KR101408551B1 - 증기 발생기 - Google Patents

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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 구획판이 없어도 재순환 2차 냉각재와 급수로로부터 급수되는 2차 냉각재의 혼합을 억제할 수 있는 증기 발생기를 제공하는 것이다.
증기 발생기는 통체부의 내벽면과 소정 간격을 갖고 배치된 관군 외통과, 역U자 형상을 이루는 복수의 전열관을 포함하는 고온측 전열관군 및 저온측 전열관군과, 복수의 전열관의 단부를 고정하는 관판과, 열기와 재순환 2차 냉각재로 분리하는 기수 분리기와, 2차 냉각재를 관군 외통 내에 재순환 2차 냉각재와 격리한 상태에서 급수하는 급수로와, 관군 외통의 관판측에는 재순환 2차 냉각재를 고온측 전열관군을 향해 주입하는 재순환 2차 냉각재 주입부와, 급수로로부터 급수되는 2차 냉각재를 저온측 전열관군을 향해 주입하는 급수 2차 냉각재 주입부를 포함하고, 2차 냉각재 또는 재순환 2차 냉각재의 상대적인 유량이 큰 쪽의 유속이 지연되는 관계로 재순환 2차 냉각재 주입부와 급수 2차 냉각재 주입부가 규정되어 있다.

Description

증기 발생기{STEAM GENERATOR}
본 발명은 증기 발생기에 관한 것이다.
이코노마이저가 부착된 증기 발생기라고 불리는 증기 발생기는 재순환수 및 공급수의 각 공급 경로를 분리하고, 전열관과 함께 관 지지판에 지지된 구획판(분리 유닛)을 설치하고 있다. 이로 인해, 재순환수와 공급수의 혼합을 억제하여, 열 효율이 향상된다(예를 들어, 특허 문헌 1).
일본 특허 공고 평2-17762호 공보
그러나, 구획판은 관 지지판 및 관판으로의 설치가 복잡하다. 또한, 구획판이 존재함으로써, 증기 발생기의 통체부에 관판 상의 검사를 행하는 검사 구멍을 복수 형성할 필요가 생긴다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하는 것으로, 구획판이 없어도 재순환 2차 냉각재와 급수로로부터 급수되는 2차 냉각재의 혼합을 억제할 수 있는 증기 발생기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 증기 발생기는, 중공 밀폐 형상을 이루는 통체부와, 상기 통체부의 내벽면과 소정 간격을 갖고 배치된 관군 외통과, 상기 관군 외통 내에 배치되어 역U자 형상을 이루는 복수의 전열관을 포함하는 고온측 전열관군 및 저온측 전열관군과, 상기 통체부 내의 수실측에 고정되어 상기 복수의 전열관의 단부를 고정하는 관판과, 상기 전열관을 지지하는 복수의 관 지지판과, 상기 통체부 내측 상부에 설치되어 증기와 재순환 2차 냉각재로 분리하는 기수 분리기와, 2차 냉각재를 상기 관군 외통 내에 상기 재순환 2차 냉각재와 격리한 상태에서 급수하는 급수로와, 상기 관군 외통의 상기 관판측에는, 상기 재순환 2차 냉각재를 상기 고온측 전열관군을 향해 주입하는 재순환 2차 냉각재 주입부와, 상기 급수로로부터 급수되는 상기 2차 냉각재를 상기 저온측 전열관군을 향해 주입하는 급수 2차 냉각재 주입부를 포함하고, 상기 2차 냉각재 또는 상기 재순환 2차 냉각재의 상대적인 유량이 큰 쪽의 유속이 지연되는 관계로 상기 재순환 2차 냉각재 주입부와 상기 급수 2차 냉각재 주입부가 규정되어 있는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 구획판이 없어도 재순환 2차 냉각재와 급수로로부터 급수되는 2차 냉각재의 혼합을 억제할 수 있다. 이로 인해, 고온측 전열관군에서의 증기 온도가 상승하고 또한 저온측 전열관군에서의 증기 온도가 하강한다. 그 결과, 증기 발생기는 전열 효율을 높일 수 있다. 또한, 증기 발생기는 구획판의 조립 공정수, 비용의 부담을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태로서, 상기 재순환 2차 냉각재 주입부의 개구 면적과 상기 급수 2차 냉각재 주입부의 개구 면적이 다른 것이 바람직하다. 이에 의해, 재순환 2차 냉각재와 급수로로부터 급수되는 2차 냉각재의 혼합을 억제할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태로서, 상기 관판의 표면이며, 또한 상기 고온측 전열관군과 상기 저온측 전열관군 사이에, 상기 관판과 상기 관 지지판의 거리보다도 짧은 정류 부재가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 재순환 2차 냉각재와 급수로로부터 급수되는 2차 냉각재의 혼합을 억제할 수 있다. 또한, 정류 부재는 구획판과 다른 관 지지판을 관통할 필요가 없으므로, 구획판을 사용하는 경우에 비교하여 관 지지판의 비용을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태로서, 상기 관 지지판은 상기 전열관이 관통하는 상기 고온측 전열관군의 제1 관통 구멍과, 상기 전열관이 관통하는 상기 저온측 전열관군의 제2 관통 구멍을 갖고, 상기 제1 관통 구멍의 개구 면적이 상기 제2 관통 구멍의 개구 면적보다도 좁은 것이 바람직하다. 이에 의해, 재순환 2차 냉각재와 급수로로부터 급수되는 2차 냉각재의 혼합을 억제할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태로서, 상기 전열관은 삼각 배열로 배치되어 있고, 피치/외경이 1.46 보다 작은 것이 바람직하다. 이에 의해, 전열관이 조밀하게 배열되어, 재순환 2차 냉각재와 급수로로부터 급수되는 2차 냉각재의 혼합을 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구획판이 없어도 재순환 2차 냉각재와 급수로로부터 급수되는 2차 냉각재의 혼합을 억제할 수 있는 증기 발생기를 제공할 수 있다.
도 1은 원자력 플랜트의 구성을 도시하는 설명도.
도 2는 도 1에 기재한 원자력 플랜트의 증기 발생기의 구성을 도시하는 설명도.
도 3은 급수 2차 냉각재 유로를 설명하는 설명도.
도 4는 제1 실시 형태의 증기 발생기의 일례를 도시하는 모식도.
도 5는 관 지지판의 관통 구멍의 일례를 도시하는 모식도.
도 6a은 비교예의 열 효율을 설명하기 위한 설명도.
도 6b는 평가예의 열 효율을 설명하기 위한 설명도.
도 7은 제2 실시 형태의 증기 발생기의 일례를 도시하는 모식도.
도 8은 관판의 상면의 일례를 도시하는 모식도.
도 9a은 제2 실시 형태의 정류 부재의 일례를 도시하는 단면 모식도.
도 9b는 도 9a의 상면에서 본 모식도.
도 10은 제3 실시 형태의 관 지지판의 일례를 도시하는 모식도.
도 11은 관 지지판의 관통 구멍의 일례를 도시하는 모식도.
본 발명을 실시하기 위한 형태(실시 형태)에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 실시 형태에 기재하는 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에 기재하는 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재하는 구성 요소는 적절하게 조합하는 것이 가능하다.
(제1 실시 형태)
도 1은 원자력 플랜트의 구성을 도시하는 설명도이다. 도 2는 도 1에 기재한 원자력 플랜트의 증기 발생기의 구성을 도시하는 설명도이다.
원자력 플랜트(100)에는, 예를 들어 가압수형 경수로 원자력 발전 설비가 있다(도 1 참조). 이 원자력 플랜트(100)는 원자로 저장 용기(110), 원자로(120), 가압기(130), 증기 발생기(140) 및 펌프(150)가 1차 냉각재관(160)에 의해 순차 연결되어, 1차 냉각재의 순환 경로(1차계 순환 경로)가 구성된다. 또한, 증기 발생기(140)와 터빈(210) 사이에 2차 냉각재의 순환 경로(2차계 순환 경로)가 구성된다.
이 원자력 플랜트(100)가 갖는 원자로(120)는 가압수형 경수로이다. 이로 인해, 1차계 순환 경로 내의 1차 냉각재는 가압기(130)에서 가압되어 압력이 소정의 크기로 유지된다. 원자력 플랜트(100)는, 우선, 1차 냉각재가 원자로(120)에서 가열된 후, 증기 발생기(140)에 공급된다. 다음에, 증기 발생기(140)에서 1차 냉각재와 2차 냉각재의 열교환이 행해짐으로써, 2차 냉각재가 증발하여 증기로 된다. 그리고, 이 증기로 된 2차 냉각재가 터빈(210)에 공급됨으로써, 터빈(210)이 구동되어 발전기(220)에 동력이 공급된다. 또한, 증기 발생기(140)를 통과한 1차 냉각재는 1차 냉각재관(160)을 통해 회수되어 원자로(120)측에 공급된다. 또한, 터빈(210)을 통과한 2차 냉각수는 복수기(230)에서 냉각된 후에, 2차 냉각재관(240)을 통해 회수되어 증기 발생기(140)에 공급된다.
증기 발생기(140)는 통체부(1)와, 복수의 전열관(2)과, 기수 분리기(3)와, 습분 분리기(4)를 갖는다(도 2 참조). 통체부(1)는 대략 원통 형상이고 또한 중공 밀폐 구조를 갖고, 길이 방향을 연직 방향을 향하게 하여 배치된다. 또한, 통체부(1)는 관판(11) 및 구획판(12)에 의해 구획되어 이루어지는 한 쌍의 수실(13, 14)을 저부에 갖는다. 이 수실(13, 14)은 입구측 노즐(15)[출구측 노즐(16)]을 통해 1차 냉각재관(160)에 접속된다.
전열관(2)은 대략 U자 형상을 갖고, 양단부를 연직 하방을 향해 통체부(1) 내에 배치된다. 전열관(2)의 양단부는 관판(11)에 삽입되어 확장되어, 고정되어 있다. 또한, 전열관(2)의 양단부는 입구 수실(13) 및 출구 수실(14)에 대해 각각 개방된다. 또한, 원통 형상을 갖는 관군 외통(5)이 통체부(1) 내에 배치되고, 이 관군 외통(5) 내에 복수의 전열관(2)이 배치된다.
또한, 관군 외통(5) 내에는 복수의 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)이 소정 간격을 이격하여 배열된다. 이들 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)은 다공판으로 되어 있고, 각 전열관(2)이 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)을 관통하고 있다. 또한, 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)에 형성된 관통 구멍과, 각 전열관(2) 사이에는 소정의 클리어런스가 형성되어 있다.
또한, 관군 외통(5)은 통체부(1)의 내벽에 대해 간극을 두고 배치된다. 기수 분리기(3)는 급수를 증기와 열수로 분리하는 장치이다. 이 열수는 관판(11) 방향으로 회류하여 재순환하는 재순환 2차 냉각재로 된다. 습분 분리기(4)는 분리된 증기의 습분을 제거하여 건조 증기에 가까운 상태로 하는 장치이다.
이 증기 발생기(140)는 1차 냉각재가 입구측 노즐(15)로부터 입구 수실(13)로 유입되고, 전열관(2)을 통해 출구 수실(14)에 들어가고, 출구측 노즐(16)로부터 외부로 배출된다. 또한, 2차 냉각재가 급수관(17)으로부터 통체부(1) 내로 도입되어 관군 외통(5) 내를 통과한다. 이때, 1차 냉각재와 2차 냉각재의 열교환이 행해져, 2차 냉각재가 가열된다. 즉, 증기 발생기(140)는 열교환기이다. 그리고, 이 2차 냉각재가 기수 분리기(3) 및 습분 분리기(4)를 통과함으로써, 2차 냉각재의 증기 성분이 취출되어 터빈(210)측에 공급된다.
도 3은 급수 2차 냉각재 유로를 설명하는 설명도이다. 도 4는 제1 실시 형태의 증기 발생기의 일례를 도시하는 모식도이다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이 연직 하방에서 본 단면의 증기 발생기(140)는 통체부(1)의 내벽과, 관군 외통(5) 사이에 급수관(17)으로부터 급수되는 2차 냉각재를 흘리는 급수 2차 냉각재 유로(7)를 갖고 있다.
또한, 상술한 바와 같이 1차 냉각재(Wh)가 입구측 노즐(15)로부터 입구 수실(13)로 유입되고, 전열관(2)을 통해 출구 수실(14)에 들어가고, 출구측 노즐(16)로부터 외부로 배출된다. 대략 U자 형상의 전열관(2) 내에서는, 입구 수실(13)에 가까운 1차 냉각재(Wh)가, 열교환에 수반하여 출구 수실(14)에 가까운 1차 냉각재(Wc)로 됨에 따라서 온도가 낮아진다. 여기서, 입구 수실(13)측의 전열관군을 고온측 전열관군(20H)으로 하고, 출구 수실(14)측의 전열관군을 저온측 전열관군(20C)으로 한다. 급수 2차 냉각재 유로(7)는 급수 2차 냉각재 격리벽(7a)과, 유로 단부(7b)를 갖고 있다. 이에 의해, 급수 2차 냉각재 유로(7)는 재순환 2차 냉각재(wh)가 급수 2차 냉각재(wc)와 혼합되지 않도록, 격리되어 있다. 또한, 급수 2차 냉각재 유로(7)는 관군 외통(5)을 따라서 저온측 전열관군(20C)의 외측 반주분 형성되어 있고, 급수관(17)의 위치로부터 관판(11)이 있는 하방까지 연장되어 있다. 본 실시 형태의 증기 발생기(140)는 급수관(17)이 급수 2차 냉각재 유로(7)로 급수 2차 냉각재(wc)를 공급하도록 하고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 기수 분리기(3)는 분리한 재순환 2차 냉각재(wh)를 기수 분리기(3)로부터 관군 외통(5)의 외주를 경유하여 관판(11)을 향해 배출한다. 관군 외통(5)은 관판(11)측에 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)가 개방되어 있다. 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)는 관군 외통(5)의 반주에 걸쳐서 일정한 개구 높이(th)로 개방되어 있다. 재순환 2차 냉각재(wh)는 관군 외통(5)의 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)로부터 관군 외통(5) 내로 회류한다. 즉, 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)는 재순환 2차 냉각재(wh)를 고온측 전열관군(20H)을 향해 주입한다.
급수관(17)은 급수 2차 냉각재(wc)를 공급한다. 급수 2차 냉각재(wc)는 급수 2차 냉각재 유로(7)를 통해, 관판(11)이 있는 하방까지 도달한다. 급수 2차 냉각재 유로(7)는 재순환 2차 냉각재(wh)가 급수 2차 냉각재(wc)와 혼합되지 않도록 격리되어 있다. 급수 2차 냉각재 유로(7) 내측, 또한 관군 외통(5)의 관판(11)측에는 급수 2차 냉각재 주입부(5c)가 개방되어 있다. 급수 2차 냉각재 주입부(5c)는 관군 외통(5)의 반주에 걸쳐서 일정한 개구 높이(tc)로 개방되어 있다. 그리고, 급수 2차 냉각재 주입부(5c)는 급수 2차 냉각재 유로(7)로부터 급수되는 급수 2차 냉각재(wc)를 저온측 전열관군(20C)을 향해 주입한다.
급수 2차 냉각재(wc)는 복수기(230)에서 냉각되어 있으므로, 재순환 2차 냉각재(wh)보다도 일반적으로 온도가 낮아진다. 급수 2차 냉각재(wc)와 재순환 2차 냉각재(wh)는 공급원이 다르기 때문에 각각의 유량은 다른 경우가 많다. 예를 들어, 급수 2차 냉각재(wc)의 유량:재순환 2차 냉각재(wh)의 유량은, 1:2 정도의 비율로 된다.
급수 2차 냉각재(wc) 및 재순환 2차 냉각재(wh)는 관군 외통(5) 내에 유입되면, 전열관(2)의 주위를 열교환하면서 기수 분리기(3)를 향해 상승한다. 여기서, 전열관(2)은 복수의 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)에 의해, 지지되어 있다. 도 5는 관 지지판의 관통 구멍의 일례를 도시하는 모식도이다.
예를 들어, 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)에는 전열관(2)이 관통하기 위한 다수의 관통 구멍(60)이 형성되어 있다. 관통 구멍(60)의 형상은 육각 형상으로 되어 있다. 또한, 육각 형상을 형성하는 변(61, 62, 63, 64, 65, 66) 중 하나 건너의 변(62, 64, 66)에는 돌출부(60a, 60b, 60c)가 형성되어 있다. 또한, 각 관통 구멍(60)의 배열은, 소위 허니콤 형상 배열로 하고 있다. 이에 의해, 관통 구멍(60)의 개구 면적을 넓게 하여 압력 손실을 저감시키면서, 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)의 강도를 확보할 수 있다.
또한, 전열관(2)은, 소위 삼각 배열로 된다. 전열관(2)의 중심간 거리인 피치(P)는, 예를 들어 25.4㎜ 이상 27㎜ 이하, 전열관(2)의 외경은 19.05㎜인 것이 바람직하다. 즉, 피치(P)/외경인 피치와 외경의 비가 1.46보다 작다. 이에 의해, 전열관(2)이 조밀하게 배열되어, 급수 2차 냉각재(wc) 및 재순환 2차 냉각재(wh)의 혼합이 저감된다. 이와 같이, 전열관(2)은 외경/피치(P)의 비를 작게 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 전열관(2)이 관통하기 위한 다수의 관통 구멍(60)에는 전열관(2)과의 사이에 클리어런스(간극)가 생기고 있으므로, 급수 2차 냉각재(wc) 및 재순환 2차 냉각재(wh)는 관판(11)의 표면으로부터 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)을 통과하여, 기수 분리기(3)를 향해 상승한다.
도 6a은 비교예의 열 효율을 설명하기 위한 설명도이다. 도 6b는 평가예의 열 효율을 설명하기 위한 설명도이다. 여기서, 상온측이라 함은, 관군 외통(5) 내의 고온측 전열관군(20H)이 있는 쪽을 나타내고, 저온측이라 함은, 관군 외통(5) 내의 저온측 전열관군(20C)이 있는 쪽을 나타낸다. 1차계 온도라 함은, 전열관(2)의 1차 냉각재(Wh, Wc)의 온도를 나타내고, 2차계 온도라 함은, 관군 외통(5) 내의 2차 냉각재[급수 2차 냉각재(wc) 및 재순환 2차 냉각재(wh)]의 온도를 나타낸다. 또한, U벤트 정상이라 함은, 전열관(2)의 U자 만곡부이다. 또한, 종축에 온도, 횡축에 고온측 관판 상면으로부터의 거리를 취한다.
비교예는, 급수관(17)이 통체부(1)의 전체 둘레를 따라서 연장되어 있다. 또한, 급수 2차 냉각재 유로(7)는 없다. 즉, 급수관(17)이 관군 외통(6)의 전체 둘레에 걸쳐서 급수 2차 냉각재(wc)를 급수하고, 급수 2차 냉각재(wc) 및 재순환 2차 냉각재(wh)가 혼합되면서 관군 외통(5)의 관판(11)측의 개구부로부터 유입되는 일반적인 증기 발생기이다. 평가예는 본 실시 형태의 증기 발생기(140)이다.
도 6a 및 도 6b에서는 사선부가 원자로(120)로부터 증기 발생기(140)로 전달되는 총 열량으로 된다. 즉, 비교예와 평가예에서 취급하는 총 열량은 동일하다. 증기 발생기(140)는 터빈(210)으로의 증기 압력을 높이는 것이 보다 바람직하다. 이로 인해, 증기 온도를 높이기 위해, 2차 냉각재의 2차계 온도의 분포를 변경하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 6a의 비교예에 비해, 도 6b의 평가예에서는 고온측에서의 열기 온도를 상승시키고, 저온측의 온도를 내리고 있다.
본 실시 형태의 증기 발생기(140)는 재순환 2차 냉각재(wh)보다 저온의 급수 2차 냉각재(wc)가 저온측 전열관군(20C)에 급수되므로, 도 6a에 비교하여 도 6b에서는 급수 온도가 저하된다. 이에 의해, 관군 외통(5) 내의 2차 냉각재의 온도는 저온측 전열관군(20C)이 고온측 전열관군(20H)보다도 낮아진다. 여기서, U벤트 정상 부근에 이르기 전에 조기에 급수 2차 냉각재(wc)와 재순환 2차 냉각재(wh)가 혼합되어 버리면, 도 6a의 비교예와 같이 고온측의 증기 온도가 저하되어 버린다. 종래에는, 구획판 등에 의해, U벤트 정상 부근에 이르기 전에 조기에 급수 2차 냉각재(wc) 및 재순환 2차 냉각재(wh)가 혼합되어 버릴 우려를 저감시키고 있다. 그러나, 구획판은 조립 공정수, 비용의 부담이 크다.
본 실시 형태의 증기 발생기(140)는 급수 2차 냉각재(wc) 또는 재순환 2차 냉각재(wh)의 상대적인 유량이 큰 쪽의 유속이 지연되도록, 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)와 급수 2차 냉각재 주입부(5c)가 규정되어 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 급수 2차 냉각재(wc)의 유량:재순환 2차 냉각재(wh)의 유량은, 1:2의 비율로 되는 경우, 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)의 개구 면적:급수 2차 냉각재 주입부(5c)의 개구 면적＝2:1로 한다. 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)의 개구 면적과 급수 2차 냉각재 주입부(5c)의 개구 면적을 다르게 하기 위해서는, 예를 들어 개구 높이를 다르게 한다. 예를 들어, 개구 높이(th):개구 높이(tc)＝2:1로 한다. 이로 인해, 급수 2차 냉각재(wc) 또는 재순환 2차 냉각재(wh)는 고온측 전열관군(20H) 및 저온측 전열관군(20C) 사이에서 충돌할 때의 서로의 유속의 차가 저감된다. 그 결과, 급수 2차 냉각재(wc) 또는 재순환 2차 냉각재(wh)는 서로의 혼합이 억제된 상태에서, 관판(11)으로부터 기수 분리기(3)를 향하는 상승류로 된다.
재순환 2차 냉각재 주입부(5h)의 개구 면적과 급수 2차 냉각재 주입부(5c)의 개구 면적을 다르게 하기 위해서는, 예를 들어, 재순환 2차 냉각재 주입부(5h) 및 급수 2차 냉각재 주입부(5c)를 다공판 또는 슬릿을 갖는 판재로 형성하고, 구멍률 또는 슬릿 면적을 바꿈으로써 개구 면적을 다르게 할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 증기 발생기(140)는 중공 밀폐 형상을 이루는 통체부(1)와, 통체부(1)의 내벽면과 소정 간격을 갖고 배치된 관군 외통(5)과, 관군 외통(5) 내에 배치되어 역U자 형상을 이루는 복수의 전열관(2)을 포함하는 고온측 전열관군(20H) 및 저온측 전열관군(20C)과, 통체부(1) 내의 수실(13, 14)측에 고정되어 복수의 전열관(2)의 단부를 고정하는 관판(11)과, 전열관(2)을 지지하는 복수의 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)과, 통체부(1) 내측 상부에 설치되어 증기와 재순환 2차 냉각재(wh)로 분리하는 기수 분리기(3)와, 급수 2차 냉각재(wc)를 관군 외통(5) 내에 재순환 2차 냉각재(wh)와 격리한 상태에서 급수하는 급수 2차 냉각재 유로(7)를 포함하고 있다. 관군 외통(5)은 재순환 2차 냉각재(wh)를 고온측 전열관군(20H)을 향해 주입하는 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)와, 급수 2차 냉각재 유로(7)로부터 급수되는 급수 2차 냉각재(wc)를 저온측 전열관군(20C)을 향해 주입하는 급수 2차 냉각재 주입부(5c)를 관판(11)측에 형성하고 있다. 또한, 급수 2차 냉각재(wc) 또는 재순환 2차 냉각재(wh)의 상대적인 유량이 큰 쪽의 유속이 지연되는 관계로 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)와 급수 2차 냉각재 주입부(5c)가 규정되어 있다.
이에 의해, 구획판이 없어도 재순환 2차 냉각재(wh)와 급수 2차 냉각재(wc)의 혼합을 억제할 수 있다. 이로 인해, 고온측 전열관군(20H)에서의 증기 온도가 상승하고 또한 저온측 전열관군(20C)에서의 증기 온도가 하강한다. 그 결과, 본 실시 형태의 증기 발생기(140)는 전열 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 증기 발생기(140)는 구획판의 조립 공정수, 비용의 부담을 저감시킬 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 7 및 도 8은 제2 실시 형태의 증기 발생기의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 8은 관판의 상면의 일례를 도시하는 모식도이다. 본 실시 형태의 증기 발생기(140A)는 관판(11)의 표면에 정류 부재(70)를 갖는 데 특징이 있다. 다음의 설명에 있어서는, 제1 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 번호를 부여하여, 중복되는 설명은 생략한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태의 증기 발생기(140A)는 관군 외통(5) 내이며 관판(11)의 표면에 정류 부재(70)를 형성하고 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 관판(11)은 전열관(2)의 양단부를 연직 하방을 향하게 하여 고정하고 있으므로, 고온측 전열관군(20H)과, 저온측 전열관군(20C)의 2영역이 각각 반달 형상으로 마주보고 구획되어 있다. 관판(11)에는 고온측 전열관군(20H)과 고온측 전열관군(20C) 사이에, 전열관(2)이 고정되어 있지 않은 튜브 레인(11A)이 형성되어 있다.
정류 부재(70)는, 예를 들어 복수의 정류 부재(71, 72, 73)를 튜브 레인(11A)을 따라서 정렬 배치함으로써 형성한다. 도 9a은 제2 실시 형태의 정류 부재의 일례를 도시하는 단면 모식도이다. 도 9b는 도 9a의 상면에서 본 모식도이다.
정류 부재(71, 72, 73)는 동일한 구조를 이루고 있으므로, 정류 부재(71)를 예시하여 설명한다. 도 9a에 도시하는 정류 부재(71)는 받침대(75)와, 부정류판(76, 78)과, 주정류판(77)을 포함하고 있다. 받침대(75)는 관판(11)에 고정하는 베이스이다. 받침대(75)는 부정류판(76, 78)을 상면에서 고정한다. 주정류판(77)은 부정류판(76, 78) 사이에 끼움 지지되어 있는 판형상 부재이다. 또한, 부정류판(76, 78)도 판형상 부재이다. 정류 부재(71)의 관판(11)의 표면으로부터의 높이(T)는, 관판(11)의 표면으로부터 관지지판(6A)까지의 높이(거리)보다 작게(짧게) 되어 있다. 이로 인해, 정류 부재(70)는 튜브 레인(11A)에 형성해도 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)과 전열관(2)의 조립 공정에 영향을 미칠 우려가 없다.
도 9b에 도시한 바와 같이, 정류 부재(71)는 주정류판(77)에 의해, 급수 2차 냉각재(wc)와 재순환 2차 냉각재(wh)를 주정류판(77)의 경계에서 상방으로 정류할 수 있다. 이로 인해, 튜브 레인(11A)의 상방에서의 급수 2차 냉각재(wc)와 재순환 2차 냉각재(wh)의 혼합이 저감된다. 그 결과, 고온측의 증기 온도를 상승시킬 수 있다.
도 9b에 도시한 바와 같이, 정류 부재(71)는 부정류판(76, 78)에 의해, 튜브 레인(11A)의 연장 방향의 2차 냉각재(ww)의 흐름을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 급수 2차 냉각재(wc)와 재순환 2차 냉각재(wh)와 혼합하는 난수류의 발생을 저감시킬 수 있다. 또한, 정류 부재(71)는 부정류판(76, 78)을 생략하고, 받침대(75)에 의해 주정류판(77)을 고정하는 구조로 해도 좋다. 또한, 정류 부재(70)는, 예를 들어 복수의 정류 부재(71, 72, 73)로 형성하였지만, 튜브 레인(11A)의 연장 방향에 걸쳐서 긴 하나의 정류 부재로 형성해도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 증기 발생기(140A)는 중공 밀폐 형상을 이루는 통체부(1)와, 통체부(1)의 내벽면과 소정 간격을 갖고 배치된 관군 외통(5)과, 관군 외통(5) 내에 배치되어 역U자 형상을 이루는 복수의 전열관(2)을 포함하는 고온측 전열관군(20H) 및 저온측 전열관군(20C)과, 통체부(1) 내의 수실(13, 14)측에 고정되어 복수의 전열관(2)의 단부를 고정하는 관판(11)과, 전열관(2)을 지지하는 복수의 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)과, 통체부(1) 내측 상부에 설치되어 증기와 재순환 2차 냉각재(wh)로 분리하는 기수 분리기(3)와, 급수 2차 냉각재(wc)를 관군 외통(5) 내에 재순환 2차 냉각재(wh)와 격리한 상태에서 급수하는 급수 2차 냉각재 유로(7)를 포함하고 있다. 관군 외통(5)은 재순환 2차 냉각재(wh)를 고온측 전열관군(20H)을 향해 주입하는 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)와, 급수 2차 냉각재 유로(7)로부터 급수되는 급수 2차 냉각재(wc)를 저온측 전열관군(20C)을 향해 주입하는 급수 2차 냉각재 주입부(5c)를 관판(11)측에 형성하고 있다. 또한, 관판(11)의 표면이며, 또한 고온측 전열관군(20H)과 저온측 전열관군(20C) 사이에, 관판(11)과 관 지지판(6A)의 거리보다도 짧은 정류 부재(70)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 재순환 2차 냉각재(wh)와 급수 2차 냉각재(wc)의 혼합을 억제할 수 있다. 또한, 정류 부재(70)는 구획판과 다른 관 지지판(6A)을 관통할 필요가 없으므로, 구획판을 사용하는 경우에 비교하여 관 지지판(6A)의 비용을 저감시킬 수 있다.
본 실시 형태의 증기 발생기(140A)는, 급수 2차 냉각재(wc)는 재순환 2차 냉각재(wh)의 상대적인 유량이 큰 쪽의 유속이 지연되는 관계로 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)와 급수 2차 냉각재 주입부(5c)가 규정되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 구획판이 없어도 재순환 2차 냉각재(wh)와 급수 2차 냉각재(wc)의 혼합을 억제할 수 있다. 이로 인해, 고온측 전열관군(20H)에서의 증기 온도가 상승하고 또한 저온측 전열관군(20C)에서의 증기 온도가 하강한다. 그 결과, 본 실시 형태의 증기 발생기(140)는 전열 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 증기 발생기(140A)는 구획판의 조립 공정수, 비용의 부담을 저감시킬 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 10은 제3 실시 형태의 관 지지판의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 11은 관 지지판의 관통 구멍의 일례를 도시하는 모식도이다. 제3 실시 형태에 있어서의 증기 발생기(140)에서는 고온측의 전열관군(20H)의 관통 구멍(69)의 개구 면적이 저온측의 전열관군(20C)의 관통 구멍(60)의 개구 면적보다도 작아지도록 하는 데 특징이 있다. 다음의 설명에 있어서는, 상술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 번호를 부여하여, 중복되는 설명은 생략한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 관 지지판(6A)은 대략 U자 형상으로 폴딩되는 전열관(2)의 양단부를 연직 하방을 향해 지지하고 있으므로, 고온측의 전열관군(20H)과, 저온측의 전열관군(20C)의 2영역이 각각 반달 형상으로 마주보고 구획되어 있다.
예를 들어, 도 11에 도시하는 관통 구멍(69)은 3엽형(클로버형)이라고 불리는 구멍 형상을 이루고 있다. 관통 구멍(69)은, 상술한 도 5에 도시하는 관통 구멍(60)과 비교하면, 개구 면적이 약 3할 정도 작아진다. 이로 인해, 관통 구멍(69)은, 상술한 도 5에 도시하는 관통 구멍(60)과 비교하면, 관통하는 급수 2차 냉각재(wc) 및 재순환 2차 냉각재(wh)에 부여하는 압력 손실이 커진다.
제3 실시 형태에 있어서의 증기 발생기(140)는, 예를 들어 관 지지판(6A)이 고온측의 전열관군(20H)의 영역에 관통 구멍(69)을 갖고, 저온측의 전열관군(20C)의 영역에 관통 구멍(60)을 갖도록 형성한다. 이에 의해, 고온측 전열관군(20H)의 관통 구멍(69)의 개구 면적이 저온측 전열관군(20C)의 관통 구멍(60)의 개구 면적보다도 작아진다. 그 결과, 급수 2차 냉각재(wc)는 재순환 2차 냉각재(wh)보다도, 기수 분리기(3)를 향해 상승 유통시키기 쉬워진다. 또한, 증기 발생기(140)는 복수의 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)을 갖고 있다. 복수의 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G) 중, 관판(11)에 가까운 관 지지판(6A), 또는 관 지지판(6A, 6B)이 고온측 전열관군(20H)의 영역에 관통 구멍(69)을 갖고, 저온측 전열관군(20C)의 영역에 관통 구멍(60)을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 관군 외통(5) 내의 관판(11)측에서 재순환 2차 냉각재(wh)와 급수 2차 냉각재(wc)의 혼합을 억제하기 쉬워진다. 예를 들어, 관 지지판(6C, 6D, 6E, 6F, 6G)이 고온측의 전열관군(20H)의 영역에 관통 구멍(60)을 갖고, 저온측의 전열관군(20C)의 영역에도 관통 구멍(60)을 갖도록 형성한다. 이에 의해, 관 지지판(6C, 6D, 6E, 6F, 6G)의 비용을 저감시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 증기 발생기(140)는 중공 밀폐 형상을 이루는 통체부(1)와, 통체부(1)의 내벽면과 소정 간격을 갖고 배치된 관군 외통(5)과, 관군 외통(5) 내에 배치되어 역U자 형상을 이루는 복수의 전열관(2)을 포함하는 고온측 전열관군(20H) 및 저온측 전열관군(20C)과, 통체부(1) 내의 수실(13, 14)측에 고정되어 복수의 전열관(2)의 단부를 고정하는 관판(11)과, 전열관(2)을 지지하는 복수의 관 지지판(6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G)과, 통체부(1) 내측 상부에 설치되어 증기와 재순환 2차 냉각재(wh)로 분리하는 기수 분리기(3)와, 급수 2차 냉각재(wc)를 관군 외통(5) 내에 재순환 2차 냉각재(wh)와 격리한 상태에서 급수하는 급수 2차 냉각재 유로(7)를 포함하고 있다. 관군 외통(5)은 재순환 2차 냉각재(wh)를 고온측 전열관군(20H)을 향해 주입하는 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)와, 급수 2차 냉각재 유로(7)로부터 급수되는 급수 2차 냉각재(wc)를 저온측 전열관군(20C)을 향해 주입하는 급수 2차 냉각재 주입부(5c)를 관판(11)측에 형성하고 있다. 또한, 관 지지판(6A), 또는 관 지지판(6A, 6B)이 고온측의 전열관군(20H)의 영역에 제1 관통 구멍인 관통 구멍(69)을 갖고, 저온측의 전열관군(20C)의 영역에 제2 관통 구멍인 관통 구멍(60)을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 제1 관통 구멍인 관통 구멍(69)의 개구 면적은 제2 관통 구멍인 관통 구멍(60)의 개구 면적보다도 좁게 되어 있다. 이에 의해, 재순환 2차 냉각재(wh)와 급수 2차 냉각재(wc)의 혼합을 억제할 수 있다.
본 실시 형태의 증기 발생기(140)는 급수 2차 냉각재(wc) 또는 재순환 2차 냉각재(wh)의 상대적인 유량이 큰 쪽의 유속이 지연되는 관계로 재순환 2차 냉각재 주입부(5h)와 급수 2차 냉각재 주입부(5c)가 규정되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 구획판이 없어도 재순환 2차 냉각재(wh)와 급수 2차 냉각재(wc)의 혼합을 억제할 수 있다. 이로 인해, 고온측 전열관군(20H)에서의 증기 온도가 상승하고 또한 저온측 전열관군(20C)에서의 증기 온도가 하강한다. 그 결과, 본 실시 형태의 증기 발생기(140)는 열교환 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 증기 발생기(140)는 구획판의 조립 공정수, 비용의 부담을 저감시킬 수 있다.
상술한 실시 형태는 가압수형 원자력 플랜트의 열교환기인 증기 발생기를 예로 들어 설명해 왔다. 나트륨 등으로 원자로 노심을 냉각하는 고원로형 원자로에서는, 나트륨-물 반응에 의한 영향을 경감시키기 위해, 1차 나트륨계와 2차 나트륨계를 설치하고 있고, 이 2계통 사이의 열교환을 행하는 중간 열교환기를 갖는다. 2차 나트륨의 열은 증기 발생기에 있어서 물로 열전달되어 증기를 얻는다. 본 실시 형태의 열교환기는 고속로형 원자로의 중간 열교환기 및 증기 발생기도 대상으로서 포함하고 있다.
1 : 통체부
2 : 전열관
3 : 기수 분리기
5 : 관군 외통
5c : 급수 2차 냉각재 주입부
5h : 재순환 2차 냉각재 주입부
6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G : 관 지지판
7 : 급수 2차 냉각재 유로
11 : 관판
11A : 튜브 레인
13, 14 : 수실
17 : 급수관
20H : 고온측 전열관군
20C : 저온측 전열관군
60, 69 : 관통 구멍
70, 71, 72, 73 : 정류 부재
77 : 주정류판
100 : 원자력 플랜트
110 : 원자로 저장 용기
130 : 가압기
140 : 증기 발생기
160 : 1차 냉각재관
210 : 터빈
220 : 발전기
230 : 복수기

Claims (5)

  1. 중공 밀폐 형상을 이루는 통체부와,
    상기 통체부의 내벽면과 소정 간격을 갖고 배치된 관군 외통과,
    상기 관군 외통 내에 배치되어 역U자 형상을 이루는 복수의 전열관을 포함하는 고온측 전열관군 및 저온측 전열관군과,
    상기 통체부 내의 수실측에 고정되어 상기 복수의 전열관의 단부를 고정하는 관판과,
    상기 전열관을 지지하는 복수의 관 지지판과,
    상기 통체부 내측 상부에 설치되어 증기와 재순환 2차 냉각재로 분리하는 기수 분리기와,
    증기 발생기 외부로부터 공급되는 2차 냉각재를 상기 관군 외통 내에 상기 재순환 2차 냉각재와 격리한 상태에서 급수하는 급수로와,
    상기 관군 외통의 상기 관판측에는 상기 재순환 2차 냉각재를 상기 고온측 전열관군을 향해 주입하는 재순환 2차 냉각재 주입부와, 상기 급수로로부터 급수되는 상기 2차 냉각재를 상기 저온측 전열관군을 향해 주입하는 급수 2차 냉각재 주입부를 포함하고,
    상기 2차 냉각재 또는 상기 재순환 2차 냉각재의 상대적인 유량이 큰 쪽의 유속이 지연되는 관계로 재순환 2차 냉각재 주입부의 개구 면적 및 급수 2차 냉각재 주입부의 개구 면적이 정해져 있는 것을 특징으로 하는, 증기 발생기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재순환 2차 냉각재 주입부의 개구 면적과 상기 급수 2차 냉각재 주입부의 개구 면적이 다른, 증기 발생기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관판의 표면이며, 또한 상기 고온측 전열관군과 상기 저온측 전열관군 사이에, 상기 관판과 상기 관 지지판의 거리보다도 짧은 정류 부재가 형성되어 있는, 증기 발생기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관 지지판은 상기 전열관이 관통하는 상기 고온측 전열관군의 제1 관통 구멍과, 상기 전열관이 관통하는 상기 저온측 전열관군의 제2 관통 구멍을 갖고, 상기 제1 관통 구멍의 개구 면적이 상기 제2 관통 구멍의 개구 면적보다도 좁은, 증기 발생기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전열관은 삼각 배열로 배치되어 있고, 피치/외경이 1.46보다 작은, 증기 발생기.
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