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2014-04-09
165,000,000원
원
본 장치는 원자력발전소 중대사고 시 원자로 용기 파손으로 방출된 노심용융물을 안정적으로 냉각하기 위해 원자로 공동에 설치하고자 하는 개선된 코어캐처의 냉각성능을 검증하기 위한 실험 장치를 제작 및 설치하는 것이다.
APR1400 원전에 적용하기 위해 개발하고 있는 노외 노심용융물 냉각장치(코어 캐처)는 폭 6m, 길이 16m의 크기로 노심 용융물을 원자로 공동에 설치된 공간에 가두고, 상부에는 물을 침수시키고 하부에는 냉각유로를 두어 냉각하는 개념이다. 코어 캐처의 최하부는 두께 15cm의 carbon steel로 구성되어 있으며, 단면 방향으로 10도의 경사각을 가지고 있다. 그 하부에 냉각유로를 형성하여 냉각수의 비등에 의해 용융물로부터의 붕괴열을 제거하게 된다. 냉각유로에서 비등이 일어나게 되면 발생한 수증기는 상부로 이동하고, 냉각수는 하부로 공급되어야 하므로 자연순환 유동이 생기게 된다. 이러한 자연순환 유동을 극대화하기 위해 강수부(down-comer)를 설치하였다. 강수부의 설치는 냉각성능 향상, 물리현상의 단순화 등의 장점이 있으나, 공간 배치, 운전 중 점검 요건 등과 같은 건설성 및 유지보수성 측면을 함께 고려하여야 한다. 이와 같은 코어캐처의 냉각성능은 용융물에 의한 열부하, 냉각유로의 간격 및 형상, 지지대(stud), 강수부의 형상 및 개수 등에 의해 좌우된다. 따라서 냉각유로의 최적설계를 위해 이들 인자에 따른 냉각성능 입증실험이 필요하다.
한국원자력연구원에서는 코어캐처 냉각성능 검증을 위해 CE-PECS 실험장치를 제작 설치하여 실험을 수행한 바 있다. 기존 CE-PECS 실험 장치는 실제 코어캐처의 대칭성과 실험의 가용성을 고려하여 단면의 절반 부분과 일정 폭(w)에 해당하는 냉각유로를 모의한다. 즉, 냉각수가 순환하는 냉각유로, 지지대(stud), 강수부(down-comer), water box 등을 모의한다. 또한 본 실험 장치는 원자로 노심용융물로부터 가해지는 열부하를 전기히터로 모의하며, 냉각재는 상용 수돗물을 사용한다.
CE-PECS 실험결과 강수부로 증기가 유입되어 자연순환 유동의 안정성을 저해하는 것으로 나타났다. 따라서 강수부 부분의 설계를 변경한 코어캐처 개선안이 마련되었다. 본 장치는 기존 CE-PECS 실험장치를 변경 및 보완하여 개선된 코어캐처의 냉각성능을 검증할 수 있는 실험장치이다..
본 장치는 다음과 같은 계통으로 구성되어 있다.
1) 가열 계통: 가열 계통은 코어캐처 상부에 존재하는 노심용융물에 의한 열부하를 모의하기 위한 것으로서, 히터블럭, 히터봉 등으로 구성된다. 최대 열유속은 1.0MW/m2이며 총 전기설비의 용량은 2MW 이다.
2) 냉각유로 계통: 냉각유로 계통은 냉각수조로부터 공급된 냉각수가 순환하는 가열부 하부 유로로서 강수부, 유량계, 순환 펌프, orifice, 및 각종 밸브로 구성된다.
3) 냉각수조 계통: 냉각수조 계통은 냉각유로에 냉각수를 안정적으로 공급하기 위한 것으로서 냉각수조, 냉각수 공급관 등으로 구성된다.
4) 열제거 계통 : 열제거 계통은 냉각수조의 냉각수를 일정온도와 압력으로 유지해 주기 위한 것으로서 냉각탑, 열교환기 등으로 구성된다.
5) 제어 및 계측 계통: 제어 및 계측 계통은 가열부의 열부하나 냉각유로의 강제순환 유동량을 제어하고, 실험장치로부터 계측된 신호를 처리하기 위한 것이다.
6) 기타계통: 기타 계통은 실험장치의 설치 및 원활한 작동을 위해 필요한 실험장치 지지 구조물, 전원공급 및 기타 장치 등을 말한다.