KR20020036483A - 피동 작동 2단 유량전환 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 안전주입탱크의 피동 작동 2단 유량전환 방법 및 장치에 관한 것으로, 그 목적은 원자력 발전소 안전주입탱크(또는 축압기) 하단부에 피동 작동 2단 유량전환 기기를 설치하여 안전주입 유량을 고유량 및 저유량의 2단으로 제어함으로써 피동 주입특성을 유지하면서 탱크 내 물 재고량을 효과적으로 이용할 수 있는 피동 작동 2단 유량전환 방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 안전주입탱크(10)의 배출구(40)위에 부착되는 공급유로(21)와 제어유로(31) 및 와류실(55)이 구비된 원형의 기기본체(50)와, 상기 기기본체(50) 위에 결합되는 제어유로(31)와 연결된 제어유로입구(30)를 형성한 뚜껑(60)과, 상기 뚜껑(60)의 중심부에 결합되는 공급유로(21)와 연결된 공급유로입구(20)를 형성하는 수관조립체(70)가 연결되어 구성되는 것을 요지로 한다.

Description

피동 작동 2단 유량전환 방법 및 장치{Passively Operated 2-Stage Flow Turn-down Method and Apparatus}

본 발명은 원자로 안전주입탱크의 피동 작동 2단 유량전환 방법 및 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 원자로의 안전주입탱크(또는 축압기)에 피동적으로 작동되는 2단 유량전환 기기를 설치함으로써 대형 냉각재 상실사고 시 안전주입 유량을 2단으로 조절하여 탱크 내 물 재고량을 효과적으로 이용할 수 있는 피동 작동 2단 유량전환기기에 관한 것이다.

종래의 상용 가압 경수형 원자로에서는 대형 냉각재 상실사고가 발생할 경우 재충수 단계까지는 안전주입탱크(또는 축압기)에 의해 충분한 비상 노심냉각수가 공급되고, 재관수 기간에는 저압 안전주입펌프 들에 의해 냉각수가 공급되도록 설계되어 있다. 안전주입탱크의 냉각수는 대형 냉각재 상실사고 시 재충수 및 초기 재관수 단계에서는 하향통로(downcomer)의 수위를 원자로 용기의 입구 노즐까지 신속히 채우고, 그 후에는 노심의 잔열, 핵연료 및 금속재의 잠열을 제거하기에 충분한 정도의 냉각수를 공급하는 역할을 하는데 기존의 원자로에서 압전주입탱크(또는축압기)는 그 특성상 냉각수가 하향통로의 저온관 바닥 높이까지 채워진 후에도 노심의 재관수에 필요한 유량보다 많은 냉각수가 원자로 용기에 공급되어 상당량의 냉각수는 격납건물로 누출되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 결점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 원자력 발전소 안전주입탱크(또는 축압기) 하단부에 피동 작동 2단 유량전환 기기를 설치하여 안전주입 유량을 고유량 및 저유량의 2단으로 제어함으로써 피동 주입특성을 유지하면서 탱크 내 물 재고량을 효과적으로 이용할 수 있는 피동 작동 2단 유량전환기기를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 원자로 안전주입탱크(10)의 배출구(40)위에 부착되는 공급유로(21)와 제어유로(31) 및 와류실(55)이 구비된 원형의 기기본체(50)와, 상기 기기본체(50) 위에 결합되는 제어유로(31)와 연결된 제어유로입구(30)를 형성한 뚜껑(60)과, 상기 뚜껑(60)의 중심부에 결합되는 공급유로(21)와 연결된 공급유로입구(20)를 형성하는 수관조립체(70)가 연결되어 구성되고, 상기의 기기본체(50)는 각각의 공급구(51)와 제어구(52)의 구조가 4방향 대칭구조를 갖고 와류실(55)로의 유입방향이 일정한 각도로 서로 마주보며 형성하므로서 달성된다.

도 1 은 본 발명의 실시예로서 수관(stand-pipe)형 피동 작동 2단 유량전환기기 설치를 도시한 종단면도

도 2 는 본 발명의 또 다른 실시예로서 스커트(skirt)형 피동 작동 2단 유량전환 기기 설치를 도시한 종단면도

도 3 은 고유량 배출운전시 도 1 및 도 2 의 유량전환 기기 작동원리를 도시한 횡단면도

도 4 는 저유량 배출운전시 도 1 및 도 2 의 유량전환 기기 작동원리를 도시한 횡단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 안전주입탱크 20 : 공급유로입구

21 : 공급유로 30 : 제어유로입구

31 : 제어유로 40 : 배출구

50 : 기기본체 51 : 공급구

52 : 제어구 55 : 와류실

60 : 뚜껑 70 : 수관조립체

75 : 스커트 80 : 지지대

90 : 유량전환 수위 100 : 정상수위

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 원자로 안전주입탱크(10)의 수위가 공급유로입구(20)보다 높은 고유량 배출 운전시에는 공급유로입구(20)와 제어유로입구(30)를 통해 유입된 유량은 공급유로(21)와 제어유로(31)를 지나 기기본체(50)에 구비된 각각의 공급구(51) 및 제어구(52)를 통해 와류실(55)의 원주부분에서 서로 만나 와류실(55)의 반경방향으로 흘러 배출구로 배출되는 단계를 갖고, 원자로 안전주입탱크(10)의 수위가 공급유로입구보다 낮은 저유량 배출 운전시에는 공급유로입구(20)로 통과하는 유량은 멈추고 제어유로입구(30)를 통해서만 유량이 유입되어 제어유로(31)을 지나 제어구(52)를 통해 와류실(55)로 들어와 와류실(55)내에서 강한 와류를 형성하여 배출구로 배출되는 단계를 갖는다.

이하 본 발명의 구성과 실시 예를 첨부 도면에 연계시켜 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2 는 각각 피동 작동 2단 유량전환 기기가 안전주입탱크(또는 축압기)에 설치된 예의 종 단면도로서, 도 1 은 원자로 안전주입탱크(10)의 배출구(40)위에 부착되는 공급유로(21)와 제어유로(31) 및 와류실(55)이 구비된 원형의 기기본체(50)와, 상기 기기본체(50) 위에 결합되는 제어유로(31)와 연결된 제어유로입구(30)를 형성한 뚜껑(60)과, 상기 뚜껑(60)의 중심부에 결합되는 공급유로(21)와 연결된 공급유로입구(20)를 형성하는 수관조립체(70)가 연결되어 구성되고, 도 2 는 또다른 실시예로 상기 뚜껑(60)의 바깥부분에 공급유로입구(20)를 형성하는 스커트(75)가 연결되어 구성되며, 공급유로(21)는 안전주입탱크(10) 본체와 얇은 원통 실린더형 스커트(75) 사이의 환형 공간이다.

상기의 기기본체(50)는 도 3에서 도시한 바와 같이 각각의 공급구(51)와 제어구(52)의 구조가 4방향 대칭구조를 갖고 와류실(55)로의 유입방향이 일정한 각도로 서로 마주보도록 형성되어 있다.

안전주입탱크(또는 축압기)가 작동된 후 탱크로부터 빠져나가는 물은 2가지의 유로를 통하게 되는데,

공급유로입구(20)로 통과하는 물은 공급유로(21)를 지나 도 3 에서 도시한 바와 같이 공급구(51)를 통해 와류실(vortex chamber)(55)로 들어와 배출구(40)로 빠져나가고, 제어유로입구(30)를 통과하는 물은 제어유로(31)를 지나 제어구(52)를 통해 와류실(55)로 들어와 동일한 배출구(40)로 빠져나간다.

탱크 내의 수위가 공급유로입구(20) 선단 이하로 떨어지게 되면 공급유로(21)를 통과하는 유량은 거의 멈추게되고 제어유로(31)를 통해서만 유량이 배출되어 설정된 수위에 의해 피동적인 방법으로 유량의 전환이 일어난다.

도 3 과 도 4 는 각각 고유량 배출운전과 저유량 배출운전시 도 1 및 도 2 의 유량전환 기기 작동원리를 도시한 횡단면도로서, 도 3 은 탱크 내의 수위가 공급유로입구(20)보다 높아서 공급유로(21)와 제어유로(31) 양측으로 거의 동일한 유량이 흐르는 경우로써 각 공급구(51) 및 제어구(52)를 통해 와류실(55)로 유입된 물은 원주 부분에서 서로 만나 와류실의 반경방향으로 흘러 배출구(40)로 빠져나가는 데 이 때가 고유량 배출운전이 된다. 도 4 는 탱크 내의 수위가 공급유로입구(20)보다 낮게 되어 제어유로입구(30) 측으로만 유량이 흐르는 경우로써 제어유로(31)를 지나 제어구(52)를 통해 와류실(55)로 유입된 물이 와류실 내에서 강한 와류를 형성하여 압력강하가 크게 일어난 후 배출구(40)로 빠져나가는 데 이 때가 저유량 배출운전이 된다.

여기서, 와류실(55)의 유입구는 와류실 내의 유동구조가 안정되도록 4방향 대칭구조를 갖는 특징이 있으며, 또한 도 4 의 저유량 배출운전 시 제어유량이 공급구의 물을 일부 밀어주어 공급유로(21)에 수위가 형성되도록 하여 탱크 내의 질소가스가 원자로용기 내로 유입되지 않도록 각 유입구의 방향이 일정한 각도를 이루며 마주보도록 하는 구조를 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 본 발명 피동 작동 2단 유량전환 방법 및 장치는 안전주입수 유량을 고 유량 영역과 저 유량 영역의 두 단계로 나누어 공급하여 안전주입수를 효과적으로 사용할 수 있고, 현재 사용하고 있는 안전주입탱크(또는 축압기)의 형상을 바꾸지 않고 이 기기를 단순히 탱크의 하단 배출부에 추가로 설치함으로써 대형 냉각재 상실사고 시 초기의 재충수(refill) 기간에서는 충분한 유량이 주입되도록 하며, 이후 재관수(reflood) 기간에서는 현저히 유량을 줄여 탱크 내 물 재고량을 효과적으로 이용할 수 있게 해 준다. 또한, 이러한 유량조절 기능을 피동적으로 할 수 있도록 탱크 내에 필요로 하는 높이로 수관을 설치하여 이 수관을 통과하는 유량을 조절함으로써 단순한 탱크 내의 수위변화에 따라 유량전환 시점을 결정할 수 있다.

(변형예, 응용예 및 법적해석)

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용하는 본 발명 피동 작동 2단 유량전환 기기는 탱크 내의 수위가 미리 설정된 수위 이하로 떨어지면 능동적인 제어없이 유량을 대유량에서 소유량으로 전환할 수 있기 때문에 재충수 기간에는 상대적으로 많은 양의 비상노심냉각수를 공급하고 재관수 기간에는 하향통로에서 적절한 수위를 유지할 수 있을 정도의 유량을 공급할 수 있으며, 안전주입탱크(또는 축압기)의 피동 안전주입 특성을 그대로 유지하면서 주입유량은 2단으로 조절하여 제한된 탱크 내 물 재고량을 효과적으로 이용함으로써 능동형 안전주입 기기의 기동 여유시간 확보 및 안전주입계통의 최적화에 유용하게 활용될 수 있어 산업발전에 이바지 할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 원자로 안전주입탱크(10)의 수위가 공급유로입구(20)보다 높은 고유량 배출 운전시에는,

   공급유로입구(20)와 제어유로입구(30)를 통해 유입된 유량은 공급유로(21)와 제어유로(31)를 지나 기기본체(50)에 구비된 각각의 공급구(51) 및 제어구(52)를 통해 와류실(55)의 원주부분에서 서로 만나 와류실(55)의 반경방향으로 흘러 배출구로 배출되는 단계와,

   원자로 안전주입탱크(10)의 수위가 공급유로입구보다 낮은 저유량 배출 운전시에는,

   공급유로입구(20)로 통과하는 유량은 멈추고 제어유로입구(30)를 통해서만 유량이 유입되어 제어유로(31)을 지나 제어구(52)를 통해 와류실(55)로 들어와 와류실(55)내에서 강한 와류를 형성하여 배출구로 배출되는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 피동 작동 2단 유량전환 방법.
2. 원자로의 안전주입탱크(10)에 있어서,

   상기 안전주입탱크(10)의 배출구(40)위에 부착되는 공급유로(21)와 제어유로(31) 및 와류실(55)이 구비된 원형의 기기본체(50)와,

   상기 기기본체(50) 위에 결합되는 제어유로(31)와 연결된 제어유로입구(30)를 형성한 뚜껑(60)과,

   상기 뚜껑(60)의 중심부에 결합되는 공급유로(21)와 연결된 공급유로입구(20)를 형성하는 수관조립체(70)가 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 피동 작동 2단 유량전환 기기
3. 제 2 항에 있어서,

   상기의 기기본체(50)는 각각의 공급구(51)와 제어구(52)의 구조가 4방향 대칭구조를 갖고 와류실(55)로의 유입방향이 일정한 각도로 서로 마주보며 형성한 것을 특징으로 하는 피동 작동 2단 유량전환기기