KR101491734B1

KR101491734B1 - 가압수형 원자로

Info

Publication number: KR101491734B1
Application number: KR1020137015845A
Authority: KR
Inventors: 지카코 이와키; 다츠미 이케다; 데츠조 야마모토; 마사노부 와타나베; 사토루 아베; 겐 우치다; 히사키 사토; 겐 오쿠다; 기이치 이토
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2015-02-09
Also published as: KR20130096305A; JP2012141298A; RU2545518C2; RU2013132475A; US20130343505A1; US9251919B2; EP2654043A4; WO2012081232A1; CN103250212B; CN103250212A; EP2654043A1

Abstract

실시형태에 따르면, 가압수형 원자로는, 복수의 입구 노즐이 접속된 원통 형상의 원자로 압력 용기(1)와, 원자로 압력 용기(1) 내에 수용된 복수의 연료 집합체와, 복수의 연료 집합체를 둘러싸며 원자로 압력 용기(1)의 내측면과의 사이에 고리 형상의 다운코머(6)를 형성하는 원통 형상의 노심조(3)와, 복수의 레이디얼 서포트를 갖는다. 복수의 레이디얼 서포트는, 다운코머(6)의 아래쪽에서 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 배치되며, 각각의 내부에 연직 방향의 유로가 형성되어, 노심조(3)와 원자로 압력 용기(1)를 위치 결정하는 것으로서, 예를 들면, 유로 구비 레이디얼 키(21) 및 키 홈 부재(40)로 이루어진다.

Description

가압수형 원자로 {PRESSURE WATER REACTOR}

본 발명은 가압수형 원자로에 관한 것이다.

가압수형 원자로에 있어서, 원자로로 안내된 일차 냉각재는, 원자로의 연료 집합체의 열 에너지에 의해 가열되어 증기 발생기로 안내된다. 증기 발생기에서는, 가열된 일차 냉각재와 이차 냉각재가 열교환되며, 이차 냉각재가 비등해서 발생한 증기는 터빈으로 안내되어 발전을 행한다.

도 6은, 종래의 가압수형 원자로의 개략 입단면도이다. 원자로 압력 용기(1)는 축을 연직 방향으로 하는 대략 원통 형상의 용기이다. 원자로 압력 용기(1)에는, 일차 냉각재가 유입되는 입구 노즐(4)과, 가열된 일차 냉각재가 유출되는 출구 노즐(5)이 부착되어 있다. 원자로 압력 용기(1) 내에는, 다수의 연료 집합체(2)와, 연료 집합체(2)를 둘러싸는 원통 형상의 노심조(爐心槽)(3)와, 연료 집합체(2)를 지지하는 하부 노심 지지판(8)이 배치되어 있다. 원자로 압력 용기(1)와 노심조(3) 사이에 원환(圓環) 형상의 다운코머(downcomer)(6)가 형성되어 있다. 다운코머(6)의 하부에 원자로 압력 용기(1)를 직경 방향으로 위치 결정하는 레이디얼 서포트로서 레이디얼 키(9)가 설치되어 있다.

일차 냉각재는, 입구 노즐(4)로부터 원자로 압력 용기(1)로 유입되어 다운코머(6)를 하강하고, 연료 집합체(2)의 하부에 형성되는 하부 플리넘(7)에서 합류해서 흐름 방향을 상향으로 반전하여, 하부 노심 지지판(8)을 통과해서, 노심조(3) 내의 연료 집합체(2)를 상승한다. 연료 집합체(2)에서 가열된 일차 냉각재는, 상부에서 합류하여 혼합되고 출구 노즐(5)로부터 유출되어, 증기 발생기(도시 생략)로 안내된다.

이러한 가압수형 원자로에서는, 통상 운전 시에 있어서 일차 냉각재의 유량 및 압력이 불균일해지면, 연료 집합체(2)의 냉각이 불균일해진다. 따라서, 연료 집합체(2)에 균등하게 분포된 일차 냉각재를 부여하는 것이 중요해진다.

따라서, 입구 노즐로부터 유입되는 냉각재를 둘레 방향으로 균일화하기 위해, 다운코머에 유선형의 박리 억제 부재를 배치함과 함께 레이디얼 서포트(레이디얼 키)를 유선형으로 형성하는 것(특허문헌 1)이 제안되어 있다.

일본국 특개2005-24383호 공보

전술한 바와 같이, 원자로의 연료 집합체를 흐르는 일차 냉각재를 균일화하기 위해서, 다운코머를 유하(流下)하는 일차 냉각재를 균일하게 하는 제안이 이루어져 있지만, 다운코머에 박리 억제 부재를 설치하거나, 레이디얼 서포트를 유선 형상으로 하는 종래 기술에서는, 그 유역(流域)에서 흐름의 박리를 억제할 수 있는 효과가 있지만, 다운코머 전체 둘레에 걸쳐서 일차 냉각재를 균일화하는 것은 곤란했다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 다운코머를 유하하는 일차 냉각재를 둘레 방향으로 균일화하여, 연료 집합체에 균등하게 분포된 일차 냉각재를 부여할 수 있는 원자로의 노(爐) 내 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 실시형태에 따른 가압수형 원자로는, 복수의 입구 노즐이 측면에 접속되며 축을 연직 방향으로 하는 원통 형상의 원자로 압력 용기와, 상기 원자로 압력 용기 내에 수용된 복수의 연료 집합체와, 상기 복수의 연료 집합체를 둘러싸며, 상기 원자로 압력 용기의 내측면과의 사이에 고리 형상의 다운코머를 형성하는, 축을 연직 방향으로 하는 원통 형상의 노심조와, 상기 입구 노즐보다 아래쪽의 상기 다운코머에서 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 배치되며, 각각의 내부에 연직 방향의 유로가 형성되어, 상기 노심조와 상기 원자로 압력 용기를 위치 결정하는 복수의 레이디얼 서포트를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 다운코머를 유하하는 일차 냉각재를 둘레 방향으로 균일화하여, 연료 집합체에 균등하게 분포된 일차 냉각재를 부여할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 가압수형 원자로의 노 내 구조물의 수평 단면도.
도 2는 제1 실시형태에 따른 유로 구비 레이디얼 키의 구성을 나타내는 도면이며, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 화살표 방향에서 본 입단면도.
도 3은 제2 실시형태에 따른 노 내 구조물의 수평 단면도.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 화살표 방향에서 본 부분 입단면도.
도 5는 제2 실시형태에 따른 노 내 구조물의 변형예를 나타내는 수평 단면도.
도 6은 종래의 가압수형 원자로의 개략 입단면도.

이하, 본 발명에 따른 가압수형 원자로의 실시형태에 대하여, 도면을 참조해서 설명한다.

(제1 실시형태)

본 발명의 제1 실시형태를 도 1 및 도 2를 사용해서 설명한다.

또, 상기 종래의 노 내 구조와 동일한 부분에는 동일한 번호를 부여하고 중복 설명을 생략한다.

본 실시형태에서는 레이디얼 서포트로서, 그 내부에 유로(22)를 설치한 유로 구비 레이디얼 키(21) 및 키 홈 부재(40)를 사용한다.

4개의 유로 구비 레이디얼 키(21)가, 노심조(3)의 하부 외측에, 서로 둘레 방향으로 간격을 두고 부착되어 있다. 유로 구비 레이디얼 키(21)는 연직 방향으로 연장되는 돌기가 형성되어 있다. 원자로 압력 용기(1) 내측의 각 유로 구비 레이디얼 키(21)에 대향하는 위치에, 키 홈 부재(40)가 부착되어 있다. 각 키 홈 부재(40)에는 연직 방향으로 연장되는 키 홈(41)이 형성되며, 각 키 홈(41)에 유로 구비 레이디얼 키(21)의 돌출부가 끼워져, 원자로 압력 용기(1) 내에서 노심조(3)의 위치 결정을 행할 수 있다.

유로 구비 레이디얼 키(21) 내의 중앙에는, 냉각재가 연직 방향으로 흐르는 냉각재 유로(22)가 설치되어 있다.

그 외의 구성은, 도 6을 참조해서 설명한 상기 종래 기술과 같다.

이렇게 구성된 본 실시형태에 있어서, 유로 구비 레이디얼 키(21) 및 키 홈 부재(40)에 의해, 노심조(3)가 원자로 압력 용기(1)에 간극을 유지하고 위치 결정된다. 입구 노즐(4)로부터 유입되어 다운코머(6)를 하강하는 일차 냉각재의 흐름(12)은, 유로 구비 레이디얼 키(21)를 통과할 때에 좌우로 나뉨과 함께, 중앙에 설치된 냉각재 유로(22)를 통과하는 흐름도 발생한다. 이에 따라, 유로 구비 레이디얼 키(21)를 냉각재가 통과할 때에 일어나는 박리가 억제된다. 그에 따라, 유로 구비 레이디얼 키(21)의 하류에 위치하는 연료 집합체(2)로 흐르는 유량이 국소적으로 저하하는 현상을 방지할 수 있다.

또, 본 실시형태에 있어서, 유로 구비 레이디얼 키(21)는 원주 방향으로 4개소에 있어서 고정된 경우를 도시하고 있지만, 레이디얼 키의 개수는 적절히 증감할 수 있다. 또한, 유로(22)는 노심조(3)측의 부품에 설치되어 있지만, 원자로 압력 용기(1)측의 부품에, 또는 양쪽의 부품에 유로(22)를 설치할 수 있다.

또한, 도시한 예에서는, 노심조(3)의 외측에 유로 구비 레이디얼 키(21)를 부착하고, 원자로 압력 용기(1)의 내측에 키 홈 부재(40)를 부착하고 있다. 이것과는 반대의 예로서, 노심조(3)의 외측에 키 홈 부재(40)를 부착하고, 원자로 압력 용기(1)의 내측에 유로 구비 레이디얼 키(21)를 부착하는 구성으로 할 수도 있다.

(제2 실시형태)

본 발명의 제2 실시형태를, 도 3 내지 도 5를 사용해서 설명한다. 또, 상기 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 번호를 부여하고 중복 설명을 생략한다.

본 제2 실시형태에서는 레이디얼 서포트로서, 유로 구비 레이디얼 키(21)와 키 홈 부재(40)를 사용하는 대신에 한 쌍의 자성체(24, 25)로 이루어지는 레이디얼 서포트(23)를 사용한다. 이 레이디얼 서포트(23)는, 노심조(3)측에 고정 설치되는 자성체(24)와, 대향하는 면의 원자로 압력 용기(1)측에 고정 설치되는 자성체(25)로 구성되며, 노심조(3)의 원주 방향으로 복수 개 배치된다. 이들 대향하는 자성체(24)와 자성체(25)는 서로 흡인하거나, 또는 서로 반발하는 힘이 작용하도록 자화(磁化)된다.

또한, 자성체(24)와 자성체(25) 사이는 유로(26)가 형성된다. 그때, 자성체(24)와 자성체(25)의 상하 단부를 도 4에 나타내는 바와 같이, 유동 저항을 적게 하기 위해서 경사부(27)로 형성해도 된다.

이렇게 구성된 본 실시형태에 있어서, 노심조(3)가 서로 흡인하는 전자력(電磁力)(또는 서로 반발하는 전자력)에 의해 반경 방향으로 비접촉으로 위치 결정된다. 비접촉으로 위치 결정됨으로써, 유로(26)의 간극을 크게 할 수 있음과 함께, 원주 방향 유로를 균일하게 배치할 수 있으므로, 국소적 유량 저하를 방지할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는 레이디얼 서포트(23)를 4개 설치하고 있지만, 그 수는 임의로 변경할 수 있다. 예를 들면, 도 5에 나타내는 변형예에서는, 노심조(3)의 원주 방향 전체에 걸쳐서 레이디얼 서포트(23)가 배치되어 있다.

(다른 실시형태)

이상, 본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것을 의도하고 있지 않다. 이들 신규인 실시형태는, 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 조합, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등 범위에 포함된다.

예를 들면, 하나의 가압수형 원자로에서, 상기 각 실시형태의 특징을 조합시켜도 된다.

1…원자로 압력 용기, 2…연료 집합체, 3… 노심조, 4…입구 노즐, 5…출구 노즐, 6…다운코머, 7…하부 플리넘, 8…하부 노심 지지판, 9…레이디얼 키, 21…유로 구비 레이디얼 키, 22…유로, 23…레이디얼 서포트, 24,25…자성체, 26…유로, 27…경사부, 40…키 홈 부재, 41…키 홈

Claims

복수의 입구 노즐이 측면에 접속되며 축을 연직 방향으로 하는 원통 형상의 원자로 압력 용기와,
상기 원자로 압력 용기 내에 수용된 복수의 연료 집합체와,
상기 복수의 연료 집합체를 둘러싸며, 상기 원자로 압력 용기의 내측면과의 사이에 고리 형상의 다운코머를 형성하는, 축을 연직 방향으로 하는 원통 형상의 노심조와,
상기 입구 노즐보다 아래쪽의 상기 다운코머에서 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 배치되며, 각각의 내부에 연직 방향의 유로가 형성되어, 상기 노심조와 상기 원자로 압력 용기를 위치 결정하는 복수의 레이디얼 서포트
를 가지며,
상기 레이디얼 서포트는, 연직 방향으로 연장되는 키 홈이 형성되는 키 홈 부재와, 두 개의 돌출부가 이격되어 설치된 키를 포함하고, 상기 키 홈에 상기 두 개의 돌출부의 선단이 접하도록 상기 키가 삽입되는 것에 의해 상기 두 개의 돌출부의 사이에서 상기 연직 방향의 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 가압수형 원자로.
제1항에 있어서,
상기 레이디얼 서포트의 상기 키 홈 부재는 상기 원자로 압력 용기의 내측에 고정되고,
상기 키의 돌출부는 상기 노심조의 외측을 향해서 돌출되며 상기 키 홈 내에 적어도 부분적으로 삽입되며,
상기 유로는 상기 키 홈 부재 및 상기 키의 적어도 한쪽에 형성되어 있는 것
을 특징으로 하는 가압수형 원자로.
제1항에 있어서,
상기 레이디얼 서포트의 상기 키 홈 부재는 상기 노심조의 외측에 고정되고,
상기 키는 원자로 압력 용기의 내측에 고정되고, 상기 돌출부는 상기 키 홈을 향해서 돌출되어 상기 키 홈 내에 적어도 부분적으로 삽입되며,
상기 유로는 상기 키 홈 부재 및 상기 키의 적어도 한쪽에 형성되어 있는 것
을 특징으로 하는 가압수형 원자로.
복수의 입구 노즐이 측면에 접속되며 축을 연직 방향으로 하는 원통 형상의 원자로 압력 용기와,
상기 원자로 압력 용기 내에 수용된 복수의 연료 집합체와,
상기 복수의 연료 집합체를 둘러싸며, 상기 원자로 압력 용기의 내측면과의 사이에 고리 형상의 다운코머를 형성하는, 축을 연직 방향으로 하는 원통 형상의 노심조와,
상기 입구 노즐보다 아래쪽의 상기 다운코머에서 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 배치되며, 각각의 내부에 연직 방향의 유로가 형성되어, 상기 노심조와 상기 원자로 압력 용기를 위치 결정하는 복수의 레이디얼 서포트
를 가지며,
상기 레이디얼 서포트는, 상기 원자로 압력 용기의 내측에 고정된 제1 자성체와, 상기 제1 자성체에 대향하는 위치에서 상기 노심조의 외측에 고정된 제2 자성체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가압수형 원자로.
제4항에 있어서,
상기 레이디얼 서포트를 노심조의 원주 방향 전체에 걸쳐서 설치한 것을 특징으로 하는 가압수형 원자로.