KR101102127B1 - 원자로 상부구조물 성능 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형 원자로 상부 구조물의 성능을 시험하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일체형 원자로의 상부 구조물을 원자로 헤드 모형에 안착시켜 공기 유동량을 측정함으로써 원자로 상부 구조물의 냉각 공기 유동량과 냉각 성능 등을 측정할 수 있는 일체형 원자로 상부구조물의 성능 시험장치에 관한 것이다.
보다 구체적으로는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 상부구조물 성능 시험장치는 상기 하부 슈라우드 플레이트의 내부에 수평 방향으로 구비되되 다수개의 홀이 천공된 차단부와, 상기 홀에 삽입되어 상하 방향으로 유동하는 제어봉을 포함하는 제어봉 구동 모형 모듈; 상기 제어봉 구동 모형 모듈의 하단에 구비되어 바닥면을 지지하도록 형성되는 원자로 헤드 모형 모듈; 센서; 를 포함하며, 냉각팬을 작동시켜 상기 원자로 상부구조물의 내부로 공기가 유동될 때 상기 센서에서 측정된 측정치를 이용하여 상기 원자로 상부구조물의 성능을 시험하는 것을 특징으로 하는 원자로 상부구조물 성능 시험장치에 관한 것이다.

Description

원자로 상부구조물 성능 시험장치{Performance Test Apparatus for Head assembly of Nuclear Reactor}

본 발명은 일체형 원자로 상부 구조물의 성능을 시험하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일체형 원자로의 상부 구조물을 원자로 헤드 모형에 안착시켜 공기 유동량을 측정함으로써 원자로 상부 구조물의 냉각 공기 유동량과 냉각 성능 등을 측정할 수 있는 일체형 원자로 상부구조물의 성능 시험장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자로(原子爐, nuclear reactor)는 연쇄핵분열반응의 결과 순간적으로 방출되는 다량의 질량결손(質量缺損) 에너지가 방출되도록 연쇄반응을 제어하여 핵분열에서 발생하는 열에너지를 동력으로 사용하도록 하는 장치를 말한다. 원자로 내에서 핵 분해 반응시 반응 속도를 제어하기 위해 제어봉이 활용되며, 제어봉을 삽입하거나 인출하기 위한 제어봉 구동 장치가 구비되는 것이 일반적이다. 이러한 제어봉과 제어봉 구동 장치를 냉각시키기 위해 원자로 상부구조물에서 냉각 공기를 유동시킨다.

원자로 상부구조물은 제어봉 및 제어봉 구동 장치를 공기로 냉각시키기 위해 공기를 순환시키는 장치로, 원자로 상부구조물의 공기 유동량에 따른 냉각 성능을 시험하기 위해 종래에는 컴퓨터를 이용한 해석적인 방법과 축소모형 실험을 주로 활용하였다. 다만, 양자 모두 원자로 상부구조물을 직접 가동시켜 냉각 성능을 확인하는 것이 아니므로 측정값이 부정확하고 다양한 조건하에서 공기 유동량과 냉각 성능을 확인하기 어렵다. 제어봉 및 제어봉 구동 장치의 냉각 성능은 원자로 내에서 발생하는 핵분열반응의 속도를 제어하기 위한 것으로 냉각 성능에 대한 정확한 데이터를 요하며, 부정확한 데이터로 인해 핵분열반응 속도의 제어에 어려움이 있다. 또한, 원자로의 특성상 가동하기 위한 시간과 비용의 소모가 크므로, 실제 원자로에 상부 구조물을 장착하여 냉각 성능을 시험하기 어려운 문제도 있다.

따라서 원자로 상부구조물을 실제 원자로의 원자로 헤드에 장착하지 않고, 원자로 상부구조물의 공기 유동과 냉각 성능에 대한 정확한 데이터를 측정할 수 있는 성능 시험장치의 개발이 요구된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 성능 시험 대상인 원자로 상부구조물은 실제 장치를 그대로 활용하면서 합리적인 시간과 비용을 소모하여 원자로 상부구조물의 냉각 성능에 대한 정확한 데이터를 측정할 수 있는 성능 시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예 1 에 따른 원자로 상부구조물 성능 시험장치는 냉각팬(1110)과 리프팅 구조물(1120) 및 에어 플레넘(1130)이 일체로 형성되는 상부 모듈(1100)과, 상기 상부 모듈(1100)의 하방에 분리 가능하도록 결합되되 외부로부터 내부로 공기가 유동할 수 있도록 공기 유입부(1260)가 적어도 하나 이상 관통되어 형성되는 중앙부 모듈(1200)과, 상기 중앙부 모듈(1200)의 하방에 분리 가능하도록 결합되는 하부 모듈(1300)을 포함하고, 상기 상부 모듈(1100), 중앙부 모듈(1200), 하부 모듈(1300)에는 상하가 개방되도록 원통형으로 형성되는 슈라우드 플레이트(1140, 1240, 1340)와, 상기 슈라우드 플레이트(1140, 1240, 1340)의 내주면을 따라 고정되되 상기 슈라우드 플레이트(1140, 1240, 1340)로부터 소정 간격으로 이격되어 공기의 유로를 형성하는 배플(1150, 1250, 1350)이 각각 구비되며, 원자로 헤드(2000)의 상부에 분리 가능하도록 설치되는 원자로 상부구조물(1000)의 성능을 시험하기 위한 장치에 있어서, 상기 하부 슈라우드 플레이트(1340)의 내부에 수평 방향으로 구비되되 다수개의 홀(3111)이 천공된 차단부(3110)와, 상기 홀(3111)에 삽입되어 상하 방향으로 유동하는 제어봉(3120)을 포함하는 제어봉 구동 모형 모듈(3100); 상기 제어봉 구동 모형 모듈(3100)의 하단에 구비되어 바닥면을 지지하도록 형성되는 원자로 헤드 모형 모듈(3200); 센서(3300); 를 포함하며, 상기 냉각팬(1110)을 작동시켜 상기 원자로 상부구조물(1000)의 내부로 공기가 유동될 때 상기 센서(3300)에서 측정된 측정치를 이용하여 상기 원자로 상부구조물(1000)의 성능을 시험하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예 2 에 따른 원자로 상부구조물 성능 시험장치는 상기 원자로 헤드 모형 모듈(3200)은 원통형으로 형성되는 베이스 슈라우드 플레이트(3210)의 외주면을 따라 적어도 하나 이상의 지지부(3220)가 방사형으로 연장되도록 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예 3 에 따른 원자로 상부구조물 성능 시험장치는 상기 센서(3300)는 상기 제어봉(3120)의 외주면에 적어도 하나 이상 구비되되, 상하 방향으로 유동하는 다수개의 상기 제어봉(3120) 중에서 선택된 일부의 제어봉(3120)에만 상기 센서(3300)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예 3 의 다른 실시예에 따르면 원자로 상부구조물 성능 시험장치는 상기 센서(3300)가 상기 제어봉(3120)의 외주면에 다수개로 구비된 경우, 하나의 제어봉(3120)에서 부착 위치가 서로 다른 2개의 센서(3300) 상호간 측정치의 차를 이용하여 상기 원자로 상부구조물(1000)의 성능을 시험하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예 따른 원자로 상부구조물 성능 시험장치는 상기 센서(3300)는 압력 센서, 속도 센서, 유량 센서 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

첫째, 본 발명의 실시예 1 에 따른 원자로 상부구조물 성능 시험장치는 원자로 상부구조물의 하단에 제어봉 구동 모형 모듈 및 원자로 헤드 모형 모듈이 구비되어 원자로 상부구조물이 장착되고 원자로 상부구조물의 내부에서 공기가 유동될 때 부착된 센서를 통해 데이터를 측정하게 된다. 따라서 실제 현장에서 사용되는 원자로 상부구조물을 직접 작동시켜 공기 유동량 및 냉각 성능을 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 본 발명의 실시예 2 에 따른 원자로 상부구조물 성능 시험장치는 원자로 헤드 모형모듈의 외주면을 따라 연장되는 지지부가 구비되므로, 원자로 상부구조물에 구비된 냉각팬을 작동시켜 공기를 유동시킬 때 성능 시험장치로 전달되는 진동에 대해 보다 안정적인 장점이 있다.

셋째, 본 발명의 실시예 3 에 따른 원자로 상부구조물 성능 시험장치는 구비된 제어봉 전부에 센서가 부착되지 않고, 선택된 일부의 제어봉에만 다수개의 센서가 구비될 수 있다. 따라서 제어봉 구동장치의 냉각 측면에서 효과적인 데이터를 산출할 수 있는 위치만을 선별하여 센서를 장착할 수 있으므로, 불필요한 데이터를 줄이고 효율적인 측정이 가능하다.

넷째, 본 발명의 실시예 3 의 다른 실시예에 따르면 하나의 제어봉에 부착된 다수개의 센서 중 부착 위치가 서로 다른 2개의 센서 상호간 측정치의 차를 측정할 수 있으므로, 제어봉의 주변을 유동하는 공기 유량이 최소 기준치를 충족하는지 확인할 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 일체형 원자로의 상부구조물이 원자로 헤드에 장착된 상태를 나타내는 사시도.
도 2 는 본 발명의 실시예 1 에 따른 성능 시험장치에 원자로 상부구조물이 장착된 상태를 나타내는 사시도.
도 3 은 본 발명의 실시예 2 에 따른 원자로 상부구조물의 성능 시험장치 중 원자로 헤드 모형 모듈을 나타내는 사시도.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 상부구조물의 성능 시험장치 중 제어봉 구동 모형 모듈의 차단부와 홀을 나타내는 평면도.
도 5 는 본 발명의 실시예 3 에 따른 원자로 상부구조물 성능 시험장치에서 일부의 제어봉에 다수개의 센서가 부착되는 예를 나타낸 구조도.
도 6 은 일체형 원자로 상부구조물의 내부를 유동하는 공기 흐름도.

일반적으로 원자로는 핵분열반응의 결과 발생하는 질량결손(質量缺損) 에너지를 이용하는 장치이다. 연소열에 의해 자동으로 연소가 확대되는 화력로와 달리 원자로는 연료의 핵분열 때에 방출되는 중성자(中性子)를 매개체로 하여 핵분열 반응을 수행한다.

원자로의 핵분열 반응은 핵연료에 흡수되는 중성자수를 제어함으로써 핵연료의 연소를 조절할 수 있는데, 원자로 내의 핵분열을 지속시키기 위해서는 핵분열시 방출되는 중성자 중에서 다시 핵연료에 흡수되어 재차 핵분열을 일으키는 수가 최소한 1개 이상이어야 한다. 만약 그 수가 1일 때에는 핵분열반응은 감소하지도 증가하지도 않고 일정하게 유지되며, 이 상태를 원자로의 임계(臨界)라고 한다. 또한 그 수가 1을 초과할 때는 핵분열반응의 수도 점점 증가하게 되는데 이를 초임계상태(超臨界狀態)라 하며, 그 반대의 경우를 미임계상태(未臨界狀態)라 한다.

일반적으로 원자로를 일정한 출력으로 운전할 때는 이를 임계상태로 두거나 약간의 임계초과상태로 하여 여분의 중성자를 제어봉에 흡수시키는 방법을 활용한다. 1회의 핵분열에서 방출되는 중성자수는 우라늄 235의 경우 평균 2개 정도이지만, 이들 모두가 재차 핵분열에 기여하는 것은 아니고 원자로 외부로의 누설, 또는 비핵분열성 물질에의 흡수 등에 의해 그 수가 감소하므로 원자로를 계속 운전하기 위해서는 이러한 중성자 손실을 최소화하는 것이 중요하다. 중성자의 손실을 방지하기 위한 방법으로는 핵분열성 물질의 양을 증가시키거나 핵분열시 방출되는 고속중성자를 열중성자준위로 감속시켜 흡수확률을 높이는 방법, 노심외부(爐心外部)로의 누설량을 최소화할 수 있도록 원자로의 크기를 충분히 크게 하는 방법, 그리고 다른 비핵분열성 물질에의 흡수를 최소로 하는 방법 등이 있다. 핵분열의 순간에 방출되는 중성자는 에너지가 높은 고속중성자로서 핵연료에 흡수될 확률이 극히 낮으므로, 이를 감속시켜 흡수확률을 높이는 것이 중요하다. 원자로의 제어는 카드뮴 붕소 등과 같이 중성자 흡수 단면적이 큰 재질을 노심 내에 집어넣거나 빼냄으로써 중성자수를 조절하여 제어하게 되며, 또한 반사체(反射體)나 감속재의 양을 변화시키는 방법을 사용하기도 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1 은 일체형 원자로의 상부구조물이 원자로 헤드에 장착된 상태를 나타내는 사시도를, 도 2 는 본 발명의 실시예 1 에 따른 성능 시험장치에 원자로 상부구조물이 장착된 상태를 나타내는 사시도를, 도 3 은 본 발명의 실시예 2 에 따른 원자로 상부구조물의 성능 시험장치 중 원자로 헤드 모형 모듈을 나타내는 사시도를, 도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 상부구조물의 성능 시험장치 중 제어봉 구동 모형 모듈의 차단부와 홀을 나타내는 평면도를, 도 5 는 본 발명의 실시예 3 에 따른 원자로 상부구조물 성능 시험장치에서 일부의 제어봉에 다수개의 센서가 부착되는 예를 나타낸 구조도를, 도 6 은 일체형 원자로 상부구조물의 내부를 유동하는 공기 흐름도를 나타낸다. 이하에서 원자로 상부구조물(1000)에 대해 설명한 후, 상기 원자로 상부구조물(1000)이 장착되는 원자로 상부구조물의 성능 시험 장치(3000)에 대해 설명하기로 한다.

도 1 을 참조하면 상기 원자로 상부 구조물(1000)은 상부 모듈(1100), 중앙부 모듈(1200), 하부 모듈(1300)을 포함할 수 있다. 상기 원자로 상부구조물(1000)은 원자로 헤드(2000)의 상부에 분리 가능하도록 결합된다. 상기 상부 모듈(1100)은 냉각팬(1110), 리프팅 구조물(1120) 등이 구비되는 에어 플레넘(1130)과, 상기 에어 플레넘(1130)의 하단에 고정되는 상부 슈라우드 플레이트(1140)와, 상기 상부 슈라우드 플레이트(1140)의 내주면을 따라 고정되어 형성되는 상부 배플(1150)을 포함할 수 있다. 상기 상부 모듈(1100)은 원자로 베셀에 수용되어 있는 핵연료를 교체할 때 제어봉 구동장치와 상기 원자로 헤드(2000)를 인양하는 상기 원자로 상부구조물(1000)의 상단에 위치하여 크레인 등의 인양 장비에 결합되는 기능을 갖는다. 원자로 상부 구조물(1000)에 설치되는 제어봉 구동장치는 원자로 노심의 핵반응 속도를 조절하기 위한 제어봉을 삽입하고 인출하도록 하는 장치이다. 상기 제어봉 구동장치는 다수개의 제어봉이 삽입되고 이탈될 수 있도록 허니컴 형태의 공간이 천공되는 튜브 형태일 수 있다. 제어봉은 제어봉 구동의 내부에 삽입된 상태로 상하 방향으로 유동하면서 원자로 노심의 핵반응 속도를 조절한다. 상기 제어봉 구동장치에는 제어봉의 위치를 감지하기 위한 제어봉 위치지시센서가 구비될 수 있고, 제어봉을 구동하기 위한 동력원이 포함될 수 있다.

도 1 을 참조하면 상기 냉각팬(1110)은 상기 제어봉 구동장치의 냉각을 원활하게 수행하기 위해 설치되는 장치로 후술하게 될 공기의 유동을 조절하게 된다. 상기 냉각팬(1110)은 설계에 따라 달라질 수 있으나, 도시한 바와 같이 3개의 냉각팬(1110)이 구비되는 경우 2개의 팬을 작동하여 공기를 흡입하고 나머지 1개의 팬은 작동중인 2개의 팬에 이상이 생길 경우를 대비하여 예비로 구비하는 것이 바람직하다. 상기 원자로 상부구조물(1000)에서 보다 자세한 공기 유동에 대해서는 후술하기로 한다. 상기 리프팅 구조물(1120)은 삼각대와 쉐클로 형성될 수 있으며, 삼각대는 상기 원자로 상부구조물(1000) 전체를 인양하기 위한 것이고 삼각대의 상단에 연결된 쉐클에는 크레인이 연결되어 인양 작업을 수행할 수 있다. 상기 에어 플레넘(1130)은 상기 냉각팬(1110)과 상기 리프팅 구조물(1120)을 지지하며 일체로 형성될 수 있다. 상기 에어 플레넘(1130)의 하부에는 상기 상부 슈라우드 플레이트(1140)가 구비될 수 있다. 상기 상부 슈라우드 플레이트(1140)는 상하가 개방되도록 원통형으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 상부 슈라우드 플레이트(1140)는 그 내부에 구비되는 구성물들을 보호하기 위한 커버 역할을 한다. 상기 상부 슈라우드 플레이트(1140)는 상하 방향으로 배치되는 H빔 등의 서포트 구조물에 의해 지탱될 수 있다. 상기 상부 슈라우드 플레이트(1140)로부터 내부를 향해 소정 간격으로 이격되어 내주면을 따라 상부 배플(1150)이 구비될 수 있다. 상기 상부 배플(1150)은 상기 상부 슈라우드 플레이트(1140)와 이격된 공간을 통해 공기가 유동하도록 유로를 형성하기 위한 것으로, 상기 냉각팬(1110)의 흡입 동작에 의해 발생한 공기 유동이 원활하도록 하여 제어봉 구동장치와 상기 원자로 상부구조물(1000) 내부의 냉각을 용이하게 하는 구조물이다.

상기 원자로 상부구조물(1000)에서 제어봉 구동장치와 관련된 작업이 요구되는 경우가 많은데, 제어봉 구동위한 동력원의 교체, 수리 및 유지 보수 작업, 제어봉 위치지시센서의 교체, 수리 및 유지 보수 작업, 제어봉 위치지시센서의 설치시 캘리브레이션(calibration) 작업 등이 이에 해당될 수 있다. 종래에는 이러한 제어봉 구동장치와 관련된 작업을 수행하기 위해 상기 냉각팬(1110), 상기 리프팅 구조물(1120)과 상기 에어 플레넘(1130)을 차례로 분리하여 먼저 인양하고, 그 아래에 구비되는 케이블 지지유닛을 해체하여 제거한 후 상기 상부 모듈(1100), 중앙부 모듈(1200), 하부 모듈(1300)을 차례로 분리해야 했다. 이처럼 상기 원자로 상부구조물(1000)의 개별적인 구성장치를 하나하나 분해하여 분리 또는 제거를 하는 작업은, 첫째, 작업 시간과 노동력이 많이 소모되어 비효율적이고, 둘째, 구성장치를 분해하는 과정에서 구성품이 변형되거나 파손될 위험이 있으며, 셋째, 분해 과정에서의 구성품의 변형 또는 파손에 의해 제어봉 구동장치와 관련된 작업을 완료한 후 다시 조립하는 과정에서 결합이 어려운 문제가 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 일체형으로 된 원자로 상부 구조물(1000)(IHA, Integrated head assembly)을 활용하게 된다.

도 1 을 참조하면 상기 중앙부 모듈(1200)은 상기 상부 모듈(1100)의 하방에 분리 가능하도록 결합될 수 있다. 상기 중앙부 모듈(1200)은 상기 상부 모듈(1100)과 마찬가지로 중앙부 슈라우드 플레이트(1240)와 중앙부 배플(1250)이 구비될 수 있다. 상기 중앙부 슈라우드 플레이트(1240)는 상하가 개방되도록 원통형으로 형성되는 것이 바람직하며, 구조와 기능은 상기 상부 슈라우드 플레이트(1140)와 동일하다. 상기 중앙부 배플(1250)은 상기 중앙부 슈라우드 플레이트(1240)로부터 소정 간격으로 이격되어 내주면을 따라 고정되어 형성될 수 있으며 그 기능은 상기 상부 배플(1150)과 유사하므로 설명은 생략한다. 도 1 을 참조하면 상기 중앙부 모듈(1200)에는 외부로부터 내부로 공기가 유동할 수 있도록 공기 유입부(1260)가 적어도 하나 이상 구비되는 것이 좋다. 상기 공기 유입부(1260)는 상기 중앙부 슈라우드 플레이트(1240)와 상기 중앙부 배플(1250)을 모두 관통하도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 공기 유입부(1260)는 상기 원자로 헤드(2000)와 제어봉 및 제어봉 구동장치를 냉각시키기 위한 공기가 외부로부터 유입되는 부위이다. 공기의 유동은 통상적인 대기의 유동에 의할 수 있으나, 상기 냉각팬(1110)의 흡입 동작에 따라 상기 원자로 상부구조물(1000) 내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출하게 되면, 밀도 차이에 의해 외부의 공기가 상기 공기 유입부(1260)를 통해 상기 원자로 상부구조물(1000)의 내부로 흡입된다.

도 1 을 참조하면 상기 하부 모듈(1300)은 상기 중앙부 모듈(1200)의 하방에 분리 가능하도록 결합될 수 있다. 상기 하부 모듈(1300)은 상기 상부 모듈(1100) 및 상기 중앙부 모듈(1200)과 마찬가지로 하부 슈라우드 플레이트(1340)와 하부 배플(1350)이 구비될 수 있고, 상기 하부 슈라우드 플레이트(1340)와 상기 하부 배플(1350)의 구조와 기능은 상기 중앙부 슈라우드 플레이트(1240)와 상기 중앙부 배플(1250)과 동일하므로 설명은 생략한다.

도 6 을 참조하여 상기 원자로 상부구조물(1000)의 내부를 유동하는 공기 흐름을 살펴보면, 상기 냉각팬(1110)의 동작에 따라 원자로 내부에 압력이 낮아지면 상기 공기 유입부(1260)를 통해 외부 공기가 상기 원자로 상부구조물(1000)의 내부로 흡입된다. 상기 공기 유입부(1260)는 상술한 바와 같이 상기 중앙부 슈라우드 플레이트(1240)와 상기 중앙부 배플(1250)을 모두 관통하도록 형성되므로, 상기 공기 유입부(1260)를 통해 유입된 공기는 상기 중앙부 배플(1250)의 내부로 유입된 후 하강하면서 상기 원자로 상부구조물(1000) 내부의 제어봉 및 제어봉 구동장치와 다른 구성요소들로부터 열에너지를 흡수하고 냉각시킨다. 열을 흡수하며 하강한 공기는 상기 하부 배플(1350)과 상기 하부 슈라우드 플레이트(1340) 사이의 이격된 공간으로 유동하게 된다. 이동한 공기는 상기 중앙부 배플(1250)과 상기 중앙부 슈라우드 플레이트(1240) 사이의 이격된 공간으로 유동되고, 다시 상기 상부 배플(1150)과 상기 상부 슈라우드 플레이트(1140) 사이의 이격된 공간으로 유동되며, 상기 에어 플레넘(1130)을 거쳐 상기 냉각팬(1110)을 통해 외부로 배출되게 된다.

실시예 1

도 2 를 참조하면 실시예 1 의 원자로 상부구조물 성능 시험장치(3000)는 제어봉 구동 모형 모듈(3100), 원자로 헤드 모형 모듈(3200), 센서(3300)를 포함할 수 있다. 도 2 및 도 4 를 참조하면 상기 제어봉 구동 모형 모듈(3100)은, 실제 장치에서의 제어봉 구동장치를 구현한 모형으로 차단부(3110)와 제어봉(3120)이 구비될 수 있다. 상기 차단부(3110)는 상기 원자로 상부구조물(1000)의 하부 슈라우드 플레이트(1340)의 내부에 수평 방향으로 구비되되 다수개의 홀(3111)이 천공된 형태일 수 있다. 상기 홀(3111)은 상기 제어봉(3120)이 삽입되어 상하 방향으로 유동하면서 원자로 베셀의 핵분열반응 속도를 제어하도록 한다. 상기 홀(3111)은 상기 제어봉(3120)이 필요한 위치에 따라 적정 위치에 설계될 수 있으며, 상기 홀(3111)의 개수는 상기 제어봉 구동 모형 모듈(3100)에 장착되는 상기 제어봉(3120)의 개수보다 많거나 동일한 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 홀(3111)의 개수가 81개로 구비된 경우, 상기 제어봉(3120)은 73개만 상기 홀(3111)에 삽입되어 유동하고 나머지 8개의 홀(3111)은 예비적으로 활용할 수 있다. 상기 차단부(3110)는 상술한 바와 같이 상기 원자로 상부구조물(1000)의 내부를 유동하는 공기가 하방으로 이동하지 않도록 막는 기능을 수행한다. 상기 공기 유입부(1260)를 통해 내부로 유입되어 하강한 외부 공기는 상기 제어봉(3120)을 냉각시키면서 상기 차단부(3110)의 상면에 도달하고, 유동 방향이 전환되어 상기 하부 슈라우드 플레이트(1340)와 상기 하부 배플(1350) 사이의 이격된 공간을 통해 상승하여 상기 냉각팬(1110)을 통해 다시 외부로 배출되는 것이 바람직하다.

도 2 를 참조하면 상기 원자로 헤드 모형 모듈(3200)은 실제 장치에서 상기 원자로 헤드(2000)를 구현한 모형으로, 상기 제어봉 구동 모형 모듈(3100)의 하단에 구비되어 바닥면을 지지하도록 형성될 수 있다. 상기 센서(3300)는 상기 냉각팬(1110)이 작동되어 상기 원자로 상부구조물(1000)의 내부로 공기가 유동할 때, 공기의 유동 압력, 온도, 속도, 유량 등을 측정할 수 있다. 상기 센서(3300)는 압력 센서, 속도 센서, 유량 센서 중 선택되는 어느 하나일 수 있고, 설계에 따라 다양한 센서가 활용될 수 있음은 물론이다. 상기 센서(3300)는 상기 제어봉(3120)에 구비되는 것이 좋으나, 상기 원자로 상부구조물(1000)의 성능을 시험하기 위한 범위내에서 다양한 위치에 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어봉(3120)에 압력 센서가 부착되는 경우, 다음과 같은 사항을 시험할 수 있다. 첫째, 다수개로 구비되는 상기 냉각팬(1110) 중 일부만을 작동시키면서 냉각 공기의 분포 및 냉각 공기량을 측정하고, 작동되는 상기 냉각팬(1110)의 조합을 달리하면서 동일한 측정을 수행하여 상기 냉각팬(1110)의 정상 작동 여부와 성능을 측정할 수 있다. 둘째, 상기 냉각팬(1110)에 의해 유입될 수 있는 냉각공기량을 측정하고 이를 통해 상기 원자로 상부구조물(1000)의 내부를 유동하는 냉각 공기 유량을 산출할 수 있다. 셋째, 상기 센서(3300)를 상기 제어봉(3120)에 부착하고, 각 위치에서의 압력 차이를 측정하여 공기의 유동량이 최소값을 충족하는지 확인할 수 있다.

실시예 2

도 3 을 참조하면 본 발명의 실시예 2 에서 상기 원자로 헤드 모형 모듈(3200)은 베이스 슈라우드 플레이트(3210), 베이스 플레이트(3230), 지지부(3220)를 포함할 수 있다. 상기 베이스 플레이트(3230)는 바닥면에 밀착하여 상기 원자로 상부구조물 성능 시험장치(3000)를 지지하는 밑판이 된다. 상기 베이스 슈라우드 플레이트(3210)는 원통형으로 형성되어 상기 베이스 플레이트(3230)의 상단에 구비될 수 있다. 상기 베이스 슈라우드 플레이트(3210)의 상단에는 상기 하부 슈라우드 플레이트(1340)가 결합된다. 상기 베이스 슈라우드 플레이트(3210)는 상기 원자로 상부구조물 성능 시험 장치(3000)를 안정적으로 지지할 수 있도록, 외주면을 따라 적어도 하나 이상의 상기 지지부(3220)가 방사형으로 연장되어 결합되는 것이 바람직하다. 상기 지지부(3220)는 삼각축을 이루며 상기 베이스 슈라우드 플레이트(3210)의 원주 방향을 따라 부착되어, 상기 원자로 상부구조물 성능 시험 장치(3000)를 지지한다. 설계에 따라 상기 지지부(3220)의 형태가 달라질 수 있음은 물론이다.

실시예 3

도 2 및 도 5 를 참조하면 본 발명의 실시예 3 에서 상기 센서(3300)는 상기 제어봉(3120)의 외주면에 적어도 하나 이상으로 구비될 수 있다. 상기 센서(3300)는 상하 방향으로 유동하는 다수개의 상기 제어봉(3120) 중에서 선택되는 일부의 제어봉(3120)에만 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어봉(3120)이 73개 구비되어 유동되는 경우, 이 중 21개의 제어봉(3120)에만 상기 센서(3300)가 부착될 수 있다. 또한 하나의 제어봉(3120)에 하나의 센서(3300)만이 장착될 필요는 없으며, 하나의 제어봉(3120)에 다수개의 센서(3300)가 구비될 수 있다. 도 5 는 상기 차단부(3110)에 구비된 상기 홀(3111)에 삽입되어 유동되는 다수개의 제어봉(3120) 중에서 일부의 제어봉(3120)에만 상기 센서(3300)가 구비되고, 하나의 제어봉(3120)에 상기 센서(3300)가 8개씩 부착된 예를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 제어봉(3120)에서 다양한 위치에 상기 센서(3300)가 부착된 경우, 하나의 제어봉(3120)에서 부착 위치가 서로 다른 2개의 센서(3300) 상호간 측정치의 차를 이용하여 데이터를 산출할 수 있다. 상기 센서(3300)가 압력 센서인 경우, 상기 제어봉(3120)의 상부와 하부에서의 압력 차이를 산출하고 이를 통해 상기 원자로 상부구조물(1000)의 내부를 유동하는 공기 유동의 최소량을 확인할 수 있다.

본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1000 : 원자로 상부 구조물 1100 : 상부 모듈
1110 : 냉각팬 1120 : 리프팅 구조물
1130 : 에어 플레넘 1140 : 상부 슈라우드 플레이트
1150 : 상부 배플 1200 : 중앙부 모듈
1240 : 중앙부 슈라우드 플레이트 1250 : 중앙부 배플
1260 : 공기 유입부 1300 : 하부 모듈
1340 : 하부 슈라우드 플레이트 1350 : 하부 배플
2000 : 원자로 헤드
3000 : 원자로 상부구조물의 성능 시험 장치
3100 : 제어봉 구동 모형 모듈 3110 : 차단부
3111 : 홀 3120 : 제어봉
3200 : 원자로 헤드 모형 모듈 3210 : 베이스 슈라우드 플레이트
3220 : 지지부 3230 : 베이스 플레이트
3300 : 센서

Claims (5)

1. 냉각팬(1110)과 리프팅 구조물(1120) 및 에어 플레넘(1130)이 일체로 형성되는 상부 모듈(1100)과, 상기 상부 모듈(1100)의 하방에 분리 가능하도록 결합되되 외부로부터 내부로 공기가 유동할 수 있도록 공기 유입부(1260)가 적어도 하나 이상 관통되어 형성되는 중앙부 모듈(1200)과, 상기 중앙부 모듈(1200)의 하방에 분리 가능하도록 결합되는 하부 모듈(1300)을 포함하고,
   상기 상부 모듈(1100), 중앙부 모듈(1200), 하부 모듈(1300)에는 상하가 개방되도록 원통형으로 형성되는 슈라우드 플레이트(1140, 1240, 1340)와, 상기 슈라우드 플레이트(1140, 1240, 1340)의 내주면을 따라 고정되되 상기 슈라우드 플레이트(1140, 1240, 1340)로부터 소정 간격으로 이격되어 공기의 유로를 형성하는 배플(1150, 1250, 1350)이 각각 구비되며,
   원자로 헤드(2000)의 상부에 분리 가능하도록 설치되는 원자로 상부구조물(1000)의 성능을 시험하기 위한 장치에 있어서,
   상기 하부 슈라우드 플레이트(1340)의 내부에 수평 방향으로 구비되되 다수개의 홀(3111)이 천공된 차단부(3110)와, 상기 홀(3111)에 삽입되어 상하 방향으로 유동하는 제어봉(3120)을 포함하는 제어봉 구동 모형 모듈(3100);
   상기 제어봉 구동 모형 모듈(3100)의 하단에 구비되어 바닥면을 지지하도록 형성되는 원자로 헤드 모형 모듈(3200);
   냉각팬(1110)이 작동되어 상기 원자로 상부 구조물(1000)의 내부로 공기가 유동할 때, 공기의 유동 압력, 온도, 속도, 유량을 측정하기 위한 센서(3300);
   를 포함하며, 상기 냉각팬(1110)을 작동시켜 상기 원자로 상부구조물(1000)의 내부로 공기가 유동될 때 상기 센서(3300)에서 측정된 측정치를 이용하여 상기 원자로 상부구조물(1000)의 성능을 시험하는 것을 특징으로 하는 원자로 상부구조물 성능 시험장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 원자로 헤드 모형 모듈(3200)은 원통형으로 형성되는 베이스 슈라우드 플레이트(3210)의 외주면을 따라 적어도 하나 이상의 지지부(3220)가 방사형으로 연장되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 원자로 상부구조물 성능 시험장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서(3300)는 상기 제어봉(3120)의 외주면에 적어도 하나 이상 구비되되, 상하 방향으로 유동하는 다수개의 상기 제어봉(3120) 중에서 선택된 일부의 제어봉(3120)에만 상기 센서(3300)가 구비되는 것을 특징으로 하는 원자로 상부구조물 성능 시험장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 센서(3300)가 상기 제어봉(3120)의 외주면에 다수개로 구비된 경우, 하나의 제어봉(3120)에서 부착 위치가 서로 다른 2개의 센서(3300) 상호간 측정치의 차이를 이용하여 상기 원자로 상부구조물(1000)의 성능을 시험하는 것을 특징으로 하는 원자로 상부구조물 성능 시험장치.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 센서(3300)는 압력 센서, 속도 센서, 유량 센서 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 원자로 상부구조물 성능 시험장치.

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