KR100621319B1 - 유동분배판을 구비한 일체형원자로 증기발생기 - Google Patents

유동분배판을 구비한 일체형원자로 증기발생기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주냉각펌프와, 주냉각펌프에서 토출되는 유량을 증기발생기 카세트로 안내하는 펌프안내관과, 상기 펌프안내관이 고정되는 펌프덕트와, 하부에 오리피스가 형성되며 상기 펌프안내관 토출구로부터 어느 정도 이격되어 환형으로 설치되는 하나 이상의 증기발생기카세트와, 상기 증기발생기카세트가 고정 설치되는 원자로집합체용기, 노심지지원통 및 채움재와, 상기 증기발생기카세트와 펌프덕트 사이 상기 펌프 안내관 토출구 밑으로 이격하여 설치되는 유동분배판를 포함하여 구성되는 일체형원자로 증기발생기에 있어서,
다수 개의 관통구멍이 형성된 상기 유동분배판을 구비한 일체형원자로 증기발생기에 관한 것으로, 또는 원주방향으로 경사지게 설치되는 상기 펌프안내관과 관통구멍을 상기 펌프안내관 경사 방향과 반대 방향으로 경사지게 형성한 유동분배판을 구비한 일체형원자로 증기발생기에 관한 것으로,
주냉각펌프에 의하여 공급되는 유체가 유동분배판에 형성된 작은 관통 구멍을 통하여 증기발생기카세트로 공급되므로 증기발생기카세트 사이에 유량 편차를 감소시킬 수 있어 증기발생기카세트 사이의 온도 편차를 감소시킬 수 있으며 이로 인해 증기발생기 및 노심이용효율을 증가시킬 수 있어 원자로출력을 증가시킬 수 있으며, 유량 편차가 감소하므로 유량 편차를 줄이기 위한 오리피스 면적을 크게 할 수 있어 오리피스에 의한 유동저항을 감소시킬 수 있으며, 유동 저항이 감소하면 주냉각펌프가 소비하는 소비전력을 감소시켜 전력생산량을 증가시킬 수 있는 일 체형원자로 증기발생기를 제공하는 것이다.
일체형원자로 증기발생기, 유동분배판, 경사, 증기발생기카세트

Description

유동분배판을 구비한 일체형원자로 증기발생기{STEAM GENERATOR IN INTEGRATED REACTOR WITH FLOW DISTRIBUTOR}
도1 은 종래 기술에 따른 유동분배판을 구비한 일체형원자로 증기발생기의 사시도이다.
도2 는 도1 의 'A-A'부 단면도이다.
도3 은 도1 의 'B-B'부 단면도이다.
도4 는 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따르는 유동분배판을 구비한 일체형원자로 증기발생기의 사시도이다.
도5 는 도4 의 'C-C'부 단면도이다.
도6 은 도4 의 'D-D'부 단면도이다.
도7 은 도5 의 'E-E'부로서 유동분배판의 두께에 따라 직경이 일정하게 형성된 관통구멍 단면을 도시한 것이다.
도8 은 도5 의 'E-E'부로서 유동분배판의 두께에 따라 직경이 작아지게 형성된 관통구멍 단면을 도시한 것이다.
도9 는 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따르는 유동분배판 및 펌프안내관을 구비한 일체형원자로 증기발생기의 사시도이다.
도10 은 도9 의 'F-F'부 펌프안내관 단면과 이에 대응하는 유동분배판 관통구멍 단면을 도시한 것이다.
본 발명은 일체형원자로 증기발생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일체형원자로 증기발생기카세트 사이의 유량 편차를 감소시킴으로써 증기발생기카세트 사이에 온도 편차를 감소시키는 한편, 유동 저항을 감소시킬 수 있는 유동분배판과 펌프안내관을 구비한 일체형원자로 증기발생기에 관한 것이다.
도1 은 종래 기술에 의한 유동분배판(19)을 구비한 일체형원자로 증기발생기(10)를 도시한 것이며, 도2 는 도1 의 'A-A'부 단면을 도시한 것이며, 도3 은 도1 의 'B-B'부 단면을 도시한 것이다.
도1 에 도시된 바와 같이 종래 기술에 의한 유동분배판(19)을 구비한 일체형원자로 증기발생기(10)는 주냉각펌프(미도시)와, 주냉각펌프에서 토출되는 유량을 증기발생기카세트(17)로 안내하기 위하여 수직으로 설치된 펌프안내관(13)과, 상기 펌프안내관(13)이 고정되는 펌프덕트(15)와, 하부에 오리피스(17a)가 형성되며 상기 펌프안내관(13) 토출구(13a)로부터 이격되어 토출구(13a) 아래에 환형으로 설치되는 하나 이상의 증기발생기카세트(17)와, 상기 증기발생기카세트(17)가 고정 설치되는 원자로집합체용기(미도시), 노심지지원통(11) 및 채움재(18)와, 상기 카세 트(17)와 펌프덕트(15) 사이에 상기 펌프 안내관(13) 토출구(13a) 아래로 이격하여 설치되는 유동분배판(19)을 포함하여 구성된다.
상기 종래 기술에 의한 유동분배판(19)은 도2 에 도시된 바와 같이 펌프안내관(13) 토출구(13a) 수직유동을 막을 수 있을 정도의 크기로 토출구(13a) 아래에 이격하여 설치하며, 토출구(13a)를 통한 수직 방향 유동을 수평 방향 유동으로 변환시킨다.
증기발생기카세트(17) 하단부에 형성되는 오리피스(17a)는 유체저항을 조절하여 유량 배분을 균일하게 하기 위한 것으로, 오리피스(17a) 면적이 감소하면 유체저항이 증가하게 되어 증기발생기카세트(17) 사이의 유량 편차를 줄일 수 있게 된다. 오리피스(17a) 만으로 유량 편차를 줄이기 위해서는 오리피스(17a)의 단면적을 작게 하여 유체저항을 증가시켜야 한다. 오리피스(17a)의 단면적이 작아지면 오리피스(17a)를 통과하는 유속이 증가하여 유체저항이 증가하나, 유체저항이 증가하면 원자로냉각재를 순환시키는 주냉각펌프의 용량을 증가시켜야 한다. 그러나 주냉각펌프의 용량 증가 및 오리피스(17a)를 통한 유속 증가에는 한계가 있으므로 증기발생기카세트(17) 사이에는 다소 큰 유량 편차가 존재하게 된다.
증기발생기카세트(17) 사이의 유량편차를 감소시키기 위하여 종래에는 펌프안내관(13) 토출구(13a) 아래에 이격하여 유동분배판(19)을 설치하고 증기발생기카세트(17) 하부에 오리피스(17a)를 형성한 일체형원자로 증기발생기(10)를 사용하였다.
그러나 종래의 수직으로 설치되는 펌프안내관(13), 펌프안내관(13) 토출구(13a) 아래에 이격하여 설치되어 토출구(13a) 수직유동을 막을 수 있을 정도 크기의 유동분배판(19) 및 상기 유동분배판(19)으로부터 이격되어 유동분배판(19) 아래에 환형으로 설치되는 오리피스(17a)가 형성된 증기발생기카세트(17)를 구비하는 일체형원자로 증기발생기(10)는 유동분배판(19)에 의한 유량 분배가 충분하지 않아 증기발생기카세트(17) 사이에 유량 편차가 있어 증기발생기카세트(17) 사이의 온도 편차가 크게 되고, 따라서 증기발생기카세트(17) 사이의 유량 편차를 감소시키기 위하여 증기발생기카세트(17) 하단부에 형성된 오리피스(17a) 면적을 작게 하였으며, 이로 인해 유동 저항이 증가하고 유동 저항 증가는 주냉각펌프 소비전력을 증가시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 유동분배판을 통한 유량 분배를 충분히 함으로써 증기발생기카세트 사이의 유량편차를 감소시킬 수 있어 증기발생기카세트 사이의 온도 편차를 감소시키며 이로 인해 증기발생기 및 노심이용효율을 증가시켜 원자로출력을 증가시키는 한편, 오리피스의 면적을 크게 할 수 있게 되어 오리피스의 유동 저항이 감소하며 따라서 주냉각펌프 소비전력을 감소시킬 수 있는 일체형원자로 증기발생기를 제공하려는데 목적이 있는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 고안된 것으로서, 다수개의 관통 구멍이 형성된 환상형 평판인 유동분배판을 구비하는 일체형 원자로, 또는 상기 다수개의 관통 구멍이 형성된 환상형 평판인 유동분배판에 더하여 원주 방향으로 경사진 펌프안내관을 구비한 일체형원자로 증기발생기를 제공한다. 본 발명에 따르는 일체형 원자로를 사용하는 경우에 증기발생기카세트 사이의 유량편차를 감소시킬 수 있어 증기발생기카세트 사이의 온도 편차가 감소하며, 따라서 오리피스 면적을 크게 할 수 있게 되어 오리피스에 의한 유동 저항이 감소하여 주냉각펌프에서 소비되는 전력을 감소시킬 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도4 는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 일체형원자로 증기발생기(20) 및 주변기기를 도시한 것으로, 본 발명에 따르는 일체형원자로 증기발생기(20)는 주냉각펌프(미도시)와, 주냉각펌프에서 토출되는 유량을 증기발생기카세트(27)로 안내하는 하나 이상의 펌프안내관(23)과, 상기 펌프안내관(23)이 고정되는 펌프덕트(25)와, 하부에 오리피스(27a)가 형성되며 상기 펌프안내관(23) 토출구(23a)로부터 이격되어 환형으로 설치되는 하나 이상의 증기발생기카세트(27)와, 상기 증기발생기카세트(27)가 고정 설치되는 원자로집합체용기(미도시), 노심지지원통(21) 및 채움재(28)와, 상기 증기발생기카세트(27)와 펌프덕트(25) 사이 상기 펌프 안내관(23) 토출구(23a) 밑으로 이격하여 설치되는 유동분배판(29)을 포함하여 구성된다.
상기 유동분배판(29)은 도5 에 도시된 바와 같이 환형 평판으로서 두께 방향 으로 다수 개의 관통 구멍(29a)이 형성되어 있다. 도6 에 도시된 바와 같이 펌프안내관(23) 토출구(23a)로부터 유출되는 유량 중 제작공차에 따른 우회유량을 제외한 모든 유량이 상기 유동분배판(29)을 통하도록 상기 환형 유동분배판(29)의 내경 및 외경이 정하여진다.
상기 유동분배판(29)에 형성된 관통 구멍(29a)은 유동분배판(29)의 두께 방향으로 관통되며, 도5 및 도7 에는 유동분배판(29) 두께 방향으로 형성된 직경이 일정한 관통구멍(29a)이 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 도8 에 도시된 바와 같이 유동분배판(29) 두께에 대하여 다양한 직경 프로파일을 가진 관통 구멍(29a)을 형성하는 것도 가능하다.
상기와 같은 유동분배판(29)을 구비한 일체형원자로 증기발생기(20)에 펌프안내관(23)으로부터 유량이 유입되는 경우에 유동분배판(29)의 관통 구멍(29a)을 통과하여 증기발생기카세트(27)로 공급된다.
도9 는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 일체형원자로 증기발생기(20) 및 주변기기를 도시한 것으로 도9 에 있어서 동일 구성에 대하여는 도4 와 동일한 부호로 표기한다. 본 발명에 따르는 일체형원자로 증기발생기(20) 및 주변기기는 주냉각펌프(미도시)와, 주냉각펌프에서 토출되는 유량을 증기발생기카세트(27)로 안내하는 끝단의 두개로 분지되어 각각 반대의 원주 방향으로 경사지게 형성된 펌프안내관(23)과, 상기 펌프안내관(23)이 고정되는 펌프덕트(25)와, 하부에 오리피스(27a)가 형성되며 상기 펌프안내관(23) 토출구(23a)로부터 이격되어 환형으로 설치되는 증기발생기카세트(27)와, 상기 증기발생기카세트(27)가 고정 설치되는 원자로집합 체용기(미도시), 노심지지원통(21) 및 채움재(28)와, 상기 증기발생기카세트(27)와 펌프 덕트(25) 사이 상기 펌프 안내관(23) 토출구(23a) 밑으로 이격하여 설치되는 유동분배판(29)을 포함하여 구성된다.
도10 에 도시된 바와 같이 펌프안내관(23)은 펌프안내관(23) 끝단 일부가 두 개로 분지되어 각각 반대의 원주방향으로 경사지게 형성된다. 도9 및 도10 에는 끝단 일부가 두 개로 분지되어 각각 반대의 원주방향으로 경사게 형성된 펌프안내관(23)을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 펌프안내관(23) 전체가 원주방향으로 경사진 펌프안내관(23)을 구비하는 것도 가능하다.
유동분배판(29)은 도5 에 도시된 바와 같이 환형 평판으로서 두께 방향으로 다수 개의 관통 구멍(29a)이 형성되어 있으며, 도10 에 도시된 바와 같이 상기 유동분배판(29) 관통구멍(29a)은 펌프안내관(23) 끝단의 경사방향과 반대의 원주 방향으로 경사지게 형성된다.
도10에서 θ와 δ는 펌프안내관(23) 끝단의 경사각과 관통구멍(29a)의 경사각을 나타낸 것이다.
상기와 같이 원주방향으로 경사진 펌프안내관(27)과 펌프안내관(27) 경사와 반대방향으로 경사진 관통구멍이 형성된 환형 평판 유동분배판(29)을 구비한 일체형원자로 증기발생기(20)에 펌프안내관(27)으로부터 유량이 유입되면 펌프안내관(27)의 경사에 의하여 원주방향으로 유동이 발생하게 되고, 유동분배판(29) 관통구멍(29a)은 유동 반대 방향으로 형성되어 관통구멍(29a)을 통과하는 유량은 편차는 감소하게 된다.
상기 기재한 본 발명에 따르는 다수 개의 관통 구멍이 형성된 환형 평판 유동분배판을 구비하는 일체형원자로 증기발생기 또는 다수 개의 원주 방향으로 경사진 관통 구멍이 형성된 환형 평판 유동분배판과 끝단 또는 전체가 유동분배판 관통구멍 경사와 반대 방향으로 경사진 펌프안내관을 구비하는 일체형원자로 증기발생기를 사용하는 경우에는 주냉각펌프에 의하여 공급되는 유체가 유동분배판에 형성된 작은 관통 구멍을 통하여 증기발생기카세트로 공급되므로 증기발생기카세트 사이에 유량 편차를 감소시킬 수 있어 증기발생기카세트 사이의 온도 편차를 감소시킬 수 있으며 이로 인해 증기발생기 및 노심이용효율을 증가시킬 수 있어 원자로출력을 증가시킬 수 있으며, 유량 편차가 감소하므로 유량 편차를 줄이기 위한 오리피스 면적을 크게 할 수 있어 오리피스에 의한 유동저항을 감소시킬 수 있으며, 유동 저항이 감소하면 주냉각펌프가 소비하는 소비전력을 감소시켜 전력생산량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 주냉각펌프에서 토출되는 유량을 증기발생기카세트(27)로 안내하는 적어도 하나 이상의 펌프안내관(23);
    상기 펌프안내관(23)이 고정되는 펌프 덕트(25);
    하부에 오리피스(27a)가 형성되고 상기 펌프안내관(23)의 토출구(23a)로부터 하방으로 이격되며, 노심지지원통(21)의 외면에 접하여 고정 설치되는 적어도 하나 이상의 증기발생기카세트(27); 및
    상기 증기발생기카세트(27)와 펌프 덕트(25) 사이에 상기 펌프안내관 토출구(23a)의 하방으로 이격되게 설치되며, 다수개의 관통구멍(29a)이 형성된 환형 평판인 유동분배판(29);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 증기발생기(20).
  2. 제1항에 있어서, 상기 펌프안내관(23)이 원주방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 증기발생기(20).
  3. 제1항에 있어서, 상기 펌프안내관(23)의 끝단이 두 개로 분지되어 각각 반대 원주방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 증기발생기(20).
  4. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동분배판(29)에 형성된 관통구멍(29a)은 펌프안내관(23)의 경사방향과 반대방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 증기발생기(20).
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동분배판(29)의 두께에 대하여 관통구멍(29a)의 직경이 선형 또는 비선형으로 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 증기발생기(20).
  6. 제4항에 있어서, 상기 유동분배판(29)의 두께에 대하여 관통구멍(29a)의 직경이 선형 또는 비선형으로 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 증기발생기(20).
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