KR101787410B1 - 피동 냉각 순환 기능을 갖는 코어캐쳐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 압력용기 하부에 위치하며, 노심용융물을 수집하는 용기와; 상기 용기 저면에 냉각유로를 형성하는 하부구조물과; 상기 냉각유로의 개방부를 폐쇄하는 덮개와, 상기 덮개와 관통 연결되는 복수개의 냉각유로배관과; 상기 냉각유로에 냉각수를 제공하는 재장전수조와 연결되고, 상기 하부구조물 상부에 위치하여 수두차를 갖고 상기 냉각유로배관에 연결되는 저장조로; 구성된다.
또한, 원자로 용기의 파손으로 노심용융물 유출 시 운전원의 조치 없이 노심용융물과 냉각수의 열교환에 의해 냉각유로형성 및 재장전수조의 수두차에 의한 피동 냉각 순환을 할 수 있다.

Description

피동 냉각 순환 기능을 갖는 코어캐쳐{Core Catcher with a Cooling Circulation}

본 발명은 피동 냉각 순환 기능을 갖는 코어캐쳐에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 노심용융물과 냉각수의 열 교환 및 재장전수조의 수두차를 이용한 자연 순환 기술에 관한 것이다.

일반적으로 원자력 발전소에서 중대사고 발생 시 노심용융물이 원자로 압력용기의 파손부를 통해 원자로 하부공동으로 방출될 가능성이 높다. 여기서 노심용융물이란 원자로 압력용기 내부에 설치되는 원자로 노심의 핵연료인 농축우라늄과, 피복재로 사용되는 지르코늄 및 원자로 압력용기 내부 다수의 물질들이 혼합된 고온의 용융물질을 지칭한다.

상기 노심용융물은 그 내부의 핵분열 생성물의 붕괴로 열을 발생시키며 붕괴열의 수준은 원자로 정지 후 경과 시간에 따라 점차 감소되며 원자로 정지 1시간 후의 붕괴열은 원자로 정격 열출력의 약1%정도 수준이다 따라서 원자력발전소의 중대사고 발생 시 배출된 노심용융물이 적절히 냉각되지 않으면 결국 고온의 노심용융물은 원자로건물 하부공동 바닥 콘크리트와 반응하여 다량의 비응축성 가스를 발생시키면서 바닥을 용융 침식시키게 되고 최종적으로 원자로건물 압력 유지 구조물의 파손을 야기 시켜 방사능 물질이 외부로 누출되어 주위 환경을 심각하게 오염시킬 위험이 있다.

상기와 같은 원자력발전소의 중대사고 시 원자로건물의 파손을 막기 위해 본 발명의 출원인과 동일한 한국수력원자력에서 한국등록특허 제 10-1005668호는 도1에 도시된 바와 같이, 원자로건물 바닥 콘크리트에 직접 반응하지 않도록 원자로 압력용기 하부에 위치하며, 노심용융물을 수집하는 용기(100)와, 냉각유로(102)를 형성하는 하부구조물(120)과, 상기 용기와 하부구조물 사이를 지지하는 지지대를 구성요소로 하는 코어캐쳐를 제안하고 있다.

하지만 원자력발전소의 중대사고 시 운전원의 조작이 필요하므로 공급된 냉각수와 노심용융물이 열 교환을 하기 까지 지연시간이 발생하여 노심용융물이 수집된 용기에 문제가 발생 할 수 있는 문제점이 있었다.

등록특허공보 제10-1005668호(공고일자: 2011.01.05)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 더 자세하게는 원자로용기의 파손으로 노심용융물 유출 시 운전원의 조치 없이 노심용융물과 냉각수의 열 교환에 의해 냉각유로형성 및 재장전수조의 수두차에 의한 피동 냉각 순환 기능을 갖는 코어캐쳐를 제공하려는 것이다.

본 발명 피동 냉각 순환 기능을 갖는 코어캐쳐는 원자로 압력용기 하부에 위치하며, 노심용융물을 수집하는 용기;와 상기 용기 저면에 냉각유로를 형성하는 하부구조물;과 상기 냉각유로의 개방부를 폐쇄하는 덮개와, 상기 덮개와 관통 연결되는 복수개의 냉각유로배관;과 상기 냉각유로에 냉각수를 제공하는 재장전수조와 연결되고, 상기 하부구조물 상부에 위치하여 수두차를 갖고 상기 냉각유로배관에 연결되는 저장조;를 포함한다.

바람직하게, 상기 냉각유로 배관은 유속 또는 유량을 조절하는 조절기를 각각 더 포함한다.

바람직하게, 상기 냉각유로 배관은 수직코스를 적어도 일부 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 저장조의 상단에 증기 및 가스와 냉각수를 분리하는 습분 분리기를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 습분분리기는 내부 압력을 조절하는 파열판을 더 포함한다.

본 발명 피동 냉각 순환 기능을 갖는 코어캐쳐는 자연현상을 이용하여 능동 전원 없이 완전 피동화가 가능하며 원자로 압력용기의 파손부를 통해 노심용융물이 유출될 시 기존 방법인 운전원 판단 또는 일정 조건을 갖춘 이후 원자로 건물 내의 재장전수조로부터 냉각수가 주입되기 까지 기다리지 않고 코어캐쳐 노심용융물 용기 하부에 위치한 냉각유로에 기 충전된 냉각수에 의해 신속하게 대처함으로서 노심용융물이 원자로건물의 건전성에 악영향을 미치기 전에 미리 방지할 수 있다.

도1은 종래의 냉각유로를 갖춘 코어캐쳐의 단면도,
도2는 본 발명 피동 냉각 순환 기능을 갖는 코어캐쳐의 정면도,
도3은 본 발명 피동 냉각 순환 기능을 갖는 코어캐쳐의 측면도.

본 발명의 실시 예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 원자로 압력용기 하부에 위치하며, 노심용융물을 수집하는 용기(100)와; 용기(100) 저면에 냉각유로(210)를 형성하는 하부구조물(200)과; 냉각유로(210)의 개방부를 폐쇄하는 덮개(220)와, 덮개(220)와 관통 연결되는 복수개의 냉각유로배관(300)과; 냉각유로(210)에 냉각수를 제공하는 재장전수조(700)와 연결되고, 하부구조물(200) 상부에 위치하여 수두차를 갖고 냉각유로배관(300)에 연결되는 저장조(400)로; 구성된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 냉각 순환 기능을 갖는 코어캐쳐의 정면도, 도3은 본 발명에 따른 냉각 순환 기능을 갖는 코어캐쳐의 측면도이다.

도2에 도시된 바와 같이 냉각 순환 기능을 갖는 코어캐쳐는 노심용융물을 수집하는 용기(100)와, 용기(100)와 결합하여 냉각유로(210)를 형성하는 하는 하부구조물(200)과, 냉각유로(210)의 개방부를 폐쇄하는 덮개(220)와, 덮개(220)에 관통하여 연결되는 복수개의 냉각유로배관(300)과, 냉각유로배관(300)에 연결되는 저장조(400)와, 저장조(400)의 상부에 위치하여 가스, 증기 및 냉각수를 분리하는 습분분리기(500) 및 냉각수를 공급하는 재장전수조(700)와, 습분분리기(500)에 연결되는 파열판(600)을 포함한 구성으로 이루어진다.

용기(100)는 중심으로부터 양측으로 상향 경사면을 이루는 역 지붕형상으로, 용기(100)의 표면으로 낙하되는 노심용융물을 수납하기 용이하고 용기(100)의 테두리는 일정 높이의 수직벽을 형성하여 많은 양의 노심용융물이 낙하 하여도 용기 외부로 범람하지 않고 수납 및 냉각 시킬 수 있도록 한다.

또한 용기(100)는 노심용융물의 온도를 견디고 열을 제거하는데 필요한 열전달이 뛰어난 재질의 보호막을 표면에 더 구비할 수 있다.

하부구조물(200)은 용기(100)와의 사이를 지지하는 지지대(240)를 설치하여 용기(100)에 노심용융물이 낙하 되어도 충분히 지지할 수 있으며, 지지대(240)를 설치하여 생기는 공간에 재장전수조(700)로부터 냉각수가 공급되여 냉각수가 지나가는 냉각유로(210)를 형성한다.

또한 하부구조물(200)은 용기(100)의 중심 하부에 전후방향으로 도랑 형상의 냉각수 유입부(230)가 형성 되어 있어 재장전수조(700)로부터 공급되는 냉각수가 냉각수 유입부(230)를 통해 냉각유로(210)에 전달된다.

덮개(220)는 냉각유로(210)의 개방되어 있는 부분을 막기 위한 것으로서, 개방된 부분을 통해 증기 및 가스 또는 냉각수의 유출을 방지하는 역할을 한다.

냉각유로배관(300)은 복수개로 되어있으며, 덮개(220)를 관통하여 연결되고 타단은 저장조(400)에 연결되어, 노심용융물과 냉각수의 열교환으로 생성되는 가스, 증기 및 고온의 냉각수가 온도에 따른 밀도차이에 의해 저장조(400)로 이동하는 통로이다.

냉각유로배관(300)은 온도에 따른 밀도 차이를 이용하기 때문에 적어도 일부를 수직코스로 사용하는 것이 바람직하고, 밀도 차이에 의해 뜨거운 기체 및 액체가 상승할시 저장조에 가까운 일부 냉각유로배관(300)으로만 가스, 증기 및 고온의 냉각수가 이동되어 배관의 열부하로 인한 배관 손상이 있을 수 있으므로 각각의 냉각유로배관(300)을 통해 올라오는 뜨거운 기체 및 액체를 같은 속도와 같은 양이 동시에 저장조(400)로 이동될 수 있게 하는 조절기(310)를 구비한다.

또한, 조절기(310)는 복수개소의 냉각유로배관(300) 내부에 각각 디스크 형식으로 설치된다.

저장조(400)는 용기보다 상부에 위치하며 복수개소의 냉각유로배관(300)과 연결되어 냉각유로배관(300)을 통해 가스, 증기 및 고온의 냉각수가 모이는 저장 공간이며 재장전수조(700)와 습분분리기(500)가 연결되어 있다.

습분분리기(500)는 재장전수조(700)보다 상부에 위치하며, 저장조(400)에 모인 가스, 증기 및 고온의 냉각수를 분리하며 분리한 가스와 증기는 파열판(Rupture Disk)(600)을 통해 방출되고 고온의 냉각수는 재장전수조(700)로 이동된다.

파열판(Rupture Disk)(600)은 습분분리기(500)에 연결되며, 밀폐된 내부 압력이 높아 위험한 상태가 되는 것을 방지하기 위한 장치이다.

재장전수조(700)는 저장조(400)보다 상부에 위치하여 수두차를 갖고, 냉각수 공급관(710)이 하부구조물(200)의 저면에 연결되어 전후방향으로 도랑 형상인 냉각수 유입부(230)에 냉각수를 공급한다.

이하 상기 구성으로 이루어진 냉각 순환 기능을 갖는 코어캐쳐의 동작에 대하여 도2 내지 도3을 참조하여 살펴보도록 한다.

수두차를 갖는 재장전수조(700)의 냉각수 공급관(710)이 하부구조물(200) 저면에 연결되어 냉각수 유입부(230)에 항시 냉각수를 공급하므로 항상 냉각유로(210)가 냉각수로 채워져 있다.

원자로의 손상에 의해 노심용융물이 용기(100)에 수집되어지면 냉각유로(210)에 채워져 있는 냉각수와의 열교환을 통해 증기나 비응축성 가스 및 고온의 냉각수가 생성되고, 증기나 비응축성 가스 및 고온의 냉각수는 온도에 따른 밀도차이로 인해 뜨거운 것이 위로 올라가려는 성질을 갖는데, 이러한 성질을 이용해 일부 구간이 수직으로 된 냉각유로배관(300)을 따라 저장조(400)로 이동한다.

저장조(400)로 모인 증기나 비응축성 가스 및 고온의 냉각수는 습분분리기(500)를 통해 기체와 액체 분리 과정 후 증기와 가스는 파열판(600)을 통해 격납건물 내로 배출되고 고온의 냉각수는 온도에 따른 밀도차이로 재장전수조(700)로 이동하고, 증기방출에 따른 유량 손실은 재장전수조(700)가 냉각수 유입부(230)에 연결된 냉각수 공급관(710)을 통해 보충한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100 : 용기 200 : 하부구조물
210 : 냉각유로 220 : 덮개
230 : 냉각수 유입부 240 : 지지대
300 : 냉각유로 배관 400 : 저장조
500 : 습분분리기 600 : 파열판
700 : 재장전수조 710 : 냉각수 공급관

Claims (5)

1. 원자로 압력용기 하부에 위치하며, 노심용융물을 수집하는 용기;
   상기 용기 저면에 냉각유로를 형성하는 하부구조물;
   상기 냉각유로의 개방부를 폐쇄하는 덮개와, 상기 덮개와 관통 연결되는 복수개의 냉각유로배관;
   상기 냉각유로에 냉각수를 제공하는 재장전수조와 연결되고, 상기 하부구조물 상부에 위치하여 수두차를 갖고 상기 냉각유로배관에 연결되는 저장조를 포함하되, 상기 냉각유로배관은 유속 또는 유량을 조절하는 조절기를 포함하는 코어캐쳐.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉각유로 배관은 수직코스를 적어도 일부 포함하는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 저장조의 상단에 증기 및 가스와 냉각수를 분리하는 습분 분리기를 더 포함하는 코어캐쳐.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 습분분리기는 내부 압력을 조절하는 파열판을 더 포함하는 코어캐쳐.
   
   

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