KR101551822B1 - 증기발생기 및 이를 구비하는 원전 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증기발생기 및 이를 포함하는 원전에 관한 것으로, 제1유체가 흐르는 제1유로, 상기 제1유로와 열교환할 수 있도록 상기 제1유로와 인접하게 형성되고, 제2유체가 흐르는 제2유로, 상기 제2유로와 열교환할 수 있도록 상기 제2유로와 인접하게 형성되고, 제3유체가 흐르는 제3유로를 포함하고, 상기 제1유로에는 원자로냉각재계통으로부터 제1유체가 공급되고, 상기 제3유로는 원전의 급수계통으로부터 제3유체를 입구에 공급받고, 상기 제2유로와의 열교환을 통해 증기를 발생시켜, 출구에 연결된 터빈계통으로 발생된 증기를 배출하며, 상기 제2유로는 상기 제1유로와 제2유로 사이에서 사고 발생 시, 상기 제3유로로 제1유체가 직접 확산되는 것을 방지하도록, 상기 제1 및 제3유로와 각각 열교환하며 순환하도록 형성되는 증기발생기 및 이를 포함하는 원전을 개시한다.

Description

증기발생기 및 이를 구비하는 원전{STEAM GENERATOR AND NUCLEAR POWER PLANT HAVING THE SAME}

본 발명은 원전의 증기발생기에 관련된 것으로, 구체적으로 세관(small diameter tube), 판형(plate type) 또는 인쇄기판형(printed circuit)을 사용하는 증기발생기 및 이를 구비하는 원전에 관한 것이다.

원자로는 주요기기의 설치위치에 따라 주요기기(증기발생기, 가압기, 펌프 등)가 원자로 외부에 설치되는 분리형원자로(예, 국내 가압경수로)와 주요기기가 원자로용기 내부에 설치되는 일체형원자로(예, SMART 원자로)로 나뉜다.

인쇄기판형 증기발생기 기술은 영국 Heatric 사(Patent : US 4665975, 1987)에서 개발되어 일반 산업분야에 매우 다양하게 이용되고 있다. 인쇄기판형 증기발생기는 광화학적 식각 기술(Photo-chemical etching technique)에 의한 조밀한 유로배치 및 확산접합 기술을 이용하여 증기발생기의 판 사이의 용접을 없앤 구조의 증기발생기이다. 이에 따라 인쇄기판형 증기발생기는 고온 고압의 환경에 적용 가능하고, 고집적도와 우수한 열교환 성능을 갖추고 있다. 인쇄기판형 증기발생기 고온 고압의 환경에 대한 내구성과 우수한 열교환 성능과 고집적도 등의 장점으로 냉난방시스템, 연료전지, 자동차, 화학 공정, 의료기기, 원자력, 정보 통신 장비, 극저온 환경 등의 증발기, 응축기, 냉각기, 라디에이터, 증기발생기, 반응기 등 매우 다양한 분야로 적용범위가 확대되고 있다.

한편 인쇄기판형태의 제작 기술은 광화학적 식각 기술(Photo-chemical etching technique)을 이용하므로 일반 가공 방식보다는 매우 자유롭게 가공할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일 예 중의 하나로 활용할 판형 증기발생기는 100년 넘게 산업계에서 광범위하게 적용되고 있다. 판형(plate type) 증기발생기는 일반적으로 판을 압출하여 유로 채널을 형성하고, 판 사이를 개스킷을 사용하거나 일반 용접 또는 브레이징 용접을 사용하여 결합시킨다. 이에 따라 인쇄기판형 증기발생기와 적용분야는 유사하나 압력이 낮은 저압 환경에서 더 많이 이용되고 있다. 열교환 성능은 인쇄기판형 증기발생기보다는 작고 쉘 앤 튜브(shell and tube)형 증기발생기보다는 우수한 특성이 있다. 또한 인쇄기판형 증기발생기에 비해서는 제작이 간편한 특성이 있다.

한편, 원전의 주요기기 들은 원전의 안전성, 신뢰도, 가동률 향상 등의 목적과 관련 요건에 따라 증기발생기에 대한 비파괴검사를 포함한 유지보수를 수행하고 있다. 그런데 쉘 앤 튜브 증기발생기 중에 매우 작은 세관을 사용하는 경우나 플레이트형 증기발생기의 경우, 세관 또는 세부유로가 매우 작아 유로에 대한 정밀한 검사 등의 유지보수 작업이 매우 어렵게 되는 문제점이 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은, 일반적으로 형성되는 제1유로와 제2유로 사이에 중간루프(loop)를 추가로 구비하여, 제1유로와 제2유로 사이의 압력경계가 손상되는 경우에도 제1유로의 유체가 제2유로로 직접 전파되지 않도록 하는 것이다.

또한, 본 발명의 일 목적은, 제1유로와 제2유로 사이에 중간루프(loop)를 추가로 구비하여, 압력경계 손상 등의 경우에 사전에 손상을 감지할 수 있게 하여, 세부유로에 대한 정밀한 검사 등의 유지보수 요건을 완화할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 증기발생기는, 제1유체가 흐르는 제1유로, 상기 제1유로와 열교환할 수 있도록 상기 제1유로와 인접하게 형성되고, 제2유체가 흐르는 제2유로, 상기 제2유로와 열교환할 수 있도록 상기 제2유로와 인접하게 형성되고, 제3유체가 흐르는 제3유로를 포함하고, 상기 제1유로에는 원자로냉각재계통으로부터 제1유체가 공급되고, 상기 제3유로는 원전의 급수계통으로부터 제3유체를 입구에 공급받고, 상기 제2유로와의 열교환을 통해 증기를 발생시켜, 출구에 연결된 터빈계통으로 발생된 증기를 배출하며, 상기 제2유로는 상기 제1유로와 제2유로 사이에서 사고 발생 시, 상기 제3유로로 제1유체가 직접 확산되는 것을 방지하도록, 상기 제1 및 제3유로와 각각 열교환하며 순환하도록 형성된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1유로 및 제3유로는 제1플레이트에 일체로 형성되고, 상기 제2유로는 제2플레이트에 형성되며, 상기 제1 및 제2플레이트가 교번적으로 반복하여 적층되어 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1, 2 및 3유로는 각각 제1, 2 및 3플레이트에 형성되고, 상기 제1 및 3플레이트는 원자로 용기 내부에 서로 이격되어 배치되고, 상기 제2플레이트는 상기 제1 및 3플레이트를 덮도록 배치될 수 있다.

상기 제2플레이트는, 상기 제1플레이트에 대응되는 제1파트, 상기 제2플레이트에 대응되는 제2파트로 상기 제1 및 3플레이트의 면적에 대응되어 분리 형성되고, 상기 제1파트 및 제2파트를 연결하는 연결유로를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제3유로는 상기 제1유로보다 상부에 배치될 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 제3유로는, 상기 제3유체가 유입되는 입구부분에, 유체의 유입으로 인한 유동 불안정을 해소하기 위해 유로의 저항을 증가시키도록, 상기 제3유로의 입구에서 출구까지 직선으로 연결되는 길이보다 길게 연장되도록 절곡 또는 곡선 유로를 포함하는 유로저항부를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 제1 내지 3유로 중 적어도 하나는, 복수로 구비되어 서로 이격된 메인유로, 및 서로 이격된 상기 메인유로들이 서로 연통되도록 형성되는 서브유로를 포함할 수 있다.

상기 제3유로는, 상기 제3유체가 유입되는 입구부분에, 상기 제2유로와의 열교환 효율을 높이기 위해 유로의 저항을 증가시키도록, 상기 제3유로의 입구에서 출구까지 직선으로 연결되는 길이보다 길게 연장되도록 절곡 또는 곡선 유로를 포함하는 유로저항부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 유로저항부는, 유로로 유입되는 유체의 유량을 균일화하고 열전달을 향상시키도록, 유로의 진행방향을 따라 절곡된 형태가 반복되는 이코노마이저로 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 제1 내지 3유로는 플레이트에 형성되며, 상기 제1 내지 3유로 중 적어도 하나는, 유로의 단면적을 늘리기 위해서 두 개 이상의 플레이트를 겹쳐서 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 제2유로 내부의 압력제어를 하도록 이루어지고, 상기 제2유로와 연결된 압력제어기를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 제2유체를 상기 제2유로 내부에서 순환하도록 이루어지고, 상기 제2유로와 연결된 순환펌프를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 제2유체는 상기 제1유로 및 제3유로와 열전달 효율을 향상시키기 위한 액체금속일 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 제1 내지 3유로는 세관을 이용하여 형성되는 쉘 앤 튜브형일 수 있다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 증기발생기를 구비하는 원전을 개시한다. 원전은, 내부에 원자로노심을 포함하고, 냉각재가 순환하도록 형성되는 원자로, 상기 원자로 내부에 배치되고 상기 냉각재가 유입되어 열교환되며, 급수계통 및 터빈계통과 각각 연결되는 증기발생기를 포함하고, 상기 증기발생기는, 제1유체가 흐르는 제1유로, 상기 제1유로와 열교환할 수 있도록 상기 제1유로와 인접하게 형성되고, 제2유체가 흐르는 제2유로, 상기 제2유로와 열교환할 수 있도록 상기 제2유로와 인접하게 형성되고, 제3유체가 흐르는 제3유로를 포함하고, 상기 제1유로에는 원자로냉각재계통으로부터 제1유체가 공급되고, 상기 제3유로는 원전의 급수계통으로부터 제3유체를 공급받고, 상기 제2유로와의 열교환을 통해 증기를 발생시켜, 발생된 증기를 터빈을 회전시키도록 연결된 터빈계통으로 배출하며, 상기 제2유로는 상기 제1유로와 제2유로 사이에서 사고 발생 시, 상기 제3유로로 제1유체가 직접 확산 되는 것을 방지하도록, 상기 제1 및 제3유로와 각각 열교환하며 순환하도록 형성된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2유로는 상기 원자로 외부에 배치되고, 상기 원자로 내부에 배치된 제1유로 및 제3유로와 연결되는 연결유로로 연결될 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명 중 적어도 하나의 실시예에 의하면, 제1유로와 제3유로 사이에 제2유로를 추가적으로 구비하여, 세부유로에 대한 정밀한 검사 등의 유지보수 요건을 완화할 수 있다.

또한 본 발명 중 적어도 하나의 실시예에 의하면, 제2유로 또는 제3유로에 방사선 감시기를 설치하고, 이를 모니터링 함으로써 제1유로의 유체가 제3유로로 전파되기 전에 사고를 감지하여, 원전의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명 중 적어도 하나의 실시예에 의하면, 유로를 세관이나 플레이트형으로 구성하는 증기발생기는 유로간의 열전달 효율이 크게 증가하여, 증기발생기의 크기를 소형화 할 수 있다.

또한 본 발명 중 적어도 하나의 실시예에 의하면, 플레이트형 중에 인쇄기판형 증기발생기는 입, 출구 노즐을 제외한 열전달이 발생하는 핵심 부분에 대한 용접부를 제거할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 관련된 원자로용기 및 내부의 모습을 나타낸 개념도.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 구조를 갖는 증기발생기를 나타낸 개념도.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 구조를 갖는 증기발생기를 나타낸 개념도.
도 5a 내지 도 5d는 각각 플레이트에 형성되는 제1유로 내지 제3유로의 일 실시예를 나타낸 개념도.
도 6a 내지 도 6d는 각각 하나의 플레이트에 형성되는 제1유로 및 제3유로를 나타낸 개념도.
도 7a 내지 도 7d는 각각 하나의 플레이트에 형성되는 2 이상의 유로와, 상기 유로 중 어느 하나에 유로저항부가 형성된 나타낸 개념도.
도 8a 내지 도 8d는 각각 하나의 플레이트에 형성되는 2 이상의 유로와, 상기 유로 중 어느 하나에 유로저항부를 포함한 모습을 나타낸 개념도.
도 9a 내지 도 9d는 각각 제1유로 및 제3유로가 하나의 플레이트에 형성되고, 제1유로가 하부에, 제3유로가 상부에 형성되는 모습을 나타낸 개념도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 유로가 서로 겹치는 모습을 나타낸 개념도.

이하, 본 발명에 관련된 증기발생기 및 이를 구비하는 원전에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용, 되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서 플레이트형 증기발생기라 함은, 특별한 언급이 없는 한, 일반적인 판형과 인쇄기판형 증기발생기뿐만 아니라 플레이트(판)의 가공 방법이나 접합 방법에 차이가 있는 경우의 증기발생기를 모두 포괄적으로 지칭한다. 또한, 본 발명은 판형 증기발생기에도 적용할 수 있으므로 인쇄기판형 증기발생기로 한정하지는 않는다.

본 발명에서 플레이트형 유로를 적용하는 경우, 단일의 플레이트를 이용하여 일체형 구조로 열교환기 및 증기발생기를 구성하는 방식과 상, 하 두 개의 플레이트를 이용하여 분리형 구조로 열교환기와 증기발생기를 각각 독립적으로 구성하는 방안의 두 가지가 사용될 수 있다.

본 발명에서 제시한 분리형 구조는 종래의 방식대로, 제1유로에 하나, 제2유로에 2 개, 제3유로에 하나를 사용하여, 총 4개의 플레이트를 이용하여 각각 독립적인 유로 플레이트를 구성하고, 1차와 2차 유로 플레이트를 적층하여 열교환기를 형성하고, 2차와 3차 유로 플레이트를 적층하여 증기발생기를 형성하는 구조이다.

또한 본 발명에서 제시한 일체형 구조로 열교환기-증기발생기를 구성하는 경우에 대해서는, 단일 플레이트 상에 제1유로와 제3유로를 동시에 구성하고, 또 하나의 단일 플레이트에 제2유로를 구성한 후, 두 종류 플레이트를 적층하여 열교환기와 증기발생기가 결합된 하나의 열교환기-증기발생기를 형성하는 구조이다.

분리형 또는 일체형 구조에서 제3유로(급수-증기) 플레이트 유로에 대해서는 종래의 플레이트형 열교환기의 유로를 그대로 적용하거나, 또는 제3유로의 입구영역에 유로저항부(폐쇄형 또는 부분 개방형 유로) 또는 이코노마이저(개방형 유로)를 설치하는 방안을 동시에 제안한다.

또한 본 발명에서 제2유로의 순환방식에 대해서는 펌프를 이용하는 강제순환 방식이나 자연순환 방식을 적용할 수 있다. 또한 본 발명에서 제1유로의 순환방식에 대해서는 펌프를 이용하는 강제순환 방식을 예시하였으나 원전의 특성에 따라 자연순환 방식을 적용할 수도 있다.

도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 관련된 원자(3) 및 내부의 모습을 나타낸 개념도이다.

본 발명에 따르는 증기발생기(100)는 제1유로, 제2유로 및 제3유로(110, 120, 130, 도 4a 참조)를 포함하고, 제1유로(110)는 제2유로(120)와 열교환하며, 제2유로(120)는 제3유로(130)와 열교환하여 제1유로(110)와 제2유로(120)의 경계에서 사고가 발생하는 경우에도, 제1유로(110)의 유체가 제3유로(130)로 빠르게 전파하지 못하도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 원전(1)은 원자로(3), 증기발생기(100)를 포함한다.

원자로(3)는 내부에 원자로 노심(2)을 포함한다. 그리고, 내부에 원자로 노심(2)에서 발생하는 열을 식히기 위한 냉각재가 순환되도록 형성된다. 상기 냉각재는 상기 원자로(3) 내부에서 가압기(60)에 의해 가압된다. 상기 가압기(60)로 인해 가압된 냉각재는 1기압에서의 끓는점보다 높은 끓는점을 가지므로, 기체가 되지 않고 액체 상태에서 상기 원자로 노심(2)을 냉각할 수 있다.

증기발생기(100)는 상기 원자로(3) 내부에 배치되며, 제1유로(110), 제2유로(120) 및 제3유로(130)를 포함한다.

제1유로(110)는 상기 원자로(3) 내부에 채워진 냉각재가 유입되고, 빠져나가도록 형성될 수 있다. 따라서, 제1유로(110) 내부를 흐르는 제1유체는 냉각재일 수 있다. 냉각재가 상기 제1유로(110)로 원활하게 유입되도록, 원자로냉각재펌프(112)가 구비될 수 있다. 상기 원자로냉각재펌프(112)는 원자로(3) 용기 내부에 채워진 냉각재를 순환시킬 수 있다.

제2유로(120)는 상기 제1유로(110)와 열교환하도록, 상기 제1유로(110)와 인접하게 형성된다. 상기 제2유로(120)의 내부에는 제2유체가 흐른다. 또한, 제2유로(120) 내부에 제2유체가 원활하게 흐를 수 있도록 제2유체순환펌프(122)가 더 구비될 수 있다. 아울러, 제2유로(120)는 후술할 제3유로(130)와 열교환하도록 형성된다. 제2유로(120)는 가동하는 동안 유체의 유입과 유출이 일어나지 않고 순환하는 유로를 구성할 수 있다. 제2유체는 비압축성 유체일 수 있다. 이 때에는 온도에 따른 제2유체의 압축과 팽창에 따라, 제2유로(120)가 받는 영향을 줄여주기 위하여, 압력제어기(123)를 더 구비할 수 있다. 상기 압력제어기는 제2유로(120)와 연결되고, 원자로(3)의 외부에 배치될 수 있다.

제3유로(130)는 상기 원자로(3) 내부의 제3유로(130)로 급수를 공급하는 급수계통(20)을 통해 제3유체를 공급받는다. 그리고, 제3유로(130) 내부에서 제2유로(120)와의 열교환을 통해 제3유체는 증기로 변환되고, 발생된 증기는 터빈과 연결된 연결배관을 통해, 터빈계통으로 배출된다.

상기 제2유로(120)는 상기 제1유로(110)와 제2유로(120) 사이에서 사고 발생 시, 상기 제3유로(130)로 제1유체가 직접 확산되는 것을 방지하도록, 제1 및 제3유로(130)와 각각 열교환하도록 형성된다.

상기 제1유로(110), 제2유로(120) 및 제3유로(130)는 각각 유체가 인입하는 입구헤더(110a, 120a, 130a)와, 유체가 빠져나가는 출구헤더(110b, 120b, 130b)를 구비할 수 있다. 단, 제1유로(110)의 입구나 출구에는 헤더 대신에 유로를 안내하는 구조물이 설치될 수도 있다.

이하, 원자로(3) 내부의 유동의 흐름에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 원자로냉각재펌프(112)의 순환동력에 의해 증기발생기(100)의 하부 측면에 형성된 제1유로(110)의 입구헤더(110a)로 냉각재가 유입된다. 그리고, 제2유로(120) 내부에서 제2유체순환펌프(122)에 의해 제2유체가 순환된다. 제1유로(110)와 제2유로(120)가 인접하는 부분에서 상대적으로 고온의 제1유체로부터 상대적으로 저온의 제2유체로 열이 전달된다. 제2유체로 열을 전달한 후 온도가 하강한 제1유체는 제1유로(110)의 출구헤더(110b)를 통해 원자로(3) 내부로 냉각재를 방출한다.

제2유로(120)는 제2유체순환펌프(122)에 의하여 제2유로(120) 입구헤더(120a)를 통해 제2유체가 증기발생기(100) 내부로 유입되게 되며, 증기발생기(100)의 상부로 제2유체가 인입된다. 제2유로(120)는 증기발생기(100)의 상부측에서는 제3유로(130)와 열교환을 하며, 하단부에서는 제1유로(110)와 열교환하도록 형성된다. 다만, 도시된 것과 달리, 증기발생기(100)의 상부측에서 제1유로(110)와 열교환하고, 하부측에서 제3유로(130)와 열교환하도록 형성될 수 있다. 제1 및 3유로(110, 130)와 열교환된 제2유체는 제2유로(120) 출구헤더(120b)를 통해 증기발생기(100) 외부로 방출된다. 제2유로(120)는 순환유로를 구성하므로, 방출된 제2유체는 다시 제2유로(120)의 입구헤더(120a)를 통해 증기발생기(100) 내부로 유입될 수 있다.

제3유로(130)는 원전(1)의 급수계통(20)으로부터 급수펌프(미도시)의 동력에 의해 제3유로(130) 입구헤더(130a)로 제3유체를 공급받는다. 제3유로(130)로 공급된 제3유체는 액체상태로 공급된다. 제2유체와의 열교환을 통해, 액체상태의 제3유체는 유로를 따라 진행하면서 온도가 상승한다. 액체상태의 제3유체의 온도가 비등점을 넘어가면, 액체는 점차 증기로 상태가 변화하게 된다. 증기가 된 제3유체는 터빈계통(30)을 따라 방출된다. 제3유로(130) 내부에는 액체와 기체, 두 가지의 상태의 제3유체가 공존하게 된다.

증기발생기(100)에서 제1유로(110), 제2유로(120) 및 제3유로(130)가 구조는 플레이트가 적층되어 일체로 형성되는 일체형 구조와, 제1유로(110) 및 제3유로(130)가 이격되어 형성되고 각각의 유로와 제2유로(120)가 적층되어 형성되는 분리형 구조가 있으며, 도 1에는 일체형 구조의 증기발생기(100)가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 제1유로(110)는 증기발생기(100)의 상부측에 형성된다. 그리고, 제3유로(130)는 증기발생기(100)의 하부측에 형성된다. 제2유로(120)는 상기 제1유로(110) 및 제3유로(130)와 접하도록 증기발생기(100)의 상하방향으로 형성되어 있다.

증기발생기(100)는 열교환부(102)와 증기발생부(104)를 포함한다.

열교환부(102)는 상기 제1유로(110)와 제2유로(120)가 만나는 부분이다. 열교환부(102)는 상대적으로 고온의 제1유로(110)에서 상대적으로 저온의 제2유로(120)로 열이 전달되므로 일반적인 열교환기와 비슷한 구조를 갖는다고 볼 수 있다.

증기발생부(104)는 제3유로(130)와 제2유로(120)가 만나는 부분이다. 증기발생부(104)는 제2유로(120)에서 제3유로(130)로 열이 전달되고, 열을 전달받은 제3유로(130)는 공급된 액체상태의 제3유체를 증기로 바꾸므로 일반적인 증기발생기와 비슷한 구조를 갖는다고 볼 수 있다.

도면에는 제2유로(120)의 출구 헤더(120b)는 증기발생기(100)의 하단부 측면에 배치되고 제3유로(130)의 입구 헤더(130a)는 증기발생기(100)의 하단부에 배치되나, 도면에 도시된 것과 달리 두 헤더의 위치는 서로 바뀔 수 있다.

상기 도 1 및 도 2에서의 증기발생기(100)는 상기 제1유로(110) 및 제3유로(130)는 제1플레이트에 일체로 형성되고, 상기 제2유로(120)는 제2플레이트에 형성되며, 상기 제1 및 제2플레이트가 교번적으로 반복 적층되어 형성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 제1유로(110)와 제3유로(130)는 서로 분리되어 형성된다. 즉 본 실시예에서의 증기발생기(100)는 분리형 구조를 갖는다.

제1유로(110)는 제3유로(130)의 상단부에, 제3유로(130)와 이격되어 형성된다. 그리고, 제3유로(130)는 상기 제1유로(110)의 하단부에 형성된다. 상기 제1유로(110)와 제3유로(130)는 각각 제2유로(120)와 접촉되어 있다. 따라서, 원자로(3) 내부의 상단부에는 제1유로(110)와 제2유로(120)가 서로 접하여 열교환부(102)를 이루고, 하단부에는 제3유로(130)와 제2유로(120)가 서로 접하여 증기발생부(104)를 이루고 있다.

제2유로(120)는 열교환부(102)와 증기발생부(104) 모두에 형성되어 있으므로, 열교환부(102)와 증기발생부(104)를 연결하는 연결배관을 포함한다. 연결배관은 제2유로(120)의 열교환부(102)측 출구 헤더(120b1)와 증기발생부(104)의 입구측 헤더(120a2)를 연결하는 제1연결배관(126a)과, 증기발생부(104)측 출구 헤더(120b2)와 열교환부(102)측 입구 헤더(120a1)을 연결하는 제2연결배관(126b)을 포함한다.

또한, 도면에 도시된 것과 달리, 상기 제2유로(120)의 연결배관은 원자로(3) 외부에 배치되어, 상기 제1유로(110) 및 제3유로(130)와 연결될 수 있다.

또한, 본 발명에서의 제2유체는 상기 제1유로(110) 및 제3유로(130)와 열전달 효율을 향상시키기 위해 열전도율이 좋은 액체금속이 쓰일 수 있다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 구조를 갖는 증기발생기(100)를 나타낸 개념도이다.

상술한 바와 같이, 제1유로(110) 및 제3유로(130)는 하나의 플레이트에 일체로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제2유로(120)도 다른 하나의 플레이트에 형성될 수 있으며, 상기 제1유로(110) 및 제3유로(130)가 형성된 플레이트(도 6a 내지 9d 참조)와 제2유로(120)가 형성된 플레이트(도 5a 내지 도 5d에 도시된)가 교번적으로 반복 적층되어 형성될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 증기발생기(100)가 일체형 구조를 갖는 증기발생기(100)이다.

도면을 참조하면, (a) 부터 (f) 까지 여섯 가지 종류의 일체형 구조를 갖는 증기발생기(100)가 도시되어 있다.

(a)를 살펴보면, 제2유로(120)는 증기발생기(100)의 상부에서 하부까지 이어져서 형성되고, 제1유로(110)는 증기발생기(100)의 하단부 측에 배치된다. 그리고 제3유로(130)는 상단부측에 배치된다. 제1유로(110)의 입구헤더 및 출구헤더(110a, 110b)는 각각 증기발생기(100)의 측면 하부와 그 상단부에 배치된다. 그리고, 제2유로(120)의 입구헤더 및 출구헤더(120a, 120b)는 증기발생기(100)의 상단과 하단에 배치된다. 그리고, 제3유로(130)의 입구헤더 및 출구헤더(130a, 130b)는 각각 제1유로(110)의 출구헤더(110b) 상단부에 순차적으로 배치된다.

제2유로(120)의 입구헤더(120a)에 제2유체가 인입되면, 제3유체와 열교환을 하게 된다. 제3유체는 제2유체로부터 열을 전달받아 증기로 상변환하게 될 수 있다. 제3유체와의 열교환을 통해 온도가 하강한 제2유체는 유로를 따라 흘러가면서 제1유로(110)와 만나게 되고, 제1유체로부터 열을 전달받아 높아진 온도로 제2유로(120)의 출구헤더(120b)로 빠져나가게 된다. 빠져나간 제2유체는 순환유로로 구성된 제2유로(120)를 통해 다시 제2유로(120)의 입구헤더(120a)로 유입되게 된다.

(b)를 살펴보면, 제1유로(110)의 입구헤더(110a)가 증기발생기(100)의 하부에 위치하고, 제2유로(120)의 출구헤더(120b)가 증기발생기(100)의 하부측 측면에 배치된다. (a)와 비교하였을 때, 제1유로(110)의 입구헤더(110a)의 위치와 제2유로(120)의 출구헤더(120b)의 위치가 서로 바뀌었다.

(c)를 살펴보면, 제3유로(130)의 출구헤더(130b)가 증기발생기(100)의 상부에 위치하고, 제2유로(120)의 입구헤더(120a)가 증기발생기(100)의 측면 상부측에 위치한다. 이는 (b)와 비교하였을 때, 제3유로(130)의 출구헤더(130b) 및 제2유로(120)의 입구헤더(120a)의 위치가 서로 바뀌었다.

(d)에서부터 (f)까지는 일체형 구조를 갖는 증기발생기(100)에서 제1유로(110)가 제3유로(130)보다 상부측에 배치된 것이다. 이와 같은 배치는, 증기발생기(100)와 연결되는 배관 등의 간섭이나 기타의 사정으로 위치를 바꾸어 설치할 필요성이 있을 때 사용할 수 있다.

구체적으로 (d)를 살펴보면, 제1유로(110)의 입구헤더 및 출구헤더(110a, 110b)는 증기발생기(100)의 측면 중간지점과 그 상부에 각각 설치되고, 제3유로(130)의 입구헤더 및 출구헤더(130a, 130b)는 각각 증기발생기(100)의 하부 및 상기 제1유로(110)의 입구헤더(110a) 하부에 배치된다. 제2유로(120)의 입구헤더(120a)는 증기발생기(100)에 상부에 배치되고, 제2유로(120)의 출구헤더(120b)는 증기발생기(100)의 측면 하부에 배치된다.

(e)를 살펴보면, 제2유로(120)의 출구헤더(120b)가 증기발생기(100)의 하부에 배치되고, 제3유로(130)의 입구헤더(130a)가 증기발생기(100)의 측면 하부에 배치됨으로써, (d)와 비교하였을 때 제2유로(120)의 출구헤더(120b)와 제3유로(130)의 입구헤더(130a)가 서로 바뀐 위치에 있다.

(f)를 살펴보면, 제1유로(110)의 출구헤더(110b)가 증기발생기(100)의 상부에 배치되고, 제2유로(120)의 입구헤더(120a)가 증기발생기(100)의 측면 상부에 배치된다. (e)와 비교하였을 때, 제1유로(110)의 출구헤더(110b)와 제2유로(120)의 입구헤더(120a)가 서로 바뀐 위치에 있다.

이상의 (a) 내지 (f)는 각각 제1유로(110) 및 제3유로(130) 중 어느 유로가 상단부에 위치하고 다른 유로가 하단부에 위치하는지와 유로의 입, 출구 헤더의 위치가 차이가 있을 뿐, 제2유로(120)의 제2유체가 유로를 따라 흘러가며 제1유로(110) 및 제3유로(130) 모두와 열교환하여, 제1유로(110)로부터 열을 흡수하고, 제3유로(130)로 열을 전달하여 제3유체를 액체에서 기체로 상변환하는 구조를 가지고 있다.

도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 구조를 갖는 증기발생기를 나타낸 개념도이다.

분리형 구조를 갖는 증기발생기는, 제1 및 제3유로(210, 230)가 각각 서로 이격된 플레이트에 형성되고, 제2유로(220)가 형성되는 제2플레이트는 상기 제1 및 제3유로(210, 230)을 덮도록 형성되는 구조이다.

상기 제1, 2 및 3유로(210, 220, 230)는 각각 제1, 2 및 3플레이트에 형성되고, 상기 제1 및 3플레이트는 원자로 용기 내부에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이 때 제1유로(210)가 형성되는 제1플레이트가 제3플레이트보다 상부에 배치될 수 있고, 이와 반대로 제1플레이트가 제3플레이트 보다 하부에 배치될 수 있다. 그리고 상기 제2플레이트는 상기 제1 및 3플레이트를 덮도록 배치될 수 있다.

(a)를 참조하면, 제3유로(230) 및 제2유로(220)가 형성되는 제3플레이트 및 제2플레이트가 적층되어 형성되는 증기발생부(204)가 상단부에 배치되고, 제1유로(210) 및 제2유로(220)가 형성되는 제1플레이트 및 제2플레이트가 적층되어 형성되는 열교환부(202)가 하단부에 배치된다. 이 때에는 제2유로(220)가 형성되는 제2플레이트는 하나의 플레이트로 제1플레이트 및 제3플레이트를 모두 덮도록 형성될 수 있다. 다만, 이와 달리 제2유로(220)가 서로 다른 2개의 플레이트로 형성되고, 상기 2개의 플레이트는 연결유로로써 연결될 수 있다.

(b) 내지 (d)에서, 상기 제2플레이트는, 상기 제1플레이트에 대응되는 제1파트(202 부분의 제2플레이트), 상기 제2플레이트에 대응되는 제2파트(204 부분의 제2플레이트)로 상기 제1 및 3플레이트의 면적에 대응되어 분리 형성되고, 상기 제1파트 및 제2파트를 연결하는 연결유로(222)를 포함할 수 있다.

(b)를 살펴보면, 상기 (a)와 같이 제3유로(230) 및 제2유로(220)가 형성되는 제3플레이트 및 제2플레이트가 적층되어 형성되는 증기발생부(204)가 상단부에 배치되고, 제1유로(210) 및 제2유로(220)가 형성되는 제1플레이트 및 제2플레이트가 적층되어 형성되는 열교환부(202)가 하단부에 배치된다. 그리고, 상기 열교환부(202)의 제2유로(220)의 출구헤더(220b1)와 상기 증기발생부(204)의 제2유로(220)의 입구헤더(220a2)를 연결하는 연결유로가 형성될 수 있다.

(c)를 살펴보면, 증기발생부(204)가 열교환부(202)보다 하단부에 배치된다. 그리고, 상기 열교환부(202)의 제2유로(220)의 출구헤더(220b1)와 증기발생부(204)의 제2유로(220) 입구헤더(220a2)를 연결하는 연결유로(222)가 형성되어 있다.

(d)를 살펴보면, 열교환부(202) 및 증기발생부(204)에 형성된 제2유로(220)의 입구헤더 및 출구헤더(220a1, 220b1, 220a2, 220b2)가 각각의 상부 및 하부에 배치되어 있다.

다만, 도면에 도시된 것과 달리 제1유로 내지 제3유로(210, 220, 230)의 각각의 입구헤더 및 출구헤더는 그 위치를 달리할 수 있으며, 이는 제2유로(220)와 제1유로(210) 및 제3유로(230)가 각각 충분한 열교환을 할 수 있는 배치이면 된다.

도 5a 내지 도 5d는 각각 플레이트에 형성되는 제1유로(110) 내지 제3유로(130, 도 4a 참조)의 일 실시예를 나타낸 개념도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이 플레이트가 적층되어 형성되는 증기발생기에서 제1유로(110) 내지 제3유로(130) 중 적어도 하나의 플레이트 모습이 이와 같을 수 있다. 설명함에 있어서 제1유로(110)를 기준으로 설명하지만, 제1유로(110) 내지 제3유로(130)가 도시된 것과 같은 형태를 나타낼 수 있다.

도 5a를 참조하면, 제1유로(111a, 112a, 113a)가 형성되는 제1플레이트(115)의 상단부와 하단부에 각각 입구헤더(110a) 및 출구헤더(110b)가 설치되어 있다. 상기 입구헤더(110a) 및 출구헤더(110b)는 그 위치가 서로 바뀔 수 있다.

그리고, 입구헤더(110a) 및 출구헤더(110b)와 인접하여 입/출구부(111, 113)가 형성되고, 입/출구부(111, 113) 사이에 주전열부(112)가 형성된다. 입/출구부(111, 113) 및 주전열부(112)는 모두 서로 이격되어 형성되는 복수의 유로로 형성된다. 또한, 입/출구부(111, 113)의 유로는 직선형태를 이룰 수 있고, 주전열부(112)의 유로는 유로의 진행방향에서 사선으로 반복되어 꺽이면서 형성될 수 있다. 이는 열전달 면적을 넓히기 위해 일반적으로 사용하는 방법이다. 단, 유로 형상은 이 밖에도 매우 다양한 형태로 구성할 수 있으므로, 상기한 형상으로 한정하는 것은 아니다.

도 5b를 살펴보면, 2개의 헤더(110a, 110b)가 각각 서로 반대되는 방향을 바라보며 상기 제1플레이트(115)의 일측면 상부와 타측면 하부에 형성될 수 있다.

도 5c를 살펴보면, 2개의 헤더(110a, 110b)가 각각 서로 같은 방향을 바라보도록 상기 제1플레이트(115)의 일측면의 상부와 하부에 형성될 수 있다.

도 5d을 살펴보면, 2개의 헤더(110a, 110b) 중 하나(110b)는 제1플레이트(115)의 하부에 형성될 수 있고, 다른 하나(110a)은 제1플레이트(115)의 일측면에 형성될 수 있다. 측면에 형성되는 헤더(110a)는 다른 헤더(110b)와 서로 반대편에 형성될 수 있도록, 상기 헤더(110b)가 형성되는 일단부의 타단부에 인접하여 형성된다. 이와 같이 헤더의 연결방법은 다양한 방법으로 구성될 수 있다.

다만, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 것과 달리, 상기 제1유로 내지 제3유로는 세관을 이용하여 형성되는 쉘 앤 튜브형 증기발생기 일 수 있다.

도 6a 내지 도 6d는 각각 하나의 플레이트에 형성되는 제1유로(310) 및 제3유로(330)를 나타낸 개념도이다.

본 실시예에서, 상기 제1유로(310) 및 제3유로(330)는 하나의 플레이트(제1플레이트)에 일체로 형성될 수 있다. 즉, 제1유로(310)와 제3유로(330)인 2종 유체의 유로를 단일 플레이트에 형성하여 일체로 구성할 수 있다. 단, 분리형 구조에서는 2종 유체 유로의 상하를 분리하여 적용하는 형태이다.

그리고, 제2유로는 다른 하나의 플레이트(제2플레이트)에 형성되고, 상기 제1플레이트 및 제2플레이트가 교번적으로 반복하여 적층되어 형성될 수 있다(도 1, 도 2 및 도 4a 참조).

도 6a를 참조하면, 하나의 플레이트의 상단과 하단에 대칭적으로 유로가 형성되어 있다. 상단과 하단의 유로 중 하나의 유로는 제1유로(310)이고, 다른 하나는 제3유로(330)일 수 있다. 하나의 플레이트에 제1유로(310) 및 제3유로(330)를 일체형으로 구성한 것은, 제2유로의 연결배관을 단순화하고 제작의 편의성을 위함이다. 또한, 증기발생기 자체의 크기를 줄이기 위함이다.

도 6a에서 상단부측 유로를 제1유로(310)로 가정하여 설명하면 다음과 같다. 제1유로(310)의 입구헤더(310a)(혹은 출구헤더)는 플레이트의 상단부에 배치된다. 그리고 상술한 설명과 같이 입/출구부(311, 313) 유로가 형성되고, 입/출구부(311, 313) 유로 사이에 주전열부(312)가 형성된다. 주전열부(312)를 거친 유로는 양쪽으로 갈라져 입/출구부(311, 313) 유로와 연결되고, 상기 입/출구부(311, 313) 유로는 상기 플레이트의 중앙부분 양측에 배치된 출구헤더(310b)(혹은 입구헤더)로 연결된다. 이와 같이 중앙부분의 입/출구부(311, 313) 유로가 양쪽으로 분산되어 중앙부분측 헤더(310b)의 크기를 축소시킬 수 있다. 이와 같은 구조는 제1유로(310)의 하부에 형성된 제3유로(330)도 대칭적으로 형성되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 제1유로(310)와 제3유로(330)는 서로 연통되지 않는다. 그리고, 상기 제1유로(310)와 제3유로(330)가 형성된 플레이트의 상단이나 하단에 제2유로가 형성된 다른 플레이트와 적층되어, 상기 제2유로와 열교환하도록 이루어진다(도 1, 도 2 및 도 4a 참조).

도 6b를 참조하면, 제1유로(310)의 상부측 헤더(310a)가 플레이트의 좌측 측면 상단에 설치되어 있다. 그리고, 제1유로(310)의 중앙부분측 헤더(310b)는 상기 상부측 헤더(310a)의 반대측 측면의 중앙부분에 설치되어 있다. 상기 2개의 헤더(310a, 310b) 중 어느 하나가 입구헤더(310a)의 역할을 하며, 나머지 하나가 출구헤더(310b)의 역할을 할 수 있다. 그리고, 제3유로(330)는 상기 제1유로(310)와 동일한 구조로 상기 제1유로(310)의 하단에, 같은 플레이트 내부에 형성되어 있다.

상기 제1유로(310)의 상부측 헤더(310a) 및 중앙부측 헤더(310b)가 서로 다른 방향에 구비되어 있어, 상기 제1유로(310)의 입/출구영역(311, 313)의 유로는 절곡된 형태로 형성될 수 있다. 이는 제1유로(310) 및 제3유로(330)의 주전열부(312, 332)는 플레이트의 길이방향으로 형성되는 것이 열교환에 유리하기 때문이다. 다만, 이러한 형태에 한정하는 것은 아니고, 제2유로와 열교환 효율을 높일 수 있는 구조이면, 상기 유로의 형태는 자유롭게 변형될 수 있다.

도 6c를 참조하면, 제1유로(310)의 상부측 헤더(310a)와 중앙부측 헤더(310b)가 모두 같은 방향의 플레이트 측면에 배치된다. 제3유로(330)의 두 헤더(330a, 330b)도 같은 형태로 배치되어 형성된다.

도 6d를 참조하면, 제1유로(310)의 상부측 헤더(310a)는 플레이트의 상단부에 배치되고, 중앙부측 헤더(310b)는 플레이트의 중앙부분 측면에 형성된다. 플레이트의 중앙부분 측면에 형성되는 헤더(310b)로 인해, 이와 인접하게 형성된 입/출구 영역(313)의 유로는 절곡된 형태를 취할 수 있다. 제3유로(330)는 제1유로(310)와 대칭되는 형태로 형성될 수 있다.

도 7a 내지 도 7d는 각각 하나의 플레이트에 형성되는 2 이상의 유로와, 상기 유로 중 어느 하나에 유로저항부(431)가 형성된 나타낸 개념도이다.

본 실시예는 상기 도 6에 도시된 플레이트와 개념같으나, 제3유로(430)는 액체상태의 유체를 증기 상태로 상변환되기 때문에, 유로저항부(431)를 더 구비할 수 있다.

유로저항부(431)는 상기 제3유체가 유입되는 입구부분에, 유체의 유입으로 인한 유동 불안정을 해소하기 위해 유로의 저항을 증가시키도록, 상기 제3유로(430)의 입구에서 출구까지 직선으로 연결되는 길이보다 길게 연장되도록 절곡 또는 곡선 유로부분이다.

제3유로(430)의 내부에서 액체상태의 제3유체는 제2유로로부터 열을 공급받아 증기상태로 상변환된다. 상기 상변환 과정에서 부피가 급격히 팽창되므로 이로 인해 유로 내부의 압력변화가 커질 수 있다. 이러한 압력변화는 압력파를 만들어 내고 이러한 압력파에 의해, 유로 내부로 유입되는 제3유체의 유입이 방해될 수 있다. 따라서, 이러한 유로의 불안정성을 해소하기 위해 압력파의 영향을 최소화할 수 있도록 제3유로(430)의 입구에 유로저항부(431)를 배치시키는 것이다.

도 7a를 살펴보면, 상부에는 제1유로(410)가 배치되고 하부에는 제3유로(430)가 배치된다. 제1유로(410)는 플레이트 상부에 입구헤더(410a)(혹은 출구헤더)가 배치되고, 플레이트 중앙부분 측면에 출구헤더(410b)(혹은 입구헤더)가 배치된다. 이러한 배치는 도 6a의 모습과 동일하다.

제3유로(430)는 플레이트 하부에 형성된다. 제3유로(430)의 입구헤더(430a)는 플레이트 하부에 배치된다. 상기 입구헤더(430a)의 위쪽으로 유로저항부(431)가 형성되어 있다. 그리고 그 위쪽으로는 유로확대부(432)가 형성되고, 상기 유로확대부(432)의 상부쪽으로는 주전열부(433)가 형성된다. 그리고 주전열부(433) 상부에는 출구부(444)가 형성되어 있으며, 상기 출구부(444)는 제3유로(430)의 출구헤더(430b)와 연결된다.

상기 제1유로(410)에서는 입구헤더(410a)와 출구헤더(410b)가 서로 위치를 달리할 수 있다. 그리고, 출구헤더(410b)로 유체가 유입되고, 입구헤더(410a)로 유체가 유출될 수 있다. 하지만, 제3유로(430)에서는 유로저항부(431)가 유체가 유입되는 입구헤더(430a)에 연결되어 설치되어야 유로 내부에서 일어나는 압력파를 상쇄할 수 있으므로 입구헤더(430a)와 출구헤더(430b)는 그 역할이 고정적이어야 한다.

그리고, 유로확대부(432)는 유로저항부(431)를 빠르게 빠져나오는 유체들의 속도가 느려지게 된다. 그리고, 주전열부(433)를 거치면서, 제2유로와 열교환하게 된다.

도 7b를 살펴보면, 제1유로(410)가 상부에 배치되고, 제3유로(430)가 하부에 배치된다. 제1유로(410)의 구조는 도 6b와 동일하다.

제3유로(430)는 입구헤더(430a)가 플레이트 일측면 하부에 배치된다. 본 실시예에서의 제3유로(430)는 입구헤더(430a)를 통해 유입된 제3유체가 유로저항부(431)를 거치기 이전에 공통헤더(435)를 거치게 된다. 상기 공통헤더(435)는 입구헤더(430a)와 유로저항부(431)를 연결하는 유로이다. 공통헤더는 유로저항부(431)에 구비된 복수의 유로에 유체들이 대략적으로 일정한 압력으로 유입되도록 넓은 유로 단면적을 가지고 형성되어 있다.

상기 공통헤더(435)는 각 유로가 서로 다른 유로와 개방되어 있는 개방형 타입으로 공통헤더 내의 각 유로의 압력이 서로 거의 비슷하다. 따라서, 상기 공통헤더(435)는 유로저항부(431)(혹은 이코노마이저)로 유입되는 유체의 압력들을 거의 비슷하도록 할 수 있다. 기타 제3유로(430)의 구조는 도 6b 또는 도 7a와 동일, 유사하다.

도 7c를 살펴보면, 제1유로(410)가 상부에 배치되고, 제3유로(430)는 하부에 배치된다. 제1유로(410)의 구조는 도 6c와 동일하다.

제3유로(430)의 구조는 도 7b에 드러난 제3유로(430)의 구조와 동일하다. 다만, 출구헤더가 플레이트의 중앙부분에 배치되고, 입구헤더(430a)와 같은 방향을 향하도록 배치되어 있다.

도 7d를 살펴보면, 제1유로(410)는 상부에 배치되고, 제3유로(430)는 하부에 배치된다. 이는 도 6d의 구조와 동일하다. 다만, 추가적으로 제3유의 입구헤더(430a)의 가까이에 유로저항부(431) 및 유로확대부(432)가 순차적으로 형성되어 있다.

도 8a 내지 도 8d는 각각 하나의 플레이트에 형성되는 2 이상의 유로와, 상기 유로 중 어느 하나에 유로저항부(531)를 포함한 모습을 나타낸 개념도이다.

본 실시예에서 제3유로(530)는 유체의 주 진행방향으로 형성되는 메인유로(533a) 및 상기 메인유로(533a)를 연통되도록 형성되는 서브유로(533b)를 포함한다. 또한, 상기 메인유로(533a) 및 서브유로(533b)는 주로 주전열부(533)에 형성될 수 있다.

도 8a를 참조하면, 메인유로(533a)는 유체의 주 진행방향으로 형성되어 있는 유로이다. 주 진행방향이란 유체가 입구헤더(530a)로부터 유입되고, 출구헤더(530b)로 나가는 진행방향으로 유체가 흐르는 방향을 말한다.

서브유로(533b)는 상기 메인유로(533a)가 서로 연통되도록 형성된다. 이러한 메인유로(533a) 및 이를 연통하는 서브유로(533b)로 인해 제3유로(530)의 주전열부(533)는 개방형 구조를 가지게 된다.

이러한 개방형 구조는 유로의 저항을 줄이거나, 이상(異相)유동의 경우 특정 부위에서 생기는 급격한 압력변동을 완화하는 기능을 가진 구조이다. 유로저항을 더 줄이기 위해 개방형 구조와 더불어 유선형 구조를 적용할 수도 있다.

다만, 도면에 도시된 것과 달리 상기 메인유로(533a) 및 서브유로(533b)로 이루어지 개방형 구조는 제1유로(110, 도 1 참조) 또는 제2유로(120, 도 1 참조)에도 적용될 수 있다. 또한, 상기 유로저항부(531)는, 유로로 유입되는 유체의 유량을 균일화하고 열전달을 향상시키도록, 유로의 진행방향을 따라 절곡된 형태가 반복되는 이코노마이저로 형성될 수 있다. 다만, 이코노마이저의 절곡형태는 도면에 도시된 것에 한정되지는 않고, 유량의 균일화를 할 수 있으며 절곡된 형태가 반복되는 형상이면 다른 형태를 이룰 수 있다.

도 8b를 참조하면, 제1유로의 구조는 도 6b의 구조와 흡사하다. 그리고 제3유로(530)의 구조는 도 7b와 흡사하지만, 제3유로(530)의 주전열부(533)가 개방형 유로를 가지고 있다.

도 8c를 참조하면, 제1유로의 구조는 도 6c의 구조와 흡사하다. 그리고 제3유로(530)의 구조는 도 7c와 흡사하지만, 제3유로(530)의 주전열부(533)가 메인유로(533a)와 서브유로(533b)를 가지는 개방형 유로를 가지고 있다. 단, 유로저항을 더 줄이기 위해 개방형 유로는 출구영역(534)까지 확대하여 설치할 수도 있다.

도 8d를 참조하면, 제1유로의 구조는 도 6d의 구조와 흡사하다. 그리고, 제3유로(530)의 구조는 도 7d와 흡사하지만, 본 실시예도 역시 제3유로(530)의 주전열부(533)가 메인유로(533a)와 서브유로(533b)를 가지는 개방형 유로를 가지고 있다.

도 9a 내지 도 9d는 각각 제1유로(610) 및 제3유로(630)가 하나의 플레이트에 형성되고, 제1유로(610)가 하부에, 제3유로(630)가 상부에 형성되는 모습을 나타낸 개념도이다.

상기 도 6a 내지 도 8d와 달리, 제3유로(630)가 플레이트 상부측에 배치되고, 제1유로(610)가 플레이트 하부측에 배치된다. 그리고, 제3유로(630)의 구조는 도 8a 내지 도 8d에 도시된 것과 같이 공통헤더(635), 유로저항부(631), 유로확대부(632) 및 개방형 유로(633a, 633b)를 포함한다.

제3유로(630)가 상부에 배치되고, 제1유로(610)가 하부에 배치되는 것은 증기발생기를 형성하며, 원자로 내부의 다른 배관들과의 호환성을 높이기 위함이다.

도 9a를 살펴보면, 상부는 도 8c의 하부에 도시된 제3유로(630)와 유사한 구조를 가지며, 하부는 도 6a의 상부에 있는 제1유로(610)를 뒤집어서 배치해 놓은 구조이다.

도 9b를 살펴보면, 상부는 도 8b의 하부에 도시된 제3유로(630)와 유사한 구조를 가지며, 하부는 도 6b의 상부에 도시된 제1유로(610)를 뒤집어서 배치한 구조와 유사하다.

도 9c를 살펴보면, 상부는 도 8c의 하부에 도시된 제3유로(630)와 유사한 구조를 가지며, 하부는 도 8c의 상부에 배치된 제1유로(610)와 유사한 구조를 갖는다.

도 9d를 살펴보면, 상부는 도 8c의 하부에 도시된 제3유로(630)와 유사한 구조를 가지며, 하부는 도 8d의 상부에 도시된 제1유로(610)를 뒤집어서 배치한 구조와 유사한 구조를 가진다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 유로가 서로 겹치는 모습을 나타낸 개념도이다.

본 실시예에 따르면, 제1유로(110) 내지 제3유로(110, 120, 130)의 유로의 단면적은 각각 다를 수 있다. 이는 각 유로가 다른 유로와의 열교환을 하는 과정에서 각 유체의 열용량, 다른 유로의 유체와의 열교환 성능, 각 유로의 유로저항 등을 고려하여 결정될 수 있다.

상기 각 유로의 단면적의 크기는 플레이트를 두 개 이상 겹쳐서 늘릴 수 있다. 각 유로는 인접한 다른 유로와 일정한 거리만큼 떨어져 형성되어 있다. 이는 두 유로 사이의 열교환은 충분히 일어나고, 서로 다른 유로 사이의 유체 간 섞임이 없도록 하기 위함이다.

(a)를 참조하면, 제1유로(110)의 단면적은 제2유로(120)의 단면적보다 약 3배가 클 수 있다. 이는, 제1유로(110)가 형성되는 제1플레이트(115)는 2개의 플레이트(115a, 115b)로 형성되어 있다. 그리고 제2유로(120)가 형성되는 제2플레이트(125)는 하나의 플레이트로 형성되어 있다.

제1유로(110)는 하나의 플레이트(115a)의 전체를 가로지르는 유로와, 다른 하나의 플레이트(115b)의 일부까지 유로의 단면적으로 형성되어 있다. 그리고, 제2유로(120)는 제2플레이트(125)의 일부만 유로로 형성되어 있다.

(b)를 참조하면, 제1유로(110)가 2개의 플레이트(115a, 115b)의 각각 중간정도 깊이까지 유로가 형성되어 있다. 이에 따라, 제1유로(110)는 제2유로(120)의 약 2배의 단면적의 크기를 가지고 형성될 수 있다.

(c)를 참조하면, 제1유로(110)와 제2유로(120)는 각각 2개의 플레이트(115a, 115b, 125a, 125b)로 형성되어 있다. 그리고 제1유로(110) 및 제2유로(120)는 비슷한 크기의 단면적을 가진다.

상기 제1유로(110)와 제2유로(120)는 각각 2개의 플레이트(115a, 115b, 125a, 125b)의 접촉되는 부분을 기준으로 양측으로 멀어지며 형성되어 있다.

(d)를 참조하면, 제1유로(110)는 하나의 플레이트(115)에 형성되어 있고, 제2유로(120)는 2개의 플레이트(125a, 125b)를 겹쳐서 형성되어 있다.

제1유로(110)는 제2플레이트 중 접촉되는 플레이트(125a)에서부터 일정부분 형성되어 있다. 그리고 제2유로(120)는 두 개의 플레이트(125a, 125b)를 중심으로 두께 방향의 양측 단부에 닿지 않을 정도로 형성되어 있다. 제1유로(110)의 단면적은 제2유로(120)의 단면적의 절반에 가깝도록 형성된다.

(e)를 참조하면, 제1유로(110)는 하나의 플레이트(115)에 형성되어 있고, 제2유로(120)는 두 개의 플레이트(125a, 125b)를 겹쳐서 형성된다.

제2유로(120)는 두 개의 플레이트(125a, 125b) 중 제1플레이트(115)와 접하는 플레이트(125a)의 중간부분까지 유로가 형성되며, 다른 플레이트(125b)의 끝까지 유로가 형성된다. 이렇게 해서 제2유로(120)는 제1유로(110)의 단면적의 대략 3배의 크기를 가질 수 있다.

이상에서 설명된 증기발생기 및 이를 구비하는 원전은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (16)

1. 제1유체가 흐르는 제1유로;
   상기 제1유로와 열교환할 수 있도록 상기 제1유로와 인접하게 형성되고, 제2유체가 흐르는 제2유로;
   상기 제2유로와 열교환할 수 있도록 상기 제2유로와 인접하게 형성되고, 제3유체가 흐르는 제3유로를 포함하고,
   상기 제1유로에는 원자로냉각재계통으로부터 제1유체가 공급되고,
   상기 제3유로는 원전의 급수계통으로부터 제3유체를 입구에 공급받고, 상기 제2유로와의 열교환을 통해 증기를 발생시켜, 출구에 연결된 터빈계통으로 발생된 증기를 배출하며,
   상기 제2유로는 상기 제1유로와 제2유로 사이에서 사고 발생 시, 상기 제3유로로 제1유체가 직접 확산되는 것을 방지하도록, 상기 제1 및 제3유로와 각각 열교환하며 순환하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1유로 및 제3유로는 제1플레이트에 일체로 형성되고,
   상기 제2유로는 제2플레이트에 형성되며,
   상기 제1 및 제2플레이트가 교번적으로 반복하여 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1, 2 및 3유로는 각각 제1, 2 및 3플레이트에 형성되고,
   상기 제1 및 3플레이트는 원자로 용기 내부에 서로 이격되어 배치되고,
   상기 제2플레이트는 상기 제1 및 3플레이트를 덮도록 배치되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2플레이트는,
   상기 제1플레이트에 대응되는 제1파트, 상기 제2플레이트에 대응되는 제2파트로 상기 제1 및 3플레이트의 면적에 대응되어 분리 형성되고,
   상기 제1파트 및 제2파트를 연결하는 연결유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제3유로는 상기 제1유로보다 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제3유로는,
   상기 제3유체가 유입되는 입구부분에, 유체의 유입으로 인한 유동 불안정을 해소하기 위해 유로의 저항을 증가시키도록, 상기 제3유로의 입구에서 출구까지 직선으로 연결되는 길이보다 길게 연장되도록 절곡 또는 곡선 유로를 포함하는 유로저항부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
7. 제1항에 있어서,
   제1 내지 3유로 중 적어도 하나는,
   복수로 구비되어 서로 이격된 메인유로; 및
   서로 이격된 상기 메인유로들이 서로 연통되도록 형성되는 서브유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제3유로는,
   상기 제3유체가 유입되는 입구부분에, 상기 제2유로와의 열교환 효율을 높이기 위해 유로의 저항을 증가시키도록, 상기 제3유로의 입구에서 출구까지 직선으로 연결되는 길이보다 길게 연장되도록 절곡 또는 곡선 유로를 포함하는 유로저항부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 유로저항부는,
   유로로 유입되는 유체의 유량을 균일화하고 열전달을 향상시키도록, 유로의 진행방향을 따라 절곡된 형태가 반복되는 이코노마이저로 형성되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 3유로는 플레이트에 형성되며,
    상기 제1 내지 3유로 중 적어도 하나는, 유로의 단면적을 늘리기 위해서 두 개 이상의 플레이트를 겹쳐서 형성되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제2유로 내부의 압력제어를 하도록 이루어지고, 상기 제2유로와 연결된 압력제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
12. 제1항에 있어서,
    상기 제2유체를 상기 제2유로 내부에서 순환하도록 이루어지고, 상기 제2유로와 연결된 순환펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
13. 제1항에 있어서,
    상기 제2유체는 상기 제1유로 및 제3유로와 열전달 효율을 향상시키기 위한 액체금속인 것을 특징으로 하는 증기발생기.
14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 3유로는 세관을 이용하여 형성되는 쉘 앤 튜브형인 것을 특징으로 하는 증기발생기.
15. 내부에 원자로노심을 포함하고, 냉각재가 순환하도록 형성되는 원자로;
    상기 원자로 내부에 배치되고 상기 냉각재가 유입되어 열교환되며, 급수계통 및 터빈계통과 각각 연결되는 증기발생기를 포함하고,
    상기 증기발생기는,
    제1유체가 흐르는 제1유로;
    상기 제1유로와 열교환할 수 있도록 상기 제1유로와 인접하게 형성되고, 제2유체가 흐르는 제2유로;
    상기 제2유로와 열교환할 수 있도록 상기 제2유로와 인접하게 형성되고, 제3유체가 흐르는 제3유로를 포함하고,
    상기 제1유로에는 원자로냉각재계통으로부터 제1유체가 공급되고,
    상기 제3유로는 원전의 급수계통으로부터 제3유체를 공급받고, 상기 제2유로와의 열교환을 통해 증기를 발생시켜, 발생된 증기를 터빈을 회전시키도록 연결된 터빈계통으로 배출하며,
    상기 제2유로는 상기 제1유로와 제2유로 사이에서 사고 발생 시, 상기 제3유로로 제1유체가 직접 확산되는 것을 방지하도록, 상기 제1 및 제3유로와 각각 열교환하며 순환하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원전.
16. 제15항에 있어서,
    상기 제2유로는 상기 원자로 외부에 배치되고,
    상기 원자로 내부에 배치된 제1유로 및 제3유로와 연결되는 연결유로로 연결되는 것을 특징으로 하는 원전.

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