일체형원자로 압력제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING PRESSURE OF INTEGRAL REACTOR}

본 발명은 일체형원자로 압력제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노심, 원자로냉각재펌프, 증기발생기 및 가압기를 포함하는 일체형원자로에 있어서, 상기 가압기의 압력을 효과적으로 제어할 수 있는, 특히 감소시킬 수 있는 일체형원자로 압력제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

원자로는 구성 형태에 따라 일체형원자로와 분리형원자로로 구분할 수 있다. 이중 일체형원자로는 노심, 원자로냉각재펌프 및 증기발생기로 구성되는 원자로냉각재계통과 상기 원자로냉각재계통의 압력을 조절하는 가압기가 한 개의 압력용기 안에 설치되는 형태이고, 분리형 원자로는 상기의 각 구성들이 별개로 분리되어 구성되는 형태이다.

이러한, 일체형원자로와 분리형원자로는 모두 안정성을 확보하기 위하여 원자로냉각재계통의 압력을 일정하게 유지하고, 압력이 정상범위를 벗어나는 경우에는 정상범위 내로 제어될 필요가 있다.

이를 위해, 분리형원자로는 가압기에 물을 살수하는 살수기와 가압기의 물을 증기화시키는 전열기를 이용하여 가압기의 압력을 제어한다.

구체적으로, 가압기의 압력이 정상범위보다 높은 경우에는 원자로냉각재펌프의 양정을 이용하여 원자로냉각재계통의 물을 가압기로 살수함으로써 압력을 감소시키고, 가압기의 압력이 정상범위보다 낮은 경우에는 전열기의 온도를 증가시켜 보다 많은 증기를 발생시킴으로써 압력을 증가시킨다.

한편, 일체형원자로는 원자로냉각재계통의 압력강하가 낮아 원자로냉각재펌프의 양정이 분리형원자로에 비해 상대적으로 낮다. 이로 인해, 분리형원자로와 같은 구성의 살수기를 이용하여 가압기의 압력을 감소시키는 방법으로는 가압기 압력제어를 위한 충분한 살수량을 확보하기 어려운 문제가 있다.

이러한 일체형원자로의 압력제어방법을 도 1을 참조하여 설명하면, 일체형원자로(2)의 가압기(30)의 압력이 정상범위보다 낮은 경우에는, 상기 분리형원자로와 마찬가지로 전열기(35)의 온도를 상승시켜 증기량을 증가시킴으로써 가압기(30)의 압력을 증가시킨다.

반면, 일체형원자로(2)의 가압기(30)의 압력이 정상범위보다 높은 경우에는, 상기한 바와 같이 분리형원자로의 살수기를 이용한 압력 감소 방법을 적용하기 어렵다. 이에 종래에는, 일체형원자로(2)의 용기를 통한 대기중으로의 열전달에 의해 가압기 내의 증기가 응축됨 따라 가압기의 압력이 자연적으로 감소되는 방법을 사용하였다.

즉, 일체형원자로(2)의 경우에는 가압기(30)의 압력을 증가시키는 것은 제어할 수 있으나, 가압기(30)의 압력을 감소시키는 것은 임의로 제어하지 못하여, 일체형원자로(2)의 운전성 확보가 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로 그 목적 측면은, 일체형원자로의 원자로냉각재계통의 압력을 정상범위 내에서 일정하게 유지하여 원자로의 운전성을 확보하는 것으로, 구체적으로 제트펌프와 같이 가압기의 증기를 흡입할 수 있거나, 화학 및 체적제어계통의 고양정을 이용하여 가압기에 살수되는 물의 양을 증가시킬 수 있는 압력감소수단이 별도로 제공되어 가압기의 압력을 감소시킬 수 있는 일체형원자로 압력제어 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 일체형원자로에, 원자로냉각재계통의 물이 유출되어 순환한 후 상기 일체형원자로에 유입되도록 제공되는 순환배관 및 상기 순환배관에 제공되되, 상기 원자로냉각재계통으로부터 유출되는 물을 매개로 상기 일체형원자로의 가압기의 압력을 제어토록 구성되는 가압기 압력제어수단을 포함하여 구성된 일체형원자로 압력제어장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 순환배관은, 상기 원자로냉각재계통으로부터 유출된 물이 다시 상기 원자로냉각재계통으로 유입되도록 제공되고, 상기 가압기 압력제어수단은, 상기 가압기에 연결되어, 상기 가압기의 증기를 빨아들여 압력을 감소토록 제공되는 압력감소수단을 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 가압기 압력제어수단은, 상기 압력감소수단을 우회토록 제공되는 제1 우회배관을 더 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 압력감소수단은, 내부의 압력을 낮춰 상기 가압기로부터 증기가 유입되도록 구성되는 제트펌프이다.

더 바람직하게는, 상기 순환배관에, 상기 원자로냉각재계통으로부터 유입되는 물을 고양정의 충전펌프로 가압한 후 상기 가압기 압력제어수단으로 유출토록 제공되는 화학 및 체적제어계통을 더 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 화학 및 체적제어계통으로부터 유출되는 물 중 적어도 일부를 상기 가압기에 살수하여 가압기의 압력을 제어토록 제공되는 살수기를 더 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 순환배관에, 상기 화학 및 체적제어계통으로부터 유출되는 물을 가열토록 제공되는 재가열수단이 구비된다.

더 바람직하게는, 상기 재가열수단은, 상기 원자로냉각재계통의 물과의 열교환을 통해 상기 화학 및 체적제어계통으로부터 유입되는 물을 가열토록 제공되는 열교환기를 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 순환배관은, 상기 원자로냉각재계통으로부터 유출된 물이 상기 가압기에 살수되도록, 상기 일체형원자로에 구비되는 살수기에 연결되고, 상기 가압기 압력제어수단은, 상기 살수기에서 살수되는 물의 양을 조절토록 제공되는 고양정의 충전펌프가 구비되는 화학 및 체적제어계통을 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 가압기 압력제어수단은, 상기 화학 및 체적제어계통을 우회토록 제공되는 제2 우회배관을 더 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 순환배관에, 상기 화학 및 체적제어계통으로부터 유출되는 물을 가열토록 제공되는 재가열수단이 구비된다.

더 바람직하게는, 상기 재가열수단은, 상기 원자로냉각재계통의 물과의 열교환을 통해 상기 화학 및 체적제어계통으로부터 유입되는 물을 가열토록 제공되는 열교환기를 포함한다.

그리고, 본 발명은, 일체형원자로의 원자로냉각재계통으로부터 물이 유출되어 순환한 후 다시 상기 원자로냉각재계통으로 유입되되, 상기 일체형원자로의 가압기의 압력이 정상범위보다 클 때, 상기 물의 압력을 낮춰 상기 가압기와의 압력차를 발생시키고, 상기 압력차에 의해 상기 가압기의 증기가 상기 물에 흡수되도록 함으로써, 상기 가압기의 압력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 일체형원자로 압력제어방법을 제공한다.

그리고, 본 발명은, 일체형원자로의 원자로냉각재계통으로부터 물이 유출되어 순환한 후 상기 일체형원자로의 가압기로 살수되되, 상기 일체형원자로의 가압기의 압력이 정상범위보다 클 때, 상기 일체형원자로의 화학 및 체적제어계통의 고양정을 이용하여, 상기 물이 상기 가압기에 살수되는 양을 증가시킴으로써, 상기 가압기의 압력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 일체형원자로 압력제어방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 일체형원자로 압력제어 장치 및 방법에 의하면, 일체형원자로의 가압기의 압력이 정상범위 내에서 일정하게 유지되도록 제어하는 것이 용이하고, 이에 따라 일체형원자로의 안정성이 확보되는 효과가 있다.

구체적으로, 본 발명의 압력감소수단은 가압기와의 압력차를 이용하여 가압기의 증기를 흡입하거나, 화학 및 체적제어계통의 고양정을 이용하여 가압기에 살수되는 물의 양을 증가시켜, 가압기의 압력을 용이하게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이때, 본 발명에서는 압력감소수단으로 구성이 단순한 제트펌프를 이용하여 유지보수가 용이하고, 제트펌프의 구동력을 화학 및 체적제어계통의 충전펌프의 양정을 이용하여 추가적인 펌프 설치가 필요하지 않아 경제적인 효과가 있다.

덧붙여, 화학 및 체적제어계통으로부터 유출되는 물을 재가열수단에 의해 가열하여, 가압기 증기와의 온도차 및 원자로냉각재계통 물과의 온도차를 감소시켜 압력감소수단 및 일체형원자로 용기의 물유입부에서의 열충격을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 일체형원자로 압력제어장치를 나타내는 구성도
도 2 내지 4는 본 발명에 따른 일체형원자로 압력제어장치의 실시예들을 나타내는 구성도
도 5는 본 발명의 압력감소수단인 제트펌프를 도시한 단면도
도 6은 본 발명에 따른 일체형원자로 압력제어장치의 다른 실시예를 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일체형원자로 압력제어 장치 및 방법을 상세하게 설명한다.

도 2 내지 4는 본 발명에 따른 일체형원자로(2)에 제공되는 압력제어장치(1)의 실시예들을 나타내고, 도 5는 상기 압력제어장치(1)에 구비되는 압력감소수단(50)인 제트펌프의 내부를 나타내며, 도 6은 상기 압력제어장치(1)의 다른 실시예를 나타낸다..

여기서, 일체형원자로(2)는 일반적으로 노심(12), 원자로냉각재펌프(14) 및 증기발생기(16)로 구성되는 원자로냉각재계통(10)과 상기 원자로냉각재계통(10)의 압력을 조절하는 가압기(30)로 구성될 수 있다.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 일체형원자로(2) 압력제어장치(1)의 실시예는 크게 순환배관(20)과 상기 순환배관(20)에 제공되는 가압기 압력제어수단(40)을 포함하여 구성될 수 있다.

순환배관(20)은 원자로냉각재계통(10)의 물이 유출되어 순환한 후 다시 원자로냉각재계통(10)으로 유입되도록 일체형원자로(2)에 제공될 수 있다. 즉, 일체형원자로(2)의 용기에 유출구와 유입구가 마련되고 상기 유출구와 유입구를 연결하는 순환배관(20)이 구비되어, 원자로냉각재계통(10)의 물이 순환배관(20)을 따라 순환하게 된다.

그리고, 가압기 압력제어수단(40)은 순환배관(20)에 제공되되, 상기 원자로냉각재계통으로부터 유출되는 물을 매개로 상기 일체형원자로(2)의 가압기(30)의 압력을 제어토록 구성될 수 있다. 즉, 원자로냉각재계통(10)의 물이 일체형원자로(2)의 용기로부터 유출되어 순환배관(20)을 따라 흐르다가 가압기 압력제어수단(40)을 통과하면서 가압기(30)의 압력을 정상범위 내로 제어한 후 다시 일체형원자로(2)의 용기 안으로 유입된다.

다음, 상기 가압기 압력제어수단(40)은, 상기 가압기(30)에 연결되어, 상기 가압기(30)의 압력이 정상범위보다 클 때 상기 가압기(30)의 압력을 감소토록 제공되는 압력감소수단(50)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 가압기 압력제어수단(40)은, 상기 가압기(30)의 압력이 정상범위일 때 상기 압력감소수단(50)을 우회토록 제공되는 제1 우회배관(60)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

종래기술은, 배경기술에서 설명한 바와 같이 일체형원자로(2)의 가압기(30)의 압력이 낮은 경우에는, 일체형원자로(2)에 구비되는 전열기(35)의 온도를 상승시켜 증기량을 증가시킴으로써 압력을 높을 수 있으나, 가압기(30)의 압력이 높은 경우 이를 낮추기 위한 별도의 장치가 없어 임의로 압력을 낮출 수 없는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 가압기(30)의 압력이 낮은 경우에는 종래기술과 같이 전열기(35)를 이용하여 압력을 증가시키는 한편 별도로 압력감소수단(50) 및 제1 우회배관(60)을 포함하는 가압기 압력제어수단(40)을 구비함으로써 가압기(30)의 압력이 높은 경우에도 임의로 압력을 정상범위 내로 감소시킬 수 있다.

즉, 가압기(30)의 압력이 정상범위 내에 있을 때에는 압력을 조정할 필요가 없으므로, 원자로냉각재계통(10)으로부터 유출되는 물이 순환배관(20) 및 제1 우회배관(60)을 통해 그대로 다시 원자로냉각재계통(10)으로 유입되도록 한다.

한편, 가압기(30)의 압력이 정상범위보다 클 때에는 압력을 낮추도록 제어될 필요가 있으므로, 원자로냉각재계통(10)으로부터 유출되는 물이 순환배관(20)을 흐르다가 압력감소수단(50)을 통과하면서 가압기(30)의 압력을 낮추도록 구성된다.

구체적으로, 도 2를 참조하면, 상기 압력감소수단(50)과 제1 우회배관(60)은 병렬로 배치될 수 있다. 그리고, 가압기 압력제어수단(40)은, 가압기(30)의 압력에 따라 상기 순환배관(20)으로부터 상기 압력감소수단(50) 또는 제1 우회배관(60)에 유입되는 물의 양을 제어토록 제공되는 압력제어밸브(70)를 더 포함할 수 있다.

즉, 이러한 압력제어밸브(70)가 순환배관(20)으로부터 압력감소수단(50) 및 제1 우회배관(60)으로 분기되는 분기점에 구비되어, 순환배관(20)으로부터 물이 압력감소수단(50) 또는 제1 우회배관(60)에 선택적으로 유입되도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 가압기(30)의 압력이 정상범위 내일 때에는 압력제어밸브(70)를 조정하여 순환배관(20)과 제1 우회배관(60)이 연통되도록 한다. 이에 따라, 원자로냉각재계통(10)으로부터 유출되는 물은 순환배관(20) 및 제1 우회배관(60)을 순환한 후 그대로 다시 원자로냉각재계통(10)으로 유입됨으로써, 가압기(30)의 압력은 정상범위 내에서 유지되게 된다.

반면, 가압기(30)의 압력이 정상범위보다 클 때에는 압력제어밸브(70)를 조정하여 순환배관(20)과 압력감소수단(50)이 연통되도록 한다. 이에 따라, 원자로냉각재계통(10)으로부터 유출되는 물은 순환배관(20)을 지나 압력감소수단(50)을 통과하면서 가압기(30)의 압력을 정상범위 내로 감소시킨다.

또한, 가압기(30)의 압력이 정상범위보다 큰 정도에 따라, 압력제어밸브(70)를 조정하여 순환배관(20)으로부터 압력감소수단(50) 및 제1 우회배관(60)으로 각각 유입되는 물의 양이 제어되도록 구성될 수도 있다.

상기 압력감소수단(50)을 보다 구체적으로 설명하면, 압력감소수단(50)은 물이 빠르게 통과하면서 내부의 압력을 낮추도록 구성될 수 있다. 그리고, 압력감소수단(50)의 낮은 압력이 형성되는 내부와 가압기(30)가 관을 통해 연통되도록 구성될 수 있다.

이에 의해, 압력감소수단(50)과 가압기(30)에는 압력차가 발생하여 압력감소수단(50)에 물이 통과할 때 가압기(30)의 증기를 빨아드리게 된다. 이에 따라, 가압기(30) 내의 증기량이 감소하면서, 가압기(30)의 압력이 감소하게 된다.

이러한 압력감소수단(50)의 일 예로 제트펌프를 들 수 있다. 즉, 제트펌프는, 내부의 압력을 낮춰 가압기(30)로부터 증기가 유입되도록 구성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 제트펌프는 우측의 입구(52)가 좁아지다가 갑자기 넓어지도록 구성된다. 이에 따라, 물이 좁아지는 입구를 통해 고속 분출되어, 넓은 부분에서 압력이 강하함으로써, 제트펌프 내부는 압력이 낮은 상태가 된다. 이에 비해, 가압기(30) 내부는 압력이 상대적으로 높은 상태이므로, 압력차에 의해 가압기(30)의 증기가 관을 따라 제트펌프 내부로 빨려들어가게 된다. 따라서, 가압기(30)의 증기가 제거되어 압력이 감소한다.

한편, 가압기 압력제어수단(40) 외에 일체형원자로(2)에서 일반적으로 필요로 하는 구성을 더 구비할 수 있다.

도 2를 참조하면, 원자로냉각재계통(10)의 물을 정화토록 제공되는 화학 및 체적제어계통(80)이 구비될 수 있다. 즉, 원자로냉각재계통(10)으로부터 유출되는 물이 화학 및 체적제어계통(80)을 통과하면서 정화된 후 다시 원자로냉각재계통(10)으로 유입되도록 구성될 수 있다.

이러한 화학 및 체적제어계통(80)은 일반적으로 가열수단(또는 재생열교환기)(82), 충전펌프(84) 및 필터 등을 포함하는 그외의 구성(86)으로 구성될 수 있다.

화학 및 체적제어계통(80)은 낮은 온도와 압력에서 운전되므로, 원자로냉각재계통(10)으로 물이 회수되기 위해서는 가압 및 가열될 필요가 있다. 이때, 가압은 고양정의 충전펌프(84)를 이용하고, 가열은 열교환기를 포함하는 가열수단(82)을 통과하면서 이루어질 수 있다. 그리고, 물의 정화는 화학 및 체적제어계통(80)의 그외의 구성(86)에 포함되는 필터 등을 통해 이루어질 수 있다.

이러한 화학 및 체적제어계통(80)은 정화기능에 덧붙여 원자로냉각재계통(10)으로부터 유입되는 물의 수용량을 조정함으로써 가압기(30)의 압력을 제어토록 구성될 수 있다.

구체적으로, 가압기(30)의 압력이 정상범위보다 낮은 경우에는 화학 및 체적제어계통(80)에 수용되는 물의 양이 유출되는 물의 양보다 적도록 제어함으로써 가압기(30)의 수위가 높아지고 이에 따라 가압기(30)의 압력을 정상범위 내로 증가시킬 수 있다.

또한, 가압기(30)의 압력이 정상범위보다 높은 경우에는 화학 및 체적제어계통(80)에 수용되는 물의 양이 유출되는 물의 양보다 많게 제어함으로써 가압기(30)의 수위가 낮아지고 이에 따라 가압기(30)의 압력을 정상범위 내로 감소시킬 수 있다.

이러한 화학 및 체적제어계통(80)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기한 가압기 압력제어수단(40)과 별개로 구비될 수도 있고, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 서로 연결되게 구성될 수도 있다.

그런데, 도 2와 같이 가압기 압력제어수단(40)과 화학 및 체적제어계통(80)이 별개로 구비되는 경우에는, 원자로냉각재계통(10)의 물이 원자로냉각재펌프(14)의 양정을 이용하여 가압기 압력제어수단(40)으로 공급하게 되는데, 일체형원자로(2)에서는 원자로냉각재펌프(14)의 양정이 낮아 물이 원활하게 가압기 압력제어수단(40)에 공급되지 않을 수 있다.

따라서, 도 3 및 4와 같이 가압기 압력제어수단(40)과 화학 및 체적제어계통(80)이 연결되도록 구성하여, 가압기 압력제어수단(40)에 물을 공급하는데 있어서 화학 및 체적제어계통(80)의 고양정 충전펌프(84)를 이용하도록 하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 원자로냉각재계통(10)의 유출구와 가압기 압력제어수단(40)을 연결하는 순환배관(20)에 화학 및 체적제어계통(80)이 구비되어, 원자로냉각재계통(10)으로부터 유출되는 물이 화학 및 체적제어계통(80)과 가압기 압력제어수단(40)을 순차적으로 거쳐 다시 원자로냉각재계통(10)으로 유입된다.

이에 따라, 원자로냉각재계통(10)의 물이 가압기 압력제어수단(40)에 공급되는데에 화학 및 체적제어계통(80)의 높은 양정의 충전펌프(84)가 이용됨으로써 물의 공급이 원활하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

정리하면, 본 발명의 화학 및 체적제어계통(80)은 순환배관(20)에 상기 원자로냉각재계통(10)으로부터 유입되는 물을 가압 및 가열한 후 상기 가압기 압력제어수단(40)으로 유출토록 제공되되, 상기 원자로냉각재계통(10)으로부터 유입되는 물의 충전량을 제어하여 상기 가압기(30)의 압력을 제어할 수 있다.

다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형원자로 압력제어장치(1)는, 화학 및 체적제어계통(80)으로부터 유출되는 물 중 적어도 일부를 상기 가압기(30)에 살수하여 가압기(30)의 압력을 제어토록 제공되는 살수기(90)를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 살수기(90)가 가압기(30)에 살수하는 물의 양을 조절토록 제공되는 살수량 제어밸브(92)를 더 포함할 수 있다. 즉, 제어하고자 하는 온도에 따라 살수량 제어밸브(92)를 조정하여 살수량을 조절할 수 있다.

먼저, 가압기(30) 내의 물과 원자로냉각재계통(10)의 물 사이의 붕소 농도 차이를 없애기 위해서 연속적인 살수가 필요하므로, 일체형원자로(2)에는 살수기가 구비될 수 있다. 그리고, 일체형원자로(2)에서는 원자로냉각재펌프(14)의 양정이 작은 반면 붕소의 평형을 위해 필요한 살수유량 또한 작으므로 붕소의 평형에는 문제가 없다.

그러므로, 도시하지는 않았지만 원자로냉각재펌프(14)의 낮은 양정을 이용하여 원자로냉각재계통(10)의 물이 살수기(90)를 통해 가압기(30)로 살수되도록 구성될 수 있다.

다만, 이 경우에는 살수기(90)에 의해 붕소의 평형은 이루어지게 할 수 있으나, 배경기술에서 설명한 바와 같이 원자로냉각재펌프(14)의 양정이 낮으므로 가압기(30)의 압력을 제어하는 기능을 하는 데에는 어려움이 있다.

이에, 본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이 살수하는 데에 화학 및 체적제어계통(80)의 고양정 충전펌프(84)를 이용하기 위하여, 화학 및 체적제어계통(80)과 가압기 압력제어수단(40) 사이의 순환배관(20)이 분기되어 살수기(90)에 연결되도록 구성될 수 있다.

이에 따라, 살수기(90)에서의 살수가 화학 및 체적제어계통(80)의 높은 양정의 충전펌프(84)를 이용하여 이루어지게 됨으로써, 가압기(30)의 압력을 제어하기 위한 충분한 살수량을 확보할 수 있다. 즉, 살수기(90)에서의 살수에 의해 열손실을 발생시켜 가압기(30)의 압력을 감소시킬 수 있다.

다음, 도 4를 참조하면 본 발명은 상기 화학 및 체적제어계통(80)과 가압기 압력제어수단(40) 사이의 순환배관(20)에, 상기 화학 및 체적제어계통(80)으로부터 유출되는 물을 가열토록 제공되는 재가열수단(100)을 포함할 수 있다.

그리고, 재가열수단(100)은, 히터 또는 상기 원자로냉각재계통(10)의 물과의 열교환을 통해 상기 화학 및 체적제어계통(80)으로부터 유입되는 물을 가열토록 제공되는 열교환기를 포함할 수 있다.

압력감소수단(50)에서 화학 및 체적제어계통(80)으로부터 유입되는 물과 가압기(30)로부터 유입되는 증기는 큰 온도차가 발생할 수 있다.

그리고, 가압기 압력제어수단(40)으로부터 유출되어 일체형원자로(2)에 유입되는 부분에서도 유입되는 물은 원자로냉각재계통(10)의 물보다 온도가 낮아 큰 온도차가 발생할 수 있다.

또한, 화학 및 체적제어계통(80)으로부터 유출되는 물의 온도는 가압기(30) 증기의 온도에 비해 상대적으로 많이 낮아, 상기 물이 가압기(30)로 살수될 때, 살수기(90)의 노즐에서 큰 온도차가 발생할 수 있다..

이와 같이, 본 발명에 따라 원자로냉각재계통(10)의 물이 순환하면서 곳곳에서 온도차가 발생할 수 있다. 특히, 상기한 바와 같이 압력감소수단(50), 일체형원자로(2)의 유입부분 및 살수기의 노즐 등에서 큰 온도차가 발생한다. 그리고, 이러한 온도차에 의해 해당 부분에서는 열충격 및 열피로가 발생할 수 있다.

이에, 본 발명에서는 화학 및 체적제어계통(80)의 가열수단(82)에서 가열된 물을 재가열수단(100)에서 재차 가열하도록 구성할 수 있다.

구체적으로, 화학 및 체적제어계통(80)으로부터 유출되는 물이 가압기 압력제어수단(40) 및 살수기(90)로 유입되기 전에 추가적인 가열을 위해 재가열수단(100)의 쉘 측을 통과하게 한다.

그리고, 원자로냉각재계통(10)의 유출구로부터 유입구로 연결되는 별도의 배관(102)을 더 구비하되, 상기 배관(102)은 재가열수단(100)의 관 측을 통과하도록 구성될 수 있다. 즉, 원자로냉각재펌프(14)의 양정을 이용하여 원자로냉각재계통(10)의 유출구에서 유출되어 원자로냉각재계통(10)의 유입구로 들어가는 원자로냉각재계통의 물이 재가열수단(100)의 관 측을 통과하게 된다.

이에 따라, 상대적으로 높은 온도의 관 측 유동이 낮은 온도의 쉘 측 유동을 가열하게 됨으로써, 화학 및 체적제어계통(80)으로부터 유출되는 물의 재가열이 이루어질 수 있다.

여기서, 재가열수단(100)의 관 측 유동을 위한 원자로냉각재계통(10)의 유출구가 재가열수단(100)의 높이와 같거나 높도록 구성하여 많은 유량이 형성되도록 함으로써, 재가열수단(100)에서의 열교환이 효과적으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 화학 및 체적제어계통(80)으로부터 유출되는 물을 재가열하여 상기의 온도차를 감소시킴으로써, 압력감소수단, 일체형원자로의 유입부분 및 살수기의 노즐 등에서의 열충격 및 열피로를 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

다음, 도 6을 참조하면, 압력감소수단(50)을 별도로 구비하지 않고도, 화학 및 체적제어계통(80)과 살수기(90)를 이용하여 독립적으로 가압기의 압력을 제어토록 구성될 수 있다.

구체적으로, 순환배관(20)은, 상기 원자로냉각재계통(10)으로부터 유출된 물이 상기 가압기(30)에 살수되도록, 상기 일체형원자로에 구비되는 살수기(90)에 연결될 수 있다.

그리고, 순환배관(20)에 제공되는 가압기 압력제어수단(40)은, 상기 살수기(90)에서 살수되는 물의 양을 조절토록 제공되는 고양정의 충전펌프(84)가 구비되는 화학 및 체적제어계통(80)을 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이, 원자로냉각재계통(10)의 양정이 낮으므로, 원자로냉각재계통의 물이 바로 살수기에서 살수되도록 구성되는 경우에는 살수되는 양이 충분하지 못하여 가압기의 압력을 효과적으로 감소시키기 어렵다.

이에, 본 발명에서는 화학 및 체적제어계통(80)의 고양정을 이용하여 살수기(90)로부터 살수되는 물의 양을 충분히 확보하도록 하였으며, 구체적인 내용은 상기한 바와 동일하다.

즉, 가압기(30)의 압력에 정상범위보다 클 때, 화학 및 체적제어계통(80)을 통해 물을 가압하여 살수기(90)로부터 살수되는 양을 증가시켜 가압기의 압력을 감소시킬 수 있다.

한편, 가압기(30)의 압력이 정상범위일 때에는, 살수되는 양을 증가시키지 않고 유지시키는 것이 바람직하다.

이를 위해, 가압기(30)의 압력이 정상범위일 때에는, 원자로냉각재계통(10)으로부터 유출되는 물이 화학 및 체적제어계통(80)을 거치지 않고 바로 살수기(90)를 통해 가압기(30)로 살수되도록 구성할 수 있다.

구체적으로, 가압기 압력제어수단(40)은, 가압기(30)의 압력이 정상범위일 때, 상기 화학 및 체적제어계통(80)을 우회토록 제공되는 제2 우회배관(60')을 더 포함할 수 있다. 즉, 이때에는 원자로냉각재계통(10)으로부터 유출되는 물이 제2 우회배관(60')을 통해 살수기(90)로 바로 공급된다.

더하여, 순환배관(20)에서 제2 우회배관(60')으로 분기되는 부분에는 가압기(30)의 압력에 따라 유로의 방향 및 유량을 조절할 수 있는 밸브(72)가 더 구비될 수 있다.

이때, 제2 우회배관(60')을 통과하는 물은 화학 및 체적제어계통(80)으로 역류하지 않도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 밸브(72) 또는 다른 밸브(미도시)가 제2 우회배관(60')과 살수기(90) 쪽의 순환배관(10)이 만나는 부분에 구비될 수도 있다.

이에 따라, 가압기(30)의 압력이 정상범위일 때에는, 원자로냉각재펌프(14)의 낮은 양정에 의해 연속적인 살수가 이루어지므로, 상기한 바와 같이 가압기(30) 내의 물과 원자로냉각재계통의 물 사이의 붕소 농도는 평형을 이룰 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이, 살수기(90)의 노즐에서의 열충격을 감소시키기 위해, 재가열수단(100)을 더 포함할 수 있으며, 구체적인 내용은 상기한 바와 동일하다.

또한, 도시하지는 않았으나, 화학 및 체적제어계통(80)으로부터 유출되는 물의 적어도 일부가 원자로냉각재계통(20)으로 유입되도록 구성될 수도 있다.

다음, 상기에서 설명한 본 발명의 방법적인 측면으로, 일체형원자로(2)의 원자로냉각재계통(10)으로부터 물이 유출되어 순환한 후 다시 상기 원자래냉각재계통으로 유입되되, 상기 일체형원자로(2)의 가압기(30)의 압력이 정상범위보다 클 때, 상기 물의 압력을 낮춰 상기 가압기(30)와의 압력차를 발생시키고, 상기 압력차에 의해 상기 가압기(30)의 증기가 상기 물에 흡수되도록 함으로써, 상기 가압기(30)의 압력을 감소시킬 수 있다.

더하여, 상기 원로냉각재계통으로부터 유출되는 물의 양을 조절하여 상기 가압기(30)의 수위를 제어함으로써, 상기 가압기(30)의 압력이 증가 또는 감소토록 제어할 수 있다.

또한, 다른 측면으로, 일체형원자로의 원자로냉각재계통(10)으로부터 물이 유출되어 순환한 후 상기 일체형원자로의 가압기(30)로 살수되되, 상기 일체형원자로의 가압기(30)의 압력이 정상범위보다 클 때, 상기 일체형원자로의 화학 및 체적제어계통(80)의 고양정을 이용하여, 상기 물이 상기 가압기에 살수되는 양을 증가시킴으로써, 상기 가압기의 압력을 감소시킬 수 있다.

정리하면, 본 발명에 따르면 가압기(30)의 압력은 가압기 압력제어수단(40), 화학 및 체적제어계통(80) 및 살수기(90)를 통해 이루어진다.

구체적으로, 가압기(30)의 압력이 정상범위 내일 때에는, 원자로냉각재계통(10)으로부터 유출되는 물이 화학 및 체적제어계통(80)을 통과한 후, 일부는 살수기(90)로 공급되어 가압기(30)의 붕소 평형을 위해 살수되고, 나머지는 가압기 압력제어수단(40)의 제1 우회배관(60)을 통해 다시 원자로냉각재계통으로 유입된다. 즉, 이때에는 가압기(30)의 압력이 유지되도록 한다.

한편, 가압기(30)의 압력이 정상범위보다 클 때에는, 원자로냉각재계통(10)으로부터 유출되는 물이 화학 및 체적제어계통(80)에 가압기(30)의 압력이 정상범위일 때보다 많이 수용된 채 통과하도록 하여, 가압기(30)의 수위를 낮추도록 하여 압력을 감소시킨다.

이후, 화학 및 체적제어계통(80)을 통과한 물 중, 가압기(30)의 압력이 정상범위일 때보다 많은 일부는 살수기(90)로 공급되어 가압기(30) 내로 살수되어 가압기(30)의 압력을 감소시키고, 나머지는 가압기 압력제어수단(40)의 압력감소수단(50)을 거치면서 가압기(30)의 압력을 감소시킨다.

다음, 가압기(30)의 압력이 정상범위보다 작을 때에는, 원자로냉각재계통(10)으로부터 유출되는 물이 화학 및 체적제어계통(80)에 가압기(30)의 압력이 정상범위일 때보다 적게 수용된 채 통과하도록 하여, 가압기(30)의 수위를 높여 압력을 증가시킨다.

그리고, 전열기(35)의 온도를 상승시켜 발생하는 증기량을 증가시킴으로써 가압기(30)의 압력을 증가시킨다.

따라서, 이와 같은 본 발명에 따르면, 일체형원자로(2)의 압력을 정상범위 내로 효과적으로 제어할 수 있다. 특히, 일체형원자로(2)의 압력이 정상범위보다 큰 경우에도 임의로 압력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

1 ... 일체형원자로 압력제어장치 2 ... 일체형원자로
10 ... 원자로냉각재계통 20 ... 순환배관
30 ... 가압기 40 ... 가압기 압력제어수단
50 ... 압력감소수단 60, 60' ... 제1, 제2 우회배관
80 ... 화학 및 체적제어계통 90 ... 살수기
100 ... 재가열수단