KR101921406B1 - 냉각 신뢰도가 향상된 smr 원자로 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각 신뢰도가 향상된 SMR 원자로 시스템에 관한 것으로, 원자로 용기; 상기 원자로 용기 내에 위치하는 노심; 상기 원자로 용기 내에 위치하며 상기 노심의 상부에 위치하는 증기발생기; 상기 원자로 용기 외부에 위치하며 냉각수를 수용하고 있는 냉각수조; 및 상기 증기발생기에 폐루프 형식으로 연결되어 있으며 적어도 일부가 상기 냉각수조의 냉각수 내에 위치하는 냉각루프를 포함한다.

Description

냉각 신뢰도가 향상된 SMR 원자로 시스템{Nuclear reactor system for SMR having improved cooling reliability}
본 발명은 냉각 신뢰도가 향상된 SMR(small modular reactor)의 원자로 시스템에 관한 것이다.
SMR(small modular reactor)는 내부 코어(노심)로부터 냉각재로의 열전달을 하는 히트 소스로부터 히트 싱크인 증기발생기와의 열교환하는 일련의 과정에서 RCP(reactor coolant pump)를 이용한 능동적 방법 또는 냉각재의 밀도변화에 따른 자연순환 방법 등 두 가지로 수행하는 개념이 있다.
한편, SMR의 증기발생기에서 발생하는 잔열을 제거할 필요가 있다. 이를 위한 기존 방법은 격리응축기 수조, 보충수 탱크 및 여러 가지 능동 혹은 피동 냉각설비의 설치로 인해 장치가 복잡하고 여러 단계를 거치는 문제가 있는 등 신뢰도가 낮은 문제가 있다.
한국 등록 제10-126518호(2013년 5월 6일 공고)
따라서 본 발명의 목적은 냉각 신뢰도가 향상된 SMR 원자로 시스템을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 SMR 원자로 시스템에 있어서, 원자로 용기; 상기 원자로 용기 내에 위치하는 노심; 상기 원자로 용기 내에 위치하며 상기 노심의 상부에 위치하는 증기발생기; 상기 원자로 용기 외부에 위치하며 냉각수를 수용하고 있는 냉각수조; 및 상기 증기발생기에 폐루프 형식으로 연결되어 있으며 적어도 일부가 상기 냉각수조의 냉각수 내에 위치하는 냉각루프를 포함하는 것에 의해 달성된다.
적어도 일부가 상기 냉각수조의 냉각수 내에 위치하며 외부 공기가 유출입할 수 있는 냉각부재를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각부재는 배관 형태일 수 있다.
상기 냉각부재는 ㄷ자 형태이며, 양단의 높이가 다를 수 있다.
상기 원자로 시스템은, 상기 노심을 둘러싸고 있는 쉬라우드; 및 상기 쉬라우드 상부에 위치하며 상기 쉬라우드보다 단면적이 작은 라이저를 더 포함할 수 있다.
상기 원자로 용기 내의 냉각수는 자연순환할 수 있다.
상기 증기발생기는 복수개로 마련되며 상기 라이저 둘레에 배치되어 있을 수 있다.
상기 냉각루프 내에서의 냉각수는 자연순환할 수 있다.
본 발명에 따르면 냉각 신뢰도가 향상된 SMR 원자로 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 SMR 원자로 시스템에서 원자로를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 시스템을 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 시스템에서 냉각탱크를 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 1은 본 발명의 일실시예에 따른 SMR 원자로를 나타낸 것이다.
원자로(10)는 원자로 용기(111), 노심(121), 증기발생기(131), 쉬라우드(141) 및 라이저(142)를 포함한다.
원자로 용기(111)는 지면에서 수직방향으로 길게 설치되며, 내부에 노심(121), 증기발생기(131), 쉬라우드(141), 라이저(142) 및 히터(151)를 수용한다.
노심(121)은 원자로 용기(111)의 하부에 위치하며, 증기발생기(131)는 노심(121)의 상부에 위치한다. 외부에서 공급되는 주급수(피드워터)는 증기발생기(131)에서 열교환되어 스팀으로 변환되어 외부로 배출된다. 스팀은 다른 계통에서 터빈을 구동시켜 전기를 생산하게 된다.
쉬라우드(141)는 노심(121)을 둘러싸고 있으며, 라이저(142)는 쉬라우드(141) 상단부와 연결되어 상부 쪽으로 연장되어 있다. 라이저(142)는 쉬라우드(141)보다 단면적이 작게 만들어져 있다.
증기발생기(131)는 도 2와 같이 4개로 마련되어 있으며, 라이저(142)의 둘레에 위치하고 있다. 다른 실시예에서는 증기발생기(131)의 개수와 배치는 다양하게 변화할 수 있다.
본 실시예에서 쉬라우드(141)와 라이저(142)는 일체로 형성되어 있으나, 다른 실시예에서는 쉬라우드(141)와 라이저(142)가 별도로 형성되어 있을 수 있다.
원자로(10)의 운전을 설명하면 다음과 같다.
정상운전 시에는 노심(121)에서 열이 발생하고 노심(121)을 통과하는 냉각수의 온도가 올라간다. 온도가 올라간 냉각수는 라이저(142)를 거치면서 상승하고 증기발생기(131)에서 열교환하면서 온도가 내려간다. 온도가 내려간 냉각수는 하부쪽으로 내려가서 다시 노심(121)을 거치게 된다. 즉 정상운전시 냉각수는 안쪽에서 상승하고 바깥쪽에서 하강하는 흐름을 가지게 된다.
이상 설명한 정상운전시의 냉각수흐름은 별도의 냉각수 펌프없이 자연순환으로 이루어진다.
한편, 증기발생기(131)에는 원자로(10) 외부로 연장되어 있는 냉각루프(30)가 연결되어 있는데, 이를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 시스템을 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 시스템에서 냉각탱크를 나타낸 것이다.
원자로(10) 외부에는 냉각수조(20)가 위치한다. 냉각수조(20)는 도너츠 형태를 가지고 있으며 원자로(10)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 냉각수조(20)의 내부에는 냉각수가 채워져 있다. 다른 실시예에서 냉각수조(20)는 여러 개로 나누어질 수 있으며, 이들 냉각수조(20)는 동일용량일 수 있다. 냉각수조(20)가 여러 개일 경우, 각 냉각루프(30)는 서로 다른냉각수조(20)로 연결될 수 있다.
증기발생기(131)에서 연장된 냉각루프(30)의 일부는 냉각수조(20) 내부에 위치한다. 사고시 혹은 1차측의 노심 잔열을 제거해야하는 상황이 발생할 시 증기발생기(131) 내부에 있는 고온의 냉각수는 냉각루프(30)를 통해 냉각수조(20)에서 열교환을 하여 냉각된 후 증기발생기(131)로 다시 유입된다. 이러한 과정을 통해 증기발생기(131)를 통한 1차측의 잔열이 제거된다. 냉각루프(30)를 통한 냉각수 흐름은 자연순환을 통해 이루어져 냉각 신뢰도가 높다.
다른 실시예에서 냉각루프(30) 중 냉각수조(20) 내에 위치하는 부분은 열교환 면적을 넓게 하기 위해 굴곡진 형태를 가질 수 있다.
냉각수조(20) 내에는 복수의 냉각부재(40)가 위치하고 있다. 냉각부재(40)는 속이 비어있는 배관 형태로서 양단은 공기 중에 노출되어 있으며, 일부분은 냉각수 내에 위치한다. 또한 냉각부재(40)의 양단은 높이가 다르게 마련되어 있다.
냉각루프(30)를 통해 열교환이 이루어지면 냉각수조(20)의 냉각수 온도가 상승하며, 이에 의해 냉각부재(40) 내의 공기가 가열된다. 가열된 공기는 냉각부재(40)의 굴뚝효과에 의해 배출되고 찬 공기가 다시 유입된다. 이러한 과정을 통해 냉각수조(20)의 냉각수의 온도상승은 제한되며, 이에 의해 냉각수조(20)의 냉각수의 증발이 억제되어 일정한 수위가 유지된다. 또한 이러한 냉각수조(20)의 냉각수 증발 억제를 위한 냉각부재(40)의 작동은 피동적으로 자연순환을 이용하여 이루어진다.
다른 실시예에서 냉각부재(40)의 형태, 개수 및 배치는 다양하게 변화할 수 있다.
이상 설명한 증기발생기(131)를 통한 잔열 제거는 냉각수조(20), 냉각루프(30) 및 냉각부재(40) 만으로 이루어져 비교적 간단한 구성으로 수행되며, 자연순환을 이용하기 때문에 작동되지 않는 문제가 발생하지 않는다. 따라서 본 발명에 따르면 증기발생기(131) 내부의 열 제거가 신뢰도 높게 이루어진다.
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 (8)

  1. SMR 원자로 시스템에 있어서,
    원자로 용기;
    상기 원자로 용기 내에 위치하는 노심;
    상기 원자로 용기 내에 위치하며 상기 노심의 상부에 위치하는 증기발생기;
    상기 원자로 용기 외부에 위치하며 냉각수를 수용하고 있는 냉각수조; 및
    상기 증기발생기에 직접 폐루프 형식으로 연결되어 있으며 적어도 일부가 상기 냉각수조의 냉각수 내에 위치하는 냉각루프를 포함하며,
    적어도 일부가 상기 냉각수조의 냉각수 내에 위치하며 외부 공기가 유출입할 수 있는 냉각부재를 더 포함하며,
    상기 냉각부재는 배관 형태이며,
    상기 냉각부재는 ㄷ자 형태이며, 양단의 높이가 다른 원자로 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 원자로 시스템은,
    상기 노심을 둘러싸고 있는 쉬라우드; 및
    상기 쉬라우드 상부에 위치하며 상기 쉬라우드보다 단면적이 작은 라이저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 원자로 용기 내의 냉각수는 자연순환하는 것을 특징으로 하는 원자로 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 증기발생기는 복수개로 마련되며 상기 라이저 둘레에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 원자로 시스템.
  8. 제6항에서,
    상기 냉각루프 내에서의 냉각수는 자연순환하는 것을 특징으로 하는 원자로 시스템.
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