KR20220125926A - Reactor having 2 step heat exchange natural circulation cooling system and method for operating the same reactor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 2단 열교환에 의한 자연순환 냉각계통을 가지는 원자로 및 그 작동방법에 관한 것으로, 원자로 이상 발생 시 운전원의 조작 없이도 피동적으로 과도 발생된 열을 냉각할 수 있도록 하되, 이러한 안전 조처를 위한 냉각 동작이 별도의 제어 지시 없이 원자로 구조 및 압력 등의 환경 조건 변화에 의해 완전 피동적으로 이루어질 수 있도록 하며, 더불어 기존의 원자로 안전계통에 비하여 좀더 간소한 구조로 이루어지는 냉각계통을 가지는 원자로 및 그 작동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nuclear reactor having a natural circulation cooling system by two-stage heat exchange and an operating method thereof, and it is possible to cool the excessively generated heat passively without an operator's operation when a reactor abnormality occurs, but cooling for such safety measures It enables the operation to be completely passively performed by changes in environmental conditions such as reactor structure and pressure without separate control instructions. In addition, the reactor has a cooling system with a simpler structure compared to the existing nuclear reactor safety system and its operation method. it's about
원자력 발전은 핵분열 시 발생되는 에너지를 이용해 터빈을 돌려 전기 에너지를 생산하는 방식으로 이루어진다. 도 1은 일반적인 원자력 발전의 원리를 간략하게 도시하고 있다. 압력 용기(또는 원자로용기라고 칭함)내의 핵연료가 핵분열함에 의해 엄청난 열에너지가 발생되는데, 이 열에너지는 압력 용기 내의 냉각재로 전달되며, 냉각재는 도 1에 진한 화살표로 표시된 바와 같이 압력 용기로부터 배출되어 열교환기를 거쳐 다시 압력 용기로 유입되는 방향으로 순환된다. 냉각재가 가지고 있는 열에너지는 열교환기를 통과하면서 증기발생기로 전달되며, 증기발생기 내의 물은 열에너지에 의해 고온 고압의 증기로 상변화를 일으킨다. 이와 같이 발생된 고온 고압의 증기는 도 1의 연한 화살표로 표시된 바와 같이 터빈으로 공급되며, 이 증기의 힘에 의해 터빈이 회전하며, 터빈과 연결되어 있는 발전기도 함께 회전함으로써 발전이 이루어진다. 터빈을 회전시킴으로써 에너지를 상실한 증기는 다시 상변화를 일으켜 물이 되는데, 이 물은 도 1의 연한 화살표로 표시된 바와 같이 증기발생기로 재유입됨으로써 역시 순환이 이루어지게 된다.Nuclear power generation is achieved by using the energy generated during nuclear fission to turn a turbine to produce electrical energy. 1 schematically shows the principle of a general nuclear power generation. The fission of nuclear fuel in the pressure vessel (or referred to as the reactor vessel) generates a tremendous amount of thermal energy, which is transferred to the coolant in the pressure vessel, which is discharged from the pressure vessel as indicated by the dark arrow in FIG. and then circulates in the direction it flows back into the pressure vessel. The thermal energy of the coolant is transferred to the steam generator as it passes through the heat exchanger, and the water in the steam generator causes a phase change into high-temperature and high-pressure steam by thermal energy. The generated high-temperature and high-pressure steam is supplied to the turbine as indicated by the soft arrow in FIG. 1 , and the turbine rotates by the power of the steam, and the generator connected to the turbine also rotates to generate power. Steam, which has lost energy by rotating the turbine, causes a phase change to become water again, and this water is re-introduced into the steam generator as indicated by the light arrow in FIG.
상술한 바와 같이 원자로에서는 엄청난 열에너지가 발생되며, 원자로에서 사고가 발생하여 정상적으로 작동하지 않을 경우 이 열에너지에 의해 원자로 시설 자체가 파괴되는 대형 사고가 발생할 위험성이 있다. 따라서 원자로에는 원자로의 손상이 발생했을 경우 원자로를 급속히 냉각해 주기 위한 다양한 안전계통들이 필수적으로 구비된다. 이러한 안전계통들은 원자로의 각부에 냉각재를 보충 공급하는 형태 및 냉각재를 적절한 유로를 따라 순환시켜 원자로의 각부로부터 열을 흡수하여 최종적으로는 외부의 히트 싱크(heat sink)에 버리는 형태로 이루어진다. 이 때, 원자로의 각부와 직접 접촉되었던 냉각재는 환경에 위험한 방사능 물질을 함유하고 있으므로, 이 냉각재 자체가 직접 외부로 배출되어서는 안되며, 단지 열만을 외부로 버릴 수 있도록 구성되어야 한다. 이와 같이 원자로 안전계통에서 외부의 히트 싱크에 열을 버리기 위한 열교환기를, 원자로 기술분야에서는 통상적으로 잔열 제거용 열교환기라고 칭하기도 한다.As described above, a nuclear reactor generates enormous thermal energy, and when an accident occurs in the nuclear reactor and does not operate normally, there is a risk of a large-scale accident in which the reactor facility itself is destroyed by this thermal energy. Therefore, various safety systems for rapidly cooling the nuclear reactor in case of damage to the nuclear reactor are essential in the nuclear reactor. These safety systems are in the form of supplementing and supplying coolant to each part of the nuclear reactor, circulating the coolant along an appropriate flow path, absorbing heat from each part of the reactor, and finally disposing of it to an external heat sink. At this time, since the coolant that has been in direct contact with each part of the nuclear reactor contains radioactive materials dangerous to the environment, the coolant itself should not be directly discharged to the outside, but only heat should be disposed of to the outside. As such, a heat exchanger for dissipating heat to an external heat sink in the nuclear reactor safety system is commonly referred to as a heat exchanger for removing residual heat in the nuclear reactor technology field.
상술한 바와 같은 잔열 제거용 열교환기에 있어서, 도 2와 같은 형태의 열교환기도 많이 사용된다. 도 2에 도시된 바와 같이 잔열 제거용 열교환기는, 고온유체가 흐르는 유로(1)가 내부에 냉각재를 수용하는 풀(pool) 형태의 수조(2) 내에 구비된 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 구성을 통해 잔열 제거용 열교환기는, 유로(1) 내를 흐르는 고온유체로부터 수조(2) 내의 냉각재로 열이 전달됨으로써, 결과적으로 고온유체의 냉각이 이루어지게 된다. 고온유체의 열이 상기 유로(1) 주변의 냉각재로 전달됨에 있어서, 대류에 의한 열전달이 이루어지기도 하고, 또한 고온유체의 온도가 매우 높을 경우 상기 유로(1) 주변의 냉각재가 비등됨으로써 열전달이 이루어지기도 한다. 냉각재가 비등된다는 것은 냉각재가 고온유체로부터 그만큼의 증발열을 흡수했다는 것으로서, 대류 열전달에 비해 더욱 높은 효율로 열을 흡수할 수 있다. 한국특허등록 제1490177호("피동잔열제거계통 및 이를 구비하는 원전", 2015.01.30.) 등에 잔열을 제거하기 위한 냉각계통이 구비되는 원자로 구성이 다양하게 개시되어 있다.In the heat exchanger for removing residual heat as described above, a heat exchanger of the form shown in FIG. 2 is also widely used. As shown in FIG. 2 , the heat exchanger for removing residual heat may have a type in which a flow path 1 through which a high-temperature fluid flows is provided in a pool-
잔열제거는 원자로 손상 발생과 같은 사고 상황에서 최대한 신속하고 효율적으로 이루어져야 하는 것으로, 보다 냉각 효율을 높이고자 하는 요구는 항상 계속되어 왔다. 즉 기존의 안전계통보다 더욱 냉각 효율을 향상시킬 수 있고, 운전원의 별도 제어 조작을 필요로 하지 않고 완전 피동적으로 작동이 가능하며, 더불어 기존의 원자로 안전계통에 비하여 좀더 간소한 구조로 이루어지는, 원자로 안전계통에 대한 연구 개발은 지속적으로 이루어지고 있다.Residual heat removal should be done as quickly and efficiently as possible in an accident situation such as damage to a nuclear reactor, and there has always been a demand for higher cooling efficiency. That is, the cooling efficiency can be further improved than that of the existing safety system, and it can be operated completely passively without requiring a separate control operation by the operator. Research and development on the system is continuously being made.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 2단 가열 및 냉각에 의한 열교환방식을 통해 자연대류 순환의 유량은 증가시키고 내부 압력은 낮출 수 있어 기존의 1단 열교환방식에 비해 냉각효율을 크게 향상시킬 수 있는, 2단 열교환에 의한 자연순환 냉각계통을 가지는 원자로 및 그 작동방법을 제공함에 있다.Therefore, the present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to increase the flow rate of natural convection circulation and lower the internal pressure through a heat exchange method by two-stage heating and cooling. It is to provide a nuclear reactor having a natural circulation cooling system by two-stage heat exchange, which can greatly improve cooling efficiency compared to the existing one-stage heat exchange method, and an operating method thereof.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2단 열교환에 의한 자연순환 냉각계통을 가지는 원자로는, 원자로노심(151)을 수용하는 원자로용기(152), 증기관(154) 및 급수관(155)이 연결된 증기발생기(153)를 포함하여 이루어지는 원자로구동계통(150) 및 상기 원자로용기(152)를 수용하는 원자로단열용기(111)를 하부에 수용하는 원자로격납용기(110); 상기 원자로격납용기(110) 외측 상부에 배치되며, 격벽(121)에 의해 내부공간이 상하로 나뉘어 상측공간(V1) 및 하측공간(V2) 각각에 냉각수가 저장되되, 외부냉각수가 외부냉각수급수관(122)을 통해 유입되어 외부냉각수배수관(123)을 통해 배출되는 유로가 상기 하측공간(V2) 및 상기 상측공간(V1)을 순차적으로 통과하도록 배치되고, 상기 상측공간(V1) 내의 상기 유로 상에 상측외부냉각수열교환기(124)가 구비되고, 상기 하측공간(V2) 내의 상기 유로 상에 하측외부냉각수열교환기(125)가 구비되는 냉각수저장용기(120); 일단이 상기 원자로단열용기(111) 상부와 연통되고 타단이 상기 상측공간(V1) 내에 배치되어 상기 원자로단열용기(111)에서 발생된 증기를 상기 상측공간(V1)으로 유통시키는 제1냉각수순환관(131), 일단이 상기 상측공간(V1) 상측에 배치되고 타단이 상기 하측공간(V2)과 연통되어 상기 상측공간(V1)에 수용된 냉각수 또는 증기의 응축수를 상기 하측공간(V2)으로 유통시키는 제2냉각수순환관(132), 일단이 상기 하측공간(V2) 하부와 연통되고 타단이 상기 원자로단열용기(111) 하부와 연통되어 상기 하측공간(V2)에 수용된 냉각수를 상기 원자로단열용기(111)로 유통시키는 제3냉각수순환관(133)을 포함하는 냉각수순환계통(130); 을 포함하여 이루어지는 원자로안전계통(100)을 포함할 수 있다.A nuclear reactor having a natural circulation cooling system by a two-stage heat exchange of the present invention for achieving the above object, a reactor vessel 152 accommodating the
이 때 상기 원자로안전계통(100)은, 상기 냉각수순환계통(130)을 통해 상기 원자로단열용기(111) 내로 유입된 냉각수가 증기 또는 냉각수의 형태로 상기 상측공간(V1) 및 상기 하측공간(V2)을 순차적으로 통과하면서, 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 및 상기 하측외부냉각수열교환기(125)와 2단에 걸쳐 열교환되도록 형성될 수 있다.At this time, the
또한 상기 냉각수저장용기(120)는, 상기 제2냉각수순환관(132)를 둘러싸도록 형성되되 하부가 개방되어 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 하부를 통해 유통가능하게 형성되는 물증기분리벽(126), 상기 상측공간(V1) 내에 배치된 상기 상측외부냉각수열교환기(124)에 증기를 분사하도록 상기 제1냉각수순환관(131) 타단 측에 구비되는 증기분사노즐(127)을 포함할 수 있다.In addition, the cooling
이 때 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 유통되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사된 증기가 상기 상측공간(V1) 상부로 모여 압력을 형성하고, 상기 상측공간(V1) 상부의 압력에 의해 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 상기 물증기분리벽(126)의 하부로 유입되며, 유입된 냉각수에 의해 상기 물증기분리벽(126) 내의 수위가 상승하여 상기 상측공간(V1) 상측에 배치된 상기 제2냉각수순환관(132)의 일단으로 냉각수가 배출가능하도록 형성될 수 있다.At this time, the steam circulated through the first
또한 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 유통되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사된 증기가 상기 상측외부냉각수열교환기(124)에 접촉되어 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 내를 유통하는 외부냉각수로 열이 흡수됨으로써 증기가 액상으로 응축되는, 이상유동 열전달 현상(two-phase heat transfer mechanism)에 의해 열전달이 이루어질 수 있다.In addition, the steam circulated through the first cooling
또한 평상상태 시, 상기 증기관(154)에 구비된 증기관밸브(154v) 및 상기 급수관(155)에 구비된 급수관밸브(155v)가 개방되고, 상기 제1냉각수순환관(131)에 구비된 제1냉각수순환밸브(131v) 및 상기 제3냉각수순환관(133)에 구비된 제3냉각수순환밸브(133v)가 폐쇄되며, 사고상태 시, 상기 증기관밸브(154v) 및 상기 급수관밸브(155v)가 폐쇄되고, 상기 제1냉각수순환밸브(131v) 및 상기 제3냉각수순환밸브(133v)가 개방될 수 있다.In addition, in the normal state, the
또한 상기 원자로안전계통(100)은, 일단이 잔열냉각관(141)을 통해 상기 증기발생기(153) 일측과 연결되고 타단이 잔열귀환관(142)을 통해 상기 증기발생기(153) 타측과 연결되며, 상기 상측공간(V1) 내에 배치되어 상기 증기발생기(153) 내의 열교환매체가 순환유통되면서 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수로 잔열을 버리도록 형성되는 잔열냉각열교환기(140); 를 더 포함할 수 있다.In addition, the
이 때 평상상태 시, 상기 잔열냉각관(141)에 구비된 잔열냉각밸브(141v) 및 상기 잔열귀환관(142)에 구비된 잔열귀환밸브(142v)가 폐쇄되며, 사고상태 시, 상기 잔열냉각밸브(141v) 및 상기 잔열귀환밸브(142v)가 개방될 수 있다.At this time, in a normal state, the residual
또한 상기 원자로단열용기(111)는, 일단이 상기 원자로단열용기(111) 하부에 연결되고 타단이 상기 원자로격납용기(110) 내 공간으로 개방되어 상기 원자로단열용기(111) 내의 기체를 배출하는 단열용기기체배출관(112)이 구비될 수 있다.In addition, the reactor thermal insulation vessel 111 has one end connected to the lower portion of the reactor thermal insulation vessel 111 and the other end open to the space within the nuclear
이 때 평상상태 시, 상기 단열용기기체배출관(112)에 구비된 단열용기기체배출밸브(112v)가 폐쇄되며, 사고상태 시, 상기 단열용기기체배출밸브(112v)가 개방될 수 있다.At this time, in a normal state, the insulated container
또한 본 발명의 2단 열교환에 의한 자연순환 냉각계통을 가지는 원자로의 작동방법은, 상술한 바와 같은 원자로의 작동방법에 있어서, 사고상태 시, 상기 제3냉각수순환관(133)을 통해 상기 하측공간(V2)에 수용된 냉각수가 상기 원자로단열용기(111)로 유입되어 상기 원자로구동계통(150)에서 발생된 열에 의해 증기로 변화하는 원자로발생열흡수단계; 상기 원자로단열용기(111) 내의 증기가 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 상기 상측공간(V1)으로 유입되는 1단열교환단계; 상기 상측공간(V1)에 유입된 증기로 인하여 상기 상측공간(V1) 내 압력이 증가하고 상기 하측공간(V1)으로부터 상기 원자로단열용기(111)로 냉각수가 배출됨에 따라 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 상기 제2냉각수순환관(132)을 통해 상기 하측공간(V2)으로 유입되는 2단열교환단계; 를 포함할 수 있다.In addition, in the operating method of the nuclear reactor having a natural circulation cooling system by the two-stage heat exchange of the present invention, in the operation method of the nuclear reactor as described above, in the case of an accident, the lower space through the third
또한 상기 1단열교환단계에서, 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 상기 상측공간(V1)으로 유입된 증기가 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 내의 외부냉각수와 열교환하며, 상기 2단열교환단계에서, 상기 제2냉각수순환관(132)을 통해 상기 하측공간(V2)으로 유입된 냉각수 또는 증기의 응축수가 상기 하측외부냉각수열교환기(125) 내의 외부냉각수와 열교환할 수 있다.In addition, in the first adiabatic heat exchange step, the steam introduced into the upper space V1 through the first cooling
또한 상기 냉각수저장용기(120)는, 상기 제2냉각수순환관(132)를 둘러싸도록 형성되되 하부가 개방되어 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 하부를 통해 유통가능하게 형성되는 물증기분리벽(126), 상기 상측공간(V1) 내에 배치된 상기 상측외부냉각수열교환기(124)에 증기를 분사하도록 상기 제1냉각수순환관(131) 타단 측에 구비되는 증기분사노즐(127)을 포함하며, 상기 1단열교환단계는, 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 유통되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사된 증기가 상기 상측공간(V1) 상부로 모여 압력을 형성하는 단계, 상기 상측공간(V1) 상부의 압력에 의해 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 상기 물증기분리벽(126)의 하부로 유입되는 단계, 유입된 냉각수에 의해 상기 물증기분리벽(126) 내의 수위가 상승하여 상기 상측공간(V1) 상측에 배치된 상기 제2냉각수순환관(132)의 일단으로 냉각수가 배출되는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the cooling
또한 상기 1단열교환단계는, 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 유통되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사된 증기가 상기 상측외부냉각수열교환기(124)에 접촉되는 단계, 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 내를 유통하는 외부냉각수로 열이 흡수됨으로써 증기가 액상으로 응축되는, 이상유동 열전달 현상(two-phase heat transfer mechanism)에 의해 열전달이 이루어지는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in the first adiabatic heat exchange step, the steam circulated through the first cooling
또한 상기 원자로안전계통(100)은, 일단이 잔열냉각관(141)을 통해 상기 증기발생기(153) 일측과 연결되고 타단이 잔열귀환관(142)을 통해 상기 증기발생기(153) 타측과 연결되며, 상기 상측공간(V1) 내에 배치되어 상기 증기발생기(153) 내의 열교환매체가 순환유통되면서 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수로 잔열을 버리도록 형성되는 잔열냉각열교환기(140); 를 더 포함하며, 상기 원자로의 작동방법은, 상기 증기발생기(153) 내의 열교환매체가 상기 잔열냉각관(141)을 통해 상기 잔열냉각열교환기(140)로 유통되는 단계, 상기 잔열냉각열교환기(140) 내의 열교환매체가 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수와 열교환하여 잔열을 버리는 단계, 상기 잔열냉각열교환기(140) 내의 열교환매체가 상기 잔열귀환관(142)을 통해 상기 증기발생기(153)로 귀환하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the
또한 상기 원자로단열용기(111)는, 일단이 상기 원자로단열용기(111) 하부에 연결되고 타단이 상기 원자로격납용기(110) 내 공간으로 개방되어 상기 원자로단열용기(111) 내의 기체를 배출하는 단열용기기체배출관(112)이 구비되며, 상기 원자로의 작동방법은, 사고상태 시, 상기 원자로발생열흡수단계 이전에, 상기 단열용기기체배출관(112)을 통해 상기 원자로단열용기(111) 내의 기체가 상기 원자로격납용기(110) 내 공간으로 배출되는 기체배출단계; 를 포함할 수 있다.In addition, the reactor thermal insulation vessel 111 has one end connected to the lower portion of the reactor thermal insulation vessel 111 and the other end open to the space within the nuclear
본 발명에 의하면, 2단 가열 및 냉각에 의한 열교환방식을 통해 자연대류 순환의 유량은 증가시키고 내부 압력은 낮출 수 있는 큰 효과가 있다. 이에 따라 당연히 기존의 1단 열교환방식에 비해 냉각효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is a great effect of increasing the flow rate of natural convection circulation and lowering the internal pressure through the heat exchange method by two-stage heating and cooling. Accordingly, of course, there is an effect that can greatly improve the cooling efficiency compared to the conventional one-stage heat exchange method.
도 1은 일반적인 원자력 발전 원리.
도 2는 기존의 잔열 제거용 열교환기 구성.
도 3 및 도 4는 본 발명의 원자로의 평상상태.
도 5는 이상유동 열전달 현상의 원리.
도 6은 본 발명의 원자로의 사고상태.1 is a general principle of nuclear power generation.
2 is a configuration of a conventional heat exchanger for removing residual heat.
3 and 4 are the normal state of the nuclear reactor of the present invention.
5 is a principle of the ideal flow heat transfer phenomenon.
6 is an accident state of the nuclear reactor of the present invention.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 2단 열교환에 의한 자연순환 냉각계통을 가지는 원자로 및 그 작동방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a nuclear reactor having a natural circulation cooling system by two-stage heat exchange according to the present invention having the configuration as described above and an operation method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[1] 본 발명의 2단 열교환에 의한 자연순환 냉각계통을 가지는 원자로[1] Reactor having a natural circulation cooling system by two-stage heat exchange of the present invention
도 3 및 도 4는 본 발명의 원자로의 평상상태를 도시한 것으로, 먼저 도 3 및 도 4를 통해 본 발명의 원자로의 장치적 구성에 대하여 설명한다. 여기에서는 각부의 배치 및 연결관계에 중점을 두어 설명하되, 이후 [2]절의 작동방법 설명에서 각부의 역할에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.3 and 4 show a normal state of the nuclear reactor of the present invention. First, the device configuration of the nuclear reactor of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4 . Here, the description will focus on the arrangement and connection of each part, but the role of each part will be described in more detail later in the description of the operation method in Section [2] .
본 발명의 원자로는, 도 3에 도시된 바와 같이 기본적으로 원자로구동계통(150) 및 원자로안전계통(100)을 포함한다.The nuclear reactor of the present invention basically includes a nuclear
상기 원자로구동계통(150)은 원자로노심(151)을 수용하는 원자로용기(152), 증기관(154) 및 급수관(155)이 연결된 증기발생기(153)를 포함하여 이루어지는 것으로, 도 1로 설명된 바와 같은 일반적인 원자로구동계통과 구성이 동일하다. 즉 상기 급수관(155)을 통해 상기 증기발생기(153)로 유입된 열교환매체가 상기 원자로노심(151)에서 발생된 열을 흡수하여 고온 고압의 기체가 되며, 이 기체가 상기 증기관(154)을 통해 배출되어 외부에 구비된 발전기 터빈을 구동시키도록 이루어진다. 상기 증기관(154)에는 증기관밸브(154v)가, 상기 급수관(155)에는 급수관밸브(155v)가 구비되어, 평상상태 시에는 상기 증기관밸브(154v) 및 상기 급수관밸브(155v)가 개방됨으로써 정상적인 원자로 운용이 이루어지게 된다.The
상기 원자로안전계통(100)은 사고 발생 시 동작하는 것으로, 사고가 발생하면 상기 증기관밸브(154v) 및 상기 급수관밸브(155v)가 폐쇄되며 상기 원자로안전계통(100)에 저장되어 있는 냉각수가 자연대류에 의해 순환하면서 상기 원자로구동계통(150)에서 발생된 열을 흡수하여 냉각한다. 일반적인 기존의 원자로안전계통 역시 사고 발생 시 냉각수를 이용하여 상기 원자로구동계통(150)을 냉각시키되 다만 기존에는 단지 1단 열교환에 의해서만 냉각이 이루어졌던 것과는 달리, 본 발명의 원자로안전계통(100)은 2단에 걸쳐 열교환이 일어나도록 함으로써 자연대류 순환의 유량을 증가시키고 내부압력을 낮추어 냉각효율을 훨씬 향상시킬 수 있다. 상기 원자로안전계통(100)은, 일단 크게 볼 때 원자로격납용기(110), 냉각수저장용기(120), 냉각수순환계통(130)을 포함하며, 여기에 잔열냉각열교환기(140)를 더 포함할 수 있다. 이하에서 각부에 대하여 보다 상세히 설명한다.The
상기 원자로격납용기(110)는 상기 원자로용기(152)를 수용하는 원자로단열용기(111)를 하부에 수용한다. 평상상태 시, 즉 사고가 발생하지 않고 원자로가 정상적으로 운영되고 있는 시점에서는, 상기 원자로격납용기(110), 상기 원자로단열용기(111) 내부는 기체(공기)가 채워져 있는 빈 공간이다. 이후 보다 상세히 설명하겠지만, 사고상태 시, 즉 사고가 발생한 시점에서는 냉각수가 상기 원자로단열용기(111) 내로 유입되어 상기 원자로용기(152)와 직접적으로 접촉함으로써 열을 흡수하게 되는데, 이 때 냉각수가 상기 원자로단열용기(111) 내로 원활하게 유입되기 위해서는 상기 원자로단열용기(111) 내의 기체가 배출되는 것이 좋다. 이를 위해 상기 원자로단열용기(111)는, 일단이 상기 원자로단열용기(111) 하부에 연결되고 타단이 상기 원자로격납용기(110) 내 공간으로 개방되어 상기 원자로단열용기(111) 내의 기체를 배출하는 단열용기기체배출관(112)이 구비되는 것이 바람직하다. 물론 상기 단열용기기체배출관(112)에는 도시된 바와 같이 단열용기체배출밸브(112v)가 구비되며, 평상상태 시에는 상기 단열용기기체배출밸브(112v)가 폐쇄되며, 사고상태 시에는 상기 단열용기기체배출밸브(112v)가 개방되도록 형성된다.The nuclear
상기 냉각수저장용기(120)는, 도시된 바와 같이 상기 원자로격납용기(110) 외측 상부에 배치되어 냉각수가 저장된다. 상기 냉각수저장용기(120)가 상부에 배치되어 있기 때문에 사고상태 시 냉각수는 수두차에 의하여 상기 원자로구동계통(150) 쪽으로 자연스럽게 흘러내려올 수 있게 된다. 한편 기존에도 이처럼 냉각수를 원자로격납용기 상부에 배치시켜 두었다가 사고가 발생하면 냉각수가 흘러내려와 원자로구동계통(150)을 냉각하도록 하는 시스템이 사용되어 왔다. 그러나 종래에는 냉각수 저장소가 단지 1개이거나 복수 개라 하더라도 병렬로 구비되어 있었으며, 즉 1단 열교환만이 일어나게 형성되었다. 그러나 본 발명에서는, 상기 냉각수저장용기(120)가 격벽(121)에 의해 내부공간이 상하로 나뉘어 상측공간(V1) 및 하측공간(V2) 각각에 냉각수가 저장되도록 하며, 각각의 공간에서 2단에 걸쳐 열교환이 일어나도록 형성된다.The cooling
상기 냉각수저장용기(120)의 2단 열교환이 일어날 수 있도록 하는 구성에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 냉각수저장용기(120)는 상술한 바와 같이 내부가 상기 상측공간(V1) 및 상기 하측공간(V2), 이렇게 상하로 배치된 2개의 공간으로 나뉜다. 또한 상기 냉각수저장용기(120)에는, 외부냉각수가 외부냉각수급수관(122)을 통해 유입되어 외부냉각수배수관(123)을 통해 배출되는 유로가 상기 하측공간(V2) 및 상기 상측공간(V1)을 순차적으로 통과하도록 배치된다. 더불어 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 상기 상측공간(V1) 내의 상기 유로 상에 상측외부냉각수열교환기(124)가 구비되고, 상기 하측공간(V2) 내의 상기 유로 상에 하측외부냉각수열교환기(125)가 구비된다. 이후 보다 상세히 설명하겠지만, 사고상태 시 상기 냉각수저장용기(120)의 냉각수는 냉각수 또는 증기의 형태로 변화해 가면서 상기 원자로단열용기(111), 상기 상측공간(V1), 상기 하측공간(V2)을 순차적으로 통과하면서 자연대류에 의해 순환한다. 즉 상기 냉각수순환계통(130)을 통해 상기 원자로단열용기(111) 내로 유입된 냉각수가 증기 또는 냉각수의 형태로 상기 상측공간(V1) 및 상기 하측공간(V2)을 순차적으로 통과하는 것이다. 이 때 상기 상측공간(V1) 및 상기 하측공간(V2) 각각에 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 및 상기 하측외부냉각수열교환기(125)가 구비되어 있으므로, 냉각수는 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 및 상기 하측외부냉각수열교환기(125)와 2단에 걸쳐 열교환되게 되는 것이다.The configuration for allowing the two-stage heat exchange of the cooling
상기 냉각수순환계통(130)은, 제1냉각수순환관(131), 제2냉각수순환관(132), 제3냉각수순환관(133)을 포함한다. 도 3은 도면이 지나치게 복잡하고 난해해지지 않도록 상기 냉각수순환계통(130)을 표시하지 않았으며, 도 4에 상기 냉각수순환계통(130)을 점선 둘레로 명확히 표시하였다.The cooling
상기 제1냉각수순환관(131)은 일단이 상기 원자로단열용기(111) 상부와 연통되고 타단이 상기 상측공간(V1) 내에 배치된다. 이에 따라 상기 원자로단열용기(111)에서 발생된 증기를 상기 상측공간(V1)으로 유통시킬 수 있게 된다. 상기 제1냉각수순환관(131)에는 제1냉각수순환밸브(131v)가 구비되어, 평상상태 시에는 상기 제1냉각수순환밸브(131v)가 폐쇄되어 있다가 사고상태 시에는 상기 제1냉각수순환밸브(131v)가 개방되어 자연대류 순환이 일어날 수 있게 된다.One end of the first
상기 제2냉각수순환관(132)은 일단이 상기 상측공간(V1) 상측에 배치되고 타단이 상기 하측공간(V2)과 연통된다. 이에 따라 상기 상측공간(V1)에 수용된 냉각수 또는 증기의 응축수를 상기 하측공간(V2)으로 유통시킬 수 있게 된다. 상기 제2냉각수순환관(132)에는 별도의 밸브가 구비되지 않으며, 상기 제2냉각수순환관(132)에서의 냉각수 흐름에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.The second cooling
상기 제3냉각수순환관(133)은 일단이 상기 하측공간(V2) 하부와 연통되고 타단이 상기 원자로단열용기(111) 하부와 연통된다. 이에 따라 상기 하측공간(V2)에 수용된 냉각수를 상기 원자로단열용기(111)로 유통시킬 수 있게 된다. 상기 제3냉각수순환관(133)에도 상기 제1냉각수순환관(131)과 유사하게 제3냉각수순환밸브(133v)가 구비되어, 평상상태 시에는 상기 제3냉각수순환밸브(133v)가 폐쇄되어 있다가 사고상태 시에는 상기 제3냉각수순환밸브(133v)가 개방되어 자연대류 순환이 일어날 수 있게 된다.One end of the third
상기 잔열냉각열교환기(140)는 상기 상측공간(V1) 내에 배치되어 상기 증기발생기(153) 내의 열교환매체가 순환유통되면서 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수로 잔열을 버리도록 형성되는 것이다. 상기 증기발생기(153) 내의 열교환매체가 상기 잔열냉각열교환기(140)로 순환될 수 있도록, 상기 잔열냉각열교환기(140)는, 일단이 잔열냉각관(141)을 통해 상기 증기발생기(153) 일측과 연결되고 타단이 잔열귀환관(142)을 통해 상기 증기발생기(153) 타측과 연결된다.The residual heat
앞서 설명한 상기 제1, 3냉각수순환관(131)(133)과 유사하게, 상기 잔열냉각관(141)에는 잔열냉각밸브(141v)가, 상기 잔열귀환관(142)에는 잔열귀환밸브(142v)가 구비되어, 평상상태 시에는 상기 잔열냉각밸브(141v) 및 상기 잔열귀환밸브(142v)가 폐쇄되어 있다가 사고상태 시에는 상기 잔열냉각밸브(141v) 및 상기 잔열귀환밸브(142v)가 개방되어 잔열제거가 일어날 수 있게 된다.Similar to the first and third
상기 냉각수저장용기(130)의 상기 상측공간(V1) 및 상기 하측공간(V2)을 연결하는 상기 제2냉각수순환관(132)에서의 냉각수 흐름에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The flow of cooling water in the second cooling
상기 상측공간(V1)으로는 기본적으로 상기 원자로단열용기(111)로부터 유통되어 온 증기가 유입된다. 이 때 상기 원자로단열용기(111)에서 매우 고온 고압의 증기가 발생하기 때문에, 상기 상측공간(V1)에는 증기가 매우 빠르게 채워져 상당한 압력을 가지는 압력공간이 형성되게 된다. 본 발명에서는, 이러한 현상을 냉각수 순환에 보다 효율적으로 이용할 수 있도록, 상기 상측공간(V1)에 물증기분리벽(126)을 형성한다.The steam circulated from the reactor thermal insulation vessel 111 is basically introduced into the upper space V1. At this time, since very high temperature and high pressure steam is generated in the reactor thermal insulation vessel 111 , the steam is filled very quickly in the upper space V1 to form a pressure space having a considerable pressure. In the present invention, the water
상기 물증기분리벽(126)은 도 3에 잘 도시된 바와 같이 상기 제2냉각수순환관(132)를 둘러싸도록 형성되되 하부가 개방되어 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 하부를 통해 유통가능하게 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 유통되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사된 증기가 상기 상측공간(V1) 상부로 모여 압력을 형성하게 된다. 그러면 상기 상측공간(V1) 상부의 압력에 의해 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 상기 물증기분리벽(126)의 하부로 유입되며, 유입된 냉각수에 의해 상기 물증기분리벽(126) 내의 수위가 상승하게 된다. 따라서 상기 상측공간(V1) 상측에 배치된 상기 제2냉각수순환관(132)의 일단으로 냉각수가 배출되어, 결과적으로 상기 제2냉각수순환관(132)을 통해 상기 상측공간(V1)에서 상기 하측공간(V2)으로 냉각수가 원활하게 흘러갈 수 있게 된다.The water
물론 상기 제2냉각수순환관(132)의 일단이 냉각수에 잠겨있지 않는다 하더라도, 상기 제2냉각수순환관(132)으로 유입된 증기가 응축되어 응축수의 형태로 상기 상측공간(V1)에서 상기 하측공간(V2)으로의 냉각수 흐름이 실현될 수는 있다. 그러나 직접 냉각수의 형태로 흘러가는 것보다는 효율이 낮아질 것은 당연하며, 따라서 상기 제2냉각수순환관(132)의 일단이 냉각수에 보다 오래 잠겨있을 수 있게 하는 것이 바람직하다. 상기 물증기분리벽(126)이 없을 경우, 압력공간이 차지하는 공간이 빠르게 늘어나기 때문에 상기 제2냉각수순환관(132)의 일단이 보다 빨리 압력공간으로 노출되게 되겠지만, 상기 물증기분리벽(126)이 존재함으로써 상기 물증기분리벽(126) 내의 수위가 높게 형성되는 상태를 보다 오래 유지할 수 있어, 냉각수 흐름의 효율이 보다 좋아지게 되는 것이다.Of course, even if one end of the second cooling
한편 앞서 설명한 바와 같이, 상기 냉각수저장용기(130)의 상기 상측공간(V1) 및 상기 하측공간(V2)에서는 순차적으로 2단에 걸쳐 열교환이 일어난다.Meanwhile, as described above, heat exchange occurs sequentially over two stages in the upper space V1 and the lower space V2 of the cooling
먼저 상기 하측공간(V2)에서 일어나는 열교환은 일반적인 열교환기의 기본적인 열교환원리에 따라 열교환이 일어난다. 기존의 대부분의 열교환기에서의 기본적인 열교환원리는, 외부와 격리된 유로 내에 열교환매체가 통과하도록 형성하고, 유로 벽면을 사이에 두고 유로 내부의 열교환매체가 유로 외부의 다른 열교환매체가 직접 서로 열교환을 함으로써 열전달이 일어나도록 하는 것이다. 즉 예를 들면, 유로 안에 저온의 냉각수가 흐르고 유로 밖에 고온의 공기가 흘러가도록 형성되어, 고온의 공기가 가지고 있는 열을 저온의 냉각수가 흡수하도록 이루어지는 식이다.First, heat exchange occurs in the lower space V2 according to the basic heat exchange principle of a general heat exchanger. The basic principle of heat exchange in most existing heat exchangers is that the heat exchange medium passes through the flow path isolated from the outside, and the heat exchange medium inside the flow path with the flow path wall interposed therebetween other heat exchange media outside the flow path directly exchange heat with each other. This allows heat transfer to occur. That is, for example, the low-temperature cooling water flows in the flow path and the high-temperature air flows outside the flow path, so that the low-temperature cooling water absorbs the heat of the high-temperature air.
한편 상기 상측공간(V1)에서 일어나는 열교환은, 상기 하측공간(V2)에서 일어나는 열교환보다 먼저 이루어져야 하며 따라서 훨씬 더 많은 열을 보다 더 신속하고 효과적으로 흡수해야 한다. 따라서 기본적인 열교환원리보다 더욱 효율적인 열교환원리가 적용되는 것이 바람직한데, 본 발명에서는 바로 이를 위하여 이상유동 열전달 현상(two-phase heat transfer mechanism)을 이용한다.On the other hand, the heat exchange occurring in the upper space (V1) must be performed before the heat exchange occurring in the lower space (V2), and therefore, much more heat must be absorbed more quickly and effectively. Therefore, it is preferable to apply a more efficient heat exchange principle than the basic heat exchange principle, and the present invention uses a two-phase heat transfer mechanism for this purpose.
도 5는 이상유동 열전달 현상 원리를 설명하기 위한 도면이다. 이상유동 열전달 현상을 이용하는 열교환부의 경우, 고온의 열교환매체가 흐르는 방출용 튜브(도 5에서는 좌측 튜브), 저온의 열교환매체가 흐르는 흡수용 튜브(도 5에서는 우측 튜브), 그리고 이 두 튜브들에 다른 열교환매체(도 5에서는 냉각수이나, 물론 다른 액체여도 무방하다)를 분사해 주는 노즐, 이 세 가지를 기본적으로 필요로 한다.5 is a view for explaining the principle of the ideal flow heat transfer phenomenon. In the case of a heat exchange unit using abnormal flow heat transfer phenomenon, a discharge tube through which a high-temperature heat exchange medium flows (left tube in FIG. 5), an absorption tube through which a low-temperature heat exchange medium flows (right tube in FIG. 5), and these two tubes A nozzle for spraying another heat exchange medium (cooling water in FIG. 5, but may be other liquid of course) is basically required.
방출용 튜브 내에는 고온의 열교환매체가 흘러가고 있으며, 흡수용 튜브 내에는 저온의 열교환매체가 흘러가고 있다. 기존의 열교환기의 경우에는 이러한 두 튜브를 밀착시켜 줌으로써, 튜브 벽면을 통해 고온측에서 저온측으로 열이 전달되도록 하였으나, 이상유동 열전달 현상을 이용하는 열교환부에서는 그렇게 하지 않고 두 튜브를 적절한 간격으로 이격시켜 둔다.A high-temperature heat exchange medium flows in the discharge tube, and a low-temperature heat exchange medium flows in the absorption tube. In the case of the conventional heat exchanger, by bringing these two tubes into close contact, heat is transferred from the high temperature side to the low temperature side through the tube wall. put
노즐은 방출용 튜브 측에 구비되어, 방출용 튜브로 냉각수를 분사해 준다. 냉각수가 분사되어 그 물방울들이 방출용 튜브 외면에 접근 또는 접촉하면, 냉각수 물방울들이 방출용 튜브 내의 고온의 열교환매체가 가지고 있는 열을 순간적으로 흡수하여 빠르게 증발하게 된다. 즉 방출용 튜브 외면에서는 냉각수 물방울들에 의하여 급격하게 많은 양의 증발열이 흡수됨으로써 급랭되는 현상이 일어나며(Tube outside: Quenching), 방출용 튜브 내부에서는 고온의 열교환매체가 냉각수 물방울들의 증발열로서 자신이 가지고 있던 열을 빼앗겨 방출하고 냉각되어 응축되는 현상이 일어난다(Tube inside: Condensation).The nozzle is provided on the side of the discharge tube, and sprays the cooling water into the discharge tube. When the cooling water is sprayed and the water droplets approach or contact the outer surface of the discharge tube, the cooling water water droplets instantly absorb the heat of the high-temperature heat exchange medium in the discharge tube and evaporate quickly. That is, on the outer surface of the discharge tube, a large amount of evaporation heat is rapidly absorbed by the cooling water droplets, resulting in rapid cooling (Tube outside: Quenching). Existing heat is taken away and released, cooling and condensation occurs (Tube inside: Condensation).
상술한 바와 같이 방출용 튜브 주변에서 냉각수는 모두 증발하여 증기 상태가 되는데, 이 증기는 방출용 튜브와 이격되어 배치되어 있는 흡수용 튜브와 접촉하게 된다. 이 때 흡수용 튜브에는 저온의 열교환매체가 흐르고 있기 때문에, 증기가 흡수용 튜브 외면에 접근 또는 접촉하면, 증기는 흡수용 튜브 내의 저온의 열교환매체로 순간적으로 열을 빼앗겨 응축됨으로써 흡수용 튜브 외면에 맺히게 된다. 즉 흡수용 튜브 외면에서는 증기가 저온의 열교환매체로 열을 빼앗겨 응축됨으로써 응축수가 되어 튜브 외면에 맺히거나 흘러내리는 현상이 일어나며(Tube outside: Condensing), 흡수용 튜브 내부에서는 저온의 열교환매체가 증기로부터 열을 흡수함으로써 증발되는 현상이 일어난다(Tube inside: Evaporation).As described above, all of the cooling water is evaporated around the discharge tube to a vapor state, and the vapor comes into contact with the absorption tube spaced apart from the discharge tube. At this time, since the low-temperature heat exchange medium flows through the absorption tube, when the steam approaches or comes into contact with the outer surface of the absorption tube, the steam is instantly deprived of heat by the low-temperature heat exchange medium in the absorption tube and condensed, thereby forming the absorption tube on the outer surface of the absorption tube. will come to fruition That is, on the outer surface of the absorption tube, the steam loses heat to the low-temperature heat exchange medium and is condensed to become condensed water, condensing or flowing down on the outer surface of the tube (Tube outside: Condensing). Evaporation occurs by absorbing heat (Tube inside: Evaporation).
이와 같이 이상유동 열전달 현상에서는, 방출용 튜브 및 흡수용 튜브가 서로 이격되어 있되, 노즐에서 분사되는 별도의 열교환매체(도 5의 예시에서는 냉각수)가, 노즐에서 액체 상태로 분사되어 방출용 튜브 근처에서 증발되어 기체 상태가 되었다가 흡수용 튜브 근처에서 응축되어 다시 액체 상태로 되돌아오는 방식으로, 기상 - 액상의 두 상(two-phase)으로 변화해 가면서 열전달을 수행한다. 이러한 이상유동 열전달 방식은 기존의 열전달 방식에 비하여 훨씬 빠르고 효과적으로 열전달이 이루어지도록 한다는 연구가 최근 발표된 바 있다. 본 발명은 상기 상측공간(V1)에서 바로 이러한 이상유동 열전달 원리를 이용하여 냉각재의 열흡수가 이루어지도록 함으로써, 상기 훨씬 빠르고 효과적인 냉각을 실현할 수 있다. 다만 도 5의 이상유동 열전달 장치의 기본형태와 약간은 변경된 형태로서 이상유동 열전달 원리를 이용한다.As such, in the abnormal flow heat transfer phenomenon, the discharge tube and the absorption tube are spaced apart from each other, and a separate heat exchange medium (cooling water in the example of FIG. In this way, it evaporates into a gaseous state and then condenses near the absorption tube and returns to a liquid state. Recently, research has been published that the ideal flow heat transfer method allows for much faster and more effective heat transfer than the conventional heat transfer method. According to the present invention, heat absorption of the coolant is made using the ideal flow heat transfer principle in the upper space V1, thereby realizing the much faster and more effective cooling. However, as the basic form of the ideal flow heat transfer device of FIG. 5 and a slightly modified form, the ideal flow heat transfer principle is used.
본 발명에서, 상기 냉각수저장용기(120)는, 상기 상측공간(V1) 내에 배치된 상기 상측외부냉각수열교환기(124)에 증기를 분사하도록 상기 제1냉각수순환관(131) 타단 측에 구비되는 증기분사노즐(127)을 포함한다. 이에 따라 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 유통되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사된 증기가 상기 상측외부냉각수열교환기(124)에 접촉되어 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 내를 유통하는 외부냉각수로 열이 흡수됨으로써 증기가 액상으로 응축되도록 함으로써 열전달이 일어나게 된다. 이 때 상기 상측외부냉각수열교환기(124)가 도 5의 예시에서의 흡수용 튜브, 상기 증기분사노즐(127)이 도 5의 예시에서의 노즐에 해당한다. 도 5의 예시에서의 방출용 튜브에 직접적으로 해당하는 장치는 상기 상측공간(V1) 내에 없다고 볼 수 있다. 그러나 상기 원자로단열용기(111)에서 발생되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사되는 증기는, 말하자면 방출용 튜브를 지나면서 만들어진 "고온의 증기" 역할을 하게 되며, 이 증기가 흡수용 튜브 역할을 하는 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 외부에 접촉되어 응축된다(기상 → 액상). 상기 상측공간(V1) 내에 채워진 냉각수와 합쳐지게 된다. 한편 상기 상측공간(V1) 내에 채워진 냉각수는 순환을 통해 상기 원자로단열용기(111) 쪽으로 흘러가며, 여기에서 다시 증발하여 증기가 되어 상기 상측공간(V1)으로 흘러가 분사된다(액상 → 기상). 즉 상기 원자로단열용기(111)가 조금 떨어져 있는 방출용 튜브 역할을 한다고 볼 수 있으며, 흡수용 튜브 역할을 하는 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 입장에서는 충분히 원활한 이상유동 열교환에 의한 열전달이 일어나게 된다.In the present invention, the cooling
이처럼 본 발명에서는, 상기 냉각수저장용기(120) 내의 공간이 상기 상측공간(V1) 및 상기 하측공간(V2)으로 나뉨으로써 2단 열교환을 통한 원자로 냉각이 실현되게 한다. 특히 상기 상측공간(V1)에서는 이상유동 열전달원리를 이용하여 열교환이 이루어지게 함으로써 신속하고 효율적인 냉각이 이루어지게 하며, 상기 하측공간(V2)에서는 기본적인 열전달원리를 이용하기는 하되 외부냉각수가 상기 하측공간(V2)부터 통과하게 함으로써 외부냉각수의 온도가 가장 낮은 상태에서 열교환이 이루어지게 함으로써 역시 상당히 효율적인 냉각이 이루어지게 한다.As such, in the present invention, the space in the cooling
이처럼 2단 열교환이 이루어지게 함으로써, 1단 열교환에 비해 자연대류 순환의 유량이 증가되고 내부 압력은 낮출 수 있어, 종래에 비해 훨씬 효과적인 원자로 냉각을 실현할 수 있게 된다.By making the two-stage heat exchange in this way, the flow rate of the natural convection circulation can be increased and the internal pressure can be lowered compared to the first-stage heat exchange, so that it is possible to realize much more effective reactor cooling than the conventional one.
[2] 본 발명의 2단 열교환에 의한 자연순환 냉각계통을 가지는 원자로의 작동방법[2] Operating method of a nuclear reactor having a natural circulation cooling system by two-stage heat exchange of the present invention
[1]절에서 본 발명의 원자로의 각부 배치 및 연결관계를 설명하면서 대략적으로 냉각수 흐름을 설명하였으나, [2]절에서는 단계적으로 보다 명확하게 냉각수 흐름을 설명한다. 도 6은 본 발명의 원자로의 사고상태를 도시한 것으로, 도 6을 통해 사고상태 시 본 발명의 원자로에서의 냉각수 흐름을 통한 상기 원자로의 작동방법을 단계적으로 설명한다.In section [1] , the cooling water flow was roughly described while explaining the arrangement and connection relationship of each part of the nuclear reactor of the present invention, but in section [2] , the cooling water flow is explained more clearly in stages. 6 is a view showing an accident state of the nuclear reactor of the present invention, and the operation method of the nuclear reactor through the coolant flow in the nuclear reactor of the present invention during the accident state through FIG. 6 will be described in stages.
본 발명의 원자로의 작동방법은, 크게 볼 때 원자로발생열흡수단계, 1단열교환단계, 2단열교환단계로 이루어진다. 상기 원자로발생열흡수단계에서는 냉각수가 상기 원자로단열용기(111) → 상기 상측공간(V1)으로 흘러가고, 상기 1단열교환단계에서는 냉각수가 상기 상측공간(V1) → 상기 하측공간(V2)으로 흘러가고, 상기 2단열교환단계에서는 냉각수가 상기 하측공간(V2) → 상기 원자로단열용기(111)로 흘러가서 순환이 이루어진다.The operation method of the nuclear reactor of the present invention consists of a reactor-generated heat absorption step, a first adiabatic heat exchange step, and a second adiabatic heat exchange step. In the reactor-generated heat absorption step, the cooling water flows into the reactor thermal insulation vessel 111 → the upper space V1, and in the first adiabatic heat exchange step, the cooling water flows into the upper space V1 → the lower space V2. , in the second adiabatic exchange step, the cooling water flows from the lower space V2 to the reactor thermal insulation vessel 111 to circulate.
상기 원자로발생열흡수단계에서는, 상기 제3냉각수순환관(133)을 통해 상기 하측공간(V2)에 수용된 냉각수가 상기 원자로단열용기(111)로 유입되어 상기 원자로구동계통(150)에서 발생된 열에 의해 증기로 변화한다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 냉각수저장용기(120)가 상기 원자로단열용기(111)보다 높은 곳에 위치하고 있기 때문에, 냉각수는 수두차에 의하여 상기 원자로단열용기(111)로 자연스럽게 흘러내려오게 된다. 사고발생 초기에는 원자로단열용기(111) 내부의 기체가 빠르게 고온이 되며 이에 따라 상당한 고압이 되므로, 수두차를 이기고 역방향으로 기체가 상기 냉각수저장용기(120) 쪽으로 흘러들어올 수도 있다. 그러나 상기 원자로단열용기(111) 내부의 압력이 증가하면(이후 설명될 일련의 단계를 통해) 상기 냉각수저장용기(120) 내의 압력도 증가하게 되므로, 수두차 뿐만 아니라 압력까지 더해짐으로써 초기의 과도기를 지나면 냉각수는 결국 상기 원자로단열용기(111)로 흘러들어올 수 있게 된다. 이러한 초기 과도기 시간을 보다 줄여줄 수 있도록, 상기 원자로발생열흡수단계 이전에, 상기 단열용기기체배출관(112)을 통해 상기 원자로단열용기(111) 내의 기체가 상기 원자로격납용기(110) 내 공간으로 배출되는 기체배출단계가 수행되는 것이 바람직하다.In the reactor-generated heat absorption step, the cooling water accommodated in the lower space V2 through the third
상기 1단열교환단계에서는, 상기 원자로단열용기(111) 내의 증기가 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 상기 상측공간(V1)으로 유입된다. 이 때 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 상기 상측공간(V1)으로 유입된 증기가 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 내의 외부냉각수와 열교환하게 된다. 한편 앞서 설명한 바와 같이, 상기 냉각수저장용기(120)에 상기 물증기분리벽(126) 및 상기 증기분사노즐(127)이 구비되는 경우, 상기 1단열교환단계는 다음과 같은 단계들을 거쳐 냉각수 흐름 및 열교환이 일어나게 된다.In the first adiabatic exchange step, the steam in the reactor thermal insulation vessel 111 is introduced into the upper space V1 through the first
상기 1단열교환단계에서의 냉각수 흐름은 다음과 같이 이루어진다. 먼저 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 유통되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사된 증기가 상기 상측공간(V1) 상부로 모여 압력을 형성한다. 다음으로 상기 상측공간(V1) 상부의 압력에 의해 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 상기 물증기분리벽(126)의 하부로 유입된다. 마지막으로 유입된 냉각수에 의해 상기 물증기분리벽(126) 내의 수위가 상승하여 상기 상측공간(V1) 상측에 배치된 상기 제2냉각수순환관(132)의 일단으로 냉각수가 배출되어, 상기 상측공간(V1) → 상기 하측공간(V2)으로의 냉각수 흐름이 이루어지게 된다.The coolant flow in the first adiabatic heat exchange step is performed as follows. First, the steam circulated through the first cooling
상기 1단열교환단계에서의 열교환은 다음과 같이 이루어진다. 먼저 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 유통되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사된 증기가 상기 상측외부냉각수열교환기(124)에 접촉된다. 다음으로 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 내를 유통하는 외부냉각수로 열이 흡수됨으로써 증기가 액상으로 응축된다. 즉 상기 상측외부냉각수열교환기(124)가 앞서 설명한 이상유동 열전달 현상(two-phase heat transfer mechanism)에서의 흡수용 튜브 역할을 하게 되어, 매우 효율적인 열전달이 이루어지게 된다.The heat exchange in the first adiabatic heat exchange step is performed as follows. First, the steam circulated through the first cooling
상기 2단열교환단계에서는, 상기 상측공간(V1)에 유입된 증기로 인하여 상기 상측공간(V1) 내 압력이 증가하고 상기 하측공간(V1)으로부터 상기 원자로단열용기(111)로 냉각수가 배출됨에 따라 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 상기 제2냉각수순환관(132)을 통해 상기 하측공간(V2)으로 유입된다. 이 때 상기 제2냉각수순환관(132)을 통해 상기 하측공간(V2)으로 유입된 냉각수 또는 증기의 응축수가 상기 하측외부냉각수열교환기(125) 내의 외부냉각수와 열교환하게 된다.In the second adiabatic exchange step, the pressure in the upper space V1 increases due to the steam introduced into the upper space V1, and the cooling water is discharged from the lower space V1 to the reactor insulation vessel 111. The cooling water in the upper space V1 flows into the lower space V2 through the second cooling
이렇게 상기 하측공간(V2)으로 유입된 냉각수는 상기 원자로발생열흡수단계를 통해 상기 원자로단열용기(111)로 유입되며, 이에 따라 상기 원자로발생열흡수단계로부터 다시 상기 1단, 2단열교환단계가 순차적으로 수행되어 자연대류 순환에 의한 원자로 냉각이 원활하게 이루어지게 된다.The cooling water introduced into the lower space V2 in this way flows into the reactor thermal insulation vessel 111 through the reactor-generated heat absorption step, and accordingly, from the reactor-generated heat absorption step, the first and second adiabatic heat exchange steps are sequentially performed. The cooling of the reactor by natural convection circulation is performed smoothly.
한편 상기 원자로안전계통(100)이 상기 잔열냉각열교환기(140)를 더 포함하는 경우, 상기 원자로의 작동방법은 상술한 자연대류 순환 2단 열교환에 의한 냉각과정과 더불어, 다음과 같은 단계들을 통하여 잔열제거과정이 더 이루어질 수 있다.On the other hand, when the nuclear
먼저 상기 증기발생기(153) 내의 열교환매체가 상기 잔열냉각관(141)을 통해 상기 잔열냉각열교환기(140)로 유통된다. 다음으로 상기 잔열냉각열교환기(140) 내의 열교환매체가 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수와 열교환하여 잔열을 버리게 된다. 다음으로 상기 잔열냉각열교환기(140) 내의 열교환매체가 상기 잔열귀환관(142)을 통해 상기 증기발생기(153)로 귀환한다. 이렇게 귀환한 열교환매체는 상기 증기발생기(153)에서 다시 열을 흡수하여, 다시 상기 잔열냉각관(141)을 통해 상기 잔열냉각열교환기(140)로 유통됨으로써, 상기 증기발생기(153) 및 상기 잔열냉각열교환기(140) 사이에서 열교환매체가 순환 유통되면서 자연스럽게 잔열 제거가 이루어지게 된다.First, the heat exchange medium in the steam generator 153 is circulated to the residual heat
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is varied, and anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims It goes without saying that various modifications are possible.
100 : 원자로안전계통
110 : 원자로격납용기
111 : 원자로단열용기
112 : 단열용기기체배출관
112v : 단열용기기체배출밸브
120 : 냉각수저장용기
V1 : 상측공간
V2 : 하측공간
121 : 격벽
122 : 외부냉각수급수관
123 : 외부냉각수배수관
124 : 상측외부냉각수열교환기
125 : 하측외부냉각수열교환기
126 : 물증기분리벽
127 : 증기분사노즐
130 : 냉각수순환계통
131 : 제1냉각수순환관
131v : 제1냉각수순환밸브
132 : 제2냉각수순환관
133 : 제3냉각수순환관
133v : 제3냉각수순환밸브
140 : 잔열냉각열교환기
141 : 잔열냉각관
141v : 잔열냉각밸브
142 : 잔열귀환관
142v : 잔열귀환밸브
150 : 원자로구동계통
151 : 원자로노심
152 : 원자로용기
153 : 증기발생기
154 : 증기관
154v : 증기관밸브
155 : 급수관
155v : 급수관밸브100: reactor safety system
110: reactor containment vessel
111: reactor insulated vessel
112: gas discharge pipe for
120: cooling water storage container
V1: Upper space V2: Lower space
121: bulkhead
122: external cooling water supply pipe
123: external cooling water drain pipe
124: upper external cooling water heat exchanger
125: lower external cooling water heat exchanger
126: water vapor separation wall
127: steam injection nozzle
130: cooling water circulation system
131: first cooling
132: second cooling water circulation pipe
133: third
140: residual heat cooling heat exchanger
141: residual
142: residual
150: reactor drive system
151: nuclear reactor core
152: reactor vessel
153: steam generator
154:
155:
Claims (16)
상기 원자로용기(152)를 수용하는 원자로단열용기(111)를 하부에 수용하는 원자로격납용기(110);
상기 원자로격납용기(110) 외측 상부에 배치되며, 격벽(121)에 의해 내부공간이 상하로 나뉘어 상측공간(V1) 및 하측공간(V2) 각각에 냉각수가 저장되되,
외부냉각수가 외부냉각수급수관(122)을 통해 유입되어 외부냉각수배수관(123)을 통해 배출되는 유로가 상기 하측공간(V2) 및 상기 상측공간(V1)을 순차적으로 통과하도록 배치되고,
상기 상측공간(V1) 내의 상기 유로 상에 상측외부냉각수열교환기(124)가 구비되고, 상기 하측공간(V2) 내의 상기 유로 상에 하측외부냉각수열교환기(125)가 구비되는 냉각수저장용기(120);
일단이 상기 원자로단열용기(111) 상부와 연통되고 타단이 상기 상측공간(V1) 내에 배치되어 상기 원자로단열용기(111)에서 발생된 증기를 상기 상측공간(V1)으로 유통시키는 제1냉각수순환관(131),
일단이 상기 상측공간(V1) 상측에 배치되고 타단이 상기 하측공간(V2)과 연통되어 상기 상측공간(V1)에 수용된 냉각수 또는 증기의 응축수를 상기 하측공간(V2)으로 유통시키는 제2냉각수순환관(132),
일단이 상기 하측공간(V2) 하부와 연통되고 타단이 상기 원자로단열용기(111) 하부와 연통되어 상기 하측공간(V2)에 수용된 냉각수를 상기 원자로단열용기(111)로 유통시키는 제3냉각수순환관(133)을 포함하는 냉각수순환계통(130);
을 포함하여 이루어지는 원자로안전계통(100)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로.
A reactor driving system 150 comprising a reactor vessel 152 accommodating the nuclear reactor core 151 , a steam generator 153 to which a steam pipe 154 and a water supply pipe 155 are connected, and
a reactor containment vessel 110 for accommodating the reactor insulation vessel 111 for accommodating the reactor vessel 152 at a lower portion;
It is disposed on the upper outer side of the reactor containment vessel 110, the inner space is divided up and down by the partition wall 121, and the cooling water is stored in each of the upper space (V1) and the lower space (V2),
The external coolant is introduced through the external cooling water supply pipe 122 and the flow path discharged through the external cooling water drain pipe 123 is disposed to sequentially pass through the lower space V2 and the upper space V1,
A cooling water storage container 120 in which an upper external cooling water heat exchanger 124 is provided on the flow path in the upper space V1, and a lower external cooling water heat exchanger 125 is provided on the flow path in the lower space V2. );
A first coolant circulation pipe having one end in communication with the upper portion of the reactor thermal insulation vessel 111 and the other end being disposed in the upper space V1 to distribute the steam generated in the reactor thermal insulation vessel 111 to the upper space V1. (131),
A second cooling water circulation having one end disposed above the upper space V1 and the other end communicating with the lower space V2 to distribute the condensed water of the cooling water or steam accommodated in the upper space V1 to the lower space V2. tube (132),
A third coolant circulation pipe having one end in communication with the lower portion of the lower space V2 and the other end communicating with the lower portion of the reactor insulation vessel 111 to distribute the coolant contained in the lower space V2 to the reactor insulation vessel 111 . (133) a cooling water circulation system comprising a (130);
Reactor safety system (100) comprising
A nuclear reactor comprising a.
상기 냉각수순환계통(130)을 통해 상기 원자로단열용기(111) 내로 유입된 냉각수가 증기 또는 냉각수의 형태로 상기 상측공간(V1) 및 상기 하측공간(V2)을 순차적으로 통과하면서, 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 및 상기 하측외부냉각수열교환기(125)와 2단에 걸쳐 열교환되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로.
According to claim 1, The nuclear reactor safety system 100,
The cooling water introduced into the reactor insulation vessel 111 through the cooling water circulation system 130 sequentially passes through the upper space V1 and the lower space V2 in the form of steam or cooling water, and the upper external cooling water A reactor, characterized in that it is formed to exchange heat with the heat exchanger (124) and the lower external cooling water heat exchanger (125) over two stages.
상기 제2냉각수순환관(132)를 둘러싸도록 형성되되 하부가 개방되어 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 하부를 통해 유통가능하게 형성되는 물증기분리벽(126),
상기 상측공간(V1) 내에 배치된 상기 상측외부냉각수열교환기(124)에 증기를 분사하도록 상기 제1냉각수순환관(131) 타단 측에 구비되는 증기분사노즐(127)을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로.
According to claim 1, wherein the cooling water storage container (120),
A water vapor separation wall 126 formed to surround the second cooling water circulation pipe 132, the lower part being opened so that the cooling water in the upper space V1 is circulated through the lower part;
and a steam injection nozzle 127 provided at the other end of the first cooling water circulation pipe 131 to inject steam to the upper external cooling water heat exchanger 124 disposed in the upper space V1. nuclear pile.
상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 유통되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사된 증기가 상기 상측공간(V1) 상부로 모여 압력을 형성하고, 상기 상측공간(V1) 상부의 압력에 의해 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 상기 물증기분리벽(126)의 하부로 유입되며, 유입된 냉각수에 의해 상기 물증기분리벽(126) 내의 수위가 상승하여 상기 상측공간(V1) 상측에 배치된 상기 제2냉각수순환관(132)의 일단으로 냉각수가 배출가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로.
4. The method of claim 3,
The steam circulated through the first coolant circulation pipe 131 and injected from the steam injection nozzle 127 gathers in the upper space V1 to form a pressure, and by the pressure of the upper space V1 The cooling water in the upper space V1 flows into the lower part of the water vapor dividing wall 126, and the water level in the water vapor dividing wall 126 rises by the introduced cooling water, and is disposed above the upper space V1. The reactor, characterized in that formed so that the cooling water can be discharged to one end of the second cooling water circulation pipe (132).
상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 유통되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사된 증기가 상기 상측외부냉각수열교환기(124)에 접촉되어 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 내를 유통하는 외부냉각수로 열이 흡수됨으로써 증기가 액상으로 응축되는, 이상유동 열전달 현상(two-phase heat transfer mechanism)에 의해 열전달이 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로.
4. The method of claim 3,
The steam circulated through the first cooling water circulation pipe 131 and injected from the steam injection nozzle 127 is in contact with the upper external cooling water heat exchanger 124 to circulate in the upper external cooling water heat exchanger 124. A nuclear reactor, characterized in that heat transfer is achieved by a two-phase heat transfer mechanism, in which steam is condensed into a liquid phase by absorbing heat with external cooling water.
평상상태 시, 상기 증기관(154)에 구비된 증기관밸브(154v) 및 상기 급수관(155)에 구비된 급수관밸브(155v)가 개방되고, 상기 제1냉각수순환관(131)에 구비된 제1냉각수순환밸브(131v) 및 상기 제3냉각수순환관(133)에 구비된 제3냉각수순환밸브(133v)가 폐쇄되며,
사고상태 시, 상기 증기관밸브(154v) 및 상기 급수관밸브(155v)가 폐쇄되고, 상기 제1냉각수순환밸브(131v) 및 상기 제3냉각수순환밸브(133v)가 개방되는 것을 특징으로 하는 원자로.
The method of claim 1,
In a normal state, the steam pipe valve 154v provided in the steam pipe 154 and the water supply pipe valve 155v provided in the water supply pipe 155 are opened, and the first coolant provided in the first coolant circulation pipe 131 is opened. The circulation valve 131v and the third coolant circulation valve 133v provided in the third coolant circulation pipe 133 are closed,
In an accident state, the steam pipe valve (154v) and the water supply pipe valve (155v) are closed, and the first coolant circulation valve (131v) and the third coolant circulation valve (133v) are opened.
일단이 잔열냉각관(141)을 통해 상기 증기발생기(153) 일측과 연결되고 타단이 잔열귀환관(142)을 통해 상기 증기발생기(153) 타측과 연결되며, 상기 상측공간(V1) 내에 배치되어 상기 증기발생기(153) 내의 열교환매체가 순환유통되면서 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수로 잔열을 버리도록 형성되는 잔열냉각열교환기(140);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로.
According to claim 1, The nuclear reactor safety system 100,
One end is connected to one side of the steam generator 153 through a residual heat cooling pipe 141 and the other end is connected to the other side of the steam generator 153 through a residual heat return pipe 142, and is disposed in the upper space V1. a residual heat cooling heat exchanger 140 formed to dissipate residual heat to the cooling water in the upper space V1 while the heat exchange medium in the steam generator 153 circulates;
Reactor, characterized in that it further comprises.
평상상태 시, 상기 잔열냉각관(141)에 구비된 잔열냉각밸브(141v) 및 상기 잔열귀환관(142)에 구비된 잔열귀환밸브(142v)가 폐쇄되며,
사고상태 시, 상기 잔열냉각밸브(141v) 및 상기 잔열귀환밸브(142v)가 개방되는 것을 특징으로 하는 원자로.
8. The method of claim 7,
In the normal state, the residual heat cooling valve 141v provided in the residual heat cooling pipe 141 and the residual heat return valve 142v provided in the residual heat return pipe 142 are closed,
In case of an accident, the residual heat cooling valve (141v) and the residual heat return valve (142v) are opened.
일단이 상기 원자로단열용기(111) 하부에 연결되고 타단이 상기 원자로격납용기(110) 내 공간으로 개방되어 상기 원자로단열용기(111) 내의 기체를 배출하는 단열용기기체배출관(112)이 구비되는 것을 특징으로 하는 원자로.
According to claim 1, wherein the reactor thermal insulation vessel (111),
One end is connected to the lower portion of the reactor thermal insulation vessel 111 and the other end is opened into the space within the reactor containment vessel 110 to discharge the gas in the reactor thermal insulation vessel 111. That a gas discharge pipe 112 is provided. Characterized reactor.
평상상태 시, 상기 단열용기기체배출관(112)에 구비된 단열용기기체배출밸브(112v)가 폐쇄되며,
사고상태 시, 상기 단열용기기체배출밸브(112v)가 개방되는 것을 특징으로 하는 원자로.
10. The method of claim 9,
In a normal state, the insulating container gas discharge valve (112v) provided in the heat insulating container gas discharge pipe (112) is closed,
In the case of an accident, the thermal reactor, characterized in that the gas discharge valve (112v) is opened.
사고상태 시,
상기 제3냉각수순환관(133)을 통해 상기 하측공간(V2)에 수용된 냉각수가 상기 원자로단열용기(111)로 유입되어 상기 원자로구동계통(150)에서 발생된 열에 의해 증기로 변화하는 원자로발생열흡수단계;
상기 원자로단열용기(111) 내의 증기가 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 상기 상측공간(V1)으로 유입되는 1단열교환단계;
상기 상측공간(V1)에 유입된 증기로 인하여 상기 상측공간(V1) 내 압력이 증가하고 상기 하측공간(V1)으로부터 상기 원자로단열용기(111)로 냉각수가 배출됨에 따라 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 상기 제2냉각수순환관(132)을 통해 상기 하측공간(V2)으로 유입되는 2단열교환단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로의 작동방법.
The method of operating a nuclear reactor according to claim 1, comprising:
In case of an accident,
The cooling water accommodated in the lower space V2 through the third coolant circulation pipe 133 flows into the reactor thermal insulation vessel 111 and is converted into steam by the heat generated in the reactor driving system 150. Reactor-generated heat absorption step;
a first adiabatic heat exchange step in which steam in the reactor thermal insulation vessel 111 is introduced into the upper space V1 through the first cooling water circulation pipe 131;
As the pressure in the upper space V1 increases due to the steam introduced into the upper space V1 and the cooling water is discharged from the lower space V1 to the reactor insulation vessel 111, in the upper space V1 a second adiabatic heat exchange step in which coolant is introduced into the lower space (V2) through the second coolant circulation pipe (132);
A method of operating a nuclear reactor comprising a.
상기 1단열교환단계에서, 상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 상기 상측공간(V1)으로 유입된 증기가 상기 상측외부냉각수열교환기(124) 내의 외부냉각수와 열교환하며,
상기 2단열교환단계에서, 상기 제2냉각수순환관(132)을 통해 상기 하측공간(V2)으로 유입된 냉각수 또는 증기의 응축수가 상기 하측외부냉각수열교환기(125) 내의 외부냉각수와 열교환하는 것을 특징으로 하는 원자로의 작동방법.
12. The method of claim 11,
In the first adiabatic heat exchange step, the steam introduced into the upper space V1 through the first cooling water circulation pipe 131 exchanges heat with the external cooling water in the upper external cooling water heat exchanger 124,
In the second adiabatic heat exchange step, the cooling water or steam condensed water introduced into the lower space V2 through the second cooling water circulation pipe 132 exchanges heat with the external cooling water in the lower external cooling water heat exchanger 125. how the nuclear reactor works.
상기 냉각수저장용기(120)는,
상기 제2냉각수순환관(132)를 둘러싸도록 형성되되 하부가 개방되어 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 하부를 통해 유통가능하게 형성되는 물증기분리벽(126),
상기 상측공간(V1) 내에 배치된 상기 상측외부냉각수열교환기(124)에 증기를 분사하도록 상기 제1냉각수순환관(131) 타단 측에 구비되는 증기분사노즐(127)을 포함하며,
상기 1단열교환단계는,
상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 유통되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사된 증기가 상기 상측공간(V1) 상부로 모여 압력을 형성하는 단계,
상기 상측공간(V1) 상부의 압력에 의해 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수가 상기 물증기분리벽(126)의 하부로 유입되는 단계,
유입된 냉각수에 의해 상기 물증기분리벽(126) 내의 수위가 상승하여 상기 상측공간(V1) 상측에 배치된 상기 제2냉각수순환관(132)의 일단으로 냉각수가 배출되는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로의 작동방법.
12. The method of claim 11,
The cooling water storage container 120,
A water vapor separation wall 126 formed to surround the second cooling water circulation pipe 132, the lower part being opened so that the cooling water in the upper space V1 is circulated through the lower part;
and a steam injection nozzle 127 provided at the other end of the first cooling water circulation pipe 131 to inject steam to the upper external cooling water heat exchanger 124 disposed in the upper space V1,
The first adiabatic exchange step is,
forming a pressure in which steam circulated through the first cooling water circulation pipe 131 and injected from the steam injection nozzle 127 gathers in the upper space V1;
Inflow of the cooling water in the upper space (V1) into the lower part of the water vapor separation wall (126) by the pressure of the upper space (V1),
The water level in the water vapor separation wall 126 is raised by the introduced cooling water, and the cooling water is discharged to one end of the second cooling water circulation pipe 132 disposed above the upper space V1.
A method of operating a nuclear reactor comprising a.
상기 제1냉각수순환관(131)을 통해 유통되어 상기 증기분사노즐(127)에서 분사된 증기가 상기 상측외부냉각수열교환기(124)에 접촉되는 단계,
상기 상측외부냉각수열교환기(124) 내를 유통하는 외부냉각수로 열이 흡수됨으로써 증기가 액상으로 응축되는, 이상유동 열전달 현상(two-phase heat transfer mechanism)에 의해 열전달이 이루어지는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로의 작동방법.
The method of claim 13, wherein the first adiabatic heat exchange step comprises:
contacting the upper external cooling water heat exchanger (124) with the steam distributed through the first cooling water circulation pipe (131) and injected from the steam injection nozzle (127);
A step in which heat is transferred by a two-phase heat transfer mechanism in which heat is absorbed by the external cooling water flowing in the upper external cooling water heat exchanger 124 and the vapor is condensed into a liquid phase
A method of operating a nuclear reactor comprising a.
상기 원자로안전계통(100)은,
일단이 잔열냉각관(141)을 통해 상기 증기발생기(153) 일측과 연결되고 타단이 잔열귀환관(142)을 통해 상기 증기발생기(153) 타측과 연결되며, 상기 상측공간(V1) 내에 배치되어 상기 증기발생기(153) 내의 열교환매체가 순환유통되면서 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수로 잔열을 버리도록 형성되는 잔열냉각열교환기(140);
를 더 포함하며,
상기 원자로의 작동방법은,
상기 증기발생기(153) 내의 열교환매체가 상기 잔열냉각관(141)을 통해 상기 잔열냉각열교환기(140)로 유통되는 단계,
상기 잔열냉각열교환기(140) 내의 열교환매체가 상기 상측공간(V1) 내의 냉각수와 열교환하여 잔열을 버리는 단계,
상기 잔열냉각열교환기(140) 내의 열교환매체가 상기 잔열귀환관(142)을 통해 상기 증기발생기(153)로 귀환하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로의 작동방법.
12. The method of claim 11,
The nuclear reactor safety system 100,
One end is connected to one side of the steam generator 153 through a residual heat cooling pipe 141 and the other end is connected to the other side of the steam generator 153 through a residual heat return pipe 142, and is disposed in the upper space V1. a residual heat cooling heat exchanger 140 formed to dissipate residual heat to the cooling water in the upper space V1 while the heat exchange medium in the steam generator 153 circulates;
further comprising,
The method of operation of the nuclear reactor is,
The heat exchange medium in the steam generator 153 is distributed to the residual heat cooling heat exchanger 140 through the residual heat cooling tube 141;
The heat exchange medium in the residual heat cooling heat exchanger 140 exchanges heat with the cooling water in the upper space V1 to discard residual heat;
Returning the heat exchange medium in the residual heat cooling heat exchanger 140 to the steam generator 153 through the residual heat return pipe 142
A method of operating a nuclear reactor comprising a.
상기 원자로단열용기(111)는,
일단이 상기 원자로단열용기(111) 하부에 연결되고 타단이 상기 원자로격납용기(110) 내 공간으로 개방되어 상기 원자로단열용기(111) 내의 기체를 배출하는 단열용기기체배출관(112)이 구비되며,
상기 원자로의 작동방법은,
사고상태 시,
상기 원자로발생열흡수단계 이전에,
상기 단열용기기체배출관(112)을 통해 상기 원자로단열용기(111) 내의 기체가 상기 원자로격납용기(110) 내 공간으로 배출되는 기체배출단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로의 작동방법.12. The method of claim 11,
The reactor thermal insulation vessel 111,
One end is connected to the lower portion of the reactor thermal insulation vessel 111 and the other end is opened into the space within the reactor containment vessel 110 to discharge the gas in the reactor thermal insulation vessel 111. A gas discharge pipe 112 is provided,
The method of operation of the nuclear reactor is,
In case of an accident,
Before the reactor-generated heat absorption step,
a gas discharging step of discharging the gas in the reactor thermal insulation vessel 111 to the space within the reactor containment vessel 110 through the insulated vessel gas discharge pipe 112;
A method of operating a nuclear reactor comprising a.
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