KR100900730B1 - 일체형원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조 - Google Patents

일체형원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자로 압력용기 내의 원자로 외측에 다수의 증기발생기카세트가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어서, 다수의 증기발생기카세트는 원자로의 외측에 구비되되, 축 방향에 대해 수직이 아닌 일정 각도를 갖도록 경사지게 구비됨으로써, 일체형 원자로에서 이차계통에 문제가 발생하여 증기발생기카세트의 기능이 일부 상실될 경우 원자로의 노심으로 유입되는 일차측 유동의 온도분포가 불균일해지는 것을 완화시키는 일체형 원자로의 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조를 요지로 한다.
원자로 압력용기, 원자로, 증기발생기카세트, 냉각재, 일체형원자로

Description

일체형원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조{Steam generator cassette structure for flow mixing in integrated reactor}
본 발명은 일체형 원자로 증기 발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일체형 원자로의 원자로 내부에 구비되는 증기발생기카세트의 배치 및 구조에 변화를 줌으로써, 즉 원자로에 대해 수직 또는 수평방향이 아닌 일정 각도(0°초과∼90°미만)의 범위 내에서 경사지게 구비되는 일체형 원자로의 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조에 관한 것이다.
일반적으로 원자력 발전소는 보통 원자로를 중심으로한 핵증기공급계통(nuclear steam supply system)과, 증기를 공급받아 발전기를 돌리는 터빈 등의 발전기계통, 그리고 기타 부수설비로 구분된다.
핵증기공급계통은 일차계통, 발전기계통은 이차계통이라고도 한다.
한편, 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 일차계통의 핵심적 구성 요소이다.
그리고, 일체형 원자로는 분리형 원자로와 달리 배관을 없앤 것으로서, 핵증기공급계통을 구성하는 가압기, 증기발생기카세트, 주냉각재펌프 등의 주기기가 원자로와 함께 동일한 한 개의 압력 용기에 배관없이 설치된다.
상기 원자로에서 가열된 냉각재는 주냉각재펌프로 공급되고, 이어서 상기 냉각재가 주냉각재펌프를 지나면서 흐름 방향이 아래로 바뀌어 증기발생기카세트 상부로 공급된다.
상기 증기발생기카세트를 지나면서 열교환에 의해 냉각된 냉각재는 하향수로를 지나 다시 원자로로 공급되는 것이다.
상기와 같은 일체형 원자로는 기존의 분리형 원자로의 대형 냉각재 상실사고를 근원적으로 배제할 수 있다.
즉, 안전성이 뛰어나고 소형화가 가능하며 경제성을 크게 향상시키는 장점이 있다.
하지만, 대부분의 증기발생기카세트는 원자로에 대해 수직으로 배치되는 구조를 이룬다.
다수의 증기발생기카세트 중 일부가 어떤 원인에 의하여 기능을 상실하게 될 경우 원자로의 노심으로 유입되는 원자로냉각재의 온도분포가 불균일하게 되고 원자로의 노심의 출력 분포에 영향을 미치게 된다.
이러한 현상을 완화시키기 위하여 아르헨티나에서 개발 중인 일체형 원자로 CAREM의 경우 증기발생기카세트 구역급수배관과 구역증기배관을 복잡하게 연결한 다.
한국원자력연구원에서 개발하고 있는 SMART의 경우 유동혼합헤더를 이용한다(대한민국 특허 등록번호 제10-0647808호).
상기 CAREM의 경우는 복잡한 설비로 인하여 설계, 제작 및 설치가 어려워 제작비 및 안전성에 대한 문제점이 있다.
그리고, 상기 SMART의 경우 유로가 복잡하여 일차계통 유로의 압력손실이 커지고 제작비가 상승하는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 일체형 원자로의 원자로 내부에 구비되는 증기발생기카세트의 배치 및 구조에 변화를 줌으로써, 즉 원자로에 대해 수직 또는 수평방향이 아닌 일정 각도(0°초과∼90°미만)의 범위 내에서 경사지게 구비되는 구조를 이루게 되어, 제작의 복잡성을 줄여 비교적 단순(simple)한 구조로 제작이 매우 용이하며, 일차계통 유로의 압력손실을 줄여 단순화한 유동혼합을 구현시킬 수 있는 일체형 원자로의 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
원자로 압력용기 내의 원자로 외측에 다수의 증기발생기카세트가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어서, 상기 다수의 증기발생기카세트는 상기 원자로 외측의 축 방향에 대해 일정 각도(A)를 갖도록 경사지게 구비되는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조이다.
이때, 상기 일정 각도(A)는 0°< A < 90°미만이다.
그리고, 원자로 압력용기 내의 원자로 외측에 다수의 증기발생기카세트가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어서, 상기 다수의 증기발생기카세트 중 일부 증기발생기카세트는 상기 원자로의 외측에 구비되되, 축 방향에 대해 일정 각 도(B)를 갖도록 경사지게 구비되어 이루어지는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조이다.
이때, 상기 일정 각도(B)는 0°< B < 90°미만이다.
그리고, 원자로 압력용기 내의 원자로 외측에 다수의 증기발생기카세트가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어서, 상기 다수의 증기발생기카세트는 상기 원자로의 외측에 구비되되, 축 방향에 대해 일정 각도(C)를 갖도록 경사지게 구비되되, 축 방향에 대해 우측으로 경사지도록 구비되는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조이다.
이때, 상기 일정 각도(C)는 0°< C < 90°이다.
마지막으로, 원자로 압력용기 내의 원자로 외측에 다수의 증기발생기카세트가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어서, 상기 다수의 증기발생기카세트는 상기 원자로의 외측에 구비되되, 축 방향에 대해 일정 각도(D)를 갖도록 경사지게 구비되되, 축 방향에 대해 좌측으로 경사지도록 구비되는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조이다.
이때, 상기 일정 각도(D)는 0°< D < 90°이다.
본 발명은 일체형 원자로의 원자로 내부에 구비되는 증기발생기카세트의 배치 및 구조에 변화를 줌으로써, 즉 원자로에 대해 수직 또는 수평방향이 아닌 일정 각도(0°초과∼90°미만)의 범위 내에서 경사지게 구비되는 구조를 이루게 되어, 제작의 복잡성을 줄여 비교적 단순(simple)한 구조로 제작이 매우 용이하며, 일차계통 유로의 압력손실이 저감됨에 따라 주냉각재펌프의 출력을 저감시킬 수 있으며 , 자연순환에 의한 냉각을 유리하게 구현시킬 수 있어, 단순화한 유동혼합에 따라 냉각재의 온도분포가 균일해지는 효과가 있다.
또한, 원자력발전소 건설비용을 감소시키고 안전성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 원자로의 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 원자로 압력용기(10) 내의 원자로(40) 외측에 다수의 증기발생기카세트(20)가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어서, 상기 다수의 증기발생기카세트(20)는 상기 원자로(40)의 외측에 구비되되, 상기 원자로(40) 외측의 축 방향에 대해 수직이 아닌 일정 각도(A)만큼 경사지게 구비되어 이루어지는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조(1)이다.
이때, 상기 일정 각도(A)는 0°< A < 90°즉, 예각인 것을 특징으로 한다.
이는 상기 증기발생기카세트(20)의 상측으로 냉각재가 통하여야 하는데, 상기 일정 각도(A)가 90°를 초과할 경우, 상기 증기발생기카세트(20)의 상측과 하측의 위치가 뒤바뀌게 되어 상기 냉각재가 상기 증기발생기카세트(20)를 원활히 통하 지 못하게 될 뿐만 아니라, 온도가 상승한 상기 냉각재의 냉각이 원활하게 이루어지지 않게 되는 것을 방지하기 위함이다.
따라서, 상기와 같은 구조의 본 발명의 경우, 원자로(40)의 노심을 통과하여 온도가 상승한 냉각재는 주냉각재펌프(50) 또는 밀도차에 의하여 순환이 되어 상기 증기발생기카세트(20)를 통하여 냉각이 된다.
이때, 상기 증기발생기카세트(20)는 축방향에 대해 일정 각도(A)(0°< A < 90°)만큼 경사진 상태로서, 이러한 증기발생카세트(20)를 통한 냉각재는 와류형태로 혼합되어 상기 원자로(40)의 노심 입구에 도달하게 된다.
이로인해, 상기 냉각재의 온도분포는 균일해지며, 기존 일체형 원자로의 원자로 압력용기 내에서 상기 증기발생기카세트(20)의 구조만 달리함으로써, 단순한 구조에 따라 제작에 있어 추가적인 비용 발생이 매우 적게 발생한다.
또한, 일차계통의 압력손실이 저감하게 되면서, 상기 주냉각재펌프(50)의 출력을 줄일 수 있으며, 자연순환에 의한 냉각을 유리하게 달성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 변형예로는, 원자로 압력용기(10) 내의 원자로(40) 외측에 다수의 증기발생기카세트(20)가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어서, 상기 다수의 증기발생기카세트(20) 중, 일부 증기발생기카세트(20)는 상기 원자로(40)의 외측에 구비되되, 상기 원자로(40) 외측의 축 방향에 대해 수직이 아닌 일정 각도(B)를 갖도록 경사지게 구비되어 이루어지는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조(1)이다.
이때, 상기 일정 각도(B)는 0°< B < 90°즉, 예각인 것을 특징으로 한다.
이역시 상술한 일 실시예와 마찬가지로, 상기 증기발생기카세트(20)의 상측으로 냉각재가 통하여야 하는데, 상기 일정 각도(B)가 90°를 초과할 경우, 상기 증기발생기카세트(20)의 상측과 하측의 위치가 뒤바뀌게 되어 상기 냉각재가 상기 증기발생기카세트(20)를 원활히 통하지 못하게 될 뿐만 아니라, 온도가 상승한 상기 냉각재의 냉각이 원활하게 이루어지지 않게 되는 것을 방지하기 위함이다.
상기와 같은 구조의 경우, 원자로(40)의 노심을 통과하여 온도가 상승한 냉각재는 주냉각재펌프(50) 또는 밀도차에 의하여 순환이 되어 상기 증기발생기카세트(20)를 통하여 냉각이 된다.
이때, 상기 증기발생기카세트(20)는 축방향에 대해 일정 각도(B)(0°< B < 90°)만큼 경사진 상태로서, 이러한 증기발생카세트(20)를 통한 냉각재는 와류형태로 혼합되어 상기 원자로(40)의 노심 입구에 도달하게 된다.
이로인해, 본 발명의 일 변형예는 일 실시예와 동일하게, 상기 냉각재의 온도분포는 균일해지며, 기존 일체형 원자로의 원자로 압력용기 내에서 상기 증기발생기카세트(20)의 구조만 달리함으로써, 단순한 구조에 따라 제작에 있어 추가적인 비용 발생이 매우 적게 발생한다.
또한, 일차계통의 압력손실이 저감하게 되면서, 상기 주냉각재펌프(50)의 출력을 줄일 수 있으며, 자연순환에 의한 냉각을 유리하게 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 변형예로는, 원자로 압력용기(10) 내의 원자로(40) 외측에 다수의 증기발생기카세트(20)가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어 서, 상기 다수의 증기발생기카세트(20) 중, 일부 증기발생기카세트(20)는 상기 원자로(40)의 외측에 구비되되, 상기 원자로(40) 외측의 축 방향에 대해 수직이 아닌 일정 각도(C)를 갖도록 경사지게 구비되되, 축 방향에 대해 우측으로 경사지도록 구비되어 이루어지는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조(1)이다.
이때, 상기 일정 각도(C)는 0°< C < 90°즉, 예각인 것을 특징으로 한다.
이역시 상술한 일 실시예 및 일 변형예와 마찬가지로, 상기 증기발생기카세트(20)의 상측으로 냉각재가 통하여야 하는데, 상기 일정 각도(C)가 90°를 초과할 경우, 상기 증기발생기카세트(20)의 상측과 하측의 위치가 뒤바뀌게 되어 상기 냉각재가 상기 증기발생기카세트(20)를 원활히 통하지 못하게 될 뿐만 아니라, 온도가 상승한 상기 냉각재의 냉각이 원활하게 이루어지지 않게 되는 것을 방지하기 위함이다.
상기와 같은 구조의 경우, 원자로(40)의 노심을 통과하여 온도가 상승한 냉각재는 주냉각재펌프(50) 또는 밀도차에 의하여 순환이 되어 상기 증기발생기카세트(20)를 통하여 냉각이 된다.
이때, 상기 증기발생기카세트(20)는 축방향에 대해 일정 각도(C)(0°< C < 90°)만큼 경사진 상태로서, 이러한 증기발생카세트(20)를 통한 냉각재는 와류형태로 혼합되어 상기 원자로(40)의 노심 입구에 도달하게 된다.
이로인해, 본 발명의 다른 변형예는 일 실시예 및 일 변형예와 동일하게, 상기 냉각재의 온도분포는 균일해지며, 기존 일체형 원자로의 원자로 압력용기 내에 서 상기 증기발생기카세트(20)의 구조만 달리함으로써, 단순한 구조에 따라 제작에 있어 추가적인 비용 발생이 매우 적게 발생한다.
또한, 일차계통의 압력손실이 저감하게 되면서, 상기 주냉각재펌프(50)의 출력을 줄일 수 있으며, 자연순환에 의한 냉각을 유리하게 달성할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 또 다른 변형예로는, 원자로 압력용기(10) 내의 원자로(40) 외측에 다수의 증기발생기카세트(20)가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어서, 상기 다수의 증기발생기카세트(20) 중, 일부 증기발생기카세트(20)는 상기 원자로(40)의 외측에 구비되되, 상기 원자로(40) 외측의 축 방향에 대해 수직이 아닌 일정 각도(D)를 갖도록 경사지게 구비되되, 축 방향에 대해 좌측으로 경사지도록 구비되어 이루어지는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조(1)이다.
이때, 상기 일정 각도(D)는 0°< D < 90°즉, 예각인 것을 특징으로 한다.
이역시 상술한 일 실시예 및 일 변형예와 마찬가지로, 상기 증기발생기카세트(20)의 상측으로 냉각재가 통하여야 하는데, 상기 일정 각도(D)가 90°를 초과할 경우, 상기 증기발생기카세트(20)의 상측과 하측의 위치가 뒤바뀌게 되어 상기 냉각재가 상기 증기발생기카세트(20)를 원활히 통하지 못하게 될 뿐만 아니라, 온도가 상승한 상기 냉각재의 냉각이 원활하게 이루어지지 않게 되는 것을 방지하기 위함이다.
상기와 같은 구조의 경우, 원자로(40)의 노심을 통과하여 온도가 상승한 냉 각재는 주냉각재펌프(50) 또는 밀도차에 의하여 순환이 되어 상기 증기발생기카세트(20)를 통하여 냉각이 된다.
이때, 상기 증기발생기카세트(20)는 축방향에 대해 일정 각도(D)(0°< D < 90°)만큼 경사진 상태로서, 이러한 증기발생카세트(20)를 통한 냉각재는 와류형태로 혼합되어 상기 원자로(40)의 노심 입구에 도달하게 된다.
이로인해, 본 발명의 다른 변형예는 일 실시예 및 일 변형예와 동일하게, 상기 냉각재의 온도분포는 균일해지며, 기존 일체형 원자로의 원자로 압력용기 내에서 상기 증기발생기카세트(20)의 구조만 달리함으로써, 단순한 구조에 따라 제작에 있어 추가적인 비용 발생이 매우 적게 발생한다.
또한, 일차계통의 압력손실이 저감하게 되면서, 상기 주냉각재펌프(50)의 출력을 줄일 수 있으며, 자연순환에 의한 냉각을 유리하게 달성할 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.
도 1은 본 발명에 따른 일체형 원자로의 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조를 개략적으로 나타내는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 일체형원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조
10: 원자로 압력용기 20: 증기발생기카세트
30: 내통 40: 원자로
50: 주냉각재 펌프

Claims (8)

  1. 원자로 압력용기 내의 원자로 외측에 다수의 증기발생기카세트가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어서,
    상기 다수의 증기발생기카세트는 상기 원자로 외측의 축 방향에 대해 일정 각도(A)를 갖도록 경사지게 구비되는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 일정 각도(A)는 0°< A < 90°인 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조.
  3. 원자로 압력용기 내의 원자로 외측에 다수의 증기발생기카세트가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어서,
    상기 다수의 증기발생기카세트 중 일부 증기발생기카세트는 상기 원자로 외측의 축 방향에 대해 일정 각도(B)를 갖도록 경사지게 구비되는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 일정 각도(B)는 0°< B < 90°인 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조.
  5. 원자로 압력용기 내의 원자로 외측에 다수의 증기발생기카세트가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어서,
    상기 다수의 증기발생기카세트는 상기 원자로의 외측에 구비되되, 축 방향에 대해 일정 각도(C)를 갖도록 경사지게 구비되되, 축 방향에 대해 우측으로 경사지도록 구비되는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 일정 각도(C)는 0°< C < 90°인 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조.
  7. 원자로 압력용기 내의 원자로 외측에 다수의 증기발생기카세트가 구비되어 이루어지는 일체형 원자로에 있어서,
    상기 다수의 증기발생기카세트는 상기 원자로의 외측에 구비되되, 축 방향에 대해 일정 각도(D)를 갖도록 경사지게 구비되되, 축 방향에 대해 좌측으로 경사지도록 구비되는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 일정 각도(D)는 0°< D < 90°인 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 유동혼합을 위한 증기발생기카세트 구조.
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