KR20130061436A

KR20130061436A - 원자로

Info

Publication number: KR20130061436A
Application number: KR1020110127745A
Authority: KR
Inventors: 김영인; 배황; 윤정; 정영종; 이원재; 박천태
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-06-11
Also published as: KR101297100B1

Abstract

냉각재가 순환되도록 원자로에 구비된 냉각재펌프의 정지시에 냉각재의 순환유로를 통한 자연순환과 함께 추가의 냉각재의 자연순환이 이루어지도록 하는 유체소자가 구비되어 자연순환 성능이 향상된 원자로를 개시한다.
본 발명의 일실시예에 따른 원자로는 핵분열에 의해서 열이 발생되는 노심(110)으로부터 열을 전달받아 증기발생기(120)를 유동하는 액체에 열을 전달하는 냉각재가 순환되도록 순환유로가 구성된 원자로(100)에 있어서, 상기 원자로(100)에는 냉각재가 순환되도록 상기 원자로(100)에 구비된 냉각재펌프(131)의 정지시에 냉각재의 상기 순환유로를 통한 자연순환과 함께 냉각재의 추가의 자연순환이 이루어지도록 하는 유체소자(200)가 구비될 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 냉각재가 순환되도록 원자로에 구비된 냉각재펌프의 정지시에 냉각재가 순환되도록 원자로에 구성된 순환유로를 통한 자연순환과 함께 추가의 냉각재의 자연순환이 이루어질 수 있으며, 이에 따라 원자로의 자연순환 성능이 향상될 수 있고, 원자로의 사고시에 냉각재펌프가 정지하더라도 원자로의 노심이 과열되지 않도록 할 수 있으며, 원자로의 사고시에도 원자로가 더 안전하도록 할 수 있다.

Description

원자로{NUCLEAR REACTOR}

본 발명은 핵분열에 의해서 열이 발생되는 노심으로부터 열을 전달받아 증기발생기를 유동하는 액체에 열을 전달하는 냉각재가 순환되도록 순환유로가 구성된 원자로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각재가 순환되도록 원자로에 구비된 냉각재펌프의 정지시에 냉각재의 순환유로를 통한 자연순환과 함께 추가의 냉각재의 자연순환이 이루어지도록 하는 유체소자가 구비되어 자연순환 성능이 향상된 원자로에 관한 것이다.

원자로는 핵분열이 일어나도록 구성되며 핵분열에 의해서 발생된 열을 발전에 이용할 수 있도록 구성되어 있다.

이를 위해서, 원자로에는 핵분열이 일어나도록 구성된 노심이 구비되어 있다. 그리고, 노심에서 핵분열에 의해서 발생된 열을 이용하여 물 등의 액체를 가열하는 증기발생기가 구비되어 있다. 또한, 노심에서 핵분열에 의해서 발생된 열을 증기발생기로 전달하는 냉각재가 노심과 증기발생기 사이에서 순환하도록 구성되어 있다.

이러한 구성에 의해서, 핵분열에 의해서 열이 발생되는 노심으로부터 열을 전달받아 승온된 냉각재는 물 등의 액체가 유동하는 증기발생기로 유동한다. 그리고, 증기발생기에서 냉각재로부터 증기발생기를 유동하는 물 등의 액체로의 열전달에 의해서 증기발생기를 유동하는 물 등의 액체가 승온되어 증기로 된다. 이에 따라 냉각재는 냉각되어 다시 노심으로 유동하고 증기는 증기발생기에 연결된 터빈으로 유동한다. 터빈으로 유동한 증기는 터빈이 구동되도록 하여 발전이 이루어지도록 한다.

한편, 원자로에는 냉각재가 순환되도록 냉각재펌프가 구비된다. 이러한 냉각재펌프의 구동에 의해서 냉각재가 노심에서 증기발생기로 그리고 증기발생기로부터 노심으로 유동한다.

그리고, 원자로에 사고가 발생하는 등에 의해서 냉각재펌프가 정지된 경우에는 냉각재는 온도차이에 의한 자연대류에 의해서 노심에서 증기발생기로 또한 증기발생기로부터 노심으로 자연순환되도록 구성되어 있다.

이에 따라, 냉각재펌프가 정지된 경우에도 노심에서 핵분열에 의해서 발생된 열이 증기발생기로 유동하여 노심의 과열을 방지할 수 있다.

그러나, 종래에 이러한 냉각재펌프의 정지시에 냉각재의 자연순환은 냉각재펌프를 거쳐서 이루어지기 때문에, 냉각재펌프까지 원자로 수위가 확보되지 않는 경우에는 자연순환이 원활히 이루어지지 못하는 문제점이 있으며, 냉각재펌프의 유로저항이 큰 경우에는 충분한 자연순환 유량이 확보되지 못한다는 문제점이 있다. 이에 따라, 원자로의 자연순환 성능이 저하된다는 문제점이 있다. 그리고, 이와 같이 원자로의 자연순환 성능이 저하되면 원자로의 사고시에 냉각재펌프가 정지하면 원자로의 노심이 과열된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 원자로에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.

본 발명의 목적의 일 측면은 냉각재가 순환되도록 원자로에 구비된 냉각재펌프의 정지시에 냉각재가 순환되도록 원자로에 구성된 순환유로를 통한 자연순환과 함께 추가의 냉각재의 자연순환이 이루어지도록 하는 것이다.

본 발명의 목적의 다른 측면은 원자로의 자연순환 성능이 향상되도록 하는 것이다.

본 발명의 목적의 또 다른 측면은 원자로의 사고시에 냉각재펌프가 정지하더라도 원자로의 노심이 과열되지 않도록 하는 것이다.

본 발명의 목적의 또 다른 측면은 원자로의 사고시에도 원자로가 더 안전하도록 하는 것이다.

상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일실시 형태와 관련된 원자로는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.

본 발명은 기본적으로 냉각재가 순환되도록 원자로에 구비된 냉각재펌프의 정지시에 냉각재의 순환유로를 통한 자연순환에 추가하여 냉각재의 자연순환이 이루어지도록 하는 유체소자가 구비된 것을 기초로 한다.

본 발명의 일실시 형태에 따른 원자로는 핵분열에 의해서 열이 발생되는 노심으로부터 열을 전달받아 증기발생기를 유동하는 액체에 열을 전달하는 냉각재가 순환되도록 순환유로가 구성된 원자로에 있어서, 원자로에는 냉각재가 순환되도록 원자로에 구비된 냉각재펌프의 정지시에 냉각재의 순환유로를 통한 자연순환과 함께 냉각재의 추가의 자연순환이 이루어지도록 하는 유체소자가 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 유체소자에는 냉각재가 유동하는 냉각재유로가 형성되며, 냉각재펌프 정지시의 냉각재유로에서의 냉각재의 유동방향인 순방향의 유로저항은 작고 냉각재펌프 운전시의 냉각재유로에서의 냉각재의 유동방향인 역방향의 유로저항은 크도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 순방향은 노심에서 증기발생기 방향이고, 역방향은 증기발생기에서 노심 방향일 수 있다.

그리고, 상기 원자로는 일체형 원자로일 수 있다.

또한, 상기 원자로는 냉각재펌프가 구비되는 원자로용기; 노심이 하부에 구비되며 증기발생기가 구비되도록 원자로용기와 소정의 간격을 두고 원자로용기의 내부에 구비되고 냉각재펌프의 유입측이 연결되는 노심지지배럴집합체; 노심지지배럴집합체와 소정의 간격을 두고 노심지지배럴집합체의 내부에 구비되는 상부안내구조물집합체; 증기발생기 아래의 원자로용기와 노심지지배럴집합체 사이에 구비되는 유동혼합헤더집합체; 및 노심지지배럴집합체 하부의 원자로용기에 구비되는 유동분배통; 을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 유체소자는 냉각재펌프 보다 낮은 위치의 노심지지배럴집합체에 구비될 수 있다.

또한, 상기 냉각재유로에는 냉각재가 순방향으로 유동하는 경우에는 냉각재유로로부터의 유입량이 작으며, 역방향으로 유동하는 경우에는 냉각재유로로부터의 유입량이 많도록 하는 형상인 리턴유로의 일측과 타측이 연결될 수 있다.

그리고, 상기 냉각재유로는 냉각재가 순방향으로 유동하는 경우에는 냉각재의 유동거리가 감소하고 역방향으로 유동하는 경우에는 냉각재의 유동거리가 증가하도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 냉각재유로에는 냉각재가 순방향으로 유동하는 경우에는 유로저항이 작고, 역방향으로 유동하는 경우에는 유로저항이 큰 형상인 저항부재가 구비될 수 있다.

그리고, 상기 냉각재유로에는 냉각재가 순방향으로 유동하는 경우에는 탄상부재의 탄성력이 작용하지 않고, 역방향으로 유동하는 경우에는 탄성부재의 탄성력이 작용하도록 구성될 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 유체소자가 구비되어 냉각재가 순환되도록 원자로에 구비된 냉각재펌프의 정지시에 냉각재가 순환되도록 원자로에 구성된 순환유로를 통한 자연순환과 함께 추가의 냉각재의 자연순환이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 원자로의 자연순환 성능이 향상될 수 있다.

그리고 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 원자로의 사고시에 냉각재펌프가 정지하더라도 원자로의 노심이 과열되지 않도록 할 수 있다.

그리고 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 원자로의 사고시에도 원자로가 더 안전하도록 할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 원자로의 일실시예를 나타내는 도면이다.
도2는 도1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도3과 도4는 본 발명에 따른 원자로의 일실시예의 작동을 나타내는 도면으로, 도3은 냉각재펌프가 운전되는 정상운전시를 나타내고 도4는 냉각재펌프가 정지된 비정상운전시를 나타낸다.
도5 내지 도8은 본 발명에 따른 원자로의 유체소자의 실시예들을 나타내는 도면이다.

상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 원자로에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.

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 냉각재가 순환되도록 원자로에 구비된 냉각재펌프의 정지시에 냉각재의 순환유로를 통한 자연순환에 추가하여 냉각재의 자연순환이 이루어지도록 하는 유체소자가 구비된 것을 기초로 한다.

도1에 도시된 실시예와 같이 본 발명에 따른 원자로(100)는 냉각재가 순환되도록 순환유로가 구성될 수 있다. 냉각재(1차 냉각재)는 도3에 도시된 바와 같이 정상운전시에는 순환유로를 순환하면서 핵분열에 의해서 열이 발생되는 노심(110)으로부터 열을 전달받아 증기발생기(120)를 유동하는 물 등의 액체(2차 냉각재)에 열을 전달할 수 있다.

증기발생기(120)에서 액체(2차 냉각재)는 증기발생기(120)에 구비된 전열관(도시되지 않음) 안쪽으로 유동하고 냉각재(1차 냉각재)는 전열관 바깥쪽으로 유동한다. 이에 따라, 노심(110)으로부터 열을 전달받아 온도가 높아진 냉각재(1차 냉각재)로부터 증기발생기(120)를 유동하는 상대적으로 온도가 낮은 액체(2차 냉각재)로 열전달이 이루어질 수 있다.

이러한 증기발생기(120)에서의 냉각재(1차 냉각재)로부터 증기발생기(120)를 유동하는 물 등의 액체(2차 냉각재)로의 열전달에 의해서, 증기발생기(120)를 유동하는 액체(2차 냉각재)는 과냉각유체에서 이상유체로, 이상유체에서 과열증기로 상 전환된 후, 증기발생기(120)에 연결된 터빈(도시되지 않음)으로 방출된다. 그리고, 터빈으로 방출된 과열증기에 의해서 터빈에서 발전이 이루어진다.

원자로(100)는 도1에 도시된 실시예와 같은 일체형 원자로일 수 있다. 이러한 일체형 원자로는 도시된 실시예와 같이 냉각재계통과 주기기가 연결배관 없이 하나의 압력용기, 즉 도시된 실시예에서는 원자로용기(130) 내에 배치된다.

그러나, 원자로(100)는 도시된 실시예와 같이 일체형 원자로에 한정되지 않고, 핵분열에 의해서 열이 발생되는 노심(110)으로부터 열을 전달받아 증기발생기(120)를 유동하는 액체에 열을 전달하는 냉각재가 순환되도록 순환유로가 구성된 원자로(100)라면 어떠한 원자로(100)라도 가능하다.

도1에 도시된 실시예와 같이 본 발명에 따른 원자로(100)는 원자로용기(130)와, 노심지지배럴집합체(140), 상부안내구조물집합체(150), 유동혼합헤더집합체(160) 및, 유동분배통(170)을 포함할 수 있다.

원자로용기(130)에는 도1에 도시된 실시예와 같이 냉각재펌프(131)가 구비될 수 있다. 이러한 냉각재펌프(131)에 의해서 냉각재가 도3에 도시된 바와 같이 정상운전시 원자로(100)에 구성된 순환유로에서 순환되어, 전술한 바와 같이 핵분열에 의해서 노심(110)에서 발생된 열이 증기발생기(120)를 유동하는 물 등의 액체에 전달될 수 있다.

도1에 도시된 실시예와 같이 원자로용기(130)는 원통부(130a)와 하부헤더부(130b) 및 덮개(130c)로 이루어질 수 있다. 원통부(130a)에는 후술하고 도시된 실시예와 같이 노심지지배럴집합체(140)와 상부안내구조물집합체(150) 및 유동혼합헤더집합체(160)가 구비될 수 있다. 그리고, 하부헤더부(130b)는 도시된 실시예와 같이 원통부(130a)와 일체로 이루어지며, 후술하고 도시된 실시예와 같이 유동분배통(170)이 구비될 수 있다. 또한, 덮개(130c)는 스터드볼트집합체(도시되지 않음)에 의해서 원통부(130a)의 개방된 상부에 분리가능하게 결합되며, 도시된 실시예와 같이 노내계측기 보호관(132)이나 전열기(133) 등이 구비되어 있다.

노심지지배럴집합체(140)의 하부에는 도시된 실시예와 같이 노심(110)이 구비될 수 있다. 이러한 노심지지배럴집합체(140)는 원자로용기(130)와 소정의 간격을 두고 원자로용기(130)의 내부에 구비될 수 있다. 도시된 실시예와 같이 노심지지배럴집합체(140)의 상부가 원자로용기(130)에 걸리어 노심지지배럴집합체(140)가 원자로용기(130)에 구비될 수 있다. 또한, 도시된 실시예와 같이 노심지지배럴집합체(140)에는 냉각재펌프(131)의 유입측이 연결될 수 있다.

이러한 구성에 의해서, 도1에 도시된 실시예와 같이 증기발생기(120)가 원자로용기(130)와 노심지지배럴집합체(140) 사이의 공간에 구비될 수 있다. 그리고, 후술할 상부안내구조물집합체(150)와 노심지지배럴집합체(140) 사이의 공간과 함께 도3과 도4에 도시된 바와 같이 노심(110)으로부터 냉각재펌프(131)의 유입측으로의 순환유로가 형성될 수 있다.

즉, 도3에 도시된 바와 같이 냉각재펌프(131)가 구동되는 정상운전시에는, 노심(110)을 통과하면서 노심(110)에서의 핵분열에 의해서 발생된 열을 전달받은 냉각재는, 상부안내구조물집합체(150)의 내부와, 상부안내구조물집합체(150)와 노심지지배럴집합체(140) 사이의 공간으로 이루어진, 노심(110)으로부터 냉각재펌프(131)의 유입측으로의 순환유로를 유동하여 냉각재펌프(131)에 유입된다.

그리고, 원자로(100)에 사고가 발생하여 냉각재펌프(131)가 정지된 비정상운전시에는 노심(110)을 통과하면서 노심(110)에서의 핵분열에 의해서 발생된 열을 전달받은 냉각재는 온도차에 의한 자연대류에 의해서 도4에 도시된 바와 같이 노심(110)으로부터 냉각재펌프(131)의 유입측으로의 순환유로를 유동하여 냉각재펌프(131)에 유입된다.

또한, 도3에 도시된 바와 같은 정상운전시에는 냉각재펌프(131)의 구동에 의해서, 그리고 도4에 도시된 바와 같은 비정상운전시에는 온도차에 의한 자연대류에 의해서 냉각재펌프(131)의 토출측으로부터 토출된 냉각재는, 도시된 바와 같이 원자로용기(130)와 노심지지배럴집합체(140)의 사이의 공간으로 이루어진, 냉각재펌프(131)의 토출측으로부터 노심(110)으로의 순환유로를 유동하여 증기발생기(120)로 유동할 수 있다.

상부안내구조물집합체(150)는 도1에 도시된 실시예와 같이 노심지지배럴집합체(140)와 소정의 간격을 두고 노심지지배럴집합체(140)의 내부에 구비될 수 있다. 도시된 실시예와 같이 상부안내구조물집합체(150)의 상부가 원자로용기(130)에 걸리어 상부안내구조물집합체(150)가 노심지지배럴집합체(140)의 내부에 구비될 수 있다. 또한, 도시된 실시예와 같이 상부안내구조물집합체(150)의 하부는 노심(110)의 상부에 위치하여 노심(110)과 연통될 수 있다. 이러한 구성에 의해서 전술한 바와 같이 노심(110)으로부터 냉각재펌프(131)의 유입측으로의 순환유로가 이루어질 수 있다.

도1에 도시된 실시예와 같이 유동혼합헤더집합체(160)는 증기발생기(120) 아래의 원자로용기(130)와 노심지지배럴집합체(140) 사이에 구비될 수 있다. 즉, 유동혼합헤더집합체(160)는 전술한 냉각재펌프(131)의 토출측으로부터 노심(110)으로의 순환유로에 구비될 수 있다.

이러한 유동혼합헤더집합체(160)에 의해서 도3과 도4에 도시된 바와 같이 증기발생기(120)를 통과하면서 전술한 바와 같이 열교환되어 냉각된 냉각재가 노심(110)에 유입되기 전에 혼합될 수 있다. 이를 위해서, 유동혼합헤더집합체(160)는 복수개의 층으로 이루어지며, 복수개의 증기발생기(120)를 각각 통과하여 유동혼합헤더집합체(160)로 유입되는 복수영역의 냉각재는 각 영역별로 분리된 상태로 유동혼합헤더집합체(160)의 각 층으로 유입된다. 그리고, 유동혼합헤더집합체(160)의 각 층에서 원주방향으로 방출되는 냉각재는 도3과 도4에 도시된 바와 같이 유동혼합헤더집합체(160)와 원자로용기(130) 사이에 형성된 공간을 지나면서 서로 혼합된다.

유동분배통(170)은 도1에 도시된 실시예와 같이 노심지지배럴집합체(140) 하부의 원자로용기(130)에 구비될 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 유동분배통(170)은 원자로용기(130)의 하부헤더부(130b)에 구비될 수 있다. 따라서, 유동분배통(170)은 전술한 냉각재펌프(131)의 토출측으로부터 노심(110)으로의 순환유로에 구비될 수 있다.

이러한 유동분배통(170)은 다공 원통형 구조물로 전술한 바와 같이 유동혼합헤더집합체(160)를 통과한 냉각재가 균일한 유동분포를 가지도록 하여 도3에 도시된 바와 같이 노심(110)에 유입되도록 한다.

한편, 도1에 도시된 실시예와 같이 본 발명에 따른 원자로(200)는 유체소자(200)가 구비될 수 있다. 이러한 유체소자(200)에 의해서 도4에 도시된 바와 같이 예컨대 사고가 발생하여 냉각재펌프(131)가 정지한 비정상운전시에, 전술한 노심(110)으로부터 냉각재펌프(131)의 유입측으로 그리고 냉각재펌프(131)의 토출측으로부터 노심(110)으로의 순환유로를 통한 자연순환과 함께 냉각재의 추가의 자연순환이 이루어지도록 할 수 있다.

이에 따라, 도4에 도시된 바와 같이 냉각재펌프(131)의 정지시 전술한 순환유로뿐만 아니라 유체소자(200)를 통해서 냉각재가 노심(110)으로부터 증기발생기(120)로 온도차에 의한 자연대류에 의해서 자연순환하게 될 수 있다. 그러므로, 원자로(100)의 자연순환 성능이 향상될 수 있다. 그리고, 이에 의해서, 냉각재펌프(131)의 정지시에도 핵분열에 의해서 계속하여 열이 발생되는 노심(110)의 냉각이 용이하게 이루어질 수 있다. 따라서, 원자로(100)의 사고시에 냉각재펌프(131)가 정지하더라도 원자로(100)의 노심(110)이 과열되지 않도록 할 수 있으며, 이에 의해서 원자로(100)의 사고시에도 원자로(100)가 더 안전하도록 할 수 있다.

이를 위해서, 유체소자(200)는 도5 내지 도8에 도시된 실시예들과 같이 냉각재가 유동하는 냉각재유로(P)가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 냉각재유로(P)는 도4에 도시된 바와 같은 냉각재펌프(131)의 정지시의 냉각재유로(P)에서의 냉각재의 유동방향인 순방향의 유로저항은 작고, 도3에 도시된 바와 같은 냉각재펌프(131) 운전시의 냉각재유로(P)에서의 냉각재의 유동방향인 역방향의 유로저항은 크도록 구성될 수 있다. 그리고, 순방향은 노심(110)에서 증기발생기(120) 방향이고, 역방향은 증기발생기(120)에서 노심(110) 방향일 수 있다.

이에 따라, 도3에 도시된 바와 같이 냉각재펌프(131)의 구동에 의해서 냉각재가 순환유로에서 순환되는 정상운전시에는, 냉각재펌프(131)의 토출측으로부터 노심(110)으로의 순환유로의 압력이 노심(110)으로부터 냉각재펌프(131)의 유입측으로의 순환유로의 압력보다 높게 된다. 그러므로, 냉각재는 유체소자(200)에서 역방향으로, 즉 증기발생기(120)에서 노심(110) 방향으로 흐르려고 한다. 그러나, 전술한 바와 같이 유체소자(200)는 역방향의 유로저항이 크도록 구성되기 때문에, 도3에 도시된 바와 같은 정상운전시에는 유체소자(200)를 통한 냉각재의 유동은 잘 이루어지지 않게 된다.

또한, 도4에 도시된 바와 같이 원자로(100)의 사고 등에 의해서 냉각재펌프(131)가 정지되어 자연대류에 의해서 냉각재가 순환유로에서 자연순환되는 비정상운전시에는, 노심(110)으로부터 냉각재펌프(131)의 유입측으로의 순환유로의 압력이 냉각재펌프(131)의 토출측으로부터 노심(110)으로의 순환유로의 압력보다 높게 된다. 그러므로, 냉각재는 유체소자(200)에서 순방향으로, 즉 노심(110)에서 증기발생기(120) 방향으로 흐르려고 한다. 이러한 경우에는 전술한 바와 같이 유체소자(200)가 순방향의 유로저항은 작도록 구성되기 때문에, 도4에 도시된 바와 같은 비정상운전시에는 유체소자(200)를 통한 냉각재의 유동이 이루어지게 된다. 이에 따라, 노심(110)에서 발생되는 열의 증기발생기(120)를 유동하는 액체로의 열전달이 순환유로를 유동하는 냉각재와 함께 유체소자(200)를 유동하는 냉각재에 의해서도 이루어질 수 있다.

유체소자(200)의 냉각재유로(P)에서 순방향의 유로저항은 작고 역방향의 유로저항은 크게 하기 위해서, 유체소자(200)의 냉각재유로(P)에는 도5에 도시된 실시예와 같이 리턴유로(Pr)의 일측과 타측이 연결될 수 있다.

그리고, 리턴유로(Pr)는 도5의 (a)에 도시된 바와 같이 냉각재가 냉각재유로(P)에서 순방향으로 유동하는 경우에는 냉각재유로(P)부터의 유입량이 작으며 도5의 (b)에 도시된 바와 같이 역방향으로 유동하는 경우에는 냉각재유로(P)로부터의 유입량이 많은 형상일 수 있다. 따라서, 도5의 (a)에 도시된 바와 같이 냉각재유로(P)에서 냉각재가 순방향으로 유동하는 경우에는 리턴유로(Pr)에 의해서 냉각재유로(P)로 되돌아가는 냉각재의 양이 작기 때문에, 유로저항이 작을 수 있다. 그리고, 도5의 (b)에 도시된 바와 같이 냉각재유로(P)에서 냉각재가 역방향으로 유동하는 경우에는 리턴유로(Pr)에 의해서 냉각재유로(P)로 되돌아가는 냉각재의 양이 많기 때문에, 유로저항이 클 수 있다.

또한, 유체소자(200)의 냉각재유로(P)에서 순방향의 유로저항은 저항은 작고 역방향의 유로저항은 크게 하기 위해서, 도6에 도시된 실시예와 같이 유체소자(200)의 냉각재유로(P)는 냉각재의 유동 방향에 따라 유체소자(200)에서의 냉각재의 유동거리가 달라지도록 할 수 있다. 이를 위해서, 냉각재유로(P)는 냉각재가 순방향으로 유동하는 경우에는 냉각재의 유동거리가 감소하고 역방향으로 유동하는 경우에는 냉각재의 유동거리가 증가하도록 형성될 수 있다.

예컨대, 도6의 (a)에 도시된 바와 같이 냉각재가 순방향으로 유동하는 경우에는 유체소자(200)를 유동하는 냉각재가 나선으로 유동하지 않도록 하여 냉각재의 유체소자(200)에서의 유동거리가 감소하도록 할 수 있다. 그리고, 도6의 (b)에 도시된 바와 같이 냉각재가 역방향으로 유동하는 경우에는 유체소자(200)를 유동하는 냉각재가 나선으로 유동하도록 하여 냉각재의 유체소자(200)에서의 유동거리가 증가하도록 할 수 있다.

그리고, 도7에 도시된 실시예와 같이 냉각재유로(P)에는 저항부재(R)가 구비될 수 있다. 이러한 저항부재(R)는 도7의 (a)에 도시된 바와 같이 냉각재가 냉각재유로(P)에서 순방향으로 유동하는 경우에는 유로저항이 작고 도7의 (b)에 도시된 바와 같이 역방향으로 유동하는 경우에는 유로저항이 큰 형상일 수 있다.

또한, 도8의 (a)에 도시된 바와 같이 냉각재가 냉각재유로(P)에서 순방향으로 유동하는 경우에는 유동방향의 반대방향으로 예컨대 스프링 등의 탄성부재(S)에 의한 탄성력이 작용하지 않고, 도8의 (b)에 도시된 바와 같이 역방향으로 유동하는 경우에는 유동방향의 반대방향으로 탄성부재(S)에 의한 탄성력이 작용하도록 할 수도 있다.

그러나, 순방향의 유로저항은 작고 역방향의 유로저항은 크도록 유체소자(200)가 구성되도록 하는 것은 도5 내지 도8에 도시된 실시예에 한정되지 않고, 순방향의 유로저항은 작고 역방향의 유로저항은 크도록 구성되는 것이라면 주지의 어떠한 구성이라도 가능하다.

한편, 도1에 도시된 실시예와 같이 원자로(100)가 일체형 원자로인 경우에 도시된 실시예와 같이 유체소자(200)는 냉각재펌프(131)보다 낮은 위치의 노심지지배럴집합체(140)에 도2에 도시된 실시예와 같이 구비될 수 있다. 이에 따라, 도4에 도시된 바와 같이 냉각재펌프(131)가 정지하는 비정상운전시에 냉각재펌프(131)를 거치지 않고 냉각재가 노심(110)으로부터 증기발생기(120)로 용이하게 유동할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 원자로(100)를 사용하면, 냉각재가 순환되도록 원자로에 구비된 냉각재펌프의 정지시에 냉각재가 순환되도록 원자로에 구성된 순환유로를 통한 자연순환과 함께 추가의 냉각재의 자연순환이 이루어질 수 있으며, 이에 따라 원자로의 자연순환 성능이 향상될 수 있고, 원자로의 사고시에 냉각재펌프가 정지하더라도 원자로의 노심이 과열되지 않도록 할 수 있으며, 원자로의 사고시에도 원자로가 더 안전하도록 할 수 있다.

상기와 같이 설명된 원자로는 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

100 : 원자로 110 : 노심
120 : 증기발생기 130 : 원자로용기
130a : 원통부 130b : 하부헤더부
130c : 덮개 131 : 냉각재펌프
132 : 노내계측기 보호관 133 : 전열기
140 : 노심지지배럴집합체 150 : 상부안내구조물집합체
160 : 유동혼합헤더집합체 170 : 유동분배통
P : 냉각재유로 Pr : 리턴유로
R : 저항부재 S : 탄성부재

Claims

핵분열에 의해서 열이 발생되는 노심(110)으로부터 열을 전달받아 증기발생기(120)를 유동하는 액체에 열을 전달하는 냉각재가 순환되도록 순환유로가 구성된 원자로(100)에 있어서,
상기 원자로(100)에는 냉각재가 순환되도록 상기 원자로(100)에 구비된 냉각재펌프(131)의 정지시에 냉각재의 상기 순환유로를 통한 자연순환과 함께 냉각재의 추가의 자연순환이 이루어지도록 하는 유체소자(200)가 구비된 것을 특징으로 하는 원자로.
제1항에 있어서, 상기 유체소자(200)에는 냉각재가 유동하는 냉각재유로(P)가 형성되며,
상기 냉각재펌프(131) 정지시의 상기 냉각재유로(P)에서의 냉각재의 유동방향인 순방향의 유로저항은 작고 상기 냉각재펌프(131) 운전시의 상기 냉각재유로(P)에서의 냉각재의 유동방향인 역방향의 유로저항은 크도록 구성된 것을 특징으로 하는 원자로.
제2항에 있어서, 상기 순방향은 상기 노심(110)에서 증기발생기(120) 방향이고,
상기 역방향은 상기 증기발생기(120)에서 노심(110) 방향인 것을 특징으로 하는 원자로.
제1항에 있어서, 상기 원자로(100)는 일체형 원자로인 것을 특징으로 하는 원자로.
제4항에 있어서, 상기 원자로(100)는
상기 냉각재펌프(131)가 구비되는 원자로용기(130);
상기 노심(110)이 하부에 구비되며 상기 증기발생기(120)가 구비되도록 상기 원자로용기(130)와 소정의 간격을 두고 상기 원자로용기(130)의 내부에 구비되고 상기 냉각재펌프(131)의 유입측이 연결되는 노심지지배럴집합체(140);
상기 노심지지배럴집합체(140)와 소정의 간격을 두고 상기 노심지지배럴집합체(140)의 내부에 구비되는 상부안내구조물집합체(150);
상기 증기발생기(120) 아래의 상기 원자로용기(130)와 상기 노심지지배럴집합체(140) 사이에 구비되는 유동혼합헤더집합체(160); 및
상기 노심지지배럴집합체(140) 하부의 상기 원자로용기(130)에 구비되는 유동분배통(170);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로.
제5항에 있어서, 상기 유체소자(200)는 상기 냉각재펌프(131) 보다 낮은 위치의 상기 노심지지배럴집합체(140)에 구비되는 것을 특징으로 하는 원자로.
제2항에 있어서, 상기 냉각재유로(P)에는 냉각재가 순방향으로 유동하는 경우에는 냉각재유로(P)로부터의 유입량이 작으며, 역방향으로 유동하는 경우에는 냉각재유로(P)로부터의 유입량이 많도록 하는 형상인 리턴유로(Pr)의 일측과 타측이 연결되는 것을 특징으로 하는 원자로.
제2항에 있어서, 상기 냉각재유로(P)는 냉각재가 순방향으로 유동하는 경우에는 냉각재의 유동거리가 감소하고 역방향으로 유동하는 경우에는 냉각재의 유동거리가 증가하도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자로.
제2항에 있어서, 상기 냉각재유로(P)에는 냉각재가 순방향으로 유동하는 경우에는 유로저항이 작고, 역방향으로 유동하는 경우에는 유로저항이 큰 형상인 저항부재(R)가 구비된 것을 특징으로 하는 원자로.
제2항에 있어서, 상기 냉각재유로(P)에는 냉각재가 순방향으로 유동하는 경우에는 탄상부재(S)의 탄성력이 작용하지 않고, 역방향으로 유동하는 경우에는 탄성부재(S)의 탄성력이 작용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원자로.