KR20100127383A - 노심 용융물 가둠 및 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자로 용기의 파손으로 인해 방출되는 노심 용융물을 가두어 복합적인 방식의 냉각이 이루어지도록 하면서 반복 방출되는 노심 용율물의 냉각이 효율적으로 이루어지도록 하기 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노심 용융물 가둠 및 냉각장치는 냉각수 저장탱크와; 노심 용융물 냉각부;를 포함하며, 노심 용융물 냉각부는 원자로 용기로의 하부에 배치되어 방출된 노심 용융물이 가두어 냉각시키기 위한 수용공간이 형성되며, 측면에 구멍이 형성되는 노심 용융물 수용부와; 상기 노심 용융물 수용부 외부에 배치되며, 측면에서 노심 용융물을 냉각시킬 수 있도록 냉각수가 수용되는 냉각수 수용공간이 공간이 구비되는 냉각부 본체와; 하부로부터 냉각수가 공급되는 유로가 형성되도록 배치되는 바닥부;를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 노심 용융물에 대한 직접적인 냉각과 간접적인 냉각이 이루어지게 되어 냉각효율이 개선될 수 있고, 공급된 냉각수의 수위 조절을 통해 노심 용융물의 냉각시 증기 폭발을 억제할 수 있으며, 반복된 노심 용융물의 방출이 발생하는 경우에도 효과적인 냉각 및 증기 폭발을 억제할 수 있다.
Figure P1020090045806
원자로, 노심 용융물, 희생층, 냉각, 증기폭발

Description

노심 용융물 가둠 및 냉각장치{APPARATUS FOR RECEIVING AND COOLING CORIUM MELT}
본 발명은 원자로 용기의 파손으로 인해 방출되는 노심 용융물을 가두어 효율적인 냉각이 이루어지도록 하기 위한 노심 용융물 가둠 및 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력발전소는 원자로를 중심으로 한 핵증기공급계통(NSSS:Nuclear Steam Supply System)과 증기를 공급받아 발전기를 돌리는 터빈, 발전기계통 그리고 기타 부수설비로 구분된다. 여기서, 원자로는 핵분열에 의해 발생하는 다양의 에너지가 서서히 방출되도록 조절함으로써 핵에너지를 실생활에 활용할 수 있도록 하는 기능을 한다.
원자력발전소에서 중대사고가 발생하는 경우, 노심의 핵연료가 용융되고 원자로가 파손되어 방사능을 띤 초고온의 용융물이 방출될 수 있다. 이때, 방출되는 노심 용융물은 2000K가 넘는 초고온 방사성 물질로 지속적으로 열이 발생되는 특성을 갖는다. 따라서, 방출된 노심 용융물에 대한 적절한 냉각이 수행되지 않으면, 방출된 노심 용융물에 의하여 콘크리트 구조물로 지어진 원자로 격실을 파손시키게 되어 방사성 물질이 외부로 누출될 수 있다.
이와 같이 원자로의 격실로부터 누출되는 방사성 물질이 토양이나 대기에 방출되게 되는 경우, 원자력 발전소의 주변 환경을 오염시키는 것은 물론, 원자로의 격납건물의 안정성을 위협할 뿐만 아니라, 사람들의 건강에 심각한 위험을 초래하게 된다.
따라서, 종래에는 사고로 인하여 원자로 용기로부터 방출되는 노심 용융물을 가두어 냉각시키기 위한 노력이 시도되어왔다. 이와 같이 노심 용융물을 냉각시키기 위한 장치 및 방법들에는 냉각수가 노심 용융물에 직접 접촉하여 냉각시키는 방식과 간접적인 열전달 방식을 이용하여 냉각시키는 방식이 알려져 있다.
이중 간접적인 냉각 방식은 매우 높은 온도의 노심 용융물과 냉각수가 비접촉 방식으로 열교환을 하게 되므로 열전달 효율이 떨어질 뿐만 아니라, 간접적인 냉각방식의 구조적인 특성으로 인하여 매우 큰 냉각수 저장조가 필요하다는 문제점이 있다.
그리고, 냉각을 위해서는 노심 용융물 높이에 제한이 있기 때문에 노심 용융물이 잘 퍼지게 되면서 용융물의 높이가 낮아지도록 하여야만 한다. 이 경우, 원자로 격실의 크기와 모양에 제한이 있었다. 따라서 기존의 격납 건물에 원자로 격실을 배치하기 위해서는 별도의 큰 공간이 필요한 문제가 발생한다.
그리고, 직접적인 냉각 방식의 경우, 노심 용융물이 냉각수와 직접 반응하게 되기 때문에 증기 폭발 위험성을 배제할 수 없다. 또한, 노심 용융물이 냉각 되는 동안 원자로 격실로 공급된 냉각수의 수위가 노심 용융물의 보다 상당히 높아지는 경우가 발생될 수 있다.
이 경우, 노심 용융물이 한꺼번에 방출되지 않고 일정한 시차로 반복되어 방출되는 경우, 두 번째 이후 방출되는 노심 용융물이 수위가 깊은 원자로 격실의 물과 격렬한 반응을 하여 증기 폭발을 발생시킬 수 있었다. 그리고, 증기 폭발이 발생될 경우 원자로 격실 구조의 건전성을 위협할 수 있다.
한편, 직접적인 냉각 방식의 경우에 있어서는 노심 용융물과 물이 직접 반응하기 때문에 핵분열 반응이 야기될 수도 있어서 이를 방지해야 하는 문제를 해소하야야 하는 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 원자력 발전소에 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 일 목적은 노심 용융물에 대한 직접적인 냉각과 간접적인 냉각이 복합적으로 이루어질 수 있도록 하여 냉각효율을 개선하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 노심 용융물의 냉각을 위해 공급된 냉각수의 수위가 조절되도록 하여 노심 용융물의 냉각시 증기 폭발이 억제될 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 반복된 노심 용융물의 방출이 이루어지는 경우에도 증기 폭발이 억제되면서 냉각이 효율적으로 이루어지도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 방출된 노심 용융물 전체의 높이가 최대한 낮아지도록 퍼짐 현상이 원활이 이루어지도록 하여 냉각이 보다 원활이 이루어지도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 노심 용융물과 물이 직접 반응할 경우 야기될 수 있는 핵분열 반응을 억제하도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 방출된 노심 용융물이 가두어질 수 있는 별도의 공간이 구비되도록 하여 냉각효율을 개선하면서 원자로 격실의 구조적인 안정성을 최대한 유지되도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 방출되는 노심 용융물의 노심 용융물 수용부로 안내되어 다른 구조물에 충격을 가하지 않도록 하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일 실시 형태와 관련된 노심 용융물 가둠 및 냉각장치는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 노심 용융물에 대한 직접적인 냉각과 간접적인 냉각이 이루어질 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 노심 용융물 가둠 및 냉각장치는 냉각수 저장탱크와; 원자로 용기 하부에 배치되며, 냉각수 공급관을 통해 냉각수 저장탱크로부터 공급된 냉각수에 의해 원자로 용기로부터 배출된 노심 용융물이 수용되어 냉각되는 노심 용융물 냉각부;를 포함하여 구성될 수도 있다.
이 경우, 노심 용융물 냉각부는 원자로 용기로의 하부에 배치되어 배출(낙하)된 노심 용융물이 가두어지면서 냉각수 저장탱크로부터 공급된 냉각수가 수용되어 노심 용융물을 냉각시키기 위한 수용공간이 내부에 형성되며, 측면에 하나 이상의 구멍이 형성되는 노심 용융물 수용부와; 노심 용융물 수용부 외부에 배치되며, 측면에서 노심 용융물을 냉각시킬 수 있도록 노심 용융물 수용부의 구멍을 통해 배출되는 냉각수가 수용되는 냉각수 수용공간이 공간이 구비되는 냉각부 본체와; 하부로부터 냉각수가 공급되는 유로 또는 수용부가 형성되도록 노심 용융물 수용부 및 냉각부 본체의 내부 바닥과 이격된 위치에 배치되는 바닥부;를 포함하여 구성될 수도 있다.
한편, 노심 용융물 수용부에 형성되는 구멍은 노심 용융물 수용부 높이를 따 라 수위 조절이 가능하도록 복수의 층으로 형성될 수도 있다.
그리고, 노심 용융물 수용부 내부의 측면 영역에는 냉각수가 공급되기 전까지 노심 용융물 수용부를 보호하기 위하여 노심 용융물에 의해 침식되는 희생층이 더 구비될 수도 있다. 또한, 바닥부는 노심 용융물에 의해 침식되어 하부 영역으로부터 냉각수가 유입되는 토출구가 형성되도록 희생층이 더 구비될 수도 있다.
이 경우, 희생층의 물질은 노심 용융물에 의해 침식되는 과정에서 노심 용융물에 포함된 핵연료 물질로부터 중성자를 흡수(제거)할 수 있도록 구성될 수도 있다.
한편, 바닥부는 희생층의 하부에 지지층이 더 형성될 수도 있다. 그리고, 바닥부는 지지부에 의해 냉각부 본체의 바닥으로부터 이격되어 냉각수 유로 또는 수용부가 형성되도록 구성될 수도 있다.
다른 한편, 노심 용융물 수용부의 상부에는 원자로 용기로부터 배출(낙하)되는 노심 용융물이 노심 용융물 수용부로 유입되도록 안내하는 가이드부가 더 형성될 수도 있다.
또한, 냉각수 공급관에는 압축가스가 수용된 압축가스탱크가 가스 공급관에 의해 연결되고, 상기 냉각수 공급관 및 가스 공급관에는 원자로 용기의 파손을 감지하여 개방되는 밸브가 구비될 수도 있다.
그리고, 냉각수의 공급은 중력에 의해 공급이 이루어지도록 구성될 수도 있다. 그리고, 노심 용융물 수용부는 탄소강으로 이루어질 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 노심 용융물에 대한 직접적인 냉각과 간접적인 냉각이 이루어지게 되어 냉각효율이 개선될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 노심 용융물의 냉각을 위해 공급된 냉각수의 수위가 조절되도록 하여 노심 용융물의 냉각시 증기 폭발이 억제될 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 반복된 노심 용융물의 방출이 이루어지는 경우에도 증기 폭발이 억제되면서 냉각이 효율적으로 이루어질 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 방출된 노심 용융물의 원활한 퍼짐 현상을 유발시켜 노심 용융물의 전체의 높이가 최대한 낮추어 열밀도를 낮출 수 있게 되고, 이를 통해 노심 용융물의 냉각이 보다 원활이 이루어질 수 있다.
그리고 또한 본 발명에 따르면, 노심 용융물과 물이 직접 반응하기 때문에 야기될 수 있는 핵분열 반응을 억제할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 방출된 노심 용융물이 가두어질 수 있는 별도의 공간이 구비되므로 냉각효율이 개선되면서도 원자로 격실의 구조적인 안정성을 최대한 유지될 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 방출되는 노심 용융물의 노심 용융물 수용부로 안내되어 다른 구조물에 충격을 가하지 않게 되므로, 원자로 격실의 구조적인 안정성을 최대한 유지될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 노심 용융물 가둠 및 냉각장치에 대하여 상세하게 설명하도록 하 겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다.
그리고, 이하, 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로 노심 용융물에 대한 직접적인 냉각과 간접적인 냉각이 이루어질 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 노심 용융물 가둠 및 냉각장치(100)의 구성에 관한 일 예가 도시되어 있다. 이하 설명에서 냉각수는 물이란 의미로 한정되는 것이 아니라 냉각을 위한 유체의 개념을 포함한다.
노심 용융물 가둠 및 냉각장치(100)는 원자로 용기(1)의 하부에 배치되는 노심 용융물 냉각부(110)와 상기 노심 용융물 냉각부(110)로 냉각수(131)를 공급하는 냉각수 저장탱크(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 냉각수 저장탱크(130)와 노심 용융물 냉각부(110)는 냉각수 공급관(133)에 의해 연결되어 냉각수가 공급되도록 구성할 수도 있다. 한편, 상기 냉각수 공급관(133)에는 밸브(133a) 가 더 구비될 수 있고, 상기 밸브(133a)는 원자로 용기(1)의 파손 또는 원자로 용기(1)로 부터 노심 용융물(10)이 방출되는 것을 감지하여 개방되게 작동하도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 밸브(133a) 자체 또는 별도의 제어장치가 구비되어 상기 밸브(133a)가 작동하도록 구성할 수도 있다.
상기 냉각수 저장탱크(130)는 원자로 용기(1)로부터 방출되는 노심 용융물(10)의 양과 냉각시켜야할 온도의 설정에 따라 이에 상응하는 양의 냉각수(131)가 저장될 수 있다. 이와 같이 저장된 냉각수(131)는 중력에 의한 공급방식으로 상기 노심 용융물 냉각부(110)로 공급되도록 구성할 수도 있다. 그리고, 저장된 냉각수(131)가 오염되지 않도록 덮개부(132)가 더 구비될 수도 있다. 한편, 상기 덮개부(132)에는 필터(132a)가 더 구비되어 냉각수(131)의 저장을 위해 공급하는 경우 이물질이 걸러지도록 구성할 수도 있다.
상기 노심 용융물 냉각부(110)에는 냉각수(131)에 가스가 혼합되어 공급되도록 압축가스를 공급하는 압축가스탱크(120)가 더 연결될 수도 있다. 이 경우, 상기 압축각스탱크(120)는 가스 공급관(123)을 통해 상기 냉각수 공급관(133)에 연결되도록 구성할 수도 있다. 그리고, 상기 가스 공급관(123)에는 밸브(123a)가 더 구비될 수 있고, 상기 밸브(123a)는 원자로 용기(1)의 파손 또는 원자로 용기(1)로 부터 노심 용융물(10)이 방출되는 것을 감지하여 개방되게 작동하도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 밸브(123a) 자체 또는 별도의 제어장치가 구비되어 상기 밸브(123a)가 작동하도록 구성할 수도 있다.
이와 같은 구성을 통해 상기 원자로 용기(1)가 파손되어 노심 용융물(10)이 방출되는 경우, 상기 밸브(123a,133a)가 개방되고 상기 냉각수 저장탱크(130)와 압축가스탱크(120)로부터 냉각수(131)와 가스가 노심 용융물 냉각부(110)로 공급되어 노심 용융물(10)을 냉각시킬 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 노심 용융물 냉각부(110)는 원자로 용기(1)로부터 방출되는 노심 용융물(10)의 냉각을 위하여 하부 위치에 냉각부 본체(111)가 배치될 수 있다. 그리고, 상기 냉각부 본체(111)의 내부에는 노심 용융물 수용부(112)가 구비될 수 있다. 상기 노심 용융물 수용부(112)는 원자로 용기(1)로부터 방출되는 노심 용융물(10)과 상기 냉각수 저장탱크(130)로부터 공급되는 냉각수(131)의 일정량이 수용되는 수용공간(112a)이 형성된다.
상기 노심 용융물 수용부(112)는 일 단부가 상기 냉각부 본체(111)의 내부 바닥면에 고정되도록 구성할 수도 있다. 그리고, 상기 노심 용융물 수용부(112)의 외부면과 냉각부 본체(111)의 내부 측면 사이에는 일정 공간이 형성되도록 구성할 수 있다. 즉, 상기 냉각부 본체(111)의 내부에는 상기 노심 용융물 수용부(112)의 외부와 사이에 냉각수 수용공간(111a)이 형성된다. 이하 설명되는 바와 같이, 상기 냉각수 수용공간(111a)에는 상기 노심 용융물 수용부(112)의 구멍(112b)을 통해 배출된 냉각수(131)가 수용될 수 있다.
그리고, 상기 냉각부 본체(111)의 내부 바닥면으로부터 일정 높이에 바닥부(113)가 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 바닥부(113)는 상기 노심 용융물 수용부(112)의 내부 영역에만 구비될 수도 있다. 이와 달리, 상기 바닥부(113)는 노심 용융물 수용부(112)의 내부 영역과 함께 상기 노심 용융물 수용부(112)와 냉각부 본체(111) 사이의 영역에도 구비될 수도 있다.
상기 바닥부(113)는 상기 냉각부 본체(111)의 내부 바닥면과 일정한 간격이 형성되도록 하여, 상기 냉각수 저장탱크(130)로부터 공급되는 냉각수(131)가 상기 노심 용융물 수용부(112)로 유입되도록 하는 냉각수 유로(114a)를 형성하도록 구성할 수도 있다.
한편, 상기 바닥부(113)와 냉각부 본체(111)의 바닥면 사이에는 지지부(114)가 더 구비되어 상기 바닥부(113)를 지지하도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 지지부(114)는 상기 바닥부(113)와 냉각부 본체(111)의 바닥면 사이에 냉각수 유로(114a)가 형성되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 냉각수 유로(114a)는 유로의 형태 또는 수용부의 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 냉각수 공급관(133)은 도시된 것과 같이 냉각부 본체(111)에 연결되어 바닥부(113)에 의해 형성되는 냉각수 유로(114a)와 연결되도록 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 바닥부(113)와 냉각부 본체(111)의 바닥면 사이에 배치되는 노심 용융물 수용부(112)의 단부 영역에는 통로(미도시)가 형성되어 바닥부(113) 또는 바닥부(113)와 지지부(114)에 의해 형성되는 냉각수 유로(114a) 전체가 연결되도록 구성할 수도 있다.
이와 달리, 상기 냉각수 공급관(133)은 바닥부(113)와 냉각부 본체(111)의 바닥면 사이에 배치되는 노심 용융물 수용부(112)의 단부 영역에 직접 연결되도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 냉각수 유로(114a)는 노심 용융물 수용부(112)의 내부 영역에만 형성될 수도 있다.
상기 바닥부(113)는 원자로 용기(1)로부터 방출되는 노심 용융물(10)에 의해 침식되는 희생층(113a)으로 형성될 수도 있다. 한편, 상기 바닥부(113)는 희생층(113a)의 구조적 안정성이 유지될 수 있도록 지지층(113b)이 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 지지층(113b)은 상기 지지부(114)의 상부 영역에만 배치될 수도 있다. 이와 달리, 상기 지지층(113b)은 상기 희생층(113a)의 하부 전체 영역을 지지하도록 배치되고, 희생층(113a)의 침식에 의해 노심 용융물 수용부(112)의 수용공간(112a)으로 냉각수가 유입될 수 있는 토출구 역할을 하게 되는 복수 개의 구멍(도면부호 미표시)이 형성될 수도 있다.
한편, 상기 노심 용융물 수용부(112)는 내부 측면 영역에 상기 바닥부(113)의 희생층(113a)으로부터 연이어 배치되는 희생층(115)이 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 상기 희생층(115)의 높이는 원자로 용기(1)로부터 방출되는 노심 용융물(10)이 쌓이는 높이를 예측하여 결정될 수 있다.
이 경우, 상기 노심 용융물 수용부(112)에 형성되는 구멍(112b)은 상기 희생층(115)의 상부 영역에 형성될 수 있다. 한편, 상기 구멍(112b)은 노심 용융물(10)의 높이에 따라 노심 용융물(10)의 상부 영역에 위치하게 되는 냉각수(131)의 깊이(수위)가 조절 가능하도록 상기 노심 용융물 수용부(112)의 높이 방향을 따라 복수의 층으로 형성될 수도 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 상기 노심 용융물 냉각부(110)는 노심 용융물 수용부(112)의 내측면 영역에 희생층(115)이 구비되지 않을 수도 있다. 이 경우, 상기 노심 용융물 수용부(112)에 형성되는 구멍(112b)은 노심 용융물(10)의 방출되는 속도와 상기 노심 용융물 수용부(112) 내에 쌓이는 높이에 따라 노심 용융물(10)의 상부 영역에 위치하게 되는 냉각수(131)의 수위 조절이 가능하도록 상기 노심 용융물 수용부(112)의 높이 방향을 따라 복수의 층으로 형성될 수도 있다.
한편, 상기 바닥부(113)를 구성하는 희생층(113a)은 노심 용융물(10)에 의해 침식되어 바닥부(113)의 하부에 위치하는 냉각수 유로(114a)와 노심 용융물 수용부(112)가 연결되도록 하여 냉각수(131)가 냉각수 유로(114a)로 부터 노심 용융물 수용부(112)로 유입되도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 노심 용융물(10)의 열밀도를 낮추기 위하여 상기 희생층(113a)은 노심 용융물(10)에 의해 침식되는 동안 노심 용융물(10)이 바닥부(113)에 넓게 퍼질 수 있도록 구성될 수 있다.
그리고, 노심 용융물 수용부(112)의 내 측면에 배치되는 희생층(115)은 축적되는 노심 용융물(10)에 의해 침식이 이루어지는 동안 노심 용융물(10)이 냉각되어 노심 용융물(10)로부터 노심 용융물 수용부(112)가 손상을 입지 않도록 구성할 수 있다.
한편, 바닥부(113)을 구성하는 희생층(113a) 또는 노심 용융물 수용부(112)의 내부 측면 영역에 배치되는 희생층(115)은 노심 용융물에 의해 침식되는 경우 노심 용융물과 반응하면서 섞이게 되어 노심 용융물의 성질을 변화시키도록 이루어질 수도 있다.
좀더 구체적으로 설명을 하면, 노심 용융물에는 핵연료 물질이 존재할 수 있는데, 이 경우 핵연료 물질로 부터 중성자가 방출되어 물과 반응하는 경우 핵분열반응이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 희생층(113a,115)은 중성자가 흡수(제거)될 수 있는 특정물질(독성물질)이 함유되도록 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 독성물질로는 붕규산 유리(borosilicate glass)를 이용할 수도 있다.
이와 같은 구성에 의해, 노심 용융물과 냉각수가 함께 존재하는 과정에서 핵분열 반응이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
한편, 상기 노심 용융물 수용부(112)는 상부 영역에 가이드부(112c)가 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 상기 가이드부(112c)는 폭이 점층적으로 커지는 구조(예를 들어 깔대기와 같은 구조)로 이루어져 원자로 용기(1)로부터 방출되는 노심 용융물(10)이 상기 노심 용융물 수용부(112)로 유입되도록 구성할 수 있다.
이러한 구성에 의해 의도하지 않는 방향으로 방출되는 노심 용융물(10)에 의해 냉각장치 또는 원자로 설비에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 노심 용융물 수용부(112)와 가이드부(112c)는 원자로 용기(1)로부터 방출되는 노심 용융물의 충격 또는 온도에 충분히 견딜 수 있는 탄소강으로 구성될 수도 있다.
원자로 용기(1)로 부터 방출된 노심 용융물(10)은 상기 설명된 것과 같이 구성될 수 있는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치(100)에 의해 냉각이 이루어질 수 있다.
도 4를 참조하여 설명하면, 사고로 인하여 원자로 용기(1)로부터 노심 용융물(10)이 방출되면, 상기 노심 용융물 수용부(112)로 낙하되어 융입된다. 상기 노심 용융물 수용부(112)에 가이드부(112c)가 구비된 경우, 의도하지 않은 방향으로 방출되는 노심 용융물(10)도 상기 가이드부(112c)에 의해 안내되어 상기 노심 용융 물 수용부(112)로 유입된다.
이 경우, 상기 냉각수 공급관(133)의 밸브(133a)가 개방되어 바닥부(113)에 의해 형성된 냉각수 유로(114a)로 냉각수(131)가 공급된다. 한편, 노심 용융물 수용부(112)로 유입된 노심 용융물(10)은 바닥부(113)에 쌓이면서 상기 바닥부(113)를 침식하게 된다. 이와 같은 침식 현상에 의해 상기 바닥부(113)가 침식되어 하부에 위치되는 냉각수 유로(114a)와 노심 용융물 수용부(112)가 연결되어 냉각수가 노심 용융물 수용부(112)로 유입되고, 유입된 냉각수(131)에 의해 노심 용융물(10)의 냉각이 이루어지게 된다.
이 경우, 상기 바닥부(113)에 희생층(113a)이 구비되는 경우, 냉각수(131)의 유입은 희생층(113a)의 침식에 의해 형성되는 토출구를 통해 이루어지게 된다. 그리고, 바닥부(113) 또는 희생층(113a)이 침식되는 동안 노심 용융물(10)은 바닥부(113)에 넓게 퍼지면서 냉각 면적이 충분히 형성되면서 열밀도가 감소할 수 있게 된다.
또한, 희생층(113a,115)이 노심 용융물(10)에 의해 침식되는 동안 희생층(113a,115)에 포함된 독성물질로 인하여 중성자와 냉각수의 반응에 의한 핵분열 반응이 억제 될 수 있다.
한편, 공급되는 냉각수(131)는 상기 노심 용융물(10)을 뚫고 올라와 노심 용융물(10)의 상부 영역에 위치하게 되어 노심 용융물(10)의 하부와 상부 영역에 대한 냉각이 이루어지게 된다. 한편, 일정 수위를 초과하게 되면, 상기 냉각수(131)는 구멍(112b)을 통해 냉각부 본체(111)에 형성되는 냉각수 수용공간(111a)으로 배 출되어 노심 용융물 수용부(112)의 측면 위치에서 간접적으로 노심 용융물(10)의 측면에 대한 냉각이 이루어지게 된다.
한편, 상기 노심 용융물(10)의 상부 영역에 존재하는 냉각수(131)는 구멍(112a)을 통해 배출되어 그 수위가 일정 수위로 유지될 수 있다. 이 상태에서 추가적인 또는 반복된 노심 용융물(10)의 방출이 발생하게 되어도 노심 용융물(10)의 온도에 의해 증기 폭발이 감소 또는 방지될 수 있다. 다시 말해서 증기 폭발로 인한 충격이 충분히 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 노심 용융물 가둠 및 냉각장치는 상기와 같이 설명된 실시예들에 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 이루어질 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노심 용융물 가둠 및 냉각장치의 구성에 관한 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 노심 용융물 가둠 및 냉각장치를 구성하는 냉각부의 구성을 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 냉각부의 다른 일 구성에 관한 예를 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노심 용융물 가둠 및 냉각장치의 작동을 설명하기 위한 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
100 ... 노심 용융물 가둠 및 냉각장치 110 ... 냉각부
111 ... 냉각부 본체 112 ... 노심 용융물 수용부
112a ... 수용공간 112b ... 구멍
112c ... 가이드부 113 ... 바닥부
113a,115 ... 희생층 113b ... 지지층
114 ... 지지부 120 ... 압축가스탱크
123 ... 가스 공급관 123a,133a ... 밸브
130 ... 냉각수 저장탱크 131 ... 냉각수
132 ... 덮개부 132a ... 필터
133 ... 냉각수 공급관

Claims (11)

  1. 냉각수 저장탱크와;
    원자로 용기 하부에 배치되며, 냉각수 공급관을 통해 상기 냉각수 저장탱크로부터 공급된 냉각수에 의해 원자로 용기로부터 배출된 노심 용융물이 수용되어 냉각되는 노심 용융물 냉각부;를 포함하여 구성되며,
    상기 노심 용융물 냉각부는
    원자로 용기로의 하부에 배치되어 배출(낙하)된 노심 용융물이 가두어지면서 냉각수 저장탱크로부터 공급된 냉각수가 수용되어 노심 용융물을 냉각시키기 위한 수용공간이 내부에 형성되며, 측면에 하나 이상의 구멍이 형성되는 노심 용융물 수용부와;
    상기 노심 용융물 수용부 외부에 배치되며, 측면에서 노심 용융물을 냉각시킬 수 있도록 상기 노심 용융물 수용부의 구멍을 통해 배출되는 냉각수가 수용되는 냉각수 수용공간이 공간이 구비되는 냉각부 본체와;
    하부로부터 냉각수가 공급되는 유로 또는 수용부가 형성되도록 상기 노심 용융물 수용부 및 냉각부 본체의 내부 바닥과 이격된 위치에 배치되는 바닥부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구멍은 노심 용융물 수용부 높이를 따라 노심 용융물 상부에 위치하는 냉각수의 수위 조절이 가능하도록 복수의 층으로 형성되는 것 을 특징으로 하는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 노심 용융물 수용부 내부의 측면 영역에는 냉각수가 공급되기 전까지 노심 용융물 수용부를 보호하기 위하여 노심 용융물에 의해 침식되는 희생층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 노심 용융물 수용부의 상부에는 원자로 용기로부터 배출(낙하)되는 노심 용융물이 노심 용융물 수용부로 유입되도록 안내하는 가이드부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 바닥부는 노심 용융물에 의해 침식되어 하부 영역으로부터 냉각수가 유입되는 토출구가 형성되도록 희생층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 바닥부는 상기 희생층의 하부에 지지층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 바닥부는 지지부에 의해 냉각부 본체의 바닥으로부터 이격되어 냉각수 유로 또는 수용부가 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 노심 용융물 수용부는 탄소강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수 공급관에는 압축가스가 수용된 압축가스탱크가 가스 공급관에 의해 연결되고, 상기 냉각수 공급관 및 가스 공급관에는 원자로 용기의 파손을 감지하여 개방되는 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 냉각수의 공급은 중력에 의해 공급이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
  11. 제 3 항, 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희생층은 노심 용융물에 의해 침식되는 과정에서 노심 용융물에 포함된 핵연료 물질로부터 중성자를 흡수(제거)할 수 있는 물질을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 노심 용융물 가둠 및 냉각장치.
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