KR102649036B1

KR102649036B1 - 소형원자로 냉각장치 및 냉각방법

Info

Publication number: KR102649036B1
Application number: KR1020220031448A
Authority: KR
Inventors: 김문수; 조경수
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2022-03-14
Filing date: 2022-03-14
Publication date: 2024-03-18
Also published as: EP4495950A1; CN118435292A; WO2023177154A1; JP2024544721A; KR20230134308A

Abstract

소형원자로 냉각장치 및 냉각방법을 제공한다. 소형원자로 냉각장치는 내부에 냉각수가 유로구조부를 따라 순환유동되는 원자로용기; 상기 원자로용기 내부에 구비되며 상기 순환유동에 기반하여 상기 냉각수가 내부에 충전되는 냉각수보존유닛을 포함하며, 상기 냉각수보존유닛은, 중대사고발생에 따라 상기 원자로용기에 노심용융물이 발생되면, 내부에 충전된 상기 냉각수를 매개로 상기 노심용융물과 접촉되어 상기 노심용융물에 대한 냉각처리를 수행하여, 상기 노심용융물의 외부유출이 방지되도록 한다.

Description

소형원자로 냉각장치 및 냉각방법{Small modular reactor cooling apparatus and cooling method}

본 발명은 소형원자로 냉각장치 및 냉각방법에 관한 것이다.

원전관련 기술분야에 있어서 SMR(Small modular reactor)은 안전성의 향상에 중점을 두고 개발이 이루어지고 있다. 그런데 이와 관련된 여러가지 안전정지 시스템의 존재에도 불구하고 발생의 확률이 매우 적은 중대사고에 대해서는 SMR의 원자로 내 노심용융물의 외부유출 방지 대책이 구체적으로 개발된 사례가 없다.

일반적인 대형상업 원자력발전소의 중대사고시 원자로건물 건전성 상실에 대처하기 위해 노심용융물과 원자로건물 하부공동 바닥 콘크리트 간에 직접 반응하지 않도록 노심용융물을 보유 및 냉각하는 여러 가지 대응책이 있다. 예컨데 대표적인 설비로서 원자로건물 하부공동에서 노심용융물을 수집, 보유 및 냉각수 공급을 통해 냉각하는 코어 캐쳐(Core Catcher)이다.

이러한 코어 캐쳐는 종래 노심용융물 수집 용기의 하부에 냉각유로를 설치하여 노심용융물을 냉각하는 방식으로 개발된 코어 캐쳐는 AREVA EPR과 GE ESBWR 적용 기술이 있다. AREVA EPR 코어 캐쳐는 노심용융물을 수집하는 프리-캐쳐(Pre-Catcher), 노심용융물 이송채널, 노심용융물 퍼짐 및 냉각 공간으로 구성된다. AREVA EPR의 냉각유로는 수평형이며, 노심용융물 보유 및 퍼짐 용기를 지지하는 구조물에 의해 냉각유로가 분리된 사각 냉각채널 형태이다.

GE ESBWR 코어 캐쳐는 원자로 직하부에 노심용융물 수집，퍼짐 및 냉각을 수행하는 깔때기 모양의 용기가 설치된 구조이다. 이러한 기존 코어캐쳐는 모두 원자로 외부에 설치가 된다. 그러나 격납건물이 없거나 원자로용기와 거의 밀착되어 설계되는 SMR의 경우는 그러한 코어캐쳐의 설치가 불가하다.

한국등록특허 제10-158584호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 SMR의 중대사고시 내부 노심용융물의 용기 내 보유(In Vessel Retention)을 수행할 수 있도록 하는 것이다.

또한 중대사고시 노심용융물이 원자로하부 냉각수탱크 상부에 캐치되도록 하는 것이다.

또한 다른 피동 또는 액티브 안전설비에 의해 시스템의 정지냉각이 원활히 수행될 수 있는 시간을 확보하도록 하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 소형원자로 냉각방법은 원자로용기 내부에 냉각수가 유로구조부를 따라 순환유동되는 단계; 순환유동되는 상기 냉각수가 상기 원자로용기 내부에 냉각수보존유닛 내부에 충전되는 단계; 중대사고발생에 따라 상기 원자로용기에 노심용융물이 발생되는 단계; 및 상기 냉각수보존유닛이 내부에 충전된 상기 냉각수를 매개로 상기 노심용융물을 냉각시켜 상기 노심용융물의 외부유출이 방지되도록 하는 단계를 포함한다.

또한 상기 냉각수보존유닛은, 상기 원자로용기 내주면 하부에 위치되는 수용체와, 상기 수용체에 구비되어 상기 순환유동에 따라 상기 냉각수가 주입되는 주입체를 포함한다.

또한 상기 주입체는 상기 냉각수가 외부에서 내부로 유입되도록 하며, 상기 냉각수가 내부에 외부로의 유출은 방지되도록 한다.

또한 상기 주입체는 단일방향의 계폐동작을 통해 상기 유출의 방지가 이루어지도록 한다.

또한 상기 주입체는 체크밸브 방식으로 상기 개폐동작이 수행된다.

또한 상기 수용체는 하방부가 상기 원자로용기의 하방내주면과 대응하도록 형성되며, 상방부가 하부로 라운드지도록 형성된다.

또한 상기 주입체는 하부로 라운드지는 상기 상방부를 기준으로, 상기 수용체의 상방 둘레부 중 적어도 일부에 구비되어, 상기 순환유동에 따른 상기 냉각수를 주입받는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 면(aspect)에 따른 소형원자로 냉각장치는 내부에 냉각수가 유로구조부를 따라 순환유동되는 원자로용기; 상기 원자로용기 내부에 구비되며 상기 순환유동에 기반하여 상기 냉각수가 내부에 충전되는 냉각수보존유닛을 포함하며, 상기 냉각수보존유닛은, 중대사고발생에 따라 상기 원자로용기에 노심용융물이 발생되면, 내부에 충전된 상기 냉각수를 매개로 상기 노심용융물과 접촉되어 상기 노심용융물에 대한 냉각처리를 수행하여, 상기 노심용융물의 외부유출이 방지되도록 한다.

상기와 같은 본 발명의 소형원자로 냉각장치 및 냉각방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

본 발명은 SMR의 중대사고시 내부 노심용융물의 용기 내 보유(In Vessel Retention)을 수행할 수 있다.

또한 중대사고시 노심용융물이 원자로하부 냉각수탱크 위에 캐치되도록 할 수 있다.

또한 다른 피동 또는 액티브 안전설비에 의해 시스템의 정지냉각이 원활히 수행될 수 있는 시간을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형원자로 냉각장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 따른 구성을 세부적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1에 따른 구성을 도시한 구성도이다.
도 4는 도 1에 따른 구성의 일 실시예를 도시한 개략도이다.
도 5는 도 1에 따른 구성의 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형원자로 냉각방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 소형원자로 냉각장치(100)는 원자로용기(110), 유로구조부(120), 노심(130) 및 냉각수보존유닛(140)을 포함한다. 도 2를 참조하면 상기 냉각수보존유닛(140)은 수용체(141) 및 주입체(142)를 포함한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면 상기 소형원자로 냉각장치(100)의 상기 원자로용기(110)는 내부에 상기 유로구조부(120)가 구비된다. 상기 유로구조부(120)는 상기 원자로용기(110) 내부의 냉각수(W1)가 순환유동되도록 하기 위한 것이다.

이러한 상기 유로구조부(120)는 상기 냉각수(W1)의 순환을 위한 소정의 구조물 혹은 영역 등에 해당된다. 상기 냉각수보존유닛(140)은 상기 원자로용기(110) 내부에 구비된다.

도 4를 참조하면 상기 냉각수보존유닛(140)은 상기 냉각수(W1)의 상기 순환유동에 기반하여 상기 냉각수(W1)가 내부에 적어도 일부 충전된다. 상기 냉각수보존유닛(140)은 중대사고발생에 따라 상기 원자로용기(110)에 노심용융물이 발생되면, 내부에 충전된 상기 냉각수(W1)를 매개로 상기 노심용융물과 접촉된다.

상기 냉각수보존유닛(140)은 이러한 상기 노심융물과의 접촉을 기반으로 상기 노심용융물에 대한 냉각처리를 수행한다. 동시에 상기 냉각수보존유닛(140)은 상기 노심용융물의 외부유출이 방지되도록 한다.

여기서 상기 냉각수보존유닛(140)은 상기 노심용융물이 모이게 하고, 상기 원자로용기(110)의 하부 외벽과의 직접적인 열전달이 방지되도록 하는 역할을 한다. 이러한 상기 냉각수보존유닛(140)의 상기 수용체(141)는 상기 원자로용기(110) 내주면 하부에 위치된다.

상기 냉각수보존유닛(140)의 상기 주입체(142)는 상기 수용체(141)에 구비된다. 이러한 상기 주입체(142)는 상기 냉각수의 상기 순환유동에 따라 상기 냉각수(W1)가 주입받는다.

아울러 상기 주입체(142)는 상기 냉각수(W1)가 외부에서 내부로 유입되도록 한다. 상기 주입체(142)는 상기 냉각수(W1)가 내부에 외부로의 유출이 방지되도록 한다.

상기 주입체(142)는 단일방향의 계폐동작을 통해 상기 유출의 방지가 이루어지도록 한다. 상기 주입체(142)는 체크밸브 방식 등으로 상기 개폐동작이 수행되도록 한다.

이러한 상기 수용체(141)는 하방부(1412)가 상기 원자로용기(110)의 하방내주면과 대응하도록 형성된다. 상기 수용체(141)는 상방부(1411)가 하부로 라운드지도록 형성된다.

상기 주입체(142)는 하부로 라운드지는 상기 상방부(1411)를 기준으로, 상기 수용체(141)의 상방 둘레부 중 적어도 일부에 구비된다. 상기 주입체(142)는 상기 냉각수(W1)의 상기 순환유동에 따라 상기 냉각수(W1)가 주입된다.

여기서 상기 수용체(141)는 도 3에 도시된 바와 같이 외주면의 일부가 이중구조를 가지도록 구비된다. 아울러 상기 수용체(141)는 도 4에 도시된 바와 같이 상하좌우의 외주면이 전체적으로 이중구조를 가지도록 구비되는 것도 가능하다.

도 6을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 형원자로 냉각방법(S100)은 원자로용기(110) 내부에 냉각수(W1)가 유로구조부(120)를 따라 순환유동된다. 순환유동되는 상기 냉각수(W1)는 상기 원자로용기(110) 내부에 냉각수보존유닛(140) 내부에 충전된다.

여기서 중대사고발생에 따라 상기 원자로용기(110)에 노심용융물이 발생된다. 상기 냉각수보존유닛(140)은 내부에 충전된 상기 냉각수(W1)를 매개로 상기 노심용융물을 냉각시킨다.

아울러 상기 냉각수보존유닛(140)은 상기 노심용융물의 외부유출이 방지되도록 한다. 상기 냉각수보존유닛(140)의 수용체(141)는 상기 원자로용기(110) 내주면 하부에 위치된다.

상기 냉각수보존유닛(140)의 주입체(142)는 상기 수용체(141)에 구비되어 상기 순환유동에 따라 상기 냉각수(W1)가 주입된다. 상기 주입체(142)는 상기 냉각수(W1)가 외부에서 내부로 유입되도록 하며, 상기 냉각수(W1)가 내부에 외부로의 유출은 방지되도록 한다.

상기 주입체(142)는 단일방향의 계폐동작을 통해 상기 유출의 방지가 이루어지도록 한다. 상기 주입체(142)는 체크밸브 방식으로 상기 개폐동작이 수행된다. 상기 수용체(141)는 하방부(1412)가 상기 원자로용기(110)의 하방내주면과 대응하도록 형성되며, 상방부(1411)가 하부로 라운드지도록 형성된다.

여기서 상기 주입체(142)는 하부로 라운드지는 상기 상방부(1411)를 기준으로, 상기 수용체(141)의 상방 둘레부 중 적어도 일부에 구비된다. 상기 주입체(142)는 상기 순환유동에 따른 상기 냉각수(W1)를 주입받는다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

110: 원자로용기
120: 유로구조부
130: 노심
140: 냉각수보존유닛
141: 수용체
142: 주입체

Claims

소형원자로 냉각방법으로서,
원자로용기 내부에 냉각수가 유로구조부를 따라 순환유동되는 단계;
상기 냉각수가 상기 원자로용기 내부에 냉각수보존유닛에 충전되는 단계;
중대사고발생에 따라 상기 원자로용기에 노심용융물이 발생되는 단계; 및
상기 냉각수보존유닛이 내부에 충전된 상기 냉각수를 매개로 상기 노심용융물을 냉각시켜 상기 노심용융물의 외부유출이 방지되도록 하는 단계를 포함하고,
상기 냉각수보존유닛은,
상기 원자로용기 내주면 하부에 위치되는 수용체와,
상기 수용체에 구비되어 상기 순환유동에 따라 상기 냉각수가 주입되는 주입체를 포함하는, 소형원자로 냉각방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 주입체는,
상기 냉각수가 외부에서 내부로 유입되도록 하며, 상기 냉각수가 내부에 외부로의 유출은 방지되도록 하는, 소형원자로 냉각방법.
제3항에 있어서,
상기 주입체는 단일방향의 계폐동작을 통해 상기 유출의 방지가 이루어지도록 하는, 소형원자로 냉각방법.
제4항에 있어서,
상기 주입체는 체크밸브 방식으로 개폐동작이 수행되는, 소형원자로 냉각방법.
제3항에 있어서,
상기 수용체는,
하방부가 상기 원자로용기의 하방내주면과 대응하도록 형성되며, 상방부가 하부로 라운드지도록 형성되는, 소형원자로 냉각방법.
소형원자로 냉각장치로서,
내부에 냉각수가 유로구조부를 따라 순환유동되는 원자로용기;
상기 원자로용기 내부에 구비되며 상기 순환유동에 기반하여 상기 냉각수가 내부에 충전되는 냉각수보존유닛을 포함하며,
상기 냉각수보존유닛은,
중대사고발생에 따라 상기 원자로용기에 노심용융물이 발생되면,
내부에 충전된 상기 냉각수를 매개로 상기 노심용융물과 접촉되어 상기 노심용융물에 대한 냉각처리를 수행하여, 상기 노심용융물의 외부유출이 방지되도록 하고,
상기 냉각수보존유닛은,
상기 원자로용기 내주면 하부에 위치되는 수용체와,
상기 수용체에 구비되어 상기 순환유동에 따라 상기 냉각수가 주입되는 주입체를 포함하는, 소형원자로 냉각장치.
삭제
제7항에 있어서,
상기 주입체는,
상기 냉각수가 외부에서 내부로 유입되도록 하며, 상기 냉각수가 내부에 외부로의 유출은 방지되도록 하는, 소형원자로 냉각장치.