KR100282371B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

핵 원자로(3)의 냉각수 루프에 있는 냉각수 저장탱크(12)는 관상형 열교환기(15)를 포함한다. 열교환기(15)는 튜브시트 조립체(50)(52)와 튜브(114)를 쉽게 검사하고 수리할 수 있도록 탱크 연결부(46)(48)에 튜브시트 조립체(50)(52)를 장착한다. 튜브(114)는 튜브시트(76)에서 정방형 피치(square pitch)로 연장하며 그 다음에 튜브시트 사이에서 직사각형 피치(rectangular pitch)로 연장하는 것이 바람직하다.

Description

열교환기

제1도는 본 발명을 실시할 수 있는 가압수형 원자로의 개략적인 단면도.

제2도는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하는 제1도의 가압수형 원자로의 개략 구성도.

제3도는 본 발명을 실시하는 열교환기가 사용될 수도 있는 냉각수 저장 탱크의 정면도.

제4도는 본 발명의 바람직한 실시예로서의 열교환기를 포함하는 냉각수 저장 탱크를 도시하는 제3도의 4-4선 단면도.

제5도는 제4도에 도시된 탱크 연결용 구조 지지물의 사시도.

제6도는 제4도에 도시한 튜브시트(tubesheet) 조립체의 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

3 : 원자로 12 : 냉각수 저장 탱크

15 : 열교환기 46,48 : 탱크 연결부

50,52 : 튜브시트 조립체 76 : 튜브시트 부재

78 : 스커트부 86,94 : 채널 헤드

112 : 열교환기 지지 구조체 114 : 튜브

본 발명은 원자로 냉각수 루프(loop)에 사용되는 물 대 물 관형 열교환기(water-water tubular heat exchangers)에 관한 것으로, 특히 가압수형 원자로의 냉각수 루프에서 증기 발생기를 경유한 냉각 능력에 손실이 있는 경우 등의 가정 사건 중 원자로로부터의 노심 붕괴열을 전달하도록 설계된 열교환기에 관한 것이다. 본 발명은 특히 자연 대류만으로 원자로를 냉각하도록 설계된 수동식 시스템에 특히 유용하다.

콘웨이(Conway) 등의 미국 특허 제4,753,771호는 자연 대류에 의해서 원자로 노심으로부터 노심 붕괴열을 제거하기 위해서 물 대 물 잔류열 제거용 열교환기를 이용하는 가압수형 원자로를 위해서 적절히 설계된 수동식 안전 시스템을 개시하고 있다. 상기 특허의 수동식 시스템에 있어서는, 열교환기가 격납형 원자로의 냉각수 저장 탱크 내에 배치된다. 열교환기는 원자로 노심을 냉각시키기 위해서 1차 냉각수 회로의 핫 레그(hot leg) 및 콜드 레그(cold leg)에 배관을 거쳐 유체 접속되어 있다. 이 시스템이 고장난 경우, 예를 들면 냉각수 펌프가 고장난 경우에, 냉각수는 원자로 노심으로부터 파이프를 거쳐서 열교환기를 통해 자연적으로 순환하고, 그 다음에 다른 파이프를 거쳐 노심으로 다시 돌아온다. 상기 특허에 개시된 바와 같이, 열교환기는 일반적으로 냉각수 저장 탱크에 위치한 입구 매니폴드로부터 출구 매니폴드까지 연장하는 복수의 관을 포함한다. 따라서, 잔류열 제거용 열교환기는 붕괴열을 냉각수 저장 탱크의 냉각수로 전달한다.

이상적으로, 상기 미국 특허 제4,753,771호에 개시된 열교환기와 같은 잔류열 제거용 열교환기는 극히 드물게 필요하며, 통상적으로는 이러한 플랜트의 다른 시스템을 이용한다. 그럼에도 불구하고, 잔류열 제거용 열교환기는 오염된 1차 냉각수를 원자로 시스템의 압력으로 내장하고 있으며, 따라서 필요하다면 정기적으로 검사 및 수리를 해야 한다.

상기 미국 특허 제4,753,771호에 개시된 열교환기가 그것의 안전 기능을 잘 수행하기는 하지만, 이러한 열교환기의 일상적인 정비 및 수리와 같은 운전 중에서의 다른 사항이 플랜트의 운전을 불리하게 할 가능성이 있다. 예를 들면, 튜브의 간단한 검사에서도, 검사하기 전에 보통 냉각수 저장 탱크를 배수시켜야 한다. 그러나, 이런 탱크는 크기가 매우 크며 [2000ft²(186m²) 이상의 면적과 30ft(9m) 이상의 높이를 가짐], 배수하는 데에도 많은 시간이 소요된다. 또, 그 탱크의 배수시에 원자로 용기를 제거해야 할 필요가 있을 수도 있으며, 그러면 운전정지 기간이 더 길어진다. 또한, 이런 설계는, 열교환기로 또는 열교환기로부터 안내하는 파이프가 냉각수 저장 탱크 내에 있음으로 인해서 그 파이프의 파열 후에 냉각수 저장 탱크를 허용가능한 탱크 부하로 두는데 어려움이 있다.

본 발명의 목적은 원자로의 냉각수 회로에서 냉각수 저장 탱크 내에, 현 장치보다 더 쉽게 검사하고 수리할 수도 있는 잔류열 제거용 열교환기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 냉각수 저장 탱크의 외부에서 쉽게 검사하고 수리할 수도 있는 열교환기를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 모든 대형 연결 파이프를 탱크의 외부로 이동시키는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 노심 붕괴열을 원자로로부터 냉각수 저장 탱크내의 냉각수로 전달하기 위해서 냉각수 저장 탱크 내에 배치된 물대 물 관형 열교환기를 제공한다. 이 탱크는 개구를 형성하는 2개의 이격된 탱크 연결부를 갖는다. 열교환기는 이 냉각수 저장 탱크 내에 배치된 다수의 튜브를 갖는다. 튜브는 탱크 연결부 근방에서 튜브시트 조립체로부터 연장한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 튜브들은 튜브시트에서 튜브시트의 직경을 최소화하는 피치로 이격되어 튜브시트의 두께를 최소로 할 수도 있으며(설계 두께는 설계 압력에서의 직경의 함수임), 튜브 단부 사이의 튜브 부분은 탱크 내에서의 자연 순환을 촉진시키는 다른 피치로 이격된다. 따라서, 튜브는 튜브시트로부터 정방형 피치(square pitch)로 연장하고, 그 나머지 튜브의 대부분을 따라서는 장방형 피치(rectangular pitch)로 연장하는 것이 바람직하다. 튜브는 C자 형상이며 탱크 벽과 무관하게 지지되는 것이 바람직하다.

특허청구범위에 기술한 본 발명은 단순히 예시만을 목적으로 첨부도면에 도시한 바람직한 실시예에 대한 하기의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

제 1 도는 본 발명을 이용할 수도 있는 가압수형 원자로 시스템의 주요 부품을 도시하는 것으로서, 차폐 건조물(1)과 원통형상의 금속함유 셸(32)이 개략적으로 도시되어 있다. 원자로 용기(3)안에 수용된 원자로 노심(2)은 원자로 냉각 시스템의 일부를 형성하는 1차 냉각수 회로에서 순환하는 냉각수를 계속적으로 가열한다. 원자로 노심(2)에서 가열된 냉각수는 1차 냉각수 회로의 루프형 배관의 핫 레그(5)를 지나서 증기 발생기(4)로 공급된다. 핫 레그(5)는 원자로 용기(3)로부터 증기 발생기(4)까지 연장하며, 증기 발생기에서는 2차 냉각수 회로(도시되지 않음)에서 순환하는 냉각수에 의해서 열이 제거된다. 증기 발생기(4)에서의 열교환 후, 냉각수는 1차 냉각수 회로의 루프형 배관의 콜드 레그(6)를 거쳐서 증기 발생기로부터 나와서, 원자로 용기(3)내로 재유입된다. 파이프(8)에 의해서 핫 레그(5)와 연통하는 가압기(7)가 1차 냉각수 회로에서 필요한 압력을 유지시킨다.

또한 제 2 도를 참고하면, 냉각수는 콜드 레그(6)로부터 원자로 용기(3)로 들어감에 따라, 원자로 용기(3) 내에서 하방으로 배향되어 다운커머(downcomer)(9)를 통해서 원자로 용기(3) 내의 저부로 흐른다. 그 곳에서 냉각수는 원자로 노심(2)을 통해서 상방으로 흐르게 되며, 최종적으로는 전술한 바와 같이 핫 레그(5)를 통해서 가열된 상태로 원자로 용기(3)를 빠져 나온다. 1차 냉각수 회로(즉, 원자로 냉각수 시스템)의 냉각수는 원자로 냉각수 펌프(10)(하나만 도시됨)에 의해서 순환상태로 유지된다.

전술한 원자로 구성요소, 이들의 배열 및 작동은 널리 공지되어 있다. 또한 다양한 구성요소 내부나 이들 구성요소에 따른 온도, 냉각수 레벨, 압력과 같은 변수는 공지된 센서, 기록 및/또는 디스플레이 시스템에 의한 연속적인 방법으로 일상적으로 감지된다. 이러한 통상적인 변수 감지 시스템은 참조번호(11)로 표시한다.

격납형 냉각수 저장 탱크(12)는 차폐 건조물(1) 안에 위치하며, 그 용적의 상당 부분은 원자로 냉각 시스템 배관의 레벨 위, 즉 핫 레그(5), 콜드 레그(6) 및 원자로 용기(3) 내의 냉각수 경로의 높이 레벨 위에 위치한다. 냉각수 저장 탱크는 배기구를 갖춘 완전한 친정을 갖는 것이 바람직하며, 또한 24인치 내지 30인치(0.6m 내지 0.76m)의 콘크리트로 차폐될 수도 있다. 천정에 있는 해치(hatch) 장치(도시되지 않음)는 탱크 안의 장치를 교체할 때 이용할 수도 있다. 탱크는 격납 영역 내에 끼워맞춤되는 어떤 편리한 규칙적인 또는 불규칙적인 형상을 가질 수도 있다.

냉각수 저장 탱크(12)는 파이프(13)에 의해서 원자로 용기(3)의 다운커머(9)내에 연결될 수도 있는데, 이 파이프(13)는 체크 밸브(14)의 탱크측의 압력이 다운커머(9)측의 압력보다 낮은 한 체크 밸브(14)에 의해 폐쇄되어 유지된다.

격납형 냉각수 저장 탱크(12)는 본 발명의 하나 이상의 수동식 잔류열 제거용 열교환기[기증 하나를 일괄하여 참조번호(15)로 표시함]를 수용한다. 도시된 바와 같이 열교환기는 탱크 벽을 지나 연장하는 튜브시트 헤더부(17)를 가질 수도 있다. 이 헤더부는 보다 적은 격납 영역을 이용하기 위해서 탱크 벽 내로 인입될 수도 있다. 열교환기(15)는 냉각수 저장 탱크(12)에 저장되어 있는 냉각수에 전체가 잠기는 것이 통상적이며, 원자로의 냉각수 루프 배관 위에 위치한다. 따라서, 냉각수 저장 탱크(12)에 있는 차가운 냉각수는 열교환기(15)에 대해서 초기 히트싱크(heat sink)로서 기능한다.

열교환기(15)는 파이프(19)에 의해서 원자로 냉각 시스템의 핫 레그(5)에, 그리고 하방으로 연장하는 파이프(20)에 의해서 콜드 레그(6)에 연결될 수도 있다. 파이프(20)는 평상시에는 폐쇄되었다가 고장시에 개방되는 스로틀 밸브(throttle valve)(21)에 의해서 봉쇄될 수도 있다. 스로틀 밸브(21)는, 예를 들면 변수 감지 시스템(11)에 의해서, 파이프(20)를 통과하는 유량을 조절할 수 있다.

원자로 냉각 시스템 배관(5,6) 레벨의 상방에는 2개의 구형 노심 보조 탱크(core makeup pump)(22)(제 1 도에는 2개가 도시되지만 제 2 도에는 1개만 도시됨)가 제공될 수도 있다. 노심 보조 탱크(22) 중 단 하나에만 속한 파이프 연결부를 설명할 것이지만, 용장성(redundancy)을 제공하기 위해서 다른 코어 노심 보조 탱크(22)에 동일한 배관이 이중으로 이용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

차가운 냉각수가 가득찬 노심 보조 탱크(22)의 내부 공간 상부는 비교적 소경의 파이프(23)에 의해서 가압기(7)의 증기 공간과 연통할 수도 있다. 게다가, 노심 보조 탱크(22)의 상측 공간은 비교적 대경의 파이프(26)에 의해서 콜드 레그(6)와 연결될 수도 있다. 파이프(23)를 통해 가압기(7) 방향으로 유체가 흐르는 것을 방지하기 위해서 체크 밸브(25)가 파이프(23) 내에 설치될 수도 있다. 노심 보조 탱크의 바닥은 파이프(26)에 의해 원자로 용기(3)의 다운커머(9)에 연결될 수도 있으며, 파이프(26)는 고장시 개방되는 차단 밸브(27)에 의해서 평상시에는 폐쇄되어 있다.

가압기(7)의 증기 공간으로부터는 감압형 파이프(28)가 연장할 수도 있는데, 이 감압형 파이프(28)는 격납형 냉각수 저장 탱크(12)로 개방되어 있고 평상시에는 동력 작동식 압력 릴리프 밸브(29)에 의해서 폐쇄되어 있다.

격납형 냉각수 저장 탱크(12)의 하부에는 유출 니플(20)이 제공되는데, 이 유출 니플(30)은 격납형 냉각수 저장 탱크(12)로부터의 냉각수 유출은 방지하지만 원자로 용기로부터 범람한 냉각수가 냉각수 저장 탱크(12)로 흐르는 것은 허용하는 체크 밸브(31)에 의해서 평상시에는 폐쇄된 상태로 유지된다.

제 3 도는 본 발명을 이용할 수도 있는 바닥 레벨(43)에 있는 격납형 냉각수 저장 탱크(40)를 일반적으로 도시하고 있다. 냉각수 저장 탱크(40)는 일반적으로 허니콤 구조체(44)에 의해서 지지되는 금속 라이너(42)(제 4 도에 도시됨)를 포함하고 있다. 라이너(42)는 냉각수의 부식 작용에 저항하는 스테인레스강 조성물로 된 것이 바람직하고, 그 두께는 약 1/8인치 내지 1/4인치(0.3cm 내지 0.6cm)이다. 지지의 역할을 하는 허니콤 구조체(44)는 약 24인치 내지 30인치(0.6m 내지 0.76m)의 두께를 갖는 콘크리트 차폐물 내에 매립되어 있는 종래의 구조강 지지체(도시되지 않음)를 포함하는 것이 바람직하다. 냉각수 저장 탱크(40)는 배기구(도시되지 않음)를 갖는 탱크(40) 전체를 덮는 콘크리트 천정(45)을 구비할 수도 있다. 매립된 구조강은 전체 탱크(40)의 하중을 지지하도록 설계하는 것이 바람직하며, 콘크리트는 안전율(safety factor)을 제공한다. 변형예로서, 다른 설계에서는 격납형 냉각수 저장 탱크가 콘크리트 차폐물을 구비하지 않을 수도 있다.

냉각수 저장 탱크(40)는 본 발명을 이용하는 열교환기(58) 조립체(제 2 도에 도시됨)의 유입 및 유출 튜브시트 조립체(50,52)(제 6 도에 가장 잘 도시됨)와 1차 냉각수 회로 사이를 연통시키기 위한 유입 연결부(46) 및 유출 연결부(48)를 비롯한 여러 가지 탱크 연결부(제 1 도와 관련하여 전술한 바와 같음)를 구비할 것이다. 적절한 것이라면 어떠한 탱크 설계도 이용될 수 있다. 제 5 도는 유입 연결부(46)와 유출 연결부(48)가 장착판(62,64) 내의 개구로서 일반적으로 규정될 수도 있는 바람직한 설계구조를 도시한 것이다. 장착판(62,64)은 한쌍의 수직 T자형 부재(66) 및 한쌍의 수평 T자형 부재(68)에 의해서 지지된다. 이 지지 조립체(60)는 서로 볼트조립될 수도 있고 또 서로 용접될 수도 있다. 이 조립체는 탱크 라이너(42)를 지지하는 매몰된 구조강의 일부가 아닌 것이 바람직하지만, 다른 실시예에서는 그러할 수도 있다. 제 4 도에 용접부(저장 탱크)로 표시한 것과 같이, 장착판(62,64)이 탱크 라이너(42)에 용접된다.

튜브시트 조립체(50,52)의 형태는 제 6 도로부터 가장 잘 알 수 있는데, 제 6 도는 그 중 하나(50)를 예시적으로 도시하고 있다. 도시된 튜브시트 조립체(50)는 600℉(315℃)의 1차 유입 냉각수와, 70℉(21℃)의 저장 탱크내 냉각수에 의한 열응력와, 높은 과도 압력(high transient pressures)에 견딜 수 있도록 특별히 설계된다. 튜브시트 조립체(50)는 일반적으로 원형의 튜브시트 부재(76)를 포함하며, 이 튜브시트 부재(76)로부터는 스커트부(78)가 U자형 플랜지 연장 링(80)까지 연장하여 역방향 꺾임부를 규정한다. U자형 플랜지 연장 링(80)으로부터는 연장 링(82)이 장착 링(84)까지 연장한다. 튜브시트 조립체(50,52)의 이들 부품은 함께 용접되어 단일 구조체를 형성한다. 또, 1차 냉각수 유입 연결부(88)와 사람 접근용 통로(90)를 갖는 유입 채널 헤드(86)가 튜브시트 부재(76)에 용접된다. 바람직한 실시예에 있어서, 유입 연결부(88)는 유입 채널 헤드(86)의 상부 근방에 위치되어 튜브시트 조립체(50)를 배기시킨다. 튜브시트 조립체(50)의 구성에 의하면, 일반적으로 튜브시트 부재(76)[및 스커트부(78)]의 외주연부와 연장 링(82)의 내주 연부 사이에 환상부(92)가 형성된다. 유출 튜브시트 조립체(52)는 유입 튜브시트 조립체(50)와 대체로 유사하며, 유출 연결부(95)를 갖는 유출 채널 헤드(94)를 구비한다.

제 4 도에 도시된 바와 같이, 튜브시트 조립체 장착용의 연장 링(82)은 장착판(62,64)의 내측표면과 인접한다. 바람직하게, 연장 링(82)은 링 볼트 개구(98)(제 6 도에 도시됨)를 통해 장착판(62,64)의 블라인드 볼트 개구(99)(제 5 도에 4개의 개구가 도시됨) 내로 연장하는 볼트(도시되지 않음)에 의해서 장착판(62,64)에 부착된다. 장착판(62,64)과 연장 링(82) 사이에 캐너피(canopy) 또는 오메가(omega) 용접부(102)를 형성하고, 이 용접부를 탱크(40) 외측의 일반 격납 영역에서 감시하는 것이 유익할 것이다. 또한, 냉각수 저장 탱크(40)에 있는 냉각수가 튜브시트 부재(76)의 후미로부터의 열과 튜브시트 스커트부(78)로부터의 열을 대부분 흡수하기 때문에, 상기 용접부가 1차 냉각수의 고온에 노출되지 않을 것이다. 따라서 장착판(62,64)과 연장 링(82)은 모든 열적 조건 하에서 탱크 온도, 즉 보통 약 70℉(21℃)로 유지될 것이다. 또, 용접부(70)에 인접해 있는 링 볼트 개구(98,99)를 통해 연장하는 장착 볼트는 사실상 일정한 온도로 유지될 것이기 때문에, 열 순환 상태 중 헐거워지지 않을 것이다. 따라서, 유입 튜브시트 조립체(50)의 표면에 대한 고압 과도 현상이 지지 조립체(60)에 의해서 효율적으로 흡수된다. 또한, 장착판(62,64)과 장착 링(84) 사이에 종래의 플랜지 시일(flange seals)(도시되지 않음)을 이용할 수도 있다.

튜브시트 조립체(50,52)의 중량은 이 튜브시트 조립체(50,52)의 사이에서 연장하는 튜브(114)의 중량을 대체로 지지하는 열교환기 지지 구조체(112)에 의해 지지되는 것이 바람직하다. 따라서, 튜브시트 조립체 장착 링(84)(제 6 도에 도시됨)에 하우징 장착부(118)가 용접될 수도 있다. 이 하우징 장착부(118)는 그의 볼트 개구(122)를 통해서, 하우징 장착부(118)에 대향하여 전방 하우징 부재(120)의 배면측에 배치된 보강 링(124) 내의 볼트 개구까지 연장하는 볼트(도시되지 않음)에 의해서 지지 구조체(112)의 전방 하우징 부재(120)에 장착된다. 제 4 도에 도시된 전방 하우징 부재(120)는 일반적으로 수평부재(130)와 상부 브레이스(brace)(132)로 보강되고 후방으로 연장하여 U자형 말단부(134)(평면도에 도시됨)를 형성하는 무거운 판(126)을 포함한다.

제 4 도의 열교환기 지지 구조체(112)는 열교환기 튜브(114) 다발의 양쪽에서 전방 하우징 부재(120)로부터 연장하는 측방 하우징 부재(138)도 포함한다. 측방 하우징 부재(138)는 냉각수가 냉각수 저장 탱크(40) 내에서 자연적으로 순환하는 것을 허용하는 대형 개구(140,142)를 갖는 판재로서 도시된다. 변형예로서는 측방 하우징 부재(138)가 관상일 수도 있고, 또 전방 하우징 부재(120)에 용접이나 볼트 조립될 수도 있는 다른 공지된 구조상 부재일 수도 있다. 측방 하우징 부재(138) 사이에서는 상부 브레이스(147)를 갖는 후방 하우징 부재(146)가 연장한다. 후방 하우징 부재(146)는 저장 탱크내 냉각수의 자연적인 순환을 허용하는 대형 개구(149)를 갖는다. 살포기(spargers)(도시되지 않음)가 냉각수 저장 탱크(40) 내에 사용되는 실시예에 있어서는, 증기가 튜브(114) 상에 충돌하지 못하게 하기 위하여 후방 하우징 부재(146)에 배플을 설치할 수도 있다. 직립 리브(upstanding rib)(152)를 갖는 상방 하우징 부재(150)가 측방 하우징 부재(138) 위에 지지된다. 상방 하우징 부재(150)는 튜브(114)를 거의 덮으며, 저장 탱크내 냉각수의 수면[튜브(114)의 상방 하우징 부재(150) 사이의 영역에서 대체로 변동하는 수면]으로부터의 증발과 격납용기 영역의 가습을 대체로 제한한다.

제 4 도에 도시된 바와 같이, 전방 하우징 부재(120)와 후방 하우징 부재(146)의 상부는 상방 하우징 부재(150) 위로 연장한다. 이렇게 높이를 높인 것은 천정에 장착되어 있는 측방 정렬 지지체(162)의 슬롯(160)과 정렬하는 상향 돌기부 [후방 하우징 부재(146)상의 돌기부(158)로 표시됨]를 지지하기 위함이다. 이러한 구조는 측면 스러스트(thrusts)에 대항해서 열교환기 지지 구조체(112)를 횡방향으로 지지한다.

열교환기 튜브(114)는 냉각수를 저장 탱크(40) 내에서 정상적으로 순환시킬 수 있도록 설계된다. 따라서, 1차 냉각수 회로에서 부력을 발생시키기 위하여 1차 냉각수 유입 연결부(88)가 1차 냉각수 유출 연결부(95)보다 사실상 더 높은 위치에 있다. 따라서, 튜브(114)는 약 20ft(6m) 이상의 수직 높이를 가질 수도 있다. 유입 연결부(46)와 유출 연결부(48)는 수직 평면 내에 배치하는 것이 바람직하다. 도시한 바와 같이, 튜브(114)는 튜브시트 조립체(50,52)에서 수평으로 연장한 다음 굽어져서, 그 사이에 중앙의 수직 연장부를 형성한다. 튜브의 팽창이 가능하도록 하는 한편 튜브시트를 고정시켜 사용할 수 있도록 하기 위해서 튜브(114)를 도시한 바와 같이 "C"자형으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 그러한 형상은 튜브 형상과 굽힘부의 수를 최소화할 것이다. 일 실시예에 있어서, 약간 상이한 형상 및 굽힘부 반경을 갖는 단순히 대략 27개의 약간 상이한 0.75인치(1.9cm)의 튜브 프로파일이 엄격한 냉각 요건을 충족시키기 위하여 필요하다. 다른 실시예에 있어서는 설계 조건에 따라 다른 튜브 형상 및 치수가 이용될 수도 있다. 다른 실시예에 있어서는, 튜브를 L자 또는 J자 형상으로 하여, 하나의 튜브시트는 측벽에 있는 탱크 연결부에 인접하고 다른 하나의 튜브시트는 탱크의 지붕 또는 바닥에 있는 탱크 연결부에 인접하도록 할 수도 있다.

열교환기(58)는 증기 발전기를 조립하는 데에 이용하는 것과 동일한 기술을 이용하여 조립할 수도 있다. 따라서, 튜브(114)는 리브(152) 사이에서 상방 하우징 부재(150)로부터 현가되는 행거(hangers)(도시되지 않음)에 의해 지지될 수도 있다. 또한, 튜브가 측방 하우징 부재(138) 사이에서 연장하는 수평 로드(rod)(도시되지 않음)에 의해 적소에 유지될 수도 있으며, 다른 지지 구조를 이용하는 것 또한 가능하다. 튜브(114)를 지지하는 주 목적은 열교환기(58)가 당면할 필요가 있을 수도 있는 여하한 사건의 경우에도 기지의 형상을 유지하게 하는 것이다. 그러한 사건의 예로서는 지진 발생시와 살포시 작동시를 들 수 있다. 작동시간이 짧고 열 교환기(58)의 탱크측 속도가 비교적 느리므로, 흐름에 의해 유도된 진동과 마모를 극복할 수 있도록 튜브(114)를 지지하는 것에 대한 관심을, 전형적인 열교환기보다 적게 기울여도 된다.

바람직하게, 튜브(114)는 튜브시트 조립체(50,52)의 직경을 최소화하는 피치(즉, 인접한 튜브들의 중심 대 중심 거리)를 가져서, 튜브시트 조립체의 두께를 최소화할 수도 있다. 그러나, 피치가 작으면 저장 탱크(40) 내의 냉각수가 튜브(114)를 지나서 자연적으로 순환하는 것이 지연된다. 따라서, 본 발명의 어떠한 실시예에 있어서는 튜브(114)의 수직 부분들이 자연 순환을 촉진하도록 설계된 상이한 피치로 배치될 수도 있다. 0.75인치(1.9cm) 직경의 C자형의 튜브가 사용되는 바람직한 실시예에 있어서는, 튜브시트 조립체(50,52)에 인접해 있는 튜브(114)의 부분이 1.5in²(9.6cm²)의 정방형 피치(square pitch)로 배치되며, 튜브(114)의 중간 수직 부분은 1.5인치x3.0인치(3.8cmx7.6cm)의 장방형 피치(rectangular pitch)로 배치된다. 그러한 피치의 변화는 수평부로부터 수직부로의 전이 꺾임부(transition bend)에서 이루어지는데, 전이 꺽임부까지의 인접한 튜브 열의 수평 길이를 점차 증가시켜 연장하는 것에 의해서 피치 변화가 생긴다.

고온의 튜브(114)와, 낮은 탱크 온도의 튜브 지지 구조체(112) 사이의 튜브 팽창차는 C자형의 탄성 변형에 의해서 유익하게 수용할 수도 있다. 또, 수직 횡방향 지지체의 위치와 튜브(114)의 수평 길이는 굽힘 응력을 허용가능한 범위로 제어하도록 설계될 수도 있다. 따라서, 0.75인치(1.9cm) 직경을 갖는 튜브의 경우에 수직 횡방향 지지체의 간격과 튜브의 수평 길이는, 530℉(294℃)의 잠재적인 최대 온도차[최대 설계 프로세스 압력에서의 600℉(315℃)와, 대기압에서의 70℉(21℃) 사이의 온도차]를 수용하기 위하여 적어도 약 40인치(1m) 정도이어야 한다. 다른 실시예에서는 다른 설계 조건을 충족시키기 위하여 다른 적당한 관상 구조를 이용할 수도 있다.

벽 관통형의 튜브시트 설계 구조는 직경이 크고 고압인 원자로 냉각수 라인 [제 2 도에 도시된 파이프(19,20)와 같은 것]을 탱크 외부에 배치하는 잇점이 있다. 제 2 도의 파이프(19)가 열교환기의 유입 연결부(88)에 용접될 수도 있으며, 또한 파이프(20)가 열 교환기의 유출 연결부(95)에 용접될 수도 있다. 따라서, 대형 파이프의 파손시 다량의 에너지가 냉각수 저장 탱크(40)내로 유입될 가능성이 없다. 0.75인치(1.9cm)의 열교환기 튜브(쉽게 막을 수 있음)의 파괴시 훨씬 더 적은 운동 에너지가 저장 탱크 내로 도입되어 흡수될 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 원자로(3)의 냉각수 루프에서, 원자로의 붕괴열을 냉각수 저장 탱크(12)내의 냉각수로 전달하기 위해서 냉각수 저장 탱크(12)에 배치되는 물 대 물관형 열교환기(15)로서, 상기 저장 탱크(12)는 개구를 형성하는 2개의 이격된 탱크 연결부(46,48)를 가지며, 상기 열교환기(15)는 상기 저장 탱크(12) 내에 배치되고 2개의 튜브시트 조립체(50,52)로부터 연장하는 다수의 튜브(114)를 갖는 열교환기(15)에 있어서, 상기 튜브시트 조립체(50,52)가 상기 탱크 연결부(46,48) 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 튜브(114)는 일 부분이 일 피치(pitch)로 배열되고 다른 부분은 다른 피치로 배열되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제2항에 있어서, 상기 튜브(114)는 튜브시트 조립체로부터 정방형 피치로 연장하고, 그 사이는 장방형 피치로 연장하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제1항에 있어서, 상기 이격된 튜브시트 조립체(50,52)가 상기 탱크 연결부(46,48)에 밀봉 용접되는 것을 특징을 하는 열교환기.
5. 제1항에 있어서, 상기 튜브시트 조립체(50,52)가 튜브시트 부재(76)로부터 상기 탱크 연결부(46,48)까지 연장된 스커트부(78)를 포함하는 열교환기.
6. 제5항에 있어서, 상기 튜브시트 스커트부(78)는 상기 튜브시트 부재(76)로부터 상기 튜브(114)의 주변을 지나 역방향 꺾임부(reverse bend)까지 연장하고, 그 다음에 상기 튜브시트 부재(76)의 주변을 지나 상기 탱크 연결부(46,48)까지 연장하는 열교환기.
7. 제1항에 있어서, 상기 튜브시트 조립체(50,52)에 용접되며 원자로(3)의 냉각수 루프와 유체 연통하는 채널 헤드(86,94)와, 상기 냉각수 저장 탱크(12)를 배수시키지 않고 상기 튜브시트 조립체(50,52)와 이 튜브시트 조립체(76) 내의 튜브(114)를 검사하기 위해 상기 채널 헤드(86,94)에 위치한 접근 수단(access means)(90)을 더 포함하는 열교환기.