KR102078170B1 - Passive reactor external vessel cooling system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치에 관한 것으로, 원자로 용기의 하부로 저온수를 주입하는 저온수 공급관의 배출구에 원자로 용기로부터 열을 전달 받아 용융되어 배출구를 개방하는 저온용융합금체가 구비된다. 따라서, 원자로 용기 과열시에는 항상 저온수 공급이 이루어져 확실하게 원자로 용기를 냉각할 수 있다.The present invention relates to a passive reactor vessel outer wall cooling apparatus, and is provided with a low-temperature molten alloy body that receives heat from the reactor vessel to the outlet of a low temperature water supply pipe for injecting low temperature water into the lower portion of the reactor vessel and melts to open the outlet. Therefore, when the reactor vessel is overheated, a low temperature water supply is always performed, and the reactor vessel can be cooled reliably.

Description

피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치{PASSIVE REACTOR EXTERNAL VESSEL COOLING SYSTEM}Passive reactor vessel outer wall cooling device {PASSIVE REACTOR EXTERNAL VESSEL COOLING SYSTEM}

본 발명은 원자로 용기 외벽 냉각 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자로 냉각재 누출 사고시 능동 제어 없이 저온수를 공급하여 원자로 용기 외벽을 냉각함으로써 원자로 용기의 용융을 방지할 수 있도록 된 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a reactor vessel outer wall cooling device, and more particularly, to a passive reactor vessel outer wall cooling device capable of preventing melting of the reactor vessel by supplying low temperature water without active control in case of a reactor coolant leakage accident to cool the reactor vessel outer wall. It is about.

원자로 계통은 노심을 포함하는 원자로 용기와, 노심의 열을 이용하여 증기를 발생시키는 증기발생기와, 계통의 압력을 완충하는 가압기, 계통의 냉각을 위해 냉각재를 순환시키는 순환펌프 등을 포함하고, 상기 증기발생기에서 발생한 증기로 제너레이터에 연결된 터빈을 가동하여 전기를 생산한다.The reactor system includes a reactor vessel including a core, a steam generator for generating steam using the heat of the core, a pressurizer for buffering the pressure of the system, a circulation pump for circulating coolant for cooling the system, and the like. The steam generated by the steam generator produces electricity by operating a turbine connected to the generator.

한편, 어떤 요인에 의해 원자로 용기가 파손되면, 도 1의 (a) 및 (b)와 같이 원자로 용기(1) 내부의 냉각재(2)가 원자로 용기(1)의 외부로 완전히 누출되고, 이에 노심(3)의 붕괴열이 제거되지 못하므로 노심(3)의 온도가 지속적으로 상승하며, 결국 노심(3)이 녹아 노심 용융물(4)이 모이는 원자로 용기(1)의 하부가 용융되어, 도 1의 (c)와 같이 노심 용융물(4)이 원자로 용기(1)의 외부로 누출되는 중대 사고가 발생하게 된다.On the other hand, if the reactor vessel is damaged due to some factor, the coolant 2 inside the reactor vessel 1 leaks completely to the outside of the reactor vessel 1, as shown in Figs. Since the decay heat of (3) cannot be removed, the temperature of the core 3 is continuously raised, and eventually, the lower portion of the reactor vessel 1 in which the core 3 melts and the core melt 4 collects melts, thereby As in (c), a serious accident occurs in which the core melt 4 leaks to the outside of the reactor vessel 1.

이러한 노심 용융물 누출 사고를 방지하기 위해서 원자로 용기의 외측 하부 공간에 외부로부터 저온수를 공급하여 원자로 용기를 침수시킴으로써 원자로 용기 외벽을 냉각하고 있다.In order to prevent such a core melt leakage accident, the reactor vessel outer wall is cooled by supplying cold water from the outside to the outer lower space of the reactor vessel and submerging the reactor vessel.

상기 저온수를 공급하기 위한 저온수 공급관에는 밸브가 설치되어 있으며, 그 밸브는 원자로 용기 주변 공간의 특정 위치에 설치된 온도측정기에서 측정된 온도값이 설정값을 초과할 경우, 원자로 관리 시스템의 제어 신호에 의해 개방되도록 되어 있었다.The low temperature water supply pipe for supplying the low temperature water is provided with a valve, the valve is a control signal of the reactor management system when the temperature value measured by the temperature measuring device installed in a specific position in the space around the reactor vessel exceeds the set value It was supposed to be opened by.

그러나, 상기와 같은 능동 제어 시스템의 경우, 관리 시스템에 이상이 있거나 온도측정기의 건전성 및 측정신호의 정확성에 이상이 있을 경우, 위급 상황임에도 밸브가 개방되지 않을 수 있으며, 이와 같이 밸브 미개방으로 저온수가 공급되지 않으면 결국 원자로 용기가 용융되어 노심 용융물 누출 사고가 발생하게 되는 문제점이 있었다.However, in the case of the active control system as described above, if there is an abnormality in the management system or the integrity of the temperature measuring instrument and the accuracy of the measurement signal, the valve may not be opened even in an emergency situation. If water is not supplied, there is a problem in that the reactor vessel is melted and core melt leakage accident occurs.

대한민국 등록특허공보 제10-1383451호(2014.04.02.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1383451 (2014.04.02.)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 노심 용융에 의해 원자로 용기의 용융 파손이 우려되는 위급 상황에서 원자로 용기의 외벽 온도 상승에 직접 반응하여 저온수 공급관이 개방됨으로써 확실하게 원자로 용기의 용융 및 그에 따른 노심 용융물 누출 사고를 방지할 수 있도록 된 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the reactor in response to the rise of the temperature of the outer wall of the reactor vessel in an emergency situation that the meltdown of the reactor vessel is concerned by the core melting, the cold water supply pipe is opened to ensure the reactor It is an object of the present invention to provide a passive reactor vessel outer wall cooling apparatus which is capable of preventing the melting of the vessel and hence the core melt leakage accident.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 노심을 포함하는 원자로 용기와, 상기 원자로 용기의 외부를 둘러싸는 보온재와, 상기 원자로 용기의 하부로 저온수를 공급하는 저온수 공급관과, 상기 저온수 공급관으로 공급되는 저온수가 저장된 저온수 탱크 및 상기 저온수 공급관의 배출구를 차폐하고 있다가 원자로 용기의 온도가 과도하게 상승할 때 원자로 용기로부터 전달된 열에 의해 용융 제거됨으로써 저온수 공급관의 배출구를 개방하는 저온용융합금체를 포함한다.The present invention for achieving the above object, the reactor vessel including the core, the heat insulating material surrounding the outside of the reactor vessel, a low temperature water supply pipe for supplying low temperature water to the lower portion of the reactor vessel, the low temperature water The low temperature water supplied to the supply pipe is shielded to the outlet of the cold water tank and the cold water supply pipe, and when the temperature of the reactor vessel is excessively increased, the melt is removed by heat transferred from the reactor vessel to open the outlet of the cold water supply pipe. Low temperature molten alloy.

상기 저온수 탱크는 원자로 용기의 하단보다 높은 위치에 설치된다.The cold water tank is installed at a position higher than the bottom of the reactor vessel.

상기 저온수 공급관에는 역U자 형상의 고온유체역류방지관이 설치된다.The low temperature water supply pipe is provided with a reverse U-shaped high temperature fluid backflow prevention pipe.

상기 저온용융합금체는 원자로 용기의 하단에 접촉 상태로 설치된다.The low temperature molten alloy body is installed in contact with the lower end of the reactor vessel.

상기 저온용융합금체는 저온수 공급관의 배출구에 압입, 용접, 나사 결합 방식으로 결합될 수 있다.The low temperature molten alloy body may be coupled to the outlet of the low temperature water supply pipe by pressing, welding, or screwing.

상기 저온용융합금체의 상기 배출구 외측의 단부에 중량체가 설치된다.A weight body is installed at an end portion of the low temperature molten alloy body outside the outlet.

상기 중량체는 원통 형상으로 이루어져 저온용융합금체의 일측 단부를 감싸는 구조로 설치된다.The weight is made of a cylindrical shape is installed in a structure surrounding one end of the low-temperature melting alloy body.

상기 중량체에 저온용융합금체를 관통하는 연결봉이 돌출 형성되고, 그 연결봉의 단부에 저온용융합금체의 배출구 내측 단면에 걸려지는 걸림판이 형성될 수 있다.A connecting rod penetrating the low-temperature molten alloy body is formed to protrude from the weight body, and a stopper plate may be formed at an end of the connecting rod to be hooked to an inner end surface of the outlet of the low-temperature molten alloy body.

상기 보온재의 내부 공간과 저온수 탱크를 연결하는 증기방출관이 설치되고, 증기방출관의 일측 단부는 저온수 탱크에 저장된 저온수의 내부에 침수된 상태로 설치된다.A steam discharge tube is connected to the inner space of the heat insulating material and the low temperature water tank, and one end of the steam discharge tube is installed in a state of being submerged in the low temperature water stored in the low temperature water tank.

상기 증기방출관에 역U자 형상의 고온유체역류방지관이 설치된다.An inverted U-shaped high temperature fluid backflow prevention tube is installed in the steam discharge tube.

상기 증기방출관의 저온수 탱크 내측 단부에 다수의 배출홀이 형성된 디퓨저가 설치된다.A diffuser having a plurality of discharge holes is provided at an inner end of the cold water tank of the steam discharge pipe.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 원자로 용기의 온도가 과도하게 상승할 경우 저온수 공급관의 배출구를 막고 있는 저온용융합금체가 용융되어 배출구가 개방됨으로써 원자로 용기의 온도가 설정 온도값(저온용융합금의 녹는점) 이상으로 상승하기만 하면 항상 저온수 공급관이 개방되어 원자로 용기의 외벽에 저온수를 공급할 수 있도록 된 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치가 제공된다.According to the present invention as described above, when the temperature of the reactor vessel is excessively increased, the low temperature molten alloy body blocking the outlet of the low temperature water supply pipe is melted and the outlet is opened so that the temperature of the reactor vessel is set temperature value (low temperature of the molten alloy) It is possible to provide a passive reactor vessel outer wall cooling device that allows the low temperature water supply pipe to always open to supply low temperature water to the outer wall of the reactor vessel as long as it rises above the melting point.

상기 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치는 원자로 용기의 온도 상승에 직접 반응하여 피동적으로 저온수 공급관의 배출구가 개방되는 것이므로 종래와 같이 원자로 관리 시스템 및 온도측정기의 오류에 의해 위급 상황에서 밸브가 미개방되어 저온수를 공급하지 못하는 상황이 초래되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.Since the passive reactor vessel outer wall cooling device responds directly to the temperature rise of the reactor vessel, the outlet of the low temperature water supply pipe is passively opened. It is possible to reliably prevent the occurrence of a water supply situation.

따라서, 원자로 냉각재 누출 사고시에도 원자로 용기 외벽을 확실하게 냉각할 수 있게 됨에 따라 원자로 용기 용융을 방지할 수 있고, 이에 노심 용융물 누출 사고를 방지할 수 있게 된다.Therefore, the reactor vessel outer wall can be reliably cooled even in the event of a reactor coolant leakage accident, thereby preventing the reactor vessel melting, thereby preventing the core melt leakage accident.

또한, 본 발명은 원자로 용기를 둘러싼 보온재와 저온수 탱크를 증기 방출관으로 연결하여 냉각재가 저온수 탱크 내부로 배출되도록 함으로써 방사능에 오염된 냉각재가 원자로 용기 격납 건물의 내부를 오염시키는 것을 방지할 수 있다.In addition, the present invention by connecting the insulation and the cold water tank surrounding the reactor vessel to the steam discharge pipe to allow the coolant to be discharged into the cold water tank to prevent the coolant contaminated with radioactive contamination of the interior of the reactor vessel containment building. have.

도 1은 원자로 용기 파손과 냉각재 누출에 의한 노심 용융물 누출 사고의 과정을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 주요부로서 저온수 공급관의 배출구 차폐 구조를 도시한 도면.
도 4는 상기 저온수 공급관의 개방 과정을 설명하는 도면.
도 5는 도 3의 변형 실시예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치의 작동 상태 설명도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure explaining the process of a core melt leakage accident by reactor vessel breakage and coolant leakage.
2 is a block diagram of a passive reactor vessel outer wall cooling apparatus according to the present invention.
Figure 3 is a view showing the outlet shielding structure of the cold water supply pipe as a main part of the present invention.
4 is a view for explaining a process of opening the cold water supply pipe;
5 shows a modified embodiment of FIG.
6 is an explanatory view of an operating state of a passive reactor vessel outer wall cooling device according to the present invention;

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. The thickness of the lines or the size of the components shown in the accompanying drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or precedent of a user or an operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치는, 노심(10)을 포함하는 원자로 용기(20)와, 원자로 용기(20)의 외부를 둘러싸는 보온재(30)와, 원자로 용기(20)의 하부로 저온수를 공급하는 저온수 공급관(40)과, 저온수 공급관(40)으로 공급되는 저온수가 저장된 저온수 탱크(50) 및 정상 상태에서는 저온수 공급관(40)의 배출구를 막고 있다가 위급 상황시 원자로 용기(20) 외벽의 온도에 의해 용융되어 저온수 공급관(40)의 배출구를 개방하는 저온용융합금체(60)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the passive reactor vessel outer wall cooling apparatus according to the present invention includes a reactor vessel 20 including a core 10, a thermal insulation material 30 surrounding the outside of the reactor vessel 20, The low temperature water supply pipe 40 for supplying the low temperature water to the lower portion of the reactor vessel 20, the low temperature water tank 50 in which the low temperature water supplied to the low temperature water supply pipe 40 is stored, and the low temperature water supply pipe 40 in the normal state. The low-temperature molten alloy body 60 is blocked by the outlet and melted by the temperature of the outer wall of the reactor vessel 20 in an emergency situation to open the outlet of the low-temperature water supply pipe 40.

원자로 용기(20)는 핵분열 연쇄 반응이 일어나는 노심(10)을 둘러싸는 밀폐 용기로서 내부에는 냉각재가 충진되어 있다. 냉각재는 순환펌프에 의해 폐루프를 순환하면서 노심(10)을 냉각하여 과열을 방지하고 노심(10)의 열을 증기발생기로 전달하여 증기 생성의 열원으로 이용되도록 한다.The reactor vessel 20 is a sealed vessel surrounding the core 10 in which the nuclear fission chain reaction takes place, and a coolant is filled therein. The coolant cools the core 10 while circulating the closed loop by a circulation pump to prevent overheating and transfers the heat of the core 10 to the steam generator to be used as a heat source for steam generation.

보온재(30)는 원자로 용기(20)의 외부를 둘러싸서 원자로의 열이 외부로 손실되는 것을 방지하는 단열재이다.The heat insulating material 30 is a heat insulating material surrounding the outside of the reactor vessel 20 to prevent the heat of the reactor from being lost to the outside.

저온수 공급관(40)은 일단이 저온수 탱크(50)에 연결되고 타단 즉, 배출구가 원자로 용기(20)의 하단에 접촉하도록 설치되어 배출구 개방시에 저온수를 원자로 용기(20)의 하부 공간에 공급할 수 있도록 된 것이다.The low temperature water supply pipe 40 is installed such that one end is connected to the low temperature water tank 50 and the other end, that is, the outlet is in contact with the lower end of the reactor vessel 20, and the low temperature water is supplied to the lower space of the reactor vessel 20 when the outlet is opened. It will be able to supply to.

저온수 탱크(50)는 내부에 저온수가 저장되어 있으며, 저온수가 별도의 배출 시설 없이 저온수 공급관(40)의 배출구를 통해 자연히 배출될 수 있도록 원자로 용기(20)의 하단보다 높은 위치에 설치된다. 즉, 저온수 탱크(50)는 원자로 격납 건물의 내부에서 원자로 용기(20)의 하단보다 충분히 높은 위치에 설치되어 저온수 탱크(50) 내부의 저온수가 중력에 의해 저온수 공급관(40)의 배출구를 통해 배출 될 수 있도록 되어 있다.The low temperature water tank 50 has low temperature water stored therein and is installed at a position higher than the lower end of the reactor vessel 20 so that the low temperature water may be naturally discharged through the outlet of the low temperature water supply pipe 40 without a separate discharge facility. . That is, the low temperature water tank 50 is installed at a position sufficiently higher than the lower end of the reactor vessel 20 inside the reactor storage building, so that the low temperature water in the low temperature water tank 50 is discharged from the low temperature water supply pipe 40 by gravity. It is intended to be discharged through.

또한, 저온수 탱크(50)에는 외부 냉각수가 순환하는 냉각 열교환기(100)가 설치되어 저장된 저온수를 항상 일정 온도 이하의 저온 상태로 유지할 수 있도록 되어 있다.In addition, the low temperature water tank 50 is provided with a cooling heat exchanger 100 through which external cooling water circulates so that the stored low temperature water is always kept at a low temperature below a predetermined temperature.

상기 저온수 공급관(40)의 단부 즉, 배출구는 저온용융합금체(60)에 의해 막혀 있다.An end of the cold water supply pipe 40, that is, the discharge port, is blocked by the cold molten alloy 60.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 저온용융합금체(60)는 저온수 공급관(40)의 배출구에 삽입되어 평소에 배출구의 차단 상태를 유지함으로써 저온수의 배출을 방지하고 있다.As shown in FIG. 3, the low temperature molten alloy 60 is inserted into the outlet of the low temperature water supply pipe 40 to prevent the discharge of the low temperature water by maintaining a blocked state of the outlet.

원자로 용기(20)의 냉각재가 완전 누출되면, 노심(10) 붕괴열의 누적으로 원자로 용기(20)의 외벽 온도가 급격하게 상승하여 안전 관리 최대 온도인 350℃를 넘어 지속적으로 상승한다.When the coolant in the reactor vessel 20 completely leaks, the temperature of the outer wall of the reactor vessel 20 rapidly increases due to the accumulation of the core 10 decay heat, and continuously rises above the maximum safety management temperature of 350 ° C.

원자로 용기(20)는 대략 1500℃ 정도에서 녹기 시작하는 바, 상기 안전 관리 최대 온도와 원자로 용기(20)의 녹는 온도를 감안하여 대략 350℃ ~ 600℃ 범위에서 저온수 배출이 이루어지면 확실하게 원자로 용기(20)의 과열에 의한 용융을 방지할 수 있다.The reactor vessel 20 begins to melt at about 1500 ° C., considering the maximum temperature of the safety management and the melting temperature of the reactor vessel 20, when the low temperature water is discharged in the range of about 350 ° C. to 600 ° C., the reactor is reliably. Melting due to overheating of the container 20 can be prevented.

따라서, 상기 저온용융합금체(60)는 350℃ ~ 600℃ 범위의 녹는점(용융점)을 가지는 저온용융합금으로 이루어진다. 안전도 향상 측면에서 합금의 녹는점이 약 400℃ 정도이면 보다 바람직하다.Thus, the low temperature melt alloy 60 is made of a low temperature melt alloy having a melting point (melting point) of 350 ℃ ~ 600 ℃ range. It is more preferable that the melting point of the alloy is about 400 ° C in view of improving safety.

그러나, 상기와 같은 온도 범위는 안전도를 감안하여 임의로 설정한 값이며, 통상적인 원자로 운전 상태에서 원자로 용기(20)가 가지는 정상적인 온도 범위를 초과하는 값이라면 상기 온도 범위 이하여도 무방하다.However, the above temperature range is a value set arbitrarily in consideration of safety, and may be below the above temperature range as long as it exceeds a normal temperature range of the reactor vessel 20 in a normal reactor operation state.

상기와 같은 온도 범위의 녹는점을 가지는 저온용융합금은, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 안티몬(Sb), 아연(Zn), 납(Pb), 카드뮴(Cd), 비스무트(Bi), 주석(Sn) 등의 녹는점이 낮은 금속을 적절히 조합하여 제조할 수 있다.The low temperature molten alloy having a melting point in the above temperature range is aluminum (Al), magnesium (Mg), antimony (Sb), zinc (Zn), lead (Pb), cadmium (Cd), bismuth (Bi), It can manufacture by combining suitably the low melting point metals, such as tin (Sn).

상기 저온용융합금체(60)는 저온수 공급관(40)의 배출구에 압입되거나, 용접되거나, 저온용융합금체(60)와 배출구의 내주면에 나사산을 형성하여 나사 체결 방식으로 설치될 수 있다. 어떤 방식이든 설치 상태에서 배출구를 완전하게 차단하여 저온수의 누출을 방지할 수 있으면 된다.The low temperature molten alloy body 60 may be press-fitted or welded to the outlet of the low temperature water supply pipe 40, or may be installed in a screw fastening manner by forming a screw thread on the inner peripheral surface of the low temperature melt alloy body 60 and the outlet. Either way, the installation can be shut off completely to prevent the leakage of cold water.

상기 저온용융합금체(60) 및/또는 저온용융합금체(60)가 삽입된 배출구의 외주면은 원자로 용기(20)의 외벽 하단에 접촉되는 상태로 설치되어, 원자로 용기(20)로부터 원활하게 열을 전달받을 수 있도록 한다.The outer circumferential surface of the outlet into which the low-temperature melt alloy 60 and / or the low-temperature melt alloy 60 is inserted is installed in contact with the lower end of the outer wall of the reactor vessel 20, thereby smoothly heating the reactor vessel 20. To be delivered.

또한 저온용융합금체(60)의 일측 단부(배출구에 삽입되지 않은 반대쪽 단부)에는 중량체(70)가 설치된다.In addition, a weight body 70 is installed at one end (an opposite end not inserted into the outlet) of the low-temperature fusion alloy body 60.

상기 중량체(70)는 원자로 용기(20)의 온도 상승에 영향 받지 않으면서 중량이 무거운 것이 바람직한 바, 예를 들어 스틸 재질로 제작될 수 있다.The weight 70 is preferably a heavy weight without being affected by the temperature rise of the reactor vessel 20, for example, may be made of steel.

중량체(70)는 원통 형상으로서 저온용융합금체(60)의 일측 단부를 감싸는 상태로 그에 고정된다.The weight body 70 has a cylindrical shape and is fixed thereto in a state of wrapping one end of the low-temperature melting alloy body 60.

상기 중량체(70)는, 도 4와 같이, 원자로 용기(20)의 온도가 상승하여 저온용융합금체(60)가 용융될 때 저온용융합금체(60)의 일부와 함께 하방(보온재(30)의 바닥부)으로 낙하함으로써 저온수 공급관(40)의 배출구를 개방하는 역할을 수행한다.As shown in FIG. 4, the weight body 70 is lowered together with a part of the low temperature molten alloy body 60 when the temperature of the reactor vessel 20 rises to melt the low temperature molten alloy body 60 (heat insulating material 30). Bottom) to serve to open the outlet of the cold water supply pipe (40).

즉, 용융이 진행되면서 유동 가능한 상태로 된 저온용융합금체(60)를 저온수 공급관(40)의 배출구로부터 가능한 많은 양 제거하기 위해 설치된 것이다.That is, it is installed to remove as much as possible from the outlet of the cold water supply pipe 40 the low-temperature molten alloy body 60 is made to flow as the melting proceeds.

이를 위해 중량체(70)는 도 5와 같은 형상을 가질 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 중량체(70)의 내부 일측 벽면으로부터 연결봉(71)이 돌출 형성되고, 연결봉(71)의 단부에 직경이 확장된 걸림판(72)이 형성된다.To this end, the weight body 70 may have a shape as shown in FIG. 5. That is, as shown in FIG. 5, the connecting rod 71 protrudes from one inner wall of the weight body 70, and a locking plate 72 having an extended diameter is formed at an end of the connecting rod 71.

상기 연결봉(71)은 저온용융합금체(60)를 관통하고, 걸림판(72)은 저온용융합금체(60)의 배출구 내부의 측면에 걸려진다.The connecting rod 71 penetrates the low-temperature melting alloy body 60, and the locking plate 72 is caught on the side surface of the outlet of the low-temperature melting alloy body 60.

상기와 같은 구조가 적용되면, 저온용융합금체(60)가 용융되어 중량체(70)가 자중에 의해 낙하할 때 걸림판(72)이 보다 많은 양의 용융물(저온용융합금체(60)의 용융물)을 배출구로부터 제거할 수 있으므로 배출구의 개방 상태가 좋아져 보다 신속하게 다량의 저온수가 공급될 수 있다.When the above structure is applied, the low temperature melt alloy body 60 is melted and the weight plate 70 falls due to its own weight, so that the locking plate 72 has a larger amount of melt (the low temperature melt alloy body 60). Melt) can be removed from the outlet so that the outlet is open and a large amount of cold water can be supplied more quickly.

한편, 원자로 용기(20)의 하단에는 별도의 냉각수를 추가로 주입할 수 있도록 냉각수 주입관(80)이 설치될 수 있다. 냉각수 주입관(80)에는 필요에 따라 관로를 임의 개폐할 수 있도록 밸브(81)가 설치된다.Meanwhile, a coolant injection pipe 80 may be installed at the lower end of the reactor vessel 20 to additionally inject additional coolant. The cooling water injection pipe 80 is provided with a valve 81 so as to be able to open and close the pipe as needed.

또한, 상기 보온재(30)의 상부와 저온수 탱크(50)는 증기방출관(90)으로 연결될 수 있다. 증기방출관(90)의 일단부는 보온재(30)의 내부 공간과 연통되고, 타단부는 저온수 탱크(50)의 내부로 삽입되어 그 단부가 저온수에 침수된 상태로 설치된다. 이는 원자로 용기(20) 내부의 냉각재가 증발한 증기(방사능으로 오염된 증기)를 신속히 액체 상태로 전환하여 저온수 탱크(50) 내부의 저온수 중에 혼합시키기 위함이다. 이로써 오염된 증기의 외부 누출이 방지될 수 있다.In addition, the upper portion of the heat insulating material 30 and the low temperature water tank 50 may be connected to the steam discharge pipe (90). One end of the steam discharge pipe 90 communicates with the internal space of the heat insulating material 30, and the other end is inserted into the low temperature water tank 50 so that the end thereof is submerged in the low temperature water. This is for rapidly converting the vapor (the radioactively contaminated vapor) vaporized by the coolant inside the reactor vessel 20 into a liquid state and mixing it in the low temperature water inside the low temperature water tank 50. This can prevent external leakage of contaminated steam.

상기 증기방출관(90)에도 필요에 따라 관로를 개폐할 수 있도록 밸브(93)가 설치될 수 있다.Valve 93 may also be installed in the steam discharge pipe 90 to open and close the pipe as necessary.

또한, 증기방출관(90)의 저온수 탱크(50) 내측 단부에는 다수의 작은 배출홀이 형성된 디퓨저(92)가 설치되어 증기가 보다 작은 입자로 분산 배출될 수 있게 됨으로써 보온재(30) 내부 공간으로부터 배출된 증기가 보다 원활하게 저온수 탱크(50) 내부의 저온수에 혼입될 수 있게 된다.In addition, a diffuser 92 having a plurality of small discharge holes is installed at the inner end of the low temperature water tank 50 of the steam discharge pipe 90 so that steam can be dispersed and discharged into smaller particles so that the internal space of the heat insulating material 30 is maintained. Steam discharged from the can be more smoothly incorporated into the cold water inside the cold water tank (50).

한편, 상기 저온수 공급관(40)과 증기방출관(90)에는 각각 저온수 탱크(50)로의 고온 유체 이동을 차단하기 위한 고온유체역류방지관(41,91)이 설치된다.On the other hand, the low temperature water supply pipe (40) and the steam discharge pipe (90) is provided with a high temperature fluid backflow prevention pipe (41,91) for blocking the high temperature fluid movement to the low temperature water tank (50), respectively.

고온유체역류방지관(41,91)은 거꾸로 뒤집어진 U자 형상의 관체로서, 역U자관에 연결된 양측 관로 중 일측에서 발생한 고온유체(기체이든 액체이든 상관 없음)가 대류에 의해 타측 관로로 이동할 때 역U자관의 상부에 모여 정체됨으로써 역U자관을 중심으로 타측 관로로의 유체 이동이 불가능하게 되는 현상을 이용한 것이다.The high temperature fluid backflow prevention pipes (41,91) are inverted U-shaped pipes that are inverted, and the hot fluid (regardless of gas or liquid) generated from one side of the two pipes connected to the reverse U-tubes moves to the other pipe by convection. When the confluence is gathered in the upper part of the inverted U tube, the fluid movement to the other side of the inverted U tube is impossible.

상기 고온유체역류방지관(41,91)은 원자로 정상 운전 상태에서 원자로 용기(20)측 관로 내부에 존재하는 유체 대류에 의해 고온의 유체가 역류하여 저온수 탱크(50)로 유입되는 것을 차단함으로써 저온수 탱크(50)에 저장되어 있는 저온수의 온도가 상승하는 것을 방지해준다.The high temperature fluid backflow prevention pipes 41 and 91 block high temperature fluid from flowing back into the low temperature water tank 50 by fluid convection present in the reactor vessel 20 side pipeline in the reactor normal operation state. The temperature of the cold water stored in the cold water tank 50 is prevented from rising.

이제 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치의 작동 및 그 효과를 설명한다.Referring now to FIG. 6, the operation and effect of the driven reactor vessel outer wall cooling apparatus according to the present invention will be described.

원자로 용기(20)가 파손되어 내부의 냉각재가 누출되면 노심(10)이 용융되어 노심용융물(11)이 원자로 용기(20)의 하부로 모인다.When the reactor vessel 20 is broken and the coolant therein leaks, the core 10 melts, and the core melt 11 collects in the lower portion of the reactor vessel 20.

따라서 원자로 용기(20)의 온도, 특히 용기 하단의 온도가 급격하게 상승하고, 용기 하단에 접촉해 있는 저온용융합금체(60)로 그 열이 전달된다.Therefore, the temperature of the reactor vessel 20, in particular, the temperature at the bottom of the vessel rises sharply, and the heat is transferred to the low temperature molten alloy body 60 in contact with the bottom of the vessel.

원자로 용기(20)의 온도가 저온용융합금체(60)의 녹는점 이상으로 상승하면 저온용융합금체(60)가 녹기 시작하고, 용융 정도가 심화되면 저온용융합금체(60)가 중량체(70)의 중량을 지탱할 수 없게 되므로 중량체(70)가 저온용융합금체(60)의 용융물 일부와 함께 하방으로 낙하하게 된다.When the temperature of the reactor vessel 20 rises above the melting point of the low-temperature melt alloy body 60, the low-temperature melt alloy body 60 starts to melt, and when the degree of melting is deepened, the low-temperature melt alloy body 60 becomes a weight body ( Since the weight of 70 cannot be supported, the weight body 70 falls downward together with a part of the melt of the low-temperature melting alloy body 60.

따라서 저온수 공급관(40)의 배출구가 개방됨으로써 저온수 탱크(50)의 저온수가 중력에 의해 하강하여 배출구를 통해 배출된다.Therefore, since the outlet of the low temperature water supply pipe 40 is opened, the low temperature water of the low temperature water tank 50 is lowered by gravity and discharged through the outlet.

배출된 저온수는 보온재(30)와 원자로 용기(20) 사이의 공간으로 차오르면서 원자로 용기(20)를 침수시키고, 원자로 용기(20) 외벽 전체에서 저온수와의 열교환이 이루어짐으로써 원자로 용기(20)의 냉각이 이루어진다.The discharged low temperature water submerges the reactor vessel 20 while filling up the space between the thermal insulation material 30 and the reactor vessel 20, and heat exchanges with the cold water in the entire outer wall of the reactor vessel 20 to allow the reactor vessel ( 20) cooling takes place.

따라서, 원자로 용기(20) 하단부의 용융과 그에 따른 파손이 방지됨으로써 노심 용융물(11)의 누출 사고가 방지된다.Therefore, the leakage of the core melt 11 is prevented by preventing melting of the lower end of the reactor vessel 20 and consequent damage.

상기와 같은 저온수의 공급은 저온수 공급관(40)의 배출구를 막고 있던 저온용융합금체(60)가 원자로 용기(20) 온도에 직접 반응하여 용융 제거됨으로써 능동적인 제어 작동 없이 피동적으로 이루어지는 것이므로, 종래와 같이 냉각수 공급 설비를 구성하는 능동 제어부의 건전성이나 신뢰성에 상관없이, 원자로 용기 온도가 과도하게 상승하는 위급 상황에서 반드시 실행되어 보다 확실하게 원자로 용기 용융 파손에 의한 노심 용융물 누출 사고를 방지할 수 있다.Since the low-temperature molten alloy 60 blocking the outlet of the low-temperature water supply pipe 40 is melted and reacted directly with the reactor vessel 20 temperature, the low-temperature water supply is passively performed without active control operation. Regardless of the soundness or reliability of the active control unit constituting the cooling water supply system as in the prior art, it is necessary to be executed in an emergency situation in which the reactor vessel temperature rises excessively to more reliably prevent a core melt leakage accident due to the reactor vessel melt breakage. have.

한편, 저온수 공급관(40)을 통한 저온수 공급만으로 원자로 용기(20)의 냉각이 신속하게 이루어지지 않을 경우에는 상기 밸브(81)를 열어 냉각수 주입관(80)을 개방함으로써 원자로 용기(20)와 보온재(30) 사이의 공간으로 추가로 냉각수를 주입함으로써 원자로 용기(20)의 냉각 속도를 증가시킬 수 있다.On the other hand, if the cooling of the reactor vessel 20 is not performed quickly by only supplying the cold water through the low temperature water supply pipe 40, the reactor container 20 is opened by opening the valve 81 and opening the cooling water injection pipe 80. The cooling rate of the reactor vessel 20 can be increased by additionally injecting cooling water into the space between the insulation and the insulation.

한편, 원자로 용기(20)의 냉각 과정에서 발생한 증기는 상기 증기방출관(90)을 통해 저온수 탱크(50)에 저장된 저온수의 내부로 배출되고, 배출과 동시에 응축되어 저온수에 혼합됨으로써 외부로의 누출이 방지된다. 따라서 방사능 오염 증기가 저온수 탱크(50) 외부 공간으로 누출되지 않음으로써 원자로 격납 건물의 내부 공간 오염을 방지할 수 있게 된다.On the other hand, the steam generated in the cooling process of the reactor vessel 20 is discharged into the low-temperature water stored in the low temperature water tank 50 through the steam discharge pipe 90, and condensed at the same time as discharged and mixed in the low temperature water to the outside Leakage in the furnace is prevented. Therefore, the radioactive contaminant vapor does not leak into the space outside the low temperature water tank 50, thereby preventing contamination of the internal space of the reactor containment building.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, but this is merely exemplary, and various modifications and equivalent embodiments of the present invention may be obtained by those skilled in the art. I understand that it is possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the claims below.

10 : 노심 11 : 노심 용융물
20 : 원자로 용기 30 : 보온재
40 : 저온수 공급관 41 : 고온유체역류방지관
50 : 저온수 탱크 60 : 저온용융합금체
70 : 중량체 71 : 연결봉
72 : 걸림판 80 : 냉각수 주입관
81 : 밸브 90 : 증기방출관
91 : 고온유체역류방지관 92 : 디퓨저
93 : 밸브 100 : 냉각 열교환기10: core 11: core melt
20: reactor vessel 30: thermal insulation
40: low temperature water supply pipe 41: high temperature fluid backflow prevention pipe
50: low temperature water tank 60: low temperature molten alloy body
70: weight 71: connecting rod
72: stopping plate 80: cooling water injection pipe
81: valve 90: steam discharge pipe
91: high temperature fluid backflow prevention tube 92: diffuser
93 valve 100 cooling heat exchanger

Claims (11)

노심을 포함하는 원자로 용기와;
상기 원자로 용기의 외부를 둘러싸는 보온재와;
상기 보온재를 관통하여 설치되고, 배출구의 외주면이 상기 원자로 용기의 하단에 접촉하는 상태로 설치된 저온수 공급관과;
상기 저온수 공급관의 유입구측 단부가 연결된 저온수 탱크와;
상기 저온수 공급관의 배출구를 폐쇄하도록 상기 배출구에 삽입 설치되고, 원자로 용기의 하단에 접촉되며, 원자로 용기의 온도가 과도하게 상승할 때 원자로 용기로부터 전도된 열에 의해 용융 제거됨으로써 저온수 공급관의 배출구를 개방하는 저온용융합금체; 및
상기 저온용융합금체의 상기 배출구 외측의 단부에 설치되어 저온용융합금체의 용융물과 함께 하방으로 낙하하여 저온수 공급관의 배출구 개방을 돕는 중량체;를 포함하고,
상기 중량체에 저온용융합금체를 관통하는 연결봉이 돌출 형성되고, 그 연결봉의 단부에 저온용융합금체의 상기 배출구 내측 단면에 걸려지는 걸림판이 형성된 것을 특징으로 하는 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치.A reactor vessel containing a core;
A heat insulating material surrounding the outside of the reactor vessel;
A low temperature water supply pipe installed through the heat insulating material, the outer peripheral surface of the outlet being in contact with the lower end of the reactor vessel;
A low temperature water tank connected to an inlet side end of the low temperature water supply pipe;
The outlet of the low temperature water supply pipe is inserted into the outlet to close the outlet of the low temperature water supply pipe, is in contact with the bottom of the reactor vessel, and melted and removed by heat conducted from the reactor vessel when the temperature of the reactor vessel rises excessively. Low temperature molten alloy body opening; And
A weight body installed at an end of the outlet of the low temperature melt alloy body and falling downward together with the melt of the low temperature melt alloy body to help open the outlet of the low temperature water supply pipe;
And a connecting rod penetrating the low-temperature molten alloy body on the weight body, and a locking plate that is caught on the inner end surface of the outlet of the low-temperature melting alloy body at the end of the connecting rod. 청구항 1에 있어서,
상기 저온수 탱크는 원자로 용기의 하단보다 높은 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치.The method according to claim 1,
The cold reactor tank outer wall cooling apparatus, characterized in that the cold water tank is installed at a position higher than the lower end of the reactor vessel. 청구항 1에 있어서,
상기 저온수 공급관에는 역U자 형상의 고온유체역류방지관이 설치된 것을 특징으로 하는 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치.The method according to claim 1,
The low temperature water supply pipe is a passive reactor vessel outer wall cooling device, characterized in that the reverse U-shaped high temperature fluid backflow prevention tube is installed. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 저온용융합금체와 상기 저온수 공급관의 배출구에 각각 나사산이 형성되어, 상기 저온용융합금체는 저온수 공급관의 배출구에 나사 결합된 것을 특징으로 하는 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치.The method according to claim 1,
A screw thread is formed at each of the outlets of the cold melt alloy body and the cold water supply pipe, and the cold melt alloy body is screwed to the outlet of the cold water supply pipe. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 중량체는 원통 형상으로 이루어져 저온용융합금체의 상기 배출구 외측 단부를 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치.The method according to claim 1,
And the weight body is formed in a cylindrical shape to surround the outer end of the outlet of the low temperature molten alloy. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 보온재의 내부 공간과 저온수 탱크를 연결하는 증기방출관이 설치되고, 증기방출관의 일측 단부는 저온수 탱크에 저장된 저온수의 내부에 침수된 것을 특징으로 하는 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치.The method according to claim 1,
And a steam discharge pipe connecting the inner space of the heat insulating material and the low temperature water tank, and one end of the steam discharge tube is submerged in the low temperature water stored in the low temperature water tank. 청구항 9에 있어서,
상기 증기방출관에 역U자 형상의 고온유체역류방지관이 설치된 것을 특징으로 하는 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치.The method according to claim 9,
A passive reactor vessel outer wall cooling device, characterized in that an inverted U-shaped high temperature fluid backflow prevention pipe is installed in the steam discharge pipe. 청구항 9에 있어서,
상기 증기방출관의 저온수 탱크 내측 단부에 다수의 배출홀이 형성된 디퓨저가 설치된 것을 특징으로 하는 피동 원자로 용기 외벽 냉각 장치.
The method according to claim 9,
And a diffuser having a plurality of discharge holes formed at an inner end of the low temperature water tank of the steam discharge pipe.
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