KR100764880B1 - 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 가지는 가변 과출력원자로 정지방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 가지는 가변 과출력 원자로 정지방법에 관한 것으로서, 일체형 원자로에서 주냉각재 펌프의 속도에 따라 노심 고출력 정지 설정치를 가변적으로 달리 적용함으로써 일체형 원자로에서 주냉각재 펌프가 저속 또는 중속으로 운전될 경우 사고 발생 시 사고 결과를 완화할 수 있으며, 이로 인해 보다 안정적인 원자로의 운전이 가능한 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 갖는 가변 과출력 원자로 정지방법을 제공하기 위한 것으로, 그 기술적 구성은, 펌프 노즐의 내부에 수직으로 설치되는 주냉각재 펌프와, 제어봉 구동장치와 증기 발생기와 원자로 환형 덮개 및 원자로 용기를 포함하여 구성되는 일체형 원자로의 출력 운전 중 주냉각재 펌프의 속도에 따라 하한 설정치(Floor), 증가율(Rate), 노심 고출력 정지 설정치(Ceiling)를 적용하는 가변 과출력 원자로를 정지방법에 있어서, 상기 주냉각재 펌프의 속도에 따라 하한 설정치와 증가율은 동일하게 유지하되, 노심 고출력 정지 설정치를 가변적으로 달리 적용하는 것을 특징으로 한다.
일체형 원자로, 주냉각재 펌프, 하한 설정치(Floor), 증가율(Rate), 노심 고출력 정지 설정치(Ceiling), VOPT(Variable Overpower Trip) Function
Description
도 1은 종래 기술에 따른 분리형 원자로를 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 일체형 원자로를 개략적으로 나타내는 도면,
도 3은 일체형 원자로의 주냉각재 펌프를 개략적으로 나타내는 도면,
도 4는 종래 기술에 따른 일체형 원자로에서 가변 과출력 원자로 정지 기능을 개략적으로 나타내는 도면,
도 5는 종래 기술에 따른 일체형 원자로에서 가변 과출력 원자로 정지 기능의 적용 시 노심의 출력 변화를 개략적으로 나타내는 도면,
도 6은 종래 기술에 따른 일체형 원자로에서 가변 과출력 원자로 정지 기능의 적용 시 안전 기준의 하나인 임계열속비 경향을 개략적으로 나타내는 도면,
도 7은 본 발명에 의한 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 가지는 가변 과출력 원자로 정지방법을 개략적으로 나타내는 도면,
도 8은 본 발명에 의한 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 가지는 가변 과출력 원자로 정지방법의 적용 시 노심의 출력 변화를 개략적으로 나타내는 도면,
도 9는 본 발명에 의한 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 가지는 가변 과출 력 원자로 정지방법의 적용 시 안전 기준의 하나인 임계열속비 경향을 개략적으로 나타내는 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 주냉각재 펌프, 2 : 제어봉 구동장치,
3 : 증기 발생기, 4 : 원자로 환형 덮개,
5 : 원자로 용기, 6 : 펌프 노즐,
7 : 펌프 플랜지, 8 : 환형링,
9 : 임펠러, 10 : 디퓨저,
11b : 유로 안내관, 13 : 가압기,
15 : 일체형 원자로.
본 발명은 원자로의 가변 과출력 정지방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일체형 원자로에서 주냉각재 펌프의 속도에 따라 노심 고출력 정지 설정치를 가변적으로 달리 적용함으로써 일체형 원자로에서 주냉각재 펌프가 저속 또는 중속으로 운전될 경우 사고 발생 시 사고 결과를 완화할 수 있으며, 이로 인해 보다 안정적인 원자로의 운전이 가능한 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 갖는 가변 과출력 원자로 정지방법에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력 발전소는 통상 100개 이상의 개별적 기능을 갖는 계통으로 구성되며, 이들은 크게 원자로를 중심으로 한 핵 증기 공급 계통(Nuclear Steam Supply System)과 증기를 공급받아 발전기를 가동시키는 터빈 등의 발전기 계통 및 기타 부수 설비로 구분된다.
통상, 핵증기 공급 계통을 1차측이라 지칭하고, 발전기 계통을 2차측이라 지칭한다.
도 1은 종래 기술에 따른 분리형 원자로를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 분리형(Loop Type) 가압수형 원자로(PWR, 100)는 격납 용기(110)내에 원자로(120)과 가압기(130)과 증기 발생기(140) 및 주냉각재 펌프(150)가 분리되어 배치되고, 각 구성요소는 각각의 배관을 통하여 상호 연설된다.
여기서, 상기 증기 발생기(140)로부터 증기를 공급받은 증기 터빈(160)이 발전기(170)를 구동시켜 전기를 생산하게 된다.
한편, 최근 들어 다수의 배관이 삭제된 일체형 원자로(Intergral Type Nuclear Reactor)가 연구/개발되고 있으며, 이러한 일체형 원자로는 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이, 주냉각재 펌프(1)와 제어봉 구동장치(2)와 증기 발생기(3)와 원자로 환형 덮개(4) 및 원자로 용기(5)로 크게 분류되며, 도 3에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 주냉각 펌프(1)는 펌프 노즐(6)에 수직으로 설치된다.
그리고, 상기 펌프 노즐(6)과 펌프 플랜지(7) 사이에 환형링(8)을 설치하여 일차 냉각재의 누수를 방지한다.
상기 주냉각재 펌프(1)의 임펠러(9)에 의해 강제 순환되는 일차 냉각재는 원자로 노심에서 고온이 된 후에 유로 안내관(11b)의 바깥 아래에서 흡입되어 위쪽으로 상승한 후 유로 방향을 180도 바꾸어 임펠러(9)와 디퓨저(10)를 통과한다.
상기 디퓨저(10)를 통과한 일차 냉각재는 유로 안내관(11b)의 내부를 지나 증기 발생기(3)의 상단으로 토출된다. 일체형 원자로에서는 주냉각재 펌프 속도를 고속, 중속, 저속으로 변경하면서 출력 운전을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 일체형 원자로는 핵증기 공급 계통을 구성하는 가압기(13)와 증기 발생기(3)과 주냉각재 펌프(1) 등의 주기기가 일체형 원자로(15)와 함께 동일한 한 개의 압력 용기(5)에 배관 없이 설치되는 구조로 이루어진다.
이러한 구조를 갖는 일체형 원자로는 기존의 분리형 원자로에서 발생될 수 있는 대형 냉각재 상실 사고를 근본적으로 배재할 수 있는 등 안정성이 뛰어날 뿐만 아니라, 소형화가 가능하고, 경제성을 크게 향상시킨다는 장점으로 인해 현재 많은 연구 개발이 이루어지고 있는 실정이다.
상술한 바와 같이, 일체형 원자로는 출력 운전 중 주냉각재 펌프가 고속, 중속 또는 저속으로 운전될 수 있다.
여기서, 주냉각재 펌프가 고속으로 운전되는 조건 하에서 제어봉 집합체 인출 사고와 같이 노심 출력이 증가하는 사건이 발생할 경우, 도 4에서 도시하고 있 는 바와 같은, 현재 상용로에서 사용 중인 VOPT(가변 과출력 원자로의 정지) 기능은 유용하게 작동될 수 있다.
그러나, 노심 고출력 정지 설정치(Ceiling)가 주냉각재 펌프의 속도에 관계없이 일정한 값이 적용됨으로써 주냉각재 펌프가 저속 또는 중속으로 운전될 경우, 도 5와 도 6에서 도시하고 있는 바와 같이, 안전성에 심각한 영향을 발생시킬 수 있다는 문제점이 있었다.
즉, 도 5 및 도 6에서 도시하고 있는 바와 같이, VOPT(가변 과출력 원자로의 정지) 기능 적용 시 주냉각재 펌프가 고속일 경우, 임계열속비가 안전 기준 이내에서 유지될 수 있으나, 주냉각재 펌프가 저속 또는 중속일 경우, 임계열속비가 안전 기준(Safety Criteria)을 위배하여 원자로의 안정성에 심각한 영향을 발생시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일체형 원자로에서 주냉각재 펌프의 속도에 따라 노심 고출력 정지 설정치를 가변적으로 달리 적용함으로써 일체형 원자로에서 주냉각재 펌프가 저속 또는 중속으로 운전될 경우 사고 발생 시 사고 결과를 완화할 수 있으며, 이로 인해 보다 안정적인 원자로의 운전이 가능한 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 갖는 가변 과출력 원자로 정지방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 펌프 노즐의 내부에 수직으로 설치되는 주냉각재 펌프와, 제어봉 구동장치와 증기 발생기와 원자로 환형 덮개 및 원자로 용기를 포함하여 구성되는 일체형 원자로의 출력 운전 중 주냉각재 펌프의 속도에 따라 하한 설정치(Floor), 증가율(Rate), 노심 고출력 정지 설정치(Ceiling)를 적용하는 가변 과출력 원자로를 정지방법에 있어서, 상기 주냉각재 펌프의 속도에 따라 하한 설정치와 증가율은 동일하게 유지하되, 노심 고출력 정지 설정치를 가변적으로 달리 적용하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 주냉각재 펌프가 저속으로 운전될 경우, 노심 고출력 정지 설정치가 하향으로 조정되고, 상기 주냉각재 펌프가 고속으로 운전될 경우, 노심 고출력 정지 설정치가 상향으로 조정되며, 상기 주냉각재 펌프가 중속으로 운전될 경우, 노심 고출력 정지 설정치가 고속과 저속 사이의 중간 값으로 조정된다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 도 7은 본 발명에 의한 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 가지는 가변 과출력 원자로 정지방법을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명에 의한 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 가지는 가변 과출력 원자로 정지방법의 적용 시 노심의 출력 변화를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명에 의한 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 가지는 가변 과출력 원자로 정지방법의 적용 시 안전 기준의 하나인 임계열속비 경향을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2와 도 3을 참조하여 설명하면, 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 일체형 원자로(15)는 주냉각재 펌프(1)와 제어봉 구동장치(2)와 증기 발생기(3)와 원자로 환형 덮개(4) 및 원자로 용기(5)로 크게 분류되며, 주냉각재 펌프(1)는 펌프 노즐(6) 내부에 수직으로 설치된다.
그리고, 상기 펌프 노즐(6)과 펌프 플랜지(7) 사이에 환형링(8)을 설치하여 일차 냉각재의 누수를 방지한다.
상기 주냉각재 펌프(1)의 임펠러(9)에 의해 강제 순환되는 일차 냉각재는 원자로 노심에서 고온이 된 후에 유로 안내관(11b)의 바깥 아래에서 흡입되어 위쪽으로 상승한 후 유로 방향을 180도 바꾸어 임펠러(9)와 디퓨저(10)를 통과한다.
상기 디퓨저(10)를 통과한 일차 냉각재는 유로 안내관(11b)의 내부를 지나 증기 발생기(3)의 상단으로 토출된다.
상기한 바와 같은 일체형 원자로(15)에는 일정한 하한 설정치(Floor)와 증가율(Rate) 및 노심 고출력 정지 설정치(Ceiling)가 적용되되, 하한 설정치와 증가율은 일정한 값이 적용되고, 노심 고출력 정지 설정치는 주냉각재 펌프(1)의 속도에 따라 가변적으로 적용된다.
즉, 일체형 원자로(15)의 출력 운전 중 주냉각재 펌프(1)가 고속, 중속 또는 저속으로 운전될 경우, 하한 설정치와 증가율은 동일한 값을 적용하되, 주냉각재 펌프(1)의 속도에 따라 노심 고출력 정지 설정치가 가변적으로 적용된다.
이렇게 상기 일체형 원자로(15)의 출력 운전 시 주 상기 주냉각재 펌프(1)가 저속으로 운전될 경우, 하한 설정치와 증가율은 동일하되, 노심 고출력 정지 설정 치를 하향(Ceiling for Low MCP Speed)으로 조정되고, 상기 주냉각재 펌프(1)가 고속으로 운전될 경우, 하한 설정치와 증가율은 동일하되, 노심 고출력 정지 설정치를 상향(Ceiling for High MCP Speed)으로 조정되며, 상기 주냉각재 펌프(1)가 중속으로 운전될 경우, 하한 설정치와 증가율은 동일하되, 노심 고출력 정지 설정치를 고속과 저속 사이의 중간 값(Ceiling for Middle MCP Speed)으로 조정된다.
상기한 바와 같이, 상기 일체형 원자로(15)의 출력 운전 시 상기 주냉각재 펌프(1)의 속도에 따라 노심 고출력 정지 설정치를 가변적으로 적용할 경우, 도 7, 도 8, 도 9에서 도시하고 있는 바와 같이, 단일 노심 고출력 정지 설정치를 갖는 VOPT 기능의 적용 시보다 다중 노심 고출력 정지 설정치를 갖는 VOPT 적용 시 원자로 정지가 빨리 발생하고, 이로 인해 다중 노심 고출력 정지 설정치를 갖는 VOPT 기능 적용 시 최대 노심 출력은 작아지게 되며, 최소 임계열속비(CHFR)는 증가한다.
따라서, 다중 노심 고출력 정지 설정치를 갖는 VOPT 적용 시 단일 노심 고출력 정지 설정치를 갖는 VOPT 적용 시보다 안정성이 향상된다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 일체형 원자로에서 주냉각재 펌프의 속도에 따라 노심 고출력 정지 설정치를 가변적으로 달리 적용함으로써 일체형 원자로에서 주냉각재 펌프가 저속 또는 중속으로 운전될 경우 사고 발생 시 사고 결과를 완화할 수 있으며, 이로 인해 보다 안정적인 원자로의 운전이 가능하다는 등의 효과를 거둘 수 있다.
Claims (2)
- 펌프 노즐(6)의 내부에 수직으로 설치되는 주냉각재 펌프(1)와, 제어봉 구동장치(2)와 증기 발생기(3)와 원자로 환형 덮개(4) 및 원자로 용기(5)를 포함하여 구성되는 일체형 원자로(15)의 출력 운전 중 주냉각재 펌프(1)의 속도에 따라 하한 설정치(Floor), 증가율(Rate), 노심 고출력 정지 설정치(Ceiling)를 적용하는 가변 과출력 원자로를 정지방법에 있어서,상기 주냉각재 펌프(1)의 속도에 따라 하한 설정치와 증가율은 동일하게 유지하되, 노심 고출력 정지 설정치를 가변적으로 달리 적용하는 것을 특징으로 하는 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 가지는 가변 과출력 원자로 정지방법.
- 제1항에 있어서,상기 주냉각재 펌프(1)가 저속으로 운전될 경우, 노심 고출력 정지 설정치가 하향으로 조정되고, 상기 주냉각재 펌프(1)가 고속으로 운전될 경우, 노심 고출력 정지 설정치가 상향으로 조정되며, 상기 주냉각재 펌프(1)가 중속으로 운전될 경우, 노심 고출력 정지 설정치가 고속과 저속 사이의 중간 값으로 조정되는 것을 특징으로 하는 다중의 노심 고출력 정지 설정치를 가지는 가변 과출력 원자로 정지방법.
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