KR20210108767A

KR20210108767A - 소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물 피동냉각 시스템

Info

Publication number: KR20210108767A
Application number: KR1020200023790A
Authority: KR
Inventors: 임상규; 정의주; 이상원
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-09-03

Abstract

본 발명은 소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물의 피동냉각 시스템에 있어서, 상기 원자로 건물 내에 배치되며 상기 원자로 건물 내에서 발생하는 증기를 냉각시키는 열교환기; 및 상기 원자로건물 내에 위치하며 응축수의 재휘발을 방지하는 재휘발 방지유닛을 포함하는 원자로건물 피동냉각 시스템에 관한 것이다.

Description

소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물 피동냉각 시스템{Passive cooling system of nuclear reactor building with small modular reactor}

본 발명은 소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물 피동냉각 시스템에 관한 것이다.

소형 일체형 원자로에 적용되는 원자로건물은 콘크리트 형태 구조물 혹은 철제형 원자로건물로 이루어져 있다.

기존 상용 원전의 원자로건물 크기 대비 소형 일체형 원자로에 적용되는 원자로건물은 원자로 출력이 대폭 감소한 것에 비해, 원자로건물의 크기가 원자로 출력 감소폭에 비례하여 감소하지 못하였다.

또한 냉각재 상실사고와 같은 사고 발생 시 방사성 물질이 원자로 건물로 방출되며, 시간의 흐름에 따라 요오드 물질 등이 원자로건물 냉각수 내에서 재휘발되어 방사성 물질이 외부로 누출되는 문제점이 있다.

한국 등록특허 제10-1832067호(2018년 02월 19일 등록)

본 발명의 목적은 소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물의 피동냉각 시스템을 제공하는 것이다.

상기 원자로건물은 진공상태를 유지할 수 있다.

외부 냉각수를 수용하는 수조를 더 포함하며, 상기 원자로건물은 상기 외부 냉각수 내에 위치하며, 상기 열교환기를 통해 상기 외부 냉각수가 자연 순환할 수 있다.

상기 원자로건물과 상기 열교환기 사이의 누설을 감지하는 누설 감지기를 더 포함할 수 있다.

상기 재휘발 방지유닛은, 상기 열교환기 하부에 배치되며, 상기 열교환기에서 응축되어 낙하하는 상기 응축수와 접촉하여 상기 응축수의 pH를 증가시킬 수 있다.

상기 재휘발 방지유닛은 인산삼나트륨(TSP)을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물의 피동 냉각 시스템이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물의 피동 냉각시스템을 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물의 피동 냉각시스템의 작동을 나타낸 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.

도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물의 피동 냉각시스템에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물의 피동 냉각시스템을 나타낸 것이다.

원자로건물 피동 냉각 시스템(1)은 열교환기(100), 재휘발 방지유닛(200) 및 누설감지기(300)를 포함한다.

원자로 건물(10)은 소형 일체형 원자로(A)를 수용한다.

소형 일체형 원자로(A)는 소형 모듈 원자로(Small modular reactor, SMR)를 의미하며, 본 발명에서는 내부에 증기 발생기가 배치되어 있는 소형 일체형 원자로가 사용된다.

도면에서 소형 일체형 원자로(A)의 지지를 위한 구성은 도시하지 않았으며, 적절한 구성으로 소형 일체형 원자로(A)를 지지할 수 있다.

원자로 건물(10)은 외부 냉각수가 채워져 있는 수조(T) 내에 위치한다.

원자로 건물(10) 내부는 진공상태를 유지하고 있다.

본 발명의 일실시예에서 진공상태는 1atm을 기준으로 할 때, 0.1atm이하 또는 0.01atm 이하를 말한다.

원자로 건물(10) 내부가 진공상태를 유지함으로써, 종래 진공이 아닌 경우에 비하여 열교환 효율이 향상된다.

종래 공기와 증기가 섞여 있는 상태에서의 열교환 보다는 순수 증기만으로 열 교환할 수 있기 때문에, 열교환 효율이 월등히 향상된다.

원자로 건물(10)은 콘크리트 또는 철제 구조물 형태로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 철제 구조물 형태의 원자로건물(10)이 사용된다.

열교환기(100)는 원자로 건물(10) 내부에 배치되며, 원자로 건물(10) 내에서 발생하는 증기를 냉각시킨다.

열교환기(100)는 내부에 외부 냉각수가 채워져 있으며, 열교환을 통해 외부 냉각수가 열교환기(100) 내에서 자연 순환하게 된다.

도면에서 열교환기(100)가 원자로 건물(10) 측벽 양쪽에 배치되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.

다른 실시예에서는 배치되는 열교환기(100)의 위치가 변경 가능하며, 배치되는 열교환기(100)의 설치 개수 또한 변경 가능하다.

재휘발 방지유닛(200)은 원자로 건물(10) 내에 위치하며, 열교환기(100) 하부에 배치된다.

재휘발 방지유닛(200)은 열교환기(100) 하부에 근접하게 설치되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서는 원자로 건물(10)의 형태, 열교환기(100)의 형태 및 배치에 따라 달라질 수 있다.

도면에서 재휘발 방지유닛(200)의 지지를 위한 구성은 도시하지 않았으며, 적절한 구성으로 재휘발 방지유닛(200)을 지지할 수 있다.

재휘발 방지유닛(200)은 열교환기(100)에서 응축되어 낙하하는 응축수와 접촉하게 된다.

재휘발 방지유닛(200)은 인산삼나트륨(TSP)과 같은 유체의 pH를 조절할 수 있는 알칼리성 물질을 사용한다.

이 때 pH 조절은 pH 7 내지 8, 7 내지 10, 7 내지 12 범위 내에서 조절 가능하다.

도시하시는 않았지만, 알칼리성 물질을 수용하고 응축수와의 적절한 정도의 접촉을 위한 케이스 등이 더 마련될 수도 있다.

누설감지기(300)는 원자로 건물(10)과 열교환기(100) 사이의 누설을 감지하며, 외부 냉각수가 채워져 있는 수조(T)에 배치되어 있을 수 있다.

도시하지는 않았지만 누설감지기(300)에서의 측정값을 입력받아 누설여부/누설정도를 판단하고 운전자에게 통지하는 구성을 더 포함할 수 있다.

도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물의 피동 냉각 시스템의 작동에 관하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물의 피동 냉각시스템의 작동을 나타낸 것이다.

본 발명에서의 원자로 건물(10)은 내부에 공기가 존재하지 않은 진공상태를 유지하고 있다.

냉각재 상실과 같은 사고 발생 시 원자로 건물(10) 내에서는 순수 증기만이 방출되고, 방출된 순수 증기를 통해 열교환기(100)와 외부 냉각수 사이의 열교환이 발생된다.

위와 같이 순수 증기만을 이용한 원자로 건물(10) 내에서의 열교환은, 종래 공기와 증기가 섞여 있는 상태에서의 열교환보다 효율이 월등히 증가하며, 획기적으로 원자로 건물(10) 내 열제거 성능을 증진시킨다.

이 때 열교환기(100)는 원자로 건물(10) 내에서 발생하는 증기를 냉각시키게 된다. 열교환기(100) 표면에는 대량의 응축수가 발생하게 되며, 열교환기(100) 표면에 응축된 응축수는 중력에 의해 원자로건물(10) 하부로 낙하하게 된다.

원자로 건물(10) 하부로 낙하하는 응축수는 재휘발 방지유닛(200)을 통과하게 되며, 재휘발 방지유닛(200)을 통해 열교환기(100)에서 응축되어 낙하하는 응축수의 pH를 7이상으로 높이게 된다.

이러한 pH 조절에 의해 방사성 물질이 용해되어 있는 응축수의 재휘발을 방지하게 되며, 외부로의 방사성 누출이 최소화 된다.

만약, 원자로 건물(10)과 열교환기(100)의 관통부 등에서 누설이 발생할 경우, 누설 감지기(300)를 통해 이를 감지할 수 있게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 피동 냉각 시스템(1)의 적용에 의해, 원자로 건물(1) 내부가 진공상태를 유지함으로써, 사고 발생 시 원자로 건물(10) 냉각계통의 성능을 증진시킬 수 있게 된다.

열교환기(100) 내 냉각수의 자연 순환에 의해 원자로 건물(10)이 피동적으로 냉각되며, 열교환기(100) 하부에 설치되어 있는 재휘발 방지유닛(200)을 통해 응축수의 재휘발을 방지함으로써 방사성 물질 누출을 방지하게 된다.

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

소형 일체형 원자로를 포함하는 원자로건물의 피동냉각 시스템에 있어서,
상기 원자로 건물 내에 배치되며 상기 원자로 건물 내에서 발생하는 증기를 냉각시키는 열교환기; 및
상기 원자로건물 내에 위치하며 응축수의 재휘발을 방지하는 재휘발 방지유닛을 포함하는 원자로건물 피동냉각 시스템.
제1항에서,
상기 원자로건물은 진공상태를 유지하는 원자로건물 피동냉각 시스템.
제1항에서,
외부 냉각수를 수용하는 수조를 더 포함하며,
상기 원자로건물은 상기 외부 냉각수 내에 위치하며,
상기 열교환기를 통해 상기 외부 냉각수가 자연 순환하는 원자로건물 피동 냉각 시스템.
제1항에서,
상기 원자로건물과 상기 열교환기 사이의 누설을 감지하는 누설 감지기를 더 포함하는 원자로건물 피동냉각 시스템.
제1항에서,
상기 재휘발 방지유닛은,
상기 열교환기 하부에 배치되며,
상기 열교환기에서 응축되어 낙하하는 상기 응축수와 접촉하여 상기 응축수의 pH를 증가시키는 원자로건물 피동냉각 시스템.
제5항에서,
상기 재휘발 방지유닛은 인산삼나트륨(TSP)을 포함하는 원자로건물 피동 냉각 시스템.