KR101072800B1 - 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치 - Google Patents

노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자로 용기의 파손으로 인해 방출되는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치는 노심 용융물 냉각부가 냉각수 공급관에 의해 상기 냉각수 저장탱크와 연결되는 냉각수 유로와; 상기 냉각수 유로와 독립된 구조로 압축가스 공급유로에 의해 상기 압축가스 탱크와 연결되는 압축가스 유로와; 복수의 압축가스 배출유로 및 냉각수 배출유로가 일 단부가 개방되는 상태로 상기 냉각수 유로 및 압축가스 유로와 각각 연결되어 독립적으로 형성되며, 상기 압축가스 배출유로가 냉각수 배출유로의 내부에 배치되게 구성되는 냉각노즐과; 상기 냉각노즐의 상부에 적층되어 상기 냉각수 배출유로 및 압축가스 배출유로의 배출구를 차단하도록 구성되는 희생층;을 포함하여 구성될 수도 있다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 노심 용융물의 초기 냉각이 보다 안정적으로 이루어질 수 있고, 초기부터 증기 폭발 발생의 억제와 노심 용융물에 존재하는 잔열 제거가 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
원자로, 노심 용융물, 희생층, 냉각, 증기폭발

Description

노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치{APPARATUS FOR RECEIVING AND COOLING CORIUM MELT STABILIZABLE INITIAL COOLING OF CORIUM MELT}
본 발명은 원자로 용기의 파손으로 인해 방출되는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력발전소는 원자로를 중심으로 한 핵증기공급계통(NSSS:Nuclear Steam Supply System)과 증기를 공급받아 발전기를 돌리는 터빈, 발전기계통 그리고 기타 부수설비로 구분된다. 여기서, 원자로는 핵분열에 의해 발생하는 다량의 에너지가 서서히 방출되도록 조절함으로써 핵에너지를 실생활에 활용할 수 있도록 하는 기능을 한다.
원자력발전소에서 중대사고가 발생하는 경우, 노심의 핵연료가 용융되고 원자로가 파손되어 방사능을 띤 초고온의 용융물이 방출될 수 있다. 이때, 방출되는 노심 용융물은 2000K가 넘는 초고온 방사성 물질로 지속적으로 열이 발생되는 특성을 갖는다. 따라서, 방출된 노심 용융물에 대한 적절한 냉각이 수행되지 않으면, 방출된 노심 용융물에 의하여 콘크리트 구조물로 지어진 원자로 격실을 파손시키게 되어 방사성 물질이 외부로 누출될 수 있다.
이와 같이 원자로의 격실로부터 누출되는 방사성 물질이 토양이나 대기에 방출되게 되는 경우, 원자력 발전소의 주변 환경을 오염시키는 것은 물론, 원자로의 격납건물의 안정성을 위협할 뿐만 아니라, 사람들의 건강에 심각한 위험을 초래하게 된다.
종래에는 냉각수를 이용한 직접적인 냉각 방식이 알려져 있다. 이 경우, 노심 용융물이 냉각수와 직접 반응하게 되기 때문에 증기 폭발 위험성을 배제할 수 없다. 또한, 노심 용융물이 냉각되는 동안 원자로 격실로 공급된 냉각수의 수위가 노심 용융물보다 상당히 높아지는 경우가 발생될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 가스를 냉각수와 혼합시켜 공급하는 방식이 개발되었다. 그러나, 이 경우에도 초기 냉각재의 공급시 가스와 냉각수의 밀도차로 인해 혼합상태로 배출이 이루어지기 어려운 문제가 있다. 즉, 노심 용융물에 의해 노즐이 개방되는 시점에서는 가스가 밀도차로 인해 노즐의 배출부 영역에 존재하고 있다가 먼저 배출되고, 그 후에 냉각수가 배출될 수 있다. 이 경우, 냉각수 내에는 가스의 혼합량이 적거나 또는 존재하지 않기 때문에 증기 폭발이 발생할 우려가 존재할 수 있다.
즉, 노심 용융물과 물의 직접적인 반응으로 인한 폭발적인 반응이 야기될 수도 있어서 이를 방지해야 하는 문제를 해소하는데 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 노심 용융물 가둠 및 냉각장치에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 일 목적은 노심 용융물의 초기 냉각이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 노심 용융물의 냉각을 위해 유입되는 가스와 냉각수가 유입 초기부터 최대한 혼합이 안정된 상태로 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 노심 용융물의 냉각 초기부터 증기 폭발의 발생을 최대한 억제할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 노심 용융물에 존재하는 잔열을 최대한 제거 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 노심 용융물의 냉각 초기에 발생하는 증기의 양을 감소시켜 급격한 가압 분위가 형성되는 것을 최대한 억제하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일 실시 형태와 관련된 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 노심 용융물의 초기 냉각의 안정성을 위해 유입 초기 가스와 냉각수의 혼합이 최대한 안정된 상태로 이루어져 공급될 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치는 수용공간 내에 노심 용융물 냉각부가 구비되는 노심 용융물 수용부, 상기 노심 용융물 수용부와 냉각수 공급관 및 압축가스 공급관에 의해 각각 연결되는 냉각수 저장탱크 및 압축 가스탱크를 포함하여 구성될 수 있으며, 이 경우, 노심 용융물 냉각부는 냉각수 공급관에 의해 냉각수 저장탱크와 연결되는 냉각수 유로와; 냉각수 유로와 독립된 구조로 압축가스 공급유로에 의해 압축가스 탱크와 연결되는 압축가스 유로와; 복수의 압축가스 배출유로 및 냉각수 배출유로가 일 단부가 개방되는 상태로 냉각수 유로 및 압축가스 유로와 각각 연결되어 독립적으로 형성되며, 압축가스 배출유로가 냉각수 배출유로의 내부에 배치되게 구성되는 냉각노즐과; 냉각노즐의 상부에 적층되어 냉각수 배출유로 및 압축가스 배출유로의 배출구를 차단하도록 구성되는 희생층;을 포함하여 구성될 수도 있다.
이 경우, 냉각노즐에는 냉각수 배출유로 및 압축가스 배출유로의 개방단부를 동시에 밀봉하는 단일 구조의 마개부가 더 구비될 수도 있다.
그리고, 냉각노즐의 단부에는 냉각수 배출유로 및 압축가스 배출유로와 연결되는 디스트리뷰터가 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 디스트리뷰터는 압축가스 배출유로와 연결되는 단일의 압축가스 배출구와 압축가스 배출구를 중심으로 방사상으로 배치되어 냉각수 배출유로와 연결되는 복수의 냉각수 배출구가 형성될 수도 있다. 다른 한편, 디스트리뷰터의 단부에는 냉각수 배출구와 압축가스 배출구를 동 시에 차단하는 단일 구조의 마개부가 더 구비될 수도 있다.
한편, 냉각수 유로는 냉각노즐이 지지부에 의해 수용공간의 바닥면과 이격되게 배치되어 형성될 수도 있다.
다른 한편, 희생층은 노심 용융물의 열생성 밀도를 저감시킬 수 있도록 콘크리트 재질을 포함하여 이루어질 수도 있다.
본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치는 수용공간 내에 노심 용융물 냉각부가 구비되는 노심 용융물 수용부, 노심 용융물 수용부와 냉각수 공급관 및 압축가스 공급관에 의해 각각 연결되는 냉각수 저장탱크 및 압축 가스탱크를 포함하여 구성될 수 있으며, 이 경우, 노심 용융물 냉각부는 냉각수 공급관에 의해 냉각수 저장탱크와 연결되는 냉각수 유로와; 냉각수 유로와 독립된 구조로 압축가스 공급유로에 의해 압축가스 탱크와 연결되는 압축가스 유로와; 복수의 압축가스 배출유로 및 냉각수 배출유로가 일 단부가 개방되는 상태로 냉각수 유로 및 압축가스 유로와 각각 연결되어 독립적으로 형성되며, 압축가스 배출유로가 냉각수 배출유로의 내부에 배치되게 구성되는 냉각노즐과; 냉각수 배출유로 및 압축가스 배출유로의 개방단부를 동시에 밀봉하는 단일 구조의 마개부;를 포함하여 구성될 수도 있다.
한편, 냉각노즐의 단부에는 냉각수 배출유로 및 압축가스 배출유로와 연결되는 디스트리뷰터가 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 디스트리뷰터는 압축가스 배출유로와 연결되는 단일의 압축가스 배출구와 압축가스 배출구를 중심으로 방사상으로 배치되어 냉각수 배출유로와 연결되는 복수의 냉각수 배출구가 형성될 수도있 다.
다른 한편, 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치는, 상기 마개부의 상부에 적층되며, 노심 용융물의 열생성 밀도를 저감시킬 수 있도록 콘크리트 재질을 포함하여 이루어지는 희생층;을 추가로 포함할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 노심 용융물의 초기 냉각이 안정적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 노심 용융물의 냉각을 위해 유입되는 가스와 냉각수가 유입 초기부터 최대한 혼합이 안정된 상태로 이루어질 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 노심 용융물의 냉각 초기부터 증기 폭발의 발생을 최대한 억제할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 노심 용융물에 존재하는 잔열을 최대한 제거 가능하도록 하다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 노심 용융물의 냉각 초기에 발생하는 증기의 양을 감소시켜 급격한 가압 분위가 형성되는 것을 최대한 억제시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명 의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다.
따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하, 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 노심 용융물의 초기 냉각의 안정성을 위해 유입 초기 가스와 냉각수의 혼합이 최대한 안정된 상태로 이루어져 공급될 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치(100)의 구성에 관한 일 예가 도시되어 있다. 이하 설명에서 냉각수는 물이란 의미로 한정되는 것이 아니라 냉각을 위한 유체의 개념을 포함한다.
노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치(100)는 원자로 용기(미도시)의 하부에는 낙하하는 노심 용융물(1)을 수용하기 위하여 배치되는 노심 용융물 수용부(110)가 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 노심 용융물 수용부(110)는 내부에 낙하된 노심 용융물(1)이 수용되는 수용공간(111a)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 노심 용융물 수용부(110)로 낙하한 노심 용융물(1)을 냉각시키기 위하여 노심 용융물 수용부(110)로 냉각수를 공급하는 냉각수 저장탱크(130)가 더 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 냉각수 저장탱크(130)는 일정 용량의 냉각수 수용부(131a)가 형성되는 저장탱크 본체(131)가 냉각수 공급관(133)에 의해 노심 용융물 수용부(110)의 내부로 냉각수의 공급이 가능하도록 연결될 수 있다. 한편, 상기 냉각수 공급관(133)에는 밸브(133a)가 더 구비될 수 있고, 이 경우, 상기 밸브(133a)는 원자로 용기의 파손 또는 원자로 용기로 부터 노심 용융물(1)이 방출되는 것을 감지하여 작동 가능하도록 구성될 수도 있다. 한편, 상기 밸브(133a)는 밸브(133a) 자체에 제어장치가 구비되거나 또는 별도의 제어장치가 더 구비되어 개폐 가능하도록 구성될 수도 있다.
상기 냉각수 저장탱크(130)는 원자로 용기로부터 방출되는 노심 용융물(1)의 양과 냉각시켜야할 온도의 설정에 따라 이에 상응하는 양의 냉각수가 저장될 수 있다. 이와 같이 저장된 냉각수는 중력에 의한 공급방식으로 상기 노심 용융물 수용부(110)로 공급되도록 구성할 수도 있다. 그리고, 저장된 냉각수가 오염되지 않도록 덮개부(132)가 더 구비될 수도 있다. 한편, 상기 덮개부(132)에는 필터(132a)가 더 구비되어 냉각수의 저장을 위해 냉각수가 공급되는 경우 이물질이 걸러지도록 구성할 수도 있다.
한편, 노심 용융물의 냉각을 위해 수용공간(111a)으로 배출되는 냉각수에 불활성 가스가 혼합될 수 있도록, 상기 노심 용융물 수용부(110)에는 압축가스 공급관(121)에 의해 압축가스탱크(120)가 더 연결될 수도 있다. 이 경우, 상기 압축가스 공급관(121)에는 밸브(121a)가 더 구비될 수 있고, 상기 밸브(121a)는 원자로 용기의 파손 또는 원자로 용기로 부터 노심 용융물(1)이 방출되는 것을 감지하여 개방되게 작동하도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 밸브(121a) 자체 또는 별도의 제어장치가 구비되어 상기 밸브(121a)가 작동하도록 구성할 수도 있다.
이와 같은 구성을 통해, 상기 원자로 용기가 파손되어 노심 용융물(1)이 방출되는 경우, 상기 밸브(121a,133a)가 개방되어 상기 냉각수 저장탱크(130)와 압축가스탱크(120)로부터 냉각수와 불활성 가스가 노심 용융물 수용부(110)로 공급되어 노심 용융물(1)을 냉각을 수행할 수 있게 된다.
상기 수용공간(111a)의 하부영역에는 상기 압축가스 탱크(120) 및 냉각수 저장탱크(130)와 연결되어 상기 수용공간(111a)으로 압축가스 및 냉각수를 분사 가능하도록 노심 용융물 냉각부(140)가 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 노심 용융물 냉각부(140)는 도시된 것과 같이, 수용공간(111a)의 내측 하부 영역에 배치될 수도 있고, 이와 달리, 수용부 본체(111)의 하부에 배치되어 상기 수용공간(111a)의 내부로 압축가스와 냉각수를 분사 가능하도록 구성될 수도 있다.
도시된 예를 기초로 하여 상기 노심 용융물 냉각부(140)의 구성에 관한 일 예를 설명하면 다음과 같다.
냉각노즐(141)은 상기 수용부 본체(111)의 바닥면과 일정한 간격이 형성되는 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 냉각노즐(141)은 지지부(141a)에 의해 수용부 본체(111)의 바닥면과 간격이 유지되도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 수용부 본체(111)의 바닥면과 냉각노즐(141)에 의해 형성되는 간격은 냉각수 저장탱크(130)로부터 냉각수가 공급되어 냉각노즐(141)을 통해 수용부 본체(111)로 분사 되기 위한 냉각수 유로(142)로 형성될 수 있다.
즉, 상기 냉각노즐(141)의 하부에 상기 냉각수 공급관(133)과 연결되는 냉각수 유로(142)가 형성될 수 있는데, 이 경우, 냉각수 유로(142)는 상기 냉각노즐(141)이 본체(111)의 바닥면과 이격되어 배치되는 구조에 의해 형성될 수도 있다. 이와 달리, 상기 냉각수 유로(142)는 별도의 배관이 상기 냉각노즐(141)의 하부 영역에 설치되는 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 냉각노즐(141)은 하부에 배치 또는 형성되는 냉각수 유로(142)를 통해 공급되는 냉각수가 수용공간(111a)으로 분사될 수 있도록 일 단부(도시상 상단부)가 개구되는 복수의 냉각수 배출유로(143)가 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의해 상기 냉각수는 냉각수 공급관(133)을 통해 냉각수 저장탱크(130)로부터 상기 냉각수 유로(142)로 공급되어 상기 냉각노즐(141)의 냉각수 배출유로(143)를 통해 수용공간(111a)으로 배출되어 수용공간(111a)으로 낙하된 노심 용융물(1)을 냉각시킬 수 있다.
한편, 상기 냉각노즐(141)에는 압축가스 공급관(121)와 연결되는 압축가스 유로(144)가 더 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 압축가스 유로(144)는 상기 냉각수 유로(142)와 독립적으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 냉각노즐(141)에는 상기 냉각수 배출유로(143)의 중앙부 위치에 압축가스 배출유로(145)가 상기 냉각수 배출유로(143)와 독립된 상태로 배치되고, 상기 압축가스 배출유로(145)는 상기 압축가스 유로(144)와 연결될 수 있다. 이러한 구성에 의해 불활성 가스는 상기 압축가스 공급관(121)을 통해 압축가스 탱 크(120)로부터 상기 압축가스 배출유로(145)로 공급되어 상기 냉각수와 독립된 상태로 수용공간(111a)으로 배출될 수 있다.
한편, 상기 냉각노즐(141)을 구성하는 냉각수 배출유로(143)와 압축가스 배출유로(145)의 개방단부를 동시에 밀봉 가능하도록 단일 구조의 마개부(146)가 더 구비될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 상기와 같이 냉각노즐(141)을 통해 배출되기 전에 냉각수와 압축가스는 서로 독립된 상태를 유지하게 되고, 노심 용융물(1)에 의해 상기 마개부(146)가 제거되면서 냉각수 및 압축가스가 노심 용융물(1)을 냉각시키기 위하여 배출되는 순간부터 혼합이 이루어질 수 있게 된다.
다른 한편, 상기 냉각노즐(141)의 상부에는 희생층(148)이 더 적층될 수도 있다. 이 경우, 상기 희생층(148)은 냉각노즐(141)을 구성하는 냉각수 배출유로(143)와 압축가스 배출유로(145)의 개방단부를 동시에 밀봉 가능하도록 구성되는 한편, 노심 용융물(1)에 의해 용융되어 제거 가능하도록 구성될 수 있다. 상기 희생층(148)은 노심 용융물(1)에 의해 용융이 이루어지면서 노심 용융물(1)과 혼합이 이루어지게 되어 노심 용융물(1)에 의한 열생성 밀도를 감소시킬 수 있게 된다. 이 경우, 상기 희생층은 노심 용융물의 열생성 밀도를 저감시킬 수 있도록 콘크리트 재질을 포함하여 이루어질 수도 있다.
이와 같이 구성되는 경우에도 냉각노즐(141)을 통해 배출되기 전에 냉각수와 압축가스는 서로 독립된 상태를 유지할 수 있게 되고, 노심 용융물(1)에 의해 희생층(148)이 제거되면서 냉각수 및 압축가스가 노심 용융물(1)을 냉각시키기 위하여 배출되는 순간부터 혼합이 이루어질 수 있게 된다.
또 다른 한편, 도 2의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 냉각수 배출유로(143)와 압축가스 배출유로(145)의 개방단부는 마개부(146)에 의해 밀봉 가능하게 구성되고, 그 상부에 다시 희생층(148)이 더 적층되게 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 희생층(148)이 완전히 제거되기 전에 마개부(146)가 열에 의해 먼저 제거되어 냉각수와 불활성 가스가 먼저 혼합이 이루어지기 시작하고, 희생층(148)이 제거되면서 혼합된 냉각수와 압축가스가 분사될 수도 있다. 한편, 상기 마개부(146)는 수지재 또는 플라스틱 재질과 같이 열에 의해 상기 희생층(148) 보다 용해 또는 제거가 먼저 이루어질 수 있는 재질로 구성될 수 있다.
도 2의 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 냉각노즐(141)의 단부에는 냉각수 배출유로(143) 및 압축가스 배출유로(145)와 연결되는 디스트리뷰터(147)가 더 구비될 수도 있다. 상기 디스트리뷰터(147)는 냉각수의 유량과 압축가스의 유량을 조절 가능하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 냉각수 및 압축가스의 혼합비의 조절을 가능하거나 또는 분사량의 조절이 가능하도록 구성할 수도 있다.
도 3의 (a)에 도시된 것과 같이, 디스트리뷰터(147)가 구비되지 않는 경우, 상기 압축가스 배출유로(145)의 주위에 환형의 구조로 냉각수 배출유로(143)가 배치될 수도 있다. 다른 한편, 도 3의 (b)와 같이 디스트리뷰터(147)를 장착하여 압축가스 배출구(147a)의 주위에 방사상으로 복수의 냉각수 배출구(147b)가 배치되도록 하여 냉각수 및 압축가스의 배출이 가능하도록 할 수도 있다.
디스트리뷰터(147)가 구비되는 경우, 상기 냉각수 배출구(147b)의 배출 방향이 압축가스의 배출방향과 간섭이 이루어지도록 구성하여 냉각수와 압축가스의 혼 합이 보다 용이하게 이루어지도록 구성할 수도 있다.
상기 설명과 달리 냉각수 배출유로(143)와 압축가스 배출유로(145)는 서로 반대로 배치될 수도 있다. 즉, 압축가스 배출유로(145)의 내부에 냉각수 배출유로(143)가 독립된 상태로 배치되도록 구성할 수도 있다. 이러한 구성은 상기 설명된 실시예의 구성을 통해 충분히 실시 가능하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같은 구성을 통해 노심 용융물(1)이 수용공간(111a)으로 낙하하는 경우, 노심 용융물(1)의 냉각은 다음과 같이 이루어질 수 있다.
도 4에 도시된 것과 같이, 노심 용융물(1)이 노심 용융물 수용부(110)의 수용공간(111a)으로 낙하하게 되면, 냉각노즐(141)의 상부에 적층된 희생층(148)이 제거되면서 냉각노즐(141)을 구성하는 냉각수 배출유로(143) 및 압축가스 배출유로(145)의 단부가 개방된다. 이때, 냉각수와 압축가스는 배출이 이루어져 노심 용융물(1)의 하부에 부딛히면서 혼합이 이루어지게 된다.
한편, 마개부(146)만 구비되거나, 또는 마개부(146) 및 희생층(148)이 함께 구비되는 경우에도 동일하다.
이와 같은 작용에 의해 상기 냉각수와 압축가스는 냉각을 위해 배출(분사)되기 전까지는 서로 독립된 상태로 유지되고, 냉각을 위해 배출되는 경우, 냉각수와 압축가스가 동시에 배출될 수 있다. 즉, 종래와 같이 압축가스와 냉각수가 혼합된 상태로 배출구에 존재하는 경우, 압축가스와 냉각수의 밀도 차이로 인하여 배출구의 단부 영역에 압축가스만 존재하게 되어 배출시 압축가스만 먼저 배출되는 문제 가 발생하지 않게 된다.
상기와 같이, 본원발명의 실시예에 따르면, 노심 용융물(1)의 초기 냉각시 냉각수와 불활성 가스가 혼합된 상태로 냉각이 이루어질 수 있기 때문에 증기 폭발과 같은 문제들이 최대한 억제 될 수 있음을 알 수 있다.
상기와 같이 설명된 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치는 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉각노즐의 내부 구조를 개략적으로 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 냉각노즐의 배출구 구조의 예를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노심 용융물 가둠 및 냉각장치에 의해 노심 용융물이 냉각되는 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
100 ... 노심 용융물 가둠 및 냉각장치
110 ... 노심 용융물 수용부 111 ... 수용부 본체
111a ... 수용공간 120 ... 압축가스 탱크
121 ... 압축가스 공급관 121a,133a ... 밸브
130 ... 냉각수 저장탱크 131 ... 저장탱크 본체
131a ... 냉각수 수용부 132 ... 덮개부
132a ... 필터 133 ... 냉각수 공급관
140 ... 냉각부 141 ... 냉각노즐
141a ... 지지부 142 ... 냉각수 유로
143 ... 냉각수 배출유로 144 ... 압축가스 유로
145 ... 압축가스 배출유로 146 ... 마개부
147 ... 디스트리뷰터 147a ... 압축가스 배출구
147b ... 냉각수 배출구 148 ... 희생층

Claims (11)

  1. 수용공간 내에 노심 용융물 냉각부가 구비되는 노심 용융물 수용부, 상기 노심 용융물 수용부와 냉각수 공급관 및 압축가스 공급관에 의해 각각 연결되는 냉각수 저장탱크 및 압축 가스탱크를 포함하여 구성되는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치에 있어서,
    상기 노심 용융물 냉각부는
    냉각수 공급관에 의해 상기 냉각수 저장탱크와 연결되는 냉각수 유로와;
    상기 냉각수 유로와 독립된 구조로 압축가스 공급유로에 의해 상기 압축가스 탱크와 연결되는 압축가스 유로와;
    복수의 압축가스 배출유로 및 냉각수 배출유로가 일 단부가 개방되는 상태로 상기 냉각수 유로 및 압축가스 유로와 각각 연결되어 독립적으로 형성되며, 상기 압축가스 배출유로가 냉각수 배출유로의 내부에 배치되게 구성되는 냉각노즐과;
    상기 냉각노즐의 상부에 적층되어 상기 냉각수 배출유로 및 압축가스 배출유로의 배출구를 차단하도록 구성되는 희생층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각노즐에는 냉각수 배출유로 및 압축가스 배출유로의 개방단부를 동시에 밀봉하는 단일 구조의 마개부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각노즐의 단부에는 냉각수 배출유로 및 압축가스 배출유로와 연결되는 디스트리뷰터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 디스트리뷰터는 압축가스 배출유로와 연결되는 단일의 압축가스 배출구와 압축가스 배출구를 중심으로 방사상으로 배치되어 냉각수 배출유로와 연결되는 복수의 냉각수 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 디스트리뷰터의 단부에는 냉각수 배출구와 압축가스 배출구를 동시에 차단하는 단일 구조의 마개부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수 유로는 냉각노즐이 지지부에 의해 수용공간의 바닥면과 이격되게 배치되어 형성되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 희생층은 노심 용융물의 열생성 밀도를 저감시킬 수 있도록 콘크리트 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  8. 수용공간 내에 노심 용융물 냉각부가 구비되는 노심 용융물 수용부, 상기 노심 용융물 수용부와 냉각수 공급관 및 압축가스 공급관에 의해 각각 연결되는 냉각수 저장탱크 및 압축 가스탱크를 포함하여 구성되는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치에 있어서,
    상기 노심 용융물 냉각부는
    냉각수 공급관에 의해 상기 냉각수 저장탱크와 연결되는 냉각수 유로와;
    상기 냉각수 유로와 독립된 구조로 압축가스 공급유로에 의해 상기 압축가스 탱크와 연결되는 압축가스 유로와;
    복수의 압축가스 배출유로 및 냉각수 배출유로가 일 단부가 개방되는 상태로 상기 냉각수 유로 및 압축가스 유로와 각각 연결되어 독립적으로 형성되며, 상기 압축가스 배출유로가 냉각수 배출유로의 내부에 배치되게 구성되는 냉각노즐과;
    상기 냉각수 배출유로 및 압축가스 배출유로의 개방단부를 동시에 밀봉하는 단일 구조의 마개부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 냉각노즐의 단부에는 냉각수 배출유로 및 압축가스 배출유로와 연결되는 디스트리뷰터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 디스트리뷰터는 압축가스 배출유로와 연결되는 단일의 압축가스 배출구와 압축가스 배출구를 중심으로 방사상으로 배치되어 냉각수 배출유로와 연결되는 복수의 냉각수 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 마개부의 상부에 적층되며, 노심 용융물의 열생성 밀도를 저감시킬 수 있도록 콘크리트 재질을 포함하여 이루어지는 희생층;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 노심 용융물의 초기 냉각 안정화를 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
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