KR950009881B1

KR950009881B1 - 원자로 설비

Info

Publication number: KR950009881B1
Application number: KR1019870010357A
Authority: KR
Inventors: 겐지 도미나가; 미노루 미끼; 도루 다까하시; 데쯔오 호리우찌; 히데오 모리시마; 다까시 나까야마; 구미아끼 모리야; 마사끼 마쯔모또; 미노루 아끼따; 쯔요시 니이노; 가네히로 오찌아이; 아끼히꼬 시오자와; 유이찌 우찌야마; 도요하루 야스노; 겐지 모리야; 소이찌로 기노시따; 가즈오 가게; 류우지 구보따
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼; 미다 가쓰시게; 히다찌 엔지니어링 가부시끼가이샤; 야마자끼 세이죠
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1987-09-18
Publication date: 1995-09-01
Also published as: CN87106445A; CN1012769B; US5011652A; KR880004491A

Abstract

내용 없음.

Description

원자로 설비

제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자로 설비의 단면도.

제2도는 제1도의 II-II선의 단면도.

제3도는 제1도에 나타낸 주격납용기의 내측 표면에 제공된 방열핀을 나타낸 도면.

제4도는 제1도에서 H로 나타낸 부분의 확대도.

제5도는 제1도에서 나타낸 원자로 설비의 배관 설명도.

제6도는 제1도에서 나타낸 설비의 외주 푸울의 대류 및 순환특성의 기본 원리 설명도.

제7도는 d/L와 Ra간의 관계 그래프.

제8a, 8b, 8c 및 8d도는 방열시 제1도에서 나타낸 주격납용기의 내면상에 설치된 방열핀의 효과를 설명하는 도면 그래프.

제9a 및 제9b도는 방열시 주격납용기의 내측면에 제공된 방열핀의 효과를 연산한 조건을 설명하는 설비의 단면도.

제10도는 계산결과를 나타내는 그래프.

제10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g 및 10h도는 방열핀의 변형을 설명하는 도면.

제11도는 주격납용기의 내측 표면상에 설치된 방열핀이 수직으로 연장되어 있는 일례를 설명하는 도면.

제12도는 본 발명에 따른 원자로 설비의 변형의 개략적 단면도.

제13도는 본 발명에 따른 원자로 설비의 다른 변형의 개략적 단면도.

제14도는 외주 푸울의 순환시 보강링의 영향을 설명하는 도면.

제15도는 본 발명에 따른 원자로 설비의 또다른 변형의 개략적 단면도.

제16도는 제15도의 선XVI-XVI의 원자로의 단면도.

제17도는 제15도에서 나타낸 설비중 물비산장치에 부합되는 조건을 설명하는 그래프.

제18도는 주격납용기의 내압과 물비산장치의 동작 사이의 관계 그래프.

제19도는 본 발명에 따른 원자로 설비의 또다른 변형을 설명하는 도면.

제20도 내지 제23도는 각각 종래의 원자로 설비를 설명하는 도면이다.

본 발명은 비등수형 경수로로 구성된 원자로의 노심을 봉입한 주격납용기에 관한 것으로, 특히 압력 억제 푸울물 냉각 시스템을 정적냉각시스템(static cooling system)으로 교체함으로써 고유의 안정성을 개선하고 설비 및 장비를 간소화하여 경제성 향상을 도모한 주격납용기에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 냉각재 상시시에, 주격납용기를 냉각하며 방사성 물질의 방출을 감소시키기에 적합한 자연방열식 주격납용기에 관한 것이다.

더 나아가, 본 발명은 냉각제 상실사고시에 주격납용기에 방출된 노심(爐心) 파괴열로 인하여 발생된 열에너지를 장시간에 걸쳐 자연력에 의해 시스템 외부로 제거하는데 적합한 자연방열식 주격납용기에 관한 것이다.

본 발명은 또한 원자로 건물에 응축물 저장 푸울을 설치한 원자력 플랜드에 관한 것이다.

본 발명은 또한 주격납용기내의 배관이 손상 발생시에 주격납용기의 내부를 냉각하는데 적합한 주격납용기 보강링에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 자연 순환식 원자로에 관한 것으로, 특히 비동수형 원자로에 이용될 수 있으며 제어봉이 삽입될 수 없는 비상시 및/또는 냉각제 상실사고 발생시에 장기간에 걸쳐 노심을 물에 잠겨 유지시키는 등으로 노심냉각을 확실히 할 수 있는 비상용 원자로 냉각시스템이 제공된 자연 순환형 원자로에 관한 것이다.

종래 기술의 일예로서는, 제20도에 도시한 바와 같이 비등수 원자로 설비의 압력억제실을 갖는 주격납용기가 있다.

주격납용기(201)는 원자로 압력용기(202)를 봉입하고 있으며, 원자로 압력용기(202)를 둘러싸고 있는 내부의 상측 공간은 건정(drywell)(203)이라 부르며, 한편 그 하측에 배치되어 푸울(204)의 물로 채워진 격납용기는 압력억제실(205)이라 부른다.

건정(203)과 압력억제실(205)은 통기관(206)에 의해 서로 연통되도록 구성되어 있다. 통기관(206)의 개방단부는 압력억제실(205)에 저장된 압력 억제 푸울(204)의 물에 잠겨진다.

건정(203)에는 원자로 압력용기(202) 외에, 고온 고압의 냉각제, 원자로 주시스템의 기구를 포함하는 배관이 배치되어 있다. 또한 냉각수를 분부하기 위한 격납용기 분무헤더(207)가 격납용기(201)내에 설치되어 있다.

또한, 잔열제거 펌프(208), 잔열을 제거하는 잔열제거시스템 열교환기(209), 및 이들 기구들을 경유하여 압력 억제 푸울로부터 분무헤더(207)까지의 배관이 분무헤더(207)에 냉각수를 공급하기 위해 설치되어 있다. 더욱이, 잔열을 제거하는 열교환기(209)로부터 압력 억제 푸울(204)로 냉각수를 반송하기 위한 배관이 또한 설치되어 있다. 참조부호 210은 생체 체폐벽(biological shield)을 구성하는 건물을 표시한다.

원자로의 주시스템의 배관이 파열되어지는 비상사태가 발생하면 원자로의 주시스템의 고온 고압 냉각재가 건정(203)내로 방출되고, 방출된 증기와 물의 혼합물이 통기관(206)을 거쳐 압력 억제 푸울(204)로 유도된다. 방출된 증기는 압력 억제 푸울(204)에서 냉각 및 응축되어, 건정(203)의 내부압력 상승을 억제하게 된다.

파열부로부터의 냉각제 유출이 끝나면, 주격납용기(201) 내부의 고온 고압의 증기는 분무헤더(207)를 가동함으로써 응축되고, 이것은 주격납용기(201)의 내부압력을 급격히 떨어뜨리게 한다.

압력 억제 푸울(204)의 수은이 증기의 배기로 상승할 때에, 압력 억제 푸울물은 잔열제거용 열교환기(209)에 의하여 냉각된다.

상기와 같이, 원자로 주시스템의 배관이 파열되는 경우, 이 사건이 단기간에 걸쳐 발생하게 되면 종래의 주격납용기(201)는 압력 억제 푸울(204)내의 물의 증기 응축으로 압력을 억제할 수 있다. 한편, 이 사고가 장기간에 걸쳐 발생하게되면, 주격납용기(201)는 분무헤더(207)로부터의 살수에 의한 증기의 응축으로 압력을 억제시켜 압력 억제 푸울물의 온도 상승을 방지시킨다. 전자의 경우에 압력 억제 푸울(204)에서의 압력 억제기능이 통기관(206)만의 유도기능에 의해 가능하기 때문에, 이 압력 억제기능은 또한 고유의 안정성을 보장하는데 충분하다. 반면에, 장기간에 걸쳐 주격납용기(201)를 냉각시키고 압력 억제 푸울(204)을 냉각시키기 위해서는, 잔열제거시스템 펌프(208), 열교환기(209), 저기로 동작되는 밸브 등의 동력기가 필요하게 된다.

전술한 종래의 예에서는, 냉각제 상실사고시에 방출된 증기를 냉각 및 응축하기 위해서는 대량의 물을 압력 억제 푸울내에 보유할 필요가 있으며 장기간에 걸친 압력 억제 푸울을 냉각하는데에는 잔열제거용 열교환기가 필요하다.

또한, 전술한 종래 기술의 비등수 원자로의 주격납용기에 있어서는, 비상용, 노심냉각장치(ECCS)가 냉각제 상실사고에 이어 작동된 후 그리고 노심이 물에 잠긴 후와 장시간에 걸쳐 노심이 파괴열의 제거에 대처하기 위한 잔열제거시스템이 제공된다. 결과적으로, 비용이 많이 들고, 핵분열 생성물을 함유하는 푸울물이 주격납용기 외측으로 누출되며, 설비된 기기의 운전을 체크하기 위해서 어느 정도 정기적으로 펌프와 열교환기 같은 동력기기의 조작시험을 시행해는 것이 곤란하다는 단점이 있다.

전술한 바와 같은 동력기기 및 설비구성을 이용한 압력 억제 푸울물 냉각시스템가 대비하여, 펌프, 대형의 열교환기 및 대형의 배관루프를 포함하는 회전기구와 같이 동적으로 기능하는 설비 대신에 가능한한 정적으로 열을 제거하는시스템이 동일한 냉각기능을 갖는 시스템으로서 고안될 수 있으면, 동력 구조적 부품에 대한 기능상의 요구를 감소시킴으로써 시스템 자체의 안정성 및 신뢰성을 실제적으로 향상시키며, 플랜트의 경제적 효율성은 설비 자체의 간소화와 관련하여 증대될 것으로 여겨진다. 그러한 정적시스템을 사용한 주격납용기에 대한 냉각시스템에 관련하는 종래 기술로, 예를 들면 일본 특허 공개번호 80-125483호 공보에 기술된 열 배관계에 기초를둔 주격납용기 냉각시스템을 인용할 수 있다.

이 특허 시스템은, 도면 제22도에서 볼수 있는 바와 같이, 내부에 낮은 비등점의 액체가 봉입되어 있는 다수의 원통형 방열핀(10)이 주격납용기(4)의 건정 금속판(9)의 외면상에 설치되게 구성되어 있다.

이것은 격납용기 전정 내부의 가스에 보유된 열이 이들 방열핀(10)을 통하여 주격납용기(4) 외부로 정적으로 빠져 나가도록 되어 있는 열제거시스템이다. 이러한 개념의 열관은 상기 언급한 격납용기 압력 억제 푸울물 냉각시스템에 기술적으로 적용할 수 있으므로, 정적으로 안정한 냉각시스템을 구성할 수 있게 된다. 그러나, 내부에 비등점이 낮은 액체가 봉입되어 있는 열관이 대규모 구조체로 설비되어 있기 때문에, 열관은 실질적으로 주격납용기의 외부 생체 차폐벽과 그 외부 공간상에 설치된 설비배치에 장애물이 되어 버려 실질적으로 영향을 미치게 된다. 또한 이 시스템의 구조에는 안전시스템에 관련하여 중요한 내진설비가 요구되고 있기 때문에, 규모가 커질 수 밖에 없다. 따라서 이 시스템은 그 설비시에 많은 문제점을 가지고 있고,구조상 경제적 잇점이 없으므로, 결국 이 시스템은 매우 현실적이지가 못하다.

유사한 주격납용기 냉각시스템에 관한 종래의 기술의 다른 예로서, 일본 실용신안 공개번호 84-116891호 공보에는 주격납용기의 콘트리트벽(1)과 라이너(2) 사이의 공간을 액체로 채움으로써 주격납용기(1) 액체로 채워져 있는 시스템이 기재되어 있다. 그러나, 이 시스템에서는 제23도에서 볼수 있는 바와 같이, 콘트리트벽(1)과 라이너(2) 사이의 간격이 2mm 정도이며, 그 간격은 너무 작으므로 압력 억제 푸울물(3)을 정적냉각시킬 수가 없어, 외부냉각액의 순환은 일어나지 아니한다. 따라서, 이 시스템은 비현실적인 것으로서 높은 정적냉각효율을 얻을 수가 없으며, 그 효과도 기대하기가 어렵다.

일본 특허 공개번호 79-137596호 공보에 기재된 종래의 비등수 원자로 플랜트는 원자로 건물과 터어빈건물에 인접하도록 원자로 건물의 외부에 설치된 응축물 저장탱크를 갖는다. 이 응축물 저장탱크는 보유하는 물의 양의 조절을 위한 수원으로, 그리고 연료 푸울 급수시스템 및 제어봉 구동 수력시스템의 수원으로 사용된다. 또한, 응축물 저장탱크는 고압 노심 분사시스템 뿐만 아니라 원자로의 격리시에 냉각시스템용 수원으로 사용되며, 이 두 시스템은 모두 안전 시스템이다.

종래의 비등수 원자로 플랜트에서, 응축물 저장탱크는 내진성 기초매트(콘크리트 매트)상에 설비된다. 이로 인해, 상기 언급한 특수 내진성 매트를 축조하는데 대량의 콘크리트가 필요하게 되므로, 비등수 원자로 플랜트의 전체 기초 매트를 구성하는데에 장시간이 필요하다.

냉각재 상실사고 발생시에, 중력을 이용하여 주격납용기에 냉각수를 주입하는 구조로서는, 일본 특허 공개번호 82-69289호 공보에 기재된 원자로가 제안되고 있다. 제21도에 도시한 바와 같이, 이 원자로는 다음과 같이 구성된다 : 냉각수탱크(213)에 형성된 냉각수의 수위(214)가 노심(211)을 포함한 원자로 압력용기(202)에 형성된 냉각수의 수위(212) 위에 위치시키도록 노심(211)을 배치한다. 냉각재 상실사고가 발생했을때에, 원자로 압력용기(202) 및 냉각수탱크(213)의 기상부(vapor phase portion)와 연통하는 배관(210)의 격리밸크(215,216)가 개방되어 동일 수위에서 두 공간의 압력을 설정한다. 압력안전밸브(218)는 주증기관(217)과 압력제어실(205) 사이에 설치되어 있다. 냉각재 상실사고시에, 원자로 압력용기(202) 내부의 증기는 압력안전밸브(218)를 거쳐 압력 억제푸울(204)로 방출되어 압력을 감소시킨다. 원자로 압력용기(202)의 내압이 감소하여 냉각수탱크(213)의 압력 이하로 떨어지게 되면, 냉각수탱크(214) 및 원자로 압력용기(202)의 바닥과 연통하는 배관(219)의 격리밸브(220,221)가 개방되어 냉각수탱크(213)내의 냉각수를 중력에 힘입어 원자로 압력용기(202)내에 공급할 수 있게 된다.

또한 압력제어실(205)은 원자로 압력용기(202) 내부에 형성된 냉각수의 수위(212) 위에 위치하여 중력낙하식 비상용 노심냉각시스템을 구성할 수 있다. 냉각재 상실사고시에는, 밸브(222)를 개방시켜, 압력억제실(205)내의 푸울(204)물이 중력에 의해 원자로 압력용기(202)내로 유입된다. 유사한 구조의 원자로에 대하여 원자공학지 31권 383호 13페이지(1986.6)에 또한 기재되어 있다.

이러한 종래의 기술에서는, 원자로 압력용기(202) 내측의 수위(212) 위에 압력억제실(205)이 설치되어 있다. 냉각재 상실사고시에는, 중력작용으로 원자로 압력용기(202)내로의 푸울(204)물 공급이 완료되면, 압력억제실내의 푸울(204)물이 없어질 가능성이 있다. 이 때문에, 통기관(223)에 의해 유입된 증기를 응축시키는 능력이 감퇴되는 결함이 있다.

따라서, 본 발명의 주목적은 주격납용기의 열이 주격납용기의 벽 표면을 통하여 대기중으로 방출되게 함으로써 잔열을 제거하는 열교환기를 사용하지 않고, 냉각재 상실사고 발생후 장시간동안 냉각을 실행할수 있는 자연방열형 주격납용기를 제공하는 것이다.

상기의 목적은 주격납용기의 원자로 건물 사이의 환상부분을 확장하여, 내부의물이 수용되어 있는 주격납용기 외주 푸울을 설치하고, 원자로 건물의 바깥쪽으로 환상부의 상측 기상부와 연통하는 통기관을 설치하며, 주격납용기내의 열을 격납용기의 벽면을 통하여 외주 푸울에 전달하여 열이 대기로 방출되게 함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 특징은, 어떤 구동력이 없이도 열이 압력 억제 푸울로부터 주격납용기의 벽면을 통하여 외추 푸울로 전달되어, 궁극적으로는 대기중으로 방출되게 하는 것이다. 또한, 주격납용기내의 열이 대기중으로 빠져나갈 수 있기 때문에, 지금까지는 열을 해양으로 빠져나가게 하기 위해 사용했던 잔열시스템이 불필요하게 되어, 오동작을 예방할 수 있으며 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 격납용기 압력 억제 푸울물의 냉각시스템으로, 펌프, 대량의 열교환기 및 대량의 배관루프 등의 회전기구 같은 동력설비 대신에, 사고 발생후 장시간동안 열제거 효과가 큰 정적냉각을 실행할 수 있는 열제거시스템을 구비한 주격납용기를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 주격납용기의 습정(wet well)과 이것을 둘러싸고 있는 생체 차폐벽 사이에 형성된 공간부에서 격납용기의 외주 주위에 설치되며, 습정 내부의 억제푸울의 깊이(L)에 대한 주격납용기와 생체 차폐벽간의 원통형부인 갭간격(d)의비율을 자연순환 유동의 발생을 촉진시켜 압력 억제 푸울물의 정적냉각 효율을 증가시킬 수 있는 값으로 설정하고 있는 푸울영역과 ; 물 주입배관을 통하여 외주 푸울의 냉각수를 주입하는 물 주입탱크로부터 오염되지 않은 물을 주입하기 위한 설비와 ; 외주 푸울의 상측 공간부의 기상부와 원자로 설비의 외부 대기수 사이에 설치되어 열을 흡입하는 외부 푸울의 열을 발산하도록 설계된 통기관을 제공함으로써 달성된다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉각재 상실사고 발생후 잔열제거를 위한 열교환기를 제공하지 않고도 장시간동안 냉각시킬수 있는 자연방열형 격납용기를 제거하는 것이다.

특히, 상기 목적은 건정으로부터 건정의 벽을 통과하여 원자로 건물의 측면까지 인도되는 파이프라인과 ; 파이프라인의 관통부 아래와 외주 푸울의 수위 위치에 배치되어 외주 푸울을 상측 및 하측 공간으로 분한하도록 된 간막이판과 ; 하측 공간부의 기상부 주입구(inlet)를 가지고 외부로 유도되는 배기채널과 ; 상측 공간부의 내부에 주입구를 가진 비상용 가스 처리시스템을 포함한 주격납용기 설비를 제공함으로써 달성될 수 있다.

이러한 형태에 따른 본 발명의 특징은, 동적 구동력을 이용할 필요가 없이,압력 억제 푸울로부터 격납용기 벽면을 통하여 외주 푸울로 열이 전달되어, 생성된 증기를 궁극적으로 대기중으로 빠져나가게 하며, 격납용기로부터 누출된 방사성물질이 비상용 가스 처리시스템으로 처리된 후에 방출된다는 점에 있다.

본 발명에 있어서, 주격납용기내의 열을 대기중으로 빠져나가게 할때에, 열은 스틸로 만들어진 원자로 압력용기의 벽면으로부터 외주 푸울로 전달되고, 다음에 이 열은 외주 푸울의 증기를 통하여 대기중으로 전달되기 때문에, 어떠한 동력기구 없이도 잔열의 제거를 성취할 수 있다.

방사성 물질의 제거에 관련하여, 이 방사성 물질들은 원자로 압력용기로부터 누출된 대기와 정화된 푸울에서 생성된 증기를 구별하여 비상용 가스처리시스템에 의하여 처리될 수 있기 때문에, 설비의 용적을 더 적게 할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 건설기간을 단축할 수 있는 원자력 플랜트를 제공하는 것이다.

상기의 목적은 격납용기와 그 외주 주변을 둘러싸고 있는 관형 생체 차폐벽 사이에 설치된 외주 푸울이 응축물 저장 푸울로서 사용되고 있는 원자력 플랜트를 제공함으로써 달성된다.

외주 푸울(응축물 저장 푸울)은 격납용기의 외주에 설치되고, 물 주입펌프, 펌프 구동터어빈, 주증기관 및 물 주입라인이 주격납용기 및 원자로 건물내에 구성된다.

결과적으로, 원자로 격리냉각시스템 및 비상용 노심냉각장치(ECCS) 같은 안전시스템, 제어봉 구동장치, 물 구동시스템 및 푸울 급수시스템을 포함하는 원자로 건물의 매우 중요한 배관의 노선은 이 설비들이 외주푸울에 인접하게 접속될 수 있기 때문에, 매우 짧아질 수 있다.

또한, 외주 푸울이 주격납용기와 원자로 건물의 생체 차폐벽(콘크리트벽) 사이에 형성된 과잉 공간부에 설치되기 때문에, 푸울은 원자로 건물의 내진성 콘크리트 매트상에 설비된다. 따라서, 종래의 원자로 플랜트에서 필요한 응축물 저장탱크용으로만 사용되는 내진성 콘크리트매트가 불필요하게 되기 때문에, 본 발명에 따른 내진성 기초 매트에 필요한 콘크리트의 양은 실제로 감소될 수 있으며, 그 결과 기초매트의 건설기간과, 이로 인해 원자로 플랜트의 건설기간이 단축될 수 있다.

종래의 응축물 저장탱크의 기능을 가진 외주 푸울이 원자로 건물에 설치되는 경우, 약 2000㎥ 이상의 물이 원자로 건물에 보유될 수 있다. 따라서, 푸울물의 누출시에 비상용 노심냉각장치와 같은 다른 설비에 물이 새는 것을 감지하여 방지하는데에 주의해야 할 필요가 있다.

외주 푸울은 라이닝 푸울구조를 갖는다. 이 라이닝 푸울구조를 적용하는 경우에는 소모된 연료 푸울의 누출을 검지하는 종래의 장치와 동일한 장치를 설치함으로써, 라이닝 접착부로부터의 누출을 쉽게 검지할 수 있고, 또한 보유중인 대량의 물이 외주 푸울의 큰 파손으로 인해 누출될 때에도, 생체 차폐벽은 물이 범람하는 것을 방지하는 벽으로서 작용한다. 그러므로, 생체 차폐벽 이외의 부분에 배치되어 안정성면에서 중요한 다른 기구에 물이 넘쳐 드는 사태는 발생하지 아니한다.

더욱이, 응축물 저장탱크의 대체 설비의 외주 푸울을 사용하기 위해서는, 수질을 소정치로 유지할 필요가 있다. 주격납용기의 억제 푸울과는 달리, 외주 푸울운 잔열제거시스템으로부터 주증기 안전밸브의 배기 및 막아 놓은 물의 유입 등이 일어나지 않기 때문에, 그 결과 수질을 악화시킬 요인이 없다. 따라서, 외주 푸울의 수질에 관련하여, 플랜트를 사용하는 동안 내내 그 정화도가 충분히 유지될 수 있기 때문에, 외주 푸울은 응축물 저장탱크로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 그 기계적 강도가 높으며 외주 푸울의 방열특성을 높이는 수준으로 유지할 수 있는 격납용기 보강링을 제공하는 것이다.

상기의 목적은 격납용기상에 구성되어 두께가 양단부에서 가늘고 중앙부에서 두꺼운 디스크형 보강령을 제공함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 경우에는, 대향 단부에서 두께가 가늘고 그 중심부에서 두꺼운 보강링을 제공함으로써, 동일한 단면적을 갖는 보강링의 강도가 격납용기 파열사고 발생시에 격납용기의 변형으로 야기된 장력에 대응하기도록 증가하고, 격납용기의 두께는 그 차이만큼 더 얇아질 수 있다.

결과적으로, 보강링은 자연대류를 촉진시키기 위한 구성으로 형성되어진다. 그러므로, 격납용기 표면 부근의 유체의 상대적 유량이 증가될 수 있으며, 이것은 다음에 격납용기 표면으로부터 수벽 까지의 열전달계수를 증가시키게 하여, 높은 열제거 효과를 성취할 수가 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래의 주격납용기의 벽으로부터 자연방열을 실질적으로 증가시킬 수 있으며, 경제적 효율성 및 안정성을 강화시킬 수 있는 주격납용기를 제공하는 것이다.

상기 목적은 다수의 돌기(방열핀)를 주격납용기의 내벽에 배치시킴으로써 달성될 수 있다.

이 수단은 돌기로부터의 열전달의 영역을 크게 할 수 있고, 비응축성 가스(공기)에 의해 벽표면상에 막층의 형성에 의해 야기되는 열전도를 억제시킬 수 있으므로, 벽표면상의 증기 응축률과 전달율을 증대시킬 수 있다. 그러므로, 주격납용기벽으로부터 자연방열이 촉진된다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉각재 상실사고 발생시에, 격납용기내로 유입된 증기의 응축을 실행하여 노심을 수중에 계속 담궈둘 수 있는 원자로를 제공하는 것이다.

부가하여, 이 목적은 노심의 침수를 효과적으로 실행할 수 있는 원자로를 제공하는 것을 포함한다.

본 발명의 이 목적은 원자로 용기의 외주를 둘러싸도록 격납용기에 배치되어, 수위가 원자로 압력용기 내측의 노심의 상측 단부 위에 형성되어 있도록 냉각재로 충만되어진 압력억제실과 ; 밸브가 설치되어 압력억제실에 함유된 냉각재를 원자로 압력용기내로 유도하는침수배관과 ; 수위 위의 압력어제실과 원자로 용기사이에 형성된 공간에 구멍을 구비하여 압력어제실과 연통하는 반송로를 포함한 원자로를 제공함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 부가 목적은 전술한 특성들에 압력어제실에서 수위 위의 기상부와 연통하여 밸브를 구비하는 가스배기관을 부가하므로써 달성될 수 있다.

냉각재 상실사고 발생 경우에, 압력어제실내의 냉각재는 침수통로를 통하여 주격납용기로 공급된다. 또한, 냉각재 상실사고시에 파열부로부터 주격납용기내로 배출되어 그 하측에 축적된 냉각재는 반송로에 의해 압력어제실로 인도된다. 따라서, 냉각재 상실사고 발생시에 , 냉각제는 압력억제로부터 침수배관, 원자로 용기, 파열부, 격납용기 및 반송로를 거쳐 다시 입력억제실로 순환하기 때문에, 압력억제실내에 냉각재에 의한 증기 응축능력은 감퇴하지 않으며, 주격납용기내에의 냉각제의 공급으로 노심의 침수를 효과적으로 실행할 수 있다.

또한, 이 부가 목적의 특성에 따르면, 압력억제실의 기상부의 가스가 가스 배기관에 의하여 외부로 배출되기 때문에, 격납용기의 하측부에 축적된 냉각재는 반송로를 거쳐 압력억제실내의 효과적으로 유될 수 있다. 따라서, 압력억제실의 냉각재 수위가 증가하므로, 주격납용기내로 냉각재를 공급하는 작용이 증가하게 된다.

본 발명의 다른 목적은 원자로 압력용기내의 압력안전밸브와 가압수를 및 붕산수를 가진 다수의 탱크를 조합함으로써, 동력기기 및 장치의 갯수를 줄일 수 있고 이로써 신뢰도를 개선할 수 있으며, 냉각재 상실사고시 그리고 제어봉이 삽입될 수 없는 경우에 노심을 안전하게 폐쇄하여 냉각시키는데 효과적인 조합을 가지고 있는 비상용 노심냉각장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 다음의 두가지에 의해 달성할 수있다.

1) 압력안전밸브와 가압탱크 또는 압력밸브 위에 배치된 중력낙하식 탱크를 조합함으로써 동력기기 및 장치의 갯수를 감소시키며 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

2) 압력탱크와 중력낙하식 탱크와의 적당한 조합을 채택하고 몇몇 탱크에 붕산수를 채움으로써 제어봉이 삽입될 수 없는 경우 냉각재 상실사고에 대처할 수 있다.

압력안전밸브와 가압탱크 또는 중력낙하식 물탱크의 적당한 조합을 채택함으로써, 냉각재 상실사고 발생시에 압력안전밸브가 개방되어 압력 격납용기의 증기를 방출되게 하여 원자로 압력용기의 내부압력을 감소시키고, 각 탱크의 압력을 그들의 동작 압력으로 강하시킴으로써, 가압탱크내의 물과 그 다음 중력 강하식탱크내의 물이 원자로 압력용기내로 주입될 수 있다. 이 주입에 있어서, 탱크 압력 또는 중력낙하의 자연력을 이용하기 때문에, 펌프를 사용한 물의 주입에 비하여 신뢰도가 향상될 수 있다.

또한, 다수의 탱크중 몇개의 탱크의 붕산수를 채우기 때문에, 제어봉이 삽입될 수 없는 경우에 붕산수가 압력용기내로 주입될 수 있으므로, 원자로 안전하게 폐쇄할 수 있게 된다.

본 발명의 전술한 그리고 다른 목적, 특징 및 장점들은 전 도면에 있어서 동일한 참조숫자가 동일 또는 유사부를 가리키고 있는 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시예의 설명으로부터 명백할 것이다.

제1도 내지 7도를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 대하여 설명한다.

제1도 내지 7도에서, 비등수형 원자로의 자연방열식 격납용기(1)는 핵 분열반응에 의하여 열을 발생하는 노심(2)을 수납하고 있는 원자로 압력용기(3)와, 배관 및 원자로의 주시스템의 기기가 배치되어 있는 건정(4)이 배치되어 있고, 압력억제실 또는 압력 억제 푸울(물)(5)을 수용하고 있는 압력억제실(6)이 통기벽(7)에 의해 한정되어 형성되어 있다. 건정(4)과 압력억제실(6)은 통기벽(7)에 형성된 다수의 통기관(8)에 의하여 서로 연통한다. 다수의 방열핀(10)들은 격납용기(1)의 내표면의 일부상에 그리고 압력억제실(6)의 상측기상부(9)를 포위하는 부분상에 형성되어 있다. 또한, 노심 분무구(24)는 통기관(8)의 건정(4)측에서 압력 억제 푸울(5)의 통상 수위(B)위의 지점에 형성되어 있다.

물이 수용되어 있는 외주 푸울(14)은 주격납용기(1)와 생체 차폐벽(11)을 가지는 원자로 건물(12) 사이에 형성되어 있다. 이 격납용기 외주 푸울(14)은 격납용기(1)의 벽표면으로부터 방열을 증대시킬 수 있으며 압력 억제 푸울(5)의 수위보다 더 높은 수위(L)을 가지고 있어서, 사고가 난 경우에, 사고후 일정기간(예를 들면 3일)동안 실제로 남겨질 수 있는 물의 양을 확보할 수 있다. 또한, 환상 기상부(13)의 주변벽이 방수벽이기 때문에, 원자로 건물(12)에 물이 새어들 가능성은 없다.

환상 기상부(13)를 상측 및 하측 공간부(15,16)로 한정하는 간막이판(17)이 환상 기상부(13)에 설치되어 있다. 이 간막이판(17)은 제14도에 도시한 바와 같이 벨로우즈(bellows)(18)에 의하여 서로 움직일 수 있게 결합된 두개의 환상판(19,20)으로 이루어져, 건물(12)측과 격납용기(1)측 사이의 열팽창의 차이 또는 지진시에 생기는 변형으로 야기되는 위치변화의 차이를 흡수할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

간막이판(17)위의 상측 공간부(15)는 방사성물질을 제거할 수 있는 필터(21)가 그 중간에 제공되어 있는 배관(22)에 의하여 외부와 연통하는 한편, 간막이판(17)과 외주 푸울(14)사이에서 방사성물질에 오염되지 않는 하측 공간부(16)는 배기관(23)을 거쳐 원자로 건물(12)의 외측과 연통한다. 이러한 구성은 냉각재 상실사고 발생시에, 주격납용기(1)를 관통하는 배관을 상측 공간부(15)에 집중시킴으로써 방사성물질이 상측 공간부(15)로만 누출되게 하고, 상측 공간부(15)에 누출된 방사성물질은 필터(21)에 의하여 제거될 수 있도록 한다. 또한, 실제적으로 방사성물질에 의해 실제로 오염되지 않은 하측 공간부(16)로부터의 가스나 중기가 필터(21)를 통과하지 않고 외측으로 배출되기 때문에, 필터에 과도한 여과 하중이 부여될 가능성은 없다.

외주 푸울물의 대류 및 순환(A)을 허용 또는 촉진시키는 중앙 간막이판(25)이 외주 푸울(14)에 배치되며, 대류 및 순환(A)을 허용하는 구멍(26)이 중앙 간막이판의 하부에 형성되어 있다.

또한, 외주 푸울(14)의 푸울물의 깊이를 L이라고 하고, 외주 푸울(14)의 방사상 폭을 d라고 가정하면, 이들 파라메타는 푸울물의 충분한 회전을 확실히 하도록 d/L≥0.15가 되는 값으로 선택된다.

d/L≥0.15를 위하여, 예를 들면 압력 억제 푸울(5)의 깊이가 약 6m인 주격납용기(1)의 경우에, 외주 푸울(14)의 갭(d)은 0.9m 이상으로 설정된다. 주격납용기(1)와 생체 차폐막(11)사이에 이 정도의 갭이 있으면, 주격납용기(1)와 생체 차폐막(11)의 건조 및 조립은 건설공사와 동시에 실행될 수 있다. 그러므로, 이 구성은 원자로 건물(12)의 건축기간을 단축시키는 효과가 있다.

갭을 d/L≥0.15가 되도록 설정하는 이유를 이하 더 상세히 설명한다.

제6도는 주격납용기의 외주 푸울을 개략적으로 나타내고 있다. 도면에 도시된 이중 원통구조에 있어서, 내측 원통부(29)는 원자로 격납 용기(1)인 한편, 외측 원통부(30)는 주격납용기(1) 및 생체 차폐벽(11)으로 둘러쌓인 본 발명의 외주 푸울이다. 외주 푸울물의 수위는 압력 어제 푸울물의 수위와 같거나 더 높게 설정되어 원자로 격납용기 벽표면을 통한 열전도성을 개선시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 경우에서와 같이, 정적냉각을 실행하기 위하여 외주 푸울(14)의 순환을 가능한한 많이 발생시키는 것이 효과적이다. 그러나 원통부의 갭간격(d)이 좁은 경우에는 , 보통 전술한 자연순환유가 발생하기가 어려우므로, 효과적인 냉각시스템을 성취할 수 없다.

한편, 제7도에서는 일반적인 고찰로서 실험적으로 결정된 것으로, 내측 원통부(29)에 열원을 가지고 있는 이중 원통부(29,30)의 갭부에서는 자연순환유의 발생경향은 d/L 함수, 즉 원통 부위의 간격(d) 대 압력 억제 푸울(L)의 비율로 표시된다. 그래프에서, Ra 또는 레일리(Rayleigh)수는 순환유가 발생하는 용이도를 나타내는 지수로, 그 수치가 낮을수록 자연순환흐름은 더 많이 발생하고 열제거 효율은 더 높아진다는 것을 의미한다. 그래프에서 도시한 바와 같이, d/L 값이 0.15이하일때, 레일리수는 커지므로 자연순환흐름의 발생이 어려워짐을 알 수 있다. 그러므로, d/L 값, 즉 억제 푸울물 깊이(L)대 외주 푸울 갭간격(d)의 비율을 15/100 또는 그 이상으로 설정하는 것이 좋다.

주로 제5도를 참조하여, 제1실시예에 따른 원자로 설비(35)의 배관계통을 자세히 설명한다.

주증기관(41)은 증기를 압력 격납용기(3)로부터 발생 터빈(42)으로 유도한다. 급수관(43)은 터빈(42)에서 나온 증기로부터 응축기(44)에 의하여 응축된 물을 수용하여, 원자로 압력용기(3)내의 보호판(45)의 외부로 보낸다. 압력용기(3)내로 유입된 물은 보호판(45)의 외부를 따라 통과하여, 노심(2)의 하측부에 도달하고, 노심(2)으로부터 열을 받아 증기화되어, 증기관으로부터 배출된다. 참조숫자 46a, 46b는 밸브를, 47a, 47b,47c는 단향밸브를 나타낸다.

주증기관(41)에 설치된 압력안전밸브(48)는 원자로 압력용기(3)의 내압이 비정상으로 높아지는 경우 증기를 빠져나가게 하여, 원자로 압력용기(3)의 내압이 소정의 범위내에 유지되도록 조절한다. 압력안전밸브에서 누출된 증기는 통기관(49)를 거쳐 압력억제실(6)내의 압력 억제 푸울(5)내로 유입되어 여기에서 응축된다.

참조숫자 50, 51은 각각 5∼10 기압의 고압수탱크와 2∼5 기압의 저압수탱크를 각각 가리키며, 이들은 원자로 압력용기(3)내의 노심(2)위에 설치되어 냉각재 상실시 중력낙하식으로 노심(2)에 물이 채워지게 한다.

예를 들면, 고압수탱크에는 붕산수를 넣어둔다. 참조숫자 52는 급수배관을, 참조숫자 53, 54는 밸브를 각각 나타낸다.

펌프(55)는 비상시(물의 응축 및 공급이 원자로 폐쇄후 어떤 이유로 정지되는 경우)에, 주증기관(41)으로부터 파이프(56)로 전달된 증기에 의해 구동되는 터빈(57)에 의하여 작동되고, 외주 푸울(14) 및 압력 억제 푸울(5)의 물을 급수배관(43)으로 공급하여, 노심(2)의 냉각을 물의 충전으로 촉진시키는 원자로 노심 격리 냉각(RCIC)시스템을 구성하게 된다.

참조숫자 60은 잔열제거시스템을 구성하는 펌프를 가리킨다. 펌프(60)는 분무기(61,62)에 의해 외주 푸울(14)과 압력 억제 푸울(5)중 적어도 하나로부터의 물을 주격납용기(1)의 외부에 균일하게 분무하여 격납 용기(1)의 내부및 외부의 열전도를증가시킴으로써 격납용기(1)의 냉각을 촉진시킬 수 있고, 분무기(63)에 의해 격납용기(1)의 건정(4) 내부에 일정하게 물을 분사하여 건정(4)내의 증기를 냉각시킬 수 있다. 참조숫자 64, 65, 66은 밸브를 가리킨다. 환상 기상부(3)의 내부에 분무된 물은 파이프(67)를 거쳐 외주 푸울(14)로 유입되는 한편, 건정(4)내에 분사된 물은 통기관(8)을 거쳐 압력 억제 푸울(5)내로 유입된다.

참조숫자 68은 냉각용 열교환기를 가리키며, 열교환기(68)에 의하여 냉각되어진 외주 푸울(14) 및 압력 억제 푸울(5)의 물은 배관(도시하지 않음)을 통하여 본래 위치로 되돌아갈 수 있다.

참조숫자 71은 외주 푸울(14)의 물을 이용함으로써 제어봉의 위치를 조절하는 유압식 조절계의 펌프를 나타낸다. 참조숫자 72는 필터를, 참조숫자 73은 제어봉의 구동제어장치를 나타낸다.

참조숫자 78은 사고신호에 의하여 개방되도록 되어 있는 밸브를 거쳐 외주 푸울물 탱크(도시하지 않음)에 연결된 급수배관(79)으로부터 중력낙하식 급수에 의하여 외주 푸울(14)의 수위를 조정하는 보급관을 나타낸다.

다음에, 제1도 내지 제7도에서 원자로 설비(35)의 여러 냉각 동작을 설명하기 전에, 제8a, 8b, 8c 및 8d도를 참조하여, 격납기용(1)의 내벽으로부터 돌출한 다수의 방열핀(10)의 냉각동작에 대하여 설명한다.

자연방열식 주격납용기(1)는 다수의 돌기(방열핀)가 기상부 반대편의 주격납용기 내벽에 설치되어 장기간에 걸쳐 자연방열에 의해 주격납용기의 벽으로부터 노심 파괴열을 제거할 수 있는 것에 특징이 있다.

냉각재 상실후 주격납용기(1)의 기상부에는 고온 고압의 증기와 본래 존재하는 공기와의 혼합물이 채워진다. 주격납용기 벽면상의 증기응축과정에 있어서, 비응축성 공기의 얇은 막이 응축표면상에 형성되는 경향이 있고, 이로써 응축 열전도계수를 감소시킬 수 있다.

이것은 응축표면 부근에 공기가 정체하게 되는 층류영역이 형성되어, 이 영역에 비응축성 가스가 축적되는 사실로 인한 것이다.

따라서, 표1의 번호 4의 구성을 갖는 많은 돌기(방열핀)가 주격납용기(1)의 내벽에 설치되어 있다. 이러한 구성은 주격납용기(1)의 내부 공기와 주격납용기(1)의 벽 사이의 열전도영역을 증가시키고, 응축표면상의 열의 축적에 의해 영향을 받지 않고 열전도계수를 증가시키는 것이 가능하고, 이로써 격납용기 공간부로부터의 자연방열을 증가시킨다.

증기 응축표면(즉, 열전도면)의 구성에 따라. 전술한 얇은 공기층의 영향을 제거할 수 있으며 증기 열전도특성을 증가시킬 수 있다.

[표 1]

열전도면의 구성과 열전도 특성간의 관계

* 는 종래 격납용기 벽면의 구성

** 는 본 발명 격납용기 벽면의 구성

이제 제8a, 8b, 8c 및 8d도를 참조하여, 돌기(방열핀)으로부터 파생되는 열전도 향상에 대하여 설명한다. 고온의 비응축성가스(공기)와 증기가 혼합형태(동기와 증기의 양은 사실상 냉각재 상실사고후 원자로 격납용기 내부 기압과 실질적으로 동일함)로 존재하는 대기와 저온측 증기 응축표면(원자로 격납용기) 사이의 열전도를 고려하면, 공기와 증기의 균일한 혼합대기(대기는 파열로부터 방출된 냉각재가 구동력으로 작용하기 때문에 활성화된다)는 증기응축표면으로 이동하여, 증기가 응축되므로 최종적으로 열전도성은 양호하게 된다. 그러나, 열전도율이 열악한 대기중의 일부 공기는 증기 응축표면에서 정체되어 매우 얇은 층류영역을 형성하게 된다. 이 얇은 공기층이 존재하기 때문에, 공기와 증기의 혼합대기와 증기 응축표면 사이의 열전도는 얇은 공기층을 경유하여 증기의 확산을 통해서만 실행되므로, 결국 열전도성은 매우 열악해진다. 공기량 대 증기량의 비율과 열전도율간의 관계로 보아, 열전도성은 제8c및 8d도에 도시한 바와 같이, 공기량의 비율이 증가하면 열악해짐을 알 수 있다.

전술한 공기막이 증기 응축표면에 매우 근접하여 형성된 층유영역에 형성되기 때문에, 만일 돌기가 응축표면에 형성되면, 돌기의 표면에는 공기막이 형성되지 않는다(열전도율이 나쁜 영역이 돌기의 밑부분에서의 모서리부에 잔류할 가능성이 있는 경우에도 문제는 없다).

본 발명에 있어서, 전술한 방열핀(10)의 효과를 이용함으로써, 공기/증기 혼합 대기영역과 방열핀(10)사이의 유효 열전도성이 상승되고, 열전도영역은 방열핀(10)에의해 증가되며, 이로써 주격납용기의 내벽으로부터의 자연방열을 촉진시킬 수 있게 된다.

주배관 또는 건정(4) 내측의 기기의 고장사고가 발생한 경우, 원자로 설비(35)의 동작에 관하여 이하 설명한다.

이러한 경우에, 주격납용기(1)의 건정(4)의 내부온도 및 압력은 주배관의 파열부(90)로부터 방출된 고온 고압의 증기로 인하여 갑자기 상승한다. 이 건정(4) 내측의 대기 또는 증기는 통기벽(7)의 통기관을 거쳐 압력억제실(6) 내측의 푸울(5)로 방출되어 응축된다. 따라서, 건정(4)의 내부압력 상승을 억제할 수 있다.

이러한 상태가 지속되면, 압력 억제 푸울(5)의 물의 온도가 지속되어, 압력 억제 푸울(5)의 수온과 외주 푸울(14)의 수온간의 차이는 압력 억제 푸울(5)의 수온의 상승과 함께 증가된다. 그러므로, 억제 푸울(5)에서 외주 푸울(14)로 전달된 열량이 증가되고, 이로써 압력 억제 푸울(5)의 수온의 상승을 억제할 수 있게된다. 원자로 설비(35)에서, d/L

0.15의 필요조건이 외주 푸울(14)에 부합되도록 물이 외주 푸울(14)에 수용되어 있거나 공급되게 한다. 동시에, 환상 중심 간막이판(25)이 외주 푸울(14)에 설치되어 있다. 그 결과, 외주 푸울(14)에서의 물의 순환이 확실하게 실행되고, 외주 푸울(14)에서 열전도 및 방열이 효과적으로 행하여질 수 있다.

외주 푸울(14)의 수온이 외주 푸울(14)로의 열전도에 의하여 계속 상승하면, 외주 푸울(14)의 물의 비등 또는 증발이 시작된 다음에 열이 흡수되고, 그 결과로 외주 푸울(14)의 열이 제거된다. 또한, 열제거는 외주 푸울(14)의 수위로부터 기상부인 하측 공간부(16)로의 열전도에 의해서도 행하여진다. 하측 공간부(16)에 전달된 열은 하측 공간부(16)에서의 자연대류에 의하여 그리고 최후로는 배기관(23)을 거쳐 비교적 고온의 증기형태로 건물(12)외측으로 배출된다.

한편, 원자로 설비(35)에 있어서, 공기막층에 의한 열전도의 방해를 경감시키고 열전도영역을 증가시키기 위한 방열핀(10)들이 건정(4)과 압력억제실(6)의 기상부를 둘러싸고 있는 원자로 용기(1)의 내벽에 설치되어 있다. 따라서, 건정(4)과 압력억제실(6)의 기상부내로 방출된 원자로 파괴열은 방열핀(10)에 의해 격납용기(1)의 벽으로 효과적으로 전달되어, 격납용기(1)의 벽으로부터 외측의 기상부인 상측 공간부(15)로 자연방열될 수 있다. 이 열은 필터(21)를 거쳐 건물(12)의 외측으로 방출되어, 사고에 따라 상측 공간부(15)에 방출될지도 모르는 증기에서 방사성 오염물질을 제거할 수 있다.

따라서, 잔열제거(RHR)시스템이 설치되지 않은 경우에도 방열될 수 있으며, 결국 고유의 안정성을 향상시킬 수 있다.

원자로 설비(35)에 있어서, 펌프(60)과 분무기(61,62,63)등을 포함한 잔열제거(RHR)시스템이 설치되어 있기 때문에, 격납용기(1)의 벽표면의 열전도계수는 RHR의 분무기(61,62,63)에 의해 향상될 수 있으며, 격납용기(1), 상ㆍ하측 공간부(15,16) 및 건정(4)의 냉각을 촉진시킬 수 있다. 또한, 분무기(61)에 의해 상측 공간부(15)내로 방출된 물은 어떤 경우에는 상측 공간부(15)내로 방출된 수용성 방사성 오염물질과 함께 파이프(67)를 거쳐 외주 푸울(14)로 보내어진다.

격납용기(1)상의 내부 분무기(63)는 RHR의 분무기로서 작용할 뿐만 아니라 물에 담긴 노심(2)을 잠기게 하는데 충분한 수위까지 건정(4)을 물로 채울 수 있게 한다. 따라서, 냉각수를 이 분무기(63)에 의해 건정(4)에 주입하는 작업으로 비상용 노심냉각시스템(ECCS)에 의한 냉각수의 주입이 정지되는 경우 노심(2)의 노출을 방지할 수가 있게 된다.

더욱이, 압력제어푸울(5)과 외주 푸울(14)중에 예를 들면 외주 푸울(14)만이 RHR 펌프(60)의 흡입원으로서 채택되고, 분무배관은 외주 푸울(14)로부터의 열이 충분히 제거될 수 있는 범위내에 있으면 열교환기(68)에 의하여 냉각되지 아니한다. 원자로 압력용기(3) 내측의 냉각재가 원자로 설비(35)의 주배관의 파열로 인하여 누출되여 노심(2)에 물이 분무되지 아니하면 노심(2)의 파괴열에 의해 노심(2)이 노출되어 버리는 냉각제 상실하고(LOCA) 발생 경우, 펌프(55), 터어빈(56)등으로 이루어진 원자로 노심 격리 냉각(RCIC)시스템이 설치되어 있기 때문에, 원자로 증기의 일부를 사용하여 터어빈(57)을 구동하고, 펌프(55)를 구동하고, 억제 푸울(5) 및/또는 외주 푸울(14)의 물을 원자로 압력용기(3)내로 주입함으로써, 원자로 압력용기(3)의 내부압력이 높은 경우에도 원자로 압력용기(3)에 물을 주입할 수 있다.

압력 격납용기(3)내의 고압 증기를 압력안전밸브(48)를 거쳐 압력억제실(6)로 방출함으로써 압력 격납용기(3)의 내압이 낮아진 후에, 고압의 물탱크(50)와 저압의 물탱크(51)가 원자로 압력용기(3)보다 높은 위치에서 원자로 압력용기(3)내에 물을 주입함으로써 노심(2)은 완전히 물속에 잠긴다.

비등수 원자로는, 원자로의 상태가 정상동작에서 벗어나게 되면, 제어봉이 삽입되고 이로써 원자로의 동작이 멈추게 되어 있다. 제어봉이 삽이되지 않는 경우에는, 공극이 보통 증가하므로 노심(2)내의 원자 반응이 억제된다. 원자로 설비(35)에 있어서, 공극으로 인한 반응율이 0 또는 절대치가 적은 음의 값으로 되더라도, 원자로의 동작은 압력안전밸브(48)의 동작후 고압의 물탱크(50)로부터 붕산수를 주입하여 압력을 저하시킴으로써 안전하게 정지될 수 있다.

또한. 이 예에서, 대용량인 저압의 물탱크(51)가 노심(2)의 침수를 유지하기 위해 사용될 수 있고, 소용량인 고압의 물탱크(50)가 노심(2)의 출력을 제어하기 위해 사용될 수 있으며, 저압의 물탱크(51)의 용량을 노심침수에 필요한 수위로 그리고 고압의 물탱크(50)의 용량을 원자로를 정지시킬 수 있는 붕산수의 양으로 최적화시키는 것이 가능하다.

따라서, 원자로 설비(35)에 있어서, 원자로(2)의 침수를 확실하게 실현할 수 있다.

더욱이, 노심 침수구멍(24)이 압력억제푸울(5)의 보통 수위보다 높은 통기관(11)의 위치에 설치되어 있기 때문에, 냉각재 상실사고 발생시에, 냉각수는 전술한 바와 같이 비상용 노심냉각시스템(ECCS)의 동작에 의해 원자로 압축용기(3)내로 주입되지만, 주입된 물은 파열로부터 누출되어 건정(4) 및 압력억제실(6)에 남아있게 된다. 박육 연결부에서, 건정(4)과 압력억제실(6)은 노심 침수구멍(24)에 의해 서로 연통되어 있기 때문에, 건정(4) 내측의 수위와 압력억제실(6)의 수위가 일치하며 그 수위는 D라 한다. 이러한 연결부에서, 노심(2)은 푸울물의 수위(D)보다 낮은 위치에 있으므로 비상용 노심냉각시스템(ECCS)에 의한 물의 주입이 완료된 후에도, 노심(2)은 장시간에 걸쳐 냉각될 수 있다.

이제 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 원자로 설비(35)의 구체적인 열제거능력에 대하여 설명한다.

표2는 방열핀(10)을 사용한 경우와, 그렇지 않은 경우에 있어서 주격납용기(1)의 공간부의 벽으로부터 제거된 열량을 비교하여 나타낸다.

이 표로부터, 방열핀(10)을 설치한 경우에 공간부로부터 제거된 열량은 설치되어 있지 않은 경우에 비하여 약 2 내지 10배 많음을 알 수 있다.

[표 2]

A₀=500㎡,

A₁=1250㎡→A₁/A₀=2.5

h₀=100Kcal/㎡ㆍhㆍ℃

h₁=440Kcal/㎡ㆍhㆍ℃→h₁/h₀=4.4

Q₀=1.2×10⁶Kcal/hr

Q₁=5.4×10⁶Kcal/hr→Q₁/Q₀=4.5

이하, 제9a 및 제9b도에 의거하여 방열 특성식을 이하 설명한다.

돌기(방열핀)의 형태, 크기 및 갯수를 다음과 같이 가정할 경우에 구체적인 계산예는 다음과 같다.

(1) 공간부 벽으로부터의 방열량 계산

① 열전도면적

a) 방열핀(10)이 없는 경우(A₀)

A₀=πㆍ23.7≒500㎡

b) 방열핀(10)이 있는 경우(A₁)

방열핀당 표면적(A_F) :

격납용기벽 표면적(A_P) :

A_P=230ㆍ[πㆍ23ㆍ(0.03-0.01)]=330㎡

그러므로, A₁=230ㆍ4+330=1250㎡

A₁/A₀≒2.5

따라서, 제9a 및 9b도에서, T₁∼T₃, h₁∼h₃, KCS 및

는 표3에 나타낸다.

T₁=130℃

T₂=130℃

T₃=100℃

h₁=640Kcal/㎡ㆍhㆍ℃

h₂=640Kcal/㎡ㆍhㆍ℃

h₃=440Kcal/㎡ㆍhㆍ℃

K_CS=140Kcal/㎡ㆍhㆍ℃

=0.0002㎡ㆍ℃/Kcal

② 열전도계수(h₃)

a) 방열핀이 없는 경우

(h₃)₀≒100Kcal/㎡ㆍhㆍ℃(제8d도로부터)

b) 방열핀이 있는 경우

ㆍ방열핀 : (h₃)=440Kcal/㎡ㆍhㆍ℃(제8d도로부터)

ㆍ격납기용 : (h₃)₀=100Kcal/㎡ㆍhㆍ℃

(제8d도로부터)

(h₃)₁/(h₃)₀≒4.4

③ 방열량

a) 방열핀이 없는 경우(A₀)

그러므로, U₀≒80Kcal/hㆍ㎡ㆍ℃

Q₀=80ㆍ(130-100)ㆍ500

=1.2×10⁶Kcal/hr

b) 방열핀이 있는 경우(Q₁)

ㆍ격납용기벽 : (Q₁)₀=80ㆍ(130-100)ㆍ330

=7.9×10⁵Kcal/hr

=4.486×10^-3

그러므로, U₁≒220Kcal/hr

방열핀계수 ψ≒tanㆍhㆍu_b/u_b

그러므로, ψ=0.8

(A₁)=220ㆍ(130-100)ㆍ4ㆍ230

≒6.0×10⁶Kcal/hr

Q₁=[(Q₁)₀+(Q₁)₁]×ψ

= (7.9×10⁵+6.0×10⁶)×0.8

=5.4×10⁶Kcal/hr

그러므로, Q₁/Q₀=4.5

(2) 푸울벽으로부터의 방열량의 계산(Q_P)

A_P=πㆍ23ㆍ8≒580㎡

A_P=U_ωㆍ(T₁-T₂)ㆍA_P

=3.77×10^-3

그러므로 , U_ω=265

A_P=265ㆍ(130-100)ㆍ580

=4.6×10⁶Kcal/hr.

또한, 제10도는 억제 푸울로부터 외주 푸울로의 열제거량(4.6×0^-6Kcal/hr)의 평가예와 노심 파괴열(현행 허용 해석조건의 May-W : H)사이의 관계를 나타낸다. 이 제거된 열량으로 여기에서 가정된 조건의 경우에서는, 자연방열에 의해 노심 파괴열을 완전히 제거할 수 있는 효과를 얻을 수가 없다. 그러나, 외주 푸울(14)로부터 열제거량과 상ㆍ하측 공간부(15,16)로부터의 열제거량을 합하면, 제10도에 도시한 바와 같이, 사고후 1일이 지나면 노심 파괴열과 평형을 이룬다. 결국, 제거열량은 노심 파괴열을 초과하므로 주격납용기(1)의 내부온도는 하강하게 된다.

따라서, 제9b도에 나타낸 방열핀(10)이 격납용기(1)의 내부표면에 형성되면, 잔열제거시스템이 설치되지 않은 경우에도 노심에서 발생하는 파괴열을 제거할 수있게 된다.

다른 예로서, 방열핀은 제10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f 및 10h도에 나타낸 구성으로 형성될 수 있다(제10a 내지 10d도는 제10e 내지 10h도의 단면에 각각 해당한다).

또한, 제11도에 나타낸 바와 같이, 원자로(1)의 내부표면에 방열핀(10)을 수평으로 형성하는 대신에, 방열핀(10)은 수직으로 연장되도록 형성될 수도 있다.

또한 제12도에 도시한 바와 같이, 원자로 건물(12)의 외측으로부터 공기를 흡인할 수 있는 도관(100)이 환상 기상부(13)의 하측부에 설치되고, 팬(101)과 체크밸브(102)가 그 내부에 설치되어 있는 구성이다. 냉각재 상실사고가 발생한 경우에, 조작자가 체크밸브(102)를 개방하고 팬(101)을 시동하게 되면, 외부 공기를 환상 기상부(13)로 보내어, 환상 기상부(13)내의 공기가 강제순화되게 하고, 이로 인해 원자로 격납용기의 외주 푸울(14)과 주격납용기(1)의 벽표면으로부터의 열전도성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 주격납용기(1)로부터의 열제거를 촉진시킬 수 있다.

이 예에서는, 간막이판이 설치되어 있지 않기 때문에, 환상 기상부(13)로부터의 증기 등은 필터(21)를 거쳐 배관(22)으로부터 방출된다.

또한, 제13도에 나타낸 바와 같이, 주격납용기(1)의 외부 표면에 핀(105)를 설치하여 주격납용기(1)의 벽표면으로부터 열전달양을 증가시킬 수 있다. 이러한 구성은 열전달면적을 증가시키게 하여, 열제거 효과를 증대시킬 수 있다.

이러한 경우에, 외주 푸울(14)내에 잠긴 핀(105)들은 제13도에서 참조숫자 106으로 나타낸 것으로, 그 중앙부가 더 두껍고 그 양모서리부는 더 얇은 두께를 가진 얇은 링형상의 부재에 의해 형성되어, 제14도에 나타낸 것과 같이, 외주 푸울(14)에서의 자연대류를 방해 하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 구성의 링(106)은 격납용기(1)용 보강링을 구성할 수 있다.

다시 말하면, 적은 비등수 플랜트는 주격납용기(1)의 내측의 푸울(5)을 가지고 있으나, 격납용기의 외주 푸울(14)의 수위는 몰벽을 사용하기 때문에 압력 억제 푸울(5)의 수위보다 높다. 이런 이유로, 외부 힘이 물벽에 의해 격납용기(1)에 인가된다. 그러나, 격납용기(1) 외주변의 외주 푸울(14)의 수위는 격납용기(1)의 외주 푸울(14)내의 물이 사고 발생시 파괴열의 제거를 위해 소비되어 격납용기(1)를 냉각시킬때 떨어지게 된다. 결국, 압력억제실(6)이 외주 푸울(14)의 물에 의해 외부로부터 가압되는 가압상태에서 변화가 발생하고, 외부적으로 발생된 힘이 격납용기내에 채워진 증기압 및 압력 억제 푸울(5)의 물에 의한 수압에 의하여 압력억제실(6)의 벽에 인가된다.

보강링(106)이 제13도에 나타낸 바와 같이 배치되면, 비록 격납용기(1) 주변의 외주 푸울(14)내의 물이 손실되는 경우에도, 격납용기(1)의 강도는 보강링(106)에 의해 유지될 수 있다.

더구나, 보강링(106)이 얇은 벽판으로 길이가 매우 짧으며, 이들 모두가 탄성변형 가능한 영역내에 있고, 보강링의 단면적이 일정하다고 가정하면, 이들이 링의 중심 근처 부분에 덧대어질때 압력에 대한 저항이 증가하므로 높은 신뢰도가 성취될 수 있다.

제13도에 나타낸 예에 있어서, 디스크형 보강링(106)가 동일한 단면적을 가진 보강링(106)은 고강도를 제공하며, 이들 보강효과는 높기 때문에, 격납용기의 두께를 그만큼 더 얇게 만들 수 있다.

보강링(106)의 갯수에 관해서는, 2개 이상 또는 4개 이상이면 충분하고, 핀(105)이 설치되지 않을 때에는 보강링(106)만이 설치될 수 있다.

이제 제15도 내지 18도를 참조하여, 비등수 원자로를 예로 들어 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 원자로의 구조를 설명한다.

원자로의 압력용기(3)은 주격납용기(1)내에 설비된다. 내부에 푸울(5)이 채워진 압력억제실(6)은 주격납용기(1)내의 원자로 압력용기(3)를 둘러싼다. 원자로 압력용기(3)와 압력억제실(6)은 동일한 콘크리트매트(110)상에 구성된다. 원자로 압력용기(3)는 스커트(111)를 거쳐 콘크리트매트(110)상에 설비된다. 압력억제실(6)은 관형 통기벽(7)(압력억제실(6)의 측벽), 격막플로어(112) 및 주격납용기(1)의 저부로 구성되어 있다. 격막플로어(112)는 주격납용기(1)의 측벽과 통기벽(7)의 상단부에 설치된다. 통기벽(7)은 원자로 압력용기(3)와 마주보고 있으며, 이것을 둘러싸고 있다. 다수의 통기관(8)이 통기벽(7)에 설치되어 압력억제실(6)내의 푸울(5) 뿐만 아니라 주격납용기(1)의 상측부에 배치된 상부 건정(4)과 연통할 수 있다. 가스 공간(습정)부(113)는 압력억제실(6) 내부의 푸울물의 수위 위에 형성된다. 푸울(5)의 수위는 원자로 압력용기(2)에 설치된 노심의 상단부에 위치한다.

주위벽(114)이 압력억제실(6)내의 통기벽(7)에 설치된다. 주위벽(114)은 U자형 측벽과 바닥으로 구성되고 있다. U자형 측벽의 상단부는 푸울(5)의 수위 위에 위치되어 있다. 푸울(5)은 주위벽(114)에 들어갈 수 없다. 노심침수밸브(115)와 체크밸브(116)는 주위벽(114) 내부 공간에 배치되어 침수파이프라인(117)에 설치된다. 침수파이프라인(117)은 압력용기(3)와 압력억제실(6)내의 푸울(5)이 서로 연통하는 통기벽(7)과 주위벽(114)를 관통한다. 푸울(5)내에서 침수파이프라인(117)이 개구위치는 노심(2)의 상측 단부 위에 있다. 따라서 침수장치는 노심침수밸브(115), 체크밸브(116) 및 침수파이프라인(117)으로 구성된다.

환상 공간부(118)는 원자로 압력용기(3)와 통기벽(7) 사이에 형성된다. 하부 건정(119)은 콘크리트 매트에서 압력용기(3) 아래에 형성된다. 환상 공간부(118)은 상부 건정(4)와 하부 건정(119)에 연결되어 있다. 통기벽(7)을 관통하도록 설치된 귀환배관(120)은 푸울(5)의 수위 위와 격막 플로어(112) 아래에서 환상 공간부(118)로 개방되어 있다. 귀환관로(120)의 다른 단부는 푸울(5)에 개방되었다.

주증기관(41)은 원자로 압력용기(3)에 접속되어 있다. 압력안전밸브(48)가 건정(4)내의 주증기관(41)에 설비된다. 압력안전밸브(48)에 접속된 배기관(49)은 격막플로어(112)를 관통하여 압력억제실(6)의 푸출(5)에 개방되어 있다.

주격납용기(1)는 원자로 건물에 설치되고 원자로 건물의 일부인 생체 차폐벽(콘크리트벽)으로 둘러싸여있다. 격납용기의 외주 주위에 배치되어 냉각수로 채워진 외주 푸울(14)은 주격납용기(1)와 생체 차폐벽(11) 사이에 형성된 환상 기상부(13)(압력억제실(6)을 둘러싸는 공간)의 하측부에 형성되어 있다.

압력억제실(6)이 가스 공간부(113)와 연통되는 가스배기관(121)은 밸브(112)와 방사성물질 제거용 필터(123)를 거쳐 원자로 건물(12)의 외부에 설치된 배출 실린더와 접속되어 있다.

저압의 물탱크가 원자로 압력용기(3)의 정점부 위에서 원자로 건물(12)에 설치되어 있는데, 냉각수(124)가 이 저압의 물탱크(51)내에 채워진다. 봄브(bomb)와 같은 가압수단(도시되어 있지 않음)이 저압의 물탱크(51)의 냉각수(124)의 수위 위의 기상부와 연통된다. 저압의 물탱크(51)의 기상부는 가압수단에 의하여 원자로 압력용기의 정격압력(70기압)보다 더 낮은 압력(예를 들면 20기압)으로 일정하게 가압된다. 저압의 물탱크(51)는 밸브(54)가 있는 물 주입관(126)에 의하여 원자로 압력용기(3)와 연결된다. 또한 밸브(127)를 가지는 냉각수 공급관(52)이 저압의 물탱크(51)에 접속된다.

주증기관(41) 또는 원자로 압력용기(3)의 일부가 주격납용기(1)에서 파열되는 경우, 원자로 압력용기(3)의 냉각수는 상부 건정(4)와 같은 주격납용기(1)의 영역으로 증기의 형태로 주입된다. 이것이 냉각재 상실사고이다. 냉각재 상실사고 원자로 압력용기(3)의 수위(수위 계량기로 측정)가 소정 수위 또는 그 이하에 달하고, 원자로 주격납용기(1)의 압력(압력 게이지에 의한 측정치)이 소정의 레벨 또는 그 이상에 달하게 되는 사실로 검지될 수 있다. 냉각재 상실사고가 검지되면, 주증기관(41)에 설치된 격리밸브(도시하지 않음)가 급히 차단되고, 자동 진공시스템이 작동되어 압력안전밸브(48)를 개방하고, 밸브(125)는 그 신호검출에 의하여 개방된다. 원자로 압력용기(3) 내부의 증기는 배기관(49)를 거쳐 푸울내로 배치되어 여기에 응축된다. 결국, 주격납용기(3)의 내압이 저하된다. 물 주입관(126)에는 원자로 압력용기(3)로부터 저압의 물탱크(51)로 액체가 역류하는 것을 방지하기 위한 체크밸브(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 원자로 압력용기(3)의 내압이 소정치(예를 들면 20기압) 이하로 떨어지면, 20기압으로 가압된 저압의 물탱크(51)내의 냉각수(124)가 물 주입관(126)을 거쳐 원자로 압력용기(3)내로 주입된다. 원자로 압력용기(3)의 냉각수의 감소는 냉각수(124)의 주입으로 억제된다. 원자로 압력용기에서 냉각수가 주입되기 때문에, 원자로 압력용기(3)의 내압은 더욱 감소한다.

상부 건정(4)으로 배출된 증기는 통기관(8)을 거쳐 압력억제실(6)이 푸울(5)내로 배출되고 여기에서 응축된다. 상부 건정(4)에 존재하는 비응축성 가스도 또한 증기와 함께 푸울(5)내로 유도된다. 이 가스는 응축되지 않고 상부 가스 공간부(113)에 집합된다.

푸울(5)의 온도는 통기관(8)과 배기관(49)를 거쳐 유입된 증기의 응축으로 인해 상승한다. 푸울(5)이 지니고 있는 열은 원자로 격납용기(1)를 거쳐 외주 푸울(14)의 냉각수에 전달된다. 결국, 푸울(5)이 온도 상승은 억제되고, 증기 응축능력은 종래의 예보다 더 확실하게 된다. 외주 푸울(14)의 냉각수는 상기한 열전도에 의해 가열되어 증기 기화한다. 이 증기(도시하지 않음)는 환상 기상부(13)와 연통하는 통기로를 거쳐 외부로 배출된다. 보충수가 외부로부터 공급되어 외주 푸울(14)의 냉각수의 감소를 보상한다.

상부 건정(4)에 배출된 증기의 일부는 상부 건정(4)에 제공된 분무장치(도시하지 않음)로부터 배출된 분무수에 의해 응축되어, 하부 건정(119) 및 환상 공간부(118)에 머무르게 된다.

냉각재 상실사고가 검지되고 소정의 시간이 경과하면, 제어장치(도시하지 않음)에 의해 밸브(112)가 개방된다. 따라서, 가스 공간부(113)내의 고압가스가 가스배기관(121)을 거쳐 배기 실린더로부터 외부로 배출된다. 이 배출시에, 가스에 함유된 방사성물질이 방사성물질 제거용 필터(123)에 의하여 제거된다. 이 가스의 배출은 가스 공간부(113)의 내압을 강하시키게 한다. 밸브(122)가 개방된 후 소정 시간 경과후에, 상기 제어장치가 노심침수밸브(115)를 개방시킨다. 노심침수밸브(115)가 개방되면, 푸울(5)은 푸울(5)이 수위차를 구동원으로 이용하여 침수관로(117)을 거쳐 원자로 압력용기(3)내로 공급된다. 제어장치는 원자로 압력용기(3)의 내압이 대기압에 가까운 소정의 레벨로 강하될 때 노심침수밸브(115)를 개방하도록 되어 있다. 체크밸브(116)는 압력억제실(6)로의 역류를 막도록 설계되어 있다. 저압의 물탱크(51)는 단기간에 걸친 냉각수 주입으로 노심을 냉각하게 되어 있는 한편, 침수장치는 장기간동안 냉각수의 주입으로 노심을 냉각하도록 되어 있다.

과열부로부터 유출된 냉각수는 전술한 바와 같이 하부 건정(119)에 누적된다. 이 냉각수의 일부는 귀환배관(120)를 거쳐 압력억제실(6)로 되돌아 간다. 가스 공간부(113)의 가스 배출로 낮아지므로, 냉각수는 귀환배관(120)를 거쳐 압력억제실내로 효과적으로 유입될 수 있다. 다시 말하면, 가스 배출관(121)이 틉려히 설치되지 않더라도, 냉각수는 귀환배관(120)에 의하여 압력억제실(6)로 공급되어진다. 그러나, 가스 배기관(121)이 설치되어 가스 공간부(113)의 가스가 배출되는 경우와 비교하면, 귀환배관(120)에 의하여 압력억제실(6)로 냉각수가 공급되는 것은 더욱 억제될 수 있다. 또한, 가스 공간부(113)의 가스 배출은 귀환배관(120)에 의한 냉각수의 공급을 촉진시키므로, 푸울(5)의 수위는 더 상승하고, 원자로 압력용기(3)내로의 냉각수 공급이 또한 촉진된다.

냉각재 상실사고시에, 침수배관(117), 원자로 압력용기(3), 파열부, 환상 공간부(118), 귀환배관(120) 및 압력억제실(6)로 구성된 순환로가 형성되므로, 이 실시예는 장시간에 걸쳐 압력억제실(6)의 냉각수로 노심을 냉각하는 것을 가능하게 한다.

이 실시예에서 침수장치는 노심이 냉각재 상실사고 검지후 약 하루 절반의 시간동안 노출되지 않도록 다음의 조건을 만족할 필요가 있다.

냉각재 상실사고후 노심에 발생된 증기량(M)은 다음 식으로 된다.

M=Q/Mfg (1)

여기서 M : 노심에 발생된 증기량

Q : 사고후 약 하루 절반 경과시의 파괴열

Mfg : 증발된 잠열

본 실시예에 따른 침수장치는 노심에 발생된 증기량 보다 더 큰 물 주입양(W)을 가질 필요가 있는데, 다음의 조건을 만족하면 된다.

여기에서 W : 침수유지설비에 의한 물 주입량

A : 배관료 면적

P : 냉각재 밀도(=1)

P₀: 원자로 압력

P₁: 흡입측의 정수두(static head)

K : 압력손실계수

g : 중력 가속도

식2의 관계는 제17도에 도시하였다.

본 실시예에 따른 침수장치는 제17도의 빗금부분을 충족시킬 필요가 있다.

저장물 주입시스템(저압의 물탱크(51)와 물 주입관(126))이 사고후 장시간동안 안정하게 된 후에, 전술된 노심장치는 노심에서 발생된 파괴열에 의하여 증발되어진 냉각수의 상실 보상을 가능하게 하여, 장시간동안 노심의 침수를 유시지킬 수 있다.

이 실시예에서, 전술한 바와 같이, 노심침수 능력을 개선하기 위하여 사고 발생후에 푸울(5)의 수위를 증가시킬 수 있다. 이 실시예에서는, 노심이 냉각재 상실사고후 침수상태로 계속 유지될 수 있고, 저출력 밀도 노심(자연순환 원자로)을 채용하고 있기 때문에, 냉각재 상실사고 바로 후에 출력과 유동률의 불일치로 인한 연료봉의 온도 상승이 없으며, 방사성물질이 주격납용기(1)내로 방출될 가능성도 없다. 따라서, 이 플랜트에서는, 사고 발생후 격납용기의 대기를 시스템 밖으로 배출할 수있다. 격납용기의 대기(응측 불능 가스)를 시스템 외부로 배출함으로써, 제18도에 도시한 바와 같이 주격납용기의 압력을 실제적으로 경감시킬 수 있다. 다시 말하면, 가스 공간부(113)내의 가스가 배출된 후(즉 밸브(122) 개방후), 푸울(5)의 수위가 상승되고, 이는 차례로 노심헤드 및 압력 억제 푸울물의 수압차를 상승시켜 노심침수 유지능력을 증대시키게 한다. 외부 수원을 냉각수 공급관(52)에 연결하고 냉각수를 원자로 압력용기(34)내에 공급함으로써, 대량의 냉각수를 귀환배관(120)로부터 압력억제실(6)로 유입할 수 있다. 제18도에 있어서, 특성 E는 상부 건정의 압력이고, 특성 F는 가스 공간부(113)내의 압력을 나타낸다. 각각의 압력은 가스 공간부(113)내에 함유된 가스의 배출과 노심침수밸브(115)의 개방에 의해 급속히 저하한다.

원자로 압력용기(3)가 그 저부에서 압력 격납용기 스커어트(111)를 거쳐 콘크리트 매트(110)에 지지되도록 구성되어 있기 때문에, 소위 저중심형 원자로 압력용기에서는 원자로 건물(12)의 설계 및 구성상의 노심의 위치를 매우 낮게 구성할 수 있다.

이 실시예에 따르면, 주격납용기(1)내의 건정의 공간의 크기를 현저히 줄일 수 있고, 동시에 가스 공간부(113)의 크기를 줄일 수 있으며, 이는 전체적인 주격납용기(1)의 구조를 소형화 하는데 기여한다. 더욱이, 원자로 압력용기(3)이 하부의 대부분이 압력억제실(6)에 의해 둘러싸여 있으므로, 통기벽(7)이 감마선에 대한 차폐벽으로 사용되어, 특수한 감마선 차폐벽 구조물이 필요하지 않다. 이것은 다음과 같은 장점이 있다 : 원자로 압력용기(3) 주위에 존재하는 푸울(5)의 물 차폐효과 덕분에, 주격납용기 외부에 구성된 생체 차폐벽(11)의 두께를 종래의 예에 비하여 실질적으로 줄일 수 있다. 콘크리트로 만들어지는 원자로 압력용기이 종래 기초 지지 구조체가 필요 없어진다 ; 노심(2)의 저중심화에 의하여 내진성을 실질적으로 개선할 수 있다. 또한, 상기의 구성은 관련 설비의 구조의 제거 및 차폐효과의 개선에 기여한다. 따라서, 구조의 간소화를 통한 비용의 절감과 내진 안전성의 향상등 큰 이점을 얻을 수 있다.

이 실시예에서, 침수장치가 주위벽(114) 내측의 가스공간에 구성되므로, 노심침수밸브(115) 등의 유지를 용이하게 할 수 있다. 격자통로(도시하지 않음)는 가스 공간부(113)내에 구성된다. 이 통로는 점검되어 야할 침수장치에 조작원이 접근할 수 있게 한다. 노심침수밸브(115)가 압력억제실(6) 내부에 설치되어 있기 때문에, 격납용기(1)를 소형으로 할 수 있다.

제19도를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비등수형 원자로에 대하여 설명한다.

원자로 압력용기(3)에서 발생된 증기는 주증기관(41)을 통하여 터어빈(42)으로 보내어진다. 터어빈(42)에서 배기된 증기는 응축기(44)에 의하여 물로 응축된다. 이 응축수는 급수로서 응축 펌프(130), 응축 여과 및 탈염장치(131) 및 급수 펌프(132)가 설치된 급수 응축배관(43)을 통하여 원자로 압력용기(3)로 되돌아간다.

제19도에 상세히 도시되어 있는 바와 같이, 외주 푸울(14)는 주격납용기(1)와 원자로 건물의 생체 차폐벽 사이에 형성되어 있으며, 환상으로 되어 있다. 원자로 용기(3)와 외주 푸울(14)을 둘러싸고 있는 압력억제실(6)은 원자로 건물의 내진성 콘크리트 매트상에 형성된다. 압력억제실(6)과 외주 푸울(14)에는 푸울물(5 및 14a)이 채워진다. 주격납용기(1) 내부의 건정(4)은 통기로를 통하여 억제 푸울(5)과 연통된다.

응축 여과 및 탈염장치(131)의 하류에서 급수 응축배관(43)으로부터 분기된 스필오버배관(spill-over line)(132)이 외주 푸울(14)에 접속되어 있고, 격납용기의 외주에 배치된 푸울물 이송용 펌프(133)를 가진 보충배관(134)이 또한 외주 푸울(14)에 접속되어 있어, 공급 및 응축배관에 보유된 물의 조정이 가능하게 된다. 보충배관(134)은 응축기(44)와 연결된다.

한편, 원자로 압력억제실(6)의 흡입배관(11)이 외주 푸울(14)에 접속되어 있다.

주증기관배관(41)에 설치된 주증기 격리밸브(46a,46b)가 원자로의 저수위를 나타내는 신호의 수신시 신속히 폐쇄되어지는 원자로 격리시에, 원자로 격리냉각장치는 자동으로 가동되어 펌프 흡입배관(135)를 거쳐 물 주입펌프(60A)에 의해 외주 푸울(14) 내부의 푸울물(14A)의 압력을 상승시키고 주입배관(136)을 거쳐 원자로 압력용기(3)내로 물을 주입하게 된다. 또한, 푸울물(14A)의 수위가 낮아지면, 수원을 압력억제실(6)의 푸울(5)로 전환시켜 운전을 계속한다.

물 주입펌프(60A)는 터어빈(137)에 의해 구동된다. 격리밸브(138)는 원자로 물의 낮은 수위를 표시하는 신호의 수신시에 개방되고, 원자로 압력용기(3)에서 발생된 증기는 주증기관(41)과 증기 공급관(139)을 거쳐 터어빈으로 유도된다. 물 주입펌프(60A)는 이 증기를 이용하여 터어빈(137)의 조작으로 구동된다. 터어빈(137)에서 배기된 증기는 터어빈 배기관(140)을 통해 압력억제실(6)의 푸울에 의해 응축 수집된다.

따라서, 원자로 격리를 요하는 상황이 어떤 이유로든 발생하면, 전술한 원자로 격리냉각장치의 조작에 의하여 노심으로부터의 파괴열을 제거할 수 있다. 또한, 냉각제 상실사고가 그때와 동시에 발생하면, 격납용기(1) 내부의 건정(4)으로 배출된 증기열이 외주 푸울(14)로 이동하여 정적인 열제거를 수행할 수 있다. 다시 말하면, 건정(4)내의 증기는 압력억제실(6)의 푸울(5)내로 유입되어 여기에서 응축된다. 증기 응축으로 인하여 푸울(5)의 온도가 상승하더라도, 푸울(5)의 온도는 격납용기의 측벽(금속제)을 통하여 외주 푸울(14)의 푸울물(14A)로 전달된다. 이 경우에, 원자로 격리냉각장치를 자동 정지시키는 연동장치가 열을 제거하는데 필요한 만큼의 푸울물(14A)을 유지하기 위해 제공된다. 또, 외주푸울(14)의 푸울물(14A)은 원자로 격리냉각장치이 주입물의 양과 냉각재 상실사고 발생경우 열제거시에 발생된 증기의 총량을 확보할 수 있도록 충전되어 있다.

제19도는 비상용 노심 냉각시스템의 일 시스템인 고압 노심 분무장치의 수원으로서 외주 푸울(14)의 푸울물(14A)을 이용하는 구조를 또한 나타내고 있다. 이 고압 노심 분무장치는 원자로의 저수위(이수위는 원자로 격리냉각장치를 구동하기 위한 원자로 저수위 신호의 수위보다 낮은 수위이다)를 나타내는 신호 수신시에 자동으로 시동된다. 외주 푸울(14)의 푸울물(14A)의 압력은 펌프 흡수배관(141)을 거쳐 물 주입펌프(60B)에 의하여 상승되고 고압 노심 분무장치가 물 주입관(142)을 거쳐 원자로 압력용기(3)내의 노심에 물을 분무한다.

또한, 수원으로 사용하는 외주 푸울(14)의 푸울물(14A)의 수위가 떨어지는 경우에는, 수원을 압력억제실(6)의 푸울(5)로 전환하므로써 동작이 계속된다.

제19도는, 또한 연료 푸울 보충 급수장치의 수원으로서 외주 푸울(14)의 푸울물(14A)을 사용하는 구조를 나타내고 있다. 이 연료 푸울 보충급수장치는 지진발생시 정상적인 물 보충장치를 사용할 수 없을 경우에 출렁거림으로 넘쳐서 소비된 연료 푸울물을 보충한다. 외주 푸울(14)의 푸울물(14A)의압력은 연료 푸울물 보충펌프(143)에 의하여 상승되고, 이로써 물이 소비된 연료 푸울(144)에 보충된다.

이 실시예에 따르면, 종래 플랜트의 응축물 저장탱크에 대응하는 응축물 저장 푸울로 격납용기 외주에 설치된 푸울은, 원자로 건물의 중앙부에서 기초 매트상에 구성될 수 있고, 원자로 건물에 설치된 매우 중요한 푸울 배관계(배관계는 사고발생시 조합형으로 사용됨)의 길이는 약간 감소 될 수 있다. 또한 푸울 배관계가 원자로 건물의 내진성 매트상에 직접 설치되기 때문에 종래 플랜트에서 사용된 응축물 저장탱크용의 특수한 내진성 매트를 설치할 필요가 없고 결국 플랜트의 건설기간을 단축할 수 있다.

더욱이, 종래 플랜트의경우에서 처럼 외부에 응축물 저장탱크를 설치할 필요가 없으므로 동결 방지 히터와 같은 단열장치가 필요치 아니하며, 격납용기의 외주에 설치된 푸울의 온도는 어떠한 대기온도에 의해서도 영향을 받지 않고, 원자로 건물내의 통풍 및 공기조절장치를 이용하여 적정 수준으로 유지될 수 있다.

이 실시예에 따르면, 지금까지 필요했던 응축물 저장탱크 전용으로 사용되었던 기초매트가 필요없기 때문에, 원자로 플랜트의 건축기간을 단축시킬 수 있다.

Claims

원자로 압력용기와, 상기 원자로 압력용기를 수용하도록 둘러싸며, 건정(dry well)과 물의 내부에 저장하고 있는 압력 억제 푸울을 구비하고 있으며, 상기 압력 억제 푸울내의 물이 내주면에 접하고 있는 열 전도성 금속제의 주격납용기와, 상기 건정과 상기 압력 억제 푸울을 접속하는 통기관과, 상기 주격납용기와 원자로 건물 사이에서 상기 주격납용기의 외주주위에 배치되며 물을 상기 주격납용기의 외주면에 접하게 하면서 내부에 저장하고 있는 푸울을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제1항에 있어서, 상기 주격납용기 주면의 푸울실의 기상부와 상기 원자로 건물의 외부 사이에 설치된 통기관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
원자로 압력용기와, 상기 원자로 압력용기를 수용하도록 둘러싸며, 건정(dry well)과 물을 내부에 저장하고 있는 압력 억제 푸울을 구비하고 있으며, 상기 압력 억제 푸울내의 물이 내주면에 접하고 있는 열전도성 금속제의 주격납용기와, 상기 건정과 상기 압력 억제 푸울을 접속하는 통기관과, 상기 주격납용기와 원자로 건물 사이에서 상기 주격납용기의 외주주위에 배치되며 물을 상기 주격납용기의 외주면에 접하게 하면서 내부에 저장하고 있는 푸울과, 상기 주격납용기 주변의 푸울실의 기상부와 상기 원자로 건물의 외부 사이에 설치된 통기관과, 상기 주격납용기의 외주 주위에 배치된 상기 푸울물의 압력을 승압시키는 펌프와, 상기 주격납용기의 외주 주위에 배치된 상기 푸울물을 상기 주격납용기의 내부 및 외부에 분무하는 분무노즐수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제2항에 있어서, 상기 주격납용기 외주 주위에 배치된 상기 푸울실의 상기 기상부와 상기 원자로 건물의 외부에 접속시키기 위한 방열핀들 및 도관이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
원자로 압력용기와,상기 원자로 압력용기를 수용하도록 둘러싸며, 건정(dry well)과 물을 내부에 저장하고 있는 압력 억제 푸울을 구비하고 있으며, 상기 압력 억제 푸울내의 물이 내주면에 접하고 있는 열전도성 금속제의 주격납용기와, 상기 건정과 상기 압력 억제 푸울을 접속하는 통기관과, 상기 주격납용기와 원자로 건물 사이에서 상기 주격납용기의 외주주위에 배치되며 물을 상기 주격납용기의 외주면에 접하게 하면서 내부에 저장하고 있는 푸울을 포함하는 원자로 설비에 있어서, 상기 푸울은, 상기 압력 억제 푸울과 그 외주를 둘러싸는 생체 차폐벽 사이에 배치되어 푸울물의 깊이(L)에 대한 상기 주격납용기와 상기 생체 차폐벽 사이의 원통부의 갭간격(d)의 비율(d/L)이 15/100 이상이 되도록 하는 갭간격을 가지며, 상기 푸울은 상기 압력 억제 푸울물에 대해 열흡입기능을 갖는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제5항에 있어서, 푸울물 탱크와, 상기 주격납용기의 외주 주위에 배치된 상기 푸울에 외주 푸울물을 주입하여 사고 발생시에 상기 압력 억제 푸울물을 정적으로 냉각시키는 푸울물 주입배관을 더 포함하고, 상기 열흡입 외주 푸울의 열을 방사하는 외주 푸울 통기관은 상기 외주 푸울의 상측 기상부와 상기 원자로 설비의 외부 대기부 사이에 배치되어, 상기 외주 푸울을 정적으로 냉각시키는 효율을 증대시키는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
원자로 압력용기와, 상기 원자로 압력용기를 수용하도록 둘러싸며, 건정(dry well)과 물을 내부에 저장하고 있는 압력 억제 푸울을 구비하고 있으며, 상기 압력 억제 푸울내의 물이 내주면에 접하고 있는 열전도성 금속제의 주격납용기와, 상기 건정과 상기 압력 억제 푸울을 접속하는 통기관과, 상기 주격납용기와 원자로 건물 사이에서 상기 주격납용기의 외주주위에 배치되며 물을 상기 주격납용기의 외주면에 접하게 하면서 내부에 저장하고 있는 푸울과, 상기건정으로부터 상기 건정의 벽을 관통하여 상기 원자로 건물의 외측면까지 연장한 파이프라인과, 상기 파이프라인의 관통부 아래에 상기 외주 푸울의 수위 위에 설치되어 공간을 상부 및 하측 공간부로 분할하는 간이막이판과, 상기 하측 공간부에 기상의 입구가 설치되어 상기 원자로 건물의 외측면으로 인도된 배기관과, 상기 상측 공간부 내측에 입구를 가진 비상용 가스 처리시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제7항에 있어서, 상기 상측 공간부의 분무헤더가 설치되고, 상기 상측 공간부와 상기 외주 푸울이 물을 연결시키는 통로가 제공되는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제1항에 있어서, 상기 주격납용기가 기초 매트상에 설치되고, 상기 주격납용기의 외주를 둘러싸고 있는 관형 생체 차폐벽이 상기 기초 매트상에 설비되며, 상기 외주푸울은 상기 격납용기와 상기 원자로 건물의 생체 차폐벽 사이에 위치되고 상기 원자로 압력용기 및 응축기와 연통하는 급수배관과 연통되어 응축물 저장 푸울로서 작용하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제9항에 있어서, 상기 원자로 격리시에 상기 응축물 저장 푸울의 냉각수를 상기 주격납용기로 인도하는 원자로 격리냉각장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제9항에 있어서, 제어봉 구동장치의 구동 및 급수장치는 상기 주격납용기에 설비된 제어봉을 동작시키기 위한 상기 제어봉 구동장치에 상기 응축물 저장 푸울내의 냉각수를 인도하도록 제공된 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제9항에 있어서, 상기 응축물 저장 푸울의 물을 연료 저장 푸울로 인도하는 연로 푸울물 보충장치가 제공된 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제1항에 있어서, 상기 주격납용기는 스틸로 제조되며 경수로 설비의 원자로 압력용기를 봉입하고, 상기 주격납용기의 내측벽상에 다수의 방열핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제13항에 있어서, 상기 다수의 방열핀은 상기 압력용기를 봉입하는 건정의 공간부 및 습정의 기상부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
원자로 압력용기와, 상기 원자로 압력용기를 수용하도록 둘러싸며, 건정(dry well)과 물을 내부에 저장하고 있는 압력 억제 푸울을 구비하고 있으며, 상기 압력 억제 푸울내의 물이 내주면에 접하고 있는 열전도성 금속제의 주격납용기와 상기 건정과 상기 압력 억제 푸울을 접속하는 통기관과, 상기 주격납용기와 원자로 건물 사이에서 상기 주격납용기의 외주주위에 배치되며 물을 상기 주격납용기의 외주면에 접하게 하면서 내부에 저장하고 있는 푸울을 포함하는 원자로 설비에 있어서, 상기 주격납용기는 스틸로 제조되며 경수로 설비의 원자로 압력용기를 봉입하고, 상기 주격납용기의 벽의 내측면상에 다수의 방열핀을 더욱 포함하여, 방열핀이 없는 경우 열전도영역을 A₀으로, 방열핀이 있는 경우의 열전도영역을 A₁으로 하면 1.5A₀≤A₁≤3A₀관계가 충족되는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제1항 있어서, 상기 압력 억제 푸울은 원자로 압력용기 내측의 노심의 상당부 위에 수위가 형성되도록 냉각재가 충전되어 있고, 침수배관은 밸브가 설치되어 상기 압력 억제 푸울에 함유된 상기 냉각재를 상기 원자로 압력용기내로 도입하고, 상기 원자로 압력용기와 상기 압력 억제 푸울 사이에서 상기 수위 위에 형성된 공간에 구멍을 가지며 상기 압력 억제 푸울과 연통하는 반송로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제16항에 있어서, 상기 압력 억제 푸울의 상기 수위 위의 기상부와 연통하며 밸브를 구비하는 가스배기관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제1항에 있어서, 노심과, 상기 노심을 둘러싸는 보호판을 포함하는 비등수형 자연순환식 원자로와, 상기 원자로 압력용기의 증기를 빠져 나가게 하여 상기 원자로 압력용기의 내부압을 감소시키는 압력안전밸브와, 상기 원자로 압력용기의 압력이 감소된 후 중력낙하에 의하여 상기 원자로 압력용기내로 물이 주입되게 하는 수위로 가압된 물을 담고 있는 탱크로 구성된 비상용 노심냉각시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 비등수형의 원자로 격납용기.
제18항에 있어서, 원자로 노심의 보이드 반응도가 제로 또는 제로에 가까운 음의 값으로 설정된 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제18항에 있어서, 내부에 물이 수용되어 있는 다수의 탱크가 설치되어 있으며, 상기 탱크중의 하나에 붕산수를 수용하고, 상기 각 탱크의 용량 및 가압력이 다르게 되어 있는 비상용 노심냉각시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제20항에 있어서, 원자로 노심의 보이드 반응도가 제로 또는 제로에 가까운 음의 값으로 설정된 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제1항에 있어서, 상기 원자로 건물의 외측면과 상기 외주 푸울의 물 위의 기상부 사이에 배치되어 상기 원자로 건물의 외측으로부터 상기 외주 푸울의 물 위의 상기 기상부내로 공기공급을 가능하게 하는 급기통로수단과, 상기 급기통로수단에 설치되어 상기 원자로 건물의 외측으로부터 상기 급기통로수단을 통해 상기 외주 푸울의 물 위의 상기 기상부내로 공기를 공급하는 송풍기와, 상기 외주 푸울의 물 위의 상기 기상부와 상기 원자로 건물의 외측면 사이에서 상기 급기통로수단으로부터 떨어진 위치에 배치되어 상기 외주 푸울의 물 위의 상기 기상부로부터의 가스가 상기 원자로 건물의 외측면으로 배치되게 하는 배기관 수단과, 상기 배기관 수단에 배치되어 상기 배기관 수단을 통해 통과된 가스를 정화시키는 가스정화수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제1항에 있어서, 상기 건정으로부터 상기 건정의 벽을 관통하여 상기 원자로 건물의 외측면까지 연장된 파이프라인과, 상기 건정의 상기 벽을 통해 파이프라인의 관통부 아래에 상기 외주 푸울의 수위 위에 설치되어 상측 공간부와 하측 공간부를 제공하는 격벽판과,상기 하측 공간부의 기상부에 입구가 설치되어 상기 원자로 건물의 외측면으로 연장된 배기관과, 상기 상측 공간부 내측에 입구를 가진 비상용 가스 처리시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제1항에 있어서, 상기 주격납용기와 상기 원자로 건물 사이의 환상공간에 설치되어 주증기관이 상기 원자로 압력용기로부터 상기 원자로 건물의 외측면으로 연장되어 있는 환상공간중 상측 기상부를 분할하는 격벽수단과, 상기 하측 기상부와 상기 원자로 건물의 외측면 사이에 설치되어 상기 하측 기상부로부터 상기 원자로 건물의 외측면으로 가스를 배기시키게 하는 배기관 수단과, 상기 상측 공간과 상기 원자로 건물의 외측면 사이에 설치되어 상기 상측 기상부로부터의 가스를 상기 원자로 건물의 외측면으로 배기시키는 가스통로수단과, 상기 가스 통로수단에 설치되어 상기 가스 통로수단을 통해 통과된 가스를 정화시키는 가스 정화수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제1항에 있어서, 상기 주격납용기의 외주면의 일부 주위에 거의 수평으로 연장된 적어도 하나의 보강링을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 보강링은 상기 외주 푸울의 수위 이하에 위치되며, 상기 적어도 하나의 보강링은 그 중심부에 두께가 가장 크며 반경방향으로 다른 두께를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.
제1항에 있어서, 상기 압력 억제 푸울과 상기 외주 푸울은 그 내부에 물을 저장하고 있고, 상기 열전도 금속은 냉각재 상실사고시에 상기 압력 억제 푸울로부터 상기 외주 푸울로 열의 전도를 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 원자로 설비.