KR101089102B1 - 대형 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치 - Google Patents

대형 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치에 관한 것으로서, 원자로의 압력용기 외주면에 간접식 방열핀을 갖도록 함으로써, 상부의 금속층에 대응되는 압력용기 외주면에서 방열이 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 것에 의해 임계열속을 향상시킬 수 있도록 한 대형 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치를 제공하기 위해, 노외냉각정(14) 내측에 압력용기(12) 방향으로 신장되는 방열핀(101)을 포함하며, 방열핀의 선단은 중대사고시 압력용기와 접촉하는 접촉부(102)를 갖되, 접촉부는 상기 압력용기와 정상운전시에는 일정 간격으로 이격되어 있다가 중대사고시에는 압력용기(12)와 밀착하도록 한다.

Description

대형 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치{Apparatus for improving critical heat flux of the outer wall in a pressurized-water reactor}
본 발명은 가압경수형 원자로(PWR: Pressurized-Water Reactor)의 중대사고시 용융물의 금속층이 위치하게 되는 압력용기 하부상단 외벽의 임계열속(CHF: Critical Heat Flux) 향상장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자로의 외주면 하부 상층부의 열전달을 향상시키는 것에 의해 상층부의 임계열속을 향상시킬 수 있도록 한 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 가압경수형 원자로는 중대 사고시 원자로 내의 핵연료 및 내부 구조물이 용융된 상태로 압력용기 하부에 쌓이게 된다. 특히 용융물(Corium)은 비중이 낮은 금속층(피복재나 노심구조물)과 비중이 높은 연료층(UO2)으로 상하로 분리되며 금속층의 높은 열전도로 인하여 압력용기 하부 상단부에서 임계열속에 의한 열전달 제약을 받게 된다.
이때 상기 압력용기는 용융된 높은 온도의 핵연료(Corium 형태)에 노출과 임계열속으로 인하여 압력용기 하부가 관통될 수 있으며, 이로 인하여 고준위 방사능의 핵연료가 외부로 유출되는 것에 의해 대형사고가 발생할 수 있다.
이와 같은 대형사고 발생은 심각한 경제적, 사회적 문제를 야기할 수 있으며, 이는 운전의 종말을 의미하므로 기필코 막아야 한다.
이를 대비하기 위해 상기 노심용융시 고준위의 방사성 물질이 압력용기를 관통하여 외부로 유출되는 것을 차단하기 위한 노내 구속(IVR: In-Vessel Retention)이라는 기술이 알려져 있다.
첨부된 도면 도 1은 상기한 종래의 일반적인 가압경수형 원자로를 도시한 개략적 단면도로서, 도시된 바와 같이 종래의 일반적인 가압경수형 원자로는 노심용융 발생시 압력용기 외벽의 냉각을 공간부에 주입된 냉각수에만 의존하고 있는 구조로 구성되어 있다.
살펴보면, 도시된 바와 같이 가압경수형 원자로(1)는 내부에 핵연료(C)가 수용되는 압력용기(2)와, 외측에 단열재(5)가 설치되는 노외 냉각정(4)과, 노심용융시 압력용기(2)의 열제거를 위한 냉각수가 흘러넘쳐 원자로 공간부(3) 및 공동부를 침수시키도록 되어 있다.
상기와 같은 냉각구조를 갖는 종래의 일반적인 가압경수형 원자로(1)는 원자로의 중대사고시 핵연료(C)가 원자로의 하부에 집적되면 핵연료(C)는 도 1에 도시된 바와 같이 용융된 핵연료층(C')(UO2)과 금속층(C'")(Zr, Fe)으로 분리된다.
즉, 금속층(C")은 용융된 핵연료층(C')의 성분에 비해 비중이 작으므로 용융된 핵연료층(C')의 상부에 층을 이루게 된다.
따라서, 상기한 금속층(C")은 핵연료층(C')의 성분에 비해 열전도도가 높으므로 원자로의 외벽 냉각시 금속층(C")의 외벽에서 임계열속이 발생할 가능성이 매우 높으므로 압력용기 외벽을 통해 용융물을 효과적으로 냉각시킬 수 없는 문제점이 있었다.
특히 APR+ 급 (1400MWe급) 의 대형 가압경수형 원자로의 경우, 이와 같이 상부금속층(C")에서 임계열속이 발생하므로, 노내구속(IVR)의 성공을 위해서는, 이 상부금속층 부분의 임계열속(CHF) 향상 방안이 절실하게 요구되고 있다.
이를 위해, 본 발명자의 특허출원 제2008-95325호의 경우, 상부금속층 부위의 압력용기(2) 외측에 방열핀을 갖는 방열용 고정링을 설치하였으나, 이와 같이 핀을 직접 장착하는 것은 압력용기(RPV: Reactor Pressure Vessel)의 고도의 건전성(integrity)을 요구하는 특성상, 한계가 있다. (다만, 상기 특허출원 내용이 본 발명의 선행기술이 되는 것은 아니며, 상기 출원 명세서의 내용은 본 출원의 명세서에도 참조되어 진다)
이에, 본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 원자로의 압력용기 외주면에 간접식 방열핀을 갖도록 함으로써, 상부금속층에 대응되는 압력용기 외주면에서 방열이 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 것에 의해 임계열속을 향상시킬 수 있도록 한 대형 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중대사고시 원자로(10)의 하부에 용융 집적된 핵연료층(D')(UO2)과 금속층(D")(Zr, Fe)으로 분리된 핵연료(D)가 수용되는 압력용기(12)와, 외측에 단열재(15)가 설치되는 노외냉각정(14)과, 노심용융시 압력용기(12)의 열제거를 위한 냉각수가 주입되는 공간부(13)가 상기 압력용기(12)와 노외냉각정(14) 사이에 마련되어 냉각수를 채우기 위한 원자로 공동부(11)와, 상기 노심용융시 압력용기(12)의 외벽 열제거를 위한 냉각수의 외부 공급을 위해 구비되는 재장전수조(18)와, 상기 재장전수조(18)의 냉각수가 공간부(13)에 주입가능하도록 노외냉각정(14)에 설치되는 인젝션노즐(17)과, 상기 인젝션노즐(17)을 통해 공간부(13)쪽으로 공급된 냉각수가 원자로 공동부(11)의 냉각수쪽으로 오버플로윙되도록 노외냉각정(14)에 형성되는 개구부(16)와, 상기 노외냉각정(14)에 설치되며 개구부(16)를 통해 오버플로윙된 냉각수에 의해 원자로 공동부(11)의 냉각수 수위압과 노외냉각정(14)의 수압에 따라 자동으로 개방되거나 폐쇄되는 플로팅 게이트(19)가 포함되어 이루어진 가압경수형 원자로(10)용 외벽의 임계열속 향상장치로서, 상기 노외냉각정(14) 내측에 상기 압력용기(12) 방향으로 신장되는 방열핀(101)을 포함하며, 방열핀의 선단은 중대사고시 상기 압력용기와 접촉하는 접촉부(102)를 갖되, 상기 접촉부는 상기 압력용기와 정상운전시에는 일정 간격으로 이격되어 있다가 중대사고시에는 상기 압력용기(12)와 밀착하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 접촉부(102)는, 압력용기(12)의 해당하는 부위의 곡면과 대응하는 형상의 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 하며,
상기 방열핀(101)이 상기 압력용기(12)의 상층부 외주면을 따라 원주 방향으로 배열되도록 하면서 상기 노외냉각정(14) 방향에서 시작하여 상기 압력용기(12)의 방향으로 배향되어지도록 상기 공간부(13) 내에 배치되되, 상기 금속층(D")의 위치보다 조금 아래에 위치하도록 하나, 상기 방열핀에 부력체(110)가 부착되어 있어, 중대사고시 냉각수가 상기 공간부(13)에 주입되면 상기 부력체(110)가 부상하면서 하측의 방열핀(101)을 상방향으로 끌어올려 상기 접촉부(102)가 상기 압력용기(12)와 밀착되도록 하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 노외냉각정(14)의 내벽이나 내벽에 별도로 부착된 플랜지(104)에는 상기 방열핀(101)의 가이드홈(104a)을 형성하여, 중대사고시 상기 가이드홈(104a)을 따라 상기 방열핀(101)이 상방향 이동할 수 있도록 하며,
가장 바람직하게는, 상기 방열핀(101)의 몸체에 와이어(140)를 통해 무게추(120)가 자유회동하는 제1 및 제2 롤러(141, 141')를 거쳐 연결되되, 상기 제1 및 제2 롤러(141, 141') 사이에는 상기 와이어(140)의 이동을 로킹하는 래치기구(130)가 구비되어 있어, 정상운전시에는 무게추(120)가 있더라도 래치기구(130)의 로킹동작에 의해 상기 방열핀(101)이 하측에 위치함으로써 방열핀과 압력용기가 이격되어 있으나, 중대사고시에는, 냉각수가 상기 공간부(13)에 주입되면 상기 부력체(110)가 부상하면서 상기 래치기구(130)의 로킹을 해제함으로써 와이어(140)가 무게추(120) 방향으로 당겨지고 하측의 방열핀(101)을 상방향으로 끌어올려 상기 접촉부(102)가 상기 압력용기(12)와 밀착되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 대형 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치에 따르면, 원자로의 압력용기 외주면에 방열핀이 정상 운전시에는 압력용기와 일정 간격을 유지하고 있어 진동 등으로 인한 마모 등을 방지하나, 중대 사고시에는 간접식 방열핀이 압력용기에 밀착되어 노외 냉각정으로 열전달이 신속하게 이루어지도록 함으로써, 상부의 금속층의 임계열속을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 일반적인 가압경수형 원자로를 도시한 개략적 단면도
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치가 구비된 가압경수형 원자로를 도시한 개략적 단면도
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치의 부분사시도
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치가 구비된 가압경수형 원자로를 도시한 부분절개 단면도
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치의 부분 평단면도
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치가 구비된 가압경수형 원자로를 도시한 개략적 단면도
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치 중 래치 구조의 상세도
이하에서는, 본 발명에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치의 일 실시예를 들어 상세하게 설명한다.
우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
첨부된 도면 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치가 구비된 가압경수형 원자로를 도시한 개략적 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치의 부분사시도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치가 구비된 가압경수형 원자로를 도시한 부분절개 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치의 부분 평단면도이고, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치가 구비된 가압경수형 원자로를 도시한 개략적 단면도이며, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치 중 래치 구조의 상세도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치(100)는, 원자로(10)의 중대사고시 압력용기(12)와 노외냉각정(14) 사이의 공간부(13)로 냉각수를 신속하게 유입시킬 수 있도록 구성된 가압경수형 원자로(10)에 핵연료(D)가 원자로(10)의 하부에 집적되는 것에 의해 압력용기(12)의 상부층에 형성된 금속층(D")(Zr, Fe)으로 인하여 압력용기(12)의 상부층에 발생된 열을 외측으로 신속하게 방열시키도록 방열핀(101)을 갖되, 정상운전시에는 방열핀의 압력용기와의 접촉부(102)와 일정 간격을 유지하고 있다가 중대 사고시에는 핀의 접촉부(102)가 압력용기(12)와 밀착되어 방열핀의 기능을 수행하도록 한다.
즉, 본 발명에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계 열속 향상장치(100)는, 중대사고시 원자로(10)의 하부에 집적되는 것에 의해 핵연료층(D')(UO2)과 금속층(D")(Zr, Fe)으로 분리된 핵연료(D)가 수용되는 압력용기(12)와, 외측에 단열재(15)가 설치되는 노외냉각정(14)과, 노심용융시 압력용기(12)의 열제거를 위한 냉각수가 주입되는 공간부(13)가 상기 압력용기(12)와 노외냉각정(14) 사이에 마련되어 냉각수를 채우기 위한 원자로 공동부(11)와, 상기 노심용융시 압력용기(12)의 외벽 열제거를 위한 냉각수의 외부 공급을 위해 구비되는 재장전수조(18)와, 상기 재장전수조(18)의 냉각수가 공간부(13)에 주입가능하도록 노외냉각정(14)에 설치되는 인젝션노즐(17)과, 상기 인젝션노즐(17)을 통해 공간부(13)쪽으로 공급된 냉각수가 원자로 공동부(11)의 냉각수쪽으로 오버플로윙되도록 노외냉각정(14)에 형성되는 개구부(16)와, 상기 노외냉각정(14)에 설치되며 개구부(16)를 통해 오버플로윙된 냉각수에 의해 원자로 공동부(11)의 냉각수 수위압과 노외냉각정(14)의 수압에 따라 자동으로 개방되거나 폐쇄되는 플로팅 게이트(19)가 포함되어 이루어진 가압경수형 원자로(10)의 상기 노외냉각정(14) 내측에 상기 압력용기(12) 방향으로 신장되는 방열핀(101)을 포함하며, 방열핀의 선단은 중대사고시 상기 압력용기와 접촉하는 접촉부(102)를 갖되, 상기 접촉부는 상기 압력용기와 정상운전시에는 일정 간격으로 이격되어 있다가 중대사고시에는 상기 압력용기(12)와 밀착하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 상기한 임계 열속 향상장치(100)의 방열핀(101)과 상기 압력용기(12)와의 밀착방식에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제1 실시예로는, 도 2 및 도 3에서 보듯이, 상기 방열핀(101)이 상기 압력용기(12)의 상층부 외주면을 따라 원주 방향으로 배열되도록 하면서 상기 노외냉각정(14)의 내벽에서 시작하여 상기 압력용기(12)의 방향으로 신장되되, 상기 방열핀(101)의 접촉부(102)가 상기 압력용기(12)의 상층부 외주면과 대응되는 곡면 형상으로 이루어지면서 일정 간격으로 이격되어 있도록 한다.
이때 상기 일정 간격은, 정상 동작시 상기 압력용기와 진동 등으로 마주치지 않을 정도로 미세한 간격으로 이격되되, 중대사고시에는 상기 압력용기(12)의 부피 팽창 및/또는 상기 방열핀의 선팽창으로 상기 압력용기(12)와 견고히 밀착되도록 하는 간격이 되도록 한다. 다만, 상기 대형 가압경수형 원자로용 압력용기(12)의 크기가 상기 방열핀(10) 보다 상대적으로 훨씬 크므로, 상기 도 3에서 이점쇄선으로 도시된 바와 같이, 상기 압력용기(12)가 부피 팽창하여 상기 방열핀의 접촉부(102)와 밀착되는 상태가 일반적일 것이다.
다만, 상기 방열핀은 열전도도가 좋으면서 열 팽창계수가 좋은 재질일수록 상기 일정간격을 가급적 늘릴 수 있어 바람직하다.
한편, 제2 실시예로는, 도 4 및 도 5에서 보듯이, 상기 방열핀(101)이 상기 압력용기(12)의 상층부 외주면을 따라 원주 방향으로 배열되도록 하면서 상기 노외냉각정(14) 방향에서 시작하여 상기 압력용기(12)의 방향으로 배향되어지도록 상기 공간부(13) 내에 배치되되, 상기 방열핀(101)의 접촉부(102)가 상기 압력용기(12)의 상층부 외주면과 대응되는 형상으로 이루어지면서, 상기 금속층(D")의 위치보다 조금 아래에 (도 4의 이점 쇄선으로 표시된 위치에) 위치하도록 하며, 상기 방열핀의 몸체에는 금속 부력체(110)가 부착되어 있어, 중대사고시 냉각수가 상기 공간부(13)에 주입되면 상기 부력체(110)가 부상하면서 하측의 방열핀(101)을 상방향으로 끌어 올려져 상기 접촉부(102)가 상기 압력용기(12)와 밀착되도록 한다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 금속층(D") 부위에서 상기 압력용기(12)의 외측 곡면이 상부로 갈수록 넓어지는 형상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
이때 상기 방열핀(101)은 자체적으로 상방향 이동시 정 위치를 잡을 수 있도록 하여도 좋으나, 도 5에서 보듯이, 노외냉각정(14)의 내벽에 상기 방열핀(101)의 위치를 잡아주는 지지체(104)가 부착되고, 상기 지지체에는 가이드홈(104a)을 형성하고 상기 방열핀(101)에는 슬라이드부(103)를 형성하여, 상기 가이드홈(104a)을 따라 상기 방열핀(101)이 상방향 이동할 수 있도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
마지막으로, 제3 실시예로는, 도 6 및 도 7에서 보듯이, 상기 방열핀(101)이 상기 압력용기(12)의 상층부 외주면을 따라 원주 방향으로 배열되도록 하면서 상기 노외냉각정(14) 방향에서 시작하여 상기 압력용기(12)의 방향으로 배향되어지도록 상기 공간부(13) 내에 배치되되, 상기 방열핀(101)의 접촉부(102)가 상기 압력용기(12)의 상층부 외주면과 대응되는 형상으로 이루어지면서, 상기 금속층(D")의 위치보다 조금 아래에 (도 6의 이점 쇄선으로 표시된 위치에) 위치하도록 하는 점은 제2 실시예와 동일하나, 상기 방열핀(101)의 몸체에 직접 금속 부력체(110)가 부착되지 않고, 상기 방열핀(101)의 몸체에 와이어(140)를 통해 무게추(129)가 도 6에서 보는 바와 같이 자유회동하는 제1 및 제2 롤러(141, 141')을 거쳐 연결되되, 상기 제1 및 제2 롤러(141, 141') 사이에는 상기 와이어(140)의 이동을 로킹하는 래치기구(130)가 구비되어 있어, 정상운전시에는 무게추(120)가 있더라도 래치기구(130)의 로킹동작에 의해 상기 방열핀(101)이 하측에 위치함으로써 방열핀과 압력용기가 이격되어 있으나, 중대사고시에는, 도 7에서 보는 바와 같이, 냉각수가 상기 공간부(13)에 주입되면 상기 부력체(110)가 부상하면서 회동바(111)를 통해 상기 래치기구(130)의 로킹을 해제함으로써 와이어(140)가 무게추(120)로 인해 화살표 방향으로 당겨지고 따라서 하측의 방열핀(101)을 상방향으로 끌어올려 상기 접촉부(102)가 상기 압력용기(12)와 밀착되도록 한다.
이때 상기 래치기구(130)는, 평소에는 도 7의 이점쇄선으로 도시된 바와 같이, 부력체(110)가 누워있어 부력체의 회동바(111)에 연결된 와이어(115)를 통해 잠금키(112)가 자체 중량에 의해, 래치기구(130)의 케이스(131)에 엇갈리게 형성된 래치홈(132)에 로킹상태에 있게 되므로, 무게추(120)에 연결된 와이어(140)의 슬라이더(132)가 상기 잠금키(112)에 걸리게 되어 있다.
그러나, 냉각수가 차 올라 부력체(110)가 들리면 도 7의 실선으로 도시된 바와 같이 화살표 방향으로 들리면, 회전지지축(114)을 중심으로 회동바(111)가 회전하면서 와이어(115)를 잡아당기는바, 와이어는 다시 롤러(113)를 통해 잠금키(112)를 들어올리게 되므로, 결국 잠금키(112)가 래치홈(132)으로부터 이탈되고, 와이어(140)의 슬라이더(142) 역시 로킹이 해제되어 화살표 방향으로 이탈되므로, 결국 도 6에서 보는 바와 같이, 방열핀(101)이 상방향으로 이동하여, 도 4의 제2 실시예에서 보는 바와 같이, 방열핀의 접촉부(102)가 압력용기(12)의 외측 곡면과 금속층(D") 위치에서 밀착하게 되므로, 상층부의 열전달이 외부로 보다 신속하게 이루어질 수 있게 된다.
즉, 제3 실시예에서는 부력체(110)를 사용한다는 점에서 제2 실시예와 동일하나, 별도의 무게추(120)를 사용하여 보다 확실하게 방열핀(101)을 들어올리면서도, 적은 힘으로도 로킹을 해제하는 래치기구(130)를 사용하기 때문에 보다 작은 부력체(110)를 사용하더라도 확실하게 동작할 수 있는 추가적인 장점이 있다. 다만, 상기 래치 기구는 예시적인 것일 뿐, 반드시 도면 상의 래치기구로 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치(100)를 가압경수로형 원자로(10)에 설치한 후 원자로에 중대사고가 발생하게 되면, 첨부된 도면 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이 원자로(10)의 압력용기(12)의 내부 핵연료(D)는 금속층(D")(Zr, Fe)이 상부에 형성되고 하부에는 용융된 핵연료층(D')이 분리형성됨에 따른 상기 금속층(D")에서 발생된 고온의 열은 상기 압력용기(12)의 외주면을 팽창시켜 이와 밀착되는 방열핀(101)에 의해 신속히 방열되거나 (제1 실시예), 및/또는 재장전수조(18)에 저장된 냉각수가 인젝션노즐(17)을 통하여 공간부(13)측으로 신속하게 유입되므로 인하여 압력용기(12)와 노외냉각정(14) 사이에 구비된 저장부(130)의 부력체(110)는 냉각수 수위의 상승으로 부력을 받아 냉각수의 상승에 대응되게 상승하게 되어, 상기 부력체(110)와 연결된 상기 방열핀(101)이 상승하여 상기 압력용기(12)의 외주면과 밀착되는 방열핀(101)에 의해 신속히 방열된다.
따라서, 상대적으로 고온인 상기 금속층(D")의 온도를 외부로 더욱 신속히 열전달시킬 수 있어 금속층의 임계열속을 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
10 ; 가압경수형 원자로 11 ; 공동부
12 ; 압력용기 13 ; 공간부
14 ; 노외냉각정 15 ; 단열재
16 ; 개구부 17 ; 인젝션노즐
18 ; 재장전수조 19 ; 플로팅 게이트
100 ; 임계열속 향상장치 101 : 방열핀
102 : 접촉부 103 : 슬라이딩부
104 : 방열핀 지지체 104a : 가이드홈
110 ; 부력체 111 : 회동바
112 : 잠금키 113 : 롤러
114 : 회전지지축 115 : 와이어
120 ; 무게추 130 ; 래치기구
131 ; 케이스 132 ; 래치홈
140 ; 와이어 141,141' ; 롤러
142 : 슬라이더

Claims (5)

  1. 중대사고시 원자로(10)의 하부에 용융 집적된 핵연료층(D')(UO2)과 금속층(D")(Zr, Fe)으로 분리된 핵연료(D)가 수용되는 압력용기(12)와, 외측에 단열재(15)가 설치되는 노외냉각정(14)과, 노심용융시 압력용기(12)의 열제거를 위한 냉각수가 주입되는 공간부(13)가 상기 압력용기(12)와 노외냉각정(14) 사이에 마련되어 냉각수를 채우기 위한 원자로 공동부(11)와, 상기 노심용융시 압력용기(12)의 외벽 열제거를 위한 냉각수의 외부 공급을 위해 구비되는 재장전수조(18)와, 상기 재장전수조(18)의 냉각수가 공간부(13)에 주입가능하도록 노외냉각정(14)에 설치되는 인젝션노즐(17)과, 상기 인젝션노즐(17)을 통해 공간부(13)쪽으로 공급된 냉각수가 원자로 공동부(11)의 냉각수쪽으로 오버플로윙되도록 노외냉각정(14)에 형성되는 개구부(16)와, 상기 노외냉각정(14)에 설치되며 개구부(16)를 통해 오버플로윙된 냉각수에 의해 원자로 공동부(11)의 냉각수 수위압과 노외냉각정(14)의 수압에 따라 자동으로 개방되거나 폐쇄되는 플로팅 게이트(19)가 포함되어 이루어진 가압경수형 원자로(10)용 외벽의 임계열속 향상장치로서,
    상기 노외냉각정(14) 내측에 상기 압력용기(12) 방향으로 신장되는 방열핀(101)을 포함하며, 방열핀의 선단은 중대사고시 상기 압력용기와 접촉하는 접촉부(102)를 갖되, 상기 접촉부는 상기 압력용기와 정상운전시에는 일정 간격으로 이격되어 있다가 중대사고시에는 상기 압력용기(12)와 밀착하는 것을 특징으로 하는 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접촉부(102)는, 압력용기(12)의 해당하는 부위의 곡면과 대응하는 형상의 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방열핀(101)이 상기 압력용기(12)의 상층부 외주면을 따라 원주 방향으로 배열되도록 하면서 상기 노외냉각정(14) 방향에서 시작하여 상기 압력용기(12)의 방향으로 배향되어지도록 상기 공간부(13) 내에 배치되되, 상기 금속층(D")의 위치보다 조금 아래에 위치하도록 하나, 상기 방열핀에 부력체(110)가 부착되어 있어, 중대사고시 냉각수가 상기 공간부(13)에 주입되면 상기 부력체(110)가 부상하면서 하측의 방열핀(101)을 상방향으로 끌어올려 상기 접촉부(102)가 상기 압력용기(12)와 밀착되도록 하는 것을 특징으로 하는 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 노외냉각정(14)의 내벽이나 내벽에 별도로 부착된 플랜지(104)에는 상기 방열핀(101)의 가이드홈(104a)을 형성하여, 중대사고시 상기 가이드홈(104a)을 따라 상기 방열핀(101)이 상방향 이동할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 방열핀(101)의 몸체에 와이어(140)를 통해 무게추(120)가 자유회동하는 제1 및 제2 롤러(141, 141')을 거쳐 연결되되, 상기 제1 및 제2 롤러(141, 141') 사이에는 상기 와이어(140)의 이동을 로킹하는 래치기구(130)가 구비되어 있어, 정상운전시에는 무게추(120)가 있더라도 래치기구(130)의 로킹동작에 의해 상기 방열핀(101)이 하측에 위치함으로써 방열핀과 압력용기가 이격되어 있으나, 중대사고시에는, 냉각수가 상기 공간부(13)에 주입되면 상기 부력체(110)가 부상하면서 상기 래치기구(130)의 로킹을 해제함으로써 와이어(140)가 무게추(120) 방향으로 당겨지고 하측의 방열핀(101)을 상방향으로 끌어올려 상기 접촉부(102)가 상기 압력용기(12)와 밀착되도록 하는 것을 특징으로 하는 가압경수형 원자로용 외벽의 임계열속 향상장치.
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