KR100446134B1 - 일체형원자로 스마트의 자연순환운전을 위한 우회유로를 제공하는 피동 개폐장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형원자로 스마트(SMART;System-intergated Modular Advanced ReacTor)의 자연순환운전을 위한 우회유로를 제공하는 피동 개폐장치에 관한 것으로, 그 목적은 기계적 혹은 전기적 장치 없이 자연력에 의해 피동적으로 열리는 개폐장치를 설치함으로써 일체형원자로 스마트(SMART)의 자연순환운전을 위한 우회유로를 제공하는 피동 개폐장치를 제공함에 있다.

본 발명 피동 개폐장치(10)는 원자로의 노심지지원통(3)에 설치되며 냉각재순환펌프(6)의 토출구(7)와 증기발생기(8) 헤더 사이에 위치한다. 피동 개폐장치(10)의 작동원리는 자연순환력에 의해 노심지지원통(3) 내측의 압력이 높아지면 압력차에 의해 자동으로 개방되고 강제순환 운전시에는 냉각재순환펌프(6)의 토출측 압력증가로 인해 닫히게 된다.

Description

일체형원자로 스마트의 자연순환운전을 위한 우회유로를 제공하는 피동 개폐장치{Passively Opening and Closing Device for offering Bypass Flow for Natural Circulation Operation of Integral Reactor SMART}

본 발명은 일체형원자로 스마트(SMART)의 자연 순환운전을 위한 우회유로를 제공하는 피동 개폐장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 일체형원자로 스마트(SMART)의 자연 순환운전 시 정지된 냉각재순환펌프의 임펠러를 통한 과도한 압력강하에 의해 자연 순환운전이 불가능할 경우에 우회유로를 제공하는 피동 개폐장치에 관한 것이다.

일반적으로 일체형원자로의 강제순환 운전모드(도 2)에서는 냉각재순환펌프(6)가 수두를 생성하여 노심(2)에서 가열된 냉각재를 증기발생기(8)로 공급한다. 그 경로는 노심에서 가열된 냉각재가 노심지지원통(3)과 가압기원통(4) 사이의 환형공간을 지나 노심지지원통(3)에서 제공하는 유로안내창(5)을 통과 후 냉각재순환펌프(6)로 공급된다. 냉각재순환펌프(6)를 지나면서 냉각재는 흐름방향이 아래로 바뀌고 토출관을(7) 지나 증기발생기(8) 상부 환형공동으로 공급되고 증기발생기(8)를 지나면서 열교환에 의해 냉각된 냉각재는 다시 노심(2)으로 공급된다.

그리고, 자연순환 운전모드에서는 냉각재순환펌프(6)가 정지되고 노심(2) 입구와 출구의 온도차로 인한 자연대류만으로 냉각재가 순환하게 된다. 자연순환유동의 유체관성력이 냉각재순환펌프(6) 임펠러(9)를 회전시키기에 충분하지 않으면 냉각재순환펌프(6)를 통한 유로저항이 과도하게 발생하고 냉각재 유량이 감소하며 결국 자연순환 운전시 원자로 출력이 제한 받게 된다. 따라서 자연순환운전 출력을 높이기 위해서는 냉각재순환펌프(6)를 통한 압력강하를 감소시키는 방안이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 결점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특별한 기계적 장치 없이 피동적으로 작동하는 개폐장치(10)를 이용하여 일체형원자로 스마트(SMART)의 자연순환운전시 우회유로를 제공함으로써 정지된 냉각재순환펌프(6)에서 발생하는 유로저항을 줄여 원자로의 자연순환운전 출력을 증가시키는데 그 목적이 있다.

본 발명 피동 개폐장치(10)는 냉각재순환펌프(6)와 증기발생기(8) 헤더 사이의 위치의 노심지지원통(3)에 피동개폐장치(10)를 설치되어 강제순환운전시 노심지지원통 외측의 압력이 높고 자연순환운전시 노심지지원통 내측의 압력이 높은 것을 이용해 개폐된다.

도 1 은 일체형원자로 스마트(SMART)의 주요형상

도 2 는 종래의 냉각재순환펌프 흡입구와 토출구 사이의 유동형태

도 3 은 피동 개폐장치 설치 후 강제순환운전시 유동형태

도 4 는 피동 개폐장치 설치 후 자연순환운전시 유동형태

도 5 는 피동 개폐장치의 실시 예

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 일체형원자로 압력용기 2 : 노심

3 : 노심지지원통 4 : 가압기 원통

5 : 유로안내창 6 : 냉각재순환펌프

7 : 토출관 8 : 증기발생기

9 : 임펠러 10 : 피동 개폐장치

11 : 작동판 12 : 작동판이 닿는곳

13 : 스프링 14 : 핀

15 : 실리콘 카바이드(SiC) 코팅

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일체형원자로의 주요형상, 도 2는 본 발명 이전의 냉각재순환펌프 흡입구와 토출구 사이의 유동형태, 도 3은 본 발명에 따른 피동 개폐장치 설치 후 강제순환운전시의 유동형태, 도 4는 본 발명에 따른 피동 개폐장치 설치 후 자연순환운전시의 유동형태이며, 도 5는 피동 개폐장치의 실시 예로서,

일체형원자로 스마트(SMART;System-integrated Modular Advanced ReacTor)의 자연순환운전 모드에서 냉각재순환펌프(6)가 정지되고 노심(2) 입구와 출구의 높이에 따른 온도차에 의한 자연대류 만으로 냉각재가 순환하게 된다. 자연순환유동의 관성력이 냉각재순환펌프(6) 임펠러(9)를 회전시키지 못할 경우에 냉각재순환펌프(6)를 통한 유로저항 과도하게 발생하고 냉각재 유량이 감소하며 결국 자연순환운전시 원자로 출력이 제한받게 된다. 따라서 자연순환운전시 원자로 출력을 증가시키기 위하여 임펠러에서 발생하는 과도한 유로저항를 줄이는 방안이 필요하다.

본 발명은 도 3 에 도시된 바와 같이 냉각재순환펌프와 증기발생기 헤더 사이의 위치의 노심지지원통에 피동 개폐장치(10)를 설치하였다.

피동 개폐장치(10)는 한 방향으로만 열리도록 고안되며 강제순환운전시(도 3) 냉각재순환펌프(6)의 양정 때문에 개폐장치(10)의 증기발생기(8) 헤더 쪽의 압력이 노심지지원통(3) 내측의 압력보다 높아 개폐장치는 닫힌 상태를 유지한다.

자연순환운전시(도 4) 냉각재순환펌프(6)는 정지되고 냉각재의 순환은 노심(2)을 통한 온도차에 의한 자연대류에 의해서만 이루어진다. 이 경우엔 정지된 임펠러(9)를 통하여 유로저항이 증가하게되고 강제순환운전과 반대로 노심지지원통(3) 내측의 압력이 냉각재순환펌프(6)의 토출측의 압력보다 높아 피동 개폐장치는 열리게 된다. 냉각재의 총 유량은 냉각재순환펌프(6)를 통과하는 유량에 의한 압력강하와 피동 개폐장치(10)를 통과하는 유량에 의한 압력강하가 균형을 이루는 유량으로 결정되어 진다. 다시 강제순환운전 모드로 전환되어 냉각재순환펌프(6)의 임펠러(9)가 회전하게되면 피동 개폐장치(10)는 자동으로 닫히어 원자로는 원래의 정상운전 상태로 회복된다.

피동 개폐장치(10)는 일체형원자로의 특성상 구조가 간단하고, 설치 및 유지보수가 쉬워야 한다. 도 5는 피동 개폐장치(10)의 실시 예를 나타낸 것이다. 피동 개폐장치는 노심지지원통(3)의 두께 이내에 설치가 가능하여 다른 구조물과 간섭이 없다. 작동판(11)은 노심지지원통(3)과 닿는 부분을 경사지게 설계하여 한 방향으로 열리기 쉽도록 할 뿐만 아니라 강제순환운전 모드에서 작동판이 닫혔을 때 틈새를 통한 유량손실을 줄일 수 있다. 또한 개폐장치의 초기 열림이 쉽도록 테이퍼 단면의 작동판을 사용하여 무게중심을 높이고 재질은 티타늄과 같이 가볍고 부식에 강한 재질을 사용한다. 작동판의 최대 열림각을 조절하기 위하여 노심지지원통(3)과 작동판(11)이 닿는 곳(12)의 형상설계가 가능하다. 작동판(11)의 탈부착을 쉽게 하기 위하여 스프링(13)과 두 개의 핀(14)을 사용하며 설치 시에는 양쪽 핀(14)을 눌러 노심지지원통(3)에 제공된 구멍에 끼워지며 제거 시에는 특별한 공구를 이용하여 안쪽에서 핀(14)을 당겨 제거한다. 핀(14)은 작동판(11)의 동작에 의한 마모를 줄이기 위하여 실리콘 카바이드(SiC) 코팅(15)을 한다.

본 발명은 상기된 피동 개폐장치(10)를 통한 우회유로를 제공함으로써 종래의 형상에서 발생하는 임펠러(9)를 통한 과도한 유로저항를 줄이고 냉각재 유량을 증가시키는 것이 가능하여 결국 자연순환운전시 원자로의 출력을 증가시킬 수 있게된다.

본 발명은 피동 개폐장치(10)를 이용하여 높은 유로저항을 갖는 곳을 통하지 않고 우회하는 개념으로 피동 개폐장치의 위치를 바꾸어 냉각재순환펌프(6)의 토출관(7)에 설치하는 것도 가능할 것이며 필요에 따라 밸브의 종류를 바꿀 수 도 있으며 크기도 달리 할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용하는 본 발명의 자연순환운전을 위한 우회유로개념과 피동 개폐장치는 기계적 장치 없이 내부유동에 의해 발생하는 압력차를 이용하여 피동적으로 작동하는 개념으로 구조적으로 간단하며 설계 및 제작이 쉽고 큰 하중을 받지 않는 곳에 설치되어 파손가능성이 적어 고온의 원자로 또는 압력용기 내부에 적용할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 원자로의 냉각재 순환유로에 있어서,

   냉각재순환펌프(6)와 증기발생기(8) 헤더 사이의 위치의 노심지지원통(3)에 피동개폐장치(10)를 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 일체형원자로 스마트(SMART)의 자연순환운전을 위한 우회유로를 제공하는 피동 개폐장치
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 피동개폐장치(10)는 노심지지원통(3)의 두께 이내에 설치되고, 작동판(11)의 탈부착을 쉽게 하기 위하여 스프링(13)과 카바이드(15)로 코팅처리된 두 개의 핀(14)이 사용되는데, 설치 시에는 양쪽 핀(14)을 눌러 노심지지원통(3)에 제공된 구멍에 끼워지며 제거 시에는 특별한 공구를 이용하여 안쪽에서 핀(14)을 당겨 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 일체형원자로 스마트(SMART)의 자연순환운전을 위한 우회유로를 제공하는 피동 개폐장치
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 피동개폐장치(10)는 강제순환운전시 노심지지원통 외측의 압력이 높고 자연순환운전시 노심지지원통(3) 내측의 압력이 높은 것을 이용해 개폐되는 것을 특징으로 하는 일체형원자로 스마트(SMART)의 자연순환운전을 위한 우회유로를 제공하는 피동 개폐장치