KR20010072869A - 스파저의 위상 상호 작용을 사용하는 풀 압력 완화 방법및 장치 - Google Patents

스파저의 위상 상호 작용을 사용하는 풀 압력 완화 방법및 장치 Download PDF

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Abstract

핵원자로로부터 복수의 스파저(sparger)를 통해 스팀을 압력 진압 풀(pressure suppression pool)로 배출하는 것으로부터 기인하는 진동하는 압력 교란을 완화하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 개별 스파저는 직렬로 연결되어, 연속 스파저로부터의 비응축성 가스와 스팀의 최초의 배출 사이에 시간 지연이 존재하게 된다. 이 시간 지연은, 연속 스파저로부터의 압력 교란이 위상이 맞지 않아 부분적으로나 전체적으로 서로 상쇄되도록 조절될 수 있다. 이러한 진동하는 압력 교란의 상쇄는 진압 풀의 벽(walls)과 진압 풀에 잠겨 있는 구조물(structures)에 대한 동적 부하를 최소화시킨다.

Description

스파저의 위상 상호 작용을 사용하는 풀 압력 완화 방법 및 장치{POOL PRESSURE MITIGATION USING SPARGER PHASE INTERACTION}
핵원자로가 과압되는 경우에, 감압 밸브(relief valve)는 스팀 또는 원자로 냉각제를 진압 풀-액체 냉각제가 채워져 있는 탱크-로 배출하여 이 배출된 스팀의 에너지를 방산시킨다. 감압 밸브의 급격한 개방과, 그후 고압 스팀을 진압 풀로 수송하는 것은 진압 풀 벽과 구조물에 대하여 동적 부하를 일으킨다. 이들 동적 부하는, 충분히 크다면 그리고 발전소 설계 동안 적절히 고려되지 않았다면, 진압 풀에 잠겨 있는 구조물을 손상시킬 수 있다.
진압 탱크 내의 동적 부하는 적어도 두 개의 다른 작용을 통해 일어나는 것으로 생각된다. 일반적인 압력 감압 시스템에 있어서, 감압 밸브는 고압의 스팀을 가스 스파저의 그룹과 연결된 방출 라인(discharge line)으로 방출한다. 이 스파저는 일반적으로 수직 파이프로 구성되며 이 파이프 단부는 진압 풀에 잠겨 있다. 압력 감압 밸브가 고압 스팀을 방출 라인으로 배출할 때, 이 스팀은 먼저 스파저 파이프에 존재하는 비응축성 가스와 액체 냉각제를 배기시켜야 한다. 이 스파저 라인을 청소하는 과정(line clearing process) 동안, 고압 스팀은 액체 냉각제의 상대적으로 큰 관성과 높은 흐름 저항으로 인해 비응축성 가스를 압축한다. 압축된 비응축성 가스가 스파저 노즐로부터 나올 때, 가스는 급격히 팽창하며 과 팽창으로 인해 수축한다. 비응축성 가스의 이 팽창과 수축은 라인 청소 동안 반복하여, 진압 풀 내에 잠겨 있는 구조물에 부딪히는 진동하는 압력파(pressure wave)를 야기한다.
액체 냉각제가 스파저 파이프를 청소한 후 어느 지점에서, 스파저는 고압의 스팀을 진압 풀로 분사하며, 스파저 노즐에 인접한 증기-위상 분사 영역(vapor-phase injection zone)을 만든다(실제로 비응축성 가스 배출과 스팀 배출 사이에 명확한 전이는 없는 것으로 보인다). 스팀의 대량 유동(steam mass flux)과 응축률(condensation rate) 사이의 시간에 따른 불균형으로 인해, 고압의 스팀 분사 과정은 압력 진동을 일으킨다. 라인 청소 과정과 같이, 스팀을 분사하는 동안 진동하는 압력파는 진압 풀 내에 잠겨 있는 구조물에 대한 동적 압력 부하를 일으킨다.
많은 종래의 압력 감압 시스템에 있어서, 가스 스파저는 스팀을 동시에 여러 위치에서 액체 냉각제 속으로 방출하며, 이 냉각제는 진압 풀 내에 잠겨 있는 구조물에 작용하는 압력을 배분시킨다. 하지만, 잠겨 있는 구조물에 대한 동적 부하는, 여러 스파저로부터 오는 압력 교란이 결합할 수 있기 때문에 여전히 클 수 있다.예를 들면, 두 개의 인접 스파저로부터의 압력 교란이 동일 주파수와 위상 관계를 가진다면, 두 개의 압력 교란의 진폭은 더해져서 개별 압력 교란보다 더 큰 결합된 압력 교란을 일으킬 수 있다. 따라서, 진압 풀 내의 구조물에 대한 동적 부하를 최소화시키기 위하여 개별 스파저로부터 오는 압력 교란의 상호 작용을 고려하는 압력 감압 시스템이 바람직할 것이다.
본 발명은 일반적으로 핵원자로의 제어된 감압 동작을 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로 진압 풀(suppression pool)에 잠겨 있는 구조물에 작용하는 부하를 줄이는 향상된 가스 스파징 시스템(gas sparging system)에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1g는 직렬로 연결된 두 개의 스파저에서 일어나는 고조파 교란(harmonic disturbance)에 대한 위상 각의 영향을 도시하는 총 교란 압력 대 시간 곡선.
도 2a 내지 도 2d 는 직렬로 연결된 두 개의 스파저에서 일어나는 고조파 교란에 대한 교란 주파수의 영향을 도시하는 총 교란 압력 대 시간 곡선.
도 3a 내지 도 3f 는 직렬로 연결된 여러 개의 스파저에 대한 총 교란 압력 대 시간 곡선.
도 4 는 핵발전소에서 압력 감압 시스템의 스파저의 트레인을 개략적으로 도시하는 도면.
본 발명의 일 측면에 따라, 일련의 스파저를 통해 가스를 진압 풀로 배출하는 것으로부터 기인하는 압력 교란을 완화하는 하나의 방법이 제공된다. 본 방법은 각 스파저에서 일어나는 압력 교란의 기본 주파수를 획득하는 단계와, 실질적으로 다음의 관계식, 즉
을 최적화시키기 위하여 임의의 두 연속 스파저의 가스 배출의 시작점 사이의 시간 지연을 조절하는 단계를 포함하되, 여기서 τ는 시간 지연을 나타내며f는 그후 배출 스파저에서 교란의 기본 주파수를 나타낸다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 진압 풀에 잠겨 있는 일련의 N 개의 스파저를 통해 가스를 배출하는 것으로부터 기인하는 압력 교란을 완화하는 제 2 의 방법이 제공된다. 본 방법은 각 스파저에서 일어나는 압력 교란의 기본 주파수를 획득하는 단계와, 두 개의 연속 스파저에서의 교란의 위상 각이 실질적으로 다음의 관계식,즉
에서 최적화되도록 두 개의 연속 스파저에서의 교란의 위상각을 조절하는 단계를 포함하되, 여기서 φi와 φi-1은 두 개의 연속 스파저에서의 교란의 위상각을 나타내며, ⅰ는 일(1)보다 크고 N보다 작거나 같은 정수이며 스파저의 일련 위치를 나타내며, m 은 제로(0)보다 크거나 같은 양의 정수이다. 위상 각의 관계식을 만족시키기 위한 위상각을 조절하는 단계는 연속 스파저의 매 쌍에 대해 반복된다.
본 발명의 또다른 측면에 따라, 핵원자로로부터 스팀을 진압 풀에 배출하는 것으로부터 기인하는 압력 교란을 완화하는 장치가 제공된다. 본 장치는 진압 풀에 잠겨 있는 일련의 N 개의 스파저와 각 스파저와 순차적으로 연결된 헤더를 포함한다. 이 스파저는, 스팀이 핵원자로로부터 헤더로 배출될 때, 임의의 두 개의 연속 스파저에서 일어나는 압력 교란이 실질적으로 다음의 관계식, 즉
에서 최적화되도록 구성되며, 여기서 φi와 φi-1은 두 개의 연속 스파저에서의 교란의 위상 각을 나타내며, ⅰ는 일(1)보다 더 크며 N 보다 더 작거나 같은 정수이며, 스파저의 일련 위치를 나타내며, m은 제로(0)보다 더 크거나 같은 양의 정수이다.
본 발명은 고압의 스팀을 진압 풀로 배출하는 동안 개별 스파저에서 일어나는 진동하는 압력 교란의 상호 작용을 고려한다. 이 개별 스파저는 직렬로 연결되어, 연속 스파저로부터 오는 비응축성 가스의 최초의 배출 사이에 시간 지연이 존재한다. 이 시간 지연은, 연속 스파저로부터 압력 교란이 위상이 맞지 않아 부분적으로나 전체적으로 서로 상쇄되도록 조절될 수 있다. 진동하는 압력 교란의 이 상쇄는 진압 풀의 벽과 진압 풀에 잠겨 있는 구조물에 대한 동적 부하를 최소화시킨다.
진동하는 압력 교란의 상쇄 또는 완화는 직렬로 연결된 두 개 이상의 스파저에서 일어나는 압력 교란의 상호 작용을 조사하여 알 수 있으며, 여기서 각 스파저는 비응축성 가스 또는 스팀을 압력 풀로 배출한다. 일반적으로, 주기적인 교란이 사인과 코사인의 푸리에 급수 전개를 통해 표현될 수 있다. 하지만, 간단하게 하기위하여, 우리는 임의의 시간(t)에서,
의 형태를 갖는 주기적인 교란을 고려하며, 여기서 아래첨자 ⅰ는 제로가 아닌 양의 정수이고 스파저를 식별하며, pi, Ai,fi, 및 φi는에 대한ⅰ번째 스파저에서의 압력 교란의 압력, 진폭, 주파수(Hz 단위), 및 위상 각을 각각 나타낸다.
먼저, 동일 진폭과 주파수, 다른 위상 각을 가지는 직렬로 된 두 개의 스파저를 생각해보자. 보편성을 상실함이 없이, 우리는 수학식 1에서 그 진폭 및 주파수를 1kPa(0.145psi) 및 1Hz와 같게 설정할 수 있다. 두 개의 스파저로부터 오는 압력 교란으로 인한 총 압력(p)은
로 주어진다.
제 2 스파저 압력 교란에 대한 위상 각의 7개의 다른 값, 즉 0,,, π,,, 2π을 수학식 2 에 대입하면, 도 1a 내지 도 1g 에 도시된 총 교란 압력 대 시간 곡선이 각각 된다.
도 1d에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 2 스파저로부터 오는 압력 교란이 위상차가 π라디안일 때, 즉 하류의 스파저(downstream sparger)로부터 배출되는 가스나 스팀의 반주기(half cycle)의 시간 지연이 있게 되면, 제 2 스파저로부터의 압력 교란은 반주기의 시간 지연 이후에 제 1 스파저로부터의 압력 교란과 완전히 상쇄된다. 하지만, 제 2 스파저가 도 1a에 도시된 바와 같이, 제 1 스파저와 동일한 시간에 방출할 때나 제 2 스파저의 위상 각이 도 1g 에 도시된 바와 같이 제 1 스파저와의 위상 차이가 2π일 때, 하류의 스파저로부터의 압력 교란은 제 1 스파저의 압력 교란에 더해져서, 총 교란 진폭이 2kPa이 될 것이다. 마찬가지로, 도 1b와 도 1f에서 볼 수 있는 바와 같이, 하류의 교란 위상 각이 제 1 스파저와의 위상 차가 각각일 때, 제 2 스파저 압력 교란은 제 1 스파저 교란과 부분적으로 보강된다.
제 2 스파저로부터 오는 교란의 위상 각이 도 1c 및 도 1e 에 도시된 바와 같이 제 1 스파저로부터 오는 교란과의 위상 차가일 때, 총 압력 교란의 진폭은 개별 스파저로부터의 교란과 동일하다. 즉,
또는 보다 일반적으로
일 때, 제 1 및 제 2 스파저로부터의 압력 교란의 상호 작용은 개별적으로 각 스파저로부터 오는 압력 교란보다 더 작은 총 교란 압력이 된다. 수학식 4에서, m 은 제로(0)보다 더 크거나 같은 임의의 정수이다.
하지만, 비록일지라도, f1과 f2가 동일하지 않다면, 수학식 1에 의해 표현되는 적어도 순수하게 고조파 교란에 대해서 상쇄가 완전히 일어나지 않을 수 있다는 것을 주목하자. 오히려, 총 압력 교란은 비트 주파수(beat frequency)를 나타낸다. 이것은 도 2a 내지 도 2d에서 볼 수 있으며, 이 도면들은 위상 차가 π라디안이며 각각 f1=1.00Hz와 f2=0.95Hz, 1.05Hz, 1.10Hz 및 1.50Hz의 교란 주파수를 가지는 두 개의 압력 교란에 대한 총 교란 압력 대 시간을 도시한다. 두 주파수가 도 2a 와 도 2b에서 보이는 바와 같이 약간 다를 때는, 낮은 주파수 비트가 되며, 차이가 더 커질 때는 도 2c와 도 2d에서 보이는 바와 같이, 더 높은 주파수가 그 비트에 기여한다.
도 1a 내지 도 1g 에 도시된 결과는 직렬로 연결된 두 개보다 많은 스파저로 확장될 수 있다. 예를 들면, 도 3a 내지 도 3f 는 직렬로 연결된 1, 2, ..., 6 개의 스파저에 대한 총 교란 압력 대 시간의 곡선을 각각 도시한다. 각 스파저에서 일어나는 교란은 동일 주파수(1Hz)와 압력 진폭(1kPa)을 가진다. 도 3b, 3d, 및 3f를 도 3c 및 도 3e와 비교하면, 압력 교란은 스파저의 개수가 짝수일 때,
로 주어진 초기 시간 지연(τ) 이후에 직렬 N 개의 스파저에 대해 완전히 상쇄된다는 것을 보여준다. 스파저의 개수가 홀수일 때, 총 압력 교란은 완전히 상쇄되지 않지만, 단일 스파저로부터의 압력 교란과 같아진다. 따라서, 수학식, 즉
를 만족시키도록 두 개의 연속 스파저로부터 배출되는 가스나 스팀의 시작점 사이의 시간 지연을 조절함으로써 전체적인 압력 교란을 최소화시킬 수 있는데, 여기서 τi는 ⅰ번째 스파저와 그 이전의 스파저 사이의 시간 지연이며, fi는 ⅰ번째 스파저에서의 교란 주파수이다.
일반적으로, 수학식 6을 정확하게 충족시켜야 할 필요는 없는데, 그 이유는 연속 스파저로부터의 압력 교란은 위상 각의 특정 범위에서, 개별 스파저로부터의 압력 교란보다 더 작은 총 교란 압력을 발생시키는 것으로 상호 작용하기 때문이다. 수학식 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 그러한 압력 완화는, 연속 스파저로부터의 교란의 위상 각이의 위상차일 때 일어난다. 이 위상 차는 연속 스파저의 가스 배출 사이의 시간 지연, 즉
로 표현될 수 있으며, 여기서 τi와 fi는 수학식 6에서와 동일한 뜻을 가지며, m은제로(0)보다 더 크거나 같은 임의의 정수이다.
도 4 는 핵발전소에 대한 압력 감압 시스템의 스파저 트레인(10)을 개략적으로 도시하며, 이 스파저 트레인은 진압 풀(12) 내의 다른 위치와 시간에 고압의 스팀을 분사한다. 압력 감압 밸브(도시되지 않음)는 헤더(16)에 연결된 방출 라인(14)으로 고압의 스팀을 배출한다. 이 헤더(16)는 일련의 가스 스파저(18)로 스팀을 보낸다. 스파저(18)가 헤더(16)를 따라 다른 지점에 놓여있기 때문에, 배출된 스팀은 헤더 방출 라인 연결부(20)에 가장 가까운 스파저(18)에 먼저 들어가며, 그후 헤더 방출 라인 연결부(20)에서부터 더 하류(downstream)에 놓여 있는 연속 스파저(18)로 흘러간다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 스파저(18)는 액체 냉각제(24)에 부분적으로 잠겨 있는 수직 파이프 또는 다운커머(downcomers)(22)를 일반적으로 포함한다. 도 4에 도시된 각 스파저(18)는 두 세트의 노즐을 가지는데, 제 1 세트의 노즐(26)은 다운커머(22)에서 액체 냉각제(24)의 수면(28) 부근에 위치하며 반경 방향으로부터 축 아래 방향으로 가스의 흐름을 변화시키는 동심 고리(32)로 둘러싸여 있는 직사각형 슬롯(30)으로 이루어져 있으며, 또 제 2 세트의 노즐(34)은 진압 풀(12)의 바닥(36) 부근에 위치하며 스파저(18) 파이프(22)의 내부 직경 보다 훨씬 더 작은 직경을 가지는 둥근 홀(38)로 구성되어 있다. 더욱이, 다운커머(22)의 단부(40)는 일반적으로 적어도 부분적으로 열려 있다. 각 스파저(18)의 헤드(42)는 다운커머(22)의 제 2 세트의 노즐(34)과 열린 단부(40)에 의해 한정된 흐름 영역이다. 일반적으로, 스파저는 하나 이상의 노즐 세트를 포함하며, 노즐 세트는 동일하거나 다른 형상을 가지며, 노즐의 각 세트는 스파저의 종축을 따라 다른 위치에 놓여 있다.
스파저(18)는 도 4 에서 구별되어 있지 않기 때문에, 연속 스파저(18)의 가스 배출 사이의 시간 지연(τi)은 각 스파저(18)의 다운커머(22) 사이의 분리 거리(44)와 헤더(16)에서의 유체의 흐름 속도에 따라 좌우된다. 이 헤더(16)가 초기에 가스를 포함할 때, 시간 지연은 헤더(16)에서의 충격파 속도와 관련되어 있으며, 이 충격파는 압력 감압 밸브의 급격한 개방 뿐만 아니라, 충격파 뒤에 가스의 속도와 압력으로부터 일어난다. 다운커머(22) 사이의 분리 거리(44)를 조절하는 대신에, 연속 스파저(18)의 다운커머(22)의 길이를 또한 조절하여 시간 지연의 변화를 달성할 수 있으나, 이것은 교란 주파수를 또한 변화시킬 수 있다. 도 4 에 도시된 스파저와 같이, 동등한 스파저(18)에 대한 시간 지연은 아래의 실시예 1에 계산되어 있다.
몇몇 경우에, 스파저(18) 사이의 필요 분리 거리(44)를 제공하는 것이 실제적이지 못할 수 있다. 예를 들면, 과도한 헤더(16) 길이는 방출 라인(14)에 용인되지 않는 백 압력(back pressure)이 일어나거나 헤더(16)에 포함된 가스의 부피가 증가되기 때문에 진압 풀(12) 내에 압력 상승을 악화시킬 수 있다. 그 경우에, 연속 스파저(18) 사이의 시간 지연은 액체 냉각제(24)를 헤더(16)에 채움으로써, 즉 진압 풀(12) 내의 액체 냉각제(24)의 수면(46) 아래로 헤더(16)를 잠기게 함으로써 증가될 수 있다. 하지만, 추가적인 양의 액체는 스파저 트레인(10)의 수력 저항(hydraulic resistance)을 증가시키게 하며 압력 방출 밸브에서 과도한 백 압력을 일으킬 수 있다. 잠긴 헤더에 대한 시간 지연은 아래의 실시예 2에서 계산되어 있다.
도 2a 내지 도 2d를 논의할 때 기술한 바와 같이, 각 스파저(18)에서 동일한 교란 주파수를 유지하는 것이 일반적으로 가장 좋다. 스파저(18) 특성을 변화시켜서 교란 주파수를 일반적으로 변경시킬 수 있다. 예를 들면, 특정 스파저(18)로부터의 교란 주파수는 종종 진압 풀(12) 내에 스파저가 잠겨 있는 깊이를 조절하거나, 스파저 헤드(42)의 흐름 영역을 변화시킴으로써 변경될 수 있다.
다음의 실시예는 예시적이며 제한하지 않는 것으로 된 것이며 본 발명의 특정 실시예를 나타낸다.
실시예 1. 가스가 채워져 있는 헤더에 대한 시간 지연
위에서 논의된 바와 같이, 도 4를 참조하면, 헤더(16)와 직렬로 연결된 연속 스파저(18)의 가스 배출 사이의 시간 지연(τi)은 각 스파저(18)의 다운커머(22) 사이의 분리 거리(44)와 헤더(16) 내의 유체 속도에 따라 좌우된다. 헤더(16)가 초기에 가스를 포함할 때, 시간 지연은 헤더(16) 내의 충격파 속도와 관련되며, 이 충격파는 압력 감압 밸브의 급격한 개방으로 일어난다. 충격파가 헤더(16) 내 정지 가스(stagnant gas)(공기)를 통해 전파되면, 충격파의 전파는 충격파 뒤에 가스 운동을 유발한다. 따라서, 충격파 바로 상류(upstream)에서, 헤더(16) 내 공기는 속도(u)로 이동하며, 이 속도는 충격파 앞에 있는 정지 가스의 소리 속도와 충격파 양단의 압력비로부터 다음의 수학식 8, 즉
로 결정될 수 있다. 수학식 8에서, 아래첨자 1 및 2 는 충격파의 하류 및 상류 지역을 나타내며,는 충격파 양단의 압력비를 나타내며, a1은 충격파 하류에 있는 가스의 소리 속도이며,는 헤더(16) 내 가스의 비열(specific heat)의 비이며, 여기서 표준 상태에서 공기에 대한 비열 비는 1.4이다. 충격파 앞에 있는 정지 가스 지역에서의 소리 속도는 수학식 9, 즉
로부터 계산될 수 있으며, 여기서 R은 공기에 대한 기체 상수 0.287kJ/kg°K(53.3ft·lb/Ibm·°R)이며, T는 충격파 앞에 있는 가스의 온도이다. 수학식 7을 사용할 때 제한 사항이 본 명세서에 참조로 인용된 앤더슨 쥬니어(John D. Anderson, Jr.)의현대 압축성 흐름(Modern Compressible Flow 172-79, 1982)에 기술되어 있다는 것을 주목하자.
압력 감압 시스템의 실험적 조사에서, 포화 스팀은 도 4 에 도시되어 있는 스파저와 유사한 스파저를 통해 물이 채워져 있는 진압 탱크로 배출되었다. 이 연구에서,은 약 5이었고, 충격파 앞의 정지 공기의 온도와 압력은 각각약311°K{560°랭킨(Rankine)} 및 101kPa(14.7psi)였다. 충격파 앞의 정지 공기의 소리 속도와 충격파 뒤의 가스 속도는 수학식 9 및 수학식 8로부터 각각 계산되었으며 354m/s(1160ft/s)와 479m/s(1570ft/s)와 같았다. 압력 교란의 측정된 기본 주파수(fi)는 약 10Hz였기 때문에, 수학식 6으로부터, 연속 스파저의 가스의 제 1 배출 사이에 약 0.05초의 시간 지연이 압력 교란을 최소화시킬 것이라는 것을 예측할 수 있다. 이것은 도 4에서 약 uτi= 23.8m(78ft.)와 같은 스파저(18) 사이의 분리 거리(44)에 해당할 것이다.
방출 라인(14), 헤더(16) 및 다운커머(22) 내의 가스가 액체 냉각제가 스파저(18)로부터 제거되는 동안 압축되기 때문에, 시간 지연의 실제 값은 계산된 시간 지연보다 상당히 더 길게 될 수 있으며, 이 시간 지연은 스파저(18) 사이의 필요 분리 거리(44)를 감소시킬 수 있다.
실시예 2. 물이 채워져 있는 헤더에 대한 시간 지연
위에서 지적한 바와 같이, 헤더(16)를 액체 냉각제(24)로 채움으로써 연속 스파저(18) 사이의 시간 지연을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 다시 도 4를 참조하면, 연속 스파저(18)의 가스 배출 사이의 시간 지연(τi)은 각 스파저(18)의 다운커머(22) 사이의 분리 거리(44)와, 헤더(16)를 통해 이동하는 가스/액체 경계의 평균 속도에 따라 좌우된다. 차례로, 가스/액체 경계의 속도는 두 세트의 노즐(26, 34)을 통해 스파저(18)에서 액체 냉각제(24)(일반적으로 물)로 흐르는 흐름 속도에 따라 다르다.
라인 청소 과정(line clearing process) 동안, 각 스파저(18)로부터 진압 풀(12)로 방출되는 액체 냉각제의 부피 흐름률(q)은 오리피스를 통한 흐름으로 과정을 유추함으로써 근사시킬 수 있다. 우리는 수학식 10, 즉
을 사용하여 q를 계산할 수 있으며, 여기서 ρ는 액체 냉각제 밀도이며, ps및 pp는 라인 청소 동안 스파저(18) 내의 평균 압력 및 스파저 노즐(26, 34)에 인접한 진압 풀(12) 내의 평균 압력이며, SN및 SD는 스파저 노즐(26, 34) 및 다운커머(22)에 각각 수직인 총 흐름 면적이며, CD는 방출 계수이며, 이 방출 계수는 높은 레이놀즈 수의 흐름에 대해 0.61에 접근한다. 예를 들어, 본 명세서에서 참조로 인용되어 있는, 버드(R.Byron Bird), 스튜어트(Warren E. Stewart) 및 라이트푸트(Edwin N. Lightfoot)의 전달 현상(Transport Phenomenon 224-26, 1960)을 참조하자.
실시예 1 에 기술되어 있는 실험 조사에서 얻어진 데이터는 도 4 의 스파저(18) 사이의 필요 분리 거리(44)를 계산하는데 사용될 수 있다. 실험에 있어서, 다운커머와 노즐 내에서의 흐름에 수직한 총 면적은 각각 0.02m2(0.216ft2) 및 0.0118m2(0.127ft2)이었으며, 홀의 집합 면적은 다운커머 팁(downcomer tip)에서 전형적으로 100 내지 150이었다. 흐름 동안 스파저의 압력(ps)은 약 690kPa(100psi)으로 측정되었으며 스파저 헤드 내의 평균 정압(hydrostatic pressure)인 pp는 203kPa(29.4psi)이었다. 이들 데이터를 수학식 10에 대입하고, 액체 냉각제(물)의 밀도가 약 993kg/m3(62lbm/ft3)이며 CD가 0.61이라고 했을 때, 스파저로부터의 부피 흐름률은 0.279m3/s(9.84ft3/s)와 같았다.
따라서, 도 4에 도시된 각 스파저(18)의 다운커머(22) 사이의 분리 거리(44)를 계산하기 위해, 우리는 먼저 헤더 방출 라인 연결부(20)에서 액체 냉각제의 총 부피 흐름률(Q)이 다운커머(22)에서의 개별 흐름률의 합과 같아야 한다는 것을 지적한다. 만약 각 다운커머(22)에서의 부피 흐름률이 거의 같다면-이것은 스파저(18)가 동일하고 그 각 스파저가 동일 수평 그레이드 라인(horizontal grade line)을 따라 진압 풀(12)로 방출되기 때문에 우수한 근사이다-, 헤더에서의 평균 속도(νH)는 다음 수학식 11, 즉
로 주어지며, 여기서 AH는 헤더(16)에서의 횡단면적이다.
실험으로부터 압력 교란의 측정된 기본 주파수(f i )는 약 10Hz였기 때문에, 수학식 6은, 연속 스파저의 가스의 최초 배출 사이의 약 0.05초의 시간 지연이 압력 교란을 최소화시킬 수 있다는 것을 예측해준다. 헤더의 횡단면적이0.0232m2(0.25ft2)이라고 하면, 수학식 11은 νH=47.9m/s(157ft/s)을 산출하며, 이 값은 스파저(18) 사이의 분리 거리(44)가 약 νHτi= 2.41m(7.9ft)와 같은 것에 해당한다.
위 설명은 예시적이며 제한적이지 않은 것으로 이해하여야 할 것이다. 당업자에게는 위 설명을 읽음으로써 많은 실시예들이 자명하게 있을 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명의 범주는 위 설명을 참조하여서가 아니라 대신에 청구 범위에 주어지는 균등물의 전체 범주와 함께, 첨부된 청구 범위를 참조하여, 결정되어야 할 것이다.

Claims (30)

  1. 진압 풀(suppression pool)에 포함된 액체 냉각제에 잠겨 있는 일련의 스파저(sparger)를 통해 가스를 배출하는 것으로부터 기인하는 압력 교란을 완화하는 방법으로서,
    상기 각 스파저에서 일어나는 상기 압력 교란의 기본 주파수를 얻는 단계와,
    관계식,을 실질적으로 만족시키도록 두 개의 연속 스파저의 가스 배출의 시작 사이의 시간 지연을 조절하는 단계와,
    여기서 τ는 상기 시간 지연을 나타내며 f 는 차후 배출 스파저에서의 교란의 상기 기본 주파수를 나타내며, 또한
    상기 일련의 스파저에서 연속 스파저의 매 쌍에 대해 상기 조절 단계를 반복하는 단계를 포함하는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조절 단계에서, 상기 두 개의 연속 스파저의 가스 배출의 시작 사이의 상기 시간 지연은, 상기 차후 배출 스파저에서 상기 압력 교란의 상기 기본 주파수의 역수의 약 절반인, 압력 교란을 완화하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 조절 단계에서, 상기 필요 시간 지연은 연속 스파저를 연결하는 헤더를 따라 적절한 분리 거리를 제공함으로써 달성되는, 압력 교란을완화하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 조절 단계에서, 상기 적절한 분리 거리는 상기 스파저를 통해 가스 배출을 하기 이전에 상기 헤더 내 유체의 속도를 얻음으로써 알 수 있는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 조절 단계에서, 상기 유체의 속도는 상기 헤더 내에서 진행하는 충격파 뒤에 상기 가스의 속도를 결정함으로써 얻어지는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 조절 단계에서, 상기 유체의 속도는 상기 스파저 밖으로의 상기 액체 냉각제 흐름률을 결정함으로써 얻어지는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 조절 단계에서, 상기 필요 시간 지연은 상기 진압 풀 내의 다른 깊이에서 가스를 배출하는 연속 스파저를 제공함으로써 달성되는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 연속 스파저의 상기 교란 주파수가 거의 동일하도록 상기 스파저를 변경하는 단계를 더 포함하는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 변경 단계는 연속 스파저들이 상기 진압 풀 내의 다른 깊이에서 가스를 배출하도록 상기 연속 스파저를 배열하는 단계를 포함하는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 변경 단계는 가스 배출을 위한 다른 흐름 면적을 연속 스파저에 제공하는 단계를 포함하는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  11. 진압 풀에 포함된 액체 냉각제에 잠겨 있는 총 개수가 N인 일련의 스파저를 통해 가스를 배출하는 것으로부터 기인하는 압력 교란을 완화하는 방법으로서,
    상기 각 스파저에서 일어나는 상기 압력 교란의 기본 주파수를 얻는 단계와,
    위상 각이 관계식,을 실질적으로 만족시키도록 두 개의 연속 스파저에서의 교란의 상기 위상 각을 조절하는 단계와,
    여기서 φi와 φi-1는 두 개의 연속 스파저에서 교란의 상기 위상 각을 나타내며, ⅰ 는 일(1)보다 더 크며 N 보다 더 작거나 같은 정수이며 상기 스파저의 일련 위치를 나타내며, m 은 제로(0)보다 더 크거나 같은 양의 정수이며,
    상기 일련의 스파저에서 연속 스파저의 매 쌍에 대해 상기 조절 단계를 반복하는 단계를 포함하는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 조절 단계에서, 상기 연속 스파저 사이의 위상 각의 차의 절대값은 약 π라디안인, 압력 교란을 완화하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 조절 단계에서, 상기 연속 스파저의 위상 각 사이의 필수 관계(requisite relation)는 연속 스파저를 연결하는 헤더를 따라 적절한 분리 거리를 제공함으로써 달성되는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 조절 단계에서, 상기 적절한 분리 거리는 상기 스파저를 통해 가스를 배출하기 이전에 상기 헤더 내 유체의 속도를 얻음으로써 발견되는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 조절 단계에서, 상기 유체의 속도는 상기 헤더 내에서 진행하는 충격파 뒤에 상기 가스 속도를 결정함으로써 얻어지는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 조절 단계에서, 상기 유체의 속도는 상기 스파저 밖으로의 액체 냉각제 흐름률을 결정함으로써 얻어지는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 조절 단계에서, 상기 위상 각 사이의 필수 관계는상기 진압 풀 내의 다른 깊이에서 가스를 배출하는 연속 스파저를 제공함으로써 달성되는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 연속 스파저의 교란 주파수가 거의 같도록 상기 스파저를 변경하는 단계를 더 포함하는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 변경 단계는 연속 스파저가 상기 진압 풀 내의 다른 깊이에서 가스를 배출하도록 상기 연속 스파저를 배열하는 단계를 포함하는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 변경 단계는 가스를 배출하는 다른 흐름 면적을 연속 스파저에 제공하는 단계를 포함하는, 압력 교란을 완화하는 방법.
  21. 핵원자로로부터 진압 풀로 스팀을 배출하는 것으로부터 기인하는 압력 교란을 완화하는 장치로서,
    상기 진압 풀에 잠겨 있는 스파저의 총 개수가 N 개인 일련의 스파저와,
    각 스파저를 순차적으로 연결하는 헤더를 포함하며,
    여기서 스팀이 상기 핵원자로로부터 상기 헤더로 배출될 때, 임의의 두 개의 연속 스파저에서 일어나는 압력 교란이 관계식,을실질적으로 만족하는 방식으로 상기 스파저들이 구성되며, 여기서 φi와 φi-1는 두 개의 연속 스파저에서의 교란의 위상 각을 나타내며, ⅰ는 일(1)보다 더 크며 N 보다 더 작거나 같은 정수이며 상기 스파저의 일련 위치를 나타내며, m 은 제로(0)보다 더 크거나 같은 양의 정수인, 압력 교란을 완화하는 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 임의의 두 개의 연속 스파저 사이의 위상 각의 차의 절대값은 약 π라디안인, 압력 교란을 완화하는 장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 헤더를 따라 상기 각 스파저 사이의 거리는, 임의의 두 개의 연속 스파저에서 교란의 상기 위상 각 사이의 상기 관계식을 만족하도록 크기가 정해지는, 압력 교란을 완화하는 장치.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 헤더는 스팀을 배출하기 이전에 정지 가스(stagnant gas)로 채워져 있는, 압력 교란을 완화하는 장치.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 헤더는 스팀을 배출하기 이전에 액체 냉각제로 채워져 있는, 압력 교란을 완화하는 장치.
  26. 제 21 항에 있어서, 상기 스파저 각각은 실질적으로 동일한 것인, 압력 교란을 완화하는 장치.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 스파저의 배출 깊이는, 상기 스파저들이 임의의 두 개의 연속 스파저에서 상기 교란의 위상 각 사이의 상기 관계식을 만족하도록 선택되는, 압력 교란을 완화하는 장치.
  28. 제 21 항에 있어서, 상기 스파저들은, 스팀이 상기 핵원자로로부터 상기 헤더로 배출될 때, 상기 각 스파저에서 일어나는 압력 교란이 거의 동일 주파수를 가지도록 구성되는, 압력 교란을 완화하는 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 스파저의 배출 깊이는, 상기 각 스파저에서 일어나는 상기 압력 교란이 거의 동일한 주파수를 가지도록 선택되는, 압력 교란을 완화하는 장치.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 스파저로부터 스팀을 배출하는 흐름 면적은, 상기 각 스파저에서 일어나는 상기 압력 교란이 거의 동일한 주파수를 가지도록 크기가 정해지는, 압력 교란을 완화하는 장치.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6397877B1 (en) * 2000-04-14 2002-06-04 Westinghouse Electric Company Llc Blowdown manifold evacuator for nuclear power plants
US7584822B2 (en) * 2003-08-08 2009-09-08 Fisher Controls International Llc Noise level reduction of sparger assemblies
US9696027B2 (en) * 2009-12-21 2017-07-04 General Electric Technology Gmbh Economizer water recirculation system for boiler exit gas temperature control in supercritical pressure boilers
US10062462B2 (en) * 2013-08-28 2018-08-28 Korea Atomic Energy Research Institute Facility for reducing radioactive material and nuclear power plant having the same
US20150194226A1 (en) * 2014-01-06 2015-07-09 Babcock & Wilcox Mpower, Inc. Reactor containment pressure suppression
CN105023619A (zh) * 2015-07-06 2015-11-04 中科华核电技术研究院有限公司 一种用于安全壳的抵压水池系统及核岛安全壳
US10048228B2 (en) * 2015-10-07 2018-08-14 Cummins Inc. Systems and methods for estimating fuel type and fuel properties using sonic speed
JP6445986B2 (ja) * 2016-02-05 2018-12-26 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 原子力発電プラント

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1463148A (en) * 1973-12-12 1977-02-02 Commissariat Energie Atomique Liquid cooled nuclear reactors
SE389936B (sv) * 1975-04-24 1976-11-22 Asea Atom Ab Avblasningsorgan for reaktorsekerhetsventil
JPS5279198A (en) * 1975-12-26 1977-07-04 Hitachi Ltd Nuclear reactor container
JPS5399191A (en) * 1977-02-08 1978-08-30 Toshiba Corp Plenum device
JPS5646492A (en) * 1979-09-21 1981-04-27 Tokyo Shibaura Electric Co Steam condensation demice
JP2519680B2 (ja) * 1986-06-03 1996-07-31 株式会社東芝 蒸気吐出装置
JPH0715504B2 (ja) * 1988-05-12 1995-02-22 株式会社東芝 原子炉格納容器内の蒸気凝縮装置
US5259008A (en) * 1992-06-24 1993-11-02 Westinghouse Electric Corp. Staged depressurization system

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