KR101074228B1 - 나노유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템 및 이를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 방법 - Google Patents

나노유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템 및 이를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자로의 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하기 위한 시스템 및 이를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 방법에 관한 것으로, 나노유체를 냉각수에 주입하는 나노유체 공급계통을 이용하여 원전의 중대사고 발생시 원자로 용기 외벽에서의 열전달을 촉진함으로써 원자로 용기의 파손을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 원자로 용기가 파손되는 극한 상황에서도 용융물 가둠장치 외벽을 냉각하여 사고진행을 억제 및 종료시키는 원자력 발전 안전설비에 관한 것이다.
나노유체, 중대사고, 원자로용기 외벽냉각, 노심 용융물 가둠장치

Description

나노유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템 및 이를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 방법{PREVENTION SYSTEM AND METHOD OF NUCLEAR FUEL RELEASE OUT OF CONTAINMENT USing NANO FLUIDS}
본 발명은 원자로의 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 원자로 용기, 원자로 공동 또는 노심 용융물 가둠장치의 냉각 효율을 높이기 위해 나노유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
원전에서 핵연료 물질이 용융되는 중대사고(severe accident) 발생시, 원자로용기(reactor vessel)의 파손을 방지하기 위하여 원자로용기의 외벽에 냉각수를 공급하여 노심용융물(corium)를 냉각시키기 위한 원자로용기 외벽 냉각(IVR-ERVC: In-Vessel corium Retention through External Vessel Cooling)을 수행하는 원전이 있다.
이러한 목적을 위한 원자로용기 외벽 냉각계통은, 격납건물 내에 있는 원자 로용기와 단열재, 원자로공동(Cavity), 핵연료 재장전 수조(IRWST: In-containment Refueling Water storage Tank) 및 상기 격납 건물에 연결되나 보조건물(Auxiliary Building) 내에 있는 정지 냉각펌프(SCP: Shutdown Cooling Pump) 등을 포함한다.
상기 핵연료 재장전 수조는 상기 정지 냉각펌프에 연결되고, 상기 정지 냉각펌프는 원자로용기 외벽냉각을 위하여 원자로 공동에도 연결된다.
여기서, 상기 격납건물 내에 설치되는 상기 핵연료 재장전 수조 내의 냉각수는 상기 정지 냉각펌프를 통하여 상기 원자로 공동으로 공급되고, 상기 원자로 공동으로 공급되는 냉각수는 상기 원자로 용기와 증기 발생기를 연결하는 고온관(132)의 하부까지 채워지게 된다.
한편, 원자로의 원자로 용기 외측에는 원자로의 정상작동 시 원자로 용기에서 발생되는 열을 차단하기 위하여 원자로 용기와 소정거리 이격되어 단열재가 설치된다.
그러나, 종래의 원자로 용기 외벽냉각 계통은 고출력 원자로의 경우 열적 여유도(thermal margin)가 작아 원자로 용기 외벽에서 냉각수로 열전달을 촉진시키는 효과적인 방안에 대한 개발이 필요한 실정이다.
또한, 원자로 용기가 파손되는 극한 중대사고 발생시에도 원자로 공동에 열교환기 개념의 노심 용융물 가둠장치(Ex-Vessel Core Catcher)를 설치할 때 가둠장치 외벽에서의 열전달을 촉진하는 방안에 대한 필요성도 증대되고 있다.
본 발명은 원자로용기 외벽과 노심용융물 가둠용기 외벽에서의 열전달을 촉진시켜 열적 여유도를 증가시켜 격납건물 외부로 핵연료가 누출되는 것을 방지하는 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명은 원자로 용기의 외벽냉각을 위하여 원자로 공동에 주입되는 냉각수에 나노유체를 첨가하여 열전달을 촉진함으로써 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명은 원자로 공동이 수용되도록 설치된 노심 용융물 가둠장치의 외벽에도 나노유체를 공급하여 격납건물의 파손을 방지하여 격납건물의 건전성을 확보할 수 있는 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명은 원전에서 노심물질이 용융되는 중대사고 발생시 원자로용기 외벽과 원자로용기가 파손되는 극한 상황에 사용하는 노심용융물 가둠장치의 외벽에 나노유체를 주입하여 이들 외벽에서의 임계열속을 증가시켜 원자로 용기의 파손을 방지하거나 격납건물의 건전성을 확보할 수 있는 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템 및 방법을 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명은 나노유체를 공급하기 위한 나노유체 공급계통을 격납건물과 별도로 마련된 보조건물 내부에 설치함으로써, 나노유체 공급계통의 유지 및 보수 편의성을 높일 수 있는 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템 및 방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템은, 내부에 핵연료가 수용되는 압력용기 및 상기 압력용기의 외부에 설치되며, 상기 압력용기와의 사이에 단열을 위한 공간부를 형성하는 단열재를 구비하는 원자로 용기; 상기 원자로 용기가 수용되도록 설치되는 원자로 공동; 상기 원자로 공동의 일측에 제공되며, 냉각수가 저장되는 핵연료 재장전 수조; 및 상기 원자로 공동 및 상기 핵연료 재장전 수조가 설치되는 격납건물과 분리 형성된 보조건물 내부에 제공되는 나노유체 공급계통;을 포함한다.
상기와 같이 핵연료 재장전 수조에 나노유체를 공급함으로써 냉각수의 열전달 효율을 높일 수 있고, 원자로 용기의 파손을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 나노유체 공급계통은 노심물질이 용융하는 중대사고 발생시 원자로용기 파손을 방지하기 위하여 상기 원자로 공동으로 나노유체를 공급하고,
상기 원자로 공동에 주입된 상기 나노유체는 상기 압력용기와 상기 단열재와의 사이의 단열을 위한 공간부로 공급할 수 있다.
한편, 상기 나노 유체 공급 계통은 상기 보조건물 내부에 제공되는 나노유체 저장탱크, 상기 나노유체 저장탱크와 상기 핵연료 재장전 수조를 연결하는 배관, 상기 보조건물 내부에 제공되며 상기 나노유체 저장탱크에서 상기 배관으로 나노유체를 공급하는 제1펌프 및 상기 보조건물 내부에 제공되며 상기 배관에 구비되어 공급되는 나노유체의 공급을 단속하는 밸브를 포함할 수 있다.. 이로 인해, 노심 용융물을 냉각하면서 보존할 수 있기 때문에 격납건물의 건전성을 높일 수 있고, 사고가 발생하더라도 방사성 물질이 원전 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 밸브는 상기 압력용기의 온도 또는 상기 격납건물 내의 방사선 농도가 기준치 보다 크면 상기 나노유체를 공급할 수 있다.
또한, 상기 제1펌프는 상기 압력용기의 온도 또는 상기 격납건물 내의 방사선 농도가 기준치 보다 크면 상기 나노유체를 공급할 수 있다. 원전에서 노심물질이 용융하는 중대사고가 발생하여 압력용기의 온도가 기준치 보다 크게 되는 경우에, 나노유체를 공급하여 원자로 용기의 외벽에서의 임계열속(Critical Heat Flux)을 증가시켜 원자로 용기의 파손을 방지할 수 있다.
한편, 상기 나노 유체 공급 계통은 상기 보조건물 내부에 제공되며, 상기 핵연료 재장전수조에서 상기 원자로 공동으로 나노유체를 공급하는 제2펌프를 더 포함하며, 상기 제2펌프는 상기 핵연료 재장전 수조에 있는 나노유체 또는 냉각수를 상기 원자로공동 또는 원자로 용기와 단열재 사이의 공간부로 공급 할 수 있다. 이 때, 상기 제2펌프는 압력용기 또는 노심 출구의 온도 등을 계측하여 기준치 보다 크면 핵연료 재장전 수조에 주입된 나노유체 또는 냉각수를 능동적으로 원자로 용기의 외벽으로 공급할 수 있다.
또한, 상기 핵연료가 용융되는 중대사고 발생시, 상기 압력용기가 파손되어 상기 원자로 공동으로 배치되는 노심 용융물을 상기 원자로 용기의 외부에 억류하는 노심 용융물 가둠장치가 상기 격납건물의 내부에 마련되고, 상기 노심 용융물 가둠장치와 열교환 가능하도록 상기 핵연료 재장전 수조와 연결된 가둠장치 냉각부가 설치되며, 상기 가둠장치 냉각부에는 상기 핵연료 재장전 수조 또는 상기 나노유체 공급계통이 연결되어 나노유체가 공급 공급될 수 있다.
한편, 상기 나노 유체 공급 계통은 상기 핵연료 재장전 수조와 상기 가둠장치 냉각부를 연결하는 배관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 핵연료 재장전 수조와 상기 가둠장치 냉각부를 연결하는 상기 배관에 설치된 밸브의 개폐에 의해 상기 가둠장치 냉각부에 공급되는 나노유체 또는 냉각수의 공급이 조절될 수 있다.
여기서, 상기 가둠장치 냉각부로 공급되는 나노유체 또는 냉각수는 상기 핵연료 재장전 수조와 상기 가둠장치 냉각부 사이의 수압 차이에 의해 상기 가둠장치 냉각부로 공급될 수 있다.
상기 나노유체 저장탱크에 연결된 상기 제1펌프는 나노입자가 침전하는 것을 방지하도록 작동할 수 있다. 나노유체 저장탱크 내의 나노유체는 나노입자와 물의 밀도 차이로 인해 시간이 경과함에 따라 침전하게 되는데, 침전된 상태에 있는 나노유체를 공급하면 열전달을 촉진시키는 효과가 감소하게 된다. 이를 방지하기 위해 나노유체 저장탱크에 연결된 상기 제1펌프를 주기적으로 작동시켜서 침전된 나노입자가 잘 혼합되게 한다.
한편, 상기 나노유체에 사용되는 나노입자는 ZnO2, Al2O3 또는 ZrO2 중 어느 하나를 이용할 수 있고, 상기 나노유체 저장탱크에 저장된 나노유체는 농축된 상태 로 이용될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위하여, 내부에 핵연료가 수용되는 압력용기 및 상기 압력용기의 외부에 설치되며, 상기 압력용기와의 사이에 단열을 위한 공간부를 형성하는 단열재를 구비하는 원자로 용기; 상기 원자로 용기가 수용되도록 설치되는 원자로 공동; 및 상기 원자로 공동 및 상기 가둠장치 냉각부가 설치되는 격납건물과 분리 형성된 보조건물 내부에 제공되며, 상기 원자로 공동 또는 상기 가둠장치 냉각부와 연결되는 나노유체 공급계통;을 구비하며, 상기 나노유체 공급계통은 상기 보조건물 내부에 제공되는 나노유체 저장탱크; 상기 나노유체 저장탱크와 상기 원자로 공동을 연결하는 배관; 상기 보조건물 내부에 제공되며, 상기 나노유체 저장탱크에서 상기 배관으로 나노유체를 공급하는 펌프; 및 상기 보조건물 내부에 제공되며, 상기 배관에 구비되어 공급되는 나노유체의 공급을 단속하는 밸브;를 포함하는, 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템을 제공할 수도 있다.
여기서, 상기 핵연료가 용융되는 중대사고 발생시, 상기 압력용기가 파손되어 상기 원자로 공동으로 배치되는 노심 용융물을 상기 원자로 용기의 외부에 억류하는 노심 용융물 가둠장치가 제공되고, 상기 노심 용융물 가둠장치와 열교환 가능하도록 설치되는 가둠장치 냉각부가 제공되며, 상기 나노유체 공급계통은 상기 나노유체 저장탱크와 상기 가둠장치 냉각부를 연결하는 배관을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 원자로 공동 또는 상기 가둠장치 냉각부로 공급되는 나노유체 또는 냉각수는 상기 나노유체 저장탱크와 상기 원자로 공동 또는 상기 가둠장치 냉각 부 사이의 수압 차이에 의해 공급할 수 있다.
또한, 상기 펌프는 상기 나노유체 저장탱크에 저장된 나노입자의 침전을 방지하도록 주기적으로 작동할수 있다.
여기서, 상기 나노유체 저장탱크는 상기 원자로 공동 또는 상기 가둠장치 냉각부 보다 높은 위치에 설치될 수 있다. 이로 인해 수압 차이로 인해 나노 유체가 수동적으로 공급될 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면 본 발명은, 중대사고 발생 유무 판단 단계; 상기 나노 유체 공급계통 작동 단계; 상기 원자로 용기 보호 가능 유무 판단 단계; 상기 원자로 공동 및 상기 단열재 사이의 공간부로 나노유체를 포함하는 냉각수를 공급하는 단계; 및 상기 원자로 공동에 마련된 상기 가둠장치 냉각부에 나노유체를 포함하는 냉각수 공급단계;를 포함하는, 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 방법을 제공할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 원전의 중대사고시 원자로용기의 외벽 냉각을 위해 원자로 공동에 나노유체를 공급하여 원자로용기 외벽에서의 임계열속을 증가시켜 원자로용기 파손을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 원전의 중대사고 발생시 격납건물에서의 중대사고 현상을 미연에 방지하여 격납건물의 건전성을 높일 수 있고, 사고가 발생하더라도 용융된 핵연료가 격납건물의 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 원자로 용기가 파손되는 극한 상황이라도 노심 용융물 가둠장치를 이용하여 격납건물의 파손을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따르면 나노유체 공급계통을 격납건물과 분리 형성된 보조건물 내부에 설치함으로써, 나노유체 공급계통의 유지 및 보수 편의성을 높일 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템을 도시한 도면, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템을 도시한 도면, 도 3은 도 1에 따른 원자로 공동의 내부를 도시한 단면도, 도 4는 도 1에 따른 단열재를 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 발전 설비(1)는 원자로 용기(110) 등이 내부에 수용되는 격납건물(CB: Containment Building) 및 격납건물(CB)과 분리되고 별도로 형성된 보조건물(AB: Auxiliary Building)을 포함할 수 있다. 격납건물(CB) 내부에는 원자로 용기(110), 원자로 공동(120), 핵연료 재장전 수조(140), 증기 발생기(130) 등이 설치되며, 보조건물(AB) 내부에는 나노유체 공급계통(160), 제2펌프(142) 등이 설치될 수 있다.
원자력 발전 설비(1)의 원자로 용기(110)는 내부에 핵연료(C)가 수용되는 압력용기(102) 및 압력용기(102)의 외부에 제공되며 단열재(105)를 포함할 수 있다. 상기 원자로용기 단열재(105)에는 원자로용기(110) 외벽의 냉각 수행시 냉각수가 압력용기(102)의 외벽과 단열재(105) 사이에 형성된 원통 형상의 공간부(106)로 냉각수(W)를 공급하기 위한 냉각수 주입구(105a), 공간부(106)에 주입된 냉각수를 외부로 배출시켜 순환 유량이 증가될 수 있게 하는 순환구(105b) 및 공간부(106)에 있는 기체 또는 증기를 외부로 배출되게 하는 증기 배출구(105c)가 형성될 수 있다.
정상 운전 상태에서 압력용기(102)와 단열재(105)의 사이의 공간부(106)에는 공기가 채워져 압력용기(102)를 단열하게 된다. 단열재(105)는 유리 섬유(glass fiber) 등으로 형성될 수 있다. 압력용기(102)와 단열재(105) 사이의 간격 즉, 공간부(106)의 폭은 최대 15cm 정도가 되고, 최소 폭은 약 7~8cm 정도가 될 수 있다.
이 때, 압력용기(102)와 단열재(105) 사이의 공간부(106) 또는 압력용기(102)와 원자로 공동(120) 사이에 냉각수를 공급하여 원자로 용기(110)의 외벽을 냉각할 수 있고, 이러한 냉각 방안을 원자로 용기 외벽 냉각계통(IVR-ERVC: In-Vessel corium Retention through External Vessel Cooling)이라 한다.
압력용기(102)와 단열재(105)의 사이에 형성된 공간부(106) 또는 압력용기(102)와 원자로 공동(120) 사이에 공급되는 냉각수는 핵연료 재장전 수조(140)에 저장된 재장전수이며, 핵연료 재장전 수조(140)는 보조건물(AB) 내에 마련된 제2펌프(142)에 연결된다. 여기서, 제2펌프(142)는 냉각재 계통(RCS, 미도시)으로 재장전수를 공급하는 정지 냉각펌프로 기능할 수도 있다.
여기서, 격납건물(CB) 내에 설치되는 핵연료 재장전 수조(140) 내의 냉각수는 제2펌프(142)를 통하여 원자로 공동(120)으로 공급되고, 원자로 공동(120)으로 공급되는 냉각수는 원자로 용기(110)와 증기 발생기(130)를 연결하는 고온관(132)의 하부까지 채워질 수 있다.
노심물질이 용융되는 중대사고 발생시, 핵연료 재장전 수조(140)에서 원자로 공동(120)으로 냉각수가 공급되어 압력용기(102)와 원자로 공동(120) 사이의 공간을 채우게 되는데, 이 때 원자로 공동(120)에 공급된 냉각수는 단열재(105)의 냉각수 주입구(105a)를 통하여 압력용기(102)와 단열재(105) 사이에 공간부(106)에도 냉각수가 유입된다.
원자로 용기(110)는 원자로 공동(120)의 내부에 수용된 상태로 제공되며, 노심물질이 용융되는 중대 사고 발생시 원자로 용기(110)의 외벽냉각을 수행한 경우에는 원자로 공동(120)에 핵연료 재장전 수조(140)에서 공급된 냉각수가 채워지며 원자로 용기(110)가 냉각수에 침수된 상태로 원자로 공동(120)에 설치되게 된다. 즉, 원전의 정상 운전 상태일 경우, 원자로 공동(120)에 냉각수가 공급되지는 않으므로 원자로 용기(110)와 원자로 공동(120) 사이에 냉각수가 존재하지 않고 원자로 용기(110)도 침수된 상태에 있지 않지만, 노심물질이 용융되는 중대사고 발생시에는 원자로 용기(110) 냉각을 위해 원자로 용기(110)의 외벽냉각을 수행한 경우에는 원자로 공동(120)에 냉각수가 공급되어 원자로 용기(110)가 침수된 상태로 있게 된다.
원자로 공동(120)의 하부 또는 일측 즉, 격납건물(CB) 내부에는 노심물질이 용융되는 중대사고 발생시 압력용기(102) 내의 핵연료(C)가 용융하여 노심 용융물이 발생하여, 이러한 높은 온도의 물질들이 압력용기(102)를 관통하여 원자로 용기(110)를 벗어나 원자로 공동(120)으로 재배치될 때, 이러한 노심 용융물을 가두어 냉각하기 위한 노심 용융물 가둠장치(170, Ex-Vessel Core Catcher)가 마련된다.
즉, 핵연료(C)가 용융되는 등의 중대사고(severe accident) 발생시 압력용기(102)가 파손되어 원자로 공동(120)으로 재배치되는 노심 용융물을 억류 및 냉각하는 노심 용융물 가둠장치(170)가 원자로 공동(120)의 일측에 마련될 수 있다. 이로 인해, 노심 용융물을 냉각하면서 보존할 수 있기 때문에 격납건물의 건전성을 확보할 수 있고, 사고가 발생하더라도 방사성 물질이 원전 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 노심 용융물 가둠장치(170)를 냉각하기 위해 가둠장치 냉각부(180)를 노심 용융물 가둠장치(170)의 하부에 구비할 수 있다. 이 때, 가둠장치 냉각부(180)는 노심 용융물 가둠장치(170)와 간접적으로 열교환할 수 있는 상태로 제공될 수 있다. 이를 위해, 가둠장치 냉각부(180)는 일정한 수용공간을 가지는 냉각 수조의 형태를 가지거나 일정한 유체 흐름을 가질 수 있는 유로의 형태 등으로 제공될 수 있다. 여기서, 노심 용융물 가둠장치(170)와의 열교환 효율을 높이기 위해 넓은 면적을 가지도록 형성될 수 있다.
원자로 용기(110)와 단열재(105) 사이의 공간부(106), 원자로 공동(120), 노심 용융물 가둠장치 냉각부(180)에 주입되는 냉각수는 핵연료 재장전 수조(140)에서 공급되는 것이며, 핵연료 재장전 수조(140)에는 냉각수 공급을 위한 배관(182) 및 밸브(184)가 설치될 수 있다.
한편, 보조건물(AB) 내부에는 원자로 공동(120) 또는 핵연료 재장전 수조(140)로 나노 유체를 공급하는 나노유체 공급계통(160)이 형성될 수 있다. 이러한, 나노유체 공급계통(160)과 핵연료 재장전 수조(140) 등을 포함하여 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템 (100)을 형성하게 된다.
나노유체 공급계통(160)은 핵연료 재장전 수조(140) 또는 원자로 공동(120) 또는 가둠장치 냉각부(180)에 나노유체를 공급함으로써 냉각수의 열전달 효율을 높일 수 있고, 이로 인해 격납건물(CB)의 파손을 방지할 수 있다.
여기서, 나노유체 공급계통(160)은 보조건물(AB)의 내부에 제공되는 나노유체 저장탱크(162), 나노유체 저장탱크(162)와 원자로 공동(120) 또는 핵연료 재장전 수조(140)를 연결하는 배관(164), 보조건물(AB)의 내부에 제공되며 나노유체 저장탱크(162)에서 배관(164)으로 나노유체를 공급하는 제1펌프(166) 및 보조건물(AB)의 내부 또는 외부에 제공되며 배관(164)에 구비되어 공급되는 나노유체의 공급을 단속하는 밸브들(V1~V7)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 나노유체 공급계통(160)을 원자로 용기(110)가 수용되는 격납건물(CB)과 분리 형성된 별도의 보조건물(AB)의 내부에 설치함으로써, 나노유체 공급계통의 유지 및 보수를 쉽고 용이하게 할 수 있다.
나노유체 저장탱크(162)에는 나노입자와 물을 혼합하여 제조된 나노유체가 저장되는데, 이와 같이 생성된 나노유체를 저장탱크(162) 내부에 오랜 기간 동안 보관하게 되면 나노입자와 물의 밀도 내지 비중의 차이로 인해 나노입자가 침전할 수 있다. 이와 같이, 나노입자가 침전된 상태로 나노유체를 주입하면 열전달을 촉진시키는 효과가 저감되는 바, 이를 방지하기 위해 제1펌프(166)가 주기적으로 작동되거나 운전 인력이 의해 펌프(166)를 수시로 작동시켜서 침전된 나노입자가 잘 혼합된 나노유체의 상태를 유지할 수 있다.
여기서, 나노유체에 혼합되는 나노입자는 ZnO2, Al2O3 또는 ZrO2 등에서 어느 하나를 선정하여 사용될 수 있다. 또한, 핵연료 재장전 수조(140)에 나노유체를 주입하였을 때, 나노입자의 농축도를 0.1 Vol.% 이하가 되도록 나노유체 저장탱크(162) 내의 나노입자의 농축도를 조절함으로써 나노유체 저장탱크(162)에 저장된 나노유체는 농축된 상태로 이용될 수 있다.
나노유체 저장탱크(162)에 연결된 배관(164)은 보조건물(AB) 뿐만 아니라 격납건물(CB)에 걸쳐서 구비되지만, 제1펌프(166)는 보조건물(AB) 내부에 마련하는 것이 바람직하다. 제1펌프(166)가 격납건물(CB) 내부에 마련된 경우 격납건물(CB) 내부에서 중대한 사고가 발생하여 제1펌프(166)가 정상적으로 작동하지 않더라도 격납건물(CB) 내부의 위험 환경으로 인해 제1펌프(166)의 유지 및 보수가 어려울 수 있다. 하지만, 제1펌프(166)를 보조건물(AB) 내부에 마련하면 이러한 어려움을 해결할 수 있다. 동일한 이유로 나노유체 저장탱크(162), 밸브들(V1~V7)도 보조건물(AB) 내부에 마련될 수 있다.
나노유체 저장탱크(162)에 저장된 나노유체는 배관(164)을 통해 핵연료 재장전 수조(140)로 공급된다. 핵연료 재장전 수조(140)로 나노유체가 공급되는 기본적인 원리는 나노유체 저장탱크(162)와 핵연료 재장전 수조(140) 사이의 압력 차이에 의해서 공급되는 것이다. 이를 위해 나노유체 저장탱크(162)가 핵연료 재장전 수조(140) 보다 높이 설치될 수 있다. 이와 같은 압력 차이 또는 수압 차이에 의해 나노유체 저장탱크(162)에서 핵연료 재장전 수조(140)로 공급되는데, 배관(164)에 설치된 밸브들 중 제1밸브(V1)를 제외한 나머지 밸브들은 닫힌 상태를 유지하게 된다.
만약, 이러한 수압 차이에 의해서 나노유체가 수동적으로 공급되지 않을 경우에는 제1펌프(166)를 이용해서 핵연료 재장전 수조(140)로 나노유체를 능동적으로 공급하게 된다. 이 때, 제2밸브(V2) 및 제4밸브(V4)를 제외한 나머지 밸브들은 닫힌 상태를 유지하게 된다. 즉, 나노유체는 나노유체 저장탱크(162), 제2밸브(V2), 제4밸브(V4)를 거쳐 핵연료 재장전 수조(140)로 공급된다.
나노입자의 침전을 방지하기 위해 제1펌프(166)가 작동하는 경우에는 제3밸브(V3)가 열린 상태로 작동한다.
핵연료 재장전 수조(140)에서 원자로 공동(120)으로의 나노유체 공급은 제2펌프(142)의 작동에 의해서 이루어진다. 핵연료 재장전 수조(140)에서 원자로 공동(120)으로 나노유체가 공급되는 경로는 핵연료 재장전 수조(140), 제7밸브(V7), 제5밸브(V5)를 거쳐 원자로 공동(120)으로 공급된다. 이 때, 제6밸브(V6)는 닫혀 있게 된다.
나노유체 저장탱크(162)에 저장된 나노유체는 제1펌프(166)에 의해서 핵연료 재장전 수조(140)로 공급되고, 핵연료 재장전 수조(140)의 냉각수를 원자로 공동(120) 또는 가둠장치 냉각부(180)로 공급할 때 나노유체도 함께 공급되기 때문에 냉각 효율 내지 열전달 효율을 높일 수 있다.
핵연료 재장전 수조(140)는 배관(182)에 의해 가둠장치 냉각부(180)에 연결될 수 있다. 즉, 나노유체가 주입된 핵연료 재장전 수조(140)에서 냉각수와 나노유체가 함께 가둠장치 냉각부(180)로 공급되기 때문에 노심 용융물 가둠장치(170)를 보다 효과적으로 냉각할 수 있다.
핵연료 재장전 수조(140)에서 가둠장치 냉각부(180)로 나노유체를 공급하는 원리도 수압 차이에 의해 나노유체를 공급하는 것이다. 즉, 핵연료 재장전 수조(140) 보다 가둠장치 냉각부(180)가 낮게 설치되어 있기 때문에 수압이 높은 핵연료 재장전 수조(140)에서 가둠장치 냉각부(180)로 나노유체가 수동적으로 공급될 수 있다.
여기서, 나노유체 공급계통(160)의 펌프(166)는 압력용기(102)의 온도가 기준치 보다 크면, 작동하여 나노유체를 핵연료 재장전 수조(140)로 공급할 수 있다. 즉, 압력용기(102) 내의 핵연료(C)가 용융하여 압력용기(102)의 온도가 높아지고, 이로 인해 중대사고가 발생할 위험이 있는 경우에 나노유체를 공급하여 냉각 효율을 보다 높일 수 있다. 이와 같이, 노심물질이 용융하는 중대한 사고가 발생하여 압력용기(102)의 온도가 기준치 보다 크게 되는 경우에, 나노유체를 공급하여 원자로 용기(110)의 외벽 또는 노심용융물 가둠장치(170)의 외벽에서의 임계열속(Critical Heat Flux)을 증가시켜 원자로 용기(110)의 파손을 방지할 수 있다.
한편, 나노유체 공급계통(160)의 제1펌프(166)는 나노유체 저장탱크(162)에 저장된 나노유체를 핵연료 재장전 수조(140)로 공급할 수 있다.
보조건물(AB)의 내부에 구비된 제2펌프(142)를 이용하여 핵연료 재장전 수조(140)의 냉각수를, 노심물질이 용융하는 중대사고 발생시 원자로 용기(110) 외부의 공간부(106) 또는 원자로 공동(120)로 공급할 수도 있다.
이 때, 압력용기(102) 또는 노심 출구의 온도 등을 계측하거나 격납건물(CB) 내의 방사선 농도를 계측하고 그 측정치가 소정 기준치 보다 크면, 제2펌프(142)에 의해 핵연료 재장전 수조(140)에 주입된 나노유체가 능동적으로 원자로 용기(110)의 외벽 또는 원자로 공동(120)으로 공급될 수 있다. 즉, 노심물질이 용융하는 중대사고 발생시, 원자로 공동(120)으로의 냉각수 공급은 제2펌프(142)를 사용하여 핵연료 재장전 수조(140)에 저장된 냉각수 또는 나노유체를 원자로 공동(120)으로 능동적으로 공급할 수 있다.
반면에 가둠장치 냉각부(180)에 공급되는 냉각수 또는 나노유체는 핵연료 재장전 수조(140)와 가둠장치 냉각부(180) 사이에 수압의 차이에 의해서 수동적으로 공급되며, 가둠장치 냉각부(180)에 연결된 배관(182)에는 수동밸브(184)가 설치되어 공급되는 냉각수 또는 나노유체의 유량이 조절될 수 있다. 즉, 가둠장치 냉각부(180)로 나노유체를 공급할 때는 원전을 운전하는 작업자들이 근무하는 중앙 제어실(미도시) 등에서 원격으로 제어할 수 있는 밸브(184)를 사용하되 수압 차이에 의해 피동적 내지 수동적으로 나노유체를 공급할 수 있다.
만약, 원자력 발전 설비(1)를 운전하는 운전원이 압력용기(102) 또는 노심출구(미도시)의 온도 또는 격납건물(CB) 내의 방사선 농도 등을 계측하고, 그 계측값이 중대사고가 발생한 것으로 판단되면 원자로 용기(110) 또는 격납건물(CB)이 파손되는 것을 방지하기 위하여 원자로 공동(120)에 냉각수를 주입할 수 있다. 이 때, 중대사고시 운전원이 이러한 조치를 취하지 못하여 원자로 공동(120)으로 냉각수가 공급되지 않아 원자로 용기(120)가 파손되고 노심 용융물이 원자로 용기(110)에서 누출되었다면, 노심 용융물을 노심 용융물 가둠장치(170) 내에서 장기적으로 냉각하기 위하여 가둠장치 냉각부(180)에 나노유체를 피동적으로 주입할 수 있다.
나노유체 공급계통(160)의 공급배관(164)은 나노유체 저장탱크(162)에 연결됨에 있어 1군데 연결될 뿐만 아니라 2군데 이상 연결될 수도 있다. 이로 인해, 나노유체의 유량을 보다 늘일 수 있다.
이와 같이, 나노유체 공급계통(160)을 이용하여 냉각수와 함께 나노유체도 주입함으로써, 원자로 용기(110) 또는 노심 용융물 가둠장치(170) 외벽에서의 열전달을 촉진시키고 열적 여유도(thermal margin)을 높일 수 있으며 원자로 용기(110) 또는 노심 용융물 가둠장치(170) 외벽에서의 임계열속(Critical Heat Flux)을 증가 시켜 원자로 용기(110) 또는 격납건물(CB)의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 나노유체 공급계통(160) 뿐만 아니라 나노유체를 원자로 공동(120)으로 능동적으로 공급할 수 있는 제2펌프(142)를 보조건물(AB) 내부에 설치함으로써, 격납건물(CB)의 내부 상태 또는 위험도에 관계 없이 나노유체 공급계통(160)을 유지 보수할 수 있다.
상기한 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템(100)은, 노심 물질이 용융하는 중대사고 발생시에 2단계에 걸쳐 노심용융물을 냉각하여 보존하는 것을 의미한다. 즉, 1차적으로 압력용기(102) 내에서 노심 물질이 용융하게 되면 원자로 용기(110)를 보호하기 위해서 제2펌프(142)를 이용하여 핵연료 재장전 수조(140)의 냉각수를 원자로 공동(120)으로 능동적으로 공급하여 원자로 용기(110)의 냉각을 수행하게 된다.
그런데, 원자로 공동(120)으로 냉각수가 공급되지 않거나 냉각수 공급이 불가능하거나 냉각수를 공급하였음에도 불구하고 원자로 용기(110)와 원자로 공동(120)에 설치된 판(미도시)이 파손되어 노심 용융물이 노심 용융물 가둠장치(170)에 모이게 되면, 2차적으로 가둠장치 냉각부(180)에 냉각수를 공급하여 노심 용융물 가둠장치(170)의 외벽을 냉각하게 된다. 가둠장치 냉각부(180)에 공급되는 냉각수는 수동밸브(184)를 개폐하고, 핵연료 재장전 수조(140)와 가둠장치 냉각부(180) 사이의 수압 차이를 이용하여 피동적으로 공급된다. 이를 위해 가둠장치 냉각부(180)는 핵연료 재장전 수조(140) 보다 낮은 위치에 설치되어야 한다.
이 때, 냉각수에는 나노 유체도 함께 공급되어, 원자로 용기(110) 외벽 및 노심 용융물 가둠장치(170) 외벽의 열전달 효율을 높이게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 격납건물(CB), 격납건물(CB) 내부에 마련되며 단열재(105)가 외부에 설치된 원자로 용기(110), 원자로 용기(110)가 수용된 상태로 설치되는 원자로 공동(120), 격납건물(CB) 내부에 마련되며 원자로 공동(120)에 공급되는 냉각수를 저장하는 핵연료 재장전 수조(140), 격납건물(CB)과 별도로 구비된 보조건물(AB), 보조건물(AB) 내부에 마련되며 냉각수에 혼합되는 나노유체를 저장하는 나노유체 저장탱크(162), 원자로 용기(110)에서 누출된 노심 용융물을 억류하는 노심 용융물 가둠장치(170) 및 노심 용융물 가둠장치(170)가 수용된 상태로 설치되어 노심 용융물 가둠장치(170)를 냉각시키는 가둠장치 냉각부(180)를 포함하며, 나노유체는 원자로 공동(120), 핵연료 재장전 수조(140), 가둠장치 냉각부(180) 중 적어도 한 곳으로 공급되는 원자력 발전 안전설비(1)를 제공할 수도 있다.
나노유체 저장탱크(162)에서 핵연료 재장전 수조(140)로 나노유체를 공급하는 방식은 기본적으로 제1펌프(166)를 사용하지 않고 나노유체 저장탱크(162)와 핵연료 재장전 수조(140) 사이의 수압 차이에 의해 수동적으로 공급되는 것이며, 만약 수동적인 공급이 불가능한 상황이면 제1펌프(166)를 사용하여 능동적으로 핵연료 재장전 수조(140)로 나노유체가 공급하게 된다. 핵연료 재장전 수조(140)에서부터 원자로 공동(120)으로의 나노유체 공급은 제2펌프(142)에 의해서 능동적으로 이루어지며, 핵연료 재장전 수조(140)에서 가둠장치 냉각부(180)로의 나노유체 공급은 핵연료 재장전 수조(140)와 가둠장치 냉각부(180) 사이의 수압 차이에 의해서 이루어진다.
도 2에는 도 1과 달리 핵연료 재장전 수조를 사용하지 않고 나노유체 공급탱크(140)에서 원자로 공동(120) 또는 가둠장치 냉각부(180)로 나노유체를 직접 공급할 수 있는 시스템이 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 나노유체 저장탱크(162)에 저장된 나노유체는 원자로 공동(120) 또는 가둠장치 냉각부(180)로 직접 공급될 수 있으며, 기본적으로 별도의 펌프를 사용하지 않고 나노유체 저장탱크(162)와 원자로 공동(120) 또는 가둠장치 냉각부(180) 사이의 수압 차이에 의해서 이루어질 수 있다. 이를 위해, 나노유체 저장탱크(162)는 원자로 공동(120) 또는 가둠장치 냉각부(180) 보다 높이 설치되어야 한다.
수압 차이에 의한 수동적인 나노유체 공급이 불가능한 상황이면, 제1펌프(166)를 이용해서 능동적으로 공급될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 방법에 대해서 살펴 본다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 방법의 일례를 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 방법은 원전을 정상적으로 운전하는 단계(10)부터 시작될 수 있다. 정상적으로 운전되는 상태에서 노심 물질이 용융하는 중대사고가 발생했는지 여부를 판단하는 단계(20)가 수행될 수 있다. 중대사고 발생여부 판단 단계(20)에서 중대사고가 발생하지 않은 것으로 판단되면 다시 정상운전 단계(10)를 수행할 수 있다.
만약, 중대사고 발생여부 판단 단계(20)에서 중대사고가 발생한 것으로 판단되면 나노유체 공급계통(160)을 작동하여 핵연료 재장전 수조(140)에 나노유체를 공급한다(30).
이후 원자로 용기(110)를 보호할 수 있는지 여부를 판단하는 단계(40)가 수행된다. 원자로 용기(110) 보호 가능 여부 판단 단계(40)에서 보호 가능한 것으로 판단되면, 원자로 공동(110) 및 단열재(105) 사이의 공간부(106)로 나노유체 또는 나노유체가 포함된 냉각수를 공급하는 단계(50)가 수행될 수 있다.
원자로 용기(110) 보호 가능 여부 판단 단계(40)에서 보호할 수 없는 것으로 판단되면, 가둠장치 냉각부(180)에 나노유체 또는 나노유체가 포함된 냉각수를 공급하는 단계(60)가 수행될 수 있다.
즉, 중대 사고가 발생하여 나노유체 공급계통(160)이 작동되면 우선 원자로 공동(120)으로 나노유체를 공급하여 원자로 용기(110)를 보호하며, 원자로 용기(110)가 파손되는 경우에는 노심 용융물 가둠장치 냉각부(180)에 나노유체를 공급하여 노심 용융물이 격납건물(CB) 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 방법을 통해 나노유체 공급계통(160)의 나노유체는 중대사고가 발생하면 원자로 공동(120) 또는 가둠장치 냉각부(180)로 공급되거나, 핵연료 재장전 수조(140)로 나노유체가 공급된 후 냉각수와 함께 냉각 부위로 공급될 수도 있다.
나노유체의 공급 내지 주입은 원자로 공동(120) 또는 가둠장치 냉각부(180) 등의 상태에 따라 능동적 또는 수동적으로 해당 부위로 공급될 수 있다.
한편, 중대사고 발생 여부 판단 단계(20)는 압력용기(102)의 온도 또는 격납건물(CB) 내의 방사선 농도를 계측하는 단계를 포함할 수 있으며, 온도 또는 방사선 농도를 이용하는 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 방법은 하나의 예시에 불과하며 설계 조건 등에 따라서 다양한 냉각 방법을 사용할 수 있다.
상기한 나노유체 공급계통(160)은 원자력 발전 안전 설비(1)의 정상적인 운전 상태에서는 작동하지 않고, 핵연료 등 노심 물질이 용융하는 등의 중대사고가 발생하는 경우에만 원자로 공동(120) 또는 가둠장치 냉각부(180)에 나노유체를 공급 내지 주입하는 제어방법을 사용할 수 있다.
여기서, 원자력 발전 안전 설비(1)의 운전 상태를 정상 운전 상태와 비정상 운전 상태로 구분할 수 있고, 비정상 운전 상태는 사고의 정도와 발생확률 등에 따라 설계기준사고, 설계기준 초과사고 및 중대사고 등으로 구분할 수 있다. 이 때, 중대사고는 발생확률은 낮으나 사고의 정도가 매우 큰 경우라고 볼 수 있으며, 이러한 경우에 나노유체가 공급되도록 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템을 제어할 수 있다.
나노유체 공급계통(160)의 유로 또는 배관(164)은 정상적인 운전상태에서는 차단되고 중대사고 발생시에만 가동되도록 제어할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 따른 원자로 공동의 내부를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1에 따른 단열재를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 방법의 일례를 도시한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 간단한 설명>
1: 원자력 발전 안전설비
100: 나노유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료누출을 방지하는 시스템
110: 원자로 용기 120: 원자로 공동
130: 증기발생기 140: 핵연료 재장전 수조
160: 나노유체 공급계통 170: 노심 용융물 가둠장치
180: 가둠장치 냉각부

Claims (19)

  1. 내부에 핵연료가 수용되는 압력용기 및 상기 압력용기의 외부에 설치되며, 상기 압력용기와의 사이에 단열을 위한 공간부를 형성하는 단열재를 구비하는 원자로 용기;
    상기 원자로 용기가 수용되도록 설치되는 원자로 공동;
    상기 원자로 공동의 일측에 제공되며, 냉각수가 저장되는 핵연료 재장전 수조; 및
    상기 원자로 공동 및 상기 핵연료 재장전 수조가 설치되는 격납건물과 분리 형성된 보조건물 내부에 제공되는 나노유체 공급계통;
    을 포함하며,
    상기 보조건물 내부에 제공되는 상기 나노유체 공급계통으로부터 상기 격납건물 내부에 제공되는 상기 원자로 공동 또는 상기 핵연료 재장전 수조로 나노유체의 공급이 가능하고,
    상기 핵연료가 용융되는 중대사고 발생시, 상기 압력용기가 파손되어 상기 원자로 공동으로 배치되는 노심 용융물을 상기 원자로 용기의 외부에 억류하는 노심 용융물 가둠장치가 상기 격납건물의 내부에 마련되고,
    상기 노심 용융물 가둠장치와 열교환 가능하도록 상기 핵연료 재장전 수조와 연결된 가둠장치 냉각부가 설치되며,
    상기 가둠장치 냉각부에는 상기 핵연료 재장전 수조 또는 상기 나노유체 공급계통이 연결되어 나노유체가 공급되는 것을 특징으로 하는 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노유체 공급계통은 노심물질이 용융하는 중대사고 발생시 원자로용기 파손을 방지하기 위하여 상기 원자로 공동으로 나노유체를 공급하고,
    상기 원자로 공동에 주입된 상기 나노유체는 상기 압력용기와 상기 단열재와의 사이의 단열을 위한 공간부로 공급되는 것을 특징으로 하는 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 나노 유체 공급 계통은,
    상기 보조건물 내부에 제공되는 나노유체 저장탱크;
    상기 나노유체 저장탱크와 상기 핵연료 재장전 수조를 연결하는 배관;
    상기 보조건물 내부에 제공되며, 상기 나노유체 저장탱크에서 상기 배관으로 나노유체를 공급하는 제1펌프; 및
    상기 보조건물 내부에 제공되며, 상기 배관에 구비되어 공급되는 나노유체의 공급을 단속하는 밸브;
    를 포함하는, 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 압력용기의 온도 또는 상기 격납건물 내의 방사선 농도가 기준치 보다 크면 상기 나노유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1펌프는 상기 압력용기의 온도 또는 상기 격납건물 내의 방사선 농도가 기준치 보다 크면 상기 나노유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 나노 유체 공급 계통은 상기 보조건물 내부에 제공되며, 상기 핵연료 재장전수조에서 상기 원자로 공동으로 나노유체를 공급하는 제2펌프를 더 포함하며,
    상기 제2펌프는 상기 핵연료 재장전 수조에 있는 나노유체 또는 냉각수를 상기 원자로공동 또는 원자로 용기와 단열재 사이의 공간부로 공급하는 것을 특징으로 하는 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나노 유체 공급 계통은 상기 핵연료 재장전 수조와 상기 가둠장치 냉각부를 연결하는 배관을 포함하는 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 핵연료 재장전 수조와 상기 가둠장치 냉각부를 연결하는 상기 배관에 설치된 밸브의 개폐에 의해 상기 가둠장치 냉각부에 공급되는 나노유체 또는 냉각수의 공급이 조절되는 것을 특징으로 하는 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 가둠장치 냉각부로 공급되는 나노유체 또는 냉각수는 상기 핵연료 재장전 수조와 상기 가둠장치 냉각부 사이의 수압 차이에 의해 상기 가둠장치 냉각부로 공급되는, 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 나노유체 저장탱크에 연결된 상기 제1펌프는 나노입자가 침전하는 것을 방지하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 나노유체에 사용되는 나노입자는 ZnO2, Al2O3 또는 ZrO2 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 나노유체 저장탱크에 저장된 나노유체는 농축된 것을 특징으로 하는 나 노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  14. 내부에 핵연료가 수용되는 압력용기 및 상기 압력용기의 외부에 설치되며, 상기 압력용기와의 사이에 단열을 위한 공간부를 형성하는 단열재를 구비하는 원자로 용기;
    상기 원자로 용기가 수용되도록 설치되는 원자로 공동; 및
    상기 원자로 공동이 설치되는 격납건물과 분리 형성된 보조건물 내부에 제공되며, 상기 원자로 공동과 연결되는 나노유체 공급계통;을 구비하며,
    상기 나노유체 공급계통은,
    상기 보조건물 내부에 제공되는 나노유체 저장탱크;
    상기 나노유체 저장탱크와 상기 원자로 공동을 연결하는 배관;
    상기 보조건물 내부에 제공되며, 상기 나노유체 저장탱크에서 상기 배관으로 나노유체를 공급하는 펌프; 및
    상기 보조건물 내부에 제공되며, 상기 배관에 구비되어 공급되는 나노유체의 공급을 단속하는 밸브;를 포함하며,
    상기 핵연료가 용융되는 중대사고 발생시, 상기 압력용기가 파손되어 상기 원자로 공동으로 배치되는 노심 용융물을 상기 원자로 용기의 외부에 억류하는 노심 용융물 가둠장치가 제공되고,
    상기 노심 용융물 가둠장치와 열교환 가능하도록 설치되는 가둠장치 냉각부가 제공되며,
    상기 나노유체 공급계통은 상기 나노유체 저장탱크와 상기 가둠장치 냉각부를 연결하는 배관을 더 포함하는, 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 원자로 공동 또는 상기 가둠장치 냉각부로 공급되는 나노유체 또는 냉각수는 상기 나노유체 저장탱크와 상기 원자로 공동 또는 상기 가둠장치 냉각부 사이의 수압 차이에 의해 공급되는, 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 펌프는 상기 나노유체 저장탱크에 저장된 나노입자의 침전을 방지하도록 주기적으로 작동하는, 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 나노유체 저장탱크는 상기 원자로 공동 또는 상기 가둠장치 냉각부 보다 높은 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 시스템.
  19. 제1항에 따른 시스템의 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 방법에 있어서,
    중대사고 발생 유무 판단 단계;
    상기 나노 유체 공급계통 작동 단계;
    상기 원자로 용기 보호 가능 유무 판단 단계;
    상기 원자로 공동 및 상기 단열재 사이의 공간부로 나노유체를 포함하는 냉각수를 공급하는 단계; 및
    상기 원자로 공동에 마련된 상기 가둠장치 냉각부에 나노유체를 포함하는 냉각수 공급단계;
    를 포함하는, 나노 유체를 이용하여 격납건물 외부로 핵연료 누출을 방지하는 방법.
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