다.

소위 원자로회로에서 나온 보통 얼마간의 붕소를 함유하고 있는 물과, 정상적으로 물로 구성되는 저장조에서 나온 냉각액체와, 특히 붕산수동은 폐쇄회로를 통해 장치에서 흐른다는 것을 주의해야 한다. 왜냐하면 격납용기와 상기 언급한 장치의 외부에서 있을지도 모르는 오염을 방지해야 하기 때문이다.

본 발명은 상기 언급한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위에서 수정이 가능하다는 것을 알아야 한다.

Claims (10)

1. 원자력 발전소에서 수냉형 원자로의 안전냉각장치에 있어서 상기 장치는 원자로의 회로를 밀봉하는 격납용기(6)의 외부에 위치하여 냉각액체(2)를 저장하는 저장조(1)를 구비하며, 또한 저장조(1)로부터 액체를 흡입하고 회로속으로 상기 액체를 배출하기 위해 설치된 흡출수단(3)과, 저장조(1)를 흡출수단(3)에 연결하는 제1액체도관(4)과, 흡출수단에서 시작하여 원자로의 회로에서 종료하는 제2액체도관(5)을 구비하며, 상기 액체가 최소한 원자로회로를 통과한 후 격납용기(6)의 하부에서 원자로회로의 차단이 일어났을 경우 원자로에서 나온 물과 상기 액체를 회수하고, 상기 액체와 물을 냉각액체의 흡출수단(3)으로 전달하는 회수 및 전달수단(9)을 구비하며, 흡출수단의 상류에 위치하여 회수 및 전달수단(9)을 제1도관(4)에 연결하는 수송용 제1파이프라인(11)을 구비하며, 또한 흡출수단(3)의 하류에서 제2도관(5)을 액체 및 격납용기물의 회수 및 전달을 위한 수단으로 연결하는 수송용 제2파이프라인(12)을 구비하며, 도관(4,5)과, 파이프라인(11,12)을 통과한 액체와 물의 흐름을 허용하거나 정지하기 위해 설치된 밸브(13,14,15)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 수냉형 원자로의 안전냉각장치.
2. 제1항에 있어서, 흡출수단은 펌프(3)로 구성되며 액체와 격납용기물의 회수 및 전달을 위한 수단은 배출기(9)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수냉형 원자로의 안전냉각장치.
3. 제2항에 있어서, 격납용기(6) 내측의 상부에서 냉각액체를 배출하기 위해 설치된 하나이상의 다중분사관(7)을 구비하며 다중 분사관(7)은 펌프(3)에 의해 냉각액체를 공급받으며, 또한 펌프의 하류에서 제2도관(5)을 다중분사관(7)으로 연결하는 파이프라인(8)을 구비하는 것을 특징으로 하는 수냉형 원자로의 안전 냉각장치.
4. 제1항에 있어서, 배출기(9)를 제1도관(4)에 연결하는 제1파이프라인(11)에 구비된 밀봉탱크(18)를 포함하며, 탱크(18)의 축은 본질된 것으로 수직평면상에 위치하며, 탱크의 상부는 배출기(9)에서 나온 파이프라인(11)을 연결하는 개구(19)를 구비하고 있으며, 하부는 제1도관(4)에 연결된 파이프라인을 연결하는 개구(20)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 수냉형 원자로의 안전냉각장치.
5. 제5항에 있어서, 탱크(18)의 꼭대기에는 격납용기(6)에서 나온 환기파이프(21)를 연결하고 있으며, 환기파이프(21)는 파이프라인(11, 12)이 냉각액체와 물로 가득 채워 졌을 때 탱크의 꼭대기에 축적된 가스나 오염증기들이 격납용기(6)의 내부로 탈출하도록 설치된 것을 특징으로 하는 수냉형 원자로의 안전냉각장치.
6. 제2항에 있어서, 액체가 최소한 원자회로를 통과한후 안전냉각될 원자로의 물과 냉각액체 그리고 또 한편 냉각액체 사이의 열교환을 허용하고, 냉각액체를 간직하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 수냉형 원자로의 안전냉각장치.
7. 제2항에 있어서, 저장조(1)를 펌프(3)에 연결하는 제1도관(4)에 구비된 비복귀밸브(23)가 냉각액체와 물을 펌프(3)로 통과하도록 하며, 반대방향으로 통과하는 것을 방지하기 위해 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 수냉형 원자로의 안전냉각장치.
8. 제2항에 있어서, 펌프(3)의 하류에서 제2도관(5)를 저장조(1)에 연결하는 제 3도관(24)을 구비하며, 여기서 제3도관(24)과 연결되어 장치의 사용시 정상적으로 폐쇄되어 있는 밸브(25)를 구비하며, 상기 밸브(25)는 저장조가 고갈되었을 때 채우거나 검사하기 위해 펌프의 기능을 할 수 있게 설치된 것을 특징으로 하는 수냉형 원자로의 안전냉각장치.
9. 제1항에 있어서, 원자로에서 나온 물과 냉각액체는 폐쇄회로를 통해 장치를 순환하는 것을 특징으로 하는 수냉형 원자로의 안전냉각장치.
10. 제1항에 있어서, 냉각액체가 물인 것을 특징으로 하는 수냉형 원자로의 안전 냉각장치.

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