KR20120001413A - A flow mixing device to mitigate thermal stratification in pipe - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배관부재의 내부 유동 혼합장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열성층이 발생하는 배관부재 사이에 게재되어 저온과 고온의 액체가 유동되면서 발생되는 열성층을 열혼합을 통해 완화시킴으로써 열성층 현상으로 인해 발생하는 배관 및 배관지지대의 열응력과 굽힘 현상을 감소시킬 수 있도록 한 열성층이 발생하는 배관부재의 내부 유동 혼합 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an internal flow mixing device of the piping member, and more particularly, the thermal layer by relieving the thermal layer generated by the flow of low-temperature and high-temperature liquid flowing between the heating member is generated through the thermal mixing layer The present invention relates to an internal flow mixing device of a piping member in which a thermally stratified layer is formed so as to reduce thermal stress and bending of a pipe and a pipe support generated due to the phenomenon.
일반적으로, 원자력 발전소를 기동하기 위한 가열운전 초기에는 원자로 냉각재가 가압기로 유입되는 것을 방지하기 위해 가압기 내부에 전열가열기를 작동시킴으로써, 가압기 내부 냉각재 온도와 압력이 상승하여 원자로 냉각재계통보다 높은 압력을 유지하게 된다.In general, in order to prevent the reactor coolant from flowing into the pressurizer at the beginning of the heating operation for starting a nuclear power plant, the preheater is operated inside the pressurizer to maintain a higher pressure than the reactor coolant system by increasing the coolant temperature and pressure in the pressurizer. Done.
이에 따라, 온도와 압력이 높아진 가압기 내부의 고온냉각재는 가압기 밀림관을 통하여 원자로 냉각재 계통으로 유출되면서 가압기의 냉각재 수위가 하강하기 시작한다. 이때 가압기 밀림 배관의 배관 부분으로 이송되는 고온 냉각재는 배관내부에 정체되어 있던 저온 냉각재와의 온도차로 인한 밀도 차이 때문에 서로 혼합되지 않고 열성층을 형성하게 된다.Accordingly, the high temperature coolant inside the pressurizer having increased temperature and pressure flows into the reactor coolant system through the pressurizer jungle tube, and the coolant level of the pressurizer starts to fall. At this time, the high temperature coolant conveyed to the pipe portion of the pressurizer jungle pipe forms a thermal layer without being mixed with each other due to the density difference due to the temperature difference with the low temperature coolant stagnated in the pipe.
상기 열성층(thermal stratification)은 구체적으로, 원자력발전소의 원전배관에서는 과도운전상태에 가압기 밀림판 및 증기발생기와 원자로 냉각재계통에 연결된 주급수 배관에서 고온과 저온의 액체가 함께 유동됨에 따라 발생되는 것으로 특히 원자력발전소에서 시운전을 위한 가열이나 고온대기 운전과 같은 과도상태시 주급수 배관계통 및 원자로냉각재 계통과 연결된 배관에서 고온유체와 저온유체가 층을 이루어 혼합되지 않을 경우에 발생하게 되는 것이다.Specifically, the thermal stratification is generated in the nuclear power plant piping as the hot and cold liquids flow together in the main water supply pipe connected to the pressurizer slide plate and the steam generator and the reactor coolant system in the transient operation state. In particular, it occurs when hot fluid and cold fluid are not layered and mixed in the main water supply pipeline and the reactor coolant system during transient conditions such as heating for commissioning or operation at high temperature of the nuclear power plant.
상기와 같이 원전배관에서 발생하게 되는 열성층 현상은 배관설계시 고려하지 않았던 열응력을 발생시켜 배관 용접부위가 피로현상에 의해 균열되거나 휘어져 배관지지대를 파손시킬 수 있는 문제점이 있는 것으로 상기 열성층에 의해 발생되는 열응력은 배관에 있어 저온 유체를 점유하는 부분에서 일어나게 되며, 이에 의해 배관에 균열 발생의 원인을 제공하게 되고, 배관의 불필요한 변위 생성 및 배관에 과하중을 발생시키는 주요 원인이 되고 있다.As described above, the thermal stratification phenomenon generated in the nuclear power plant piping may cause thermal stress that was not considered in the piping design, thereby causing the pipe welding part to crack or bend due to the fatigue phenomenon, which may damage the piping support. The thermal stress is generated in the portion occupying the low temperature fluid in the pipe, thereby providing a cause of cracking in the pipe, the main cause of unnecessary displacement of the pipe and overloading the pipe. .
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 열성층이 발생하는 배관 사이에 배관 내의 열을 혼합할 수 있는 혼합장치를 설치하여 열성층 발생을 최소화함으로써 배관의 굽힘응력의 발생을 최소화할 수 있도록 한 열성층이 발생하는 배관부재의 내부 유동 혼합 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention by installing a mixing device that can mix the heat in the pipe between the heat generating layer is minimized by minimizing the generation of heat layer It is an object of the present invention to provide an internal flow mixing device for piping members in which a thermally stratified layer is generated so as to minimize the occurrence of bending stress in the piping.
본 발명의 목적 및 장점들은 이하에서 더욱 상세히 설명할 것이며, 실시예에 의해 더욱 구체화될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 수단 및 이들의 조합에 의해 성립될 수 있다.The objects and advantages of the present invention will be described in more detail below, and will be further embodied by the examples. Further objects and advantages of the invention can be achieved by the means and combinations thereof shown in the claims.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 저온 유체와 고온 유체가 함께 흐름에 따라 유체의 밀도차에 의해 배관 내에 발생하게 되는 열성층을 완화할 수 있도록 배관 사이에 설치되는 것으로, 배관 내의 상부측에서 유동되는 밀도가 낮은 고온의 유체를 배관의 하부측으로 유도하고, 배관 내의 하부측에서 유동되는 밀도가 높은 저온의 유체를 배관의 상부측으로 유도할 수 있도록 상하부로 경사지게 다수의 안내홀이 구비된 것으로, 상기 안내홀을 통과함에 따라 저온의 유체와 고온의 유체가 배관 내에서 서로 혼합될 수 있도록 함으로써, 온도차를 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 열성층이 발생하는 배관부재의 내부유동혼합장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is installed between the pipes so as to alleviate the thermal layer generated in the pipe due to the density difference of the fluid as the low-temperature fluid and the high-temperature fluid flows together, the upper side in the pipe It is provided with a plurality of guide holes to be inclined up and down to guide the low-density high-temperature fluid flowing to the lower side of the pipe, and to guide the high-density low-temperature fluid flowing from the lower side in the pipe to the upper side of the pipe, It provides an internal flow mixing apparatus of a piping member generating a thermal layer by allowing a low temperature fluid and a high temperature fluid to be mixed with each other in the pipe as it passes through the guide hole. .
또한, 본 발명에 있어서, 상기 안내홀은 벤츄리 형태로 경사지게 형성되어 유체가 상기 안내홀을 통과할 때 속도가 증가하도록 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the guide hole is formed to be inclined in the form of a venturi is characterized in that the speed is increased when the fluid passes through the guide hole.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 내부 유동 혼합 장치는 상기 배관과 서로 대응되는 형상의 나사산을 구비하여 서로 나사결합되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the internal flow mixing device is characterized in that the pipe and the screw thread having a shape corresponding to each other is screwed together.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 내부 유동 혼합 장치는 상기 배관과 플랜지 결합되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the internal flow mixing device is characterized in that the flange and the pipe coupling.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 혼합 장치는 상기 배관과 용접 결합되는 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, the mixing device is characterized in that the welded and the pipe.
따라서, 본 발명에 따른 열성층이 발생하는 배관부재의 내부 유동 혼합 장치는 발전소 등의 배관 계통에서 저온 유체와 고온 유체가 밀도 차에 의해 열성층 현상이 발생되는 것을 억제할 수 있도록 저온 유체와 고온 유체가 혼합될 수 있도록 한 것으로 배관 내벽의 온도차이를 감소시켜 배관의 열응력에 의한 굽힘 변위를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. Therefore, the internal flow mixing device of the piping member generating the thermal layer according to the present invention is a low-temperature fluid and high temperature so that the low temperature fluid and the high temperature fluid in the piping system, such as power plants can be suppressed that the thermal layer phenomenon occurs due to the difference in density By allowing the fluid to be mixed, the temperature difference of the inner wall of the pipe is reduced, thereby reducing the bending displacement due to the thermal stress of the pipe.
도 1은 발전소의 배관에 본 발명에 따른 내부 유동 혼합 장치가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 내부 유동 혼합 장치의 요부 확대도이다.
도 3은 도 2의 측면도이다.
도 4는 유체가 유동되는 모습을 개략적으로 도시한 상태도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 내부 유동 혼합 장치와 배관이 결합되는 모습을 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 내부 유동 혼합 장치 내에 형성되는 안내홀이 벤츄리(Venturi) 형태로 형성된 모습을 개략적으로 도시한 측면도이다.1 is a configuration diagram schematically showing a state in which an internal flow mixing device according to the present invention is installed in a piping of a power plant.
FIG. 2 is an enlarged view of main parts of the internal flow mixing device shown in FIG. 1.
3 is a side view of FIG. 2.
4 is a state diagram schematically showing a state in which a fluid flows.
5 to 7 is an exemplary view schematically showing the coupling of the internal flow mixing device and the pipe according to the present invention.
FIG. 8 is a side view schematically illustrating a guide hole formed in an internal flow mixing device according to the present invention having a venturi shape.
이하 본 발명에 따른 열성층이 발생하는 배관 부재의 내부 유동 혼합 장치의 구성 및 작용효과를 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and effect of the internal flow mixing apparatus of the piping member in which the thermally stratified layer is generated will be described in detail with reference to the preferred embodiments and the accompanying drawings.
도 1은 발전소의 배관에 본 발명에 따른 내부 유동 혼합 장치가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 내부 유동 혼합 장치의 요부 확대도이며, 도 3은 그의 측면도이고, 도 4는 유체가 유동되는 모습을 개략적으로 도시한 상태도이며, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 내부 유동 혼합 장치와 배관이 결합되는 모습을 개략적으로 도시한 예시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 내부 유동 혼합 장치 내에 형성되는 안내홀이 벤츄리(Venturi) 형태로 형성된 모습을 개략적으로 도시한 측면도이다.1 is a schematic view showing a state in which an internal flow mixing device according to the present invention is installed in a piping of a power plant, FIG. 2 is an enlarged view of main parts of the internal flow mixing device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a side view thereof. 4 is a state diagram schematically showing a state in which a fluid flows, and FIGS. 5 to 7 are diagrams schematically showing a state in which a pipe is coupled with an internal flow mixing device according to the present invention. 4 is a side view schematically illustrating a guide hole formed in the internal flow mixing device according to the present invention in the form of Venturi.
본 발명에 따른 열성층이 발생하는 배관부재의 내부 유동 혼합 장치(100)는 같은 유체라도 온도가 상대적으로 높아지면 밀도는 감소하고, 반대로 온도가 낮아지면 밀도는 증가되는 성질을 이용하여 배관(20) 내부의 저온 유체와 고온 유체가 혼합될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다. 즉, 발전소의 가압기(10)와 배관(20)이 연결된 것에 있어서, 큰 온도차를 가지고 교차하는 저온 유체와 고온 유체의 혼합이 일어나도록 유도함으로써 열성층이 일어나는 것을 방지할 수 있도록 구성되어 있다.In the internal
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열성층이 발생하는 배관부재의 내부 유동 혼합 장치(100)는 가압기(10)와 연결되는 배관(20) 상에 설치되어 고온의 유체 및 저온의 유체 이동시 상기 유체가 서로 혼합될 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.As shown in FIG. 1, the internal
본 발명에 따른 열성층이 발생하는 배관 부재의 내부 유동 혼합 장치(100)는 도 2와 도 3에 나타낸 바와 같이 그 내부에 다수의 안내홀(110)이 형성되어 있다. 즉, 상기 다수의 안내홀(110)은 좌우 양측이 관통되게 형성되어 있으면서 도면상 좌측에서 우측으로 다양한 각도로 상향 또는 하향으로 경사지게 형성되어 있기 때문에 상기 내부 유동 혼합 장치(100)를 거치게 된 유체는 배관 내의 상하부를 향해서 퍼져나가게 된다. As shown in FIGS. 2 and 3, the inner
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, ①번 화살표 방향으로 도입되는 고온의 유체는 본 발명에 따른 내부 유동 혼합 장치(100)를 거치면서 안내홀(110)을 통해 배관(20)의 상부와 하부측으로 나뉘어지게 된다. 그리고, ②번 화살표 방향으로 도입되는 저온의 유체도 본 발명에 따른 내부 유동 혼합 장치(100)을 거치면서 안내홀(110)을 통해 배관(20)의 상부와 하부측으로 나뉘어지게 되어 결국 상기 ①번 화살표 방향으로 도입된 고온의 유체와 ②번 화살표 방향으로 도입된 저온의 유체는 배관(20) 내에서 혼합되게 되는 것이다.For example, as shown in Figure 4, the hot fluid introduced in the direction of the arrow ① is passed through the inner
또한, ①번 화살표 방향의 고온의 유체와, ②번 화살표 방향의 저온의 유체가 혼합되어 평균밀도와 평균온도를 갖게 됨으로써 열성층이 발생되는 것을 방지하게 되는 것이다.In addition, the high temperature fluid in the direction of arrow 1 and the low temperature fluid in the direction of arrow 2 are mixed to have an average density and an average temperature, thereby preventing the thermal layer from being generated.
즉, 저온의 유체와 고온의 유체가 함께 상기 배관(20) 내부를 유동하게 되면 상대적으로 밀도가 낮은 고온의 유체는 배관(20)의 상부에 위치하게 되고, 밀도가 높은 저온의 유체는 배관(20) 하부에 위치하게 되는데, 이럴 경우 본 발명에 따른 안내홀(110)이 형성된 내부 유동 혼합 장치(100)를 통해 상기 저온의 유체와 고온의 유체를 혼합함으로써 배관(20) 내의 상하부 온도차이가 감소되도록 하여 열성층이 발생되는 것을 방지하게 되고, 이로 인해 결과적으로 배관(20)의 열응력과 굽힘현상을 감소시키게 되는 것이다. That is, when the low-temperature fluid and the high-temperature fluid flow inside the
그리고, 본 발명의 열성층이 발생하는 배관부재의 내부 유동 혼합 장치(100)는 배관(20)과의 결합시 도 5에 도시된 바와 같이 상기 배관(20) 및 내부 유동 혼합 장치(100)에 서로 대응되는 형상으로 나사산(111)을 구비하여 나사결합할 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 배관(20) 및 내부 유동 혼합 장치(100)의 외주면에 플랜지(120)를 구비하여 볼트(B)와 너트(N)를 통해 결합할 수도 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이 용접(W)을 통해 결합할 수도 있는 것으로 그 결합구조에 있어 상기 배관(20)과 내부 유동 혼합 장치(100)를 견고히 결합할 수 있는 구조라면 그 결합구조에 제한을 두지 않는다.In addition, the internal
또한, 본 발명에 있어서 상기 혼합 장치 내에 형성되는 다수개의 안내홀(110)은 경우에 따라 격자 무늬로 촘촘히 얽히도록 형성하여 배관 부재 내에서 내부 유동이 더욱 활발하게 이루어질 수 있도록 할 수 있으며, 상기 안내홀(110)을 도 8에서와 같이 수평 또는 경사진 벤츄리형태(유체가 관을 통과할 때 속도가 증가하도록 형성된 관)로 경사지게 형성할 수도 있다.In addition, in the present invention, the plurality of
지금까지 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적인 균등범위까지 포함된다 할 것이다. The present invention has been described in detail with reference to the embodiments of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto, and the scope of the present invention is substantially equivalent to the embodiments of the present invention.
또한, 상기 설명에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 열성층이 발생하는 배관 부재의 내부 유동 혼합 장치의 기술은 매우 단순하나, 그 기술적 효과는 매우 크다는 점에서도 본 발명의 기술적 장점은 매우 명확하다 할 것이다.In addition, as shown in the above description, the technology of the internal flow mixing device of the piping member in which the thermal layer is generated according to the present invention is very simple, but the technical advantage of the present invention is very clear in that the technical effect is very large. Will do.
10 --- 가압기
20 ---- 배관
100 ---- 내부 유동 혼합 장치
110 ---- 안내홀
111 ---- 나사산
V ---- 볼트
N ---- 너트
W ---- 용접10 --- Pressurizer
20 ---- piping
100 ---- internal flow mixing device
110 ---- Information Hall
111 ---- Thread
V ---- bolt
N ---- nuts
W ---- welding
Claims (5)
The internal flow mixing device of claim 1, wherein the internal flow mixing device (100) is coupled to the pipe by welding (W).
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KR1020100062174A KR20120001413A (en) | 2010-06-29 | 2010-06-29 | A flow mixing device to mitigate thermal stratification in pipe |
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2010
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