초록 ▼

차세대원자로(이하 APR1400이라 칭함)에 새롭게 채택되는 신안전 개념에 대한 열수력 측면에서의 실증적 평가 또는 검증을 위해 수행되는 실험대상으로는 다음과 같은 네가지가 선정되었다.
(1) DVI 방식의 안전주입계통 성능평가 실험
(2) 피동 유랑조절기구(Fluidic Device) 성능검증 실험
(3) 안전감압 증기분사기(Sparger) 성능평가 실험
(4) 원자로 제어봉구동장치(CEDM) 성능평가 시험
본 연구에서는 이와 같이 신안전개념의 실증적 평가실험을 수행하기 위해 필요한 실험장치를 구축하며,

차세대원자로(이하 APR1400이라 칭함)에 새롭게 채택되는 신안전 개념에 대한 열수력 측면에서의 실증적 평가 또는 검증을 위해 수행되는 실험대상으로는 다음과 같은 네가지가 선정되었다.
(1) DVI 방식의 안전주입계통 성능평가 실험
(2) 피동 유랑조절기구(Fluidic Device) 성능검증 실험
(3) 안전감압 증기분사기(Sparger) 성능평가 실험
(4) 원자로 제어봉구동장치(CEDM) 성능평가 시험
본 연구에서는 이와 같이 신안전개념의 실증적 평가실험을 수행하기 위해 필요한 실험장치를 구축하며, 또한 다음과 같은 비상업용 측정기술을 자체적으로 개발하여 적용한다:
- 감마선을 이용한 2상유체 밀도 측정기술
- 특수 프르브를 이용한 증기온도 측정센서
- 전기전도도 차이를 이용한 천이 수위 측정센서
1. DVI 안전주입 성능실험
비상노심냉각수의 원자로용기 강수부 직접주입(DVI) 방식을 채택한 APR1400의 환형 강수부에서의 다차원적 열수력 거동에 관한 개별효과 실험을 대형 냉각재상실사고(LBLOCA)의 후기 재관수(Reflood) 기간 동안의 비상노심 냉각수의 직접우회 거동에 초점을 두고 수행한다.
DVI 안전주입 성능평가 실험을 위해서 물-증기 실험장치 (MIDAS) 및 물-공기 실험장치 (DIVA)를 신규로 구축하여 사용하게 되며, 확보되는 실험결과의 Scale-up 측면에서의 적용성을 평가, 확인하기 위하여 새로운 척도해석 방법론을 개발한다. 그리고 실험결과의 질적 수준을 향상시키기 위하여 비상업용 계측기술을 개발하여 적용한다.
2. 유량조절기구 성능실험
APR1400에는 안전주입탱크(Safety Injection Tank, SIT)로부터 원자로 계통으로 주입되는 안전주입 유량을 피동적으로 조절하기 위한 Fluidic Device (FD)가 설치된다. 본 연구에서는 이에 대한 실규모 성능 실험장치를 구축하여 FD의 설계성능에 대한 실증적 평가, 검증을 수행하며, 또한 이를 위한 실험 방법 및 절차, 그리고 주요 변수 측정방법 및 실험결과 분석방법론 등을 개발한다.
본 연구에서는 APR1400용 유량조절기구의 성능요건을 바탕으로 도출되는 유량조절기구에 대한 실규모의 FD 시제품을 설계, 제작하여 성능검증 실험을 수행하게 된다.
3. Sparger 성능실험
Sparger 실험은 APR1400의 안전감압배기계통 (SDVS) 작동에 따른 Air Clearing 시 공기방울의 거동 및 이에 따른 하중 해석에 필요한 자료, Air Clearing 시 방출 배관 내 하중자료 및 Vacuum Breaker 성능 자료 등을 생산할 목적으로 실규모(Unit Cell) 증기분사기(Sparger)를 대상으로 수행된다.
본 실험은 모두 22 개의 실험으로 구성되며, 실험에서는 배관내 공기의 양, 밸브 개방속도, 배관내 공기 온도, 증기유량, 수조의 온도 및 수위가 계통 및 수조 구조물에 미치는 영향을 평가하기 위한 실증실험 자료를 생산한다. 그리고 APR1400 안전감압배기계통의 Vacuum Breaker 크기가 방출배관내 유체의 거동에 미치는 영향을 조사하기 위한 실험도 수행한다.
4. CEDM 성능시험
APR1400은 설계수명이 60년이고 부하추종 운전을 고려하여 설계되어야 하는 바, 이러한 조건들은 필연적으로 제어봉구동장치의 구동횟수의 증가를 가져오게 될 것이다. 따라서 기존의 CEDM을 차세대원자로 운전 조건에 대해서 작동 건전성과 신뢰성을 평가하고자 성능시험을 수행한다.
CEDM 성능시험은 APR1400 원자로 정상운전 상태의 열수력적 조건하에서 다음과 같은 항목에 대해 성능평가 시험을 수행한다:
- 내구성시험 : 수명요건 만족 입증, 작동성 확인
- 냉각성능시험 : 냉각성능 확인, 온도분포 및 공기유량 측정
- 전력시험 : 구동 모드에 따른 전기적 요건 확립, 전류측정
- 낙하시험 : 제어봉의 낙하성능 확인, 낙하시간 측정

Abstract ▼

1. LBLOCA DVI ECCS Test
Due to the unique design feature of the DVI mode of the SIS in APR1400, experimental data for the DVI mode is needed to understand what happens in the RPV downcomer during LBLOCA reflood phase.
The objective of the DVI ECCS test is to provide experimental data for evalu

1. LBLOCA DVI ECCS Test
Due to the unique design feature of the DVI mode of the SIS in APR1400, experimental data for the DVI mode is needed to understand what happens in the RPV downcomer during LBLOCA reflood phase.
The objective of the DVI ECCS test is to provide experimental data for evaluating or validating relevant thermal hydraulic models and correlations in safety analysis codes, most of which are currently applicable only to the CLI mode of the SIS, and to produce backup data for the licensing review of APR1400 standard design approval.
The testing is focused on multi-dimensional phenomena in the RPV downcomer during the reflood phase of a postulated double-ended guillotine break of the cold leg.
In the present study, a series of separate effect tests for the ECC bypass phenomena in the RPV downcomer has been done, which covers a wide range of initial and boundary conditions.
2. Fluidic Device Performance Test
APR1400 employs the Fluidic Device(FD) as a passive design feature inside the safety injection tank. The purpose of this passive safety component is to get effective use of SIT water by achieving the goals to minimize the ECC bypass during blowdown, and to prevent spillage of excess ECCS water during the refill and reflood phase of LBLOCA.
Following a scaled-down model test for developing the FD design for APR1400, a full-scale performance test has been carried out to confirm the performance of FD designs. For this purpose, the test facility(VAPER) has been newly constructed.
3. Sparger Performance Test
Actuation of the POSRVs result in a time varying high energy flow of air, steam or two-phase mixture from the pressurizer discharged to the IRWST through spargers. The discharge of these fluids induces complicated thermal-hydraulic phenomena such as water jet, air clearing, steam condensation etc, and these phenomena impose relevant hydrodynamic forces on IRWST structure and SDVS system.
Among these phenomena, air clearing phenomenon is very important for the integrity of the IRWST. The analytical method for air clearing load due to the actuation of the POSRVs is not well understood and established, and experimental data for PWR conditions are very rare or unavailable. In addition, the effect of vacuum breaker size on the water level in the discharge pipe is not well understood.
For these reasons, the unit cell test has been done using a prototypic sparger. The test objectives are to produce thermal-hydraulic load data for development and verification of an analytical model to describe air clearing and reflooding phenomena. More than 30 blowdown tests have been conducted for this purpose.
4. CEDM Performance Test
Since the design bases for APR1400 has been changed and CEAtravel distance of APR1400 is expected to be about 68 times more than the KSNP requirement if mode K load following operation and 60 years of design lifetime are applied to the design, so it is needed to evaluate the performance of CEDM under the test conditions to simulate normal reactor operating conditions such as pressure, temperature and water chemistry of PWR primary system.
For evaluating the CEDM performance, four types of testing items for APR1400, based on the KSNP experiences, have been chosen: travel test, drop test, power measurement, and air cooling test.
The objective of the travel test is to verify the requirements for operability, life and travel, the drop test is to verify the latch release time characteristics of CEA drop. The power measurement and air cooling test are aimed at verifying the electric power requirements and air cooling requirements during CEDM operation, respectively.

목차 Contents

• 요약문...3
• SUMMARY...12
• CONTENTS...19
• 목차...21
• 표 목차...23
• 그림 목차...26
• 제1장 서 론...40
• 제1절 연구 배경 및 필요성...42
• 제2절 연구개발의 목적 및 내용...48
• 제3절 국내외 기술개발 현황...53
• 제4절 연구 수행방법...71
• 제5절 보고서의 구성...81
• 제2장 DVI 안전주입 성능평가 실험...82
• 제1절 개 요...84
• 제2절 척도해석 방법론의 개발...99
• 제3절 실험장치의 구축 (1) : 물-공기 실험장치 (DIVA)...122
• 제4절 실험장치의 구축 (2) :물-증기 실험장치 (MIDAS)...139
• 제5절 특수 측정기술의 개발...201
• 제6절 액막 퍼짐 실험...237
• 제7절 안전주입수 우회실험 (I) : UPTF 대응실험...254
• 제8절 안전주입수 우회실험 (II) : APR1400 모의실험...292
• 제9절 위탁과제 연구결과 요약 [2.9-1]...318
• 제10절 결론 및 향후 연구 방향...327
• 제3장 유량조절기구 성능검증 실험...330
• 제1절 개 요...332
• 제2절 실험장치의 구축...338
• 제3절 전기전도도 이용 수위 측정기술 개발...362
• 제4절 실험결과 및 분석...382
• 제5절 결론 및 향후 연구방향...421
• 제4장 Sparger 성능평가 실험...422
• 제1절 개 요...424
• 제2절 실험요건...434
• 제3절 실험장치 구축...441
• 제4절 실험결과 및 분석...457
• 제5절 결론 및 향후 연구방향...515
• 제5장 원자로 제어봉구동장치 성능평가 시험...518
• 제1절 개 요...520
• 제2절 시험장치...521
• 제3절 CEDM 성능시험 결과...528
• 제4절 결론 및 향후 연구방향...543
• 제6장 종합 결론 및 향후 계획...612
• 제1절 주요 연구개발 결과의 요약...614
• 제2절 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도...621
• 제3절 연구개발 결과의 활용 및 향후 연구계획...623
• 참고문헌...630