KR20160057546A - 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템이 개시된다. 노심을 내부에 구비하는 원자로용기, 원자로용기의 파손으로 누출되는 노심용융물을 냉각하는 코어캐쳐, 원자로용기 및 코어캐쳐를 포함하는 원자로공동, 원자로공동에 냉각수를 공급하는 원자로 건물내 재장전수탱크(In-Containment Refueling Water Storage Tank, IRWST) 및 원자로공동의 기 설정된 위치까지 공급된 냉각수이 채워지면 냉각수 공급을 차단하는 제어부를 포함한다.

Description

코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템 및 방법{The in-vessel and ex-vessel melt cooling system and method having the core catcher}
본 발명은 노심용융물 냉각 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 원자력 발전소는 보통 100개 이상의 개별적 기능을 가진 계통으로 구성되는데, 이들은 크게 원자로(nuclear reactor)를 중심으로 한 핵증기 공급계통(nuclear steam supply system)과 증기를 공급받아 발전기를 돌리는 터빈, 발전기계통 그리고 기타 부수설비로 구분된다.
여기서, 특히 원자로는 핵분열성 물질의 연쇄 핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위원소 및 플루토늄의 생산, 또는 방사선장 형성 등의 여러 목적에 사용할 수 있도록 만들어진 장치이다. 감속재와 냉각재로 물을 사용하는 가압수형 원자로(pressurized water reactor)는 구조적인 특징에 따라 분리형(loop type) 및 일체형(integral type) 원자로로 구분된다.
분리형 원자로에서는 격납용기 내에 원자로, 가압기, 증기 발생기 및 냉각재펌프가 분리되어 배치되고 이들은 각각 배관을 통해 연결된다. 또한, 증기발생기에는 증기터빈이 배관을 통해 연결되어 증기발생기로부터 공급되는 증기를 이용하여 발전기를 돌림으로써 전기를 생산하게 된다
반면, 일체형 원자로는, 핵증기 공급계통을 구성하는 가압기, 증기발생기, 냉각재펌프 등의 주요 기기가 노심과 함께 동일한 한 개의 원자로용기 내에 외부로 노출되는 배관없이 설치된다. 특히, 노심에서 가열된 냉각제는 냉각재펌프로 공급되고, 이어서 냉각재펌프를 지나면서 흐름 방향이 아래로 바뀌어 증기발생기 상부의 환형공동으로 공급되며, 증기발생기 내에서의 열교환에 의해 냉각된 후, 다시 노심으로 공급되는 순환 과정을 반복하게 된다.
원자력발전소에서 방사능 누출과 관련하여 가장 중요한 사고 중 하나는 원자로냉각계통의 압력 경계가 파손되어 방사성 물질이 외부환경으로 누출되는 냉각재상실사고(Loss of Coolant Accident, LOCA)이다.
종래의 분리형 가압경수로에서는 냉각재상실사고가 발생하는 경우, 고압 및 저압 안전주입펌프로 구성되는 능동계통과, 질소 가스로 가압된 안전주입탱크를 이용한 피동 계통을 조합한 비상노심냉각설비를 활용하여 파단 배관을 통해 빠져나간 원자로 내부의 냉각재를 보충한다.
냉각재상실사고가 발생한 초기에는 원자로 건물내 재장전수탱크(In-Containment Refueling Water Storage Tank, IRWST)로부터 물이 고압 및 저압 주입펌프에 의해 원자로로 주입되고 안전주입탱크의 가압된 물이 피동적으로 원자로로 주입된다. IRWST 및 안전주입탱크의 물이 고갈되는 사고 후기에는 격납용기 내의 집수조에 수집된 물이 고압안전주입펌프를 거쳐 원자로로 주입된다.
기존 원자로의 경우(OPR1000 등), 건물내 저장전탱크(IRWST)가 아닌 재장전수탱크(Refueling Water Storage Tank, RWST) 또는 붕산수저장탱크(Borated Water Storage Tank, BWST)로부터 고압 및 저압 주입 펌프에 의해 안전 주입된다. 현재 개발중인 APR1400 원자로의 경우, IRWST가 RWST로 대체한다.
이와 같이 펌프와 같은 능동 기기에 주로 의존하는 배관파단사고시의 냉각재 보충 방법은 지난 수십년 동안 원자력발전소에 적용되어 성공적으로 운영되어 왔으며, 그 안정성이 입증된 바 있다. 그러나 많은 수의 펌프 및 밸브를 포함하는 능동안전계통의 사용은 원자로 운전 및 운영의 복잡성을 증대시키는 동시에 초기 건설 비용의 증가를 유발하며, 능동펌프를 구동하기 위한 매우 큰 구동전력을 필요로 하기 때문에, 원자력발전소의 경제성을 저하시키는 문제점을 가지고 있다.
이에 따라 원자력발전소의 안정성과 경제성을 획기적으로 향상시킬 필요성이 제기되었으며, 근래에는 이를 만족시키기 위한 다양한 피동개념을 도입한 안전계통이 발명되고 있다. 피동안전계통은 중력, 자연순환, 가스 압축력 등 피동력을 사용하여 계통을 작동시키므로 기존 원자력발전소의 능동안전계통에 비해 발전소의 단순성, 안전성 및 신뢰성을 증진시킬 수 있다.
한국공개특허공보 제10-2009-0021722호는 외부의 찬 공기를 유입시켜 원자로공동에서 전달되는 잔열에 의해 가열된 공기를 대기로 방출하는 공기 냉각장치와 원자로공동에서 전달되는 잔열에 의해 가열된 물을 순환시켜 외부와의 열교환을 통해 냉각시키는 물 냉각장치로 이루어지는 고온가스로의 노심 잔열제거를 위한 공기/물 복합형 피동 원자로공동 냉각장치에 관한 것이다.
한국공개특허공보 제10-2005-0080667호는 원자력발전소에서 중대사고 발생시 노심의 핵연료가 용융되고, 원자로가 파손되어 방사능을 띤 초고온의 용융물이 방출되는 경우, 주변 구조물이 침식되고 작업자의 안전을 위협하거나, 토양이나 수원을 오염시키는 것을 방지하기 위해 방출된 용융물을 피동적으로 냉각 고화시켜서 격실 내에 가두는 노심용융물 피동 냉각 및 가둠장치에 관한 것이다.
한국공개특허공보 제10-2009-0021722호 한국공개특허공보 제10-2005-0080667호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 원자로용기의 파손으로 인해 노심용융물이 누출될 경우, 원자로공동 및 원자로용기 내외를 냉각하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 페블형태의 세라믹, 유리재질 및 산화물 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 코어캐쳐로 노심용융물의 냉각하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 신규 개발 중인 원전인 경우, 원자로 건물내 재장전수탱크(IRWST)를 이용하여 냉각수를 공급하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 기존 원전인 경우, 재장전수탱크(RWST) 또는 바닷물을 이용하여 냉각수를 공급하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템은,
노심을 내부에 구비하는 원자로용기, 상기 원자로용기의 파손으로 누출되는 노심용융물을 냉각하는 코어캐쳐, 상기 원자로용기 및 상기 코어캐쳐를 포함하는 원자로공동, 상기 원자로공동에 냉각수를 공급하는 원자로 건물내 재장전수탱크(In-Containment Refueling Water Storage Tank, IRWST) 및 상기 원자로공동의 기 설정된 위치까지 상기 공급된 냉각수이 채워지면 냉각수 공급을 차단하는 제어부를 포함한다.
상기 코어캐쳐는, 페블(pebble) 형태의 세라믹, 유리재질 및 산화물 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 코어캐쳐는, 상기 노심용융물과 결합하여 유리 형태로 변형되는 것을 특징으로 한다.
상기 원자로공동은, 하나의 격벽을 구비하여 상부와 하부를 구분하되, 상기 상부는 상기 원자로용기를 포함하고, 상기 하부는 상기 코어캐쳐를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 격벽은, 상기 원자로용기의 파손으로 상기 노심용융물이 누출되는 경우, 상기 누출된 노심용융물을 통해 관통되는 것을 특징으로 한다.
상기 원자로공동의 상부는, 기 설정된 높이에 수위센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 원자로공동의 하부와 상기 원자로 건물내 재장전수탱크 사이는 배관으로 연결되며, 상기 배관은 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 원자로 건물내 재장전수탱크는, 상기 원자로공동의 상단보다 높은 위치에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 밸브에 상기 수위센서가 상기 냉각수를 인식하지 않으면 열리도록 지시하고, 상기 냉각수를 인식하면 닫히도록 지시하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 코어캐쳐를 구비한 원자로 용기 내외 노심용융물 냉각 방법은,
원자로용기가 파손되어 노심용융물이 누출되는 단계, 상기 누출된 노심용융물이 원자로공동의 격벽을 관통하는 단계, 상기 관통된 격벽을 통하여 상기 노심용융물이 코어캐쳐와 결합하는 단계, 상기 결합된 노심용융물을 냉각하는 단계 및 상기 원자로용기를 냉각하는 단계를 포함한다.
상기 원자로용기를 냉각하는 단계는, 냉각수가 상기 원자로용기의 내부 및 외부를 냉각하는 것을 특징으로 한다.
상기 원자로용기가 파손된 부분을 통하여 상기 냉각수가 상기 원자로용기의 내부로 유입되어 냉각하는 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 본 발명에 따른 코어캐쳐는,
페블(pebble) 형태의 세라믹, 유리재질 및 산화물 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하고, 노심용융물과 결합하면 유리 형태로 변형하여 핵분열 생성물의 누출을 방지한다.
본 발명에 따른 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템 및 방법은 원자로용기의 파손으로 인해 노심용융물이 누출될 경우, 원자로공동 및 원자로용기 내외를 냉각하여 보다 빠른 냉각을 하여 안정성을 높인다.
또한 페블형태의 세라믹, 유리재질 및 산화물 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 코어캐쳐로 노심용융물의 냉각함으로써 냉각수에서 발생된 증기에 의한 폭발 현상 및 2차적인 핵분열 생성물의 누출을 방지한다.
또한 신규 개발 중인 원전인 경우, 원자로 건물내 재장전수탱크를 이용하여 냉각수를 공급하여 추가적인 물탱크를 설비하지 않아도 된다.
또한 기존 원전인 경우, 재장전수탱크(RWST) 또는 바닷물을 이용하여 냉각수를 공급하기 때문에 추가적인 물탱크를 설비하지 않아도 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노심용융물 냉각 시스템을 설명하는 구성도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노심용융물 냉각 시스템의 비상시 동작 상태를 설명하는 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노심용융물 냉각 방법을 설명하는 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노심용융물 냉각 시스템을 설명하는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 노심용융물 냉각 시스템(1)은 원자로용기(reactor vessel)(100)가 파손되어 누출되는 노심용융물을 냉각한다. 노심용융물 냉각 시스템(1)은 상기 노심용융물을 코어캐쳐(core catcher)(300)와 냉각수(320)를 통해 냉각을 한다. 노심용융물 냉각 시스템(1)은 피동 냉각을 하되, 냉각수(320)의 제어는 능동적일 수 있다.
노심용융물 냉각 시스템(1)은 원자로용기(100), 원자로공동(reactor cavity)(200), 코어캐쳐(300), 원자로 건물내 재장전수탱크(In-Containment Refueling Water Storage Tank, IRWST)(400) 및 제어부(500)을 포함한다.
원자로용기(100)는 노심을 둘러싼 용기로써, 원자로의 노심 및 반사체를 수용하는 강철, 알루미늄, 프리스트레스 콘트리트 등을 포함한다.
원자로공동(200)은 원자로용기(100)를 감싸게 됨으로써 발생되는 공간이며, 본 발명에서는 격벽(250)을 더 포함하여 원자로용기(100)를 둘러싸는 상부와 코어캐쳐(300)를 둘러싸는 하부로 나누어진다. 특히, 원자로공동(200)의 상부는 기 설정된 높이에 수위센서(미도시)를 구비하며, 하부는 IRWST(400)로부터 냉각수를 공급받는 배관과 연결된다.
코어캐쳐(300)은 페블(pebble) 형태의 세라믹, 유리재질 및 산화물 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함한다. 코어캐쳐(300)은 원자로용기(100)의 파손으로 누출된 노심용융물과 결합하여 유리 형태로 변형되어 2차적인 핵분열 생성물의 누출을 방지한다.
IRWST(400)는 원전에서 사용되는 원자로 건물 내에 재장전수탱크이며, 원자로 비상냉각수를 저장한다. IRWST(400)는 내부에 설치된 여과기 집합체를 통해 원자로 비상냉각수의 이물질을 여과하도록 설계된다. IRWST(400)는 상기 기본적인 기능에 원자로공동(200)에 연결되어 원자로용기(100)의 파손으로 누출되는 노심용융물을 냉각시키는 냉각수(320)을 공급한다. 특히, IRWST(400)는 원자로공동(200)의 상단보다 높은 위치에 설치된다. 또한 IRWST(400)는 원자로공동(200)과 배관(420)으로 연결되며, 상기 배관(420)은 밸브(440)을 포함한다.
여기서, 노심용융물 냉각 시스템(1)은 냉각수를 공급하는 구성을 IRWST(400)로 한정하지 않는다. 만약 IRWST(400)을 포함하지 않는 노심용융물 냉각 시스템(1)인 경우, 노심용융물 냉각 시스템(1)은 RWST 또는 바닷물을 이용할 수 있다. 즉, 신규 개발 중인 원자로형(APR1400)인 경우, 냉각수로 IRWST(400)을 이용하지만 기존 원전(OPR1400 등)인 경우, RWST 또는 바닷물을 이용할 수 있다.따라서, 노심용융물 냉각시스템(1)은 추가적인 물탱크를 설비하지 않아도 되기 때문에 비용절감을 할 수 있는 효과가 있다.
제어부(500)는 밸브(440)의 열고 닫음을 제어한다. 따라서, 제어부(550)는 냉각수의 공급을 제어한다. 제어부(500)는 평상시에는 밸브(440)가 열려있도록 지시를 하고, 냉각수(320)가 상기 수위센서까지 공급이 되면 닫히도록 지시를 한다.
노심용융물 냉각 시스템(1)은 평상시, 원자로공동(200)의 격벽(250)에 의해 원자로용기(100)와 코어캐쳐(300)를 상부와 하부로 분리된다. 특히, 원자로공동(200)의 하부는 코어캐쳐(300)와 IRWST(400)에서 공급되는 냉각수(320)로 채워진다. 여기서, 코어캐쳐(300)와 냉각수(320)의 비율은 노심용융물 냉각 시스템(1)의 상황에 맞게 조절될 수 있다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노심용융물 냉각 시스템의 비상시 동작 상태를 설명하는 구성도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 노심용융물 냉각 시스템(1)은 원자로용기(100)이 파손되어 노심용융물(140)이 누출될 경우, 동작을 한다. 즉, 노심용융물 냉각 시스템(1)은 평상시에는 냉각수(320)를 채워진 상태로 유지하다가 원자로용기(100)가 파손되는 경우 냉각을 개시한다.
상기 노심용융물(140)은 노심용해가 발생할 경우, 원자로의 노심이 녹아내려 만들어진 용암과 유사한 혼합물이다. 특히, 노심용융물(140)는 핵연료, 핵분열 생성물, 제어봉 등이 녹아 섞여 있으며, 상기 물질들이 공기, 물, 증기와 반응해 만들어진 화학물질이다.
원자로용기(100)가 파손되는 경우, 원자로용기(100) 안에 있던 노심용융물(140)은 파손부분(120)으로부터 누출된다. 상기 파손부분(120)은 도 2와 같이 원자로용기(100)의 하부로 범위를 한정하지 않으며, 원자로용기(100)의 어느 부분이든 될 수 있다.
상기 누출된 노심용융물(140)은 원자로공동(200)의 격벽(250)에 낙하된다. 이를 통해, 격벽(250)는 점점 녹아서 관통이 되어 원자로공동(200)의 상부와 하부가 연결된다. 이때, 격벽(250)는 1차적으로 노심용융물(140)의 누출되는 속도를 늦춰주는 효과를 준다. 상기 효과를 얻기 위해 격벽(250)의 두께는 0.3m 내지 1m 이며, 바람직하게는 0.5m 이다.
노심용융물 냉각 시스템(1)은 누출된 노심용융물(140)을 코어캐쳐(300)와 냉각수(320)로 냉각을 한다. 노심용융물 냉각 시스템(1)은 노심용융물(140)을 고체화시키며, 폐기물 처리를 용이하게 한다. 또한 노심용융물 냉각 시스템(1)은 증기폭발 사고를 방지한다.
노심용융물(140)은 원자로공동(200)의 격벽(250)에 형성된 관통구(255)를 통과하여 원자로공동(200)의 하부로 이동된다. 노심용융물(140)은 원자로공동(200)의 하부에서 코어캐쳐(300)와 냉각수(320)에 접촉된다. 여기서, 노심용융물(140)은 코어캐쳐(300)와 결합을 하여 유리 형태를 이룬다. 상기 유리 형태를 통하여 핵분열 생성물의 누출을 방지할 수 있다. 또한 노심용융물(140)은 냉각수(320)와 접촉하여 냉각되는 동시에 증기를 발생한다. 하지만 노심용융물(140)은 코어캐쳐(300)와 냉각수(320)의 혼합물과 접촉되기 때문에 증기폭발 사고의 위험을 미연에 방지할 수 있다.
즉, 노심용융물(140)은 코어캐쳐(300)로 인해 냉각수(320)와의 접촉면이 줄어들며, 이를 통해, 다량의 증기가 발생되지 않아서 증기폭발을 방지할 수 있다.
여기서, 코어캐쳐(300)와 냉각수(320)의 비율은 노심용융물 냉각 시스템(1)의 규모 및 설계 환경에 따라 조절될 수 있다.
노심용융물 냉각 시스템(1)은 증발된 냉각수에 대한 냉각수(320)를 공급한다. 노심용융물 냉각 시스템(1)은 IRWST(400)에 저장된 냉각수(320)를 밸브(420)를 통하여 원자로공동(200)의 하부에 공급한다. 이 때, 냉각수(320)의 공급은 중력에 의한 피동적인 공급이다.
따라서, 노심용융물 냉각 시스템(1)은 IRWST(400)의 위치를 원자로공동(200)보다 높은 위치에 배치시킬 수 있다.
노심용융물(140)은 원자로용기(200)의 하부에서 코어캐쳐(300)와 냉각수(320)에 의해 냉각된다. 노심용융물(140)이 원자로공동(200)의 하부에 처음 유입될 때, 도 3과 같이 원자로공동(200)의 하부는 냉각수(320)가 순간적으로 증발되지만 일정 시간이 흐른 후, IRWST(400)에서 공급되는 냉각수(320)에 의해 침수된다.
즉, 노심용융물(140)에 의해 증발되는 냉각수(320)보다 IRWST(400)에 의해 공급되는 냉각수(320)의 양이 더 많다는 것을 의미한다.
노심용융물 냉각 시스템(1)은 격벽(250)에 형성된 관통구(255)를 통해 냉각수(320)를 유입시켜 원자로용기(100) 내외 및 원자로공동(200)의 상부를 냉각한다. 노심용융물 냉각 시스템(1)은 노심용융물(140)로 가열된 원자로용기(100) 내외를 냉각하여 안정성을 높일 수 있다.
노심용융물 냉각 시스템(1)은 원자로공동(200)의 상부에 수위센서를 구비하여 냉각수의 수위를 조절할 수 있다. 또는 노심용융물 냉각 시스템(1)은 IRWST(400)의 배치되는 높이를 조절하여 중력을 이용한 냉각수의 수위를 조절할 수 있다.
원자로용기(100)는 관통구(255)로 유입되는 냉각수(320)에 의해 냉각된다. 특히, 원자로용기(100)는 파손부분(120)으로 냉각수(320)가 유입되며, 이를 통해 원자로용기(100)의 내부가 냉각된다. 또한 원자로용기(100)는 냉각수(320)의 수위가 올라감에 따라 외부도 냉각된다.
여기서, 원자로공동(200)의 상부는 기 설정된 높이에 수위센서를 포함하여 상기 높이만큼 냉각수(320)가 유입되면 냉각수가 차단된다. 상기 차단은 제어부(500)가 밸브(440)에 닫힘을 지시하여 이루어진다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노심용융물 냉각 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 노심용융물 냉각 방법은 원자로용기(100)의 파손으로 누출되는 노심용융물(140)을 코어캐쳐(300)와 냉각수(320)를 통해 냉각을 한다. 노심용융물 냉각 방법은 피동적인 냉각을 하되, 냉각수(320)의 제어는 능동적일 수 있다.
노심용융물 냉각 방법은 하기 순서에 따라 수행될 수 있다.
제1 단계는 원자로용기(100)가 파손되어 노심용융물(140)이 누출된다.
제1 단계는 원자로용기(100) 안의 노심용융물(140)의 고온에 의해 원자로용기(100)가 파손된다. 여기서, 노심용융물(140)은 2800℃ 내지 3200℃의 온도이고, 원자로용기(100)는 약 1200℃의 온도까지 보관을 한다.
즉, 제1 단계는 원자로용기(100)이 노심용융물(140)의 온도를 감당하지 못하고 생기는 파손으로 인해 발생된다.
제2 단계는 누출된 노심용융물(140)이 원자로공동(200)의 격벽(250)을 관통한다.
제2 단계는 제1 단계에서 누출된 노심용융물(140)이 원자로공동(200)에 낙하된다. 제2 단계는 원자로공동(200)의 격벽(250)이 노심용융물(140)의 고온으로 인해 융해되어 관통이 된다. 이로 인해, 제2 단계는 원자로공동(200)의 상부와 하부를 하나로 공간으로 만든다.
제3 단계는 관통된 격벽(250)을 통하여 노심용융물(140)이 코어캐쳐(300)와 결합한다.
제3 단계는 제2 단계에서 관통된 격벽(250)으로 노심용융물(140)이 코어캐쳐(300)와 결합하며 냉각한다. 제3 단계는 노심용융물(140)이 코어캐쳐(300)와 결합에 의한 냉각뿐만 아니라 냉각수(320)에 의해 냉각된다. 이 때, 냉각수(320)와 노심용융물(140)이 접촉되면서 증기가 발생한다. 상기 증기는 코어캐쳐(300)로 인해 줄어든 접촉면때문에 다량이 발생되지 않는다.
제3 단계는 노심용융물(140)을 코어캐쳐(300)와 결합시켜 유리 형태로 변형한다. 이를 통해, 제3 단계는 노심용융물(140)을 유동을 제한할 수 있다.
제4 단계는 결합된 노심용융물(140)을 냉각한다.
제4 단계는 IRWST(400)에서 공급되는 냉각수(320)를 통하여 노심용융물(140)을 냉각한다. 제4 단계는 제3 단계에서 증발된 냉각수의 양만큼 IRWST(400)로부터 냉각수(320)를 공급받는다. 여기서 상기 공급되는 방법은 중력에 의한 피동적인 공급일 수 있다. 제4 단계는 노심용융물(140)을 고체화시키며, 이를 통해 폐기물 처리를 용이하게 한다.
제5 단계는 원자로용기(100)를 냉각한다.
제5 단계는 제2 단계에서 생성된 관통구(255)를 통해 냉각수(320)이 유입되어 원자로용기(100)를 냉각한다. 특히, 제5 단계는 원자로용기(100)의 파손부분(120)으로도 냉각수(320)가 유입되어 원자로용기(100) 내외를 전부 냉각시킨다.
이 때, 원자로공동(200)에 구비된 수위센서에 냉각수(320)가 감지되면 밸브(440)가 제어부(500)에 의해 닫아져서 더 이상의 냉각수(320) 공급이 이루어지지 않을 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1: 노심용융물 냉각 시스템
100: 원자로용기
120: 파손부분
140: 노심용융물
200: 원자로공동
250: 격벽
255: 관통구
300: 코어캐쳐
320: 냉각수
400: IRWST
420: 배관
440: 밸브
500: 제어부

Claims (13)

  1. 노심을 내부에 구비하는 원자로용기;
    상기 원자로용기의 파손으로 누출되는 노심용융물을 냉각하는 코어캐쳐;
    상기 원자로용기 및 상기 코어캐쳐를 포함하는 원자로공동;
    상기 원자로공동에 냉각수를 공급하는 원자로 건물내 재장전수탱크(In-Containment Refueling Water Storage Tank, IRWST); 및
    상기 원자로공동의 기 설정된 위치까지 상기 공급된 냉각수이 채워지면 냉각수 공급을 차단하는 제어부를 포함하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코어캐쳐는,
    페블(pebble) 형태의 세라믹, 유리재질 및 산화물 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 코어캐쳐는,
    상기 노심용융물과 결합하여 유리 형태로 변형되는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 원자로공동은,
    하나의 격벽을 구비하여 상부와 하부를 구분하되, 상기 상부는 상기 원자로용기를 포함하고, 상기 하부는 상기 코어캐쳐를 포함하는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 격벽은,
    상기 원자로용기의 파손으로 상기 노심용융물이 누출되는 경우, 상기 누출된 노심용융물을 통해 관통되는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 원자로공동의 상부는,
    기 설정된 높이에 수위센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 원자로공동의 하부와 상기 원자로 건물내 재장전수탱크 사이는 배관으로 연결되며, 상기 배관은 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 원자로 건물내 재장전수탱크는,
    상기 원자로공동의 상단보다 높은 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 밸브에 상기 수위센서가 상기 냉각수를 인식하지 않으면 열리도록 지시하고, 상기 냉각수를 인식하면 닫히도록 지시하는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 시스템.
  10. 원자로용기가 파손되어 노심용융물이 누출되는 단계;
    상기 누출된 노심용융물이 원자로공동의 격벽을 관통하는 단계;
    상기 관통된 격벽을 통하여 상기 노심용융물이 코어캐쳐와 결합하는 단계;
    상기 결합된 노심용융물을 냉각하는 단계; 및
    상기 원자로용기를 냉각하는 단계를 포함하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 원자로용기를 냉각하는 단계는,
    냉각수가 상기 원자로용기의 내부 및 외부를 냉각하는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 원자로용기가 파손된 부분을 통하여 상기 냉각수가 상기 원자로용기의 내부로 유입되어 냉각하는 것을 특징으로 하는 코어캐쳐를 구비한 원자로용기 내외 노심용융물 냉각 방법.
  13. 페블(pebble) 형태의 세라믹, 유리재질 및 산화물 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하고, 노심용융물과 결합하면 유리 형태로 변형하여 핵분열 생성물의 누출을 방지하는 코어캐쳐.

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