KR20060117651A - 원자로 외벽 냉각 직접 주입 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자로 외벽 냉각 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저수조로부터 열 차폐체로 연결되는 냉각수 주입관과 원자로 공동으로부터 냉각수 주입관으로 연결되는 냉각수 재순환관을 구비하고, 원자로의 노심이 용융되는 중대사고시에 냉각수를 냉각수 주입관을 통하여 열 차폐체의 내부로 강제 주입하여 원자로 용기의 외벽을 냉각시키고, 열 차폐체의 냉각수 출구를 통해 원자로 공동의 하부로 유입되어 축적되는 냉각수를 냉각수 재순환관을 통하여 냉각수 주입관으로 다시 공급하여 재순환시킴으로써, 원자로 용기의 외벽을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 원자로 외벽 냉각 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 원자로 외벽 냉각 시스템은, 원자로 용기와; 일정한 간격을 두고 상기 원자로 용기의 외벽을 둘러싸는 열 차폐체와; 상기 열 차폐체 및 상기 원자로 용기를 내부에 구비하는 원자로 공동;을 포함하여 구성되는 원자로 외벽의 냉각 시스템에 있어서, 내부에 냉각수를 저장하는 저수조와; 일단이 상기 저수조에 연결되고 타단은 상기 열 차폐체의 하부에 연결되어, 상기 저수조의 냉각수가 상기 열 차폐체의 내부로 주입되는 통로를 형성하는 냉각수 주입 배관과; 일단이 상기 원자로 공동에 연결되고 타단이 상기 냉각수 주입 배관과 연결되어, 상기 원자로 공동의 하부로 유입되는 냉각수를 상기 냉각수 주입 배관으로 재순환시키는 통로를 형성하는 냉각수 재순환 배관과; 상기 냉각수 주입 배관에 구비되어, 상기 열 차폐체의 내부로 주입되는 냉각수의 흐름을 단속하는 냉각수 주입 밸브와;상기 냉각수 재순 환 배관에 구비되어, 재순환되는 냉각수의 유량을 조절하는 냉각수 재순환 밸브; 및 상기 저수조와 상기 냉각수 주입 배관 및 상기 냉각수 재순환 배관으로 구성되는 냉각수 순환 계통상에 구비되어 냉각수를 강제로 순환시키는 적어도 하나 이상의 펌프;를 포함하여 구성되는 점을 특징으로 한다.
원자로, 중대사고, 외벽 냉각, 열 차폐체, 냉각수, 강제 주입
Description
도 1은 종래 기술에 따른 원자로 외벽 냉각 방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 원자로 외벽 냉각 시스템의 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 원자로 외벽 냉각 시스템에서 열 차폐체와 원자로 공동이 각 배관과 연결되는 구조를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원자로 외벽 냉각 시스템의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
5, 105 : 노심 용융물 20, 120 : 원자로 용기
30, 130 : 열 차폐체 40, 140 : 원자로 공동
50, 150 : 1차측 배관 110 : 격납건물
125 : 노내 계측관 160 : 증기발생기
171, 176 : 저수조 181, 184 : 냉각수 주입 밸브
182, 185 : 냉각수 재순환 밸브 183 : 저수조 연결 밸브
191, 193 : 냉각수 주입 배관 192, 194 : 냉각수 재순환 배관
201, 202, 203 : 펌프 211 : 횡류생성기
본 발명은 원자로 외벽 냉각 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저수조로부터 열 차폐체로 연결되는 냉각수 주입관과 원자로 공동으로부터 냉각수 주입관으로 연결되는 냉각수 재순환관을 구비하고, 원자로의 노심이 용융되는 중대사고시에 냉각수를 냉각수 주입관을 통하여 열 차폐체의 내부로 강제 주입하여 원자로 용기의 외벽을 냉각시키고, 열 차폐체의 냉각수 출구를 통해 원자로 공동의 하부로 유입되어 축적되는 냉각수를 냉각수 재순환관을 통하여 냉각수 주입관으로 다시 공급하여 재순환시킴으로써, 원자로 용기의 외벽을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 원자로 외벽 냉각 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
원자로는 안정성 평가에 따라 설계된 각종 안전 설비가 오작동하여 노심(reactor core) 냉각이나 반응도 제어가 적절히 이루어지지 않는 경우에 노심에 중대한 손상이 발생하는 중대사고가 발생하게 된다. 이러한 중대사고의 주요 현상으로는, 핵연료 피복재 산화로 인한 수소 발생과 폭발, 핵연료의 용융과 용융된 핵연료의 원자로 용기 내 거동, 원자로 용기 파손, 증기 폭발, 격납건물(reactor containment building) 직접 가열, 노심 용융물-콘크리트 반응 및 격납건물 과압 등이 있는데, 특히 중대사고의 전체 피해 규모에 직접적으로 영향을 미치는 현상은 원자로의 용기가 파손된 이후에 주로 발생하는 격납건물의 파손이다. 이러한 중대사고의 여러 현상은 그 전개 과정이 대단히 불확실하고 복잡하므로 중대사고를 분 석하거나 관리하는 데에 어려움이 많은 실정이다.
최근, 중대사고 발생시, 원자로의 용기 외벽을 침수시킴으로써 원자로 용기 내부의 노심 용융물로부터 발생하는 붕괴열을 제거하여 원자로 용기가 파손되는 것을 방지하는 원자로 외벽 냉각 기술이 원자로의 중대사고를 관리하는 주요 기술로 대두됨에 따라, 해외의 여러 경수로에서는 이러한 원자로 외벽 냉각 기술을 고려하여 설계에 반영하는 추세이다. 그 예로, 도 1에 도시된 미국 웨스팅하우스의 신형 경수로 AP1000에서의 원자로 외벽 냉각 방법을 들 수 있다. 이 방법에 따르면, 원자로의 노심이 용융되어 노심 용융물(5)이 생성되는 중대사고가 발생하는 경우 원자로 공동(reactor cavity; 40)으로 냉각수를 투입하여 원자로 공동(40)의 저면에서부터 1차측 배관(50) 접합부까지의 공간을 냉각수로 채워줌으로써 원자로의 외벽을 침수시킨다. 원자로 공동(40)에 냉각수가 채워지면 채워진 냉각수의 압력에 의해 열 차폐체(30) 하부의 냉각수 입구(34)가 열리고, 이를 통해 냉각수가 열 차폐체(30) 내부로 유입되며, 내부로 유입된 냉각수는 자연대류현상에 의해 원자로 용기(20)의 외벽을 따라 열 차폐체(30) 상부에 있는 냉각수 출구(35)를 통해 다시 원자로 공동(40)으로 배출되게 된다. 다시 말해서, 원자로 공동(40) → 냉각수 입구(34) → 열 차폐체(30) 내부 → 냉각수 출구(35) → 원자로 공동(40)의 순으로 냉각수가 지속적인 자연 순환을 하며 원자로의 외벽을 냉각하게 된다.
이러한 원자로 공동 침수에 의한 원자로 외벽 냉각 방법은 해외는 물론 국내에서도 대부분의 경수로에서 원자로의 외벽을 냉각하는 방법으로 채택되어 사용되고 있으나, 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째는, 대형경수로에 적용되는 경우, 원자로 용기의 외부에서 발생하는 증기 폭발에 의하여 격납건물이 조기 파손될 위험이 높다는 것이다. 증기 폭발이란 액체가 급속하게 기화하면서 체적이 팽창하는 경우 고압에 의한 압력파가 생성되는 현상으로서, 고온의 액체 금속이 저온·저압의 대용량 액체와 순간적으로 접촉하는 경우에 흔히 발생할 수 있다. 열 차폐체의 내부 및 원자로의 공동에 축적되는 냉각수의 양은 원자로의 규모에 비례하므로, 대형 원자로의 용기가 파손되어 원자로 공동의 내부가 침수되는 경우 원자로 용기의 주변에는 저압 상태의 냉각수가 대량으로 존재하게 된다. 이 때, 파손된 용기를 통하여 흘러나온 고온의 노심 용융물이 대량의 냉각수와 접촉하는 순간 증기 폭발이 발생하게 된다. 이와 같이, 원자로 용기 외부에서 증기 폭발이 발생하여 증기 폭발에 수반되는 압력파로 인하여 방사성 물질을 외부로부터 안전하게 격리하는 격납건물이 중대사고 발생시 조기에 파손되면, 방사성 물질이 외부로 노출됨에 따라 대규모 참사가 발생하게 된다.
둘째, 국내 신형 경수로에 적용되는 경우, 냉각수가 원자로 용기의 하부를 침수시키는 시간이 지연되는 문제점이 있다. 국내 신형 경수로는 설계 초기 단계에서 이중 격납건물로 설계되었기 때문에, 원자로의 외벽 냉각을 고려하지 않고 원자로 공동의 부피를 크게 설계하였다. 국내 신형 경수로 중 하나인 APR1400의 경우에는 원자로 공동의 부피가 200,000 gallon으로 매우 크게 설계되어, 통상적으로 사용되는 5,000 gpm 용량의 펌프를 구동하여 원자로 공동의 저면에서 1차계통 배관의 접합부까지 냉각수를 채우는 데 약 40분이 소요된다. 중대사고시에 원자로 외벽을 냉각하기 위해서는 원자로 공동을 냉각수로 침수시키는 데에 소요되는 시간 외에도 냉각수를 주입하기 전 1차계통의 압력을 충분히 감압하는 시간이 더 소모된다. 따라서, 국내 신형 경수로에서 중대사고가 발생하게 되면, 원자로 용기의 하부가 냉각수에 의해 침수되어 냉각이 개시되기도 전에 노심 용융물이 원자로 용기의 하부에 재배치(relocation)되어 원자로 외벽의 적시 냉각이 실패할 확률이 매우 커지게 된다.
셋째, 국내 신형 경수로에 적용되는 경우, 냉각수의 자연 순환이 원활히 이루어지지 않는 문제점이 있다. APR1400과 같은 국내 신형 경수로는 미국의 신형 경수로인 AP1000과 달리 열 차폐체 설계시에 원자로의 외벽 냉각을 고려하지 않았기 때문에, 열 차폐체와 원자로 용기 사이의 간격이 협소한 부위가 존재하고, 이에 따라 열 차폐체의 표면을 따라 이동하는 유체의 유동 저항이 비교적 높은 편이다. 결과적으로, 자연 순환되는 냉각수의 전체 유량이 상대적으로 적어질 뿐 아니라, 협소한 유동 경로 부위에서 냉각수의 유동이 불균일하게 분포되므로, 원자로 용기의 외벽 중에서 그 외부에 흐르는 냉각수의 유동이 약한 부위는 임계열속에 의한 파손이 일어날 가능성이 크다.
본 발명의 목적은 상기한 종래의 원자로 외벽 냉각 방법이 지닌 문제점을 해결하는 데에 있다. 즉, 저수조로부터 열 차폐체로 연결되는 냉각수 주입관과 원자로 공동으로부터 냉각수 주입관으로 연결되는 냉각수 재순환관을 구비하고, 원자로의 노심이 용융되는 중대사고시에 냉각수를 냉각수 주입관을 통하여 열 차폐체의 내부로 강제 주입하여 원자로 용기의 외벽을 냉각시키고, 열 차폐체의 냉각수 출구 를 통해 원자로 공동의 하부로 유입되어 축적되는 냉각수를 냉각수 재순환관을 통하여 냉각수 주입관으로 다시 공급하여 재순환시킴으로써, 냉각수의 유량을 안정적으로 유지하면서 냉각수의 유동을 균일하게 분포시켜 냉각 효율을 대폭 향상시키고, 원자로 용기의 하부가 침수되는데 걸리는 시간을 단축시켜 노심 용융물이 원자로 용기의 하부에 재배치되기 전에 효과적인 냉각을 개시할 수 있으며, 외벽 냉각이 실패하여 노심 용융물이 원자로 공동으로 유출되는 경우에 발생할 수 있는 증기 폭발을 방지하는 데에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 원자로 외벽 냉각 시스템은,
원자로 용기와; 일정한 간격을 두고 상기 원자로 용기의 외벽을 둘러싸는 열 차폐체와; 상기 열 차폐체 및 상기 원자로 용기를 내부에 구비하는 원자로 공동;을 포함하여 구성되는 원자로 외벽의 냉각 시스템에 있어서, 내부에 냉각수를 저장하는 저수조와; 일단이 상기 저수조에 연결되고 타단은 상기 열 차폐체의 하부에 연결되어, 상기 저수조의 냉각수가 상기 열 차폐체의 내부로 주입되는 통로를 형성하는 냉각수 주입 배관과; 일단이 상기 원자로 공동에 연결되고 타단이 상기 냉각수 주입 배관과 연결되어, 상기 원자로 공동의 하부로 유입되는 냉각수를 상기 냉각수 주입 배관으로 재순환시키는 통로를 형성하는 냉각수 재순환 배관과; 상기 냉각수 주입 배관에 구비되어, 상기 열 차폐체의 내부로 주입되는 냉각수의 흐름을 단속하는 냉각수 주입 밸브와;상기 냉각수 재순환 배관에 구비되어, 재순환되는 냉각수의 유량을 조절하는 냉각수 재순환 밸브; 및
상기 저수조와 상기 냉각수 주입 배관 및 상기 냉각수 재순환 배관으로 구성 되는 냉각수 순환 계통상에 구비되어 냉각수를 강제로 순환시키는 적어도 하나 이상의 펌프;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 원자로 외벽 냉각 방법은,
원자로의 외벽을 냉각하는 방법에 있어서, 노심이 용융되는 중대사고 발생시, 저수조에 저장되어 있는 냉각수를 열 차폐체의 내부에 강제 주입하여 원자로 용기의 하부를 침수시키는 단계와; 열 차폐체 내부를 거치며 원자로 외벽을 냉각한 후 열 차폐체 상부의 냉각수 출구를 통해 원자로 공동의 하부로 유입되어 축적되는 냉각수를 열 차폐체의 내부로 강제 재순환시키는 단계와; 원자로 용기의 외벽이 충분히 냉각되어 안정 상태가 되면, 열 차폐체 내부로 주입되는 냉각수를 차단하여 냉각을 중지시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 원자로 외벽 냉각 시스템의 구성도이다.
본 실시예에 따른 원자로 외벽 냉각 시스템은 국내 신형 경수로인 APR1400의 원자로 외벽을 냉각하기 위한 시스템이며, 도 2에 도시된 바와 같이, 저수조(171), 냉각수 주입 배관(191), 냉각수 재순환 배관(192) 및 냉각수 펌프(201)를 포함하여 구성된다.
저수조(171)에는 노심이 용융되는 중대사고시에 원자로 용기(120)의 외벽을 냉각해주기 위한 냉각수가 저장되는데, 격납건물(110)의 내부에 구비되는 핵연료 재장전수조(in-containment refueling water storage tank;IRWST)를 저수조(171)로 사용하면 추가의 저수조 설비 없이도 기존의 설비를 이용하여 냉각 시스템을 구성할 수 있다.
냉각수 주입 배관(191)은 일단이 저수조(171)에 연결되고 타단은 열 차폐체(130)의 하부에 연결되며, 냉각수 재순환 배관(192)은 일단이 원자로 공동(140)의 하부에 연결되고 타단이 냉각수 주입 배관(191)과 연결되도록 구성된다.
냉각수 펌프(201)는 냉각수 주입 배관(191)의 경로 상에 구비되어 저수조(171)에 저장된 냉각수와 원자로 공동(140)의 하부로 유입되어 축적되는 냉각수를 강제로 순환시켜 준다.
이와 같이 저수조(171), 냉각수 주입 배관(191), 냉각수 재순환 배관(192) 및 냉각수 펌프(201)는 열 차폐체(130) 내부와 원자로 공동(140)을 경유하여 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환 계통을 형성하여, 노심이 용융되어 노심 용융물(105)이 형성되는 중대사고가 발생하게 되면, 저수조(171)의 냉각수를 냉각수 주입 배관(191)을 통하여 열 차폐체(130)의 내부에 강제 주입하고, 이후 열 차폐체(130)의 내부를 거쳐 열 차폐체(130) 상부에 구비된 냉각수 출구(135)를 통해 원자로 공동(140)의 하부로 유입되어 축적되는 냉각수를 냉각수 재순환 배관(192)을 통하여 냉각수 주입 배관(191)으로 다시 공급하여 재순환시키게 된다.
냉각수 주입 배관(191)의 경로 중, 냉각수 펌프(201)의 출구측에는 냉각수 주입 밸브(181)가 구비되어 냉각수 주입 배관(191)을 통하여 열 차폐체(130)의 내부로 주입되는 냉각수의 흐름을 단속하며, 저수조(171)의 출구측에는 저수조 연결 밸브(183)가 구비되어 저수조(171)로부터 냉각수 주입 배관(191)으로 공급되는 냉각수의 흐름을 단속한다. 또한, 냉각수 재순환 배관(192)에는 냉각수 재순환 밸브(182)가 구비되어 냉각수 재순환 배관(192)을 통하여 냉각수 주입 배관(191)으로 공급되는 냉각수의 흐름을 단속한다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 원자로 외벽 냉각 시스템은 원자로 공동(140) 전체를 냉각수로 침수시키는 대신에, 열 차폐체(130)의 내부로 냉각수를 직접 강제 주입함으로써, 원자로 용기(120)의 하부가 침수되는데 걸리는 시간을 수분 내로 단축시켜 노심 용융물이 원자로 용기(120)의 하부에 재배치되기 전에 효과적인 냉각을 개시할 수 있다. 또한, 열 차폐체(130)의 내부를 거쳐 원자로 공동(140)의 하부로 유입되는 냉각수를 냉각수 재순환 배관(192)을 통해 열 차폐체(130)의 내부로 재순환시켜줌으로써, 원자로 공동 침수 방식에 비하여 매우 적은 양의 냉각수만이 원자로 공동(140)에 잔존되게 함으로써, 원자로 용기(120)의 외벽 냉각이 실패하여 노심 용융물이 원자로 용기(120)의 외부로 유출되는 경우에 발생할 수 있는 증기 폭발의 위험을 줄일 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 원자로 외벽 냉각 시스템에서 열 차폐체와 원자로 공동이 각 배관과 연결되는 구조를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 국내 신형 경수로 APR1400은 원자로 용기(120)의 하부에 다수의 노내 계측관(125)이 설치되어 열 차폐체(130)의 저면 중심부를 수직으로 관통하여 열 차폐체(130)의 외부로 연장되어 있으므로, 열 차폐체(130)의 하부에 연결되는 냉각수 주입 배관(191)을 다수 분기하여, 분기된 각 관의 일단이 노내 계측관(125)과의 간섭을 피하여 열 차폐체(130)의 저면 둘레를 따라 배치되어 열 차폐체(130)의 저면을 상부 방향으로 수직 관통하도록 설치한다.
한편, 냉각수를 열 차폐체(130)의 내부로 직접 주입하여 강제 순환시켜 냉각수의 전체 유량을 충분히 확보하더라도, 원자로 용기(120) 하부에서의 냉각수의 유동이 불균일하게 분포되는 경우, 냉각수의 유량이 적은 영역에서의 원자로 용기(120)는 외벽의 냉각이 불충분하여 발생하는 임계 열속에 의하여 파손될 위험이 커지게 된다. 또한, 냉각 효율을 높이기 위해서 냉각수가 고속으로 열 차폐체(130)의 내부로 주입되기 때문에, 주입되는 냉각수가 원자로 용기(120)의 외벽에 직격하게 되면 그 충격으로 인해 원자로 용기(120)의 외벽이 파손될 수도 있다.
따라서, 본 실시예에서는 도 3의 A부 상세I에서와 같이, 다수의 지지대가 저면의 둘레에 부착된 역원뿔형의 횡류생성기(211)를 열 차폐체(130)의 내부로 연결되는 냉각수 주입 배관(191)의 상단부에 형성함으로써 열 차폐체(130)의 내부로 주입되는 냉각수를 횡류(horizontal flow)로 유동시키도록 구성한다. 이와 같이, 냉각수를 횡류로 유동시키면, 원자로 용기(120)의 외벽을 냉각하는 냉각수의 유동을 균일하게 분포시키고 원자로 용기(120)에 냉각수가 직격하는 것을 방지함으로써, 원자로 용기(120)의 국부적인 손상을 방지하고 냉각 효율을 대폭 향상시킬 수 있 다. 또한, A부 상세II에서와 같이, 냉각수 주입 배관(191)의 상단부를 엘보(elbow)형으로 굴절되는 형상으로 형성함으로써 열 차폐체(130)의 내부로 주입되는 냉각수를 횡류로 유동시킬 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원자로 외벽 냉각 시스템의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 원자로 외벽 냉각 시스템은, 저수조(176), 냉각수 주입 배관(193), 냉각수 재순환 배관(194), 냉각수 주입 펌프(202) 및 냉각수 재순환 펌프(203)를 포함하여 구성된다.
저수조(176)는 격납건물(110)의 외부에 별도로 구비되고, 내부에 원자로 용기(120)의 외벽을 냉각하는 냉각수를 저장한다. 이 경우에도, 격납건물(110) 외부에 구비된 방화수 탱크 등과 같은 기존 설비의 저수조를 공유하여 사용할 수 있음은 물론이다.
냉각수 주입 배관(193)은 일단이 저수조(176)에 연결되고 타단은 열 차폐체(130)의 하부에 연결되며, 냉각수 재순환 배관(194)은 일단이 원자로 공동(140)의 하부에 연결되고 타단이 격납건물(110) 내부에서 냉각수 주입 배관(193)과 연결되도록 구성된다.
냉각수 주입 펌프(202)는 냉각수 주입 배관(193)의 경로 중 격납건물(110) 외부의 저수조(176) 출구측에 구비되어, 저수조(176)에 저장된 냉각수를 열 차폐체(130)의 내부로 공급하여 준다. 냉각수 재순환 펌프(203)는 격납건물(110) 내부의 냉각수 재순환 배관(194)의 경로 상에 구비되어, 원자로 공동(140)의 하부로 유입되어 축적되는 냉각수를 냉각수 재순환 배관(194)를 통해 냉각수 주입 배관(193)으로 공급하여 다시 순환시켜 준다.
격납건물(110) 외부의 냉각수 주입 펌프(202) 출구측 냉각수 주입 배관(193) 상에는 냉각수 주입 밸브(184)가 구비되어 냉각수 주입 배관(193)을 통하여 열 차폐체(130)의 내부로 주입되는 냉각수의 흐름을 단속하며, 냉각수 재순환 배관(194)의 경로 중 냉각수 재순환 펌프(203)의 출구 측에는 냉각수 재순환 밸브(185)가 구비되어 냉각수 재순환 배관(194)을 통하여 냉각수 주입 배관(193)으로 공급되는 냉각수의 흐름을 단속하여 준다.
원자로에서 노심이 용융되는 중대사고가 발생하면 핵연료와 구조물로 구성된 노심 용융물은 원자로 용기의 하부에 재배치되어 노심 용융풀을 형성하고, 노심 용융물의 붕괴열로 인한 고온과 화학 반응을 통하여 원자로 용기가 파손되어 원자로 용기의 외부로 다량의 방사성 물질이 누출될 수 있다.
이와 같은 사고를 방지하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 원자로 외벽 냉각 시스템을 가동하여 원자로의 외벽을 냉각하는 방법을 도 2를 다시 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
중대사고가 감지되면, 저수조 연결 밸브(183)와 냉각수 주입 밸브(181)를 개방하고 냉각수 펌프(201)를 가동하여 저수조(171)에 저장되어 있는 냉각수를 열 차폐체(130)의 내부로 공급한다(S10).
상기 S10 단계에서 냉각수가 열 차폐체(130)의 내부에 지속적으로 공급되면, 공급되는 냉각수는 열 차폐체(130)의 내부를 거치며 원자로 용기(120)의 외벽을 냉각한 후, 열 차폐체(130)의 상부에 구비된 냉각수 출구(135)를 통해 원자로 공동(140)의 하부로 유입되어 축적된다. 저수조(171)에 저장되어 있던 냉각수가 모두 소진되면, 저수조 연결 밸브(183)를 폐쇄한 후 냉각수 재순환 밸브(182)를 개방하여, 원자로 공동(140)의 하부에 축적된 냉각수가 냉각수 재순환 배관(192)과 냉각수 주입 배관(191)을 통하여 다시 열 차폐체(130)의 내부로 주입되도록 강제 재순환시킨다(S20).
상기 S10 단계와 S20 단계를 통하여 열 차폐체(130)의 내부로 주입된 냉각수가 원자로 용기(120)의 외벽을 충분히 냉각시켜 안정 상태가 되면, 냉각수 펌프(201)의 가동을 중지하고 냉각수 주입 밸브(181)와 냉각수 재순환 밸브(182)를 폐쇄하여 냉각을 중지시킨다(S30).
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 원자로 외벽 냉각 시스템 및 그 방법은, 원자로의 노심이 용융되는 중대사고시에, 열 차폐체의 내부로 냉각수를 강제 주입하여 원자로 용기의 외벽을 냉각시키고, 열 차폐체의 냉각수 출구를 통해 원자로 공동의 하부로 유입되어 축적되는 냉각수를 냉각수 재순환 배관을 통하여 재순환시킴으로써, 냉각 효율을 대폭 향상시키고, 원자로 용기의 하부가 침수하는데 걸리는 시간을 단축시켜 노심 용융물이 원자로 용기의 하부에 재배치되기 전에 효과적인 냉각을 개시할 수 있는 효과가 있다.
또한, 원자로 공동 전체를 침수시킴 없이, 열 차폐체의 내부만을 침수시키고 원자로 공동의 하부에 유입되어 축적되는 냉각수의 양을 적절하게 유지시킴으로써, 원자로 외벽 냉각이 실패하여 노심 용융물이 원자로 공동으로 유출되는 경우에도 그로 인한 증기 폭발을 방지할 수 있는 효과도 있다.
Claims (6)
- 원자로 용기와;일정한 간격을 두고 상기 원자로 용기의 외벽을 둘러싸는 열 차폐체와;상기 열 차폐체 및 상기 원자로 용기를 내부에 구비하는 원자로 공동;을 포함하여 구성되는 원자로 외벽의 냉각 시스템에 있어서,내부에 냉각수를 저장하는 저수조와;일단이 상기 저수조에 연결되고 타단은 상기 열 차폐체의 하부에 연결되어, 상기 저수조의 냉각수가 상기 열 차폐체의 내부로 주입되는 통로를 형성하는 냉각수 주입 배관과;일단이 상기 원자로 공동에 연결되고 타단이 상기 냉각수 주입 배관과 연결되어, 상기 원자로 공동의 하부로 유입되는 냉각수를 상기 냉각수 주입 배관으로 재순환시키는 통로를 형성하는 냉각수 재순환 배관과;상기 냉각수 주입 배관에 구비되어, 상기 열 차폐체의 내부로 주입되는 냉각수의 흐름을 단속하는 냉각수 주입 밸브와;상기 냉각수 재순환 배관에 구비되어, 재순환되는 냉각수의 흐름을 단속하는 냉각수 재순환 밸브; 및상기 저수조와 상기 냉각수 주입 배관 및 상기 냉각수 재순환 배관으로 구성되는 냉각수 순환 계통상에 구비되어 냉각수를 강제로 순환시키는 적어도 하나 이상의 펌프;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽 냉각 시스템.
- 제 1항에 있어서,상기 냉각수 주입 배관은,상기 열 차폐체의 하부에 연결되는 배관의 상단부가 상기 열 차폐체의 내부로 주입되는 냉각수를 횡류(horizontal flow)로 유동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽 냉각 시스템.
- 제 2항에 있어서,상기 냉각수 주입 배관의 상단부는,상기 열 차폐체의 저면을 상부 방향으로 수직으로 관통하고,저면의 둘레에 다수의 지지대가 부착된 역원뿔형의 횡류생성기가 상부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽 냉각 시스템.
- 제 2항에 있어서,상기 냉각수 주입 배관의 상단부는,상기 열 차폐체의 저면을 상부 방향으로 수직으로 관통하여,엘보(elbow)형으로 굴절되어 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽 냉각 시스템.
- 제 1항에 있어서,상기 저수조는,격납건물의 내부에 구비되는 핵연료 재장전수조(in-containment refueling water storage tank;IRWST)인 것을 특징으로 하는 원자로 외벽 냉각 시스템.
- 원자로의 외벽을 냉각하는 방법에 있어서,노심이 용융되는 중대사고 발생시, 저수조에 저장되어 있는 냉각수를 열 차폐체의 내부에 강제 주입하여 원자로 용기의 하부를 침수시키는 단계와;저수조에 저장되어 있던 냉각수가 모두 주입된 후에는, 열 차폐체의 내부를 거치며 원자로 외벽을 냉각한 후 열 차폐체 상부의 냉각수 출구를 통해 원자로 공동의 하부로 유입되어 축적되는 냉각수를 열 차폐체의 내부로 강제 재순환시키는 단계와;원자로 용기의 외벽이 충분히 냉각되어 안정 상태가 되면, 열 차폐체 내부로 주입되는 냉각수를 차단하여 냉각을 중지시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽 냉각 방법.
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