가압경수형 원자력발전소 일차계통에서 발생되는 방사성 부식생성물(크러드)은 원자력발전소 작업종사자 피폭의 주요원인이다. 또한, 최근 원자력발전소의 장주기운전 추세에 따라 장기간 노심에 침적된 방사성 부식생성물은 hideout 현상으로 노심의 출력에 영향을 주는 축방향이상출력 (AOA) 현상의 원인이 되고 있다. 크러드의 주요 성분은 마그네타이트, 니켈 페라이트, 코발트 페라이트가 주를 이루며, 이러한 산화물 형태는 강자성의 자기적 성질을 가지고 있다. 따라서, 전자석과 영구자석의 적절한 배치를 통하여 자기장을 발생시켜 크러드를 제거하는 필터 개발을 위해 개념 설계를 하였다. 기존의 필터와 달리 유체의 흐름을 방해하지 않아 압력저하 현상이 발생하지 않고, 연속적으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 크러드 제거 기술의 하나로써 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
가압경수형 원자력발전소 일차계통에서 발생되는 방사성 부식생성물(크러드)은 원자력발전소 작업종사자 피폭의 주요원인이다. 또한, 최근 원자력발전소의 장주기운전 추세에 따라 장기간 노심에 침적된 방사성 부식생성물은 hideout 현상으로 노심의 출력에 영향을 주는 축방향이상출력 (AOA) 현상의 원인이 되고 있다. 크러드의 주요 성분은 마그네타이트, 니켈 페라이트, 코발트 페라이트가 주를 이루며, 이러한 산화물 형태는 강자성의 자기적 성질을 가지고 있다. 따라서, 전자석과 영구자석의 적절한 배치를 통하여 자기장을 발생시켜 크러드를 제거하는 필터 개발을 위해 개념 설계를 하였다. 기존의 필터와 달리 유체의 흐름을 방해하지 않아 압력저하 현상이 발생하지 않고, 연속적으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 크러드 제거 기술의 하나로써 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
In a pressurized water reactor, radioactive corrosion products (CRUD) in primary coolant system are one of the major sources for the occupational radiation exposure of the personnel in a nuclear power plant. Through the recent trend of long term fuel cycle in a nuclear power Plant, radioactive corro...
In a pressurized water reactor, radioactive corrosion products (CRUD) in primary coolant system are one of the major sources for the occupational radiation exposure of the personnel in a nuclear power plant. Through the recent trend of long term fuel cycle in a nuclear power Plant, radioactive corrosion products deposited in reactor core for a long time are also the cause of Axial Offset Anomaly (AOA) having m effect on reactor power by the hideout of boron. CRUD consist primarily of magnetite, nickel ferrite, cobalt ferrite, and so on. They have the characteristic of strong magnetism. Therefore it is performed the conceptual design to develop the filter which removes the CRUD by magnetic field that is generated by an arrangement of permanent and electric magnets. Contrary to the conventional filter, the proposed filter does not interrupt the fluid flow, so there is little pressure drop and it can be used continuously. It is expected to be applied as one of the technologies for removal of the CRUB.
In a pressurized water reactor, radioactive corrosion products (CRUD) in primary coolant system are one of the major sources for the occupational radiation exposure of the personnel in a nuclear power plant. Through the recent trend of long term fuel cycle in a nuclear power Plant, radioactive corrosion products deposited in reactor core for a long time are also the cause of Axial Offset Anomaly (AOA) having m effect on reactor power by the hideout of boron. CRUD consist primarily of magnetite, nickel ferrite, cobalt ferrite, and so on. They have the characteristic of strong magnetism. Therefore it is performed the conceptual design to develop the filter which removes the CRUD by magnetic field that is generated by an arrangement of permanent and electric magnets. Contrary to the conventional filter, the proposed filter does not interrupt the fluid flow, so there is little pressure drop and it can be used continuously. It is expected to be applied as one of the technologies for removal of the CRUB.
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문제 정의
이를 효과적으로 제거하기 위한 하나의 방안으로써 영구자석과 전자석을 이용한 마그네틱 필터를 제안하였다. 개발된 마그네틱 필터의 효율은 대체적으로 80% 이상의 비교적 높은 제거효율을 보여주고 있으나, 효율을 더욱 높이기 위해 영구자석보다 더 큰 자기장을 형성하는 전자석을 이용하여 유체내에 포함되어 있는 크러드 입자를 증가시키는 역할을 하는 조립장치에 대한 개념을 본 연구에서 제시하였다. 두 가지 타입의 자석을 적절히 배치함으로써 효율적인 크러드 제거 방법의 하나로써 적용할 수 있을 것이라 기대된다.
그러나 여과기의 경우 필터 전후단간의 압력차이가 발생하여 유체의 흐름을 원활 하게 할 수 없어 연속적인 사용의 어려움이 있다. 따 라서 크러드의 강한 자기적 성질을 이용하여 전자석 및 영구자석의 자기장을 이용하는 방법을 제안하고자 한다. 전자석은 온도에 거의 영향을 받지 않고 영구자 석에 비해 강한 자기장을 발생시킬 수 있으며, 영구자 석은 최근 제조기술의 발달로 비교적 높은 자기장을 발생시키며 에너지 소비가 없고 소형화가 가능하다는 장점이 있다.
본 연구에서는 강한 자기장을 형성시키는 HGMS의 장점과 연속적인 사용이 가능한 OGMS의 장점을 함께 가진 시스템을 개발 목표로 하고 있으며, 이를 위해 전자기 필터로써의 역할이 아니라 전자석을 이용하여 불순물의 입자 크기를 증가 시키는데 그 목적 이 있다. 전자기 필터의 핵심 요소인 메트릭스는 강 자성체 (ferromagnetic)로 이루어져 있어 외부의 자장 을 받으면 곧 자화되어 자기장내에 큰 장기장 구배를 형성함으로써 자성의 부유성 입자의 근접시 이를 자 화시킨다.
전자석은 온도에 거의 영향을 받지 않고 영구자 석에 비해 강한 자기장을 발생시킬 수 있으며, 영구자 석은 최근 제조기술의 발달로 비교적 높은 자기장을 발생시키며 에너지 소비가 없고 소형화가 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 영구자석을 이용하여 제작한 마그네틱 필터의 실험 결과와 효율을 증진시 키기 위한 방안으로 마그네틱 필터 전단에 전자석을 이용한 조립장치(size enlarger)의 설계에 대한 연구 를 수행하였다.
제작된 마그네틱 필터를 이용하여 다양한 조건에서 실험을 실시하였으며, 사용된 시료로는 마그네타이트, 니켈 페라이트, 코발트 페라이트, 헤마타이트 파우더를 이용하였다. 유체의 속도, 자석 어셈블리의 회전속도, 입자의 크기에 제거효율이 영향을 많이 받는 것으로 결과가 나왔으며, 본 논문에서는 입자의 크기와 관련된 제거효율을 소개한다.
가설 설정
따라서, 유체내의 입자의 움직임은 아래의 식으로 나타내어 진다. 자장의 변화율이 일정하다고 가정을 하면 입자의 이동은 자화율, 입자의 크기 등에 영향을 받는다.
제안 방법
그림 3은 마그네틱 필터 시스템의 전체 개략 도를 나타낸 것이다. 실험실 스케일에서는 고온 고압 의 루프 구성이 현실적으로 매우 어려운 관계로, 풀 형태(pool type)로 상온에서 실험을 하였다. 제작된 마그네틱 필터를 이용하여 다양한 조건에서 실험을 실시하였으며, 사용된 시료로는 마그네타이트, 니켈 페라이트, 코발트 페라이트, 헤마타이트 파우더를 이용하였다.
원자력 발전소에서 발생되는 크러드에 대한 관리가 최근 매우 중요한 문제로 부각되고 있다. 이를 효과적으로 제거하기 위한 하나의 방안으로써 영구자석과 전자석을 이용한 마그네틱 필터를 제안하였다. 개발된 마그네틱 필터의 효율은 대체적으로 80% 이상의 비교적 높은 제거효율을 보여주고 있으나, 효율을 더욱 높이기 위해 영구자석보다 더 큰 자기장을 형성하는 전자석을 이용하여 유체내에 포함되어 있는 크러드 입자를 증가시키는 역할을 하는 조립장치에 대한 개념을 본 연구에서 제시하였다.
대상 데이터
실험실 스케일에서는 고온 고압 의 루프 구성이 현실적으로 매우 어려운 관계로, 풀 형태(pool type)로 상온에서 실험을 하였다. 제작된 마그네틱 필터를 이용하여 다양한 조건에서 실험을 실시하였으며, 사용된 시료로는 마그네타이트, 니켈 페라이트, 코발트 페라이트, 헤마타이트 파우더를 이용하였다. 유체의 속도, 자석 어셈블리의 회전속도, 입자의 크기에 제거효율이 영향을 많이 받는 것으로 결과가 나왔으며, 본 논문에서는 입자의 크기와 관련된 제거효율을 소개한다.
후속연구
개발된 마그네틱 필터의 효율은 대체적으로 80% 이상의 비교적 높은 제거효율을 보여주고 있으나, 효율을 더욱 높이기 위해 영구자석보다 더 큰 자기장을 형성하는 전자석을 이용하여 유체내에 포함되어 있는 크러드 입자를 증가시키는 역할을 하는 조립장치에 대한 개념을 본 연구에서 제시하였다. 두 가지 타입의 자석을 적절히 배치함으로써 효율적인 크러드 제거 방법의 하나로써 적용할 수 있을 것이라 기대된다.
그림 6에 그 개념도를 나타내었으며, 입자를 크게하는 조립장치는 (또는 응집기) 전자기 필터의 원리와 유사하며, 자기장의 세기를 적절히 조절하여, 크기가 어느 정도 커지면 유체의 흐름에 의해 빠져나가게 하는 원리이다. 여기서 핵심이 되는 것은 크기가 증대 된 입자들이 메트릭스에 계속 남아있지 않고 다시 배출되어야 하는 점으로써 자기장의 조절 및 메트릭스 의 다양한 적용을 통해서 이루어져야 할 것으로 판단된다. 조립장치의 후단에는 다른 여러 가지 필터의 적용이 가능하다.
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