KR101505904B1 - 지속적인 원자로 운전을 가능하게 하는 수소생산원자로 중간계통을 포함하는 원자력 수소생산시스템 - Google Patents

지속적인 원자로 운전을 가능하게 하는 수소생산원자로 중간계통을 포함하는 원자력 수소생산시스템 Download PDF

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김찬수
신영준
김민환
이원재
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Abstract

본 발명은 지속적인 원자로 운전을 가능하게 하는 수소생산원자로 중간계통을 포함하는 원자력 수소생산시스템에 관한 것으로, 상세하게는 초고온가스부; 제1열교환부; 제2열교환부; 및 초고온가스부에서 생산된 열을 직렬로 배치된 제1열교환부 및 제2열교환부로 순차적으로 전달할 수 있도록 제1운전유체가 흐르는 제1폐쇄루프;를 포함하는 원자력 수소생산시스템에 있어서, 상기 제1열교환부는, 제1열교환기, 삼산화황 분해기, 황산 분해기 및 제1열교환기로부터 전달된 열을 삼산화황 분해기 및 황산 분해기로 전달할 수 있도록 제2운전유체가 흐르는 제2폐쇄루프를 포함하고, 상기 제2열교환부는, 제2열교환기, 황산 증발기 및 요오드화수소 분해기 및 제2열교환기로부터 전달된 열을 황산 증발기 및 요오드화수소 분해기로 전달할 수 있도록 제3운전유체가 흐르는 제3폐쇄루프를 포함하는 원자력 수소생산시스템을 제공한다. 본 발명은, 초고온용 및 고온용으로 순차적으로 열교환기를 분리하여 고가의 초고온용 열교환기 사용을 줄일 수 있으므로 비용이 절감되고, 상기 초고온용 및 고온용의 열교환기를 각각 병렬로 복수 개 구비하여 하나의 서브 열교환부에 문제가 발생하여도 여분의 서브 열교환부를 가동하여 수소생산시스템의 지속적인 운전이 가능하다. 나아가, 가스순환기의 부담을 줄여 고장을 줄이고, 보다 적은 용량의 저렴한 가스순환기를 사용할 수 있어 비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

지속적인 원자로 운전을 가능하게 하는 수소생산원자로 중간계통을 포함하는 원자력 수소생산시스템{Nuclear hydrogen production system comprising an intermediate loop keeping continuous operation of a nuclear hydrogen reactor}
본 발명은 지속적인 원자로 운전을 가능하게 하는 수소생산원자로 중간계통을 포함하는 원자력 수소생산시스템에 관한 것으로, 상세하게는 직렬 및 병렬로 분리된 중간 열교환기를 포함하는 원자력 수소생산시스템에 관한 것이다.
원자로는 에너지를 생산하기 위해 핵연료의 열을 전달하는 냉각재의 종류에 따라 노형을 분류하는 경우가 많다.
냉각재가 물(경수)인 경우에는 경수로, 가스인 경우에는 가스로, 그리고 액체금속인 경우에는 액체 금속로라 칭한다.
가스로는 냉각재의 원자로 출구온도에 따라 출구온도가 600 ℃ 전후인 가스로(Gas Cooled Reactor), 출구온도가 750 ℃ 이상인 고온가스로(High Temperature Gas-cooled Reactor), 그리고 출구온도가 950 ℃인 초고온가스로(Very High Temperature Reactor)로 구분할 수 있다.
1950년대에서 1960년대 중반까지 건설된 초기 가스로는 냉각재로 이산화탄소를 사용하였고 핵연료의 형태는 봉집합체이며, 냉각재의 원자로 출구의 온도는 600 ℃ 전후이다.
1970년대 이후 높은 열효율과 대용량 발전을 위해 냉각재의 원자로 출구 온도가 750 ℃ 이상인 고온가스로가 개발되었다.
노심용융, 갑작스런 원자로 용기 파손, 방사능물질 방출 등을 막기 위해 흑연 노심 구조물, 헬륨 냉각재, 세라믹으로 피복된 피복입자핵연료를 채택하면서 고온가스로의 경제성과 안전성을 향상시켰다.
최근에는 완전한 피동안전개념의 채택이 가능한 모듈형 강철압력용기를 사용하고 냉각재의 원자로 출구온도를 950 ℃까지 올려서 경제성과 안전성을 획기적으로 향상시킨 초고온가스로가 개발 중이다.
이러한 초고온가스로를 이용한 원자력수소 생산계통에서 많은 연구가 이루어지고 있으나, 수백 메가와트(MW) 대용량 원자로의 고온 열을, 수십 메가와트의 열화학적 수소생산공정에 전달하는 역할을 담당하는 중간계통은 수소생산계통 운전시 일부 문제점들이 제기되고 있다.
먼저, 고가의 슈퍼 알로이(super alloy)재질을 활용하는 초고온 중간열교환기의 대형화로 인하여 비용이 상승하고, 수소생산원자로의 유력한 열교환기인 인쇄기판형 열교환기를 사용하는 경우에는 고온/고압 열교환에 유리한 반면 수많은 미세유로로 인한 마찰손실 증가로 인하여 차압이 증가함에 따라 유량을 순환시키는 순환기에 큰 부담을 야기한다.
또한, 원자로는 1년 이상의 장기 연속 운전이 가능한 반면, 케미칼을 보충, 부품 부식 등으로 단기 연속운전을 피할 수 없는 열화학수소생산공정(Sulfur-Iodine Cycle)의 특성으로 인하여, 원자로의 연속운전을 방해할 가능성이 높아지고 있다.
한편, 초고온가스로와 관련된 종래의 기술로서, 대한민국등록특허 제10-1218967호에서는 초고온가스 원자로용 열교환기가 개시된 바 있다. 구체적으로는, 초고온가스 원자로에 사용되는 열교환기에 있어서, 제1 유체가 흐르는 제1 유로가 상호 나란하게 복수 개 마련되는 복수 개의 제1 유로 채널; 및 상기 복수 개의 제1 유로 채널의 사이 사이에 배치되며, 상기 제1 유체와 열교환하는 제2 유체가 흐르는 제2 유로가 복수 개 마련되는 복수 개의 제2 유로 채널;을 포함하며, 상기 제1 유로 채널은, 판 형상으로 마련되어 하부에 마련되며, 상면에는 하부 유로홈이 함몰 형성되는 하부 플레이트; 판 형상으로 마련되어 상부에 마련되며, 하면에는 상부 유로홈이 함몰 형성되는 상부 플레이트; 및 상기 하부 유로홈 및 상기 상부 유로홈에 대응되는 유로홀이 상하로 관통 형성되며 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트의 사이에 결합되어 상기 제1 유로를 형성하는 적어도 하나의 중간 플레이트;를 포함하며, 상기 제2 유로 채널의 상기 제2 유로는, 상기 제2 유로를 통해 흐르는 상기 제2 유체가 상기 제1 유로 채널의 외벽과 접촉하며 이동하도록 상하로 관통 형성되며, 상기 상부 유로홈 및 상기 하부 유로홈은 단면이 반원 형상이 되도록 함몰 형성되고, 상기 유로홀의 폭은 상기 상부 유로홈 및 상기 하부 유로홈의 내경과 동일한 초고온가스 원자로용 열교환기가 개시된 바 있다.
이에, 본 발명의 발명자들은 초고온가스로를 이용한 원자력 수소생산시스템에 있어서, 초고온 중간열교환기를 두 개의 열교환기로 온도대역별로 순차적으로 분리하여 비용이 저렴하고, 상기 열교환기를 병렬로 분리하여 지속적인 장기 운전이 가능한 원자력 수소생산시스템 및 이를 이용한 수소의 생산방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은
원자력 수소생산시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
초고온가스부; 제1열교환부; 제2열교환부; 및
초고온가스부에서 생산된 열을 직렬로 배치된 제1열교환부 및 제2열교환부로 순차적으로 전달할 수 있도록 제1운전유체가 흐르는 제1폐쇄루프;를 포함하는 원자력 수소생산시스템에 있어서,
상기 제1열교환부는,
제1열교환기, 삼산화황 분해기, 황산 분해기 및
제1열교환기로부터 전달된 열을 삼산화황 분해기 및 황산 분해기로 전달할 수 있도록 제2운전유체가 흐르는 제2폐쇄루프를 포함하고,
상기 제2열교환부는,
제2열교환기, 황산 증발기 및 요오드화수소 분해기 및
제2열교환기로부터 전달된 열을 황산 증발기 및 요오드화수소 분해기로 전달할 수 있도록 제3운전유체가 흐르는 제3폐쇄루프를 포함하는 원자력 수소생산시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 원자력 수소생산시스템은, 종래 하나의 초고온 중간열교환기를 사용하여 수소를 생산하였던 것과 달리, 초고온용 및 고온용으로 순차적으로 열교환기를 분리하여 수소생산 공정을 각각의 열교환기 온도에 맞게 수행함으로써, 고가의 초고온용 열교환기 사용을 줄일 수 있으므로 비용이 절감된다.
또한, 상기 초고온용 및 고온용의 열교환기를 각각 병렬로 복수 개 구비하여 하나의 서브 열교환부에 문제가 발생하여도 여분의 서브 열교환부를 가동하여 수소생산시스템의 지속적인 운전이 가능하다.
나아가, 상기와 같이 직렬 및 병렬로 열교환기를 분리함에 따라 각각의 열교환기의 유량을 순환시키는 가스순환기의 부담을 줄여 고장을 줄이고, 보다 적은 용량의 저렴한 가스순환기를 사용할 수 있어 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원자력 수소생산시스템의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 2는 본 발명에 따른 원자력 수소생산시스템의 또 다른 일례를 나타낸 모식도이고;
도 3은 종래의 원자력 수소생산시스템의 일례를 나타낸 모식도이다.
본 발명은,
초고온가스부(300); 제1열교환부(100); 제2열교환부(200); 및
초고온가스부(300)에서 생산된 열을 직렬로 배치된 제1열교환부(100) 및 제2열교환부(200)로 순차적으로 전달할 수 있도록 제1운전유체가 흐르는 제1폐쇄루프(400);를 포함하는 원자력 수소생산시스템에 있어서,
상기 제1열교환부(100)는,
제1열교환기(101), 삼산화황 분해기(102), 황산 분해기(103) 및
제1열교환기(101)로부터 전달된 열을 삼산화황 분해기(102) 및 황산 분해기(103)로 전달할 수 있도록 제2운전유체가 흐르는 제2폐쇄루프(104)를 포함하고,
상기 제2열교환부(200)는,
제2열교환기(201), 황산 증발기(202) 및 요오드화수소 분해기(203) 및
제2열교환기(201)로부터 전달된 열을 황산 증발기(202) 및 요오드화수소 분해기(203)로 전달할 수 있도록 제3운전유체가 흐르는 제3폐쇄루프(204)를 포함하는 원자력 수소생산시스템을 제공한다.
이때, 본 발명에 따른 원자력 수소생산 시스템의 일례는 도 1의 그림을 통해 나타내었으며,
이하, 본 발명에 따른 원자력 수소생산 시스템을 상세히 설명한다.
본 발명의 원자력 수소생산 시스템은 크게 열에너지를 생산하는 초고온가스부(300)와, 황산을 분해하는 제1열교환부(100)와, 수소를 생산하는 제2열교환부(200) 및 열을 전달할 수 있도록 제1운전유체가 흐르는 제1폐쇄루프(400)를 포함한다.
먼저, 초고온가스부(300)는 초고온가스부(300) 내의 원자로 노심에 의해 열을 생산할 수 있고, 상기 초고온가스부(300)에서 생산된 열은 제1운전유체에 의하여 제1폐쇄루프(400)를 통해 제1열교환부(100) 및 제2열교환부(200)로 전달될 수 있다.
다음으로, 상기 제1열교환부(100)는,
제1열교환기(101), 삼산화황 분해기(102), 황산 분해기(103) 및
제1열교환기(101)로부터 전달된 열을 삼산화황 분해기(102) 및 황산 분해기(103)로 전달할 수 있도록 제2운전유체가 흐르는 제2폐쇄루프(104)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 종래에는 원자력 수소생산 시스템에 있어서, 고가의 슈퍼 알로이(super alloy)재질을 활용하는 초고온 중간열교환기 하나를 사용하여 비용이 상승하고, 용량이 대형화됨에 따라 고가의 가스 순환기를 사용하여야 하고, 유량이 과도하여 가스 순환기에 부담을 주었다. .
반면, 본 발명에 따른 원자력 수소생산 시스템은 제1열교환기(101) 및 제2열교환기(201)를 직렬로 순차적으로 구비하여, 종래 하나였던 열교환기를 분리하여 수소생산 공정을 각각의 열교환기 온도에 맞게 분리하여 수행함으로써, 고가의 초고온용 열교환기 사용을 줄일 수 있으므로 비용이 절감될 수 있다.
또한, 상기와 같이 두 단계로 열교환기를 분리함으로써, 차압을 줄여줄 수 있어 가스순환기의 고장을 줄이고, 전력용량이 작은 가스순환기를 사용하여 비용이 절감될 수 있다.
본 발명에 따른 원자력 수소생산 시스템에 있어서, 상기 제1열교환부(100)는, 제1열교환기(101), 삼산화황 분해기(102), 황산 분해기(103) 및 제2폐쇄루프(104)를 포함할 수 있다.
상기 제1열교환부(100)는, 초고온가스부(300)로부터 제1폐쇄루프(400)를 통해 전달된 열을, 제2폐쇄루프(104)를 통해 삼산화황 분해기(102) 및 황산 분해기(103)로 전달하여 하기 반응식 1 및 2의 반응이 일어나 황산을 분해할 수 있다. 이때, 제2폐쇄루프(104)에는 제1열교환기(101)로부터 전달된 열을 삼산화황 분해기(102) 및 황산 분해기(103)로 전달할 수 있도록 제2운전유체가 흐를 수 있다.
<반응식 1>
SO3(g) + H2O(g) → SO2(g) + H2O(g) + 0.5O2(g)
<반응식 2>
H2SO4(g) → H2O(g) + SO3(g)
다음으로, 상기 제2열교환부(200)는, 제2열교환기(201), 황산 증발기(202) 및 요오드화수소 분해기(203) 및 제3폐쇄루프(204)를 포함할 수 있다.
상기 제2열교환부(200)는, 초고온가스부(300)로부터 제1열교환부(100)에 열을 전달한 후의 나머지 열이 전달될 수 있고, 이와 같이 나머지 열을 제3폐쇄루프(204)를 통해 황산 증발기(202) 및 요오드화수소 분해기(203)로 전달하여 하기 반응식 3 및 4의 반응이 일어나 수소를 생산할 수 있다. 이때, 제3폐쇄루프(204)에는 제2열교환기(201)로부터 전달된 열을 황산 증발기(202) 및 요오드화수소 분해기(203)로 전달할 수 있도록 제3운전유체가 흐를 수 있다.
<반응식 3>
H2SO4(l) + H2O(l) → H2SO4(g) + H2O(g)
<반응식 4>
2HI(l) → I2(g) + H2(g)
본 발명에 따른 원자력 수소생산시스템에 있어서, 상기 제1열교환부(100)는,
복수 개의 제1열교환기(101), 제1열교환기(101)와 동일한 개수의 삼산화황 분해기(102), 제1열교환기(101)와 동일한 개수의 황산 분해기(103) 및 제1열교환기(101)와 동일한 개수의 제2폐쇄루프(104)를 포함하고, 상기 제1열교환기(101)는 병렬로 배치될 수 있으며, 상기 복수 개의 제1열교환기(101) 각각에 대해서, 1개의 삼산화황 분해기(102), 1개의 황산 분해기(103) 및 1개의 제2폐쇄루프(104)를 포함하는 서브 제1열교환부(110)가 복수로 형성되어 제1열교환부(100)를 이루는 것일 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 원자력 수소생산 시스템의 일례는 도 2의 그림을 통해 나타내었다.
상기 제1열교환기(101)는 초고온가스부(300)로부터 제1폐쇄루프(400)를 통해 전달된 열을, 제2폐쇄루프(104)를 통해 삼산화황 분해기(102) 및 황산 분해기(103)로 전달하여 황산을 분해할 수 있고, 상기의 제1열교환기(101), 삼산화황 분해기(102), 황산 분해기(103) 및 제2폐쇄루프(104)가 서브 제1열교환부(110)를 이루며, 상기 서브 제1열교환부(110)가 복수 개의 병렬로 구비됨으로써 제1열교환부(100)를 이루는 것일 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 종래에는 원자력 수소생산 시스템에 있어서, 고가의 슈퍼 알로이(super alloy)재질을 활용하는 초고온 중간열교환기 하나를 사용하여 비용이 상승하고 또한 수소생산모듈의 변화에 대응이 용이하지 않게 되어 수소생산시스템의 지속적인 연속운전을 어렵게 할 수 있다.
반면, 본 발명에 따른 원자력 수소생산 시스템은 제1열교환부(100) 및 제2열교환부(200)로 분리되어 고가의 초고온용 열교환기 사용을 줄일 수 있으므로 비용이 절감될 수 있다.
또한, 상기 제1열교환부(100)의 초고온용 열교환기를 각각 병렬로 복수 개 구비하여 하나의 서브 제1열교환부(110)에 문제가 발생하여도 여분의 서브 제1열교환부(110)를 가동하여 수소생산시스템의 지속적인 운전이 가능하다.
나아가, 상기와 같이 열교환기를 병렬로 분리함으로써, 유량 수송 용량이 적은데 유리한 가스베어링형 가스순환기를 사용함으로 순환기 유지 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 원자력 수소생산시스템에 있어서, 상기 제2열교환부(200)는,
복수 개의 제2열교환기(201), 제2열교환기(201)와 동일한 개수의 황산 증발기(202), 제2열교환기(201)와 동일한 개수의 요오드화수소 분해기(203) 및 제2열교환기(201)와 동일한 개수의 제3폐쇄루프(204)를 포함하고, 상기 제2열교환기(201)는 병렬로 배치되며, 상기 복수 개의 제2열교환기(201) 각각에 대해서, 1개의 황산 증발기(202), 1개의 요오드화수소 분해기(203) 및 1개의 제3폐쇄루프(204)를 포함하는 서브 제2열교환부(210)가 복수로 형성되어 제2열교환부(200)를 이루는 것일 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 원자력 수소생산 시스템의 일례는 도 2의 그림을 통해 나타내었다.
상기 제2열교환기(201)는, 초고온가스부(300)로부터 제1열교환부(100)에 열을 전달한 후의 나머지 열이 전달될 수 있고, 이와 같이 나머지 열을 제3폐쇄루프(204)를 통해 황산 증발기(202) 및 요오드화수소 분해기(203)로 전달하여 수소를 생산할 수 있고, 상기의 제2열교환기(201), 황산 증발기(202) 및 요오드화수소 분해기(203) 및 제3폐쇄루프(204)가 서브 제2열교환부(210)를 이루며, 상기 서브 제2열교환부(210)가 복수 개의 병렬로 구비됨으로써 제2열교환부(200)를 이루는 것일 수 있다.
이와 같이, 제2열교환기(201)를 복수 개로 구비하는 경우에는 하나의 서브 제2열교환부(210)에 문제가 발생하여도 여분의 서브 제2열교환부(210)를 가동하여 수소생산시스템의 지속적인 운전이 가능하다. 유량 수송 용량이 적은데 유리한 가스베어링형 가스순환기를 사용함으로 순환기 유지 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 원자력 수소생산시스템에 있어서, 상기 제1열교환기(101)로부터 제2폐쇄루프(104)에 전달하는 열은 750 내지 950 ℃ 일 수 있다.
종래에는 하나의 열교환기를 사용하였으나, 본 발명에서는 초고온용 및 고온용으로 제1열교환기(101) 및 제2열교환기(201)를 분리하여 황산으로부터 수소를 생산하는 공정에 있어서, 열교환기에서 공급되는 750~950 ℃의 온도 조건에서 반응이 일어날 수 있는 삼산화황 분해기(102) 및 황산 분해기(103)는 제1열교환기(101)로부터 전달된 상기 범위의 열을 제2폐쇄루프(104)로부터 전달받아 각각의 반응이 일어날 수 있다.
이때, 상기 삼산화황 분해기(102) 및 황산 분해기(103)는 직렬로 배치된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 원자력 수소생산시스템에 있어서, 상기 제2열교환기(201)로부터 제3폐쇄루프(204)에 전달하는 열은 500 내지 750 ℃ 일 수 있다.
종래에는 하나의 열교환기를 사용하였으나, 본 발명에서는 초고온용 및 고온용으로 제1열교환기(101) 및 제2열교환기(201)를 분리하여 황산으로부터 수소를 생산하는 공정에 있어서, 열교환기에서 공급되는 500~750 ℃의 온도조건에서 반응이 일어날 수 있는 황산 증발기(202) 및 요오드화수소 분해기(203)는 제2열교환기(201)로부터 전달된 상기 범위의 열을 제3폐쇄루프(204)로부터 전달받아 각각의 반응이 일어날 수 있다.
이때, 상기 황산 증발기(202) 및 요오드화수소 분해기(203)는 병렬로 배치된 것일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 원자력 수소생산시스템은, 상기 삼산화황 분해기(102), 황산 증발기(202) 및 요오드화수소 분해기(203)로부터 공급된 원료들로부터 하기 반응식 5의 분젠반응이 일어나는 분젠반응부;를 포함할 수 있다.
<반응식 5>
2H2O(g) + I2(g) + SO2(g) → 2HI(l) + H2SO4(l)
본 발명에 따른 원자력 수소생산 시스템에 있어서, 상기 제1폐쇄루프(400), 제2폐쇄루프(104) 및 제3폐쇄루프(204)는 각각 가스순환기(500)를 포함할 수 있다.
종래에는 하나의 중간계통 열교환기를 사용하여, 용량이 대형화됨에 따라 고가의 가스 순환기를 사용하여야 하고, 유량이 과도하여 가스 순환기에 부담을 주었다.
반면, 본 발명에 따른 원자력 수소생산 시스템은 제1열교환기(101) 및 제2열교환기(201)로 순차적으로 열교환기를 분리하여 차압을 줄여줄 수 있고, 유량 수송 용량이 적은데 유리한 가스베어링형 가스순환기를 사용함으로 순환기 유지 비용을 절감할 수 있다.
이때, 상기 가스순환기(500)는 자기베어링(magnetic bearing) 또는 가스베어링 순환기일 수 있으며, 상기 가스베어링 순환기의 가스는 헬륨 등 가스순환기로 이송하고자 하는 가스와 동일하고, 복수 개의 제1열교환기(101)를 구비하거나, 복수 개의 제2열교환기(201)를 구비하는 경우에는 가스베어링 순환기를 사용하는 것이 바람직하나, 상기 가스순환기(500)가 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 제1열교환기(101)는 인쇄기판형 열교환기(PCHE)일 수 있고, 상기 제1열교환기(101)의 재질은 Alloy 617, Haynes 230 및 Hastelloy XR로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 슈퍼 알로이(super alloy)를 사용할 수 있다.
반면, 상기 제2열교환기(201)의 재질은 스테인리스 스틸, Inconel 800H 및 Inconel 800HT로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
제2열교환기(201)는 제1열교환기(101)에서 이미 열이 공급된 나머지의 열을 받기 때문에, 제1열교환기(101)에 비해 500 내지 750 ℃의 낮은 온도에서 사용할 수 있어, 상기 제1열교환기(101)에 사용되는 슈퍼 알로이 재질보다는 저렴한 비용이 소모되기 때문에, 본 발명에서와 같이 온도별로 두 개의 열교환기를 구비하는 경우 원자력 수소생산시스템에서의 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
상기 제1운전유체, 제2운전유체 및 제3운전유체는 헬륨을 사용할 수 있으나, 상기 유체가 이에 제한되는 것은 아니다.
100: 제1열교환부
101: 제1열교환기
102: 삼산화황 분해기
103: 황산 분해기
104: 제2폐쇄루프
110: 서브 제1열교환부
200: 제2열교환부
201: 제2열교환기
202: 황산 증발기
203: 요오드화수소 분해기
204: 제3폐쇄루프
210: 서브 제2열교환부
300: 초고온가스부
400: 제1폐쇄루프
500: 가스순환기

Claims (12)

  1. 초고온가스부; 제1열교환부; 제2열교환부; 및
    초고온가스부에서 생산된 열을 직렬로 배치된 제1열교환부 및 제2열교환부로 순차적으로 전달할 수 있도록 제1운전유체가 흐르는 제1폐쇄루프;를 포함하는 수소생산원자로 중간계통에 있어서,
    상기 제1열교환부는,
    제1열교환기, 삼산화황 분해기, 황산 분해기 및
    제1열교환기로부터 전달된 열을 삼산화황 분해기 및 황산 분해기로 전달할 수 있도록 제2운전유체가 흐르는 제2폐쇄루프를 포함하고,
    상기 제2열교환부는,
    제2열교환기, 황산 증발기 및 요오드화수소 분해기 및
    제2열교환기로부터 전달된 열을 황산 증발기 및 요오드화수소 분해기로 전달할 수 있도록 제3운전유체가 흐르는 제3폐쇄루프를 포함하는 원자력 수소생산시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1열교환부는,
    복수 개의 제1열교환기, 제1열교환기와 동일한 개수의 삼산화황 분해기, 제1열교환기와 동일한 개수의 황산 분해기 및 제1열교환기와 동일한 개수의 제2폐쇄루프를 포함하고,
    상기 제1열교환기는 병렬로 배치되며,
    상기 복수 개의 제1열교환기 각각에 대해서, 1개의 삼산화황 분해기, 1개의 황산 분해기 및 1개의 제2폐쇄루프를 포함하는 서브 제1열교환부가 복수로 형성되어 제1열교환부를 이루는 것을 특징으로 하는 원자력 수소생산시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2열교환부는,
    복수 개의 제2열교환기, 제2열교환기와 동일한 개수의 황산 증발기, 제2열교환기와 동일한 개수의 요오드화수소 분해기 및 제2열교환기와 동일한 개수의 제3폐쇄루프를 포함하고,
    상기 제2열교환기는 병렬로 배치되며,
    상기 복수 개의 제2열교환기 각각에 대해서, 1개의 황산 증발기, 1개의 요오드화수소 분해기 및 1개의 제3폐쇄루프를 포함하는 서브 제2열교환부가 복수로 형성되어 제2열교환부를 이루는 것을 특징으로 하는 원자력 수소생산시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환기로부터 제2폐쇄루프에 전달하는 열은 750 내지 950 ℃ 인 것을 특징으로 하는 원자력 수소생산시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2열교환기로부터 제3폐쇄루프에 전달하는 열은 500 내지 750 ℃ 인 것을 특징으로 하는 원자력 수소생산시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1폐쇄루프, 제2폐쇄루프 및 제3폐쇄루프는 각각 가스순환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 수소생산시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스순환기는 자기베어링(magnetic bearing) 또는 가스베어링 순환기인 것을 특징으로 하는 원자력 수소생산시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환기는 인쇄기판형 열교환기(PCHE)인 것을 특징으로 하는 원자력 수소생산시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환기의 재질은 Alloy 617, Haynes 230 및 Hastelloy XR로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 슈퍼 알로이(super alloy)인 것을 특징으로 하는 원자력 수소생산시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2열교환기의 재질은 스테인리스 스틸, Inconel 800H 및 Inconel 800HT로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 원자력 수소생산시스템.



  12. 삭제
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