KR20140139947A - 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치 및 이를 구비하는 원전 - Google Patents
노심용융물의 피동 순차 냉각 장치 및 이를 구비하는 원전 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 원자로의 내부와 외부에서 노심용융물을 피동적인 방법에 의해 순차적으로 냉각하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치 및 이를 구비하는 원전을 개시한다. 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치는, 사고 발생시 노심용융물을 수합하도록 속이 빈 반구형으로 형성되어 상기 원자로 내부의 노심 아래에 설치되고 외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하도록 상기 노심용융물을 1차 냉각하는 노내 구조물, 및 상기 노심용융물에 의해 상기 노내 구조물의 침식이 발생하여 상기 원자로로부터 방출되는 노심용융물을 수합하도록 상기 원자로의 아래에 설치되고 노심용융물을 2차 냉각하도록 수합된 노심용융물에 냉각수 및 가스를 주입하는 노외 구조물을 포함한다.
Description
본 발명은 원전에서 노심 용융사고가 발생하였을 때 안전하게 노심용융물을 냉각시킴으로써 외부로 방사성 물질의 누출을 방지하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치 및 이를 구비하는 원전에 관한 것이다.
원전에서 중대사고가 발생하면 원자로 안의 핵연료 및 구조물이 용융되어 노심용융물이 발생한다. 노심용융물에서는 지속적으로 열이 발생하고 방사성 물질인 핵분열 생성물이 방출될 수 있다. 따라서 노심용융물을 빠른 시간 안에 충분히 냉각시켜 구조물의 파손을 방지하고, 방사성 물질인 핵분열 생성물의 방출을 최소화 하는 것이 해결해야 할 공학적인 문제이다.
AP1000 등 원자로에서는 중력을 이용하여 원자로 격실에 냉각수를 채워 자연순환에 의해 원자로 용기의 외벽을 냉각하는 전략을 사용하였다. 이 방법은 원자로의 출력이 1000MWe 이하인 경우에는 효과적이지만 출력이 높은 원자로에 대해서는 적용성이 떨어진다고 알려져 있다. 원자로의 출력이 높아지는 경우 열 집중 현상 등에 의해 노심용융물이 원자로를 뚫고 외부로 방출될 수 있다. 그런데 이미 원자로 격실 안에 냉각수가 채워져 있으므로 방출된 노심용융물과 냉각수의 직접 접촉으로 인한 증기폭발 반응에 의해 캐비티가 파손되거나 원자로용기 및 관련배관이 파손되어 격납건물의 기밀성이 훼손되는 문제가 있었다.
EPR 등의 원자로에서는 원자로 격실에 노심용융물을 냉각할 수 있는 전용 설비를 구비하고 있다. 이 경우 원자로용기가 파손되어 노심용융물이 원자로 밖으로 나오게 될 때 그 노심용융물을 안전하게 냉각시킬 수 있는 설비이다. 하지만, 원자로 내부에서 노심용융물의 냉각을 위한 별도의 설비가 없어 노심용융을 적극적으로 막을 수 없다. 또한 원자로가 파손된 이후에야 노심용융물의 냉각이 실질적으로 일어나므로, 그 전까지는 냉각이 불가능하다는 단점이 있었다.
본 발명의 일 목적은 원자로의 내부와 외부에서 순차적으로 노심용융물을 냉각할 수 있는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치 및 이를 구비하는 원전을 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 노심 용융사고 발생시 종래의 방법에 비해 보다 안전하게 용융물을 냉각시킴으로써 외부로 방사성 물질이 누출되는 것을 차단할 수 있는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치는, 사고 발생시 노심용융물을 수합하도록 속이 빈 반구형으로 형성되어 상기 원자로 내부의 노심 아래에 설치되고 외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하도록 상기 노심용융물을 1차 냉각하는 노내 구조물, 및 상기 노심용융물에 의해 상기 노내 구조물의 침식이 발생하여 상기 원자로로부터 방출되는 노심용융물을 수합하도록 상기 원자로의 아래에 설치되고 노심용융물을 2차 냉각하도록 수합된 노심용융물에 냉각수 및 가스를 주입하는 노외 구조물을 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 노내 구조물은, 카본 스틸 및 스테인리스 스틸 중 적어도 하나를 모재로 이루어지며 상기 노내 구조물의 외형을 형성하는 받침부, 외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하도록 상기 노심용융물을 수용하는 상기 받침부의 표면에 도포되는 세라믹층, 및 상기 원자로의 재임계를 방지하도록 상기 세라믹 코팅층의 표면에 도포되는 코팅층을 포함한다.
상기 세라믹층은 산화지르코늄 및 산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 코팅층은 산화가돌리늄으로 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치는 상기 원자로로부터 돌출되어 상기 노내 구조물을 지지하도록 상기 원자로의 내부에 설치되고 상기 노내 구조물의 하부로 상기 노심용융물을 냉각시키는 냉각수를 통과시키도록 상기 원자로와 상기 노내 구조물의 사이를 이격시키는 복수의 지지핀을 더 포함한다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 노외 구조물은, 상기 원자로로부터 방출되는 노심용융물을 수합하도록 적어도 일부가 상기 원자로의 하부를 감싸는 수합부, 상기 수합부로부터 이격된 위치에서 상기 수합부를 감싸도록 형성되어 상기 노외 구조물이 설치되는 공간을 격납건물의 다른 격실과 격리시키는 원자로 캐비티, 각각 압력차와 중력에 의해 피동적으로 가스와 냉각수를 공급하도록 상기 원자로 캐비티의 어느 일측에 배치되는 가스탱크와 냉각수탱크, 및 상기 가스탱크와 냉각수탱크로부터 각각 가스와 냉각수를 공급받도록 각각 가스배관 및 냉각수배관에 의해 상기 가스탱크 및 냉각수탱크와 연결되고 노심용융물을 냉각하도록 수합된 노심용융물에 가스와 냉각수를 주입하되 냉각초기에 일어날 수 있는 급랭을 방지하도록 가스와 냉각수를 동시에 주입하는 노즐을 포함한다.
상기 수합부는 상기 원자로로부터 방출되는 노심용융물이 상기 수합부로 유입되지 못하고 외부로 이탈되는 것을 방지하도록 입구의 내경이 점점 확장되는 형태로 형성될 수 있다.
상기 수합부는, 카본 스틸 및 스테인리스 스틸 중 적어도 하나를 모재로 이루어지며, 외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하도록 상기 노심용융물을 수합하는 표면에 내화성 산화물층이 도포될 수 있다.
상기 내화성 산화물층은 산화지르코늄 및 산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나가 도포되어 형성될 수 있다.
노심용융물의 피동 순차 냉각 장치는, 상기 노즐을 덮도록 상기 수합부의 내부에 배치되며, 수합된 노심용융물의 열밀도를 낮추도록 상기 노심용융물과 접촉시 융해되어 상기 노심용융물과 섞이는 희생콘크리트층을 더 포함할 수 있다.
상기 노즐은, 상기 수합부에 노심용융물이 수합되기 전까지 상기 희생콘크리트에 의해 노즐출구가 차단되도록 적어도 일부가 상기 희생콘크리트층에 삽입되고, 상기 수합부에 노심용융물이 수합되어 상기 희생콘크리트층의 침식이 발생하면 노즐출구가 개방되어 수합된 노심용융물에 가스 및 냉각수를 피동적으로 주입할 수 있다.
상기 노즐은, 상기 가스배관과 연결되어 상기 노즐의 내부로 가스를 통과시키는 가스주입부, 및 상기 가스주입부와 동심관을 형성하도록 상기 가스주입부를 감싸며 상기 가스주입부와 상기 노즐의 내벽 사이로 냉각수를 통과시키는 냉각수주입부를 포함할 수 있다.
노심용융물의 피동 순차 냉각 장치는, 상기 노즐의 출구에 결합되는 분배기를 더 포함하고, 상기 분배기는, 상기 가스주입부의 출구에 형성되어 가스를 분사하는 가스주입구, 및 상기 냉각수주입부의 출구에 형성되어 냉각수를 분사하는 냉각수주입구를 포함할 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치를 구비하는 원전을 개시한다. 원전은, 원자로, 상기 원자로로부터 방사능 물질이 대기중으로 방출되는 것을 방지하도록 상기 원자로의 외부에 설치되는 격납건물, 및 상기 격납건물의 내부에 설치되어 다른 격실과 격리되며 상기 원자로에서 사고 발생시 상기 원자로 내부의 핵연료 또는 구조물의 용융에 의해 형성된 노심용융물 노내 및 노외에서 순차적으로 냉각하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치를 포함하고, 상기 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치는, 사고 발생시 노심용융물을 수용하도록 속이 빈 반구형으로 형성되어 상기 원자로 내부의 노심 아래에 설치되고 외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하도록 상기 노심용융물을 1차 냉각하는 노내 구조물, 및 상기 노심용융물에 의해 상기 노내 구조물의 침식이 발생하여 상기 원자로로부터 방출되는 노심용융물을 수합하도록 상기 원자로의 아래에 설치되고 노심용융물을 2차 냉각하도록 수합된 노심용융물에 냉각수 및 가스를 주입하는 노외 구조물을 포함한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 노외 구조물이 원자로의 내부에서 노내 구조물에 의해 충분히 냉각되지 못한 노심용융물을 재차 냉각할 수 있다.
또한 본 발명은, 노내 구조물과 노내 구조물에 의해 2단계로 안전하게 노심용융물을 냉각시킴으로써 원전의 안전성 향상에 기여할 수 있다.
또한 본 발명은, 노내 구조물과 노외 구조물이 모두 피동적으로 작동하여 노심용융물을 냉각하므로 장치의 신뢰성이 높다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치를 나타내는 개념도.
도 2는 노내 구조물의 확대 사시도.
도 3은 지지핀에 의해 원자로의 내부에 설치된 노내 구조물을 나타내는 부분단면도.
도 4는 노즐 및 분배기의 확대 단면도.
도 5는 노즐의 사시도.
도 6은 분배기의 평면도.
도 2는 노내 구조물의 확대 사시도.
도 3은 지지핀에 의해 원자로의 내부에 설치된 노내 구조물을 나타내는 부분단면도.
도 4는 노즐 및 분배기의 확대 단면도.
도 5는 노즐의 사시도.
도 6은 분배기의 평면도.
이하, 본 발명에 관련된 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치 및 이를 구비하는 원전에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치(100)를 나타내는 개념도이다.
노심용융물의 피동 순차 냉각 장치(100)는 노심 용융사고 발생시 노심용융물을 원자로(10)의 내부에서 1차적으로 냉각하는 노내 구조물(110)과 원자로(10)의 외부에서 2차적으로 냉각하는 노외 구조물(120)을 포함한다.
노내 구조물(110)은 노심 용융사고 발생시 원자로(10)의 내부에서 발생하는 노심용융물을 수합하도록 원자로(10) 내부의 노심 아래에 설치된다. 노내 구조물(110)은 원자로(10)의 내부에서 흘러내리거나 자유 낙하하는 노심용융물을 받는다. 외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하도록 노심용융물은 노내 구조물(110)에서 1차 냉각된다.
노내 구조물(110)의 크기는 노심용융물이 녹아 흘러 노내 구조물(110)의 내부에 모두 모이도록 원자로(10) 내부의 핵연료가 배치된 공간을 모두 덮을 수 있는 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 노내 구조물(110)은 원자로(10)의 핵연료가 모두 녹아 흘러내렸을 경우의 체적보다 크게 형성되어야 노심용융물이 미처 냉각되지 못한 채 원자로(10)의 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다.
노외 구조물(120)은 고온의 노심용융물에 의해 노내 구조물(110)의 침식이 발생하여 원자로(10)로부터 방출되는 노심용융물을 수합하도록 원자로(10)의 아래에 설치된다. 노외 구조물(120)은 노심용융물을 2차 냉각하도록 수합된 노심용융물(A)에 냉각수 및 가스를 주입한다. 이를 위해 노외 구조물(120)은 수합부(122), 원자로 캐비티(121), 가스탱크(126), 냉각수탱크(127) 및 노즐(124)을 포함한다.
수합부(122)는 원자로(10)의 바로 아래에 설치되고, 원자로(10)로부터 방출되는 노심용융물을 수합하도록 적어도 일부가 원자로(10)의 하부를 감싼다. 수합부(122)는, 도시한 바와 같이 원자로(10)로부터 방출되는 노심용융물이 수합부(122)로 유입되지 못하고 외부로 이탈되는 것을 방지하도록 입구의 내경이 점점 확장되는 형태로 형성될 수 있다.
수합부(122)는 카본 스틸 또는 스테인리스 스틸 중 적어도 하나를 모재로 이루어지며, 외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하도록 노심용융물을 수합하는 표면에 내화성 산화물층이 도포될 수 있다. 내화성 산화물은, 예를 들어 산화지르코늄 또는 산화마그네슘이 될 수 있다. 이에 따라 수합부(122)는 고온의 노심용융물이 노외 구조물(120) 내부로 방출될 때, 외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하고 외부 구조물의 기계적 건전성을 유지한다.
원자로 캐비티(121)는 격납건물의 다른 격실과 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치(100)가 설치되는 공간을 격리시킨다. 도시한 바와 같이 수합부(122)의 측벽에는 적어도 하나의 홀이 형성되고, 수합부(122)에 수합된 노심용융물은 홀을 통해 수합부(122)와 원자로 캐비티(121) 사이의 공간으로 흘러나갈 수 있다. 이에 따라 대형 냉각재 파단 사고 등 원자로(10)로부터 다량의 냉각재가 방출되는 사고의 발생에도 노심용융물의 수위는 최소화될 수 있다.
가스탱크(126)와 냉각수탱크(127)는 자연력에 의해 피동적으로 각각 가스와 냉각수를 공급하도록 원자로 캐비티(121)의 어느 일측에 배치된다. 가스탱크(126)의 내부에는 수합된 노심용융물(A)에 주입될 불활성 기체가 저장될 수 있으며, 냉각수탱크(127)의 내부에는 수합된 노심용융물(A)에 주입될 냉각수가 저장될 수 있다.
가스탱크(126)와 냉각수탱크(127)로부터 각각 가스와 냉각수가 공급되는 자연력은 여러 가지가 있을 수 있다. 예를 들어, 가스는 압력차에 의해 공급될 수 있고, 냉각수는 중력수두차에 의해 공급될 수 있다.
노즐(124)은 가스탱크(126)와 냉각수탱크(127)로부터 각각 가스와 냉각수를 공급받도록 각각 가스배관(126a)과 냉각수배관(127a)에 의해 가스탱크(126) 및 냉각수탱크(127)와 연결된다. 가스배관(126a)과 냉각수배관(127a)에는 각각 가스와 냉각수의 유동을 정지시킬 수 있는 가스밸브(126b)와 냉각수밸브(127b)가 설치될 수 있다.
수합된 노심용융물(A)의 냉각을 위해 기설정된 간격을 두고 복수개의 노즐(124)이 배치될 수 있다. 노즐(124)은 가스와 냉각수를 주입하여 수합부(122)에 수합된 노심용융물(A)을 냉각한다.
노심용융물이 냉각초기에 지나치게 빨리 냉각되면 격납건물의 최대 압력이 허용 압력 이상으로 높아져 파손의 위험이 있다. 노즐(124)은 이러한 현상을 방지하기 위해 가스와 냉각수를 동시에 주입하도록 형성되고, 이에 따라 수합된 노심용융물(A)은 완만한 속도로 냉각될 수 있다.
노외 구조물(120)은 노즐(124)을 덮도록 노즐(124) 출구의 상부에 배치되는 희생콘크리트층(123)을 더 포함할 수 있다. 희생콘크리트층(123)은 수합된 노심용융물(A)과 접촉시 융해되어 상기 노심용융물과 섞이며, 노심용융물의 열밀도를 낮출 수 있다.
노즐(124)은 수합부(122)에 노심용융물이 수합되기 전까지 희생콘트리트층에 의해 노즐(124)출구가 차단되도록 적어도 일부가 희생콘크리트층(123)에 삽입될 수 있다. 노즐(124)출구는 노심용융물에 의해 희생콘크리트층(123)의 침식이 발생하면 개방된다. 희생콘크리트층(123)이 수합된 노심용융물(A)에 의해 침식됨에 따라 가스와 냉각수는 피동적으로 주입될 수 있다.
노즐(124)은 적어도 하나가 설치될 수 있으며, 원자로 캐비티(121)와 노즐(124) 사이에는 고정층(125)이 형성되어 노즐(124)의 위치와 방향을 고정할 수 있다.
도 2는 노내 구조물(110)의 확대 사시도이다.
노내 구조물(110)은 노심용융물을 수합하도록 속이 빈 반구형(또는 돔형으로) 형성된다.
노내 구조물(110)은 단품으로 형성될 수도 있으나, 도시한 바와 같이 동일한 형상을 갖는 복수개의 부품들이 결합되어 형성될 수도 있다. 노내 구조물(110)은 부품들의 결합을 위한 결합부(111)를 구비하고, 서로 인접한 부품들이 결합부(111)에 의해 결합되어 노내 구조물(110)을 형성할 수 있다.
노내 구조물(110)의 형상은 정밀한 반구형으로 한정되는 것은 아니고, 원자로(10)의 내부에 설치되어 자유낙하하는 노심용융물을 수합할 수 있는 형태로 형성되면 충분하다.
도 3은 지지핀(11)에 의해 원자로(10)의 내부에 설치된 노내 구조물(110)을 나타내는 부분단면도이다.
노내 구조물(110)은 받침부(110a), 세라믹층(110b) 및 코팅층(110c)을 포함하며, 상기 받침부(110a), 세라믹층(110b) 및 코팅층(110c)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다.
받침부(110a)는 카본 스틸 또는 스테인리스 스틸 중 적어도 하나를 모재로 이루어지며, 노내 구조물(110)의 외형을 형성한다.
세라믹층(110b)은 외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하도록 노심용융물을 수용하는 받침부(110a)의 표면에 도포된다. 세라믹층(110b)은 내화 산화물인 산화지르코늄 또는 산화마그네슘이 받침부(110a)에 도포되어 형성될 수 있다.
코팅층(110c)은 세라믹층(110b)의 표면에 도포되며 원자로(10)의 재임계(re-criticality)를 방지하도록 산화가돌리늄으로 형성될 수 있다.
받침부(110a)에 수합되는 노심용융물은 노내 구조물(110)의 세라믹층(110b) 및 코팅층(110c)에 의해 냉각된다. 이에 따라 외부 구조물에 가해지는 열적 충격이 완화되고, 구조물의 건전성이 유지된다.
지지핀(11)은 원자로(10) 내부의 바닥과 노내 구조물(110) 사이에 배치되어 노내 구조물(110)을 지지한다. 지지핀(11)은 노내 구조물(110)과 원자로(10) 내부의 바닥 사이로 냉각수를 통과시키도록 원자로(10)와 노내 구조물(110) 사이를 이격시킨다. 지지핀(11)은 원자로(10) 내부의 바닥면에 용접되고, 노내 구조물(110)은 지지핀(11) 위에 거치된다. 이에 따라 냉각수는 지지핀(11)에 의해 원자로(10) 내부의 바닥과 노내 구조물(110) 사이에 형성된 공간으로 흐를 수 있다.
도 4는 노즐(124) 및 분배기(128)의 확대 단면도이다.
노즐(124)은 노심용융물에 가스와 냉각수를 동시에 주입하도록 가스주입부(124a)와 냉각수주입부(124b)를 포함한다. 도 1을 참조하면, 가스주입부(124a)와 냉각수주입부(124b)는 각각 가스배관(126a)과 냉각수배관(127a)을 통해 가스탱크(126)와 냉각수탱크(127)로부터 가스와 냉각수를 공급받는다.
노즐(124)은 가스주입부(124a)와 냉각수주입부(124b)가 결합된 복합관이다. 가스주입부(124a)는 노즐(124)의 내부로 가스를 통과시킨다. 냉각수주입부(124b)는 가스주입부(124a)를 감싸도록 형성되며, 가스주입부(124a)와 노즐(124)의 내벽 사이로 냉각수를 통과시킨다.
분배기(128)는 노즐(124)의 출구에 결합된다. 각각 가스주입부(124a)와 냉각수주입부(124b)를 통과하는 가스와 냉각수는 노즐(124)을 통과하는 과정에서 서로 혼합되지 않으나, 분배기(128)를 통과하면서 노심용융물로 동시에 주입될 수 있다. 분배기(128)는 공급받은 가스와 냉각수를 동시에 분사한다.
도 5는 노즐(124)의 사시도이다.
노즐(124)은 가스주입부(124a)와 냉각수주입부(124b)가 결합된 복합관으로, 노즐(124)은 가스주입부(124a)와 냉각수주입부(124b)가 서로 격리되어 통과하도록 형성된다. 가스주입부(124a)는 노즐(124)의 내부에, 냉각수주입부(124b)는 가스주입부(124a)와 동심관을 형성하도록 가스주입부(124a)의 외부를 감싼다.
도 5와 도 1을 참조하면, 가스탱크(126)에서 가스배관(126a)을 통해 노즐(124)의 하부로 공급된 가스는 가스주입부(124a)의 하부에서 상부로 이동되고, 냉각수탱크(127)에서 냉각수배관(127a)을 통해 노즐(124)의 하부로 공급된 냉각수는 냉각수주입부(124b)의 하부에서 상부로 이동된다.
도 6는 분배기(128)의 평면도이다.
분배기(128)는 가스주입부(124a)의 출구에 형성되는 가스주입구(128a)와 냉각수주입부(124b)의 출구에 형성되는 냉각수주입구(128b)를 포함한다. 가스주입구(128a)는 분배기(128)의 가운데에 형성될 수 있고, 냉각수주입구(128b)는 가스주입구(128a)로부터 이격된 위치에 복수개가 형성될 수 있다.
노심용융물의 피동 순차 냉각 장치는 원자로의 내부에서 1차적으로 노심용융물을 냉각하고, 충분히 냉각되지 못한 노심용융물을 원자로의 외부에서 2차적으로 냉각한다.
특히 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치는 노내 및 노외에서 순차적으로 노심용융물을 냉각하므로 고출력을 가지는 원자로의 경우에도 안전하게 노심용융물을 냉각할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명된 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치 및 이를 구비하는 원전은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10 : 원자로 100 : 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치
110 : 노내 구조물 120 : 노외 구조물
110 : 노내 구조물 120 : 노외 구조물
Claims (14)
- 사고 발생시 노심용융물을 수합하도록 속이 빈 반구형으로 형성되어 상기 원자로 내부의 노심 아래에 설치되고, 외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하도록 상기 노심용융물을 1차 냉각하는 노내 구조물; 및
상기 노심용융물에 의해 상기 노내 구조물의 침식이 발생하여 상기 원자로로부터 방출되는 노심용융물을 수합하도록 상기 원자로의 아래에 설치되고, 노심용융물을 2차 냉각하도록 수합된 노심용융물에 냉각수 및 가스를 주입하는 노외 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 제1항에 있어서,
상기 노내 구조물은,
카본 스틸 및 스테인리스 스틸 중 적어도 하나를 모재로 이루어지며, 상기 노내 구조물의 외형을 형성하는 받침부;
외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하도록 상기 노심용융물을 수용하는 상기 받침부의 표면에 도포되는 세라믹층; 및
상기 원자로의 재임계를 방지하도록 상기 세라믹 코팅층의 표면에 도포되는 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 제2항에 있어서,
상기 세라믹층은 산화지르코늄 및 산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 제2항에 있어서,
상기 코팅층은 산화가돌리늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 제1항에 있어서,
상기 원자로로부터 돌출되어 상기 노내 구조물을 지지하도록 상기 원자로의 내부에 설치되고, 상기 노내 구조물의 하부로 상기 노심용융물을 냉각시키는 냉각수를 통과시키도록 상기 원자로와 상기 노내 구조물의 사이를 이격시키는 복수의 지지핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 제1항에 있어서,
상기 노외 구조물은,
상기 원자로로부터 방출되는 노심용융물을 수합하도록 적어도 일부가 상기 원자로의 하부를 감싸는 수합부;
상기 수합부로부터 이격된 위치에서 상기 수합부를 감싸도록 형성되어 상기 노외 구조물이 설치되는 공간을 격납건물의 다른 격실과 격리시키는 원자로 캐비티;
각각 압력차와 중력에 의해 피동적으로 가스와 냉각수를 공급하도록 상기 원자로 캐비티의 어느 일측에 배치되는 가스탱크와 냉각수탱크; 및
상기 가스탱크와 냉각수탱크로부터 각각 가스와 냉각수를 공급받도록 각각 가스배관 및 냉각수배관에 의해 상기 가스탱크 및 냉각수탱크와 연결되고, 노심용융물을 냉각하도록 수합된 노심용융물에 가스와 냉각수를 주입하되 급랭을 방지하도록 가스와 냉각수를 동시에 주입하는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 제6항에 있어서,
상기 수합부는 상기 원자로로부터 방출되는 노심용융물이 상기 수합부로 유입되지 못하고 외부로 이탈되는 것을 방지하도록 입구의 내경이 점점 확장되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 제6항에 있어서,
상기 수합부는, 카본 스틸 및 스테인리스 스틸 중 적어도 하나를 모재로 이루어지며, 외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하도록 상기 노심용융물을 수합하는 표면에 내화성 산화물층이 도포되는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 제8항에 있어서,
상기 내화성 산화물층은 산화지르코늄 및 산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나가 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 제6항에 있어서,
상기 노즐을 덮도록 상기 수합부의 내부에 배치되며, 수합된 노심용융물의 열밀도를 낮추도록 상기 노심용융물과 접촉시 융해되어 상기 노심용융물과 섞이는 희생콘크리트층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 제10항에 있어서,
상기 노즐은, 상기 수합부에 노심용융물이 수합되기 전까지 상기 희생콘크리트에 의해 노즐출구가 차단되도록 적어도 일부가 상기 희생콘크리트층에 삽입되고, 상기 수합부에 노심용융물이 수합되어 상기 희생콘크리트층의 침식이 발생하면 노즐출구가 개방되어 수합된 노심용융물에 가스 및 냉각수를 피동적으로 주입하는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 제6항에 있어서,
상기 노즐은,
상기 가스배관과 연결되어 상기 노즐의 내부로 가스를 통과시키는 가스주입부; 및
상기 가스주입부와 동심관을 형성하도록 상기 가스주입부를 감싸며, 상기 가스주입부와 상기 노즐의 내벽 사이로 냉각수를 통과시키는 냉각수주입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 제12항에 있어서,
상기 노즐의 출구에 결합되는 분배기를 더 포함하고,
상기 분배기는,
상기 가스주입부의 출구에 형성되어 가스를 분사하는 가스주입구; 및
상기 냉각수주입부의 출구에 형성되어 냉각수를 분사하는 냉각수주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치. - 원자로;
상기 원자로로부터 방사능 물질이 대기중으로 방출되는 것을 방지하도록 상기 원자로의 외부에 설치되는 격납건물; 및
상기 격납건물의 내부에 설치되어 다른 격실과 격리되며, 상기 원자로에서 사고 발생시 상기 원자로 내부의 핵연료 또는 구조물의 용융에 의해 형성된 노심용융물 노내 및 노외에서 순차적으로 냉각하는 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치를 포함하고,
상기 노심용융물의 피동 순차 냉각 장치는,
사고 발생시 노심용융물을 수용하도록 속이 빈 반구형으로 형성되어 상기 원자로 내부의 노심 아래에 설치되고, 외부 구조물에 가해지는 열적 충격을 완화하도록 상기 노심용융물을 1차 냉각하는 노내 구조물; 및
상기 노심용융물에 의해 상기 노내 구조물의 침식이 발생하여 상기 원자로로부터 방출되는 노심용융물을 수합하도록 상기 원자로의 아래에 설치되고, 노심용융물을 2차 냉각하도록 수합된 노심용융물에 냉각수 및 가스를 주입하는 노외 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 원전.
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