KR20010028839A - 환형원통 형상의 자기가압기가 설치된 일체형원자로 - Google Patents

환형원통 형상의 자기가압기가 설치된 일체형원자로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환형원통 형상의 자기가압기가 설치된 일체형원자로에 관한 것으로, 그 목적은 일체형원자로의 가압기 구조를 단순화하여 가압기의 제작을 용이하게 하며, 일체형 원자로의 증기발생기와 원자로 용기 사이에 환형 자기가압기를 설치하여 제어봉 구동축의 움직임에 의한 제어봉 안내관의 손상이 가압기의 밀봉특성을 상실시키는 위험성을 제거함으로써 원자로 운전의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 환형원통 형상의 자기가압기가 설치된 일체형원자로를 제공하는 것이다.
본 발명은 일체형원자로에 있어서, 상기 원자로 상단 중앙에는 중앙덮개가 설치되고, 상기 중앙덮개 하부에 위치하도록 상부안내구조물과 원자로노심이 설치되며, 상기 중앙덮개에 원자로 노심의 핵분열 반응도를 조절하는 제어봉구동장치 및 원자로노심의 핵반응 상태를 계측하기 위한 노심계측기노즐이 설치되고, 상기 상부안내구조물을 관통하여 제어봉안내관 및 노심계측기가 통과하는 노심계측기 안내관이 설치되며, 상기 중앙덮개와 상부안내구조물 및 원자로 노심이 위치하는 부위의 외측에 위치하도록 증기발생기와 급수배관 및 증기배관이 설치되고, 상기 급수배관 및 증기배관은 환형덮개를 관통하여 급수노즐과 증기노즐에 각각 연결되며, 상기 증기발생기의 외측에 위치하도록 증기발생기와 원자로용기 사이에 환형의 가압기가 설치되어, 핵연료 교체작업시 가압기를 추출하지 않고 교체작업을 할 수 있도록 한 환형원통 형상의 자기가압기가 설치된 일체형원자로를 제공함에 있다.

Description

환형원통 형상의 자기가압기가 설치된 일체형원자로 {Integral Reactor with Hollow-Cylinder Type Self-Pressurizer}
본 발명은 환형원통 형상의 자기가압기가 설치된 일체형원자로에 관한 것으로, 일체형 원자로의 증기발생기와 원자로 용기 사이에 환형 자기가압기를 설치함으로서 가압기의 구조를 단순하게 하고, 제어봉안내관의 손상이 가압기의 밀봉특성을 상실하게하는 위험성을 제거하며, 또한 핵연료 교체작업을 용이하게 하는 환형원통 형상의 자기가압기가 설치된 일체형원자로에 관한 것이다.
일반적으로 가압기는 원자로 계통에서 노심의 냉각재 비등을 방지하기 위하여 원자로 냉각재 계통의 압력을 일정하게 유지하도록 하는 장치로써, 분리형 원자로에서는 가압기 내부에 전열기 및 살수기를 장착하여 가압기 내부에서 발생하는 비등현상에 의한 포화증기를 이용하여 원자로 냉각재 계통의 압력을 조절함으로써 원자로 냉각재 계통의 압력 및 온도 변화에 의한 원자로 노심의 비등현상을 방지하며, 일체형원자로에서는 가압기 내부의 질소가스 분압을 이용하여 원자로의 과도 운전상태에서 계통변화를 제어하기 위하여 용량이 큰 자기가압기를 사용할 수 있다.
상기 일체형원자로에 사용하는 자기가압형 가압기는 원자로 압력용기의 상부공간에 설치하며, 분리형 원자로의 가압기에서 사용하는 전열기 및 살수기를 사용하지 않고 가압기 상부의 고압 질소가스를 사용한다. 정상 운전시 일체형원자로의 내부에는 냉각재가 완전히 채워지는 것이 아니고 가압기 상부에 고압 질소가스가 채워지며 냉각재의 온도에 따라 냉각재의 체적과 질소가스의 압력이 변화함으로써 원자로의 압력을 조절하도록 되어 있다.
현재 설계된 대표적인 일체형원자로는 상용발전소의 분리형원자로와 달리 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이 증기발생기(36`), 가압기(10), 냉각재 펌프(20`)가 원자로 용기(42`) 내부에 설치되어 있어 원자로의 안전성을 향상시키도록 되어 있었다. 즉, 원자로 상단 중앙에는 가압기(10)가 설치되고, 상기 가압기(10) 아래에 상부안내구조물(38`)과 원자로 노심(40`)이 위치하며, 가압기(10) 덮개에는 원자로 노심의 핵분열 반응도를 조절하는 제어봉 구동장치(22`)가 설치되고, 제어봉안내관(18`)이 가압기의 2차공간(14`)과 상부안내구조물(38`)을 관통하도록 되어 있었다. 또한 원자로노심(40`)의 핵반응 상태를 계측하기 위한 노심계측기가 통과하는 노심계측기 안내관(16`)이 가압기의 2차공간(14`)과 상부안내구조물(38`)을 관통하고 있다.
상기 가압기 내부에는 가압기의 내부온도를 일정하게 유지시키기 위한 냉각기(11`)가 가압기 외벽과 가압기 내벽(15`) 사이의 1차공간(13`)에 설치되고, 원자로 상부와 가압기의 1차공간(13`)은 1차 밀림관(17`)으로 연결되어 있으며, 1차공간(13`)과 2차공간(14`)을 연결하는 2차 밀림관(12`)은 가압기 내벽(15`)을 관통하여 설치되어 있다. 또한, 상기 가압기 외부에는 증기발생기(36`), 급수배관 및 증기배관이 위치하고 급수배관 및 증기배관은 원자로 덮개를 관통하여 급수노즐(28`)과 증기노즐(26`)에 연결되어 있다.
이와 같이 기존의 일체형원자로에서 사용되어지고 있는 가압기(10)는 원자로 배치에서 원자로 노심(40`) 상부에 설치되므로, 원자로 노심에서 핵연료를 교체작업을 수행할 때에는 매번 가압기(10)를 먼저 추출하고, 핵연료를 교체한 후, 다시 가압기(10)를 설치하는 번거로움이 있었다.
또한, 원자로 내부에 설치되는 가압기(10)는 1차밀림관(17`)을 제외한 모든 경계영역에서 밀봉상태를 유지하도록 설계되어야 하므로 가압기의 덮개와 바닥판에는 제어봉 안내관(18`)과 노심계측기 안내관(16`)을 밀봉용접으로 부착하도록 되어 있으나, 도 3 에 도시된 바와 같이 가압기(10) 덮개에는 많은 수의 제어봉 구동장치(22`) 및 노심계측기 노즐(24`)이 설치되고, 가압기 2차공간(14`)에는 많은 제어봉 안내관(18`)과 노심계측기 안내관(16`)이 가압기(10)를 관통하여 설치되어 가압기 2차공간(14`)의 단면은 벌집과 같은 복잡한 형상으로 구성되므로, 가압기의 덮개와 바닥판에서 제어봉안내관(18`)과 노심계측기 안내관(16`)을 밀봉용접으로 작업하기가 곤란하며, 가압기 내부에 위치하는 밀봉용접 부분은 가동중 검사를 수행하기가 곤란하였다.
또한, 가압기 2차공간(14`)에 저장되는 냉각재의 저장용량은 제어봉 안내관(18`)과 노심계측기 안내관(16`)이 차지하는 체적만큼 감소하므로, 필요한 냉각재의 용량을 확보하기 위하여 가압기(10)의 길이를 상대적으로 길게 즉, 가압기의 체적을 크게 하여야 하며, 이에 따라 매우 긴 제어봉 연장축을 사용해야 하는 등 여러 가지 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 일체형원자로의 가압기 구조를 단순화하여 가압기의 제작을 용이하게 하며, 일체형 원자로의 증기발생기와 원자로 용기 사이에 환형 자기가압기를 설치하여 제어봉 구동축의 움직임에 의한 제어봉 안내관의 손상이 가압기의 밀봉특성을 상실시키는 위험성을 제거함으로써 원자로 운전의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 환형원통 형상의 자기가압기가 설치된 일체형원자로를 제공하는 것이다.
본 발명은 일체형원자로에 있어서, 상기 원자로 상단 중앙에는 중앙덮개가 설치되고, 상기 중앙덮개 하부에 위치하도록 상부안내구조물과 원자로노심이 설치되며, 상기 중앙덮개에 원자로 노심의 핵분열 반응도를 조절하는 제어봉구동장치 및 원자로노심의 핵반응 상태를 계측하기 위한 노심계측기노즐이 설치되고, 상기 상부안내구조물을 관통하여 제어봉안내관 및 노심계측기가 통과하는 노심계측기 안내관이 설치되며, 상기 중앙덮개와 상부안내구조물 및 원자로 노심이 위치하는 부위의 외측에 위치하도록 증기발생기와 급수배관 및 증기배관이 설치되고, 상기 급수배관 및 증기배관은 환형덮개를 관통하여 급수노즐과 증기노즐에 각각 연결되며, 상기 증기발생기의 외측에 위치하도록 증기발생기와 원자로용기 사이에 환형의 가압기가 설치되어, 핵연료 교체작업시 가압기를 추출하지 않고 교체작업을 할 수 있도록 한 환형원통 형상의 자기가압기가 설치된 일체형원자로를 제공함에 있다.
도 1 은 본 발명에서의 환형 자기가압기(50)를 설치한 일체형원자로의 단면예시도
도 2 는 대표적인 일체형원자로의 구성을 보인 단면예시도
도 3 은 도 2 의 원자로에서 환형덮개 부분의 평면배열 예시도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
(10) : 기존의 자기가압기 (11) : 냉각기
(12) : 2차 밀림관 (13) : 1차공간
(14) : 2차공간 (15) : 가압기 내벽
(16) : 노심계측기 안내관 (17) : 1차 밀림관
(18) : 제어봉 안내관 (20) : 냉각재 펌프
(22) : 제어봉 구동장치 (24) : 노심계측기 노즐
(26) : 증기 노즐 (28) : 급수 노즐
(30) : 스터드 볼트 (32) : 질소가스 주입 노즐
(34) : 냉각기 노즐 (36) : 증기발생기
(38) : 상부안내구조물 (40) : 원자로 노심
(42) : 원자로 용기 (43) : 환형덮개
(45) : 중앙덮개 (50) : 환형 자기가압기
도 1 은 본 발명에서의 환형 자기가압기(50)를 설치한 일체형원자로의 단면예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 증기발생기(36)와 원자로용기(42) 사이에 환형원통 형상의 가압기를 설치하여 제어봉안내관(18)과 노심계측기 안내관(16)이 가압기를 관통하지 않고 원자로 노심(40)에 연결되도록 되어 있다.
즉, 원자로 상단 중앙에는 중앙덮개(45)가 설치되고, 상기 중앙덮개 하부에 상부안내구조물(38)과 원자로노심(40)이 위치하며, 상기 중앙덮개(45)에는 원자로 노심의 핵분열 반응도를 조절하는 제어봉구동장치(22) 및 원자로노심(40)의 핵반응 상태를 계측하기 위한 노심계측기노즐이 설치되고, 상기 상부안내구조물(38)을 관통하여 제어봉안내관(18) 및 노심계측기가 통과하는 노심계측기 안내관(16)이 설치되어 있다.
이와 같이 제어봉안내관(18)과 노심계측기 안내관(16)이 상부안내구조물(39)을 관통하지만 상부안내구조물(38)은 밀봉특성이 요구되는 구조물이 아니므로 제어봉 안내관(18)의 균열에 의하여 밀봉특성이 상실되는 위험성, 밀봉용접의 어려움, 그리고 밀봉용접 부분에 대한 가동중 검사 등의 제약조건이 없다.
상기 중앙덮개(45)와 상부안내구조물(38) 및 원자로 노심(40)이 위치하는 부위의 외측에는 증기발생기(36)와 급수배관 및 증기배관이 위치하며, 상기 급수배관 및 증기배관은 원자로 덮개(43)를 관통하여 급수노즐(28)과 증기노즐(26)에 연결되고, 상기 증기발생기(36)의 외측에는 환형의 자기가압기(50)가 설치되어 있다.
상기 환형 자기가압기(50) 내부에는 가압기의 내부온도를 일정하게 유지시키기 위한 냉각기(11)가 원자로 덮개를 관통하여 가압기 외벽과 가압기 내벽(15) 사이의 1차공간(13)에 설치되고, 상기 가압기의 1차공간(13)은 원자로 상부와 1차 밀림관(17)으로 연결되며, 가압기 내벽(15)을 관통하여 설치된 2차 밀림관(12)에 의해 2차공간(14)과 연결된다. 이때, 상기 2차공간(14)에는 환형덮개(43) 상부에 설치된 질소가스주입노즐(32)과 연결되고, 상기 냉각기(11)는 환형덮개(43)를 관통하여 냉각기노즐(34)에 연결된다.
즉, 본 발명은 원통형상의 환형 자기가압기(50)를 증기발생기(36)와 원자로용기(42) 사이에 위치하도록 설치되므로, 원자로용기(42)의 상부형상이 바깥으로 돌출된 구조를 가지고 있다.
이와 같이 본 발명의 환형 자기가압기는 원자로 노심의 상단 부분에 위치하지 않고, 증기발생기와 원자로용기 사이에 위치하도록 되어 있어, 핵연료 교체작업을 수행할 경우, 가압기를 추출할 필요가 없으며 이로인해 원자로 운전성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 제어봉안내관과 노심계측기 안내관이 가압기를 관통하지 않으므로, 그 구조를 단순화 할 수 있으며, 이로 인해 제작이 용이하고, 가동중 유지보수성 및 밀봉성이 향상됨과 동시에, 원자로 용량에 적합하게 기존의 가압기보다 그 크기를 소형화 할 수 있으며, 이에 따라 제어봉 연장축의 길이를 짧게 할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 일체형원자로에 있어서;
    상기 원자로 상단 중앙에는 중앙덮개가 설치되고,
    상기 중앙덮개 하부에 위치하도록 상부안내구조물과 원자로노심이 설치되며,
    상기 중앙덮개에 원자로 노심의 핵분열 반응도를 조절하는 제어봉구동장치 및 원자로노심의 핵반응 상태를 계측하기 위한 노심계측기노즐이 설치되고,
    상기 상부안내구조물을 관통하여 제어봉안내관 및 노심계측기가 통과하는 노심계측기 안내관이 설치되며,
    상기 중앙덮개와 상부안내구조물 및 원자로 노심이 위치하는 부위의 외측에 위치하도록 증기발생기와 급수배관 및 증기배관이 설치되고,
    상기 급수배관 및 증기배관은 원자로 덮개를 관통하여 급수노즐과 증기노즐에 각각 연결되며,
    상기 증기발생기의 외측에 위치하도록 증기발생기와 원자로용기 사이에 환형의 가압기가 설치되어, 핵연료 교체작업시 가압기를 추출하지 않는 것을 특징으로 하는 환형원통 형상의 자기가압기가 설치된 일체형원자로.
  2. 제 1 항에 있어서;
    상기 환형 자기가압기는 가압기의 내부온도를 일정하게 유지시키기 위한 냉각기가 원자로 덮개를 관통하여 가압기 외벽과 가압기 내벽 사이의 1차공간에 설치되고, 상기 가압기의 1차공간은 원자로 상부와 1차 밀림관에 의해 연결되며, 상기 1차공간은 가압기 내벽을 관통하여 설치된 2차 밀림관에 의해 2차공간과 연결됨과 동시에, 상기 냉각기 및 2차공간부는 환형덮개 상부에 설치된 냉각기노즐 및 질소가스주입노즐과 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 환형원통 형상의 자기가압기가 설치된 일체형원자로.
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