KR20200027128A - 노심 용융물 냉각 장치 - Google Patents

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KR20200027128A
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치는 원자로 노심이 포함되어 있는 원자로 용기 하부에 위치하고, 내부에 냉각 물질을 포함하는 둘 이상의 냉각 물질 수용체, 둘 이상의 냉각 물질 수용체 하부에 위치하고, 둘 이상의 제1 관통홀이 구비되어 있는 제1 스크린, 그리고 제1 스크린 하부에 위치하고, 둘 이상의 제2 관통홀이 구비되어 있는 제2 스크린을 포함하고, 둘 이상의 제1 관통홀의 평균 크기가 둘 이상의 제2 관통홀의 평균 크기보다 크다.

Description

노심 용융물 냉각 장치{COOLING APPARATUS FOR MOLTEN CORE}
노심 용융물 냉각 장치가 제공된다.
원자로 시스템은 발열체인 노심의 열을 활용하여 증기를 발생시키고, 증기의 에너지를 이용하여 전기를 발생시키는 시스템이다. 원자로는 매우 높은 고열 환경에서 작동되고, 원자로에서 사용되는 핵연료봉 등의 구성요소는 강한 방사능을 띤 물질로서 원자로에 문제가 발생하였을 때 신속하게 대처하지 못할 경우 주변 환경에 막대한 피해를 발생시킬 수 있다.
이러한 피해를 방지하기 위해, 원자로에 사고가 발생하여 냉각재가 손실되는 등의 문제가 생겼을 때, 원자로 노심에서 발생되는 열을 냉각해 주기 위한 다양한 안전 시스템이 구비될 수 있다. 예를 들어, 손실된 냉각재를 보충해 주는 형태의 안전 시스템, 또는 원자로에서 발생된 열을 흡수하여 히트 싱크에 방출하여 냉각을 도모하는 형태의 안전 시스템이 있다.
그러나 원자로 노심에서 발생되는 열로 인해 원자로 용기가 녹아 손상되는 사고처럼 냉각재를 이용하는 수준을 넘어서는 중대한 사고가 발생하는 경우, 전술한 안전 시스템들에 더불어 원자로 노심 용융물을 냉각하기 위한 냉각 장치가 필요하다.
일본공개특허 제2017-187370호는 노심 용융 사고에 대비하여 내부에 물 등의 유체가 봉입되어 있는 복수의 괴체를 포함하는 원자로 격납 용기를 개시하고, 한국등록특허 제1,546,317호는 노심 용융물을 다공성 구조로서 굳어지도록 하는 노심 용융물 다공성 물질화 기구를 개시한다.
일본공개특허 제2017-187370호 한국등록특허 제1,546,317호
본 발명의 한 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치는 중대 사고 발생시 안정적이고 효율적으로 노심 용융물을 냉각시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치는 노심 용융물의 냉각 속도 및 냉각 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치는 노심 용융물의 뭉침을 방지하고 노심 용융물을 광범위하게 분산시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치는 기존 원자로 설비에 적용 가능하여 비용을 절감시키고 공간을 절약하기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치는 원자로 노심이 포함되어 있는 원자로 용기 하부에 위치하고, 내부에 냉각 물질을 포함하는 둘 이상의 냉각 물질 수용체, 둘 이상의 냉각 물질 수용체 하부에 위치하고, 둘 이상의 제1 관통홀이 구비되어 있는 제1 스크린, 그리고 제1 스크린 하부에 위치하고, 둘 이상의 제2 관통홀이 구비되어 있는 제2 스크린을 포함하고, 둘 이상의 제1 관통홀의 평균 크기가 둘 이상의 제2 관통홀의 평균 크기보다 크다.
본 발명의 한 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치는 중대 사고 발생시 안정적이고 효율적으로 노심 용융물을 냉각시킬 수 있고, 노심 용융물의 냉각 속도 및 냉각 효율을 향상시킬 수 있으며, 노심 용융물의 뭉침을 방지할 수 있고, 노심 용융물을 광범위하게 분산시킬 수 있으며, 기존 원자로 설비에 적용 가능하여 비용을 절감시키고 공간을 절약할 수 있다.
도 1a는 일반적인 루프 타입(loop type)의 원자로 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1b는 일반적인 일체형 원자로 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 원자로 노심 용융 사고의 진행 단계를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 노심 용융물 냉각 장치의 작동 방식을 나타내는 도면들이다.
도 5는 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 냉각 물질 수용체의 예시들을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 제1 스크린의 예시들을 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예에 따른 제1 스크린, 제2 스크린 및 제3 스크린의 예시를 나타내는 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
실시예들에 따른 노심 용융물 냉각 장치는 원자로에서 노심이 용융되어 원자로 외부로 노심 용융물이 누출되는 중대 사고가 발생하는 경우, 노심 용융물을 효과적으로 분산 및 냉각시켜 중대 사고의 진행을 방지하는 장치이다.
도 1a는 일반적인 루프 타입(loop type)의 원자로 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 1b는 일반적인 일체형 원자로 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 원자로 시스템(10)은 노심(112)이 포함되어 있는 원자로 용기(110), 가압기(22, 32), 증기관(23, 33), 증기 발생기(24, 34), 급수관(25, 35), 냉각재 순환 펌프(26, 36) 등을 포함한다.
원자로 시스템(10)의 개략적인 작동 방식을 설명하면, 우선 원자로 용기(110) 내에 포함되어 있는 노심(112)의 핵연료가 핵분열함에 따라 매우 큰 열 에너지가 발생하고, 열 에너지가 열 교환 매체인 냉각재 순환 펌프(26, 36)에 의해 순환되는 냉각재(예를 들어, 물)를 통해 증기 발생기(24, 34)로 전달되며, 증기 발생기(24, 34) 내의 물이 고온/고압의 증기로 상 변화가 이루어진다. 생성된 고온/고압의 증기는 증기관(23, 33)을 통해 터빈(미도시)으로 공급되어 터빈(미도시)이 회전하며, 터빈(미도시)과 연결되어 있는 발전기(미도시)도 함께 회전함으로써 발전이 이루어질 수 있다. 터빈(미도시)이 회전되면서 에너지를 상실한 증기는 다시 상 변화를 일으켜 물이 되고, 물은 급수관(25, 35)을 통해 다시 증기 발생기(24, 34)로 공급된다. 가압기(22, 32)는 시스템의 압력을 완충할 수 잇다.
이러한 원자로 시스템(10)에서 원자로 용기(110)가 손상되거나, 냉각재 순환이 이루어지지 않는 등 냉각에 문제가 발생하는 경우, 노심(112)에서 발생되는 열로 인해 원자로 용기(110)가 녹아 손상되는 중대한 사고가 발생할 수 있다.
도 2는 원자로 노심 용융 사고의 진행 단계를 나타내는 도면이다.
도 2의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 노심(112)이 수용되는 원자로 용기(110)에 손상이 발생하게 되면, 원자로 용기(110) 내에 포함되어 있던 냉각재가 증발되어 손상 부분으로 누출될 수 있고, 이로 인해 노심(112)에서 발생하는 과도한 열이 냉각되지 않아 노심(112) 자체가 융점을 넘어서게 되면 노심(112)의 용융이 진행되어 노심 용융물(114)이 생성될 수 있다. 노심 용융물(114)은 매우 높은 온도를 가지므로, 원자로 용기(110)가 용융될 수 있고, 노심 용융물(114)이 원자로 용기(110) 하부를 관통하여 흘러나올 수 있다.
이와 같은 사고는 매우 중대 사고에 해당하는 것으로서, 일반적으로 원자로 시스템(10)에는 노심 용융물(114)이 원자로 용기(110) 외부로 누출되는 단계까지 진행되기 이전에 가능한 한 노심(112)의 반응을 중단시키고 냉각재를 빠르게 보충시켜 노심(112)의 온도를 낮추도록 하는 형태의 안전 시스템이 구비되어 있으나, 경우에 따라 노심 용융물(114)의 누출을 막기 어려울 수가 있다. 이러한 경우 노심 용융물(114)을 최대한 빠르게 냉각시키는 것이 중요하고, 실시예들에 따른 노심 용융물 냉각 장치는 노심 용융물(114)을 가능한 신속하게 냉각시키기 위한 장치이다.
도 3은 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치의 단면을 나타내는 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 노심 용융물 냉각 장치의 작동 방식을 나타내는 도면들이다. 또한 도 5는 다른 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치의 단면을 나타내는 도면이다. 도 6은 실시예에 따른 냉각 물질 수용체의 예시들을 나타내는 도면이고, 도 7은 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치의 제1 스크린의 예시들을 나타내는 도면이며, 도 8은 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치의 제1 스크린, 제2 스크린 및 제3 스크린의 예시를 나타내는 도면이다.
노심 용융물 냉각 장치(100)는, 원자로 노심(112)이 포함되어 있는 원자로 용기(110) 하부에 위치하고, 내부에 냉각 물질을 포함하는 둘 이상의 냉각 물질 수용체(120), 둘 이상의 냉각 물질 수용체(120) 하부에 위치하고, 둘 이상의 제1 관통홀(132)이 구비되어 있는 제1 스크린(130), 그리고 제1 스크린(130) 하부에 위치하고, 둘 이상의 제2 관통홀(142)이 구비되어 있는 제2 스크린(140)을 포함한다. 또한, 노심 용융물 냉각 장치(100)는 제2 스크린(140) 하부에 위치하고, 둘 이상의 제3 관통홀(152)이 구비되어 있는 제3 스크린(150)을 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 5에는, 설명의 편의를 위하여, 노심 용융물 냉각 장치(100)가 세 개의 스크린(130, 140, 150)을 포함하는 경우가 도시되었으나, 실시예들에 따른 노심 용융물 냉각 장치(100)는 두 개의 스크린을 포함할 수도 있고, 4개 이상의 스크린을 포함할 수도 있다.
노심 용융물 냉각 장치(100)는 기본적으로 노심 융융물 받침 구조(160) 내에 포함되고, 노심 융융물 받침 구조(160)는 냉각수(172)를 포함하는 냉각수조(170) 내에 위치하며, 필요에 따라 냉각수(172)가 노심 융융물 받침 구조(160)로 유입될 수 있다.
냉각 물질 수용체(120)는 외벽(122) 및 내부의 냉각 물질을 포함하고, 냉각 물질은 물 등의 냉각 유체(124)를 포함할 수 있고(도 6의 (a) 참조), 붕소(Boron, 126) 및 비응축 가스(128)를 포함할 수도 있다(도 6의 (b) 참조). 또한, 도시되지는 않았으나, 냉각 물질은 냉각 유체(124) 및 비응축 가스(128)를 포함할 수도 있다.
노심 용융물(114)이 원자로 용기(110) 외부로 누출되어 냉각 물질 수용체(120)와 접촉하게 되면, 냉각 물질이 팽창 폭발하면서 노심 용융물(114)이 분쇄 및 파편화되어 노심 용융물 파편(116)이 형성된다.
냉각 물질이 붕소(126) 및 비응축 가스(128)를 포함하는 경우, 붕소(126)는 핵물질을 포함하는 노심 용융물(114)의 연쇄 반응(chain reaction)을 방지할 수 있고, 비응축 가스(128)는 폭발력을 가중시켜 노심 용융물(114)을 효율적으로 분쇄하고 노심 용융물 파편(116)을 넓은 범위로 분산시킬 수 있다. 여기서, 비응축 가스(128)는 질소(N2) 가스 또는 불활성 가스를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
냉각 물질이 냉각 유체(124) 및 비응축 가스(128)을 포함하는 경우에도, 비응축 가스(128)는 폭발력을 가중시켜 노심 용융물(114)을 효율적으로 분쇄시킬 수 있다.
냉각 물질 수용체(120)의 외벽(122)은 금속 또는 비금속 재질 등으로 이루어질 수 있으며, 열 전달에 의해 내부의 냉각 물질이 팽창할 때 터질 수 있는 정도의 범위 내에서 다양한 두께와 강도를 가질 수 있다.
냉각 물질 수용체(120)는 단면이 타원 또는 다각형 모양을 가질 수 있고, 다양한 크기를 가질 수 있으며, 무작위로 배열될 수도 있고, 미리 설계된 형태로 배치될 수도 있다.
노심 용융물 파편(116)은 제1 스크린(130), 제2 스크린(140), 제3 스크린(150), 그리고 노심 용융물 받침 구조(160)의 하면 상에 광범위하고 고르게 분산될 있고, 냉각수조(170)로부터 유입된 냉각수(172)에 의해 냉각될 수 있다.
노심 용융물(114)은 그 무게와 점성으로 인해 뭉쳐 있을 수 있고, 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치(100)는 냉각 물질 수용체(120) 및 둘 이상의 스크린(130, 140, 150)을 통해 노심 용융물(114)을 분쇄시키고 노심 용융물 파편(116)을 광범위하게 분산시켜 뭉침 현상을 최소화하고, 표면적을 넓힘으로써 냉각 속도 및 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
냉각 물질 수용체(120)에 의해 파편화된 노심 용융물 파편(116)을 보다 광범위하게 분산시키기 위해서, 냉각 물질 수용체(120) 하부에는 둘 이상의 스크린(130, 140, 150)이 위치할 수 있다. 스크린(130, 140, 150)은 각각 둘 이상의 관통홀(132, 142, 152)을 포함하며, 상부(위)에서 하부(아래)로 내려갈수록 관통홀(132, 142, 152)의 평균 크기가 작아지도록 설계될 수 있다.
예를 들어, 냉각 물질 수용체(120) 하부에는 상부에서부터 하부로 제1 스크린(130), 제2 스크린(140), 제3 스크린(150)이 차례로 위치할 수 있고, 둘 이상의 제1 관통홀(132)의 평균 크기가 둘 이상의 제2 관통홀(142)의 평균 크기보다 클 수 있으며, 둘 이상의 제2 관통홀(142)의 평균 크기가 둘 이상의 제3 관통홀(152)의 평균 크기보다 클 수 있다.
노심 용융물 파편(116)이 제1 스크린(130)의 제1 관통홀(132)의 크기보다 작아지는 경우 제2 스크린(140)으로 통과될 수 있고, 제2 스크린(140)의 제2 관통홀(142)보다 노심 용융물 파편(116)의 크기가 큰 경우에는 제2 스크린(140) 상에 위치할 수도 있고, 제2 스크린(140)의 제2 관통홀(142)보다 노심 용융물 파편(116)의 크기가 작은 경우에는 제2 관통홀(142)을 통과할 수도 있다. 마찬가지로, 제2 관통홀(142)을 통과한 노심 용융물 파편(116)은 제3 스크린(150) 상의 제3 관통홀(152)을 통과할 수도 있고 통과하지 못할 수도 있다(도 4b 참조). 이에 대응하여, 제1 스크린(130) 상에 위치하는 노심 용융물 파편(116)의 평균 크기가 제2 스크린(140) 상에 위치하는 노심 용융물 파편(116)의 평균 크기보다 클 수 있고, 제2 스크린(140) 상에 위치하는 노심 용융물 파편(116)의 평균 크기가 제3 스크린(150) 상에 위치하는 노심 용융물 파편(116)의 평균 크기보다 클 수 있다.
정리하면, 냉각 물질 수용체(120)의 폭발에 의해 분쇄된 노심 용융물 파편(116)은 제1 스크린(130) 상에 위치할 수도 있고, 제2 스크린(140) 상에 위치할 수도 있으며, 제3 스크린(150) 상에 위치할 수도 있고, 노심 용융물 받침 구조(160)의 내면 상에 위치할 수도 있다. 따라서, 노심 용융물(114)이 노심 용융물 파편(116)으로 파편화되고, 제1 스크린(130), 제2 스크린(140) 및 제3 스크린(150)을 통해 광범위하게 분산될 수 있고, 냉각수(172)가 냉각수 유입로(162)를 통해 노심 용융물 받침 구조(160)에 공급되면, 노심 용융물 파편(116)과 냉각수의 접촉 면적이 상대적으로 매우 크기 때문에, 노심 용융물(114)의 냉각 속도 및 냉각 효율이 더욱 향상될 수 있다.
제1 관통홀(132)의 최대 크기는 냉각 물질 수용체(120)의 최소 크기보다 작을 수 있고, 이로 인해, 냉각 물질 수용체(120)가 제1 스크린 상에 안정적으로 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 관통홀(132)의 최대 크기는 약 10 cm 미만일 수 있다.
둘 이상의 제1 관통홀(132)은 서로 동일한 크기를 가질 수 있고, 둘 이상의 제2 관통홀(142)은 서로 동일한 크기를 가질 수 있으며, 둘 이상의 제3 관통홀(152)은 서로 동일한 크기를 가질 수 있다(도 7의 (a) 참조).
제1 관통홀(132), 제2 관통홀(142) 및 제3 관통홀(152)은 다양한 크기를 가질 수도 있다.
예를 들어, 둘 이상의 제1 관통홀(132) 중 임의의 두 개의 크기가 서로 상이할 수도 있고, 둘 이상의 제2 관통홀(142) 중 임의의 두 개의 크기가 서로 상이할 수 있으며, 둘 이상의 제3 관통홀(152) 중 임의의 두 개의 크기가 서로 상이할 수 있다.
다른 예를 들면, 제1 스크린(130)의 중심에서 외곽으로 갈수록 제1 관통홀(132)의 크기가 커지거나(도 7의 (b) 참조), 제2 스크린(140)의 중심에서 외곽으로 갈수록 제2 관통홀(142)의 크기가 커지거나, 제3 스크린의 중심에서 외곽으로 갈수록 제3 관통홀(152)의 크기가 커질 수 있다. 도 7에는 제1 스크린(130) 만을 도시하고 있으나, 설명의 편의를 위한 것이고, 제2 관통홀(142) 및 제3 관통홀(152)도 다양한 크기를 가질 수 있다. 노심 용융물(114)이 냉각 물질 수용체(120)의 팽창 폭발에 의해 분쇄되면, 질량 관성에 의해 더 무겁고 큰 입자가 더 긴 거리를 이동하는 경향이 있으므로, 중심에서 외곽 방향으로 갈수록 관통홀(132, 142, 152)의 크기가 커지는 형태가 노심 용융물 파편(116)의 광범위한 분산에 더욱 적합할 수 있다.
제1 관통홀(132), 제2 관통홀(142) 및 제3 관통홀(152)은 다양한 단면 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 관통홀(132)의 단면, 제2 관통홀(142)의 단면, 그리고 제3 관통홀(152)의 단면 각각은, 다각형 또는 타원 모양을 갖도록 설계될 수 있다.
실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치(100)의 제1 스크린(130), 제2 스크린(140) 및 제3 스크린(150) 각각은 수평면과 평행할 수도 있고, 적어도 일부가 수평면에 대해 경사진 형태를 가질 수도 있다. 도 3 내지 도 4b의 노심 용융물 냉각 장치(100)는 스크린(130, 140, 150)이 수평면과 평행한 경우를 나타내고, 도 5의 노심 용융물 냉각 장치(100)는 스크린(130, 140, 150)이 수평면에 대하여 경사진 형태(산 형태)를 갖는 경우를 도시하고 있다. 다만, 실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치(100)는 도시된 형태에 제한되지 않으며, 노심 용융물(114)을 분산시키기 유리한 어떠한 형태라도 가질 수 있다. 여기서, 수평면은 도 3 및 도 5의 제1 방향과 평행한 면을 의미한다.
도 5에는 제1 스크린(130), 제2 스크린(140) 및 제3 스크린(150) 모두가 동일한 경사 형태를 갖는 경우가 도시되었지만, 제1 스크린(130)은 수평면에 평행하고 제2 스크린(140) 및 제3 스크린(150)은 수평면에 대해 경사진 형태를 가질 수도 있고, 스크린(130, 140, 150) 각각에서 일부 부분만 경사진 형태를 가질 수도 있다.
제1 스크린(130)의 전체적인 크기 또는 면적, 제2 스크린(140)의 전체적인 크기 또는 면적, 그리고 제3 스크린(150)의 전체적인 크기 또는 면적은 서로 상이할 수 있다.
예를 들어, 제2 스크린(140)에서 원자로 용기(110)에 대향하는 단면의 면적이 제1 스크린(130)에서 원자로 용기(110)에 대향하는 단면의 면적보다 크고, 제3 스크린(150)에서 원자로 용기(110)에 대향하는 단면의 면적이 제2 스크린(140)에서 원자로 용기(110)에 대향하는 단면의 면적보다 클 수 있다. 여기서, 원자로 용기(110)에 대향하는 단면은, 원자로 용기(110)를 마주보고 있고, 도 3 및 도 5에 도시된 제1 방향에 평행한 단면을 의미한다.
이 경우, 노심 용융물 파편(116)이 하강할수록 넓은 크기 또는 면적을 갖는 스크린(130, 140, 150)이 배치되므로, 노심 용융물 파편(116)을 더욱 안정적으로 분산시킬 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 스크린(130)은 적어도 일측에 위치하는 제1 측면 스크린(134) 및 제1 측면 스크린(134)에 위치하는 제1 측면 관통홀(136)을 더 포함할 수 있고, 제2 스크린(140)은 적어도 일측에 위치하는 제2 측면 스크린(144) 및 제2 측면 스크린(144)에 위치하는 제2 측면 관통홀(146)을 더 포함할 수 있으며, 제3 스크린(150)은 적어도 일측에 위치하는 제3측면 스크린(154) 및 제3측면 스크린(154)에 위치하는 제3 측면 관통홀(156)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 스크린(130)이 모든 가장자리 부분에 제1 측면 스크린(134)을 포함하고, 제2 스크린(140)이 모든 가장자리 부분에 제2 측면 스크린(144)을 포함하며, 제3 스크린(150)이 모든 가장자리 부분에 제3 측면 스크린(154)을 포함할 수 있고, 이 경우, 제1 스크린(130), 제2 스크린(140) 및 제3 스크린(150)은 전체적으로 바구니 형태를 가질 수 있다.
측면 스크린(134, 144, 154)이 존재하는 경우, 노심 용융물 파편(116)이 측면 스크린(134, 144, 154) 상에도 위치할 수 있고, 이로 인해 노심 용융물 파편(116)이 더욱 광범위하게 위치하여 냉각수(172)와의 접촉 면적이 더욱 넓어질 수 있어, 냉각 속도 및 냉각 효율이 더욱 향상될 수 있다.
측면 스크린(134, 144, 154)이 존재하는 경우에도, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 스크린(130)의 전체 크기에 비해 제2 스크린(140)의 전체 크기가 더 클 수 있고, 제2 스크린(140)의 전체 크기에 비해 제3 스크린(150)의 전체 크기가 더 클 수 있다.
제1 스크린(130), 제2 스크린(140) 및 제3 스크린(150)은 노심(112)의 용융 온도인 약 2000 ℃ 보다 용융 온도가 높은 금속 또는 합금 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 텅스텐 계열의 물질을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 노심 용융물 냉각 장치(100)는 냉각 물질 수용체(120) 및 둘 이상의 스크린(130, 140, 150)으로 구성되어 기존 원자로 설비에 그대로 적용이 가능할 수 있다. 따라서, 비용이 절감될 수 있고, 추가적인 공간을 확보할 필요가 없어 공간 절약적이며, 기존 원자로 설비에 간단하게 적용하여 노심 용융물이 누출되는 중대 사고에 대비할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 원자로 시스템 22, 32: 가압기
23, 33: 증기관 24, 34: 증기 발생기
25, 35: 급수관 26, 36: 냉각재 순환 펌프
110: 원자로 용기 112: 노심
114: 노심 용융물 120: 냉각 물질 수용체
122: 외벽 124: 냉각 유체
126: 붕소 128: 비응축 가스
130: 제1 스크린 132: 제1 관통홀
140: 제2 스크린 142: 제2 관통홀
150: 제3 스크린 152: 제3 관통홀
160: 노심 용융물 받침 구조 162: 냉각수 유입로
170: 냉각수조 172: 냉각수

Claims (10)

  1. 원자로 노심이 포함되어 있는 원자로 용기 하부에 위치하고, 내부에 냉각 물질을 포함하는 둘 이상의 냉각 물질 수용체,
    상기 둘 이상의 냉각 물질 수용체 하부에 위치하고, 둘 이상의 제1 관통홀이 구비되어 있는 제1 스크린, 그리고
    상기 제1 스크린 하부에 위치하고, 둘 이상의 제2 관통홀이 구비되어 있는 제2 스크린
    을 포함하고,
    상기 둘 이상의 제1 관통홀의 평균 크기가 상기 둘 이상의 제2 관통홀의 평균 크기보다 큰
    노심 용융물 냉각 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 스크린 하부에 위치하고, 둘 이상의 제3 관통홀이 구비되어 있는 제3 스크린을 포함하고,
    상기 둘 이상의 제2 관통홀의 평균 크기가 상기 둘 이상의 제3 관통홀의 평균 크기보다 큰 노심 용융물 냉각 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 둘 이상의 제1 관통홀 중 임의의 두 개의 크기가 서로 상이하거나, 상기 둘 이상의 제2 관통홀 중 임의의 두 개의 크기가 서로 상이하거나, 상기 둘 이상의 제3 관통홀 중 임의의 두 개의 크기가 서로 상이한 노심 용융물 냉각 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 스크린의 중심에서 외곽으로 갈수록 상기 제1 관통홀의 크기가 커지거나, 상기 제 2 스크린의 중심에서 외곽으로 갈수록 상기 제2 관통홀의 크기가 커지거나, 상기 제3 스크린의 중심에서 외곽으로 갈수록 상기 제3 관통홀의 크기가 커지는 노심 용융물 냉각 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 관통홀의 최대 크기가 상기 냉각 물질 수용체의 최소 크기보다 작은 노심 용융물 냉각 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 관통홀의 최대 크기는 10 cm 미만인 노심 용융물 냉각 장치.
  7. 제2항에서,
    상기 제1 관통홀의 단면, 상기 제2 관통홀의 단면, 그리고 상기 제3 관통홀의 단면 각각은, 다각형 또는 타원 모양을 갖는 노심 용융물 냉각 장치.
  8. 제2항에서,
    상기 제2 스크린에서 상기 원자로 용기에 대향하는 단면의 면적이 상기 제1 스크린에서 상기 원자로 용기에 대향하는 단면의 면적보다 크고, 상기 제3 스크린에서 상기 원자로 용기에 대향하는 단면의 면적이 상기 제2 스크린에서 상기 원자로 용기에 대향하는 단면의 면적보다 큰 노심 용융물 냉각 장치.
  9. 제2항에서,
    상기 제1 스크린, 상기 제2 스크린, 그리고 상기 제3 스크린 각각은 수평면과 평행하거나, 적어도 일부가 상기 수평면에 대해 경사진 형태를 갖는 노심 용융물 냉각 장치.
  10. 제2항에서,
    상기 제3 스크린 하부에 위치하고, 냉각수조로부터 냉각수가 유입되는 둘 이상의 냉각수 유입로가 구비되어 있는 노심 용융물 받침 구조를 더 포함하는 노심 용융물 냉각 장치.
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