KR102637846B1 - 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템의 안내장치 - Google Patents
원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템의 안내장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 이상의 심각한 사고의 억제를 위해 설계된 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템, 특히 원자로 노심 용융물을 코어 캐쳐로 안내하는 장치와 관련이 있다.
청구된 발명의 기술적 결과는 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각의 효율성을 증가시키는 것이다.
본 발명의 목적은 안내장치의 원뿔형 부분에 충격하중이 집중되어 안내장치의 파괴의 방지하고, 따라서 노심, 원자로 용기 내부 장치 및 원자로 용기 바닥이 코어 캐쳐(core catcher)에 한번으로 침투하는 것이다.
본 발명에 따라 원자로용기 아래에 설치되고 켄틸레버보에 지지되는 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템의 안내장치는 소포트 프레임과 더불어 열 요소를 포함하고 있어 원뿔형 및 원통형 부분의 벽의 관통을 방지함으로써, 또한 노심용융물 제트 흐름의 재분배를 보장함으로써 노심, 원자로 용기 내부 장치 및 원자로 용기 바닥의 이물질의 코어 캐쳐로의 침투 보장을 가능하게 한다.
청구된 발명의 기술적 결과는 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각의 효율성을 증가시키는 것이다.
본 발명의 목적은 안내장치의 원뿔형 부분에 충격하중이 집중되어 안내장치의 파괴의 방지하고, 따라서 노심, 원자로 용기 내부 장치 및 원자로 용기 바닥이 코어 캐쳐(core catcher)에 한번으로 침투하는 것이다.
본 발명에 따라 원자로용기 아래에 설치되고 켄틸레버보에 지지되는 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템의 안내장치는 소포트 프레임과 더불어 열 요소를 포함하고 있어 원뿔형 및 원통형 부분의 벽의 관통을 방지함으로써, 또한 노심용융물 제트 흐름의 재분배를 보장함으로써 노심, 원자로 용기 내부 장치 및 원자로 용기 바닥의 이물질의 코어 캐쳐로의 침투 보장을 가능하게 한다.
Description
본 발명은 이상의 심각한 사고의 억제를 위해 설계된 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템, 특히 원자로 노심 용융물을 코어 캐쳐로 안내하는 장치와 관련이 있다.
가장 큰 방사선위험은 노심냉각계통의 다중고장이 발생할 수 있는 노심용융 사고로 인해 발생한다.
그러한 사고 시 원자로 구조물과 원자로 용기를 녹이는 코륨(Corium)은 용기 밖으로 흐르며, 그 안에 남아 있는 잔류 열 방출로 인해, 방사능 물질의 외부 환경으로의 방출을 가로막는 마지막 장벽인 밀봉된 원자력 발전소 케이싱의 무결성을 침해할 수 있다.
이를 제거하려면 원자로 용기에서 흘러 나온 코륨을 억제하고 그의 모든 구성부품의 완전한 결정화까지 지속적으로 냉각시킬 필요가 있다. 이 기능은 코어 캐쳐(core catcher)에 의해 수행되며, 이는 용융물이 유입 후 원자력 발전소의 밀폐 용기 손상을 방지하여, 아는 용융물의 냉각 및 후속 결정화에 의해 원자로의 심각한 사고 시 방사선 피폭으로부터 인구와 환경을 보호한다.
원자로 용기를 관통 후, 노심용융물은 일반적으로 캔틸레버보에 장착된 깔때기 형태로 제작되고 용융물의 방향을 원자로 용기에서 흘러나오는 곳에서 원자로 수조 축 방향으로 변경하여 용융물의 서비스 플랫폼 유입을 보장하도록 설계된 안내장치로 흐른다. 서비스 플랫폼을 관통함으로써 용융물이 코어 캐쳐 내부로 들어가 필러와 상호 작용하여 코어 캐쳐 본체를 점차 가열한다. 이 경우 원자로용기가 관통되면 원자로용기 바닥이 완전히 찢어지게 되어 원자로용기 바닥이 안내장치 위로 떨어져 코어 캐쳐로 유입되는 용융물의 흐름을 크게 감소시키거나 완전히 차단할 수 있다. 이것은 안내장치 영역에 용융물의 축적, 용융물의 온도 상승, 건식형 격납건물 베이스 및 주변 구조용 콘크리트의 연소, 용융물에 대한 건식형 격납건물의 추락, 다량의 수소, 기타 비흡수성 가스 및 에어로졸의 형성과 용융된 건식형 격납건물 사문석 콘크리트의 화학적 상호작용을 초래할 수 있다. 많은 양의 수소와 다른 불응축 가스와 에어로졸의 형성은 원자로 격납건물에서 수소 폭발의 위험을 크게 증가시키고 원자로 격납건물 외부의 불필요한 양의 방사성 핵분열 생성물을 방출할 수 있는 원자로 격납건물에서 과도한 설계 압력 상승을 초래할 수 있다.
원자로용기 바닥 아래에 설치되어 캔틸레버보에 지지되는 내열 콘크리트로 덮인 원통형 부분과 원뿔형 부분으로 구성된 깔때기 형태와 원뿔형 부분의 중심에 만들어진 개구부의 형태로 만들어진 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템 안내장치 [1]가 알려져 있다(러시아 연방 특허 제2253914호, 출원일자 2003.08.18).
안내장치의 한 가지 단점은 원뿔 및 원통형 부품의 벽 불충분 단열이다. 단면적 바닥이 찢어내는 경우 원자로용기 내부의 잔류압력에 의해 발생하는 가속도를 고려하여 원자로용기에서 노심융해가 급속하게 유입되는 경우, 이동 중 찢어낸 바닥의 회전을 고려하여 원뿔부 중앙에 만들어진 구멍을 차단할 수 있다. 이것은 안내장치의 원뿔 부분의 영역에 노심용융물이 축적되고 결과적으로 이 영역의 온도가 상승하게 할 수 있다. 온도가 상승하면 안내장치의 원뿔형 부분의 벽뿐만 아니라 원통형 부분도 관통될 수 있으며, 이는 노심용융물이 코어 캐쳐 외부, 즉 파괴 시 많은 양의 수소 및 비흡수 가스를 형성하는 구조 및 사문석 콘크리트 내부로 흐르게 되고, 이는 원자로 건물 내 수소 폭발 및 과설계 압력 상승의 위험을 초래한다. 이는 원자로 격납건물 파괴와 원자로 건물 외부로 의도되지 않은 양의 방사성 핵분열 생성물을 방출하는 결과를 초래할 수 있다.
안내장치의 또 다른 단점은 노심용융물 제트 흐름의 재분배(정렬) 메커니즘이 없다는 것이다. 이로 인해 열 및 기계적 충격 부하가 원통형 부품의 상단 및 중간 영역에 집중된다. 열 및 기계적 충격 하중의 집중은 안내장치의 파괴와 구조용 및 사문석 콘크리트의 이후 파괴 및 수소 및 불응축 가스의 파괴 및 형성을 초래할 수 있는 노심용융물의 침투를 초래할 수 있으며, 이는 원자로 건물 내 수소 폭발 및 과설계 압력 상승의 위험을 초래한다. 이는 원자로 격납건물 파괴와 원자로 건물 외부로 의도되지 않은 양의 방사성 핵분열 생성물을 방출하는 결과를 초래할 수 있다.
원통형 부분과 중앙에 구멍이 뚫린 원뿔형 부분, 중심 구멍에서 원통형 부분 경계까지 연장된 베어링 리브로 구성된 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템 안내장치 [2]가 알려져 있다(용융물의 억제 장치, 2011년 5월 17~20일 러시아 포돌스크, 제7회 국제과학실천회의 "VVER로 NPP의 안전성 보장", OKB "Gidropress").
안내장치의 한 가지 단점은 원뿔 및 원통형 부품의 벽 불충분 단열이다. 단면적 바닥이 찢어내는 경우 원자로용기 내부의 잔류압력에 의해 발생하는 가속도를 고려하여 원자로용기에서 노심융해가 급속하게 유입되는 경우, 이동 중 찢어낸 바닥의 회전을 고려하여 원뿔부 중앙에 만들어진 구멍을 차단할 수 있다. 이것은 안내장치의 원뿔 부분의 영역에 노심용융물이 축적되고 결과적으로 이 영역의 온도가 상승하게 할 수 있다. 온도가 상승하면 안내장치의 원뿔형 부분의 벽뿐만 아니라 원통형 부분도 관통될 수 있으며, 이는 원자로 건물 내 수소 폭발 및 과설계 압력 상승의 위험을 초래한다. 이는 원자로 격납건물 파괴와 원자로 건물 외부로 의도되지 않은 양의 방사성 핵분열 생성물을 방출하는 결과를 초래할 수 있다.
안내장치의 또 다른 단점은 노심용융물 제트 흐름의 재분배(정렬) 메커니즘이 없다는 것이다. 이로 인해 열 및 기계적 충격 부하가 원통형 부품의 상단 및 중간 영역에 집중된다. 열 및 기계적 충격 하중의 집중은 안내장치의 파괴와 구조용 및 사문석 콘크리트의 이후 파괴 및 수소 및 불응축 가스의 파괴 및 형성을 초래할 수 있는 노심용융물의 침투를 초래할 수 있으며, 이는 원자로 건물 내 수소 폭발 및 과설계 압력 상승의 위험을 초래한다. 이는 원자로 격납건물 파괴와 원자로 건물 외부로 의도되지 않은 양의 방사성 핵분열 생성물을 방출하는 결과를 초래할 수 있다.
청구된 발명에 가장 비슷한 장치는 원통형 부분과 중앙에 구멍이 뚫린 원뿔형 부분, 중심 구멍에서 원통형 부분 경계까지 연장되고 원통형 부분과 원뿔형 부분을 섹터로 나눈 희생성 및 내열성 콘크리트 층으로 덮인 베어링 리브로 구성된원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템 안내장치[3, 4, 5]이다 [러시아 연방 특허 제2576516호, 출원일자 2014.12.16, 러시아 연방 특허 제2576517호, 출원일자 2014.12.16, 러시아 연방 특허 제2575878호, 출원일자 2014.12.16].
그러한 안내장치는 원자로 파괴 또는 코어 캐쳐로의 침투 후 코륨(용융)을 안내, 원자로 내부, 연료 조립체 및 원자로 용기 바닥의 큰 파편이 코어 캐쳐에 떨어지지 않도록 하기 위해, 용융물이 원자로 용기에서 코어 캐쳐로 흘러들어갈 때 캔틸레버보 및 그 장비의 파괴로부터 보호하기 위해, 콘크리트 수조가 노심용융물에 직접 접촉하지 않도록 보호하기 위해 설계된다.
베어링 리브는 원자로 용기 바닥을 용융물과 같이 고정시켜 파괴 과정에서의 바닥이나 심한 소성변형이 섹터 통로와 겹치면서 용융의 흐름을 방해하지 못하게 한다.
노심용융물에 용해되는 희생 콘크리트는 (1개 이상의 섹터에서 용융이 응고 시) 차단을 형성하면서 가이드 플레이트 부분의 통로 부분을 증가시키며, 이는 베어링 리브의 과열 및 파괴, 즉 통로 부분의 완전한 차단 및 결과적으로 가이드 플레이트의 파괴를 방지한다. 희생 콘크리트의 두께의 축소 시 내열 콘크리트는 구조 강도를 제공한다. 이 콘크리트는 용융물의 영향으로부터 기반 장비를 보호하여 용융물이 가이드 플레이트를 관통하거나 파괴하는 것을 방지한다.
안내장치의 한 가지 단점은 대량의 녹은 금속과 산화물이 유입 시, 예를 들어, 원자로 용기 바닥이 전체 단면으로 찢어지거나 부분 파괴되었을 때, 2층 희생 콘크리트가 가이드 플레이트 부분의 통로 부분을 증가시킬 수 없다는 것이다. 이 경우, 두 가지 유형의 과열 용융물(금속 및 산화물)과 희생 콘크리트(알루미늄 및 철 산화물 기준)가 동시에 상호작용하면 빠르게 산소가 방출되고, 빠른 산화, 에어로졸 및 슬래그가 형성되며 통로 섹션이 완전히 차다된다. 희생 콘크리트와 용융물의 금속 및 산화물 성분의 상호 작용으로 인한 뜨거운 증기 가스와 에어로졸 생성물이 위로 향하는 경향이 있고, 그 움직임이 용융물 흐름에 반하는 방향이기 때문에, 원자로 용기의 바닥과 내열 콘크리트(산화 알루미늄 기초) 사이의 매우 혼잡한 공간에서 용융물의 움직임을 방지하는 발포 희생 콘크리트의 유체 역학 차단이 형성된다. 일수(lost circulation) 구역이 형성되면 내열 콘크리트는 빠르게 과열되어 용융 성분과 화학적으로 반응하여 증기-에어로솔 역류를 증가시킨다.
안내장치의 또 다른 단점은 원뿔 및 원통형 부품의 벽 불충분 단열이다. 단면적 바닥이 찢어내는 경우 원자로용기 내부의 잔류압력에 의해 발생하는 가속도를 고려하여 원자로용기에서 노심융해가 급속하게 유입되는 경우, 이동 중 찢어낸 바닥의 회전을 고려하여 원뿔부 중앙에 만들어진 구멍을 차단할 수 있다. 이것은 안내장치의 원뿔 부분의 영역에 노심용융물이 축적되고 결과적으로 이 영역의 온도가 상승하게 할 수 있다. 온도가 상승하면 안내장치의 원뿔형 부분의 벽뿐만 아니라 원통형 부분도 관통될 수 있으며, 이는 노심용융물이 코어 캐쳐 외부, 즉 파괴 시 많은 양의 수소 및 비흡수 가스를 형성하는 구조 및 사문석 콘크리트 내부로 흐르게 되고, 이는 원자로 건물 내 수소 폭발 및 과설계 압력 상승의 위험을 초래한다. 이는 원자로 격납건물 파괴와 원자로 건물 외부로 의도되지 않은 양의 방사성 핵분열 생성물을 방출하는 결과를 초래할 수 있다.
안내장치의 또 다른 단점은 노심용융물 제트 흐름의 재분배(정렬) 메커니즘이 없다는 것이다. 이로 인해 열 및 기계적 충격 부하가 원통형 부품의 상단 및 중간 영역에 집중된다. 열 및 기계적 충격 하중의 집중은 안내장치의 파괴와 구조용 및 사문석 콘크리트의 이후 파괴 및 수소 및 불응축 가스의 파괴 및 형성을 초래할 수 있는 노심용융물의 침투를 초래할 수 있으며, 이는 원자로 건물 내 수소 폭발 및 과설계 압력 상승의 위험을 초래한다. 이는 원자로 격납건물 파괴와 원자로 건물 외부로 의도되지 않은 양의 방사성 핵분열 생성물을 방출하는 결과를 초래할 수 있다.
청구된 발명의 기술적 결과는 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템의 신뢰성을 향상시킴으로써 원자력 발전소의 안전성을 높인다는 것이다.
발명에 의해 해결하려는 과제는 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템의 기능을 위한 다음의 조건을 제공하는 것이다:
- 원뿔 부분 중앙에 만들어진 구멍의 차단의 방지;
- 이후 수소 및 불응축 가스를 형성되는 원자로 노심 용융물이 원자로 수조의 구조용 및 사문석 콘크리트에 닿는 것의 방지.
본 과제의 해결은 원통형 부분(2)과 구멍(4)이 뚫린 원뿔형 부분(3), 구멍(4)을 기준으로 방사형으로 배열되고 원통형 부분(2)과 원뿔형 부분(3)을 섹터(7)로 나누고 있는 베어링 리브(5)로 구성되는 캔틸레버보로 지지한 원자로 용기 밑에 설치된 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템 안내장치(1)에는 발명에 따르면, 외측 상부 서포트 링(8), 외측 중앙 서포트 링(9), 내측 중앙 서포트 링(10), 외측 상부 서포트 쉘(11), 베어링 리브(5)에 의해 섹터로 나뉘고 상부에 구멍(14)이 있는 중간 서포트 쉘(12), 외측 하부 서포트 쉘(15), 기반(16), 지지 리브(17), 원뿔형 바닥(19), 베어링 리브(5), 중간 서포트 쉘(12)을 연결하는 상부 경사 플레이트(18), 원뿔형 바닥(19), 베어링 리브(5), 중간 서포트 쉘(12) 및 외측 상부 서포트 쉘(11)을 연결하는 하부 경사 플레이트(20)으로 구성된 서포트 프레임을 추가로 포함하며, 지지 리브(17)에 장착되고 중간 서포트 쉘(12)의 내부 표면 및 상부 경사 플레이트(18)를 따라 간격(22)으로 장착된 열 층판 금속 실드(23), 지지 리브(17)에 장착되고 구멍(4)을 덮는 조립식 열 층판 금속 실드(13), 집전기(6)에서 나오고 상부 및 하부 경사 플레이트(18 및 20) 사이, 또한 중간 및 외측 하부 서포트 쉘(12 및 11) 사이에서 작동하고 열 층판 금속 실드(23) 및 중간 서포트 쉘(12) 사이에 공간, 또한 열 층판 금속 실드(23) 및 상부 경사 플레이트(18) 사이에 공간을 생성하는 간격(22)으로 구멍(14)을 통해 연결되는 냉각채널(21)을 포함하고, 여기서, 기반(16), 원뿔형 바닥 (19), 하부 경사 플레이트 (20), 상부 외측 서포트 쉘(11) 부분, 외측 중앙 서포트 링(9), 외측 하부 서포트 쉘(15)에 의해 경계된 공간(24), 상부 외측 서포트 쉘(11)과 중간 서포트 쉘(12) 사이의 공간(25), 상·하부 경사 플레이트 (18 및 20) 사이의 공간(26)은 콘크리트 또는 세라믹 재질(27)로 채워지고, 밀봉된 바닥(28)은 외측 하부 서포트 쉘(15) 및 지지 리브(17)에 연결되는 것으로 도달한다.
청구된 발명의 특징 중 하나는 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템의 안내장치(1)에 외측 상부 서포트 링(8), 외측 중앙 서포트 링(9), 내측 중앙 서포트 링(10), 외측 상부 서포트 쉘(11), 베어링 리브(5)에 의해 섹터로 나뉘고 상부에 구멍(14)이 있는 중간 서포트 쉘(12), 외측 하부 서포트 쉘(15), 기반(16), 지지 리브(17), 원뿔형 바닥(19), 베어링 리브(5), 중간 서포트 쉘(12)을 연결하는 상부 경사 플레이트(18), 원뿔형 바닥(19), 베어링 리브(5), 중간 서포트 쉘(12) 및 외측 상부 서포트 쉘(11)을 연결하는 하부 경사 플레이트(20)으로 구성된 서포트 프레임이 포함하는 것이다. 청구된 발명에 따르면, 서포트 프레임의 포함은 원자로용기 내부 장비의 큰 파편이 떨어지는 것과 원자로용기 바닥이 코어 캐쳐로 떨어지는 것을 방지하여, 이는 코어 캐쳐 용기를 손상으로부터 보호할 수 있다.
또한 청구된 발명의 특징 중 하나는 안내장치(1)에 지지 리브(17)에 장착되고 중간 서포트 쉘(12)의 내부 표면 및 상부 경사 플레이트(18)를 따라 간격(22)으로 장착된 열 층판 금속 실드(23) 및 지지 리브(17)에 장착되고 구멍(4)을 덮는 조립식 열 층판 금속 실드(13)가 포함하는 것이다. 열 층판 금속 실드(23)의 포함은 원자로 용기의 파괴 또는 관통 후 노심용융 필러로의 압축되지 않은 배수, 용융물이 이동하는 동안 캔틸레버보 및 그 장비의 파괴로부터 보호, 원자로 수조 장비 및 구조용 콘크리트와의 노심용융물의 직접 접촉 방지, 용융물에 의한 통로구간의 중첩과 관련된 차단물의 배제로 인해 원자로 수조 장비 및 원자로 용기 장착 요소에 대한 노심용융물로부터의 직접적인 복사 충격 방지의 보장을 열 층판 금속 실드(23)의 얇은 원소를 평탄화하고 녹여 유효통행구간을 빠르게 늘린 영향으로 수행한다.
또한 청구된 발명의 특징 중 하나는 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템의 안내장치(1)에 집전기(6)에서 나오고 상부 및 하부 경사 플레이트(18 및 20) 사이, 또한 중간 및 외측 하부 서포트 쉘(12 및 11) 사이에서 작동하고 구멍(14)을 통해 열 층판 금속 실드(23) 및 중간 서포트 쉘(12) 사이에 공간, 또한 열 층판 금속 실드(23) 및 상부 경사 플레이트(18) 사이에 공간을 생성하는 간격(22)으로 연결되는 냉각채널(21)을 포함하는 것이다. 냉각채널(21)의 포함은 원자로가 정상운전상태의 출력으로 운전 시 전체 안내장치(1)의 열안정화를 제공한다.
또한 청구된 발명의 특징 중 하나는 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템의 안내장치(1)에 기반(16), 원뿔형 바닥 (19), 하부 경사 플레이트 (20), 상부 외측 서포트 쉘(11) 부분, 외측 중앙 서포트 링(9), 외측 하부 서포트 쉘(15)에 의해 경계된 공간(24), 또한 상부 외측 서포트 쉘(11)과 중간 서포트 쉘(12) 사이의 공간(25), 상·하부 경사 플레이트 (18 및 20) 사이의 공간(26)은 콘크리트 또는 세라믹 재질(27)로 채워지는 것이다. 이러한 공간에 콘크리트 및 세라믹 재료(27)를 사용하므로 안내장치(1)의 전력 요소를 파괴로부터 열역학적으로 보호할 수 있으며, 이는 원자로 용기 파괴 시 원자로 용기 바닥 및 큰 부품의 억제를 보장하고, 원자로용기 내부 장비의 큰 파편의 코어 캐쳐로 떨어지는 것의 방지를 보장하고, 큰 파편의 추락 시 코어 캐쳐 용기를 손상으로부터 보호를 보장하고, 용융물이 이동하는 동안 캔틸레버보 및 그 장비의 파괴로부터 보호, 원자로 수조 장비 및 구조용 콘크리트와의 노심용융물의 직접 접촉 방지를 보장한다.
또한 청구된 발명의 특징 중 하나는 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템의 안내장치(1)에 외측 하부 서포트 쉘(15) 및 지지 리브(17)에 연결된 밀봉된 바닥(28)이 포함하는 것이다. 밀봉된 바닥(28)의 포함은 바닥(28) 표면의 배수를 보장할 수 있으며, 이는 용융물이 필러에 유입 시 증기 폭발이 발생 방지하고, 또한 정상운전 전 기간 동안 및 정상운전 위반과 설계사고 발생 시, 필러재 및 구조자재의 건전성 보전을 보장한다.
이러한 안내장치 설계는 다음을 가능하게 한다:
- 원자로가 파괴 또는 관통된 후 코륨(용융)이 서서히 코어 캐쳐로 유입되도록 보장한다;
- 콘크리트 수조 및 건식형 격납건물 사문석 콘크리트의 노심용융물과 직접 접촉하지 않도록 보장한다.
도1은 청구된 발명에 따라 제작된 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각시스템의 안내장치이다.
도2는 청구된 발명에 따라 제작된 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각시스템의 안내장치의 단면이다.
도3은 청구된 발명에 따라 제작된 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각시스템의 안내장치의 일부이다.
도2는 청구된 발명에 따라 제작된 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각시스템의 안내장치의 단면이다.
도3은 청구된 발명에 따라 제작된 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각시스템의 안내장치의 일부이다.
도1과 같이 원자로용기 아래에 설치되고 켄틸레버보에 지지되는 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각시스템의 안내장치(1)는 원통형 부분(2)과 원뿔형 부분(3)을 포함한다. 원뿔형 부분(3)의 하단에는 구멍(4)이 뚫려있다. 원뿔 및 원통형 부분(2 및 3)을 따라 구멍(4)을 기준으로 방사형으로 배열된 베어링 리브(5)가 있다. 베어링 리브(5)는 원통형 부분(2)과 원뿔형 부분(3)을 섹터(7)로 나눈다. 안내장치(1)는 다음과 같은 주요(전원) 요소로 구성된 서포트 프레임이 포함되어 있다: 외측 상부 서포트 링(8), 외측 중앙 서포트 링(9), 내측 중앙 서포트 링(10), 외측 상부 서포트 쉘(11), 중간 서포트 쉘(12). 중간 서포트 쉘(11)은 원통형 부분(2)의 벽과 유사한 베어링 리브(5)에 의해 섹터로 나눈다. 서포트 프레임에는 외측 하부 서포트 셸(15), 기반(16), 지지 리브(17) 및 상부 경사 플레이트(18)도 포함되다. 상부 경사 플레이트(18)는 원뿔형 바닥(19), 베어링 리브(5) 및 중간 서포트 셸(12)을 연결한다. 하부 경사 플레이트(20)는 원뿔형 바닥(19), 베어링 리브(5), 중간 서포트 셸(12), 외측 상부 서포트 셸(11)을 연결한다.
안내장치(1)의 구성에 서포트 요소와 더불어 열 요소가 포함한다: 열 층판 금속 실드(23), 조립식 열 층판 금속 실드(13). 열 층판 금속 실드(23)는 지지 리브(17)에 장착되고 중간 서포트 쉘(12)의 내부 표면 및 상부 경사 플레이트(18)를 따라 간격(22)으로 장착된다. 조립식 열 층판 금속 실드(13)는 지지 리브(17)에 장착되고 구멍(4)을 덮는다.
상부 및 하부 경사 플레이트(18 및 20) 사이, 또한 중간 및 외측 하부 서포트 쉘(12 및 11) 냉각채널(21)이 통과한다. 냉각채널(21)은 집전기(6)에서 나오고 구멍(14)을 통해 간격(22)으로 연결하며, 열 층판 금속 실드(23) 및 중간 서포트 쉘(12) 사이에 공간, 또한 열 층판 금속 실드(23) 및 상부 경사 플레이트(18) 사이에 공간을 생성하는 간격(22)으로 연결한다.
기반(16), 원뿔형 바닥 (19), 하부 경사 플레이트 (20), 상부 외측 서포트 쉘(11) 부분, 외측 중앙 서포트 링(9), 외측 하부 서포트 쉘(15)에 의해 경계된 공간(24), 또한 상부 외측 서포트 쉘(11)과 중간 서포트 쉘(12) 사이의 공간(25), 상·하부 경사 플레이트 (18 및 20) 사이의 공간(26)은 콘크리트 또는 세라믹 재질(27)로 채워져 있다.
밀폐된 바닥(28)은 아래에서 외측 하부 소포트 셸(15) 및 지지 리브(17)에 용접된다.
청구된 안내장치는 다음과 같이 작동한다.
도1 내지 도3과 같이 원자로용기 하부 캔틸레버보에 설치된 안내장치(1)는 청구된 발명에 따라 원자로용기와 하부 원자로 수조 기기 사이에, 또한 원자로용기 바닥과 안내장치(1) 아래에 위치한 코어 캐쳐 사이에도 열차단 역할을 한다. 열차단의 존재는 정상운전시 원자로용기 바닥의 단열이 가능하게 하며, 심각한 사고 발생 시 노심용융물에 의한 원자로 용기 파괴 순간에 코어 캐쳐로의 용융 유입의 시작을 진단할 수 있는 조건을 제공한다.
정상운전시 원자로용기 바닥의 단열 보장을 위해 가이드 플레이트에 열 층판 금속 실드(23)로 구성된 구멍이 뚫려 있는 및 구멍이 뚫려 있지 않은 얇은 스테인리스 스틸 시트의 패키지로 조립된 단열 장치가 설치한다. 이러한 패키지는 원통형 및 원뿔형 부분(2 및 3)의 벽(6), 또한 정상운전 및 정상운전 위반과 설계사고 발생 시 단열 패키지 및 가이드 플레이트 프레임의 열변위를 제공하는 고정 장치를 통해 중간 서포트 쉘(12) 및 상부 경사 플레이트(18)의 내부 표면에도 적용되어야 한다.
조립식 열 층판 금속 실드(13)는 원자로 용기 바닥의 극 바로 아래에 설치되어 있으며, 필요시 원자로 용기의 외부 표면에 접근할 수 있다. 서비스 플랫폼 쪽의 안내장치(1) 하단에 있는 조립식 열 층판 금속 실드(13)에 접근하기 위해 변위 인서트가 있는 맨홀이 있다. 이 설계는 정상 운전, 설계 및 설계 외 사고 시 맨홀에 물이 축적되는 것을 제거한다.
구조용 콘크리트와 캔틸레버보의 단열성을 확보하기 위하여 안내장치의 소포트 요소(5, 8, 11, 9, 15, 16, 19, 18, 12) 사이의 공간을 내열 콘크리트로 채운다. 소포트 요소(5, 8, 11, 9, 15, 10)와 콘크리트 및 세라믹 재료(27)는 그 기능상 원통형 부분(2)과 함께 바닥의 연결면 위로 원자로용기 바닥을 커버할 수 있는 깔때기 모양의 안내기기를 형성한다. 용융물 출구 동안 안내장치(1)는 원자로용기의 플라스틱변형에 의한 비교적 느린 하중과 잔류압력에 의한 원자로용기 바닥 분리에 의한 충격하중을 동시에 받을 수 있다. 이러한 하중은 소포트 요소 (5, 8, 11, 9, 15, 10)와 콘크리트 및 세라믹 재료 (27)에 의해 형성된 안내기기에 의해 지지된다. 이 설계는 다음을 제공한다.
- 원자로 용기의 파괴 또는 관통 후 노심용융 필러로의 압축되지 않은 배수;
- 원자로용기 내부 장비의 큰 파편 및 원자로용기 바닥이 코어 캐쳐로 떨어지는 것을 방지;
- 큰 파편이 떨어지는 것으로 인한 코어 캐쳐 용기를 손상으로부터 보호;
- 용융물이 이동 시 캔틸레버보 및 그 장비의 파괴로부터 보호;
- 콘크리트 수조 및 건식형 격납건물 사문석 콘크리트의 노심용융물과 직접 접촉 방지;
- 원자로 수조 장비 및 원자로 용기 장착 요소에 대한 노심용융물로부터의 직접적인 복사 충격 방지.
용융물이 접촉하는 안내장치의 경사면 (상부 및 하부 경사 플레이트(18 및 20)) 아래에는 콘크리트 또는 세라믹과 같은 희생 재료 층이 있다: 상부 경사 플레이트(18) 바로 아래에는 예를 들어 알루미늄 및 산화철을 기반으로 한 희생층이 있으며 하부 경사 플레이트(20) 아래에는 내열성 층이 있으며, 예를 들어 산화 알루미늄을 기반으로 만들어졌다.
열 층판 금속 실드(23)의 얇은 요소의 평탄화 및 용융에 의한 유효유량 증가가 미흡한 경우, 예를 들어, 또는 노심 이물질로 인해 용융물이 흘러나와 흐름 구간을 차단하고 용융물이 자유롭게 흐르지 못하게 하는 경우에 원자로 압력용기에서 용융이 안내장치(1)의 처리능력을 초과하는 상당한 속도로 흘러나오는 경우 상부 경사 플레이트(18) 아래에 위치한 희생재는 노심용융물에 용해되어 안내장치(1)의 구역에서 통로 부분을 증가시킨다. 희생재를 분해하는 것은 베어링 리브(5)의 과열 및 파괴의 방지를 보장한다. 베어링 리브(5)가 파괴되면 통로 부분이 완전히 막힐 수 있으며, 그 결과 안내장치(1)의 섹터 파괴가 발생할 수 있다.
하부 경사 플레이트(20) 아래에 위치한 내열성 층은 상부 경사 플레이트 및 하부 경사 플레이트(18 및 20) 사이에 위치한 희생재 두께의 감소 시 구조적인 강도와 안정성을 보장한다. 내열 콘크리트는 용융물로 인한 안내장치의 관통이나 파괴를 방지하므로 하단 장비를 용융물의 영향으로부터 보호한다.
원자로용기 바닥이 파괴 시 안내장치(1)는 다음과 같이 발생하는 동적하중을 받는다.
- 원자로 용기 내 잔류 압력의 작용으로 인한 용융물의 사이드 유출 경우;
- 원자로 용기의 측면 수조 통로 부분의 증가 및 용융물의 흐름 과정에서의 프로필 변화 경우;
- 열역학 하중 및 잔류 압력의 작용에 따른 소성 변형으로 원자로 용기 바닥의 일부가 분리되는 경우;
- 용기 내 압력의 펄스 상승 (노심 용융으로 물이 유입될 때) 및 안내장치에 대한 충격 제동에 의한 원자로 용기 바닥 일부가 분리되는 경우;
- 설계 기준 이상 사고 과정 중 외부 영향 및 자동 충돌에 영향을 미치는 경우.
코어 캐쳐 본체에 위치하는 필러는 용융물의 유입이 시작되기 전에 안내장치(1)의 바닥(28)에 의해 밀폐되어 있으며, 이는 다음을 보장한다:
- 바닥(28) 표면의 배수, 이는 용융물이 필러에 유입 시 증기 폭발이 발생 방지;
- 정상운전 전 기간 동안 및 정상운전 위반과 설계사고 발생 시, 필러재 및 구조자재의 건전성 보전의 보장.
용융물이 필러로 중단 없이 흐르도록 하기 위해 다음 작업을 수행한다:
- 밀봉된 바닥(28)은 쉽게 파괴할 수 있는 다이어프램 형태로 제작된다;
- 열 층판 금속 실드(13 및 23)는 고온의 용융물의 움직임을 방해하지 않도록 용융물로 쉽게 파할 수 있는 단열재가 관통되면 용융물이 안내장치의 표면 위로 흐르기 위한 용융 흐름 통로 부분은 몇 배 증가한다. 수직 및 경사 열 층판 금속 실드(23)의 경우 통로 부분의 증가 정도가 다르며, 이는 수직 베어링 리브에 의해 형성된 채널의 다른 기하학적 구조와 관련이 있다;
- 안내장치의 중심부에는 코륨의 통행을 위한 구멍(4)이 있으며, 구멍 크기는 노심이 원자로용기에서 배출되는 과정에서 노심의 고체 및 액체 파편들의 비산을 제한한다.
따라서 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템의 안내장치(1)의 일부로 사용되는 상·하부 경사 플레이트(18 및 20) 아래에 설치된 열 층판 금속 실드(23)와 희생물질은 충격방지, 채널형성 및 보호기능을 수행한다.
열 층판 금속 실드(23)는 원자로 용기 내부의 잔류 압력에 의해 생성된 가속도를 고려하여 파괴된 바닥의 찢어진 부분으로부터의 충격 하중의 초기 감쇠를 제공한다. 또한, 구겨지는 열 층판 금속 실드(23)는 안내장치 (1)에 대한 초기 보호와 원자로 용기의 낮은 잔류 압력에서 용융물 제트의 충격으로부터 초기 보호를 제공한다.
파괴된 원자로용기 바닥의 찢어진 부분에서 강한 동적충격이 있을 경우, 충격하중은 안내장치(1)의 중요한 소포트 요소(5, 11, 15, 9) 주위에 보호층을 형성하는 콘크리트 또는 세라믹 재질(27)에 의해 받는데, 이때 베어링 리브(5)를 부분적으로 관통될 수 있으며, 특히 상부 및 하부 경사 플레이트(18 및 20) 아래의 희생 물질 층으로 보호된 경사 부분은 더 관련이 있다.
안내장치(1)의 소포트 요소(5, 8, 11, 9, 15, 18, 20, 12)와 함께 콘크리트 또는 세라믹 재질(27)은 포물체 및 노심용융물 제트에 대한 관통할 수 없는 장벽을 만든다.
따라서 안내장치(1)의 소포트 요소(5, 9, 11, 12, 15)의 보호층을 형성하는 열 층판 금속 실드(23)와 콘크리트 또는 세라믹 재질(27)은 원자로용기와 그 내부용기 장치의 큰 파편들의 제동 및 블록을 보장하며, 동시에 노심용융물, 원자로용기 내부 파편 및 원자로용기 바닥의 코어 캐쳐로 순차적 흐름을 보장한다.
구겨지는 열 층판 금속 실드(23)는 용융물이 수평으로 흐를 때 각 방사형 수직 및 경사 섹터 및 방위 방향에서 노심용융물 움직임을 위한 통로 섹션을 보장한다.
원자로용기에서 흘러나오는 용융물의 측면으로부터의 강한 열역학적인 충격에서, 콘크리트 또는 세라믹 재질(27)의 열화학적인 상호작용에 의해 용융물 이동을 위한 안내장치(1)의 통로부분이 커지며, 동시에 안내장치(1)의 전력구조에 미치는 화학적 활성과 열기계적 영향이 감소하여 건전성을 보존한다.
따라서, 안내장치(1)의 소포트 요소(5, 9, 11, 12, 15)의 보호층을 형성하는 열 층판 금속 실드(23)와 콘크리트 또는 세라믹 재질(27)은 원자로 수조의 구조용 및 사문석 콘크리트를 용융물과의 상호 작용으로부터 보호를 보장한다.
안내장치(1)의 소포트 요소(5, 11, 15, 9)의 보호층을 형성하는 콘크리트 또는 세라믹 재질(27)은 노심용융물 제트의 열화학 및 열역학 상호작용 동안 안내장치(1)의 소포트 요소(5, 8, 11, 9, 15, 18, 20, 12)의 손상 및 파괴를 방지하는 열 및 화학 장벽을 만들며, 이를 위해 콘크리트 또는 세라믹 재질(27)의 내열성이 노심용융물 흐름의 방향별로 다르게 선택하고, 이는 원자로용기에 가장 가까운 상부 경사 플레아트(18) 아래에 위치한 희생물질의 조기 파괴를 보장하는데, 따라서 용해 속도를 높이고 안내장치(1)의 중요한 소포트 요소(5, 6, 9, 7, 11, 14, 10)에 대한 열화학 및 열역학 영향을 감소시킨다.
따라서, 안내장치(1)의 소포트 요소(5, 6, 9, 7, 11, 14, 10)의 보호층을 형성하는 콘크리트 또는 세라믹 재질(27)은 원자로 용기의 사이드 관통 시 강도를 보장하고, 이는 원자로 수조의 구조용 및 사문석 콘크리트를 용융물과의 상호 작용으로부터 보호를 보장한다.
추가적인 열 요소가 장착된 소포트 프레임이 있는 안내장치(1)의 사용은 원자로가 파괴 또는 관통된 후 코륨(용융)이 서서히 코어 캐쳐로 유입, 원자로용기 내부 장비의 큰 파편, 열조립품 및 원자로용기 바닥이 코어 캐쳐로 떨어지는 것을 방지, 융물이 원자로 용기에서 코어 캐쳐로 흘러들어갈 때 원뿔형 부분에 만들어진 중앙 구멍을 막지 않고 캔틸레버보 및 그 장비의 파괴로부터 보호, 콘크리트 수조 및 건식형 격납건물 사문석 콘크리트의 노심용융물과 직접 접촉하지 않도록 보장한다.
정보 출처:
1. 러시아 연방 특허 제2253914호, IPC G21C 9/016, 출원일자 2003.08.18
2. 용융물의 억제 장치, 2011년 5월 17~20일 러시아 포돌스크, 제7회 국제과학실천회의 "VVER로 NPP의 안전성 보장", OKB "Gidropress";
3. 러시아 연방 특허 제2576516호, IPC G21C 9/016, 출원일자 2014.12.16;
4. 러시아 연방 특허 제2576517호, IPC G21C 9/016, 출원일자 2014.12.16;
5. 러시아 연방 특허 제2575878호, IPC G21C 9/016, 출원일자 2014.12.16
Claims (1)
- 원통형 부분(2)과 구멍(4)이 뚫린 원뿔형 부분(3), 구멍(4)을 기준으로 방사형으로 배열되고 원통형 부분(2)과 원뿔형 부분(3)을 섹터(7)로 나누고 있는 베어링 리브(5)로 구성되는 캔틸레버보로 지지한 원자로 용기 밑에 설치된 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템 안내장치(1)로서,
안내장치(1)는, 서포트 프레임, 열 층판 금속 실드(23), 조립식 열 층판 금속 실드(13) 및 냉각채널(21)을 포함하고,
서포트 프레임은, 외측 상부 서포트 링(8), 외측 중앙 서포트 링(9), 내측 중앙 서포트 링(10), 외측 상부 서포트 쉘(11), 베어링 리브(5)에 의해 섹터로 나뉘고 상부에 구멍(14)이 있는 중간 서포트 쉘(12), 외측 하부 서포트 쉘(15), 기반(16), 지지 리브(17), 원뿔형 바닥(19)과 베어링 리브(5)와 중간 서포트 쉘(12)을 연결하는 상부 경사 플레이트(18), 및 원뿔형 바닥(19)과 베어링 리브(5)와 중간 서포트 쉘(12)과 외측 상부 서포트 쉘(11)을 연결하는 하부 경사 플레이트(20)로 구성되고,
열 층판 금속 실드(23)는, 지지 리브(17)에 장착되고 중간 서포트 쉘(12)의 내부 표면 및 상부 경사 플레이트(18)를 따라 간격(22)으로 장착되고,
조립식 열 층판 금속 실드(13)는, 지지 리브(17)에 장착되고 구멍(4)을 덮고,
냉각채널(21)은, 집전기(6)에서 나오고,
냉각채널(21)은, 상부 및 하부 경사 플레이트(18 및 20) 사이와 중간 및 외측 상부 서포트 쉘(12 및 11) 사이를 통과하고,
냉각채널(21)은, 구멍(14)을 통해 간격(22)으로 연결되고,
간격(22)은, 열 층판 금속 실드(23) 및 중간 서포트 쉘(12) 사이에 공간과 열 층판 금속 실드(23) 및 상부 경사 플레이트(18) 사이에 공간을 형성하고,
여기서, 기반(16), 원뿔형 바닥 (19), 하부 경사 플레이트 (20), 상부 외측 서포트 쉘(11) 부분, 외측 중앙 서포트 링(9), 외측 하부 서포트 쉘(15)에 의해 경계된 공간(24), 상부 외측 서포트 쉘(11)과 중간 서포트 쉘(12) 사이의 공간(25), 상·하부 경사 플레이트 (18 및 20) 사이의 공간(26)은 콘크리트 또는 세라믹 재질(27)로 채워지고, 밀봉된 바닥(28)은 외측 하부 서포트 쉘(15) 및 지지 리브(17)에 연결되는 것을 특징으로 하는 안내장치.
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