KR20130020319A

KR20130020319A - 동심의 이중관 형식의 플랜지형 노즐

Info

Publication number: KR20130020319A
Application number: KR1020110082884A
Authority: KR
Inventors: 이규만; 최순; 김태완; 한인수; 조재훈; 장기종; 김종욱
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-02-27
Also published as: KR101257619B1

Abstract

일체형 원자로의 원자로용기에는 증기발생기 급수헤더 및 증기헤더를 결합시키는 급수노즐 및 증기노즐이 구비된다. 증기발생기를 연결하는 동심의 이중관 형식의 플랜지형 노즐은, 급수헤더 또는 증기헤더와 결합되며, 일단이 원자로 용기에 결합되고, 타단에 플랜지가 형성된 외부노즐, 상기 외부노즐 내부에 삽입되고 상기 외부노즐과 동심원 상에 배치된 내부실린더, 상기 외부노즐의 플랜지를 폐쇄하도록 결합되는 블라인더 및 상기 블라인더를 상기 플랜지에 체결하는 다수의 체결부재를 포함하여 구성된다.

Description

동심의 이중관 형식의 플랜지형 노즐{FLANGE TYPE NOZZLE WITH CONCENTRIC INNER CYLINDER}

본 발명은 원자력발전소의 가압경수로 계통 중에서 일체형원자로 내부에 설치되는 증기발생기의 유지보수 및 가동중 검사가 가능한 급수 및 증기 노즐의 연결 구조를 제공하기 위한 것이다.

원자력 발전에서는 우라늄과 같은 물질의 핵이 가지고 있는 막대한 에너지를 이용한다. 원자핵이 분열되거나 융합될 때 발생되는 원자력 에너지를 천천히 발산시켜 전기에너지로 변환시키기 위하여 가압 경수로, 가압 중수로, 비등경수로, 액체금속로 등 다양한 형태의 원자로가 이용되고 있다.

가압경수로 계통은 원자로, 증기발생기, 원자로냉각재 펌프(reactor cooling pump, RCP) 그리고 가압기 등으로 이루어지며, 각 구성 요소들을 연결하는 저온관(Cold Leg)과 고온관(Hot Leg)의 배관에 의해 냉각재 순환 회로가 이루어진다.

원자력발전소 증기발생기는 노심에서 가열된 원자로냉각재의 열을 이용하여 2차 냉각수를 가열하여 원자로 출력운전 중 증기를 생산하여 터빈을 회전시켜 전기를 발생하며, 원자로 냉각 및 사고 시에는 1차 계통의 잔열을 제거하는 기기이다.

상용 원자력발전소의 증기발생기는 원자로용기와 배관으로 연결된 분리 방식으로, 전열관들이 U자 형태로 1차 계통의 고온의 원자로냉각재가 전열관 안쪽을 흐르는 재순환식 U 튜브형 증기발생기이다.

일체형원자로 SMART에서 증기발생기는 상용 원전과 달리 원자로용기 내부에 증기발생기가 내장되는 관류식 나선형 증기발생기 형태를 가진다. 그리고 증기발생기는 2차측 냉각수를 전열관 내부로 순환시켜 전열관 외부로 흐르는 1차측 원자로냉각재와의 열교환에 의해 과열증기를 직접 생산하고 원자로 냉각운전 및 사고 시에는 1차 계통의 잔열을 제거하는 기능을 수행한다.

일체형 원자로에서 원자로용기 내부에 위치하는 증기발생기와 2차 냉각수계통이 연결되는 노즐의 구조는 일반적으로 배관을 노즐에 직접 용접으로 연결하거나 플랜지형 배관을 노즐에 볼트로 직접 연결하는 방법이 있었다. 이와 같은 기존의 방법들은 증기발생기를 원자로용기 내벽에 고정시키고 노즐 연결부를 밀봉시키기 위한 별도의 작업이 필요하고, 또한, 증기발생기를 인출하거나 가동중검사를 수행하여야 할 경우, 먼저 노즐에 연결된 배관을 절단하거나 플랜지를 분리한 후 연결배관을 분해하여야 하는 일련의 작업을 수행하여야 하는 어려움이 있었다.

본 발명의 실시예들에 따르면 원자로용기에 형성된 급수노즐 및 증기노즐에 연결된 배관을 절단하거나 분해하지 않고 증기발생기의 유지보수 및 가동중 검사가 가능한 구조를 갖는 증기발생기용 노즐을 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 일체형원자로 증기발생기의 급수노즐 및 증기노즐에서 동심의 이중관 형식의 플랜지형 노즐은, 급수 노즐 또는 증기 노즐에 결합되며, 일단이 원자로 용기에 결합되고, 타단에 플랜지가 형성된 외부노즐, 상기 외부노즐 내부에 삽입되고 상기 외부노즐과 동심원 상에 배치된 내부실린더, 상기 외부노즐의 플랜지를 폐쇄하도록 결합되는 블라인더 및 상기 블라인더를 상기 플랜지에 체결하는 다수의 체결부재를 포함하여 구성된다.

일 측에 따르면, 상기 내부실린더는, 상기 내부실린더의 일측에 형성되어 2차 계통으로부터 급수를 공급받거나 증기를 배출하는 유로를 제공하는 2차 냉각수 유동노즐, 상기 내부실린더 내측에 형성되어 상기 내부실린더를 차단하는 차단판 및 상기 내부실린더의 단부에 형성되어 상기 블라인더와 결합되어 상기 내부실린더의 회전을 방지하는 회전방지홈을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 블라인더는 상기 회전방지홈에 대응되는 위치에 상기 회전방지홈에 삽입 결합되는 내부실린더 지지돌기가 형성된다. 상기 내부실린더에서 증기발생기 고정턱과 증기발생기 헤더에 결합되는 부분에는 돌출된 외부턱이 형성된다. 그리고 상기 외부노즐과 상기 내부실린더는 사이가 이격되어 구비된다.

일 측에 따르면, 상기 외부노즐 일측에는 배관과의 연결을 위한 배관연결 노즐이 구비된다.

일 측에 따르면, 상기 체결부재는 스터드 볼트가 사용된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 배관연결 노즐에 연결되는 2차계통의 배관을 절단 또는 해체를 하지 않고 증기발생기의 유지보수 작업 및 가동중검사를 수행할 수 있다.

또한, 2차 냉각수의 급격한 온도 변화 시 원자로용기의 열충격을 완화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동심의 이중관 형식의 플랜지형 노즐 부분의 요부 사시도이다.
도 2는 도 1의 플랜지형 노즐의 분해 사시도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.

이하, 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 증기발생기(steam generator)(20) 및 플랜지형 노즐(23) 구조에 대해서 상세하게 설명한다.

도면을 참조하면, 원자로용기(21) 내부에 증기발생기(20)가 구비된다. 증기발생기(20)는 다수의 전열관(heat transfer tube)(미도시) 다발이 헬리컬 코일 형태로 권선되고, 전열관의 외측으로 노심에서 가열된 원자로냉각재가 유동하고 전열관의 내측으로는 2차냉각수가 유동되며, 원자로냉각재와 2차냉각수 사이에서 열교환에 의해 증기가 발생한다.

참고적으로, 일체형원자로 증기발생기(20)의 상세한 기술구성은 공지의 기술로부터 이해 가능하며 본 발명의 요지가 아니므로 자세한 설명 및 도시를 생략하고 주요 구성요소에 대해서만 간략하게 설명한다.

증기발생기(20)의 하부의 급수헤더에는 전열관으로 물을 공급하는 급수 노즐이 연결되고, 상부에는 전열관을 통해 발생한 증기가 배출되는 증기 노즐은 증기발생기의 상부의 증기헤더에 연결된다.

이하에서는 급수 노즐을 예로 들어 설명하지만, 본 발명에 따른 플랜지형 노즐(23) 구조는 증기 노즐에도 동일하게 적용 가능하다.

플랜지형 노즐(23)은 동심원 상에 배치된 내부실린더(inner cylinder)(25)와 외부노즐(outer nozzle)(231)로 구성되고, 외부노즐(231) 내부에 내부실린더(25)가 삽입 결합되어 구성된다.

증기발생기(20)에는 원자로용기(21)의 급수/증기노즐과 결합되어 냉각수를 주입하고 증기를 배출하는 증기발생기 헤더(steam generator header)(211)가 구비되고, 다수의 증기발생기용 스터드 볼트(stud bolts for steam generator)(215)가 구비되어 증기발생기 헤더(211)를 원자로용기(21)에 고정시킨다. 여기서, 미설명 도면부호 213은 내부실린더(25)가 삽입 지지되고 증기발생기용 스터드볼트(211)를 설치하는 증기발생기 고정턱(steam generator header support)(213)이다.

외부노즐(231)의 한 쪽은 원자로용기(21)에 용접에 의해 결합되고, 다른 쪽은 블라인더(29)를 부착하는 플랜지(flange for steam generator nozzle)(233)가 형성된다. 그리고 외부노즐(231)의 일측에는 배관(pipe line)(27)과의 연결을 위한 배관연결 노즐(feed water & steam nozzle to piping)(26)이 구비된다.

내부실린더(25)는 원자로용기(21) 내부에 설치되는 증기발생기 고정턱(213)과 블라인더(29)에 삽입되어 고정된다. 여기서, 내부실린더(25)와 외부노즐(231)은 그 사이에 빈 공간이 형성되도록 소정 간격으로 이격되어 구비되고, 이와 같이 이격된 사이 공간에는 2차 냉각수 및 증기가 충진된다.

내부실린더(25)에는 2차 계통으로부터 급수를 공급하거나 증기를 배출하는 유로를 제공하는 2차 냉각수 유동노즐(251)이 형성된다. 그리고 내부실린더(25)의 중간 부분에는 급수 및 증기의 원활한 유동을 위한 차단판(253)이 부착된다. 여기서, 차단판(253)은 2차 냉각수 유동노즐(251)이 형성된 위치에 형성되며, 차단판(253)에 의해 한정된 내부 공간이 유동 공간이 되어서 2차 냉각수 유동노즐(251)을 통해 냉각수 및 증기를 유동시킨다.

블라인더(29)는 플랜지(233)의 단부를 폐쇄할 수 있도록 형성된다. 예를 들어, 블라인더(29)는 플랜지(233)에 대응되는 크기를 갖는 원반 형태를 갖는다. 그리고 블라인더(29)의 둘레를 따라 구비된 다수의 블라인더용 스터드 볼트(blind stud bolt)(31)가 블라인더(29)를 플랜지(233)에 체결한다. 도면에서 미설명 도면부호 291은 블라인더용 스터드 볼트(31)가 체결되는 체결부(291)이다.

블라인더(29)와 내부실린더(25)가 결합되어 내부실린더(25)가 회전하는 것을 방지하는 구조물이 구비된다. 블라인더(29)가 내부실린더(25)와 결합되는 내측면의 중앙 부분에는 소정 높이 돌출된 내부실린더 지지돌기(inner cylinder support ledge)(293)가 형성되고, 내부실린더(25)에는 소정 깊이의 회전방지홈(anti-rotating groove)(255)이 형성된다. 그리고 내부실린더 지지돌기(293)가 회전방지홈(255)에 삽입 결합되면 내부실린더(25)가 회전하는 것을 방지할 수 있다. 그리고 내부실린더(25)의 일측에는 소정 높이 외측으로 돌출된 외부턱(outer ledge)(257)이 형성된다. 외부턱(257)은 내부실린더(25)가 외부노즐(231) 및 증기발생기 헤더(211)에 삽입 결합되는 깊이를 제한하는 역할을 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 플랜지형 노즐(23)의 동작에 대해서 설명한다.

외부노즐(231)에 블라인더용 스터드 볼트(31)로 체결된 블라인더(29)를 개방하고, 내부실린더(25)를 당기면 플랜지형 노즐(23)이 개방된다. 이와 같이 개방된 통로를 통해서 증기발생기(20) 내벽에 대한 가동중검사를 할 수 있으며, 증기발생기(20)를 원자로용기(21)에 탈/부착하기 위한 증기발생기용 스터드 볼트(215)의 해체 및 체결 작업을 수행할 수 있다. 내부실린더(25)와 외부노즐(231) 사이의 환형 공간에는 2차 냉각수 및 증기로 채워져서 2차 냉각수 및 증기의 급격한 온도변화가 발생할 경우에도 원자로용기(21)에 발생하는 열충격을 완화시킨다.

본 실시예들에 따르면, 동심의 이중관 플랜지 형식의 플랜지형 노즐(23)은 SMART 일체형 원자로의 급수 노즐 및 증기 노즐에 모두 적용할 수 있다. 또한, 플랜지형 노즐(23)은 블라인더(29)를 플랜지(233)에서 분리시킴으로써 2차계통의 배관(27)을 절단 또는 해체를 하지 않고 증기발생기(20)의 유지보수 작업 및 가동중검사를 수행할 수 있다. 또한, 플랜지형 노즐(23)과 내부실린더(25) 사이에 충진되는 냉각수 및 증기로 인하여 내부실린더(25) 내부의 2차 냉각수 및 증기의 온도가 급격하게 변화하는 상황에 대해서도 원자로용기(21)에 작용하는 열충격을 완화시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

20: 증기발생기(steam generator)
21: 원자로용기(reactor vessel)
23: 플랜지형 노즐
25: 내부실린더(inner cylinder)
26: 배관연결 노즐(feed water & steam nozzle to piping)
27: 배관(pipe line)
29: 블라인더(blind)
31: 블라인더용 스터드 볼트(blind stud bolt)
211: 증기발생기 헤더(steam generator header)
213: 증기발생기 고정턱(steam generator header support)
215: 증기발생기용 스터드 볼트(stud bolts for steam generator)
231: 외부노즐(outer nozzle)
233: 플랜지(flange for steam generator nozzle)
251: 2차 냉각수 유동노즐(Feedwater & steam nozzle)
253: 차단판
255: 회전방지홈(anti-rotating groove)
257: 외부턱(outer ledge)
291: 체결부
293: 내부실린더 지지돌기(inner cylinder support ledge)

Claims

일체형원자로에 있어서,
증기발생기를 원자로용기에 결합하는 급수노즐 또는 증기노즐로서 일단이 원자로 용기에 결합되고, 타단에 플랜지가 형성된 외부노즐;
상기 외부노즐 내부에 삽입되고 상기 외부노즐과 동심원 상에 배치된 내부실린더;
상기 외부노즐의 플랜지를 폐쇄하도록 결합되는 블라인더; 및
상기 블라인더를 상기 플랜지에 체결하는 다수의 체결부재;
를 포함하는 동심의 이중관 형식의 플랜지형 노즐.
제1항에 있어서,
상기 내부실린더는,
상기 내부실린더의 일측에 형성되어 2차 계통으로부터 급수를 공급하고 증기를 배출하는 유로를 제공하는 2차 냉각수 유동노즐;
상기 내부실린더 내측에 형성되어 상기 내부실린더를 차단하는 차단판; 및
상기 내부실린더의 단부에 형성되어 상기 블라인더와 결합되어 상기 내부실린더의 회전을 방지하도록 회전방지홈;
을 포함하는 동심의 이중관 형식의 플랜지형 노즐.
제2항에 있어서,
상기 블라인더는 상기 회전방지홈에 대응되는 위치에 상기 회전방지홈에 삽입 결합되는 내부실린더 지지돌기가 형성된 동심의 이중관 형식의 플랜지형 노즐.
제2항에 있어서,
상기 내부실린더에서 증기발생기 고정턱에 결합되는 부분에는 돌출된 외부턱이 형성된 동심의 이중관 형식의 플랜지형 노즐.
제2항에 있어서,
상기 외부노즐과 상기 내부실린더는 사이가 이격되어 구비된 동심의 이중관 형식의 플랜지형 노즐.
제1항에 있어서,
상기 외부노즐 일측에는 배관과의 연결을 위한 배관연결 노즐이 구비되는 동심의 이중관 형식의 플랜지형 노즐.
제1항에 있어서,
상기 체결부재는 스터드 볼트인 동심의 이중관 형식의 플랜지형 노즐.