KR101564553B1 - No-action reactor - Google Patents

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KR101564553B1
KR101564553B1 KR1020140070714A KR20140070714A KR101564553B1 KR 101564553 B1 KR101564553 B1 KR 101564553B1 KR 1020140070714 A KR1020140070714 A KR 1020140070714A KR 20140070714 A KR20140070714 A KR 20140070714A KR 101564553 B1 KR101564553 B1 KR 101564553B1
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KR
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reactor
vessel
coolant
core
cooling
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KR1020140070714A
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Korean (ko)
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이성재
박현식
송철화
김학노
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한국원자력연구원
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    • G21C15/00Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

The present invention relates to a no-action reactor. The purpose of the present invention is to provide a no-action reactor which has a safety system to operate passively without a separate control command at a nuclear reactor accident. The other purpose of the present invention is to provide a no-action reactor which performs a quick and safe cooling process by maximizing the cooling efficiency of the safety system in an integrated nuclear reactor.

Description

무인 원자로 {No-action reactor}No-action reactor

본 발명은 무인 원자로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자로 이상 발생 시 복잡하지 않고 간소한 안전 계통을 통해 운전원의 조작 없이도 피동적으로 과도 발생된 열을 냉각할 수 있도록 하는 무인 원자로에 관한 것이다.The present invention relates to an unmanned reactor, more particularly, to an unmanned reactor capable of cooling passively generated heat through a simple safety system without operator intervention when a reactor failure occurs.

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 원자로 용기라고 칭함)내의 핵연료가 핵분열함에 의하여 엄청난 열에너지가 발생되는데, 이 열에너지는 압력 용기 내의 열교환매체로 전달되며, 열교환매체는 도 1에 진한 화살표로 표시된 바와 같이 압력 용기로부터 배출되어 열교환기를 거쳐 다시 압력 용기로 유입되는 방향으로 순환된다. 열교환매체가 가지고 있는 열에너지는 열교환기를 통과하면서 증기 발생기로 전달되며, 증기 발생기 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 증기 발생기로 재유입됨으로써 역시 순환이 이루어지게 된다.
Nuclear power is generated by rotating the turbine using the energy generated during the fission process to produce electrical energy. Figure 1 briefly illustrates the principle of nuclear power generation in general. The nuclear fission of the fuel in the pressure vessel (or reactor vessel) results in enormous thermal energy that is transferred to the heat exchange medium in the pressure vessel and the heat exchange medium is discharged from the pressure vessel as indicated by the solid arrow in Figure 1 And then circulated in the direction of entering the pressure vessel again through the heat exchanger. The heat energy of the heat exchange medium is transferred to the steam generator while passing through the heat exchanger, and the water in the steam generator causes the phase change by the high temperature and high pressure steam due to heat energy. The generated high-temperature and high-pressure steam is supplied to the turbine as shown by the soft arrow in FIG. 1, and the turbine is rotated by the steam, and the generator connected to the turbine rotates together to generate electricity. The steam, which lost its energy by rotating the turbine, is again caused to undergo phase change to become water, which is again recirculated to the steam generator as indicated by the soft arrow in FIG.

도 1은 원자력 발전의 주체가 되는 계통들만이 도시되었으나, 실제로는 원자로에는 필수적으로 안전 계통이 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 안전 계통이 필수적으로 구비되어야만 하는 것이다.Although FIG. 1 shows only the systems that are the subject of nuclear power generation, in reality, a safety system is necessarily provided in the reactor. As described above, when a reactor is operated, very high heat is generated. Such a high temperature environment is very dangerous and may cause a serious accident when a reactor damage occurs. Therefore, in case of damage to the reactor, a safety system for rapidly cooling the reactor must be provided.

한편, 예전에는 최대한 많은 전력을 생산하기 위해서 대형의 원자로를 건설하였으나, 최근 소형 원자로에 대한 필요가 대두되고 있다. 한 예로 국내와 같은 경우 인구 밀도가 높아 발전 시설에서 생산된 전력을 필요 지역까지 전송하는 것이 상대적으로 용이하지만, 사막 지대가 많은 국가 등과 같이 대지 면적에 비해 인구 밀도가 낮아 인구 집중 현상이 심한 경우에는 전송되는 과정에서의 전력의 과다 손실, 전력 전송 설비 비용 과다 상승 등과 같은 여러 문제가 있다. 따라서 이러한 환경에서는 초대형 발전 시설을 갖추어 전력을 분산 전송시키는 것보다는, 인구가 집중된 지역 근처에 소형의 발전 시설을 갖추는 것이 경제적으로 훨씬 유리하다. 또한, 대형 선박이나 잠수함 등에 구비되어 전력을 생산하는 원자로의 경우에는 특히 더욱 소형으로 이루어져야 한다.Meanwhile, in the past, large-scale reactors have been constructed to produce as much power as possible, but the need for smaller reactors has recently emerged. For example, it is relatively easy to transfer the electricity generated from the power generation facilities to the required area because of the high population density in Korea. However, in the case where population concentration is low due to the low population density compared with the land area, There are various problems such as excessive power loss during transmission, excessive power transmission equipment cost, and the like. Therefore, it is economically more advantageous to have a small-sized power generation facility in a population-concentrated area, rather than having a very large power generation facility to distribute power in such an environment. In addition, in the case of nuclear reactors that are equipped with large ships or submarines and produce electricity, they must be made even smaller.

이러한 경향을 고려할 때, 종래의 대형 원자로에 적합하도록 연구 및 설계되어 온 여러 안전 계통들이 이러한 소형 및 일체형의 원자로에 적용하기에는 적합하지 못한 경향이 있다. 보다 구체적으로 설명하자면, 기존의 원자로에 적용되는 안전 계통 구성으로서, 원자로 용기 내에 수용된 냉각수를 외부로 순환시키는 구성(ex. 피동잔열제거(PRHR) 계통 등), 외부에 별도 수용되어 있던 냉각수를 용기 내로 공급해 주는 구성(ex. 노심보충수탱크(CMT), 안전주입펌프(SI pump) 등) 등이 있으며, 그 예시가 도 2에 도시되어 있는데, 이러한 안전 계통들은 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 그 자체의 부피로 인하여 또는 이들을 설치하여 운용하기 위하여 상당한 공간을 차지하며, 일체형 원자로의 구조에는 적용이 어려운 형태인 경우도 있고, 또한 부피를 줄일 경우 충분히 원하는 만큼의 냉각 효율을 얻을 수 없는 등의 문제가 있었다.Given this trend, a number of safety systems that have been studied and designed to suit large conventional reactors tend to be unsuitable for such small and integrated reactors. More specifically, as a safety system configuration applied to existing nuclear reactors, a configuration in which cooling water accommodated in a reactor vessel is circulated to the outside (eg, a PRHR system) (CMT), a safety injection pump (SI pump), etc.), and an example of which is shown in FIG. 2, which can be seen in FIG. 2 It takes a considerable amount of space due to its own volume or its installation and operation. In some cases, it is difficult to apply to the structure of the integral reactor, and when the volume is reduced, sufficient cooling efficiency can not be obtained as much as desired There was a problem.

한편, 원자로 손상 발생과 같은 급박한 사고 순간에 이러한 안전 계통이 별도의 제어 지시를 받아야 작동이 이루어지도록 구성될 경우, 제어 계통의 손상으로 인하여 오작동이 발생함으로써 안전 계통이 제대로 작동하지 못하게 되거나, 또는 원자로 운전 실무자가 제시간에 제어 지시를 내리지 못하게 되는 등의 위험 요소가 많다는 문제점이 있었다.On the other hand, if the safety system is configured such that the operation of the safety system must be effected at the moment of an emergency such as the occurrence of a reactor damage, the safety system may not operate properly due to malfunction due to damage to the control system, or There are many risk factors such as failure of the reactor operator to give control orders on time.

따라서 일체형 또는 소형 원자로에 적용 가능한 안전 계통, 그 중에서도 별도의 제어 지시 없이도 사고 발생 시 피동적으로 작동이 이루어질 수 있도록 구성된 안전 계통에 대한 요구가 점점 높아지고 있는 실정이다. 이러한 요구에 따라 많은 연구가 이루어져 왔으며, 그 일환으로 유럽특허공개 제2560172호("Small light water reactor with passive decay heat removal"), 한국특허공개 제2002-0037105호("원자로보호용기와 압축탱크를 이용한 비상노심냉각 방법과 장치") 등에는 앞서 설명한 바와 같은 소형 및 일체형 원자로와 이에 적용 가능한 안전 계통의 구성이 개시되어 있다. 그러나 선행문헌들에 개시된 안전 계통 역시 완전한 피동적 작동이 이루어지지 못하거나 또는 충분한 냉각 효율을 얻을 수 없는 등의 여러 문제가 있어 개선이 필요하다.
Therefore, there is an increasing demand for a safety system applicable to an integrated or small reactor, and a safety system configured to be able to operate passively in the event of an accident without any special control instruction. As a result of this research, European Patent Publication No. 2560172 ("Small light water reactor with passive decay heat removal") and Korean Patent Publication No. 2002-0037105 ("&Quot; Emergency core cooling method and apparatus used ") discloses a small- and integrated-type reactor as described above and a safety system applicable thereto. However, the safety systems disclosed in the prior art also suffer from various problems such as failure to achieve a complete passive operation or insufficient cooling efficiency, which is necessary to be improved.

1. 유럽특허공개 제2560172호("Small light water reactor with passive decay heat removal")1. European Patent Publication No. 2560172 ("Small light water reactor with passive decay heat removal & 2. 한국특허공개 제2002-0037105호("원자로보호용기와 압축탱크를 이용한 비상노심냉각 방법과 장치")2. Korean Patent Publication No. 2002-0037105 ("Emergency core cooling method and apparatus using a reactor protection vessel and a compression tank")

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 원자로 사고 발생 시 별도의 제어 지시 없이도 피동적으로 작동이 이루어질 수 있도록 하는 안전 계통을 가지는 무인 원자로를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 일체형 원자로에 있어서 안전 계통의 냉각 효율을 최대화함으로써 보다 신속하고 안전한 냉각이 이루어질 수 있도록 하는 무인 원자로를 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an unmanned reactor having a safety system that can be actuated passively, . It is another object of the present invention to provide an unmanned nuclear reactor capable of rapidly and safely cooling by maximizing the cooling efficiency of a safety system in an integral nuclear reactor.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인 원자로는, 원자로 노심(111); 상기 원자로 노심(111)에 하단부가 상하 이동 가능하게 삽입되는 원자로 출력 제어봉(112); 외부와 밀폐되도록 형성되어 1차 냉각재(C1)인 냉각수를 수용하며, 상기 원자로 노심(111)이 최하측에 배치되고 상기 원자로 출력 제어봉(112) 상단부 일부가 외부로 노출되도록 상기 원자로 노심(111) 및 상기 원자로 출력 제어봉(112)이 그 내부에 구비되는 원자로 용기(113); 외부와 밀폐되도록 형성되어 내부가 진공으로 형성되며, 상기 원자로 용기(113)가 그 내부에 구비되는 원자로 보호 용기(114); 수조 형태로 형성되어 3차 냉각재(C3)인 냉각수가 수용되며, 상기 원자로 보호 용기(114)가 냉각수 수중에 배치되도록 구비되는 격리 용기(115); 상기 원자로 용기(113) 내부에 구비되어, 1차 냉각재(C1)로부터 열을 전달받아 그 내부에 유통되는 열교환매체를 증발시켜 증기관(116a)으로 배출하여 터빈을 작동시키고, 터빈을 작동시킨 후 응축된 열교환매체를 급수관(116b)으로 공급받도록 이루어지는 증기 발생기(116); 상기 격리 용기(115) 내부에 구비되어, 일단은 상기 원자로 보호 용기(114)의 상단과 연통되고, 타단은 상기 원자로 용기(113)의 하단과 연통되도록 이루어지며, 그 내부에 유통되는 유체 및 외부의 냉각수 간 열교환을 시키는 노심 냉각 열교환기(120); 상기 원자로 용기(113)의 상부에 구비되어, 상기 원자로 보호 용기(114) 내부 공간 및 상기 원자로 용기(113) 내부 공간 간의 연통을 개폐하는 제1체크 밸브(121); 상기 원자로 용기(113)의 하부에 구비되어, 상기 노심 냉각 열교환기(120)의 타단 및 상기 원자로 용기(113) 내부 공간 간의 연통을 개폐하는 제2체크 밸브(122); 를 포함하여 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an unmanned reactor comprising: a reactor core; A reactor output control rod 112 into which a lower end portion is vertically movably inserted into the reactor core 111; The reactor core 111 is disposed on the lowermost side and a part of the upper end of the reactor output control rod 112 is exposed to the outside, And a reactor vessel (113) having the reactor output control rod (112) therein; A reactor protection vessel 114 formed inside the reactor vessel 113 so as to be hermetically sealed from the outside and having a vacuum vessel therein; An isolation vessel 115 which is formed in a water tank and accommodates cooling water which is a tertiary coolant C3 and is arranged such that the reactor protection vessel 114 is disposed in the cooling water; The heat exchanger is installed inside the reactor vessel 113 to receive heat from the primary coolant C1 and evaporate the heat exchange medium circulated therein to discharge the heat exchange medium to the steam pipe 116a to operate the turbine, A steam generator 116 for supplying the heat exchange medium to the water supply pipe 116b; The reactor vessel 113 is provided inside the isolation vessel 115 and has one end communicated with the upper end of the reactor protection vessel 114 and the other end communicated with the lower end of the reactor vessel 113, A core cooling heat exchanger (120) for performing heat exchange between the cooling water of the cooling water channel (120); A first check valve 121 provided at an upper portion of the reactor vessel 113 for opening and closing the communication between the inner space of the reactor protection vessel 114 and the inner space of the reactor vessel 113; A second check valve 122 provided at a lower portion of the reactor vessel 113 for opening and closing communication between the other end of the core cooling heat exchanger 120 and the inner space of the reactor vessel 113; . ≪ / RTI >

이 때 상기 무인 원자로(100)는, 상기 원자로 보호 용기(114) 내부에 구비되며 2차 냉각재(C2)인 냉각수를 수용하는 파열 냉각수 탱크(140); 상기 파열 냉각수 탱크(140)의 하단에 구비되어 압력에 의해 파열 가능하도록 이루어지는 파열판(145); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.At this time, the unmanned reactor (100) includes a rupture cooling water tank (140) provided inside the reactor protection vessel (114) and containing cooling water which is a secondary cooling material (C2); A rupture plate 145 provided at a lower end of the rupture cooling water tank 140 and capable of rupture by pressure; As shown in FIG.

또한 상기 무인 원자로(100)는, 상기 격리 용기(115) 외부에 구비되어, 일단은 상기 격리 용기(115)의 상단과 연통되고, 타단은 상기 격리 용기(115)의 하단과 연통되도록 이루어지며, 그 내부에 유통되는 유체 및 외부 환경 간의 열교환을 시키는 응축 냉각기(130); 을 더 포함하여 이루어질 수 있다.The unmanned reactor 100 is provided outside the isolation vessel 115 and has one end communicating with the upper end of the isolation vessel 115 and the other end communicating with the lower end of the isolation vessel 115, A condensing cooler 130 for exchanging heat between the fluid circulating inside and the external environment; As shown in FIG.

또한 상기 무인 원자로(100)는, 상기 원자로 용기(113) 내의 상측에 구비되어 1차 냉각재(C1)를 강제 순환시키는 냉각재 구동 펌프(117); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
The unmanned reactor (100) further includes a coolant drive pump (117) provided on the upper side of the reactor vessel (113) to forcibly circulate the primary coolant (C1); As shown in FIG.

본 발명에 의하면, 안전 계통이 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. 또한 본 발명은, 종래와는 달리 안전 계통을 포함한 열교환 계통이 컴팩트한 구성으로 이루어짐으로써 원자로 부피를 크게 줄일 수 있는 효과가 있으며, 이러한 효과에 따라 소형 원자로에 적용하기에 매우 적합하다는 큰 장점이 있다.According to the present invention, since the safety system is completely driven, rapid cooling can be performed without any separate control instruction when a reactor damage occurs, thereby minimizing the risk of accidents. In addition, unlike the prior art, the present invention has a compact heat exchanging system including a safety system, which can significantly reduce the volume of the reactor, and is thus very suitable for application to small reactors .

특히 본 발명은 기존의 안전 계통에 비해 훨씬 냉각 효율이 높다는 장점이 있다. 보다 구체적으로 설명하자면, 본 발명에서의 원자로는 원자로 용기가 원자로 보호 용기에 수용되고, 이 원자로 보호 용기는 냉각재가 채워진 격리 용기 내에 수용되도록 구성되는데, 본 발명에서는 사고가 발생하여 원자로 용기로부터 원자로 보호 용기 내로 냉각재가 누출되는 경우에 대하여, 원자로 보호 용기 내의 냉각재가 격리 용기에 채워진 냉각재와 직접 열교환이 이루어지도록 함으로써, 별도의 열교환매체로 간접적인 열교환을 시켜 냉각이 이루어지는 기존의 냉각 방식에 비해 훨씬 냉각 효율이 높은 장점이 있는 것이다.Particularly, the present invention has an advantage that the cooling efficiency is much higher than that of the existing safety system. More specifically, in the reactor of the present invention, a reactor vessel is accommodated in a reactor protection vessel, and the reactor protection vessel is configured to be accommodated in an isolation vessel filled with a coolant. In the present invention, The coolant in the reactor protection vessel is directly subjected to heat exchange with the coolant filled in the quarantined vessel so that the coolant in the reactor vessel is cooled much more than the conventional cooling system in which indirect cooling is performed by indirect heat exchange with a separate heat exchange medium The advantage is high efficiency.

또한 본 발명은 안전 계통의 구성 자체가 종래에 비해 훨씬 간소하게 이루어져 있어, 안전 계통이 차지하는 공간의 부피가 줄어들기 때문에 원자로의 소형화 및 컴팩트화를 보다 향상시킬 수 있는 효과 또한 있다.
In addition, since the structure of the safety system itself is much simpler than that of the prior art, the volume of the space occupied by the safety system is reduced, so that the size and compactness of the reactor can be further improved.

도 1은 일반적인 원자력 발전 원리.
도 2는 종래의 안전 계통의 다양한 예시.
도 3은 본 발명의 무인 원자로의 구성.
도 4는 본 발명의 무인 원자로의 사고 발생 시 작동 단계.
도 5는 본 발명의 무인 원자로의 시간에 따른 냉각 단계.
Fig. 1 shows a general principle of nuclear power generation.
2 shows various examples of conventional safety systems.
Figure 3 shows the construction of the unmanned reactor of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation step of an unmanned reactor according to the present invention when an accident occurs.
5 is a time-dependent cooling step of the unattended reactor of the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 무인 원자로를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, an unmanned reactor according to the present invention having the above-described structure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 무인 원자로의 구성의 한 예시를 도시하고 있으며, 도 4는 본 발명의 무인 원자로의 사고 발생 시 작동 단계를 도시하고 있다. 도 3은 원자로 자체의 기본 구성으로서 소형 및 일체형으로 된 원자로를 도시하고 있으나, 이하 상세히 설명되겠지만 본 발명의 안전 계통이 적용될 수 있는 대상이 반드시 일체형 원자로에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 3은 본 발명의 무인 원자로로서의 대표적인 실시예로 보아야 할 것이며, 원자로 동작 계통의 구성은 적절히 변경될 수 있다.
FIG. 3 shows an example of the construction of an unmanned reactor of the present invention, and FIG. 4 shows an operation stage of an unmanned reactor according to the present invention in the event of an accident. FIG. 3 shows a small and integrated reactor as a basic structure of the reactor itself. However, the object to which the safety system of the present invention can be applied is not necessarily limited to an integral reactor. Therefore, Fig. 3 should be viewed as a representative example of the unmanned reactor of the present invention, and the configuration of the reactor operation system can be appropriately changed.

도 3을 기반으로 하여, 본 발명의 무인 원자로에서 원자로 동작 계통에 대하여 먼저 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 무인 원자로(100)의 동작 계통은, 원자로 노심(111), 원자로 출력 제어봉(112), 원자로 용기(113), 원자로 보호 용기(114), 격리 용기(115), 증기 발생기(116)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 3, the reactor operation system in the unmanned reactor according to the present invention will be described first. The operation system of the unmanned reactor 100 of the present invention includes a reactor core 111, a reactor output control rod 112, a reactor vessel 113, a reactor protection vessel 114, an isolation vessel 115, a steam generator 116, .

상기 원자로 노심(111)은 원자로의 중심부로서, 핵연료의 원자핵이 중성자와 결합해 둘로 쪼개지는 핵분열을 일으키며 열에너지가 발생되는 부분이다. 즉 일반적으로 상기 원자로 노심(111)이란 바로 원자로의 핵연료인 연료봉 다발을 일컫는다.The reactor core 111 is a central portion of a nuclear reactor, in which a nucleus of a nuclear fuel is combined with a neutron to cause a nuclear fission, which generates heat energy. That is, the reactor core 111 generally refers to a bundle of fuel rods that is a nuclear fuel of the reactor.

상기 원자로 출력 제어봉(112)은 상기 원자로 노심(111)에 하단부가 상하 이동 가능하게 삽입 구비된다. 상기 원자로 출력 제어봉(112)은 핵연료의 핵분열 정도를 조절하여 줌으로써, 즉 궁극적으로는 상기 원자로(100)의 출력 자체를 제어하는 역할을 하게 된다.The reactor output control rod 112 is inserted into the reactor core 111 so that the lower end thereof can move up and down. The reactor output control rod 112 controls the output of the reactor 100 by adjusting the degree of nuclear fission of the nuclear fuel, ultimately.

상기 원자로 용기(113)는 외부와 밀폐되도록 형성되어 상기 원자로 노심(111) 및 상기 원자로 출력 제어봉(112)을 수용한다. 상기 원자로 노심(111)은 상기 원자로 용기(113)의 최하측에 배치되며, 상기 원자로 출력 제어봉(112)은 상하 이동이 가능하도록 제어되어야 하기 때문에 상단부 일부가 상기 원자로 용기(113)의 외부로 노출되도록 구비된다. 이 때 상기 원자로 용기(113) 내에는 1차 냉각재(C1)인 냉각수가 수용되어, 상기 원자로 노심(111)에서 발생되는 열에너지가 냉각수에 흡수되도록 한다. 냉각수는 상기 원자로 노심(111)에서 발생되는 열에너지를 흡수함으로써 상기 원자로 노심(111)을 냉각하는 역할을 할 뿐 아니라, 냉각수가 흡수한 열을 외부로 전달함으로써 궁극적으로 발전이 이루어지도록 하는 열교환매체의 역할을 한다(이에 대해서는 이하 증기 발생기(116) 부분에서 보다 상세히 설명한다).The reactor vessel 113 is hermetically sealed to the outside to receive the reactor core 111 and the reactor output control rod 112. The reactor core 111 is disposed at the lowermost side of the reactor vessel 113 and the reactor output control rod 112 is controlled to be movable up and down so that a part of the upper end thereof is exposed to the outside of the reactor vessel 113 Respectively. At this time, cooling water, which is a primary cooling material (C1), is accommodated in the reactor vessel (113), so that heat energy generated from the reactor core (111) is absorbed into cooling water. The cooling water serves not only to cool the reactor core 111 by absorbing the heat energy generated in the reactor core 111 but also to transfer the heat absorbed by the cooling water to the outside to ultimately generate electricity. (This will be described in more detail below in the section of the steam generator 116).

상기 원자로 보호 용기(114)는 외부와 밀폐되도록 형성되어 상기 원자로 용기(113)를 그 내부에 구비함으로써, 상기 원자로 용기(113)에서 발생되는 고열 및 방사능 등으로부터 외부를 차단 보호하는 역할을 한다. 상기 원자로 보호 용기(114) 내부, 즉 상기 원자로 용기(113) 및 상기 원자로 보호 용기(114) 사이는 진공으로 형성되어 효과적인 단열이 이루어질 수 있도록 한다.The reactor protection vessel 114 is hermetically sealed to the outside and has the inside of the reactor vessel 113 to protect the outside from high temperature and radiation generated in the reactor vessel 113. The inside of the reactor protection vessel 114, that is, the space between the reactor vessel 113 and the reactor protection vessel 114, is vacuumed so that effective heat insulation can be achieved.

상기 격리 용기(115)는 수조 형태로 형성되어 3차 냉각재(C3)인 냉각수가 수용되며, 상기 원자로 보호 용기(114)가 냉각수 수중에 배치되도록 구비된다. 상술한 바와 같이 상기 원자로 용기(113) 및 상기 원자로 보호 용기(114) 사이 공간이 진공으로 되어 최대한 단열되도록 이루어진다 하더라도, 상기 원자로 용기(113)에서 발생하는 열에너지는 매우 엄청나기 때문에 (대류나 전도로 전달되는 열량 이외에도) 복사로 전달되는 열량 때문에 상기 원자로 보호 용기(114)가 가열될 위험이 있다. 따라서 이 열에너지를 한 번 더 흡수하여 차단할 필요가 있는데, 상기 격리 용기(115)에 수용된 냉각수가 바로 이러한 열에너지의 흡수 및 상기 원자로 보호 용기(114)의 냉각 역할을 하게 되는 것이다.The isolation vessel 115 is formed in the form of a water tank to receive cooling water as a tertiary coolant C3, and the reactor protection vessel 114 is arranged to be disposed in the cooling water. As described above, even if the space between the reactor vessel 113 and the reactor protection vessel 114 is evacuated to a maximum extent, the thermal energy generated in the reactor vessel 113 is very large (convection or conduction) There is a risk that the reactor protection vessel 114 is heated because of the amount of heat transferred to the radiation. Therefore, it is necessary to absorb and absorb this heat energy once more, and the cooling water accommodated in the isolation vessel 115 directly absorbs the thermal energy and serves to cool the reactor protection vessel 114.

상기 증기 발생기(116)는 열교환기 형태로 형성되어 상기 원자로 용기(113) 내부에 구비된다. 상기 증기 발생기(116) 내부에는 열교환매체가 유통되며, 상기 증기 발생기(116) 주변의 상기 원자로 용기(113) 내 냉각수, 즉 1차 냉각재(C1)로부터 열을 전달받게 된다. 이에 따라 상기 증기 발생기(116) 내부에 유통되는 열교환매체는 열을 흡수하여 증발이 일어나게 되고, 이처럼 고온 고압의 기체 상태가 된 열교환매체는 증기관(116a)으로 배출되어 터빈을 작동시키게 된다. 터빈을 작동시킨 후 응축된 열교환매체는 다시 급수관(116b)을 통해 상기 증기 발생기(116)로 공급됨으로써 순환이 이루어진다. 상기 증기관(116a) 및 상기 급수관(116b)에는 각각 증기관 격리 밸브(116c) 및 급수관 격리 밸브(116d)가 구비되어, 비상사태 시에 외부와의 차단이 이루어지도록 한다.The steam generator 116 is installed in the reactor vessel 113 in the form of a heat exchanger. A heat exchange medium is circulated in the steam generator 116 to receive heat from the cooling water in the reactor vessel 113 around the steam generator 116, that is, the primary cooling material C1. Accordingly, the heat exchange medium circulated in the steam generator 116 absorbs heat and evaporates. The heat exchange medium, which has become a gas state at a high temperature and a high pressure, is discharged to the steam pipe 116a to operate the turbine. After the turbine is operated, the condensed heat exchange medium is supplied to the steam generator 116 through the water supply pipe 116b to circulate the steam. The steam pipe 116a and the water pipe 116b are respectively provided with a steam pipe isolation valve 116c and a water pipe isolation valve 116d so as to be disconnected from the outside in an emergency.

이와 같이 정상적인 작동이 이루어지고 있을 때 상기 원자로 용기(113) 내부의 냉각수는 자연적으로 순환 대류를 한다. 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 상기 원자로 노심(111)에서 발생된 열에너지가 냉각수로 흡수되면, 고온이 된 냉각수는 상승한다. 상기 원자로 노심(111)의 상측에 배치된 상기 증기 발생기(116)에 고온의 냉각수가 도달하면, 상기 증기 발생기(116) 내의 열교환매체와 고온의 냉각수가 열교환을 일으키게 된다. 즉 상기 증기 발생기(116) 내의 열교환매체가 고온의 냉각수로부터 열을 흡수하는 것이다. 따라서 고온의 냉각수는 상기 증기 발생기(116)를 지나면서 온도가 떨어지며 따라서 하강이 이루어지게 된다. 이렇게 하강한 냉각수는 다시 상기 원자로 노심(111)에서 발생된 열에너지를 흡수하게 되며, 따라서 도 3에 도시된 바와 같은 자연적인 순환 대류가 이루어지게 된다.When the normal operation is being performed as described above, the cooling water inside the reactor vessel 113 naturally circulates convection. More specifically, it is as follows. When the heat energy generated in the reactor core 111 is absorbed into the cooling water, the cooling water that has become hot rises. When the high-temperature cooling water reaches the steam generator 116 disposed above the reactor core 111, the heat exchange medium in the steam generator 116 and the high-temperature cooling water undergo heat exchange. That is, the heat exchange medium in the steam generator 116 absorbs heat from the high-temperature cooling water. Accordingly, the cooling water of high temperature passes through the steam generator 116, and the temperature of the cooling water is lowered. The cooling water thus lowered absorbs the heat energy generated in the reactor core 111, so that a natural circulation convection as shown in FIG. 3 is achieved.

이처럼 원자로 용기(113) 내에서 1차 냉각재(C1)가 자연 순환되도록 이루어지되, 보다 원활한 순환이 이루어지도록 하기 위하여 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 원자로 용기(113) 내에 냉각재 구동 펌프(117)가 더 구비되도록 할 수도 있다. 상기 냉각재 구동 펌프(117)는 도시된 바와 같이 상기 원자로 용기(113) 내의 상측에 구비되되, 정상 동작 시 (액체 상태인) 1차 냉각재(C1)의 수면 아래에 배치되도록 한다. 상술한 바와 같이 원자로 노심(111)으로부터 열을 흡수한 냉각수가 상승하여 수면 근처에서 증발되면서 열을 배출하고, 그 후 하강하여 결국은 증기 발생기(116)에 도달하게 되는데, 이 때 도시된 바와 같이 일체형 원자로의 경우 원자로 노심(111)으로부터 상승하는 냉각수와 증기 발생기(116)로 하강하는 냉각수의 유통 경로가 가깝게 형성되기 때문에, 각각의 경로에 있는 냉각수들 간에 열전달이 일어나 버리게 되어 자연 순환이 원활해지지 못하게 될 수 있다. 이 때 상기 냉각재 구동 펌프(117)가 상기 증기 발생기(116) 상측에 구비되어 강제적으로 냉각수를 상기 증기 발생기(116) 쪽으로 흘려보내도록 작동됨으로써, 상술한 바와 같이 유통 경로 별 냉각수들 간에 열전달이 일어나더라도 원래 설계된 대로의 원활한 순환이 이루어질 수 있게 된다.
3, a coolant drive pump 117 is installed in the reactor vessel 113 so that the primary coolant C1 is spontaneously circulated in the reactor vessel 113, . The coolant drive pump 117 is disposed on the upper side of the reactor vessel 113 as shown in the drawing, and is arranged below the water surface of the primary coolant C1 during normal operation (liquid state). As described above, the cooling water that has absorbed heat from the reactor core 111 rises and evaporates near the water surface, discharges the heat, and then descends to reach the steam generator 116. At this time, In the case of the integral type reactor, since the cooling water rising from the reactor core 111 and the cooling water descending to the steam generator 116 are formed close to each other, heat transfer occurs between the cooling water in each path and natural circulation is not smooth You can not. At this time, the coolant drive pump 117 is provided above the steam generator 116 so that the coolant is forced to flow toward the steam generator 116. As a result, heat transfer occurs between the coolant water in each flow path as described above It is possible to carry out smooth circulation as originally designed.

위에서 설명한 원자로의 동작 계통은 기존의 대형 또는 소형(일체형) 원자로에도 공통적으로 구비되는 사항이다. 상술한 바와 같이 구성된 동작 계통이 작동함으로써 원자로에서 전력을 생산하게 되며, 정상 작동 시에는 이러한 동작 계통만으로도 작동에 문제가 없다. 그러나 상기 원자로 용기(113)에 손상이 발생하여 상기 원자로 용기(113) 내 냉각수가 누출되게 되면, 상기 원자로 노심(111)에서 발생된 열에너지를 충분한 양의 냉각수로 흡수하지 못하며, 따라서 상기 원자로 노심(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 원자로 용기(113)에 손상이 발생하여 냉각수의 누출이 일어났을 때, 상기 원자로 용기(113) 등을 신속하게 냉각해 주는 안전 계통의 구비가 필수적이다.The operating system of the reactor described above is common to existing large or small (integrated) reactors. The operation system configured as described above operates to produce power from the reactor, and during normal operation, this operation system alone does not cause any problem in operation. However, when the reactor vessel 113 is damaged and the cooling water in the reactor vessel 113 leaks, the thermal energy generated in the reactor core 111 can not be absorbed into the cooling water in a sufficient amount, 111) is excessively increased, which may result in more damage such as melting of parts. The safety of the reactor is more important than any other factors such as radiation leakage and so on. Therefore, when the reactor vessel 113 is damaged and leakage of the cooling water occurs, the reactor vessel 113, It is necessary to provide a safety system that quickly cools down.

이 때 앞서 설명한 바와 같이, 이러한 안전 계통이 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 냉각수 누출이 발생하였을 때 그 자체의 물리적 환경 변화에 따라 기계적으로 동작이 이루어지는 피동식 안전 계통이 구비되는 것이 반드시 필요한 것이다.At this time, as described above, when the safety system is operated only after receiving separate control instructions such as a man's operation, the reactor operator is left out of the room or the person himself or herself is injured. Failure to issue control orders will result in a significant increase in the risk of accidents. Also, in the case of a system in which an automatic control operation such as an electronic control is performed, there is a risk that the system may be damaged due to a high temperature generated due to damage to the reactor, thereby failing to operate correctly. Therefore, it is absolutely necessary to provide a safety system to operate mechanically in response to changes in the physical environment of the reactor damage and cooling water leakage.

본 발명에서는 안전 계통(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 함으로써 '무인 원자로' 컨셉을 실현할 수 있게 한다. 또한 본 발명의 무인 원자로는 종래와는 달리 안전 계통을 포함한 열교환 계통이 컴팩트한 구성으로 이루어짐으로써 원자로 부피를 크게 줄일 수 있으며, 따라서 궁극적으로는 최근 그 수요가 점차 확대되어 가고 있는 소형 원자로에 적용하기에 매우 적합하다는 큰 장점이 있다.
In the present invention, the safety system (i.e., the devices for cooling the reactor) is completely driven so that no separate control instructions are required by the operator, thereby allowing quick cooling in the event of damage to the reactor, . In addition, the unmanned reactor of the present invention has a compact construction of the heat exchange system including the safety system, which can greatly reduce the volume of the reactor, and ultimately it can be applied to a small reactor And it is very suitable for use.

본 발명의 무인 원자로(100)에 구비되는 안전 계통은, 주요하게는 노심 냉각 열교환기(120)으로 이루어진다. 여기에 보조적으로, 응축 냉각기(130) 및 파열 냉각수 탱크(140)가 더 포함될 수 있다. 이하 각부의 구성 및 동작에 대하여 보다 상세히 설명한다.The safety system provided in the unmanned reactor (100) of the present invention mainly comprises a core cooling heat exchanger (120). Additionally, a condensation cooler 130 and a rupture cooling water tank 140 may be further included. The configuration and operation of each part will be described in detail below.

상기 노심 냉각 열교환기(120)는 도시된 바와 같이 상기 격리 용기(115) 내부에 구비되어, 그 내부에 유통되는 유체 및 외부의 냉각수 간 열교환을 시킬 수 있는 형태로 이루어진다. 이 때, 상기 노심 냉각 열교환기(120)의 일단은 상기 원자로 보호 용기(114)의 상단과 연통되고, 타단은 상기 원자로 용기(113)의 하단과 연통된다.The core cooling heat exchanger 120 is provided inside the isolation vessel 115 as shown in the figure so as to be capable of exchanging heat between the fluid circulated in the isolation vessel 115 and the external cooling water. At this time, one end of the core cooling heat exchanger 120 communicates with the upper end of the reactor protection vessel 114, and the other end communicates with the lower end of the reactor vessel 113.

상기 노심 냉각 열교환기(120)의 동작을 위해서, 상기 무인 원자로(100)에는 제1체크 밸브(121)와 제2체크 밸브(122)가 구비된다. 보다 상세하게는, 제1체크 밸브(121)는 상기 원자로 용기(113)의 상부에 구비되어, 상기 원자로 보호 용기(114) 내부 공간 및 상기 원자로 용기(113) 내부 공간 간의 연통을 개폐하도록 이루어진다. 또한, 제2체크 밸브(122)는 상기 원자로 용기(113)의 하부에 구비되어, 상기 노심 냉각 열교환기(120)의 타단 및 상기 원자로 용기(113) 내부 공간 간의 연통을 개폐하도록 이루어진다.For operation of the core cooling heat exchanger 120, the first reactor check valve 121 and the second check valve 122 are provided in the reactor. The first check valve 121 is provided at an upper portion of the reactor vessel 113 to open and close communication between the inside space of the reactor protection vessel 114 and the inside space of the reactor vessel 113. The second check valve 122 is provided below the reactor vessel 113 to open and close communication between the other end of the core cooling heat exchanger 120 and the inner space of the reactor vessel 113.

이와 같이 노심 냉각 열교환기(120), 제1체크 밸브(121), 제2체크 밸브(122)가 안전 계통으로서 구비되어 있을 때, 사고 발생 시 작동 과정을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 앞서 설명한 바와 같이, 도 3에 도시된 바와 같은 정상 작동 상태에서 원자로 노심(111)의 냉각은 1차적으로는 원자로 용기(113) 내에 수용되어 있는 1차 냉각재(C1)에 의하여 이루어진다. 이 때에는 상기 제1체크 밸브(121) 및 상기 제2체크 밸브(122)는 모두 폐쇄 상태가 되어 있으며, 따라서 상기 노심 냉각 열교환기(120)는 작동하지 않는 상태이다. 첨언하자면, 이러한 평상시 즉 원자로 정상 작동 상태일 때 상기 노심 냉각 열교환기(120)의 내부가 비어 있는 것이 아니라, 1차 냉각재(C1)와 동일한 물질의 냉각재(즉 냉각수)가 채워져 있다. 다시 말해 평상시에는 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내의 냉각재는 흐르지 않고 단지 수용되어 있는 상태이며, 상기 격리 용기(115) 내의 3차 냉각재(C3)와 동일한 온도 조건을 가지고 있는 상태로 유지되어 있게 된다.When the core cooling heat exchanger 120, the first check valve 121, and the second check valve 122 are provided as a safety system, an operation process in the event of an accident will be described with reference to FIG. 4 as follows . As described above, the cooling of the reactor core 111 in the normal operating state as shown in FIG. 3 is performed by the primary coolant C1, which is accommodated in the reactor vessel 113 in the first place. At this time, both the first check valve 121 and the second check valve 122 are in the closed state, so that the core cooling heat exchanger 120 does not operate. In other words, when the normal state of the reactor is normal, the inside of the core cooling heat exchanger 120 is not empty, but a coolant (that is, coolant) of the same material as the primary coolant C1 is filled. In other words, normally, the coolant in the core-cooled heat exchanger 120 does not flow but is merely accommodated, and is maintained in a state having the same temperature condition as that of the third coolant C3 in the isolation vessel 115 .

이 때 원자로 용기(113)가 손상됨으로써 용기 내 1차 냉각재(C1)의 양에 손실이 일어나게 되면, 원자로 노심(111)에서 발생되는 열을 1차 냉각재(C1)가 충분히 흡수하여 제거할 수 없기 때문에 과도한 열이 발생한다. 그러면 도 4에 도시된 바와 같이 원자로 용기(113) 내의 1차 냉각재(C1)가 훨씬 많이 증발하게 되며, 원자로 용기(113) 상부 공간, 즉 액체 상태의 1차 냉각재(C1) 수면 위쪽 빈 공간의 압력이 1차 냉각재(C1) 증기로 인하여 크게 높아지게 된다. 이처럼 원자로 용기(113) 상부 공간의 압력이 높아지면, 상기 제1체크 밸브(121)가 개방된다.If the amount of the primary coolant C1 in the vessel is lost due to damage to the reactor vessel 113 at this time, the heat generated in the reactor core 111 can not be sufficiently absorbed by the primary coolant C1 Excessive heat is generated. 4, the primary coolant C1 in the reactor vessel 113 evaporates much more, and the upper space of the reactor vessel 113, that is, the upper side of the liquid coolant primary coolant C1 The pressure is greatly increased due to the vapor of the primary coolant (C1). When the pressure in the upper space of the reactor vessel 113 increases, the first check valve 121 is opened.

상기 제1체크 밸브(121)는 앞서 설명하였듯 상기 원자로 보호 용기(114) 내부 공간 및 상기 원자로 용기(113) 내부 공간 간의 연통을 개폐하는 역할을 한다. 이 때 상기 제1체크 밸브(121)가 개방되었으므로, 상기 원자로 용기(113) 내의 증기는 상기 제1체크 밸브(121)를 통해 상기 원자로 보호 용기(114) 내로 배출되게 된다.The first check valve 121 serves to open and close the communication between the inner space of the reactor protection vessel 114 and the inner space of the reactor vessel 113 as described above. At this time, since the first check valve 121 is opened, the vapor in the reactor vessel 113 is discharged into the reactor protection vessel 114 through the first check valve 121.

이처럼 상기 원자로 보호 용기(114) 내로 배출된 1차 냉각재(C1) 증기는 위쪽으로 상승하게 되며, 따라서 상기 원자로 보호 용기(114)의 상단과 연통되어 있는 상기 노심 냉각 열교환기(120)의 일단으로 유입되게 된다. 이 때 상기 노심 냉각 열교환기(120)는 상기 격리 용기(115) 내의 3차 냉각재(C3)에 수용되어 있는 상태인 바, 상기 노심 냉각 열교환기(120)로 유입된 1차 냉각재(C1) 증기는 상기 노심 냉각 열교환기(120)에 의해 3차 냉각재(C3)와 열교환되어 열을 잃고 응축되어 저온의 액체 상태로 돌아가게 된다.The vapor of the primary coolant (C1) discharged into the reactor protection vessel (114) rises upward, and therefore, the upstream end of the core cooling heat exchanger (120), which is in communication with the upper end of the reactor protection vessel . At this time, the core cooling heat exchanger 120 is accommodated in the tertiary coolant C3 in the isolation vessel 115, and the primary coolant C1 vapor introduced into the core cooling heat exchanger 120 Exchanges heat with the tertiary coolant (C3) by the core cooling heat exchanger (120), loses heat and condenses and returns to a low-temperature liquid state.

또한, 1차 냉각재(C1) 증기가 지속적으로 상기 노심 냉각 열교환기(120)의 일단으로 유입됨으로써, 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내의 압력도 높아진다. 상기 제2체크 밸브(122)는 이처럼 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내의 압력이 높아지면 개방되도록 이루어지며, 따라서 이러한 상태가 되면 상기 제2체크 밸브(122)가 개방됨으로써 상기 노심 냉각 열교환기(120) 타단과 상기 원자로 용기(113) 내부 공간이 연통된다. 그러면 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내에 수용되어 있는 냉각재가 상기 원자로 용기(113) 내로 유입될 수 있게 된다. 물론, 이 때 상기 원자로 용기(113) 내로 유입되는 냉각재는, 평상시 즉 상기 노심 냉각 열교환기(120)가 작동하지 않고 있을 때 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내에 원래 채워져 있던 냉각재와, 앞서 설명한 바와 같이 상기 원자로 보호 용기(114) 상단과 연통된 상기 노심 냉각 열교환기(120) 일단을 통해 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내로 새롭게 유입되어 온 1차 냉각재(C1)가 혼합된 냉각재이다. (따라서 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내에 채워져 있는 냉각재는 1차 냉각재(C1)와 동일한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다고 앞서 설명한 것이다. 물론, 일반적으로 원자로의 냉각재로 사용되는 물질은 대부분 냉각수 즉 물로서, 실질적으로는 원자로의 냉각재는 거의 모두 모두 동일한 물질로 이루어지므로 이러한 구성은 대부분의 경우에 매우 자연스럽고 당연하게 실현될 수 있다.)In addition, the primary coolant (C1) vapor continuously flows into one end of the core cooling heat exchanger (120), so that the pressure in the core cooling heat exchanger (120) also increases. The second check valve 122 is opened to open when the pressure in the core cooling heat exchanger 120 is increased. Accordingly, when the second check valve 122 is opened, the second check valve 122 is opened to open the core cooling heat exchanger 120 and the inner space of the reactor vessel 113 communicate with each other. Then, the coolant contained in the core cooling heat exchanger 120 can be introduced into the reactor vessel 113. Of course, at this time, the coolant flowing into the reactor vessel 113 is cooled by the coolant originally filled in the core-coolant heat exchanger 120 when the core coolant heat exchanger 120 is not operating normally, And a coolant mixed with the primary coolant (C1) that is newly introduced into the core cooling heat exchanger (120) through one end of the core coolant heat exchanger (120) communicated with the upper end of the reactor protection vessel (114). (Accordingly, it is described above that the coolant filled in the core-cooled heat exchanger 120 is preferably made of the same material as the first coolant C1. Of course, in general, , Virtually all of the coolant in the reactor is made of the same material, so this configuration can be realized in most cases very natural and natural.)

이처럼 상기 노심 냉각 열교환기(120)를 거쳐 돌아온 1차 냉각재(C1)가 상기 원자로 용기(113)에 재유입됨으로써 순환이 이루어지게 된다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이, 1차 냉각재(C1)는 상기 노심 냉각 열교환기(120)를 통과하면서 3차 냉각재(C3)로 열을 버리고 저온 액체 상태가 된다. 따라서 원자로 노심(111)에서 발생되는 과열을 또다시 충분히 흡수할 수 있으며, 1차 냉각재(C1)는 상술한 바와 같은 순환 과정을 통해 3차 냉각재(C3)로 열을 버리게 된다. 즉 1차 냉각재(C1)가 상기 원자로 노심(111) - 상기 원자로 용기(113) - 상기 원자로 보호 용기(114) - 상기 노심 냉각 열교환기(120)를 순차적으로 계속 순환함으로써, 결과적으로 원자로 노심(111)에서 발생된 과열이 3차 냉각재(C3)로 버려지게 되어 안정적인 냉각 작용이 이루어진다.As described above, the primary coolant C1 returned through the core cooling heat exchanger 120 is re-introduced into the reactor vessel 113 to be circulated. At this time, as described above, the primary coolant C1 passes through the core-cooling heat exchanger 120, dissipates heat with the tertiary coolant C3, and becomes a low-temperature liquid state. Accordingly, the superheat generated in the reactor core 111 can be sufficiently absorbed again, and the primary coolant C1 is discarded by the third coolant C3 through the circulation process as described above. That is, the primary coolant C1 is continuously circulated continuously through the reactor core 111, the reactor vessel 113, the reactor protection vessel 114 and the core-cooling heat exchanger 120, 111 are discharged to the tertiary coolant (C3), thereby achieving a stable cooling action.

종래의 원자로에서 이와 같이 외부의 히트 싱크로 열을 버림으로써 냉각을 하는 안전 계통의 경우, 도 1에 도시되어 있는 피동잔열제거(PRHR) 계통 등과 같이 냉각재 → (별도의) 열교환매체 → 히트 싱크 순으로 열이 버려지도록 설계되어 있다. 즉 종래에는 열교환매체를 한 번 더 거쳐서 냉각재가 흡수한 열이 제거되도록 되어 있었던 것이다. 그러나 본 발명의 경우 냉각재 → 히트 싱크 순으로 열이 버려지도록 설계되어 있다. 즉 기존에는 냉각재에서 히트 싱크로까지의 열전달이 간접적으로 이루어졌던 것과는 달리, 본 발명에서는 냉각재에서 히트 싱크로 직접적인 열전달이 이루어지는 것이다. 이에 따라 종래의 PRHR 등과 같은 잔열 제거를 위한 장치들에 비해, 본 발명의 노심 냉각 열교환기(120)는 훨씬 고효율의 냉각을 수행할 수 있다.
In the case of a safety system that is cooled by discarding heat in a conventional reactor as described above with an external heat sink, the cooling system is operated in the order of the coolant, the heat exchange medium, and the heat sink, in the order of the driven residual heat removal (PRHR) The heat is designed to be discarded. That is, conventionally, the heat absorbed by the coolant is removed through the heat exchange medium once more. However, in the case of the present invention, the heat is designed to be discarded in the order of coolant → heat sink. That is, conventionally, the heat transfer from the coolant to the heat sink is indirectly performed. In the present invention, direct heat transfer is performed from the coolant to the heat sink. Accordingly, the core cooling heat exchanger 120 of the present invention can perform much more efficient cooling than apparatuses for removing residual heat such as the conventional PRHR and the like.

앞서 설명한 바와 같이 평상시에는 상기 제1, 2체크 밸브(121)(122)가 폐쇄되어 있는 상태이며, 제1체크 밸브(121) 개방 조건은 상기 원자로 용기(113) 내 압력이 증가하는 것이고, 제2체크 밸브(122) 개방 조건은 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내 압력이 증가하는 것이다. 또한 상기 원자로 용기(113) 내 압력이 증가하면 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내 압력도 자연히 증가하게 되므로, 결국 제1체크 밸브(121)가 개방되면 (약간의 시차는 있더라도) 제2체크 밸브(122)도 필연적으로 개방된다.As described above, the first and second check valves 121 and 122 are normally closed, the first check valve 121 is opened, the pressure in the reactor vessel 113 is increased, The opening condition of the 2 check valve 122 is that the pressure in the core cooling heat exchanger 120 increases. When the pressure in the reactor vessel 113 is increased, the pressure in the core cooling heat exchanger 120 also increases naturally. As a result, when the first check valve 121 is opened (even if there is a slight difference) (122) is inevitably opened.

한편, 이처럼 원자로 노심(111)에서 발생되는 열을 지속적으로 제거하다 보면, 원자로 노심(111)에서 핵반응이 완전히 다 일어나 버리게 되어 더 이상 열을 발생시키지 않는 시점이 온다. 이 시점 이후로는 원자로 노심(111)에서의 열 공급이 이루어지지 않게 되므로 상기 원자로 노심(111) - 상기 원자로 용기(113) - 상기 원자로 보호 용기(114) - 상기 노심 냉각 열교환기(120)를 순차적으로 순환하는 1차 냉각재(C1)가 점점 식어서 저온 상태가 된다. 이 과정에서 상기 원자로 용기(113) 내에서 증발되어 발생되는 1차 냉각재(C1) 증기 양이 점점 줄어들며, 즉 상기 원자로 용기(113) 내 압력이 점차로 떨어지게 된다. 따라서 상기 원자로 용기(113) 내 압력이 상기 제1체크 밸브(121)를 개방할 만큼의 충분한 압력 기준치 이하의 압력이 되는 시점이 되면 상기 제1체크 밸브(121)가 폐쇄된다. 상기 제1체크 밸브(121)가 폐쇄되면 상기 노심 냉각 열교환기(120)로 1차 냉각재(C1) 증기가 더 이상 유입되지 않으므로 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내 압력 역시 떨어지게 되며, 결과적으로 상기 제2체크 밸브(122) 역시 폐쇄되게 된다.On the other hand, when the heat generated in the reactor core 111 is continuously removed, the nuclear reaction occurs in the reactor core 111 and the heat is not generated any more. The reactor core 113, the reactor protection vessel 114, and the core-cooling heat exchanger 120 are not connected to each other in the reactor core 111, The primary coolant C1 that circulates sequentially becomes gradually cooler and becomes a low temperature state. In this process, the amount of vapor of the primary coolant (C1) evaporated in the reactor vessel (113) gradually decreases, that is, the pressure in the reactor vessel (113) gradually decreases. The first check valve 121 is closed when the pressure in the reactor vessel 113 reaches a pressure lower than a pressure reference value sufficient to open the first check valve 121. [ When the first check valve 121 is closed, the steam of the primary coolant (C1) is no longer introduced into the core cooling heat exchanger (120), so that the pressure in the core coolant heat exchanger (120) The second check valve 122 is also closed.

이처럼 상기 제1, 2체크 밸브(121)(122)의 동작은 완전히 압력 차이에 의해서, 즉 환경 조건의 변화에 의해서 이루어지게 되므로, 이들을 개방 또는 폐쇄하기 위한 별도의 액추에이터나 제어 수단이 전혀 필요하지 않다. 다시 말해 원자로 손상이 발생하면 원자로 손상 시 발생되는 현상에 의해 변화된 환경 조건(1차 냉각재 증기량 증가, 원자로 용기 및 노심 냉각 열교환기 내 압력 상승 등)에 의하여 피동적으로 자연히 작동이 시작되고, 원자로의 냉각이 완전히 이루어지면 이에 따라 변화된 환경 조건(1차 냉각재 증기량 감소, 원자로 용기 및 노심 냉각 열교환기 내 압력 하강 등)에 의하여 역시 피동적으로 자연히 작동이 멈춰지는 것이다.Since the operations of the first and second check valves 121 and 122 are completely performed by a pressure difference, that is, by a change in environmental conditions, no separate actuator or control means for opening or closing them is necessary not. In other words, if the reactor damage occurs, the reaction starts naturally by the environmental conditions changed by the phenomenon occurring during the reactor damage (increase in the amount of the primary coolant, increase in the pressure in the reactor vessel and the core cooling heat exchanger) The operation is stopped naturally by passive environmental conditions such as a decrease in the amount of the primary coolant vapor, a pressure drop in the reactor vessel and the core cooling heat exchanger, and the like.

이와 같이 본 발명의 무인 원자로(100)는 압력 변화에 의해 동작하는 상기 제1, 2체크 밸브(121)(122) 및 상기 노심 냉각 열교환기(120)에 의해 냉각이 이루어지도록 함으로써, 별도의 제어 지시를 전혀 필요로 하지 않는 완전한 무인 원자로를 실현할 수 있게 된다.
As described above, the unmanned reactor 100 according to the present invention can be cooled by the first and second check valves 121 and 122 and the core cooling heat exchanger 120, It is possible to realize a completely unattended reactor which does not require any indication at all.

더불어, 상기 노심 냉각 열교환기(120)는 도 3, 4 등에 도시되어 있는 바와 같이 상기 격리 용기(115) 내에 구비되는 것으로, 상기 원자로 보호 용기(114)와 비슷한 스케일을 가진다. 즉 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내에 원래 수용되어 있는 냉각재의 양은 상당히 많은 양이 됨을 알 수 있다. 한편 앞서 설명한 바와 같이 냉각재 누출 사고가 처음 발생되기 시작한 시점에는 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내에 원래 수용되어 있던 냉각재가 상기 원자로 용기(113) 내로 유입된다. 다시 말해 상기 노심 냉각 열교환기(120)는, 일반적인 기존의 원자로 안전 계통의 노심보충수탱크(CMT) 역할을 충분히 수행할 수 있는 것이다.In addition, the core cooling heat exchanger 120 is provided in the isolation vessel 115 as shown in FIGS. 3 and 4, and has a scale similar to that of the reactor protection vessel 114. That is, the amount of the coolant originally accommodated in the core-cooled heat exchanger 120 is considerably large. On the other hand, as described above, the coolant originally accommodated in the core cooling heat exchanger 120 flows into the reactor vessel 113 when the coolant leakage accident first occurs. In other words, the core cooling heat exchanger 120 can sufficiently perform a role as a core replacement water tank (CMT) of a conventional conventional reactor safety system.

한편 상기 격리 용기(115) 내에는 원래 매우 대량의 3차 냉각재(C3)가 채워져 있는 것으로서, 상기 격리 용기(115) 내에 상기 노심 냉각 열교환기(120)가 더 구비된다 하더라도 전체 부피의 변화는 그리 크지 않다. 다시 말해, 기존의 노심보충수탱크(CMT)의 경우 냉각재를 수용하는 별도의 탱크가 구비되어야 함으로써 설비 필요 공간이 더 필요하게 되는데, 본 발명의 경우 상기 노심 냉각 열교환기(120)가 CMT 역할을 하더라도 부가적으로 더 필요한 공간의 양이 그리 많지 않다.In the meantime, even if the core cooling heat exchanger 120 is additionally provided in the isolation vessel 115, the change in the total volume can be expressed as not big. In other words, in the case of a conventional core make-up water tank (CMT), a separate tank for accommodating the coolant is required, so that the facility required space is further needed. In the present invention, the core cooling heat exchanger 120 serves as a CMT Even so, the amount of additional space is not much.

즉 본 발명의 무인 원자로에서는, 노심 냉각 열교환기가 차지하는 공간이 그리 크지 않아 원자로 자체의 부피를 줄여 줄 수 있으면서도, 또한 사고 발생 초기에 대량의 냉각재를 쉽게 공급할 수 있다는 점에서, 본 발명의 무인 원자로는 원자로의 소형화와 냉각 효율 향상의 두 가지 목표를 동시에 달성할 수 있다.
That is, in the unmanned nuclear reactor according to the present invention, since the space occupied by the core-cooled heat exchanger is not so large, the volume of the nuclear reactor itself can be reduced and a large amount of coolant can be easily supplied at the initial stage of the accident. Two goals of miniaturization of the reactor and improvement of the cooling efficiency can be achieved at the same time.

더불어, 본 발명의 무인 원자로는 상기 노심 냉각 열교환기(120)에 의하여 3차 냉각재(C3)에 버려진 폐열을 외부로 버리는 시스템을 더 구비함으로써 냉각 효율을 더욱 향상할 수 있다. 도 3, 4에 도시된 응축 냉각기(130)가 바로 이러한 역할을 하는 장치이다.In addition, the unmanned reactor of the present invention further includes a system for discarding waste heat discarded in the tertiary coolant C3 by the core cooling heat exchanger 120 to the outside, thereby further improving the cooling efficiency. The condensing cooler 130 shown in Figs. 3 and 4 is a device that plays such a role.

상기 응축 냉각기(130)는 상기 격리 용기(115) 외부에 구비되어 그 내부에 유통되는 유체 및 외부 환경 간의 열교환을 시키는 역할을 한다. 이 때, 도 3, 4에 도시되어 있는 바와 같이 상기 응축 냉각기(130)의 일단은 상기 격리 용기(115)의 상단과 연통되고, 타단은 상기 격리 용기(115)의 하단과 연통되도록 이루어진다. 앞서 설명한 바와 같이 원자로 노심(111)에서 발생한 과열을 1차 냉각재(C1)가 흡수하여 상기 노심 냉각 열교환기(120)를 통해 3차 냉각재(C3)로 버리게 되며, 장시간 3차 냉각재(C3)가 열을 흡수하게 되면 3차 냉각재(C3)도 온도가 상승한다. 그러면 어느 시점에서 3차 냉각재(C3) 또한 증발이 일어나게 되는데, 그러면 격리 용기(115) 상단과 연통된 일단을 통해 3차 냉각재(C3) 증기가 상기 응축 냉각기(130)로 유입되며, 상기 응축 냉각기(130)를 통과하면서 외부로 열을 버림으로써 저온의 액체로 응축되게 된다. 이처럼 저온 액체 상태로 응축된 3차 냉각재(C3)가 상기 응축 냉각기(130)의 타단을 통해 다시 상기 격리 용기(115)로 재유입되면서 순환이 이루어지며, 이러한 순환을 통해 3차 냉각재(C3)에 쌓이는 폐열을 외부로 버릴 수 있게 되어, 궁극적으로는 3차 냉각재(C3)가 1차 냉각재(C1)로부터 버려지는 열을 더욱 효과적으로 흡수할 수 있다.The condensing cooler 130 is provided outside the isolation vessel 115 to perform heat exchange between the fluid circulated in the isolation vessel 115 and the external environment. 3 and 4, one end of the condensing cooler 130 is communicated with the upper end of the isolation vessel 115, and the other end is connected to the lower end of the isolation vessel 115. As described above, the superheat generated in the reactor core 111 is absorbed by the primary coolant C1 and discharged to the tertiary coolant C3 through the core coolant heat exchanger 120, and the third coolant C3 When the heat is absorbed, the temperature of the tertiary coolant (C3) also rises. At this point, the tertiary coolant (C3) vapor is also introduced into the condenser cooler (130) through one end communicating with the upper end of the isolation vessel (115) The liquid is condensed into a low-temperature liquid by blowing heat to the outside while passing through the heat exchanger 130. The third coolant (C3) condensed in the low temperature liquid state is recirculated to the isolation vessel (115) through the other end of the condenser cooler (130), and the third coolant (C3) The waste heat accumulated in the first coolant (C1) can be discharged to the outside, so that the third coolant (C3) can ultimately absorb heat discarded from the first coolant (C1) more effectively.

도면 상에서는 도시를 생략하였으나, 상기 응축 냉각기(130) 내로의 3차 냉각재(C3) 유통을 보다 원활하게 해 주기 위하여, 상기 응축 냉각기(130) 유로 상에 강제 순환을 돕는 펌프 등이 구비될 수도 있으며, 또한 평상시 상기 응축 냉각기(130)가 불필요하게 작동하는 것을 방지하기 위하여 밸브 등이 구비될 수도 있는 등, 본 발명은 도면에 한정되는 것이 전혀 아니며 필요에 따라 적절하게 변경 실시가 이루어져도 무방하다.
Although not shown in the drawings, a pump for facilitating the circulation of the third coolant (C3) on the flow path of the condensing cooler (130) may be provided in order to smoothly flow the third coolant (C3) into the condenser cooler And a valve or the like may be provided in order to prevent the condensing cooler 130 from being unnecessarily operated normally. The present invention is not limited to the drawings and may be suitably modified as necessary.

부가적으로, 본 발명의 무인 원자로(100)는 도 3, 4에 도시되어 있는 바와 같이 파열 냉각수 탱크(140)를 더 구비할 수 있다. 상기 파열 냉각수 탱크(140)는 상기 원자로 보호 용기(114) 내부에 구비되며 2차 냉각재(C2)인 냉각수를 수용하고 있으며, 상기 파열 냉각수 탱크(140)의 하단에는 압력에 의해 파열 가능하도록 이루어지는 파열판(145)이 구비된다.In addition, the unmanned reactor 100 of the present invention may further include a rupture cooling water tank 140 as shown in Figs. The rupture cooling water tank 140 is provided in the reactor protection vessel 114 and receives cooling water as a secondary cooling material C2. A rupture cooling water tank 140 is provided at the lower end thereof with a rupture plate (Not shown).

도 3에 도시된 바와 같이 평상시에는 상기 원자로 보호 용기(114) 내의 압력이 미리 설계된 범주 내에 머물러 있으며, 이 상태에서는 상기 파열판(145)은 상기 파열 냉각수 탱크(140) 내의 2차 냉각재(C2)가 안정적으로 수용되어 있을 수 있도록 상기 파열 냉각수 탱크(140)의 하단을 폐쇄하는 역할을 한다. 상기 원자로 보호 용기(114) 내의 압력 수준은 미리 설계되어 알려져 있는 값이며, 따라서 상기 파열판(145)은 해당 수준의 압력을 견딜 수 있는 재질과 구성으로 용이하게 설계될 수 있다.3, the pressure in the reactor protection vessel 114 remains within a predetermined range. In this state, the rupture plate 145 is connected to the secondary coolant C2 in the rupture cooling water tank 140 And serves to close the lower end of the rupture cooling water tank 140 so that the rupture cooling water tank 140 can be received stably. The pressure level in the reactor protection vessel 114 is a pre-designed and known value, so that the rupture plate 145 can be easily designed with materials and configurations capable of withstanding the corresponding level of pressure.

도 4에 도시된 바와 같이 누출 사고가 발생하면, 상기 원자로 용기(113)에 구비된 상기 제1체크 밸브(121)가 개방되어 1차 냉각재(C1) 증기가 배출됨으로써 상기 원자로 보호 용기(114) 내의 압력이 높아지게 된다. 상기 파열판(145)은 이처럼 상기 원자로 보호 용기(114) 내 압력이 높아지면 파열되도록 형성되며, 따라서 도 4와 같은 상태가 되면 비로소 상기 파열판(145)이 파열된다. 이에 따라 상기 파열 냉각수 탱크(140)의 하단이 개방되며, 파열 냉각수 탱크(140) 내에 있던 2차 냉각재(C2)가 상기 원자로 보호 용기(114)로 배출되어 냉각을 더 돕게 된다.4, when the leakage accident occurs, the first check valve 121 provided in the reactor vessel 113 is opened to discharge the vapor of the primary coolant C1, The pressure within the chamber becomes high. The rupture plate 145 is formed so as to rupture when the pressure in the reactor protection container 114 becomes high, so that the rupture plate 145 ruptures only when the state shown in FIG. The lower end of the ruptured cooling water tank 140 is opened and the secondary coolant C2 in the ruptured cooling water tank 140 is discharged to the reactor protection vessel 114 to further assist the cooling.

이 때 2차 냉각재(C2)는 결국 누출되거나 증기 형태로 배출된 1차 냉각재(C1)와 혼합되게 되므로, 1차 냉각재(C1)와 동일한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 앞서도 설명한 바와 같이 원자로에서 사용되는 냉각재는 대부분의 경우 물, 즉 냉각수이므로 1, 2차 냉각재(C1)(C2)가 동일 물질로 이루어지게 하는 것은 매우 용이하다.At this time, since the secondary coolant C2 is mixed with the primary coolant C1 that eventually leaks or is discharged in the form of vapor, it is preferable that the secondary coolant C2 is made of the same material as the primary coolant C1. As described above, it is very easy for the first and second coolants C1 and C2 to be made of the same material because the coolant used in the reactor is mostly water, that is, coolant.

도면 상에는 상기 파열 냉각수 탱크(140)가 상기 원자로 보호 용기(114)의 가장자리 면에 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 한 예로 상기 파열 냉각수 탱크(140)가 상기 원자로 보호 용기(114)의 천장 중심부측에 형성되게 할 수도 있는데, 이와 같이 할 경우 상기 파열판(145)이 파열되면 2차 냉각재(C2)가 상기 원자로 용기(113)로 직접 쏟아져 내림으로써, 직접적인 냉각이 빠르고 효과적으로 이루어질 수 있다.
Although the rupture cooling water tank 140 is shown on the edge of the reactor protection vessel 114, the present invention is not limited thereto. For example, the rupture cooling water tank 140 may be formed at the center of the ceiling of the reactor protection vessel 114. In this case, when the rupture plate 145 is ruptured, By directly pouring down to the outlet 113, direct cooling can be done quickly and effectively.

도 5는 본 발명의 무인 원자로의 시간에 따른 냉각 단계를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 초기에는 상기 노심 냉각 열교환기(120) 내부에 원래 수용되어 있던 냉각재가 상기 원자로 용기(113) 내로 공급됨으로써(즉 앞서 설명했던 것처럼 상기 노심 냉각 열교환기(120)가 마치 CMT와 같은 역할을 함으로써) 최초 발생되는 과열을 신속하게 제거한다(①). 이후로는, 앞서 설명한 바와 같이 상기 원자로 용기(113) 내에서 증발되어 나온 1차 냉각재(C1)가 상기 노심 냉각 열교환기(120)를 통해 순환하면서 3차 냉각재(C3)로 열을 버림으로써 냉각이 이루어진다(②). 이러한 3차 냉각재(C3)의 폐열 흡수에 의한 냉각이 어느 정도 이루어진 이후에는, 상술한 바와 같은 응축 냉각기(130)의 작동에 의하여 외부로까지 열이 더 버려짐으로써 최종 냉각이 이루어지게 된다(③).Figure 5 illustrates the cooling step of the unattended reactor of the present invention over time. As shown in the figure, initially, the coolant originally received in the core cooling heat exchanger 120 is supplied into the reactor vessel 113 (that is, the core cooling heat exchanger 120, as described above, (1) to quickly remove the initial overheating. Thereafter, as described above, the primary coolant C1 evaporated in the reactor vessel 113 is circulated through the core-coolant heat exchanger 120 and the heat is discharged to the tertiary coolant C3, (2). After the cooling of the tertiary coolant C3 by the absorption of waste heat has been performed to a certain extent, the heat is further dissipated to the outside by the operation of the condensing cooler 130 as described above, .

도 5의 그래프로 보이는 바와 같이, 본 발명의 무인 원자로에서는 시간대별로 주로 작동하는 안전 계통들이 서로 다르며(① 시간대에는 CMT 역할을 하는 노심 냉각 열교환기의 작용 / ② 시간대에는 노심 냉각 열교환기에 의해 3차 냉각재로 열을 버리는 작용 / ③ 시간대에는 응축 냉각기에 의해 외부로 열을 버리는 작용), 각각의 안전 계통들이 각 시간대의 상태 특성에 최적화된 역할을 수행하게 된다(① 시간대에는 냉각수를 공급하여 빠르게 과열을 냉각 / ② 시간대에는 히트 싱크로 과열을 버림으로써 점진적이고 안정적으로 냉각 / ③ 시간대에는 잔존 폐열을 외부로 버림으로써 완전 냉각). 이처럼 단계적인 냉각이 이루어짐으로써 냉각 효율이 극대화될 뿐만 아니라, 앞서도 설명한 바와 같이 본 발명의 무인 원자로에서는 안전 계통의 구성이 종래에 비해 훨씬 단순화되어 있음으로써, 경제성 및 운전성을 동시에 향상하는 것이 가능하다.As shown in the graph of FIG. 5, in the unmanned nuclear reactors of the present invention, safety systems that operate mainly by time are different from each other (1) operation of a core cooling heat exchanger serving as a CMT in a time zone, (3) operation of discharging heat to the outside by a condensing cooler in a time zone), each safety system plays an optimized role in the state characteristic of each time zone (1) (2) cooling gradually and steadily by discarding overheating by heat sink in time zone / (3) complete cooling by discarding residual waste heat to outside in time zone). The stepwise cooling maximizes the cooling efficiency and, as described above, the safety system of the unmanned reactor of the present invention is much simpler than that of the prior art, thereby improving the economical efficiency and the driving performance simultaneously .

뿐만 아니라, 도 3, 4에 도시되어 있는 바와 같은 소형 원자로의 경우 다수 개의 원자로 보호 용기들이 하나의 격리 용기에 포함되어 있도록 구성할 수 있는데, 이 경우 여러 소형 원자로들이 3차 냉각재(C3)를 공용으로 활용할 수 있게 되어, 궁극적으로는 실질적인 모듈화를 완성할 수 있게 된다.
In addition, in the case of small reactors as shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of reactor protection vessels may be included in one isolation vessel. In this case, So that ultimately, the actual modularization can be completed.

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.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

100: (본 발명의) 무인 원자로
111: 원자로 노심 112: 원자로 출력 제어봉
113: 원자로 용기 114: 원자로 보호 용기
115: 격리 용기 116: 증기 발생기
116a: 증기관 116b: 급수관
116c: 증기관 격리 밸브 116d: 급수관 격리 밸브
117: 냉각재 구동 펌프
120: 노심 냉각 열교환기
121: 제1체크 밸브 122: 제2체크 밸브
130: 응축 냉각기
140: 파열 냉각수 탱크 145: 파열판
C1: 1차 냉각재
C2: 2차 냉각재
C3: 3차 냉각재
100: Unmanned reactor (of the present invention)
111: reactor core 112: reactor output control rod
113: Reactor vessel 114: Reactor vessel
115: Isolation vessel 116: Steam generator
116a: steam tube 116b: water pipe
116c: steam pipe isolation valve 116d: water pipe isolation valve
117: coolant drive pump
120: Core cooling heat exchanger
121: first check valve 122: second check valve
130: condenser cooler
140: rupture cooling water tank 145: rupture plate
C1: Primary coolant
C2: Secondary coolant
C3: tertiary coolant

Claims (4)

원자로 노심(111);
상기 원자로 노심(111)에 하단부가 상하 이동 가능하게 삽입되는 원자로 출력 제어봉(112);
외부와 밀폐되도록 형성되어 1차 냉각재(C1)인 냉각수를 수용하며, 상기 원자로 노심(111)이 최하측에 배치되고 상기 원자로 출력 제어봉(112) 상단부 일부가 외부로 노출되도록 상기 원자로 노심(111) 및 상기 원자로 출력 제어봉(112)이 그 내부에 구비되는 원자로 용기(113);
외부와 밀폐되도록 형성되어 내부가 진공으로 형성되며, 상기 원자로 용기(113)가 그 내부에 구비되는 원자로 보호 용기(114);
수조 형태로 형성되어 3차 냉각재(C3)인 냉각수가 수용되며, 상기 원자로 보호 용기(114)가 냉각수 수중에 배치되도록 구비되는 격리 용기(115);
상기 원자로 용기(113) 내부에 구비되어, 1차 냉각재(C1)로부터 열을 전달받아 그 내부에 유통되는 열교환매체를 증발시켜 증기관(116a)으로 배출하여 터빈을 작동시키고, 터빈을 작동시킨 후 응축된 열교환매체를 급수관(116b)으로 공급받도록 이루어지는 증기 발생기(116);
상기 격리 용기(115) 내부에 구비되어, 일단은 상기 원자로 보호 용기(114)의 상단과 연통되고, 타단은 상기 원자로 용기(113)의 하단과 연통되도록 이루어지며, 그 내부에 유통되는 유체 및 외부의 냉각수 간 열교환을 시키는 노심 냉각 열교환기(120);
상기 원자로 용기(113)의 상부에 구비되어, 상기 원자로 보호 용기(114) 내부 공간 및 상기 원자로 용기(113) 내부 공간 간의 연통을 개폐하는 제1체크 밸브(121);
상기 원자로 용기(113)의 하부에 구비되어, 상기 노심 냉각 열교환기(120)의 타단 및 상기 원자로 용기(113) 내부 공간 간의 연통을 개폐하는 제2체크 밸브(122);
상기 원자로 보호 용기(114) 내부에 구비되며 2차 냉각재(C2)인 냉각수를 수용하는 파열 냉각수 탱크(140);
상기 파열 냉각수 탱크(140)의 하단에 구비되어 압력에 의해 파열 가능하도록 이루어지는 파열판(145);
을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 원자로.
Reactor core (111);
A reactor output control rod 112 into which a lower end portion is vertically movably inserted into the reactor core 111;
The reactor core 111 is disposed on the lowermost side and a part of the upper end of the reactor output control rod 112 is exposed to the outside, And a reactor vessel (113) having the reactor output control rod (112) therein;
A reactor protection vessel 114 formed inside the reactor vessel 113 so as to be hermetically sealed from the outside and having a vacuum vessel therein;
An isolation vessel 115 which is formed in a water tank and accommodates cooling water which is a tertiary coolant C3 and is arranged such that the reactor protection vessel 114 is disposed in the cooling water;
The heat exchanger is installed inside the reactor vessel 113 to receive heat from the primary coolant C1 and evaporate the heat exchange medium circulated therein to discharge the heat exchange medium to the steam pipe 116a to operate the turbine, A steam generator 116 for supplying the heat exchange medium to the water supply pipe 116b;
The reactor vessel 113 is provided inside the isolation vessel 115 and has one end communicated with the upper end of the reactor protection vessel 114 and the other end communicated with the lower end of the reactor vessel 113, A core cooling heat exchanger (120) for performing heat exchange between the cooling water of the cooling water channel (120);
A first check valve 121 provided at an upper portion of the reactor vessel 113 for opening and closing the communication between the inner space of the reactor protection vessel 114 and the inner space of the reactor vessel 113;
A second check valve 122 provided at a lower portion of the reactor vessel 113 for opening and closing communication between the other end of the core cooling heat exchanger 120 and the inner space of the reactor vessel 113;
A rupture cooling water tank 140 provided inside the reactor protection vessel 114 for receiving cooling water as a secondary cooling material C2;
A rupture plate 145 provided at a lower end of the rupture cooling water tank 140 and capable of rupture by pressure;
Wherein the reactor is a reactor.
제 1항에 있어서, 상기 무인 원자로(100)는
상기 격리 용기(115) 외부에 구비되어, 일단은 상기 격리 용기(115)의 상단과 연통되고, 타단은 상기 격리 용기(115)의 하단과 연통되도록 이루어지며, 그 내부에 유통되는 유체 및 외부 환경 간의 열교환을 시키는 응축 냉각기(130);
을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 원자로.
The method of claim 1, wherein the unattended reactor (100)
And the other end is communicated with the lower end of the isolation vessel 115. The fluid flowing inside the isolation vessel 115 and the external environment A condensing cooler 130 for exchanging heat between the condenser 130 and the condenser 130;
Further comprising: a second reactor having a first reactor and a second reactor.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 무인 원자로(100)는
상기 원자로 용기(113) 내의 상측에 구비되어 1차 냉각재(C1)를 강제 순환시키는 냉각재 구동 펌프(117);
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 원자로.
The method of claim 1, wherein the unattended reactor (100)
A coolant drive pump 117 provided on the upper side of the reactor vessel 113 for forcibly circulating the primary coolant C1;
Further comprising: a second reactor having a first reactor and a second reactor.
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