KR101977341B1 - 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템 - Google Patents

밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가압기 또는 냉각재 순환유로 측으로 길게 연장되어 설치되지 않고도 가압기의 열손실 저감을 위한 충분한 격리 공간을 형성시킬 수 있는 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 일체형 원자로의 가압기 시스템은, 밀림관이 상부가 개방되어 소정 깊이를 가지는 수용공간이 형성되고, 상기 수용공간의 저면과 연통되는 소정 길이의 입출구가 구비되는 하부하우징; 상기 하부하우징의 상기 수용공간을 커버하면서 상기 입출구에 대응되는 소정 지름의 입출구가 형성되는 상부하우징; 및 상기 수용공간에 삽입 설치되면서 상기 입출구를 통해 상기 밀림관의 내부로 유입되는 냉각재가 상기 수용공간을 경유하여 상호 점진적으로 혼합되도록 유로를 형성하는 유로형성부재를 포함하여 구성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

Description

밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템{Integrated Reactor Installation Pressurizer System with Surge Lines}
본 발명은 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일체형 원자로에 있어서 가압기와 냉각재 순환유로 사이에서 내밀림 및 외밀림 현상이 발생될 때 순차적으로 열혼합이 일어나도록 유도하는 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템에 관한 것이다.
가압기(pressurizer)는 노심에서 냉각제가 끓는 것을 방지하기 위해 포화압력을 넘는 가압상태를 유지시키는 구성으로, 최근에는 이러한 가압기가 원자로 용기 내부에 설치되는 일체형 원자로가 개발되고 있다.
일체형 원자로는 원자로의 주요 구성이 원자로 용기(압력용기) 내부에 설치되어 지진 등의 사고가 발생하더라도 냉각재 등의 방사성 물질이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있는 반면, 냉각재 순환유로와 가압기가 서로 근거리에 위치되어 있어 가압기로부터 원자로 냉각재 순환유로로 손실되는 열이 증가되는 구조적인 문제가 있고, 따라서 일체형 원자로에 있어서 가압기의 열손실을 줄이기 위한 다양한 개발이 이루어지고 있다.
상기와 같은 목적의 종래 기술로는 등록특허공보 제0872513호의 일체형 원자로 내 가압기의 열손실 저감을 위한 밀림관(이하 '특허문헌'이라 한다)이 개시되어 있다.
상기 특허문헌에 개시된 밀림관은 단열재 및 상부 안내 구조물 상부 배럴로부터 길이방향에 대해 상, 하측으로 일정 길이를 가지며 원통 형상의 배관 형태로 형성되고, 이에 의해 가압기와 원자로 냉각재 순환유로 사이에 내밀림 및 외밀림 현상이 발생될 때 냉각재가 순차적 및/또는 점진적으로 혼합되도록 하여 가압기의 열손실을 저감시키고 있다.
그러나 상기 특허문헌에 개시된 밀림관의 경우, 냉각재 순환유로와 가압기 사이에서 충분한 열손실 저감 성능을 발휘하기 위해, 상기 밀림관이 상하로 길게 형성된 다음, 그 내부에 복수 개의 격실 분리판이 설치되어야 하고, 이러한 구조로 인해 상기 밀림관이 냉각재 순환유로 또는 가압기 쪽으로 길게 연장되어 돌출되도록 설치되게 되면서 냉각재 순환유로 및 가압기 내측에서 밀림관의 내외측과 접촉되는 열교환 면적이 넓어지게 되고, 그 결과 밀림관을 통해 열이 전달되게 되면서 열손실의 저감 효율이 떨어지게 된다.
따라서 가압기 또는 냉각재 순환유로 측으로 길게 연장되어 설치되지 않고도 가압기의 열손실 저감을 위한 충분한 격리 공간을 형성시킬 수 있도록 구조가 개선된 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템의 개발이 요구된다.
KR10-0872513 B1 (2008. 12. 01.) KR10-0272726 B1 (2000. 08. 29.) KR10-0354172 B1 (2002. 09. 12.) KR10-0383817 B1 (2003. 04. 30.)
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 일체형 원자로용 가압기 시스템이 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가압기 또는 냉각재 순환유로 측으로 길게 연장되어 설치되지 않고도 가압기의 열손실 저감을 위한 충분한 격리 공간을 형성시킬 수 있는 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 일체형 원자로의 가압기 시스템은, 상부가 개방되어 소정 깊이를 가지는 수용공간이 형성되고, 상기 수용공간의 저면과 연통되는 소정 길이의 입출구가 구비되는 하부하우징; 상기 하부하우징의 상기 수용공간을 커버하면서 상기 입출구에 대응되는 소정 지름의 입출구가 형성되는 상부하우징; 및 상기 수용공간에 삽입 설치되면서 상기 입출구를 통해 상기 밀림관의 내부로 유입되는 냉각재가 상기 수용공간을 경유하여 상호 점진적으로 혼합되도록 유로를 형성하는 유로형성부재를 포함하여 구성되고, 상기 유로형성부재는 원통 모양을 가지면서 상하로 소정 길이를 가지는 삽입본체; 상기 삽입본체의 상부에 소정 깊이를 가지도록 형성되는 상부수용부; 상기 삽입본체의 하부에 소정 깊이를 가지도록 형성되는 하부수용부; 상기 상, 하부수용부의 내외측면을 관통하도록 상기 삽입본체의 외측면을 따라 소정 간격을 두고 형성되는 복수 개의 관통부; 및 상기 삽입본체의 상, 하부 외측면을 따라 소정 길이 돌출 형성되는 한 쌍의 걸림부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 관통부의 지름이 상기 상, 하부수용부의 내측면 지름 대비 1/4 ~ 2/4의 크기를 가지는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 하부하우징과 상기 유로형성부재 사이에 소정 지름을 가지면서 상기 수용공간을 상하 방향으로 구획하는 보조관이 더 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
이에 더해 본 발명은 상기 보조관은 상, 하로 연통되는 구멍이 형성되는 원통 모양의 보조관본체; 상기 보조관본체의 내측 가운데 부분을 따라 소정 폭 돌출 형성되는 유로구획판; 및 상기 유로구획판을 상하로 관통하도록 소정 간격을 두고 형성되는 복수 개의 관통공을 포함하여 구성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
그리고 본 발며은 상기 복수 개의 관통공의 지름이 상기 관통부의 지름에 비해 상대적으로 작게 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 가압기 또는 냉각재 순환유로 측으로 길게 연장되어 설치되지 않고도 냉각재가 순차적으로 혼합되기 위한 충분한 유로가 수용공간 내에서 형성될 수 있고, 이에 의해 냉각재가 밀림관 내부의 유로를 따라 순차적 및 점진적으로 흘러 상호 혼합되게 되며, 그 결과 가압기 측의 열손실이 감소되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 밀림관이 설치된 일체형 원자로의 예를 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템의 예를 보인 사시도.
도 3은 도 2의 분리 사시도.
도 4는 도 2의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 하부하우징의 예를 보인 도면.
도 6은 본 발명에 따른 상부하우징의 예를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 유로형성부재의 예를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템을 통해 형성되는 냉각재의 흐름을 예로 보인 도면.
도 9는 본 발명에 따른 보조관의 예를 보인 도면.
도 10은 도 9에 따른 보조관이 설치된 밀림관의 예를 보인 도면.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.
본 발명은 가압기 또는 냉각재 순환유로 측으로 길게 연장되어 설치되지 않고도 가압기의 열손실 저감을 위한 격리 공간을 충분히 형성시킬 수 있는 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
이러한 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 소정 크기를 가지는 원자로 용기(1)와, 상기 원자로 용기(1)의 내측 하부에 위치되는 원자로 노심(2)과, 상기 원자로 용기(1)의 내측 중앙 부분에 위치되는 냉각재 순환유로(3)와, 상기 냉각재 순환유로(3)의 측면 공간에 설치되는 증기발생기(4)와, 상기 원자로 용기(1)의 상부 외측에 설치되어 냉각재 순환유로(3) 상의 냉각재를 순환시키는 냉각재 펌프(5)와, 상기 원자로 용기(1)의 상부를 커버하도록 설치되는 돔 형상의 가압기(6) 및, 상기 가압기(6)의 내부에 설치되는 히터(7)를 포함하는 일체형 원자로에 있어서, 냉각재 순환유로(3)와 가압기(6)가 서로 연통되도록 복수 개의 밀림관(8)이 설치된다.
이때 냉각재 순환유로(3)와 가압기(6) 사이를 구획하는 단열판(6A)에는 복수 개의 설치공(6B)이 형성되고, 이러한 복수 개의 설치공(6B)에 밀림관(8)이 삽입되어 고정되게 된다.
한편, 본 발명에 따른 밀림관(8)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 하부하우징(10), 상부하우징(20) 및 유로형성부재(30)를 포함하고, 이하에서는 이러한 밀림관(8)의 구성 및 작용에 대하여 설명한다.
하부하우징(10)은 후술되는 유로형성부재(30)가 삽입되도록 내부에 소정 크기의 수용공간이 형성되면서 가압기(6)의 설치공(6B)에 고정 설치되는 구성이다.
이러한 하부하우징(10)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 원통 모양으로 형성되면 상부가 개방되어 내부에 소정 깊이를 가지는 수용공간(11A)이 형성된 하우징본체(11)와, 상기 하우징본체(11)의 저면에 소정 지름을 가지도록 하향 돌출되면서 수용공간(11A)과 연통되어 냉각재가 유입/배출되도록 하는 입출구(12) 및 상기 하우징본체(11)의 외측면을 따라 소정 폭 돌출 형성되는 플랜지부(13)를 포함한다.
이때 플랜지부(13)는 단열판(6A)에 형성된 설치공(6B)의 지름보다 상대적으로 크게 형성되고, 이에 의해 밀림관(8)이 설치공(6B)에 삽입 설치될 때 플랜지부(13)가 단열판(6A)에 걸려 상기 밀림관(8)이 고정되게 되며, 이 상태에서 플랜지부(13)와 단열판(6A)을 따라 용접되거나 또는 체결부재를 이용하여 상기 밀림관(8)이 단열판(6A)에 강건하게 고정된다.
여기서 밀림관(8)이 체결부재를 이용하여 단열판(6A)에 조립될 때에는 단열판(6A)을 관통하여 조립되는 볼트가 삽입되도록 플랜지부(13)를 따라 복수 개의 관통공(도시하지 않음)이 형성된다.
상부하우징(20)은 하부하우징(10)의 개방된 수용공간(11A)을 커버하도록 하부하우징(10)의 상부에 위치되는 구성이다.
이러한 상부하우징(20)은 도 6에 도시된 바와 같이 원통 모양을 가지는 상하 소정 길이의 하우징본체(21)와, 상기 하우징본체(21)의 내부를 상하로 관통하여 형성되는 입출구(22)와, 상기 하우징본체(21)의 하부 외측면을 따라 소정 폭 돌출 형성되는 플랜지부(23)를 포함한다.
이때 플랜지부(23)는 하부하우징(10)의 하우징본체(11)에 대응되는 지름을 가지도록 형성되고, 이에 의해 하부하우징(10)에 상부하우징(20)이 안착된 다음, 플랜지부(23)와 하부하우징(11)의 접촉 부위를 따라 용접되어 상호 일체로 고정되게 된다.
상기와 같은 구성에 의해 별도의 실링부재를 설치하지 않고도 하부하우징(10)의 내부로 유입된 냉각재가 하부하우징(10)과 상부하우징(20) 사이의 틈으로 유출되지 않으면서 기밀이 담보되게 된다.
또한, 상부하우징(20)의 입출구(22)를 통해 가압기(6) 쪽의 냉각재가 냉각재 순환유로(3) 쪽으로 흐르도록 유입되거나 또는 냉각재 순환유로(3) 쪽의 냉각재가 가압기(6) 쪽으로 배출되게 된다.
유로형성부재(30)는 하부하우징(10)의 수용공간(11A)의 내부에 삽입되어 냉각재가 흐르는 유로를 형성하는 구성이다.
이러한 유로형성부재(30)는 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이 상하로 길이를 가지는 원통 모양을 가지는 삽입본체(31)와, 상기 삽입본체(31)의 상부에 소정 깊이를 가지도록 형성되는 상부수용부(32)와, 상기 삽입본체(31)의 하부에 소정 깊이를 가지도록 형성되는 하부수용부(33)와, 상기 상, 하부수용부(32, 33)의 내외측면을 관통하도록 상기 삽입본체(31)의 외측면을 따라 소정 간격을 두고 형성되는 복수 개의 관통부(34) 및 상기 삽입본체(31)의 상, 하부 외측면을 따라 소정 길이 돌출 형성되는 한 쌍의 걸림부(35)를 포함하고, 이에 의해 삽입본체(31)의 상, 하부수용부(32, 33) 사이에는 소정 두께의 구획부(P)가 형성된다.
이때 관통부(34)의 지름(D1)은 상, 하부수용부(32, 33)의 내측면 지름(D2) 대비 1/4 ~ 2/4의 크기를 가지도록 형성되고, 이에 의해 상, 하부수용부(32, 33) 쪽으로 유입된 냉각재가 상대적으로 작은 지름의 관통부(34)를 통과하게 되면서 상, 하부수용부(32, 33)에서 냉각재가 소정 시간 머무른 다음 관통부(34)를 통해 점진적으로 다음 공간으로 이동되게 된다.
그리고 걸림부(35)는 하부하우징(10)과 상부하우징(20) 사이에 유로형성부재(30)가 삽입될 때, 하부하우징(10)과 상부하우징(20)의 내측면에 밀착되어 고정되도록 하는 것으로, 이러한 걸림부(35)는 삽입본체(31)의 외측으로 소정 폭 돌출 형성되는 대신 삽입본체(31)의 상하부 외측 둘레를 따라 소정 깊이의 단턱이 형성되는 것으로 변경되어도 무방하다.
이에 의해 냉각재 순환유로(3)와 가압기(6) 쪽의 냉각재가 소정 단계를 거쳐 서로 혼합되게 되면서 상대적으로 가압기(6) 쪽의 열에너지가 냉각재 순환유로(3) 쪽으로 불필요하게 그대로 전달되게 되면서 열손실이 발생되는 것이 방지되게 된다.
이하에서는 도 8을 참조하여 냉각재 순환유로(3) 쪽에서 가압기(6) 쪽으로 냉각재가 흐르는 것을 예를 들어 설명한다.
냉각재 순환유로(3) 쪽의 냉각재는 유로형성부재(30)의 하부수용부(33)에 의해 형성되는 A공간으로 유입된다.
그런 다음, 하부수용부(33)의 내외측을 관통하여 형성되는 복수 개의 관통부(34)를 통해 A공간의 냉각재가 수용공간(11A)의 내측면과 유로형성부재(30)의 외측면 사이에 형성되는 B공간으로 순차적으로 흐르게 된다.
그리고 B공간으로 유입된 냉각재는 다시 상부수용부(33)의 내외측을 관통하여 형성되는 복수 개의 관통부(34)를 통해 C공간으로 흐르고, 다시 상부하우징(20)의 입출구(22)를 통해 가압기(6) 쪽으로 흐르면서 냉각재 순환유로(3) 쪽의 냉각재가 가압기(6) 쪽으로 흘러 열에너지가 전달되게 된다.
또한, 가압기(6) 쪽의 냉각재가 냉각재 순환유로(3) 쪽으로 흐를 때에는 위와 반대로 C공간, B공간, A공간의 순서대로 흐르면서 열에너지가 전달되게 된다.
그 결과 냉각재 순환유로(3) 또는 가압기(6) 측의 냉각재가 A, B, C공간을 순차적으로 통과하여 점진적으로 혼합되게 되고, 이에 의해 가압기(6)의 열손실이 감소되게 된다.
위에서는 냉각재가 수용공간(11A)과 유로형성부재(30)에 의해 형성되는 A, B, C공간을 순차적으로 흐르는 것으로 설명되었으나, 가압기(6) 측의 열손실을 더욱 감소시키기 위해 수용공간(11A)의 내측면과 유로형성부재(30)의 외측면 사이의 공간에 내부 유로를 더욱 구획하는 보조관(40)이 더 삽입되어 구성될 수 있다.
이러한 보조관(40)은 도 9에 도시된 바와 같이 상, 하로 연통되는 구멍이 형성된 원통 모양의 보조관본체(41)와, 상기 보조관본체(41)의 내측 가운데 부분을 따라 소정 폭 돌출 형성되는 유로구획판(42) 및 상기 유로구획판(42)을 상하로 관통하도록 소정 간격을 두고 형성되는 복수 개의 관통공(43)을 포함한다.
상기와 같은 보조관(40)이 하부하우징(10)의 수용공간(11A)에 삽입됨에 따라 도 10에 도시된 바와 같이 수용공간(11A)의 내측면과 유로형성부재(30)의 외측면 사이에 형성되는 B공간이 B1공간과 B2공간으로 상하 구분되게 되고, 이에 의해 냉각재가 A, B1, B2, C공간을 따라 순차적으로 흐르게 되면서 더욱 점진적으로 혼합되게 된다.
이때 관통공(43)의 지름(D3)은 유로형성부재(30)에 형성된 관통부(34)의 지름(D1)에 비해 상대적으로 작게 형성되고, 이에 의해 관통부(34)를 통과하여 B1공간 또는 B2공간으로 유입된 냉각재가 반대편 공간으로 유입될 때 소정 시간 지체되게 되면서 열손실이 더욱 저감되게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 가압기 또는 냉각재 순환유로 측으로 길게 연장되어 설치되지 않고도 냉각재가 순차적으로 혼합되기 위한 충분한 유로가 수용공간 내에서 형성될 수 있고, 이에 의해 냉각재가 밀림관 내부의 유로를 따라 순차적 및 점진적으로 흘러 상호 혼합되게 되면서 가압기 측의 열손실이 감소되게 된다.
위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.
1: 원자로 용기 2: 원자로 노심
3: 냉각재 순환유로 4: 증기발생기
5: 냉각재 펌프 6: 가압기
6A: 단열판 6B: 설치공
7: 히터 8: 밀림관
10: 하부하우징 11: 하우징본체
11A: 수용공간 12: 입출구
13: 플랜지부 20: 상부하우징
21: 하우징본체 22: 입출구
23: 플랜지부 30: 유로형성부재
31: 삽입본체 32: 상부수용부
33: 하부수용부 34: 관통부
35: 걸림부 40: 보조관
41: 보조관본체 42: 유로구획판
43: 관통공 D1: 관통부의 지름
D2: 상, 하부수용부의 지름
D3: 관통공의 지름 P: 구획부

Claims (5)

  1. 일체형 원자로의 냉각재 순환유로(3)와 가압기(6) 사이에 상기 가압기(6)의 열손실을 감소시키는 밀림관(8)이 설치되는 일체형 원자로의 가압기 시스템에 있어서,
    상기 밀림관(8)은,
    상부가 개방되어 소정 깊이를 가지는 수용공간(11A)이 형성되고, 상기 수용공간(11A)의 저면과 연통되는 소정 길이의 입출구(12)가 구비되는 하부하우징(10);
    상기 하부하우징(10)의 상기 수용공간(11A)을 커버하면서 상기 입출구(12)에 대응되는 소정 지름의 입출구(22)가 형성되는 상부하우징(20); 및
    상기 수용공간(11A)에 삽입 설치되면서 상기 입출구(12, 22)를 통해 상기 밀림관(8)의 내부로 유입되는 냉각재가 상기 수용공간(11A)을 경유하여 상호 점진적으로 혼합되도록 유로를 형성하는 유로형성부재(30);
    를 포함하고,
    상기 유로형성부재(30)는,
    원통 모양을 가지면서 상하로 소정 길이를 가지는 삽입본체(31);
    상기 삽입본체(31)의 상부에 소정 깊이를 가지도록 형성되는 상부수용부(32);
    상기 삽입본체(31)의 하부에 소정 깊이를 가지도록 형성되는 하부수용부(33);
    상기 상, 하부수용부(32, 33)의 내외측면을 관통하도록 상기 삽입본체(31)의 외측면을 따라 소정 간격을 두고 형성되는 복수 개의 관통부(34); 및
    상기 삽입본체(31)의 상, 하부 외측면을 따라 소정 길이 돌출 형성되는 한 쌍의 걸림부(35);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 관통부(34)의 지름(D1)은,
    상기 상, 하부수용부(32, 33)의 내측면 지름(D2) 대비 1/4 ~ 2/4의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 하부하우징(10)과 상기 유로형성부재(30) 사이에는,
    소정 지름을 가지면서 상기 수용공간(11A)을 상하 방향으로 구획하는 보조관(40)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 보조관(40)은,
    상, 하로 연통되는 구멍이 형성되는 원통 모양의 보조관본체(41);
    상기 보조관본체(41)의 내측 가운데 부분을 따라 소정 폭 돌출 형성되는 유로구획판(42); 및
    상기 유로구획판(42)을 상하로 관통하도록 소정 간격을 두고 형성되는 복수 개의 관통공(43);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수 개의 관통공(43)의 지름(D3)은,
    상기 관통부(34)의 지름(D1)에 비해 상대적으로 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 밀림관을 구비한 일체형 원자로의 가압기 시스템.
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