KR102597607B1

KR102597607B1 - 원자로 유효 노심 용융 코어 캐쳐

Info

Publication number: KR102597607B1
Application number: KR1020207037551A
Authority: KR
Inventors: 알렉산드르 스타레비치 시다로프; 타티아나 아로폴코프나 드츠바노프스카야; 미하일 알렉산드로비치 로쉬친
Original assignee: 조인트 스탁 컴퍼니 “아톰에네르고프로엑트”; 사이언스 앤드 이노베이션스 ― 뉴클리어 인더스트리 사이언티픽 디벨롭먼트, 프라이빗 엔터프라이즈
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2023-11-03
Also published as: KR20210065071A; WO2020067920A1; EP3859748A1; JP7252987B2; US11437157B2; US20210210226A1; EA202092920A1; CA3105020A1; BR112020026852A2; CN114207738A; JP2022511210A; RU2700925C1

Abstract

발명의 그룹은 원자력 분야, 특히 원자력 발전소 안전성을 공급하는 시스템에 관한 것이며, 노심용융, 원자로 용기 파괴 및 원자력 격납건물 외에 노심용융 노출을 이끌어내는 심각한 사고 시 사용될 수 있다.
청구된 발명의 기술결과는 원자로 유효 노심 용융 캐쳐의 신뢰성을 증가하는 것이다. 청구된 발명의 목표는 비축 대칭 충격 하중이 발상할 경우에 원자로 유효 노심 용융물을 국소화하기 위해서 코어 캐쳐의 전복을 제거하고 노심용융물이 캐쳐 용기 밖으로 노출되는 것을 예방하는 것이다.
상기 목표를 달성하기 위해서 원자로 용기 밑바닥 밑에 설치되어 있는 다층 용기(layered vessel), 상기 다층 용기에 배치되어 있는 용융물을 희석하기 위한 필러재, 상부 지지대 및 원자로의 콘크리트 볼트(concrete vault)에 다층 용기 밑으로 설치되어 있는 수평적인 구획형, 솔리드형 또는 분할형 매립판으로 구성되어 있는 하부 지지대를 포함하는 것으로서, 수평적인 구획형, 솔리드형 또는 분할형 매립판이 방사형 지지대를 포함하고, 다층 용기가 수평적인 구획형, 솔리드형 또는 분할형 매립판을 지탱하고 있는 방사형 지지대를 포함하고, 수평적인 구획형, 솔리드형 또는 분할형 매립판의 방사형 지지대와 다층 용기의 방사형 지지대는 서로간에 클램프로 연결되어 있고, 방사형 지지대와 클램프에는 타원형 구멍이 있으며, 상부 지지대에는 다층 용기의 하부 지지대의 각 방사형 지지대의 가로축이 투영도로 보았을 때 상기 다층 용기를 원자로의 콘크리트 볼트(vault)의 수직적인 벽에 연결하고, 다층 용기에 대해 접선 방향으로 설치되어 있는 한 쌍의 턴버클의 부착점을 기준으로 등거리에서 있도록 다층 용기의 상부에 쌍 별로 설치되어 있는 턴버클들이 있으며, 고정장치에 쌍곡면 형태로 가공된 구멍이 구비되어 있다.

Description

원자로 유효 노심 용융 코어 캐쳐

본 발명은 원자력 분야, 특히 원자력 발전소의 안전성을 제공하는 시스템에 관한 것이며, 노심 용융, 원자로 용기 파괴 및 원자력 격납건물 외에 노심 용융 노출을 이끌어내는 심각한 사고 시 사용될 수 있다.

가장 위험한 사고는 능동 및 수동 안전 시스템의 다양한 조합 실패(부속 장비 고장/파손) 및 정상 유지관리, 또는 원자력 발전소 정전이나 원자력 설계에 따른 노심의 비상 냉각을 위해서 전기 공급이 불가능 시 노심이 용융되는 사고이다.

그러한 사고 시 유효 노심용융, 즉 노심용융물은 원자로 내부 구조물 및 원자로 용기를 녹이고 그의 외부로 노출되어 노심 내부의 잔류 열은 원자력 발전소의 격납건물, 즉 방사성 물질이 주변 환경으로 방출되는 마지막 장벽의 무결성을 파괴할 수 있다.

그것을 예방하기 위해서 원자로 용기에서 노출되는 노심용융물을 국소화해야 하며 노심용융물의 모든 구성이 완전히 결정화 될 때까지 지속적인 냉각을 보장해야 한다. 원자로 유효 노심용융물 코어 캐쳐 및 냉각 시스템은 위의 기능을 수행하여 심각한 핵 사고 시 인구 및 환경을 방사성으로부터 보호한다.

원자로 용기 바닥 밑에 설치되고 다층 용기 형태의 냉각 피복, 다층 용기에 있는 용융 회석용 필러재, 다층 용기 밑에 원자로 샤프트 콘크리트에 설치된 수평 단면이 솔리드형(중실형) 또는 분할형의 매립판으로 구성된 하부 구조물 또한 클램프 및 패스너를 사용하여 코어 캐쳐의 몸체를 상기 매립판과 연결하는 수직 원통형 파이프가 있는 원자로 유효 노심용융물 코어 캐쳐[특허문헌 1]가 알려져 있다.

본 장치의 단점은 용융물이 코어 캐쳐 용기에 축 비축대칭 들어갈 때 코어 캐쳐는 충격 부하에 의해 변위되고 원자로 샤프트의 수직 벽 위로 넘어져 용융물이 코어 캐쳐 외부로 빠져 나갈 수 있는 것으로 인한 낮은 신뢰성이다.

원자로 샤프트에 설치되어 지지면과 측벽으로 구성되어 용융용 용기와 원자로 샤프트 측벽에 설치된 상부 지지구조물(지지대)을 포함한 코어 캐쳐 시스템[특허문헌 2]이 알려져 있다.

본 장치의 단점은 용융물이 코어 캐쳐 용기에 축 비축대칭 들어갈 때 상부 지지구조물이 변형되어 원자로 샤프트 하부면으로 떨어짐과 원자로 수직 벽에 전복되어 용융물이 코어 캐쳐 외부로 빠져 나갈 수 있는 것으로 인한 낮은 신뢰성이다.

러시아 특허공보 № 2398294, IPC G21C 9/00, 2009년 4월 15일. 일본 특허공보 JP2010271261, IPCG21C9/00, 2009년 5 월 25일.

청구된 발명의 기술결과는 원자로 유효 노심 용융 캐쳐의 신뢰성을 증가하는 것이다.

청구된 발명의 목표는 비축 대칭 충격 하중에 노출 될 때 원자로 노심 용융물 캐쳐 전복 및 용기 외부의 용융물 방출을 예방하는 것이다.

상기 목표를 달성하기 위해서 원자로 용기 바닥 밑에 설치되고 다층 용기 형태의 냉각 피복, 다층 용기에 있는 용융 회석용 필러재, 상부 구조물 및 다층 용기 밑에 원자로 샤프트 콘크리트에 설치된 구획형, 솔리드형 또는 분할형의 매립판으로 구성된 하부 구조물을 포함한 원자로 노심용융 캐쳐는 발명에 따라 구획형, 솔리드형 또는 분할형의 매립판은 방사형 지지구조물을 포함하고 코어 캐쳐는 구획형, 솔리드형 또는 분할형 매립판의 방사형 지지구조물에 지지된 방사형 지지구조물을 포함하는데 코어 캐쳐 방사형 지지구조물과 상기 매립판의 방사형 지지구조물이 서로 고정 부속품으로 연결되어 있다. 그리고 방사형 지지구조물과 고정 부속품 다는 타원형 구멍이 있다. 상부 지지구조물(상부 지지대)은 코어 캐쳐 용기 상부에 설치된 턴버클이 있다. 코어 캐쳐의 하부 지지구조물(하부 지지대)의 각 방사형 지지구조물의 세로축은 코어 캐쳐의 몸체에 접선 방향으로 설치된 한 쌍의 랜야드의 부착 지점에서 등거리로 돌출되어 통과하고 코어 캐쳐의 몸체를 원자로 축의 수직 벽에 연결한다. 그리고 고정 부속품은 쌍곡면 형태의 구멍이 있다.

본 발명의 특징 중의 하나는 코어 캐쳐 외부 용기에 방사형 지지대의 세로 축은 랜야드 부착 지점에서 등거리에서 투영되어 위치된 쌍의 턴버클로 구성된 상부 지지구조물이 있는 것이다.

또 한 가지 특징은 턴버클이 코어 캐쳐의 본체에 접선으로 설치되어 있는 것이다.

청구된 발명의 또 다른 특징은 쌍곡면 형태의 구멍이 있는 고정 부속품이다.

턴버클의 그러한 배열은 다음과 같은 것을 제공한다.

- 코어 캐쳐 용기의 러그에서 랜야드의 접선 고정으로 인해 (수평면에서) 랜야드 위치의 평면에서 코어 캐쳐 본체의 자유 열 방사상 팽창이다. 코어 캐쳐 본체의 반경 방향 확장은 코어 캐쳐 본체의 모선에 대한 랜야드의 접선 위치 평면 각도의 변화 만 가져온다. 이렇게 하면 성능이 저하되고 코어 캐쳐 본체가 깨지거나 파손될 위험이 있는 랜야드의 형성 위험이 제외된다;

- 모든 턴버클 사이의 충격 반경 방향 하중의 분포로 인해 원자로의 콘크리트 샤프트에 매립 부품에 대한 반경 방향인 열력의 작용을 초과하지 않는 것이다 (제어된 하중). 이 경우 턴버클의 일부는 압축으로 작동하고 일부는 턴버클 평면의 장력으로 작동한다. 이러한 경우 수평 충격 하중으로 인해 코어 캐쳐 몸체 플랜지의 평면 진동이 발생하여 모든 턴버클이 턴버클의 탄성 변형 영역에서 인장과 압축으로 교대로 작동하여 평면 진동의 감쇠까지 이어진다;

- 모든 턴버클 사이의 충격 축 방향 하중의 분포로 인해 플랜지 영역에서 몸체의 비축 대칭 축 (수직) 충격 하중에서 코어 캐쳐 본체의 하부 지지부에 대한 비축 대칭 효과 감소된다. 이 경우 축 대칭이 아닌 축 방향 충격 하중의 작용이 나타나는 영역의 턴버클은 코어 캐쳐 본체의 플랜지 모양 변화에 기계적 저항을 제공하지 않는다. 그런데 축 방향 충격 효과가 나타난 위치 영역에서 코어 캐쳐 본체의 플랜지는 주변을 따라 충격 하중을 재분배하여 축 방향 충격 작용을 두 개의 추가 구성 요소로 분할하여 방위각 (몸체 둘레를 따라) 및 방사형 (평면) 진동을 모두 형성한다. 코어 캐쳐 몸체의 축 방향 탄성 진동 형태의 충격 효과의 일부는 턴버클에 영향을 주지 않으며, 방위각 진동은 턴버클의 탄성 변형에 의해 감쇠되며, 랜야드 평면에서 전파되는 반경 방향 진동은 충격 반경 방향 하중을 감쇠 할 때와 같이 교대로 감쇠된다.

- 코어 캐쳐의 몸체 플랜지 측면에서 발생하는 평면 비틀림 진동의 작용하에 인장 및 압축을 위한 턴버클의 교대 작업으로 인해 코어 캐쳐의 몸체에 지진 효과 (몸체 플랜지의 비틀림 진동 감쇠)가 발생하여 원자로의 콘크리트 샤프트의 매립 부품에 대한 방위각 인 발력의 작용을 초과하지 않은 것이다. 진동 감쇠는 비틀림 진동의 감쇠까지 턴버클의 탄성 변형 에너지를 흡수하여 제공된다.

- 축 방향 (수직) 평면에서 턴버클 포크의 회전으로 인한 코어 캐쳐 본체의 축 방향 열팽창 시 코어 캐쳐 용기의 플랜지, 원자로 샤프트 매립 부속품 및 상부 지지구조물의 무결성을 유지하는 것이다. 그것은 코어 캐쳐 몸체의 포크와 원자로 축에 설치된 상기 매립판의 포크에 있는 턴버클 고정 구멍의 쌍곡선 표면을 실행함으로써 보장된다. 패스너에 있는 구멍의 쌍곡선 표면의 실행은 코어 캐쳐의 몸체와 상기 매립판 모두에서 수행할 수 있다.

청구된 발명의 목표는 비축 대칭 충격 하중이 발생할 경우에 원자로 유효 노심 용융물을 국소화하기 위해서 코어 캐쳐의 전복을 제거하고 노심용융물이 캐쳐 용기 밖으로 노출되는 것을 예방하는 것이다. 청구 된 본 발명의 기술결과는 원자로 유효 노심 용융 캐쳐의 신뢰성을 증가시킨다.

도 1은 청구된 발명에 따라 만들어진 원자로 노심 용융물 캐쳐가 표시되어 있는 도면이다.
도 1a는 도 1의 상부 지지대 부위의 확대도이다.
도 1b는 본 발명의 하부 지지대 조립체를 나타낸 도면이다.
도 1c는 본 발명의 상부 지지대와 하부 지지대의 평면도로서, A는 방사형 지지대의 방사과 쌍의 턴버클 간의 등거리이며, B는 방사형 지지대의 방사축이다.
도 1d는 하부 지지대의 솔리드형 매립판을 나타낸 도면이다.
도 1e는 하부 지지대의 분할형(분리형) 매립판을 나타낸 도면으로, 2개의 동심원 부분으로 분리된 형태이다.
도 1f는 하부 지지대의 구획형 매립판으로, 4개의 구획으로 구성된 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 비축 대칭 축 충격 하중의 작용이 있는 영역의 턴버클을 나타낸 평면도이다.
도 3은 비축 대칭 축 충격 하중의 작용이 있는 영역의 턴버클을 나타낸 정단면도이다.
도 4는 쌍곡면 형태로 만들어진 구멍이 있는 턴버클 트로스 부위의 요부 상세도이다.

청구된 발명은 다음과 같은 원칙으로 작동된다.

도 1은 원자로 용기 바닥(18) 밑에 설치되고 다층 용기 형태의 냉각 피복, 다층 용기에 있는 노심 용융물(3)의 희석용 필러재(4), 노심 용융물(3)의 코어 캐쳐(2) 용기의 본체(7) 하부 외측에 위치되고 매립판(9)의 고정 부속품(10)으로 연결되어 방사형 구조물로 지지된 방사형 지지구조물(6)로 구성된 하부 지지구조물(5), 노심 용융물(3)의 코어 캐쳐(2)의 본체(7) 상부에 쌍으로 위치된 턴버클(12)을 포함한 상부 지지구조물(11) 및 노심 용융물(3) 코어 캐쳐(2)를 포함한 원자로 노심 용융 캐쳐가 표시되어 있다. 두 개의 턴버클은 노심 용융물(3)의 코어 캐쳐(2) 본체(7)의 하부 구조물(5)의 각 방사형 구조물(6)의 길이 방향 축이 한 쌍의 턴버클(12)을 부착하기 위한 장소(13)로부터 등거리로 돌출되어 통과하도록 하고, 코어 캐쳐(2) 용융물(3)의 본체(7)를 원자로 축의 수직 벽(14)과 연결하고 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 턴버클(12) 트로스(15)는 쌍곡면 형태로 만들어진 구멍(16)이 있으며, 여기에 그 구멍(16) 안에 상부 지지구조물(11)의 고정구(20)의 축(19)이 관통되게 설치되어 있다. 한 쌍의 턴버클(12)의 장착 위치(13)와 본체(7)를 연결하는 턴버클(12)의 트로스(15) 위치가 변경되면 트로스(15)가 각 턴버클(12)의 축을 통과하는 축 방향 평면에서 회전한다.

원자로 용기가 파괴될 때 수압 및 초과 압력의 작용하에 노심 용융물(3)이 코어 캐쳐(2)의 이중 본체(7)로 들어가 필러재(4)와 접촉한다.

예를 들어 30 초 동안 60 톤의 과열된 강철과 같은 용융물(2)이 비축 대칭으로 들어갈 경우, 주 충격 하중은 노심 용융물(3)의 코어캐쳐(2)의 본체(7) 측면 내벽에 떨어진다.

도 2에서 도시된 바와 같이 비축 대칭 축 충격 하중의 작용이 있는 영역의 턴버클(12a)은 본체(7)의 플랜지 변형에 기계적 저항을 제공한다. 이 경우 축 방향 충격 효과가 나타난 영역에서 본체(7)의 플랜지(17)는 주변을 따라 충격 하중을 재분배하여 방위각(본체(7) 둘레를 따라)과 방사형 (평면) 진동을 모두 형성하여 축 방향 충격을 두 개의 추가 구성 요소로 분할한다. 본체(7)의 방위각 진동 형태의 충격의 일부는 턴버클(12a)에 영향을 주지 않고, 방위각 진동은 턴버클(12b)의 탄성 변형에 의해 감쇠되며, 턴버클(12a) 평면의 방사형 진동은 충격을 감쇠할 때와 같이 교대로 감쇠된다.

방사형 충격 하중은 다음과 같은 방법으로 감쇠된다. 턴버클(12a)의 일부는 압축될 것이고 따른 일부는 턴버클(12) 위치된 평면에서 확충된다. 이 경우 수평 충격 하중으로 인해 본체(7)의 플랜지(17)에 평면 진동이 발생하여 모든 턴버클 (12)이 턴버클(12)의 탄성 변형 영역에서 확충과 압축으로 교대로 작동하여 평면 진동의 감쇠까지 이어진다.

원자로 유효 노심 용융 캐쳐에 상부 지지구조물과 하부 지지구조물을 같이 이용하는 덕분에 비축 대칭 충격 하중이 발생할 경우에도 용기의 전복을 예방하여 용융물이 코어 캐쳐 용기 밖으로 노출되는 것을 예방할 수 있었다.

2: 코어 캐쳐
3: 노심 용융물
4: 필러재
5: 하부 지지구조물
6: 방사형 지지구조물
7: (용기의)본체
9: 매립판
10: 고정구
11: 상부 지지구조물
12: 턴버클
13: 턴버클 부착 장소
14: 수직
15: 트로스
16: 구멍
17: 플랜지

Claims

원자로 용기 밑바닥 밑에 설치되어 있는 다층 용기(layered vessel), 상기 다층 용기에 배치되어 있는 용융물을 희석하기 위한 필러재, 상부 지지대 및 원자로의 콘크리트 볼트(concrete vault)에 다층 용기 밑으로 설치되어 있는 수평적인 구획형, 솔리드형 또는 분할형 매립판으로 구성되어 있는 하부 지지대를 포함하는 것으로서, 수평적인 구획형, 솔리드형 또는 분할형 매립판이 방사형 지지대를 포함하고, 다층 용기가 수평적인 구획형, 솔리드형 또는 분할형 매립판을 지탱하고 있는 방사형 지지대를 포함하고, 수평적인 구획형, 솔리드형 또는 분할형 매립판의 방사형 지지대와 다층 용기의 방사형 지지대는 서로간에 클램프로 연결되어 있고, 방사형 지지대와 클램프에는 타원형 구멍이 있으며, 상부 지지대에는 다층 용기의 하부 지지대의 각 방사형 지지대의 가로축이 투영도로 보았을 때 상기 다층 용기를 원자로의 콘크리트 볼트(vault)의 수직적인 벽에 연결하고, 다층 용기에 대해 접선 방향으로 설치되어 있는 한 쌍의 턴버클의 부착점을 기준으로 등거리에서 있도록 다층 용기의 상부에 쌍 별로 설치되어 있는 턴버클들이 있으며, 고정장치에 쌍곡면 형태로 가공된 구멍이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 원자로 코어 캐쳐.