KR102369045B1 - 원자로 냉각 구조체 - Google Patents

Abstract

원자로 냉각 구조체가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체는 원자로용기가 수용되며 에너지방출공간을 가지는 제1격납용기; 상기 제1격납용기와 구획되고 해수면 아래에 위치하는 제2격납용기로서, 에너지흡수공간과, 상기 에너지흡수공간의 상측에 위치하는 에너지전달공간을 구비하는 제2격납용기; 상기 에너지흡수공간과 상기 에너지전달공간을 구획하는 제1분리벽; 상기 원자로용기에 연결되는 냉각유로; 상기 에너지전달공간 내부에 위치하도록 상기 냉각유로의 일 부분에 형성되는 열교환기; 상기 에너지흡수공간 내부 일측을 제1공간으로 구획하는 제2분리벽; 상기 제2격납용기를 상하 방향으로 관통하는 해수순환관; 상기 에너지방출공간과 상기 에너지흡수공간을 유체소통가능하게 연결하는 증기분출관; 및 상기 에너지흡수공간과 상기 에너지전달공간을 유체소통가능하게 연결하는 열매체유동관을 포함한다.

Description

원자로 냉각 구조체{COOLING STRUCTURE OF THE REACTOR}

본 발명은 원자로 냉각 구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해수를 이용하여 원자로를 피동적으로 냉각시키는 원자로 냉각 구조체에 관한 것이다.

원자력 발전은 핵분열 시 발생되는 에너지를 이용해 터빈을 운전하여 전기 에너지를 생산시키는 방식으로서, 발전과정에서 이산화탄소를 발생시키지 아니하며 적은 연료로서 막대한 전기를 생산할 수 있어 여러 국가에서 발전방식 중 하나로 채택 운용 되고 있다.

이러한 원자력 발전은 막대한 열이 발생함으로 인해 냉각이 필수적인데, 일반적인 원자력 발전은 도 1에 도시된 바와 같이, 원자로용기(2) 내의 원자로노심(4)이 핵분열함에 따라 발생된 엄청난 열에너지가 원자로용기(2) 내의 냉각제로 전달되며, 냉각제는 열교환기(미도시)에서 열을 교환한 뒤에 다시 원자로용기(2) 내로 순환된다. 또한 상기 냉각제와는 독립된 경로로서 증기관(6) 및 급수관(8)의 물을 순환시키며, 상기 열교환기(미도시)에서는 상기 냉각제로부터 흡수한 열로서 증기를 발생시키고, 이를 통해 터빈(7)을 돌려 발전기(1)로 전기에너지로 전환된 후에 다시 물로 응축되어 순환되는 방식으로 이루어진다.

이러한 원자로에서는 엄청난 열에너지가 발생되며, 평상시에는 이러한 원자로의 열이 적절히 냉각되고 있지만, 예기치 못한 사고 등이 발생하여 원자로의 열이 적절히 냉각되지 않을 경우 원자로 시설 자체가 파괴되는 대형 사고가 발생할 수 있다.

따라서, 비상 상황 시 원자로를 냉각시켜 주기 위한 다양한 안전계통들이 필수적으로 구비된다. 이러한 안전계통들은 원자로의 각 부에 냉각제를 보충 공급하는 형태 및 냉각제를 적절하게 순환시켜 회수된 열을 히트싱크를 통해 외부로 방출하는 형태로 구비된다.

이러한 히트싱크는 내부의 냉각제의 누설 없이 열 만을 배출하기 위한 열교환기 형태로 이루어지며, 이러한 열교환기는 해수나 강 등의 물 속에 잠겨 열교환함으로써 열을 방출할 수 있다.

이러한 안전계통들은 대형 사고 발생 시, 조작원이 부상 또는 사망하거나 대피하여 부재중이거나 복잡한 매뉴얼을 숙지하기 어려워 조작 실수를 하는 상황이 발생하여 적절한 시기 원자로를 냉각시키지 못하는 문제점이 있다.

등록특허공보 제10-1731817호(사이펀 원리를 이용한 냉각계통을 가지는 원자로 및 그 동작 방법)

본 발명은, 조작원이 복잡한 냉각장치를 조작하지 않더라도 원자로 운영 시 발생하는 열과 증기를 이용하여 해수의 순환을 유도함으로써 원자로를 냉각시키는 원자로 냉각 구조체를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 원자로 운영 시 발생하는 증기와 원자로의 온도에 의해 팽창하는 비응축기체의 압력을 이용하여 격납용기 내부에 저장된 열매체를 순환시킴으로써, 원자로를 냉각시키는 원자로 냉각 구조체를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 원자로 냉각 구조체는, 해안가의 지면 측에 설치되고 원자로노심이 수용된 원자로용기가 수용되며 에너지방출공간을 가지는 제1격납용기; 상기 제1 격납용기와 구획되고 해수면 아래에 위치하는 제2격납용기로서, 열매체가 수용되고 상기 에너지방출공간의 압력이 전달되는 에너지흡수공간과, 상기 에너지흡수공간의 상측에 위치하고 상기 원자로용기에서 전달된 열을 흡수하여 냉각하며 흡수한 열을 외부로 방출하는 에너지전달공간을 구비하는 제2격납용기; 상기 에너지흡수공간과 상기 에너지전달공간을 구획하도록 상기 제2격납용기 내에 구비되는 제1분리벽; 상기 원자로용기에 연결되고 상기 에너지전달공간으로 상기 원자로용기의 열을 전달하는 냉각유로; 상기 에너지전달공간 내부에 위치하도록 상기 냉각유로의 일 부분에 형성되는 열교환기; 상기 에너지흡수공간 내부 일측을 제1공간으로 구획하고, 상기 제1공간의 상하부가 상기 에너지흡수공간의 내에서 상기 제1공간의 외부와 유체소통 가능하도록 상기 에너지흡수공간 내에 형성되는 제2분리벽; 상기 제2격납용기를 상하 방향으로 관통하여 상기 해수가 유체소통하도록 형성되되, 상기 제1공간을 관통하고 상기 열교환기와 열교환을 하도록 형성되는 해수순환관; 상기 에너지방출공간의 증기를 상기 제1공간으로 전달할 수 있도록 상기 에너지방출공간과 상기 제1공간을 유체소통가능하게 연결하는 증기분출관; 및 상기 증기분출관에 의해 가압된 에너지흡수공간의 열매체를 상기 에너지전달공간으로 유동시키도록 상기 에너지흡수공간과 상기 에너지전달공간을 유체소통가능하게 연결하는 열매체유동관을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 원자로 냉각 구조체는, 해안가의 지면 측에 설치되고 원자로노심이 수용된 원자로용기가 수용되며 에너지방출공간을 가지는 제1격납용기; 상기 제1 격납용기와 구획되고 해수면 아래에 위치하는 제2격납용기로서, 열매체가 수용되고 상기 에너지방출공간의 압력이 전달되는 에너지흡수공간과, 상기 에너지흡수공간의 상측에 위치하고 상기 원자로용기에서 전달된 열을 흡수하여 냉각하며 흡수한 열을 외부로 방출하는 에너지전달공간을 구비하는 제2격납용기; 상기 에너지흡수공간과 상기 에너지전달공간을 구획하도록 상기 제2격납용기 내에 구비되는 제1분리벽; 상기 원자로용기에 연결되고 상기 에너지전달공간으로 상기 원자로용기의 열을 전달하는 냉각유로; 상기 에너지전달공간 내부에 위치하도록 상기 냉각유로의 일 부분에 형성되는 열교환기; 상기 에너지흡수공간 내부 일측을 제1공간으로 구획하고, 상기 제1공간의 상부가 상기 에너지흡수공간과 분리되어 밀폐되도록 형성되며, 상기 제1공간의 하부가 상기 에너지흡수공간의 내에서 상기 제1공간의 외부와 유체소통 가능하도록 상기 에너지흡수공간 내에 형성되는 제2분리벽; 상기 에너지흡수공간과 유체소통 가능하도록 상기 제2분리벽의 상부에 형성되는 기체배출관; 및 상기 기체배출관에 형성되는 기체배출밸브; 상기 제2격납용기를 상하 방향으로 관통하여 상기 해수가 유체소통하도록 형성되되, 상기 제1공간을 관통하고 상기 열교환기와 열교환을 하도록 형성되는 해수순환관; 상기 에너지방출공간의 증기를 상기 에너지흡수공간으로 전달할 수 있도록 상기 에너지방출공간과 상기 에너지흡수공간을 유체소통가능하게 연결하는 증기분출관; 및 상기 증기분출관에 의해 가압된 에너지흡수공간의 열매체를 상기 에너지전달공간으로 유동시키도록 상기 에너지흡수공간과 상기 에너지전달공간을 유체소통가능하게 연결하는 열매체유동관을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 증기분출관은 상기 에너지방출공간 측 일단이 상기 제1분리벽보다 위에 위치하도록 형성될 수 있다.

이 때, 상기 증기분출관은 상기 증기를 상기 제1공간 하부로 분출시키는 증기분출구를 포함할 수 있다.

이와 달리, 상기 증기분출관은 상기 해수순환관을 따라 제1공간 하부로부터 상부 측으로 연장된 연장관 및 상기 연장관에 일정한 간격을 가지고 형성되어 상기 해수순환관에 증기를 분사하는 복수의 분사노즐을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 열매체유동관은 상기 열매체를 이용하여 상기 열교환기와 열교환을 하도록 상기 열매체유동관 상부가 상기 열교환기 측으로 향하도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 열매체유동관의 상단에 연결되어 상기 열매체가 상기 제2격납용기의 내벽을 따라 방사방향으로 흐르도록 가이드하는 열매체배출가이드를 더 포함하고,

나아가, 상기 열교환기는 상기 제2격납용기 내벽과 열매체배출가이드 사이에 위치할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 열교환기의 증기가 유입되는 입구 측에 구비되는 증기응축수저장용기를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체는, 상기 원자로용기로 연결되는 급수관; 상기 급수관에 연결되고 상기 원자로용기 내에서 발생한 증기를 외부로 배출하는 증기관; 상기 증기관에 연결되고 상기 증기를 에너지방출공간으로 방출할 수 있도록 개폐가능한 증기관안전밸브를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체는, 조작원이 냉각장치를 조작하지 않아도 원자로 운영 시 발생하는 열을 이용하여 해수의 순환을 유도함으로써 원자로를 냉각시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체는, 원자로 운영 시 발생하는 증기와 원자로의 온도에 의해 팽창하는 비응축기체의 압력을 이용하여 격납용기 내부에 저장된 열매체를 순환시킴으로써, 조작원의 냉각장치를 조작 없이 원자로를 냉각시킬 수 있다.

도 1은 종래의 원자로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ’의 단면도로서, 제2분리벽을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ’의 단면도로서, 제2분리벽의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 증기분출관이 연장된 형상을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 열매체유도가이드의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 열매체 보충상태를 나타내는 작동상태도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 증기 분출상태를 나타내는 작동상태도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 해수 순환상태를 나타내는 작동상태도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

이하에서는 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체에 대하여 설명한다.

이 때, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ’의 단면도로서, 제2분리벽과 그 변형예를 도시한 단면도이다. 도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 증기분출관이 연장된 형상을 도시한 단면도이고, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 열매체유도가이드의 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체는 급수관(6), 증기관(8), 증기관안전밸브(9), 제1격납용기(10), 제2격납용기(20), 제1분리벽(30), 냉각유로(40), 열교환기(41), 제2분리벽(50), 해수순환관(60), 열매체유동관(70) 및 증기분출관(80)을 포함한다.

이 때, 제1격납용기(10)는 해안가의 지면 측에 설치되고 원자로노심(4)이 수용된 원자로용기(2)를 수용한다. 제1격납용기(10)는 폭발의 위험이 있는 원자로노심(4)이 수용된 원자로용기(2)를 보호하는 역할을 한다. 이하에서는 원자로용기(2) 및 원자로용기(2)에 수용된 원자력 발전계통을 원자로라고 규정하여 설명한다.

원자로용기(2)에는 급수관(6)이 연결되며, 급수관(6)은 원자로용기(2) 내부에서 증기를 발생시키기 위한 물을 공급한다.

급수관(6)에 의해 공급된 물은 원자로용기(2) 내부에서 증기로 상변화 되며 급수관(6)에 연결된 증기관(8)을 통하여 제1격납용기(10) 외부로 배출된다. 이 때, 배출된 증기로 터빈(미도시)을 돌려 전기를 생산한다.

이 때, 제1격납용기(10) 내 증기관(6)의 일 부분에는 증기관안전밸브(9)가 설치될 수 있다. 증기관안전밸브(9)는 원자로에 이상이 발생하거나 원자로용기(2) 내부의 온도가 급격히 상승하는 등 증기가 급격히 발생하는 경우 원자로용기(2) 내부의 증기를 제1격납용기(10)으로 배출하도록 제어한다.

이 때, 제1격납용기(10)는 급격히 발생한 증기를 1차적으로 저장하는 역할을 한다. 본 명세서에서는 원자로에서 발생한 증기가 저장되는 제1격납용기(10) 내부 공간을 에너지방출공간(11)으로 규정하여 설명한다. 다만 원자로 이상으로 증기가 발생하기 전에는 에너지방출공간(11)에 비응축기체가 채워져 있다.

제2격납용기(20)는 제1격납용기(10)와 구획되어 별도의 공간을 가지며, 해수 순환을 이용하여 원자로를 냉각하기 위해 해수면 아래에 위치한다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체에서, 제2격납용기(20)는 제1분리벽(30)에 의하여 상부 공간 및 하부 공간으로 나뉜다. 이 때 본 명세서에서는 하부 공간을 에너지흡수공간(21)이라 하고 상부 공간을 에너지전달공간(22)이라 규정하여 설명한다.

에너지흡수공간(21)은 물과 같은 열매체가 수용되고, 증기분출관(80)을 통하여 에너지방출공간(11)으로부터 증기를 공급받음으로써 에너지방출공간(11)의 압력을 전달받는다.

에너지전달공간(22)은 1차적으로 원자로에서 방출된 열을 에너지방출공간(11)으로부터 냉각유로(40)를 통해 전달받으며, 2차적으로 에너지흡수공간(21)으로부터 공급받은 열매체를 냉각유로(40) 측으로 공급함으로써 에너지방출공간(11)의 열을 전달받게 된다.

이 때, 냉각유로(40)는 원자로용기(2)에 연결되어 원자로용기(2) 내부에서 발생한 증기를 순환시키는 구조를 가지며, 튜브의 형태를 가진다. 냉각유로(40)의 일 부분은 제1격납용기(10)와 제2격납용기(20)를 구획하는 격벽을 관통하여 에너지전달공간(22)에 위치하도록 형성된다.

에너지전달공간(22)에 위치한 냉각유로(40)의 일부분에는 열교환기(41)가 형성된다. 열교환기(41)는 에너지전달공간(22)으로 효과적으로 열을 전달하기 위하여, 표면적이 넓게 형성될 수 있으며, 바람직하게는 코일형태를 가진다.

이 때, 원자로용기(2) 내에서 발생한 증기가 유입되는 열교환기(41) 입구 측에는 증기응축수저장용기(42)가 구비된다. 이는, 증기관안전밸브(9)를 개방하거나, 냉각유로(40)의 일 부분이 파손되어 증기가 유출되는 경우와 같이 냉각유로(40) 내 증기가 부족하게 되는 경우, 증기를 추가로 공급하는 역할을 한다.

열교환기(41)와 인접하게 형성되는 해수순환관(60)은 제2격납용기(20)를 상하 방향으로 관통한다. 따라서, 제2격납용기(20)의 외부에 존재하는 해수가 해수순환관(60)을 통해 유체소통가능하다.

이 때, 열교환기(41)는 해수순환관(60)을 통해 열을 외부로 전달하기 때문에 해수순환관(60)과 인접하게 설치되며, 바람직하게는 해수순환관(60)의 외벽을 둘러싸는 코일형태를 가질 수 있다.

해수순환관(60)은 튜브형태로 이루어지고, 해수면에 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 이 때, 해수의 대류를 유도하기 위하여 직선의 형태를 갖는 것이 바람직하다. 다만, 해수순환관(60)의 형태에는 제한이 없으며, 제2격납용기(20) 외부의 해수로서 하부의 저온 해수를 상부로 유동시킬 수 있는 형태이면 다양한 실시형태를 가질 수 있다.

한편, 해수순환관(60)은 증기분출관(80)에 의하여 에너지방출공간(11)으로부터 전달된 비응축기체 및 증기의 열을 이용하여 해수의 순환이 유도된다.

해수순환관(60)은 제2분리벽(50)에 의하여 에너지흡수공간(21)의 일측에 구획된 제1공간(23)을 관통하고, 증기분출관(80)은 제1격납용기(10)와 제2격납용기(20)를 구획하는 격벽을 관통하여 유체소통가능하도록 형성된다.

이 때, 증기분출관(80)의 에너지흡수공간(21) 측 일단은 에너지흡수공간(21)의 일측에 구획된 제1공간(23)에 위치한다.

에너지방출공간(11)의 비응축기체 및 증기는 증기분출관(80)을 통해 에너지흡수공간(21)으로 이동하고, 제1공간(23)에 위치한 해수순환관(60)의 외벽으로 공급된다. 이 때, 공급된 비응축기체 및 증기가 제1공간(23)에 위치한 해수순환관(60)의 하부에 열을 전달하게 된다.

따라서, 해수순환관(60) 하부의 내부에 위치한 해수는 온도가 상승하게 되면서 밀도가 낮아져 상승하게 된다. 이 때, 연쇄적으로 해수순환관(60) 하부로 저온의 해수가 유입되어 해수가 순환하게 된다. 나아가, 해수의 순환에 의하여 저온의 해수가 상승하면 해수순환관(60)의 상부에서는 열교환기(41)로부터 열을 전달받아 외부로 방출하게 된다.

한편, 제2분리벽(50)을 이용하여 제1공간(23)을 에너지흡수공간(21)의 일측으로 구획하는 이유는 증기분출관(80)을 통해 해수순환관(60) 하부에 공급되는 비응축기체 및 증기의 열이 에너지흡수공간(21)에 구비된 열매체로 퍼지는 것을 방지하여 원활히 해수 순환을 유도하기 위함이다.

도 3 및 도 4를 참조할 때, 제2분리벽(50)은 도 3과 같이 제2격납용기(20) 내부에 단면이 일자 형태를 가질 수 있으며, 도 4와 같이 해수순환관(60)을 둘러싸는 형태를 가질 수도 있다. 다만, 실시형태에 제한이 있는 것은 아니며, 에너지흡수공간(21)의 내부에 제1공간(23)을 구획할 수 있으면 다양한 실시형태를 가질 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 해수순환관(60)에 열전달을 효과적으로 하기 위하여, 증기분출관(80)의 제1공간(23) 측 일단에 형성된 증기분출구(81)를 제1공간(23)의 하부를 향하도록 한다. 이를 통해, 증기분출구(81)로부터 방출된 증기가 상승하면서 해수순환관(60)과 최대한 접촉되도록 한다.

또한, 도 5을 참조하면, 해수순환관(60)에 열전달을 보다 효과적으로 하기 위하여, 제1공간(23)의 상부 측으로 연장관(82)을 통해 증기분출관(80)의 제1공간(23) 측 일단을 연장하고 해수순환관(60)의 외벽을 향하여 일정한 간격을 가지고 복수의 분사노즐(83)을 구비할 수 있다.

복수의 분사노즐(83)의 수는 제1공간(23)에 위치한 해수순환관(60)의 하부에 비응축기체 및 증기를 고르게 분사할 수 있으면 분사노즐(83)의 설치 개수에 제한은 없다.

또한, 증기분출관(80)의 에너지방출공간(11) 측 일단은 제1분리벽(30)보다 위에 위치하도록 형성한다. 이는 에너지흡수공간(21)에 열매체를 충전할 때 열매체가 에너지방출공간(11)으로 역류하는 것을 방지한다.

한편, 도 2를 참조하면 해수순환관(60)을 통하여 외부로 열을 전달하는 열교환기(41)는 에너지흡수공간(21)으로부터 공급된 열매체를 통해 2차로 열교환이 이루어진다. 이 때, 에너지흡수공간(21)의 열매체는 열매체유동관(70)을 통하여 에너지전달공간(22)으로 전달된다.

열매체유동관(70)은 제1분리벽(30)을 관통하여 에너지흡수공간(21)과 에너지전달공간(22)을 유체소통가능한 튜브형태로 형성된다. 이 때, 에너지흡수공간(21) 측 하단은, 에너지흡수공간(21)의 열매체를 최대한 에너지전달공간(22)으로 전달할 수 있도록 에너지흡수공간(21)의 하부에 형성된다.

열매체유동관(70)의 에너지전달공간(22) 측 상단은 열매체를 이용하여 에너지전달공간(22) 내부의 열을 흡수하기 위하여 에너지전달공간(22) 상부에 위치하는 것이 바람직하다.

나아가, 열매체유동관(70)은 열매체유동관(70)을 통해 에너지전달공간(22)으로 유입된 열매체가 직접적으로 열교환기(41)에 접촉하여 열을 흡수하도록, 상단을 열교환기(41) 측으로 향하도록 형성할 수 있다.

도 2 및 도 6를 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 열매체유동관(70)의 상단에 열매체배출가이드(71)를 포함한다.

열매체배출가이드(71)는 에너지흡수공간(21)으로부터 열매체유동관(70)을 통해 유동된 열매체가 제2격납용기(20)의 내벽을 따라서 흐르도록 유도한다. 이 때, 열매체는 제2격납용기(20) 외벽을 통해 외부의 해수로 열을 전달할 수 있다.

또한, 열교환기(41)를 제2격납용기(20) 내벽과 열매체배출가이드(71) 사이에 위치시킴으로써, 유입된 열매체가 직접적으로 열교환기(41)에 접촉하여 열을 흡수할 수 있다.

열매체배출가이드(71)는 도 6와 같이 열매체가 방사항향으로 흐르도록 하기 위해 종모양의 형태를 가질 수 있다. 이와 같이 열매체배출가이드(71)가 종 모양으로 형성되면, 열매체가 열매체배출가이드(71)를 따라 유도되어 제2격납용기(20)의 내벽에 최대 면적으로 접촉한 채로 열전달이 일어난다. 다만, 열매체배출가이드(71)는 실시형태에 제한이 있는 것은 아니며, 열매체를 제2격납용기(20)의 내벽을 따라서 흐르도록 유도할 수 있으면 다양한 실시형태를 가질 수 있다.

이하에서는 도 2을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 증기 분출상태와 해수 순환상태를 설명한다.

도 2를 참조하면, 에너지흡수공간(21)에 열매체가 가득 찬 상태에서 운행되는 원자로의 온도가 상승하면 에너지방출공간(11)에 채워진 비응축기체가 팽창하여 증기분출관(80)을 통해 에너지흡수공간(21)으로 이동한다.

또한, 원자로에 이상이 생기거나 원자로의 온도가 일정 수준 이상에 도달하여 증기가 급격히 발생하는 경우, 증기관안전밸브(9)를 개방하여 에너지방출공간(11)으로 증기를 방출할 수 있다.

비응축기체 및 증기가 증기분출관(80)을 통해 에너지흡수공간(21)으로 이동하면, 에너지흡수공간(21) 상부에 비응축기체 및 증기가 채워져 에너지흡수공간(21) 내부에 저장된 열매체의 수위가 낮아진다. 이 때, 도 2와 같이 제2분리벽(50) 상부가 에너지흡수공간(21)과 유체소통가능하도록 개방되어 있으므로, 제1공간(23) 및 에너지흡수공간(21)의 열매체 수위가 h1과 같이 동일하다.

도 2를 참조하여 열매체 수위가 제2분리벽(50) 하단보다 낮은 h2에 도달하면, 제1공간(23)에서는 비응축기체 및 증기의 열이 해수순환관(60)으로 전달되므로 제1공간(23)에서 증기 응축이 일어나고 상대적으로 제1공간(23)의 압력이 에너지흡수공간(21)보다 낮아진다. 따라서, 에너지흡수공간(21)의 증기가 제1공간(23)으로 유입되어 해수순환관(60)으로 열전달이 가속된다.

또한, 에너지흡수공간(21)에 저장된 열매체의 수위가 낮아짐에 따라, 열매체유동관(70)을 통해 에너지전달공간(22)으로 열매체가 유동된다. 이 때, 열매체는 에너지전달공간(22)에 위치한 열교환기(41)와 접촉하여 열을 흡수한다.

한편, 제1공간(23)에서 열을 흡수한 해수순환관(60) 내부의 해수는 온도가 높아지게 되며, 그 밀도가 주위의 해수보다 상대적으로 낮아져서 상부로 상승하게 된다. 따라서, 해수순환관(60) 내부의 해수가 상승하면서 해수순환관(60) 하부로 해수가 유입되고 상부로 유출되는 단계가 반복된다.

이 때, 에너지전달공간(22)에 위치한 해수순환관(60)의 일 부분에서는 열교환기(41)로부터 열을 흡수할 뿐만 아니라, 해수순환관(60) 내부 온도가 상승하게 되면서 해수 순환을 더욱 가속한다.

이하에서는 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체를 설명하고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 열매체 보충상태, 증기 분출상태 및 해수 순환상태를 순서대로 설명한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 열매체 보충상태를 나타내는 작동상태도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 증기 분출상태를 나타내는 작동상태도이며, 도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 해수 순환상태를 나타내는 작동상태도이다.

이하 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체를 설명함에 있어, 전술한 실시예와 동일한 구성에 대하여는 자세한 설명을 생략하고, 전술한 실시예와 차별되는 구성을 중심으로 설명하도록 한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체는 본 발명의 일 실시예와 달리 제2분리벽(50)의 상부가 에너지흡수공간(21) 내부와 분리되어 밀폐된다.

제1공간(23)이 외부로부터 밀폐됨으로써, 도 9와 같이 에너지흡수공간(21) 내부의 열매체 수위가 h4에 도달한 경우 제1공간(23)에 위치한 해수순환관(60)이 제1공간(23)의 열을 흡수할 때 증기가 응축되어 제1공간(23) 내부의 압력이 에너지흡수공간(21)보다 상대적으로 낮아지게 된다. 따라서 에너지흡수공간(21)의 증기가 제2분리벽(50) 하부를 통해 제1공간(23)으로 유동하므로, 해수순환관(60)이 지속적으로 증기의 열을 흡수할 수 있다.

또한, 해수순환관(60)으로 증기를 공급하기 위해 증기분출관(80)의 에너지흡수공간(21) 측 일단의 위치를 제한할 필요가 없다. 따라서, 증기분출관(80)의 에너지흡수공간(21) 측 일단은 에너지흡수공간(21)에 위치할 수 있다.

이 때, 제2분리벽(50)의 상부에는 기체배출밸브(52)가 구비된다. 이는 에너지흡수공간(21)에 열매체를 공급하는 경우, 제1공간(23)의 상부에 기체가 모여서 제1공간(23)에 열매체를 저장하지 못하는 현상을 방지하기 위함이다.

도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 열매체 보충상태를 설명하면, 기체배출밸브(52)를 개방하고 에너지흡수공간(21) 및 제1공간(23)에 열매체를 보충한다. 에너지흡수공간(21) 및 제1공간(23) 내부에 열매체가 가득차면 기체배출밸브(52)를 폐쇄하여 제1공간(23)의 상부를 밀폐시킨다.

이 때, 증기분출관(80)의 에너지방출공간(11) 측 일단이 제1분리벽(30)보다 위에 위치하므로 에너지흡수공간(21)의 열매체가 에너지방출공간(11)으로 역류하는 것이 방지된다.

다만, 증기분출관(80)에 증기분출밸브(84)를 구비함으로써, 열매체 보충상태에서 증기분출밸브(84)를 폐쇄하여 열매체가 에너지방출공간(11)으로 역류하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 증기 분출상태를 설명하면, 원자로의 온도가 일정 수준 이상에 도달하여 에너지방출공간(11) 내부의 비응축기체가 팽창하거나, 원자로용기(2) 내부에 증기가 급격히 발생하여 증기관안전밸브(9)를 개방하는 경우, 에너지방출공간(11)으로 비응축기체 및 증기가 방출된다.

이 때, 에너지방출공간(11)의 비응축기체 및 증기가 증기분출관(80)을 통해 에너지흡수공간(21)으로 이동하면 에너지흡수공간(21)의 상부에 비응축기체 및 증기가 모이게 되고, 열매체의 수위(h3)가 낮아진다. 또한, 에너지흡수공간(21)에 저장된 열매체는 열매체의 수위가 낮아진 만큼 열매체유동관(70)을 통해 에너지전달공간(22)으로 유동된다.

이 때, 제2분리벽(50)의 상부가 밀폐되어 있으므로, 제1공간(23)의 상부에는 비응축기체 및 증기가 모이지 않으며, 열매체 수위(h3)가 제2분리벽(50) 하단에 도달할 때까지 제1공간(23)의 열매체 수위는 에너지흡수공간(21)의 열매체 수위보다 높게 형성된다.

도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자로 냉각 구조체의 해수 순환상태를 설명하면, 제2분리벽(50) 하단보다 열매체의 수위(h4)가 낮아지면 에너지흡수공간(21)과 제1공간(23)의 수위가 같아진다. 이 때, 제1공간(23)에 위치한 해수순환관(60)이 비응축기체 및 증기로부터 열을 흡수하게 되면 해수순환관(60) 주변의 증기가 응축하면서 에너지흡수공간(21)의 증기가 제1공간으로 유입된다.

해수순환관(60)은 지속적으로 증기의 열을 흡수하게 되고, 해수순환관(60) 내부의 해수의 온도가 높아지게 되며, 그 밀도가 주위의 해수보다 상대적으로 낮아져서 상부로 상승하게 된다. 따라서, 해수순환관(60) 내부의 해수가 상승하면서 해수순환관(60) 하부로 해수가 유입되고 상부로 유출되는 단계가 반복된다.

이 때, 에너지전달공간(22)에 위치한 해수순환관(60)의 일 부분에서는 열교환기(41)로부터 열을 흡수할 뿐만 아니라, 해수순환관(60) 내부 온도가 상승하게 되면서 해수 순환을 더욱 가속한다.

한편, 열매체유동관(70)을 통해 에너지전달공간(22)으로 유입된 열매체는 열매체배출가이드(71)를 따라 방사방향으로 흐르게 된다. 이 때, 열매체배출가이드(71)와 제2격납용기(20) 내벽과의 간격을 좁게 하여 열매체가 제2격납용기(20) 내벽을 통해 열을 외부로 방출한다.

또한, 열매체는 열매체배출가이드(71)를 따라 열교환기(41)로 흐르게 되므로, 열매체는 열교환기(41)와 접촉하여 열매체의 열을 흡수하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

1 발전기 50 제2분리벽
2 원자로용기 51 기체배출관
4 원자로노심 52 기체배출밸브
6 급수관 60 해수순환관
7 터빈 70 열매체유동관
8 증기관 71 열매체배출가이드
9 증기관안전밸브 80 증기분출관
10 제1격납용기 81 증기분출구
11 에너지방출공간 82 연장관
20 제2격납용기 83 분사노즐
21 에너지흡수공간 84 증기분출밸브
22 에너지전달공간
23 제1공간
30 제1분리벽
40 냉각유로
41 열교환기
42 증기응축수저장용기

Claims (9)

1. 해안가의 지면 측에 설치되고 원자로노심이 수용된 원자로용기가 수용되며 에너지방출공간을 가지는 제1격납용기;
   상기 제1격납용기와 구획되고 해수면 아래에 위치하는 제2격납용기로서, 열매체가 수용되고 상기 에너지방출공간의 압력이 전달되는 에너지흡수공간과, 상기 에너지흡수공간의 상측에 위치하고 상기 원자로용기에서 전달된 열을 흡수하여 냉각하며 흡수한 열을 외부로 방출하는 에너지전달공간을 구비하는 제2격납용기;
   상기 에너지흡수공간과 상기 에너지전달공간을 구획하도록 상기 제2격납용기 내에 구비되는 제1분리벽;
   상기 원자로용기에 연결되고 상기 에너지전달공간으로 상기 원자로용기의 열을 전달하는 냉각유로;
   상기 에너지전달공간 내부에 위치하도록 상기 냉각유로의 일 부분에 형성되는 열교환기;
   상기 에너지흡수공간 내부 일측을 제1공간으로 구획하고, 상기 제1공간의 상하부가 상기 에너지흡수공간의 내에서 상기 제1공간의 외부와 유체소통 가능하도록 상기 에너지흡수공간 내에 형성되는 제2분리벽;
   상기 에너지전달공간, 상기 제1공간 및 상기 에너지흡수공간을 경유하도록 상하 방향으로 연장되고, 상기 해수가 유체소통하도록 일단이 상기 제2격납용기의 상측으로 돌출되고 타단이 상기 제2격납용기의 하측으로 돌출되며, 상기 에너지전달공간에서 상기 열교환기와 열교환을 하는 해수순환관;
   상기 에너지방출공간의 기체를 상기 에너지흡수공간으로 전달하고 상기 에너지방출공간의 기체로부터 상기 해수순환관으로 열이 전달될 수 있도록 상기 에너지방출공간과 상기 제1공간을 유체소통가능하게 연결하는 증기분출관; 및
   상기 증기분출관에 의해 가압된 에너지흡수공간의 열매체를 상기 에너지전달공간으로 유동시키도록 상기 에너지흡수공간과 상기 에너지전달공간을 유체소통가능하게 연결하는 열매체유동관;
   을 포함하는 원자로 냉각 구조체.
   
2. 해안가의 지면 측에 설치되고 원자로노심이 수용된 원자로용기가 수용되며 에너지방출공간을 가지는 제1격납용기;
   상기 제1격납용기와 구획되고 해수면 아래에 위치하는 제2격납용기로서, 열매체가 수용되고 상기 에너지방출공간의 압력이 전달되는 에너지흡수공간과, 상기 에너지흡수공간의 상측에 위치하고 상기 원자로용기에서 전달된 열을 흡수하여 냉각하며 흡수한 열을 외부로 방출하는 에너지전달공간을 구비하는 제2격납용기;
   상기 에너지흡수공간과 상기 에너지전달공간을 구획하도록 상기 제2격납용기 내에 구비되는 제1분리벽;
   상기 원자로용기에 연결되고 상기 에너지전달공간으로 상기 원자로용기의 열을 전달하는 냉각유로;
   상기 에너지전달공간 내부에 위치하도록 상기 냉각유로의 일 부분에 형성되는 열교환기;
   상기 에너지흡수공간 내부 일측을 제1공간으로 구획하고, 상기 제1공간의 상부가 상기 에너지흡수공간과 분리되어 밀폐되도록 형성되며, 상기 제1공간의 하부가 상기 에너지흡수공간의 내에서 상기 제1공간의 외부와 유체소통 가능하도록 상기 에너지흡수공간 내에 형성되는 제2분리벽;
   상기 에너지흡수공간과 유체소통가능하도록 상기 제2분리벽의 상부에 형성되는 기체배출관; 및
   상기 기체배출관에 형성되는 기체배출밸브;
   상기 제2격납용기를 상하 방향으로 관통하여 상기 해수가 유체소통하도록 형성되되, 상기 제1공간을 관통하고 상기 열교환기와 열교환을 하도록 형성되는 해수순환관;
   상기 에너지방출공간의 기체를 상기 에너지흡수공간으로 전달할 수 있도록 상기 에너지방출공간과 상기 에너지흡수공간을 유체소통가능하게 연결하는 증기분출관; 및
   상기 증기분출관에 의해 가압된 에너지흡수공간의 열매체를 상기 에너지전달공간으로 유동시키도록 상기 에너지흡수공간과 상기 에너지전달공간을 유체소통가능하게 연결하는 열매체유동관;
   을 포함하는 원자로 냉각 구조체.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 증기분출관은 상기 기체를 상기 제1공간 하부로 분출시키는 증기분출구;
   를 포함하는 원자로 냉각 구조체.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 증기분출관은,
   상기 해수순환관을 따라 제1공간 하부로부터 상부 측으로 연장된 연장관 및
   상기 연장관에 일정한 간격을 가지고 형성되어 상기 해수순환관에 상기 기체를 분사하는 복수의 분사노즐;
   을 더 포함하는 원자로 냉각 구조체.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 증기분출관은 상기 에너지방출공간 측 일단이 상기 제1분리벽보다 위에 위치하도록 형성되는,
   원자로 냉각 구조체.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 열매체유동관은 상기 열매체를 이용하여 상기 열교환기와 열교환을 하도록 상기 열매체유동관 상부가 상기 열교환기 측으로 향하도록 형성되는,
   원자로 냉각 구조체.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 열매체유동관의 상단에 연결되어 상기 열매체가 상기 제2격납용기의 내벽을 따라 방사방향으로 흐르도록 가이드하는 열매체배출가이드를 더 포함하고,
   상기 열교환기는 상기 제2격납용기 내벽과 열매체배출가이드 사이에 위치하는,
   원자로 냉각 구조체.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 열교환기의 증기가 유입되는 측 일단에 구비되는 증기응축수저장용기;
   를 더 포함하는 원자로 냉각 구조체.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 원자로용기로 연결되는 급수관;
   상기 급수관에 연결되고 상기 원자로용기 내에서 발생한 증기를 외부로 배출하는 증기관;
   상기 에너지방출공간에 위치한 상기 증기관의 일 부분에 연결되고 상기 증기를 방출할 수 있도록 개폐가능한 증기관안전밸브;
   를 포함하는 원자로 냉각 구조체.

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