KR20120125011A - Nuclear reactor with geometry at the outer wall - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 외벽에 형상이 구비된 원자로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노심 용융물이 담긴 원자로 용기의 외벽에 형상을 구비시켜 외벽의 냉각 능력이 향상되도록 함으로써 중대 사고시 원자로 핵연료 노심 용융물들의 노내 저장이 이루어져 원자력 안전성 확보와 경제성 증진에 기여하도록 하는 외벽에 형상이 구비된 원자로에 관한 것이다. The present invention relates to a reactor having a shape on the outer wall, and more particularly, by having a shape on the outer wall of the reactor vessel containing the core melt to improve the cooling capacity of the outer wall is made in the furnace storage of the reactor nuclear fuel core melt during a serious accident. The present invention relates to a reactor having a shape on its outer wall that contributes to securing nuclear safety and enhancing economic efficiency.
일반적으로 노심 용융물이 담기 종래 원자로의 외벽은 구조는 원통형 구조의 상부와 반구형 구조의 하부가 결합한 구조이다.In general, the outer wall of the core reactor containing the core melt is a structure in which the upper portion of the cylindrical structure and the lower portion of the hemispherical structure are combined.
이때, 핵연료가 녹아 반구형 구조물 안에 위치하게 되면, 상기 반구형의 구조물에서 기포가 발생하게 되며, 외벽 경사가 80°보다 크고 90°보다 작은 구간에 이러한 기포들의 크기가 확대되어 결합함에 따라 막을 형성하여 외벽을 덮게 된다.At this time, when the fuel is melted and placed in the hemispherical structure, bubbles are generated in the hemispherical structure, and the outer wall is formed by forming a film as the size of these bubbles is expanded and combined in a section of the outer wall slope larger than 80 ° and smaller than 90 °. Will be covered.
이와 같이 기포로 이루어진 막을 형성하여 덮게 되면, 원자로 중대 사고시, 원자로 외부로의 열 방출 능력이 떨어져, 핵연료로 이루어진 노심 용융물을 원자로 용기(노내)에 성공적으로 보존하기 위해서 용융물로 이루어진 용융풀의 붕괴열로 인한 원자로 용기 하부에 가해지는 열적부하가 원자로 외벽 냉각시에 임계열유속값보다 충분히 (열적) 마진을 두고 작아야 하는데, 종래 외벽의 구조에서는 임계열유속으로 불리는 열제거능력 한계점에 관하여 외벽으로부터 열유속과의 여유도가 충분하지 않은 문제점이 있다.In this case, if the membrane formed of air bubbles is formed and covered, the heat dissipation capacity of the nuclear reactor is reduced in the event of a major accident, and the heat of collapse of the molten pool made of the melt is used to successfully preserve the core melt made of the nuclear fuel in the reactor vessel. Due to the thermal load applied to the lower part of the reactor vessel, the thermal load on the reactor vessel should be sufficiently smaller (thermally) than the critical heat flux value when cooling the outer wall of the reactor. There is a problem that the degree is not enough.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외벽 경사가 80°보다 크고 90°보다 작은 부분이 유입되는 냉각수와의 접촉면적의 확대와 이 부근을 지나는 유체의 난류 정도를 증가시키기 위해 원자로 외벽에 형상을 구비시켜 열 제거 능력을 향상시킬 수 있도록 하는 외벽에 형상이 구비된 원자로를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned problems, the outer wall slope is larger than 80 ° and less than 90 ° portion of the reactor to increase the area of contact with the cooling water inflow and to increase the degree of turbulence of the fluid passing through the vicinity It is to provide a reactor having a shape on the outer wall to provide a shape on the outer wall to improve the heat removal ability.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 외벽에 형상이 구비된 원자로는 원통형의 상부과 반구형의 하부가 결합된 구조로서 하부에 노심 용융물이 수용된 용기, 용기의 외벽을 일정한 간격을 두고 둘러싸고 있는 열 차폐체, 열 차폐체와 용기를 내부에 구비하는 원자로 공동 및 용기의 외벽에 형성되어, 용기와 열 차폐체 사이로 이동하는 냉각수에 의해 외벽에서 발생하는 기포를 제거하는 형상을 포함하는 것을 특징으로 한다.Reactor having a shape on the outer wall according to the present invention in order to achieve the above object is a structure in which the upper portion of the cylindrical and the hemispherical lower portion is coupled to the vessel containing the core melt in the bottom, the heat shield surrounding the outer wall of the container at regular intervals And a shape formed in the reactor cavity having the heat shield and the container therein and the outer wall of the container to remove bubbles generated in the outer wall by the coolant moving between the container and the heat shield.
바람직하게, 본 발명에 따른 원자로 외벽에 구비된 형상은 기울기가 80°~90°지점에 형성되되, 핀 구조로 형성되거나, 다공성 구조로 형성되며, 볼록한 구조로 형성되고, 점 패턴으로 불규칙하게 상기 원자로의 외벽에 형성될 수도 있고, 띠 패턴으로 규칙적으로 상기 원자로의 외벽에 형성되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the shape provided on the outer wall of the reactor according to the present invention is formed at a point of inclination of 80 ° ~ 90 °, formed in a fin structure, or formed of a porous structure, formed in a convex structure, irregularly in a dot pattern It may be formed on the outer wall of the reactor, characterized in that formed on the outer wall of the reactor regularly in a band pattern.
본 발명에 따른 외벽에 형상이 구비된 원자로는 원자로 외벽 냉각 능력을 향상하여 성공적인 외벽 냉각 능력을 확보할 수 있어, 중대 사고시 원자로 핵연료 노심 용융물들의 노내 저장이 이루어질 수 있으므로 원자력 안전성 확보에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.Reactor having a shape on the outer wall according to the present invention can ensure a successful outer wall cooling capacity by improving the outer wall cooling capacity of the reactor, it can make a significant contribution to securing nuclear safety because the nuclear fuel core melt can be stored in the furnace during a serious accident It works.
또한, 본 발명에 따른 외벽에 형상이 구비된 원자로는 원자로 용기 붕괴 이후의 사고전략을 간략화시킴으로써 원자력 발전소 건설의 비용을 줄여 경제성 확보에도 기여할 수 있는 효과가 있다.In addition, the reactor having a shape on the outer wall according to the present invention has the effect of reducing the cost of nuclear power plant construction by simplifying the accident strategy after the collapse of the reactor vessel can contribute to securing economic efficiency.
도 1은 본 발명에 따른 외벽에 형상이 구비된 원자로의 단면도 및 일부 확대도,
도 2는 본 발명에 따른 외벽에 형상이 구비된 원자로의 다른 실시예의 단면도 및 일부 확대도 및
도 3은 본 발명에 따른 외벽에 형상이 구비된 원자로의 또 다른 실시예의 단면도 및 일부 확대도 이다.1 is a cross-sectional view and a partially enlarged view of a reactor having a shape on its outer wall according to the present invention;
2 is a cross-sectional view and a partially enlarged view of another embodiment of a reactor equipped with a shape on an outer wall according to the present invention;
3 is a cross-sectional view and a partially enlarged view of still another embodiment of a nuclear reactor equipped with a shape on its outer wall according to the present invention.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concept of the term appropriately in order to describe its own invention in the best way. The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 1은 본 발명에 따른 외벽에 형상이 구비된 원자로의 단면도 및 일부 확대도 이다.1 is a cross-sectional view and a partially enlarged view of a nuclear reactor having a shape on its outer wall according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 외벽에 형상이 구비된 원자로는 원자로 용기(100), 열 차폐체(200) 및 원자로 공동(300)을 포함한다.As shown in FIG. 1, a reactor having a shape on an outer wall according to the present invention includes a
상기 원자로 용기(100)는 원통 형상의 상부와 반구 형상의 하부가 결합한 구조로서, 내부에 노심 용융물(110)이 수용되어 있다.The
참고로, 상기 원자로 용기(100)의 구조에 대한 설명에서 자칫 반구 형상의 하부가 결합된 원통 형상의 상부의 반대쪽이 개방되어 있는 것으로 판단할 수 있는 오해의 소지가 있으나 도시되지 않았을 뿐 밀폐되어 있다.For reference, in the description of the structure of the
이때, 도 1에서 알 수 있듯이, 원자로 용기(100) 외벽 중 c점의 제3접선(L3)에서 알 수 있듯이 c점의 기울기는 0°이고, b점의 제2접선(L2)에서 알 수 있듯이 b점의 기울기는 90°에 해당하여, 원자로 용기(100) 외벽 기울기는 0°~90°까지 분포됨을 알 수 있다.At this time, as can be seen in Figure 1, as shown in the third tangent line L3 of the c point in the outer wall of the
나아가, 외벽에서 기포들이 발생하게 되고, 원자로 용기(100) 외벽의 기울기가 80° 지점인 a점부터 원자로 용기(100) 외벽의 기울기가 90°지점인 b점 사이에서 기포들의 크기가 확대되어 결합함에 따라 기포 막이 형성되는데, 이러한 기포로 이루어진 막이 형성되는 것을 방지하기 위하여 형상(120)이 형성되는 것이 바람직하다.Furthermore, bubbles are generated in the outer wall, and the size of the bubbles is expanded between a point at which the inclination of the outer wall of the
상기 형상(120)은 다양한 구조로 형성될 수 있는데 대표적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 기울기가 80°~90°지점의 상기 원자로 용기(100) 외벽에 핀 구조의 형상(120)이 형성될 수 있다. The
상술한 바와 같이, 핀 구조의 형상(120)이 상기 원자로 외벽에 형성됨에 따라, 상기 핀 구조의 형상(120)은 열전달 면적을 늘리면서 유체의 난류 정도를 향상시켜, 원자로가 녹지않으면서도 내부의 노심 용융물로부터 발생하는 붕괴열을 제거하여 원자로 용기가 파손되는 것을 방지한다. As described above, as the
한편, 또 다른 실시예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 기울기가 80°~90°지점의 상기 원자로 용기(100) 외벽에 오목한 다공성 구조의 형상(120)이 형성될 수 있으며, 또는 도 3에 도시된 바와 같이 볼록한 구조의 형상(120)이 형성될 수도 있다.Meanwhile, as another embodiment, as shown in FIG. 2, a concave
상기 원자로 용기(100)의 외벽에 형성된 상기 다공성 구조의 형상(120)에서는 모세관 현상으로 인해 활발한 냉각수 유입이 생겨 임계 열유속이 증가된다. In the
참고로, 도 2는 본 발명에 따른 외벽에 형상이 구비된 원자로의 다른 실시예의 단면도 및 일부 확대도 이고, 도 3은 본 발명에 따른 외벽에 형상이 구비된 원자로의 또 다른 실시예의 단면도 및 일부 확대도 이다.For reference, FIG. 2 is a cross-sectional view and a partially enlarged view of another embodiment of a nuclear reactor equipped with a shape on the outer wall according to the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view and a portion of another embodiment of a nuclear reactor having a shape on the outer wall according to the present invention It is an enlarged view.
위와 같이, 오목하고 볼록한 구조 그리고 핀 구조의 형상(120)들이 열 부하가 가장 많은 위치 즉, 기울기가 80°~90°지점의 상기 원자로 외벽에 형성됨에 따라, 열 제거 능력이 향상된다.As described above, as the concave, convex and
한편, 상기 오목, 볼록 또는 핀 구조의 형상(120)은 점 패턴으로 불규칙하게 상기 원자로의 외벽에 형성될 수도 있고, 띠 패턴으로 규칙적으로 상기 원자로의 외벽에 형성될 수도 있다. On the other hand, the concave, convex or
상술한 구조의 원자로 용기(100)의 외벽을 일정한 간격을 두고 둘러싸고 있는 상기 열 차폐체(200)와 상기 열 차폐체(200) 및 상기 원자로 용기(100)를 내부에 구비하는 상기 원자로 공동(300)은 냉각수의 순환이 이루어지게 된다. The
상술한 구성들을 포함하는 본 발명에 따른 외벽에 형상이 구비된 원자로의 열제거 과정을 종합적으로 설명한다.The heat removal process of the nuclear reactor having a shape on the outer wall according to the present invention including the above-described configuration will be described comprehensively.
도 1에 도시된 바와 같이, 원자로의 노심이 용융되어 노심 용융물(110)이 생성되는 중대한 사고가 발생하는 경우 원자로 공동(Reactor cavity;300)으로 냉각수를 투입하여 원자로 공동(300)의 저면에서부터 배관(400) 접합부까지의 공간을 냉각수로 채워줌으로써 원자로의 외벽을 침수시킨다.As shown in FIG. 1, in the event of a serious accident in which the core of the reactor is melted to produce the
원자로 공동(300)에 냉각수가 채워지면 채원진 냉각수의 압력에 의해 열 차폐체(200) 하부의 냉각수 입구(210)가 열리고, 이곳을 통해 냉각수가 열 차폐체(200) 내부로 유입된다. When the coolant is filled in the
이때, 기울기가 80°~90°지점에 형성되던 기포들로 이루어진 막이 상기 원자로 용기(100) 외벽에 형성된 핀 구조의 형상(120)에 의해 제거되고, 상기 형상(120)이 형성됨에 따라 기울기가 80°~90°지점은 계속해서 유입되는 저온의 냉각수와의 접촉면적이 확대되고 난류정도가 증가하여 열 제거 능력이 향상되어 원활한 냉각이 이루어진다. At this time, the film formed of bubbles formed at the point of 80 ° ~ 90 ° is removed by the shape of the
이후, 상기 열 차폐체(200)의 내부로 유입된 냉각수는 자연대류 현상에 의해 원자로 용기(100)의 외벽을 따라 열 차폐체(200) 상부에 있는 냉각수 출구(220)를 통해 다시 원자로 공동(300)으로 배출되게 된다.Thereafter, the coolant introduced into the
즉, 원자로 공동(300), 냉각수 입구(210), 열 차폐체(200) 내부, 냉각수 출구(220), 원자로 공동(300)의 순으로 냉각수가 지속적으로 자연 순환을 하며 원자로 외벽을 냉각시키는 과정에서, 상술한 바와 같이 상기 용기(100)의 외벽에 형상(120)이 형성됨에 따라, 본 발명에 따른 외벽에 형상이 구비된 원자로는 원자로 중대 사고시, 핵연료로 이루어진 노심 용융물을 원자로 용기 내(노내)에 성공적으로 보존하기 위해서는 용융물로 이루어진 용융풀의 붕괴열로 인한 원자로 용기 하부에 가해지는 열적부하가 원자로 외벽 냉각시에 임계열유속값보다 충분히 (열적) 마진을 두고 작아지게 되고, 임계열유속으로 불리는 열제거능력 한계점에 관하여 외벽으로부터 열유속과의 여유도가 충분해져 열제거 능력이 향상된다.That is, in the process of cooling the reactor outer wall in a natural circulation of the coolant in order of the
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 물론이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the appended claims.
100 : 원자로 용기
110 : 노심 용융물
120 : 형상
200 : 열 차폐체
210 : 냉각수 입구
220 : 냉각수 출구
300 : 공동100: reactor vessel
110: core melt
120: shape
200: heat shield
210: cooling water inlet
220: cooling water outlet
300: joint
Claims (6)
상기 용기(100)의 외벽을 일정한 간격을 두고 둘러싸고 있는 열 차폐체(200);
상기 열 차폐체(200)와 상기 용기(100)를 내부에 구비하는 원자로 공동(300); 및
상기 용기(100)의 외벽에 형성되어, 상기 용기(100)와 상기 열 차폐체(200) 사이로 이동하는 냉각수에 의해 상기 외벽에서 발생하는 기포를 제거하는 형상(120);을 포함하는 것을 특징으로 하는 외벽에 형상이 구비된 원자로.A container 100 in which a core melt 110 is accommodated in a lower portion of a cylindrical upper portion and a hemispherical lower portion;
A heat shield 200 surrounding the outer wall of the container 100 at regular intervals;
A reactor cavity (300) having the heat shield (200) and the container (100) therein; And
It is formed on the outer wall of the container 100, the shape 120 for removing bubbles generated in the outer wall by the coolant moving between the container 100 and the heat shield 200; A reactor with a shape on its outer wall.
상기 형상(120)은 기울기가 80°~90°지점에 형성되는 것을 특징으로 하는 외벽에 형상이 구비된 원자로.The method of claim 1,
The shape 120 is a reactor provided with a shape on the outer wall, characterized in that the inclination is formed at a point of 80 ° ~ 90 °.
상기 형상(120)은 핀 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 외벽에 형상이 구비된 원자로.The method of claim 2,
The shape 120 is a nuclear reactor having a shape on the outer wall, characterized in that formed in a fin structure.
상기 형상(120)은 다공성 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 외벽에 형상이 구비된 원자로. The method of claim 2,
The shape 120 is a reactor having a shape on the outer wall, characterized in that formed in a porous structure.
상기 형상(120)은 볼록한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 외벽에 형상이 구비된 원자로. The method of claim 2,
The shape 120 is a nuclear reactor having a shape on the outer wall, characterized in that formed in a convex structure.
상기 형상(120)은 점 패턴으로 불규칙하게 형성되거나, 또는 띠 패턴으로 규칙적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 외벽에 형상이 구비된 원자로.
6. The method according to any one of claims 3 to 5,
The shape 120 is irregularly formed in a dot pattern, or a reactor having a shape on the outer wall, characterized in that it is formed regularly in a band pattern.
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
KR101967583B1 (en) * | 2018-07-05 | 2019-04-09 | 한국수력원자력 주식회사 | Cooling system comprising thermal insulating barrier for external cooling in nuclear reactor vessel |
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2011
- 2011-05-06 KR KR1020110043031A patent/KR20120125011A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101967583B1 (en) * | 2018-07-05 | 2019-04-09 | 한국수력원자력 주식회사 | Cooling system comprising thermal insulating barrier for external cooling in nuclear reactor vessel |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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N231 | Notification of change of applicant | ||
WITN | Withdrawal due to no request for examination |