KR102583804B1 - 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로 - Google Patents

피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로 Download PDF

Info

Publication number
KR102583804B1
KR102583804B1 KR1020220052639A KR20220052639A KR102583804B1 KR 102583804 B1 KR102583804 B1 KR 102583804B1 KR 1020220052639 A KR1020220052639 A KR 1020220052639A KR 20220052639 A KR20220052639 A KR 20220052639A KR 102583804 B1 KR102583804 B1 KR 102583804B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fluid
pressure vessel
flow path
natural circulation
core
Prior art date
Application number
KR1020220052639A
Other languages
English (en)
Inventor
방인철
김지용
Original Assignee
울산과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산과학기술원 filed Critical 울산과학기술원
Priority to KR1020220052639A priority Critical patent/KR102583804B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102583804B1 publication Critical patent/KR102583804B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • G21C15/182—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat comprising powered means, e.g. pumps
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/80—Arrangements for signal processing
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00—Reactor types
    • G21C1/32—Integral reactors, i.e. reactors wherein parts functionally associated with the reactor but not essential to the reaction, e.g. heat exchangers, are disposed inside the enclosure with the core
    • G21C1/322—Integral reactors, i.e. reactors wherein parts functionally associated with the reactor but not essential to the reaction, e.g. heat exchangers, are disposed inside the enclosure with the core wherein the heat exchanger is disposed above the core
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

본 발명에 따른 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로는, 침니 구조물이 내벽과 외벽을 포함하는 이중벽 구조로 형성됨으로써, 비상 운전시에는 침니 구조물의 내벽과 외벽 사이에 형성된 내부 자연순환 유로를 통과하는 제3유체가 압력 용기내의 제1유체와의 열교환을 통해 노심의 잔열을 제거할 수 있으므로, 압력 용기 내에서 제1유체의 수위가 감소하여 자연순환이 불가능한 경우에도 잔열 제거가 효과적으로 이루어질 수 있어 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 자연순환에 의한 피동 안전 계통으로 작동되기 때문에, 잔열 제거시 구동을 위한 별도의 전원공급 장치가 필요하지 않으므로, 구성이 간단하면서도 비용이 절감될 수 있는 이점이 있다. 또한, 압력 용기 내의 제1유체와 내부 자연순환 유로를 통과하는 제3유체가 서로 혼합되지 않으므로, 제1유체의 수위 감소에 관계없이 원자로의 운전에 따라 냉각 및 잔열 제거가 효율적으로 이루어질 수 있다.

Description

피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로{Small modular Reactor including the passive safety system}
본 발명은 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 침니 구조물이 내부 자연순환 유로가 형성된 이중벽 구조로 이루어져, 비상 운전시 내부 자연순환 유로를 통해 노심의 잔열을 효과적으로 제거할 수 있는 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로에 관한 것이다.
일반적으로 소형 모듈 원자로(SMR, Small Modular Reactor)는 증기 발생기, 펌프, 가압기 등 주요 기기를 하나의 원자로 압력 용기에 일체화한 소형 원자로이며, 기존의 원전을 약 100분의 1이하 수준으로 축소한 것이다. 소형 모듈 원자로는 지리적 의존도가 유연하기 때문에, 분산형 전원, 수소 생산, 해수 담수화, 공정열 공급 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다. 이러한 소형 모듈 원자로는, 주로 중력, 자연순환, 가스압력 등의 자연력을 사용하는 피동 안전 계통이 구비되어, 사고 발생시 노심의 잔열을 제거하도록 한다.
그러나, 종래의 소형 모듈 원자로의 사고시 노심으로부터 방출되는 잔열에 의해 원자로 냉각재의 수위가 지속적으로 감소하여 침니 구조물 이하로 감소할 경우, 압력 용기 내부에서 자연 대류가 형성될 수 없게 되어 잔열 제거 성능이 저하되는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-2360983호
본 발명의 목적은, 노심의 잔열을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로는, 노심과, 상기 노심을 냉각시키기 위한 제1유체를 수용하는 압력 용기와; 상기 압력 용기의 내부에서 상기 노심보다 높게 배치되고, 상기 노심에 의해 가열된 제1유체를 상기 압력 용기의 외부로부터 공급되는 제2유체와 열교환시켜 상기 제2유체를 증기로 변환시키기 위한 증기 발생기와; 상기 압력 용기의 내부에 구비되고, 상기 노심을 둘러싸면서 상기 노심과 상기 증기 발생기 사이를 구획하도록 상,하부가 개구된 통 형상으로 형성된 침니 구조물을 포함하고, 상기 침니 구조물은, 외벽과 내벽을 포함하는 이중벽 구조로 형성되어, 상기 내벽의 내측에는 상기 제1유체가 상기 노심에 의해 가열되어 상향 유동하도록 안내하는 메인 자연순환 유로가 형성되고, 상기 내벽과 상기 외벽 사이에는 상기 압력 용기의 외부로부터 공급되는 제3유체가 통과하면서 상기 제1유체와의 열교환을 통해 상기 노심의 잔열을 흡수하도록 안내하는 내부 유로가 형성된다.
상기 압력 용기의 외부에 구비되고, 상기 내부 유로에서 나온 상기 제3유체를 응축하기 위한 외부 열교환기를 더 포함한다.
상기 내부 유로의 상단과 상기 외부 열교환기를 연결하여, 상기 내부 유로에서 증발되어 나온 상기 제3유체를 상기 외부 열교환기로 안내하는 제3유체 토출관과, 상기 외부 열교환기와 상기 내부 유로의 하단을 연결하여, 상기 외부 열교환기에서 응축되어 나온 상기 제3유체를 상기 내부 유로로 안내하는 제3유체 회수관을 더 포함한다.
상기 제3유체 회수관에는 미리 설정된 비상 운전시 상기 제3유체 회수관을 개방하기 위한 제3유체 순환밸브가 설치된다.
상기 내부 유로는, 상기 제3유체가 상기 제1유체와의 열교환을 통해 가열되어 상향 유동하면서 자연순환되도록 안내하는 내부 자연순환 유로이다.
상기 외부 열교환기는, 수두차에 의해 상기 제3유체가 자연 순환하도록 상기 노심보다 높은 곳에 설치된다.
상기 제3유체 토출관에는 미리 설정된 비상 운전시 상기 제3유체를 펌핑하기 위한 펌프가 설치된다.
상기 제1유체의 수위를 감지하는 수위 센서와, 상기 제3유체 회수관에 설치된 제3유체 순환밸브와, 상기 수위 센서에서 감지된 수위가 미리 설정된 최소 수위 미만이면, 상기 제3유체 순환밸브를 개방시키는 제어부를 더 포함한다.
상기 압력 용기의 내부 온도를 감지하는 온도 센서와, 상기 제3유체 회수관에 설치된 제3유체 순환밸브와, 상기 온도 센서에서 감지된 온도가 미리 설정된 최고 온도를 초과하면, 상기 제3유체 순환밸브를 개방시키는 제어부를 더 포함한다.
상기 제3유체 회수관에 설치된 제3유체 순환밸브와, 원자로의 운전 정지시 상기 제3유체 순환밸브를 개방시키는 제어부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로는, 노심과, 상기 노심을 냉각시키기 위한 제1유체를 수용하는 압력 용기와; 상기 압력 용기의 내부에서 상기 노심보다 높게 배치되고, 상기 노심에 의해 가열된 제1유체를 상기 압력 용기의 외부로부터 공급되는 제2유체와 열교환시켜 상기 제2유체를 증기로 변환시키기 위한 증기 발생기와; 상기 증기 발생기에 연결되어, 상기 제2유체를 공급하는 제2유체 공급관과; 상기 증기 발생기를 상기 압력 용기의 외부에 구비된 터빈과 연결하여, 상기 증기 발생기에서 증발된 상기 제2유체를 상기 터빈으로 안내하는 제2유체 토출관과; 상기 압력 용기의 내부에 구비되고, 상기 노심을 둘러싸면서 상기 노심과 상기 증기 발생기 사이를 구획하도록 상,하부가 개구된 통 형상으로 형성되고, 외벽과 내벽을 포함하는 이중벽 구조로 형성되어, 상기 내벽의 내측에는 상기 제1유체가 상기 노심에 의해 가열되어 상향 유동하도록 안내하는 메인 자연순환 유로가 형성되고, 상기 내벽과 상기 외벽 사이에는 상기 압력 용기의 외부로부터 공급되는 제3유체가 통과하면서 상기 제1유체와의 열교환을 통해 상기 노심의 잔열을 흡수하여 상향 유동하도록 안내하는 내부 자연순환 유로가 형성된 침니 구조물과; 상기 압력 용기의 외부에서 수두차에 의해 상기 제3유체가 자연 순환하도록 상기 노심보다 높은 곳에 설치되어, 상기 내부 자연순환 유로에서 나온 상기 제3유체를 응축하기 위한 외부 열교환기와; 상기 내부 자연순환 유로의 상단과 상기 외부 열교환기를 연결하여, 상기 내부 자연순환 유로에서 증발된 상기 제3유체를 상기 외부 열교환기로 안내하는 제3유체 토출관과; 상기 외부 열교환기와 상기 내부 자연순환 유로의 하단을 연결하여, 상기 외부 열교환기에서 응축된 상기 제3유체를 상기 내부 자연순환 유로로 안내하는 제3유체 회수관과; 상기 제3유체 토출관과 상기 제3유체 회수관 중 적어도 하나에는 설치되어 상기 비상 운전시 개방되는 제3유체 순환밸브를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로는, 노심과, 상기 노심을 냉각시키기 위한 제1유체를 수용하는 압력 용기와; 상기 압력 용기의 내부에 배치되고, 상기 노심에 의해 가열된 제1유체를 상기 압력 용기의 외부로부터 공급되는 제2유체와 열교환시켜 상기 제2유체를 가열하는 가열기와; 상기 압력 용기의 내부에 구비되고, 상기 노심에 의해 가열된 상기 제1유체를 상기 가열기로 유도하는 침니 구조물을 포함하고, 상기 침니 구조물의 내부에는 제3유체가 상기 제1유체와 열교환하여 상기 노심의 잔열을 흡수하도록 안내하는 내부 자연순환 유로가 형성되고, 상기 제3유체는 상기 압력 용기의 외부에서 상기 내부 자연순환 유로로 유입되고, 상기 내부 자연순환 유로를 통해 상기 제1유체와 열교환된 후 상기 압력 용기의 외부로 배출되고, 상기 압력 용기의 외부에서 냉각된 후, 다시 상기 내부 자연순환 유로로 순환된다.
상기 압력 용기의 외부에 구비되고, 상기 내부 자연순환 유로에서 나온 상기 제3유체를 응축하기 위한 외부 열교환기를 더 포함한다.
상기 내부 자연순환 유로의 상단과 상기 외부 열교환기를 연결하여, 상기 내부 자연순환 유로에서 증발되어 나온 상기 제3유체를 상기 외부 열교환기로 안내하는 제3유체 토출관과, 상기 외부 열교환기와 상기 내부 자연순환 유로의 하단을 연결하여, 상기 외부 열교환기에서 응축되어 나온 상기 제3유체를 상기 내부 자연순환 유로로 안내하는 제3유체 회수관을 더 포함한다.
본 발명에 따른 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로는, 침니 구조물이 내벽과 외벽을 포함하는 이중벽 구조로 형성됨으로써, 비상 운전시에는 침니 구조물의 내벽과 외벽 사이에 형성된 내부 자연순환 유로를 통과하는 제3유체가 압력 용기내의 제1유체와의 열교환을 통해 노심의 잔열을 제거할 수 있으므로, 압력 용기 내에서 제1유체의 수위가 감소하여 자연순환이 불가능한 경우에도 잔열 제거가 효과적으로 이루어질 수 있어 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 자연순환에 의한 피동 안전 계통으로 작동되기 때문에, 잔열 제거시 구동을 위한 별도의 전원공급 장치가 필요하지 않으므로, 구성이 간단하면서도 비용이 절감될 수 있는 이점이 있다.
또한, 압력 용기 내의 제1유체와 내부 자연순환 유로를 통과하는 제3유체가 서로 혼합되지 않으므로, 제1유체의 수위 감소에 관계없이 원자로의 운전에 따라 냉각 및 잔열 제거가 효율적으로 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로의 정상 운전시를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 침니 구조물의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로의 비상 운전시를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로의 정상 운전시를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 침니 구조물의 횡단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소형 모듈 원자로(SMR, Small Modular Reactor)는, 압력 용기(10)의 내부에 가압기(60)와 증기 발생기(30)가 포함된 구조인 일체형 원자로이다.
상기 소형 모듈 원자로(이하, 원자로라 칭함)는, 압력 용기(10), 노심(20), 증기 발생기(30), 침니 구조물(40) 및 외부 열교환기(50)를 포함한다.
상기 압력 용기(10)는, 내부에 상기 노심(20)을 수용하도록 형성된다. 또한, 상기 압력 용기(10)의 내부에는 상기 노심(20)에서 발생된 열을 냉각시키기 위한 냉각재인 제1유체(A)가 수용된다.
상기 압력 용기(10)의 상부에는 상기 제1유체(A)를 가압하는 가압기(60)가 구비된다. 상기 가압기(60)가 상기 제1유체(A)를 가압하면 상기 제1유체(A)의 끓는점이 증가하여 상기 제1유체(A)가 액체 상태를 유지할 수 있다.
상기 노심(20)은, 상기 압력 용기(10)의 내부 하측에 구비된다.
상기 증기 발생기(30)는, 상기 압력 용기(10)의 내부에서 상기 노심(20)보다 높게 배치되고, 상기 노심(20)보다 외측에 배치된다. 상기 증기 발생기(30)는 복수개가 구비될 수 있다. 상기 증기 발생기(30)는, 상기 노심(20)에 의해 가열된 제1유체와 후술하는 제2유체를 열교환시켜, 상기 제2유체를 증기로 변환시킨다.
상기 증기 발생기(30)에는 제2유체 공급관(31)과 제2유체 토출관(32)이 연결된다.
상기 제2유체 공급관(31)은, 상기 증기 발생기(30)의 일단에 연결되어, 외부로부터 상기 제2유체를 공급하는 배관이다.
상기 제2유체 토출관(32)은, 상기 증기 발생기(30)의 타단에 연결되어, 상기 증기 발생기(30)에서 증발된 증기상태의 상기 제2유체를 터빈(미도시)으로 공급하는 배관이다.
상기 터빈(미도시)은, 상기 압력 용기(10)의 외부에 구비되어, 상기 증기 발생기(30)에서 생성된 증기를 이용해 전력을 생산한다.
상기 침니 구조물(40)은, 상기 압력 용기(10)의 내부에 구비되고, 상기 노심(20)을 둘러싸면서 상기 노심(20)과 상기 증기 발생기(30) 사이를 구획하여 격벽 역할을 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 침니 구조물(40)은, 상,하부가 개구되고 상하방향으로 긴 통 형상으로 형성되되, 내벽(41)과 외벽(42)을 포함하는 이중벽 구조로 형성된다.
상기 내벽(41)의 내측에는 상기 제1유체(A)가 통과하는 메인 자연순환 유로(40a)가 형성된다.
상기 메인 자연순환 유로(40a)는, 상기 원자로의 운전시 상기 노심(20)에 의해 가열된 상기 제1유체(A)가 상승하여 개구된 상면을 통해 외측으로 배출되도록 하는 연통 효과(Chimney effect)를 발생시키는 자연순환 유로이다.
상기 내벽(41)과 상기 외벽(42)사이에는 상기 압력 용기(10)의 외부로부터 공급되는 제3유체(B)가 통과하는 내부 자연순환 유로(40b)가 형성된다.
여기서, 상기 제3유체(B)는 상기 제1유체(A)와 동일한 유체인 것도 가능하고 다른 유체인 것도 가능하다. 다만, 상기 제3유체(B)는 유로상에서 상기 제1유체(A)와 혼합되지 않고, 서로 다른 유로를 통해 별도로 유동한다.
상기 내부 자연순환 유로(40b)는 상기 내벽(41)과 상기 외벽(42)사이에 형성된 내부 유로이다. 상기 내부 자연순환 유로(40b)는, 연통 효과(Chimney effect)를 발생시키는 자연순환 유로이다. 상기 내부 자연순환 유로(40b)는, 미리 설정된 비상 운전시 상기 제3유체(B)가 상기 압력 용기(10) 내부의 제1유체(A)와 열교환을 통해 상기 노심의 잔열을 흡수하여 상승하여 상기 외부 열교환기(50)로 배출되도록 안내한다. 즉, 상기 내부 자연순환 유로(40b)는 잔열 제거용 유로이다.
상기 제3유체에 의한 잔열 제거 성능은, 상기 내부 자연순환 유로(40b)의 단면적, 길이, 수두 차이 및 상기 외부 열교환기(50)의 크기, 표면적 등에 따라 결정될 수 있다. 상기 수두 차이는, 상기 내부 자연순환 유로(40b)의 하단과 상기 외부 열교환기(50)의 높이 차, 상기 제3유체의 밀도차이 등에 따라 결정될 수 있다.
상기 내부 자연순환 유로(40b)에는 제3유체 회수관(51)과 제3유체 토출관(52)이 연결된다.
상기 제3유체 회수관(51)은, 상기 외부 열교환기(50)와 상기 내부 자연순환 유로(40b)의 하단을 연결하여, 상기 외부 열교환기(50)에서 응축된 상기 제3유체를 상기 내부 자연순환 유로(40b)로 안내하는 배관이다.
상기 제3유체 토출관(52)은, 상기 내부 자연순환 유로(40b)의 상단과 상기 외부 열교환기(50)를 연결하여, 상기 내부 자연순환 유로(40b)에서 증발된 상기 제3유체를 상기 외부 열교환기(50)로 안내하는 배관이다.
상기 제3유체 회수관(51)에는 상기 비상 운전시 상기 제3유체 회수관(51)을 개방시키기 위한 제3유체 순환밸브(53)가 설치된다.
본 실시예에서는, 상기 제3유체 순환밸브(53)의 개방시 상기 제3유체가 자연 순환하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 제3유체 토출관(52)에는 상기 제3유체를 순환시키기 위한 순환 펌프가 추가로 구비되어 강제 순환시키는 것도 물론 가능하다.
상기 외부 열교환기(50)는, 상기 압력 용기(10)의 외부에 구비되어, 상기 내부 자연순환 유로(40b)에서 가열된 상기 제3유체를 응축하는 열교환기이다. 상기 외부 열교환기(50)에서는 상기 제3유체를 외부 공기 또는 외부 냉각수와 열교환시킬 수 있다. 즉, 상기 외부 열교환기(50)는 공랭식도 가능하고 수랭식도 가능하다. 상기 외부 열교환기(50)는, 적어도 한 개 이상이 구비될 수 있다. 상기 외부 열교환기(50)의 개수는 설계자가 원하는 잔열 제거 성능에 따라 다르게 적용할 수 있다.
상기 외부 열교환기(50)는, 상기 노심(20)보다 높은 곳에 설치되어, 중력에 의한 수두 차이에 의해 상기 외부 열교환기(50)에서 응축된 상기 제3유체가 상기 내부 자연순환 유로(40b)의 하부로 순환될 수 있다.
또한, 상기 원자로의 운전 상태에 따라 상기 제3유체 순환밸브(43)의 개폐를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함한다.
여기서, 상기 비상 운전은, 상기 원자로의 사고 발생으로 인해 상기 원자로의 운전이 정지되는 경우, 또는 상기 원자로 내부의 온도가 과도하게 상승하는 경우, 또는 상기 압력 용기(10) 내부의 상기 제1유체(A)의 수위가 상기 침니 구조물(40)의 상단보다 낮아지는 경우 등을 포함할 수 있다. 상기 제1유체(A)의 수위가 상기 침니 구조물(40)의 상단보다 낮아지면, 상기 메인 자연순환 유로(40a)에서 연통 효과가 발생되지 않으므로, 상기 비상 운전이 실시되어야 한다.
또한, 상기 소형 모듈 원자로는, 상기 압력 용기(10)의 내부에 구비되어 상기 제1유체(A)의 수위를 감지하는 수위 센서(미도시)와, 상기 압력 용기(10)의 내부 온도를 감지하는 온도 센서(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 수위 센서(미도시)에서 감지된 수위가 미리 설정된 최소 소위 미만이면, 상기 비상 운전이라고 판단하여 상기 제3유체 순환밸브(43)를 개방시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 온도 센서(미도시)에서 감지된 온도가 미리 설정된 최고 온도를 초과하면, 상기 비상 운전이라고 판단하여 상기 제3유체 순환밸브(43)를 개방시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 피동 안전 계통을 구비한 소형모듈 원자로의 냉각 방법을 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 도 2를 참조하면, 상기 소형 모듈 원자로의 정상 운전시, 상기 압력 용기(10)내에 수용된 상기 제1유체(A)는 상기 노심(20)을 냉각시키면서 자연순환한다.
여기서, 상기 정상 운전은, 상기 소형 모듈 원자로가 작동 중인 상태이다. 상기 정상 운전시 상기 제3유체 순환밸브(43)는 차폐되어, 잔열 제거 계통을 통한 열손실을 방지한다.
싱기 제1유체(A)가 자연순환하는 경로는 다음과 같다.
상기 침니 구조물(40)의 내부에서 상기 노심(20)에 의해 가열된 상기 제1유체(A)는 상기 메인 자연순환 유로(40a)를 따라 상향 이동한다.
상기 메인 자연순환 유로(40a)를 따라 상향 이동한 제1유체(A)는 상기 침니 구조물(40)의 개구된 상면을 통해 토출된다.
상기 침니 구조물(40)의 개구된 상면을 통해 토출된 상기 제1유체(A)는, 상기 침니 구조물(40)의 외측에 배치된 상기 증기 발생기(30)를 통과한 후 하향 유동하게 된다.
상기 증기 발생기(30)에서는 상기 제1유체(A)와 상기 제2유체의 열교환이 이루어진다. 상기 제1유체(A)는 열교환에 의해 냉각되어 상기 압력 용기(10)의 하부로 유동한다.
상기 압력 용기(10)의 하부로 유동한 상기 제1유체(A)는 상기 침니 구조물(40)의 개구된 하면을 통해 상기 침니 구조물(40)의 내부로 다시 유입되어, 순환된다.
상기와 같이, 상기 침니 구조물(40)이 연통 효과(Chimney effect)를 발생시키므로, 상기 제1유체는 상기 침니 구조물(40)의 개구된 하면을 통해 상기 메인 자연순환 유로(40a)로 유입된 후, 상기 메인 자연순환 유로(40a)를 따라 상향 이동하고, 상기 침니 구조물(40)의 개구된 상면을 통해 토출되어 상기 증기 발생기(30)를 통과한 후 다시 상기 침니 구조물(40)의 하부로 자연 순환하게 된다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로의 비상 운전시를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 소형 모듈 원자로의 작동이 중지되는 비상 운전시, 상기 제어부(미도시)는 상기 제3유체 순환밸브(53)를 개방시킨다.
여기서, 상기 비상 운전은, 상기 원자로의 사고 발생으로 인한 운전 정지시 또는 상기 원자로 내부의 온도가 과도하게 상승하는 경우, 또는 상기 압력 용기(10)에서 상기 제1유체(A)의 수위가 상기 침니 구조물(40)의 상단보다 낮아지는 경우 등을 포함할 수 있다.
이하, 본 실시예에서는, 상기 원자로의 운전 정지시 상기 노심(20)으로부터 방출되는 잔열에 의해 상기 제1유체(A)의 수위가 지속적으로 감소하여, 상기 침니 구조물(40)의 상단보다 낮아져서 상기 제1유체(A)가 더 이상 자연 순환할 수 없는 경우를 예로 들어 설명한다.
상기 제3유체 순환밸브(53)가 개방되면, 상기 제3유체(B)는 상기 제3유체 순환밸브(53), 상기 제3유체 회수관(51), 상기 내부 자연순환 유로(40b), 상기 제3유체 토출관(52), 상기 외부 열교환기(50) 및 상기 제3유체 순환밸브(53)를 차례로 자연 순환하게 된다.
즉, 상기 제3유체 순환 밸브(53)의 개방시, 상기 제3유체 순환밸브(53)보다 상류측에 있던 상기 제3유체(B)가 수두차에 의해 상기 내부 자연순환 유로(40b)의 하부로 유동한다.
상기 제3유체(B)는 상기 내부 자연순환 유로(40b)를 통과하면서 상기 압력 용기(10) 내부에 있는 상기 제1유체(A)와 열교환한다.
상기 제3유체(B)는 상기 제1유체(A)와의 열교환을 통해 상변화하여 증기 상태가 된다.
상기 내부 자연순환 유로(40b)에서 증발된 제3유체(B)는 상기 제3유체 토출관(52)을 통해 상기 외부 열교환기(50)로 유입된다.
상기 외부 열교환기(50)로 유입된 상기 제3유체는 외부 공기 또는 외부 냉각수와 열교환을 통하여 냉각되어 응축된다.
상기 외부 열교환기(50)에서 응축된 제3유체(B)는 중력에 의한 수두차에 의해 상기 제3유체 회수관(51)을 통해 상기 내부 자연순환 유로(40b)로 자연 순환하게 된다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 소형 모듈 원자로는, 정상 운전시는 상기 압력 용기(10)내에 수용된 상기 제1유체(A)에 의해 냉각되고, 비상 운전시는 상기 침니 구조물(40)의 내벽(41)과 외벽(42)사이에 형성된 상기 내부 자연순환 유로(40b)를 통과하는 제3유체(B)가 상기 제1유체(A)와의 열교환을 통해 상기 노심(20)의 잔열을 제거할 수 있다.
따라서, 상기 제1유체(A)의 수위가 감소하여 자연 순환이 불가능하더라도 상기 내부 자연순환 유로(40b)를 통과하는 제3유체(B)에 의해 잔열 제거가 효과적으로 이루어질 수 있으므로, 원자로의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 자연순환에 의한 피동 안전 계통으로 작동되기 때문에, 잔열 제거시 구동을 위한 별도의 전원공급 장치가 필요하지 않으므로, 구성이 간단하면서도 비용이 절감될 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 침니 구조물(40)의 내부에 상기 내부 자연순환 유로(40b)를 형성하는 설계 변경만으로 적용가능하기 때문에, 원자로의 대규모 설계 변경이 필요하지 않는 이점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 압력 용기 20: 노심
30: 증기 발생기 40: 침니 구조물
41: 내벽 42: 외벽
50: 외부 열교환기 51: 제3유체 토출관
52: 제3유체 회수관 53: 제3유체 순환밸브

Claims (14)

  1. 노심과, 상기 노심을 냉각시키기 위한 제1유체를 수용하는 압력 용기와;
    상기 압력 용기의 내부에서 상기 노심보다 높게 배치되고, 상기 노심에 의해 가열된 제1유체를 상기 압력 용기의 외부로부터 공급되는 제2유체와 열교환시켜 상기 제2유체를 증기로 변환시키기 위한 증기 발생기와;
    상기 압력 용기의 내부에 구비되고, 상기 노심을 둘러싸면서 상기 노심과 상기 증기 발생기 사이를 구획하도록 상,하부가 개구된 통 형상으로 형성된 침니 구조물을 포함하고,
    상기 침니 구조물은, 외벽과 내벽을 포함하는 이중벽 구조로 형성되어,
    상기 내벽의 내측에는 상기 제1유체가 상기 노심에 의해 가열되어 상향 유동하도록 안내하는 메인 자연순환 유로가 형성되고,
    상기 내벽과 상기 외벽 사이에는 상기 압력 용기의 외부로부터 공급되는 제3유체가 통과하면서 상기 제1유체와의 열교환을 통해 상기 노심의 잔열을 흡수하도록 안내하는 내부 유로가 형성된 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 용기의 외부에 구비되고, 상기 내부 유로에서 나온 상기 제3유체를 응축하기 위한 외부 열교환기를 더 포함하는 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 내부 유로의 상단과 상기 외부 열교환기를 연결하여, 상기 내부 유로에서 증발되어 나온 상기 제3유체를 상기 외부 열교환기로 안내하는 제3유체 토출관과,
    상기 외부 열교환기와 상기 내부 유로의 하단을 연결하여, 상기 외부 열교환기에서 응축되어 나온 상기 제3유체를 상기 내부 유로로 안내하는 제3유체 회수관을 더 포함하는 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제3유체 회수관에는 미리 설정된 비상 운전시 상기 제3유체 회수관을 개방하기 위한 제3유체 순환밸브가 설치된 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 유로는, 상기 제3유체가 상기 제1유체와의 열교환을 통해 가열되어 상향 유동하면서 자연순환되도록 안내하는 내부 자연순환 유로인 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 외부 열교환기는, 수두차에 의해 상기 제3유체가 자연 순환하도록 상기 노심보다 높은 곳에 설치된 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제3유체 토출관에는 미리 설정된 비상 운전시 상기 제3유체를 펌핑하기 위한 펌프가 설치된 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1유체의 수위를 감지하는 수위 센서와,
    상기 제3유체 회수관에 설치된 제3유체 순환밸브와,
    상기 수위 센서에서 감지된 수위가 미리 설정된 최소 수위 미만이면, 상기 제3유체 순환밸브를 개방시키는 제어부를 더 포함하는 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 압력 용기의 내부 온도를 감지하는 온도 센서와,
    상기 제3유체 회수관에 설치된 제3유체 순환밸브와,
    상기 온도 센서에서 감지된 온도가 미리 설정된 최고 온도를 초과하면, 상기 제3유체 순환밸브를 개방시키는 제어부를 더 포함하는 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 제3유체 회수관에 설치된 제3유체 순환밸브와,
    원자로의 운전 정지시 상기 제3유체 순환밸브를 개방시키는 제어부를 더 포함하는 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  11. 노심과, 상기 노심을 냉각시키기 위한 제1유체를 수용하는 압력 용기와;
    상기 압력 용기의 내부에서 상기 노심보다 높게 배치되고, 상기 노심에 의해 가열된 제1유체를 상기 압력 용기의 외부로부터 공급되는 제2유체와 열교환시켜 상기 제2유체를 증기로 변환시키기 위한 증기 발생기와;
    상기 증기 발생기에 연결되어, 상기 제2유체를 공급하는 제2유체 공급관과;
    상기 증기 발생기를 상기 압력 용기의 외부에 구비된 터빈과 연결하여, 상기 증기 발생기에서 증발된 상기 제2유체를 상기 터빈으로 안내하는 제2유체 토출관과;
    상기 압력 용기의 내부에 구비되고, 상기 노심을 둘러싸면서 상기 노심과 상기 증기 발생기 사이를 구획하도록 상,하부가 개구된 통 형상으로 형성되고, 외벽과 내벽을 포함하는 이중벽 구조로 형성되어, 상기 내벽의 내측에는 상기 제1유체가 상기 노심에 의해 가열되어 상향 유동하도록 안내하는 메인 자연순환 유로가 형성되고, 상기 내벽과 상기 외벽 사이에는 상기 압력 용기의 외부로부터 공급되는 제3유체가 통과하면서 상기 제1유체와의 열교환을 통해 상기 노심의 잔열을 흡수하여 상향 유동하도록 안내하는 내부 자연순환 유로가 형성된 침니 구조물과;
    상기 압력 용기의 외부에서 수두차에 의해 상기 제3유체가 자연 순환하도록 상기 노심보다 높은 곳에 설치되어, 상기 내부 자연순환 유로에서 나온 상기 제3유체를 응축하기 위한 외부 열교환기와;
    상기 내부 자연순환 유로의 상단과 상기 외부 열교환기를 연결하여, 상기 내부 자연순환 유로에서 증발된 상기 제3유체를 상기 외부 열교환기로 안내하는 제3유체 토출관과;
    상기 외부 열교환기와 상기 내부 자연순환 유로의 하단을 연결하여, 상기 외부 열교환기에서 응축된 상기 제3유체를 상기 내부 자연순환 유로로 안내하는 제3유체 회수관과;
    상기 제3유체 토출관과 상기 제3유체 회수관 중 적어도 하나에는 설치되어 상기 비상 운전시 개방되는 제3유체 순환밸브를 포함하는 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  12. 노심과, 상기 노심을 냉각시키기 위한 제1유체를 수용하는 압력 용기와;
    상기 압력 용기의 내부에 배치되고, 상기 노심에 의해 가열된 제1유체를 상기 압력 용기의 외부로부터 공급되는 제2유체와 열교환시켜 상기 제2유체를 가열하는 가열기와;
    상기 압력 용기의 내부에 구비되고, 상기 노심에 의해 가열된 상기 제1유체를 상기 가열기로 유도하는 침니 구조물을 포함하고,
    상기 침니 구조물의 내부에는 제3유체가 상기 제1유체와 열교환하여 상기 노심의 잔열을 흡수하도록 안내하는 내부 자연순환 유로가 형성되고,
    상기 제3유체는 상기 압력 용기의 외부에서 상기 내부 자연순환 유로로 유입되고, 상기 내부 자연순환 유로를 통해 상기 제1유체와 열교환된 후 상기 압력 용기의 외부로 배출되고, 상기 압력 용기의 외부에서 냉각된 후, 다시 상기 내부 자연순환 유로로 순환되는 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 압력 용기의 외부에 구비되고, 상기 내부 자연순환 유로에서 나온 상기 제3유체를 응축하기 위한 외부 열교환기를 더 포함하는 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 내부 자연순환 유로의 상단과 상기 외부 열교환기를 연결하여, 상기 내부 자연순환 유로에서 증발되어 나온 상기 제3유체를 상기 외부 열교환기로 안내하는 제3유체 토출관과,
    상기 외부 열교환기와 상기 내부 자연순환 유로의 하단을 연결하여, 상기 외부 열교환기에서 응축되어 나온 상기 제3유체를 상기 내부 자연순환 유로로 안내하는 제3유체 회수관을 더 포함하는 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로.
KR1020220052639A 2022-04-28 2022-04-28 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로 KR102583804B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220052639A KR102583804B1 (ko) 2022-04-28 2022-04-28 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220052639A KR102583804B1 (ko) 2022-04-28 2022-04-28 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102583804B1 true KR102583804B1 (ko) 2023-09-27

Family

ID=88188973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220052639A KR102583804B1 (ko) 2022-04-28 2022-04-28 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102583804B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015519583A (ja) * 2012-06-13 2015-07-09 ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー モジュール式小型炉の安全系統
KR20180077217A (ko) * 2015-10-26 2018-07-06 뉴스케일 파워, 엘엘씨 냉간 셧다운을 위한 수동 냉각
KR20180079736A (ko) * 2017-01-02 2018-07-11 한국수력원자력 주식회사 냉각 신뢰도가 향상된 smr 원자로 시스템
KR20210079952A (ko) * 2019-12-20 2021-06-30 울산과학기술원 인덕션 가열 기반의 원자로 액체금속 가열 및 냉각 시스템
KR102360983B1 (ko) 2020-06-23 2022-02-08 한국수력원자력 주식회사 해상 구조물용 일체형 원자로의 피동 잔열 제거 계통

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015519583A (ja) * 2012-06-13 2015-07-09 ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー モジュール式小型炉の安全系統
KR20180077217A (ko) * 2015-10-26 2018-07-06 뉴스케일 파워, 엘엘씨 냉간 셧다운을 위한 수동 냉각
KR20180079736A (ko) * 2017-01-02 2018-07-11 한국수력원자력 주식회사 냉각 신뢰도가 향상된 smr 원자로 시스템
KR20210079952A (ko) * 2019-12-20 2021-06-30 울산과학기술원 인덕션 가열 기반의 원자로 액체금속 가열 및 냉각 시스템
KR102360983B1 (ko) 2020-06-23 2022-02-08 한국수력원자력 주식회사 해상 구조물용 일체형 원자로의 피동 잔열 제거 계통

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2862176B1 (en) Small modular reactor safety systems
KR101313789B1 (ko) 핵 반응로 및 핵 반응로의 냉각 방법
US6718001B2 (en) Nuclear reactor
KR101366218B1 (ko) 원자로 및 원자로의 반응로 코어 냉각 방법
KR101437481B1 (ko) 핵 반응로 및 핵 반응로의 냉각 방법
US9206978B2 (en) Pressurized water reactor compact steam generator
KR102111812B1 (ko) 모듈식 가압수로형 원자로를 위한 노심 보충수 탱크와 열제거 시스템의 결합
CA2150275C (en) Passive emergency water system for water-cooled nuclear reactors
US20140241484A1 (en) Pressurized water reactor depressurization system
KR102583804B1 (ko) 피동 안전 계통을 구비한 소형 모듈 원자로
US3052615A (en) Nuclear flash steam generator
JPH0659076A (ja) 加圧水型原子炉の残留出力除去装置
EP3492811B1 (en) Nuclear power plants
KR102369045B1 (ko) 원자로 냉각 구조체
JPH067180B2 (ja) 一体型圧力容器構造の原子炉
KR102364895B1 (ko) 원자로 냉각 구조체
KR102485225B1 (ko) 원자로
KR20230067237A (ko) 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템
JP2023078930A (ja) 原子炉格納容器冷却装置
JP2005274337A (ja) 原子炉

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant