KR100647808B1 - 일체형 원자로 하향수로용 유동혼합헤더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형 원자로 하향수로에 관한 것으로, 일부 구역의 증기발생기카세트가 운전되지 않는 경우 발생하는 냉각재 노심 입구 온도의 비균일성을 해결하기 위하여 하향수로에 설치되는 환형공동 형태의 수직 격자구조로 이루어진 다수의 유동혼합헤더에 관한 것이다.

본 발명은 원자로의 외주 상의 고온부에 설치되는 주냉각재펌프, 상기 주냉각재펌프 후단에 설치되는 다수의 증기발생기카세트, 상기 증기발생기카세트와 노심입구 사이에 설치되는 하향수로를 포함하고, 상기 증기발생기카세트의 일부 구역을 격리시킨 상태에서의 출력운전 또는 원자로 정지 이후 상기 일부 구역의 잔열제거계통 고장을 동반한 잔열제거운전에 의해 상기 일부 구역의 급수배관에 급수가 이루어지지 않는 운전을 허용하는 일체형 원자로에 있어서, 사각형 형태의 단면을 가지며, 다단으로 적층된 구조로서 상기 하향수로에 설치되는 유동혼합헤더로서, 상기 유동혼합헤더의 각 단의 안쪽 면과 바깥쪽 면에는 상기 증기발생기카세트로부터 상기 노심입구로의 혼합된 유동을 가능케 하는 다수개의 입구 유로구와 출구 유로구가 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

원자로, 하향수로용, 유동혼합헤드, 증기발생기카세트, 노심입구

Description

일체형 원자로 하향수로용 유동혼합헤더{FLOW MIXING HEADER FOR AN INTEGRATED REACTOR DOWNCOMER}

도 1은 종래기술에 의한 분리형 원자로를 개략적으로 나타내는 개략도,

도 2는 종래기술에 의한 일반적인 일체형 원자로를 개략적으로 나타내는 종단면도,

도 3은 종래기술에 의한 내부차폐체를 구비한 일체형 원자로의 하향수로를 개략적으로 나타내는 개략도,

도 4는 종래기술에 의한 CAREM 일체형 원자로의 증기배관과 급수배관을 개략적으로 나타내는 개략도,

도 5는 CAREM 일체형 원자로에서 잔열제거계통 1 트레인 운전시 증기발생기 출구 온도 분포를 개략적으로 나타내는 구성도,

도 6은 본 발명의 바람직한 제1 및 제2 실시예에 따르는 하향수로용 유동혼합헤더와 주변기기를 포함한 원자로를 개략적으로 나타내는 개략도,

도 7은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따르는 하향수로용 유동혼합헤더를 나타내는 사시도,

도 8은 본 발명의 바람직한 제1 및 제2 실시예에 따르는 유동혼합헤더의 유로 개념도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21, 31 : 원자로압력용기 , 22, 32 : 원자로 노심,

23, 33 : 증기발생기카세트, 24, 34 : 하향수로,

25 : 내부차폐체, 35, 45 : 유동혼합헤더,

36 : 외통, 37 : 내통,

38 : 입구 유로구, 39 : 출구 유로구,

40 : 안쪽 면, 50 : 바깥 면,

100, 200 : 원자로.

본 발명은 일체형 원자로 하향수로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일부 구역의 증기발생기카세트가 운전되지 않는 경우 발생하는 냉각재 노심 입구 온도의 비균일성을 해결하기 위하여 하향수로에 설치되는 환형공동 형태의 수직 격자구조로 이루어진 다수의 유동혼합헤더에 관한 것이다.

일반적으로 원자력발전소는 보통 100개 이상의 개별적 기능을 가진 계통으로 구성된다. 이들은 크게 원자로를 중심으로 한 핵증기공급계통(nuclear steam supply system)과, 증기를 공급받아 발전기를 돌리는 터빈 등의 발전기계통, 그리고 기타 부수설비로 구분된다. 이하 본 명세서에서 상기 핵증기공급계통은 일차측, 상기 발전기계통은 이차측이라고도 한다.

원자로는 핵분열성 물질의 연쇄핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위원소 및 플루토늄의 생산, 또는 방사선장 형성 등의 여러 목적에 사용할 수 있도록 만들어진 장치로서, 상기 일차측의 핵심적 구성 요소이다.

도 1은 종래의 분리형(loop type) 가압수형 원자로(PWR, 100)를 도시하고 있으며, 이는 격납용기(110)내에 원자로(120), 가압기(130), 증기발생기(140) 및 주냉각재펌프(150)가 분리되어 배치되고 이들은 각각 배관을 통해 연결된다. 증기터빈(160)은 상기 증기발생기(140)로부터 증기를 공급받아 발전기(170)를 돌려 전기를 생산하게 되는 것이다.

도 2는 상기와 같은 분리형 원자로와 달리 배관을 없앤 일체형 원자로의 단면을 도시하고 있으며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다. 일체형(integral type) 원자로(200)는 도시된 바와 같이 핵증기공급계통을 구성하는 가압기(230), 증기발생기(240), 주냉각재펌프(250) 등의 주기기가 원자로(220)와 함께 동일한 한 개의 압력용기(210)에 배관 없이 설치된다.

상기 원자로에서 가열된 냉각재는 주냉각재펌프(250)로 공급되고, 이어서 상기 냉각재가 주냉각재펌프(250)를 지나면서 흐름방향이 아래로 바뀌어 증기발생기(240) 상부 환형공동으로 공급된다. 상기 증기발생기(240)를 지나면서 열교환에 의해 냉각된 냉각재는 하향수로를 지나 다시 원자로(220)로 공급되는 것이다.

상기와 같은 일체형 원자로(200)는 기존의 분리형 원자로의 대형 냉각재 상실사고를 근원적으로 배제할 수 있다. 즉, 안전성이 뛰어나고 소형화가 가능하며 경제성을 크게 향상시키는 장점이 있다.

도 3은 종래기술에 의한 하향수로를 포함한 일체형원자로의 단면을 도시하고 있다. 일체형원자로의 원자로집합체는 도시된 바와 같이 핵증기 공급계통을 구성하는 가압기(미도시), 증기발생기카세트(23), 주냉각재펌프(MCP, 미도시) 등의 주요기기가 원자로 노심(22)과 함께 원자로압력용기(21) 내부에 연결배관 없이 설치된다. 상기 일체형원자로의 노심에서 가열된 냉각재는 MCP로 공급되고, 상기 냉각재가 MCP를 지나면서 흐름방향이 아래로 바뀌어 증기발생기카세트(23) 상부 환형 공동으로 공급된다. 상기 카세트(23)를 지나면서 이차측과의 열교환에 의해 냉각된 냉각재는 하양수로를 지나 다시 원자로 노심(22)으로 공급된다. 상기와 같은 일체형원자로는 기존의 분리형 원자로의 대형 냉각재 상실사고를 근원적으로 배제할 수 있다. 즉, 안전성이 뛰어나고 소형화가 가능하며 경제성을 크게 향상시키는 장점이 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 하향수로(24)에는 공간을 활용할 목적으로 원자로용기 체적 감소와 원자로압력용기 외부로의 중성자속 감소용 판형의 철구조물인 내부차폐체(25)가 반경방향으로 연속적으로 설치된다. 증기발생기카세트를 통과하면서 온도가 감소한 냉각재는 내부차폐체를 지나 노심으로 유입된다.

그러나 종래의 내부차폐체(25)를 가지는 일체형 원자로 하향수로에서는 한 구역 또는 두 구역의 증기발생기카세트가 정지되는 경우에 증기 및 급수배관을 적절히 배열하지 않으면 정지된 증기발생기카세트 쪽의 온도가 크게 상승할 수 있다. 또한 카세트를 통과한 냉각재가 원주방향 유동성분을 갖지 않고 수직방향 유동성분을 주로 갖고 노심으로 유입되므로 증기발생기카세트가 부분적으로 정지하는 경우 노심 온도의 국부적인 온도차가 크게 발생하는데, 이에 대해서는 도 5를 참조하여 이하에서 설명한다.

이와 같은 현상은 원자로의 안전한 운전을 위해 바람직하지는 않은 것으로서, 반드시 방지 및 완화되어야한다.

종래 기술에서, 이러한 일부 구역의 증기발생기카세트가 운전되지 않는 경우 발생하는 냉각재 노심 입구 온도의 비균일성은 구역급수배관과 구역증기배관의 라우팅을 복잡하게 설계함으로써 해결하였다.

도 4는 아르헨티나에서 개발 중인 일체형 원자로인 CAREM의 구역급수배관(60)과 구역증기배관(70)의 라우팅을 도시한 것이다.

본 도면에서는 종래 기술에 의한 유동혼합헤더를 구비하지 않은 일체형 원자로 하향수로가 설치된 원자력발전소에서 일부 구역의 증기발생기카세트가 운전되지 않는 경우 발생하는 냉각재 노심 입구 온도의 비균일성을 해결하기 위해 복잡하게 설계된 구역급수배관(60)과 구역증기배관(70)의 라우팅을 도시하고 있다.

CAREM의 구역급수배관(60)과 구역증기배관(70)은 동력변환계통 또는 잔열제거계통의 일부 구역이 고장 정지했을 때 그 영향이 전체 원주방향으로 설치된 증기발생기카세트에 균일하게 반영되도록 라우팅(routing)된다.

구역급수배관(60)과 구역증기배관(70)은 고에너지 배관으로 분류되며 가상의 배관 파단 사고를 대비하여 분리설치와 물리적 방벽 요건을 만족시키며 설계되어야 한다. 하지만 복잡한 라우팅을 가지는 구역급수배관(60)과 구역증기배관(70)은 고에너지 배관 관련 요건을 만족시키는 설계/제작/설치가 어려워 제작비 및 안전성에 대한 우려의 증가를 유발시킨다.

도 5는 일체형 원자로인 CAREM에서 잔열제거계통 한 트레인만을 사용하여 원자로를 냉각시키는 경우 증기발생기카세트(23) 출구 온도 분포를 보여준다. 비록 한 트레인만 운전되는 상황이지만 복잡하게 배치된 구역급수배관(60)과 구역증기배관(70)에 의해 온도분포는 원자로의 특정 사분면으로 치우치지 않는다. 즉 전 사분면이 고장난 잔열제거계통의 영향을 균일하게 받는다.

하지만, 도 5의 일체형 원자로인 CAREM에서는 온도 불균일성이 완화되었지만 완전히 균일한 온도분포가 얻어지지 않은 것을 볼 수 있다. 나아가 여전히 증기발생기카세트(23) 단위로 고온과 저온이 교대로 나타나고 있다. 즉, 급수 공급이 이루어지는 증기발생기카세트(23) 출구 온도는 높은 반면에, 그렇지 못한 증기발생기카세트(23) 출구 온도는 낮다. 그에 따라, 결과적으로 노심 임계열속(critical heat flux)의 감소와 국부적인 온도증가의 문제가 완전히 해결되지 않았음을 보여준다.

이러한 이유로 일체형 원자로에 있어서, 일부구역을 격리한 상태의 출력 운전 또는 잔열제거운전 시에 노심 입구 온도를 균일하게 해야 한다는 요구가 꾸준히 제기되어 왔다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원자로용기 하향수로에 수직방향으로 연속적인 격자 구조로 이루어진 다수의 유동혼합헤더를 제공함으로써 구역격리 출력운전과 원자로 정지 이후 인접한 두 구역의 잔열제거계통 고장을 동반한 잔열제거운전시 노심 입구 온도를 균일하게 유지시킬 수 있으며, 노심의 임계열속을 감소시키고, 노심의 국부적인 온도상승을 방지하여, 결과적으로 기존 일체형 원자로에서 사용되고 있는 복잡한 구조의 구역급수배관과 구역증기배관을 크게 단순화시킬 수 있어, 원자력발전소 건설비용을 감소시키고 안전성을 향상시킬 수 있는 일체형 원자로의 하향수로용 유동혼합헤더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 원자로의 외주 상의 고온부에 설치되는 주냉각재펌프, 상기 주냉각재펌프 후단에 설치되는 다수의 증기발생기카세트, 상기 증기발생기카세트와 노심입구 사이에 설치되는 하향수로를 포함하고, 상기 증기발생기카세트의 일부 구역을 격리시킨 상태에서의 출력운전 또는 원자로 정지 이후 상기 일부 구역의 잔열제거계통 고장을 동반한 잔열제거운전에 의해 상기 일부 구역의 급수배관에 급수가 이루어지지 않는 운전을 허용하는 일체형 원자로에 있어서, 사각형 형태의 단면을 가지며, 다단으로 적층된 구조로서 상기 하향수로에 설치되는 유동혼합헤더로서, 상기 유동혼합헤더의 각 단의 안쪽 면과 바깥쪽 면에는 상기 증기발생기카세트로부터 상기 노심 입구로의 급수를 가능케 하는 다수개의 입구 유로구와 출구 유로구가 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 입구 유로구는 상기 유동혼합헤더의 모든 단의 안쪽 면에 균일하게 분포되고 상기 다수의 출구 유로구는 상기 유동혼합헤더의 각 단의 바깥쪽 면의 일정부분에만 분포되거나, 또는 상기 다수의 입구 유로구는 상기 유동혼합헤더의 각 단의 안쪽 면의 일정부분에만 분포되고 상기 다수의 출구 유로구는 상기 유동혼합헤더의 모든 단의 바깥쪽 면에 균일하게 분포된다.

여기서, 상기 일정부분은 다음의 식: 원주상의 각도 = 360 ° / 유동혼합헤더의 단 수 ; 에 의하여 결정된 원주상의 각도 부분일 수 있다. 또한 상기 일정부분들은 각 단의 유동혼합헤더들에 있어서 중첩되지 않을 수 있다.

이 경우는 각 단의 유동혼합헤더를 중첩하면 입구 유로구 또는 출구 유로구는 유동혼합헤더의 원주 상에 빠짐없이 분포된다.

상기 유동혼합헤더의 개수는 이차측 증기 및 급수 구역 개수와 동일하게 또는 상기 이차측 증기 및 급수 구역 개수의 배수로 설정된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 여기서 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 제한되는 것은 아님을 상기하고자 한다. 또한 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면이라도 대체로 동일한 참조번호를 부여한다.

도 6은 일체형 원자로인 SMART 연구로의 하향수로(34) 내에 설치된 본 발명의 예시적인 실시예에 따르는 두 가지 형태의 유동혼합헤더(35,45) 및 주변기기를 도시하고 있다.

본 발명에서 고안된 제 1 실시예에 따른 유동혼합헤더를 도 6(a)에, 제 2 실 시 예에 따른 유동혼합헤더를 도 6의 (b)에 도시하고 있다. 여기서 유동혼합헤더(35,45)는 단면이 중공형 사각형을 이루고 있으며, 다수개의 헤더가 수직방향으로 적층된 다단 구조를 이루고 있다.

모든 냉각재는 상기 유동혼합헤더(35,45)를 통하여 유·출입되어야 하기에 상기 유동혼합헤더(35,45)의 상,하단에는 차단부(80)와 같은 부분이 연장하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 유동혼합헤더(35,45)는 종래의 내부차폐체(25)를 대체하는 것이고, 이러한 대체에도 불구하고 방사능 배출의 문제는 발생하지 않는다는 것을 본 발명자는 확인하였다. 즉, 상기 유동혼합헤더(35,45) 내의 냉각재가 충분히 방사능을 차단해주는 결과이다.

도 6(a)의 제 1 실시예에서 노심(32)은 핵분열 반응을 통해 에너지를 생산하는 에너지 생산원이며, 증기발생기카세트(33)는 에너지를 이차측에 전달하여 증기를 생산하는 기기이다. 일체형 원자로 하향수로(34)는 수직방향으로 다단으로 설치되는 유동혼합헤더(35)와, 바깥쪽의 외통(36), 안쪽의 내통(37)으로 구성된다. 내통(37)은 증기발생기카세트로부터 토출되는 냉각재를 유동혼합헤더(35)로 안내하는 유로를 제공하며, 유동혼합헤더(35)는 내통(37)에서 유입된 냉각재를 방출시키고자 하는 방향으로 안내하고, 외통(36)은 유동혼합헤더에서 방출되는 냉각재를 노심으로 안내한다. 이는 도6(b)의 제 2 실시예에도 동일하게 적용된다.

제 1 실시예에서 다수의 원형 입구 유로구(38)는 모든 유동혼합헤더(35)의 안쪽 면(40) 전체에 걸쳐 분포되고 다수의 원형 출구 유로구(39)는 각 유동혼합헤더(35)의 하나의 사분면에 해당하는 범위의 바깥쪽 면(50)에 각각 설치된다. 반면 제 2 실시예에서 다수의 원형 입구 유로구(38)는 각 유동혼합헤더(45)의 하나의 사분면에 해당하는 범위의 안쪽 면(40)에 분포되고 다수의 원형 출구 유로구(39)는 모든 유동혼합헤더(45)의 바깥쪽 면(50) 전체에 걸쳐서 분포된다.

본 발명에서 상기 유동혼합헤더(35,45)의 단 수는 정지된 증기발생기카세트(33)를 포함한 쪽의 냉각재 온도와 건전한 증기발생기카세트(33)들만 포함한 반대쪽의 냉각재 온도가 평형을 이루어 정지된 증기발생기카세트(33)에서의 지속적인 온도상승을 방지할 수 있도록 구성된다. 이와 같은 개념으로 유동혼합헤더(35,45)의 단수는 이차측의 구역 개수와 같게, 또는 상기 이차측의 구역 개수의 배수로 설정된다. 예를 들어, 이차측 증기 및 급수배관이 4개 구역으로 나누어지면 4개 또는 4의 배수(8, 12 등)의 유동혼합헤더가 설치된다. 하향수로의 유동혼합 효과를 증진시키기 위해서 유동혼합헤더의 단수를 증가시키는 것도 효과적인 방법이다. 그러나 본 발명자는 유동혼합헤더의 제작성 및 유동의 압력저항을 고려하여 위와 같은 최적화된 단수를 구성하였다.

본 발명에서는 도6 내지 도8에서 도시한 바와 같이, 이차측 증기 및 급수배관이 4구역으로 나누어지는 경우를 가정하여 4단으로 설치한 두 가지 형태의 유동혼합헤더(35,45)를 설명하고 있는 것이다.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유동혼합헤더(35)를 3차원으로 도시한 것이다. 제 2 실시예에 따른 유동혼합헤더(45)에 대한 3차원 도시는 별도로 도시하지 않았으나, 당업자라면 도 7로부터 용이하게 추론할 수 있을 것이다.

도 7은 하향수로(34)내에 설치된 유동혼합헤더(35)의 모습과 상기 유동혼합헤더(35)를 상기 하향수로(34) 외부로 꺼내어 확대한 모습을 도시하고 있다. 본 도 면에 있어서, 하향수로(34) 내에 설치되는 유동혼합헤더(35)의 안쪽 면(40)에 분포된 다수의 입구 유로구(38)를 통해 모든 헤더로 균일하게 유입된 냉각재는 각 헤더의 바깥쪽 면(50)의 한 사분면에 해당하는 부분에만 설치된 다수의 출구 유로구(39)를 통해 차례대로 각각의 사분면으로 방출된다.

상기 출구 유로구(39)의 분포를 상세히 설명하면, 4단의 유동혼합헤더(35)에 있어서, 원주 상의 360°범위를 헤더의 단 수(즉, 4)로 나누면 각 단의 헤더는 90°범위의 구간별로 출구 유로구(39)를 갖게 된다.

예를 들면, 맨 위의 헤더는 제1 사분면, 위에서 두 번째 헤더는 제2 사분면, 위에서 세 번째 헤더는 제3 사분면, 맨 아래 헤더는 제4 사분면 범위에서만 출구 유로구(39)를 갖는다.

따라서, 도7에서 출구 유로구(39)는, 도면의 도시 상, 맨 위 헤더의 제1 사분면과 맨 아래 헤더의 제4 사분면 범위에서만 보여지고 있다. 이와 같이 각 출구 유로(39)가 설치되는 일정부분은 서로 중첩되지 않아서 냉각재가 유동혼합헤더(35)의 모든 외주 상에서 고르게 방출되는 것이 바람직하다.

이 경우에 각 단의 유동혼합헤더(35)가 증기발생기카세트(33) 12개 각각으로부터 약 1/4씩의 고른 유량을 수집하기 위하여 상기 4단의 유동혼합헤더(35)는 방사상 방향으로 일정한 각도(α, 도8 참조)를 갖고 경사지게 배치되는 것이 바람직하다. 그러한 각도(α)는 하향수로(34)의 단 수에 따라서 결정된다.

이와 같은 유동혼합헤더(35,45)의 각 헤더에서의 유동혼합과정을 통해서, 일부 구역에 급수가 공급되지 않는 상황에서도 건전한 구역과 정지된 구역의 온도분 포를 균일화할 수 있다. 또한 기존의 CAREM 및 SMART 연구로의 하향방향으로만 토출되던 증기발생기카세트(33)의 방출 유로를 벽면방향으로 전환하여 주는 효과가 있어 유동혼합효과를 증진시켜 노심으로 유입되는 저온과 고온냉각재의 혼합효과를 증진시킬 수 있다.

도 8(a)는 제1 실시예에 따른 유동혼합헤더(35)의 위에서 첫 번째 헤더의 입구 유로구(38)와 출구 유로구(39)의 위치와 유로 흐름을 보여준다. 도 8(a)에서 1, 2, 3, 4로 표시된 각각의 헤더는 각각 1, 2, 3, 4 분면으로만 냉각재를 방출한다. 증기발생기카세트(33)를 나와 내통(37)으로 유입된 냉각재는 각각의 유동혼합헤더(35)로 들어가서 원주방향으로 움직인 다음 특정 사분면 범위의 일정부분을 통해 외통(36) 쪽으로 방출된다.

유로구(38,39)는 삼각형, 타원형 등의 다양한 형상을 가질 수 있으나, 냉각재의 유동의 원활화를 위하여 원형인 것이 바람직하며, 그 개수 및 직경이 너무 작으면 유동혼합효과는 커지지만 압력강하가 커져 MCP의 용량 증가를 유발한다. 반면에 유로구(38,39)의 개수 및 직경이 너무 커지면 유동혼합효과가 작아지고 구조물의 건전성이 약화될 수 있다.

따라서 입구 유로구(38)와 출구 유로구(39)의 개수, 직경, 분포는 유동혼합효과가 감소되지 않으면서 헤더를 통한 압력강하가 커지지 않도록 결정된다. 도 8(a)에서 2, 3, 4로 표시된 각각의 헤더는 도 8(a)에서 1로 표시된 헤더와 동일한 방식의 작동원리를 가지고 있으며 각각 2, 3, 4 분면만으로 냉각재를 방출한다.

본 발명의 제 2 실시예로서 유동혼합헤더(45)는 제 1 실시예와 유사하며, 유 로구(38,39)의 설치 위치가 반대되는 개념으로 도 8(b)에 유로흐름이 도시되어 있다. 도 8(b)와 같이 제 2 실시예에 따른 유동혼합헤더(45)를 설치할 경우, 안쪽 면(40)의 한 사분면에 설치된 다수의 원형 입구유로구(38)를 통해 증기발생기카세트(33) 1개 구역의 냉각재가 1개의 유동혼합헤더로 유입되고 이 냉각재는 출구유로구(39)를 통해 360도 전방향으로 균일하게 방출된다. 즉, 1, 2, 3, 4로 표시된 각각의 헤더에는 각각 1, 2, 3, 4 분면 만에서 냉각재가 유입되고, 상기 유입된 냉각재는 유동혼합헤더에서 유량분배과정을 거쳐 유동홉합헤더(45)의 외주 상의 360도 전 방향에 걸쳐서 방출된다.

위와 같이, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따라서 다단의 혼합헤더의 원주상의 전 범위에 걸쳐서 내통에서 유입된 냉각재는 유동혼합헤더 내부에서의 혼합 과정을 거쳐서 혼합헤더의 원주상의 전 범위에 걸쳐서 외통 측으로 분배된다. 이러한 유량 분배과정을 통해서, 일부 구역의 카세트가 정지되는 상황에서도 360° 대칭의 균일한 냉각재 온도분포를 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 따른 유동혼합헤더는 증기발생기카세트의 방출 유로를 벽면방향으로 전환하여 주는 효과가 있어 유동혼합효과를 증진시켜 노심으로 유입되는 저온과 고온 냉각재의 혼합효과를 증진시킬 수 있다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 일부 구역을 격리시킨 상태에서의 출력운전 또는 원자로 정지 이후 인접한 두 구역의 잔열제거계통 고장을 동반한 잔열제거운전에 의해 일부 구역의 급수배관에 급수가 공급되지 않는 상황에서도 각각의 유동혼합헤더에서 발생하는 원주방향 유동에 의해 노심 입구에서의 온도 균일성을 크게 증가시킬 수 있어, 유동혼합헤더가 구비되지 않은 하향수로를 설치하는 경우에 노심의 입구 온도를 균일하게 만들기 위해 요구되는 복잡한 라우팅을 가지는 구역급수배관과 구역증기배관의 필요성이 제거되어 결과적으로 플랜트 건설비를 감소시키고, 원자로 운전 여유도를 향상시키는 등의 효과를 가진다.

Claims (5)

1. 원자로의 외주 상의 고온부에 설치되는 주냉각재펌프, 상기 주냉각재펌프 후단에 설치되는 다수의 증기발생기카세트(33), 상기 증기발생기카세트(33)와 노심(32)입구 사이에 설치되는 하향수로(34)를 포함하고, 상기 증기발생기카세트(33)의 일부 구역을 격리시킨 상태에서의 출력운전 또는 원자로 정지 이후 상기 일부 구역의 잔열제거계통 고장을 동반한 잔열제거운전에 의해 상기 일부 구역의 급수배관에 급수가 이루어지지 않는 운전을 허용하는 일체형 원자로에 있어서,

   중공형의 사각형 형태인 단면을 가지며, 다단으로 적층된 구조로서 상기 하향수로(34)에 설치되는 유동혼합헤더(35,45)로서,

   상기 유동혼합헤더(35,45)의 각 단의 안쪽 면(40)과 바깥쪽 면(50)에는 상기 증기발생기카세트(33)로부터 상기 노심(32)입구로의 급수를 가능케 하는 다수개의 입구 유로구(38)와 출구 유로구(39)가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 하향수로용 유동혼합헤더.
2. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 입구 유로구(38)는 상기 유동혼합헤더(35)의 모든 단의 안쪽 면(40)에 균일하게 분포되고 상기 다수의 출구 유로구(39)는 상기 유동혼합헤더(35)의 각 단의 바깥쪽 면(50)의 일정부분에만 분포되거나, 또는 상기 다수의 입구 유로구(38)는 상기 유동혼합헤더(45)의 각 단의 안쪽 면(40)의 일정부분에만 분포되고 상기 다수의 출구 유로구(39)는 상기 유동혼합헤더(45)의 모든 단의 바깥쪽 면(50)에 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 하향수로용 유동혼합헤더.
3. 제2항에 있어서,

   상기 유동혼합헤더(35)의 각 단의 바깥쪽 면(50)의 일정부분 또는 상기 유동혼합헤더(45)의 각 단의 안쪽 면(40)의 일정부분은 다음의 식:

   원주상의 각도 = 360° / 유동혼합헤더의 단 수 ;

   에 의하여 결정된 원주상의 각도 부분인 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 하향수로용 유동혼합헤더.
4. 제3항에 있어서,

   상기 유동혼합헤더(35)의 각 단의 바깥쪽 면(50)의 일정부분 또는 상기 유동혼합헤더(45)의 각 단의 안쪽 면(40)의 일정부분은 각 단의 유동혼합헤더들에 있어서 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 하향수로용 유동혼합헤더.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유동혼합헤더(35,45)의 단수는 이차측 증기 및 급수 구역 개수와 동일한 개수 또는 상기 이차측 증기 및 급수 구역 개수의 배수인 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 하향수로용 유동혼합헤더.

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