KR101925702B1 - Smr 원자로와 원자로 시스템 기동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 SMR 원자로와 원자로 시스템 기동방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 SMR 원자로는 원자로 용기; 상기 원자로 용기 내에 위치하는 노심; 상기 원자로 용기 내에 위치하며 상기 노심의 상부에 위치하는 증기발생기; 상기 노심을 둘러싸고 있는 쉬라우드; 상기 쉬라우드 상부에 위치하며 상기 쉬라우드보다 단면적이 작은 라이저: 및 상기 쉬라우드와 상기 원자로 용기 사이에 위치하는 히터를 포함한다.

Description

SMR 원자로와 원자로 시스템 기동방법{Nuclear reactor and start-up method of nuclear reactor system}

본 발명은 SMR에서 초기 기동을 위해 운전조건을 생성함에 있어 히터를 사용하되 히터 구조물에 의한 냉각재의 자연순환량이 감소하지 않는 원자로와 원자로 시스템 기동방법에 관한 것이다.

SMR(small modular reactor)는 내부 코어(노심)로부터 냉각재로의 열전달을 하는 히트 소스로부터 히트 싱크인 증기발생기와의 열교환하는 일련의 과정을 RCP(reactor coolant pump)를 이용한 능동적 방법 또는 냉각재의 밀도변화에 따른 자연순환 방법 등 두 가지로 수행하는 개념이다.

이 중 자연순환 운전의 경우, 초기 원자로 기동조건(온도 및 압력)을 충족시키기 위해, 원자로 내부에 히터를 설치하는데 히터 구조물에 의해 자연순환 유동량이 감소하는 문제가 있다.

한국 등록 제10-1261518호(2013년 5월 6일 공고)

따라서 본 발명의 목적은 원자로 자연순환 유동량이 감소하지 않는 SMR 원자로와 원자로 시스템의 기동방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 SMR 원자로에 있어서, 원자로 용기; 상기 원자로 용기 내에 위치하는 노심; 상기 원자로 용기 내에 위치하며 상기 노심의 상부에 위치하는 증기발생기; 상기 노심을 둘러싸고 있는 쉬라우드; 상기 쉬라우드 상부에 위치하며 상기 쉬라우드보다 단면적이 작은 라이저: 및 상기 쉬라우드와 상기 원자로 용기 사이에 위치하는 히터를 포함하는 것에 의해 달성된다.

상기 히터는 상기 노심의 기동 시에 사용될 수 있다.

상기 노심의 기동시에는 냉각수가 상기 히터의 하부에서 상부로 흐르며, 상기 노심의 기동 완료 후에는 냉각수가 상기 히터의 상부에서 하부로 흐를 수 있다.

상기 증기발생기는 복수개로 마련되며 상기 라이저의 둘레에 위치할 수 있다.

상기 원자로 용기 내의 냉각수는 자연순환할 수 있다.

상기 본 발명의 목적은 SMR 원자로 시스템의 기동방법에 있어서, 상기 원자로 시스템은 원자로 용기와 상기 원자로 용기의 외부에 위치하는 외부 보조계통을 포함하며, 상기 원자로 시스템은, 상기 원자로 용기 내에 위치하는 노심; 상기 원자로 용기 내에 위치하며 상기 노심의 상부에 위치하는 증기발생기를 포함하며, 상기 원자로 용기 내의 냉각수를 상기 외부 보조계통으로 공급하는 단계와; 상기 외부 보조계통에서 상기 냉각수를 가열하는 단계와; 가열된 상기 냉각수를 상기 원자로 용기 내로 공급하는 단계를 포함하는 것에 의해 달성된다.

상기 외부 보조계통은 잔열제거계통일 수 있다.

상기 외부 보조계통은 정지냉각계통일 수 있다.

상기 외부 보조계통은 기동운전을 위한 히터를 더 포함할 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 증기발생기는 복수개로 마련되며 상기 라이저의 둘레에 위치할 수 있다.

기동 완료 후에 상기 원자로 용기 내의 냉각수는 자연순환할 수 있다.

본 발명에 따르면 원자로 자연순환 유동량이 감소하지 않는 SMR 원자로와 SMR 원자로 시스템의 기동방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원자로를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로의 기동시 냉각재 흐름을 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원자로의 정상운전시 냉각재 흐름을 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 시스템을 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 원자로를 나타낸 것이다.

원자로(10)는 원자로 용기(111), 노심(121), 증기발생기(131), 쉬라우드(141), 라이저(142) 및 히터(151)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 복수개로 마련되어 있으며, 라이저(142)의 둘레에 위치하고 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.

히터(151)는 쉬라우드(141)와 원자로 용기(111)의 벽면 사이에 위치한다. 즉, 히터(151)는 원자로 용기(111)의 하부 벽면 측에 형성되어 있는 것이다. 히터(151)는 쉬라우드(141) 둘레를 따라 연속적으로 형성되거나, 복수개로 나누어져 산점 배치될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로의 기동시 냉각재 흐름을 나타낸 것이다.

초기 원자로 기동조건(온도 및 압력)을 충족시키기 위해 히터(151)를 가동하여 냉각재의 온도를 상승시킨다.

히터(151)의 가열에 의해 히터(151) 주변의 냉각수 온도가 올라가고, 온도가 올라간 냉각수는 상부로 이동한다. 상부로 이동한 냉각수는 라이저(142) 및 쉬라우드(141)를 거쳐 하강하면서 온도가 내려갔다가 다시 히터(151)를 거치면서 온도가 상승한다. 즉 기동운전시 냉각수는 바깥쪽에서 상승하고 안쪽에서 하강하는 흐름을 가지게 된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원자로의 정상운전시 냉각재 흐름을 나타낸 것이다.

히터(151)의 가열에 의해 기동조건에 이르면 히터(151)의 가동을 중지하고 정상운전을 시작한다.

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 되어 기동운전시와는 반대의 냉각수 흐름 방향을 가지게 된다.

이상 설명한 정상운전시의 냉각수흐름은 별도의 냉각수 펌프없이 자연순환으로 이루어진다.

한편, 기동을 위한 히터(151)는 비교적 넓은 쉬라우드(141)와 원자로 용기(111) 내벽 사이에 위치하게 때문에 냉각수의 흐름에 영향이 미미하여, 냉각수의 자연순환 유동량을 저감시키지 않는다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 시스템을 나타낸 것이다.

원자로 시스템(1)은 원자로(10)와 외부 보조계통(20)을 포함한다.

원자로(10)의 구조는 도 1을 참조로 설명한 원자로(10)구조와 유사하며, 다만 히터(151)는 생략되어 있다. 그러나 다른 실시예에서는 기동조건에 빠르게 도달하기 위한 목적 등으로 히터(151)를 설치할 수도 있다.

본 실시예에서 기동조건 도달은 외부 보조계통(20)을 이용하여 수행한다.

기동운전시 원자로(10) 내부의 냉각수는 외부 보조계통(20)으로 공급되고, 외부 보조계통(20)에서 가열되어 다시 원자로(10)로 공급된다.

기동운전시 원자로(10)에서의 냉각수 흐름은 외부 보조계통(20)과의 연결위치에 따라 다양하게 달라질 수 있다.

외부 보조계통(20)은 잔열제거계통 또는 정지냉각계통일 수 있다. 도시하지는 않았지만, 외부 보조계통(20)에는 기동운전을 위한 별도의 히터가 설치되어 있다.

본 실시예에 따르면, 기동조건을 만족시키기 위한 열공급이 외부 보조계통(20)에서 이루어지기 때문에, 정상운전시 냉각수의 자연순환 유동량이 저감되지 않는다.

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 (12)

1. SMR 원자로에 있어서,
   원자로 용기;
   상기 원자로 용기 내에 위치하는 노심;
   상기 원자로 용기 내에 위치하며 상기 노심의 상부에 위치하는 증기발생기;
   상기 노심을 둘러싸고 있는 쉬라우드;
   상기 쉬라우드 상부에 위치하며 상기 쉬라우드보다 단면적이 작은 라이저: 및
   상기 쉬라우드와 상기 원자로 용기 사이에 위치하는 히터를 포함하며,
   상기 히터는 상기 쉬라우드의 둘레를 따라 복수개로 산점 배치되며,
   상기 히터는 상기 노심의 기동 시에 사용되며,
   상기 노심의 기동시에는 냉각수가 상기 히터의 하부에서 상부로 흐르며,
   상기 노심의 기동 완료 후에는 냉각수가 상기 히터의 상부에서 하부로 흐르며,
   상기 증기발생기는 복수개로 마련되며 상기 라이저의 둘레에 위치하며,
   상기 원자로 용기 내의 냉각수는 자연순환하는 원자로.
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