확산 챔버 내에서 용융된 코어를 냉각시키는 원자로

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51)Int. Cl.6
G21C 9/016
(11) 공개번호 특1999-028377
(43) 공개일자 1999년04월15일
(21) 출원번호 특1997-709693
(22) 출원일자 1997년12월24일
번역문제출일자 1997년12월24일
(86) 국제출원번호 PCT/DE1996/01083 (87) 국제공개번호 WO 1997/01851
(86) 국제출원출원일자 1996년06월19일 (87) 국제공개일자 1997년01월16일
(81) 지정국 EP 유럽특허 : 오스트리아 벨기에 스위스 독일 덴마크 스페인 프랑스
영국 그리스 이탈리아 룩셈부르크 모나코 네덜란드 포르투칼 스웨덴
국내특허 : 아일랜드 중국 일본 대한민국 우크라이나 미국
(30) 우선권주장 19523303.4 1995년06월27일 독일(DE)
(71) 출원인 지멘스 악티엔게젤샤프트 디어터 크리스트, 베르너 뵈켈
독일연방공화국 뮌헨 비텔스바헬플랏츠 2
(72) 발명자 비스투바, 로타르
독일 데-91074 헤어초게나우라흐 슈테거슈트라쎄 8
하우, 게르하르트
독일 데-72461 알프슈타트 파노라마슈트라쎄 44
비터만, 디트마르
독일 데-90765 퓌르트 뵈너슈트라쎄 30
바이스호이플, 호르스트
독일 데-91074 헤어초게나우라흐 독토르-다슬러-슈트라쎄 39
(74) 대리인 남상선
심사청구 : 없음
(54) 확산 챔버 내에서 용융된 코어를 냉각시키는 원자로
요약
원자로는 냉각제 저장기로 뻗으며 온도에 따른 개방 장치(16)를 가진 냉각제 파이프(6)이 장착된, 용융된
코어(17)용 확산 챔버(4)를 포함한다. 본 발명에 따라 확산 챔버(4) 내의 냉각제 파이프가 확산 챔버
(4)의 횡단면에 상응하는 분무 표면을 가진 분무 파이프(6)이다. 개방 장치(16)는 용융된 코어(17)가 확
산 챔버(4) 내로 유입될 때 개방하도록 제어된다. 냉각제 분무에 의해, 열 복사를 감소시키는 크러스트
가 용융된 코어(17) 상에 형성된다. 동시에, 확산 챔버가 구조물의 열 부하를 현저히 감소시키는 증기
분위기로 채워진다.
대표도
도2
명세서
기술분야
본 발명은 냉각제 저장기로 뻗으며 온도에 따른 개방 밸브를 가진 냉각제 파이프가 장착된, 용융된 코어
용 확산 챔버를 포함하는 원자로에 관한 것이다.
배경기술
독일 특허 공개 제 40 41 295호에 공지된 전술한 방식의 원자로에서는 다수의 내부 보호층을 가진 강 도
가니가 원자로 압력 용기를 수용하는 원자로 갱 내에 배치됨으로써, 용융된 코어의 높은 온도를 견딜 수
있다. 냉각제 파이프가 도가니의 벽을 통해 상부 절반에 배치되고, 도가니의 내부에서 상기 냉각제 파이
프의 단부에는 마개가 배치된다. 냉각제 파이프의 다른 단부는 냉각제 저장기로 뻗는다. 용융된 코어가
원자로 압력 용기로부터 배출되면, 이 코어는 원자로 갱 내부의 원자로 압력 용기 바로 아래에서 수집된
다. 용융된 코어가 냉각 파이프의 배출구 높이에 까지 상승하면, 직접적인 접촉에 의해 또는 열 복사로
인해 마개가 용융된다. 이로 인해, 냉각수가 다량으로 용융된 코어의 표면 상으로 공급되어 그것을 냉각
시킨다. 용융된 코어의 간접적인 냉각은 도가니 외부에 배치된 냉각 시스템을 통해 이루어진다. 직접적
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인 냉각은 간접적인 냉각 후에야 이루어지고 도가니의 신속한 플러딩(flooding)을 야기시키므로, 다량의
냉각수가 용융된 코어와 접촉된다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 목적은 확산 챔버 내로 흘러 들어오는 용융된 코어의 직접적인 냉각이 보다 일찍 큰 표면 영역
에 걸쳐 이루어질 수 있게 하는 것이다.
본 발명에 따라 전술한 방식의 원자로에서 확산 챔버 내에 냉각제 파이프가 제공되고, 상기 냉각제 파이
프는 확산 챔버의 횡단면에 상응하는 분무 표면을 가진 분무 파이프이며, 개방 장치는 용융된 코어가 확
산 챔버 내로 유입될 때 개방하도록 제어된다. 확산 챔버의 횡단면은 둥글거나 또는 다각형(직사각형, 6
각형)일 수 있다.
신속한 그리고 처음부터 작용하는 큰 표면의 분무에 의해, 열 복사를 현저히 감소시키는 크러스트(crus
t)가 용융된 코어 상에 형성된다. 동시에 크러스트 상부의 수집 챔버가 구조물의 열 부하를 현저히 감
소시키는 증기 분위기로 채워짐으로써, (예컨대, 커버에) 특별한 보호층이 없어도 된다.
용융된 코어 표면에 대한 분무로 인해 물이 그 위에 균일하게 분포됨으로써, 물이 용융된 코어 내로 침투
하여 증기 폭발을 야기시키는 것이 방지된다. 분무에 의해 점점 더 두꺼워지는 크러스트가 동일한 의미
로 작용하는데, 그 이유는 크러스트가 용융된 코어와 물의 상호 작용을 제한하기 때문이다. 특히, 증기
폭발을 방지하기 때문이다.
본 발명의 개선예에서 분무 파이프는 바람직하게는 수집 챔버의 벽에 배치됨으로써, 분무 파이프가 수집
챔버의 횡단면을 둘러싼다. 분무 파이프는 수집 챔버의 벽에 간단히 고정되고 큰 표면의 스프레이 포그
를 제공한다.
대안으로서 또는 부가로 분무 파이프가 바닥으로부터 이격되어 확산 챔버의 횡단면 상에, 예컨대 농업의
관개 설비에서 서로 평행한 파이프 라인으로 큰 표면을 커버하기 위해 수행되는 바와 같이 배치된다. 이
것을 위해 서로 평행하거나 또는 교차하는 다수의 분무 파이프가 제공될 수 있다.
작동 안전성을 증가시키기 위해, 분무 파이프가 다수의 공급 파이프를 가진 링형 파이프인 것이 바람직하
다.
분무의 신속한 세팅이 바람직하다. 바람직하게는 장치가 특히 온도에 따라 냉각제 파이프를 개방시키는
수동 개방 아마추어이다. 따라서, 본 발명의 중요한 개선예에서는 온도에 따른 개방 장치가 분무 파이프
하부에 배치됨으로써, 냉각제의 압력에 대항해서 밀봉판을 폐쇄시키는 용융 몸체가 확산 챔버의 바닥에
놓인다.
본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 설명하면 하기와 같다.
도면의 간단한 설명
도 1은 원자로의 수직 단면도이고,
도 2는 원자로의 수평 단면도이며,
도 3 내지 6은 본 발명에 사용하기 위한 개방 장치의 확대 수직 단면도이다.
실시예
원자로 구조물(1)은 콘크리트로 이루어지고, 중앙의 원자로 갱(2)(도 2 참고) 내에 원자로 코어를 갖춘
도시되지 않은 원자로 압력 용기를 포함한다. 상기 원자로 갱(2)으로부터 수평선에 대해 기울어진 도시
되지 않은 수집 파이프가 원자로 구조물(1)의 하부에 있는 확산 챔버(4) 내로 뻗는다.
확산 챔버(4)는 도 2에 도시된 바와 같이, 평평한 수직 벽(5)을 가진 긴 육각형의 횡단면을 갖는다. 분
무 노즐(7)을 가진 분무 파이프로 설계된 링형 파이프(6)가 상기 전체 횡단면 둘레로 뻗는다. 가장 간단
한 경우에 링형 파이프(6) 내의 원통형 홀로 설계되는 분무 노즐(7)은 확산 챔버(4)의 내부로 수평 방향
으로 향하므로, 확산 챔버(4)의 횡단면이 분무될 수 있다. 스프레이 포그(spray fog)(8)는 일점 쇄선으
로 도시되어 있다.
링형 파이프(6)에 분무 재료를 공급하기 위해, 도시되지 않은 저장기가 원자로 구조물(1)의 상부 부분에,
확실한 공급을 위해 적합한 예컨대 1 바아의 압력이 링형 파이프(6)에 주어지는 높이로 배치된다. 공급
은 링형 파이프(6)의 거의 맞은편 측면에 제공된 2개의 공급 파이프(10)을 통해 이루어진다. 상기 공급
파이프(10)의 하부 레그(11)는 꺽여진 접속 슬리브로서 수집 홈통(13)의 바닥(12) 위에 놓인다. 상기 수
집 홈통(13)의 상부 에지(14) 위에는 링형 파이프(6)가 배치된다.
레그(11)의 낮은 위치에 의해, 개략적으로 도시된 용융된 코어(17)가 바닥(12)으로 퍼지자 마자 온도 감
응 개방 장치(16)가 냉각제를 공급하는 것이 보장된다(도 3 참고). 그 경우 즉시 용융된 코어가 장치
(16)의 밀봉판(19)을 냉각제의 압력에 대항해서 밀봉 시이트(20) 상으로 가압하는, 플라스틱 또는 저융점
금속으로 이루어진 용융 몸체(18)를 파괴시킨다. 이때, 냉각제는 공급 파이프(10)을 통해 링형 파이프
(6) 내로 이르고 거기서 스프레이 포그(8)로서 제공됨으로써, 용융된 코어를 신속히 냉각시키고 코어 용
융물(17) 상에 크러스트(15)를 형성한다. 동시에 물의 미세한 분포로 인해 증기 폭발 없이 원자로 구조
물(1)을 차폐하는 증기 분위기가 야기된다.
냉각제는 개방 장치(16) 하우징의 큰 표면을 통해 흐름으로써, 용융된 코어(17)가 더 많이 증가될 때도
그것의 보전을 위해 제공된다. 그러나, 밀봉 시이트(20) 쪽으로 뻗은 샤프트(21)가 연장됨으로써, 개방
장치(16)의 신속한 개방이 바닥(12)에 놓인 용융 몸체(18)에 의해 영향을 받지 않으면서, 개방 장치(16)
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가 용융된 코어(17)의 예상되는 가장 높은 레벨 위에 배치되는 것도 가능하다.
도 4는 개방 장치(16)의 종단면도이다. 장치(16)는 확산 챔버(4)의 바닥(12) 위로부터 멀리 떨어져 배치
됨으로써, 개략적으로 도시된 용융된 코어가 개방 장치(16) 하부로 부터 멀리 떨어진다. 개방 장치(16)
는 플랜지 결합부(26)에 접한다. 상기 플랜지 결합부(26)에서 주축(9)을 따라 뻗은 공급 파이프(10)가
링형 파이프(6)에 접속된다. 공급 파이프(20)는 플랜지 결합부(26) 옆의 개방 장치(16) 내에서 그것의
횡단면이 파괴 플레이트(23)에 의해 차폐된다. 파괴 플레이트(23)에서 공급 파이프(10)의 내부에는 예컨
대 약 1 바아의 압력을 가진 냉각제(22)가 존재한다. 링형 파이프(6) 내에서 피에조 엘리먼트(24)가 파
괴 플레이트(23)에 고정된다. 상기 피에조 엘리먼트(24)는 확산 챔버(4)의 바닥(12)에 놓인 열전 소자
(25)에 접속된다. 확산 챔버(4)의 내부에서 용융된 코어(17)의 확산시 용융된 코어에 의한 직접적인 접
촉에 의해 또는 열 복사에 의해 열전 소자(25) 내부에서 신호가 발생된다. 상기 신호는 피에조 엘리먼트
(24)로 전달된다. 피에조 엘리먼트(24)에 인가된 신호로 인해 상기 피에조 엘리먼트는 팽창을 야기시키
고, 상기 팽창에 의해 파괴 플레이트(23)가 파괴되며 냉각제(22)가 링형 파이프(6) 내로 흘러 들어온다.
그 결과, 분무 과정의 개시가 이루어지고 그에 따라 분무에 의해 용융된 코어가 냉각된다.
도 5는 도 3과 유사한 개방 장치(16)의 종단면도이다. 개방 장치는 주축(9)을 따라 대칭으로 형성된다.
상부 영역에서 개방 장치(16)의 벽(28)이 주축(9)에 대해 경사지게 뻗음으로써, 상기 영역은 주축(9) 쪽
으로 뻗은 원추형의 형상을 갖는다. 공급 파이프(10)가 상기 원추형 벽의 하나의 측면 내로 뻗으며, 다
른 측면에서는 링형 파이프(6)가 벽(28)으로부터 뻗어나간다. 개방 장치(16)의 내부에는 주축(9)을 따라
뻗은 원추형 밀봉체(27)가 배치된다. 상기 밀봉체(27)는 밀봉 위치에서 공급 파이프(10) 및 링형 파이프
(6)을 차폐시킨다. 상기 밀봉 위치에서 밀봉체(27)는 용융 몸체(18)에 의해 고정된다. 용융 몸체(18)는
주축(9)을 따라 개방 장치(16)로부터 돌출하며 확산 챔버(4)의 바닥(12) 위에 놓인다. 용융 몸체(18)는
마찬가지로 주축(9)을 따라 뻗은 스크루(30)에 의해 그 위치에 고정된다. 용융 몸체(18)는 플라스틱으로
이루어지며 밀봉체(27)는 강과 같은 금속 또는 세라믹 또는 플라스틱으로 이루어진다. 개략적으로 도시
된 용융된 코어(17)와 용융 몸체(8)의 접촉시, 용융 몸체(8)가 용융됨으로써, 밀봉체(27)의 밀봉 위치가
밀봉체에 가해지는 공급 파이프(10) 내의 냉각제에 의한 압력으로 인해 주축을 따라 이동된다. 이로 인
해, 화살표(29)로 표시된 바와 같이, 냉각제가 개방 장치(16)를 통해 링형 파이프(6) 내로 흐를 수 있게
된다.
도 6은 주축(9)을 따라 뻗은 개방 장치(16)의 단면도이다. 주축(9)을 따라 뻗은 공급 파이프(10)가 상기
장치(16) 내로 뻗으며, 마찬가지로 주축(9)을 따라 뻗은 링형 파이프(6)가 상기 장치(16)로부터 뻗어 나
간다. 장치(16)는 밀봉판(19)를 포함한다. 상기 밀봉판(19)은 밀봉 시이트(20) 상에 놓임으로써, 공급
파이프(10)의 횡단면을 폐쇄시킨다. 주축(9)을 따라 뻗은 2개의 스크루(30)가 주축(9)을 따른 스크루
(30) 및 플레이트(31)의 운동을 억제하는 용융 슬리브(18)에 의해 둘러싸임으로써, 밀봉판(19)이 주축
(19)에 대해 수직으로 놓인 플레이트(31)에 의해 공급 파이프(10)을 폐쇄시키는 위치에 고정된다. 용융
된 코어가 확산 챔버(4) 내로 유입되면, 용융 슬리브(18)가 용융됨으로써, 냉각제(22)로부터 밀봉판(19)
상으로 가해지는 압력으로 인해 상기 밀봉판(19)이 주축(9)을 따라 이동된다. 이로 인해, 냉각제(22)가
장치(16) 내로 흘러 들어가고, 링형 파이프(6)을 통해 도시되지 않은 분무 노즐로 흐른다.
본 발명은 용융된 코어의 확산 챔버 내의 수동적으로 작동 개시되는 분무 시스템을 특징으로 한다. 이러
한 분무 시스템에 의해 적은 량의 냉각수로 용융된 코어의 넓은 표면을 일찍 냉각시킴으로써, 증기 폭발
의 위험이 현저히 감소된다. 용융된 코어에 대한 분무는 바람직하게는 확산 챔버의 둘레에 배치된 링형
파이프를 통해 이루어진다. 링형 파이프는 링형 파이프 보다 높게 배치됨으로써 넓은 표면 분무에 필요
한 압력이 주어진 냉각제 저장기에 연결된다. 공급 파이프 내에는 항상 냉각제가 들어있다. 냉각제는
개방 장치의 개방시에만 링형 파이프로 흐른다. 개방 장치는 온도에 따라 수동 방식으로 개방되므로, 용
융된 코어가 확산 챔버 내로 유입되면 조작자의 개입 없이 용융된 코어의 직접적인 냉각이 확실하게 이루
어진다. 또한, 적어도 2개의 플러딩(flooding) 파이프가 제공된다. 플러딩 파이프는 큰 냉각제 저장기
에 연결되며, 상기 플러딩 파이프를 통해 냉각제가 용융된 코어의 장시간 냉각을 위해 공급될 수 있다.
(57) 청구의 범위
청구항 1
냉각제 저장기로 뻗으며 온도에 따른 개방 장치를 가진 냉각제 파이프가 장착된, 용융된 코어용 확산 챔
버를 포함하는 원자로에 있어서, 확산 챔버(4) 내의 냉각제 파이프가 확산 챔버(4)의 횡단면에 상응하는
분무 표면을 가진 분무 파이프(6)이고, 개방 장치(16)는 용융된 코어(17)가 확산 챔버(4) 내로 유입될 때
개방하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 원자로.
청구항 2
제 1항에 있어서, 분무 파이프(6)가 확산 챔버(4)의 벽(5)에 배치됨으로써, 분무 파이프(6)가 확산 챔버
(4)의 횡단면을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 원자로.
청구항 3
제 1항에 있어서, 분무 파이프(6)가 확산 챔버(4)의 바닥(12)으로부터 이격되어 확산 챔버(4)의 횡단면에
뻗어있는 것을 특징으로 하는 원자로.
청구항 4
제 1항, 2항 또는 3항에 있어서, 분무 파이프가 다수의 공급 파이프(10)를 가진 링형 파이프(6)인 것을
특징으로 하는 원자로.
청구항 5
제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 개방 장치(16)가 용융 몸체(18)를 가진 온도에 따른 수동 개방
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아마추어(16a)인 것을 특징으로 하는 원자로.
청구항 6
제 5항에 있어서, 아마추어(16a)가 분무 파이프(6) 하부에 배치됨으로써, 밀봉판(19)을 냉각제의 압력에
대항해서 폐쇄시키는 용융 몸체(18)가 확산 챔버(4)의 바닥(12)에 놓이는 것을 특징으로 하는 원자로.
도면
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도면2
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도면3
도면4
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도면6
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