KR101585841B1 - 코어냉각성능이 향상된 코어캐쳐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코어캐쳐에 관한 것으로, 본 발명에 따른 코어캐쳐는 코어의 흐름방향으로 길게 연장되어 있으며 상부에서 떨어지는 코어를 수용하는 코어 수용부를 형성하는 상판 구조물과; 상기 상판 구조물 하부에 위치하며 상기 상판 구조물과의 사이에 유로를 형성하는 하판 구조물과; 상기 코어 수용부를 구획하고 상기 코어의 흐름방향의 가로방향으로 연장되어 있으며 내열물질층을 포함한다.

Description

코어냉각성능이 향상된 코어캐쳐{Core catcher having enhanced core cooling performance}

본 발명은 코어냉각성능이 향상된 코어캐쳐에 관한 것이다.

원자력 발전소에서 중대사고 발생 시 노심용융물(코어)이 원자로 압력용기의 파손부를 통해 원자로 하부공동으로 방출될 가능성이 있다. 여기서 노심용융물이란 원자로 압력용기 내부에 설치되는 원자로 노심의 핵연료인 농축우라늄과, 피복재로 사용되는 지르코늄 및 원자로 압력용기 내부 다수의 물질들이 혼합된 고온의 용융물질을 말한다.

노심용융물은 그 내부의 핵분열 생성물의 붕괴로 열을 발생시킨다. 붕괴열의 수준은 원자로 정지 후 경과 시간에 따라 점차 감소되며, 원자로 정지 1시간 후의 붕괴열은 원자로 정격 열출력의 약 1%수준이다.

따라서 원자력발전소의 중대사고 발생시 배출된 노심용융물이 적절히 냉각되지 않으면 결국 고온의 노심용융물은 원자로 건물 하부공동 바닥 콘크리트와 반응하여 다량이 비응축성 가스를 발생시키면서 바닥을 용융 침식시키게 되며, 최종적으로 원자로건물 압력 유지 구조물의 파손을 야기시켜 방사능 물질이 외부로 누출됨으로써 환경을 심각하게 오염시킬 위험이 있다.

이상과 같은 원자력발전소의 중대사고시 원자로 건물 건전성 상실에 대처하기 위해 노심용융물과 원자로건물 하부공동 바닥 콘트리트가 직접 반응하지 않도록 노심용융물을 보유 및 냉각하는 여러 가지 대응책이 연구되고 있다. 그 대표적인 설비로서 원자로건물 하부공동에서 노심용융물을 수집, 보유 및 냉각수 공급을 통해 냉각하는 코어캐쳐가 있다.

그러나 종래 코어캐쳐는 노심용융물 냉각에 과도한 시간이 걸리는 등 노심용융물을 안전하게 냉각시키는데 한계가 있었다.

미국 등록 제5867548호(1999년 02월 02일 공개) 미국 등록 제5907588호(1999년 5월 25일 공개)

따라서 본 발명의 목적은 코어냉각성능이 향상된 코어캐쳐를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 상기 본 발명의 목적은 코어캐쳐에 있어서, 코어의 흐름방향으로 길게 연장되어 있으며 상부에서 떨어지는 코어를 수용하는 코어 수용부를 형성하는 상판 구조물과; 상기 상판 구조물 하부에 위치하며 상기 상판 구조물과의 사이에 유로를 형성하는 하판 구조물과; 상기 코어 수용부를 구획하고 상기 코어의 흐름방향의 가로방향으로 연장되어 있으며 내열물질층을 포함하는 가로구조물을 포함하는 것에 의해 달성된다.

상기 상판 구조물과 상기 하판 구조물 사이에 산점 분포되어 있으며, 상기 상판 구조물과 상기 하판 구조물 사이의 간격을 유지하여 유로를 형성하는 지지부를 더 포함할 수 있다.

상기 상판 구조물과 상기 하판 구조물 사이의 유로에 위치하며 내부에 물을 포함하는 물보관부를 더 포함할 수 있다.

상기 물보관부는 코어의 열에 의해 파손될 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.

상기 상판 구조물은 냉각수공급원과 연결되어 있으며 코어에 의해 용융되는 플러그를 더 포함할 수 있다.

상기 코어 수용부는 상기 가로구조물에 의해 원자로 하부에 위치하는 제1코어 수용부와 원자로 하부와 이격되어 있는 제2코어 수용부로 나누어지며, 상기 플러그는 상기 제2코어 수용부에 위치할 수 있다.

상기 냉각수공급원은 격실내재장조수조(IRWST)를 포함할 수 있다.

상기 코어 수용부는 역지붕형태일 수 있다.

상기 내열물질층은 산화지르코늄과 산화마그네슘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속산화물로 이루어져 있으며, 상기 상판구조물의 표면은 세라믹 고열 내화재질 및 용융점이 2000가 넘는 금속으로 이루어질 수 있다.

상기 본 발명의 목적은 코어캐쳐에 있어서, 낙하하는 코어를 일정시간 수용한 후 확산시킬 수 있도록 구획된 코어 수용부를 가지는 상판구조물과; 상기 상판구조물을 유로를 사이에 두고 이격지지하는 하판구조물를 포함하며, 상기 상판구조물은 확산된 코어에 의해 용융되어 코어에 냉각수를 가하는 플러그를 포함하는 것에 의해 달성된다.

상기 코어 수용부는 역지붕 형태이며, 상기 코어 수용부를 구획하고 상기 코어의 흐름방향의 가로방향으로 연장되어 있는 가로구조물을 더 포함할 수 있다.

상기 상판 구조물과 상기 하판 구조물 사이에 산점 분포되어 있으며, 상기 상판구조물과 상기 하판구조물 사이에 유로를 형성하는 지지부를 더 포함할 수 있다.

상기 상판구조물과 상기 하판구조물 사이의 유로에 위치하며 내부에 물을 포함하는 물보관부를 더 포함할 수 있다.

상기 물보관부는 코어의 열에 의해 파손될 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.

상기 본 발명의 목적은 코어캐쳐에 있어서, 코어와 접촉하며 코어 수용부를 형성하는 상판 구조물과; 상기 상판 구조물을 유로를 사이에 두고 이격지지하는 하판구조물과; 상기 상판구조물과 상기 하판구조물 사이의 유로에 위치하며 내부에 물을 포함하는 물보관부를 포함하는 것에 의해 달성될 수 있다.

상기 물보관부는 코어의 열에 의해 파손될 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.

상기 코어 수용부는 역지붕 형태이며, 상기 코어 수용부를 구획하고 상기 코어의 흐름방향의 가로방향으로 연장되어 있는 가로 구조물을 더 포함할 수 있다.

상기 상판 구조물은 확산된 코어에 의해 용융되어 코어에 냉각수를 가하는 플러그를 더 포함할 수 있다.

상기 코어 수용부는 상기 가로 구조물에 의해 원자로 하부에 위치하는 제1코어 수용부와 원자로 하부와 이격되어 있는 제2코어 수용부로 나누어지며, 상기 플러그는 상기 제2코어 수용부에 위치할 수 있다.

본 발명에 따르면 코어냉각성능이 향상된 코어캐쳐가 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코어캐쳐의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코어캐쳐의 분해사시도이고,
도 3은 도 1의 III-III을 따른 단면도이고,
도 4는 도 1의 IV-IV를 따른 단면도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코어캐쳐와 원자로의 위치관계를 나타낸 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 코어캐쳐를 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코어캐쳐의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코어캐쳐의 분해사시도이고, 도 3은 도 1의 III-III을 따른 단면도이고, 도 4는 도 1의 IV-IV를 따른 단면도이다.

본 발명에 따른 코어캐쳐(1)는 상판 구조물(100), 가로 구조물(200), 하판 구조물(300), 지지부(400) 및 물보관부(500)을 포함한다.

상판 구조물(100)은 원자로가 용융된 코어와 접촉하는 부분으로 상판구조물(100)의 상부표면이 코어와 직접 접촉하게 된다.

상판 구조물(100)의 상부표면은 약 10-30cm의 세라믹 고열 내화재(예를 들어, 지르코니아) 혹은 10cm 가량의 용융점이 높은(약 2000℃이상) 금속으로 이루어질 수 있다. 용융점이 높은 금속으로는 텅스텐과 철의 합금이 사용될 수 있다.

상판 구조물(100)은 길게 연장되어 있는 역지붕 형태의 코어 수용부(101, 102)를 형성한다. 상판 구조물(100)은 상부에 위치하며 수직방향으로 연장되어 있는 단차부(110), 단차부(110)에서 연장되면 길게 경사를 형성하는 경사부(120), 양 경사부(120) 사이에 위치하며 수평으로 길게 연장되어 있는 저면부(140) 및 길이방향의 양 측면에 위치하는 측면부(140)를 포함한다.

코어 수용부(101, 102)는 길이방향으로 나누어진 제1코어 수용부(101)와 제2수용부(102)로 이루어져 있다. 제1코어 수용부(101)에는 코어가 직접 접촉하며, 제2코어 수용부(102)에는 코어가 확산되어 접촉하게 된다.

제2코어 수용부(102)에 위치하는 측면부(140)에는 플러그(150)가 마련되어 있다. 플러그(150)는 확산된 코어에 의해 용융될 수 있는 재질로 마련된다. 플러그(150)는 물공급원(도시하지 않음)과 연결되어 있으며, 플러그(150)가 용융되면 물공급원의 물이 확산된 코어에 공급되어 코어를 냉각시킨다. 물공급원은, 이에 한정되지 않으나, 격납건물내재장전수조(IRWST)일 수 있다.

가로 구조물(200)은 상부 구조물(100)과 결합되어 제1코어 수용부(101)와 제2수용부(102)를 분리한다. 가로 구조물(200)은 금속산화물 재질이 5-20cm 정도 두께의 금속산화물층을 포함할 수 있다. 금속산화물로는 산화지르코늄이나 산화마그네슘 등을 사용할 수 있다. 다른 실시예에서는 가로 구조물(200)과 상부 구조물(100)이 일체로 형성될 수 있다.

하부 구조물(300)은 전체적으로는 상부 구조물(100)을 수용할 수 있는 육면체 형상이며, 내부는 상부 구조물(100)의 하부 형상에 대응하도록 만들어져 있다. 하부 구조물(300)의 측벽에는 플러그(150)에 대응하는 플러그 홀(310)이 형성되어 있다. 하부 구조물(300)은 상부구조물(100)과의 사이에 유로를 형성한다.

상부구조물(100)과 하부구조물(300) 사이에는 지지부(400)가 위치하고 있다. 지지부(400)는 기둥형상으로 산점되어 있으며, 지지부(400)가 위치하고 있지 않은 부분이 유로를 형성하게 된다.

유로를 형성하는 공간에는 물보관부(500)가 위치한다. 물보관부(500)는 내부에 물을 보관하고 있으며, 코어의 열에 의해 파손된다. 물보관부(500)가 파손되면 내부의 물이 외부로 나와, 유로를 채우게 된다. 유로를 채운 물은 상부 구조물(100)을 냉각시켜 코어를 안전하게 냉각시킨다.

물보관부(500)로는 물병, 물주머니 등 다양한 형태가 사용될 수 있으며, 재질로는 비닐, 플라스틱 등 다양하게 사용될 수 있다.

이상 설명한 코어캐쳐(1)의 작용을 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코어캐쳐와 원자로의 위치관계를 나타낸 것이다.

원자로에 중대사고 생겨 노심이 용융되면 코어는 그 하부에 위치한 제1코어 수용부(101)로 낙하하게 된다. 코어는 제1코어 수용부(101)에 수용되어 체류시간을 가지면서 냉각되는 한편 가로구조물(220)을 녹이기 시작한다.

한편, 제1코어 수용부(101) 상에 위치한 코어의 열에 의해 상부 구조물(100) 하부에 위치한 물보관부(500)가 파손되며, 물보관부(500) 내에 있던 물이 유로에 채워지면서 코어를 냉각시킨다.

가로구조물(220)이 녹으면 코어는 원자로에서 이격되어 있는 제2코어 수용부(102)로 확산된다. 이 단계에서 코어는 초기에 비해 많이 냉각된 상태이다. 코어가 계속 확산되어 플러그(150)와 접촉하면 플러그(150)가 녹으면서 냉각수가 코어에 접촉한다.

냉각수와의 접촉을 통해 코어는 더욱 빠르게 냉각된다. 냉각수와 접하는 단계의 코어는 제1코어 수용부(101) 내에서의 냉각 및 제2코어 수용부(102)에서의 확산을 통해 충분히 냉각되어 냉각수와 직접 접촉하여도 증기폭발의 위험성은 없다.

다른 실시예에서는 플러그(150)의 냉각에 의해 냉각수가 유로에 추가로 공급될 수 있다.

이상 설명한 본 발명에 따른 코어 냉각은 모두 피동적인 방식으로 이루어진다. 즉, 유로에서의 냉각수 공급과 제2코어 수용부(102)에서 코어와 접촉하는 냉각수 공급이 모두 코어의 흐름과 코어 자체의 열에 의해 이루어지기 때문에 작업자의 개입 없이도 냉각이 개시된다.

또한 제1코어 수용부(101)가 프리캐쳐의 역할을 하여 코어를 일정 시간 수집하여 방출하므로 퍼짐성능이 향상되고 다중 푸어링(multi pouring)에 의한 증기 폭발이 방지된다.

한편, 코어캐쳐(1)는 원자로 공동하부에 위치하는데, 본 발명에 따르면 유로에 공급되는 물이 물보관부(500)에 밀봉되어 보관되기 때문에 증발 등에 의해 수분이 원자로 주변에 위치하는 것이 방지된다. 이에 의해 격납건물의 습도 증가가 방지되어 증기 폭발의 위험성이 감소된다.

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (19)

1. 코어캐쳐에 있어서,
   코어의 흐름방향으로 길게 연장되어 있으며 상부에서 떨어지는 코어를 수용하는 코어 수용부를 형성하는 상판 구조물과;
   상기 상판 구조물 하부에 위치하며 상기 상판 구조물과의 사이에 유로를 형성하는 하판 구조물과;
   상기 코어 수용부를 구획하고 상기 코어의 흐름방향의 가로방향으로 연장되어 있으며 내열물질층을 포함하는 가로구조물을 포함하며,
   상기 상판 구조물은 냉각수공급원과 연결되어 있으며 코어에 의해 용융되는 플러그를 더 포함하며,,
   상기 코어 수용부는 상기 가로구조물에 의해 원자로 하부에 위치하는 제1코어 수용부와 원자로 하부와 이격되어 있는 제2코어 수용부로 나누어지며,
   상기 플러그는 상기 제2코어 수용부에 위치하는 코어캐쳐.
2. 제1항에서,
   상기 상판 구조물과 상기 하판 구조물 사이에 산점 분포되어 있으며,
   상기 상판 구조물과 상기 하판 구조물 사이의 간격을 유지하여 유로를 형성하는 지지부를 더 포함하는 코어캐쳐.
3. 제1항에서,
   상기 상판 구조물과 상기 하판 구조물 사이의 유로에 위치하며 내부에 물을 포함하는 물보관부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐.
4. 제3항에서,
   상기 물보관부는 코어의 열에 의해 파손될 수 있는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 코어캐쳐.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에서,
   상기 냉각수공급원은 격실내재장조수조(IRWST)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐.
8. 제1항에서,
   상기 코어 수용부는 역지붕형태인 것을 특징으로 하는 코어캐쳐.
9. 제8항에서,
   상기 내열물질층은 산화지르코늄과 산화마그네슘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속산화물로 이루어져 있으며,
   상기 상판구조물의 표면은 세라믹 고열 내화재질 및 용융점이 2000℃가 넘는 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 코어캐쳐.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 코어캐쳐에 있어서,
    코어와 접촉하며 코어 수용부를 형성하는 상판 구조물과;
    상기 상판 구조물을 유로를 사이에 두고 이격지지하는 하판구조물과;
    상기 상판구조물과 상기 하판구조물 사이의 유로에 위치하며 내부에 물을 포함하는 물보관부를 포함하며,
    상기 코어 수용부는 역지붕 형태이며,
    상기 코어 수용부를 구획하고 상기 코어의 흐름방향의 가로방향으로 연장되어 있는 가로 구조물을 더 포함하며,
    상기 상판 구조물은 확산된 코어에 의해 용융되어 코어에 냉각수를 가하는 플러그를 더 포함하며,
    상기 코어 수용부는 상기 가로 구조물에 의해 원자로 하부에 위치하는 제1코어 수용부와 원자로 하부와 이격되어 있는 제2코어 수용부로 나누어지며, 상기 플러그는 상기 제2코어 수용부에 위치하는 코어캐쳐.
16. 제15항에서,
    상기 물보관부는 코어의 열에 의해 파손될 수 있는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 코어캐쳐.
    
    
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제

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