[원자력기사 기출풀이] 2019년 발전로계통공학 16 ~ 20번

 

 

 

56. 원자력 발전소 사고 시 원자로와 유출 가능성이 있는 방사능으로부터 공중을 보호하기 위한 공학적 안전설비의 기능으로 알맞은 것은?
    ① 핵연료 피복재의 용융을 방지한다.
    ② 원자로의 격납용기 내의 대기를 최대 온도 및 압력으로 유지한다.
    ③ 핵분열생성물 중 방사성요오드 농도를 저감한다.
    ④ 비정이 짧은 방사성 핵종이 원활하게 외부로 방출되도록 한다.

 

 

공학적안전설비의 기능

A.     핵연료 피복재 보호

B.      격납용기 방사성물질 제거

C.      냉각재 재고량 확보

D.     격납용기 건전성 확보

E.      핵증기공급계통 냉각

F.      주제어실 건전성 확보

 

 

일단 가장 중요한 것은 연료 용융 방지이므로 1번이 정답.

보기 중에 3번이 좀 애매한데, 격납용기 살수계통은 격납용기에 붕산수를 살수하며 방사성옥소 또한 같이 제거해준다.

 

정답 : 1

 

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57. 열출력 3,000 MW인 가압경수형 원자로에서 냉각수가 원자로 입구에서 284 ℃의 온도와 60×10^6 kg/hr의 유량률로 흘러 들어가서 출구로 나올 때 단위 질량 당 엔탈피 증가량으로 알맞은 것은?
   ① 5×10 J/kg 
   ② 5×10^2 J/kg
   ③ 1.8×10^4 J/kg 
   ④ 1.8×10^5 J/kg

 

엔탈피의 변화는

$$\Delta H = Q + P\Delta V$$

인데

원자로는 등압과정이므로, 열량과 엔탈피 변화는 같다.

 

열출력 3000 MW를 60*10^6 kg/hr의 유량이 흡수한 것이므로,

 

$$\Delta H = \frac{3000*10^6 J/s * 3600 s/hr }{60*10^6 kg/hr}=180,000 J/kg$$

 

 

정답 : 4

 

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58. 가압경수형 원자로 1차 계통에 대한 설명으로 틀린 것은?
    ① 원자로냉각재계통은 정상운전 중 과냉각상태에서 운전되며, 이러한 과냉각상태는 증기발생기의 급수예열기에 의해 유지된다.
    ② 원자로냉각재펌프는 원자로냉각재계통에 강제순환유량을 제공하고 발전소 기동 중에는 원자로냉각재계통을 가열시킨다.
    ③ 원자로압력용기는 방사선의 영향과 고온고압 상태에서 견디도록 설계되며 핵연료 집합체, 제어봉 집합체 및 내부구조물을 내장한다.
    ④ 원자로냉각재계통은 원자로 노심에서 발생하는 열을 증기발생기를 통하여 이차계통으로 전달하는 역할을 한다.

 

 

1. 1차계통은 과냉각상태인 것은 맞으나 급수예열기는 2차측의 급수를 예열하는 설비라 1차계통과는 관련이 없다.

 

나머지는 모두 옳은 설명

 

 

정답 : 1

 

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59. 전기 출력 1,000MWe의 경수형 원자력발전소의 1년(365일) 동안 발전량이 250,000 MWd이었으며 60일의 정비(Overhaul) 기간과 30일의 연료 재장전 기간 동안 정지하였다. 이 발전소의 연간 이용률(Capacity factor)과 가동률(Availability)은?
    ① 이용률: 68.5%, 가동률: 75.3%
    ② 이용률: 68.5%, 가동률: 83.6%
    ③ 이용률: 75.3%, 가동률: 68.5%
    ④ 이용률: 83.6%, 가동률: 68.5%

 

이용률 : 일정기간 정격발전용량에 대한 실제 발전량

가동률 : 일정기간동안 실제 가동시간의 비율

 

이 원자로는 1년동안 90일을 정지해있었으므로

가동률은 (365-90) / 365 = 75.3 %

 

이 원자로의 1년간 정격출력은 1000 * 365 = 365,000 MWD

따라서 

이용률은 250,000 / 365,000 = 68.5 %

 

단위 1 MWD 는 1MW로 1일동안 생산된 에너지량이다.

 

 

정답 : 1

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60. 원자로 풀비등(Pool boiling) 열전달에 대한 설명으로 맞는 것은?
    ① 관 내부로 흐르는 물이 관표면으로부터 가열될 때 나타난다.
    ② 핵비등 영역에서는 처음 핵비등이 시작될 때는 기포가 전체에 걸쳐 분포하다가 핵비등이 지속될수록 응축되어 기포는 가열면 근처에만 존재한다.
    ③ 핵비등 영역에서 열유속을 더욱 증가시키면 가열면에서 발생한 기포들에 의하여 형성된 증기막이 가열면을 덮으면서 막비등(Film boiling)으로 변하고 가열면의 온도는 급격히 상승한다.
    ④ 핵비등으로부터의 이탈 현상이 일어나는 임계열유속 이하의 핵비등에서는 열유속이 작을수록 열전달이 효율적이므로 정확한 임계열유속의 예측이 매우 중요하다.

 

 

풀비등 열전달곡선

 

1. 

풀비등 : 정지되어 있는 유체가 고체 접촉면의 가열로 인해 비등하는 것. 유체의 유동은 부력에 의한 자연대류와 기포의 운동으로 생긴다.

움직이는 유체는 풀비등이 아니다

 

2. 거꾸로됐다. 처음에는 응축되어 가열면 근처에만 기포가 존재하다가 점차 전체적으로 기포가 늘어난다.

 

3. 위 그래프에서 핵비등영역인 III에서 열유속을 더 증가시키면 막비등으로 천이해 온도가 급격힌 상승한다.

막비등이란, 전열면에서 생긴 기포들이 서로 연결되어 공기막을 형성하여 열전달을 급격히 방해하는 것을 말한다.

 

 

4. 임계열유속점은 위 그래프에서 a 이다. 핵비등에서는 열유속이 커질수록 열전달이 더 잘된다. 그러나 열유속이 임계열유속을 초과하면 급격히 열전달이 떨어져 전열면의 온도는 불연속하게 급상승하여 매우 위험하다.

 

 

 

정답 : 3