가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치 및 방법{Apparatus and method for testing in-vessel downstream effects of a pressurized water reactor}

본 발명은 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 가압경수로에서 냉각재 상실사고시 발생하는 이물질이 여과기를 통과한 후, 하류영역인 원자로 내부에서 침적이 발생할 경우, 이로 인한 비상 노심 냉각수의 유로 막힘 현상을 파악하기 위한 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치 및 방법에 관한 것이다.

원자로건물 내에서 냉각재 상실 사고발생 후 비상 노심 냉각계통을 통해 노심에 주입되거나 원자로건물 살수계통을 통해 살수된 냉각수는 원자로건물 재순환 집수조에 모이며, 이 물은 다시 비상 노심 냉각계통 펌프의 흡입원으로 사용된다.

일반적으로 재순환 집수조에는 냉각재 상실사고와 같은 가상의 배관 파단 사고시 생성되어 원자로건물 재순환 집수조로 이동되는 각종 이물질로부터 재순환운전시 비상 노심 냉각계통 기기를 보호하기 위한 여과기가 설치되어 있다.

가상의 배관 파단 사고시 생성되어 원자로건물 재순환 집수조로 이동되어 온 각종 이물질들은 이 여과기에 의해 걸러지지만 여과기 메쉬 크기 이하의 작은 이물질들은 여과기를 통과하여 하류의 노심 영역에 침적되고, 유로를 막아 장기 노심 냉각능력에 영향을 줄 수 있다.

냉각재 상실 사고에 따른 노심 내 이물질 영향 평가를 위해 시험이 필요하며, 시험에는 섬유형, 입자형, 화합물의 이물질이 사용되고 이물질 조성 및 유량에 변화를 주며 시험을 수행한다.

매 시험 후에는 시험에 사용된 이물질을 시험설비에서 제거하는 과정이 필요하며, 이물질 제거 후, 초깃값 확인을 통해 이물질 제거 정도를 평가한다.

기존의 이물질 제거과정은 통상 6시간 이상이 소요되며, 시험에 사용한 모의 핵연료집합체를 시험 유로와 분리하여 세척하는 경우 많은 노력이 필요하다.

또한, 모의 핵연료집합체를 시험 유로에서 분리하지 않고, 세척하는 경우 이물질 제거효율이 떨어져서 시험 재현성이 확보되지 않는 문제가 발생할 수 있다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 모의 핵연료집합체를 시험루프와 분리하지 않고, 시험체적부 하부에서 공기를 주입하고 시험체적부 상부에는 플랜지를 설치하여 개방하며 모의 핵연료집합체를 크레인을 사용한 상하운동을 하게 함으로써 이물질 제거시간을 단축하고, 이물질 제거효율을 높이며, 시험 종료 후 이물질 제거 시 유체가 이물질 혼합수조로 들어가는 배관출구에 이물질 여과망을 설치함으로써 시험루프에 있는 이물질을 제거하도록 한 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치는 모의 핵연료집합체가 설치된 시험체적부와, 상기 시험체적부에 이물질을 투입하여 혼합하는데 사용되는 이물질 혼합수조와, 상기 이물질 혼합수조로부터 배출되는 유체를 순환시키는 순환펌프와, 상기 순환펌프에 설치되는 유량계와, 상기 시험체적부와, 상기 이물질 혼합수조와 상기 순환펌프 및 상기 유량계를 연결시키는 순환루프로 구성되고, 상기 시험체적부의 외면에 공기주입구가 설치됨을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험방법은 시험설비에서 이물질 제거시 순환루프의 상향유동 정렬밸브 방향을 하향유로로 전환하는 단계(5번 및 8번 밸브 폐쇄, 6번 및 7번 밸브 개방); 이물질 혼합수조의 수위를 낮추고, 순환루프 출구배관에 이물질 여과망을 설치하는 단계; 순환펌프를 작동시키고, 유체를 하향유동으로 순환시키는 단계; 일정시간 후 하향유동 정렬밸브 방향을 다시 상향유로로 전환하는 단계(6번 및 7번 밸브 폐쇄, 5번 및 8번 밸브 개방); 시험체적부 상부의 플랜지를 개방하고, 모의 핵연료집합체에 크레인을 설치하는 단계; 모의 핵연료집합체를 상하운동시키며 시험체적부 하부 공기주입구에 공기를 주입하는 단계; 공기주입과 동시에 유체를 시험체적부 하부로부터 주입하여 상부까지 채우는 단계; 일정시간 후 시험체적부의 사면에 설치된 공기주입구에 순차적으로 공기를 주입하며 이물질을 제거하는 단계; 외부에서 공급된 물을 사용하여 최종 세척하는 단계; 시험유로에 유체를 채우고 차압을 측정하여 초기 차압의 재현성을 확인하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 가압경수로 노심 내 하류효과 시험시 모의 핵연료집합체를 시험루프와 분리하지 않고, 시험체적부 하부에서 공기를 주입하고, 시험체적부 상부에는 플랜지를 설치하여 개방하며 모의 핵연료집합체를 크레인을 사용한 상하운동을 하게 함으로써, 이물질 제거시간을 단축하고 이물질 제거효율을 높이는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 시험기간 감소를 통하여 인건비를 절감하고, 시험 재현성을 확보하여 시험결과의 신뢰도를 증가시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치의 시험체적부 하부 벽면에 설치된 공기주입구 위치를 나타낸 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치의 시험 후 이물질 제거 시 시험루프 출구배관에 설치되는 이물질 여과망을 나타낸 예시도.

본 발명은 웨스팅하우스형 및 프라마톰형 원전의 노심 내 하류효과 시험에도 적합하게 사용될 수 있으나, 이하에 본 발명에서는 첨부된 예시도면들을 참조하여 CE형 원전의 모의 핵연료집합체를 대상으로 본 발명을 상세히 설명한다.

시험은 상향유동 및 하향유동 모두 가능하도록 시험루프가 구성되어 있으나 가장 제한적인 결과를 나타내는 상향유동 시험을 대상으로 본 발명을 설명한다.

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치를 도시한 개략도이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치(A)는 모의 핵연료집합체가 설치된 시험체적부(1)와, 상기 시험체적부(1)에 이물질을 투입하여 혼합하는데 사용되는 이물질 혼합수조(2)와, 상기 이물질 혼합수조(2)로부터 배출되는 유체를 순환시키는 순환펌프(3)와, 상기 순환펌프(3)에 설치되는 유량계(4)와, 상기 시험체적부(1)와, 상기 이물질 혼합수조(2)와 상기 순환펌프(3) 및 상기 유량계(4)를 연결시키는 순환루프(20)로 구성되고, 상기 시험체적부(1)의 외면에 공기주입구(21)가 설치된다.

여기서, 상기 시험체적부(1)는 하부에서 상향유동 설정시 상향유동 정렬밸브(5)를 개방하고, 하향유동 정렬밸브 (6) 및 하향유동 정렬밸브(7)을 닫힘으로 둔다.

상기 시험체적부(1)의 외면은 투명아크릴로 제작되어, 가시화가 가능하도록 구성되며, 상기 시험체적부(1)의 상부에는 플랜지(9)를 설치하여, 시험 후 이물질 제거시 개방이 가능하도록 한다.

또한, 상기 이물질 혼합수조(2)는 투명아크릴로 제작되며 이물질이 혼합수조(2)의 바닥에 침적되는 것을 방지하기 위해서 이물질 혼합수조(2)의 하부는 경사각을 갖는 콘 형태로 제작된다.

그리고 상기 이물질 혼합수조(2)의 바닥면 정중앙의 원형 출구를 통해 이물질이 섞인 유체가 배출되는 형태를 갖는다.

또한, 상기 이물질 혼합수조(2)의 내부에는 온도 조절을 위해 냉각기(13) 및 전열기(14)가 설치되고, 이물질이 물과 잘 섞이도록 하는 교반기(15)가 설치된다.

그리고 상기 순환루프(20)는 순환펌프(3), 상향유동 및 하향유동이 가능한 배관으로 이루어진다.

여기서, 상기 순환펌프(3)는 인버터와 연결되어 제어시스템으로 유량제어가 가능하도록 설치된다.

또한, 상기 배관(22)은 스테인리스 배관으로 이루어지며 순환펌프(3) 후단과 시험체적부(1)를 연결하는 영역에 유량계(4)가 설치된다.

그리고 유체가 하향유동시에는 상향유동 정렬밸브(5) 및 상향유동 정렬밸브(8)를 닫고, 하향유동 정렬밸브(6) 및 하향유동 정렬밸브(7)를 개방하여 정렬한다.

한편, 시험 종료 후 유체는 폐수저장조(12)로 이송된다.

도 2는 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치의 시험체적부 하부 벽면에 설치된 공기주입구 위치를 나타낸 예시도이다.

여기서, 상기 공기주입구(21)는 시험체적부(1)에서 모의 핵연료집합체의 하부 그리드로부터 50mm 상방 외면에 설치하며, 일측면에 세 개의 구멍을 천공하고, 위치는 정중앙 및 그 좌우로 70mm 지점에 각각 설치한다.

이러한 상기 공기주입구(21)는 사면에 설치하여 최소 12개를 설치하며, 필요 시 그 이상을 설치할 수도 있으나, 많은 수의 공기주입구(21)는 차압 형성에 영향을 줄 수 있으므로 그 수를 제한하여야 한다.

한편, 시험 후 이물질 제거시 도 1의 공기압축기(11)를 사용하여 공기를 주입한다.

도 3은 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치의 시험 후 이물질 제거 시 시험루프 출구배관에 설치되는 이물질 여과망을 나타낸 예시도이다.

여기서, 시험 중 이물질 혼합수조(2)의 수위는 순환루프 출구배관(10)이 200mm 이상 잠긴 위치에 있다.

따라서, 상기 이물질 여과망(31)을 설치하기 위해 이물질 혼합수조(2) 수위를 초기 조건에서 300mm 정도 낮춘 후, 이물질 여과망(31)을 설치한다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험장치(A)는 모의 핵연료집합체 하부 그리드로부터 상부 방향으로 50mm 지점의 시험체적부(1)의 외면에 공기주입구(21)를 설치하며, 순환루프(20)의 출구배관(10)에 이물질 여과망(31)을 설치하여, 시험에 사용한 이물질을 용이하게 제거하는 작용효과가 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험방법은 시험 재현성 확보를 위해 시험 종료 후, 시험설비로부터 이물질을 제거하는 과정이 중요하며, 이물질 제거 과정은 시험설비에서 이물질 제거시 순환루프(20)의 상향유동 정렬밸브(5, 8) 방향을 하향유로로 전환하는 단계(5번 및 8번 밸브 폐쇄, 6번 및 7번 밸브 개방); 이물질 혼합수조(2)의 수위를 낮추고, 순환루프 출구배관(10)에 이물질 여과망(31)을 설치하는 단계; 순환펌프(3)를 작동시키고, 유체를 하향유동으로 순환시키는 단계; 일정시간 후 하향유동 정렬밸브(6, 7) 방향을 다시 상향유로로 전환하는 단계(6번 및 7번 밸브 폐쇄, 5번 및 8번 밸브 개방); 시험체적부(1) 상부의 플랜지(9)를 개방하고, 모의 핵연료집합체에 크레인을 설치하는 단계; 모의 핵연료집합체를 상하운동시키며 시험체적부(1) 하부 공기주입구(21)에 공기를 주입하는 단계; 공기주입과 동시에 유체를 시험체적부(1) 하부로부터 주입하여 상부까지 채우는 단계; 일정시간 후 시험체적부(1)의 사면에 설치된 공기주입구(21)에 순차적으로 공기를 주입하며 이물질을 제거하는 단계; 외부에서 공급된 물을 사용하여 최종 세척하는 단계; 시험유로에 유체를 채우고 차압을 측정하여 초기 차압의 재현성을 확인하는 단계로 이루어진다.
즉, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 가압경수로 노심 내 하류효과 시험방법은 시험설비에서 이물질 제거시 순환루프(20)의 상향유동 정렬밸브(5, 8) 방향을 하향유로로 전환하고(5번 및 8번 밸브 폐쇄, 6번 및 7번 밸브 개방); 이물질 혼합수조(2)의 수위를 낮추고, 순환루프 출구배관(10)에 이물질 여과망(31)을 설치하며, 순환펌프(3)를 작동시키고, 유체를 하향유동으로 순환시키며, 일정시간 후 하향유동 정렬밸브(6, 7) 방향을 다시 상향유로로 전환하며(6번 및 7번 밸브 폐쇄, 5번 및 8번 밸브 개방), 시험체적부(1) 상부의 플랜지(9)를 개방하고, 모의 핵연료집합체에 크레인을 설치하며, 모의 핵연료집합체를 상하운동시키며 시험체적부(1) 하부 공기주입구(21)에 공기를 주입하며, 공기주입과 동시에 유체를 시험체적부(1) 하부로부터 주입하여 상부까지 채우며, 일정시간 후 시험체적부(1)의 사면에 설치된 공기주입구(21)에 순차적으로 공기를 주입하며 이물질을 제거하며, 외부에서 공급된 물을 사용하여 최종 세척하며, 시험유로에 유체를 채우고 차압을 측정하여 초기 차압의 재현성을 확인함으로써, 가압경수로 노심 내 하류효과 시험시 모의 핵연료집합체를 시험루프와 분리하지 않고, 시험체적부 하부에서 공기를 주입하고, 시험체적부 상부에는 플랜지를 설치하여 개방하며 모의 핵연료집합체를 크레인을 사용한 상하운동을 하여, 이물질 제거시간을 단축하고 이물질 제거효율을 높이고, 시험기간 감소를 통하여 인건비를 절감하고, 시험 재현성을 확보하여 시험결과의 신뢰도를 증가시키는 작용효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 변형예에 국한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범주 내에 속하는 다른 실시예로 확장될 수 있다.

1: 시험체적부 2: 이물질 혼합수조
3: 순환펌프 4: 유량계
5: 상향유동 정렬밸브 6: 하향유동 정렬밸브
7: 하향유동 정렬밸브 8: 상향유동 정렬밸브
9: 플랜지 10: 루프출구
11: 공기압축기 12: 폐수저장조
20: 순환루프 21: 공기주입구
22: 배관 31: 이물질여과망