KR20140000411A - 상변환물질 분산 냉각재의 이용방법 및 이를 이용한 원자로 외벽 냉각시스템 - Google Patents

상변환물질 분산 냉각재의 이용방법 및 이를 이용한 원자로 외벽 냉각시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 원자로용기(10);와, 일정한 간격을 두고 상기 원자로용기(10)의 외벽을 둘러싸는 열차폐체(20); 및, 상기 열차폐체(20) 및 상기 원자로용기(10)를 내부에 구비하는 원자로공동(30);을 포함하여 구비되는 원자로 외벽의 냉각시스템에 있어서, 상기 원자로 외벽의 냉각시스템에 공급되는 냉각수(41)에 섭씨 100도 내지 120도에서 상변환를 일으키는 상변환물질(120)을 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용하는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템을 개시한다.

Description

상변환물질 분산 냉각재의 이용방법 및 이를 이용한 원자로 외벽 냉각시스템{Method Of Using Phase Change Material Coolants, And Nuclear Corium Cooling System Using The Same}
본 발명은 상변환물질 분산 냉각재의 이용방법 및 이를 이용한 원자로 외벽 냉각시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물을 냉각수로 이용하는 원자로 외벽 냉각시스템에서 섭씨 100도 내지 120도에서 상변환하는 상변환물질로 이루어진 냉각재를 상기 냉각수에 분산시켜 냉각용으로 사용하므로 열적 안전 여유도를 높여, 원자로 외벽에 증기막이 형성되면서 발생하는 임계열유속 현상으로 인해 노심용융물이 노외로 유출되는 사고를 방지할 수 있는 상변환물질 분산 냉각재의 이용방법 및 이를 이용한 원자로 외벽 냉각시스템에 관한 것이다.
원자로는 안정성 평가에 따라 설계된 각종 안전설비가 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 원자로용기 내 거동, 원자로용기 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 분석하거나 관리하는 데에 어려움이 많은 실정이다.
최근, 중대사고 발생시, 원자로의 용기 외벽을 침수시킴으로써 원자로용기 내부의 노심 용융물로부터 발생하는 붕괴열을 제거하여 원자로용기가 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 5에 도시된 미국 웨스팅하우스의 신형 경수로 AP1000에서의 원자로 외벽 냉각 방법을 들 수 있다.
이 방법에 따르면, 원자로의 노심이 용융되어 노심 용융물(125)이 생성되는 중대사고가 발생하는 경우 원자로공동(reactor cavity; 140)으로 냉각수를 투입하여 원자로공동(140)의 저면에서부터 1차측 배관(150) 접합부까지의 공간을 냉각수로 채워줌으로써 원자로의 외벽을 침수시킨다. 원자로공동(140)에 냉각수가 채워지면 채워진 냉각수의 압력에 의해 열 차폐체(130) 하부의 냉각수 입구(134)가 열리고, 이를 통해 냉각수가 열 차폐체(130) 내부로 유입되며, 내부로 유입된 냉각수는 자연대류현상에 의해 원자로용기(120)의 외벽을 따라 열 차폐체(130) 상부에 있는 냉각수 출구(135)를 통해 다시 원자로공동(140)으로 배출되게 된다.
다시 말해서, 원자로공동(140) → 냉각수 입구(134) → 열 차폐체(130) 내부 → 냉각수 출구(135) → 원자로공동(140)의 순으로 냉각수가 지속적인 자연 순환을 하며 원자로의 외벽을 냉각하게 된다.
이러한 원자로공동 침수에 의한 원자로 외벽 냉각 방법은 해외는 물론 국내에서도 대부분의 경수로에서 원자로의 외벽을 냉각하는 방법으로 채택되어 사용되고 있다. 또한, 상기 냉각수로는 비용 및 획득의 용이성을 고려하여 물을 이용하는 것이 일반적이다.
그러나, 이와 같이 냉각수로 물을 이용하는 경우, 원자로 노심용융물(125)이 원자로용기(120)를 뚫고 원자로공동(140)으로 유출되거나 상기 원자로 노심용융물(125)에 의해 열차폐체(130) 및 원자로공동(140)의 물이 증발하여 원자로 외벽이 증기막으로 덮이게 되면 임계열유속 현상이 발생하면서 원자로가 손상을 입어 노심용융물이 노외로 유출되는 사고가 발생하는 문제점이 있었다.
한국 공개특허공보 제2011-0037497호(2011.04.13), 원자로 용기의 외벽 냉각 장치 한국 공개특허공보 제2008-0112776호(2008.12.26), 가압경수형 원자로의 노심용융 방지를 위한 노외 냉각 구조
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 물을 냉각수로 이용하는 원자로 외벽 냉각시스템에서 섭씨 100도 내지 120도에서 상변환하는 상변환물질로 이루어진 냉각재를 상기 냉각수에 분산시켜 냉각용으로 사용하여 열적 안전 여유도를 높여, 원자로 외벽에 증기막이 형성되면서 발생하는 임계열유속 현상으로 인한 노심용융물이 노외로 유출되는 사고를 방지할 수 있는 상변환물질 분산 냉각재의 이용방법 및 이를 이용한 원자로 외벽 냉각시스템을 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상변환물질의 이용방법은, 냉각수(41)에 분산시켜 냉각재로 사용되는 상변환물질(120)의 용도의 관한 것으로, 상기 상변환물질(120)을 냉각수(41)에 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용한다.
여기서, 상기 상변환물질(120)은, 섭씨 100도 내지 120도에서 고체에서 액체로의 상변환를 일으키는 물질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상변환물질(120)은, 100도 내지 120도에서 구조적으로 유지되는 쉘부(110)에 둘러싸인 형태로 상기 쉘부(110)의 중심에 내입되어 상변환냉각재(100)를 구성하며, 상기 상변환냉각재(100)가 냉각수(41)에 분산되어 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원자로 외벽의 냉각시스템은, 원자로용기(10);와, 일정한 간격을 두고 상기 원자로용기(10)의 외벽을 둘러싸는 열차폐체(20); 및, 상기 열차폐체(20) 및 상기 원자로용기(10)를 내부에 구비하는 원자로공동(30);을 포함하여 구비되는 원자로 외벽의 냉각시스템에 있어서, 상기 원자로 외벽의 냉각시스템에 공급되는 냉각수(41)에 섭씨 100도 내지 120도에서 상변환를 일으키는 상변환물질(120)을 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용한다.
여기서, 상기 상변환물질(120)은, 섭씨 100도 내지 120도에서 고체에서 액체로의 상변환를 일으키는 물질인 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 상변환물질(120)은, 100도 내지 120도에서 구조적으로 유지되는 쉘부(110)에 둘러싸인 형태로 상기 쉘부(110)의 중심에 내입되어 상변환냉각재(100)를 구성하며, 상기 상변환냉각재(100)가 냉각수(41)에 분산되어 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 내부에 상기 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(41)를 저장하는 저수조(40); 일단이 상기 저수조(40)에 연결되고 타단은 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 하부에 연결되어, 상기 저수조(40)의 냉각수(41)가 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 통로를 형성하는 냉각수 주입배관(60,61); 및 상기 냉각수 주입배관(60,61)에 구비되어, 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 냉각수(41)의 흐름을 단속하는 냉각수 주입밸브(80,81);를 더 포함하며, 상기 냉각수 주입배관(60,61)으로 주입되는 냉각수(41)에 상기 상변환냉각재(100)를 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 내부에 냉각수를 저장하는 저수조(40); 내부에 상기 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(201)를 저장하는 상변환냉각재 탱크(200); 일단이 상기 저수조(40)에 연결되고 타단은 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 하부에 연결되어, 상기 저수조(40)의 냉각수(41)가 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 통로를 형성하는 냉각수 주입배관(60,61); 상기 냉각수 주입배관(60,61)에 구비되어, 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 냉각수(41)의 흐름을 단속하는 냉각수 주입밸브(80,81); 일단은 상기 상변환냉각재 탱크(200)와 연통되고, 타단은 상기 냉각수 주입배관(60)과 연통되어 상기 냉각수 주입배관(60)으로 상변환냉각재(100)를 분산시키는 통로를 형성하는 상변환냉각재 주입배관(70); 및 상기 상변환냉각재 주입배관(70)에 구비되어, 상기 냉각수 주입배관(60)으로 분산되는 상변환냉각재(100)의 흐름을 단속하는 상변환냉각재 주입밸브(90);를 더 포함하며, 상기 냉각수 주입배관(60,61)으로 주입되는 냉각수(41)에 상기 상변환냉각재(100)를 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 내부에 냉각수(41)를 저장하는 저수조(40); 내부에 상기 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(201)를 저장하는 상변환냉각재 탱크(200); 일단이 상기 저수조(40)에 연결되고 타단은 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 하부에 연결되어, 상기 저수조(40)의 냉각수(41)가 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 통로를 형성하는 냉각수 주입배관(60,61); 상기 냉각수 주입배관(60,61)에 구비되어, 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 냉각수(41)의 흐름을 단속하는 냉각수 주입밸브(80,81); 일단은 상기 상변환냉각재 탱크(200)와 연통되고, 타단은 상기 열차폐체(20)의 내부와 연통되어 상기 열차폐체(20)의 내부로 상변환냉각재(100)를 분산시키는 통로를 형성하는 상변환냉각재 주입배관(71); 및 상기 상변환냉각재 주입배관(71)에 구비되어, 상기 열차폐체(20)로 분산되는 상변환냉각재(100)의 흐름을 단속하는 상변환냉각재 주입밸브(90);를 더 포함하며, 상기 냉각수 주입배관(60,61)으로 주입되어 상기 열차폐체(20) 내부를 순환하는 냉각수(41)에 상변환냉각재(100)를 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용한다.
또한, 상기 상변환냉각재 탱크(200)에 압력가스(202)가 주입되어 상변환냉각재 주입밸브(90)가 열리면 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(201)를 가스압으로 밀어내는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상변환냉각재 주입배관(71)의 타단은, 상기 열차폐체(20) 중 상기 원자로용기(10)의 외벽 경사가 70°보다 크고 90°보다 작은 구간에 분사되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 나노물질 주입배관(71)의 타단은, 상기 원자로용기(10)의 외벽에 수직하게 분사되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 나노물질 주입배관(71)의 타단에는 분사노즐(Nozzle, 72)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저수조(40)는 격납건물(1) 내부에 구비되는 핵연료 재장전수조(in-containment refueling water storage tank:IRWST)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저수조(40)와 상기 냉각수 주입배관(60,61)으로 구성된 냉각수 공급 계통상에 구비되어 냉각수(41)를 펌핑해주는 적어도 하나 이상의 압력펌프(50);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상변환물질 분산 냉각재의 이용방법 및 이를 이용한 원자로 외벽 냉각시스템에 의하면, 물을 냉각수로 이용하는 원자로 외벽 냉각시스템에서 섭씨 100도 내지 120도에서 상변환하는 상변환물질로 이루어진 냉각재를 상기 냉각수에 분산시켜 냉각용으로 사용하므로 열적 안전 여유도를 높여, 원자로 외벽에 증기막이 형성되면서 발생하는 임계열유속 현상으로 인한 노심용융물이 노외로 유출되는 사고를 방지할 수 있다.
또한, 상변환물질로 이루어진 냉각재가 최초부터 저수조에 분산된 상태로 저장되지 않고, 별도로 구성된 상변환냉각재 탱크에 저장되어 필요시 냉각수가 공급되는 냉각수 주입배관상에 주입되도록 구성될수도 있으므로, 상변환냉각재를 주입하는 시점 및 냉각수에 분산되는 상변환냉각재의 농도를 적절하게 제어할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템의 주요구성을 확대하여 나타낸 확대도이고,
도 5는 종래 기술에 따른 원자로 외벽 냉각 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 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.
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.
먼저, 본 발명에서 사용되는 상변환물질의 이용에 대해 설명한다.
본 발명은 냉각수(41)에 분산시켜 냉각재로 사용되는 상변환물질(120)의 용도의 관한 것으로, 상기 상변환물질(120)을 냉각수(41)에 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용하는 상변환물질의 이용방법을 제공한다.
상기 상변환물질(120)은, 섭씨 100도 내지 120도에서 고체에서 액체로의 상변환를 일으키는 물질로서, 상기 상변환물질(120)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 100도 내지 120도에서 구조적으로 유지되는 쉘부(110)에 둘러싸인 형태로 상기 쉘부(110)의 중심에 내입되어 상변환냉각재(100)를 구성하며, 상기 상변환냉각재(100)를 냉각수(41)에 분산시킴으로써 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각수단으로 사용된다.
이하에서, 냉각수(41)는 일반적으로 원자로 냉각에 사용되는 물을 지칭하고, 상변환냉각재(100)는 냉각수(물)에 상기 상변환물질(120)이 분산된 것을 사용하며, 상변환물질(120)은 폴리머 또는 정해진 운용온도(100도 내지 120도)에 맞는 온도범위에서 상이 변형되고, 잠열 및 열전도도가 높으며 낮은 체적변화율을 갖는 재질이 이용될 수 있다. 또한, 상기 냉각수에 원활하게 분산될 수 있도록 직경이 마이크로 이하의 크기로 이루어진 것이 바람직하다.
그리고, 상기 냉각수 대비 분산되는 상변환물질(120)의 농도와 관련하여, 농도가 높아지면 점성이 증가하여 자연순환능력의 감소로 인한 냉각효율이 저하되므로, 상기 농도는 냉각효율의 증대 효율을 고려하여 0.1volume% 내지 1.0vloume% 범위 내에서 정해지는 것이 바람직하다.
따라서, 노심용융물(11)이 원자로용기(10)를 뚫고 원자로공동(30)으로 유출되는 경우 상기 원자로공동(30)으로 유입되는 냉각수(41)에 상기 상변환냉각재(100)를 분산시키면, 상기 원자로공동(30)의 내부온도가 물의 증발온도인 100도 내지 120도로 상승하게 되더라도, 상기 냉각수(41)에 분산된 상변환냉각재(100)의 중심에 내입된 상변환물질(120)이 고체에서 액체로 상변환하면서 주변의 냉각수(41) 및 원자로 외벽으로부터의 열을 뺏어가면서 냉각수(41) 및 원자로의 온도가 하강하게 되어 원자로 외벽에 증기막이 형성되면서 발생하는 임계열유속 현상으로 인한 노심용융물이 노외로 유출되는 사고를 방지할 수 있다.
다음으로는, 도 1 내지 도 4를 참조하여 물로 이루어진 냉각수(41)에 섭씨 100 내지 120도에서 고체에서 액체로의 상변환하는 상변환물질(120)로 이루어진 상변환냉각재(100)를 냉각수단으로 사용하는 원자로 외벽 냉각시스템을 실시예로 설명한다.
본 발명에 따른 원자로 외벽 냉각시스템은, 원자로용기(10)와, 일정한 간격을 두고 상기 원자로용기(10)의 외벽을 둘러싸는 열차폐체(20) 및, 상기 열차폐체(20) 및 상기 원자로용기(10)를 내부에 구비하는 원자로공동(30);을 포함하여 구비되는 원자로 외벽의 냉각시스템에 있어서, 상기 시스템에 공급되는 냉각수(41)에 섭씨 100도 내지 120도에서 상변환를 일으키는 상변환물질(120)을 분산시켜 냉각재로 사용하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 전체 시스템의 구성과는 무관하게 물이 증발하는 온도인 섭씨 100도 내지 120도에서 상변환하는 상변환물질(120)을 냉각수(41)에 분산시켜 냉각수단으로 사용하는 시스템은 모두 본 발명에 해당할 수 있다.
나아가, 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 설명하도록 하겠다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템을 설명하기로 한다. 여기서, 도 1에는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템의 구성이 개시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템은, 원자로용기(10);와, 일정한 간격을 두고 상기 원자로용기(10)의 외벽을 둘러싸는 열차폐체(20); 및, 상기 열차폐체(20) 및 상기 원자로용기(10)를 내부에 구비하는 원자로공동(30);을 포함하여 구비되는 원자로 외벽의 냉각시스템에 있어서, 내부에 상기 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(41)를 저장하는 저수조(40); 일단이 상기 저수조(40)에 연결되고 타단은 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 하부에 연결되어, 상기 저수조(40)의 냉각수(41)가 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 통로를 형성하는 냉각수 주입배관(60,61); 및 상기 냉각수 주입배관(60,61)에 구비되어 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 냉각수(41)의 흐름을 단속하는 냉각수 주입밸브(80,81);를 더 포함하여 구성되어, 상기 냉각수 주입배관(60,61)으로 주입되는 냉각수(41)에 상기 상변환냉각재(100)를 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용하는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템을 제공한다.
본 제1실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템은 국내 신형 경수로인 APR1400의 원자로 외벽을 냉각하기 위한 시스템이며, 도 1에 도시된 바와 같이, 저수조(40), 냉각수 주입배관(60,61), 냉각수 주입밸브(80,81) 및 압력펌프(50)를 포함하여 구성된다.
상기 저수조(40)에는 노심이 용융되는 중대사고시에 원자로용기(10)의 외벽을 냉각해주기 위한 냉각수(물:41)가 저장되는데, 격납건물(1)의 내부에 구비되는 핵연료 재장전수조(In-containment Refueling Water Storage Tank:IRWST)를 저수조(40)로 사용하면 추가의 저수조 설비 없이도 기존의 설비를 이용하여 냉각시스템을 구성할 수 있다.
여기서, 상기 저수조(40)에 저장된 냉각수(41)에는 상변환물질(120)로 이루어진 상변환냉각재(100)가 일정농도로 분산된 형태로 포함되는데, 상기 상변환물질(120)은 도 1의 확대도에 도시된 바와 같이, 섭씨 100도 내지 120도에서 구조적으로 유지되는 쉘부(110)에 둘러싸인 형태로 상기 쉘부(110)의 중심에 내입되어 상변환냉각재(100)를 구성한다. 보다 바람직하게 상기 상변환물질(120)은 폴리머일 수 있다.
상기 냉각수 주입배관(60,61)은 일단이 저수조(40)에 연결되고 타단은 원자로공동(30)의 하부 또는 열차폐체(20)의 하부에 연결된다. 즉, 제1냉각수 주입배관(60)은 원자로공동(30)의 하부에 연결되어 원자로공동(30)이 채워진 후에 비로소 상기 열차폐체(20)의 내부로 냉각수(41)가 유입되어 자연대류현상에 의해 자연 순환을 하게 된다.
이러한 단점을 보완하고자, 본 발명에서는 제2냉각수 주입배관(61)이 상기 열차폐체(20)의 하부에 직접 연결되어 신속하게 원자로 외벽을 냉각할 수 있도록 하는 방식도 가능하다. 본 방법에서는 자연대류현상이 발생하기 전에 강제로 냉각수(41)를 주입하는 것이므로 원자로공동(30)이 다 채워질 때까지 지속적으로 강제로 냉각수(41)를 주입해야 한다. 나아가, 원자로공동(30)을 채우지 않고, 즉, 자연대류현상은 전혀 이용하지 않고 강제로 계속 냉각수(41)를 주입하는 경우에도 활용 가능하다.
상기 압력펌프(50)는 냉각수 주입배관(60,61)의 경로 상에 구비되어 저수조(40)에 저장된 냉각수(41)를 강제로 펌핑하여 일정압력으로 냉각수(41)를 공급해 준다.
이와 같이 저수조(40), 냉각수 주입배관(60,61), 압력펌프(50), 냉각수 주입밸브(80,81) 및 압력펌프(50)는 원자로공동(30) 및 열차폐체(20) 내부를 경유하여 상변환냉각재(100)이 분산된 냉각수(41)를 공급하는 공급 계통을 형성하여, 노심이 용융되어 노심용융물(11)이 형성되는 중대 사고가 발생하게 되면, 저수조(40)의 상변환냉각재(100)를 분산시킨 냉각수(41)를 냉각수 주입배관(60) 및 냉각수 주입밸브(80,81)를 통하여 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)에 주입하여 냉각수(41)가 열차폐체(20)와 원자로용기(10) 사이에서 자연대류현상(또는 강제펌핑)에 의해 순환하도록 하여 열차폐체(20)와 원자로용기(10)의 내부온도가 물이 증발하는 섭씨 100도 내지 120도까지 상승하게 되면, 상기 냉각수(41)에 분산된 상변환냉각재(100)의 중심에 내입된 상변환물질(120)이 고체에서 액체로 상변환하면서 주변의 냉각수(41) 및 원자로의 열을 뺏어가면서 냉각수(41)를 냉각시키게 되고 이로 인해 상기 열차폐체(20)와 원자로용기(10)의 내부온도가 하강하게 된다.
한편, 냉각수 주입배관(60,61)의 경로 중 압력펌프(50)의 출구측에는 냉각수 주입밸브(81)가 구비되어 냉각수 주입배관(60,61)을 통하여 공급되는 냉각수의 흐름을 단속하며, 저수조(40)의 출구측에도 냉각수 주입밸브(80)가 구비되어 저수조(40)에서 냉각수 주입배관(60,61)으로 공급되는 냉각수의 흐름을 단속한다.
또한, 참고로 도 3에 도시된 바와 같이, 국내 신형 경수로 APR1400은 원자로용기(10)의 하부에 다수의 노내계측관(12)이 설치되어 열차폐체(20)의 저면 중심부를 수직으로 관통하여 열차폐체(20)의 외부로 연장되어 있으므로, 제2냉각수 주입배관(61)이 열차폐체(20)의 하부에 연결되는 경우에는 제2냉각수 주입배관(61)을 다수 분기하여, 분기된 각 관의 일단이 노내 계측관(12)과의 간섭을 피하여 열차폐체(20)의 저면 둘레를 따라 배치되어 열차폐체(20)의 저면을 상부 방향으로 수직 관통하도록 설치하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템을 설명하기로 한다. 여기서, 도 2에는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템의 구성이 개시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템은, 원자로용기(10);와, 일정한 간격을 두고 상기 원자로용기(10)의 외벽을 둘러싸는 열차폐체(20); 및, 상기 열차폐체(20) 및 상기 원자로용기(10)를 내부에 구비하는 원자로공동(30);을 포함하여 구비되는 원자로 외벽의 냉각시스템에 있어서, 내부에 냉각수를 저장하는 저수조(40); 내부에 상기 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(201)를 저장하는 상변환냉각재 탱크(200); 일단이 상기 저수조(40)에 연결되고 타단은 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 하부에 연결되어, 상기 저수조(40)의 냉각수(41)가 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 통로를 형성하는 냉각수 주입배관(60,61); 상기 냉각수 주입배관(60,61)에 구비되어 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 냉각수(41)의 흐름을 단속하는 냉각수 주입밸브(80,81); 일단은 상기 상변환냉각재 탱크(200)와 연통되고, 타단은 상기 냉각수 주입배관(60)과 연통되어 상기 냉각수 주입배관(60)으로 상변환냉각재(100)를 분산시키는 통로를 형성하는 상변환냉각재 주입배관(70); 및 상기 상변환냉각재 주입배관(70)에 구비되어, 상기 냉각수 주입배관(60)으로 분산되는 상변환냉각재(100)의 흐름을 단속하는 상변환냉각재 주입밸브(90);를 더 포함하여 구성하여, 상기 냉각수 주입배관(60,61)으로 주입되는 냉각수(41)에 상기 상변환냉각재(100)를 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각수단으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 제2실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템은 국내 신형 경수로인 APR1400의 원자로 외벽을 냉각하기 위한 시스템이며, 도 2에 도시된 바와 같이, 저수조(40), 상변환냉각재(100), 냉각수 주입배관(60,61), 냉각수 주입밸브(80,81) 및 압력펌프(50), 상변환냉각재 주입배관(70) 및 상변환냉각재 주입밸브(90)를 포함하여 구성된다.
본 제2실시예는 상기 제1실시예와 비교할 때, 상변환물질(120)로 이루어진 상변환냉각재(100)가 최초부터 저수조(40)에 분산된 상태로 저장되지 않고, 별도로 구성된 상변환냉각재 탱크(200)에 저장되어 필요시 상변환냉각재 주입배관(70) 및 상변환냉각재 주입밸브(90)를 통해 냉각수(41)가 공급되는 냉각수 주입배관(60,61)상에 공급되도록 구성된다는 차이가 있고, 나머지 구성요소 및 작동은 동일하므로 차이점에 해당하는 사항을 중점적으로 설명하도록 하겠다.
상기 상변환냉각재 탱크(200)는, 노심이 용융되는 중대사고시에 원자로용기(10)의 외벽을 냉각해주기 위한 변환물질(120)로 이루어진 상변환냉각재(100)가 일정농도로 냉각수(물;201)에 분산된 형태로 포함되는데, 상기 상변환물질(120)은 도 2의 확대도에 도시된 바와 같이, 섭씨 100도 내지 120도에서 구조적으로 유지되는 쉘부(110)에 둘러싸인 형태로 상기 쉘부(110)의 중심에 내입되어 상변환냉각재(100)를 구성한다. 보다 바람직하게 상기 상변환물질(120)은 폴리머일 수 있다.
또한, 상기 상변환냉각재 탱크(200)에 압축가스(202)가 주입되어 상변환냉각재 주입밸브(90)가 열리면 상변환냉각재(100)를 가스압으로 밀어내는 방식에 의해 상변환냉각재(100)를 냉각수 주입배관(70)내의 냉각수(41)에 분산시키는 방법을 사용하나, 이에 제한된 것은 아니며 어떠한 방법이든 사용 가능하다. 본 발명에서 상기 압축가스(202)는 N2 가스를 사용하나, 이 또한 제한된 것은 아니며 기타 다양한 가스가 사용될 수 있다.
상기 상변환냉각재 주입배관(70)은 일단이 상기 상변환냉각재 탱크(200)와 연통되고, 타단은 상기 냉각수 주입배관(60)과 연통되어 상기 냉각수 주입배관(60)으로 상변환냉각재(100)이 포함된 냉각수(201)를 배출시키는 통로를 형성하게 된다.
이와 같이 저수조(40), 상변환냉각재(100), 냉각수 주입배관(60,61), 냉각수 주입밸브(80,81) 및 압력펌프(50), 상변환냉각재 주입배관(70) 및 상변환냉각재 주입밸브(90)는 원자로공동(30) 및 열차폐체(20) 내부를 경유하여 상변환냉각재(100)이 분산된 냉각수(41)를 공급하는 공급 계통을 형성하여, 노심이 용융되어 노심용융물(11)이 형성되는 중대 사고가 발생하게 되면, 저수조(40)의 냉각수(41)를 냉각수 주입배관(60) 및 냉각수 주입밸브(80,81)를 통하여 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)에 주입함과 동시에, 상변환냉각재 탱크(200)의 상변환냉각재(100)이 분산된 냉각수(201)를 상변환냉각재 주입배관(70) 및 상변환냉각재 주입밸브(90)를 통해 상기 냉각수 주입배관(60)으로 주입하여 상기 상변환냉각재(100)이 분산된 냉각수(201)와 저수조(40)의 냉각수(41)가 상호 혼합된 형태로 열차폐체(20)와 원자로용기(10) 사이에서 자연대류현상(또는 강제펌핑)에 의해 순환하도록 하여 열차폐체(20)와 원자로용기(10)의 내부온도가 물이 증발하는 섭씨 100도 내지 120도까지 상승하게 되면, 상기 상변환냉각재(100)의 중심에 내입된 상변환물질(120)이 고체에서 액체로 상변환하면서 주변의 냉각수(41,201) 및 원자로의 열을 뺏어가면서 냉각수(41,201)와 원자로를 냉각시키게 되고 이로 인해 상기 열차폐체(20)와 원자로용기(10)의 내부온도가 하강하게 된다.
이와 같은 본 제2실시예에 따르면, 상변환물질(120)로 이루어진 상변환냉각재(100)가 제1실시예와 같이 최초부터 저수조(40)에 분산된 상태로 저장되지 않고, 별도로 구성된 상변환냉각재 탱크(200)에 저장되어 필요시 냉각수(41)가 공급되는 냉각수 주입배관상에 상변환냉각재(100)가 주입되도록 구성되므로, 상변환냉각재(100)를 주입하는 시점 및 냉각수(41)에 분산되는 상변환냉각재(100)의 농도를 적절하게 제어할 수 있는 효과를 구현할 수 있다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템을 설명하기로 한다. 여기서, 도 3에는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템의 구성이 개시되어 있으며, 도 4에는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템의 주요구성을 확대하여 나타낸 확대도가 개시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템은, 원자로용기(10);와, 일정한 간격을 두고 상기 원자로용기(10)의 외벽을 둘러싸는 열차폐체(20); 및, 상기 열차폐체(20) 및 상기 원자로용기(10)를 내부에 구비하는 원자로공동(30);을 포함하여 구비되는 원자로 외벽의 냉각시스템에 있어서, 내부에 냉각수(41)를 저장하는 저수조(40); 내부에 상기 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(201)를 저장하는 상변환냉각재 탱크(200); 일단이 상기 저수조(40)에 연결되고 타단은 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 하부에 연결되어, 상기 저수조(40)의 냉각수(41)가 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 통로를 형성하는 냉각수 주입배관(60,61); 상기 냉각수 주입배관(60,61)에 구비되어, 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 냉각수(41)의 흐름을 단속하는 냉각수 주입밸브(80,81); 일단은 상기 상변환냉각재 탱크(200)와 연통되고, 타단은 상기 열차폐체(20)의 내부와 연통되어 상기 열차폐체(20)의 내부로 상변환냉각재(100)를 분산시키는 통로를 형성하는 상변환냉각재 주입배관(71); 및 상기 상변환냉각재 주입배관(71)에 구비되어, 상기 열차폐체(20)로 분산되는 상변환냉각재(100)의 흐름을 단속하는 상변환냉각재 주입밸브(90);를 더 포함하며, 상기 냉각수 주입배관(60,61)으로 주입되어 상기 열차폐체(20) 내부를 순환하는 냉각수(41)에 상변환냉각재(100)를 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용하는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템이 제공된다.
본 제3실시예에 따른 원자로 외벽 냉각시스템은 국내 신형 경수로인 APR1400의 원자로 외벽을 냉각하기 위한 시스템이며, 도 3에 도시된 바와 같이, 저수조(40), 상변환냉각재(100), 냉각수 주입배관(60,61), 냉각수 주입밸브(80,81) 및 압력펌프(50), 상변환냉각재 주입배관(70) 및 상변환냉각재 주입밸브(90)를 포함하여 구성된다.
본 제3실시예는 상기 제2실시예와 비교할 때, 상변환냉각재 주입배관(71)이 냉각수 주입배관(60,61)에 연통되지 않고 직접 열차폐체(20)의 내부로 연통된다는 차이가 있고, 나머지 구성요소 및 작동은 동일하므로 차이점에 해당하는 사항을 중점적으로 설명하도록 하겠다.
상기 상변환냉각재 주입배관(71)은 일단이 상기 상변환냉각재 탱크(200)와 연통되고, 타단은 상기 열차폐체(20)의 내부와 연통되어 상기 열차폐체(20)의 내부로 상변환냉각재(100)를 분산시키는 통로를 형성한다. 즉, 제3실시예에서는 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(201)를 직접 열차폐체(20)의 내부에 순환하는 냉각수(물:41)에 분산하는 방법을 사용하게 된다.
여기서, 상기 상변환냉각재 주입배관(71)의 타단은 상기 열차폐체(20)를 관통하여 설치되되, 상기 원자로용기(10)의 하부 중 외벽 경사가 70°보다 크고 90°보다 작은 구간에 분사되도록 설치되는 것이 바람직하며, 상기 상변환냉각재 주입배관(71)의 타단은 상기 원자로용기(10)의 외벽에 수직하게 분사되도록 설치되는 것이 바람직하다.
원자로용기(10)의 하부는 통상 반구 형상으로 되어 있으며, 원자로용기(10)를 도 4에서와 같이 단면으로 고려하면 원자로용기(10)의 하부 외벽 각 지점의 경사도는 0~90°로 분포된다. 원자로용기(10)의 최하단의 경사도가 0°이고, 반원의 최상부의 경사도가 90°에 해당한다. 이 중에서 사고시 열유속(열부하)이 가장 높은 부분은 원자로용기(10)의 하부 중 외벽 경사가 70~90°인 부분이므로 이 부분에 상변환냉각재(100)이 분산된 냉각수(201)가 분사되도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 도 4의 'B' 부분 확대도에서 알 수 있듯이, 원자로용기(10) 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, 원자로용기(10) 외벽 기울기는 0°~90°까지 분포됨을 알 수 있다.
나아가, a점에서의 원자로용기(10) 외벽의 기울기는 70°이며, b점에서 원자로용기(10) 외벽의 기울기는 90°에 해당하므로, 사고시 열유속(열부하)이 가장 높은 부분은 원자로용기(10)의 하부 중 외벽 경사가 70~90°인 부분이므로 이 부분에 나노물질(51)이 분사되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 상변환냉각재 주입배관(71)의 타단에는 분사노즐(Nozzle, 72)이 구비되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 저수조(40), 상변환냉각재(100), 냉각수 주입배관(60,61), 냉각수 주입밸브(80,81) 및 압력펌프(50), 상변환냉각재 주입배관(70) 및 상변환냉각재 주입밸브(90)는 원자로 공동(30) 및 열차폐체(20) 내부를 경유하는 냉각수(41)에 상기 열차폐체(20) 내부로 상변환냉각재(100)이 분산된 냉각수(201)를 공급하는 공급 계통을 형성하여, 노심이 용융되어 노심 용융물(11)이 형성되는 중대 사고가 발생하게 되면, 저수조(40)의 냉각수를 냉각수 주입배관(60)을 통하여 공급하고, 상변환냉각재 주입배관(71)을 통해 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(201)가 상기 열차폐체(20)로 직접 분산되어 열차폐체(20)와 원자로용기(10) 사이에서 자연대류현상(또는 강제 펌핑)에 의해 순환하도록 하여 열차폐체(20)와 원자로용기(10)의 내부온도가 물이 증발하는 섭씨 100도 내지 120도까지 상승하게 되면, 상기 상변환냉각재(100)의 중심에 내입된 상변환물질(120)이 고체에서 액체로 상변환하면서 주변의 냉각수(41)의 가열된 열을 뺏어가면서 냉각수(41)를 냉각시키게 되고 이로 인해 상기 열차폐체(20)와 원자로용기(10)의 내부온도가 하강하게 된다.
원자로에서 노심이 용융되는 중대사고가 발생하면 핵연료와 구조물로 구성된 노심 용융물은 원자로 용기의 하부에 재비치되어 노심 용융풀을 형성하고, 노심 용융물의 붕괴열로 인한 고온과 화학 반응을 통하여 원자로 용기가 파손되어 원자로 용기의 외부로 다량의 방사성 물질이 노출될 수 있다.
이와 같은 사고의 방지를 위해, 본 발명의 제3실시예(제1실시예 및 제2실시예의 경우는 상변환냉각재(100)가 이 공급되는 위치만 상이할 뿐 나머지는 동일함)에 따른 원자로 외벽 냉각 시스템을 가동하여 원자로의 외벽을 냉각하는 방법을 도 3 및 도 4을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
중대사고가 감지되면, 냉각수 주입밸브(80,81)을 모두 개방하고 압력펌프(50)를 가동하여 저수조(40)에 저장되어 있는 냉각수(41)를 원자로 공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 공급하게 되며, 동시에 상변환냉각재 주입밸브(90)를 개방하게 되면 상변환냉각재 탱크(200)에 저장된 압력가스(202)의 가스압에 의해 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(201)가 열차폐체(20)의 내부로 공급하게 되면서 상개 저수조(40)로부터 공급된 냉각수(41)와 상호 혼합된다.(S1)
상기 S1 단계에서 냉각수(41)가 열차폐체(20)의 하부에 구비된 냉각수 입구(23)를 통해 열차폐체(20)의 내부에 지속적으로 공급되면, 상기 상변환냉각재(100)이 분산된 냉각수(201)와 저수조(40)의 냉각수(41)가 상호 혼합된 형태로 열차폐체(20)와 원자로용기(10) 사이에서 자연대류현상(또는 강제펌핑)에 의해 순환하도록 하며, 열차폐체(20)와 원자로용기(10)의 내부온도가 물이 증발하는 섭씨 100도 내지 120도까지 상승하게 되면, 상기 상변환냉각재(100)의 중심에 내입된 상변환물질(120)이 고체에서 액체로 상변환하면서 주변의 냉각수(41)의 가열된 열을 뺏어가면서 냉각수(41)를 냉각시키게 되고 이로 인해 상기 열차폐체(20)와 원자로용기(10)의 내부온도가 하강하게 된다. 이후, 상변환냉각재(100)는 고체에서 액체로 상변환하면서 원자로 외벽을 냉각한 후, 열차폐체(20)의 상부에 구비된 냉각수 출구(22)를 통해 원자로 공동(30)으로 빠져나와 아래로 내려가게 되며, 내려오는 과정에서 냉각되면서 액체에서 고체로 상변환하게 되며, 다시 냉각수 입구(23)로 들어가서 동일한 순환을 반복하게 된다(S2).
상기 S1 단계와 S2 단계를 통하여 열차폐체(20)의 내부로 주입된 상변환냉각재(100)가 원자로용기(10)의 외벽을 충분히 냉각시켜 안정 상태가 되면, 압력펌프(50)의 가동을 중지하고 냉각수 주입밸브(80,81) 및 상변환냉각재 주입밸브(90)를 폐쇄하여 냉각을 중지시킨다(S3).
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상변환물질 분산 냉각재의 이용방법 및 이를 이용한 원자로 외벽 냉각시스템에 따르면, 물을 냉각수로 이용하는 원자로 외벽 냉각시스템에서 섭씨 100도 내지 120도에서 상변환하는 상변환물질(120)로 이루어진 상변환냉각재(100)를 상기 냉각수(41)에 분산시켜 냉각용으로 사용하므로 열적 안전 여유도를 높여, 원자로 외벽에 증기막이 형성되면서 발생하는 임계열유속 현상으로 인한 노심용융물이 노외로 유출되는 사고를 방지할 수 있다.
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.
10...원자로 용기 20...열차폐체
30...원자로 공동 40...저수조
50...압력펌프 60,61...제1,2냉각수 주입배관
70...상변환냉각재 주입배관 80,81...냉각수 주입밸브
90...상변환냉각재 주입밸브 200...상변환냉각재 탱크

Claims (15)

  1. 냉각수(41)에 분산시켜 냉각재로 사용되는 상변환물질(120)의 용도의 관한 것으로,
    상기 상변환물질(120)을 냉각수(41)에 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용하는 상변환물질의 이용방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상변환물질(120)은, 섭씨 100도 내지 120도에서 고체에서 액체로의 상변환를 일으키는 물질인 것을 특징으로 하는 상변환물질의 이용방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 상변환물질(120)은, 100도 내지 120도에서 구조적으로 유지되는 쉘부(110)에 둘러싸인 형태로 상기 쉘부(110)의 중심에 내입되어 상변환냉각재(100)를 구성하며, 상기 상변환냉각재(100)가 냉각수(41)에 분산되어 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용되는 것을 특징으로 하는 상변환물질의 이용방법.
  4. 원자로용기(10);와, 일정한 간격을 두고 상기 원자로용기(10)의 외벽을 둘러싸는 열차폐체(20); 및, 상기 열차폐체(20) 및 상기 원자로용기(10)를 내부에 구비하는 원자로공동(30);을 포함하여 구비되는 원자로 외벽의 냉각시스템에 있어서,
    상기 원자로 외벽의 냉각시스템에 공급되는 냉각수(41)에 섭씨 100도 내지 120도에서 상변환를 일으키는 상변환물질(120)을 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용하는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 상변환물질(120)은,
    섭씨 100도 내지 120도에서 고체에서 액체로의 상변환를 일으키는 물질인 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 상변환물질(120)은, 100도 내지 120도에서 구조적으로 유지되는 쉘부(110)에 둘러싸인 형태로 상기 쉘부(110)의 중심에 내입되어 상변환냉각재(100)를 구성하며, 상기 상변환냉각재(100)가 냉각수(41)에 분산되어 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용되는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    내부에 상기 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(41)를 저장하는 저수조(40);
    일단이 상기 저수조(40)에 연결되고 타단은 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 하부에 연결되어, 상기 저수조(40)의 냉각수(41)가 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 통로를 형성하는 냉각수 주입배관(60,61); 및
    상기 냉각수 주입배관(60,61)에 구비되어, 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 냉각수(41)의 흐름을 단속하는 냉각수 주입밸브(80,81);를 더 포함하며,
    상기 냉각수 주입배관(60,61)으로 주입되는 냉각수(41)에 상기 상변환냉각재(100)를 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용하는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    내부에 냉각수를 저장하는 저수조(40);
    내부에 상기 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(201)를 저장하는 상변환냉각재 탱크(200);
    일단이 상기 저수조(40)에 연결되고 타단은 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 하부에 연결되어, 상기 저수조(40)의 냉각수(41)가 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 통로를 형성하는 냉각수 주입배관(60,61);
    상기 냉각수 주입배관(60,61)에 구비되어, 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 냉각수(41)의 흐름을 단속하는 냉각수 주입밸브(80,81);
    일단은 상기 상변환냉각재 탱크(200)와 연통되고, 타단은 상기 냉각수 주입배관(60)과 연통되어 상기 냉각수 주입배관(60)으로 상변환냉각재(100)를 분산시키는 통로를 형성하는 상변환냉각재 주입배관(70); 및
    상기 상변환냉각재 주입배관(70)에 구비되어, 상기 냉각수 주입배관(60)으로 분산되는 상변환냉각재(100)의 흐름을 단속하는 상변환냉각재 주입밸브(90);를 더 포함하며,
    상기 냉각수 주입배관(60,61)으로 주입되는 냉각수(41)에 상기 상변환냉각재(100)를 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용하는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    내부에 냉각수(41)를 저장하는 저수조(40);
    내부에 상기 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(201)를 저장하는 상변환냉각재 탱크(200);
    일단이 상기 저수조(40)에 연결되고 타단은 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 하부에 연결되어, 상기 저수조(40)의 냉각수(41)가 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 통로를 형성하는 냉각수 주입배관(60,61);
    상기 냉각수 주입배관(60,61)에 구비되어, 상기 원자로공동(30) 또는 열차폐체(20)의 내부로 주입되는 냉각수(41)의 흐름을 단속하는 냉각수 주입밸브(80,81);
    일단은 상기 상변환냉각재 탱크(200)와 연통되고, 타단은 상기 열차폐체(20)의 내부와 연통되어 상기 열차폐체(20)의 내부로 상변환냉각재(100)를 분산시키는 통로를 형성하는 상변환냉각재 주입배관(71); 및
    상기 상변환냉각재 주입배관(71)에 구비되어, 상기 열차폐체(20)로 분산되는 상변환냉각재(100)의 흐름을 단속하는 상변환냉각재 주입밸브(90);를 더 포함하며,
    상기 냉각수 주입배관(60,61)으로 주입되어 상기 열차폐체(20) 내부를 순환하는 냉각수(41)에 상변환냉각재(100)를 분산시켜 원자로 외벽 냉각시스템의 냉각재로 사용하는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 상변환냉각재 탱크(200)에 압력가스(202)가 주입되어 상변환냉각재 주입밸브(90)가 열리면 상변환냉각재(100)가 분산된 냉각수(201)를 가스압으로 밀어내는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 상변환냉각재 주입배관(71)의 타단은, 상기 열차폐체(20) 중 상기 원자로용기(10)의 외벽 경사가 70°보다 크고 90°보다 작은 구간에 분사되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 나노물질 주입배관(71)의 타단은, 상기 원자로용기(10)의 외벽에 수직하게 분사되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 나노물질 주입배관(71)의 타단에는 분사노즐(Nozzle, 72)이 구비되는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템.
  14. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저수조(40)는 격납건물(1) 내부에 구비되는 핵연료 재장전수조(in-containment refueling water storage tank:IRWST)인 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템.
  15. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저수조(40)와 상기 냉각수 주입배관(60,61)으로 구성된 냉각수 공급 계통상에 구비되어 냉각수(41)를 펌핑해주는 적어도 하나 이상의 압력펌프(50);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 외벽의 냉각시스템.
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