KR20100120530A - 모의 노심 가열장치 - Google Patents

Abstract

설치구조가 간단함과 아울러 가열효율 제어가 용이한 모의 노심 가열장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 모의 노심 가열장치는, 모의 노심이 마련되는 용기 속에 수용된 물을 가열하기 위해, 물속에 설치되며 저전압 및 고전류 전압이 인가되어 물을 가열하는 철재를 포함한다. 여기서, 철재는 가열체와 동일 재질의 봉(bar) 또는 관(pipe)으로 형성되어 단상 교류 또는 직류 전원을 인가받는다. 또한, 철재는 개수, 길이, 굵기, 두께, 인가 전압 및/또는 전류의 제어가 가능하다. 이러한 구성에 의해, 간단한 구조로 설치성을 향상시킬 수 있음과 아울러, 가열효율 제어가 용이해진다.

원자로, 액체 금속로, 고속로, 시험, 모의 노심, 소듐, 가열, 철재.

Description

모의 노심 가열장치{DEVICE FOR HEATING A SIMULATED CORE}

본 발명은 모의 노심 가열장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 물로 채워진 시험로 내의 모의 노심에 설치되어 저전압, 고전류 전압 인가로 모의 노심을 가열할 수 있는 모의 노심 가열장치에 관한 것이다.

소듐 냉각 고속로의 설계를 위해서는 먼저, 물을 이용한 모의 실험을 통해 성능 및 다양한 물 흐름 현상을 확인한다. 특히, 물속에서 노심에 해당하는 부분에 히터를 설치함으로써, 가열에 의한 제반 특성을 확인한다.

참고로, 임의의 용기에 수용된 물을 가열하기 위해서는, 가열온도 및 시간 등을 제어할 수 있는 히터를 설치함이 일반적이다. 그런데, 좁은 공간에서 큰 용량의 가열이 필요한 경우 설치되는 히터의 개수가 많아야 하기 때문에, 히터의 설치가 용이하지 못한 단점을 가진다. 뿐만 아니라, 물속에서 히터로 실험을 수행하여야 함에 따라 상기 물을 수용하는 용기는 유리 혹은 아크릴과 같은 투명 재료로 사용하여 육안으로 시험을 확인해야 하는 제약이 따른다.

여기서, 상기 히터의 개수가 수백개에 이를 경우, 상기 히터의 전기배선을 용기 바깥으로 인출하기 위해서 용기 상부 구조가 복잡해지거나 뚜껑을 제거해야 할 뿐만 아니라, 여러개의 히터를 동시에 고정하기가 용이하지 않은 문제점도 대두된다. 또한, 상기 모의 노심 실험을 위한 복수개 히터의 가열 용량 및 속도 제어 즉, 가열효율 제어가 용이하지 않는 문제점도 야기된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 설치가 용이한 물의 모의 노심 가열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 구조가 단순한 물의 모의 노심 가열장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가열효율 제어가 용이한 물의 모의 노심 가열장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 물의 모의 노심 가열장치는, 모의 노심이 마련되는 용기 속에 수용된 물을 가열하는 것으로서, 상기 물속에 설치되며 저전압 및 고전류 전압이 인가되어 상기 물을 가열하는 철재를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 모의 노심의 상부 및 하부 사이에는 적어도 하나의 가열체가 개재되며, 상기 철재는 상기 가열체와 동일 재질의 봉(bar) 또는 관(pipe)으로 형성된다. 이러한 철재는 상기 물속에 복수개 설치됨과 아울러, 상기 모의 노심의 상부 및 하부에 각각 마련되는 상부 및 하부 전극판과 전기적으로 연결되어 저전압 및 고전류의 전원을 인가받는다. 이때, 상기 철재에는 저전압 및 고전류의 단상 교류 또는 직류 전원이 인가된다.

보다 구체적으로, 상기 철재는 상기 용기의 상부로 인출되되 상호 동심인 복수의 전극체를 포함하며, 상기 복수의 전극체 사이에는 절연체가 개재되어 상호 전 기적으로 분리시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 철재는 상기 철재로 전원을 인가하는 전원인가부와 최단 거리의 전극 간격을 유지하는 것이 바람직하며, 상기 모의 노심의 상부 및 하부 전극판과 동일 재질로 형성됨이 좋다.

한편, 상기 철재는 개수, 길이, 굵기, 두께, 인가 전압 및/또는 전류가 제어 가능함으로써, 가열효율 제어가 용이함이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 의한 모의 노심 가열장치는, 모의 노심과 전기적으로 연결되도록 상기 물속에 설치되는 가열부 및, 상기 가열부에 저전압, 고전류 전압을 인가시키는 전압인가부를 포함한다. 여기서, 상기 가열부는, 봉(bar) 및 관(pipe) 형상을 각각 구비하되 상호 동심으로 마련되는 제1 및 제2전극체를 포함하며, 상기 제1 및 제2전극체는 상기 모의 노심의 상부 및 하부에 마련되는 상부 및 하부 전극판과 각각 전기적으로 연결되도록 구성된다. 이때, 상기 제1 및 제2전극체의 사이에는 절연체가 설치된다. 또한, 상기 모의 노심의 상부 및 하부의 전극판 사이에 복수의 가열체 및/또는 비가열체가 설치되며, 상기 제1 및 제2전극체는 상기 상부 전극판, 하부 전극판 및 가열체와 동일 재질로 형성된다.

참고로, 상기 전원인가부는 상기 가열부로 단상 교류 전원 또는 직류 전원을 공급한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 물이 수용된 시험로에 설치된 모의 노심을 종래와 같은 니크롬선 히터가 아닌 일반 철재로 구성된 가열부로 가열함에 따라, 모의 노심 가열을 위한 구조가 간단해진다. 그로 인해, 설치성 이 향상된 모의 노심 가열장치를 제공할 수 있게 된다.

둘째, 종래의 히터 파손, 고 전압으로 인한 전기적 충격 등과 같은 문제점을 개선할 수 있게 된다. 즉, 사용에 안전한 모의 노심 가열장치를 제공할 수 있게 된다.

셋째, 가열부를 구성하는 동심의 제1 및 제2전극체의 개수, 길이, 굵기, 두께, 전압 및/또는 전류 세기 등의 제어가 용이하여, 가열효율 제어가 용이하여 제어 범위가 넓은 모의 노심 가열장치를 제공할 수 있게 된다.

넷째, 가열부의 제1 및 제2전극체가 노심의 상부 및 하부 전극판과 동일 재질의 철재로 구성됨에 따라, 가열부의 반영구적 사용이 가능해져 제작 단가 및 유지/보수비용을 저감시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 모의 노심 가열장치(100)는 고온의 소듐(Na)을 포함하는 알칼리금속(Li, K등), 소듐-포타슘(Na-K) 합금, 납-비스무스(Pb-Bi) 합금, 납(Pb)을 포함하는 용융 금속 대신에 사용되는 물을 가열한다. 여기서, 상기 물은 실제 소듐 냉각 고속로와 유사한 환경을 제공하는 시험로(1)에 수용된다.

이러한 모의 노심 가열장치(100)가 설치되는 시험로(1)의 구체적인 기술구성은 하기와 같다.

상기 시험로(1)는 시험로 용기(10)의 하부 중심에 모의 노심(20)이 위치하 며, 상기 모의 노심(20)의 외면을 감쌈과 아울러 모의 노심(20)의 상부로 소정 높이로 연장되는 노심 지지용기(30)가 마련된다. 이때, 상기 모의 노심(20)과 노심 지지용기(30)는 모두 원통형인 것으로 예시한다. 그 외에도, 상기 노심 지지용기(30)의 외면에 대해 수직 연장되어 수평한 상태로 배치되는 환형의 격리판(40), 상기 격리판(40)의 가장자리에서 수직하게 상방으로 연장되어 상기 시험로 용기(10)의 내벽과 노심 지지용기(30)의 사이에 배치되는 원통형의 원자로배플(50)이 상기 시험로 용기(10) 내에 마련된다. 여기서, 상기 시험로 용기(10)는 모의 노심(20) 및 격리판(40)의 상부이자 원자로배플(50)의 내측에는 위치하는 고온풀(11)과, 상기 격리판(40)의 하부 및 원자로배플(50)과 시험로 용기(100)의 내벽 사이에 위치하는 저온풀(12)로 내부 공간이 구분된다.

상기 원자로배플(50)의 높이는 정상운전상태에서 상기 고온풀(11)의 물 액위보다 높도록 하여 고온풀(11) 내의 고온의 물이 저온풀(12)로 흘러 들어가는 것을 방지한다. 또한, 노심 지지용기(30)의 높이는 고온풀(11)의 물 액위보다 낮도록 하여 고온풀(11) 내에서 노심 지지용기(30)의 외주면측 공간에도 항상 고온의 물이 채워진 상태를 유지하도록 한다.

상기 노심 지지용기(30)의 외주면과 원자로배플(50)의 내주면 사이에는 정상 열제거 시스템의 구성요소인 다수의 중간열교환기(Intermediate heat exchanger, IHX)(60)가 소정의 배열규칙에 따라 배치되어, 저온풀(12)의 물을 모의 노심(20)을 거쳐 고온풀(11)로 양정한다. 이에 따라, 상기 시험로(1)의 정상운전중에 고온풀(11)과 저온풀(12)의 액위차가 항상 일정수준 이상으로 유지된다. 여기서, 상기 중간열교환기(60)는 2개가 1조로 구성되고 각 조별로 시험로 용기(10)의 외부에 위치하는 증기발생기(Steam generater)(미도시)와 연결됨에 따라, 정상운전시 모의 노심(20)에서 발생된 열을 제거한다.

그리고, 상기 원자로배플(50) 내측면과 인접한 고온풀(11) 가장자리에 수직원형관(70)이 설치된다. 참고로, 상기 수직원형관(70)은 3개 내외로 설치됨이 좋다. 이러한 수직원형관(70)은 자체의 하단이 저온풀(12)과 연통되어, 상기 중간열교환기(60)의 양정에 의해 내부의 액위가 저온풀(12)의 액위와 동일하게 유지된다. 또한, 상기 수직원형관(70) 자체의 상단은 원자로배플(50)과 마찬가지로 시험로(1)의 정상운전시 고온풀(11)의 물 액위보다 높게 연장된다.

한편, 상기 수직원형관(70) 내의 물과 비 접촉되도록 상기 수직원형관(70)의 상부를 통해 소듐-공기 열교환기(미도시)가 설치되며, 상기 소듐-공기 열교환기(미도시)는 시험로 용기(10)의 상부를 덮는 원자로헤드(13)를 관통하여 시험로 용기(10)의 상부로 연장된다. 이에 따라, 상기 시험로 용기(10) 내부에서 흡수된 열을 소듐-공기 열교환기(미도시)를 통해 대기로 방출하게 된다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 시험로(1)의 모의 노심 가열장치(100)에 대해 자세히 설명한다.

본 발명에 의한 상기 모의 노심 가열장치(100)는 가열부(110)와 전원인가부(120)를 포함하여, 상기 모의 노심(20)이 마련된 시험로 용기(10)에 수용된 물을 가열한다. 참고로, 상기 모의 노심(20)은 상부 및 하부에 가열체(23)를 사이에 두고 마주하는 상부 및 하부 전극판(21)(22)을 구비한다(도 2 참고).

상기 가열부(110)는 도 1의 도시와 같이, 상기 모의 노심(20)의 상부에서 하부로 연결되어, 상기 모의 노심(20)의 상부 전극판(21)과 하부 전극판(22)을 연결시킨다. 이러한 가열부(110)는 후술할 전원인가부(120)와 연결된 제1 및 제2전선(112)(114)에 의해 전원을 인가받는 제1 및 제2전극체(111)(113)를 포함한다.

상기 제1전극체(111)는 상기 모의 노심(20)의 대략 중심으로 진입하여 상부 전극판(21)과 하부 전극판(22)을 연결시키는 전극봉(bar)으로 구성되며, 상기 제2전극체(113)는 상기 제1전극체(111)를 감싸 지지하는 전극관(Pipe)으로 구성된다. 이때, 상기 제1 및 제2전극체(111)(113)의 사이에는 절연체(115)가 마련되어, 두 전극체(111)(113)를 상호 전기적으로 절연시킨다. 여기서, 상기 제1 및 제2전극체(113)의 경우, 철재와 같은 재질로 상호 동일하게 형성됨이 좋다. 또한, 상기 제1 및 제2전극체(111)(113)는 후술할 전원인가부(120)와 최단 거리의 전극 간격을 유지하도록 구성됨이 좋다.

상기와 같은 제1 및 제2전극체(111)(113)는 상기 모의 노심(20)에 해당되는 개수에 대응하여 설치될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2전극체(111)(113)는 상기 모의 노심(20) 내에서의 배열로 가열 온도를 상이하게 제어하고자 할 경우, 전극봉으로 형성되는 제1전극체(111)의 굵기나 전극관으로 형성되는 제2전극체(113)의 두께를 조절하여 제어 가능하다. 뿐만 아니라, 상기 제1 및 제2전극체(111)(113)의 길이, 개수 및 인가되는 전원의 세기 등으로도 상기 제1 및 제2전극체(111)(113)로 인한 가열효율을 제어할 수 있다.

참고로, 상기 물이 수용되는 시험로 용기(10)의 전기적 안전을 고려하여, 접 지(earth)(116)를 마련함이 바람직하다. 이때, 상기 시험로 용기(10) 내 물속에 임의의 철재가 있으면, 그 임의의 철재와 접지(116)를 상호 연결시킴이 바람직하다.

이상과 같은 구성을 가지는 상기 제1 및 제2전극체(111)(113)와, 상기 모의 노심(20) 사이의 연결배선이 도 2에 자세히 도시된다.

도 2를 참고하면, 상기 제1전극체(111)는 상기 모의 노심(20)의 상부에서 하부로 삽입되어 상기 모의 노심(20)의 하부 전극판(22)과 연결되며, 상기 제2전극체(113)는 모의 노심(20)의 상부 전극판(21)과 연결된다. 이러한 제1 및 제2전극체(111)(113)와 모의 노심(20)의 상부 및 하부 전극판(21)(22)과의 연결배선 구조로 인해, 시험로 용기(10) 내의 물이 가열된다.

도 3을 참고하면, 상기 제1 및 제2전극체(111)(113)와 모의 노심(20)의 상부 및 하부 전극판(21)(22)과의 연결배선 구조는 상술한 도 2와 유사하나, 상기 모의 노심(20) 속에 전극체(23)와 함께 비전극체(24)를 삽입한 변형예가 도시된다. 이 경우, 상기 전열되지 않는 비전극체(24)의 삽입개수 조절로 상기 상부 및 하부 전극판(21)(22)과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2전극체(113)의 전열을 제어할 수 있게 된다.

상기 전원인가부(120)는 저전압, 고전류형의 3상(121)의 트랜스포머(122)를 사용하며, 2차측은 단상 교류전원(123)을 만든다. 여기서, 상기 전원인가부(120)를 통해 인가되는 전원의 전압은 15V 이하이며, 전류는 상기 가열부(110)의 저항에 따라 결정 가능하다. 또한, 상기 전원인가부(120)가 단상 교류전원(123)를 직류로 변환시키는 직류변환기(미도시)를 별도로 더 구비하여, 상기 가열부(110)에 직류 전원을 인가하는 변형예도 가능함은 당연하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 모의 노심 가열장치를 개략적으로 도시한 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 모의 노심에 제1 및 제2전극체가 설치된 구조를 개략적으로 도시한 도면들, 그리고,

도 3은 모의 노심에 비가열체가 개재된 구조를 개략적으로 도시한 도면들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1: 시험로 10: 시험로 용기

20: 모의 노심 100: 모의 노심 가열장치

110: 가열부 111: 제1전극체

112: 제1전선 113: 제2전극체

114: 제2전선 115: 절연체

120: 전원인가부

Claims (15)

1. 모의 노심이 마련되는 용기 속에 수용된 물을 가열하는 모의 노심 가열장치에 있어서,

   상기 물속에 설치되며, 저전압 및 고전류 전압이 인가되어 상기 물을 가열하는 철재;

   를 포함하는 모의 노심 가열장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 모의 노심의 상부 및 하부 사이에는 적어도 하나의 가열체가 개재되며,

   상기 철재는 상기 가열체와 동일 재질의 봉(bar) 또는 관(pipe)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 철재는 봉 또는 관 형상으로 상기 물속에 복수개 설치됨과 아울러 양단에 전극판이 설치되어, 저전압 및 고전류의 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 철재는 봉 또는 관 형상으로 상기 물속에 복수개 설치됨과 아울러 양단 에 전극판이 설치되어, 저전압 및 고전류의 단상 교류 또는 직류 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 철재는 상기 용기의 상부로 인출되되 상호 동심인 복수의 전극체를 포함하며,

   상기 복수의 전극체 사이에는 절연체가 개재되어 상호 전기적으로 분리시키는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 철재는 상기 철재로 전원을 인가하는 전원인가부와 최단 거리의 전극 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 철재는 상기 모의 노심의 상부 및 하부 전극판과 동일 재질로 형성되며,

   상기 철재는 개수 조절 가능한 봉 또는 관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 철재는 상기 모의 노심의 상부 및 하부 전극판과 동일 재질로 형성되며,

   상기 철재는 길이 조절 가능한 봉 또는 관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 철재는 상기 모의 노심의 상부 및 하부 전극판과 동일 재질로 형성되며,

   상기 철재는 굵기 또는 두께가 조절 가능한 봉 또는 관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 철재는 상기 모의 노심의 상부 및 하부 전극판과 동일 재질로 형성되며,

    상기 철재는 굵기, 두께, 길이, 인가 전압 또는 전류가 제어 가능한 봉 또는 관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.
11. 모의 노심이 마련되는 용기 속에 수용된 물을 가열하는 모의 노심 가열장치에 있어서,

    상기 모의 노심과 전기적으로 연결되도록 상기 물속에 설치되는 가열부; 및

    상기 가열부에 저전압, 고전류 전압을 인가시키는 전압인가부;

    를 포함하는 모의 노심 가열장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 가열부는,

    봉(bar) 및 관(pipe) 형상을 각각 구비하되 상호 동심으로 마련되는 제1 및 제2전극체를 포함하며,

    상기 제1 및 제2전극체는 상기 모의 노심의 상부 및 하부에 마련되는 상부 및 하부 전극판과 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제1 및 제2전극체의 사이에는 절연체가 설치되는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.
14. 제12항에 있어서,

    상기 모의 노심의 상부 및 하부의 전극판 사이에 복수의 가열체 및/또는 비가열체가 설치되며,

    상기 제1 및 제2전극체는 상기 상부 전극판, 하부 전극판 및 가열체와 동일 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.
15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전원인가부는 상기 가열부로 단상 교류 또는 직류 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 모의 노심 가열장치.

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