KR100586892B1 - 내부 응축 증기 배출 시스템 - Google Patents

Abstract

순환로의 압력을 줄이기 위하여 상기 순환로로부터 탱크나 풀로 증기를 배출하는 내부 응축 시스템이다.

내부 응축 도관(20)은 냉각 액체 공급 도관(21)의 인접 상류에 격판(21)을 구비하고, 이 격판(21)의 오리피스를 통과하는 증기 분사는 이 분사주위에 현저한 음압 영역을 생성하여 격판의 하류에서 냉각 액체가 흡인되게 한다. 이렇게 하여 증기가 혼합실(25)에서 응축된다.

적용 가능한 분야는 핵 원자로의 주 순환로에 적용될 것이다.

Description

내부 응축 증기 배출 시스템

본 발명은 순환로에서 풀이나 다른 탱크로 증기를 배출하는, 주적으로 내부 응축기를 구비한 시스템에 관한 것이다.

'주된 유체'라고 알려진 유체가, 열원(2)과 냉원(3)사이를 압력 하에서 순환하는 주 냉각 순환로(1)에서 작용되기 전에, 상기 유체의 압력치는 낮추어져야 한다. 주 유체의 압력치를 줄이는 것은 통상적으로, 상기 열원(2)과 관련하여 주 순환로(1)에 의해 형성되는 열교환기(8)에서 열원(2)에 공급되는 에너지를 줄이고 냉원(3)에 의해 흡수되는 에너지를 늘임으로써 달성된다.

(주 순환로(1)에 의해 다시 형성되는) 열교환장치(7)에 의하거나, 주 순환로(1)내에 수용된 유체를 냉원(3)으로 직접 배출함으로써 냉원(3)으로 에너지가 추출되게 할 수 있다. 가압된 주된 유체는 주 순환로(1)에 연결된 배출 시스템(4)의 밸브나 밸브들(9)을 열어서 배출되고, 그 후에 주된 유체는 배출 시스템(4)의 일단에서 확산기(5)를 통해 드럼이나 저압 배출 풀(6)로 배출된다.

본 발명은 배출 확산기(5)를 대체하여 증기 상태나 2상 상태 유체의 주된 순환 냉각제를 배출하는 도중에 배출 탱크(6) 구조물에 인가되는 진동과 응력을 감소시키는 응축기-확산기 장치로 구성된다.

설명을 간단히 하기 위하여, 실시예에서는 주 순환로(1)내에 수용된 냉각제 유체가 고온 고압의 2상 상태의 수증기로서 섭씨 20도의 액상의 물로 채워진 개방 풀(6)로 배출된다.

증기 상태에서 주 순환로(1)의 내용물을 배출하는 데 각별한 주의를 기울이게 될 것이다.

증기 방출량이 적을 때에는 배출 풀(6)의 수면 밑으로 배출하는 단순 튜브 방식이 수집기-확산기로서 종종 사용된다.

비등수형(boiling water) 원자로의 경우에서처럼 (제8차 환태평양 핵 회의, 타이페이, 대만, 4월 12-16, D. R. 윌킨스와 J. 장의 논문 '제네럴 일렉트릭의 진보적인 비등수형 원자로와 발전 설비 설계' 참조), 고 증기 배출량(수 백 kg/sec)에서는, 배출 풀(6)내에 수용된 물은 압력 증기의 추력에 의해 풀(6)에서 튀어 나갈 수 있게 된다. 주 순환로(1) 냉각제에 의해 배출되는 증기와 탱크나 배출 풀(6)내에 저장된 액체사이의 열교환을 촉진하기 위하여 배출 풀(6)내의 고압 증기와 저압 액체 물 사이의 접촉면을 증가시킴으로써 전술한 위험의 발생을 줄일 수 있다.

도 2는 이러한 형태의 장치의 근간이 되는 원리를 도시한다. 즉 '주(primary)'이라고 기술된 유체는 고온 고압의 주 순환로(1)로부터 배출 시스템(4)에 연결된 주 배출 배관(10)을 경유하여 배출 풀(6)로 흐르는 확산기(5)로 안내된다.

이러한 장치는 풀(6)로 배출되는 유체의 분사력의 합을 감소시키는 데, 이는 배출된 유체의 방출 속도를 줄이면서 확산기(5)로부터 뻗은 암(14)의 전체 면에 배치된 다수의 오리피스(13)를 통하여 분사 방향을 다양화시키기 때문이다.

이러한 장치는 또한 고온 고압으로 오리피스(13)를 떠나는 주된 유체와 풀(6)내의 물과의 사이의 접촉면을 증가시킨다.

그러나 이러한 형태의 장치는 저압 배출 풀(6)내의 많은 증기 기포들의 팽창과 응축을 제어하는 데 사용될 수 없다.

고압 증기 기포들은 초기에는 오리피스(13)를 떠나면서 매우 신속하게 팽창한다. 그 후에 이들은,

- 덩어리로 합체되어서 풀(6)내의 액면까지 급속히 상승하여 풀(6)내의 물이 상승되게 하며,

- 이들이 배출 오리피스(13)를 떠나서 냉 유체와 접촉하게 되면 매우 급속히 응축되어서; 이것은 증기 기포와 액체 형태 기포사이의 체적 차이에서 기인되는 충격 마이크로파를 발생시킨다.

이러한 현상은 배출 풀(6)의 물을 통과하여 전파되는 교란을 발생시켜서 풀의 측면과 지지 구조물에 이르게 된다.

증기 배출 시스템(4)이 개방되기 전에, 주 배출 배관(10)과 확산기(5)내의 공기의 존재 가능성도 고려하여야 한다. 배관 내에 공기가 조금이라도 있으면 주 배관(10) 및 수집기-확산기(5)에서 극히 높은 압력을 받게 된다; 즉 공기가 배출 풀(6)로 배출될 때 수면을 현저히 상승시켜서 풀(6)이 흘러 넘치게 만들 수도 있다.

이러한 형태의 확산기(5)는 주 순환로(1)가 급속한 감압을 겪을 때 비등수형 원자로에 적합하다. 적용되는 값의 범위는 7 Mpa 로부터 1 Mpa 이하까지의 범위이다.

웨스팅하우스의 계획된 가압수형 원자로('1990년대와 그 이후를 위한 단순화된 AP600과 고급 수동 600 Mwe 발전소', 국제 핵 공학, 1988.11, 참조)는 16 Mpa부터 0.5 Mpa 이하까지의 압력 범위에 적용되는 유사한 장치를 포함하고 있다. 양 경우 모두 증기 배출량은 수 백 kg/sec 정도로 매우 높다.

본 발명은 저압 하에서 단지 고열 유체가 배출 풀로 안전하게 방출되게 하는 적어도 하나의 내부 응축 도관을 구비하는 증기 배출 시스템에 관한 것이다.

이것은 고압 분사 증기가 저압 탱크에서 응축될 때 발생하는 모든 결과, 예컨대 증기가 고압에서 저압으로 변할 때 증기의 팽창으로 인해 생기는 체적 변화나, 배출 풀에서 증기의 이동에 의해 생기는 유체의 이동, 또는 증기가 배출될 때 배관에서의 공기 분류와 같은 것을 피할 수 있도록 하는 이점을 가진다.

내부 응축 도관은 충분한 양의 저압 냉각 액체를 흡인하여서 유입되는 증기를 응축시킴으로써 결과적으로 형성된 액체를 풀 또는 보다 일반적으로는 탱크로 배출하게 된다. 따라서 본 발명은, 가장 일반적인 형태로 말해서, 순환로에 연결되고 풀로 개구된 내부 응축 도관을 구비하여 상기 순환로에서 상기 풀로 유체를 배출시키는 시스템에 관한 것으로서, 상기 도관 내에 오리피스를 가진 격판과, 상기 격판의 인접 하류에 상기 도관을 뚫어서 액체 공급 탱크와 연통되는 냉수 공급 오리피스를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 탱크는 상기 풀과 분리되거나 동일한 것일 수 있고, 상기 도관은 상기 풀 내에 잠겨지거나 그 외부에 있을 수 있다. 상기 풀은 개방형 또는 폐쇄형 탱크의 어떤 형태도 가능하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 세부적 사항과 장치들을 상세하게 설명한다.

내부 응축 시스템의 설명

후술하는 모든 설명에서 유체는 가압된 주된 순환로로부터 저압 배출 탱크까지 흐르는 것으로 가정한다.

본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위하여 고압의 증기가 (섭씨 20도 정도의) 저온의 액체 물로 채워진 배출 풀 내로 배출되는 실시예가 일 예로서 사용될 것이다. 이러한 예를 사용한다고 해서 본 발명의 응용 분야가 제한되는 것은 결코 아니다.

본 발명에 따른 내부 응축 도관(20)은 도 3에 분리 도시되어 있다. 이 도관은 이전 실시예의 물, 증기, 또는 이 두 가지의 혼합물로 채워진 배관(10)과 유사한 배출 도관(16)을 필수 구성 요소로 한다. 하류로 나아가면서 이 도관은,

- 오리피스(22)를 제외하고는 배출 도관(16)의 단면부를 막는 격판(21)과,

- 격판(21)의 하류에 위치한 적어도 하나의 냉수 입구 오리피스(23)와; 여기서 이 오리피스(23)는 배출 도관(16)으로 냉수를 공급하는 배관(24)의 출구이고,

- 오리피스(23)의 하류에 있는 배출 도관(16)에 의해 형성되는 혼합실(25)과,

- 마지막으로 배출 도관(16)의 출구에 장착되는 원추 주둥이 형태의 확산기(26)로 구성된다.

도 4는 본 발명이 적용된 일 예를 도시하는데, 여기에서는 도 3에서 도시된 장치가 전술한 바와 같이 부분적으로 물이 채워진 배출 풀(6)에 설치된다. 도관은 수면(27) 밑에 잠긴 냉수 급수 배관(24)을 제외하고는 일반적으로 풀(6)의 초기 수면(27) 위에 위치한다.

감압 작업 중에 공급 도관(4)으로부터 유입되는 가압 증기는 격판(21)을 통과하는 증기 분사를 형성한다. 현저한 음압 영역이 이러한 분사 주위의 격판 하류에 발생하여 급수 배관(24)을 통해 풀(6)의 물이 흡인되게 한다. 이러한 물은 혼합실(25)로 들어가서 증기 분사를 응축시키기 때문에 혼합실(25)로부터는 단지 열수만이 흐르게 된다.

내부 응축 도관(20)이 풀(6)의 수면(27) 위에 배치된 도 4에 도시된 실시예의 이점은, 배관에 초기에 수용된 공기는 풀(6)을 손상시키지 않고서도 방출될 수 있다는 것이다.

고온 액체가 배출 배관(16)을 통해 배출되기 때문에 풀(6)의 수위가 증가하여서 내부 응축 도관(20)을 덮을 수 있다. 이러한 도관이 수면(27)밑에 위치할 때에도 계속 정상 작동한다.

공급 탱크와 배출 풀이 분리된 실시예

본 발명에 따른 다른 실시예가 가능하다. 즉 예컨대 도 5에 도시된 바와 같이 풀(6)은 냉수 액체 급수 탱크(30)와 배출 탱크(31)로 나뉠 수 있다. 도 5의 이러한 실시예에서 급수 탱크(30)는 내부 응축 도관(20)밑에 위치하는 것으로 도시되고 있지만 그 위에 배치되어도 마찬가지이다. 내부 응축 도관(20)은 또한 급수 탱크(30)를 통과하여 지날 수 있다.

모든 실시예에서 급수 배관(24)은 급수 탱크(30)의 물 속에 잠겨있고 도관(16)은 배출 탱크(31)로 배출한다.

풀에 잠긴 내부 응축 시스템의 실시예

본 발명의 또 다른 실시예는 복수의 분리된 내부 응축 도관을 가질 수 있는데 이들은 전술한 실시예의 것들과 모두 동일하다. 도 6에 도시된 바와 같이 보다 복잡한 배출 시스템도 사용될 수 있다. 이러한 시스템(35)은, 하나 이상의 수직 공급 도관(37)과 상부 쪽으로 개구된 복수의 내부 수직 응축 도관(39)에 원환체 살수기(40)를 통하여 연결되는 하나의 챔버의 형태로 된 수집기(36)를 구비한다. 원환체 살수기(40)는 내부 응축 도관(39)에 연결되면서, 수집기(36)에 연결되는 방사상의 암(41)과도 연결된다.

수집기(36)와, 원환체 살수기(40)와, 암(41)과, 내부 응축 도관(39) 모두는 풀(43)의 수면(42) 밑에 잠긴다. 도 6에 도시된 바와 같이 이러한 조립체는 풀 바닥(45)에 고정된 기반(44)에 의해 지지된다. 이러한 기반은 수집기(36) 및 원환체 살수기(40)와 동일하거나 또는 별도로 된 지지 구조물을 구비한다. 즉 이러한 기반은 상기 구성요소들을 올려놓는 풀의 벽체에 형성된 구조물로 대체될 수 있다.

내부 응축 도관들(39)은 이들이 고정된 원환체 살수기(40)에 의해 제자리에 위치되며, 이들을 연결하는 금속판으로 된 내진 금속 구조물(46)에 의해 함께 지탱된다.

내부 응축 도관(39)의 구조와 작용은 전술한 실시예와 거의 동일하다. 이것은 이들 시스템의 일 실시예로서 도시한 도 7에서 볼 수 있다. 각 시스템은 원환체 살수기(40)의 외피에 나사단(49)으로 고정된 대좌(48)에서 종단되는 배출 도관(47)을 구비한다. 여기서 대좌(48)는 원환체 살수기(40)의 외피에 대해 누설방지용 밀봉체(51)를 누르도록 하는 또 다른 확대부(50)를 구비한다.

전술한 바와 유사한 오리피스(53)를 가진 격판(52)이 도관(47)내에 배치된다. 내부 응축 도관(39)에는, 격판(52)의 인접 하류에 있는 배출 도관(47)의 벽체에 용착된 하나 이상의 노즐(54)을 통하여 냉수가 공급된다. 이러한 노즐은 풀(43)로부터 배출 도관(47)으로 급수하는 오리피스(55)를 이룬다. 마찬가지로 격판(52)을 통과하는 증기는 음압하에 놓이고 따라서 냉수를 흡인하여 배출 도관(47)에 의해 형성된 혼합실(56)내에서 증기를 응축시킨다.

배출 도관(47)의 출구에는 풀(43)로 배출되는 액체의 방출 속도를 줄이기 위하여 확산기(57)가 장착된다. 엘보우를 혼합실(56)의 출구에 장착시켜서 분사를 소정의 방향으로 향하게 할 수 있다.

이상 실시예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 및 범위 내에서의 각종 변경 및 개량이 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 유체 배출 시스템은 저압 하에서 고열 유체가 배출 풀로 안전하게 방출되게 하는 효과가 있다.

즉 고압 분사 증기가 저압 탱크에서 응축될 때 발생하는 모든 결과, 예컨대 증기가 고압에서 저압으로 변할 때 증기의 팽창으로 인해 생기는 체적 변화나, 배출 풀에서 증기의 이동에 의해 생기는 유체의 이동, 또는 증기가 배출될 때 배관에서의 공기 분류와 같은 것을 피할 수 있도록 하는 효과를 가진다.

도 1은 주 순환로와 배출 시스템을 도시한 도면이다.

도 2는 종래의 배출 시스템을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 내부 응축 배출 시스템의 상세 도면이다.

도 4와 도 5는 시스템이 배치되는 두 가지 방법을 예시한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 또 다른 배출 시스템의 도면이다.

도 7은 배출 시스템의 내부 응축 시스템의 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20...내부 응축 도관 21...격판

22...오리피스 23...냉수 입구 오리피스

24...급수 배관 25...혼합실

26...확산기 30...급수 탱크

31...배출 탱크 37...공급 도관

39...내부 응축 도관 40...살수기

41...반경 암 43...풀

44...기반 48...대좌

49...나사단 51...밀봉체

52...격판 53...오리피스

54...노즐 55...오리피스

57...확산기

Claims (8)

1. 순환로(1)에 연결되고 풀(6,31,43)로 개방된 증기 응축용 응축 도관(20,39,47)을 구비하여 상기 순환로(1)에서 상기 풀로 증기를 포함한 유체를 배출하는 시스템에 있어서,

   상기 도관 내에 오리피스(22,53)를 가진 격판(21,52)과, 상기 격판의 인접 하류에 상기 도관을 뚫어서 액체 공급 탱크(6,30,43)와 연통되는 냉수 공급 오리피스(23,55)를 구비한 것을 특징으로 하는 배출 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 공급 탱크는 상기 풀(6,43)과 동일하고, 상기 도관(20)은 상기 풀(6,43)에 채워진 냉수 속에 잠겨 있으며, 공급 도관(24)이 상기 냉각 액체를 오리피스(23)를 연결하는 것을 특징으로 하는 배출 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 탱크는 상기 풀(43)과 동일하고, 상기 도관(47)은 상기 냉수 속에 잠겨 있으며, 상기 오리피스(55)는 노즐(54)을 통하여 상기 풀로 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 배출 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 공급 탱크(30)는 상기 풀(31)과 분리된 것을 특징으로 하는 배출 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   복수의 응축 도관들(39)이 살수기(40)에 의해 공통 공급 도관(37)과 연결되는 것을 특징으로 하는 배출 시스템.
6. 제5항에 있어서,

   상기 공통 공급 도관(37)은 상기 풀 내에 수직으로 위치하여 상기 풀(43) 바닥(45)에 배치된 챔버(36)에 의해 상기 살수기로 연결되고, 상기 살수기 또한 상기 풀 바닥에 배치되며 상기 응축 도관(39)은 상기 살수기(40)로부터 상부 방향으로 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 배출 시스템.
7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 응축 도관(20,39,47)은 확산기(26,57)로 종단되는 것을 특징으로 하는 배출 시스템.
8. 상기 응축 도관은 상기 오리피스(55)의 하류의 냉수와 증기를 혼합하는 혼합실(56)을 구비하는 것을 특징으로 하는 배출 시스템.

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