KR102414756B1 - 피동 잔열 제거 계통 - Google Patents

Abstract

피동 잔열 제거 계통은 노심 및 증기 발생기를 포함하는 일체형 원자로를 격납하는 격납 용기, 상기 격납 용기의 내부 공간에서 상기 일체형 원자로를 둘러싸며, 상기 일체형 원자로의 하부와 대응하여 관통된 유체 입구 및 상기 일체형 원자로의 상부와 대응하여 관통된 유체 출구를 포함하는 격리 구조체, 및 상기 격납 용기와 연결되며, 상기 격납 용기의 상기 내부 공간으로 냉각 유체를 공급하는 공간 충진 유체 공급부를 포함한다.

Description

피동 잔열 제거 계통{PASSIVE RESIDUAL HEAT REMOVAL SYSTEM}

본 기재는 피동 잔열 제거 계통에 관한 것이다.

일반적으로, 일체형 원자로의 피동 잔열 제거 계통은 일체형 원자로와 연결된 배관 파손 등의 원전 사고 발생 시 일체형 원자로의 냉각을 수행한다.

종래의 일체형 원자로의 피동 잔열 제거 계통은 일체형 원자로를 격납하는 격납 용기 및 격납 용기가 냉각수에 잠긴 수조를 포함한다.

종래의 일체형 원자로의 피동 잔열 제거 계통은 원전 사고 발생 시 일체형 원자로에서 발생되는 열을 수조의 냉각수를 이용해 냉각하는데, 일체형 원자로가 격납 용기에 격납되어 있기 때문에, 일체형 원자로의 냉각이 원활하게 수행되지 못하는 문제가 있다.

일 실시예는, 원전 사고 발생 시 격납 용기에 격납된 일체형 원자로에 대한 냉각 효율이 향상되는 동시에 일체형 원자로를 안전하게 냉각시키는 피동 잔열 제거 계통을 제공하고자 한다.

일 측면은 노심 및 증기 발생기를 포함하는 일체형 원자로를 격납하는 격납 용기, 상기 격납 용기의 내부 공간에서 상기 일체형 원자로를 둘러싸며, 상기 일체형 원자로의 하부와 대응하여 관통된 유체 입구 및 상기 일체형 원자로의 상부와 대응하여 관통된 유체 출구를 포함하는 격리 구조체, 및 상기 격납 용기와 연결되며, 상기 격납 용기의 상기 내부 공간으로 냉각 유체를 공급하는 공간 충진 유체 공급부를 포함하는 피동 잔열 제거 계통을 제공한다.

상기 일체형 원자로는 상기 노심 및 상기 증기 발생기를 수납하는 원자로 용기를 더 포함하며, 상기 유체 입구에 대응하여 상기 원자로 용기의 하부 표면에 돌출된 복수의 나선 패턴들을 포함할 수 있다.

상기 복수의 나선 패턴들 각각은 상기 원자로 용기의 하부 표면의 중심으로부터 상기 원자로 용기의 하부 표면의 테두리로 방사형으로 연장될 수 있다.

상기 격리 구조체의 상기 유체 입구는 상기 유체 출구 대비 직경이 작으며, 상기 격리 구조체의 하부는 상기 일체형 원자로의 하부와 수직 방향으로 중첩하며, 상기 격리 구조체의 상부는 상기 일체형 원자로의 상부와 수직 방향으로 비중첩할 수 있다.

상기 공간 충진 유체 공급부는, 상기 냉각 유체를 저장하는 유체 공급 탱크, 상기 유체 공급 탱크와 상기 격납 용기 사이를 연결하는 유체 공급 배관, 및 상기 유체 공급 배관에 설치된 유체 제어 밸브를 포함할 수 있다.

상기 격납 용기를 수납하며, 상기 격납 용기가 잠긴 냉각수를 포함하는 수조를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 원전 사고 발생 시 격납 용기에 격납된 일체형 원자로에 대한 냉각 효율이 향상되는 동시에 일체형 원자로를 안전하게 냉각시키는 피동 잔열 제거 계통이 제공된다.

도 1은 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 일체형 원자로의 원자로 용기의 하부 표면에 위치하는복수의 나선 패턴들을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통을 사용한 전산유체해석의 3차원 유체 유선(streamline) 및 2차원 유체 유선을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통을 설명한다. 이하에서, 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통은 원자로와 연결된 배관 파손 등의 원전 사고 발생 시 일체형 원자로의 피동 잔열 제거를 수행하나, 이에 한정되지 않고 분리형 원자로의 피동 잔열 제거를 수행할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 일체형 원자로(10)는 노심(11), 노심(11)과 이웃하는 증기 발생기(12), 노심(11) 및 증기 발생기(12)를 수납하는 원자로 용기(13)를 포함한다. 일체형 원자로(10)는 원전 운전을 위해 공지의 배관들 및 공지의 계통들이 연결될 수 있다.

일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통은 원전 사고 발생 시 일체형 원자로(10)의 냉각을 수행한다.

피동 잔열 제거 계통은 격납 용기(100), 격리 구조체(200), 공간 충진 유체 공급부(300), 복수의 나선 패턴(400)들, 수조(500)를 포함한다.

격납 용기(100)는 일체형 원자로(10)를 격납한다. 격납 용기(100)는 실린더 형태 또는 캡슐 형태 등을 가질 수 있으며, 원자로 용기(13)를 둘러싸고 있다. 격납 용기(100)의 내부에는 내부 공간(110)이 위치하며, 내부 공간(110)은 원자로 용기(13)와 격납 용기(100) 사이에 위치한다. 격납 용기(100)는 수조(500)의 냉각수(510)에 잠겨 수면 아래에 위치하나, 이에 한정되지는 않는다.

격리 구조체(200)는 격납 용기(100)의 내부 공간(110)에서 일체형 원자로(10)를 둘러싸고 있다. 격리 구조체(200)의 하부는 일체형 원자로(10)의 하부의 일부와 수직 방향으로 중첩하며, 격리 구조체(200)의 상부는 일체형 원자로(10)의 상부와 수직 방향으로 비중첩한다. 격리 구조체(200)는 일체형 원자로(10)의 하부와 대응하여 관통된 유체 입구(210) 및 일체형 원자로(10)의 상부와 대응하여 관통된 유체 출구(220)를 포함한다.

유체 입구(210)는 일체형 원자로(10)의 하부의 중심과 대응하며, 원자로 용기(13)의 하부 표면에 위치하는 복수의 나선 패턴(400)들과 수직 방향으로 비중첩한다.

유체 출구(220)는 일체형 원자로(10)의 상부와 대응하며, 원자로 용기(13)의 상부 표면을 완전히 노출하나, 이에 한정되지는 않는다.

유체 입구(210) 및 유체 출구(220)는 평면적으로 원형이나, 이에 한정되지 않고 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형 또는 타원형 등일 수 있다.

유체 입구(210)의 직경은 유체 출구(220)의 직경 대비 작다. 유체 입구(210)의 직경이 유체 출구(220)의 직경 대비 작음으로써, 유체 입구(210)를 통하는 유체의 유속이 증가한다.

공간 충진 유체 공급부(300)는 격납 용기(100)와 연결된다. 공간 충진 유체 공급부(300)는 격납 용기(100)의 내부 공간(110)과 연통하며, 격납 용기(100)의 내부 공간(110)으로 냉각 유체(CF)를 공급한다. 공간 충진 유체 공급부(300)는 원전 사고 발생 시 격납 용기(100)의 내부 공간(110)으로 냉각 유체(CF)를 공급하나, 이에 한정되지 않고 일반적인 원전 운영 상황에서 격납 용기(100)의 내부 공간(110)으로 냉각 유체(CF)를 공급할 수 있다. 냉각 유체(CF)는 공지된 다양한 냉각 액체일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 냉각 기체일 수 있다.

공간 충진 유체 공급부(300)는 유체 공급 탱크(310), 유체 공급 배관(320), 유체 제어 밸브(330)를 포함한다.

유체 공급 탱크(310)는 냉각 유체(CF)를 저장한다. 유체 공급 탱크(310)는 수조(500)에 잠긴 격납 용기(100) 대비 높은 위치에 위치한다. 유체 공급 탱크(310)는 냉각 유체(CF)를 저장할 수 있는 공지된 다양한 형태를 가질 수 있다.

유체 공급 배관(320)은 유체 공급 탱크(310)와 격납 용기(100) 사이를 연결한다. 유체 공급 배관(320)을 통해 유체 공급 탱크(310)로부터 격납 용기(100)로 냉각 유체(CF)가 공급된다.

유체 제어 밸브(330)는 유체 공급 배관(320)에 설치된다. 유체 제어 밸브(330)는 유체 공급 배관(320)을 통하는 냉각 유체(CF)의 흐름을 제어할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 일체형 원자로의 원자로 용기의 하부 표면에 위치하는복수의 나선 패턴들을 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 1을 참조하면, 복수의 나선 패턴(400)들은 일체형 원자로(10)의 원자로 용기(13)의 하부 표면에 위치한다. 복수의 나선 패턴(400)들은 원자로 용기(13)의 하부 표면으로부터 돌출된다. 복수의 나선 패턴(400)들 각각은 원자로 용기(13)의 하부 표면의 중심으로부터 원자로 용기(13)의 하부 표면의 테두리로 방사형으로 연장된다. 복수의 나선 패턴(400)들은 나선 형태를 가지나 이에 한정되지 않고 직선 형태를 가질 수 있다. 복수의 나선 패턴(400)들은 격리 구조체(200)의 유체 입구(210)와 수직 방향으로 비중첩하나, 이에 한정되지 않고 복수의 나선 패턴(400)들 각각의 일부가 격리 구조체(200)의 유체 입구(210)와 수직 방향으로 중첩할 수 있다. 복수의 나선 패턴(400)들은 원자로 용기(13)와 일체로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 원자로 용기(13)의 하부 표면에 결합될 수 있다.

수조(500)는 격납 용기(100)를 수납한다. 수조(500)는 냉각수(510)를 포함하며, 냉각수(510)의 수면 아래에 격납 용기(100)가 잠긴다.

일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통은, 원전 사고 발생 등의 신호가 발생하면, 격납 용기(100)와 원자로 용기(13) 사이의 내부 공간(110)을 냉각 유체(CF)로 채울 수 있는 공간 충진 유체 공급부(300)를 포함함으로써, 일시에 내부 공간(110)을 열 전달 매체인 냉각 유체(CF)로 채워 원자로 용기(13)로부터 발생된 열을 냉각 유체(CF)를 거쳐 격납 용기(100)로 전달하여 열 전달을 증진시킨다.

또한, 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통은, 격납 용기(100)의 내부 공간(110)에 상부의 유체 출구(220) 및 하부의 유체 입구(210)를 포함하는 격리 구조체(200)가 위치함으로써, 격납 용기(100)의 내부 공간(110)에 충진된 냉각 유체(CF)가 내부 공간(110)에서 순환하는 과정에서 격리 구조체(200)에 의해 원자로 용기(13)의 하부와 접촉이 증가된다.

또한, 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통은 원자로 용기(13)의 하부 표면으로부터 돌출된 복수의 나선 패턴(400)들을 포함함으로써, 격리 구조체(200)에 의해 원자로 용기(13)의 하부로 유도된 냉각 유체(CF)가 복수의 나선 패턴(400)들에 의해 원자로 용기(13)의 하부 표면에서 골고루 퍼져 원자로 용기(13)의 하부와 접촉이 증가된다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 상술한 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통의 효과를 설명한다.

도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 2에서 냉각 유체가 격납 용기의 내부 공간으로 이동한 것을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3에서 수조에 잠긴 격납 용기를 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 원자력 발전소에 배관 파단 등의 사고가 발생하여 전기를 생산하는 터빈 발전기에 의한 정상적인 노심(11) 냉각이 이루어지지 않게 되면, 노심(11)에서 잔열이 발생하게 되고 안전 계통 작동 신호가 발생하여 일부 안전 계통을 통해 잔열이 제거될 수 있다. 이와 동시에 원자로 용기(13) 표면을 통해서도 잔열 제거가 이루어지는데, 이러한 원자로 용기(13)의 표면을 통한 열 제거율을 증대하기 위해 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통이 사용될 수 있다.

일례로, 안전 계통이 작동되는 신호가 발생되면 격납 용기(100)와 유체 공급 탱크(310) 사이를 연결하는 유체 공급 배관(320)에 설치된 유체 제어 밸브(330)가 오픈되고, 수조(500) 대비 높은 위치에 위치하는 유체 공급 탱크(310)로부터 중력에 의해 냉각 유체(CF)가 유체 공급 배관(320)을 통해 격납 용기(100)의 내부 공간(110)을 채운다.

냉각 유체(CF)가 내부 공간(110)에 충진된 후, 원자로 용기(13)에서 열이 발생되면, 원자로 용기(13)에 근접한 제1 냉각 유체(CF)의 온도가 상승되어 부력에 의해 상승하게 되고, 격리 구조체(200) 상부의 유체 출구(220)를 통해 상승된 뜨거운 제1 냉각 유체(CF)는 수조(500)의 냉각수(510)에 잠긴 격납 용기(100)로 열 전달하여 격리 구조체(200)와 격납 용기(100) 사이의 공간에 위치하는 유로를 통해 하강하면서 제2 냉각 유체(CF)로 냉각된다. 냉각된 제2 냉각 유체(CF)는 격리 구조체(200) 하부의 유체 입구(210)를 통해 원자로 용기(13)의 하부로 유입되면서 원자로 용기(13) 냉각을 위한 냉각 유체(CF)의 순환이 수행된다. 격리 구조체(200) 하부의 유체 입구(210)를 통해 원자로 용기(13)의 하부로 유입된 냉각 유체(CF)는 원자로 용기(13)의 하부 표면을 지날 때 표면에 있는 양각의 나선 패턴(400)들로 인해 원자로 용기(13)의 하부 표면 전체에 골고루 분산되어 흐른다.

도 5는 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통을 사용한 전산유체해석의 3차원 유체 유선(streamline) 및 2차원 유체 유선을 나타낸 도면이다. 도 5의 (A)는 피동 잔열 제거 계통을 사용한 전산유체해석의 3차원 유체 유선을 나타낸 도면이며, (B)는 피동 잔열 제거 계통을 사용한 전산유체해석의 2차원 유체 유선을 나타낸 도면이다.

도 5의 (A) 및 (B)를 참조하면, 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통의 효과를 확인하기 위해 3차원 유체 유선 및 2차원 유체 유선을 통한 전산유체해석을 수행한 결과, 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통에 의해 원자로 용기의 하부로 유체가 잘 유입되는 것을 확인하였으며, 전체적인 유체의 순환도 잘 이루어지는 것을 확인하였다.

이와 같이, 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통은 격납 용기(100)와 원자로 용기(13) 사이의 내부 공간(110)을 냉각 유체(CF)로 채울 수 있는 공간 충진 유체 공급부(300) 및 격납 용기(100)의 내부 공간(110)에 위치하는 격리 구조체(200)를 포함함으로써, 원전 사고 발생 등의 신호가 발생하면 일시에 내부 공간(110)을 열 전달 매체인 냉각 유체(CF)로 채워 원자로 용기(13)로부터 발생된 열을 냉각 유체(CF)를 거쳐 격납 용기(100)로 전달하여 열 전달을 증진시키는 동시에 격납 용기(100)의 내부 공간(110)에 충진된 냉각 유체(CF)가 내부 공간(110)에서 순환하는 과정에서 격리 구조체(200)에 의해 원자로 용기(13)의 하부와 접촉이 증가되기 때문에, 격납 용기(100)에 격납된 일체형 원자로(10)에 대한 냉각 효율이 향상되는 동시에 일체형 원자로(10)를 안전하게 냉각시킨다.

또한, 일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통은 공간 충진 유체 공급부(300) 및 격리 구조체(200)에 더해 원자로 용기(13)의 하부 표면으로부터 돌출된 복수의 나선 패턴(400)들을 포함함으로써, 격리 구조체(200)에 의해 원자로 용기(13)의 하부로 유도된 냉각 유체(CF)가 복수의 나선 패턴(400)들에 의해 원자로 용기(13)의 하부 표면에서 골고루 퍼져 원자로 용기(13)의 하부와 접촉이 증가되기 때문에, 격납 용기(100)에 격납된 일체형 원자로(10)에 대한 냉각 효율이 향상되는 동시에 일체형 원자로(10)를 안전하게 냉각시킨다.

즉, 원전 사고 발생 시 격납 용기(100)에 격납된 일체형 원자로(10)에 대한 냉각 효율이 향상되는 동시에 일체형 원자로(10)를 안전하게 냉각시키는 피동 잔열 제거 계통이 제공된다.

일 실시예에 따른 피동 잔열 제거 계통은 별도의 능동 계통의 추가 없이 일체형 원자로(10)에서 발생하는 잔열을 제거하기 위한 적극적이고 피동적인 수단으로서, 어떠한 상황에서도 원자로 용기(13)의 건전성을 유지하면서 안전하게 노심(11)을 냉각시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

일체형 원자로(10), 격납 용기(100), 격리 구조체(200), 공간 충진 유체 공급부(300)

Claims (6)

1. 노심 및 증기 발생기를 포함하는 일체형 원자로를 격납하는 격납 용기;
   상기 격납 용기의 내부 공간에서 상기 일체형 원자로를 둘러싸며, 상기 일체형 원자로의 하부와 대응하여 관통된 유체 입구 및 상기 일체형 원자로의 상부와 대응하여 관통된 유체 출구를 포함하는 격리 구조체; 및
   상기 격납 용기와 연결되며, 상기 격납 용기의 상기 내부 공간으로 냉각 유체를 공급하는 공간 충진 유체 공급부
   를 포함하며,
   상기 격리 구조체의 상기 유체 입구는 상기 유체 출구 대비 직경이 작으며,
   상기 격리 구조체의 하부는 상기 일체형 원자로의 하부와 수직 방향으로 중첩하며,
   상기 격리 구조체의 상부는 상기 일체형 원자로의 상부와 수직 방향으로 비중첩하는 피동 잔열 제거 계통.
2. 제1항에서,
   상기 일체형 원자로는 상기 노심 및 상기 증기 발생기를 수납하는 원자로 용기를 더 포함하며,
   상기 유체 입구에 대응하여 상기 원자로 용기의 하부 표면에 돌출된 복수의 나선 패턴들을 포함하는 피동 잔열 제거 계통.
3. 제2항에서,
   상기 복수의 나선 패턴들 각각은 상기 원자로 용기의 하부 표면의 중심으로부터 상기 원자로 용기의 하부 표면의 테두리로 방사형으로 연장되는 피동 잔열 제거 계통.
4. 삭제
5. 제1항에서,
   상기 공간 충진 유체 공급부는,
   상기 냉각 유체를 저장하는 유체 공급 탱크;
   상기 유체 공급 탱크와 상기 격납 용기 사이를 연결하는 유체 공급 배관; 및
   상기 유체 공급 배관에 설치된 유체 제어 밸브
   를 포함하는 피동 잔열 제거 계통.
6. 제1항에서,
   상기 격납 용기를 수납하며, 상기 격납 용기가 잠긴 냉각수를 포함하는 수조를 더 포함하는 피동 잔열 제거 계통.

Images