KR20220153378A - Nuclear reactor - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a nuclear reactor comprises: a nuclear reactor container; a core installed in the nuclear reactor container; a steam generator including heat transfer pipes installed along an inner wall of the nuclear reactor container; and a plurality of supports protruding from the inner wall toward the center of the nuclear reactor container. The heat transfer pipes are installed through the supports.

Description

원자로{NUCLEAR REACTOR}Nuclear Reactor {NUCLEAR REACTOR}

본 발명은 원자로에 관한 것으로, 특히 소형 모듈형 원자로에 관한 것이다.The present invention relates to nuclear reactors, and more particularly to small modular nuclear reactors.

종래의 소형 모듈형 원자로는 기존 원자로와 달리 증기발생기와 원자로심이 하나의 용기 내에 일체형으로 설계된다. Unlike existing nuclear reactors, in a conventional small modular reactor, a steam generator and a reactor core are integrally designed in one container.

소형 모듈형 원자로의 증기 발생기는 충분한 열전달 면적을 확보함은 물론 소형의 원자로 용기 내에 증기 발생기 전열관을 배치하기 위해 헬리컬 코일 형태의 증기 발생기 전열관 설계를 채택하고 있다.Steam generators of small modular reactors adopt a helical coil-type steam generator heat pipe design in order to secure a sufficient heat transfer area and arrange the steam generator heat pipes in a small reactor vessel.

소형 모듈형 원자로 용기는 하부 원자로 용기와 상부 원자로 용기로 분리되도록 설계되어 있다. 헬리컬 코일 증기 발생기는 상부 원자로 용기에 부착되도록 설계된다. 헬리컬 코일 증기 발생기는 상부 원자로 용기 내부에 원주방향으로 조밀하게 배치되도록 설계된다.The small modular reactor vessel is designed to be separated into a lower reactor vessel and an upper reactor vessel. Helical coil steam generators are designed to be attached to the upper reactor vessel. The helical coil steam generators are designed to be tightly arranged circumferentially inside the upper reactor vessel.

일체형 원자로 내부에 헬리컬 코일 증기 발생기가 독립적으로 분리되어 원자로 용기 내부에 배치되도록 설계될 수 있다. A helical coil steam generator inside an integral reactor may be designed to be independently isolated and placed inside the reactor vessel.

이러한, 소형 모듈형 원자로 또는 일체형 원자로의 증기 발생기의 전열관은 장기 운전에 따라 유동유발진동, 슬러지 등 다양한 원인에 의해 전열관의 건전성이 저하될 수 있다. 이를 고려하여 손상된 전열관을 검사를 통해 확인하고 전열관을 플러깅하여 운전할 수 있도록 설계 단계에서 미리 손상되어 플러깅되는 전열관의 수를 미리 고려하여 설계한다.The soundness of the heat pipe of the steam generator of the small modular reactor or the integrated nuclear reactor may deteriorate due to various causes such as flow-induced vibration and sludge during long-term operation. Considering this, the damaged heat pipe is checked through inspection and the number of damaged and plugged heat pipes is considered in advance in the design stage so that the heat pipe can be plugged and operated.

그러나, 소형 모듈형 원자로의 설계단계에서 고려한 전열관 튜브 플러깅 수를 초과하여 전열관이 손상되는 경우 헬리컬 코일 증기 발생기의 교체가 불가능하게 설계되어 있다. 그리고, 증기 발생기 교체시 제어봉 래치 하우징, 상부 및 중간부 원자로 용기, 증기 및 급수 노즐 및 증기 발생기 일체 모두를 교체해야 한다.However, the helical coil steam generator is designed to be impossible to replace if the heat exchanger tube is damaged by exceeding the number of tube pluggings considered in the design stage of the small modular reactor. Also, when the steam generator is replaced, all of the control rod latch housing, upper and middle reactor vessels, steam and water nozzles, and the steam generator must be replaced.

또한, 일체형 원자로의 경우, 카트리지 타입의 헬리컬 코일 전열관이 원자로 용기 내부에 원주 방향으로 설계되어 교체가 가능하나, 카트리지 타입의 헬리컬 코일 증기 발생기의 경우에는 체적이 크므로 카트리지 타입의 헬리컬 코일 증기발생기가 설치되는 원자로가 대형화되어야 하는 문제점이 있다.In addition, in the case of an integrated nuclear reactor, the cartridge type helical coil heat pipe is designed in the circumferential direction inside the reactor vessel and can be replaced. There is a problem that the installed nuclear reactor must be large.

따라서, 본 발명은 증기 발생기 교체시 용이하게 분리하여 선택적으로 교체 가능하며, 유체 진동에도 증기 발생기의 전열기를 안정적으로 지지하여 내구성을 향상시킬 수 있는 원자로를 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a nuclear reactor that can be easily separated and selectively replaced when a steam generator is replaced, and which can improve durability by stably supporting an electric heater of a steam generator even in the event of fluid vibration.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자로는 원자로 용기, 원자로 용기 내에 설치된 노심, 원자로 용기의 내벽을 따라 설치된 전열관을 포함하는 증기 발생기, 내벽으로부터 원자로 용기의 중심을 향해서 돌출한 복수의 지지대를 포함하고, 전열관은 지지대를 관통하여 설치된다.A nuclear reactor according to an embodiment of the present invention includes a reactor vessel, a core installed in the reactor vessel, a steam generator including heat transfer tubes installed along an inner wall of the reactor vessel, and a plurality of supports protruding from the inner wall toward the center of the reactor vessel, The heat transfer pipe is installed through the support.

상기 원자로 용기는 분리 가능하게 결합된 상부, 중간부 및 하부를 포함할 수 있다.The reactor vessel may include an upper part, a middle part and a lower part that are detachably coupled.

상기 증기 발생기는 상기 중간부에 위치할 수 있다.The steam generator may be located in the middle part.

상기 증기 발생기는 헬리컬 코일을 포함할 수 있다.The steam generator may include a helical coil.

상기 지지대는 상기 내벽을 따라 일정한 간격으로 형성될 수 있다.The supports may be formed at regular intervals along the inner wall.

본 발명에 따른 원자로를 이용하면, 증기 발생기 교체시 원자로의 분리가 용이하여 필요한 부분만 선택적으로 교체 가능하다.If the nuclear reactor according to the present invention is used, when replacing the steam generator, the reactor can be easily separated and only necessary parts can be selectively replaced.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 원자로 용기 내벽에 지지대를 설치함으로써, 유체로 인한 진동에도 안정적으로 전열관을 지지할 수 있다. In addition, in one embodiment of the present invention, by installing the support on the inner wall of the reactor vessel, it is possible to stably support the heat transfer pipe even in vibration caused by the fluid.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 원자로의 분해도이다.
도 3은 도 1의 원자로에 설치된 증기 발생기의 개략적인 도면이다.
도 4는 도 1의 원자로에 설치된 전열관 지지대를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 V-V선을 따라 잘라 도시한 도면이다. 1 is a schematic diagram of a nuclear reactor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded view of the nuclear reactor of Figure 1;
Figure 3 is a schematic diagram of a steam generator installed in the nuclear reactor of Figure 1;
FIG. 4 is a view for explaining a heat exchanger tube support installed in the nuclear reactor of FIG. 1 .
FIG. 5 is a view cut along line VV of FIG. 4 .

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로의 개략적인 도면이고, 도 2는 도 1의 원자로의 분해도이고, 도 3은 도 1의 원자로에 설치된 증기 발생기의 개략적인 도면이고, 도 4는 도 1의 원자로에 설치된 전열관 지지대를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4의 V-V선을 따라 잘라 도시한 도면이다. 1 is a schematic diagram of a nuclear reactor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded view of the nuclear reactor of FIG. 1, FIG. 3 is a schematic diagram of a steam generator installed in the nuclear reactor of FIG. 1, and FIG. It is a view for explaining the heat pipe support installed in the nuclear reactor of 1, and FIG. 5 is a view cut along the line V-V of FIG. 4. Referring to FIG.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로는 용기(100), 용기(100) 내에 수용된 노심(110) 및 증기 발생기(200)를 포함한다.As shown in FIGS. 1 and 2 , a nuclear reactor according to an embodiment of the present invention includes a vessel 100 , a reactor core 110 accommodated in the vessel 100 , and a steam generator 200 .

용기(100)는 상하가 반구인 캡슐 형태로, 용기(100)는 반구를 각각 포함하는 상부(11)(도 2의 (a) 참조)와 하부(13)(도 2의 (c) 참조), 상부(11)와 하부(13) 사이에 위치하는 중간부(15)(도 2의 (b) 참조)를 포함한다.The container 100 is in the form of a capsule with upper and lower hemispheres, and the container 100 has an upper portion 11 (see FIG. 2 (a)) and a lower portion 13 (see FIG. 2 (c)) each including a hemisphere. , and an intermediate portion 15 (see FIG. 2 (b)) located between the upper portion 11 and the lower portion 13.

상부(11), 중간부(15) 및 하부(13)는 분리 가능하게 결합되어 있다. 상부(11)의 하단 및 중간부(15)의 상단에는 플랜지(17)가 형성되고, 플랜지(17)는 스터드 볼트(stud bolt)(20)를 통해서 분리 가능하게 결합될 수 있다. 또한, 중간부(15)의 하단 및 하부(13)의 상단에는 플랜지(17)가 형성되고, 플랜지(17)는 스터드 볼트(20)를 통해서 분리 가능하게 결합될 수 있다. The upper part 11, the middle part 15 and the lower part 13 are detachably coupled. A flange 17 is formed at the lower end of the upper part 11 and the upper end of the middle part 15, and the flange 17 may be detachably coupled through a stud bolt 20. In addition, a flange 17 is formed at the lower end of the middle portion 15 and the upper end of the lower portion 13, and the flange 17 may be detachably coupled through the stud bolt 20.

이처럼, 용기(100)를 상부(11), 중간부(15) 및 하부(13)로 분리 가능하게 결합하면, 원자로 정비 및 보수 시 분리하여 용이하게 보수 및 정비를 실시할 수 있다. In this way, if the vessel 100 is detachably coupled to the upper portion 11, the middle portion 15, and the lower portion 13, maintenance and maintenance can be performed easily by separating the reactor during maintenance and repair.

또한, 설치된 전열관 플러깅 개수를 초과하는 경우 또는 대량의 전열관을 교체해야 하는 경우에도 전열관이 설치된 중간부(15) 만을 교체하면 되므로, 교체가 용이하다.In addition, since only the middle portion 15 in which the heat transfer tubes are installed needs to be replaced even when the number of plugged heat transfer tubes is exceeded or when a large number of heat transfer tubes need to be replaced, the replacement is easy.

노심(110)은 핵연료 집합체로 원자로 용기(100)의 하부(13)에 위치한다.The core 110 is a nuclear fuel assembly and is located in the lower part 13 of the reactor vessel 100 .

노심(110)은 제어봉 집합체 연장축(control element assembly extension shaft) 안내관(113)을 통해서, 용기의 중간부(15) 및 상부(11)로 연장되어 격납 용기 밖에 위치하는 제어봉 구동 장치(도시하지 않음)가 연결될 수 있다. The core 110 extends to the middle part 15 and the upper part 11 of the container through a control element assembly extension shaft guide tube 113, and the control element driving device (not shown) is located outside the containment container. not) can be connected.

도 3에 도시한 바와 같이, 증기 발생기(200)는 원자로 용기의 중간부(15)에 설치되며, 중간부(15)의 내벽을 따라 설치될 수 있다. 증기 발생기(200)는 노심(110)에서 발생되는 열과 열교환에 의해 증기를 생성하여, 배출시킨다. As shown in FIG. 3 , the steam generator 200 is installed in the middle part 15 of the reactor vessel and may be installed along the inner wall of the middle part 15 . The steam generator 200 generates and discharges steam by heat exchange with heat generated in the core 110 .

증기 발생기(200)는 외부에 설치된 급수 계통과 연결되는 수관과, 노심(110)에서 발생된 열교환에 의해서 생산되는 증기가 이동하여 외부의 터빈 계통과 연결되는 증기관으로 이루어지는 전열관을 포함한다. The steam generator 200 includes a water pipe connected to an externally installed water supply system and a heat transfer pipe composed of a steam pipe connected to an external turbine system through which steam produced by heat exchange generated in the core 110 moves.

증기 발생기(200)의 전열관 입구는 급수 노즐의 전열관 지지판에 용접되고, 절연관의 출구는 증기 노즐의 지지판과 용접된다.The inlet of the heat transfer pipe of the steam generator 200 is welded to the heat transfer pipe support plate of the water supply nozzle, and the outlet of the insulated pipe is welded to the support plate of the steam nozzle.

증기 발생기(200)의 전열관은 도 3에서와 같이, 헬리컬 코일 전열관일 수 있다.The heat pipe of the steam generator 200 may be a helical coil heat pipe as shown in FIG. 3 .

한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 중간부(15)에는 헬리컬 코일 증기 발생기를 지지하기 위한 지지대(50)가 설치될 수 있다.Meanwhile, referring to FIGS. 4 and 5 , a support 50 for supporting the helical coil steam generator may be installed in the middle part 15 .

지지대(50)는 중간부(15)의 내벽에 일단이 용접으로 고정될 수 있으며, 중간부(15)의 내벽으로부터 중간부(15)의 중심을 향해서 돌출될 수 있다. One end of the support 50 may be fixed to the inner wall of the intermediate portion 15 by welding, and may protrude from the inner wall of the intermediate portion 15 toward the center of the intermediate portion 15 .

지지대(50)는 중간부(15)의 내벽을 따라 일정한 간격을 두고 복수로 형성될 수 있으며, 원통형 중간부(15)의 내벽을 따라 방사형으로 배치될 수 있다. The supports 50 may be formed in plurality at regular intervals along the inner wall of the intermediate portion 15 and may be radially disposed along the inner wall of the cylindrical intermediate portion 15 .

지지대(50)는 전열관(5)이 관통하는 관통 구멍(7)이 형성될 수 있으며, 상하로 분리되어 전열관 삽입 후, 볼트 너트(9)로 결합 고정될 수 있다. The support 50 may have a through hole 7 through which the heat transfer pipe 5 passes, and may be separated up and down, inserted into the heat transfer pipe, and then coupled and fixed with bolts and nuts 9 .

관통 구멍(7)에는 탄성을 가지는 물질로 만들어진 가스켓(도시하지 않음)이 설치되어 전열관(5)의 진동을 흡수할 수 있다. A gasket (not shown) made of a material having elasticity is installed in the through hole 7 to absorb vibration of the heat transfer tube 5 .

원자로의 정상 운전시 유체로 인한 진동이 발생할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 지지대(50)에 의해서 헬리컬 코일이 지지되므로, 유체유발 진동이 발생하더라도 전열관 코일이 흔들림 없이 유지될 수 있다. Fluid-induced vibration may occur during normal operation of the nuclear reactor, but since the helical coil is supported by the support 50 in one embodiment of the present invention, the heat pipe coil can be maintained without shaking even when fluid-induced vibration occurs.

수관을 통해서 증기 발생기(200)로 공급된 급수는 전열관 내부에서 열전달을 통해서 증기가 되고, 증기는 증기관을 통해서 터빈 계통으로 공급되어, 제너레이터에 연결된 터빈을 돌려 전기를 생산한다. The water supplied to the steam generator 200 through the water pipe becomes steam through heat transfer inside the heat pipe, and the steam is supplied to the turbine system through the steam pipe to turn the turbine connected to the generator to produce electricity.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to make various modifications and practice within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings, and this is also the present invention. It goes without saying that it falls within the scope of the invention.

5: 전열관 7: 관통 구멍
15: 중간부 17: 플랜지
20: 스터드 볼트 50: 지지대
100: 용기 110: 노심
200: 증기 발생기5: heat transfer pipe 7: through hole
15: middle part 17: flange
20: stud bolt 50: support
100: vessel 110: core
200: steam generator

Claims (5)

원자로 용기,
상기 원자로 용기 내에 설치된 노심,
상기 원자로 용기의 내벽을 따라 설치된 전열관을 포함하는 증기 발생기,
상기 내벽으로부터 상기 원자로 용기의 중심을 향해서 돌출한 복수의 지지대
를 포함하고,
상기 전열관은 상기 지지대를 관통하여 설치되어 있는 원자로.reactor vessel,
a core installed in the reactor vessel;
A steam generator including a heat transfer pipe installed along an inner wall of the reactor vessel;
A plurality of supports protruding from the inner wall toward the center of the reactor vessel
including,
The heat transfer pipe is installed through the support. 제1항에서,
상기 원자로 용기는 분리 가능하게 결합된 상부, 중간부 및 하부
를 포함하는 원자로.In paragraph 1,
The reactor vessel is detachably coupled upper, middle and lower portions
A nuclear reactor containing a. 제2항에서,
상기 증기 발생기는 상기 중간부에 위치하는 원자로.In paragraph 2,
The steam generator is located in the middle of the nuclear reactor. 제1항에서,
상기 증기 발생기는 헬리컬 코일을 포함하는 원자로.In paragraph 1,
The steam generator includes a helical coil. 제1항에서,
상기 지지대는 상기 내벽을 따라 일정한 간격으로 형성되어 있는 원자로.In paragraph 1,
The nuclear reactor wherein the supports are formed at regular intervals along the inner wall.
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