KR20110041187A - 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치에 관한 것으로, 안전주입탱크의 내측에 위치하여 안전주입수를 공급하는 안전주입수 공급관이 연결되는 폐쇄판과, 상기 폐쇄판의 하부측에서 소정거리 이격되어 상기 폐쇄판에 연결된 상기 안전주입수 공급관에서 공급되는 상기 안전주입수를 주변부로 확산시킨 후 통공을 통해 하향 배출하는 분할판과, 상기 분할판의 하부측에 위치하여 상기 분할판을 통해 공급되는 안전주입수와 저면으로부터 공급되는 제어수를 혼합 또는 제어수만을 와류실로 공급하는 다수의 와류형성판과, 상기 와류형성판에 상기 제어수를 공급하는 다수의 제어수 공급관이 연결되며, 상기 와류형성판의 하부측에 위치하여 상기 와류실을 제공함과 아울러 상기 와류실의 상기 제어수 또는 상기 안전주입수와 제어수의 혼합수를 배출하는 배출관이 연결되는 하부판을 포함한다. 이와 같은 구성의 본 발명은 제어관의 위치를 변경하여 제어관을 통해 주입되는 안전주입수를 안전주입탱크의 바닥면으로부터 상향으로 공급되도록 하여, 그 공급된 안전주입수의 대부분이 노심 냉각에 사용될 수 있도록 하여 냉각효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

가압경수로, 안전주입탱크, 유량조절장치

Description

원자로의 안전주입탱크 유량조절장치{Fluidic device for safety injection tank of reactor}

본 발명은 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물리적인 현상만으로 유량을 조절할 수 있는 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치에 관한 것이다.

일반적으로 가압경수형 원자로의 안전주입탱크는 노심의 보호를 위하여 안전주입수를 공급하는 장치이며, 원자로의 설계특성에 따라 안전주입수의 공급유량을 효율적으로 조절하기 위한 구조물인 유량조절장치를 안전주입탱크 내에 구비한다.

상기 안전주입탱크의 유량조절장치는 구동전원이나 구동부를 사용하지 않고 물리적인 현상을 발생시키는 다층의 구조를 구비하는 피동장치이며, 내부로 유입되는 유로의 형태에 따라 와류의 강도 및 그로 인한 압력강하를 통해 유량을 조절하는 장치이다.

종래 안전주입탱크의 유량조절장치는, 제어관 입구의 높이보다 낮은 곳에 위 치하는 안전주입탱크 내의 안전주입수는 유량조절장치로 유입되지 않도록 설계되어 있어 주입된 안전주입수 중 일부가 노심 보호를 위해 사용되지 않기 때문에 효율이 저하되는 문제점이 있었으며, 이와 같은 종래 안전주입탱크의 유량조절장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래 안전주입탱크의 유량조절장치의 단면 구성도이고, 도 2는 도 1의 일부 분리 사시도이다.

도 1과 도 2를 각각 참조하면 종래 안전주입탱크의 유량조절장치는, 안전주입탱크(1)의 중앙부에 상하로 마련되어 안전주입수가 유입되는 안전주입수 공급관(2)과, 상기 안전주입수 공급관(2)이 중앙에 삽입되며, 주변에 다수의 제어관(3)이 삽입되는 폐쇄판(4)과, 상기 폐쇄판(4)의 하부에 소정거리 이격되어 위치하며, 상기 다수의 제어관(3)이 관통되며, 상기 안전주입수 공급관(2)을 통해 공급된 안전주입수를 측면측의 통공으로 유도하여 하향 배출하는 분할판(6)과, 상기 분할판(6)의 통공을 통해 공급되는 안전주입수와 제어수를 소정의 각도로 혼합하여 와류를 생성하는 다수의 분할된 와류형성판(7)과, 상기 와류형성판(7), 분할판(6) 및 폐쇄판(4)의 외측에서 각 구조를 고정하는 측면고정판(5)과, 상기 와류형성판(7)의 하부측에 위치하여 와류가 형성되는 공간을 마련하며, 중앙부에 연결된 배출관(9)을 통해 배출하는 하부판(8)을 포함한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 종래 안전주입탱크의 유량조절장치의 구성과 작 용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 폐쇄판(4)은 중앙부의 통공에 안전주입수 공급관(2)이 연결되어 있으며, 그 공급관(2)의 주변으로 다수의 통공이 마련되어 있다.

이 다수의 통공 각각에는 제어관(3)이 그 상면이 상기 폐쇄판(4)의 상면과 동일한 높이가 되도록 삽입되어 있다.

상기 안전주입수 공급관(2)과 안전공급탱크(1)에는 초기 안전주입수가 충진되어 있다.

최초 공급관(2) 및 제어관(3)을 통한 고유량 공급이 종료된 이후의 안전주입탱크(1)의 내측의 수위는 상기 폐쇄판(4)의 높이와 동일한 정도이다. 이는 상기 공급관(2)을 제외한 안전주입탱크(1) 내의 안전주입수는 상기 제어관(3)을 통해 공급되는 것이나, 그 제어관(3)의 위치보다 낮은 수위의 안전주입수는 공급이 되지 않기 때문이다.

상기 안전주입수 공급관(2)과 안전공급탱크(1)의 내로 공급된 안전주입수는 각각 공급경로를 달리하여 상기 배출관(9)을 통해 배출된다.

상기 안전주입수 공급관(2)을 통해 공급된 안전주입수는 분할판(6)의 상면 중앙부로 공급되어, 그 분할판(6)의 가장자리에 복수로 마련된 통공을 통해 그 분할판(6) 하부의 와류형성판(7)에 공급된다.

또한 상기 제어관(3)을 통해 공급되는 안전주입수는 직접 와류형성판(7)에 공급된다.

이때 공급되는 경로의 차이에 의해 안전주입수의 유속은 차이가 발생한다.

도 3은 상기 종래 와류형성판과 하부판의 평면도로서,

상기 와류형성판(7)의 내측에는 상기 제어관(3)을 통해 공급된 안전주입수를 공급받아 상기 하부판(8)의 중앙부측으로 마련된 노즐을 통해 공급하는 제1유입부(a)와, 양측면부에 홈의 형태로 마련되어 인접한 와류형성판(7)과의 공간에서 상기 분할판(6)의 통공을 통해 공급된 안전주입수를 공급받아 상기 하부판(8)의 중앙측으로 공급하는 제2유입부(b)를 포함하며, 상기 제1유입부(a)의 노즐은 상기 와류형성판(7)들의 내경측과 하부판(8)이 이루는 와류실에 접선방향을 이루도록 배치된다.

이와 같은 구조에서, 상기 제1유입부(a)로 공급되는 안전주입수와 제2유입부(b)로 공급되는 안전주입수의 상호 충돌 및 혼합으로 인한 와류형성의 방지를 통해 상대적으로 저감된 압력강하를 형성토록 하여 안전주입수의 유량을 제어, 배출관(9)을 통해 배출하게 된다.

상기 혼합될 때의 유동의 압력손실계수는 낮으며, 유량 조절장치는 고유량의 안전주입수를 방출하게 된다.

이와 같이 안전주입수의 공급이 지속되면서 상기 안전공급탱크(1) 내의 수위는 점차 낮아지게 되며, 상기 안전주입수 공급관(2)의 저면보다 낮아지게 되면 그 공급관(2)을 통한 안전주입수의 공급은 없으며, 상기 제어관(3)을 통한 안전주입수의 공급만이 일어나게 된다.

이때는 상기 두 경로로 공급된 안전주입수의 혼합이 없으며, 그 제1유입부(a)의 노즐 형상에 따른 강한 와류가 발생하게 되며, 유동은 높은 압력손실계수를 가지므로 저유량의 안전주입수를 상기 배출관(9)을 통해 배출하여 노심을 보호하게 된다.

그러나, 상기 제어관(3)의 높이보다 안전주입수의 수위가 낮아지게 되면, 더 이상 안전주입수가 공급되지 않으며, 상기 안전공급탱크(1)의 바닥면으로부터 상기 제어관(3)의 높이까지 위치하는 안전주입수는 노심 냉각에 기여하지 못하므로, 그 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한 강한 와류의 형성을 위하여 상기 제1유입부(a)의 노즐을 소정의 각도로 경사지게 하였으나, 제1유입부(a)의 노즐을 통해 방출되는 안전주입수가 전방향 모서리 충돌에 따라 유동박리가 국부적으로 발생하여 압력손실계수를 상대적으로 감소시킴으로 인해 노심측으로 공급되는 안전주입수의 방출시간이 상대적으로 짧아 노심 냉각 시간이 짧은 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 공급된 안전주입수 전부가 노심 냉각에 활용될 수 있는 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 와류의 압력손실계수를 증가시켜 정량 공급된 안전주입수의 방출시간을 연장할 수 있는 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치는, 안전주입탱크의 내측에 위치하여 안전주입수를 공급하는 안전주입수 공급관이 연결되는 폐쇄판과, 상기 폐쇄판의 하부측에서 소정거리 이격되어 상기 폐쇄판에 연결된 상기 안전주입수 공급관에서 공급되는 상기 안전주입수를 주변부로 확산시킨 후 통공을 통해 하향 배출하는 분할판과, 상기 분할판의 하부측에 위치하여 상기 분할판을 통해 공급되는 안전주입수와 저면으로부터 공급되는 제어수를 혼합 또는 제어수만을 와류실로 공급하는 다수의 와류형성판과, 상기 와류형성판에 상기 제어수를 공급하는 다수의 제어수 공급관이 연결되며, 상기 와류형성판의 하부측에 위치하여 상기 와류실을 제공함과 아울러 상기 와류실의 상기 제어수 또는 상기 안전주입수와 제어수의 혼합수를 배출하는 배출관이 연결되는 하부판을 포함한다.

상기와 같은 구성의 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치는, 제어관의 위치를 변경하여 제어관을 통해 주입되는 안전주입수를 안전주입탱크의 바닥면으로부터 상향으로 공급되도록 하여, 그 공급된 안전주입수의 대부분이 노심 냉각에 사용될 수 있도록 하여 냉각효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치는, 안전주입수를 와류실로 주입하는 노즐의 방향을 종래 와류실의 접선방향에서 그 접선방향으로부터 8 내지 12도 경사진 방향으로 변경하여 더 강한 와류를 생성하여 압력손실계수를 증가시켜 안전주입수의 방출시간을 연장함으로써, 지속적인 노심의 냉각이 가능한 효과가 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압경수형 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치의 단면 구성도이고, 도 5는 도 4의 분리 사시도이다.

도 4와 도 5를 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압경수형 원자로의 안전주입탱크 유량조절정치는, 안전주입탱크(10)의 중앙부에 상하로 마련되어 안전주입수가 유입되는 안전주입수 공급관(20)과, 상기 안전주입수 공급 관(20)이 중앙에 삽입되는 폐쇄판(40)과, 상기 폐쇄판(40)의 하부에 소정거리 이격되어 위치하여 상기 안전주입수 공급관(20)을 통해 공급된 안전주입수를 측면측의 통공(61)으로 유도하여 하향 배출하는 분할판(60)과, 상기 분할판(60)의 하부 주변부에 다수로 분할되어 위치하여 상기 통공(61)을 통해 공급되는 안전주입수와 저면으로부터 공급되는 제어수를 소정의 각도로 혼합하여 와류를 생성하는 와류형성판(70)과, 상기 와류형성판(70), 분할판(60) 및 폐쇄판(40)의 외측에서 각 구조를 고정하는 측면고정판(50)과, 상기 와류형성판(70)의 하부측에 위치하여 와류가 형성되는 공간인 와류실(81)을 제공하며, 그 주변부에 제어관(30)이 다수로 삽입되어 상기 안전주입탱크(10)로 공급되는 안전주입수를 제어수로서 상기 와류형성판(70) 각각에 공급함과 아울러 상기 와류실(81)의 와류를 배출하는 배출관(90)이 연결되는 하부판(80)을 포함한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압경수형 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 폐쇄판(40)은 종래의 폐쇄판(40)과는 다르게 제어관(30)이 삽입되지 않으며, 그 안전주입탱크(10)의 내측에 마련되어 안전주입수를 공급하는 안전주입수 공급관(20) 만이 연결되어 중앙부 통공을 통해 안전주입수를 공급받는 구조이다.

상기 폐쇄판(40)의 중앙부를 통해 공급되는 안전주입수는 상기 분할판(60)의 상부 중앙에 공급되며, 그 분할판(60)의 상면 중앙부에서 주변부로 확산된 후, 그 분할판(60)의 외측에 다수로 마련된 통공(61)을 통해 하향 이동하게 된다.

상기 분할판(60)의 구조 또한 종래와는 다르게 제어관(30)이 연결되는 통공이 마련되어 있지 않다.

상기 분할판(60)의 통공(61) 하부에는 와류형성판(70)이 다수로 접해 있으며, 상기 분할판(60)의 통공(61)을 지난 안전주입수는 그 와류형성판(70)들의 사이 영역으로 공급된다.

상기 분할판(60)과 와류형성판(70)은 제어수와 안전주입수가 혼합되는 혼합공간부를 이룬다.

또한 상기 와류형성판(70)에는 상기 하부판(80)을 관통하는 제어관(30)이 연결되어 상기 하부판(80)의 하부측으로부터 상기 안전주입탱크(10) 내에 공급된 안전주입수인 제어수가 공급된다.

상기 와류형성판(70)에 공급된 제어수와 안전주입수는 상호 혼합 또는 그 제어수를 상기 와류실(81)로 분사하는 노즐의 각도에 따라 와류를 형성하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 와류형성판(70)과 와류실(81)의 평면도이다.

도 6을 참조하면 상기 와류형성판(70)은 내측에 상기 제어수가 공급되는 제1유입부(71)와 상기 통공(61)을 통해 공급되는 안전주입수가 공급되는 제2유입부(72)가 그 와류형성판(70)들 사이측에 마련된다.

상기 제2유입부(72)의 노즐(74)은 상기 와류실(81)과의 접선방향으로 마련되어 있으며, 상기 제1유입부(71)의 노즐(73)은 상기 와류실(81)의 접선방향으로부터 8 내지 12도의 범위에서 경사지게 배치된다.

이와 같은 경사진 노즐(73)의 구조는 저유량시 더 강한 와류를 발생시켜 배출관(90)을 통해 배출되는 안전주입수의 배출시간을 보다 증가시킬 수 있게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 노즐(73)의 와류실(81)과의 접선방향으로부터의 경사가 5도, 10도일 때의 압력손실계수 차이를 보인 그래프이다.

도 7을 참조하면 안전주입수가 공급되는 초기인 고유량시의 압력손실계수는 종래 압력손실계수인 16과 비슷한 수준을 나타내며 그 노즐(73)의 경사각도가 5도인 경우와 10도인 경우에 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있다.

그러나 노즐(73)의 경사각도가 10인 안전주입수가 공급되는 공급 후반으로 가면 종래 압력손실계수인 160보다 더 큰 압력손실계수를 나타내며, 상기 노즐(73)의 와류실(81)과의 접선방향으로부터 5도 경사진 것보다 더 큰 압력손실계수를 얻 을 수 있게 된다.

그리고, 상기 제어수는 하부판(80)에 마련된 통공에 삽입되어 상기 와류형성판(70)의 제1유입부(71)로 공급된다. 상기 제1유입부(71)에 유입된 제어수는 상기 제1유입부(71)의 노즐(73)을 통해 상기 하부판(80), 측면고정판(50), 와류형성판(70) 및 분할판(60)이 이루는 공간인 와류실(81)의 접선방향으로부터 8 내지 12도의 각도로 경사지게 분사된다.

이와 같이 상기 제어수가 하부판(80)의 하부측에서 상기 와류형성판(70)에 공급되기 때문에 그 공급위치가 종래에 비하여 낮으며, 상기 제어관(30) 상부측으로부터 상기 폐쇄판(40)의 상면에 이르는 높이의 안전주입수가 종래에 비하여 더 노심의 냉각에 이용될 수 있다.

즉, 본 발명에서 안전주입탱크(10)의 바닥면에서 상기 폐쇄판(40)까지의 높이(A)에 비하여 상기 안전주입탱크(10)의 바닥면에서 상기 제어관(30)의 하단까지의 높이(B)에 차이가 있으며, 그 차이만큼의 높이의 안전주입수가 종래에 비하여 더 노심의 냉각에 이용될 수 있다.

상기 안전주입탱크(10)의 바닥면에서 상기 제어관(30)의 하단까지의 높이(B)는 상기 안전주입탱크(10)의 바닥면으로부터 상기 폐쇄판(40)의 상부까지의 높이(A)의 10%이내가 되도록 함이 바람직하다.

따라서 종래에 비하여 냉각 효율을 높일 수 있게 되며, 상기 압력손실계수의 증가에 의하여 안전주입수의 배출시간을 지연시켜 노심의 냉각 시간을 보다 증가시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래 안전주입탱크의 유량조절장치의 단면 구성도이다.

도 2는 도 1의 일부 분리 사시도이다.

도 3은 상기 종래 와류형성판과 하부판의 평면도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압경수형 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치의 단면 구성도이다.

도 5는 도 4의 분리 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 와류형성판과 와류실의 평면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 노즐의 와류실과의 접선방향으로부터의 경사가 5도, 10도일 때의 압력손실계수 차이를 보인 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:안전주입탱크 20:안전주입수 공급관

30:제어관 40:폐쇄판

50:측면고정판 60:분할판

70:와류형성판 80:하부판

81:와류실 90:배출관

Claims (5)

1. 안전주입수 공급관을 통해 공급되는 안전주입수와 제어수 공급관을 통해 공급되는 제어수를 혼합하여 배출하는 혼합공간부를 포함하는 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치에 있어서,

   상기 제어수 공급관은 혼합공간부의 하부측에 제어수가 주입되는 제어수 공급관의 제어수 주입구가 위치하여, 상기 제어수 주입구의 높이 이상에 위치하는 안전주입수를 제어수로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 혼합공간부는,

   안전주입탱크의 내측에 위치하여 안전주입수를 공급하는 상기 안전주입수 공급관이 연결되는 폐쇄판;

   상기 폐쇄판의 하부측에서 소정거리 이격되어 상기 폐쇄판에 연결된 상기 안전주입수 공급관에서 공급되는 상기 안전주입수를 주변부로 확산시킨 후 통공을 통해 하향 배출하는 분할판;

   상기 분할판의 하부측에 위치하여 상기 분할판을 통해 공급되는 상기 안전주입수와 저면으로부터 공급되는 상기 제어수를 혼합 또는 제어수만을 와류실로 공급 하는 다수의 와류형성판; 및

   상기 와류형성판에 상기 제어수를 공급하는 상기 제어수 공급관이 연결되며, 상기 와류형성판의 하부측에 위치하여 상기 와류실을 제공함과 아울러 상기 와류실의 상기 제어수 또는 상기 안전주입수와 제어수의 혼합수를 배출하는 배출관이 연결되는 하부판을 포함하는 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 안전주입탱크의 바닥면에서 상기 제어수 공급관의 주입구까지의 높이는, 안전주입탱크의 바닥면에서 상기 폐쇄판의 상부까지의 높이의 10% 이하인 것을 특징으로 하는 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 와류형성판은,

   다수의 분할된 구조이며,

   상기 제어관으로부터 상향으로 공급되는 제어수가 유입되는 제1유입부가 내측에 마련되어 있으며, 각 와류형성판의 사이 공간에 상기 분할판의 통공을 통해 하향 공급되는 안전주입수가 유입되는 제2유입부를 포함하는 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제2유입부의 노즐 방향은 상기 와류실의 접선방향이며,

   상기 제1유입부의 노즐 방향은 상기 와류실의 접선으로부터 8 내지 12도 경사진 것을 특징으로 하는 원자로의 안전주입탱크 유량조절장치.

Images