KR20180131074A - 원자로　외벽　냉각　방법 및 이를 이용한　원자로　외벽　냉각　시스템 - Google Patents

원자로　외벽　냉각　방법 및 이를 이용한　원자로　외벽　냉각　시스템 Download PDF

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KR20180131074A
KR20180131074A KR1020170067631A KR20170067631A KR20180131074A KR 20180131074 A KR20180131074 A KR 20180131074A KR 1020170067631 A KR1020170067631 A KR 1020170067631A KR 20170067631 A KR20170067631 A KR 20170067631A KR 20180131074 A KR20180131074 A KR 20180131074A
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Abstract

본 발명은 고출력 원자로의 외벽 냉각 시, 냉각 성능을 극히 저하시킬 수 있는 임계 열 유속 현상을 해결함과 동시에, 경제성과 안전성 모두를 증진시킬 수 있는, 원자로　외벽　냉각　방법 및 이를 이용한　원자로　외벽　냉각　시스템을 위하여, 내부에 노심 용융물이 수용된, 원자로 용기, 소정의 간격을 두고 상기 원자로 용기의 외벽을 둘러싸는, 열차폐체; 및 상기 열차폐체와 상기 원자로 용기 사이에 충수되는 열전달 오일을 구비하는, 원자로　외벽　냉각　시스템을 제공한다.

Description

원자로　외벽　냉각　방법 및 이를 이용한　원자로　외벽　냉각　시스템{Method For Nuclear Corium Cooling in External Reactor Vessel Cooling System, And Nuclear Corium Cooling System Using The Same}
본 발명은 원자로　외벽　냉각　방법 및 이를 이용한　원자로　외벽　냉각　시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고출력 원자로의 외벽 냉각 시, 냉각 성능을 극히 저하시킬 수 있는 임계 열 유속 현상을 해결함과 동시에, 경제성과 안전성 모두를 증진시킬 수 있는, 원자로　외벽　냉각　방법 및 이를 이용한　원자로　외벽　냉각　시스템에 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.
일반적으로, 외벽 냉각이란 가압 경수로 사고 시, 노심 용융물의 노내 잔류를 위해 원자로 외벽을 냉각시키는 것이다. 고출력 원자로의 경우, 붕괴열 또한 출력에 비례하여 상대적으로 높다. 이렇게 높은 붕괴열은 기존의 냉각방식인 물을 통한 원자로 외벽 냉각 방식에서 임계 열유속 현상을 발생시킬 가능성이 매우 높으며, 임계 열유속 현상이 발생하게 되면 외벽 냉각은 더 이상 그 기능을 제대로 수행하지 못한다.
기존에 존재하는 액체금속을 이용한 외벽 냉각의 경우, 원자로 용기 외부와 원자로 공동의 일부를 모두 액체금속인 갈륨으로 충수해야하기 때문에 경제적 문제가 있다. 하지만 열전달 오일을 사용 할 시, 상대적으로 가격이 저렴하므로 경제적 문제를 해결할 수 있다. 만일, 노심용융물에 서 발생하는 붕괴열이 충분히 제거되지 못한다면 붕괴열은 원자로 용기의 용식을 가속화 시킨다. 또한, 원자로 용기 내부와 외부의 온도차로 인해 열응력이 발생하여 원자로 용기의 파손 가능성이 높아진다.
이와 같이 붕괴열이 계속 축적된다면 이는 원자로 용기의 건전성을 해쳐 결국 노심용융물이 원자로 용기 외부로 유출되게 되며, 이는 사고를 심화시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 붕괴열의 보다 효율적인 제거와 나아가 고출력 원전에 적용 가능한 외벽 냉각 개념에 오일 충수를 통한 열전달 면적 확장 개념을 제안한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 고출력 원자로의 외벽 냉각 시, 냉각 성능을 극히 저하시킬 수 있는 임계 열 유속 현상을 해결함과 동시에, 경제성과 안전성 모두를 증진시킬 수 있는, 원자로　외벽　냉각　방법 및 이를 이용한　원자로　외벽　냉각　시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 내부에 노심 용융물이 수용된, 원자로 용기, 소정의 간격을 두고 상기 원자로 용기의 외벽을 둘러싸는, 열차폐체; 및 상기 열차폐체와 상기 원자로 용기 사이에 충수되는 열전달 오일을 구비하는, 원자로　외벽　냉각　시스템이 제공된다.
본 실시예에 있어서, 내부에 열전달 오일이 수용된 탱크 및 상기 탱크와 연결된 오일 주입 배관을 더 포함하고, 상기 열차폐체와 상기 탱크는 상기 오일 주입 배관을 통해 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 탱크와 연결되어 주기적으로 상기 열전달 오일을 교체하는 오일 교체 배관을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 오일 주입 배관의 개폐여부를 조절하는 오일 주입 밸브 및 상기 오일 교체 배관의 개폐여부를 조절하는 오일 교체 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 탱크는 탄소강을 포함하며, 상기 탱크의 내벽은 스테인리스 강으로 코팅될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 열전달 오일은 열전달률이 0.1W/(m·K)이상일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 내부에 열전달 물질이 수용된 탱크를 준비하는 단계; 내부에 노심 용융물이 채워지는 원자로 용기에 비정상적인 작동이 감지되거나, 원자로 용기에 인가되는 전원이 상실되는 단계; 상기 탱크에 연결되어 상기 탱크의 개폐여부를 조절하는 오일 주입 밸브를 개방하는 단계; 및 상기 탱크에 연결된 오일 주입 배관을 통해, 상기 원자로 용기와 소정의 간격을 두고 상기 원자로 용기의 외벽을 둘러싸는 열차폐체 내부로 상기 열전달 오일이 충수되는 단계를 포함하는. 원자로　외벽　냉각　방법이 제공된다.
본 실시예에 있어서, 상기 열전달 오일이 충수되는 단계는 상기 원자로 용기의 외벽을 상기 열전달 오일로 감싸 상기 원자로 용기 내의 노심 용융물의 붕괴열을 흡수하여 외부로 방출하는 단계일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 탱크와 연결된 오일 교체 배관을 통해 주기적으로 상기 열전달 오일을 교체하는 단계일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 열전달 오일을 교체하는 단계 전에, 상기 오일 교체 배관의 개폐여부를 조절하는 오일 교체 밸브를 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 탱크는 탄소강을 포함하여 제작되며, 상기 탱크의 내벽은 스테인리스 강으로 코팅될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 열전달 오일은 열전달률이 0.1W/(m·K)이상일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
이러한 일반적이고 구체적인 측면이 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램, 또는 어떠한 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램의 조합을 사용하여 실시될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고출력 원자로의 외벽 냉각 시, 냉각 성능을 극히 저하시킬 수 있는 임계 열 유속 현상을 해결함과 동시에, 경제성과 안전성 모두를 증진시킬 수 있는, 원자로　외벽　냉각　방법 및 이를 이용한　원자로　외벽　냉각　시스템을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 원자로 외벽 냉각 시스템의 일부를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 원자로 외벽 냉각 시스템의 일부를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 원자로 외벽 냉각 시스템의 일부를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관한 원자로 외벽 냉각 방법을 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
한편, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 "바로 위에" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 원자로 외벽(100a) 냉각 시스템의 일부를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 원자로 외벽(100a) 냉각 시스템은 내부에 노심 용융물(102)이 채워지는 원자로 용기(100), 소정의 간격을 두고 원자로 용기(100)의 외벽을 둘러싸는 열차폐체(110), 열차폐체(110)와 원자로 용기(100) 사이에 충수되는 열전달 오일(A)을 구비한다.
원자로 용기(100)는 원통 형상의 상부와 반구 형상의 하부가 결합한 구조로서, 내부에 노심 용융물(102)이 수용되어 있다. 도 1에서는,　설명의 편의를 위해 원자로 용기(100)의 구조의 하부만을 개략적으로 도시하고 있으나, 실질의 원자로 용기(100)는 외부로부터 밀폐되어 있다.
열차폐체(110)는 소정의 간격을 두고 원자로 용기(100)의 외벽을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 후술하겠지만, 열차폐체(110)의 내부에는 열전달 오일(A)이 수용되므로, 열차폐체(110)와 원자로 용기(100)의 외벽이 이격된 소정의 간격은, 원자로 용기(100)의 크기와 수용되는 열전달 오일(A)의 양에 따라 다양한 설계로 변형이 가능하다. 이러한 열차폐체(110)는 원자로 용기(100)에서 발생된 높은 붕괴열을 외부로 용이하게 배출할 수 있는 열전도도가 높은 소재로 제작될 수 있으며, 예컨대, 알루미늄, 스테인리스강 등으로 형성될 수 있다.
한편, 도시되어 있지는 않으나, 열차폐체(110) 외부에는 원자로 공동(미도시)이 배치될 수 있다.
상술한 것과 같이, 열차폐체(110)는 소정의 간격을 두고 원자로 용기(100)와 이격되어 원자로 용기(100)의 외벽을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이러한 열차폐체(110)와 원자로 용기(100) 사이에는 열전달 오일(A)이 충수될 수 있다. 이러한 열전달 오일(A)은 원자로 용기(100)에서 발생하는 붕괴열을 외부로 용이하게 전달함으로써 임계 열유속을 방지할 수 있다.
이러한 열전달 오일(A)은 예컨대, 실리콘　오일, HTO, 절연유, 엔진오일, 기어오일,　웜오일 등을 포함할 수 있으며, 일정한 점도의　광유 등을 적용할 수도 있다. 이러한 열전달 오일(A)은 열전달률이 0.1W/(m·K)이상이고, 내열온도가 300℃ 이상이며, 투습도가 4.0g/(m2·24h)이고, 점도가 1cP 미만인 것을 사용하는 것이 바람직하며,　열전달 오일(A)의 물성이 상기 범위를 벗어날 경우, 열적 안정성 확보 성능이 미비해질 우려가 있다.
원자로 용기(100)의 하부에는 원자로 용기(100) 내부의 노심의 출력 분포를 측정하기 위한 노내계측기(130)가 배치될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 노내계측기(130)는 고정형을 사용하나, 경우에 따라 이동형을 사용할 수도 있다. 이와 같이 고정형 노내계측기(130)를 사용하는 경우, 노심의 하부에서 장전되는 하부 탑재형　노내계측기(130)(bottom mounted ICI)와 노심의 상부에서 장전되는 상부 탑재형　노내계측기(130)(top-mounted ICI)를 사용할 수 있는데, 도 1에서는 하부 탑재형 노내계측기(130)를 도시하고 있다.
원자로 용기(100)의 외벽을 감싸는 열차폐체(110)의 하부에는 노심계측기가 관통하는 관통부(140)가 위치할 수 있다. 따라서 노심계측기의 일단은 원자로 용기(100)에 접촉하고, 열차폐체(110) 하부의 관통부(140)를 관통한 노심계측기의 타단은 외부로 노출될 수 있다. 따라서 노심계측기의 적어도 일부는 열전달 오일(A)과 접촉할 수 있다.
한편, 도 1에서는 열차폐체(110) 내에 열전달 오일(A)이 수용된 것을 도시하고 있으나, 열전달 오일(A)이 항상 열차폐체(110) 내에 수용되어 있는 것은 아니다.
구체적으로, 원자로가 정상 운전 시에는 열전달 오일(A)은 후술할 탱크(200)(도 2 참조)에 수용된다. 그러나 원자로에 사고가 발생하거나, 사고 후 원자로에 공급되는 전원이 상실되는 경우 열전달 오일(A)이 열차폐체(110) 내부로 충수될 수 있다. 원자로 용기(100) 내부에는 노심 용융물(102)이 수용되어 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 원자로의 경우 붕괴열 또한 출력에 비례하여 상대적으로 높다. 따라서 원자로에 사고가 발생하거나, 비정상적인 작동으로 인해 원자로에 공급되는 전원이 상실된 경우, 원자로 용기(100)에서 방출되는 붕괴열을 신속하게 외부로 방출하는 것이 중요하다.
이에 본 실시예에 따른 원자로 외벽(100a)　냉각　시스템에서는, 열전달 오일(A)을 이용하여 원자로 용기(100)의 외벽 냉각 전략을 제시한다. 외벽 냉각이란, 가압 경수로 사고 시, 노심 용융물(102)의 노내 잔류를 위해 원자로 외벽(100a)을 냉각시키는 것이다. 기존의 물을 이용한 원자로 외벽(100a) 냉각 방식에서는 임계 열 유속 현상이 발생할 가능성이 매우 높으며, 임계 열 유속 현상이 발생하는 경우 외벽 냉각은 더 이상 그 기능을 정상적으로 수행할 수 없다. 또한, 상술한 물 대신에 갈륨 등의 액체 금속을 활용한 방식에서는 원자로 용기(100)의 외부를 덮도록 원자로 공동의 일부를 액체 금속으로 충수해야 하므로, 경제적인 문제가 있었다. 본 실시예에서는 상술한 문제점들을 종합적으로 해결할 수 있는 원자로 외벽(100a) 냉각 시스템을 제공할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 원자로 외벽(100a) 냉각 시스템의 일부를 개략적으로 도시하는 단면도들이다.
도 2에서는 본 실시예에 따른 원자로가 정상 작동하는 경우를 도시하고 있으며, 도 3에서는 본 실시예에 따른 원자로가 비정상적으로 작동하는 경우를 도시하고 있다. 이때 비정상적 작동이라 함은, 원자로에 사고가 발생하거나 사고로 인해 원자로에 공급되는 전원이 차단된 경우로 이해될 수 있다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 원자로 외벽(100a) 냉각 시스템은 내부에 열전달 오일(A)이 수용된 탱크(200) 및 탱크(200)와 연결된 오일 주입 배관(210)을 더 포함할 수 있다. 전술한 것과 같이, 열전달 오일(A)은 원자로가 정상 작동하는 경우에는 탱크(200)에 수용되어 있다. 탱크(200)는 오일 주입 배관(210)으로 통해 열차폐체(110)와 연결될 수 있으며, 정상 작동 시에는 오일 주입 배관(210)의 개폐여부를 조절하는 오일 주입 밸브(212)에 의해 오일 주입 배관(210)이 폐쇄될 수 있다. 따라서 열전달 오일(A)은 탱크(200) 내부에 저장될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 오일 주입 밸브(212)는 예컨대, 전자석 밸브일 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
탱크(200)는 열전달 오일(A)을 보관하기에 적합한 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어, 탱크(200)는 탄소강을 포함하여 제작될 수 있다. 열전달 오일(A)이 직접 수용되는 탱크(200)의 내벽은 열전달 오일(A)과의 반응을 최소화시키기 위해 스테인리스 강으로 코팅할 수 있다.
한편, 탱크(200)와 연결되어 주기적으로 열전달 오일(A)을 교체하는 오일 교체 배관(230) 및 오일 교체 배관(230)의 개폐여부를 조절하는 오일 교체 밸브(232)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 오일 교체 밸브(232)는 예컨대, 전자석 밸브일 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
탱크(200) 내부에 수용된 열전달 오일(A)은 장기간 탱크(200) 내부에 수용되는 경우, 탱크(200) 하부에 이물질이 응집되기 쉽다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여, 탱크(200) 내부에 수용되는 열전달 오일(A)은 원자로의 핵연료 교체 시기에 맞추어 탱크(200) 정화 과정을 거칠 수 있다. 즉, 열전달 오일(A)은 주기적으로 교체되어야 하며, 교체 시기에 맞추어 오일 교체 밸브(232)가 개방된다. 탱크(200) 내부에 수용되어 있던 열전달 오일(A)은 오일 교체 배관(230)을 통해 외부로 방출되고, 새로운 열전달 오일(A)이 오일 교체 배관(230)을 통해 탱크(200) 내부로 주입될 수 있다. 이러한 과정을 통해 탱크(200) 내부에 열전달 오일(A)을 주기적으로 교체할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 원자로가 비정상적으로 작동하는 경우, 열전달 오일(A)은 열차폐체(110) 내부로 충수될 수 있다. 즉, 열전달 오일(A)이 원자로 용기(100)와 열차폐체(110) 사이의 이격된 공간으로 충수되어 원자로 용기(100)의 외벽을 감싸 원자로 외벽(100a) 냉각이 진행될 수 있다. 상술한 것과 같이, 원자로에 비정상적인 작동이 감지된 경우, 먼저 오일 주입 밸브(212)가 개방되면서, 열전달 오일(A)이 오일 전달 배관을 통해 열차폐체(110) 내부로 충수될 수 있다. 열차폐체(110) 내부로 충수된 열전달 오일(A)은 원자로 용기(100)에서 방출되는 붕괴열을 흡수하여 열차폐체(110) 외부로 방출함으로써, 임계 열유속을 방지하여 원자로의 붕괴열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있게 된다.
지금까지는 원자로 외벽(100a) 냉각 시스템에 대해서만 주로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 이러한 원자로 외벽(100a) 냉각 시스템을 이용한 원자로 외벽(100a) 냉각방법 역시 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관한 원자로 외벽(100a) 냉각 방법을 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 내부에 열전달 물질이 수용된 탱크(200)를 준비하는 단계(S10)를 거칠 수 있다. 이 경우, 열전달 물질을 수용하는 탱크(200)는 열전달 오일(A)을 보관하기에 적합한 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어, 탱크(200)는 탄소강을 포함하여 제작될 수 있다. 열전달 오일(A)이 직접 수용되는 탱크(200)의 내벽은 열전달 오일(A)과의 반응을 최소화시키기 위해 스테인리스 강으로 코팅할 수 있다.
열전달 오일(A)은 예컨대, 실리콘　오일, HTO, 절연유, 엔진오일, 기어오일,　웜오일 등을 포함할 수 있으며, 일정한 점도의　광유 등을 적용할 수도 있다. 이러한 열전달 오일(A)은 열전달률이 0.1W/(m·K)이상이고, 내열온도가 300℃ 이상이며, 투습도가 4.0g/(m2·24h)이고, 점도가 1cP 미만인 것을 사용하는 것이 바람직하며,　열전달 오일(A)의 물성이 상기 범위를 벗어날 경우, 열적 안정성 확보 성능이 미비해질 우려가 있다.
그 후, 내부에 노심 용융물(102)이 채워지는 원자로 용기(100)에 비정상적인 작동이 감지되거나, 원자로 용기(100)에 인가되는 전원이 상실되는 단계(S20)를 거칠 수 있다. 이때 비정상적 작동이라 함은, 원자로에 사고가 발생하거나 사고로 인해 원자로에 공급되는 전원이 차단된 경우로 이해될 수 있다.
이와 같이 원자로 용기(100)에 비정상적인 작동이 감지되는 경우, 탱크(200)에 연결되어 탱크(200)의 개폐여부를 조절하는 오일 주입 밸브(212)를 개방하는 단계(S30)를 거칠 수 있다. 그 후, 탱크(200)에 연결된 오일 주입 배관(210)을 통해, 원자로 용기(100)와 소정의 간격을 두고 원자로 용기(100)의 외벽을 둘러싸는 열차폐체(110) 내부로 열전달 오일(A)이 충수되는 단계(S40)를 거칠 수 있다. 즉, 열전달 오일(A)이 원자로 용기(100)와 열차폐체(110) 사이의 이격된 공간으로 충수되어 원자로 용기(100)의 외벽을 감싸 원자로 외벽(100a) 냉각이 진행될 수 있다. 열차폐체(110) 내부로 충수된 열전달 오일(A)은 원자로 용기(100)에서 방출되는 붕괴열을 흡수하여 열차폐체(110) 외부로 방출함으로써, 임계 열유속을 방지하여 원자로의 붕괴열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있게 된다.
이때, 열전달 오일(A)이 충수되는 단계는 원자로 용기(100)의 외벽을 열전달 오일(A)로 감싸 원자로 용기(100) 내의 노심 용융물(102)의 붕괴열을 흡수하여 외부로 방출하는 단계일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 원자로의 경우 붕괴열 또한 출력에 비례하여 상대적으로 높다. 따라서 원자로에 사고가 발생하거나, 비정상적인 작동으로 인해 원자로에 공급되는 전원이 상실된 경우, 원자로 용기(100)에서 방출되는 붕괴열을 신속하게 외부로 방출하는 것이 중요하다.
이에 본 실시예에 따른 원자로 외벽(100a)　냉각　시스템에서는, 열전달 오일(A)을 이용하여 원자로 용기(100)의 외벽 냉각 전략을 제시한다. 외벽 냉각이란, 가압 경수로 사고 시, 노심 용융물(102)의 노내 잔류를 위해 원자로 외벽(100a)을 냉각시키는 것이다. 기존의 물을 이용한 원자로 외벽(100a) 냉각 방식에서는 임계 열 유속 현상이 발생할 가능성이 매우 높으며, 임계 열 유속 현상이 발생하는 경우 외벽 냉각은 더 이상 그 기능을 정상적으로 수행할 수 없다. 또한, 상술한 물 대신에 갈륨 등의 액체 금속을 활용한 방식에서는 원자로 용기(100)의 외부를 덮도록 원자로 공동의 일부를 액체 금속으로 충수해야 하므로, 경제적인 문제가 있었다. 본 실시예에서는 상술한 문제점들을 종합적으로 해결할 수 있는 원자로 외벽(100a) 냉각 시스템을 제공할 수 있다.
한편, 탱크(200)와 연결된 오일 교체 배관(230)을 통해 주기적으로 열전달 오일(A)을 교체하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다. 또한, 열전달 오일(A)을 교체하는 단계 전에, 오일 교체 배관(230)의 개폐여부를 조절하는 오일 교체 밸브(232)를 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.
탱크(200) 내부에 수용된 열전달 오일(A)은 장기간 탱크(200) 내부에 수용되는 경우, 탱크(200) 하부에 이물질이 응집되기 쉽다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여, 탱크(200) 내부에 수용되는 열전달 오일(A)은 원자로의 핵연료 교체 시기에 맞추어 탱크(200) 정화 과정을 거칠 수 있다. 즉, 열전달 오일(A)은 주기적으로 교체되어야 하며, 교체 시기에 맞추어 오일 교체 밸브(232)가 개방된다. 탱크(200) 내부에 수용되어 있던 열전달 오일(A)은 오일 교체 배관(230)을 통해 외부로 방출되고, 새로운 열전달 오일(A)이 오일 교체 배관(230)을 통해 탱크(200) 내부로 주입될 수 있다. 이러한 과정을 통해 탱크(200) 내부에 열전달 오일(A)을 주기적으로 교체할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것 이다.
A: 열전달 오일
100: 원자로 용기
100a: 원자로 외벽
110: 열차폐체
130: 노내계측기
140: 관통부
200: 탱크
210: 오일 주입 배관
212: 오일 주입 밸브
230: 오일 교체 배관
232: 오일 교체 밸브

Claims (12)

  1. 내부에 노심 용융물이 수용된, 원자로 용기;
    소정의 간격을 두고 상기 원자로 용기의 외벽을 둘러싸는, 열차폐체; 및
    상기 열차폐체와 상기 원자로 용기 사이에 충수되는 열전달 오일;
    을 구비하는, 원자로　외벽　냉각　시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    내부에 열전달 오일이 수용된 탱크 및 상기 탱크와 연결된 오일 주입 배관을 더 포함하고,
    상기 열차폐체와 상기 탱크는 상기 오일 주입 배관을 통해 연결되는, 원자로　외벽　냉각　시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탱크와 연결되어 주기적으로 상기 열전달 오일을 교체하는 오일 교체 배관을 더 포함하는, 원자로　외벽　냉각　시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 오일 주입 배관의 개폐여부를 조절하는 오일 주입 밸브 및 상기 오일 교체 배관의 개폐여부를 조절하는 오일 교체 밸브를 더 포함하는, 원자로　외벽　냉각　시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 탱크는 탄소강을 포함하며, 상기 탱크의 내벽은 스테인리스 강으로 코팅되는, 원자로　외벽　냉각　시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열전달 오일은 열전달률이 0.1W/(m·K)이상인, 원자로 외벽 냉각시스템.
  7. 내부에 열전달 물질이 수용된 탱크를 준비하는 단계;
    내부에 노심 용융물이 채워지는 원자로 용기에 비정상적인 작동이 감지되거나, 원자로 용기에 인가되는 전원이 상실되는 단계;
    상기 탱크에 연결되어 상기 탱크의 개폐여부를 조절하는 오일 주입 밸브를 개방하는 단계; 및
    상기 탱크에 연결된 오일 주입 배관을 통해, 상기 원자로 용기와 소정의 간격을 두고 상기 원자로 용기의 외벽을 둘러싸는 열차폐체 내부로 상기 열전달 오일이 충수되는 단계;
    를 포함하는. 원자로　외벽　냉각　방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열전달 오일이 충수되는 단계는 상기 원자로 용기의 외벽을 상기 열전달 오일로 감싸 상기 원자로 용기 내의 노심 용융물의 붕괴열을 흡수하여 외부로 방출하는 단계인, 원자로 외벽 냉각방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 탱크와 연결된 오일 교체 배관을 통해 주기적으로 상기 열전달 오일을 교체하는 단계인, 원자로 외벽 냉각방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열전달 오일을 교체하는 단계 전에, 상기 오일 교체 배관의 개폐여부를 조절하는 오일 교체 밸브를 개방하는 단계를 더 포함하는, 원자로　외벽　냉각　방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 탱크는 탄소강을 포함하여 제작되며, 상기 탱크의 내벽은 스테인리스 강으로 코팅되는, 원자로　외벽　냉각　방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 열전달 오일은 열전달률이 0.1W/(m·K)이상인, 원자로 외벽 냉각방법.
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