KR20140110479A - 원자로의 출구노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로의 출구노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자로용기에 구비되어 원자로내부구조물노즐로부터 배출되는 냉각재가 유입되는 원자로의 출구노즐에 있어서, 상기 출구노즐의 일측에는 외측끝단에서 내측으로 소정각도 경사지도록 경사부가 형성된 것을 특징으로 하는 원자로의 출구노즐에 관한 것이다.
본 발명은 원자로내부구조물노즐로부터 냉각재가 유입되는 출구노즐의 일측이 경사지거나 라운드지도록하여 원자로내부에서 원자로용기의 내측면을 따라 이동하면서 원자로의 결합상태불량여부를 검사하는 검사로봇(ASME Sec XI IWB-3512)이 원자로용기의 하측까지도 이동할 수 있도록 함으로써 검사로봇에 의한 원자로의 체적검사가 막힘없이 계속적으로 진행될 수 있도록 하여 용접부에 대한 면제부위없이 체적검사가 100% 수행될 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한 체적검사가 100% 수행됨으로써 원자로의 안정성이 보다 효과적으로 검증될 수 있게 되는 효과도 있다.

Description

원자로의 출구노즐 {OUTLETS NOZZLE OF NUCLEAR REACTOR}

본 발명은 원자로의 출구노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자로내부구조물노즐로부터 냉각재가 유입되는 출구노즐의 구조를 개선하여 원자로에 대한 체적검사가 보다 정밀하게 이루어지도록 하는 원자로의 출구노즐에 관한 것이다.

일반적으로 가압수형 원자로(PWR : Pressurized Water Reactor)에서는 경수를 원자로 냉각재 및 중성자 감속재로서 사용하여, 1차계 전체에 걸쳐서 비등하지 않는 고온 고압수로 사용하고, 이러한 고온 고압수를 증기 발생기로 보내어 열교환에 의해 증기를 발생시킨 다음, 발생된 증기를 터빈 발전기로 보내어 발전한다.

이와 같은 가압수형 원자로에서는, 외부로부터 냉각재를 원자로 내로 도입하여, 내부를 순환시킴으로써 노심을 냉각하고 있다. 즉, 냉각재는 원자로 용기에 형성된 복수의 냉각재 입구 노즐로부터 유입되어 원자로 용기와 노심조 사이에 형성된 다운 커머부를 하향으로 흘러내려 하부 플레넘에 이른다.

그리고, 냉각재는 하부 플레넘의 구면 형상의 내면에 의해 상향으로 안내되어 상승하고, 하부 노심판 등을 통과한 후, 노심으로 유입된다.

노심으로 유입된 냉각재는 노심을 구성하는 연료집합체로부터 발생하는 열 에너지를 흡수함으로써 연료 집합체를 냉각하는 한편, 고온으로 되어 상부 플레넘까지 상승하고, 원자로내부구조물노즐을 지나 원자로 용기에 형성된 냉각재 출구노즐을 통해 증기발생기로 유입된다.

상기와 같은 구성을 가진 종래의 원자로용기는 입구노즐 및 출구노즐과 원자로용기의 용접부위의 형상으로 인하여 방사선 투과 시험 및 초음파탐상시험 등의 체적검사를 시행하기 어려운 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 일본 공개특허 특개평11-320092에는 관본체와 해당 관본체에 용접되는 관대와의 용접을 대상으로 하고, 전기 관대의 머리 부분에 장착한 원주 좌표계로 용접 위치를 파악해 작동하는 용접 장치를 이용해 해당 용접 장치에는 전기 관대의 축선상에서 선회하는 선회축, 해당 관대의 반경 방향에 따라서 이동 가능한 반경 방향축, 해당 관대의 축선방향에 따라서 이동 가능한 축선방향축 및 해당 축선방향 축에 대해 경사 배치한 경사축을 마련해 전기 선회축에 동기 해 전기 반경 방향축, 축선방향축 및 경사축을 작동시켜, 계산상 요구한 3 차원 곡선상의 용접선에 근거해 용접토치를 이동시켜 용접하여 UT검사를 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 노즐자동용접방법이 개시되어 있다.

하지만 상기와 같은 출원된 기술도 냉각재를 증기발생기로 유출시키는 출구노즐의 일측에 돌출부가 형성되어 있어 원자로의 체적검사시 원자로 내부에 위치한 검사로봇이 출구노즐에 형성된 돌출부의 아래로 이동하지 못하여 원자로에 대한 전반적인 체적검사를 수행하지 못하는 문제점이 있었다.

현재 상기와 같은 문제점으로 인해 규제기관은 100% 체적검사의 예외사항으로 면제를 허가하고 있지만, 이러한 허가는 규제기관과 사업자의 부담으로 작용하고 있어 규정을 충분히 만족시키고 안정성을 확인하기 위한 설계개선이 시급한 실정이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 원자로내부구조물노즐로부터 냉각재가 유입되는 출구노즐의 구조를 개선하여 원자로에 대한 체적검사가 보다 정밀하게 이루어지도록 하는 원자로 냉각재의 출구노즐을 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 본 발명의 목적은, 원자로용기에 구비되어 원자로내부구조물노즐로부터 배출되는 냉각재가 유입되는 원자로냉각재의 출구노즐에 있어서, 상기 출구노즐의 일측에는 외측끝단에서 내측으로 소정각도 경사지도록 경사부가 형성된 것을 특징으로 하는 원자로냉각재의 출구노즐을 제공함으로써 달성된다.

전술한 본 발명의 다른 목적은 원자로용기에 구비되어 원자로내부구조물노즐로부터 배출되는 냉각재가 유입되는 원자로의 출구노즐에 있어서, 상기 출구노즐의 일측에는 외측끝단에서 내측으로 라운드지도록 라운드부가 형성된 것을 특징으로 하는 원자로의 출구노즐을 제공함으로써 달성된다.

본 발명의 경우 원자로내부구조물노즐로부터 냉각재가 유입되는 출구노즐의 일측이 경사지도록 하여 원자로용기의 내측면을 따라 이동하면서 원자로의 결합상태불량여부를 검사하는 검사로봇이 원자로용기의 하측까지도 이동할 수 있도록 함으로써 검사로봇에 의한 원자로의 체적검사가 막힘없이 계속적으로 진행될 수 있게 하는 효과가 있다.

또한 상기 출구노즐은 원자로 용기에 탈부착되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명인 원자로의 출구노즐은, 원자로내부구조물노즐로부터 냉각재가 유입되는 출구노즐의 일측이 경사지거나 라운드지도록 하여 원자로내부에서 원자로용기의 내측면을 따라 이동하면서 원자로의 결합상태불량여부를 검사하는 검사로봇(ASME Sec XI IWB-3512)이 원자로용기의 하측까지도 이동할 수 있도록 함으로써 검사로봇에 의한 원자로의 체적검사가 막힘없이 계속적으로 진행될 수 있도록 하여 용접부에 대한 면제부위없이 체적검사가 100% 수행될 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 체적검사가 100% 수행됨으로써 원자로의 안정성이 보다 효과적으로 검증될 수 있게 되는 효과도 있다.

도 1은 종래의 가압수형 원자로의 주요부를 나타내는 종단면도.
도 2는 종래의 가압수형 원자로에서 원자로의 출구노즐이 원자로용기에 형성된 상태를 나타내는 종단면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 원자로의 출구노즐을 나타내는 종단면도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 가압수형 원자로에 원자로의 출구노즐이 형성된 상태를 나타내는 종단면도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 원자로의 출구노즐을 나타내는 종단면도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 가압수형 원자로에 원자로의 출구노즐이 형성된 상태를 나타내는 종단면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 원자로의 출구노즐에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 가압수형 원자로의 주요부를 나타내는 종단면도이고, 도 2는 종래의 가압수형 원자로에서 원자로의 출구노즐이 원자로용기에 형성된 상태를 나타내는 종단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 원자로의 출구노즐을 나타내는 종단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 가압수형 원자로에 원자로의 출구노즐이 형성된 상태를 나타내는 종단면도이다.

또한 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 원자로의 출구노즐을 나타내는 종단면도이고, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 가압수형 원자로에 원자로의 출구노즐이 형성된 상태를 나타내는 종단면도이다.

도 1에 나타난 바와 같이, 원자로 용기의 내부에는 원자로내부구조물, 핵연료집합체 및 냉각재 등이 구비된다.

상기 원자로용기(10)에는 입구노즐(11)과 출구노즐(12)이 형성되고, 코아조(17)가 수직아래로 지지된다.

상기 원자로용기(10)에 형성된 입구노즐(11)과 출구노즐(11)의 수는 원자로 출력에 따른 냉각재 순환루프의 수와 일치하며 통상 2개 내지 4개가 형성된다.

예를 들어 출력용량이 큰 것은 냉각재 순환루프의 수가 4루프로 구성되며, 이때 입구노즐(11)과 출구노즐(12)의 수는 각각 4개가 된다.

상기 입구노즐(11)과 출구노즐(12)은 원주방향으로 간격을 두고 배치되고, 코아조(17)의 내부 하방에는 수평방향으로 하부 코아 지지판(21) 및 하부 코아판(20)이 설치되며, 상기 하부 코아 지지판(21)과 상기 하부 코아판(20)의 하측으로는 하부플리넘(22)이 형성된다.

상기 하부코아판(20)의 상측에는 다수개의 연료집합체(19)가 서로 인접하도록 채워져 코아를 형성한다.

상기 연료집합체(19)의 상측에는 상부코아판(18)이 상부코아지지주(14)를 통해 상부코아지지판(13)에 의해 지지되고, 상기 상부코아판(18)을 통해 냉각재의 유동에 따른 부상 등이 방지된다.

상기 상부코아판(18)의 상면에는 복수의 제어봉클러스터안내관(16)의 하단이 지지핀(미도시)등에 의해 고정되고, 상기 제어봉클러스터안내관(16)은 상기 상부코아지지판(13)을 통과해 상측으로 연장돌출된다.

이때 제어봉클러스터(미도시)를 코아로부터 제어봉클러스터안내관(16)안으로 삽입하거나 또는 제어봉클러스터안내관(16)안으로부터 코아의 연료집합체(19)안으로 삽입함으로써 코아의 열출력을 조절한다.

상기 상부코아판(18)과 상기 상부코아지지판(13)은 상부코아지지주(14)에 의해 구조상의 강도를 유지하도록 연결되고, 상기 상부코아지지판(13)을 관통하는 상기 제어봉클러스터안내관(16)도 상기 상부코아지지판(13)에 고정되어 세로방향으로 지지된다.

상기 상부코아판(18)과 상기 상부코아지지판(13)사이에는 냉각재의 상부플리넘(15)이 구획되도록 형성된다.

상기와 같은 구성을 가진 원자로의 경우 입구노즐(11)에서 유입된 저온의 경수(냉각재)가 도 1에 나타난 바와 같은 화살표방향에 따라 흐르게 된다.

즉 코아조(17)와 원자로용기(10)사이에 형성된 환상하강공간을 흘러내려 하부플리넘(22)에서 반전한다.

코아내를 상승한 경수는 평행한 흐름이 되어 흐르고, 연료집합체(19)의 연료봉에서 핵반응열을 빼앗아 온도가 상승한다.

온도가 상승한 경수(냉각재)는 상부코아판(18)을 통과한 후 가로방향으로 전향하여 원자로내부구조물노즐(30)을 거쳐 출구노즐(12)을 통해 증기발생기(미도시)로 유입된다.

상기와 같은 구조를 가진 원자로용기(10)내에서 경수(냉각재) 등의 외부유출등을 방지하기 위해 원자로내부구조물들의 결합상태를 검사하기 위한 체적검사(초음파탐상검사등)가 검사로봇(ASME Sec XI IWB-3512)에 의해 시행된다.

이때 상기 원자로용기(10)는 체적검사를 위해 검사로봇이 원자로용기(10)의 내측면을 따라 원자로용기(10)의 상측에서 하측으로 이동한다.

종래의 경우 도 2에 나타난 바와 같이, 원자로내부구조물노즐(30)로부터 유출된 경수(냉각재)가 출구노즐(12)로 유량손실없이 이동되도록 하기 위해서 원자로내부구조물(30)의 끝단과 출구노즐(12)의 내측면이 최소의 간격(통상 0.1inch정도의 간격)이 유지되도록 하며, 0.1inch정도의 간격이 유지되도록 하기 위해 원자로용기(10)의 출구노즐(12)에는 측면에 돌출부(12a)를 형성시킨다.

하지만 출구노즐(12)에 형성된 돌출부(12a)로 인해 검사로봇이 원자로용기(10)의 상측에서 하측으로 이동하는 경우 돌출부(12a)에 걸려 더 이상 돌출부(12a)의 하측으로 이동하지 못하게 된다.

이러한 이유로 본 발명의 제1실시예의 경우 도 3과 도 4에 나타난 바와 같이, 원자로내부구조물노즐(300)에 인접한 출구노즐(12)의 일측에 형성된 돌출부(12a)를 제거하고 외측끝단에서 내측으로 소정각도 경사지도록 경사부(120a)를 형성시킨다,

따라서 원자로의 체적검사를 위해 검사로봇이 원자로용기(100)의 내부에 위치한 상태에서 원자로용기(100)의 내측면을 따라 상측에서 하측으로 이동하게 되면 검사로봇이 출구노즐(120)의 경사부(120a)에 접하면서 경사면을 따라 원자로용기(100)의 하측으로 이동하게 되어 원자로용기(100)에 대한 체적검사를 막힘없이 계속적으로 수행할 수 있게 되고, 이로 인해 원자로의 용접부에 대한 면제부위없이 체적검사를 100% 수행할 수 있게 된다.

또한 원자로용기(100)와 출구노즐(120)은 용접에 의해 상호연결하지만 용접이외에 출구노즐(120)이 원자로용기(100)에 탈부착되도록 구성하는 것도 가능하다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 출구노즐(120)에 경사부(120a)를 형성시켜 체적검사를 위한 검사로봇이 원자로용기(100)의 내측면을 따라 하측으로 이동할 수 있게 함으로써 원자로에 대한 체적검사가 완전하게 이루어지도록 하는 효과가 있다.

이외에 본 발명의 제2실시예의 경우 도 5와 도 6에 나타난 바와 같이, 출구노즐(120')의 일측에 경사부(120a)대신에 라운드부(120')를 형성시켜 검사로봇이 출구노즐(120')에 형성된 라운드부(120')의 라운드진 면을 따라 하측으로 이동하도록 하여 체적검사를 수행하도록 하는 것도 가능하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있고, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

10,100:원자로용기 11:입구노즐
12,120:출구노즐 13:상부코아지지판
14:상부코아지지주 15:상부플리넘
16:제어봉클러스터안내관 17:코아조
18:상부코아판 19:연료집합체
20:하부코아판 21:하부코아지지판
22:하부플리넘 30,300:원자로내부구조물노즐
12a:돌출부 120,120': 출구노즐;
120a:경사부 120a': 라운드부

Claims (3)

1. 원자로용기에 구비되어 원자로내부구조물노즐로부터 배출되는 냉각재가 유입되는 원자로의 출구노즐에 있어서,
   상기 출구노즐의 일측에는 외측끝단에서 내측으로 소정각도 경사지도록 경사부가 형성된 것을 특징으로 하는 원자로의 출구노즐.
   
2. 원자로용기에 구비되어 원자로내부구조물노즐로부터 배출되는 냉각재가 유입되는 원자로의 출구노즐에 있어서,
   상기 출구노즐의 일측에는 외측끝단에서 내측으로 라운드지도록 라운드부가 형성된 것을 특징으로 하는 원자로의 출구노즐.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 출구노즐은 원자로 용기에 탈부착되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로의 출구노즐.
   
   
   

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