KR102649449B1 - 냉각수조에 배치된 소형모듈형 원자로(smr)를 포함하는 원자력발전소 및 이의 정비 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소에 있어서, 수조를 포함하며, 상기 수조는, 냉각수가 채워져 있으며, 사용후핵연료가 위치하는 제1공간을 형성하는 제1수조; 및 상기 제1공간과 구별되며 상기 소형모듈형 원자로가 위치하는 제2공간을 형성하는 제2수조;를 포함하는 원자력발전소에 관한 것이다.

Description

냉각수조에 배치된 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소 및 이의 정비 방법{Nuclear power plant comprising small modular reactor placed in coolant tank and methods for maintaining thereor}
본 발명은 냉각수조에 배치된 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소 및 이의 정비 방법에 관한 것이다.
일반적인 대형 원자력발전소에서 냉각 수조는 사용후연료를 저장하고 저장된 사용후연료에서 발생하는 붕괴열을 제거하기 위한 용도로 사용된다.
소형모듈형 원자로(SMR)을 포함하는 원자력발전소에는 다수의 소형모듈형 원자로(SMR)을 포함하며, 개별 소형모듈형 원자로(SMR)는 안전성 강화를 위해 냉각 수조에 침수된 상태로 운영된다. 이때 냉각 수조는 1차계통 최종열제거원(Ultimate Heat Sink, UHS)으로 사용된다.
1차 계통 최종열제거원인 냉각 수조는, 원자로 사고 시 1개월 이상 원자로를 냉각시켜 주는 기능을 하게 되나, 1개월 이후에는 출력이 낮아진 상태에서 자연대류를 이용한 원자로 냉각만이 이루어지는 문제점이 발생한다.
또한, 기존 냉각 수조에 배치된 소형모듈 원자로를 정비하기 위해서는 수조 내부에서 정비가 불가능하여, 냉각 수조 내부에서 별도의 공간으로 소형모듈 원자로를 이동해야 하고 이로 인하여 주요 계통의 분리가 이루어져야하는 문제점이 있었다.
한국 특허등록 제10-1677978호(2016년 11월 15일 등록)
본 발명의 목적은 냉각수조에 배치된 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소 및 이의 정비 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소에 있어서, 수조를 포함하며, 상기 수조는, 냉각수가 채워져 있으며, 사용후핵연료가 위치하는 제1공간을 형성하는 제1수조; 및 상기 제1공간과 구별되며 상기 소형모듈형 원자로가 위치하는 제2공간을 형성하는 제2수조;를 포함하는 원자력발전소에 관한 것이다.
상기 수조는, 상기 제1공간과 상기 제2공간을 분리하며 개폐 가능한 제1도어; 및 상기 제2공간과 상기 수조의 외부공간인 제3공간을 분리하며 개폐 가능한 제2도어;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2공간은 복수로 마련되어 있으며, 상기 제2공간은 상기 제1공간의 둘레에 이격되어 배치되어 있고, 상기 제1공간의 형태는 원형 및 타원형 중 어느 하나일 수 있다.
상기 수조의 상부에 위치하며, 상기 수조를 닫힌 구조로 형성하는 커버부를 더 포함하고, 상기 수조와 상기 커버부의 사이에 적어도 일부가 위치하며 상기 수조에서 증발된 냉각수를 포집하여 응축시키는 응축부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2공간으로 냉각수를 공급 및 배출하는 냉각수 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 수조의 외부에 설치되는 크레인을 더 포함하며, 상기 크레인을 통해 상기 소형모듈형 원자로의 정비 시 필요한 장비가 상기 제2공간으로 도입될 수 있다.
본 발명은 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소의 정비 방법에 관한 것으로, 상기 원자력발전소는, 수조를 포함하며, 상기 수조는 냉각수가 채워져 있으며, 사용후핵연료가 위치하는 제1공간을 형성하는 제1수조; 상기 제1공간과 구별되며 상기 소형모듈형 원자로가 위치하는 제2공간을 형성하는 제2수조; 상기 제1공간과 상기 제2공간을 분리하며 개폐 가능한 제1도어; 및 상기 제2공간과 상기 수조의 외부공간인 제3공간을 분리하며 개폐 가능한 제2도어;를 포함한다.
상기 제1공간과 상기 제2공간을 분리하기 위하여 상기 제1도어를 폐쇄하는 단계; 상기 제2공간의 냉각수를 배출하는 단계; 상기 제2도어를 개방하고, 상기 수조 외부로부터 상기 소형모듈형 원자로의 정비에 필요한 장비를 상기 제2공간으로 도입하는 단계; 상기 장비를 이용하여 상기 소형모듈형 원자로를 정비하는 단계; 및 상기 제2도어를 폐쇄하고, 상기 제2공간으로 냉각수를 재충수 하는 단계;를 포함하는 원자력발전소의 정비 방법에 관한 것이다.
상기 냉각수의 배출은, 상기 제2공간으로의 냉각수 공급 및 배출을 조절하는 냉각수 조절부를 통해 이루어질 수 있다.
상기 장비의 도입은, 상기 수조의 외부에 설치되어 있는 크레인을 통해 이루어질 수 있다.
상기 냉각수의 재충수는, 상기 제1도어의 개방을 통한 상기 제1공간으로부터의 냉각수 공급 및 상기 냉각수 조절부에 의한 냉각수 공급 중 어느 하나를 통해 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 냉각수조에 배치된 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소 및 이의 정비 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소의 평면도를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소의 정면도를 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소의 정비 방법을 나타낸 순서도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소의 정비 방법에 따른 각 단계에서의 도어, 냉각수 및 장비의 작동을 나타낸 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소의 평면도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소의 정면도를 나타낸 것이다.
소형모듈형 원자로를 포함하는 원자력발전소(10)는 수조(100), 소형모듈형 원자로(200), 커버부(300), 응축부(400), 냉각수 조절부(500) 및 크레인(600)을 포함한다.
수조(100)는 제1수조(110), 제2수조(120), 제1도어(130) 및 제2도어(140)를 포함한다.
제1수조(110)는 제1공간(A)이 형성되어 있으며, 내부에 사용후핵연료가 위치하고, 사용후핵연료가 충분히 잠길 수 있도록 냉각수가 채워져 있다.
본 실시예에서 제1공간(A)의 형태는 원형이나, 이에 한정되지 않고 타원형, 다각형 등 다앙하게 변형 가능하다. 본 발명에서 형태는 수평 방향의 단면을 의미한다.
도시되어 있지는 않지만, 소형모듈형 원자로 사고 시 제1공간(A)에서 냉각수가 소실되는 것을 방지하기 위한 냉각수 보충장치가 더 설치되어 있을 수 있다. 또한, 1수조(110) 내 위치하는 사용후핵연료를 고정하고 지지하기 위한 추가적인 지지구조가 더 설치되어있을 수 있다.
제2수조(120)는 제2공간(B)이 형성되어 있으며, 제2공간(B)은 복수로 마련되어 있고, 제1공간(A)의 둘레에 이격되어 배치되어 있다.
도 1을 살펴보면, 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소(10)는 제1공간(A)의 둘레를 따라 제2공간(B)이 일정 간격으로 배치되어 있는 톱니바퀴 형태로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다른실시예에서 제2공간(B)의 형태는 다양하게 변경 가능하며, 배치 형태도 달라질 수 있다.
일정 간격으로 배치되어 있는 제2수조(120) 내부에는 개별 소형모듈형 원자로(200)가 배치되어 있으며, 소형모듈형 원자로(200)가 충분히 잠길 수 있도록 냉각수가 채워져 있다.
도시되어 있지는 않지만, 제2공간(B)의 내부에 위치하는 개별 소형모듈형 원자로(200)를 고정하고 지지하기 위한 추가적인 지지구조가 더 설치되어있을 수 있다.
제1도어(130)는 제1공간(A)과 제2공간(B)을 분리하며, 개폐가 가능하다. 제1도어(130) 폐쇄를 통해 제1수조(110) 및 제2수조(120) 내 냉각수가 독립적으로 분리된다.
제2도어(140)는 제2공간(B)과 수조(100)의 외부공간인 제3공간(C)을 분리하며, 개폐가 가능하다. 제2공간(B)에서 냉각수를 제거하고 제2도어(140)가 개방되면, 제2공간(B)으로 소형모듈형 원자로(200)의 정비를 위한 장비가 이동할 수 있게 된다.
본 발명에서 제1도어(130) 및 제2도어(140)는 개폐가 가능한 수문 또는 격벽으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
커버부(300)는 수조(100)의 상부에 위치하며, 수조(100)를 닫힌 구조로 형성한다.
커버부(300)의 재질은 콘크리트 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
커버부(300)의 일단과 제2도어(140)의 일단이 결합되어 있으며, 도시되어 있지는 않지만, 커버부(300)와 결합되는 제2도어(140)를 고정하고 지지할 수 있는 추가적인 지지구조가 더 설치되어있을 수 있다.
응축부(400)는 수조(100)와 커버부(300) 사이에 적어도 일부가 위치하며 수조(100)에서 증발된 냉각수를 포집하여 응축시키게 된다.
응축부(400)에 의해 응축된 냉각수는 수조(100)에 떨어짐으로써, 냉각수 증발로 인해 수위가 낮아진 수조(100) 내 냉각수량을 보충할 수 있게 된다. 이에 사용후핵연료 및 소형모듈형 원자로(200)가 충분히 냉각수에 잠길 수 있게 된다.
응축부(400)는 열교환기 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도시되어 있지는 않지만, 응축부(400)는 수조(100) 외부로부터 연결된 별도의 냉각수 배관 설비가 더 설치되어있으며, 이를 통해 수조(100)로부터 증발된 냉각수를 응축시키게 된다.
냉각수 조절부(500)는 제2수조(120) 내 제2공간(B)으로의 냉각수 공급 및 배출을 조절한다.
냉각수 조절부(500)는 펌프 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
냉각수 조절부(500)를 통한 냉각수 공급은 제2수조(120)에서 배출된 냉각수를 사용하거나, 도시되어 있지는 않지만, 원자력발전소의 외부 냉각수 공급부(냉각수 저장 탱크)로부터 얻을 수 있는 냉각수를 사용하여 공급하게 된다.
도 2를 살펴보면, 냉각수 조절부(500)는 수조(100)의 외부공간 하부에 배치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.
크레인(600)은 수조(100)의 외부에 설치되어있으며, 소형모듈형 원자로(200)의 정비에 필요한 장비를 제2공간(B)으로 이동시킬 수 있다.
크레인(600)은 이동식 및 고정식 크레인 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소의 정비 방법 및 각 단계에서의 작동에 관하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소의 정비 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소의 정비 방법에 따른 각 단계에서의 도어, 냉각수 및 장비의 작동을 나타낸 것이다.
본 발명에서의 정비는 원자력발전소 내 소형모듈형 원자로(200)와 관련된 정비를 의미하며, 구체적으로 소형모듈형 원자로(200) 내 모듈에 대한 정비, 소형모듈형 원자로(200)에서 배출되는 사용후핵연료의 처리 및 소형모듈형 원자로(200)의 이동을 의미한다.
본 발명에 따른 원자력발전소의 정비 시 복수의 제2공간(B) 내 배치되어 있는 개별 소형모듈형 원자로(200) 중에서 실제 정비가 필요한 소형모듈형 원자로(200)에 대한 선택적인 정비가 가능하다.
도 3 및 도 4를 살펴보면, 먼저 제1공간(A)과 제2공간(B)을 분리하기 위하여 제1도어(130)를 폐쇄한다. (S10)
제1도어(130) 폐쇄에 의해 제1공간(A)과 제2공간(B)은 완전히 독립적으로 분리되며, 제1공간(A)의 냉각수와 독립적으로 제2공간(B)에 냉각수를 공급 및 배출할 수 있게 된다.
이후 제2공간(B)의 냉각수를 배출시킨다. (S20)
이때, 제2공간(B)에서의 냉각수 배출은 제1도어(130)의 개방을 통한 제1수조(110)로의 냉각수 배출 또는 제2공간(B)으로의 냉각수 공급 및 배출을 조절하는 냉각수 조절부(150)를 통해 수조(100) 외부로 배출시키게 된다.
도 4를 참조하면, 냉각수 조절부(150)를 통해 복수의 제2공간(B) 중에서도 실제 정비가 필요한 소형모듈형 원자로(200)가 배치되어 있는 제2공간(B)에 대한 선택적인 냉각수 배출이 가능하게 된다.
다음으로, 제2도어(140)를 개방하고, 수조(100)의 외부로부터 소형모듈형 원자(200)로 정비에 필요한 장비를 제2공간(B)으로 도입한다. (S30)
도시되어 있지는 않지만, 수조(100) 외부에 설치되어있는 크레인(600)을 통해서는 소형모듈형 원자(200)로 정비에 필요한 장비의 도입뿐만 아니라, 소형모듈형 원자로를 수리 또는 교체하기 위한 인력이 제2공간(B)으로 투입될 수도 있다.
다음으로 제2공간(B)으로 도입된 장비를 이용하여 소형모듈형 원자로(200)를 정비한다. (S40)
이후 제2도어(140)를 폐쇄하고, 제2공간(B)으로 냉각수를 재충수 한다. (S50)
냉각수 재충수는 제1도어(130)의 개방을 통한 제1공간(A)으로부터의 냉각수 공급 또는 냉각수 조절부(500)에 의한 수조(100)의 외부로부터의 냉각수 공급을 통해 이루어진다.
이상 설명한 본 발명에 따른 소형모듈형 원자로를 포함하는 원자력발전소 및 이의 정비 방법은, 응축부 구성을 통한 수조 내 냉각성능이 향상되고, 수조 내 공간 분리(제1공간 및 제2공간)를 통한 원자로의 정비 이동을 최소화할 수 있으며, 닫힌 구조의 수조 형태를 유지함으로써 별도의 압력 경계부를 형성할 수 있어 전체적으로 원자력발전소의 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.
전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 소형모듈형 원자로(SMR)를 포함하는 원자력발전소에 있어서,
    수조를 포함하며,
    상기 수조는,
    냉각수가 채워져 있으며, 사용후핵연료가 위치하는 제1공간을 형성하는 제1수조; 및
    상기 제1공간과 구별되며 상기 소형모듈형 원자로가 위치하는 제2공간을 형성하는 제2수조;를 포함하고,
    상기 수조는,
    상기 제1공간과 상기 제2공간을 분리하며 개폐 가능한 제1도어; 및
    상기 제2공간과 상기 수조의 외부공간인 제3공간을 분리하며 개폐 가능한 제2도어;를 더 포함하는 원자력발전소.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제2공간은 복수로 마련되어 있으며,
    상기 제2공간은 상기 제1공간의 둘레에 이격되어 배치되어 있고,
    상기 제1공간의 형태는 원형 및 타원형 중 어느 하나인 원자력발전소.
  4. 제1항에서,
    상기 수조의 상부에 위치하며, 상기 수조를 닫힌 구조로 형성하는 커버부를 더 포함하고,
    상기 수조와 상기 커버부의 사이에 적어도 일부가 위치하며 상기 수조에서 증발된 냉각수를 포집하여 응축시키는 응축부를 더 포함하는 원자력발전소.
  5. 제1항에서,
    상기 제2공간으로 냉각수를 공급 및 배출하는 냉각수 조절부를 더 포함하는 원자력발전소.
  6. 제1항에서,
    상기 수조의 외부에 설치되는 크레인을 더 포함하며,
    상기 크레인을 통해 상기 소형모듈형 원자로의 정비 시 필요한 장비가 상기 제2공간으로 도입되는 원자력발전소.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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KR101445962B1 (ko) * 2013-02-22 2014-09-29 한국원자력연구원 원자로 장기 냉각 장치 및 이를 이용한 원자로 냉각 방법
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