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KR102008299B1 - Passive cooling system of nuclear power plant using solid and liquid phase change material - Google Patents

Passive cooling system of nuclear power plant using solid and liquid phase change material Download PDF

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Publication number
KR102008299B1
KR102008299B1 KR1020180149286A KR20180149286A KR102008299B1 KR 102008299 B1 KR102008299 B1 KR 102008299B1 KR 1020180149286 A KR1020180149286 A KR 1020180149286A KR 20180149286 A KR20180149286 A KR 20180149286A KR 102008299 B1 KR102008299 B1 KR 102008299B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tube
cooling
pipe
phase change
nuclear power
Prior art date
Application number
KR1020180149286A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김성래
장미숙
한병섭
Original Assignee
(주)뉴클리어엔지니어링
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)뉴클리어엔지니어링 filed Critical (주)뉴클리어엔지니어링
Priority to KR1020180149286A priority Critical patent/KR102008299B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102008299B1 publication Critical patent/KR102008299B1/en
Priority to PCT/KR2019/016154 priority patent/WO2020111672A1/en

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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

The present invention relates to a passive cooling system of a nuclear power plant using solid and liquid phase change materials, comprising: a pipe which includes an insertion unit communicating with the inside of a cooling target and a discharge unit communicating with the outside of the cooling target, and through which a coolant is accommodated in the inside and the outside to be transferred; an inner heat exchanger connected to the pipe provided on the inside of the cooling target; and an outer heat exchanger connected to the pipe provided on the outside of the cooling target. The coolant, with a solvent accommodated in the pipe, is inserted into the cooling target through the insertion unit, is discharged to the outside of the cooling target through the discharge unit, and is circulated to the inside and the outside of the cooling target along the pipe, thereby being phase conversion materials (Na(CH_3COO)3H_2O) determined by a phase change material loop (PCM LOOP) discharging heat in the cooling target to the outside.

Description

고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템{PASSIVE COOLING SYSTEM OF NUCLEAR POWER PLANT USING SOLID AND LIQUID PHASE CHANGE MATERIAL}Passive COOLING SYSTEM OF NUCLEAR POWER PLANT USING SOLID AND LIQUID PHASE CHANGE MATERIAL}

본 발명은 원자력발전소 중 냉각을 필요로 하는 건물(격납건물, 사용후핵연료 저장조 등) 및 기기(원자로냉각재계통, 피동 보조급수, 피동보조급수탱크 등) 등의 대상 내부의 대기나 유체를 냉각시켜 원자력발전소의 안전성을 도모하기 위한 피동 냉각시스템에 관한 것이다.The present invention is to cool the atmosphere or fluid inside the target such as buildings (containment building, spent fuel storage tank, etc.) and equipment (reactor coolant system, passive auxiliary water supply, passive auxiliary water supply tank, etc.) that require cooling among nuclear power plants. The present invention relates to a passive cooling system for the safety of nuclear power plants.

더욱 상세하게는, 원자력발전소 사건/사고시 많은 에너지가 발생되며, 원자력발전소 안전을 위해 냉각되어야 하는 건물 및 기기 등의 대상을 별도의 운전원 조치나 소내/외 전원이 필요한 기기들의 작동없이, 시험장치(PCM LOOP, (PCM : Phase Change Material))에 의해 결정된 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 이용하여 피동적으로 압력 및 온도 상승을 효과적으로 감소시켜 냉각 대상의 건전성을 유지하고 계통내 유체를 냉각시켜 지속적으로 제기능을 수행할 수 있도록 함으로써, 원자력발전소의 안전성을 도모할 수 있는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에 관한 것이다.More specifically, a large amount of energy is generated during an accident / accident of a nuclear power plant, and a test device (such as a building or a device that needs to be cooled for the safety of the nuclear power plant) is operated without a separate operator action or operation of equipment that requires on-site / external power. The phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) determined by PCM LOOP, (PCM: Phase Change Material) is used to passively reduce the pressure and temperature rise, thereby maintaining the integrity of the cooling target and maintaining the integrity of the system. The present invention relates to a nuclear power plant passive cooling system using solid and liquid phase change materials that can secure the safety of a nuclear power plant by allowing the fluid to continuously function.

원자로냉각재계통은 안전성관점에서는 핵연료를 포함하고 있는 노심을 냉각시키고 노심을 안전한 상태로 유지시키는 기능을 수행한다.In terms of safety, the reactor coolant system serves to cool the core containing the fuel and keep the core in a safe state.

한편, 원자력발전소 사건/사고 발생시 노심냉각이 원활히 수행되지 못할 경우 핵연료 피복재가 노출되어 노심이 용융되는 중대사고로 확대될 수 있으므로 노심 및 원자로냉각재계통의 냉각기능은 원자력발전소 안전에 매우 중요하다.On the other hand, if core cooling is not performed smoothly in case of nuclear power plant accidents and accidents, the cooling function of the core and reactor coolant systems is very important for nuclear power plant safety since nuclear fuel cladding may be exposed and the core may be expanded to serious accidents.

이에, 노심 및 원자로냉각재계통을 냉각시키는 계통은 원자로냉각재계통으로 냉각재를 직접 주입하여 냉각을 수행하는 안전주입/정지냉각 계통과 증기발생기 이차측으로 보조급수를 주입하여 간접적으로 노심 및 원자로냉각재계통을 냉각하는 보조급수계통이 구비된다.Therefore, the system for cooling the core and reactor coolant systems indirectly cools the core and reactor coolant systems by injecting auxiliary water to the secondary side of the steam generator and the safety injection / stop cooling system that performs cooling by directly injecting coolant into the reactor coolant system. A supplementary water supply system is provided.

또한 격납건물은 내부에 원자로 노심, 원자로냉각재계통 및 안전관련 계통/기기 들이 위치해 있으며, 원통과 둥근 돔이 결합한 형태의 강화 콘크리트 외벽으로 이루어진다.The containment building is also located inside the reactor core, reactor coolant system and safety-related systems / equipment and consists of reinforced concrete outer walls combined with a cylinder and a round dome.

여기에서, '격납'의 의미는 외부충격으로부터 원자로 노심, 원자로냉각재계통 및 안전관련 계통/기기 들을 보호해 주고, 원자력발전소 사건/사고시 격납건물내부에서 발생되는 방사성 물질이 외부로 누출 또는 누설되는 것을 막아준다는 의미로 사용되며, 원자력 발전소에서 사건/사고가 발생될 경우 방사성 물질의 누출을 막아 줄 최후의 방어벽에 해당된다.In this context, the term 'containment' protects the reactor core, reactor coolant system and safety-related systems / equipment from external shocks, and prevents the leakage or leakage of radioactive material from inside the containment building in case of a nuclear power plant accident / incident. It is used in the sense of preventing, and is the last defense against the leakage of radioactive material in the event of an accident / accident at a nuclear power plant.

이러한 격납건물은 상기 기능을 수행하되, 핵연료 노출로 노심이 용융되는 중대사고가 발생되고, 격납건물 건전성이 손상된다면 대량의 방사성 물질이 격납건물 외부로 누출되어 극심한 피해를 줄 수 있다.Such containment may perform the above functions, but if a nuclear accident exposes a core accident to melt the core, and if the containment integrity is impaired, a large amount of radioactive material may leak out of the containment, causing severe damage.

이에, 격납건물 건전성 확보는 원자력발전소 안전에 매우 중요하다.Therefore, securing the soundness of containment building is very important for the safety of nuclear power plants.

현재 원자력발전소는 사건/사고가 발생되면, 노심의 용융 방지 및 격납건물의 건전성을 유지하기 위해 사건/사고 발생 후 단기간 동안에는 원자로 노심 노출로 인한 노심용융을 방지하기 위해 안전성관련 원자로냉각재계통 압력계측기기와 연동된 안전주입계통의 자동 작동을 통해 붕산수가 원자로냉각재계통으로 유입되며, 안전성관련 격납건물 압력계측기기와 연동된 격납건물 살수계통이 자동으로 작동되어 격납건물 내부의 증기를 응축시켜 격납건물 내부의 압력과 온도를 설계 값 이하로 감소시켜 격납건물 건전성을 확보하며, 그 후 정지냉각계통과 격납건물 살수계통이 지속적으로 작동되도록 하여 지속적으로 노심용융과 격납건물 건전성을 확보할 수 있어야 한다.Currently, nuclear power plants are equipped with safety-related reactor coolant system pressure measurement equipment to prevent core melting due to exposure of reactor cores for a short period of time after accidents / incidents. Through the automatic operation of the interlocking safety injection system, boric acid water flows into the reactor coolant system, and the containment sprinkling system interlocked with the safety-related containment pressure measuring device automatically operates to condense the steam inside the containment building to condense the pressure inside the containment building. The containment temperature should be reduced to below the design value to ensure the integrity of the containment building, and then the stop cooling system and the containment sprinkling system should be continuously operated to ensure core melt and containment building integrity.

이때, 원자로냉각재계통의 유입되는 붕산수 등의 재고가 자연 순환을 일으킬 정도로 그 양이 충분하면 보조급수계통의 작동으로 증기발생기를 통해 노심 및 원자로냉각재계통의 열을 제거할 수 있으며, 계통의 지속적인 작동을 위해 증기발생기의 수위 감시 또한 기능이 유지되어야 한다.At this time, if the amount of boric acid inflow of the reactor coolant system is sufficient to cause natural circulation, the operation of the auxiliary water supply system can remove heat from the core and reactor coolant system through the steam generator. For this purpose, steam generator level monitoring should also be maintained.

그러나 원자로냉각재계통의 재고가 계통내부에서 자연 순환을 일으킬 정도로 그 양이 충분치 못하거나 또는 증기발생기의 수위 감시 기능이 상실되거나 또는 보조급수탱크의 물이 고갈되면 증기발생기를 통한 열 제거를 수행할 수 없는 한계가 있다.However, if the stock of the reactor coolant system is not large enough to cause natural circulation in the system, or if the water level monitoring function of the steam generator is lost, or if the water in the auxiliary feed tank is depleted, the steam generator can perform heat removal. There is no limit.

또한 안전주입/정지냉각계통과 격납건물 살수계통은 전원이 필요한 펌프 및 자동작동 밸브와 능동기기들이 안전성관련 계측기기들과 연동되어 자동적으로 작동하게 되어있으며, 이들 기기들이 작동에 실패할 경우 주 제어실에 있는 운전원의 조치(핸드 수위치 작동)에 의한 수동조작이 가능하도록 설계되어 있다.In addition, the safety injection / stop cooling system and the containment water system contain automatic pumps, automatic valves, and active devices that operate in conjunction with safety-related measuring devices.If these devices fail, the main control room It is designed to allow manual operation by the operator's action (hand position operation).

따라서 이들 계통의 작동을 위해서는 전원의 공급이 필수적이며, 격납건물 내부에서 발생된 열은 정지냉각/살수 열교환기를 통해 기기냉각계통으로 전달되고 전달된 열은 기기냉각수 열교환기를 통해 기기냉각해수 계통으로 이송되며 이송된 격납건물 내부 열은 기기냉각해수계통을 통해 최종 열 제거원인 바다로 방출된다.Therefore, power supply is essential for the operation of these systems, and the heat generated inside the containment is transferred to the device cooling system through the stationary cooling / spray heat exchanger, and the transferred heat is transferred to the device cooling seawater system through the device cooling water heat exchanger. The transferred heat inside the containment building is discharged to the sea as the final source of heat removal through the system cooling seawater system.

또한 원자력발전소 소내의 저장고에 보관되어 있는 사용이 완료된 핵연료는 핵연료 생성물의 붕괴열이 지속적으로 발생되고 있어, 이에 대한 냉각이 열교환기와 펌프를 통해 수행되며, 열교환기를 통해 이송된 붕괴열은 최종 열제거원인 바다로 방출된다.In addition, the spent fuel stored in the nuclear power plant's storage is continuously generating decay heat of nuclear fuel products. Cooling is performed through heat exchangers and pumps, and the decay heat transferred through the heat exchangers is the final source of heat removal. Is released.

그러나 후쿠시마와 같이 지진해일 등이 발생하여 기기냉각해수계통의 기능이 상실되거나, 기기냉각열교환기 건물 등이 항공기 충돌과 같은 사고가 발생하여 기기냉각계통의 기능이 상실되면, 격납건물 내부에서 발생된 열을 정지냉각/살수 열교환기 및 기기냉각수 열교환기를 통해 방출할 수 없고, 또한 핵연료 저장조의 붕괴열을 저장조 냉각열교환기를 통해 최종 열 제거원인 바다로 방출할 수 없기 때문에 냉각기능을 수행하지 못하는 문제점이 있다.However, when a tsunami, such as Fukushima, causes the function of the system cooling seawater system to be lost, or the equipment cooling heat exchanger building or the like causes an accident such as an aircraft collision, the function of the system cooling system is lost. There is a problem that the cooling function cannot be performed because the heat cannot be discharged through the stationary cooling / spray heat exchanger and the device cooling water heat exchanger, and the decay heat of the nuclear fuel reservoir cannot be discharged to the sea as the final heat removal source through the reservoir cooling heat exchanger. .

또한 상기 계통들은 전원공급이 필요한 다수의 능동기기들을 포함하고 있기 때문에 소외전원상실 또는 전원완전상실과 같은 사고들이 발생하여도 격납건물 냉각기능을 수행하지 못하는 문제점이 있다.In addition, since the systems include a plurality of active devices that require power supply, there is a problem in that the cooling function of the containment building cannot be performed even when an accident such as an alienated power loss or a complete power loss occurs.

일 예로, 후쿠시마 원자력발전소 사고는 최종열제거원 상실을 동반한 전원완전상실 사고에 해당한다. For example, the Fukushima nuclear power plant accident is a complete power loss accident with the loss of the final heat source.

격납건물을 냉각시키기 위한 예로 등록특허공보 제10-1517449호에 원자로용기 외벽 냉각용 액체금속 충수시스템이 개시되었다.As an example for cooling a containment building, Korean Patent Publication No. 10-1517449 discloses a liquid metal filling system for cooling an outer wall of a reactor vessel.

도 1은 종래 원자로용기 외벽 냉각용 액체금속 충수시스템의 구성을 나타낸 개략도로, 그 구성은 노심 용융물이 수용된 원자로용기; 상기 원자로용기의 외벽으로부터 일정간격 이격되어 둘러싸는 형태로 배치되고, 내부에는 상기 외벽과 접하며 순환공급되는 액체금속(111)이 충수된 제1원자로공동(110); 상기 제1원자로공동(110)의 격벽으로부터 일정간격 이격되어 둘러싸는 형태로 배치되고, 내부에는 상기 격벽과 접하며 순환공급되는 냉각수(121)가 충수된 제2원자로공동(120); 및 상기 제1원자로공동(110)의 격벽에 관통 삽입되면서 일측은 상기 제1원자로공동(110)의 내부에 배치되고 타측은 상기 제2원자로공동(120)의 내부에 배치되며, 일측과 타측이 연통된 폐회로구조로 구비되어 가열된 액체금속(111)의 열을 냉각수(121)로 전달하는 제1히트파이프(130);를 포함하되, 상기 제1히트파이프(130)는 상기 1원자로공동(110) 및 상기 제2원자로공동(120)의 내부에 배치된 부분이 복수 회 절곡되거나 또는 복수 개의 돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.1 is a schematic view showing a configuration of a liquid metal filling system for cooling a conventional reactor vessel outer wall, the configuration of which is a reactor vessel containing a core melt; A first reactor cavity 110 disposed in a shape spaced apart from the outer wall of the reactor vessel by a predetermined interval and filled with a liquid metal 111 circulated and supplied to the outer wall; A second reactor cavity (120) disposed in the form of being surrounded by a predetermined interval from the partition wall of the first reactor cavity (110) and filled with coolant (121) circulated and supplied in contact with the partition wall; And one side is disposed inside the first reactor cavity 110 and the other side is disposed inside the second reactor cavity 120 while being inserted through the partition wall of the first reactor cavity 110, and one side and the other side are disposed. Including a closed circuit structure in communication with the first heat pipe 130 to transfer the heat of the liquid metal 111 is heated to the cooling water 121; including, the first heat pipe 130 is the first reactor cavity ( 110 and the portion disposed inside the second reactor cavity 120 is bent a plurality of times or a plurality of protrusions is characterized in that formed.

이러한 종래 원자로용기 외벽 냉각용 액체금속 충수시스템은 액체금속(111)으로 이루어진 냉각재를 원자로용기의 외벽 냉각용으로 사용함으로써, 열적 안전성을 도모하고, 나아가, 제1원자로공동(110)의 내부와 제2원자로공동(120)의 내부에 걸쳐지도록 배치된 제1히트파이프(130)에 의해 제1원자로공동(110)에 충수된 액체금속(111)의 가열된 열을 제2원자로공동(120)의 충수된 냉각수(121)로 전달함으로써, 상기 원자로용기의 가열된 열이 냉각되도록 한다.The liquid metal filling system for cooling the outer wall of the conventional reactor vessel uses a coolant made of the liquid metal 111 for cooling the outer wall of the reactor vessel, thereby achieving thermal safety, and further, the inside and the first reactor cavity 110. The heated heat of the liquid metal 111 filled in the first reactor cavity 110 by the first heat pipe 130 disposed so as to span the two reactor cavity 120 of the second reactor cavity 120. By transferring to the added cooling water 121, the heated heat of the reactor vessel is cooled.

그러나 상기 종래 기술은 일반적으로 건물의 2,3층 크기를 갖는 원자로용기의 외부에 상기 원자로용기가 수용될 수 있도록 부피가 큰 제1원자로공동(110) 및 상기 1원자로공동(110)이 수용될 수 있도록 부피가 큰 제2원자로공동(120)을 구비해야 하므로, 격납건물을 설치함에 있어서 많은 부피를 차지하고, 시공비용이 증대되는 문제점이 있다.However, the prior art generally includes a first reactor cavity 110 and a first reactor cavity 110 having a large volume so that the reactor vessel can be accommodated outside of the reactor vessel having a two or three floor size of a building. Since the second reactor cavity 120 having a large volume to be provided, it takes up a large volume in the installation of the containment building, there is a problem that the construction cost is increased.

또한 액체금속 저장조(112)는 원자로용기 보다 상부에 위치되도록 설치되어, 액체금속(111)이 중력에 의해 제1원자로공동(110)의 내부로 제공되도록 하는 점은 긍정적이나, 서술한 바와 같이, 건물의 2,3층 크기를 갖는 원자로용기 보다 액체금속 저장조(112)를 높게 설치하기 위해서는 많은 부피를 차지하고, 시공비용이 증대되어 설치가 용이하지 않은 문제점이 있다.In addition, the liquid metal reservoir 112 is installed to be located above the reactor vessel, so that the liquid metal 111 is provided to the inside of the first reactor cavity 110 by gravity, but as described above, In order to install the liquid metal storage tank 112 higher than the reactor vessel having a two- and three-layer size of a building, it takes up a large volume, and there is a problem in that installation cost is not easy to install.

또한 중력을 이용한 충수방식을 채택함으로써, 발전소 전원상실 사고의 경우에도 운용할 수 있도록 하는 점은 긍정적이나, 액체금속 저장조(112)에 저장된 액체금속(112)이 액체상태(약 600℃이상)를 유지하도록 하기 위하여 상기 액체금속 저장조(112)에 별도의 가열장치가 구비되고, 이러한 가열장치의 지속적인 가동을 유지하기 위해 별도의 동력을 필요로 함으로써, 별도의 운전원을 항시 대기시켜야하는 문제점이 있다.In addition, by adopting the filling method using gravity, it is positive that it can be operated in the event of power plant loss accident, but the liquid metal 112 stored in the liquid metal storage tank 112 is in a liquid state (about 600 ℃ or more) In order to maintain the liquid metal reservoir 112 is provided with a separate heating device, by requiring a separate power in order to maintain the continuous operation of the heating device, there is a problem that a separate operator must be always waiting.

또한 원자력발전소 사건/사고 동안 원자로냉각재계통내부 유체와 안전주입/살수 계통으로 격납건물 내부로 유입된 물의 가열을 막기 위한 장치가 필요하며 장기적으로 원자로용기 외벽 냉각용 액체금속 충수계통을 지속적으로 사용한다면 격납건물 온도가 600℃에 도달하게 되어 격납건물 건전성을 보장할 수 없는 문제점이 있다.In addition, a device is needed to prevent the heating of the fluid inside the reactor coolant system and the water introduced into the containment system during the accident / accident of the nuclear power plant. There is a problem in that the containment temperature reaches 600 ° C. and thus the containment building integrity cannot be guaranteed.

등록특허공보 제10-1517449호(2015.04.28.)Registered Patent Publication No. 10-1517449 (2015.04.28.) 공개특허공보 제10-2014-0000411호(2014.01.03.)Publication No. 10-2014-0000411 (January 3, 2014)

본 발명은 위와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 원자력발전소 사건/사고시 발생되는 많은 에너지가 방출됨에 따라, 건물 내부의 온도와 압력 상승에 의해 초래될 수 있는 발전소의 상태를 감시하는 계측기기들과 안전계통의 기능상실 및 건물 건전성 위협을 미연에 방지하기 위하여, 별도의 운전원 조치나 외부전원이 필요한 정지냉각/살수계통 등의 능동형 기기들의 사용 없이, 시험장치(100)에 의해 결정된 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 이용하여 피동적으로 냉각 대상의 압력 및 온도 상승을 효과적으로 감소시켜 냉각 대상의 건전성을 유지하고 계통내 유체를 냉각시켜 관련계통 기능을 지속적으로 유지할 수 있도록 함으로써, 원자력발전소 안전성을 도모할 수 있는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the problem to be solved in the present invention is a power plant that can be caused by the temperature and pressure rise inside the building, as a lot of energy generated during the nuclear power plant accident / accident is released. In order to prevent the malfunction of the safety system and the threat of building health in advance, the test apparatus (without the use of active devices such as a stop cooling / spray system that requires external operator action or an external power source) The phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) determined by 100) effectively reduces the pressure and temperature rise of the cooling target to maintain the integrity of the cooling target and to cool the fluid in the system. By using the solid and liquid phase conversion materials to ensure the safety of nuclear power plants To provide a passive cooling system for nuclear power plants.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템은 냉각대상의 내부로 연통된 인입부와 외부로 연통된 배출부를 포함하며, 내/외부에 냉각재가 수용되어 이송되는 배관; 냉각 대상 내부에 구비되는 배관에 연결된 내부열교환기; 및 냉각 대상 외부에 구비되는 배관에 연결된 외부열교환기;를 포함하여 구성되되, 냉각재는 배관 내에 수용된 용매와, 인입부를 통해 냉각 대상 내부로 인입되고, 배출부를 통해 냉각 대상 외부로 배출되며, 배관을 따라 냉각 대상 내부와 외부로 순환됨으로써, 상기 냉각 대상 내부의 열을 외부로 배출시키는 시험장치(PCM LOOP)에 의해 결정된 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)인 것을 특징으로 하는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.In order to solve the above problems, the nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material according to the present invention includes an inlet communicated to the inside of the cooling target and an outlet communicated to the outside, the coolant is accommodated inside / outside Pipe that is transported; An internal heat exchanger connected to a pipe provided inside the cooling target; And an external heat exchanger connected to a pipe provided outside the object to be cooled, wherein the coolant is introduced into the object to be cooled through the inlet and the solvent contained in the pipe, and is discharged to the outside of the object to be cooled through the outlet. By being circulated to the inside and outside of the cooling target, the solid is characterized in that the phase conversion material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) determined by the test device (PCM LOOP) for discharging the heat inside the cooling target to the outside. In order to solve the technical problem, a passive cooling system for nuclear power plants using liquid phase conversion materials is provided.

본 발명은 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 이용하여 냉각 대상 내부의 열을 피동적으로 제거할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.The present invention has a significant effect of passively removing heat inside a cooling target by using a phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O).

또한, 본 발명은 최종 열제거원으로 냉각 대상의 외부 대기를 이용함으로써, 전기 또는 냉각수의 공급과 같은 별도의 운전원조치, 즉 운전원의 개입을 필요로 하지 않아 외부동력없이 냉각이 가능한 현저한 효과를 보유하고 있다.In addition, the present invention has a remarkable effect of using the external atmosphere of the cooling target as the final heat removal source, so that no additional operator action such as supply of electricity or cooling water is required, that is, cooling without external power is not required. Doing.

또한, 본 발명은 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 포함하는 냉각계통의 유체가 냉각 대상의 내/외부 온도 범위에서 상변환시 발생하는 상들 간의 현저한 밀도 차에 의해 자연 대류 순환되도록 함으로써, 시간제한 없이 장기적으로 냉각 수행이 가능한 현저한 효과를 보유하고 있다.In addition, the present invention is a natural convection circulation due to the significant density difference between the phases generated when the fluid of the cooling system containing a phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) phase conversion in the internal / external temperature range of the cooling target By doing so, it has a remarkable effect that cooling can be performed in the long term without time limitation.

또한, 본 발명은 시험장치(100)에 의해 결정된 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 이용함으로써, 높은 용융열(264J/g)에 의해 보다 많은 냉각 대상 내의 열을 흡수할 수 있으며, 냉각 대상의 정상 운전시 온도보다 높고 사고시 온도보다 낮은 용융 온도(58.4℃)에 의해 사고가 발생되었을 때만 동작이 가능하고, 0℃일때 78.2g/100ml(물), 50℃일때 138.8/100ml(물)의 높은 용해도에 의해 많은 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 안정적으로 물에 용해되어 자연대류에 따른 유동성을 향상시키며, 1.45kg/dm3의 높은 밀도에 의해 동일한 부피 대비 많은 열의 흡수가 가능하고, 상변환시 높은 밀도차(13.28%)에 의해 자연대류증진을 향상시킬 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.In addition, the present invention uses the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) determined by the test apparatus 100 to absorb more heat in the cooling target by high heat of fusion (264 J / g). It can be operated only when an accident occurs due to the melting temperature (58.4 ℃) higher than the normal operation temperature and lower than the accident temperature, and 78.2g / 100ml (water) at 0 ℃, and 138.8 / at 50 ℃ Due to the high solubility of 100 ml (water), many phase change materials (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) are stably dissolved in water to improve fluidity due to natural convection, and the high density of 1.45kg / dm 3 It can absorb a lot of heat compared to the same volume, and it has a remarkable effect of improving natural convection enhancement by high density difference (13.28%) during phase conversion.

도 1은 종래 원자로용기 외벽 냉각용 액체금속 충수시스템의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템의 개략도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 시험장치를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 시험장치의 가열부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 시험장치의 냉각부를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 시험장치에 탄성부재가 구비된 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 시험장치를 이용하여 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)과 물의 온도 분포 결과와 속도 분포 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 냉각 대상 내부의 온도 상승에 따른 열이 상승하는 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 고체 상태의 상변환물질이 액체 상태로 냉각 대상 내부의 열을 흡수하고 외부로 배출되는 예를 나타낸 도면이다.
1 is a schematic view showing the configuration of a liquid metal filling system for cooling the outer wall of a conventional reactor vessel.
2 is a schematic diagram of a nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase change material according to the present invention.
3 and 4 are views for explaining the principle of the phase conversion material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) in the nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material according to the present invention.
5 is a schematic view showing a test apparatus in a nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material according to the present invention.
6 is a view showing a heating unit of the test apparatus in the nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material according to the present invention.
7 is a view showing the cooling unit of the test apparatus in the nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material according to the present invention.
8 is a view showing an example in which an elastic member is provided in a test apparatus in a nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase change material according to the present invention.
Figure 9 shows the temperature distribution results and velocity distribution results of the phase conversion material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) and water using a test apparatus in the nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material according to the present invention Drawing.
10 is a view showing an example in which heat increases due to a temperature increase inside a cooling target in a nuclear power plant passive cooling system using a solid or liquid phase change material according to the present invention.
FIG. 11 is a view illustrating an example in which a phase change material in a solid state absorbs heat inside a cooling target in a liquid state and is discharged to the outside in a nuclear power plant passive cooling system using a solid or liquid phase change material according to the present invention.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the embodiments of the present invention, and methods of achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be embodied in various different forms, and the present embodiments merely make the disclosure of the present invention complete and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terms and words used in the present specification and claims are terms defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, and should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the concept of the term can be properly defined in order to explain in the best way.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and examples.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항, 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.Before describing the present invention with reference to the drawings, matters that are not necessary to reveal the gist of the present invention, that is, well-known configurations that can be obviously added by those skilled in the art will not be shown or described in detail. Make sure you didn't.

먼저, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 방향(예를 들어 "전", "후", "좌", "우", "위", "아래", "상", "하", "횡", "종", "정면", "배면", "일측", "타측", "내측" 및 "외측") 등과 같은 용어들에 관하여 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않으며, 이러한 방향의 기재는 첨부된 도면을 참조하여 구성간의 설명을 용이하게 하기 위함을 밝혀둔다.First, before describing various embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings, the orientation of the components (eg, "before", "after", "left") described in the following detailed description or shown in the drawings. , "Right", "up", "down", "up", "bottom", "lateral", "species", "front", "back", "one side", "other side", "inside" and " It does not indicate or mean simply having a specific direction with respect to terms such as " outside ") and the like, and descriptions of such directions are made to facilitate explanations between the components with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템는 원자력발전소 사건/사고시 발생되는 많은 에너지가 방출됨에 따라, 건물 내부의 온도와 압력 상승에 의해 초래될 수 있는 발전소의 상태를 감시하는 계측기기들과 안전계통의 기능상실 및 건물 건전성 위협을 미연에 방지하기 위하여, 별도의 운전원 조치나 외부전원이 필요한 정지냉각/살수계통 등의 능동형 기기들의 사용 없이, 시험장치(100)에 의해 결정된 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 이용하여 피동적으로 냉각 대상(10)의 압력 및 온도 상승을 효과적으로 감소시켜 냉각 대상(10)의 건전성을 유지하고, 계통내 유체를 냉각시켜 관련계통의 기능을 지속적으로 보장할 수 있으므로, 원자력발전소의 안전성을 도모할 수 있는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에 관한 것이다.The passive cooling system for nuclear power plants using solid and liquid phase change materials according to the present invention is a measure of monitoring the state of a power plant which may be caused by a rise in temperature and pressure inside a building as a large amount of energy generated during an accident / accident of a nuclear power plant is released. In order to prevent the malfunction of the equipment and safety system and the threat of building health in advance, the image determined by the test apparatus 100 without the use of active devices such as a stop cooling / spray system requiring additional operator action or external power. By using a converting substance (Na (CH 3 COO) 3H 2 O), the pressure and temperature rise of the cooling target 10 are effectively reduced by passively maintaining the integrity of the cooling target 10, and the fluid in the system is cooled to Passive cooling system using a solid and liquid phase change material that can ensure the safety of the nuclear power plant as the system can be guaranteed continuously. It relates.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템의 개략도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 시험장치를 나타낸 개략도이며, 도 6은 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 시험장치의 가열부를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 시험장치의 냉각부를 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 시험장치에 탄성부재가 구비된 예를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 시험장치를 이용하여 상변환물질(Na(CH 3 COO)3H 2 O)과 물의 온도 분포 결과와 속도 분포 결과를 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 냉각 대상 내부의 온도 상승에 따른 열이 상승하는 예를 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 고체 상태의 상변환물질이 액체 상태로 냉각 대상 내부의 열을 흡수하고 외부로 배출되는 예를 나타낸 도면이다.Figure 2 is a schematic diagram of a nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material according to the present invention, Figures 3 and 4 is a phase conversion material in a nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material ( Figure 5 is a view for explaining the principle of Na (CH 3 COO) 3H 2 O), Figure 5 is a schematic diagram showing a test apparatus in a nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material according to the present invention, Figure 6 FIG. 7 is a view illustrating a heating unit of a test apparatus in a nuclear power plant passive cooling system using a solid and liquid phase change material according to the present invention, and FIG. 7 is a cooling unit of the test apparatus in a nuclear power plant passive cooling system using a solid and liquid phase change material according to the present invention. a view showing, Fig. 8 is a view showing an example in which the elastic member is provided in the testing apparatus in the nuclear power plant driven cooling system using a solid-liquid phase change materials according to the invention, Figure 9 is present to In using a test apparatus in nuclear power driven cooling system using a solid-liquid phase change materials according to the phase-change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) and a chart showing the temperature of the water distribution results and the velocity distribution results, 10 Is a view showing an example in which the heat is increased in accordance with the temperature rise inside the cooling target in the nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material according to the present invention, Figure 11 is a solid, liquid phase conversion material according to the present invention In the nuclear power plant passive cooling system used, the solid phase change material absorbs heat inside the cooling target in a liquid state and shows an example of discharging it to the outside.

먼저, 본 명세서에서 냉각 대상(10)은 원자력발전소에 구비되는 격납건물, 핵연료 저장조, 원자로냉각재계통, 원전의 안전계통, 피동 보조 급수 또는 피동보조급수탱크 등을 의미하는 것으로, 원자력발전소의 안전성을 도모함에 있어, 냉각기능을 필요로 하는 건물 또는 기기 등을 의미한다.First, in the present specification, the cooling target 10 refers to a containment building, a nuclear fuel storage tank, a reactor coolant system, a safety system of a nuclear power plant, a passive auxiliary water supply or a passive auxiliary water supply tank, and the like, which are provided in a nuclear power plant. In planning, it means a building or a device that requires a cooling function.

본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템은 원자력발전소 사건/사고 발생시 냉각 대상(10)으로 유입되는 에너지를 외부로 배출시켜 냉각 대상(10) 내부의 온도와 압력 상승에 의해 초래될 수 있는 발전소상태를 감시하는 계측기기들과 안전계통의 기능상실 및 건물의 건전성 위협을 미연에 방지하기 위한 것으로, 배관(20), 내부열교환기(30) 및 외부열교환기(40)를 포함하여 구성된다.Nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material according to the present invention by discharging the energy flowing into the cooling target 10 when the nuclear power plant accident / accident occurs to the outside by increasing the temperature and pressure inside the cooling target 10 In order to prevent the malfunction of the measuring system and the safety system and the threat of the health of the building which may be caused, the pipe 20, the internal heat exchanger 30 and the external heat exchanger 40 are included. It is configured by.

배관(20)은 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각 대상(10)의 내부로 연통된 인입부(21)와 외부로 연통된 배출부(22)를 포함하되, 상기 인입부(21)와 배출부(22)를 통해 배관(20)의 일부분이 냉각 대상(10) 내부로 구비되도록 하고, 나머지 일부분이 냉각 대상(10) 외부로 구비되도록 함으로써, 상기 배관(20)이 냉각 대상(10) 내부와 외부를 연통할 수 있도록 구비된다.As shown in FIG. 2, the pipe 20 includes an inlet part 21 communicating with the inside of the cooling target 10 and an outlet part 22 communicating with the outside, and the outlet part 21 is discharged from the inlet part 21. A portion of the pipe 20 is provided inside the cooling target 10 through the unit 22, and the remaining portion is provided outside the cooling target 10, so that the pipe 20 is inside the cooling target 10. It is provided to communicate with the outside.

이러한 배관(20)은 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 냉각 대상(10) 내부에 구비되는 내부열교환기(30)와 외부에 구비되는 외부열교환기(40)를 연결하도록 구비된다.As illustrated in the accompanying drawings, the pipe 20 is provided to connect the internal heat exchanger 30 provided inside the cooling target 10 and the external heat exchanger 40 provided outside.

이때, 배관(20)은 내식성이 우수하여 녹이 잘 슬지 않으며, 내구성이 강해 쉽게 휘거나 찌그러지지 않고, 내마모성이 높으며, 저온특성이 우수하고, 내화 및 내열성이 높아 약 1400도를 넘는 온도에도 강도를 유지할 수 있으며, 내 산화성이 크고, 가공성 및 경제성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다.At this time, the pipe 20 is excellent in corrosion resistance, does not rust well, is durable, does not easily bend or crush, has high abrasion resistance, excellent low temperature characteristics, high fire resistance and heat resistance, and provides strength even at temperatures exceeding about 1400 degrees. It can be maintained, it can be made of a material having a high oxidation resistance, excellent workability and economy.

설계조건에 따라, 배관(20)은 스테인리스 스틸(stainless steel)로 이루어질 수도 있다.Depending on the design conditions, the pipe 20 may be made of stainless steel.

나아가, 배관(20)은 냉각재가 수용되어 이송되도록 하는데, 이때, 배관에 수용되는 냉각재는 인입부(21)를 지나 냉각 대상(10) 내부로 이송되고, 상기 냉각 대상(10) 내부의 열을 빼앗아 배출부(22)를 통해 냉각 대상(10) 외부로 이송되며 빼앗은 열을 배출시킨다.Furthermore, the pipe 20 allows the coolant to be received and transported. At this time, the coolant accommodated in the pipe is transferred into the cooling target 10 through the inlet 21 and heat is transferred into the cooling target 10. It is transferred to the outside of the cooling target 10 through the take-off part 22 and discharges the taken heat.

바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 인입부(21)는 지면에 설치되는 냉각 대상(10)을 기준으로 배출부(22) 보다 낮은 위치에 설치될 수 있다.Preferably, as shown in FIG. 2, the inlet 21 may be installed at a position lower than the outlet 22 based on the cooling target 10 installed on the ground.

이는, 배관(20)에 수용되어 이송되는 냉각재에 포함된 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 배관(20)을 따라 자연 대류하는 과정에서 내부열교환기(30)를 통해 고체 상태에서 액체 상태로 상변환되면서 배출부(22)를 통해 냉각 대상(10) 외부로 이송되고, 외부열교환기(40)에서 액체 상태에서 고체 상태로 상변환 되면서 중력에 의해 상기 배출부(22) 보다 낮은 위치에 구비되는 인입부(21)로 원활하게 이송되도록 하여 냉각 대상(10) 내부로 인입되도록 한다.This is a solid state through the internal heat exchanger (30) in the course of the natural convection of the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) contained in the coolant that is received and transported in the pipe 20 along the pipe 20 Is transferred to the outside of the cooling target 10 through the discharge unit 22 while being phase-converted to the liquid state, and is converted to the solid state from the liquid state by the external heat exchanger 40 than the discharge unit 22 by gravity. It is to be smoothly transferred to the inlet portion 21 provided at a low position to be drawn into the cooling target (10).

이에, 배관(20)에 수용되어 이송되는 냉각재는 인입부(21)를 통해 냉각 대상(10) 내부로 인입되며, 냉각 대상(10)의 내부열교환기(30)로 이송되어 냉각 대상(10) 내부에 형성되는 열을 빼앗아 배출부(22)를 통해 냉각 대상(10) 외부로 이송되어 외부열교환기(40)를 통해 냉각 대상(10) 내부의 에너지를 냉각 대상(10) 외부 대기로 배출되도록 한다.Thus, the coolant received and transported in the pipe 20 is introduced into the cooling target 10 through the inlet 21, and is transferred to the internal heat exchanger 30 of the cooling target 10 to be inside the cooling target 10. The heat formed in the cooling target 10 is transferred to the outside of the cooling target 10 through the discharge unit 22 so that the energy inside the cooling target 10 is discharged to the outside of the cooling target 10 through the external heat exchanger 40. .

여기에서, 냉매재는 물과 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)로 이루어진 혼합물이다.Here, the refrigerant material is a mixture consisting of water and a phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O).

상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)은 원자로 정상가동 운전시 냉각 대상(10) 온도보다 높고, 사건/사고가 발생되는 동안 냉각 대상(10)의 최대온도보다 낮은 상변환 온도를 갖고 물과 안정적으로 혼합되어 유동에 유리하며, 자연 대류 순환이 활발히 이루어지도록 상변환시 상들 간의 밀도가 크며, 단위 부피당 많은 냉각 대상(10)의 내부 에너지를 흡수할 수 있도록 상변환 잠열이 높은 물질로 이루어질 수 있다.The phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) has a phase change temperature higher than the cooling target temperature (10) during the normal operation of the reactor and lower than the maximum temperature of the cooling target (10) during the event / incident. It is mixed with water and is stable in water, and is advantageous for flow.It has a high density between phases during phase transformation so that natural convection circulation is actively performed and high latent heat of phase transformation so as to absorb a lot of internal energy of the cooling target 10 per unit volume. Can be done.

설계조건에 따라, 원자력발전소에서 개별적으로 요구되는 사항과 발전소특성을 고려하여 다양한 상변환물질로 이루어질 수 있음은 물론이다.Depending on the design conditions, it can be made of a variety of phase change material in consideration of individual requirements and power plant characteristics of the nuclear power plant.

이러한 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 고체 상태에서 액체 상태로 상변환시 냉각 대상(10) 내부의 열을 흡수하고, 고체 상태에서 액체 상태로 상변환시 냉각 대상(10) 외부로 열을 방하는 기능을 수행하는 물질로 이루어질 수 있다.As shown in FIGS. 3 and 4, the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) absorbs heat inside the cooling target 10 during phase conversion from a solid state to a liquid state, and in a solid state. When the phase conversion to the liquid state may be made of a material that performs the function of preventing heat to the outside of the cooling target (10).

즉 물과 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 혼합된 냉각재는 배관(20)에 수용되어 이송되되, 인입부(21)를 통해 냉각 대상(10) 내부로 인입된 후, 배관(20)을 따라 냉각 대상(10)의 배출부(22)를 통해 냉각 대상(10) 외부로 배출되고, 냉각 대상(10) 외부에 구비된 배관(20)을 따라 다시 인입부(21) 측으로 이송되어, 순환하게 된다.That is, the coolant mixed with water and a phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) is accommodated in the pipe 20 and transported, and after being introduced into the cooling target 10 through the inlet 21, The discharge part 22 of the cooling object 10 is discharged to the outside of the cooling object 10 along the pipe 20, and the inlet part 21 is again along the pipe 20 provided outside the cooling object 10. It is conveyed to the side and circulates.

나아가, 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)은 물과 안정적으로 혼합됨으로써, 상변환되어 고체 상태에서도 이송이 원활하다.Furthermore, the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) is stably mixed with water, so that the phase change material is smoothly transferred even in the solid state.

이때, 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)은 높은 용융열에 의해 보다 많은 냉각 대상(10) 내의 열을 흡수할 수 있고, 냉각 대상(10)의 정상 운전시 온도보다 높고 사고 발생시 온도보다 낮은 적절한 용융 온도를 갖는 것이 바람직하며, 높은 용해도에 의해 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O) 대부분이 안정적으로 물에 용해되어 유동성이 향상되도록 하고, 높은 밀도에 의해 동일한 부피에 대해 많은 열을 흡수할 수 있으며, 상변환시 높은 밀도차에 의해 자연대류를 증진시키고, 부식성이 낮아 배관(20) 및 시험장치(100)의 재료 선택이 다양해지며, 높은 결정 성장 속도에 의해 대기에서의 빠른 냉각이 이루어져 열 방출 효과가 우수하며, 무독성으로 이루어져 누설이 발생된 경우 2차사고를 미연에 방지하고, 저렴한 비용에 의해 사용 및 교체에 따른 활용도가 우수한 물질로 이루어지는 것으로, 바람직하게는, 시험장치(100)에서 결정된 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)로 이루어질 수 있다.At this time, the phase conversion material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) is able to absorb more heat in the cooling target 10 by the high heat of melting, higher than the temperature during the normal operation of the cooling target 10 and in case of an accident It is desirable to have a suitable melting temperature lower than the temperature, and that most of the phase conversion material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) is stably dissolved in water to improve fluidity by high solubility, and the same volume by high density It can absorb a lot of heat, promote natural convection by high density difference during phase change, and because of low corrosiveness, diversify material selection of pipe 20 and test apparatus 100, and by high crystal growth rate It is a material that has excellent heat dissipation effect due to rapid cooling at, and prevents secondary accidents in case of leakage due to non-toxicity. To which the lure, preferably, may be formed of a phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) as determined in the test apparatus 100.

이러한 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)은 아세트산 나트륨 삼수화물의 화학 명칭을 가지며, 녹는점(Melting point, 용융 온도)은 58℃이고, 상변환시 잠열은 264J/g이며, 밀도(Density)는 1.45kg/dm3이고, 비열(Specific heat)은 2.79kJ/kgK이며, 상변환시 높은 밀도차(13.28%)에 의해 자연 대류를 증진시키고, 0℃일때 78.2g/100ml(물) 및 50℃일때 138.8/100ml(물)의 높은 용해도를 갖는 물질이다.This phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) has the chemical name of sodium acetate trihydrate, the melting point (melting point) is 58 ℃, the latent heat during phase conversion is 264 J / g, the density (Density) is 1.45kg / dm 3 , Specific heat is 2.79kJ / kgK, promotes natural convection by high density difference (13.28%) during phase conversion, and 78.2g / 100ml (water) at 0 ℃ And a high solubility of 138.8 / 100 ml (water) at 50 ° C.

여기에서, 시험장치(100)는 다양한 상변환물질의 후보군 중 냉각재에 포함된 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 특성을 파악하고, 냉각 대상(10)에서 활용되고자 하는 것으로, 가열부(110), 제1튜브(120), 직선튜브(130), 경사튜브(140), 냉각부(150) 및 제2튜브(160)를 포함하여 구성되되, 각 구성간 연결을 위한 코어플렌지(101), 플렌지연결파이프(102), 직각엘보우(103), 직선커넥터(104), 커넥터연결파이프(105) 및 경사엘보우(106)를 포함하여 구성된다.Here, the test apparatus 100 is to determine the characteristics of the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) included in the coolant among the candidate group of various phase change material, to be utilized in the cooling target (10) , Heating unit 110, the first tube 120, straight tube 130, inclined tube 140, including the cooling unit 150 and the second tube 160, for each connection between the components The core flange 101, the flange connection pipe 102, the right angle elbow 103, the straight connector 104, the connector connection pipe 105 and the inclined elbow 106 are configured.

이러한 시험장치(100)는 첨부된 도 5를 참조하여 상세히 설명하면, 냉각 대상(10) 내부에 구비된 내부열교환기(30)에 대응되는 구성인 가열부(110), 제1튜브(120), 코어플렌지(101), 플렌지연결파이프(102), 직각엘보우(103), 직선커넥터(104), 커넥터연결파이프(105), 경사엘보우(106), 경사튜브(140), 경사엘보우(106), 커넥터연결파이프(105), 직각엘보우(103), 플렌지연결파이프(102), 코어플렌지(101), 냉각 대상(10) 내부에 구비된 외부열교환기(40)에 대응되는 구성인 냉각부(150), 코어플렌지(101), 제2튜브(160), 코어플렌지(101), 플렌지연결파이프(102), 직각엘보우(103), 커넥터연결파이프(105), 경사엘보우(106), 경사튜브(140), 경사엘보우(106), 커넥터연결파이프(105), 직선커넥터(104), 직선튜브(130), 직각엘보우(103), 플렌지연결파이프(102) 및 코어플렌지(101)가 순차적으로 연결되어 폐회로 형태로 이루어질 수 있다.The test apparatus 100 will be described in detail with reference to FIG. 5, which includes a heating unit 110, a first tube 120, corresponding to an internal heat exchanger 30 provided in the cooling target 10. Core Flange 101, Flange Connection Pipe 102, Right Angle Elbow 103, Straight Connector 104, Connector Connection Pipe 105, Inclined Elbow 106, Inclined Tube 140, Inclined Elbow 106, Cooling unit 150 corresponding to the connector connection pipe 105, the right angle elbow 103, the flange connection pipe 102, the core flange 101, the external heat exchanger 40 provided in the cooling target 10 ), Core flange 101, second tube 160, core flange 101, flange connection pipe 102, right angle elbow 103, connector connection pipe 105, inclined elbow 106, inclined tube ( 140, inclined elbow 106, connector connecting pipe 105, straight connector 104, straight tube 130, right angle elbow 103, flange connection pipe 102 and core flange 101 are sequentially connected Been lung As it may be in the form.

상기와 같은 구성 내에 냉각재가 이송됨으로써, 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 결정된다.By transferring the coolant in the above configuration, the phase change material Na (CH 3 COO) 3 H 2 O is determined.

이때, 시험장치(100)에 구비되는 가열부(110)는 도 6을 참조하여 설명하면, 내부에 냉각재가 흐르는 이송관이 구비되고, 그 외부를 감싸는 가열부하우징(111)이 구비되며, 상기 가열부하우징(111) 내부에 고압증기를 공급하는 증기공급관(112)이 다수 개 구비된다.In this case, the heating unit 110 provided in the test apparatus 100 will be described with reference to FIG. 6, and a conveying pipe through which a coolant flows is provided inside, and a heating unit housing 111 surrounding the outside thereof is provided. A plurality of steam supply pipes 112 for supplying high pressure steam are provided in the heating unit housing 111.

바람직하게는, 냉각재가 흐르는 이송관을 중심으로 증기공급관(112)이 방사형태로 구비되되, 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 8개로 구비될 수 있으며, 중심에 위치한 냉각재가 흐르는 이송관에 최대 열전달을 위해 고압의 증기를 공급하고, 가열부하우징(111) 내부 공간이 외부와 연통되지 않도록 구성됨으로써, 열 손실을 최소화하고, 높은 열전달계수를 구현할 수 있도록 한다.Preferably, the steam supply pipe 112 is provided in a radial form around the transfer pipe through which the coolant flows, and as shown in the accompanying drawings, it may be provided with eight, and the maximum flow rate of the coolant located in the center is maximum. By supplying a high-pressure steam for heat transfer, the inner space of the heating unit housing 111 is configured not to communicate with the outside, thereby minimizing heat loss, it is possible to implement a high heat transfer coefficient.

또한, 시험장치(100)에 구비되는 냉각부(150)는 도 7을 참조하여 설명하면, 내부에 냉각재가 흐르는 이송관이 구비되고, 그 외부를 감싸는 냉각부하우징(151)이 구비되며, 상기 냉각부하우징(151) 내부에 강제냉각수를 공급하는 냉각수공급관(152)이 구비된다.In addition, when the cooling unit 150 provided in the test apparatus 100 is described with reference to FIG. 7, a cooling pipe flowing with a coolant therein is provided, and a cooling unit housing 151 surrounding the outside thereof is provided. Cooling water supply pipe 152 for supplying forced cooling water inside the cooling unit housing 151 is provided.

바람직하게는, 냉각부하우징(151)의 내부 공간이 외부와 연통되지 않도록 냉각재가 흐르는 이송관을 감싸는 형태로 구비되되, 냉각수공급관(152)은 높은 열교환을 위하여 지느러미 튜브 형태 또는 코일 형태로 이루어질 수 있다.Preferably, the inner space of the cooling unit housing 151 is provided in the form of surrounding the transfer pipe flowing coolant so as not to communicate with the outside, the coolant supply pipe 152 may be formed in the shape of a fin tube or coil for high heat exchange have.

또한, 가열부(110)와 냉각부(150)에 각각 구비되는 냉각재가 흐르는 이송관은 구리 재질의 파이프 형태로 이루어질 수 있으며, 코어플렌지(101)는 구리 재질로 이루어질 수 있다.In addition, the transfer pipe through which the coolant provided in each of the heating unit 110 and the cooling unit 150 flows may be formed in a copper pipe shape, and the core flange 101 may be made of copper material.

또한, 제1튜브(120)는 파이렉스 유리(pyrex glass) 재질로 이루어져 가열부(110)를 통과한 냉각재의 흐름을 육안으로 확인할 수 있도록 이루어질 수 있다.In addition, the first tube 120 may be made of pyrex glass material so as to visually check the flow of the coolant passing through the heating unit 110.

또한, 플렌지연결파이프(102)는 구리 재질의 파이프 형태로 이루어지며, 코어플렌지(101)와 직각엘보우(103)를 연결하는 기능을 수행한다.In addition, the flange connection pipe 102 is made of a copper pipe, and serves to connect the core flange 101 and the right angle elbow 103.

또한, 직각엘보우(103), 직선커넥터(104) 및 경사엘보우(106)는 구리 재질로 이루어질 수 있으며, 직각엘보우(103)는 플렌지연결파이프(102)와 직선튜브(130)를 연결하거나 또는 플렌지연결파이프(102)와 커넥터연결파이프(105)를 연결하는 기능을 수행하고, 직선커넥터(104)는 직선튜브(130)와 커넥터연결파이프(105)를 연결하는 기능을 수행하며, 경사엘보우(106)는 커넥터연결파이프(105)와 경사튜브(140)를 연결하는 기능을 수행한다.In addition, the right angle elbow 103, the straight connector 104 and the inclined elbow 106 may be made of a copper material, the right angle elbow 103 connects the flange connection pipe 102 and the straight tube 130 or the flange The connecting pipe 102 and the connector connecting pipe 105 performs a function, the straight connector 104 performs a function of connecting the straight tube 130 and the connector connecting pipe 105, the inclined elbow 106 ) Performs a function of connecting the connector connecting pipe 105 and the inclined tube (140).

이때, 경사엘보우(106)가 이루는 경사는 약 22.5°로 이루어지는 것이 바람직하며, 도 5에 도시된 바와 같이, 상측과 하측 각각에 한 쌍으로 구비되어 가열부(110)를 통과한 냉각재가 상대적으로 길이가 긴 형태의 제1튜브(120)를 통과하도록 하고, 냉각부(150)를 통과한 냉각재가 상대적으로 길이가 짧은 형태의 제2튜브(160)를 통과하도록 구성될 수 있다.At this time, the inclination of the inclined elbow 106 is preferably made of about 22.5 °, as shown in Figure 5, provided with a pair on each of the upper side and the lower side, the coolant passed through the heating unit 110 is relatively It may be configured to pass through the first tube 120 having a long length, and the coolant passing through the cooling unit 150 passes through the second tube 160 having a relatively short length.

또한, 커넥터연결파이프(105)는 직선커넥터(104)와 경사엘보우(106)를 연결하거나 또는 경사엘보우(106)와 직각엘보우(103)를 연결하는 기능을 수행하는 것으로, 구리 재질의 파이프 형태로 이루어질 수 있다.In addition, the connector connecting pipe 105 performs a function of connecting the straight connector 104 and the inclined elbow 106 or the inclined elbow 106 and the right angle elbow 103, in the form of a copper pipe Can be done.

한편, 시험장치(100)는 구성되는 재질이 구리 재질 또는 파이렉스 유리(pyrex glass) 재질로 이루어지는데, 가열부(110)와 냉각부(150)에서 서로 다른 온도에 의한 열팽창계수의 영향으로 폐회로 형태로 이루어진 시험장치(100)의 부피가 특정한 부분에서는 팽창되고, 다른 특정한 부분에서는 축소되는 열변형이 발생된다.On the other hand, the test apparatus 100 is made of a copper material or pyrex glass (pyrex glass) material, the closed circuit form due to the effect of the coefficient of thermal expansion due to different temperatures in the heating unit 110 and the cooling unit 150 The volume of the test apparatus 100 is expanded in a specific portion, the heat deformation is reduced in other specific portion occurs.

이때, 완만한 경사를 가지며, 구리 재질로 이루어진 직선커넥터(104), 커넥터연결파이프(105) 및 경사엘보우(106)는 열변형에 따른 팽창 및 축소에 따른 변형을 수용하여, 폐회로 형태로 이루어진 시험장치(100)가 파손되거나 변형이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.At this time, the straight connector 104, the connector connecting pipe 105 and the inclined elbow 106 made of copper material accommodates deformation caused by expansion and contraction due to thermal deformation, and has a closed circuit form. The device 100 can be minimized in case of breakage or deformation.

나아가, 도 5에 도시된 바와 같이, 커넥터연결파이프(105)는 직선커넥터(104)와 경사엘보우(106)의 두께보다 얇은 두께로 이루어져, 직선커넥터(104)와 경사엘보우(106) 사이에 커넥터연결파이프(105)의 외경을 따라 여유 공간이 확보되도록 함으로써, 연변형에 의해 시험장치(100)가 변형되더라도 상기 여유 공간에 의해 커넥터연결파이프(105)가 휘어지는 힘을 흡수하여 유연하게 대처가 가능하도록 한다.Further, as shown in FIG. 5, the connector connecting pipe 105 is made thinner than the thickness of the straight connector 104 and the slope elbow 106, so that the connector between the straight connector 104 and the slope elbow 106 is formed. By ensuring a free space along the outer diameter of the connecting pipe 105, even if the test apparatus 100 is deformed by the soft deformation, the connector connecting pipe 105 absorbs the bending force by the free space and can flexibly cope with it. Do it.

설계조건에 따라, 상기 직선커넥터(104), 커넥터연결파이프(105) 및 경사엘보우(106)는 외주면에 탄성부재(170)가 구비될 수 있다.According to the design conditions, the linear connector 104, the connector connecting pipe 105 and the inclined elbow 106 may be provided with an elastic member 170 on the outer peripheral surface.

탄성부재(170)는 도 8을 참조하여 설명하면, 비틀림 코일 스프링(토션 스프링) 형태로 이루어지되, 양 끝단은 각각 직선커넥터(104)와 경사엘보우(106)의 외주면에 결합되어 고정된다.Referring to FIG. 8, the elastic member 170 is formed in a torsion coil spring (torsion spring), and both ends thereof are coupled to and fixed to the outer circumferential surfaces of the linear connector 104 and the inclined elbow 106, respectively.

바람직하게는, 직선커넥터(104)와 경사엘보우(106)의 외주면에 결합되되, 정면과 배면측에 각각 결합되어 한 쌍으로 이루어질 수 있음은 물론이다.Preferably, it is coupled to the outer circumferential surface of the linear connector 104 and the inclined elbow 106, of course, may be coupled to each of the front and rear sides can be made in a pair.

이때, 탄성부재(170)의 양 끝단이 돌출된 사이 각은 경사엘보우(106)가 이루는 경사각인 약 22.5°로 이루어질 수 있다.At this time, the angle between the protruding ends of the elastic member 170 may be made of about 22.5 ° the inclination angle of the inclined elbow 106.

이에, 열변형에 의해 직선커넥터(104), 커넥터연결파이프(105) 및 경사엘보우(106)에 휨이 발생되더라도 탄성부재(170)의 복원력에 의해 시험장치(170)가 원래의 형태로 되돌아오도록 유도할 수 있다.Therefore, even if bending occurs in the straight connector 104, the connector connecting pipe 105 and the inclined elbow 106 due to thermal deformation, the test apparatus 170 is returned to its original shape by the restoring force of the elastic member 170. Can be induced.

직선튜브(130)는 직각엘보우(103)와 직선커넥터(104) 사이에 연결되며, 파이렉스 유리(pyrex glass) 재질로 이루어져 가열부(110)를 통과한 냉각재의 흐름을 육안으로 확인할 수 있도록 이루어질 수 있다.The straight tube 130 is connected between the right elbow 103 and the straight connector 104, made of a pyrex glass material can be made to visually check the flow of the coolant passed through the heating unit 110. have.

또한, 경사튜브(140)는 한 쌍의 경사엘보우(106) 사이를 연결하는 기능을 수행하며, 파이렉스 유리(pyrex glass) 재질로 이루어져 냉각재의 흐름을 육안으로 확인할 수 있도록 하고, 경사엘보우(106)와 동일하게 경사튜브(140)가 이루는 경사는 약 22.5°로 이루어질 수 있다.In addition, the inclined tube 140 performs a function of connecting between a pair of inclined elbow 106, made of pyrex glass material to visually check the flow of the coolant, inclined elbow 106 Likewise, the inclination of the inclined tube 140 may be about 22.5 °.

또한, 제2튜브(160)는 파이렉스 유리(pyrex glass) 재질로 이루어져 가열부(110)를 통과한 냉각재의 흐름을 육안으로 확인할 수 있도록 이루어질 수 있다.In addition, the second tube 160 may be made of pyrex glass to visually check the flow of the coolant passing through the heating unit 110.

이러한 구성으로 이루어진 시험장치(100)에서 플렌지연결파이프(102), 커넥터연결파이프(105), 가열부(110), 제1튜브(120), 직선튜브(130), 경사튜브(140), 냉각부(150) 및 제2튜브(160)가 구성되는 길이의 비는 도 5를 참조하여 설명하면, 1.5 : 1 : 40 : 50 : 20 : 30.2 : 40 : 20으로 이루어질 수 있다.The flange connection pipe 102, the connector connection pipe 105, the heating unit 110, the first tube 120, the straight tube 130, the inclined tube 140, cooling in the test device 100 made of such a configuration When the ratio of the length of the unit 150 and the second tube 160 is described with reference to Figure 5, it may be made of 1.5: 1: 40: 50: 20: 30.2: 40: 20.

이는, 도 5에 도시된 바와 같이, 경사튜브(140)가 약 22.5°의 경사를 갖도록 함으로써, 가열부(110)에서 고체에서 액체로 상변환되면서 열을 흡수한 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 제1튜브(120)와 직선튜브(130)를 지나 경사튜브(140)를 통과하면서 흐름이 가속화되어 냉각부(150)로 빠르게 이송되도록 하며, 이와 동일하게 냉각부(150)에서 액체에서 고체로 상변환되면서 흡수한 열을 방출한 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 제2튜브(160)를 지나 경사튜브(140)를 통과하면서 흐르이 가속화되어 직선튜브(130)와 가열부(110)로 빠르게 이송되도록 할 수 있다.As shown in FIG. 5, the inclined tube 140 has an inclination of about 22.5 °, thereby converting phase-converting material (Na (CH 3) that absorbs heat while converting phase from solid to liquid in the heating unit 110. COO) 3H 2 O) is passed through the inclined tube 140 through the first tube 120 and the straight tube 130, the flow is accelerated to be quickly transferred to the cooling unit 150, the same as the cooling unit ( The phase conversion material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O), which emits heat absorbed as it is phase-converted from liquid to solid in 150, passes through the inclined tube 140 through the second tube 160 to accelerate the flow. It can be quickly transferred to the straight tube 130 and the heating unit 110.

설계조건에 따라, 시험장치(100)는 각 구성간 온도, 압력, 유량 및 밀도 등을 측정할 수 있도록 별도의 측정부(도면에 미표시)가 구비될 수 있으며, 바람직하게는, 육안으로 확인이 가능한 파이렉스 유리(pyrex glass) 재질로 이루어진 제1튜브(120), 직선튜브(130), 경사튜브(140), 제2튜브(160) 및 가열부(110), 냉각부(150) 중 선택된 하나 이상의 구성에 상기 측정부가 구비될 수 있음은 물론이다.Depending on the design conditions, the test apparatus 100 may be provided with a separate measuring unit (not shown in the drawing) to measure the temperature, pressure, flow rate and density between each component, preferably, visually confirmed Selected one of the first tube 120, the straight tube 130, the inclined tube 140, the second tube 160 and the heating unit 110, the cooling unit 150 made of a possible pyrex glass material It goes without saying that the measurement unit may be provided in the above configuration.

나아가, 시험장치(100)는 전체적인 구성이 모두 연결된 폐쇄회로로 구성됨으로써, 액체에서 고체로의 상변환과 고체에서 액체로의 상변환하는 냉각재는 증발이 발생되지 않아 지속적인 상변환 및 순환이 이루어질 수 있도록 한다.In addition, the test apparatus 100 is composed of a closed circuit in which the entire configuration is connected, so that the coolant for phase conversion from liquid to solid and phase to solid from liquid does not evaporate, so that continuous phase conversion and circulation can be achieved. Make sure

이와 같은 구성으로 이루어진 시험장치(100)를 통해 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템은 상변환이 이루어지는 과정에서 상대적으로 작은 부피 팽창으로 많은 열을 흡수하고, 이를 대기로 배출시킬 수 있는 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 결정되도록 한다.The nuclear power plant passive cooling system using the solid and liquid phase change material according to the present invention through the test apparatus 100 having such a configuration absorbs a lot of heat with a relatively small volume expansion during the phase change, Allow the phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) to be released to be determined.

즉 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 상변환시, 부피 변화를 측정하고, 이를 토대로 상변환 밀도차이를 평가할 수 있으며, 온도 제한치를 약 40℃로 설정하여 상기 온도 제한치를 유지하는 최대 발열 측정값으로 열 제거율을 평가할 수 있고, 온도 제한치(약 40℃)를 유지하는 시간을 측정하여 동작시간을 평가할 수 있다.That is, when the phase change of the phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O), the volume change can be measured and based on this, the phase change density difference can be evaluated, and the temperature limit value is set to about 40 ° C. to maintain the temperature limit value. The heat removal rate can be evaluated by the maximum exothermic measurement value, and the operating time can be evaluated by measuring the time to maintain the temperature limit value (about 40 ° C.).

따라서 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 피동냉각성능 물성치를 측정하고, 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 상변환에 따른 자연대류 구동력을 예측함으로써, 냉각재에 포함되는 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 결정되도록 한다.Therefore, measuring the driven cooling properties of the phase change materials (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) , and by predicting a natural convection force in accordance with the phase change of the phase change materials (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) , The phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) included in the coolant is determined.

이에 따라, 시험장치(100)에 의해 결정된 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)은 자연 순환 속도와 열 흡수 능력에 따라 냉각 성능이 결정되되, 아래의 [수학식 1]에서와 같이, 자연 순환 속도를 구할 수 있으며, 자연 순환되는 구동력은 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 밀도차에 의해 발생됨을 알 수 있다.Accordingly, the phase conversion material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) determined by the test apparatus 100 is determined by the cooling performance according to the natural circulation rate and heat absorption capacity, as shown in [Equation 1] below Likewise, it is possible to obtain the natural circulation rate, and it can be seen that the driving force of the natural circulation is generated by the density difference of the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O).

[수학식 1] [Equation 1]

Figure 112018118736245-pat00001
Figure 112018118736245-pat00001

,

Figure 112018118736245-pat00002
,
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여기에서, CD는 항력계수(drag coefficient), A는 최고 온도점 유체의 유동 단면적, ρ1은 온도 최저점 밀도 및 ρ2는 온도 최고점 밀도를 의미한다.Where C D is the drag coefficient, A is the flow cross-sectional area of the hottest point fluid, ρ1 is the lowest temperature density and ρ2 is the highest temperature density.

이에, 구동력을 발생시키는 밀도차에 대하여, 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)은 용융온도가 약 58.4℃이며, 상변환시 13.28%의 밀도차를 가진다.As a result, the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) has a melting temperature of about 58.4 ° C. and a density difference of 13.28% at the time of phase conversion.

즉 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 적절한 용융온도 약 58.4℃에 의해 냉각 대상(10) 내의 정상 운전보다 높고, 사고시 온도보다 낮아 사고시에만 상변환되어 냉각 기능을 수행할 수 있도록 한다.That is, due to the appropriate melting temperature of about 58.4 ° C. of the phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O), the phase change material is higher than the normal operation in the cooling target 10 and is lower than the temperature at the time of the accident to perform phase transformation only in the event of an accident. Make sure

또한, 동일한 온도 조건에서의 열 흡수 능력은 아래의 [수학식 2]를 통해 알 수 있다.In addition, the heat absorption capacity at the same temperature conditions can be seen through the following [Equation 2].

[수학식 2] [Equation 2]

Figure 112018118736245-pat00003
Figure 112018118736245-pat00003

여기에서, q는 단위 중량당 열 흡수 능력, cp는 평균 비열 및 △T는 최고 온도와 최저 온도의 차를 의미한다.Where q is the heat absorption capacity per unit weight, c p is the average specific heat and ΔT is the difference between the highest temperature and the lowest temperature.

상기의 [수학식 2]를 이용하여 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 단위중량당 열 흡수 능력을 살펴보면, 아래의 [수학식 3]을 통해 알 수 있다.Looking at the heat absorption capacity per unit weight of the phase conversion material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) using the above [Equation 2], it can be seen through the following [Equation 3].

[수학식 3] [Equation 3]

Figure 112018118736245-pat00004
Figure 112018118736245-pat00004

여기에서, cp1은 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 고체(solid) 상태일 때의 비열, cp2는 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 액체(liquid) 상태일 때의 비열, △T1 및 △T2는 온도 20℃(50℃ ~ 70℃) 변할 때 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 상변환이 일어나는 58℃를 기준으로, △T1은 8℃(58℃ - 50℃)를, △T2는 12℃(70℃ - 58℃)를 의미하며, 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 상변환에너지는 264kJ/kg℃이다.Here, c p1 is a specific heat when the phase conversion material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) is in a solid state, c p2 is a liquid phase conversion material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) is a liquid Specific heat in the liquid state, ΔT 1 and ΔT 2 is 58 ℃ where the phase change of the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) occurs when the temperature is 20 ℃ (50 ℃ ~ 70 ℃) ΔT 1 means 8 ° C (58 ° C-50 ° C), ΔT 2 means 12 ° C (70 ° C-58 ° C), and the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) The phase conversion energy of is 264kJ / kg ℃.

따라서 상기 [수학식 3]을 통해 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 단위중량당 열 흡수 능력 q는 (8)+(12)+264의 식을 통해 322kJ/kg℃임을 알 수 있다.Therefore, the heat absorption capacity q per unit weight of the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) through [Equation 3] is 322 kJ / kg ℃ by the formula (8) + (12) + 264 Can be.

또한, 본 발명에 따른 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 냉각재는 물과 더불어 고체에서 액체로 또는 액체에서 고체로 상변환되는 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 사용하고 있어, 약 1,000배의 부피증가가 발생하는 액체에서 기체로의 상변환이 이루어지지 않으므로, 구성이 매우 간결해져 원전 피동냉각시스템의 소형화가 가능한 이점이 있다.In addition, in the nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase change material according to the present invention, the coolant is a phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) which is phase-converted from solid to liquid or liquid to solid with water. Since the phase conversion from the liquid to the gas that occurs about 1,000 times the volume increase is not made, the configuration is very simple, there is an advantage that can be miniaturized the passive cooling system of the nuclear power plant.

이러한 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)의 부피변화율을 보다 자세히 살펴보면, 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 고체 상태일 때의 밀도는 1450kg/m3이며, 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 액체 상태일 때의 밀도는 1280kg/m3이므로, 상변환시(조건 : 1기압 기준, 상변환되는 온도 약 58℃) 부피증가율은 약 1.133배임을 알 수 있다.These phase change materials Looking in more detail, the volume rate of change of (Na (CH 3 COO) 3H 2 O), phase change materials (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) density when the solid state is 1450kg / m 3, and When the phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) is in the liquid state, the density is 1280kg / m 3, so the volume increase rate at the time of phase change (condition: based on 1 atm, temperature of about 58 ° C) is about It can be seen that 1.133 times.

즉 액체와 기체로 상변환되는 상변환물질 사용시 급격한 부피변화와 압력변화에 대응하는 적절한 장치 혹은 장비의 생략이 가능하며, 액체에서 고체로 또는 고체에서 액체로 상변환되는 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 사용함으로써, 상변환시 부피변화를 최소화하여 원전 피동냉각시스템의 구성이 간결하고 냉각시스템의 소형화가 가능해지는 이점이 있다.In other words, when using a phase change material that is phase-converted into a liquid and a gas, it is possible to omit an appropriate device or equipment corresponding to a sudden volume change and pressure change, and the phase change material (Na (CH) By using 3 COO) 3H 2 O), there is an advantage that the configuration of the passive cooling system of the nuclear power plant can be simplified and the cooling system can be miniaturized by minimizing the volume change during phase conversion.

이때, 시험장치(100) 내부에 수용된 냉각재는 물과 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 포함하되, 물 100중량부에 대하여 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O) 70 ~ 200중량부로 구성될 수 있다.At this time, the coolant contained in the test apparatus 100 includes water and a phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O), but with respect to 100 parts by weight of water phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) may be composed of 70 to 200 parts by weight.

이러한 냉각재는 물 100중량부에 대하여 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 70중량부(최소중량부) 미만이면, 냉각 대상(10) 내부의 열을 흡수하는 정도가 미미하여 열배출 효과를 크게 얻을 수 없으며, 물 100중량부에 대하여 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 200중량부(최대중량부)를 초과하면, 상변환시 고체 상태인 상변환물질이 물에 비례하여 배관(20) 내부에 많게 수용됨으로써 이송이 원활하지 못하는 문제점이 있다.Such a coolant has a slight degree of absorbing heat inside the cooling target 10 when the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) is less than 70 parts by weight (minimum part) with respect to 100 parts by weight of water. When the phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) exceeds 200 parts by weight (maximum parts by weight) with respect to 100 parts by weight of water, a phase conversion material in a solid state is obtained. There is a problem in that the transfer is not smoothly accommodated in the pipe 20 in proportion to the water.

이와 같은 시험장치(100)를 통해 물 100중량부에 대하여 상변환물질(Na(CHThe phase change material (Na (CH) based on 100 parts by weight of water through such a test apparatus 100 33 COO)3HCOO) 3H 22 O) 70 ~ 200중량부를 포함하는 냉각재와 물의 CFD 분석(온도 분포) 결과를 도 9를 참조하여 설명하면, 상기 [수학식 1]에서 다른 조건이 동일하다고 가정할 경우, 자연 순환되는 구동력에 영향을 미치는 밀도차를 살펴보면, 20℃(50℃ ~ 70℃) 변할 때, 물의 밀도차는 1%인 반면, 상변환물질(Na(CHO) CFD analysis (temperature distribution) results of the coolant and water containing 70 to 200 parts by weight with reference to Figure 9, when the other conditions are the same in the above [Equation 1], affects the driving force circulating naturally Looking at the difference in density, when the 20 ℃ (50 ℃ ~ 70 ℃), the density difference of water is 1%, while the phase change material (Na (CH 33 COO)3HCOO) 3H 22 O)의 상변환시 밀도차는 13.3%이므로, 상변환물질(Na(CHThe phase difference of O is 13.3%, so the phase change material Na (CH 33 COO)3HCOO) 3H 22 O)의 상변환으로 인한 자연 순환 속도는 물이 순환하는 속도의 약 3.6배가 됨으로써, 냉각 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.The natural circulation rate due to the phase transformation of O) is about 3.6 times the rate at which the water circulates, thereby significantly improving the cooling efficiency.

즉 상변환물질(Na(CHThat is, phase change material (Na (CH 33 COO)3HCOO) 3H 22 O)이 물보다 순환능력이 뛰어나, 결과적으로 냉각 효율을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 상기 [수학식 2] 및 [수학식 3]을 통해, 상변환물질(Na(CHO) has better circulation than water, and as a result, the cooling efficiency can be significantly improved. Through the above [Equation 2] and [Equation 3], the phase change material (Na (CH) 33 COO)3HCOO) 3H 22 O)과 물의 열 흡수 능력을 비교하여 보면, 20℃(50℃ ~ 70℃) 변할 때, 물의 열 흡수 능력은 84kJ/kg℃(물의 비열 4.2 × 최고 온도와 최저 온도의 차 20(70 - 50))인 반면, 상변환물질(Na(CHWhen comparing the heat absorption capacity of O) with water, when the 20 ° C (50 ° C ~ 70 ° C) is changed, the heat absorption capacity of the water is 84 kJ / kg ° C (specific heat of water 4.2 × difference between the highest and lowest temperature 20 (70-50) ), While the phase-converting material (Na (CH) 33 COO)3HCOO) 3H 22 O)의 열 흡수 능력은 322kJ/kg℃이므로, 20℃(50℃ ~ 70℃) 변할 때 상변환물질(Na(CHThe heat absorption capacity of O) is 322kJ / kg ℃, so the phase change material (Na (CH) is changed when 20 ℃ (50 ℃ ~ 70 ℃) is changed. 33 COO)3HCOO) 3H 22 O)가 흡수할 수 있는 열 에너지는 물의 약 3.8배가 됨으로써, 보다 효율적으로 냉각을 수행할 수 있다.The heat energy that O) can absorb is about 3.8 times that of water, so that cooling can be performed more efficiently.

이에 따라, 본 발명에 따른 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템에서 시험장치(100)는 물과 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)로 이루어진 냉각재가 내부에 수용되되, 가열부(110)를 통과하는 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)은 고체 상태에서 액체 상태로 상변환되면서, 가열부(110) 내의 열을 빼앗아 흡수하게 된다. 이때, 가열부(110)에서 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 상변환을 일으켜 발생된 상들 간의 현저한 밀도 차에 의해 냉각재는 부력에 의해 제1튜브(120)를 따라 상승하게되고, 직각엘보우(103)를 지나 직선튜브(130)와 직선커넥터(104)를 통과하게 된다.Accordingly, in the nuclear power plant passive cooling system using the phase change material according to the present invention, the test device 100 is a coolant made of water and a phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) is accommodated therein, the heating unit The phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) passing through the 110 is phase-converted from the solid state to the liquid state, and absorbs heat in the heating unit 110. At this time, the coolant rises along the first tube 120 by buoyancy due to the significant density difference between the phases generated by the phase change material Na (CH 3 COO) 3 H 2 O in the heating unit 110. The straight elbow 103 passes through the straight tube 130 and the straight connector 104.

다음으로, 경사엘보우(106)와 경사튜브(140)를 통과하면서 상기 경사엘보우(106)와 경사튜브(140)의 경사에 의해 냉각재의 흐름이 가속화되며, 냉각부(150)로 이송되어 액체 상태에서 고체 상태로 상변환되면서, 응고되어 흡수한 열을 방출하고, 상들 간의 현저한 밀도차가 다시 발생하여 냉각대의 대류를 가속시켜 제2튜브(160)를 따라 직각엘보우(103)로 이송된다.Next, the flow of the coolant is accelerated by the inclination of the inclined elbow 106 and the inclined tube 140 while passing through the inclined elbow 106 and the inclined tube 140, and is transferred to the cooling unit 150 to a liquid state. As the phase transition from the solid state to the release of the solidified and absorbed heat, a remarkable density difference between the phases again occurs to accelerate the convection of the cooling zone is transferred to the right elbow 103 along the second tube (160).

다음으로, 경사엘보우(106)와 경사튜브(140)를 통과하면서 상기 경사엘보우(106)와 경사튜브(140)의 경사에 의해 냉각재의 흐름이 한번 더 가속화되며, 직선커넥터(104), 직선튜브(130) 및 직각엘보우(103)를 지나 가열부(110)로 이송된다.Next, while passing through the inclined elbow 106 and the inclined tube 140, the flow of the coolant is accelerated once more by the inclination of the inclined elbow 106 and the inclined tube 140, the straight connector 104, the straight tube Passed through the 130 and the right angle elbow 103 to the heating unit 110.

이러한 구성으로 이루어진 시험장치(100)는 냉각 대상(10) 내에서 이용가능한 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 결정함으로써, 상기 시험장치(100)에서 결정된 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 이용하여 냉각 대상(10) 내부의 열을 피동적으로 제거할 수 있다.The test apparatus 100 having such a configuration determines the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) available in the cooling target 10, thereby determining the phase change material (Na determined in the test device 100). (CH 3 COO) 3H 2 O) can be used to passively remove heat inside the cooling target 10.

또한, 최종 열제거원으로 냉각 대상의 외부 대기를 이용함으로써, 전기 또는 냉각수의 공급과 같은 별도의 운전원조치, 즉 운전원의 개입을 필요로 하지 않아 외부동력없이 냉각이 가능한 이점이 있다. 즉 상변환물질(Na(CH 3 COO)3H 2 O)은 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 인입부(21)를 통해 냉각 대상(10) 내부로 인입되며, 냉각 대상(10)의 내부열교환기(30)로 이송되어 냉각 대상(10) 내부의 온도 상승에 따른 열을 빼앗아 배출부(22)를 통해 냉각 대상(10) 외부로 이동되어 외부열교환기(40)를 통해 냉각 대상(10) 내부의 에너지를 냉각 대상(10) 외부 대기로 배출되도록 한다. In addition, by using the external atmosphere of the cooling target as the final heat removal source, there is an advantage that can be cooled without external power, because no separate operator action, such as supply of electricity or cooling water, does not require operator intervention. That is, the phase change material Na (CH 3 COO) 3 H 2 O is introduced into the cooling target 10 through the inlet 21 as illustrated in FIGS. 10 and 11, and It is transferred to the internal heat exchanger (30) to take heat due to the temperature rise inside the cooling target (10) is moved to the outside of the cooling target (10) through the discharge unit 22, the cooling target (10) through the external heat exchanger (40) The internal energy is discharged to the atmosphere outside the cooling target 10.

또한, 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 포함하는 냉각계통의 유체가 냉각 대상의 내/외부 온도 범위에서 상변환시 발생하는 상들 간의 현저한 밀도 차에 의해 자연 대류 순환되도록 함으로써, 시간제한 없이 장기적으로 냉각 수행이 가능한 이점이 있다.In addition, the fluid of the cooling system containing a phase conversion material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) by natural convection circulation by a significant density difference between the phases generated during the phase conversion in the internal / external temperature range of the cooling target, There is an advantage that cooling can be performed in the long term without time limitation.

또한, 시험장치(100)에 의해 결정된 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 이용함으로써, 높은 용융열(264J/g)에 의해 보다 많은 냉각 대상 내의 열을 흡수할 수 있으며, 냉각 대상의 정상 운전시 온도보다 높고 사고시 온도보다 낮은 용융 온도(58.4℃)에 의해 사고가 발생되었을 때만 동작이 가능하고, 0℃일때 78.2g/100ml(물), 50℃일때 138.8/100ml(물)의 높은 용해도에 의해 많은 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 안정적으로 물에 용해되어 자연대류에 따른 유동성을 향상시키며, 1.45kg/dm3의 높은 밀도에 의해 동일한 부피 대비 많은 열의 흡수가 가능하고, 상변환시 높은 밀도차(13.28%)에 의해 자연대류증진을 향상시킬 수 있다.In addition, by using the phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) determined by the test apparatus 100, it is possible to absorb more heat in the cooling target by the high heat of fusion (264 J / g), Operation is possible only when an accident occurs due to the melting temperature (58.4 ℃) that is higher than the normal operation temperature and lower than the accident temperature, and 78.2g / 100ml (water) at 0 ℃, and 138.8 / 100ml (water at 50 ℃) Due to its high solubility, many phase-converting materials (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) are soluble in water, improving the fluidity due to natural convection, and the high density of 1.45kg / dm3 Heat absorption is possible, and natural convection promotion can be improved by high density difference (13.28%) during phase conversion.

한편, 냉각 대상(10)의 외부에 구비되되, 배관(20)의 경로 중 인입부(21)가 구비되는 부분과 배출부(22)가 구비되는 부분에 각각 체크밸브(51, 52)가 구비될 수 있다.Meanwhile, check valves 51 and 52 are provided outside the object to be cooled 10, respectively, in the part of which the inlet part 21 is provided and the part of which the outlet part 22 is provided. Can be.

이러한 체크밸브(51, 52)는 유체를 한쪽 방향으로만 흐르게 하고 반대 방향으로는 흐르지 못하도록 하는 밸브로, 배관(20)에 수용된 냉각재가 인입부(21)와 배출부(22)를 순차적으로 순환하도록 일방향으로 흐를 수 있도록 한다.The check valves 51 and 52 allow the fluid to flow in only one direction and not in the opposite direction, and the coolant contained in the pipe 20 sequentially circulates the inlet part 21 and the outlet part 22 sequentially. So that it can flow in one direction.

그러나 체크밸브(51, 52)를 설치하는 것은 피동적으로 흐르는 냉각재의 흐름에 방해 요인이 될 수 있기에, 필요시에만 설치할 수 있음은 물론이다.However, since the installation of the check valves 51 and 52 may interfere with the flow of the coolant flowing passively, the check valves 51 and 52 may be installed only when necessary.

설계조건에 따라, 배관(20)에 연결되는 완충탱크(60)가 구비될 수 있다.Depending on the design conditions, the buffer tank 60 connected to the pipe 20 may be provided.

이러한 완충탱크(60)는 배관(20)의 일측 또는 타측에 연결되어, 냉각재가 상변환 과정에서 발생되는 부피변화를 수용하고 불순물이 계통내부로 유입되는 것을 방지하는 기능을 수행한다. 또한 배관(20) 내부에 수용되어 이송되는 냉각재의 압력이나 유량이 급격히 변하였을 때, 그것이 완충탱크(60)가 설치되지 않은 반대 측인 타측 또는 일측에 영향을 미치지 않도록 하는 기능을 수행한다.The buffer tank 60 is connected to one side or the other side of the pipe 20, the function of the coolant to accommodate the volume change generated in the phase conversion process and to prevent impurities from flowing into the system. In addition, when the pressure or flow rate of the coolant received and transported in the pipe 20 is changed rapidly, it performs a function that does not affect the other side or one side that is the other side where the buffer tank 60 is not installed.

이때, 완충탱크(60)는 릴리프밸브(relief valve, 61) 및 에어밸브(air valve, 62)가 더 구비될 수 있다.In this case, the buffer tank 60 may further include a relief valve 61 and an air valve 62.

릴리프밸브(61)는 배관(20)과 완충탱크(60) 내부의 압력이 소정 압력 이상이 되었을 때 계통내부 유체를 외부로 분출되도록 함으로써, 계통 압력이 설계압력을 초과하는 것을 방지할 수 있어 계통의 건전성을 유지시킨다.The relief valve 61 allows the fluid inside the system to be ejected to the outside when the pressure in the pipe 20 and the buffer tank 60 becomes higher than the predetermined pressure, thereby preventing the system pressure from exceeding the design pressure. Maintains soundness.

에어밸브(62)는 외부의 공기를 완충탱크(60) 및 배관(20) 내부로 유입되도록 함으로써, 계통 내부의 음압을 방지할 수 있다.The air valve 62 allows external air to flow into the buffer tank 60 and the pipe 20 to prevent negative pressure inside the system.

설계조건에 따라, 완충탱크(60)에 의한 가스 배출 및 공기 유입은 배관(20) 내부의 압력을 체크하고, 상기 체크된 압력 값에 의해 피동적으로 동작되도록 구성될 수 있음은 물론이다.According to the design conditions, the gas discharge and air inflow by the buffer tank 60 may be configured to check the pressure in the pipe 20, and to be passively operated by the checked pressure value.

이에 따라, 배관(20)을 따라 이송되는 냉각재가 액체 상태, 고체 상태 또는 기체 상태로 상변환됨에 따라, 팽창 또는 수축이 발생되어도, 일정한 압력을 유지할 수 있도록 함으로써, 본원 발명에서의 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)을 이용한 냉각을 원활하게 수행할 수 있다.Accordingly, as the coolant conveyed along the pipe 20 is phase-converted to a liquid state, a solid state, or a gas state, the phase change material in the present invention may be maintained by maintaining a constant pressure even when expansion or contraction occurs. Cooling with Na (CH 3 COO) 3H 2 O) can be performed smoothly.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 알 수 있다.In the above description, various embodiments of the present invention have been described and described, but the present invention is not necessarily limited thereto, and a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various changes without departing from the technical spirit of the present invention. It will be appreciated that branch substitutions, modifications and variations are possible.

10 : 냉각 대상 20 : 배관
21 : 인입부 22 : 배출부
30 : 내부열교환기 40 : 외부열교환기
51, 52 : 체크밸브 60 : 완충탱크
61 : 릴리프밸브 62 : 에어밸브
100 : 시험장치 101 : 코어플렌지
102 : 플렌지연결파이프 103 : 직각엘보우
104 : 직선커넥터 105 : 커넥터연결파이프
106 : 경사엘보우 110 : 가열부
111 : 가열부하우징 112 : 증기공급관
120 : 제1튜브 130 : 직선튜브
140 : 경사튜브 150 : 냉각부
151 : 냉각부하우징 152 : 냉각수공급관
160 : 제2튜브 170 : 탄성부재
10: cooling target 20: piping
21: inlet 22: outlet
30: internal heat exchanger 40: external heat exchanger
51, 52: check valve 60: buffer tank
61: relief valve 62: air valve
100: test apparatus 101: core flange
102: flange connection pipe 103: right angle elbow
104: straight connector 105: connector connection pipe
106: inclined elbow 110: heating part
111: heating unit housing 112: steam supply pipe
120: first tube 130: straight tube
140: inclined tube 150: cooling unit
151: cooling unit housing 152: cooling water supply pipe
160: second tube 170: elastic member

Claims (11)

냉각 대상(10)의 내부로 연통된 인입부(21)와 외부로 연통된 배출부(22)를 포함하며, 내/외부에 냉각재가 수용되어 이송되는 배관(20);
상기 냉각 대상(10) 내부에 구비되는 배관(20)에 연결된 내부열교환기(30); 및
상기 냉각 대상(10) 외부에 구비되는 배관(20)에 연결된 외부열교환기(40);를 포함하여 구성되되,
상기 냉각재는
상기 배관(20) 내에 수용된 용매와,
상기 인입부(21)를 통해 냉각 대상(10) 내부로 인입되고, 배출부(22)를 통해 냉각 대상(10) 외부로 배출되며, 상기 배관(20)을 따라 냉각 대상(10) 내부와 외부로 순환됨으로써, 상기 냉각 대상(10) 내부의 열을 외부로 배출시키는 시험장치(PCM LOOP, 100)에 의해 결정된 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)인 것을 특징으로 하고,
상기 시험장치(100)는
가열부(110), 제1튜브(120), 직선튜브(130), 경사튜브(140), 냉각부(150), 제2튜브(160), 경사튜브(140) 및 직선튜브(130)가 순차적으로 구비된 폐회로로 이루어지되,
냉각재가 흐르는 이송관에 열을 공급하는 가열부(110);
상기 가열부(110)에서 상변환이 이루어진 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 상승하면서 통과하는 제1튜브(120);
상기 가열부(110)와 제1튜브(120) 각각에 직각으로 연결되는 직선튜브(130);
상기 직선튜브(130)와 경사진 형태로 연결되는 경사튜브(140);
상기 가열부(110)와 이격되어 수평하게 배치되며, 냉각재가 흐르는 이송관을 냉각시키는 냉각부(150); 및
상기 냉각부(150)에서 상변환이 이루어진 상변환물질(Na(CH3COO)3H2O)이 하강하면서 통과하는 제2튜브(160);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템.
A pipe 20 including an inlet part 21 communicating with the inside of the cooling target 10 and an outlet part 22 communicating with the outside, wherein the coolant is received and transferred inside / outside;
An internal heat exchanger 30 connected to the pipe 20 provided in the cooling target 10; And
It is configured to include; an external heat exchanger (40) connected to the pipe 20 provided outside the cooling target (10),
The coolant is
A solvent contained in the pipe 20,
It is drawn into the cooling target 10 through the inlet 21, discharged to the outside of the cooling target 10 through the discharge unit 22, and inside and outside the cooling target 10 along the pipe 20. It is characterized in that the phase conversion material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) determined by the test device (PCM LOOP, 100) for discharging the heat inside the cooling target 10 to the outside,
The test device 100
The heating unit 110, the first tube 120, the straight tube 130, the inclined tube 140, the cooling unit 150, the second tube 160, the inclined tube 140 and the straight tube 130 are It consists of a closed circuit provided in sequence,
A heating unit 110 for supplying heat to a transfer pipe through which coolant flows;
A first tube 120 through which a phase change material (Na (CH 3 COO) 3 H 2 O) having undergone phase conversion in the heating part 110 rises and passes;
A straight tube 130 connected to the heating unit 110 and the first tube 120 at right angles;
An inclined tube 140 connected to the straight tube 130 in an inclined form;
A cooling unit 150 spaced apart from the heating unit 110 and cooling the transfer pipe through which coolant flows; And
And a second tube 160 through which the phase change material (Na (CH 3 COO) 3H 2 O) having undergone a phase change in the cooling unit 150 passes while descending. Passive cooling system for nuclear power plants using converting materials.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 가열부(110) 및 냉각부(150)는 구리 재질의 파이프 형태로 이루어지고,
상기 제1튜브(120), 직선튜브(130), 경사튜브(140) 및 제2튜브(160)는 파이렉스 유리(pyrex glass) 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템.
The method according to claim 1,
The heating unit 110 and the cooling unit 150 is made of a copper pipe form,
The first tube 120, the straight tube 130, the inclined tube 140 and the second tube 160 is a nuclear power plant using a solid, liquid phase change material, characterized in that made of pyrex glass material Cooling system.
청구항 3에 있어서,
상기 가열부(110), 제1튜브(120), 직선튜브(130), 경사튜브(140), 냉각부(150) 및 제2튜브(160)가 구성되는 길이의 비는 40 : 50 : 20 : 30.2 : 40 : 20으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템.
The method according to claim 3,
The ratio of the length of the heating unit 110, the first tube 120, the straight tube 130, the inclined tube 140, the cooling unit 150 and the second tube 160 is 40: 50: 20 : 30.2: A nuclear power plant passive cooling system using solid, liquid phase change material, characterized in that consisting of 20: 20.
청구항 4에 있어서,
상기 직선튜브(130)와 경사튜브(140)가 이루는 각은 22.5°로 이루어져, 상기 경사튜브(140)가 경사진 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템.
The method according to claim 4,
The angle formed by the straight tube 130 and the inclined tube 140 is made of 22.5 °, the nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material, characterized in that the inclined tube 140 is provided in an inclined form. .
청구항 1에 있어서,
상기 가열부(110)는
냉매재가 흐르는 이송관의 외부를 감싸는 가열부하우징(111); 및
상기 가열부하우징(111) 내부에 고압증기를 공급하는 증기공급관(112);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템.
The method according to claim 1,
The heating unit 110
A heating unit housing 111 surrounding the outside of the transfer pipe through which the refrigerant flows; And
The nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material, characterized in that comprises a; steam supply pipe (112) for supplying high pressure steam in the heating unit housing (111).
청구항 1에 있어서,
상기 냉각부(150)는
냉매재가 흐르는 이송관의 외부를 감싸는 냉각부하우징(151); 및
상기 냉각부하우징(151) 내부에 강제냉각수를 공급하는 냉각수공급관(152);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템.
The method according to claim 1,
The cooling unit 150
Cooling unit housing 151 surrounding the outside of the transfer pipe flowing refrigerant; And
And a cooling water supply pipe (152) for supplying forced cooling water into the cooling unit housing (151). The nuclear power plant passive cooling system using a solid and liquid phase change material, characterized in that it comprises a.
청구항 7에 있어서,
상기 냉각수공급관(152)은
지느러미 튜브 형태 또는 코일 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템.
The method according to claim 7,
The cooling water supply pipe 152
Nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase change material, characterized in that the fin tube form or coil form.
청구항 1에 있어서,
상기 시험장치(100)는
상기 가열부(110)와 제1튜브(120), 냉각부(150)와 제2튜브(160) 사이를 연결하는 코어플렌지(101)가 구비되며,
상기 가열부(110) 및 제1튜브(120) 각각의 끝단에는 코어플렌지(101), 상기 코어플렌지(101)에 결합되는 플렌지연결파이프(102) 및 상기 플렌지연결파이프(102)와 직선튜브(130)를 직각으로 연결하는 직각엘보우(103)가 구비되고,
상기 직선튜브(130)와 경사튜브(140) 사이에는 직선튜브(130)에 결합되는 직선커넥터(104), 상기 경사튜브(140)에 결합되는 경사진 형태의 경사엘보우(106) 및 상기 직선커넥터(104)와 경사엘보우(106)를 연결하는 커넥터연결파이프(105)가 구비되며,
상기 냉각부(150) 및 제2튜브(160) 각각의 끝단에는 코어플렌지(101), 상기 코어플렌지(101)에 결합되는 플렌지연결파이프(102), 상기 플렌지연결파이프(102)에 직각 형태로 결합되는 직각엘보우(103), 상기 직각엘보우(103)에 결합되는 커넥터연결파이프(105) 및 상기 커넥터연결파이프(105)와 경사튜브(140)를 연결하는 경사진 형태의 경사엘보우(106)가 구비되는 것을 특징으로 하는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템.
The method according to claim 1,
The test device 100
The core flange 101 is connected between the heating unit 110 and the first tube 120, the cooling unit 150 and the second tube 160,
At each end of the heating unit 110 and the first tube 120, a flange connection pipe 102 coupled to the core flange 101, a flange connection pipe 102, and a straight tube ( 130 is provided with a right angle elbow 103 for connecting at right angles,
Between the straight tube 130 and the inclined tube 140, a straight connector 104 coupled to the straight tube 130, the inclined elbow 106 of the inclined form coupled to the inclined tube 140 and the straight connector Connector connection pipe 105 for connecting the 104 and the slope elbow 106 is provided,
At the ends of each of the cooling unit 150 and the second tube 160, a flange connection pipe 102 coupled to the core flange 101 and a flange connection pipe 102 coupled to the core flange 101 are formed at right angles to the flange connection pipe 102. The right angle elbow 103 to be coupled, the connector connection pipe 105 coupled to the right angle elbow 103 and the inclined elbow 106 of the inclined shape connecting the connector connection pipe 105 and the inclined tube 140 is A passive nuclear cooling system using a solid, liquid phase conversion material, characterized in that provided.
청구항 9에 있어서,
상기 코어플렌지(101), 플렌지연결파이프(102), 직각엘보우(103), 직선커넥터(104), 커넥터연결파이프(105) 및 경사엘보우(106)는 구리 재질의 파이프 형태로 이루어지고,
상기 직각엘보우(103)는 90°의 경사각을 가지며, 상기 경사엘보우(106)는 22.5°의 경사각을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템.
The method according to claim 9,
The core flange 101, the flange connection pipe 102, the right angle elbow 103, the straight connector 104, the connector connection pipe 105 and the slope elbow 106 is made of a copper pipe,
The right angle elbow (103) has an inclination angle of 90 °, the inclined elbow 106 is a nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material, characterized in that configured to have an inclination angle of 22.5 °.
청구항 10에 있어서,
상기 플렌지연결파이프(102), 커넥터연결파이프(105), 가열부(110), 제1튜브(120), 직선튜브(130), 경사튜브(140), 냉각부(150) 및 제2튜브(160)가 구성되는 길이의 비는 1.5 : 1 : 40 : 50 : 20 : 30.2 : 40 : 20으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체, 액체 상변환물질을 이용한 원전 피동냉각시스템.
The method according to claim 10,
The flange connection pipe 102, the connector connection pipe 105, the heating unit 110, the first tube 120, the straight tube 130, the inclined tube 140, the cooling unit 150 and the second tube ( The ratio of the length of the 160 is composed of 1.5: 1: 40: 50: 20: 30.2: 40: 20, the nuclear power plant passive cooling system using a solid, liquid phase conversion material.
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