KR101651576B1 - Nuclear reactor pressure vessel, modifying method of surface of nuclear reactor pressure vessel and movable type apparatus for modifing surface of the same - Google Patents

Nuclear reactor pressure vessel, modifying method of surface of nuclear reactor pressure vessel and movable type apparatus for modifing surface of the same Download PDF

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KR101651576B1 KR1020150122518A KR20150122518A KR101651576B1 KR 101651576 B1 KR101651576 B1 KR 101651576B1 KR 1020150122518 A KR1020150122518 A KR 1020150122518A KR 20150122518 A KR20150122518 A KR 20150122518A KR 101651576 B1 KR101651576 B1 KR 101651576B1
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김형대
박영재
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention provides a nuclear reactor pressure vessel having a lower header, an outer wall of which is modified with an oxide film having a fine uneven structure, wherein a corium is disposed on the lower header when a core is melted in the event of a critical atomic accident. In addition, the present invention provides a corium cooling system. The corium cooling system comprises: the nuclear reactor pressure vessel; a shield vessel which forms a nuclear reactor cavity by accommodating the nuclear reactor pressure vessel so as to be spaced apart from the nuclear reactor pressure vessel and has a shield wall for blocking heat and radioactivity; and a containment vessel which accommodates the nuclear reactor pressure vessel and the shield vessel, wherein a coolant is disposed between the nuclear reactor cavity, the containment vessel and the nuclear reactor pressure vessel. Furthermore, the present invention provides a modification method for an oxide film and a movable type surface modification apparatus for realizing the modification method.

Description

원자로 압력용기, 원자로 압력용기의 표면 개질방법 및 이를 위한 이동식 표면 개질장치{NUCLEAR REACTOR PRESSURE VESSEL, MODIFYING METHOD OF SURFACE OF NUCLEAR REACTOR PRESSURE VESSEL AND MOVABLE TYPE APPARATUS FOR MODIFING SURFACE OF THE SAME} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a nuclear reactor pressure vessel, a reactor pressure vessel surface modifying method, and a mobile surface modifying apparatus for the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002]

본 기술은 원자력 발전 시설의 중대사고 관리 전략의 일환으로서 원자로 노심이 손상되어 발생하는 노심 용융물에 의한 원자로의 파손을 방지하기 위한 기술로서, 구체적으로는 냉각수 방식에 의하여 원자로 외벽을 냉각하는 냉각기술의 보완을 통하여 원자로 압력용기의 건전성을 확보하고 나아가 원자력발전소의 중대사고를 미연에 방지하기 위한 기술이다. This technology is a technology to prevent damage of the reactor due to the core melt generated as a result of damaging the reactor core as part of a serious accident management strategy of the nuclear power generation facility. Specifically, it is a cooling technology for cooling the outer wall of the reactor by the cooling water system It is a technology to ensure the integrity of the reactor pressure vessel through supplementation and further prevent serious accidents of nuclear power plants.

최근 후쿠시마 사고 이후 중대사고시 원자로용기 하부 헤더에서 노심용융물을 효과적으로 냉각하고 억류하는 방법(In-Vessel corium Retention:IVR)에 대한 연구가 주목받고 있다. 이 방법은 새로운 원전뿐만 아니라 가동중 원전의 중대사고 완화 대처방안으로 선정되어 신규 원자로의 설계에 반영되고 있으며, 가동중 원전에서는 주요 사고관리 방안으로 활용되고 있다.In recent years, research on in-vessel core retention (IVR) has been focused on effectively cooling and detaining the core melt from the lower header of the reactor vessel after the Fukushima accident. This method has been selected not only as a new nuclear power plant but also as a countermeasure for mitigating serious accidents of nuclear power plants during operation and reflected in the design of new reactors.

IVR은 핵연료 및 노심지지구조물이 용융되어 원자로용기 하반구에 재배치되어도 노심용융물을 안정한 냉각상태로 유지시켜 원자로용기의 파손을 방지하는 방법이다. IVR은 원자로용기 외부의 원자로 공동(cavity)에 냉각수를 주입하여 원자로용기 외벽을 냉각하는 원자로용기 외벽냉각(External Reactor Vessel Cooling: ERVC)과 원자로용기 내에 냉각수를 주입하는 원자로용기 내부냉각(Internal Reactor Vessel Cooling: IRVC)으로 구분할 수 있다.IVR is a method to prevent damage to the reactor vessel by keeping the core melt in a stable cooling state even if the nuclear fuel and core support structures are melted and relocated to the bottom of the reactor vessel. IVR is an external reactor vessel cooling (ERVC) that injects cooling water into the reactor cavity outside the reactor vessel to cool the outer wall of the reactor vessel and an internal reactor vessel that injects cooling water into the reactor vessel. Cooling: IRVC).

그러나 외벽 냉각의 경우, 용융물의 높은 붕괴열로 인하여 외벽 냉각시 냉각수가 비등하게 되고, 비등한계점인 임계열유속 지점까지 도달하여 냉각이 실패할 가능성이 높다. 또한, 임계열유속에 도달할 경우 열전달 표면이 비등에 의하여 생성되는 증기로 뒤덮여 효과적인 열전달이 불가능하고 따라서 최악의 경우 원자로 압력용기가 파손되어 내부의 고 방사능을 띄는 노심 용융물이 밖으로 유출될 수 있는 문제점이 있다. However, in the case of cooling the outer wall, the cooling water is boiled during the cooling of the outer wall due to the high decay heat of the melt, and the cooling is likely to fail due to reaching the critical heat flux point as the boiling limit point. In addition, when the critical heat flux is reached, the heat transfer surface is covered with the steam generated by the boiling, so that effective heat transfer is impossible, and therefore, in the worst case, the reactor pressure vessel is broken and the core melt having high radioactivity inside can be leaked out have.

본 발명의 목적은 종래의 원자로 외벽냉각을 통한 노심용융물의 냉각 방법이나 설비의 문제점을 극복하고 보완하기 위한 발명으로서, 비등한계점인 임계열유속을 향상시킴으로써 원자로 압력용기 외벽의 열전달 효율을 증가시킬 수 있도록 표면이 개질된 원자로 압력용기를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to overcome and solve the problems of cooling method and facility of a core melt by cooling the outer wall of the reactor in the related art, and to improve the heat transfer efficiency of the outer wall of the reactor pressure vessel by improving critical heat flux, To provide a reactor pressure vessel whose surface has been modified.

본 발명의 다른 상기 원자로 압력용기를 포함함으로써 외벽 냉각효율이 향상된 노심 용융물 냉각 시스템을 제공하는 것이다. The present invention also provides a reactor core cooling system in which the outer wall cooling efficiency is improved by including the other reactor pressure vessel of the present invention.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 원자로 압력용기의 표면을 개질하는 방법을 제공하는 것이다. Yet another object of the present invention is to provide a method for modifying the surface of the reactor pressure vessel.

나아가 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명은 상기 원자로 압력용기의 표면을 효과적으로 개질할 수 있는 이동식 표면 개질장치를 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a movable surface modifying apparatus capable of effectively modifying the surface of the reactor pressure vessel.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 압력용기는 노심 용융시, 노심 용융물이 재배치되는 하부 헤더의 외벽 표면이, 미세 요철구조를 갖는 산화물막으로 개질되어 있다. In the reactor pressure vessel according to an embodiment of the present invention, when the core is melted, the outer wall surface of the lower header to which the core melt is relocated is modified to an oxide film having a fine uneven structure.

상기 외벽은 금속재질로 이루어지고, 상기 산화물막은 산성용액의 양극산화 처리에 의하여 형성된 금속 산화물막을 포함한다. The outer wall is made of a metal material, and the oxide film includes a metal oxide film formed by anodizing the acid solution.

상기 산성용액은 옥살산 음이온, 인산 음이온 및 황산 음이온으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 음이온 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 산화막물은 마이크로 스케일의 다공성 산화물층 및 나노 와이어로 이루어진 나노 스케일의 산화물층을 포함하는 미세 요철 구조를 갖는다. The acid solution may include at least one anion compound selected from the group consisting of an oxalic acid anion, a phosphate anion, and a sulfate anion, and the oxide includes a nanoscale oxide layer composed of a micro-scale porous oxide layer and a nanowire And has a fine concavo-convex structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 시스템은, 노심 용융시 노심용융물이 재배치되는 하부 헤더의 외벽 표면이 미세 요철구조를 갖는 산화물막으로 개질되어 있는 원자로 압력용기, 상기 원자로 압력용기와 이격되도록 상기 원자로 압력용기를 수용함으로써 원자로 공동(cavity)을 형성하고, 열 및 방사능을 차폐하기 위한 차폐벽으로 이루어진 차폐용기, 및 상기 원자로 압력용기 및 차폐용기를 수용하는 격납용기를 포함하며, 상기 원자로 공동과, 상기 격납용기 및 원자로 압력용기 사이에는 냉각수가 배치된다. The core melt cooling system according to an embodiment of the present invention includes a reactor pressure vessel in which an outer wall surface of a lower header to which a core melt is relocated during core melting is modified to an oxide film having a fine uneven structure, A shielding container made of a shielding wall for forming a reactor cavity by accommodating the reactor pressure vessel and shielding heat and radiation, and a containment vessel for receiving the reactor pressure vessel and the shielding vessel, And a cooling water is disposed between the containment vessel and the reactor pressure vessel.

상기 차폐 용기의 하부에는 상기 격납용기와 차폐용기 사이의 냉각수가 상기 원자로 공동으로 유입되도록 하는 냉각수 유입구가 형성되어 있을 수 있다. A cooling water inlet may be formed in the lower portion of the shielding container so that cooling water between the storage container and the shielding container flows into the reactor cavity.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 압력용기의 표면 개질방법은 노심 용융시 노심 용융물이 재배치되는 원자로 압력용기 하부 헤더의 외벽 표면에 양극산화 용액을 접촉시키는 단계, 및 상기 외벽 표면 및 양극산화 용액에 각각 전원을 인가하여 상기 외벽 표면에 양극을 형성하고 상기 양극산화용액에 음극을 형성하는 단계를 포함하고, 원자로 압력용기의 표면에 미세요철 구조를 갖는 금속 산화물막을 형성하기 위한 표면 개질방법이다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of modifying the surface of a reactor pressure vessel, comprising the steps of: contacting an anodic oxidizing solution to an outer wall surface of a lower header of a reactor pressure vessel to which core water melts are relocated; Forming a cathode on the surface of the outer wall by forming a cathode on the surface of the outer wall by forming a cathode in the anodizing solution, and forming a metal oxide film having a fine concavo-convex structure on the surface of the reactor pressure vessel.

전술한 바와 같이, 상기 양극산화 용액은 옥살산 음이온, 인산 음이온 및 황산 음이온으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 음이온 화합물을 포함하는 산성용액일 수 있다. As described above, the anodizing solution may be an acidic solution containing at least one anion compound selected from the group consisting of an oxalic acid anion, a phosphoric acid anion and a sulfuric acid anion.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 압력용기의 표면 개질장치는 원자로 압력용기의 표면을 개질하는 이동식 장치로서, 양극산화 용액을 수용하도록 상부가 개구되어 있는 양극산화용액 수용 용기, 상기 양극산화용액 수용 용기의 하부에 배치되고, 상기 양극산화용액의 높이를 조절하는 높이조절부, 및 상기 양극산화용액 수용용기와 원자로 압력용기 표면과 접촉하는 상기 양극산화용액 수용 용기의 말단에 형성되고, 진공 압착 방식에 의하여 상기 압력용기 표면과 밀착함으로써 상기 양극산화 수용액을 밀봉하는, 진공 압착부재를 포함한다. An apparatus for modifying the surface of a nuclear reactor pressure vessel according to an embodiment of the present invention is a mobile apparatus for modifying the surface of a reactor pressure vessel, comprising: an anodizing solution receiving vessel having an upper portion opened to receive an anodizing solution; A height regulating portion disposed at a lower portion of the vessel for regulating the height of the anodizing solution; and a pressure regulating portion formed at the end of the anodizing solution receiving vessel contacting the anodizing solution receiving vessel and the surface of the reactor pressure vessel, And sealing the anodic aqueous solution by being brought into close contact with the surface of the pressure vessel.

상기 양극산화용액 수용 용기의 말단은 상기 원자로 압력용기 표면과의 밀착력을 고려하여 평면상 원형의 형상을 가질 수 있다. The end of the anodizing solution containing container may have a circular shape in plan view in consideration of the adhesion force with the surface of the reactor pressure vessel.

또한, 상기 진공 압착부재는, 상기 개구가 형성되어 있는 양극산화용액 수용 용기의 테두리를 따라 형성되어 있고, 내부가 비어있는 진공 형성부, 외부 감압장치와 연결되는 진공 연결부, 및 상기 압력용기와 접촉하는 부위에 밀착력 향상을 위하여 형성된 탄력 부재를 포함한다. The vacuum compression member is formed along the rim of the anodizing solution containing container in which the opening is formed and includes a vacuum forming portion in which the inside is empty, a vacuum connecting portion connected to the external decompression device, And a resilient member formed for enhancing the adhesion to the portion where the elastic member is made.

상기 높이 조절부로서는 용수철로 이루어진 탄성부재가 사용될 수 있다. As the height adjusting portion, an elastic member made of a spring can be used.

본 발명은 원자로 공동과 원자로 압력용기 간 계면의 임계열유속을 향상시킬 수 있도록 원자로 압력용기의 하부 헤더의 외벽 표면을 특정 구조를 갖는 양극산화물막으로 개질한 원자로 압력용기를 제공함으로써, 원자로 압력용기의 외벽 냉각효율을 향상시키고 나아가 중대사고시 노심 용융물의 배출에 따른 방사능 유출 피해를 방지할 수 있다. The present invention provides a reactor pressure vessel in which an outer wall surface of a lower header of a reactor pressure vessel is modified with an anodic oxide membrane having a specific structure so as to improve a critical heat flux at an interface between the reactor cavity and a reactor pressure vessel, It is possible to improve the cooling efficiency of the outer wall and further to prevent the damage of radiation leakage due to the discharge of the melt of the core core.

또한, 상기 원자로 압력용기의 채용에 따라 IVR 방식의 원자로를 채용할 경우, 효율적으로 노심 용융물을 냉각시킬 수 있는 원자로 외벽 냉각 시스템을 제공할 수 있다. In addition, when the reactor pressure vessel is employed, it is possible to provide a reactor outer wall cooling system capable of efficiently cooling the core melt when an IVR type reactor is adopted.

또한, 본 발명에 따르면 이동식 표면 개질 장치를 제공함으로써 직경 4~8m, 높이 약 15m에 이르는 원자로 압력용기를 단일기기에서 표면 개질하는 데 발생하는 난제를 용이하게 해결할 수 있다. 이 장치를 이용할 경우, 원자로 압력용기를 제작한 후 설치 전에 표면을 부분적으로 반복하여 양극산화처리 함으로써 냉각효율이 향상된 원자로 압력용기를 용이하게 제조할 수 있다. Further, according to the present invention, it is possible to easily solve the difficulties in surface modification of a reactor pressure vessel having a diameter of 4 to 8 m and a height of about 15 m in a single apparatus by providing a movable surface modifying apparatus. When this apparatus is used, it is possible to easily manufacture a reactor pressure vessel having an improved cooling efficiency by partially anodizing the surface of the reactor vessel after the reactor pressure vessel is manufactured and before installation.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 시스템을 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 원자로 압력용기를 보다 자세하게 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 압력용기의 표면 개질 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 도 3의 이동식 표면 개질장치를 개념적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 알루미늄 양극산화를 이용하여 형성된 마이크로 및 나노 스케일의 표면구조를 보여주는 전자현미경 사진이다. 1 is a cross-sectional view conceptually illustrating a core melt cooling system according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a cross-sectional view conceptually showing the reactor pressure vessel of Fig. 1 in more detail.
3 is a conceptual diagram for explaining a surface reforming method of a nuclear power pressure vessel according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a cross-sectional view for conceptually illustrating the mobile surface modification apparatus of Fig. 3; Fig.
5 is an electron micrograph showing micro- and nanoscale surface structures formed using aluminum anodization.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 원자로 압력용기 및 이를 포함하는 노심 용융물의 냉각 시스템, 나아가 상기 원자로 압력용기 외벽을 개질하는 방법 및 장치에 대하여 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명들은 본 발명의 설명을 위한 구체적 예시일뿐, 하기 설명에 의하여 본 발명의 기술사상이 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상은 후술할 청구범위에 의하여 정해진다. Hereinafter, a reactor pressure vessel according to the present invention, a cooling system of a core melt including the same, and a method and an apparatus for modifying the outer wall of the reactor pressure vessel will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following description is only a concrete example for explaining the present invention, and the technical idea of the present invention is not limited by the following description, and the technical idea of the present invention is defined by the following claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 시스템을 개념적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view conceptually illustrating a core melt cooling system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 노심 용융물 냉각 시스템(1000)은 원자력 발전소의 중대 사고 발생시 노심 용융물을 원자로 압력용기(100) 내부 및 외벽에서 효율적으로 노심 용융물을 냉각시키기 위하여 작동되는 냉각 시스템의 예시이다. 상기 노심 용융물 냉각 시스템(1000)은 원자로 외벽냉각을 통하여 노심용융물을 냉각하는 IVR-ERVC(In-vessel Corium Retention through External Reactor Vessel Cooling) 모델에 기반한 시스템이다. Referring to FIG. 1, the present core melt cooling system 1000 is an example of a cooling system that operates to efficiently cool the core melt at the inside and outside walls of the reactor pressure vessel 100 in the event of a major accident in a nuclear power plant. The core melt cooling system 1000 is based on an IVR-ERVC (In-vessel Corium Retention Through External Reactor Vessel Cooling) model in which the core melt is cooled through reactor wall cooling.

상기 냉각 시스템(1000)은 원자로 압력용기(100), 차폐용기(200) 및 격납용기(30)를 포함한다. 또한, 상기 냉각 시스템(1000)은 원자로 압력용기(100) 내외부가 냉각됨으로써 핵연료봉으로부터 녹아내린 노심 용융물(10)을 냉각하는 방식이다. 특히, 중대 사고시 노심 용융물(10)은 원자로 압력용기(100) 하부 헤더(110)에 재배치되어 용융풀을 형성하게 되고, 붕괴열에 의한 열적 부하가 원자로 압력용기(100)의 하부(110)에 부과되므로, 하부 헤더(110) 외벽의 냉각은 노심 용융물(10)의 냉각과 직결되는 중요 냉각부위일 수 밖에 없다.The cooling system 1000 includes a reactor pressure vessel 100, a shielding vessel 200, and a containment vessel 30. The cooling system 1000 is a method of cooling the core melt 10 melted from the fuel rod by cooling the inside and the outside of the reactor pressure vessel 100. Particularly, in case of a serious accident, the core melt 10 is relocated to the lower header 110 of the reactor pressure vessel 100 to form a molten pool, and a thermal load due to the decay heat is imposed on the lower portion 110 of the reactor pressure vessel 100 The cooling of the outer wall of the lower header 110 is a critical cooling region directly connected to the cooling of the core melt 10.

본 냉각 시스템(1000)은 원자로 압력용기(100)의 건전성을 유지하고 노심 용융물을 원자로 압력용기(100) 내에 보존하기 위하여 원자로 공동(20) 및 원자로 압력용기(100) 외벽을 침수시킨다. 상기 원자로 공동(cavity)(20)은 상기 차폐용기(200)가 상기 원자로 압력용기(100)를 이격 거리를 두고 수용함으로써 형성되는 공동 영역이다. 상기 차폐용기(200)는 원자로 압력용기(100)로부터 발생되는 열 및 방사능을 띄는 핵분열 생성물 등을 차폐하기 위한 차폐벽(210)으로 이루어진다. The cooling system 1000 submerges the outer walls of the reactor cavity 20 and the reactor pressure vessel 100 to maintain the integrity of the reactor pressure vessel 100 and preserve the core melt in the reactor pressure vessel 100. The reactor cavity 20 is a cavity region formed by the shielding vessel 200 accommodating the reactor pressure vessel 100 at a distance. The shielding container 200 includes a shielding wall 210 for shielding heat and radioactive fission products generated from the reactor pressure vessel 100.

격납용기(300)는 상기 원자로 압력용기(100) 및 차폐 용기(200)를 수용하는 최외각 보호막으로서 기능 한다. 중대사고 발생시, 우선적으로 냉각수(50)가 격납용기(300)와 차폐용기(200) 사이를 침수시키도록 하며, 상기 냉각수(50)는 상기 차폐 용기(200) 하부에 형성된 냉각수 유입구(212)를 통하여 원자로 공동(20)의 노심 용융물(10)과 접촉되어 있는 하부 헤더(110) 방향으로 유입된다.The containment vessel 300 functions as an outermost protective film for accommodating the reactor pressure vessel 100 and the shielding vessel 200. The cooling water 50 floats first between the containment vessel 300 and the shielding vessel 200 when a serious accident occurs and the cooling water 50 is supplied to the cooling water inlet 212 formed in the lower portion of the shielding vessel 200 And flows into the lower header 110 in contact with the core melt 10 of the reactor cavity 20.

냉각수(50)가 유입된 하부 헤더(110)는, 노심 용융물(10)로부터 발생한 대량의 열에너지가 하부 헤더(110)의 외벽을 통하여 냉각수(50)로 전달됨에 따라 원자로 압력용기(100) 벽의 온도가 급격히 상승하게 된다. 이렇게 되면, 고온의 외벽에 인접한 영역에서 냉각수의 비등(boling) 현상이 발생하여 다량의 증기 기포(5)들이 생성되고 상승하게 된다. 기포(5)의 상승 시 주변의 냉각수(50)를 견인하여 냉각수의 자연순환이 일어난다. 상승 기포(5)들은 차폐 용기(200)의 상부에 형성된 증기 배출구(미도시)를 통하여 빠져나간다. 한편, 도시하지는 않았으나 상승 냉각수(50)는 상부에 설치된 냉각수 유출구 등을 통하여 우측 공동부로 빠져나간 후, 아래로 흐르게 된다. 하부 공동부까지 도달한 재순환 냉각수의 일부는 다시 냉각수 유입구(212)를 통하여 하부 헤더(110) 주변으로 유입될 수 있다.The lower header 110 into which the cooling water 50 flows is disposed in the vicinity of the wall of the reactor pressure vessel 100 as a large amount of heat energy generated from the core melt 10 is transmitted to the cooling water 50 through the outer wall of the lower header 110 The temperature is rapidly increased. In this case, the boiling water of the cooling water is generated in the region adjacent to the high-temperature outer wall, so that a large amount of vapor bubbles 5 are generated and raised. When the bubble 5 rises, the surrounding cooling water 50 is pulled and the natural circulation of the cooling water occurs. The rising bubbles 5 escape through a vapor outlet (not shown) formed in the upper portion of the shielding container 200. On the other hand, though not shown, the ascending cooling water 50 flows downward through the cooling water outlet or the like installed in the upper portion to the right side cavity portion. A portion of the recirculating cooling water reaching the lower cavity portion may be introduced around the lower header 110 again through the cooling water inlet 212. [

전술한 바와 같이, 상기 노심 용융물(10)의 높은 붕괴열로 인해 외벽 냉각 시 냉각수(50)가 비등하게 되고 비등 한계점인 임계열유속 지점까지 도달할 경우, 냉각에 실패할 수 있다. 나아가 임계열유속에 도달할 경우 열전달 표면이 비등에 의해 생성되는 증기(5)로 뒤덮여 효과적인 열전달이 불가능할 수 있으며, 따라서 최악의 경우 원자로 압력용기(100)가 파손되어 내부의 고 방사능을 띄는 노심 용융물(10)이 유출될 수 있다. As described above, when the outer wall is cooled due to the high decay heat of the core melt 10, the cooling water 50 boils and the cooling may fail if the critical heat flux point reaches the boiling limit point. Further, when the critical heat flux is reached, the heat transfer surface may be covered by the steam 5 generated by the boiling so that effective heat transfer may not be possible. Therefore, in the worst case, the reactor pressure vessel 100 is broken and the inner core high- 10) can be leaked.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 압력용기(100)는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 전술한 임계열유속의 증가를 위하여 도 1에 도시하지는 않았으나 상기 하부 헤더(110)의 외벽 표면이 미세 요출구조를 갖는 산화물막으로 개질되어 있다. In order to solve this problem, the reactor pressure vessel 100 according to an embodiment of the present invention has a structure in which the outer wall surface of the lower header 110 has a micro-spiral structure Oxide film.

도 2는 도 1의 원자로 압력용기를 보다 자세하게 개념적으로 도시한 단면도이다. Fig. 2 is a cross-sectional view conceptually showing the reactor pressure vessel of Fig. 1 in more detail.

도 2를 참조하면, 원자로 압력용기(100)는 노심 용융물(10)이 재배치되어 위치하는 하부 헤더(110)에 대응하는 외벽 표면에 양극 산화물막(112)이 형성되어 있다. 양극 산화물막(112)은 후술하겠으나 상기 하부 헤더(110) 외벽에 양극(+)을 인가하고 표면 개질을 위한 소스 물질인 양극산화용액에 음극(-)을 인가한 후 양극산화 방식에 의하여 처리됨으로써 상기 하부 헤더(110) 외벽 표면에 형성된 금속 산화물막(112)이다. 상기 산화물막(1123)은 외벽을 이루고 있는 금속 재질을 산화시켜 형성된 금속 산화물막(112)이다.Referring to FIG. 2, the reactor pressure vessel 100 is formed with an anodic oxide film 112 on the outer wall surface corresponding to the lower header 110 where the core melt 10 is relocated. The anodic oxide film 112 is formed by applying an anode (+) to the outer wall of the lower header 110 and applying an anode (-) to the anodic oxidation solution as a source material for surface modification, And a metal oxide film 112 formed on the outer wall surface of the lower header 110. The oxide film 1123 is a metal oxide film 112 formed by oxidizing a metal material forming an outer wall.

상기 금속 산화물막(112)은 마이크로 스케일의 다공성 산화물층 및 나노 와이어로 이루어진 나노 스케일의 산화물층을 복합적으로 포함하는 미세 요철구조를 가지며, 미세 와이어 돌출부와 다공성 홀들을 포함한다.The metal oxide layer 112 has a micro concavo-convex structure including a micro-scale porous oxide layer and a nanoscale oxide layer composed of nanowires, and includes fine wire protrusions and porous holes.

이러한 미세 구조의 금속 산화물막(112)의 형성을 통하여, 임계열유속의 증가가 가능하며, 하부 헤더(110)의 표면에서의 열전달 효율을 증가시킬 수 있다.Through the formation of the metal oxide film 112 having such a microstructure, the critical heat flux can be increased and the heat transfer efficiency at the surface of the lower header 110 can be increased.

도 5는 알루미늄 양극산화를 이용하여 형성된 마이크로 및 나노 스케일의 표면구조를 보여주는 전자현미경 사진이다.5 is an electron micrograph showing micro- and nanoscale surface structures formed using aluminum anodization.

도 5를 참조하면, 알루미늄의 양극산화처리 결과 형성된 양극 산화물막은 산화물막의 표면에 나노 와이어 산화물이 요철 형태로 형성되고 외벽 표면에 인접한 영역은 마이크로 스케일을 갖는 구조로서 전체적으로 나노/마이크로 스케일의 복합층을 형성하고 있음을 알 수 있다. 또한, 상기 산화물막에는 마이크로 스케일의 다공구조가 형성됨을 확인하였다.Referring to FIG. 5, the anodic oxide film formed by the anodic oxidation treatment of aluminum has nanowire oxide formed on the surface of the oxide film in a concavo-convex shape and a region adjacent to the outer wall surface has a microscale structure. As shown in FIG. Also, it was confirmed that a micro-scale porous structure was formed on the oxide film.

이하에서는, 전술한 원자로 압력용기(100)의 하부 헤더(110) 외벽을 표면 개질하는 방법에 대하여 자세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, a method for surface modification of the outer wall of the lower header 110 of the reactor pressure vessel 100 will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 압력용기의 표면 개질 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 도 4는 도 3의 표면 개질장치가 원자로 압력용기 외벽에 밀착하는 방법을 개념적으로 설명하기 위한 확대 단면도이다. 3 is a conceptual diagram for explaining a surface reforming method of a nuclear power pressure vessel according to an embodiment of the present invention. 4 is an enlarged cross-sectional view conceptually illustrating a method of bringing the surface modifying apparatus of Fig. 3 into close contact with an outer wall of a reactor pressure vessel.

도 3을 참조하면, 원자로 압력용기(100)의 하부 헤더(110)의 외벽은 양극 산화용액을 수용하고 있는 이동식 표면 개질장치(400)에 의하여 부분적으로 개질될 수 있다. 상기 원자로 압력용기(100)는 수~수십m의 크기를 가지므로 단일 기기 내에서 일괄적으로 표면이 개질 되기 매우 어렵다. 따라서 일차적으로 원자로 압력용기(100)가 제작되어 설치되기 전에 도 3에서와 같이 이동식 표면 개질 장치(400)에 의하여 표면이 부분적 및 반복적으로 개질되어 전체적으로 하부 헤더(110)의 외벽 전체에 금속 산화물막(도 2의 112)이 용이하게 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3, the outer wall of the lower header 110 of the reactor pressure vessel 100 may be partially modified by a mobile surface modification apparatus 400 containing an anodizing solution. Since the reactor pressure vessel 100 has a size of several to several tens of meters, it is very difficult for the surface of the reactor pressure vessel 100 to be uniformly modified in a single apparatus. Therefore, before the reactor pressure vessel 100 is first manufactured and installed, the surface of the reactor 100 is partially and repeatedly modified by the mobile surface modifying apparatus 400 as shown in FIG. 3, so that the entire surface of the lower header 110 is covered with the metal oxide film (112 in Fig. 2) can be easily formed.

이동식 표면 개질장치(400)는 양극산화 용액(7)을 수용하기 위한 양극산화용액 수용 용기(410)를 포함하며, 표면 처리 대상인 상기 하부 헤더(410)의 외벽과 양극산화용액(7)의 접촉(A)을 위하여 용기의 상부는 개구되어 있다. The movable surface modifying apparatus 400 includes an anodizing solution receiving container 410 for receiving the anodizing solution 7 and includes an outer surface of the lower header 410 to be surface- The upper part of the container is open for the container (A).

한편, 상기 수용용기(410)의 하부에는 상기 양극산화용액(7)의 높이조절을 통하여 상기 양극산화용액(7)과 표면 처리 외벽 부위와의 원할한 접촉을 도모하게 하는 높이 조절부(420)가 배치되어 있다. 상기 높이 조절부(420)는 예를 들면 용수철 등의 탄성 부재가 사용될 수 있다. 즉, 양극산화 방식의 표면 처리 작업이 이루어지고 있는 동안에는 용수철을 이완시켜 상기 양극산화용액(7)이 최대한 외벽과 밀착하도록 하고, 작업이 완료된 후 작업 영역을 이동할 때에는 용수철이 수축되어 양극산화 용액(7)과 외벽이 분리되도록 한다.A height adjuster 420 is disposed at the lower portion of the container 410 to adjust the height of the anodizing solution 7 so that the anodizing solution 7 and the outer surface of the surface treatment can be uniformly contacted with each other. Respectively. As the height adjuster 420, for example, an elastic member such as a spring may be used. That is, while the anodizing type surface treatment operation is being performed, the spring is relaxed so that the anodizing solution 7 adheres to the outer wall as much as possible. When the work is moved after the work is completed, the spring shrinks and the anodizing solution 7) and the outer wall.

상기 개구가 형성되어 있는 양극산화용액 수용 용기(410)의 말단부(B), 즉 수용용기(410)의 말단인 테두리 영역에는 진공 압착 방식에 의하여 상기 하부 헤더(110)의 외벽과 밀착됨으로써 양극산화용액(7)을 밀봉하는 진공 압착부재가 형성되어 있다.The end portion B of the anodizing solution containing container 410 in which the opening is formed, that is, the edge region at the end of the receiving container 410 is brought into close contact with the outer wall of the lower header 110 by a vacuum compression method, A vacuum press member for sealing the solution 7 is formed.

도 4를 참조하면, 진공 압착부재는 양극산화용액 수용용기(410)의 말단 영역, 내부가 비어 있어 외부 감압장치에 의하여 진공이 형성되는 진공 형성부(411), 외부 감압장치(미 도시)와 연결되어 상기 진공 형성부(411)의 내부 공기가 감압되도록 배출되는 진공 연결부(414) 및 상기 압력용기의 하부 헤더(110)와 접촉하는 부위에 밀착력 향상을 위하여 형성된 탄력 부재(412)를 포함하는 기능 단위의 개념이다. 4, the vacuum compression member includes a vacuum forming part 411 in which a terminal area of the anolyte solution accommodating container 410 is empty and the inside is empty and a vacuum is formed by the external decompression device, an external decompression device (not shown) A vacuum connection part 414 connected to the vacuum forming part 411 so as to reduce the internal air of the vacuum forming part 411 and a resilient member 412 formed to improve the adhesion at a portion contacting the lower header 110 of the pressure vessel. The concept of functional unit.

표면 처리 작업이 진행되는 동안, 즉 상기 양극산화용액(7)이 표면 처리 대상인 하부 헤더(110) 외벽과 접촉하는 동안에는 진공 압착이 지속적으로 이루어진다. 상기 탄력 부재(412)로서는 O-ring 등 다양한 패킹 재료가 사용될 수 있다.During the surface treatment operation, that is, while the anodizing solution 7 is in contact with the outer wall of the lower header 110 to be surface-treated, vacuum compression is continuously performed. As the elastic member 412, various packing materials such as an O-ring may be used.

본 실시예의 표면 개질 장치(300)는 예시적인 것이며, 양극산화용액(7)을 하부 헤더(110)의 외벽과 이동식으로 접촉할 수 있게 하는 장치라면 다양한 변형 실시예가 존재함은 자명하다. The surface modification apparatus 300 of the present embodiment is illustrative and it is apparent that various modifications are possible insofar as the apparatus allows the anodizing solution 7 to be in movable contact with the outer wall of the lower header 110. [

한편, 양극산화용액(7)의 양극산화 처리를 위해서는 상기 하부 헤더(110)에는 양극(+)을 인가하고, 양극산화용액(7)이 수용되어 있는 양극산화용액 수용 용기(410)에는 음극(-)이 인가되며, 상기 표면 개질 장치(400)는 도시하지는 않았으나 이러한 전원 인가를 위한 단자를 포함한다. On the other hand, a positive electrode (+) is applied to the lower header 110 for the anodizing treatment of the anodizing solution 7, and an anode (+) is applied to the anodizing solution receiving vessel 410, -), and the surface modification apparatus 400 includes a terminal for power supply (not shown).

상기 양극산화용액(7)은 옥살산, 인산, 황산 등의 산성용액을 포함하며, 따라서 상기 산성용액에는 옥살한 음이온, 인산 음이온, 황산 음이온 등을 포함한다. 이러한 음이온 성분에 의하여, 상기 하드 헤더(110) 외벽이 산소 이온에 의한 산화가 이루어지며 하부 헤더(110) 재질인 금속의 종류에 따른 금속 산화물막이 형성될 수 있다. The anodic oxidation solution 7 includes an acidic solution such as oxalic acid, phosphoric acid, and sulfuric acid, and thus the acidic solution contains oxalated anions, phosphate anions, and sulfate anions. The outer wall of the hard header 110 is oxidized by oxygen ions and the metal oxide film according to the type of the metal of the lower header 110 can be formed by the anion component.

양극산화용액(7)의 온도, 산성도, 전류의 인가시간, 전류의 세기 등에 따라서 형성되는 금속 산화물막의 미세요철 구조도 미세하게 조절될 수 있으며, 이는 작업자의 작업 의도에 따라 다양한 조건으로 변형될 수 있다. The micro concavo-convex structure of the metal oxide film formed according to the temperature, the acidity, the current application time, the current intensity, etc. of the anodic oxidation solution 7 can be finely controlled, and it can be modified in various conditions according to the work intention of the operator have.

5: 증기(기포) 7: 양극산화용액
10: 노심 용융물 20: 원자로 공동
50: 냉각수 100: 원자로 압력용기
110: 하부 헤더 200: 차폐용기
210: 차폐벽 212: 냉각수 유입구
300: 격납용기
400: 이동식 표면 개질장치 410: 양극산화용액 수용용기
320: 높이 조절부 311: 진공 형성부
312: 탄력부재 314: 진공 연결부
1000: 노심 용융물 냉각 시스템
5: steam (air bubble) 7: anodizing solution
10: core melt 20: reactor core
50: cooling water 100: reactor pressure vessel
110: Lower header 200: Shielding container
210: shielding wall 212: cooling water inlet
300: Containment vessel
400: Movable surface modifying apparatus 410: Anode oxidation solution container
320: height adjusting portion 311: vacuum forming portion
312: elastic member 314: vacuum connection
1000: Core melt cooling system

Claims (12)

노심 용융시,
노심용융물이 재배치되는 하부 헤더의 외벽 표면이, 마이크로 스케일의 다공성 산화물층 및 나노 와이어로 이루어진 나노 스케일의 산화물층을 포함하는 미세 요철 구조를갖는 산화물막으로 개질되어 있어,
노심 용융시 상기 외벽 표면에 임계열유속을 증가시킬 수 있는 원자로 압력용기.
During core melting,
The outer wall surface of the lower header to which the core melt is relocated is modified with an oxide film having a micro concavo-convex structure including a nanoscale oxide layer composed of a micro-scale porous oxide layer and a nanowire,
A reactor pressure vessel capable of increasing critical heat flux on the outer wall surface during core melting.
제1항에 있어서,
상기 외벽은 금속재질로 이루어지고, 상기 산화물막은 산성용액의 양극산화 처리에 의하여 형성된 금속 산화물막인 것을 특징으로 하는 원자로 압력용기.
The method according to claim 1,
Wherein the outer wall is made of a metal material, and the oxide film is a metal oxide film formed by anodizing the acidic solution.
제2항에 있어서,
상기 산성용액은 옥살산 음이온, 인산 음이온 및 황산 음이온으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 음이온 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 압력용기.
3. The method of claim 2,
Wherein said acidic solution comprises at least one anionic compound selected from the group consisting of an oxalic acid anion, a phosphate anion and a sulfuric acid anion.
삭제delete 노심 용융시 노심용융물이 재배치되는 하부 헤더의 외벽 표면이 마이크로 스케일의 다공성 산화물층 및 나노 와이어로 이루어진 나노 스케일의 산화물층을 포함하는 미세 요철 구조를갖는 산화물막으로 개질되어 있는 원자로 압력용기;
상기 원자로 압력용기와 이격되도록 상기 원자로 압력용기를 수용함으로써 원자로 공동(cavity)을 형성하고, 열 및 방사능을 차폐하기 위한 차폐벽으로 이루어진 차폐용기; 및
상기 원자로 압력용기 및 차폐용기를 수용하는 격납용기를 포함하며,
상기 원자로 공동과, 상기 격납용기 및 원자로 압력용기 사이에 냉각수가 배치되는 노심용융물 냉각 시스템.
A reactor pressure vessel in which an outer wall surface of a lower header to which a core melt is relocated during core melting is modified with an oxide film having a micro concavo-convex structure including a nanoscale oxide layer composed of a micro-scale porous oxide layer and a nanowire;
A shielding container made of a shielding wall for forming a reactor cavity by housing the reactor pressure vessel so as to be spaced apart from the reactor pressure vessel and shielding heat and radiation; And
And a containment vessel for receiving the reactor pressure vessel and the shielding vessel,
Wherein the cooling water is disposed between the reactor cavity and the containment vessel and the reactor pressure vessel.
제5항에 있어서,
상기 차폐 용기의 하부에는 상기 격납용기와 차폐용기 사이의 냉각수가 상기 원자로 공동으로 유입되도록 하는 냉각수 유입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 노심용융물 냉각 시스템.



6. The method of claim 5,
And a cooling water inlet for allowing cooling water flowing between the containment vessel and the shielding vessel to flow into the reactor cavity is formed in the lower portion of the shielding vessel.



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