KR101551744B1 - 원자로 및 그 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은, 원자로 이상 발생 시 운전원의 조작 없이도 피동적으로 과도 발생된 열을 냉각할 수 있도록 하되, 이러한 안전 조처를 위한 냉각 동작이 별도의 제어 지시 없이 원자로 구조 및 압력 등의 환경 조건 변화에 의하여 완전 피동적으로 이루어질 수 있도록 하며, 더불어 기존의 원자로 안전계통에 비하여 좀더 간소한 구조로 이루어지는, 원자로 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.

Description

원자로 및 그 동작 방법 {Reactor and operating method for the reactor}

본 발명은 원자로 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자로 이상 발생 시 운전원의 조작 없이도 피동적으로 과도 발생된 열을 냉각할 수 있도록 하되, 이러한 안전 조처를 위한 냉각 동작이 별도의 제어 지시 없이 원자로 구조 및 압력 등의 환경 조건 변화에 의하여 완전 피동적으로 이루어질 수 있도록 하며, 더불어 기존의 원자로 안전계통에 비하여 좀더 간소한 구조로 이루어지는, 원자로 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

원자력 발전은 핵분열 시 발생되는 에너지를 이용해 터빈을 돌려 전기 에너지를 생산하는 방식으로 이루어진다. 도 1은 일반적인 원자력 발전의 원리를 간략하게 도시하고 있다. 압력 용기(또는 원자로용기라고 칭함)내의 핵연료가 핵분열함에 의하여 엄청난 열에너지가 발생되는데, 이 열에너지는 압력 용기 내의 냉각재로 전달되며, 냉각재는 도 1에 진한 화살표로 표시된 바와 같이 압력 용기로부터 배출되어 열교환기를 거쳐 다시 압력 용기로 유입되는 방향으로 순환된다. 냉각재가 가지고 있는 열에너지는 열교환기를 통과하면서 증기발생기로 전달되며, 증기발생기 내의 물은 열에너지에 의하여 고온 고압의 증기로 상변화를 일으킨다. 이와 같이 발생된 고온 고압의 증기는 도 1의 연한 화살표로 표시된 바와 같이 터빈으로 공급되며, 이 증기의 힘에 의하여 터빈이 회전하며, 터빈과 연결되어 있는 발전기도 함께 회전함으로써 발전이 이루어진다. 터빈을 회전시킴으로써 에너지를 상실한 증기는 다시 상변화를 일으켜 물이 되는데, 이 물은 도 1의 연한 화살표로 표시된 바와 같이 증기발생기로 재유입됨으로써 역시 순환이 이루어지게 된다.

도 1은 원자력 발전의 주체가 되는 계통들만이 도시되었으나, 실제로는 원자로에는 필수적으로 안전계통이 구비된다. 앞서 설명한 바와 같이 원자로가 작동할 때에는 매우 높은 열이 발생하게 되는데, 이러한 고열 환경은 매우 높은 위험성을 내포하여 원자로 손상 발생 시 대형 사고를 유발할 수도 있기 때문이다. 따라서 원자로의 손상이 발생했을 경우 원자로를 급속히 냉각해 주기 위한 안전계통이 필수적으로 구비되어야만 하는 것이다.

이에 따라 종래에는 원자로 사고 발생 시 원자로를 안전하게 냉각할 수 있도록 하는 다양한 형태의 안전계통이 구비된다. 보다 구체적으로 설명하자면, 기존의 원자로에 적용되는 안전계통 구성으로서, 원자로용기 내에 수용된 냉각재를 외부로 순환시키는 구성(ex. 피동잔열제거(PRHR) 계통 등), 외부에 별도 수용되어 있던 냉각재를 용기 내로 공급해 주는 구성(ex. 노심보충수탱크(CMT), 안전주입펌프(SI pump) 등) 등이 있으며, 그 예시가 도 2에 도시되어 있다. 또한, 상술한 예시의 안전계통들은 모두 냉각재(물)를 사용하여 냉각을 수행하도록 되어 있는데, 냉각 효율을 더욱 높이기 위하여 공기와 물을 동시에 사용하는 안전계통들의 구성도 개시되어 있다. 이처럼 공기와 물을 사용하여 히트 싱크를 다변화하는 안전계통 기술의 예시로는 일본특허공개 제2010-217091호("격납 용기 수동 냉각 시스템 및 액체 금속 냉각 원자로"), 한국특허공개 제2009-0021722호("고온가스로의 노심 잔열제거를 위한 공기/물 복합형 피동원자로 공동 냉각장치") 등이 있다.

그런데 원자로 구동계통 역시 더욱 효율을 향상하기 위한 연구 노력이 계속되고 있으므로, 이러한 고전적인 안전계통만으로는 충분한 냉각 효율을 얻을 수 없는 문제가 있다. 또한 원자로 손상 발생과 같은 급박한 사고 순간에 이러한 안전계통이 별도의 제어 지시를 받아야 작동이 이루어지도록 구성될 경우, 제어 계통의 손상으로 인하여 오작동이 발생함으로써 안전계통이 제대로 작동하지 못하게 되거나, 또는 원자로 운전 실무자가 제시간에 제어 지시를 내리지 못하게 되는 등의 위험 요소가 많다는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 기존에는, 상술한 여러 선행기술 등에서 보이는 바와 같이 원자로의 안전계통 구조 자체가 매우 복잡하고 다중적으로 되어 있어, 설비를 구축하는데 있어서 고려해야 할 설계 요소가 너무 많아 설계 및 실제 공사가 매우 어려워질 뿐만 아니라, 설비 구축이 완료된 후에도 안전한 운용을 위하여 검사하거나 감시해야 할 것들이 많아 운용 및 제어가 어렵다는 문제가 있었다.

따라서 기존의 안전계통보다 더욱 냉각 효율을 향상시킬 수 있고, 운전원의 별도 제어 조작을 필요로 하지 않고 완전 피동적으로 작동이 가능하며, 더불어 기존의 원자로 안전계통에 비하여 좀더 간소한 구조로 이루어지는, 원자로 안전계통에 대한 요구가 꾸준히 있어 왔다.

1. 일본특허공개 제2010-217091호("격납 용기 수동 냉각 시스템 및 액체 금속 냉각 원자로") 2. 한국특허공개 제2009-0021722호("고온가스로의 노심 잔열제거를 위한 공기/물 복합형 피동원자로 공동 냉각장치")

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 원자로 이상 발생 시 운전원의 조작 없이도 피동적으로 과도 발생된 열을 냉각할 수 있도록 하되, 이러한 안전 조처를 위한 냉각 동작이 별도의 제어 지시 없이 원자로 구조 및 압력 등의 환경 조건 변화에 의하여 완전 피동적으로 이루어질 수 있도록 하며, 더불어 기존의 원자로 안전계통에 비하여 좀더 간소한 구조로 이루어지는, 원자로 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원자로는, 원자로노심을 수용하는 원자로용기, 증기관 및 급수관이 연결된 증기발생기를 포함하여 이루어지는 원자로 구동계통 및 원자로 구동계통을 수용하는 에너지 방출공간(Energy Release Space, ERS), 상측에 형성된 통로에 의하여 상기 에너지 방출공간과 연통되며 냉각재를 수용하는 에너지 흡수공간(Energy Absorbing Space, EAS), 상기 에너지 방출공간 및 상기 에너지 흡수공간과 격리되도록 형성되되 내부에 상기 에너지 방출공간 및 상기 에너지 흡수공간 각각과 연결되는 열교환장치가 구비되어 원자로 구동계통에서 방출되는 열을 냉각재로 전달하는 에너지 전달공간(Energy Transfer Space, ETS)으로 나뉘어져 이루어지는 원자로 안전계통을 포함하여 이루어지며, 상기 원자로 구동계통 내의 압력 변화 및 냉각재 누출 여부에 의하여 변화되는 열수력 조건에 따라 상기 원자로 안전계통 내의 냉각재가 선택적으로 유통되어 상기 원자로 구동계통을 냉각하도록 이루어질 수 있다.

보다 구체적으로는, 본 발명의 원자로는, 원자로노심(111)을 수용하는 원자로용기(112), 증기관(114) 및 급수관(115)이 연결된 증기발생기(113)를 포함하여 이루어지는 원자로 구동계통 및 내부에 기체 및 상기 원자로 구동계통을 수용하는 방출용 격리용기(120), 상기 방출용 격리용기(120) 상측에 형성된 통로(123)에 의하여 상기 방출용 격리용기(120)와 연통되며 내부에 냉각재를 수용하는 흡수용 격리용기(130), 상기 흡수용 격리용기(130) 상측에 구비되어 내부에 기체 및 냉각재를 수용하는 전달용 격리용기(140), 상기 전달용 격리용기(140) 내에 서로 밀접하게 배치되어 서로 열교환하는 방출용 열교환기(121) 및 흡수용 열교환기(131), 서로 밀접하게 배치된 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)로 냉각재를 분사하는 냉각재 분사관(134), 격리용기들 외부 환경에 배치되는 응축용 열교환기(133), 상기 원자로용기(112) 및 상기 방출용 열교환기(121)에 연결되어 냉각재를 순환 유통시키는 방출용 열교환유로(122), 상기 흡수용 열교환기(131) 및 상기 응축용 열교환기(133)에 연결되어 냉각재를 순환 유통시키는 흡수용 열교환유로(132)를 포함하여 이루어지는 원자로 안전계통을 포함하여 이루어지며, 상기 원자로 구동계통 내의 압력 변화 및 냉각재 누출 여부에 의하여 변화되는 열수력 조건에 따라 상기 원자로 안전계통 내의 냉각재가 선택적으로 유통되어 상기 원자로 구동계통을 냉각하도록 이루어질 수 있다.

또한 상기 원자로 안전계통은, 상기 냉각재 분사관(134)으로부터 분사된 냉각재가 상기 방출용 열교환기(121) 내를 유통하는 냉각재로부터 열을 흡수하여 증발하고, 증발되어 생성된 증기가 상기 흡수용 열교환기(131) 내를 유통하는 냉각재로 열을 흡수당하여 응축되어 상기 전달용 격리용기(140) 내로 수용되도록 형성되어, 상기 냉각재 분사관(134)에 의해 분사된 냉각재의 증발 및 응축에 의해 상기 방출용 열교환기(121) 내 냉각재로부터 상기 흡수용 열교환기(131) 내 냉각재로 열이 전달되는 이상유동 열전달 현상(two-phase heat transfer mechanism)에 의하여 열전달이 이루어질 수 있다.

또한 상기 냉각재 분사관(134)은, 일측 끝단이 상기 흡수용 격리용기(130)와 연통되어 냉각재를 공급받고, 타측 끝단에 노즐이 구비되어 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)로 공급받은 냉각재를 분사하도록 형성되며, 냉각재 분사밸브(134a)가 구비되어 이루어질 수 있다. 또한 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 전달용 격리용기(140)와 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 격리용기(120)와 연통되어, 상기 전달용 격리용기(140) 내에 수용된 냉각재를 상기 방출용 격리용기(120) 내로 주입하는 냉각재 주입관(135) 및 상기 냉각재 주입관(135) 상에 구비되는 냉각재 주입밸브(135a)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 상기 전달용 격리용기(140)는, 상기 전달용 격리용기(140) 내에 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)가 배치된 영역측을 둘러싸는 수용격벽(141)이 형성되어 냉각수가 수용되도록 이루어질 수 있다.

또한 상기 통로(123)는, 상기 방출용 격리용기(120) 측에 형성되며 상측이 개방된 방출용 격리용기측 격벽(123a) 및 상기 흡수용 격리용기(130) 측에 형성되며 하측이 개방된 흡수용 격리용기측 격벽(123b)을 포함하는 이중 격벽 형태로 이루어질 수 있다.

또한 상기 원자로 안전계통은, 상기 방출용 격리용기(120) 상부 및 상기 전달용 격리용기(140) 상부를 연통하도록 형성되는 방출용 격리용기 연통관(124) 및 상기 방출용 격리용기 연통관(124) 상에 구비되는 방출용 격리용기 연통밸브(124a)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 상기 원자로 안전계통은, 상기 방출용 격리용기(120) 하부 및 상기 흡수용 격리용기(130) 하부를 연통하도록 형성되는 방출용 격리용기 감압관(125) 및 상기 방출용 격리용기 감압관(125) 상에 구비되는 방출용 격리용기 감압밸브(125a)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 증기관(114)과 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 열교환유로(122)와 연통되어, 상기 증기발생기(113) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기를 상기 방출용 열교환유로(122)로 유통시키는 증기우회관(126) 및 상기 증기우회관(126) 상에 구비되는 증기우회밸브(126a)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 증기관(114)과 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간과 연통되어, 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기를 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간으로 방출하는 증기방출관(127) 및 상기 증기방출관(127) 상에 구비되는 증기방출밸브(127a)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 방출용 열교환유로(122)와 연통되고 타측 끝단이 상기 흡수용 격리용기(130) 또는 상기 전달용 격리용기(140) 내의 냉각재 수면 아래 공간과 연통되어, 상기 방출용 열교환유로(122)에 냉각재를 보충 공급하는 냉각재 보충관(136) 및 상기 냉각재 보충관(136) 상에 구비되는 냉각재 보충밸브(136a)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 상기 원자로 안전계통은, 상기 흡수용 격리용기(130) 내에 배치되는 보조 흡수용 열교환기(151), 상기 격리용기들 외부 환경에 배치되는 보조 응축용 열교환기(153), 상기 보조 흡수용 열교환기(151) 및 상기 보조 응축용 열교환기(153)에 연결되어 냉각재를 순환 유통시키는 보조 흡수용 열교환유로(152)를 포함하여 이루어지는 보조 폐열제거부(150)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 본 발명의 원자로 작동 방법은, 상술한 바와 같이 구성되는 원자로를 동작하는 방법으로서, 상기 원자로 구동계통이 정지되는 단계; 상기 증기관(114)에 구비된 증기관 격리밸브(114a) 및 상기 급수관(115)에 구비된 급수관 격리밸브(115a)가 폐쇄되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 격리 단계와, 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기가 상기 방출용 열교환유로(122)를 통해 상기 방출용 열교환기(121)로 유입되는 단계; 상기 방출용 열교환기(121)로 유입된 증기가 상기 방출용 열교환기(121)를 통과하며 응축되어 냉각재가 생성되고, 생성된 냉각재가 상기 방출용 열교환유로(122)를 통해 상기 원자로용기(112)로 재유입되어 순환되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 방출용 열교환기 순환단계와, 상기 냉각재 분사관(134)에 의해 공급된 냉각재가 상기 방출용 열교환기(121) 외면으로 분사되어 접촉되는 단계; 상기 방출용 열교환기(121) 외면에 접촉된 냉각재가 상기 방출용 열교환기(121) 내의 증기로부터 열을 흡수하여 증발하고, 상기 방출용 열교환기(121) 내의 증기가 응축되어 냉각재가 생성되는 단계; 상기 방출용 열교환기(121) 외면에서 증발되어 생성된 증기가 상기 흡수용 열교환기(131) 외면에 접촉되는 단계; 상기 흡수용 열교환기(131) 외면에 접촉된 증기가 상기 흡수용 열교환기(131) 내의 냉각재로 열을 방출하여 냉각재로 응축되고, 상기 흡수용 열교환기(131) 내의 냉각재가 증발되어 증기가 생성되는 단계;를 포함하여 이루어지는 이상유동 열전달단계와, 상기 흡수용 열교환기(131) 내 증기가 상기 흡수용 열교환유로(132)를 통해 상기 응축용 열교환기(133)로 유입되는 단계; 상기 응축용 열교환기(133)로 유입된 증기가 상기 응축용 열교환기(133)를 통과하며 응축되어 냉각재가 생성되고, 생성된 냉각재가 상기 흡수용 열교환유로(132)를 통해 상기 흡수용 열교환기(131)로 재유입되어 순환되는 단계;를 포함하여 이루어지는 흡수용 열교환기 순환단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 냉각재 분사관(134)은, 일측 끝단이 상기 흡수용 격리용기(130)와 연통되어 냉각재를 공급받고, 타측 끝단에 노즐이 구비되어 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)로 공급받은 냉각재를 분사하도록 형성되며, 냉각재 분사밸브(134a)가 구비되며, 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 전달용 격리용기(140)와 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 격리용기(120)와 연통되어, 상기 전달용 격리용기(140) 내에 수용된 냉각재를 상기 방출용 격리용기(120) 내로 주입하는 냉각재 주입관(135) 및 상기 냉각재 주입관(135) 상에 구비되는 냉각재 주입밸브(135a)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 원자로의 작동 방법은, 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기가 누출되어 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간에 채워져 가압되는 단계; 상기 통로(123)를 통해 가압 압력이 상기 흡수용 격리용기(130) 내 냉각재에 전달되어, 냉각재가 상기 냉각재 분사관(134)으로 유입되는 단계; 상기 냉각재 분사밸브(134a)가 압력에 의해 개방되어, 냉각재가 상기 냉각재 분사관(134)을 통해 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)로 분사되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 냉각재 가압분사단계; 상기 이상유동 열전달단계에 의하여 응축되어 생성된 냉각재가 상기 전달용 격리용기(140) 내로 수용되는 단계; 상기 전달용 격리용기(140) 내에 수용된 냉각재가 상기 냉각재 주입관(135)으로 유입되는 단계; 상기 냉각재 주입밸브(135a)가 압력에 의해 개방되어, 냉각재가 상기 냉각재 주입관(135)을 통해 상기 방출용 격리용기(120) 내로 주입되어 상기 원자로용기(112)에 직접 접촉하여 냉각을 수행하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 냉각재 직접냉각단계; 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 원자로 안전계통은, 상기 방출용 격리용기(120) 상부 및 상기 전달용 격리용기(140) 상부를 연통하도록 형성되는 방출용 격리용기 연통관(124) 및 상기 방출용 격리용기 연통관(124) 상에 구비되는 방출용 격리용기 연통밸브(124a)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 원자로 작동방법은, 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기가 누출되어 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간에 채워져 가압되는 단계; 상기 방출용 격리용기 연통밸브(124a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 방출용 격리용기 연통관(124)을 통해 상기 방출용 격리용기(120) 내 증기가 상기 전달용 격리용기(140)로 배출되어 상기 전달용 격리용기(140) 내 공간에 채워져 가압되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져, 상기 냉각재 직접냉각단계에서의 상기 냉각재 주입밸브(135a) 개방을 위한 보조 가압이 더 이루어질 수 있다.

또한, 상기 원자로 안전계통은, 상기 방출용 격리용기(120) 하부 및 상기 흡수용 격리용기(130) 하부를 연통하도록 형성되는 방출용 격리용기 감압관(125) 및 상기 방출용 격리용기 감압관(125) 상에 구비되는 방출용 격리용기 감압밸브(125a)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 원자로 작동방법은, 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기가 누출되어 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간에 채워져 가압되는 단계; 상기 냉각재 직접냉각단계에 의하여 상기 방출용 격리용기(120)에 냉각재가 채워지는 단계; 상기 방출용 격리용기 감압밸브(125a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 방출용 격리용기 감압관(125)을 통해 상기 방출용 격리용기(120) 내 냉각재가 상기 흡수용 격리용기(130)로 배출되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져, 상기 방출용 격리용기(120) 내 형성된 과압의 감압이 더 이루어질 수 있다.

또한, 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 증기관(114)과 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 열교환유로(122)와 연통되어, 상기 증기발생기(113) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기를 상기 방출용 열교환유로(122)로 유통시키는 증기우회관(126) 및 상기 증기우회관(126) 상에 구비되는 증기우회밸브(126a)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 원자로의 작동 방법은, 상기 증기발생기(113) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기에 의하여 상기 증기발생기(113) 내 공간이 가압되는 단계; 상기 증기우회밸브(126a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 증기우회관(126)을 통해 상기 증기발생기(113) 내 증기가 상기 방출용 열교환유로(122)로 유입되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져, 상기 방출용 열교환유로(122)로의 증기 보조 유입이 더 이루어질 수 있다.

또한, 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 증기관(114)과 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간과 연통되어, 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기를 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간으로 방출하는 증기방출관 및 상기 증기방출관 상에 구비되는 증기방출밸브(127a)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 원자로의 작동 방법은, 상기 증기발생기(113) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기에 의하여 상기 증기발생기(113) 내 공간이 가압되는 단계; 상기 증기방출밸브(127a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 증기방출관을 통해 상기 증기발생기(113) 내 증기가 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간으로 방출되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져, 상기 방출용 격리용기(120) 내 보조 가압이 더 이루어질 수 있다.

또한, 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 방출용 열교환유로(122)와 연통되고 타측 끝단이 상기 흡수용 격리용기(130) 또는 상기 전달용 격리용기(140) 내의 냉각재 수면 아래 공간과 연통되어, 상기 방출용 열교환유로(122)에 냉각재를 보충 공급하는 냉각재 보충관(136) 및 상기 냉각재 보충관(136) 상에 구비되는 냉각재 보충밸브(136a)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 원자로의 작동 방법은, 상기 냉각재 보충밸브(136a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 냉각재 보충관(136)을 통해 냉각재가 상기 방출용 열교환유로(122)로 유입되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져, 상기 방출용 열교환유로(122)로의 냉각재 보조 유입이 더 이루어질 수 있다.

또한, 상기 원자로 안전계통은, 상기 흡수용 격리용기(130) 내에 배치되는 보조 흡수용 열교환기(151), 상기 격리용기들 외부 환경에 배치되는 보조 응축용 열교환기(153), 상기 보조 흡수용 열교환기(151) 및 상기 보조 응축용 열교환기(153)에 연결되어 냉각재를 순환 유통시키는 보조 흡수용 열교환유로(152)를 포함하여 이루어지는 보조 폐열제거부(150)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 원자로의 작동 방법은, 상기 보조 흡수용 열교환기(151) 내 냉각재가 상기 흡수용 격리용기(130) 내 냉각재로부터 열을 흡수하는 단계; 상기 보조 흡수용 열교환유로(152)를 통해 상기 보조 흡수용 열교환기(151) 내 냉각재가 상기 보조 응축용 열교환기(153)로 유입되는 단계; 상기 보조 응축용 열교환기(153) 내 냉각재가 외부 환경으로 열을 방출하는 단계; 상기 보조 흡수용 열교환유로(152)를 통해 상기 보조 응축용 열교환기(153) 내 냉각재가 상기 보조 흡수용 열교환기(151)로 재유입되어 순환되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 보조 폐열제거단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 안전계통이 완전 피동식으로 이루어짐으로써 원자로 손상 발생 시 별도의 제어 지시가 필요 없이 신속한 냉각이 이루어질 수 있도록 하여 사고 위험성을 최소화시켜 줄 수 있는 효과가 있다. 무엇보다도 본 발명은, 종래의 피동식 원자로 안전계통과는 전혀 상이한, 열수력적 작동 개념에 기반한 새로운 구조를 가지며, 이 새로운 구조를 기반으로 다양한 사고 조건에 따라 맞추어 적절한 냉각 동작을 다양하게 수행할 수 있다. 특히 본 발명의 원자로 안전계통 구성은 기존의 원자로 안전계통 구성과 비교하였을 때 비약적으로 단순화된 구조를 가지기 때문에, 이에 따라 기존에 비해 원자로를 설계하고 구축하는데 있어서 난해함을 훨씬 낮출 수 있으며, 구축 완료된 원자로를 운영함에 있어서도 용이성 및 편의성이 비교할 수 없이 향상되는 커다란 효과가 있다. 물론 이에 따라 설계, 구축, 운용, 제어 등에 드는 시간, 인력, 비용 등의 자원들을 절약하는 효과도 매우 크다.

또한 본 발명의 원자로 안전계통 구성은 기존과는 다를 뿐만 아니라 종래의 원자로 안전계통과는 달리 이상유동 열전달 방식을 이용하여 원자로의 고온 에너지를 빠르게 흡수하여 외부(해수 등의 히트싱크)에 버리도록 구성됨으로써 냉각 속도가 비약적으로 빨라지는 바, 결과적으로 절대적인 냉각 능력 또한 크게 향상되는 효과 또한 있다. 더불어 히트 싱크로 작용하는 냉각재에 흡수된 열을 외부, 즉 무한대의 히트 싱크에 한 번 더 버리도록 구성됨으로써, 결과적으로는 잔열 제거 시간을 무한대로 확장시켜 주는 큰 효과가 있다.

뿐만 아니라 냉각 동작을 수행함에 있어서 실질적으로 능동적인(즉 외부에서 운전원이 제어 지시를 내려 주면 작동되는) 제어 수단이 전혀 없으며, 전반적인 구조 자체는 훨씬 단순화되어 있기 때문에, 종래에 비하여 제작 및 운용 등에 있어서 편의성이 훨씬 향상되는 효과가 있다. 물론 능동적인 제어나 구동에 필요한 별도의 동력원을 요하지 않는다는 점에서 운용시 불필요한 에너지 낭비를 절약하는 경제적 효과도 물론 있다. 더불어 본 발명은 상술한 바와 같이 그 형상이 기존에 비하여 단순할 뿐만 아니라, (기존에 비하여 냉각 능력이 우수하기 때문에) 종래의 안전계통을 구비하는 원자로에 비해 훨씬 부피가 작은 공간에 설비가 가능한 바, 원자로 운영 및 건설 경제성 역시 훨씬 향상할 수 있는 큰 효과가 있다.

도 1은 일반적인 원자력 발전 원리.
도 2는 종래의 안전계통의 다양한 예시.
도 3은 본 발명의 원자로의 구조 개념.
도 4는 본 발명의 원자로의 작동 원리.
도 5는 본 발명의 원자로의 이상유동 열전달 원리.
도 6은 본 발명의 원자로의 실시예.
도 7은 본 발명의 원자로의 작동 방법 제1실시예.
도 8은 본 발명의 원자로의 작동 방법 제2실시예.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 원자로 및 그 작동 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 원자로의 구조 개념을, 그리고 도 4는 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 개념적 원자로 구조에서의 작동 원리를 도시하고 있다.

본 발명의 원자로는, 원자로 구동계통이 사고 등으로 정지하였을 때 신속하면서도 효과적으로 냉각을 수행할 수 있는 원자로 안전계통을 가진다. 이에 따라 본 발명의 원자로에서 원자로 구동계통은 어떤 형태로 이루어져도 무방한데, 구체적으로 말하자면 일반적으로 대형 원자로에 사용되는 형태 즉 원자로 노심을 수용하는 원자로용기와 증기발생기가 별도로 이격 구비되는 형태의 원자로 구동계통이어도 되고, 또는 소형 원자로에 사용되는 형태 즉 원자로용기 내에 증기발생기가 수용되어 일체형을 이루는 원자로 구동계통이어도 된다. 상기 원자로 구동계통이 어떤 형태로 형성되건(즉 대형 원자로 용이거나 또는 소형 원자로 용이거나에 상관없이), 상기 원자로 구동계통은 원자로노심을 수용하는 원자로용기, 증기관 및 급수관이 연결된 증기발생기는 기본적으로 포함한다.

본 발명의 원자로의 안전계통은, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 크게는 에너지 방출공간(Energy Release Space, ERS), 에너지 흡수공간(Energy Absorbing Space, EAS), 에너지 전달공간(Energy Transfer Space, ETS) 이 셋으로 나뉘어진다. 에너지 방출공간(ERS)에는 원자로 구동계통이 수용되며, 에너지 흡수공간(EAS)에는 냉각재가 수용된다. 에너지 흡수공간(EAS)은 도시된 바와 같이 상측에 형성된 통로에 의하여 상기 에너지 방출공간(ERS)과 연통되도록 형성된다. 또한 에너지 전달공간(ETS)은 상기 에너지 방출공간(ERS) 및 상기 에너지 흡수공간(EAS)과 격리되도록 형성되어 있는데, 그 내부에 상기 에너지 방출공간(ERS) 및 상기 에너지 흡수공간(EAS) 각각과 연결되는 열교환장치가 구비되어 있어서, 원자로 구동계통에서 방출되는 열을 냉각재로 전달할 수 있도록 이루어진다.

이와 같이 형성되는 본 발명의 원자로 안전계통은, 상기 원자로 구동계통 내의 압력 변화 및 냉각재 누출 여부에 의하여 변화되는 열수력 조건에 따라 상기 원자로 안전계통 내의 냉각재가 선택적으로 유통되어 상기 원자로 구동계통을 냉각하도록 이루어진다. 도 4를 통해 이러한 본 발명의 개념적 원자로의 구성에서의 작동 원리를 좀더 구체적으로 설명한다.

도 4(A)는 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 원자로의 개념적 구성에서의 평상시 상태를 도시한 것으로, 원자로가 정상적으로 작동되고 있을 때에는 원자로를 추가적으로 냉각하여야 할 필요가 없기 때문에 도 4(A)의 상태가 그대로 유지된다. 즉 이 경우 상기 에너지 흡수공간(EAS) 및 상기 에너지 전달공간(ETS)에서의 냉각재 이동은 없는 상태이다.

도 4(B)는 원자로가 사고 등의 발생으로 인하여 정지되어 과열이 방출되기 시작하는 상태에서의 냉각재 이동을 도시한 것이다. 먼저 도 4(B)에 도시된 바와 같이, 원자로 구동계통의 과열로 인하여 상기 에너지 방출공간(ERS) 내의 압력이 높아지면(이 때 상기 에너지 방출공간(ERS) 내의 공기만으로 가압이 이루어질 수도 있고, 또는 원자로 구동계통에서 냉각재 누출이 발생하여 누출된 냉각재가 증발되어 생성된 증기에 의해 더 가압이 이루어질 수도 있다), 상기 에너지 방출공간(ERS) 상측에 형성된 통로를 통해 상기 에너지 흡수공간(EAS) 내의 냉각재가 압력을 받게 된다. 이에 따라 화살표로 표시된 바와 같이 상기 에너지 흡수공간(EAS) 내의 냉각재가 상기 에너지 전달공간(ETS)로 공급되에 된다. 한편, 상기 에너지 전달공간(ETS) 내의 열교환장치는, 상기 에너지 방출공간(ERS) 내의 원자로 구동계통과 연결되어 있는 열교환기 및 상기 에너지 전달공간(ETS) 내에 구비되는 열교환기가 서로 밀접하게 구비되어 서로 열교환이 가능하도록 형성된다. 또한 상기 에너지 흡수공간(EAS) 내의 냉각재는 상기 열교환장치로 공급되어 상기 열교환장치에서의 열교환이 보다 빨리 일어나도록 해 준다. (이는 이상유동 열전달 원리에 의한 것으로, 이후 보다 상세히 설명한다.) 즉 도 4(B)의 경우, 냉각재가 에너지 흡수공간(EAS)에서 에너지 전달공간(ETS)으로 이동하면서 원자로 구동계통의 간접 냉각을 수행하게 된다.

도 4(C)는 과열이 더 발생되어 도 4(B)와 같은 간접 냉각만으로는 충분한 냉각을 이룰 수 없는 상태에서의 냉각재 이동을 도시한 것이다. 도 4(B)에 도시된 바와 같이 냉각재가 에너지 흡수공간(EAS)에서 에너지 전달공간(ETS)로 이동하면서 원자로 구동계통의 냉각이 수행되는 과정이 지속되면, 시간이 지날수록 에너지 전달공간(ETS) 내의 냉각재 수위는 지속적으로 상승하고, 에너지 흡수공간(EAS) 내의 냉각재 수위는 지속적으로 하강한다. 이 때 에너지 전달공간(ETS) 내의 냉각재 수위가 어느 수준 이상으로 상승하면, 에너지 전달공간(ETS) 내에 있던 냉각재가 도 4(C)에 도시된 바와 같이 에너지 방출공간(ERS)으로 이동하게 된다. 에너지 방출공간(ERS)으로 이동된 냉각재는 원자로 구동계통과 직접적으로 접촉하며, 이에 따라 냉각재가 원자로 구동계통으로부터 열을 직접 흡수할 수 있게 되는 것이다. 즉 도 4(C)의 경우, 냉각재가 에너지 전달공간(ETS)에서 에너지 방출공간(ERS)으로 이동하면서 원자로 구동계통의 직접 냉각을 수행하게 된다.

상술한 바와 같이 도 4(B), (C) 모두의 경우에 있어서 궁극적으로는, 원자로 구동계통에서 방출되는 열이 냉각재로 전달됨으로써 원자로 구동계통의 냉각이 이루어진다. 이처럼 본 발명에서는, 원자로 구동계통에서의 압력 변화, 냉각재 누출 여부, 또한 이에 따라 변화되는 각 공간들에서의 압력 변화, 냉각재 수위 등과 같은 열수력 조건에 따라서, 원자로 안전계통 내의 냉각재가 각 공간들 사이를 적절하게 이동함으로써 원자로 구동계통의 냉각을 수행하도록 이루어지는 것이다.

여기에서, 본 발명의 원자로에서는 특히, 이상유동 열전달 현상(two-phase heat transfer mechanism)를 이용하여 열전달이 이루어지도록 한다. 도 5는 본 발명의 원자로에서 사용되는 이상유동 열전달 현상의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

기존의 대부분의 열교환기에서의 기본적인 열교환 원리는, 외부와 격리된 유로 내에 열교환매체가 통과하도록 형성하고, 유로 벽면을 사이에 두고 유로 내부의 열교환매체가 유로 외부의 다른 열교환매체가 직접 서로 열교환을 함으로써 열전달이 일어나도록 하는 것이다. 즉 예를 들면, 유로 안에 고온의 냉각수가 흐르고 유로 밖에 저온의 공기가 흘러가도록 형성되어, 고온의 냉각수가 가지고 있는 열을 저온의 공기가 흡수하도록 이루어지는 식으로 구성되는 공랭식 열교환기 형태가 가장 널리 사용된다. 또는 다른 예로는, 벽을 사이에 두고 한쪽에는 고온의 오일이 흐르고 다른 쪽에는 저온의 냉각수가 흘러가도록 형성되어, 고온의 오일이 가지고 있는 열을 저온의 냉각수가 흡수하도록 이루어지는 식으로 구성되는 이종 열교환기 형태도 널리 사용된다. 그러나 본 발명에서의 열교환장치는 이와는 전혀 상이한 원리에 따라 열교환을 수행한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 이상유동 열전달 현상(two-phase heat transfer mechanism)을 이용하는 본 발명의 열교환장치는, 고온의 열교환매체가 흐르는 방출용 튜브(도 5에서는 좌측 튜브), 저온의 열교환매체가 흐르는 흡수용 튜브(도 5에서는 우측 튜브), 그리고 이 두 튜브들에 다른 열교환매체(도 5에서는 냉각수이나, 물론 다른 액체여도 무방하다)를 분사해 주는 노즐, 이 세 가지를 기본적으로 필요로 한다.

방출용 튜브 내에는 고온의 열교환매체가 흘러가고 있으며, 흡수용 튜브 내에는 저온의 열교환매체가 흘러가고 있다. 기존의 열교환기의 경우에는 이러한 두 튜브를 밀착시켜 줌으로써, 튜브 벽면을 통해 고온측에서 저온측으로 열이 전달되도록 하였으나, 이상유동 열전달 현상을 이용하는 본 발명의 열교환장치에서는 그렇게 하지 않고 두 튜브를 적절한 간격으로 이격시켜 둔다.

노즐은 방출용 튜브 측에 구비되어, 방출용 튜브로 냉각수를 분사해 준다. 냉각수가 분사되어 그 물방울들이 방출용 튜브 외면에 접근 또는 접촉하면, 냉각수 물방울들이 방출용 튜브 내의 고온의 열교환매체가 가지고 있는 열을 순간적으로 흡수하여 빠르게 증발하게 된다. 즉 방출용 튜브 외면에서는 냉각수 물방울들에 의하여 급격하게 많은 양의 증발열이 흡수됨으로써 급랭되는 현상이 일어나며(Tube outside: Quenching), 방출용 튜브 내부에서는 고온의 열교환매체가 냉각수 물방울들의 증발열로서 자신이 가지고 있던 열을 빼앗겨 방출하고 냉각되어 응축되는 현상이 일어난다(Tube inside: Condensation).

상술한 바와 같이 방출용 튜브 주변에서 냉각수는 모두 증발하여 증기 상태가 되는데, 이 증기는 방출용 튜브와 이격되어 배치되어 있는 흡수용 튜브와 접촉하게 된다. 이 때 흡수용 튜브에는 저온의 열교환매체가 흐르고 있기 때문에, 증기가 흡수용 튜브 외면에 접근 또는 접촉하면, 증기는 흡수용 튜브 내의 저온의 열교환매체로 순간적으로 열을 빼앗겨 응축됨으로써 흡수용 튜브 외면에 맺히게 된다. 즉 흡수용 튜브 외면에서는 증기가 저온의 열교환매체로 열을 빼앗겨 응축됨으로써 응축수가 되어 튜브 외면에 맺히거나 흘러내리는 현상이 일어나며(Tube outside: Condensing), 흡수용 튜브 내부에서는 저온의 열교환매체가 증기로부터 열을 흡수함으로써 증발되는 현상이 일어난다(Tube inside: Evaporation).

이와 같이 이상유동 열전달 현상에서는, 방출용 튜브 및 흡수용 튜브가 서로 이격되어 있되, 노즐에서 분사되는 별도의 열교환매체(도 5의 예시에서는 냉각수)가, 노즐에서 액체 상태로 분사되어 방출용 튜브 근처에서 증발되어 기체 상태가 되었다가 흡수용 튜브 근처에서 응축되어 다시 액체 상태로 되돌아오는 방식으로, 기상 - 액상의 두 상(two-phase)으로 변화해 가면서 열전달을 수행한다. 이러한 이상유동 열전달 방식은 기존의 열전달 방식에 비하여 훨씬 빠르고 효과적으로 열전달이 이루어지도록 한다는 연구가 최근 발표된 바 있다.

본 발명은 바로 이러한 이상유동 열전달 방식을 이용하여 냉각재의 열흡수가 이루어지도록 함으로써, 기존의 원자로 안전계통에 비하여 훨씬 빠르고 효과적인 냉각을 실현할 수 있는 것이다.

도 3 내지 도 5를 통해 본 발명의 개념적인 구성 및 원리를 설명하였으며, 이하에서는 본 발명의 원자로를 보다 구체적이고 상세한 실시예로서 설명한다. 도 6은 본 발명의 원자로의 실시예이다. 도 6에 도시된 실시예에서, 본 발명의 원자로는 역시 원자로 구동계통 및 원자로 안전계통으로 이루어진다.

[원자로 구동계통]

원자로 구동계통은 원자로노심(111)을 수용하는 원자로용기(112), 증기관(114) 및 급수관(115)이 연결된 증기발생기(113)를 포함하여 이루어지되, 상술한 바와 같이 원자로용기 내에 증기발생기가 구비되는 일체형 형태이어도 되고, 또는 원자로용기 밖에 증기발생기가 구비되는 형태이어도 되는 등, 원자로 구동계통은 도시된 것으로 한정되는 것이 아니라 다른 어떤 형태로 이루어져도 무방하다. 원자로 구동계통의 각부의 동작에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 원자로노심(111)은 원자로의 중심부로서, 핵연료의 원자핵이 중성자와 결합해 둘로 쪼개지는 핵분열을 일으키며 열에너지가 발생되는 부분이다. 즉 일반적으로 상기 원자로노심(111)이란 바로 원자로의 핵연료인 연료봉 다발을 일컫는다. 또한 일반적으로 상기 원자로노심(111)에는 원자로출력제어봉이 구비되는데, 원자로출력제어봉은 상기 원자로노심(111)에 상하 이동 가능하게 삽입 구비되어 그 삽입 정도에 따라 핵연료의 핵분열 정도를 조절하여 줌으로써, 결과적으로는 상기 원자로(100)의 출력 자체를 제어하는 역할을 하게 된다.

상기 원자로용기(112)는 외부와 밀폐되도록 형성되어 상기 원자로노심(111)을 수용한다. 상술한 바와 같이 원자로출력제어봉은 상하 이동이 가능하도록 제어되어야 하기 때문에 일반적으로 상단부 일부가 상기 원자로용기(112)의 외부로 노출되도록 구비되며, 이러한 관점에서 상기 원자로노심(111)은 자연히 상기 원자로용기(112)의 하측에 배치된다. 이 때 상기 원자로용기(112) 내에는 냉각재가 수용되어, 상기 원자로노심(111)에서 발생되는 열에너지가 냉각재에 흡수되도록 한다. 냉각재는 상기 원자로노심(111)에서 발생되는 열에너지를 흡수함으로써 상기 원자로노심(111)을 냉각하는 역할을 할 뿐 아니라, 냉각재가 흡수한 열을 외부로 전달함으로써 궁극적으로 발전이 이루어지도록 하는 냉각재의 역할을 한다(이에 대해서는 이하 증기발생기(113) 부분에서 보다 상세히 설명한다). 냉각재로는 일반적으로 냉각수, 즉 물이 사용되며, 이하 보다 상세히 설명되겠지만 원자로 안전계통이 작동하게 될 때 평상시 폐쇄된 상태로 형성되는 순환 유로가 개방되기도 하는 등 각부에 유통되는 열교환매체들이 섞이게 될 수 있으므로, 원자로 각부 모두에 사용되는 열교환매체 또는 냉각재는 모두 냉각수로 일관되게 사용되는 것이 일반적이다.

상기 증기발생기(113)는 열교환기 형태로 형성되어 상기 원자로용기(112) 내부에 구비된다. 상기 증기발생기(113) 내부에는 열교환매체로서 작동하는 냉각재가 유통되며, 상기 증기발생기(113) 주변의 상기 원자로용기(112) 내 냉각재로부터 열을 전달받게 된다. 이에 따라 상기 증기발생기(113) 내부에 유통되는 냉각재는 열을 흡수하여 증발이 일어나게 되고, 이처럼 고온 고압의 기체 상태가 된 냉각재는 증기관(114)으로 배출되어 터빈을 작동시키게 된다. 터빈을 작동시킨 후 응축된 냉각재는 다시 급수관(115)을 통해 상기 증기발생기(113)로 공급됨으로써 순환이 이루어진다. 상기 증기관(114) 및 상기 급수관(115)에는 각각 증기관 격리밸브(114a) 및 급수관 격리밸브(115a)가 구비되어, 비상사태 시에 외부와의 차단이 이루어지도록 한다.

이와 같이 정상적인 작동이 이루어지고 있을 때 상기 원자로용기(112) 내부의 냉각재는 자연적으로 순환 대류를 한다. 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 상기 원자로노심(111)에서 발생된 열에너지가 냉각재로 흡수되면, 고온이 된 냉각재는 상승한다. 상기 원자로노심(111)의 상측에 배치된 상기 증기발생기(113)에 고온의 냉각재가 도달하면, 상기 증기발생기(113) 내의 냉각재와 고온의 냉각재가 열교환을 일으키게 된다. 즉 상기 증기발생기(113) 내의 냉각재가 고온의 냉각재로부터 열을 흡수하는 것이다. 따라서 고온의 냉각재는 상기 증기발생기(113)를 지나면서 온도가 떨어지며 따라서 하강이 이루어지게 된다. 이렇게 하강한 냉각재는 다시 상기 원자로노심(111)에서 발생된 열에너지를 흡수하게 되며, 따라서 자연적인 순환 대류가 이루어지게 되는 것이다.

위에서 설명한 원자로의 구동계통은 기존의 대형 또는 소형(일체형) 원자로에도 공통적으로 구비되는 사항이다. 상술한 바와 같이 구성된 구동계통이 작동함으로써 원자로에서 전력을 생산하게 되며, 정상 작동 시에는 이러한 구동계통만으로도 작동에 문제가 없다. 그러나 상기 원자로용기(112)에 손상이 발생하여 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 누출되게 되면, 상기 원자로노심(111)에서 발생된 열에너지를 충분한 양의 냉각재로 흡수하지 못하며, 따라서 상기 원자로노심(111) 주변의 온도가 과도하게 상승하여 부품이 녹는 등 더 큰 손상이 발생하게 될 위험이 있다. 원자로의 경우 방사능 누출 등 환경에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 안전성이 그 무엇보다 중요하며, 따라서 상기 원자로용기(112)에 손상이 발생하여 냉각재의 누출이 일어났을 때, 상기 원자로용기(112) 등을 신속하게 냉각해 주는 안전계통의 구비가 필수적이다.

이 때 앞서 설명한 바와 같이, 이러한 안전계통이 사람의 조작 등과 같은 별도의 제어 지시를 받아야만 작동하게 될 경우, 원자로 운전자가 자리를 비우거나 또는 그 자신이 상해를 입는 등의 문제로 인하여 사고 발생 시 제때 제어 지시를 내리지 못할 경우 사고 위험성이 엄청나게 확산되게 된다. 또한 전자 제어 등과 같은 자동 제어 동작이 이루어지는 시스템의 경우에도, 원자로 손상으로 인해 발생되는 고열로 인하여 시스템 손상이 발생함으로써 올바르게 동작하지 못할 위험성이 있다. 따라서 원자로 손상 및 냉각재 누출이 발생하였을 때 그 자체의 물리적 환경 변화에 따라 기계적으로 동작이 이루어지는 피동식 안전계통이 구비되는 것이 반드시 필요한 것이다. 물론 종래에도 이러한 피동식 안전계통에 대한 연구가 많이 이루어져 온 바 있다. 그런데 종래의 피동식 안전계통의 경우 다음과 같은 문제점들이 남아 있는 것이 사실이다.

먼저, 종래의 피동식 안전계통들은 상당히 부피가 크기 때문에 건설상 또는 경제적 제약이 상당히 높아, 이를 극복하기 위한 설계를 하기 위해 상당한 시간, 인력 등의 자원이 소비되었다. 특히 최근 그 수요가 점차 확대되어 가고 있는 소형 원자로의 경우에는 종래의 피동식 안전계통을 적용할 경우 충분한 냉각 효율을 얻을 수 없어 설계의 난해함이 상승하는 문제가 있었다. 더불어 이에 따라 실제 원자로를 건설하는 과정에서 공간, 재료, 비용 등의 자원이 더욱 낭비되는 것은 물론이고, 건설된 원자로를 운용하는 동안에도 유지 보수 등에 시간, 인력, 비용 등의 자원이 더욱 낭비될 수밖에 없었다.

본 발명에서는 이러한 문제를 해소하기 위하여, 하나의 시스템으로서 다양한 원자로 사고 발생 상황에 적절하게 대처할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 안전계통(즉 원자로를 냉각하기 위한 장치들)이 완전 피동식으로 이루어져, 운전원의 별도 제어 지시가 전혀 필요하지 않게 이루어짐으로써 원자로 손상 발생 시 신속한 냉각이 이루어질 수 있도록 한다. 특히 본 발명의 원자로는 기존과는 달리 이상유동 열전달 방식을 주로 이용하여 냉각을 수행하며, 또한 사고 발생 시 여러 공간으로 나누어진 격납용기 내에서 냉각재가 적절히 이동되는 과정에서 냉각이 이루어지도록 함으로써, 기존에 비하여 훨씬 신속하면서도 효과적인 냉각을 이룰 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명의 구성은 기존의 피동식 안전계통에 비해 훨씬 구성이 단순하여 결과적으로 원자로 부피를 크게 줄일 수 있으며, 따라서 최근 그 수요가 점차 확대되어 가고 있는 소형 원자로에 적용하기에도 매우 적합하다.

[원자로 안전계통]

도 6의 실시예에서 상기 원자로 안전계통은, 방출용 격리용기(120), 방출용 열교환기(121), 방출용 열교환유로(122), 흡수용 격리용기(130), 흡수용 열교환기(131), 흡수용 열교환유로(132), 응축용 열교환기, 냉각재 분사관(134), 전달용 격리용기(140)를 포함하여 이루어진다. 여기에서, 상기 방출용 격리용기(120)는 도 3의 개념 구성에서의 에너지 방출공간(ERS)을 형성하고, 상기 흡수용 격리용기(130)는 도 3의 개념 구성에서의 에너지 흡수공간(EAS)을 형성하고, 상기 전달용 격리용기(140)는 도 3의 개념 구성에서의 에너지 전달공간(ETS)을 형성한다. 또한 상기 방출용 열교환기(121), 상기 흡수용 열교환기(131), 상기 냉각재 분사관(134)이 결합되어 도 3의 개념 구성에서의 열교환장치를 형성한다.

상기 구성만으로도 도 4(B)에 도시된 바와 같은 방식의 간접 냉각을 수행할 수 있으며, 이에 더불어 도 4(C)에 도시된 바와 같은 방식의 직접 냉각을 수행할 수 있기 위해서는, 상기 원자로 안전계통은 냉각재 주입관(135)을 더 포함하여 이루어진다. 또한, 원자로 안전계통 각부 간의 냉각재 이동이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위해서 이외에도 여러 부가 구성이 더 구비될 수 있다. 이하에서, 먼저 각부의 연결 관계에 대하여 설명하고, 그 이후 도 7의 간접 냉각 동작 방법 실시예 및 도 8의 직접 냉각 동작 방법 실시예를 통해 각부가 어떤 경우에 어떻게 동작하는지에 대하여 상세히 설명한다.

상기 방출용 격리용기(120)는 도시된 바와 같이 내부에 기체 및 상기 원자로 구동계통을 수용하며, 상술한 바와 같이 에너지 방출공간(ERS)을 형성한다.

상기 흡수용 격리용기(130)는 도시된 바와 같이 내부에 냉각재를 수용하며, 상술한 바와 같이 에너지 흡수공간(EAS)을 형성한다. 상기 흡수용 격리용기(130)는 상기 방출용 격리용기(120) 상측에 형성된 통로(123)에 의하여 상기 방출용 격리용기(120)와 연통되도록 이루어진다. 이 때, 상기 통로(123)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 방출용 격리용기(120) 측에 형성되며 상측이 개방된 방출용 격리용기측 격벽(123a) 및 상기 흡수용 격리용기(130) 측에 형성되며 하측이 개방된 흡수용 격리용기측 격벽(123b)을 포함하는 이중 격벽 형태로 이루어질 수 있다. 이와 같이 이루어짐으로써 상기 흡수용 격리용기(130) 내에 있는 냉각재가 불필요하게 상기 방출용 격리용기(120)로 넘어오는 것을 방지하면서도, 공기나 증기의 유통은 자유롭게 이루어지게 할 수 있다.

상기 전달용 격리용기(140)는 도시된 바와 같이 상기 흡수용 격리용기(130) 상측에 구비되어 내부에 기체 및 냉각재를 수용하며, 상술한 바와 같이 에너지 전달공간(ETS)을 형성한다. 상기 전달용 격리용기(140) 내에는 원자로 구동계통에서 방출되는 열을 냉각재로 전달하기 위한 열교환장치(이하 상세히 설명될 상기 방출용 열교환기(121), 상기 흡수용 열교환기(131), 상기 냉각재 분사관(134)으로 이루어지는 열교환장치)가 구비되며, 상기 열교환장치는 앞서 설명한 바와 같이 이상유동 열전달 현상을 이용하여 열전달을 수행하는데, 이 때 상기 열교환장치 아래로는 필연적으로 응축수 즉 응축된 냉각재가 떨어져 내리게 된다. 이 냉각재가 불필요하게 에너지 방출공간(ERS)으로 유입되는 것을 방지하기 위해서, 상기 전달용 격리용기(140)는, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 전달용 격리용기(140) 내에 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)가 배치된 영역측을 둘러싸는 수용격벽(141)이 형성되어 냉각수가 수용되도록 할 수 있다.

또한 도 3 또는 도 6에서 보이는 바와 같이, 에너지 흡수공간(EAS) 및 에너지 전달공간(ETS)은 하나의 공간이 상하로 나누어진 형태로 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 또한 도 4(B)에 개념적으로 설명되었던 직접 냉각 방식에서, 에너지 전달공간(ETS)에 채워져 있던 냉각재가 에너지 방출공간(ERS)으로 직접 유입되게 되는데, 이 때 에너지 전달공간(ETS)이 높이 있을수록 냉각재가 보다 원활히 흘러내려갈 수 있으므로, 에너지 전달공간(ETS)의 위치는 도 3 또는 도 6에서 공통적으로 보이는 바와 같이 에너지 방출공간(ERS)의 위치보다 적절히 높게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)는 상기 전달용 격리용기(140) 내에 서로 밀접하게 배치되어 서로 열교환하도록 이루어지고, 상기 냉각재 분사관(134)은 서로 밀접하게 배치된 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)로 냉각재를 분사하도록 이루어짐으로써, 도 3의 개념 구성에서의 열교환장치를 이룬다. 이와 같이 구성될 경우, 상기 냉각재 분사관(134)으로부터 분사된 냉각재가 상기 방출용 열교환기(121) 내를 유통하는 냉각재로부터 열을 흡수하여 증발하고, 증발되어 생성된 증기가 상기 흡수용 열교환기(131) 내를 유통하는 냉각재로 열을 흡수당하여 응축되어 상기 전달용 격리용기(140) 내로 수용되도록 형성되어, 상기 냉각재 분사관(134)에 의해 분사된 냉각재의 증발 및 응축에 의해 상기 방출용 열교환기(121) 내 냉각재로부터 상기 흡수용 열교환기(131) 내 냉각재로 열이 전달되는 이상유동 열전달 현상(two-phase heat transfer mechanism)에 의하여 열전달이 이루어지게 된다.

이처럼 상기 방출용 열교환기(121), 상기 흡수용 열교환기(131), 상기 냉각재 분사관(134)으로 이루어지는 열교환장치가 원자로 구동계통의 열을 흡수하여 냉각재로 버릴 수 있도록 하기 위한 연결 부속 구성으로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 격리용기들 외부 환경에 배치되는 응축용 열교환기(133), 상기 원자로용기(112) 및 상기 방출용 열교환기(121)에 연결되어 냉각재를 순환 유통시키는 방출용 열교환유로(122), 상기 흡수용 열교환기(131) 및 상기 응축용 열교환기(133)에 연결되어 냉각재를 순환 유통시키는 흡수용 열교환유로(132)가 더 구비되도록 한다.

한편 상기 원자로 안전계통이 이상유동 열전달 현상을 이용한 열전달만으로 냉각을 수행하기만 하면 된다면, 즉 앞서 설명한 도 4(B)의 간접 냉각 방식만으로 냉각이 이루어져도 된다면, 상기 냉각재 분사관(134)은 외부 다른 곳으로부터 냉각재를 공급받도록 이루어져도 무방하나, 이 경우 여러 가지 설계상의 난해함이 발생한다. 따라서 이러한 설계상의 난해함을 배제함과 동시에 도 4(C)의 직접 냉각 방식도 이용할 수 있게 하기 위하여, 상기 냉각재 분사관은(134), 일측 끝단이 상기 흡수용 격리용기(130)와 연통되어 냉각재를 공급받고, 타측 끝단에 노즐이 구비되어 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)로 공급받은 냉각재를 분사하도록 형성되며, 냉각재 분사밸브(134a)가 구비되어 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 원자로 안전계통이 도 4(C)의 직접 냉각 방식을 이용하여 냉각을 수행할 수 있게 하기 위해서는, 냉각재가 에너지 전달공간(ETS)에서 에너지 방출공간(ERS)로 빠지는 통로가 필요하다. 이를 위해서 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 전달용 격리용기(140)와 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 격리용기(120)와 연통되어, 상기 전달용 격리용기(140) 내에 수용된 냉각재를 상기 방출용 격리용기(120) 내로 주입하는 냉각재 주입관(135) 및 상기 냉각재 주입관(135) 상에 구비되는 냉각재 주입밸브(135a)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

* * *

이하에서, 도 7의 간접 냉각 동작 방법 실시예 및 도 8의 직접 냉각 동작 방법 실시예를 통해 각부가 어떤 경우에 어떻게 동작하는지에 대하여 구체적으로 상세히 설명한다. 또한 동작 과정 중 보조적인 동작 과정을 설명하면서 부가되는 구성에 대해서도 설명한다.

[제1실시예 : 간접 냉각 방식]

상술한 바와 같이 이루어지는 원자로를 작동함에 있어서, 먼저 도 4(B)로써 개략적으로 설명한 바와 같은 간접 냉각 방식을 사용할 수 있다. 도 7은 바로 이러한 경우의 작동 상태의 예시를 도시하고 있다.

먼저, 원자로 안전계통의 작동이 시작된다는 것은 즉 원자로 구동계통을 의도적으로 정지하였거나 또는 사고 등에 의하여 원자로 구동계통이 비정상동작을 하게 되었음을 의미한다. 즉 원자로 안전계통의 작동이 시작되기 전에는 언제나, 상기 원자로 구동계통이 정지되는 단계; 상기 증기관(114)에 구비된 증기관 격리밸브(114a) 및 상기 급수관(115)에 구비된 급수관 격리밸브(115a)가 폐쇄되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 격리 단계가 전제로써 수행된다.

도 7의 실시예에서 실질적인 원자로 안전계통의 작동은, 방출용 열교환기 순환단계, 이상유동 열전달단계, 흡수용 열교환기 순환단계를 포함하여 이루어진다.

상기 방출용 열교환기 순환단계는 다음과 같은 순서로 이루어진다. 먼저 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기가 상기 방출용 열교환유로(122)를 통해 상기 방출용 열교환기(121)로 유입된다. 그러면 상기 방출용 열교환기(121)로 유입된 증기가 상기 방출용 열교환기(121)를 통과하며 응축되어 냉각재가 생성되고, 생성된 냉각재가 상기 방출용 열교환유로(122)를 통해 상기 원자로용기(112)로 재유입되어 순환이 이루어지게 된다.

상기 이상유동 열전달단계는 다음과 같은 순서로 이루어진다. 먼저 상기 냉각재 분사관(134)에 의해 공급된 냉각재가 상기 방출용 열교환기(121) 외면으로 분사되어 접촉된다. 그러면 상기 방출용 열교환기(121) 외면에 접촉된 냉각재가 상기 방출용 열교환기(121) 내의 증기로부터 열을 흡수하여 증발하고, 상기 방출용 열교환기(121) 내의 증기가 응축되어 냉각재가 생성되게 된다. 이처럼 상기 방출용 열교환기(121) 외면에서 증발되어 생성된 증기가 상기 흡수용 열교환기(131) 외면에 접촉되면, 상기 흡수용 열교환기(131) 외면에 접촉된 증기가 상기 흡수용 열교환기(131) 내의 냉각재로 열을 방출하여 냉각재로 응축되고, 상기 흡수용 열교환기(131) 내의 냉각재가 증발되어 증기가 생성되게 된다.

상기 흡수용 열교환기 순환단계는 다음과 같은 순서로 이루어진다. 먼저 상기 흡수용 열교환기(131) 내 증기가 상기 흡수용 열교환유로(132)를 통해 상기 응축용 열교환기(133)로 유입된다. 그러면 상기 응축용 열교환기(133)로 유입된 증기가 상기 응축용 열교환기(133)를 통과하며 응축되어 냉각재가 생성되고, 생성된 냉각재가 상기 흡수용 열교환유로(132)를 통해 상기 흡수용 열교환기(131)로 재유입되어 순환이 이루어지게 된다.

즉, 방출용 열교환기 순환단계에 의해 원자로 구동계통의 열이 방출용 열교환기로 이동하고, 이상유동 열전달단계에 의해 방출용 열교환기 - 흡수용 열교환기 간 열교환이 일어남으로써 냉각재로 열이 전달되며, 흡수용 열교환기 순환단계에 의해 흡수용 열교환기 내 열교환매체(물론 이것도 대부분의 경우 냉각재와 동일 물질로 이루어진다)가 외부 환경으로 열을 버림으로써, 원자로 구동계통의 간접 냉각이 이루어지게 된다. 이 때 상기 응축용 열교환기(133)는, 도시된 바와 같이 해수 등과 같이 무한대의 용량을 가지는 히트 싱크에 구비되도록 함으로써, 원자로 구동계통의 열을 효과적으로 냉각할 수 있다.

한편 이와 같은 간접 냉각 방식으로 냉각이 이루어질 때, 원자로용기(112) - 방출용 열교환유로(122) - 방출용 열교환기(121)가 하나의 격리 순환 공간을 형성하고, 흡수용 열교환기(131) - 흡수용 열교환유로(132) - 응축용 열교환기(133)이 다른 하나의 격리 순환 공간을 형성한다. 이 때 사실 최초에 격리 단계가 수행됨으로써, 증기관(114) - 증기발생기(113) - 급수관(115)이 또다른 격리 공간을 형성하게 된다. 그런데 방출용 열교환기 또는 흡수용 열교환기가 포함된 격리 공간들은 냉각재가 내부에서 순환할 수 있도록 이루어지는 반면, 증기발생기가 포함된 격리 공간은 단순히 격리되어 있을 뿐이다. 이 때 증기발생기가 포함된 격리 공간에는, 원래 정상 작동 시에는 외부의 터빈과 연결되어 냉각재 및 증기가 유통되었던 공간이기 때문에, 격리 시점에서 공간에 갇힌 냉각재가 잔존해 있게 된다. 이 냉각재는 역시 원자로노심의 과열에 의하여 격리 공간 내에서 증발함으로써 증기로 변하게 되는데, 이 증기는 증기발생기가 포함된 격리 공간 내의 압력을 과도하게 증가시켜, 자칫하면 증기발생기 등의 파손을 일으킬 위험성이 있다.

이러한 문제를 방지하기 위해서, 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 증기관(114)과 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 열교환유로(122)와 연통되어, 상기 증기발생기(113) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기를 상기 방출용 열교환유로(122)로 유통시키는 증기우회관(126) 및 상기 증기우회관(126) 상에 구비되는 증기우회밸브(126a)를 더 포함하여 이루어지도록 하고, 상기 원자로의 작동 방법은 다음과 같은 단계를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다. 즉 상기 원자로의 작동 방법은, 상기 증기발생기(113) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기에 의하여 상기 증기발생기(113) 내 공간이 가압되는 단계; 상기 증기우회밸브(126a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 증기우회관(126)을 통해 상기 증기발생기(113) 내 증기가 상기 방출용 열교환유로(122)로 유입되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져, 상기 방출용 열교환유로(122)로의 증기 보조 유입이 더 이루어지도록 할 수 있다. 이와 같이 함으로써 증기 보조 유입과 동시에, 상기 증기발생기(113)를 포함하는 격리 공간 내 압력이 과도하게 증가하는 것을 방지할 수 있다.

한편 이와 같이 상기 증기발생기(113)를 포함하는 격리 공간으로부터 배출된 증기는 상기 방출용 열교환기(121)를 지나면서 냉각재 상태로 응축되며, 이 냉각재는 상기 방출용 열교환유로(122)를 통해 상기 원자로용기(112)로 되돌아와 상기 원자로용기(112) 내 냉각재를 보충하도록 이루어질 수 있다. 그런데 시간이 지남에 따라 상기 증기발생기 공간에서 배출된 증기가 계속 원자로용기로 유입되기만 할 경우, 증기발생기 공간 내 증기 및 냉각재의 양이 부족해져서 압력이 과도하게 낮아지게 될 수도 있으며, 이는 불안정 상태를 유발하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 상기 증기발생기(113) 내 과압이 어느 정도 적정 수준으로 떨어지면 상기 증기발생기(113)를 포함하는 격리 공간으로 냉각재가 재공급될 수 있도록 해 주는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 상기 원자로 안전계통은, 일측은 상기 방출용 열교환유로(122)에 연결되며 타측은 상기 급수관(115)에 연결되어, 상기 방출용 열교환유로(122)를 통해 흘러온 냉각재를 상기 증기발생기(113) 내로 공급시켜 주는 급수보충관(128)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 급수보충관(128)에는 도시된 바와 같이 급수보충밸브(128a)가 구비되도록 하고, 또한 상기 방출용 열교환유로(122)가 상기 원자로용기(122)에 연결되어 응축된 냉각재가 상기 원자로용기(122)로 흘러들어오는 부분과 상기 급수보충관(128)이 연결된 부분 사이에도 밸브가 구비되도록 하여, 적절한 압력 조건에 따라 밸브들이 여닫히도록 형성되게 함으로써 상술한 바와 같은 동작을 용이하게 실현할 수 있다.

[제2실시예 : 직접 냉각 방식]

원자로 구동계통에서 냉각재가 누출되지 않는 경우라면, 즉 원자로 자체에 손상이 있는 사고가 아니라 약간의 비정상작동으로 인한 과열이 발생된 경우라면, 상술한 바와 같이 간접 냉각 방식을 사용하여 원자로 구동계통을 냉각하는 것만으로도 원자로가 손상될 정도로 더 과열이 진행되는 것을 막을 수 있다. 그러나 냉각재 상실사고(loss-of-coolant accident, LOCA, 원자로용기에서 냉각재가 누출되는 사고)나 원자로노심이 용융되어 원자로용기를 관통하여 나와 버리는 정도의 중대형 사고가 발생하였을 경우, 보다 신속하고 효과적인 냉각이 필요하게 된다. 이러한 경우에 바로 도 4(C)로써 개략적으로 설명한 바와 같은 직접 냉각 방식을 사용할 수 있다. 도 8은 바로 이러한 경우의 작동 상태의 예시를 도시하고 있다.

도 8의 실시예에서는 실질적으로 도 7의 실시예, 즉 간접 냉각 방식이 먼저 수행되어 진행되고 있었음이 전제된다. 다시 말해 도 8의 실시예에서는 도 7의 실시예에서 진행되고 있는 단계들, 즉 방출용 열교환기 또는 흡수용 열교환기를 포함하는 격리 순환 공간으로 냉각재가 유통되고 있는 등의 동작이 이미 이루어지고 있거나 또는 이전에 이루어졌음이 전제된다.

도 8의 실시예에서 원자로 안전계통의 작동은, 냉각재 가압분사단계, 냉각재 직접냉각단계를 포함하여 이루어진다.

이 때 도 8의 실시예가 이루어지기 위해서는, 상기 냉각재 분사관(134)이 상기 흡수용 격리용기(130)로부터 냉각재를 끌어와 분사하도록 이루어지고, 또한 상기 흡수용 격리용기(130)에서 상기 방출용 격리용기(120)로 냉각재를 배출해 주는 구성이 추가적으로 필요하다. 보다 구체적으로 설명하면, 도 8의 실시예가 수행될 수 있으려면, 먼저 상기 냉각재 분사관(134)은, 일측 끝단이 상기 흡수용 격리용기(130)와 연통되어 냉각재를 공급받고, 타측 끝단에 노즐이 구비되어 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)로 공급받은 냉각재를 분사하도록 형성되고, 상기 냉각재 분사관(134) 상에 냉각재 분사밸브(134a)가 구비된다. 또한 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 전달용 격리용기(140)와 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 격리용기(120)와 연통되어, 상기 전달용 격리용기(140) 내에 수용된 냉각재를 상기 방출용 격리용기(120) 내로 주입하는 냉각재 주입관(135) 및 상기 냉각재 주입관(135) 상에 구비되는 냉각재 주입밸브(135a)를 더 포함하여 이루어진다.

상기 냉각재 가압분사단계는 다음과 같은 순서로 이루어진다. 먼저 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기가 누출되어 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간에 채워져 가압이 이루어진다. 그러면 상기 통로(123)를 통해 가압 압력이 상기 흡수용 격리용기(130) 내 냉각재에 전달되어, 냉각재가 상기 냉각재 분사관(134)으로 유입된다. 이에 따라 상기 냉각재 분사밸브(134a)가 압력에 의해 개방되어, 냉각재가 상기 냉각재 분사관(134)을 통해 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)로 분사됨으로써, 상기 흡수용 격리용기(130) 내 냉각재가 상기 전달용 격리용기(140)로 이동되어 열교환기들에 공급될 수 있게 된다.

상기 냉각재 직접냉각단계는 다음과 같은 순서로 이루어진다. 상술한 바와 같이 도 7의 실시예에서의 단계들은 이미 진행되고 있었음이 전제되며, 이에 따라 상기 이상유동 열전달단계에 의하여 응축되어 생성된 냉각재가 상기 전달용 격리용기(140) 내로 수용된다. 상기 열교환기들 주변에 수용격벽(141)이 형성되어 있는 경우, 응축되어 생성된 냉각재가 상기 전달용 격리용기(140) 내에 채워지더라도 상기 수용격벽(141) 내에 채워지기 때문에, 곧바로 상기 냉각재 주입관(135)으로 유입되지는 않는다. 그러나 어느 정도 시간이 흐른 뒤에는 냉각재의 양이 늘어나 수위가 높아지게 되며, 결국에는 상기 전달용 격리용기(140) 내에 수용된 냉각재가 상기 냉각재 주입관(135)으로 유입된다. 이 때 상기 전달용 격리용기(140) 내 냉각재 수위가 높아질수록 빈 공간, 즉 기체가 채워지는 공간의 크기는 줄어들며, 따라서 결과적으로 상기 전달용 격리용기(140) 내 압력은 높아진다. 이에 따라 상기 냉각재 주입밸브(135a)가 압력에 의해 개방되어, 냉각재가 상기 냉각재 주입관(135)을 통해 상기 방출용 격리용기(120) 내로 주입이 이루어지게 되는 것이다. 이처럼 상기 방출용 격리용기(120) 내로 주입된 냉각재는 상기 원자로용기(112)에 직접 접촉하여 냉각을 수행하게 된다.

이 때, 상술한 바와 같이 상기 전달용 격리용기(140) 내 압력이 어느 수준 이상으로 높아져야 상기 냉각재 주입밸브(135a)가 개방되는 바, 이러한 개방이 보다 빨리 이루어질 수 있도록 하기 위해 다음과 같은 구성이 더 추가될 수 있다.

즉 이 때 상기 원자로 안전계통은, 상기 방출용 격리용기(120) 상부 및 상기 전달용 격리용기(140) 상부를 연통하도록 형성되는 방출용 격리용기 연통관(124) 및 상기 방출용 격리용기 연통관(124) 상에 구비되는 방출용 격리용기 연통밸브(124a)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 이 때 상기 원자로 작동방법은, 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기가 누출되어 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간에 채워져 가압되는 단계; 상기 방출용 격리용기 연통밸브(124a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 방출용 격리용기 연통관(124)을 통해 상기 방출용 격리용기(120) 내 증기가 상기 전달용 격리용기(140)로 배출되어 상기 전달용 격리용기(140) 내 공간에 채워져 가압되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져, 상기 냉각재 직접냉각단계에서의 상기 냉각재 주입밸브(135a) 개방을 위한 보조 가압이 더 이루어지게 할 수 있다.

한편, 중대형 사고가 발생하였을 때 원자로 구동계통을 수용하고 있는 상기 방출용 격리용기(120) 내에는 엄청난 열이 방출되며, 따라서 냉각이 별로 수행되지 않은 초기 등에는 상기 방출용 격리용기(120) 내의 냉각재는 거의 모두 증발되어 증기 상태로 되기 때문에, 상기 방출용 격리용기(120) 내의 압력이 높아진다. 더구나 상기 전달용 격리용기(140)로부터 냉각재가 계속 주입되면 상기 방출용 격리용기(120) 내 압력이 과도하게 높아질 수 있다. 상기 원자로 안전계통은 바로 이러한 문제를 방지하기 위해 다음과 같은 구성이 더 추가될 수 있다.

즉 상기 원자로 안전계통은, 상기 방출용 격리용기(120) 하부 및 상기 흡수용 격리용기(130) 하부를 연통하도록 형성되는 방출용 격리용기 감압관(125) 및 상기 방출용 격리용기 감압관(125) 상에 구비되는 방출용 격리용기 감압밸브(125a)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 이 때 상기 원자로 작동방법은, 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기가 누출되어 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간에 채워져 가압되는 단계; 상기 냉각재 직접냉각단계에 의하여 상기 방출용 격리용기(120)에 냉각재가 채워지는 단계; 상기 방출용 격리용기 감압밸브(125a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 방출용 격리용기 감압관(125)을 통해 상기 방출용 격리용기(120) 내 냉각재가 상기 흡수용 격리용기(130)로 배출되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져, 상기 방출용 격리용기(120) 내 형성된 과압의 감압이 더 이루어지게 할 수 있다.

한편, 이러한 모든 안전계통의 동작은 실질적으로는 상기 원자로용기(112) 또는 상기 방출용 격리용기(120) 내 압력이 높아짐으로써 진행이 이루어진다. 즉 상기 방출용 격리용기(120) 내 압력을 보다 빨리 높여 줌으로써 이러한 냉각 수행을 위한 안전 동작이 보다 빨리 진행되도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 원자로 안전계통은 다음과 같은 구성이 더 추가될 수 있다.

즉 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 증기관(114)과 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간과 연통되어, 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기를 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간으로 방출하는 증기방출관 및 상기 증기방출관 상에 구비되는 증기방출밸브(127a)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 이 때 상기 원자로 작동방법은, 상기 증기발생기(113) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기에 의하여 상기 증기발생기(113) 내 공간이 가압되는 단계; 상기 증기방출밸브(127a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 증기방출관을 통해 상기 증기발생기(113) 내 증기가 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간으로 방출되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져, 상기 방출용 격리용기(120) 내 보조 가압이 더 이루어지게 할 수 있다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 원자로 안전계통은 기본적으로 이상유동 열전달 현상을 이용하여 냉각을 수행하는데, 이 때 상기 방출용 열교환기(131)를 포함하는 격리 공간 내에는 원래 원자로용기(112) 내에 존재하고 있던 냉각재 및 증기가 순환하게 된다. 그런데, 상기 원자로용기(112)로부터 냉각재의 누출이 발생하는 경우, 이러한 냉각에 사용되기 위해 순환되는 냉각재의 양이 모자라게 될 수 있다. 상기 원자로 안전계통은 바로 이러한 문제를 방지하기 위해 다음과 같은 구성이 더 추가될 수 있다.

즉 상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 방출용 열교환유로(122)와 연통되고 타측 끝단이 상기 흡수용 격리용기(130) 또는 상기 전달용 격리용기(140) 내의 냉각재 수면 아래 공간과 연통되어, 상기 방출용 열교환유로(122)에 냉각재를 보충 공급하는 냉각재 보충관(136) 및 상기 냉각재 보충관(136) 상에 구비되는 냉각재 보충밸브(136a)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 이 때 상기 원자로 작동방법은, 상기 냉각재 보충밸브(136a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 냉각재 보충관(136)을 통해 냉각재가 상기 방출용 열교환유로(122)로 유입되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져, 상기 방출용 열교환유로(122)로의 냉각재 보조 유입이 더 이루어지게 할 수 있다.

[부가 실시예 : 보조 폐열 제거]

상술한 바와 같이, 본 발명의 원자로 안전계통에서는 냉각재가 방출용 격리용기(120), 흡수용 격리용기(130), 전달용 격리용기(140) 간을 이동하면서 냉각을 수행한다. 이 과정에서 상기 흡수용 열교환기(131)에 연결된 상기 응축용 열교환기(133)가 해수 등과 같이 무한 용량을 가지는 히트 싱크에 구비됨으로써, 이 구성만으로도 냉각 시간을 무한대로 늘여 장기 냉각을 수행할 수 있다. 그러나 상술한 바와 같이 결국 직접적으로 열을 흡수하는 것은 상기 격리용기들 내에서 순환적으로 이동되는 냉각재이며, 냉각재에 계속 버려진 열이 쌓임으로써 냉각재 온도가 상승하게 되어 냉각 속도 및 성능이 저하될 수 있다. 따라서 본 발명의 원자로 안전계통은, 상기 격리용기들 내의 냉각재를 보조적으로 더 냉각해 주기 위한 구조가 더 구비되는 것이 바람직하다.

보조 폐열제거부(150)가 바로 이러한 역할을 하는 것으로서, 상기 보조 폐열제거부(150)는, 상기 흡수용 격리용기(130) 내에 배치되는 보조 흡수용 열교환기(151), 상기 격리용기들 외부 환경에 배치되는 보조 응축용 열교환기(153), 상기 보조 흡수용 열교환기(151) 및 상기 보조 응축용 열교환기(153)에 연결되어 냉각재를 순환 유통시키는 보조 흡수용 열교환유로(152)를 포함하여 이루어진다.

이 때 상기 원자로의 작동 방법은, 상기 보조 폐열제거부(150)가 작동하는 단계, 즉 보조 폐열제거단계를 더 포함하여 이루어질 수 있는데, 이 보조 폐열제거단계는 실질적으로 완전히 독립적인 동작이기 때문에, 앞서 설명한 원자로 안전계통 작동 방법의 모든 단계들과 병행 수행될 수 있다.

상기 보조 폐열제거단계는 다음과 같이 이루어진다. 먼저 상기 보조 흡수용 열교환기(151) 내 냉각재가 상기 흡수용 격리용기(130) 내 냉각재로부터 열을 흡수한다. 다음으로 상기 보조 흡수용 열교환유로(152)를 통해 상기 보조 흡수용 열교환기(151) 내 냉각재가 상기 보조 응축용 열교환기(153)로 유입된다. 그러면 상기 보조 응축용 열교환기(153) 내 냉각재가 외부 환경으로 열을 방출한다. 이 때의 외부 환경은 상기 응축용 열교환기(133)의 외부 환경과 마찬가지로 해수 등이 될 수도 있고, 또는 도시된 바와 같이 지하층 등이 될 수도 있다. 다음으로 상기 보조 흡수용 열교환유로(152)를 통해 상기 보조 응축용 열교환기(153) 내 냉각재가 상기 보조 흡수용 열교환기(151)로 재유입됨으로써 순환이 이루어지게 된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100: (본 발명의) 원자로
111: 원자로노심
112: 원자로용기 113: 증기발생기
114: 증기관 114a: 증기관 격리밸브
115: 급수관 115a: 급수관 격리밸브
120: 방출용 격리용기 121: 방출용 열교환기
122: 방출용 열교환유로 122a: 원자로 안전밸브
123: 통로
123a: 방출용 격리용기측 격벽 123b: 흡수용 격리용기측 격벽
124: 방출용 격리용기 연통관 124a: 방출용 격리용기 연통밸브
125: 방출용 격리용기 감압관 125a: 방출용 격리용기 감압밸브
126: 증기우회관 126a: 증기우회밸브
127: 증기방출관 127a: 증기방출밸브
128: 급수보충관 128a: 급수보충밸브
130: 흡수용 격리용기 131: 흡수용 열교환기
132: 흡수용 열교환유로 133: 응축용 열교환기
134: 냉각재 분사관 134a: 냉각재 분사밸브
135: 냉각재 주입관 135a: 냉각재 주입밸브
136: 냉각재 보충관 136a: 냉각재 보충밸브
140: 전달용 격리용기 141: 수용격벽
150: 보조 폐열제거부 151: 보조 흡수용 열교환기
152: 보조 응축용 열교환기 153: 보조 흡수용 열교환유로

Claims (18)

1. 삭제
2. 원자로노심(111)을 수용하는 원자로용기(112), 증기관(114) 및 급수관(115)이 연결된 증기발생기(113)를 포함하여 이루어지는 원자로 구동계통 및
   내부에 기체 및 상기 원자로 구동계통을 수용하는 방출용 격리용기(120), 상기 방출용 격리용기(120) 상측에 형성된 통로(123)에 의하여 상기 방출용 격리용기(120)와 연통되며 내부에 냉각재를 수용하는 흡수용 격리용기(130), 상기 흡수용 격리용기(130) 상측에 구비되어 내부에 기체 및 냉각재를 수용하는 전달용 격리용기(140), 상기 전달용 격리용기(140) 내에 서로 밀접하게 배치되어 서로 열교환하는 방출용 열교환기(121) 및 흡수용 열교환기(131), 서로 밀접하게 배치된 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)로 냉각재를 분사하는 냉각재 분사관(134), 격리용기들 외부 환경에 배치되는 응축용 열교환기(133), 상기 원자로용기(112) 및 상기 방출용 열교환기(121)에 연결되어 냉각재를 순환 유통시키는 방출용 열교환유로(122), 상기 흡수용 열교환기(131) 및 상기 응축용 열교환기(133)에 연결되어 냉각재를 순환 유통시키는 흡수용 열교환유로(132)를 포함하여 이루어지는 원자로 안전계통
   을 포함하여 이루어지며,
   상기 원자로 구동계통 내의 압력 변화 및 냉각재 누출 여부에 의하여 변화되는 열수력 조건에 따라 상기 원자로 안전계통 내의 냉각재가 선택적으로 유통되어 상기 원자로 구동계통을 냉각하도록 이루어지는 원자로로서,
   상기 냉각재 분사관(134)은, 일측 끝단이 상기 흡수용 격리용기(130)와 연통되어 냉각재를 공급받고, 타측 끝단에 노즐이 구비되어 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)로 공급받은 냉각재를 분사하도록 형성되며, 냉각재 분사밸브(134a)가 구비되어 이루어지고,
   상기 원자로 안전계통은, 일측 끝단이 상기 전달용 격리용기(140)와 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 격리용기(120)와 연통되어, 상기 전달용 격리용기(140) 내에 수용된 냉각재를 상기 방출용 격리용기(120) 내로 주입하는 냉각재 주입관(135) 및 상기 냉각재 주입관(135) 상에 구비되는 냉각재 주입밸브(135a)를 더 포함하여 이루어져,
   상기 냉각재 분사관(134)으로부터 분사된 냉각재가 상기 방출용 열교환기(121) 내를 유통하는 냉각재로부터 열을 흡수하여 증발하고, 증발되어 생성된 증기가 상기 흡수용 열교환기(131) 내를 유통하는 냉각재로 열을 흡수당하여 응축되어 상기 전달용 격리용기(140) 내로 수용되도록 형성되어, 상기 냉각재 분사관(134)에 의해 분사된 냉각재의 증발 및 응축에 의해 상기 방출용 열교환기(121) 내 냉각재로부터 상기 흡수용 열교환기(131) 내 냉각재로 열이 전달되는 이상유동 열전달 현상(two-phase heat transfer mechanism)에 의하여 열전달이 이루어짐으로써 상기 원자로 구동계통의 열이 냉각재로 버려지며,
   상기 냉각재 분사관(134)에 의해 분사된 후 증발 및 응축되어 상기 전달용 격리용기(140) 내에 수용된 냉각재가 상기 냉각재 주입관(135)에 의해 상기 방출용 격리용기(120)로 주입되어 상기 원자로용기(112)에 직접 접촉됨으로써 상기 원자로 구동계통의 냉각을 수행하는 것을 특징으로 하는 원자로.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 2항에 있어서, 상기 전달용 격리용기(140)는
   상기 전달용 격리용기(140) 내에 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)가 배치된 영역측을 둘러싸는 수용격벽(141)이 형성되어 냉각수가 수용되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로.
   
6. 제 2항에 있어서, 상기 통로(123)는
   방출용 격리용기측 격벽(123a) 및 흡수용 격리용기측 격벽(123b)을 포함하는 이중 격벽 형태로 이루어지되,
   상기 방출용 격리용기측 격벽(123a)은, 상기 방출용 격리용기(120) 측에 형성되며 상측이 개방되도록 형성되고,
   상기 흡수용 격리용기측 격벽(123b)은, 상기 흡수용 격리용기(130) 측에 형성되며 하측이 개방되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로.
   
7. 제 2항에 있어서, 상기 원자로 안전계통은
   상기 방출용 격리용기(120) 상부 및 상기 전달용 격리용기(140) 상부를 연통하도록 형성되는 방출용 격리용기 연통관(124) 및
   상기 방출용 격리용기 연통관(124) 상에 구비되는 방출용 격리용기 연통밸브(124a)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로.
   
8. 제 2항에 있어서, 상기 원자로 안전계통은
   상기 방출용 격리용기(120) 하부 및 상기 흡수용 격리용기(130) 하부를 연통하도록 형성되는 방출용 격리용기 감압관(125) 및
   상기 방출용 격리용기 감압관(125) 상에 구비되는 방출용 격리용기 감압밸브(125a)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로.
   
9. 제 2항에 있어서, 상기 원자로 안전계통은
   일측 끝단이 상기 증기관(114)과 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 열교환유로(122)와 연통되어, 상기 증기발생기(113) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기를 상기 방출용 열교환유로(122)로 유통시키는 증기우회관(126) 및
   상기 증기우회관(126) 상에 구비되는 증기우회밸브(126a)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로.
   
10. 제 2항에 있어서, 상기 원자로 안전계통은
    일측 끝단이 상기 증기관(114)과 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간과 연통되어, 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기를 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간으로 방출하는 증기방출관 및
    상기 증기방출관 상에 구비되는 증기방출밸브(127a)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로.
    
11. 제 2항에 있어서, 상기 원자로 안전계통은
    일측 끝단이 상기 방출용 열교환유로(122)와 연통되고 타측 끝단이 상기 흡수용 격리용기(130) 또는 상기 전달용 격리용기(140) 내의 냉각재 수면 아래 공간과 연통되어, 상기 방출용 열교환유로(122)에 냉각재를 보충 공급하는 냉각재 보충관(136) 및
    상기 냉각재 보충관(136) 상에 구비되는 냉각재 보충밸브(136a)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로.
    
12. 제 2항에 따른 원자로를 동작하는 방법으로서,
    상기 원자로 구동계통이 정지되는 단계; 상기 증기관(114)에 구비된 증기관 격리밸브(114a) 및 상기 급수관(115)에 구비된 급수관 격리밸브(115a)가 폐쇄되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 격리 단계와,
    상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기가 상기 방출용 열교환유로(122)를 통해 상기 방출용 열교환기(121)로 유입되는 단계; 상기 방출용 열교환기(121)로 유입된 증기가 상기 방출용 열교환기(121)를 통과하며 응축되어 냉각재가 생성되고, 생성된 냉각재가 상기 방출용 열교환유로(122)를 통해 상기 원자로용기(112)로 재유입되어 순환되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 방출용 열교환기 순환단계와,
    상기 냉각재 분사관(134)에 의해 공급된 냉각재가 상기 방출용 열교환기(121) 외면으로 분사되어 접촉되는 단계; 상기 방출용 열교환기(121) 외면에 접촉된 냉각재가 상기 방출용 열교환기(121) 내의 증기로부터 열을 흡수하여 증발하고, 상기 방출용 열교환기(121) 내의 증기가 응축되어 냉각재가 생성되는 단계; 상기 방출용 열교환기(121) 외면에서 증발되어 생성된 증기가 상기 흡수용 열교환기(131) 외면에 접촉되는 단계; 상기 흡수용 열교환기(131) 외면에 접촉된 증기가 상기 흡수용 열교환기(131) 내의 냉각재로 열을 방출하여 냉각재로 응축되고, 상기 흡수용 열교환기(131) 내의 냉각재가 증발되어 증기가 생성되는 단계;를 포함하여 이루어지는 이상유동 열전달단계와,
    상기 흡수용 열교환기(131) 내 증기가 상기 흡수용 열교환유로(132)를 통해 상기 응축용 열교환기(133)로 유입되는 단계; 상기 응축용 열교환기(133)로 유입된 증기가 상기 응축용 열교환기(133)를 통과하며 응축되어 냉각재가 생성되고, 생성된 냉각재가 상기 흡수용 열교환유로(132)를 통해 상기 흡수용 열교환기(131)로 재유입되어 순환되는 단계;를 포함하여 이루어지는 흡수용 열교환기 순환단계와,
    상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기가 누출되어 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간에 채워져 가압되는 단계; 상기 통로(123)를 통해 가압 압력이 상기 흡수용 격리용기(130) 내 냉각재에 전달되어, 냉각재가 상기 냉각재 분사관(134)으로 유입되는 단계; 상기 냉각재 분사밸브(134a)가 압력에 의해 개방되어, 냉각재가 상기 냉각재 분사관(134)을 통해 상기 방출용 열교환기(121) 및 상기 흡수용 열교환기(131)로 분사되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 냉각재 가압분사단계;
    상기 이상유동 열전달단계에 의하여 응축되어 생성된 냉각재가 상기 전달용 격리용기(140) 내로 수용되는 단계; 상기 전달용 격리용기(140) 내에 수용된 냉각재가 상기 냉각재 주입관(135)으로 유입되는 단계; 상기 냉각재 주입밸브(135a)가 압력에 의해 개방되어, 냉각재가 상기 냉각재 주입관(135)을 통해 상기 방출용 격리용기(120) 내로 주입되어 상기 원자로용기(112)에 직접 접촉하여 냉각을 수행하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 냉각재 직접냉각단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로의 작동 방법.
    
13. 삭제
14. 제 12항에 있어서,
    상기 원자로 안전계통은
    상기 방출용 격리용기(120) 상부 및 상기 전달용 격리용기(140) 상부를 연통하도록 형성되는 방출용 격리용기 연통관(124) 및 상기 방출용 격리용기 연통관(124) 상에 구비되는 방출용 격리용기 연통밸브(124a)를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 원자로 작동방법은
    상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기가 누출되어 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간에 채워져 가압되는 단계; 상기 방출용 격리용기 연통밸브(124a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 방출용 격리용기 연통관(124)을 통해 상기 방출용 격리용기(120) 내 증기가 상기 전달용 격리용기(140)로 배출되어 상기 전달용 격리용기(140) 내 공간에 채워져 가압되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져,
    상기 냉각재 직접냉각단계에서의 상기 냉각재 주입밸브(135a) 개방을 위한 보조 가압이 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로의 작동 방법.
    
15. 제 12항에 있어서,
    상기 원자로 안전계통은
    상기 방출용 격리용기(120) 하부 및 상기 흡수용 격리용기(130) 하부를 연통하도록 형성되는 방출용 격리용기 감압관(125) 및 상기 방출용 격리용기 감압관(125) 상에 구비되는 방출용 격리용기 감압밸브(125a)를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 원자로 작동방법은
    상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기가 누출되어 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간에 채워져 가압되는 단계; 상기 냉각재 직접냉각단계에 의하여 상기 방출용 격리용기(120)에 냉각재가 채워지는 단계; 상기 방출용 격리용기 감압밸브(125a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 방출용 격리용기 감압관(125)을 통해 상기 방출용 격리용기(120) 내 냉각재가 상기 흡수용 격리용기(130)로 배출되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져,
    상기 방출용 격리용기(120) 내 형성된 과압의 감압이 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로의 작동 방법.
    
16. 제 12항에 있어서,
    상기 원자로 안전계통은
    일측 끝단이 상기 증기관(114)과 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 열교환유로(122)와 연통되어, 상기 증기발생기(113) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기를 상기 방출용 열교환유로(122)로 유통시키는 증기우회관(126) 및 상기 증기우회관(126) 상에 구비되는 증기우회밸브(126a)를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 원자로의 작동 방법은
    상기 증기발생기(113) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기에 의하여 상기 증기발생기(113) 내 공간이 가압되는 단계; 상기 증기우회밸브(126a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 증기우회관(126)을 통해 상기 증기발생기(113) 내 증기가 상기 방출용 열교환유로(122)로 유입되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져,
    상기 방출용 열교환유로(122)로의 증기 보조 유입이 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로의 작동 방법.
    
17. 제 12항에 있어서,
    상기 원자로 안전계통은
    일측 끝단이 상기 증기관(114)과 연통되고 타측 끝단이 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간과 연통되어, 상기 원자로용기(112) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기를 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간으로 방출하는 증기방출관 및 상기 증기방출관 상에 구비되는 증기방출밸브(127a)를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 원자로의 작동 방법은
    상기 증기발생기(113) 내 냉각재가 증발되어 생성된 증기에 의하여 상기 증기발생기(113) 내 공간이 가압되는 단계; 상기 증기방출밸브(127a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 증기방출관을 통해 상기 증기발생기(113) 내 증기가 상기 방출용 격리용기(120) 내 공간으로 방출되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져,
    상기 방출용 격리용기(120) 내 보조 가압이 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로의 작동 방법.
    
18. 제 12항에 있어서,
    상기 원자로 안전계통은
    일측 끝단이 상기 방출용 열교환유로(122)와 연통되고 타측 끝단이 상기 흡수용 격리용기(130) 또는 상기 전달용 격리용기(140) 내의 냉각재 수면 아래 공간과 연통되어, 상기 방출용 열교환유로(122)에 냉각재를 보충 공급하는 냉각재 보충관(136) 및 상기 냉각재 보충관(136) 상에 구비되는 냉각재 보충밸브(136a)를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 원자로의 작동 방법은
    상기 냉각재 보충밸브(136a)가 압력에 의해 개방되어, 상기 냉각재 보충관(136)을 통해 냉각재가 상기 방출용 열교환유로(122)로 유입되는 단계; 를 더 포함하여 이루어져,
    상기 방출용 열교환유로(122)로의 냉각재 보조 유입이 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로의 작동 방법.

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