KR20140010841A - Passive decay heat removal system using organoic fluid, method of driving heat removal system - Google Patents

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KR20140010841A
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Abstract

The present invention relates to a decay heat removal system which includes a heat exchanger which is installed on the outer wall of a liquid metal furnace and receives operating fluid made of organic fluid with low latent heat and high evaporation pressure. Provided is the decay heat removal system capable of removing heat by evaporating the operating fluid by heat from the liquid metal furnace, moving the operating fluid to a condenser by the evaporation pressure, and storing the operating fluid liquefied by the condenser in the heat exchanger.

Description

유기유체를 이용한 잔열제거시스템과 잔열제거시스템의 구동방법{PASSIVE DECAY HEAT REMOVAL SYSTEM USING ORGANOIC FLUID, METHOD OF DRIVING HEAT REMOVAL SYSTEM}Passive DECAY HEAT REMOVAL SYSTEM USING ORGANOIC FLUID, METHOD OF DRIVING HEAT REMOVAL SYSTEM

본 발명은 유기유체의 상변화를 이용하여 완전피동형으로 액체금속로의 잔열을 제거하는 유기유체 열교환기에 관한 것이다. The present invention relates to an organic fluid heat exchanger that removes residual heat to a liquid metal in a fully driven type using a phase change of an organic fluid.

액체금속 냉각 고속로(이하, 액체금속로로 기재함)는 고속 중성자에 의해 핵분열 반응을 일으켜 생산되는 에너지를 액체금속 냉각재로 흡수하여 증기발생기에 전달하여 증기를 발생시키고, 이 증기를 이용하여 발전기를 움직여 전기를 생산하는 원자로이다.Liquid metal cooling high speed furnace (hereinafter, referred to as liquid metal furnace) is a nuclear fission reaction by high-speed neutron absorbs the energy produced by the liquid metal coolant and delivers it to the steam generator to generate steam, using the steam generator It is a reactor that produces electricity by moving it.

일반적인 액체금속로는 노심(Reactor Core), 중간열교환기(IHX), 증기발생기(SG)로 연결되는 정상 열제거 시스템의 기능이 상실되는 경우에 긴급한 원자로 운전중단에 이은 노심의 붕괴열(decay heat) 제거를 위해 잔열제거시스템(RHRS)을 구비하고 있다.Common liquid metals include the decay heat of the core following an emergency shutdown of the reactor in case of failure of the normal heat removal system connected to the reactor core, the intermediate heat exchanger (IHX) and the steam generator (SG). RHRS is provided for removal.

종래의 액레금속로 피동잔열제거시스템은 일차냉각시스템으로부터 열을 획득하는 붕괴열교환기(DHX: Decay Heat eXchanger), 최종 열침원인 대기로 열을 방출하는 소듐-공기 열교환기(AHX : Air Heat eXchanger) 및 상기 DHX와 AHX 사이를 연결하는 연결배관을 포함한다. 공기유로는 댐퍼(damper)를 설치하여 조절 기능을 부여하는 방식과 댐퍼를 설치하지 않는 완전 개방형방식이 있다.Conventional liquid residual metal passive residual heat removal systems include decay heat exchangers (DHX) to obtain heat from the primary cooling system, sodium-air heat exchangers (AHX) to release heat to the atmosphere as the final heat sink, and It includes a connection pipe for connecting between the DHX and AHX. Air flow paths are provided with a damper (damper) to provide a control function and a fully open type without a damper.

경수로의 비상 피동잔열제거시스템의 열교환기로서 히트파이프를 사용하는 기술은 일차계통을 압력경계를 증가시켜 방사성 물지의 누출가능성이 큰 문제점이 있다. 또한, 열제거율을 조절하기 위하여 밸브가 동작하는 소용되는 시간에 의하여 원하는 냉각 성능을 얻기까지 시간의 지연이 발생한다.The technology using heat pipes as a heat exchanger for emergency passive residual heat removal systems in light water reactors has a problem that the leakage of radioactive material is increased by increasing the pressure boundary of the primary system. In addition, the time required for the valve to operate to adjust the heat removal rate causes a delay in time to achieve the desired cooling performance.

또한, 물을 사용하는 일차계통의 특성상 히트파이프와 중각 냉각유로를 채우는 물질로 물을 사용하여야 하므로, 냉각재의 순환이 없고 외기 운도가 낮은 조건에서 물의 고화를 방지하기 위하여 중간계통을 진공으로 유지해야 하는 문제점이 있다.In addition, the water must be used as a material to fill the heat pipe and the middle cooling channel due to the characteristics of the primary system using water. Therefore, the intermediate system must be maintained in a vacuum to prevent the solidification of the water in the absence of circulation of the coolant and low air flow. There is a problem.

액체금속로의 피동잔열제거시스템에 적용되는 기술 중 공기 냉각 유로에 댐퍼를 기술의 경우에 고온 소듐-풀 내부에 1차계통 소윰과 제열용 중간 루프 소듐간의 잠김형(dipped-type) 붕괴열교환기(DHX)를 설치하고, 원자로 건물 상단에 소듐-공기 열교환기를 설치하여 열유입원 및 열제거원의 높이차에 의하여 형성되는 밀도차에 의하여 별도의 제열용 중간 소듐 루프 내부에서 소듐 자연순환을 이용하여 열을 제거하는 풀 직접 냉각(Direct Reactor Cooling: DRC)방식을 채택한다. Dipped-type decay heat exchanger between primary system furnace inside the high temperature sodium-pool and intermediate loop sodium for heat removal in the case of technology applied to passive residual heat removal system with liquid metal. DHX) and a sodium-air heat exchanger installed at the top of the reactor building, using sodium natural circulation inside a separate intermediate intermediate sodium loop for the density difference formed by the height difference between the heat inflow source and the heat removal source. It adopts Direct Reactor Cooling (DRC) method to remove heat.

상기 댐퍼에 의하여 공기 유량을 조절하여 제열용 중간 소듐루프의 소듐 고화방지 및 정상운전중 열손실량을 조절하도록 설계 및 운용된다. The damper is designed and operated to control the air flow rate to prevent sodium solidification of the intermediate sodium loop for heat removal and to control the heat loss during normal operation.

따라서, 시스템의 전열매질이 자연순환에 의하여 작동되지만, 시스템의 댐퍼 또는 밸브 등이 신호에 의하여 작동되므로 완전한 피동형 설계를 구현하지 못한다.Therefore, the heat transfer medium of the system is operated by natural circulation, but the damper or valve of the system is operated by the signal and thus does not implement a fully passive design.

완전 피동형 잔열제거시스템을 채택한 풀(Pool)은 원자로의 소듐-소듐 붕괴열교환기(DHX)를 고온 풀이 아닌 저온풍 상부에 잠기지 않게 설치한다. 상기 소듐이 상승하는 경우 1차 계통 소듐과 중간 루프 소듐 사이의 대류 전열과정을 통해 잔열을 최종 열침원인 대기 중으로 방출한다,The Pool, which employs a fully passive residual heat removal system, installs the reactor's sodium-sodium decay heat exchanger (DHX) so that it is not submerged on top of the low temperature wind, not the high temperature pool. When the sodium rises, the residual heat is released into the atmosphere as a final heat source through the convective heat transfer process between the primary system sodium and the intermediate loop sodium.

다만, 열제거율의 조절이 불가능하므로 온도가 낮아져 원자로 풀 소듐의 온도가 200도까지 내려가는 경우 재장전 운전기간동안 중간루프의 소듐의 고화될 위험성이 있다. However, since it is impossible to control the heat removal rate, if the temperature is lowered and the temperature of the reactor full sodium drops to 200 degrees, there is a risk of solidification of the intermediate loop sodium during the reload operation.

따라서, 종래기술은 냉각 지연시간이 증가될 수 있고, 소듐의 고화현상등의 문제점이 발생할 수 있어 냉각기능의 안정성이 떨어지는 문제점이 있다. Therefore, in the related art, the cooling delay time may be increased, and problems such as solidification of sodium may occur, thereby degrading the stability of the cooling function.

이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 완전 피동 및 고효율 특성을 지니는 잔열제거시스템을 구현하여, 잔열제거의 신뢰도를 높이고 액체금속로의 안정성을 향상시키는 것에 있다.In view of this, the technical problem of the present invention is to implement a residual heat removal system having a fully driven and high efficiency characteristics, to improve the reliability of residual heat removal and to improve the stability to a liquid metal.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 잔열제거시스템은 열교환기, 제1 통고, 응축기 및 저장탱크르 함한다. 상기 열교환기는 열을 방출하는 액체금속로의 외면에 부착되고, 내부에 액체형 작동유체가 수용하도록 형성된다. 상기 제1 통로는 상기 열교환기와 연통되고, 상기 열에 의하여 기화되어 부피가 증가한 기체형 작동유체가 상기 열교환기에서 유출되어 이동하도록 형성된다. 상기 응축기는 상기 제1 통로와 연통되고, 상기 기체형 작동유체를 액화시켜 액체 작동유체로 상변화시키도록 형성된다. 상기 저장탱크는 상기 응축기와 연결되어 상기 응축기로부터 흘러나오는 작동유체를 저장하도록 형성된다. In order to achieve the above object of the present invention, the residual heat removal system according to an embodiment of the present invention includes a heat exchanger, a first notification, a condenser, and a storage tank. The heat exchanger is attached to an outer surface of the liquid metal furnace for dissipating heat and is formed to receive a liquid working fluid therein. The first passage is in communication with the heat exchanger, and is formed so that a gaseous working fluid that is vaporized by the heat and has an increased volume flows out of the heat exchanger. The condenser communicates with the first passage and is configured to liquefy the gaseous working fluid to phase change into a liquid working fluid. The storage tank is connected to the condenser to form a working fluid flowing out of the condenser.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 작동유체는 상기 열에 의하여 기화되어 부피가 팽창하는 유기유체(Organic Fluid)로 형성된다.In one embodiment related to the present invention, the working fluid is formed of an organic fluid which is vaporized by the heat and expands in volume.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 응축기는 상기 기체 작동유체를 냉매가스를 이용하여 응축시키는 공랭식 응축기로 구현된다. In one embodiment related to the present invention, the condenser is implemented as an air-cooled condenser for condensing the gas working fluid using a refrigerant gas.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 액체금속로에서 방출되는 상기 열을 흡수하기 위하여 상기 열교환기는, 상기 액체금속로에 인접하는 열교환기의 일면에 형성되는 적어도 하나의 핀을 포함한다. In one embodiment associated with the present invention, the heat exchanger includes at least one fin formed on one surface of the heat exchanger adjacent to the liquid metal furnace to absorb the heat emitted from the liquid metal furnace.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 액체 작동유체 및 기체 작동유체가 중력에 의하여 이동하도록, 상기 저장탱크와 상기 응축기는 상기 열교환기의 상부에 배치된다.In one embodiment related to the present invention, the storage tank and the condenser are arranged above the heat exchanger so that the liquid working fluid and the gas working fluid move by gravity.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 잔열제거시스템은 상기 저장탱크와 상기 열교환기를 연결하여, 상기 액체 작동유체를 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 이동시키도록 형성되는 제2 통로를 포함한다. In one embodiment of the present invention, the residual heat removal system includes a second passage formed to connect the storage tank and the heat exchanger to move the liquid working fluid from the storage tank to the heat exchanger.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 제1 통로와 상기 제2 통로가 연결되는 상기 열교환기의 영역 이격되고, 상기 열교환기의 상기 제1 통로가 연결되는 영역은 상기 제2 통로가 연결되는 영역보다 상부에 형성된다. In an embodiment related to the present invention, an area of the heat exchanger to which the first passage and the second passage are connected is spaced apart, and an area to which the first passage of the heat exchanger is connected is an area to which the second passage is connected. It is formed at the top.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 잔열제거시스템은 상기 작동유체 중 상기 열에 의하여 가열된 제1 영역과 상기 제2 통로를 통하여 유입된 제2 영역을 분리하기 위하여, 상기 열교환기의 내부에 형성되고 일 단부는 상기 제1 및 제2 통로가 연결되는 상기 영역 사이에 배치되어 상기 작동유체를 분리하도록 형성되는 가이드부를 포함한다. In one embodiment of the present invention, the residual heat removal system is formed inside the heat exchanger to separate the first region heated by the heat of the working fluid and the second region introduced through the second passage. And one end includes a guide portion disposed between the region where the first and second passages are connected to separate the working fluid.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 잔열제거시스템은 상기 제1 통로에 설치되어 상기 열교환기의 압력이 기설정된 기준압력에 도달하면, 열리도록 형성되는 압력밸브를 포함한다. In one embodiment of the present invention, the residual heat removal system includes a pressure valve installed in the first passage so as to open when the pressure of the heat exchanger reaches a predetermined reference pressure.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 잔열제거시스템은 상기 제2 통로에 설치되어 상기 작동유체의 상기 열교환기에서 상기 응축기를 향하는 이동을 차단하고, 상기 작동유체가 상기 응축기로부터 상기 열교환기를 향하여 이동하도록 제어하는 체크밸브(check valve)를 포함한다. In one embodiment, the residual heat removal system is installed in the second passage to block movement from the heat exchanger of the working fluid toward the condenser, and the working fluid moves from the condenser toward the heat exchanger. And a check valve to control it.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 잔열제거시스템의 구동방법은 액체금속로에서 방출되는 열을 흡수하는 단계, 상기 열에 의하여 열교환기에 수용된 액체 작동유체를 기화시키는 단계, 기화된 기체 작동유체를 응축기로 이동시켜 액화시키는 단계 및 액화된 액체 작동유체를 열교환기로 이동시키는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object of the present invention, a method of driving a residual heat removal system according to an embodiment of the present invention includes absorbing heat emitted from a liquid metal furnace and vaporizing a liquid working fluid accommodated in a heat exchanger by the heat. Moving the vaporized gas working fluid to a condenser to liquefy and moving the liquefied liquid working fluid to a heat exchanger.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 응축기는 상기 열교환기의 상부에 배치되고, 상기 작동유체는 기화하면서 부피가 팽창되고, 상기 열교환기의 내부 및 외부의 압력차에 의하여 상기 열교환기 외부로 이동한다. In one embodiment of the present invention, the condenser is disposed above the heat exchanger, the working fluid is expanded in volume while vaporizing, and moved out of the heat exchanger by a pressure difference between the inside and the outside of the heat exchanger. do.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 응축기와 상기 열교환기 사이에 상기 액체 작동유체가 수용되는 저장탱크가 형성되고, 상기 액체 작동유체는 중력에 의하여 상기 응축기, 저장탱크 및 상기 열교환기로 순차적으로 이동된다. In one embodiment related to the present invention, a storage tank for receiving the liquid working fluid is formed between the condenser and the heat exchanger, and the liquid working fluid is sequentially moved to the condenser, the storage tank and the heat exchanger by gravity. do.

본 발명에 따른 잔열제거시스템에 의하면, 작동유체의 상변화에 의하여 열을 흡수하고 다시 저장되고, 작동유체의 높은 기화압력을 이용하여 이동하므로 별도의 운송수단이 불필요하므로 완전피동으로 작동되고, 구조가 단순하여 제작비용이 감소될 수 있다.According to the residual heat elimination system according to the present invention, the heat is absorbed and stored again by the phase change of the working fluid, and moves by using the high vaporization pressure of the working fluid, so that no additional means of transportation is required, and thus it is operated with full passives. Simple to manufacture cost can be reduced.

또한, 작동유체로 증발잠열이 낮은 유기유체를 이용하므로, 열제거의 효율이 상승할 수 있다. In addition, since an organic fluid having a low latent heat of evaporation is used as the working fluid, the efficiency of heat removal may be increased.

또한, 상기 작동유체는 상기 열교환기에 수용되어 격납용기의 외벽에 설치되므로 소듐 냉각재와 접촉이 제한되어, 폭발의 위험성이 적다. 또한, 소듐 냉각재와 별도의 통로를 이용하므로 소듐 고화현상이 문제되지 않는다. In addition, the working fluid is accommodated in the heat exchanger is installed on the outer wall of the containment vessel is limited in contact with the sodium coolant, there is less risk of explosion. In addition, since the sodium coolant and a separate passage are used, sodium solidification is not a problem.

도 1은 본 발명에 따르는 잔열제거시스템의 구성을 설명하기 위한 개념도.
도 2는 도 1의 잔열제거시스템을 포함하는 액체금속로의 구성을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 도 2의 잔열제거시스템의 구동방법을 나타낸 흐름도. 1 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the residual heat removal system according to the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram for explaining the configuration of a liquid metal furnace including the residual heat removal system of FIG.
3 is a flowchart illustrating a method of driving the residual heat removal system of FIG. 2.

이하, 본 발명과 관련된 잔열제거시스템과 이를 포함하는 액체금속로 및 이의 구동방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Hereinafter, a residual heat removal system, a liquid metal furnace including the same, and a driving method thereof according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

도 1은 본 발명에 따르는 잔열제거시스템의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the residual heat removal system according to the present invention.

도 1을 참조하면, 잔열제거시스템(300)은 액체금속로(100)에 발생하는 열을 제거하기 위하여 상기 액체금속로(100)의 외면에 설치된다. 상기 액체금속로(100)는 핵분열 반응에 의하여 발생한 열을 제거하기 위하여 소듐 냉각제(Sodium coolant)가 수용되는 원자로 용기(110)와 상기 원자로 용기(110)를 둘러싸고 방사성 물질을 폐입(閉入)하도록 형성되는 격납용기(120)를 포함한다. 상기 잔열제거시스템(300)은 상기 원자로 용기(110)로부터 상기 소듐 냉각제가 유출되는 경우 발생하는 열을 제거하기 위하여 설치된다.  Referring to FIG. 1, the residual heat removal system 300 is installed on the outer surface of the liquid metal furnace 100 to remove heat generated in the liquid metal furnace 100. The liquid metal furnace 100 surrounds the reactor vessel 110 containing the sodium coolant and the reactor vessel 110 so as to remove heat generated by the nuclear fission reaction, and encloses the radioactive material. It includes a containment vessel 120 is formed. The residual heat removal system 300 is installed to remove heat generated when the sodium coolant flows out of the reactor vessel 110.

상기 잔열제거시스템(300)은 상기 격납용기(120)의 외벽에 설치된다. 즉, 상기 격납용기(120)를 통하여 전도되는 열을 제거하도록 설치된다. 상기 잔열제거시스템(300)은 열교환기(310), 응축기(320), 저장탱크(330)를 포함한다. The residual heat removal system 300 is installed on an outer wall of the containment vessel 120. That is, it is installed to remove the heat conducted through the containment vessel (120). The residual heat removal system 300 includes a heat exchanger 310, a condenser 320, and a storage tank 330.

상기 열교환기(310)는 작동유체를 수용할 수 있는 수납공간을 구비한다. 상기 열교환기(310) 내부에서 상기 작동유체는 액체로 수용된다.The heat exchanger 310 has a receiving space for accommodating the working fluid. The working fluid is accommodated as a liquid in the heat exchanger 310.

상기 열교환기(310)는 상기 격납용기(120)의 외벽에 부착된다. 상기 열교환기(310)는 상기 격납용기(120)로부터 전도되는 열을 흡수하기 때문에 상기 격납용기(120)에 밀착되도록 설치되는 것이 바람직하다.  The heat exchanger 310 is attached to the outer wall of the containment vessel 120. Since the heat exchanger 310 absorbs heat conducted from the containment vessel 120, the heat exchanger 310 may be installed to be in close contact with the containment vessel 120.

상기 열교환기(310)는 상기 열이 상기 작동유체에 전달되는 양을 최대화 하기 위하여, 상기 열교환기(310)의 내부에 형성되는 적어도 하나의 핀(312)을 구비할 수 있다.The heat exchanger 310 may include at least one fin 312 formed inside the heat exchanger 310 in order to maximize the amount of heat transferred to the working fluid.

상기 핀(312)는 상기 열교환기(310)의 내부면의 적어도 일부영역에 형성된다. 상기 핀(312)은 상기 격납용기(120)와 인접한 상기 내부면에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 핀(312)에 의하여 상기 작동유체와 접촉하는 영역이 넓어지며, 상기 열의 전달율을 향상시킬 수 있다.The fin 312 is formed in at least a partial region of the inner surface of the heat exchanger 310. The pin 312 is preferably formed on the inner surface adjacent to the containment container 120. The fin 312 widens the area in contact with the working fluid, and may improve the heat transfer rate.

상기 열교환기(310)에 수용되는 작동유체는 유기유체(Organic Fluid)로 형성된다. 상기 유기유체는 온도에 따른 상변화 특성이 높은 물질로 형성되는 것이 바람직하다. The working fluid accommodated in the heat exchanger 310 is formed of an organic fluid. The organic fluid is preferably formed of a material having a high phase change characteristic according to temperature.

적은 양의 작동유체를 이용하여 많은 양의 열을 제거하기 위하여 상기 작동유체로 사용되는 본 발명의 유기유체는 기화할 때 외부로부터 흡수하는 열량인 증발잠열이 작은 것이 바람직하다. The organic fluid of the present invention, which is used as the working fluid to remove a large amount of heat using a small amount of working fluid, preferably has a small latent heat of evaporation, which is a heat absorbed from the outside when evaporated.

본 발명에 따른 유기유체는 냉매로 사용되는 유체로 구현될 수 있으며, 예를 들어, R245fa(CF3CH2CHF2) 냉매로 형성될 수 있다. R245fa(CF3CH2CHF2)은 온도가 약 30도일 때, 압력은 약1.78bar이고, 온도가 약 100도일 때 압력은 약 12bar로 측정된다. 즉, 팽창비가 매우 큰 물질이다. The organic fluid according to the present invention may be implemented as a fluid used as a refrigerant, for example, may be formed as a refrigerant R245fa (CF3CH2CHF2). R245fa (CF3CH2CHF2) has a pressure of about 1.78 bar when the temperature is about 30 degrees and a pressure of about 12 bar when the temperature is about 100 degrees. That is, it is a material with a very large expansion ratio.

상기 열교환기(310)의 수용공간의 부피는 일정하다. 따라서, 상기 작동유체가 상기 열을 흡수하여 기화하면, 상기 작동유체는 팽창하게 되고, 상기 열교환기(310) 내부의 압력은 증가하게 된다. 상기 기체 작동유체는 상기 열교환기(310)의 외부로 방출된다.The volume of the receiving space of the heat exchanger 310 is constant. Therefore, when the working fluid absorbs the heat and vaporizes, the working fluid expands, and the pressure inside the heat exchanger 310 is increased. The gas working fluid is discharged out of the heat exchanger 310.

상기 열교환기(310)와 상기 응축기(320)는 제1 통로(340)로 연결되어 있다. 즉, 상기 열교환기(310)과 상기 제1 통로(340)의 일단부가 연통되어 있고, 상기 응축기(320)와 상기 제1 통로(340)의 타단부가 연통되어 있다.The heat exchanger 310 and the condenser 320 are connected to the first passage 340. That is, one end of the heat exchanger 310 and the first passage 340 communicate with each other, and the other end of the condenser 320 and the first passage 340 communicate with each other.

상기 제1 통로(340)에 압력차이에 의하여 자동으로 개폐되는 압력밸브(341)가 설치된다. 상기 압력밸브(341)는 상기 열교환기(310)의 내부압력이 기 설정된 압력 이상이면 열리도록 조절될 수 있다.A pressure valve 341 which is automatically opened and closed by a pressure difference is installed in the first passage 340. The pressure valve 341 may be adjusted to open when the internal pressure of the heat exchanger 310 is greater than or equal to a preset pressure.

예를 들어, 상기 압력밸브(341)는 상기 열교환기(310)와 상기 응축기(320)의 압력을 비교하여 압력차이가 기 설정된 기준압력 이상이면, 상기 제1 통로(340)로 상기 기체 작동유체가 이동 하도록 열리도록 설치될 수 있다. 따라서, 상기 작동유체는 열에 의한 기화압력에 의하여 이동하도록 설계된다. For example, the pressure valve 341 compares the pressures of the heat exchanger 310 and the condenser 320 and if the pressure difference is greater than or equal to a predetermined reference pressure, the gas working fluid to the first passage 340. It can be installed to open to move. Thus, the working fluid is designed to move by vaporization pressure by heat.

즉, 상기 열에 의하여 상기 액체 작동유체가 기화되어 부피가 팽창하면, 상기 열교환기(310)의 내부 압력이 증가한다. 상기 압력밸브(341)가 열리고 상기 기체 작동유체는 상기 제1 통로(340)를 통과하여 상기 응축부(320)로 이동한다, 상기 기체 작동유체는 확산에 의하여 이동할 수 있다. That is, when the liquid working fluid is vaporized by the heat and the volume expands, the internal pressure of the heat exchanger 310 increases. The pressure valve 341 is opened and the gas working fluid moves through the first passage 340 to the condensation unit 320. The gas working fluid may move by diffusion.

따라서, 상기 기체 작동유체의 액화를 위하여 이동시키기 위한 별도의 구조가 불필요하다. 즉, 상기 열에 의하여 상기 작동유체를 상변화시키고, 이동시킨다. Therefore, a separate structure for moving for liquefaction of the gas working fluid is unnecessary. That is, the working fluid is phase-changed and moved by the heat.

상기 응축기(320)는 상기 기체 작동유체를 냉각하여 액체 작동유체로 형성한다. 상기 응축기(320)는 상기 고온, 고압의 기체 작동유체를 대기 고기로 냉각하여 저온, 저압의 액체 작동유체로 상변화 시킨다. 상기 응축기(320)는 공냉식 응축기로 구현될 수 있다.The condenser 320 cools the gas working fluid to form a liquid working fluid. The condenser 320 cools the gas working fluid of high temperature and high pressure with atmospheric meat and changes the phase into a liquid working fluid of low temperature and low pressure. The condenser 320 may be implemented as an air-cooled condenser.

상기 액체 작동유체는 상기 응축기(320)에서 상기 저장탱크(330)으로 이동한다. 상기 응축기(320)는 상기 저장탱크(330)보다 상부에 형성되고, 상기 저장탱크(330)는 상기 열교환기(310)보다 상부에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 액체 작동유체는 중력에 의하여 상기 응축기(320)로부터 유출되어 상기 저장탱크(330)로 이동하고 상기 저장탱크(330)로부터 상기 열교환기(310)로 이동한다. The liquid working fluid moves from the condenser 320 to the storage tank 330. The condenser 320 may be formed above the storage tank 330, and the storage tank 330 may be disposed above the heat exchanger 310. Therefore, the liquid working fluid flows out of the condenser 320 by gravity and moves to the storage tank 330 and moves from the storage tank 330 to the heat exchanger 310.

따라서, 상기 액체 작동유체를 상기 응축기(320)로부터 상기 열교환기(310)로 이동시키기 위한 별도의 구조가 불필요하다. Therefore, a separate structure for moving the liquid working fluid from the condenser 320 to the heat exchanger 310 is unnecessary.

상기 저장탱크(330)와 상기 열교환기(310) 사이는 제2 통로(350)로 연결된다. 즉, 상기 제2 통로(350)의 일단부는 상기 열교환기(310)와 연통 되고, 상기 제2 통로(350)의 타단부는 상기 저장탱크(330)과 연통된다. 중력에 의하여 상기 액체 작동유채는 상기 저장탱크(330)에서 제2 통로(350)를 통하여 상기 열교환기(310)로 유입된다.The storage tank 330 and the heat exchanger 310 are connected to the second passage 350. That is, one end of the second passage 350 communicates with the heat exchanger 310, and the other end of the second passage 350 communicates with the storage tank 330. By gravity, the liquid working oil is introduced into the heat exchanger 310 through the second passage 350 in the storage tank 330.

상기 제2 통로(350)에 상기 작동유체가 일 방향으로 이동하도록 형성되는 체크밸브(351)가 설치된다. 상기 체크밸브(351)은 상기 작동유체가 상기 저장탱크(330)로부터 상기 열교환기(310)로 이동하도록 설치된다. A check valve 351 is formed in the second passage 350 to move the working fluid in one direction. The check valve 351 is installed such that the working fluid moves from the storage tank 330 to the heat exchanger 310.

상기 제1 및 제2 통로(340, 350)가 연통되는 상기 열교환기(310)의 영역은 서로 이격되어 있다. 상기 제1 통로(340)가 연결되는 영역은 상기 제2 통로(350)가 연결되는 영역보다 상부에 형성된다. The regions of the heat exchanger 310 through which the first and second passages 340 and 350 communicate are spaced apart from each other. The region where the first passage 340 is connected is formed above the region where the second passage 350 is connected.

상기 열교환기(310) 내부에 상기 작동유체의 일영역을 분리하고 상기 작동유체의 흐름을 가이드 하는 흐름가이드부(311)가 형성된다. 상기 흐름가이드부(311)의 일단부는 상기 제1 및 제2 통로(340, 350)가 형성되는 영역 사이에 형성된다. A flow guide part 311 is formed in the heat exchanger 310 to separate a region of the working fluid and guide the flow of the working fluid. One end of the flow guide portion 311 is formed between a region where the first and second passages 340 and 350 are formed.

즉, 상기 제2 통로(350)를 통하여 상기 열교환기(310)의 내부로 유입된 액체 작동유체는 상기 제1 통로(340)와 인접한 작동유체와 분리된다. 따라서, 상기 응축기(320)에 의하여 온도가 낮아진 작동유체가 상기 열을 흡수하여 제1 통로(340)를 통하여 방출될 작동유체와 섞이지 아니하고, 상기 격납용기(120)와 인접하도록 이동한다. That is, the liquid working fluid introduced into the heat exchanger 310 through the second passage 350 is separated from the working fluid adjacent to the first passage 340. Therefore, the working fluid whose temperature is lowered by the condenser 320 absorbs the heat, does not mix with the working fluid to be discharged through the first passage 340, and moves adjacent to the containment vessel 120.

따라서, 상기 열을 흡수한 작동유체와 냉각된 작동유체가 섞이지 아니하도록 하나의 수납용기에 수용하면서, 상기 열의 제거효율을 향상시킬 수 있다. Therefore, the heat removal efficiency can be improved while accommodating one storage container such that the working fluid absorbed the heat and the cooled working fluid are not mixed.

본 발명에 따른 전열제거시스템은 상기 소듐 냉각재와 상기 작동유체의 접촉이 방지되므로, 상기 소듐과 반응하여 폭발하는 문제점이 방지되고, 소듐 고화(Solidification)가 방지되므로, 유로가 막히는 등의 문제가 방지된다.Since the electrothermal elimination system according to the present invention prevents contact between the sodium coolant and the working fluid, the problem of explosion due to reaction with the sodium is prevented and sodium solidification is prevented, thereby preventing problems such as clogging the flow path. do.

또한, 본 발명에 따른 작동유체의 이동은 상변화에 따른 압력의 변화 및 중력을 이용하므로, 별도의 신호입력 없이 완전 피동방식으로 구동될 수 있다. In addition, the movement of the working fluid according to the present invention uses the change in pressure and gravity due to the phase change, it can be driven in a fully driven manner without a separate signal input.

또한, 작동유체로 사용되는 유기유체는 열전달 효율이 높아 냉각성능을 향상시킬 수 있다. In addition, the organic fluid used as the working fluid has a high heat transfer efficiency can improve the cooling performance.

이하, 상기 작동유체를 이용하여 상기 액체금속로(100)의 열을 제거하는 방법 및 상기 잔열제거시스템을 포함하는 액체금속로시스템을 설명한다.Hereinafter, a method of removing heat from the liquid metal furnace 100 using the working fluid and a liquid metal furnace system including the residual heat removal system will be described.

도 2는 도 1의 잔열제거시스템을 포함하는 액체금속로의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.FIG. 2 is a conceptual view illustrating a configuration of a liquid metal furnace including the residual heat removal system of FIG. 1.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 액체금속로시스템은 액체금속로(100), 잔열제거시스템(300), 공냉식 잔열제거시스템(200)을 포함한다. 도면에서는 상기 액체금속로(100)에 하나의 잔열제거시스템(300)이 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 복수의 잔열제거시스템(300)이 상기 액체금속로(100)에 설치될 수 있다. 1 to 3, the liquid metal furnace system includes a liquid metal furnace 100, a residual heat removal system 300, and an air-cooled residual heat removal system 200. Although one residual heat removal system 300 is illustrated in the liquid metal furnace 100 in the drawing, a plurality of residual heat removal systems 300 may be installed in the liquid metal furnace 100.

상기 공냉식 잔열제거시스템(200)은 상기 열교환기(310)가 설치된 상기 액체금속로(100)를 수납하도록 형성된다. 상기 공냉식 잔열제거시스템(200)은 상기 액체금속로(100)의 상기 격납용기(120)의 주변영역으로 차가운 공기를 주입하여 열을 제거하는 방식으로 구현된다. The air-cooled residual heat removal system 200 is formed to receive the liquid metal furnace 100 in which the heat exchanger 310 is installed. The air-cooled residual heat removal system 200 is implemented by injecting cool air into a peripheral region of the containment vessel 120 of the liquid metal furnace 100 to remove heat.

즉, 상기 공냉식 잔열제거시스템(200)은 상기 격납용기(120)의 주변영역으로 공기가 유입되는 유입부(210)와 상기 액체금속로(100)로부터 방출되는 열을 흡수하여 온도가 상승된 공기가 방출되는 방출부(220)를 구비한다. That is, the air-cooled residual heat removal system 200 absorbs heat emitted from the inlet 210 and the liquid metal furnace 100 through which air is introduced into the peripheral region of the containment vessel 120, and the temperature is elevated. It is provided with a discharge unit 220 is emitted.

상기 공냉식 잔열제거시스템(200)은 상기 유입되어 상대적으로 온도가 낮은 공기와 상기 열에 의하여 온도가 높아진 공기를 분리하기 위하여 형성되는 공기분리부(202)를 포함한다. 상기 공기분리부(202)는 상기 격납용기(120)와 이격되어 형성되고, 상기 격납용기(120)의 외면과 평행하도록 형성될 수 있다. The air-cooled residual heat removal system 200 includes an air separator 202 which is formed to separate the air introduced and the air having a relatively low temperature and the air having a high temperature by the heat. The air separator 202 may be formed to be spaced apart from the containment vessel 120, and may be formed to be parallel to an outer surface of the containment vessel 120.

상기 잔열제거시스템(300)과 상기 공냉식 잔열제거시스템(200)은 서로 영향을 미치지 아니하며 상호보완적으로 작동한다. 이하, 상기 잔열제거시스템(300)이 구동되는 방식을 설명한다. The residual heat removal system 300 and the air-cooled residual heat removal system 200 do not affect each other and operate complementarily. Hereinafter, a method of driving the residual heat removal system 300 will be described.

도 3은 도 2의 잔열제거시스템의 구동방법을 나타낸 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a method of driving the residual heat removal system of FIG. 2.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 사고에 의하여 상기 원자로 용기(110)에 수용되어 있는 소듐 냉각제가 유출된다. 1 to 3, accidental sodium coolant contained in the reactor vessel 110 flows out.

상기 소듐 냉각제가 유출되면 열이 발생하고, 상기 격납용기의 온도가 상승한다.When the sodium coolant flows out, heat is generated, and the temperature of the containment vessel rises.

상기 격납용기에서 방출되는 열을 상기 열교환기(310)에 수용되는 작동유체가 흡수한다. 상기 작동유체는 상기 열에 의하여 기화하여 상기 작동유체의 부피가 팽찬한다. The working fluid received in the heat exchanger 310 absorbs the heat discharged from the containment vessel. The working fluid is vaporized by the heat to swell the volume of the working fluid.

상기 부피가 팽창하는 작동유체를 수용하는 상기 열교환기(310) 내부의 압력이 상승한다. The pressure inside the heat exchanger 310 which receives the working fluid in which the volume expands increases.

상기 열교환기(310)의 내부압력 상승에 따라 압력밸브(341)가 열리고, 상기 기화된 기체 작동유체가 상기 열교환기(310)로부터 방출된다. As the internal pressure of the heat exchanger 310 rises, the pressure valve 341 opens, and the vaporized gas working fluid is discharged from the heat exchanger 310.

상기 열교환기(310)로부터 방출된 기체 작동유체는 상기 응축기(320)로 이동한다. 상기 기체 작동유체가 액화되어 액체 작동유체로 변화된다. The gas working fluid discharged from the heat exchanger 310 moves to the condenser 320. The gas working fluid is liquefied and converted into a liquid working fluid.

상기 액체 작동유체는 상기 저장탱크(330)로 이동한다. 상기 저장탱크(330)는 상기 응축기(320)의 하부에 배치되어 중력에 의하여 상기 액체 작동유체가 이동한다.The liquid working fluid moves to the storage tank 330. The storage tank 330 is disposed under the condenser 320 to move the liquid working fluid by gravity.

상기 액체 작동유체는 상기 저장탱크(300)로부터 상기 열교환기(310)으로 이동한다. 상기 열교환기(310)는 상기 저장탱크(300)보다 하부에 배치되어 중력에 의하여 상기 액체 작동유체가 이동하게 된다.The liquid working fluid moves from the storage tank 300 to the heat exchanger 310. The heat exchanger 310 is disposed below the storage tank 300 to move the liquid working fluid by gravity.

본 발명에 따른 잔열제거시스템에 의하면, 작동유체의 상변화에 의하여 열을 흡수하고 다시 저장되고, 작동유체의 높은 기화압력을 이용하여 이동하므로 별도의 운송수단이 불필요하므로 완전피동으로 작동되고, 구조가 단순하여 제작비용이 감소될 수 있다.According to the residual heat elimination system according to the present invention, the heat is absorbed and stored again by the phase change of the working fluid, and moves by using the high vaporization pressure of the working fluid, so that no additional means of transportation is required, and thus it is operated with full passives. Simple to manufacture cost can be reduced.

또한, 작동유체로 증발잠열이 낮은 유기유체를 이용하므로, 열제거의 효율이 상승할 수 있다. In addition, since an organic fluid having a low latent heat of evaporation is used as the working fluid, the efficiency of heat removal may be increased.

또한, 상기 작동유체는 상기 열교환기에 수용되어 격납용기의 외벽에 설치되므로 소듐 냉각재와 접촉이 제한되어, 폭발의 위험성이 적다. 또한, 소듐 냉각재와 별도의 통로를 이용하므로 소듐 고화현상이 문제되지 않는다. In addition, the working fluid is accommodated in the heat exchanger is installed on the outer wall of the containment vessel is limited in contact with the sodium coolant, there is less risk of explosion. In addition, since the sodium coolant and a separate passage are used, sodium solidification is not a problem.

상기와 같이 설명된 잔열제거시스템 및 이를 포함하는 액체금속로는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The residual heat removal system and the liquid metal including the same as described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the embodiments may be all or all of the embodiments so that various modifications may be made. Some may be optionally combined.

Claims (13)

열을 방출하는 액체금속로의 외면에 부착되고, 내부에 액체형 작동유체가 수용하도록 형성되는 열교환기;
상기 열교환기와 연통되고, 상기 열에 의하여 기화되어 부피가 증가한 기체형 작동유체가 상기 열교환기에서 유출되어 이동하도록 형성되는 제1 통로;
상기 제1 통로와 연통되고, 상기 기체형 작동유체를 액화시켜 액체 작동유체로 상변화시키도록 형성되는 응축기; 및
상기 응축기와 연결되어 상기 응축기로부터 흘러나오는 작동유체를 저장하도록 형성되는 저장탱크를 포함하는 잔열제거시스템.A heat exchanger attached to an outer surface of the liquid metal for dissipating heat, the heat exchanger being configured to receive a liquid working fluid therein;
A first passage communicating with the heat exchanger, the first passage being vaporized by the heat and configured to flow out of the heat exchanger in a gaseous working fluid;
A condenser in communication with the first passage and configured to liquefy the gaseous working fluid to phase change into a liquid working fluid; And
And a storage tank connected to the condenser and configured to store a working fluid flowing out of the condenser. 제1항에 있어서, 상기 작동유체는 상기 열에 의하여 기화되어 부피가 팽창하는 유기유체(Organic Fluid)로 형성되는 것을 특징을 하는 잔열제거시스템.The residual heat removal system according to claim 1, wherein the working fluid is formed of an organic fluid which is vaporized by the heat and expands in volume. 제1항에 있어서, 상기 응축기는 상기 기체 작동유체를 냉매가스를 이용하여 응축시키는 공랭식 응축기로 구현되는 것을 특징으로 하는 잔열제거시스템.The residual heat removal system according to claim 1, wherein the condenser is implemented as an air-cooled condenser for condensing the gas working fluid using a refrigerant gas. 제1항에 있어서,
상기 액체금속로에서 방출되는 상기 열을 흡수하기 위하여 상기 열교환기는, 상기 액체금속로에 인접하는 열교환기의 일면에 형성되는 적어도 하나의 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 잔열제거시스템.The method of claim 1,
And the heat exchanger includes at least one fin formed on one surface of the heat exchanger adjacent to the liquid metal furnace to absorb the heat released from the liquid metal furnace. 제1항에 있어서,
상기 액체 작동유체 및 기체 작동유체가 중력에 의하여 이동하도록, 상기 저장탱크와 상기 응축기는 상기 열교환기의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 잔열제거시스템. The method of claim 1,
And the storage tank and the condenser are arranged above the heat exchanger so that the liquid working fluid and the gas working fluid move by gravity. 제5항에 있어서, 상기 저장탱크와 상기 열교환기를 연결하여, 상기 액체 작동유체를 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 이동시키도록 형성되는 제2 통로를 포함하는 잔열제거시스템.6. The residual heat removal system according to claim 5, comprising a second passage formed to connect the storage tank and the heat exchanger to move the liquid working fluid from the storage tank to the heat exchanger. 제6항에 있어서,
상기 제1 통로와 상기 제2 통로가 연결되는 상기 열교환기의 영역은 이격되고,
상기 열교환기의 상기 제1 통로가 연결되는 영역은 상기 제2 통로가 연결되는 영역보다 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 잔열제거시스템.The method according to claim 6,
An area of the heat exchanger to which the first passage and the second passage are connected is spaced apart,
And the region where the first passage of the heat exchanger is connected is formed above the region where the second passage is connected. 제7항에 있어서,
상기 작동유체 중 상기 열에 의하여 가열된 제1 영역과 상기 제2 통로를 통하여 유입된 제2 영역을 분리하기 위하여, 상기 열교환기의 내부에 형성되고 일 단부는 상기 제1 및 제2 통로가 연결되는 상기 영역 사이에 배치되어 상기 작동유체를 분리하도록 형성되는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔열제거시스템.The method of claim 7, wherein
In order to separate the first region heated by the heat of the working fluid and the second region introduced through the second passage, the first and second passages are formed inside the heat exchanger. And a guide portion disposed between the regions and configured to separate the working fluid. 제7항에 있어서,
상기 제1 통로에 설치되어 상기 열교환기의 압력이 기설정된 기준압력에 도달하면, 열리도록 형성되는 압력밸브를 포함하는 잔열제거시스템.The method of claim 7, wherein
And a pressure valve installed in the first passage to open when the pressure of the heat exchanger reaches a predetermined reference pressure. 제7항에 있어서,
상기 제2 통로에 설치되어 상기 작동유체의 상기 열교환기에서 상기 응축기를 향하는 이동을 차단하고, 상기 작동유체가 상기 응축기로부터 상기 열교환기를 향하여 이동하도록 제어하는 체크밸브(check valve)를 포함하는 잔열제거시스템.The method of claim 7, wherein
Residual heat removal includes a check valve installed in the second passage to block the movement of the working fluid from the heat exchanger toward the condenser, and to control the working fluid to move from the condenser toward the heat exchanger system. 액체금속로에서 방출되는 열을 흡수하는 단계;
상기 열에 의하여 열교환기에 수용된 액체 작동유체를 기화시키는 단계;
기화된 기체 작동유체를 응축기로 이동시켜 액화시키는 단계; 및
액화된 액체 작동유체를 열교환기로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 포함하는 잔열제거시스템의 구동방법. Absorbing heat released from the liquid metal furnace;
Vaporizing a liquid working fluid contained in the heat exchanger by the heat;
Transferring the vaporized gas working fluid to a condenser to liquefy; And
A method of driving a residual heat removal system comprising moving a liquefied liquid working fluid to a heat exchanger. 제11항에 있어서,
상기 응축기는 상기 열교환기의 상부에 배치되고,
상기 작동유체는 기화하면서 부피가 팽창되고, 상기 열교환기의 내부 및 외부의 압력차에 의하여 상기 열교환기의 외부로 이동하는 것을 특징으로 하는 잔열제거시스템의 구동방법.12. The method of claim 11,
The condenser is disposed on top of the heat exchanger,
The working fluid is expanded in volume while vaporizing, the method of driving a residual heat removal system, characterized in that for moving to the outside of the heat exchanger by the pressure difference between the inside and outside of the heat exchanger. 제12항에 있어서, 상기 응축기와 상기 열교환기 사이에 상기 액체 작동유체가 수용되는 저장탱크가 형성되고,
상기 액체 작동유체는 중력에 의하여 상기 응축기, 저장탱크 및 상기 열교환기로 순차적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 잔열제거시스템의 구동방법.The method of claim 12, wherein the storage tank for receiving the liquid working fluid is formed between the condenser and the heat exchanger,
And the liquid working fluid moves sequentially to the condenser, the storage tank, and the heat exchanger by gravity.
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