KR101815958B1 - Passive containment cooling system for pressurized water reactor using phase-change material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 상변화 물질을 이용한 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통에 관한 것으로, 상세하게는 격납 건물 내에 냉각기를 설치함으로써, 원전 사고 발생 시 격납 건물 내의 온도와 압력을 감소시켜 원전의 안정성을 확보하도록 하는 상변화 물질을 이용한 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통에 관한 것이다. The present invention relates to a pressurized light-water reactor type passive containment building cooling system using a phase change material, and more particularly to a cooling system in a containment building, The present invention relates to a cooling system of a pressurized light-water reactor type passive containment structure using a phase change material.
세계적으로 전기 생산에 대한 수요가 급증함에 따라, 원자력 발전소는 지금까지 전기 생산에 주요한 역할을 하고 있으며, 원자력 발전은 낮은 전기 생산 단가로부터 경제적인 이점이 원자력의 이용에 큰 뒷받침이 되고 있다. 원자력 발전은 우라늄과 같은 핵분열물질을 인위적으로 핵분열 시키는 과정에서 발생하는 열 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 것으로, 핵분열에 따르는 방사성 물질 및 방사선의 위험에 대한 안전을 고려하는 것이 매우 중요하다.Nuclear power plants have played a major role in electricity production up to now, as demand for electricity production has increased rapidly throughout the world. Nuclear power generation is a strong support for the use of nuclear energy because of its economic advantages from low electricity production costs. Nuclear power generation uses electricity generated from the process of artificially fissuring fissile material such as uranium to generate electricity. It is very important to consider the safety of the risk of radioactive materials and radiation due to fission.
원전산업분야에서 피동격납부건물냉각계통(passive containment cooling system)은 일체형원자로를 포함하여 다양한 원자로에서 격납부의 건전성을 유지시키는 계통으로 많이 이용되고 있다. 피동격납부건물냉각계통은 냉각재 상실사고나 증기관 파단사고 등의 발생으로 냉각수 또는 증기가 방출되어 격납건물 내부의 압력이 상승하는 경우에, 증기를 응축시키고 내부 대기를 냉각시킨다.In the nuclear industry, the passive containment cooling system is widely used as a system to maintain the integrity of the reservoir in various reactors including the integrated reactor. If the pressure inside the containment building rises due to the release of cooling water or steam due to the loss of coolant or the breakage of the steam pipe, the building cooling system cools the steam and cools the internal air.
일반적으로 피동격납건물냉각계통의 열교환기는 격납건물 내부에 배치되어 외부의 냉각수 탱크로부터 물을 공급받아 자연 순환을 이용하여 격납건물 내부 증기를 냉각하는 방식이 이용되고 있다. 이러한 형태의 냉각방식에서도 격납건물 내부의 온도가 100 ℃ 이상의 고온인 경우 정상적인 성능을 발휘하여 사고 시 격납건물 최대압력을 효과적으로 감소시킬 수 있다. Generally, a heat exchanger in a passive containment building cooling system is disposed inside a containment building, and water is supplied from an external cooling water tank to cool the inside of the containment building using natural circulation. Even in this type of cooling system, when the temperature inside the containment building is higher than 100 ° C, it can exhibit normal performance and effectively reduce the maximum pressure of the containment building at the time of an accident.
그러나, 비상냉각수의 온도 상승으로 격납건물 내부의 온도가 100 ℃ 이하로 감소하는 사고의 후반부에는 열교환기의 냉각성능이 현저히 감소하므로, 격납건물 내부의 압력을 사고 후 24시간 이내에 최대압력의 1/2이하로 낮추는데 어려움이 크다.However, since the cooling performance of the heat exchanger is significantly reduced in the latter half of the accident in which the temperature inside the containment building is reduced to less than 100 ° C. due to the rise in the temperature of the emergency cooling water, the pressure inside the containment building is reduced to 1 / 2 or less.
또한, 열교환기와 냉각수 탱크를 연결해주는 단열관 설치를 위해 강화콘크리트로 제작된 격납 건물을 관통해야 하는 한계가 있다. In addition, there is a limit to penetrate the containment building made of reinforced concrete to install a heat insulation pipe connecting the heat exchanger and the cooling water tank.
또한, 냉각제로서 얼음을 적용한 시도가 있었으나, 얼음 상태를 유지하기 위하여 냉매와 전력을 이용해야만 하는 한계가 여전히 있었다.There has also been an attempt to apply ice as a coolant, but there is still a limit to use refrigerant and power to maintain the ice condition.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 격납 건물 내에 상변화 물질을 이용한 냉각기를 설치함으로써, 원전 사고 발생 시 상변화 물질이 열을 흡수하여 증기를 응축시키면서 격납 건물 내의 온도와 압력을 감소시켜 열적 안전 여유도를 높여주는 상변화 물질을 이용한 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a cooling device using a phase change material in a containment building to reduce the temperature and pressure in the containment building while the phase change material absorbs heat to condense the steam, The present invention provides a cooling system of a pressurized light water reactor type passive containment building using a phase change material that increases the thermal safety margin.
또한, 본 발명은 상기 상변화 물질의 잠열이라는 자연현상을 이용한 피동적인 수단을 통해 원자력 발전소의 안전성을 확보하도록 하는 상변화 물질을 이용한 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통을 제공하는데 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide a cooling system of a pressurized light water reactor type passive containment structure using a phase change material that secures safety of a nuclear power plant through passive means using a natural phenomenon of latent heat of the phase change material.
본 발명의 일 측면에 따른 상변화 물질을 이용한 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통은 원자로와, 상기 원자로를 둘러싸고 있는 격납 건물과, 상기 원자로에 고온관을 통하여 냉각재가 주입되는 증기발생기와, 상기 고온관에 연결된 가압 연결관을 통하여 냉각재 재고량과 압력을 조절하는 가압기, 및 상기 격납 건물 내측에 형성되며, 격납 건물의 내부 증기와 비응축성 기체를 냉각하여 응축시키는 냉각기를 포함할 수 있다. A pressurized light water reactor type passive storage building cooling system using a phase change material according to an aspect of the present invention includes a reactor, a containment building surrounding the reactor, a steam generator injecting coolant into the reactor through a hot tube, And a cooler formed inside the containment structure for cooling and condensing the inner vapor and the non-condensable gas in the containment structure.
본 발명의 상기 냉각기는 상변화 물질을 포함할 수 있다.The cooler of the present invention may comprise a phase change material.
본 발명의 상기 냉각기는 핀을 더 포함하되, 상기 핀의 측면은 민무늬 또는 다공성으로 형성될 수 있다.The cooler of the present invention further includes a fin, and the side surface of the fin may be formed to be non-uniform or porous.
본 발명의 상기 핀의 일측은 외부 대기와 접촉할 수 있도록 용기 외부에 노출되며, 타측은 상변화 물질을 관통하여 연결될 수도 있다. One side of the pin of the present invention may be exposed to the outside of the container so as to be in contact with the outside atmosphere, and the other side may be connected through the phase change material.
본 발명의 상기 상변화 물질은 탄소수 26 ~ 31을 가지는 포화 탄화수소이며, 상기 포화 탄화수소는 노말, 이소, 및 고리형으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. The phase change material of the present invention is a saturated hydrocarbon having 26 to 31 carbon atoms, and the saturated hydrocarbon is preferably any one selected from the group consisting of normal, iso, and cyclic.
본 발명의 상기 상변화 물질은 수산화 나트륨 수화물(NaOH·H2O) 또는 아세트산 나트륨 수화물(CH3COONa·3H2O)을 사용하는 것이 바람직하다. Preferably, the phase change material of the present invention uses sodium hydroxide hydrate (NaOH.H2O) or sodium acetate hydrate (CH3COONa.3H2O).
본 발명의 상기 상변화 물질은 240 ~ 275 kJ/kg의 잠열을 갖는 것을 특징으로 한다. The phase change material of the present invention is characterized by having a latent heat of 240 to 275 kJ / kg.
본 발명의 상기 냉각기는 열전달 구조체를 더 포함하되, 상기 열전달 구조체는 망 구조물 또는 판 형상으로 형성될 수도 있다. The cooler of the present invention further includes a heat transfer structure, wherein the heat transfer structure may be formed into a net structure or a plate shape.
본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통은 격납 건물 내에 상변화 물질을 이용한 냉각기를 설치함으로써, 원전 사고 발생 시 상변화 물질이 열을 흡수하여 증기를 응축시키면서 격납 건물 내의 온도와 압력을 감소시켜 열적 안전 여유도를 높여주는 효과가 있다.The cooling system of the pressurized light-water reactor type passive containment building using the phase change material according to the present invention is provided with a cooler using a phase change material in the containment building so that the phase change material absorbs heat when a nuclear accident occurs and condenses the steam, It has the effect of increasing the thermal safety margin by reducing the temperature and pressure.
또한, 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통은 상기 상변화 물질의 잠열이라는 자연현상을 이용한 피동적인 수단을 통해 원자력 발전소의 안전성을 확보하는 효과가 있다. In addition, the pressurized light water reactor type passive storage building cooling system using the phase change material according to the present invention has an effect of securing the safety of a nuclear power plant through passive means using latent heat of the phase change material.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 냉각기를 이용한 가압 경수로의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 1 실시예에 따른 냉각기의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 1 실시예에 따른 냉각기의 핀 형상 확대도이다.
도 4는 본 발명의 2 실시예에 따른 냉각기의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 2 실시예에 따른 냉각기의 핀 형상 확대도이다.
도 6은 본 발명의 3 실시예에 따른 냉각기의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 4 실시예에 따른 냉각기의 개략적인 구성도이다.
도 8은 본 발명의 2 실시예에 따른 평균 응축 열전달 계수를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 2 실시예에 따른 냉각기를 이용하여 상변화 물질과 열전달 구조체(inner fin)의 너비에 따른 열전도를 나타낸 이미지 및 그래프이다(도 9a ~ 9c는 열전달 구조체의 오른쪽 벽면에서 열속(3,000 W/m2·K)을 주었을 때, 상변화 물질과 열전달 구조체 내에서의 온도 분포 나타낸 이미지이고, 도 9d는 열전달 구조체의 오른쪽 벽면에 열속을 다르게 하였을 때, 열전달 구조체의 벽면에서의 최고 온도를 나타낸 그래프이다). 1 is a schematic configuration diagram of a pressurized light water reactor using a cooler according to an aspect of the present invention.
2 is a schematic configuration diagram of a cooler according to an embodiment of the present invention.
3 is a pin-shaped enlarged view of a cooler according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic configuration diagram of a cooler according to the second embodiment of the present invention.
5 is an enlarged view of a pin shape of a cooler according to the second embodiment of the present invention.
6 is a schematic configuration diagram of a cooler according to the third embodiment of the present invention.
7 is a schematic configuration diagram of a cooler according to four embodiments of the present invention.
8 is a graph showing the average condensed heat transfer coefficient according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an image and a graph showing the thermal conductivity according to the width of the phase change material and the inner fin using the cooler according to the second embodiment of the present invention (FIGS. 9a to 9c are graphs showing the relationship between the heat flux at the right wall of the heat transfer structure 3,000 W / m 2 · the temperature distribution shown image within K) have given time, the phase change material and the heat transfer structure to Fig 9d is a maximum temperature at when different heat flux to the right wall surface of the heat transfer structure, the heat transfer structure wall Fig.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 상변화 물질을 이용한 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통은 원자로(10), 격납 건물(20), 증기발생기(30), 가압기(40) 및 냉각기(50)를 포함한다.1, a pressurized light water reactor type passive storage building cooling system using a phase change material according to an aspect of the present invention includes a
상기 원자로(10)는 핵분열 연쇄 반응을 지속적으로 유지하고 제어할 수 있도록 하는 장치를 말한다.The
상기 격납 건물(20)은 상기 원자로(10)를 둘러싸고 있으며, 원전으로부터 외부 환경으로 방사성 물질의 누출을 방지하는 최종 방벽 역할을 한다.The
상기 증기발생기(30)는 상기 원자로(10)에 고온관(11)을 통하여 냉각재가 주입된다. The steam generator (30) injects coolant into the reactor (10) through a hot tube (11).
상기 가압기(40)는 상기 고온관(11)에 연결된 가압 연결관(41)을 통하여 냉각재 재고량과 압력을 조절한다.The pressurizer (40) regulates the amount of coolant stock and the pressure through a pressurized connection pipe (41) connected to the hot pipe (11).
상기 냉각기(50)는 상기 격납 건물(20) 내측에 형성되며, 격납 건물(20)의 내부 증기와 비응축성 기체를 냉각하여 응축시킨다.The cooler (50) is formed inside the containment building (20) to cool and condense the internal vapor and the non-condensable gas in the containment building (20).
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 냉각기(50)의 구성을 설명한다.Hereinafter, a configuration of a
도 2는 본 발명의 1 실시예에 따른 냉각기의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 1 실시예에 따른 냉각기의 핀 형상 확대도이며, 도 4는 본 발명의 2 실시예에 따른 냉각기의 개략적인 구성도이고, 도 5는 본 발명의 2 실시예에 따른 냉각기의 핀 형상 확대도이며, 도 6은 본 발명의 3 실시예에 따른 냉각기의 개략적인 구성도이고, 도 7은 본 발명의 4 실시예에 따른 냉각기의 개략적인 구성도이다.FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a cooler according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a pin-shaped enlarged view of a cooler according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a schematic structural view of a cooler according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a schematic view of a cooler according to an embodiment of the present invention Fig. 5 is a schematic configuration diagram of a cooler according to four embodiments of Figs.
도 2 ~ 7에서 보는 바와 같이, 상기 냉각기(50)는 핀(51), 상변화 물질(52), 열전달 구조체(53) 및 용기(54)로 구성된다.2 to 7, the
종래에는 격납 건물 내부에 설치된 열교환기와 외부의 냉각수 탱크의 물이 자연순환 방식을 통해 열을 전달함으로써 격납 건물 내부를 냉각하는 방식으로, 열교환기와 냉각수 탱크를 연결해주는 단열관 설치를 위해 강화콘크리트로 제작된 격납 건물을 관통을 해야 하므로, 원전 사고 발생 시 관통된 틈으로 방사능이 유출되는 위험에 노출된다. Conventionally, the water in the heat exchanger installed in the containment building and the water in the cooling water tank outside are cooled by the natural circulation method to cool the inside of the containment building. In order to install the heat insulation pipe to connect the heat exchanger and the cooling water tank, It is necessary to penetrate the containment building to expose it to the risk of leakage of radioactivity through the through hole when a nuclear accident occurs.
이에 본 발명의 냉각기(50)는 상변화 물질을 포함함으로써, 상기 열교환기, 냉각수 탱크, 및 단열관 등을 격납 건물(20)에 설치를 할 필요가 없으며, 설치 또는 유지 보수 비용을 절약할 수 있다. 또한, 상기 냉각기(50)는 격납 건물(20)의 내측에 형성되어, 원전 사고 발생 시 방사능의 유출을 방지할 수 있다. 아울러, 상기 냉각기(50)는 도 1에서 보는 바와 같이, 격납 건물(20) 내측 벽면에 설치할 수 있으며, 선반과 같은 거치대를 활용하여 격납 건물(20)의 빈 공간에 거치대를 위치시키고, 상기 거치대 위에 냉각기(50)를 설치할 수 있다. Therefore, the
상기 핀(51)의 일측은 외부 대기와 접촉할 수 있도록 용기(54) 외부에 노출되도록 하고, 타측은 상변화 물질(52)을 관통하여 연결시킨다. One side of the fin (51) is exposed to the outside of the container (54) so as to be in contact with the outside atmosphere, and the other side passes through the phase change material (52).
도 2와 4에서 보는 바와 같이, 상기 핀(51)의 형태는 원기둥 또는 사각기둥 형태로 형성될 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 또한, 상기 핀(51)의 측면은 민무늬로 형성될 수 있다. As shown in FIGS. 2 and 4, the shape of the
도 3과 5에서 보는 바와 같이, 상기 핀(51)의 측면은 다공성으로 형성될 수 있으며, 상기 핀(51)의 측면이 다공성으로 형성되는 경우, 상기 다공성 모양은 원, 타원, 및 육각형으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. 상기와 같은 모양으로 핀(51) 측면에 형성되면, 비표면적이 증가되어 격납 건물(20)의 내부 증기 및 비응축성 기체를 빠르게 많이 응축할 수 있는 장점이 있다. 3 and 5, the side surface of the
상기 상변화 물질(PCM, Phase Change Materials, 52)은 특정한 온도에서 온도의 변화없이 고체에서 액체, 또는 액체에서 기체로, 또는 그 반대 방향으로 상이 변하면서 많은 열을 흡수 또는 방출할 수 있는 물질을 의미한다.The phase change materials (PCM) 52 are materials that can absorb or emit a large amount of heat while changing phases from solid to liquid, or from liquid to gas, or vice versa, without changing the temperature at a specific temperature it means.
상기 상변화 물질(52)이 상변화 시에 열을 축적하고 방출하는데 이때의 열을 잠열이라고 하며, 잠열은 에너지 저장능력이 현열보다 뛰어나다. 물질의 상변화에 수반되는 잠열로 저장을 하면 열 저장 매체의 부피와 그에 따른 공간이 매우 작아지고 일정한 온도에서 열을 방출 또는 흡수할 수 있는 장점이 있다. 그리고, 상변화 물질(52)의 흡열을 통해 격납 건물(20)의 내부 대기와 열교환하기 때문에 비응축성 기체와 증기가 혼합되어 있는 상황에서도 냉각이 가능하다.When the
상기 상변화 물질(52)은 49 ~ 80 ℃의 녹는점 및 180 ~ 280 kJ/kg의 잠열을 갖는 것을 특징으로 한다. 일반적으로 냉각을 위해 녹는점이 -10 ℃ 이상 ~ 49 ℃ 미만인 상변화 물질이 사용되나, 원전 사고 발생 시 격납 건물(20) 내부 대기 조건이 0.4 MPa(설계 압력), 49 ~ 143.3 ℃로 녹는점이 -10 ℃ 이상 ~ 49 ℃ 미만을 갖는 상변화 물질은 상기 조건에 맞지 않는다. The
상기 상변화 물질(52)은 탄소수 26 ~ 31을 가지는 포화 탄화수소이며, 상기 포화 탄화수소는 노말(normal), 이소(iso), 및 고리형(cyclo)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이거나 수산화 나트륨 수화물(NaOH·H2O) 또는 아세트산 나트륨 수화물(CH3COONa·3H2O)인 것이 바람직하다. The
상기 열전달 구조체(53)는 상변화 물질(52)에 효율적으로 열전달을 하기 위한 것으로, 도 2 내지 5에서 보는 바와 같이, 열전달 구조체(53)는 망 구조물로 형성되어 상변화 물질(52)을 감쌀 수 있으며, 도 6에서 보는 바와 같이, 열전달 구조체(53)는 판 형상으로 구성되어 상변화 물질(52)과 열전달 구조체(53)가 번갈아 가면서 샌드위치 형태로 적층될 수 있고, 도 7에서 보는 바와 같이, 열전달 구조체(53)는 판 형상으로 구성되되, 상변화 물질(52)의 일측에 형성될 수 있다. 또한, 상기 열전달 구조체(53)는 도 6과 7에서 보는 바와 같이, 핀(51)과 열전달 구조체(53)가 일체형으로 형성되어 상변화 물질(52)의 일측에 형성될 수 있다. As shown in FIGS. 2 through 5, the
그리고, 상기 핀(51)과 열전달 구조체(53)는 같은 재질로 이용하며, 열전도도가 우수한 구리, 금, 은, 알루미늄, 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 사용하는 것이 바람직하다. The
본 발명은 2 실시예에 따른 냉각기를 가지고 평균 응축 열전달 계수를 계산하였다. The present invention calculates the average condensation heat transfer coefficient with a cooler according to the second embodiment.
"F. P. Incropera, D. P. Dewitt, T. L. Bergman, and A. S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons, New York, NY, USA, 2007." 문헌을 바탕으로 평균 응축 열전달 계수를 계산하였으며, 계산을 위한 식은 하기에 나타내었으며, 계산을 위한 설계 조건 및 격납 건물 내부 대기 조건은 하기 표 1에 나타내었다.&Quot; F. P. Incropera, D. P. Dewitt, T. L. Bergman, and A. S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons, New York, The average condensation heat transfer coefficient was calculated based on the literature, and the formula for the calculation is shown below. The design conditions for calculation and the atmospheric conditions inside the containment are shown in Table 1 below.
< 계산식 1 ><Formula 1>
< 계산식 2 ><Formula 2>
< 계산식 3 ><Expression 3>
< 계산식 4 ><Formula 4>
< 계산식 5 ><
< 계산식 6 ><Expression 6>
핀
pin
조건
Condition
도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명의 2 실시예에 따른 평균 응축 열전달 계수를 나타내었으며, 계산 결과, 설계 조건 내에서 목표 열용량을 맞춘 핀의 높이가 감소할수록 더 많은 개수의 핀이 필요하고 핀 바닥의 면적은 감소하며 평균 응축 열전달 계수 값이 증가함을 확인할 수 있다. 반대로 핀의 높이가 증가하는 방향으로는 목표 열용량을 맞추기 위해 제한적이었지만 핀의 개수와 핀 바닥 면적은 감소하고 평균 응축 열전달 계수 값은 증가함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 8, the average condensed heat transfer coefficient according to the second embodiment of the present invention is shown. As a result of the calculation, as the height of the pin having the target heat capacity in the design condition decreases, And the average condensation heat transfer coefficient increases. Conversely, the direction in which the height of the fin increases is limited to meet the target heat capacity, but it can be seen that the number of fins and the pin bottom area decrease and the average condensation heat transfer coefficient increases.
본 발명은 2 실시예에 따른 냉각기를 가지고 상변화 물질과 열전달 구조체(inner fin)의 너비에 따른 열전도 효과를 평가하였다. 펑가를 위한 식은 하기에 나타내었으며, 계산을 위한 상변화 물질, 열전달 구조체 및 열속 조건은 하기 표 2에 나타내었다.The present invention has evaluated the thermal conductivity effect of the phase change material and the width of the heat transfer structure (inner fin) with the cooler according to the second embodiment. The formula for the purging is shown below, and the phase change material, heat transfer structure, and heat flux conditions for the calculation are shown in Table 2 below.
< 계산식 7 ><Expression 7>
< 계산식 8 ><Expression 8>
< 계산식 9 ><Expression 9>
(아세트산 나트륨 수화물, CH3COONa·3H2O)Phase change material
(Sodium acetate hydrate, CH 3 COONa · 3H 2 O )
열전달 구조체(구리)
Heat transfer structure (copper)
조건
Condition
도 9a ~ 9c에서 보는 바와 같이, 상기 열전달 구조체의 오른쪽 벽면에서 일정한 열속(3,000 W/m2·K)을 주었을 때, 상변화 물질과 열전달 구조체 내에서의 온도 분포를 계산하였다. 계산 결과, 열전달 구조체의 너비가 커질수록 벽면에서의 최고 온도와 상변화 물질과 열전달 구조체의 경계에서의 최고 온도 모두 낮아지는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIGS. 9a to 9c, the temperature distribution in the phase change material and the heat transfer structure was calculated when given a constant heat flux (3,000 W / m 2 · K) at the right wall surface of the heat transfer structure. As a result of the calculation, it can be seen that as the width of the heat transfer structure increases, both the maximum temperature at the wall surface and the maximum temperature at the boundary between the phase change material and the heat transfer structure are lowered.
또한, 도 9d에서 보는 바와 같이, 열전달 구조체의 오른쪽 벽면에 열속을 다르게 주더라도 열전달 구조체의 너비가 약 0.5 m 이상에서는 열전달 구조체의 벽면에서의 최고 온도가 거의 일정함을 확인할 수 있다. Also, as shown in FIG. 9 (d), it can be seen that the maximum temperature at the wall surface of the heat transfer structure is almost constant when the width of the heat transfer structure is greater than about 0.5 m even if the heat flux is differently distributed on the right wall surface of the heat transfer structure.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. 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. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
10 : 원자로 20 : 격납 건물
30 : 증기발생기 40 : 가압기
50 : 냉각기10: Reactor 20: containment building
30: steam generator 40: pressurizer
50: cooler
Claims (8)
상기 원자로를 둘러싸고 있는 격납 건물;
상기 원자로에 고온관을 통하여 냉각재가 주입되는 증기발생기;
상기 고온관에 연결된 가압 연결관을 통하여 냉각재 재고량과 압력을 조절하는 가압기; 및
상기 격납 건물 내측에 형성되며, 상기 격납 건물의 내부 증기와 비응축성 기체를 냉각하여 응축시키는 냉각기를 포함하고,
상기 냉각기는 일정 형상의 용기의 내부에 상변화 물질을 형성하고, 망 구조물의 열전달 구조체가 상기 상변화 물질을 감싸고, 측면이 다공성으로 형성된 핀의 일측이 외부 대기와 접촉하도록 상기 용기의 외부에 노출되며, 상기 핀의 타측이 상기 상변화 물질을 관통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통.
nuclear pile;
A containment building surrounding the reactor;
A steam generator in which a coolant is injected into the reactor through a hot tube;
A pressurizer for regulating a coolant stock amount and a pressure through a pressurized connection pipe connected to the hot pipe; And
And a cooler formed inside the containment structure for cooling and condensing the inner vapor and the non-condensable gas in the containment structure,
The cooler is configured to form a phase change material inside a container having a predetermined shape, and a heat transfer structure of the net structure surrounds the phase change material. The cooler is exposed to the outside of the container so that one side of the fin, And the other side of the pin is connected to the phase change material through the through hole.
상기 원자로를 둘러싸고 있는 격납 건물;
상기 원자로에 고온관을 통하여 냉각재가 주입되는 증기발생기;
상기 고온관에 연결된 가압 연결관을 통하여 냉각재 재고량과 압력을 조절하는 가압기; 및
상기 격납 건물 내측에 형성되며, 상기 격납 건물의 내부 증기와 비응축성 기체를 냉각하여 응축시키는 냉각기를 포함하고,
상기 냉각기는 일정 형상의 용기의 내부에 형성된 상변화 물질과, 판 형상으로 상기 상변화 물질과 번갈아 가면서 샌드위치 형태로 적층되는 열전달 구조체와, 측면이 다공성으로 형성된 핀의 일측이 외부 대기와 접촉하도록 상기 용기의 외부에 노출되며, 상기 핀의 타측이 상기 열전달 구조체을 관통하여 일체형으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통.
nuclear pile;
A containment building surrounding the reactor;
A steam generator in which a coolant is injected into the reactor through a hot tube;
A pressurizer for regulating a coolant stock amount and a pressure through a pressurized connection pipe connected to the hot pipe; And
And a cooler formed inside the containment structure for cooling and condensing the inner vapor and the non-condensable gas in the containment structure,
The cooler includes a phase change material formed inside a container having a predetermined shape, a heat transfer structure in which the phase change material is alternately stacked in a sandwich form, And the other side of the pin passes through the heat transfer structure and is integrally connected to the other side of the heat transfer structure.
상기 원자로를 둘러싸고 있는 격납 건물;
상기 원자로에 고온관을 통하여 냉각재가 주입되는 증기발생기;
상기 고온관에 연결된 가압 연결관을 통하여 냉각재 재고량과 압력을 조절하는 가압기; 및
상기 격납 건물 내측에 형성되며, 상기 격납 건물의 내부 증기와 비응축성 기체를 냉각하여 응축시키는 냉각기를 포함하고,
상기 냉각기는 일정 형상의 용기의 내부에 형성된 상변화 물질과, 판 형상으로 상기 상변화 물질에 결합되는 열전달 구조체와, 측면이 다공성으로 형성된 핀의 일측이 외부 대기와 접촉하도록 상기 용기의 외부에 노출되며, 상기 핀의 타측이 상기 열전달 구조체와 상기 상변화 물질을 관통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통.
nuclear pile;
A containment building surrounding the reactor;
A steam generator in which a coolant is injected into the reactor through a hot tube;
A pressurizer for regulating a coolant stock amount and a pressure through a pressurized connection pipe connected to the hot pipe; And
And a cooler formed inside the containment structure for cooling and condensing the inner vapor and the non-condensable gas in the containment structure,
The cooler includes: a phase change material formed inside a container having a predetermined shape; a heat transfer structure coupled to the phase change material in a plate shape; and a heat transfer structure having one side of the fin formed in a side surface thereof exposed to the outside of the container And the other side of the pin is connected to the heat transfer structure through the phase change material.
상기 상변화 물질은 탄소수 26 ~ 31을 가지는 포화 탄화수소이며, 상기 포화 탄화수소는 노말, 이소, 및 고리형으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the phase change material is a saturated hydrocarbon having a carbon number of 26 to 31, and the saturated hydrocarbon is any one selected from the group consisting of normal, iso, and cyclic type hydrocarbons.
상기 상변화 물질은 수산화 나트륨 수화물(NaOH·H2O) 또는 아세트산 나트륨 수화물(CH3COONa·3H2O)인 것을 특징으로 하는 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The phase change material is sodium hydrate (NaOH · H 2 O) or sodium acetate hydrate (CH 3 COONa · 3H 2 O ) PWR passive containment cooling system, characterized in that.
상기 상변화 물질은 49 ~ 80 ℃의 녹는점 및 180 ~ 280 kJ/kg의 잠열을 갖는 것을 특징으로 하는 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the phase change material has a melting point of 49 to 80 DEG C and a latent heat of 180 to 280 kJ / kg.
상기 열전달 구조체는 너비가 커질수록 상기 상변화 물질과 상기 열전달 구조체의 경계에서의 온도가 낮아지는 것을 특징으로 하는 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the temperature of the boundary between the phase change material and the heat transfer structure decreases as the width of the heat transfer structure increases.
상기 열전달 구조체는 너비가 0.5m 이상에서 상기 열전달 구조체의 벽면에서의 온도가 일정한 것을 특징으로 하는 가압 경수로형 피동격납건물냉각계통.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the heat transfer structure has a constant temperature at a wall surface of the heat transfer structure at a width of 0.5 m or more.
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---|---|---|---|
KR1020160158330A KR101815958B1 (en) | 2016-11-25 | 2016-11-25 | Passive containment cooling system for pressurized water reactor using phase-change material |
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WO2020111672A1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | (주)뉴클리어엔지니어링 | Nuclear plant passive cooling system using solid-liquid phase change material |
CN114999682A (en) * | 2022-06-13 | 2022-09-02 | 西安交通大学 | Hydraulic test device and method for passive residual heat removal of polar region environment nuclear power device |
Citations (1)
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---|---|---|---|---|
JP2007225268A (en) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Michiko Yamaguchi | Latent heat accumulator provided with heat exchanging function |
-
2016
- 2016-11-25 KR KR1020160158330A patent/KR101815958B1/en active IP Right Grant
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