KR20150069421A - 원자로 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템은 원자로 하부를 감싸는 1차 용융금속벽과, 상기 1차 용융금속벽 하부에 설치된 용융물질 저장용기와, 상기 1차 용융금속벽과 저장용기 사이에 설치된 1차 용융금속벽보다 용융온도가 상대적으로 높은 2차 용융금속벽을 포함하는 증기 폭발 방지부와, 상기 원자로 내부에서 발생된 수소를 수용하는 수소 저장 용기와 상기 원자로와 수소 저장 용기 사이에 설치되는 저온용융격벽을 포함하는 수소 폭발 방지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 원자로 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템에 관한 것으로서, 저온에서 용융되는 금속을 이용하여 원자로 냉각재 상실 사고시에 발생되는 수소 폭발과 증기 폭발을 저감시킬 수 있는 시스템에 관한 것이다.
일본의 후쿠시마 원전 사고와 같이 원자로 냉각재가 손실되는 중대사고 시에는 연료봉에서 발생되는 많은 열을 냉각할 수 없기 때문에 원자로내의 온도가 매우 높게 상승하게 된다.
원자로 내의 높은 온도는 연료봉과 원자로 내부를 용융하게 되고 가장 취약한 부위의 벽면이 용융되어 파손되고, 파손된 부위로 고온의 노심용융물이 분출되면 주변의 냉각수가 일시에 증발하여 폭발하게 되는데 이러한 현상을 증기 폭발이라 한다.
한편, 원자로가 고온이 되어 용융되는 과정에서 연료봉의 피복재와 수증기가반응하여 다량의 수소가 발생되며, 이 수소는 방사능물질과 함께 파손부위를 통하여 격납건물내부에 분출된다.
분출된 수소가 증가하면서 모이게 되면 수소폭발을 일으켜 격납건물을 파손하게 되고 방사능을 공기중으로 방출하게 되는 대형 참사가 발생하게 된다.
이러한 증기 폭발을 방지하기 위한 선행 기술에는 격납건물 손상배제를 목표로 하는 EPR원자로가 있는 핀란드, Core Catcher를 설치한 VVER 원자로가 있는 인도 및 중국이 있다. 미국의 AP1000과 ESBWR에서는 노심용융물 노내 억제를 위한 대처설비를 구현하고 있다.
그러나, 이러한 설비는 원자로 파손을 완전히 방지한다고 확신할 수 없으며 증기폭발의 가능성이 항상 존재한다.
또한, 수소폭발을 방지하기 위한 기술은 수소제거장치(PAR)와 점화를 이용한 수소제거장치(Ignitor)로 크게 구분되는데, 이러한 장치들은 정확한 수소의 농도를 예측해야만 효과를 나타낼 수 있다.
그러나,중대 사고시에는 격납건물 내부로 분출되는 수소의 거동이 매우 불규칙하고 사고의 발생 조건에 따라 변화되기 때문에 수소분포를 정확히 예측하는 것이 불가능하다.
따라서, 이러한 수소제거장치들은 격납건물 내의 수소의 양을 줄이는 데 한계가 있으며 수소폭발을 피하기 어려운 문제가 있다.
본 발명에 따른 원자로 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템은 냉각재 상실사고에 의하여 원자로 내의 온도가 상승하고 원자로가 용융되면서 발생되는 증기폭발과 격납 건물로 분출된 수소에 의한 수소폭발의 근본적인 원인을 저감시킬 수 있는 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템은 원자로 하부를 감싸는 1차 용융금속벽과, 상기 1차 용융금속벽 하부에 설치된 용융물질 저장용기와, 상기 1차 용융금속벽과 저장용기 사이에 설치된 1차 용융금속벽보다 용융온도가 상대적으로 높은 2차 용융금속벽을 포함하는 증기 폭발 방지부와, 상기 원자로 내부에서 발생된 수소를 수용하는 수소 저장 용기와 상기 원자로와 수소 저장 용기 사이에 설치되는 저온용융격벽을 포함하는 수소 폭발 방지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 원자로 하부는 열손실을 방지하기 위한 진공층과 단열 저온용융금속벽이 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템은 냉각재 상실로 인한 사고시에 수소와 용융 물질을 별도의 저장 장소로 이동시켜서 수소 폭발 및 증기 폭발을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 원자로 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템을 도시하는 개념도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자로 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템을 도시하는 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템은 증기 폭발 방지부와 수소 폭발 방지부를 포함하여 이루어 진다.
먼저, 증기 폭발 방지부는 1차 용융금속벽(2), 용융물질 저장 용기(8), 2차 용융금속벽(9)을 포함한다.
냉각재 상실에 의한 원자력 사고가 발생되면 냉각재의 공급이 차단된다.
차단과 동시에 원자로 내의 연료가 반응하면서 내부 온도가 급격하게 상승하게 되고 연료봉 피복재와 원자로 내부표면의 물질들이 고온의 수증기와 반응하면서 다량의 수소를 발생시킨다. 이와 동시에 연료봉이 용융되어 원자로 하부에 쌓이게 되고 고온의 노심 용융물은 외부로 열전달이 충분하게 되지 못하면, 원자로 용기 벽면을 용융시켜서 파손시키게 되고, 고온의 노심 용융물이 외부 냉각수와 혼합되면서 순간적으로 다량의 물이 증발하면서 증기폭발을 일으키게 된다.
본 발명에서는 이러한 증기폭발을 방지하기 위하여 원자로(1) 외부 포면에 용융점이 원자로보다 낮은 저온용융금속을 부착하고, 정상 운전시에 열전달 손실을 방지하기 위하여 진공층(12) 단열 저온용융금속벽(11)이 구비된다.
원자로(1) 내부의 온도가 상승하여 단열 저온용융금속벽(11)이 용융되고, 진공층(12)이 용융 물질로 채워지면 고온의 열이 급속히 전달되어 원자로 외부표면과 인접한 1차 용융금속벽이 용융되면서 잠열에 의하여 원자로(1) 내부의 열을 흡수하여 온도를 낮추는 역할을 한다.
이후에 계속적으로 원자로 내부의 온도가 상승하게 되면, 원자로(1) 표면근처의 1차 용융금속벽이 모두 용융되면서 열을 흡수하고 동시에 열전달 표면적을 크게 확장하여 냉각성능을 향상시킴으로써 원자로 표면의 용융에 의한 파손을 방지하게 된다.
만약, 연료량이 많아서 이후에도 계속 열이 발생하여 온도가 상승하고, 원자로의 표면이 용융되어 파손된다면, 파손부위로 고온의 원자로 내부 노심용융물질이 방출되고 이 고온의 용융물질이 1차 용융금속벽의 온도를 더욱 상승시키게 된다.
더욱 상승된 온도에서는 상기 1차 용융금속벽과 저장용기 사이에 설치된 1차 용융금속벽보다 용융온도가 상대적으로 높은 2차 용융금속벽(9)이 녹으면서 초저온용융물질로 채워진 상기 1차 용융금속벽(2) 하부에 설치된 용융물질 저장용기(8)로 용융물질이 유입되면서 영구 저장된다. 따라서 고온의 원자로 내부의 용융물질이 외부의 냉각수와 직접 접촉하여 발생되는 증기 폭발을 방지할 수 있는 것이다.
다음으로, 수소 폭발 방지부에 대해 살펴보면,
고온고압의 상태에서 발생된 원자로(1) 내부의 수소와 증기는 고압배관 등의 손상으로 원전 격납건물로 방출될 수 있으며, 이때에 수소가 다량 방출된다면 수소폭발의 2차 사고가 발생될 수 있다.
이러한 폭발사고는 격납건물을 크게 파손시키게 되고 격납건물 내부의 방사능 물질을 대기 중으로 방출하게 된다. 이를 방지하기 위하여 원자로 상부 벽면에 국부적으로 저온용융격벽(5)을 설치하고 원자로 내부의 온도가 일정 온도 이상이 되면 용융되도록 한다.
상기 저온용융격벽(5)이 용융되면 수소 저장용기(3)로 통로가 열려서 원자로(1) 내부에 발생한 고압의 수소와 방사능물질이 이동하게 된다. 이때 수소 저장용기에 보관된 수소가스의 역류를 방지하기 위하여 체크밸브(6)가 설치되며 저장 용기 내부에서 수소의 폭발을 방지하기 위하여 내부에는 저압의 질소와 같은 불활성 가스로 채워두는게 바람직하다.
이상과 같이 본 발명은 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템을 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
이와 같은 본 발명의 증기폭발과 수소폭발 방지 기능은 원자로(1) 내부에서 그 원인을 근본적으로 차단할 수 있기 때문에 원자력 발전소의 중대사고시에 방사능에 의한 피해를 최소한으로 줄일 수 있으며 발전소의 건물 내부의 모든 곳에서 방지 대책을 세워야하는 고비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
1: 원자로
2; 1차 용융금속벽
3: 수소 저장 용기
4: 냉각수
5: 저온 용융금속벽
8: 저장 용기
9: 2차 용융금속벽
11: 단열 저온용융금속벽
12: 진공층
2; 1차 용융금속벽
3: 수소 저장 용기
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8: 저장 용기
9: 2차 용융금속벽
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12: 진공층
Claims (2)
- 원자로 하부를 감싸는 1차 용융금속벽과, 상기 1차 용융금속벽 하부에 설치된 용융물질 저장용기와, 상기 1차 용융금속벽과 저장용기 사이에 설치된 1차 용융금속벽보다 용융온도가 상대적으로 높은 2차 용융금속벽을 포함하는 증기 폭발 방지부와;
상기 원자로 내부에서 발생된 수소를 수용하는 수소 저장 용기와 상기 원자로와 수소 저장 용기 사이에 설치되는 저온용융격벽을 포함하는 수소 폭발 방지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 원자로 하부는,
열손실을 방지하기 위한 진공층과 단열 저온 용융금속벽이 구비된 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 상실 사고시 증기 폭발 및 수소 폭발 저감을 위한 시스템.
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN106910537A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-06-30 | 上海核工程研究设计院 | 一种用于保护堆外捕集器的保护装置 |
| CN108986931A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-12-11 | 中国核电工程有限公司 | 一种抑制反应堆堆芯熔融物滞留过程中蒸汽***的*** |
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2013
- 2013-12-13 KR KR1020130155803A patent/KR20150069421A/ko not_active Application Discontinuation
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