KR102172837B1 - Safety injection tank including elastomer structure to prevent injection of pressure gas into reactor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 원자력 발전소 냉각수 상실 사고시 노심냉각을 위하여 냉각수계통에 냉각수를 공급하기 위한 안전주입탱크에 관한 것이다. The present invention relates to a safety injection tank for supplying cooling water to a cooling water system for cooling a core in the event of a loss of cooling water in a nuclear power plant.
원자력 발전소에서 냉각수 상실 사고가 발생하게 되면, 이러한 비상시의 노심생각을 위한 안전주입탱크가 형성되어 있다. 안전주입탱크는 가압가스계통을 통해 일정 압력으로 가압되어 있으며 원자로 냉각계통의 압력이 안전주입탱크 압력 이하로 감소하면 압력 차이에 의해 안전주입탱크 내 냉각수가 자동으로 원자로 냉각계통으로 주입된다. When a loss of cooling water accident occurs in a nuclear power plant, a safety injection tank is formed for such an emergency core thinking. The safety injection tank is pressurized to a certain pressure through the pressurized gas system, and when the pressure of the reactor cooling system decreases below the pressure of the safety injection tank, the cooling water in the safety injection tank is automatically injected into the reactor cooling system due to the pressure difference.
도 1은 종래의 안전주입탱크를 나타낸 것으로, 안전주입탱크(20)에는 냉각수가 채워져 있으며, 상부에는 가압가스가 충진되어 있고, 안전주입탱크(20) 상부에는 가압가스탱크(10)가 가압가스배관(41)을 통해 연결되어 있으며, 가압가스배관(41) 상에는 가압가스공급밸브(42)가 위치한다. 1 shows a conventional safety injection tank, the
교류전원 상실 사고 등의 비상상황에서 질소가스의 가압에 의해 안전주입탱크(20)의 냉각수가 유출배관(43)을 통해 원자로 냉각계통(30)으로 공급된다. 그러나 종래에는 교류전원 상실사고로 인해 안전주입계통(20)의 냉각수의 공급을 차단할 수 있는 장치가 없어 냉각수가 임계수위보다 낮아지게 되면 냉각수 가압에 사용된 질소가스가 냉각계통(30)으로 주입되어 원자로의 냉각효율을 저하시킬 우려가 있었다.In an emergency situation such as an AC power loss accident, the cooling water of the
안전주입탱크 내에는 상부에 가압가스, 하부에 냉각수가 분포하고 있으며 안전주입탱크 내 냉각수의 배출의 임계수위인 저수위 시점에서 안전주입탱크의 냉각수 공급을 차단하지 않으면 냉각수 계통으로 질소가 유입되어 노심냉각기능을 저하시킬 우려가 있었다. In the safety injection tank, pressurized gas and cooling water are distributed in the upper part, and if the supply of cooling water from the safety injection tank is not shut off at the low water level, which is the critical water level for the discharge of cooling water in the safety injection tank, nitrogen flows into the cooling water system to cool the core. There was a fear of lowering.
따라서, 모든 교류전원이 상실된 비상상황에서도 안전주입탱크 냉각수의 저수위 시점에 별도의 운전원의 조치 없이 신속하게 안전주입탱크로부터의 냉각수 공급을 차단할 수 있는 장치가 필요하였다. Therefore, even in an emergency situation in which all AC power is lost, there is a need for a device that can quickly cut off the supply of cooling water from the safety injection tank at the time of the low water level of the safety injection tank without a separate operator's action.
본 발명의 목적은 교류전원 상실 등으로 야기되는 중대사고 발생시 안전주입탱크의 냉각수가 임계수위 시점에 도달하였을 때에도 외부전원 없이도 신속하게 안전주입탱크로부터의 냉각수 및 가압가스 공급을 차단할 수 있는 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a device capable of quickly shutting off the supply of cooling water and pressurized gas from the safety injection tank without external power even when the cooling water of the safety injection tank reaches the critical water level point in case of a serious accident caused by loss of AC power, etc. Is to do.
상기 본 발명의 목적은 냉각수를 수용하며, 비상시 가압가스의 가압력을 이용하여 상기 냉각수를 원자로 냉각계통으로 공급하는 안전주입탱크에 있어서, 상기 냉각수가 수용되는 수용공간을 형성하는 탱크본체, 상기 수용공간과 상기 원자로 냉각계통을 연결하는 유출배관, 상기 유출배관 상부에 위치하며 상기 유출배관과 연결된 냉각수유로를 형성하는 가이드관, 상기 유출배관을 감싸고 있으며 상기 가이드관의 하부에 위치하는 고정체, 상기 고정체 상부의 상기 냉각수유로 상에 위치하며, 부력에 의해 상기 냉각수의 수위에 따라 상기 가이드관에 의해 가이드되어 상하로 이동하는 이동체를 포함하며, 상기 이동체의 적어도 일부가 상기 고정체와 접촉하면 상기 고정체 상부와 상기 고정체 하부의 냉각수유로의 연통이 차단되어 상기 냉각수 및 상기 가압가스가 상기 원자로 냉각계통으로 주입되지 않는 안전주입탱크에 의해 달성된다. An object of the present invention is a safety injection tank for receiving cooling water and supplying the cooling water to a reactor cooling system using a pressurized pressure of a pressurized gas in case of an emergency, the tank body forming an accommodation space for receiving the cooling water, the accommodation space And an outlet pipe connecting the reactor cooling system, a guide pipe located above the outlet pipe and forming a cooling water passage connected to the outlet pipe, a fixture surrounding the outlet pipe and positioned below the guide pipe, It is located on the cooling water passage above the stagnation, and includes a moving body that is guided by the guide pipe and moves up and down according to the level of the coolant by buoyancy, and when at least a part of the moving body contacts the fixed body, the high The communication between the upper part of the stationary body and the cooling water passage under the stationary body is blocked, so that the cooling water and the pressurized gas are not injected into the reactor cooling system.
상기 유출배관은 상기 가이드관의 내부로 연장된 배관돌출부를 포함할 수 있으며, 상기 배관돌출부의 단부는 상기 고정체보다 상부에 위치할 수 있다. The outflow pipe may include a pipe protrusion extending into the guide pipe, and an end of the pipe protrusion may be located above the fixture.
상기 이동체는 공동을 가지는 폐루프 형상일 수 있으며 상기 냉각수에 대해 부력을 가지고 있는 본체부와, 상기 본체부의 공동을 메꾸고 있으며 상기 본체부와 연결되어 있는 바닥부를 포함할 수 있다. The movable body may have a closed loop shape having a cavity and may include a body portion having buoyancy against the cooling water, and a bottom portion filling the cavity of the body portion and connected to the body portion.
상기 본체부는 자력을 가지는 자력체를 포함하며, 상기 자력체는 상기 본체부에 대응하는 폐루프 형상일 수 있다. The body portion includes a magnetic body having a magnetic force, and the magnetic body may have a closed loop shape corresponding to the body portion.
상기 바닥부는 탄성변형이 가능한 소재를 포함하여 이루어질 수 있다. The bottom portion may include a material capable of elastic deformation.
상기 고정체와 상기 본체부는 자력으로 밀착될 수 있다. The fixture and the main body may be in close contact with each other by magnetic force.
상기 이동체의 적어도 일부가 상기 고정체와 접촉하면 자력에 의해 상기 이동체와 상기 고정체가 밀착될 수 있다. When at least a part of the moving body contacts the fixed body, the moving body and the fixed body may be in close contact with each other by magnetic force.
상기 가이드관은 하부로 갈수록 단면적이 작아질 수 있다. The guide tube may have a smaller cross-sectional area as it goes downward.
상기 이동체가 상기 고정체와 접촉하면, 상기 이동체의 바닥부의 적어도 일부는 상기 배관돌출부의 상단을 덮는 형태로 변형될 수 있다. When the moving body contacts the fixed body, at least a portion of the bottom portion of the moving body may be deformed to cover the upper end of the pipe protrusion.
상기 배관돌출부는 상기 고정체의 상단으로부터 1 내지 15cm의 높이로 형성될 수 있다. The pipe protrusion may be formed to a height of 1 to 15 cm from the upper end of the fixture.
본 발명은 모든 교류전원이 상실된 비상상황에서 별도의 전원 없이 영구자석을 이용해 안전주입탱크의 냉각수 수위가 임계수위 이하로 낮아지는 것을 방지함으로써 안전주입탱크 내의 질소가 냉각수계통으로 유입되는 것을 방지하여 원자로 냉각계통의 냉각효율이 저하되는 것을 방지하는데 효과가 있다.The present invention prevents the cooling water level of the safety injection tank from lowering below the critical water level by using a permanent magnet without a separate power in an emergency situation in which all AC power is lost, thereby preventing nitrogen in the safety injection tank from flowing into the cooling water system. It is effective in preventing the cooling efficiency of the cooling system from deteriorating.
도 1은 종래의 안전주입탱크를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 안전주입탱크를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가이드관의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체의 평면도 및 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체의 사시도이다.
도 6은 비상 상황 시 본 발명의 일실시예에 따른 안전주입탱크의 냉각수의 수위가 임계수위에 도달한 상태를 나타낸 모식도이다. 1 shows a conventional safety injection tank.
Figure 2 is a schematic diagram showing a safety injection tank according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a guide tube according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view and a cross-sectional view of a moving body according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view of a moving body according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram showing a state in which the water level of the cooling water in the safety injection tank reaches the critical water level according to an embodiment of the present invention in an emergency situation.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.The accompanying drawings are only an example illustrated to describe the technical idea of the present invention in more detail, and the spirit of the present invention is not limited to the accompanying drawings. In addition, in the accompanying drawings, sizes and intervals may be exaggerated differently from the actual in order to explain the relationship between each component.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비상 상황 이전의 일반 상황에서의 원자로가 정상가동 상태일 때의 안전주입탱크(200)를 수직단면도로 나타낸 모식도이다. 안전주입탱크(200)는 상측에서 가압가스탱크와 가압가스주입배관으로 연결되어 있으며, 안전주입탱크(200)의 내부는 냉각수와 가압가스로 채워져 있다. 안전주입탱크(200)에 채워진 냉각수는 일반적으로 붕산수를 사용한다. 본 발명에서의 가압가스는 질소가스일 수 있다. 2 is a schematic diagram showing a
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 안전주입탱크(200)는 탱크본체(250)를 포함하며, 탱크본체(250)에는 냉각수가 수용되는 수용공간이 형성되어 있다. As shown in Figure 2, the
수용공간과 원자로 냉각계통은 유출배관(400)을 통해 연결된다. 가이드관(210)은 유출배관(400) 상부에 위치하며 유출배관(400)과 연결된 냉각수유로를 형성한다. The receiving space and the reactor cooling system are connected through an outlet pipe (400). The
고정체(230)는 유출배관(400)을 감싸고 있으며 가이드관(210)의 하부에 위치한다. The
이동체(220)는 고정체(230) 상부의 냉각수유로 상에 위치하며, 부력에 의해 냉각수의 수위에 따라 가이드관(210)에 의해 가이드되어 상하로 이동할 수 있다. The moving
유출배관(400)은 탱크본체(250)의 하단부에서 탱크본체(250) 내부로 일부가 연장되어 형성되어 있으며, 탱크본체(250) 바닥면으로부터 탱크본체(250) 전체 높이의 5 내지 30% 지점까지 연장된다. 유출배관(400)의 상단부 위치는 냉각수의 공급이 중단되어야 할 최저 수위점인 임계수위의 높이 또는 그 보다 약간 높은 위치일 수 있다. 임계수위는 안전주입탱크(200)가 설치되는 발전소의 상황 및 비상상황 시의 대응 시나리오 등을 고려하여 설정된다.
유출배관(400)은 가이드관(210)의 내부로 연장된 배관돌출부(410)를 포함하며, 배관돌출부(410)의 단부는 고정체(230)보다 상부에 위치한다. 좀 더 구체적으로는, 고정체(230)의 상단으로부터 1 내지 15cm의 높이로 돌출되도록 형성된다. The
가이드관(210)은 유출배관(400)의 상부에 위치하며 유출배관(400)과 연결되어 냉각수유로를 형성하며, 유출배관(400)과 연결되는 하단부가 유출배관(400)보다 넓게 형성된다. The
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가이드관(210)을 나타낸 사시도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 가이드관(210) 측면에는 다수의 투수홀(211)을 포함한다. 도 3에서는 투수홀(211)을 원형으로 나타내었으나, 다른 실시예에서는, 원형, 타원형, 다각형 및 슬롯 형상 중 선택되는 적어도 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 3 is a perspective view showing a
도 3에 도시한 바와 같이, 투수홀(211)은 가이드관(210)의 상부에서 하부로 갈수록 작아지도록 형성될 수 있다. 가이드관(210)의 수평단면적은 하부로 갈수록 단면적이 작아지게 형성되어 있으며, 이를 통해 이동체(220)가 가이드관(210) 상측에서 하측으로 이동 시에 좀 더 원활한 이동이 가능해진다. 이러한 깔때기 형상은 냉각수 수위가 낮아질수록 냉각수가 배출되는 양을 감소시키는 기능도 기대할 수 있다. As shown in FIG. 3, the
고정체(230)는 냉각수유로 내의 가이드관(210) 하부에 위치하며, 유출배관(400)을 감싸는 형태이다. 이동체(220)와의 접촉 시 밀폐가 잘 이루어지도록 하기 위해서 고정체의 상면은 평평하게 마련될 수 있다. 고정체(230)는 위에서 봤을 때, 유출배관(400)과 가이드관(210) 사이 공간에 놓여진, 중앙에 관통구멍이 있는 원기둥 형상일 수 있다. 중앙의 관통구는 유출배관(400)의 외경보다 크게 형성된다. 고정체(230)는 영구자석을 포함하여 형성될 수 있으며, 이동체(220)에 자력에 의한 체결이 가능한 금속 성분을 포함하여 형성될 수도 있다. The
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체(220)의 평면도 및 단면도를 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체(220)를 사시도로 나타낸 것이다. 4 is a plan view and a cross-sectional view of a moving
이동체(220)는 공동을 가지는 폐루프 형상이며 냉각수에 대해 부력을 가지고 있는 본체부(221)와, 본체부(221)의 공동을 메꾸고 있으며 본체부와 연결되어 있는 바닥부(223)를 포함한다. 본체부(221)는 자력을 가지는 자력체(222)를 포함하며, 자력체(222)는 본체부(221)에 대응하는 폐루프 형상이다. 자력체(222)는 영구자석을 포함할 수 있다. The moving
본체부(221)는 냉각수에 대해 부력을 가지는 소재를 포함하여 이루어지며, 냉각수에 대해 장시간 변형 및 부식 등이 발생하지 않은 소재로 만들어지는 것이 좋다. 내부에 공기가 채워질 수 있는 형태도 가능하나, 장기 안정성을 위해 냉각수가 흡수되지 않는 발포체도 가능하다. 탄성중합체를 이용하여 본체부(221)를 형성할 경우 냉각수에 대해 부력을 가질 뿐 아니라 냉각수에 대한 변형 및 부식도 발생하지 않아 적합하다. The
바닥부(223)는 탄성변형이 가능하며, 탄성 변형 이후에도 바닥부 상하로 냉각수와 가압가스가 통과하지 않는 밀폐효과가 높은 소재를 포함하여 형성된다. 이와 같은 특성을 만족하기 위해서는 본체부와 유사하게, 탄성중합체를 이용하는 것이 좋으며, 폴리아크릴레이트, 플루오르화탄소, 플로오르화실리콘, 및 실리콘 중 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. The
이하 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 이동체(220)의 작동에 대해 설명한다. Hereinafter, an operation of the moving
교류 전원 상실사고 등의 비상 상황이 발생하게 되고, 원자로 냉각계통의 압력이 정상 상태보다 낮아지게 되면, 안전주입탱크(200)의 냉각수가 유출배관(400)을 통해 배출된다. 안전주입탱크(200)의 냉각수는 가이드관(210)의 투수홀을 통해 냉각수유로로 유입되어 유출배관(400)으로 배출된다. 안전주입탱크(200)의 냉각수 수위가 낮아지게 되면, 이동체(220)도 부력에 의해 가이드관(210) 내에서 냉각수 수위에 따라 낮아지게 된다. When an emergency situation such as an AC power loss accident occurs and the pressure of the reactor cooling system becomes lower than the normal state, the cooling water of the
안전주입탱크(200) 내의 냉각수 수위가 배출 한계선인 임계수위에 근접할수록 이동체(220)와 고정체(230)도 가까워지게 되며, 이동체(220)의 적어도 일부가 고정체(230)가 접촉하면 자력에 의해 이동체(220)와 고정체(230)가 밀착하게 된다. 좀 더 구체적으로는 상기 이동체(220)의 본체부(221)에 포함된 자력체(222)와 고정체(230)가 자력에 의해 밀착하게 되는 것이다. 본체부(221)는 탄성을 가지고 있으므로 고정체(230)와의 밀착이 더 잘 이루어진다. 고정체(230)의 표면에 탄성중합체층을 형성하는 경우, 밀착에 의한 밀폐효과가 향상된다. 이를 통해 1차적으로 안전주입탱크(200)의 냉각수가 유출배관(400)으로 배출되는 것을 차단하게 된다. As the coolant level in the
배관돌출부(410)가 고정체의 상단보다 높게 형성되어 있어, 고정체(230)와 이동체(220)가 밀착되기 전에, 이동체(220)가 하강하면서 이동체(220)의 바닥부(223)가 배관돌출부(410)의 상단에 접촉하게 된다. 이후, 본체부(221)가 자력에 의해 고정체(230)에 이끌리는 힘에 의해 바닥부(223)가 탄성 변형하며, 배관돌출부(410)의 상단을 덮는다. 이를 통해 바닥부(223)와 배관돌출부(410)의 상단부는 밀착되어 2차적으로 안전주입탱크(200)의 냉각수가 유출배관(400)으로 배출되는 것을 차단하게 된다. 배관돌출부(410)는 1 내지 15cm의 높이로 형성되며, 1cm보다 낮을 경우 바닥부(223)가 배관돌출부(410) 상단을 밀착하는 힘이 적어 밀폐 효과가 떨어지며, 배관돌출부(410)가 15cm보다 높게 형성되면 이동체(220)의 본체부(221)가 고정체(230)에 밀착되기 어려워진다. Since the
이와 같이, 외부의 동력이나, 운전원의 별도의 조치 없이, 이동체(220)의 적어도 일부가 고정체(230)와 접촉하면 고정체(230) 상부와 고정체(230) 하부의 냉각수유로의 연통이 차단되어 안전주입탱크(200)의 냉각수 및 가압가스가 원자로 냉각계통으로 주입되지 않도록 차단되며, 결과적으로 가압가스가 원자로 냉각계통으로 공급되어 냉각 효율이 낮아지는 문제가 발생되는 것을 막을 수 있게 된다. As described above, when at least a part of the moving
전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.The above-described embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited thereto. Since those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to implement the present invention by various modifications therefrom, the technical protection scope of the present invention should be determined by the appended claims.
Claims (6)
상기 냉각수가 수용되는 수용공간을 형성하는 탱크본체;
상기 수용공간과 상기 원자로 냉각계통을 연결하는 유출배관;
상기 유출배관 상부에 위치하며 상기 유출배관과 연결된 냉각수유로를 형성하는 가이드관;
상기 유출배관을 감싸고 있으며 상기 가이드관의 하부에 위치하는 고정체;
상기 고정체 상부의 상기 냉각수유로 상에 위치하며, 부력에 의해 상기 냉각수의 수위에 따라 상기 가이드관에 의해 가이드되어 상하로 이동하는 이동체를 포함하며,
상기 이동체의 적어도 일부가 상기 고정체와 접촉하면 상기 고정체 상부와 상기 고정체 하부의 냉각수유로의 연통이 차단되어 상기 냉각수 및 상기 가압가스가 상기 원자로 냉각계통으로 주입되지 않으며,
상기 유출배관은 상기 가이드관의 내부로 연장된 배관돌출부를 포함하며,
상기 배관돌출부의 단부는 상기 고정체보다 상부에 위치하며,
상기 이동체는 공동을 가지는 폐루프 형상이며 상기 냉각수에 대해 부력을 가지고 있는 본체부와,
상기 본체부의 공동을 메꾸고 있으며 상기 본체부와 연결되어 있는 바닥부를 포함하는 안전주입탱크. In the safety injection tank that accommodates cooling water and supplies the cooling water to the reactor cooling system by using a pressurized pressure of a pressurized gas in an emergency,
A tank body forming an accommodation space in which the cooling water is accommodated;
An outlet pipe connecting the receiving space and the reactor cooling system;
A guide pipe positioned above the outlet pipe and forming a cooling water passage connected to the outlet pipe;
A fixture surrounding the outlet pipe and located under the guide pipe;
It is located on the cooling water passage above the fixed body, and includes a moving body that is guided by the guide pipe according to the level of the cooling water by buoyancy and moves up and down,
When at least a part of the moving body contacts the fixture, communication between the upper portion of the fixture and the cooling water passage under the fixture is blocked so that the coolant and the pressurized gas are not injected into the reactor cooling system,
The outflow pipe includes a pipe protrusion extending into the guide pipe,
The end of the pipe protrusion is located above the fixture,
The moving body has a closed loop shape having a cavity and a body portion having buoyancy against the cooling water,
A safety injection tank that fills the cavity of the main body and includes a bottom part connected to the main body.
상기 본체부는 자력을 가지는 자력체를 포함하며,
상기 자력체는 상기 본체부에 대응하는 폐루프 형상인 안전주입탱크. The method of claim 1,
The body portion includes a magnetic body having a magnetic force,
The magnetic body is a safety injection tank having a closed loop shape corresponding to the main body.
상기 이동체의 적어도 일부가 상기 고정체와 접촉하면 자력에 의해 상기 이동체와 상기 고정체가 밀착되는 안전주입탱크.The method of claim 1,
Safety injection tank in which the moving body and the fixed body are in close contact with each other by magnetic force when at least a part of the moving body comes into contact with the fixed body.
상기 가이드관은 하부로 갈수록 단면적이 작아지는 안전주입탱크. The method of claim 1,
The guide pipe is a safety injection tank whose cross-sectional area decreases toward the bottom.
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