KR20230067237A - 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템 - Google Patents

일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20230067237A
KR20230067237A KR1020210153113A KR20210153113A KR20230067237A KR 20230067237 A KR20230067237 A KR 20230067237A KR 1020210153113 A KR1020210153113 A KR 1020210153113A KR 20210153113 A KR20210153113 A KR 20210153113A KR 20230067237 A KR20230067237 A KR 20230067237A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling water
passage
core
reactor vessel
reactor
Prior art date
Application number
KR1020210153113A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102671685B1 (ko
Inventor
임호곤
박진희
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020210153113A priority Critical patent/KR102671685B1/ko
Priority claimed from KR1020210153113A external-priority patent/KR102671685B1/ko
Publication of KR20230067237A publication Critical patent/KR20230067237A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102671685B1 publication Critical patent/KR102671685B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/02—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices
    • G21C15/12—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices from pressure vessel; from containment vessel
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

본 발명은 자연대류를 통한 냉각방식을 가지는 일체형 원자로에 관한 것으로써, 원자로 1차측 유로에서 펌프 등의 강제순환을 이용하지 않고 자연순환만을 이용하여 노심을 열을 2차측으로 전달함으로써, 기포 생성을 억제하여 노심의 출력을 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 1차측과2차측의 열전달 유로의 길이를 최대화함으로써, 원자로 체적에 비해 원자로의 출력을 극대화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 낮은 압력에서도 운전이 가능하고, 2차측 급수를 제어함으로써, 노심 출력을 제어하고, 사고 시 자동적으로 원자로를 정지할 수 있는 효과가 있다.

Description

일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템 {Natural circulation type cooling system of integrated reactor}
본 발명은 자연대류를 통한 냉각방식을 가지는 일체형 원자로에 관한 것이다.
SMART 원자로와 같은 일체형 원자로는 원자로 내부에 펌프 및 증기발생기를 구비한다. 노심에서 생성되는 열로 터빈을 구동하기 위해 노심에서 생성되는 열을 과열증기로 변환한다.
이를 위해서 펌프를 이용하여 1차측 냉각수를 강제로 순환하여 증기발생기로 공급하며, 증기발생기에서는 짧은 유로에서 열전달을 극대화하기 위해 복잡한 형상의 열전달 구조체를 사용한다.
이러한 강제순환 방식의 일체형 원자로는 펌프 및 증기발생기가 모두 하나의 원자로 안에 집약되기 때문에 매우 복잡한 형상을 가질 뿐 아니라, 기계적 진동, 유지 관리 등이 어려운 문제가 있다.
또한, 설계할 수 있는 원자로의 크기에 여러 가지 제약이 발생할 수 있기 때문에 높은 출력의 원자로를 설계하는 것이 어려운 문제가 있다.
기존의 일체형 원자로의 복잡한 구조를 극복하면서도 50MWe 이상의 출력을 낼 수 있는 열전달 구조를 가지는 냉각 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
공개특허 제호 (2014.10.21.)
본 발명의 목적은 일체형 원자로의 내부 구조를 간단히 하면서도 노심에서의 열전달을 효과적으로 할 수 있는 자연순환형 열전달 구조를 가지는 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 2차 냉각수로 채워진 내측의 수용공간에 노심을 배치하고, 상기 2차 냉각수를 공급하는 공급관이 상부 외측면에 연결된 원자로 용기; 상기 2차 냉각수가 상기 원자로 용기의 내측 하부에서 공급되어 상기 수용공간을 채우도록, 상기 공급관에 연결되어 상기 원자로 용기 상부에서 상기 원자로 용기의 내측 하부로 이어지는 유로를 형성하는 공급유로; 내부가 1차 냉각수로 채워지고, 상기 1차 냉각수가 상기 공급유로와 상기 수용공간 사이를 순환하는 유로를 형성하는 순환유로; 및 상기 수용공간에서 열을 전달받은 상기 2차 냉각수의 기화로 발생한 증기를 배출하도록 상기 원자로 용기 상부에 설치한 증기배출관; 을 포함하는, 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 2차 냉각수를 내부에 공급하는 공급관이 상부 외측면에 연결되고, 1차 냉각수로 채워진 내부수용공간에 노심이 배치된 내부용기를 수용한 원자로 용기; 상기 공급관에 연결되어 상기 원자로 용기 상부에서 상기 원자로 용기의 내측 하부로 이어지는 하강유로와, 상기 2차 냉각수가 상기 하강유로에서 상기 내부용기의 하측으로 유입하여 상기 내부용기를 관통하여 상승하는 상승유로를 형성하는 공급유로; 상기 1차 냉각수가 상기 내부수용공간에서 순환하는 유로를 형성하는 순환유로; 상기 내부수용공간에서 열을 전달받은 상기 2차 냉각수의 기화로 발생한 증기를 배출하도록 상기 원자로 용기 상부에 설치한 증기배출관; 를 포함하는, 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템은, 원자로 1차측 유로에서 펌프 등의 강제순환을 이용하지 않고 자연순환만을 이용하여 노심을 열을 2차측으로 전달함으로써, 기포 생성을 억제하여 노심의 출력을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 1차측과2차측의 열전달 유로의 길이를 최대화함으로써, 원자로 체적에 비해 원자로의 출력을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 낮은 압력에서도 운전이 가능하고, 2차측 급수를 제어함으로써, 노심 출력을 제어하고, 사고 시 자동적으로 원자로를 정지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1에서 냉각수의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 상면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 5는 도 4에서 냉각수의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 상면도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현할 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.
이하에서 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참고로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템은, 2차 냉각수(30)로 채워진 내측의 수용공간(110)에 노심(10)을 배치하고, 상기 2차 냉각수(30)를 공급하는 공급관(120)이 상부 외측면에 연결된 원자로 용기(100); 상기 2차 냉각수(30)가 상기 원자로 용기(100)의 내측 하부에서 공급되어 상기 수용공간(110)을 채우도록, 상기 공급관(120)에 연결되어 상기 원자로 용기(100) 상부에서 상기 원자로 용기(100)의 내측 하부로 이어지는 유로를 형성하는 공급유로(200); 내부가 1차 냉각수(20)로 채워지고, 상기 1차 냉각수(20)가 상기 공급유로(200)와 상기 수용공간(110) 사이를 순환하는 유로를 형성하는 순환유로(300); 및 상기 수용공간(110)에서 열을 전달받은 상기 2차 냉각수(30)의 기화로 발생한 증기를 배출하도록 상기 원자로 용기(100) 상부에 설치한 증기배출관(400); 을 포함한다.
도 1 및 도2를 참조하면, 내측의 수용공간(110)에 노심(10)을 배치한 원자로 용기(100)는 외부에서 공급하는 2차 냉각수(20)와 수용공간(110)의 내부에서 순환하는 1차 냉각수(10)가 서로 열교환을 하면서 노심(10)을 냉각한다.
원자로 용기(100)는 수용공간(110)이 공급받는2차 냉각수(20)로 채워진다. 2차 냉각수(20)는 원자로 용기(100)의 상부 외측면에 형성한 공급관(120)을 통해 공급된다.
2차 냉각수(20)는 원자로 용기(100)의 상부에서 외측면에 형성한 공급관(120)으로 원자로 용기(100) 내부의 수용공간(110)으로 들어온다.
2차 냉각수(20)는 공급관(120)으로 들어와서 원자로 용기(100)의 내측 하부에서부터 수용공간(110)을 채운다. 2차 냉각수(20)가 원자로 용기(100)의 내측면을 흐르도록 원자로 용기(100)의 내측면에는 공급유로(200)를 형성한다.
상기 공급유로(200)는, 상기 원자로 용기(100)의 내측면 둘레에 형성하여 상기 수용공간(110)을 둘러싼다.
공급유로(200)는 2차 냉각수(20)가 원자로 용기(100)의 내측면을 흐르도록 원자로 용기(100)의 내측면과 수용공간(110)의 사이에 형성한다. 공급유로(200)는 원자로 용기(100)의 내측면 둘레에 형성하여 수용공간(110)을 둘러싼다.
공급유로(200)는 원자로 용기(100)의 외면을 형성하는 외벽(101)과 외벽(101)에서 소정의 간격으로 이격되어 내부에 수용공간(110)을 형성하는 내벽(102)이 형성하는 외벽과(101)과 내벽(102) 사이공간에 형성하는 것이다. 내벽(102)은 공급관(120)에서 원자로 용기(100)의 내부로 이어져 형성한다.
수용공간(110)은 내벽(102)에 의해 둘러싸인 공간에 형성하는 것이며, 수용공간(110)의 하부가 개방되도록 내벽(102)은 원자로 용기(100)의 내측 바닥면까지 이어져 있지 않다.
수용공간(110)은 하부가 개방되어 있어, 공급유로(200)를 통해 들어온 2차 냉각수(30)는 원자로 용기(100)의 내측 하부를 거쳐 수용공간(100)으로 흘러 들어간다. 수용공간(110)은 내벽(102)으로 둘러싸인 형태로 구성되되, 2차 냉각수(30)가 들어올 수 있도록 하부가 개방된 형태를 가진다.
공급유로(200)는 원자로 용기(100)의 상부에서 원자로 용기(100)의 내측 하부로 이어지는 유로를 형성한다. 2차 냉각수(30)는 공급유로(200)를 통해 공급관(120)에서 하강하여 수용공간(110)을 채운다.
원자로 용기(100)에서 수용공간(110)은 내벽(101)의 안쪽에 형성한다. 2차 냉각수(30)는 수용공간(110)을 둘러싼 형태로 구성된 공급유로(200)로 수용공간(110)의 하부를 통해 수용공간(110)의 내부로 들어온다.
순환유로(300)는 내부가 1차 냉각수(20)로 채워진다. 1차 냉각수(20)는 순환유로(300)를 통해 공급유로(200)와 수용공간(110) 사이를 순환한다.
상기 순환유로(300)는, 상기 노심(10)을 관통하면서 상기 노심(10)의 열을 흡수한 상기 1차 냉각수(20)가 상승하도록 상기 수용공간(110)의 내부에 위치한 상승관(310); 상기 2차 냉각수(30)와 열교환한 상기 1차 냉각수(20)가 하강하도록 상기 공급유로(200)의 내부에 위치한 하강관(320); 상기 상승관(310)과 상기 하강관(320)은 서로 연결되어, 상기 1차 냉각수(20)가 상기 수용공간(110)에서 상승하고 상기 공급유로(200)에서 하강하면서 순환하는 닫힌유로를 형성한다.
순환유로(300)는 하나의 유로를 형성하되, 일부는 공급유로(200)에 위치하고 다른 일부는 수용공간(110)에 위치한다. 내부의 1차 냉각수(20)는 순환유로(300)를 통해 순환하면서 공급유로(200)와 수용공간(110) 사이를 오간다.
순환유로(300)는 수용공간(110)의 내부에 위치하여 1차 냉각수(20)가 상승하는 상승관(310)과, 공급유로(200)의 내부에 위치하여 1차 냉각수(30)가 하강하는 하강관(320)으로 구성된다.
상승관(310)은 노심(10)을 관통하여 지나가도록 구성된다. 상승관(310)의 1차 냉각수(20)는 노심(10)을 지나면서 노심(10)의 열을 흡수하면서 상승한다. 하강관(320)에서 1차 냉각수(20)는 하강하는데, 수용공간(110)의 2차 냉각수(30)와 열교환을 통해 냉각된 상태로 하강한다.
순환유로(300)는 1차 냉각수(30)가 내부를 순환하도록 닫힌유로를 형성한다. 1차 냉각수(30)는 열교환을 통한 상승/하강의 자연적인 대류로 닫힌유로를 형성하는 순환유로(300)에서 순환한다.
하강관(320)은 관형태로 공급유로(200)의 내부에서 공급유로(200)에 대응하는 길이로 형성된다. 상승관(310)은 하강관(320)에 이어져 수용공간(110)의 내부에 배치된다.
상기 상승관(310)은, 상기 하강관(320)의 상부과 하부를 잇도록 연결되되, 복수 개의 다발을 형성한다.
상승관(310)과 하강관(32)은 각각의 상부와 하부가 서로 이어져 연결된다.
상승관(310)은 수용공간(110)에 위치하고 하강관(320)은 공급유로(200)에 위치하여, 상승관(310)과 하강관(320)은 서로 다른 위치에 있다. 상승관(310)과 하강관(320)은 서로 연결되어 닫힌유로를 형성하기 때문에, 상승관(310)의 상부와 하강관(320)의 상부는 서로 연결되고, 상승관(310)의 하부와 하강관(320)의 하부는 서로 연결된다.
상승관(310)은 하나의 단일 관이 아니고 복수 개의 다발로 구성된다. 상승관(310)은 복수 개의 다발로 구성되어 노심(10) 및 2차 냉각수(30)와 접촉면적을 늘려 열교환 효율을 높일 수 있다.
도 3을 같이 참조하면, 공급유로(200)는 수용공간(110)을 둘러싸는 형태로 형성되기 때문에, 공급유로(200)의 내부에 위치하는 하강관(320)은 공급유로(200)의 내부에서 수용공간(110)을 둘러싸면서 하나로 이어진 형태로 형성될 수 있다. 상승관(310)는 하강관(320)에 연결된 상태로 수용공간(110)의 내부로 돌출된 형태로 형성할 수 있다.
이때, 상승관(310)은 대칭으로 마주보는 형태로 돌출되지만 서로 연결되지는 않는다. 즉, 도 3을 기준으로, 하강관(320)에 연결된 상태로 상승관(310)은 좌우에서 수용공간(110)으로 돌출되어 형성된다. 상승관(320)은 좌우가 대칭으로 형성되는데, 수용공간(110)의 중간에서 끊어져 연결되지 않는다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 제1 냉각수(20) 및 제2 냉각수(30)의 흐름에 대해 살펴보면, 제2 냉각수(30)는 공급관(120)으로 들어와 공급유로(200)를 통해 하강한다. 원자로 용기(100)의 하부에서 수용공간(110)의 내부로 흐르면서 수용공간(110)을 채운다. 이때, 2차 냉각수(30)는 수용공간(110)의 내부에 배치된 노심(10)에서 발생하는 열의 일부를 흡수하면서 원자로 용기(10)의 상측으로 상승한다. 2차 냉각수(30)는 노심에서 충분한 열을 전달받지 않기 때문에 증발하지는 않는다.
1차 냉각수(20)는 노심(10)을 관통하여 지나가면서 노심(10)에서 발생하는 열을 흡수하여 상승한다. 상승한 1차 냉각수(20)는 수용공간(100)의 2차 냉각수(30)와 열교환하여 냉각되고 하강관(320)을 통해 하강한다. 하강관(320)에서 하강하는 1차 냉각수(20)는 순환유로(300)의 공급관(120)을 통해 들어오는2차 냉각수(30)와 열교환을 통해 온도를 더 낮춘다.
노심(10)의 열을 흡수하여 상승하는 1차 냉각수(20)와 열교환한 2차 냉각수(30)는 증발하여 증기로 원자로 용기(100) 상측의 증기배출관(400)을 통해 배출된다.
2차 냉각수(30)는 노심(10)의 열을 일부만 흡수하기 때문에2차 냉각수(30)의 증발은 노심(10) 부근에서 이루어지지 않는다. 노심(10)의 열은 상승관(310)에서 상승하는 1차 냉각수(20)가 대부분 흡수하며, 2차 냉각수(30)는 상승하는 1차 냉각수(20)와 열교환하여 증발한다. 증발은 순환유로(300)의 상측, 즉 상승관(310)의 상측에서 이루어진다.
2차 냉각수(30)는 공급유로(200)를 하강하면서 하강관(320)의 1차 냉각수(20)를 냉각한다. 수용공간(110)으로 들어와 노심(10)의 열을 일부 흡수하면서 상승하고, 상승관(310)에서 상승하는 1차 냉각수(20)의 열을 흡수하여 순환유로(300)의 상측에서 증발한다. 증발한 2차 냉각수(30)는 증기배출관(400)으로 배출된다.
1차 냉각수(20)는 상승관(310)에서 상승하면서 노심(10)과 열교환하면서 노심의 열을 흡수하여 상승한다. 상승관(310)에서 상승한 1차 냉각수(20)는 제2 냉각수(30)와 열교환하면서 열을 빼앗기고 하강관(310)을 통해 하강하면서 공급유로(200) 내부에서 제2 냉각수(30)와 열교환하면서 열을 빼앗긴다. 공급유로(200)에서 냉각된 제 1 냉각수(20)는 다시 상승관(310)에서 상승한다.
이렇듯 제1 냉각수(20)는 제2 냉각수(30) 및 노심(10)과 열교환을 하면서 순환유로(300) 내부를 별도의 장치 없이 지속적으로 순환한다. 즉, 자연대류를 통해 순환하면서 노심(10)을 냉각할 수 있는 것이다.
2차 냉각수(30)는 외부에서 지속적으로 공급되며 1차 냉각수(20)를 감싸는 형태로 순환하되 열린유로를 형성하며, 1차 냉각수(20)는 외부에서 공급없이 내부에서 닫힌유로를 형성하며 자연대류를 통해 순환한다.
2차 냉각수(30)는 원자로 용기(100)의 외부에서 펌프 등의 공급장치를 통해 강제로 공급한다. 상기 공급장치는 2차 냉각수(30)의 공급양도 같이 조절한다.
이러한 2차 냉각수(30)의 공급양 조절을 통해 원자로 출력을 제어할 수 있다. 즉, 2차 냉각수(30)의 유량을 낮추면, 2차 냉각수(30)는 순환유로(300)의 상측인 라이저가 아닌 노심(10)에서 증발한다. 이는 노심(10)에서 음의 반응도를 유발하여 노심(10)의 출력을 낮추며, 전반적인 궤환효과를 발생시켜 순환유로(300)에서 제1 냉각수(20)의 온도 및 순환 유량을 낮춘다. 2차 냉각수(30)로의 열전달량이 감소한다.
2차 냉각수(30)의 공급량 조절을 통한 노심(10)의 출력조절은 사고 시에 2차 냉각수(30)를 제한하여 노심(10)에서 상당히 큰 음의 반응도를 유발할 수 있다. 이는 원자로를 자동으로 정지할 수 있어 사고 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 기술한 효과는 후술할 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템에도 동일하게 적용된다.
2차 냉각수(30)가 증발하여 배출되는 증기배출관(400)은 도 2와 같이 원자로 용기(100)의 최상측에 형성할 수 있다. 이 경우 증기배출관(400)은 공급관(120)보다 높게 배치할 수 있다.
또는, 도 3과 같이 배치되는 높이와 관계 없이, 공급관(120)을 원자로 용기(100)의 상측에서 좌우에 배치하는 경우 증기배출관(400)은 상하로 배치하거나, 공급관(120)을 원자로 용기(100)의 상측에서 상하에 배치하는 경우 증기배출관(400)은 좌우로 배치할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템은, 2차 냉각수(30)를 내부에 공급하는 공급관(120)이 상부 외측면에 연결되고, 1차 냉각수(20)로 채워진 내부수용공간(131)에 노심(10)이 배치된 내부용기(130)를 수용한 원자로 용기(100); 상기 공급관(120)에 연결되어 상기 원자로 용기(100) 상부에서 상기 원자로 용기(100)의 내측 하부로 이어지는 하강유로(210)와, 상기 2차 냉각수(30)가 상기 하강유로(210)에서 상기 내부용기(130)의 하측으로 유입하여 상기 내부용기(130)를 관통하여 상승하는 상승유로(220)를 형성하는 공급유로(200); 상기 1차 냉각수(20)가 상기 내부수용공간(131)에서 순환하는 유로를 형성하는 순환유로(300); 상기 내부수용공간(131)에서 열을 전달받은 상기 2차 냉각수(30)의 기화로 발생한 증기를 배출하도록 상기 원자로 용기(100) 상부에 설치한 증기배출관(400); 을 포함한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 내부수용공간(131)에 노심(10)을 배치한 내부용기(130)를 수용한 원자로 용기(100)는 외부에서 공급하는 2차 냉각수(20)와 내부수용공간(131)에서 순환하는 1차 냉각수(10)가 서로 열교환을 하면서 노심(10)을 냉각한다.
원자로 용기(100)는 2차 냉각수(20)를 공급받아 내부가 채워진다. 2차 냉각수(20)는 원자로 용기(100)의 상부 외측면에 형성한 공급관(120)을 통해 공급된다.
원자로 용기(100)는 내부에 내부용기(130)를 수용하고 있다. 2차 냉각수(20)는 원자로 용기(100)의 내측면과 내부용기(130)의 사이 공간을 채운다.
원자로 용기(100)는 1차 냉각수(20)가 채워진 내부용기(130)를 수용한다. 2차 냉각수(30)는 내부 용기(130)를 제외한 원자로 용기(100)의 내측 공간에 채워진다.
2차 냉각수(30)는 공급유로(200)에 의해 내부용기(130)를 관통한다.
공급유로(200)는 상부의 공급관(120)과 연결되어 원자로 용기(100)의 내측 하부로 이어지는 하강유로(210)와 하강유로(210)에서 내부 용기(130)의 하측으로 유입하여 내부용기(130)를 관통하여 상승하는 상승유로(220)로 구성된다.
상기 하강유로(210)는, 상기 원자로 용기(100)의 내측면 둘레에 형성하여 상기 내부용기(130)를 둘러싼다.
공급유로(200)는 하강유로(210)와 상승유로(220)로 형성된다. 하강유로(210)는 1차 냉각수(20)로 채워진 내부용기(130)와 원자로 용기(100)의 사이에 형성된다. 상승유로(220)는 내부수용공간(131)을 관통하여 지나가도록 형성된다.
공급유로(200)는 2차 냉각수(20)가 원자로 용기(100)의 내측면을 흐르도록 원자로 용기(100)의 내측면과 내부용기(130)의 사이에 형성한다. 공급유로(200)는 원자로 용기(100)의 내측면 둘레에 형성하여 내부용기(130)를 둘러싼다.
하강유로(210)는 원자로 용기(100)와 내부용기(130)의 사이에서 소정의 간격으로 이격된 사이공간에 형성한다.
내부용기(130)와 원자로 용기(100)의 내측 바닥면 사이는 2차 냉각수(30)가 채워지는 공간을 형성하며, 하강유로(210)는 상기 공간까지 이어져 있다.
2차 냉각수(30)는 하강유로(210)에서 내부용기(130)의 하측으로 유입한다. 내부용기(130)에는 내부용기(130)의 내부를 관통하여 상승하는 상승유로(220)가 형성된다. 하강유로(210)는 내부용기(130)의 하측에서 상승유로(220)와 이어져 하강한 2차 냉각수(30)가 상승하는 유로를 형성한다.
순환유로(300)는 1차 냉각수(20)가 내부수용공간(131)에서 순환하는 유로이다.
상기 순환유로(300)는, 내부관(330)과 상기 내부관(330)을 둘러싼 외부관(340)으로 구성된 이중유로로 형성되되, 상기 노심(10)을 상기 내부관(330) 하단에 배치하여, 상기 1차 냉각수(20)가 상기 내부관(330)에서 상기 노심(10)의 열을 흡수하여 상승하고 상기 2차 냉각수(20)와 열교환하여 상기 외부관(340)에서 하강하면서 순환하는, 닫힌유로를 형성한다.
순환유로(300)는 내부관(330)과 외부관(340)으로 형성된다. 내부수용공간(131)에서 내부관(330)은 내부관을 형성하고, 외부관(340)은 외부관(340)를 형성한다. 내부관(330)은 1차 냉각수(20)가 상승하는 유로이고, 외부관(340)은 1차 냉각수(20)가 하강하는 유로이다.
내부관(330)은 내부수용공간(131)에서 노심(10)이 배치되는 중앙부위에 위치하며, 외부관(340)은 내부관(330)를 둘러쌈으로써, 내부관(330)과 외부관(340)은 이중유로를 형성한다.
내부관(330)는 노심(10)의 상단에 배치된다. 내부관(330)는 노심의 상단에 관(311) 형태로 구성되어 외부관(340) 구분된다. 관(311)을 사이에 두고 내부관(330)의 내부유로와 외부관(340)의 외부유로가 구분된다. 노심(10)은 내부수용공간(131)의 하부에 위치하고, 내부관(330)이 노심(10)의 상단에 설치되어 내부수용공간(131)의 상부까지 이어짐으로써, 내부관(330)과 외부관(340)은 별도의 유로를 형성한다.
1차 냉각수(20)는 내부관(330)에서 노심(10)의 열을 흡수하여 상승하고, 2차 냉각수(30)와 열교환하여 외부관(340)에서 하강한다.
순환유로(300)는 1차 냉각수(20)가 내부관(330)과 외부관(340) 사이를 순환하는 닫힌유로를 형성한다.
상기 상승유로(220)는, 복수 개의 다발관을 형성하여 상기 내부관(330)을 관통하여 지나가고, 상기 상승유로(220)의 2차 냉각수(30)는 상기 내부관(330)을 순환하는 상기 1차 냉각수(20)와 열교환한다.
상승유로(220)는 내부관(330)을 관통하여 지나가는데, 단일관이 아니라 복수의 다발관으로 형성할 수 있다.
복수의 다발관을 형성하는 상승유로(220)는 각각의 관이 서로 소정의 간격을 형성하며 내부관(330)을 관통하며 지나가도록 배치된다.
상승유로(200)는 내부용기(130)의 하측에서 시작하여 노심(10)을 관통하면서 지나간다. 상승유로(200)가 복수의 다발관으로 구성되어 노심(10)을 지나가면서 노심(10)에서 발생하는 열을 일부 흡수한다.
도 6을 같이 참조하면, 공급유로(200)는 내부용기(130)을 둘러싸는 형태로 형성된다. 또한, 내부용기(130)에서 외부관(340)은 내부관(330)을 둘러싸는 형태로 형성된다. 내부관(330)은 내부용기(130)의 원주방향으로 내부수용공간(131)의 내부로 돌출하여 형성할 수 있다.
이때, 내부관(330)은 대칭으로 마주보는 형태로 돌출되지만 서로 연결되지는 않는다. 즉, 도 3을 기준으로, 상하에서 내부수용공간(131)으로 돌출되어 형성된다. 내부관(330)은 좌우가 대칭으로 형성되는데, 내부수용공간(131)의 중간에서 끊어져 연결되지 않는다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 1차 냉각수(20) 및 2차 냉각수(30)의 흐름에 대해 살펴보면, 2차 냉각수(30)는 공급관(120)으로 들어와 공급유로(200)의 하강유로(210)를 통해 하강하고, 원자로 용기(100)의 하부를 채운다. 2차 냉각수(30)는 내부용기(130)로 유입하는데, 내부용기(130)의 내부수용공간(131)을 관통하여 지나가는 상승유로(220)를 통해 내부용기(130)의 내부로 유입한다. 이때, 노심(10)을 관통하여 지나가는 상승유로(220)를 지나가면서 노심(10)의 열을 일부 흡수하면서 상승한다. 2차 냉각수(30)는 노심에서 충분한 열을 전달받지 않기 때문에 증발하지는 않는다.
내부용기(130)에 담긴 1차 냉각수(20)는 내부수용공간(131)의 내부에 배치된 노심(10)에서 발생하는 열을 흡수하여 내부수용공간(131)의 상부로 상승한다. 1차 냉각수(20)는 상승하면서 상승유로(220)의 2차 냉각수와 열교환을 통해 냉각된다.
1차 냉각수(20)는 내부관(330)의 하부로 유입하여 노심 노심(10)에서 발생하는 열을 흡수하여 상승한다. 상승한 1차 냉각수(20)는 상승유로(220)의 2차 냉각수(30)와 열교환하여 냉각되고 외부관(340)을 통해 하강한다. 외부관(340)에서 하강하는 1차 냉각수(20)는 순환유로(300)의 공급관(120)으로 들어와 하강유로(210)에서 하강하는2차 냉각수(30)와 열교환을 통해 온도를 더 낮춘다.
노심(10)의 열을 흡수하여 상승하는 1차 냉각수(20)와 열교환한 2차 냉각수(30)는 증발하여 증기로 원자로 용기(100) 상측의 증기배출관(400)을 통해 배출된다.
2차 냉각수(30)는 노심(10)의 열을 일부만 흡수하기 때문에2차 냉각수(30)의 증발은 노심(10) 부근에서 이루어지지 않는다. 노심(10)의 열은 상승관(310)에서 상승하는 1차 냉각수(20)가 대부분 흡수하며, 2차 냉각수(30)는 상승하는 1차 냉각수(20)와 열교환하여 증발한다. 증발은 내부용기(130)의 상측에서 이루어진다.
2차 냉각수(30)는 공급유로(200)의 하강유로(210) 하강하면서 외부관(340)을 하강하는1차 냉각수(20)를 냉각한다. 상승유로(220)를 통해 내부수용공간(131)으로 들어와 노심(10)의 열을 일부 흡수하면서 상승하고, 내부관(330)에서 상승하는 1차 냉각수(20)의 열을 흡수하여 내부용기(130)의 상측에서 증발한다. 증발한 2차 냉각수(30)는 증기배출관(400)으로 배출된다.
1차 냉각수(20)는 내부관(330)에서 상승하면서 노심(10)과 열교환하면서 노심의 열을 흡수하여 상승한다. 내부관(330)에서 상승한 1차 냉각수(20)는 제2 냉각수(30)와 열교환하면서 열을 빼앗기고 외부관(340)을 통해 하강하면서 내부용기(130)의 외측의 공급유로(200)를 흐르는 제2 냉각수(30)와 열교환하면서 열을 빼앗긴다. 냉각된 제 1 냉각수(20)는 다시 내부관(330)에서 상승한다.
이렇듯 제1 냉각수(20)는 제2 냉각수(30) 및 노심(10)과 열교환을 하면서 순환유로(300)에서 별도의 장치 없이 지속적으로 순환한다. 즉, 자연대류를 통해 순환하면서 노심(10)을 냉각할 수 있는 것이다.
2차 냉각수(30)는 외부에서 지속적으로 공급되며 내부용기(130)를 감싸면서 유입되고, 내부용기(130)에서 1차 냉각수(20)에 의해 감싸지는 형태로 순환하되 열린유로를 형성한다. 1차 냉각수(20)는 외부에서 공급없이 내부에서 닫힌유로를 형성하며 자연대류를 통해 순환한다.
2차 냉각수(30)가 증발하여 배출되는 증기배출관(400)은 도 4와 같이 내부용기(130)의 최상측에 형성할 수 있다. 이 경우 증기배출관(400)은 공급관(120)보다 높게 배치할 수 있다.
내부용기(130)는 원자로 용기(100)에 수용되되, 완전히 잠기는 형태가 아닌 상부가 외부로 돌출된 형태로 수용될 수 있다. 증기배출관(400)은 공급관(120)보다 높게 배치될 수 있다.
도 4는 증기배출관(400)과 공급관(120)의 방향이 동일하게 형성될 수도 있고, 도 6과 같이, 증기배출관(400)은 상하에 배치하고, 공급관(120)은 상하로 배치하는 형태를 가질 수 있다.
이렇듯, 본 발명의 실시예들에 따른 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템은, 긴 유로를 형성하여 열전달 면적을 늘리고 2차 냉각수를 노심으로 직접 통과시키는 구조를 가진다.
이에, 노심을 냉각하기 위해 1차 냉각수의 자연대류를 통환 순환을 이용하기 때문에 노심을 냉각하기 위한 별도의 냉각장치가 필요하지 않아 원자로 체적에 비해 큰 출력을 낼 수 있다.
2차 냉각수의 유량조절을 통해 원자로 출력을 조절할 수 있기 때문에, 부하추종 운전이 가능하다. 2차 냉각수가 중단되는 사고가 발생하면 원자로는 노심에서 기포에 의해 출력이 줄어들어 자동으로 정지할 수 있다.
원자로의 운전압력을 비등경수로형 정도의 수준으로 낮추어 냉각수 유로의 파단사고를 막을 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
10: 노심
20: 1차 냉각수
30: 2차 냉각수
40: 증기
100: 원자로 용기
110: 수용공간
120: 공급관
200: 공급유로
300: 순환유로
310: 상승관
320: 하강관
400: 증기배출관

Claims (8)

  1. 2차 냉각수로 채워진 내측의 수용공간에 노심을 배치하고, 상기 2차 냉각수를 공급하는 공급관이 상부 외측면에 연결된 원자로 용기;
    상기 2차 냉각수가 상기 원자로 용기의 내측 하부에서 공급되어 상기 수용공간을 채우도록, 상기 공급관에 연결되어 상기 원자로 용기 상부에서 상기 원자로 용기의 내측 하부로 이어지는 유로를 형성하는 공급유로;
    내부가 1차 냉각수로 채워지고, 상기 1차 냉각수가 상기 공급유로와 상기 수용공간 사이를 순환하는 유로를 형성하는 순환유로; 및
    상기 수용공간에서 열을 전달받은 상기 2차 냉각수의 기화로 발생한 증기를 배출하도록 상기 원자로 용기 상부에 설치한 증기배출관; 을 포함하는,
    일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급유로는, 상기 원자로 용기의 내측면 둘레에 형성하여 상기 수용공간을 둘러싸는,
    일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환유로는,
    상기 노심을 관통하면서 상기 노심의 열을 흡수한 상기 1차 냉각수가 상승하도록 상기 수용공간의 내부에 위치한 상승관;
    상기 2차 냉각수와 열교환한 상기 1차 냉각수가 하강하도록 상기 공급유로의 내부에 위치한 하강관;
    상기 상승관과 상기 하강관은 서로 연결되어, 상기 1차 냉각수가 상기 수용공간에서 상승하고 상기 공급유로에서 하강하면서 순환하는 닫힌유로를 형성하는,
    일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상승관은, 상기 하강관의 상부과 하부를 잇도록 연결되되, 복수 개의 다발을 형성하는,
    일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템.
  5. 2차 냉각수를 내부에 공급하는 공급관이 상부 외측면에 연결되고, 1차 냉각수로 채워진 내부수용공간에 노심이 배치된 내부용기를 수용한 원자로 용기;
    상기 공급관에 연결되어 상기 원자로 용기 상부에서 상기 원자로 용기의 내측 하부로 이어지는 하강유로와, 상기 2차 냉각수가 상기 하강유로에서 상기 내부용기의 하측으로 유입하여 상기 내부용기를 관통하여 상승하는 상승유로를 형성하는 공급유로;
    상기 1차 냉각수가 상기 내부수용공간에서 순환하는 유로를 형성하는 순환유로;
    상기 내부수용공간에서 열을 전달받은 상기 2차 냉각수의 기화로 발생한 증기를 배출하도록 상기 원자로 용기 상부에 설치한 증기배출관; 을 포함하는,
    일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하강유로는, 상기 원자로 용기의 내측면 둘레에 형성하여 상기 내부용기를 둘러싸는,
    일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 순환유로는, 내부관과 상기 내부관을 둘러싼 외부관으로 구성된 이중유로로 형성되되, 상기 노심을 상기 내부관 하단에 배치하여, 상기 1차 냉각수가 상기 내부관에서 상기 노심의 열을 흡수하여 상승하고 상기 2차 냉각수와 열교환하여 상기 외부관에서 하강하면서 순환하는, 닫힌유로를 형성하는
    일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상승유로는, 복수 개의 다발관을 형성하여 상기 내부관을 관통하여 지나가고, 상기 상승유로의 2차 냉각수는 상기 내부관을 순환하는 상기 1차 냉각수와 열교환하는,
    일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템.
KR1020210153113A 2021-11-09 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템 KR102671685B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210153113A KR102671685B1 (ko) 2021-11-09 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210153113A KR102671685B1 (ko) 2021-11-09 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230067237A true KR20230067237A (ko) 2023-05-16
KR102671685B1 KR102671685B1 (ko) 2024-06-04

Family

ID=

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
공개특허 제호 (2014.10.21.)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2862176B1 (en) Small modular reactor safety systems
JP2002156485A (ja) 原子炉
JP4834349B2 (ja) 原子炉格納容器冷却設備
KR101366218B1 (ko) 원자로 및 원자로의 반응로 코어 냉각 방법
US7522693B2 (en) Passive safety-grade decay-heat removal method and decay-heat removal system for LMR with pool direct heat cooling process
US9595357B2 (en) Passive cooling system of nuclear power plant
CA2150275C (en) Passive emergency water system for water-cooled nuclear reactors
US11538599B2 (en) Nuclear reactor provided with a raised heat exchanger
KR20000069715A (ko) 개선된 자연 냉매순환식 원자로
US10629312B2 (en) Light water reactor with condensing steam generator
US5309489A (en) Nuclear reactor with cooling apparatus and method
KR101921406B1 (ko) 냉각 신뢰도가 향상된 smr 원자로 시스템
KR20230067237A (ko) 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템
KR102671685B1 (ko) 일체형 원자로의 자연순환형 냉각 시스템
KR20210118626A (ko) 피동 잔열 제거 계통
KR101677981B1 (ko) 원전안전계통 및 이를 구비하는 원전
EP3492811B1 (en) Nuclear power plants
JP2007232423A (ja) 自然循環式沸騰水型原子炉
KR102369045B1 (ko) 원자로 냉각 구조체
KR20220098791A (ko) 일체형 원자로(실시예)
US3898961A (en) Steam generator
KR102381886B1 (ko) 원자로 장기 냉각 계통
KR102631576B1 (ko) 키르히호프 법칙에 기반한 우회유로관을 가지는 원자로
KR102391857B1 (ko) 공동을 이용한 원자로 격납용기 외벽 냉각장치
JPH02176596A (ja) 高速増殖炉の崩壊熱除去システム

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right