KR20230053353A - 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템은 비정상 운전에 따른 비상 상황시 중간 열전달 매개체(R)를 자켓형 구조물(200)에 주입함으로써 고온의 원자로 용기(100)와 해수용 열전달 유로(300)에 공급되는 저온의 해수(R1) 사이에 발생할 수 있는 열적 충격을 방지할 적절한 열적 저항을 발생시킬 수 있기 때문에 잔열 제거에 필요한 면적을 줄이는 장점이 있을 뿐만 아니라, 정상 운전시 자켓형 구조물(200)을 저압 혹은 진공으로 유지할 수 있기 때문에 열손실을 줄여 원자로 용기(100)의 열적 효율을 높이는 장점이 있다.

Description

자켓형 원자로 정지 냉각 시스템{System for jacket style shutdown cooling of reactor}
본 발명은 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중간 열교환 매개체 주입을 활용하여 정상 운전시 원자로의 열적 효율을 높일 수 있는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템에 관한 것이다.
세계적으로 탄소 중립과 같은 움직임의 이유로 원자력 발전에 대한 수요가 증가하고 있으며, 대용량 발전용 원전 이외의 해양과 같이 다양한 분야에 대한 원자력의 적용 연구 개발과 관심이 대두되고 있다.
모든 원자로는 정상 운전시의 열 제거 시스템 기능이 상실되는 경우 원자로 정지 이후 노심에서 발생하는 잔열을 제거하는 시스템을 포함하고 있다.
그러므로 해양에 위치한 원자로의 잔열을 제거하는 적절한 잔열 제거 시스템 혹은 정지 냉각 시스템의 필요성이 대두되고 있다.
기존의 육지를 기반으로 하는 대형 경수로의 정지 냉각 시스템은 일반적으로 냉각수를 직접 노심에 공급하여 원자로 내부 공간을 냉각시킨다.
이와 같은 방법은 원자로와 주입되는 냉각재가 큰 온도 차를 가지면 재료 건전성에 문제가 발생할 수 있으며 원자로 내부가 가입되어 있는 경우 냉각수 공급이 이루어지지 않을 수 있다.
고온 가스로 등의 고온 원자로들은 공동 냉각 시스템 개념을 정지 냉각 시스템으로 널리 채택한다.
즉, 공동 냉각 시스템은 복사 혹은 지속적인 공기의 순환을 이용한 대류를 동반한 형태로 열 제거를 수행한다. 상기 공동 냉각 시스템은 대기압 공기의 낮은 열 전달 성능과 복사를 고려하여 충분한 열전달 면적을 필요로 한다.
또한, 공동에 액체 금속을 충수하여 직접 냉각을 하는 시스템도 있으나 일반적으로 액체 금속을 유지하기 위해 지속적인 가열이 필요하며 중력에 의해 제공되므로 충수에 방향성이 있다.
미국 공개특허공보 제2021-0142920호(2021.05.13.)
본 발명의 목적은 기존의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 안출된 것으로서, 자켓형 구조물로 중간 열교환 매개체 주입을 위한 예비 공간을 형성함과 동시에 정상 운전시 열손실을 줄이고, 비상 상황 발생시 최종 열침원 역할을 하는 해수와 원자로 용기의 직접 접촉을 피하면서 중간 열교환 매개체 주입을 통해 원자로 용기의 적절한 냉각 기능을 수행할 수 있는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템은, 원자로 용기; 상기 원자로 용기를 감싸는 자켓형 구조물; 상기 자켓형 구조물을 감싸는 해수용 열전달 유로를 포함하되, 상기 자켓형 구조물은, 중간 열전달 매개체를 저장하는 탱크; 상기 탱크의 일측과 상기 자켓형 구조물의 일측을 연결하여 상기 탱크내에 저장된 상기 중간 열전달 매개체를 상기 자켓형 구조물에 주입하는 주입 배관; 상기 주입 배관의 일측에 설치되어 상기 주입 배관의 통로를 개방 또는 폐쇄하는 개폐 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 자켓형 구조물은, 상기 원자로 용기의 제1 원주면부 상단과 하단에 각각 결합되는 제1 상면부 및 제1 하면부; 상기 제1 상면부의 외주 끝단과 상기 제1 하면부의 외주 끝단을 연결하도록 결합되어 상기 제1 원주면부와 일정 거리를 유지하는 제2 원주면부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 중간 열전달 매개체는 유체인 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 유체는 초임계 또는 가스인 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 중간 열전달 매개체의 유동은 자연 순환 방식으로 상기 원자로 용기와 상기 해수용 열전달 유로 사이를 순환하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 탱크는 상기 자켓형 구조물보다 높은 위치 또는 낮은 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 해수용 열전달 유로는, 상부 일측에 해수가 상기 해수용 열전달 유로내로 공급되도록 유입 배관이 연결되고, 하부 일측에 상기 해수용 열전달 유로내에 저장된 해수가 외부로 배출되도록 유출 배관이 연결되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 해수용 열전달 유로는, 상기 자켓형 구조물의 상면 및 하면과 동일한 높이로 각각 배치되어 상기 자켓형 구조물의 외측에 각각 결합되는 제2 상면부 및 제2 하면부; 상기 제2 상면부의 외주 끝단과 상기 제2 하면부의 외주 끝단을 연결하도록 결합되어 상기 제2 원주면부와 일정 거리를 유지하는 제3 원주면부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 해수용 열전달 유로는 상기 자켓형 구조물의 상하 높이와 동일하면서 상기 제2 원주면부를 부분적으로 감싸주도록 상기 제2 원주면부를 따라 일정 간격을 두고 독립된 공간을 형성하는 다수 개로 구성되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 다수 개의 상기 해수용 열전달 유로는, 상기 자켓형 구조물의 상면 및 하면과 동일한 높이로 각각 배치되어 상기 제2 원주면부에 결합되는 제2 상면부 및 제2 하면부; 상기 제2 상면부의 외주 끝단과 상기 제2 하면부의 외주 끝단을 연결하도록 결합되어 상기 제1 원주면부와 일정 거리를 유지하는 제3 원주면부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 제3 원주면부 중 일측 반경은 상기 제2 원주면부보다 안쪽 방향으로 함몰되도록 배치되고, 상기 제3 원주면부 중 타측 반경은 상기 제2 원주면부보다 바깥쪽 방향으로 돌출되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 중간 열교환 매개체를 활용하여 자켓형 구조물에 주입함으로써 고온의 원자로와 저온의 해수 사이에 발생할 수 있는 열적 충격을 방지할 적절한 열적 저항을 발생시키고 잔열 제거에 필요한 면적을 줄이는 효과가 있다.
또한, 정상 운전시에는 자켓형 구조물을 저압 혹은 진공으로 유지하여 열손실을 줄여 원자로의 열적 효율을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템 구성을 개략적으로 도시한 정면 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 실시예1 평면도.
도 3는 본 발명에 따른 실시예2 평면도.
이하, 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템은, 원자로 용기(100); 상기 원자로 용기(100)를 감싸는 자켓형 구조물(200); 상기 자켓형 구조물(200)을 감싸는 해수용 열전달 유로(300)를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 자켓형 구조물(200)은 상기 원자로 용기(100)의 정상 운전시 상기 원자로 용기(100)의 열손실을 줄이도록 자켓형 구조물(200)의 내부 공간을 진공 또는 저압으로 유지하는 역할과, 상기 원자로 용기(100)의 비정상 운전에 따른 비상 상황시 상기 원자로 용기(100)를 냉각시키도록 자켓형 구조물(200)의 내부 공간에 주입되는 중간 열전달 매개체(R)를 저장하는 역할을 한다.
이때, 상기 자켓형 구조물(200)은, 상기 원자로 용기(100)의 제1 원주면부(102) 상단과 하단에 각각 결합되는 제1 상면부(202) 및 제1 하면부(204); 상기 제1 상면부(202)의 외주 끝단과 제2 하면부(204)의 외주 끝단을 연결하도록 결합되어 상기 원자로 용기(100)의 제1 원주면부(102)와 일정 거리를 유지하는 제2 원주면부(206)로 구성된다.
즉, 상기 자켓형 구조물(200)내에 저장된 중간 열전달 매개체(R)는 상기 원자로 용기(100)의 제1 원주면부(102)에 직접 접촉되기 때문에 열전달율을 높여주게 된다.
상기 자켓형 구조물(200)은, 상기 중간 열전달 매개체(R)를 저장하는 탱크(210); 상기 탱크(210)의 하부 일측과 상기 자켓형 구조물(200)의 일측을 연결하여 상기 탱크(210)내에 저장된 상기 중간 열전달 매개체(R)를 상기 자켓형 구조물(200)에 주입하는 주입 배관(220); 및 상기 주입 배관(220)의 일측에 설치되어 상기 주입 배관(220)의 통로를 개방 또는 폐쇄하는 개폐 밸브(230)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 원자로 용기(100)의 비정상 운전에 따른 비상 상황시 상기 자켓형 구조물(200)에 저장된 중간 열전달 매개체(R)는 원자로 용기(100)의 제1 원주면부(102)를 직접 냉각하며 열을 상기 해수용 열전달 유로(300)의 방향으로 전달한다.
이때, 상기 중간 열전달 매개체(R)는 상기 원자로 용기(100)에 적합한 임의의 초임계, 가스, 액체와 같은 유체를 활용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 해수용 열전달 유로(300)는, 상기 자켓형 구조물(200)의 상면 및 하면과 동일한 높이로 각각 배치되어 자켓형 구조물(200)의 외측에 각각 결합되는 제2 상면부(302) 및 제2 하면부(304); 상기 제2 상면부(302)의 외주 끝단과 제2 하면부(304)의 외주 끝단을 연결하도록 결합되어 상기 자켓형 구조물(200)의 제2 원주면부(206)와 일정 거리를 유지하는 제3 원주면부(306)로 구성된다.
즉, 상기 해수용 열전달 유로(300)내에 저장된 중간 열전달 매개체(R)는 상기 자켓형 구조물(200)의 제2 원주면부(206)에 직접 접촉되기 때문에 열전달율을 높여주게 된다.
또한, 상기 해수용 열전달 유로(300)는 상기 자켓형 구조물(300)의 상하 높이와 동일하면서 자켓형 구조물(200)의 제2 원주면부(206)를 부분적으로 감싸주도록 제2 원주면부(206)를 따라 일정 간격을 두고 독립된 공간을 형성하는 다수 개로 구성된다.
즉, 상기 다수 개의 해수용 열전달 유로(300)는, 상기 자켓형 구조물(200)의 상면 및 하면과 동일한 높이로 각각 배치되어 자켓형 구조물(200)의 제2 원주면부(206)에 결합되는 제2 상면부(302) 및 제2 하면부(304); 상기 제2 상면부(302)의 외주 끝단과 제2 하면부(304)의 외주 끝단을 연결하도록 결합되어 상기 원자로 용기(100)의 제1 원주면부(102)와 일정 거리를 유지하는 제3 원주면부(306)로 구성된다.
이때, 상기 다수 개의 해수용 열전달 유로(300)의 제3 원주면부(306) 중 일측 반경은 상기 자켓형 구조물(200)의 제2 원주면부(206)보다 안쪽 방향으로 함몰되도록 배치되고, 상기 다수 개의 해수용 열전달 유로(300)의 제3 원주면부(306) 중 타측 반경은 상기 자켓형 구조물(200)의 제2 원주면부(206)보다 바깥쪽 방향으로 돌출되도록 배치된다.
즉, 상기 다수 개의 해수용 열전달 유로(300)의 제3 원주면부(306) 중 상기 자켓형 구조물(200)의 제2 원주면부(206)보다 안쪽 방향으로 함몰되도록 배치되는 일측 반경은 상기 자켓형 구조물(200)과 상기 해수용 열전달 유로(300)의 경계부분에서 자켓형 구조물(200)내의 중간 열전달 매개체(R)와 접촉면적을 확대해 주기 때문에 열전달율을 높여주게 된다.
상기 해수용 열전달 유로(300)는, 상부 일측에 해수(R)가 상기 해수용 열전달 유로(300)내로 공급되도록 유입 배관(310)이 연결되고, 하부 일측에 상기 해수용 열전달 유로(300)내에 저장된 해수(R1)가 외부로 배출되도록 유출 배관(320)이 연결된다.
이때, 상기 유입 배관(310)과 유출 배관(320)은 상기 해수용 열전달 유로(300)의 상부 일측과 하부 일측에 적어도 1개 이상이 각각 연결되는 것이 바람직하다.
또, 상기 유입 배관(310)과 유출 배관(320)은 상기 해수용 열전달 유로(300)가 다수 개일 경우 상부 일측과 하부 일측마다 각각 연결되는 것이 바람직하다.
상기 유입 배관(310)은 상기 자켓형 구조물(200)내의 중간 열전달 매개체(R)의 자연 순환을 위해 상기 해수용 열전달 유로(300)의 상부 일측에 배치되었으나 해수(R1) 유입이 자연 순환과 수두차(水頭差)에 의해 유입될 수 있도록 해수용 열전달 유로(300)의 하부 일측에 배치될 수도 있다.
이 처럼, 본 발명의 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템은 비정상 운전에 따른 비상 상황시 중간 열전달 매개체(R)를 자켓형 구조물(200)에 주입함으로써 고온의 원자로 용기(100)와 해수용 열전달 유로(300)에 공급되는 저온의 해수(R1) 사이에 발생할 수 있는 열적 충격을 방지할 적절한 열적 저항을 발생시킬 수 있기 때문에 잔열 제거에 필요한 면적을 줄이는 장점이 있을 뿐만 아니라, 정상 운전시 자켓형 구조물(200)을 저압 혹은 진공으로 유지할 수 있기 때문에 열손실을 줄여 원자로 용기(100)의 열적 효율을 높이는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
100 : 원자로 용기 102 : 제1 원주면부
200 : 자켓형 구조물 202 : 제1 상면부
204 : 제1 하면부 206 : 제2 원주면부
210 : 탱크 220 : 주입 배관
230 : 개폐 밸브 300 : 해수용 열전달 유로
302 : 제2 상면부 304 : 제2 하면부
306 : 제3 원주면부 310 : 유입 배관
320 : 유출 배관 R : 중간 열전달 매개체
R1 : 해수

Claims (11)

  1. 원자로 용기(100);
    상기 원자로 용기(100)를 감싸는 자켓형 구조물(200);
    상기 자켓형 구조물(200)을 감싸는 해수용 열전달 유로(300)를 포함하되,
    상기 자켓형 구조물(200)은,
    중간 열전달 매개체(R)를 저장하는 탱크(210);
    상기 탱크(210)의 일측과 상기 자켓형 구조물(200)의 일측을 연결하여 상기 탱크(210)내에 저장된 상기 중간 열전달 매개체(R)를 상기 자켓형 구조물(200)에 주입하는 주입 배관(220);
    상기 주입 배관(220)의 일측에 설치되어 상기 주입 배관(220)의 통로를 개방 또는 폐쇄하는 개폐 밸브(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자켓형 구조물(200)은,
    상기 원자로 용기(100)의 제1 원주면부(102) 상단과 하단에 각각 결합되는 제1 상면부(202) 및 제1 하면부(204);
    상기 제1 상면부(202)의 외주 끝단과 상기 제1 하면부(204)의 외주 끝단을 연결하도록 결합되어 상기 제1 원주면부(102)와 일정 거리를 유지하는 제2 원주면부(206)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 열전달 매개체(R)는 유체인 것을 특징으로 하는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유체는 초임계 또는 가스인 것을 특징으로 하는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 열전달 매개체(R)의 유동은 자연 순환 방식으로 상기 원자로 용기(100)와 상기 해수용 열전달 유로(300) 사이를 순환하는 것을 특징으로 하는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 탱크(210)는 상기 자켓형 구조물(200)보다 높은 위치 또는 낮은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 해수용 열전달 유로(300)는,
    상부 일측에 해수(R)가 상기 해수용 열전달 유로(300)내로 공급되도록 유입 배관(310)이 연결되고,
    하부 일측에 상기 해수용 열전달 유로(300)내에 저장된 해수(R1)가 외부로 배출되도록 유출 배관(320)이 연결되는 것을 특징으로 하는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 해수용 열전달 유로(300)는,
    상기 자켓형 구조물(200)의 상면 및 하면과 동일한 높이로 각각 배치되어 상기 자켓형 구조물(200)의 외측에 각각 결합되는 제2 상면부(302) 및 제2 하면부(304);
    상기 제2 상면부(302)의 외주 끝단과 상기 제2 하면부(304)의 외주 끝단을 연결하도록 결합되어 상기 제2 원주면부(206)와 일정 거리를 유지하는 제3 원주면부(306)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 해수용 열전달 유로(300)는 상기 자켓형 구조물(300)의 상하 높이와 동일하면서 상기 제2 원주면부(206)를 부분적으로 감싸주도록 상기 제2 원주면부(206)를 따라 일정 간격을 두고 독립된 공간을 형성하는 다수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    다수 개의 상기 해수용 열전달 유로(300)는,
    상기 자켓형 구조물(200)의 상면 및 하면과 동일한 높이로 각각 배치되어 상기 제2 원주면부(206)에 결합되는 제2 상면부(302) 및 제2 하면부(304);
    상기 제2 상면부(302)의 외주 끝단과 상기 제2 하면부(304)의 외주 끝단을 연결하도록 결합되어 상기 제1 원주면부(102)와 일정 거리를 유지하는 제3 원주면부(306)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제3 원주면부(306) 중 일측 반경은 상기 제2 원주면부(206)보다 안쪽 방향으로 함몰되도록 배치되고,
    상기 제3 원주면부(306) 중 타측 반경은 상기 제2 원주면부(206)보다 바깥쪽 방향으로 돌출되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 자켓형 원자로 정지 냉각 시스템.
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