KR101498587B1

KR101498587B1 - Passive cooling device of reactor cavity

Info

Publication number: KR101498587B1
Application number: KR20130100277A
Authority: KR
Inventors: 조봉현; 임홍식; 노재만; 김용완
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-03-04

Abstract

The present invention relates to a passive cooling device of a reactor cavity. Air flow for cooling is increased by enlarging a total duct flow path cross section while maintaining total heat by an integrated pin duct method. Also, the passive cooling efficiency of a reactor cavity can be improved by improving heat exchange efficiency with air by a heat radiation pin formed in the duct. Also, an insulating material installed on the back side of an existing air duct is removed or a heat shielding body of the outer wall of the reactor cavity is completely or partly removed by using a light insulating material. Soil touching the outer side of a concrete silo can be ultimately used as a secondary thermal probe, thereby providing a natural cooling unit through the outer wall of the reactor cavity when all rector core residual heat removing units are lost, and basically preventing the fatal cooling uncontrollability of the reactor.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a passive cooling apparatus,

본 발명은 원자로 공동 피동 냉각 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 사고 발생시 원자로 공동 내의 잔열에 대한 피동 냉각 능력 및 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 원자로 공동 피동 냉각 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reactor cavity passive cooling apparatus, and more particularly, to a reactor cavity passive cooling apparatus capable of improving passive cooling capability and safety against residual heat in a reactor cavity when an accident occurs.

주지된 바와 같이, 기존의 고온가스로 피동형 공기냉각 원자로공동냉각계통(RCCS) 개념은 원자로 공동의 열을 외부로 빼어내기 위해 원자로 압력 용기 주변에 다수의 사각 냉각 덕트를 배열하는 방식을 사용하였다.As is well known, the conventional high temperature gas passive air cooling reactor co-cooling system (RCCS) concept employed a method of arranging a plurality of square cooling ducts around the reactor pressure vessel to extract the heat of the reactor cavity out.

원자로공동을 통한 잔열 제거는 정상 운전시 기생 열손실을 최소화함과 동시에 사고 시에는 피동 냉각 능력 및 이의 지속성이 최대로 보장해야 하는 서로 상반된 두 가지 기능을 수행할 수 있어야 한다.Removal of residual heat through reactor cavities should minimize the parasitic heat loss during normal operation and at the same time be capable of performing two opposing functions that must be guaranteed to the maximum of the passive cooling capacity and its duration.

따라서, 기존의 원자로공동 냉각계통 개념에는 정상 운전시 외부로의 열손실을 방지함과 아울러 냉각기의 효율을 높이기 위해 덕트 후면의 사일로(Silo) 콘크리트 외벽에 단열재를 두껍게 설치하는 방법을 사용하였다.Therefore, the concept of the existing reactor cavity cooling system is to prevent the heat loss to the outside during normal operation and to increase the efficiency of the cooler, a method of thickening the insulation material on the outer surface of the silo concrete on the rear side of the duct is used.

초고온가스로 설계 다변화에 따라 노심 입구 온도 증가 또는 사고시 압력 용기 온도 증가의 가능성이 있으며, 연료 블록의 변경 등으로 인해 유효 노심 높이(Active Core Height)가 감소될 경우 피동 냉각 유효 열전달 면적이 감소될 가능성도 있어 기존의 RCCS(Reactor Cavity Cooling System)가 갖고 있는 피동 냉각 능력을 향상시켜야 할 필요성이 있다.There is a possibility of increasing the core inlet temperature or increasing the temperature of the pressure vessel in case of accidents due to the diversification of design with ultrahigh temperature gas. If the effective core height is decreased due to the change of the fuel block, the passive cooling effective heat transfer area may be reduced There is a need to improve the passive cooling capability of existing RCCS (Reactor Cavity Cooling System).

또한, 최근 후쿠시마 원전사고 여파로 사고시 신뢰하였던 운전원 조치나 모든 안전설비의 가동이 불가할 경우에도 원자로 공동의 잔열을 냉각시킬 수 있는 완전 피동형 냉각 개념의 필요성이 대두되고 있다.In addition, there is a need for a completely passive cooling concept that can cool down the residual heat of the reactor cavity even if the operator action that was relied upon in the accident after the recent accident of Fukushima nuclear plant or the operation of all safety facilities is impossible.

모든 RCCS 계통 불능이 발생하는 최악의 사고에도 사일로 콘크리트 외벽에 연한 토양을 궁극적 열침원(Ultimate Heat Sink)으로 하는 토양전도(Soil Conduction) 만으로 노심의 잔열을 제거할 수 있는 수단을 확보할 필요가 있다.
It is necessary to secure a means for removing the residual heat of the core only by the soil conduction (Ultimate Heat Sink) which makes the soft soil on the outer wall of the silo concrete even in the worst accident that all RCCS system incapability occurs .

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0000572호(공개일 2013년01월03일)Korean Patent Publication No. 10-2013-0000572 (published January 01, 2013) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0021722호(공개일 2009년03월04일)Korean Patent Publication No. 10-2009-0021722 (published on March 04, 2009) 대한민국 등록특허공보 제10-1224023호(등록일 2013년01월14일)Korean Registered Patent No. 10-1224023 (registered on January 14, 2013)

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 일체형 핀 덕트 방식을 통해 전열량을 유지하면서 총 덕트 유로 단면적을 확대시킴으로써 냉각을 위한 공기 유량을 증가시켜 피동 냉각 능력을 향상시킬 수 있도록 하는 원자로 공동 피동 냉각 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to solve the problems described above, and an object of the present invention is to increase the total cross-sectional duct area of the duct while maintaining the total heat quantity through the integral pin duct system, thereby increasing the air flow rate for cooling, And to provide a cooling device.

또 다른 본 발명의 목적은 일체형 핀 덕트 외측에 워터 재킷(Water Jacket)을 추가 설치하여 워터 재킷에 채워지는 냉각수를 통해 추가적인 피동 냉각 능력을 갖도록 하는 원자로 공동 피동 냉각 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a reactor cavity passive cooling apparatus which further has a water jacket provided outside the integral pin duct to provide additional passive cooling capability through cooling water filled in the water jacket.

또 다른 본 발명의 목적은 덕트 후면에 설치되던 단열재를 제거하거나 또는 사용하더라도 경단열재를 사용하여 사일로의 콘크리트 외벽에 연하는 토양을 궁극적 열침원으로 사용할 수 있도록 함으로써 모든 노심 잔열 제거 수단을 상실시 원자로 공동 외벽을 통한 자연 냉각 수단을 제공하도록 하여 원자로의 치명적 냉각 불능을 근본적으로 방지할 수 있는 원자로 공동 피동 냉각 장치를 제공하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for removing all the core residual heat removing means from a nuclear reactor by removing the heat insulating material provided on the rear surface of the duct or using the thermal insulating material to use the soil as the ultimate heat sink on the outer wall of the concrete of the silo. And to provide a natural cooling means through the cavity outer wall to fundamentally prevent the deadly cooling failure of the reactor.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원자로 공동 피동 냉각 장치는, 사일로 콘크리트 내에 수납되는 원자로 압력 용기 주변의 공동 내에 설치되어 원자로의 잔열을 제거할 수 있도록 설치되는 피동 냉각 수단에 있어서, 상기 피동 냉각 수단은 덕트를 통해 외부로부터 유입된 공기를 통해 상기 공동 내의 잔열을 외부로 배출하도록 설치되는 공냉식 피동 냉각부를 포함하고, 상기 공냉식 피동 냉각부는 고온 공기 상승 덕트가 상기 원자로 압력 용기와 인접하는 주위의 원주 방향을 따라 연속하는 하나의 중공 벽체를 이루도록 배치되게 일체로 형성되되, 상기 원자로 압력 용기와 마주하는 벽면 내측에 복수의 방열 핀(Fin)들이 구비되는 일체형 핀 덕트 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a passive cooling device installed in a cavity in the vicinity of a reactor pressure vessel accommodated in a silo concrete so as to remove residual heat of a reactor, Cooled passive cooling section is installed to discharge the residual heat in the cavity to the outside through the air introduced from the outside through the duct, and the air-cooled type passive cooling section is provided in such a manner that the hot- And a plurality of heat dissipation fins (Fin) are provided on the inner side of a wall surface facing the reactor pressure vessel so as to form a single continuous hollow wall.

여기서, 상기 고온 공기 상승 덕트는 상기 원자로 압력 용기의 원주 방향을 따라 4개 이하로 분할 구획되며 일체로 조합되어 벽체를 이루도록 형성되는 것이 바람직하다.Preferably, the hot air riser duct is divided into four or less sections along the circumferential direction of the reactor pressure vessel, and is integrally combined to form a wall.

또한, 상기 피동 냉각 수단은 상기 원자로 압력 용기를 중심으로 상기 공냉식 피동 냉각부의 외측 주위의 원주 방향을 따라 설치되되, 내부에 냉각수를 담아 순환시켜 상기 공동 내의 잔열을 외부로 배출하도록 하는 수냉식 피동 냉각부를 더 포함하고, 상기 수냉식 피동 냉각부는 상기 고온 공기 상승 덕트의 외측으로 이격되며 주위의 원주 방향을 따라 연속하는 하나의 중공 벽체를 이루도록 일체로 배치되게 형성되되, 공동 상부에 설치되는 냉각수 탱크로부터 순환 공급된 냉각수를 담아 저장하도록 내부 수용 공간을 가지는 워터 재킷을 포함할 수 있다. In addition, the passive cooling means is a water-cooled type passive cooling unit which is installed along the circumferential direction around the outer periphery of the air-cooled type passive cooling unit with the reactor pressure vessel as a center, circulates the cooling water in the inside thereof and discharges residual heat in the cavity to the outside And the water-cooled type passive cooling part is integrally disposed to be spaced apart from the outside of the hot air riser duct to form a single continuous hollow wall along the circumferential direction of the circumference, And a water jacket having an internal accommodation space for storing the stored cooling water.

또한, 상기 공냉식 피동 냉각부는 상기 원자로 압력 용기를 중심으로 상기 고온 공기 상승 덕트로부터 이격되며 외측 주위에 설치되어 외부 공기를 유입시켜 상기 고온 공기 상승 덕트로 공급하도록 설치되는 복수의 저온 공기 하강 덕트들을 더 포함하고, 상기 저온 공기 하강 덕트들은 상기 워터 재킷 내부를 관 형태로 수직 관통하며 지나 상기 고온 공기 상승 덕트 하단에 연통되게 연결되도록 설치되는 것이 바람직하다.In addition, the air-cooled type passive cooling unit includes a plurality of low-temperature air drop ducts spaced from the high-temperature air riser duct around the reactor pressure vessel and installed around the outer periphery to supply external air to the high-temperature air riser duct And the low temperature air descending ducts vertically penetrate the inside of the water jacket in the form of a tube, and are connected to be connected to the lower end of the high temperature air ascending duct.

또한, 상기 냉각수 탱크에는 상측에는 기설정된 증기압 이상에서 파열되도록 증기파열판이 설치되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a steam rupture plate is installed on the cooling water tank so as to be ruptured at a predetermined vapor pressure or higher.

또한, 상기 고온 공기 상승 덕트와 마주하는 상기 워터 재킷의 내벽면 외측에 단열재의 설치가 불필요하거나 사용하더라도 경단열재를 사용하기 때문에 피동형 공기 냉각 수단이 완전히 상실된 경우에도 상기 공동 내의 잔열 일부가 상기 콘크리트 사일로를 통과해 외벽에 연하는 토양을 통해 효과적으로 열전도가 이루어질 수 있도록 한다.
In addition, even if the installation of the heat insulating material is unnecessary or used outside the inner wall surface of the water jacket facing the high-temperature air rising duct, even if the passive air cooling means is completely lost due to the use of the heat insulating material, So that heat conduction can be effectively carried out through the soil swallowing on the outer wall.

상기한 본 발명의 원자로 공동 피동 냉각 장치에 따르면, 일체형 핀 덕트 방식을 통해 전열량을 유지하면서 총 덕트 유로 단면적을 확대시킴으로써 냉각을 위한 공기 유량을 증가시킴과 아울러 덕트 내에 일체로 형성되는 방열 핀을 통해 공기와의 열교환 효율을 향상시킴으로써 원자로 공동 내의 피동 냉각 능력을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 갖는다.According to the reactor passive cooling apparatus of the present invention, the total duct flow cross-sectional area is enlarged while maintaining the total heat quantity through the integral pin duct system, thereby increasing the air flow rate for cooling, and the heat dissipation fin integrally formed in the duct Thereby improving the heat exchange efficiency with the air, thereby improving the passive cooling capability in the reactor cavity.

또 다른 본 발명의 목적은 일체형 핀 덕트 외측에 워터 재킷을 추가 설치하여 워터 재킷에 채워지는 물을 이용해 일차적인 대안 열침원으로 활용할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.Another object of the present invention is to provide a water jacket to the outside of the integral pin duct and to utilize the water filled in the water jacket as a primary alternative heat sink.

또 다른 본 발명의 목적은 종래 공기 덕트 후면에 설치되던 단열재를 제거하거나 또는 사용하더라도 경단열재 만을 사용하여 원자로 공동 외벽 열차폐체를 완전 또는 부분 제거하도록 하여 콘크리트 사일로 외벽에 연하는 토양을 궁극적 이차 대안 열침원으로 사용할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
Another object of the present invention is to completely or partially remove a reactor cavity outer wall heat shield by using only a heat insulating material even if a heat insulating material provided on the rear side of an air duct is removed or used so that the soil moving on the outer wall of the concrete silo is ultimately used as a secondary alternative heat So that it can be used as a sink.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 공동 피동 냉각 장치를 도시한 측단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라서 본 원자로 공동 피동 냉각 장치의 부분 평단면도이다. 1 is a side cross-sectional view illustrating a nuclear reactor passive cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial plan sectional view of the reactor passive cooling apparatus of FIG. 1 taken along line II-II.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 공동 피동 냉각 장치를 도시한 측단면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라서 본 원자로 공동 피동 냉각 장치의 부분 평단면도이다. FIG. 1 is a side sectional view showing a nuclear reactor passive cooling apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial plan sectional view of a nuclear reactor passive cooling apparatus cut along a line II-II in FIG.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예의 원자로 공동 피동 냉각 장치는 사고시 사일로(5) 콘크리트 내에 수납되는 원자로 압력 용기(10) 주변의 공동 내의 잔열을 외부로 배출하여 제거할 수 있도록 하는 피동 냉각 수단(100)을 포함하여 구성된다. 1 and 2, the reactor cavity passive cooling apparatus of the present embodiment is designed to discharge residual heat in the cavity around the reactor pressure vessel 10, which is stored in the silo 5 concrete in the event of an accident, And a driven cooling means (100).

피동 냉각 수단(100)은 원자로 공동 내부의 잔열 제거를 위해 열매체로 외부 공기를 이용하는 공냉식 피동 냉각부(101)와 냉각수 순환을 이용한 수냉식 피동 냉각부(105)를 포함하여 구성될 수 있다.The passive cooling unit 100 may include an air-cooled driven cooling unit 101 using external air as a heating medium for removing residual heat inside the reactor cavity, and a water-cooled driven cooling unit 105 using cooling water circulation.

여기서, 공냉식 피동 냉각부(101)는 고온 공기 상승 덕트(120), 저온 공기 하강 덕트(110) 및 이들을 원자로 압력 용기가 수납되는 사일로(5) 콘크리트 외부로 연결하는 공기 연결 덕트(130) 등을 포함하도록 구성되어, 상기 사일로(5) 콘크리트 외부로부터 유입된 공기를 이용해 상기 원자로 압력 용기(10) 주변 공동 내의 잔열을 흡열한 후 사일로(5) 콘크리트 외부의 대기로 배출시켜 냉각하도록 한다.The air cooling type passive cooling unit 101 includes a high temperature air riser duct 120 and a low temperature air drop duct 110 and a silo 5 for accommodating the reactor pressure vessel therein and an air connecting duct 130 for connecting the high temperature air riser duct 120, And the residual heat in the cavity around the reactor pressure vessel 10 is absorbed by the silo 5 using the air introduced from the outside of the concrete and then discharged to the outside of the silo 5 to be cooled.

특히, 고온 공기 상승 덕트(120)는 상기 원자로 압력 용기(10)와 인접하는 주위의 원주 방향을 따라 연속하는 하나의 중공 벽체를 이루도록 배치되게 일체로 형성되되, 상기 원자로 압력 용기(10)와 마주하는 벽면 내측에 복수의 방열 핀(140)들이 구비되는 일체형 핀 덕트 방식으로 이루어진다.In particular, the hot air riser duct 120 is formed integrally with the reactor pressure vessel 10 so as to form a continuous hollow wall along the circumferential direction adjacent to the reactor pressure vessel 10, And a plurality of heat dissipation fins 140 are provided on the inner side of the wall surface.

저온 공기 하강 덕트(110)는 상기 원자로 압력 용기(10)를 중심으로 상기 고온 공기 상승 덕트(120)로부터 이격되며 외측 주위에 설치되어 외부 공기를 유입시켜 상기 고온 공기 상승 덕트(120)로 공급하도록 설치되되, 상기 고온 공기 상승 덕트(120)가 일체형 핀 덕트 방식으로 이루어지는 반면에 후술하는 수냉각 피동 냉각부(105)의 워터 재킷(150) 내부를 복수의 관 형태로 수직 관통하며 지나 상기 고온 공기 상승 덕트(120) 하단에 연통되게 연결되도록 설치된다.The low-temperature air descending duct 110 is spaced apart from the high-temperature air riser duct 120 around the reactor pressure vessel 10 and installed on the outer periphery thereof to supply external air to the high-temperature air riser duct 120 The high temperature air riser duct 120 is formed by an integral pin duct method while the inside of the water jacket 150 of the water cooled quasi cooling section 105 is vertically penetrated in the form of a plurality of pipes, And is connected to the lower end of the rising duct 120 so as to be communicatively connected.

그리고, 공기 연결 덕트(130)는 공기 공급 덕트(131)와 공기 배출 덕트(135)로 이루어질 수 있다. 여기서, 공기 공급 덕트(131)는 사일로(5) 콘크리트 상부 일측에 형성되는 개방부를 통과해 저온 공기 하강 덕트(110)를 연결하여 외부 공기가 저온 공기 하강 덕트(110)를 통해 이와 연결된 고온 공기 상승 덕트(120)쪽으로 공급되도록 하며, 공기 배출 덕트(135)는 고온 공기 상승 덕트(120)를 사일로(5) 콘크리트 외부와 연결하여 고온 공기 상승 덕트(120)를 지나는 동안 방열 핀(140)들 사이를 통해 가열된 공기를 대기중에 배출하도록 한다. The air connection duct 130 may include an air supply duct 131 and an air discharge duct 135. The air supply duct 131 is connected to the low temperature air drop duct 110 through an opening formed on one side of the upper part of the silo 5 so that external air flows through the low temperature air drop duct 110, And the air discharge duct 135 connects the high temperature air riser duct 120 to the outside of the concrete in the silo 5 to supply the high temperature air riser duct 120 to the side of the duct 120, So that the heated air is discharged to the atmosphere.

따라서, 전술한 공냉식 피동 냉각부(101)를 통한 원자로 공동 내부의 냉각 과정은 공기 공급 덕트(131)를 통해 밀도가 높은 외부의 찬 공기가 상기한 워터 재킷(150)을 수직 관통하는 관형의 저온 공기 하강 덕트(110)를 따라 거의 데워지지 않은 상태로 고온 공기 상승 덕트(120)를 연결하는 하부의 저온 헤더로 유입되고, 유입된 공기는 전술한 바와 같이 일체형 핀 덕트 방식으로 이루어지는 고온 공기 상승 덕트(120)를 통과하면서 방열 핀(140)을 통해 원자로용기 표면으로부터 전달되는 잔열에 의해 가열되면서 밀도가 낮아져 상승하여 상기 공기 배출 덕트(135)를 통해 대기중에 배출되는 과정을 통해 원자로 공동 내부의 잔열을 냉각시키게 된다. 이처럼, 공냉식 피동 냉각부(101)는 별도의 강제 공기 순환 수단을 갖추지 않고도 저온 공기 하강 덕트(110)로 유입되는 외부 차가운 공기와 고온 공기 상승 덕트(120)를 지나며 가열된 더운 공기의 밀도차를 이용해 자연 순환시켜 원자로 공동 내의 잔열을 지속적으로 대기중으로 배출하여 피동 냉각을 수행할 수 있게 된다.Therefore, the cooling process inside the reactor cavity through the air-cooled type passive cooling unit 101 is performed by the cold air having a high density through the air supply duct 131 through the water jacket 150 vertically passing through the water jacket 150 Temperature header connected to the high-temperature air riser duct 120 in a state in which it is hardly warmed along the air-lowering duct 110, and the inflow air is introduced into the low-temperature header connected to the high-temperature air riser duct 120, The air is heated by the residual heat transmitted from the surface of the reactor vessel through the heat dissipation fin 140 while passing through the air exhaust duct 120 and is raised in density and discharged to the atmosphere through the air exhaust duct 135. As a result, . As described above, the air-cooled type passive cooling unit 101 can reduce the difference in density of the hot air heated by the external cold air flowing into the low-temperature air falling duct 110 and the hot air riser duct 120 without a separate forced air circulating means So that the residual heat in the reactor cavity is continuously discharged into the atmosphere to perform passive cooling.

특히, 저온 공기 하강 덕트(110)를 전술하는 수냉식 피동 내각부의 워터 재킷(150)을 관통하도록 관 형태로 설치하여, 외부로부터 유입된 차가운 공기가 거의 데워지지 않은 상태로 고온 공기 상승 덕트(120)를 연결하는 하부의 저온 헤더로 유입되도록 함으로써 원자로 공동 내의 피동 냉각 능력을 향상시킴과 아울러 좀더 자연스럽게 자연 대류에 의한 덕트 내의 공기 순환이 이루어질 수 있게 한다. In particular, the low-temperature air descending duct 110 is installed in a tubular form so as to penetrate the water jacket 150 of the water-cooled driven interior portion described above, so that the hot air introduced into the hot air riser duct 120, Temperature headers connected to the lower header, thereby improving the passive cooling capability in the reactor cavity, and moreover, allowing natural circulation of air in the duct by natural convection.

더욱이, 고온 공기 상승 덕트(120)가 종래 여러 개의 작은 사각 덕트들이 원자로 공동 내에 간격을 두고 일렬로 배치되는 덕트 어레이(Duct-Array) 방식에 비해 일체형 핀 덕트 방식을 적용하여 상기 원자로 압력 용기(10)와 인접하는 주위의 원주 방향을 따라 연속하는 하나의 중공 벽체를 이루며 배치되게 일체로 형성함으로써, 고온 공기 상승 덕트(120) 내의 공기를 통해 더 많은 열량을 외부로 배출할 수 있도록 함과 아울러 공기가 접촉할 수 있는 전열 면적을 넓혀 원자로 공동 내의 피동 냉각 능력을 향상시킬 수 있게 된다.Furthermore, since the hot air riser duct 120 is constructed by integrating a plurality of small square ducts in the reactor cavity in a line-by-line arrangement in the reactor pressure vessel 10 So that a larger amount of heat can be discharged to the outside through the air in the hot air riser duct 120. In addition, it is possible to discharge more heat to the outside through the air in the hot air riser duct 120, So that the passive cooling capability in the reactor cavity can be improved.

본 실시예에서 고온 공기 상승 덕트(120)는 상기 원자로 압력 용기(10)의 원주 방향을 따라 4개로 분할 구획되며 일체로 조합되어 중공 벽체를 이루도록 형성되되, 상기 원자로 압력 용기(10)와 마주하는 내벽면 내측에 복수의 방열 핀(140)들이 구비되는 것을 예시한다. In the present embodiment, the hot air riser duct 120 is divided into four sections along the circumferential direction of the reactor pressure vessel 10, and is integrally combined to form a hollow wall. And a plurality of heat dissipation fins 140 are provided inside the inner wall surface.

그러나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 일체형 핀 덕트 방식을 통해 전열량을 유지하면서 총 덕트 유로 단면적을 확대시킬 수 있도록 고온 공기 상승 덕트(120)를 상기 원자로 압력 용기(10)의 원주 방향을 따라 4개 이하로 분할 구획되게 형성할 수 있음은 당연하다.However, the present invention is not limited to this, and the high-temperature air riser duct 120 may be disposed in the circumferential direction of the reactor pressure vessel 10 so as to enlarge the total cross- It is natural that it can be divided into four or less.

여기서, 상기 방열 핀(140)들은 총 전열면적을 늘리고 내부에서 상승하는 자연 대류 유동에 난류를 증가시켜 열전달 촉진시키는 것 이외에도 원자로 압력 용기(10)와 인접하여 열을 가장 많이 받는 고온 공기 상승 덕트(120)의 내측 벽면에 덧대어져 구조적 강도를 보강하도록 하는 역할을 동시에 수행할 수 있게 된다.In addition to increasing the total heat transfer area and increasing the turbulence in the natural convection flow, the heat-radiating fins 140 may promote heat transfer. In addition, 120 so as to reinforce the structural strength at the same time.

또한, 본 실시예에서 상기 방열 핀(140)들은 수직 방향을 따라 공기 이동 통로를 형성하도록 서로 나란하게 폭 방향으로 기설정된 간격을 두고 판형으로 돌출되어 형성되는 것을 예시한다.In addition, in the present embodiment, the heat dissipation fins 140 are formed to protrude in a plate shape at predetermined intervals in the width direction in parallel with each other so as to form an air movement passage along the vertical direction.

그러나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 공기를 이용한 피동 냉각 능력을 향상시킬 수 있는 한 방열 핀들이 최적의 형상 및 배열에 대한 실험 또는 해석을 통해 다양하게 변형하여 적용할 수 있음은 당연하다. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and it is a matter of course that the heat dissipation fins can be variously modified and applied by experiment or analysis on the optimal shape and arrangement so as to improve the passive cooling capability using air.

한편, 수냉식 피동 냉각부(105)는 상기 원자로 압력 용기(10)를 중심으로 상기 공냉식 피동 냉각부의 외측 주위의 원주 방향을 따라 연속하는 하나의 중공 벽체를 이루도록 설치되되, 내부에 냉각수를 담아 순환시켜 상기 공동 내의 잔열을 외부로 배출하도록 구성된다.On the other hand, the water-cooled type passive cooling unit 105 is installed to form one hollow wall continuous along the circumferential direction around the outer periphery of the air-cooled type passive cooling unit 10 with respect to the reactor pressure vessel 10, And discharging the residual heat in the cavity to the outside.

본 실시예에서 수냉식 피동 냉각부(105)는 워터 재킷(150), 냉각수 탱크(170) 및 이들을 연결하며 냉각수를 순환 공급하기 위한 냉각수 순환 배관(160)을 포함하여 구성된다.In the present embodiment, the water-cooled driven cooling section 105 includes a water jacket 150, a cooling water tank 170, and a cooling water circulation pipe 160 for circulating and supplying the cooling water.

여기서, 워터 재킷(150)은 상기한 공냉식 피동 냉각부(101)의 상기 고온 공기 상승 덕트(120)의 외측으로 이격되며 주위의 원주 방향을 따라 하나의 중공 벽체를 이루도록 일체로 배치되게 형성되되, 공동 외부에 설치되는 냉각수 탱크(170)로부터 냉각수 순환 배관(160)을 통해 순환 공급되는 냉각수를 담아 저장하도록 내부 수용 공간을 구비된다.The water jacket 150 is formed integrally with the air cooling type passive cooling unit 101 so as to be spaced apart from the high temperature air rising duct 120 and to form one hollow wall along the circumferential direction of the surrounding, And an internal storage space for storing the cooling water circulated and supplied through the cooling water circulation pipe 160 from the cooling water tank 170 installed outside the cavity.

한편, 냉각수 순환 배관(160)은 냉각수 공급 배관(161)과 냉각수 배출 배관(165)으로 이루어진다. 냉각수 공급 배관(161)은 사일로(5) 콘크리트 외측에 위치하는 냉각수 탱크(170)로부터 냉각된 냉각수를 워터 재킷(150)으로 공급하도록 연결하며, 냉각수 배출 배관(165)은 원자로 공동 내의 워터 재킷(150)으로부터 흡열 과정을 통해 가열된 냉각수를 원자로 외측의 냉각수 탱크(170)로 배출하도록 연결한다. On the other hand, the cooling water circulation pipe 160 comprises a cooling water supply pipe 161 and a cooling water discharge pipe 165. The cooling water supply piping 161 connects the cooling water discharged from the cooling water tank 170 located outside the silo 5 to supply the cooling water to the water jacket 150. The cooling water discharge pipe 165 is connected to the water jacket 150 to the cooling water tank 170 outside the reactor.

이때, 수냉식 피동 냉각부(105)를 통해 원자로 공동 내부를 냉각 시 냉각수가 자연 대류 방식으로 냉각수 탱크(170)와 워터 재킷(150) 사이를 이동할 수 있도록 냉각수 공급 배관(161)이 냉각수 배출 배관(165)보다 더 깊게 관통 삽입되어 설치되고, 냉각수 배출 배관(165)은 워터 재킷(150) 내부의 가열된 고온의 냉각수 및 증기를 냉각수 탱크(170)로 배출하도록 내부 상측에 관통 삽입되게 설치되는 것이 바람직하다.At this time, the cooling water supply pipe 161 is connected to the cooling water discharge pipe (not shown) so that the cooling water can be moved between the cooling water tank 170 and the water jacket 150 in a natural convection mode when the inside of the reactor cavity is cooled through the water- The cooling water discharge pipe 165 is installed so as to be inserted into the upper portion of the inside of the water jacket 150 so as to discharge the heated high temperature cooling water and steam into the cooling water tank 170 desirable.

한편, 원자로 사고 후 상기한 공냉식 피동 냉각부(101)가 완전 손상이 발생했을 경우 종래 사일로(5) 콘크리트 외벽에 설치되었던 열차폐체(단열재)가 제거되었기 때문에 노심 잔열은 사일로(5) 외벽 측으로 빠져 나오게 되는데 이때, 사일로(5) 내부에 위치하는 수냉식 피동 냉각부(105)의 워터 재킷(150)에 담긴 냉각수가 원자로 공동 피동 냉각 장치의 일차적인 대안 열침원으로 사용되게 된다.When the air-cooled driven cooling unit 101 is completely damaged after the reactor accident, the heat shielding material (heat insulating material) installed on the outer wall of the conventional silo (5) is removed, At this time, the cooling water contained in the water jacket 150 of the water-cooled passive cooling unit 105 located in the silo 5 is used as a primary alternative heat sink for the reactor cavity passive cooling apparatus.

따라서, 수냉식 피동 냉각부(105)는 냉각수 공급 배관(161)을 통해 냉각수 탱크(170)로부터 공급된 냉각수가 워터 재킷(150) 내에서 가열된 후 자연대류에 의해 원자로 상부에 설치되는 냉각수 탱크(170)로 상승하여 흡열된 원자로 공동 내부의 잔열을 대기중으로 배출하도록 한다.Therefore, the water-cooled type passive cooling section 105 is configured such that the cooling water supplied from the cooling water tank 170 through the cooling water supply pipe 161 is heated in the water jacket 150 and then supplied to the cooling water tank 170) so that the residual heat inside the endothermic cavity absorbed is discharged to the atmosphere.

그러나, 지속적으로 냉각수에 노심 잔열이 전달되면 냉각수의 온도가 점차 높아지면서 비등 증발이 일어나게 되고, 이때 냉각수의 재고량은 냉각수 탱크(170)의 상측에 형성되는 증기파열판(171; Rupture Disc)이 작동할 때까지 남아 지속적으로 열을 제거하게 된다.However, when the residual heat of the core is continuously transmitted to the cooling water, the temperature of the cooling water gradually increases and the boiling evaporation occurs. At this time, the amount of the cooling water stored in the cooling water tank 170 rupture disc 171 Until then, the heat is removed continuously.

증기파열판(171)은 냉각수 탱크(170)의 상층에 형성되며 기설정된 증기압 이상에서 파열되며 개방되게 된다.The steam rupture plate 171 is formed on the upper layer of the cooling water tank 170 and ruptured and opened at a predetermined vapor pressure or more.

수냉각 피동 냉각부(105)의 워터 재킷(150) 내부를 채우는 냉각수의 재고량이 고갈되면 사일로 콘크리트 외벽에 연한 토양이 이차적인 대안 열침원이 되는데 이후에는 원자로 주변의 토양을 궁극적 열침원으로 하는 토양 열전도만으로 노심의 잔열을 제거하게 된다.When the stock amount of the cooling water filling the water jacket 150 of the water-cooled passive cooling unit 105 is exhausted, the soft soil on the outer wall of the silo concrete becomes a secondary alternative heat sink. After that, the soil around the reactor becomes the ultimate heat sink The residual heat of the core is removed only by heat conduction.

한편, 고온 공기 상승 덕트(120)와 마주하는 상기 워터 재킷(150)의 내벽면 외측에 단열재(180)가 부착되는 경우, 상기 단열재(180)는 상기 공동 내의 잔열 일부가 상기 사일로(5) 콘크리트를 통과해 외벽에 연하는 토양으로 열 전도되도록 경단열재로 이루어지는 것이 바람직하다.In the case where the heat insulating material 180 is attached to the outside of the inner wall surface of the water jacket 150 facing the hot air rising duct 120, And is made of a heat insulating material so as to conduct heat to the soil swallowing on the outer wall.

본 실시예에서 전술한 바와 같이 경단열재를 사용함으로써 정상 운전시에는 기생 열손실을 최소화하고 아울러 사고시 원자로 공동을 통한 잔열 제거시 사일로 콘크리트 외벽에 연한 토양을 이차적인 대안 열침원으로 사용하도록 하는 서로 상반된 두 가지 기능을 모두를 수행할 수 있도록 한다.In the present embodiment, by using the thermal insulation material as described above, it is possible to minimize the parasitic heat loss during normal operation and to use the soft soil on the outer wall of the silo concrete as a secondary alternative heat sink when removing residual heat through the reactor cavity in the event of an accident Allows you to perform both functions.

전술한 바와 같이 본 실시예에서는 고온 공기 상승 덕트(120)와 마주하는 상기 워터 재킷(150)의 내벽면 외측에 경단열재를 사용하는 것을 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 경우에 따라 단열재의 사용을 배제하여 정상 운전시 일부 열손실을 발생하는 것을 허용하더라도 사고 발생시 원자로 공동 내의 잔열에 대한 피동 냉각 능력을 최대한 활용할 수 있도록 하는 것도 바람직하다.As described above, in this embodiment, the thermal insulation material is used outside the inner wall surface of the water jacket 150 facing the hot air riser duct 120, but the present invention is not necessarily limited thereto It is also desirable to make use of the passive cooling capacity of the residual heat in the reactor cavity in the event of an accident, even if it allows some heat loss during normal operation by excluding the use of insulation.

이처럼 본 실시예의 원자로 공동 피동 냉각 장치에 따르면, 공냉식 피동 냉각부(101)의 고온 공기 상승 덕트(120)를 일체형 핀 덕트 방식으로 전열량을 유지하면서 총 덕트 유로 단면적을 확대시킴으로써 냉각을 위한 공기 유량을 증가시키고 아울러 덕트 내에 일체로 형성되는 방열 핀(140)을 통해 공기와의 열교환 효율을 향상시킴으로써 원자로 공동 내의 피동 냉각 능력을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, according to the reactor cavity passive cooling apparatus of the present embodiment, the cross-sectional area of the total duct is increased while maintaining the total heat quantity by the integrated pin duct system of the hot air riser duct 120 of the air-cooled type passive cooling unit 101, And the efficiency of heat exchange with air is improved through the heat dissipation fins 140 integrally formed in the duct, whereby the passive cooling capability in the reactor cavity can be improved.

또한, 일체형 핀 덕트 방식의 고온 공기 상승 덕트(120) 외측에 수냉식 피동 냉각부(105)의 워터 재킷(150)을 추가 설치하여 워터 재킷(150)에 채워지는 물을 이용해 일차적인 대안 열침원으로 활용할 수 있도록 함으로써, 원자로 공동 외벽 열차폐체를 완전 또는 부분 제거하도록 하여 정상 운전시 외벽 콘크리트 최대 허용온도 이내 유지 가능하도록 한다.In addition, a water jacket 150 of a water-cooled passive cooling section 105 is additionally provided outside the integral-type duct-type high-temperature air riser duct 120, and water filled in the water jacket 150 is used as a primary alternative heat sink By this, it is possible to completely or partially remove the reactor core cavity heat shielding material, so that it can be maintained within the maximum allowable temperature of the outer wall concrete during normal operation.

또한, 종래 공기 덕트 후면에 설치되던 단열재를 제거하거나 또는 사용하더라도 경단열재 만을 사용함으로써 사일로(5) 콘크리트 외벽에 연하는 토양을 궁극적 이차 대안 열침원으로 사용할 수 있도록 하여, 모든 노심 잔열 제거 수단을 상실시 원자로 공동 외벽을 통한 자연 냉각 수단을 제공하도록 하여 원자로의 치명적 냉각 불능을 근본적으로 방지할 수 있도록 한다. In addition, even if the heat insulation material provided on the rear side of the conventional air duct is removed or used, only the heat insulation material is used to make the silo (5) soil that is adjacent to the outer wall of the concrete ultimately used as a secondary alternative heat sink, Provide natural cooling means through the joint outer wall of the city reactor to fundamentally prevent the deadly cooling failure of the reactor.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. And it goes without saying that they belong to the scope of the present invention.

5: 사일로 10: 원자로 압력 용기
101: 공냉식 피동 냉각부 105: 수냉식 피동 냉각부
110: 저온 공기 하강 덕트 120: 고온 공기 상승 덕트
130: 공기 연결 덕트 131: 공기 공급 덕트
135: 공기 배출 덕트 140: 방열 핀
150: 워터 재킷 160: 냉각수 순환 배관
161: 냉각수 공급 배관 165: 냉각수 배출 배관
170: 냉각수 탱크 171: 증기파열판5: Silos 10: Reactor pressure vessel
101: air cooling type passive cooling part 105: water-cooled type driven cooling part
110: low temperature air descending duct 120: hot air rising duct
130: air connection duct 131: air supply duct
135: air vent duct 140: heat dissipation pin
150: Water jacket 160: Cooling water circulation piping
161: cooling water supply pipe 165: cooling water discharge pipe
170: Cooling water tank 171: Steam rupture plate

Claims

And a passive cooling means installed in the cavity around the reactor pressure vessel accommodated in the silo concrete and installed so as to remove residual heat of the reactor,

Wherein said passive cooling means comprises:
An air cooling type passive cooling unit installed to discharge the residual heat in the cavity around the reactor pressure vessel to the outside by using air introduced from the outside of the silo concrete through a duct; And
And a water-cooled driven cooling unit installed along the circumferential direction around the outer periphery of the air-cooled type passive cooling unit with the reactor pressure vessel as a center, circulating cooling water in the cooling water to discharge residual heat in the cavity to the outside,

Wherein the air-
And a plurality of heat dissipation fins (Fin) provided on the inside of a wall surface facing the reactor pressure vessel so as to be integrally formed to constitute a single hollow wall continuous along the circumferential direction adjacent to the reactor pressure vessel, A duct-type high temperature air riser duct; And
And a plurality of low temperature air drop ducts spaced from the high temperature air riser duct around the reactor pressure vessel and installed around the outside to supply external air to the high temperature air riser duct,

Wherein the water-
A water jacket having an internal accommodation space for storing the cooling water circulated and supplied from a cooling water tank installed outside the cavity; / RTI >

The heat-
A plurality of high temperature air rising ducts protruding in a plate shape at predetermined intervals in the width direction so as to form air moving paths along the vertical direction of the high temperature air rising duct,

The low-temperature air-
Wherein the water jacket is vertically penetrated through the inside of the water jacket and connected to the lower end of the hot air riser duct.

The method of claim 1,
The high temperature air riser duct,
Wherein the reactor pressure vessel is divided into four or less sections along the circumferential direction of the reactor pressure vessel and integrally combined to form a wall.

delete

The method of claim 1,
Wherein a steam rupture plate is provided on the upper side of the cooling water tank so as to rupture at a predetermined vapor pressure or more.

The method of claim 1,
When the heat insulating material is attached to the outside of the inner wall surface of the water jacket facing the hot air rising duct,
Wherein the heat insulating material is made of a heat insulating material so that a part of the residual heat in the cavity passes through the concrete silo and conducts heat to the soil extending to the outer wall.