KR102167640B1 - 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법 및 이에 사용되는 노심부단순화모델 - Google Patents

노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법 및 이에 사용되는 노심부단순화모델 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법 및 이에 사용되는 노심부단순화모델에 관한 것이다. 이 중 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법은, 복수의 관통공이 형성되어 원자로냉각재가 흐를 때 압력강하를 유도하는 유도판을 상하 방향으로 복수 개 이격 배치하여 노심부를 단순화한 단순화모델을 형성하는 단계; 상기 원자로냉각재의 유동시 압력강하를 측정하도록, 상기 단순화모델을 이용하여 원자로냉각재 유동시험을 수행하는 단계; 및 계측된 상기 원자로냉각재의 압력강하 값을 기준값과 비교하여 오차 범위 내에 존재하는지를 확인하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법 및 이에 사용되는 노심부단순화모델{A method for simulating the flow of a reactor coolant in reactor core and a core simplification model for applying to the model}
본 발명에 따른 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법 및 이에 사용되는 노심부단순화모델은, 특히 노심부에 설치되는 핵연료집합체를 단순화시켜 모델링함으로써 노심부에서 원자로냉각재의 유동 현상을 모사할 수 있도록 한 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법 및 이에 사용되는 노심부단순화모델에 관한 것이다.
종래 원자로용기의 노심부에서 발생되는 복잡한 원자로냉각재의 유동현상을 모사하기 위해서 핵연료집합체 등의 구성을 전체적으로 축소하여 축소 모형을 제작하고, 노심부에서 발생되는 압력강화를 측정하였다.
그러나, 실험을 위한 상기 축소모형은 노심부의 핵연료집합체를 설치할 공간을 고려하여야 할 뿐만 아니라, 원자로용기, 내부구조물, 주변기기 등을 고려하여야 한다. 따라서, 종래 축소모형에 의한 원자로냉각재 유동현상 실험장치는 원자로 노심부를 동일하게 축소하여 제작하여야 하므로 상당한 비용이 요구되고, 원자로용기와 주변장치의 제작과 설치에 막대한 시간이 필요한 단점이 있다.
한국등록특허 제10-1512644호(등록번호)
본 발명은, 노심부에 설치되는 핵연료집합체를 단순화시켜 모델링함으로써 노심부에서 원자로냉각재의 유동 현상을 모사할 수 있도록 한 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법 및 이에 사용되는 노심부단순화모델을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법은, 복수의 관통공이 형성되어 원자로냉각재가 흐를 때 압력강하를 유도하는 유도판을 상하 방향으로 복수 개 이격 배치하여 노심부를 단순화한 단순화모델을 형성하는 단계; 상기 원자로냉각재의 유동시 압력강하를 측정하도록, 상기 단순화모델을 이용하여 원자로냉각재 유동시험을 수행하는 단계; 및 계측된 상기 원자로냉각재의 압력강하 값을 기준값과 비교하여 오차 범위 내에 존재하는지를 확인하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단순화모델을 형성하는 단계는, 상하부가 개방된 중공의 사각형 덕트 형태로 이루어지는 외벽을 마련하고, 사각형의 상기 유도판을 상기 외벽 내부에 상하방향으로 서로 이격하여 복수 개 배치하여 하나의 핵연료집합체를 모사하는 단계;와, 상기 하나의 핵연료집합체를 모사하는 단계에서 모사된 단위핵연료집합체를 서로 인접 배치하여 상측에서 보았을 때 격자형 채널을 형성하는 채널형성단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단순화모델을 형성하는 단계는, 노심부에 배치되는 복수의 핵연료집합체를, 중공의 원통 형태로 이루어지는 외벽을 마련하고, 원판형태의 상기 유도판을 상기 외벽 내부에 상하방향으로 서로 이격하여 복수 개 배치하여 모델링하여, 상기 원자로냉각재가 상기 유도판 사이에서 횡방향으로 유동할 수 있도록 된 것이 바람직하다.
또한, 상기 유도판에 형성된 관통공의 개수는 실제 원자로노심부에 설치되는 핵연료집합체의 개수와 동일한 것이 바람직하다.
또한, 계측된 상기 압력강하 값이 상기 기준값과 비교하여 오차 범위를 벗어난 경우, 상기 단순화모델을 수정하는 단계를 포함하고, 상기 단순화모델을 수정하는 단계는, 상기 관통공의 개수를 변경하거나 상기 유도판의 설치 개수를 변경하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 계측된 상기 압력강하 값이 상기 기준값과 비교하여 오차 범위를 벗어난 경우, 상기 단순화모델을 수정하는 단계를 포함하고, 상기 단순화모델을 수정하는 단계는, 상기 관통공의 직경의 크기를 변경하거나 상기 유도판의 설치 개수를 변경하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유도판의 사이 간격은 서로 일정한 것이 바람직하다.
또한, 상기 외벽의 최상부 및 최하부에 결합되는 최외측 유도판과 상기 최외측 유도판과 인접하여 내측에 배치되는 유도판 사이의 간격(D1)은, 상기 외벽의 내부에 배치되는 유도판 사이의 간격(D2)에 비하여 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는데 사용되는 노심부단순화모델은, 원자로의 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는데 사용되는 노심부단순화모델에 있어서, 상하부가 개방된 중공의 사각형 덕트 형태로 이루어지는 외벽을 마련하고, 복수의 관통공이 형성된 사각형의 압력 강하 유도용 유도판을 상기 외벽 내부에 상하방향으로 서로 이격하여 복수 개 배치하여 하나의 핵연료집합체를 모사한 단위핵연료집합체를 포함하되, 상기 모사된 단위핵연료집합체는 서로 인접 배치하여 상측에서 보았을 때 격자형 채널을 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 복수의 유도판의 간격은 일정한 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는데 사용되는 노심부단순화모델은, 원자로의 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는데 사용되는 노심부단순화모델에 있어서, 노심부에 배치되는 복수의 핵연료집합체를, 중공의 원통 형태로 이루어지는 외벽을 마련하고, 복수의 관통공이 형성된 원판형태의 압력 강하 유도용 유도판을 상기 외벽 내부에 상하방향으로 서로 이격하여 복수 개 배치하여 모델링하며, 상기 원자로냉각재가 상기 유도판 사이에서 횡방향으로 유동할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외벽의 최상부 및 최하부에 결합되는 최외측 유도판과 상기 최외측 유도판과 인접하여 내측에 배치되는 유도판 사이의 간격(D1)은, 상기 외벽의 내부에 배치되는 유도판 사이의 간격(D2)에 비하여 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유도판에 형성된 관통공의 개수는 실제 원자로노심부에 설치되는 핵연료집합체의 개수와 동일한 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법은, 원자로의 노심부에서 유동하는 원자로냉각재의 유동현상(예를 들어 유선으로 유동하는 영역에서의 흐름 내지 재순환 영역에서의 냉각재의 흐름)을 단순화된 모델을 이용하여 확인할 수 있는 효과를 제공한다.
원자로냉각재의 유동시험을 통해 도출되는 원자로냉각재의 유동 압력강하 값 내지 원자로냉각재의 유동혼합율은 원자력발전소의 안전성 검증을 위한 안전해석, 예를 들어 비냉각재상실사고에 대비하여 유용한 자료로 활용될 수 있다.
본 발명에 의해 확보된 원자로냉각재의 유동현상에 자료는, 진보된 가압경수로형 원자로, 새로운 노형인 고속로, 또는 중소형원자로의 노형 개발에 활용될 수 있다.
도1은 원자로 노심부의 단면도,
도2는 도1의 A-A선 단면도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로냉각재 유동 모사 방법의 흐름도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 채용된 단순화모델을 개략적으로 도시한 도면,
도5는 도4의 B-B선 단면도,
도6는 본 발명의 다른 실시예에 채용된 단순화모델을 개략적으로 도시한 도면,
도7은 도6의 요부를 발췌하여 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 원자로 노심부의 단면도이고, 도2는 도1의 A-A선 단면도이다. 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로냉각재 유동 모사 방법의 흐름도이고 도4는 본 발명의 일 실시예에 채용된 단순화모델을 개략적으로 도시한 도면이며, 도5는 도4의 B-B선 단면도이다.
먼저 도1 및 도2를 참고하여 원자로 노심부에 대하여 설명한다.
도1을 참조하면, 원자로 노심부는, 원자로용기(30) 내에 수백 개의 핵연료집합체(90)가 수용되고, 원자로용기(30)의 상부에는 상부헤드(31)가 결합된다. 또한, 원자로용기(30)의 상부 측에는 제어봉구동장치(40)가 구비되고, 상기 제어봉구동장치(40)에는 제어봉집합체의 연장축(41)이 결합된다. 그리고, 상기 원자로용기(30)의 중간 측에는 원자로냉각재가 유입 및 유출시키기 위한 입구노즐(50) 및 출구노즐(60) 마련된다.
상기 유입노즐(50)로 유입된 원자로냉각재는 원자로용기(30)의 하측으로 유동하고, 유량조절테(70)를 거쳐 핵연료집합체(90)의 하측으로부터 유입되어 상측으로 유동한 후 출구노즐(60)을 통해 배출된다. 이러한 과정에서 상기 원자로냉각재는 노심부의 열을 증기발생기(미도시)로 전달하는 기능을 수행한다.
도2는 도1에 도시된 노심부의 단면도에 관한 것으로, 원자로용기(30)의 내부에는 노심(200)을 감싸는 노심지지배럴(100)이 마련된다. 상기 노심(200)은 수백 개의 작은 격자 영역으로 분할되어 있다. 이 분할된 작은 사각형의 모양을 채널이라고 정의한다. 핵연료집합체(90)는 상기 작은 사각형 모양의 채널에 각각 삽입된다. 도1 및 도2의 우측에 도시된 바와 같이, 상기 핵연료집합체(90)는 수백 개의 연료봉(93)이 지지격자(94)에 의해 구속되어 있다. 상기 핵연료집합체(90)는, 그 상부에 상단고정체(91)가 마련되고, 하부에 하단고정체(92)가 마련되어 노심부의 다른 구조물과 체결되어 고정된다.
이와 같이 수백 개의 핵연료집합체(90)를 포함하는 복잡한 노심부를 원자로 냉각재의 유동현상을 파악하고자 그대로 모방하여 실험용 설비를 제작하는 것은 시간과 비용 측면에서 매우 비효율적이다. 본 발명은 복잡합 노심부를 단순화시켜 원자로냉각재의 유동 현상을 모사할 수 있도록 한 것과 관련된 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법은, 노심부를 단순화한 단순화모델을 형성하는 단계(S1), 원자로냉각재 유동시험을 수행하는 단계(S2), 및 유동시험에 의해 계측된 원자로냉각재의 압력강하 값이 기준값의 오차 범위 내에 존재하는지 확인하는 단계(S3)를 포함한다.
상기 노심부를 단순화한 단순화모델을 형성하는 단계(S1)는, 원자로냉각재가 흐를 때 압력강하를 유도하는 유도판(20)을 상하 방향으로 복수 개 이격 배치하여 수행된다. 상기 유도판(20)에는 복수의 관통공(23)이 형성된다. 원자로냉각재는 상기 관통공(23)을 통해 흐르고 관통공(23)이 형성되지 않은 부분에서 부딪혀 압력 강하를 일으키게 된다.
본 실시예에 따르면, 상기 단순화모델을 형성하는 단계(S1)는, 하나의 핵연료집합체를 모사하는 단계와 격자형 채널을 형성하는 채널형성단계를 포함한다.
도4 및 도5를 참조하면, 상기 하나의 핵연료집합체를 모사하는 단계는, 실제 노심(200)에 설치되는 핵연료집합체(90)를 외벽(10)과 유도판(20)으로 모사한다.
상기 외벽(10)은 상하부가 개방된 중공의 사각형 덕트 형태로 이루어진다. 상기 외벽(10)은 상하 방향으로 길게 연장된다.
상기 유도판(20)은, 사각형으로 이루어지고 복수 개의 관통공(23)이 형성된다. 상기 유도판(20)은 상기 외벽(10)의 내부에 상하 방향으로 서로 이격하여 복수 개 배치된다. 본 실시예에 따르면, 상기 유도판(20) 사이의 간격은 일정하게 형성된다.
상기 채널형성단계는, 상기 하나의 핵연료집합체를 모사하는 단계에서 모사된 단위핵연료집합체를 서로 인접 배치하여 상측에서 보았을 때 격자형 채널을 형성하는 단계이다. 상기 단위핵연료집합체는 덕트 형상으로 그 단면이 사각형으로 이루어지고, 상기 단위핵연료집합체가 서로 인접하여 배치되면 도2의 노심(200)에서 형성되는 채널과 유사한 형태의 채널이 형성된다.
상기 원자로냉각재 유동시험을 수행하는 단계(S2)는, 원자로냉각재의 유동시 압력 강하를 측정하는 것으로, 상기 단순화모델을 이용하여 원자로 냉각재의 유동시험을 수행한다.
구체적으로, 원자로냉각재는 원자로용기의 중간 부분에 설치된 4개의 입구노즐(50)을 통해 원자로용기(30)로 유입된다. 상기 원자로냉각재는 상기 원자로용기(30)의 하향유로, 노심영역, 원자로출구 측의 출구노즐(60)을 흐르면서 압력이 강하하고 혼합이 이루어진다. 따라서, 원자로냉각재의 유동시험은 원자로용기(30) 내부에 냉각재의 압력 강하, 원자로냉각재의 혼합율, 원자로냉각재의 유동분포량을 측정하여 수행된다. 이러한 측정 내지 계측을 위해서 펌프, 열교환기, 계측기(유량계, 압력센서, 온도센서 등)의 장비를 설치할 수 있다. 상기 원자로냉각재가 단위핵연료집합체의 내부를 흐를 때 상기 유도판(20)에 부딪혀 압력 강하를 일으키는데, 상기 유도판(20)에 복수의 압력센서를 설치함으로써, 원자로냉각재의 압력 강하량을 효과적으로 측정할 수 있다. 상기 압력센서는 단위핵연료집합체에서 압력 데이터를 확보하여야하는 지점에 복수 개가 설치될 수 있다.
상기 유동시험에 의해 계측된 원자로냉각재의 압력강하 값이 기준값의 오차 범위 내에 존재하는지 확인하는 단계(S3)는, 본 실험 방법에 의해 획득된 압력강하 값이 원자력발전소에서 원자로냉각재의 실제 압력강하에 관한 설계값과 비교하여 허용 오차 범위 내에 있는지를 확인하는 단계이다. 따라서, 상기 기준값은 실제 원자력발전소에서 냉각재의 압력강하 설계값과 동일한 값으로 주어질 수 있다.
상기 오차 범위는, 예컨대 기준값 대비 ±5% 내외로 설정될 수 있다. 상기 범위를 벗어나면 원자로냉각재의 압력 강하 내지 유동혼합율의 오차가 현저히 커져서 정확한 값을 예측할 수 없다.
본 발명에 실시예에 따르면, 상기 단순화모델을 수정하는 단계(S4)를 더 포함할 수 있다.
상기 단순화모델을 수정하는 단계(S4)는, 상기 유동시험에 의해 계측된 원자로냉각재의 압력 강하 값이 상기 기준값과 비교하여 오차 범위를 벗어난 경우에 수행된다. 구체적으로, 상기 단순화모델을 수정하는 단계(S4)는, 상기 관통공(23)의 개수를 변경하거나, 상기 유도판(20)의 설치 개수를 변경하여 이루어질 수 있다.
상기 관통공(23)의 개수를 증가시키는 방향으로 단순화모델을 수정하면 원자로냉각재의 압력 강하는 줄어들고, 반대로 상기 관통공(23)의 개수가 줄어드는 방향으로 단순화모델이 수정되면 원자로냉각재의 압력 강하가 더 크게 발생하게 된다.
상기 유도판(20)의 설치 개수를 증가시키는 방향으로 단순화모델을 수정하면 원자로냉각재의 압력 강하는 증가하고, 반대로 상기 유도판(20)의 설치 개수를 감소시키면 원자로냉각재의 압력 강하를 감소시킬 수 있다.
상기 실시예에 따른 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법은, 단위핵연료집합체는 하나의 채널에 대응하므로, 각 채널에 유입되는 원자로냉각재의 유동분포량을 효과적으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 실제 노심부에 핵연료집합체가 250개가 설치된다면, 상기 단위핵연료집합체를 노심에 대응하는 형상으로 250개를 인접 배치하여 각 채널에 유입되는 원자로냉각재의 유동분포량을 측정할 수 있다. 유동분포량이란 노심부 하단에서 각 채널로 유입되는 원자로냉각재의 양을 의미한다.
또한 본 실시예에 따르면, 원자료냉각재의 유동혼합율을 효과적으로 측정할 수 있다. 유동혼합율은 노심부의 하단으로 흘러들어온 원자로냉각재가 상기 채널로 유입되기 전에 혼합되는 정도와, 각 채널을 빠져나온 원자로냉각재가 노심부의 상측에서 혼합되는 정도를 의미한다. 본 실시예에 따르면, 원자로냉각재가 단위핵연료집합체의 각 채널로 유입되기 전에 혼합되는 정도와, 상기 단위핵연료집합체를 거치 후 노심부의 상측에서 혼합되는 정도를 효과적으로 측정할 수 있다.
도6 및 도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법에 적용되는 단순화모델을 도시한 것이다.
본 실시예에 따르면, 상기 단순화모델 형성 단계(S1)는, 노심부에 배치되는 복수의 핵연료집합체 전체를 일체로 단순화한다. 따라서 본 실시예는, 도4의 실시예가 각 핵연료집합체를 단위핵연료집합체로 모델화하고 상기 단위핵연료집합체를 복수 개 인접 배치하는 것과 비교된다.
구체적으로, 도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 상기 단순화모델을 형성하는 단계(S1)는, 중공의 원통 형태로 이루어지는 외벽(10)을 마련하고, 상기 외벽(10)의 내부에 원판 형태의 유도판(20)을 상하 방향으로 서로 이격하여 복수 개 배치하여 모델링하여 이루어진다. 이와 같은 모델에 따르면, 원자로냉각재는 상기 유도판(20) 사이에서 유동한다.
상기 유도판(20)에는 복수 개의 관통공(23)이 형성된다. 본 실시예에 있어서, 상기 유도판(20)에 형성되는 관통공(23)의 개수는 실제 원자로노심부에 설치되는 핵연료집합체의 개수와 동일하게 형성될 수 있다.
도6을 참조하면, 상기 외벽(10)의 최상부 및 최하부에 결합되는 최외측 유도판(21,22)과 그 최외측 유도판(21,22)과 인접하여 내측에 배치되는 유도판(20) 사이의 간격(D1)은, 상기 외벽(10)의 내부에 배치되는 유도판들(20) 사이의 간격(D2)에 비하여 넓게 형성된다. D2보다 크게 형성된 D1은 원자로냉각재의 유동을 안정화시킨다. 즉, 최하부에 결합된 최외측유도판(22)을 통과한 원자로냉각재는 본격적으로 노심부 측으로 유입되기 전에 유동이 안정화되고, 원자로냉각재는 최상부에 결합된 최외측유도판(21)을 거쳐 배출되기 전에 유동이 안정화된다.
도6 및 도7에 도시된 모델이 적용된 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법은, 도4 및 도5에 도시된 모델이 적용된 모사 방법과 마찬가지로, 상기 유동시험을 수행하는 단계(S2)와, 계측된 압력 강하 값이 기준값의 오차 범위 내에 존재하는지 확인하는 단계(S3)를 그대로 구비한다.
또한, 본 실시예는, 도4 및 도5에 도시된 모델이 적용된 실시예와 마찬가지로, 단순화모델을 수정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 단순화모델은 관통공(23)의 직경 크기 내지 유도판(20)의 개수를 변경하여 수행될 수 있다. 도4 및 도5에 도시된 모델이 적용된 실시예와 실질적으로 동일한 구성 및 작용에 대하여는 반복적인 설명은 생략한다.
상기 관통공(23)의 직경 크기를 증가시키는 방향으로 단순화모델을 수정하면 원자로냉각재의 압력 강하는 줄어들고, 반대로 상기 관통공(23)의 직경 크기가 줄어드는 방향으로 단순화모델을 수정하면 원자로냉각재의 압력 강하가 더 크게 발생하게 된다.
본 실시예에 따르면, 핵연료집합체가 설치되는 각 채널에서 원자로냉각재의 유동분포량을 정확하게 측정할 수 있다. 관통공(23)의 개수를 핵연료집합체의 개수와 동일하게 형성하여 노심에서의 채널과 유사한 환경을 모사하고, 유도판(20) 사이에서 횡방향으로 원자로냉각재의 유동을 허용하므로, 횡방향 유동을 고려한 측정값을 확보할 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 본 실시예가 원자로냉각재의 유동혼합율을 측정할 수 있음은, 상술한 실시예와 동일하다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 원자로의 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는데 사용되는 노심부단순화모델을 제안한다. 본 실시예에 의해 제공되는 노심부단순화모델은, 실질적으로 도4 및 도5에 따른 모델과, 도6 및 도7에 따른 모델이다.
도4 및 도5에 따른 모델은, 하나의 핵연료집합체를 모사한 단위핵연료집합체를 서로 인접하여 격자형으로 배치하여 형성된다.
상기 단위핵연료집합체는, 외벽(10)과 유도판(20)을 포함한다.
상기 외벽(10)은 상하부가 개방된 중공의 사각형 덕트 형태로 이루어진다. 상기 유도판(20)은 압력 강하를 유도하기 위해서 마련된 것으로, 복수의 관통공(23)이 형성된 사각형 판이다. 상기 유도판(20)은 상기 외벽(10)의 내부에 상하방향으로 서로 이격하여 복수 개 배치된다. 본 실시예에 따르면, 상기 복수의 유도판(20)의 간격은 일정하게 형성된다. 상기 외벽(10)과 상기 유도판(20)은 실제 원자로 설치되는 핵연료집합체를 모사한 것이다.
본 실시예에 따르면, 상기 단위핵연료집합체는, 상측에서 보았을 때 격자형 채널을 형성하도록 서로 인접하여 배치된다. 상기 단위핵연료집합체의 개수는 실제 원자로에 삽입 설치되는 핵연료집합체의 개수와 동일하게 형성될 수 있다. 서로 인접한 단위핵연료집합체는, 도2에 도시된 복수의 채널을 모사한다.
한편, 도6 및 도7에 따른 모델은, 복수의 핵연료집합체 전체를 일체로 단순화한다.
노심부에 배치되는 복수의 핵연료집합체는, 외벽(10)와 유도판(20)을 포함하여 단순화되어 모델링된다.
구체적으로, 상기 외벽(10)은 중공의 원통 형태로 이루어진다. 상기 유도판(20)은 압력 강하를 유도하기 위해 마련된 것으로, 복수의 관통공이 형성된 원판 형태이며, 상기 외벽(10)의 내부에 상하방향으로 서로 이격하여 복수 개 배치된다. 본 실시예에 따르면, 원자로냉각재는 상기 유도판(20) 사이에서 횡방향으로 유동한다.
또한, 본 실시예에 따르면, 상기 외벽(10)의 최상부 및 최하부에 결합되는 최외측 유도판(21,22)과 상기 최외측 유도판(21,22)과 인접하여 내측에 배치되는 유도판(20) 사이의 간격(D1)은, 상기 외벽(10)의 내부에 배치되는 유도판(20) 사이의 간격(D2)에 비하여 넓게 형성된다. 또한, 본 실시예에 따르면, 상기 유도판(20)에 형성된 관통공(23)의 개수는 실제 원자로노심부에 설치되는 핵연료집합체의 개수와 동일하게 형성될 수 있다.
상기 유도판(20)의 간격 D1이 D2에 비하여 넓게 형성하여 원자로냉각재의 유동을 안정화시키고, 관통공(23)의 개수를 실제 원자로노심부에 설치되는 핵연료집합체의 개수와 동일하게 하여 실제와 유사한 환경으로 모사하여 보다 정확한 측정값을 얻는 효과를 얻을 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법 및 이에 사용되는 노심부단순화모델은, 노심부에 설치되는 핵연료집합체의 실제적 형상(수 백개의 연료봉, 제어봉, 안내관, 계측관 등)을 단순화된 실험장치로 모사하여 원자로냉각재의 압력강하, 유동혼합율, 및 유동분포량을 효과적으로 측정할 수 있도록 하며, 실제와 동일한 구조물을 설치하는 것과 비교하여 시간과 비용을 절감할 수 있으므로 경제적인 측면에서 효과적이다.
또한, 본 발명은, 압력강하, 유동혼합율, 및 유동분포량과 함께, 3차원 공간적 분포를 갖는 열수력 현상을 모사할 수 있으므로, 본 발명에 의해 획득된 데이터는 원자로노심부를 포함한 주변 구조물 설계, 예컨대 기하학적 형상, 설치 위치, 크기 등을 결정할 때 유용한 정보로 활용될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.
10... 외벽 20... 유도판
21,22... 최외측 유도판 23... 관통공
30... 원자로용기 31... 상부헤드
40... 제어봉구동장치 41... 제어봉집합체의 연장축
50... 입구노즐 60... 출구노즐
70... 유량조절테 90... 핵연료집합체
91... 상단고정체 92... 하단고정체
93... 연료봉 94... 지지격자
100... 노심지지배럴 200... 노심

Claims (13)

  1. 복수의 관통공이 형성되어 원자로냉각재가 흐를 때 압력강하를 유도하는 유도판을 상하 방향으로 복수 개 이격 배치하여 노심부를 단순화한 단순화모델을 형성하는 단계;
    상기 원자로냉각재의 유동시 압력강하를 측정하도록, 상기 단순화모델을 이용하여 원자로냉각재 유동시험을 수행하는 단계; 및
    계측된 상기 원자로냉각재의 압력강하 값을 기준값과 비교하여 오차 범위 내에 존재하는지를 확인하는 단계;를 포함하며,
    상기 단순화모델을 형성하는 단계는,
    상하부가 개방된 중공의 사각형 덕트 형태로 이루어지는 외벽을 마련하고, 사각형의 상기 유도판을 상기 외벽 내부에 상하방향으로 서로 이격하여 복수 개 배치하여 하나의 핵연료집합체를 모사하는 단계;와,
    상기 하나의 핵연료집합체를 모사하는 단계에서 모사된 단위핵연료집합체를 서로 인접 배치하여 상측에서 보았을 때 격자형 채널을 형성하는 채널형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법.
  2. 삭제
  3. 복수의 관통공이 형성되어 원자로냉각재가 흐를 때 압력강하를 유도하는 유도판을 상하 방향으로 복수 개 이격 배치하여 노심부를 단순화한 단순화모델을 형성하는 단계;
    상기 원자로냉각재의 유동시 압력강하를 측정하도록, 상기 단순화모델을 이용하여 원자로냉각재 유동시험을 수행하는 단계; 및
    계측된 상기 원자로냉각재의 압력강하 값을 기준값과 비교하여 오차 범위 내에 존재하는지를 확인하는 단계;를 포함하며,
    상기 단순화모델을 형성하는 단계는,
    노심부에 배치되는 복수의 핵연료집합체를, 중공의 원통 형태로 이루어지는 외벽을 마련하고, 원판형태의 상기 유도판을 상기 외벽 내부에 상하방향으로 서로 이격하여 복수 개 배치하여 모델링하여,
    상기 원자로냉각재가 상기 유도판 사이에서 횡방향으로 유동할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유도판에 형성된 관통공의 개수는 실제 원자로노심부에 설치되는 핵연료집합체의 개수와 동일한 것을 특징으로 하는 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    계측된 상기 압력강하 값이 상기 기준값과 비교하여 오차 범위를 벗어난 경우, 상기 단순화모델을 수정하는 단계를 포함하고,
    상기 단순화모델을 수정하는 단계는, 상기 관통공의 개수를 변경하거나 상기 유도판의 설치 개수를 변경하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    계측된 상기 압력강하 값이 상기 기준값과 비교하여 오차 범위를 벗어난 경우, 상기 단순화모델을 수정하는 단계를 포함하고,
    상기 단순화모델을 수정하는 단계는, 상기 관통공의 직경의 크기를 변경하거나 상기 유도판의 설치 개수를 변경하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유도판의 사이 간격은 서로 일정한 것을 특징으로 하는 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 외벽의 최상부 및 최하부에 결합되는 최외측 유도판과 상기 최외측 유도판과 인접하여 내측에 배치되는 유도판 사이의 간격(D1)은, 상기 외벽의 내부에 배치되는 유도판 사이의 간격(D2)에 비하여 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는 방법.
  9. 원자로의 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는데 사용되는 노심부단순화모델에 있어서,
    상하부가 개방된 중공의 사각형 덕트 형태로 이루어지는 외벽을 마련하고, 복수의 관통공이 형성된 사각형의 압력 강하 유도용 유도판을 상기 외벽 내부에 상하방향으로 서로 이격하여 복수 개 배치하여 하나의 핵연료집합체를 모사한 단위핵연료집합체를 포함하되,
    상기 모사된 단위핵연료집합체는 서로 인접 배치하여 상측에서 보았을 때 격자형 채널을 형성하고,
    상기 복수의 유도판의 간격은 일정한 것을 특징으로 하는 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는데 사용되는 노심부단순화모델.
  10. 삭제
  11. 원자로의 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는데 사용되는 노심부단순화모델에 있어서,
    노심부에 배치되는 복수의 핵연료집합체를, 중공의 원통 형태로 이루어지는 외벽을 마련하고, 복수의 관통공이 형성된 원판형태의 압력 강하 유도용 유도판을 상기 외벽 내부에 상하방향으로 서로 이격하여 복수 개 배치하여 모델링하며,
    상기 원자로냉각재가 상기 유도판 사이에서 횡방향으로 유동할 수 있으며,
    상기 외벽의 최상부 및 최하부에 결합되는 최외측 유도판과 상기 최외측 유도판과 인접하여 내측에 배치되는 유도판 사이의 간격(D1)은, 상기 외벽의 내부에 배치되는 유도판 사이의 간격(D2)에 비하여 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는데 사용되는 노심부단순화모델.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 유도판에 형성된 관통공의 개수는 실제 원자로노심부에 설치되는 핵연료집합체의 개수와 동일한 것을 특징으로 하는 노심부에서 원자로냉각재의 유동을 모사하는데 사용되는 노심부단순화모델.
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