KR102620916B1 - 원자로 흐름을 안정시키는 조립체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 용기(2), 용기(2)에 위치된 인클로저(5), 순환의 방향의 반전 후에 인클로저(5)에서 순환하도록 용기(2)와 인클로저(5) 사이에서 순환되는 유체, 인클로저(5)에서의 선회류의 형성을 제한하고 인클로저(5)의 단면에 걸친 유속의 균일한 분포를 가능하게 하도록 구성된 확산 요소(9), 확산 요소(9)를 포함하는 원자로를 위한 흐름을 안정시키는 조립체 및 이러한 원자로에서의 흐름을 안정시키는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명의 분야는 원자로의 분야이다.
본 발명은, 노심을 통해 순환하는 열전달 유체를 사용하여 노심이 냉각되는 핵 발전소의 2세대 또는 3세대 가압수형 원자로의 용기 내 흐름에 관한 것이다.
통상적으로, 이러한 시스템은 핵 연료 요소를 포함하는 노심(1)을 포함하며, 이는 상기 노심과 열 교환을 수행하기 위해 순환 드라이브(drive)되는 열 전달 유체에 침지된다.
노심(1)은 통상적으로 열 전달 유체가 순환하는 도 1에 도시된 용기(2)에 포함된다.
용기(2)는 실질적으로 원통형의 외벽(3)에 의해 범위가 정해지고 용기(2)의 하단은 용기 바닥(4)에 의해 폐쇄된다.
통상적으로, 용기 바닥(4)은 실질적으로 반구형이다.
내부 인클로저(5)는 용기(2) 내부에 위치된다.
내부 인클로저(5)는 그 하단에서 개방된 실질적으로 원통형의 내벽(6)에 의해 범위가 정해진다.
내벽(6) 및 외벽(3)은 실질적으로 환형의 단면을 갖는 주입 회로(7)의 범위를 정한다.
노심(1)은 통상적으로 내부 인클로저(5) 내부에 위치된다.
열전달 유체는 통상적으로 주입 회로(7)에서 상부에서 하부로 순환한 후, 용기 바닥(4)에서 되돌아오게 되어 내부 인클로저(5)에서 하부에서 상부로 순환하여 노심(1)과 열교환을 수행한다.
용기 바닥(4)에서 열 전달 유체가 되돌아오는 것은 내부 인클로저(5)의 단면에 걸쳐 불균질한(heterogeneous) 유속 분포, 전형적으로 중심에서의 강한 오버 플로우(평균 유속의 15 내지 20%) 및 주변에서 언더 플로(오버플로와 동일한 크기)를 야기한다.
노심(1)의 입구에서의 불균질한 흐름은 노심(1)의 동작을 변경시킨다.
공급원의 이러한 불균일성은 소위 횡단 흐름을 일으켜서 노심(1)의 높이의 약 1/4에서 시작하여 유속 분포를 점진적으로 균일하게 만든다.
이러한 횡단 흐름은 압력과 관련된 물리적 균형에 의해 발생하지만 연료봉의 진동을 유발하는 유압 여기를 유발한다.
흐름이 되돌아오도록 하기 위해 직면하는 높은 난류 속도와 관련된 변동은 연료 조립체의 여기를 악화시킨다.
연료봉의 프레팅(fretting)으로 인한 마모에 의해 그러나 또한 조립체의 변형에 의해 원자로 사용이 불이익을 받는다(프레팅은 동일한 성질이거나 그렇지 않은 두 표면이 접촉할 때 재료의 마모, 변형, 산화, 부식, 균열, 접착의 물리적 현상 또는 기타 물리적, 화학적, 전기 화학적 및 구조적 변형의 모든 물리적 현상을 의미하는 것으로 이해된다).
따라서 이러한 공급 불균형은 기계적 응력에 대한 조립체의 열 유압 및 중성자 거동의 저하를 초래하며 조립체의 수율 및 수명에 영향을 미친다.
유체의 흐름에 의해 야기된 운동량에 대한 연료 조립체의 축 방향 유지는 열 유압 유속에 대한 최대 허용 값을 결정한다.
유속의 최소값은 노심(1)의 냉각 기능과 관련되며, 노심(1)의 온도는 노심(1)의 손상을 방지하기 위해 특정 스레스홀드 미만으로 유지되어야 한다.
환형 공간의 출구에서 용기 바닥으로의 단면에서의 급격한 변화는 내부 인클로저(5)에서 이들 유속의 불균일성의 주요 원인 중 하나이다.
통상적으로, 이러한 단점은 작동 마진에 의해 제한되며, 이는 유입될 수 있는 유속 및 난류 현상과 관련된 응력을 제한한다.
내부 인클로저(5)의 입구에서 흐름을 안정시킬 수 있는 구조를 사용하는 것도 알려져 있다.
그러나 현재 구조는 주로 노심의 내부 중성자 계측 RIC을 지원하도록 설계되었으며 유체가 되돌아 오는 것와 관련된 변동을 제한하기 위한 최적의 성능을 갖지 않는다.
본 발명의 제 1 목적은 유체를 노심의 입구를 향해 가장 균일한 방식으로 분배하는 것이다.
다른 목적은 조립체에서 유속 변동을 발생시키지 않는 방식으로 선회류 구조(종종 "와류")를 방지하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 노심을 지지하는 구조에서 기계적 제약을 제한하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 용기의 서비스 수명 및 유지 가능성을 증가시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 작동 범위를 확장시키기 위해 특히 노심에 의해 수용 될 수 있는 유속의 관점에서 원자로의 사이징을 최적화하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 원자로를 제안하며, 원자로는:
a. 외벽과 용기 바닥으로 범위가 정해진 용기,
b. 실질적으로 원통형의 내벽에 의해 범위가 정해진 인클로저 - 상기 인클로저는, 내벽과 외벽이 실질적으로 환형의 단면을 갖는 주입 회로를 규정하는 방식으로 용기 내에 위치되고, 인클로저의 하단부는, 주입 회로 내에 주입된 유체가 용기 바닥으로 순환한 후, 인클로저를 관통하여 인클로저를 순환하는 것을 허용하도록 개방되어 있음 - ,
c. 인클로저 내에 위치되는 노심,
d. 인클로저의 하부에 위치되는 지지 요소 - 상기 지지 요소는 노심의 제어 요소를 유지하도록 구성됨 - ,
e. 인클로저 내로 유입되는 흐름을 균일하게 하도록 구성되는 흐름 확산 요소 - 확산 요소는 실질적으로 원형의 평평한 표면 부분을 포함하고, 상기 평평한 표면 부분은 복수의 오리피스를 포함함 - 를 포함하되,
확산 요소가 상기 확산 요소와 용기 바닥 사이에 장애물이 없는 혼합 영역을 규정하는 것, 그리고 오리피스가 모두 동일한 직경의 원형 단면을 갖는 것, 그리고
평평한 표면 부분이 지지 부분(8)으로부터 제 1 거리에 그리고 용기 바닥의 하한으로부터 제 2 거리에 위치되고, 제 2 거리가 제 1 거리보다 크고, 제 1 거리가 오리피스의 직경의 10배보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명은 유리하게는 다음의 하나의 특성 또는 특성들의 조합에 의해 보충될 수 있다 :
- 확산 요소는 테이퍼링된 표면 부분을 더 포함하고, 테이퍼링된 표면 부분은 평평한 부분으로부터 넓어지면서 연장하고, 테이퍼링된 표면 부분은 평평한 부분의 오리피스와 유사한 오리피스를 포함한다;
- 오리피스의 직경은 용기 바닥을 향하여 평평한 부분을 면하도록 위치된 혼합 영역으로의 흐름을 가능하게 하도록 구성된다;
- 주입 회로의 단면은 오리피스의 직경의 3배에서 7배 사이의 두께를 갖는다;
- 확산 요소는 상기 확산 요소와 지지 요소 사이의 유입 영역의 범위를 정하고, 오리피스는 테이퍼링된 부분의 인근의 유입 영역에서 순환하는 유체가 테이퍼링된 표면 부분과 용기 바닥 사이에서 순환하는 흐름에 의해 빨아들여진다;
- 확산 요소는 테이퍼링된 부분의 단부로부터 반경 방향으로 연장하는 센터링 요소를 더 포함한다;
- 센터링 요소는 용기에 관하여 확산 요소를 제 위치에 세트시키도록 구성된다;
- 센터링 요소는 인클로저에 관하여 확산 요소를 제 위치에 세트시키도록 구성된다.
제 2 측면에 따르면, 본 발명은 원자로 노심(nuclear reactor core)으로 유입되는 흐름의 확산 요소에 관한 것이고, 확산 요소는:
a. 실질적으로 원형의 평평한 표면 부분을 포함하는 벽 - 상기 평평한 부분은 복수의 오리피스를 포함함 - ,
b. 평평한 부분으로부터 넓어지면서 연장하는 테이퍼링된 표면 부분 - 테이퍼링된 표면 부분은 복수의 오리피스를 포함함 - ,
c. 센터링 요소를 포함하되,
오리피스가 모두 동일한 직경의 원형 단면을 갖는 것, 그리고
센터링 요소가 테이퍼링된 표면 부분의 단부로부터 반경 방향으로 연장한다.
선택적으로 그러나 유리하게는, 오리피스는 모두가 서로 평행한 축들을 따라 연장된다.
제 3 측면에 따르면, 본 발명에 따른 원자로 노심으로 유입되는 흐름을 안정시키는(calming) 방법을 제안하고, 상기 방법은 주입 회로를 통해 열 전달 유체를 순환시킴으로써 수행되고, 상기 유체는, 노심을 포함하는 인클로저를 통해 순환하는 방식으로 유체가 되돌아게 되는, 용기 바닥으로 순환하되,
상기 유체는 테이퍼링된 표면 부분을 따라 나아감으로써 확산 요소와 용기 바닥 사이에서 순환하고, 상기 테이퍼링된 표면 부분은 혼합 영역을 향해 흐름을 지향시키도록 구성되고, 상기 혼합 영역은 흐름이 되돌아오는 것을 최적화하도록 장애물이 없는 공간이고, 흐름은 확산 요소를 통해 유입 영역을 향하여 순환하고, 확산 요소는 인클로저의 단면에 걸쳐서 유속(flow rate)의 분포가 균일하게 하여 유입 영역의 선회류 구조(swirling flow structure)의 형성을 제한하도록 구성되고, 유입 영역에서 순환하는 상기 유체는 과반수가 인클로저를 향하여 흐르고, 오리피스는, 유속의 분포를 인클로저의 단면에 걸쳐서 균일하게 하도록, 테이퍼링된 표면 부분의 인근의 유입 영역에서 순환하는 유체가 테이퍼링된 표면 부분과 용기 바닥 사이에서 순환하는 흐름에 의해 빨아들여진 후 혼합 영역을 향해 지향되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 단순히 예시의 목적을 위한 것이며 제한적이지 않은 첨부된 도면과 관련하여 읽혀야 하는 다음의 설명에서 더 제시될 것이다.
- 도 1은 원자로 용기의 주요 센터링 요소를 도시하는 단면도이다.
- 도 2는 본 발명에 따라 흐름을 안정시키는 조립체를 도시한 단면도이다.
- 도 3은 본 발명에 따른 확산 요소의 3D 모델링이다.
- 도 4는 용기는 용기 내부의 요소를 나타내도록 부분적으로 개방되어 있는 본 발명에 따른 흐름을 안정시키는 조립체의 모델링이다.
- 도 5는 특히 작동 중 유체의 순환을 도시하는 본 발명에 따른 흐름을 안정시키는 장치의 작동 다이어그램이다.
- 도 6은 본 발명에 따른 원자로, 특히 본 발명에 따른 방법에 의해 안정된 유체의 순환을 도시하는 도면이다.
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- 도 6은 본 발명에 따른 원자로, 특히 본 발명에 따른 방법에 의해 안정된 유체의 순환을 도시하는 도면이다.
본 발명은 원자로의 노심(1)의 유입에서 흐름을 안정시키는 조립체에 적용되고, 도 2에 도시된 상기 조립체는:
a. 외벽(3)과 용기 바닥(4)으로 범위가 정해진 용기(2),
b. 실질적으로 원통형의 내벽(6)에 의해 범위가 정해진 인클로저(5) - 상기 인클로저(5)는, 내벽(6)과 외벽(3)이 실질적으로 환형의 단면을 갖는 주입 회로(7)를 규정하는 방식으로 용기(2) 내에 위치되고, 인클로저(5)의 하단부는, 주입 회로(7) 내에 주입된 유체가 용기 바닥(4)으로 순환한 후, 인클로저(5)를 관통하여 인클로저(5)를 순환하는 것을 허용하도록 개방되어 있음 - ,
c. 인클로저(5) 내에 위치되는 노심(1),
d. 인클로저(5)의 하부에 위치되는 지지 요소(8)를 포함한다.
지지 요소(8)는 노심(1)의 내부 RIC(Reactor Instrumentation Core)을 지지하도록 구성된다.
이 문서의 내용에서, 상단과 하단은 도 2의 용기의 배향에 따라 규정되며, 용기 바닥(4)은 용기(2)의 하단에 위치한다. 이는 한정의 의미는 아니며, 구조는 공간에서 용기(2)에 대해 선택된 배향에 관계없이 적용될 수 있다.
방사 방향 및 축 방향의 개념은 용기(1)가 연장되는 길이 방향 축(X)에 따라 규정된다.
조립체는 인클로저(5)로 유입되는 흐름을 균일하게 하도록 구성된 흐름 확산 요소(9)를 더 포함한다.
확산 요소(9)는 실질적으로 원형의 평평한 표면 부분(10) 및 실질적으로 테이퍼링된 표면 부분(11)을 포함하고, 테이퍼링된 표면 부분(11)은 평평한 부분(10)으로부터 넓어지면서 연장한다.
도시된 실시 예에서, 평평한 부분(10)은 중심이고 테이퍼링된 부분(11)은 평평한 부분(10)의 반경 방향 외부 한계로부터 넓어지면서 연장된다.
평평한 부분(10) 및 테이퍼링된 부분(11)은 각각 복수의 오리피스(12)를 포함한다.
평평한 부분(10)은 다른 실시 예에서 돔형 프로파일을 가질 수 있고 제로가 아닌 곡률을 가질 수 있으며, 평평하다는 용어는 제한적인 목적을 갖지 않는다.
테이퍼링된 부분(11)은 또한 구형의 일부에 기하학적 구조를 가질 수 있으며, 여기서 테이퍼링된이라는 용어는 제한되지 않는다.
도시된 실시 예에서, 테이퍼링된 부분(11)은 용기(2)의 상부를 향해 넓어지면서 연장되지만, 다른 실시 예에서 테이퍼링된 부분(11)은 평평한 부분(10)으로부터 용기(2)의 바닥을 향해 연장되는 것으로 고려될 수 있다.
확산 요소(9)는 상기 확산 요소(9)와 용기 바닥(4) 사이에 위치한 혼합 영역(13)으로 지칭되는 영역과 확산 요소(9)와 지지 요소(8) 사이에 위치한 유입 영역(14)으로 한정되는 영역의 범위를 정하고, 오리피스(12)는 혼합(13) 및 유입(14) 영역을 유체 연통하게 한다.
보다 정확하게는, 혼합 영역(13)은 편평한 부분(10)과 용기 바닥(4) 사이에서 편평한 부분(10)을 향하여 위치된다.
오리피스(12)는 모두 동일한 직경의 원형 단면을 갖는다.
오리피스(12)의 직경은 혼합 영역(13)을 향한 흐름을 가능하게 하도록 구성된다.
보다 정확하게는, 오리피스(12), 특히 이들의 기하학적 구조, 표면 및 그 경사는 유체 흐름 방향에 따라 유입 영역(14)을 향한 유체의 순환을 가능하게 하거나 또는 그렇지 않은 단일 하중 손실을 야기하도록 구성된다.
예를 들어, 오리피스(12)는 테이퍼링된 단면(11)을 갖는 오리피스(12)에 의해 흡기 영역(14)을 향한 유체의 순환을 제한하도록 구성되며, 오리피스(12)의 배향 및 직경은, 이 영역에서, 테이퍼링된 부분(11)의 오리피스(12)를 통해 유입 영역(14)을 향한 유체의 순환을 제한하도록 테이퍼링된 부분(11)과 용기 바닥(4) 사이의 흐름의 방향에 비추어 충분히 실질적인 단일 하중 손실을 야기하도록 구성된다.
따라서, 오리피스(12)는, 인클로저(5)의 단면에 걸친 유속의 분포를 균일하게 하는 방식으로, 테이퍼링된 부분(11) 부근의 유입 영역(14)에서 순환하는 유체가 테이퍼링된 부분(11)과 용기 바닥(4) 사이를 순환하는 흐름에 의해 빨아들여져서 혼합 영역(13)으로 지향되도록 구성된다.
주입 회로(7)는 반경 방향의 두께(C)를 가지며, 두께(C)는 노심(1)에 의해 취해질 수 있는 유속에 따라 구성되며, 오리피스(12)의 직경은 예를 들어 주입 회로(7)의 두께(C)의 1/10에서 1/4 사이일 수 있다.
바람직한 실시 예에서, 오리피스(12)의 직경은 유체가 노심(8)의 하부 플레이트(8)로 지향되기 전에 혼합 영역으로 통과하도록 하기 위해 주입 회로(7)의 두께(C)보다 적어도 5배 작다.
평평한 부분(10)은 지지 요소(8)로부터 제 1 거리(A)에 그리고 용기 바닥(4)의 하한으로부터 제 2 거리(B)에 위치되며, 이들 거리는 축방향을 따라 표현된다.
제 1 거리(A)는 노심(1)에 의해 방출된 방사선의 확산 요소(9)에 의한 흡수를 제한하도록 구성된다.
제 1 거리(A)는 또한 인클로저(5)의 입구에서 선회류 구조의 감소를 가능하게 하도록 구성된다.
제 1 거리(A)는 확산 요소(9)의 각각의 오리피스(12)로부터 나오는 각각의 스트림의 혼합을 가능하게 하도록 구성된다.
특히, 스트림의 혼합은 B가 오리피스(12)의 직경의 20배일 때 완벽한 것으로 간주된다. 스트림의 혼합은 제 1 거리(A)가 오리피스(12)의 직경의 5배보다 작으면 무시할 수있는 것으로 간주된다.
예를 들어, 제 1 거리(A)는 오리피스(12)의 직경의 10배 이상, 바람직하게는 오리피스(12)의 직경의 12배 이상이다.
제 2 거리(B)는 실질적인 혼합 영역(13)을 형성하도록 구성되어, 특히 확산 요소(9)의 오리피스를 통과하기 전에 흐름의 최적으로 되돌아오는 것을 허용하며, 또한 흐름이 바람직하게는 평평한 부분(10)을 통해 유입 영역(14)을 통하여 순환하게 한다.
제 2 거리(B)는 바람직하게는 제 1 거리(A)보다 크고, 예를 들어 오리피스(12)의 직경의 15배를 나타낸다.
선택적으로, 오리피스(12)는 모두가 서로 평행한 축들을 따라 연장된다.
바람직하게는, 혼합 영역(13)은 임의의 장애물이 없으며, 노심의 제어 요소(RFI)는 지지 요소(8)에 의해 지지된다. 이는 유체가 최적으로 되돌아오는 것을 가능하게 하여, 선회류 구조의 형성을 한정하고 그리고 인클로저(5)의 단면에 걸쳐 유속 분포를 균일하게 하는 것을 가능하게 한다.
확산 요소(9)의 실시 예에서, 각각의 오리피스(12)는 45mm와 70mm 사이, 예를 들어 56mm의 직경을 가지며, 수직 방향으로 배향된다.
각각의 오리피스(12) 사이의 거리는 수평면에서 5mm에서 25mm 사이, 예를 들어 10mm일 수 있다.
평평한 부분(10)은 1000mm와 1500mm 사이, 예를 들어 1335mm의 반경 및 10mm와 40mm 사이, 예를 들어 20mm의 두께를 가질 수 있다.
평평한 부분(10)은 500개 내지 2000개의 오리피스(12), 예를 들어 1201개의 오리피스를 포함할 수 있다.
제 1 거리(A)는 500mm와 1500mm 사이, 예를 들어 680mm일 수 있다.
제 2 거리(B)는 500mm와 3000mm 사이, 예를 들어 885mm, 즉 오리피스(12) 직경의 15.8배일 수 있다.
주입 회로(7)의 두께(C)는 100mm와 1000mm 사이, 예를 들어 290mm일 수 있다.
테이퍼링된 부분(11)은 방위 방향으로 5에서 15열 사이의 오리피스(12), 예를 들어 8열을 포함할 수 있고, 각각의 열은 100에서 200개 사이의 오리피스(12), 예를 들어 128개의 오리피스(12)를 포함할 수 있다.
테이퍼링된 부분(11)은 따라서 500개에서 3000개 사이의 오리피스(12), 예를 들어 1024개의 오리피스(12)를 포함할 수 있다.
따라서 확산 요소(9)는 1000개에서 내지 5000개 사이의 오리피스(12), 예를 들어 2225개의 오리피스(12)를 포함할 수 있다.
지지 요소(8)의 외부 반경은 1500mm와 3000mm 사이, 예를 들어 2144.7mm일 수 있다.
도 3을 참조하면, 확산 요소(9)는 테이퍼링된 부분(11)의 단부로부터 반경 방향으로 연장되는 센터링 요소(15)를 포함한다.
센터링 요소(15)는 용기(2)에 관하여 확산 요소(9)의 방사상 위치에 놓이는 것을 보장하도록 구성된다.
선택적으로, 센터링 요소(15)는 인클로저(5)에 대해 확산 요소(9)의 반경 방향 위치에 그리고 용기(2)에 대한 인클로저(5)의 반경 방향 위치에 놓임을 보장할 수 있다.
도시된 실시 예에서, 센터링 요소(15)는 :
- 테이퍼링된 부분(11)의 단부로부터 반경 방향으로 연장되는 반경 방향 플랜지(16) - 상기 반경 방향 플랜지(16)는 인클로저(5)에 관한 확산 요소(9)의 축 방향 위치에 놓임을 보장함 - ,
- 반경 방향 플랜지(16)의 단부로부터 축 방향으로 연장되는 실질적으로 원통형인 센터링 칼라(17) - 상기 칼라(17)는 인클로저(5)에 관련한 확산 요소(9)의 반경 방향 위치에 놓임을 보장함 - ,
- 반경 방향 플랜지(16)의 단부로부터 반경 방향으로 연장되고 칼라(17)를 넘어 축 방향으로 연장되는 복수의 센터링 탭(18) - 상기 탭(18)은 용기(2)에 대한 확산 요소(9)의 반경 방향 위치에 놓임을 보장하고 용기(2)에 관하여 인클로저(5)의 반경 방향 위치에 놓이는 것을 보장함 - 을 포함한다.
선택적으로, 확산 요소(9)의 직경은 오리피스(12)의 직경의 50에서 100배 사이, 예를 들어 70에서 80배 사이를 나타낸다.
이는 확산 요소(9)의 직경에 따라 제 1 거리(A), 제 2 거리(B) 및 두께(C)를 제한하는 것을 가능하게 하여, 조립체의 소형화를 증가시키고 따라서 진동에 대한 반응을 최소화할 수 있게 한다.
선택적으로, 탭(18)은 반경 방향 외부 단부에서 용기(2)에 대한 확산 요소(9)의 축 방향 위치에 놓임을 보장하고 용기(2)에 대한 인클로저(5)의 축 방향 위치로의 놓임을 보장하도록 구성된 기하학적 형상을 추가로 갖는다.
도 4에 도시된 바와 같이, 탭(18)은 용기 바닥(4)과 외벽(3) 사이의 한계에 위치된다. 탭(18)은 용기 바닥(4)의 내표면과 협력하는 표면 부분을 가지므로, 용기(2)에 대한 확산 요소(9) 및 인클로저(5)를 축 방향 위치로 세트시키는 것을 수행하는 것을 가능하게 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 유체는 주입 회로(7)에서 상부에서 하부로 순환한 후, 용기 바닥(4)과 흡입 요소(9) 사이에서 순환한다.
유체는, 특히 오리피스(12)의 구성 및 유체가 주입 회로(7)를 빠져나가자마자 오리피스(12)를 통해 순환할 때 야기되는 부하 손실로 인해 혼합 영역(13)으로 대부분이 연결된다.
혼합 영역(13)에서, 유체가 되돌아오게 되어 확산 요소(9)의 오리피스(12)를 통해, 주로 평평한 부분(10)의 오리피스(12)를 통해 유입 영역(14)을 향해 순환하며, 인클로저(5)의 단면에 걸친 유속의 균질성(homogeneity)을 가능하게 한다.
유체가 되돌아오는 것은 제 2 거리(B)의 구성에 의해 가능해지는데, 이는 유체가 최적으로 되돌아오는 것을 가능하게 하고 횡방향 유동의 존재를 제한하면서 조립체의 소형화를 더 최적화한다.
유입 영역(14)에서, 테이퍼링된 부분(11) 근방에서 순환하는 유체의 일부, 특히 테이퍼링된 부분(11)의 상부는 상기 테이퍼링된 부분(11)의 오리피스(12)를 통해 빨아들여진다.
이러한 빨아들임(aspiration)은 테이퍼링된 부분(11)의 상부에서 오리피스(12) 근처에서 주입 회로(7)로부터 배출되는 유체의 흐름에 의해 야기되는 압력 감소에 의해 야기된다.
실제로, 이 영역에서 오리피스(12)의 구성은 상기 오리피스(12)에 의해 유체가 유입 영역(14)으로 유입되는 것을 가능하게 하지 않으며, 따라서 유체는 이들 오리피스(12) 부근으로 흐르고 상기 오리피스 부근의 유입 영역(14)에 위치된 유체를 빨아들이는 압력 감소를 야기한다.
보다 정확하게는, 주입 회로(7)의 단면의 두께(C)와 오리피스(12)의 직경 사이의 비는 특히 이 효과를 가능하게 하도록 한다.
테이퍼링된 부분(11)에 의한 유입 영역(14)을 향한 유체의 순환은 제한되어, 이는 혼합 영역(13)을 향하여 흐름을 지향시켜서 인클로저(5)의 단면에 걸친 유속의 균질성을 가능하게 한다.
이 효과는 특히 유체의 흐름 방향에 따른 오리피스(12)의 부하 손실의 구성에 의해 달성된다.
혼합 영역(13)으로부터 나오는 유체는 확산 요소(9)를 통과하고 인클로저(5)를 통해 순환하며, 선회류 구조의 감쇠는 확산 요소(9)와 지지 요소(8)를 분리하는 제 1 거리(A)에 의해 가능해진다.
인클로저(5)의 단면에 걸친 유속의 균질성은 인클로저(5)에서 횡 방향 흐름의 출현(appearence)을 감소시킬 수 있고, 따라서 노심(1)이 받는 응력 및 그러므로 상기 노심(1)의 조기 마모를 제한할 수 있게 한다.
조립체의 수명과 조립체 수율이 향상되었다.
인클로저(5)의 단면 중심에서의 오버플로우 현상은 제한되며, 노심(1)에 의해 수용될 수있는 유속을 증가시키는 것이 가능하다.
Claims (10)
- 원자로로서,
a. 외벽(3)과 용기 바닥(4)으로 범위가 정해진 용기(2),
b. 실질적으로 원통형의 내벽(6)에 의해 범위가 정해진 인클로저(5) - 상기 인클로저(5)는, 내벽(6)과 외벽(3)이 실질적으로 환형의 단면을 갖는 주입 회로(7)를 규정하는 방식으로 용기(2) 내에 위치되고, 인클로저(5)의 하단부는, 주입 회로(7) 내에 주입된 유체가 용기 바닥(4)으로 순환한 후, 인클로저(5)를 관통하여 인클로저(5)를 순환하는 것을 허용하도록 개방되어 있음 - ,
c. 인클로저(5) 내에 위치되는 노심(1),
d. 인클로저(5)의 하부에 위치되는 지지 요소(8) - 상기 지지 요소(8)는 노심(1)의 제어 요소를 유지하도록 구성됨 - ,
e. 인클로저(5) 내로 유입되는 흐름을 균일하게 하도록 구성되는 흐름 확산 요소(9) - 확산 요소(9)는 실질적으로 원형의 평평한 표면 부분(10)을 포함하고, 상기 평평한 표면 부분(10)은 복수의 오리피스(12)를 포함함 - 를 포함하되,
확산 요소(9)가 평평한 표면 부분(10)과 용기 바닥(4) 사이에 장애물이 없는 혼합 영역(13)을 규정하는 것, 그리고 오리피스(12)가 모두 동일한 직경의 원형 단면을 갖는 것, 그리고
평평한 표면 부분(10)이 지지 부분(8)으로부터 제 1 거리(A)에 그리고 용기 바닥(4)의 하한으로부터 제 2 거리(B)에 위치되고, 제 2 거리(B)가 제 1 거리(A)보다 크고, 제 1 거리(A)가 오리피스(12)의 직경의 10배보다 큰 것을 특징으로 하는 원자로. - 청구항 1에 있어서, 제 1 거리(A)는, 확산 요소(9)의 각각의 오리피스(12)로부터 나오는 각각의 스트림의 혼합물을 드라이브(drive)하기 위해 오리피스(12)의 직경의 12배 이상인 원자로.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 확산 요소(9)는 테이퍼링된 표면 부분(11)을 더 포함하고, 테이퍼링된 표면 부분(11)은 평평한 부분(10)으로부터 넓어지면서 연장하고, 테이퍼링된 표면 부분(11)은 평평한 부분(10)의 오리피스(12)와 유사한 오리피스(12)를 포함하는, 원자로.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 주입 회로(7)의 단면은 오리피스(12) 직경의 3배와 7배 사이의 두께(C)를 갖는, 원자로.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 확산 요소(9)는 테이퍼링된 표면 부분(11)의 단부로부터 반경 방향으로 연장하는 센터링 요소(15)를 더 포함하는, 원자로.
- 청구항 5에 있어서, 센터링 요소(15)는 용기(2)에 관련하여 확산 요소(9)를 제 위치에 세트시키도록 구성되는, 원자로.
- 청구항 6에 있어서, 센터링 요소(15)는 인클로저(5)에 관하여 확산 요소(9)를 제 위치에 세트시키도록 더 구성되는, 원자로.
- 원자로 노심(nuclear reactor core)으로 유입되는 흐름의 확산 요소(9)로서,
a. 실질적으로 원형의 평평한 표면 부분(10)을 포함하는 벽 - 상기 평평한 부분(10)은 복수의 오리피스(12)를 포함함 - ,
b. 평평한 부분(10)으로부터 넓어지면서 연장하는 테이퍼링된 표면 부분(11) - 테이퍼링된 표면 부분(11)은 복수의 오리피스(12)를 포함함 - ,
c. 센터링 요소(15)를 포함하되,
오리피스(12)가 모두 동일한 직경의 원형 단면을 갖는 것, 그리고
센터링 요소(15)가 테이퍼링된 표면 부분(11)의 단부로부터 반경 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 확산 요소(9). - 청구항 8에 있어서, 오리피스(12)는 모두가 서로 평행한 축들을 따라 연장하는, 확산 요소(9).
- 청구항 1, 청구항 2, 또는 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 원자로의 노심으로 유입되는 흐름을 안정시키는(calming) 방법으로서, 상기 방법은 주입 회로(7)를 통해 열 전달 유체를 순환시킴으로써 수행되고, 상기 유체는, 노심(1)을 포함하는 인클로저(5)를 통해 순환하는 방식으로 유체가 되돌아오게 되는, 용기 바닥(4)으로 순환하되,
상기 유체는 테이퍼링된 표면 부분(11)을 따라 나아감으로써 확산 요소(9)와 용기 바닥(4) 사이에서 순환하고, 상기 테이퍼링된 표면 부분(11)은 혼합 영역(13)을 향해 흐름을 지향시키도록 구성되고, 상기 혼합 영역(13)은 흐름이 되돌아오는 것을 최적화하도록 장애물이 없는 공간이고, 흐름은 확산 요소(9)를 통해 유입 영역(14)을 향하여 순환하고, 확산 요소(9)는 인클로저(5)의 단면에 걸쳐서 유속(flow rate)의 분포를 균일하게 하여 유입 영역(14)의 선회류 구조(swirling flow structure)의 형성을 제한하도록 구성되고, 유입 영역(14)에서 순환하는 상기 유체는 과반수가 인클로저(5)를 향하여 흐르고, 오리피스(12)는, 유속의 분포를 인클로저(5)의 단면에 걸쳐서 균일하게 하도록, 테이퍼링된 표면 부분(11)의 인근의 유입 영역(14)에서 순환하는 유체가 테이퍼링된 표면 부분(11)과 용기 바닥(4) 사이에서 순환하는 흐름에 의해 빨아들여진 후 혼합 영역(13)을 향해 지향되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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